KR101320779B1

KR101320779B1 - 다중 안테나 통신 시스템의 신호 송수신 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101320779B1
Application number: KR1020090113743A
Authority: KR
Inventors: 경문건
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2008-11-25
Filing date: 2009-11-24
Publication date: 2013-11-07
Also published as: KR20100059703A

Abstract

다중 안테나 통신 시스템의 신호 송수신 장치 및 방법을 제안한다. 다중 안테나 통신 시스템에서 다중 경로 채널을 통한 신호 송신방법은, 사용자에 대한 연속 직교 확산 코드를 생성하는 단계; 상기 연속 직교 확산 코드를 이용하여 사용자 신호를 확산 변조하여 확산 신호를 생성하는 단계; 상기 확산 신호에 프리-레이크 결합하여 프리-레이크 합성신호를 생성하는 단계; 및, 다중 안테나를 통해 상기 프리-레이크 합성신호를 송신하는 단계를 포함한다.

다중 안테나, 다중 채널, 프리-레이크, 확산변조

Description

다중 안테나 통신 시스템의 신호 송수신 장치 및 방법{Apparatus and method of transmitting multiple antenna communication signals}

본 발명은 다중 안테나 통신 시스템의 신호 송수신 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히, 프리-레이크 방식을 이용하여 신호를 송수신하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명은 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2007-S-002-02, 과제명: Multi-Gigabit 무선 인터페이스 기술 개발].

기존의 프리-레이크(pre-rake) 전송 방식은 TDD(time division duplex)를 이용한 코드 분할 다중화(code division multiplexing, CDM)/코드 분할 다중 접속(code division multiple access, CDMA) 시스템의 기지국에 적용하면, 단말이 별 도의 다이버시티 합성회로가 없이도 레이크 수신기와 동등한 다이버시티 효과를 얻을 수 있다.

프리-레이크 전송 방식은 1개의 경로로 신호를 전송하는 일반적인 CDM/CDMA 방식보다도 많은 경로의 신호를 송신하기 때문에, 무선 통신 시스템이 갖는 고질적인 간섭 문제인 다중 경로 간섭(MPI, multi-path interference) 또는 다중 접속 간섭(MAI, multiple access interference)의 영향을 많이 받는다. 따라서 프리-레이크 전송 방식을 통신 시스템에 사용하면, 통신 시스템의 비트 오류율(bit error rate, BER) 성능이 크게 열화되어 데이터의 수신 효율이 크게 떨어지는 문제점이 있다.

이러한 간섭을 완화하기 위해서는 간섭 제거기를 통신 시스템에 추가로 적용해야 하나, 현재 효율적인 간섭 제거 기술은 없으며, 또한 간섭 제거 기술은 구현하기도 힘들 뿐만 아니라 하드웨어적인 부담을 키우므로, 단말을 간단하게 하기 위해 사용되는 프리-레이크의 장점을 잃게 한다.

본 발명은 다중 안테나 통신 시스템의 신호 송수신 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명은 다중 안테나 통신 시스템에서 프리-레이크 방식을 이용하여 신호를 송수신하는 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명은 직교특성을 갖는 일정시간 구간 내에 MAI(Multiple Access Interference) 신호 및 MPI(Multi-path Interference) 신호가 존재하는 경우 MAI 신호 및 MPI 신호를 제거하는 다중 안테나 통신 시스템의 신호 송수신 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명은 상기 일정 시간 구간 동안 연속적으로 직교특성을 가지는 확산코드에 대한 프리-레이크 기법의 접목과 간섭제거 및 고속전송을 위해 다중 안테나의 사용을 접목한 다중 안테나 통신 시스템의 수신기는 복조를 위한 채널추정부분과 MUD(Multi-User Detection)시스템과 같은 간섭제거기가 필요 없이, 비트 오율 특성은 동일하게 나오므로 채널추정기와 복잡한 간섭제거기를 필요로 하지 않는다는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 일정 시간 구간 동안 연속적으로 직교특성을 가지는 확산코드에 대한 프리-레이크 기법의 접목과 간섭제거 및 고속전송을 위해 다중 안테나의 사용을 접목한 다중 안테나 통신 시스템이 다중 접속 간섭(MAI; Multiple Access Interference)이 극히　작거나 제로가 되는 인트라 셀을 구축할 수 있도록 하는 것 을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 일정시간 구간 동안 연속적으로 직교특성을 가지는 확산코드에 대한 프리-레이크 기법의 접목과 간섭제거 및 고속전송을 위해 다중 안테나의 사용을 접목한 다중 안테나 통신 시스템의 연속적으로 직교특성을 갖는 일정시간 구간 내의 길이가, 다중경로 간섭(MPI)의 주된 지연 경로 길이를 커버할 수 있도록 설계되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나 통신 시스템에서 다중 경로 채널을 통한 신호 송신방법은, 사용자에 대한 연속 직교 확산 코드를 생성하는 단계; 상기 연속 직교 확산 코드를 이용하여 사용자 신호를 확산 변조하여 확산 신호를 생성하는 단계; 상기 확산 신호에 프리-레이크 결합하여 프리-레이크 합성신호를 생성하는 단계; 및, 다중 안테나를 통해 상기 프리-레이크 합성신호를 송신하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나 통신 시스템에서 다중 경로 채널을 통한 신호 수신방법은, 하나 이상의 안테나를 통해 프리-레이크 결합된 프리-레이크 합성신호를 다중 경로 채널을 통하여 수신하는 단계; 및, 하나의 경로에 대한 상기 프리-레이크 합성신호를 정합 필터링하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 다중 경로 채널을 통해 신호를 송신하는 다중 안테나 통신 시스템의 송신장치는, 사용자에 대한 연속 직교 확산 코드를 생성하는 연속직교 확산코드 발생부; 상기 연속 직교 확산 코드를 이용하여 사용자 신호를 확산 변조하여 확산 신호를 생성하는 확산 변조부; 상기 확산 신호에 프리-레이크 결합하여 프리-레이크 합성신호를 생성하는 프리-레이크 결합부; 및, 상기 프리-레이크 합성신호를 다수의 안테나를 통해 송신하는 다중 안테나부를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 다중 경로 채널을 통해 신호를 수신하는 다중 안테나 통신 시스템의 수신장치는, 하나 이상의 안테나를 통해 프리-레이크 결합된 프리-레이크 합성신호를 다중 경로 채널을 통하여 수신하는 안테나부; 및, 하나의 경로에 대한 상기 프리-레이크 합성신호를 정합 필터링하는 정합 필터부를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 일정시간 구간 동안 연속적으로 직교특성을 가지는 확산코드에 대한 프리-레이크 기법의 접목과 간섭제거 및 고속전송을 위해 다중 안테나의 사용을 접목한 다중 안테나 통신 시스템은 일정 시간 내에서 제로가 되는 확산코드를 발생시켜 시스템의 복잡도를 증가시키지 않으면서 간섭 제거 특성을 갖도록 하는 효과가 있다.

기존의 프리-레이크를 이용한 시스템은 발생하는 다수의 다중경로로 인해 MPI와 MAI가 증가하여 수신된 BER 성능이 레이크 수신기를 이용하는 일반적인 시스템보다도 열화되는 단점을 가지고 있으나, 본 발명은 일정시간 구간 동안 연속적으로 직교특성을 가지는 확산코드에 프리-레이크 기법을 새롭게 접목시킴과 동시에 송수신 다중 안테나에서 빔형성 가중치 벡터 또는 채널 벡터를 인가함으로, 비트 오류 확률을 감소시킴과 동시에 탁월한 저 잡음 감도를 제공할 수 있도록 하는 효과가 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명은 다중 안테나 통신 시스템에서 프리-레이크 방식을 이용하여 신호를 송수신하는 장치 및 방법에 관한 것으로 아래에서 도 1을 참조하여 다중 안테나 통신 시스템의 개략적인 구조를 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나 통신 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템은 다중 경로 채널(110)을 통해 연결된 송신부(100)와 수신부(120)를 포함한다. 송신부(100)는 기지국에 형성될 수 있으며, 입력 신호를 확산 변조한 후 프리-레이크 결합하여 송출한다. 수신부(120)는 단말에 형성될 수 있으며, 다중 경로 채널(110)을 거쳐 송신부(100)에서 송출된 신호를 수신한 후 수신 신호를 복원한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나 통신 시스템에서 송신부의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면 일정시간 구간 동안 연속적으로 직교특성을 가지는 확산코드에 대한 프리-레이크 기법의 접목과 간섭제거 및 고속전송을 위해 다중 안테나의 사용을 접목한 다중 안테나 통신 시스템은 크게 1차 변조부(200), 연속직교 확산코드 발생부(210), 확산변조부(220), 프리-레이크 결합부(230), 다수의 곱셈부(240, 242, 244) 및, 다수의 안테나(250, 252, 254)를 포함한다.

상기 1차 변조부(200)는 데이터 변조를 위한 과정을 진행하며, PSK(phase shift keying) 변조를 비롯하여 QPSK(quadrature phase shift keying), QAM(quadrature amplitude modulation) 등과 같은 다양한 디지털 변조방식을 적용할 수 있다.

연속 직교 확산 코드 발생부(210)는 일정 시간 구간 동안 연속적으로 직교특성을 가지는 확산 코드(이하, "연속 직교 확산 코드"라 함)를 발생한다. 확산 변조부(220)는 연속 직교확산 코드를 이용하여 1차 변조부(200)에서 변조된 데이터 심볼 값을 확산 변조한다.

프리-레이크 결합부(230)는 확산 변조된 송신 신호에 프리-레이크를 결합하여 프리-레이크 합성 신호로 변환시켜 다수의 안테나(250, 252, 254)로 구성하는 다중 안테나를 통하여 송출한다. 다시 말해 프리-레이크 결합부(230)는 확산 변조된 확산 신호에 상기 다중 경로 채널에 대한 채널 임펄스 응답을 결합하여 프리-레이크 합성 신호로 변환하는 것이다. 이때, 채널 임펄스 응답의 결합이란 채널 임펄스 응답의 시반전된 값의 복소 공액값을 확산 신호에 적용함을 뜻한다.

이때, 프리-레이크 결합부(230)를 거친 송신신호는

개의 배열 안테 나(250, 252, 254) 각각에 대응하는 곱셈부(240, 242, 244)를 통해 각각에 대응하는 가중치 벡터가 곱해진 후 최종 송신된다. 고속 전송을 필요로 할 때는 각 안테나 별로 추정 계산한 채널 계수 벡터를 곱한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나 통신 시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면 본 발명의 다중 안테나 통신 시스템은 다수의 안테나(250, 252, 254)를 가지는 송신부(100)와 다중경로 채널을 통해 송신되는 신호를 수신하는 하나 또는 다수의 안테나(310)를 가지는 수신부(120)로 구성된다.

여기서 수신부(120)가 가지는 안테나 개수가 2개 이상이면 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 시스템이 되며, 하나가 되면 MISO(Multiple Input Single Output) 시스템이 된다. 본 발명은 MISO와 MIMO의 경우를 모두 포함한다.

수신부(120)는 하나 이상의 안테나(310)를 통해 수신하는 프리-레이크 합성 신호를 정합 필터부(320)를 통해 정합 필터링하고, 판정부(330)를 통해 출력 데이터를 판정해서 출력한다. 여기서 정합 필터부(320)는 참조신호가 코드 1주기 구간에 해당하는 구간을 갖는 코드에 정합되도록 하는 정합 필터이다.

수신부(120)가 가지는 안테나 개수가 2개 이상인 경우 정합 필터부(320)는 정합 필터 뱅크 또는 MLS(Maximum Likelihood Detector)를 이용하여 정합 필터할 수 있다.

구체적으로 살펴보면, 송신부(100)의 확산 변조부(220)는 1차 변조부(200) 에서 변조된 입력 신호를 확산 변조하고, 프리-레이크 결합부(230)는 확산 변조된 확산 신호를 프리-레이크 결합하여 송출하며, 송출되는 송신 신호는 아래 <수학식 1>로 표현된다.

여기서,

는 입력 신호

가 확산 변조부(220)에서 확산 변조된 확산 신호이고,

는 채널 임펄스 응답의 시간 반전된(time inverted) 값이고

은

의 복소 공액값(conjugated complex)이다. N은 정규화된 파라미터로서 프리-레이크 결합된 출력 신호의 전력이 일정하도록 하기 위해 사용되며 아래 <수학식 2>와 같이 주어진다.

<수학식 1>과 같이 확산 신호(

)는 프리-레이크 결합부(230)에서 시간 반전된 채널 임펄스 응답과 결합되며, 다중 경로 채널(110)의 채널 임펄스 응 답[

]은 <수학식 3>과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, L은 채널 경로의 수이고,

은 경로 이득(path gain)이며 모든 k, l에 대하여 IID(independent identically distributed) 레일레이(Rayleigh) 랜덤 변수이다.

은 위상을 나타내며 (0,π)에서 균일하게 분포한다.

는 확산 부호의 1칩 구간에 해당하며,

은 1이라 가정한다.

이때, TDD(Time Division Duplex) 시스템의 경우, 채널변동이 거의 없는　　 환경에서는 연속하는 두 개의 업링크 타임슬롯과 다운링크 타임슬롯 사이에 채널 임펄스응답

는 변화 없이 일정하다고 가정하며, 기지국(BS)은 업링크 시간 구간에 이동국(MS)들로부터 레이크 수신기 등을 이용하여 신호를 수신하고 원하는 사용자 k에 대한 채널임펄스응답

를 추정할 수 있다.

한편, <수학식 1>의 송신 신호가 다중 경로 채널(110)을 통과해서 수신기(120)로 수신되는 수신 신호는 <수학식 4>와 같이 표현된다.

이때, <수학식 4>에 따라 수신 신호는 총 (2L-1)개의 경로를 가진다.

또한,

시간에 해당하는 경로에 맞춰진 수신기(120)의 정합 필터(matched filter)의 출력값은 <수학식 5>와 같이 된다.

여기서, G는 프로세스 이득이다.

그리고, CDM/CDMA 통신 시스템에서 사용자 k에 대한 연속 직교 확산 코드와 <수학식 3>의 채널 임펄스 응답을 사용한 경우에, <수학식 1>의 송신 신호

는 <수학식 6>과 같이 표현된다.

여기서, P는 송신 전력,

는 캐리어 주파수,

는 1차 변조 부(200)에서 변조된 구간 T를 가지는 사용자 k의 데이터열을 나타내며, 현재 비트는

, 이전 비트는

, 다음 비트는

로 나타낸다.

는 구간

및 코드 길이

를 가지는 연속 직교 확산 코드이다. 여기서 비트와 칩의 파형은 구형파로 가정한다.

그리고

는 정규화 파라미터이며, 경로의 수와 관계없이 송신 전력을 일정하게 유지해 주는 역할을 하며, <수학식 7>과 같이 나타낼 수 있다.

다음, 본 발명의 실시예에 따른 수신부(200)에서 송신 신호를 수신하여 처리하는 방법에 대해서 상세하게 설명한다.

상기의 <수학식 6>과 같이 프리-레이크 결합된 신호는 송신부 또는 기지국에서 송신되고, 다운링크 타임슬롯 동안

개의 다중 안테나를 가지는 수신부(120)에 입력된다.

구체적으로, 하향 링크 타임 슬롯 동안 단말 사용자 i의 수신부(120)에서 수신된 신호[

]는 부가적인 백색 가우시안 잡음(additive white Gaussian noise) [

]과 다중 경로 채널(110)에 의해 <수학식 8>과 같이 표현된다.

여기서,

는

의 전력 스펙트럼 밀도를 가지는 부가적인 백색 가우시안 잡음 성분을 의미한다.

<수학식 8>에 <수학식 6>을 적용하면 (2L-1)개의 경로를 포함하는 채널 출력을 얻게 되는데, 이 중 (2L-1)개의 경로 중 가운데 경로인 (j+1=L-1)에 해당하는 경로에서 가장 큰 피크값을 가지게 된다.

단, 수신된 신호는 다시 가중치 벡터를 곱해진 다음 수신부(120)의 정합필터(320)로 입력된다.(편의상 수식에서 곱해지는 가중치 벡터 표시는 생각하기로 한다)

따라서 수신부(120)는 이 피크에 해당하는 경로(j+1=L-1)에 동기시키기 위한 1개의 정합 필터로 신호를 수신하여 처리할 수 있으므로, 경로마다 정합 필터가 필요한 기존의 레이크 수신기보다 간단한 구조를 가질 수 있다.

이때 (i=1)을 수신부(200)에서 정합되는 사용자라고 하면, 사용자 1의 정합 필터의 출력(Z)은 <수학식 9>와 같이 된다.

여기서,

는

의 분산을 가지는 가우시안 랜덤 변수이며, D는 수신 신호에서 원하는 항목을 나타내고, S는 다중 경로 간섭(MPI; multi-path interference), 즉 자기 간섭(self interference)을 나타내며, M은 다중 접속 간섭(MAI, multiple access interference), 즉 다중 사용자 간섭(multi-user interference)을 나타낸다.

구체적으로, D는 <수학식 8>에서 (k=1)이고 (j+1=L-1)일 때의 현재 비트(

)에 대해서 계산되는 부분이며, <수학식 10>과 같이 주어진다.

본 발명에 따른 연속직교 특성을 갖는 확산코드가 접목된 프리-레이크 시스템에서는 연속적으로 직교특성을 갖는 일정시간 구간 내에 MAI 신호 및 MPI 신호가 존재하는 경우 간섭신호를 제거한다.

먼저, 다중 경로 간섭(S)은 <수학식 6>, <수학식 8> 및 <수학식 9>에 (k=1) 과 (j+1≠L-1)을 적용하면 <수학식 11>과 같이 표현된다.

여기서

는 아래의 <수학식 12>와 같이 표현된다.

여기서

는 이산 비주기 상호 상관 함수(aperiodic cross-correlation function)를 나타낸다.

또한,

를

로 나타내고

의 관계를 사용하면 <수학식 11> 및 <수학식 12>로부터 <수학식 13>을 유도할 수 있다.

<수학식 13>에서, 각 항은 모든 j와 m에 대해서 평균이 0이며, 위상값이 독립적이기 때문에 상관 특성이 없다(uncorrelated).

따라서 S의 분산값을 구하면 <수학식 14>와 같이 된다.

그리고 다른 사용자에 의해서 발생하는 다중 접속 간섭(A)은 <수학식 6>, <수학식 8> 및 <수학식 9>에서 (k>1)로 설정함으로써 유도 할 수 있으며, <수학식 15>과 같이 표현된다.

<수학식 15>는 <수학식 16> 및 <수학식 17>에 표현한 것처럼 (m=j)일 때와 (m≠j)일 때의 두 부분으로 나눌 수 있다.

여기서, 코사인(cos) 함수 내부의 모든 위상이 독립적이므로, <수학식 16>과 <수학식 17>은 모두 평균이 0이며 모든 항은 상관 특성이 없다(uncorrelated).

특히, 왈쉬-하다마드 코드와 같은 한점 직교 코드를 사용하면, <수학식 16>의 전 주기 상관[

]은 0이 된다.

따라서 다중 접속 간섭(A)의 분산 값을 구하면 <수학식 18>과 같이 된다.

여기서 지시 인자 W는 직교 코드를 사용할 경우는 W= 0 혹은

가 되고 그렇지 않은 다른 경우는 W = 1이 되며, Q는 다음 <수학식 19>와 같이 표현된다.

이때,

이 되며 이는 앞에서 설명한 송신 전력을 일정하게 하기 위한 조건과 일치한다.

또한, <수학식 14>와 <수학식 18>에 있는 모든

을 아래의 <수학식 20>과 같은 기대값으로 대체하여 표현할 수 있다.

일반적인 한점 직교 코드를 사용하는 경우에 대해서는 수학식 20을 유도하기 위해 랜덤 확산 코드를 사용할 수 있다. 그러나 앞서 설명한 것처럼 본 발명의 실시예에 따른 송신부(100)에서 사용되는 코드는 ZCD(zero correlation duration), ZCZ(zero correlation zone), LAS(large area synchronous) 등의 연속 직교 확산 코드이다. 이 경우에 연속 직교 확산 구간에 대해서는 <수학식 21>이 적용된다.

다음, 송신부(100)에서 연속 직교 확산 코드를 사용한 경우의 비트 오류율 특성에 대해서 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다. 도 4에서는 연속 직교 확산 코드를 ZCD 확산 코드를 예로 들어서 설명하지만, 다른 연속 직교 확산 코드도 본 발명의 실시예에 적용될 수 있다.

도 4는 2진 ZCD 확산 코드의 자기 상관 특성 및 상호 상관 특성을 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하여 연속 직교 확산 코드의 상관 특성에 대해서 설명한다.

칩 주기 N을 가지는 임의의 2개의 ZCD 확산 코드

과

가 존재할 때, 시간 시프트(

)에 대한 주기 상관 함수(periodic correlation function)와 비주기 상관 함수(aperiodic correlation function)는 각각 <수학식 22> 및 <수학식 23>과 같이 주어진다.

여기서,

,

은 각각 확산 코드의 한 칩(chip)이다.

이때, 연속 직교 특성을 갖는 2진 ZCD 확산 코드와 3진 ZCD 확산 코드의 생성식을 예를 들어 <수학식 24> 및 <수학식 25>와 같이 나타낼 수 있다.

<수학식 24> 및 <수학식 25>에서, N은 확산 코드의 주기, '+'와 '-'는 각각 '+1'과 '-1'을 의미하며, A, B, C, D는 각각 확산 코드 내에서 '+1'과 '-1'로 이루어지는 칩 구성을 말하며,

는 3진 ZDC 확산 코드에 삽입되는 0의 개수를 의미한다.

<수학식 24>로 생성된 2진 ZCD 확산 코드의 최대 ZCD 구간은 (0.5N+1)이며, <수학식 25>의 3진 ZCD 확산 코드의 최대 ZCD 구간은 (0.75N+1)이다.

도 4를 보면, 64칩의 주기를 가지는 1쌍의 2진 ZCD 확산 코드의 자기 상관 함수값과 상호 상관 함수값이 도시되어 있다. 이때, 64칩의 (N/2+1), 즉 (64/2+1)에 해당하는 33칩에 해당하는 구간 내에서 두 코드간의 상호 상관치가 0이 되는 것을 확인할 수 있다. 또한 이 구간 내에서 자기 상관 함수의 피크치 주변의 사이드 러브(sidelobe)에서는 자기 상관치가 0이 되는 것을 알 수 있다.

그리고 본 발명이 적용된 일정시간 구간 동안 연속적으로 직교특성을 가지는 확산코드에 대한 프리-레이크 기법의 접목과 간섭제거 및 고속전송을 위해 다중 안테나의 사용을 접목한 다중 안테나 통신 시스템의 BER특성에 대해 설명하면, 다음과 같다.

본 발명의 실시예와 달리, 랜덤 확산 변수를 사용하는 통신 시스템에서는

에 대해서 <수학식 20>이 적용된다. 따라서 <수학식 20>을 <수학식 14>와 <수학식 18>에 적용하고, <수학식 9>의 수신기 출력(Z)을 가우시안 랜덤 변수로 가정하고, 1차 변조부에서

의 조건을 가지는 BPSK 변조가 수행되는 것으로 가정하면, 비트 오류율 특성은 <수학식 26>과 같이 표현된다.

<수학식 26>에서 Y는 잡음과 간섭을 포함하는 SINR(signal to interference plus noise ratio)이고,

로 주어진다. 여기서,

은 가우시안 랜덤 변수(Z)의 분산을 나타낸다. 따라서 Y는 <수학식 27>과 같이 표현된다.

여기서

는 수신된 신호 대 잡음비의 평균값을 나타내며, 다중 경로 간섭(S)와 관련된

와

는 아래의 <수학식 28>과 같이 나타낼 수 있다.

<수학식 28>에서 알 수 있듯이, 랜덤 확산 코드를 사용하는 통신 시스템은 다중 경로 수(L)와 사용자 수(k)의 증가에 따라 간섭이 증가하고 SINR(Y)이 감소함으로써 성능이 저하됨을 알 수 있다.

하지만 본 발명의 실시예와 같이 연속 직교 특성을 갖는 확산 코드를 사용할 경우, <수학식 21>을 <수학식 14>와 <수학식 18>에 적용하게 되므로, 결과적으로 <수학식 27>은 간섭 성분이 모두 0이 되어서 <수학식 29>와 같이 된다.

즉, 다중 경로 간섭(S)과 다중 접속 간섭(A)이 모두 0이 되어 모든 간섭의 영향이 제거된다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 다중 안테나 통신 시스템의 신호 송수신 방법을 아래에서 도면을 참조하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나 통신 시스템의 송신부에서 신호를 송신하는 과정을 도시한 흐름도이다.

도 5를 참조하면 본 발명의 다중 안테나 통신 시스템에서 송신부로 구분하는 송신 장치는 S501단계에서 송신할 데이터를 입력 받으면, S503단계로 진행하여 PSK(phase shift keying) 변조를 비롯하여 QPSK(quadrature phase shift keying), QAM(quadrature amplitude modulation) 등과 같은 다양한 디지털 변조방식을 이용하여 입력받은 데이터를 1차 변조한다.

이후, 송신 장치는 S505단계로 진행하여 일정 시간 구간 동안 연속적으로 직교특성을 가지는 확산 코드(이하, "연속 직교 확산 코드"라 함)를 발생하고, S507단계로 진행하여 연속 직교확산 코드를 이용하여 S503단계에서 1차 변조된 데 이터 심볼 값을 확산 변조한다.

이후, 송신 장치는 S509단계로 진행하여 확산 변조된 확산신호를 프리-레이크 결합하여 프리-레이크 합성 신호로 변환하고, S511단계로 진행하여 다중 안테나 각각에 대응하는 가중치 벡터를 프리-레이크 합성 신호에 곱하여 각각의 다중 안테나를 통해 프리-레이크 합성신호를 송신한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나 통신 시스템의 수신부에서 신호를 수신하는 과정을 도시한 흐름도이다.

도 6을 참조하면 본 발명의 다중 안테나 통신 시스템에서 수신부로 구분하는 수신 장치는 S601단계에서 하나 이상의 안테나를 통해 수신하는 프리-레이크 합성 신호를 수신하면, S603단계로 진행하여 수신한 프리-레이크 합성 신호를 정합 필터링하고, S605단계로 진행하여 정합 필터랑한 합성신호에서 출력데이터를 판정해서 출력한다.

다중 안테나 통신 시스템의 신호 송수신 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나 통신 시스템을 개략적으로 나타내는 도면,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나 통신 시스템에서 송신부의 개략적인 구성을 도시한 도면,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나 통신 시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면,

도 4는 2진 ZCD 확산 코드의 자기 상관 특성 및 상호 상관 특성을 나타내는 도면,

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나 통신 시스템의 송신부에서 신호를 송신하는 과정을 도시한 흐름도 및,

Claims

사용자에 대한 연속 직교 확산 코드를 생성하는 단계;

상기 연속 직교 확산 코드를 이용하여 사용자 신호를 확산 변조하여 확산 신호를 생성하는 단계;

상기 확산 신호에 프리-레이크(pre-rake) 결합하여 프리-레이크(pre-rake) 합성신호를 생성하는 단계; 및

다중 안테나를 통해 상기 프리-레이크(pre-rake) 합성신호를 송신하는 단계

를 포함하고,

상기 연속 직교 확산 코드는 일정 시간 구간 동안 연속적으로 직교 특성을 가지는 확산 코드이며,

상기 일정 시간 구간은 다중경로 간섭의 주된 지연 경로 길이를 커버할 수 있는 길이로, 상기 일정 시간 구간 내에 존재하는 간섭 신호가 제거되는 것

을 특징으로 하는 다중 안테나 통신 시스템에서 다중 경로 채널을 통한 신호 송신방법.
제1항에 있어서, 상기 다중 안테나를 통해 상기 프리-레이크 합성신호를 송신하는 단계는,

상기 프리-레이크 합성신호에 상기 다중 안테나 각각에 대응하는 가중치 벡터를 곱하여 송신함을 특징으로 하는 다중 안테나 통신 시스템에서 다중 경로 채널을 통한 신호 송신방법.
제1항에 있어서, 상기 확산 신호에 프리-레이크 결합하여 프리-레이크 합성 신호를 생성하는 단계는,

상기 다중 경로 채널에 대한 채널 임펄스 응답을 상기 확산 신호에 결합하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 다중 안테나 통신 시스템에서 다중 경로 채널을 통한 신호 송신방법.
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제1항에 있어서, 상기 연속 직교 확산 코드는,

일정 시간 구간 동안 자기 상관치 및 상호 상관치가 0임을 특징으로 하는 다중 안테나 통신 시스템에서 다중 경로 채널을 통한 신호 송신방법.
제1항에 있어서, 상기 연속 직교 확산 코드는,

다중 위상(Multi-Phase) 및, 다중 레벨(Multi-level)의 연속직교 코드를 모두 포함함을 특징으로 하는 다중 안테나 통신 시스템에서 다중 경로 채널을 통한 신호 송신방법.
하나 이상의 안테나를 통해 프리-레이크(pre-rake) 결합된 프리-레이크(pre-rake) 합성신호를 다중 경로 채널을 통하여 수신하는 단계; 및

하나의 경로에 대한 상기 프리-레이크 합성신호를 정합 필터링하는 단계

를 포함하고,

상기 프리-레이크(pre-rake) 합성신호는 연속 직교 확산 코드를 이용하여 확산 변조된 사용자 신호가 프리-레이크(pre-rake) 결합되어 생성되며,

상기 연속 직교 확산 코드는 일정 시간 구간 동안 연속적으로 직교 특성을 가지는 확산 코드이고,

상기 일정 시간 구간은 다중경로 간섭의 주된 지연 경로 길이를 커버할 수 있는 길이로, 상기 일정 시간 구간 내에 존재하는 간섭 신호가 제거되는 것

을 특징으로 하는 다중 안테나 통신 시스템에서 다중 경로 채널을 통한 신호 수신방법.
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사용자에 대한 연속 직교 확산 코드를 생성하는 연속직교 확산코드 발생부;

상기 연속 직교 확산 코드를 이용하여 사용자 신호를 확산 변조하여 확산 신호를 생성하는 확산 변조부;

상기 확산 신호에 프리-레이크(pre-rake) 결합하여 프리-레이크 합성신호를 생성하는 프리-레이크 결합부; 및

상기 프리-레이크(pre-rake) 합성신호를 다수의 안테나를 통해 송신하는 다중 안테나부

를 포함하고,

상기 연속 직교 확산 코드는 일정 시간 구간 동안 연속적으로 직교 특성을 가지는 확산 코드이며,

상기 일정 시간 구간은 다중경로 간섭의 주된 지연 경로 길이를 커버할 수 있는 길이로, 상기 일정 시간 구간 내에 존재하는 간섭 신호가 제거되는 것

을 특징으로 하는 다중 경로 채널을 통해 신호를 송신하는 다중 안테나 통신 시스템의 송신장치.
제11항에 있어서,

상기 프리-레이크 합성신호에 상기 다중 안테나부의 안테나 각각에 대응하는 가중치 벡터를 곱하는 곱셉부를 더 포함함을 특징으로 하는 다중 경로 채널을 통해 신호를 송신하는 다중 안테나 통신 시스템의 송신장치.
제11항에 있어서, 상기 프리-레이크 결합부는,

상기 다중 경로 채널에 대한 채널 임펄스 응답을 상기 확산 신호에 결합함을 특징으로 하는 다중 경로 채널을 통해 신호를 송신하는 다중 안테나 통신 시스템의 송신장치.
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제11항에 있어서, 상기 연속 직교 확산 코드는,

일정 시간 구간 동안 자기 상관치 및 상호 상관치가 0임을 특징으로 하는 다중 경로 채널을 통해 신호를 송신하는 다중 안테나 통신 시스템의 송신장치.
제11항에 있어서, 상기 연속 직교 확산 코드는,

다중 위상(Multi-Phase) 및, 다중 레벨(Multi-level)의 연속직교 코드를 모두 포함함을 특징으로 하는 다중 경로 채널을 통해 신호를 송신하는 다중 안테나 통신 시스템의 송신장치.
하나 이상의 안테나를 통해 프리-레이크(pre-rake) 결합된 프리-레이크 합성신호를 다중 경로 채널을 통하여 수신하는 안테나부; 및

하나의 경로에 대한 상기 프리-레이크(pre-rake) 합성신호를 정합 필터링하는 정합 필터부

를 포함하고,

상기 프리-레이크 합성신호는 연속 직교 확산 코드를 이용하여 확산 변조된 사용자 신호가 프리-레이크(pre-rake) 결합되어 생성되며,

상기 연속 직교 확산 코드는 일정 시간 구간 동안 연속적으로 직교 특성을 가지는 확산 코드이고,

상기 일정 시간 구간은 다중경로 간섭의 주된 지연 경로 길이를 커버할 수 있는 길이로, 상기 일정 시간 구간 내에 존재하는 간섭 신호가 제거되는 것

을 특징으로 하는 다중 경로 채널을 통해 신호를 수신하는 다중 안테나 통신 시스템의 수신장치.
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