KR101049113B1

KR101049113B1 - 이동 통신 시스템의 전송 다이버시티 방법

Info

Publication number: KR101049113B1
Application number: KR1020040009377A
Authority: KR
Inventors: 서동연; 김봉회; 구현희
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2004-02-12
Filing date: 2004-02-12
Publication date: 2011-07-15
Also published as: KR20050081226A

Abstract

본 발명은 이동 통신 시스템에서의 전송 다이버시티 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 이동 통신 시스템에서의 전송 다이버시티 방법은, STTD(Space Time Transmit Diversity)를 이용하는 이동 통신 시스템의 전송 다이버시티 방법에 있어서, 다수의 송신 안테나를 두 개씩 그룹화하여 각 그룹별로 서로 다른 데이터열을 입력하는 단계와; 상기 각 그룹별로 입력된 데이터열을 STTD 인코딩한 후 가중치를 곱하여 다수의 안테나를 통하여 송신하는 단계와; 수신단에서 수신된 신호를 STTD 디코딩하고 채널별 가중치를 산출하는 단계; 및 상기 채널별 가중치를 송신단으로 피드백하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

STTD, 전송 다이버시티, 가중치

Description

이동 통신 시스템의 전송 다이버시티 방법{Transmit diversity method in mobile communication system}

도1은 종래기술에서의 개루프 STTD에 의한 송수신단의 구성도

도2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 폐루프 STTD 송수신단의 구성도

도3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수신단의 구성도

본 발명은 이동 통신 시스템의 전송 다이버시티 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 이동 통신 시스템에서 그룹으로 데이터 레이트를 조정할 수 있는 폐루프 STTD 방법에 의한 전송 다이버시티 방법에 관한 것이다.

현재 비동기 IMT-2000 이동 통신 시스템의 표준화 단체인 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 내의 개루프 송신 다이버시티 기법으로 STTD(Space Time Transmit Diversity)가 채택되어 있다. 종래기술에 있어서 STTD는 두 개의 안테나를 사용하고 두 개의 안테나에서 전송되는 심볼들 간의 시공간상의 간단한 코딩을 통해 시간적인 다이버시티(diversity) 뿐 아니라 공간적인 다이버시티 이득도 얻으려는데 목적이 있다. 종래기술에 있어서는 두 개의 안테나를 요구하 며 아울러 두 개의 안테나로 전송되는 심볼간의 코딩을 위해 시공간코딩 블록을 필요로 한다.

STTD는 시간축 상에서 주로 적용되었던 채널 부호화(channel coding)기법을 공간 상으로 확장시킨 시공간 부호화(Space-Time coding)를 통해 다이버시티 효과를 얻는 방법이다. 이 방식은 WCDMA의 SCH(Synchronization CHannel)를 제외한 모든 하향 물리적 채널에 적용이 가능하다. STTD 방식은 귀환(feedback) 신호가 필요 없으므로 속도에 따른 귀환신호 지연에 의한 성능 저하가 없다는 장점이 있다. 표1은 두 개의 안테나의 STTD 인코딩과 전송 순서를 나타낸 것이다.

	시간(t)	시간(t+T)
안테나 1	s₁	s₂
안테나 2	-s₂*	s₁*

표1에서와 같이 송신될 심볼은 STTD 인코딩(encoding)되고 시간 순서에 따라 안테나 1 및 안테나 2를 통하여 각각 송신된다. 각각의 안테나로 송신된 신호는 서로 다른 독립적인 채널을 거치게 되고, 시간 t에서의 채널과 t+T에서의 채널이 같다고 가정할 경우 수신 안테나 단에서는 다음의 수학식1과 같은 신호가 수신된다.

여기서

,

는 각각 송신 안테나1 및 안테나2 와 수신 안테나 간의 채널을 의미하며, n₁, n₂는 수신단에서의 복소 잡음을 의미한다. 각각의 채널은 파일럿 신호로 추정이 가능하며, 수신신호를 다음의 수학식2와 같이 결합을 하게 되면 수신 다이버시티의 MRC(Maximum Ratio Combining) 방식과 같은 값을 얻을 수 있고 이를 바탕으로 송신된 심볼을 추정할 수 있게 된다.

도1은 종래기술에 있어서의 개루프 STTD를 설명하기 위한 도면이다. 개루프 STTD는 시공간 채널을 이용하는, 다수의 송수신 안테나를 사용하는 시스템에서 2개의 독립된 데이터열(11a, 11b)을 각각 제1, 제2 STTD 인코더(12a, 12b)를 통해서 시공간 코딩을 하여 다이버시티로 전송하는 방식이다. MCS 제어부(13)는 송신되는 수신단에서 보내지는 채널 정보(CQI: Channel Quality Information)를 통해 그 상태에 따라서 독립적으로 각 데이터열의 전송율을 변경하여 전송하는 것이 가능하다.

폐루프 2안테나 STTD는 수신단에서 SNR이 최대가 되도록 웨이트(weight)를 구하여 이를 송신단으로 전송한다. 송신단은 이 웨이트 값을 전송 신호에 곱하여 전송한다. 수신단의 각 안테나에서 수신 신호는 다음의 수학식3과 같이 표현할 수 있다.

, 여기서 S_1, S₂는 데이터 심볼이고, n₁, n₂ 는 AWGN이다.

폐루프 2 안테나 STTD의 복조(decoding)는 다음의 수학식4와 같이 개루프 2 STTD의 복조에서 채널을 웨이트와 채널로 치환하여 함께 소거해 주면 된다.

다른 방법으로 두 단계로 웨이트를 없앤 후 기존의 STTD 복조 방법을 사용하는 것도 가능하다.

여기서, 다음의 수학식6과 같이 치환하면,

z₁, z₂는 다음의 수학식7과 같이 된다.

수학식7의 z₁, z₂에 대해서 STTD 디코딩을 하면, 다음의 수학식8을 얻을 수 있다.

=

웨이트를 구하는 한 예는 채널의 공분산 행렬(covariance matrix)의 최대 아이겐 값(eigenvalue)에 대한 아이겐벡터(eigenvector)로 정할 수 있다. 이는 다음의 수학식9에 의해 구할 수 있다.

여기서, R은 채널의 공분산 행렬이다.

송신 안테나의 수가 2개 이상일 경우에는 기존의 방식을 확장하는 것이 필요하며, 종래 기술에서는 채널 상태에 따라서 전송하는 데이터율을 다르게 하지 못하기 때문에 처리량(throughput)을 높이는데 어려움이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 이동 통신 시스템에서 그룹으로 데이터 레이트를 조정할 수 있는 폐루프 STTD 방법에 의한 전송 다이버시티 방법을 제공하는 것이다.

발명의 요약

본 발명에 따른 이동 통신 시스템에서의 전송 다이버시티 방법은, STTD(Space Time Transmit Diversity)를 이용하는 이동 통신 시스템의 전송 다이버시티 방법에 있어서, 다수의 송신 안테나를 두 개씩 그룹화하여 각 그룹별로 서로 다른 데이터열을 입력하는 단계와; 상기 그룹별로 입력된 데이터열을 STTD 인코딩한 후 가중치(weight)를 곱하여 다수의 안테나를 통하여 송신하는 단계와; 수신단에서 수신된 신호를 STTD 디코딩하고 채널별 가중치를 산출하는 단계; 및 상기 채널별 가중치를 송신단으로 피드백하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

실시예

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의해 본 발명의 구성, 효과 및 다른 특징들이 명확해질 것이다. 도2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 송신단(100) 및 수신단(200)의 구성도를 도시한 것이다.

도2에 도시된 바와 같이, 4개의 송신 안테나(25a, 25b, 25c, 25d)를 2개씩 묶어서 폐루프 STTD 동작을 하도록 한다. 2개의 나누어진 그룹에는 서로 다른 데이 터열(data stream)이 입력되도록 한다. 각각의 데이터열은 채널 상태에 따라서, 전송 데이터율을 바꿀 수 있도록 한다.

수신단(200)의 가중치 산출부(28)은 채널별 가중치(weight)를 구하여 송신단(100)으로 피드백해주고, 송신단(100)에서는 상기 가중치를 전송 신호에 곱한 후 채널별로 안테나를 통하여 송신한다. 송신단(100)의 MCS 및 가중치 제어부(23)는 수신단(200)으로부터 피드백된 CQI 및 가중치(w₁, w₂, w₃, w₄)를 송신단(100)에 적용한다.

송신단(100)에서 제1 STTD 인코더(22a) 및 제2 STTD 인코더(22b)에 의해 입력되는 데이터열(21a, 21b)에 대한 STTD 인코딩(encoding)을 실시하고, 수신단(200)에서 피드백된 가중치(weight)를 곱하여 전송하므로 수신단(200)의 수신 신호는 다음의 수학식10과 같이 표현할 수 있다.

수신단(200)에서는 제1 STTD 디코더(27a) 및 제2 STTD 디코더(27b)에 의해 송신 블록별로 STTD 복조(decoding)를 해주면 블록별로 다음의 수학식11과 같이 된다.

여기서,

,

는 각각 송신 안테나들(25a, 25b, 25c, 25d) 및 수신 안테나들(26a, 26b) 간의 채널을 의미한다.

수신단(200)에서의 복조 방법의 다른 일례로서 도3에 도시된 바와 같은 방법을 택할 수 있다.

즉, 제1 가중치 승산부(32a) 및 제2 가중치 승산부(32b)에 의해 수신 신호에 가중치를 곱하여 가중치의 영향을 없애면 다음의 수학식12와 같이 표현될 수 있다.

여기서, A, B, C, D는 다음의 수학식13과 같다.

수학식12에서 (z₁, z₂), (z₃, z₄) 를 STTD 디코딩(decoding) 하면 전송 심볼을 복구할 수 있다. 즉, 다음의 수학식14에 의해 전송 심볼을 복구할 수 있다.

이 때 송신단(100)으로 피드백될 가중치는 다음과 같이 정의한 채널 행렬의 최대 고유치에 해당하는 고유 벡터로 선택한다. 채널 행렬의 최대 고유치에 해당하는 고유벡터는 다음의 수학식15에 의해 구할 수 있다.

이 때

,

이고

,

은 각각

,

의 자기 상관행렬,

,

와

,

는 각각 자기 상관 행렬의 최대 고유치 및 최대 고유치에 해당하는 고유 벡터를 나타낸다. 가중치를 구하는 방법으로 여러 다양한 방법들이 가능하다.

위의 수식은 수신 안테나가 1개인 경우를 예로 하였는데, 수신 안테나가 여러 개인 경우도 컴바이닝(combining)을 한 후 같은 방식에 의해 전송 심볼을 복구할 수 있다.

한편, 상기 제1 STTD 인코더(22a) 및 제2 STTD 인코더(22b)로 들어가는 데이터열(s₁, s₂), (s₃, s₄) 는 각각 채널 상태에 따라서 데이터율을 바꿀 수 있게 된다. 즉, 채널 상태가 좋은 경우, QAM과 같은 고차 변조(high order modulation)을 사용하거나 채널 코딩률(channel coding rate)를 높여서 전송할 수 있고, 채널 상태가 낮은 경우, QPSK와 같은 저차 변조(low order modulation)이나 채널 코딩률을 낮추어서 전송할 수 있게 된다.

그렇게 함으로써, 채널에 적합한 데이터 전송율을 결정해서 전송하게 되므로, 전송량(throughput)을 최대로 할 수 있게 된다. 한편, 종래기술에서와 마찬가지로 채널 상태에 대한 정보를 수신단(200)에서 송신단(100)으로 알려주어야 한다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

본 발명에 따르면 기존의 STTD 방식을 2개 이상의 송신 안테나의 경우에 연장해서 사용할 수 있고, 채널 상태에 따라서 데이터 전송률을 가변할 수 있으므로, 효율을 향상시킬 수 있고, 채널에 적합한 가중치를 곱하여 전송함으로써, 채널 환경에 적응하여 성능 향상을 기할 수 있는 효과가 있다.

Claims

STTD(Space Time Transmit Diversity)를 이용하는 이동 통신 시스템에서 송신단의 전송 다이버시티 방법에 있어서,

다수의 송신 안테나를 두 개씩 그룹화하여 각 그룹별로 서로 다른 데이터열을 입력하는 단계;

상기 각 그룹별로 입력된 데이터열을 STTD 인코딩한 후 가중치(weight)를 곱하여 다수의 안테나를 통하여 수신단으로 송신하는 단계;

수신단으로부터 채널별 가중치(weight value) 및 채널품질지시자(CQI)를 수신하는 단계; 및

상기 수신된 CQI에 의해 결정된 변조및코딩기법(MCS)에 따라 STTD 인코딩된 신호에 상기 채널별 가중치를 승산하는 단계를 포함하는 전송 다이버시티 방법.
STTD를 이용하는 이동 통신 시스템에서 수신단의 전송 다이버시티 방법에 있어서,

송신단으로부터 각각의 안테나 그룹별로 STTD 인코딩되어 가중치(weight)가 곱해진 데이터열을 다수의 안테나를 통하여 수신하는 단계;

수신단에서 수신된 신호를 STTD 디코딩하고 채널별 가중치 및 CQI를 산출하는 단계; 및

상기 채널별 가중치 및 CQI를 송신단으로 피드백하는 단계를 포함하는 전송 다이버시티 방법.
삭제
제2항에 있어서,

상기 가중치는 채널 행렬의 최대 고유치에 해당하는 고유 벡터인 것을 특징으로 하는 전송 다이버시티 방법.
제2항에 있어서, 상기 STTD 디코딩 단계는,

상기 수신단에서 채널별로 상기 가중치를 곱하여 가중치의 영향을 없애고 STTD 디코딩하는 것을 특징으로 하는 전송 다이버시티 방법.
삭제