KR100689484B1

KR100689484B1 - 이동통신 시스템에서 다이버시티 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100689484B1
Application number: KR1020040098565A
Authority: KR
Inventors: 김재형
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-11-29
Filing date: 2004-11-29
Publication date: 2007-03-02
Also published as: KR20060059465A

Abstract

본 발명은, 다중 입력 단일 출력의 안테나 부호 방식을 이용하고, 두개의 안테나를 포함하는 이동통신 시스템의 기지국에서, 직교성을 유지하기 위한 다이버시티에 관한 것으로서, 전송할 직렬의 입력된 심볼들을 알라마우티를 적용하여 상기 두개의 안테나의 경로로 시간 프레임마다 서로 직교성을 이루도록 각각 심볼들을 출력하는 제 1 알라마우티 과정과, 상기 두개의 안테나 경로로 각각 출력되는 심볼들을 직렬로 변환하는 과정과, 상기 직렬의 변환된 심볼들을 다시 알라마우티를 적용하여 시간 프레임마다 상기 두 개의 안테나로 각각 서로 직교를 이루는 심볼들을 출력하는 제 2 알라마우티 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Alamouti Diversity, MISO, PS, SP, BER.

Description

이동통신 시스템에서 다이버시티 방법 및 장치{DIVERSITY METHOD AND APPARATUS IN MOBILE COMMUNICATION SYSTEM}

도 1은 이동통신 시스템의 기지국에 적용되는 알라마우티 다이버시티 방법에 대해 도시한 블록도,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이동통신 시스템의 기지국 단에서 알라마우티 다이버시티 방법을 도시한 블록도.

본 발명은 이동통신 시스템에서 다이버시티 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 이동통신 시스템의 기지국단에 2개의 안테나를 적용하는 다이버시티 방법 및 장치에 관한 것이다.

이동통신 시스템은 급속도로 발전하여 현재 매우 큰 고속 데이터 전송과 시스템 용량을 요구하고 있다. 이러한 이유로 인해 무성망 설계시 중요한 요소 중의 하나가 기지국으로서, 기본적으로 통화영역을 넓히기 위해서는 수많은 기지국을 세 워야하고 최적화된 위치선정이 중요하게 되었다. 또한, 최근에는 가입자가수가 폭발적으로 증가하고 있으므로 이동통신시스템의 용량(capacity)을 충족시키기 위해서도 많은 수의 기지국이 필요하게 되었다.

이동통신은 유선통신과 달리 대기중을 통해 전파해 가며, 개인의 단말기 안테나를 통해 방사된 신호는 대기중을 통해 전파해 가면서 빌딩, 주택 등의 건물과 산, 강 등의 지형적인 장애물 등에 의해 감쇠가 발생한다. 이러한 장애물 등에 의해 반사 및 회절 되어진 신호는 하나의 경로를 통해 전파해 가는 것이 아니라 여러 경로를 통해 전파해 간다. 그러므로 기지국에서는 다중경로신호를 통해 수신하게 된다. 이와 같은 서로 다른 감쇠와 위상차를 갖는 다중신호들을 기지국에서 수신하게 되면 수신신호의 진폭이 커졌다 작아졌다 하는 현상이 발생하게 되는데, 이러한 현상을 다중경로 페이딩(multipath fading)이라 한다.

이동통신시스템에서 다중경로 페이딩은 가입자간에 서로 통화를 하는데 있어서 페이딩이 심하게 발생하게 되면 무선망의 안정성이 떨어지게 되며 통화가 끊기는 현상이 발생하게 된다. 따라서 그러므로 이동통신시스템에서는 다중경로 페이딩을 경감시키는 방법이 요하게 되었다.

현재 이동통신시스템에서 다중경로 페이딩 현상을 경감시키기 위한 방법으로 기지국 단에 독립적으로 페이딩이 변화는 채널을 형성하여 신호를 수신함으로써 안정적인 경로를 설정하는 다이버시티(diversity) 기법을 사용하는 방법이 있다. 이동통신에서 페이딩 현상은 피할 수 없는 현상이며, 문제가 되는 것은 일정 레벨이하로 떨어지는 깊은 페이딩 현상이다. 따라서 상기 다이버시티 기법은 기지국 단에 서 발생되는 깊은 페이딩 문제를 해결하는 간단하면서도 효과적인 방법이다.

상기와 같은 다이버시티 방법을 사용하면 기지국에서 2개의 안테나를 이용하여 동일한 신호를 2번 보내는 것과 같이 됨으로써 채널 환경이 안 좋을 경우 단말은 2개의 안테나를 이용한다. 이러한 경우 동일한 신호를 받아서 서로 비교하여 원 신호를 복원할 수 있으므로 BER 성능이 좋아진다.

그러나 송신 안테나와 수신 안테나의 개수가 많은 다이버시티일수록 성능이 좋아질 수 있지만 실제 사용상에는 안테나 개수가 늘어지는 비율에 비해 이득이 많지 않으므로 주로 2개의 안테나를 사용한다.

이와 같이 2개의 안테나를 적용했을 때 2 신호가 서로 직교(orthogonal)하기 때문에 신호의 복원이 매우 유리하지만 안테나 개수가 늘어나면 보내는 신호가 증가하고 여러 개의 신호가 출력될 경우 현재까지는 직교한 방법이 없다. 즉, 3개 이상의 다이버시티를 사용할 경우에 안테나 개수에 비해 BER 성능과 이득이 비례해서 좋아지지 않는다. 따라서 신호의 직교를 유지할 수 있고 간편한 다이버시티 방법이 필요하다.

따라서, 본 발명의 목적은 이동통신 시스템에서 2 신호의 직교를 유지하면서 다이버시티 이득을 높이고 BER 성능을 개선하기 위한 알라마우티 다이버시티 방법 및 장치를 제공함에 있다.

상기 이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 방법은, 다중 입력 단일 출력 의 안테나 부호 방식을 이용하고, 두개의 안테나를 포함하는 이동통신 시스템의 기지국에서, 직교성을 유지하기 위한 다이버시티 방법으로서, 전송할 직렬의 입력된 심볼들을 알라마우티를 적용하여 상기 두개의 안테나의 경로로 시간 프레임마다 서로 직교성을 이루도록 각각 심볼들을 출력하는 제 1 알라마우티 과정과, 상기 두개의 안테나 경로로 각각 출력되는 심볼들을 직렬로 변환하는 과정과, 상기 직렬의 변환된 심볼들을 다시 알라마우티를 적용하여 시간 프레임마다 상기 두 개의 안테나로 각각 서로 직교를 이루는 심볼들을 출력하는 제 2 알라마우티 과정을 포함한다.

상기 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 장치는, 다중 입력 단일 출력의 안테나 부호 방식을 이용하고, 두개의 안테나를 포함하는 이동통신 시스템의 기지국에서, 직교성을 유지하기 위한 다이버시티 장치로서, 전송할 직렬의 입력된 심볼들을 알라마우티를 적용하여 상기 두개의 안테나의 경로로 시간 프레임마다 서로 직교성을 이루도록 각각 심볼들을 출력하는 제 1 알라마우티부와, 상기 두개의 안테나 경로로 각각 출력되는 심볼들을 직렬로 변환하는 병직렬 변환부와, 상기 직렬의 변환된 심볼들을 다시 알라마우티를 적용하여 시간 프레임마다 상기 두 개의 안테나로 각각 서로 직교를 이루는 심볼들을 출력하는 제 2 알라마우티부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한 다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 후술되는 본 발명의 실시예는 이동통신 시스템의 기지국 단에 2개의 안테나를 사용하는 알라마우티(Alamouti) 다이버시티(Diversity) 방법을 예를 들어 설명하기로 한다. 상기 알라마우티 방식은 안테나 부호 방식으로써 다중 입력 단일 출력(Multiple Input Single Output 이하, MISO라 칭함)일 경우에 사용되며, 기지국 송신 안테나가 2개이고, 단말 수신 안테나가 1개일 경우에 사용하는 방식으로써, WCDMA와 WiBro에서 규격으로 정하고 있다.

그러면 상기 알라마우티 다이버시티 방법의 개념에 대해 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 1은 이동통신 시스템의 기지국에 적용되는 알라마우티 다이버시티 방법에 대해 도시한 블록도이다.

도 1을 참조하면, 기지국단의 무선 송신 처리부(도시되지 않음)에서는 전송할 심볼 X1, X2, X3, X4가 생성되면, 첫 번째 시간 프레임(Time Frame)에서는 제 1 송신 안테나(11)가 X1을 전송하고, 제 2 송신 안테나(12)가 X2가 전송된다.

그런 다음 두 번째 시간 프레임에서는 제 1 송신 안테나(11)가 -X^* ₂가 전송되고, 제 2 송신 안테나(12)가 X^* ₁을 전송한다.

이와 같은 방법으로 제 1 송신 안테나(11) 및 제 2 송신 안테나(12)는 세 번째 시간 프레임에서 X3 및 X4를 각각 전송하고, 네 번째 프레임에서 -X^* ₄ 및 X^* ₃을 각각 전송한다.

그러므로 X1은 X1, X^* ₁으로 2번 전송되고, X₂도 X₂, -X^* ₂로 2번 전송된다. 이와 같이 각각의 첫 번째 시간 프레임과 두 번째 시간 프레임에 전송되는 심볼들은 직교를 이루는 것을 알 수 있다. 이러한 코드를 수학식으로 나타내면 하기 <수학식 1>과 같다.

상술한 바와 같은 알라마우티 방법은 일반적인 개념으로서, 1개의 심볼을 MISO를 이용하여 2번 보내게 된다. 본 발명의 실시예에서는 이러한 알라마우티 개념을 이용하여 1개의 심볼을 4번 보냄으로써 다이버시티 이득을 증가시키고, BER을 향상하기 위한 방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예에서는 안테나 부호화 방식의 MISO 방식을 이용하며, 알라마우티 방법을 2번 연속해서 하고, 직병렬(Serial to Parallel: SP)과 병직렬(Parallel to Serial : PS)을 이용한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이동통신 시스템의 기지국 단에서 알라마우 티 다이버시티 방법을 도시한 블록도이다.

도 2를 참조하면, 기지국의 송신단은 제1 안테나(101) 및 제 2 안테나(102)의 2개의 안테나와, 입력되는 심볼들에 알라마우티를 적용하는 제 1 알라마우티부(110)와, 알라마우티가 적용된 심볼을 직렬로 변환하는 병직렬(PS: Parallel To Serial) 변환부(120)와, 다시 한 번 더 알라마우티를 적용하는 제 2 알라마우티부(130)로 구성된다.

상기 제 1 및 제 2 알라마우티부(110, 130)는 직렬로 입력되는 심볼을 알라마우티 방법을 적용함으로써 병렬로 출력하도록 하는 제 1 및 제 2 직병렬(SP: Serial To Parallel) 변환부(111, 131)를 각각 포함한다.

그러면 이와 같이 구성되는 기지국단에서 알라마우티 다이버시티 방법을 상기 도 2를 다시 참조하여 설명하면 다음과 같다.

제 1 알라마우티부(110)에는 각 시간 프레임에 심볼 X₁, X₂, X₃, X₄가 입력된다.

그러면 첫 번째 시간 프레임에서 제 1 알라마우티부(110)는 X₁을 제 1 안테나(101) 경로로 출력하고, X₂를 제 2 안테나(102) 경로로 출력한다. 이에 따라 출력된 X₁ 및 X₂는 병직렬 변환부(120)로 입력되어 다시 직렬로 출력되어 제 2 알라마우티부(130)로 입력된다. 제 2 알라마우티부(130)는 상기 첫 번째 시간 프레임에 입력된 상기 X₁ 및 X₂를 다시 한번 알라마우티를 적용하여 제 1안테나(101)로 X₁,-X^* ₂ 를 출력하고, 제 2 안테나(102)로 X₂, X^* ₁를 출력한다.

다음 두번째 시간 프레임 시간 프레임에서 제 1 알라마우티부(110)는 -X^* ₂을 제 1 안테나(101) 경로로 출력하고, X^* ₁를 제 2 안테나(102) 경로로 출력한다. 이에 따라 출력된 -X^* ₂및 X^* ₁는 병직렬 변환부(120)로 입력되어 다시 직렬로 출력되어 제 2 알라마우티부(130)로 입력된다. 제 2 알라마우티부(130)는 상기 첫 번째 시간 프레임에 입력된 상기 -X^* ₂및 X^* ₁를 다시 한번 알라마우티를 적용하여 제 1안테나(101)로 -X^* ₂, -X₁를 출력하고, 제 2 안테나(102)로 X^* ₁, -X₂를 출력한다.

이와 같은 방식으로 다음 상기 심볼 X₃, X₄도 제 1 및 제 2 알라마우티부(110, 130)를 통해 두 번의 알라마우티 방식을 적용하여 직교성을 유지하여 전송할 수 있다.

결과적으로 X₁은 X₁, X^* ₁, X^* _1,-X ₁으로 4번 전송되고, X₂는 X₂, -X^* ₂, -X^* ₂, -X₂로 4번 전송된다.

상술한 바에 따라 첫 번째 알라마우티를 적용함으로써 직교를 유지하고, 이후, PS와 SP를 통해서 신호를 출력하고 순서를 적절히 조절하여 두 번째 알라마우티를 적용함에 따라 직교를 유지할 수 있으므로 신호의 직교성은 동일하게 유지된 다.

상술한 바와 같이, 일반적인 알라마우티 방법은 X₁의 신호를 X₁, X^* ₁으로 2번 보내므로 신호의 횟수는 2번 연속이고 이득도 계산적으로는 2배 증가한 3dB으로서 BER도 3dB 좋아진 것으로 볼 수 있으나, 실제 BER은 이득과는 차이가 있으므로 3dB이상 향상될 수 없다. 이와 비교하여 상술한 본 발명의 실시에에 따른 알라마우티 방법은 신호를 4번 전송함으로써 신호의 횟수는 4번 연속이고, 이득도 계산적으로는 4배 증가한 6dB이므로 신호 복원에 이득이 있다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 발명청구의 범위뿐 만 아니라 이 발명청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은, 이동통신 시스템의 기지국단에 2개의 안테나를 사용하고, 2번의 알라마우티를 적용하여 한 신호를 4번 전송함으로써, 이득을 그대로 유지시킬 수 있으며, 다이버시티 이득을 보다 높일 수 있고, BER 성능을 개선할 수 있는 효과가 있다.

Claims

다중 입력 단일 출력의 안테나 부호 방식을 이용하고, 두개의 안테나를 포함하는 이동통신 시스템의 기지국에서, 직교성을 유지하기 위한 다이버시티 방법에 있어서,

전송할 직렬의 입력된 심볼들을 알라마우티를 적용하여 상기 두개의 안테나의 경로로 시간 프레임마다 서로 직교성을 이루도록 각각 심볼들을 출력하는 제 1 알라마우티 과정과,

상기 두개의 안테나 경로로 각각 출력되는 심볼들을 직렬로 변환하는 과정과,

상기 직렬의 변환된 심볼들을 다시 알라마우티를 적용하여 시간 프레임마다 상기 두 개의 안테나로 각각 서로 직교를 이루는 심볼들을 출력하는 제2 알라마우티 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
제1항에 있어서,

상기 제 1 알라마우티 과정은, 시간 프레임마다 각 안테나 경로별로 입력된 각 심볼에 알라마우티를 적용함에 따라 각 심볼이 2번 출력됨을 특징으로 하는 상기 방법.
제1항에 있어서,

상기 제 2 알라마우티 과정은, 시간 프레임마다 각 안테나 경로 별로 상기 직렬의 변환된 각 심볼에 다시 알라마우티를 적용함에 따라 상기 전송할 직렬의 입력된 각 심볼이 4번 출력됨을 특징으로 하는 상기 방법.
다중 입력 단일 출력의 안테나 부호 방식을 이용하고, 두개의 안테나를 포함하는 이동통신 시스템의 기지국에서, 직교성을 유지하기 위한 다이버시티 장치에 있어서,

전송할 직렬의 입력된 심볼들을 알라마우티를 적용하여 상기 두개의 안테나의 경로로 시간 프레임마다 서로 직교성을 이루도록 각각 심볼들을 출력하는 제 1 알라마우티부와,

상기 두개의 안테나 경로로 각각 출력되는 심볼들을 직렬로 변환하는 병직렬 변환부와,

상기 직렬의 변환된 심볼들을 다시 알라마우티를 적용하여 시간 프레임마다 상기 두 개의 안테나로 각각 서로 직교를 이루는 심볼들을 출력하는 제 2 알라마우티부를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 장치.
제4항에 있어서,

상기 제 1 알라마우티부는, 시간 프레임마다 각 안테나 경로별로 입력된 각 심볼에 알라마우티를 적용함에 따라 각 심볼이 2번 출력됨을 특징으로 하는 상기 장치.
제4항에 있어서,

상기 제 1 알라마우티부는 입력된 심볼들을 병렬로 변환하는 제 1 직병렬 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 장치.
제4항에 있어서,

상기 제 2 알라마우티부는, 시간 프레임마다 각 안테나 경로 별로 상기 직렬의 변환된 각 심볼에 다시 알라마우티를 적용함에 따라 상기 전송할 직렬의 입력된 각 심볼이 4번 출력됨을 특징으로 하는 상기 장치.
제4항에 있어서,

상기 제 2 알라마우티부는 입력된 심볼들을 병렬로 변환하는 제2 직병렬 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 장치.