KR100686626B1 - 직접수열 확산대역 통신시스템에 적합한 유니터리 시공간부호화와 복호화 방법 및 그 장치 - Google Patents

직접수열 확산대역 통신시스템에 적합한 유니터리 시공간부호화와 복호화 방법 및 그 장치 Download PDF

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KR100686626B1 KR1020050105063A KR20050105063A KR100686626B1 KR 100686626 B1 KR100686626 B1 KR 100686626B1 KR 1020050105063 A KR1020050105063 A KR 1020050105063A KR 20050105063 A KR20050105063 A KR 20050105063A KR 100686626 B1 KR100686626 B1 KR 100686626B1
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전경훈
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Abstract

본 발명에 의한 유니터리 시공간 부호화 방법은 log2L 개의 이진 데이터 비트들을 이용하여 송신 심벌
Figure 112005063412320-pat00001
을 선택하고, 상기 송신 심벌
Figure 112005063412320-pat00002
을 이용하여 T×M 송신 행렬
Figure 112005063412320-pat00003
을 출력하여 M개의 송신 안테나를 통하여 송신한다. 또한 본 발명에 따른 복호화 방법은 N개의 수신 안테나로 수신된 신호에 대해 칩 정합 여파를 수행하여 N 개의 T×1 칩 정합 여파 벡터들
Figure 112005063412320-pat00004
을 출력하고, 상기 벡터들
Figure 112005063412320-pat00005
을 각 안테나 별로 수열 상관값 계산기에 입력하여 수열 상관값들
Figure 112005063412320-pat00006
을 생성하고, 상기 상관값들로부터 상기 안테나 별 복조 메트릭
Figure 112005063412320-pat00007
을 생성하여, 상기 복조 메트릭에서 생성된 우도 메트릭
Figure 112005063412320-pat00008
들로부터 최대 우도 송신 심벌
Figure 112005063412320-pat00009
을 복호한다.
본 발명에 의하면 시공간 부호화와 대역 확산을 동시에 수행하여 최대 다이버시티 이득을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 부호 이득도 향상시킬 수 있다. 또한 송신 행렬이 유니터리하므로 수신측에서 채널 정보를 모르는 상태에서도 복호가 가능하며, 고속 변환기를 사용할 경우 최대 우도 복호화 장치의 복잡도를 줄일 수 있다.

Description

직접수열 확산대역 통신시스템에 적합한 유니터리 시공간 부호화와 복호화 방법 및 그 장치{Unitary space-time modulation method for direct-sequence spread-spectrum multiple-access networks and apparatus thereof}
도 1은 본 발명에 따른 유니터리 시공간 부호화 장치의 구성도.
도 2는 도 1의 행렬 선택기의 제 1실시예의 세부 구성도.
도 3은 도 1의 행렬 선택기의 제 2실시예의 세부 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 복호화 장치의 구성도.
도 5는 도 4의 복호화 장치에서 채널 정보를 모르는 경우 결합기의 세부 구성도.
도 6은 도 4의 안테나 별 메트릭 결합기의 세부 구성도.
도 7은 도 4의 복호화 장치에서 채널 정보를 알고 있는 경우 결합기의 세부 구성도.
본 발명은 무선 통신 시스템에서의 부호화 및 복호화 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 직접수열 확산대역 무선 통신 시스템에서 다중 안테나 와 유니터리 시공간 부호를 이용한 전송 시스템의 송신기에서 시공간 부호화 및 대역 확산을 효율적으로 수행하는 부호화 방법과 상기 부호화된 신호를 수신기에서 효율적으로 디코딩을 할 수 있는 복호화 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
페이딩(fading) 채널 환경에서 다이버시티 및 부호 이득을 효율적으로 얻는 방안으로 최근 시공간 부호에 대한 연구가 활발히 진행되어 왔다. 특히 시공간 부호는 WCDMA, CDMA2000 등 직접수열 확산대역 방식의 3세대 무선 이동통신 시스템에서 중요한 역할을 하고 있다. 직접수열 확산대역 통신시스템에 시공간 부호를 적용하는 가장 간단한 방법은 송신기에서 협대역 통신시스템을 위해 개발된 시공간 부호화기를 사용한 후 그 출력 신호에 의사잡음 수열(pseudo-random sequence)을 곱하여 시공간 부호화기와는 별도로 대역을 확산하는 것이다.
그러나 이러한 방식의 경우 데이터 전송 속도 및 확산률의 저하를 방지하기 위하여 높은 부호율의 시공간 부호를 사용하여야 한다. 특히 부호율이 증가할수록 최대 다이버시트 이득을 달성하고 높은 부호 이득을 획득하는 시공간 부호를 설계하기가 어려워진다는 단점이 있다.
한편 시공간 부호에 대한 기존의 연구에서는 대부분 수신기가 채널 응답 정보에 대하여 정확히 알고 있다는 것을 가정하고 있으나, 채널이 빨리 변하는 경우에는 수신기가 채널을 정확히 추정하기 어려울 수 있고, 또한 수신기 복잡도를 감소시키기 위해 수신기에서 채널 추정의 수행을 원하지 않을 경우도 있다.
이에 따라 적용된 유니터리 시공간 부호화 방식에서는 수신기에서 채널 응답 정보를 모르는 상태에서도 부호화된 신호를 복호화하는 것이 가능하다. 그러나 기 존의 유니터리 시공간 부호화 방식은 추가적인 주파수 대역의 사용을 최소화하기 위하여 높은 부호율의 시공간 변조 방식의 설계에 초점을 맞추어서 직접수열 확산대역 통신 시스템과 같은 광대역 무선 통신 시스템에는 최적화되어 있지 않은 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 기술적 과제는 시공간 부호화와 대역 확산을 동시에 효율적으로 수행할 수 있는 유니터리 시공간 부호화 및 그 부호의 복호화 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 기술적 과제는 유니터리 시공간 부호화 방식을 사용하는 송신기 및 수신기의 복잡도를 줄일 수 있는 유니터리 시공간 부호화 장치 및 복호화 장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 페이딩 채널에서 M개 (M≥1)의 송신 안테나를 사용하여 데이터를 유니터리 시공간 부호화하여 전송하는 유니터리 시공간 부호화 방법은,
(a) log2L 개의 이진 데이터 비트들을 모아서
Figure 112005063412320-pat00010
중 하나의 송신 심벌
Figure 112005063412320-pat00011
을 출력하는 단계; 및 (b) 상기 송신 심벌을 이용하여 L개의 유니터리 행렬들
Figure 112005063412320-pat00012
(i=0,..., L-1) 중 하나의 행렬
Figure 112005063412320-pat00013
을 선택하고 상기 행렬
Figure 112005063412320-pat00014
의 M개의 열 벡터
Figure 112005063412320-pat00015
(m=0,...,M-1)를 출력하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한 단계 (b)는 상기 송신 심벌을 이용하여 M개의 수열 인덱스들
Figure 112005063412320-pat00016
을 생성하는 단계; 및 상기 수열 인덱스들을 이용하여 M개의 직교수열들
Figure 112005063412320-pat00017
로부터 열 벡터들
Figure 112005063412320-pat00018
을 선택하여 출력하는 단계;를 포함한다.
또한, 상기 단계 (b)는 상기 행렬
Figure 112005063412320-pat00019
을 통하여 유니터리 시공간 부호화와 대역 확산을 동시에 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 상기 유니터리 시공간 부호화 방법을 이용하여 데이터를 전송하는 송신기로부터 유니터리 시공간 부호를 수신하여 복호화하는 방법은,
(a) N개의 수신 안테나들로 수신된 수신 신호들에 대해 칩 정합 여파를 수행하여 N개의 T×1 칩 정합 여파 벡터
Figure 112005063412320-pat00020
(n=0,1,...,N-1)을 생성하는 단계; (b) 상기 칩 정합 여파 벡터
Figure 112005063412320-pat00021
와 직교 수열
Figure 112005063412320-pat00022
(i=0,1,...,LM-1)사이의 수열 상관값들 ui,n(i=0,1,...,LM-1, n=0,1,...,N-1)을 생성하는 단계; (c) 각 안테나 별로
Figure 112005063412320-pat00023
에 대하여 상기 수열 상관값들
Figure 112005063412320-pat00024
을 이용하여 안테나 별 복조 메트릭들
Figure 112005063412320-pat00025
을 생성하는 단계; (d) 상기 안테나 별 복조 메트릭들 중 같은 송신 심벌 인덱스
Figure 112005063412320-pat00026
을 가지는 안테나 별 복조 메트릭들을 합하여 우도 메트릭들
Figure 112005063412320-pat00027
을 생성하는 단계; 및 (e) 상기 우도 메트릭들 중 최대값을 가지는 메트릭의 인덱스를 선택하는 단계;를 포함함이 바람직 하다.
또한, 상기 단계 (c)에서 채널 행렬 H 정보를 모르는 경우는,
상기 수열 상관값들
Figure 112005063412320-pat00028
각각의 복소 절대값 제곱을 산출하는 단계; 및 상기 수열 상관값들의 복소 절대값 제곱들을 합하여 안테나 별 복조 메트릭
Figure 112005063412320-pat00029
을 생성하는 단계;를 포함한다.
또한, 상기 단계 (c)에서 채널 행렬 H 정보를 알고 있는 경우는,
상기 수열 상관값들에 각각 채널 정보 hm ,n의 복소 공액을 곱하여 채널 가중 수열 상관값들
Figure 112005063412320-pat00030
을 생성하는 단계; 상기 가중 수열 상관값들의 실수부만 출력하는 단계; 및 상기 가중 수열 상관값들의 실수부들을 합하여 안테나 별 복조 메트릭
Figure 112005063412320-pat00031
을 생성하는 단계;를 포함한다.
상기와 같은 본 발명의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 페이딩 채널에서 M개 (M≥1)의 송신 안테나를 사용하여 데이터를 유니터리 시공간 부호화하여 전송하는 유니터리 시공간 부호화 장치는,
전송할 log2L 개의 이진 데이터 비트들을 모아서
Figure 112005063412320-pat00032
중 하나의 송신 심벌
Figure 112005063412320-pat00033
로 출력하는 송신 심벌 생성기; 및 상기 송신 심벌을 이용하여 L개의 T×M 송신 행렬들
Figure 112005063412320-pat00034
(
Figure 112005063412320-pat00035
) 중에서 하나의 행렬
Figure 112005063412320-pat00036
을 선택하고 행렬
Figure 112005063412320-pat00037
의 M개의 T× 1 열 벡터들
Figure 112005063412320-pat00038
(
Figure 112005063412320-pat00039
)을 출력하는 행렬 선택기;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 행렬 선택기는,
상기 송신 심벌 생성기로부터 출력되는 송신 심벌
Figure 112005063412320-pat00040
을 이용하여 M개의 수열 인덱스들
Figure 112005063412320-pat00041
을 생성하는 수열 인덱스 생성기; 및 상기 수열 인덱스들을 이용하여 M개의 직교 수열들
Figure 112005063412320-pat00042
로부터 열 벡터들
Figure 112005063412320-pat00043
을 선택하여 출력하는 직교 수열 생성기;를 포함한다.
또한, 상기 행렬 선택기는 시공간 부호화 및 대역 확산을 동시에 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 본 발명의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 페이딩 채널에서 복수의 송신 안테나를 사용하여 데이터를 상기 유니터리 시공간 부호화 장치를 이용하여 전송하는 송신기로부터 유니터리 시공간 부호를 수신하여 복호화하는 장치는,
N개의 수신 안테나들로 수신된 수신 신호들에 대해 칩 정합 여파를 수행하여 N개의 T×1 칩 정합 여파 벡터
Figure 112005063412320-pat00044
(n=0,1,...,N-1)을 출력하는 복수의 칩 정합 여파기; 상기 칩 정합 여파 벡터와 직교 수열
Figure 112005063412320-pat00045
(i=0,1,...,LM-1)사이의 수열 상관값들 ui,n(i=0,1,...,LM-1, n=0,1,...,N-1)을 생성하는 복수의 수열 상관값 계산기; 각 안테나 별로
Figure 112005063412320-pat00046
에 대하여 상기 수열 상관값들
Figure 112005063412320-pat00047
을 이용하여 안테나 별 복조 메트릭들
Figure 112005063412320-pat00048
을 출력하는 복수의 결합기; 상기 안테나 별 복조 메트릭들 중 같은 송신 심벌 인덱스
Figure 112005063412320-pat00049
을 가지는 안테나 별 복조 메트릭들을 합하여 우도 메트릭들
Figure 112005063412320-pat00050
을 출력하는 복수의 안테나 별 메트릭 결합기; 및 상기 우도 메트릭들 중 최대값을 가지는 메트릭의 인덱스를 선택하여 출력하는 최대값 인덱스 선택기;를 포함한다.
또한, 상기 복호화 장치에서 채널 행렬 H 정보를 모르는 경우 상기 결합기는,
상기 수열 상관값들
Figure 112005063412320-pat00051
각각의 복소 절대값 제곱을 산출하여 출력하는 복수의 복소 절대값 제곱 생성기; 및 상기 수열 상관값들의 복소 절대값 제곱들을 합하여 안테나 별 복조 메트릭
Figure 112005063412320-pat00052
을 생성하는 덧셈기;를 포함한다.
또한, 수신측에서 채널 행렬 H 정보를 알고 있는 경우 상기 결합기는,
상기 수열 상관값들에 각각 채널 정보 hm ,n의 복소 공액을 곱하여 채널 가중 수열 상관값들
Figure 112005063412320-pat00053
을 생성하는 채널 정보 곱셈기; 상기 가중 수열 상관값들의 실수부만 출력하는 실수부 추출기; 및 상기 가중 수열 상관값들의 실수부들을 합하여 안테나 별 복조 메트릭
Figure 112005063412320-pat00054
을 생성하는 덧셈기;를 구비함이 바람직하다.
또한, 상기 안테나 별 메트릭 결합기는, 상기 결합기들에서 출력되는 상기 안테나 별 복조 메트릭 중에서 같은 송신 심벌 인덱스
Figure 112005063412320-pat00055
을 가지는 각 안테나 별 복조 메트릭을 합하여 우도 메트릭들
Figure 112005063412320-pat00056
을 생성하는 복수의 덧셈기를 구비한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 유니터리 시공간 부호화 방식은 M개의 송신 안테나와 N개의 수신 안테나들로 이루어진 무선 통신 시스템을 가정한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 부호화 장치를 개략적으로 보인 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 부호화 장치는 log2L 개의 이진 데이터 비트들 di (i=0,...,log2L-1)를 결합하여 송신 심벌
Figure 112005063412320-pat00057
(
Figure 112005063412320-pat00058
)을 생성하는 송신 심벌 생성기(20), 그리고 상기 송신 심벌
Figure 112005063412320-pat00059
을 이용하여 총 L개의 T×M 유니터리 행렬들
Figure 112005063412320-pat00060
(i=0,..., L-1) 중 하나의 행렬
Figure 112005063412320-pat00061
를 선택하고 행렬
Figure 112005063412320-pat00062
의 M개의 열 벡터
Figure 112005063412320-pat00063
(
Figure 112005063412320-pat00064
)들을 출력하는 행렬 선택기(30)로 구성된다.
송신 심벌 생성기(20)는 log2L 개의 송신할 이진 데이터 비트들 di (i=0,...,log2L-1)를 이용하여 수학식 1과 같이 송신 심벌
Figure 112005063412320-pat00065
을 생성한다.
Figure 112005063412320-pat00066
유니터리 행렬들
Figure 112005063412320-pat00067
은 T개의 직교하는 길이 T의 열 벡터들
Figure 112005063412320-pat00068
(
Figure 112005063412320-pat00069
)들로 이루어진 T×T 직교 행렬 C를 이용하여 생성한다. 본 발명에서는 직교 행렬 C에서 서로 겹치지 않는 L개의 T × M 부행렬 (submatrix)들을 선택 하여
Figure 112005063412320-pat00070
개의 유니터리 행렬들
Figure 112005063412320-pat00071
(
Figure 112005063412320-pat00072
)로 사용한다. 수학식 2는 이와 같이
Figure 112005063412320-pat00073
을 선택하는 한가지 예이다.
Figure 112005063412320-pat00074
이러한 경우
Figure 112005063412320-pat00075
이므로
Figure 112005063412320-pat00076
이 유니터리 행렬임을 확인할 수 있다. 여기서 A H 는 행렬 A의 복소 공액 전치 행렬이고
Figure 112005063412320-pat00077
은 M×M 단위 행렬이다.
수학식 2와 같이 송신 행렬
Figure 112005063412320-pat00078
들을 선택하는 경우 최대 변조 차수 (constellation size)는
Figure 112005063412320-pat00079
이다. 따라서 최대 전송률은
Figure 112005063412320-pat00080
bits/channel use이다. 또한 log2L 비트들을 전송하는 동안 T개의 칩들이 전송되므로 T/log2L의 확산률 (spreading factor)을 얻을 수 있다. 기존의 유니터리 시공간 부호들은 대부분 전송률 r을 최대화 시키는데 중점을 두고구현되었다. 그러나 확산대역 통신 시스템의 경우에는 부호화기의 다음 처리부에서 의도적으로 대역을 확산시키므로 부호화기와 대역 확산기를 하나의 새로운 부호화기로 간주할 경우 이 새 부호화기의 전송률은 매우 낮아지는 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 해소하기 위해 본 발명에서는 T>>log2L인 조건을 이용하여 시공간 부호화기에서 부호화 및 대역 확산을 동시에 수행하도록 한다.
도 2는 도 1의 행렬 선택기(30)의 제 1실시예의 세부 구성도이다.
수열 인덱스 생성기(32)는 수학식 2와 같이 직교 행렬 C의
Figure 112005063412320-pat00081
번째 열 벡터들을
Figure 112005063412320-pat00082
의 열 벡터들로 사용하기 위하여 송신 심벌 생성기(20)에서 생성된 송신 심벌
Figure 112005063412320-pat00083
을 이용하여 M개의 인덱스 (
Figure 112005063412320-pat00084
)들을 생성한다. 상기 M개의 인덱스들을 이용하여 M개의 직교 수열 생성기(34)들이 각각
Figure 112005063412320-pat00085
을 생성한다.
도 3은 도 1의 행렬 선택기(30)의 제 2실시예의 세부 구성도이다.
M개의 직교 수열 생성기(34)를 사용하는 도 2의 구조와는 달리 도 3의 구조는 하나의 직교 수열 생성기(34)를 사용하여 부호화기의 복잡도를 추가적으로 감소시키는 구조로서, 직교 수열 생성기(34)가 도 2의 구조에서 보다 M배 빨리 동작하여 수열 인덱스 생성기(32)에서 생성된 M개의 인덱스들에 해당하는 수열
Figure 112005063412320-pat00086
들을 순차적으로 생성한다.
마지막으로 M개의 열 벡터들
Figure 112005063412320-pat00087
(
Figure 112005063412320-pat00088
)을 M개의 송신 안테나를 이용하여 전송하며 이때
Figure 112005063412320-pat00089
를 m번째 안테나로 전송한다.
본 발명에 의한 부호화 장치는 시공간 부호화 및 대역 확산을 동시에 수행하기 때문에 부호율이 낮다. 따라서 M개의 송신 안테나와 N개의 수신 안테나를 사용하는 경우 최대 MN 다이버시티 이득을 쉽게 획득할 수 있고, 높은 부호율의 시공간 부호를 사용하는 경우보다 높은 부호 이득도 얻을 수 있다. 또한 송신 행렬
Figure 112005063412320-pat00090
이 유니터리 행렬이므로 수신측에서 채널 정보를 모르는 상태에서도 복호가 가능하다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복호화 장치를 개략적으로 보인 블록도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 복호화 장치는 각 안테나에서 수신된 신호에 대해 칩 정합 여파를 수행하여 T × 1 칩 정합 여파 벡터들
Figure 112005063412320-pat00091
(
Figure 112005063412320-pat00092
)을 출력하는 복수의 칩 정합 여파기(50), 상기 칩 정합 여파 벡터들
Figure 112005063412320-pat00093
과 송신 가능한 직교 수열들 사이의 수열 상관값들 ui,n(,
Figure 112005063412320-pat00095
)을 출력하는 수열 상관값 계산기(70), 상기 수열 상관값들
Figure 112005063412320-pat00096
을 이용하여 안테나 별 복조 메트릭 값들
Figure 112005063412320-pat00097
(
Figure 112005063412320-pat00098
,
Figure 112005063412320-pat00099
)을 생성하는 복수의 결합기(80), 상기 안테나 별 메트릭값들
Figure 112005063412320-pat00100
을 이용하여 우도 메트릭 값들
Figure 112005063412320-pat00101
(
Figure 112005063412320-pat00102
)을 생성하는 안테나 별 메트릭 결합기들(90), 그리고 상기 복조 메트릭 값들
Figure 112005063412320-pat00103
중 최대값을 가지는 메트릭의 인덱스를 선택하여 출력하는 최대값 인덱스 선택기(100)로 구성된다.
복호화 장치의 블록도는 수신측에서 채널 정보를 모르고 있는 경우와 알고 있는 경우 도 4와 같이 동일하다. 다만 수신측에서 채널 정보가 있는 경우와 없는 경우에 따라 결합기(80)의 구조가 서로 상이하다.
수신 신호를 유도하기 위하여 우선 각각의 송신 안테나와 수신 안테나 사이의 채널은 독립적인 레일레이(Rayleigh) 페이딩 채널이라고 가정한다. 또한 채널 은 하나의 송신 행렬이 전송되는 동안 채널 값이 변화하지 않는 준정상(quasi-static) 채널이라고 가정한다. 그리고 행렬 A의 i번째 행과 j번째 열에 위치한 요소를
Figure 112005063412320-pat00104
라고 하면, 수신기에서 수신된 복소 저역 등가 수신 신호 Y는 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112005063412320-pat00105
여기서 Y는 yt,n이 t번째 시간 구간 동안 n번째 안테나를 통해 수신된 신호인 T×N 행렬이고 H는 hm ,n이 m번째 송신 안테나와 n번째 수신 안테나 사이의 독립적이고, 동일하게 분배된 복소 채널 이득을 나타내는 M×N 채널 행렬이다. 상기 복소 채널 이득 요소 hm ,n들은 평균값은 0이며 실수부와 허수부는 서로 독립적이고, 동일하게 분배된 가우시안 랜덤 변수이다. 또한 Z는 배경 열 잡음 및 다중 접속 간섭의 기여(contribution)를 나타내며, zt ,n들은 서로 독립적이고 동일하게 분배되고, 각 요소 zt ,n의 평균값이 0인 가우시안 랜덤 변수이다.
수신측에서 채널 행렬 H를 모르는 경우 최대 우도 복호기는 수학식 4와 같이 표현된다.
Figure 112005063412320-pat00106
여기서
Figure 112005063412320-pat00107
는 프로베니우스 놈(Frobenius norm) 값을 나타낸다. 여기서
Figure 112005063412320-pat00108
은 수열 상관값이며
Figure 112005063412320-pat00109
은 안테나 별 메트릭 값이고
Figure 112005063412320-pat00110
은 우도 메트릭이다. 수학식 4에 따르면 최대 우도 복호기는 각 송신 심벌
Figure 112005063412320-pat00111
에 대한 우도 메트릭
Figure 112005063412320-pat00112
을 계산하기 위하여 우선 각 안테나 별로 송신 행렬
Figure 112005063412320-pat00113
의 열 벡터로 사용된 직교 수열 벡터들
Figure 112005063412320-pat00114
(
Figure 112005063412320-pat00115
)과 칩 정합 여파 벡터
Figure 112005063412320-pat00116
사이의 수열 상관값들
Figure 112005063412320-pat00117
의 합 (안테나 별 메트릭 값)
Figure 112005063412320-pat00118
을 계산한 다음 모든 수신 안테나들에서 계산된 안테나 별 메트릭 값들
Figure 112005063412320-pat00119
(
Figure 112005063412320-pat00120
)을 더한다.
도 5는 수신측에서 채널 행렬 H를 모르는 경우 수학식 4에 따른 결합기(80)의 세부 구성을 보인 블록도이다.
상기 결합기(80)는 수열 상관값 계산기(70)에서 생성된 수열 상관값들
Figure 112005063412320-pat00121
(
Figure 112005063412320-pat00122
) 각각의 복소 절대값 제곱을 계산하는 복소 절대값 제곱 생성기(82)와 상기 복소 절대값 제곱들을 모두 합하여 안테나 별 메트릭 값
Figure 112005063412320-pat00123
을 생성하는 덧셈기(84)로 구성된다.
도 6은 안테나 별 메트릭 결합기(90)의 세부 구성을 보인 블록도로서 같은 송신 심벌 인덱스
Figure 112005063412320-pat00124
을 가지는 안테나 별 메트릭
Figure 112005063412320-pat00125
들을 서로 합하여 송신 심벌
Figure 112005063412320-pat00126
에 대한 우도 메트릭
Figure 112005063412320-pat00127
를 생성한다.
수신측의 복호화 장치에서 채널 행렬 H를 정확히 알고 있는 경우에는 최대 우도 복호기는 수학식 5와 같이 주어진다.
Figure 112005063412320-pat00128
여기서
Figure 112005063412320-pat00129
이며
Figure 112005063412320-pat00130
은 대각합 함수(trace function) 임을 이용하면 수학식 5는 수학식 6과 같이 정리할 수 있다.
Figure 112005063412320-pat00131
수학식 4와 수학식 6을 비교해 보면 복호화 장치 즉, 수신측에서 채널 행렬 H를 모르는 경우의 최대 우도 복호기는 수신측에서 채널 행렬 H를 알고 있는 경우와 안테나 별 메트릭 값
Figure 112005063412320-pat00132
의 계산 방법만 차이가 있고 나머지 부분은 동일하다. 수신측에서 채널 행렬 H를 모르고 있는 경우에는 인 반면 채널 행렬 H를 알고 있는 경우에는
Figure 112005063412320-pat00134
이며 이에 맞추어 결합기(80)의 구조가 서로 상이하다.
도 7은 복호화 장치가 채널 행렬 H를 알고 있는 경우의 수학식 6에 따른 결합기(80)의 세부 구성을 보인 블록도로서 수열 상관값
Figure 112005063412320-pat00135
에 채널 정보 hm ,n의 복소 공액 (complex conjugate)을 곱하여 채널 가중 수열 상관값
Figure 112005063412320-pat00136
을 생성하 는 채널 곱셈기(86), 상기 채널 가중 수열 상관값의 실수부
Figure 112005063412320-pat00137
만 출력하는 실수부 추출기(88), 그리고 상기 채널 가중 수열 상관값의 실수부들을 합하는 덧셈기(84)로 구성되어 있다.
수학식 4 및 수학식 8에서 나타난 바와 같이 복호화 장치가 채널 행렬 H를 모르고 있는 경우와 알고 있는 경우 모두 복호화 장치는 ML개의 수열 상관값
Figure 112005063412320-pat00138
들을 계산해야 하며 ML이 큰 경우 하드웨어 구현에 어려움이 발생할 수 있다. 그러나 본 발명에서는 직교 행렬 C를 적절히 선택하여 고속 변환기를 이용하여 ML개의 수열 상관값들을 효율적으로 계산할 수 있다. 예를 들어서 이산 푸리에 행렬 또는 월시 행렬 (Walsh matrix)을 직교 행렬 C로 사용할 경우 복호화기에서는 고속 푸리에 변환기 또는 고속 월시 변환기(fast Walsh transform)을 이용하여 ML개의 수열 상관값들을 효율적으로 계산할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의한 부호화 장치는 시공간 부호화와 대역 확산을 동시에 수행하여 낮은 부호율의 시공간 부호를 사용할 수 있게 함으로써 최대 다이버시티 이득을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 부호 이득도 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 의한 부호화 장치는 송신 행렬이 유니터리하므로 수신측에서 채널 정보를 모르는 상태에서도 복호가 가능하다.
또한 본 발명에 의한 복호화 장치는 고속 변환기를 사용할 경우 최대 우도 복호화 장치의 복잡도를 줄일 수 있다.

Claims (13)

  1. 페이딩 채널에서 M개 (M≥1)의 송신 안테나를 사용하여 데이터를 유니터리 시공간 부호화하여 전송하는 유니터리 시공간 부호화 방법에 있어서,
    (a) log2L 개의 이진 데이터 비트들을 모아서
    Figure 112005063412320-pat00139
    중 하나의 송신 심벌
    Figure 112005063412320-pat00140
    을 출력하는 단계; 및
    (b) 상기 송신 심벌을 이용하여 L개의 유니터리 행렬들
    Figure 112005063412320-pat00141
    (i=0,..., L-1) 중 하나의 행렬
    Figure 112005063412320-pat00142
    을 선택하고 행렬
    Figure 112005063412320-pat00143
    의 M개의 열 벡터
    Figure 112005063412320-pat00144
    (m=0,...,M-1)를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유니터리 시공간 부호화 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 단계 (b)는 상기 송신 심벌을 이용하여 M개의 수열 인덱스들
    Figure 112005063412320-pat00145
    을 생성하는 단계; 및
    상기 수열 인덱스들을 이용하여 M개의 직교수열들
    Figure 112005063412320-pat00146
    로부터 열 벡터들
    Figure 112005063412320-pat00147
    을 선택하여 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유니터리 시공간 부호화 방법.
  3. 제 1항에서
    상기 단계 (b)는 상기 행렬
    Figure 112005063412320-pat00148
    을 통하여 유니터리 시공간 부호화와 대역 확산을 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는 유니터리 시공간 부호화 방법.
  4. 페이딩 채널에서 복수의 송신 안테나를 사용하여 데이터를 제 1항의 유니터리 시공간 부호화 방법을 이용하여 전송하는 송신기로부터 유니터리 시공간 부호를 수신하여 복호화하는 방법에 있어서,
    (a) N개의 수신 안테나들로 수신된 수신 신호들에 대해 칩 정합 여파를 수행하여 N개의 T×1 칩 정합 여파 벡터
    Figure 112005063412320-pat00149
    (n=0,1,...,N-1)을 생성하는 단계;
    (b) 상기 칩 정합 여파 벡터
    Figure 112005063412320-pat00150
    와 직교 수열
    Figure 112005063412320-pat00151
    (i=0,1,...,LM-1)사이의 수열 상관값들 ui,n(i=0,1,...,LM-1, n=0,1,...,N-1)을 생성하는 단계;
    (c) 각 안테나 별로
    Figure 112005063412320-pat00152
    에 대하여 상기 수열 상관값들
    Figure 112005063412320-pat00153
    을 이용하여 안테나 별 복조 메트릭들
    Figure 112005063412320-pat00154
    을 생성하는 단계;
    (d) 상기 안테나 별 복조 메트릭들 중 같은 송신 심벌 인덱스
    Figure 112005063412320-pat00155
    을 가지는 안테나 별 복조 메트릭들을 합하여 우도 메트릭들
    Figure 112005063412320-pat00156
    을 생성하는 단계; 및
    (e) 상기 우도 메트릭들 중 최대값을 가지는 메트릭의 인덱스를 선택하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유니터리 시공간 부호의 복호 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 단계 (c)에서 채널 행렬 H 정보를 모르는 경우는,
    상기 수열 상관값들
    Figure 112005063412320-pat00157
    각각의 복소 절대값 제곱을 산출하는 단계; 및
    상기 수열 상관값들의 복소 절대값 제곱들을 합하여 안테나 별 복조 메트릭
    Figure 112005063412320-pat00158
    을 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유니터리 시공간 부호의 복호 방법.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 단계 (c)에서 채널 행렬 H 정보를 알고 있는 경우는,
    상기 수열 상관값들에 각각 채널 정보 hm ,n의 복소 공액을 곱하여 채널 가중 수열 상관값들
    Figure 112005063412320-pat00159
    을 생성하는 단계;
    상기 가중 수열 상관값들의 실수부만 출력하는 단계; 및
    상기 가중 수열 상관값들의 실수부들을 합하여 안테나 별 복조 메트릭
    Figure 112005063412320-pat00160
    을 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유니터리 시공간 부호의 복호 방법.
  7. 페이딩 채널에서 M개 (M≥1)의 송신 안테나를 사용하여 데이터를 유니터리 시공간 부호화하여 전송하는 부호화 장치에 있어서,
    전송할 log2L 개의 이진 데이터 비트들을 모아서
    Figure 112005063412320-pat00161
    중 하나의 송신 심벌
    Figure 112005063412320-pat00162
    로 출력하는 송신 심벌 생성기; 및
    상기 송신 심벌을 이용하여 L개의 T×M 송신 행렬들
    Figure 112005063412320-pat00163
    (
    Figure 112005063412320-pat00164
    ) 중에서 하나의 행렬
    Figure 112005063412320-pat00165
    을 선택하고 행렬
    Figure 112005063412320-pat00166
    의 M개의 T×1 열 벡터들
    Figure 112005063412320-pat00167
    (
    Figure 112005063412320-pat00168
    )을 출력하는 행렬 선택기;를 구비하는 것을 특징으로 하는 유니터리 시공간 부호화 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 행렬 선택기는,
    상기 송신 심벌 생성기로부터 출력되는 송신 심벌
    Figure 112005063412320-pat00169
    을 이용하여 M개의 수열 인덱스들
    Figure 112005063412320-pat00170
    을 생성하는 수열 인덱스 생성기; 및
    상기 수열 인덱스들을 이용하여 M개의 직교 수열들
    Figure 112005063412320-pat00171
    로부터 열 벡터들
    Figure 112005063412320-pat00172
    을 선택하여 출력하는 직교 수열 생성기;를 구비하는 것을 특징으로 하는 유니터리 시공간 부호화 장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 행렬 선택기는 시공간 부호화 및 대역 확산을 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는 유니터리 시공간 부호화 장치.
  10. 페이딩 채널에서 복수의 송신 안테나를 사용하여 데이터를 제 7항의 유니터리 시공간 부호화 장치를 이용하여 전송하는 송신기로부터 유니터리 시공간 부호를 수신하여 복호화하는 장치에 있어서,
    N개의 수신 안테나들로 수신된 수신 신호들에 대해 칩 정합 여파를 수행하여 N개의 T×1 칩 정합 여파 벡터
    Figure 112005063412320-pat00173
    (n=0,1,...,N-1)을 출력하는 복수의 칩 정합 여파기;
    상기 칩 정합 여파 벡터와 직교 수열
    Figure 112005063412320-pat00174
    (i=0,1,...,LM-1)사이의 수열 상관값들 ui,n(i=0,1,...,LM-1, n=0,1,...,N-1)을 생성하는 복수의 수열 상관값 계산기;
    각 안테나 별로
    Figure 112005063412320-pat00175
    에 대하여 상기 수열 상관값들
    Figure 112005063412320-pat00176
    을 이용하여 안테나 별 복조 메트릭들
    Figure 112005063412320-pat00177
    을 출력하는 복수의 결합기;
    상기 안테나 별 복조 메트릭들 중 같은 송신 심벌 인덱스
    Figure 112005063412320-pat00178
    을 가지는 안테나 별 복조 메트릭들을 합하여 우도 메트릭들
    Figure 112005063412320-pat00179
    을 출력하는 복수의 안테나 별 메트릭 결합기; 및
    상기 우도 메트릭들 중 최대값을 가지는 메트릭의 인덱스를 선택하여 출력하 는 최대값 인덱스 선택기;를 구비하는 것을 특징으로 하는 유니터리 시공간 부호의 복호화 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    수신측에서 채널 행렬 H 정보를 모르는 경우 상기 결합기는,
    상기 수열 상관값들
    Figure 112005063412320-pat00180
    각각의 복소 절대값 제곱을 산출하여 출력하는 복수의 복소 절대값 제곱 생성기; 및
    상기 수열 상관값들의 복소 절대값 제곱들을 합하여 안테나 별 복조 메트릭
    Figure 112005063412320-pat00181
    을 생성하는 덧셈기;를 구비하는 것을 특징으로 하는 유니터리 시공간 부호의 복호화 장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    수신측에서 채널 행렬 H 정보를 알고 있는 경우 상기 결합기는,
    상기 수열 상관값들에 각각 채널 정보 hm ,n의 복소 공액을 곱하여 채널 가중 수열 상관값들
    Figure 112005063412320-pat00182
    을 생성하는 채널 정보 곱셈기;
    상기 가중 수열 상관값들의 실수부만 출력하는 실수부 추출기; 및
    상기 가중 수열 상관값들의 실수부들을 합하여 안테나 별 복조 메트릭
    Figure 112005063412320-pat00183
    을 생성하는 덧셈기;를 구비하는 것을 특징으로 하는 유니터리 시공간 부호의 복호화 장치.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 안테나 별 메트릭 결합기는,
    상기 결합기들에서 출력되는 상기 안테나 별 복조 메트릭 중에서 같은 송신 심벌 인덱스
    Figure 112005063412320-pat00184
    을 가지는 각 안테나 별 복조 메트릭을 합하여 우도 메트릭들
    Figure 112005063412320-pat00185
    을 생성하는 복수의 덧셈기를 구비하는 것을 특징으로 하는 유니터리 시공간 부호의 복호화 장치.
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