KR101527018B1 - 슬롯 내 심볼 개수를 고려한 ｓｔｂｃ 기반 신호 전송 방법 - Google Patents

슬롯 내 심볼 개수를 고려한 ｓｔｂｃ 기반 신호 전송 방법 Download PDF

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Abstract

슬롯 내 심볼 개수를 고려한 STBC 기반 신호 전송 방법에 대해 설명한다.
하나의 서브프레임이 2개의 슬롯을 포함하고, 각 슬롯은 복수의 심볼을 포함하는 구조를 이용하는 이동통신 시스템에서 2 이상의 송신 안테나를 이용하여 신호를 전송함에 있어서, 각 서브프레임 내 연속된 2개 심볼 단위로 전송 심볼을 STBC (Spatial Time Block Coding) 방식으로 페어링(Pairing)한 후 전송 심볼을 슬롯 단위로 주파수 영역에 매핑하여 전송하게 된다. 이때, 참조 신호(Reference Signal) 전송을 위한 심볼을 제외한 심볼 개수가 홀수개인 슬롯 내 1개 심볼은 상기 STBC 방식으로 페어링되지 않는다.
Figure R1020080132440
STBC, SC-FDMA, RS

Description

슬롯 내 심볼 개수를 고려한 ＳＴＢＣ 기반 신호 전송 방법{STBC BASED TRANSMISSION METHOD CONSIDERING THE NUMBER OF SYMBOLS IN A SLOT}
이하의 설명은 무선 통신 시스템에서, 슬롯 내 심볼 개수를 고려하여 STBC를 적용하는 기술 및 이를 이용한 신호 전송 방법에 대한 것이다.
PAPR(Peak power to Average Power Ratio)은 송신측에서 전력 증폭기(power amplifier)가 지원해야 하는 동적 범위(dynamic range)와 연관이 되어 있으며, CM(Cubic Metric)값은 상기 PAPR이 나타내는 수치를 대변 가능한 또 다른 수치이다.
일반적으로 단일 반송파 신호(single carrier signal)는 CM 또는 PAPR에 있어 다중 반송파 신호(multi carrier signal)보다 양호한 성능을 나타낸다. 3GPP LTE(3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution) 시스템의 경우 상술한 PAPR/CM 문제로 인하여 단말(UE)로부터 기지국(Node B 또는 eNB)으로의 상향링크 전송에 단일 반송파 특성을 가지도록 SC-FDMA (Single Carrier Frequency Divisional Multiple Access)를 이용하고 있다. 아울러, 3GPP LTE-A(3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution Advanced)에서는 좋은 CM 특 성을 유지하기 위해서 상기 SC-FDMA를 활용한 MIMO(Multi-Input Multi-Output) 전송 방식이 논의되고 있다.
이하 MIMO 방식에 대해 간단히 설명한다.
간단히 말해, MIMO는 "Multi-Input Multi-Output"의 줄임말로서, 지금까지 한 개의 송신안테나와 한 개의 수신안테나를 사용했던 것에서 탈피하여, 다중 송신안테나와 다중 수신안테나를 채택해 송수신 데이터 효율을 향상시킬 수 있는 방법을 말한다. 즉, MIMO 기술이란, 하나의 전체 메시지를 수신하기 위해 단일 안테나 경로에 의존하지 않고, 여러 안테나에서 수신된 단편적인 데이터 조각을 한데 모아 완성하는 기술을 응용한 것이다. 이와 같은 MIMO 기술에 의하면 특정 범위에서 데이터 전송 속도를 향상시키거나, 특정 데이터 전송 속도에 대해 시스템 범위를 증가시킬 수 있다. 즉, MIMO 기술은 이동통신 단말과 중계기 등에 폭넓게 사용할 수 있는 차세대 이동통신 기술이다.
도 1은 일반적인 다중 안테나 시스템의 구성을 도시하는 도면이다.
도 1과 같이 송/수신 단에서 안테나의 수를 동시에 증가시키게 되면, 송신기나 수신기에서만 다수의 안테나를 사용하게 되는 경우와 달리 안테나 수에 비례하여 이론적인 채널 전송 용량이 증가하므로, 주파수 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있다.
현재까지의 다중 안테나 관련 연구 동향을 살펴보면 다양한 채널 환경 및 다중접속 환경에서의 다중 안테나 통신 용량 계산 등과 관련된 정보 이론 측면 연구, MIMO 시스템의 무선 채널 측정 및 모형 도출 연구, 그리고 전송 신뢰도 향상 및 전 송률 향상을 위한 시공간 신호 처리 기술 연구 등 다양한 관점에서 활발한 연구가 진행되고 있다.
MIMO 기술은 다양한 채널 경로를 통과한 심볼 들을 이용하여 전송 신뢰도를 높이는 "공간 다이버시티(spatial diversity)" 방식과, 다수의 송신 안테나를 이용하여 다수의 데이터 심볼을 동시에 송신하여 전송률을 향상시키는 "공간 멀티플렉싱(spatial multiplexing)" 방식이 있다. 또한 이러한 두 가지 방식을 적절히 결합하여 각각의 장점을 적절히 얻고자 하는 방식에 대한 연구도 최근 많이 연구되고 있는 분야이다.
각각의 방식에 대해 좀더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
첫째로, 공간 다이버시티 방식의 경우에는 시공간 블록 부호 계열과, 다이버시티 이득과 부호화 이득을 동시에 이용하는 시공간 트렐리스 부호 계열 방식이 있다. 일반적으로 비트 오류율 개선 성능과, 부호 생성 자유도는 트렐리스 부호 방식이 우수하지만, 연산 복잡도는 시공간 블록 부호가 간단하다. 공간 다이버서티 이득은 송신 안테나 수와 수신 안테나 수의 곱에 해당되는 양을 얻을 수 있다. 한편 "시공간 부호화 방식"은 위에서 시간대신 주파수영역에서 고려하면 "주파수공간 부호화 방식"으로 볼 수 있으며, 적용하는 부호화 방식은 같은 방식을 그대로 사용하면 된다.
둘째로, 공간 멀티플렉싱 기법은 각 송신 안테나에서 서로 다른 데이터 열을 송신하는 방법인데, 이때 수신기에서는 송신기로부터 동시에 전송된 데이터 사이에 상호 간섭이 발생하게 된다. 수신기에서는 이 간섭을 적절한 신호처리 기법을 이용 하여 제거한 후 수신한다. 여기에 사용되는 잡음 제거 방식은 최대 우도(maximum likelihood) 수신기, ZF 수신기, MMSE 수신기, D-BLAST, V-BLAST 등이 있으며, 특히 송신단에서 채널 정보를 알 수 있는 경우에는 특이 값 분해(Singular Value Decomposition: SVD) 방식 등을 사용할 수 있다.
셋째로, 상술한 바와 같은 공간 다이버시티와 공간 멀티플렉싱의 결합된 기법을 들 수 있다. 공간 다이버시티 이득만을 얻을 경우 다이버시티 차수의 증가에 따른 성능개선 이득이 점차 포화되며, 공간 멀티플렉싱 이득만을 취하면 무선 채널에서 전송 신뢰도가 떨어진다. 이를 해결하면서 두 가지 이득을 모두 얻는 방식들이 연구되어 왔으며, 이 중 시공간 블록 부호 (Double-STTD), 시공간 BICM(STBICM) 등의 방식이 있다.
상술한 바와 같은 MIMO 시스템에서 각 안테나를 통한 송신 신호에 가중치를 곱하여 전송 효율을 높일 수 있는데, 이때 전송 신호에 가충치를 곱하는 것을 프리코딩(Precoding)으로 지칭한다.
일반적인 프리코딩을 사용하면, 하나의 안테나 입장에서 여러 개의 레이어(layer)에 해당하는 정보 신호들이 다중화되어 전송되기 때문에, 일종의 다중 반송파 신호로 볼 수 있다. 즉, 프리코딩을 통해 전송 신호의 CM 특성의 열화가 발생하는 것으로 볼 수 있다.
프리코딩에 의해서 CM 값이 나빠지는 이유에 대해서 생각해본다면, CM 특성이 좋은 단일 반송파 신호가 여러 개 동시에 중첩되는 경우 CM값이 나빠지는 것으로 볼 수 있다. 그러므로 SC-FDMA 시스템에서 여러 레이어(Layer)에서 나오는 정보 를 최대한 적은 개수의 단일 반송파 신호에 매핑하고, 이를 한 개의 물리 안테나(Physical Antenna)를 통하여 다중화하여 전송하는 경우, 좋은 CM을 유지할 수 있다.
한편, 상술한 MIMO 방식 중 전송 다이버시티는 정보를 전송 할때에 특수한 처리를 함으로써, 채널의 일부분이 안 좋은 환경에 빠지더라도, 수신 측에서는 전송 다이버시티를 통하여, 수신이 어느 정도 신뢰성 있게하는 기술이다. 전송 다이버시티는 주로 단말기가 셀 경계(cell edge)에 위치하였을 때 사용되며, 채널이 빨리 변화하여 채널 의존형 스케줄링을 하기 힘든 상황이나 또는 채널 변화가 급격한 상황에서 사용될 수 있다. 이외에도 전송 다이버시티 방식이 사용될 수 있는 다양한 환경과 조건이 존재한다.
본 발명에서는 상술한 CM 특성을 양호하게 유지하면서 전송 다이버시티를 구현할 수 있는 다양한 방법을 제안하고자 한다.
구체적으로 STBC 방식을 이용하여 전송 다이버시티를 구현하되, SC-FDMA 시스템에서 각 서브프레임/슬롯 내 심볼 개수를 고려하여 효율적으로 STBC를 적용하는 방법을 제안하고자 한다.
또한, 4 안테나 시스템에서 각 심볼에 STBC를 적용하여 부반송파에 효율적으로 매핑함으로써 양호한 CM 특성을 유지하도록 하는 방법을 제안하고자 한다.
상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시형태에서는 하나의 서브프레임이 2개의 슬롯을 포함하고, 각 슬롯은 복수의 심볼을 포함하는 구조를 이용하는 이동통신 시스템에서 2 이상의 송신 안테나를 이용하여 신호를 전송하는 방법으로서, 각 서브프레임 내 연속된 2개 심볼 단위로 전송 심볼을 STBC (Spatial Time Block Coding) 방식으로 페어링(Pairing)하는 단계; 및 상기 전송 심볼을 슬롯 단위로 주파수 영역에 매핑하여 전송하는 단계를 포함하며, 참조 신호(Reference Signal) 전송을 위한 심볼을 제외한 심볼 개수가 홀수개인 슬롯 내 1개 심볼은 상기 STBC 방식으로 페어링되지 않는 신호 전송 방법을 제안한다.
이때, 상기 STBC 방식으로 페어링되지 않은 1개 심볼을 통해 전송 심볼을 전송하는 경우, 제 1 안테나를 통해 특정 심볼을 전송하고, 제 2 안테나를 통해 상기 특정 심볼의 켤레(Conjugate)형태 심볼을 전송할 수도, 제 1 안테나와 제 2 안테나에 동일한 형태로 전송할 수도 있다.
또한, 상기 주파수 영역 매핑 단계는 슬롯 단위로 주파수 호핑(Frequency Hopping)을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 이동통신 시스템이 3GPP계열 시스템의 확장형 순환전치부(Extended Cyclic Prefix)를 이용하여 신호를 전송하는 경우, 각 슬롯은 6개의 심볼을 포함하며, 각 슬롯당 1개 심볼은 제 1 타입 참조 신호 전송을 위해 미리 할당되어 있을 수 있다.
또한, 특정 슬롯 내 하나의 심볼을 통해 제 2 타입 참조 신호를 추가적으로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 제 2 타입 참조 신호는 상기 특정 슬롯 내 심볼들 중 상기 특정 슬롯 이외의 슬롯에서 상기 STBC 방식으로 페어링되지 않은 1개 심볼에 대응하는 심볼을 통해 전송될 수 있다.
아울러, 상기 제 2 타입 참조 신호를 전송하는 상기 1개 심볼은 하나의 서브프레임 내에서 상기 제 1 타입 참조 신호를 전송하는 심볼들 사이에 위치할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 실시형태에서는 하나의 서브프레임이 2개의 슬롯을 포함하고, 각 슬롯은 6개의 심볼을 포함하는 구조를 이용하는 이동통신 시스템에서 2 이상의 송신 안테나를 이용하여 신호를 전송하는 방법으로서, 사운딩 참조 신호(Sounding Reference Signal)가 1개 심볼을 통해 전송되는 제 1 타입 슬롯 내 데이터 변조용 참조 신호(Data Modulation Reference Signal) 전송을 위한 1개 심볼을 제외한 4개 심볼에 매핑된 전송 심볼을 연속된 2개 심볼 단위로 STBC (Spatial Time Block Coding) 방식으로 페어링(Pairing)하는 단계; 상기 사운딩 참조 신호가 전송되지 않는 제 2 타입 슬롯 내 상기 데이터 변조용 참조 신호 전송을 위한 1개 심볼을 제외한 5개 심볼에 매핑된 전송 심볼들 중 4개 심볼을 연속된 2개 심볼 단위로 STBC (Spatial Time Block Coding) 방식으로 페어링(Pairing)하는 단계; 및 상기 전송 심볼을 슬롯 단위로 주파수 영역에 매핑하여 전송하는 단계를 포함하는 신호 전송 방법을 제안한다.
이때, 특정 하나의 서브프레임은 상기 제 1 타입 슬롯 및 상기 제 2 타입 슬롯을 포함하며, 상기 제 2 타입 슬롯 내 상기 STBC 방식으로 페어링되지 않은 전송 심볼은 상기 서브프레임 내 상기 데이터 변조용 참조 신호가 전송되는 심볼들 사이에 위치할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따르면 CM 특성을 양호하게 유지하면서 전송 다이버시티를 효율적으로 구현할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.
이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세 부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다. 몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시된다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.
상술한 바와 같이 본 발명에서는 양호한 CM 특성을 유지하면서 전송 다이버시티를 구현할 수 있는 다양한 방법을 제안하고자 한다.
구현 가능한 다양한 방법 중 본 발명의 일 실시형태에서는 SC-FDMA 시스템에서 STBC를 효율적으로 적용하는 방법에 대해 살펴본다. 이를 위해 먼저 STBC(Spatial Time Block Coding) 방식 또는 좀더 근본적으로 알라무티 코드(Alamouti code)를 이용하는 전송 방법에 대해 설명한다.
알라무티 코드를 사용한 전송 다이버시티(이하 간단하게 "Tx Div")구조에서는 수신기를 도 2와 같이 등가적인 수신기로 바꾸어 고려하면 좀더 쉬운 해석이 가능하다.
도 2는 알라무티 코드를 이용하는 시스템을 용이하게 설명하기 위한 등가적인 수신기 구조를 도시한 도면이다.
즉, 알라무티 코드를 이용하는 다이버시티 전송 방식에서 수신 신호의 수학적 모델링을 위해 2번째 수신 신호에 켤레복소수(conjugate)를 취하는 경우, 보다 효율적인 수학적 모델링이 가능하다. 도 2는 시간 2 또는 주파수 2에 대응하는 수신기에 켤레 복소수를 취하여 수신 신호를 행렬 형식으로 나타낼 수 있음을 도시하 고 있으며, 이하에서 이를 이용한 구체적인 수학적 모델링을 설명한다.
여기서 알라무티 코드의 행렬은 다음의 두 가지가 고려 가능하다.
Figure 112008088443661-pat00001
Figure 112008088443661-pat00002
상기 수학식 1 및 수학식 2의 행렬에서 각 열은 시간 또는 주파수를 나타내고, 각 행은 안테나를 나타낸다. 구체적으로, 수학식 1의 행렬은 Alamouti가 처음 자신의 논문에서 제안한 행렬로서 일반적인 식이며, 수학식 2는 3GPP LTE 표준에 사용되는 행렬을 나타낸다. 즉, 수학식 2는 안테나가 1개만 쓰이는 SISO(Single Input Single Output) 방식에서 안테나 1을 통해 전송되는 신호와 알라무티 방식에서 안테나 1을 통해 전송되는 신호가 동일하도록 재구성한 행렬이다.
참고로, 위와 같은 식에서 각 열이 시간을 나타내는 경우는 알라무티 코드가 STBC(Space Time Block Code)의 한 종류로서 사용된 경우이고, 각 열이 주파수를 나타내는 경우는 알라무티 코드가 SFBC(Space Frequency Block Code)의 한 종류로서 사용된 경우를 나타낸다.
이제 도 2를 참조하여 자세히 살펴 보도록 한다.
보통, 알라무티 방식의 송신 다이버시티가 사용된 경우의 수신신호는 다음과 같이 표시할 수 있다. 이하에서는, 상기 수학식 1 및 수학식 2의 열이 시간을 나타내는 STBC의 경우를 가정하여 설명하나, 상기 수학식 1 및 수학식 2의 열이 주파수를 나타내는 SFBC의 경우에도 동일한 수학적 모델링이 가능하다. 시간 1과 시간 2의 신호를 y1, y2로 표현하면 다음과 같다.
Figure 112008088443661-pat00003
상기 수학식 3에서 n1, n2는 각 수신 안테나에서 발생하는 잡음을, s1, s2는 시간 1, 시간 2에서의 전송 신호를 나타내며, h1, h2는 각 안테나별 전송 채널값을 나타낸다.
이때, 도 2에 도시된 바와 같이 두 번째 시간의 수신신호에 켤레복소수를 취하면 다음과 같이 나타내어 진다.
Figure 112008088443661-pat00004
상기 수학식 4와 같은 수신신호 모델을 벡터와 행렬로 표현해보도록 한다.
Figure 112008088443661-pat00005
여기서
Figure 112008088443661-pat00006
는 유효 채널을 나타낸다.
이와 같은 STBC를 통해 MIMO 시스템에서 전송 신호에 다이버시티 이득을 줄 수 있다. 다만, 상술한 STBC를 적용하기 위해서는 시간 영역에서 전송 단위마다 2개의 전송 심볼 단위로 페어링(Paring)이 되는 것이 요구되지만, 특정한 경우 시간 영역 전송 단위마다 전송되는 심볼의 개수가 홀수개가 되는 등 일률적인 STBC 적용이 어려울 수 있다.
이를 위해 이하에서는 SC-FDMA 시스템에서 전송 단위의 구조에 대해 살펴본다.
도 3은 SC-FDMA 시스템에서 한 서브프레임의 구조를 도시한 도면이다.
구체적으로 도 3은 일반(Normal) CP를 이용하는 모드에서의 서브프레임 구조를 도시하고 있다. 한 서브프레임은 2개의 슬롯으로 구성되어 있다. 또한, 도 3과 같이 일반 CP를 이용하는 경우, 한 서브프레임에 14개의 SC-FDMA 심볼로, 즉 한 슬롯당 7개의 SC-FDMA 심볼로 구성되게 된다.
반면, 확장형(Extended CP)를 이용하는 경우, 한 서브프레임은 12개의 SC-FDMA 심볼을, 즉 한 슬롯당 7개의 SC-FDMA 심볼을 포함하게 된다.
일반 CP를 이용하는 경우와 확장형 CP를 이용하는 경우 모두 각 슬롯에 포함된 심볼 중에 한 개의 SC-FDMA 심볼은 참조 신호(Reference signal) 전송을 위해 사용된다. 이때의 참조 신호는 이하에서 설명할 사운딩 참조 신호(Sounding Reference Signal; 이하 "SRS")과 구분하기 위해 데이터 변조용 참조 신호(Data Modulation Reference Signal; 이하 "DMRS")로 지칭될 수도 있다. 또한 상황에 따라서 가장 첫 번 째 또는 가장 마지막 심볼은 사용이 안될 수 있다.
도 4는 SC-FDMA 방식으로 신호를 전송하는 송신단 구조를 설명하는 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이 SC-FDMA 정보는 우선적으로 DFT (Discrete Fourier Transform)를 거쳐 주파수 영역에 매핑된다. 그 후, 주파수 영역에 매핑된 정보는 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)를 취하고 CP를 붙여 한 개의 SC-FDMA 심볼이 생성된다. 이와 같이 정보 신호에 DFT를 먼저 수행한 후 IFFT를 수행하는 이유는 DFT와 IFFT가 서로 영향을 상쇄하여 정보가 마치 단일 반송파로 전송되는 효과가 나올 수 있기 때문이다.
단일 반송파 신호로 전송되는 신호는 CM값이 작기 때문에 주어진 전력 증폭기에서 신호를 최대한 왜곡하지 않고 전송 가능한 최대 전송전력이 더 높을 수 있다.
상술한 바와 같은 SC-FDMA 방식 서브프레임 구조 및 전송 방식을 이용하여 이하 본 발명의 일 실시형태에 따라 STBC를 적용하여 전송하는 방법에 대해 설명한다. 먼저, 2 안테나 시스템의 경우에 대해 설명한다.
본 실시형태에 STBC를 SC-FDMA 시스템에 적용할 때, CM값을 낮게 유지하기 위해 시간 축으로 알라무티 코드를 적용하는 것을 제안한다.
도 5는 2 안테나 시스템에서 일반 CP 모드를 이용하여 신호를 전송하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 실시형태에 따르면 2개의 Tx 안테나가 존재할 때, 특정 부반송파에 매핑되어 있는 심볼을 Sx (x=1,2,3,..12)라 표기하면, 도 5에 도시한 바와 같은 방식으로 전송하는 것을 제안한다.
구체적으로 일반 CP를 사용하는 시스템에서는 각 슬롯마다 총 7개의 SC-FDMA 심볼이 존재하며, 각 슬롯당 하나의 심볼은 참조 신호 전송을 위해 이용된다. 따라서, 참조 신호 전송을 위한 1개 심볼을 제외한 6개의 심볼을 통해 전송되는 전송 심볼을 연속되는 2개 심볼씩 STBC 방식으로 페어링(Pairing)하여 전송하는 것을 제안한다.
다만, 상술한 참조 신호, 즉 DM RS이외에 추가적으로 사운딩 참조 신호, 즉 SRS가 전송되는 경우, 서브프레임 내 심볼 개수가 달라질 수 있다.
도 6은 서브프레임 내 특정 심볼을 통해 SRS가 전송되는 경우의 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이 서브프레임 내 하나의 심볼을 통해 SRS가 추가적으로 전송되는 서브프레임의 경우, 2번째 슬롯은 홀수개의 심볼을 포함하게 된다. 본 발명의 일 실시형태에서는 이러한 경우 첫번째 슬롯에서 RS가 전송되는 심볼을 제 외한 6개의 심볼은 인접하는 2개 심볼씩 STBC 페어링을 수행하고, 두번째 슬롯에서 RS 및 SRS가 전송되는 2개 심볼을 제외한 5개 심볼 중 4개 심볼을 인접하는 2개 심볼씩 STBC 페어링호핑하고 마지막 남은 1개 심볼은 STBC 페어링을 수행하지 않는 것을 제안한다.
도 6에서는 S11이 STBC 페어링 되지 않은 심볼로서 전송되는 방식을 도시하고 있다. 구체적으로 도 6은 STBC 페어링이 이루어지지 않은 S11은 제 1 안테나(Tx Antenna #1) 및 제 2 안테나(Tx Antenna #2)에 동일하게 전송되는 예를 도시하고 있다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시형태에 따라 SRS가 전송되는 서브프레임에서 STBC 페어링 되지 않는 심볼도 제 2 안테나를 통해 켤레 형태로 전송하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6에 도시된 본 실시형태에서 SRS 전송으로 인하여 하나의 서브프레임 내에 총 13개의 SC-FDMA 심볼을 전송하는 경우에, 제 1 안테나를 통해 전송되는 심볼 S1 내지 S11 중 가장 마지막 SC-FDMA 심볼을 제외하고는 제 2 안테나로 전송되는 심볼이 모두 제 1 안테나에 전송되었던 심볼의 켤레(conjugate)의 형태로 나타남을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 다른 일 실시형태에서는 조금 더 수월한 구현을 위하여, 도 7에 도시된 바와 같이 마지막 심볼(S11), 즉 STBC 페어링이 되지 않는 SC-FDMA 심볼도 제 2 안테나를 통해 전송될 때 복소 형태로 전송하는 것을 제안한다.
물론 STBC 페어링이 되지 않은 심볼이 서브프레임 내에서 반드시 마지막 SC- FDMA 심볼일 필요는 없다. 또한, 경우에 따라 STBC 페어링이 되지 않은 심볼이 RS근처에 위치하게 하여 채널 추정 이득을 획득하도록 할 수도 있다.
한편, 이하에서는 확장형 CP를 이용하는 2 안테나 시스템의 경우를 설명한다.
도 8 및 도 9는 확장형 CP를 이용하는 2 안테나 시스템에서 STBC 방식으로 신호를 전송하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 확장형 CP를 이용하는 경우 하나의 서브프레임 내 12개의 SC-FDMA 심볼이 존재하며, 슬롯당 6개의 SC-FDMA 심볼이 존재하게 된다. 이와 같이 확장형 CP를 이용하는 경우 도 8에 도시된 바와 같이 슬롯당 RS 전송을 위한 1개 심볼(즉, 서브프레임 내 2개 심볼)을 제외하고, 서브프레임내 10개의 심볼에 대해 인접하는 2개 심볼끼리 STBC 페어링을 수행할 수 있다. 또한, 도 9에 도시된 바와 같이 슬롯당 RS 전송을 위한 1개 심볼(즉, 서브프레임 내 2개 심볼) 및 서브프레임 내 SRS 전송을 위한 1개 심볼을 제외한 9개의 심볼 중 8개 심볼은 인접하는 2개 심볼씩 STBC 페어링을 수행하고, 나머지 1개 심볼은 STBC 페어링을 하지 않고 전송 심볼을 전송하는 방식을 도시하고 있다. 도 9에서 STBC 페어링 되지 않고 전송되는 심볼로서 S9를 나타내고 있다.
하지만 상기 도 8 및 도 9와 같이 RS를 제외한 SC-FDMA 심볼을 순차적으로 2개씩 STBC 페어링할 경우, 슬롯 경계에서 STBC 쌍(Pair)가 생길 수 있다. 3GPP계열 시스템에서 전송 신호는 슬롯 단위 또는 서브프레임 단위로 주파수 호핑(Frequency Hopping)이 수행될 수 있는 점을 고려할 경우, 이와 같이 슬롯 경계에 걸쳐 STBC 쌍이 생성되는 것은 바람직하지 않다.
도 10은 슬롯 단위로 주파수 호핑이 수행되는 예를 도시한 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 전송 신호가 슬롯 단위로 주파수 호핑을 거쳐 전송되는 경우, 도 8 및 도 9에서 슬롯 경계에 걸쳐 생성된 STBC 쌍은 서로 다른 주파수 영역을 거쳐 전송되게 된다. 이 경우 STBC 쌍 내에서 각 심볼이 겪는 채널 상수(channel coefficient)가 다르게 되므로 수신 성능이 열화될 수 있다.
따라서, 본 발명의 바람직한 일 실시형태에서는 다음과 같은 방식으로 STBC를 수행하여 신호를 전송하는 방법을 제안한다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따라 확장형 CP를 이용하는 경우 STBC를 적용하여 신호를 전송하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
즉, 도 11에 도시된 바와 같이 본 실시형태에서는 각 SC-FDMA 슬롯 경계에서 STBC 쌍이 생성되지 않도록, 확장형 CP를 이용하는 경우, 각 슬롯의 마지막 SC-FDMA 심볼은 STBC 페어링을 수행하지 않는 것을 제안한다. 또한, 도 12에 도시된 바와 같이 SRS가 전송되는 서브프레임에서, SRS는 도 11의 STBC 페어링이 되지 않은 심볼 중 어느 하나를 통해 전송되도록 설정할 수 있다. 바람직하게는 도 12에 도시된 바와 같이 STBC 페어링이 되지 않고 전송되는 심볼(S5)는 전송되는 RS 사이에 위치하도록 하여 채널 추정 이득을 획득하도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에서는 도 9 및 도 10의 방식과 도 11 및 도 12 의 방식을 결합하여 유연하게 적용할 수도 있다. 즉, 슬롯 단위 주파수 호핑이 수행되지 않는 경우 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 슬롯 경계에 걸처서도 STBC 페어링이 수행되도록 적용하고, 슬롯 단위 주파수 호핑이 수행되지 않는 경우 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이 슬롯 당 RS 및 SRS 전송을 위한 심볼을 제외한 심볼의 개수가 홀수개인 경우 1개 심볼은 STBC 페어링이 수행되지 않도록 적용할 수 있다.
상술한 바와 같은 전송 방식은 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel)를 통한 전송에 적합하나, 다른 채널 신호를 전송하는 데도 동일한 원리에 의해 적용될 수 있다.
도 13 내지 도 15는 본 발명의 또 다른 실시형태들에 따라 확장형 CP를 이용하는 2 안테나 시스템에서 신호를 전송하는 방법을 도시한 도면이다.
즉, 도 11 및 도 12에 도시된 실시형태에서는 간단한 구현을 위한 제 2 안테나를 통해 전송되는 심볼은 모두 켤레 형태로 전송되는 것을 도시하였다. 다만, 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이 제 2 안테나를 통해 전송되는 심볼도 제 1 안테나를 통해 전송되는 심볼과 동일한 형태로 전송될 수도 있다.
또한, 도 15에 도시된 바와 같이 확장형 CP를 이용하는 2 안테나 시스템에서 SRS가 전송되지 않는 서브프레임의 경우, STBC 페어링이 적용되지 않은 심볼이 2개가 존재할 수 있으며, 이 경우 한 심볼(예를 들어, S5)은 제 1 안테나와 제 2 안테나를 통해 동일한 형태의 심볼이 전송되고, 다른 하나의 심볼(예를 들어, S10)은 제 2 안테나를 통해 전송되는 심볼이 제 1 안테나를 통해 전송되는 심볼의 켤레 형태로 전송되도록 설정할 수도 있다.
한편, 이하에서는 4 안테나 시스템의 경우에 대해 설명한다.
4개의 전송 안테나를 가지고 있는 단말기는 4 Tx 전송 다이버시티를 사용하여 신호를 전송할 수 있다. 하지만 알라무티 코드는 2개의 Tx 안테나에서는 사용할 수 있는 방법이지만, 일반적인 방법으로서 4 Tx 안테나 시스템으로 확장시킬 수는 없는 것으로 알려져 있다.
그러므로 본 발명의 일 실시형태에서는 4 Tx 시스템에서는 각 2개의 안테나를 묵어 상술한 방법으로 STBC을 적용하고, 2개의 Tx 안테나 쌍들사이에서는 주파수 선택적 전송 다이버시티(Frequency selective transmit diversity; 이하 "FSTD")를 적용하는 것을 제안한다.
PUSCH 전송시 CM값을 그대로 유지하는 것이 중요하므로, FSTD를 사용할 때에도 CM를 낮게 유지시키는 것이 중요하다. 이와 같이 CM이 낮게 유지하면서 다이버시티 이득을 획득하도록 하는 방법은 다음과 같다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 일 실시형태에 따라 4 안테나 시스템에서 CM 특징을 양호하게 유지하면서 다이버시티 이득을 획득하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
구체적으로, 전송하려는 데이터 심볼을 2개의 그룹으로 묶어, 각 그룹별로 2 Tx 시스템에서 적용하는 STBC를 적용할 수 있다. 이 때, 각 그룹 별로 IFFT를 통해 심볼들이 부반송파에 매핑될때, 각 그룹에서 각 안테나별로 전송되는 심볼을 인터 레이스(interlace)한 구조로 배치하는 것을 제안한다.
예를 들어 1, 2번 안테나가 한 개의 그룹으로, 그리고 3, 4번 안테나가 또 하나의 그룹으로 묶이는 경우를 가정하여 설명한다. 이러한 경우 1, 2번 안테나에 상술한 STBC 방법을 적용하고, 각 안테나별 부반송파에 심볼을 매핑할 때는 안테나 1번과 2번에서는 데이터가 전송되는 대역폭내에서 홀수 번 째에 해당하는 부반송파에만 데이터 심볼을 매핑하고, 짝수 번째 해당하는 부반송파에는 0으로 채워 전송할 수 있다. 한편 안테나 3, 4번에도 STBC를 적용하고, 홀수 번째 부반송파에는 0을 채워넣고, 짝수 번째 부반송파에는 데이터 심볼을 매핑하는 방식으로 신호를 전송할 수 있다. 이러한 경우, 안테나 1,2번에 전송되는 정보와 안테나 3, 4번에 전송되는 정보를 한번에 인코딩되어 전송되는 서로 다른 부분의 데이터가 되도록 설정할 수 있다.
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시형태에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 형태를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.
상술한 바와 같은 본 발명의 각 실시형태는 3GPP 계열 시스템, 특히 3GPP LTE-A 시스템에 적용되기에 적합하다. 다만, 경우에 따라 동일한 서브프레임 구조를 이용하는 다른 무선통신 시스템에도 동일한 원리에 의해 적용될 수 있다.
도 1은 일반적인 다중 안테나 시스템의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 알라무티 코드를 이용하는 시스템을 용이하게 설명하기 위한 등가적인 수신기 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 SC-FDMA 시스템에서 한 서브프레임의 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 SC-FDMA 방식으로 신호를 전송하는 송신단 구조를 설명하는 도면이다.
도 5는 2 안테나 시스템에서 일반 CP 모드를 이용하여 신호를 전송하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 서브프레임 내 특정 심볼을 통해 SRS가 전송되는 경우의 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시형태에 따라 SRS가 전송되는 서브프레임에서 STBC 페어링 되지 않는 심볼도 제 2 안테나를 통해 켤레 형태로 전송하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8 및 도 9는 확장형 CP를 이용하는 2 안테나 시스템에서 STBC 방식으로 신호를 전송하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 슬롯 단위로 주파수 호핑이 수행되는 예를 도시한 도면이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따라 확장형 CP를 이용하는 경우 STBC를 적용하여 신호를 전송하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 13 내지 도 15는 본 발명의 또 다른 실시형태들에 따라 확장형 CP를 이용 하는 2 안테나 시스템에서 신호를 전송하는 방법을 도시한 도면이다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 일 실시형태에 따라 4 안테나 시스템에서 CM 특징을 양호하게 유지하면서 다이버시티 이득을 획득하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

Claims (9)

  1. 하나의 서브프레임이 2개의 슬롯을 포함하고, 각 슬롯은 복수의 심볼을 포함하는 구조를 이용하는 이동통신 시스템에서 2 이상의 송신 안테나를 이용하여 신호를 전송하는 방법으로서,
    각 서브프레임 내 연속된 2개 심볼 단위로 전송 심볼을 STBC (Spatial Time Block Coding) 방식으로 페어링(Pairing)하는 단계; 및
    상기 전송 심볼을 슬롯 단위로 주파수 영역에 매핑하여 전송하는 단계를 포함하며,
    참조 신호(Reference Signal) 전송을 위한 심볼을 제외한 심볼 개수가 홀수개인 슬롯 내 1개 심볼은 상기 STBC 방식으로 페어링되지 않는, 신호 전송 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 STBC 방식으로 페어링되지 않은 1개 심볼을 통해 전송 심볼을 전송하는 경우,
    제 1 안테나를 통해 특정 심볼을 전송하고, 제 2 안테나를 통해 상기 특정 심볼의 켤레(Conjugate)형태 심볼을 전송하는, 신호 전송 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 STBC 방식으로 페어링되지 않은 1개 심볼을 통해 전송 심볼을 전송하는 경우,
    제 1 안테나 및 제 2 안테나를 통해 동일한 심볼을 전송하는, 신호 전송 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 주파수 영역 매핑 단계는 슬롯 단위로 주파수 호핑(Frequency Hopping)을 수행하는 단계를 포함하는, 신호 전송 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동통신 시스템이 3GPP계열 시스템의 확장형 순환전치부(Extended Cyclic Prefix)를 이용하여 신호를 전송하는 경우,
    각 슬롯은 6개의 심볼을 포함하며, 각 슬롯당 1개 심볼은 제 1 타입 참조 신호 전송을 위해 미리 할당되어 있는, 신호 전송 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    특정 슬롯 내 하나의 심볼을 통해 제 2 타입 참조 신호를 추가적으로 전송하는 단계를 더 포함하며,
    상기 제 2 타입 참조 신호는 상기 특정 슬롯 내 심볼들 중 상기 특정 슬롯 이외의 슬롯에서 상기 STBC 방식으로 페어링되지 않은 1개 심볼에 대응하는 심볼을 통해 전송되는, 신호 전송 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 타입 참조 신호를 전송하는 상기 1개 심볼은 하나의 서브프레임 내에서 상기 제 1 타입 참조 신호를 전송하는 심볼들 사이에 위치하는, 신호 전송 방법.
  8. 하나의 서브프레임이 2개의 슬롯을 포함하고, 각 슬롯은 6개의 심볼을 포함하는 구조를 이용하는 이동통신 시스템에서 2 이상의 송신 안테나를 이용하여 신호를 전송하는 방법으로서,
    사운딩 참조 신호(Sounding Reference Signal)가 1개 심볼을 통해 전송되는 제 1 타입 슬롯 내 데이터 변조용 참조 신호(Data Modulation Reference Signal) 전송을 위한 1개 심볼을 제외한 4개 심볼에 매핑된 전송 심볼을 연속된 2개 심볼 단위로 STBC (Spatial Time Block Coding) 방식으로 페어링(Pairing)하는 단계;
    상기 사운딩 참조 신호가 전송되지 않는 제 2 타입 슬롯 내 상기 데이터 변조용 참조 신호 전송을 위한 1개 심볼을 제외한 5개 심볼에 매핑된 전송 심볼들 중 4개 심볼을 연속된 2개 심볼 단위로 STBC (Spatial Time Block Coding) 방식으로 페어링(Pairing)하는 단계; 및
    상기 전송 심볼을 슬롯 단위로 주파수 영역에 매핑하여 전송하는 단계를 포함하는, 신호 전송 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    특정 하나의 서브프레임은 상기 제 1 타입 슬롯 및 상기 제 2 타입 슬롯을 포함하며,
    상기 제 2 타입 슬롯 내 상기 STBC 방식으로 페어링되지 않은 전송 심볼은 상기 서브프레임 내 상기 데이터 변조용 참조 신호가 전송되는 심볼들 사이에 위치하는, 신호 전송 방법.
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