KR101043332B1 - 다중 입출력 단일 반송파 무선통신 시스템에서 주파수 공간블록 부호화 장치 및 방법 - Google Patents

다중 입출력 단일 반송파 무선통신 시스템에서 주파수 공간블록 부호화 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 단일 반송파(Single Carrier) 무선통신 시스템에서, 심벌들을 블록 부호화하는 부호화기와, 블록 부호화된 심벌들을 하나의 송신 신호 구간 동안 수집하고, 주파수 영역에서 요구되는 간격만큼 수집된 심벌 벡터들을 반복 확장하는 확장기와, 시간 영역에서 서로 직교하도록 상기 반복 확장된 심벌 벡터들에 0을 삽입하는 삽입기와, 주파수 영역에서 서로 직교하도록 상기 0 삽입된 심벌 벡터들에 위상 성분을 곱한 후, 심벌 벡터들을 결합함으로써, 안테나별 송신 신호를 생성하는 결합기를 포함하여, 시간 영역 반복(repetition) 및 '0' 삽입 및 위상 변화된 벡터 결합을 통해 주파수 공간 블록 부호화(SFBC : Space-Frequency Block Coding)을 수행함으로써, 낮은 PAPR(Peak to Average Power Ratio)을 유지함과 동시에 블록 부호화 이득을 얻을 수 있다.
Figure R1020070117026
다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output), 단일 반송파(Single Carrier), 주파수 공간 블록 부호화(SFBC : Space-Frequency Block Coding)

Description

다중 입출력 단일 반송파 무선통신 시스템에서 주파수 공간 블록 부호화 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SPACE FREQUENCY BLOCK CODING IN MULTIPLE INPUT MULTIPLE OUTPUT SINGLE CARRIER WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 단일 반송파(Single Carrier) 무선통신 시스템에 관한 것으로, 특히, 다중 입출력 단일 반송파 무선통신 시스템에서 단밀 반송파 주파수 블록 부호화(SC-SFBC : Single Carrier-Space Frequency Block Coding) 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근, 무선통신 시스템을 이용한 서비스에 대한 요구 증가에 따라 무선 채널에서 높은 전송률을 보장하기 위한 시스템 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 무선통신 시스템에 대한 연구는 다중 경로 페이딩(multipath pading), 무선채널의 시변(time varying) 특성, 대역(bandwidth) 한계, 휴대용 단말 장비의 전력 제한 등을 해결하는 것에 초점을 맞추고 있다.
예를 들어, 상기 다중 경로 페이딩을 극복하기 위한 기술 중 하나로, 시공 간(space-time) 전송 기술이 있다. 상기 시공간 전송 기술을 사용하는데 있어서 수신 신호들 간 직교성(orthogonality)이 보장되어야 하는데, 주파수 선택적 페이딩(frequency selective fading) 채널의 큰 지연 확산(delay spread)은 상기 수신 신호들 간 직교성을 파괴한다. 따라서, 상기 시공간 전송 기술은 주파수 플랫 블록 페이딩(frequency flat block fading) 채널 조건에서 효과적으로 성능을 발휘한다.
또한, 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multplexing, 이하 'OFDM'이라 칭함) 기술 역시 다중 경로 페이딩에 강건한 특성을 보인다. 이에 따라, 시공간 OFDM 방식 및 주파수 공간 OFDM 방식은 주파수 선택적 페이딩을 극복하기 위한 효과적인 대안으로서 제안된바 있다. 여기서, 주파수 공간 OFDM 방식은, 시공간 OFDM 방식과 달리 최소 2개의 전송 블록 동안 채널 값이 상수로 유지되지 않는, 빠른 페이딩 채널에도 적용될 수 있다.
하지만, OFDM 기술의 특성상 하나의 데이터 스트림은 다수의 저 전송률 부반송파들을 통해 송신되므로, 높은 PAPR(Peak to Average Power Ratio)이 발생한다. 또한, OFDM 기술은 위상 잡음 및 주파수 오프셋으로 인한 성능 열화의 문제점을 갖는다. 따라서, 상술한 OFDM 기술의 문제점을 극복하기 위한 기술로서, 주파수 축 등화(equalization)를 수행하는 단일 반송파 전송 기술이 제안되었다. 상기 단일 반송파 전송 기술은 OFDM 기술과 유사한 구조와 성능을 갖지만, 비선형 왜곡, 부반송파 동기 왜곡에 강인하며, 낮은 PAPR을 갖는 장점이 있다. 또한, 상기 단일 반송파 전송 기술을 적용한 경우, 송신기는 매우 낮은 복잡도를 갖는 구조로 구현될 수 있다.
상기 단일 반송파 전송 기술의 성능을 극대화시키기 위해, 상기 단일 부반송파 전송 기술에 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 기술을 접목 시킨 시스템이 고려되고 있다. 이에 따라, 상기 단일 반송파 전송 기술의 장점을 유지함과 동시에 상기 다중 입출력 기술을 적용하여 다이버시티(diversity) 이득 및 멀티플렉싱(multiplexing) 이득을 얻을 수 있는 전송 신호 설계 및 송수신기의 구조가 제안되어야 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 단일 반송파(Single Carrier) 무선통신 시스템에서 다이버시티(diversity) 이득 및 멀티플렉싱(multiplexing) 이득을 얻기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 다중 입출력 단일 반송파 무선통신 시스템에서 주파수 공간 블록 코딩(SFBC : Space-Frequency Block Coding)을 수행하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 단일 반송파(Single Carrier) 무선통신 시스템에서 송신단 장치는, 심벌들을 블록 부호화하는 부호화기와, 블록 부호화된 심벌들을 하나의 송신 신호 구간 동안 수집하고, 주파수 영역에서 요구되는 간격만큼 수집된 심벌 벡터들을 반복 확장하는 확장기와, 시간 영역에서 서로 직교하도록 상기 반복 확장된 심벌 벡터들에 0을 삽입하는 삽입기와, 주파수 영역에서 서로 직교하도록 상기 0 삽입된 심벌 벡터들에 위상 성분을 곱한 후, 심벌 벡터들을 결합함으로써, 안테나별 송신 신호를 생성하는 결합기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 다중 입출력 단일 반송파 무선통신 시스템에서 송신단의 신호 송신 방법은, 심벌들을 블록 부호화하는 과정과, 블록 부호화된 심벌들을 하나의 송신 신호 구간 동안 수집하고, 주파수 영역에서 요구되는 간격만큼 수집된 심벌 벡터들을 반복 확장하는 과정과, 시간 영역에서 서로 직교하도록 상기 반복 확장된 심벌 벡터들에 0을 삽입하는 과정과, 주파수 영역에서 서로 직교하도록 상기 0 삽입된 심벌 벡터들에 위상 성분을 곱한 후, 심벌 벡터들을 결합함으로써, 안테나별 송신 신호를 생성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 단일 반송파(Single Carrier) 무선통신 시스템에서 시간 영역 반복(repetition) 및 '0' 삽입 및 위상 변화된 벡터 결합을 통해 주파수 공간 블록 부호화(SFBC : Space-Frequency Block Coding)을 수행함으로써, 낮은 PAPR(Peak to Average Power Ratio)을 유지함과 동시에 블록 부호화 이득을 얻을 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우, 그 상세 한 설명은 생략한다.
이하 본 발명은 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 단일 반송파(Single Carrier) 무선통신 시스템에서 주파수 공간 블록 부호화(SFBC : Space-Frequency Block Coding)을 수행하기 위한 기술에 대해 설명한다.
이하, 본 발명은 2개의 송신 안테나들을 구비한 송신단에서 알라무티(Alamouti) 코드를 사용하는 경우를 예로 들어 설명한다.
먼저, 주파수 공간 블록 부호화 전 안테나별 송신 심벌 벡터는 하기 <수학식 1>과 같이 표현된다.
Figure 112007082215807-pat00001
Figure 112007082215807-pat00002
상기 <수학식 1>에서, 상기
Figure 112007082215807-pat00003
는 안테나k에 대한 주파수 공간 블록 부호화 전 송신 심벌 벡터, 상기
Figure 112007082215807-pat00004
는 안테나k에 대한 주파수 공간 블록 부호화 전 n번째 송신 심벌을 의미한다.
본 발명에 따라 주파수 공간 블록 부호화를 적용한 경우, 수신단에서 수신 신호에 대해 FFT(Fast Fourier Transform) 연산을 수행하면 하기 <수학식 2>와 같은 형태가 되어야 한다.
Figure 112007082215807-pat00005
상기 <수학식 2>에서, 상기
Figure 112008079956233-pat00006
은 주파수 공간 블록 부호화 전 안테나k에 대한 송신 심벌 벡터의 주파수 영역 표현의 n번째 값을 의미한다. 각 열(column)은 각 안테나에 대응되며, 각 행(row)은 각 부반송파에 대응된다.
상기 <수학식 2>에서 안테나1에 대한 값들, 즉, 1번째 열을 살펴보면, 짝수 인덱스 값들은 안테나1에 대한 주파수 공간 블록 부호화 전 송신 심벌들의 주파수 영역 표현이고, 홀수 인덱스 값들은 안테나2에 대한 주파수 공간 블록 부호화 전 송신 심벌들의 주파수 영역 표현의 켤례(conjugate) 및 부호 변환 형태이다. 또한, 상기 <수학식 2>에서 안테나2에 대한 값들, 즉, 2번째 열을 살펴보면, 짝수 인덱스 값들은 안테나2에 대한 주파수 공간 블록 부호화 전 송신 심벌들의 주파수 영역 표현이고, 홀수 인덱스 값들은 안테나1에 대한 주파수 공간 블록 부호화 전 송신 심벌들의 주파수 영역 표현의 켤례 형태이다. 이하 설명의 편의를 위해, 각 안테나별 값들 중 짝수 인덱스 값들로 구성된 벡터를 '짝수 부분벡터', 홀수 인덱스 값들로 구성된 벡터를 '홀수 부분벡터'라 칭한다.
따라서, 본 발명에 따른 송신단은 상기 <수학식 1>과 같은 시간 영역 심벌들을 상기 <수학식 2>와 같은 주파수 영역 표현을 갖도록 조작한다. 이때, 송신단은 다음과 같은 시간 영역 및 주파수 영역 간 변환 관계에 따라 심벌 벡터를 조작한다. 첫째, 시간 영역에서의 반복(repetition)은 주파수 영역에서 0 삽입이다.. 둘째, 하기 <수학식 3>과 같이, 시간 영역에서 인덱스의 부호를 바꾼 켤례 형태는 주파수 영역에서의 켤례 형태이다.
Figure 112007082215807-pat00007
Figure 112007082215807-pat00008
여기서,
상기 <수학식 3>에서,
Figure 112008079956233-pat00009
은 총 N개의 값들로 구성된 시간 영역 신호에서 -n번째 값의 켤례, 상기
Figure 112008079956233-pat00010
는 N개의 값들로 구성된 주파수 영역 표현 중 k번째 값의 켤례를 의미한다.
상술한 시간 영역과 주파수 영역 간의 관계에 따라, 송신단은 상기 <수학식 1>과 같은 각 안테나별 심벌 벡터를 1회 반복 확장함으로써, 짝수 부분벡터를 생성한다. 그리고, 송신단은 확장된 심벌 벡터 내의 심벌들 사이에 '0'을 삽입함으로써, 홀수 부분벡터를 추가하기 위한 시간 공간을 확보한다. 상기 짝수 부분벡터에 대응되는 시간 영역 신호 벡터를 수식으로 표현하면 하기 <수학식 4>와 같다.
Figure 112007082215807-pat00011
상기 <수학식 4>에서, 상기
Figure 112008079956233-pat00012
은 안테나k에 대한 짝수 부분벡터에 대응되는 시간 영역 신호 벡터, 상기
Figure 112008079956233-pat00013
은 안테나k에 대한 주파수 공간 블록 부호화 전 n번째 송신 심벌을 의미한다.
또한, 송신단은 상기 <수학식 1>과 같은 각 안테나별 심벌 벡터 내의 심벌들중 인덱스 0 심벌을 제외한 나머지 심벌들을 인덱스 역순으로 배열하고, 1회 반복 확장함으로써, 홀수 부분벡터를 생성한다. 그리고, 송신단은 확장된 심벌 벡터 내의 심벌들 사이에 '0'을 삽입함으로써, 짝수 부분벡터를 추가하기 위한 시간 공간을 확보한다. 단, 상기 <수학식 2>에 나타난 바와 같이, 즉, 알라무티 코드의 형태에 따라, 안테나1에 대한 홀수 부분벡터는 부호 변환된다. 각 안테나에 대한 홀수 부분벡터에 대응되는 시간 영역 심벌 벡터를 수식으로 표현하면 하기 <수학식 5>와 같다.
Figure 112007082215807-pat00014
Figure 112007082215807-pat00015
상기 <수학식 5>에서, 상기
Figure 112008079956233-pat00016
는 안테나k에 대한 홀수 부분벡터에 대응되는 시간 영역 심벌 벡터, 상기
Figure 112008079956233-pat00017
은 안테나k에 대한 주파수 공간 블록 부호화 전 n번째 송신 심벌을 의미한다.
상기 <수학식 4> 및 상기 <수학식 5>와 같이 생성된 각 안테나에 대한 짝수 부분벡터 및 홀수 부분벡터는 각 안테나를 통해 송신된다. 이때, 상기 홀수 부분벡터는 주파수축으로 1 단위 쉬프트(shift)되어야 하므로, 상기 홀수 부분벡터에 대응되는 시간 영역 심벌 벡터는 하기 <수학식 6>과 같이 쉬프트를 위한 위상 성분과 곱해진다.
Figure 112007082215807-pat00018
상기 <수학식 6>에서, 상기
Figure 112010079411535-pat00019
은 홀수 부분벡터의 주파수 축 1 단위 쉬프트를 위한 위상 성분, 상기
Figure 112010079411535-pat00020
는
Figure 112010079411535-pat00021
내지
Figure 112010079411535-pat00022
을 원소로 하는 대각 행렬, 상기
Figure 112010079411535-pat00023
은 주파수 공간 블록 부호화 전 안테나별 송신 심벌 개수를 의미한다.
상기 <수학식 3> 내지 상기 <수학식 6>를 이용하여 각 안테나로 송신되는 시간 영역 심벌 벡터를 표현하면 하기 <수학식 7>과 같다.
Figure 112007082215807-pat00024
상기 <수학식 7>에서, 상기
Figure 112010079411535-pat00025
는 주파수 공간 블록 부호화된 시간 영역 심벌 벡터, 상기
Figure 112010079411535-pat00026
은 안테나k에 대한 짝수 부분벡터에 대응되는 시간 영역 심벌 벡터, 상기
Figure 112010079411535-pat00027
은 홀수 부분벡터의 주파수 축 1 단위 쉬프트를 위한 위상 성분, 상기
Figure 112010079411535-pat00028
는 안테나k에 대한 홀수 부분벡터에 대응되는 시간 영역 심벌 벡터를 의미한다.
상기 <수학식 7>과 같은 송신 신호는 송신 전력에 만족되도록 전력 조절되어 송신되며, 전력 조절된 송신 신호는 하기 <수학식 8>과 같다.
Figure 112007082215807-pat00029
상기 <수학식 8>에서, 상기
Figure 112010079411535-pat00030
는 주파수 공간 블록 부호화된 시간 영역 심벌 벡터, 상기
Figure 112010079411535-pat00031
는 전체 송신 전력, 상기
Figure 112010079411535-pat00032
은 주파수 공간 블록 부호화 전 안테나별 송신 심벌 개수, 상기
Figure 112010079411535-pat00033
은 안테나k에 대한 짝수 부분벡터에 대응되는 시간 영역 심벌 벡터, 상기
Figure 112010079411535-pat00034
은 홀수 부분벡터의 주파수 축 1 단위 쉬프트를 위한 위상 성분, 상기
Figure 112010079411535-pat00035
는 안테나k에 대한 홀수 부분벡터에 대응되는 시간 영역 심벌 벡터를 의미한다.
이하 본 발명은 상술한 방식에 따라 주파수 공간 블록 부호화을 수행하는 송 신단의 구성 및 동작 절차를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입출력 단일 반송파 무선통신 시스템에서 송신단의 블록 구성을 도시하고 있다.
상기 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 송신단은 변조기(102), 역다중화기(de-multiplexer)(104), 다수의 블록 부호화기들(106-1 내지 106-K), 다수의 반복확장기들(108-1 내지 108-K), 다수의 0삽입기들(110-1 내지 110-K), 신호결합기(112), 다수의 CP(Cyclic Prefix)삽입기들(114-1 내지 114-K), 다수의 RF(Radio Frequency)송신기들(116-1 내지 116-K)을 포함하여 구성된다.
상기 변조기(102)는 송신 데이터 비트열을 변조하여 복소 심벌(complex symbol)들로 변환한다. 상기 역다중화기(104)는 상기 복소 심벌들을 안테나별로 분류한다. 즉, 상기 역다중화기(104)는 상기 복소 심벌들로부터 송신 안테나 개수만큼의 심벌 벡터들을 구성한다.
상기 다수의 블록 부호화기들(106-1 내지 106-K), 상기 다수의 반복확장기들(108-1 내지 108-K), 상기 다수의 0삽입기들(110-1 내지 110-K), 상기 신호결합기(112)는 본 발명에 따른 주파수 공간 블록 부호기(150)을 구성한다.
상기 다수의 블록 부호화기들(106-1 내지 106-K) 각각은 설정된 블록 부호화 코드에 따라 각 안테나별 심벌들을 변형하여 출력한다. 이때, 상기 다수의 블록 부호화기들(106-1 내지 106-K) 각각의 출력은 L개이다. 상기 L은 블록 부호화 코드의 형태에 따라 달라지며, 1회의 블록 부호화를 수행한 후 하나의 안테나에서 송신되 어야 할 심벌 개수와 관계된다. 예를 들어, 알라무티 코드의 경우, 상기 L은 2이다.
상기 다수의 반복확장기들(108-1 내지 108-K) 각각은 L개의 블록 부호화된 심벌들을 1개 송신 신호 구간 동안 수집한 후, 주파수 영역에서 요구되는 배치에 따라 수집된 L개의 심벌 벡터들을 시간 영역에서 반복 확장한다. 여기서, 1개 송신 신호 구간은 수신단의 FFT 연산 크기에 대응되는 시간 구간을 뜻하며, FFT 연산 크기가 M인 경우, 상기 다수의 반복확장기들(108-1 내지 108-K) 각각은 M/L 회에 걸쳐 제공되는 심벌들을 수집한다. 상기 주파수 영역 표현에서 요구되는 배치는 블록 부호화 코드의 형태에 따라 달라진다. 예를 들어, 알라무티 코드의 경우, 각 변형 심벌 벡터의 주파수 영역 표현의 값들 간 1 단위의 공백이 포함되어야 한다.
상기 다수의 0삽입기들(110-1 내지 110-K) 각각은 상기 신호결합기(112)에 의해 서로 결합되는 확장된 심벌 벡터들 간 시간 영역 직교성을 위해, 즉, 서로 결합되는 확장된 심벌 벡터들 간 동일 시간 단위에서 겹쳐지지 않도록, L개의 확장된 심벌 벡터들 각각에 '0'을 삽입한다. 이때, 매 심벌 간 L-1개의 '0'들이 삽입되며, 각 심벌 벡터에서 가장 앞에 삽입되는 '0'의 개수는 서로 다르다. 예를 들어. 알라무티 코드의 경우, 각 확장된 심벌 벡터에 매 심벌 간 1개의 '0'이 삽입되며, 원 형태의 심벌 벡터의 경우, 가장 앞에 '0'이 삽입되지 않고, 켤례 형태의 심벌 벡터의 경우, 가장 앞에 '0'이 포함한다.
상기 신호결합기(112)는 '0' 삽입된 확장된 심벌 벡터들을 주파수 영역에서 요구되는 배치에 따라 결합함으로써, 안테나별 송신 신호를 생성한다. 이때, 상기 신호결합기(112)는 서로 결합되는 심벌 벡터들 간 주파수 영역 직교성을 위해, 즉, 주파수 영역에서 서로 다른 주파수 인덱스에 배치되도록 하기 위해, 각 심벌 벡터에 위상 성분을 곱한 후, 합산한다. 이때, 상기 신호결합기(112)는 총 송신 전력을 만족시키기 위해 상기 안테나별 송신 신호의 전력을 조절한다.
상기 다수의 CP삽입기들(114-1 내지 114-K) 각각은 각 안테나에 대응되는 송신 신호에 CP를 삽입한다. 상기 다수의 RF송신기들(116-1 내지 116-K) 각각은 대응되는 CP삽입기(114)로부터 제공되는 CP를 포함하는 송신 신호를 RF 대역 신호로 상향변환하여 대응되는 안테나를 통해 송신한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입출력 단일 반송파 무선통신 시스템에서 알라무티 코드를 사용하는 주파수 공간 블록 부호화기(150)의 블록 구성을 도시하고 있다.
상기 도 2를 참조하면, 알라무티 코드를 사용하는 경우, 상기 주파수 공간 블록 부호화기(150)는 (·)*연산기(202), -(·)*연산기(204), 2개의 반복확장기들(206-1, 206-2), 2개의 0삽입기들(208-1, 208-2), 2개의 위상조절기들(210-1, 210-2), 2개의 덧셈기들(212-1, 212-2)를 포함하여 구성된다.
상기 (·)*연산기(202)는 제공되는 심벌을 켤례 연산하여 출력한다. 예를 들어, 심벌 s가 제공되면, 상기 (·)*연산기(202)는 s*를 출력한다. 상기 -(·)*연산기(204)는 제공되는 심벌을 켤레 연산하고, 부호를 변환하여 출력한다. 예를 들어, 심벌 s가 제공되면, -(·)*연산기(204)는 -s*를 출력한다.
상기 2개의 반복확장기들(206-1, 206-2) 각각은 2개의 입력단을 통해 제공되는 심벌들을 1개 송신 신호 구간 동안 수집한 후, 각 입력단을 통해 제공되는 심벌 벡터들을 시간 영역에서 1회 반복 확장한다. 이때, 켤레 형태의 심벌 벡터에 대해, 상기 2개의 반복확장기들(206-1, 206-2) 각각은 인덱스 0 심벌을 제외한 나머지 심벌들을 인덱스 역순으로 배열한 후, 1회 반복 확장한다. 예를 들어, 1개 송신 신호 구간 동안 반복확장기(206-1)로, 제1입력단을 통해 [s0, s1, …, sN-1]이 제공되고, 제2입력단을 통해 [s0 *, s1 *, …, sN-1 *]이 제공되면, 상기 반복확장기(206-1)는 각 심벌 벡터를 반복 확장하여, [s0, s1, …, sN-1, s0, s1, …, sN-1] 및 [s0 *, sN-1 *, …, s1 *, s0 *, sN-1 *, sN-2 *, …, s1 *]를 출력한다.
상기 2개의 0삽입기들(208-1, 208-2)는 상기 2개의 덧셈기들(212-1, 212-2)에 의해 합산되는 심벌 벡터들 간 시간 영역 직교성을 위해, 즉, 심벌 벡터들을 서로 합산하기 위한 시간 공간을 확보하기 위해, 각 심벌 벡터에 '0'을 삽입한다. 이때, '0' 삽입된 원 형태의 심벌 벡터와 '0' 삽입된 켤례 형태의 심벌 벡터에서, 삽입된 '0'의 위치는 서로 달라야 한다. 예를 들어, 0삽입기(208-1)로 [s0, s1, …, sN-1, s0, s1, …, sN-1] 및 [s0 *, sN-1 *, …, s1 *, s0 *, sN-1 *, sN-2 *, …, s1 *]가 제공되면, 상기 0삽입기(208-1)는 [s0, 0, s1, 0, …, sN-1, 0, s0, 0, s1, 0, …, sN-1, 0] 및 [0, s0 *, 0, sN-1 *,…, 0, s1 *, 0, s0 *, 0, sN-1 *, 0, sN-2 *, …, s1 *]를 출력한다. 즉, 안테나1에 대응되는 0삽입기(208-1)의 출력은 상기 <수학식 4>에 나타난
Figure 112008079956233-pat00036
및 상기 <수학식 5>에 나타난
Figure 112008079956233-pat00037
이고, 안테나2에 대응되는 0삽입기들(208-2)의 출력은 상기 <수학식 4>에 나타난
Figure 112008079956233-pat00038
및 상기 <수학식 5>에 나타난
Figure 112008079956233-pat00039
이다.
상기 2개의 위상조절기들(210-1, 210-2) 각각은 켤레 형태의 심벌 벡터와 원 형태의 심벌 벡터가 주파수 영역에서 직교하도록, 즉, 켤레 형태의 심벌 벡터가 주파수 영역에서 1단위 쉬프트되도록, 상기 켤레 형태의 심벌 벡터에 위상 성분을 곱한다. 예를 들어, 상기 위상 성분은 상기 <수학식 6>과 같이 산출된다. 즉, 상기 안테나1에 대응되는 위상조절기(210-1)의 출력은 상기 <수학식 5>에 나타난
Figure 112010079411535-pat00040
와 상기 <수학식 6>에 나타난
Figure 112010079411535-pat00041
의 곱이고, 상기 안테나2에 대응되는 위상조절기(210-2)의 출력은 상기 <수학식 5>에 나타난
Figure 112010079411535-pat00042
와 상기 <수학식 6>에 나타난
Figure 112010079411535-pat00043
의 곱이다.
상기 2개의 덧셈기들(212-1, 212-2) 각각은 원 형태의 심벌 벡터와 켤례 형태의 심벌 벡터를 합산함으로써, 안테나별 송신 신호를 생성한다. 이때, 상기 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 안테나1에 대응되는 덧셈기(212-1)는 안테나1에 대응되는 0삽입기(208-1)로부터의 원 형태 심벌 벡터와 안테나2에 대응되는 위상조절 기(210-2)로부터의 켤례 형태 심벌 벡터를 합산하고, 상기 안테나2에 대응되는 덧셈기(212-1)는 안테나2에 대응되는 0삽입기(208-1)로부터의 원 형태의 심벌 벡터와 안테나1에 대응되는 위상조절기(210-2)로부터의 켤례 형태의 심벌 벡터를 합산한다. 예를 들어, 상기 2개의 덧셈기들(212-1, 212-2) 각각의 출력은 상기 <수학식 7>과 같다. 그리고, 상기 2개의 덧셈기들(212-1, 212-2) 각각은 총 송신 전력을 만족하도록 송신 신호의 전력을 조절하며, 전력 조절된 안테나별 송신 신호는 상기 <수학식 8>과 같다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입출력 단일 반송파 무선통신 시스템에서 송신단의 신호 송신 절차를 도시하고 있다.
상기 도 3을 참조하면, 상기 송신단은 301단계에서 송신 데이터 비트열을 변조하여 송신 심벌 벡터를 생성한다.
상기 송신 심벌 벡터를 생성한 후, 상기 송신단은 303단계로 진행하여 상기 송신 심벌 벡터를 안테나별로 분류한다. 즉, 상기 송신단은 상기 301단계에서 생성된 송신 심벌 벡터 내의 송신 심벌들을 각 안테나별로 역다중화한다. 예를 들어, 안테나별로 분류된 송신 심벌 벡터는 상기 <수학식 1>과 같다.
상기 송신 심벌 벡터를 안테나별로 분류한 후, 상기 송신단은 305단계로 진행하여 안테나 별 블록 부호화를 수행한다. 다시 말해, 상기 송신단은 각 안테나별 송신 심벌들을 설정된 블록 부호화 코드에 따라 블록 부호화한다. 예를 들어, 알라무티 코드가 사용되는 경우, 상기 송신단은 안테나1의 심벌들에 대해 원 형태의 심 벌 벡터와 켤례 형태의 심벌 벡터를 생성하고, 안테나2의 심벌들에 대해 원 형태의 심벌 벡터와 부호 변환된 켤례 형태의 심벌 벡터를 생성한다.
상기 블록 부호화를 수행한 후, 상기 송신단은 307단계로 진행하여, 블록 부호화된 심벌들이 주파수 영역에서 설정된 블록 부호화 코드에 따라 배치되도록, 블록 부호화로 인해 변형된 심벌들에 대해 반복 확장, '0' 삽입을 수행한다. 단, 주파수 영역에서 켤례 형태로 존재하는 심벌들에 대해, 상기 송신단은 인덱스 0 심벌을 제외한 나머지 심벌들을 인덱스 역순으로 배열한 후, 반복 확장 및 '0' 삽입을 수행한다. 예를 들어, 알라무티 코드가 사용되는 경우, 상기 송신단은 원 형태의 심벌 벡터를 1회 반복 확장하고, 매 심벌 간 '0'을 삽입한다. 그리고, 상기 송신단은 켤례 형태의 심벌 벡터에 대해 인덱스 0 심벌을 제외한 나머지 심벌들을 인덱스 역순으로 배열한 후, 1회 반복 확장하고, 매 심벌 간 '0'을 삽입한다. 이때, '0' 삽입된 원 형태의 심벌 벡터와 '0' 삽입된 켤례 형태의 심벌 벡터에서, 삽입된 '0'의 위치는 서로 달라야 한다. 예를 들어, 상기 반복 확장 및 '0' 삽입된 심벌 벡터는 상기 <수학식 4> 및 상기 <수학식 5>와 같다.
이어, 상기 송신단은 309단계로 진행하여 반복 확장 및 '0' 삽입된 심벌 벡터들을 주파수 영역에서 요구되는 배치, 즉, 블록 부호화 코드에 따라 결합함으로써, 각 안테나별 송신 신호를 생성한다. 이때, 상기 송신단은 서로 결합되는 심벌 벡터들 간 주파수 영역 직교성을 위해, 즉, 주파수 영역에서 서로 다른 주파수 인덱스에 배치되도록 하기 위해, 각 시간 영역 심벌 벡터에 위상 성분을 곱한 후, 합산한다. 예를 들어, 알라무티 코드가 사용되는 경우, 상기 송신단은 안테나1에 대응되는 원 형태의 심벌 벡터와 안테나2에 대응되는 켤례 형태의 심벌 벡터를 합산하고, 안테나2에 대응되는 원 형태의 심벌 벡터와 안테나1에 대응되는 켤례 형태의 심벌 벡터를 합산한다. 이때, 상기 송신단은 각 켤례 형태의 심벌 벡터에 상기 <수학식 6>과 같은 위상 성분을 곱한 후, 합산한다. 예를 들어, 상기 송신 신호는 상기 <수학식 3>과 같이 구성된다. 이때, 상기 송신 신호는 총 송신 전력을 만족하도록 전력 조절되며, 전력 조절된 안테나별 송신신호는 상기 <수학식 8>과 같다.
상기 안테나별 송신 신호를 생성한 후, 상기 송신단은 상기 각 안테나별 송신 신호에 CP를 삽입한 후, RF 대역의 신호로 상향변환하여 각 안테나를 통해 송신한다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 단일 반송파(SC : Single Carrier) 무선통신 시스템에서 송신단의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입출력 단일 반송파 무선통신 시스템에서 알라무티(Alamouti) 코드를 사용하는 주파수 공간 블록 부호화기(SFBC : Space Frequency Block Coder)의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입출력 단일 반송파 무선통신 시스템에서 송신단의 신호 송신 절차를 도시하는 도면.

Claims (20)

  1. 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 단일 반송파(Single Carrier) 무선통신 시스템에서 송신단 장치에 있어서,
    심벌들을 블록 부호화하는 부호화기와,
    블록 부호화된 심벌들을 하나의 송신 신호 구간 동안 수집하고, 주파수 영역에서 요구되는 간격만큼 수집된 심벌 벡터들을 반복 확장하는 확장기와,
    시간 영역에서 서로 직교하도록 상기 반복 확장된 심벌 벡터들에 0을 삽입하는 삽입기와,
    주파수 영역에서 서로 직교하도록 상기 0 삽입된 심벌 벡터들에 위상 성분을 곱한 후, 심벌 벡터들을 결합함으로써, 안테나별 송신 신호를 생성하는 결합기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 확장기는, 켤례(conjugate) 형태의 심벌 벡터에 대해 인덱스 0 심벌을 제외한 적어도 하나의 나머지 심벌을 인덱스 역순으로 배열한 후, 반복 확장하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 확장기는, 주파수 영역에서 요구되는 간격과 동일한 횟수로 심벌 벡터를 반복 확장하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 확장기는, 알라무티(Alamouti) 코드를 사용하는 경우, 각 심벌 벡터를 1회 반복 확장하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 삽입기는, 매 심벌 간 0을 삽입하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 삽입기는, 하기 수식과 같은 심벌 벡터들을 출력하는 것을 특징으로 하는 장치,
    Figure 112008079956233-pat00044
    Figure 112008079956233-pat00045
    Figure 112008079956233-pat00046
    여기서, 상기
    Figure 112008079956233-pat00047
    은 안테나k에 대한 짝수 부분벡터에 대응되는 시간 영역 심벌 벡터, 상기
    Figure 112008079956233-pat00048
    는 안테나k에 대한 홀수 부분벡터에 대응되는 시간 영역 심벌 벡터, 상기
    Figure 112008079956233-pat00049
    은 안테나k에 대한 주파수 공간 블록 부호화 전 n번째 송신 심벌을 의미함.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 결합기는, 하기 수식과 같이 위상 성분을 산출하는 것을 특징으로 하는 장치,
    Figure 112010079411535-pat00050
    여기서, 상기
    Figure 112010079411535-pat00051
    은 홀수 부분벡터의 주파수 축 1 단위 쉬프트를 위한 위상 성분, 상기
    Figure 112010079411535-pat00052
    는
    Figure 112010079411535-pat00053
    내지
    Figure 112010079411535-pat00054
    을 원소로 하는 대각 행렬, 상기
    Figure 112010079411535-pat00055
    은 주파수 공간 블록 부호화 전 안테나별 송신 심벌 개수를 의미함.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 결합기는, 하기 수식과 같은 안테나별 송신 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 장치,
    Figure 112010079411535-pat00056
    여기서, 상기
    Figure 112010079411535-pat00057
    는 주파수 공간 블록 부호화된 시간 영역 심벌 벡터, 상기
    Figure 112010079411535-pat00058
    은 안테나k에 대한 짝수 부분벡터에 대응되는 시간 영역 심벌 벡터, 상기
    Figure 112010079411535-pat00059
    은 홀수 부분벡터의 주파수 축 1 단위 쉬프트를 위한 위상 성분, 상기
    Figure 112010079411535-pat00060
    는 안테나k에 대한 홀수 부분벡터에 대응되는 시간 영역 심벌 벡터를 의미함.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 결합기는, 총 송신 전력을 만족하도록 상기 안테나별 송신 신호의 전력을 조절하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 안테나 별 송신 신호에 CP(Cyclic Prefix)를 삽입하는 CP 삽입기와,
    CP를 포함하는 송신 신호를 안테나를 통해 송신하는 송신기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 단일 반송파(Single Carrier) 무선통신 시스템에서 송신단의 신호 송신 방법에 있어서,
    심벌들을 블록 부호화하는 과정과,
    블록 부호화된 심벌들을 하나의 송신 신호 구간 동안 수집하고, 주파수 영역에서 요구되는 간격만큼 수집된 심벌 벡터들을 반복 확장하는 과정과,
    시간 영역에서 서로 직교하도록 상기 반복 확장된 심벌 벡터들에 0을 삽입하는 과정과,
    주파수 영역에서 서로 직교하도록 상기 0 삽입된 심벌 벡터들에 위상 성분을 곱한 후, 심벌 벡터들을 결합함으로써, 안테나별 송신 신호를 생성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 반복 확장하기 전, 켤례(conjugate) 형태의 심벌 벡터에 대해 인덱스 0 심벌을 제외한 적어도 하나의 나머지 심벌을 인덱스 역순으로 배열하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 반복 확장은, 주파수 영역에서 요구되는 간격과 동일한 횟수로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 반복 확장은, 알라무티(Alamouti) 코드를 사용하는 경우, 각 심벌 벡터에 대해 1회 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    0을 삽입하는 과정은, 매 심벌 간 0을 삽입하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 0 삽입된 심벌 벡터들은, 하기 수식과 같은 것을 특징으로 하는 방법,
    Figure 112008079956233-pat00061
    Figure 112008079956233-pat00062
    Figure 112008079956233-pat00063
    여기서, 상기
    Figure 112008079956233-pat00064
    은 안테나k에 대한 짝수 부분벡터에 대응되는 시간 영역 심벌 벡터, 상기
    Figure 112008079956233-pat00065
    는 안테나k에 대한 홀수 부분벡터에 대응되는 시간 영역 심벌 벡터, 상기
    Figure 112008079956233-pat00066
    은 안테나k에 대한 주파수 공간 블록 부호화 전 n번째 송신 심벌을 의미함.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 위상 성분은, 하기 수식과 같이 산출되는 것을 특징으로 하는 방법,
    Figure 112010079411535-pat00067
    여기서, 상기
    Figure 112010079411535-pat00068
    은 홀수 부분벡터의 주파수 축 1 단위 쉬프트를 위한 위상 성분, 상기
    Figure 112010079411535-pat00069
    는
    Figure 112010079411535-pat00070
    내지
    Figure 112010079411535-pat00071
    을 원소로 하는 대각 행렬, 상기
    Figure 112010079411535-pat00072
    은 주파수 공간 블록 부호화 전 안테나별 송신 심벌 개수를 의미함.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 안테나별 송신 신호는, 하기 수식과 같이 생성하는 것을 특징으로 하는 방법,
    Figure 112010079411535-pat00073
    여기서, 상기
    Figure 112010079411535-pat00074
    는 주파수 공간 블록 부호화된 시간 영역 심벌 벡터, 상기
    Figure 112010079411535-pat00075
    은 안테나k에 대한 짝수 부분벡터에 대응되는 시간 영역 심벌 벡터, 상기
    Figure 112010079411535-pat00076
    은 홀수 부분벡터의 주파수 축 1 단위 쉬프트를 위한 위상 성분, 상기
    Figure 112010079411535-pat00077
    는 안테나k에 대한 홀수 부분벡터에 대응되는 시간 영역 심벌 벡터를 의미함.
  19. 제 11항에 있어서,
    총 송신 전력을 만족하도록 상기 안테나별 송신 신호의 전력을 조절하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 11항에 있어서,
    상기 안테나 별 송신 신호에 CP(Cyclic Prefix)를 삽입하는 과정과,
    CP를 포함하는 송신 신호를 안테나를 통해 송신하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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