KR101108054B1 - Ｍｉｍｏ-ｏｆｄｍ 시스템에서의 전치부호 전송 방법 및데이터 전송 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다중입출력-직교주파수분할 전송 방식의 무선통신 시스템에서 효율적인 동기 및 채널추정을 수행하기 위하여 모든 송신 안테나에서 전치부호를 전송하는 방법 및 데이터 전송 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 MIMO-OFDMA 시스템에서의 전치부호 전송 방법은, 다중입출력(MIMO: Multi Input Multi Output) 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 시스템에 있어서, 특정 전치부호에 대해 직교부호를 이용한 인코딩(encoding)에 의해 생성된 전치부호를 각 송신 안테나에 할당되는 데이터 심볼열에 추가하는 단계; 및 상기 전치부호가 추가된 각 데이터 심볼열을 데이터 처리하여 각 송신 안테나를 통해 송신하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
다중입출력, OFDM, 전치부호, 훈련심볼, 직교부호

Description

ＭＩＭＯ-ＯＦＤＭ 시스템에서의 전치부호 전송 방법 및 데이터 전송 장치 {Method of transmitting preamble and apparatus for transmitting data in MIMO-OFDM system}
도1은 부반송파 3개당 1개의 훈련심볼을 할당한 예를 도시한 것임.
도2는 본 발명에 따른 다중입출력 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 데이터 전송 장치의 바람직한 일 실시예의 블록 구성도임.
도3 내지 도6은 본 발명의 제1실시예에 따른 전치부호 생성 및 추가 방법을 설명하기 위한 도면임.
도7 내지 도15는 본 발명의 제2실시예에 따른 전치부호 생성 및 추가 방법을 설명하기 위한 도면임.
본 발명은 다중입출력-직교주파수분할 전송 방식의 무선통신 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 다중입출력 직교주파수 분한 전송 시스템에서 효율적인 동기 및 채널추정을 수행하기 위하여 모든 송신 안테나에서 전치부호를 전송하는 방법 및 데이터 전송 장치에 관한 것이다.
본 발명은 다중입출력-직교주파수분할 전송방식을 사용하는 무선통신 시스템의 동기 및 채널추정을 위한 전치부호에 관한 것으로 직교주파수분할 다중(OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing)은 다중부반송파 변조방식을 사용한다. 직교주파수분할 전송방식은 신호가 전송될 때 다중경로(Multipath)에 대한 보상을 하기 위하여 OFDM 심볼의 마지막 부분의 신호를 복제하여 OFDM 심볼의 앞에 붙이는 CP(Cyclic prefix)를 사용하게 된다. 이러한 특징으로 인하여 다중경로와 이동수신환경에서 우수한 성능을 갖기 때문에 고속 이동통신 전송방식으로 주목받고 있다.
무선통신 시스템 환경에서는 다중경로 시간 지연으로 인하여 다중경로 페이딩(multi-path fading)이 발생하게 된다. 수신측에서 페이딩으로 인한 급격한 환경변화에 의하여 생기는 신호의 왜곡을 보상하여 전송신호를 복원하는 과정을 채널 추정이라고 한다. 일반적으로 채널 추정을 위해서 송수신측이 상호간에 알고 있는 훈련 심볼(training symbol)을 이용한다.
직교주파수분할 전송방식을 사용하는 무선통신 시스템에서는 훈련 심볼을 모든 부반송파에 할당하는 방식과 데이터 부반송파 사이에 할당하는 방식이 있다. 모든 부반송파에 할당하는 방식은 프리앰블 심볼(preamble symbol)의 경우처럼 모든 부반송파에 걸쳐 데이터의 할당 없이 훈련 심볼을 할당하는 방식이고, 데이터 부반송파 사이에 할당하는 방식은 데이터가 할당된 부반송파 사이에 있는 부반송파에 훈련 심볼을 할당하는 방식이다.
데이터 부반송파 사이에 훈련 심볼을 할당하는 방식은 데이터의 전송량을 증 대시킬 수 있지만, 훈련 심볼의 밀도가 감소하기 때문에 채널 추정 성능의 열화가 발생한다. 단일 입출력 전송방식에서는 송신측 및 수신측이 모두 알고 있으며 일반적으로 훈련 심볼의 밀도가 높은 전치부호를 채널 추정에 사용한다.
수신측은 훈련 심볼의 정보를 알고 있기 때문에 수신된 신호에서 이를 나누어 채널을 추정할 수 있고, 추정된 채널 값을 보상하여 송신측에서 보낸 데이터를 정확히 추정해 낼 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 송신기에서 보내는 훈련 심볼을
Figure 112005065013880-pat00001
, 훈련 심볼이 전송 중에 겪게 되는 채널 정보를
Figure 112005065013880-pat00002
, 수신기에서 발생하는 열 잡음을
Figure 112005065013880-pat00003
, 수신기에서 수신된 신호를
Figure 112005065013880-pat00004
라고 하면
Figure 112005065013880-pat00005
는 다음의 수학식 1에 의해 나타낼 수 있다.
Figure 112005065013880-pat00006
이때 훈련 심볼
Figure 112005065013880-pat00007
는 수신기가 이미 알고 있기 때문에 이를 이용하여 다음의 수학식 2와 같이 채널 정보(
Figure 112005065013880-pat00008
)를 추정할 수 있다.
Figure 112005065013880-pat00009
이때 훈련 심볼
Figure 112005065013880-pat00010
를 이용하여 추정한 채널 추정값
Figure 112005065013880-pat00011
는
Figure 112005065013880-pat00012
값에 따라서 그 정확도가 결정되게 된다. 따라서, 정확한
Figure 112005065013880-pat00013
값의 추정을 위해서는
Figure 112005065013880-pat00014
이 0에 수렴해야만 하고, 이를 위해서는 많은 개수의 훈련 심볼을 이용하여 채널을 추정하여
Figure 112005065013880-pat00015
의 영향을 최소화해야 한다.
IEEE 802.16 OFDMA 시스템에서 사용하는 전치부호를 살펴보면, 주파수의 부반송파의 개수를 128, 512, 1024, 2048 중의 하나로 선정하여 사용한다. 상기 부반송파중 양쪽 일부를 보호 대역(guard interval)으로 사용하고 나머지 영역을 다음과 같이 부반송파 3개당 1개를 훈련심볼로 사용한다. 도1은 부반송파 3개당 1개의 훈련심볼을 할당한 예를 도시한 것이다.
PreambleCarrierSet n = n + 3· k
PreambleCarrierSet n : 특정 전치부호에 할당된 모든 부반송파
n: 지수화된 전치부호 반송파 집합의 수 0...2,
k: 전치부호 부반송파의 연속지수 0...283
세그먼트 0: 전치부호 반송파 집합 0 사용 (PreambleCarrierSet 0 )
세그먼트 1: 전치부호 반송파 집합 1 사용 (PreambleCarrierSet 1 )
세그먼트 2: 전치부호 반송파 집합 2 사용 (PreambleCarrierSet 2 )
전치부호로 전송되는 PN 수열들을 다음의 표 1에 나열하였다. 사용되는 PN 수열은 세그먼트 번호와 IDcell 파라미타 값에 의해 결정된다. 정의된 각 PN 수열은 오름차순으로 전치부호 부반송파에 매핑된다. 표 1에서는 PN 수열을 16진수 형식으로 표현하였다. 해당되는 PN 코드값을 얻기 위해, 제시된 16진수 수열을 이진수 수열(W k )로 변환시킨 다음, MSB부터 LSB로 W k 을 매핑한다. (0은 +1로, 1은 -1로 매핑한다. 예를 들면, 인덱스가 0인 0번째 세그먼트에서 W k 는 110000010010... 이므로, 변환된 PN 코드값은 -1 -1 +1 +1 +1 +1 +1 -1 +1 +1 -1 +1 ... 이다.)
Figure 112005065013880-pat00016
전치부호는 무선통신에서 두 개 이상의 시스템 간의 전송타이밍을 동기화하고 시변하는 채널을 추정하기 위하여 사용되는 신호이다. 이러한 역할을 하는 전치부호는 전송타이밍을 동기화하기 위하여 IEEE 802.16 시스템에서와 같이 시간상에서 대칭구조의 신호를 갖게끔 훈련심볼을 배치하게 된다. 그러나, 종래기술의 전치부호 전송 방식은 다중입출력 시스템에서 동일한 전치부호를 전송할 때 복원이 용이하지 않은 문제점을 가지고 있다.
즉, 종래의 단일입출력-직교주파수분할 전송방식의 무선통신 시스템에서는 전치부호를 전송함으로써 채널 추정에 활용할 수 있지만, 다중입출력-직교주파수분할 전송방식에서는 전치부호를 안테나별로 각각 전송할 경우 사용에 용이하지 않은 문제점이 있다. 구체적으로 설명하면, 각각의 안테나에서 동시에 전치부호를 전송할 경우 송신된 전치부호의 훈련심볼 간에 간섭이 존재하게 되어, 수신기는 송수신단에서의 채널 경로에 대한 독립적인 채널 추정이 불가능하게 되고 서로 다른 송신안테나의 신호가 잡음성분으로 작용하여 채널 추정, 신호의 검출 및 주파수 옵셋(frequency offset) 추정 등의 동기부 성능의 열화를 가져오게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다중입출력 직교 주파수 분할 전송 방식의 무선 통신 시스템에서 효율적인 동기 및 채널 추정을 수행할 수 있는 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 다중입출력 직교 주파수 분할 전송 방식의 무선 통신 시스템에서 안테나 별로 전치부호를 전송할 수 있고, 전송된 전치부호의 훈련심볼을 이용하여 각 안테나에서 송수신측 간에 발생되는 독립적인 채널 변화의 추정이 가능하게 할 수 있는 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.
다중입출력-직교주파수분할 전송 방식에서는 하나의 안테나를 통해 전치부호를 전송하여 신호의 검출을 위하여 사용되고 수신 신호의 검출이 이루어진 뒤에 다중입출력-직교주파수분할 전송 방식으로 동작하는 방식이 사용된다. 그러나, 본 발명에서는 기존의 다중입출력-직교주파수분할 전송 방식에서 처음부터 다수의 안테나를 통해 각각 전치부호를 전송하고, 수신측에서는 각 안테나 별로 수신된 전치부호를 이용하여 수신신호를 검출하고 채널추정에도 활용이 가능하도록 하는 것을 특 징으로 한다.
본 발명의 일 양상으로서, 본 발명에 따른 MIMO-OFDMA 시스템에서의 전치부호 전송 방법은, 다중입출력(MIMO: Multi Input Multi Output) 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 시스템에 있어서, 특정 전치부호에 대해 직교부호를 이용한 인코딩(encoding)에 의해 생성된 전치부호를 각 송신 안테나에 할당되는 데이터 심볼열에 추가하는 단계; 및 상기 전치부호가 추가된 각 데이터 심볼열을 데이터 처리하여 각 송신 안테나를 통해 송신하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 양상으로서, 본 발명에 따른 MIMO-OFDMA 시스템에서의 전치부호 전송 방법은, 다중입출력 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에 있어서, 특정 전치부호에 대하여 직교부호를 이용한 인코딩을 수행하여 다수의 전치부호를 생성하는 단계; 생성된 각 전치부호를 각 송신 안테나에 할당되는 데이터 심볼열에 추가하는 단계; 및 상기 전치부호가 추가된 각 데이터 심볼열을 데이터 처리하여 각 송신 안테나를 통해 송신하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 양상으로서, 본 발명에 따른 다중입출력 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 데이터 전송 장치는, 직교 주파수 분할 전송 방식에 의해 데이터 처리된 데이터를 다수의 안테나를 통해 전송하는 데이터 전송 장치에 있어서, 입력 데이터 심볼열에 대하여 다중 안테나 인코딩을 수행하여 각 송신 안테나에 할당되는 데이터 심볼열을 생성하는 다중 안테나 인코더 모듈; 특정 전치부호에 대해 직교부호를 이용한 인코딩을 수행함으로써 생성된 각 전치부호를 상기 각 송 신 안테나에 할당되는 데이터 심볼열에 추가하는 전치부호 추가 모듈; 및 상기 각 전치부호가 추가된 각 데이터 심볼열에 대하여 직교 주파수 분할 전송 방식에 의한 데이터 처리를 수행하는 OFDM 데이터 처리 모듈을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 본 발명의 바람직한 실시예들에 의해 본 발명의 구성, 작용 및 다른 특징들이 용이하게 이해될 수 있을 것이다. 도2는 본 발명에 따른 다중입출력 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 데이터 전송 장치의 바람직한 일 실시예의 블록 구성도이다.
도2에서 입력 데이터 스트림(data stream)은 채널코딩모듈(21)에 의해 채널 코딩된다. 채널 코딩은 데이터가 채널을 통해 전송되는 도중에 발생되는 에러를 수신측에서 정정할 수 있도록 시스템 비트들(system bits)에 패리티 비트들(parity bits)을 추가하는 것이다. 채널 코딩 방법으로서 콘볼루션 코딩, 터보 코딩 또는 LDPC(Low Density Parity Check) 코딩 방법 등이 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 채널코딩모듈(21)에 의해 채널 코딩된 이진 데이터는 변조모듈(22)에 의해 QPSK 또는 QAM 신호에 매핑된다. 상기 변조모듈(23)로부터 출력된 데이터 심볼들은 MIMO 인코딩모듈(23)에 입력되어 다중 안테나 인코딩이 수행된다.
다중 안테나 인코딩은 데이터 심볼들을 다수의 송신 안테나를 통해 전송함에 있어서 시스템의 용량(capacity), 쓰루풋(throughput) 및 커버리지(coverage) 등을 증대시키기 위해 상기 데이터 심볼들에 대하여 약속된 방법에 의하여 데이터 처리를 수행하는 것이다. 다중 안테나 인코딩 방법으로는 크게 공간 분할 다중화(SDM: Spatial Division Multiplexing) 기술과 시공간 코딩(STC: Space Time Coding) 기법 등이 있다. SDM 기법은 송신측에서 각 안테나에 각각 독립적인 데이터를 보냄으로써 송신율을 극대화시키는 방법이고, STC 기법은 안테나, 즉 공간 도메인과 시간 도메인에 걸쳐서 심볼 레벨에서 코딩을 걸어줌으로써 안테나 다이버시티 이득과 코딩 이득을 얻어 링크 레벨 성능을 향상시키는 기술이다. SDM 기법과 STC 기법 두 가지를 적절하게 조합하고 일반화한 것이 선형 분산 코딩(LDC: Linear Dispersion Coding)이다. 모든 다중 안테나 기술은 다중 안테나 인코딩과 디코딩에 쓰이는 LDC 매트릭스에 의해서 표현될 수 있다. 다중 안테나 인코딩에 의해 각 송신 안테나를 통해 전송될 데이터 심볼들이 구분될 수 있다.
상기 MIMO 인코딩모듈(23)에 의해 다중 안테나 인코딩이 수행되어 각 송신 안테나에 할당되는 각 데이터 심볼열에는 전치부호추가모듈(24)에 의해 전치부호가 추가된다. 상기 전치부호추가모듈이 각 송신 안테나에 할당된 데이터 심볼열에 전치부호를 추가하는 방법은 크게 두 가지로 대별될 수 있다. 첫째는, 각 데이터 심볼열이 입력될 때마다 하나의 전치부호로부터 상기 데이터 심볼열의 개수, 즉 송신 안테나의 개수에 대응하는 다수의 전치부호를 생성하여 각 데이터 심볼열에 추가하는 방식이다. 둘째는, 특정 방법에 의해 미리 생성된 상기 송신 안테나의 개수에 대응하는 다수의 전치부호를 저장하고 있다가 데이터 심볼열이 입력되면 추가하는 방식이다.
이하에서는 전치부호를 생성하여 각 데이터 심볼열에 추가하는 방법에 대한 몇몇 실시예들을 설명하도록 한다.
실시예 1
첫 번째 실시예는 송신 안테나가 두 개일 경우 하나의 전치부호를 토대로 직교부호를 이용한 인코딩을 수행하여 두 개의 전치부호를 생성하는 방법에 관한 것이다. 즉, 전치부호에 직교부호를 곱하여 2개의 안테나에서 각각 전송할 수 있도록 하는 것이다. 상기 직교부호로는 알라무티(alaouti) 코드나 하다마드(hardmard) 코드 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도3 및 도4는 첫 번째 실시예에 따른 전치부호 생성 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도3 및 도4에 도시된 바와 같이, 첫 번째 실시예는 특정 전치부호(예를 들어, 표1의 각 전치부호)를 기초로 하여 2개의 안테나 및 2개의 부반송파(2×2) 단위로 알라무티 코드(alamouti code)를 이용한 주파수축 인코딩에 의해 생성된 두 개의 전치부호를 각 송신 안테나의 전치부호 시퀀스로 사용하는 방법이다. 도3 및 도4에서는 송신 안테나의 수가 2개이기 때문에 2×2 직교 코드를 사용하였다. 따라서, 3×3 이상의 직교 코드를 사용할 경우 세 개 이상의 송신 안테나를 갖는 다중 안테나 시스템에 대해서도 적용 가능하다.
상기와 같은 방법으로 인코딩하여 전송된 신호는 수신측에서 다음의 수학식 3과 같은 형태로 수신된다.
Figure 112005065013880-pat00017
상기 수학식 3과 같이 수신된 신호는 수신기가 알고 있는 훈련심볼(
Figure 112005065013880-pat00018
)을 이용하여 각 안테나로부터의 채널값(
Figure 112005065013880-pat00019
)을 다음의 수학식 4와 같이 추정할 수 있다.
Figure 112005065013880-pat00020
이때
Figure 112005065013880-pat00021
와
Figure 112005065013880-pat00022
번째 부반송파에 해당하는
Figure 112005065013880-pat00023
번째 송신 안테나로부터의 채널
Figure 112005065013880-pat00024
는 동일한 값이라 가정할 수 있고, 이와 같은 방법으로 채널추정은 각각의 수신 안테나에 동일하게 적용함으로써 가능하다.
다중입출력 전송방식에서 전치부호를 이용한 채널추정을 위해서는 첫 번째 실시예와 같이 0번째 안테나에서 사용된 전치부호 시퀀스에 직교부호를 곱하여 1번째 안테나의 전치부호 시퀀스를 발생시키게 된다. 이 방법은 채널추정의 수행을 가능하게 할 뿐만 아니라 0번째 안테나의 전치부호 시퀀스가 가지고 있던 자기상관특 성(auto-correlation)과 상호상관특성(cross-correlation)을 도5와 같이 1번째 안테나의 전치부호 시퀀스에 그대로 유지할 수 있게 되어 여러 개의 안테나에서 모두 동기화가 가능하게 할 수 있다.
도6은 10km/h의 속도를 갖는 보행자를 기준으로 실시예 1의 방식에 따라 아래의 표2와 같은 채널 환경하에서 두 개의 안테나를 통해 각각 전치부호를 전송할 경우 성능 실험을 한 결과이다. 완벽한 조건(도6에서 가장 밑 부분의 곡선)을 제외하고는 실시예 1의 방식에 따라 전치부호를 전송한 경우(도6에서 밑에서 두 번째 곡선)가 다른 방식들에 비해 가장 우수한 성능을 보임을 알 수 있다.
탭(tap)
 Ped-B
상대 지연(ns) 평균 파워(dB)
1 0 0
2 200 -0.9
3 800 -4.9
4 1200 -8.0
5 2300 -7.8
6 3700 -23.9
실시예 2
실시예 2는 특정 전치부호에 직교코드를 이용한 인코딩을 수행하여 다수의 안테나를 통해 두 개의 시간 심볼 구간 동안 전송하는 방법으로서, 다수의 전치부호를 생성하기 위해 기본이 되는 특정 전치부호의 n번째 심볼을 xn(n=0, 1, 2, 3,···)이라 할 경우, 2m 및 (2m+1)번째 안테나(m=0, 1, 2, 3,···)의 0번째 시간 심볼 및 1번째 시간 심볼에 할당되는 전치부호의 n번째 심볼은 각각 xn, xn *, xn 및 -xn * 이 된다.
이때, 임의의 안테나의 0번째 시간 심볼에 할당되는 전치부호의 심볼 간 간격은 상기 특정 전치부호의 심볼 간 간격의 두 배인 것이 바람직하다. 또한, 상기 임의의 안테나의 1번째 시간 심볼에 할당되는 전치부호의 각 심볼은 주파수 축에서 상기 임의의 안테나의 0번째 시간 심볼에 할당되는 전치부호의 심볼 사이에 할당되는 것이 바람직하다.
또한, 송신 안테나 수를 네 개 이상으로 할 경우 2(m+1) 및 2(m+1)+1 번째 안테나의 0번째 시간 심볼 및 1번째 시간 심볼에 할당되는 전치부호는 각각 2m 및 2m+1 번째 안테나의 0번째 시간 심볼 및 1번째 시간 심볼에 할당된 전치부호를 주파수축으로 하나의 부반송파 간격만큼 쉬프트된 부반송파에 할당되도록 하는 것이 바람직하다.
도7 및 도8은 두 개의 송신 안테나를 사용할 경우의 더욱 구체적인 실시예를 도시한 것이다. 도7 및 도8에서는 실시예 1의 전치부호와 달리 훈련심볼의 간격을 4개의 부반송파간격(4k)으로 늘리고 1개의 OFDM 심볼 구간에 전송되던 전치부호를 2개의 OFDM 심볼구간 동안 전송하는 방식이다. 또한, 두 번째 OFDM 심볼 구간에 전송되는 전치부호의 시퀀스는, 도7에 도시된 바와 같이, 첫 번째 OFDM 심볼 구간에 전송되는 전치부호의 시퀀스를 2개의 부반송파 간격만큼 밀어서 4k+2번째 부반송파에 위치하도록 교차되는 형태로 매핑시키게 된다. 즉, 실시예 1에서는 주파수(3k번째 부반송파, 3(k+1)번째 부반송파) - 공간상(0번째 안테나, 1번째 안테나)에서 직교부호 인코딩을 수행한 반면에, 실시예 2는 시간(0번째 심볼, 1번째 심볼) - 주파수(4k번째 부반송파, 4k+2번째 부반송파) - 공간(0번째 안테나, 1번째 안테나) 상에서 수행함으로써 훈련심볼의 주파수간 간격을 줄이고 직교부호의 곱으로 인하여 다른 셀과 동일한 전치심볼 시퀀스가 나올 수 있는 가능성을 제거할 수 있도록 한 것이다. 또한, 실시예 2와 같은 방식에 의해 첨두전력 대 평균전력비(PAPR: Peak-to-Average Power Ratio)이 커지는 것을 방지할 수 있다. 한편, 실시예 2에 따르면 각 송신 안테나의 0번째 시간 심볼에 위치하는 전치부호의 패턴을 동일하게 할 수 있어 자기 상관 및 상호 상관 특성을 유지할 수 있다.
전치부호를 2개의 OFDM 심볼에 걸쳐 전송하게 되면, 실시예 1과 비교할 때 시간상에서 1개의 OFDM 심볼의 데이터 전송량만큼 감소하게 된다. 따라서, 이를 보상하기 위하여 이하에서 설명되는 과정을 수행한 후 전송하는 것이 바람직하다. 도9 및 도10은 이를 설명하기 위한 도면이다.
도9는 직교코드를 이용한 인코딩이 수행된 전치부호를 두 개의 시간 심볼 구간 동안 전송하기 위하여 상기 전치부호를 IFFT 변환하고 각각의 시간 심볼에 CP를 첨가한 후 반복된 신호 중 일부만 전송하는 경우를 설명하는 도면이다.
보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 즉, 도7에서와 같이 하나의 시간 심볼에서 부반송파 간격을 4개 간격으로 늘린 전치부호는 시간축 상으로는 (Ts-Tg) 구간 동안 4개의 동일한 신호가 반복되어 나타난다. 따라서, 반복된 4개의 동일한 신호 모두를 전송하는 것이 아니라, 도9에 도시된 바와 같이, 4개 중 2개만 (Ts-Tg)/2의 시간 구간에서 전송하고, 수신측은 시간상에서 수신된 2개의 반복되는 신호를 복사하여 (Ts-Tg)구간 동안의 4개의 동일한 신호로 복원한 뒤 OFDM 수신기를 거치게 한다. 상기의 과정을 거치게 되면 시간상에서의 전송량의 손실을 1개의 CP 구간인 Tg 만큼으로 감소시킬 수 있다. 도10에서, OFDM 심볼 전송 구간을 Ts라 하고 CP 전송 구간을 Tg라 하면, 도9의 방법에 따라 변형된 전치부호 전송 구간 Tp는 다음의 수학식 5가 된다.
Tp = (Ts - Tg)/2 + Tg
도11은 전치부호를 전송하는데 걸리는 시간을 감소시키기 위한 다른 실시예를 도시한 것이다. 도9에서 설명된 방법은 0번째 및 1번째 시간 심볼 동안 전치부호를 전송하는데 2Tp=2{(Ts-Tg)/2+Tg} 만큼의 시간이 걸리게 된다. 이는 실시예 1에서 전치부호를 전송하는데 걸리는 시간인 Ts보다 Tg 만큼의 시간이 더 걸리는 것이다. 이러한 시간상의 손실을 감소시키기 위하여 도11의 실시예에서는 1번째 전치부호 시간 심볼에는 CP를 첨가하지 않고 전송한다.
1번째 전치부호 심볼은 주파수축 상에서 안테나에 따라 0, 1 또는 2개의 부반송파가 쉬프트되는 모양을 가지게 된다. 시간축 상에서 1번째 전치부호 심볼에 CP를 첨가하지 않고 전송하면, 1, 2개의 부반송파가 쉬프트되는 모양을 갖는 안테나의 경우, 시간 지연을 막아줄 수 있는 CP가 없기 때문에 시간 지연으로 인한 성능 열화가 발생할 있지만, 시가 지연과 주파수 선택성이 크지 않은 채널에서는 그 영향이 미미하기 때문에 CP 첨가 없이 전송하는 것이 가능하다. 도12는 1번째 전치부호 시간 심볼에 CP를 첨가했을 때와 첨가하지 않을 때의 성능을 비교한 시뮬레이 션 결과를 나타내는 그래프이다. 시뮬레이션 결과 CP를 첨가하지 않음으로써 발생될 수 있는 열화가 CP를 첨가할 때보다 그다지 크지 않기 때문에 1번째 전치부호 시간 심볼에 CP를 첨가하지 않고 전송하는 것이 가능하다.
도13은 1번째 전치부호 시간 심볼에 CP를 첨가하지 않고 전송할 경우 시간상에서의 변화를 도시한 것이다. 0번째 시간 심볼에 대한 변형된 전치부호 전송 구간을 의미하는 Tp는 상기 수학식 5와 같다. 1번째 시간 심볼에 대하여 CP를 첨가하지 않고 변형된 전치부호 전송 구간을 의미하는 Tp'은 다음의 수학식 6과 같다.
Tp' = (Ts - Tg)/2
수학식 5 및 수학식 6의 양변을 더하면 Tp + Tp' = Ts가 되므로, 0번째 전치부호 시간 심볼에 CP를 첨가하지 않고 전송할 경우 다중 안테나의 전치부호를 위한 2개의 OFDM 심볼을 1개의 심볼 구간과 동일하게 시간상에서 전송이 가능해 진다.
도14 및 도15는 도7의 실시예를 확장하여 송신 안테나의 수를 8개까지 확장한 실시예들을 도시한 것이다. 도14의 실시예는 2(m+1) 및 2(m+1)+1 번째 안테나의 0번째 시간 심볼 및 1번째 시간 심볼에 할당되는 전치부호는 각각 2m 및 2m+1 번째 안테나의 0번째 시간 심볼 및 1번째 시간 심볼에 할당된 전치부호를 주파수축으로 하나의 부반송파 간격만큼 하향 쉬프트된 부반송파에 할당한 예이다.
도15의 실시예는 2(m+1) 번째 안테나의 0번째 시간 심볼에 할당되는 전치부호는 2m 번째 안테나의 0번째 시간 심볼에 할당된 전치부호와 동일한 부반송파에 할당되도록 하고, 2(m+1)+1 번째 안테나의 1번째 시간 심볼에 할당되는 전치부호는 2m+1번째 안테나의 1번째 시간 심볼에 할당된 전치부호를 주파수축에서 하나의 부반송파만큼 상향 쉬프트시켜 할당되도록 한 예이다. 도15의 실시예는 도14의 실시예와 비교하여 0번째 시간 심볼에 대해서 위상 회전(phase rotation)으로 인한 동기화 복잡도를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
다시 도2를 참조하여 설명하면, 전치부호가 추가된 각 데이터 심볼열은 각 OFDM 데이터처리모듈(25a~25m)에 의해 직교 주파수 분할 전송을 위한 데이터 처리가 수행되어 각 송신 안테나(26a~26m)를 통해 송신된다. 여기서, 직교 주파수 분할 전송을 위한 데이터 처리라 함은 OFDM 방식에 의해 데이터를 전송하기 위해 일반적으로 요구되는 데이터 처리 과정을 의미하는 것으로서, 직렬/병렬 변환(serial-to-parallel conversion), IFFT(Inverse Fast Fourier Transform), 보호 구간(CP) 첨가 등의 과정을 포함하여 구성된다. OFDM 방식에 의한 데이터 처리 방법은 이미 공지된 사항이므로 상세한 설명은 생략하기로 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 다중입출력 직교 주파수 분할 전송 방식의 무선 통신 시스템에서 효율적인 동기 및 채널 추정을 수행할 수 있는 효과가 있다.
또한, 다중입출력 직교 주파수 분할 전송 방식의 무선 통신 시스템에서 안테나 별로 전치부호를 전송할 수 있고, 전송된 전치부호의 훈련심볼을 이용하여 각 안테나에서 송수신측 간에 발생되는 독립적인 채널 변화의 추정이 가능하게 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (31)

  1. 복수개의 안테나를 지원하는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 시스템에서 훈련 신호를 전송하는 방법으로서,
    기본 시퀀스를 생성하는 단계;
    상기 기본 시퀀스에 직교 코드를 곱하여, 제 1 그룹의 안테나를 위한 제 1 그룹의 훈련 신호 시퀀스 및 제 2 그룹의 안테나를 위한 제 2 그룹의 훈련 신호 시퀀스를 생성하는 단계;
    상기 제 1 및 제 2 그룹의 훈련 신호 시퀀스를 OFDM 심볼들 및 부반송파들에 할당하는 단계; 및
    상기 할당된 OFDM 심볼들 및 부반송파들을 통하여 상기 제 1 및 제 2 그룹의 훈련 신호 시퀀스의 각각을 전송하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 그룹의 훈련 신호 시퀀스의 각각은 상기 제 1 그룹의 안테나의 각각에 대응하고, 상기 제 2 그룹의 훈련 신호 시퀀스의 각각은 상기 제 2 그룹의 안테나의 각각에 대응하며,
    상기 제 1 및 제 2 그룹의 훈련 신호 시퀀스는 동일한 OFDM 심볼들에 할당되고, 상기 제 1 그룹의 훈련 신호 시퀀스는 상기 제 2 그룹의 훈련 신호 시퀀스와 상이한 부반송파들에 할당되는, 훈련 신호 전송 방법.
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  9. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 그룹의 훈련 신호 시퀀스가 할당되는 부반송파들은, 상기 제 2 그룹의 훈련 신호 시퀀스가 할당되는 부반송파들로부터 주파수축으로 하나의 부반송파 간격만큼 쉬프트된 것을 특징으로 하는 훈련 신호 전송 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 그룹의 훈련 신호 시퀀스의 각각은 동일한 OFDM 심볼들 및 동일한 부반송파들에 할당되는 것을 특징으로 하는 훈련 신호 전송 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제 2 그룹의 훈련 신호 시퀀스의 각각은 동일한 OFDM 심볼들 및 동일한 부반송파들에 할당되는 것을 특징으로 하는 훈련 신호 전송 방법.
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  17. 복수개의 안테나를 지원하는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 시스템에서 훈련 신호를 전송하는 장치로서,
    기본 시퀀스를 생성하고, 상기 기본 시퀀스에 직교 코드를 곱하여, 제 1 그룹의 안테나를 위한 제 1 그룹의 훈련 신호 시퀀스 및 제 2 그룹의 안테나를 위한 제 2 그룹의 훈련 신호 시퀀스를 생성하는 시퀀스 생성부;
    상기 제 1 및 제 2 그룹의 훈련 신호 시퀀스를 OFDM 심볼들 및 부반송파들에 할당하는 할당부; 및
    상기 할당된 OFDM 심볼들 및 부반송파들을 통하여 상기 제 1 및 제 2 그룹의 훈련 신호 시퀀스의 각각을 전송하는 전송부를 포함하고,
    상기 제 1 그룹의 훈련 신호 시퀀스의 각각은 상기 제 1 그룹의 안테나의 각각에 대응하고, 상기 제 2 그룹의 훈련 신호 시퀀스의 각각은 상기 제 2 그룹의 안테나의 각각에 대응하며,
    상기 제 1 및 제 2 그룹의 훈련 신호 시퀀스는 동일한 OFDM 심볼들에 할당되고, 상기 제 1 그룹의 훈련 신호 시퀀스는 상기 제 2 그룹의 훈련 신호 시퀀스와 상이한 부반송파들에 할당되는, 훈련 신호 전송 장치.
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  24. 제17항에 있어서,
    상기 제 1 그룹의 훈련 신호 시퀀스가 할당되는 부반송파들은, 상기 제 2 그룹의 훈련 신호 시퀀스가 할당되는 부반송파들로부터 주파수축으로 하나의 부반송파 간격만큼 쉬프트된 것을 특징으로 하는 훈련 신호 전송 장치.
  25. 제17항에 있어서,
    상기 제 1 그룹의 훈련 신호 시퀀스의 각각은 동일한 OFDM 심볼들 및 동일한 부반송파들에 할당되는 것을 특징으로 하는 훈련 신호 전송 장치.
  26. 제1항에 있어서,
    상기 제 2 그룹의 훈련 신호 시퀀스의 각각은 동일한 OFDM 심볼들 및 동일한 부반송파들에 할당되는 것을 특징으로 하는 훈련 신호 전송 방법.
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