KR101104005B1

KR101104005B1 - 안테나 셔플링을 이용한 패킷 재전송 방법

Info

Publication number: KR101104005B1
Application number: KR1020040078045A
Authority: KR
Inventors: 임빈철; 진용석; 천진영
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2012-01-06
Also published as: KR20060029061A

Abstract

본 발명은 3개 이상의 안테나를 이용한 시스템의 패킷 재전송방법에 관한 것으로서, 수신단은 채널상황에 따라 다수의 재전송구조중의 하나를 선택하여 송신단으로 알려주고, 송신단은 전달된 재전송구조에 따라 패킷을 재전송한다. 상기 재전송구조는 NACK신호와 함께 송신단으로 전송되며, 3-안테나 시스템의 경우, 하나의 안테나는 이전의 신호를 그대로 재전송하고, 두 안테나(정보를 공유하거나 또는 공유하지 않는)는 각각 이전 신호를 서로 바꾸어 재전송하는 조합으로 구성된다. 또한, 상기 패킷 재전송 구조는 4개의 안테나를 이용하여 시스템의 경우, 2개의 안테나쌍이 동시에 STTD구조를 갖도록 이전 신호를 서로 바꾸어 재전송하는 조합으로 구성된다.

MIMO시스템, 재전송구조, STTD구조, 안테나쌍

Description

안테나 셔플링을 이용한 패킷 재전송 방법{METHOD FOR RETRANSMITTING PACKET USING ANTENNA SHUFFLING}

도 1의 (A)와 (B)는 각각 3개 및 4개의 송신 안테나를 통하여 전송되는 신호(패킷)의 구성을 나타낸 도면.

도 2의 (A) 및 (B)는 전송 패킷에 오류가 발생한 경우 종래 각 안테나로 전송되는 재전송 패킷의 구성을 나타낸 도면.

도 3은 수신단에서 수신되는 신호벡터를 나타낸 도면.

도 4의 (A)~(C)는 본 발명의 실시예에 따른 3-안테나 시스템에서의 패킷 재전송 방법을 나타낸 패킷 구성도.

도 5의 (A)~(C)는 본 발명의 실시예에 따른 4-안테나 시스템에서의 패킷 재전송 방법을 나타낸 패킷 구성도.

도 6은 본 발명에 따른 3-안테나 시스템에서의 패킷 재전송방법을 나타낸 신호 흐름도.

본 발명은 다중 안테나 시스템에 것으로서, 특히 3개 이상의 안테나를 사용 하는 시스템에서 안테나 셔플링을 이용한 패킷 재전송 방법에 관한 것이다.

최근 무선 이동통신 시장의 급성장으로 인하여 무선 환경에서의 다양한 멀티미디어 서비스가 요구됨에 따라 전송 데이터의 대용량화 및 데이터 전송의 고속화가 진행되고 있다. 따라서 다양한 멀티미디어 서비스를 효과적으로 제공하기 위하여 한정된 주파수 자원을 효율적으로 사용할 수 있는 방법을 찾는 것이 가장 시급한 과제로 떠오르고 있으며, 이러한 과제를 해결하기 위해 다중 안테나를 이용하는 Multiple input multiple output(MIMO)시스템이 사용되고 있다.

일반적으로 3개 또는 4개의 전송 안테나를 사용하는 다중 안테나 시스템은 공간 다중화(spatial multiplexing)에 의해 패킷을 전송한다. 이 경우 최초로 각각 3개 및 4개의 송신 안테나를 통하여 전송되는 패킷의 벡터 구성은 도 1의 (A)및 (B)와 같이 나타낼 수 있다.

만약, 초기 전송 패킷에 오류가 발생하면 송신 시스템은 도 2의 (A) 및 (B)에 도시된 바와 같이, 특정 안테나로 전송되는 패킷(벡터의 각 엘리먼트)을 바꾸어 재전송한다. 이러한 재전송 방법은 처음 보낸 패킷과 재전송된 패킷이 시공간 전송 다이버시티(Space Time Transmit Diversity: STTD) 구조를 갖도록 하여, 수신측에서의 SNR이득을 높이기 위한 방법이다.

종래의 패킷 재전송 방법에서는 2개씩의 안테나로 이루어진 쌍들이 처음 보낸 패킷의 해당하는 쌍과 STTD구조를 갖도록 전송되는데 채널 상황에 따라 이렇게 고정적으로 쌍을 이루는 방식이 패킷의 수신 성공에 큰 도움이 안 될 수 있다. 즉, 정보를 공유하는 안테나신호는 서로 바꾸어 전송하고 공유하지 않는 안테나는 이전 신호를 그대로 재전송한다.

예를 들어, 3개의 안테나 시스템에서 재전송 패킷의 세번째 안테나의 신호는 단순하게 재전송하기 때문에 계속 Deep fading에 빠질 확률이 높다. 이 경우 채널 상황이 좋은 첫번째 또는 두번째 안테나의 신호를 재전송하고 나머지 두 안테나 신호를 STTD구조를 갖는 쌍으로 조합하는 것이 바람직하다. 그런데, 종래에는 정보를 공유하지 않는 안테나는 서로 신호를 바꾸어 재전송하지 않는다.

또한, 4개의 안테나 시스템에서 첫번째와 두번째 신호 및 세번째와 네번째 신호가 각각 STTD구조를 갖도록 재전송할 때 첫번째와 두번째 안테나가 동시에 페이딩에 빠질 경우에는 다이버시티 이득을 얻을 수 없는 단점이 있다. 이러한 경우 상기 첫번째와 두번째 신호는 예를들면 각각 세번째와 네번째 안테나와 쌍을 이루는 것이 낫지만 종래에는 상기 방법을 고정적으로 사용하고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 3개 이상의 전송 안테나를 사용하는 시스템에서 안테나 셔플링을 이용한 패킷 재전송 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 복수의 패킷 재전송구조를 제공하여 채널상태에 따라 최적의 패킷 재전송구조를 선택할 수 있는 패킷 재전송 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 수신단이 채널상황에 따라 패킷 재전송구조를 결정하여 송신단으로 전송하는 패킷 재전송 방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 3개 이상의 안테나를 이용하여 패킷을 전송하는 시스템에서, 본 발명은 두 안테나쌍을 통해 전송하는 신호가 모두 시 공간전송이득(STTD)구조를 갖도록 다수의 패킷 재전송 구조를 형성한다.

상기 패킷 재전송 구조는 3-안테나 시스템의 경우, 하나의 안테나는 이전의 신호를 그대로 재전송하고, 두 안테나는 각각 이전 신호를 서로 바꾸어 재전송하는 조합으로 구성된다. 바람직하게, 상기 두 안테나는 서로 정보를 공유하는 안테나 또는 서로 정보를 공유하지 않는 안테나를 모두 포함한다.

상기 패킷 재전송 구조는 4-안테나 시스템의 경우, 2개의 안테나쌍이 동시에 STTD구조를 갖도록 이전 신호를 서로 바꾸어 재전송하는 조합으로 구성된다.

또한, 본 발명에 따른 패킷 재전송 방법은 재전송시 수신단이 재전송구조를 선택하여 송신단으로 알려주는 단계와; 송신단에서 해당 재전송구조로 패킷을 재전송하는 단계를 포함한다. 바람직하게, 상기 수신단은 채널상태에 따라 다수의 재전송구조중에서 하나를 선택한 후 NACK신호와 함께 송신단으로 전송한다.

상기 패킷 재전송 구조는 3-안테나 시스템의 경우, 하나의 안테나는 이전의 신호를 그대로 재전송하고, 나머지 안테나들은 각각 이전 신호를 서로 바꾸어 재전송하는 조합으로 구성되는데, 상기 두 안테나는 서로 정보를 공유하는 안테나와 서로 정보를 공유하지 않는 안테나를 모두 포함한다.

본 발명은 다중 안테나 기술을 사용하는 시스템에서 구현된다. 그러나, 본 발명은 다른 표준에 따라 동작하는 무선 통신 시스템에도 적용되어 질 수 있다.

본 발명은 3개 이상의 전송 안테나를 사용하는 시스템에서 전송한 패킷에 오류가 발생한 경우에 적용되는 패킷 재전송 방법을 제안한다. 이를 위하여 본 발명은 송신 다이버시티 이득을 얻기 위한 다수의 패킷 재전송구조와, 그 제안된 다수의 재전송 구조 중에서 송신단이 사용할 하나의 재전송구조를 선택하는 방안을 제안한다. 바람직하게, 상기 재전송 구조는 시공간전송이득(STTD) 구조를 갖는 모든 안테나쌍을 포함한다.

일반적으로 3개 이상의 전송 안테나를 사용하는 시스템에서, 송신단의 각 안테나를 통해 전송되는 패킷은 도 1의 (A)와 같은 구성을 갖는다. 수신단은 송신단에서 전송되는 패킷을 수신하기 위해 3개 이상의 수신 안테나를 구비해야 하는데, 만약, 송신단과 수신단사이의 채널성분을

라고 가정하면 수신신호 (

)는 도 3과 같이 표현된다. 이 경우,

은 백색 가우시안 잡음 (AWGN : Additive White Gaussian Noise)을 의미한다.

먼저, 본 발명은 채널상태를 고려한 다수의 패킷 재전송구조 즉, 안테나 셔플링방법을 제공한다. 상기 구조는 3-안테나 시스템에서 가능한 안테나쌍이 모두 STTD구조를 갖도록 재전송패킷을 구성하는 방법이다. 즉, 본 발명은 종래와 같이 2개의 안테나쌍만 STTD구조를 갖는 것이 아니라 모든 가능한 안테나쌍이 STTD구조를 갖도록 재전송 패킷을 구성한다.

도 4의 (A)-(C)에는 3개의 전송 안테나를 사용하는 시스템에서 본 발명의 실시예에 따른 3가지 옵션(Option)의 패킷 재전송 구조가 도시되어 있다.

상기 옵션 1은 첫번째와 두번째 안테나는 패킷 재전송시 각각 이전 신호를 서로 바꾸어 전송하고, 세번째 안테나는 이전 패킷을 그대로 재전송하는 방법이다. 상기 옵션 1은 종래의 패킷 재전송방법에서 고정적으로 사용하는 구조로서, 서로 정보를 공유하는 두 안테나(첫번째 및 두번째 안테나)간에 신호를 바꾸어 재전송하는 구조이다.

상기 옵션 2 및 옵션 3는 본 발명에서 새롭게 제안한 구조로서, 서로 정보를 공유하지 않는 두 안테나(첫번째 인테나와 세번째 안테나, 두번째 안테나와 세번째 안테나)간에 신호를 바꾸어 재전송하는 구조이다. 즉, 상기 옵션 2는 도 4의 (B)에 도시된 바와같이, 첫번째와 세번째 안테나는 패킷 재전송시 각각 이전 신호를 서로 바꾸어 전송하고, 두번째 안테나는 이전 신호를 재전송한다. 또한, 상기 옵션 3는 도 4의 (C)에 도시된 바와같이, 두번째와 세번째 안테나는 패킷 재전송시 각각 이전 신호를 서로 바꾸어 전송하고, 첫번째 안테나는 이전 신호를 그대로 재전송한다. 즉, 상기 옵션 1-3은 2개의 안테나쌍이 동시에 STTD구조를 갖도록 이전 신호를 서로 바꾸어 재전송하는 조합으로 구성된다.

이러한 패킷 재전송구조는 4개의 전송 안테나를 갖는 시스템에서도 동일하게 적용된다. 이러한 경우 수신단은 최소 4개의 안테나를 갖춰야 하며, 패킷 재전송 구조 역시 도 5의 (A)-(C)에 도시된 바와같이, 3가지 옵션을 갖는다.

도 5의 (A)-(C)에서 알 수 있듯이, 본 발명은 종래의 방법에서 사용하던 옵션 1이외에 새로운 옵션 2 및 옵션 3를 제공한다. 상기 옵션 1~3 모두 2개의 안테나쌍이 동시에 STTD구조를 갖도록 이전 신호를 서로 바꾸어 재전송하는 조합으로 구성된다. 즉, 상기 옵션 2는 첫번째와 세번째 안테나쌍은 물론 두번째와 네번째 안테나쌍도 STTD구조를 갖도록 하는 구조이고, 상기 옵션 3는 첫번째와 네번째 안테나쌍은 물론이고 두번째와 세번째 안테나쌍도 STTD구조를 갖도록 하는 구조이다.

따라서, 최초 전송패킷에 오류가 발생하면(또는 수신단의 요청에 의해) 송신단은 제안된 다수의 패킷 재전송구조중의 하나를 선택하여 패킷을 재전송할 수 있다. 그리고, 상기 패킷 재전송 구조의 선택은 수신단에서 피드백된 채널상태정보를 근거로 송신단에서 선택하거나 또는 수신단에서 직접 측정한 채널상태정보에 따라 하나의 패킷 재전송 구조를 선택하여 송신단으로 알려줄 수 있다.

본 발명은 상기 두가지 방법중에서 전달해야 할 정보의 양을 고려하여, 수신단에서 하나의 재전송구조를 선택하여 송신단으로 알려주는 방법을 사용한다. 일반적으로 송신단에서 복수의 안테나를 통하여 특정 패킷(

)을 전송하면, 수신단은 수신신호를 디코딩한 다음, 송신단으로 ACK(Acknowledge) 또는 NACK (Negative Acknowledge)을 전송하여, 상기 패킷을 성공적으로 수신하였는지 또는 실패하였는지를 알려준다.

본 발명에서는 NACK을 전송하는 경우 NACK과 함께 수신단은 채널상태에 따라 옵션 1~옵션 3의 전송구조 중에 하나를 선택하여 송신단으로 알려주어, 송신단이 해당하는 재전송구조로 상기 패킷(

)을 재전송할 수 있도록 한다.

도 6은 본 발명에 따른 3-안테나 시스템에서의 패킷 재전송방법을 나타낸 신호 흐름도이다.

도 6에 도시된 바와같이, 먼저, 송신단(Tx)은 3개의 안테나를 통하여 패킷 (

)을 전송한다. 수신단(Rx)은 해당 패킷을 성공적으로 수신한 경우 송신단(Tx)으로 ACK을 피드백하고, 상기 ACK이 수신되면 송신단(Tx)은 다음 패킷(

)을 전송한다. 그런데, 만약 상기 패킷(

)을 성공적으로 수신하지 못할 경우 수신단(Rx)은 채널상태에 따라 최적의 재전송구조(e.g.옵션 1)를 선택한 후 NACK과 함께 송신단(Tx)으로 전송한다.

NACK이 수신되면 송신단(Rx)은 옵션 1에 따라, 첫번째와 두번째 안테나는 패킷 재전송시 각각 이전 신호를 서로 바꾸어 전송하고, 세번째 안테나는 이전 신호를 그대로 재전송한다. 이후, 수신단(Rx)로부터 ACK이 수신되면 송신단(Tx)은 다음 패킷(

)을 전송한다.

그리고, 또 다시 상기 패킷(

)을 성공적으로 수신하지 못한 경우 수신단(Rx)은 채널상태에 따라 하나의 재전송구조(e.g.옵션 3)를 선택한 후 NACK과 함께 송신단(Tx)으로 전송한다. 따라서, 송신단(Rx)은 옵션 3에 따라, 두번째와 세번째 안테나는 패킷 재전송시 각각 이전 신호를 서로 바꾸어 전송하고, 첫번째 안테나는 이전 신호를 그대로 재전송함으로써 채널상태에 따라 성능이 좋은 구조를 선택하여 패킷을 재전송할 수 있다.

그리고, 수신단에서 재전송 구조는 이미 알려진 V-BLAST, MMSE(Minimum Mean-squared Error) 및 Zero-forcing 등의 검출기법등을 이용하여 채널상태를 파 악하여 선택할 수 있다.

상술한 바와같이, 본 발명은 3개 이상의 안테나를 사용하는 시스템에서 사용 가능한 다양한 패킷 재전송 구조(안테나 셔플링방법)를 제공하고, 사용할 재전송 구조를 수신단에서 송신단으로 알려줌으로써 수신단에서의 SNR이득을 높일 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims

3개 이상의 안테나를 이용하는 송신국의 패킷 재전송 방법으로서,

상기 3개 이상의 안테나를 이용하여 패킷들을 전송하는 단계와;

상기 전송한 패킷들에 대해 오류가 있는 경우, 상기 패킷들을 재전송하는 단계를 포함하고,

상기 재전송 단계에서, 상기 3개의 이상의 안테나 중 하나의 안테나는 전송했던 패킷을 그대로 재전송하고, 다른 두 안테나는 전송했던 패킷들을 서로 바꾸어 재전송하고,

상기 전송되는 패킷 데이터들은

수학 표현식
로 표현되고,

상기 재전송되는 패킷들은

수학 표현식
로 표현되는 것을 특징으로 하는 패킷 재전송 방법.
삭제
제1항에 있어서, 상기 두 안테나는

서로 정보를 공유하는 안테나 또는 서로 정보를 공유하지 않는 안테나인 것을 특징으로 하는 패킷 재전송 방법.
제1항에 있어서, 4개의 안테나를 이용하는 경우,

상기 재전송 단계에서 2개의 안테나 쌍이 동시에 STTD구조를 갖도록 이전 신호를 서로 바꾸어 재전송하는 것을 특징으로 하는 패킷 재전송 방법.
3개 이상의 안테나를 이용하는 송신국으로부터 패킷을 수신하는 수신단에서의 수신 방법으로서,

상기 송신국으로부터 패킷들을 수신하는 단계와;

상기 수신한 패킷들 중 적어도 하나에 오류가 발생한 경우, 상기 송신국에서 재전송되는 패킷들을 수신하는 단계를 포함하고,

상기 수신되는 패킷 데이터들은

수학 표현식
로 표현되고,

상기 송신국으로부터 재전송되어 수신되는 패킷들은

상기 송신국의 제1 안테나가 전송했던 패킷을 그대로 재전송한 패킷과, 상기 송신국의 제2 안테나 및 제3 안테나가 각기 전송했던 패킷들이 서로 맞바뀌어 재전송된 패킷들을 포함하고

수학 표현식
로 표현되는 것을 특징으로 하는 패킷 수신 방법.
제5항에 있어서, 상기 수신단은

채널상태에 따라 다수의 재전송구조 중에서 하나를 선택하는 것을 특징으로 하는 패킷 수신 방법.
제6항에 있어서, 상기 다수의 재전송구조는

안테나 셔플링에 의해 모든 안테나쌍을 통해 전송하는 신호가 시공간전송이득 (STTD)구조를 갖도록 구성된 구조인 것을 특징으로 하는 패킷 수신 방법.
제5항에 있어서,

상기 수신한 패킷들 중 적어도 하나에 오류가 발생하면, 부정 응답(NACK)을 전송하는 단계를 더 포함하고,

상기 부정 응답 전송 단계에서는

상기 선택된 재전송구조가 상기 부정응답(NACK)과 함께 상기 송신국으로 전송되는 것을 특징으로 하는 패킷 수신 방법.
삭제
제5항에 있어서, 상기 제2 안테나 및 제3 안테나는

서로 정보를 공유하거나 또는 서로 정보를 공유하지 않는 안테나인 것을 특징으로 하는 패킷 수신 방법.
삭제