KR101575815B1 - 하향링크에서의 향상된 협동 다이버시티 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 기지국(Access point)의 하향링크에서 협동 다이버시티를 구현하기 위한 방법으로서, (a)협력 클러스터를 구성하는 단말들로 전송할 데이터의 심볼이 서로 섞이도록 조합하는 단계; (b)조합된 데이터를 협력 클러스터를 구성하는 단말들 개수만큼의 데이터 패킷으로 스크램블링(scrambling)하는 단계; 및 (c)데이터 패킷을 협력 클러스터를 구성하는 단말의 각 채널로 송신하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 협력 클러스터를 구성하는 단말들에게 송신할 데이터를 서로 섞이도록 스크램블링하고, 각각의 단말로 송신할 데이터가 다른 단말들에 나누어 송신되게 함으로써 다중 안테나의 효과를 향상시키는 이점이 있다.

Description

하향링크에서의 향상된 협동 다이버시티 방법{ENHANCED DOWN LINK DIVERSITY METHOD}
본 발명은 하향링크에서의 협동 다이버시티 방법에 관한 것으로서, 협력 클러스터를 구성하는 단말들 간 다중 안테나의 효과를 향상시킬 수 있는 협동 다이버시티 방법에 관한 것이다.
최근, 무선 통신 시스템은 지속적인 성장을 겪고 있으며, 이에 따라 무선 서비스에 대한 수요는 폭발적으로 증가하고 있다. 무선 시스템에서 사용되는 통신 방법 중 하나로는 다중입출력(multiple input, multiple output, MIMO) 기법이 있다.
다중입출력(MIMO) 시스템에서는 무선 통신 연결의 양측 각각에서 다수의 안테나가 사용된다. 따라서, 송신 장치는 수신 장치로 데이터를 전송하기 위해 다수의 전송 안테나를 사용하고, 수신 장치는 전송된 데이터를 수신하기 위해 다수의 수신 안테나를 사용한다.
다중입출력 기법을 사용하면 공간 다중화 이득(spatial multiplexing gain), 다이버시티 이득(diversity gain), 어레이 이득(array gain)을 통해 시스템에서의 주파수 효율, 링크 신뢰도, 전력 효율을 개선할 수 있다. 그러나, 다중입출력 기법은 일반적으로 시스템 내의 각 장치가 다수의 안테나를 가져야 하는 문제점이 있다.
따라서, 최근에는 원거리 무선 개체로 데이터를 전송하는데 사용되는 안테나의 수를 증가시키기 위해서, 네트워크의 무선 장치들 사이의 협력적인 동작을 제공하기 위한 기술이 연구되고 있다. 이런 방법에서는 하나의 안테나를 갖는 다수의 장치들이 서로 협력하여 다수의 안테나를 갖는 하나의 클러스터를 형성함으로써, 다중입출력 동작의 많은 이점을 얻을 수 있다.
네트워크의 무선 장치들 사이의 협력적인 동작을 제공하기 위한 기술로서, 협동 다이버시티 기법은 단일 안테나 사용자들 사이의 가상 안테나 선열(virtual antenna array)을 통해 공간 다이버시티 이득을 얻는다. 이는 다중 안테나를 이용하는 다중입출력 기법과 달리 크기 제한을 갖는 모바일에 구현이 용이하여 차세대 무선 통신 기술로써 많은 주목을 받고 있다.
미국등록특허 US 6,983,162
본 발명은 하향링크에서 다중 안테나의 효과가 향상된 협동 다이버시티 방법을 제공하고자 한다. 보다 상세하게, 본 발명은 특정 단말로 송신할 데이터를 협력 클러스터를 구성하는 다른 단말들에 나누어 송신함으로써 다중 안테나의 효과를 향상시키는 협동 다이버시티 방법을 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 기지국(Access point)의 하향링크에서 협동 다이버시티를 구현하기 위한 방법으로서, (a)협력 클러스터를 구성하는 단말들로 전송할 데이터의 심볼이 서로 섞이도록 조합하는 단계; (b)조합된 데이터를 협력 클러스터를 구성하는 단말들 개수만큼의 데이터 패킷으로 스크램블링(scrambling)하는 단계; 및 (c)데이터 패킷을 협력 클러스터를 구성하는 단말의 각 채널로 송신하는 단계를 포함하는 것을 일 특징으로 한다.
바람직하게, 송신된 데이터 패킷은 협력 클러스터를 구성하는 단말들이 상호간 근거리 무선 통신으로 자신에게 해당하는 데이터 심볼을 교환함으로써 각 단말에 해당하는 수신 데이터로 디스크램블링(descrambling) 될 수 있다.
바람직하게, (a)단계는 서로 다른 단말들이 수신할 데이터의 심볼들이 섞이도록 조합할 수 있다. 이 경우, (a)단계는 N개의 단말들이 수신할 N개의 데이터 영역을 각각 1/N 분할할 수 있다. 조합된 데이터는 서로 다른 단말들이 수신할 데이터 중 1/N로 분할된 데이터 심볼들이 섞일 수 있다.
바람직하게, 데이터 패킷은 특정 데이터를 수신할 목적 단말의 데이터 심볼과 목적 단말이 아닌 다른 단말의 데이터 심볼을 포함하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 협력 클러스터를 구성하는 단말들에게 송신할 데이터를 서로 섞이도록 스크램블링하고, 각각의 단말로 송신할 데이터가 다른 단말들에 나누어 송신되게 함으로써 다중 안테나의 효과를 향상시키는 이점이 있다.
따라서, 본 발명에 따른 협동 다이버시티 방법은 공간 다중화 이득(spatial multiplexing gain), 다이버시티 이득(diversity gain)이 향상되는 이점이 있다.
도 1은 기지국과 협력 클러스터 사이의 무선 네트워크 구성을 설명하는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 협동 다이버시티 방법을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 심볼의 조합례를 도시한 모습이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 협력 클러스터를 구성하는 단말들 사이의 데이터 심볼 교환 모습을 나타낸다.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.
본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해 질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 목적, 특징 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 기지국(10)과 협력 클러스터(30) 사이의 무선 네트워크 구성을 설명하는 개념도이다. 협력 클러스터(30)는 네트워크의 무선 장치들 사이에서 협력적인 동작을 제공하는 통신 단말들을 의미한다. 각각의 단말(31, 32, 33)은 기지국과 다중 접속 관계로 각각 통신할 수 있다. 본 명세서에서 지칭하는 기지국(10)은 다수의 무선 통신 사용자와 통신하는 원거리 목적 장치(기지국, 지구국, AP(Access Point))로 이해될 수 있다.
하향링크(Down-Link)란 기지국(10)에서 협력 클러스터(30) 방향으로 데이터가 전송되는 통신 링크를 의미한다. 종래의 협동 다이버시티 기법에서 기지국(10)은 데이터(2)를 A 단말(31)로 송신할 데이터 패킷(A)으로 스크램블링할 수 있다. 또는, 기지국(10)은 데이터(2)를 B 단말(32)로 송신할 데이터 패킷(B)으로 스크램블링할 수 있다. 또는, 기지국(10)은 데이터(2)를 C 단말(33)로 송신할 데이터 패킷(C)으로 스크램블링할 수 있다. 각각의 데이터 패킷(A, B, C)은 다수의 데이터 심볼(21)로 이루어질 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 협동 다이버시티 방법(1)을 나타낸다. 도 2를 참조하면, 기지국(10)의 하향링크에서 협동 다이버시티를 구현하기 위한 방법(1)은 데이터 심볼(21)을 조합하는 (a)단계(S10), 데이터 패킷(A, B, C)을 스크램블링하는 (b)단계(S30), 데이터 패킷(A, B, C)을 송신하는 (c)단계(S50)를 포함할 수 있다.
(a)단계(S10)는 협력 클러스터(30)를 구성하는 단말(31, 32, 33)들로 전송할 데이터(2)의 심볼(21)이 서로 섞이도록 조합할 수 있다. 특히, 서로 섞이는 데이터 심볼(21)은 서로 다른 단말들이 수신할 데이터의 심볼(21)일 수 있다.
본 실시 예로, A 단말(31)로 송신하게 될 데이터 패킷은 (A)가 될 수 있다. (A) 데이터 패킷에는 (a1, a2, a3)의 데이터 심볼(21)이 포함될 수 있다. (a)단계(S10)는 (A) 데이터 패킷 내의 심볼인 (a1, a2, a3)를 조합하는 것이 아닌, B 단말(32)과 C 단말(33)의 데이터 심볼인 (b1, b2, b3) 또는 (c1, c2, c3)가 데이터 패킷 (A)에 포함되도록 조합할 수 있다.
즉, (a)단계(S10)에 의하면, 데이터 패킷 (A)는 (a1, b1, c1) 또는 (a1, a2, b1, b2, c1, c2) 등과 같이 서로 다른 단말(31, 32, 33)들의 데이터 심볼(21)이 조합될 수 있다. 데이터 심볼(21)의 조합례에 관한 상세한 설명은 도 3을 통하여 후술한다.
(b)단계(S30)는 (a)단계(S10)의 결과 조합된 데이터(2)를 협력 클러스터를 구성하는 단말(31, 32, 33)들 개수만큼의 데이터 패킷(A, B, C)으로 스크램블링 할 수 있다. 이 경우, 데이터 패킷(A, B, C)은 특정 데이터를 수신할 목적 단말(31 or 32 or 33)의 데이터 심볼과 상기 목적 단말이 아닌 다른 단말의 데이터 심볼을 포함하도록 구성될 수 있다.
본 실시 예로, 기지국(10)은 협력 클러스터를 구성하는 단말이 3개(31, 32, 33)인 경우, 조합된 데이터(2)를 3개의 데이터 패킷(A, B, C)으로 스크램블링 할 수 있다. 이 경우, A 단말(31)로 송신할 스크램블링된 데이터 패킷 (A)는 해당 목적 단말(31)이 수신해야 하는 데이터 심볼 (a1, a2, a3) 중 어느 하나가 포함될 수 있다. 또한, 스크램블링된 데이터 패킷 (A)에는 상기 목적 단말(31)이 아닌 다른 단말(32, 33)의 데이터 심볼 (b1, b2, b3) 또는 (c1, c2, c3)가 포함될 수 있다.
일례로 (b)단계(S30)에 의하면, A 단말(31)로 송신될 데이터 패킷 (A)는 (a1, b1, c1)의 데이터 심볼(21)로 구성될 수 있다. 또한, B 단말(32)로 송신될 데이터 패킷 (B)는 (a2, b2, c2)의 데이터 심볼(21)로 구성될 수 있다. 또한, C 단말(33)로 송신될 데이터 패킷 C는 (a3, b3, c3)의 데이터 심볼(21)로 구성될 수 있다.
(c)단계(S50)는 (b)단계(S30)의 결과 스크램블링된 데이터 패킷을 협력 클러스터(30)를 구성하는 단말(31, 32, 33)의 각 채널로 송신할 수 있다. 송신된 데이터 패킷은 협력 클러스터(30)를 구성하는 단말(31, 32, 33)들이 상호간 근거리 무선 통신으로 자신에게 해당하는 데이터 심볼을 교환함으로써 각 단말에 해당하는 수신 데이터(A', B', C')로 디스크램블링(descrambling) 될 수 있다.
위의 실시 예에서, 기지국(10)은 A 단말(31)의 채널로 데이터 패킷 (A: a1, b1, c1)를 송신할 수 있다. 또는, B 단말(32)의 채널로 데이터 패킷 (B: a2, b2, c2)를 송신할 수 있다. 또는, C 단말(33)의 채널로 데이터 패킷 (C: a3, b3, c3)를 송신할 수 있다.
협력 클러스터(30)를 구성하는 각 단말(31, 32, 33)은 모두 active 단말일 수 있고, 근거리 무선 통신을 이용하여 서로 간 통신이 가능하다. 위의 실시 예에서, 단말 A(31)가 수신해야 할 데이터 심볼은 (a2, a3)이며, 단말 A(31)가 송신해야 할 데이터 심볼은 (b1, c1)가 된다.
A 단말(31)은 B 단말(32) 및 C 단말(33)로부터 근거리 무선 통신을 이용하여 (a2, a3) 데이터를 수신 받고, B 단말(32)로 (b1) 데이터 심볼을 송신하며, C 단말(33)로 (c1) 데이터 심볼을 송신할 수 있다. 상기와 같은 통신 과정으로 각 단말에 해당하는 수신 데이터(A', B', C')가 디스크램블링 될 수 있다. 이와 관련 도 4를 통해 후술한다.
도 3은 (a)단계(S10)에서 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 심볼(21)의 조합례를 도시한 모습이다. N개의 단말들이 수신할 N개의 데이터 영역은 각각 1/N 분할될 수 있다. 조합된 데이터는 서로 다른 단말들이 수신할 데이터 중 상기 1/N로 분할된 데이터 심볼들이 섞여질 수 있다.
도 3을 참조하여 설명하면, (a)단계(S10)에서, 3개의 단말(31, 32, 33)들이 수신할 3개의 데이터 A, B, C 영역은 각각 1/3씩 분할될 수 있다. 즉, 데이터(2) 중 A 단말로 송신되어야 하는 데이터 영역인 (A)가 (a1, a2, a3)의 데이터 심볼로 구성된 경우, 데이터 A 영역은 (a1) 또는 (a2) 또는 (a3)로 분할될 수 있다. 데이터 A 영역이 (a1, a2, a3, a4, a5, a6)의 데이터 심볼로 구성될 경우, 데이터 A 영역은 (a1, a2) 또는 (a3, a4) 또는 (a5, a6)으로 분할될 수 있다. 데이터 B 영역 및 C 영역 역시 같은 방식으로 분할될 수 있다.
조합된 데이터 A, B, C 영역은 서로 다른 단말들이 수신할 데이터 중 1/3로 분할된 데이터 심볼들이 섞일 수 있다. 도 3의 (a)를 참조하면, 조합된 데이터 (A) 영역에는 A 단말(31)과 다른 단말(32, 33)들이 수신할 데이터에서 분할된 데이터 심볼들이 섞이게 된다.
도 3의 (a)는 데이터 (A) 영역이 (a1, a2, a3)의 데이터 심볼로 구성된 경우, 1/3로 각각 분할된 (a1), (b1), (c1)의 데이터 심볼이 섞여진 모습을 나타낸다. 데이터 B 영역의 경우 또한, 서로 다른 단말(31, 33)이 수신할 데이터 중 1/3로 분할된 (a2), (c2) 데이터 심볼이 섞여진 모습을 나타낸다.
도 3의 (b)는 2개의 단말 A, B가 협력 클러스터를 구성하고, 데이터 A 영역이 (a1, a2, a3, a4)의 데이터 심볼로 구성된 경우의 조합된 데이터를 나타낸다. 이 경우, 데이터 (A), (B) 영역은 각각 1/2 분할되어 분할된 (b1, b2), (a3, a4)의 데이터 심볼이 데이터 (A), (B) 영역에 각각 섞여질 수 있다.
이와 같은 방식으로 (a)단계(S10)의 수행 결과 조합된 데이터(2)가 생성될 수 있다. 조합된 데이터(2)의 (A), (B), (C) 영역은 (b)단계(S30)에서 각각의 데이터 패킷으로 스크램블링될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 협력 클러스터(30)를 구성하는 단말(31, 32, 33)들 사이의 데이터 심볼 교환 모습을 나타낸다. 도 3 (a)의 실시 예에서, A 단말(31)은 (a1, b1, c1)의 데이터 패킷 (A)를 수신한다. B 단말(32)은 (a2, b2, c2)의 데이터 패킷 (B)를 수신한다. C 단말(33)은 (a3, b3, c3)의 데이터 패킷 (C)를 수신한다. 이후 협력 클러스터(30)를 구성하는 각 단말(31, 32, 33)은 근거리 무선 통신을 이용하여 데이터 심볼(21)을 주고받을 수 있다.
A 단말(31)은 B 단말(32)로부터 데이터 심볼 (a2)를 송신받고, C 단말(33)로부터 데이터 심볼 (a3)를 송신받을 수 있다. B 단말(32)은 A 단말(31)로부터 데이터 심볼 (b1)을 송신받고, C 단말(33)로부터 데이터 심볼 (b3)를 송신받을 수 있다. C 단말(33)은 A 단말(31)로부터 데이터 심볼 (c1)을 송신받고, B 단말(32)로부터 데이터 심볼 (c2)를 송신받을 수 있다.
다른 실시 예로, 도 4를 참조하면, 각각의 단말(31, 32, 33)은 자신에게 전송된 데이터 심볼에 대한 판정과정을 수행할 수 있다. A 단말(31)은 (a1, b1, c1)의 데이터 패킷 (A)를 판정하여 (a1', b1', c1') 값을 저장할 수 있다. B 단말(32)은 (a2, b2, c2)의 데이터 패킷 (B)를 판정하여 (a2', b2', c2') 값을 저장할 수 있다. C 단말(33)은 (a3, b3, c3)의 데이터 패킷 (C)를 판정하여 (a3', b3', c3')값을 저장할 수 있다.
송신할 데이터가 1 또는 -1이라고 가정할 경우, 상기 값은 전송 채널의 영향으로 1 또는 -1이 아닌 왜곡된 값으로 수신될 수 있다. 판정이란 수신된 왜곡된 값으로부터 송신된 데이터 값인 1 또는 -1을 찾아내는 것으로 이해될 수 있다. 각각의 단말이 수행하는 판정 과정은 경판정(hard decision) 또는 연판정(soft decision) 과정을 포함할 수 있다.
일례로, 송신된 데이터가 1 또는 -1일 경우, 수신된 값으로부터 송신된 데이터 값(1 또는 -1)을 판정함에 있어서, 1 또는 -1로 판정내리는 것을 경판정이라고 하며, 1 또는 -1이 아닌 여러 단계의 값으로 판정내리는 것을 연판정이라고 한다. 연판정의 결과 데이터 값은 {1, 3/4, 2/4, 1/4, 0, -1/4, -2/4, -3/4, -1}과 같은 여러 단계의 값으로 저장될 수 있다. 연판정 값의 크기는 판정에 대한 신뢰도를 나타내며 오류 정정 기법(예: convolutional code, turbo code)의 성능 향상을 위해 이용될 수 있다.
A 단말(31)은 다른 단말의 데이터에 대한 판정 값인 (b1'), (c1') 데이터를 B 단말(32) 및 C 단말(33)로 송신할 수 있다. B 단말(32)은 다른 단말의 데이터에 대한 판정 값인 (a2'), (c2') 데이터를 A 단말(31) 및 C 단말(33)로 송신할 수 있다. C 단말(33)은 다른 단말의 데이터에 대한 판정 값인 (a3'), (b3') 데이터를 A 단말(31) 및 B 단말(32)로 송신할 수 있다.
이와 같은 과정으로 조합된 데이터(2)는 각 단말에 해당하는 수신 데이터(A', B', C')로 디스크램블링 될 수 있다. 기지국(10)이 A, B, C 단말(31, 32, 33)에 데이터를 전송할 경우, 기지국과 각 단말(31, 32, 33) 사이의 전송채널 환경은 독립적인 것으로 볼 수 있다. 본 발명에 따른 실시 예에서는, 어느 한 단말에 보내고자 하는 데이터를 여러 개의 다른 전송 채널을 통해 나눠서 송신함으로써 다이버시티 효과를 얻을 수 있는 이점이 있다.
이상에서 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.
1: 협동 다이버시티 방법
10: 기지국
30: 협력 클러스터
31, 32, 33: 수신 단말
A, B, C: 데이터 패킷
2: 데이터
21: 데이터 심볼

Claims (4)

  1. 기지국(Access point)의 하향링크에서 협동 다이버시티를 구현하기 위한 방법으로서,
    (a)협력 클러스터를 구성하는 단말들로 전송할 데이터의 심볼이 서로 섞이도록 조합하는 단계;
    (b)상기 조합된 데이터를 상기 협력 클러스터를 구성하는 단말 개수만큼의 데이터 패킷으로 스크램블링(scrambling)하는 단계; 및
    (c)상기 데이터 패킷을 상기 협력 클러스터를 구성하는 단말의 각 채널로 송신하는 단계를 포함하고,
    송신된 상기 데이터 패킷은 상기 협력 클러스터를 구성하는 단말들이 상호간 근거리 무선 통신으로 자신에게 해당하는 데이터 심볼을 교환함으로써 각 단말에 해당하는 수신 데이터로 디스크램블링(descrambling) 되는 것을 특징으로 하는 협동 다이버시티 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (a)단계는,
    서로 다른 단말들이 수신할 데이터의 심볼들이 섞이는 것을 특징으로 하는 협동 다이버시티 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 (a)단계는,
    N개의 단말들이 수신할 N개의 데이터 영역을 각각 1/N 분할하고,
    상기 조합된 데이터는 서로 다른 단말들이 수신할 데이터 중 상기 1/N로 분할된 데이터 심볼들이 섞이는 것을 특징으로 하는 협동 다이버시티 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터 패킷은 특정 데이터를 수신할 목적 단말의 데이터 심볼과 상기 목적 단말이 아닌 다른 단말의 데이터 심볼을 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 협동 다이버시티 방법.
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