KR101547561B1

KR101547561B1 - 다중 셀 전송 다이버시티 방법 및 이를 위한 장치

Info

Publication number: KR101547561B1
Application number: KR1020090018471A
Authority: KR
Inventors: 한진규; 이주호
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2009-03-04
Filing date: 2009-03-04
Publication date: 2015-08-26
Also published as: WO2010101404A3; KR20100099902A; US8675564B2; US20110317582A1; WO2010101404A2

Abstract

본 발명은 높은 수준의 협력 전송 방식에 적용할 수 있는 다중 셀 전송 다이버시티 기법을 제안한다. 높은 수준의 협력 전송 방식은 기지국들이 실제 전송하는 신호까지 공유하는 것으로, 기지국간 통신망에 많은 정보량이 발생하게 되지만 다른 기지국으로부터의 신호가 간섭이 아니라 원하는 신호가 됨에 따라 셀 커버리지 경계에 위치한 사용자의 채널 상태를 기존 셀룰라 구조에 비해 매우 양호하게 만들 수 있는 장점이 있다. 종래의 송신 다이버시티는 송신 안테나의 개수에 따라 방식을 다르게 적용하였다. 그리고 송신 다이버시티는 송신 안테나가 2개인 경우에 한하여 직교 특성을 가지므로 최적의 송신 다이버시티는 송신 안테나가 2개인 경우에 한하여 정의할 수 있는 것으로 알려져 있다. 그런데 이와 같은 종래의 송신 다이버시티 기법은 높은 수준의 협력 전송 방식에 적용하기 어렵다. 협력 셀의 개수와 각 셀의 송신 안테나 개수에 따라 다른 방식의 송신 다이버시티를 정의하게 되면 수신기의 복잡도가 증가하기 때문이다. 본 발명은 모든 협력 셀이 2개의 가상 안테나를 구성하고 가상 안테나는 셀 별로 구분되지 않는 상황에서 가상 안테나에 송신 다이버시티를 적용하는 것을 제안한다. 수신기는 협력 셀이 동일하게 전송하는 전용 기준 신호를 통해 가상 안테나 별 채널을 추정할 수 있다. 본 발명에서 제안하는 다중 셀 전송 다이버시티는 종래의 수신기 구조를 재활용하면서도 다양한 다중 셀 구조에서도 쉽게 적용할 수 있는 특징을 갖는다.

가상 안테나, 전용 기준 신호, 사전부호화

Description

다중 셀 전송 다이버시티 방법 및 이를 위한 장치{METHOD FOR MULTI-SITE TRANSMIT DIVERSITY AND APPARATUS THEREOF}

본 발명은 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)을 기반으로 한 셀룰라 이동통신 시스템에서 복수 기지국으로부터 전송된 신호가 직교 분해 후 코히어런트(coherent) 결합할 수 있도록 송수신하는 방법으로, 개별 기지국이 사전부호화를 통해 두 개의 가상 안테나 (virtual antenna)를 구성하고 가상 안테나에 직교성을 유지하기 위한 전송 다이버시티 부호화를 적용하는 방법에 관한 것이다.

이동통신 시스템은 초기의 음성 위주의 서비스를 제공하던 것에서 벗어나 데이터 서비스 및 멀티미디어 서비스 제공을 위해 고속, 고품질의 무선 패킷 데이터 통신시스템으로 발전하고 있다. 3GPP의 HSPA (High Speed Packet Access), LTE (Long Term Evolution), 3GPP2의HRPD (High Rate Packet Data), UMB (Ultra Mobile Braodband), 그리고 IEEE의 802.16e 등 다양한 이동통신 표준이 고속, 고품질의 무선 패킷 데이터 전송 서비스를 지원하기 위해 개발되었다.

이와 같은 최신 이동통신 시스템은 전송 효율을 개선하기 위해 적응 변조 및 부호 (Adaptive Modulation and Coding, 이하 AMC) 방법과 채널 감응 스케줄링 방 법 등의 기술을 이용한다. 상기의 AMC 방법을 활용하면 송신기는 채널 상태에 따라 전송하는 데이터의 양을 조절할 수 있다. 즉 채널 상태가 좋지 않으면 전송하는 데이터의 양을 줄여서 수신 오류 확률을 원하는 수준에 맞추고, 채널 상태가 좋으면 전송하는 데이터의 양을 늘려서 수신 오류 확률은 원하는 수준에 맞추면서도 많은 정보를 효과적으로 전송할 수 있다. 상기의 채널 감응 스케줄링 자원관리 방법을 활용하면 송신기는 여러 사용자 중에서 채널 상태가 우수한 사용자를 선택적으로 서비스하기 때문에 한 사용자에게 채널을 할당하고 서비스해주는 것에 비해 시스템 용량이 증가한다. 요컨대 상기의 AMC 방법과 채널 감응 스케줄링 방법은 송신기가 수신기로부터 부분적인 채널 상태 정보를 피드백(feedback) 받아서 가장 효율적이라고 판단되는 시점에 적절한 변조 및 부호 기법을 적용하는 방법이다.

최근 2세대와 3세대 이동통신 시스템에서 사용되던 다중접속 방식인 CDMA (Code Division Multiple Access)을 차세대 시스템에서 OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access)으로 바꾸려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 3GPP와 3GPP2는 OFDMA를 사용하는 진화 시스템에 관한 표준화를 진행하기 시작하였다. CDMA 방식에 비해 OFDMA 방식에서 용량 증대를 기대할 수 있는 것으로 알려져 있다.

OFDMA 방식에서 용량 증대를 낳는 여러 가지 원인 중의 하나가 주파수 축 상에서의 스케줄링 (Frequency Domain Scheduling)을 수행할 수 있다는 것이다. 채널이 시간에 따라 변하는 특성에 따라 채널 감응 스케줄링 방법을 통해 용량 이득을 얻었듯이 채널이 주파수에 따라 다른 특성을 활용하면 더 많은 용량 이득을 얻을 수 있다.

상기의 AMC 방법과 채널 감응 스케줄링 방법은 송신기가 송신 채널에 관한 충분한 정보를 획득한 상태에서 전송 효율을 개선할 수 있는 기술이다. FDD (Frequency Division Duplex) 방식에서와 같이 송신기가 송신 채널의 상태를 수신 채널을 통해 유추할 수 없는 경우 수신기는 송신기에게 송신 채널에 관한 정보를 보고하도록 설계 되어 있다. 그러나 이동통신 환경에서는 채널의 상태가 시간에 따라 변하기 때문에 채널 상태에 대한 보고가 지연될 경우 AMC 방법과 채널 감응 스케줄링 방법의 효용성이 떨어지게 된다. 이러한 상황은 사용자가 빠르게 이동하는 경우에 주로 발생하게 된다. 따라서 채널 상태에 대한 보고를 믿을 수 없는 상황이 되었을 경우에도 신뢰할 수 있는 수준의 통신을 가능하게 하는 전송 방식이 보조적으로 정의되어야 한다.

일반적으로 다이버시티 (diversity) 기법이라 통칭되는 일련의 기술들을 채널 상태에 덜 민감한 전송 기법으로 사용하고 있다. 예를 들어 주파수 다이버시티 기법은 주파수 축 상에서 충분히 떨어진 자원을 이용하여 전송하는 방식이다. 주파수 선택적 페이딩을 감안하면 주파수 축 상에서 충분히 떨어진 자원은 상관도가 떨어지는 채널 응답을 겪게 된다. 즉 한 자원이 매우 열악한 채널을 겪게 되더라도 다른 자원은 그렇지 않을 가능성을 높기 때문에 주파수 다이버시티 기법을 적용한 전송 신호는 매우 열악한 채널 상태를 겪을 확률이 떨어지게 된다.

공간 다이버시티 기법은 공간적으로 분리된 안테나를 이용하여 송신 혹은 수신을 하는 방식이다. 안테나 간격이 충분히 크면 각 안테나에 대한 채널 응답은 상 관도가 떨어지게 된다. 따라서 한 안테나가 매우 열악한 채널을 겪게 되더라도 다른 안테나는 그렇지 않을 가능성이 높아 공간 다이버시티 기법을 적용할 경우, 매우 열악한 채널 상태를 겪을 확률을 떨어뜨릴 수 있다.

송신 다이버시티 기법은 공간 다이버시티 기법을 송신기에서 적용한 방식이다. 송신 다이버시티 기법으로 선택 송신 다이버시티 (Selective Transmit Diversity), 시공간 부호화 (Space Time Coding), 직교 송신 다이버시티 (Orthogonal Transmit Diversity) 등 다양한 기술이 있다.

셀룰라 이동통신 시스템은 하나의 기지국이 일정 영역의 커버리지 내 사용자를 관장하고 사용자가 커버리지 밖으로 이동하면 다른 기지국으로 핸드오버(Handover) 시켜주는 방식으로 호 (call)를 유지시키는 방식을 채용하고 있다. 이러한 셀룰라 구조에서 셀 커버리지(Coverage)의 외곽에 위치한 사용자는 다른 기지국이 전송한 신호를 간섭으로 겪기 때문에 채널의 상태가 상대적으로 열악하다. 따라서 기지국에 가까이 위치한 사용자일 수록 더 높은 전송률의 서비스를 받을 수 있고 셀 커버리지 경계에 위치한 사용자는 낮은 전송률의 서비스를 받게 된다.

이러한 문제를 개선하기 위해, 최근 논의되고 있는 4세대 이동통신 시스템에서는 여러 기지국이 셀 커버리지 경계에 위치한 사용자를 위해 동일한 신호를 전송하는 협력 전송 (collaborative transmissions)을도입할 것으로 기대된다.

상기 협력 전송 방식은 낮은 수준의 협력 전송 방식과 높은 수준의 협력 전송 방식으로 분류할 수 있다. 낮은 수준의 협력 전송 방식은 기지국들이 실제 전송하는 신호를 공유하지는 않고 스케줄링, 빔 성형 등에 대한 결정을 공동으로 수행 한다. 반면, 높은 수준의 협력 전송 방식은 기지국들이 실제 전송하는 신호까지 한다. 상기 높은 수준의 협력 전송 방식의 경우, 기지국간 통신망에 많은 정보량이 발생하게 되지만 다른 기지국으로부터의 신호가 간섭이 아니라 원하는 신호가 됨에 따라 셀 커버리지 경계에 위치한 사용자의 채널 상태를 기존 셀룰라 구조에 비해 매우 양호하게 만들 수 있는 장점이 있다.

한편, 송신 다이버시티 기법은 데이터 전송률을 저하시키지 않으면서 수신기에서 직교성을 통해 분리해내어 코히어런트 결합이 가능하다는 측면에서 송신 안테나가 2개일 경우 최적인 것으로 알려져 있다. 두 개의 셀이 협력 통신이 관여하고 각 셀이 하나의 송신 안테나를 구비하고 있는 경우에는 상기 송신 다이버시티를 협력 셀 들이 동일한 신호를 전송하는 높은 수준의 협력 전송 방식에 쉽게 적용할 수 있다. 그렇지 않은 경우 송신 안테나의 수가 2개를 초과하기 때문에 다른 송신 다이버시티 기법을 적용해야 하는데, 최적의 송신 다이버시티를 적용할 수 없다.

예를 들어 개별 셀이 하나의 송신 안테나를 구비하고 있는데 3 이상의 셀이 협력 전송을 하는 경우에는 다른 송신 다이버시티를 적용하여야 한다. 한편 개별 셀이 복수의 송신 안테나를 구비하고 있는데 2 이상의 셀이 협력 전송을 하는 경우에도 다른 송신 다이버시티를 정의하여야 한다.

한편, 협력 전송에 관여하는 셀의 개수와 총 송신 안테나의 수에 따라 적절한 송신 다이버시티를 정의한다고 하더라도, 협력 전송하는 셀의 개수가 채널 상태에 따라 가변하는 경우에는 송신 다이버시티 기법도 가변 해야 한다. 이것은 사용자 측면에서 다양한 송신 다이버시티 기법을 수신할 수 있도록 준비해야 한다는 것 을 의미하므로 수신 복잡도가 증가하는 것을 피할 수 없다.

따라서, 기지국의 개수나 총 송신 안테나의 수에 상관 없이 다양한 다중 셀 구조에 적용될 수 있는 다중 셀 전송 다이버시티 방법이 제안될 필요가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 복수 기지국이 한 사용자를 위하여 협력하여 동일한 신호를 전송할 수 있는 높은 수준의 협력 전송 방식에 송신 다이버시티를 구현하는 방법을 제안한다. 협력 전송에 관여하는 기지국의 개수나 총 송신 안테나의 수에 상관없이 항상 일정한 송신 다이버시티를 지원할 수 있도록 전송 방식을 정의하는 것이 본 발명의 목적이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 복수 개의 셀이 동일한 신호를 동일한 자원을 통해 단말기에게 전송하는 다중 셀 송신 다이버시티 방법은 사용자 데이터를 제1 가상 안테나로 전달되는 제1 신호열과 제2 가상 안테나로 전달되는 제2 신호열로 변환하는 단계, 상기 제1 신호열과 상기 제1 가상 안테나의 채널을 추정하기 위한 제1형 전용 기준 신호를 다중화하고, 제1형 사전부호화(precoding)를 수행하여 상기 제1 가상 안테나를 형성하는 단계, 상기 제2 신호열과 상기 제2 가상 안테나의 채널을 추정하기 위한 제2형 전용 기준 신호를 다중화하고, 제2형 사전부호화를 수행하여 상기 제2 가상 안테나를 형성하는 단계, 및 상기 상기 제1 가상 안테나로부터 출력되는 제1형 사전부호화된 신호와, 상기 제2 가상 안테나로부터 출력되는 제2형 사전부호화된 신호를 합하여 상기 단말기로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이 경우, 상기 복수 개의 셀이 사용하는 제1형 및 제2형 전용 기준 신호는 상호 동일한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다중 셀 송신 다이버시티 장치는 사용자 데이터를 제1 가상 안테나로 전달되는 제1 신호열과 제2 가상 안테나로 전달되는 제2 신호열로 변환하는 송신 다이버시티 부호기, 상기 제1 신호열과 상기 제1 가상 안테나의 채널 추정을 위한 제1형 전용 기준 신호를 다중화하는 제1 다중화기, 상기 제2 신호열과 상기 제2 가상 안테나의 채널 추정을 위한 제2형 전용 기준 신호를 다중화하는 제2 다중화기, 상기 제1 다중화기로부터 출력되는 신호를 수신하여 제1형 사전부호화(precoding)를 수행하는 제1 가상 안테나, 상기 제2 다중화기로부터 출력되는 신호를 수신하여 제2형 사전부호화를 수행하는 제2 가상 안테나, 및 상기 제1 가상 안테나 및 상기 제2 가상 안테나로부터 출력되는 신호를 단말기로 전송하는 송신 안테나를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명의 다중 셀 송수신 다이버시티 시스템은 사용자 데이터를 제1 가상 안테나로 전달되는 제1 신호열과 제2 가상 안테나로 전달되는 제2 신호열로 변환하고, 상기 제1 신호열과 상기 제1 가상 안테나의 채널을 추정하기 위한 제1형 전용 기준 신호를 다중화하고 제1형 사전부호화(precoding)를 수행하여 상기 제1 가상 안테나를 형성하고, 상기 제2 신호열과 상기 제2 가상 안테나의 채널을 추정하기 위한 제2형 전용 기준 신호를 다중화하고 제2형 사전부호화를 수행하여 상기 제2 가상 안테나를 형성하며, 상기 상기 제1 가상 안테나로부터 출력되는 제1형 사전부호화된 신호와 상기 제2 가상 안테나로부터 출력되는 제2형 사전부호화된 신호를 합하여 상기 단말기로 전송하는 송신기 및 상기 합산된 제1형 사전부호화 신호와 제2형 사전부호화 신호를 수신하여 역다중화하고 상기 제1 가상 안테나 및 제2 가상 안테나에 대한 전용 기준 신호와 사용자 데이터를 추출하며, 상기 추출된 제1형 전용 기준 신호를 이용하여 상기 제1 가상 안테나의 채널을 추정하고 상기 추출된 제2형 전용 기준 신호를 이용하여 상기 제2 가상 안테나의 채널을 추정하며, 상기 추정된 제1 및 제2 가상 안테나의 채널을 이용하여 상기 사용자 데이터를 복원하는 수신기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다중 셀 전송 다이버시티 방법에 따르면, 협력 셀이 2 개의 가상 안테나를 구성하고 각 가상 안테나에 송신 다이버시티를 적용하므로, 협력 통신하는 셀의 개수 및 송신 안테나의 개수에 상관 없이 일정한 송신 다이버시티를 지원할 수 있다. 또한, 본 발명의 다중 셀 전송 다이버시티 방법에 따르면, 수신기는 종래의 구조를 변경하지 않더라도 각 가상 안테나의 채널을 추정하여 사용자 데이터를 복원할 수 있다. 뿐만 아니라, 본 발명에서 협력 통신하는 복수 개의 셀은 동일한 가상 안테나에 대해 동일한 전용 기준 신호를 사용하므로, 단말기는 협력 셀들을 구별하지 않고 사용자 데이터를 복원할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다.

도 1은 종래의 단일 셀 송신 다이버시티 기법을 적용한 송수신기의 구조를 도시한 구조도이다.

송신기 100)는 송신 다이버시티를 적용할 수 있도록 2개의 송신 안테나 즉, 제1 송신 안테나(101) 및 제2 송신 안테나(102)를 가지고 있다. 한편 설명의 편의를 위하여 수신기 (110)는 하나의 수신 안테나 (111)가 있는 것을 가정한다. 수신기 (110)가 복수의 수신 안테나가 있을 경우 각 수신 안테나에서 수신된 신호를 결합하는 장치를 추가하면 동일한 송수신 구조를 활용할 수 있다. 송신 안테나가 2개이므로 수신 안테나 (111)에서는 두 개의 채널

와

을 겪은 신호가 수신된다. 여기서

는 제 1 송신 안테나 (101)과 수신 안테나 (111) 간의 채널 응답을 나타내고

은 제 2 송신 안테나 (102)과 수신 안테나 (111) 간의 채널 응답을 나타낸다.

사용자 신호는 변조 및 부호기(Modulation & Coding)(103)를 거쳐 송신할 변조 신호열

이 생성된다. 여기서 변조 신호열의 크기는 이후에서 수행될 송신 다이버시티 부호화를 적용하기 위해서 짝수인 2N개로 가정한다. 송신 다이버시티 부호기(TxD Encoder)(105)를 거치면 2개의 신호열

와

이 생성된다. 송신 다이버시티 부호기 (105)의 자세한 동작은 도 2와 도 4를 설명하면서 자세히 다루도록 한다. 그리고 상기 생성된

는 제 1 송신 안테나 (101)로 전달되고

은 제 2 송신 안테나 (102)로 전달된다.

한편, 수신기에서 두 개의 채널

와

을 추정하기 위해서는 각 송신 안테 나 별로 구분되는 기준 신호(reference signal, 이하 'RS')이 전송되어야 한다. 제 1 송신 안테나 (101)로부터의 채널

를 추정하기 위해 기준 신호 RS0 (107)가

와 함께 다중화 (111) 되고, 제 2 송신 안테나 (102)로부터의 채널

을 추정하기 위해 기준 신호 RS1 (107)가

와 함께 다중화 (111) 된다.

한편, 수신기 (110)에서는 수신 안테나(111)에 수신된 신호는 AWGN (Additive White Gaussian Noise)

가 더해진

이다. 여기서 역다중화기(demux)(121)는 RS와 변조신호를 분리한다. 그리고 역다중화기(121)는 RS 수신 신호를 채널 추정기 (123)에 전달하고, 변조신호를 송신 다이버시티 복호기(TxD Decoder) (125)에 전달한다. 그러면, 송신 다이버시티 복호기 (125)는 채널 추정기 (123)에서 추정된 채널 추정치

와

을 이용하여 변조신호를 복원하여 복조 및 복호기 (127)에 전달한다. 그러면 상기 복조 및 복호기(127)는 상기 복원된 신호를 수신하여 본래의 송신 신호를 복원한다.

도 2는 송신 다이버시티 부호기 (105)의 구체적인 동작을 설명하기 위한 도면이다. 송신 다이버시티 부호기 (105)의 또 다른 실시예는 도 4를 설명하면서 다루도록 한다.

도 2에서 도시되는 바와 같이, 송신할 변조 신호열

(201)은 송신 다이버시티 부호기 (105)를 거쳐 2개의 신호열

와

로 변환된다. 도 2에 도시된 제 1 실시예에 따르면 신호열

는 송신 다이버시티 부호기 (105)의 입력 신호열

와 동일하고 신호열

은 입력 신호열

를 부호화 한 것으로 수학식 1과 같다.

[수학식 1]

여기서,

는

의 conjugate 값을 나타내며

라면

이다. 그리고

이다.

도 3은 송신 다이버시티 복호기(125)의 구체적인 동작을 설명하기 위한 도면으로, 도 2의 송신 다이버시티 부호기 제 1 실시예에 대응하는 복호기를 도시한 것이다.

수신 신호열

내의 연속된 두 수신 심볼

(211)과

(213)이 송신 다이버시티 복호기 (125)에 입력 시, 상기 송신 다이버시티 복호기(125)는 채널 추정기 (123)로부터 전달 받은 채널 추정치

(221)와

(223)을 이용하여 송신 신호

과

를 복원한다. 단

이다. 장치 225는 상기 conjugate 함수를 수행하는 것이다. 도 3의 동작에 따르면 수신 신호

과

, 복원된

과

는 수학식 2와 같다.

[수학식 2]

완벽한 채널 추정을 가정하면

와

이므로 복원된

과

는 수학식 3와 같다.

[수학식 3]

즉, 송신 신호

과

가 성공적으로 복원됨을 확인할 수 있으며, 기대되는 신호 대 잡음비 (Signal-to-Noise Ratio, 이하'SNR')는 수학식 4와 같다.

[수학식 4]

여기서

는 송신 신호열

에 할당된 에너지이고

은 AGWN

의 분산 (variance)이다. 만약 송신 다이버시티를 적용하지 않고 제 1 송신 안테나 (101)나 제 2 송신 안테나 (102)로만 송신하였다면 기대되는 SNR은 각각

와

이다. 어느 송신 안테나로부터의 채널이 양호한지 송신기가 모르는 상태에서 채널에 의한 성능 열화를 방지하기 위해서는 최악의 채널 상황을 회피하는 것이 필요하다. [수학식 4]에 따르면 송신 다이비시티 적용 시, SNR은 하나의 송신 안테나만 사용할 경우의 SNR 중 최소값보다 작지 않다.

도 4는 송신 다이버시티 부호기(105)의 또 다른 실시예에 대한 구체적인 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 4에서 도시되는 바와 같이, 송신할 변조 신호열

(201)은 송신 다이버시티 부호기 (105)를 거쳐 2개의 신호열

와

로 변환된다. 도 4에 도시된 제 1 실시예에 따르면 신호열

과

은 입력 신호열

를 부호화 한 것으로 수학식 5와 같다.

[수학식 5]

수학식 5의 부호화 방식은 알라무티(Alamouti) 부호화로 알려진 방식이다.

도 5는 송신 다이버시티 복호기 (125)의 구체적인 동작을 설명하기 위한 도면으로, 도 4의 송신 다이버시티 부호기 제 2 실시예에 대응하는 복호기를 도시한 것이다.

수신 신호열

내의 연속된 두 수신 심볼

(321)과

(323)이 송신 다이버시티 복호기 (125)에 입력 시, 상기 송신 다이버시티 복호기(125)는 채널 추정기 (123)로부터 전달 받은 채널 추정치

(221)와

(223)을 이용하여 송신 신호

과

를 복원한다. 도 5의 동작에 따르면 수신 신호

과

, 복원된

과

는 수학식 6과 같다.

[수학식 6]

완벽한 채널 추정을 가정하면

와

이므로 복원된

과

는 수학식 7과 같다.

[수학식 7]

즉 송신 신호

과

가 성공적으로 복원됨을 확인할 수 있으며, 기대되는 SNR는 수학식 4와 같다. 따라서 도 2와 도 4의 송신 다이버시티 부호화 방법은 동일한 성능을 보임을 알 수 있다.

상기의 송신 다이버시티 기법은 데이터 전송률을 저하시키지 않으면서 수신기에서 직교성을 통해 분리해내어 코히어런트 결합이 가능하다는 측면에서 송신 안테나가 2개일 경우 최적인 것으로 알려져 있다. 두 개의 셀이 협력 통신이 관여하 고 각 셀이 하나의 송신 안테나를 구비하고 있는 경우에는 상기 송신 다이버시티를 협력 셀 들이 동일한 신호를 전송하는 높은 수준의 협력 전송 방식에 쉽게 적용할 수 있다. 그렇지 않은 경우 송신 안테나의 수가 2개를 초과하기 때문에 다른 송신 다이버시티 기법을 적용해야 하는데, 최적의 송신 다이버시티를 적용할 수 없다. 예를 들어 개별 셀이 하나의 송신 안테나를 구비하고 있는데 3 이상의 셀이 협력 전송을 하는 경우에는 다른 송신 다이버시티를 적용하여야 한다. 한편 개별 셀이 복수의 송신 안테나를 구비하고 있는데 2 이상의 셀이 협력 전송을 하는 경우에도 다른 송신 다이버시티를 정의하여야 한다.

한편 협력 전송에 관여하는 셀의 개수와 총 송신 안테나의 수에 따라 적절한 송신 다이버시티를 정의한다고 하더라도, 협력 전송하는 셀의 개수가 채널 상태에 따라 가변하는 경우에는 송신 다이버시티 기법도 가변 해야 한다. 이것은 사용자 측면에서 다양한 송신 다이버시티 기법을 수신할 수 있도록 준비해야 한다는 것을 의미하므로 수신 복잡도가 증가하는 것을 피할 수 없다.

따라서, 본 발명에서는 기지국의 개수나 총 송신 안테나의 수에 상관없이 다양한 다중 셀 구조에 적용될 수 있는 다중 셀 전송 다이버시티 방법을 제안하고자 한다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따라 가상 안테나(Virtual Antenna)를 이용한 협력 전송을 설명하기 위한 도면이다.

단말기(User Equipment, UE) (405)는 높은 수준의 협력 전송 방식을 지원하며, 이는 셀 A (401)와 셀 B (403)가 동일한 신호를 동일한 자원을 통해 전송하는 신호를 수신하는 것을 의미한다. 본 발명에서는 서로 다른 셀이 각각 2개의 가상 안테나를 구성하는 것을 기반으로 한다. 셀 A (401)에서 가상 안테나 0 (411)(또는 제1 가상 안테나, 이하 동일하다)과 가상 안테나 1 (413)(또는 제2 가상 안테나, 이하 동일하다)을 구성하고, 셀 B에서 또 다른 가상 안테나 0 (415)와 가상 안테나 1 (417)을 구성한다. 사용자 (405) 입장에서는 셀 A와 B가 동일한 신호를 전송하기 때문에, 셀A (401)로부터의 가상 안테나 0 (411)와 셀 B (403)로부터의 가상 안테나 0 (415)를 구분하지 않고, 마찬가지로 셀A (401)로부터의 가상 안테나 1 (413)와 셀 B (403)로부터의 가상 안테나 1 (417)를 구분하지 않는다. 여기서 협력 전송에 관여하는 셀을 편의상 셀 A (401)와 셀 B (403) 등 2개의 셀로 제한하였지만 하기의 본 발명은 그 이상의 협력 셀에도 적용할 수 있다.

가상 안테나를 구성하는 구체적인 방법은 도 7을 통해 설명하도록 한다. 송신 신호

(507)가

개의 송신 안테나 (501,..., 503)로부터 전송되는 각 송신 안테나에 각각의 사전부호화 (precoding) 가중치가 적용되어 전송된다. 첫 번째 송신 안테나 (501)에는 가중치

가 적용되었고 마지막 송신 안테나 (503)에는 가중치

이 적용되어 있다. 즉 첫 번째 송신 안테나 (501)에서

의 신호가 전송되고 마지막 송신 안테나 (503)에서

가 전송된다. 송신 안테나 별로 이와 같은 다른 신호가 전송되면 각 신호는 서로 다른 채널 (509)을 겪어서 수신 안테나 (511)에 전달된다. 그러나 이들 송신 안테나는 모두 송신 신호

(507)를 전송하기 위해 사용된 것이므로, 등가적으로 도 8과 같은 구조와 같다고 할 수 있다. 도 8에 따르면 송신 신호

는 하나의 송신 안테나 (521)를 통해 전송되고 하나의 수 신 안테나 (511)에서 수신된다. 여기서 등가 채널

는 수학식 8과 같다.

[수학식 8]

수신기는 채널을 추정하여야 송신 신호를 복조할 수 있다. 즉 도 8의 구조에서는 등가 채널

를 추정할 수 있어야 송신 신호를 복조할 수 있는 것이다. 도 7과 같이 사전부호화를 통해 가상 안테나를 구성할 경우, 수신기가 수학식 8에 따라 등가 채널

를 추정할 수 있게 하는 두 가지 방법이 있다.

첫 번째 방법은 수신기가 가중치

를 알 수 있도록 하는 것이다. 구체적으로 설명하면, 송신기가 서로 다른 RS를 각 송신 안테나(501,..., 503)를 통하여 수신기로 전송하면, 수신기는 개별 채널

를 추정할 수 있다. 이와 동시에, 송신기가 제어 정보를 통해 가중치

를 수신기에게 알려주면, 수신기는

의 추정치와 가중치

를 결합하여 등가 채널 g를 추정할 수 있다.

또 다른 방법은 RS를 각 송신 안테나 (501,... , 503) 별로 전송하지 않고 사전부호화 (505) 앞 단에서 삽입하여 전송하는 것이다. 이렇게 되면 RS는 송신 신호

(507)와 동일한 사전부호화를 겪게 되므로 등가 채널

를 추정할 수 있다.

본 발명에서는 사전부호화 앞 단에 삽입되어 전송되는 기준 신호는 사용자에 따라 필요한 경우 해당 사용자에게 할당된 자원에만 삽입되므로 전용 기준 신호 (Dedicated Reference Signal, 이하 'DRS')라 정의한다. 또한, 본 발명에서는 채널 상태의 측정 및 보고를 위한 목적으로 반드시 필요한 송신 안테나 별 기준 신호는 모든 사용자들이 관찰할 수 있도록 삽입되므로 공용 기준 신호 (Common Reference Signal, 이하 'CRS')라고 정의한다.

전자의 방법은 가중치

를 알려주기 위한 별도의 제어 신호 전송이 필요한 반면, 공용 기준 신호를 재활용할 수 있다는 장점이 있다. 후자의 방법은 전용 기준 신호를 추가 정의해야 하는 반면 가중치

를 알려주기 위한 별도의 제어 신호가 필요하지 않다.

본 발명은 도 7과 도 8을 통해 설명한 가상 안테나를 이용하여 송신 다이버시티를 적용하는 것을 제안한다. 도 6에서와 같이 각 셀이 두 쌍의 가상 안테나를 정의하면 이를 통해서 송신 다이버시티 부호화가 적용된 동일한 신호가 복수의 협력 전송 셀로부터 전송되는 것이다.

도 9는 본 발명에서 제안하는 다중 셀 송신 다이버시티의 송신기 구조를 도시한 블록도이다. 도 9에서 도시된 바와 같이, 가상 안테나는 사전 부호기(615, 617, 655, 657)를 통해 구현된다.

특정 사용자를 위한 데이터 신호열(User Data Stream)이 셀 A (601)와 셀 B (603)로부터 전송된다. 두 기지국은 동일한 변조 및 부호기 (103)를 거쳐 동일한 변조 신호열

를 생성한다. 이 신호는 송신 다이버시티 부호기 (105)를 거쳐 부호 화된 신호열

와

으로 변환된다. 여기서

는 가상 안테나 0로 송신되는 신호이고

은 가상 안테나 1로 송신되는 신호이다. 송신기는 가상 안테나의 등가 채널을 추정할 수 있도록 각 셀은 동일한 전용 기준 신호 (DRS)를 가상 안테나별로 삽입한다. 이를 위해, 제1 다중화기는 부호화된 신호열

와 제1 전용 기준 신호를 입력 받아 다중화(multiplexing)한다. 이와 동시에, 제2 다중화기는 부호화된 신호열

와 제2 전용 기준 신호를 입력 받아 다중화한다. 이 경우, 도 9에서 셀 A (601)의 가상 안테나 0과 셀 B (603)의 가상 안테나 0에는 동일한 전용 기준 신호 DRS0 (611)과 삽입되고, 셀 A (601)의 가상 안테나 1과 셀 B (603)의 가상 안테나 1에는 동일한 전용 기준 신호 DRS0 (613)과 삽입되는 것을 확인할 수 있다.

다음으로 각 기지국(송신기)은 두 개의 가상 안테나를 구성한다. 사전부호기 615는 셀 A (601)의 가상 안테나 0를 구성하기 위한 것이고 사전부호기 655는 셀 B (603)의 가상 안테나 0를 구성하기 위한 것이다. 한편 사전부호기 617과 657은 각각 셀 A (601)와 셀 B (603)의 가상 안테나 1을 구성하기 위한 것이다.

여기서, 셀 별로 동일한 가상 안테나를 구성하기 위해 동일한 사전부호기를 적용할 필요는 없다. 그리고 할당 주파수/시간 자원에 따라서도 서로 다른 사전부호기를 적용할 수도 있다. 수신기는 등가 채널을 전용 기준 신호 DRS (611, 613)를 이용하여 추정하기 때문에, 이와 같이 어떤 사전부호기가 적용되더라도 수신기는 신호열

와

를 구분하여 수신할 수 있다.

마지막 단계로 사전 부호화된 신호는 CRS와함께 각 송신 안테나로 전송된다. 621은 셀 A의 0번 송신 안테나 (631)로 전송되는 CRS이고 623은 셀 A의

번 송신 안테나 (633)로 전송되는 CRS이다. 여기서

는 셀 A의 송신 안테나의 개수를 나타낸다. 한편 661과 663은 각각 셀 B의 0번 송신 안테나 (671)와

번 송신 안테나 (673)로 전송되는 CRS이다. 여기서

는 셀 B의 송신 안테나의 개수를 나타낸다.

도 9의 설명을 통해 알 수 있듯이, 본 발명에서 제안하는 송신 다이버시티 기법은 협력 통신에 관여하는 셀의 개수와 무관하고 각 셀의 송신 안테나 개수가 2 이상이면 적용 가능하다. 그리고 본 발명에서 제안하는 송신 다이버시티 기법은 종래 송신 다이버시티 수신기 구조를 재활용할 수 있는 특징이 있다.

도 1의 수신기 구조 (110)를 통해 어떻게 종래 송신 다이버시티 수신기 구조를 재활용할 수 있는지 살펴보자. 수신 안테나 (111)에 수신된 신호는 각 셀의 두 가상 안테나로부터 전송된 신호에 AWGN

가 더해진

이다. 여기서 역다중화기 (121)를 거쳐 각 가상 안테나별 DRS와 변조신호를 분리해 내고 DRS 수신 신호는 채널 추정기(123)에 전달되고 변조신호는 송신 다이버시티 복호기 (125)에 전달된다. 채널 추정기 (123)에서 추정된 가상 안테나별 채널 추정치를 이용하여 송신 다이버시티 복호기 (125)는 변조신호를 복원하고 복조 및 복호기 (127)를 거쳐 송신 신호를 복원한다.

도 10은 본 발명에서 제안하는 다중 셀 송신 다이버시티의 송신 흐름도를 도시한 순서도이다.

송신기는 S1010 단계에서 한 사용자에게 전송될 데이터 신호를 채널 부호화 및 변조한다. 변조된 신호는 S1020 단계를 거쳐 송신 다이버시티 부호화된 신호로 변환된다. 이 과정에서 송신 다이버시티 부호화된 제1 신호열 (

)과 제2 신호열

이 만들어진다. S1030 단계에서 송신 다이버시티 부호화된 제1 신호열과 제1형 기준신호 (DRS0)을 다중화한 뒤 가상 안테나 0를 구성하는 제1형 사전부호화를 적용한다. 그리고 S1040 단계에서는 송신 다이버시티 부호화된 제2 신호열과 제2형 기준신호 (DRS1)을 다중화한 뒤 가상 안테나 1을 구성하는 제2형 사전부호화를 적용한다. 마지막으로 S1050 단계에서 사전 부호화된 신호를 각 송신 안테나 포트 별로 합한 한 뒤 송신 안테나로 전송한다.

도 11은 본 발명에서 제안하는 다중 셀 송신 다이버시티의 수신 흐름도를 도시한 순서도이다.

수신기는 S1110 단계에서 수신 신호로부터 전용 기준신호와 데이터 신호를 역다중화 한다. 그리고 수신기는 S1120 단계에서 제1형 전용 기준 신호 (DRS0)를 이용하여 제1형 사전부호화가 적용된 가상 안테나 0의 등가 채널을 추정한다. 그 다음으로 수신기는 S1130 단계에서 제2형 전용 기준 신호 (DRS1)를 이용하여 제2형 사전부호화가 적용된 가상 안테나 1의 등가 채널을 추정한다. 이렇게 추정된 등가채널을 이용하여 S1140 단계에서 데이터 신호의 송신 다이버시티 복호가 수행된다. 마지막으로 S1150 단계에서 송신 다이버시티 복호 신호의 복조 및 채널 복호화가 수행된다.

본 명세서와 도면에 개시 된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

도 1은 종래 단일 셀 송신 다이버시티 송수신기의 구조를 도시하는 도면.

도 2는 제1 실시예에 따른 송신 다이버시티 부호화를 도시하는 도면.

도 3은 제1 실시예에 따른 송신 다이버시티 부호화에 대한 복호화를 도시하는 도면.

도 4는 제2 실시예에 따른 송신 다이버시티 부호화를 도시하는 도면.

도 5는 제2 실시예에 따른 송신 다이버시티 부호화에 대한 복호화를 도시하는 도면.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가상 안테나를 이용한 다중 셀 전송 방법을 도시하는 도면.

도 7은 본 발명의 실시예에 따라 사전 부호화를 통해 가상 안테나를 형성하는 원리를 도시하는 도면.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 가상 안테나의 등가 채널을 도시하는 도면.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 다중 셀 송신 다이버시티 송신기의 구조를 도시하는 블록도.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 다중 셀 송신 다이버시티 송신 흐름을 도시하는 순서도.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 다중 셀 송신 다이버시티 수신 흐름을 도시하는 순서도.

Claims

송신기의 다중 안테나 전송 다이버시티의 전송 방법에 있어서,

데이터를 송신 다이버시티 부호화하여 제 1 신호열과 제 2 신호열을 생성하는 단계;

상기 제 1 신호열과 제 1 형 전용 기준 신호를 다중화하고, 제 1 신호로 사전 부호화하는 단계;

상기 제 2 신호열과 제 2 형 전용 기준 신호를 다중화하고, 제 2 신호로 사전 부호화하는 단계; 및

상기 제 1 신호 및 제 2 신호를 동시에 전송하는 단계;를 포함하고,

상기 제 1 형 전용 기준 신호 및 제 2 형 전용 기준 신호는 사용자 특정 기준 신호들인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 전송하는 단계는,

상기 제 1 신호, 상기 제 2 신호 및 대응하는 공용 기준 신호들을 다중화하고,

상기 공용 기준 신호들은 셀 특정 또는 안테나 특정 기준 신호들인 것을 특징으로 하는 방법.
제 2 항에 있어서,

수신기로 전송되는 채널 상태에 대한 측정 보고를 수신하는 단계;를 더 포함하고,

상기 수신기는, 상기 공용 기준 신호들을 사용하여 상기 채널 상태를 측정하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 신호열과 상기 제 1 형 전용 기준 신호를 다중화하고 사전 부호화하는 단계는,

상기 제 1 신호열과 상기 제 1 형 전용 기준 신호를 다중화하고, 상기 다중화된 결과에 사전부호화를 수행하여, 제 1 가상 안테나를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 제 2 신호열과 상기 제 2 형 전용 기준 신호를 다중화하고 사전 부호화하는 단계는,

상기 제 2 신호열과 상기 제 2 형 전용 기준 신호를 다중화하고, 상기 다중화된 결과에 사전부호화를 수행하여, 제 2 가상 안테나를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
수신기의 다중 안테나 전송 다이버시티의 수신 방법에 있어서,

수신신호를 제 1 신호열, 제 1 형 전용 기준 신호, 제 2 신호열, 및 제 2 전용 기준 신호로 역다중화하고, 상기 제 1 신호열 및 상기 제 2 신호열은 데이터 신호인 것을 특징으로 하는 단계;

제 1 신호를 수신하기 위하여, 상기 제 1 전용 기준 신호를 이용하여 제 1 채널을 추정하는 단계;

제 2 신호를 수신하기 위하여, 상기 제 2 전용 기준 신호를 이용하여 제 2 채널을 추정하는 단계; 및

상기 추정된 제 1 채널 및 제 2 채널을 이용하여 상기 데이터 신호의 송신 다이버시티 복호를 수행하는 단계;를 포함하고,

상기 제 1 전용 기준 신호 및 상기 제 2 전용 기준 신호는 사용자 특정 기준 신호들인 것을 특징으로 하는 방법.
제 6 항에 있어서, 각각의 전송 안테나에 대응하는 공용 기준 신호를 상기 수신신호에서 추출하는 단계;를 더 포함하고,

상기 공용 기준 신호는 셀 특정 또는 안테나 특정 기준 신호인 것을 특징으로 하는 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 공용 기준 신호를 이용하여 채널 상태를 측정하는 단계; 및

상기 측정된 채널 상태를 송신기에게 전송하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 제 1 신호를 수신하기 위하여, 상기 제 1 채널을 추정하는 단계는,

상기 제 1 신호열과 상기 제 1 전용 기준 신호를 다중화하여 생성된 제 1 가상 안테나의 상기 제 1 채널을 추정하고, 상기 다중화된 결과를 사전 부호화하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 제 2 신호를 수신하기 위하여, 상기 제 2채널을 추정하는 단계는,

상기 제 2 신호열과 상기 제 2 전용 기준 신호를 다중화하여 생성된 제 2 가상 안테나의 상기 제 2 채널을 추정하고, 상기 다중화된 결과를 사전 부호화하는 것을 특징으로 하는 방법.
다중 안테나 전송 다이버시티를 지원하는 송신기에 있어서,

데이터를 제 1 신호열 및 제 2 신호열로 부호화하는 전송 다이버시티 부호화기;

상기 제 1 신호열 및 제 1 형 전용 기준 신호를 제 1 신호로 다중화하는 제 1 다중화기;

상기 제 2 신호열 및 제 2 형 전용 기준 신호를 제 2 신호로 다중화하는 제 2 다중화기;

상기 제 1 신호를 사전 부호화하는 제 1 사전 부호화기;

상기 제 2 신호를 사전 부호화하는 제 2 사전 부호화기; 및

상기 사전 부호화된 다이버시티 신호들을 수신기로 전송하는 적어도 두 개의 안테나;를 포함하고,

상기 제 1 형 전용 기준 신호 및 제 2 형 전용 기준신호는 사용자 특정 기준 신호들인 것을 특징으로 하는 송신기.
제 11 항에 있어서,

상기 제 1 신호, 상기 제 2 신호 및 대응하는 공용 기준 신호들을 다중화하는 적어도 하나의 공용 기준 신호 다중화기;를 더 포함하고,

상기 공용 기준 신호는 셀특정 또는 안테나 특정 기준 신호인 것을 특징으로 하는 송신기.
제 12항에 있어서,

상기 수신기로 전송되는 채널 상태에 대한 측정 보고를 수신하는 수신 안테나;를 더 포함하고,

상기 수신기는, 상기 공용 기준 신호들을 사용하여 상기 채널 상태를 측정하는 것을 특징으로 하는 송신기.
제 11 항에 있어서, 상기 제 1 사전 부호화기는,

상기 제 1 신호열과 상기 제 1 형 전용 기준 신호를 다중화하고, 상기 다중화된 결과에 사전부호화를 수행하여, 제 1 가상 안테나를 형성하는 것을 특징으로 하는 송신기.
제 11 항에 있어서, 상기 제 2 사전 부호화기는,

상기 제 2 신호열과 상기 제 2 형 전용 기준 신호를 다중화하고, 상기 다중화된 결과에 사전부호화를 수행하여, 제 2 가상 안테나를 형성하는 것을 특징으로 하는 송신기.
다중 안테나 전송 다이버시티를 수신하는 수신기에 있어서,

수신신호를 제 1 신호열, 제 1 형 전용 기준 신호, 제 2 신호열, 및 제 2 전용 기준 신호로 역다중화고, 상기 제 1 신호열 및 상기 제 2 신호열은 데이터 신호인 것을 특징으로 하는 역다중화기;

제 1 신호를 수신하기 위하여, 상기 제 1 전용 기준 신호를 이용하여 제 1 채널을 추정하고, 제 2 신호를 수신하기 위하여, 상기 제 2 전용 기준 신호를 이용하여 제 2 채널을 추정하는 채널 추정기; 및

상기 추정된 제 1 채널 및 제 2 채널을 이용하여 상기 데이터 신호의 송신 다이버시티 복호를 수행하는 전송 다이버시티 복호화기;를 포함하고,

상기 제 1 전용 기준 신호 및 제 2 전용 기준 신호는 사용자 특정 기준 신호인 것을 특징으로 하는 수신기.
제 16 항에 있어서,

상기 역다중화기는, 적어도 하나의 송신기의 전송 안테나에 대응하는 공용 기준 신호를 상기 수신신호에서 추출하는 것을 특징으로 하고,

상기 공용 기준 신호는, 셀 특정 또는 안테나 특정 기준 신호인 것을 특징으로 하는 수신기.
제 17 항에 있어서, 상기 채널 추정기는,

상기 공용 기준 신호를 이용하여 채널 상태를 측정하고, 상기 측정된 채널 상태를 송신기에게 피드백하는 것을 특징으로 하는 수신기.
제 16 항에 있어서, 상기 채널 추정기는,

상기 제 1 사전 부호화기에 의해 형성된 제 1 가상 안테나의 상기 채널을 추정하는 것을 특징으로 하는 수신기.
제 16 항에 있어서, 상기 채널 추정기는,

상기 제 1 사전 부호화기에 의해 형성된 제 2 가상 안테나의 상기 채널을 추정하는 것을 특징으로 하는 수신기.