無線通信システムにおける位相シフト基盤プレコーディングを用いてデータを伝送する方法及びそれを具現するための装置
多重アンテナ無線通信システムにおいて、複数個の副搬送波を用いてデータを伝送する方法が公開される。特に、この方法は、移動局からフィードバック情報を受信するステップと、前記受信されたフィードバック情報を用いて、各アンテナによって送信されるべきユーザデータ上に独立的にチャンネルエンコーディング及び変調を行うステップと、固定された量だけ前記ユーザデータの位相角を増加させるための位相シフト基盤プレコーディング行列を決定するステップと、前記ユーザデータ上に前記決定された位相シフト基盤プレコーディング行列を用いてプレコーディングを行うステップとを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伝送方法に関し、より詳しくは、無線通信システムにおける位相シフト基盤プレコーディングを用いてデータを伝送する方法及びそれを具現するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、Ｗ−ＣＤＭＡシステムにおいて、多重アンテナを用いて、ビーム形成、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ）、また送信ダイバーシチ等の新たな技術を通じて、容量増大及び伝送速度の高速化、またリンクの信頼性を極大化するための研究が進行されている。特に、空間多重化を通じて高速伝送を追及するＶ−ＢＬＡＳＴのようなＭＩＭＯ技術が、３ＧＰＰ（３ｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ ）標準化に反映されている。
【０００３】
また、Ｒｅｌｅａｓｅ ９９及びＲｅｌｅａｓｅ ４で採用された２つのアンテナを用いた送信ダイバーシチが発展して、３つ以上のアンテナを用いたＶ−ＢＬＡＳＴの進化形態であるＰＡＲＣ（Ｐｅｒ Ａｎｔｅｎｎａ Ｒａｔｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）や、多重ユーザを支援するために提案されたＰＵ２ＲＣ（Ｐｅｒ Ｕｓｅｒ Ｕｎｉｔａｒｙ Ｒａｔｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）のような新たなダイバーシチ技術も提案されている。
【０００４】
図１Ａは、単一ユーザのためのＰＡＲＣ構造を示すブロック図であり、図１Ｂは、多重ユーザのためのＰＡＲＣ構造を示すブロック図である。
【０００５】
従来のＶ−ＢＬＡＳＴの場合、チャンネル状態情報（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ：ＣＱＩ）のフィードバック情報無しに、各伝送アンテナ毎に同一の変調と符号化を設定して伝送する。しかしながら、ＰＡＲＣは、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、ユーザ端末からＭＣＳ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｃｏｄｉｎｇ Ｓｅｔ）及び／または伝送アンテナ集合（Ｔｒａｎｓｍｉｔ Ａｎｔｅｎｎａ Ｓｕｂｓｅｔ：ＴＡＳ）等のチャンネル状態情報をフィードバックされ、アンテナ別に伝送すべきユーザデータストリームを選択する。
【０００６】
図１Ａは、単一ユーザのためのＰＡＲＣであるので、図示のように、３名のユーザデータストリームのいずれかを選択し、図１Ｂは、多重ユーザのためのＰＡＲＣであるので、２つ以上のユーザデータストリームを選択するようになる。
【０００７】
次いで、逆多重化され、バッファに入力された該当ユーザデータストリームに前記チャンネル情報に基づいて変調及び符号化を適用した後、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）等の多重化変調過程を経てそれぞれの伝送アンテナを介して送信する。
【０００８】
すなわち、ＰＡＲＣにおける基地局は、ユーザ端末からフィードバックされた情報を用いて、システム伝送速度を最大にする形態のスケジューリングを行い、これにより、１つのユーザ端末または２つ以上のユーザ端末が、同時に、同一の周波数と時間資源を空間的に共有するようになる。ＰＡＲＣは、基地局がスケジューリングするユーザ端末の個数が多くなるほど、多重ユーザのダイバーシティ利得を大いに得ることができる。
【０００９】
ＰＡＲＣは、フィードバック情報としてＣＱＩのみを要求するため、フィードバックオーバーヘッドが少なく、オーバーヘッドが少ないので、フィードバック過程でのエラー発生率が相対的に少なく、単一ユーザのためのＰＡＲＣと多重ユーザのためのＰＡＲＣとの間に切り替えが容易であるという長所がある。しかしながら、多重ユーザのためのＰＡＲＣの場合、ユーザ間の干渉により伝送効率に劣るという問題があった。
【００１０】
図２は、多重ユーザのためのＰＵ２ＲＣ構造を示すブロック図である。ＰＵ２ＲＣは、多重ユーザにデータストリームを伝送するために、空間多重化を用いる。したがって、多重ユーザに伝送するために複数のデータストリームが選択される。前述のように、ＰＵ２ＲＣは、多重ユーザの環境に焦点を合わせており、ＭＩＭＯチャンネルの特異値分解（Ｓｉｎｇｕｌａｒ Ｖａｌｕｅ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＳＶＤ）に基づくユニタリ行列を用いてプレコーディングを行う。
【００１１】
送信機でのユニタリ行列は、全てのユーザ端末から選択された単位基本ベクターの組合せであり、ここで、ベクターの総和がＭで表される場合、前記単位基本ベクターはいずれも、１つまたは複数のユーザから選択されたものである。このような選択は、最高の容量獲得のための時空間多重ユーザ理論に基づいて行う。
【００１２】
ＰＵ２ＲＣは、多重ユーザ間に干渉を減らし、高い効率向上が得られる長所があるが、チャンネル状態情報以外に好適な行列インデックス情報までフィードバックされなければならないという点で、フィードバックオーバーヘッドが大きく、したがって、伝送中にエラーが生じる可能性が相対的に大きいという短所があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、関連技術の限界及び短所によって発生する問題を解決するための無線通信システムにおいて、位相シフト基盤プレコーディングを用いてデータを伝送する方法及びそれを具現するための装置に関する。
【００１４】
本発明は、多重アンテナ無線通信システムにおいて、複数個の副搬送波を用いてデータを伝送する方法を提供することを目的とする。
【００１５】
本発明の他の目的は、複数個の副搬送波を用いる多重ユーザ・多重アンテナ通信システムにおける送信装置及び受信装置を提供することを他の目的とする。
【００１６】
本発明の他の特徴、利点及び目的は、後述する説明でより詳細に説明される。これらの特徴、利点及び目的の一部分は、この技術の分野における通常の技術を有する者にとって、本発明を実施することにより明らかに理解され得る。本発明の他の目的及び他の利点は、添付図面のみならず、請求の範囲及び詳細な説明に記載されている構造から理解され得る。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の目的によって、また、上述した目的及び利点を達成するために、ここに記載された本発明の一様相による、多重アンテナ無線通信システムにおいて、複数の副搬送波を用いてデータを送信する方法は、移動局からフィードバック情報を受信するステップと、前記受信されたフィードバック情報を用いて、各アンテナによって送信されるべきユーザデータに独立的にチャンネルエンコーディング及び変調を行うステップと、前記ユーザデータの位相角を固定された量だけ増加させるための位相シフト基盤プレコーディング行列を決定するステップと、前記ユーザデータ上に前記決定された位相シフト基盤プレコーディング行列を適用してプレコーディングを行うステップとを含む。
【００１８】
本発明の他の様相による、複数の副搬送波を用いる多重ユーザ・多重アンテナ通信システムの送信装置及び受信装置で構成される送受信装置であって、前記送受信装置は、前記受信装置からのフィードバック情報を用いて、各アンテナに対するユーザデータ上に独立的にチャンネルエンコーディング及び変調を行うようになっているチャンネルエンコーダー及び変調器と、位相シフト基盤プレコーディング行列を決定するようになっている第１のプレコーダーとして、前記第１のプレコーダーは、前記決定された位相シフト基盤プレコーディング行列を用いて、前記ユーザデータ上にプレコーディングを行うようになっている、第１のプレコーダーとを備え、前記位相シフト基盤プレコーディング行列は、各アンテナに対する前記ユーザデータの位相角を固定された値だけ増加させるステップに基づいて決定される。
【００１９】
上述した大略の記載及び後述する本発明の詳細な説明は、全て例示のものであって、本発明の請求の範囲をより詳細に記述するためのものであることを理解しなければならない。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によると、上述したＰＡＲＣの長所をそのまま維持しながら、多重ユーザ間の干渉を最小化することができ、ＰＵ２ＲＣの性能に遅れないながらも、フィードバックオーバーヘッドを減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１Ａ】図１Ａは、単一ユーザのためのＰＡＲＣ構造を示すブロック図であり、図１Ｂは、多重ユーザのためのＰＡＲＣ構造を示すブロック図である。
【図１Ｂ】図１Ａは、単一ユーザのためのＰＡＲＣ構造を示すブロック図であり、図１Ｂは、多重ユーザのためのＰＡＲＣ構造を示すブロック図である。
【図２】図２は、多重ユーザのためのＰＵ２ＲＣ構造を示すブロック図である。
【図３Ａ】図３Ａは、実施例１による通信システムの送信機の構造を示すブロック図である。
【図３Ｂ】図３Ｂ及び図３Ｃは、図３Ａの送信機において、特に、プレコーダー１３０の構成を、実施例に従って詳細に示したブロック図である。
【図３Ｃ】図３Ｂ及び図３Ｃは、図３Ａの送信機において、特に、プレコーダー１３０の構成を、実施例に従って詳細に示したブロック図である。
【図４】図４は、位相シフト基盤プレコーディングを行うための送信機の主要構成を示すブロック図である。
【図５】図５は、循環遅延によりチャンネルの大きさが変化した模様を示す図である。
【図６】図６は、送信アンテナが４つであり、空間多重化率が２である多重アンテナシステムに、従来の空間多重化技法と循環遅延ダイバーシチが適用された場合を示す図である。
【図７】図７は、式１０の位相シフト基盤プレコーディング行列を適用された多重アンテナシステムを示すブロック図である。
【図８】図８は、プレコーディング行列の特定の部分が選択された４つ送信アンテナを示すブロック図である。
【図９】図９は、実施例２による通信システムの送信機の構造を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、コードブック基盤プレコーディングを支援する多重アンテナシステムの送受信過程を示す概念図である
【図１１Ａ】図１１Ａは、ＩＴＵ ＰｅｄＡチャンネルにおいて、空間相関度が全くない場合、従来のＰＡＲＣと本発明が提案する方法とを比較した結果である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、送受信機の空間相関度が７０％である場合、従来のＰＡＲＣと本発明が提案する方法とを比較した結果である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、周波数選択性が高いＴＵチャンネルにおいて、従来のＰＡＲＣと本発明の伝送方法とを比較した結果を示す図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、周波数選択性が高いＴＵチャンネルにおいて、従来のＰＡＲＣと本発明の伝送方法とを比較した結果を示す他の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の好適な実施例について、添付図面を参照して詳細に説明する。可能な限り、明細書の全体にわたって、同一の参照符号は、同じ構成要素を示す。
以下の技術は、様々な通信システムに用いられ得る。通信システムは、音声、パケットデータ等のような様々な通信サービスを提供するために広く配置される。この技術は、ダウンリンクまたはアップリンクで用いられる。ダウンリンクは、基地局（ｂａｓｅ ｓｔａｔｉｏｎ；ＢＳ）から端末（ｍｏｂｉｌｅ ｓｔａｔｉｏｎ；ＭＳ）への通信を意味し、アップリンクは、端末から基地局への通信を意味する。
【００２３】
基地局は、一般に、端末と通信する固定局をいい、ノード−Ｂ、ＢＴＳ（ｂａｓｅ ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ ｓｙｓｔｅｍ）、アクセスポイント等の他の用語で呼ばれてもよい。端末は、固定されまたは移動性を有してもよく、ＵＥ（ｕｓｅｒ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）、ＵＴ（ｕｓｅｒ ｔｅｒｍｉｎａｌ）、ＳＳ（ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ）、無線機器等の他の用語で呼ばれてもよい。
【００２４】
本発明は、単一キャリアまたは多重キャリア通信システムに用いられる。多重キャリアシステムは、ＯＦＤＭや他の多重キャリア変調技法を活用することができる。ＯＦＤＭは、全体システムの帯域幅を直交性を有する多数の副搬送波に分割する。副搬送波は、サブバンド、トーン等と呼ばれてもよい。単一キャリアシステムは、ＳＣ−ＣＤＭＡ（ｓｉｎｇｌｅ−ｃａｒｒｉｅｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｃｃｅｓｓ）、ＣＤＭＡ（ｃｏｄｅ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｃｃｅｓｓ）等の単一キャリア変調技法を活用することができる。
【００２５】
一般に、通信システムは、送信機と受信機を含む。ここで、送信機と受信機は、送信機能と受信機能を全て行う送受信機と言える。但し、フィードバックに関する説明を明確にするために、一般のデータの伝送を担当する一方を送信機といい、送信機にフィードバックデータを伝送する他方を受信機という。
【００２６】
ダウンリンクにおいて、送信機は、基地局の一部であってもよく、受信機は、端末の一部であってもよい。アップリンクにおいて、送信機は、端末の一部であってもよく、受信機は、基地局の一部であってもよい。基地局は、多数の受信機と多数の送信機を含めてもよい。端末は、多数の受信機と多数の送信機を含めてもよい。
【実施例１】
【００２７】
本実施例では、多重ユーザ・多重アンテナシステムにおいて、各伝送アンテナに異なる変調と符号化を設定して、伝送効率を最大化し、一方、位相シフト基盤のプレコーティングを適用して、ユーザ間の干渉を最小化する方法、及びそれを具現する送受信装置を提案する。
【００２８】
図３Ａは、実施例１による通信システムの送信機の構造を示すブロック図である。図示のように、送信機１００は、スケジューラ及びマルチプレクサー１１０、チャンネルエンコーダ及び変調器１２０−１、…、１２０−Ｎ、プレコーダー１３０、直並列変換器１４０−１、…、１４０−Ｎｔ、変調器１５０−１、…、１５０−Ｎｔを有する。
【００２９】
一方、図３Ｂ及び図３Ｃは、図３Ａの送信機において、特に、プレコーダー１３０の構成を、実施例に従って詳細に示したブロック図である。
【００３０】
図３Ａにおいて、スケジューラ及びマルチプレクサー１１０は、ユーザ別に情報ビットが入力されると、伝送対象のユーザ端末をスケジューリングし、その中で実際に伝送すべきユーザを選択し、選択された情報ビットを多重化する。
【００３１】
チャンネルエンコーダ及び変調器１２０−１、…、１２０−Ｎは、前記多重化した情報ビットストリームを定められたコーディング方式によりエンコードし、符号化したデータを形成し、情報ビットストリームの符号化したデータを予め定められた変調方式により変調する。前記情報ビットは、テキスト、音声、映像またはその他のデータを含めてもよい。
【００３２】
また、チャンネルエンコーダ及び変調器１２０−１、…、１２０−Ｎは、情報ビットのそれぞれにＣＲＣ（ｃｙｃｌｉｃ ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ ｃｈｅｃｋ）のようなエラー検出ビットを追加し、エラー訂正のための余分のコードを追加することができる。エラー訂正コードは、ターボ符号、ＬＤＰＣ（ｌｏｗ ｄｅｎｓｉｔｙ ｐａｒｉｔｙ ｃｈｅｃｋ ｃｏｄｅ）、及び畳み込み符号のいずれか一つであってもよく、これに限定されず、エラー訂正を行う他の符号がこれに該当し得る。
【００３３】
チャンネルエンコーダ及び変調器１２０−１、…、１２０−Ｎにより符号化したデータは、振幅と位相星座による位置を表現するシンボルでマッピングされる。変調方式には制限がなく、ｍ−ＰＳＫ（ｍ−ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ）またはｍ−ＱＡＭ（ｍ−ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）であってもよい。例えば、ｍ−ＰＳＫは、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫまたは８−ＰＳＫであってもよい。ｍ−ＱＡＭは、１６−ＱＡＭ、６４−ＱＡＭまたは２５６−ＱＡＭであってもよい。
【００３４】
プレコーダー１３０は、前記マッピングされたシンボルに、位相シフト基盤プレコーディングを行う。プレコーダー１３０の出力による一周期（または１つのタイムスロット）に伝送されるシンボルの集合を、伝送シンボルという。プレコーダー１３０で行われる位相シフト基盤プレコーディングは、後で詳述する。
【００３５】
直並列変換器１４０−１、…、１４０−Ｎｔは、プレコーディングされた伝送シンボルをそれぞれ並列化し、変調器１５０−１、…、１５０−Ｎｔに入力する。
【００３６】
変調器１５０−１、…、１５０−Ｎｔは、並列化されて入力された各伝送シンボルを多重接続変調方式により変調する。多重接続変調方式については制限がなく、よく知られたＣＤＭＡのようなシングルキャリア変調方式やＯＦＤＭのような多重キャリア変調方式を採用することができる。
【００３７】
以下では、多重キャリア変調技法としてＯＦＤＭを用いる２つアンテナシステム及び４つアンテナシステムを一例とする位相シフト基盤プレコーディング法を説明し、これを、Ｎｔ個の多重アンテナシステムに拡張するための一般化した位相シフト基盤プレコーディング行列の構成方法を説明する。
【００３８】
位相シフト基盤プレコーディング法
図４は、位相シフト基盤プレコーディングを行うための送信機の主要構成を示すブロック図である。位相シフト基盤プレコーディング法は、伝送すべき全てのストリームを全体アンテナを介して伝送するが、それぞれ他の（または独立的な）位相のシーケンスを乗じて伝送することである。一般に、小さな循環遅延値を用いて、位相シーケンスを生成すると、受信機（例えば、移動局）からみるとき、チャンネルに周波数選択性が生じながら、周波数領域に応じてチャンネルの大きさが大きくまたは小さくなる。
【００３９】
図５は、循環遅延によりチャンネルの大きさが変化した様子を示す図である。図示のように、送信機１００は、相対的に小さな循環遅延値により振動する周波数帯域の中で周波数が大きくなり、チャンネル状態が良好となる部分にユーザ端末を割当て、周波数ダイバーシチを確保する。この際、各アンテナに対して一定に増加または減少する循環遅延値を適用するために、位相シフト基盤プレコーディング行列を用いる。位相シフトプレコーディング行列Ｐを一般化して表すと、式１の通りである。
【００４０】
【数１】
ここで、
【００４１】
【化１】
（ｉ＝１、…、Ｎｔ、ｊ＝１、…、Ｒ）は、副搬送波アンテナｋにより決定される複合加重値を示し、Ｎｔは、送信アンテナの個数、Ｒは、空間多重化率をそれぞれ示す。こごて、複合加重値は、アンテナに乗じられるＯＦＤＭシンボル及び該当副搬送波のインデックスにより異なる値を有してもよい。前記複合加重値は、チャンネル状況及びフィードバック情報の有無の少なくともいずれか一つにより決定され得る。
【００４２】
一方、前記式１のプレコーディング行列Ｐは、多重アンテナシステムでのチャンネル容量の損失を減らすために、ユニタリ行列で設計されることが好ましい。ここで、ユニタリ行列構成のための条件を調べるために、多重アンテナシステムのチャンネル容量を数式で表すと、以下の通りである。
【００４３】
【数２】
ここで、Ｈは、ＮｒｘＮｔの大きさの多重アンテナチャンネル行列であり、Ｎｒは、受信アンテナの個数を示す。前記式２に位相シフト基盤プレコーディング行列Ｐを適用すると、式３の通りである。
【００４４】
【数３】
式３に示すように、チャンネル容量に損失がないようにするために、ＰＰＨが単一行列とならなければならないので、位相シフト基盤プレコーディング行列Ｐは、式４のような条件を満たすユニタリ行列でなければならない。
【００４５】
【数４】
位相シフト基盤プレコーディング行列Ｐがユニタリ行列となるためには、以下の２つの条件、すなわち、電力制限条件及び直交制限条件を同時に満たさなければならない。電力制限は、行列をなす各列の大きさが１となるようにし、直交制限は、行列の各列間に直交性を有するようにすることである。これらを数式で表すと、それぞれ式５及び式６の通りである。
【００４６】
【数５】
【００４７】
【数６】
前記式２乃至式６に関する論議は、ユニタリ行列に関するものである。次に、１つの実施例として、２×２位相シフト基盤プレコーディング行列の一般化した数式を提示し、前記２つの条件を満たすための数式を調べるようにする。
【００４８】
式７は、２つの送信アンテナを有し、空間多重化率が２である位相シフト基盤プレコーディング行列の一般式を示している。
【００４９】
【数７】
ここで、αｉ、βｉ（ｉ＝１、２）は、実数値を有し、θｉ（ｉ＝１、２、３、４）は、位相値を示し、ｋは、ＯＦＤＭ信号の副搬送波インデックスを示す。
【００５０】
このようなプレコーディング行列（例えば、式７）をユニタリ行列で具現するためには、式８の電力制限条件と式９の直交制限条件を満たさなければならない。
【００５１】
【数８】
【００５２】
【数９】
ここで、 標識＊は、共役複素数を示す。前記式７乃至式９を全て満足する２×２位相シフト基盤プレコーディング行列の一実施例は、式１０の通りである。
【００５３】
【数１０】
ここで、θ２とθ３は、直交制限により式１１のような関係を有する。
【００５４】
【数１１】
一方、プレコーディング行列は、送信機及び受信機のメモリにコードブックの形態で保存されてもよいが、前記コードブックは、有限個の異なるθ２値を通じて生成した様々なプレコーディング行列を含めて構成されてもよい。また、θ２値は、チャンネル状況とフィードバック情報の有無によって適宜設定されてもよく、フィードバック情報を用いる場合であれば、θ２を小さく設定し、フィードバックを用いない場合であれば、θ２を大きく設定することにより、高い周波数ダイバーシチ利得を得ることができる。
【００５５】
一方、前記式７のような位相シフト基盤プレコーディング行列が生成されても、チャンネル状況によって、実際のアンテナ数に比べて空間多重化率（Ｒａｎｋ； Ｒ）が小さく設定されなければならない場合が生じ得る。このような場合は、前記生成した位相シフト基盤プレコーディング行列の中で、現在の空間多重化率（小さくなった空間多重化率）に相応する個数の特定列を選択し、位相シフト基盤プレコーディング行列を新たに再構成することができる。すなわち、空間多重化率が変わる度に、該当システムに適用される新たなプレコーディング行列を生成するものではなく、最初に生成した位相シフト基盤プレコーディング行列をそのまま活用するが、該当プレコーディング行列の特定列を選択して、プレコーディング行列を再構成する。
【００５６】
一例として、前記式１０のプレコーディング行列は、２つの送信アンテナを有する多重アンテナシステムにおいて、空間多重化率が２である場合を想定しているが、何らかの理由で空間多重化率が１に低くなることが生じ得る。この場合、前記式１０の行列中で特定列を選択してプレコーディングを行うことができるが、例えば、二番目の列を選択した場合の位相シフト基盤プレコーディング行列は、以下の式１２のようであり、これは、従来の２つの送信アンテナの循環遅延ダイバーシチ技法と同一の形態となる。
【００５７】
【数１２】
ここでは、２つの送信アンテナを有するシステムを挙げているが、４つの送信アンテナを有するシステムにも拡張して適用することができる。すなわち、送信アンテナが４つである場合の位相シフト基盤プレコーディング行列を生成した後、変化する空間多重化率（例えば、２から１に変化）により特定列を選択してプレコーディングを行うことができる。
【００５８】
一例として、図６は、送信アンテナが４つであり、空間多重化率が２である多重アンテナシステムに、従来の空間多重化技法と循環遅延ダイバーシチが適用された場合を示し、図７は、このような多重アンテナシステムに式１０の位相シフト基盤プレコーディング行列を適用した場合を示している。
【００５９】
図６によると、第１のアンテナ（例えば、ＡＮＴ＃１）及び第３のアンテナ（例えば、ＡＮＴ＃３）には、第１のシーケンスＳ１及び第２のシーケンスＳ２が伝達され、第２のアンテナ（例えば、ＡＮＴ＃２）及び第４のアンテナ（例えば、ＡＮＴ＃４）には、所定の大きさで位相シフトされた第１のシーケンス
【００６０】
【化２】
及び第２のシーケンス
【００６１】
【化３】
が伝達される。したがって、全体としては空間多重化率が２となることが分かる。
【００６２】
これに比べて、図７において、第１のアンテナ（例えば、ＡＮＴ＃１）には
【００６３】
【化４】
が伝達され、第３のアンテナ（例えば、ＡＮＴ＃３）には
【００６４】
【化５】
が伝達され、第２のアンテナ（例えば、ＡＮＴ＃２）には
【００６５】
【化６】
が伝達され、第４のアンテナ（例えば、ＡＮＴ＃４）には
【００６６】
【化７】
が伝達される。
【００６７】
したがって、前記図６のシステムに比べて、プレコーディング法の長所を有すると共に、単一のプレコーディング行列を用いて、４つのアンテナに対して、循環遅延（または位相シフト）を行うことができるので、循環遅延ダイバーシチ技法による長所まで有することができる。
【００６８】
上述した２つアンテナシステム及び４つアンテナシステムに対する空間多重化率別の位相シフト基盤プレコーディング行列をまとめると、以下の通りである。
【００６９】
【表１】
ここで、θｉ（ｉ＝１、２、３、４）は、循環遅延値による位相角であり、ｋは、ＯＦＤＭの副搬送波インデックスである。前記表２において、前記４つの場合のプレコーディング行列のそれぞれは、図８に示すように、４つの送信アンテナを有すると共に、空間多重化率が２である多重アンテナシステムに対するプレコーディング行列の特定の部分を取って得られる。
【００７０】
したがって、前記４つの場合に対するそれぞれのプレコーディング行列をコードブックに別途に備える必要がなく、送信機及び受信機のメモリ容量を節約することができる。また、上述した位相シフト基盤プレコーディング行列は、同一の原理により、アンテナ数がＭであり、空間多重化率がＮ（Ｎ≦Ｍ）であるシステムについても拡張され得る。
【００７１】
位相シフト基盤プレコーディング法を具現するための第１のプレコーダー
上述した位相シフト基盤プレコーディング法を具現するために、第１のプレコーダー１３０−１は、プレコーディング行列生成モジュール１３１−１、行列再構成モジュール１３３−１、及びプレコーディングモジュール１３４−１を含めてなる。
【００７２】
プレコーディング行列生成モジュール１３１−１は、所定のプレコーディング行列において、一番目の副搬送波に対応する基準行を決定し、前記基準行を一定の単位で増加する位相角で位相シフトさせ、残りの行を決定する。本発明では、（送信アンテナの個数）×（空間多重化率）の大きさのユニタリ行列を用いてプレコーディングを行うが、前記ユニタリ行列は、各副搬送波のインデックス別に備えられ、一番目のインデックスに対するユニタリ行列を位相シフトさせ、残りのインデックスのユニタリ行列を求める。
【００７３】
すなわち、プレコーディング行列生成モジュール１３１−１は、メモリ１５０に予め保存されたコードブックにおいて、任意の第１のプレコーディング行列を選択する。２番目のインデックスの副搬送波に対する第２のプレコーディング行列は、前記第１のプレコーディング行列に所定の大きさの位相シフトを加えて生成される。この際、シフトされる位相の大きさは、現在のチャンネル状況及び／または受信機からのフィードバック情報の有無によって多様に設定され得る。３番目のインデックスの副搬送波に対する第３のプレコーディング行列は、前記第２のプレコーディング行列に再度位相シフトを行って得られる。すなわち、前記第２のプレコーディング行列の生成過程は、第３のプレコーディング行列乃至最後の順番のプレコーディング行列の生成過程において繰り返して行われる。
【００７４】
行列再構成モジュール１３３−１は、前記プレコーディング行列生成モジュール１３１で生成した各プレコーディング行列において、与えられた空間多重化率に相応する個数だけの列を選択し、それ以外の列は削除することにより、プレコーディング行列を再構成する。ここで、前記選択された列のみからなるプレコーディング行列を新たに生成することもできる。一方、前記プレコーディング行列において特定列を選択することは、任意の列が選択されるものであってもよく、予め定められた政策によって特定列が選択されるものであってもよい。
【００７５】
プレコーディングモジュール１３４−１は、前記決定された各プレコーディング行列に、該当副搬送波に対するＯＦＤＭシンボルを代入してプレコーディングを行う。
【００７６】
一般化した位相シフト基盤プレコーディング法
以上では、送信アンテナが４つであり、空間多重化率が２である場合の位相シフト基盤プレコーディング行列が構成される過程を説明したが、本発明の位相シフト基盤プレコーディング法は、アンテナ数がＮｔ（Ｎｔは、２以上の自然数）であり、空間多重化率がＲ（Ｒは、１以上の自然数）であるシステムについて拡張され得る。これは、上述した内容と同一の方法で拡張されてもよく、以下の式１３のような方法で一般化されてもよい。
【００７７】
【数１３】
ここで、＝の右側の前半部行列は、位相シフトのためのユニタリ行列であり、後半部行列Ｕは、特定の目的のために用いられる行列であって、
【００７８】
【化８】
を満足するユニタリ行列である。
【００７９】
２つの伝送アンテナを有し、１ビットコードブックを用いる場合の位相シフト基盤プレコーディング行列の生成式の一例は、式１４の通りである。
【００８０】
【数１４】
式１４において、α値が定められると、β値は容易に定められるので、α値に対する情報を適切な２つの値で定めておき、これに対する情報をコードブックインデックスにフィードバックするように具現することができる。一例として、フィードバックが０であれば、αは０．２とし、フィードバックインデックスが１であれば、αは０．８とすることを、送受信機間に予め約束することができる。
【００８１】
後半部行列の一例として、信号対雑音比（ＳＮＲ）利得を得るための所定のプレコーディング行列Ｕが用いられ、特に、このようなプレコーディング行列としてウォルシュ符号が用いられる場合の位相シフト基盤プレコーディングＰの生成式をみると、式１５の通りである。
【００８２】
【数１５】
式１５は、４つの送信アンテナと空間多重化率４を有するシステムを前提としており、ここで、前記後半部行列を適切に再構成することにより、特定の送信アンテナを選択し、または、空間多重化率を調節することができる。
【００８３】
以下の式１６は、送信アンテナが４つであるシステムにおいて、２つのアンテナを選択するために、前記後半部行列を再構成した様子を示している。
【００８４】
【数１６】
上述のように、空間多重化率は、時間及び／またはチャンネル状態を含む様々な要因により変わり得る。また、以下の表２は、時間またはチャンネルの状況等によって空間多重化率が変わる場合、該当多重化率に合わせて、前記後半部行列を再構成するための方法を示している。
【００８５】
【表２】
この際、表２では、多重化率によって後半部行列の１番目列、１〜２番目列、１〜４番目列が選択された場合を示しているが、必ずしもこれに限るものではなく、多重化率が１である場合、１、２、３、４番目の列のいずれか一つが選ばれ、多重化率が２である場合、１〜２、２〜３、３〜４、４〜１番目の列のいずれか一つが選ばれてもよい。
【００８６】
また、表２の行列の１つ以上の列は、空間領域資源を共有するために、他のユーザに割り当てられてもよい。
【００８７】
また、前記後半部行列は、送信機及び受信機にコードブックの形態で備えられてもよい。この場合、送信機は、受信機からコードブックのインデックス情報をフィードバックされ、自身が備えているコードブックから、該当インデックスのユニタリ行列（後半部行列）を選択した後、前記式１３を用いて、位相シフト基盤プレコーディング行列を構成する。
【００８８】
一方、位相シフト基盤プレコーディングのための循環遅延値は、送受信機に予め定められた値であってもよく、受信機がフィードバックを通じて送信機に伝達した値であってもよい。また、空間多重化率Ｒもまた、送受信機に予め定められた値であってもよいが、受信機が周期的にチャンネル状態を把握し、空間多重化率を算出して、送信機にフィードバックすることもでき、受信機がフィードバックしたチャンネル情報を用いて、送信機が空間多重化率を算出及び変更してもよい。
【００８９】
本発明の実施例に関するより詳細な内容は、ここに参照として含まれている、２００６年１０月２日に出願された韓国特許出願番号第２００６−９７２１６号、２００７年４月１６日に出願された韓国特許出願番号第２００７−３７００８号と連関される。
【００９０】
一般化した位相シフト基盤プレコーディング法を具現するための第１のプレコーダー
この場合の第１のプレコーダー１３０−２は、プレコーディング行列決定モジュール１３１−２、アンテナ選択モジュール１３２、行列再構成モジュール１３３−２、及びプレコーディングモジュール１３４−２を含めてなる。
【００９１】
プレコーディング行列決定モジュール１３１−２は、式１３のように、位相シフトのための第１の行列と、ユニタリ行列条件を満足する第２の行列とを乗じて、位相シフト基盤プレコーディング行列を決定する。
【００９２】
アンテナ選択モジュール１３２は、前記第２の行列がＮ×Ｎ（Ｎは、２以上の整数）の大きさの行列であるというとき、式１６のように、前記第２の行列のうち、特定のアンテナに対応するｎ×ｎ（０＜ｎ＜Ｎ）の大きさの部分行列を一つ以上選択し、前記選択された部分行列以外の成分を全て０にセットし、データ伝送に用いるべき特定のアンテナを選択する。
【００９３】
行列再構成モジュール１３３−２は、表２におけるように、前記第２の行列において、所定の空間多重化率に相応する個数の列を選択し、前記選択された列のみからなるように、前記第２の行列を再構成する。
【００９４】
以上では言及されていないが、本実施例の送信機を具現するために、各種の設定情報を保存するメモリ（図示せず）、フィードバック情報を受信するための受信回路（図示せず）、及び上述した各種の構成要素の全般的な制御のための制御器（図示せず）等を備えなければならないことは、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者にとって自明である。
【００９５】
すなわち、メモリには、位相シフト基盤プレコーディングのためのコードブックと、適応的チャンネルコーディング及び変調（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｃｏｄｉｎｇ ＆ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；ＡＭＣ）技法を支援するためのＭＣＳルックアップテーブルが保存されてもよい。前記コードブックは、位相シフト基盤プレコーディング行列の項目と、各行列に対するインデックス項目を１つ以上含み、前記ＭＣＳルックアップテーブルは、入力された情報ビットに適用すべきコーディング率項目、変調方式及びこれらの項目とマッチングされるＭＣＳレベルインデックス項目を１つ以上含む。
【００９６】
受信回路は、受信機から伝送された信号をアンテナを介して受け取り、これをデジタル化して制御器に送る。受信回路に受信された信号から抽出された情報には、チャンネル品質情報（ｃｈａｎｎｅｌ ｑｕａｌｉｔｙ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ＣＱＩ）が含まれてもよい。ＣＱＩは、受信機が、送信機１００に、チャンネル環境やコーディング方式、変調方式についてフィードバックする情報であり、具体的には、位相シフト基盤プレコーディング行列のインデックス情報、及び特定のコーディング率及び／または変調方式を指定するためのインデックス情報の少なくとも１つがこれに該当し得る。前記インデックス情報として、ＭＣＳ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ Ｓｃｈｅｍｅ）レベルインデックスが用いられ得る。
【実施例２】
【００９７】
本実施例は、実施例１にコードブック基盤プレコーディングをさらに適用して、伝送電力を効率的にスケジューリングすることにより、データの伝送信頼度及び伝送効率を高める方法及びこれを具現する送受信機を提案する。
【００９８】
図９は、実施例２による通信システムの送信機の構造を示すブロック図である。実施例１におけるスケジューラ及びマルチプレクサー１１０、チャンネルエンコーダー及び変調器１２０−１、…、１２０−Ｎ、プレコーダー１３０、直並列変換器１４０−１、…、１４０−Ｎｔ、変調器１５０−１、…、１５０−Ｎｔは、実施例２におけるスケジューラ及びマルチプレクサー２１０、チャンネルエンコーダー及び変調器２２０−１、…、２２０−Ｎ、プレコーダー２４０、直並列変換器２５０−１、…、２５０−Ｎｔ、変調器２６０−１、…、２６０−Ｎｔと同様に適用されることができる。ただし、実施例２ではコードブック基盤プレコーダー２３０がさらに備えられる。
【００９９】
本実施例のプレコーダー２４０が行うコードブック基盤プレコーディングは、実施例１のプレコーダー１３０が行う位相シフト基盤プレコーディング（これを第１のプレコーディングという）と区別するために、第２のプレコーディングという。第２のプレコーディングは、送受信機において既知のプレコーディング行列のインデックスを受信機からフィードバックされ、信号対雑音比（ＳＮＲ）利得を得る方式である。
【０１００】
図１０は、コードブック基盤プレコーディングを支援する多重アンテナシステムの送受信過程を示す概念図である。図示のように、送信機及び受信機は、それぞれ有限なプレコーディング行列（Ｐ１〜ＰＬ）を備えており、受信機では、チャンネル情報を用いて、最適のプレコーディング行列インデックスＩを送信機にフィードバックし、送信機のプレコーダー２４０は、フィードバックされたインデックスに該当するプレコーディング行列を伝送データ（Ｘ１〜ＸＭｔ）に適用する。
【０１０１】
表３は、２つの伝送アンテナを備え、空間多重化率２を支援し、３ビットのフィードバック情報を用いる場合に適用できるコードブックの一例を示す。
【０１０２】
【表３】
実施例２のようにコードブック基盤プレコーディングと位相シフト基盤プレコーディングを同時に適用する場合、送信機は、受信機が好きなプレコーディングインデックス、チャンネル状態情報（ＣＱＩ）、及びチャンネル状況が最もいい周波数帯域に対する情報を周期的にフィードバックされる。送信機は、このようなフィードバック情報に基づいて、同一のプレコーディングインデックスを用いながら、好きなデータストリームが相違した受信機（ユーザ端末）を同一の周波数と同一の時間帯でスケジューリングする。
【０１０３】
一方、実施例２のメモリ（図示せず）は、実施例１のメモリに比べて、プレコーディングのためのコードブックをさらに備えなければならない。また、実施例２の受信回路（図示せず）は、実施例１の受信回路よりも、前記コードブックにおいてプレコーディング行列を選択するためのコードブックインデックス情報をさらに受信しなければならない。
【０１０４】
上述した実施例１及び実施例２の送受信装置は、データ伝送過程において、インパルス雑音による損失を最小化するために、コードビットパーシングを通じたインターリービングを行うインターリーバ（図示せず）、プレコーディングされた伝送シンボルを時間領域の搬送波に乗せるための高速逆フーリエ変換器（ＩＦＦＴ）（図示せず）、伝送シンボルを高周波信号に変換するためのフィルタ（図示せず）、及びアナログ変換機（図示せず）等をさらに有してもよい。
【０１０５】
次に、本発明で提案した位相シフト基盤の多重ユーザ・多重アンテナ方法の性能を検証するために、表４の環境でシミュレーションを行った結果をみると、以下の通りである。
【０１０６】
【表４】
図１１Ａは、ＩＴＵ ＰｅｄＡチャンネルにおいて、空間相関度が全くない場合、従来のＰＡＲＣと本発明が提案する方法とを比較した結果であり、図１１Ｂは、送受信機の空間相関度が７０％である場合、従来のＰＡＲＣと本発明が提案する方法とを比較した結果である。
【０１０７】
図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、送受信機の空間相関度にかかわらず、本発明の伝送方法が、ＰＡＲＣよりも常時伝送率が高く出ることが分かる。また、送受信機の空間相関度が高くなることにより、性能差が大きくなることが分かる。すなわち、本発明によると、多重ユーザに対する干渉が大きく減らすので、全体的な伝送性能が高くなることである。
【０１０８】
図１２Ａ及び図１２Ｂは、周波数選択性が高いＴＵチャンネルにおいて、従来のＰＡＲＣと本発明の伝送方法とを比較した結果を示すものである。
【０１０９】
図１２Ａに示すように、送受信機の空間相関度が全くない場合も、ＰＡＲＣと本発明との性能差は殆どなく、特に、図１２Ｂに示すように、送受信機の空間相関度が７０％に高くなることにより、本発明が、コードブック基盤プレコーディングによってＳＮＲ利得が得られるようになるので、伝送率が１５％以上向上することが分かる。
【０１１０】
上述した本発明は、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者にとって、本発明の技術的思想を外れない範囲内で、様々な置換、変形及び変更が可能であるので、前述した実施例及び添付図面により限定されるものではない。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伝送方法に関し、より詳しくは、無線通信システムにおける位相シフト基盤プレコーディングを用いてデータを伝送する方法及びそれを具現するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、Ｗ−ＣＤＭＡシステムにおいて、多重アンテナを用いて、ビーム形成、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ）、また送信ダイバーシチ等の新たな技術を通じて、容量増大及び伝送速度の高速化、またリンクの信頼性を極大化するための研究が進行されている。特に、空間多重化を通じて高速伝送を追及するＶ−ＢＬＡＳＴのようなＭＩＭＯ技術が、３ＧＰＰ（３ｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ ）標準化に反映されている。
【０００３】
また、Ｒｅｌｅａｓｅ ９９及びＲｅｌｅａｓｅ ４で採用された２つのアンテナを用いた送信ダイバーシチが発展して、３つ以上のアンテナを用いたＶ−ＢＬＡＳＴの進化形態であるＰＡＲＣ（Ｐｅｒ Ａｎｔｅｎｎａ Ｒａｔｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）や、多重ユーザを支援するために提案されたＰＵ２ＲＣ（Ｐｅｒ Ｕｓｅｒ Ｕｎｉｔａｒｙ Ｒａｔｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）のような新たなダイバーシチ技術も提案されている。
【０００４】
図１Ａは、単一ユーザのためのＰＡＲＣ構造を示すブロック図であり、図１Ｂは、多重ユーザのためのＰＡＲＣ構造を示すブロック図である。
【０００５】
従来のＶ−ＢＬＡＳＴの場合、チャンネル状態情報（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ：ＣＱＩ）のフィードバック情報無しに、各伝送アンテナ毎に同一の変調と符号化を設定して伝送する。しかしながら、ＰＡＲＣは、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、ユーザ端末からＭＣＳ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｃｏｄｉｎｇ Ｓｅｔ）及び／または伝送アンテナ集合（Ｔｒａｎｓｍｉｔ Ａｎｔｅｎｎａ Ｓｕｂｓｅｔ：ＴＡＳ）等のチャンネル状態情報をフィードバックされ、アンテナ別に伝送すべきユーザデータストリームを選択する。
【０００６】
図１Ａは、単一ユーザのためのＰＡＲＣであるので、図示のように、３名のユーザデータストリームのいずれかを選択し、図１Ｂは、多重ユーザのためのＰＡＲＣであるので、２つ以上のユーザデータストリームを選択するようになる。
【０００７】
次いで、逆多重化され、バッファに入力された該当ユーザデータストリームに前記チャンネル情報に基づいて変調及び符号化を適用した後、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）等の多重化変調過程を経てそれぞれの伝送アンテナを介して送信する。
【０００８】
すなわち、ＰＡＲＣにおける基地局は、ユーザ端末からフィードバックされた情報を用いて、システム伝送速度を最大にする形態のスケジューリングを行い、これにより、１つのユーザ端末または２つ以上のユーザ端末が、同時に、同一の周波数と時間資源を空間的に共有するようになる。ＰＡＲＣは、基地局がスケジューリングするユーザ端末の個数が多くなるほど、多重ユーザのダイバーシティ利得を大いに得ることができる。
【０００９】
ＰＡＲＣは、フィードバック情報としてＣＱＩのみを要求するため、フィードバックオーバーヘッドが少なく、オーバーヘッドが少ないので、フィードバック過程でのエラー発生率が相対的に少なく、単一ユーザのためのＰＡＲＣと多重ユーザのためのＰＡＲＣとの間に切り替えが容易であるという長所がある。しかしながら、多重ユーザのためのＰＡＲＣの場合、ユーザ間の干渉により伝送効率に劣るという問題があった。
【００１０】
図２は、多重ユーザのためのＰＵ２ＲＣ構造を示すブロック図である。ＰＵ２ＲＣは、多重ユーザにデータストリームを伝送するために、空間多重化を用いる。したがって、多重ユーザに伝送するために複数のデータストリームが選択される。前述のように、ＰＵ２ＲＣは、多重ユーザの環境に焦点を合わせており、ＭＩＭＯチャンネルの特異値分解（Ｓｉｎｇｕｌａｒ Ｖａｌｕｅ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＳＶＤ）に基づくユニタリ行列を用いてプレコーディングを行う。
【００１１】
送信機でのユニタリ行列は、全てのユーザ端末から選択された単位基本ベクターの組合せであり、ここで、ベクターの総和がＭで表される場合、前記単位基本ベクターはいずれも、１つまたは複数のユーザから選択されたものである。このような選択は、最高の容量獲得のための時空間多重ユーザ理論に基づいて行う。
【００１２】
ＰＵ２ＲＣは、多重ユーザ間に干渉を減らし、高い効率向上が得られる長所があるが、チャンネル状態情報以外に好適な行列インデックス情報までフィードバックされなければならないという点で、フィードバックオーバーヘッドが大きく、したがって、伝送中にエラーが生じる可能性が相対的に大きいという短所があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、関連技術の限界及び短所によって発生する問題を解決するための無線通信システムにおいて、位相シフト基盤プレコーディングを用いてデータを伝送する方法及びそれを具現するための装置に関する。
【００１４】
本発明は、多重アンテナ無線通信システムにおいて、複数個の副搬送波を用いてデータを伝送する方法を提供することを目的とする。
【００１５】
本発明の他の目的は、複数個の副搬送波を用いる多重ユーザ・多重アンテナ通信システムにおける送信装置及び受信装置を提供することを他の目的とする。
【００１６】
本発明の他の特徴、利点及び目的は、後述する説明でより詳細に説明される。これらの特徴、利点及び目的の一部分は、この技術の分野における通常の技術を有する者にとって、本発明を実施することにより明らかに理解され得る。本発明の他の目的及び他の利点は、添付図面のみならず、請求の範囲及び詳細な説明に記載されている構造から理解され得る。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の目的によって、また、上述した目的及び利点を達成するために、ここに記載された本発明の一様相による、多重アンテナ無線通信システムにおいて、複数の副搬送波を用いてデータを送信する方法は、移動局からフィードバック情報を受信するステップと、前記受信されたフィードバック情報を用いて、各アンテナによって送信されるべきユーザデータに独立的にチャンネルエンコーディング及び変調を行うステップと、前記ユーザデータの位相角を固定された量だけ増加させるための位相シフト基盤プレコーディング行列を決定するステップと、前記ユーザデータ上に前記決定された位相シフト基盤プレコーディング行列を適用してプレコーディングを行うステップとを含む。
【００１８】
本発明の他の様相による、複数の副搬送波を用いる多重ユーザ・多重アンテナ通信システムの送信装置及び受信装置で構成される送受信装置であって、前記送受信装置は、前記受信装置からのフィードバック情報を用いて、各アンテナに対するユーザデータ上に独立的にチャンネルエンコーディング及び変調を行うようになっているチャンネルエンコーダー及び変調器と、位相シフト基盤プレコーディング行列を決定するようになっている第１のプレコーダーとして、前記第１のプレコーダーは、前記決定された位相シフト基盤プレコーディング行列を用いて、前記ユーザデータ上にプレコーディングを行うようになっている、第１のプレコーダーとを備え、前記位相シフト基盤プレコーディング行列は、各アンテナに対する前記ユーザデータの位相角を固定された値だけ増加させるステップに基づいて決定される。
【００１９】
上述した大略の記載及び後述する本発明の詳細な説明は、全て例示のものであって、本発明の請求の範囲をより詳細に記述するためのものであることを理解しなければならない。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によると、上述したＰＡＲＣの長所をそのまま維持しながら、多重ユーザ間の干渉を最小化することができ、ＰＵ２ＲＣの性能に遅れないながらも、フィードバックオーバーヘッドを減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１Ａ】図１Ａは、単一ユーザのためのＰＡＲＣ構造を示すブロック図であり、図１Ｂは、多重ユーザのためのＰＡＲＣ構造を示すブロック図である。
【図１Ｂ】図１Ａは、単一ユーザのためのＰＡＲＣ構造を示すブロック図であり、図１Ｂは、多重ユーザのためのＰＡＲＣ構造を示すブロック図である。
【図２】図２は、多重ユーザのためのＰＵ２ＲＣ構造を示すブロック図である。
【図３Ａ】図３Ａは、実施例１による通信システムの送信機の構造を示すブロック図である。
【図３Ｂ】図３Ｂ及び図３Ｃは、図３Ａの送信機において、特に、プレコーダー１３０の構成を、実施例に従って詳細に示したブロック図である。
【図３Ｃ】図３Ｂ及び図３Ｃは、図３Ａの送信機において、特に、プレコーダー１３０の構成を、実施例に従って詳細に示したブロック図である。
【図４】図４は、位相シフト基盤プレコーディングを行うための送信機の主要構成を示すブロック図である。
【図５】図５は、循環遅延によりチャンネルの大きさが変化した模様を示す図である。
【図６】図６は、送信アンテナが４つであり、空間多重化率が２である多重アンテナシステムに、従来の空間多重化技法と循環遅延ダイバーシチが適用された場合を示す図である。
【図７】図７は、式１０の位相シフト基盤プレコーディング行列を適用された多重アンテナシステムを示すブロック図である。
【図８】図８は、プレコーディング行列の特定の部分が選択された４つ送信アンテナを示すブロック図である。
【図９】図９は、実施例２による通信システムの送信機の構造を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、コードブック基盤プレコーディングを支援する多重アンテナシステムの送受信過程を示す概念図である
【図１１Ａ】図１１Ａは、ＩＴＵ ＰｅｄＡチャンネルにおいて、空間相関度が全くない場合、従来のＰＡＲＣと本発明が提案する方法とを比較した結果である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、送受信機の空間相関度が７０％である場合、従来のＰＡＲＣと本発明が提案する方法とを比較した結果である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、周波数選択性が高いＴＵチャンネルにおいて、従来のＰＡＲＣと本発明の伝送方法とを比較した結果を示す図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、周波数選択性が高いＴＵチャンネルにおいて、従来のＰＡＲＣと本発明の伝送方法とを比較した結果を示す他の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の好適な実施例について、添付図面を参照して詳細に説明する。可能な限り、明細書の全体にわたって、同一の参照符号は、同じ構成要素を示す。
以下の技術は、様々な通信システムに用いられ得る。通信システムは、音声、パケットデータ等のような様々な通信サービスを提供するために広く配置される。この技術は、ダウンリンクまたはアップリンクで用いられる。ダウンリンクは、基地局（ｂａｓｅ ｓｔａｔｉｏｎ；ＢＳ）から端末（ｍｏｂｉｌｅ ｓｔａｔｉｏｎ；ＭＳ）への通信を意味し、アップリンクは、端末から基地局への通信を意味する。
【００２３】
基地局は、一般に、端末と通信する固定局をいい、ノード−Ｂ、ＢＴＳ（ｂａｓｅ ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ ｓｙｓｔｅｍ）、アクセスポイント等の他の用語で呼ばれてもよい。端末は、固定されまたは移動性を有してもよく、ＵＥ（ｕｓｅｒ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）、ＵＴ（ｕｓｅｒ ｔｅｒｍｉｎａｌ）、ＳＳ（ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ）、無線機器等の他の用語で呼ばれてもよい。
【００２４】
本発明は、単一キャリアまたは多重キャリア通信システムに用いられる。多重キャリアシステムは、ＯＦＤＭや他の多重キャリア変調技法を活用することができる。ＯＦＤＭは、全体システムの帯域幅を直交性を有する多数の副搬送波に分割する。副搬送波は、サブバンド、トーン等と呼ばれてもよい。単一キャリアシステムは、ＳＣ−ＣＤＭＡ（ｓｉｎｇｌｅ−ｃａｒｒｉｅｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｃｃｅｓｓ）、ＣＤＭＡ（ｃｏｄｅ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｃｃｅｓｓ）等の単一キャリア変調技法を活用することができる。
【００２５】
一般に、通信システムは、送信機と受信機を含む。ここで、送信機と受信機は、送信機能と受信機能を全て行う送受信機と言える。但し、フィードバックに関する説明を明確にするために、一般のデータの伝送を担当する一方を送信機といい、送信機にフィードバックデータを伝送する他方を受信機という。
【００２６】
ダウンリンクにおいて、送信機は、基地局の一部であってもよく、受信機は、端末の一部であってもよい。アップリンクにおいて、送信機は、端末の一部であってもよく、受信機は、基地局の一部であってもよい。基地局は、多数の受信機と多数の送信機を含めてもよい。端末は、多数の受信機と多数の送信機を含めてもよい。
【実施例１】
【００２７】
本実施例では、多重ユーザ・多重アンテナシステムにおいて、各伝送アンテナに異なる変調と符号化を設定して、伝送効率を最大化し、一方、位相シフト基盤のプレコーティングを適用して、ユーザ間の干渉を最小化する方法、及びそれを具現する送受信装置を提案する。
【００２８】
図３Ａは、実施例１による通信システムの送信機の構造を示すブロック図である。図示のように、送信機１００は、スケジューラ及びマルチプレクサー１１０、チャンネルエンコーダ及び変調器１２０−１、…、１２０−Ｎ、プレコーダー１３０、直並列変換器１４０−１、…、１４０−Ｎｔ、変調器１５０−１、…、１５０−Ｎｔを有する。
【００２９】
一方、図３Ｂ及び図３Ｃは、図３Ａの送信機において、特に、プレコーダー１３０の構成を、実施例に従って詳細に示したブロック図である。
【００３０】
図３Ａにおいて、スケジューラ及びマルチプレクサー１１０は、ユーザ別に情報ビットが入力されると、伝送対象のユーザ端末をスケジューリングし、その中で実際に伝送すべきユーザを選択し、選択された情報ビットを多重化する。
【００３１】
チャンネルエンコーダ及び変調器１２０−１、…、１２０−Ｎは、前記多重化した情報ビットストリームを定められたコーディング方式によりエンコードし、符号化したデータを形成し、情報ビットストリームの符号化したデータを予め定められた変調方式により変調する。前記情報ビットは、テキスト、音声、映像またはその他のデータを含めてもよい。
【００３２】
また、チャンネルエンコーダ及び変調器１２０−１、…、１２０−Ｎは、情報ビットのそれぞれにＣＲＣ（ｃｙｃｌｉｃ ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ ｃｈｅｃｋ）のようなエラー検出ビットを追加し、エラー訂正のための余分のコードを追加することができる。エラー訂正コードは、ターボ符号、ＬＤＰＣ（ｌｏｗ ｄｅｎｓｉｔｙ ｐａｒｉｔｙ ｃｈｅｃｋ ｃｏｄｅ）、及び畳み込み符号のいずれか一つであってもよく、これに限定されず、エラー訂正を行う他の符号がこれに該当し得る。
【００３３】
チャンネルエンコーダ及び変調器１２０−１、…、１２０−Ｎにより符号化したデータは、振幅と位相星座による位置を表現するシンボルでマッピングされる。変調方式には制限がなく、ｍ−ＰＳＫ（ｍ−ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ）またはｍ−ＱＡＭ（ｍ−ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）であってもよい。例えば、ｍ−ＰＳＫは、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫまたは８−ＰＳＫであってもよい。ｍ−ＱＡＭは、１６−ＱＡＭ、６４−ＱＡＭまたは２５６−ＱＡＭであってもよい。
【００３４】
プレコーダー１３０は、前記マッピングされたシンボルに、位相シフト基盤プレコーディングを行う。プレコーダー１３０の出力による一周期（または１つのタイムスロット）に伝送されるシンボルの集合を、伝送シンボルという。プレコーダー１３０で行われる位相シフト基盤プレコーディングは、後で詳述する。
【００３５】
直並列変換器１４０−１、…、１４０−Ｎｔは、プレコーディングされた伝送シンボルをそれぞれ並列化し、変調器１５０−１、…、１５０−Ｎｔに入力する。
【００３６】
変調器１５０−１、…、１５０−Ｎｔは、並列化されて入力された各伝送シンボルを多重接続変調方式により変調する。多重接続変調方式については制限がなく、よく知られたＣＤＭＡのようなシングルキャリア変調方式やＯＦＤＭのような多重キャリア変調方式を採用することができる。
【００３７】
以下では、多重キャリア変調技法としてＯＦＤＭを用いる２つアンテナシステム及び４つアンテナシステムを一例とする位相シフト基盤プレコーディング法を説明し、これを、Ｎｔ個の多重アンテナシステムに拡張するための一般化した位相シフト基盤プレコーディング行列の構成方法を説明する。
【００３８】
位相シフト基盤プレコーディング法
図４は、位相シフト基盤プレコーディングを行うための送信機の主要構成を示すブロック図である。位相シフト基盤プレコーディング法は、伝送すべき全てのストリームを全体アンテナを介して伝送するが、それぞれ他の（または独立的な）位相のシーケンスを乗じて伝送することである。一般に、小さな循環遅延値を用いて、位相シーケンスを生成すると、受信機（例えば、移動局）からみるとき、チャンネルに周波数選択性が生じながら、周波数領域に応じてチャンネルの大きさが大きくまたは小さくなる。
【００３９】
図５は、循環遅延によりチャンネルの大きさが変化した様子を示す図である。図示のように、送信機１００は、相対的に小さな循環遅延値により振動する周波数帯域の中で周波数が大きくなり、チャンネル状態が良好となる部分にユーザ端末を割当て、周波数ダイバーシチを確保する。この際、各アンテナに対して一定に増加または減少する循環遅延値を適用するために、位相シフト基盤プレコーディング行列を用いる。位相シフトプレコーディング行列Ｐを一般化して表すと、式１の通りである。
【００４０】
【数１】
ここで、
【００４１】
【化１】
（ｉ＝１、…、Ｎｔ、ｊ＝１、…、Ｒ）は、副搬送波アンテナｋにより決定される複合加重値を示し、Ｎｔは、送信アンテナの個数、Ｒは、空間多重化率をそれぞれ示す。こごて、複合加重値は、アンテナに乗じられるＯＦＤＭシンボル及び該当副搬送波のインデックスにより異なる値を有してもよい。前記複合加重値は、チャンネル状況及びフィードバック情報の有無の少なくともいずれか一つにより決定され得る。
【００４２】
一方、前記式１のプレコーディング行列Ｐは、多重アンテナシステムでのチャンネル容量の損失を減らすために、ユニタリ行列で設計されることが好ましい。ここで、ユニタリ行列構成のための条件を調べるために、多重アンテナシステムのチャンネル容量を数式で表すと、以下の通りである。
【００４３】
【数２】
ここで、Ｈは、ＮｒｘＮｔの大きさの多重アンテナチャンネル行列であり、Ｎｒは、受信アンテナの個数を示す。前記式２に位相シフト基盤プレコーディング行列Ｐを適用すると、式３の通りである。
【００４４】
【数３】
式３に示すように、チャンネル容量に損失がないようにするために、ＰＰＨが単一行列とならなければならないので、位相シフト基盤プレコーディング行列Ｐは、式４のような条件を満たすユニタリ行列でなければならない。
【００４５】
【数４】
位相シフト基盤プレコーディング行列Ｐがユニタリ行列となるためには、以下の２つの条件、すなわち、電力制限条件及び直交制限条件を同時に満たさなければならない。電力制限は、行列をなす各列の大きさが１となるようにし、直交制限は、行列の各列間に直交性を有するようにすることである。これらを数式で表すと、それぞれ式５及び式６の通りである。
【００４６】
【数５】
【００４７】
【数６】
前記式２乃至式６に関する論議は、ユニタリ行列に関するものである。次に、１つの実施例として、２×２位相シフト基盤プレコーディング行列の一般化した数式を提示し、前記２つの条件を満たすための数式を調べるようにする。
【００４８】
式７は、２つの送信アンテナを有し、空間多重化率が２である位相シフト基盤プレコーディング行列の一般式を示している。
【００４９】
【数７】
ここで、αｉ、βｉ（ｉ＝１、２）は、実数値を有し、θｉ（ｉ＝１、２、３、４）は、位相値を示し、ｋは、ＯＦＤＭ信号の副搬送波インデックスを示す。
【００５０】
このようなプレコーディング行列（例えば、式７）をユニタリ行列で具現するためには、式８の電力制限条件と式９の直交制限条件を満たさなければならない。
【００５１】
【数８】
【００５２】
【数９】
ここで、 標識＊は、共役複素数を示す。前記式７乃至式９を全て満足する２×２位相シフト基盤プレコーディング行列の一実施例は、式１０の通りである。
【００５３】
【数１０】
ここで、θ２とθ３は、直交制限により式１１のような関係を有する。
【００５４】
【数１１】
一方、プレコーディング行列は、送信機及び受信機のメモリにコードブックの形態で保存されてもよいが、前記コードブックは、有限個の異なるθ２値を通じて生成した様々なプレコーディング行列を含めて構成されてもよい。また、θ２値は、チャンネル状況とフィードバック情報の有無によって適宜設定されてもよく、フィードバック情報を用いる場合であれば、θ２を小さく設定し、フィードバックを用いない場合であれば、θ２を大きく設定することにより、高い周波数ダイバーシチ利得を得ることができる。
【００５５】
一方、前記式７のような位相シフト基盤プレコーディング行列が生成されても、チャンネル状況によって、実際のアンテナ数に比べて空間多重化率（Ｒａｎｋ； Ｒ）が小さく設定されなければならない場合が生じ得る。このような場合は、前記生成した位相シフト基盤プレコーディング行列の中で、現在の空間多重化率（小さくなった空間多重化率）に相応する個数の特定列を選択し、位相シフト基盤プレコーディング行列を新たに再構成することができる。すなわち、空間多重化率が変わる度に、該当システムに適用される新たなプレコーディング行列を生成するものではなく、最初に生成した位相シフト基盤プレコーディング行列をそのまま活用するが、該当プレコーディング行列の特定列を選択して、プレコーディング行列を再構成する。
【００５６】
一例として、前記式１０のプレコーディング行列は、２つの送信アンテナを有する多重アンテナシステムにおいて、空間多重化率が２である場合を想定しているが、何らかの理由で空間多重化率が１に低くなることが生じ得る。この場合、前記式１０の行列中で特定列を選択してプレコーディングを行うことができるが、例えば、二番目の列を選択した場合の位相シフト基盤プレコーディング行列は、以下の式１２のようであり、これは、従来の２つの送信アンテナの循環遅延ダイバーシチ技法と同一の形態となる。
【００５７】
【数１２】
ここでは、２つの送信アンテナを有するシステムを挙げているが、４つの送信アンテナを有するシステムにも拡張して適用することができる。すなわち、送信アンテナが４つである場合の位相シフト基盤プレコーディング行列を生成した後、変化する空間多重化率（例えば、２から１に変化）により特定列を選択してプレコーディングを行うことができる。
【００５８】
一例として、図６は、送信アンテナが４つであり、空間多重化率が２である多重アンテナシステムに、従来の空間多重化技法と循環遅延ダイバーシチが適用された場合を示し、図７は、このような多重アンテナシステムに式１０の位相シフト基盤プレコーディング行列を適用した場合を示している。
【００５９】
図６によると、第１のアンテナ（例えば、ＡＮＴ＃１）及び第３のアンテナ（例えば、ＡＮＴ＃３）には、第１のシーケンスＳ１及び第２のシーケンスＳ２が伝達され、第２のアンテナ（例えば、ＡＮＴ＃２）及び第４のアンテナ（例えば、ＡＮＴ＃４）には、所定の大きさで位相シフトされた第１のシーケンス
【００６０】
【化２】
及び第２のシーケンス
【００６１】
【化３】
が伝達される。したがって、全体としては空間多重化率が２となることが分かる。
【００６２】
これに比べて、図７において、第１のアンテナ（例えば、ＡＮＴ＃１）には
【００６３】
【化４】
が伝達され、第３のアンテナ（例えば、ＡＮＴ＃３）には
【００６４】
【化５】
が伝達され、第２のアンテナ（例えば、ＡＮＴ＃２）には
【００６５】
【化６】
が伝達され、第４のアンテナ（例えば、ＡＮＴ＃４）には
【００６６】
【化７】
が伝達される。
【００６７】
したがって、前記図６のシステムに比べて、プレコーディング法の長所を有すると共に、単一のプレコーディング行列を用いて、４つのアンテナに対して、循環遅延（または位相シフト）を行うことができるので、循環遅延ダイバーシチ技法による長所まで有することができる。
【００６８】
上述した２つアンテナシステム及び４つアンテナシステムに対する空間多重化率別の位相シフト基盤プレコーディング行列をまとめると、以下の通りである。
【００６９】
【表１】
ここで、θｉ（ｉ＝１、２、３、４）は、循環遅延値による位相角であり、ｋは、ＯＦＤＭの副搬送波インデックスである。前記表２において、前記４つの場合のプレコーディング行列のそれぞれは、図８に示すように、４つの送信アンテナを有すると共に、空間多重化率が２である多重アンテナシステムに対するプレコーディング行列の特定の部分を取って得られる。
【００７０】
したがって、前記４つの場合に対するそれぞれのプレコーディング行列をコードブックに別途に備える必要がなく、送信機及び受信機のメモリ容量を節約することができる。また、上述した位相シフト基盤プレコーディング行列は、同一の原理により、アンテナ数がＭであり、空間多重化率がＮ（Ｎ≦Ｍ）であるシステムについても拡張され得る。
【００７１】
位相シフト基盤プレコーディング法を具現するための第１のプレコーダー
上述した位相シフト基盤プレコーディング法を具現するために、第１のプレコーダー１３０−１は、プレコーディング行列生成モジュール１３１−１、行列再構成モジュール１３３−１、及びプレコーディングモジュール１３４−１を含めてなる。
【００７２】
プレコーディング行列生成モジュール１３１−１は、所定のプレコーディング行列において、一番目の副搬送波に対応する基準行を決定し、前記基準行を一定の単位で増加する位相角で位相シフトさせ、残りの行を決定する。本発明では、（送信アンテナの個数）×（空間多重化率）の大きさのユニタリ行列を用いてプレコーディングを行うが、前記ユニタリ行列は、各副搬送波のインデックス別に備えられ、一番目のインデックスに対するユニタリ行列を位相シフトさせ、残りのインデックスのユニタリ行列を求める。
【００７３】
すなわち、プレコーディング行列生成モジュール１３１−１は、メモリ１５０に予め保存されたコードブックにおいて、任意の第１のプレコーディング行列を選択する。２番目のインデックスの副搬送波に対する第２のプレコーディング行列は、前記第１のプレコーディング行列に所定の大きさの位相シフトを加えて生成される。この際、シフトされる位相の大きさは、現在のチャンネル状況及び／または受信機からのフィードバック情報の有無によって多様に設定され得る。３番目のインデックスの副搬送波に対する第３のプレコーディング行列は、前記第２のプレコーディング行列に再度位相シフトを行って得られる。すなわち、前記第２のプレコーディング行列の生成過程は、第３のプレコーディング行列乃至最後の順番のプレコーディング行列の生成過程において繰り返して行われる。
【００７４】
行列再構成モジュール１３３−１は、前記プレコーディング行列生成モジュール１３１で生成した各プレコーディング行列において、与えられた空間多重化率に相応する個数だけの列を選択し、それ以外の列は削除することにより、プレコーディング行列を再構成する。ここで、前記選択された列のみからなるプレコーディング行列を新たに生成することもできる。一方、前記プレコーディング行列において特定列を選択することは、任意の列が選択されるものであってもよく、予め定められた政策によって特定列が選択されるものであってもよい。
【００７５】
プレコーディングモジュール１３４−１は、前記決定された各プレコーディング行列に、該当副搬送波に対するＯＦＤＭシンボルを代入してプレコーディングを行う。
【００７６】
一般化した位相シフト基盤プレコーディング法
以上では、送信アンテナが４つであり、空間多重化率が２である場合の位相シフト基盤プレコーディング行列が構成される過程を説明したが、本発明の位相シフト基盤プレコーディング法は、アンテナ数がＮｔ（Ｎｔは、２以上の自然数）であり、空間多重化率がＲ（Ｒは、１以上の自然数）であるシステムについて拡張され得る。これは、上述した内容と同一の方法で拡張されてもよく、以下の式１３のような方法で一般化されてもよい。
【００７７】
【数１３】
ここで、＝の右側の前半部行列は、位相シフトのためのユニタリ行列であり、後半部行列Ｕは、特定の目的のために用いられる行列であって、
【００７８】
【化８】
を満足するユニタリ行列である。
【００７９】
２つの伝送アンテナを有し、１ビットコードブックを用いる場合の位相シフト基盤プレコーディング行列の生成式の一例は、式１４の通りである。
【００８０】
【数１４】
式１４において、α値が定められると、β値は容易に定められるので、α値に対する情報を適切な２つの値で定めておき、これに対する情報をコードブックインデックスにフィードバックするように具現することができる。一例として、フィードバックが０であれば、αは０．２とし、フィードバックインデックスが１であれば、αは０．８とすることを、送受信機間に予め約束することができる。
【００８１】
後半部行列の一例として、信号対雑音比（ＳＮＲ）利得を得るための所定のプレコーディング行列Ｕが用いられ、特に、このようなプレコーディング行列としてウォルシュ符号が用いられる場合の位相シフト基盤プレコーディングＰの生成式をみると、式１５の通りである。
【００８２】
【数１５】
式１５は、４つの送信アンテナと空間多重化率４を有するシステムを前提としており、ここで、前記後半部行列を適切に再構成することにより、特定の送信アンテナを選択し、または、空間多重化率を調節することができる。
【００８３】
以下の式１６は、送信アンテナが４つであるシステムにおいて、２つのアンテナを選択するために、前記後半部行列を再構成した様子を示している。
【００８４】
【数１６】
上述のように、空間多重化率は、時間及び／またはチャンネル状態を含む様々な要因により変わり得る。また、以下の表２は、時間またはチャンネルの状況等によって空間多重化率が変わる場合、該当多重化率に合わせて、前記後半部行列を再構成するための方法を示している。
【００８５】
【表２】
この際、表２では、多重化率によって後半部行列の１番目列、１〜２番目列、１〜４番目列が選択された場合を示しているが、必ずしもこれに限るものではなく、多重化率が１である場合、１、２、３、４番目の列のいずれか一つが選ばれ、多重化率が２である場合、１〜２、２〜３、３〜４、４〜１番目の列のいずれか一つが選ばれてもよい。
【００８６】
また、表２の行列の１つ以上の列は、空間領域資源を共有するために、他のユーザに割り当てられてもよい。
【００８７】
また、前記後半部行列は、送信機及び受信機にコードブックの形態で備えられてもよい。この場合、送信機は、受信機からコードブックのインデックス情報をフィードバックされ、自身が備えているコードブックから、該当インデックスのユニタリ行列（後半部行列）を選択した後、前記式１３を用いて、位相シフト基盤プレコーディング行列を構成する。
【００８８】
一方、位相シフト基盤プレコーディングのための循環遅延値は、送受信機に予め定められた値であってもよく、受信機がフィードバックを通じて送信機に伝達した値であってもよい。また、空間多重化率Ｒもまた、送受信機に予め定められた値であってもよいが、受信機が周期的にチャンネル状態を把握し、空間多重化率を算出して、送信機にフィードバックすることもでき、受信機がフィードバックしたチャンネル情報を用いて、送信機が空間多重化率を算出及び変更してもよい。
【００８９】
本発明の実施例に関するより詳細な内容は、ここに参照として含まれている、２００６年１０月２日に出願された韓国特許出願番号第２００６−９７２１６号、２００７年４月１６日に出願された韓国特許出願番号第２００７−３７００８号と連関される。
【００９０】
一般化した位相シフト基盤プレコーディング法を具現するための第１のプレコーダー
この場合の第１のプレコーダー１３０−２は、プレコーディング行列決定モジュール１３１−２、アンテナ選択モジュール１３２、行列再構成モジュール１３３−２、及びプレコーディングモジュール１３４−２を含めてなる。
【００９１】
プレコーディング行列決定モジュール１３１−２は、式１３のように、位相シフトのための第１の行列と、ユニタリ行列条件を満足する第２の行列とを乗じて、位相シフト基盤プレコーディング行列を決定する。
【００９２】
アンテナ選択モジュール１３２は、前記第２の行列がＮ×Ｎ（Ｎは、２以上の整数）の大きさの行列であるというとき、式１６のように、前記第２の行列のうち、特定のアンテナに対応するｎ×ｎ（０＜ｎ＜Ｎ）の大きさの部分行列を一つ以上選択し、前記選択された部分行列以外の成分を全て０にセットし、データ伝送に用いるべき特定のアンテナを選択する。
【００９３】
行列再構成モジュール１３３−２は、表２におけるように、前記第２の行列において、所定の空間多重化率に相応する個数の列を選択し、前記選択された列のみからなるように、前記第２の行列を再構成する。
【００９４】
以上では言及されていないが、本実施例の送信機を具現するために、各種の設定情報を保存するメモリ（図示せず）、フィードバック情報を受信するための受信回路（図示せず）、及び上述した各種の構成要素の全般的な制御のための制御器（図示せず）等を備えなければならないことは、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者にとって自明である。
【００９５】
すなわち、メモリには、位相シフト基盤プレコーディングのためのコードブックと、適応的チャンネルコーディング及び変調（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｃｏｄｉｎｇ ＆ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；ＡＭＣ）技法を支援するためのＭＣＳルックアップテーブルが保存されてもよい。前記コードブックは、位相シフト基盤プレコーディング行列の項目と、各行列に対するインデックス項目を１つ以上含み、前記ＭＣＳルックアップテーブルは、入力された情報ビットに適用すべきコーディング率項目、変調方式及びこれらの項目とマッチングされるＭＣＳレベルインデックス項目を１つ以上含む。
【００９６】
受信回路は、受信機から伝送された信号をアンテナを介して受け取り、これをデジタル化して制御器に送る。受信回路に受信された信号から抽出された情報には、チャンネル品質情報（ｃｈａｎｎｅｌ ｑｕａｌｉｔｙ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ＣＱＩ）が含まれてもよい。ＣＱＩは、受信機が、送信機１００に、チャンネル環境やコーディング方式、変調方式についてフィードバックする情報であり、具体的には、位相シフト基盤プレコーディング行列のインデックス情報、及び特定のコーディング率及び／または変調方式を指定するためのインデックス情報の少なくとも１つがこれに該当し得る。前記インデックス情報として、ＭＣＳ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ Ｓｃｈｅｍｅ）レベルインデックスが用いられ得る。
【実施例２】
【００９７】
本実施例は、実施例１にコードブック基盤プレコーディングをさらに適用して、伝送電力を効率的にスケジューリングすることにより、データの伝送信頼度及び伝送効率を高める方法及びこれを具現する送受信機を提案する。
【００９８】
図９は、実施例２による通信システムの送信機の構造を示すブロック図である。実施例１におけるスケジューラ及びマルチプレクサー１１０、チャンネルエンコーダー及び変調器１２０−１、…、１２０−Ｎ、プレコーダー１３０、直並列変換器１４０−１、…、１４０−Ｎｔ、変調器１５０−１、…、１５０−Ｎｔは、実施例２におけるスケジューラ及びマルチプレクサー２１０、チャンネルエンコーダー及び変調器２２０−１、…、２２０−Ｎ、プレコーダー２４０、直並列変換器２５０−１、…、２５０−Ｎｔ、変調器２６０−１、…、２６０−Ｎｔと同様に適用されることができる。ただし、実施例２ではコードブック基盤プレコーダー２３０がさらに備えられる。
【００９９】
本実施例のプレコーダー２４０が行うコードブック基盤プレコーディングは、実施例１のプレコーダー１３０が行う位相シフト基盤プレコーディング（これを第１のプレコーディングという）と区別するために、第２のプレコーディングという。第２のプレコーディングは、送受信機において既知のプレコーディング行列のインデックスを受信機からフィードバックされ、信号対雑音比（ＳＮＲ）利得を得る方式である。
【０１００】
図１０は、コードブック基盤プレコーディングを支援する多重アンテナシステムの送受信過程を示す概念図である。図示のように、送信機及び受信機は、それぞれ有限なプレコーディング行列（Ｐ１〜ＰＬ）を備えており、受信機では、チャンネル情報を用いて、最適のプレコーディング行列インデックスＩを送信機にフィードバックし、送信機のプレコーダー２４０は、フィードバックされたインデックスに該当するプレコーディング行列を伝送データ（Ｘ１〜ＸＭｔ）に適用する。
【０１０１】
表３は、２つの伝送アンテナを備え、空間多重化率２を支援し、３ビットのフィードバック情報を用いる場合に適用できるコードブックの一例を示す。
【０１０２】
【表３】
実施例２のようにコードブック基盤プレコーディングと位相シフト基盤プレコーディングを同時に適用する場合、送信機は、受信機が好きなプレコーディングインデックス、チャンネル状態情報（ＣＱＩ）、及びチャンネル状況が最もいい周波数帯域に対する情報を周期的にフィードバックされる。送信機は、このようなフィードバック情報に基づいて、同一のプレコーディングインデックスを用いながら、好きなデータストリームが相違した受信機（ユーザ端末）を同一の周波数と同一の時間帯でスケジューリングする。
【０１０３】
一方、実施例２のメモリ（図示せず）は、実施例１のメモリに比べて、プレコーディングのためのコードブックをさらに備えなければならない。また、実施例２の受信回路（図示せず）は、実施例１の受信回路よりも、前記コードブックにおいてプレコーディング行列を選択するためのコードブックインデックス情報をさらに受信しなければならない。
【０１０４】
上述した実施例１及び実施例２の送受信装置は、データ伝送過程において、インパルス雑音による損失を最小化するために、コードビットパーシングを通じたインターリービングを行うインターリーバ（図示せず）、プレコーディングされた伝送シンボルを時間領域の搬送波に乗せるための高速逆フーリエ変換器（ＩＦＦＴ）（図示せず）、伝送シンボルを高周波信号に変換するためのフィルタ（図示せず）、及びアナログ変換機（図示せず）等をさらに有してもよい。
【０１０５】
次に、本発明で提案した位相シフト基盤の多重ユーザ・多重アンテナ方法の性能を検証するために、表４の環境でシミュレーションを行った結果をみると、以下の通りである。
【０１０６】
【表４】
図１１Ａは、ＩＴＵ ＰｅｄＡチャンネルにおいて、空間相関度が全くない場合、従来のＰＡＲＣと本発明が提案する方法とを比較した結果であり、図１１Ｂは、送受信機の空間相関度が７０％である場合、従来のＰＡＲＣと本発明が提案する方法とを比較した結果である。
【０１０７】
図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、送受信機の空間相関度にかかわらず、本発明の伝送方法が、ＰＡＲＣよりも常時伝送率が高く出ることが分かる。また、送受信機の空間相関度が高くなることにより、性能差が大きくなることが分かる。すなわち、本発明によると、多重ユーザに対する干渉が大きく減らすので、全体的な伝送性能が高くなることである。
【０１０８】
図１２Ａ及び図１２Ｂは、周波数選択性が高いＴＵチャンネルにおいて、従来のＰＡＲＣと本発明の伝送方法とを比較した結果を示すものである。
【０１０９】
図１２Ａに示すように、送受信機の空間相関度が全くない場合も、ＰＡＲＣと本発明との性能差は殆どなく、特に、図１２Ｂに示すように、送受信機の空間相関度が７０％に高くなることにより、本発明が、コードブック基盤プレコーディングによってＳＮＲ利得が得られるようになるので、伝送率が１５％以上向上することが分かる。
【０１１０】
上述した本発明は、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者にとって、本発明の技術的思想を外れない範囲内で、様々な置換、変形及び変更が可能であるので、前述した実施例及び添付図面により限定されるものではない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多重アンテナ無線通信システムにおいて、複数の副搬送波を用いてデータを送信する方法であって、
移動局からフィードバック情報を受信するステップと、
前記受信されたフィードバック情報を用いて、各アンテナによって送信されるべきユーザデータに独立的にチャンネルエンコーディング及び変調を行うステップと、
前記ユーザデータの位相角を固定された量だけ増加させるための位相シフト基盤プレコーディング行列を決定するステップと、
前記ユーザデータ上に前記決定された位相シフト基盤プレコーディング行列を適用してプレコーディングを行うステップとを含む、データ送信方法。
【請求項２】
前記位相シフト基盤プレコーディング行列を決定するステップは、位相シフトのための第１の行列を用いるステップと、前記第１の行列をユニタリ行列に作るために、前記第１の行列に第２の行列を乗じるステップとを含む、請求項１に記載のデータ送信方法。
【請求項３】
前記第１の行列は、列に沿って均等に増加する位相角を有する対角行列であり、前記第２の行列は、前記ユニタリ行列の条件を満足する位相シフト基盤プレコーディング行列である、請求項２に記載のデータ送信方法。
【請求項４】
前記第２の行列は、コードブックから選ばれ、前記コードブックは、相対的に低い空間多重化率を有する行列を含み、前記コードブックは、相対的に高い空間多重化率を有するまた他の行列の一部分である、請求項３に記載のデータ送信方法。
【請求項５】
空間多重化率に対応する特定個数の列を、前記第２の行列から選択するステップと、前記選択された列のみをもって、前記第２の行列を再構成するステップとをさらに含む、請求項３に記載のデータ送信方法。
【請求項６】
前記第１の行列と第２の行列を乗じた結果は、
【化９】
であり、
ここで、θｉは、位相値を示し、ｋは、副搬送波のインデックスまたは資源のインデックスを示し、Ｎｔは、送信アンテナまたは仮想アンテナの個数を示し、Ｒは、空間多重化率を示す、請求項４に記載のデータ送信方法。
【請求項７】
各送信アンテナに対して、スケジューリングチャンネル電力のためのコードブック基盤プレコーディングを行うステップをさらに含む、請求項１に記載のデータ送信方法。
【請求項８】
位相シフト基盤プレコーディング行列は、
【化１０】
であり、
ここで、ｋは、副搬送波のインデックスまたは資源のインデックスを示し、
【化１１】
は、（ｉ＝１、…、Ｎｔ、ｊ＝１、…、Ｒ）は、ｋにより決定される複合加重値を示し、Ｎｔは、送信アンテナまたは仮想アンテナの個数を示し、Ｒは、空間多重化率を示す、請求項１に記載のデータ送信方法。
【請求項９】
前記位相シフト基盤プレコーディング行列は、ユニタリ行列に前記位相シフト基盤プレコーディングを適用することにより導出される、請求項８に記載のデータ送信方法。
【請求項１０】
位相シフト基盤プレコーディング行列は、以下の二条件を満足する、請求項９に記載のデータ送信方法。
【化１２】
【請求項１１】
複数の副搬送波を用いる多重ユーザ・多重アンテナ通信システムの送信装置及び受信装置で構成される送受信装置であって、前記送受信装置は、
前記受信装置からのフィードバック情報を用いて、各アンテナに対するユーザデータ上に独立的にチャンネルエンコーディング及び変調を行うようになっているチャンネルエンコーダー及び変調器と、
位相シフト基盤プレコーディング行列を決定するようになっている第１のプレコーダーとして、前記第１のプレコーダーは、前記決定された位相シフト基盤プレコーディング行列を用いて、前記ユーザデータ上にプレコーディングを行うようになっている、第１のプレコーダーとを備え、
前記位相シフト基盤プレコーディング行列は、各アンテナに対する前記ユーザデータの位相角を固定された値だけ増加させるステップに基づいて決定される、送受信装置。
【請求項１２】
前記第１のプレコーダーは、前記空間多重化率に対応して複数個の列を選択するようになっており、また、前記選択された列のみを用いて、前記行列を再構成するようになっている行列再構成モジュールを有する、請求項１１に記載の送受信装置。
【請求項１３】
前記第１のプレコーダーは、第１の行列と第２行列を乗じることにより、前記位相シフト基盤プレコーディング行列を決定するようになっているプレコーディング行列決定モジュールを有し、前記第１の行列は、位相シフトと連関されており、前記第２の行列は、前記第１の行列をユニタリ行列に変換するステップと連関されている、請求項１１に記載の送受信装置。
【請求項１４】
前記第１の行列は、位相角が列に沿って固定された量だけ増加する対角行列であり、前記第２の行列は、ユニタリ行列のための条件を満足させる行列である、請求項１３に記載の送受信装置。
【請求項１５】
前記第１の行列と第２の行列を乗じた結果は、
【化１３】
であり、
ここで、θｉは、位相値を示し、ｋは、副搬送波のインデックスまたは資源のインデックスを示し、Ｎｔは、送信アンテナまたは仮想アンテナの個数を示し、Ｒは、空間多重化率を示す、請求項１３に記載の送受信装置。
【請求項１６】
空間多重化率に対応して、特定個数の列を前記第２の行列から選択するようになっており、また、前記選択された列のみをもって、前記第２の行列を再構成するようになっている行列再構成モジュールをさらに有する、請求項１５に記載の送受信装置。
【請求項１７】
各送信アンテナに対するスケジューリングチャンネル電力のためのコードブック基盤プレコーディングを行うようになっている第２のプレコーダーをさらに有する、請求項１１に記載の送受信装置。
【請求項１】
多重アンテナ無線通信システムにおいて、複数の副搬送波を用いてデータを送信する方法であって、
移動局からフィードバック情報を受信するステップと、
前記受信されたフィードバック情報を用いて、各アンテナによって送信されるべきユーザデータに独立的にチャンネルエンコーディング及び変調を行うステップと、
前記ユーザデータの位相角を固定された量だけ増加させるための位相シフト基盤プレコーディング行列を決定するステップと、
前記ユーザデータ上に前記決定された位相シフト基盤プレコーディング行列を適用してプレコーディングを行うステップとを含む、データ送信方法。
【請求項２】
前記位相シフト基盤プレコーディング行列を決定するステップは、位相シフトのための第１の行列を用いるステップと、前記第１の行列をユニタリ行列に作るために、前記第１の行列に第２の行列を乗じるステップとを含む、請求項１に記載のデータ送信方法。
【請求項３】
前記第１の行列は、列に沿って均等に増加する位相角を有する対角行列であり、前記第２の行列は、前記ユニタリ行列の条件を満足する位相シフト基盤プレコーディング行列である、請求項２に記載のデータ送信方法。
【請求項４】
前記第２の行列は、コードブックから選ばれ、前記コードブックは、相対的に低い空間多重化率を有する行列を含み、前記コードブックは、相対的に高い空間多重化率を有するまた他の行列の一部分である、請求項３に記載のデータ送信方法。
【請求項５】
空間多重化率に対応する特定個数の列を、前記第２の行列から選択するステップと、前記選択された列のみをもって、前記第２の行列を再構成するステップとをさらに含む、請求項３に記載のデータ送信方法。
【請求項６】
前記第１の行列と第２の行列を乗じた結果は、
【化９】
であり、
ここで、θｉは、位相値を示し、ｋは、副搬送波のインデックスまたは資源のインデックスを示し、Ｎｔは、送信アンテナまたは仮想アンテナの個数を示し、Ｒは、空間多重化率を示す、請求項４に記載のデータ送信方法。
【請求項７】
各送信アンテナに対して、スケジューリングチャンネル電力のためのコードブック基盤プレコーディングを行うステップをさらに含む、請求項１に記載のデータ送信方法。
【請求項８】
位相シフト基盤プレコーディング行列は、
【化１０】
であり、
ここで、ｋは、副搬送波のインデックスまたは資源のインデックスを示し、
【化１１】
は、（ｉ＝１、…、Ｎｔ、ｊ＝１、…、Ｒ）は、ｋにより決定される複合加重値を示し、Ｎｔは、送信アンテナまたは仮想アンテナの個数を示し、Ｒは、空間多重化率を示す、請求項１に記載のデータ送信方法。
【請求項９】
前記位相シフト基盤プレコーディング行列は、ユニタリ行列に前記位相シフト基盤プレコーディングを適用することにより導出される、請求項８に記載のデータ送信方法。
【請求項１０】
位相シフト基盤プレコーディング行列は、以下の二条件を満足する、請求項９に記載のデータ送信方法。
【化１２】
【請求項１１】
複数の副搬送波を用いる多重ユーザ・多重アンテナ通信システムの送信装置及び受信装置で構成される送受信装置であって、前記送受信装置は、
前記受信装置からのフィードバック情報を用いて、各アンテナに対するユーザデータ上に独立的にチャンネルエンコーディング及び変調を行うようになっているチャンネルエンコーダー及び変調器と、
位相シフト基盤プレコーディング行列を決定するようになっている第１のプレコーダーとして、前記第１のプレコーダーは、前記決定された位相シフト基盤プレコーディング行列を用いて、前記ユーザデータ上にプレコーディングを行うようになっている、第１のプレコーダーとを備え、
前記位相シフト基盤プレコーディング行列は、各アンテナに対する前記ユーザデータの位相角を固定された値だけ増加させるステップに基づいて決定される、送受信装置。
【請求項１２】
前記第１のプレコーダーは、前記空間多重化率に対応して複数個の列を選択するようになっており、また、前記選択された列のみを用いて、前記行列を再構成するようになっている行列再構成モジュールを有する、請求項１１に記載の送受信装置。
【請求項１３】
前記第１のプレコーダーは、第１の行列と第２行列を乗じることにより、前記位相シフト基盤プレコーディング行列を決定するようになっているプレコーディング行列決定モジュールを有し、前記第１の行列は、位相シフトと連関されており、前記第２の行列は、前記第１の行列をユニタリ行列に変換するステップと連関されている、請求項１１に記載の送受信装置。
【請求項１４】
前記第１の行列は、位相角が列に沿って固定された量だけ増加する対角行列であり、前記第２の行列は、ユニタリ行列のための条件を満足させる行列である、請求項１３に記載の送受信装置。
【請求項１５】
前記第１の行列と第２の行列を乗じた結果は、
【化１３】
であり、
ここで、θｉは、位相値を示し、ｋは、副搬送波のインデックスまたは資源のインデックスを示し、Ｎｔは、送信アンテナまたは仮想アンテナの個数を示し、Ｒは、空間多重化率を示す、請求項１３に記載の送受信装置。
【請求項１６】
空間多重化率に対応して、特定個数の列を前記第２の行列から選択するようになっており、また、前記選択された列のみをもって、前記第２の行列を再構成するようになっている行列再構成モジュールをさらに有する、請求項１５に記載の送受信装置。
【請求項１７】
各送信アンテナに対するスケジューリングチャンネル電力のためのコードブック基盤プレコーディングを行うようになっている第２のプレコーダーをさらに有する、請求項１１に記載の送受信装置。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【公表番号】特表２０１０−５０３３１１（Ｐ２０１０−５０３３１１Ａ）
【公表日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５２７３０７（Ｐ２００９−５２７３０７）
【出願日】平成１９年９月１９日（２００７．９．１９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＫＲ２００７／００４５４９
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０３５９１５
【国際公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【出願人】（５０２０３２１０５）エルジー エレクトロニクス インコーポレイティド (2,269)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月１９日（２００７．９．１９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＫＲ２００７／００４５４９
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０３５９１５
【国際公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【出願人】（５０２０３２１０５）エルジー エレクトロニクス インコーポレイティド (2,269)
【Ｆターム（参考）】
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