KR100719339B1 - 다중 입력 다중 출력 무선 통신 시스템에서 채널 추정을통한 프레임 송수신 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에서의 프레임 송수신 방법에 관한 것으로, 더 자세하게는 다중 입력 다중 출력 무선 통신 시스템에서의 효과적인 채널 추정을 통한 프레임 송수신 방법에 관한 것이다.
본 발명에서는 다중 입력 다중 출력 통신 시스템에서 복수의 송신 안테나들에 의해 전송되는 전송 프레임의 채널 추정용 프리앰블에 대해서 시간 직교성을 적용하여, 송신기의 최대 송신 파워로 전송을 수행함으로써, 채널 추정의 정확도를 높일 수 있는 프레임 송수신 방법을 제공한다.
MIMO 통신 시스템, 프리앰블, 채널 추정, Channel Estimation

Description

다중 입력 다중 출력 무선 통신 시스템에서 채널 추정을 통한 프레임 송수신 방법{FRAME TRANSMITTING AND RECEIVING METHOD BY CHANNEL ESTIMATION IN MULTIPLE INPUT MULTIPLE OUTPUT WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
도 1은 복수의 안테나를 구비하는 일반적인 다중 입력 다중 출력 통신 시스템을 도식화한 블록도이다.
도 2는 도 1과 같이 3개의 송신 안테나를 구비하는 다중 입력 다중 출력 통신 시스템의 각 송신 안테나에 의해 송신되는 전송 프레임 구조를 보여주는 도면이다.
도 3은 도 2에서 전체 프레임의 각 부분별 시그날 파워를 보여주는 도면이다.
도 4는 송신 안테나에 의해 송신되는 신호에 부스팅된 채널 추정 프리앰블을 포함하는 본 발명의 송신 프레임 구조를 보여주는 도면이다.
도 5는 도 4와 같이 부스팅된 채널 추정용 프리앰블을 포함하는 프레임에서 각 프레임 필드별 시그날 파워를 보여주는 도면이다.
도 6은 채널 추정용 프리앰블의 부스팅 여부를 판단하여 채널 계수를 조정하고, 이를 페이로드 필드에 적용하는 과정을 보여주는 순서도이다.
도 7은 각각 네 개의 송신 안테나와 수신 안테나를 사용하는 다중 입력 다중 출력 통신 시스템에서 채널 추정용 프리앰블을 통해 획득되는 채널 계수를 이용한 헤더 필드의 컨스텔레이션 포인터를 종래 채널 추정용 프리앰블을 사용한 경우와 부스팅된 채널 추정용 프리앰블을 사용한 경우 각각에 대해 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7에 보인 헤더 필드 심벌들의 시그날 파워 특징을 이용하여 도 6의 단계 S606에서의 부스팅 여부에 대한 판단 과정을 상세히 보여주는 도면이다.
도 9는 채널 추정용 프리앰블의 송신 파워를 부스팅시킨 경우와 부스팅시키지 않은 경우 각각에 대한 채널 추정결과의 시뮬레이션 도면이다.
도 10은 QPSK 변조방식을 사용하여 변조된 데이터에 대해 부스팅된 채널 추정용 프리앰블을 사용한 경우의 비트 오율 향상효과를 보여주는 시뮬레이션 특성곡선이다.
도 11은 16QAM 변조방식을 사용하여 변조된 데이터에 대해 부스팅된 채널 추정용 프리앰블을 사용한 경우의 비트 오율 향상효과를 보여주는 시뮬레이션 특성곡선이고,
도 12는 64QAM 변조방식을 사용하여 변조된 데이터에 대해 부스팅된 채널 추정용 프리앰블을 사용한 경우의 비트 오율 향상효과를 보여주는 시뮬레이션 특성곡선이다.
본 발명은 무선 통신 시스템(wireless communication system)에서의 프레임 송수신 방법에 관한 것으로, 더 자세하게는 다중 입력 다중 출력(이하, MIMO: Multiple Input Multiple Output) 무선 통신 시스템에서의 효과적인 채널 추정(channel estimation)을 통한 프레임 송수신 방법에 관한 것이다.
MIMO 통신 시스템은 복수개의 송신 안테나(transmitter antenna)와 수신 안테나(receive antenna)를 이용하여, 서로 다른 데이터를 동시에 전송함으로써, 시스템의 대역폭(bandwidth)을 증가시키지 않고도 보다 고속의 데이터 전송이 가능하다는 장점이 있다. 이를 위해, MIMO 통신 시스템에서는 송신기와 수신기 모두에 대해 각각 복수개의 안테나를 구비하고, 각각의 송신 안테나들은 서로 다른 데이터들을 채널을 통해 동시에 송신한다. 이렇게 송신된 신호들은 각 수신 안테나들에서 혼합되어 수신되며, 수신기에서는 채널 추정을 통해 이들 혼합된 신호들에서 각각의 송신기에 의해 송신된 신호들을 분리해낸다. 이하, 도면을 참조하여 이를 보다 상세히 설명한다.
도 1은 복수의 안테나를 구비하는 일반적인 MIMO 통신 시스템을 도식화한 블록도이다. 도 1에서는 설명의 편의를 위해 송신기(100)에 3개의 송신 안테나(102, 104, 106)와 수신기(110)에 4개의 수신 안테나(112, 114, 116, 118)를 각각 구비하는 MIMO 통신 시스템을 가정한다. 도 1을 참조하면, 각 송신 안테나(102, 104, 106)와 수신 안테나(112, 114, 116, 118)간에는 각각 고유의 전송 채널 특성이 존재하며, 송신되는 신호는 이러한 채널 특성에 의해 변화되고, 채널상의 잡음 성분이 부가되어 수신 안테나에 수신된다. 도 1에서 각각의 송신 안테나(102, 104, 106)에 의해 송신되는 신호를 x1, x2, x3라 하고, 각각의 수신 안테나(112, 114, 116, 118)를 통해 수신되는 신호를 y1, y2, y3, y4라 하고, 각 송신 안테나(102, 104, 106)와 수신 안테나(112, 114, 116, 118)간의 채널 특성을 Hnm(n: 송신 안테나 번호, n=1,2,3, m: 수신 안테나 번호, m=1,2,3,4)이라 하면, 각 송신 안테나(102, 104, 106)와 수신 안테나(112, 114, 116, 118)간의 상관관계는 아래 [수학식 1]과 같이 나타낼 수 있다.
y1 = H11×x1 + H21×x2 + H31×x3 + noise
y2 = H12×x1 + H22×x2 + H33×x3 + noise
y3 = H13×x1 + H23×x2 + H33×x3 + noise
y4 = H14×x1 + H24×x2 + H34×x3 + noise
위 [수학식 1]에 보인 것처럼, 각 수신 안테나(112, 114, 116, 118)에서 수신된 신호에는 각각의 송신 안테나들(102, 104, 106)로부터 송신된 신호들(x1, x2, x3)이 혼합되어 존재한다. 위 [수학식 1]에서 잡음 성분(noise)을 제외할 경우, 각 수신신호들(y1, y2, y3, y4)은 수신기(110)에 의해 측정이 가능하므로, 각 송신 안테나(102, 104, 106)와 수신 안테나(112, 114, 116, 118)간의 채널 특성들(Hnm)만 정확히 추정할 수 있다면, 각 송신 안테나(102, 104, 106)에 의해 송신되는 신호들 (x1, x2, x3)은 다원 일차 연립 방정식을 통해 구해낼 수 있다. 그리고, 잡음 성분(noise)을 포함하더라도, 매트릭스(matrix)를 이용하여 최소 평균 제곱 에러(MMSE: Minimum Mean Squared Error)를 구함으로써, 수신신호들(y1, y2, y3, y 4)로부터 송신신호들(x1, x2, x3)을 구해낼 수 있다. 따라서, 정확한 채널 특성(Hnm)의 추정은 MIMO 통신 시스템의 성능을 보장하기 위해 필수적이다.
한편, MIMO 통신 시스템에서는 IEEE 802.11a에서 제안하는 OFDM 형식의 프레임을 이용하여 데이터를 송수신하는데, 이 경우 일반적인 채널 추정방법은 각각의 송신 안테나에 대해 송신되는 데이터 프레임에 채널 추정용 프리앰블을 포함하여 전송하고, 수신기에서는 각 수신 안테나를 통해 수신되는 신호에서 상기 채널 추정용 프리앰블을 검출하여 채널 추정을 수행한다.
도 2는 도 1과 같이 3개의 송신 안테나를 구비하는 MIMO 통신 시스템의 각 송신 안테나에 의해 송신되는 OFDM 형식의 프레임 구조를 보여주는 도면이다. 도 2를 참조하면, 각각의 송신 안테나(Tx_ANT1, Tx_ANT2, Tx_ANT3)에서 송신되는 신호는 모두 동일한 프레임 구조를 가지는데, 쇼트 프리앰블(short preamble)과 롱 프리앰블(long preamble)을 포함하는 프리앰블 필드(preamble field)와 헤더 필드(header field) 및 페이로드 필드(payload field)로 구성된다.
프리앰블 필드의 쇼트 프리앰블과 롱 프리앰블은 도면에 자세히 나타내지는 않았지만, IEEE 802.11a에서 제안하는 표준에 의하면 각각의 프리앰블들은 반복되는 복수의 트레이닝 시퀀스(training sequence)들로 구성된다. 즉, 쇼트 프리앰블 은 열 번 반복되는 쇼트 트레이닝 시퀀스들로 구성되며, 롱 프리앰블은 두 번 반복되는 롱 트레이닝 시퀀스들로 구성된다. 쇼트 프리앰블은 수신기에서의 AGC 컨버젼스(convergence), 타이밍 동기(timing sync) 및 대략적인 주파수 동기(coarse frequency sync)를 위해 사용되며, 롱 프리앰블은 수신기에서의 채널 추정(channel estimation)과 정밀한 주파수 동기(fine frequency sync)를 위해 사용된다. 즉, 롱 프리앰블은 채널 추정용 프리앰블로서 사용된다. 헤더 필드에는 실제 데이터의 디코딩(decoding)에 필요한 시그날 필드(signal field)의 정보들(RATE, LENGTH)이 포함된다. 그리고, 페이로드 필드에는 실제 전송하고자 하는 데이터들이 포함된다.
한편, 도 2에 보인 것처럼, 각 송신 안테나(Tx_ANT1, Tx_ANT2, Tx_ANT3)에서는 동시에 서로 다른 데이터들을 송신하는데, 채널 추정용 프리앰블(long1, long2, long3)의 경우 송신기에서는 시간 직교성(time orthogonality)을 적용하여 송신 안테나의 수 만큼 전송하되, 시간차를 두어 각각의 송신 안테나에서 송신되는 채널 추정용 프리앰블들(long1, long2, long3)이 서로 겹치지 않도록 하여 송신한다. 예를들어, 제 1 송신 안테나(102, Tx_ANT1)에 의해 채널 추정용 프리앰블(long1)이 송신될 때에는 제 2 송신 안테나(104, Tx_ANT2)와 제 3 송신 안테나(106, Tx_ANT3)는 데이터를 송신하지 않고 널(null) 상태로 남겨둔다.
도 3은 도 2에서 전체 프레임의 각 부분별 시그날 파워를 보여주는 도면이다. 일반적으로 송신기의 총 송신 파워(total transmission power)는 일정한 수치로 제한되어 있으며, MIMO 통신 시스템의 경우 각각의 송신 안테나는 송신기의 총 송신 파워를 균일하게 나누어 사용해야 한다. 즉, 각각의 송신 안테나는 총 송신 파워에서 전체 송신 안테나 수를 나눠 준 만큼의 송신 파워만을 사용할 수 있다. 한편, 앞서 언급한 것처럼, MIMO 통신 시스템에서 하나의 송신 안테나에 의해 채널 추정용 프리앰블이 전송되는 구간동안에는 다른 송신 안테나에 의한 프레임 필드의 송신이 일어나지 않는다. 따라서, 도 3에 보인 것처럼, 각 송신 안테나에 의한 채널 추정용 프리앰블의 송신 구간동안 송신기에 의해 실제 사용되는 송신 파워는 총 송신 파워의 삼분의 일에 불과하므로, 이 구간동안 송신기에는 송신 파워를 부스팅시킬 수 잇는 여유가 있다.
본 발명의 목적은 MIMO 통신 시스템에서 채널 추정의 정확도를 높이기 위해 송신 안테나에 의해 송신되는 채널 추정용 프리앰블의 송신 파워를 부스팅시키고, 수신기에서 채널 추정용 프리앰블의 부스팅 여부를 판단하여 채널 추정 결과를 조정할 수 있는 MIMO 통신 시스템에서의 송수신 방법을 제공하는 데 있다.
(구성)
본 발명은 송신기에 복수의 송신 안테나들을 구비하는 다중 입력 다중 출력 통신 시스템에 관한 것으로 본 발명의 일실시예에 의한 프레임 송신방법은 복수의 송신 안테나들을 통해 각각 송신되는 프레임 필드가 채널 추정용 프리앰블인지를 판별하는 단계 및 채널 추정용 프리앰블로 판별된 경우, 채널 추정용 프리앰블을 송신기의 최대 송신 파워로 부스팅하여 송신하는 단계를 구비한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의한 프레임 수신방법은 송신 안테나로부터 수 신되는 채널 추정용 프리앰블을 이용하여 채널 추정을 수행하여 채널 계수를 검출하는 단계와 검출된 채널 계수를 이용하여 채널 추정용 프리앰블의 부스팅 여부를 판별하는 단계 및 채널 추정용 프리앰블이 부스팅된 것으로 판별된 경우, 채널 계수를 조정하여 프레임의 페이로드 필드에 대한 디코딩에 적용하는 단계를 구비한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의한 프레임 송수신 방법은 복수의 송신 안테나들 중 하나의 송신 안테나에 의해 채널 추정용 프리앰블이 송신되는 경우, 채널 추정용 프리앰블의 송신 파워를 송신기의 최대 파워로 부스팅하여 송신하는 송신단계 및 수신기의 수신 안테나를 통해 수신된 채널 추정용 프리앰블의 부스팅 여부를 판별하여 채널 계수를 결정하고, 이를 프레임에 포함된 페이로드 필드의 디코딩에 적용하는 수신단계를 구비한다.
상기와 같은 본 발명의 송수신 방법을 적용한 다중 입력 다중 출력 통신 시스템에서 각각의 송신 안테나에 의해 전송되는 전송 프레임은 프리앰블 필드와 헤더 필드 및 페이로드 필드를 구비하되, 복수의 송신 안테나들 중 하나의 송신 안테나에 의해 프리앰블 필드중 채널 추정용 프리앰블이 전송되는 경우, 송신 안테나는 송신기의 최대 송신 파워로 채널 추정용 프리앰블을 부스팅하여 송신함을 특징으로 한다.
이하, 상기의 실시예들을 보여주는 도면들을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
(실시예)
도 4는 송신 안테나에 의해 송신되는 신호에 부스팅된 채널 추정 프리앰블을 포함하는 본 발명의 송신 프레임 구조를 보여주는 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 발명에서는 각각의 송신 안테나에 의해 송신되는 프레임에서 채널 추정용 프리앰블(long1, long2, long3)의 송신 파워만을 부스팅(boosting)시켜 송신한다. 이는 앞서 종래 기술에서 언급한 바와 같이, 하나의 송신 안테나에 의해 채널 추정용 프리앰블(long1, long2, long3)이 송신되는 구간동안 다른 송신 안테나에서는 아무런 데이터의 송신동작이 일어나지 않으므로 송신기의 총 송신 파워에 여유가 있기 때문에 가능하다.
도 5는 도 4와 같이 부스팅된 채널 추정용 프리앰블을 포함하는 프레임에서 각 프레임 필드별 시그날 파워를 보여주는 도면이다. 도 5에 보인 것처럼, 각각의 송신 안테나(Tx_ANT1, Tx_ANT2, Tx_ANT3)에서 송신되는 쇼트 프리앰블과 헤더 필드 및 페이로드 필드의 송신 파워는 총 송신 파워의 삼분의 일이다. 그리고, 채널 추정용 프리앰블인 롱 프리앰블의 송신 파워는 송신기의 총 송신 파워와 동일하다. 이와 같이, 부스팅된 채널 추정용 프리앰블을 사용하는 경우, 그렇지 않은 경우에 비해 상대적으로 우수한 SNR(Signal Noise Rate) 환경에서 채널 추정을 수행할 수 있으므로 일반적인 채널 추정용 프리앰블을 사용하는 경우보다 수신기에서의 채널 추정 정확도가 더 높아지는 효과가 있다.
한편, 수신기에서는 앞서 언급한 바와 같이, 먼저 쇼트 프리앰블을 이용하여 프레임에 대한 AGC와 심벌 경계 검출(SBD: Symbol Boundary Detection) 및 대략적인 주파수 동기를 수행하고, 이 후 입력되는 채널 추정용 프리앰블인 롱 프리앰블 을 이용하여 채널 추정과 정밀한 주파수 동기를 수행한다. 그리고, 채널 추정을 통해 획득된 채널 추정 결과 즉, 채널 계수(channel coefficient)를 헤더 필드에 적용하여 프레임의 RATE 와 LENGTH 같은 정보를 추출하며, 실제 데이터인 페이로드 필드에 대한 디코딩을 수행한다. 그런데, 도 4와 같이 부스팅된 채널 추정용 프리앰블을 이용하여 채널 추정을 수행하는 경우 획득되는 채널 계수는 부스팅된 파워만큼 커지게 되어 이를 그대로 페이로드 필드에 적용할 경우에는 잘못된 채널 계수에 의한 디코딩 오류가 발생한다. 부스팅된 채널 추정용 프리앰블을 사용하여 채널 추정을 수행하는 경우, 실제 채널 계수는 송신 안테나 수의 루트(root)배 만큼 커지게 된다. 따라서, 채널 추정용 프리앰블이 부스팅되었는지 여부를 판단하여 채널 계수를 조정해 줄 필요가 있다.
도 6은 채널 추정용 프리앰블의 부스팅 여부를 판단하여 채널 계수를 조정하고, 이를 페이로드 필드에 적용하는 과정을 보여주는 순서도이다. 도 6에서는 도 4와 같이 부스팅된 채널 추정용 프리앰블을 사용한 경우, 프리앰블 구조나 헤더 필드의 정보를 별도의 수정없이 종래의 프레임 구조를 그대로 이용하면서, 채널 추정용 프리앰블의 부스팅 여부를 판별하여 채널 계수를 조정할 수 있는 방법을 제안한다. 도 6을 참조하면, 먼저 수신기에서 채널 추정용 프리앰블을 이용하여 프레임 동기와 채널 추정을 통해 송신 안테나와 수신 안테나간의 채널 계수를 추정한다(단계 S602). 단계 S602에서 추정된 채널 계수를 헤더 필드에 적용하여 시그날 필드의 정보들(RARE, LENGTH)을 추출(단계 S604)하고, 채널 추정용 프리앰블의 파워가 부스팅되었는지의 여부를 판별(단계 S606)한다. 만약, 채널 추정용 프리앰블이 부스 팅된 것으로 판별되면 부스팅된 만큼 채널 계수를 조정(단계 S608)하고, 이 조정된 채널 계수를 페이로드 필드의 디코딩에 적용(단계 S610)한다. 한편, 단계 S606에서 채널 추정용 프리앰블 파워에 대한 부스팅 여부는 헤더 필드에 포함된 심벌들의 시그날 파워를 검출함으로써 판별할 수 있다.
도 7은 각각 네 개의 송신 안테나와 수신 안테나를 사용하는 MIMO 통신 시스템에서 채널 추정용 프리앰블을 통해 획득되는 채널 계수를 이용한 헤더 필드의 컨스텔레이션 포인터(constellation point)를 종래 채널 추정용 프리앰블을 사용한 경우와 부스팅된 채널 추정용 프리앰블을 사용한 경우 각각에 대해 나타낸 도면이다. 일반적으로 IEEE 802.11a에서 헤더 필드는 송신기에서 이진 위상 편이 방식(BPSK: Binary Phase Shift Keying)을 이용하여 변조되어 송신되므로, 수신기에서 헤더 필드에 포함된 각 심벌들의 컨스텔레이션 포인터는 1 또는 -1에 표시되어야 한다. 그러나, 부스팅된 채널 추정용 프리앰블을 사용하여 채널 추정을 수행한 경우 앞서 언급한 것처럼, 채널 계수가 부스팅된 파워만큼 커지게 되고, 헤더 필드에 포함된 각 심벌들의 컨스텔레이션 포인터는 도 7에 보인 것처럼, 1/(boosted power) 또는 -1/(boosted power) 지점에 표시된다. 즉, 부스팅된 채널 추정용 프리앰블에 의해 추정된 채널 계수를 이용하여 추출된 헤더 필드 심벌들의 시그날 파워(Hsp)는 부스팅되지 않은 경우보다 작다. 따라서, 사전에 프레임의 헤더 필드에 포함된 심벌들의 시그날 파워(Hsp)를 측정하여 해당 MIMO 통신 시스템의 환경에 맞는 임계치(Th: threshold)를 미리 설정해 두고, 상기 임계치(Th)보다 작은 지점에 심벌의 시그날 파워(Hsp)가 존재한다면 부스팅된 채널 추정용 프리앰블이 사용된 것 으로 판단한다.
도 8은 도 7에 보인 헤더 필드 심벌들의 시그날 파워 특징을 이용하여 도 6의 단계 S606에서의 부스팅 여부에 대한 판단 과정을 상세히 보여주는 도면이다. 도 8을 참조하면, 부스팅 여부의 판단은 헤더 필드에 포함된 심벌들의 시그날 파워(Hsp)를 검출(단계 S802)하고, 이를 사전에 설정된 임계치(Th)와 비교(단계 S804)한다. 만약, 헤더 필드 심벌들의 시그날 파워(Hsp)가 임계치(Th)보다 작다면, 채널 추정용 프리앰블의 파워가 부스팅된 것으로 판단(단계 S806)하고, 반면에 헤더 필드 심벌들의 시그날 파워(Hsp)가 임계치(Th)보다 크다면, 채널 추정용 프리앰블의 파워가 부스팅되지 않은 것으로 판단한다(단계 S808). 도 8과 같은 과정을 통해 채널 추정용 프리앰블 파워의 부스팅 여부가 판별되면, 그 결과에 따라 도 8에 보인 바와 같이 채널 계수를 조정하여 페이로드 필드의 디코딩을 수행하거나, 또는 최초 추정된 채널 계수를 그대로 이용하여 페이로드 필드의 디코딩을 수행한다.
이하, 개시하는 도면들은 본 발명에서 부스팅된 채널 추정용 프리앰블을 사용함으로써 얻을 수 있는 향상된 효과를 보여준다.
도 9는 채널 추정용 프리앰블의 송신 파워를 부스팅시킨 경우와 부스팅시키지 않은 경우 각각에 대한 채널 추정결과의 시뮬레이션 도면이다. 도 9는 각각 네 개의 송신 안테나와 수신 안테나를 가지는 MIMO 통신 시스템 환경에서의 채널 추정을 가정하여 시뮬레이션(simulation)한 결과이다. 도 6에서 굵은 실선은 이상적인 경우의 실제 채널 특성을 나타내고, 점선은 일반적인 종래의 채널 추정용 프리앰블을 사용하였을 때 추정되는 채널 특성을 시뮬레이션한 것이며, 가는 실선은 본 발 명에서 제안하는 부스팅된 채널 추정용 프리앰블을 사용하였을 때 추정되는 채널 특성을 시뮬레이션한 것이다. 도 6에 보인 바와 같이, 본 발명에서 제안하는 부스팅된 채널 추정용 프리앰블을 사용한 경우의 시뮬레이션 결과가 종래 일반적인 채널 추정용 프리앰블을 사용한 경우보다 실제 채널 특성에 더 근접함을 알 수 있다. 즉, 부스팅된 채널 추정용 프리앰블을 사용하였을 때, 더 정확한 채널 추정을 수행할 수 있다. 한편, 이러한 채널 추정의 정확성은 MIMO 통신 시스템에서 사용되는 송신 안테나의 수가 많으면 많을수록 증가된다. 이는 송신 안테나의 수가 많을수록 부스팅 가능한 채널 추정용 프리앰블의 송신 파워비가 커지기 때문이다.
한편, 채널 추정의 정확성이 커질수록 비트 오율(BER: Bit Error Rate)과 신호 대 잡음비(SNR)의 특성이 향상되는데, 변조(modulation) 방식에 따라 약간의 차이는 있으나, 모든 변조 방식에서 향상된 특성을 얻을 수 있다. 도 10 내지 도 12는 각각의 변조 방식에 대해 비트 오율(BER)과 신호 대 잡음비(SNR)에 대한 시뮬레이션을 통해 얻어진 특성곡선으로서, 일반적인 채널 추정용 프리앰블을 사용한 경우와 부스팅된 채널 추정용 프리앰블을 사용한 경우에 있어서, 비트 오율(BER)과 신호 대 잡음비(SNR)의 특성 차를 알 수 있다. 도 10 내지 도 12의 시뮬레이션 환경은 각각 네 개의 송수신 안테나를 갖는 MIMO 통신 시스템을 가정하여 MATLAB상에 구현된 것으로, 50 nsec의 지연 스프레드(delay spread)를 가지는 익스포넨셜 채널(exponential channel) 환경에서 컨볼루셔널 인코더(convolutional encoder) 및 비터비 디코더(viterbi decoder)를 사용하지 않은 시스템(uncoded system)을 사용하였으며, 각각 독립적인 1024 바이트(Byte)의 프레임을 1000번 반복 수행하였다. 프 레임의 구조는 도 2와 도 4에 도시된 IEEE 802.11a의 프레임 구조를 그대로 사용하였다. 각각의 도면을 좀 더 자세히 설명하면, 도 10은 QPSK 변조방식을 사용하여 변조된 데이터에 대한 시뮬레이션 특성곡선이며, 도 11은 16QAM 변조방식을 사용하여 변조된 데이터에 대한 시뮬레이션 특성곡선이고, 도 12는 64QAM 변조방식을 사용하여 변조된 데이터에 대한 시뮬레이션 특성곡선이다. 각각의 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 모든 변조방식에서 부스팅된 채널 추정 프리앰블을 사용한 경우의 비트 오율 이득(BER gain)이 종래의 채널 추정용 프리앰블을 사용한 경우보다 향상된 것을 볼 수 있다. 도면에 보인 것처럼, QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 변조방식의 경우에는 약 1.5dB 정도의 이득이 있으며, 16QAM(Quadrature Amplitude Modulation)의 경우에는 2dB ~ 2.5dB, 64QAM의 경우에는 약 1.5dB 정도의 이득이 있다.
이상에서 다중 입력 다중 출력 무선 통신 시스템에서 채널 추정을 통한 데이터 송수신 방법에 대해 도면과 실시예를 통해 상세히 설명하였지만, 이는 일실시예에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화 및 응용이 가능하다.
상술한 바와 같이, 부스팅된 채널 추정 프리앰블을 사용할 경우 MIMO 통신 시스템에서 채널 추정의 정확성을 높일 수 있고, 이를 통해 시스템 전체의 성능 향상을 얻을 수 있다.

Claims (21)

  1. 송신기에 복수의 송신 안테나들을 구비하는 다중 입력 다중 출력(MIMO: Multiple Input Multiple Output) 통신 시스템에서의 프레임 송신방법에 있어서,
    복수의 송신 안테나들을 통해 각각 송신되는 프레임 필드가 채널 추정용 프리앰블인지를 판별하는 단계; 및
    채널 추정용 프리앰블로 판별된 경우, 상기 채널 추정용 프리앰블을 상기 송신기의 최대 송신 파워로 부스팅하여 송신하는 단계를 구비하며,
    상기 복수의 송신 안테나들에 의해 송신되는 프레임 필드가 채널 추정용 프리앰블이 아닌 경우, 상기 복수의 안테나들 각각은 상기 송신기의 최대 송신 파워를 균등하게 분할한 송신 파워로 프레임 필드를 송신함을 특징으로 하는 프레임 송신방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 부스팅되지 않는 프레임 필드는 쇼트 프리앰블과 헤더 필드 및 페이로드 필드임을 특징으로 하는 프레임 송신방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 안테나 각각에 의해 송신되는 프레임들은 IEEE 802.11a 표준의 프레임 구조를 가짐을 특징으로 하는 프레임 송신방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 프레임들에서 채널 추정용 프리앰블은 시간 직교성을 가짐을 특징으로 하는 프레임 송신방법.
  6. 다중 입력 다중 출력 통신시스템에서의 프레임 수신방법에 있어서,
    송신 안테나로부터 수신되는 채널 추정용 프리앰블을 이용하여 채널 추정을 수행하여 채널 계수를 검출하는 단계;
    상기 검출된 채널 계수를 이용하여 상기 채널 추정용 프리앰블의 부스팅 여부를 판별하는 단계;
    상기 채널 추정용 프리앰블이 부스팅된 것으로 판별된 경우, 상기 채널 계수를 조정하여 프레임의 페이로드 필드에 대한 디코딩에 적용하는 단계를 구비함을 특징으로 하는 프레임 수신방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 채널 추정용 프리앰블이 부스팅되지 않은 것으로 판별된 경우, 상기 채널 계수를 그대로 상기 프레임의 페이로드 필드에 대한 디코딩에 적용함을 특징으 로 하는 프레임 수신방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    부스팅된 채널 추정용 프리앰블을 통해 검출된 채널 계수는 송신 안테나 수의 루트 배만큼 증가함을 특징으로 하는 프레임 수신방법.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 수신된 프레임은 IEEE 802.11a 표준의 프레임 구조를 가짐을 특징으로 하는 프레임 수신방법.
  10. 제 6항에 있어서,
    부스팅 여부의 판별은 상기 채널 계수를 상기 프레임의 헤더 필드에 적용하여 수행함을 특징으로 하는 프레임 수신방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    부스팅 여부에 대한 판별은 프레임의 헤더 필드에 포함된 심벌들의 시그날 파워를 검출하는 단계;와
    상기 검출된 심벌들의 시그날 파워를 사전에 설정된 임계치와 비교하는 단계; 및
    상기 시그날 파워가 상기 임계치보다 작은 경우, 상기 채널 추정용 프리앰블 의 파워가 부스팅된 것으로 판별하고, 상기 시그날 파워가 상기 임계치보다 큰 경우, 상기 채널 추정용 프리앰블의 파워가 부스팅되지 않은 것으로 판별하는 단계를 포함하되,
    상기 임계치는 부스팅되지 않은 채널 계수에 의한 심벌들의 시그날 파워임을 특징으로 하는 프레임 수신방법.
  12. 복수의 송신 안테나들을 구비하는 다중 입력 다중 출력 통신 시스템에서의 프레임 송수신 방법에 있어서,
    상기 복수의 송신 안테나들 중 하나의 송신 안테나에 의해 채널 추정용 프리앰블이 송신되는 경우, 상기 채널 추정용 프리앰블의 송신 파워를 상기 송신기의 최대 파워로 부스팅하여 송신하는 송신단계;
    수신기의 수신 안테나를 통해 수신된 채널 추정용 프리앰블의 부스팅 여부를 판별하여 채널 계수를 결정하고, 이를 프레임에 포함된 페이로드 필드의 디코딩에 적용하는 수신단계를 구비함을 특징으로 하는 프레임 송수신 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 송신단계에서 송신되는 프레임 필드가 채널 추정용 프리앰블이 아닌 경우, 상기 복수의 송신 안테나 각각은 상기 송신기의 최대 송신 파워를 균등하게 분할한 송신 파워로 프레임 필드들을 송신함을 특징으로 하는 프레임 송수신 방법.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 프레임은 IEEE 802.11a의 표준 프레임 구조를 가짐을 특징으로 하는 프레임 송수신 방법.
  15. 제 12항에 있어서,
    상기 수신단계는 상기 송신 안테나로부터 수신되는 상기 채널 추정용 프리앰블을 이용하여 채널 추정을 수행하는 채널 추정 단계;
    상기 채널 추정을 통해 추정된 채널 계수를 프레임의 헤더 필드에 적용하여 상기 채널 추정용 프리앰블의 부스팅 여부를 판별하는 부스팅 판별 단계;
    상기 채널 추정용 프리앰블이 부스팅된 것으로 판별된 경우, 상기 추정된 채널 계수를 조정하여 프레임의 페이로드 필드에 대한 디코딩에 적용하는 단계를 구비함을 특징으로 하는 프레임 송수신 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 채널 추정용 프리앰블이 부스팅되지 않은 것으로 판별된 경우, 상기 추정된 채널 계수를 그대로 상기 프레임의 페이로드 필드에 대한 디코딩에 적용함을 특징으로 하는 프레임 송수신 방법.
  17. 제 15항에 있어서,
    부스팅된 채널 추정 프리앰블을 이용하여 추정된 채널 계수는 송신 안테나 수의 루트 배만큼 증가함을 특징으로 하는 프레임 송수신 방법.
  18. 제 15항에 있어서,
    상기 부스팅 판별 단계는 상기 헤더 필드에 포함된 심벌들의 시그날 파워를 검출하는 단계;와
    상기 검출된 심벌들의 시그날 파워를 사전에 설정된 임계치와 비교하는 단계; 및
    상기 시그날 파워가 상기 임계치보다 작은 경우, 상기 채널 추정용 프리앰블의 파워가 부스팅된 것으로 판별하고, 상기 시그날 파워가 상기 임계치보다 큰 경우, 상기 채널 추정용 프리앰블의 파워가 부스팅되지 않은 것으로 판별하는 단계를 포함하되,
    상기 임계치는 부스팅되지 않은 채널 계수에 의한 심벌들의 시그날 파워임을 특징으로 하는 프레임 송수신 방법.
  19. 복수의 송신 안테나들을 구비하는 다중 입력 다중 출력 통신 시스템에 있어서,
    상기 각각의 송신 안테나에 의해 전송되는 전송 프레임은 프리앰블 필드;와
    헤더 필드; 및
    페이로드 필드를 구비하되,
    상기 복수의 송신 안테나들 중 하나의 송신 안테나에 의해 상기 프리앰블 필드중 채널 추정용 프리앰블이 전송되는 경우, 상기 송신 안테나는 송신기의 최대 송신 파워로 상기 채널 추정용 프리앰블을 부스팅하여 송신하며,
    상기 복수의 송신 안테나들에 의해 상기 전송 프레임에서 상기 채널 추정용 프리앰블을 제외한 나머지 프레임 필드가 전송되는 경우, 상기 복수의 송신 안테나들 각각은 상기 송신기의 최대 송신 파워를 각각 균일하게 분할하여 균등한 송신파워로 전송함을 특징으로 하는 다중 입력 다중 출력 통신 시스템.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 전송 프레임은 IEEE 802.11a의 표준에서 제안하는 프레임 구조를 가짐을 특징으로 하는 다중 입력 다중 출력 통신 시스템.
  21. 삭제
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