KR100659725B1

KR100659725B1 - 다중 안테나 시스템의 송신 장치 및 방법과, 수신 장치 및방법

Info

Publication number: KR100659725B1
Application number: KR1020050120778A
Authority: KR
Inventors: 권동승; 송영석; 이승준; 오종의; 이충용; 신명철
Original assignee: 한국전자통신연구원; 연세대학교 산학협력단
Priority date: 2005-12-09
Filing date: 2005-12-09
Publication date: 2006-12-19
Also published as: WO2007066936A3; US20090252240A1; WO2007066936A2; US8121212B2

Abstract

다중 안테나 시스템의 수신 장치에서는 추정된 채널 정보를 바탕으로 데이터 스트림 수에 따른 복수의 양자화 코드북의 코드워드를 각각 선택한다. 그리고 데이터 스트림별 적용 가능한 변조 방식을 구분하기 위해 정의된 복수의 스트림 모드 중에서 하나의 스트림 모드를 선택하고, 선택된 스트림 모드에 대응하는 데이터 스트림의 양자화 코드북의 코드워드를 선택한다. 이 코드워드를 전처리 행렬로 사용하여 데이터 스트림을 검출하고 복조한다. 이때, 수신 장치는 선택된 스트림 모드 및 코드워드의 인덱스를 피드백 채널을 통해 송신 장치로 피드백하며, 송신 장치는 수신 장치로부터 피드백된 인덱스의 스트림 모드에 기초하여 전송할 스트림 수 및 변조 방식을 선택한다. 이렇게 함으로써, 채널의 순시적 변화에 따라 데이터 스트림의 수를 선택할 수 있어 랭크 부족 현상을 방지할 수 있다.

다중 안테나, 코드워드, 스트림 모드, SNR, 양자화 전처리기, 채널

Description

다중 안테나 시스템의 송신 장치 및 방법과, 수신 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TRANSMITTING AND APPARATUS AND METHOD FOR RECEIVING OF MULTIPLE ANTENNA SYSTEM}

도 1은 종래 다중 안테나 시스템을 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템을 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템의 동작 과정을 나타낸 도면이다.

도 4 내지 도 6은 각각 채널 모델Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ에서 도 1에 도시된 양자화 전처리기와 도 2에 도시된 양자화 전처리기의 비트 오차 성능을 비교한 도면이다.

본 발명은 다중 안테나 시스템의 송신 장치 및 방법과, 수신 장치 및 방법에 관한 것으로, 상세하게는 다중 안테나 시스템에서 양자화 전처리기의 성능 향상을 위한 송신 장치 및 방법과 수신 장치 및 방법에 관한 것이다.

다중 안테나 시스템은 송신단에서 채널 정보를 알지 못하는 개루프 시스템과 송신단에서 채널 정보를 알고 이를 이용해 심볼을 전처리하여 전송하는 폐루프 시 스템으로 분류될 수 있다.

개루프 시스템에서는 전송 심볼이 높은 다이버시티 이득과 부호화 이득을 획득할 수 있도록 심볼을 시공간 부호화하여 전송한다. 그러나 시공간 부호화 기법은 통계적인 채널에 대해 최적화되도록 고안된 것이므로 순시적인 채널 변화를 제대로 반영하지 못하는 한계를 가지고 있다.

폐루프 시스템은 송신단에서 순시적인 채널 정보를 획득하고 이를 이용해 고 품질의 심볼이 전송될 수 있도록 송신 전처리를 수행한다. 채널의 순시적인 상황에 맞추어 심볼을 전송하기 때문에 채널의 순시적인 페이딩 현상을 효율적으로 극복할 수 있으며 추가적으로 다중 안테나를 통한 어레이 이득을 획득할 수 있다. 이러한 폐루프 시스템의 대표적인 예로써, 최적 결합 전송 기법, 고유 빔 형성 기법 등이 알려져 있으며 많은 연구를 통해 이들이 다중 안테나 시스템에서 최대의 다이버시티 이득과 어레이 이득을 획득할 수 있음이 알려져 있다.

이와 같이 폐루프 다중 안테나 시스템이 우수한 성능을 가짐에도 불구하고 이를 구현하기 위해 현실적으로 해결해야 하는 문제가 있다. 일반적인 통신 시스템은 송수신 안테나간 채널이 동일하지 않으므로 송신 안테나에서 하향링크의 순시적인 정보를 획득하는 것이 사실상 불가능하다. 따라서 송신 안테나가 채널 정보를 얻기 위해서는 수신단에서 추정된 채널 정보를 송신기로 피드백 해주어야 한다. 그러나 피드백 채널의 대역이 제한되어 있는 상황에서 순시적인 채널 정보를 넘겨주는 것은 불가능하다. 결과적으로 채널 정보를 이용해 송신단에서 심볼을 전처리하는 양자화 전처리 기법이 제안되었다.

양자화 전처리기는 다중 안테나간 채널이 형성하는 공간을 가능한 유니폼(uniform)하게 양자화하여 코드북(이하, “양자화 코드북”이라 함)을 형성한 후 이를 송수신단이 공유함으로써 코드북의 인덱스만으로 채널 정보를 송신단으로 전송한다. 이러한 양자화 전처리 기법은 코드북의 크기가 충분히 클 경우에 송신단에서 정확한 정보를 알고 있는 최적결합전송, 고유 빔 형성 기법에 근사적인 성능을 낼 수 있다. 다중 안테나간 채널의 원소들이 i.i.d 복소 가우시안 랜덤 변수라고 가정할 경우, 채널행렬의 우 특이행렬은 랜덤 유니터리 행렬 상에 유니폼(uniform) 분포를 갖게 되는 성질을 이용하여 전체 랜덤 유니터리 행렬 공간을 대표하는 N(코드북의 크기)개의 유니터리 행렬을 취한 후 이를 양자화 코드북으로 사용한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 다중 안테나 시스템의 수신단(20)에서, 채널 추정기(21)는 송신단(10)에서 전송된 훈련 심볼을 이용해 채널을 추정하고 추정된 채널 정보를 코드워드 선택기(22)로 전달한다. 코드워드 선택기(22)는 추정된 채널 정보를 바탕으로 양자화 코드북(25)의 코드워드 중 현재의 채널에 대해 비트 오차 확률을 최소화할 수 있는 코드워드를 선택하고, 선택된 코드워드의 인덱스를 피드백 채널을 통해 송신단(10)으로 전달한다.

한편, 송신단(10)의 변조기(11)는 입력되는 데이터 스트림을 변조하고 양자화 전처리기(12)는 변조된 데이터 스트림을 전처리하여 다중 안테나 채널(30)을 통해 수신단(20)으로 전송한다. 이때, 수신단(20)으로부터 전달된 코드워드의 인덱스가

일 경우, 양자화 전처리기(12)에서는

를 전처리 행렬로 사용하여 변조된 데이터 스트림을 전처리하여 수신단(20)으로 전송한다. 수신단(20)에서 수신한 수신 신호 벡터

는 다음의 수학식 1과 같이 표현된다.

여기서,

는

차원을 갖는 채널 행렬이며, 행렬의 각 원소는 평균 0, 분산 1인 i.i.d 복소 가우시안 분포를 따른다. 이때,

,

는 각각 수신 안테나와 송신 안테나의 수를 나타낸다.

는

의 차원을 갖는

번째 코드워드를 나타내며, 행렬의 각 열 벡터가 서로 직교정규(orthonormal)한 특성을 나타낸다.

는

의 차원을 갖는 심볼 벡터로써

를 만족한다.

은

의 차원을 갖는 잡음 벡터이며, 각 원소가 평균 0, 분산

인 복소 가우시안 분포를 따른다.

그리고 수신단(20)에서 ZF(Zero Forcing) 선형 수신기를 사용할 경우

번째 스트림의 유효 SNR은 다음의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.

이때,

는 다중 안테나 시스템의 SNR을 나타내며,

는 행렬의

번째 원소를 나타낸다. 위에서 유도된 데이터 스트림 유효 SNR 중

,

는 모든 데이터 스트림에 대해 공통적으로 적용되는 값이므로 코드워드 선택을 위한 metric은 이들 공통된 값을 제거하여 다음의 수학식 3과 같이 주어지며, 이후로 이 를 SNR metric이라 명명한다.

데이터 스트림 별 SNR metric이 유도되면, 비트 오차율을 최소로 하는 코드워드는 다음의 수학식 4와 같은 기준에 의해 선택된다.

이 기준에 의해 선택된 코드워드의 인덱스

가 피드백 채널(40)을 통해 송신단(10)으로 전송되며, 송신단(40)의 양자화 전처리기(12)는

를 전처리 행렬로 사용하여 변조기(11)에서 변조된 데이터 스트림을 전처리하여 송신 안테나를 통해 전송한다. 이와 같이, 송신단(10)에서

에 의해 전처리되어 전송된 데이터 스트림은 수신단(20)의 선형 수신기(23)에서 다음의 수학식 5를 통해 심볼을 검출한다.

여기서,

는 행렬의 의사 역행렬(pseudo inverse) 연산을 나타낸다.

그런데, 양자화 전처리기(12)는 전송하고자 하는 데이터 스트림이 고정되어 있어 채널의 순시적 또는 통계적 변화에 능동적으로 대처하지 못하는 한계를 가지고 있다. 즉, 양자화 전처리기(12)에서 사용하는 양자화 코드북은 다중 공간 채널 의 계수가 서로 독립적인 상황을 가정하여 설계된다. 따라서, 채널의 공간 상관도가 존재하거나 이로 인해 채널의 랭크(rank)가 초기 결정된 스트림 수보다 작을 경우 급격한 성능 저하 현상이 나타난다. 이러한 랭크 부족 현상은 공간적으로 독립적인 채널에서도 순시적으로 발생할 수 있어 데이터 스트림 수가 고정되어 있는 양자화 전처리기(12)에서 큰 성능 열화를 유발한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 다중 안테나 시스템에서 채널의 순시적 또는 통계적 변화에 능동적으로 대처하여 양자화 전처리기의 성능 저하를 방지할 수 있는 송신 장치 및 그 방법과 수신 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 한 특징에 따르면, 다중 안테나 시스템에서 데이터 스트림을 송신하는 장치가 제공된다. 이 송신 장치는, 데이터 스트림의 수에 각각 대응하며, 송신 안테나 및 수신 안테나간 채널 정보를 양자화하여 형성된 복수의 양자화 코드북; 수신 장치로부터 피드백되는 정보에 포함된 스트림 모드―여기서, 스트림 모드는 데이터 스트림별 적용 가능한 변조 방식을 구분하기 위해 정의된 것임―의 인덱스에 기초하여, 선택된 적어도 하나의 데이터 스트림을 변조하는 변조부; 및 상기 인덱스의 스트림 모드에 해당하는 데이터 스트림의 양자화 코드북에서 상기 수신 장치로부터 피드백되는 정보에 포함된 코드워드 인덱스에 기초하여 상기 변조된 데이터 스트림을 전처리하여 상기 수신 장치로 전송하는 양자화 전처리기를 포함한 다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 다중 안테나 시스템에서 데이터 스트림을 수신하는 장치가 제공된다. 이 수신 장치는, 데이터 스트림의 수에 각각 대응하며, 송신 안테나 및 수신 안테나간 채널 정보를 양자화하여 형성된 복수의 양자화 코드북; 상기 송신 안테나와 수신 안테나간 채널을 추정하는 채널 추정부; 복수의 스트림 모드―여기서, 스트림 모드는 데이터 스트림별 적용 가능한 변조 방식을 구분하기 위해 정의된 것임―에서 상기 데이터 스트림의 전송률 및 상기 채널 추정부에서 추정된 채널 상태에 기초하여 선택된 스트림 모드의 인덱스를 상기 송신 장치로 피드백하는 스트림 모드 선택기; 상기 스트림 모드의 인덱스에 해당하는 데이터 스트림의 양자화 코드북에서 선택된 코드워드의 인덱스를 상기 송신 장치로 피드백하는 코드워드 선택기; 및 상기 스트림 모드 선택기로부터 선택된 스트림 모드 및 상기 채널 추정부에서 추정된 채널 정보에 기초하여 상기 데이터 스트림을 복조하는 복조기를 포함한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 다중 안테나 시스템에서 데이터 스트림을 송신하는 방법이 제공된다. 이 송신 방법은, a) 송신 안테나 및 수신 안테나간 채널 상태 정보에 기초하여 선택된 스트림 모드―여기서, 스트림 모드는 데이터 스트림별 적용 가능한 변조 방식을 구분하기 위해 정의된 것임―의 인덱스 및 코드워드의 인덱스를 수신하는 단계; b) 상기 수신한 인덱스의 스트림 모드에 기초하여 전송할 데이터 스트림 수 및 상기 전송할 데이터 스트림에 적용할 변조 방식을 선택하여 변조하는 단계; 및 c) 상기 수신한 인덱스의 코드워드를 이용하여 상기 변조 된 데이터 스트림을 전처리하여 수신 장치로 전송하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 다중 안테나 시스템에서 데이터 스트림을 수신하는 방법이 제공된다. 이 수신 방법은, a) 수신된 훈련 심볼을 이용하여 추정된 채널 정보를 바탕으로 데이터 스트림 수에 따른 복수의 양자화 코드북의 코드워드를 각각 선택하는 단계; b) 복수의 스트림 모드―여기서, 스트림 모드는 데이터 스트림별 적용 가능한 변조 방식을 구분하기 위해 정의된 것임―에서 하나의 스트림 모드를 선택하는 단계; 및 c) 상기 선택된 스트림 모드에 대응하는 데이터 스트림의 양자화 코드북에 해당하는 상기 코드워드를 전처리 행렬로 사용하여 데이터 스트림을 검출하고 복조하는 단계를 포함한다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템의 송신 장치 및 그 방법과 수신 장치 및 그 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 다중 안테나 시스템(100)은 크게 송신 장치(110)와 수신 장치(120)로 구분될 수 있다. 이때, 송신 장치(100)는 데이터를 변조하여 수신 장치(200)로 전달하는 기능을 수행하며, 수신 장치(200)는 송신 장치(100)로부터 변조되어 전달된 데이터를 복조하여 검출하는 기능을 수행한다.

수신 장치(120)에 대해 먼저 설명하면, 수신 장치(120)는 채널 추정기(121), 코드워드 선택기(122), 스트림 모드 선택기(123), 선형 수신기(124), 복조기(125) 및 수신 양자화 코드북(126)을 포함한다.

채널 추정기(121)는 초기 전송된 훈련 심볼을 이용해 다중 안테나간 채널(

)을 추정하여 코드워드 선택기(122)로 전달한다.

코드워드 선택기(122)는 추정된 채널 정보를 바탕으로 현재 채널 상황에 가장 적합한 코드워드를 선택한다. 이때, 수신 양자화 코드북(126)이 사용되는데, 수신 양자화 코드북(126)은 다중 안테나간 채널 정보를 양자화한 것으로, 데이터 스트림의 수에 따른 복수의 양자화 코드북을 포함한다.

코드워드 선택기(122)는 수신 양자화 코드북(126)의 각 양자화 코드북에서 개별적으로 최적화된 코드워드를 선택하고 각 양자화 코드북 내에서 최적화된 코드워드를 선택할 때 유도되는 최대 SNR metric들을 스트림 모드 선택기(123)로 전달한다. 그리고 코드워드 선택기(123)는 스트림 모드 선택기(123)에서 선택된 스트림 모드의 인덱스(

)에 해당되는 양자화 코드북의 최적화된 코드워드의 인덱스(

)를 피드백 채널(140)을 통해 송신 장치(110)의 송신 양자화 코드북(113)으로 피드 백한다.

스트림 모드 선택기(123)는 코드워드 선택기(122)로부터 전달된 최대 SNR metric들을 비교하여 가장 큰 SNR metric을 갖는 스트림 모드의 인덱스 (

)를 선택하고, 선택된 스트림 모드의 인덱스(

)를 코드워드 선택기(122), 복조기(125), 송신 양자화 코드북(113) 및 변조기(111)로 전달한다.

선형 수신기(125)는 채널 추정기(121)에서 추정된 채널 정보와 수신 양자화 코드북(126)에서 전송된 전처리 행렬을 이용해 송신단(110)으로부터 전송된 데이터 스트림을 검출하여 복조기(125)로 전달한다.

복조기(125)는 선형 수신기(124)로부터 전달된 데이터 스트림을 스트림 모드 선택기(123)로부터 전달된 스트림 모드의 인덱스(

)를 참조하고, 송신 장치(110)에서 데이터 스트림 별 변조 방식을 고려하여 복조한다.

다음으로, 송신 장치(110)에 대해 설명하면, 송신 장치(110)는 변조기(111), 양자화 전처리기(112) 및 송신 양자화 코드북(123)을 포함한다.

변조기(111)는 피드백 채널(150)을 통해 수신 장치로부터 전송된 스트림 모드의 인덱스(

)에 따른 데이터 스트림 수를 선택하고 선택한 각 데이터 스트림에 해당하는 변조 방식을 선택하여 각 데이터 스트림을 변조한다.

양자화 전처리기(122)는 수신 장치로부터 전송된 스트림 모드의 인덱스(

)에 해당하는 양자화 코드북에서 인덱스(

)의 코드워드를 전처리 행렬(

)로 사 용하여 변조기(111)에서 변조된 데이터 스트림을 전처리하여 송신 안테나를 통해 전송한다.

송신 양자화 코드북(113)은 수신 양자화 코드북(126)과 동일한 것으로, 스트림 수에 따른 복수의 양자화 코드북을 포함한다.

한편, 변조기(111)의 변조 방식에 대해 좀 더 상세하게 설명하면, 4개의 송신 안테나를 사용하고 3개의 수신 안테나를 사용하는 다중 안테나 시스템을 가정할 경우, 최대 3 데이터 스트림을 서비스할 수 있다. 예를 들어, QPSK, 16QAM 및 64QAM 변조 방식을 사용한다고 할 때, 전송률 6bps/Hz를 얻기 위해서는 1 데이터 스트림 서비스의 경우에는 64QAM 변조 방식이 사용될 수 있고, 2 데이터 스트림의 경우 각 데이터 스트림에 16QAM, QPSK 또는 QPSK, 16QAM 변조 방식이 사용될 수 있다. 또한 3 데이터 스트림의 경우 각 데이터 스트림에 QPSK, QPSK, QPSK 변조 방식이 사용될 수 있다. 이때, 1 데이터 스트림을 스트림 모드 1로 명명하고, 2 데이터 스트림의 경우에는 변조 방식에 따라 두 가지 경우가 도출되므로 각각 스트림 모드 2 및 스트림 모드 3으로 명명하고, 3 데이터 스트림을 스트림 모드 4로 명명하기로 한다. 이와 같은 경우의 수를 도출해 보면, 데이터 스트림의 각 전송률에 대해 표 1과 같은 테이블이 도출될 수 있다. 표 1에서는 전송률이 6bps/Hz 및 8bps/Hz만을 도시하였다.

따라서, 변조기(111)는 표 1과 같은 테이블에 참조하여 수신 장치(120)로부터 피드백되는 스트림 모드의 인덱스(

)에 해당하는 데이터 스트림 수 및 변조 방식에 따라 변조를 수행하여 양자화 전처리기(112)로 전달한다. 즉, 6bps/Hz의 전송률이 요구되며 수신 장치(120)로부터 피드백되는 스트림 모드의 인덱스(

)가 3일 경우, 변조기(111)는 전송할 데이터 스트림의 수를 2로 선택하고, 각 데이터 스트림을 QPSK와 16QAM 변조 방식으로 변조한다.

그리고 각 데이터 스트림을 위한 양자화 코드북을

로 나타낸다. 여기서,

은 양자화 코드북의 인덱스를 표현하기 위한 비트수를 나타낸다.

일 경우 양자화 코드북은

즉, 8의 코드워드를 갖는다. 앞의 예에서 3비트의 코드북을 사용할 경우,

,

의 양자화 코드북이 사용되며, 스트림 모드 2와 스트림 모드 3은

의 양자화 코드북을 공유한다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 채널 추정기(121)에서 채널이 추정된 후(S310), 채널 추정기(121)는 추정된 채널 정보를 코드워드 선택기(122)로 전달한다. 코드워드 선택기(122)는 추정된 채널 정보를 바탕으로 수신 양자화 코드북(126)의 각 양자화 코드북에 대해 최적의 코드워드를 선택한다(S330). 이때, 코드워드를 선택하기 위한 SNR metric은 다음의 수학식 6과 같이 구해진다.

여기서,

는

번째 스트림 모드에 대응되는 양자화 코드북을 사용한 경우

번째 데이터 스트림의 SNR metric을 나타낸다.

는

개의 데이터 스트림을 갖는 양자화 코드북의

번째 코드워드를 나타내며,

와

의 관계는 스트림 모드와 데이터 스트림의 수 테이블(예를 들어, 표 1의 테이블)에 의해 결정된다.

는

번째 데이터 스트림에 적용된 변조 차수를 의미하며

는 변조 차수를 고려하여 유효 SNR metric을 계산하기 위한 scaling factor를 나타낸다.

위와 같이, 스트림 모드 별 SNR metric이 구성된 후(S320), 각 스트림 별 코 드워드는 다음의 수학식 7에 의해 선택된다(S330).

그리고 스트림 모드 별로 선택된 최적 코드워드에 의한 SNR metric은 다음의 수학식 8과 같이 주어지며, 이 값들은 스트림 모드 선택기(123)로 전달된다.

스트림 모드 선택기(123)는 스트림 모드 별 SNR metric을 비교한 후 이 중 가장 큰 값을 갖는 스트림 모드

을 다음의 수학식 9의 기준에 의해 선택한다(S340). 그리고 스트림 모드 선택기(123)는 선택된 스트림 모드

를 피드백 채널(150)을 통해 변조기(111) 및 송신 양자화 코드북(113)으로 피드백한다(S350).

스트림 모드

가 선택된 후 수신 양자화 코드북(126)에서 스트림 모드

에 대응되는 양자화 코드북

이 활성화되며

의 최적 코드워드

를 피드백 채널을 통해 송신 장치(110)로 피드백한다(S360).

스트림 모드 선택기(123)로부터 피드백 채널(150)을 통해 스트림 모드

를 수신한 변조기(111)는 스트림 모드와 데이터 스트림의 수 테이블(예를 들어, 표 1 의 테이블)에 의해 데이터 스트림의 수(

)를 선택하고, 각 데이터 스트림의 변조 방식을 이용하여(S370) 각 데이터 스트림을 변조하고 양자화 전처리기(112)로 전달한다(S380).

그리고 양자화 전처리기(112)는 전처리 행렬을 이용하여 변조기(111)에서 변된 데이터 스트림을 전처리하여 다중 안테나 채널(130)을 통해 수신 장치로 전송한다(S390). 이때, 피드백 채널(140, 150)을 통해 코드워드

와 스트림 모드

를 수신한 송신 양자화 코드북(113)에서 스트림 모드

에 대응되는 양자화 코드북

이 활성화되며

번째 코드워드

가 전처리 행렬로 사용된다.

다음으로, 본 발명의 실시 예와 같이 채널의 순시적 변화에 적응적으로 데이터 스트림의 수를 선택할 경우 나타나는 효과에 대해 도 4 내지 도 6을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

일반적으로 다중 송수신 안테나간 채널의 공간 상관도는 AOD(angle of departure), TxAS(transmit angular spread) 및 수신 안테나에서의 AOA(angle of arrival) 및 RxAS(receive angular spread)에 의해 결정된다. AOD와 AOA가 주어진 상황에서 송수신단의 AS가 작을수록 공간 상관도가 증가하게 된다. 도 4에서는 공간 상관도가 큰 채널 모델(채널 모델Ⅰ)로써 AOD=45°, TxAS=5°, AOA=45°, RxAS=50°인 채널을 사용하였으며, 도 5에서는 적당한 수준의 공간 상관도를 갖는 채널 모델(채널 모델Ⅱ)로써 AOD=45°, TxAS=45°, AOA=45°, RxAS=50°인 채널을 사용하였다. 그리고 도 6에서는 공간 상관도가 전혀 없는 모델(채널 모델Ⅲ)로써 채널 행렬의 모든 원소가 i.i.d. 복소 가우시안 분포를 갖도록 생성하였다. 도 4 내지 도 6에서는 표 1에 도시한 바와 같이 최대 3 데이터 스트림 서비스가 되도록 4개의 송신 안테나와 3개의 수신 안테나를 가정하였으며 고정된 전송률에서 4개의 스트림 모드를 모두 사용할 수 있도록 6bps/Hz의 전송률을 가정하였다. 각 스트림별 양자화 코드북은 8개(3비트)의 코드워드를 갖도록 하여 1 데이터 스트림에 대한 양자화 코드북은

, 2 데이터 스트림에 대한 양자화 코드북은

, 3 데이터 스트림에 대한 양자화 코드북은

을 사용하였다.

도 4는 채널 모델Ⅰ에서 도 1에 도시된 양자화 전처리기와 도 2에 도시된 양자화 전처리기의 비트 오차 성능을 비교한 도면이다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 공간 상관도가 매우 큰 채널 모델Ⅰ에서는 채널의 큰 공간상관도로 인해 채널의 순시적인 랭크는 대부분 1로 형성되므로 고정된 3 데이터 스트림의 경우 비트 오차 성능이 크게 열화 된 것을 확인할 수 있다. 그리고 1 데이터 스트림의 경우 채널 랭크 부족 문제를 겪지 않으므로 우수한 성능을 나타내는 것을 알 수 있다. 반면, 본 발명의 실시 예와 같이 채널의 순시적 변화에 적응적으로 스트림의 수를 선택할 경우(stream selection)에는 1 데이터 스트림의 성능과 거의 유사한 결과를 나타냄을 알 수 있다. 이는 채널의 높은 공간 상관도로 인해 대부분 1 데이터 스트림을 갖는 스트림 모드 1을 선택하기 때문이며, 순시적으로 채널의 랭크가 커질 경우 이를 적응적으로 활용함으로써 고정된 1 데이터 스트림보다 다소 우수한 성능을 나타내게 된다.

도 5는 채널 모델Ⅱ에서 도 1에 도시된 양자화 전처리기와 도 2에 도시된 양자화 전처리기의 비트 오차 성능을 비교한 도면이다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 적당한 수준의 공간 상관도를 갖는 채널 모델Ⅱ에서는 채널의 공간 상관도가 작아짐에 따라 채널 모델Ⅰ에 비해 랭크 부족 현상이 감소하게 되어 3 데이터 스트림의 성능이 개선된 것을 확인할 수 있다. 그러나 여전히 랭크 부족 현상을 겪지 않는 1 데이터 스트림에 비해 열악한 성능을 나타내고 있다. 반면, 본 발명의 실시 예와 같이 본 발명의 실시 예와 같이 채널의 순시적 변화에 적응적으로 스트림의 수를 선택할 경우(stream selection)에는 채널의 공간 상관도가 작아짐에 따라 다양한 스트림 모드를 선택할 가능성이 높아지게 되어 1 데이터 스트림보다 큰 성능 이득을 가진다.

도 6은 채널 모델Ⅲ에서 도 1에 도시된 양자화 전처리기와 도 2에 도시된 양자화 전처리기의 비트 오차 성능을 비교한 도면이다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 공간 상관도가 전혀 없는 경우에도 채널의 순시적인 랭크는 변화하게 된다. 따라서, 본 발명의 실시 예와 같이 채널의 순시적 변화에 적응적으로 스트림의 수를 선택할 경우(stream selection)에는 1 데이터 스트림 및 3 데이터 스트림을 고정하여 사용하는 것보다 비트 오차 확률 측면에서 그 성능이 우수한 것을 확인할 수 있다. 즉, 1 데이터 스트림 및 3 데이터 스트림을 고정하여 사용하는 것보다 SNR 이득 및 다이버시티 이득을 획득하고 있으며 1스트림에 비해 약 2dB의 SNR 이득을 가짐을 확인할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시 예는 장치 및 방법을 통해서만 구현되는 것 은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상의 실시 예들은 본원 발명을 설명하기 위한 것으로, 본원 발명의 범위는 실시 예들에 한정되지 아니하며, 첨부된 청구 범위에 의거하여 정의되는 본원 발명의 범주 내에서 당업자들에 의하여 변형 또는 수정될 수 있다.

전술한 구성에 의하여 채널의 순시적 변화에 적응적으로 데이터 스트림의 수를 선택함으로써 랭크 부족 현상을 방지할 수 있다. 이로 인해 양자화 전처리기의 비트 오차 성능을 크게 개선할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

Claims

다중 안테나 시스템에서 데이터 스트림을 송신하는 장치에 있어서,

데이터 스트림의 수에 각각 대응하며, 송신 안테나 및 수신 안테나간 채널 정보를 양자화하여 형성된 복수의 양자화 코드북;

수신 장치로부터 피드백되는 정보에 포함된 스트림 모드―여기서, 스트림 모드는 데이터 스트림별 적용 가능한 변조 방식을 구분하기 위해 정의된 것임―의 인덱스에 기초하여, 선택된 적어도 하나의 데이터 스트림을 변조하는 변조부; 및

상기 인덱스의 스트림 모드에 해당하는 데이터 스트림의 양자화 코드북에서 상기 수신 장치로부터 피드백되는 정보에 포함된 코드워드 인덱스에 기초하여 상기 변조된 데이터 스트림을 전처리하여 상기 수신 장치로 전송하는 양자화 전처리기

를 포함하는 다중 안테나 시스템의 송신 장치.
제1항에 있어서,

상기 변조부는 상기 인덱스의 스트림 모드에 기초하여 전송할 데이터 스트림의 수 및 데이터 스트림에 적용할 변조 방식을 결정하는 다중 안테나 시스템의 송신 장치.
제2항에 있어서,

상기 변조 방식은 데이터 스트림의 전송률 및 상기 데이터 스트림의 수에 의 해 설정되어 있는 다중 안테나 시스템의 송신 장치.
다중 안테나 시스템에서 데이터 스트림을 수신하는 장치에 있어서,

데이터 스트림의 수에 각각 대응하며, 송신 안테나 및 수신 안테나간 채널 정보를 양자화하여 형성된 복수의 양자화 코드북;

상기 송신 안테나와 수신 안테나간 채널을 추정하는 채널 추정부;

복수의 스트림 모드―여기서, 스트림 모드는 데이터 스트림별 적용 가능한 변조 방식을 구분하기 위해 정의된 것임―에서 상기 데이터 스트림의 전송률 및 상기 채널 추정부에서 추정된 채널 상태에 기초하여 선택된 스트림 모드의 인덱스를 상기 송신 장치로 피드백하는 스트림 모드 선택기;

상기 스트림 모드의 인덱스에 해당하는 데이터 스트림의 양자화 코드북에서 선택된 코드워드의 인덱스를 상기 송신 장치로 피드백하는 코드워드 선택기; 및

상기 스트림 모드 선택기로부터 선택된 스트림 모드 및 상기 채널 추정부에서 추정된 채널 정보에 기초하여 상기 데이터 스트림을 복조하는 복조기

를 포함하는 다중 안테나 시스템의 수신 장치.
제4항에 있어서,

상기 코드워드 선택기는 각 스트림 모드에 대응되는 양자화 코드북에서 각 데이터 스트림의 SNR 값으로부터 각 스트림 모드의 코드워드를 선택하는 다중 안테나 시스템의 수신 장치.
제5항에 있어서,

상기 스트림 모드 선택기는 상기 각 데이터 스트림의 상기 SNR 값 중 가장 큰 SNR 값을 갖는 스트림 모드를 선택하는 다중 안테나 시스템의 수신 장치.
제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 인덱스의 스트림 모드에 대응하는 양자화 코드북에서 선택된 코드워드 및 상기 채널 추정부에서 추정된 채널 정보를 이용하여, 상기 데이터 스트림을 검출하여 상기 복조기로 전달하는 선형 수신기

를 더 포함하는 다중 안테나 시스템의 수신 장치.
제7항에 있어서,

상기 송신 장치는 상기 피드백 된 스트림 모드의 인덱스와 상기 코드워드의 인덱스에 기초하여, 전송할 데이터 스트림의 수 및 전송할 데이터 스트림에 적용할 변조 방식을 결정하는 다중 안테나 시스템의 수신 장치.
다중 안테나 시스템에서 데이터 스트림을 송신하는 방법에 있어서,

a) 송신 안테나 및 수신 안테나간 채널 상태 정보에 기초하여 선택된 스트림 모드―여기서, 스트림 모드는 데이터 스트림별 적용 가능한 변조 방식을 구분하기 위해 정의된 것임―의 인덱스 및 코드워드의 인덱스를 수신하는 단계;

b) 상기 수신한 인덱스의 스트림 모드에 기초하여 전송할 데이터 스트림 수 및 상기 전송할 데이터 스트림에 적용할 변조 방식을 선택하여 변조하는 단계; 및

c) 상기 수신한 인덱스의 코드워드를 이용하여 상기 변조된 데이터 스트림을 전처리하여 수신 장치로 전송하는 단계

를 포함하는 다중 안테나 시스템의 송신 방법.
제9항에 있어서,

상기 수신한 인덱스의 코드워드는 데이터 스트림의 수에 대응하는 복수의 양자화 코드북―여기서 양자화 코드북은 송신 안테나 및 수신 안테나간 채널 정보를 양자화하여 형성한 것임―에서 상기 수신한 인덱스의 스트림 모드에 대응하는 양자화 코드북의 코드워드인 다중 안테나 시스템의 송신 방법.
다중 안테나 시스템에서 데이터 스트림을 수신하는 방법에 있어서,

a) 수신된 훈련 심볼을 이용하여 추정된 채널 정보를 바탕으로 데이터 스트림 수에 따른 복수의 양자화 코드북의 코드워드를 각각 선택하는 단계;

b) 복수의 스트림 모드―여기서, 스트림 모드는 데이터 스트림별 적용 가능한 변조 방식을 구분하기 위해 정의된 것임―에서 하나의 스트림 모드를 선택하는 단계; 및

c) 상기 선택된 스트림 모드에 대응하는 데이터 스트림의 양자화 코드북에 해당하는 상기 코드워드를 전처리 행렬로 사용하여 데이터 스트림을 검출하고 복조 하는 단계

를 포함하는 다중 안테나 시스템의 수신 방법.
제11항에 있어서,

상기 b)단계에서 선택된 스트림 모드의 인덱스 및 상기 c)단계에서 전처리 행렬로 사용하는 상기 코드워드의 인덱스를 상기 송신 장치로 피드백하는 단계

를 더 포함하는 다중 안테나 시스템의 수신 방법.
제12항에 있어서,

상기 b)단계에서, 각 스트림 모드에 대응되는 양자화 코드북에서 각 데이터 스트림의 SNR 값 중 가장 큰 SNR 값을 갖는 스트림 모드를 선택하는 다중 안테나 시스템의 수신 방법.
제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 피드백된 상기 스트림 모드의 인덱스에 기초하여 전송할 스트림 수 및 변조 방식이 선택되어지는 다중 안테나 시스템의 수신 방법.