KR100822818B1

KR100822818B1 - 시간 반전 시공간 블록 부호화 시스템을 위한 블록 시간영역 이퀄라이저

Info

Publication number: KR100822818B1
Application number: KR1020060094887A
Authority: KR
Inventors: 리가스; 피랍 압둘라; 김응선
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-09-28
Filing date: 2006-09-28
Publication date: 2008-04-18
Also published as: US20080080613A1; US7970046B2; KR20080029178A

Abstract

본 발명은 시간 반전 시공간 블록 부호화(TR-STBC: Time Reversal-Space Time Block Code) 시스템을 위한 블록 시간 영역 이퀄라이저(block TDE: block Time Domain Equalizer)에 관한 것이다. 본 발명에 따른 TR-STBC 시스템을 위한 블록 TDE는, 연속적인 두 개의 수신 블록에 대해 등화기 탭 가중치(tap weight)에 기초하여 출력을 생성하는 블록 등화기(block equalizer), 상기 출력 및 상기 등화기 탭 가중치에 기초하여 에러 벡터를 생성하고, 상기 에러 벡터를 통해 상기 등화기 탭 가중치를 갱신하는 등화기 탭 가중치 갱신부 및 제로 패딩이 제거된 상기 출력을 디지털 신호화 하는 신호화부를 포함한다.

블록 TDE(Time Domain Equalizer), TR-STBC(Time Reversal-space time block code), NLMS(Normalized Least Mean Square), RLS(Recursive Least Square)

Description

시간 반전 시공간 블록 부호화 시스템을 위한 블록 시간 영역 이퀄라이저 {BLOCK TIME DOMAIN EQUALIZER FOR TIME REVERSAL-SPACE TIME BLOCK CODE SYSTEM AND METHOD FOR ENCODING AND EQUALIZING RECEIVED SIGNAL IN THE BLOCK TIME DOMAIN EQUALIZER}

도 1은 종래기술에 있어서, TR-STBC 시스템의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 2는 중래기술에 있어서, 블록 FDE를 이용한 TR-STBC 시스템의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 3은 TR-STBC 시스템에서 데이터 블록을 인코딩하고 안테나를 통해 전송하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 디코더와 등화기가 결합된 TR-STBC 수신기 개괄적인 모습을 도시한 도면이다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, TR-STBC 시스템을 위한 블록 TDE를 설명하기 위한 블록도이다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서, 등적 선형 필터를 설명하기 위한 블록도이다.

도 7A와 도 7B는 각각 종래의 프레임 구조 A 및 본 발명의 다른 실시예에 따 른 프레임 구조 B를 설명하기 위한 도면이다.

도 8은 프레임 구조 A 및 프레임 구조 B에 대한 시뮬레이션 결과이다.

도 9는 MMSE를 이용하여 FDE 및 TDE간의 성능을 비교한 시뮬레이션 결과이다.

도 10은 TDE 및 FDE간의 MSE 동적 수렴을 비교한 시뮬레이션 결과이다.

도 11은 10Hz 도플러 주파수에 대해 TDE 및 FDE간에 비교한 시뮬레이션 결과이다.

도 12는 1Hz 도플러 주파수에 대해 TDE 및 FDE간에 비교한 시뮬레이션 결과이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

500: 블록 TDE

501: 블록 등화기(block equalizer)

600: 등적 선형 필터(equivalent linear filter)

본 발명은 본 발명은 시간 반전 시공간 블록 부호화(TR-STBC: time reversal-space time block code) 시스템을 위한 블록 시간 영역 이퀄라이저(block TDE: Time Domain Equalizer)에 관한 것으로 보다 자세하게는, 데이터 블록 길이에 대해 독립적인 탭의 길이를 갖고, 디코더와 등화기가 결합된 블록 등화기를 통해 동일한 블록에 훈련 블록과 데이터 블록을 함께 포함하여 패스트 시변 채널에서 이용할 수 있는 블록 TDE 및 수신된 신호를 상기 블록 TDE를 통해 디코딩 및 등화하는 방법에 관한 것이다.

셀룰러 전화, 개인용/휴대용 장치 및 모바일 인터넷과 같은 무선 과학 기술은 지난 10여년간 급속도로 성장하였지만 아직, 무선 채널의 시변(time-varying) 다중 경로 페이딩(fading)은 신뢰할 수 있는 무선 전송을 어렵게 만드는 중요한 현상이다. 그러나, 최근의 조사에 따르면 공간적 다이버시티 기술(spatial diversity techniques)이 이러한 다중 경로 페이딩을 완화하는데 효과적임이 증명되었다.

이러한 공간적 다이버시티 기술을 이용한 TR-STBC(Time Reversal-Space Time Block Coding) 스킴(scheme)은 시간 영역 필터링(time-domain filtering), 켤레화(conjugation) 및 시간-리버설(time-reversal)을 결합하여 연산한다. 이때, TR-STBC 디코더의 출력은 분리되지만, 등화기(equalizer)를 이용하여 완화된 잔류 ISI(residual Inter-Symbol Interference)를 포함한다. 도 1은 종래기술에 있어서, TR-STBC 시스템의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이 TR-STBC 인코더(101)는 공간적 다이버시티를 위한 두 개의 안테나(102)를 통해 신호를 전송하고, TR-STBC 디코더(103)는 이러한 신호를 수신하여 디코딩하고 등화기(104)를 통해 등화함으로써 출력을 얻게 된다.

그러나, 불행하게도 이러한 등화를 수행하기 위해 최상의 최대 우도(maximum likelihood) 시퀀스 산출 기술(sequence estimation techniques)은 신호 배치 크 기(signal constellation size) 및 CIR(channel impulse response)의 길이에 따라 기하급수적으로 복잡도(complexity)가 증가하는 문제점을 갖고 있다.

이러한 문제를 해결하기 위한 종래기술로서 주파수 분리식 페이딩 채널(frequency selective fading channel)을 위한 블록 STBC는 전송에 대한 디코딩 및 등화에 있어서 CIR에 대한 명확한 지식을 요구한다. 도 2는 중래기술에 있어서, 블록 FDE를 이용한 TR-STBC 시스템의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 이때, TR-STBC 인코더(201)에서 공간적 다이버시티를 위한 두 개의 안테나를 통해 전송되는 신호는 블록 FDE(202)를 통해 디코딩 및 등화된다. 이와 같은 주파수 영역에서 프로세싱되는 블록 FDE(202)를 통한 TR-STBC 시스템에서는 CIR을 전송간에 포함된 훈련 블록(training sequences) 또는 파일롯 톤(pilot tones)으로부터 산출할 수 있고, 이와 같은, 최적 조건의 디코더/등화기 조절은 산출된 CIR을 기반으로 계산된다.

그러나, 이러한 TR-STBC 시스템에서와 같이 디코더 및 개조된 등화기의 결합된 구조는 시변 채널에 대해 별도의 CIR 산출, 시스템 오버헤드의 감소 및 추적 메커니즘을 제공해주지 못하는 문제점이 있다. 또한, 등화기의 탭이 데이터 블록과 동일한 길이를 가져야 하는 문제점이 있고, 훈련 블록과 데이터 블록을 동일한 블록 내에서 결합하기 어렵기 때문에 패스트 시변 채널(fast time-varying channel)에서 이용하기 힘든 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 시간 반전 시공 간 블록 부호화(TR-STBC: time reversal-space time block code) 시스템을 위한 블록 시간 영역 이퀄라이저(block TDE: Time Domain Equalizer)에 관한 새로운 기술을 제안한다.

본 발명은 디코더 및 등화기(equalizer)가 결합된 블록 TDE를 통해 복잡도를 감소시키고, 실시간 구현을 용이하게 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 등화기의 탭 및 데이터 블록간의 독립된 크기를 통해 복잡도를 감소시키고, 서로 다른 길이의 훈련 블록과 데이터 블록을 포함할 수 있는 유연성을 통해 동일한 블록에 상기 훈련 블록 및 상기 데이터 블록을 함께 포함하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 훈련 블록 및 상기 데이터 블록이 동일한 블록에 믹싱된 새로운 프레임 구조를 통해 높은 이동성을 갖는 채널에서의 효율을 높이는 것이다.

상기의 목적을 달성하고, 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 TR-STBC(Time Reversal-Space Time Block Codes) 시스템을 위한 블록 TDE(Time Domain Equalizer)는, 연속적인 두 개의 수신 블록에 대해 등화기 탭 가중치(tap weight)에 기초하여 출력을 생성하는 블록 등화기(block equalizer), 상기 출력 및 상기 등화기 탭 가중치에 기초하여 에러 벡터를 생성하고, 상기 에러 벡터를 통해 상기 등화기 탭 가중치를 갱신하는 등화기 탭 가중치 갱신부 및 제로 패딩이 제거된 상기 출력을 디지털 신호화 하는 신호화부를 포함한 다.

본 발명의 일측에 따르면, 상기 등화기 탭 가중치(

)는 하기 수학식 1 및 하기 수학식 2와 같이 표현되는,

및

를 포함할 수 있다.

여기서 상기

는 등화기 행렬(

)의 원소를, 상기

는 연속적인 상기 수신 블록에 고정된 두 채널의 CIR(Channel Impulse Response)중 하나일 수 있다.

여기서 상기

는 상기 두 채널의 CIR중 다른 하나일 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 등화기 탭 가중치는 하기 수학식 3과 같이 시간-리버설(time-reversal) 및 켤레복소수(complex conjugate)를 적용하기 전후의 값이 서로 동일한 특성을 가질 수 있고, 상기 블록 등화기는 상기 출력(

,

)을 상기 특성을 이용한 하기 수학식 4에 의해 생성할 수 있다.

여기서 상기

는 상기 수신 블록에 기초하여 생성됨.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 블록 TDE에서 이용되는 프레임 구조는, 프레임이 포함하는 적어도 하나의 TR-STBC 블록에 서로 다른 길이의 훈련 블록 및 데이터 블록을 포함하는 심볼 블록이 믹싱되는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 배경, 본 발명에 따른 블록 TDE의 구조 및 각종 알고리즘, 그리고 시뮬레이션 결과를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명하도록 한다.

Ⅰ. 배경(background)

1. TR-STBC(시간 반전 시공간 블록 부호화)

TR-STBC 시스템에서는 데이터 블록이 N의 길이를 갖는 블록에 포함되어 안테나를 통해 수신측으로 전송된다. 이때, 짝수인 k에 대해 k-번째 블록 구간(301) 동안, 제1 안테나(302)는 다음 수학식 5과 같이 표현되는 심볼 블록(303)을 상기 수신측으로 전송한다.

그리고, 제2 안테나(304)는 다음 수학식 6와 같이 표현되는 심볼 블록(305)을 상기 수신측으로 전송한다.

k + 1-번째 블록 구간 동안에는 심볼 블록(305)은 다음 수학식 7과 같이 시간이 반전(time reversed)되고 즉, 상기 수학식 6에 표현된 벡터의 원소들에 대한 순서가 바뀌고, 켤레복소수화(complex conjugated) 및 음수화되어(306) 제1 안테나(302)를 통해 상기 수신측으로 전송된다.

또한, 심볼 블록(303)은 상기 k + 1-번째 블록 구간 동안 다음 수학식 8에서와 같이 상기 시간 반전되고, 켤레복소수화되어(307) 제2 안테나(304)를 통해 상기 수신측으로 전송된다.

이때, 각각의 데이터 블록 뒤에는 내부 블록간 간섭을 극복하기 위해 V개의 제로 심볼로 구성된 제로 패딩(zero-padding)이 삽입될 수 있다. 또한, 상기 V는 채널의 메모리(memory of the channel)일 수 있다.

이때, 수신된 블록은 다음 수학식 9와 같다.

또한, 부가적인 화이트 노이즈는 다음 수학식 10과 같이 주어진다.

이때, 상기

및 상기

는 공분산 행렬

를 포함하는 노이즈 벡터를 나타내고, 상기

및 상기

는 채널 1 및 2 각각에 대한 컨볼루션(convolution) 행렬을 나타낸다. 또한, 행렬

는 다음 수학식 11과 같이

의 차원을 갖는 행렬을 나타낸다.

여기서 상기

는 i-번째 CIR 시퀀스를 의미한다.

이때, 상기 수학식 7 및 상기 수학식 8을 통해 설명한 인코딩 규칙을 이용하면, 다음 수학식 12와 같은 결과를 얻을 수 있다.

여기서, 행렬

는 상기 수학식 11에서

를

으로 대체한 것과 동일한 형태를 갖는다. 행렬

는 전송된 블록

및

가 상기 수학식 12에서와 같이 다음 수학식 13의 행렬에 의해 분리되는 특성을 갖는다.

이때,

및

는 상기 수학식 11과 그 형태가 동일하나,

의 차원을 갖는다. 그래서 TR-STBC 디코더의 출력은 다음 수학식 14와 같이 나타난다.

여기서 상기

는 다음 수학식 15와 같이 나타난다.

2. MMSE Equalizer(최대 평균 제곱 에러 이퀄라이저)

위에서 살펴본 바와 같이 이퀄라이저에 의해 분리된 출력은 다음 수학식 16 과 같이 주어진다.

여기서 표기로부터의 상첨자 (k) 및 (k+1)은 제외되었다. 이때, 이러한 상기 수학식 16을 통해 분리된 시그널이 동일한 채널 이득 행렬을 갖고, 노이즈 통계가 동일함을 알 수 있다. 그러므로, 동일한 MMSE 탭 가중치가 블록

및

모두의 ISI(Inter-Symbol Interference)를 제거하기 위해 제공될 수 있다.

그 결과 등화기 탭을 위한 MMSE 솔루션에서 비롯되는 하나의 디코더의 출력인 상기

만을 고려할 수 있게 된다.

q-탭 등화기가 탭 가중치 벡터

및 홀수인 정수 q를 가질 때 블록 등화기의 출력은

와 같이 주어지고 여기서 상기

은 다음 수학식 17과 같은 행렬로서

의 차원을 갖게 된다.

이때, 상기 블록 등화기의 출력에서 산출된 에러는 다음 수학식 18과 같다.

평균 제곱 에러를 최소화 하기 위한 상기 탭 가중치 벡터

를 다음 수학식 19를 통해 얻을 수 있고, 이를 통해 상기 탭 가중치 벡터의 기울기

를 얻을 수 있다. 그리고, 최적의 MMSE 등화기 탭 가중치 벡터를 다음 수학식 20과 같이 얻을 수 있다.

여기서 차원의 자기 상관(autocorrelation) 행렬

는 다음 수학식 21와 같다.

여기서 상기

는

와 같이 표현되고, 상기

는

의 자기 상관 행렬이고,

는 상기

의 k-번째 비대각 트래이스(off-diagonal trace)이다. 이와 유사하게, q차원의 상호 상관(cross-correlation) 벡터

에 대해서 다음 수학식 22과 같이 상기 벡터

의 k-번째 행을 나타낼 수 있다.

여기서,

이다.

최적화된 MMSE 등화기의 탭 가중치는 상기 수학식 20에 상기 수학식 21 및 상기 수학식 22을 대입하여 얻을 수 있다.

Ⅱ. 본 발명에 따른 블록 TDE(시간 영역 이퀄라이저).

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 TR-STBC 수신단의 개괄적인 모습을 도시한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이 TR-STBC 수신단(400)에서는 디코더와 등화기를 결합한 형태의 블록 등화기(401)를 도시하고 있다. 이때, 입력에 대한 두 개의 출력 스트림(402)이 발생함을 볼 수 있다.

상기 출력

및 상기

에 대해 상기 탭 가중치 벡터

가 동일하다는 특성 및 상기 수학식 12 내지 상기 수학식 14를 통해 두 개의 스트림

,

을 위한 블록 등화기의 출력을 다음 수학식 23와 같이 나타낼 수 있다.

여기서, 상기

는 등화기 행렬로서 다음 수학식 24와 같이

의 차수를 갖는 행렬로 표현된다.

또한, 상기 수학식 23 및 상기 수학식 24를 통해 상기 최적화된 탭 가중치 벡터

는 상기 수학식 3과 같이 켤레화 및 시간 반전에 대한 대칭성을 갖는다.

상기 수학식 23에 이러한 TDE의 특성을 적용하면, 다음 수학식 25를 얻을 수 있다.

여기서, 둘 이상의 변수를 갖는(joint) 등화기-채널 행렬인

및

는 각각 다음과 같은 값을 갖는다.

,

. 이러한 상기

에 시간 반전 및 켤레화를 수행하고 상기 수학식 25의 상기

와 대체하면 다음 수학식 26을 얻을 수 있다.

이때, 결합된 디코더 및 등화기인 블록 등화기에 대해 길이가

인 탭 가중치를 나타내는 상기 수학식 1 및 상기 수학식 2를 각각 적용하면 상기 출력 등화기의 출력에 대한 다음 수학식 27을 얻을 수 있다.

이와 같은 상기 수학식 27의 행렬

는

의 차수를 갖는 다음 수학식 28로 주어진다.

즉, 상기

는, 상기 수학식 28과 같이 i-번째 상기 수신 블록에 대한

행렬과 동일한 방법으로 구성된 k-번째 행렬일 수 있고, 상기

는 상기 수학식 10과 같이 연속적으로 수신된 k-번째 및 k + 1-번째의 수신 블록과 동일한 방법으로 구성된 i-번째 수신 블록일 수 있다. 또한, 상기

는 상기 수학식 28에서

를

로 교체함으로써 얻을 수 있다.

이때, 상기 수학식 27에서와 같이 등화기 탭 가중치(

)가 격리되어 있기 때문에 쉽게 블록 NLMS(Normalized Least Mean Square) 알고리즘 및 블록 RLS(Recursive Least Square) 알고리즘을 이용할 수 있다. 우선 블록 등화기의 출력 및 상기 등화기 탭 가중치에 기초하여 에러 벡터를 생성하고, 에러 벡터를 통해 상기 등화기 탭 가중치를 갱신할 수 있다. 이때, 상기 에러 벡터(

)는, 다음 수학식 29과 같이 상기 출력(

,

) 및 기대 응답(desired response)(

,

)을 비교하여 생성할 수 있다.

또한, 상기 기대 응답은 하기 수학식 30에 의해 생성될 수 있다.

이러한 상기 에러 벡터에 기초하여 상기 탭 가중치 벡터를 갱신하기 위한 방법으로 위에서 설명한 블록 NLMS 알고리즘 및 블록 RLS 알고리즘에 대해 다음 표 1 및 표 2를 통해 간단히 요약한다.

우선 상기 표 1은 상기 블록 NLMS 알고리즘에 대해 설명하고 있다. 표 1에 나타난 바와 같이 상기 블록 TDE는 상기 수학식 1에서 설명한 상기 등화기 탭 가중치에 대한 초기화 조건은 다음 수학식 31와 같다.

또한, 다음 수학식 32을 통해 상기 등화기 탭 가중치를 상기 수신 블록에 따라 반복적으로 갱신한다.

즉, 상기 블록 NLMS 알고리즘을 위해 상기 블록 TDE는 등화기 탭 가중치를 초기화 하고, 상기 블록 TDE가 포함하는 블록 등화기를 위한 에러 벡터를 생성하여 상기 에러 벡터, 상기 등화기 탭 가중치 및 상기 블록 등화기의 출력에 기초하여 상기 등화기 탭 가중치를 갱신할 수 있고, 상기 수신 블록 마다 상기 에러 벡터를 생성하여 상기 등화기 탭 가중치를 반복적으로 갱신할 수 있다.

상기 표 2은 상기 블록 RLS 알고리즘에 대해 설명하고 있다. 표 2에 나타난 바와 같이 상기 블록 TDE는 상기 수학식 2에서 설명한 상기 등화기 탭 가중치에 대한 초기화 조건은 다음 수학식 33와 같다.

또한, 다음 수학식 34을 통해 상기 등화기 상기 등화기 탭 가중치를 상기 수신 블록에 따라 반복적으로 갱신한다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, TR-STBC 시스템을 위한 블록 TDE를 설명하기 위한 블록도이다. 블록 TDE(500)는 블록 등화기(501)의 출력을 기대 응답(desired response)(503)과 비교되어 상기 블록 NLMS 알고리즘 또는 상기 블록 RLS 알고리즘을 이용한 등화기 탭 가중치를 업데이트 하기 위해 이용되는 에러 벡터를 생성할 수 있고, 이러한 블록 등화기(501)는 프레임 사이의 훈련 블록을 위한 훈련 모드를 수행하고, 데이터 블록을 위한 결정 유도 모드(decision directed mode)로 스위칭(504)한다.

이때, 블록 TDE(500)에서 상기 행렬

가 4 개의 컨볼루션(convolution) 하위-행렬을 포함하고, 상기 컨볼루션의 수행이 가환적(commutative)이기 때문에 블록 등화기(501)가 포함하는 등적 선형 필터(equivalent linear filter)의 작용을 다음 도 6과 같이 나타낼 수 있다. 도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서, 등적 선형 필터를 설명하기 위한 블록도이다. 즉, 등적 선형 필터(600)로 입력되는 연속적인 수신 블록(601, 602)에 대해 수신 블록(601)은 등화기 탭 가중치(603, 606)를 적용하고, 수신 블록(602)은 등화기 탭 가중치(604, 605)를 적용한다. 이때, 수신 블록(602)에 대해서는 시간-반전 및 켤레화를 수행(607)한 후 등화기 탭 가중치(604, 605)를 적용하게 된다.

등화기 탭 가중치(603, 604)의 출력은 결합되어 상기

로서 블록 등화기(501)의 하나의 출력이 되고, 등화기 탭 가중치(605, 606)의 출력은 결합되어 상기

로서 블록 등화기(501)의 나머지 하나의 출력이 된다.

이와 같이 디코더 및 등화기가 결합된 블록 TDE를 통해 복잡도를 감소시키고, 실시간 구현을 용이하게 할 수 있고, 상기 등화기의 탭 및 데이터 블록간의 독립된 크기를 통해 복잡도를 감소시키고, 서로 다른 길이의 훈련 블록과 데이터 블록을 포함할 수 있는 유연성을 통해 상기 훈련 블록 및 상기 데이터 블록을 함께 동일한 블록에 포함시킬 수 있다.

도 7A와 도 7B는 각각 종래의 프레임 구조 A 및 본 발명의 다른 실시예에 따른 프레임 구조 B를 설명하기 위한 도면이다.

종래의 프레임 구조 A는 데이터 블록(701A) 및 훈련 블록(702A)이 서로 동일한 길이를 갖도록 강제되었다. 예를 들어, FDE 시스템은 데이터 블록(701A) 및 훈련 블록(702A)간에 동일한 길이를 요구한다. 본 발명의 일실시예에 따른 프레임 구조 B는 훈련 블록(701B) 및 데이터 블록(702B)간에 서로 다른 길이를 갖는 것을 허용한다.

이러한 상기 프레임 구조 B는 시스템의 밴드위스의 능률을 떨어뜨리지 않으면서 프레임 전반에 걸쳐 고르게 훈련 블록(701B) 및 데이터 블록(702B)을 믹스하기 쉽다. 또한, 상기 프레임 구조 B는 패스트 시변 채널에 있어서 상기 프레임 구조 A 보다 더 낳은 성능을 갖는다.

이와 같이 블록 TDE 스킴의 특성을 이용하여 데이터 블록(702B)에 훈련 블록(701B)을 캡슐화하여 동일한 시간 동안 전체 오버헤드를 상기 프레임 구조 A와 동일하게 유지하면서 성능은 향상시킬 수 있다. 이러한 프레임 구조 B에서는 각각의 블록 사이에 3 심볼의 제로 패딩이 추가할 수 있고, 데이터 블록(702B) 및 훈련 블록(701B)을 각각 192 심볼 및 58 심볼로 서로 다른 길이를 갖도록 할 수 있다.

이와 같이 상기 훈련 블록 및 상기 데이터 블록이 동일한 블록에 믹싱된 새로운 프레임 구조를 통해 높은 이동성을 갖는 채널에서의 효율을 높일 수 있다.

Ⅲ. 시뮬레이션 결과

도 8은 프레임 구조 A 및 프레임 구조 B에 대한 시뮬레이션 결과이다. 도 8은 10Hz 의 도플러(Doppler) 주파수를 이용하여 상기 프레임 구조 A를 MMSE, RLS 및 LMS 알고리즘을 통해 실험한 결과와 상기 프레임 구조 B를 상기 MMSE, 상기 RLS 및 상기 LMS 알고리즘을 통해 실험한 결과를 그래프로 나타내고 있고, 상기 프레임 구조 B가 상기 프레임 구조 A보다 성능이 뛰어남을 나타내고 있다. 이러한 상기 프레임 구조 B는 패스트 시변 채널 조건을 더 잘 추적하기 위한 DTE에서 이용될 수 있다.

도 9는 MMSE를 이용하여 FDE 및 TDE간의 성능을 비교한 시뮬레이션 결과이다. 블록 등화기에서 탭의 수가 독립적이기 때문에 도 9의 시뮬레이션을 통해 TU(Typical Urban) 채널에서의 상기 TDE 동작에 알맞은 길이를 확인할 수 있다. 서로 다른 SNR(Signal-to-Noise Ratio)을 위한 상기 TDE 탭의 수에 대한 기능으로서 MMSE를 이용하였고, 상기 FDE를 위한 상기 MMSE 또한 나타내고 있다.

상기 FDE는 블록 크기보다 많은 등화기 탭을 강요하기 때문에 상기 시뮬레이션에서 이용되는 블록 크기인 256을 지속적으로 유지한다. 이때, 상기 TDE의 최적 조건 길이가 상기 SNR과 함께 증가하고 또한, 상기 FDE의 길이보다 훨씬 적음을 알 수 있다.

서로 다른 알고리즘을 이용한 상기 TDE 및 상기 FDE간에 수렴 양식을 보이는 것을 확인할 수 있다. 이때, 도 10의 수치는 상기 TDE를 상기 RLS 알고리즘을 통해 수행하였을 때 MMSE 솔루션에서 가장 빠르게 수렴함을 나타낸다.

상기 UT 채널은 샘플마다 다양하게 변화한다. 이러한 상기 시뮬레이션 결과를 위해 도 7A에서 설명한 프레임 구조 A를 이용한다. 이때, 상기 프레임 구조 A는 4 블록의 훈련 블록을 포함하고 총 16 블록을 갖는다. 또한, 각각의 심볼 앞뒤에는 3 심볼 길이의 ZP 또는 CP가 삽입된다. 훈련 블록 및 데이터 블록은 모두 동일한 크기인 256을 갖고 각각 10Hz와 1Hz의 도플러 주파수를 시뮬레이션에 이용한다.

도 11 및 도 12는 각각 10Hz의 도플러 주파수 및 1Hz의 도플러 주파수를 통한 성능을 비교하는 시뮬레이션 결과이다. 이때, 상기 도 11 및 상기 도 12를 통해 상기 도플러 주파수가 낮을수록 성능이 뛰어나고 또한, TDE RLS 알고리즘이 다른 알고리즘보다 성능이 뛰어나다. 게다가 TDE LMS 알고리즘이 낮은 SNR에서 FDE 에서의 알고리즘보다 성능이 더 뛰어남을 알 수 있다.

발명에 따른 실시예들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(Floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

본 발명에 따르면, 디코더(decoder) 및 등화기(equalizer)가 결합된 블록 TDE(Time Domain Equalizer)를 통해 복잡도를 감소시키고, 실시간 구현을 용이하게 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 등화기의 탭 및 데이터 블록간의 독립된 크기를 통해 복잡도를 감소시키고, 서로 다른 길이의 훈련 블록과 데이터 블록을 포함할 수 있는 유연성을 통해 상기 훈련 블록 및 상기 데이터 블록을 함께 동일한 블록에 포함시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 훈련 블록 및 상기 데이터 블록이 동일한 블록에 믹싱된 새로운 프레임 구조를 통해 높은 이동성을 갖는 채널에서의 효율을 높일 수 있다.

Claims

TR-STBC(Time Reversal-Space Time Block Codes) 시스템을 위한 블록 TDE(Time Domain Equalizer)에 있어서,

연속적인 두 개의 수신 블록에 대해 등화기 탭 가중치(tap weight)에 기초하여 출력을 생성하는 블록 등화기(block equalizer);

상기 출력 및 상기 등화기 탭 가중치에 기초하여 에러 벡터를 생성하고, 상기 에러 벡터를 통해 상기 등화기 탭 가중치를 갱신하는 등화기 탭 가중치 갱신부; 및

제로 패딩이 제거된 상기 출력을 디지털 신호화 하는 신호화부

를 포함하는 것을 특징으로 하는 블록 TDE.
제1항에 있어서,

상기 등화기 탭 가중치(
)는 하기 수학식 35 및 하기 수학식 36와 같이 표현되는,
및
를 포함하는 것을 특징으로 하는 블록 TDE.

여기서 상기
는 등화기 행렬(
)의 원소를 상기
는 연속적인 상기 수신 블록에 고정된 두 채널의 CIR(Channel Impulse Response)중 하나임.

여기서 상기
는 상기 두 채널의 CIR중 다른 하나임.
제2항에 있어서,

상기 등화기 탭 가중치는 하기 수학식 37과 같이 시간-리버설(time-reversal) 및 켤레복소수(complex conjugate)를 적용하기 전후의 값이 서로 동일한 특성을 갖고,

상기 블록 등화기는,

상기 출력(
,
)을 상기 특성을 이용한 하기 수학식 38에 의해 생성하는 것을 특징으로 하는 블록 TDE.

여기서 상기
는 상기 수신 블록에 기초하여 생성되고, 상기
는 k-번째 상기 수신 블록에 대한 행렬을 의미함.
제3항에 있어서,

상기
는, 하기 수학식 39와 같이 i-번째 상기 수신 블록에 대한
행렬과 동일한 방법으로 구성된 k-번째 행렬이고,

상기
는 하기 수학식 40과 같이 연속적으로 수신된 k-번째 및 k + 1-번째의 수신 블록과 동일한 방법으로 구성된 i-번째 수신 블록인 것을 특징으로 하는 블록 TDE.

여기서 상기
는
의 차원을 가짐.

여기서 상기 N은 상기 수신 블록의 길이를, 상기
는 상기 수신 블록을 포함하는 프레임이 상기 수신 블록과 함께 포함하는 제로 패팅(zero-fadding)의 수를, 상기
는 상기 블록 TDE와 연관된 탭의 수를 각각 나타냄.
제1항에 있어서,

상기 에러 벡터(
)는, 상기 등화기 탭 가중치 갱신부에서 하기 수학식 41과 같이 상기 출력(
,
) 및 기대 응답(desired response)(
,
)을 비교하여 생성되고,

상기 기대 응답은 하기 수학식 42에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 블록 TDE.

여기서, 상기
는 상기 수신 블록을 포함하는 프레임이 상기 수신 블록과 함께 포함하는 제로 패팅의 수를, 상기
는 상기 블록 TDE와 연관된 탭의 수를 각각 나타냄.
제5항에 있어서,

상기 등화기 탭 가중치 갱신부는,

블록 NLMS(Normalized Least Mean Square) 알고리즘과 연관된 하기 수학식 43에 의해 상기 등화기 탭 가중치를 상기 수신 블록에 따라 반복적으로 갱신하는 것을 특징으로 하는 블록 TDE.

여기서, 상기
는 기선정된(predetermined) 양수값을, 상기 w_k는 상기 등화기 탭 가중치를, 상기
는 상기
및 상기
의 합계를 각각 나타내고, 상기
는 상기 수신 블록에 기초하여 생성됨.
제6항에 있어서,

상기 등화기 탭 가중치의 갱신에 대한 초기화 조건은 하기 수학식 44과 같이 표현되는 것을 특징으로 하는 블록 TDE.
제5항에 있어서,

상기 등화기 탭 가중치 갱신부는,

블록 RLS(Recursive Least Square) 알고리즘과 연관된 하기 수학식 45에 의해 상기 등화기 탭 가중치를 상기 수신 블록에 따라 반복적으로 갱신하는 것을 특징으로 하는 블록 TDE.

여기서, 상기
는 1에 가까운 작은 양수값을, 상기 w_k는 상기 등화기 탭 가중치를, 상기
는 상기 에러 벡터의 컬레복소수를 각각 나타내고, 상기
는 상기 수신 블록에 기초하여 생성됨.
제8항에 있어서,

상기 등화기 탭 가중치의 갱신에 대한 초기화 조건은 하기 수학식 46와 같이 표현되는 것을 특징으로 하는 블록 TDE.

여기서, 상기
는 상기
및
의 합계를 의미함.
제6항 또는 제8항에 있어서,

상기 탭 가중치 벡터 갱신부는,

상기 출력에서 상기 제로 패딩을 제거하는 트런케이트 블록(truncate block); 및

훈련 블록(training block)을 위한 훈련 모드 및 데이터 블록을 위한 다이렉트 모드(direct mode)를 스위칭하는 모드 스위치

를 포함하는 것을 특징으로 하는 블록 TDE.
블록 TDE에서 이용되는 프레임 구조에 있어서,

프레임이 포함하는 적어도 하나의 TR-STBC 블록에 서로 다른 길이의 훈련 블록 및 데이터 블록을 포함하는 심볼 블록이 믹싱되는 것을 특징으로 하는 프레임이 기록된 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체.
제11항에 있어서,

상기 훈련 블록은 상기 TR-STBC 블록의 시작, 중간 또는 끝부분에 캡슐화되거나 또는 상기 데이터 블록과 번갈아 위치하도록 캡슐화되는 것을 특징으로 하는 프레임이 기록된 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체.
제11항에 있어서,

상기 훈련 블록은 58 심볼의 길이를 갖고,

상기 데이터 블록은 192 심볼의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 프레임이 기록된 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체.
제11항에 있어서,

상기 TR-STBC 블록은 상기 심볼 블록 간에 제로 패딩을 포함하고,

상기 제로 패딩은 3 심볼의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 프레임이 기록된 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체.
TR-STBC 시스템을 위한 블록 TDE에서 블록 NLMS 알고리즘을 수행하는 방법에 있어서,

등화기 탭 가중치를 초기화 하는 제1 단계;

상기 블록 TDE가 포함하는 블록 등화기를 위한 에러 벡터를 생성하는 제2 단계;

상기 에러 벡터, 상기 등화기 탭 가중치 및 상기 블록 등화기의 출력에 기초하여 상기 등화기 탭 가중치를 갱신하는 제3 단계; 및

상기 제2 단계 및 상기 제3 단계를 상기 블록 TDE으로 입력되는 수신 블록에 따라 반복 수행하는 제4 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 블록 NLMS 알고리즘 수행 방법.
제15항에 있어서,

상기 등화기 탭 가중치(
)는 하기 수학식 47 및 하기 수학식 48와 같이 표현되는,
및
를 포함하고,

상기 제1 단계는,

상기 등화기 탭 가중치에 대해 하기 수학식 49을 통해 초기화 하는 단계인 것을 특징으로 하는 블록 NLMS 알고리즘 수행 방법.

여기서 상기
는 등화기 행렬(
)의 원소를, 상기
는 연속적인 상기 수신 블록에 고정된 두 채널의 CIR(Channel Impulse Response)중 하나임.

여기서 상기
는 상기 두 채널의 CIR중 다른 하나임.

여기서 상기 w₀ 및 상기 P₀은 상기 등화기 탭 가중치의 갱신에 대한 초기화 조건을 의미하고, 상기
는 상기 블록 TDE와 연관된 탭의 수(
) 및 상기 수신 블록을 포함하는 프레임이 상기 수신 블록과 함께 포함하는 제로 패팅의 수(
)의 합계임.
제15항에 있어서,

상기 제2 단계는,

상기 출력(
,
) 및 상기 블록 TDE와 연관된 기대 응답(
,
)을 하기 수학식 50와 같이 비교하여 상기 에러 벡터를 생성하는 단계이고,

상기 기대 응답은 하기 수학식 51를 통해 상기 블록 TDE에서 생성되는 것을 특징으로 하는 블록 NLMS 알고리즘 수행 방법.

여기서, 상기 e_k는 상기 에러 벡터를 의미함.

여기서, 상기
는 상기 수신 블록을 포함하는 프레임이 상기 수신 블록과 함께 포함하는 제로 패팅의 수를, 상기
는 상기 블록 TDE와 연관된 탭의 수를 각각 나타냄.
제15항에 있어서,

상기 제3 단계는,

상기 에러 벡터의 켤레복소수(
), 상기 등화기 탭 가중치 및 상기 출력을 이용하여 하기 수학식 52에 의해 상기 탭 가중치 벡터를 갱신하는 단계인 것을 특징으로 하는 블록 NLMS 알고리즘 수행 방법.

여기서 상기
는 기선정된 양수값을, 상기 w_k는 상기 등화기 탭 가중치를 각각 나타내고, 상기
는 상기 수신 블록에 기초하여 생성되고, 상기
는 상기 블록 TDE와 연관된 탭의 수(
) 및 상기 수신 블록을 포함하는 프레임이 상기 수신 블록과 함께 포함하는 제로 패팅의 수(
)의 합계임.
TR-STBC 시스템을 위한 블록 TDE에서 블록 RLS 알고리즘을 수행하는 방법에 있어서,

등화기 탭 가중치를 초기화 하는 제1 단계;

상기 블록 TDE가 포함하는 블록 등화기를 위한 에러 벡터를 생성하는 제2 단계;

상기 에러 벡터, 상기 등화기 탭 가중치 및 상기 블록 등화기의 출력에 기초하여 상기 등화기 탭 가중치를 갱신하는 제3 단계; 및

상기 제2 단계 및 상기 제3 단계를 상기 블록 TDE으로 입력되는 수신 블록에 따라 반복 수행하는 제4 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 블록 RLS 알고리즘 수행 방법.
제19항에 있어서,

상기 등화기 탭 가중치(
)는 하기 수학식 53 및 하기 수학식 54과 같이 표현되는,
및
를 포함하고,

상기 제1 단계는,

상기 등화기 탭 가중치에 대해 하기 수학식 55을 통해 초기화 하는 단계인 것을 특징으로 하는 블록 RLS 알고리즘 수행 방법.

여기서 상기
는 등화기 행렬(
)의 원소를, 상기
는 연속적인 상기 수신 블록에 고정된 두 채널의 CIR(Channel Impulse Response)중 하나임.

여기서 상기
는 상기 두 채널의 CIR중 다른 하나임.

여기서 상기 w₀ 및 상기 Φ₀는 상기 등화기 탭 가중치의 갱신에 대한 초기화 조건을 의미하고,
는 상기 블록 TDE와 연관된 탭의 수(
) 및 상기 수신 블록을 포함하는 프레임이 상기 수신 블록과 함께 포함하는 제로 패팅의 수(
)의 합계임.
제19항에 있어서,

상기 제2 단계는,

상기 출력(
,
) 및 상기 블록 TDE와 연관된 기대 응답(
,
)을 하기 수학식 56과 같이 비교하여 상기 에러 벡터를 생성하는 단계이고,

상기 기대 응답은 하기 수학식 57를 통해 상기 블록 TDE에서 생성되는 것을 특징으로 하는 블록 RLS 알고리즘 수행 방법.

여기서, 상기 e_k는 상기 에러 벡터를 의미함.

여기서, 상기
는 상기 수신 블록을 포함하는 프레임이 상기 수신 블록과 함께 포함하는 제로 패팅의 수를, 상기
는 상기 블록 TDE와 연관된 탭의 수를 각각 나타냄.
제19항에 있어서,

상기 제3 단계는,

상기 에러 벡터의 켤레복소수(
), 상기 등화기 탭 가중치 및 상기 출력을 이용하여 하기 수학식 58를 통해 상기 탭 가중치 벡터를 갱신하는 단계인 것을 특징으로 하는 블록 RLS 알고리즘 수행 방법.

여기서, 상기 w_k는 상기 등화기 탭 가중치를, 상기
는 1에 가까운 작은 양수값을, 상기
는 상기 에러 벡터의 컬레복소수를 각각 나타내고, 상기
는 상기 수신 블록에 기초하여 생성됨.
제15항 내지 제22항 중 어느 한 항의 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록 되어 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체.