KR101271391B1 - 데이터의 다이버시티 전송 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

L개 다이버시티 채널을 통하여 복수의 데이터 비트를 통신하는 방법(600)은 L개 다이버시티 채널에 따른 M-포인트 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 배열(constellation)의 복수(L)를 포함하는 배열 세트(constellation set)를 사용한다. 이들 배열은 데이터 포인트의 겹침(overlapping)을 나타내지 않고, 완전한 다이버시티를 제공한다. 이 방법은, L개 QAM 배열 세트에서 k*L 데이터 비트를 L개 QAM 전송 심볼에 매핑하는 단계(650)를 포함하되, M = 2k*L이다. k*L 데이터 비트 중 각각은 QAM 배열 세트의 L개 QAM 심볼 중 모두로 직접 매핑되고, k*L 비트들 중 모든 조합에 대하여, k*L 데이터 비트들 중 하나의 값의 변화는 모든 L 심볼을 변화시킨다.
심볼, 매핑, 다이버시티, 통신, QAM

Description

데이터의 다이버시티 전송 방법 및 장치{METHOD AND SYSTEM OF DIVERSITY TRANSMISSION OF DATA}
본 발명은 디지털 통신 시스템 및 방법에 관한 것이고, 더 상세하게는 데이터의 다이버시티 전송 방법 및 시스템에 관한 것이다.
무선 통신 채널은 다중 경로 페이딩(fading) 및 도플러 효과를 받기 쉬움은 잘 알려져 있다.
다이버시티 전송은 채널 페이딩 효과를 경감하기 위해 사용될 수 있다. 기본적인 다이버시티 전송 방법에 따르면, 전송 데이터의 다중 복사본은 다중 다이버시티 채널을 통하여 전송된다. 이들 다이버시티 채널은 시간, 주파수, 공간 또는 이들 도메인의 조합에서 서로 분리될 수 있다. 수신기에서, 전송된 데이터의 더 신뢰할 수 있는 평가는 다중 병렬 다이버시티 채널을 통하여 수신된 복사본에서의 이용가능한 정보를 결합함으로써 획득된다.
기본적인 다이버시티 기술의 다운 사이드(down side)는 대역폭 효율성이 감소되는 점이다. 전송율에서의 손실없이 다이버시티 이득을 성취하기 위해, 신호 공 간 다이버시티 또는 래티스 코딩(lattice coding)의 형태가 사용될 수 있다. 그러나, 이들 방식의 한 가지 결점은 수신기에서의 높은 계산상의 복잡성이다.
더 간단한 풀 레이트 신호 공간 다이버시티 기술은 CDM(Code Division Multiplexing)의 사용이다. 이러한 방법에서, L 심볼은 직교 변환을 이용하여 L개 다이버시티 채널에 걸쳐 확산된다. 보통, 하다마드(Hadamard) 또는 푸리에 변환 중 하나가 사용된다. 이들 변환은 FHT(Fast Hadamard Transform) 또는 FFT(Fast Fourier Transform)을 사용하여 더 적은 복잡성으로 송신기에서 구현될 수 있어, 선호된다.
그러나, 이들 신호가 다이버시티 채널을 통하여 전송되는 경우, 다이버시티 채널의 페이딩 특성에서의 차이는 코드의 직교성을 망치게 되어, 이는 SI(Selft-Interference)을 생성하고 정교한 신호 검출을 복잡하게 한다. SI의 존재하에서 전송된 신호를 검출하기 위해, 최적 ML(Maximum Likelihood) 검출 방법은 LLR(Log-Likelihood Ratio)을 사용하여 각 비트를 검출하는 것이다. 불행하게도, 이들 복소 신호(complex signal)를 위한 LLR의 계산은 실제적이지 않다. 대안적으로, 또한, 수신된 데이터 심볼을 비확산시켜(despread) 이후 반복적으로 자가 간섭(self-interference)의 양을 평가하여 이 수신된 심볼로부터 이 간섭을 제거하는 간섭 소거 방식을 사용하는 것이 가능하다. 그러나, 이러한 간섭 소거 방법은 또한 상당한 계산상의 복잡성을 수반한다. 또한, ZF(Zero Forcing) 또는 MMSE(Minimum Mean Square Error) 등화를 사용하여 단순한 수신기를 구현하는 것이 가능하다. 그러나, 이들 방법은 결국 양호한 성능이 되게 하지 못한다.
더욱이, 단순 하다마드 또는 푸리에 변환을 사용하는 CDM 방식은 완전한 정도의 다이버시티를 달성할 수 없다. 이는 이들 확산 변환이 결국 배열 포인트(constellation point)를 중첩시키는 사실에 기인한다. 달리 말하면, 이들 코드를 사용하여 확산된 데이터 심볼의 2개의 상이한 세트는 결국 하나 이상의 다이버시티 채널상의 동일한 전송 심볼이 될 수 있다. 도 1은 4개 다이버시티 채널을 통하여 4개 QPSK 심볼의 하다마드 확산에 의해 산출된 256 포인트 배열(point constellation)을 예시하며, 여기서 배열 포인트의 실질적 겹침이 보여질 수 있다.
QPSK로 변조된 데이터 심볼이 확산전에 회전되는 방법이 제안되었다. 이러한 방법의 사용은 전송 심볼의 겹침을 피하며, 따라서, 완전한 정도의 다이버시티를 달성할 수 있다. 만일 최적 ML 수신기가 구현된다면, 상당히 더 개선된 성능이 획득된다.
도 2는 4개 다이버시티 채널을 통하여 4개 QPSK 심볼의 회전된 하다마드 확산에 의해 생성된 256 포인트 배열을 보여준다.
그러나, 도 2에 도시된 색다른 배열 형상은 이들 신호의 검출을 복잡하게 한다. 이들 신호의 최적 ML 검출은 수신기에서 상당한 정도의 계산상 복잡성을 요구한다.
이에 따라, 완전한 정도의 전송 다이버시티를 제공하는 개선된 전송 방법 및 시스템을 제공하는 것이 바람직할 것이다. 낮은 복잡성 수신기 아키텍처의 사용을 돕는 다이버시티 전송의 방법 및 시스템을 제공하는 것이 더 바람직할 것이다. 완전한 다이버시티 전송을 검출하기 위한 낮은 복잡성 수신기를 제공하는 것이 훨씬 더 바람직할 것이다. 본 발명은 이전 우려 중 하나 이상을 해소하는 것에 대한 것이다.
본 발명의 일측면에 따르면, L개 다이버시티 채널을 통하여 복수의 데이터 비트를 통신하는 방법이 제공되며, 이 방법은, L개 다이버시티 채널에 대응하는 복수(L)의 M-포인트 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 배열(constellation)을 포함하는 배열 세트를 제공하는 단계; L개 QAM 배열 세트에서 k*L 데이터 비트를 L개 QAM 전송 심볼에 매핑하는 단계; 및 L개 QAM 심볼을 전송하는 단계를 포함하되, 여기서, M = 2k*L이고, k*L 비트의 모든 조합을 위하여, k*L 데이터 비트들 중 하나의 값의 변화는 모든 L개의 심볼을 변화시킨다.
본 발명의 또다른 일측면에 따르면, 복수(L)의 M-포인트 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 배열을 포함하는 다이버시티 채널을 통하여 전송되는 k*L 비트를 수신하기 위해 적응된다. 이 수신기는, 각 심볼을 위하여 채널 이득의 평가값들(hl) 중 복수(L)를 출력하기 위해 적응된 채널 평가기; 심볼들(rl) 중 복수(L) 및 채널 평가값(hl)들 중 복수(L)를 수신하고, 상기 k*L 전송된 비트를 위하여 이로부터 근사 로그-유사 비율(log-likelihood ratio)들 중 복수(k*L)를 출력하기 위해 적응된 소프트 매핑해제기; 근사 로그-유사 비율들 중 복수를 디인터리빙하기 위해 적응된 디인터리버; 및 k*L 수신 비트로 로그-유사 비율들 중 복수를 디코딩하기 위해 적응된 디코더(750)를 포함하되, 여기서, 소프트 매핑해제기(720)는 i ∈ (1,..,k*L)인, k*L 전송 비트의 각각을 위하여, (1) 상기 복수(L)의 심볼들(rl) 중 모두의 인페이즈(in-phase) 성분만, 또는 (2) 심볼들(rl) 중 직교 성분만을 사용하여, 근사 로그-유사 비율을 계산한다.
본 발명의 또 다른 측면에 있어서, 복수의 데이터 비트를 통신하는 방법은, 복수(L)의 M-포인트 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 배열(constellation)을 포함하는 배열 세트를 제공하는 단계; L개 QAM 배열 세트에서 k*L 데이터 비트를 L개 QAM 전송 심볼에 매핑하는 단계; 및 L개 QAM 심볼을 전송하는 단계를 포함하되, 여기서, k*L 데이터 비트의 각각은 QAM 배열 세트 중 모든 L개 QAM 심볼로 직접 매핑된다.
도 1은 4개의 다이버시티 채널을 통하여 4 QPSK 심볼의 하다마드 확산(Hadamard spreading)에 의해 생성된 256 포인트 배열을 위한 배열맵을 도시한 도면.
도 2는 4개의 다이버시티 채널을 통하여 4 QPSK 심볼의 회전된 하다마드 확산에 의해 생성된 256 포인트 배열을 위한 배열맵을 도시한 도면.
도 3은 복수의 다이버시티 채널을 통하여 데이터를 전송하기 위한 시스템의 블럭도를 도시한 도면.
도 4는 다중-QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 전송 방식을 사용하는 시스템에 의해 생성된 256 포인트 배열을 위한 배열맵을 도시한 도면.
도 5는 표 2의 배열 세트에 대한 그래픽 표현을 도시한 도면.
도 6은 복수의 데이터 비트를 통신하는 방법을 예시한 흐름도를 도시한 도면.
도 7은 복수의 다이버시티 채널을 통하여 전송된 데이터를 수신하기 위한 수신기의 블럭도를 도시한 도면.
도 8은 채널당 4비트로, 2개의 다이버시티 채널을 통하여 코딩되지 않은 데이터를 전송하기 위해 다수의 상이한 방식에 대한 비트 에러율(BER: Bit Error Rate) 성능을 도시한 도면.
도 9는 채널당 4비트로, 2개의 다이버시티 채널을 통하여 코딩된 데이터를 전송하기 위해 다수의 상이한 방식에 대한 비트 에러율(BER) 성능을 도시한 도면.
도 10은 채널당 2비트로, 4개의 다이버시티 채널을 통하여 코딩되지 않은 데이터를 전송하기 위해 다수의 상이한 방식에 대한 비트 에러율(BER) 성능을 도시한 도면.
도 11은 채널당 2비트로, 4내의 다이버시티 채널을 통하여 코딩된 데이터를 전송하기 위해 다수의 상이한 방식에 대한 비트 에러율(BER) 성능을 도시한 도면.
이후의 설명은 여기서 "다중-QAM"으로 언급된 QAM(Quadrature Amplitude Modulation)의 새로운 시스템 및 방법에 관한 것이며, 다중 QAM을 이용하여 변조된 데이터를 전송하고 수신하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 다중 QAM 방식에서 데이터 비트는 다수의 M-ary QAM(M-QAM) 전송 심볼로 직접 매핑된다. 유익하게는, 이러한 방식에서, L개 다이버시티 채널은 겹침이 없는 포인트를 가지는 L 배열(constellation)에 대응하여, 완전한 전송 다이버시티를 제공한다. 유익하게는, L 배열의 각각은 정사각형 M-QAM 배열이다.
아래 논의에서, 다음의 정의가 적용된다.
C(l)는 l번째 다이버시티 채널을 위한 QAM 배열,
M은 각 QAM 배열(M-QAM 배열)에서의 포인트 개수,
m은 전송될 유일 메시지,
s(l) m은 메시지(m)를 나타내는 l번째 다이버시티 채널 상으로 전송된 심볼.
S는 모든 전송 심볼(s(l) m)을 설명하는 벡터; 및
b(i,j)는 2개 메시지(i 및 j)사이의 해밍 거리이다.
더욱이, 이후의 논의에서, 다음 변수를 할당한다.
L은 다이버시티 채널의 개수이고, 따라서 또한 전송 심볼의 개수(다이버시티 채널당 하나의 전송 심볼), 및 M-QAM 배열의 개수(채널당 하나의 배열); 및
k는 다이버시티 채널당 전송될 데이터 비트의 개수이다.
이 경우에 있어서, 다음식과 같이 표시된다.
Figure 112008019148522-pct00001
Figure 112008019148522-pct00002
Figure 112008019148522-pct00003
도 3은 다중-QAM 변조를 이용하여, 복수의 다이버시티 채널을 통해 데이터를 전송하기 위한 전송 시스템(300)의 블럭도를 도시한다. 이 전송 시스템(300)은 인코더(310), 인터리버(320), 직렬-병렬 컨버터(330), 및 다중-QAM 변조기(340)를 포함한다.
선택적으로, 대안적인 실시예에서, 전송 시스템은 이 데이터를 코딩 및/또는 인터리빙할 수 없으며, 이러한 경우, 인코더(310) 및/또는 인터리버(320)은 생략될 수 있다.
인코더(310)는 "원" 데이터를 수신하고 이를 에러-정정 코드로 코딩하여 전 송 채널이 잡음 또는 간섭(예를 들면, 다중경로 간섭)으로 인해 비트 에러를 야기하는 경우, 수신기측에서 정확한 데이터 복구를 돕는다. 환언하면, 인코더(310)는 세트 알고리즘에 따라 데이터 스트림에 추가의 "중복(redundancy)" 비트를 더하며, 이 수신기는 수신기가 감소된 비트 에러율로 원 데이터를 복구하는 것을 허용하는 코딩 알고리즘의 선험적 지식을 갖는다. 다양한 에러 정정 코드가 사용될 수 있다. 유익하게는, 인코더(310)는 종래 코드 또는 천공된 종래 코드(예를 들면, 3/4율로 천공된 종래 코드)를 구현할 수 있다.
인터리버(320)는 순차로 코딩된 데이터를 인터리빙한다. 즉, 인터리버(320)는 세트 패턴에 따라 인코딩된 데이터 비트의 순서를 재분배하게 되어 원 데이터 스트림에서 "근접"한 비트가 인터리빙된 비트 스트림에서 분리된다. 그 동안, 이 수신기는 수신기가 데이터 스트림에서 자신의 적정 순서에 수신된 데이터 비트를 디인터리빙(deinterleave)하는 것을 허용하는 인터리빙 알고리즘에 대한 선험적 지식을 갖는다. 이러한 방식으로 데이터를 인터리빙함으로써, 데이터 에러, 특히 버스트 에러를 정정하기 위한 수신기의 능력이 개선된다. 인코더(310)의 효과를 감소시키는 이 비트 에러율은 인터리버(320)와 관련하여, 이의 사용에 의해 향상된다.
직렬-병렬 컨버터(330)는 인터리빙되고, 인코딩된 직렬 데이터를 수신하고 한번에 k*L개 데이터 비트의 한 병렬 그룹 씩, 병렬로 이 비트들을 출력하며, 여기서 L은 시스템에 의해 사용된 다이버시티 채널의 개수가 되며, k는 각 다이버시티 채널을 위하여 심볼당 전송될 비트의 개수가 된다.
선택적으로, 코딩되고, 인터리빙된 데이터는 전송 시스템(300)에 병렬로 제 공될 수 있다. 예를 들면, 이 데이터는 이미 코딩되고 선택적으로 인터리빙되어, 이후 데이터 저장 매체에 저장되었을 수 있다. 따라서, 이 데이터를 전송할 때면, 이 인코딩되고 인터리빙된 데이터는 저장 매체로부터 판독되어 다중-QAM 전송 시스템에 제공될 수 있다. 이 데이터는 k*L 비트의 병렬 그룹으로 판독될 수 있다. 그 케이스에 있어서,코더(310), 인터리버(320), 및 직렬-병렬 컨버터(330) 중 하나 이상의 콤포넌트는 전송 시스템(300)으로부터 생략될 수 있는데, 이들의 기능은 이미 하나 이상의 외부 콤포넌트에 의해 동등하게 수행되었기 때문이다.
다중-QAM 변조기(340)는 k*L 병렬 데이터 비트를 수신하고, L개 다이버시티 채널상으로 전송될 총 L개의 M-QAM 전송 심볼, Sm = [s(0) m,...,s(L-1) m]을 발생시키며, 하나의 M-QAM 전송 심볼이 각 다이버시티 채널상으로 전송된다.
특히, 다중-QAM 변조기(340)는 이 k*L 데이터 비트를 모든 L M-QAM 전송 심볼로 직접 매핑하며, 각 M-QAM 전송 심볼은 L개 다이버시티 채널에 대응하는 L 정사각형 M-QAM 배열들 중 하나에 속하게 되고, 여기서 M = 2kL이다. 예를 들면, k가 2이고, L이 4이면, (k,L)은 (2,4)이고 M은 256이다. 즉, 이러한 케이스에서, L개 다이버시티 채널의 각각이 그 자신의 256 포인트 정사각형 M-QAM 배열을 갖는다. 유익하게는, 이 배열은 데이터 포인트의 중첩을 나타내지 않는다. 한 가지 실시예에서, 다중-QAM 변조기(340)는 하나 이상의 룩업 테이블(예를 들면, L개 채널의 각각에 대한 하나의 룩업 테이블)을 사용하여 M-QAM 심볼 생성을 구현한다.
중요하게는, 다중-QAM 배열 세트는 k*L 데이터 비트들 중 임의 하나가 변하 면, 모든 L개의 M-QAM 배열에 있는 M-QAM 전송 심볼을 차례대로 변화시키도록 설계된다.
도 4는 다중-QAM 변조기(340)에 의해 생성된 256 포인트 M-QAM 배열을 위한 배열맵을 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 유리하게는, 도 4의 배열에 있는 256 포인트 중 어느 것도 서로 중첩되지 않는다.
유익하게는, 다중-QAM 변조기(340)를 위한 배열 세트는 대칭이 되도록 선택된다. 즉, 만일 소정의 메시지(m)에 대하여, 전송 심볼은 벡터(S m)에 의해 한정되면, 따라서 메시지(
Figure 112008019148522-pct00004
)에 대하여, 심볼은 벡터(S m)에 의해 한정된다.
유익하게는, 이 배열은 양호한 거리 성질을 나타내고 시스템의 비트 에러율(BER: Bit Error Rate) 성능에 관한 상한(upper bound)을 만든다. 대칭적 배열 세트 내에서 이들 파라메타를 달성하기 위해, 유익하게는 다중-QAM 변조기(340)을 위한 배열 세트는 Ωc를 최소화하도록 선택되며, 여기서 이는 다음식으로 표현된다.
Figure 112008019148522-pct00005
또한 유익하게는, 각 배열 세트에서 각 배열의 인페이즈(I) 및 직교(Q) 성분은 동일한 배열 포인트를 사용한다. 이는 이하 더 상세히 논의되는 바와 같이, 수신기 설계를 단순화시킨다.
철저한 검색을 통하여, 다음의 특정 케이스가 식별되었다.
k=3, L=2일때, 유익하게는 배열 세트의 인페이즈(I) 및 직교(Q) 성분은 아래 표 1에 의해 각각 한정된다.
Figure 112008019148522-pct00006
k=2, L=3일때, 유익하게는 배열 세트의 인페이즈(I) 및 직교(Q) 성분은 아래 표 2에 의해 각각 한정된다.
Figure 112008019148522-pct00007
k=4, L=2일때, 유익하게는 배열 세트의 인페이즈(I) 및 직교(Q) 성분은 아래 표 3에 의해 각각 한정된다.
Figure 112008019148522-pct00008
k=2, L=4일때, 적절한 배열 세트를 발견하는 프로세스는 계산상으로 어렵다.
도 5는 표 2의 배열 세트의 그래픽적인 표현을 도시한다. 도 5의 검사는 이 배열 세트의 중요한 특징을 나타낸다. 예를 들면, 배열 C(0)를 위한 심볼 s0 (0)은 -7의 값을 가지며, 배열 C(1)을 위한 심볼s0 (1)은 3의 값을 갖는다. 한편, 배열C(1)를 위한 심볼s5 (1)은 -7의 값을 가지고, 배열 C(2)를 위한 심볼s5 (2)는 또한 3의 값을 갖는다. 유사하게, 배열 C(0)을 위한 심볼s1 (0)은 -3의 값을 갖고, 배열C(1)을 위한 심볼s1 (1)은 -1의 값을 갖는다. 한편, 배열C(1)을 위한 심볼s7 (1)은 또한 -3의 값을 가지며, 배열C(2)를 위한 심볼 s7 (2)은 또한 -1의 값을 갖는다.
일반적으로, 도 5의 검사는 임의 배열C(l)로부터 다음 배열C(l+1)로 도달하기 위한 순열은 모든 l에 대하여 동일함을 나타낸다.
따라서, k=2, L=4일 경우에 대하여, 임의 배열C(l)로부터 다음 배열C(l+1)로 도달하기 위한 순열이 모든 l에 대하여 동일한 대칭적 배열 세트에 집중시키고, Ωc를 최소화하는 배열 세트를 검색함으로써, 배열 세트의 인페이즈(I) 및 직교(Q) 성분은 아래 표 4에 의해 한정되어 있다.
Figure 112008019148522-pct00009
도 6은 도 3에 도시된 시스템(300)과 같은 시스템을 사용하여, 데이터를 통신하는 방법의 흐름도를 보여준다.
제 1 단계(610)에서, 전송 채널이 잡음 또는 채널 효과(예를 들면, 다중 경로 페이딩)로 인해 비트 에러를 야기시키는 경우, "원" 데이터는 수신기측에서 정확한 데이터 복구를 돕기 위해 에러-정정 코드로 코딩된다. 다양한 에러 정정 코드가 사용될 수 있다. 유익하게는, 인코더는 종래 코드 또는 중단된 종래 코드(예를 들면, 3/4율로 중단된 종래 코드)를 구현할 수 있다.
단계(620)에서, 코딩된 데이터는 인터리빙된다.
단계(630)에서, 코딩되고, 인터리빙된 데이터는 직렬 데이터 스트림으로부터 k*L 병렬 데이터 비트의 병렬 세트로 변환된다.
선택적으로, 코딩되고, 인터리빙된 데이터는 병렬로 전송 시스템에 제공될 수 있다. 예를 들면, 이 데이터는 이미 코딩되고, 인터리빙되어, 데이터 저장 매체에 저장되어 있을 수 있으며, 이후 전송 준비가 된 경우, 이는 저장 매체로부터 병렬로 판독될 수 있고 다중-QAM 전송 시스템에 제공될 수 있다.
단계(640)에서, 다중-QAM 변조기에는 복수(L)의 M-포인트 직교 크기 변조(M-QAM) 배열들을 포함하는 배열 세트가 구비된다. 유익하게는, 이 배열은 데이터 포인트의 겹침을 보이지 않는다. M-QAM 배열 세트는 하나 이상의 룩업 테이블의 형태로 제공될 수 있다.
중요하게는, 이 M-QAM 배열 세트는 다중-QAM 변조기에 의해 수신된 k*L 데이터 비트의 모든 조합에 대하여, k*L 데이터 비트들 중 임의 하나를 변화시키는 것은 모든 L개 M-QAM 배열에서 M-QAM 전송 심볼을 순차로 변화시킬 것이다.
유익하게는, M-QAM 배열 세트에서의 M-QAM 배열은 양호한 거리 성질을 나타내고 시스템의 비트 에러율(BER:Bit Error Rate) 성능에 관한 상한을 만든다. 또한, 유익하게는, M-QAM 배열 세트는 대칭이 되도록 선택된다. 더욱이, 유익하게는, M-QAM 배열 세트에서 각 M-QAM 배열의 인페이즈(I) 및 직교(Q) 성분은 동일한 배열 포인트를 사용한다. 이들 파라메타를 달성하기 위해, 유익하게는, 다중-QAM 변조기를 위한 M-QAM 배열 세트가 Ωc(수학식 4)를 최소화하기 위해 선택된다. M-QAM 배열 세트의 인페이즈(I) 및 직교(Q) 성분은 위의 표 1 내지 4에 도시된 배열 세트들 중 임의 하나에 각각 대응할 수 있다.
단계(650)에서, 다중-QAM 변조기는 k*L 데이터 비트를 L개 M-QAM 배열 세트에서의 L개의 M-QAM 전송 심볼에 매핑한다. 이 k*L 데이터 비트의 각각은 M-QAM 배열 세트의 모든 L개 M-QAM 심볼로 직접 매핑된다.
이후, 단계(660)에서, L개 M-QAM 심볼이 전송된다.
수신기에서, 하드 또는 소프트 결정이 사용되는지에 관계없이, 오리지널 데이터 비트의 최적 최대 유사(ML:Maximum Likelihood) 검출을 위하여, 로그-유사 비율(LLR: Log-Likelihood Ratio) 또는 각 비트가 계산되어야만 한다. 다이버시티 채널(l)은 다음식에 의해 모델링됨을 가정하자.
Figure 112008019148522-pct00010
여기서, rl은 다이버시티 채널(l)로부터 수신된 심볼이고, hl은 다이버시티 채널(l)을 위한 복소 채널 이득이며, xl은 배열C(l)에 속하는 다이버시티 채널(l)을 위하여 원래 전송된 심볼이고, nl은 분산 σ2를 가지는 복소 AWGN(Additive White Gaussian Noise)이다. 이 케이스에서, i번째로 전송된 비트에 대한, LLR,
Figure 112008019148522-pct00011
i는 다음식과 같다.
Figure 112008019148522-pct00012
여기서, i ∈ (1,...,k*L)이고, A0은 비트 i=0인 모든 메시지를 포함하고, A1는 비트 i=1인 모든 메시지를 포함한다.
불행하게도, 각 수신된 비트에 대한 수학식 6의 정확한 계산은 매우 복잡하고 실용적인 수신기 구현에도 적합하지 못하다.
그러나, 유리하게는, 다중-QAM 전송에 사용된 M-QAM 배열의 성질(예를 들면, 대칭성; 인페이즈 및 직교 채널상의 비트의 분리 등)때문에, LLR
Figure 112008019148522-pct00013
i의 우수한 근사를 제공하는 상당히 더 단순한 매핑해제기(demapper)가 사용될 수 있다.
유익하게는, 수신기는 다음식에 따라 각 비트의 근사 LLR,
Figure 112008019148522-pct00014
'i를 계산한다.
Figure 112008019148522-pct00015
및
Figure 112008019148522-pct00016
여기서,
Figure 112008019148522-pct00017
'iR은 QAM 심볼의 인페이즈 성분을 사용하여 변조된 비트를 위한 근사 로그-유사율(log-likelihood ratio)이고,
여기서,
Figure 112008019148522-pct00018
'u는 QAM 심볼의 직교 성분을 사용하여 변조된 비트를 위한 근사 로그-유사율이며,
여기서, z는
Figure 112008019148522-pct00019
이고,
여기서, m0R은,
Figure 112008019148522-pct00020
을 최소화시키는 비트 i=0인 모든 메시지(m) 중의 메시지이고,
여기서, m1R은,
Figure 112008019148522-pct00021
을 최소화시키는 비트 i=1인 모든 메시지(m) 중의 메시지이고,
여기서, m0I는,
Figure 112008019148522-pct00022
을 최소화시키는 비트 i=0인 모든 메시지중의 메시지(m)이고,
여기서, m1I는,
Figure 112008019148522-pct00023
을 최소화시키는 비트 i=1인 모든 메시지중의 메시지(m)이고,
Figure 112008019148522-pct00024
여기서,
Figure 112008019148522-pct00025
은 메시지(m)에 대하여 l번째 다이버시티 채널을 통하여 전송된 심볼의 인페이즈 성분이고,
여기서,
Figure 112008019148522-pct00026
은 메시지(m)에 대하여 l번째 다이버시티 채널을 통하여 전송된 심볼의 직교 성분이다.
도 7은 다중-QAM을 사용하여 복수의 다이버시티 채널을 통하여 전송된 데이터를 수신하기 위한 수신기(700)의 블럭도를 도시한다. 수신기(700)는 채널 평가기(710), 소프트 매핑해제기(720), 병렬-직렬 컨버터(730), 디인터리버(740) 및 디코더(750)를 포함한다.
선택적으로, 대안적인 실시예에서, 전송된 데이터는 코딩 및/또는 인터리빙 되지 않을 수 있으며, 이 경우 디인터리버(740) 및/또는 디코더(750)은 생략될 수 있다.
채널 평가기(710)는 수신된 대응 M-QAM 심볼(rl)을 통하여 다이버시티 채널(l)을 위한 복소 채널 이득의 평가값들(hl) 중 복수(L)를 출력한다. 알려진 다양한 채널 평가기 알고리즘 중 임의 하나가 사용될 수 있다. 예를 들면, 이 채널 평가기(710)는 수신기(700)에 선험적으로 알려진 트레이닝 심볼의 수신 세트로부터 이 채널을 평가할 수 있다. 선택적으로, 채널 평가기(710)는 M-QAM 심볼들(rl) 중 복수(L)를 수신하고, 이들로부터 채널 특성을 평가한다.
소스프트 매핑해제기(720)는 복수(L)의 심볼(r1)과 복수(L)의 채널 평가값(h1)을 수신하고, L개 수신된 M-QAM 심볼들(rl)을 생성한 k*L 전송된 비트를 위하여 근사 로그-유사율들(
Figure 112008019148522-pct00027
'i)중 복수를 이로부터 출력한다. 소프트 매핑해제기(720)는 다음 중 하나를 사용하여, i∈(1,...,k*L)에 대하여, k*L 전송된 비트의 각각을 위한 근사 로그-유사율을 계산한다: (1) 심볼들(rl)중 모든 복수(L)의 인페이즈 성분만, 또는 (2) 심볼들(rl) 중 모든 복수(L)의 직교성분만. 유익하게는, 소프트 매핑해제기(720)는 위의 수학식 7과 수학식 8에 따른 근사 로그-유사율(
Figure 112008019148522-pct00028
'i)을 계산한다.
병렬-직렬 컨버터(730)는 병렬로 k*L 전송된 비트를 위한 근사 로그-유사율 들(
Figure 112008019148522-pct00029
'i) 중 복수(k*L)를 수신하고, 이를 근사 로그-유사율들(
Figure 112008019148522-pct00030
'i)의 직렬 데이터 스트림으로 변환한다. 선택적으로, 소프트 매핑해제기(720)는 병렬 출력들 중 복수(k*L)로서 근사 로그-유사율들(
Figure 112008019148522-pct00031
'i)을 자동적으로 출력하는 방식으로 설계될 수으며, 이 경우 병렬-직렬 컨버터(730)는 생략될 수 있다.
디인터리버(740)는 근사 로그-유사 비율들(
Figure 112008019148522-pct00032
'i)의 직렬 데이터 스트림을 수신하고, 이것이 전송측에서 인터리빙되기 전에, 데이터의 오리지널 순서에 대응하도록 근사 로그-유사율들(
Figure 112008019148522-pct00033
'i)을 디인터리빙한다.
디코더(750)는 디인터리빙된 로그-유사율들(
Figure 112008019148522-pct00034
'i)을 수신하고, 수신된 "원" 데이터 비트를 검출하기 위해 에러 정정 디코딩 알고리즘을 적용한다. 유익하게는, 디코더(750)는 비테비형(Viterbi type) 디코더를 사용하여 데이터를 디코딩할 수 있다. 유익하게는, 디코더(750)는 근사 로그-유사 비율들(
Figure 112008019148522-pct00035
'i)의 "소프트" 결정 디코딩을 사용한다.
도 8은 채널당 4개 비트로, 2개의 다이버시티 채널을 통하여 디코딩되지 않은 데이터를 전송하기 위한 다수의 다른 방식에 대한 비트 에러율(BER) 성능을 보여준다. 특히, 도 8은 (k,L) = (4, 2)를 가지고, 다중-QAM 방식의 코딩되지 않은 성능을 기술하고, 이를 다이버시티가 없는 16-QAM, 다이버시티(L = 2(1/2비율))를 갖는 16-QAM 변조, 및 회전된 하다마드 확산(Hadamard spreading)의 BER 성능과 비교하며, 여기서 16-PSK 심볼은 다이버시티 채널당 k=4 비트의 전송을 허용하기 위 해 확산이전에 사용되었다. 다중-QAM 변조의 성능은 수학식 6의 최적 매핑해제기, 및 수학식 7 및 8에서 제공된 근사 둘 다를 제공받는다. 매핑해제기(720)를 단순화하기 위해 사용된 근사치가 성능에서의 현저한 손실을 초래하지 않음을 주목할 수 있다. 다중-QAM 및 회전된 하다마드 확산을 위한 BER 곡선의 기울기와 단순 다이버시티를 갖는 16-QAM의 기울기를 비교함으로써, 두 개의 방식이 완전한 다이버시티를 성취함으로 볼 수 있다. 더욱이, 다중-QAM이 회전된 하다마드 확산보다 더 잘 수행되는 것을 관찰한다.
도 9는 채널당 4개 비트로, 2개 다이버시티 채널을 통하여 코딩된 데이터를 전송하기 위해, 도 8에 도시된 동일 변조 방식의 비트 에러율(BER) 성능을 보여주며, 여기서 산업 표준의 3/4율로 천공된 종래 코드가 사용된다. 채널 에러를 비상관(decorrelate)시키기 위한 충분한 길이의 블럭 인터리버가 사용되었다. 수신기에서, 비터비 알고리즘은 데이터 비트를 디코딩하기 위해 소프트 결정을 사용한다. 10-6의 BER에서, 다중-QAM은 16-QAM에 비교하여 대략 1.5dB의 이득을 보여주는 것을 볼 수 있다.
도 10 및 도 11은 (k,L) = (2,4)로 다중-QAM 변조를 위한 시뮬레이션된 비코딩 및 코딩 BER 결과를 보여준다. 이들 결과는 다이버시티없는 QPSK 변조, 다이버시티(L = 4(1/4 비율))를 갖는 QPSK 변조, 회전된 하다마드 확산(Hadamard spreading)의 결과와 비교된다. 또 다시 한 번, 완전한 정도의 다이버시티가 달성됨을 관찰한다. 또한, 10-6의 BER에서, 이 제안된 다중-QAM은 QPSK 변조와 비교하여 4.2dB 양호하게 수행하는 것을 관찰한다. 그러나, 이는 회전된 하다마드 보다는 0.5dB가 열악하게 수행한다. 한편으로, 이 제안된 방식이 상당히 낮은 복잡성으로 구현될 수 있음을 고려하면, 이는 여전히 바람직한 성능을 보여준다.
선호되는 실시예가 여기에 공개된 반면에, 본 발명의 개념 및 범위내에 남아 있는 많은 변형예가 가능하다. 이러한 변형예는 여기의 명세서, 도면 및 청구항의 검사후 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구항의 사상 및 범위내에 있는 한 제한되지 않는다.
본 발명은 디지털 통신 시스템 및 방법에 이용가능하고, 더 상세하게는 데이터의 다이버시티 전송 방법 및 시스템에 이용가능하다.

Claims (19)

  1. L개 다이버시티 채널을 통하여 복수의 데이터 비트를 통신하는 방법(600)으로서,
    L개 다이버시티 채널에 대응하는 복수(L)의 M-포인트 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 배열(constellation)을 포함하는 배열 세트를 제공하는 단계(640);
    k*L 데이터 비트를 L개 QAM 배열 세트에서의 L개 QAM 전송 심볼에 매핑하는 단계(650); 및
    L개 QAM 심볼을 전송하는 단계(660)을 포함하되,
    여기서, M = 2k*L이고, k*L 비트의 모든 조합에 대하여, k*L 데이터 비트들 중 하나의 값의 변화는 모든 L 심볼을 변화시키고,
    상기 배열 세트는 ΩC를 최소화시키되,
    Figure 112013003039643-pct00075
    인, 다이버시티 채널을 통하여 복수의 데이터 비트를 통신하는 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    임의의 메시지(m)에 대하여, 심볼이 벡터(Sm)에 의해 한정되는 경우, 메시지(
    Figure 112008019148522-pct00037
    에 대하여, 심볼은 벡터(-Sm)에 의해 한정되는, 다이버시티 채널을 통하여 복수의 데이터 비트를 통신하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    k=3, L=2이고, 상기 배열 세트의 인페이즈(in-phase)(I) 및 직교(Q: quadrature) 성분은 다음 표,
    Figure 112008019148522-pct00038
    에 의해 각기 한정되는, 다이버시티 채널을 통하여 복수의 데이터 비트를 통신하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    k=2, L=3이고, 상기 배열 세트의 인페이즈(I) 및 직교(Q) 성분은 다음 표,
    Figure 112008019148522-pct00039
    에 의해 각기 한정되는, 다이버시티 채널을 통하여 복수의 데이터 비트를 통신하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    k=4,L=2이고, 상기 배열 세트의 인페이즈(I) 및 직교(Q) 성분은 다음 표,
    Figure 112008019148522-pct00040
    에 의해 각기 한정되는, 다이버시티 채널을 통하여 복수의 데이터 비트를 통신하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    k=2,L=4이고, 상기 배열 세트의 인페이즈(I) 및 직교(Q) 성분은 다음 표,
    Figure 112008019148522-pct00041
    에 의해 한정되는, 다이버시티 채널을 통하여 복수의 데이터 비트를 통신하는 방법.
  8. 복수(L)의 M-포인트 QAM(Quadrature Amplitude Modulation)을 포함하는 다이버시티 채널을 통하여 전송되는 k*L개 비트를 수신하는 수신기(700)로서,
    각 심볼을 위하여 채널 이득의 복수(L)의 평가값들(hl)을 출력하기 위해 적응된 채널 평가기(710);
    복수(L)의 심볼들(rl) 및 복수(L)의 채널 평가값들(hl)을 수신하고, 상기 k*L개 전송된 비트를 위하여 이로부터 복수(k*L)개의 근사 로그-유사 비율(
    Figure 112013003039643-pct00042
    'i)(log-likelihood ratio)을 출력하기 위해 적응된 소프트 매핑해제기(720);
    상기 복수의 근사 로그-유사 비율을 디인터리빙하기 위해 적응된 디인터리버(740); 및
    상기 복수의 로그-유사 비율을 k*L개의 수신 비트로 디코딩하기 위해 적응된 디코더(750)를 포함하되,
    소프트 매핑해제기(720)는 i ∈ (1,..,k*L)인, k*L개의 전송 비트의 각각에 대하여, (1) 모든 복수(L)의 심볼들(rl) 중 인페이즈(in-phase) 성분만, 또는 (2) 상기 모든 복수(L)의 심볼들(rl) 중 직교 성분만을 사용하여, 근사 로그-유사 비율(
    Figure 112013003039643-pct00043
    )을 계산하는, 다이버시티 채널을 통하여 전송되는 k*L개의 비트를 수신하는 수신기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    소프트 매핑해제기(720)는 다음식,
    Figure 112013003039643-pct00044
    및,
    Figure 112013003039643-pct00045
    에 따라 심볼(rl)을 로그-유사 비율(
    Figure 112013003039643-pct00046
    )로 매핑해제하되,
    Figure 112013003039643-pct00047
    은 상기 QAM 심볼의 인페이즈 성분을 이용하여 변조된 비트를 위한 근사 로그-유사 비율이며,
    Figure 112013003039643-pct00048
    은 상기 QAM 심볼의 직교 성분을 이용하여 변조된 비트를 위한 근사 로그-유사 비율이며,
    z는
    Figure 112013003039643-pct00049
    이고,
    m0R은 다음식,
    Figure 112013003039643-pct00050
    을 최소화하는 비트 i=0인 모든 메시지(m) 중의 메시지가 되며,
    mIR은 다음식,
    Figure 112013003039643-pct00051
    을 최소화하는 비트 i=1인 모든 메시지(m) 중의 메시지가 되며,
    m0I은 다음식,
    Figure 112013003039643-pct00052
    을 최소화하는 비트 i=0인 모든 메시지 중 메시지(m)가 되며,
    m1I은 다음식,
    Figure 112013003039643-pct00053
    을 최소화하는 비트 i=1인 모든 메시지 중 메시지(m)가 되며,
    Figure 112013003039643-pct00054
    은 메시지(m)를 위한 1번째 다이버시티 채널을 통하여 전송된 심볼의 인페이즈 성분이고,
    Figure 112013003039643-pct00055
    은 메시지(m)를 위한 1번째 다이버시티 채널을 통하여 전송된 심볼의 직교 성분이 되는, 다이버시티 채널을 통하여 전송되는 k*L개의 비트를 수신하는 수신기.
  10. 제 8 항에 있어서,
    소프트 매핑해제기(710)로부터 복수(k*L)의 근사 로그-유사 비율(
    Figure 112013003039643-pct00056
    )을 병렬로 수신하고, 복수(k*L)의 근사 로그-유사 비율(
    Figure 112013003039643-pct00057
    'i)을 포함하는 직렬 데이터 스트림을 출력하기 위해 적응된 병렬-직렬 변환기를 더 포함하는, 다이버시티 채널을 통하여 전송되는 k*L개의 비트를 수신하는 수신기.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 디코더(750)는 소프트 결정을 사용하는 비터비(Viterbi) 에러 정정 알 고리즘을 수행하는, 다이버시티 채널을 통하여 전송되는 k*L개의 비트를 수신하는 수신기.
  12. L개 다이버시티 채널을 통하여 복수의 데이터 비트를 통신하는 방법(600)으로서,
    L개 다이버시티 채널에 대응하는 복수(L)의 M-포인트 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 배열(constellation)을 포함하는 배열 세트를 제공하는 단계(640);
    k*L개의 데이터 비트를 L개 QAM 배열 세트에서의 L개 QAM 전송 심볼에 매핑하는 단계(650); 및
    L개 QAM 심볼을 전송하는 단계(660)를 포함하되,
    여기서, M = 2k*L이고, k*L개의 데이터 비트의 각각은 QAM 배열 세트의 모든 L개 QAM 심볼로 직접 매핑되고,
    상기 L개 다이버시티 채널을 통하여 복수의 데이터 비트를 통신하는 방법(600)은
    에러 정정 코드를 가지고 "원(raw)" 데이터를 인코딩하는 단계(610);
    인코딩된 데이터를 인터리빙하는 단계(620); 및
    직렬 데이터 스트림으로부터 코딩되고, 인터리빙된 데이터를 k*L개의 병렬 데이터 비트의 병렬 세트로 변환하는 단계(630)를
    추가로 포함하는, 다이버시티 채널을 통하여 복수의 데이터 비트를 통신하는 방법.
  13. 삭제
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 배열 세트는 Ωc를 최소시키되,
    Figure 112013003039643-pct00058
    다이버시티 채널을 통하여 복수의 데이터 비트를 통신하는 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    임의 메시지(m)에 대하여 심볼이 벡터(Sm)에 의해 한정되는 경우, 메시지(
    Figure 112008019148522-pct00059
    )에 대하여, 심볼은 벡터(-Sm)에 의해 한정되는, 다이버시티 채널을 통하여 복수의 데이터 비트를 통신하는 방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    k=3, L=2이고, 상기 배열 세트의 인페이즈(I) 및 직교(Q) 성분은 다음표,
    Figure 112008019148522-pct00060
    에 의해 각각 한정되는, 다이버시티 채널을 통하여 복수의 데이터 비트를 통신하는 방법.
  17. 제 12 항에 있어서,
    k=2,L=3이고, 상기 배열 세트의 인페이즈(I) 및 직교(Q) 성분은 다음표,
    Figure 112008019148522-pct00061
    에 의해 각각 한정되는, 다이버시티 채널을 통하여 복수의 데이터 비트를 통신하는 방법.
  18. 제 12 항에 있어서,
    k=4,L=2이고, 상기 배열 세트의 인페이즈(I) 및 직교(Q) 성분은 다음표,
    Figure 112008019148522-pct00062
    에 의해 한정되는, 다이버시티 채널을 통하여 복수의 데이터 비트를 통신하는 방법.
  19. 제 12 항에 있어서,
    k=2,L=4이고, 상기 배열 세트의 인페이즈(I) 및 직교(Q) 성분은 다음표,
    Figure 112008019148522-pct00063
    에 의해 한정되는, 다이버시티 채널을 통하여 복수의 데이터 비트를 통신하는 방법.
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