KR100996023B1 - 다중 안테나 통신 시스템에서 데이터 송수신 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 본 발명은 다중 안테나를 사용하는 통신 시스템에서 데이터를 송/수신하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 다중 안테나를 사용하는 통신 시스템에서 공간 다중 전송을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명에서는 ACM 방법과 채널 민감도 스케줄링 자원 관리 방법을 이용하는 OFDMA 시스템에서 시스템의 용량을 증대할 수 있고, 빔 성형, 공간 다중화, SDMA 등의 다양한 MIMO 기술을 적용하여 데이터 송/수신에 효율성을 증대시키기 위한 장치 및 방법을 제공한다. 또한 본 발명에서는 OFDMA 시스템에서 CSI 궤환 양을 줄일 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.

공간 부호화, 공간 사전 부호화, 선택적 공간 사전 부호화.

Description

다중 안테나 통신 시스템에서 데이터 송수신 장치 및 방법{APPARATSU AND METHOD FOR TRANSMITTING/RECEIVING OF DATA IN A MULTIPLE ANTENNA COMMUNICATION SYSTEM}

도 1은 공간 시간 부호화(space time coding)를 채용한 무선 통신 시스템의 송신기 구조도,

도 2는 OFDM 방식에 공간 시간 부호화를 적용한 송신기의 구성도,

도 3은 OFDM 방식에 공간 주파수 부호화(space frequency coding) 방법을 적용한 송신기의 블록 구성도,

도 4는 OFDM 시스템에 공간 다중화(spatial multiplexing) 기법을 적용한 송신기의 블록 구성도,

도 5는 AMC와 채널 민감도 스케줄링을 수행하는 시스템에 PARC를 적용한 송신기의 블록 구성도,

도 6은 본 발명에서 제안하는 공간 사전 부호화(space pre-coding)를 적용한 다중-유저 MIMO 송신기의 블록 구성도,

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따라 상기 도 6의 공간 사전 부호기를 빔 성형기로 구현한 블록 구성도,

도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따라 상기 도 6의 공간 사전 부호기를 퓨 리에 변환기로 구현한 경우의 블록 구성도,

도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 선택적 공간 사전 부호화를 적용한 다중-유저 송신기의 블록 구성도

도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따라 상기 도 9의 선택적 공간 사전 부호기를 빔 성형기로 구현한 블록 구성도,

도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따라 상기 도 9의 선택적 공간 사전 부호화기를 FFT로 구현한 실시 예의 블록 구성도,

도 12는 본 발명의 상기 도 6의 공간 사전 부호 송신기에 대응하는 수신기를 일 실시 예로 도시한 블록 구성도,

도 13은 상기 도 9의 본 발명의 선택적 공간 사전 부호 송신기에 대응하는 수신기를 일 실시 예로 도시한 블록 구성도,

도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따라 송신기에서 데이터 스트림의 송신 시 흐름도,

도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따라 수신기에서 데이터 스트림의 수신 시 흐름도.

본 발명은 다중 안테나를 사용하는 통신 시스템에서 데이터를 송/수신하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 다중 안테나를 사용하는 통신 시스템에서 공간 다중 전송을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

통상적으로 무선 통신 시스템은 사용자에게 거리의 제약에서 벗어나 통신을 할 수 있도록 하기 위한 방편으로 개발된 시스템이다. 이러한 무선 통신 시스템의 대표적인 시스템으로 이동통신 시스템이 있다. 상기 이동통신 시스템은 초기의 음성 위주의 서비스를 제공하던 것에서 벗어나 데이터 서비스 및 멀티미디어 서비스 제공을 위해 고속, 고품질의 무선 패킷 데이터 통신시스템으로 발전하고 있다. 현재 3GPP를 중심으로 진행되고 있는 고속 하향 패킷 접속(High Speed Downlink Packet Access : HSDPA)과 3GPP2를 중심으로 진행되고 있는 EV-DV 및 EV-DO에 대한 표준화는 3세대 이동통신시스템에서 2Mbps 이상의 고속, 고품질의 무선 패킷 데이터 전송 서비스에 대한 해법을 찾기 위한 노력의 대표적인 반증이라 볼 수 있다.

한편, 4세대 이동통신시스템은 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing : 이하 "OFDM"이라 함) 및 직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access : 이하 "OFDMA"라 함)과 같은 다중화 및 다중접속 방식을 사용하여 그 이상의 고속, 고품질의 멀티미디어 서비스 제공을 목표로 연구가 진행되고 있다.

앞에서 상술한 HSDPA, EV-DV, EV-DO 등의 현존하는 3세대 무선 패킷 데이터 통신시스템은 전송 효율을 개선하기 위해 적응 변조 및 부호화(Adaptive Modulation and Coding : 이하 "AMC"라 함) 방법과 채널 민감도 스케줄링(channel sensitive scheduling) 자원 관리 방법 등의 기술을 이용한다. 상기의 AMC 방법을 활용하면 송신기는 채널 상태에 따라 전송하는 데이터의 양을 조절할 수 있다. 즉 채널 상태가 좋지 않으면 전송하는 데이터의 양을 줄여서 수신 오류 확률을 원하는 수준에 맞추고, 채널 상태가 좋으면 전송하는 데이터의 양을 늘려서 수신 오류 확률은 원하는 수준에 맞추면서도 많은 정보를 효과적으로 전송할 수 있다.

또한 상기의 채널 민감도 스케줄링 자원 관리 방법을 활용하면 송신기는 채널 상태가 좋은 사용자를 선택해서 데이터 전송량을 증대할 수 있다. 상기의 ACM 방법과 채널 민감도 스케줄링 자원 관리 방법은 수신기로부터 부분적인 채널 상태 정보를 궤환(feedback) 받아서 가장 효율적이라고 판단되는 시점에 적절한 변조 및 부호화 기법을 적용하는 방법이다.

상기의 ACM 방법과 채널 민감도 스케줄링 자원 관리 방법이 실질적으로 시스템의 용량을 개선시키는데 도움을 주기 위해서는 수신기가 궤환한 채널 상태 정보가 송신 시점의 채널 상태와 일치해야 한다. 그런데 일반적으로 이동통신 환경에서는 송신기나 수신기가 이동하기 때문에 채널 상태가 순시적으로 변화한다. 또한 채널 상태의 순시적 변화는 송신기나 수신기의 이동속도 연관이 있는데 이를 도플러(Doppler) 확산 현상이라고 한다. 이동속도가 높으면 도플러 확산 현상이 심화되어 수신기가 궤환한 채널 상태가 데이터를 송신해야 하는 유효하지 않을 수 있다.

따라서 이러한 상황에서는 상기의 ACM 방법과 채널 민감도 스케줄링 자원 관리 방법이 원하는 목적인 시스템의 용량 개선을 달성할 수 없다. 이로 인해 3세대 무선 패킷 데이터 통신시스템에서는 이러한 문제를 보완하기 위해 복합 자동 재전송(Hybrid Automatic ReQuest : 이하 "HARQ"라 함)의 방법을 채용하고 있다. HARQ 란 송신기가 전송한 데이터를 수신기가 오류 없이 수신하지 못한 경우 수신기가 이를 빨리 송신기에 알려서 물리계층에서 빠르게 재전송을 수행하게 하는 기술이다.

다른 한편, 무선 통신 시스템에서 최근에 각광을 받고 있는 OFDM 방식은 변조신호를 서로 직교하는 주파수 신호 즉 부 반송파(sub-carrier)에 실어서 보내는 방법이다. 따라서 OFDMA 방식은 OFDM 방식을 기반으로 서로 다른 사용자의 신호를 서로 다른 부 반송파에 실어서 보내는 방법이다. OFDMA 방식에서는 시간 축 상에서만 수행할 수 있었던 채널 민감도 스케줄링을 주파수 축 상에서도 수행할 수 있게 한다. 즉 OFDMA 시스템에서는 이러한 주파수 스케줄링(frequency scheduling)을 통해, 주파수 선택적 페이딩 환경에서 각 사용자가 선호하는 부 반송파를 스케줄링하여 데이터를 전송하게 함으로서 시간 축 상에서만 스케줄링하는 경우보다 시스템의 용량을 개선할 수 있다. 따라서 주파수 스케줄링을 효과적으로 수행하기 위해서는 채널 상태 궤환의 오버헤드(overhead)를 감안해서 채널 응답이 비슷한 인접 부 반송파들을 묶어서 데이터를 전송하는데 사용하는 것이 바람직하다.

또 다른 한편, 무선 통신에서 고속, 고품질의 데이터 서비스를 제공하기 위한 핵심기술로 송신단과 수신단에 다중의 안테나를 사용하는 다중 입/출력 안테나 (Multiple-Input Multiple-Output : 이하 "MIMO"라 함) 시스템에 대한 논의가 활발히 진행되고 있다. 이론적으로 MIMO 시스템은 추가적인 주파수 대역폭 증가 없이 송/수신 안테나 수가 증가함에 따라 서비스 가능한 데이터 용량이 송/수신 안테나 수에 선형적으로 비례하여 증가하는 것으로 알려져 있다. 따라서 이러한 MIMO를 활용한 기술은 그 목적에 따라 크게 공간 다이버시티(Spatial Diversity) 기법과 공 간 다중화 (Spatial Domain Multiplexing : 이하 "SDM"이라 함) 기법으로 나눌 수 있다. 그러면 상기 공간 다이버시티 기법과 공간 다중화 기법에 대하여 살펴보기로 한다.

상기 공간 다이버시티 기법은 송/수신 다중 안테나를 활용하여 이동통신 채널에서 발생하는 페이딩에 의해 링크 성능이 저하되는 현상을 억제하기 위해 개발된 것이다. 상기 공간 다이버시티 기법에서는 송신기가 채널의 상태를 알고 적응적으로 송신 정보량을 조절할 수 없는 경우 수신 오류 확률을 효과적으로 줄일 수 있다. 또한 SDM 기법은 MIMO를 활용하여 송/수신 단일 안테나의 경우보다 더 많은 양의 데이터를 전송하기 위해 개발된 기법이다. 상기 SDM 기법은 채널 환경이 충분히 많은 산란체에 의해 공간 상관도가 매우 낮은 환경에서 효과적으로 데이터의 전송량을 증대할 수 있다.

상술한 SDM을 다중 접속 개념으로 확장한 것이 공간 다중 접속(Spatial Domain Multiple Access : 이하 "SDMA") 기법이다. 상술한 SDM은 송/수신 다중 안테나를 활용하여 데이터가 전송되는 송신 채널의 수를 늘린 것이다. 그러나 앞서 말한 바와 같이 공간 상관도가 낮은 환경에서는 SDM을 통해 데이터 전송량을 증대할 수 있지만 공간 상관도가 높은 환경에서는 데이터 전송량을 증대하더라도 수신 오류 확률이 증가하는 것을 막을 수 없다. 그렇지만 공간 상관도가 높은 환경에서는 MIMO를 활용하여 늘어난 데이터가 전송되는 송신 채널을 서로 다른 사용자에 할당하면 시스템의 용량을 증대하는데 도움이 된다. 공간 상관도가 높을 경우 서로 다른 공간 특성을 갖는 사용자 신호가 일으키는 상호 간섭이 줄어 들 수 있기 때문 이다. 즉 SDMA는 공간 상관도가 높은 환경에서 시스템의 용량을 증대할 수 있는 공간 처리 기법이다.

공간 다이버시티 기법, SDM 기법, SDMA 기법 등과 같은 공간 처리 기법은 각각 용량 개선 효과를 보이는 채널 환경과 트래픽의 종류에 따라 사용할 수 있는 범위가 다르다. 예를 들어 음성 통화의 경우 항상 유사한 양의 데이터가 발생을 하기 때문에 데이터 전송량을 가변하는 ACM 방법과 채널 민감도 스케줄링 자원 관리 방법을 적용하기 어렵게 된다. 게다가 페이딩에 의해 채널 상태가 나빠지면 수신 오류를 피할 수 없다. 이런 상황에서는 공간 다이버시티 기법을 사용하면 채널 상태가 나빠지는 것을 피할 수 있다. 채널의 공간 상관도가 낮은 채널환경에서는 SDM 기법을 이용하면 ACM 방법과 채널 민감도 스케줄링 자원 관리 방법과 함께 데이터의 전송량을 높일 수 있다. 한편 공간 상관도가 높은 채널 환경에서는 SDMA가 시스템의 용량을 개선시킬 수 있다. 따라서 공간 처리 기법은 채널 환경과 트래픽의 종류에 따라 적절히 선택될 필요가 있다.

그러면 이상에서 상술한 바에 따른 각 시스템의 송신기들에 대하여 살펴보기로 한다.

도 1은 공간 시간 부호화(space time coding)를 채용한 무선 통신 시스템의 송신기 구조도이다. 이하 도 1을 참조하여 공간 시간 부호화에서 데이터의 송신 장치와 그 동작에 대하여 살펴보기로 한다.

상위 계층에서 전송하고자 하는 데이터(information bit stream)(10)가 전달되면 적응 부호 변조부(100)로 입력된다. 상기 적응 부호 변조부(100)는 내부에 채 널 부호 변조부(110)와 AMC 제어기(101)를 포함한다. 또한 상기 채널 부호 변조부(110)는 내부에 채널 부호기(111), 채널 인터리버(112) 및 변조기(113)를 포함한다. 따라서 상기 데이터(10)는 채널 부호기(111)로 입력된다. 상기 채널 부호화기(111)에 의해 부호화된 신호는 인터리버(112)를 통해 부호화된 데이터가 분산된다. 이와 같이 인터리버(12)에 의해 데이터를 분산시키는 이유는, 데이터의 전송 시 페이딩에 의해 부호화 성능이 저하되는 것을 방지하기 위함이다. 그리고 인터리버(112)에 의해 분산된 데이터는 변조기(113)에 의해 변조신호로 변환된다. 데이터가 부호화(111), 인터리빙(112) 및 변조(113)가 되는 일련의 과정을 묶어서 "채널 부호화 및 변조" 과정이라고 한다. 따라서 상기한 과정은 채널 부호 변조기(110)에서 이루어진다.

한편, 상기 채널 부호 변조기(110)는 시스템에 따라 수신기가 전달한 채널상태 정보(Channel Status Information : 이하 "CSI"라 함)(105)에 의해 다른 방식을 적용할 수 있다. 예를 들어 채널 상태가 양호하면 채널 부호화율을 높이고 변조 방식을 높여서 더 많은 데이터가 전달되게 하며, 채널 상태가 불량하면 채널 부호화율을 낮추고 변조 방식을 낮추어 적은 데이터가 전달되도록 동작한다. 이와 같이 CSI(105)를 토대로 송신기는 AMC를 적용하는데, 어떤 부호화 및 변조 방식을 사용할 것인가는 AMC 제어기(101)에 의해 결정된다. 상기의 AMC는 필요에 따라 지원되지 않을 수도 있다. 즉, 상기 도 1에서 점선으로 표현된 신호는 필요에 따라 지원되지 않을 수 있는 것을 의미한다. 예를 들어 방송과 같이 여러 사용자가 같은 정보를 수신하는 경우에는 특정 사용자의 채널 상태에 따라 적응적으로 부호화 및 변 조를 바꿀 수 없기 때문에 AMC를 지원할 수 없다. 상기 AMC 제어기(101)가 CSI(105)를 토대로 채널 부호화 및 변조 과정을 적응적으로 바꾸는 과정을 AMC 과정이라고 칭한다. 따라서 이러한 동작을 수행하도록 하는 장치를 도 1에서는 적응 부호 변조부(100)로 도시하였다.

상기와 같이 적응 부호 변조부(100)에서 변조된 신호는 공간 시간 부호기(space time encoder)(121)에 의해 시공간 상으로 부호화된다. 공간 시간 부호기의 대표적인 기술로는 2개의 송신 안테나에 적용되는 알라마우티 부호화(Alamouti coding) 방법 등이 있다. 알라마우티 부호화 방법은 직교 공간 시간 부호화에 해당하는 것으로 최대의 다이버시티 이득을 얻을 수 있다. 알라마우티 부호화 방법에서는 직교성을 유지하기 위해서 알라마우티 부호화가 되는 인접한 시간 신호간에 채널의 변화가 없어야 한다. 만약 인접한 시간 신호간에 채널이 급격히 변하면 알라마우티 부호화 방법은 직교성을 보장할 수 없기 때문에 자기 간섭이 발생하여 성능이 저하될 수 있다.

그러나 직교 성질을 보장하는 직교 공간 시간 부호화 방법은 최대의 다이버시티 이득을 제공하는 것으로 알려져 있다. 일반적인 공간 시간 부호화 방법은 수신기가 궤환하는 CSI를 참고하지 않고 수행된다. 따라서 공간 시간 부호화 방법은 채널에 적응적으로 바뀌기 보다 다이버시티 이득을 최대화할 수 있는 방식으로 설계된다. 이와 같이 변조 신호에 공간 시간 부호화가 이루어진 신호는 다중 송신 안테나(131, 132)로 전달될 복수개의 심볼이 발생된다. 예를 들어 송신 안테나가 2개인 시스템에 적용하기 위한 공간 시간 부호화 방법은 하나의 데이터 스트림을 받아 두개의 심볼 스트림을 발생한다. 이와 같이 생성된 각각의 심볼 스트림은 서로 다른 안테나(131, 132)로 전송된다.

공간 시간 부호화 방법이 적용된 심볼 스트림은 RF부(122)를 통해 송신 안테나로 전송될 고주파(Radio Frequency : 이하 "RF"라 함) 신호로 변환된다. 상기 무선부(122)에서는 스펙트럼의 특성을 만족시키기 위한 필터링, 송신 전력 조절, 기저대역 신호를 RF 신호로 변환하는 변조 등의 과정이 수행된다. 이와 같은 과정을 이 이루어진 후 각 신호들은 해당하는 각 안테나(131, 132)를 통해 전송된다.

도 2는 OFDM 방식에 공간 시간 부호화를 적용한 송신기의 구성도이다. 이하 도 2를 참조하여 OFDM 방식에 공간 시간 부호화를 적용한 경우의 송신기 구성과 그 동작에 대하여 살펴보기로 한다.

앞에서 상술한 적응 부호 변조부(100)는 도 1에서와 동일한 동작을 수행하므로 여기서는 살피지 않기로 한다. 이와 같이 적응 부호 변조부(100)에서 변조된 신호는 OFDM 변조기(210)로 입력된다. 상기 OFDM 변조기(210)는 내부에 역 고속 퓨리에 변환기(211)와 순환 전치 심볼 부가기(212)를 포함한다. 따라서 상기 적응 부호 변조부(100)에서 변조된 신호는 역 고속 퓨리에 변환기(211)로 입력된다. 상기 역 고속 퓨리에 변환기(211)는 변조 신호를 역 고속 퓨리에 변환하여 변조 심볼들이 서로 직교하는 주파수 신호 즉 부 반송파에 실리도록 한다. 그런 후 순환 전치 심볼(cyclic prefix : 이하 "CP"라 함) 부가기(212)에서 순환 전치 심볼을 부가한다. 상기 CP는 생성된 부 반송파의 마지막 부분 중 일부를 복사하여 심볼의 앞쪽에 부가하는 것으로, 다중 경로 페이딩에 의해 지연확산 현상이 발생하더라도 부 반송파 들간의 직교성을 유지할 수 있게 하여 간섭이 발생하지 않도록 하기 위함이다. OFDM 변조기(210)를 통해 OFDM 심볼이 발생하면 연속된 OFDM 심볼들에 대해 공간 시간 부호기(121)에서 공간 시간 부호화를 수행한다. 그런 후 마지막으로 무선부(122)에서 송신 대역의 RF 신호로 변환한 후 다중 송신 안테나(131, 132)로 전송한다. 상기한 바와 같이 직교 공간 시간 부호화가 적용된 경우 연속하는 OFDM 심볼간의 채널 변화가 심할 경우 직교성이 훼손되어 간섭이 발생할 수 있다.

도 3은 OFDM 방식에 공간 주파수 부호화(space frequency coding) 방법을 적용한 송신기의 블록 구성도이다. 이하 도 3을 참조하여 OFDM 방식에 공간 주파수 부호화 방법을 적용한 송신기의 블록 구성 및 그 동작에 대하여 살펴보기로 한다.

OFDM 방식을 사용하면 변조 신호는 서로 다른 시간과 서로 다른 주파수에 실려 보내질 수 있다. 따라서 공간 시간 부호화 방법을 연속된 시간 신호에 적용하지 않고 연속된 주파수 신호 즉 부 반송파에 적용하면 공간 주파수 부호화 방법을 구현할 수 있다. 앞에서 상술한 적응 부호 변조부(100)는 입력 정보 비트 스트림(10)과 SCI 궤환 정보를 이용하여 변조된 신호를 출력한다. 이와 같이 출력되는 변조 신호는 공간-주파수 부호기(300)로 입력된다. 상기 공간-주파수 부호기(300)는 앞에서 전술한 공간 시간 부호화 과정과 동일한 과정을 수행하지만 최종적으로는 연속된 주파수 신호에 공간 시간 부호화를 적용하는 결과를 낳기 때문에 "공간 주파수 부호화 방법"이라 명명한다. 이와 같이 공간-주파수 부호화기(300)에 의해 변조된 신호 스트림은 연속된 시간 신호에 공간 시간 부호화가 적용되는 것이다. 상기 공간-주파수 부호기(300)에 의해 부호화가 되면 하나의 스트림이 다수의 스트림으 로 분할되므로, 각 스트림마다 별도의 OFDM 변조기(210a, 210n)에 의해 변조된다. 이와 같이 공간 시간 부호화된 신호는 OFDM 변조기들(210a, 210n)에 의해 OFDM 신호로 변환된다. 여기서 OFDM 변조기들(210a, 210n)에 의해 연속된 시간 신호에 적용된 공간 시간 부호화는 연속된 주파수 신호에 적용된 꼴이 된다. 그런 후 무선부(122)에 의해 송신 신호로 변환되어 각 스트림마다 안테나(131, 132)별로 전송된다. 상기 직교 공간 주파수 부호화 방법이 적용된 경우 연속하는 부 반송파간 채널 변화가 심할 경우 직교성이 훼손되어 간섭이 발생할 수 있다.

이상에서 상수한 도 2와 도 3은 각각 공간 시간 부호화 방법과 이를 주파수 축상에서 구현한 공간 시간 주파수 부호화 방법을 적용한 전송 방식을 나타내었다. 이러한 종류의 기술은 앞서 설명한대로 공간 다이버시티 이득을 최대로 얻기 위해 설계되었다. 따라서 이러한 종류의 기술은 공간 상관도가 낮은 환경에서는 우수한 링크 성능을 보여주지만 공간 상관도가 높아지면 다중 안테나를 사용한 이득을 제공하지 못한다. 공간 상관도가 낮은 환경에서 우수한 링크 성능을 보여주는 이유는 다른 종류의 다이버시티 기법과 마찬가지로 다이버시티 기법을 사용하면 채널이 시간에 따라 변화하는 현상을 완화할 수 있기 때문이다. 그러나 다이버시티 기법은 채널의 변화량을 줄여서 열악한 채널이 되는 확률을 줄이는데 도움은 되지만 한편으로는 많은 데이터를 송신할 수 있는 채널이 되는 확률을 줄이는 결과를 낳게 된다. 이러한 이유로 AMC 및 채널 민감도 스케줄링을 구현한 시스템에서 다이버시티 기법이 시스템의 용량을 오히려 감소시키는 것으로 알려져 있다.

도 4는 OFDM 시스템에 공간 다중화(spatial multiplexing) 기법을 적용한 송 신기의 블록 구성도이다. 이하 OFDM 시스템에 공간 다중화 기법을 적용한 송신기의 블록 구성 및 그 동작에 대하여 살펴보기로 한다.

도4를 설명하기에 앞서 전술한 기법들과 공간 다중화 기법에 대하여 간략히 살펴보기로 한다. 전술한 공간 시간 부호화 기법과 공간 주파수 부호화 기법은 하나의 데이터 스트림을 전송하는데 다중 송신 안테나를 활용한 반면 공간 다중화 기술(spatial multiplexing)은 복수개의 데이터 스트림을 전송하는 것이다. 산란체가 충분히 많아서 공간 상관도가 낮은 MIMO 채널 환경에서는 송신 안테나와 수신 안테나의 수 중에서 최소 값에 해당하는 개수의 데이터 스트림을 전송할 수 있다. 예를 들어 상기의 채널 환경에서 송신 안테나가 2개이고 수신 안테나가 4개이면 송신기는 2개의 데이트 스트림을 전송할 수 있다. 따라서 도 4의 시스템이 안정적으로 동작하기 위해서는 수신기에도 M개 이상의 안테나가 필요하다. 참고로 공간 시간 부호화 기법이나 공간 주파수 부호화 기법은 하나의 데이터 스트림만 전송하기 때문에 복수개의 수신 안테나가 필요하다는 제약을 받지 않는다.

MIMO를 사용하는 시스템에서 용량을 증가시키기 위해서 전송하는 데이터 스트림의 수를 늘리는 것이 전송하는 데이터 스트림의 수를 하나로 두고 대신 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio : 이하 "SNR"이라 함)를 개선하는 것보다 도움이 된다고 알려져 있다. 따라서 이러한 MIMO 시스템의 특성을 활용한 것이 공간 다중화 기법이다.

각각의 송신 데이터 스트림은 개별적으로 적응 부호 변조부(100a, 100n)들로 입력되어 개별적으로 적응 부호화 및 변조 과정을 거친다. 그런 후 각 스트림마다 OFDM 변조기(210a, 210n)에서 OFDM 방식으로 OFDM 변조가 이루어진다. 이후 무선부(122)에서 송신할 RF 신호로 변환된 후 다중 송신 안테나(131, 132)를 통해 수신기로 전달된다. 즉 서로 다른 데이터 스트림이 서로 다른 송신 안테나로부터 전송되는 것이다. 상기 도 4에서 도시한 적응 부호 변조부들(100a, 100n)은 시스템에서 CSI 궤환하는 경우에는 사용될 수 있다. 만일 CSI를 궤환하지 않는다면, 고정된 부호화 및 변조를 수행하게 되며, 이때, 상기 적응 부호 변조부들(100a, 100n)은 고정된 방식의 부호화 및 변조를 수행하게 된다.

공간 다중화 기법에서 CSI 궤환을 이용하여 AMC를 수행하는 방법은 두 가지가 있다. 첫 번째 방법은 모든 송신 안테나에 동일한 AMC 방법을 적용하는 것이다. 이 방법을 지원하기 위해서 수신기는 하나의 대표되는 CSI만을 궤환하면 된다. 두 번째 방법은 모든 송신 안테나에 서로 다른 AMC 방법을 적용하는 것이다. 이 방법을 지원하기 위해서는 수신기가 각각의 안테나에 해당하는 각각의 CSI를 궤환해야만 한다. 즉 전자의 방법은 CSI 궤환의 오버헤드가 후자의 방법에 비해 적다. 그러나 전자의 방법에서는 서로 다른 채널 상태를 겪는 서로 다른 송신 안테나에 하나의 AMC만을 적용하였기 때문에 AMC와 채널 민감도 스케줄링에 의한 시스템의 용량 개선 효과가 줄어들게 된다. 따라서 도 4는 후자의 방법을 도시한 것으로 각각의 송신 안테나에 대한 CSI를 궤환하도록 하여 그에 따른 AMC 방법이 적용된 송신기를 도시한 것이다. 이러한 공간 다중화 방법은 안테나별 전송률 제어(Per Antenna Rate Control : 이하 "PARC"라 함)로 알려져 있다.

도 5는 AMC와 채널 민감도 스케줄링을 수행하는 시스템에 PARC를 적용한 송 신기의 블록 구성도이다. 이하 도 5를 참조하여 AMC와 채널 민감도 스케줄링을 수행하는 시스템에 PARC를 적용한 송신기의 블록 구성과 그 동작에 대하여 살펴보기로 한다.

스케줄러(501)는 상위 계층으로부터 K명의 다중 사용자의 전송 데이터들(10a, 10n)을 수신한다. 여기서 스케줄러(501)는 채널 민감도 스케줄러이다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 스케줄러라 칭하기로 한다. 상기 스케줄러(501)는 각 사용자 단말로부터 궤환된 CSI를 토대로 현 시점에서 전송하기 가장 적합한 사용자 단말을 선택한다. 그리고 상기 스케줄러(501)는 상기 선택된 사용자의 데이터를 이후 송신 과정에서 제어에 필요한 정보를 전달하기 위해 스케줄링 정보(510)를 상기 AMC 제어기(505)로 제공한다. 그러면 AMC 제어기(505)는 스케줄링된 사용자를 파악하고 그 사용자의 채널 상태에 맞는 AMC를 명령한다. 즉, 송신할 데이터를 어떤 안테나를 통해 어떤 부호화 및 변조 방법을 사용하여 전송할 것인가에 대한 정보를 생성하여 제공하는 것이다. 따라서 상기 AMC 제어기(505)는 송신할 안테나의 정보로부터 전송할 데이터의 개수 및 각 안테나별 데이터의 크기를 결정할 수 있다.

그러므로 다중화기(503)는 상기 스케줄러(510)로부터 스케줄링되어 제공된 사용자 정보 비트 스트림을 상기 AMC 제어기(505)로부터 제공된 정보에 따라 송신될 안테나의 숫자 및 각 안테나별 전송될 전송률에 맞춰 데이터를 다중화한다. 예를 들어 채널 상태가 양호한 송신 안테나 쪽으로 더 많은 정보량의 데이터 스트림이 전달될 수 있도록 다중화 하는 것이다. 이후의 과정은 다중화된 데이터 스트림에 PARC를 적용하는 것이다. 즉, 각각의 다중화된 데이터 스트림은 개별적으로 채 널 부호 변조부(110a, 110m)로 입력되어 부호화 및 변조가 이루어지며, 각 스트림별로 OFDM 변조기(210a, 210m)로 입력되어 OFDM 변조가 이루어진다. 그런 후 무선부(122)를 통해 RF 신호로 변환되어 해당하는 안테나(131, 132)별로 데이터 스트림이 전송된다.

상술한 도 5에서는 전송 시점에서 하나의 사용자만을 골라서 전대역에 걸쳐 전송하는 시스템이다. 즉, OFDMA 시스템을 채용한 것은 아니다. 그러나 전체 시스템 대역을 인접한 부 반송파로 구성된 부채널로 구분하여 각각에 독립적으로 PARC를 적용함으로써 AMC와 채널 민감도 스케줄링을 수행하는 OFDMA 시스템으로 쉽게 확장할 수 있다. 그러나 복수의 안테나를 통해서 하나의 사용자 신호만을 전송하기 때문에 SDMA를 구현하고 있지 않다.

이상에서 종래의 MIMO 기술로 두 가지 다른 공간 처리 기법을 살펴보았다.

첫 번째 기법으로 공간 다이버시티(spatial diversity)로 전송하는 데이터 스트림의 수는 하나로 고정하고 채널이 시간에 따라 변화하는 현상을 완화하는 기술이다. 두 번째 기법은 공간 다중화 방법으로 복수개의 데이터 스트림을 전송하는 기술이다.

전술한 도 2와 도 3에서 기술한 공간 시간 부호화와 공간 주파수 부호화 기법들은 공간 다이버시티 기법으로 분류될 수 있다. 앞에서 살핀 바와 같이 다이버시티 기법은 채널의 변화량을 줄여서 열악한 채널이 되는 확률을 줄이는데 도움은 되지만 한편으로는 많은 데이터를 송신할 수 있는 채널이 되는 확률을 줄이는 결과를 낳게 된다. 이러한 이유로 공간 다이버시티 기법은 오히려 시스템의 용량을 감 소시키는 것으로 알려져 있다. 그러나 방송과 같이 채널 상태에 따라 적응적으로 전송 방법을 변화하기 어려운 트래픽에서는 공간 다이버시티는 커버리지를 넓히는 데 도움이 된다.

한편 공간 시간 부호화 기법과 공간 주파수 부호화 기법은 공간 다이버시티 이득을 최대로 얻기 위해 직교성을 갖도록 설계하지만 인접한 채널이 변하게 되면 오히려 자기 간섭이 발생하게 되는 부작용이 발생한다. 예를 들어 공간 시간 부호화 기법은 고속 이동환경에서 AMC와 채널 민감도 스케줄링을 보완하는데 도움은 되지만 직교성이 훼손되었기 때문에 링크 성능은 오히려 떨어지는 현상이 발생한다. 공간 주파수 부호화 기법의 경우에는 시간 지연 확산이 심한 환경에서는 인접 부 반송파가 다른 채널 응답을 겪기 때문에 여기서도 직교성이 훼손되어 링크 성능이 저하되는 현상이 발생하게 된다.

전술한 도 4와 도 5에서 기술한 PARC 기법은 공간 다중화 기법으로 분류될 수 있다. PARC 기법은 공간 상관도가 높은 환경에서 수신 성능이 나빠지는 문제점을 가지고 있다. 송신 안테나 별 채널 상태만을 궤환하여 AMC를 수행하고 있기 때문에 공간 상관도가 높은 환경에서 채널이 지원할 수 있는 용량 이상의 데이터를 전송하는 현상이 발생할 수 있다. 공간 상관도가 높다는 것은 하나의 송신 안테나가 양호한 채널 상태를 겪을 경우 다른 송신 안테나도 양호한 채널 상태를 겪을 확률이 높다는 것을 의미한다. 그러나 서로 다른 안테나가 겪은 채널이 유사하기 때문에 수신기에서는 서로 다른 안테나로부터 송신된 신호를 분리할 수 없게 된다. 따라서 동시에 전송된 스트림간에 상호 간섭이 발생하여 수신 링크 성능이 저하되 게 된다. PARC는 공간 상관도가 없는 채널을 가정하여 설계된 방식이기 때문에 공간 상관도에 의한 수신 링크 성능 저하를 피할 수 없다.

PARC 기법의 또 다른 문제점은 SDMA를 지원하지 않는다는 것이다. AMC와 채널 민감도 스케줄링이 동작하는 시스템에서는 멀티-유저 다이버시티(multi-user diversity) 이득을 얻어서 시스템의 용량을 개선한다. 멀티 유저 다이버시티는 채널이 변하는 이동통신 환경에서 스케줄링을 통해 적합한 사용자를 선택하여 전송하는 것으로, 채널이 변하지 않는 환경에 비해서 오히려 시스템의 용량이 증가되는 효과를 낳는다.

따라서 본 발명의 목적은 ACM 방법과 채널 민감도 스케줄링 자원 관리 방법을 이용하는 OFDMA 시스템에서 시스템의 용량을 증대할 수 있는 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 OFDMA 시스템에서 빔 성형, 공간 다중화, SDMA 등의 다양한 MIMO 기술을 적용하여 데이터 송/수신에 효율성을 증대시키기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 OFDMA 시스템에서 CSI 궤환 양을 줄일 수 있는 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 다중 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템에서 데이터의 송신 방법으로서, 수신기로부터 궤환된 채널 상태 정보를 이용하여 송신할 데이터의 스케줄링을 수행하는 과정과, 상기 스케줄링 결과에 따라 데이터를 다중화하고, 적응적인 변조 및 부호화를 수행하는 과정과, 상기 스케줄링 결과를 이용하여 송신할 신호의 공간 사전 부호화 방법을 결정하고, 그에 맞춰 다중화된 변조 심볼들을 공간 사전 부호화하는 과정과, 상기 공간 사전 부호화된 심볼들을 송신하는 과정을 포함한다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 다중 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템에서 데이터의 송신 장치로서, 수신기로부터 궤환된 채널 상태 정보를 이용하여 송신할 데이터의 스케줄링을 수행하는 스케줄러와, 상기 스케줄링 결과에 따라 데이터를 다중화하는 다중화기와, 적응적인 변조 및 부호화를 수행하는 적응 변조 및 부호화부와, 상기 스케줄링 결과를 이용하여 송신할 신호의 공간 사전 부호화 방법을 결정하는 사전 부호 제어기와, 상기 사전 부호 제어기의 제어에 의해 다중화된 변조 심볼들을 공간 사전 부호화하는 공간 사전 부호화기와, 상기 공간 사전 부호화된 심볼들을 송신하는 송신기를 포함한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한 하기 설명에서는 구체적인 특정(特定) 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

종래 기술에서 설명한 바와 같이 멀티-유저 다이버시티는 스케줄링을 수행할 수 있는 차원이 증가할수록 더 많은 이득을 제공한다. 예를 들어 HSDPA, EV-DV, EV-DO 등과 같은 3세대 이동통신 시스템은 스케줄링이 시간상에서만 수행되지만 OFDMA 시스템에서는 시간과 주파수상에서 스케줄링을 수행할 수 있기 때문에 더 많은 시스템 용량을 얻을 수 있다. 따라서 본 발명에서 기술될 SDMA의 목적은 스케줄링을 시간과 주파수상 뿐만 아니라 공간상에서도 수행할 수 있게 함으로서 멀티-유저 다이버시티 이득을 개선하고 시스템 용량을 증대하는 데에 있다.

그러면 첨부된 도면을 참조하여 본 발명들에 대하여 살펴보기로 한다.

도 6은 본 발명에서 제안하는 공간 사전 부호화(space pre-coding)를 적용한 다중-유저 MIMO 송신기의 블록 구성도이다.

상기 도 6에서는 이해의 편의를 위해서 도 5와 같이 OFDMA로 확장하지 않고 다중화 방식은 OFDM이지만 다중 접속 방식은 TDMA 방식인 시스템에서의 MIMO 송신기를 도시하였다. 상기 도 6의 기술도 전체 시스템 대역을 인접한 sub-carrier로 구성된 부채널로 구분하여 각각에 독립적으로 적용함으로써 AMC와 채널 민감도 스케줄링을 수행하는 OFDMA 시스템으로 쉽게 확장할 수 있다.

상기 도 6이 전술한 도 5와 비교해서 갖는 차이점은 하기와 같다.

첫째 공간 사전 부호기(605)를 적용해서 다중 스트림을 전송한다는 것이다.

둘째 스케줄러가 하나의 사용자 신호를 선택하여 전송하는 것이 아니라 여라 사용자 신호를 선택하여 전송할 수 있다는 것이다.

전자의 차이점은 PARC가 공산 상관도가 높은 환경에서 갖는 링크 수신 성능 저하를 막을 수 있을 뿐 아니라 SDMA를 구현하는 데 도움이 된다. 후자의 차이점은 SDMA를 실현함으로써 다중-유저 다이버시티 이득을 개선할 수 있게 한다.

우선 공간 사전 부호화의 특성을 설명하면 다음과 같다.

일반적으로 MIMO 채널은 다중 송/수신 안테나간의 채널을 원소로 하는 행렬로 표현할 수 있다. 송신 안테나의 개수가 M개이고 수신 안테나의 개수가 N개라고 했을 때, MIMO 채널을 표현하는 행렬식은 하기 <수학식 1>과 같이 표현할 수 있다.

여기서 h_nm은 m번째 송신 안테나에서 송신된 신호가 n번째 수신 안테나에서 수신되었을 때 겪게 되는 채널 응답을 나타낸다. 공간 사전 부호화도 하기 <수학식 2>와 같이 같이 행렬식으로 표현할 수 있다.

여기서 e_mp은 p번째 변조 심볼이 m번째 송신 안테나로 전달될 때 곱해지는 계수이다. 본 발명에서는 공간 사전 부호화 행렬을 복수 개를 두고 상황에 따라 공간 사전 부호화 행렬을 바꾸는 동작을 가정한다. 즉 G개의 공간 사전 부호화 방법을 가지고 있고 그 중 하나의 공간 사전 부호화 방법을 상황에 따라 선택하여 적용하는 것이다. G개의 공간 사전 부호화 방법 중에서 g번째 방법에 해당하는 공간 사전 부호화 k행렬을 하기 <수학식 3>과 같이 표기한다.

공간 사전 부호화 기법은 빔 성형 계열의 기술로 설명할 수 있다. 행렬 E^(g)는 총 M개의 열 벡터로 구성되어 있고, 각각은 하나의 변조 심볼을 전송하기 위한 빔 성형 가중치와 같다. 따라서 하나의 빔을 지목하기 위해서는 어느 행렬인지를 지정하는 g값과 그 행렬에서 어느 열 벡터인지를 지정하는 m값이 필요하다. 공간 사전 부호화 기법은 동시에 M개의 빔을 성형한다. 이중에 하나의 빔만을 활성화하여 데이터 스트림을 전송한다면 일반적인 송신 빔성형 기술이 구현되는 것이다. 그리고 하나의 사용자에 전달될 복수개의 데이터 스트림을 전송하기 위해서 같은 수의 빔을 활성화하고 스트림을 개별 빔으로 전송한다면 공간 다중화(spartial multiplexing)가 구현되는 것이다. 한편, 빔마다 서로 다른 사용자의 스트림을 실어 보낸다면 이는 SDMA가 구현되는 것이다. 즉 공간 사전 부호화(Space pre-coding) 기법은 송신 빔성형, 공간 다중화(spatial multiplexing), SDMA 등의 다양 한 MIMO 기술을 동시에 지원할 수 있다.

공간 사전 부호화(Space pre-coding)을 다른 방법으로 설명하면 MIMO 채널을 선형 변환하는 것이다. 예를 들어 g번째 공간 사전 부호화 기법에 의해 변환된 MIMO 채널은 하기 <수학식 4>와 같다.

G개의 공간 부호화 방법에 따라 G개의 서로 다른 등가 MIMO 채널로 변환할 수 있게 된다. 사용자들은 서로 다른 MIMO 채널을 겪기 때문에 개별 사용자가 선호하는 공간 사전 부호화 방법은 다르게 된다. 복수개의 공간 사전 부호화를 준비해서 상황에 따라 공간 사전 부호화 방법을 바꾸는 방법을 통해 추가적인 멀티-유저 다이버시티(multi-user diversity) 이득을 얻을 수 있다.

본 발명에서는 공간 사전 부호화 pre-coding 행렬의 원소는 <수학식 5>와 같이 가정한다.

상기 <수학식 5>와 같이 공간 시간 사전 부호화 행렬을 정의하면 단일(unitary) 행렬이 된다. 공간 사전 부호화 행렬이 단일(unitary) 행렬이면 MIMO 채널이 가지는 채널 용량이 공간 사전 부호화에 의해 감소하는 현상이 발생하지 않는 다.

그러면 상기 도 6의 구성 및 동작에 대하여 자세히 살펴보기로 한다.

송신기는 사용자 수신기들로부터 CSI를 궤환 받는다. 여기서 하나의 사용자가 전달하는 CSI 궤환은 공간 사전 부호화 기법에 따라 3가지 방식으로 나뉜다.

첫 번째 방식은 공간 사전 부호화 과정이 만들 수 있는 모든 빔에 대해 AMC를 위한 채널 품질 정보(Channel Quality Information : 이하 "CQI"라 함)를 궤환하는 방법이다. G개의 공간 사전 부호화 행렬이 있고 M개의 송신 안테나가 있으면 총 GM개의 CQI가 CSI로서 궤환된다. 이 방법은 가장 많은 정보를 궤환하도록 함으로써 최적의 스케줄링을 수행할 수 있게 하는 장점이 있다. 그러나 궤환에 따른 오버헤드가 증가하는 단점을 갖는다.

두 번째 방식은 선호하는 공간 사전 부호화 방법을 알리고, 그 방법을 적용하였을 때에 만들 수 있는 M개의 빔에 대한 CQI만을 궤환하도록 하는 방법이다. 따라서 M개의 CQI와 선호하는 공간 사전 부호화 행렬을 지정하는 인덱스인 선호 매트릭 인덱스(Preferred Matrix Index : PMI)를 CSI로서 궤환하다록 한다.

상기 두 방식은 모두 공간 다중화(spatial multiplexing)에서 활용할 수 있으며 스케줄링 결과에 따라 송신 빔 성형과 SDMA와 같은 기법에서도 활용할 수 있다.

세 번째 방식은 선호하는 공간 사전 부호화 방법과 그 중에서 선호하는 빔 성형 방법을 알리고 그 빔을 통해 얻을 수 있는 하나의 CQI만을 궤환하도록 하는 방법이다. 따라서 하나의 CQI, PMI 그리고 선호하는 열 벡터를 지정하는 인덱스인 선호 벡터 인덱스(Preferred Vector Index : PVI)를 CSI로서 궤환하도록 한다. 이 방법은 상기 3가지 방법 중에서는 가장 적은 궤환 오버헤드를 필요로 한다. 그러나 송신 빔 성형 또는 단일 스트림 전송 SDMA에서만 활용할 수 있는 방법이다.

상기한 방법들 중 하나의 방법을 통해 수신기들이 전달한 CSI는 AMC 제어기 (601)와 스케줄링 및 다중화기(600)에서 수집된다. 우선 스케줄링 및 다중화기(600)는 CSI 궤환 정보를 토대로 공간 사전 부호화 방법을 결정한다. 그리고 상기 결정된 방법에 따라 형성되는 각 빔으로 전달될 데이터 스트림을 선택한다. 만약 서로 다른 사용자가 동시에 선택되면 SDMA를 구현하게 되고 하나의 사용자로부터 복수개의 데이터 스트림을 전송하기로 결정한 경우에는 공간 다중화를 구현하게 된다. 그리고 하나의 사용자로부터 하나의 데이터 스트림을 전송하기로 결정한 경우에는 송신 빔 성형을 구현하게 된다. 상기 스케줄링 및 다중화기(600)가 공간 사전 부호화 방법을 결정한다는 것은 현 시점에 어떤 공간 사전 부호화 행렬을 적용할 것인가를 결정하는 것을 의미한다. 상기 결정된 공간 사전 부호화 방법은 사전 부호 제어기(603)로 전달된다. 그러면 상기 사전 부호 제어기(603)는 상기 결정된 공간 사전 부호화 방법에 대응하는 공간 사전 부호화 행렬 인덱스(611)를 찾아서 공간 사전 부호기(605)로 전달한다. 한편 스케줄링 및 다중화기(600)에서 결정된 스케줄링 정보(615)는 AMC 제어기(601)로 전달된다. 따라서 상기 AMC 제어기(601)는 CSI 궤환 정보를 토대로 각 빔에서 적용할 부호화 및 변조 방법을 결정하여 각 채널 부호 변조기들(110-1, 110-N)로 전달한다. 그리고 상기 스케줄링 및 다중화기(600)는 상위로부터 수신된 각 사용자 데이터들 중 전송하기로 결정된 각 데이터들 을 송신하기로 결정된 스트림의 개수만큼 다중화하고, 상기 다중화된 스트림들을 각각의 채널 부호 변조기들(110-1, 110-N)로 출력한다.

상기 각 채널 부호 변조기들(110-1, 110-N)은 상기 스케줄링 및 다중화기(600)로부터 스케줄링되어 다중화된 데이터 스트림을 수신하여 AMC를 수행한다. 이와 같이 AMC를 수행한 후 출력된 신호들은 공간 사전 부호기(604)로 입력된다. 상기 공간 사전 부호기(605)는 상기 사전 부호 제어기(603)가 결정한 사전 부호화 명령 즉, 공간 사전 부호화 행렬 인덱스(611)를 토대로 공간 사전 부호화를 수행한다. 이 과정을 마치면 각 송신 안테로 전송될 심볼 스트림이 완성된다. 다음으로 공간 사전 부호화된 심볼 스트림들은 각 안테나에 대응하는 파일럿 삽입기들(607-1, 607-M)로 입력된다. 상기 각 파일럿 삽입기들(607-1, 607-M)은 안테나마다 직교하는 파일럿 신호를 삽입하여 각각 대응하는 OFDM 변조부들(210-1, 210-M)로 출력한다. 상기 OFDM 변조부들(210-1, 210-M)은 입력된 신호를 OFDM 신호로 변환하고, 무선부(122)를 통해 RF 신호로 변화하여 다중 송신 안테나들(131, 132)를 통해 송신한다.

여기서 데이터 스트림은 공간 사전 부호화가 적용되지만 파일럿 신호는 공간 사전 부호화가 적용되지 않는다. 그 이유는 현시점에 데이터가 전송되지 않는 사용자도 다음 시점에 데이터가 전송될 경우를 위해서 CSI 정보를 궤환해야 하기 때문이다. 만약 현시점에 데이터가 전송되는 사용자를 위해서 파일럿에 공간 사전 부호화를 적용하면 데이터가 전송되고 있지 않은 사용자는 그 사실을 인지하지 못한다. 따라서 데이터를 송신하지 않는 사용자는 상기 파일럿으로부터 CSI 정보를 만들어 낼 수 없기 때문이다. 상기 도 6의 송신기에서와 같이 안테나마다 직교하는 파일럿이 전송되면 각 사용자 수신기는 전술한 <수학식 4>의 변환식을 통해 CSI 정보를 만들어 낼 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따라 상기 도 6의 공간 사전 부호기를 빔 성형기로 구현한 블록 구성도이다. 이하 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 공간 사전 부호기의 블록 구성 및 동작에 대하여 살펴보기로 한다.

사전 부호 제어기(603)가 결정한 사전 부호 명령 즉 공간 사전 부호화 행렬 인덱스(611)인 g가 공간 사전 부호기(605)에 전달되면 첫 번째 빔 성형기(701-1)는 의 첫 번째 열벡터를 빔 성형 가중치를 사용하여 빔 성형하고, M번째 빔 성형기 (701-M)는 E^(g)의 M번째 열 벡터를 빔 성형 가중치를 사용하여 빔 성형을 수행한다. 이와 같이 빔 성형된 신호들은 각각의 출력단에 위치한 가산기들(703-1, 703-M)에 의해 각각의 빔 성형기들(701-1, 701-M)에서 빔 성형된 신호들을 가산하여 해당하는 안테나 쪽으로 출력한다.

도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따라 상기 도 6의 공간 사전 부호기를 퓨리에 변환기로 구현한 경우의 블록 구성도이다. 이하 도 8을 참조하여 본 발명의 다른 실시 예에 따른 공간 사전 부호기의 블록 구성 및 그 동작에 대하여 살펴보기로 한다.

앞에서 상술한 <수학식 5>의 공간 사전 부호화 행렬을 사용하면 공간 사전 부호화는 동시에 전송될 변조 심볼들에 역 고속 퓨리에 변환(IFFT)을 적용한다. 따 라서 변조 심볼들은 퓨리에 변환기(801)로 입력되어 역 고속 퓨리에 변환된다. 여기서 송신하는 방법에 따라 역 고속 퓨리에 변환이 아닌 고속 퓨리에 변환 또는 이산 퓨리에 변환 등의 방법이 사용될 수도 있다. 이와 같이 퓨리에 변환된 각 스트림들은 선형 위상 천이기(803)로 입력된다. 상기 선형 위상 천이기(803)는 상술한 도 6의 사전 부호 제어기(603)가 결정한 사전 부호화 명령 즉, 공간 사전 부호화 행렬 인덱스(611)인 g를 이용하여 위상을 천이시킨다. 상기 선형 위상 천이기(803)에서는 공간 사전 부호화 행렬 인덱스(611)인 g를 받아 퓨리에 변환기(801)에서 역 고속 퓨리에 변환 과정을 거친 변조 심볼들 중에서 m번째 송신 안테나로 전송될 변조 심볼에 하기 <수학식 6>과 같은 위상 천이를 적용한다.

한편 공간 사전 부호기(605)는 앞에서 설명한 바와 같이 역 고속 퓨리에 변환기 대신에 고속 퓨리에 변환기로 대체할 수도 있다. 이 경우 공간 사전 부호 행렬의 원소는 하기 <수학식 7>과 같이 정의되고 위상 천이는 하기 <수학식 8>과 같이 정의된다.

도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 선택적 공간 사전 부호화(opportunistic space pre-coding)를 적용한 다중-유저 송신기의 블록 구성도이다.

상기 도 9를 참조하여 살피기에 앞서 전술한 도 6에서 설명한 공간 사전 부호화 기법을 적용한 멀티-유저 MIMO 시스템은 모든 경우의 CQI를 궤환하거나 PMI, PVI와 같은 추가적인 CSI를 궤환해야 하기 때문에 PARC에 비해 더 많은 궤??이 발생하게 된다. 선택적 공간 사전 부호화 기법은 PARC와 동일한 궤환 오버헤드를 가지면서도 공간 사전 부호화 기법을 통해 구현할 수 있는 빔 성형, 공간 다중화(spatial multiplexing), SDMA 등과 같은 다양한 공간 처리 기법을 사용할 수 있게 한다.

상기 도 9의 선택적 공간 사전 부호화 기법이 상기 도 6에서 설명한 공간 사전 부호화 기법과 비교했을 때 송신기 구조에서 가장 큰 차이점은 사전 부호 제어기(901)가 스케줄러의 통제를 받지 않는다는 것이다. 즉, 도 6의 공간 사전 부호화 기법을 적용한 시스템은 수신기로부터 공간 사전 부호화 방법을 결정하기 위한 CSI를 궤환받아 그 정보를 토대로 어떤 공간 사전 부호화를 현 시점에서 사용할 것인가를 스케줄러(600)가 결정한다. 그러나 선택적 공간 사전 부호화 기법을 적용한 시스템은 수신기로부터 CSI의 궤환을 토대로 공간 사전 부호화 방법을 결정하는 것이 아니라 미리 정해진 패턴에 의해 공간 사전 부호화 방법이 결정된다.

선택적 사전 부호 제어기(901)는 AMC 및 채널 민감도 스케줄링의 단위가 되는 특정 부-밴드(sub-band)와 타임 슬롯에서 어떠한 공간 사전 부호화를 적용할 것인가를 결정하여 선택적 공간 사전 부호화 명령(opportunistic pre-coding command)(905)을 선택적 공간 사전 부호기(910)로 전달한다. 그 외의 과정은 도 6에서 설명한 공간 사전 부호화의 과정과 동일하다.

선택적 사전 부호 제어기(901)가 선택적 공간 사전 부호 명령(905)를 결정하는 방법에는 두 가지 방법이 있다.

첫 번째 방법은 공간 사전 부호화 방법의 순번을 정하여 순차적으로 바꾸는 것이다.

두 번째 방법은 랜덤(random) 변수를 발생시켜 공간 사전 부호화의 방법을 랜덤하게 결정하는 것이다.

상기한 2가지 방법 중 어떤 방법을 사용하더라도 현시점과 다음에 스케줄링이 될 시점에서 특정 부-밴드(sub-band)에 어떤 공간 사전 부호화가 적용되는가를 수신기가 예측할 수 있어야 한다. 즉, 순차적으로 바꾸는 첫 번째 방법을 사용하는 경우 그 순서를 송신기와 수신기가 모두 알아야 한다. 반면에 랜덤하게 바꾸는 두 번째 방법을 사용하는 경우 송신기와 수신기가 랜덤 발생기의 상태를 동일하게 설정하여 동일한 랜덤 변수가 발생되도록 해야 한다. 즉, 공간 사전 부호화가 적용되는 방법에 대해 송신기와 수신기의 동기화가 이루어져야 한다. 그래야만 현시점에서 사전 부호화된 MIMO 채널을 추정할 수 있고, 다음에 스케줄링이 될 시점에서 사전 부호화된 MIMO 채널을 예측할 수 있다. 이렇게 공간 사전 부호화 방법이 시간과 주파수에 따라 바뀌더라도 동작에 문제가 없는 것은, 서로 다른 안테나로부터 직교하는 파일럿이 전송되기 때문에 공간 사전 부호화가 적용되지 않은 MIMO 채널을 적용할 수 있다. 또한 어떤 공간 사전 부호화가 적용되었고 적용될 것인지를 수신기가 알고 있기 때문에 수신 및 CSI 궤환 동작을 수행할 수 있기 때문이다.

도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따라 상기 도 9의 선택적 공간 사전 부호기를 빔 성형기로 구현한 블록 구성도이다. 이하 도 10을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따라 구현된 선택적 공간 사전 부호기의 블록 구성 및 동작에 대하여 살펴보기로 한다.

상기 도 9의 선택적 사전 부호화 제어기(901)가 생성한 선택적 사전 부호화 명령(opportunistic pre-coding command)(905)은 빔 순열 패턴(beam permutation pattern)(1001)과 사전 부호화 매트릭 인덱스(pre-coding matrix index)(1003)로 이루어져 있다. 상기 사전 부호화 매트릭 인덱스(1003) g는 빔 성형기(1013-1, 1013-M)로 입력된다. 또한 빔 순열 패턴(1001)은 빔 순열기(1010)로 입력된다. 또한 각 심볼 스트림들이 상기 빔 순열기(1010)로 입력된다. 그러면 상기 빔 순열기(1010)는 입력된 심볼 스트림들을 어떠한 빔 성형기로 출력할 것인가를 상기 빔 순열 패턴에 의거하여 결정한 후 이를 해당하는 빔 성형기(들)로 출력한다.

이와 같이 상기 입력 스트림과 사전 부호화 매트릭 인덱스(1003) g를 수신한 빔 성형기들(1013-1, 1013-M)은 g번째 공간 사전 부호 행렬의 열 벡터를 빔 성형 가중치로 사용한다. 첫 번째 빔 성형기(1013-1)는 g번째 공간 사전 부호화 행렬의 첫 번째 열 벡터를 빔 성형 가중치로 사용하고, M번째 빔 성형기(1013-M)는 g번째 공간 사전 부호화 행렬의 M번째 열 벡터를 빔 성형 가중치로 사용한다.

앞에서 설명한 바와 같이 빔 순열 패턴(1001)은 선택적 공간 사전 부호기(910)로 전달되는 복수개의 변조 심볼 스트림을 각각의 빔 성형기와 짝을 이루는 방법을 나타내는 것이다. 특정 변조 심볼 스트림을 몇 번째 빔 성형기에 입력할 것인가가 빔 순열 패턴(1001)으로 결정되기 때문에, 같은 사전 부호화 매트릭 인덱스가 결정되더라도 빔에 할당하는 방법이 바뀌게 된다. 이와 같이 특정 변조 심볼 스트림을 특정 빔 성형기에 입력하도록 조정하는 기능은 빔 순열기(1010)에서 수행하는 것이다.

도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따라 상기 도 9의 선택적 공간 사전 부호화기를 FFT로 구현한 실시 예의 블록 구성도이다. 이하 도 11을 참조하여 본 발명의 다른 실시 예에 따라 상기 공간 사전 부호화기를 FFT로 구현하는 경우의 블록 구성 및 동작에 대하여 살펴보기로 한다.

상기 도 11에서 전술한 도 8과 대비할 때, 퓨리에 변환기(801)와 선형 위상 천이기(803)는 공산 사전 부호기를 구성한 경우와 본 실시 예인 선택적 공간 사전 부호기로 구성한 경우 모두 동일하다. 그리고 사전 부호화 매트릭 인덱스(1101)가 선형 위상 천이기(803)를 제어하는 것도 앞서 도 8에서 설명한 FFT로 구현한 공간 사전 부호기의 설명과 동일하다. 다만 빔 순열기(1010)를 더 포함하는 것이며, 상기 빔 순열기(1010)는 빔 순열 패턴(1001)을 수신하여 빔 순열 과정을 FFT 또는 IFFT 과정 (83) 이전에 수행하도록 한 점에서만 차이를 가진다. 또한 빔 순열 과정에 대하여는 앞의 도 9 및 도 10에서 설명한 것과 동일하므로 여기서는 더 살피지 않기로 한다.

도 12는 본 발명의 상기 도 6의 공간 사전 부호 송신기에 대응하는 수신기를 일 실시 예로 도시한 블록 구성도이다. 이하 도 12를 참조하여 본 발명에 따른 공간 사전 부호 송신기에 대응하는 수신기의 블록 구성 및 동작에 대하여 살펴보기로 한다.

수신기는 N개의 다중 수신 안테나(1200-1, 1200-2)로 신호를 수신한다. 본 명세서에서는 중복을 피하기 위해 첫 번째 수신 안테나(1200-1)를 기준으로 수신 과정을 기술한다. 수신 신호는 무선부(1201)를 통해 기저대역 신호로 변환된 뒤 OFDM 복조기(1202)를 통해 각 부 반송파(sub-carrier)로 전송된 신호를 복원한다. 여기서 각 송신 안테나로부터 전송된 직교 파일럿 신호를 추출하는 송신 안테나 파일럿 추출기들(1205-1, 1205-2)은 각 송신 안테나별 파일럿 신호를 추출한다. 상기 제1송신 안테나 파일럿 추출기(1205-1)에서 추출된 파일럿 신호(1207-1)는 첫 번째 송신 안테나(31)로부터 전송된 파일럿 신호로 첫 번째 송신 안테나로부터 전송된 신호가 첫 번째 수신 안테나에 수신되었을 때 겪는 채널 응답을 포함한다. 제2송신 안테나 파일럿 추출기(1205-2)에서 추출된 파일럿 신호는 2번째 송신 안테나로부터 전송된 파일럿 신호로 2번째 송신 안테나로부터 전송된 신호가 첫 번째 수신 안테나에 수신되었을 때 겪는 채널 응답을 포함한다. 동일한 방법으로 N번째 수신 안테나(도 12에 도시하지 않음)까지 수신된 파일럿 수신 신호들(1207-N)을 추출하면 이 모든 추출된 파일럿 심볼들은 MIMO 채널 추정기(1221)에 입력된다. MIMO 채널 추정기(1221)는 공간 사전 부호화가 적용되지 않은 순수한 MIMO 채널 행렬을 추정하여 사전 부호화된 MIMO 채널 추정기(1230)로 전달한다.

한편 해당 수신기로 전달된 데이터에 적용된 사전 부호화 정보(pre-coding information)(114)가 사전 부호 제어기(1223)로 입력되어 수신할 데이터에 적용된 공간 사전 부호화 행렬(1233)을 생성하여 사전 부호 MIMO 채널 추정기(1230)에 전달한다. 사전 부호 MIMO 채널 추정기(1230)는 현재 수신할 데이터가 겪은 사전 부호화된 MIMO 채널을 추정하고, 또한 향후 스케줄링될 시점에 겪을 수 있는 모든 사전 부호화된 MIMO 채널을 추정하여 그 추정된 값을 CSI 추정기(1232)로 출력한다. 상기 CSI 추정기(1232)는 상기 사전 부호 MIMO 채널 추정기(1230)로부터 추정된 값에 근거하여 CSI 궤환 값을 생성하여 송신기로 전송한다. 또한 상기 사전 부호 MIMO 채널 추정기(1230)에서 추정된 전자의 추정치(1235)는 데이터 복조에 사용될 수 있도록 결합 및 역다중화기(1251)로 전달된다.

한편 OFDM 복조기(1202)를 통해 각 부 반송파에 실려 있던 신호에서 수신기로 전송된 변조 심볼들을 추출하는 데이터 추출기(1210)는 수신기에서 수신해야 하는 신호만을 추출하여 결합 및 역다중화기(1251)로 출력한다. 이는 각 안테나에 대응하는 데이터 추출기마다 이루어지는 동작이다. 따라서 결합 및 역다중화기(1251)는 각 수신 안테나로부터 추출된 데이터 변조 심볼들(1241-1, 1241-N)을 모두 수신한 후 결합하고, 송신기에서 수신기로 전달된 복수개의 데이터 스트림의 변조 심볼들(1253-1, 1253-N)로 복원한다. 따라서 상기 결합 및 역다중화기는 복수 개의 데이터 스트림 변조 심볼들(1253-1, 1253-N)을 역다중화하여 간섭 제거기(1260)로 출력한다. 상기 간섭 제거기(1260)는 점선으로 도시하였다. 앞에서 설명한 바와 같이 점선으로 표시된 부분은 시스템에 따라 채택되어 사용될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있는 것이다. 따라서 일부의 수신기들은 간섭 제거기를 사용하지 않을 수 있다.

그러나 본 발명의 실시 예에서는 설명의 편의를 위해 간섭 제거기(1260)를 두는 것으로 가정한다. 이와 같이 간섭 제거기로 입력된 신호들은 이전 값들로부터 추출한 정보를 이용하여 간섭을 제거한 후 적응 복조 및 복호기(1270-1, 1270-M)로 출력한다.

도 13은 상기 도 9의 본 발명의 선택적 공간 사전 부호 송신기에 대응하는 수신기를 일 실시 예로 도시한 블록 구성도이다. 이하 도 13을 참조하여 본 발명에 따른 선택적 공간 사전 부호 송신기에 대응하는 수신기의 블록 구성 및 동작에 대하여 살펴보기로 한다.

상기 도 13의 선택적 공간 사전 부호 수신기가 상술한 도 12의 공간 사전 부호 수신기와 다른 가장 큰 차이점은 선택적 사전 부호 제어기(1301)가 별도로 사전 부호화 정보를 받지 않고 스스로 공간 사전 부호화 행렬(1303)을 생성하여 사전 부호화 MIMO 채널 추정기(1230)에 직접 전달한다. 나머지 과정은 전술한 도 12에서의 설명과 같으므로 여기서는 설명을 생략하기로 한다.

도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따라 송신기에서 데이터 스트림의 송신 시 흐름도이다. 이하 도 14를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 송신기에서 데이터 스트림의 송신 시 과정을 살펴보기로 한다.

송신기는 1401단계에서 상위 계층으로부터 각 사용자의 데이터 스트림을 수신한다. 그런 후 상기 송신기는 1402단계에서 수신기로부터 CSI 관련하여 궤환된 정보를 수집한다. 그리고 상기 송신기는 1403단계로 진행하여 모든 가능한 공간 사전 부호화 방법을 준비한다. 공간 사전 부호화를 사용하는 경우 공간 사전 부호화 방법은 이 단계에서 결정되지 않는다. 상기 송신기는 1404단계로 진행하면, 모든 가능한 방법에 대한 스케줄링을 수행한다.

반면 선택적 공간 사전 부호화를 사용하는 경우 1403과정에서 공간 사전 부호화 방법이 결정된다. 다음으로 스케줄러에 1404단계에서 의해 어느 사용자의 데이터 스트림이 스케줄링될 것인가를 결정한다. 여기서 스케줄링은 1403 단계에서 구한 공간 사전 부호화 방법들을 토대로 수행된다. 스케줄링된 사용자의 데이터 스트림은 1405 단계에서 부호화 및 변조 과정을 거쳐 변조 신호로 변환된다. 그런 후 1411단계로 진행하여 사용할 사전 부호화 방법이 공간 사전 부호화 방법인가를 검사한다. 상기 검사결과 공간 사전 부호화 방법인 경우와 선택적 사전 부호화 방법인 경우에 따라 사전 부호화 방법이 바뀌게 된다.

사전 부호화 방법은 시스템이 공간 사전 부호화 방법이나 선택적 공간 부호화 방법 중 하나를 선택하여 사용할 수도 있고 사용자가 선택하여 사용할 수도 있다. 즉 시스템 내의 모든 사용자가 하나의 사전 부호화 방법을 사용할 수도 있고 일부 사용자는 공간 사전 부호화 방법을 사용하고, 다른 일부 사용자는 선택적 공간 부호화 방법을 사용할 수도 있다.

공간 사전 부호화 방법을 사용하는 경우 즉, 1412단계로 진행하면 스케줄러로부터 수신한 사전 부호화 명령을 수신하고, 1413단계로 진행하여 공간 사전 부호화를 수행한다. 반면에 선택적 사전 부호화 방법을 사용하는 경우, 1414단계로 진 행하여 미리 정의된 패턴에 따라 사전 부호화 명령을 생성하고, 1415단계로 진행하여 그 명령에 따라 공간 사전 부호화를 수행한다.

상기 송신기는 상기 1413단계 또는 1415단계를 수행한 후 1431단계로 진행하여 사전 부호화된 신호에 파일럿 신호를 첨부하고, 1432단계로 진행하여 OFDM 변조를 통해 OFDM 심볼로 변환한다. 그리고 송신기는 1433단계로 진행하여 RF 처리 과정을 통해 기저대역 OFDM 심볼을 RF 신호로 변환한 뒤 1434단계에서 다중 송신 안테나를 통해 상기 생성된 RF 신호를 전송한다.

도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따라 수신기에서 데이터 스트림의 수신 시 흐름도이다. 이하 도 15를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 수신기에서 데이터 스트림의 수신 시 과정을 살펴보기로 한다.

수신기는 1500단계에서 다중 수신 안테나로부터 RF 신호를 수신하고, 1501단계로 진행하여 이를 기저대역 신호로 변환한다. 이와 같이 기저대역 신호로 변환된 신호는 OFDM 심볼이므로 1502단계에서 이를 OFDM 복조기를 통해 각 부 반송파(sub-carrier)로 전송된 변조 신호를 복원한다. 그런 후 상기 수신기는 1503단계로 진행하여 파일럿과 제어신호를 추출하고, 1504단계로 진행하여 추출된 파일럿을 통해 MIMO 채널을 추정한다.

다음으로 사전 부호화 MIMO 채널을 추정하는 과정을 수행한다. 따라서 수신기는 1505단계로 진행하여 우선 송신기에서 사용한 공간 사전 부호화 명령(space pre-coding command)을 생성하고, 1506단계에서 상기 생성된 값을 이용하여 사전 부호화 MIMO 채널을 추정한다. 사전 부호화 MIMO 채널을 추정하면 이것을 통해 CSI 궤환 값을 생성하는데 이용한다. 상기 사전 부호화 MIMO 채널의 추정치를 통해 공간 사전 부호화 방법이 적용된 변조 신호를 복원할 수 있다. 따라서 수신기는 1507단계로 진행하여 우선 데이터 복원을 위해 필요한 제어신호를 복원하고, 1058단계에서 이를 토대로 데이터를 추출한다. 다음에 수신기는 1509단계에서 사전 부호화 MIMO 채널의 추정치를 기반으로 추출된 데이터를 결합한다. 그런 후 수신기는 1510단계에서 최종적으로 결합된 신호를 복조하고 복호함으로써 송신된 데이터 스트림을 복원한다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명에서 제안하는 공간 사전 부호기와 선택적 사전 부호기는 빔성형, 공간 다중화(spatial multiplexing), SDMA 등 다양한 MIMO 기술을 스케줄러의 판단 결과에 따라 모두 구현할 수 있다.

선택적 공간 사전 부호기는 공간 사전 부호화 방법을 결정하기 위해 수신기로부터 공간 사전 부호화와 연관된 CSI 궤환을 전달받을 필요가 없어서 PARC와 동일한 양의 궤환만으로 향상된 시스템 용량을 얻을 수 있다. 또한 선택적 공간 사전 부호기는 채널이 주파수와 시간에 따라 변화하는 정도가 매우 작은 채널 환경에서 열악한 채널 상황을 겪고 있을 때 인위적으로 주파수와 시간에 따라 채널이 변하는 것과 같은 효과를 줄 수 있다. 이것은 AMC 및 채널 민감도 스케줄링의 단위가 되는 특정 부-밴드와 타임 슬롯마다 서로 다른 공간 사전 부호화 방법을 적용함으로써 얻을 수 있는 효과이다. 일반적으로 공평성(fairness)을 감안하여 운용되는 시스템에서는 채널이 주파수와 시간에 따라 변화하는 정도가 매우 작은 채널 환경에 있는 사용자가 열악한 채널 상황을 겪고 있을 때 채널이 양호해지는 순간이 발생하는데 오랜 시간이 걸려서 송신기가 어쩔 수 없이 자원을 할당하게 되는 경우가 발생한다. 이러한 경우에는 시스템의 용량이 감소하게 되는데 선택적 공간 사전 부호화를 사용하면 이 문제를 해결하여 시스템의 용량을 개선할 수 있다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명을 적용하면, 시스템의 용량을 증대시키면서 오버헤드의 부담을 줄일 수 있는 이점이 있다.

Claims (24)

1. 단말들로부터 채널 상태 정보를 궤환받아 데이터를 전송하며 다중입력다중출력(Multi Input Multi Output) 방식으로 다중 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템의 기지국에서 데이터의 송신 방법에 있어서,

   상기 채널 상태 정보들을 이용하여 데이터를 송신할 단말을 결정하고, 상기 다중 안테나들 중 상기 단말로 송신할 데이터를 전송할 안테나를 결정하고, 복수 개의 공간 사전 부호화 방식 중 하나를 결정하는 과정과,

   상기 결정된 안테나의 수에 따라 전송할 데이터를 다수의 스트림들로 다중화하고, 상기 다중화된 다수의 스트림들 각각에 대한 부호화 및 변조를 수행하는 과정과,

   상기 결정된 공간 사전 부호화 방식에 따라 다수의 공간 사전 부호화 매트릭들 중 하나의 매트릭 선택 신호를 출력하고, 상기 출력된 하나의 매트릭 선택 신호에 의거하여 선택된 매트릭으로 상기 부호화 및 변조된 각각의 스트림들을 공간 사전 부호화하는 과정과,

   상기 공간 사전 부호화된 각각의 스트림들을 직교 주파수 분할 다중 변조(Orthogonal Frequency Multiple Modulation: OFDM)한 후 상기 OFDM 변조된 각각의 스트림들을 대응하는 각각의 안테나로 송신하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 기지국에서 데이터의 송신 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 공간 사전 부호화 방식을 결정하는 과정 이후에, 상기 채널 상태 정보들을 이용하여 상기 부호화 및 변조 방식을 결정하는 과정을 더 포함하며,

   상기 각각의 스트림들의 부호화 및 변조 시 상기 결정된 부호화 및 변조 방식에 따라 적응적으로 부호화 및 변조함을 특징으로 하는 기지국에서 데이터의 송신 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 공간 사전 부호화하는 과정은,

   미리 결정된 매트릭들 중 상기 선택된 매트릭을 이용하여 상기 변조된 각각의 스트림들을 빔 성형하는 과정과,

   상기 빔 성형된 스트림들을 각 스트림들을 송신할 안테나에 대응하는 경로별로 각각 가산하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 기지국에서 데이터의 송신 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 공간 사전 부호화하는 과정은,

   상기 부호화 및 변조된 각각의 스트림들을 수신하여 역퓨리에 변환하는 과정과,

   미리 결정된 매트릭들 중 상기 선택된 매트릭을 이용하여 상기 역퓨리에 변환된 각각의 스트림들의 위상을 천이하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 기지국에서 데이터의 송신 방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 공간 사전 부호화된 각각의 스트림마다 해당 안테나로 송신할 파일럿 신호를 삽입하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 기지국에서 데이터의 송신 방법.
6. 단말들로부터 채널 상태 정보를 궤환받아 데이터를 전송하며 다중입력다중출력(Multi Input Multi Output) 방식으로 다중 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템의 기지국 장치에 있어서,

   상기 채널 상태 정보들을 이용하여 데이터를 송신할 단말을 결정하고, 상기 다중 안테나들 중 상기 단말로 송신할 데이터를 전송할 안테나를 결정하고, 복수 개의 공간 사전 부호화 방식 중 하나를 결정하는 스케줄러와,

   상기 결정된 안테나들의 수에 따라 전송할 데이터를 다수의 데이터 스트림들로 다중화하는 다중화기와,

   상기 다중화된 데이터 스트림들을 각각 부호화 및 변조를 수행하는 변조 및 부호화부와,

   상기 결정된 공간 사전 부호화 방식에 따라 다수의 공간 사전 부호화 매트릭들 중 하나의 매트릭 선택 신호를 출력하는 사전 부호 제어기와,

   상기 출력된 매트릭 선택 신호에 의거하여 선택된 매트릭으로 상기 부호화 및 변조된 스트림들 각각을 공간 사전 부호화하는 공간 사전 부호화기와,

   상기 공간 사전 부호화된 각각의 스트림들을 직교 주파수 분할 다중 변조(Orthogonal Frequency Multiple Modulation: OFDM)하는 OFDM 변조기와,

   상기 OFDM 변조된 각각의 스트림들을, 대응하는 각 안테나를 통하여 송신하는 무선부를 포함함을 특징으로 하는 무선 통신 시스템의 기지국 장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 채널 상태 정보들을 이용하여 상기 부호화 및 변조 방식을 결정하는 적응적 부호화 및 변조 제어기를 더 포함하며,

   상기 채널 부호 변조기는 상기 적응적 부호화 및 변조 제어기의 제어에 의해 적응적으로 송신할 각 스트림들에 대한 부호화 및 변조를 수행함을 특징으로 하는 무선 통신 시스템의 기지국 장치.
8. 제6항에 있어서, 상기 공간 사전 부호화기는,

   상기 매트릭 선택 신호에 의거하여 미리 결정된 매트릭들 중 하나를 선택하고, 상기 변조된 스트림들을 수신하여 상기 선택된 하나의 매트릭으로 상기 각각의 스트림들을 빔 성형하여 출력하는 빔 성형부와,

   상기 빔 성형된 스트림들을 상기 각각의 스트림들을 송신할 안테나에 대응하는 경로별로 각각 가산하는 가산부를 포함함을 특징으로 하는 무선 통신 시스템의 기지국 장치.
9. 제6항에 있어서, 상기 공간 사전 부호화기는,

   상기 부호화 및 변조된 각각의 스트림들을 수신하여 각각 역퓨리에 변환하는 역퓨리에 변환기와,

   상기 매트릭 선택 신호에 의거하여 미리 결정된 매트릭들 중 하나를 선택하고, 상기 역퓨리에 변환된 각각의 스트림들을 상기 매트릭에 의거하여 위상을 천이하는 위상 천이기를 포함함을 특징으로 하는 무선 통신 시스템의 기지국 장치.
10. 제6항에 있어서,

    상기 공간 사전 부호화된 각각의 스트림들마다 해당 안테나로 송신할 파일럿 신호를 삽입하기 위한 파일럿 삽입부를 더 포함함을 특징으로 하는 무선 통신 시스템의 기지국 장치.
11. 단말들로부터 채널 상태 정보를 궤환받아 데이터를 전송하며 다중입력다중출력(Multi Input Multi Output) 방식으로 다중 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템의 기지국 장치에 있어서,

    상기 채널 상태 정보들을 이용하여 데이터를 송신할 단말을 결정하고, 상기 단말로 전송할 데이터를 상기 다중 안테나 중 데이터를 전송할 안테나들을 결정하는 스케줄러와,

    상기 결정된 안테나의 수에 따라 전송할 데이터를 다수의 데이터 스트림들로 다중화하는 다중화기와,

    상기 데이터 스트림들 각각에 대한 변조 및 부호화를 수행하는 변조 및 부호화부와,

    상기 선택된 단말로 송신할 데이터 스트림들에 적용할 복수의 공간 부호화 명령 중 하나를 상기 단말과 상기 기지국 간에 미리 정해진 방식에 의하여 결정하고, 상기 결정된 공간 부호화 명령을 출력하는 사전 부호 제어기와,

    상기 결정된 공간 부호화 명령에 의거하여 선택된 상기 부호화 및 변조된 각각의 스트림들을 공간 사전 부호화하는 공간 사전 부호화기와,

    상기 공간 사전 부호화된 각각의 스트림들을 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Multiple Modulation: OFDM) 변조하는 OFDM 변조기와,

    상기 OFDM 변조된 각각의 스트림들을, 대응하는 각 안테나를 통하여 송신하는 무선부를 포함함을 특징으로 하는 무선 통신 시스템의 기지국 장치.
12. 제11항에 있어서,

    상기 채널 상태 정보들을 이용하여 상기 부호화 및 변조 방식을 결정하는 적응적 부호화 및 변조 제어기와,

    상기 변조 및 부호화부는 상기 적응적 부호화 및 변조 제어기의 제어에 의해 적응적으로 송신할 각각의 스트림들에 대한 부호화 및 변조를 수행함을 특징으로 하는 무선 통신 시스템의 기지국 장치.
13. 제11항에 있어서, 상기 공간 사전 부호화기는,

    상기 공간 부호화 명령에 의거하여 상기 부호화 및 변조된 각각의 스트림들을 순환시키는 빔 순열기와,

    상기 공간 부호화 명령에 의거하여 다수의 빔 성형 패턴들 중 하나의 빔 성형 패턴을 선택하고, 상기 선택된 빔 성형 패턴에 의거하여 상기 순환된 각각의 스트림들을 빔 성형하여 출력하는 빔 성형부와,

    상기 빔 성형된 각각의 스트림들을 송신할 안테나에 대응하는 경로별로 각각 가산하는 가산부를 포함함을 특징으로 하는 무선 통신 시스템의 기지국 장치.
14. 제11항에 있어서, 상기 공간 사전 부호화기는,

    상기 공간 부호화 명령에 의거하여 상기 부호화 및 변조된 각각의 스트림들을 순환시키는 빔 순열기와,

    상기 공간 부호화 명령에 의거하여 다수의 빔 성형 패턴들 중 하나의 빔 성형 패턴을 선택하고, 상기 선택된 빔 성형 패턴에 의거하여 상기 순환된 각각의 스트림들을 빔 성형하여 출력하는 빔 성형부와,

    상기 빔 성형된 각각의 스트림들을 수신하여 역퓨리에 변환하는 역퓨리에 변환기와,

    상기 공간 부호화 명령에 의거하여 미리 결정된 매트릭들 중 하나의 매트릭을 선택하고, 상기 역퓨리에 변환된 각각의 스트림들을 상기 매트릭에 의거하여 위상을 천이하는 위상 천이기를 포함함을 특징으로 하는 무선 통신 시스템의 기지국 장치.
15. 제11항에 있어서,

    상기 공간 사전 부호화된 각각의 스트림들마다 해당 안테나로 송신할 파일럿 신호를 삽입하기 위한 파일럿 삽입부를 더 포함함을 특징으로 하는 무선 통신 시스템의 기지국 장치.
16. 단말들로부터 채널 상태 정보를 궤환받아 데이터를 전송하며 다중입력다중출력(Multi Input Multi Output) 방식으로 다중 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템의 기지국에서 데이터 송신 방법에 있어서,

    상기 채널 상태 정보들을 이용하여 데이터를 송신할 단말을 결정하고, 상기 단말로 전송할 데이터를 상기 다중 안테나들 중 데이터를 전송할 안테나들을 결정하는 과정과,

    상기 결정된 안테나의 수에 따라 전송할 데이터를 다수의 데이터 스트림들로 다중화하는 과정과,

    상기 다중화된 데이터 스트림들 각각을 부호화 및 변조를 수행하는 과정과,

    상기 선택된 단말로 송신할 데이터 스트림들에 적용할 복수의 공간 다중 부호화 방식 중 하나를 상기 단말과 상기 기지국 간에 미리 정해진 방식으로 결정하고, 상기 결정된 방식으로 각각의 스트림들을 공간 사전 부호화하는 과정과,

    상기 공간 사전 부호화된 각각의 스트림들을 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Multiple Modulation: OFDM) 변조하는 과정과,

    상기 OFDM 변조된 각각의 스트림들을 대응하는 각 안테나를 통하여 송신하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 기지국에서 데이터 송신 방법.
17. 제16항에 있어서,

    상기 데이터 스트림들로 다중화하는 과정 이후에, 상기 채널 상태 정보들을 이용하여 적응적으로 부호화 및 변조 방식을 결정하는 과정을 더 포함하고,

    상기 부호화 및 변조를 수행하는 과정은, 상기 결정된 부호화 및 변조 방식으로 송신할 각각의 스트림들을 부호화 및 변조하는 것을 특징으로 하는 기지국에서 데이터 송신 방법.
18. 제16항에 있어서, 상기 공간 사전 부호화하는 과정은,

    공간 부호화 명령에 의거하여 상기 부호화 및 변조가 수행된 각각의 스트림들을 순환시키는 과정과,

    상기 공간 부호화 명령에 의거하여 다수의 빔 성형 패턴들 중 하나의 빔 성형 패턴을 선택하고, 상기 선택된 빔 성형 패턴에 의거하여 상기 순환된 각각의 스트림들을 빔 성형하여 출력하는 과정과,

    상기 빔 성형된 각각의 스트림들을 송신할 안테나에 대응하는 경로별로 각각 가산하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 기지국에서 데이터 송신 방법.
19. 제16항에 있어서, 상기 공간 사전 부호화는,

    공간 부호화 명령에 의거하여 상기 부호화 및 변조가 수행된 각각의 스트림들을 순환시키는 과정과,

    상기 공간 부호화 명령에 의거하여 다수의 빔 성형 패턴들 중 하나의 빔 성형 패턴을 선택하고, 상기 선택된 빔 성형 패턴에 의거하여 상기 순환된 각각의 스트림들을 빔 성형하는 과정과,

    상기 빔 성형된 각각의 스트림들을 수신하여 역퓨리에 변환하는 과정과,

    상기 공간 부호화 명령에 의거하여 미리 결정된 매트릭들 중 하나의 매트릭을 선택하고, 상기 역퓨리에 변환된 각각의 스트림들을 상기 매트릭에 의거하여 위상을 천이하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 기지국에서 데이터 송신 방법.
20. 제16항에 있어서,

    상기 공간 사전 부호화된 각각의 스트림마다 해당 안테나로 송신할 파일럿 신호를 삽입하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 기지국에서 데이터 송신 방법.
21. 단말들로부터 채널 상태 정보를 궤환받아 데이터를 전송하며 다중입력다중출력(Multi Input Multi Output: MIMO) 방식으로 다중 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템에서 단말의 데이터 수신 장치에 있어서,

    각 안테나들로부터 수신된 신호로부터 각 송신 안테나별로 송신된 파일럿 신호를 추출하는 송신 안테나 파일럿 추출기와,

    상기 송신 안테나 추출기로부터 수신된 정보를 이용하여 MIMO 채널을 추정하는 MIMO 채널 추정기와,

    상기 MIMO 채널 추정 값과 사전 부호화 정보를 이용하여 사전 부호화된 MIMO 채널을 추정하기 위한 사전 부호 MIMO 채널 추정기와,

    수신된 신호로부터 데이터를 추출하는 데이터 추출기와,

    상기 데이터 추출기에서 추출된 데이터를 상기 사전 부호 MIMO 채널 추정기로부터 출력된 신호를 이용하여 결합 및 역다중화하는 결합 및 역다중화기와,

    상기 역다중화된 신호를 복조 및 복호하는 복조 및 복호기를 포함하며,

    상기 사전 부호화 정보는, 기지국이 상기 채널 상태 정보를 이용하여 복수 개의 사전 부호화 방식 중 결정한 하나의 사전 부호화 방식을 나타냄을 특징으로 하는 단말의 데이터 수신 장치.
22. 제21항에 있어서,

    상기 역다중화된 신호에서 간섭 신호를 제거하는 간섭 제거기를 더 포함함을 특징으로 하는 단말의 데이터 수신 장치.
23. 단말들로부터 채널 상태 정보를 궤환받아 데이터를 전송하며 다중입력다중출력(Multi Input Multi Output: MIMO) 방식으로 다중 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템의 단말의 데이터 수신 방법에 있어서,

    각 안테나들로부터 수신된 신호로부터 각 송신 안테나별로 송신된 파일럿 신호를 추출하는 과정과,

    상기 추출된 파일럿 신호를 이용하여 MIMO 채널을 추정하는 과정과,

    상기 MIMO 채널 추정 값과 사전 부호화 정보를 이용하여 사전 부호화된 MIMO 채널을 추정하는 과정과,

    수신된 신호로부터 데이터를 추출하는 과정과,

    상기 추출된 데이터를 상기 사전 부호 MIMO 채널 값을 이용하여 결합 및 역다중화하는 과정과,

    상기 역다중화된 신호를 복조 및 복호하는 과정을 포함하며,

    상기 사전 부호화 정보는, 기지국이 상기 채널 상태 정보를 이용하여 복수 개의 사전 부호화 방식 중 결정한 하나의 사전 부호화 방식을 나타냄을 특징으로 하는 단말의 데이터 수신 방법.
24. 제23항에 있어서,

    상기 역다중화된 신호에서 간섭 신호를 제거하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 단말의 데이터 수신 방법.

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