KR100474651B1 - 송신 다이버시티 사전 결합 방식과 최적 트렐리스 부호화방식을 이용한 단일 캐리어 및 다중 캐리어 미모 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다수의 송신 안테나와 다수의 수신 안테나들을 사용하여 고속의 무선 데이터를 전송하기 위한 MIMO (Multiple Input Multiple Output) 시스템에 관한 것으로, 특히, 스페이스 타임 엔코더에 의해 부호들간의 최소 유클리트 거리가 최대가 되도록 하는 트렐리스 부호화된 신호들을 다수의 송신 안테나를 사용하여 송신하기 전에 채널상태에 따라 송신 안테나 별로 서로 다른 가중치를 부과하여 전송하고, 전송된 채널별 사전 결합 가중치와 채널 상태 정보를 이용하여 ML 기준에 따라 신호를 복원함으로써, 채널의 용량을 증대시키고 페이딩 현상을 감소시킬 수 있는 단일 캐리어 및 다중 캐리어 미모 시스템을 제공한다.

Description

송신 다이버시티 사전 결합 방식과 최적 트렐리스 부호화 방식을 이용한 단일 캐리어 및 다중 캐리어 미모 시스템{Single-Carrier and Multi-carrier MIMO Systems Using a Transmitter Diversity Pre-combining Scheme and an Optimum Trellis Code}

본 발명은 다수의 송신 안테나와 다수의 수신 안테나들을 사용하여 고속의 무선 데이터를 전송하기 위한 단일 캐리어 및 다중 캐리어 MIMO (Multiple Input Multiple Output) 시스템에 관한 것으로, 특히, 스페이스 타임 엔코더에 의해 부호들간의 최소 유클리드 거리가 최대가 되도록 트렐리스 부호화된 신호들을 다수의 송신 안테나를 사용하여 송신하기 전에 채널상태에 따라 송신 안테나 별로 서로 다른 가중치를 부과하여 전송하고, 전송된 채널별 사전 결합 가중치와 채널 상태 정보를 이용하여 ML(Maximum likelihood) 기준에 따라 신호를 복원함으로써 채널의 용량을 증대시키고 페이딩 현상을 감소시키기 위한 것이다.

무선 환경에서 정보의 고속전송을 위해서는 열악한 페이딩의 영향을 극복하여야 한다. 이러한 페이딩의 영향은 안테나 다이버시티, FEC (Forward Error Correction) 부호화, 인터리빙 등의 방법을 사용하여 완화시킬 수 있다. 현재 페이딩에 의한 성능 열화를 줄일 수 있는 가장 효과적인 방식은 다수의 송수신 안테나를 사용하여 신호를 시간-공간적으로 부호화함으로써 고속으로 신호를 전송하는 MIMO 시스템이다. 상기 MIMO 시스템은 SIMO (Single-Input Multiple-Output) 시스템이 얻을 수 있는 수신 안테나에서의 다이버시티 이득과 안테나 배열 이득 외에 송신 안테나의 개수에 비례하는 채널용량의 증대를 얻을 수 있다. 그러나, 채널용량은 시간-공간적 부호화 방법과 안테나들간의 페이딩 상관성, 페이딩 이용 기술, 채널 특성 등에 따라 많은 영향을 받는다.

상술한 바와 같이 다수의 송수신 안테나를 사용하여 단일 캐리어를 고속전송하기 위한 MIMO 시스템의 종래의 기술로는 SMX (spatial multiplexing) 방식과 STC (space-time coding) 방식이 있다.

먼저, SMX 방식은 다수의 송신 안테나를 사용하여 공간적으로 독립적인 정보 데이터를 병렬로 전송함으로써 추가적인 전력과 주파수 대역의 증가 없이 무선 환경에서의 채널의 용량을 증가시키는 것이다. 그러나 안테나 개수에 비례하는 채널용량의 증대는 병렬 데이터 스트림의 공간적인 독립성이 보장되는 상황에서만 얻을 수 있으며, 대부분의 무선 환경에서는 다수의 송신 안테나로부터 병렬로 전송되는 신호들의 공간적인 독립성을 보장하는 것은 불가능하며, 선형적인 용량증대에는 한계가 있다는 문제점이 있다.

그리고, STC 방식은 도1에 도시된 바와 같이, 정보원(11)으로부터 입력된 데이터를 스페이스 타임 엔코더(12)에 의해 트렐리스 부호화된 심벌들로 생성하고, 상기 생성된 심벌들을 독립적인 채널 상태를 가지는 다수의 송신 안테나들을 통하여 공간적으로 분산시켜 동시에 전송하는 송신부와, 다수의 수신 안테나들로 상기 전송되는 심벌들을 수신하여 복원하는 스페이스 타임 디코더(13)와 심벌 데이터 스트림을 필요한 형태로 변환하는 정보 싱크(14) 블록을 갖는 수신부를 포함한다.

상기와 같은 STC 방식은 채널 부호화 이득과 공간 다이버시티 이득을 효과적으로 결합하여 페이딩 영향을 보상하여 채널 용량을 증가시킬 수 있는 장점이 있으나, ML 방법에만 의존하여야 하기 때문에 안테나 개수와 부호화기의 상태수의 증가에 따라 복잡도가 크게 증가하며, 상관성이 존재하는 채널에서는 성능이 심하게 나빠지는 단점이 있다.

또한, 상술한 바와 같은 상기 SMX 및 STC 방식은 페이딩 현상을 극복하기 위하여, 수신단에서만 채널 상태 정보를 이용하여 다이버시티 이득을 얻을 뿐, 송신단에서는 채널 상태 정보를 이용하지 않고 있다. 따라서, 페이딩 현상을 효율적으로 보상하고, 이용하는 데는 한계가 있다.

또한, 다중의 캐리어를 사용한 고속의 멀티미디어 서비스 지원을 위한 MIMO 시스템에서는 무선 환경에서 넓은 전송 대역을 사용하므로 다중경로 지연 확산으로 인하여 주파수 선택적 페이딩 영향이 심화되며, 이러한 영향은 전송되는 신호의 인접 심벌 사이에 심각한 ISI (Inter-Symbol Interference)를 초래한다. 이를 극복하기 위한 한가지 방안으로써 상대적으로 긴 심벌 주기를 갖는 신호를 여러 개의 반송파를 통하여 동시에 전송하는 다중 반송파 전송 기술이 제안되었다. 특별한 경우로서, 인접하는 반송파들 사이에 직교성이 유지되도록 주파수 대역을 겹쳐서 전송하는 OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) 전송기술이 제안되었으며, 상기의 OFDM 전송 방식은 주파수 대역을 직교하도록 겹쳐 사용함으로써 전송 대역 효율을 높일 수 있으며, 심각한 다중경로 채널 환경에서도 고속의 데이터 전송을 가능하게 해준다. 또한, 다중경로 채널에 의한 신호의 지연 확산보다 긴 사이클릭 프리픽스(cyclic prefix)를 사용하여 보호구간을 둠으로써 주파수 영역에서 하나의 탭을 갖는 간단한 등화기로 등화가 가능하며, FFT(Fast Fourier Transform) 프로세서를 통하여 OFDM 시스템을 쉽게 구현할 수 있는 장점이 있다. 이러한 이점들 때문에 고속의 전송을 요하는 무선 ATM 환경에서 OFDM 전송 방식을 사용한 무선 ATM 모뎀들이 최근 제안되고 있으며, OFDM전송 기술은 유럽의 디지털 오디오 방송 (DAB : digital audio broadcasting) 및 지상파 디지털 비디오 방송 (DVB-T : digital video broadcasting terrestrial) 방식의 변조 기법으로 채택되어 실용화가 되고 있다.

도8은 종래의 다중 캐리어를 사용하는 OFDM의 송수신부를 나타낸 것으로 랜덤하게 발생되는 이진 데이터 시퀀스인 정보원(31)과, 상기 정보원(31)으로부터 입력되는 비트 스트림을 부호화하는 채널 엔코더(32)와, 부호화된 스트림 심벌들을 병렬 전송하기 위한 직병렬 변환부(33)와, 상기 직병렬 변환부(33)에 의한 주파수 영역의 부 반송파 신호를 IFFT를 통하여 시간영역 신호로 변환하는 IFFT 블록(34)과 다중 경로의 영향을 최소화하기 위해 프레임 끝의 OFDM 심벌을 앞에 첨가하는 사이클릭 프리픽스 첨가기(35)와, 데이터를 다시 원신호의 스트림으로 전송하기 위해 병렬 데이터를 직렬로 변환하는 병직렬 변환부(36)와 송신 안테나 전송을 위해 디지털 데이터를 아날로그 데이터로 변환하는 디지털 아날로그 변환부(37)와, 시간 영역 OFDM 신호들을 송신하는 송신 안테나(38)를 포함하는 송신부와; 송신 안테나들로부터 전송되어 송수신 안테나간에 주파수 선택적 페이딩 영향을 받은 신호들을 수신하는 수신 안테나(39)와, 상기 수신된 신호인 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환부(40)와, 수신된 스트림 디지털 신호를 병렬의 데이터로 변환하는 직병렬 변환기(41)와 첨가된 사이클릭 프리픽스를 제거하기 위한 사이클릭 프리픽스 제거기(42), 그리고 시간 영역의 OFDM 신호를 다시 주파수 영역으로 변환하는 FFT 블록(43)과, 병렬의 주파수 영역 데이터를 원래의 전송 순서대로 직렬로 변환하는 병직렬 변환부(44)와, 채널 복호화를 수행하는 채널 디코더(45)와 심벌 데이터 스트림을 필요한 형태로 변환하는 정보 싱크 블록(42)을 갖는 수신부로 구성되어 정보 신호를 복원하게 된다.

그러나, OFDM 전송 방식은 주파수 선택적 페이딩 환경에서 각 부반송파가 서로 다른 페이딩의 영향을 받게 된다. 따라서 모든 부반송파에 동일한 변조방식을 사용하여 전송할 경우, 페이딩 영향을 많이 받은 부반송파에 의하여 전체 시스템의 성능이 결정되는 단점이 있으며, 또한 다중 반송파를 사용하므로 송신 신호의 포락선이 다중 레벨 특성을 갖게 되어 높은 PAPR(Peak to Average Power Ratio)값을 갖게 된다.

따라서, 주파수 선택적 페이딩 채널의 MIMO 시스템에서는 상기의 STC와 OFDM 방식을 결합하여 주파수 선택적 페이딩 채널을 다중의 균일 페이딩 부채널들로 변환하여 부호화 이득의 한계를 극복할 수 있으며, 낮은 PAPR 값을 얻기 위한 OFDM 전송 방식에 대한 연구들이 진행 중에 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 다수의 송수신 안테나를 이용한 MIMO 시스템에서, 스페이스 타임 엔코더에서 부호들간의 최소 유클리드 거리가 최대가 되도록 생성된 최적의 트렐리스 부호들을 다수의 송신 안테나를 사용하여 채널별로 송신함에 있어 채널 상태에 따라 채널별로 각기 다른 가중치를 부과하여 전송하고, 송신부에서 사용한 사전 결합 가중치와 채널 상태 정보를 이용하여 ML 기준에 따라 데이터를 복원함으로써 다이버시티 이득을 최대화 시키고, 채널의 용량을 증대시키며, 채널간 상관성이 존재하는 환경에서도 우수한 성능을 유지할 수 있도록 하는 단일 캐리어 MIMO 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 상기 채널상태에 따라 최적의 트렐리스 부호화된 신호들을 사용하여 채널별로 각기 다른 가중치를 부과하는 방법을 다중 캐리어 전송 방식인 OFDM 시스템에 적용함으로써 부 반송파별로 다이버시티 이득을 최대화 하고, 부반송파간 신뢰도를 균등하게 유지하여 시스템의 성능을 극대화시키는 것을 또 다른 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 단일 캐리어 MIMO 시스템에 있어서, 랜덤(random)하게 발생되는 이진 데이터 시퀀스(binary data sequence)인 정보원(information source)과, 상기 정보원으로부터 입력되는 비트 스트림을 M-PSK 성상하여 임의의 상태에서 분할되거나 임의의 상태로 통합되는 가지에 할당되는 부호어를 부호들간의 최소 유클리드 거리가 최대가 되도록 트렐리스 부호화하는 스페이스 타임 엔코더와, 상기 최적의 트렐리스 부호화된 신호들을 서로 독립적인 페이딩 영향을 받는 채널별로 할당하고 채널의 상태 정보에 따라 송신 안테나별로 서로 다른 가중치를 부과하는 가중치 곱셈기들을 포함하는 송신부와; 송수신 안테나간에 독립적인 페이딩 영향을 받은 수신된 신호들로부터 ML(maximum likelihood) 척도에 따라 정보를 복원하는 스페이스 타임 디코더와, 상기 복원된 심벌 데이터 스트림을 필요한 형태로 변환하는 정보 싱크 블록을 포함하는 수신부를 갖는 송신 다이버시티 사전 결합 방식과 최적 트렐리스 부호화 방식을 사용한 단일 캐리어 MIMO 시스템을 특징으로 한다.

또한, 다중 캐리어 시스템을 위한 부 반송파별 송신 다이버시티 사전 결합 방식과 최적 트렐리스 부호화 방식을 사용한 OFDM-MIMO 시스템에 있어서, 랜덤하게 발생되는 이진 데이터 시퀀스인 정보원과, 상기 정보원으로부터 입력되는 비트 스트림을 M-PSK 성상하여 임의의 상태에서 분할되거나 임의의 상태로 통합되는 가지에 할당되는 부호어를 부호들간의 최소 유클리드 거리가 최대가 되도록 하는 부호만을 사용하여 배치하는 스페이스 타임 엔코더와, 상기 스페이스 타임 엔코더에서 부호화된 심벌들을 다수의 송신 안테나를 사용하여 공간적으로 분산하여 병렬 전송을 하기 위한 직병렬 변환부와, 상기 변환된 한 블록의 정보를 저장하는 버퍼 블록과, 송신 안테나 배열의 동일한 부 반송파에 해당하는 신호들을 채널의 상태 정보에 따라 채널별로 할당되는 트렐리스 부호화된 신호들에 각기 다른 가중치를 부과하는 가중치 곱셈기들과, 부 반송파별로 동일한 부 반송파에 해당하는 신호들에 채널 상태에 따라 다른 가중치를 부과한 안테나별 신호블록들을 IFFT를 통하여 시간영역 신호로 변환하는 IFFT 블록을 포함하는 송신부와; 송수신 안테나간에 독립적인 페이딩 영향을 받은 다수의 수신 안테나로 구성되는 수신 안테나 배열과 수신된 신호들을 각 안테나 별로 주파수 변환을 통하여 부 반송파 신호들로 분리하는 FFT 블록과 병렬 데이터를 원래의 순서대로 직렬 시퀀스로 변환하는 병직렬 변환부와 다중 안테나를 통하여 수신된 다수의 부 반송파 신호들로부터 ML 척도에 따른 스페이스 타임 복호화를 수행하는 스페이스 타임 디코더와, 심벌 데이터 스트림을 필요한 형태로 변환하는 정보 싱크 블록을 포함하는 수신부를 갖는 송신 다이버시티 결합 방식과 최적의 트렐리스 부호를 사용한 다중 캐리어 MIMO 시스템을 또 다른 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

일반적인 고속 무선 전송을 위한 송수신 시스템에서는 채널 상태가 일정 시간동안 변하지 않아 채널 상태 정보를 미리 알 수 있거나, 시간에 따른 변화의 정도가 작아 채널 상태 정보를 송신단으로 궤환시키는데 전혀 문제가 없는 경우가 많고, 또한 대부분의 TDD (Time Division Duplexing) 방식을 이용한 시스템에서는 하나의 송수신 사이클 동안 채널 상태 정보의 변화가 크지 않도록 설계하여 송신기에서 채널 상태 정보를 미리 알 수 있도록 하기 때문에, 이러한 송신단에서 채널 상태 정보를 이용한 효율적인 전송 시스템 설계가 가능하게 된다.

따라서, 본 발명의 MIMO 시스템에서는 상술한 바와 같이 채널 상태 정보를 미리 알 수 있는 무선 환경 하에서, 수신단 뿐만 아니라 송신단에서도 채널 상태 정보를 효율적으로 이용할 수 있도록 송신 다이버시티 사전 결합 방식을 갖는 송신부를 설계한다.

도2는 본 발명에 따른 단일 캐리어를 전송하기 위한 송신 다이버시티 사전 결합 MIMO 시스템에서 최적 트렐리스 부호에 의하여 생성된 성상 심벌에 채널상태에 따른 독립적인 가중치를 부과하여 송수신하기 위한 송수신부를 나타낸 것으로, 랜덤하게 발생되는 이진 데이터 시퀀스인 정보원(21)과, 상기 정보원(21)으로부터 입력되는 비트 스트림을 M-PSK로 성상하여 임의의 상태에서 분할되거나 임의의 상태로 통합되는 가지에 할당되는 부호어를 부호들간의 최소 유클리드 거리가 최대가 되도록 하는 부호만을 사용하여 배치되도록 트렐리스 부호화하는 스페이스 타임 엔코더(22)와, 상기 최적의 트렐리스 부호화된 신호들을 공간적으로 각 채널별로 할당하고 채널의 상태 정보에 따라 송신 안테나별로 서로 다른 가중치를 부과하는 가중치 곱셈기들(23)과, 상기 각각의 곱셈기들을 통하여 서로 다른 가중치를 갖는 부호화된 신호들을 송신하는 송신안테나들(24)을 포함하는 송신부와; 송신 안테나들로부터 전송되어 독립적인 페이딩 영향을 받은 신호들을 수신하는 수신 안테나들(25)과, 상기 수신된 신호들을 송신부에서 사용한 사전 결합 가중치와 채널 상태 정보를 이용한 ML 척도에 따라 스페이스 타임 복호화를 수행하는 스페이스 타임 디코더(26)와, 심벌 데이터 스트림을 필요한 형태로 변환하는 정보 싱크(27)블록을 갖는 수신부로 구성된다.

먼저, 상기의 MIMO 시스템에서는 송신단에서 채널 상태 정보를 효율적으로 이용하여 채널의 용량을 증대시키는 송신 다이버시티 사전 결합 MIMO 시스템의 성능을 최적화하기 위해 정보 신호는 최적 트렐리스 부호화 방식을 사용하여 부호화된다. 최적 트렐리스 부호화 방식은 성상 제어 방식을 사용하여 트렐리스 부호화를 수행하는데 있어서 기존의 STC 방식과 유사하나, 송신된 신호가 페이딩 환경을 거쳐 수신 안테나에 입력될 때, 복호시 부호간의 유클리드 거리가 클수록 성능이 향상된다는 점에 착안하여 수신부에서 각 신호들이 공간적으로 결합될 때 부호들간의 최소 유클리드 거리를 최대가 되도록 트렐리스 부호를 설계하는 차이점이 있다.

즉, 4-PSK의 4개 심벌을 도3과 같이 0, 1, 2, 3 이라고 할 때, 송신 안테나 2개를 갖는 일반적인 트렐리스 부호에 의해 출력되는 STC의 트렐리스 부호는 도4와 같으며, 본 발명에서의 송신 안테나 2개를 갖는 최적 트렐리스 부호는 도5와 같다.

위의 트렐리스 부호화 방식 모두는 4개의 상태를 갖는 경우, 각 상태에서 나가는 가지는 각각 '0', '1', '2', '3'의 4가지 라벨 (branch label)이 할당되어 있으며, 각 상태에서 나가는 4개의 가지는 입력되는 4-PSK 심벌에 따라서 선택된다. 즉, 기존의 STC 방식에서는 만일 '0' 상태에서 시작되고 입력 심벌이 '1'이면 상태 ‘0’에 할당된 4개의 가지 중에서 '01'로 할당된 가지로 진행하며 부호어 '01'이 발생되고, 발생된 부호어 '01'은 2개의 송신 안테나에 '0'과 '1'로 분산되어 전송된다. 반면에, 본 발명의 최적 트렐리스 부호화 방식은 일반적인 STC 방식과는 달리, 수신부에서 공간적으로 결합될 때 발생되는 도6에서와 같은 성상도의 구성요소들 중에서 부호들 사이의 유클리드 거리를 작게 만드는 구성 요소들인 ‘01’,‘12’,‘13’,...,‘02’ 부호들은 사용하지 않고 거리가 최대가 되는 구성 요소들인 ‘00’, ‘11’, ‘22’, ‘33’ 부호들만을 사용하여 부호화함으로, 만일 '0' 상태에서 시작되고 입력 심벌이 '1'이면 상태 ‘0’에 할당된 4개의 가지 중에서 '11'로 할당된 가지로 진행하며 부호어 '11'이 발생되고, 발생된 부호어 '11'은 2개의 송신 안테나 모두에 '1'과 '1'로 분산되어 전송된다.

수학식 1은 2개의 송신 안테나를 사용하며 4-PSK 변조방식을 사용하는 경우 상기 스페이스 타임 엔코더(22)의 출력 예이다.

따라서, 도2의 본 발명의 MIMO 시스템 구조에서 각 시간 슬롯 t 시점에서 상기 트렐리스 부호기의 번째 안테나의 출력신호는 로 표현할 수 있으며 이 출력 신호는 개의 송신 안테나를 통해 동시에 전송된다.

도2의 송수신부에서 가 송신 안테나에 따라 전송되어 질 때, 수신부에서 번째 수신 안테나에 수신된 신호 은 채널 상태 정보에 따라 서로 독립적인 페이딩 영향을 받은 전송신호들에 잡음이 섞인 신호가 된다. 만약 수신 안테나의 개수가 M 개라면, 수신신호 벡터 Y는 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.

여기서, H 는 송수신 안테나간의 채널 상태를 나타내는 채널 상태 행렬이며, B는 채널 상태에 따른 번째 송신 안테나의 사전 결합 가중치 를 대각선 요소의 값으로 갖는 대각 행렬로써 수학식 3과 같이 나타난다.

여기서, 는 n번째 송신 안테나와 m번째 수신안테나 사이의 채널 상태를 나타내며, 평균이 0인 복소 가우시안 랜덤 변수로서 분산 1을 갖는 값으로 정의되며, 는 m-번째 수신 안테나에서의 부가 백색 잡음으로 평균이 0 이며 분산이 인 복소 가우시안 랜덤 변수를 나타낸다.

본 발명의 최적의 스페이스 타임 트렐리스 부호에 의해서 설계된 신호는 채널 환경에 따른 회절 및 반사등에 의해, 수신안테나에 실제 수신되는 신호는 서로 다른 진폭과 위상을 갖게 되는 페이딩 현상을 겪게 되는데, 이러한 채널의 상태에 따른 페이딩의 영향을 보상하고 효과적으로 이용하기 위해 채널 상태 정보에 따라 각 송신 안테나 별로 서로 다른 가중치를 부과하는 기법을 사용하여, 송신단에서의 다이버시티 결합을 통하여 채널의 상태 정보를 최대한 이용한다. 상기 최적의 스페이스 타임 트렐리스 부호 방식에 송신 다이버시티 사전 결합을 위한 가중치를 결정하는 방식으로는 채널 상태정보를 이용하는 방식에 따라 여러 가지 방식이 사용될 수 있는데, 본 발명에서는 다섯 가지의 사전 결합을 위한 가중치 결정 방식을 사용한다. 상기 다섯 가지의 가중치 결정 방식은 송신 안테나 2개, 수신 안테나 1개의 시스템을 기본으로 기술되며, 송신 안테나 개수가 증가하는 경우에도, 송신단에서 채널의 상태 정보를 이용하여 각각의 알고리즘의 특성에 따라 송신 안테나 별로 독립적인 가중치 벡터를 구하여 얻을 수 있으며, 이하에서 이를 구체적으로 설명한다.

모든 방식에서 송신 다이버시티 사전 결합 방식을 적용하는 경우, 모든 송신 안테나를 통하여 출력되는 전력은 안테나의 개수와 결합 방식에 관계없이 일정하게 유지되어야 한다.

첫 번째 방법으로는, 채널 상태를 정확히 역으로 보상해 주는 제로-포싱(zero- forcing) 방법으로, 가장 간단하고 신호를 정확히 보상할 수 있는 이점이 있으나, 페이딩이 심한 채널의 신호만이 특별히 강조되므로 상대적으로 잡음의 영향을 많이 받게 되는 단점이 있다. 제로-포싱 방법에서, 가중치 는 다음의 수학식 4와 같이 구해진다.

위 식에서 미정계수는 다수의 안테나를 통하여 전송되는 송신 전력의 합을 일정하게 유지하기 위해 입력 신호를 정규화(normalize)시키는 값으로 이 되고 n번째 송신 안테나를 위한 사전 결합 가중치 는 수학식 4와 같이 정확히 역으로 보상함으로써 구할 수 있다. 여기서, 송신 안테나 2개, 수신안테나 1개일 때 채널 상태 행렬은 과 같이 나타내어질 수 있으며, 와 같다.

두 번째 방법은, 채널에 따른 신호의 위상만을 일치시키는 동일 위상 결합 방식(EGC: Equal Gain Combining)이다. 이는 신호의 크기의 변화를 보상하지 못하는 단점이 있지만 페이딩 현상에 따른 위상의 변화를 보상함으로써 상승적 결합을 할 수 있어 좋은 성능을 얻을 수 있다. 이 경우, 가중치 은 다음의 수학식 5와 같이 구해진다.

여기서 위 식을 만족하는 이 되며, 사전 결합 가중치 와 같이 나타낼 수 있다.

셋째로는, 페이딩 영향에 따른 채널의 상태를 보상함에 있어서 일정 기준을 정해놓고, 채널의 상태를 점검하여 일정기준 이상이 되는 채널은 제로-포싱으로 정확히 보상하고 일정기준 이하의 채널들에 대해서는 위상만을 조정함으로써 잡음의 영향을 줄이는 조건적 정규화를 갖는 동일 위상 결합 방식(EGC with conditional normalization)이다. 이는 채널상태의 양호도를 점검함으로써 신호의 세기까지 보상해 줄 수 있다. 이 경우, 가중치 은 다음의 수학식 6과 같이 채널 상태 에 따라 2가지 형태로 나타낼 수 있다.

즉, 만일 일 때에는, zero-forcing 방식과 같이 정확히 역으로 보상하므로, 위 식을 만족하는 로 수학식 4에서와 같은 값을 가지며, 가중치 벡터는 수학식 4와 유사한 를 갖게 된다. 만일 채널 상태가 일정기준값 를 초과하지 못하는 경우에는 종전의 위상만을 보상해주는 수학식 5와 같은 EGC 결합 방식으로 가중치 를 구한다.

넷째는, 다중의 송수신 안테나 기법에 가중치 벡터를 결합하는데 있어, 페이딩 영향을 적게 받은 수신 상태가 좋은 신호에 대해서는 큰 값으로 가중되고 페이딩 영향이 심해 수신 상태가 나쁜 신호에 대해서는 작은 전력을 가중함으로써 SNR (Signal-to-Noise Ratio)을 최대화 시켜주는 최대비 결합방식(MRC: Maximal Ratio Combining)이다. 이 방식을 이용한 가중치 는 다음의 수학식 7과 같이 구해진다.

위 식을 만족하는 를 구하면 이 되며, 각 안테나에 따라, 왜곡을 보상 시켜 주는 가중치 와 같이 나타낼 수 있다.

다섯째는, 채널의 상태와 잡음의 영향을 고려하여 채널을 최적으로 이용할 수 있는 MMSE (Minimum Mean Squared Error) 결합방식이다. 이는 실제 SNR을 추정하기가 쉽지 않기 때문에 20dB 신호를 기준으로 채널의 영향을 고려하여 채널을 최적으로 이용할 수 있도록 가중치 벡터를 설계하였다. 따라서, 가중치 는 다음의 수학식 8과 같이 구해진다.

= 1

만족하는 를 구하면 이 되며, 각 안테나에 따라, 왜곡을 보상 시켜 주는 가중치 는 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다. 여기서 상수 0.01은 SNR이 20dB일 때의 1/SNR 값이며 이다.

수신 안테나가 두 개 이상인 경우, 각 송신 안테나에 따른 가중치 값들은 두 개 이상의 수신 안테나에서 최적의 결합이 이루어지도록 결정되어야 한다. 이를 위하여, 본 발명에서는 수신기에서의 라이크리후드(likelihood) 함수를 정의하고 잡음이 없는 경우에 서로 다른 심벌들간에 라이크리후드 함수 값의 차이가 가장 크게 되도록 송신 안테나들의 가중치 벡터를 결정한다. 라이크리후드 함수는 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.

여기서, 는 부호화된 공간 코드 벡터 를 전송하였을 경우 잡음이 존재하지 않는 채널에서 번째 수신 안테나의 수신신호를 나타낸다. tr(ㆍ)은 괄호 안의 행렬의 트레이스(trace)를 나타내는 기호이며, 및 는 각각 기준 공간 코드 벡터와 임의의 공간 코드 벡터를 나타내며, 와 와 같다. 윗첨자 는 복소공액 전치행렬(Hermitian) 연산자를 나타낸다. 수학식 9의 아래 식을 유도하기 위하여 Y = HBX를 사용하였다. 위 식에서와 같이 수신기에서 인접 신호들간의 트레이스가 최대가 되기 위해서는 부호들간의 최소 유클리드 거리가 최대가 되어야 함을 알 수 있다. 이는, 본 발명에 따를 최적의 트렐리스 부호를 사용하면, 이 조건을 만족 시킬 수 있다. 따라서 수신기에서 신호들간의 최대의 트레이스를 얻기 위해서는, 수학식 9에서와 같이 값의 크기에 따라 결정되므로, 값을 최대로 하는 가중치 벡터 를 결정하면 최적의 성능을 유지할 수 있다. 따라서 이러한 가중치는 수학식 10과 같은 의 주요 고유벡터 (principal eigenvector)에 해당한다.

여기서, 는 행렬의 최대 고유치에 해당하는 고유벡터를 나타낸다. 즉, 다수의 수신 안테나를 사용하는 환경에서도 채널 상태 정보 를 효율적으로 이용함으로써, 각각의 송신 안테나에 따른 가중치 벡터를 구할 수 있다.

또한, 수신기에서의 복호방식으로는 종래의 스페이스 타임 부호방식과 같이, 채널 상태 정보뿐만 아니라, 본 발명의 사전 결합 가중치를 이용하여, 비터비 알고리즘을 바탕으로한 MLD(maximum likelihood detection) 방법을 사용하여 원 신호를 복원한다. 종래의 STC 방식과 본 발명의 최적의 스페이스 타임 트렐리스 부호화(space-time trellis coding) 방식은 4-PSK, 4상태 트렐리스 구조에서 각 상태의 가지들은 모든 상태(branch)로 갈 수 있고, 임의의 상태로 결합하는 가지들은 모든 상태로부터 올 수 있다. 또한, 수신부에서도 송신부에서의 채널 상태 정보를 이용하므로, 트렐리스 부호의 성능은 트렐리스 가지들마다 할당되는 부호들간의 유클리드 거리 즉, 경로 거리 값의 차이에 의해서만 성능이 결정된다. 즉, 송신 안테나가 개이고, 수신 안테나가 개일 때, 송신 안테나별로 가중치를 부과한 후, 무선 채널을 통하여 공간적으로 결합되어 수신된 신호들로부터, 매 시간 슬롯마다 트렐리스 상에서 ML 기준에 따라 가질 수 있는 모든 경로에 대한 경로 거리(path metric)를 계산하여 누적 거리 값이 가장 작은 경로를 찾아가는 비터비 알고리즘을 사용하여 원신호를 복원한다. 수학식 11은 수신된 데이터 신호와 가능한 신호조합에 의한 자승 오차의 누적거리를 계산하는 MLD 알고리즘을 나타낸다.

여기서, 는 수신부에서 복원된 성상 심벌들의 시퀀스를 나타내며, 는 제안된 트렐리스 부호기에서 출력될 수 있는 모든 공간 코드 벡터들의 집합이고, 는 번째 수신 안테나에 수신된 신호를 나타내며, 수신 안테나의 잡음을 포함한다.

본 발명의 송신 다이버시티 사전 결합 방식과 최적 트렐리스 부호화 방식을 주파수 선택적인 다중 경로 페이딩 채널 환경에서의 고속의 데이터를 전송하기 위한 다중 캐리어 시스템에도 적용할 수 있다. 상기 다중 캐리어 시스템 중에서 부 반송파간 직교성을 가지고 있으며 FFT/IFFT를 통하여 구현이 용이한 OFDM 시스템에의 적용에 대하여 설명한다. 본 발명에 따른 상기의 단일 캐리어를 사용한 송신 다이버시티 결합 MIMO 시스템과 달리 주파수 선택적인 페이딩에서 다중 캐리어를 사용하는 OFDM 시스템에서는 부 반송파별로 상호 직교하므로 서로 독립적으로 처리할 수 있다. 따라서, 송신 안테나별 공간 다이버시티 뿐만 아니라 부 반송파별 주파수 다이버시티 이득을 동시에 얻을 수 있도록 다수의 송신 안테나를 사용하여 신호를 전송함에 있어 안테나 배열에서의 동일한 부 반송파 성분들을 이용하여 각 부 반송파에 해당하는 안테나별 채널 상태 정보에 따라 부 반송파별로 송신 다이버시티 결합을 행하는 송신 다이버시티 사전 결합 방식과 상기 최적 스페이스 타임 트렐리스 부호를 사용하는 OFDM-MIMO 시스템을 제공한다.

도9는 본 발명에 따른 OFDM-MIMO 시스템에서 부 반송파별 송신 다이버시티 사전 결합 방식 및 최적 스페이스 타임 부호화 방식을 사용한 OFDM-MIMO 시스템의 송수신부를 나타낸 것으로, 랜덤하게 발생되는 이진 데이터 시퀀스인 정보원(51)과, 상기 정보원(51)으로부터 입력되는 비트 스트림을 M-PSK 성상하여 임의의 상태에서 분할되거나 임의의 상태로 통합되는 가지에 할당되는 부호어를 부호들간의 최소 유클리드 거리가 최대가 되도록 하는 부호만을 사용하여 다수의 송신안테나를 통하여 심벌 단위로 공간적으로 분산하는 최적 트렐리스 방식의 스페이스 타임 엔코더(52)와, 스페이스 타임 엔코더(52)에 의하여 공간적으로 분산된 신호들을 주파수 영역으로 분산시켜 IFFT 처리를 하기위한 블록 정보를 저장하는 버퍼 블록(53)과, 그리고 부 반송파별 송신 안테나 배열에 해당하는 채널 상태에 따라 각 반송파에 해당하는 안테나별로 서로 다른 가중치를 부과하는 가중치 곱셈기(54)들과, 상기 각각의 곱셈기들로부터 부 반송파별 안테나별로 다른 가중치가 부과된 각 안테나 신호블록을 IFFT를 통하여 시간영역 신호로 변환하는 IFFT 블록(55)과 시간 영역으로 변환된 블록 데이터를 순차적으로 시간 영역 신호로 변환하는 병직렬 변환부(56)와, 각 안테나에 해당하는 시간 영역 OFDM 신호들을 송신하는 송신 안테나 배열(57)을 포함하는 송신부와; 송신 안테나들로부터 전송되어 송수신 안테나간에 주파수 선택적 페이딩 영향을 받은 신호들을 수신하는 수신 안테나 배열(58)과, 상기 수신된 신호들을 FFT 처리를 위한 블록을 구성하는 직병렬 변환부(59)와 주파수 변환을 통하여 독립된 부 반송파 신호로 분리하는 FFT 블록(60)과, 병렬의 주파수 영역 데이터를 원래의 전송 순서대로 직렬로 변환하는 병직렬 변환부(61)와, 송신부에서 사용한 사전 결합 가중치와 채널 상태 정보를 이용하여 ML 척도에 따라 스페이스 타임 복호화를 수행하는 스페이스 타임 디코더(62)와 심벌 데이터 스트림을 필요한 형태로 변환하는 정보 싱크 블록(63)을 갖는 수신부로 구성되어 정보 신호를 복원하게 된다.

또한, 본 발명에 따른 상기의 OFDM-MIMO 시스템에서도 수신부에서 공간적으로 결합된 부호들간의 최소 유클리드 거리를 최대화하여 최대의 채널 용량을 얻기 위하여 본 발명에 따른 단일 캐리어 MIMO 시스템에서 사용한 것과 동일한 최적 스페이스 타임 부호화 방식을 사용한다.

상기 송신부에서 번째 부 반송파에 해당하는 공간 코드 벡터 가 전송되어질 때, 수신부에서의 번째 부 반송파에 해당하는 수신신호 벡터 는 수학식 12와 같이 나타낼 수 있다.

여기서, 는 번째 수신 안테나에서의 k-번째 부반송파 수신신호를 나타낸다. 는 n-번째 송신 안테나의 k-번째 부반송파 신호이며, 는 OFDM-MIMO 시스템의 k-번째 부반송파에 해당하는 채널 상태 행렬을 나타낸다. 또한, 는 k-번째 부반송파에 해당하는 송신 안테나 결합 가중치들로 구성된 대각 행렬로서 k-번째 부반송파에 해당하는 번째 송신 안테나의 사전 결합 가중치 를 수학식 13과 같은 대각선 요소의 값으로 갖는다.

여기서, 는 n-번째 송신 안테나와 m-번째 수신 안테나에 해당하는 k-번째 부반송파의 채널 상태를 나타내며, 는 m-번째 수신 안테나에서의 k-번째 부반송파에 해당하는 백색 부가 잡음을 나타낸다.

본 발명에 따른 OFDM-MIMO 시스템에서의 송신 다이버시티 결합을 위한 가중치 결정방식으로는 송수신 안테나 배열에 해당하는 k-번째 부반송파에서의 채널 상태 정보를 이용하여 부 반송파별로 본 발명에 따른 상기의 단일 캐리어 시스템에서 사용한 것과 동일한 MMSE, MRC, EGC, 조건적 정규화를 갖는 EGC, 제로 포싱(Zero Forcing)의 다섯 가지 알고리즘을 적용하여 구하게 된다.

또한, 본 발명에 따른 상기의 단일 캐리어 MIMO 시스템에서와 같이 수신 안테나가 두 개 이상인 경우에도, 각 송신 안테나에 따른 k-번째 부반송파의 가중치 값은 두 개의 이상의 수신 안테나에서 최적 결합이 이루어지도록 결정되어야 한다. 따라서, 부 반송파별 가중치 벡터는 수학식 14의 기준에 따라 결정된다.

여기서, 을 나타내며, 수학식 14에서와 같이 수신부에서의 각 안테나에 따른 부반송파의 신호를 최적으로 복원하기 위해서는 부반송파 별로 서로 인접한 신호들간의 트레이스 값의 차이를 최대가 되도록 가중치를 결정하여야 한다. 여기서, 는 번째 부 반송파를 통하여 송신된 기준 공간 코드 벡터이다. 수학식 14와 같은 기준에 따라 선정된 각 부 반송파에 해당하는 가중치 벡터는 수학식 15에서와 같이 나타낼 수 있다.

즉, 주파수 선택적 페이딩 채널에서의 다수의 수신 안테나를 사용하는 환경에서도 각 부 반송파에 해당하는 송수신 안테나 배열에 따른 채널 상태 정보 를 이용함으로써 최적의 가중치들을 구할 수 있다.

본 발명에 따른 OFDM-MIMO 시스템에서 수신기에서의 복호방식으로는 상기의 송신 다이버시티 사전 결합 방식과 최적 트렐리스 부호화 방식을 사용한 단일 캐리어 MIMO 시스템에서와 같이, 부 반송파별로 채널 상태 정보와 송신부에서 사용한 사전 결합 가중치를 이용하여, 비터비 알고리즘을 바탕으로한 MLD(maximum likelihood detection) 방법을 사용하여 원 신호를 복원한다. 수학식 16은 OFDM-MIMO 시스템에서 독립된 부 반송파를 통하여 수신된 신호들로부터 모든 가능한 신호 조합에 의한 자승 오차의 누적 거리를 계산하는 MLD 알고리즘을 나타낸다.

여기서, 는 수신부에서 복원된 성상 심벌들의 스트림을 나타내며, 는 송신 안테나 배열을 통하여 OFDM 방식으로 송신된 부 반송파별 공간 코드 벡터들의 모든 가능한 집합을 나타내고, 는 k-번째 부 반송파에서 전송되어 m-번째 수신 안테나에 입력된 신호를 나타낸다.

본 발명은 채널 상태에 따라 송신 안테나별로 독립적인 사전 결합 가중치를 부과함으로써 페이딩의 영향을 보상하여 신호의 검출 특성을 개선할 수 있으며, 송신 다이버시티 사전 결합 방식에 가장 적합한 최적 트렐리스 부호를 사용함으로써 추가적인 성능 향상을 얻을 수 있으며, 상관성이 존재하는 채널 환경에서도 우수한 성능을 유지할 수 있다.

또한 상기 송신 다이버시티 사전 결합을 위한 사전 결합 가중치를 구하는 알고리즘으로 우수한 성능을 유지하는 방식으로 MRC 결합 방식과 MMSE 결합 방식을 사용할 수 있으며, 두 가지 방식 모두는 기존의 STC 방식과 최적의 STTC 방식 모두의 성능을 크게 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에서 제안된 MMSE 사전 결합 방식을 이용한 제안된 MIMO시스템은 수신부에서의 FER(Frame Error Rate)의 성능을 최대화하여 채널의 영향을 최적으로 이용할 수 있게 한다.

또한, 본 발명의 송신 다이버시티 사전 결합 방식의 성능을 최적화하기 위한 부호화 방식으로는 송신부에서 공간적으로 결합된 서로 다른 신호들간의 최소 유클리드 거리를 최대가 되도록 하는 최적 스페이스 타임 트렐리스 부호화 방식을 사용한다. 이는 상관성이 존재하는 채널에서도 우수한 성능을 유지할 수 있는 부호화 방식이다. 즉, 종래의 STC방식은 채널간 상관성이 존재하지 않는 환경에서 성능이 최대가 되도록 설계되었으므로, 상관성이 존재하는 채널에서는 성능이 심하게 나빠지지만, 본 발명의 방식은 부호들간의 최소 유클리드 거리를 최대로 갖는 부호만을 사용함으로써, 상관성이 존재하는 환경에서도 기존의 STC 방식에 비해 우수한 성능을 나타낸다. 따라서, 본 발명의 최적 트렐리스 부호화 방식을 사용한 미모(MIMO) 시스템은 송신 다이버시티 사전 결합 방식의 성능을 최적화할 뿐 아니라, 상관성이 존재하는 환경에서도 우수한 성능을 유지 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 송신 다이버시티 사전 결합 방식과 최적 트렐리스 부호화 방식을 OFDM-MIMO 시스템에 적용함에 있어 부 반송파별로 적용하여 송신 다이버시티 사전 결합을 사용함으로써 주파수 선택적 페이딩 채널에 따른 주파수 다이버시티와 안테나 배열에 따른 공간적인 다이버시티 이득을 동시에 얻을 수 있어 우수한 전송 특성을 유지할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명의 송신 다이버시티 사전 결합 방식과 최적의 트렐리스 부호화 방식을 결합한 송신부와 수신부를 갖는 MIMO 시스템은, 채널 상태 정보를 이용하여 페이딩의 영향을 극복하고, 또 효율적으로 이용함으로써 송신부에서의 추가적인 다이버시티를 얻을 수 있으며, 채널들간에 상호 상관성이 존재하는 페이딩 환경에서도 신호 검출 성능을 향상시키고 안테나 개수에 비례하는 채널 용량 증대를 얻을 수 있다. 또한 주파수 선택적 페이딩 채널 환경의 OFDM 전송 방식에도 적용할 수 있는 방식을 제공하므로, 무선 환경에서의 고속 데이터 전송에 적합하며, 향후 수백 Mbps급의 고속 멀티미디어 서비스지원을 필요로 하는 광대역 무선 전송에 매우 유용하게 적용될 것으로 기대할 수 있다.

도1은 종래의 단일 캐리어를 사용한 스페이스 타임 트렐리스 부호화 방식의 송수신부를 나타낸 블록도.

도2는 본 발명에 따른 송신 다이버시티 사전 결합 방식과 최적 스페이스 타임 트렐리스 부호화 방식을 사용한 MIMO 시스템의 송수신부를 나타낸 블록도.

도3은 4-PSK 신호의 성상도.

도4는 종래의 스페이스 타임 부호의 트렐리스를 나타낸 도면.

도5는 본 발명에 따른 4-PSK, 4상태 최적 스페이스 타임 부호의 트렐리스를 나타낸 도면.

도6은 종래의 스페이스 타임 부호들의 성상도를 나타낸 도면.

도7은 본 발명에 따른 4-PSK, 4상태 최적 스페이스 타임 부호들의 성상도를 나타낸 도면.

도8은 종래의 다중 캐리어를 사용한 OFDM의 송수신부를 나타낸 블록도.

도9는 본 발명에 따른 송신 다이버시티 사전 결합 방식과 최적 스페이스 타임 트렐리스 부호화 방식을 사용한 OFDM-MIMO 시스템의 송수신부를 나타낸 블록도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11,21,31,51 : 정보원 12,22,52 : 스페이스 타임 엔코더

13,26,62 : 스페이스 타임 디코더 14,27,46,63 : 정보 싱크

23,54 : 가중치 곱셈기 블록 24,38,57 : 송신 안테나 배열

25,39,58 : 수신 안테나 배열 32 : 채널 엔코더

33,41,59 : S/P (Serial-to-Parallel)변환기

34,55 : IFFT 블록 35 : 사이클릭 프리픽스 첨가기

36,44,56,61 : P/S 변환기 37 : D/A 변환기

40 : A/D 변환기 42 : 사이클릭 프리픽스 제거기

45 : 채널 디코더 43,60 : FFT 블록

53 : 버퍼 블록

Claims (7)

1. 송신 다이버시티 사전 결합 방식과 최적의 트렐리스 부호화 방식을 사용한 단일 캐리어 MIMO 시스템에 있어서,

   랜덤(random)하게 발생되는 이진 데이터 시퀀스(binary data sequence)인 정보원(information source)과, 상기 정보원으로부터 입력되는 비트 스트림을 M-PSK 성상하여 임의의 상태에서 분할되거나 임의의 상태로 통합되는 가지에 할당되는 부호어를 생성하여 안테나 배열에 따라 공간적으로 분산하는 스페이스 타임 엔코더와, 상기 최적의 트렐리스 부호화된 신호들을 공간적으로 분산하여 전송함에 있어 채널의 상태 정보에 따라 송신 안테나별로 서로 다른 가중치를 부과하는 가중치 곱셈기들과, 상기 가중치가 부과된 신호들을 전송하는 다수의 안테나들을 포함하는 송신부와;

   송수신 안테나간에 독립적인 페이딩 영향을 받은 수신된 신호들을 수신하는 수신 안테나들과, 상기 수신된 신호들로부터 ML(maximum likelihood) 척도에 따라 신호를 복원하는 스페이스 타임 디코더와, 상기 복원된 심벌 데이터 스트림을 필요한 형태로 변환하는 정보 싱크 블록을 포함하는 수신부를 갖는 것을 특징으로 하는 송신 다이버시티 사전 결합 방식과 최적 트렐리스 부호화 방식을 사용한 단일 캐리어 MIMO 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   공간적으로 결합된 부호들간의 최소 유클리드 거리가 최대가 되도록 하는, 송신 다이버시티 사전 결합 방식에 가장 적합한 최적 스페이스 타임 트렐리스 부호를 사용하는 것을 특징으로 하는 송신 다이버시티 사전 결합 방식과 최적 트렐리스 부호화 방식을 사용한 단일 캐리어 MIMO 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 송신 다이버시티 결합 가중치 곱셈기에 적용할 사전 결합 가중치를 결정하는 방법으로 채널의 상태정보에 따라 제로-포싱(Zero-forcing)방법, EGC 방법, 조건적 정규화를 갖는 EGC 방법, MRC 방법 또는 MMSE 방법 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 송신 다이버시티 사전 결합 방식과 최적 트렐리스 부호화 방식을 사용한 단일 캐리어 미모 시스템.
4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

   송신 다이버시티 사전 결합 가중치를 결정함에 있어서,

   수신 안테나가 M 개일 경우 다수의 수신기 안테나에서 동시에 최적 결합이 이루어지도록 채널 상태 정보 를 이용하여 서로 다른 심벌들간의 ML 척도의 차이를 가장 크게 하는 가중치 (여기서, 는 행렬의 최대 고유치에 해당하는 고유 벡터, 임)를 사용하는 송신 다이버시티 사전 결합 방식과 최적 트렐리스 부호화 방식을 사용한 단일 캐리어 미모 시스템.
5. 송신 다이버시티 사전 결합 방식과 최적의 트렐리스 부호화 방식을 사용한 다중 캐리어 미모 시스템에 있어서,

   랜덤하게 발생되는 이진 데이터 시퀀스인 정보원과, 상기 정보원으로부터 입력되는 비트 스트림을 M-PSK 성상하여 임의의 상태에서 분할되거나 임의의 상태로 통합되는 가지에 할당되는 부호어를 생성하여 공간적으로 분산하는 스페이스 타임 엔코더와, 각 안테나별로 한 블록의 정보를 저장하는 버퍼 블록과, 송신 안테나 배열의 동일한 부 반송파에 해당하는 신호들을 채널의 상태 정보에 따라 안테나별로 각기 다른 가중치를 부과하는 가중치 곱셈기들과, 부 반송파별로 동일한 부 반송파에 해당하는 신호들에 채널 상태에 따라 다른 가중치를 부과한 안테나별 신호 블록들을 IFFT를 통하여 시간영역 신호로 변환하는 IFFT 블록과 상기의 IFFT를 취한 데이터 블록을 신호의 전송 순서대로 순차적으로 변환하는 병직렬 변환부와, 상기 순차적으로 변환된 신호들을 전송하는 다수의 송신안테나들을 포함하는 송신부와;

   송수신 안테나간에 독립적인 페이딩 영향을 받은 다수의 수신 안테나로 구성되는 수신 안테나들과, 수신된 신호들을 병렬 처리를 위하여 저장하는 직병렬 변환부와, 각 안테나 별로 주파수 변환을 통하여 부 반송파 신호들로 분리하는 FFT 블록과 병렬 데이터를 원래의 순서대로 직렬 시퀀스로 변환하는 병직렬 변환부와 다중 안테나를 통하여 수신된 다수의 부 반송파 신호들로부터 ML 척도에 따른 스페이스 타임 복호화를 수행하는 스페이스 타임 디코더와, 심벌 데이터 스트림을 필요한 형태로 변환하는 정보 싱크 블록을 포함하는 수신부를 갖는 것을 특징으로 하는 부 반송파별 송신 다이버시티 사전 결합 방식과 최적의 트렐리스 부호화 방식을 사용한 OFDM-MIMO 시스템.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 부 반송파별 송신 다이버시티 사전 결합 방식을 사용한 OFDM-MIMO 시스템에서의 송신 다이버시티 사전 결합을 위한 가중치 결정방식으로는 송수신 안테나 배열에 해당하는 k-번째 부반송파에서의 채널 상태 정보를 이용하여 부 반송파별로 MMSE, MRC, EGC, 조건적 정규화를 갖는 EGC, 제로 포싱(Zero Forcing) 방법 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 부 반송파별 송신 다이버시티 사전 결합 방식과 최적의 트렐리스 부호화 방식을 사용한 다중 캐리어 미모 시스템.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 부 반송파별 송신 다이버시티 사전 결합 방식을 사용한 OFDM-MIMO 시스템에서의 수신 안테나가 M 개일 경우, 부 반송파별 송신 다이버시티 사전 결합 가중치 벡터를 다수의 수신기에서 동시에 최적 결합이 이루어지도록 결정함에 있어서,

   동일한 부 반송파에 해당하는 채널 상태 정보 를 이용하여 부 반송파별로 수신기에서 결합된 서로 다른 심벌들간의 ML 척도의 차이를 가장 크게 할 수 있도록 하는 가중치 벡터 를 사용하는 부 반송파별 송신 다이버시티 사전 결합 방식과 최적 트렐리스 부호화 방식을 사용한 다중 캐리어 미모 시스템.