KR100782925B1 - 다중 안테나 통신 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다수의 송신 안테나와 다수의 수신 안테나를 가지는 다중 안테나 통신 시스템에 관한 것으로, 상기 통신시스템의 수신기가 송신 안테나들과 수신 안테나들 사이의 채널 행렬을 유일값 분해하여 얻은 유일값에 해당하는 송신 고유 벡터를 선택하고 송신기로 피드백 하여 송신기의 전송데이터 선택에 사용하게 함으로써 데이터 전송의 효율을 향상시키는 다중 안테나 통신 시스템에 관한 것이다.
다중 안테나, 유일 값 분해, 송신 고유 벡터, 채널 정보, 유일 값

Description

다중 안테나 통신 시스템{Multiple Antenna Telecommunication System}
도 1은 종래 기술에 따른 다중 송수신 안테나 시스템의 송신기 및 수신기 구성을 도시한 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 다중 송수신 안테나 통신 시스템의 송신기 및 수신기의 구성을 도시한 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 다중 송수신 안테나 통신 시스템 송신기의 데이터 송신 방법을 나타낸 흐름도.
도 4는 본 발명에 따른 다중 송수신 안테나 통신 시스템 수신기의 데이터 수신 방법을 나타낸 흐름도.
도 5는 본 발명에 따른 다중 송수신 안테나 통신 시스템에서 송신 고유 벡터 선택 과정을 나타낸 흐름도.
본 발명은 다수의 송신 안테나와 다수의 수신 안테나를 가지는 다중 안테나 통신 시스템에 관한 것으로, 상기 통신시스템의 수신기가 송신 안테나들과 수신 안테나들 사이의 채널 행렬을 유일값 분해하여 얻은 유일값에 해당하는 송신 고유 벡터를 선택하고 송신기로 피드백 하여 송신기의 전송데이터 선택에 사용하게 함으로써 데이터 전송의 효율을 향상시키는 다중 안테나 통신 시스템에 관한 것이다.
이하의 설명에서 데이터와 심볼은 동일한 의미를 가지는 용어이며 혼용하여 사용함을 알려둔다.
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광대역 스펙트럼(broadband spectrum) 자원을 사용하여 무선 멀티미디어 서비스를 제공하는 경우에는 다중 경로 전송(multi-path propagation)에 의한 심볼간 간섭 문제(inter-symbol interference)가 발생하게 되고, 상기 심볼간 간섭은 시스템 전체 전송 효율을 감소시키게 된다. 상기와 같은 다중 경로 전송에 의한 심볼간 간섭 문제를 해결하기 위해 제안된 방식이 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; 이하 'OFDM'이라 칭하기로 한다) 방식이다. 상기 OFDM 방식은 전체 주파수 대역을 다수의 서브 캐리어(sub-carrier)들로 분할하여 전송하는 방식으로서, 상기 OFDM 방식을 사용할 경우 결과적으로 1개의 심볼 구간(symbol duration)이 증가하게 되어 심볼간 간섭 발생을 최소화시킬 수 있다.
상기 OFDM 방식은 멀티-캐리어(Multi-Carrier)를 사용하여 데이터를 전송하는 방식으로서, 직렬로 입력되는 심벌(Symbol)열을 병렬 변환하여 이들 각각을 상호 직교성을 갖는 다수의 서브 캐리어(sub-carrier)들로 변조하여 전송하는 멀티캐리어 변조(MCM; Multi Carrier Modulation) 방식의 일종이다. 이와 같은 OFDM 방식은 멀티 캐리어들간의 직교 변조의 구현의 어려움으로 실제 시스템 적용에 한계가 있었으나, 1971년 Weinstein 등이 상기 OFDM 방식을 사용하는 변조 및 복조가 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform)을 이용하여 효율적으로 처리가 가능함을 발표하면서 OFDM 방식에 대한 기술개발이 급속히 발전했다. 또한 보호구간(guard interval)과 순환 접두(cyclic prefix) 보호구간 삽입 방식이 알려지면서 다중경로 및 지연 확산(delay spread)에 대한 시스템의 부정적 영향을 더욱 감소시키게 되었다. 이후 이러한 OFDM 방식 기술은 디지털 오디오 방송(Digital Audio Broadcasting: DAB), 디지털 텔레비전 방송, 무선 근거리 통신망(WLAN; Wireless Local Area Network) 그리고 무선 비동기 전송 모드(WATM; Wireless Asynchronous Transfer Mode) 등의 디지털 전송 기술에 광범위하게 적용되어지고 있다. 이와 같이 OFDM 방식은 하드웨어적인 복잡도(Complexity)로 인하여 널리 사용되지 못하다가 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform; 이하 'FFT'라 칭하기로 한다)과 역 고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform; 이하 'IFFT'라 칭하기로 한다)을 포함한 디지털 신호 처리 기술이 발전함으로써 실현 가능해 졌다.
OFDM 방식은 종래의 주파수 분할 다중(FDM; Frequency Division Multiplexing) 방식과 비슷하나 무엇보다도 다수개의 서브 캐리어들간의 직교성(Orthogonality)을 유지하여 전송함으로써 주파수 사용 효율이 좋고 다중 경로 페이딩(multi-path fading)에 강한 특성이 있어 고속 데이터 전송시 최적의 전송 효율을 얻을 수 있다는 특징을 가진다. 또한, 주파수 스펙트럼을 중첩하여 사용하므로 주파수 사용이 효율적이고, 주파수 선택적 페이딩(frequency selective fading)및 다중경로 페이딩에 강하다. 또한, 보호구간을 이용하여 심벌간 간섭(ISI: Inter Symbol Interference) 영향을 줄일 수 있다는 장점을 가지고 있어서 통신시스템에 적극 활용되고 있는 추세에 있다.
한편, 상기 OFDM 방식을 기반으로 한 다중 접속(multiple access) 방식이 직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access; 이하 'OFDMA'라 칭하기로 한다) 방식이며, 상기 OFDMA 방식은 상기 전체 서브 캐리어들중 일부 서브 캐리어들을 서브 캐리어 집합으로 재구성하고, 상기 서브 캐리어 집합을 특정 가입자 단말기(AT; Access Terminal)에게 할당하는 방식이다. 상기 OFDMA 방식에서는 무선 전송로의 페이딩(fading) 특성에 따라 특정 가입자 단말기에게 할당되는 서브 캐리어 집합을 동적으로 할당할 수 있는 동적 자원 할당(dynamic resource allocation)이 가능하다.
또한, 고속 데이터 전송을 위하여 송신기와 수신기에 다중 안테나를 사용하 는 방법들이 개발 되었다. 1997년 Tarokh가 제안한 시공간 부호화(Space Time Coding) 방법을 시작으로 전송율을 높이기 위하여 Bell Lab.에서 고안한 BLAST(Bell lab Layered Space Time) 방법이 제안되었다. 특히, 상기 BLAST 방법은 송수신 안테나의 개수에 선형 비례하여 전송율이 증가하기 때문에 고속 데이터 전송을 목표로 하는 시스템에 적용이 되고 있다.
한편, 기존의 상기 BLAST 알고리즘들은 개루프(Open loop) 방법에 기초한 것이다. 이 경우에는 앞에서 언급한 동적 자원 할당이 불가능하기 때문에 최근에 들어서는 폐루프(Closed loop) 방법이 고안되고 있다. 그 중 대표적인 방법으로 유일값 분해-다중 송신 다중 수신(Singular Value Decomposition-Multi Input Multi Output; 이하, 'SVD-MIMO'라 한다.) 통신 시스템을 들 수 있다.
이하, 상기 SVD-MIMO 시스템의 이해를 돕기 위하여 먼저 SVD 기술에 대하여 설명한다. 또한, SVD 기술을 서술하기에 앞서 고유값 분해(Eigen Value Decomposition; 이하 'EVD'라 한다)에 대하여 먼저 설명하도록 한다.
Figure 112004059041838-pat00001
사이즈의 정방(square) 행렬(matrix)
Figure 112004059041838-pat00002
에 대하여
Figure 112004059041838-pat00003
사이즈의 임의의 벡터
Figure 112004059041838-pat00004
의 곱과 복소수
Figure 112004059041838-pat00005
와
Figure 112004059041838-pat00006
의
Figure 112004059041838-pat00007
곱 의 값이 같은 경우를 아래의 <수학식 1> 과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112004059041838-pat00008
이 경우에
Figure 112004059041838-pat00009
는
Figure 112004059041838-pat00010
의 고유값(eigenvalue)이라고 하며
Figure 112004059041838-pat00011
는
Figure 112004059041838-pat00012
의 고유벡터(eigenvector)라 한다. 여기서 고유값
Figure 112004059041838-pat00013
를 구하기 위하여 아래의 <수학식 2>를 만족하는
Figure 112004059041838-pat00014
를 찾는다.
Figure 112004059041838-pat00015
여기서 det는 행렬의 디터미넌트(determinant)를 의미하고, I는 단위행렬이다.
Figure 112005074786269-pat00016
는 <수학식 2>에 의해 구한
Figure 112005074786269-pat00017
로부터 <수학식 1>을 만족하는 벡터를 찾는다. 예를 들어 행렬
Figure 112005074786269-pat00018
에 대하여 고유값(eigenvalue)과 고유벡터(eigenvector)를 구하기 위하여 아래의 <수학식 3>을 이용한다.
Figure 112004059041838-pat00019
Figure 112004059041838-pat00020
Figure 112004059041838-pat00021
Figure 112004059041838-pat00022
det = det = ;
Figure 112004059041838-pat00023
에 대한 고유벡터(eigenvector)는 아래의 <수학식 4>와 같이 구할 수 있다.
Figure 112004059041838-pat00024
Figure 112004059041838-pat00025
;
Figure 112004059041838-pat00026
에 대한 eigenvector는 아래의 <수학식 5>와 같이 구할 수 있다.
Figure 112004059041838-pat00027
Figure 112004059041838-pat00028
;
고유값과 고유벡터를 구하는 위의 내용을 단계별로 살펴보면 이하와 같다.
(단계1)
Figure 112004059041838-pat00029
의 determinant를 구한다.
(단계2) 단계 1의 근을 구하여 고유값(eigenvalue)을 구한다.
(단계3) 단계 2에서 구한 고유값(eigenvalue)에 대하여
Figure 112004059041838-pat00030
을 만족하는 고유벡터(eigenvector)를 구한다.
만약 상기에서 구한 고유백터(eigenvector)들이 서로 선형적으로 독립적인(linearly independent) 경우에는 구한 고유값(eigenvalue)와 고유백터(eigenvector)를 이용하여
Figure 112005074786269-pat00031
를 재구성(decomposition)할 수 있다.
고유값(eigenvalue)를 대각 성분으로 하고 대각 성분이외의 성분은 모두 0인 행렬
Figure 112005074786269-pat00032
를 아래의 <수학식 6>과 같이 정의한다.
Figure 112004059041838-pat00033
또한 상기에서 언급한 고유벡터(eigenvector)를 열(column)로 구성한 행렬
Figure 112005074786269-pat00034
를 <수학식7>과 같이 정의 할 수 있다.
Figure 112004059041838-pat00035
상기에서 언급한 행렬
Figure 112005074786269-pat00036
와
Figure 112005074786269-pat00037
를 기반으로 행렬
Figure 112005074786269-pat00038
를 <수학식 8>과 같이 표현 할 수 있다.
Figure 112004059041838-pat00039
Figure 112004059041838-pat00040
Figure 112004059041838-pat00041
Figure 112004059041838-pat00042
=-1
상기에서 언급한 예를 이용하면
Figure 112004059041838-pat00043
는 아래의 <수학식 9>와 같 이 표현 할 수 있다.
Figure 112004059041838-pat00044
다음에는 위의 고유값 분해(EVD)에 대한 설명을 기초로 하여 유일값 분해(SVD)를 설명하도록 한다. 상기에서 언급한 EVD는 정방행렬(square matrix)에 대한 것이고, SVD는 정방행렬이 아닌
Figure 112005074786269-pat00045
행렬(m 과 n인 다름)에 대하여 EVD와 유사한 방법을 사용한 것이다.
이에 대해 설명하면, 정방 행렬이 아닌 행렬
Figure 112004059041838-pat00046
는 아래의 <수학식 10>과 같이 분해(facotrization)할 수 있다.
Figure 112004059041838-pat00047
여기서
Figure 112005074786269-pat00048
는
Figure 112005074786269-pat00049
유니터리 행렬(unitary matrix)로
Figure 112005074786269-pat00050
의 고유벡터(eigenvector)로 열(column)을 구성하며
Figure 112005074786269-pat00051
행렬인
Figure 112005074786269-pat00052
의 열(column)은
Figure 112005074786269-pat00053
의 고유벡터(eigenvecotor)로 구성한다. 또한,
Figure 112005074786269-pat00054
의 대각 성분인 유일값(singularvalue)은
Figure 112005074786269-pat00055
혹은
Figure 112005074786269-pat00056
의 유일값들 중에서 0이 아닌 값들의 제곱근(squre roots)이다.
상기에서 설명한 SVD 방법을 다중 송신 다중 수신 안테나(MIMO) 시스템의 채널행렬에 적용하는 방법을 설명한다. 이전에 언급한 바와 같이 이러한 시스템을 SVD-MIMO 시스템이라 한다. 위에서 언급한 바와 같이 여기에서 데이터와 심볼은 동일한 의미를 가지는 용어이며 혼용하여 사용함을 알려둔다.
상기 MIMO 시스템에서 송신 안테나의 개수가 NT이고, 수신 안테나의 개수가 NR라고 할 경우, 송신기에서 송신된 데이터가 수신기로 전송되기까지의 데이터가 겪는 채널
Figure 112004059041838-pat00057
는 NR × NT의 랜덤 매트릭스로 볼 수 있다. 이러한 경우, 상기 채널 매트릭스
Figure 112004059041838-pat00058
를 SVD 방식을 통해 분리하면 하기 <수학식 11>과 같이 된다.
Figure 112004059041838-pat00059
상기에서 언급한 바와 같이
Figure 112007009418317-pat00060
은 NR × NR 유니터리 행렬(unitary matrix)로 의 고유벡터(eigenvector)로 열(column)을 구성하며 수신 고유벡터(eigenvector) 행렬이라 한다.
Figure 112007009418317-pat00063
행렬인
Figure 112007009418317-pat00064
의 열(column)들은
Figure 112007009418317-pat00065
의 고유벡터(eigenvecotor)들로 구성되어 있으며
Figure 112007009418317-pat00066
를 송신 고유벡터(eigenvector) 행렬이라 한다. 또한,
Figure 112007009418317-pat00067
의 대각 성분인 유일값(singularvalue)은
Figure 112007009418317-pat00068
혹은
Figure 112007009418317-pat00069
의 eigenvalue들 중에서 0이 아닌 값들의 제급근(squre roots)이다. 이때 다이어고널 행렬
Figure 112007009418317-pat00070
는 유일값(sigularvalue)행렬 이라고 한다.
일반적으로 다중안테나를 사용하는 통신 시스템의 송신과 수신의 관계를 아래의 <수학식 12>와 같이 표현할 수 있다.
Figure 112004059041838-pat00071
상기 <수학식 12>에서 Y는 NR × 1인 수신 심볼 매트릭스이며, X는 NT × 1인 송신 심볼 매트릭스를 나타낸다. 또한, 상기 H는 NR × NT인 채널 매트릭스이며, N은 NR × 1인 가우시안 랜덤 잡음(AWGN; Additive White Gaussian Noise) 매트릭스이다. 즉, 전송하고자 하는 심볼 매트릭스 X는 상기 H 매트릭스의 채널을 통해 전송되며 잡음 성분인 N 매트릭스가 더해진 형태로 수신기로 전송된다.
상기에서 설명한 SVD 방법을 SVD-MIMO 시스템에 적용하는 것에 대하여 설명한다. 우선 송신기에서 V 행렬(매트릭스)과 같은 전처리 필터(pre filter)를 사용하면 송신 심볼 행렬(매트릭스)은 아래의 <수학식 13>과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112004059041838-pat00072
또한 수신기에서 UH 행렬(매트릭스)과 같은 후처리 필터(post filter)를 사용하면, 상기 수신 심볼 행렬(매트릭스) Y 는 하기 <수학식 14>와 같이 표현할 수 있다.
Figure 112004059041838-pat00073
즉, 송신기에서는 V 매트릭스를 전처리 필터로 사용하며 수신기에서는 UH 매트릭스를 후처리 필터로 사용하는 SVD-MIMO 시스템에서 송신 매트릭스와 수신 매트릭스의 관계는 하기 <수학식 15>와 같이 표현 할 수 있다.
Figure 112004059041838-pat00074
상기 <수학식 15>를 각 매트릭스의 구성요소(element)별로 풀어서 생각하면 아래의 <수학식 16>과 같이 표현할 수 있다. 여기서 설명의 편의를 위하여 NT ≤ NR 이라 가정하도록 하자.
Figure 112004059041838-pat00076
<수학식 16>에서 알 수 있듯이 다수의 송신 안테나로부터 다수의 수신 안테나로 전송되는 시스템인 SVD-MIMO 시스템은 다중의 SISO(Single Input Single Output) 시스템으로 생각할 수 있다. 즉, 송신기에서 V 행렬을 송신 심볼 매트릭스에 곱한 X'행렬과 하고 수신기에서 UH 행렬을 수신 심볼 매트릭스에 곱한 Y'행렬의 관계에서는 채널 매트릭스 H 가 min(NT, NR) 보다 작거나 같은 개수의 고유값이 대각성분으로 구성된 채널 D 매트릭스로 단순화된다. 상기에서 언급한 바와 같이 채널 H를 SVD 방법을 이용하여 재배열하고 송신기와 수신기에 각각 전처리기와 후처리기를 사용할 경우 송신기에서는 상기 송신 고유 벡터 V 행렬을 알면 MIMO채널을 다수개의 SISO 채널로 단순화하여 용이하게 해석할 수 있다. 즉, SVD-MIMO 시스템은 고유값
Figure 112004059041838-pat00077
를 채널 값으로 하는 여러 개의 SISO 시스템으로 변형 가능하며, 송신기에서 송신 고유벡터 V 행렬과 유일값
Figure 112004059041838-pat00078
을 알면 최적의 동적 할당을 할 수 있다. 물론 이 경우 수신기에서 V 행렬에 대한 정보와 유일값
Figure 112004059041838-pat00079
에 대한 정보를 송신기로 전송하여야 한다.
이하, 도 1을 참조하여 상술한 SVD 방법을 OFDM 시스템에 적용한 예를 설명한다. 도 1은 종래 기술에 따른 다중 송수신 안테나 시스템의 송신기 및 수신기 구성을 도시한 블록도이다. 이 예는 SVD-MIMO 방식을 OFDM 시스템에 적용한 것이다. 물론 SVD-MIMO 방식은 다중 송수신 안테나를 사용하는 다른 통신 방법(예컨대, CDMA, TDMA, FDMA 등의 통신 방법)에도 적용 가능하며, 여기에서는 일예인 OFDM 시스템에 적용한 것에 대한 설명이다.
송신기에서 전송하고자 하는 데이터는 소정의 채널 부호화기 및 변조기 등에 의해 부호화 및 변조된 후 전송되며, 상기 도 1에서는 설명의 편의상 상기 부호화 및 변조 과정 이후부터 설명하기로 한다. 변조 심볼(정보 데이터)이 직/병렬 변환기(101)를 통해 병렬 변환되면, 전처리 연산기(103)에서 상술한 바와 같은 채널 H 행렬을 유일값 분해하여(SVD) 구한 V 행렬을 상기 <수학식 13>과 같이 곱하게 된다. 상기 V 행렬과 곱하여진 각각의 계산 결과는 다수의 송신 안테나로 각각 매핑되는 다수의 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)기들(105a 내지 105n)을 통해 IFFT 변환되며, 다수의 병/직렬 변환기들(107a 내지 107n)및 송신 안테나들(109a 내지 109n)을 통해 수신기로 전송된다.
한편, 상기 송신기의 다수 개(예컨대,
Figure 112004059041838-pat00080
개)의 송신 안테나들(109a 내지 109n)을 통해 전송된 신호는 수신기의 다수 개(예컨대,
Figure 112004059041838-pat00081
개)의 수신 안테나들(111a 내지 111m)을 통해 수신된다. 즉, 제1 송신 안테나(Tx 1; 109a)로부터 전송된 신호는 상기
Figure 112004059041838-pat00082
개의 수신 안테나들 각각에서 수신할 수 있으며, 상기 각 수신 안테나들이 수신한 신호들은 각각 다른 채널을 통해 수신된다. 마찬가지로 제2 송신 안테나 내지 제
Figure 112004059041838-pat00083
송신 안테나로부터 전송된 신호는 각각 상기
Figure 112004059041838-pat00084
개의 수신 안테나들을 통해 수신할 수 있다. 따라서 상기 전송 채널 H는 각 송수신 안테나들 사이의 채널에 따라 아래의 <수학식 17>과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112004059041838-pat00085
상기 전송 채널 H를 통해 전송된 데이터(신호)는 상기
Figure 112004059041838-pat00086
개의 수신 안테나들을 통해 각각 수신되고, 상기 각 수신 안테나를 통해 수신된 데이터(신호)는 직/병렬 변환기들(113a 내지 113m)을 거쳐 병렬 변환되며, FFT(Fast Fourier Transform)기들(115a 내지 115m)을 거쳐 FFT 변환된다. 또한, 상기 FFT 변환된 수신 신호들은 후처리 연산기(117)에서 상술한 SVD 방식에 의해 UH 행렬과 곱하여지고, 다시 병/직렬 변환기(119)를 통해 직렬 변환된다. 수신기는 상기 다중 송신 안 테나로부터 다중 수신안테나로의 채널 값들을 추정하고, 행렬 H를 유일값 분해하여(SVD) 행렬 V, 행렬 D, 행렬 U를 구한다. 수신기는 이 중에서 V행렬과 D 행렬을 송신기로 전송한다. 송신기는 행렬
Figure 112004059041838-pat00087
의 대각 성분인 채널
Figure 112004059041838-pat00088
의 유일값(singular value)인
Figure 112004059041838-pat00089
를 기반으로 채널 상태에 따른 최적의 자원 할당 알고리즘을 사용할 수 있다. 그러나 이 경우 V 행렬과 D 행렬을 모두 송신기로 피드백 해주어야 하기 때문에 많은 피드백 정보량을 필요로 하며, 전력제어(power control)을 위한 블록도 필요하다. 또한 상기 SVD시스템에서 D행렬의 구성 성분인 유일값(singularvalue)들 중에서 작은 값을 갖는 채널로 데이터를 전송할 경우에는 오류 발생 확률이 높게 되어 데이터(심볼)의 전송 효율이 급격히 떨어지게 된다. 그러므로 상기 SVD-MIMO 시스템에서 데이터 전송을 보다 효율적으로 할 수 있는 방법이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 다중 송수신 안테나 통신 시스템에서 유일값 분해방식을 사용하여 고유벡터를 선택하여 전송함으로써 효율적인 데이터 전송이 가능한 송신기를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 다중 송수신 안테나 통신 시스템에서 유일값 분해방식을 사용하여 고유벡터를 선택하여 전송함으로써 효율적인 데이터 전송이 가능한 수신기를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 다중 송수신 안테나 통신 시스템에서 유일값 분해방식을 사용하여 고유벡터를 선택하여 전송함으로써 효율적인 데이터 전송이 가능한 송신방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 다중 송수신 안테나 통신 시스템에서 유일값 분해방식을 사용하여 고유벡터를 선택하여 전송함으로써 효율적인 데이터 전송이 가능한 수신방법을 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 송신 장치는, 수신기가 상기 다수의 송신 안테나와 상기 다수의 수신 안테나 사이의 채널 행렬을 유일값 분해하여 얻은 유일값을 이용한 선택방법으로 선택하여 피드백 한 송신 고유벡터 선택정보에 따라 입력 심볼을 선택하여 선택심볼을 출력하는 전송 데이터 선택기, 상기 전송 데이터 선택기가 출력한 심볼에 상기 수신기가 피드백 한 상기 유일값 분해하여 얻은 고유벡터행렬을 곱하여 전처리 심볼을 출력하는 전처리 연산기 및 상기 전처리 연산기가 출력한 전처리 심볼을 일정한 규칙에 따라 신호처리하여 상기 다수개의 송신 안테나를 통하여 송신하는 신호처리기를 포함하는 다수개의 송신 안테나와 다수개의 수신 안테나를 사용하는 통신시스템의 송신기를 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수신 장치는 송신기로부터 전송된 심볼을 수신하여 상기 다수개의 송신 안테나와 상기 다수개의 수신 안테나 사이의 채널행렬을 추정하는 채널 추정기, 상기 채널 추정기가 추정한 채널행렬을 유일값 분해하여 V행렬,D행렬 및 UH 행렬을 구하는 유일값 분해기, 상기 다수개의 안테나 를 통하여 수신한 심볼을 일정한 규칙에 따라 신호 처리하여 신호처리 심볼을 출력하는 신호처리기, 상기 유일값 분해기로부터 상기 UH 행렬을 전송받아 이를 상기 신호처리기에서 출력한 상기 신호처리 심볼에 곱하여 후처리 심볼을 출력하는 후처리 연산기 및 상기 유일값 분해기로부터 상기 D행렬을 수신하여 상기 D행렬의 유일값을 이용한 선택방법으로 송신 고유벡터를 선택하는 송신 고유벡터 결정기를 포함하는 다수개의 송신 안테나와 다수개의 수신 안테나를 사용하는 통신시스템의 수신기를 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 송신 방법은 수신기가 상기 다수의 송신 안테나와 상기 다수의 수신 안테나 사이의 채널 행렬을 유일값 분해하여 얻은 유일값을 이용한 선택방법으로 선택하여 피드백 한 송신 고유벡터 선택정보에 따라 입력 심볼을 선택하여 선택심볼을 출력하는 단계, 상기 선택 심볼에 상기 수신기가 피드백 한 상기 유일값 분해하여 얻은 고유벡터행렬을 곱하여 전처리 심볼을 출력하는 단계 및 상기 전처리 심볼을 일정한 규칙에 따라 신호처리하여 상기 다수개의 송신 안테나를 통하여 송신하는 단계를 포함하는 다수개의 송신 안테나와 다수개의 수신 안테나를 사용하는 통신시스템 송신기의 송신방법을 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수신 방법은 송신기로부터 전송된 심볼을 수신하여 상기 다수개의 송신 안테나와 상기 다수개의 수신 안테나 사이의 채널행렬을 추정하는 채널 추정단계, 상기 채널 추정단계에서 추정한 채널행렬을 유일값 분해하여 V행렬,D행렬 및 UH 행렬을 구하는 유일값 분해단계, 상기 다수개 의 안테나를 통하여 수신한 심볼을 일정한 규칙에 따라 신호 처리하여 신호처리 심볼을 출력하는 신호처리기단계, 상기 유일값 분해단계에서 구한 상기 UH 행렬을 전송받아 이를 상기 신호처리단계에서 출력한 상기 신호처리 심볼에 곱하여 후처리 심볼을 출력하는 후처리 연산단계 및 상기 유일값 분해단계에서 구한 상기 D행렬을 수신하여 상기 D행렬의 유일값을 이용한 선택방법으로 송신 고유벡터를 선택하는 송신 고유벡터 선택단계를 포함하는 다수개의 송신 안테나와 다수개의 수신 안테나를 사용하는 통신시스템 수신기의 수신방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분을 중심으로 설명한다.
본 발명은 수신기가 송신 안테나들과 수신 안테나들 사이의 채널 행렬을 유일값 분해하여 얻은 유일값을 이용하여 선택한 송신 고유 벡터를 송신기로 피드백하여 송신기의 전송데이터 선택에 사용하게 함으로써 데이터 전송의 효율을 향상시키는 다중 안테나 통신 시스템에 관한 것이다. 구체적으로는 폐루프(closed loop) 다중 안테나 시스템을 사용하는 통신 시스템에서 SVD 방식을 사용하여 선택한 송신 고유벡터를 통하여 송신함으로써 데이터 전송 효율을 향상시키는 장치 및 방법을 제안한다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 SVD-MIMO 통신 시스템을 설명한다. 도 2는 본 발명에 따른 다중 송수신 안테나 통신 시스템의 송신기 및 수신기의 구성을 도시한 블록도이다. 구체적으로는 폐루프 SVD-MIMO 통신 시스템에 OFDM방식을 적용한 경우에 대한 설명이다. 물론, 본 발명은 OFDM방식 이외에 코드분할다중접속(CDMA) 또는 시분할다중접속(TDMA) 방식 등이 적용된 다른 시스템에도 적용 가능하다.
상기 도 2의 송신기 구성은 변조기에서 변조한 이후의 프로세스를 나타내고 있다. 즉, 데이터를 변조한 이후에 나온 전송하고자 하는 심볼(정보데이터)은 전송데이터 선택기(201)로 입력된다. 전송데이터 선택기(201)는 수신기로부터 피드백된 송신 고유벡터(eigenvector) 선택정보에 의해 전송하고자 하는 심볼(데이터)을 선택된 고유벡터 수만큼 직/병렬 변환기(203)를 통해 병렬 심볼로 변환하여 전처리 연산기(205)에 입력한다.
전처리 연산기는 입력된 병렬 심볼들을 수신기로부터 피드백 받은 V 행렬과 곱하는 연산을 하여, 각 송신 안테나별로 매핑된 다수의 IFFT기들(207a 내지 207n) 및 병/직렬 변환기들(209a 내지 209n)을 거쳐 다수의(예컨대, N개) 송신 안테나들(211a 내지 211n)을 통해 수신기로 전송된다. 도 2에는 IFFT기, 병/직렬 변환기 및 송신안테나를 3개 표시하고 있는데 이는 도시를 위한 예시이다.
전송 채널 H를 통해 전송된 데이터는 다수의(예컨대, M개) 수신 안테나들(213a 내지 213m)을 통해 각각 수신되고, 상기 각 수신 안테나를 통해 수신된 신호는 직/병렬 변환기들(215a 내지 215m)을 거쳐 병렬 변환되며, FFT기들(217a 내지 217m)을 거쳐 FFT 변환된다. 또한, 상기 FFT 변환된 수신 데이터들은 후처리 연산기(219)에서 상술한 SVD 방식에 의해 구한 UH 행렬과 곱하여지고, 다시 병/직렬 변환기(221)를 통해 직렬 변환된다. 도 2에는 FFT기, 직/병렬 변환기 및 수신안테나를 각각 3개 표시하고 있는데 이는 도시를 위한 예시이다.
예를 들어 송신 안테나의 개수
Figure 112004059041838-pat00090
수신 안테나의 개수
Figure 112004059041838-pat00091
인 시스템을 고려하면, 채널 행렬
Figure 112004059041838-pat00092
는 아래의 <수학식 18>과 같다.
Figure 112004059041838-pat00093
여기에서 유일값(singularvalue)은 2와 3이 되고 이중 유일값 2를 선택한 경우에는, 이에 해당하는 송신 고유벡터(eigenvecotor)
Figure 112005074786269-pat00094
과 선택된 유일값(singularvalue)의 수 2를 수신기로부터 전송받는다.
수신기에서의 동작을 살펴보면, 수신 안테나(213a 내지 213c)를 통해 수신된 데이터(신호)는 직/병렬 변환기들(215a 내지 215c)을 거쳐 병렬 변환되며, FFT(Fast Fourier Transform)기들(217a 내지 217c)을 거쳐 FFT 변환된다. 또한, 상기 FFT 변환된 수신 데이터(신호)들은 후처리 연산기(219)에서 SVD 방식에 의해 구한 UH 행렬과 곱하여지고, 다시 병/직렬 변환기(119)를 통해 직렬 변환된다. 또한, 이와 별도로 채널 추정기(225)는 상기 다중 송신 안테나로부터 다중 수신안테나로의 채널 H행렬를 추정하고, SVD기(유일값 분해기)(227)는 추정된 행렬 H를 유일값 분해하여(SVD) 행렬 V, 행렬 D, 행렬 U를 구한다. 이 중에서 U행렬의 허미션 행렬 UH 행렬 정보를 후처리 연산기(219)로 보낸다. 행렬 V는 송신기의 전처리 연산기(205)로 피드백된다. 후처리 연산기에서 연산된 데이터들은 병/직렬 변환기(221)로 를 거쳐 직렬 변환된다. 송신 고유벡터(eigenvector) 결정기(223)는 SVD기(유일값 분해기)(227)에서 수신한 데이터로부터 상기 SVD 방식에 의해 구한 유일값(singularvalue)를 기반으로 분석된 각 안테나별 채널 상태를 이용하여 송신 고유벡터(eigenvector)를 선택하고, 송신 고유벡터 선택정보를 송신기의 전송 데이터 선택기(201)로 전송한다.
이하, 송신 고유벡터(eigenvector) 결정기(223)가 송신 고유벡터(eigenvector)를 선택하는 방법을 상세히 설명한다. 먼저, 수신기에서 수신한 신호(데이터)를 후처리 연산기(219)에서 UH 매트릭스와 연산하여 출력한 수신 신호(데이터)는 상기 <수학식 15>에서와 같이 (DX + UH N)의 신호가 된다. 여기서, 상기 D 매트릭스는 상술한 바와 같이 채널 행렬 H의 유일값(singularvalue)들로서 큰 값부터 작은 값의 순으로 정렬되게 된다. 그런데, 이 유일값 행렬 D의 각각의 유일값의 크기는 채널의 좋고 나쁨을 나타낸다. 따라서 상기 D 매트릭스는 하기 <수학식 19>와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112004059041838-pat00095
Figure 112004059041838-pat00096
또는
여기서 r은 채널 매트릭스 H의 랭크(rank)를 의미하며
Figure 112004059041838-pat00097
이다. 만약, 상기 채널 H의 랭크(rank)가 송수신 안테나 개수보다 작다면 상기 <수학식 19>에서
Figure 112004059041838-pat00098
에 대한
Figure 112004059041838-pat00099
는 모두 0이다(랭크 숫자는 0이 아닌 sigular 값의 개수와 일치 하므로). 상기에서 언급한 바와 같이
Figure 112004059041838-pat00100
은 H의 유일값으로 만약
Figure 112004059041838-pat00101
인 경우에는
Figure 112004059041838-pat00102
이다.
즉, D행렬의 대각성분은 크기가 큰 순서대로 나열되어 있다. 상기 <수학식 19>에서 알 수 있듯이 본 발명에서 구성한 SVD-MIMO 시스템에서 상기 다수의 안테나를 통해 전송된 데이터들은 여러 개의 SISO 채널들로 구성될 수 있으며
Figure 112004059041838-pat00103
내지
Figure 112004059041838-pat00104
를 실제 채널로 생각할 수 있다. 즉, 송신기에 V 매트릭스를 처리하고 수신기에
Figure 112004059041838-pat00105
을 처리하는 시스템에서는 다수개의 송신 안테나로부터 다수개의 수신 안테나로 신호가 중첩되어 전송되는 시스템에서 다수개의 송신 안테나로부터 다수개의 수신 안테나로 병렬로 전송되는 시스템으로 생각할 수 있다. 그러므로 이때 랭크가 큰 경우 채널 용량을 증가시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 상기
Figure 112004059041838-pat00106
들은 크기 순으로 정렬되어 있으며, 상기
Figure 112004059041838-pat00107
들의 크기는 각 송신 안테나에 대한 채널 상태의 좋고 나쁨을 나타낸다. 따라서 본 발명은 상기
Figure 112004059041838-pat00108
들을 이용하여 각 송신 안테나에 대해 채널 상태가 나빠서 소정의 조건을 만족하지 않을 경우, 해당 고유벡터(eigenvector)로는 데이터를 전송하지 않는다.
이하, 상기 D 매트릭스로부터 얻어진
Figure 112004059041838-pat00109
들에 의해 송신기에서 전송시 사용할 송신 데이터의 개수를 결정하는 조건을 설명한다. MIMO 시스템에서의 채널 용량은 아래의 <수학식 20>과 같다.
Figure 112004059041838-pat00110
여기서 C는 채널 용량, W는 각 서브채널(sub-channel)의 대역폭(bandwidth),
Figure 112004059041838-pat00111
는
Figure 112004059041838-pat00112
번째 서브채널(sub-channel)의 수신 신호 전력(power),
Figure 112004059041838-pat00113
는 채널 노이즈의 분산 값을 의미한다. 만약 각 송신 안테나로 동일한 전력(power)을 사용하여 전송할 경우 아래의 <수학식 21>과 같다.
Figure 112004059041838-pat00114
여기서 P는 총 전송 전력(power)이다. SVD-MIMO 시스템에서
Figure 112004059041838-pat00115
개의 고유벡터(eigenvector)를 모두 사용하지 않고
Figure 112004059041838-pat00116
의 고유벡터(eigenvector)만 선택한 경우의 채널 용량에 대하여 살펴보도록 하자. 우선 전송되는
Figure 112004059041838-pat00117
데이터 벡터에서
Figure 112004059041838-pat00118
보다 큰 행(row)의 element는 0으로 생각할 수 있다. 전처리기 V는 unitary 행렬이므로 V x X의 power는 X의 power와 같다. 그러므로
Figure 112004059041838-pat00119
개의 데이터를 전송하는 MIMO시스템과 동일한 전송 파워를 사용하기 위하여
Figure 112004059041838-pat00120
개의 데이터만 전송하는 SVD-MIMO 시스템에서의 수신 power
Figure 112004059041838-pat00121
는 아래의 <수학식 22>와 같다.
Figure 112004059041838-pat00122
그러므로
Figure 112004059041838-pat00123
개의 데이터만 전송하는 SVD-MIMO 시스템에서의 채널 용량은 아래의 <수학식 23>과 같다.
Figure 112005074786269-pat00124
여기서 Ck는 K 전송 데이터를 전송하는 시스템의 채널 용량, W는 각 서브채널(sub-channel)의 대역폭(bandwidth),
Figure 112005074786269-pat00152
는 상기 채널 행렬의 유일값,
Figure 112005074786269-pat00153
는 채널 노이즈의 분산 값, P는 총 전송 전력(power). k는 전송 데이터 수이다.
상기에서 서술한 <수학식 23>을 기반으로 하여
Figure 112004059041838-pat00125
의 경우에 대하여 채널 용량을 모두 구한 후 가장 높은 채널 용량을 갖는 경우에 대하여 전송해야할 데이터의 수
Figure 112004059041838-pat00126
를 선택한다. 상기에서 언급한 바와 같이 전송해야할 데이터 수
Figure 112004059041838-pat00127
는 전처리기에서 사용하는 송신 고유벡터(eigenvecor) 행렬에서의 열(column)의 개수와 같다. 즉, 기존의 SVD-MIMO시스템에서는
Figure 112004059041838-pat00128
크기의 송신 eigenvecor 행렬을 모두 전송해야 하지만 본 발명과 같은 선택적(selecitve) SVD-MIMO 시스템에서는
Figure 112004059041838-pat00129
크기의 송신 eigenvector 행렬만 전송하면 된다. 그러므로 전송 량이 감소한다. 또한, SVD-MIMO시스템에서는 시스템 성능을 최대로 하기 위하여 각
Figure 112004059041838-pat00130
를 기반으로 전력제어(power control)를 해야 하므로
Figure 112004059041838-pat00131
도 전송해야 하며 전력제어(power control)을 위한 블록도 필요한 반면에, 본 발명의 선택적(selecitve) SVD-MIMO 시스템에서는
Figure 112004059041838-pat00132
를 전송할 필요가 없으며 간단한 방법으로 송신 eigenvector수를 결정할 수 있다.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 송수신 과정을 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 다중 송수신 안테나 통신 시스템 송신기의 데이터 송신 방법을 나타낸 흐름도이다. 상기 도 3을 참조하면, 먼저 송신기에서는 수신기로부터 송신 고유벡터(eigenvector) 선택정보를 수신한다(피드백 받는다)(301). 다음에는 송신 고유벡터(eigenvector) 선택정보에 따라 전송할 심볼(데이터)을 정한다(303). 다음에는 정한 심볼에 수신기로부터 피드백 받은 송신 고유벡터 행렬 V를 곱하는 연산을 한다(305). 이 단계에서 송신 고유벡터 선택 정보에 따라 채널 상태가 좋지 않아서 전송하지 않기로 결정된 고유벡터(eigenvector)에 대해서는 심볼이 전송되지 않도록 매핑한다. 다음에는 연산하여 출력한 심볼을 IFFT변환하고, 병/직렬변환하여 안테나를 통하여 전송한다(307).
고유벡터 선택정보는 상술한 바와 같이 각 송신 안테나별 채널 상태를 SVD 방식에 의해 산출한 D 매트릭스의 유일값들을 구하고, 위의 <수학식 23>의 채널용량 계산식에 의해 채널용량이 가장 큰 경우를 판단함으로써 결정된다.
구체적인 예를 들어 설명한다. 먼저 송신 안테나 및 수신 안테나를 각각 4개라고 가정한다(즉, NT=4, NR=4). 처음에는 s1, s2, s3, s4 심볼이 모두 전송된다. 이때, 본 발명의 실시 예에 따라 D 매트릭스의 유일값을 상기 <수학식 13> 내지 <수학식 16>을 적용하여 구하고, 상기 <수학식 20> 내지 <수학식 23>에 따라 채널용량이 최대가 되는 송신 고유벡터를 선택한다. 선택한 송신 고유벡터가 1번, 2번, 3 번인 경우에는 수신기에서 다음 채널 상태 파악 시까지(즉, 다음 송신 eigenvector 결정시까지) 정해진 3개의 송신 eigenvector 만을 통하여 전송한다. 즉, 송신기에서 s5, s6, s7, s8 이라는 대기하고 있는 심볼들이 전송 데이터 선택기(201)로 입력되고, 상기 전송 데이터 선택기(201)에서는 수신기로부터 피드백 받은 송신 고유벡터 선택정보에 따라 입력된 심볼들이 1번 송신 고유벡터(eigenvector) 내지 3번 송신 고유벡터(eigenvector)를 통해서만 전송되도록 선택한다. 즉, 상기 송신 eigenvector를 1, 2, 3번만 사용하기로 하였으므로 상기 전송 데이터 선택기(201)에서는 하기 <수학식 24>과 같은 행렬과 연산하여 입력 심볼들을 매핑한다.
Figure 112004059041838-pat00133
따라서 상기 s5, s6, s7 및 s8 심볼이 들어오면, 상기 입력 심볼들은 상기 <수학식 24>과 같은 행렬과 곱하여지고, 상기 연산에 따라 s5, s6 및 s7 심볼만이 직/병렬변환기(203)로 입력된다. 이때 마지막 심볼 값은 0이다. 즉, 마지막 eigenvector와 연산되는 심볼 값은 0이다. 한편, 심볼 전송의 연속성을 유지하기 위하여 다음 심볼은 s8부터 다시 전송하여야 하므로, 전송 데이터 선택기(201)에서는 상기 전송되지 않은 심볼 s8을 기억하고 있어야 한다. 다음으로 전송할 심볼 들은 V 매트릭스와 연산되고(305) 전송된다(307).
여기에서 채널 상태는 변화하므로 주기적으로 체크하여 송신 고유벡터 선택정보를 수정하는 것이 바람직하다.
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 수신 과정을 설명한다. 도 4는 본 발명에 따른 다중 송수신 안테나 통신 시스템 수신기의 데이터 수신 방법을 나타낸 흐름도이다. 구체적으로는 선택적(selective) SVD-MIMO 시스템의 수신기에서 데이터 수신 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 4를 참조하면, 수신기에서는 상기 송신기로부터 전송된 데이터를 수신(401)하고, 상기 수신된 데이터를 통해 채널 추정(405)을 한다. 다음에는 추정된 채널 행렬 H를 유일값 분해(SVD) 한다(407). 유일값 분해하여 구한 UH 행렬을 후처리 연산기(219)에 보내고, 이 후처리연산기에서 이 UH 행렬과 수신한 데이터를 곱하는 연산을 한다(403). UH 행렬과 연산된 수신데이터의 출력값으로부터 추정된 채널은 위에서 설명한 바와 같이 D 행렬과 같은 형태를 가진다. 한편, 추정된 채널 H를 유일값 분해하는 단계(407)에서 V 행렬을 계산하고, 상술한 <수학식 20> 내지 <수학식 23>의 조건에 따라 송신 고유벡터를 선택한다(409). 상기 계산된 V 행렬 정보 및 송신 고유벡터 선택 정보는 송신기로 피드백 전송(411)한다.
이때, 상술한 바와 같이 상기 시스템이 TDD 시스템일 경우에는 상기 V 매트릭스는 송신기에서 계산할 수 있으므로, 피드백하지 않을 수도 있다. 이는, TDD 시스템에서는 기지국과 단말기 사이에 같은 주파수 대역을 사용하며 기지국에서 단말기로 단말기에서 기지국으로 정보를 주고받는 과정을 반복적으로 수행한다. 이때 기지국에서 단말기로 정보를 전송할 경우와 단말기에서 기지국으로 전송할 경우에 대하여 시간 차이가 크지 않으므로 채널이 변화하지 않는다고 가정할 수 있다. 즉, 기지국과 단말기에서 구한 상기 V 매트릭스는 동일하다고 생각할 수 있으므로 송신기에서 수신기로 따로 전송 하지 않을 수 있기 때문이다.
다음으로 도 5는 본 발명에 따른 다중 송수신 안테나 통신 시스템에서 송신 고유 벡터 선택 과정을 나타낸 흐름도이다. 구체적으로는 폐루프 다중 송수신 안테나 시스템의 수신기에서 송신 고유벡터를 선택하는 과정을 나타낸다. 상기 도 5를 참조하면, 먼저, 수신된 데이터를 통해 추정한 채널 행렬 H를 유일값 분해하여 D벡터를 추정한다(501). 다음에는 K값을 1로 초기화 한다(503). 상기 수학식 23을 이용하여 K값에 해당하는 Capacity를 계산한다(505). K값이 송신 안테나 개수 Nt보다 작은 경우(507)에는 K값을 하나 증가하여(509) 과정 505를 수행한다. 만약 K값이 송신 안테나 개수 Nt보다 큰 경우(507)에는 과정 505에서 구한 Capacity값이 가장 큰 K를 결정한다(511). 결정된 K에 해당하는 송신 eigenvector를 선택한다(513).
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 수신기가 송신 안테나들과 수신 안테나들 사이의 채널 행렬을 유일값 분해하여 얻은 유일값을 이용하여 채널용량이 최대가 되는 송신 고유 벡터를 선택하고, 이 송신 고유벡터 선택 정보를 송신기로 피드백 하여 송신기의 전송 데이터 선택에 사용하게 함으로써 데이터 전송의 효율을 향상시키는 다중 안테나 통신 시스템에 관한 것이다.

Claims (20)

  1. 다수개의 송신 안테나와 다수개의 수신 안테나를 사용하는 통신시스템의 송신기에 있어서,
    수신기가 상기 다수의 송신 안테나와 상기 다수의 수신 안테나 사이의 채널 행렬을 유일값 분해하여 얻은 유일값을 이용한 선택방법으로 각 안테나별 채널 상태를 고려하여 선택하고 피드백 한 송신 고유벡터 선택정보에 따라 입력 심볼들을 선택하고, 선택한 심볼을 출력하는 전송 데이터 선택기;
    상기 전송 데이터 선택기가 출력한 상기 심볼에 상기 수신기가 피드백 한 상기 유일값 분해하여 얻은 송신 고유벡터행렬을 곱하여 전처리 심볼을 출력하는 전처리 연산기 및;
    상기 전처리 연산기가 출력한 전처리 심볼을 일정한 규칙에 따라 신호처리하여 상기 다수개의 송신 안테나를 통하여 송신하는 신호처리기를 포함하는 다수개의 송신 안테나와 다수개의 수신 안테나를 사용하는 통신시스템의 송신기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전송 데이터 선택기가 출력하는 직렬 심볼인 상기 선택 심볼을 병렬 심볼로 변환하여 출력하는 직/병렬 변환기를 상기 전송 데이터 선택기 다음에 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다수개의 송신 안테나와 다수개의 수신 안테나를 사용하는 통신시스템의 송신기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전처리 연산기가 출력한 전처리 심볼을 일정한 규칙에 따라 신호처리하여 상기 다수개의 송신 안테나를 통하여 송신하는 상기 신호처리기는 역고속푸리에변환기와 병/직렬변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 다수개의 송신 안테나와 다수개의 수신 안테나를 사용하는 통신시스템의 송신기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전송 데이터 선택기가 입력심볼 중에서 선택하지 않은 심볼을 기억하고 있다가 다음 전송 주기에 상기 선택되지 않은 심볼부터 처리하는 것을 특징으로 하는 다수개의 송신 안테나와 다수개의 수신 안테나를 사용하는 통신시스템의 송신기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수신기가 피드백 한 상기 송신 고유벡터 선택정보는 상기 송신 안테나와 상기 수신 안테나의 채널 상태에 따라 주기적으로 변화하는 것을 특징으로 하는 다수개의 송신 안테나와 다수개의 수신 안테나를 사용하는 통신시스템의 송신기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 수신기가 상기 다수의 송신 안테나와 상기 다수의 수신 안테나 사이의 채널 행렬을 유일값 분해하여 얻은 유일값을 이용한 선택방법은 아래의 <수학식 25>에 의하여 계산하여 채널용량이 최대값을 갖는 것을 선택하는 방법임을 특징으로 하는 다수개의 송신 안테나와 다수개의 수신 안테나를 사용하는 통신시스템의 송신기.
    Figure 112005074786269-pat00134
    여기서 Ck는 K 전송 데이터를 전송하는 시스템의 채널 용량, W는 각 서브채널(sub-channel)의 대역폭(bandwidth),
    Figure 112005074786269-pat00154
    는 상기 채널 행렬의 유일값,
    Figure 112005074786269-pat00155
    는 채널 노이즈의 분산 값, P는 총 전송 전력(power). k는 전송 데이터 수이다.
  7. 다수개의 송신 안테나와 다수개의 수신 안테나를 사용하는 통신시스템의 수신기에 있어서,
    송신기로부터 전송된 심볼을 수신하여 상기 다수개의 송신 안테나와 상기 다수개의 수신 안테나 사이의 채널행렬을 추정하는 채널 추정기;
    상기 채널 추정기가 추정한 채널행렬을 유일값 분해하여 V행렬,D행렬 및 UH 행렬을 구하는 유일값 분해기;
    상기 다수개의 안테나를 통하여 수신한 심볼을 일정한 규칙에 따라 신호 처리하여 신호처리 심볼을 출력하는 신호처리기;
    상기 유일값 분해기로부터 상기 UH 행렬을 전송받아 이를 상기 신호처리기에서 출력한 상기 신호처리 심볼에 곱하여 후처리 심볼을 출력하는 후처리 연산기 및;
    상기 유일값 분해기로부터 상기 D행렬을 수신하여 상기 D행렬의 유일값을 이용하여 각 안테나별 채널 상태를 고려하여 송신 고유벡터를 선택하는 송신 고유 벡터 선택정보를 출력하여 송신기로 피드백하는 송신 고유벡터 결정기를 포함하는 다수개의 송신 안테나와 다수개의 수신 안테나를 사용하는 통신시스템의 수신기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 후처리 연산기가 출력하는 병렬 심볼인 상기 후처리 심볼을 직렬 심볼로 변환하여 출력하는 병/직렬 변환기를 상기 후처리 연산기 다음에 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다수개의 송신 안테나와 다수개의 수신 안테나를 사용하는 통신시스템의 수신기.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 신호처리기는 직/병렬변환기와 고속푸리에변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 다수개의 송신 안테나와 다수개의 수신 안테나를 사용하는 통신시스템의 수신기.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 송신 고유벡터 결정기가 선택하는상기 송신 고유벡터 선택정보는 상기 송신 안테나와 상기 수신 안테나의 채널 상태에 따라 주기적으로 변화하는 것을 특징으로 하는 다수개의 송신 안테나와 다수개의 수신 안테나를 사용하는 통신시스템의 수신기.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 송신 고유벡터 결정기가 상기 유일값 분해기로부터 상기 D행렬을 수신하여 상기 D행렬의 유일값을 이용한 선택방법으로 송신 고유벡터를 선택하는 방법은 아래의 <수학식 26>에 의하여 계산하여 채널용량이 최대값을 갖는 것을 선택하는 방법임을 특징으로 하는 다수개의 송신 안테나와 다수개의 수신 안테나를 사용하는 통신시스템의 수신기.
    Figure 112007009418317-pat00138
    여기서 Ck는 K 전송 데이터를 전송하는 시스템의 채널 용량, W는 각 서브채널(sub-channel)의 대역폭(bandwidth),
    Figure 112007009418317-pat00156
    는 상기 채널 행렬의 유일값,
    Figure 112007009418317-pat00157
    는 채널 노이즈의 분산 값, P는 총 전송 전력(power). k는 전송 데이터 수이다.
  12. 다수개의 송신 안테나와 다수개의 수신 안테나를 사용하는 통신시스템 송신기의 송신방법에 있어서,
    수신기가 상기 다수의 송신 안테나와 상기 다수의 수신 안테나 사이의 채널 행렬을 유일값 분해하여 얻은 유일값을 이용한 선택방법으로 각 안테나별 채널 상태를 고려하여 선택하고, 피드백 한 송신 고유벡터 선택정보에 따라 입력 심볼을 선택하여 선택심볼을 출력하는 단계;
    상기 선택 심볼에 상기 수신기가 피드백 한 상기 유일값 분해하여 얻은 송신 고유벡터행렬을 곱하여 전처리 심볼을 출력하는 단계 및;
    상기 전처리 심볼을 일정한 규칙에 따라 신호처리하여 상기 다수개의 송신 안테나를 통하여 송신하는 단계를 포함하는 다수개의 송신 안테나와 다수개의 수신 안테나를 사용하는 통신시스템 송신기의 송신방법.
  13. 제12항에 있어서,
    직렬 심볼인 상기 선택 심볼을 병렬 심볼로 변환하여 출력하는 직/병렬 변환단계를 상기 선택 심볼을 출력하는 단계 다음에 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다수개의 송신 안테나와 다수개의 수신 안테나를 사용하는 통신시스템 송신기의 송신방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 전처리 심볼을 일정한 규칙에 따라 신호처리하여 상기 다수개의 송신 안테나를 통하여 송신하는 상기 신호처리단계는 역고속푸리에변환단계와 병/직렬변 환단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다수개의 송신 안테나와 다수개의 수신 안테나를 사용하는 통신시스템 송신기의 송신방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 수신기가 상기 다수의 송신 안테나와 상기 다수의 수신 안테나 사이의 채널 행렬을 유일값 분해하여 얻은 유일값을 이용한 선택방법은 아래의 <수학식 27>에 의하여 계산하여 채널용량이 최대값을 갖는 것을 선택하는 방법임을 특징으로 하는 다수개의 송신 안테나와 다수개의 수신 안테나를 사용하는 통신시스템 송신기의 송신방법.
    Figure 112007009418317-pat00141
    여기서 Ck는 K 전송 데이터를 전송하는 시스템의 채널 용량, W는 각 서브채널(sub-channel)의 대역폭(bandwidth),
    Figure 112007009418317-pat00158
    는 상기 채널 행렬의 유일값,
    Figure 112007009418317-pat00159
    는 채널 노이즈의 분산 값, P는 총 전송 전력(power). k는 전송 데이터 수이다.
  16. 다수개의 송신 안테나와 다수개의 수신 안테나를 사용하는 통신시스템 수신기의 수신방법에 있어서,
    송신기로부터 전송된 심볼을 수신하여 상기 다수개의 송신 안테나와 상기 다수개의 수신 안테나 사이의 채널행렬을 추정하는 채널 추정단계;
    상기 채널 추정단계에서 추정한 채널행렬을 유일값 분해하여 V행렬,D행렬 및 UH 행렬을 구하는 유일값 분해단계;
    상기 다수개의 안테나를 통하여 수신한 심볼을 일정한 규칙에 따라 신호 처리하여 신호처리 심볼을 출력하는 신호처리기단계;
    상기 유일값 분해단계에서 구한 상기 UH 행렬을 전송받아 이를 상기 신호처리단계에서 출력한 상기 신호처리 심볼에 곱하여 후처리 심볼을 출력하는 후처리 연산단계 및;
    상기 유일값 분해단계에서 구한 상기 D행렬을 수신하여 상기 D행렬의 유일값을 이용한 선택방법으로 각 안테나별 채널 상태를 고려하여 송신 고유벡터를 선택하는 송신 고유 벡터 선택정보를 출력하여 송신기로 피드백하는 송신 고유벡터 선택단계를 포함하는 다수개의 송신 안테나와 다수개의 수신 안테나를 사용하는 통신시스템 수신기의 수신방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 후처리 연산단계가 출력하는 병렬 심볼인 상기 후처리 심볼을 직렬 심볼로 변환하여 출력하는 병/직렬 변환단계를 상기 후처리 연산단계 다음에 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다수개의 송신 안테나와 다수개의 수신 안테나를 사용하는 통신시스템 수신기의 수신방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 신호처리단계는 직/병렬변환단계와 고속푸리에변환단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다수개의 송신 안테나와 다수개의 수신 안테나를 사용하는 통신시스템 수신기의 수신방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 송신 고유벡터 선택단계에서 선택한 상기 송신 고유벡터 선택정보는 상기 송신 안테나와 상기 수신 안테나의 채널 상태에 따라 주기적으로 변화하는 것을 특징으로 하는 다수개의 송신 안테나와 다수개의 수신 안테나를 사용하는 통신시스템 수신기의 수신방법.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 송신 고유벡터 선택단계에서 상기 유일값 분해기로부터 상기 D행렬을 수신하여 상기 D행렬의 유일값을 이용한 선택방법으로 송신 고유벡터를 선택하는 방법은 아래의 <수학식 28>에 의하여 계산하여 채널용량이 최대값을 갖는 것을 선택하는 방법임을 특징으로 하는 다수개의 송신 안테나와 다수개의 수신 안테나를 사용하는 통신시스템 수신기의 수신방법.
    Figure 112007058536503-pat00143
    여기서 Ck는 K 전송 데이터를 전송하는 시스템의 채널 용량, W는 각 서브채널(sub-channel)의 대역폭(bandwidth),
    Figure 112007058536503-pat00160
    는 상기 채널 행렬의 유일값,
    Figure 112007058536503-pat00161
    는 채널 노이즈의 분산 값, P는 총 전송 전력(power), k는 전송 데이터 수이다.
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