KR100475178B1 - 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 처리 장치 및방법 - Google Patents

다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 처리 장치 및방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 처리 장치는, 직교 채널화 코드를 송신하는 각각의 심볼에 곱하고, 상기 각각의 심볼을 다수의 송신 안테나를 이용하여 전송하는 송신단과; 다수의 수신 안테나를 이용하여 수신된 상기 각각의 심볼에, 상기 송신단에서의 직교 채널화 코드와 동일한 직교 채널화 코드를 곱하여, 상기 송신단에서의 최초 심볼을 검출하는 수신단이 포함되며,
본 발명에 따른 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 처리 방법은, 송신 데이터가 각각의 심볼로 분할되는 단계와; 상기 송신 안테나 수를 상기 수신 안테나 수로 나누어 떨어질 때의 몫 또는 그렇지 않을 경우 몫에 1을 더한 수에 해당하는 직교 채널화 코드가 생성되고, 상기 직교 채널화 코드가 상기 심볼에 곱해지고, 상기 심볼이 다수의 송신 안테나에 의해 전송되는 단계와; 상기 직교 채널화 코드가 곱해진 심볼이 다수의 수신 안테나에 의해 수신되는 단계와; 상기 직교 채널화 코드와 동일한 직교 채널화 코드를 생성되고, 상기 직교 채널화 코드가 수신된 상기 심볼에 각각 곱해지는 단계와; 상기 직교 채널화 코드가 곱해진 상기 심볼을 통해 송신단의 최초 심볼을 검출하는 단계가 포함되는 것을 특징으로 한다.
이에 의하면, 송신단 안테나 어레이 및 수신단 안테나 어레이의 안테나 수에 관계없이 송신 안테나에서 전송한 독립된 신호를 모두 복원할 수 있게 된다.

Description

다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 처리 장치 및 방법{Signal Processing Apparatus and Method of Multi Input, Multi Output Mobile Communication System}
본 발명은 다수의 안테나를 송신단과 수신단에서 공히 사용하는 다중입력, 다중출력(Multi Input and Multi Output : 다중 입출력 이동 통신)시스템이라는 이동 통신 시스템에서 송신 안테나의 수가 수신 안테나의 수보다 많은 경우의 신호 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 기술 분야에서는 다중 입출력 이동 통신 시스템이 단일 안테나 시스템, 즉 단일 안테나 대 단일 안테나 또는 단일 안테나 대 다수 안테나 시스템에 비해 크게 개선된 능력을 달성할 수 있다고 잘 알려져 있다.
그러나, 이러한 개선을 달성하기 위해서는 풍부한 산란 환경이 존재하여 다수의 수신 안테나에 도달하는 여러 신호들이 별반 상관되지 않는 것이 바람직하며, 상기 신호들이 어느 정도 상관을 가짐에도 그러한 상관이 무시되면, 성능은 저하되고 능력은 감소되는 것이다.
또한, 상기 다수의 송/ 수신 안테나에 있어서 수신 안테나의 수가 송신 안테나의 수보다 많거나 적어도 같아야 한다는 제한이 따른다.
이는 다수의 송신 안테나를 통해 각각 전송하는 송신 심볼의 수가 수신 안테나의 수에 의해 제한되는 것을 방지하기 위함이며, 따라서, 종래의 다중 입출력 이동 통신 시스템에서 송신 안테나의 수를 M이라고 하고, 수신 안테나의 수를 N이라고 할 때 M ≤ N 이라는 제한 조건은 반드시 전제 되어야 하는 것이다.
이하 종래의 다중 입출력 이동 통신 시스템의 일 실시예를 살펴보도록 한다.
도 1은 다중 입출력 이동 통신 시스템의 종래 기술의 하나인 Vertical Bell Laboratories Layered Space Time (V-BLAST) 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하여 다중 입출력 이동 통신 시스템의 종래 기술의 하나인 Vertical Bell Laboratories Layered Space Time (V-BLAST) 시스템의 구성을 살펴보면 다음과 같다.우선 V-BLAST 도 다수의 송/수신 안테나를 포함하는 기술인 다중 입출력 이동 통신 시스템의 일종이므로, 송신단에서 M개의 안테나를 사용하며, 수신단에서 N개의 안테나를 사용한다. 단 이 경우 M ≤ N 이라는 제한이 전제된다.
상기 송신단에서는 송신될 데이터들에 대해 순차적으로 발생하는 데이터들을 각 송신 안테나에서 각각 따로 전송하기 위하여 송신 데이터(11)들에 대해 Vector Encoder(10)를 거치며 (즉 Vector Encoder는 순차적으로 발생되는 데이터들을 각 안테나에서 병렬적으로 전송하기 위해 Serial-to-Parallel 회로를 거치는 것이다) 각 안테나에서 다른 신호들이 전송되도록 한다.
이것은 다수의 송신 안테나(12)를 사용하는 경우에 별도의 신호 처리나 Space-Time Code를 사용하지 않고 단순히 입력되는 데이터에 대해 다른 안테나에서 각각 다른 신호가 송신되도록 하는 것으로, 다시 말하면 송신단에서는 송신 품질 향상을 위해서 별도의 신호처리를 거치지 않는 것이 된다.
즉, 송신단에서는 다수의 안테나를 사용하여 각각 다른 안테나에서 다른 신호를 송신하도록 하고 수신단에서 별도의 알고리즘을 사용해 송신단에서 전송된 신호를 수신단에서 여러 안테나로 수신하여 송신단의 각각 다른 안테나에서 다르게 전송된 신호를 적절히 검출하는 것이다.
도 1에 도시된 수신단의 V-BLAST 수신단의 신호처리기(18)는 바로 M개의 안테나에서 각각 다르게 송신된 신호를 수신단에서 검출하기 위한 신호 처리부를 도시한 것이다.
한편, 상기 V-BLAST 시스템의 동작을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. V-BLAST 시스템의 송신단에서는 송신 각 안테나에서 별도의 신호 처리나 Space-Time Code를 사용하지 않고 단순히 입력되는 데이터에 대해 다른 안테나에서 각각 다른 신호가 송신되도록 한다. 송신단에서는 이렇게 단순히 신호를 각각 다른 안테나에서 다른 신호가 전송되도록 처리만 하고 수신단에서는 각각 송신 안테나에서 다르게 전송된 신호를 적절한 신호처리를 통해 검출해야 하는데 이것이 V-BLAST 시스템의 핵심 기술 및 알고리즘이라 할 수 있다.
도 2는 V-BLAST 시스템 수신단에서의 신호 처리 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2를 참조하여 V-BLAST 시스템 수신단에서의 신호 처리 방법을 설명하면 다음과 같다.
우선 M개의 송신 안테나(12), N개의 수신 안테나(16)를 가진 다중 입출력 이동 통신 시스템을 가정한다. (M ≤ N)
이 때 M개의 송신 안테나(12)를 통해 각각 다르게 송신된 신호 벡터를 a라고 하고 송신 신호 벡터가 수신단에 수신되기 전 거치게 되는 이동 통신 채널 행렬을 H라고 할 때 N개의 수신 안테나를 가진 다중 입출력 이동 통신 시스템의 수신단에서 수신되는 신호 벡터 r은 다음과 같이 정의 할 수 있다.
이 때 채널 행렬인 H는 송신단이 M개의 안테나를 사용하고 수신단이 N개의 안테나를 사용하고 송신 안테나 각각에서 송신된 신호는 각각 다른 경로를 거쳐 각각 다른 수신 안테나에 수신되므로 N×M행렬이 된다.
또한, 이러한 상기 채널 행렬은 수신단에서 추정하여 얻게 된다.
결국 M개의 안테나를 통해 각각 다르게 전송된 신호들 (a1, a2,…, am 즉, M×1벡터)은 각각 다른 채널 hi,j를 거치게 되고 수신단에서는 N개의 안테나를 사용해 신호가 수신된다. 아울러 수학식 1에서 v는 가우시안 잡음을 나타낸 것으로 수신단 각 안테나에 유기되므로 N×1벡터가 된다.
이렇게 N개의 안테나에서 수신된 신호는 다음과 같은 신호 검색 알고리즘을 가진 수신단 신호 처리부를 거치게 된다.
우선 송신된 신호 a1, a2,…, am를 가진 a벡터를 수신단에서 검출한 신호 벡터를 라고 하고 내의 검출된 신호들을 라고 나타낸다. 이렇게 송신단의 각각 다른 안테나에서 송신된 신호를 수신단에서 검출하기 위해서는, 수신단의 N개의 안테나에 수신되는 신호벡터에 웨이트 벡터를 곱하게 되는데 이 웨이트 벡터를 w라고 정의한다.
이 웨이트 벡터는 송신단의 안테나에서 각각 다른 신호가 송신되므로, 이 각각 다른 신호를 검출하기 위하여는 M개의 웨이트 벡터가 필요하게 된다.
이 때 수신단에서 수신되는 신호벡터에 곱하게 되는 웨이트 벡터는 다음과 같은 성질을 만족하도록 한다.
수학식 2에서 H j는 H의 j번째 열 벡터를 나타낸다. 즉 수학식 2에서는 i번째송신 데이터를 검출하기 위해 수신단에서 수신되는 신호벡터에 곱해 주어야 할 웨이트 벡터 w i는 H의 i번째 열 벡터와의 곱에 대해서만 1이라는 값을 가지고 H 의 나머지 열벡터와의 곱에 대해서는 0을 만족하게 한다.
즉 i번째 송신 안테나에서 송신된 송신 데이터를 수신하기 위한 웨이트 벡터 w i는 다른 송신 안테나에서 송신된 신호의 영향은 제거하도록 한다. 순차적으로 송신 신호를 검출하기 때문에 현재 검출하기 위해 사용할 웨이트 벡터를 구하기 전에 먼저 검출된 신호의 영향은 배제하였으므로 j≥i라는 표현을 썼다.
수학식 2의 성질을 만족하는 웨이트 벡터는 다음과 같이 구할 수 있다.
우선 수학식 1에서 나타낸 수신단에서의 수신되는 신호 벡터를
으로 다시 표현할 수 있다.
송신 안테나 각각에서 송신된 신호는 각각 다른 채널을 거쳐 수신단에 수신되는데 이것을 선형적인 합의 꼴로 표현한 것이 수학식 3이라고 할 수 있다.
여기서 1번째 송신 신호를 검출할 때는 2번째부터 M번째 까지의 신호의 영향을 제거하여 수신할 수 있는 웨이트 벡터를 수신되는 신호벡터에 곱하여 수신하는 것이 가장 바람직하고, 마찬가지로 다른 송신 신호에 대해서도 이런 원리를 적용할 수 있다. 이런 요구 조건을 만족시키기 위해 종래 기술에서는 다음과 같이 웨이트 벡터를 갱신하도록 하였다.
우선 웨이트 벡터 갱신이 시작되면 처음 주어진 H행렬의 Moore-Penrose pseudoinverse를 구하고, 이 행렬을 H +혹은 G 1로 표시한다. 즉 다음과 같이 쓸 수 있다.
다음 G 1행렬의 각 행벡터 중 행벡터의 벡터 놈(vector norm) 중에서 가장 작은 값으로 나타나는 행벡터가 어느 것인지를 알아낸다. 행벡터의 벡터 놈(vector norm) 중에서 가장 작은 값으로 나타나는 행벡터가 어느 것인지를 알아내면 이것을 K라고 하면 K번째 송신 신호를 검출하기 위한 웨이트 벡터 w k는 G 1행렬의 K번째 행으로 선택한다.
이 후 수신벡터 r과 웨이트 벡터 w k를 곱해서 K번째 안테나에서 송신된 신호를 검출하고, 송신단에서 사용하는 변조 방법 (예를 들면 QPSK, QAM 등의 디지털 변조 방식)을 수신단에서도 알고 있으므로 어느 배치(constellation)에 속한 것인지를 판단하여 마지막으로 K번째 송신 안테나에서 송신된 신호, ak를 검출한다.
이렇게 K번째 안테나에서 송신된 신호를 검출하면 수학식 3에서 K번째 신호의 영향을 가감한다. 즉 다음과 같은 연산을 실시한다.
이 때 r 2는 2번째 갱신에서 사용될 수신 벡터를 나타낸다.
이후 G 2, 즉 2번째 웨이트 벡터를 구하는 데 사용될 행렬은 H +행렬 중 K번째 열을 모두 0로 만든 행렬의 Moore-Penrose pseudoinverse 행렬이 된다. 즉 다음과 같이 쓸 수 있다.
이 때 는 H +행렬 중 K번째 열을 모두 0로 만든 행렬의 Moore-Penrose pseudoinverse 행렬을 의미한다.
이 후 G 2행렬에 대해서 G 2행렬의 행벡터들의 벡터 놈(vector norm) 중에서 가장 작은 값으로 나타나는 행벡터가 어느 것인지를 알아내면 이것을 V라고 하면 V번째 송신 신호를 검출하기 위한 웨이트 벡터 w v는 행렬의 v번째 행로 선택한다.
이 후 수신벡터 r 2과 웨이트 벡터 w v를 곱해서 v번째 안테나에서 송신된 신호를 검출하고 송신단에서 사용하는 변조 방법 (예를 들면 QPSK, QAM 등의 디지털 변조 방식)을 수신단에서도 알고 있으므로 어느 배치(constellation)에 속한 것인지를 판단하여 마지막으로 v번째 송신 안테나에서 송신된 신호, av를 검출한다.
이렇게 v번째 안테나에서 송신된 신호를 검출하면 수학식 5에서 v번째 신호를 가감한다. 즉 다음과 같은 연산을 실시한다.
이 때, r 3는 3번째 갱신에서 사용될 수신 벡터를 나타낸다.이런 과정은 M개의 안테나에서 각각 송신된 신호를 모두 구할 때 까지 계속되어, 결국 송신단에서 전송된 신호를 수신단에서 여러 안테나로 수신하여 송신단의 각각 다른 안테나에서 다르게 전송된 신호를 적절히 검출하게 된다.
이와 같이 종래의 기술은 송신단에서 발생한 data를 각 송신 안테나에 나눠주도록 serial-to-parallel 단을 두어 각 송신 안테나에서 서로 독립적인 신호를 송신되도록 하고, 수신단에서 신호 처리를 사용하여 각 송신 안테나에서 송신된 신호를 검출하는 방법을 사용하고 있다.
그러나, 종래 기술은 수신 안테나의 수가 송신 안테나의 수보다 많아야 한다는 제한 조건을 가지고 있다. 즉 송신 안테나의 수가 수신 안테나의 수보다 많은 경우에는 상기에서 설명한 종래의 V-BLAST 등의 기술을 사용할 수 없다는 단점을 가지고 있다.
본 발명은 다수의 송/ 수신 안테나를 사용하는 다중 입출력 이동 통신 시스템에 있어서, 각각의 송/ 수신 안테나마다 직교특성을 갖는 채널화 코드를 곱해줌으로써, 송신 안테나를 수신 안테나보다 적은 수로 그룹을 지어 수신 안테나의 수가 송신 안테나의 수보다 적은 경우에도, 송신 안테나의 독립된 신호를 모두 복원하게 하는 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 처리 장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 처리 장치는, 직교 채널화 코드를, 송신하는 각각의 심볼에 곱하고, 상기 각각의 심볼을 다수의 송신 안테나를 이용하여 전송하는 송신단과; 다수의 수신 안테나를 이용하여 수신된 상기 각각의 심볼에, 상기 송신단에서의 직교 채널화 코드와 동일한 직교 채널화 코드를 곱하여, 상기 송신단에서의 최초 심볼을 검출하는 수신단이 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수신 안테나의 수가 상기 송신 안테나의 수보다 적으며, 상기 직교 채널화 코드는 왈시 코드임을 특징으로 한다.
또한, 상기 직교 채널화 코드는, 상기 송신 안테나 수를 상기 수신 안테나 수로 나누어 떨어질 때의 몫 또는 나누어 떨어지지 않는 경우의 몫에 1을 더한 수에 해당하는 만큼 생성되고, 상기 송신되는 각각의 심볼들은 상기 직교 채널화 코드의 수에 해당하는 만큼의 그룹으로 구분되고, 상기 각 그룹에 각각의 상기 직교 채널화 코드가 곱해지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 직교 채널화 코드가 곱해진 각 심볼들이 송신단의 각각의 안테나를 통해 독립적으로 전송되거나, 서로 다른 그룹에 해당하는 상기 직교 채널화 코드가 곱해진 각 심볼들이 각 그룹당 하나씩 합산되어 송신단의 각각의 안테나를 통해 전송되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 무선 이동 통신 시스템에서의 송신단은, 송신 데이터를 각각의 심볼들로 분할하는 벡터인코더와; 상기 송신 안테나 수를 상기 수신 안테나 수로 나누어 떨어질 때의 몫 또는 나누어 떨어지지 않는 경우의 몫에 1을 더한 수에 해당하는 직교 채널화 코드를 생성하고, 이를 상기 심볼들에 곱하는 직교 채널화 코드 발생기와; 상기 직교 채널화 코드가 곱해진 심볼들을 전송하는 다수의 송신 안테나가 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 심볼들은 상기 직교 채널화 코드의 수에 해당하는 그룹으로 나뉘고, 상기 각 그룹에 각각의 상기 직교 채널화 코드가 곱해지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 그룹에 있어, 서로 다른 그룹에 해당하는 상기 직교 채널화 코드가 곱해진 각 심볼들이 각 그룹당 하나씩 합산되는 합산기가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 무선 이동 통신 시스템에서의 수신단은, 송신 심볼을 수신하는 다수의 수신 안테나와; 송신단에서 생성한 직교 채널화 코드와 동일한 직교 채널화 코드를 생성하고 이를 수신된 상기 심볼에 각각 곱하는 직교 채널화 코드 발생기와; 상기 직교 채널화 코드가 곱해진 상기 심볼을 통해 송신단의 최초 심볼을 검출하는 신호 처리부가 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 무선 이동 통신 시스템에서의 신호 처리 방법은, 송신 데이터가 각각의 심볼로 분할되는 단계와; 상기 송신 안테나 수를 상기 수신 안테나 수로 나누어 떨어질 때의 몫 또는 나누어 떨어지지 않는 경우의 몫에 1을 더한 수에 해당하는 직교 채널화 코드가 생성되고, 상기 직교 채널화 코드가 상기 심볼에 곱해지고, 상기 심볼이 다수의 송신 안테나에 의해 전송되는 단계와; 상기 직교 채널화 코드가 곱해진 심볼이 다수의 수신 안테나에 의해 수신되는 단계와; 상기 직교 채널화 코드와 동일한 직교 채널화 코드를 생성되고, 상기 직교 채널화 코드가 수신된 상기 심볼에 각각 곱해지는 단계와; 상기 직교 채널화 코드가 곱해진 상기 심볼을 통해 송신단의 최초 심볼을 검출하는 단계가 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수신 안테나의 수가 상기 송신 안테나의 수보다 적으며, 상기 송신되는 각각의 심볼들은 상기 직교 채널화 코드의 수에 해당하는 만큼의 그룹으로 구분되고, 상기 각 그룹에 각각의 상기 직교 채널화 코드가 곱해지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 직교 채널화 코드가 곱해진 각 심볼들이 송신단의 각각의 안테나를 통해 독립적으로 전송되거나, 서로 다른 그룹에 해당하는 상기 직교 채널화 코드가 곱해진 각 심볼들이 각 그룹당 하나씩 합산되어 송신단의 각각의 안테나를 통해 전송되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 무선 이동 통신 시스템에서의 신호 전송 방법은, 동일 사용자의 데이터 심볼들을 2 이상의 송신 안테나 수로 분리하는 심볼 분리단계와; 분리된 데이터의 심볼들을 2 이상의 그룹으로 나누는 단계와; 각 그룹에 하나씩 서로 직교하는 직교 채널화 코드를 곱하는 단계와; 상기 채널화 코드가 곱해진 데이터 심볼들을 상기 2 이상의 송신 안테나를 통하여 전송하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 무선 이동 통신 시스템에서의 신호 수신 방법은, 2 이상의 수신 안테나로 2 이상의 송신 안테나로부터 전송된 신호를 수신하는 단계와; 수신된 신호를 직교 채널화 코드로 분리하는 단계와;동일한 직교 채널화 코드에 의해 분리되는 신호들을 연산하여 대응하는 송신 안테나로부터 전송된 데이터 심볼들을 추출하는 단계와; 추출된 심볼들을 결합하여 하나의 동일 사용자의 데이터를 복원하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수신 안테나의 수는 상기 송신 안테나의 수보다 적다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 송신단 안테나 어레이 및 수신단 안테나 어레이의 안테나 수에 관계없이 송신 안테나에서 전송한 독립된 신호를 모두 복원할 수 있는 장점이 있다.
또한, 송신 안테나에서 그룹화되어 전송된 신호를 수신 안테나에서 상기 그룹에 관계없이 수신하고 이를 직교코드를 통해 구분함으로써 다이버시티 효과를 얻을 수 있는 장점이 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 다중 입출력 이동 통신 시스템의 구성도이다.
도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 다중 입출력 이동 통신 시스템의 구성을 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 우선 M개의 송신 안테나, N개의 수신 안테나를 가진 다중 입출력 이동 통신 시스템을 가정하며, 이 때 수신 안테나의 수 N이 송신 안테나의 수 M보다 작은 경우를 가정한다.
본 발명의 실시예에 의한 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 처리 장치는, 송신하는 각각의 심볼에 직교 채널화 코드를 곱하고, 상기 각각의 심볼을 M개의 송신 안테나(36)를 이용하여 전송하는 송신단과, N개의 수신 안테나(38)를 이용하여 수신된 상기 각각의 심볼에, 상기 송신단에서의 직교 채널화 코드와 동일한 직교 채널화 코드를 곱하여, 상기 송신단에서의 최초 심볼을 검출하는 수신단이 포함된다.
상기 송신단을 구성을 좀 더 상세히 설명하면, 이는 송신 데이터(30)를 각각의 심볼들로 분할하는 벡터인코더와, 상기 송신 안테나(36) 수를 상기 수신 안테나(38)수로 나누어 떨어질 때의 몫 또는 나누어 떨어지지 않는 경우의 몫에 1을 더한 수에 해당하는 직교 채널화 코드를 생성하고, 이를 상기 심볼들에 곱하는 직교 채널화 코드 발생기(34)와, 상기 직교 채널화 코드가 곱해진 심볼들을 전송하는 다수의 송신 안테나(36)가 포함되어 구성된다.
또한, 상기 심볼들은 상기 직교 채널화 코드의 수에 해당하는 그룹으로 나뉘고, 상기 각 그룹에 각각의 상기 직교 채널화 코드가 곱해진다, 여기서, 상기 직교 채널화 코드는 왈시(Walsh) 코드와 같이 직교 특성을 갖는 코드이다.
여기서, 상기 송신 안테나(36) 수를 상기 수신 안테나(38) 수로 나누어 떨어질 때의 몫 또는 나누어 떨어지지 않는 경우의 몫에 1을 더한 수에 해당하는 직교 채널화 코드를 생성하고, 이러한 상기 직교 채널화 코드의 수 만큼 상기 심볼들을 그룹 짓는 이유는, 상기 그룹에 속하는 심볼의 수가 상기 수신 안테나의 수보다 같거나 작게 하여 수신단에서 송신 신호를 이상없이 검출하게 하기 위함이다.
즉, 상기 각각의 그룹에 속하여 동시에 송신 송신되는 심볼의 수는 상기 수신 안테나의 수보다 같거나 작은 수에 해당한다.
상기 송신단의 동작을 설명하면, 먼저 송신단을 통해 전송하려는 신호는 변조(modulation) 등의 과정을 거쳐 순차적으로 발생되는 송신 데이터(30)로 변환이 되고, 상기 송신데이터가 상기 벡터 인코더(32)를 통해 각 송신 안테나(36)에서 병렬적으로 전송될 수 있는 각각의 심볼들로 분할된다. 따라서, 상기 벡터 인코더(32)는 하나의 순차적인 신호를 M개의 병렬 신호 즉, M개의 심볼들로 분할시키는 것으로 1 : M 디멀티플렉서와 그 역할을 같이 한다.
다음으로 상기 벡터 인코더(32)를 거친 M개의 심볼들에는 상기 직교 채널화 코드 발생기(34)에서 생성된 직교 채널화 코드가 각각 곱해지게 된다. 이는 수신 안테나(38)의 수(N개)가 송신 안테나(36)의 수(M개)보다 적은 경우에, 송신 안테나(36)에서 송신되는 각각의 심볼들을 일정하게 그룹을 지어서 송신케 함으로써 수신단에서 송신 신호를 구분하기 위한 것이다.
상기 직교 채널화 코드는, 상기 송신 안테나(36) 수를 상기 수신 안테나(38) 수로 나누어 떨어질 때의 몫 또는 나누어 떨어지지 않는 경우의 몫에 1을 더한 수에 해당하는 만큼 생성되고, 상기 각 심볼들은 상기 직교 채널화 코드의 수에 해당하는 만큼으로 그룹화 되어 구분되게 되며, 상기 각 그룹에는 각각의 상기 직교 채널화 코드가 곱해진다.
여기서 상기 각 심볼들이 직교 채널화 코드의 수에 해당하는 그룹화 되어 구분되는 것은 상기 서로 다른 직교 채널화 코드가 일정하게 할당되어 상기 각 심볼에 곱해짐에 의해 이루어진다. 결국 상기 직교 채널화 코드는, 상기 송신 안테나(36) 수를 상기 수신 안테나(38) 수로 나누어 떨어질 때의 몫 또는 나누어 떨어지지 않는 경우의 몫에 1을 더한 수에 해당하는 만큼 생성되므로 상기 각 심볼들도 직교 채널화 코드의 수에 해당하는 만큼의 그룹을 이루어 구분되는 것이다.
따라서, 상기 각각의 그룹에 속하여 동시에 송신 송신되는 심볼의 수는 상기 수신 안테나의 수보다 같거나 작은 수에 해당하므로 수신단에서 이상 없이 송신 신호를 검출하게 된다.
또한, 도 3에서의 상기 수신단의 구성을 상세히 설명하면, 이는 송신 심볼을 수신하는 다수(N개)의 수신 안테나(38)와, 송신단에서 생성한 직교 채널화 코드와 동일한 직교 채널화 코드를 생성하고 이를 수신된 상기 심볼에 각각 곱하는 직교 채널화 코드 발생기(34)와, 상기 직교 채널화 코드가 곱해진 상기 심볼을 통해 송신단의 최초 심볼을 검출하는 신호 처리부(39)가 포함되어 구성된다.
상기 수신단의 동작을 설명하면, 먼저 상기 M개의 송신 안테나(36)에 의해 전송된 각 심볼들을 N개의 수신 안테나(38)를 통해 수신되고, 상기 송신단에서 생성된 상기 직교 채널화 코드와 동일한 직교 채널화 코드를 상기 수신된 심볼에 곱해줌으로써 상기 송신단에서 분류된 그룹을 구분할 수 있게 된다.
이는 왈시 코드와 같은 직교 채널화 코드의 직교 특성으로 인해 서로 다른 왈시 코드가 곱해지는 경우 타 그룹의 신호는 제거되기 때문이다.
다음으로는 상기 직교 채널화 코드가 곱해져 각각의 그룹으로 나뉘어진 수신 심볼들을 통해 상기 병렬 신호로 분할된 송신 심볼들을 검출하는 것으로, 이는 상기 신호 처리부(39)에서 담당하고 있으며, 상기 그룹별로 제로 포싱(Zero-Forcing : ZF), 최소평균오차측정(Minimum-Mean-Square-Error : MMSE) 방법 또는 상기 종래 기술에서 설명한 V-BLAST 방법 등을 통해 검출하게 된다. 상기 방법 등으로 병렬 신호로 분할 된 송신 심볼들을 검출하게 되면, 이를 멀티 플렉서를 통하여 하나의 순차적인 신호 데이터로 변환하고, 마지막으로 복조(demodulation)를 통해 최초 송신단을 통해 전송하려는 신호를 복원하게 되는 것이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 다중 입출력 이동 통신 시스템의 구성도이다.
도 4를 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 다중 입출력 이동 통신 시스템의 구성을 설명하면 다음과 같다.
단, 도 4에서의 실시예를 설명함에 있어, 우선 4개의 송신 안테나, 2개의 수신 안테나를 가진 다중 입출력 이동 통신 시스템을 가정하나, 이는 하나의 실시예에 불과하며 수신 안테나의 수가 송신 안테나의 수보다 적은 경우는 본 발명의 실시예가 적용될 수 있는 것이다.
도 4에서의 실시예는 도 3에서의 실시예와 송신단과 수신단에 있어 기본적인 구성을 일치하며, 다만 서로 다른 그룹에 해당하는 상기 직교 채널화 코드가 곱해진 각 심볼들이 각 그룹당 하나씩 합산되는 합산기(45)가 더 포함되는 것에서 그 차이가 있다.
즉, 도 3의 실시예와 구별되는 점은 송신단에서 서로 다른 그룹에 해당하는, 상기 직교 채널화 코드가 곱해진 각 심볼들이 각 그룹당 하나씩 합산되어 송신단의 각각의 안테나를 통해 전송된다는 것이다.
이를 좀 더 상세히 설명하면, 상기 송신 안테나(46) 수를 상기 수신 안테나(48) 수로 나누어 떨어질 때의 몫 또는 나누어 떨어지지 않는 경우의 몫에 1을 더한 수에 해당하는 만큼의 직교 채널화 코드가 생성되고, 이에 의해 송신단에서의 각 심볼들의 그룹이 구분되는 경우 도 3에서의 실시예와 같이, 상기 직교 채널화 코드가 곱해진 각 심볼들이 다수의 송신 안테나(46)를 통해 독립적으로 전송되는 것이 아니라, 서로 다른 그룹에 해당하는 상기 직교 채널화 코드가 곱해진 각 심볼들이 각 그룹당 하나씩 합산되어 송신단의 각각의 안테나를 통해 전송된다.
도 4를 참조하면, 송신 안테나(46)의 수가 4개이고, 수신 안테나(48)의 수가 2개이므로, 상기 직교 채널화 코드 발생부에서는 2개의 직교 채널화 코드를 생성시키게 된다. 물론 수신 안테나(48)의 수보다 많은 3개의 직교 채널화 코드를 생성시키는 것도 이론적으로 가능하나, 이 경우 하나의 직교 채널화 코드는 그 성질을 이용할 수 없게 되므로 고려할 필요가 없다.
상기 송신 안테나(46) 수를 상기 수신 안테나(48) 수로 나누어 떨어질 때의 몫 또는 나누어 떨어지지 않는 경우의 몫에 1을 더한 수에 해당하는 직교 채널화 코드를 생성하는 경우는 예를 들어 송신 안테나 수가 6개이고, 수신 안테나 수가 4개인 경우와 같이 몫이 1이 되면, 그 보다 많은 2개의 직교 채널화 코드를 생성하게 되는 것이다.
따라서, 상기 벡터 인코더(42)를 통해 분할된 각각의 심볼들 는 2개의 직교 채널화 코드에 의해 2개의 그룹으로 나뉘게 되며, 여기서는 의 두 그룹으로 나뉘는 것으로 가정한다.
다음으로 각각의 그룹에 상기의 직교 채널화 코드가 곱해지게 되며, 또한 서로 다른 그룹에 해당하는 상기 직교 채널화 코드가 곱해진 각 심볼들이 각 그룹당 하나씩 합산되어 송신단의 각각의 안테나를 통해 전송된다.
결국, 이것은 로 합쳐서 도 4에서 나타난 바와 같이 각각 안테나 1,3 안테나 2,4로 송신된다. 따라서 2차의 전송다이버시티 효과를 낼 수 있는 것이다.
본 실시예에서의 수신단 역시 도 3에서 설명한 실시예의 수신단과 그 구성이 일치한다. 상기 수산단에서의 동작을 간단히 설명하면, 상기 수신단에서는 직교 채널화 코드를 사용해서 수신안테나로 들어온 수신신호에서 의 그룹을 구분하고, 상기 신호처리부에서 그룹별로 제로 포싱(Zero Forcing : ZF), 최소평균 오차측정 (Minimum-Mean-Square-Error : MMSE) 방법 또는 상기 종래 기술에서 설명한 V-BLAST 방법 등을 통해 검출하며, 각 송수신안테나 간의 채널 추정값을 이용하여 다이버시티 이득을 얻을 수 있다. 상기 방법 등으로 병렬 신호로 분할 된 송신 심볼들을 검출하게 되면, 이를 멀티 플렉서를 통하여 하나의 순차적인 신호 데이터로 변환하고, 마지막으로 복조(demodulation)를 통해 최초 송신단을 통해 전송하려는 신호를 복원하게 되는 것이다.
도 5는 도 3 및 도 4에서 설명된 본 발명의 실시예에 의한 신호 처리 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5를 참조하여 본 발명에 의한 신호처리 방법을 설명하면 다음과 같다.
단 송신 안테나의 수는 M개 이고, 수신 안테나의 수는 N개로 가정하고, 이 때 수신 안테나의 수 N이 송신 안테나의 수 M보다 작은 경우를 가정한다.
먼저 송신단을 통해 전송하려는 신호는 변조(modulation) 등의 과정을 거쳐 순차적으로 발생되는 송신 데이터로 변환이 되고, 상기 송신데이터가 상기 벡터 인코더를 통해 각 송신 안테나에서 병렬적으로 전송될 수 있는 각각의 심볼들로 분할된다. 여기서, 상기 벡터 인코더는 하나의 순차적인 신호를 M개의 병렬 신호 즉, M개의 심볼들로 분할시키는 것으로 1 : M 디멀티플렉서와 그 역할이 같다. (A)
다음으로 상기 벡터 인코더를 거친 M개의 심볼들에는 직교 채널화 코드 발생기에서 생성된 직교 채널화 코드가 각각 곱해지게 된다. 이는 수신 안테나의 수(N개)가 송신 안테나의 수(M개)보다 적은 경우에, 송신 안테나에서 송신되는 각각의 심볼들을 일정하게 그룹을 지어서 송신케 함으로써 수신단에서 송신 신호를 수신하기 위한 것이다.
상기 직교 채널화 코드는 상기 송신 안테나 수를 상기 수신 안테나 수로 나누어 떨어질 때의 몫 또는 나누어 떨어지지 않는 경우의 몫에 1을 더한 수에 해당하는 만큼 생성되고, 상기 각 심볼들 역시 상기 직교 채널화 코드가 생성된 수에 해당하는 만큼 그룹화 되어 구분되며, 상기 각 그룹에는 각각의 상기 직교 채널화 코드가 곱해진다. 여기서 상기 각 심볼들이 상기 직교 채널화 코드가 생성된 수에 해당하는 만큼 그룹화 되어 구분되는 것은, 상기 서로 다른 직교 채널화 코드가 일정하게 할당되어 상기 각 심볼에 곱해짐에 의해 이루어진다. (B)
다음 단계는 도 3 및 도 4의 각각의 실시예에 따라 구별되는 데, 도 3의 실시예의 경우는 상기 직교 채널화 코드가 곱해진 각 심볼들은 M개의 송신 안테나를 통해 독립적으로 전송되는 데 있어, 이는 상기 직교 채널화 코드의 수에 해당하는 그룹으로 묶여 전송되므로 상기 각각의 그룹에 속하여 동시에 송신 송신되는 심볼의 수가 상기 수신 안테나의 수보다 같거나 작은 수에 해당하게 되므로 수신단 측에서 이상 없이 송신 신호를 수신할 수 있게 되는 것이다. (C)
도 4의 실시예의 경우는 상기 직교 채널화 코드가 곱해진 각 심볼들이 각 그룹당 하나씩 합산되어 송신단의 각각의 안테나를 통해 전송되는 데, 이를 통하여 자기의 그룹의 안테나 뿐 아니라 다른 그룹의 안테나로도 심볼을 송신함으로써 다이버시티 효과를 얻을 수 있는 것이다. (D)
다음으로는 수신단에서의 신호 처리 방법이며, 상기 수신단에서는 먼저 상기 직교 채널화 코드가 곱해진 심볼이 다수의 수신 안테나에 의해 수신된다. (E)
그 다음 상기 송신단에서 생성된 상기 직교 채널화 코드와 동일한 직교 채널화 코드를 상기 수신된 심볼에 곱해줌으로써 상기 송신단에서 분류된 그룹을 구분한다.
이는 왈시 코드와 같은 직교 채널화 코드의 직교 특성으로 인해 서로 다른 왈시 코드가 곱해지는 경우 타 그룹의 신호는 제거되기 때문이다. (F)
다음으로는 상기 직교 채널화 코드가 곱해져 각각의 그룹으로 나뉘어진 수신 심볼들을 통해 상기 병렬 신호로 분할된 송신 심볼들을 검출하는 것으로, 이는 상기 신호 처리부에서 담당하고 있으며, 상기 그룹별로 제로 포싱(Zero-Forcing : ZF), 최소평균오차측정(Minimum-Mean-Square-Error : MMSE) 방법 또는 상기 종래 기술에서 설명한 V-BLAST 방법 등을 통해 검출하게 된다.
상기 방법 등으로 병렬 신호로 분할 된 송신 심볼들을 검출하게 되면, 이를 멀티 플렉서를 통하여 하나의 순차적인 신호 데이터로 변환하고, 마지막으로 복조(demodulation)를 통해 최초 송신단을 통해 전송하려는 신호를 복원하게 되는 것이다. (G)
이상의 설명에서와 같이 본 발명에 의한 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 처리 장치 및 방법에 의하면, 송신단 안테나 어레이 및 수신단 안테나 어레이의 안테나 수에 관계없이 송신 안테나에서 전송한 독립된 신호를 모두 복원할 수 있는 장점이 있다.
또한, 송신 안테나에서 그룹화되어 전송된 신호를 수신 안테나에서 상기 그룹에 관계없이 수신하고 이를 직교코드를 통해 구분함으로써 다이버시티 효과를 얻을 수 있는 장점이 있다.
도 1은 다중 입출력 이동 통신 시스템의 종래 기술의 하나인 Vertical Bell Laboratories Layered Space Time (V-BLAST) 시스템의 구성도.
도 2는 V-BLAST 시스템 수신단에서의 신호 처리 방법을 나타내는 순서도.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 다중 입출력 이동 통신 시스템의 구성도.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 다중 입출력 이동 통신 시스템의 구성도.
도 5는 도 3 및 도 4에서 설명된 본 발명의 실시예에 의한 신호 처리 방법을 나타내는 순서도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10, 32, 42 : 벡터 인코더 11, 30, 40 : 송신 데이터
12, 36, 46 : 송신 안테나 14 : 다중입출력 이동통신 채널
16, 38, 48 : 수신 안테나 18 : V-BLAST 수신단의 신호처리기
34, 44 : 직교 채널화 코드 발생기 39, 49 : 신호 처리부
45 : 합산기

Claims (19)

  1. 송신하는 각각의 심볼에 직교 채널화 코드를 곱하고, 상기 각각의 심볼을 다수의 송신 안테나를 이용하여 전송하는 송신단과,
    다수의 수신 안테나를 이용하여 수신된 상기 각각의 심볼에, 상기 송신단에서의 직교 채널화 코드와 동일한 직교 채널화 코드를 곱하여, 상기 송신단에서의 최초 심볼을 검출하는 수신단이 포함되며,
    상기 직교 채널화 코드가, 상기 송신단의 송신 안테나 수를 상기 수신단의 수신 안테나 수로 나눌 때, 그 몫의 값과 같거나 많은 수로 생성되는 것을 특징으로 하는 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 처리 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 수신 안테나의 수가 상기 송신 안테나의 수보다 적음을 특징으로 하는 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 처리 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 직교 채널화 코드는 왈시 코드임을 특징으로 하는 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 처리 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 송신되는 각각의 심볼들은 상기 직교 채널화 코드의 수에 해당하는 그룹으로 구분되고, 상기 각 그룹에 각각의 상기 직교 채널화 코드가 곱해지는 것을 특징으로 하는 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 처리 장치.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 직교 채널화 코드가 곱해진 각 심볼들이 송신단의 각각의 안테나를 통해 독립적으로 전송되는 것을 특징으로 하는 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 처리 장치.
  7. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    서로 다른 그룹에 해당하는, 상기 직교 채널화 코드가 곱해진 각 심볼들이 각 그룹당 하나씩 합산되어 송신단의 각각의 안테나를 통해 전송되는 것을 특징으로 하는 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 처리 장치.
  8. 송신 데이터를 각각의 심볼들로 분할하는 벡터인코더와,
    송신 안테나 수를 수신 안테나 수로 나눌 때, 나누어 떨어질 경우의 몫 또는 나누어 떨어지지 않을 경우의 몫에 1을 더한 수에 해당하는 직교 채널화 코드를 생성하고, 이를 상기 심볼들에 곱하는 직교 채널화 코드 발생기와,
    상기 직교 채널화 코드가 곱해진 심볼들을 전송하는 다수의 송신 안테나가 포함되는 것을 특징으로 하는 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 처리 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 심볼들이 상기 직교 채널화 코드의 수에 해당하는 그룹으로 나뉘고, 상기 각 그룹에 각각의 상기 직교 채널화 코드가 곱해지는 것을 특징으로 하는 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 처리 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 그룹에 있어, 서로 다른 그룹에 해당하는 상기 직교 채널화 코드가 곱해진 각 심볼들이 각 그룹당 하나씩 합산되는 합산기가 더 포함되는 것을 특징으로 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 처리 장치.
  11. 송신 심볼을 수신하는 다수의 수신 안테나와,
    송신단에서 생성한 직교 채널화 코드와 동일한 직교 채널화 코드를 생성하고 이를 수신된 상기 심볼에 각각 곱하는 직교 채널화 코드 발생기와,
    상기 직교 채널화 코드가 곱해진 상기 심볼을 통해 송신단의 최초 심볼을 검출하는 신호 처리부가 포함되며,
    상기 직교 채널화 코드는 송신 안테나 수를 수신 안테나 수로 나눌 때, 나누어 떨어질 경우의 몫 또는 나누어 떨어지지 않을 경우의 몫에 1을 더한 수 만큼 생성됨을 특징으로 하는 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 처리 장치.
  12. 송신 데이터가 각각의 심볼로 분할되는 단계와,
    상기 송신 안테나 수를 상기 수신 안테나 수로 나눌 때, 나누어 떨어질 경우의 몫 또는 나누어 떨어지지 않을 경우의 몫에 1을 더한 수에 해당하는 직교 채널화 코드가 생성되고, 상기 직교 채널화 코드가 상기 심볼에 곱해지고, 상기 심볼이 다수의 송신 안테나에 의해 전송되는 단계와,
    상기 직교 채널화 코드가 곱해진 심볼이 다수의 수신 안테나에 의해 수신되는 단계와,
    상기 직교 채널화 코드와 동일한 직교 채널화 코드를 생성되고, 상기 직교 채널화 코드가 수신된 상기 심볼에 각각 곱해지는 단계와,
    상기 직교 채널화 코드가 곱해진 상기 심볼을 통해 송신단의 최초 심볼을 검출하는 단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 처리 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 수신 안테나의 수가 상기 송신 안테나의 수보다 적음을 특징으로 하는 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 처리 방법.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 송신되는 각각의 심볼들은 상기 직교 채널화 코드의 수에 해당하는 만큼의 그룹으로 구분되고, 상기 각 그룹에 각각의 상기 직교 채널화 코드가 곱해지는 것을 특징으로 하는 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 처리 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 직교 채널화 코드가 곱해진 각 심볼들이 송신단의 각각의 안테나를 통해 독립적으로 전송되는 것을 특징으로 하는 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 처리 장치.
  16. 제 14에 있어서,
    서로 다른 그룹에 해당하는, 상기 직교 채널화 코드가 곱해진 각 심볼들이 각 그룹당 하나씩 합산되어 송신단의 각각의 안테나를 통해 전송되는 것을 특징으로 하는 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 처리 방법.
  17. 동일 사용자의 데이터 심볼들을 2 이상의 송신 안테나 수로 분리하는 심볼 분리단계와;
    분리된 데이터의 심볼들을 2 이상의 그룹으로 나누는 단계와;
    각 그룹에 하나씩 서로 직교하는 직교 채널화 코드를 곱하는 단계와;
    상기 채널화 코드가 곱해진 데이터 심볼들을 상기 2 이상의 송신 안테나를 통하여 전송하는 단계를 포함하여 이루어지며,
    상기 직교 채널화 코드는 송신 안테나 수를 수신 안테나 수로 나눌 때, 나누어 떨어질 경우의 몫 또는 나누어 떨어지지 않을 경우의 몫에 1을 더한 수 만큼 생성됨을 특징으로 하는 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 전송 방법.
  18. 2 이상의 수신 안테나로 2 이상의 송신 안테나로부터 전송된 신호를 수신하는 단계와;
    수신된 신호를 직교 채널화 코드로 분리하는 단계와;
    동일한 직교 채널화 코드에 의해 분리되는 신호들을 연산하여 대응하는 송신 안테나로부터 전송된 데이터 심볼들을 추출하는 단계와;
    추출된 심볼들을 결합하여 하나의 동일 사용자의 데이터를 복원하는 단계를 포함하여 이루어지며,
    상기 직교 채널화 코드는 송신 안테나 수를 수신 안테나 수로 나눌 때, 나누어 떨어질 경우의 몫 또는 나누어 떨어지지 않을 경우의 몫에 1을 더한 수 만큼 생성됨을 특징으로 하는 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 전송 방법.
  19. 제 17항 또는 제 18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수신 안테나의 수가 상기 송신 안테나의 수보다 적음을 특징으로 하는 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 처리 방법.
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