KR100768510B1 - 다중안테나를 사용하는 직교 주파수 분할 다중 접속시스템의 전송 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다중 안테나를 사용하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 전송 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 송신 데이타를 입력받아 데이터 또는 프리앰블을 전송하고자하는 변조 방식으로 변조하는 QAM 인코더, 직렬 수신되는 고속의 데이터를 저속의 병렬 데이터로 변환하는 S/P, 파일럿과 프리앰블을 발생하는 프리앰블 또는 파일럿 발생부, 프리앰블 또는 데이터와 파일럿을 멀티플렉싱하는 멀티플렉서를 구비하는 다중안테나를 사용하는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 시스템에서 효율적인 전송 장치에 있어서, 전체 대역을 시간 영역의 인접 심볼 및 주파수 영역의 인접 부반송파로 구성된 그룹으로 분할하고, 각 그룹별로 송신 안테나를 선택하기 위한 안테나 선택 컨트롤러; 각 안테나별로, 상기 안테나 선택 컨트롤러에서 선택된 그룹들과 상기 안테나 선택 컨트롤러에서 선택되지 않은 그룹들에 해당되는 부반송파들을 오프하여 역고속푸리에 변환을 수행하는 IFFT부; 각 안테나별로, 상기 IFFT부로부터 전송된 병렬 신호들을 직렬 신호로 변환하고, 앞단에 CP를 추가하는 P/S; 및 각 안테나 별로, 상기 P/S로부터 전송된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하고 필터링하여 RF단의 안테나를 통해 전송하기 위한 D/A 변환기 및 필터를 포함한다. 따라서, 송신단이 안테나들의 채널 상태를 모르는 경우, 할당 기본 단위별로 교대로 각 안테나를 선택하여 전송함으로써 안테나 수에 따른 부반송파 할당과 송신단의 파일럿의 전송 구조 및 할당 구조의 변경이 없고, 수신단의 변경 없이 다이버시티 이득을 얻을 수 있으며, 송신단이 안테나들의 채널 정보를 알 고 있을 경우, 각 그룹별로 채널 상태가 가장 우수한 안테나를 선택하여 전송함으로써 채널정보의 피드백 지연과 단말의 이동성 증가에 따른 안테나 간의 간섭에 의한 성능 저하를 방지할 수 있다.

다중안테나, OFDMA 시스템, 안테나 선택 콘트롤러

Description

다중안테나를 사용하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 전송 장치 및 그 방법{Apparatus for effectively transmitting in Orthogonal Frequency Division Multiple Access using multiple antenna and method thereof}

도 1은 종래의 OFDM 방식의 기본 블록도이다.

도 2는 이상적인 채널 추정과 실제 채널 추정에서 STBC와 지연 다이버시티의 성능을 비교한 도면이다.

도 3은 송신 안테나 수와 안테나간의 상관(Correlation)이 존재하는 경우에 Delay Diversity의 성능의 나타낸 도면이다.

도 4는 안테나간의 상관(Correlation)이 존재하는 경우에 지연 다이버시티와 본 발명과의 성능을 비교한 도면이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 인접 심볼과 인접 부반송파로 구성되는 그룹을 비교한 도면이다.

도 6은 그룹으로 구성되는 심볼 영역과 주파수 영역의 구조 및 할당받은 그룹 정의 (n, k)를 나타낸 도면이다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 송신단의 블록도이다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 다중안테나를 사용하는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 시스템에서 효율적인 전송 방법을 설명한 흐름도이다.

도 9는 k mod M에 의해 (n,k)번째 그룹의 송신안테나가 결정되는 방식의 할당도이다.

도 10은 k mod M에 의해 (n,k)번째 그룹의 송신안테나가 결정되는 방식의 주파수 선택 컨트롤러의 구조이다.

도 11은 (k+n) mod M에 의해 (n,k)번째 그룹의 송신안테나가 결정되는 방식의 할당도이다.

도 12는 (k´+n) mod M에 의해 (n,k´)번째 그룹의 송신안테나가 결정되는 방식의 할당도이다.

도 13은 송신 안테나별 채널 전력의 예시한 도면이다.

도 14는 송신단이 채널 상태를 알고 있는 경우에 채널 가중치를 이용하는 방식에서 안테나 선택 컨트롤러의 구조를 나타낸 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : QAM 인코더 200 : S/P

300 : 멀티플렉서 400 : 프리앰블 또는 파일럿

500 : 안테나 선택 컨트롤러 600a-600n : IFFT부

700a-700n : P/S 800a-800n : D/A 변환기 및 필터

본 발명은 다중안테나를 사용하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 전 송 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex)방식에서 안테나 수에 따른 부반송파 할당과 파일럿등의 전송 구조 및 수신기의 변경 없이 다이버시티 이득을 얻을 수 있고, 채널 정보의 피드백 지연과 단말의 이동성 증가에 따른 안테나 간의 간섭에 의한 성능 저하를 감소시키는, 다중안테나를 사용하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 전송 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 광대역의 고속 데이터를 전송하기 위하여 OFDM 방식이 고려되고 있다. OFDM 방식은 사용 대역폭을 여러 개의 캐리어(subcarrier)로 나누어 전송하는 방식이다.

도 1은 종래의 OFDM 방식에 대한 기본 블록도를 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, OFDM 방식에 대한 기본 블록도의 송신 장치는 QAM 인코더(11), S/P(12), 멀티플렉서(13), 프리앰블 또는 파일럿 발생부(14), IFFT부(15), P/S(16), D/A 변환기 및 필터(17), 및 RF단의 안테나(ANT)를 포함한다.

상기 QAM 인코더(11)는 송신 데이타를 입력받아 데이터 또는 프리앰블을 전송하고자하는 변조 방식(e.g. BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM)으로 변조한다.

상기 S/P(12)는 직렬 수신되는 고속의 데이터를 저속의 병렬 데이터로 변환한다.

상기 멀티플렉서(13)는 프리앰블 또는 데이터와 파일럿을 멀티플렉싱한다.

상기 프리앰블 또는 파일럿 발생부(14)는 파일럿과 프리앰블을 발생한다.

상기 IFFT부(15)는 멀티플렉싱된 신호를 역고속푸리에 변환(IFFT:Inverse FFT)하여 시간축의 신호로 변환시키며, 상기 P/S(16)는 상기 IFFT부(15)로부터 출력된 병렬 신호를 직렬신호로 변환하고, 앞단에 CP(Cyclic Prefix)를 추가한다.

상기 D/A 변환기 및 필터(17)는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 필터를 통과한 후에 RF단을 통하여 안테나를 통해 전송한다.

OFDM 방식에 대한 기본 블록도의 수신 장치는 RF단의 안테나(ANT), A/D 변환기 및 필터(20), S/P(21), FFT부(22), 디멀티플렉서(23), 프리앰블 또는 파일럿 발생부(24), P/S(25), 및 QAM 디코더(26)를 포함한다.

상기 A/D 변환기 및 필터(20)는 RF단을 통하여 수신된 아날로그 신호를 필터를 통과한 후에 디지털 신호로 변환한다.

상기 S/P(21)는 CP(Cyclic Prefix)를 제거한 후에 병렬 신호로 변환한다.

상기 FFT부(22)는 입력되는 병렬 신호를 고속푸리에변환(FFT: Fast Fourier Transform)을 수행한다.

상기 디멀티플렉서(23)는 고속푸리에변환(FFT) 한 후에 프리앰블 또는 데이터와 파일럿 신호(24)를 디멀티플렉싱한다.

상기 P/S(25)는 상기 디멀티플렉서(23)에 의해 디멀티플렉싱된 병렬 데이터 신호를 직렬로 변환한다.

상기 QAM 디코더(26)는 프리앰블 또는 파일럿에 의하여 추정된 채널 추정값을 이용하여 QAM 데이터를 복조하여 수신 데이타를 생성한다.

OFDM 방식에서는 송신기의 채널 정보를 알지 못하는 경우에 송신 다이버시티(Tx Diversity)를 얻기 위하여 STBC(Space Time Block Code), SFBC(Space Frequence Block Code), 지연 다이버시티(Delay Diversity) 방식 등을 사용하여 성능을 향상시키고 있으며, 수신단으로부터 피드백을 통하여 또는 송수신단의 채널 가역성을 이용(TDD에 해당)하여 채널 정보를 아는 경우에는 송신단에서 채널 가중치를 이용하여 전송함으로써 성능을 향상시킨다.

상기 종래 기술에서 송신단이 채널 정보를 모르는 경우와, 송신단이 채널 정보를 알고 있는 경우로 구분하여 설명한다.

(1) 송신단이 채널 정보를 모르는 경우,

송신단에서 전송 다이버시티를 적용하기 위한 대표적인 방식으로는 STBC(Space Time Block Code), SFBC(Space Frequence Block Code) 등이 있으며, 이러한 방식은 다이버시티 이득을 최대로 할 수 있으나, 각각의 안테나를 구별하기 위한 파일럿이 필요하며, 따라서 하나의 안테나를 사용하는 경우에 비하여 채널 추정 성능이 감소한다. 즉, 단말이 각 안테나로부터 채널을 이상적으로 알고 있다고 하면, 성능이 우수하나, 송신 파일럿으로부터 채널 추정을 해야 하는 경우에는 성능이 저하된다. 또한, 안테나 수에 따라서 각각 안테나를 구별하기 위한 파일럿 할당 구조의 변경이 필요하며, 송신단과 수신단에 STBC, SFBC의 인코더와 디코더가 필요하므로, 송수신단의 복잡도가 증가한다.

안테나 수에 따른 파일럿 구조의 변경과 수신단 변경이 필요없는 방식으로 지연 다이버시티(Delay Diversity)를 고려할 수 있다. 지연 다이버시티(Delay Diversity)는 각 안테나별로 CP(Cyclic Prefix)가 추가된 심볼을 정해진 샘플 수 만큼씩 주기적으로 이동(Cyclic shift)하여 전송한다. 이러한 방식은 각 안테나별 채널 추정을 하기 위한 파일럿이 필요하지 않고, 송신단의 다중 안테나의 상관도가 낮은 경우에는 다이버시티(Diversity) 이득을 얻을 수 있으나, 안테나간의 상관도가 높은 경우에는 안테나간의 간섭에 의하여 성능이 열화된다. 안테나의 상관도는 송신안테나의 간격, 구조, 무선채널의 환경에 따라서 달라진다.

도 2는 이상적인 채널 추정과 실제 채널 추정에서 STBC와 지연 다이버시티(Delay Diversity)를 비교한 결과이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 송신단이 채널을 이상적으로 알고 있는 경우에는 STBC 가 우수하나, 파일럿을 이용한 채널 추정을 하는 경우에는 성능이 유사해진다.

도 3은 송신 안테나 수와 안테나 간의 상관(Correlation)이 존재하는 경우에, 지연 다이버시티(Delay Diversity)에서 각 안테나간의 상관도에 의한 성능을 나타낸다.

(2) 송신단이 채널 정보를 알고 있는 경우,

송신단이 채널 정보를 알고 있는 경우 송신단이 알고 있는 채널 가중치를 이용할 수 있으므로, 피드백 지연이 작거나, 단말의 이동성이 낮은 경우에는 우수한 성능을 보인다. 그러나, 실제의 이동통신 시스템에서는 고속으로 이동하는 단말이 존재하고, 전송 프레임 구조에 따라서 발생하는 피드백 지연이 발생한다. 이러한 지연이 발생하면, 채널 상태가 변하게 되며, 채널 가중치를 이용하여 전송하는 시스템에서는 성능 저하가 크게 발생하는 문제점이 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 다중안테나를 사용하는 직 교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 시스템에서 송신단이 안테나들의 채널 상태를 모르는 경우 안테나 수에 따른 부반송파 할당과 파일럿 전송 구조나 할당 구조의 변경이 없고, 수신기의 변경없이 다이버시티 이득을 얻을 수 있고, 송신단이 안테나들의 채널 정보를 알고 있을 경우 채널 정보의 피드백 지연과 단말의 이동성 증가에 따른 안테나 간의 간섭에에 의한 성능 저하를 감소시키는, 다중안테나를 사용하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 전송 장치 및 그 방법을 제공한다.

이러한 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 하나의 특징에 따른 다중안테나를 사용하는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 시스템에서 효율적인 전송 장치는, 송신 데이타의 전체 대역을 시간 영역의 인접 심볼 및 주파수 영역의 인접 부반송파로 구성된 그룹으로 분할하고, 각 그룹별로 송신 안테나를 선택하기 위한 안테나 선택 컨트롤러; 각 안테나별로, 상기 안테나 선택 컨트롤러에서 선택된 그룹들에 해당하는 부반송파들은 그대로 역고속푸리에 변환(IFFT)하고, 상기 안테나 선택 컨트롤러에서 선택되지 않은 그룹들에 해당되는 부반송파들은 오프(0을 전송)하여 역고속푸리에 변환(IFFT)을 수행하는 IFFT부; 각 안테나별로, 상기 IFFT부에 의해 역고속푸리에 변환된 신호들을 직렬 신호로 변환하고, 앞단에 CP(Cyclic Prefix)를 추가하는 P/S; 및 각 안테나 별로, 상기 P/S로부터 전송된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하고 필터링하여 RF단의 안테나를 통해 전송하기 위한 D/A 변환기 및 필터를 포함한다.

또한, 본 발명의 다른 특징에 따른 다중안테나를 사용하는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 시스템에서 효율적인 전송 방법은 (a) 송신 데이타의 전체 대역을 시간 영역의 인접 심볼 및 주파수 영역의 인접 부반송파로 구성된 그룹으로 분할하고, 각 그룹별로 송신 안테나를 선택하는 단계; (d) 각 안테나별로, 상기 안테나 선택 컨트롤러에서 선택된 그룹들에 해당되는 부반송파들은 그대로 역고속푸리에 변환(IFFT)하고, 상기 안테나 선택 컨트롤러에서 선택되지 않은 그룹들에 해당되는 부반송파들은 오프(0을 전송)하여 역고속푸리에 변환(IFFT)하는 단계; (c) 각 안테나별로, 상기 IFFT부에 의해 역고속푸리에 변환된 신호들을 직렬 신호로 변환하고, 앞단에 CP(Cyclic Prefix)를 추가하는 단계; 및 (d) 각 안테나 별로, 상기 P/S로부터 전송된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하고 필터링하여 RF단의 안테나를 통해 전송하는 단계를 포함한다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 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 실시예에 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.

본 발명의 실시예에 따르면, 다중안테나를 사용하는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 시스템에서 송신단이 채널 상태를 모르는 경우, 할당 기본 단위별로 교대로 각 안테나를 선택하여 전송함으로써 안테나 수에 따른 부반송파 할당과 송신단의 파일럿의 전송 구조 및 할당 구조의 변경 없고, 수신단의 변경 없이 다이버시티(Diversity) 이득을 얻을 수 있다. 도 4는 안테나간의 상관(Correlation)이 존재하는 경우에 지연 다이버시티(Delay Diversity)와 본 발명의 실시예와의 성능을 비교 결과를 나타낸 도면이다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 송신단이 송신 안테나들의 채널 정보를 알고 있을 경우, 각 그룹별로 채널 상태가 가장 우수한 안테나를 선택하여 전송함으로써 채널정보의 피드백 지연과 단말의 이동성 증가에 따른 안테나 간의 간섭에 의한 성능 저하를 방지한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 인접 심볼과 인접 부반송파로 구성되는 그룹을 비교한 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예는 J개의 시간 영역에서 인접 심 볼과, I개의 주파수 영역에서 인접 부반송파를 기본 단위로 할당되는 도 5와 같은 부채널 할당 방법에 적용된다. 본 발명의 실시예에서는 기본 할당 단위를 그룹(Group)이라고 한다. 도 5의 경우 J=2이고, I=5인 경우이다. 이러한 할당 방법은 IEEE 802.16의 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 방식에서 적용되고 있다. D_kg는 k번째 그룹의 g번째 데이터 심볼 또는 파일럿이다.

전체 대역은 P개의 그룹으로 구성되고, 이중에 K개의 그룹이 임의의 단말 또는 하향링크의 경우 임의의 섹터에 할당되며 그룹내 부반송파들은 하나의 단말 또는 하향링크의 경우에는 다수의 단말에 할당될 수 있다.

도 6은 그룹으로 구성되는 심볼 영역과 주파수 영역의 구조 및 할당받은 그룹 정의 (n, k)를 나타낸 도면이다.

도 6은 이러한 할당 방식의 한 예를 도시한 것으로서 P=16이고, 단말이 할당받은 그룹의 개수는 부반송파 영역으로 K=6이고, 심볼 영역으로는 N=6이다. 그룹의 표기는 n=3에서 k=4인 그룹은 (3,4)로 나타낸다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 송신단의 블록도이다.

도 7에 도시한 송신단의 블록도는 안테나 선택 콘트롤러에 의하여 각 그룹별로 송신 안테나가 결정되는 방식을 사용한다. 수신단은 1개의 수신안테나의 경우에는 도 1과 동일하며, 다수의 수신안테나를 사용하는 경우는 1개의 수신안테나를 사용하는 경우가 다수 존재하는 것과 동일하다.

도 7에 도시된 바와 같이, 안테나 선택 콘트롤러에 의하여 각 그룹별로 송신 안테나가 결정되는 방식의 송신단은 QAM 인코더(100), S/P(200), 프리앰블 또는 파일럿 발생부(400), 멀티플렉서(300), 안테나 선택 컨트롤러(500), 각 그룹별로 구비되는 IFFT부(600a-600n), P/S(700a-700n), D/A 변환기 및 필터(800a-800n), 및 RF단의 안테나(ANT)를 포함한다.

상기 QAM 인코더(100)는 송신 데이타를 입력받아 데이터 또는 프리앰블을 전송하고자하는 변조 방식(e.g. BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM)으로 변조한다.

상기 S/P(200)는 상기 QAM 인코더(100)로부터 직렬 수신되는 고속의 변조된 데이터를 저속의 병렬 데이터로 변환한다.

상기 프리앰블 또는 파일럿 발생부(400)는 파일럿과 프리앰블을 발생한다.

상기 멀티플렉서(300)는 상기 프리앰블 또는 파일럿 발생부(400)로부터 출력되는 프리앰블 또는 파일럿을 저속의 병렬 데이터와 멀티플렉싱한다.

상기 안테나 선택 컨트롤러(500)는 상기 멀티플렉서(300)에 의해 출력된 신호의 전체 대역을 시간 영역의 인접 심볼 및 주파수 영역의 인접 부반송파로 구성된 그룹으로 분할하고, 각 그룹별로 송신 안테나를 선택하기 위한 컨트롤러의 역할을 한다.

상기 IFFT부(600a-600n)는 각 안테나별로 상기 안테나 선택 컨트롤러(500)에서 선택된 그룹들과 상기 안테나 컨트롤러(500)에서 선택되지 않은 그룹들에 해당되는 부반송파들을 오프(0을 전송)하여 역고속푸리에 변환(IFFT)을 수행한다.

상기 P/S(700a-700n)는 각 안테나별로 상기 IFFT부(600a-600n)로부터 역고속 푸리에 변환(IFFT)된 병렬(Parallel) 신호들을 직렬(Serial) 신호로 변환하고, 앞 단에 CP(Cyclic Prefix)를 추가한다.

상기 D/A 변환기 및 필터(800a-800n)는 상기 P/S(700a-700n)로부터 전송된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 필터링하여 RF단의 안테나를 통해 전송한다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 다중안테나를 사용하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 효율적인 전송 방법을 설명한 흐름도이다.

상기 QAM 인코더(100)가 송신 데이타를 입력받아 데이터 또는 프리앰블을 전송하고자하는 QAM 방식으로 변조한다(S100).

직렬 수신되는 고속의 변조된 데이터를 저속의 병렬 데이터로 변환한다(S200).

파일럿과 프리앰블을 발생하고(S300), 프리앰블 또는 상기 저속의 병렬 데이터와 파일럿을 멀티플렉싱한다(S400).

전체 대역을 시간 영역의 인접 심볼 및 주파수 영역의 인접 부반송파로 구성된 그룹으로 분할하고, 각 그룹별로 송신 안테나를 선택한다(S500).

각 안테나별로, 상기 안테나 선택 컨트롤러에서 선택된 그룹들과 상기 안테나 선택 컨트롤러에서 선택되지 않은 그룹들에 해당되는 부반송파들을 오프(0을 전송)하여 역고속푸리에 변환(IFFT)을 한다(S600).

각 안테나별로, 상기 IFFT부로부터 전송된 병렬 신호들을 직렬 신호로 변환하고, 앞단에 CP(Cyclic Prefix)를 추가한다(S700).

각 안테나 별로, 상기 P/S로부터 전송된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변 환하고 필터링하여 RF단의 안테나를 통해 전송한다(S800).

이하에서는 S500 단계의 기능을, 이러한 할당 구조에서 상기 안테나 선택 컨트롤러(500)가 송신단이 채널 상태를 모르는 경우와, 채널 상태를 알고 있는 경우로 구분하여 자세하게 설명한다.

(1) 송신단이 채널 상태를 모르는 경우,

(1-a) 주파수 영역에서 그룹 별로 교대로 송신 안테나로 전송하는 방식

상기 안테나 선택 컨트롤러(500)는 채널 상태를 모르는 경우, 임의의 단말 또는 하향링크의 경우 임의의 섹터에 할당된 n(전송하고자 하는 주파수 영역에서 그룹의 갯수)개의 그룹중에 k번째 그룹을 송신하는 안테나, 즉 (n, k)번째 그룹을 송신하는 안테나를 k mod M 에 의해 주파수 영역에서 그룹 별로 교대로 송신 안테나로 전송한다.

(n, k)번째 그룹을 송신하는 안테나 = k mod M

여기서, n은 심볼 영역에서 차지하고 있는 그룹의 갯수, k 번째 그룹, M은 송신 안테나 수이다.

도 9는 k mod M에 의해 (n,k) 번째 그룹의 송신 안테나가 결정되는 방식의 할당도로써, 송신 안테나의 수 M=3인 경우를 도시하였다.

도 10은 k mod M에 의해 (n,k)번째 그룹의 송신안테나가 결정되는 방식의 안테나 선택 컨트롤러의 구조이다.

상기 안테나 선택 컨트롤러(500)는, 채널 상태를 모르는 경우, 전체 대역을 시간 영역에서 6개의 인접 심볼 및 주파수 영역에서 16개의 인접 부반송파로 구성 된 그룹으로 분할하고, 할당받은 그룹을 순서대로 k mod M에 의해 송신 안테나를 선택하여 전송한다.

즉, 상기 안테나 선택 컨트롤러(500)는 D_k = {d_k0, d_k1, ... , d_k((J*1)-1)}에 따라 k mod M에 의하여 (n,k)번째 그룹의 송신안테나를 결정하여, 주파수 영역에서 그룹 별로 교대로 송신 안테나로 전송한다.

(1-b) 특정 부반송파 할당 방식에 독립적으로 송신 다이버시티를 얻기 위하여 심볼 영역으로 확장하는 경우, 다음과 같이 설명된다.

(n, k)번째 그룹을 송신하는 안테나 = (k + n) mod M

도 11은 (k+n) mod M에 의하여 (n,k)번째 그룹의 송신안테나가 결정되는 방식의 할당도이다. 도 10은 상기 방식의 M=3인 경우를 도시하였다.

(1-c) 송신다이버시티에 추가적으로 주파수 다이버시티를 얻기 위해 전체 P개의 그룹에서 할당받은 K개의 그룹을 순환 로테이션(Cyclic Rotation) 하는 경우,

k´= (k+n) mod P

(n, k´)번째 그룹을 송신하는 안테나 = (k´+n) mod M

이다. 여기서 k´은 k가 n에 의하여 이동된 그룹의 번호이다.

도 12는 (k´+n) mod M에 의하여 (n,k´)번째 그룹의 송신안테나가 결정되는 방식의 할당도이다. 도 12는 상기 방식의 M=3인 경우를 도시하였다.

인접 그룹 간의 상관에 의한 주파수 다이버시티 이득의 감소를 줄이기 위해 n 대신 n별로 정해진 옵셋을 지정할 수도 있다.

k´ = (k+b_n) mod P를 적용할 수 있다.

b_n은 n에서 k번째 그룹을 이동시키기 위한 옵셋이다.

따라서, (n, k´)번째 그룹을 송신하는 안테나 = (k´+n) mod M 이다.

도 12는 b_n=n인 경우이다.

2) 채널 상태를 알고 있는 경우

2-a) 송신 안테나들 중에 채널 상태가 가장 우수한 안테나를 선택하여 전송하는 방식

상기 안테나 선택 컨트롤러(500)는, 채널 피드백 또는 채널 가역성을 이용하여 채널 상태를 알고 있다고 하면, 고속의 이동성 또는 채널 피드백 지연이 큰 환경에서 급격한 성능 저하를 막기 위하여, 송신단의 k번째 그룹은 송신안테나들 중에 가장 우수한 채널 전력을 갖는 안테나(

) a_k를 선택하여 채널 가중치 없이 전송한다.

도 13은 M=3인 경우 송신 안테나별 채널 전력의 예시한 도면으로서, a_k는 각 그룹별로 채널 상태가 가장 우수한 안테나의 번호이다.

2-b) 채널 가중치를 이용하는 방식

2-a)보다 중, 저속 환경에서 성능을 보장하기 위하여 각 그룹별로 채널 상태가 가장 우수한 안테나의 채널 전력(

)을 합한 전력의 평균으로부터 가중치를 계산하여 전송한다. 여기서, a_k(0, 1, 2, M-1 중 하나의 값임)는 k번째 그룹에서 가장 우수한 채널 특성을 갖는 안테나 번호이다.

각 그룹별로 채널 상태가 우수한 안테나로부터 채널 전력의 합은 수학식 2로 표현된다.

,

각 그룹에서 선택된 a_k번째 안테나로 전송되는 송신 신호의 가중치는 수학식3으로 표현된다.

도 14는 송신단 채널 상태를 알고 있는 경우에 채널 가중치를 이용하는 방식에서 안테나 선택 컨트롤러의 세부 구조도이다.

상기 안테나 선택컨트롤러(500)는 채널 가중치 계산부(510), 및 다수의 곱셈기(500a-500n)를 포함한다.

상기 안테나 선택컨트롤러(500)는, 채널 피드백(Feedback) 또는 채널 가역성 을 이용한 채널 정보로부터 채널 상태를 알고 있는 경우, 중ㆍ저속에서 성능을 보장하기 위해 각 그룹별로 가장 우수한 채널 상태를 갖는 안테나 a_k(0, 1, 2, M-1 중 하나의 값임)를 선택하고, 상기 채널 가중치 계산부(510)에 의해 각 그룹별로 선택된 안테나들의 채널 전력을 합한 전력(

)의 평균(

)과 각 그룹의 송신 신호의 가중치(

)를 결정하여, 이를 이용하여 각 그룹별로 선택된 a_k의 안테나로 상기 곱셈기(500a-500n)에 의해 전송할 데이타 D_k(D₀, D₁, D₂, ...,D_{k -2}, D_{k -1})와 상기 각 그룹의 송신 신호의 가중치를 곱하여 전송한다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 다중안테나를 사용하는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 시스템에서 송신단이 채널 상태를 모르는 경우, 할당 기본 단위별로 교대로 각 안테나를 선택하여 전송함으로써 안테나 수에 따른 부반송파 할당과 송신단의 파일럿의 전송 구조 및 할당 구조의 변경 없고, 수신단의 변경 없이 다이버시티(Diversity) 이득을 얻을 수 있는 효과가 있다.

또한, 송신단이 송신 안테나들의 채널 정보를 알고 있을 경우, 각 그룹별로 채널 상태가 가장 우수한 안테나를 선택하여 전송함으로써 채널정보의 피드백 지연과 단말의 이동성 증가에 따른 안테나 간의 간섭에 의한 성능 저하를 방지하는 효과를 기대할 수 있다.

Claims (10)

1. 다중안테나를 사용하는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 시스템의 전송 장치에 있어서,

   송신 데이터의 전체 대역을 시간 영역의 인접 심볼 및 주파수 영역의 인접 부반송파로 구성된 다수의 그룹으로 분할하고, 각 그룹별로 송신할 송신 안테나를 선택하기 위한 안테나 선택 컨트롤러;

   각 안테나별로, 상기 안테나 선택 컨트롤러에서 선택된 그룹들에 해당되는 부반송파들은 그대로 역고속푸리에 변환(IFFT)하고, 상기 안테나 선택 컨트롤러에서 선택되지 않은 그룹들에 해당되는 부반송파들은 오프(0이 전송되도록 함)하여 역고속푸리에 변환(IFFT)을 수행하는 IFFT부;

   각 안테나별로, 상기 IFFT부에 의해 역고속푸리에 변환된 신호들을 직렬 신호로 변환하고, CP(Cyclic Prefix)를 추가하는 P/S; 및

   각 안테나 별로, 상기 P/S로부터 전송된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하고 필터링하여 RF단의 안테나를 통해 전송하기 위한 D/A 변환기 및 필터

   를 포함하는 다중안테나를 사용하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 전송 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 안테나 선택 컨트롤러는,

   채널 상태를 모르는 경우, 전체 대역을 인접 심볼 및 인접 부반송파로 구성된 그룹으로 분할하고, 할당받은 그룹을 순서대로 k mod M(n: 심볼 영역에서 차지하고 있는 그룹의 갯수, k 번째 그룹, M: 송신 안테나 수)에 의해 송신 안테나를 선택하여 전송하는 것을 특징으로 하는 다중안테나를 사용하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 전송 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 안테나 선택 컨트롤러는,

   채널 상태를 모르는 경우, 그룹별 안테나 선택 방식을 심볼 영역으로 확장하여 (k+n) mod M 에 의해 송신 안테나를 선택하여 전송하는 것을 특징으로 하는 다중안테나를 사용하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 전송 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 안테나 선택 컨트롤러는,

   채널 상태를 모르는 경우, 그룹별 안테나 선택 방식을 심볼 및 주파수 영역 으로 확장하여 주파수 영역 전체 P개의 그룹에서 할당받은 K개의 그룹을 순환 로테이션하는 경우,

   k´= (k+n) mod P(k´은 k가 n에 의하여 이동된 그룹의 번호)일 때,

   (k´+n) mod M에 의해 송신 안테나를 선택하여 전송하는 것을 특징으로 하는 다중안테나를 사용하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 전송 장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 안테나 선택 컨트롤러는,

   n에서 k번째 그룹을 이동시키기 위한 옵셋(b_n)에 따라 k´= (k+b_n) mod P, (n, k´)번째 그룹을 송신하는 안테나를 (k´+n) mod M에 의해 결정되어 전송하는 것을 특징으로 하는 다중안테나를 사용하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 전송 장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 안테나 선택컨트롤러는,

   채널 상태를 알고 있는 경우, 송신단의 k번째 그룹은 송신안테나들 중에 가장 우수한 채널 전력을 갖는 안테나(

   

   ) a_k를 선택하여 전송하는 것을 특징으로 하는 다중안테나를 사용하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 전송 장치.
7. 제 1 항 또는 제 6 항에 있어서,

   상기 안테나 선택컨트롤러는,

   채널 상태를 알고 있는 경우, 중ㆍ저속에서 성능을 보장하기 위해 각 그룹별로 가장 우수한 채널 전력을 갖는 안테나 a_k(0, 1, 2, M-1 중 하나의 값임)를 선택하고, 각 그룹별로 선택된 안테나들의 채널 전력을 합한 전력(

   

   )의 평균(

   

   )과 각 그룹의 송신 신호의 가중치(

   

   )를 결정하여, 각 그룹별로 선택된 a_k의 안테나로 전송할 데이타와 상기 각 그룹의 송신 신호의 가중치를 곱하여 전송하는 것을 특징으로 하는 다중안테나를 사용하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 전송 장치.
8. 다중안테나를 사용하는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 시스템의 전송 방법에 있어서,

   (a) 송신 데이타를의 전체 대역을 시간 영역의 인접 심볼 및 주파수 영역의 인접 부반송파로 구성된 다수의 그룹으로 분할하고, 각 그룹별로 송신 안테나를 선택하는 단계;

   (b) 각 안테나별로, 상기 안테나 선택 컨트롤러에서 선택된 그룹들에 해당되는 부반송파들은 그대로 역고속푸리에 변환(IFFT)하고, 상기 안테나 선택 컨트롤러에서 선택되지 않은 그룹들에 해당되는 부반송파들은 오프(0이 전송되도록 함)하여 역고속푸리에 변환(IFFT)하는 단계;

   (c) 각 안테나별로, 상기 IFFT부에 의해 역고속푸리에 변환된 신호들을 직렬 신호로 변환하고, CP(Cyclic Prefix)를 추가하는 단계; 및

   (d) 각 안테나 별로, 직렬 신호로 변환된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하고 필터링하여 RF단의 안테나를 통해 전송하는 단계

   를 포함하는 다중안테나를 사용하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 전송 방법.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 각 그룹별로 송신 안테나를 선택하는 단계는,

   채널 상태를 알고 있는 경우, 고속의 이동성 또는 채널 피드백 지연이 큰 환경에서 급격한 성능 저하를 막기 위해 송신단의 k번째 그룹은 송신안테나들 중에 가장 우수한 채널 전력을 갖는 안테나(

   

   ) a_k를 선택하여 전송하는 것을 특징으로 하는 다중안테나를 사용하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 전송 방법.
10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,

    상기 각 그룹별로 송신 안테나를 선택하는 단계는,

    채널 상태를 알고 있는 경우, 중ㆍ저속에서 성능을 보장하도록 각 그룹별로 가장 우수한 채널 전력을 갖는 안테나 a_k(0, 1, 2, M-1 중 하나의 값임)를 선택하고, 각 그룹별로 선택된 안테나들의 채널 전력을 합한 전력(

    

    )의 평균(

    

    )과 각 그룹의 송신 신호의 가중치(

    

    )를 결정하여, 각 그룹별로 선택된 a_k의 안테나로 전송할 데이타와 상기 각 그룹의 송신 신호의 가중치를 곱하여 전송하는 것을 특징으로 하는 다중안테나를 사용하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 전송 방법.

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