KR100930713B1 - 이동 통신 시스템의 데이터 전송 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 PVS (Precoding Vector Switching) 기법과 결합된 SFBC (Space-Frequency Block Coding) 다이버시티 기법을 이용한 데이터 전송 방법 및 장치에 관한 것으로, 데이터를 부호화하여 부호화된 신호 행렬을 생성하고, 상기 부호화된 신호 행렬과 프리코딩 벡터 행렬을 곱하고, 상기 프리코딩 벡터 행렬은 첫 번째 열벡터인 제1 프리코딩 벡터와 상기 제1 프리코딩 벡터와 상이한 두 번째 열벡터인 제2 프리코딩 벡터를 포함하고, 상기 제1 프리코딩 벡터와 상기 제2 프리코딩 벡터의 요소의 위상 값은 각각 시간 다이버시티 위상 가중 값과 공간 다이버시티 위상 가중 값에 관한 식으로 표현된다.

SFBC (Space-Frequency Block Coding), PVS(Precoding Vector Switching), 다이버시티 기법

Description

이동 통신 시스템의 데이터 전송 방법 및 장치{APPARATUS AND METHOD FOR DATA TRANSMISSION IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 데이터 전송 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 PVS (Precoding Vector Switching) 기법과 결합된 SFBC (Space-Frequency Block Coding) 다이버시티 기법을 이용한 데이터 전송 방법 및 장치에 관한 것이다.

OFDM 시스템에서 성능을 향상시키려면 적은 수의 안테나에 의해 다이버시티 이득을 극대화시켜야 한다.

다이버시티 기법에 관한 종래 기술로는 SFBC (Space-Frequency Block Coding) 기법이 있다. SFBC는 주파수 영역에서 코딩을 하는 기법으로 데이터를 서로 다른 안테나의 서로 다른 주파수에 할당한다.

그러나 종래 기술은 사용자 단말이 저속으로 움직이는 경우에는 시간 다이버시티 이득을 줄 수 없으며, 사용자 단말이 섹터 경계에 위치해 있는 경우 인접 섹터로부터 심한 간섭을 받는 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 시간 다이버시티 이득을 얻을 수 있고 인접 섹터로부터 오는 간섭을 제거할 수 있는 향상된 SFBC (Space-Frequency Block Coding) 다이버시티 기법을 이용한 데이터 전송 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

상기 과제를 달성하기 위해, 본 발명의 하나의 특징에 따른 이동 통신 시스템의 데이터 전송 방법은 데이터를 부호화하여 부호화된 신호 행렬을 생성하고, 상기 부호화된 신호 행렬과 프리코딩 벡터 행렬을 곱하고, 상기 프리코딩 벡터 행렬은 첫 번째 열벡터인 제1 프리코딩 벡터와 상기 제1 프리코딩 벡터와 상이한 두 번째 열벡터인 제2 프리코딩 벡터를 포함하고, 상기 제1 프리코딩 벡터와 상기 제2 프리코딩 벡터의 요소의 위상 값은 각각 시간 다이버시티 위상 가중 값과 공간 다이버시티 위상 가중 값에 관한 식으로 표현된다.

상기 과제를 달성하기 위해, 본 발명의 다른 특징에 따른 이동 통신 시스템의 데이터 전송 장치는 데이터를 두 개의 심볼씩 복수의 데이터 그룹으로 나누어 각 데이터 그룹을 두 개의 부반송파에 할당하여 부호화하여 부호화된 신호 행렬을 생성하는 부호화기, 상기 부호화된 신호 행렬을 프리코딩할 때 사용할 프리코딩 벡터 행렬을 결정하는 프리코딩 벡터 다중화기 및 상기 부호화된 신호 행렬과 상기 프리코딩 벡터 행렬을 곱하는 프리코더를 포함하고, 상기 프리코딩 벡터 행렬은 첫 번째 열벡터인 제1 프리코딩 벡터와 상기 제1 프리코딩 벡터와 상이한 두 번째 열벡터인 제2 프리코딩 벡터를 포함한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 데이터를 다른 빔으로 전송하고, 프리코딩 벡터 행렬의 요소에 시간 다이버시티 위상 가중 값과 공간 다이버시티 위상 가중 값을 적용하여 시간 다이버시티 이득과 공간 다이버시티 이득을 향상시킨다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 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.

명세서 전체에서, 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. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

이제 본 발명의 실시예에 따른 이동 통신 시스템의 데이터 전송 방법 및 장치에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 안테나가 2 개인 경우 본 발명의 실시예에 따른 이동 통신 시스템의 데이터 전송 장치의 구성도이고, 도 2는 안테나가 4 개인 경우 본 발명의 실시예에 따른 이동 통신 시스템의 데이터 전송 장치의 구성도이다. 본 발명의 실시예에 따른 이동 통신 시스템의 데이터 전송 방법은 안테나가 2 개인 경우와 4 개인 경우에 동일하게 적용될 수 있고, 차이점은 프리코딩 벡터(precoding vector)의 차원이 안테나가 2 개인 경우는 2이고 안테나가 4 개인 경우는 프리코딩 벡터의 차원이 2 또는 4라는 점이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 데이터 전송 장치는 SFBC-OFDM 부호화기(110), 제어기(120), 프리코딩 벡터 다중화기(130), 프리코더(Precoder)(140), 버퍼(buffer)(150), IFFT(Inverse Fast Fourier Transformer)(160), 무선 주파수 (Radio Frequency, RF) 송신기(170) 및 안테나(180)를 포함한다.

SFBC-OFDM 부호화기(110)는 데이터를 주파수 영역에서 부호화하고, 제어기(120)는 부호화된 데이터를 프리코딩할 때 사용할 프리코딩 벡터를 선택하기 위한 프리코딩 벡터 다중화기 제어 신호를 생성한다.

프리코딩 벡터 다중화기(130)는 부호화된 데이터를 프리코딩할 때 사용할 프리코딩 벡터를 선택한다. 프리코더(140)는 부호화된 데이터와 프리코딩 벡터를 곱해 프리코딩을 수행한다.

버퍼(150)는 상기 프리코딩된 데이터를 저장했다가 IFFT로 전송한다.

IFFT(160)는 프리코딩된 데이터를 역 고속 푸리에 변환을 통해 시간 영역의 전송 신호로 변환한다. RF 송신기(170)는 상기 시간 영역의 전송 신호를 무선 주파수로 변환하여 안테나(180)를 통해서 송신한다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 이동 통신 시스템의 데이터 전송 방법에 대하여 도 3 내지 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이동 통신 시스템의 데이터 전송 방법을 나타낸 순서도이다.

SFBC-OFDM 부호화기(110)는 데이터를 부호화한다(S310). 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이동 통신 시스템의 데이터 전송 방법에서 데이터를 부호화하는 방법을 나타낸 것이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 데이터를 두 개의 심볼씩 복수의 데이터 그룹으로나누어, 각 데이터 그룹을 두 개의 부반송파에 할당한 후, 두 개의 부반송파를 하나의 블록으로 하여 인코딩한다. 데이터 그룹 k의 첫 번째 심볼의 인덱스를 k_{0 ,} 두 번째 심볼의 인덱스를 k₁이라고 하고, 첫 번째 심볼을

, 두 번째 심볼을

라 하면, SFBC 인코딩된 신호 행렬은 수학식 1과 같다.

여기서, i는 OFDM 심볼 인덱스, s는 전송시간간격(Transmission Time Interval, TTI) 인덱스, c는 섹터(sector) 인덱스를 의미한다.

프리코딩 벡터 다중화기(130)는 프리코딩 시 사용할 서로 다른 두 개의 프리 코딩 벡터를 선택한다(S320). 하나의 데이터 그룹을 프리코딩하려면 두 개의 프리코딩 벡터가 필요하다. 제1 프리코딩 벡터 인덱스를 k_A, 제2 프리코딩 벡터 인덱스를 k_B라고 하고, 제1 프리코딩 벡터를

, 제2 프리코딩 벡터를

라 한다. 제1 프리코딩 벡터와 제2 프리코딩 벡터는 프리코딩 벡터 행렬을 구성한다.

본 발명의 실시예에서는 안테나가 2개인 경우와 4개인 경우 각각에 대한 프리코딩 벡터 행렬을 제안한다.

수학식 2는 안테나가 2개인 경우 프리코딩 벡터 행렬을 나타내고, 수학식 3은 안테나가 4개인 경우 프리코딩 벡터 행렬을 나타낸다.

종래 기술인 SFBC 다이버시티 기법은 품질을 저하시키는 두 가지 요인이 있다. 첫 번째는 사용자 단말이 저속으로 움직이면 특정 부반송파에서 특정 TTI 구간의 수신 신호는 거의 변화가 없어 시간 다이버시티 이득을 얻지 못하는 것이고, 두 번째는 사용자 단말이 섹터 경계 부근에 위치할 경우 인접 섹터로부터 심한 간섭을 받게 되는 것이다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 수학식 2 및 수학식 3과 같이, 첫 번째 요인을 해결하는 방법으로 프리코딩 벡터 행렬 내 각 열 요소의 위상 값에 섹터 인덱 스(c)와 무관하고 프리코딩 벡터 인덱스(k_A, k_B), OFDM 심볼 구간 인덱스(i) 및 TTI 구간 인덱스(s)와 관련된 시간 다이버시티 위상 가중 값

와

를 제안한다. 여기서 a는 송신 안테나의 인덱스를 나타낸다.

및

는 OFDM 심볼마다 또는 TTI마다 변경한다. 그러면 OFDM 심볼마다 또는 TTI마다 프리코딩 벡터가 변경되므로 시간 다이버시티 이득을 얻을 수 있다.

다이버시티 이득을 증가시키기 위해서 OFDM 심볼마다

및

를 변경하는 경우에는 인접한 OFDM 심볼에서 사용하는 프리코딩 벡터가 각각 서로 직교하거나 상관성이 작도록

및

를 설정한다. 즉,

와

가 서로 직교하거나 상관성이 작도록

를 설정하고,

와

가 서로 직교하거나 상관성이 작도록

를 설정한다.

그리고, TTI마다

및

를 변경하는 경우에는 인접한 TTI에서 사용하는 프리코딩 벡터가 각각 서로 직교하거나 상관성이 작도록 및

를 설정한다. 즉,

와

가 서로 직교하거나 상관성이 작도록

를 설정하고,

와

가 서로 직교하거나 상관성이 작도록

를 설정한다.

제1 프리코딩 벡터(

)와 제2 프리코딩 벡터(

)가 서로 직교하거나 상 관성이 작도록

및

을 설정하면 다이버시티 이득을 증가시킬 수 있다.

동일한 OFDM 심볼의 모든 데이터 그룹에 대해 동일한 두 개의 프리코딩 벡터(

,

)를 사용한다. 그러나, 다이버시티 이득을 더 증가시키기 위해 데이터 그룹마다 두 개의 프리코딩 벡터(

,

)를 랜덤하게 또는 정해진 패턴에 따라 변경할 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 수학식 2 및 수학식 3과 같이, 두 번째 요인을 해결하는 방법으로 프리코딩 벡터 행렬 내 각 열 요소의 위상 값에 데이터 심볼 그룹의 프리코딩 벡터 인덱스(k_A, k_B), OFDM 심볼 구간 인덱스(i) 및 TTI 구간 인덱스(s)와 무관하고 섹터 인덱스(c)와 관련된 공간 다이버시티 위상 가중 값

을 제안한다.

공간 다이버시티 위상 가중 값(

)은 섹터마다 서로 다른 위상 변이를 주어 공간 다이버시티 이득을 얻게 한다. 예를 들어, 섹터수가 3인 경우, 공간 다이버시티 위상 가중 값은

또는

으로 설정될 수 있다.

그리고 섹터 수가 6인 경우의 예로는 공간 다이버시티 위상 가중 값(

)이

,

또는

로 설정될 수 있다.

이와 같이 섹터 간에 서로 다른 공간 다이버시티 위상 가중 값을 사용하면, 공간 다이버시티 이득을 위한 위상변이 값이 섹터마다 서로 다르기 때문에, 섹터의 송신 안테나간 공간 상관성이 비교적 큰 경우, 서로 다른 빔을 형성하게 되어 인접 섹터로부터 오는 간섭이 감소한다.

프리코더(140)는 SFBC 인코딩된 신호 행렬과 프리코딩 벡터 행렬을 곱해 프리코딩을 수행한다(S230). 프리코딩된 신호 행렬은 수학식 4와 같다.

여기서, k_m은 데이터 그룹 k의 m번째 부반송파의 인덱스, Nt는 송신 안테나 수를 의미한다. 따라서,

는 k번째 그룹의 m번째 부반송파에 할당하여 송신 안테나 a로 송신되는 신호를 의미한다.

IFFT(160)는 프리코딩된 신호 행렬을 역 고속 푸리에 변환을 통해 시간 영역의 전송 신호로 변환한다(S240). RF 송신기(170)는 아날로그 전송 신호를 무선 주파수로 변환하여 안테나(180)를 통해서 송신한다(S250).

본 발명의 실시예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 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.

도 1은 안테나가 2 개인 경우 본 발명의 실시예에 따른 이동 통신 시스템의 데이터 전송 장치의 구성도이다.

도 2는 안테나가 4 개인 경우 본 발명의 실시예에 따른 이동 통신 시스템의 데이터 전송 장치의 구성도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이동 통신 시스템의 데이터 전송 방법을 나타낸 순서도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이동 통신 시스템의 데이터 전송 방법에서 데이터를 부호화하는 방법을 나타낸 것이다.

Claims (10)

1. 데이터를 부호화하여 부호화된 신호 행렬을 생성하는 단계; 및

   상기 부호화된 신호 행렬과 프리코딩 벡터 행렬을 곱하는 단계를 포함하고

   상기 프리코딩 벡터 행렬은 첫 번째 열 벡터인 제1 프리코딩 벡터와 상기 제1 프리코딩 벡터와 상이한 두 번째 열 벡터인 제2 프리코딩 벡터를 포함하고

   상기 제1 프리코딩 벡터와 상기 제2 프리코딩 벡터의 요소의 위상 값은 각각 시간 다이버시티 위상 가중 값과 공간 다이버시티 위상 가중 값에 관한 식으로 표현되는 데이터 전송 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1 프리코딩 벡터의 시간 다이버시티 위상 가중 값과 상기 제2 프리코딩 벡터의 시간 다이버시티 위상 가중 값은 상이하고,

   상기 제1 프리코딩 벡터의 시간 다이버시티 위상 가중 값과 상기 제2 프리코딩 벡터의 시간 다이버시티 위상 가중 값은 각각 OFDM 심볼에 따라 변하는 데이터 전송 방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 제1 프리코딩 벡터는 이전 OFDM 심볼에서 사용한 프리코딩 벡터 행렬의 첫 번째 열 벡터와 직교하고

   상기 제2 프리코딩 벡터는 이전 OFDM 심볼에서 사용한 프리코딩 벡터 행렬의 두 번째 열 벡터와 직교하는 데이터 전송 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 제1 프리코딩 벡터의 시간 다이버시티 위상 가중 값과 상기 제2 프리코딩 벡터의 시간 다이버시티 위상 가중 값은 상이하고,

   상기 제1 프리코딩 벡터의 시간 다이버시티 위상 가중 값과 상기 제2 프리코딩 벡터의 시간 다이버시티 위상 가중 값은 각각 전송시간간격에 따라 변하는 데이터 전송 방법.
5. 제4항에 있어서,

   상기 제1 프리코딩 벡터는 이전 전송시간간격(Transmission Time Interval, TTI)에서 사용한 프리코딩 벡터 행렬의 첫 번째 열 벡터와 직교하고

   상기 제2 프리코딩 벡터는 이전 전송시간간격에서 사용한 프리코딩 벡터 행렬의 두 번째 열 벡터와 직교하는 데이터 전송 방법.
6. 제1항에 있어서,

   상기 제1 프리코딩 벡터의 상기 공간 다이버시티 위상 가중 값과 상기 제2 프리코딩 벡터의 상기 공간 다이버시티 위상 가중 값은 동일하고,

   상기 제1 프리코딩 벡터의 상기 공간 다이버시티 위상 가중 값 및 상기 제2 프리코딩 벡터의 상기 공간 다이버시티 위상 가중 값은 섹터에 따라 달라지는 데이터 전송 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 생성하는 단계는

   상기 데이터를 두 개의 심볼씩 복수의 데이터 그룹으로 나누어 각 데이터 그룹을 두 개의 부반송파에 할당하여 상기 두 개의 부반송파를 하나의 블록으로 하여 부호화하는 단계를 포함하는 데이터 전송 방법.
8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제1 프리코딩 벡터와 상기 제2 프리코딩 벡터는 서로 직교하는 데이터 전송 방법.
9. 제7항에 있어서,

   상기 복수의 데이터 그룹 각각의 제1 프리코딩 벡터 및 제2 프리코딩 벡터는 서로 다른 데이터 전송 방법.
10. 제1항 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 곱하는 단계의 출력 값을 역 푸리에 변환하여 시간 영역의 전송 신호로 변환하는 단계; 및

    상기 시간 영역의 전송 신호를 송신하는 단계를 더 포함하는 데이터 전송 방 법.

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