KR20050032952A - Method and system for transmitting signal in spatial multiplexing system by using multidimensional rotated modulation - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 다차원 회전 변조 방식을 이용하여 공간 다중화 시스템에서 신호를 전송하는 방법 및 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 송신 안테나와 수신 안테나를 사용하는 공간 다중화 시스템에서 신호를 전송할 때, 신호의 정보 비트를 변조하고, 변조된 복소수 심볼 벡터를 저장해서 다차원 정수 성분 벡터를 생성하고, 다차원 정수 성분 벡터를 신호 처리해서 복소수 심볼 벡터를 생성함으로써, 쌍방 에러 발생 가능성(PEP : Pairwise Error Probability)을 최소화하여 안테나 수를 증가시키지 않고도 대역 효율성을 향상시킬 수 있는 신호 전송 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method and a system for transmitting a signal in a spatial multiplexing system using a multi-dimensional rotation modulation scheme, and more particularly, to information bits of a signal when transmitting a signal in a spatial multiplexing system using a transmitting antenna and a receiving antenna. By modulating the modulated complex vector, storing the modulated complex symbol vector to generate a multidimensional integer component vector, and processing the multidimensional integer component vector to generate a complex symbol vector, thereby minimizing the possibility of bilateral error (PEP). The present invention relates to a signal transmission method and system that can improve bandwidth efficiency without increasing the number.
다중 입출력(MIMO : Multiple-Input Multiple-Output) 시스템은 미래의 광대역 무선 액세스 시스템에서 주파수의 효율과 전송 품질을 향상시킬 수 있는 해결책 중의 하나로 인식되어 왔다. 그 예로 다수의 안테나를 사용하면서 전송 품질을 향상시키기 위한 송신 다이버시티 방식 및 높은 스펙트럼 이득(bits/sec/Hz)을 얻을 수 있는 공간 다중화(Spatial Multiplexing) 방식을 들 수 있다. Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) systems have been recognized as one of the solutions to improve frequency efficiency and transmission quality in future broadband wireless access systems. For example, a transmission diversity scheme for improving transmission quality while using a plurality of antennas and a spatial multiplexing scheme capable of obtaining high spectral gain (bits / sec / Hz) are provided.
송신 다이버시티 방식의 경우, 다이버시티 차수를 높여 전송 품질을 향상시킬 수는 있지만 기본적으로 전송률이 1 symbol/sec/Hz 로 제한이 된다는 문제점이 있다. 반면 공간 다중화 방식은 송신 다이버시티 방식에 비해 상대적으로 다이버시티 차수가 낮지만, 안테나 개수에 비례하여 전송 용량을 높일 수 있다.In the case of the transmit diversity method, although the transmission quality can be improved by increasing the diversity order, there is a problem that the transmission rate is basically limited to 1 symbol / sec / Hz. On the other hand, the spatial multiplexing method has a lower diversity order than the transmit diversity method, but can increase the transmission capacity in proportion to the number of antennas.
현재, 차세대 무선 시스템에서 고속의 데이터 전송 속도에 대한 요구가 급격히 증대되면서 V-BLAST (Vertical Bell-Labs Layered Space-Time)와 같은 공간 다중화 방식이 많이 이용되고 있다. 전술한 바와 같이, 공간 다중화 방식은 송신 안테나 수를 증가시키면 높은 스펙트럼 이득을 얻을 수 있는 장점이 있다. 또한, 전송 품질을 향상시키기 위해서는 수신 안테나의 수도 증가시켜 다이버시티 이득을 얻거나 채널 코딩을 이용하여 코딩 이득을 얻으면 된다. 하지만 현실적으로 단말기의 크기와 파워 등을 고려하였을 때 수신 안테나 수를 늘리는 것은 어렵다는 문제점이 있다. 또한, 채널 코딩을 사용할 경우 각 채널 환경에서 요구되는 다양한 부호율을 만족시키기가 용이하지 않다는 문제점이 있다.At present, as the demand for high data rate is rapidly increased in next generation wireless systems, spatial multiplexing schemes such as V-BLAST (Vertical Bell-Labs Layered Space-Time) have been widely used. As described above, the spatial multiplexing method has an advantage that a high spectral gain can be obtained by increasing the number of transmitting antennas. In addition, to improve the transmission quality, the number of receiving antennas may be increased to obtain diversity gain or to obtain coding gain using channel coding. However, in reality, it is difficult to increase the number of receiving antennas in consideration of the size and power of the terminal. In addition, when using channel coding, there is a problem in that it is not easy to satisfy various code rates required in each channel environment.
한편, 종래의 변조 다이버시티 방식은, 단일 송수신 안테나를 사용하는 시스템에서 심볼 성상도에 특정 형태의 회전을 취하고 심볼의 성분간에 인터리빙(component interleaving)을 취하면 무선 채널에서 우수한 성능을 보였다. On the other hand, in the conventional modulation diversity scheme, when a system using a single transmit / receive antenna takes a certain form of rotation on a symbol constellation and interleaves between components of a symbol, it shows excellent performance in a wireless channel.
따라서, 변조 다이버시티 개념을 공간 다중화 시스템에서 고려함으로써 안테나 수에 의존하지 않으며 추가적인 전력이나 대역폭의 희생 없이 신호 처리만으로 성능을 향상시킬 수 있는 방법 및 시스템이 요구되고 있다.Therefore, by considering the concept of modulation diversity in a spatial multiplexing system, there is a need for a method and system that can improve performance by only signal processing without depending on the number of antennas and without sacrificing additional power or bandwidth.
상기한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 송신 안테나와 수신 안테나를 사용하는 공간 다중화 시스템에서 신호를 전송할 때, 신호의 정보 비트를 변조하고, 변조된 복소수 심볼 벡터를 저장해서 다차원 정수 성분 벡터를 생성하고, 다차원 정수 성분 벡터를 신호 처리해서 복소수 심볼 벡터를 생성함으로써, 쌍방 에러 발생 가능성(PEP : Pairwise Error Probability)을 최소화하여 안테나 수를 증가시키지 않고도 대역 효율성을 향상시킬 수 있는 신호 전송 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. In order to solve the above problems, the present invention, when transmitting a signal in a spatial multiplexing system using a transmitting antenna and a receiving antenna, modulates the information bits of the signal, and stores the modulated complex symbol vector to generate a multidimensional integer component vector By generating a complex symbol vector by processing a multi-dimensional integer component vector, a signal transmission method and system that can improve bandwidth efficiency without increasing the number of antennas by minimizing the probability of pairwise error (PEP) It aims to provide.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 다차원 회전 변조 방식을 이용하여 공간 다중화 시스템에서 신호를 전송하는 방법에 있어서, (a) 코딩되지 않은 정보 비트를 변조하는 단계; (b) 변조된 복소수 심볼 벡터를 저장하여 다차원 정수 성분 벡터를 생성하는 단계; (c) 다차원 정수 성분 벡터를 신호 처리하여 복소수 심볼 벡터를 생성하는 단계; 및 (d) 상기 복소수 심볼 벡터를 변조하여 신호를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다차원 회전 변조 방식을 이용하여 공간 다중화 시스템에서 신호를 전송하는 방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for transmitting a signal in a spatial multiplexing system using a multidimensional rotation modulation scheme, the method comprising the steps of: (a) modulating uncoded information bits; (b) storing the modulated complex symbol vector to produce a multidimensional integer component vector; (c) signal processing the multidimensional integer component vector to generate a complex symbol vector; And (d) transmitting a signal by modulating the complex symbol vector and using the multi-dimensional rotation modulation scheme.
또한, 본 발명의 다른 목적에 의하면, 다차원 회전 변조 방식을 이용하여 공간 다중화 시스템에서 신호를 전송하는 시스템에 있어서, 코딩되지 않은 비트를 변조하는 그레이 맵퍼 블록; 상기 그레이 맵퍼 블록으로부터 변조된 복소수 심볼 벡터를 수신 및 저장하여 다차원 정수 성분 벡터를 생성하는 버퍼; 및 상기 버퍼로부터 다차원 정수 성분 벡터 수신 및 신호 처리하여 복소수 심볼 벡터를 생성하는 다차원 회전 변조 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 다차원 회전 변조 방식을 이용하여 공간 다중화 시스템에서 신호를 전송하는 시스템을 제공하는 것을 특징으로 한다.In addition, according to another object of the present invention, a system for transmitting a signal in a spatial multiplexing system using a multi-dimensional rotation modulation scheme, comprising: a gray mapper block for modulating uncoded bits; A buffer for receiving and storing the modulated complex symbol vector from the gray mapper block to generate a multidimensional integer component vector; And a multidimensional rotation modulation block configured to receive and signal multidimensional integer component vectors from the buffer to generate a complex symbol vector, and to transmit a signal in a spatial multiplexing system using a multidimensional rotation modulation scheme. It features.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First of all, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are used as much as possible even if displayed on different drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related well-known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
본 발명은 기본적으로 MT 개의 송신 안테나와 Mk 개의 수신 안테나를 사용하는 공간 다중화 방식을 통해 심볼 전송 과정을 수행하여 부가적으로 다차원 변조 방식을 결합함으로써 스펙트럼 이득을 높이면서 채널 상태가 좋지 않을 때에도 서비스 제공이 가능하도록 하는 방식이다.The present invention basically performs a symbol transmission process through a spatial multiplexing method using M T transmit antennas and M k receive antennas, and additionally combines multidimensional modulation schemes to increase spectral gain, even when channel conditions are not good. It is a way to provide a service.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다차원 회전 변조 방식을 이용하여 공간 다중화 시스템에서 신호를 전송하는 시스템을 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.1 is a block diagram schematically illustrating a system for transmitting a signal in a spatial multiplexing system using a multi-dimensional rotation modulation scheme according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다차원 회전 변조 방식을 이용하여 공간 다중화 시스템에서 신호를 전송하는 시스템은 그레이 맵퍼(Gray Mapper) 블록(100), 버퍼(102), 다차원 회전 변조 맵퍼(Multidimensional Rotated QAM Mapper) 블록(104), 변조기(106) 및 안테나(108) 등을 포함할 수 있다.As shown in FIG. 1, a system for transmitting signals in a spatial multiplexing system using a multi-dimensional rotation modulation scheme according to a preferred embodiment of the present invention includes a gray mapper block 100, a buffer 102, and a multi-dimensional system. And a multidimensional rotated QAM mapper block 104, a modulator 106, an antenna 108, and the like.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 그레이 맵퍼 블록(100)은 코딩되지 않은 비트에 변조 과정을 수행하며, 버퍼(102)는 그레이 맵퍼 블록(100)으로부터 수신한 변조된 복소수 심볼 벡터를 저장하여 다차원 정수 성분 벡터를 생성한다. 그리고 다차원 회전 변조 맵퍼 블록(104)은 버퍼(102)로부터 수신한 다차원 정수 성분 벡터를 신호 처리하여 복소수 심볼 벡터로 생성하며, 변조기(106)는 다차원 회전 변조 맵퍼 블록(104)으로부터 수신한 복소수 심볼 벡터를 안테나(108)가 수신할 수 있는 형태의 신호로 변조한다. 한편, 안테나(108)는 변조기(106)로부터 수신한 신호를 전파 공간으로 방출한다.The gray mapper block 100 according to the preferred embodiment of the present invention performs a modulation process on uncoded bits, and the buffer 102 stores a modulated complex symbol vector received from the gray mapper block 100 to multi-dimensional integers. Create a component vector. The multi-dimensional rotation modulation mapper block 104 generates a complex symbol vector by processing the multi-dimensional integer component vector received from the buffer 102, and the modulator 106 receives the complex symbol received from the multi-dimensional rotation modulation mapper block 104. The vector is modulated into a signal in a form that the antenna 108 can receive. On the other hand, the antenna 108 emits a signal received from the modulator 106 into the radio wave space.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 그레이 맵퍼 블록(100)에서는, 입력 신호로부터 회전된 다차원 성상도의 신호 벡터를 얻기 위해 입력 신호 비트를 M 비트 단위로 2M 개 성상이 가지는 복소수 직교 진폭 변조(QAM : Quadrature Amplitude Modulation) 심볼 중의 하나로 그레이 맵핑한다. 변조된 n/2 ×1 형태의 복소수 심볼 벡터는 버퍼(102)에서 n × 1 다차원 심볼 벡터 u 로 변형된다.In the gray mapper block 100 according to the preferred embodiment of the present invention, in order to obtain a signal vector of a multi-dimensional constellation rotated from the input signal, the input signal bits are 2 M in units of M bits. Gray mapping is performed on one of the quadrature amplitude modulation (QAM) symbols. A complex symbol vector of the form n / 2 × 1 is transformed into an n × 1 multidimensional symbol vector u in the buffer 102.
여기서, 차원 계수 n 은 2MT 의 배수를 나타내고, u = [u1, u2, ... ,un]T 벡터에서 (ui + jui+n/2)가 n/2 개의 2차원 QAM 심볼을 나타내고, ui는 QAM 심볼에 상응하는 정수 성분인 다차원 정수 성분 벡터를 나타낸다. 한편, 회전된 성상도의 신호점 는 n × n 회전 행렬 M 을 u 에 취함으로써 얻어지고(즉, = M·u), 수학식 1과 같이 실수부와 허수부로 구성된다.Here, the dimension coefficient n represents a multiple of 2M T , and u = [u 1 , u 2 , ..., u n ] two-dimensional n / 2 (u i + ju i + n / 2 ) in the T vector Represents a QAM symbol, and u i represents a multidimensional integer component vector that is an integer component corresponding to the QAM symbol. On the other hand, the signal point of the rotated constellation Is obtained by taking n × n rotation matrix M in u (i.e. = M · u) and a real part and an imaginary part as shown in equation (1).
또한, MT 개의 송신 안테나를 이용하여 t 시간에 동시에 전송되는 복소수 신호 벡터 xt 를 수학식 2와 같이 정의된다.In addition, a complex signal vector x t that is simultaneously transmitted at time t using M T transmit antennas is defined as in Equation 2.
여기서 t = 1, 2, ... , n/2MT 를 나타낸다.Where t = 1, 2, ..., n / 2M T.
한편, 전송되는 신호 시퀀스를 정열하여 얻어진, 크기가 MT × (n/2MT)인 전송 행렬 X 를 수학식 3과 같이 정의한다.On the other hand, a transmission matrix X having a size M T × (n / 2M T ) obtained by aligning a transmitted signal sequence is defined as in Equation (3).
전송 행렬 X 의 p 번째 행의 심볼들은 각 심볼 구간에서 다중 안테나를 통하여 t 시간에 동시에 전송되고 각 안테나에서 전송되는 심볼의 평균 파워가 1이 되도록 일반화된다. n/2MT 시간 동안 매치 필터링과 샘플링을 해서 수신된 MR ×(n/2MT) 수신 신호 행렬 R=[R 1 | R 2 | ... | R n/2MT ] 은 다차원 벡터 형태로 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.The symbols in the p th row of the transmission matrix X are generalized such that the average power of the symbols transmitted at each time is transmitted at the same time through the multiple antennas in each symbol period and is transmitted at each antenna. M R × (n / 2M T ) received signal matrix received by matching filtering and sampling for n / 2M T time R = [ R 1 | R 2 | ... | R n / 2MT ] may be expressed as Equation 4 in the form of a multidimensional vector.
여기서, D 는 diag(H i)i=1, 2, ... , n/2MT = diag(H 1, H 2, ... , H n/2MT) 를 나타내고, w 는 [w 1 w 2 ... w n/2MT]T 를 나타내고, r은 vec(R)1 을 나타내고, x 는 vec(X)를 나타내고, ES 는 전송 심볼당 평균 에너지를 나타낸다. 즉, ES 는 t 시간에 전송되는 총 에너지의 평균을 나타낸다.Where D denotes diag ( H i ) i = 1, 2, ..., n / 2MT = diag ( H 1 , H 2 , ..., H n / 2MT ) and w denotes [ w 1 w 2 ... w n / 2MT ] T , r denotes vec ( R ) 1 , x denotes vec ( X ), and E S denotes the average energy per transmitted symbol. In other words, E S represents the average of the total energy transmitted at time t.
본 발명의 바람직한 실시예에서는 패스트 페이딩(Fast Fading) 채널 모델을 가정하므로, 다중 입출력(MIMO) 채널 행렬 H t 는 각 t 시간에 대해서 랜덤하고 독립적인 값을 가진다. 또한, wt는 어딕티브(Additive) 복소수 화이트 가우시안(White Gaussian) 잡음 벡터이다.In the preferred embodiment of the present invention, since the fast fading channel model is assumed, the multiple input / output (MIMO) channel matrix H t has a random and independent value for each t time. In addition, w t is an additive complex white Gaussian noise vector.
한편, 수신기에서 채널 상태 정보(CSI : Channel State Information)를 완전히 알고 있다고 가정할 때, 본 발명의 바람직한 실시예에에서는 수신 벡터 r을 이용하여 x의 회전 행렬의 검출 과정을 수행한다. 송신 벡터 x가 전송 됐을 때 수신 신호점 r이 에러 신호점 에 가까운 확률을 나타내는 쌍방 에러 발생 가능성 P(x -> ) 는 수학식 5와 같이 근사화 된다.On the other hand, assuming that the receiver is fully aware of the channel state information (CSI: Channel State Information), in the preferred embodiment of the present invention, the process of detecting the rotation matrix of x is performed using the reception vector r. Receive signal point r is the error signal point when transmit vector x is transmitted Probability of two-sided error, indicating a probability close to P ( x- > ) Is approximated as in Equation 5.
여기서, L 은 u 와 사이의 해밍 디스턴스(Hamming Distance)를 나타낸다.Where L is u and Hamming distance between them.
패스트 페이딩 채널에서는 다음과 같은 디자인 조건을 고려할 수 있다. 신호 대 잡음비 값이 높을 때 성능 곡선의 기울기는 해밍 디스턴스 L = | { k | k k, k = 1, 2, ... , n } | 에 의해 결정되므로, 에러율을 최소화하기 위해서는 먼저 에 대한 L 값을 최대화해야 된다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다차원 회전 변조 방식은 시간과 공간에 대해서 성상도에 회전을 취해 줌으로써 모든 두 신호점 간에 해밍 디스턴스 L을 최대화하게 된다. 그러므로, 수학식 5에서 다차원 회전 변조 방식을 사용하여 신호점 집합에 있는 모든 가능한 두 신호점들에 전체 다이버시티 차수가 최대 다이버시티 차수를 가지도록 할 때, 비트 오류율(BER : Bit Error Rate) 성능 곡선의 기울기는 점진적으로 -L·(nMR / MT) 가 된다. 따라서, 동시에 n 값을 증가시킴에 따라 AWGN 채널에 근접한 성능을 얻게 된다. 또한, 충분한 다이버시티 차수가 보장됐을 때 성상도의 모든 두 신호점 간에 최소곱 거리(MPD : Minimum Product Distance)인 dp,min = 을 최대화시켜야 하므로, 최적의 회전 행렬은 수학식 6과 같이 공식화된다.In the fast fading channel, the following design conditions may be considered. When the signal-to-noise ratio value is high, the slope of the performance curve is Hamming Distance L = | {k | k k , k = 1, 2, ..., n} | Is determined by We need to maximize the value of L for. Accordingly, the multi-dimensional rotation modulation scheme according to the preferred embodiment of the present invention maximizes the hamming distance L between all two signal points by rotating the constellation in time and space. Therefore, when the total diversity order has the maximum diversity order at all two possible signal points in the set of signal points using the multi-dimensional rotation modulation scheme in Equation 5, bit error rate (BER) performance The slope of the curve gradually becomes -L · (nM R / M T ). Thus, increasing the value of n at the same time yields performance close to the AWGN channel. In addition, d p, min = the minimum product distance (MPD) between all two signal points in the constellation when sufficient diversity order is ensured. Since it is necessary to maximize, the optimal rotation matrix is formulated as
여기서, det(·)는 디터미넌트(Determinant) 연산을 나타낸다. Here, det (·) represents a determinant operation.
즉, 변조 다이버시티 관점에서 최적의 회전 행렬은 최대 다이버시티를 가지면서 MPD dp,min 을 최대화하는 행렬이 된다. 하지만, 인 조건에 대해서는 주어진 회전 행렬에 대한 제약 조건의 수가 커지기 때문에 회전 행렬을 찾는 최적화 문제는 어려워진다. 또한, 다중 안테나를 사용하는 시스템의 경우 전송 신호 벡터의 차원 계수 n 이 4보다 크므로, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 수학식 6을 만족하면서 더 나은 성능을 보이게 하는 수학식 7의 행렬을 고려한다.In other words, in terms of modulation diversity, the optimal rotation matrix has the maximum diversity and is a matrix that maximizes d p, min . However, For the sine condition, the optimization problem of finding the rotation matrix becomes difficult because the number of constraints for a given rotation matrix increases. In addition, in the case of a system using multiple antennas, since the dimensional coefficient n of the transmission signal vector is larger than 4, in the preferred embodiment of the present invention, the matrix of Equation 7 that satisfies Equation 6 and shows better performance is considered. .
여기서, 에 대해서 각 요소는 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.here, For each element can be expressed as Equation (8).
수학식 7에 나타낸 최적의 회전 행렬을 이용하면, 차원 계수 n에 따른 선형 행렬 변환에 의한 간단한 신호 처리만으로 다이버시티 이득과 코딩 이득을 얻을 수 있으므로, 다양한 서비스 품질(QoS : Quality of Services)이 요구되는 무선 페이딩 채널 환경에 적응적으로 적용이 가능해진다.By using the optimal rotation matrix shown in Equation 7, diversity gain and coding gain can be obtained by simple signal processing by linear matrix transformation according to the dimension coefficient n, and various quality of service (QoS) requirements are required. It can be adaptively applied to the wireless fading channel environment.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다차원 회전 변조 방식을 이용하여 공간 다중화 시스템에서 신호를 전송하는 시스템의 비트 오류율 성능을 종래 방식과 비교하여 나타낸 그래프이다.2 is a graph illustrating bit error rate performance of a system for transmitting signals in a spatial multiplexing system using a multi-dimensional rotation modulation scheme according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2에서는 스펙트럼 효율이 4 bits/sec/Hz 및 8 bits/sec/Hz 에 대하여 차원 n = 4, 8 및 12 인 경우에 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 방식과 종래 방식의 성능을 비교하였다. 도 2를 참조하면, 비트 오류율 성능은 고정된 신호대 잡음 전력 비율(SNR : Signal-to-Noise Power Ratio) 에 대해서 차원의 크기가 증가함에 따라 향상됨을 알 수 있다. 더욱이, 높은 SNR 에 대하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 방식은 종래의 공간 다중화 시스템에 비해 주목할 만한 성능 향상을 얻었음을 알 수 있다. 즉, 차원 계수 n 이 8인 경우, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 방식은 종래 방식에 비해 10-4의 BER에 대해서 거의 6 dB 의 이득을 얻었고, n = 12인 경우에는 8.5 dB 의 이득을 얻었음을 알 수 있다.FIG. 2 compares the performance of the scheme according to the preferred embodiment of the present invention with the case where the spectral efficiencies are 4, 8, and 12 for dimensions n = 4, 8, and 12 for 4 bits / sec / Hz and 8 bits / sec / Hz. Referring to FIG. 2, it can be seen that the bit error rate performance is improved as the size of the dimension increases with respect to the fixed signal-to-noise power ratio (SNR). Moreover, it can be seen that for high SNR, the scheme according to the preferred embodiment of the present invention has achieved a remarkable performance improvement over conventional spatial multiplexing systems. That is, when the dimension coefficient n is 8, the method according to the preferred embodiment of the present invention obtains a gain of almost 6 dB for the BER of 10 -4 compared to the conventional method, and gains of 8.5 dB when n = 12. It can be seen that.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다차원 회전 변조 방식을 이용하여 공간 다중화 시스템에서 신호를 전송하는 시스템의 비트 오류율 성능을 2개의 수신 안테나를 사용하는 방식과 비교하여 나타낸 그래프이다.3 is a graph illustrating bit error rate performance of a system for transmitting a signal in a spatial multiplexing system using a multi-dimensional rotation modulation scheme according to a preferred embodiment of the present invention compared with a scheme using two receiving antennas.
도 3을 참조하면, 수신 안테나 수가 1개이고, n = 12 인 경우 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 방식으로 얻은 이득이 2개의 수신 안테나를 사용하여 얻은 수신 다이버시티 이득을 능가함을 알 수 있다.Referring to FIG. 3, it can be seen that when the number of receive antennas is one and n = 12, the gain obtained by the method according to the preferred embodiment of the present invention exceeds the receive diversity gain obtained by using two receive antennas.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다차원 회전 변조 방식을 이용하여 공간 다중화 시스템에서 신호를 전송하는 시스템의 비트 오류율 성능을 직교 디자인 기반의 Alamouti 방식과 비교하여 나타낸 그래프이다.4 is a graph illustrating bit error rate performance of a system for transmitting signals in a spatial multiplexing system using a multi-dimensional rotation modulation scheme according to an orthogonal design based Alamouti scheme.
도 4는 1개 또는 2개의 수신 안테나에 대해서 직교 디자인(OD : Orthogonal Designs) 기반의 Alamouti 방식과 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 방식을 비교한 것이다. 보다 정확한 비교를 위해 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 방식의 데이터 심볼은 4-QAM의 성상도를 취한 반면, Alamouti 방식의 경우는 16-QAM의 성상도를 취했다. n이 8인 경우, 동일한 주파수 효율(즉, 4bit/sec/Hz)에 대해서 Alamouti 방식은 한 개의 수신 안테나를 사용하는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 방식에 비해 2dB 이득을 보인다. 하지만, 10-5의 BER에 대해 Alamouti 방식은 두 개의 수신 안테나를 사용하는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 방식에 비해 거의 3dB 성능 향상을 보인다. 그러므로, 과도 산란(Richly Scattered) 채널 환경에서 충분한 안테나 간격을 가질 경우, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 방식은 직교 디자인(OD : Orthogonal Design) 방식보다 더 나은 전송률과 성능 사이의 트레이드오프(Tradeoff)를 제공할 것으로 보인다.4 compares an Alamouti scheme based on Orthogonal Designs (OD) and a scheme according to a preferred embodiment of the present invention for one or two receive antennas. For a more accurate comparison, the data symbols of the scheme according to the preferred embodiment of the present invention have a constellation of 4-QAM, whereas the Alamouti scheme has a constellation of 16-QAM. When n is 8, for the same frequency efficiency (i.e., 4bit / sec / Hz), the Alamouti scheme shows a 2dB gain over the scheme according to the preferred embodiment of the present invention using one receive antenna. However, for a BER of 10 -5 Alamouti scheme it looks almost 3dB improved performance compared to the method according to an embodiment of the present invention using two receive antennas. Therefore, when there is sufficient antenna spacing in a Rich Scattered channel environment, the preferred embodiment of the present invention is a tradeoff between better transmission rate and performance than the Orthogonal Design (OD) scheme. Seems to provide.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 사상과 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains may various modifications without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed herein are not intended to limit the present invention but to describe the present invention, and the spirit and scope of the present invention are not limited by these embodiments. It is intended that the scope of the invention be interpreted by the following claims, and that all descriptions within the scope equivalent thereto shall be construed as being included in the scope of the present invention.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 공간 다중화 시스템에서 신호 처리만으로 신호 공간의 다이버시티를 이용하여 신호 전송을 원활하게 하고, 또한 다양한 서비스 품질을 보장할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 공간과 시간에 대한 처리 과정에서 신호점의 임의의 성분이 심각한 페이딩을 겪더라도 검출 과정에서 분리해 낼 수 있게 되므로, 신호점을 페이딩 채널에 대해서 강인하게 만들어 준다는 효과가 있다. 또한 이를 통해 추가적인 대역폭과 전력의 소비 없이도 단말의 서비스 등급에 따라 서비스 품질을 보장할 수 있게 된다. As described above, according to the present invention, it is possible to smoothly transmit signals using diversity of signal spaces and to guarantee various quality of service by only processing signals in a spatial multiplexing system. According to a preferred embodiment of the present invention, even if any component of the signal point undergoes severe fading in the process of space and time, it can be separated in the detection process, thereby making the signal point robust to the fading channel. It works. In addition, it is possible to ensure the quality of service according to the service level of the terminal without additional bandwidth and power consumption.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다차원 회전 변조 방식을 이용하여 공간 다중화 시스템에서 신호를 전송하는 시스템을 간략하게 나타낸 블록 구성도,1 is a block diagram schematically illustrating a system for transmitting a signal in a spatial multiplexing system using a multi-dimensional rotation modulation scheme according to a preferred embodiment of the present invention;
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다차원 회전 변조 방식을 이용하여 공간 다중화 시스템에서 신호를 전송하는 시스템의 비트 오류율 성능을 종래 방식과 비교하여 나타낸 그래프,2 is a graph illustrating bit error rate performance of a system for transmitting signals in a spatial multiplexing system using a multi-dimensional rotation modulation scheme according to a preferred embodiment of the present invention,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다차원 회전 변조 방식을 이용하여 공간 다중화 시스템에서 신호를 전송하는 시스템의 비트 오류율 성능을 2개의 수신 안테나를 사용하는 방식과 비교하여 나타낸 그래프,3 is a graph illustrating bit error rate performance of a system for transmitting a signal in a spatial multiplexing system using a multi-dimensional rotation modulation scheme according to a preferred embodiment of the present invention compared to a scheme using two receiving antennas;
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다차원 회전 변조 방식을 이용하여 공간 다중화 시스템에서 신호를 전송하는 시스템의 비트 오류율 성능을 직교 디자인 기반의 Alamouti 방식과 비교하여 나타낸 그래프이다.4 is a graph illustrating bit error rate performance of a system for transmitting signals in a spatial multiplexing system using a multi-dimensional rotation modulation scheme according to an orthogonal design based Alamouti scheme.
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