KR100991781B1 - 다중입력 다중출력 시스템에 있어서 송수신 신호처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다중입력/다중출력(MIMO; Multi-input Multi-output) 시스템에 적용되는 송신 신호 처리 방법에 있어서, 데이터 블럭에 오류 체크 비트를 첨부하는 단계와, 채널 코딩을 수행하는 단계와, 상기 채널 코딩된 각 데이터 블럭에 대하여 레이트 매칭(rate matching)을 수행하는 단계 및 상기 데이터 블럭에 대하여 공간적 분할(spatial segmentation)을 수행하는 단계를 포함하는 다중입력/다중출력 시스템에 적용되는 송신 신호 처리 방법에 관한 것으로써, 데이터 블록에 오류 검사 코드(CRC; cyclic redundancy checking)를 하나만 붙임으로써 각 데이터 블록에 대한 상향 링크 전송 성공 여부 신호를 하나만 전송할 수 있도록 하여 최대/평균 전력 비(PAPR; Peak-to-Average-Power Ratio)에 있어서 이득을 줄 수 있는 효과가 있다. 한편, 큰 코딩 블록 사이즈를 사용하게 되어 코딩 다이버시티를 얻을 수 있으므로 시스템 성능 향상에 도움을 줄 있는 다른 효과가 있다.

다중입력/다중출력, V-BLAST, 순환 오류 덧붙임 검사(CRC), 공간적 분할

Description

다중입력 다중출력 시스템에 있어서 송수신 신호처리 방법{Method for Processing Transmitting and Receiving signal in MIMO System}

도 1 은 종래 기술에 따른 V-BLAST(Vertical Bell Laboratories Layered Space Time) 시스템을 나타낸 일실시예 구성도.

도 2 는 본 발명이 적용되는 송신 신호 처리 방법을 나타낸 일실시예 흐름도.

도 3 은 본 발명에 따른 데이터 블럭 분할 과정을 나타낸 일실시예 흐름도.

본 발명은 다중입력/다중출력(MIMO; Multi-input Multi-output) 시스템에 적용되는 신호 처리 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하나의 데이터 블럭에 오류 검출 비트를 첨부하고 이를 분할하여 전송하는 방법 및 이를 수신한 수신단에서 신호를 처리하는 방법에 관한 것이다.

도 1 은 종래 기술에 따른 V-BLAST(Vertical Bell Laboratories Layered Space Time) 시스템의 구성을 나타낸 일실시예 구성도이다. 도 1 에 도시된 바와 같이, V-BLAST는 다중입력/다중출력 시스템의 일종이므로 다수의 송/수신 안테나를 구비한다. 송신단에서 M 개의 안테나(12)를 사용하여 데이터를 전송하며, 수신단에서 N 개의 안테나(14)를 사용하여 상기 송신단에서 전송된 데이터를 수신한다.

다중입력/다중출력(MIMO; Multi-input Multi-output) 시스템에 있어서 종래 기술의 하나인 V-BLAST 시스템의 구성을 도 1 에 도시하였다. 종래 기술의 참조 문헌은 다음과 같다. P.W. Wolniansky, G. J. Foschini, G.D. Golden and R. A. Valenzuela, “V-BLAST: An Architecture for Realizing Very High Data Rates Over the Rich-Scattering Wireless Channel”, IEE Elctronics Letters, vol. 35, no. 1, pp. 14~16, January, 1999.

상기 다중입력/다중출력 시스템의 송신단에서는 송신될 데이터들에 대해 순차적으로 발생하는 데이터들을 각각의 송신 안테나를 통해 전송하기 위하여 벡터 인코더(Vector Encoder)(12)를 구비한다. 즉, 상기 벡터 인코더는 순차적으로 발생되는 데이터들을 각 안테나를 통해 병렬적으로 전송하기 위한 직-병렬 전환회로를 구비한다. 그리고, 이렇게 병렬로 전환된 데이터를 각 안테나(13)를 통해서 전송하되, 안테나들이 각각 다른 신호들을 전송하도록 한다.

상기와 같은 다중입력/다중출력 시스템에 있어서는, 송신단 안테나 중에서 특정한 안테나를 통해 송신된 신호가 제대로 검출이 되는지를 수신단에서 알려줌으로써 송신단에서 송신한 신호를 수신단에서 오류 없이 검출할 수 있도록 하는 기술이 필요하다. 이러한 방법 중의 하나로 주기적 덧붙임 검사(CRC; cyclic redundancy checking) 가 있다. 그러나 데이터 복조 방법에 대해서는 제안된 바 있지만 오류 검출에 대한 방법이 개발되지 않고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 다중입력/다중출력(MIMO) 시스템에 적용되는 송신 신호 처리 방법 및 이에 대응한 수신 신호 처리 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 다중입력/다중출력(MIMO; Multi-input Multi-output) 시스템에 적용되는 송신 신호 처리 방법에 있어서, 데이터 블럭에 오류 체크 비트를 첨부하는 단계와, 채널 코딩을 수행하는 단계와, 상기 채널 코딩된 각 데이터 블럭에 대하여 레이트 매칭(rate matching)을 수행하는 단계 및상기 데이터 블럭에 대하여 공간적 분할(spatial segmentation)을 수행하는 단계를 포함하여 이루어진다.

상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

V-BLAST(Vertical Bell Laboratories Layered Space Time) 시스템의 송신단에서는 다수의 안테나를 통해 각각의 안테나 마다 서로 다른 신호를 송신하도록 하고, 수신단에서는 다수의 안테나를 통해 전송된 신호를 수신한다. 그리고 별도의 알고리즘을 사용하여 각각 다른 안테나를 통해 다르게 전송된 신호를 검출해 낸다.

상기와 같이, V-BLAST 시스템의 송신단에서는 각 송신 안테나 마다 별도의 신호 처리나 공간-시간 코드(Space-Time Code)를 사용하지 않고, 단순히 입력되는 데이터를 각각 다른 안테나를 통해 전송한다. 그리고, 수신단에서는 각각 송신 안테나에서 다르게 전송된 신호를 적절한 신호처리를 통해 검출한다.

수신단의 신호 처리 과정은 다음과 같다. 수신단에서 특정 송신 안테나를 통해 송신된 신호를 검출할 때는 다른 송신 안테나를 통해 송신된 신호를 간섭 신호로 취급하여 신호를 검출한다. 즉, 수신 배열(array) 안테나의 웨이트 벡터를 각 송신 안테나를 통해 송신된 신호 각각에 대해서 계산하고, 먼저 검출된 신호의 영향을 수신단에서 제거하는 방법을 사용한다. 한편, 각 송신 안테나에서 송신된 신호들 중 신호 대 간섭 잡음비가 큰 순서대로 검출하도록 하는 방법도 사용할 수 있다.

종래 기술에 따른 데이터 전송 방법은 송신단에서 발생한 데이터를 각 송신 안테나에 분배할 수 있도록 직-병렬 전환부를 두어 각 송신 안테나를 통해 서로 독립적인 신호가 송신되도록 한다. 그리고 수신단에서 신호 처리를 통해 각 송신 안테나로부터 송신된 신호를 검출하는 방법을 사용한다.

이런 방법이 그대로 유효하기 위해서는 각 송신 안테나에서 독립적으로 송신된 신호가 이동 통신 채널을 거치는 동안 그 독립성이 그대로 유지되어야 하는데, 실제로는 송신 안테나 배열(array)의 각 송신 안테나 간에 어느 정도의 상관 (correlation)이 존재하고, 아울러 수신 안테나 배열(array)의 수신 안테나 간에도 어느 정도의 상관이 존재하여 송신 각 안테나에서 송신된 신호의 독립성을 보장할 수 없게 된다.

또한, 이동 통신 채널도 각 송신 안테나와 각 수신 안테나간의 독립적인 채 널을 보장해야 하지만 실제는 각 송신 안테나와 각 수신 안테나의 곱의 수만큼의 독립적인 채널을 보장하지 못할 수도 있다. 즉, 송신 배열의 안테나에서 각각 독립적으로 송신되는 신호를 수신하여 수신단에서 이를 처리하는 경우, 각각 독립적으로 처리하는데 있어 각 채널의 독립성이 보장되지 못하게 되면, 특정 송신 안테나의 신호가 수신단에서 독립적으로 검출하는 것이 어렵게 된다.

그러면, 상기 송신 안테나에서 전송된 신호는 수신단에서 계속 오류를 발생시키거나 잘못된 신호를 검출하게 된다. 기존의 BLAST 송신 기술은 채널의 독립성이 깨어지는 경우 채널의 변화 정도에 능동적으로 대처할 수 없다.

다수의 안테나를 사용하는 송신단에서 각 안테나에서 송신하는 신호는 서로 독립적이므로 수신단에서도 각 안테나에서 송신한 신호를 독립적으로 수신할 수 있어야 하지만 이동 통신 채널 환경에서 각 채널이 선형적으로 상호 종속하는(linearly dependent) 상황이 되면, 각 안테나에서 송신한 신호를 수신단에서 정확히 검출할 수 없게 된다.

본 발명을 상세히 설명하기 위해 일 실시예로서 M 개의 송신 안테나와, N 개의 수신 안테나를 이용한 다중입력/다중출력(MIMO; Multi-input Multi-output) 시스템을 가정한다. 다중입력/다중출력(MIMO; Multi-input Multi-output) 시스템에 있어서, 다수의 안테나로 구성된 송신단은 각 안테나로 보낼 데이터 블록에 주기적 덧붙임 검사(CRC; cyclic redundancy checking)와 같은 오류 검사 비트를 첨가한다. 그리고, 상기 오류 검사 비트를 첨가한 데이터 블록을 각 송신 안테나를 통해 전송할 수 있도록 분리하고, 분리된 데이터가 각 안테나를 통해 전송될 수 있도록 직-병렬을 변환과정을 거쳐 다수의 안테나를 통해 송신된다.

한편, 수신단에서는 송신단에서 전송된 신호 중 특정 안테나를 통해 보낸 신호 블럭들을 복조하고, 복조된 데이터를 합하여 디코딩하고 오류 여부를 체크한다. 그리고, 각 송신 안테나에서 송신된 신호를 제로포싱(ZF; Zero Forcing) 또는 최소 평균 자승 오차(MMSE; Minimum Mean Square Error) 등으로 간섭소거(interference), 간섭널링(interference nulling) 등의 방법을 통해 전송된 신호를 검출하게 된다.

도 2 는 본 발명이 적용되는 송신 신호 처리 방법을 나타낸 일실시예 흐름도이다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 전송하는 데이터 블럭에는 주기적 덧붙임 검사(CRC; cyclic redundancy checking) 비트를 붙이고(S21), 비트 스크램블링을 수행한다(S22). 그리고, 코드 블럭 분할(S23)을 거쳐 채널 코딩을 수행한다(S24). 데이터 스트림 별로 서로 다른 변조 방식과 코딩 방식을 가지는 시스템의 경우에는, 각 안테나에 전송되는 데이터 양에 맞추어서 레이트 매칭(rate matching)을 수행한다(S25). 레이트 매칭 후에는 공간적 분할(spatial segmentation)을 수행한다(S26).

상기 공간적 분할(S26)은, 상위 계층(layer)에서 크기가 N 인 전송 블럭(transport block)이 전달되었다고 할 때, 24 비트 길이의 CRC 를 붙인 후(S21), 채널코딩(S24)을 거친 후 레이트 매칭(S25)을 거쳐서 각 안테나로 전송되는 비율에 맞게 데이터 블록을 나누는 것을 의미한다. 따라서, 채널 코딩(S24)을 통과한 데이터 블록의 크기는 3(N+24)+12 가 된다. 이 블록은 레이트 매칭(S25) 된 후, 안테나로 전송되는 비율에 맞게 나누어져서 안테나로 전송되게 된다. 레이트 매칭(S25)을 통과한 데이터 블록은 펑처링(puncturing) 이나 리피티션(repetition)이 수행되기 때문에 데이터 블록 크기는 다음 수학식 1 과 같이 표현할 수 있다.

M 개의 송신 안테나 별로 변조 및 멀티코드 수를

(j=1, 2,...,M)로 표현할 수 있다. 여기서

는 j 번째의 안테나의 변조 방식을 나타내고

,

는 j 번째 안테나로 전송되는 데이터를 보내기 위한 멀티 코드 수를 나타낸다. 여기서 멀티 코드 수는 코딩 레이트로 환산할 수 있다. 즉, 고속 하향 링크 패킷 접속(HSDPA; High Speed Downlink Packet Access)의 경우 SF=16 이고, QPSK 나 16QAM 을 사용하므로 하나의 HS-DSCH 서브프레임(sub-frame)으로 전송할 수 있는 데이터 양은 960 비트 또는 1920 비트이다. 여기서 멀티 코드 수 c 를 곱한 값이 실제로 전송되는 데이터 비트 수이므로 코딩 레이트는 QPSK 의 경우 N/(960*c)가 된다. 송신안테나 별로 변조 및 멀티코드 조합이

라면 j 번째 안테나에는 다음 수학식 2 와 같이 블록 크기를 정할 수 있다.

연산으로 인해

일 경우 남는 비트들을 순서대로 안테나마다 할당한다. 즉,

남았다면 첫번째 안테나부터

번째 안테나까지 한 비트씩 할당할 수 있다. 이렇게 각 안테나별로 할당된 데이터 블럭은 독립적으로 물리채널 분할(S27), 인터리빙(interleaving)(S28), 콘스털레이션 재배열(constellation rearrangement)(S29), 물리채널 매핑(physical channel mapping)(S30) 등의 과정을 거쳐서 전송된다. 상기 콘스털레이션 재배열(S29)은 16QAM 으로 변조되는 경우에, 수행될 수 있다. 1/3 코딩 레이트의 터보 코딩을 사용하는 경우에는 레이트 매칭 입력 단의 데이터 블록의 크기는 3의 배수가 된다.

본 발명의 수신단의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다. 먼저, 송신단에서 전송된 데이터는 각 송신 안테나 데이터 별로 복조를 하게 된다. 상기 각 안테나 출력단에서 복조된 데이터는 병-직렬(parallel-to-serial) 전환에 의해서 하나의 데이터 스트림을 형성하여 디코더로 들어간 후, 전송된 블럭의 오류 유무를 판단하게 된다. 만약 오류가 발생하였을 경우에는 하이브리드 자동 재전송 요구(HARQ; Hybrid Automatic Repete Request)를 이용하여 재전송이 되고, 오류가 발생하지 않았을 경우에는 새로운 데이터 블록이 전송된다. 그리고, 각 송신 안테나에서 송신된 신호를 제로포싱(ZF; Zero Forcing) 또는 최소 평균 자승 오차(MMSE; Minimum Mean Square Error) 등으로 간섭소거(interference), 간섭널링(interference nulling) 등의 방법을 통해 전송된 신호를 검출하게 된다.

상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한 다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

상기와 같이 본 발명은, 데이터 블록에 오류 검사 비트를 하나만 붙임으로써 각 데이터 블록에 대한 상향 링크 전송 성공 여부 신호를 하나만 전송할 수 있도록 하여 최대/평균 전력 비(PAPR; Peak-to-Average-Power Ratio)에 있어서 이득을 줄 수 있는 효과가 있다. 한편, 큰 코딩 블록 사이즈를 사용하게 되어 코딩 다이버시티를 얻을 수 있으므로 시스템 성능 향상에 도움을 줄 있는 다른 효과가 있다.

Claims (5)

1. 다중입력/다중출력(MIMO; Multi-input Multi-output) 시스템에 적용되는 송신 신호 처리 방법에 있어서,

   데이터 블럭에 오류 체크 비트를 첨부하는 단계;

   채널 코딩을 수행하는 단계;

   상기 채널 코딩된 각 데이터 블럭에 대하여 레이트 매칭(rate matching)을 수행하는 단계; 및

   상기 데이터 블럭에 대하여 공간적 분할(spatial segmentation)을 수행하는 단계

   를 포함하는 다중입력/다중출력 시스템에 적용되는 송신 신호 처리 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 공간적 분할을 수행하는 단계는,

   

   에 따라 각 안테나로 전송될 데이터 블록 크기를 결정하는 것을 특징으로 하는 다중입력/다중출력 시스템에 적용되는 송신 신호 처리 방법.

   단,

   

   는 j 번째 안테나에 할당되는 데이터 블록 크기이고,

   

   는 전체 데이터 블록의 크기, M 은 송신 안테나의 개수,

   

   는 j번째 안테나의 변조 방식,

   

   는 j번째 안테나의 멀티코드 개수이다.
3. 제 2 항에 있어서,

   각 안테나에 대하여 할당하고 남은 데이터 비트는 안테나마다 특정 비트 크기로 할당되는 것을 특징으로 하는 다중입력/다중출력 시스템에 적용되는 송신 신호 처리 방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 특정 비트 크기는 1 비트인 것을 특징으로 하는 다중입력/다중출력 시스템에 적용되는 송신 신호 처리 방법.
5. 제 2 항에 있어서,

   각 안테나에 대하여 할당하고 남은 데이터 비트 전부를 특정 안테나에 할당하는 것을 특징으로 다중입력/다중출력 시스템에 적용되는 송신 신호 처리 방법.

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