KR100688120B1

KR100688120B1 - 무선통신시스템에서 시공간 주파수 블록 부호화 장치 및방법

Info

Publication number: KR100688120B1
Application number: KR1020060001219A
Authority: KR
Inventors: 윤성렬; 채찬병; 정홍실; 노원일; 오정태; 고균병; 정영호; 남승훈; 정재학
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-01-07
Filing date: 2006-01-05
Publication date: 2007-03-02
Also published as: EP1679816A1; JP2006191645A; KR20060081352A

Abstract

본 발명은 무선통신시스템에서 시공간 주파수 블록 부호화 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 복수의 송신안테나들을 사용하는 송신기 장치는, 입력되는 심볼들을 공간다중화(spatial multiplexing)하여 소정 개수의 심볼열들을 발생하는 공간다중화기와, 상기 공간다중화기로부터의 상기 소정 개수의 심볼열들 각각을 알라모티(Alamouti) 부호화하여 출력하기 위한 복수의 부호화기들과, 상기 복수의 부호화기들로부터의 심볼들로 구성되는 신호 행렬을 소정 규칙에 의해 퍼뮤테이션(row permutation)하여 복수의 안테나 신호들을 발생하는 안테나 순환기를 포함한다. 이와 같은 본 발명은 수신기로부터의 피드백 정보(또는 채널정보)를 이용하지 않고도 간단한 안테나 순환(antenna circulation) 방식을 이용해 시공간 주파수 블록 부호의 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

시공간 블록 부호화, 공간 다중화, 공간 다이버시티, 안테나 순환

Description

무선통신시스템에서 시공간 주파수 블록 부호화 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ENCODING SPACE-TIME FREQUENCY BLOCK CODE IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

도 1은 종래기술에 따른 시공간 블록 부호화 방식을 사용하는 무선통신시스템에서 송신기의 구성을 도시하는 도면.

도 2는 종래기술에 따른 시공간 블록 부호화 방식을 사용하는 무선통신시스템에서 수신기의 구성을 도시하는 도면.

도 3은 종래기술인 Giannakis그룹이 제안한 시공간 블록 부호화 방식을 사용하는 무선통신시스템에서 송신기의 구성을 도시하는 도면.

도 4는 종래기술에 따른 공간 다중화 방식을 사용하는 무선통신시스템의 구성을 도시하는 도면.

도 5는 종래기술에 따른 더블 STTD 방식을 사용하는 무선통신시스템의 구성을 도시하는 도면.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전송률 2를 갖는 시공간 주파수 블록 부호화 방식을 사용하는 OFDM 무선통신시스템에서 송신기의 구성을 도시하는 도면.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전송률 2를 갖는 시공간 주파수 블록 부호 화 방식을 사용하는 OFDM 무선통신시스템에서 송신기의 송신 절차를 도시하는 도면.

본 발명은 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 방식을 사용하는 무선통신시스템에 관한 것으로, 특히 MIMO-OFDM(Multiple Input Multiple Output-Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 통신시스템에서 시공간 주파수 블록 부호화 장치 및 방법에 관한 것이다.

통신에서 가장 근본적인 문제는 채널(channel)을 통하여 얼마나 효율적이고 신뢰성 있게(reliably) 데이터(data)를 전송할 수 있느냐 하는 것이다. 최근에 활발하게 연구되고 있는 차세대 멀티미디어 이동 통신 시스템에서는 초기의 음성 위주의 서비스를 벗어나 영상, 무선 데이터 등의 다양한 정보를 처리하고 전송할 수 있는 고속 통신 시스템이 요구됨에 따라 시스템에 적절한 채널 부호화 방식을 사용하여 시스템의 효율을 높이는 것이 필수적이다.

일반적으로, 무선통신시스템에 존재하는 무선 채널 환경은 유선 채널 환경과 달리 다중 경로 간섭(multipath interference), 쉐도잉(shadowing), 전파 감쇠, 시변 잡음(time varying noise) 및 페이딩(fading) 등과 같은 여러 요인들로 인해 불가피한 오류가 발생하여 정보의 손실이 생긴다.

상기 정보 손실은 실제 송신 신호에 심한 왜곡을 발생시켜 상기 이동 통신 시스템의 전체 성능을 저하시키는 요인으로 작용하게 된다. 일반적으로 이러한 정보의 손실을 감소시키기 위해 채널의 성격에 따라 다양한 에러 제어 기법(error-control technique)을 이용하여 시스템의 신뢰도를 높이는데, 이러한 에러 제어 기법 중에 가장 기본적인 방법은 에러 정정 부호(error-correcting code)를 사용하는 것이다.

또한, 무선통신 시스템에서 다중경로 페이딩을 완화시키기 위해 다이버시티 기술을 사용하는데, 예를 들어 시간 다이버시티(time diversity), 주파수 다이버시티(frequency diversity)와 안테나 다이버시티(antenna diversity) 등이 있다.

상기 안테나 다이버시티 방식은 다중 안테나(multiple antenna)를 사용하는 방식으로서, 상기 안테나 다이버시티 방식은 수신 안테나들을 다수개로 사용하는 수신 안테나 다이버시티 방식과 송신 안테나들을 다수개 사용하는 송신 안테나 다이버시티 방식 및 다수개의 송신 안테나들과 다수개의 수신 안테나들을 사용하는 다중 입력 다중 출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 방식으로 분류된다.

여기서, 상기 MIMO 방식은 일종의 시공간 부호화(STC : Space-Time Coding) 방식이며, 상기 시공간 부호화 방식은 미리 설정된 부호화 방식으로 부호화된 신호를 다수개의 송신 안테나들을 사용하여 송신함으로써 시간 영역(time domain)에서의 부호화 방식을 공간 영역(space domain)으로 확장하여 보다 낮은 에러율을 달성하는 방식이다.

한편, 상기 안테나 다이버시티 방식을 효율적으로 적용하기 위해서 제안된 방식들중의 하나인 시공간 블록 부호화(STBC : Space Time Block Coding) 방식은 "Vahid Tarokh" 등에 의해 제안되었으며(Vahid Tarokh, "Space time block coding from orthogonal design," IEEE Trans. on Info., Theory, Vol. 45, pp. 1456-1467, July 1999), 상기 시공간 블록 부호화 방식은 S.M.Alamouti가 제안한 송신 안테나 다이버시티 방식(" A simple transmitter diversity scheme for wireless communication, " IEEE Journal on Selected Area in Communication, Vol. 16, pp.1451-1458, Oct.1998)을 2개 이상의 송신 안테나들에 적용할 수 있도록 확장한 방식이다. 여기서, 상기 Alamouti의 시공간 블록 부호화 기술은 2개의 송신 안테나들을 통해 복소 심볼들(complex symbols)을 송신하더라도, 전송률(data rate)을 손실하지 않고 송신 안테나들의 개수와 동일한, 즉 최대의 다이버시티 차수(diversity order)를 얻을 수 있는 이점이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 시공간 블록 부호화 방식을 사용하는 무선통신시스템에서 송신기의 구성을 보여주고 있다. 이는 Tarokh에 의해 제안된 것으로서, 도시된 바와 같이 변조기(100), 직/병렬 변환기(Serial to Parallel Converter: S/P Converter)(102), 시공간 부호화기(Encoder)(104) 및 4개의 송신 안테나들(106, 108, 110, 112)로 구성된다.

도 1을 참조하면, 먼저, 변조기(100)는 입력되는 정보 데이터(또는 부호화 데이터)를 미리 설정된 변조 방식으로 변조하여 변조 심볼들을 출력한다. 여기서, 상기 미리 설정된 변조 방식은 BPSK(Binary Phase Shift Keying), QPSK(Quadrature Phase Shift Keying), QAM(Quadrature Amplitude Modulation), PAM(Pulse Amplitude Modulation), PSK(Phase Shift Keying) 등과 같은 변조방식들 중 어느 한 방식이 될 수 있다.

직렬/병렬 변환기(102)는 상기 변조기(100)로부터의 직렬 변조 심볼을 병렬 변조 심볼로 변환하여 시공간 블록 부호화기(104)로 출력한다. 여기서, 상기 변조기(100)에서 출력되는 직렬 변조 심볼들을 s_1,s_2,s_3,s₄라고 가정하기로 한다. 상기 시공간 블록 부호화기(104)는 상기 직렬/병렬 변환기(102)로부터 입력된 4개의 심볼들을 시공간 블록 부호화(STBC)하여 8개의 조합들을 생성하고, 상기 8개의 조합들을 순차로 4개의 송신 안테나들을 통해 송신한다. 상기 8개의 조합들을 생성하기 위한 부호화 행렬은 하기 <수학식 1>와 같다.

여기서, G₄는 4개의 송신 안테나들을 통해 송신되는 심볼들의 부호화 행렬(matrix)을 나타내고, s₁,s₂,s₃,s₄는 전송하고자 하는 4개의 입력 심볼들을 나타낸 다. 상기 부호화 행렬에서 열(column)의 개수는 송신 안테나 개수에 대응되고, 행(row)의 개수는 상기 4개의 심볼들을 전송하는데 소요되는 시간을 나타낸다. 즉, 4개의 심볼들이 8개의 시간구간동안 4개의 안테나들을 통해 송신됨을 알 수 있다.

즉, 첫 번째 시간 구간에서는 제1송신안테나(106)를 통해서 s₁이 송신되고, 제2송신 안테나(108)를 통해 s₂가 송신되며, 제3송신안테나(110)를 통해서 s₃이 송신되고, 제4송신안테나(112)를 통해서 s₄가 송신된다. 이런 식으로, 8번째 시간 구간에서는 제1송신안테나(106)를 통해서

이 송신되고, 제2송신안테나(108)를 통해서

가 송신되며, 제3송신안테나(110)를 통해서

가 송신되고, 제4송신안테나(112)를 통해서

이 송신된다. 즉, 상기 시공간 블록 부호화기(104)는 i번째 안테나로 상기 부호화 행렬의 i번째 열(column)의 심볼들을 순서대로 전달한다.

이상 살펴본 바와 같이, 상기 시공간 블록 부호화기(104)는 입력되는 4개의 심볼들에 반전(negative)과 공액(conjugate)을 적용하여 8개의 심볼열들을 생성하고, 상기 8개의 심볼열들을 8개의 시간구간동안 4개의 안테나들(106,108,110,112)을 통해 송신한다. 여기서 각각의 안테나로 출력되는 심볼 시퀀스들, 즉 부호화 행렬의 열(column)들은 상호간에 직교성을 갖기 때문에 다이버시티 차수(diversity order)만큼의 다이버시티 이득(gain)을 획득할 수 있다.

도 2는 종래 기술에 따른 시공간 블록 부호화 방식을 사용하는 무선통신시스 템에서 수신기 구성을 도시하고 있다. 특히, 상기 도 2는 도 1의 송신기 구조에 대응하는 수신기 구조를 보여준다.

도시된 바와 같이, 상기 수신기는 복수의 수신 안테나들(200 내지 202), 채널 추정기(Channel Estimator)(204), 신호 결합기(Signal Combiner)(206), 검출기(Detector)(208), 병렬/직렬 변환기(210) 및 복조기(212)로 구성된다.

도 2를 참조하면, 먼저 도 1의 송신기에서 4개의 송신 안테나들을 통해 송신된 신호는 제1수신 안테나(200) 내지 제P수신 안테나(202) 각각을 통해 수신된다. 상기 제1수신 안테나(200) 내지 제P수신 안테나(202) 각각은 수신된 신호를 채널 추정기(204)와 신호 결합기(206)로 출력한다.

상기 채널 추정기(204)는 상기 제1수신안테나(200) 내지 제P수신안테나(202) 각각을 통해 수신된 신호를 입력하여 채널 이득(channel gain)을 나타내는 채널 계수들(channel coefficients)을 추정하여 검출기(208)와 상기 신호 결합기(206)로 출력한다. 즉, 상기 채널 추정기(204)는 상기 송신기의 송신 안테나들(106, 108, 110, 112)로부터 상기 수신안테나들(200 내지 202)로의 채널 이득들을 나타내는 채널 계수들(channel coefficients)을 추정한다.

상기 신호 결합기(206)는 상기 제1수신안테나(200) 내지 제P수신안테나(202) 각각을 통해 수신된 신호와 상기 채널 추정기(204)에서 출력되는 채널 계수들을 소정 규칙에 의해 결합하여 수신 심볼들을 출력한다.

상기 검출기(208)는 상기 신호 결합기(206)로부터의 상기 수신 심볼들에 상기 채널 추정기(204)로부터의 상기 채널 계수들을 곱하여 추정(hypotheses) 심볼들 을 생성하고, 상기 추정(hypotheses) 심볼들을 가지고 상기 송신기에서 송신 가능한 모든 심볼들에 대한 결정 통계량(decision statistic)을 계산한 후, 임계값 검출(threshold detection)을 통해 상기 송신기에서 송신한 심볼들을 검출하여 출력한다.

병렬/직렬 변환기(210)는 상기 검출기(208)로부터의 병렬 데이터를 직렬 데이터로 변환하여 출력한다. 복조기(212)는 상기 병렬/직렬 변환기(210)로부터의 심볼들을 미리 설정된 복조 방식으로 복조하여 송신한 원래의 정보 데이터 비트들로 복원한다.

상기한 바와 같이, 상기 Alamouti의 시공간 블록 부호화 기술을 확장한 Tarokh의 방식은 도 1과 도 2에서 설명한 바와 같이, 상호간에 직교적인(orthogonal) 열들을 가지는 행렬 형태의 시공간 블록 부호를 사용하여 최대 다이버시티 차수를 얻는다. 그러나 상기 Tarokh 방식은 4개의 복소 심볼들을 8개의 시간구간(time interval) 동안 전송하기 때문에 전송률이 1/2로 감소하게 된다. 또한 한 블록(4개의 심볼들)을 완전히 전송하는데 8개의 시간구간들이 소요되기 때문에 고속 페이딩의 경우 블록 내에서의 채널 변화로 인해 수신 성능이 열화되는 문제점이 있다. 다시말해, 4개 이상의 안테나들을 사용하여 복소 심볼들을 전송하는 경우, N개의 심볼들을 송신하기 위해 2N개의 시간구간들이 필요하므로 지연시간(latency)이 길어지고 전송률이 저하되는 문제점이 있다.

한편, 3개 이상의 송신 안테나를 통해 복소 신호를 전송하는 다중 안테나 시 스템에서 최대 전송률을 가지는 방식을 설계하기 위하여, Giannakis 그룹이 복소 필드(Complex Field)에서의 성상도 회전(constellation rotation)을 통해 4개의 송신안테나에서 최대 다이버시티 최대 전송률(FDFR : full diversity full rate) STBC를 제안한 바 있다.

도 3은 종래기술인 Giannakis그룹이 제안한 시공간 블록 부호화 방식을 사용하는 무선통신시스템에서 송신기의 구성을 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 상기 송신기는, 변조기(300), 선부호화기(302), 시공간 사상기(304) 및 복수의 송신 안테나들(306, 308, 310, 312)로 구성된다.

도 3을 참조하면, 먼저 변조기(300)는 입력되는 정보 데이터(또는 부호화 데이터)를 미리 설정된 변조 방식으로 변조하여 변조 심볼들을 출력한다. 여기서, 상기 미리 설정된 변조방식은 BPSK, QPSK, QAM, PAM, PSK 방식 등과 같은 변조 방식들 중 어느 한 방식이 될 수 있다.

상기 선부호화기(302)는 상기 변조기(300)로부터의

개의 변조 심볼들(d₁,d₂,d₃,d₄)을 신호 공간상에서 신호의 회전(rotation)이 발생하도록 부호화하여

개의 심볼들을 출력한다. 설명의 편의를 위하여 송신 안테나 개수가 4개인 경우에 대하여 설명하도록 한다. 여기서, 상기 변조기(300)에서 출력되는 4개의 변조 심볼들로 구성되는 심볼열을

라고 가정한다. 상기 선부호화기(302)는 상기 변조 심볼열

를 하기 <수학식 2>와 같은 연산 동작을 통해 복소 벡터(complex vector)

을 생성한다.

여기서,

는 선부호화 행렬을 나타내며, Giannakis 그룹에서는 상기 선부호화 행렬로 단일 행렬(unitary matrix)인 Vandermonde 행렬을 사용하고 있다. 또한, 상기 선부호화 행렬에서

는 하기 <수학식 3>과 같이 표현된다.

앞서 언급한 바와 같이, Giannakis 그룹에서 제안한 시공간 부호화 방식은 4개의 송신 안테나들을 사용할 경우뿐만 아니라 4개를 초과하는 개수의 송신 안테나들로 확장이 용이한 방식이다. 상기 시공간 사상기(304)는 상기 선부호화기(302)로부터의 심볼들을 하기 <수학식 4>와 같이 시공간 블록 부호화하여 출력한다.

상기 <수학식 4>에서 S는 4개의 송신안테나들을 통해 송신되는 심볼들의 부호화 행렬을 나타낸다. 상기 부호화 행렬에서 열(column)의 개수는 송신 안테나 개수에 대응되고, 행(row)의 개수는 상기 4개의 심볼들을 전송하는데 소요되는 시간에 대응된다. 즉, 4개의 심볼들이 4개의 시간구간동안 4개의 안테나들을 통해 송신됨을 알 수 있다.

즉, 첫 번째 시간구간에서는 제1송신안테나(306)를 통해서 신호

을 송신하고, 상기 제1송신안테나(306)를 제외한 나머지 송신안테나들(308, 310, 312)에서는 어떤 신호도 송신하지 않는다. 두 번째 시간 구간에서는 제2송신안테나(308)를 통해서

를 송신하고, 상기 제2송신안테나(308)를 제외한 나머지 송신안테나들(306, 310, 312)에서는 어떤 신호도 전송하지 않는다. 세 번째 시간구간에서는 제3송신안테나(310)를 통해서

를 전송하고, 상기 제3안테나(310)를 제외한 나머지 송신안테나들(306, 308, 312)에서는 어떤 신호도 전송하지 않는다. 네 번째 시간구간에서는 제4송신안테나(312)를 통해서

를 전송하고, 상기 제4송신안테나(312)를 제외한 나머지 송신안테나들(306, 308, 310)에서는 어떤 신호도 전송하지 않는다.

이와 같이, 4개의 심볼들이 4개의 시간구간동안 무선 채널을 통해 수신기(도시하지 않음)에 수신되면, 상기 수신기는 ML(Maximum Likelihood) 복호화 방식으로 상기 변조 심볼열

을 복원하게 된다.

이상 살펴본 바와 같이, 공간 다이버시티(SD : Spatial Diversity) 방식은 다중 송신 안테나를 통해 동일한 데이터를 전송하여 송신 다이버시티를 획득한다. 하지만 송신 안테나 수가 증가할수록 다이버시티 차수는 증가하지만 이로 인한 이득의 증가율은 감소하는 문제점을 갖는다. 즉, 안테나 수가 증가할수록 다이버시티 차수가 선형적으로 계속 증가하지 않고 포화된다.

이와 달리 공간 다중화(SM : Spatial Multiplexing) 방식은 송신단과 수신단에 다중의 안테나를 이용하여 서로 다른 데이터를 동시에 전송함으로써, 시스템의 대역폭(bandwidth)을 증가시키지 않고 보다 고속으로 데이터를 전송할 수 있는 이점이 있다.

도 4는 종래기술에 따른 공간 다중화 방식을 사용하는 무선통신시스템의 구성을 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 송신기는 변조기(400), 직/병렬 변환기(402) 및 4개의 송신안테나들(404, 406, 408 ,410)로 구성되고, 수신기는 4개의 수신안테나들(414, 416, 418, 420)과 수신부(412)로 구성된다.

도 4를 참조하면, 먼저 변조기(400)는 입력되는 정보 데이터(또는 부호화 데이터)를 미리 설정된 변조 방식으로 변조하여 변조 심볼들을 출력한다. 여기서, 상기 변조기(400)에서 출력되는 4개의 변조 심볼들을 s₁,s₂,s₃,s₄라고 가정한다.

직/병렬 변환기(402)는 상기 변조기(400)로부터의 심볼열을 하기 수학식 5와 같이 공간 다중화하여 출력한다.

여기서, 행의 개수는 송신 안테나 개수에 대응되고, 열의 개수는 상기 4개의 심볼들을 전송하는데 소용되는 시간을 나타낸다. 즉, 1 시간구간 동안 4개의 심볼을 전송하므로 전송률은 4이다.

한편, 수신기의 수신부(412)는 4개의 수신안테나들(414, 416, 418, 420)을 통해 수신되는 신호들을 이용해 상기 송신기가 송신한 4개의 심볼들(s₁,s₂,s₃,s₄)을 추정하여 출력한다.

공간 다중화를 이용하기 위해서는 수신 안테나의 개수가 송신 안테나의 개수보다 많거나 같아야 한다. 따라서 도 4의 시스템에서는 송신 안테나의 개수가 4개이므로 수신안테나의 개수는 4개 이상이어야 한다.

예를들어, V-BLAST(Vertical-Bell Laboratories Layered Space Time) 등의 공간 다중화 방식은 데이터 레이트(data rate)가 송신안테나 개수에 비례하여 증가하게 되나, 다이버시티 이득이 없어 성능 저하를 가져오고 수신안테나 개수가 송신안테나 개수보다 많거나 같아야 한다는 제약 조건이 존재한다.

상술한 공간 다이버시티(SD) 방식과 공간 다중화(SM) 방식의 단점을 보완하 기 위해서 상기 두 가지 방식들을 동시에 이용하기도 한다. 그 중 하나가 더블 STTD(Double Space-Time Transmit Diversity) 방식(혹은 전송률 2의 시공간 부호화 방식)으로, 전송 데이터를 2개의 Alamouti 부호화기들을 이용해 시공간 사상하고 4개의 송신안테나들을 통해 송신하는 방식이다. 이와 같이, 상기 전송률 2의 시공간 부호화 방식은 공간 다이버시티(SD) 방식과 공간 다중화(SM) 방식을 결합한 것으로, 다이버시티 이득과 데이터 전송률 면에서 상기 각각의 두 가지 방식들보다 개선된 효과를 가진다. 한편, 상기 더블 STTD 방식은 성능 향상을 위해 피드백되는 채널 정보를 이용한다.

도 5는 종래기술에 따른 채널정보를 이용하는 전송률2의 시공간 부호화 방식을 사용하는 무선통신시스템의 구성을 도시하고 있다.

도시된 바와 같이, 송신기는 변조기(500), 직/병렬 변환기(502), 2개의 STBC부호화기들(504,506), 가중치 행렬 곱셈기(508) 및 4개의 송신안테나들(510 내지 516)로 구성되고, 수신기는 2개의 수신안테나들(518, 520)과 수신부(522)로 구성된다.

도 5를 참조하면, 먼저 변조기(500)는 입력되는 정보 데이터(또는 부호화 데이터)를 미리 설정된 변조 방식으로 변조하여 변조 심볼들을 출력한다. 여기서, 상기 변조기(400)에서 출력되는 4개의 변조 심볼들을 s₁,s₂,s₃,s₄라고 가정한다. 직/병렬 변환기(502)는 상기 변조기(500)로부터의 4개의 심볼들을 병렬로 변환하여 출력한다. 이때, 처음 2개의 심볼들은 STBC부호화기(504)로 출력되고, 나머지 2개의 심 볼들은 STBC부호화기(506)로 출력된다.

상기 STBC부호화기(504)는 상기 직/병렬 변환기(502)로부터의 2개의 심볼들을 S.M.Alamouti가 제안한 시공간 블록 부호화 방식으로 부호화하여 출력한다. 상기 STBC부호화기(506)는 상기 직/병렬 변환기(502)로부터의 2개의 심볼들을 S.M.Alamouti가 제안한 시공간 블록 부호화 방식으로 부호화하여 출력한다. 상기 STBC부호화기들(504,506)에서 출력되는 신호 행렬은 하기 <수학식 6>과 같이 나타난다. 즉, 공간 다중화 및 공간 다이버시티를 수행한 후의 신호 행렬은 하기 <수학식 6>과 같다.

여기서, 행의 개수는 송신 안테나의 개수에 대응되고, 행의 개수는 4개의 심볼들을 전송하는데 소요되는 시간을 나타낸다. 즉, 2개의 시간구간 동안 4개의 심볼들이 전송되므로 전송률은 2가 된다.

가중치 행렬 곱셈기(508)는 상기 수학식 6과 같은 신호 행렬에 수신기로부터 피드백된 채널정보(가중치 행렬)를 곱하여 4개의 안테나 신호들을 생성하고, 상기 4개의 안테나 신호들의 각각을 대응되는 송신안테나를 통해 송신한다. 즉, 상기 가 중치 행렬 곱셈기(508)는 상관 채널(Correlated Channel)에 강인하도록 STBC부호화된 신호에 수신기로부터 피드백된 가중치 행렬(Weighting Matrix)을 곱하여 송신한다.

한편, 수신기의 수신부(522)는 2개의 수신안테나들(518,520)을 통해 수신되는 신호들을 이용해 상기 송신기가 송신한 4개의 심볼들(s₁,s₂,s₃,s₄)을 추정하여 출력한다. 또한, 상기 수신부(522)는 채널정보(가중치 행렬)를 계산하여 상기 송신기로 전송한다.

이상 살펴본 바와 같이, 상기 전송률 2의 시공간 부호화 방식은 공간 다이버시티(SD) 방식과 공간 다중화(SM) 방식에 비해 다이버시티 이득과 데이터 전송률 면에서 개선된 효과를 가지지만, 성능 개선을 위해 채널 정보(가중치 행렬)를 이용해야 되는 문제점이 있다. 이러한 가중치 행렬을 구하기 위해서는 상당한 계산량이 필요하고, 채널정보를 에러 없이 송신기로 전송해야 되는 부담과 그에 따른 오버헤드가 발생하는 문제점이 있다. 더욱이, 채널상태가 급변하는 환경에서는 성능 향상을 기대할수 없는 문제점이 있다.

따라서 본 발명의 목적은 무선통신시스템에서 전송률 2의 시공간 블록 부호의 성능을 향상하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 무선통신시스템에서 채널정보를 이용하지 않고 전송 률 2의 시공간 블록 부호의 성능을 향상하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 무선통신시스템에 적용할수 있는 시공간 주파수 블록 부호화 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 OFDM 통신시스템에서 채널정보를 이용하지 않고 전송률 2의 시공간 주파수 블록 부호의 성능을 향상하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제1견지에 따르면, 복수의 송신안테나들을 사용하는 송신기 장치에 있어서, 입력되는 심볼열을 미리 결정된 시공간 부호화 행렬에 따라 부호화하기 위한 부호화기와, 미리 정해진 규칙(formula)에 따라 미리 정해진 퍼뮤테이션(permutation) 행렬들 중 하나를 선택하고, 상기 부호화기로부터의 시공간 부호화된 심볼들을 상기 선택된 퍼뮤테이션 행렬에 따라 퍼뮤테이션하여 복수의 심볼 벡터들을 발생하는 안테나 순환기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2견지에 따르면, 복수의 송신안테나들을 사용하는 송신기의 송신 방법에 있어서, 입력되는 심볼열을 미리 결정된 시공간 부호화 행렬에 따라 부호화하는 과정과, 미리 정해진 규칙(formula)에 따라 미리 정해진 퍼뮤테이션(permutation) 행렬들 중 하나를 선택하는 과정과, 상기 시공간 부호화된 심볼들을 상기 선택된 퍼뮤테이션 행렬에 따라 퍼뮤테이션하여 복수의 심볼 벡터들을 생성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제3견지에 따르면, 4개의 송신안테나들을 사용하는 송신기에서 레이트 2의 시공간 부호화 장치에 있어서, 입력되는 심볼들을 공간다중화(spatial multiplexing)하여 소정 개수의 심볼열들을 발생하는 공간다중화기와, 상기 공간다중화기로부터의 상기 소정 개수의 심볼열들 각각을 알라모티(Alamouti) 부호화하여 출력하기 위한 복수의 부호화기들과, 상기 복수의 부호화기들로부터의 심볼들로 구성되는 신호 행렬을 부반송파 인덱스에 의해 선택되는 퍼뮤테이션 행렬에 따라 퍼뮤테이션하여 복수의 안테나 신호들을 발생하는 안테나 순환기와, 상기 안테나 순환기로부터의 상기 복수의 안테나 신호들 각각을 OFDM변조하여 대응되는 송신안테나를 통해 송신하기 위한 복수의 OFDM변조기들을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제4견지에 따르면, 4개의 송신안테나들을 사용하는 송신기에서 레이트 2의 시공간 부호화 방법에 있어서, 입력되는 심볼들을 공간다중화(spatial multiplexing)하여 소정 개수의 심볼열들을 생성하는 과정과, 상기 심볼열들 각각을 알라모티(Alamouti) 부호화하여 신호 행렬을 생성하는 과정과, 상기 신호 행렬을 부반송파 인덱스에 의해 선택되는 퍼뮤테이션 행렬에 따라 퍼뮤테이션하여 복수의 안테나 신호들을 생성하는 과정과, 상기 복수의 안테나 신호들 각각을 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)하여 대응되는 송신안테나를 통해 송신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한 다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하 본 발명은 무선통신시스템에서 채널 정보를 이용하지 않고 성능(예 : BER 성능)을 향상시킬 수 있는 전송률 2의 시공간 블록 부호화 방식을 제안하기로 한다. 특히, 본 발명은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 무선통신시스템에서의 전송률 2의 시공간 주파수 블록 부호화 방식에 대해 자세히 살펴보기로 한다.

이하 본 발명의 실시예에서는 4세대(4G : 4th Generation) 통신시스템에서 주요하게 적용될 것으로 판단되는 4개의 송신안테나들 구비한 송신기와 2개의 수신안테나들을 구비한 수신기로 구성되는 통신시스템을 예를들어 설명하기로 한다.

또한, 본 발명은 주파수분할다중접속(FDMA : Frequency Division Multiple Access) 방식, 혹은 시분할다중접속(TDMA : Time Division Multiple Access) 방식, 혹은 부호분할다중접속(CDMA : Code Division Multiple Access) 방식, 혹은 직교주파수분할다중(OFDM : Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식을 사용하는 통신시스템에 모두 적용 가능하나, 이하 설명은 OFDM 방식을 사용하는 통신시스템을 예를들어 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전송률 2의 시공간 주파수 블록 부호화 방식을 사용하는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 무선통신시스템 에서 송신기의 구성을 도시하고 있다.

도시된 바와 같이, 상기 송신기는 변조기(602), 공간다중화기(604), 2개의 STBC부호화기들(606,608), 안테나 순환기(610), 4개의 OFDM변조기들(612 내지 618) 및 4개의 송신안테나들(620 내지 626)을 포함하여 구성된다.

도 6을 참조하면, 먼저 변조기(602)는 입력되는 정보 데이터(또는 부호화 데이터)를 미리 설정된 변조 방식으로 변조하여 변조 심볼들을 출력한다. 여기서, 상기 변조 방식은 BPSK(Binary Phase Shift Keying), QPSK(Quadrature Phase Shift Keying), QAM(Quadrature Amplitude Modulation), PAM(Pulse Amplitude Modulation), PSK(Phase Shift Keying) 등과 같은 변조방식들 중 어느 한 방식이 될 수 있다. 여기서, 상기 변조기(602)에서 출력되는 8개의 변조심볼들을 {S₁,S₂,S₃,S₄,S₅,S₆,S₇,S₈} 이라고 가정한다.

공간 다중화기(604)는 상기 변조기(602)로부터의 8개의 심볼들을 2개의 그룹들로 그룹핑하여 4개의 성분(element)들로 구성된 2개의 벡터들({S₁, S₂, S₅, S₆}와 {S₃, S₄, S₇, S₈})을 출력한다. 즉, 상기 공간다중화기(604)는 상기 변조기(602)로부터의 8개의 심볼들을 {S₁, S₂, S₅, S₆}와 {S₃, S₄, S₇, S₈}로 공간다중화(Spatial Multiplexing)하여 출력한다. 이때, 첫 번째 벡터({S₁, S₂, S₅, S₆})는 제1 STBC부호화기(606)로 출력되고, 두 번째 벡터({S₃, S₄, S₇, S₈})는 제 2STBC부호화기(608)로 출력된다.

상기 제1 STBC부호화기(606)는 상기 공간다중화기(604)로부터의 심볼들을 S.M.Alamouti가 제안한 시공간 블록 부호화 방식으로 부호화하여 출력한다. 상기 제2 STBC부호화기(608)는 상기 공간다중화기(604)로부터의 심볼들을 S.M.Alamouti가 제안한 시공간 블록 부호화 방식으로 부호화하여 출력한다. 상기 STBC부호화기들(606,608)에서 출력되는 신호를 행렬로 나타내면 하기 <수학식 7>과 같다.

상기 수학식 7의 행렬에서 처음 2개의 행(row)들은 제1 STBC부호화기(606)에서 출력되고, 나머지 2개의 행들은 제2 STBC부호화기(606)에서 출력된다. 상기 행렬에서 행(row)은 송신 안테나에 대응되고, 열(column)은 시간과 주파수에 대응된다. 처음 2개의 열들은 부반송파 #1(f1)을 통해 전송되고, 나머지 두 개의 열들은 부반송파 #2(f2)를 통해 전송된다. 또한 1번째 및 3번째 열은 첫 번째 시간구간(t=t1)에서 전송되고, 2번째 및 4번째 열은 두 번째 시간구간(t=t2)에서 전송된다. 예를들어, 두 번째 시간구간에서 부반송파 #1(f1)에 매핑되어 제1안테나를 통해 전송되는 심볼은

이고, 첫 번째 시간구간에서 부반송파 #2(f2)에 매핑되어 제3안테나를 통해 전송되는 심볼은

이 된다.

상기 수학식 7은 부반송파 #1에 대하여 제1안테나와 제2안테나가 그룹을 이루고 제3안테나와 제4안테나가 그룹을 이룬다. 동일하게, 부반송파 #2에 대해서도 제1안테나와 제2안테나가 그룹을 이루고 제3안테나와 제4안테나가 그룹을 이룬다. 하지만, 행렬 B는 안테나 그룹핑 패턴에 따라 다양한 형태를 가질수 있다.

다른 예로, 부반송파 #1에 대하여 제1안테나와 제2안테나가 그룹을 이루고 제3안테나와 제4안테나가 그룹을 이룬다. 그리고 부반송파 #2에 대하여 제1안테나와 제3안테나가 그룹을 이루고 제2안테나와 제4안테나가 그룹을 이루는 방법도 가능하다. 이 경우, 행렬 B는 하기 수학식 8과 같이 나타낼수 있다.

또 다른 예로, 상기 수학식 8과 같은 행렬 B에 대하여 부반송파 #2에 대한 부분만 퍼뮤테이션하여 행렬 B를 구성할 수도 있다. 이 경우, 행렬 B는 하기 수학식 9와 같이 나타낼수 있다.

안테나 순환기(610)는 8개의 심볼들을 2개의 그룹들로 공간다중화하고 각각의 그룹을 시공간 블록 부호화하여 얻어진 상기 수학식 7과 같은 신호 행렬을 부반송파 인덱스에 따라 정해지는 안테나 순환 패턴에 의해 퍼뮤테이션 permutation)하고, 상기 퍼뮤테이션된 행렬에 근거한 4개의 안테나 신호들을 각각 대응되는 OFDM변조기로 출력한다. 이와 같이, 상기 STBC부호화기들(606,608)을 통해 생성되는 신호 행렬을 행단위로 퍼뮤테이션하는 작업을 "안테나 순환(antenna circulation)"이라 칭하기로 한다. 이렇게 안테나 순환을 행하게 되면 채널정보를 이용하지 않고 부가적인 성능 개선을 획득할수 있다.

예를들어, 상기 퍼뮤테이션된 행렬이 상기 수학식 7과 같다고 가정할 때, 상기 안테나 순환기(610)는 첫 번째 안테나 신호 {

}는 제1 OFDM변조기(612)로 출력하고, 두 번째 안테나 신호 {

}는 제2 OFDM변조기(614)로 출력하며, 세 번째 안테나 신호 {

}는 제2 OFDM변조기(616)로 출력하고, 네 번째 안테나 신호 {

}는 제4 OFDM변조기(618)로 출력한다.

상기 제1 OFDM변조기(612)는 상기 안테나 순환기(610)로부터의 심볼들을 정 해진 규칙에 따라 해당 부반송파들에 할당하여 역 고속 푸리에 변환(IFFT : Inverse Fast Fourier Transform)하고, 상기 역 고속 푸리에 변환된 신호를 RF(Radio Frequency) 신호로 변환하여 제1송신안테나(620)를 통해 송신한다. 예를들어, 상기 안테나 순환기(610)로부터의 심볼들이 {

}라 할 때, 첫 번째 시간구간에서는 심볼 S₁과 S₅가 부반송파 #1(f1)과 부반송파 #2(f2)에 할당되고, 두 번째 시간구간에서는 심볼

와

이 상기 부반송파 #1(f1)과 부반송파 #2(f2)에 할당되어 역 고속 푸리에 변환된다.

제2 OFDM변조기(614)는 상기 안테나 순환기(610)로부터의 심볼들을 정해진 규칙에 따라 해당 부반송파들에 할당하여 역 고속 푸리에 변환(IFFT : Inverse Fast Fourier Transform)하고, 상기 역 고속 푸리에 변환된 신호를 RF(Radio Frequency) 신호로 변환하여 제2송신안테나(622)를 통해 송신한다. 예를들어, 상기 안테나 순환기(610)로부터의 심볼들이 {

}라 할 때, 첫 번째 시간구간에서는 심볼 S₂와 S₆이 부반송파 #1(f1)과 부반송파 #2(f2)에 할당되고, 두 번째 시간구간에서는 심볼

와

마찬가지로, 상기 제3 OFDM변조기(616) 및 상기 제4 OFDM변조기(618)도 상기 안테나 순환기(610)로부터의 심볼들을 정해진 규칙에 따라 해당 부반송파들에 할당하여 역 고속 푸리에 변환(IFFT : Inverse Fast Fourier Transform)하고, 상기 역 고속 푸리에 변환된 신호를 RF(Radio Frequency) 신호로 변환하여 대응되는 송신안 테나를 통해 송신한다.

도면에서 (a),(b),(c) 및 (d)은 상기 제1,제2, 제3 및 제4송신안테나(620,622,624,626)를 통해 송신되는 심볼들을 시간-주파수 평면상에 나타낸 것이다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 미리 정해진 개수 단위(8개 단위)로 심볼들을 2개의 그룹들로 공간다중화하고, 각각의 그룹을 시공간 블록 부호화하여 얻어진 신호 행렬을 해당 부반송파 인덱스에 의해 정해지는 패턴(안테나 순환 패턴)에 따라 퍼뮤테이션(permutation)하며, 상기 퍼뮤테이션된 행렬에 근거해서 각각의 심볼을 해당 시공간 주파수(time-space-frequency) 영역에서 송신하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상술한 본 발명의 실시예에 따르면, 안테나 순환기(610)는 상기 2개의 STBC부호화기들(606, 608)에서 생성된 신호 행렬을 해당 부반송파 인덱스에 따라 퍼뮤테이션하고, 상기 퍼뮤테이션된 행렬의 각 행에 해당하는 안테나 신호를 대응되는 OFDM 변조기로 출력한다.

다른 실시 예로, 상기 안테나 순환기(610)는 상기 퍼뮤테이션된 행렬에 근거해서 각각의 심볼들을 해당 시간구간에서 출력하도록 구현할 수도 있다. 예를들어, 상기 퍼뮤테이션된 행렬이 상기 <수학식 7>과 같다고 가정할 때, 상기 안테나 순환기(610)는 첫 번째 시간구간에서 심볼 S₁과 S₅를 제1 OFDM변조기(612)로 출력하고, 심볼 S₂와 S₆을 제2 OFDM변조기(614)로 출력하며, 심볼 S₃과 S₇을 제3 OFDM변조기 (616)로 출력하고, 심볼 S₄와 _S8을 제 4 OFDM변조기(618)로 출력한다. 그리고 두 번째 시간구간에서 심볼

와

을 제1 OFDM변조기(612)로 출력하고, 심볼

와

을 제2 OFDM변조기(614)로 출력하며, 심볼

와

을 제3 OFDM변조기(616)로 출력하고, 심볼

와

을 제4 OFDM변조기(618)로 출력한다. 그러면, 상기 OFDM변조기들(612 내지 618)은 각각 상기 안테나 순환기(610)에서 출력되는 2개의 심볼들을 해당 인접한 2개의 부반송파들에 할당하여 역 고속 푸리에 변환하고, 상기 역 고속 푸리에 변환된 신호를 RF신호로 변환하여 대응되는 안테나를 통해 송신한다.

또 다른 실시예로, 상기 안테나 순환기(610)는 상기 2개의 STBC부호화기들(606, 608)에서 생성된 신호 행렬의 각 행(또는 안테나 신호)을 결정된 안테나 순환 패턴에 따라 해당 OFDM변조기로 출력할 수도 있다. 예를들어, 상기 2개의 STBC부호화기들(606, 608)을 통해 생성된 신호 행렬이 수학식 7과 같고, 결정된 안테나 순환 패턴이 B₂(하기 표 1 참조)라 가정할 때, 상기 신호 행렬의 첫 번째 행(row)을 제1 OFDM변조기(612)로 출력하고, 두 번째 행은 제2OFDM변조기(614)로 출력하며, 세 번째 행을 제4 OFDM변조기(618)로 출력하고, 네 번째 행을 제3 OFDM변조기(616)로 출력한다.

그러면, 여기서 본 발명의 핵심이라 할수 있는 "안테나 순환"에 대해 보다 상세히 살펴보기로 한다.

먼저, 4개의 송신 안테나를 가정할 경우, 안테나 순환(antennal circulation)에 따른 퍼뮤테이션의 수를 계산하면 다음과 같다. 상기 수학식 7과 같은 4×4 행렬에서 행(row) 퍼뮤테이션(permutation)을 통해 얻어지는 퍼뮤테이션의 개수는 [1 2 3 4]부터 [4 3 2 1]까지 4!개가 존재한다. 하지만 다음의 성질로부터 사용할수 있는 퍼뮤테이션의 개수는 6개로 줄어든다. 여기서, 괄호안의 숫자는 행 번호를 나타낸다. 즉, [4 3 2 1]은 원래의 신호 행렬에서 첫 번째 행과 네 번째 행을 교환하고, 두 번째 행과 3번째 행을 교환하는 퍼뮤테이션을 나타낸다.

첫째, STBC 블록의 위치에 상관없이 MSE(Mean Square Error) 값은 동일하다. 일 예로, [1 2 3 4]를 2개의 그룹들로 그룹핑하면 [(1 2) (3 4)]가 되고, 이때의 MSE는 [(3 4) (1 2)]의 경우와 같은 값을 갖는다.

둘째, 모든 STBC 짝의 위치를 바꿀 때 MSE(Mean Square Error) 값은 동일하다. 일 예로, [1 2 3 4]를 2개의 그룹들로 그룹핑하면 [(1 2) (3 4)]가 되고, 이때의 MSE는 [(2 1) (4 3)]의 경우와 같은 값을 갖는다.

상술한 두 가지 성질로부터 4개의 송신 안테나와 2개의 수신안테나를 사용하는 시스템에서 안테나 순환에 따른 퍼뮤테이션 개수(안테나 순환 패턴 개수)는 하기 <표 1>과 같이 6개가 된다.

안테나 순환 패턴

B₁=[(1 2) (3 4)]

B₂=[(1 2) (4 3)]

B₃=[(1 3) (2 4)]

B₄=[(1 4) (2 3)]

B₅=[(1 3) (4 2)]

B₆=[(1 4) (3 2)]

한편, 상기 수학식 7과 같은 신호 행렬 B를 가정할 경우, 상기 <표 1>의 안테나 순환 패턴(antenna circulation pattern) B₁∼B₆에 해당하는 퍼뮤테이션 행렬은 하기 <수학식 10>과 같다.

상기 <표 1> 및 상기 <수학식 10>에서 알 수 있듯이, 패턴 B₁은 상기 2개의 STBC부호화기들(606)을 통해 생성되는 신호 행렬을 그대로 사용하는 것을 의미하고, 패턴 B₂는 상기 2개의 STBC부호화기들(606)을 통해 생성된 신호 행렬에서 3번째 행과 4번 행을 교환하는 것을 의미하며, 패턴 B₃은 상기 2개의 STBC부호화기들(606)을 통해 생성된 신호 행렬에서 2번째 행과 3번째 행을 교환하는 것을 의미한다.

상기 수학식 9와 같은 신호 행렬 B를 가정할 경우, 상기 <표 1>의 안테나 순 환 패턴(antenna circulation pattern) B₁∼B₆에 해당하는 퍼뮤테이션 행렬은 하기 <수학식 11>과 같다.

한편, 본 발명은 부반송파 인덱스를 이용해 안테나 순환 패턴(circulation pattern)을 결정하는데, 이것을 수식으로 나타내면 하기 <수학식 12>와 같다.

여기서, Nc는 논리적인 데이터 부반송파의 인덱스이다. Nc={1,2,3,...N}. 상기 수학식 9에서 알 수 있듯이, 부반송파 2개당 하나의 안테나 순환 패턴 (circulation pattern)이 결정된다. 즉, 부반송파 f1 및 f2는 패턴 B₁과 대응되고, 부반송파 f3 및 f4는 패턴 B₂와 대응되며, 부반송파 f5 및 f6은 패턴 B₃과 대응된다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전송률 2의 시공간 주파수 블록 부호화 방식을 사용하는 OFDM 무선통신시스템에서 송신기의 송신 절차를 도시하고 있다.

도 7을 참조하면, 먼저 송신기는 700단계에서 전송하고자 하는 심볼들을 입력받는다. 이후, 상기 송신기는 702단계에서 상기 입력되는 심볼들을 8개 단위({S₁, S₂, S₃, S₄, S₅, S₆, S₇, S₈})로 공간 다중화(SM : Spatial Multiplexing)하여 2개의 벡터들({S₁, S₂, S₅, S₆) 및 (S₃, S₄, S₇, S₈})을 생성한다.

그리고, 상기 송신기는 704단계에서 상기 2개의 벡터들을 각각 Alamouti 방식으로 부호화하여 시공간 주파수 사상을 수행한다. 이때 4개의 안테나 신호들이 생성된다. 한편, 상기 시공간 주파수 사상을 통해 생성된 신호 행렬은 예를들어 상기 수학식 7과 같다.

이후, 상기 송신기는 706단계에서 상기 심볼들이 매핑되는 부반송파들을 확인하고, 상기 확인된 부반송파들의 인덱스를 상기 수학식 12에 적용하여 안테나 순환 패턴을 결정하며, 상기 결정된 안테나 순환 패턴에 따라 상기 신호 행렬을 퍼뮤테이션하여 안테나 순환(antenna circulation)을 수행한다. 여기서, 상기 8개의 심 볼들이 부반송파 f1과 f2에 매핑된다고 가정할 때, 안테나 순환 패턴은 상기 <표 1>에서 B₁이 된다.

상기 퍼뮤테이션을 수행한후, 상기 송신기는 708단계에서 상기 퍼뮤테이션된 행렬에 근거한 4개의 안테나 신호들 각각을 정해진 규칙에 따라 해당 부반송파들에 할당하여 역 고속 푸리에 변환(IFFT : Inverse fast Fourier Transform)하고 RF(Radio Frequency) 신호로 변환하여 OFDM변조를 수행한다. 여기서, 상기 4개의 안테나 신호들의 각각은 4개의 심볼들로 구성되며, 상기 4개의 심볼들중 1번째 및 3번째 심볼은 첫 번째 시간구간에서 부반송파 f1과 f2에 할당되고, 상기 4개의 심볼들중 2번째 및 3번째 심볼은 두 번째 시간구간에서 부반송파 f1과 f2에 할당되어 역 고속 푸리에 변환된다.

이후, 상기 송신기는 710단계에서 4개의 OFDM변조된 신호들 각각을 대응되는 송신안테나를 통해 송신한다. 한편, 상기와 같이 송신된 신호는 채널을 통과하여 수신기에 수신된다. 수신기에서는 송신기에서 사용한 안테나 순환 패턴을 미리 알고 있으므로 수신된 신호를 복원할 수 있다.

상술한 알고리즘을 이용해 신호를 전송할 경우, 입력신호별 부반송파 및 안테나 순환 패턴의 매핑관계를 살펴보면 하기 <표 2>와 같다.

입력 신호	부반송파	안테나 순환 패턴
S₁ ~ S₈	f1, f2	B₁
S₉ ~ S₁₆	f3, f4	B₂
S₁₇ ~ S₂₄	f5, f6	B₃
…	…	…

상기 <표 2>에서 보여지는 바와 같이, 본 발명은 부반송파별로 서로 다른 안테나 순환 패턴을 사용하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명은 특정 송신안테나(혹은 특정 채널)의 장애 등으로 발생할수 있는 깊은 페이딩(deep fading)을 분산시킬 수 있다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 가령, 안테나 순환(antenna circulation)을 위한 구성은 공간다중화기(604)의 전단 혹은 후단에 위치될 수 있다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 수신기로부터의 피드백 정보(또는 채널정보)를 이용하지 않고도 간단한 안테나 순환(antenna circulation) 방식을 이용해 시공간 주파수 블록 부호의 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다. 특히, 단위시간당 송신안테나 개수의 반에 해당하는 공간 다중화 이득과, 각 심볼을 두 개의 송신 안테나를 통해 송신하여 2차의 송신 다이버시티 이득을 얻는 전송률 2의 시공간 블록 부호에서 별도의 채널 정보 없이 성능을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.

Claims

복수의 송신안테나들을 사용하는 송신기 장치에 있어서,

입력되는 심볼열을 미리 결정된 시공간 부호화 행렬에 따라 부호화하기 위한 부호화기와,

미리 정해진 규칙(formula)에 따라 미리 정해진 퍼뮤테이션(permutation) 행렬들 중 하나를 선택하고, 상기 부호화기로부터의 시공간 부호화된 심볼들을 상기 선택된 퍼뮤테이션 행렬에 따라 퍼뮤테이션하여 복수의 심볼 벡터들을 발생하는 안테나 순환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,

상기 안테나 순환기로부터의 상기 복수의 심볼 벡터들 각각을 미리 정해진 시간구간들과 미리 정해진 부반송파들에 매핑하여 대응되는 송신안테나를 통해 송신하기 위한 복수의 OFDM변조기들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제2항에 있어서,

상기 복수의 OFDM변조기들은, 심볼 벡터를 구성하는 4개의 심볼들중 홀수번째 심볼들을 첫 번째 시간구간에서 해당 2개의 부반송파들에 할당하여 OFDM변조하 고, 나머지 짝수번째 심볼들을 두 번째 시간구간에서 상기 2개의 부반송파들에 매핑하여 OFDM변조하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 부호화기는,

입력되는 심볼들을 공간다중화(spatial multiplexing)하여 2개의 심볼 벡터들을 발생하는 공간다중화기와,

상기 공간다중화기로부터의 상기 2개의 심볼벡터들 각각을 알라모티(Alamouti) 방식으로 부호화하여 출력하기 위한 2개의 알라모티 부호화기들을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,

상기 미리 결정된 시공간 부호화 행렬 B는 하기와 같은 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,

상기 선택된 퍼뮤테이션 행렬은 하기 행렬들(B₁∼B₆)중 하나인 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,

논리적 부반송파 인덱스(logical data subcarrier index)를 Nc(=1,2,3,..,전체 부반송파 개수)라 할 때, 상기 퍼뮤테이션 행렬 B_k는 하기 규칙(formula)에 의해 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
4개의 송신안테나들을 사용하는 송신기에서 레이트 2의 시공간 부호화 장치에 있어서,

입력되는 심볼들을 공간다중화(spatial multiplexing)하여 소정 개수의 심볼열들을 발생하는 공간다중화기와,

상기 공간다중화기로부터의 상기 소정 개수의 심볼열들 각각을 알라모티(Alamouti) 부호화하여 출력하기 위한 복수의 부호화기들과,

상기 복수의 부호화기들로부터의 심볼들로 구성되는 신호 행렬을 부반송파 인덱스에 의해 선택되는 퍼뮤테이션 행렬에 따라 퍼뮤테이션하여 복수의 안테나 신호들을 발생하는 안테나 순환기와,

상기 안테나 순환기로부터의 상기 복수의 안테나 신호들 각각을 OFDM변조하여 대응되는 송신안테나를 통해 송신하기 위한 복수의 OFDM변조기들을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제8항에 있어서,

상기 복수의 부호화기들로부터의 심볼들로 구성되는 신호 행렬 B는 다음과 같은 것을 특징으로 하는 장치.
제8항에 있어서,

논리적 부반송파 인덱스를 Nc(=1,2,3,..,전체 부반송파 개수)라 할 때, 상기 퍼뮤테이션 행렬 B_k는 하기 규칙에 의해 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
복수의 송신안테나들을 사용하는 송신기의 송신 방법에 있어서,

입력되는 심볼열을 미리 결정된 시공간 부호화 행렬에 따라 부호화하는 과정과,

미리 정해진 규칙(formula)에 따라 미리 정해진 퍼뮤테이션(permutation) 행렬들 중 하나를 선택하는 과정과,

상기 시공간 부호화된 심볼들을 상기 선택된 퍼뮤테이션 행렬에 따라 퍼뮤테이션하여 복수의 심볼 벡터들을 생성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제11항에 있어서,

상기 복수의 심볼 벡터들 각각을 미리 정해진 시간구간들과 미리 정해진 부반송파들에 매핑하여 해당 송신안테나를 통해 송신하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제12항에 있어서,

상기 복수의 심볼벡터들 각각을 구성하는 4개의 심볼들중 홀수번째 심볼들은 첫 번째 시간구간에서 미리 정해진 2개의 부반송파들에 매핑되어 OFDM변조되고, 나머지 짝수번째 심볼들을 두 번째 시간구간에서 상기 2개의 부반송파들에 매핑되어 OFDM변조되는 것을 특징으로 하는 방법.
제11항에 있어서,

상기 퍼뮤테이션 행렬은 부반송파 인덱스에 의해 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제11항에 있어서,

상기 미리 결정된 시공간 부호화 행렬 B는 하기와 같은 것을 특징으로 하는 방법.
제11항에 있어서,

상기 선택된 퍼뮤테이션 행렬은 하기 행렬들(B₁∼B₆)중 하나인 것을 특징으로 하는 방법
제11항에 있어서,

논리적 부반송파 인덱스를 Nc(=1,2,3,..,전체 부반송파 개수)라 할 때, 상기 퍼뮤테이션 행렬 B_k는 하기 규칙에 의해 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
4개의 송신안테나들을 사용하는 송신기에서 레이트 2의 시공간 부호화 방법에 있어서,

입력되는 심볼들을 공간다중화(spatial multiplexing)하여 소정 개수의 심볼열들을 생성하는 과정과,

상기 심볼열들 각각을 알라모티(Alamouti) 부호화하여 신호 행렬을 생성하는 과정과,

상기 신호 행렬을 부반송파 인덱스에 의해 선택되는 퍼뮤테이션 행렬에 따라 퍼뮤테이션하여 복수의 안테나 신호들을 생성하는 과정과,

상기 복수의 안테나 신호들 각각을 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)하여 대응되는 송신안테나를 통해 송신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제18항에 있어서,

상기 복수의 안테나 신호들 각각을 구성하는 4개의 심볼들중 홀수번째 심볼들은 첫 번째 시간구간에서 해당 인접한 부반송파들에 매핑되어 OFDM변조되고, 나머지 짝수번째 심볼들은 두 번째 시간구간에서 상기 해당 인접한 부반송파들에 매핑되어 OFDM변조되는 것을 특징으로 하는 방법.
제18항에 있어서,

상기 신호 행렬 B는 다음과 같은 것을 특징으로 하는 방법.
제18항에 있어서,

논리적 부반송파 인덱스를 Nc(=1,2,3,...전체 부반송파 개수)라 할때, 상기 퍼뮤테이션 행렬 B_k는 하기 규칙에 의해 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
복수의 송신안테나들을 사용하는 송신기에서 송신 방법에 있어서,

미리 정해진 규칙(formula)에 따라 미리 정해진 시공간 부호화 행렬들중 하나를 선택하는 과정과,

전송할 변조(modulation) 심볼들을 상기 선택된 시공간 부호화 행렬을 이용하여 부호화하여 복수의 심볼 벡터들을 생성하는 과정과,

상기 복수의 심볼 벡터들 각각을 미리 정해진 시간구간들과 미리 정해진 부반송파들에 매핑하여 대응되는 송신안테나를 통해 송신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제22항에 있어서,

상기 미리 정해진 시공간 부호화 행렬들(B₁∼B₆)은 다음과 같은 것을 특징으로 하는 방법.
제23항에 있어서,

논리적 부반송파 인덱스를 Nc(=1,2,3,...전체 부반송파 개수)라 할때, 상기 시공간 부호화 행렬 B_k는 하기 규칙에 의해 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제23항에 있어서,

상기 복수의 심볼벡터들 각각을 구성하는 4개의 심볼들중 홀수번째 심볼들은 첫 번째 시간구간에서 미리 정해진 2개의 부반송파들에 매핑되어 OFDM변조되고, 나머지 짝수번째 심볼들을 두 번째 시간구간에서 상기 2개의 부반송파들에 매핑되어 OFDM변조되는 것을 특징으로 하는 방법.