KR100588498B1 - 이동 통신용 다중 데이터 송수신 장치 및 송수신 데이터 처리방법 - Google Patents

Abstract

이동 통신에서 다중 데이터를 송수신함에 있어 송신 안테나를 많이 설치하여 안테나의 채널 용량을 넓혀 주어 인접 체널의 간섭을 줄이고, 공간 시변조 방식을 적용하여 좌표 인터리버된 페이딩을 최소화하여 이동 통신에서 멀티미디어 데이터의 송수신에 고속성 및 안정성을 제공하는 것으로,

무선 신호로 전송을 위한 다중 데이터를 송신 안테나의 개수를 맵핑으로 하여 매트릭스로 형성하는 과정과, 매트릭스의 각 변수에 대한 최대 다이버시티를 추출하는 과정과, 추출된 각 변수에 대한 최대 다이버시티를 동일 심볼 세트로 좌표 인터리빙시켜 전 전송율 및 전 다이버시티를 추출하는 과정과, 추출된 다이버시티를 기수와 우수 심볼들로부터 실수 및 허수에 기반을 둔 인터리브된 좌표를 설계하는 과정 및, 좌표 설계된 인터리브된 신호를 공간 시변조하여 대응되는 각 채널을 통해 송신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이동 통신 데이터, 좌표 인터리브, 다이버시티, 엔코딩, 디코딩

Description

이동 통신용 다중 데이터 송수신 장치 및 송수신 데이터 처리방법{A MOBILE COMMUNICATION MULTI DATA OF TRANSMIT AND RECEIVE DEVICE AND METHOD OF TRANSMIT AND RECEIVE DATA PROCESSING}

도 1은 본 발명에 따른 이동 통신용 다중 데이터 송수신장치에 대한 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 이동 통신용 다중 통신 데이터 송수신장치를 통해 송신되는 다중 통신 데이터가 좌표 설정부에 의해 좌표 인터리브된 도해.

도 3은 본 발명에 따라 송신되는 이동 통신용 다중 통신 데이터의 처리에서 다이버시티 특성을 추출하기 위한 해석도.

도 4는 본 발명에 따른 이동 통신용 다중 데이터 처리에서 공간 시변조에 관련되는 다양한 매트릭스에 대한 비교 해석도.

도 5는 본 발명에 따른 이동 통신용 다중 데이터 송수신장치에서 데이터 수신장치에 대한 블록도.

도 6은 본 발명에 따른 이동 통신용 다중 데이터 송수신장치에서 데이터 전송각에 대한 다이버시티 구성도.

본 발명은 이동 통신용 데이터 송수신장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 이동 통신에서 다중 데이터를 송수신함에 있어 송신 안테나를 많이 설치하여 안테나의 채널 용량(Capacity)을 넓혀 주어 인접 체널의 간섭을 줄이고, 공간 시변조(Space Time Coding) 방식을 적용하여 좌표 인터리버된(Interleaved) 페이딩을 최소화하여 이동 통신에서 멀티미디어 데이터의 송수신에 고속성 및 안정성을 제공하도록 하는 이동 통신용 다중 데이터 송수신 장치 및 송수신 데이터 처리방법에 관한 것이다.

일반적으로 각종 통신기기에서 모바일(Mobile) 통신이나 AM 및 FM의 무선 통신이 수행되기 위해서는 데이터의 송수신을 위한 안테나가 구비되는데, 통상적으로 하나의 안테나를 사용하고 있다.

따라서, 음성 통신에는 적합하게 사용할 수 있으나, 많은 양의 데이터로 이루어지는 고속 멀티미디어 정보를 송수신하기에는 부적절한 단점을 갖고 있다.

또한, 무선 데이터의 송수신에서 주변의 환경 영향에 따라 다양한 페이딩(Fading)이 발생된다.

예를 들어, 도시지역에서의 경우 가시거리인 직진파와 건물과 지상으로부터의 반사파, 꺽어지는 부분과 지붕 위 부분 등에서 회절 등에 의해서 야기되는 다중 경로 페이딩이 발생된다.

또한, 사용자의 이동성 단말기는 인접파의 간섭들 사이에서 움직임으로써 도플러 효과에 의한 빠른 페이딩이 발생한다.

또한, 다른 장애물들이 기지국과 단말기의 사이에서 움직일 때에 새도우(Shadowing)은 전반적인 레벨이 서서히 변하도록 만들어 느린 페이딩을 야기한다.

따라서, 무선 데이터의 통신에서 하나의 안테나를 적용하는 경우 고정된 환경에서 발달된 TV나 라디오 등의 전파를 수신하는데는 문제점이 없으나, 이동성이 유지되는 모바일(Mobile) 통신에서의 멀티미디어 정보 송수신에서는 상기한 바와 같은 다양한 영향으로 인하여 양질의 결과를 얻을 수 없는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 이동 통신에서 송신 안테나를 많이 설치하여 안테나의 채널 용량을 넓혀 주어 인접 체널의 간섭을 줄이고, 공간 시변조 방식을 적용하여 좌표 인터리버된 페이딩을 최소화하여 이동 통신에서 멀티미디어 정보 데이터의 송수신에 고속성 및 안정성을 제공하도록 한 것이다.

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 송신을 위한 멀티미디어 데이터를 매트릭스로 형성하는 매트릭스 형성부와; 매트릭스로 형성되어 인가되는 송신을 위한 멀티미디어 데이터의 전송 좌표를 인터리브 하는 좌표 생성부와; 좌표 인터리브된 전송 데이터를 공간 시변조 하는 엔코더와; 준직교 비율이 1인 풀 다이버시티 특성을 갖으며, 공간 시변조된 좌표 인터리브 각 데이터를 대응하여 이동 통신 데이터로 무선 송출하는 송신 안테나와; 공간 시변조되어 전송되는 무선 데이터를 수신하는 수신 안테나와; 수신된 공간 시변조된 좌표 인터리브 데이터를 복조하 는 디코더와; 상기 복조된 데이터로부터 원래의 정보 데이터만을 추출한 다음 프로세서에 제공하여 해당 데이터에 대한 처리가 수행되도록 하는 데이터 추출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 통신용 다중 데이터 송수신장치를 제공한다.

또한, 무선 신호로 전송을 위한 다중 데이터를 송신 안테나의 개수를 맵핑으로 하여 매트릭스로 형성하는 과정과; 상기 매트릭스의 각 변수에 대한 최대 다이버시티를 추출하는 과정과; 상기 추출된 각 변수를 동일 심볼 세트로 좌표 인터리빙시켜 전 전송율 및 전 다이버시티를 추출하는 과정과; 상기 추출된 다이버시티를 기수와 우수 심볼들로부터 실수 및 허수에 기반을 둔 인터리브된 좌표를 설계하는 과정 및; 좌표 설계된 인터리브된 신호를 공간 시변조하여 대응되는 각 채널을 통해 송신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 통신용 송수신 데이터 처리방법을 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 이동 통신용 다중 데이터 송수신장치는, 매트릭스 형성부(10)와 좌표 생성부(20), 엔코더(30), 복수개의 송신 안테나(Tx0 ~ Tx7), 수신 안테나(Rx), 디코더(40) 및 데이터 추출부(50)로 이루어진다.

상기 매트릭스(Matrix) 형성부(10)는 송신을 위한 멀티미디어 데이터를 2×2 혹은 4×4의 매트릭스로 형성한다.

좌표 생성부(20)는 매트릭스로 형성되어 인가되는 송신을 위한 멀티미디어 데이터의 전송 좌표를 인터리브(Interleave)한다.

엔코더(30)는 좌표 인터리브된 전송 데이터를 8개의 안테나를 통해 송신하기 위한 공간 시변조(Space Time Coding)하여 출력한다.

송신 안테나(Tx0 ~ Tx7)는 8개의 안테나로 이루어지며, 준직교 비율이 1인 풀 다이버시티(Full Diversity)의 특성을 갖으며, 공간 시변조된 좌표 인터리브 각 데이터를 대응하여 이동 통신 데이터로 무선 송출한다.

수신 안테나(Rx)는 단일 안테나로 구성되어 상기 복수개의 송신 안테나(Tx0 ~ Tx7)로부터 전송된 공간 시변조된 데이터를 수신한다.

디코더(40)는 상기 공간 시변조된 좌표 인터리브 데이터를 복조한다.

데이터 추출부(50)는 상기 복조된 데이터로부터 원래의 정보 데이터만을 추출하여 도시되지 않은 프로세서측에 제공하여 해당 데이터에 대한 처리가 수행되도록 한다.

전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 동작은 다음과 같이 실행된다.

이동 통신망을 통해 송신을 위한 멀티미디어 데이터가 매트릭스 형성부(10)에 인가되면, 매트릭스 형성부(10)는 인가되는 데이터를 2×2 혹은 4×4의 매트릭스로 형성한다.

예를 들어 8개의 송신 안테나(Tx0 ~ Tx7)를 맵핑(Mapping)으로 매트릭스를 일반화하는 경우에 매트릭스를 A1,B1,A2,B2 라 하면 대응되는 송신 안테나(Tx0 ~ Tx7)는 다음과 같이 결정된다.

은 송신 안테나 Tx0, Tx1, Tx4, Tx5로 전송하고,

이때, 상기의 각 매트릭스에 대한 최대 다이버시티는 다음과 같이 산출된다.

따라서, A1에 대한 최대 다이버시티는 다음과 같이 산출된다.

동일한 방법으로 A2에 대한 최대 다이버시티는 다음과 같이 산출된다.

상기한 바와 같이 산출되는 A1 및 A2에 대한 최대 다이버시티를 동일 심볼 세트(same symbol set)인

로 좌표 인터리빙 시킴으로써 4심볼 세트로 A에 대한 8개의 다이버시티가 추출되며, 좌표 인터리빙에 적용되는 값인

이다.

즉, A에 대한 8개의 다이버시티는 다음과 같다.

또한, B1에 대한 다이버시티는 다음과 같이 산출된다.

따라서, B1에 대한 최대 다이버시티는 다음과 같이 산출된다.

동일한 방법으로 B2에 대한 최대 다이버시티는 다음과 같이 산출된다.

상기한 바와 같이 산출되는 B1 및 B2에 대한 최대 다이버시티를 동일 심볼 세트(same symbol set)인

로 좌표 인터리빙 시킴으로써 4심볼 세트로 B에 대한 8개의 다이버시티를 추출되며, 좌표 인터리빙에 적용되는 값인

이다.

즉, B에 대한 8개의 다이버시티는 다음과 같다.

상기와 같이 A에 대한 8개의 다이버시티와 B에 대한 다이버시티가 산출되면 전비율(Full Rate), 풀 다이버시티(Full Diversity)를 산출할 수 있게 된다.

결론적으로 다이버시티는 다음과 같이 산출된다.

상기와 같이 전송 데이터에 대하여 2×2 매트릭스로 다이버시티가 산출되어 좌표 생성부(20)에 인가되면, 좌표 설정을 위한 인터리브가 수행되는데, 좌표 설정을 인터리브는 첨부된 도 2의 도해에 의해 결정된다.

상기 좌표 인터리브는 일종의 치환(Permutation)으로

는 복합적인 부정기형(Complex indeterminates)으로 결정한다.

여기서

이다.

따라서, 좌표 인터리브된 심볼(Coordinate interleaved symbols)은 다음과 같이 정의된다.

상기 좌표 인터리브로부터 4개의 심볼 정보를 2개의 인접한 심볼로 나눌 수 가 있으므로, 2×2 직교 매트릭스에 기반을 둔 8×8의 새로운 매트릭스를 제안하며 이때 풀 다이버시티를 얻을 수 있다.

본 발명에서 8개의 송신 안테나를 데이터를 송심함에 있어 공간 시변조는 좌표 인터리브에 근거를 두고 있다.

따라서, 상기와 좌표 인터리브되된 심볼 세트가 엔코더(30)에 인가되면, 엔코더는 8개의 송신 안테나(Tx0 ~ Tx7)를 통한 송신을 위하여 공간 시변조를 수행한다.

이때, 심볼 세트

을 위한 코드 매트릭스(Code Matrix)는 Jacket Sparse Matrix 확장을 통하여 다음과 같이 산출된다.

상기에서 ~ 는 인터리버된 심볼이다.

상기의 매트릭스로부터

와 같은 4개의 심볼쌍으로 나눌 수가 있고, 모든 쌍을 2×2 직교 공간 및 시간 구조로 만들 수 있으므로, 하기의 표 1과 첨부된 도 3과 같은 다이버시티의 특성을 추출할 수 있게 된다.

상기의 표 1과 같은 결과를 위해 8×8 심볼 매트릭스를 를 분석하면 다음과 같이 결정된다.

여기서, a,b,c,d는 다음과 같은 값 들을 가지게 된다.

본 발명에서 제안된 도해는 원래의 직교설계에서 출발되며, 그것은 인터리브 된 필드(Field)로 확장해서 구해짐을 쉽게 알 수 있다.

첨부된 도 4는 공간 시변조(Space Time coding)와 관련된 사항을 위해 몇 가지 일반화된 Walsh-Hadamard 변환 매트릭스와 복소 Jacket변환 매트릭스의 유용성을 도시한 것이다.

도면에서 알 수 있는 바와 같이, 8개의 안테나의 경우에 직교 설계와 준 직교 설계를 이용하여 공간 시변조가 수행됨을 알 수 있다.

하기의 표 2에 전송율(Rate)과 다이버시티(Diversity) 및 복조(Decoding)를 을 비교하였다.

표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에서 제안하는 도해는 기존 방식과 달리 심볼레이트가 1이고 풀 다이버시티는 8이며, 복조는 복수(Double) 심볼인 것이 장점이다.

또한, 본 발명에 적용되는 수신장치는 첨부된 도 5에 도시되어 있는데, 채널과 결합했을 때 역시 전과 같은 간단한 선형 디코딩을 이용하지만 좌표 인터리버와 함께 결합되어지는 복수 심볼 독립 복조(Double Symbol Independent Decoding) 방 식이 적용된다.

도면에서 알 수 있는 바와 같이, 전술한 바와 같이 좌표 인터리브된 다음 공간 시변조 되어 8개의 송신 안테나(Tx0 ~ Tx7)를 통해 송신되는 데이터

는 하나의 수신 안테나(Rx)를 통해 수신되어 디코더(40)에 인가되면, 디코더(40)내의 채널 판단기(41)는 수신되는 데이터

로부터 데이터의 채널이 결정되고, 이는 결합기(42)에 의해 결합된다.

이후, 최대값 추출기(43)에 의해 공간 시변조된 데이터가 추출되고, 이 값은 좌표 복원기(44)에 의해 원래의 좌표값인

로 복원된 다음 도시되지 않은 프로세서에 전송되어 수신된 데이터의 처리가 수행되도록 한다.

또한, 상기 복수개의 송신 안테나(Tx0 ~ Tx7)에서 송신되는 신호에 대한 각도의 다이버시티는 첨부된 도 6과 같이 결정된다.

즉, 모든 경로에 대한 전송(Propagation)은 하기의 수학식에 의해 결정된다.

따라서, 다이버시티는 하기와 같이 결정된다.

여기서,

이므로 그것들은 독립적인 각들이다.

그리고, 하나의 경로 이득은 각 다이버시티 이득(Diversity gain)에 독립적인 두개의 각으로 분해된다.

그러므로, 안테나 빔 형태 기술에 근거하여 본 발명에서는 모바일 전송비 채널(Mobile Radio channel)에 대한 경로손실을 막기 위해 더 좋은 성능을 얻을 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 이동 통신에서 인접 체널의 간섭을 줄이고, 전송되는 신호의 페이딩을 최소화하여 멀티미디어 정보 데이터의 송수신에 고속성 및 안정성을 제공한다.

Claims (16)

1. 송신을 위한 멀티미디어 데이터를 매트릭스로 형성하는 매트릭스 형성부와;

   매트릭스로 형성되어 인가되는 송신을 위한 멀티미디어 데이터의 전송 좌표를 인터리브 하는 좌표 생성부와;

   좌표 인터리브된 전송 데이터를 공간 시변조 하는 엔코더와;

   준직교 비율이 1인 풀 다이버시티 특성을 갖으며, 공간 시변조된 좌표 인터리브 각 데이터를 대응하여 이동 통신 데이터로 무선 송출하는 송신 안테나와;

   공간 시변조되어 전송되는 무선 데이터를 수신하는 수신 안테나와;

   상기 수신된 공간 시변조된 좌표 인터리브 데이터를 복조하는 디코더와;

   상기 복조된 데이터로부터 원래의 정보 데이터만을 추출한 다음 프로세서에 제공하여 해당 데이터에 대한 처리가 수행되도록 하는 데이터 추출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 통신용 다중 데이터 송수신장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 매트릭스 형성부는 송신 데이터를 2×2 매트릭스로 생성하는 것을 특징으로 하는 이동 통신용 다중 데이터 송수신장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 좌표 생성부는 송신 데이터를 4×4 매트릭스로 생성하는 것을 특징으로 하는 이동 통신용 다중 데이터 송수신장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 좌표 생성부는 기수와 우수 심볼로부터 실수 및 허수에 기반을 둔 인터리브된 좌표를 생성하는 것을 특징으로 하는 이동 통신용 다중 데이터 송수신장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 엔코더에 의한 공간 시변조는 전송 데이터의 시간 지연을 최소화하는 것을 특징으로 하는 이동 통신용 다중 데이터 송수신장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 엔코더는 2×2 직교 설계로부터 싱글 심볼 디코딩을 수행하는 것을 특징으로 하는 이동 통신용 다중 데이터 송수신장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 엔코더는 확장된 4×4 준 직교 설계로부터 확장된 8×8 송신 데이터 심볼 세트의 회전을 통해 복수 심볼 변조 최대 가능 전송비를 추출하는 것을 특징으로 하는 이동 통신용 다중 데이터 송수신장치.
8. 제1항에 있어서,

   상기 엔코더는 좌표 인터리브를 통해 전 전송율과 전 다이버시티를 추출하는 것을 특징으로 하는 이동 통신용 다중 데이터 송수신장치.
9. 제1항에 있어서,

   상기 송신 안테나는 8개로 구현되는 것을 특징으로 하는 이동 통신용 다중 데이터 송수신장치.
10. 제1항에 있어서,

    상기 수신 안테나는 단일의 안테나로 구현되어 송신단의 8개 채널을 통해 전송되는 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 이동 통신용 다중 데이터 송수신장치.
11. 제1항에 있어서,

    상기 디코더는 수신되는 데이터 신호로부터 채널의 추출하는 채널 판단기와;

    각 채널의 데이터를 결합하는 결합기와;

    상기 결합된 각 채널의 데이터에서 인터리브된 신호의 최대값을 추출하는 최대값 추출기와;

    상기 인터리브된 신호에서 추출된 최대값으로부터 원래의 좌표값을 복원하는 좌표 복원기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 통신용 다중 데이터 송수신장치.
12. 무선 신호로 전송을 위한 다중 데이터를 송신 안테나의 개수로 맵핑으로 하여 매트릭스로 형성하는 과정과;

    상기 매트릭스의 각 변수에 대한 최대 다이버시티를 추출하는 과정과;

    상기 추출된 각 변수에 대한 최대 다이버시티를 동일 심볼 세트로 좌표 인터리빙시켜 전 전송율 및 전 다이버시티를 추출하는 과정과;

    상기 추출된 전 다이버시티를 기수와 우수 심볼들로부터 실수 및 허수에 기반을 둔 인터리브된 좌표를 설계하는 과정 및;

    좌표 설계된 인터리브된 신호를 공간 시변조하여 대응되는 각 채널을 통해 송신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 통신용 다중 송수신 데이터 처리방법.
13. 제12항에 있어서,

    상기 인터리브된 좌표로부터 전 전송율 및 전 다이버시티를 추출하는 것을 특징으로 하는 이동 통신용 다중 송수신 데이터 처리방법.
14. 제12항에 있어서,

    상기 송신 안테나 개수의 맵핑으로 형성되는 매트릭스는, 2 ×2 직교 설계된 매트릭스로 형성되고, 2×2 직교 설계된 매트릭스에서 추출되는 최대 다이버시티의 인터리브된 좌표에 대하여 싱글 심볼 엔코딩을 통해 확장된 4×4 채널의 송신 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 이동 통신용 다중 송수신 데이터 처리방법.
15. 제12항에 있어서,

    상기 송신 안테나 개수의 맵핑으로 형성되는 매트릭스는, 4 ×4 준 직교 설계된 매트릭스로 형성되고, 상기 4×4 준 직교 설계된 매트릭스에서 추출되는 최대 다이버시티의 인터리브된 좌표에 대하여 싱글 심볼 엔코딩을 통해 확장된 8×8 채널의 송신 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 이동 통신용 다중 송수신 데이터 처리방법.
16. 제15항에 있어서,

    상기 준 직교 설계된 매트릭스에서 추출되는 최대 다이버시티의 인터리브된 좌표에 대하여 더블 심볼 엔코딩을 통해 전송 가능한 최대 전송율을 추출하는 것을 특징으로 하는 이동 통신용 다중 송수신 데이터 처리방법.

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