KR101005018B1

KR101005018B1 - 다중 입출력 시스템을 위한 모드 선택 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101005018B1
Application number: KR1020090039827A
Authority: KR
Inventors: 류관웅; 박재원
Original assignee: (주)카이로넷
Priority date: 2009-05-07
Filing date: 2009-05-07
Publication date: 2010-12-30
Also published as: KR20100120942A

Abstract

MIMO 시스템을 위한 모드 선택 장치가 개시된다. MIMO 시스템을 위한 모드 선택 장치는 제1 내지 제m(m은 2이상의 정수) 수신 안테나들을 통해 수신된 신호에 포함된 파일럿(pilot) 신호를 저장하는 파일럿 메모리부, 평균 신호대 간섭 및 잡음비(carrier to interference and noise ratio, CINR)를 수신하고, 상기 평균 CINR, 상기 파일럿 메모리부에 저장된 파일럿 신호 및 미리 작성된 잡음 전력값 추정 테이블을 사용하여 안테나 상관값(antenna correlation)을 계산하는 안테나 상관값 계산부 및 상기 안테나 상관값, 상기 평균 CINR 및 미리 작성된 모드 선택 테이블을 사용하여 전송 모드를 선택하는 전송 모드 선택부를 포함한다. 따라서 MIMO 시스템을 위한 모드 선택 장치는 채널 용량을 높게 유지할 수 있도록 모드 선택을 한다.

Description

다중 입출력 시스템을 위한 모드 선택 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR MODE SELECTION IN MULTIPLE INPUT MULTIPLE OUTPUT SYSTEM}

본 발명은 모드 선택 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다중 입출력(multiple input multiple output, MIMO) 시스템을 위한 모드 선택 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 무선채널에서 데이터를 전송할 경우 다중경로 페이딩 (multipath fading) 등의 영향으로 인해 높은 비트 오류율을 갖게 된다.

하나의 송신 안테나와 하나의 수신 안테나를 통해 무선 통신을 수행하는 SISO(single input single output) 시스템의 경우에는, 송신 안테나와 수신 안테나 사이에 형성되는 단 하나의 채널을 통해 심볼을 송수신하므로, 전파 경로상의 장애물로 인한 다중경로 페이딩으로 인한 통신 품질 저하가 발생하기 쉽고 전송 속도에도 한계가 있다.

이에 반해, 복수의 송신 안테나들과 복수의 수신 안테나들을 통해 무선 통신을 수행하는 MIMO(multiple input multiple output) 시스템의 경우에는, 송신기에서는 상기 복수의 송신 안테나들을 통해 심볼을 전송하고 수신기에서는 상기 복수 의 수신 안테나들 각각이 상기 복수의 송신 안테나들을 통해 전송된 심볼을 수신함으로써 무선 채널의 페이딩 현상을 효율적으로 극복할 수 있고 전송 속도를 향상시킬 수도 있다.

이러한 MIMO 시스템은 심볼의 전송 방식에 따라, 전송될 심볼들을 블록들 내에서 부호화하고, 다음에 시간과 공간적으로 분리된 안테나들을 사용하여 전송하는 시공간 블록 코딩(space time block coding, STBC) 모드와 각 송신 안테나에서 독립적인 심볼을 전송하고 수신기에서는 채널의 독립적인 특성을 이용하여 각 송신 안테나에서 병렬 전송된 심볼을 분리, 검출하는 공간 다중화(spacial multiplexing, SM) 모드로 나눌 수 있다.

STBC 모드는 무선 채널의 페이딩 현상을 극복하고자 하는 방식이고, SM 모드는 주파수 대역을 증가시키지 않으면서 전송율을 증가시키고자 하는 방식이다.

따라서 MIMO 시스템에서는 채널의 상태에 따라 적절히 전송 모드를 선택하는

것이 중요하다.

이에 따라, 본 발명의 일 목적은 MIMO 시스템을 위한 모드 선택 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 일 목적은 MIMO 시스템을 위한 모드 선택 방법을 제공하는 데 있다.

상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 시스템을 위한 모드 선택 장치는 제1 내지 제m(m은 2이상의 정수) 수신 안테나들을 통해 수신된 신호에 포함된 파일럿(pilot) 신호를 저장하는 파일럿 메모리부, 평균 신호대 간섭 및 잡음비(carrier to interference and noise ratio, CINR)를 수신하고, 상기 평균 CINR, 상기 파일럿 메모리부에 저장된 파일럿 신호 및 미리 작성된 잡음 전력값 추정 테이블을 사용하여 안테나 상관값(antenna correlation)을 계산하는 안테나 상관값 계산부 및 상기 안테나 상관값, 상기 평균 CINR 및 미리 작성된 모드 선택 테이블을 사용하여 전송 모드를 선택하는 전송 모드 선택부를 포함한다.

실시예에 있어서, 상기 안테나 상관값 계산부는 상기 파일럿 메모리부에 저장된, 동일한 심볼의 동일한 부반송파(subcarrier)에 포함된 파일럿 신호를 사용하여, 제1 내지 제n(n은 2이상의 정수) 송신 안테나들 각각과 상기 제1 내지 제m 수신 안테나들 각각 사이의 채널이득들을 원소로 갖는 채널 행렬(channel matrix)을 생성하는 채널 행렬 생성부, 상기 채널 행렬 및 상기 채널 행렬의 켤레 전치행렬(conjugate transpose)의 곱에 대한 행렬식(determinant)을 제공하는 행렬식 계산부, 상기 행렬식을 누적평균하여 누적평균값을 제공하는 누적평균부, 상기 평균 CINR 및 상기 잡음 전력값 추정 테이블을 사용하여 상기 수신된 신호에 포함된 잡음 전력값을 제공하는 잡음 전력값 계산부 및 상기 누적평균값에서 상기 잡음 전력값을 감산하여 상기 안테나 상관값을 제공하는 가감기를 포함할 수 있다.

실시예에 있어서, 상기 채널 행렬은 제p(p는 2이상 m이하의 정수) 행, 제q(q는 2이상 n이하의 정수) 열의 원소가 상기 제1 내지 제m 수신 안테나들 중의 제p 수신 안테나 및 상기 제1 내지 제n 송신 안테나들 중의 제q 송신 안테나 사이의 채널이득일 수 있다.

실시예에 있어서, 상기 잡음 전력값 추정 테이블은 CINR에 따른 잡음 전력값을 저장할 수 있다.

실시예에 있어서, 상기 잡음 전력값 계산부는 상기 잡음 전력값 추정 테이블로부터 상기 평균 CINR에 대한 잡음 전력값을 독출하고 상기 독출된 잡음 전력값을 제공할 수 있다.

실시예에 있어서, 상기 모드 선택 테이블은 CINR 구간별로 선택될 전송 모드를 저장하는 복수의 룩업(lookup) 테이블들을 포함하고, 상기 복수의 룩업 테이블들 각각은 동일한 전송 모드가 선택되기 위한 CINR 구간이 서로 상이할 수 있다.

실시예에 있어서, 상기 전송 모드 선택부는 상기 안테나 상관값에 따라 상기 복수의 룩업 테이블들 중에서 하나의 룩업 테이블을 선택하고, 상기 선택된 룩업 테이블로부터 상기 평균 CINR이 속하는 구간에 대한 전송 모드를 선택할 수 있다.

실시예에 있어서, 상기 전송 모드는 공간시간 블록코딩(space time block coding, STBC) 모드 및 공간 다중화(spatial multiplexing, SM) 모드를 포함할 수 있다.

상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 시스템을 위한 모드 선택 방법은 제1 내지 제m(m은 2이상의 정수) 수신 안테나들을 통해 수신된 신호에 포함된 파일럿(pilot) 신호들을 파일럿 메모리부에 저장하는 파일럿 저장 단계, 평균 신호대 간섭 및 잡음비(carrier to interference and noise ratio, CINR)를 수신하고, 상기 평균 CINR, 상기 파일럿 메모리부에 저장된 파일럿 신호 및 미리 작성된 잡음 전력값 추정 테이블을 사용하여 안테나 상관값(antenna correlation)을 계산하는 안테나 상관값 계산 단계 및 상기 안테나 상관값, 상기 평균 CINR 및 미리 작성된 모드 선택 테이블을 사용하여 전송 모드를 선택하는 전송 모드 선택 단계를 포함한다.

실시예에 있어서, 상기 안테나 상관값 계산 단계는 상기 파일럿 메모리부에 저장된, 동일한 심볼의 동일한 부반송파(subcarrier)에 포함된 파일럿 신호를 사용하여, 제1 내지 제n(n은 2이상의 정수) 송신 안테나들 각각과 상기 제1 내지 제m 수신 안테나들 각각 사이의 채널이득들을 원소로 갖는 채널 행렬(channel matrix)을 생성하는 채널 행렬 생성 단계, 상기 채널 행렬 및 상기 채널 행렬의 켤레 전치행렬(conjugate transpose)의 곱에 대한 행렬식(determinant)을 제공하는 행렬식 계산 단계, 상기 행렬식을 누적평균하여 누적평균값을 제공하는 누적평균 단계, 상 기 평균 CINR 및 상기 잡음 전력값 추정 테이블을 사용하여 상기 수신된 신호에 포함된 잡음 전력값을 제공하는 잡음 전력값 계산 단계 및 상기 누적평균값에서 상기 잡음 전력값을 감산하여 상기 안테나 상관값을 제공하는 가감 단계를 포함할 수 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 MIMO 시스템을 위한 모드 선택 장치 및 방법에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

한편, 어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정 블록 내에 명기된 기능 또는 동작이 순서도에 명기된 순서와 다르게 일어날 수도 있다. 예를 들어, 연속하는 두 블록이 실제로는 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 관련된 기능 또는 동작에 따라서는 상기 블록들이 거꾸로 수행될 수도 있다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 입출력(multiple input multiple output, MIMO) 시스템을 위한 모드 선택 장치를 나타내는 블록도이다.

도 1을 참조하면, MIMO 시스템을 위한 모드 선택 장치(1000)는 파일럿 메모리부(pilot memory, PM, 100), 안테나 상관값 계산부(antenna correlation calculating unit, ACCU, 200), 전송 모드 선택부(mode selection unit, MSU, 300)를 포함한다.

파일럿 메모리부(100)는 제1 내지 제m(m은 2이상의 정수) 수신 안테나들을 통해 수신된 신호에 포함된 파일럿(pilot) 신호를 저장한다.

안테나 상관값 계산부(200)는 평균 신호대 간섭 및 잡음비(carrier to interference and noise ratio, CINR)를 수신하고, 상기 평균 CINR, 파일럿 메모리부(100)에 저장된 파일럿 신호(pilot signal, PS) 및 미리 작성된 잡음 전력값 추 정 테이블을 사용하여 안테나 상관값(antenna correlation, AC)을 계산한다.

전송 모드 선택부(300)는 상기 안테나 상관값, 상기 평균 CINR 및 미리 작성된 모드 선택 테이블(mode selection table, MST, 310)을 사용하여 전송 모드를 선택한다.

상기 전송 모드는 공간시간 블록코딩(space time block coding, STBC) 모드 및 공간 다중화(spatial multiplexing, SM) 모드를 포함할 수 있다.

도 2는 도 1의 안테나 상관값 계산부(200)의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 2를 참조하면, 안테나 상관값 계산부(200)는 채널 행렬 생성부(channel matrix generating unit, CMGU, 210), 행렬식 계산부(determinant calculating unit, DCU, 220), 누적평균부(cumulative averaging unit, CAU, 230), 잡음 전력값 계산부(noise power calculating unit, NPCU, 240) 및 가감기(250)를 포함한다.

채널 행렬 생성부(210)는 파일럿 메모리부(100)에 저장된, 동일한 심볼의 동일한 부반송파(subcarrier)에 포함된 파일럿 신호를 사용하여, 제1 내지 제n(n은 2이상의 정수) 송신 안테나들 각각과 상기 제1 내지 제m 수신 안테나들 각각 사이의 채널이득들을 원소로 갖는 채널 행렬(channel matrix)을 생성한다.

행렬식 계산부(220)는 아래의 [수학식 1]의 연산을 통해 상기 채널 행렬 및 상기 채널 행렬의 켤레 전치행렬(conjugate transpose)의 곱에 대한 행렬식(determinant)을 제공한다.

[수학식 1]

여기서, H는 상기 채널 행렬을 나타내고, H^H는 상기 채널 행렬의 켤레 전치행렬을 나타낸다.

누적평균부(230)는 상기 행렬식을 누적평균하여 누적평균값을 제공한다.

잡음 전력값 계산부(240)는 상기 평균 CINR 및 잡음 전력값 추정 테이블(noise power estimating table, NPET, 241)을 사용하여 상기 수신된 신호에 포함된 잡음 전력값을 제공한다.

잡음 전력값 추정 테이블(241)은 CINR에 따른 잡음 전력값을 저장하고, 잡음 전력값 계산부(240)는 상기 잡음 전력값 추정 테이블로부터 상기 평균 CINR에 대한 잡음 전력값을 독출하고 상기 독출된 잡음 전력값을 제공한다.

가감기(250)는 상기 누적평균값에서 상기 잡음 전력값을 감산하여 상기 안테나 상관값을 제공한다.

도 3은 도 2의 채널 행렬 생성부(210)가 상기 채널 행렬을 생성하는 방법을 나타내는 도면이다.

도 3은 두 개의 송신 안테나 및 두 개의 수신 안테나로 구성된 2*2 MIMO 시스템을 예로 들어 설명하고 있다.

도 3을 참조하면, 송신 안테나는 제1 송신 안테나(Tx ant 0) 및 제2 송신 안테나(Tx ant 1)로 구성되고, 수신 안테나는 제1 수신 안테나(Rx ant a) 및 제2 수신 안테나(Rx ant b)로 구성된다.

도 3의 MIMO 시스템에서는, 상기 제1 송신 안테나(Tx ant 0) 및 상기 제1 수 신 안테나(Rx ant a) 사이, 상기 제1 송신 안테나(Tx ant 0) 및 상기 제2 수신 안테나(Rx ant b) 사이, 상기 제2 송신 안테나(Tx ant 1) 및 상기 제1 수신 안테나(Rx ant a) 사이 및 상기 제2 송신 안테나(Tx ant 1) 및 상기 제2 수신 안테나(Rx ant b) 사이에 채널이 형성되고, 상기 채널들 각각의 채널이득은 h_0a, h_0b, h_1a 및 h_1b로 표현된다.

또한, 도 3은 상기 제1 수신 안테나(Rx ant a) 및 제2 수신 안테나(Rx ant b)가 수신한 신호들을 각각 시간축(symbol) 및 주파수축(subcarrier)을 사용하여 2차원적으로 도시하고 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1 수신 안테나(Rx ant a) 및 제2 수신 안테나(Rx ant b) 각각은 상기 제1 송신 안테나(Tx ant 0) 및 제2 송신 안테나(Tx ant 1)가 전송한 신호를 모두 수신한다.

채널 행렬 생성부(210)는 파일럿 메모리부(100)에 저장된, 상기 제1 수신 안테나(Rx ant a) 및 제2 수신 안테나(Rx ant b) 각각이 상기 제1 송신 안테나(Tx ant 0) 및 제2 송신 안테나(Tx ant 1)로부터 수신한, 동일한 심볼의 동일한 부반송파(subcarrier)에 포함된 파일럿 신호(211, 213)를 사용하여 상기 채널들의 채널이득들을 계산한다.

그 후, 채널 행렬 생성부(210)는 상기 채널이득들을 원소로 갖는 채널 행렬(215)을 생성한다. 이 때, 제1 행, 제1 열의 원소는 채널이득 h_0a가 되고, 제1 행, 제2 열의 원소는 채널이득 h_1a가 되고, 제2 행, 제1 열의 원소는 채널이득 h_0b가 되고, 제2 행, 제2 열의 원소는 채널이득 h_1b가 된다.

m*n MIMO 시스템의 경우에는, 상기 채널 행렬은, 제p(p는 2이상 m이하의 정수) 행, 제q(q는 2이상 n이하의 정수) 열의 원소가 상기 제1 내지 제m 수신 안테나들 중의 제p 수신 안테나 및 상기 제1 내지 제n 송신 안테나들 중의 제q 송신 안테나 사이의 채널이득이 된다.

이하, 전송 모드 선택부(300)의 동작에 대해 상세히 설명한다.

MIMO 시스템에서는 전송 모드를 적절히 선택하여 채널 용량(channel capacity)을 크게 유지하는 것이 중요하다.

MIMO 시스템에서는 채널들 사이의 상관도가 증가하면 채널 용량이 감소하게 된다. SM 모드에서의 채널들 사이의 상관도 증가에 따른 채널 용량의 감소는 STBC 모드에서의 채널들 사이의 상관도 증가에 따른 채널 용량의 감소보다 크게 나타난다. 데이터 송수신 과정에서 채널 상태는 실시간으로 변화하므로 전송 모드 선택시 변화하는 채널들 사이의 상관도를 고려하여 전송 모드를 선택하는 경우 채널 용량을 크게 유지할 수 있다.

따라서 전송 모드 선택부(300)는 채널들 사이의 상관도 변화에 적응적으로 대응하기 위해 복수의 테이블들을 사용하여 전송 모드를 선택한다.

구체적으로, 모드 선택 테이블(310)은 CINR 구간별로 선택될 전송 모드를 저장하는 복수의 룩업(lookup) 테이블들을 포함하는데, 상기 복수의 룩업 테이블들 각각은 동일한 전송 모드가 선택되기 위한 CINR 구간이 서로 상이하다.

전송 모드 선택부(300)는 상기 안테나 상관값에 따라 상기 복수의 룩업 테이블들 중에서 하나의 룩업 테이블을 선택하고, 상기 선택된 룩업 테이블로부터 상기 평균 CINR이 속하는 구간에 대한 전송 모드를 선택한다.

예를 들면, 상기 안테나 상관값이 큰 경우에 선택되는 룩업 테이블은 상기 안테나 상관값이 작은 경우에 선택되는 룩업 테이블에 비해 SM 모드가 선택되기 위한 CINR 임계값이 높게 정의될 수 있을 것이고, 이에 따라 전송 모드 선택부(300)는 상기 안테나 상관값이 커질수록 보다 높은 상기 평균 CINR에서 SM 모드를 선택하도록 동작할 수 있을 것이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 시스템을 위한 모드 선택 방법을 나타내는 순서도이다.

도 4를 참조하면, MIMO 시스템을 위한 모드 선택 방법은 제1 내지 제m(m은 2이상의 정수) 수신 안테나들을 통해 수신된 신호에 포함된 파일럿(pilot) 신호들을 파일럿 메모리부(100)에 저장하는 파일럿 저장 단계(S510), 평균 신호대 간섭 및 잡음비(carrier to interference and noise ratio, CINR)를 수신하고, 상기 평균 CINR, 파일럿 메모리부(100)에 저장된 파일럿 신호 및 미리 작성된 잡음 전력값 추정 테이블(241)을 사용하여 안테나 상관값(antenna correlation)을 계산하는 안테나 상관값 계산 단계(S520) 및 상기 안테나 상관값, 상기 평균 CINR 및 미리 작성된 모드 선택 테이블(310)을 사용하여 전송 모드를 선택하는 전송 모드 선택 단계(S530)를 포함한다.

도 5는 도 4의 안테나 상관값 계산 단계(S520)를 나타내는 순서도이다.

도 5를 참조하면, 안테나 상관값 계산 단계(S520)는 파일럿 메모리부(100)에 저장된, 동일한 심볼의 동일한 부반송파(subcarrier)에 포함된 파일럿 신호를 사용하여, 제1 내지 제n(n은 2이상의 정수) 송신 안테나들 각각과 상기 제1 내지 제m 수신 안테나들 각각 사이의 채널이득들을 원소로 갖는 채널 행렬(channel matrix)을 생성하는 채널 행렬 생성 단계(S521), 상기 채널 행렬 및 상기 채널 행렬의 켤레 전치행렬(conjugate transpose)의 곱에 대한 행렬식(determinant)을 제공하는 행렬식 계산 단계(S523), 상기 행렬식을 누적평균하여 누적평균값을 제공하는 누적평균 단계(S525), 상기 평균 CINR 및 잡음 전력값 추정 테이블(241)을 사용하여 상기 수신된 신호에 포함된 잡음 전력값을 제공하는 잡음 전력값 계산 단계(S527) 및 상기 누적평균값에서 상기 잡음 전력값을 감산하여 상기 안테나 상관값을 제공하는 가감 단계(S529)를 포함한다.

상기 채널 행렬은 제p(p는 2이상 m이하의 정수) 행, 제q(q는 2이상 n이하의 정수) 열의 원소가 상기 제1 내지 제m 수신 안테나들 중의 제p 수신 안테나 및 상기 제1 내지 제n 송신 안테나들 중의 제q 송신 안테나 사이의 채널이득이 된다.

잡음 전력값 추정 테이블(241)은 CINR에 따른 잡음 전력값을 저장하고, 잡음 전력값 계산 단계(S527)는 잡음 전력값 추정 테이블(241)로부터 상기 평균 CINR에 대한 잡음 전력값을 독출하고 상기 독출된 잡음 전력값을 제공한다.

모드 선택 테이블(310)은 CINR 구간별로 선택될 전송 모드를 저장하는 복수 의 룩업(lookup) 테이블들을 포함하고, 상기 복수의 룩업 테이블들 각각은 동일한 전송 모드가 선택되기 위한 CINR 구간이 서로 상이하고, 전송 모드 선택 단계(S530)는 상기 안테나 상관값에 따라 상기 복수의 룩업 테이블들 중에서 하나의 룩업 테이블을 선택하고, 상기 선택된 룩업 테이블로부터 상기 평균 CINR이 속하는 구간에 대한 전송 모드를 선택한다.

도 6은 도 4의 전송 모드 선택 단계(S530)를 나타내는 순서도이다.

도 6을 참조하면, 전송 모드 선택 단계(S530)는 상기 안테나 상관값과 미리 정의된 제1 임계값(a1)과의 크기를 비교하여 상기 안테나 상관값이 상기 제1 임계값보다 작은 경우에는 모드 선택 테이블(310)에 포함된 제1 룩업 테이블(LUT 1)로부터 상기 평균 CINR이 속하는 구간에 대한 전송 모드를 선택하고, 상기 안테나 상관값과 미리 정의된 제2 임계값(a2)과의 크기를 비교하여 상기 안테나 상관값이 상기 제2 임계값보다 작고 상기 제1 임계값(a1)보다 크거나 같은 경우에는 모드 선택 테이블(310)에 포함된 제2 룩업 테이블(LUT 2)로부터 상기 평균 CINR이 속하는 구간에 대한 전송 모드를 선택하는 방법을 사용하여, 상기 안테나 상관값에 따라 상기 복수의 룩업 테이블들 중에서 하나의 룩업 테이블을 선택하고, 상기 선택된 룩업 테이블로부터 상기 평균 CINR이 속하는 구간에 대한 전송 모드를 선택한다.

이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 시스템을 위한 모드 선택 방법 및 장치(1000)의 동작에 대해 상세히 설명한다.

제1 내지 제m(m은 2이상의 정수) 수신 안테나들을 통해 수신된 신호에 포함된 파일럿 신호가 파일럿 메모리부(100)에 저장된다(S510).

채널 행렬 생성부(210)는 파일럿 메모리부(100)에 저장된, 상기 제1 내지 제n 송신 안테나들 각각으로부터 전송되어 상기 제1 내지 제m 수신 안테나들 각각이 수신한, 동일한 심볼의 동일한 부반송파(subcarrier)에 포함된 파일럿 신호를 사용하여 상기 제1 내지 제n 송신 안테나들 각각과 상기 제1 내지 제m 수신 안테나들 각각 사이에 형성되는 m*n 개의 채널들에 대한 채널이득들을 원소로 갖는 상기 채널 행렬을 생성한다(S521). 채널 행렬 생성부(210)는 상기 설명한 동작을 파일럿 메모리부(100)에 저장된 각각의 파일럿 심볼들에 대해 반복적으로 수행한다.

행렬식 계산부(220)는 상기 채널 행렬 및 상기 채널 행렬의 켤레 전치행렬(conjugate transpose)의 곱에 대한 행렬식(determinant)을 제공한다(S523).

상기 행렬식을 계산하는 방법을 상세히 설명하면, 상기 채널 행렬이 아래의 [수학식 2]와 같이 표현된다면, 상기 채널 행렬의 켤레 전치행렬은 아래의 [수학식 3]과 같이 표현된다.

[수학식 2]

[수학식 3]

따라서 상기 채널 행렬의 행렬식은 아래의 [수학식 4]와 같이 표현된다.

[수학식 4]

여기서,

,

라 하면, 상기 채널 행렬 및 상기 채널 행렬의 켤레 전치행렬의 곱에 대한 행렬식은 아래의 [수학식 5]와 같이 된다.

[수학식 5]

행렬식 계산부(220)는 상기 설명한 바와 같은 연산을 통해 상기 채널 행렬 및 상기 채널 행렬의 켤레 전치행렬의 곱에 대한 행렬식을 제공한다.

누적평균부(230)는 상기 행렬식을 누적평균하여 누적평균값을 제공한다(S525). 따라서 누적평균부(230)는 파일럿 메모리부(100)에 저장된 파일럿 신호들 각각으로부터 생성된 상기 채널 행렬들 및 상기 채널 행렬들의 켤레 전치행렬들의 곱에 대한 행렬식들을 누적평균한 값을 제공한다.

한편, 잡음 전력값 추정 테이블(241)은 CINR에 따른 잡음 전력값을 저장한다. 잡음이 없는 경우의

는 평균 CINR이 무한대에서의

의 특성을 나타내는 것으로 채널의 고유값이 된다. 따라서 실제 측정된

에서 잡음이 없는 경우의

를 감산하면 현재 CINR에서의 잡음 전력값이 된다. 잡음 전력값 추정 테이블(241)은 상기 설명한 방법을 사용하여 CINR에 따른 잡음 전력값을 미리 저장하고 있다.

잡음 전력값 계산부(240)는 상기 평균 CINR 및 상기 설명한 방법을 사용하여 미리 작성된 잡음 전력값 추정 테이블(241)을 사용하여 상기 수신된 신호에 포함된 잡음 전력값을 제공한다(S527).

가감기(250)는 상기 누적평균값에서 상기 잡음 전력값을 감산하여 상기 안테나 상관값을 제공한다(S529).

전송 모드 선택부(300)는, 상기 도 6과 관련하여 설명한 방법을 사용하여, 상기 안테나 상관값에 따라 상기 복수의 룩업 테이블들 중에서 하나의 룩업 테이블을 선택하고, 상기 선택된 룩업 테이블로부터 상기 평균 CINR이 속하는 구간에 대한 전송 모드를 선택한다.

상기 설명한 바와 같은 구성과 동작을 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 시스템을 위한 모드 선택 장치(1000) 및 방법은, 전송 모드 선택시, 실시간으로 변화하는 상기 안테나 상관값에 따라 전송 모드 선택 테이블(310)에 포함되는 상기 복수의 룩업 테이블들 중에서 하나의 룩업 테이블을 사용하여 전송 모드를 선택함으로써, 채널들 사이의 상관도 변화에 적응적으로 대응할 수 있어 채널 용량을 크게 유지할 수 있게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 MIMO 시스템을 위한 모드 선택 장치 및 방법은 전송 모드 선택시에 실시간으로 변화하는 상기 안테나 상관값에 따라 전송 모드 선택 테이블에 포함되는 상기 복수의 룩업 테이블들 중에서 하나의 룩업 테이블을 사용 하여 전송 모드를 선택함으로써, 채널들 사이의 상관도 변화에 적응적으로 대응할 수 있어 채널 용량을 크게 유지할 수 있으므로, MIMO 시스템에서 효과적으로 사용될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 2는 도 1의 안테나 상관값 계산부의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 3은 도 2의 채널 행렬 생성부가 채널 행렬을 생성하는 방법을 나타내는 도면이다.

도 5는 도 4의 안테나 상관값 계산 단계를 나타내는 순서도이다.

도 6은 도 4의 전송 모드 선택 단계를 나타내는 순서도이다.

Claims

제1 내지 제m(m은 2이상의 정수) 수신 안테나들을 통해 수신된 신호에 포함된 파일럿(pilot) 신호를 저장하는 파일럿 메모리부;

평균 신호대 간섭 및 잡음비(carrier to interference and noise ratio, CINR)를 수신하고, 상기 평균 CINR, 상기 파일럿 메모리부에 저장된 파일럿 신호 및 미리 작성된 잡음 전력값 추정 테이블을 사용하여 안테나 상관값(antenna correlation)을 계산하는 안테나 상관값 계산부; 및

상기 안테나 상관값, 상기 평균 CINR 및 미리 작성된 모드 선택 테이블을 사용하여 전송 모드를 선택하는 전송 모드 선택부를 포함하는 다중 입출력(multiple input multiple output, MIMO) 시스템을 위한 모드 선택 장치.
제1 항에 있어서, 상기 안테나 상관값 계산부는,

상기 파일럿 메모리부에 저장된, 동일한 심볼의 동일한 부반송파(subcarrier)에 포함된 파일럿 신호를 사용하여, 제1 내지 제n(n은 2이상의 정수) 송신 안테나들 각각과 상기 제1 내지 제m 수신 안테나들 각각 사이의 채널이득들을 원소로 갖는 채널 행렬(channel matrix)을 생성하는 채널 행렬 생성부;

상기 채널 행렬 및 상기 채널 행렬의 켤레 전치행렬(conjugate transpose)의 곱에 대한 행렬식(determinant)을 제공하는 행렬식 계산부;

상기 행렬식을 누적평균하여 누적평균값을 제공하는 누적평균부;

상기 평균 CINR 및 상기 잡음 전력값 추정 테이블을 사용하여 상기 수신된 신호에 포함된 잡음 전력값을 제공하는 잡음 전력값 계산부; 및

상기 누적평균값에서 상기 잡음 전력값을 감산하여 상기 안테나 상관값을 제공하는 가감기를 포함하는 것을 특징으로 하는 MIMO 시스템을 위한 모드 선택 장치.
제2 항에 있어서, 상기 채널 행렬은,

제p(p는 2이상 m이하의 정수) 행, 제q(q는 2이상 n이하의 정수) 열의 원소가 상기 제1 내지 제m 수신 안테나들 중의 제p 수신 안테나 및 상기 제1 내지 제n 송신 안테나들 중의 제q 송신 안테나 사이의 채널이득인 것을 특징으로 하는 MIMO 시스템을 위한 모드 선택 장치.
제2 항에 있어서, 상기 잡음 전력값 추정 테이블은,

CINR에 따른 잡음 전력값을 저장하는 것을 특징으로 하는 MIMO 시스템을 위한 모드 선택 장치.
제4 항에 있어서, 상기 잡음 전력값 계산부는,

상기 잡음 전력값 추정 테이블로부터 상기 평균 CINR에 대한 잡음 전력값을 독출하고 상기 독출된 잡음 전력값을 제공하는 것을 특징으로 하는 MIMO 시스템을 위한 모드 선택 장치.
제1 항에 있어서, 상기 모드 선택 테이블은,

CINR 구간별로 선택될 전송 모드를 저장하는 복수의 룩업(lookup) 테이블들을 포함하고, 상기 복수의 룩업 테이블들 각각은 동일한 전송 모드가 선택되기 위한 CINR 구간이 서로 상이한 것을 특징으로 하는 MIMO 시스템을 위한 모드 선택 장치.
제6 항에 있어서, 상기 전송 모드 선택부는,

상기 안테나 상관값에 따라 상기 복수의 룩업 테이블들 중에서 하나의 룩업 테이블을 선택하고, 상기 선택된 룩업 테이블로부터 상기 평균 CINR이 속하는 구간에 대한 전송 모드를 선택하는 것을 특징으로 하는 MIMO 시스템을 위한 모드 선택 장치.
제1 항에 있어서, 상기 전송 모드는,

공간시간 블록코딩(space time block coding, STBC) 모드 및 공간 다중화(spatial multiplexing, SM) 모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 MIMO 시스템을 위한 모드 선택 장치.
제1 내지 제m(m은 2이상의 정수) 수신 안테나들을 통해 수신된 신호에 포함된 파일럿(pilot) 신호들을 파일럿 메모리부에 저장하는 파일럿 저장 단계;

평균 신호대 간섭 및 잡음비(carrier to interference and noise ratio, CINR)를 수신하고, 상기 평균 CINR, 상기 파일럿 메모리부에 저장된 파일럿 신호 및 미리 작성된 잡음 전력값 추정 테이블을 사용하여 안테나 상관값(antenna correlation)을 계산하는 안테나 상관값 계산 단계; 및

상기 안테나 상관값, 상기 평균 CINR 및 미리 작성된 모드 선택 테이블을 사용하여 전송 모드를 선택하는 전송 모드 선택 단계를 포함하는 다중 입출력(multiple input multiple output, MIMO) 시스템을 위한 모드 선택 방법.
제9 항에 있어서, 상기 안테나 상관값 계산 단계는,

상기 파일럿 메모리부에 저장된, 동일한 심볼의 동일한 부반송파(subcarrier)에 포함된 파일럿 신호를 사용하여, 제1 내지 제n(n은 2이상의 정수) 송신 안테나들 각각과 상기 제1 내지 제m 수신 안테나들 각각 사이의 채널이득들을 원소로 갖는 채널 행렬(channel matrix)을 생성하는 채널 행렬 생성 단계;

상기 채널 행렬 및 상기 채널 행렬의 켤레 전치행렬(conjugate transpose)의 곱에 대한 행렬식(determinant)을 제공하는 행렬식 계산 단계;

상기 행렬식을 누적평균하여 누적평균값을 제공하는 누적평균 단계;

상기 평균 CINR 및 상기 잡음 전력값 추정 테이블을 사용하여 상기 수신된 신호에 포함된 잡음 전력값을 제공하는 잡음 전력값 계산 단계; 및

상기 누적평균값에서 상기 잡음 전력값을 감산하여 상기 안테나 상관값을 제공하는 가감 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 MIMO 시스템을 위한 모드 선택 방법.