KR100842620B1 - 분산 무선 통신 시스템에서 직교 공간 시간 블록 코드를위한 심볼 에러율 기반 송신 전력 할당 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 본 발명은 분산 무선 통신 시스템에서 직교 공간 시간 블록 코드(OSTBC: Orthogonal Space Time Block Code)를 위한 심볼 에러율(SER: Symbol Error Rate) 기반 송신 전력 할당 장치에 있어서; 지리적으로 무작위로 분산되며, 모두 중앙 처리 유닛에 독립적으로 연결되는 다수개의 분산 안테나와; 다수개의 분산 안테나로부터의 조합 가능한 다수의 안테나 서브세트별로, 미리 설정된 전력 할당에 기초하여 SER 성능이 최고인 최선의 서브세트를 선택하여 이를 송신기로 피드백하는 수신기와; 수신기로부터 피드백된 최선의 서브세트에 단위 평균 전력을 갖는 OSTBC 심볼을 적용하여 전력을 할당하는 중앙 처리 유닛을 구비한다.

DA, MIMO, DWCS, OSTBC, 전력, 할당

Description

분산 무선 통신 시스템에서 직교 공간 시간 블록 코드를 위한 심볼 에러율 기반 송신 전력 할당 방법{SYMBOL ERROR RATE BASED POWER ALLOCATION SCHEME FOR ORTHOGONAL SPACE TIME BLOCK CODES IN DISTRIBUTED WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

도 1은 종래의 위치 공유 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 채널 상으로 OSTBC(Orthogonal Space Time Block Codes) 전송을 위한 시스템의 개략적인 블록 구성도

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분산 무선 통신 시스템에서 OSTBC 전송을 위한 시스템의 개략적인 블록 구성도

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분산 무선 통신 시스템에서 OSTBC을 위한 적응식 송신 전력 할당 동작의 흐름도

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 분산 무선 통신 시스템에서 OSTBC을 위한 적응식 송신 전력 할당 방식의 성능 특성 그래프

본 발명은 공간-시간 코딩 기술(space-time coding techniques)을 사용하는 분산형 입력 - 분산형 출력(distributed input - distributed output) 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 직교 공간 시간 블록 코드(OSTBC: Orthogonal Space Time Block Code)를 위한 심볼 에러율(SER: Symbol Error Rate) 기반의 송신 전력 할당 방법에 관한 것이다.

무선 기술에서 상대적으로 새롭게 개발된 기술은 공간 멀티플렉싱 기술(spatial multiplexing) 및 공간-시간 코딩 기술이다. 공간-시간 코딩 중 특정 타입은 다중 입력 다중 출력(multiple input multiple output)을 위한 MIMO로서 지칭되며, 신호를 수신 및 송신하는데 있어서 다수의 안테나를 사용함으로써, 다수의 독립적 무선파가 동일한 주파수 범위 내에서 동일한 시간에 송신되도록 한다.

근본적으로, MIMO 기술은 공통 주파수 대역 내에서 병렬적 공간 데이터 스트림을 생성함으로써 공간적으로 분리된 안테나의 사용을 기반으로 하고 있다. 개별적인 신호가 동일한 주파수 내에서 송신될지라도 수신기에서 분리되고 복조되어 다수의 통계적으로 독립된(즉, 효과적으로 분리된) 통신 채널들이 생성되도록 무선파들이 송신된다. 따라서, 다중 경로(즉, 시간상 지연되고 진폭 및 위상이 수성된 동일한 주파수의 다수의 신호들)를 금지하도록 하는 표준적인 무선 통신 시스템과는 대조적으로 MIMO는 적절한 주파수 대역 내에서 개선된 신호 대 잡음 비율 및 보다 높은 처리량을 성취하도록, 상관이 거의 없는(또는 약하게 상관된) 다중 경로 신호를 의존할 수 있다.

MIMO 타입 기술의 한 특정한 응용 중에서, 하기 참조문헌[1], [2]에서 제공 된 이론적 결과는 분산 안테나(DA: Distributed Antennas)가 위치 공유된(co-located) 다중 입력 다중 출력(C-MIMO) 채널에 비해 용량 측면에서 유리함을 입증하였다. 그러나, DA의 용량상의 이점을 충분히 얻기 위한 방법에 대해서는 아직 철저한 연구가 이루어지지 않은 상태이다. 이를 위해서 분산 무선 통신 시스템(DWCS: Distributed Wireless Communication System)의 개념이 하기 참조문헌[3]에 제안되었는데, 이 시스템은 송신 및 수신 신호를 함께 처리할 수 있어 시스템 용량을 크게 증가시킬 것으로 기대되고 있다.

다양한 공간-시간 코드 가운데 직교 공간 시간 블록 코드(OSTBC)(참조문헌[4] 참조)는 간단한 코딩 및 디코딩 방식으로 인해 실제적인 시스템 배치에 매우 매력적이다. 향후 무선 통신에서는 다운링크 데이터 송신에서 병목 현상이 일어날 수 있으므로, 특정 송신기의 채널 상태 정보(CSI: Channel State Information) 추정에 기반한 최적의 다운링크 OSTBC 설계가 매우 중요하다. 하지만, DA 상에서 OSTCB 방안은 송신 전력 할당이 매우 중요한데, 왜냐하면 각 DA의 대규모 페이딩이 크게 변할 수 있기 때문이다.

도 1은 종래의 위치 공유 MIMO 채널 상으로 OSTBC 전송을 위한 시스템의 개략적인 블록 구성도이다. 도 1을 참조하면, 송신측(즉 기지국)에서 송신하고자 하는 데이터 심볼은 지정된 변조 방식에 의해 변조된 후 공간-시간 인코더(100)로 입력되어 공간-시간 부호화되며, 위치 공유된 다수의 송신 안테나(110)를 통해 수신측(즉 이동 단말)(120)으로 전송된다. 이때 수신측(120)은 m개의 수신 안테나를 갖게 된다.

OSTBC에 대한 현재의 연구는 상기 도 1에 도시된 바와 같은 위치 공유 MIMO 채널에 주로 국한되어 있으며, 이 경우 개방 루프 송신(동일 전력 할당)이 주로 채택되는데, 왜냐하면 각각의 송신 안테나의 대규모 페이딩이 거의 동일하기 때문이다.

그러나, 이러한 방식에서는 송신 안테나의 위치 공유로 인해 매크로 다이버시티(macro diversity)가 활용되지 못하며, 분산형 안테나에 비해 평균 접근 거리(average access distance)가 매우 크다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 비부호화 OSTBC의 심볼 에러율(SER)을 최소화하기 위한 DWCS에서의 전력 할당 방안을 제공할 수 있는 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 견지에 따르면, 본 발명은 분산 무선 통신 시스템에서 직교 공간 시간 블록 코드(OSTBC: Orthogonal Space Time Block Code)를 위한 심볼 에러율(SER: Symbol Error Rate) 기반 송신 전력 할당 장치에 있어서; 지리적으로 무작위로 분산되며, 모두 중앙 처리 유닛에 독립적으로 연결되는 다수개의 분산 안테나와; 상기 다수개의 분산 안테나로부터의 조합 가능한 다수의 안테나 서브세트별로, 미리 설정된 전력 할당에 기초하여 상기 SER 성능이 최고인 최선의 서브세트를 선택하여 이를 송신기로 피드백하는 수신기와; 상기 수신기로부터 피드백된 최선의 서브세트에 단위 평균 전력을 갖는 OSTBC 심볼을 적용하여 전력을 할당하는 중앙 처리 유닛을 포함함을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 견지에 따르면, 본 발명은 지리적으로 무작위로 분산되며 다수개의 송신용 분산 안테나를 구비한 분산 무선 통신 시스템에서 직교 공간 시간 블록 코드(OSTBC: Orthogonal Space Time Block Code)를 위한 심볼 에러율(SER: Symbol Error Rate) 기반 송신 전력 할당 방법에 있어서; 수신측에서, 상기 다수개의 분산 안테나로부터의 조합 가능한 다수의 안테나 서브세트를 설정하는 과정과; 수신측에서, 상기 설정한 다수의 안테나 서브세트별로, 미리 설정된 전력 할당에 기초하여 상기 SER 성능이 최고인 최선의 서브세트를 선택하여 이를 송신측으로 피드백하는 과정과; 송신측에서, 상기 수신측으로부터 피드백된 최선의 서브세트에 단위 평균 전력을 갖는 OSTBC 심볼을 적용하여 전력을 할당하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.

본 발명은 대규모 페이딩 정보(경로 손실 및 섀도잉)에 기반하여, 분산 무선 통신 시스템에서의 플랫 나카가미 페이딩 채널 내에서의 OSTBC를 위한 적응식 심볼 에러 레이트(SER)에 기초한 송신 전력 할당 방안을 제공한다. 본 발명에 따른 전력 할당 방안은 수신기에서 실현되며, 저속 피드백 채널을 통해 전력 할당 결과를 송신기로 피드백한다.

이때, 기지국 안테나(즉 DA)는 지리적으로 분산되어 있으며, OSTBC 심볼은 DA로 전송되어 송신 다이버시티가 달성된다.

송신 안테나 서브세트는 DA의 임의의 조합이다. 본 발명의 전력 할당 방안은 전력 할당이 최적화된 최선의 서브세트를 선택한다.

본 발명에서 임의의 전송 안테나 서브세트를 위한 준-최적 전력 할당 방안은 "water pouring algorithm"(PAS1)을 사용하여 송신 전력을 할당하거나, 또는 단순히 각 DA의 나카가미 페이딩 파라미터 m에 비례하는 전력을 할당한다(즉, PAS2). 이러한 전력 할당은 높은 송신 전력 레벨에서 최적의 전력 할당에 매우 가깝다.

본 발명에서는 각각의 안테나 서브세트로의 준-최적 전력 할당에 기초하여 안테나 서브세트 선택을 행함으로써, SER 성능이 최고인 서브세트를 선택하는데, 이 서브세트의 성능은 임의의 어떤 송신 전력 레벨에서도 최적의 성능에 가깝다.

이때, 전력 할당을 수신기에서 실현하고 전력 할당 결과를 송신기로 피드백한다. 피드백 채널은 저속인데, 왜냐하면 전력 할당은 대규모 채널 페이딩에 의존하기 때문이다. 대규모 채널 페이딩이 변하면 수신기에서 전력 할당 결과를 업데이트하여 송신기로 피드백한다.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

[시스템 모델]

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분산 무선 통신 시스템에서 OSTBC 전송을 위한 시스템의 개략적인 블록 구성도로서, 다운링크 단일 사용자 (n, m) DWCS를 고려한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 n개의 DA(DA1, DA2, ... DAn)가 무작위로 지리적으로 분산되어 있으며, 수신측, 즉 이동 단말(220)은 m개의 안테나를 갖는다. 모든 DA는 이들 DA의 전송 및 수신 신호가 처리되는 중앙 처리 유닛(200)에 독립적으로 연결되어 있다. 일반적으로 다른 DA의 거시적 및 미시적 페이딩은 서로 독립적이다. 수신 안테나 페이딩도 독립적이라고 가정한다. 이들 DA에 OSTBC를 적용하여 송신 다양성을 달성한다.

본 발명에서는 중앙 처리 유닛(200)의 전력 할당부(202)에서 최적의 전력 할당을 가지는 최적의 전송 안테나 서브세트(DA의 조합)를 먼저 얻는다. 그리고 나서, 공간-시간 인코더(204)에 의해 단위 평균 전력을 갖는 OSTBC 심볼을 생성하고, 전송 전에 전력 할당 행렬 P를 미리 곱한다. 따라서, 대각선(diagonal) 전력 할당 행렬 P는

와 같이 나타낼 수 있으며, 여기서 w _j (j=1,…,n)는 j번째 DA에 대한 전력 할당 가중치를 의미하고,

이다. 채널의 주파수는 플랫(flat)하며, 수신기에서 완벽한 CSI를 사용할 수 있다고 가정한다. 유효 입력 및 출력 관계는 하기 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.

상기 수학식 1에서 y 와 x는 수신 및 송신 벡터이고, n은 독립적인 동일 분포(i.i.d: independent identically distributed) 복소(complex)

엔트리를 갖는 노이즈 벡터이며, P_o 는 전체 평균 전송 전력이다. 따라서,

이 송신 전력대 수신 노이즈의 비(TSNR: transmit power to receive noise ratio)가 되며, 이를

로 표시한다. j번째 송신 DA로부터 k번째 수신기 안테나로의 채널 이득은

이며, j=1,…,n, k=1,…,m 이고,

에 걸쳐

가 균일하게 분포되어 있다.

는 나카가미(Nakagami) 분산된 랜덤 변수이며, 그 확률 밀도 함수(PDF: Probability Density Function)는 하기 수학식 2와 같다.

상기 수학식 2에서,

는

의 평균 전력이며,

는 해당 나카가미 페이딩 파라미터이다. 일반적으로

이며, 이는 페이딩의 심각도(severity)를 나타낸다.

(j=1,…,n)은 j번째 DA에 대한 대규모 페이딩임에 유의하기 바란다. 수신 안테나는 위치를 공유하므로

라고 가정한다. 또한

라고 가정한다. 일반적인 점대점 MIMO 채널에서는

( j=1,…,n)가 동일하다고 가정하는데, 왜냐하면 송신 안테나들이 위치를 공유하기 때문이다. 그러나, 본 발명에 따른 DWCS에서는 지리적 분산으로 인해 대규모 페이딩이 크게 변할 수 있다.

본 발명에서는 송신 안테나 서브세트를 DA의 임의의 조합으로 정의한다. 이때 총

개의 서브세트가 있으며, 이를

로 나타낸다. 예를 들면, 서브세트 A _n 는 n개의 DA를 모두 포함한다고 가정한다. OSTBC의 레이트를 r로 나타내며, r = n _s /T 이고, 이는 n _s 개의 독립적인 데이터 스트림이 T 개의 연속된 심볼 기간 동안 전송된다는 것을 나타낸다. 다른 안테나 서브세트들의 레이트가 서로 다를 수 있으므로, 편의상 서브세트 A _k 에 대해서는 단 하나의 레이트 r _k (k=1,…,

)만을 가정하기로 한다. 동일한 데이터 레이트로 전송하기 위해, 다른 안테나 서브세트들에는 다른 심볼 성상도(constellation)가 사용될 수 있다. 본 발명에서는 성상도 포인트는 QAM(Quadrature Amplitude Modulation)의 q _k 및 서브세트 A _k 의 PSK(Phase Shift Keying) 심볼로 간주한다. 예를 들어, OSTBC의 3/4 레이트가 사용되는 4 개의 안테나 서브세트 상에서 3bit/s 데이터 레이트로 전송할 경우에, 변조 타입은 16QAM 또는 16PSK가 될 수 있다.

[M-QAM 및 M-PSK를 위한 SER 표현식 유도]

플랫(flat) 나카가미 페이딩 채널에서의 비부호화 OSTBC 방안의 경우, SER은 유용한 성능의 척도가 된다. 따라서, 본 발명에서는 SER을 최소화하여 전송을 최적화하기 위한 전력 할당 방안을 제안한다. 변조는 각각 M _l -QAM 및 M _l -PSK로 가정할 경우에, 레이트가 r _n 인 서브세트 A _n 의 SER의 표현은 다음과 같이 유도된다.

검출시의 신호 대 노이즈 비율(SNR: Signal to Noise Ratio)은 하기 수학식 3과 같이 유도할 수 있다.

상기 수학식 3에서

는 감마 분포 무작위 변수이며, 이의 PDF는 하기 수학식 4와 같다.

의 MGF(Moment Generation Function)는 하기 수학식 5와 같이 유도된다.

상기 수학식 5에서서 계수

는 부분 분수(partial fraction)를 실행함으로써 얻을 수 있다.

따라서,

의 PDF는

로 역변환함으로써 얻을 수 있다.

하기 참조문헌[5]에 제시된 바와 같이, C-MIMO 페이딩 채널 상으로 OSTBC의 M _n -QAM 및 M _n -PSK 계수의 보다 정연한 닫힌 형식(closed-form)의 SER 표현을 도출하면, OSTBC의 SER은 하기 수학식 8 및 9와 같을 수 있다.

상기에서

은 아펠 초기화(Appell Hypergeometric) 함수,

이며,

은 가우스 초기화(Gauss Hypergeometric) 함수,

,

,

이다.

다른 임의의 서브세트 상으로 전송된 OSTBC에 대한 SER 표현도 얻어질 수 있다. 본 발명에서는 각각의 서브세트에 최적의 전력 할당을 통해서 각 서브세트에 SER을 최소화하고, 전송시 SER 성능이 최고인 서브세트를 선택할 수 있는 방안을 제공한다. 이때 SER을 직접적으로 최적화하기는 어려우므로, 본 발명에서는 다음과 같은 준-최적 방안을 따른다.

[MQAM 심볼을 위한 준-최적 전력 할당]

MQAM 성상도를 갖는 OSTBC의 SER은 하기 수학식 10과 같다.

주어진 송신 시나리오에서 OSTBC 전송을 위한 최적의 서브세트를 모르는 상태에서, 본 발명에서는 일반성을 잃지 않으면서, 서브세트 A_g(

)를 최적의 전력 할당 가중치 w₁,…, w_g(일부는 0일 수 있음)를 가진 최적으로 간주한다. Q 함수 즉,

에 체르노프 경계(Chernoff bound)를 적용하면, 이러한 결합된 기법(MgQAM 심볼을 가진)의 SER의 상한(upper bound)은 하기 수학식 11과 같을 수 있다.

본 발명에서는 최적으로 송신 전력을 할당하는 것에 의해

을 최소화하는 것은 하기 수학식 12와 같은 최적화 문제에 해당함을 주목하였다.

극대화 표현은 변수 w _j 에 의한 오목(concave) 함수이며, 라그랑지(Lagrangian) 방법을 이용하여 최대화할 수 있다. 함수 F는 하기 수학식 13과 같이 정의된다.

라 할 경우에,

(j=1,…,g)는 하기 수학식 14와 같이 "water pouring" 알고리즘을 통해 반복적으로 등식을 푸는 것에 의해 구해질 수 있다.

본 발명에서는 이러한 방식을 제1 전력 할당 방안(Power Allocation Scheme 1: PAS1)으로 칭하기로 한다. 고(high)　TSNR 영역에서 전력 할당 가중치는 하기 수학식 15와 같을 수 있다.

본 발명에서는 특정 송신 전력 레벨로 상기 수학식 15를 적용하는 방안을 제2 전력 할당 방안(PAS2)으로 칭하기로 한다.

[MPSK 심볼을 위한 준-최적 전력 할당]

서브세트 A_g 상에서 MPSK 심볼을 가진 OSTBC의 SER은 하기 수학식 16과 같이 표현될 수 있다.

일 경우에, 상기 수학식 16은

로 근사될 수 있다. AWGN(Additive White Gaussian Noise) 채널 상으로 BPSK 및 QPSK의 SER은 하기 수학식 17 및 18과 같이 근사될 수 있다.

체르노프 경계를 Q 함수에 적용하면, SER의 상한은 하기 수학식 19 내지 21과 같이 도출될 수 있다.

마찬가지로, 준-최적 전력 할당 가중치는 MgPSK(M_g>4), BPSK 및 QPSK 성상도를 위해

,

,

를 각각 적용하여 상기 수학식 14와 같이 라그랑지 방법에 의해 얻어질 수 있다. 고 TSNR 영역에서 전력 할당도 상기 수학식 15임에 유의하여야 한다.

[준-최적 전력 할당 방안을 이용한 안테나 서브세트 선택]

상기 수학식 14 및 15로부터 얻어진 전력 할당 가중치를 SER 표현식에 대입하면, MQAM 및 MPSK 심볼의 준-최적 SER P _i 를 계산할 수 있다. 상기 방법을 임의의 가능한 최적의 안테나 서브세트에 적용하면, 유사한 준-최적 전력 할당 방안을 PAS1, PAS2와 같이 쉽게 얻을 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분산 무선 통신 시스템에서 OSTBC을 위한 적응식 송신 전력 할당 동작의 흐름도이다. 이하 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 최적의 전력 할당 절차를 설명하기로 한다.

- 먼저 초기화를 행한다. 즉, i=1, A=A _i , P=P₀=1로 설정하는데, 여기서 A는 최적의 안테나 서브세트를 나타내고, P는 준-최적 SER을 나타낸다(301단계).

- 상기 수학식 14 및 15와 같은 준-최적 전력 할당 방안을 이용하여, 서브세트 A _i 에 대한 준-최적 SER P _i 을 계산한다(302단계).

- 이때 계산한 SER P _i <=P _{i -1}인지 확인하여(303단계), P _i <=P _{i -1}이면 A=A _i , P=P _i 로 설정한다(304단계). 이러한 과정에 따라 각 서브세트별 SER 중 가장 최적(가장 작은 값)의 SER이 확인되고 그에 대응되는 해당 서브세트를 확인할 수 있게 된다.

- 이후 i<2 ⁿ -1인지 확인하여(305단계), i<2 ⁿ -1일 경우에 i=i+1한 후에(306단계) 상기 302단계로 되돌아가서 해당 서브세트에서 SER을 계산하는 동작을 반복적으로 수행하며, 그렇지 않으면 307단계로 진행하여 프로그램을 종료하고 A와 P를 출력한다.

[수치 결과]

본 발명에 따른 방안의 성능을 검사하기 위하여, 예를 들어,정규화된 대규모 페이딩이

및

인 (2,1) DA 토폴로지(즉, 분산 안테나 개수는 2 수신 안테나 개수는 1)를 고려한다. 목표 데이터 레이트는 2 bits/s/이다. 안테나 서브세트는 A₁(DA 1), A₂(DA 2) 및 A₃(DA1, 2 모두)을 포함한다. 최대 레이트(레이트 1)의 OSTBC가 QPSK 심볼을 갖는 A₃으로 송신된다. A₁ 및 A₂에 대한 변조 타입도 QPSK이다.

도 4는 A₁, A₂, 준-최적 전력 할당(PAS1 및 PAS2)이 적용된 A₃, 동일 전력 할 당이 적용된 A₃ 및 최적 전력 할당(수치적 최적화에 의해 얻어진)이 적용된 A₃의 SER 성능을 나타내고 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 0 dB 내지 12 dB TSNR 영역에서 서브세트 A2의 성능이 최고임을 알 수 있다. 안테나 서브세트 선택에 있어, PAS1 또는 PAS2의 성능이 최적 성능에 가장 가깝다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 주 최적 전력 할당 방안에 따른 이러한 안테나 선택이 성능상의 현저한 장점이 있음을 알 수 있다. 즉, 10^-2 SER에서 동일 전력 할당이 적용된 A₃과 비교할 때에 송신 전력은 2dB 감소하였으며, 10^-2 SER에서 A₁과 비교할 때에 송신 전력은 6dB 이상 감소하였다.

상기와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 DWCS의 OSTBC를 위한 SER 기반 송신 전력 할당 동작이 이루어질 수 있으며, 한편 상기한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않 고 실시될 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위와 청구범위의 균등한 것에 의하여 정하여져야 할 것이다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 MQAM 및 MPSK 심볼의 SER을 최소화하기 위하여 DWCS 내의 플랫 나카가미 페이딩 채널에서의 OSTBC를 위한 수신기에서의 적응식 준-최적 전력 할당 방안을 제공한다. 대규모 페이딩 정보가 변하면 전력 할당도 이에 따라 변할 수 있다.

대규모 페이딩은 큰 시간 규모로 변하기 때문에 본 발명에서의 피드백 오버로는 매우 제한된다. 또한, 매우 간단하지만 효과적인 준-최적 전력 할당 방안이 제안되는데, 이 전력 할당 방안은 고 전송 전력 영역에서 정확하다.

안테나 선택에 있어서 본 발명에 따른 성능은 임의의 송신 전력 레벨에서 최적의 성능과 매우 가까운 것으로 판명되었다. 동일 전력 할당 방안과 비교할 때, 본 발명에 따르면 현저한 성능 이득을 얻을 수 있다.

이와 같이 적응식으로 송 전력 할당이 이루어지는 본 발명의 OSTBC 방안은 매크로 다이버시티 이득, 최대 다이버시티 이득을 얻을 수 있다. 본 발명에 따른 방안은 3G 또는 4G 무선 통신 시스템에 폭넓게 응용할 수 있을 것으로 예상된다.

[참조 문헌]

[1] W. Roh and A. Paulraj, "MIMO channel capacity for the distributed antenna systems," in Proc. IEEE VTC'02, vol. 2, pp. 706709, 2002.

[2] H. Zhuang, L. Dai, L. Xiao and Y. Yao, "Spectral efficiency of distributed antenna system with random antenna layout," Electronics Letters,vol. 39, no. 6, pp. 495-496, 2003.

[3] S. Zhou, M. Zhao, X. Xu, J. Wang, and Y. Yao, "Distributed wireless communication system: A new architecture for future public wireless access," IEEE Commun. Mag., vol. 41, no. 3, pp 108-113, 2003.

[4] V. Tarokh, H. Jafarkhani, and A. R. Calderbank, "Space-time block codes from orthogonal designs," IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 45, pp. 14561467, July 1999.

[5] H. Shin and J. H. Lee, "Exact symbol error probability of orthogonal space-time block codes," in Proc . IEEE Globecom'02, Taipei, Taiwan, Nov. 17-21, pp.1547-1552, 2002.

Claims (6)

1. 분산 무선 통신 시스템에서 직교 공간 시간 블록 코드(OSTBC: Orthogonal Space Time Block Code)를 위한 심볼 에러율(SER: Symbol Error Rate) 기반 송신 전력 할당 장치에 있어서,

   지리적으로 무작위로 분산되며, 모두 중앙 처리 유닛에 독립적으로 연결되는 다수개의 분산 안테나와,

   상기 다수개의 분산 안테나로부터의 조합 가능한 다수의 안테나 서브세트별로, 미리 설정된 전력 할당에 기초하여 상기 SER 성능이 최고인 최선의 서브세트를 선택하여 이를 송신기로 피드백하는 수신기와,

   상기 수신기로부터 피드백된 최선의 서브세트에 단위 평균 전력을 갖는 OSTBC 심볼을 적용하여 전력을 할당하는 중앙 처리 유닛을 포함함을 특징으로 하는 송신 전력 할당 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 다수의 안테나 서브세트별로 미리 설정된 전력 할당을 수행하는 것은 신호대잡음비에 따른 전력 할당 방식인 "water pouring algorithm"을 사용하여 송신 전력을 할당하거나, 각 분산 안테나의 나카가미 페이딩 파라미터에 비례하는 전력을 할당하는 것임을 특징으로 하는 송신 전력 할당 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 수신기는 대규모 채널 페이딩이 변할 경우에 전력을 할당한 결과를 업데이트하여 상기 중앙 처리 유닛으로 피드백함을 특징으로 하는 송신 전력 할당 장치.
4. 지리적으로 무작위로 분산되며 다수개의 송신용 분산 안테나를 구비한 분산 무선 통신 시스템에서 직교 공간 시간 블록 코드(OSTBC: Orthogonal Space Time Block Code)를 위한 심볼 에러율(SER: Symbol Error Rate) 기반 송신 전력 할당 방법에 있어서,

   수신측에서, 상기 다수개의 분산 안테나로부터의 조합 가능한 다수의 안테나 서브세트를 설정하는 과정과,

   수신측에서, 상기 설정한 다수의 안테나 서브세트별로, 미리 설정된 전력 할당에 기초하여 상기 SER 성능이 최고인 최선의 서브세트를 선택하여 이를 송신측으로 피드백하는 과정과,

   송신측에서, 상기 수신측으로부터 피드백된 최선의 서브세트에 단위 평균 전력을 갖는 OSTBC 심볼을 적용하여 전력을 할당하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 송신 전력 할당 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 수신측에서, 다수의 안테나 서브세트별로 미리 설정된 전력 할당을 수행하는 것은 신호대잡음비에 따른 전력 할당 방식인 "water pouring algorithm"을 사용하여 송신 전력을 할당하거나, 각 분산 안테나의 나카가미 페이딩 파라미터에 비례하는 전력을 할당하는 것임을 특징으로 하는 송신 전력 할당 방법.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 수신측에서, 상기 최선의 서브세트를 선택하여 이를 송신측으로 피드백하는 것은 대규모 채널 페이딩이 변할 경우에 전력을 할당한 결과를 업데이트하여 상기 중앙 처리 유닛으로 피드백하는 것임을 특징으로 하는 송신 전력 할당 방법.

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