KR100964703B1 - 효율적이고 효과적인 무선 통신을 위한 무선 자원을 이용하고 조작하는 방법 - Google Patents

효율적이고 효과적인 무선 통신을 위한 무선 자원을 이용하고 조작하는 방법 Download PDF

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Abstract

무선 통신 시스템에서 심볼을 할당하는 방법이 개시된다. 특히, 방법은 하나 이상의 사용자로부터 하나 이상의 데이터 스트림을 수신하는 단계, 상기 하나 이상의 데이터 스트림을 하나 이상의 그룹으로 그룹핑하는 단계 - 각각의 그룹은 하나 이상의 데이터 스트림을 포함함 -, 데이터 스트림의 각각의 그룹을 다단으로 프리코딩하는 단계, 및 프리코딩된 심볼을 할당하는 단계를 포함한다.

Description

효율적이고 효과적인 무선 통신을 위한 무선 자원을 이용하고 조작하는 방법{A METHOD OF UTILIZING AND MANIPULATING WIRELESS RESOURCES FOR EFFICIENT AND EFFECTIVE WIRELESS COMMUNICATION}
본 발명은 무선 자원을 이용하는 방법에 관한 것으로, 특히, 효율적이고 효과적인 무선 통신을 위한 무선 자원을 이용하고 조작하는 방법에 관한 것이다.
셀룰러 통신에서, 당업자는 용어 1G, 2G 및 3G를 종종 이용한다. 이들 용어는 사용되는 셀룰러 기술 세대를 지칭한다. 1G는 제1 세대를 지칭하고, 2G는 제2 세대를 지칭하고, 3G는 제3 세대를 지칭한다.
1G는 AMPS (Advanced Mobile Phone Service) 전화 시스템으로 알려진 아날로그 전화 시스템을 지칭한다. 2G는 일반적으로 전 세계에 널리 퍼진 디지털 셀룰러 시스템을 지칭하는데 사용되며, CDMAOne, GSM (Global System for Mobile communications) 및 시분할 다중 액세스 (TDMA)를 포함한다. 2G 시스템은 1G 시스템보다 밀집된 영역에서 많은 사용자를 지원할 수 있다.
3G는 일반적으로 현재 전개되고 있는 디지털 셀룰러 시스템을 지칭한다. 이들 3G 통신 시스템은 약간의 중대한 차이점을 가지면서 서로 개념적으로 유사하다.
무선 통신 시스템에서, 데이터의 효과적인 전송은 중대하며, 동시에, 전송 효율의 개선이 중요하다. 그 때문에, 데이터를 송수신하는 좀더 효율적인 방법이 개발되어야 한다.
기술적 과제
따라서, 본 발명은, 종래 기술의 한계 및 단점에 의한 하나 이상의 문제점을 실질적으로 제거할 수 있는, 효율적이고 효과적인 무선 통신을 위한 무선 자원을 이용하고 조작하는 방법을 제공한다.
본 발명의 목적은 무선 통신 시스템에서의 심볼 할당 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 무선 통신 시스템에서 계층(hierarchical) 변조 신호 성상(constellation)을 수행하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 무선 통신 시스템에서 하나 이상의 신호를 송신하는 방법을 제공하는 것이다.
기술적 해결방법
본 발명의 목적 및 다른 이점을 달성하기 위하여, 무선 통신 시스템에서 심볼을 할당하는 방법으로서, 하나 이상의 사용자로부터 하나 이상의 데이터 스트림을 수신하는 단계, 상기 하나 이상의 데이터 스트림을 하나 이상의 그룹으로 그룹핑하는 단계 - 각각의 그룹은 하나 이상의 데이터 스트림을 포함함 -, 데이터 스트림의 각각의 그룹을 다단으로 프리코딩하는 단계, 및 프리코딩된 심볼을 할당하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 있어서, 무선 통신 시스템에서 계층 변조 신호 성상(constellation)을 수행하는 방법으로서, 상이한 비트로 상이한 신호 성상 포인트를 표현하는 비트-심볼 맵핑 규칙에 따라 다수 심볼을 할당하는 단계를 포함하고, 상기 맵핑 규칙은 가장 가까운 2개의 심볼 사이에 하나 또는 그 이하의 비트 차를 나타내는 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 있어서, 무선 통신 시스템에서 하나 이상의 신호를 송신하는 방법으로서, 제1 신호 성상 및 제2 신호 성상에 다수의 심볼을 할당하는 단계 - 상기 제1 신호 성상은 기본층 신호이고 상기 제2 신호 성상은 보강층 신호임 -, 상기 제1 신호 성상 및 제2 신호 성상의 다수의 심볼을 변조하는 단계, 및 상기 변조된 심볼을 송신하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
유리한 효과
본 발명의 다른 이점, 목적, 및 특징은 부분적으로는 이하의 설명에 기재되거나 부분적으로는 당업자에게 자명하거나 본 발명의 실행으로부터 배울 수 있다. 본 발명의 목적 및 이점은 첨부된 도면 뿐만 아니라 상세한 설명 및 청구범위에 지적된 구조에 의해 실현되고 얻어질 수 있다.
상술한 일반적인 설명과 본 발명의 상세한 설명은 예시적인 것으로 본 발명을 구체적으로 설명하기 위하여 제공된 것이다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사 상을 설명한다.
도 1은 일반화된 MC-CDM 구조의 일예 나타내는 도면.
도 2는 일반화된 MC-CDM 구조의 다른 예를 나타내는 도면.
도 3은 그룹 상에서 프리코딩/회전을 수행하는 일반화된 MC-CDM 구조의 일예를 나타내는 도면.
도 4는 다단 회전을 나타내는 도면.
도 5는 일반화된 MC-CDM 구조의 다른 예를 나타내는 도면.
도 6은 주파수 영역 인터레이스(interlaced) MC-CDM를 나타내는 도면.
도 7은 그레이(Gray) 코딩의 일예를 나타내는 도면.
도 8은 통상의 QPSK/QPSK 계층 변조 또는 16QAM 변조를 위한 맵핑을 나타내는 도면.
도 9는 16QAM/QPSK를 위한 비트-심볼 맵핑의 일예를 나타내는 도면.
도 10은 16QAM/QPSK를 위한 비트-심볼 맵핑의 다른 예를 나타내는 도면.
도 11은 16QAM/QPSK를 위한 비트-심볼 맵핑의 다른 예를 나타내는 도면.
도 12는 16QAM/QPSK를 위한 비트-심볼 맵핑의 다른 예를 나타내는 도면.
도 13는 QPSK/QPSK를 위한 비트-심볼 맵핑의 일예를 나타내는 도면.
도 14는 기본층 0x0에 대한 보강층(enhancement layer) 비트-심볼을 나타내는 도면.
도 15는 기본층 0x1에 대한 보강층(enhancement layer) 비트-심볼을 나타내는 도면.
도 16은 QPSK/QPSK 계층 변조에 대하여 계층화된 변조기의 신호 성상을 나타내는 도면.
도 17은 16QAM/QPSK 계층 변조에 대하여 계층화된 변조기의 신호 성상을 나타내는 도면.
도 18은 QPSK/QPSK 계층 변조에 대하여 계층화된 변조기의 신호 성상을 나타내는 도면.
도 19은 16QAM/QPSK 계층 변조에 대하여 계층화된 변조기의 신호 성상을 나타내는 도면.
도 20은 QPSK 기본층과 QPSK 보강층을 갖는 계층화된 변조를 위한 신호 성상을 나타내는 도면.
도 21은 16QAM/QPSK 계층 변조에 대하여 계층화된 변조기의 신호 성상을 나타내는 도면.
도 22는 회전된 QPSK/QPSK 계층 변조를 위한 그레이 맵핑을 나타내는 도면.
도 23은 보강된 QPSK/QPSK 계층 변조의 일예를 나타내는 도면.
도 24는 새로운 QPSK/QPSK 계층 변조의 일예를 나타내는 도면.
도 25는 새로운 QPSK/QPSK 계층 변조의 다른 예를 나타내는 도면.
도 26은 새로운 비트-심볼 블록을 나타내는 도면.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 가능하면, 동일 또는 유사한 부분은 동일한 참조 번호를 사용한다.
직교 주파수 분할 멀티플렉싱(OFDM)은 가깝게 배치된 많은 직교 서브캐리어를 이용하는 디지털 멀티캐리어 변조 방식이다. 각각의 서브캐리어는 일반적으로 동일한 대역폭에서 종래의 단일 캐리어 변조 방식과 유사한 데이터 레이터를 유지하면서 낮은 심볼 레이트에서 변조 방식(예를 들어, QPSK(quadrature phase shift keying))으로 변조된다.
OFDM은 본래 주파수 다이버시티 효과를 갖지 않지만, 분산 모드에서도 순방향 에러 정정 (FEC)을 사용함으로써 주파수 다이버시티 효과를 얻을 수 있다. 즉, 채널 코딩 레이트가 높을 때 주파수 다이버시티 효과는 감소한다.
이러한 관점에서, 진보된 수신기를 사용하는 멀티캐리어 코드 분할 멀티플렉싱(MC-CDM) 또는 멀티캐리어 코드 다중 액세스(MC-CDMA)는 높은 채널 코딩 레이트 에 의한 낮은 주파수 다이버시티 효과를 보상하는데 사용될 수 있다.
MC-CDM 또는 MC-CDMA는 OFDM 기반 시스템에 사용되는 다중 액세스 방식으로서, 시스템이 다수의 사용자를 동시에 지원하도록 한다. 즉, 데이터는 데이터 레이트보다 더 넓은 대역폭에 걸쳐 확산될 수 있고, 신호 대 잡음 및 간섭비가 최소화될 수 있다.
예를 들어, 신호 처리에 대하여, 각각의 OFDM 톤(tone) (또는 신호 또는 서브캐리어)에 대한 채널 응답이 동일한 독립 복소 가우시안 변수로서 모델링될 수 있다. 이러한 동작과 MC-CDM을 이용함으로써, 다이버시티 이득 및 처리 이득을 얻을 수 있다. 여기서, 심볼간 간섭(ISI) 또는 다수 액세스 간섭(MAI) 등의 간섭은 OFDM 또는 MC-CDM에 의해 채용된 주기적 프리픽스(cyclic prefix) 또는 제로 패 딩(zero padding)에 의해 부분적으로 일시적으로 제거된다.
도 1은 일반화된 MC-CDM 구조의 일예를 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면,
Figure 112008084054711-pct00001
는 페이딩 채널의 주파수 응답을 나타내고, 여기서,
Figure 112008084054711-pct00002
는 각각의 서브캐리어의 주파수 영역 채널 응답을 위한 복소 가우시안 변수이다. 또한, 일반성의 손실 없이,
Figure 112008084054711-pct00003
는 전력 제한
Figure 112008084054711-pct00004
을 갖는 단위 심볼 프리코딩 매트릭스이다. 전통적인 MC-CDM의 일반화를 얻을 수 있다.
도 1의 프로세스는 채널 코딩 및 (U로 표현될 수 있는) 확산 및 멀티플렉싱을 포함한다. 그 후, 멀티플렉스된 데이터는 OFDM 변조 방식을 이용하여 변조된다.
수신단에서, OFDM 변조 심볼은 OFDM 복조 방식을 이용하여 복조된다. 그 후, 이들 심볼은 역확산 및 검출되고 채널 디코딩된다.
일반화된 MC-CDM 구조에 더하여, 회전된 MC-CDM, OFDM, 회전 OFDM (R-OFDM) 또는 왈시 하다마드 MC-CDM 등의 다른 구조가 이용될 수 있다.
회전된 MC-CDM에 대하여, α=cos(θ1) 및 β=sin(θ1)이면, 실제 값 회전 매트릭스는 수학식 1에서 다음과 같이 이용될 수 있다.
Figure 112008084054711-pct00005
Figure 112008084054711-pct00006
또한, OFDM에 대하여, αβ=0 또는 αβ*=0이면, U2 는 I2이 된다. 즉, U2는 코딩되지 않은 OFDM 또는 코딩되지 않은 OFDMA가 된다. 또한, 왈시 하다마드 MC-CDM에 대하여,
Figure 112008084054711-pct00007
및
Figure 112008084054711-pct00008
이면, U2=R2은 전통적인 왈시 하다마드 매트릭스가 된다.
도 2는 일반화된 MC-CDM 구조의 다른 예를 나타내는 도면이다. 도 2에서, 복수의 데이터가 입력되어 프리코딩 및/또는 회전된다. 여기서, 프리코딩 또는 회전은 또한 입력 데이터의 진폭 및/또는 위상의 조절을 의미한다.
프리코딩/회전에 대하여, 상이한 톤 또는 서브캐리어는 독립적으로 또는 함께 프리코딩/회전될 수 있다. 여기서, 입력 데이터 또는 데이터 스트림의 공동 프리코딩/회전은 단일 회전 매트릭스를 이용하여 수행될 수 있다. 다른 방법으로, 상이한 입력 데이터 또는 데이터 스트림은 다수의 그룹으로 분리되어 데이터 스트림의 각 그룹이 독립적으로 또는 함께 프리코딩/회전될 수 있다.
도 3은 그룹 상에서 프리코딩/회전을 수행하는 일반화된 MC-CDM 구조의 일예를 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 다수의 데이터 또는 데이터 스트림은 데이터 스트림 1, 2, ..., K 그룹으로 그룹핑되어 그룹별로 프리코딩/회전된다. 여기서, 프리코딩/회전은 필요하다면 진폭 및/또는 위상 조절을 포함할 수 있다. 그 후, 프리코딩/회전된 심볼이 맵핑된다.
또한, 상이한 그룹 상에서의 상이한 회전/프리코딩은 OFDM, MC-CDM 또는 R-OFDM의 혼합을 유도한다. 또한, 각 그룹의 회전/프리코딩은 QoS 필수요건, 수신기 프로파일 및/또는 채널 상태에 기초할 수 있다.
또는, 큰 프리코딩/회전 매트릭스를 사용하는 대신에, 작은 프리코딩/회전 매트릭스가 입력 데이터 스트림의 상이한 그룹에 독립적으로 또는 종속적으로 적용될 수 있다.
동작에 있어서, 실제 프리코딩/회전 동작은 다단으로 수행될 수 있다. 도 4는 다단 회전을 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 다수 데이터 또는 데이터 스트림이 입력되어 프리코딩/회전된다. 여기서, 이들 처리된 심볼은 둘 이상의 그룹으로 그룹핑된다. 각각의 그룹은 하나 이상의 심볼로 표현된다.
심볼의 회전에 대하여, 각 그룹의 심볼(들)은 확산 매트릭스를 사용하여 확산될 수 있다. 여기서, 그룹에 적용되는 확산 매트릭스는 달라질 수 있으며 구성될 수 있다. 심볼이 확산 매트릭스를 통해 처리된 후에, 출력(들)은 둘이상의 그룹으로 재그룹핑된다. 여기서, 재그룹핑된 출력은 둘 이상의 그룹의 각각으로부터 출력된 하나 이상의 선택된 출력을 포함한다.
그 후, 이들 재그룹핑된 출력은 확산 매트릭스를 이용하여 다시 확산될 수 있다. 그룹에 적용된 확산 매트릭스는 달라질 수 있으며 구성될 수 있다. 출력이 또다른 확산 매트릭스를 통해 처리된 후에, 역 고속 푸리에 변환(IFFT)에 입력된다.
다단 회전 등의 회전 방식은 또한 일반화된 MC-CDM 또는 멀티캐리어 코드 분할 다중 액세스(MC-CDMA)에 의해 채용될 수 있다. 도 5는 MC-CDM의 일반 블록을 나타내는 도면이다.
도 5는 일반화된 MC-CDM 구조의 다른 예를 나타내는 도면이다. 특히, 도 5를 참조하여 설명한 프로세스는 도 5가 회전(예를 들어, 다단 회전)을 이용하는 일반화된 MC-CDM 또는 MC-CDMA에 기초한다는 것을 제외하고 도 1과 유사하다. 여기서, 채널 코딩후에, 코딩된 데이터는 회전 및/또는 멀티플렉싱되고, 그 후 역 이산 푸리에 변환(IDFT) 또는 IFFT를 이용하여 변조된다.
수신단에서, 변조된 심볼은 이산 푸리에 변환(DFT) 또는 고속 푸리에 변환(FFT)을 이용하여 복조된다. 그 후, 복조된 심볼은 역확산 및 검출되고, 그 후, 채널 디코딩된다.
또한, 인터레이싱(interlacing)은 일반화된 MC-CDM에서 이용가능하다. 1xEV-DO (1x evolution data optimized) BCMCS 및 EBCMCS (enhanced BCMCS)에서, 다중경로 지연 확산은 약 Td=3.7μs이고 고유 대역폭은 약
Figure 112008084054711-pct00009
. 그러므로, 최대 주파수 다이버시티 차수는
Figure 112008084054711-pct00010
이다. 이것은, 최대 주파수 다이버시티를 획득하기 위하여, MC-CDM 확산 이득이 L≥5로 충분하다는 것을 의미한다.
상기 분석에 기초하여, 주파수 영역 인터레이스 MC-CDM이 사용될 수 있다. 도 6은 주파수 영역 인터레이스(interlaced) MC-CDM를 나타내는 도면이다. 도 6을 참조하면, 다르게 표시된 각각의 슬롯은 하나의 톤(또는 서브캐리어) 또는 다수 연속 톤(또는 서브캐리어)일 수 있다.
톤(들) 또는 서브캐리어(들) 또는 심볼(들)은 다르게 회전할 수 있다. 즉, 유클리디언 거리의 곱으로 정의될 수 있는 거리곱(product distance)은 최대화될 수 있다. 구제적으로, 변조 다이버시티를 최적화하는데 사용되는 최소 거리곱은 다음의 식로 표시된다. 최소 거리곱은 또한 유클리디언 거리 최소화로서 지칭될 수 있다.
Figure 112008084054711-pct00011
수학식 3을 참조하면, si ∈A는 전송된 심볼을 나타낸다. 또한, 최소 거리곱을 최대화하는 최적화는 다음의 식을 풀므로써 수행된다.
Figure 112008084054711-pct00012
수학식 4를 참조하면,
Figure 112008084054711-pct00013
이다.
예를 들어, 전통적인 QPSK에 대하여, U2(ejφ)는
Figure 112008084054711-pct00014
를 산출함으로써 결정된다. 여기서, Δ1,2∈{±1, ±j, ±1±j}이다.
설명한 바와 같이, 각각의 톤 또는 심볼은 다르게 회전할 수 있다. 예를 들어, QPSK이 제1 심볼에 적용될 수 있고, BPSK(binary phase shift keying)가 제2 심볼에 적용될 수 있고, 16QAM이 n번째 심볼에 적용될 수 있다. 다르게 말하면, 각각의 톤 또는 심볼은 상이한 변조 각을 갖는다.
회전 OFDM/MC-CDM (R-OFDM/MC-CDM)에서,
Figure 112008084054711-pct00015
이다. 회전된 MC-CDM에 대하여, 결합된 주파수 영역 채널 응답 매트릭스가 수학식 5와 같이 표시된다.
Figure 112008084054711-pct00016
변환의 효과는 수학식 6의 상관 매트릭스에 예시된다.
Figure 112008084054711-pct00017
도 3을 참조하면, 다이버시티는
Figure 112008084054711-pct00018
로 표시되고, 간섭 매트릭스는
Figure 112008084054711-pct00019
로 표시된다. 여기서, 간섭 매트릭스는 ISI 또는 다중 액세스 간섭(MAI)일 수 있다.
일반화된 MC-CDM의 전체 다이버시티는 수학식 7에 의해 표현될 수 있다.
Figure 112008084054711-pct00020
수학식 4를 참조하면, 일반화된 MC-CDM의 전체 다이버시티는 프리코딩 매트릭스(U)와 독립적이다. 그러나, 각각의 심볼 또는 사용자에 대하여 다이버시티 이 득은 서로 다르다.
또한, 일반화된 MC-CDM의 간섭은 수학식 8에 의해 표현될 수 있다.
Figure 112008084054711-pct00021
여기서,
Figure 112008084054711-pct00022
및
Figure 112008084054711-pct00023
이면, 자기 간섭(self-interference) 또는 다수 사용자 간섭이 존재한다. 즉, OFDM 같은 직교 변조에서의 주파수 선택성 때문에, 임의의 프리코딩 또는 확산이 적용될 때 가능한 간섭이 존재한다. 또한, 이 간섭은 회전각이
Figure 112008084054711-pct00024
일 때 최대화될 수 있다.
MC-CDM 트랜시버의 설계에 있어서, 심볼간 또는 다중 액세스 신호 대 간섭비(SIR)는 다음과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112008084054711-pct00025
수학식 9를 참조하면,
Figure 112008084054711-pct00026
는 채널 페이딩차를 나타낸다. SIR은 채널 페이딩 및 회전에 기초하여 정의될 수 있다.
회전은 또한 수신기 프로파일에 기초하여 수행될 수 있다. 이것은 상부층 시그널링을 통해 수행될 수 있다. 특히, 둘 이상의 파라미터, 즉, 확산 이득 및 회전각이 구성될 수 있다.
동작에 있어서, 수신기는 최적 회전각 및/또는 회전 인덱스를 포함하는 피드백 정보를 보낼 수 있다. 회전각 또는 회전 인덱스는 표 (또는 인덱스)에 기초한 송신기에 의해 적절한 회전각에 맵핑될 수 있다. 이 표 또는 인덱스는 송신기 및 수신기에 의해 알 수 있다. 이것은 송신기 및/또는 수신기에 대하여 최상의 시간인 임의의 시간에 수행될 수 있다.
예를 들어, 수신기(또는 액세스 단말)이 네트워크와 함께 등록되면, 네트워크에 그 프로파일을 전송한다. 이 프로파일은 회전각 및/또는 인덱스를 포함한다.
송신기가 수신기에 신호를 전송할 것으로 결정하기 전에, 수신기에 최상의 회전각을 문의할 수 있다. 응답으로, 수신기는 송신기의 최상의 회전각을 전송할 수 있다. 그 후, 송신기는 피드백 정보 및 그 결정에 기초하여 신호를 전송할 수 있다.
신호를 전송하는 동안, 송신기는 갱신된 회전각을 전송하도록 수신기에 주기적으로 요청할 수 있다. 또는, 송신기는 송신기가 송신을 완료한 후에 수신기에 회전각의 갱신을 요청할 수 있다.
언제라도, 수신기는 송신기에 갱신 (또는 갱신된 회전각)을 전송할 수 있다. 갱신(또는 피드백 정보)의 송신은 액세스 채널, 트래픽 채널, 제어 채널 또는 다른 가능한 채널을 통해 실행될 수 있다.
채널 코딩에 대하여, 코딩은 복조 에러를 최소화하고, 따라서, 더 높은 스펙 트럼 효율을 위한 신호 설계에 더하여 스루풋을 달성한다. 실제로, 최대 용량 코드는 구현 복잡성 및 성취가능한 성능에 대하여 균형을 맞추도록 설계된다.
그레이 코드는 반사(reflective) 이진 코드로서 알려진 채널 코딩의 일예이다. 그레이 코드 또는 반사 이진 코드는 2개의 연속값이 하나의 숫자에서만 다른 이진 숫자 체계이다. 도 7은 그레이(Gray) 코딩의 일예를 나타내는 도면이다.
그레이 맵핑이라고도 하는 비트-심볼 맵핑을 위한 그레이 코드는 다른 채널 코딩 방식으로 구현될 수 있다. 그레이 맵핑은 일반적으로 비트 에러 레이트(BER)을 최소화하는 최적 맵핑 규칙이다. 통상의 QPSK/QPSK 계층 변조(또는 16QAM 변조)를 위한 그레이 맵핑은 최소 유클리드 거리를 갖는 코드워드가 최소 해밍 거리를 갖는 도 8에 도시되어 있다.
다음의 도면에서, 그레이 맵핑 규칙이 설명된다. 특히, 각각의 보강층 비트-심볼 및 기본층 비트-심볼은 가장 가까운 2개의 심볼이 하나 또는 최소 비트(들)의 차를 갖는 그레이 맵핑 필수요건을 만족한다. 또한, 모든 비트-심볼 맵핑 규칙은 그레이 맵핑 규칙을 만족한다.
도 8은 통상의 QPSK/QPSK 계층 변조 또는 16QAM 변조를 위한 맵핑을 나타내는 도면이다. 도 8을 참조하면, 예를 들어, 기본층 비트가 검출될 때마다 보강층 비트-심볼 맵핑 표/규칙이 결정되도록 보강층 비트 및 기본층 비트가 임의로 결합될 수 있다. 또한, 기본층 및 보강층 모두 QPSK이다. 또한, 모든 포인트(또는 심볼)는 b0b1b2b3로 표현 및/또는 맵핑된다.
특히, 도면의 중심에 있는 원 및 2개의 포인트(또는 심볼)을 연결하는 선(예를 들어, 포인트(0011) 및 포인트(0001) 또는 포인트(0110) 및 포인트(1110))은 이웃간에 단 하나의 비트 차를 갖는 연결을 나타낸다. 여기서, 연결된 포인트들은 상이한 층으로부터 유래한다. 즉, 연결된 모든 포인트들(또는 심볼)은 다른 기본층 비트 및 보강층 비트이다.
또한, 모든 포인트는 4개의 비트(예를 들어, b0b1b2b3)로 표현될 수 있고, 제1 비트(b0) 및 제3 비트(b2)는 기본층 비트를 나타내고 제2 비트(b1) 및 제4 비트(b3)는 보강층 비트를 나타낸다. 즉, 기본층으로부터의 2개의 비트 및 보강층으로부터의 2개의 비트는 함께 인터리빙되어 모든 결과적인 포인트를 나타낸다. 2개의 층으로부터의 비트의 간단한 성상 대신에 비트를 인터리빙함으로써, 추가의 다이버시티 이득을 잠재적으로 얻을 수 있다.
도 9는 16QAM/QPSK를 위한 비트-심볼 맵핑의 일예를 나타내는 도면이다. 이 도면은 비트-심볼 맵핑을 나타낸다. 이 맵핑은 송신기 및 수신기에 의해 사용될 수 있다.
송신기가 비트(b0b1b2b3b4b5)를 송신하기를 원하면, 송신기는 송신할 맵핑 심볼을 찾을 필요가 있다. 그러므로, 수신기가 수신된 심볼을 복호하기를 원하면, 수신기는 이 도면을 이용하여 복조된 비트를 찾는다.
또한, 도 9는 16QAM/QPSK 계층 변조를 나타낸다. 즉, 기본층은 16QAM에 의해 변조되고, 보강층은 QPSK에 의해 변조된다. 또한, 16QAM/QPSK는 특별한 계층 변조라 지칭할 수 있다. 즉, 기본층 신호 및 보강층 신호는 상이한 초기 위상을 갖는다. 예를 들어, 기본층 신호 위상은 0이고 보강층 신호 위상은 θ이다.
도 9의 모든 심볼은 비트 시퀀스(s5s4s3s2s1s0)로 표현된다. 여기서, 비트(s3 및 s0)는 보강층으로부터의 비트이고, 나머지 비트(예를 들어, s5, s4, s2, 및 s1)는 기본층에 속한다.
도 10은 16QAM/QPSK를 위한 비트-심볼 맵핑의 다른 예를 나타내는 도면이다. 도 10 및 도 9는, 도 10의 모든 심볼이 비트 시퀀스(s5s4s3s2s1s0)에 의해 표현되고 비트(s5 및 s2)는 보강층으로부터의 비트이고 나머지 비트(예를 들어, s4, s3, s1, 및 s0)는 기본층으로부터의 비트라는 점에서 다르다.
도 11은 16QAM/QPSK를 위한 비트-심볼 맵핑의 다른 예를 나타내는 도면이다. 도 11 및 도 9 및/또는 도 10은, 도 11의 모든 심볼이 비트 시퀀스(s5s4s3s2s1s0)에 의해 표현되고 비트(s5 및 s4)는 보강층으로부터의 비트이고, 나머지 비트(예를 들어, s3, s3, s1, 및 s0)는 기본층으로부터의 비트라는 점에서 다르다.
도 12는 16QAM/QPSK를 위한 비트-심볼 맵핑의 다른 예를 나타내는 도면이다. 도 12 및 도 9, 도 10 및/또는 도 11은, 비트(s5 및 s2)는 보강층으로부터의 비트이고, 나머지 비트(예를 들어, s4, s3, s1, 및 s0)는 기본층으로부터의 비트라는 점에서 다르다. 위에서 말한 바와 같이, 도 12의 모든 심볼은 비트 시퀀스(s5s4s3s2s1s0) 로 표현된다.
상술한 바와 같은 비트 시퀀스 조합에 더하여, 다음의 계층적인 층 및 보강층 결합 가능성은 (1) s5s4s3s2s1s0=(b3b2b1e1b0e0), (2) s5s4s3s2s1s0=(b3e1b2b1b0e0), (3) s5s4s3s2s1s0=(b3b2b1b0e0e1), (4) s5s4s3s2s1s0=(e0e1b3b2b1b0), (5) s5s4s3s2s1s0=(e0b3b2e1b1b0), (6) s5s4s3s2s1s0=(b3b2e0b1b0e1), (7) s3s2s1s0=(e1b1e0b0), (8) s3s2s1s0=(e0b1e1b0), (9) s3s2s1s0=(e1e0b1b0), (10) s3s2s1s0=(e0e1b1b0), 및 (11) s3s2s1s0=(b1b0e0e1)를 포함한다.
상술한 결합에 더하여, 다른 많은 조합이 가능하다. 그러나, 이들 조합은 그레이 규칙 또는 그레이 맵핑 규칙인 동일한 규칙을 따른다. 상술한 바와 같이, 각각의 보강층 비트-심볼 맵핑 및 기본층 비트-심볼 맵핑은 가장 가까운 2개의 심볼이 하나 이하의 비트의 차를 갖는 그레이 맵핑 규칙 요건을 만족한다. 또한, 모든 비트-심볼 맵핑 규칙은 그레이 맵핑 규칙을 만족한다.
또한, 기본층 비트가 검출될 때마다 보강층 비트-심볼 맵핑 표/규칙이 결정되도록 보강층 비트 및 기본층 비트는 임의로 결합될 수 있다. 또한, 예를 들면, s3s2s1s0=e1e0b1b0 QPSK/QPSK에 대하여, 보강층을 위한 그레이 맵핑 규칙 s3s211=e1e011이 s3s210=e1e010과 정확히 동일하지 않도록 할 수 있다. 또한, 예를 들어, 가능한 s3s211=e1e011은 s3s210=e1e010로서 회전된 버전이고, s3s211=1111의 위치가 s3s211=1010 또는 s3s211=0110의 위치이다.
도 13는 QPSK/QPSK를 위한 비트-심볼 맵핑의 일예를 나타내는 도면이다. 도 13을 참조하면, 비트-심볼 맵핑은 송신기 및 수신기에 의해 사용될 수 있다. 송신기가 비트(b0b1b2b3)를 송신하기를 원하면, 송신기는 송신할 맵핑 심볼을 찾을 필요가 있다. 그러므로, 수신기가 수신된 심볼을 복조하기를 원하면, 수신기는 이 도면을 이용하여 복조된 비트를 찾을 수 있다.
또한, 도 13은 QPSK/QPSK 계층 변조를 나타낸다. 즉, 기본층은 QPSK에 의해 변조되고 보강층은 QPSK에 의해 변조된다. 또한, QPSK/QPSK는 특별한 계층 변조라 지칭된다. 즉, 기본층 신호 및 보강층 신호는 상이한 초기 위상을 갖는다. 예를 들어, 기본층 신호 위상은 0이고 보강층 신호 위상은 θ이다.
도 13의 모든 심볼은 비트 시퀀스(s3s2s1s0)로 표현된다. 여기서, 비트(s3 및 s1)은 보강층으로부터의 비트이고, 나머지 비트(예를 들어, s2, 및 s0)는 기본층에 속한다.
또한, QPSK/QPSK 예에서, 보강층 비트-심볼 맵핑 규칙은 기본층 심볼-맵핑과 다를 수 있다. 도 14는 기본층 0x0에 대한 보강층(enhancement layer) 비트-심볼을 나타내는 도면이다. 즉, 도 14는 기본층 비트가 맵핑되는 방법의 일예를 나타낸다.
예를 들어, 상부 우측의 사분면에 표시된 심볼은 "00"의 기본층 심볼을 나타낸다. 이것은, 기본층 비트가 "00"인 한, 보강층이 무엇이든간에, 대응하는 층 변 조 심볼이 이 사분면의 4개의 심볼중의 하나라는 것을 의미한다.
도 15는 기본층 0x1에 대한 보강층(enhancement layer) 비트-심볼을 나타내는 도면이다. 마찬가지로, 이 도면은 기본층 비트가 맵핑되는 방법의 다른 예를 나타낸다. 예를 들어, 상부 좌측 사분면의 심볼은 "01"의 기본층 심볼을 나타낸다. 이것은, 기본층 비트가 "01"인 한, 보강층이 무엇이든간에, 대응하는 층 변조 심볼이 상부 좌측의 사분면의 심볼중의 하나라는 것을 의미한다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 입력된 데이터 또는 데이터 심볼은 그레이 맵핑 규칙을 이용하여 채널 코딩된 후, 예를 들면 변조를 포함하는 다른 프로세스에 의해 처리된다. 여기에서 말하는 변조는 계층화된 (또는 중첩) 변조를 지칭한다. 계층화된 변조는 각각의 변조 심볼이 기본층 및 보강층에 대응하는 비트를 갖는 변조 타입이다. 이하의 설명에서, 계층화된 변조는 방송 및 멀티캐스트 서비스(BCMCS)와 관련하여 설명된다.
일반적으로, 계층화된 변조는 임의의 2개의 변조 방식의 중첩일 수 있다. BCMCS에서, QPSK 보강층은 기본 QPSK 또는 16QAM 층 상에 중첩되어 결과적인 신호 성상을 얻는다. 에너지 비율(r)은 기본층 및 보강층간의 전력비율이다. 또한, 보강층은 반시계방향으로 각θ만큼 회전된다.
도 16은 QPSK/QPSK 계층 변조에 대하여 계층화된 변조기의 신호 성상을 나타내는 도면이다. QPSK 기본층 및 QPSK 보강층을 의미하는 QPSK/QPSK 계층 변조를 참조하여, 각각의 변조 신호는 4개의 비트, 즉, s3, s2, s1, 및 s0를 포함한다. 여 기서, 2개의 최상위 비트(MSB) s3 및 s2 및 2개의 최하위 비트(LSB) s1 및 s0가 존재한다. 2개의 MSB은 기본층으로부터 유래하고 2개의 LSB는 보강층으로부터 유래한다.
기본층 및 보강층간의 에너지 비율(r)이 주어지면,
Figure 112008084054711-pct00027
및
Figure 112008084054711-pct00028
는 2(α2+β2)=1이 되도록 정의될 수 있다. 여기서, α는 기본층의 진폭을 나타내고, β는 보강층의 진폭을 나타낸다. 또한, 2(α2+β2)=1는 전력 제한 및 더 정확하게는 정규화(normalization)라 불리우는 제한이다.
표 1은 QPSK 기본층 및 QPSK 보강층을 갖는 계층화된 변조 표를 나타낸다.
Figure 112008084054711-pct00029
표 1을 참조하면, 각각의 칼럼은 4개의 비트(s3, s2, s1, 및 s0)에 대한 심볼 위치를 정의한다. 여기서, 각각의 심볼의 위치는 2차원 신호 공간 (mI, mQ)에 표시된다. 이것은 각각의 심볼이
Figure 112008084054711-pct00030
에 의해 표현될 수 있다는 것을 의미한다. 간단히 하면, 각각의 [s3, s2, s1, 및 s0]를 위한 복소 변조 심볼S=(mI, mQ)은
Figure 112008084054711-pct00031
에서 지정된다.
여기서, cos(2πf0t+φ0) 및 sin(2πf0t+φ0)는 초기 위상(φ0) 및 캐리어 주파수(f0)를 갖는 캐리어 신호를 나타낸다. 또한, φ(t)는 전송 심볼의 형상인 펄스 형상을 나타낸다.
S(t)의 상기 정의에서, mI 및 mQ 값을 제외하고, 다른 파라미터는 송신기 및 수신기 사이에서 공유될 수 있고 수신기 자체에 의해 검출될 수 있다. 정확하게 S(t)를 복조하기 위하여, mI 및 mQ의 가능한 값 정보를 정의하고 공유할 필요가 있다.
k번째 심볼에 대한 mI 및 mQ 값을 나타내는 mI(k) 및 mQ(k)의 가능한 값이 표 1에 기재되어 있다. 각각의 그룹 입력 비트(s3, s2, s1, 및 s0)를 표현하기 위하여, 심볼은 표에 도시된 대응하는 파라미터에 의해 변조된다.
복소 변조 심볼에 대한 설명은 다양한 계층화된 변조에 대한 다음의 설명에 유사 및 동일한 방식으로 적용될 수 있다. 즉, 복소 변조 심볼의 상술한 설명은 다음의 표에 적용될 수 있다.
도 17은 16QAM/QPSK 계층 변조에 대하여 계층화된 변조기의 신호 성상을 나타내는 도면이다. 16QAM 기본층 및 QPSK 보강층을 의미하는 16QAM/QPSK 계층 변조를 참조하면, 각각의 변조 심볼은 6개의 비트(s5, s4, s3, s2, s1 및 s0)를 포함한다. 4개의 MSB((s5, s4, s3 및 s2)는 기본층으로부터 유래하고 2개의 LSB(s1 및 s0)는 보강층으로부터 유래한다.
기본층 및 보강층간의 에너지 비율(r)이 주어지면,
Figure 112008084054711-pct00032
및
Figure 112008084054711-pct00033
는 2(α2+β2)=1이 되도록 정의될 수 있다. 여기서, α는 기본층의 진폭을 나타내고, β는 보강층의 진폭을 나타낸다. 또한, 2(α2+β2)=1는 전력 제한 및 더 정확하게는 정규화(normalization)라 불리우는 제한이다.
표 2은 16QAM 기본층 및 QPSK 보강층을 갖는 계층화된 변조 표를 나타낸다.
Figure 112008084054711-pct00034
Figure 112008084054711-pct00035
표 2을 참조하면, 각각의 칼럼은 6개의 비트(s5, s4, s3, s2, s1 및 s0)에 대한 심볼 위치를 정의한다. 여기서, 각각의 심볼의 위치는 2차원 신호 공간 (mI, mQ)에 표시된다. 이것은 각각의 심볼이
Figure 112008084054711-pct00036
에 의해 표현될 수 있다는 것을 의미한다. 간단히 하면, 각각의 [s5, s4, s3, s2, s1 및 s0]를 위한 복소 변조 심볼S=(mI, mQ)은
Figure 112008084054711-pct00037
에서 지정된다.
여기서, w0는 캐리어 주파수이고, π0는 캐리어의 초기 위상이고, φ(t)는 심볼 형상 또는 펄스 형상파이다. 여기서, cos(2πf0t+φ0) 및 sin(2πf0t+φ0)는 초기 위상(φ0) 및 캐리어 주파수(f0)를 갖는 캐리어 신호를 나타낸다. 또한, φ(t)는 전송 심볼의 형상인 펄스 형상을 나타낸다.
S(t)의 상기 정의에서, mI 및 mQ 값을 제외하고, 다른 파라미터는 송신기 및 수신기 사이에서 공유될 수 있고 수신기 자체에 의해 검출될 수 있다. 정확하게 S(t)를 복조하기 위하여, mI 및 mQ의 가능한 값 정보를 정의하고 공유할 필요가 있다.
k번째 심볼에 대한 mI 및 mQ 값을 나타내는 mI(k) 및 mQ(k)의 가능한 값이 표 1에 기재되어 있다. 각각의 그룹 입력 비트(s5, s4, s3, s2, s1 및 s0)를 표현하기 위하여, 심볼은 표에 도시된 대응하는 파라미터에 의해 변조된다.
또한, 계층 변조를 위한 BCMCS에 대한 또다른 응용예는 이하에서 설명한다. 일반적으로, 계층화된 변조는 임의의 2개의 변조 방식의 중첩일 수 있다. BCMCS에서, QPSK 보강층은 기본 QPSK 또는 16QAM 층 상에 중첩되어 결과적인 신호 성상을 얻는다. 에너지 비율(r)은 기본층 및 보강층간의 전력비율이다. 또한, 보강층은 반시계방향으로 각θ만큼 회전된다.
도 18은 QPSK/QPSK 계층 변조에 대하여 계층화된 변조기의 신호 성상을 나타내는 도면이다. QPSK 기본층 및 QPSK 보강층을 의미하는 QPSK/QPSK 계층 변조를 참조하여, 각각의 변조 신호는 4개의 비트, 즉, s3, s2, s1, 및 s0를 포함한다. 여기서, 2개의 최상위 비트(MSB) s3 및 s2 및 2개의 최하위 비트(LSB) s1 및 s0가 존재한다. 2개의 MSB은 기본층으로부터 유래하고 2개의 LSB는 보강층으로부터 유래한다.
기본층 및 보강층간의 에너지 비율(r)이 주어지면,
Figure 112008084054711-pct00038
및
Figure 112008084054711-pct00039
는 2(α2+β2)=1이 되도록 정의될 수 있다. 여기서, α는 기본층의 진폭을 나타내고, β는 보강층의 진폭을 나타낸다. 또한, 2(α2+β2)=1는 전력 제한 및 더 정확하게는 정규화(normalization)라 불리우는 제한이다.
표 3은 QPSK 기본층 및 QPSK 보강층을 갖는 계층화된 변조 표를 나타낸다.
Figure 112008084054711-pct00040
표 3을 참조하면, 각각의 칼럼은 4개의 비트(s3, s2, s1, 및 s0)에 대한 심볼 위치를 정의한다. 여기서, 각각의 심볼의 위치는 2차원 신호 공간 (mI, mQ)에 표시된다. 이것은 각각의 심볼이
Figure 112008084054711-pct00041
에 의해 표현될 수 있다는 것을 의미한다. 간단히 하면, 각각의 [s3, s2, s1, 및 s0]를 위한 복소 변조 심볼S=(mI, mQ)은
Figure 112008084054711-pct00042
에서 지정된다.
여기서, cos(2πf0t+φ0) 및 sin(2πf0t+φ0)는 초기 위상(φ0) 및 캐리어 주파수(f0)를 갖는 캐리어 신호를 나타낸다. 또한, φ(t)는 전송 심볼의 형상인 펄스 형상을 나타낸다.
S(t)의 상기 정의에서, mI 및 mQ 값을 제외하고, 다른 파라미터는 송신기 및 수신기 사이에서 공유될 수 있고 수신기 자체에 의해 검출될 수 있다. 정확하게 S(t)를 복조하기 위하여, mI 및 mQ의 가능한 값 정보를 정의하고 공유할 필요가 있다.
k번째 심볼에 대한 mI 및 mQ 값을 나타내는 mI(k) 및 mQ(k)의 가능한 값이 표 1에 기재되어 있다. 각각의 그룹 입력 비트(s3, s2, s1, 및 s0)를 표현하기 위하여, 심볼은 표에 도시된 대응하는 파라미터에 의해 변조된다.
도 19은 16QAM/QPSK 계층 변조에 대하여 계층화된 변조기의 신호 성상을 나타내는 도면이다. 16QAM 기본층 및 QPSK 보강층을 의미하는 16QAM/QPSK 계층 변조를 참조하면, 각각의 변조 심볼은 6개의 비트(s5, s4, s3, s2, s1 및 s0)를 포함한다. 4개의 MSB((s5, s4, s3 및 s2)는 기본층으로부터 유래하고 2개의 LSB(s1 및 s0)는 보강층으로부터 유래한다.
기본층 및 보강층간의 에너지 비율(r)이 주어지면,
Figure 112008084054711-pct00043
및
Figure 112008084054711-pct00044
는 2(α2+β2)=1이 되도록 정의될 수 있다. 여기서, α는 기본층의 진폭을 나타내고, β는 보강층의 진폭을 나타낸다. 또한, 2(α2+β2)=1는 전력 제한 및 더 정확하게는 정규화(normalization)라 불리우는 제한이다.
표 4은 16QAM 기본층 및 QPSK 보강층을 갖는 계층화된 변조 표를 나타낸다.
Figure 112008084054711-pct00045
Figure 112008084054711-pct00046
표 4을 참조하면, 각각의 칼럼은 6개의 비트(s5, s4, s3, s2, s1 및 s0)에 대한 심볼 위치를 정의한다. 여기서, 각각의 심볼의 위치는 2차원 신호 공간 (mI, mQ)에 표시된다. 이것은 각각의 심볼이
Figure 112008084054711-pct00047
에 의해 표현될 수 있다는 것을 의미한다. 간단히 하면, 각각의 [s5, s4, s3, s2, s1 및 s0]를 위한 복소 변조 심볼S=(mI, mQ)은
Figure 112008084054711-pct00048
에서 지정된다.
여기서, w0는 캐리어 주파수이고, π0는 캐리어의 초기 위상이고, φ(t)는 심볼 형상 또는 펄스 형상파이다. 여기서, cos(2πf0t+φ0) 및 sin(2πf0t+φ0)는 초기 위상(φ0) 및 캐리어 주파수(f0)를 갖는 캐리어 신호를 나타낸다. 또한, φ(t)는 전송 심볼의 형상인 펄스 형상을 나타낸다.
S(t)의 상기 정의에서, mI 및 mQ 값을 제외하고, 다른 파라미터는 송신기 및 수신기 사이에서 공유될 수 있고 수신기 자체에 의해 검출될 수 있다. 정확하게 S(t)를 복조하기 위하여, mI 및 mQ의 가능한 값 정보를 정의하고 공유할 필요가 있다.
k번째 심볼에 대한 mI 및 mQ 값을 나타내는 mI(k) 및 mQ(k)의 가능한 값이 표 1에 기재되어 있다. 각각의 그룹 입력 비트(s5, s4, s3, s2, s1 및 s0)를 표현하기 위하여, 심볼은 표에 도시된 대응하는 파라미터에 의해 변조된다.
표 1 내지 4의 mI 및 mQ의 정의에 대하여, 상기 내용에 더하여, 회전각(θ)은 표와 함께 송신기와 수신기 사이에서 공유될 필요가 있다. 표 5는 수신기와 송신기가 회전각 정보를 공유하는 방법에 관한 문체를 처리하는데 사용될 수 있다.
이 때문에, 표 5는 회전각에 4 비트를 정의 및/또는 맵핑하는데 사용된다. 이 표를 수신기가 미리 알면, 송신기는, 변조되고 계층화되고 회전된 다음의 심볼을 복조하기 위한 초기 회전각을 수신기에 알리기 위해 단지 4 비트를 수신기로 보낼 필요가 있다. 이 표는 4 비트 및 균일한 양자화로 회전각(θ)을 양자화하는 예이다. 상이한 정확도를 위한 상이한 양자화 규칙 및 다른 수의 비트로 회전각(θ)을 양자화할 수 있다.
특히, 이 표는 계층 변조가 가능할 때 송신기 및 수신기(예를 들어, 액세스 네트워크 및 액세스 단말)에 의해 미리 공유하거나, 수신기(예를 들어, 액세스 단말)에 방송으로 다운로드 되거나 송신기(예를 들어, 액세스 네크워크)에 의해서만 이용될 수 있다. 계층 변조에 대한 디폴트(default) 회전 워드는 0.0에 대응하는 0000이다.
또한, 이 표는, 계층화되고 회전된 변조를 복조하기 위해 수신기에 의해 사용될 수 있다. 통상의 또는 회전되지 않은 계층화된 변조와 비교하여, 초기 회전각은 제로(0)이다. 제로의 초기 회전각의 정보는 송신기 및 수신기간의 암묵적인 합의이다. 그러나, 계층화되고 회전된 변조를 위하여, 이 정보는 송신기 및/또는 수신기 사이에서 암묵적으로 공유되지 않을 수 있다. 즉, 이 초기 회전각을 수신기로 송신하거나 알리는 메카니즘이 필요하다.
인덱스
 회전각에 대한 비트
 맵핑된 회전각(도)
단위(도) 단위(라디언)
0 0000 0.0 0.0
1 0001 2.81 0.04909
2 0011 5.63 0.09817
3 0010 8.44 0.1473
4 0110 11.25 0.1963
5 0111 14.06 0.2454
6 0101 16.88 0.2945
7 0100 19.69 0.3436
8 1100 22.50 0.3927
9 1101 25.31 0.4418
10 1111 28.13 0.4909
11 1110 30.94 0.5400
12 1010 33.75 0.5890
13 1011 36.56 0.6381
14 1001 39.38 0.6872
15 1000 42.19 0.7363
BCMCS에 대한 계층화된 또는 중첩 변조의 다른 응용에서, 계층화된 변조는 임의의 2개의 변조 방식의 중첩일 수 있다. BCMCS에서, QPSK 보강층은 기본 QPSK 또는 16QAM 층 상에 중첩되어 결과적인 신호 성상을 얻는다. 에너지 비율(r)은 기본층 및 보강층간의 전력비율이다. 또한, 보강층은 반시계방향으로 각θ만큼 회전된다.
도 20은 QPSK 기본층 및 QPSK 보강층을 갖는 계층 변조에 대한 신호 성상을 나타내는 도면이다. 도 20을 참조하면, 각각의 변조 신호는 4개의 비트, 즉, s3, s2, s1, 및 s0를 포함한다. 여기서, 2개의 최상위 비트(MSB) s3 및 s1 및 2개의 최하위 비트(LSB) s2 및 s0가 존재한다. 2개의 MSB은 기본층으로부터 유래하고 2개의 LSB는 보강층으로부터 유래한다.
기본층 및 보강층간의 에너지 비율(r)이 주어지면,
Figure 112008084054711-pct00049
및
Figure 112008084054711-pct00050
는 2(α2+β2)=1이 되도록 정의될 수 있다. 여기서, α는 기본층의 진폭을 나타내고, β는 보강층의 진폭을 나타낸다. 또한, 2(α2+β2)=1는 전력 제한 및 더 정확하게는 정규화(normalization)라 불리우는 제한이다.
표 6은 QPSK 기본층 및 QPSK 보강층을 갖는 계층화된 변조 표를 나타낸다.
Figure 112008084054711-pct00051
표 6을 참조하면, 각각의 칼럼은 4개의 비트(s3, s2, s1, 및 s0)에 대한 심볼 위치를 정의한다. 여기서, 각각의 심볼의 위치는 2차원 신호 공간 (mI, mQ)에 표시된다. 이것은 각각의 심볼이
Figure 112008084054711-pct00052
에 의해 표현될 수 있다는 것을 의미한다. 간단히 하면, 각각의 [s3, s2, s1, 및 s0]를 위한 복소 변조 심볼S=(mI, mQ)은
Figure 112008084054711-pct00053
에서 지정된다.
여기서, cos(2πf0t+φ0) 및 sin(2πf0t+φ0)는 초기 위상(φ0) 및 캐리어 주파수(f0)를 갖는 캐리어 신호를 나타낸다. 또한, φ(t)는 전송 심볼의 형상인 펄스 형상을 나타낸다.
S(t)의 상기 정의에서, mI 및 mQ 값을 제외하고, 다른 파라미터는 송신기 및 수신기 사이에서 공유될 수 있고 수신기 자체에 의해 검출될 수 있다. 정확하게 S(t)를 복조하기 위하여, mI 및 mQ의 가능한 값 정보를 정의하고 공유할 필요가 있다.
k번째 심볼에 대한 mI 및 mQ 값을 나타내는 mI(k) 및 mQ(k)의 가능한 값이 표 1에 기재되어 있다. 각각의 그룹 입력 비트(s3, s2, s1, 및 s0)를 표현하기 위하여, 심볼은 표에 도시된 대응하는 파라미터에 의해 변조된다.
도 21은 16QAM/QPSK 계층 변조에 대하여 계층화된 변조기의 신호 성상을 나타내는 도면이다. 16QAM 기본층 및 QPSK 보강층을 의미하는 16QAM/QPSK 계층 변조를 참조하면, 각각의 변조 심볼은 6개의 비트(s5, s4, s3, s2, s1 및 s0)를 포함한다. 4개의 MSB((s5, s4, s3 및 s2)는 기본층으로부터 유래하고 2개의 LSB(s1 및 s0)는 보강층으로부터 유래한다.
기본층 및 보강층간의 에너지 비율(r)이 주어지면,
Figure 112008084054711-pct00054
및
Figure 112008084054711-pct00055
는 2(α2+β2)=1이 되도록 정의될 수 있다. 여기서, α는 기본층의 진폭을 나타내고, β는 보강층의 진폭을 나타낸다. 또한, 2(α2+β2)=1는 전력 제한 및 더 정확하게는 정규화(normalization)라 불리우는 제한이다.
표 7은 16QAM 기본층 및 QPSK 보강층을 갖는 계층화된 변조 표를 나타낸다.
Figure 112008084054711-pct00056
Figure 112008084054711-pct00057
표 7을 참조하면, 각각의 칼럼은 6개의 비트(s5, s4, s3, s2, s1 및 s0)에 대한 심볼 위치를 정의한다. 여기서, 각각의 심볼의 위치는 2차원 신호 공간 (mI, mQ)에 표시된다. 이것은 각각의 심볼이
Figure 112008084054711-pct00058
에 의해 표현될 수 있다는 것을 의미한다. 간단히 하면, 각각의 [s5, s4, s3, s2, s1 및 s0]를 위한 복소 변조 심볼S=(mI, mQ)은
Figure 112008084054711-pct00059
에서 지정된다.
여기서, w0는 캐리어 주파수이고, π0는 캐리어의 초기 위상이고, φ(t)는 심볼 형상 또는 펄스 형상파이다. 여기서, cos(2πf0t+φ0) 및 sin(2πf0t+φ0)는 초기 위상(φ0) 및 캐리어 주파수(f0)를 갖는 캐리어 신호를 나타낸다. 또한, φ(t)는 전송 심볼의 형상인 펄스 형상을 나타낸다.
S(t)의 상기 정의에서, mI 및 mQ 값을 제외하고, 다른 파라미터는 송신기 및 수신기 사이에서 공유될 수 있고 수신기 자체에 의해 검출될 수 있다. 정확하게 S(t)를 복조하기 위하여, mI 및 mQ의 가능한 값 정보를 정의하고 공유할 필요가 있다.
k번째 심볼에 대한 mI 및 mQ 값을 나타내는 mI(k) 및 mQ(k)의 가능한 값이 표 1에 기재되어 있다. 각각의 그룹 입력 비트(s5, s4, s3, s2, s1 및 s0)를 표현하기 위하여, 심볼은 표에 도시된 대응하는 파라미터에 의해 변조된다.
그러나, 보강층 신호 성상이 회전하고 파워 분할 비율이 변화할 때 유클리드 거리 프로파일은 변화할 수 있다. 이것은 도 21의 본래의 그레이 맵핑이 예를 들어 항상 선택적인 것은 아닐 수 있다는 것을 의미한다. 이 경우, 각각의 유클리디언 거리 파일예에 기초하여 비트-심볼 재맵핑을 수행할 필요가 있다. 도 22는 회전된 QPSK/QPSK 계층 변조를 위한 그레이 맵핑을 나타내는 도면이다.
신호 성상의 BER 성능은 특히 SNR이 높을때 최소 유클리디언 거리를 갖는 심볼 쌍에 의해 조정될 수 있다. 그러므로, 가장 가까운 2개의 신호에 대한 코드가 최소 거리를 갖는 최적의 비트-심볼 맵핑 규칙을 찾아야 한다.
일반적으로, 채널 코딩과 함께 수행되는 2차원 신호에서의 그레이 맵핑은 유사하고 동일한 신호를 위한 BER를 최소화하기 위하여 선택적일 수 있다. 통상의 계층 신호 성상을 위한 그레이 맵핑이 도 21에 도시된다. 여기서, 2개의 가장 가까운 신호를 위한 코드는 하나의 비트에서만 다르다. 그러나, 이런 종류의 클리언 거리 프로파일은 계층 변조에서 고정되지 않을 수 있다. 상이한 회전각을 갖는 16QAM/QPSK 계층 변조의 최소 유클리디언 거리의 예가 도 23에 도시된다.
도 23은 보강된 QPSK/QPSK 계층 변조의 일예를 나타내는 도면이다. 도 23을 참조하면, 기본층은 QPSK로 변조되고 보강층은 회전된 QPSK로 변조된다. 계층 변조가 적용되면, 새로운 QPSK/QPSK 계층 변조가 이 도면에 도시된 바와 같이 얻어질 수 있따.
또한, 2층 계층 변조에서 전력 분할 비율이 증가할 때 층간 유클리디언 거리가 가장 작아질 수 있다. 이것은 보강층이 회전될 때 발생할 수 있다. 유클리디언 거리 프로파일이 계층 변조에서 변할 때 BER을 최소화하기 위하여, 도 24 및 25에 도시된 바와 같이 비트-심볼 맵핑이 재수행될 수 있다.
도 24는 새로운 QPSK/QPSK 계층 변조의 일예를 나타내는 도면이다. 도 25는 새로운 QPSK/QPSK 계층 변조의 다른 예를 나타내는 도면이다.
상술한 바와 같이, 새로운 비트-심볼 발생 구조가 도입될 수 있다. 종래의 구조에 따르면, 심볼 맵핑 모드 선택이 이용되지 않았다. 도 26은 새로운 비트-심볼 블록을 나타내는 도면이다. 여기서, 비트-심볼 맵핑이 수행될 때 심볼 맵핑 모드가 선택될 수 있다. 특히, 새로운 심볼 맵핑 모드 선택 블록이, 사용된 계층 변조 및 채널 코딩의 신호 성상에 기초하여 비트-심볼 맵핑 규칙을 제어 및/또는 선택하도록 추가될 수 있다.
본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명은 다양하게 변경될 수 있다. 본 발명은 첨부된 청구범위 및 그 동등물의 범위내에서 제공되는 변형을 커버한다.

Claims (24)

  1. 무선 통신 시스템에서 심볼을 할당하는 방법에 있어서,
    하나 이상의 사용자로부터 하나 이상의 데이터 스트림을 수신하는 단계;
    상기 하나 이상의 데이터 스트림을 하나 이상의 그룹으로 그룹핑하되, 각각의 그룹은 하나 이상의 데이터 스트림을 포함하는 단계;
    상기 각각의 그룹을 직렬로 다단 프리코딩하는 단계; 및
    프리코딩된 심볼을 할당하는 단계를 포함하는 심볼 할당 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 그룹은 그룹별로 프리코딩되는 것을 특징으로 하는 심볼 할당 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 각각의 그룹은 독립 회전 매트릭스를 이용하여 그룹별로 프리코딩되는 것을 특징으로 하는 심볼 할당 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 그룹은 동일한 프리코딩 모듈에서 함께 프리코딩되는 것을 특징으로 하는 심볼 할당 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 각각의 그룹은 동일한 프리코딩 모듈에서 단일 회전 매트릭스를 이용하여 함께 프리코딩되는 것을 특징으로 하는 심볼 할당 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 직렬로 다단 프리코딩하는 단계는 독립 확산 매트릭스를 각각의 그룹에 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 심볼 할당 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 프리코딩은 위상 조절 또는 진폭 조절의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 심볼 할당 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 무선 통신 시스템은 직교 주파수 분할 멀티플렉싱(OFDM) 시스템, 직교 주파수 분할 다중 액세스(OFDMA) 시스템, 멀티캐리어 코드 분할 멀티플렉싱(MC-CDM) 또는 멀티캐리어 코드 분할 다중 액세스(MC-CDMA) 중의 하나인 것을 특징으로 하는 심볼 할당 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 할당된 심볼을 역 고속 푸리에 변환(IFFT) 또는 역 이산 푸리에 변환(IDFT)을 이용하여 변조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 심볼 할당 방법.
  10. 제1항에서, 상기 프리코딩된 심볼을 할당하는 단계는,
    계층 변조 신호 성상(constellation)에서 비트-투-심볼(bit-to-symbol) 맵핑 규칙에 따라 다수 심볼을 할당하는 단계를 포함하고,
    상기 맵핑 규칙은 가장 가까운 2개의 심볼 사이에서 비트 값의 차가 하나인 것을 특징으로 하는 심볼 할당 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 다수 심볼은 상이한 초기 변조 위상을 갖는 것을 특징으로 하는 심볼 할당 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 계층 변조 신호 성상은 하나의 기본층 신호 성상 및 하나 이상의 보강층 신호 성상을 포함하는 것을 특징으로 하는 심볼 할당 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 보강층에 적용된 맵핑 규칙은 각각의 기본층 심볼 위치에 기초한 가능한 모든 보강층 맵핑 규칙의 풀(pool)로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 심볼 할당 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 계층 변조 신호 성상은 하나의 기본층 신호 성상 및 하나 이상의 보강층 신호 성상을 포함하고, 상기 맵핑 규칙은 비트-투-심볼 맵핑 규칙에 의해 표현되는 것을 특징으로 하는 심볼 할당 방법.
  15. 제10항에 있어서,
    인터리빙 또는 연결(concatenating) 기술을 이용하여 기본층을 위한 비트와 보강층을 위한 비트를 멀티플렉싱하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 심볼 할당 방법.
  16. 삭제
  17. 제10항에 있어서,
    변조 방식은 PSK(phase shift keying), 회전 PSK, QPSK(quadrature phase shift keying), 회전 QPSK, 8-PSK, 회전 8-PSK, 16QAM(quadrature amplitude modulation) 및 회전 16QAM을 포함하는 것을 특징으로 하는 심볼 할당 방법.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 비트-투-심볼 맵핑 규칙은 그레이 맵핑 규칙인 것을 특징으로 하는 심볼 할당 방법.
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 제12항에 있어서,
    기본층 신호 및 보강층 신호는 상이한 초기 변조 및 전송 위상을 갖는 것을 특징으로 하는 심볼 할당 방법.
  22. 제12항에 있어서,
    기본층 신호 및 보강층 신호는 동일한 비트-투-맵핑 규칙을 갖는 것을 특징으로 하는 심볼 할당 방법.
  23. 제12항에 있어서,
    기본층 신호 및 보강층 신호는 상이한 비트-투-심볼 맵핑 규칙을 갖는 것을 특징으로 하는 심볼 할당 방법.
  24. 삭제
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