KR101800976B1 - 다중계층 시공간 블록부호 기반 공간변조 장치 및 방법 - Google Patents

다중계층 시공간 블록부호 기반 공간변조 장치 및 방법 Download PDF

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전찬용
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Abstract

다중계층 시공간 블록부호 기반 공간변조 장치 및 방법이 개시된다. 다중계층 시공간 블록부호 기반 공간변조 장치는, 정보 비트를 입력받아 8개의 심볼을 제1 계층, 제2 계층, 제3 계층 및 제4 계층으로 그룹핑하고, 그룹핑된 제1 계층 내지 제4 계층의 심볼을 부호화한 후, 제1 계층 내지 제4 계층 각각에 대한 전력 및 위상을 할당하여 다중계층 시공간 블록부호를 출력하는 다중계측 시공간 블록부호를 출력하는 다중계층 시공간 블록부호화부 및 다중계층 시공간 블록부호화부에서 출력하는 다중계층 시공간 블록부호를 이용하여 다중계층 시공간 블록부호-공간변조 코드워드를 생성하는 시공간 맵퍼를 포함하되, 다중계층 시공간 블록부호화부는, 8개의 심볼을 두 개씩 묶어 각각 부호화하여 4개의 부호화된 시공간 블록부호를 형성하고, 4개의 부호화된 시공간 블록부호를 두 개씩 더하여 두 개의 다중계층 시공간 블록부호를 형성하되, 두 개의 다중계층 시공간 블록부호는 각각 4개의 송신 안테나 중 선택된 한 쌍의 송신 안테나를 통해 전송된다.

Description

다중계층 시공간 블록부호 기반 공간변조 장치 및 방법{Apparatus and method for Multi Strata Space Time Block Coded Spatial Modulation}
본 발명은 다중 계층 시공간부호 기반 공간변조 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다중계층 시공간 블록부호(MSSTC: Multi Strata Space Time Block Code)를 이용하여 전송 다이버시티 이득과 함께 스펙트럼 효율을 높인 다중계층 시공간 블록부호 기반 공간변조 장치 및 방법에 관한 것이다.
공간변조(SM: Spatial Modulation)는 다수의 전송 안테나 중 하나를 선택하여, 선택된 안테나를 통해 데이터를 전송하는 방식으로, 데이터 변조 심볼과 함께 추가적으로, 안테나 인덱스 정보를 실어서 전송함으로써, 추가적인 스펙트럼 효율을 얻는 것을 목적으로 한다.
시공간 블록부호 공간변조(STBC-SM: Space Time Block Coded Spatial Modulation)는 기존 SM 방식에 시공간 블록부호(STBC: Space Time Block Code)를 적용함으로써, 다수의 전송 안테나 중 두 개를 선택하여 전송 다이버시티 이득을 얻는 데 목적을 둔다. 유사한 방법으로, STBC를 사용하되, 더 적은 전송 안테나를 사용하는 STBC-CSM(STBC-SM with cyclic structure) 기법이 있다.
다중계층 시공간 블록부호 기반 공간변조(MSSTC-SM: Multi Strata Space Time Coded Spatial Modulation)는 다수의 송신 안테나 중 두 개의 안테나를 선택하고, 이를 통해 두 개의 STBC가 결합된 형태인 MSSTC를 보냄으로써, STBC-SM보다 더 높은 스펙트럼 효율을 얻는데 목적을 둔다.
SM 기술의 경우, 다수의 전송 안테나 중 하나의 안테나만을 사용하므로, 전송 다이버시티 이득을 얻는 데에 어려움이 있다. 이에 따라, 전송 다이버시티 이득을 얻기 위해 STBC-SM과 STBC-CSM 기법이 개발되었으나, STBC-SM과 STBC-CSM에 기본적으로 사용되는 Alamouti STBC는 두 개의 심볼 데이터를 두 개의 시간슬롯 동안 전송하므로 스펙트럼 효율 측면에서 손해가 있다.
반면에, MSSTC의 경우, STBC와 달리 높은 스펙트럼 효율을 얻을 수 있어, 이를 적용한 MSSTC-SM이 개발 되었다. 그러나, 종래의 MSSTC-SM은 다수의 송신 안테나 중 두 개의 안테나만을 이용하여, 하나의 MSSTC만을 구성하여 전송하므로, 스펙트럼 효율 개선에 있어 제약이 따르는 문제점이 있었다.
본 발명은 스펙트럼 효율을 높이기 위하여, 송신 안테나 모두를 두 개씩 묶고, 묶인 각각을 이용하여 다수의 다중계층 시공간 블록부호로 구성되는 코드북을 전송하는 다중계층 시공간 블록부호 기반 공간변조 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 4개의 송신 안테나를 가지는 다중계층 시공간 블록부호(MSSTC: Multi Strata Space Time Block Code) 기반 공간변조(SM: Spatial Modulation) 장치가 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 다중계층 시공간 블록부호 기반 공간변조 장치는, 정보 비트를 입력받아 8개의 심볼을 제1 계층, 제2 계층, 제3 계층 및 제4 계층으로 그룹핑하고, 상기 그룹핑된 제1 계층 내지 제4 계층의 심볼을 부호화한 후, 상기 제1 계층 내지 제4 계층 각각에 대한 전력 및 위상을 할당하여 다중계층 시공간 블록부호를 출력하는 다중계측 시공간 블록부호를 출력하는 다중계층 시공간 블록부호화부 및 상기 다중계층 시공간 블록부호화부에서 출력하는 다중계층 시공간 블록부호를 이용하여 다중계층 시공간 블록부호-공간변조 코드워드를 생성하는 시공간 맵퍼를 포함하되, 상기 다중계층 시공간 블록부호화부는, 상기 8개의 심볼을 두 개씩 묶어 각각 부호화하여 4개의 부호화된 시공간 블록부호를 형성하고, 상기 4개의 부호화된 시공간 블록부호를 두 개씩 더하여 두 개의 다중계층 시공간 블록부호를 형성하되, 상기 두 개의 다중계층 시공간 블록부호는 각각 상기 4개의 송신 안테나 중 선택된 한 쌍의 송신 안테나를 통해 전송된다.
상기 다중계층 시공간 블록부호로 구성되는 코드북은 다음의 수학식과 같이 생성된다.
Figure 112016107189412-pat00001
Figure 112016107189412-pat00002
Figure 112016107189412-pat00003
Figure 112016107189412-pat00004
여기서, Tq(x)는 4개의 송신 안테나에 대한 코드북이고, 코드북 인덱스 q∈1, 2, 3, 4이고, α는 각 코드북에 할당되는 각도를 나타내고, [ ]T는 대칭 행렬을 나타내고, 코드북 내의 Ml,i(l=1, 2, i=1, 2)는 두 개의 다중계층 시공간 블록부호의 행렬 M1과 M2 각각의 열을 나타냄
상기 다중계층 시공간 블록부호의 행렬 M1 및 M2는 다음의 수학식으로 나타나다.
Figure 112016107189412-pat00005
Figure 112016107189412-pat00006
Figure 112016107189412-pat00007
Figure 112016107189412-pat00008
여기서, x1내지 x8은 상기 8개의 심볼이고, p와 θ는 다중계층 시공간 블록부호에 할당된 전력과 위상을 나타내며, ( )*는 켤레 복소수를 나타냄
상기 코드북 내의 각 원소는 순서대로 제1 송신 안테나, 제2 송신 안테나, 제3 송신 안테나 및 제4 송신 안테나에 대응되어, 두 개의 다중계층 시공간 블록부호가 각각 4개의 송신 안테나 중 선택된 한 쌍의 송신 안테나를 통해 전송된다.
상기 정보 비트를 통해 상기 4개의 송신 안테나 중 활성화될 송신 안테나 쌍에 관한 상기 코드북 인덱스를 출력하는 안테나-쌍 맵퍼를 더 포함하되, 상기 다중계층 시공간 블록부호-공간변조 코드워드는 상기 안테나-쌍 맵퍼에 의해 결정된 안테나 인덱스에 상응하는 송신 안테나를 통해 전송된다.
상기 정보 비트를 통해 결정되는 상기 코드북 Tq(x)가 전송되면, 수신단에서 수신된 신호는 다음과 같은 수학식으로 나타나다.
Figure 112016107189412-pat00009
여기서, H는 신호가 전송되는 수식 안테나 개수 Nrⅹ4 채널 이득 행렬을 나타내며, N은 평균이 0이고 분산이 σ2인 Nrⅹ2 복소 가우시안 잡음 행렬을 나타냄
상기 수신단에서 수신된 신호는 다음의 수학식과 같이 Maximul Likelihood(ML) 검출 기법을 이용하여 수신된 신호에서 코드북 인덱스와 송신 신호가 검출된다.
Figure 112016107189412-pat00010
여기서,
Figure 112016107189412-pat00011
는 ML 검출 기법을 통해 검출된 신호를 나타냄
본 발명의 다른 측면에 따르면, 개의 송신 안테나를 가지는 다중계층 시공간 블록부호(MSSTC: Multi Strata Space Time Block Code) 기반 공간변조(SM: Spatial Modulation) 장치가 수행하는 다중계층 시공간 블록부호 기반 공간변조 방법이 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 다중계층 시공간 블록부호 기반 공간변조 방법은, 정보 비트를 입력받아 8개의 심볼을 제1 계층, 제2 계층, 제3 계층 및 제4 계층으로 그룹핑하는 단계, 상기 그룹핑된 제1 계층 내지 제4 계층의 심볼을 부호화하는 단계, 상기 제1 계층 내지 제4 계층 각각에 대한 전력 및 위상을 할당하여 다중계층 시공간 블록부호를 출력하는 다중계측 시공간 블록부호를 생성하는 단계 및 상기 다중계층 시공간 블록부호화부에서 출력하는 다중계층 시공간 블록부호를 이용하여 다중계층 시공간 블록부호-공간변조 코드워드를 생성하는 단계를 포함하되, 상기 그룹핑하는 단계는, 상기 8개의 심볼을 두 개씩 묶고, 상기 부호화하는 단계는, 상기 두 개씩 묶인 심볼을 각각 부호화하여 4개의 부호화된 시공간 블록부호를 형성하고, 상기 다중계측 시공간 블록부호를 생성하는 단계는, 상기 4개의 부호화된 시공간 블록부호를 두 개씩 더하여 두 개의 다중계층 시공간 블록부호를 형성하고, 상기 두 개의 다중계층 시공간 블록부호는 각각 상기 4개의 송신 안테나 중 선택된 한 쌍의 송신 안테나를 통해 전송된다.
본 발명의 실시예에 따른 다중계층 시공간 블록부호 기반 공간변조 장치 및 방법은, 다수의 다중계층 시공간 블록부호로 코드북이 구성됨으로써, 두 개의 시간슬롯 동안 전송되는 심볼 데이터의 양이 더 많아지게 되고, 이를 통해 보다 높은 스펙트럼 효율을 얻으면서 낮은 비트 오류율을 획득할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다중계층 시공간 블록부호 기반 공간변조 장치의 구성을 개략적으로 예시한 도면.
도 2는 다양한 SM 기법들의 스펙트럼 효율을 나타낸 도면.
도 3 및 도 4는 다양한 SM 기법들의 비트 오류율(BER) 성능에 대한 실험 결과를 나타낸 도면.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상술하겠다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다중계층 시공간 블록부호 기반 공간변조 장치의 구성을 개략적으로 예시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 다중계층 시공간 블록부호 기반 공간변조 장치는 제1 디먹스(110), 다중계층 시공간 블록부호화부(MSSTC부, 120), 안테나쌍 맵퍼(Antenna-pair Mapper, 130), 시공간 맵퍼(Space-Time Mapper, 140) 및 복수의 송신 안테나(150)를 포함한다.
제1 디먹스(110)는 정보 비트를 입력받아 디먹싱하여 출력한다.
다중계층 시공간 블록부호화부(120)는 제1 디먹스(100)로부터 정보 비트(하위 블록)를 입력받아 복수의 심볼을 제1 계층, 제2 계층, 제3 계층 및 제4 계층으로 그룹핑하고, 그룹핑된 제1 계층 내지 제4 계층의 심볼을 부호화한 후, 제1 계층 내지 제4 계층 각각에 대한 전력 및 위상을 할당하여 다중계층 시공간 블록부호를 출력한다.
본 발명의 실시예에 따른 다중계층 시공간 블록부호화부(120)는 정보 비트를 입력받아 복수의 심볼을 매핑하여 출력하는 심볼 맵퍼(121), 복수의 심볼을 제1 계층 내지 제4 계층으로 디먹싱하여(그룹핑하여) 출력하는 제2 디먹스(122), 제1 계층 내지 제4 계층의 심볼을 Alamouti STBC로 부호화하는 Alamouti STBC 맵퍼(123, 124, 125, 126) 및 부호화된 제1 계층 내지 제4 계층의 전력 및 위상을 할당하는 컨트롤러(Phase & Power Controller, 127)를 포함한다.
안테나쌍 맵퍼(130)는 정보 비트를 통해 복수의 안테나 중 활성화될 안테나 쌍에 대한 코드북 인덱스를 출력한다.
시공간 맵퍼(140)는 다중계층 시공간 블록부호화부(120)가 출력하는 다중계층 시공간 블록부호를 이용하여 다중계층 시공간 블록부호-공간변조 코드워드를 생성한다.
다중계층 시공간 블록부호-공간변조 코드워드는 복수의 안테나(150) 중에서 안테나쌍 맵퍼(130)에 의하여 결정된 코드북 인덱스에 상응하는 안테나(150)를 통해 전송된다.
본 발명의 실시예에 따른 다중계층 시공간 블록부호 기반 공간변조 장치는, 다수의 안테나 구성을 위하여, 총 4개의 송신 안테나를 가지는 송신단이라고 가정하며, 수신단은 Nr개의 수신 안테나를 가지는 MIMO(Multi Input Multi Output) 시스템인 것으로 가정한다.
본 발명의 실시예에 따른 정보 비트는 log2 Q + 8log2 M개가 하나의 블록으로 구성되어, 두 개의 시간슬롯 동안 전송되며, 두 개의 하위 블록으로 구분된다.
첫 번째 하위 블록은 log2 Q개의 정보 비트로 구성되며, 두 개의 다중계층 시공간 블록부호를 전송할 두 쌍의 송신 안테나를 선택하기 위하여 사용된다. 나머지 하위 블록은 8log2 M개의 정보 비트로 구성되며, 두 개의 시간슬롯 동안 전송되는 두 개의 다중계층 시공간 블록부호를 구성하는데 사용된다.
Q는 생성되는 코드북의 개수로,
Figure 112016107189412-pat00012
로 나타낼 수 있다. 여기서,
Figure 112016107189412-pat00013
는 p가 임의의 양의 정수일 때, 2p로 나타낼 수 있는 x 이하의 최대 정수를 나타낸다.
그리고, M은 각각의 다중계층 시공간 블록부호를 구성하는 심볼들의 변조차수를 나타내며, 숫자 8은 두 개의 다중계층 시공간 블록부호를 구성하기 위한 부호화된 8개의 변조차수 M의 심볼들 x={x1, x2, …, x8}을 나타낸다. 여기서, xi(i=1, 2, …, 8)는 단위 전력을 갖도록 하며,
Figure 112016107189412-pat00014
는 xi를 표현하는 복소수 심볼들의 집합으로 정의된다. 즉,
Figure 112016107189412-pat00015
이며,
Figure 112016107189412-pat00016
이다.
8개의 심볼들 x는 두 개씩 (x1, x2), (x3, x4), (x5, x6), (x7, x8)로 묶이고, 이들은 각각 Alamouti STBC로 부호화된다. 4개의 부호화된 Alamouti STBC들은 두 개씩 더해져 두 개의 다중계층 시공간 블록부호가 형성된다. 형성된 두 개의 다중계층 시공간 블록부호(M1, M2)는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112016107189412-pat00017
Figure 112016107189412-pat00018
Figure 112016107189412-pat00019
Figure 112016107189412-pat00020
여기서, p와 θ는 다중계층 시공간 블록부호에 할당된 전력과 위상을 의미하며, ( )*는 켤레 복소수를 의미한다.
본 발명의 실시예에 따른 다중계층 시공간 블록부호 기반 공간변조 장치는 다중계층 시공간 블록부호에 적절한 전력과 위상을 할당함으로써, 비트 오류율 성능을 높일 수 있다.
구성된 두 개의 다중계층 시공간 블록부호는 전술한 바와 같이, log2 Q개의 정보 비트를 통해 선택된 코드북 Tq(x)(q∈1, 2, …, Q)를 구성하여 전송되는데, 구성되는 코드북은 송신 안테나가 4개인 경우 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112016107189412-pat00021
Figure 112016107189412-pat00022
Figure 112016107189412-pat00023
Figure 112016107189412-pat00024
여기서, α는 각 코드북에 할당되는 각도를 나타내고, [ ]T는 대칭 행렬을 나타낸다. 코드북 내의 Ml,i Ml,i(l=1, 2, i=1, 2)는 두 개의 다중계층 시공간 블록부호 행렬 M1, M2 각각의 열을 나타낸다.
그리고, 코드북 내의 각 원소는 각각 순서대로 제1 송신 안테나, 제2 송신 안테나, 제3 송신 안테나 및 제4 송신 안테나에 대응된다. 그래서, 두 개의 다중계층 시공간 블록부호는 각각 4개의 송신 안테나 중 선택된 한 쌍의 송신 안테나를 통해 전송된다.
예를 들어, q=1인 경우, 제1 송신 안테나와 제2 송신 안테나가 묶이고, 제3 송신 안테나와 제4 송신 안테나가 묶여, 다중계층 시공간 블록부호 M1이 제1 송신 안테나와 제2 송신 안테나를 통해 전송되고, 다중계층 시공간 블록부호 M2가 제3 송신 안테나와 제4 송신 안테나를 통해 전송될 수 있다.
그리고, q=2인 경우, 제2 송신 안테나와 제3 송신 안테나가 묶이고, 제1 송신 안테나와 제4 송신 안테나가 묶여, 다중계층 시공간 블록부호 M1이 제2 송신 안테나와 제3 송신 안테나를 통해 전송되고, 다중계층 시공간 블록부호 M2가 제1 송신 안테나와 제4 송신 안테나를 통해 전송될 수 있다.
그리고, q=3인 경우, 제3 송신 안테나와 제4 송신 안테나가 묶이고, 제1 송신 안테나와 제2 송신 안테나 묶여, 다중계층 시공간 블록부호 M1이 제3 송신 안테나와 제4 송신 안테나를 통해 전송되고, 다중계층 시공간 블록부호 M2가 제1 송신 안테나와 제2 송신 안테나를 통해 전송될 수 있다.
그리고, q=4인 경우, 제1 송신 안테나와 제4 송신 안테나가 묶이고, 제2 송신 안테나와 제3 송신 안테나 묶여, 다중계층 시공간 블록부호 M1이 제1 송신 안테나와 제4 송신 안테나를 통해 전송되고, 다중계층 시공간 블록부호 M2가 제2 송신 안테나와 제3 송신 안테나를 통해 전송될 수 있다.
코드북 간에 할당되는 위상은 위상할당의 효율성을 위하여 일정한 간격으로 유지되도록 하며, 인접한 코드북 간의 간격은 α로 유지된다. 이와 같은 적절한 코드북간 위상할당을 통하여, 코드북 사이의 간섭이 최소화될 수 있으며, 이를 통해, 비트 오류율 성능이 증가할 수 있다.
따라서, log2 Q + 8log2 M개의 정보 비트를 이용하여 결정된 Tq(x)는 송신단에서 전송되어 수신단에서 다음과 같이 수신된다.
Figure 112016107189412-pat00025
H는 신호가 전송되는 Nrⅹ4 채널 이득 행렬을 나타내며, N은 평균이 0이고 분산이 σ2인 Nrⅹ2 복소 가우시안 잡음 행렬을 나타낸다. Maximul Likelihood(ML) 검출 기법을 이용하여 수신된 신호에서 코드북 인덱스와 송신 신호가 검출되며, 이는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112016107189412-pat00026
여기서,
Figure 112016107189412-pat00027
는 ML 검출 기법을 통해 검출된 신호를 나타낸다.
본 발명에 따른 스펙트럼 효율은 (log2 Q + 8log2 M)/2로 나타낼 수 있다. 여기서, 1/2이 되는 이유는 신호가 두 개의 시간 슬롯 동안 전송되기 때문이다.
도 2는 다양한 SM 기법들의 스펙트럼 효율을 나타낸 도면이고, 도 3 및 도 4는 다양한 SM 기법들의 비트 오류율(BER) 성능에 대한 실험 결과를 나타낸 도면이다.
도 2는 다양한 SM 기법들과 본 발명의 실시예에 따른 다중계층 시공간 블록부호 기반 공간변조 방법의 스펙트럼 효율을 비교한 표이다. 도 2에 도시된 표에서 보이는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 다중계층 시공간 블록부호 기반 공간변조 방법이 다른 SM 기법들에 비하여 높은 스펙트럼 효율을 나타냄을 알 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 실험 결과는 각각, 스펙트럼 효율이 5bits/s/Hz 및 9bits/s/Hz인 경우에, 본 발명의 실시예에 따른 다중계층 시공간 블록부호 기반 공간변조 방법과 다양한 SM 기법들의 비트 오류율 성능을 비교한 것이다.
실험에서, quasi-static Rayleigh faded MIMO 채널 환경으로 가정하였으며, 전송 안테나의 개수는 Nt=4, 수신 안테나의 개수는 Nr=4로 가정하였다. 그리고, 본 발명의 실시예에 따른 다중계층 시공간 블록부호 기반 공간변조 방법의 비트 오류율 성능의 향상을 위하여, 다중계층 시공간 블록부호의 전력과 위상은 각각 p=0.71552 및 θ=0.32362로 할당하였고, 코드북의 각도는 α=π/4로 할당하였다. 또한, 동등 비교를 위하여 모든 기법들의 검출 방식에는 ML 검출 방식이 사용되었다.
실험 결과는, 도 3 및 도 4에서 보여지는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 다중계층 시공간 블록부호 기반 공간변조 방법이 거의 모든 SNR 영역에서 다른 기법들과 비교하여 성능이 뛰어남을 확인할 수 있다.
한편, 전술된 실시예의 구성 요소는 프로세스적인 관점에서 용이하게 파악될 수 있다. 즉, 각각의 구성 요소는 각각의 프로세스로 파악될 수 있다. 또한 전술된 실시예의 프로세스는 장치의 구성 요소 관점에서 용이하게 파악될 수 있다.
또한 앞서 설명한 기술적 내용들은 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. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예들을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 하드웨어 장치는 실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
110: 제1 디먹스
120: 다중계층 시공간 블록부호화부
130: 안테나쌍 맵퍼
140: 시공간 맵퍼
150: 복수의 송신 안테나

Claims (8)

  1. 4개의 송신 안테나를 가지는 다중계층 시공간 블록부호(MSSTC: Multi Strata Space Time Block Code) 기반 공간변조(SM: Spatial Modulation) 장치에 있어서,
    정보 비트를 입력받아 8개의 심볼을 제1 계층, 제2 계층, 제3 계층 및 제4 계층으로 그룹핑하고, 상기 그룹핑된 제1 계층 내지 제4 계층의 심볼을 부호화한 후, 상기 제1 계층 내지 제4 계층 각각에 대한 전력 및 위상을 할당하여 다중계층 시공간 블록부호를 출력하는 다중계측 시공간 블록부호를 출력하는 다중계층 시공간 블록부호화부; 및
    상기 다중계층 시공간 블록부호화부에서 출력하는 다중계층 시공간 블록부호를 이용하여 다중계층 시공간 블록부호-공간변조 코드워드를 생성하는 시공간 맵퍼를 포함하되,
    상기 다중계층 시공간 블록부호화부는,
    상기 8개의 심볼을 두 개씩 묶어 각각 부호화하여 4개의 부호화된 시공간 블록부호를 형성하고, 상기 4개의 부호화된 시공간 블록부호를 두 개씩 더하여 두 개의 다중계층 시공간 블록부호를 형성하되,
    상기 두 개의 다중계층 시공간 블록부호는 각각 상기 4개의 송신 안테나 중 선택된 한 쌍의 송신 안테나를 통해 전송되고,
    상기 다중계층 시공간 블록부호로 구성되는 코드북은,
    제1 다중계층 시공간 블록부호가 제1 송신 안테나와 제2 송신 안테나를 통해 전송되고, 제2 다중계층 시공간 블록부호가 제3 송신 안테나와 제4 송신 안테나를 통해 전송되도록 구성되는 제1 코드북;
    상기 제1 다중계층 시공간 블록부호가 상기 제2 송신 안테나와 상기 제3 송신 안테나를 통해 전송되고, 상기 제2 다중계층 시공간 블록부호가 상기 제1 송신 안테나와 상기 제4 송신 안테나를 통해 전송되도록 구성되는 제2 코드북;
    상기 제1 다중계층 시공간 블록부호가 상기 제3 송신 안테나와 상기 제4 송신 안테나를 통해 전송되고, 상기 제2 다중계층 시공간 블록부호가 상기 제1 송신 안테나와 상기 제2 송신 안테나를 통해 전송되도록 구성되는 제3 코드북; 및
    상기 제1 다중계층 시공간 블록부호가 상기 제1 송신 안테나와 상기 제4 송신 안테나를 통해 전송되고, 상기 제2 다중계층 시공간 블록부호가 상기 제2 송신 안테나와 상기 제3 송신 안테나를 통해 전송되도록 구성되는 제4 코드북을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중계층 시공간 블록부호 기반 공간변조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코드북은 다음의 수학식과 같이 생성되는 것을 특징으로 하는 다중계층 시공간 블록부호 기반 공간변조 장치.
    Figure 112017109224819-pat00028

    Figure 112017109224819-pat00029

    Figure 112017109224819-pat00030

    Figure 112017109224819-pat00031

    여기서, Tq(x)는 4개의 송신 안테나에 대한 코드북이고, 코드북 인덱스 q∈1, 2, 3, 4이고, α는 각 코드북에 할당되는 각도를 나타내고, [ ]T는 대칭 행렬을 나타내고, 코드북 내의 Ml,i(l=1, 2, i=1, 2)는 두 개의 다중계층 시공간 블록부호의 행렬 M1과 M2 각각의 열을 나타냄
  3. 제2항에 있어서,
    상기 다중계층 시공간 블록부호의 행렬 M1 및 M2는 다음의 수학식으로 나타나는 것을 특징으로 하는 다중계층 시공간 블록부호 기반 공간변조 장치.
    Figure 112017109224819-pat00032

    Figure 112017109224819-pat00033

    Figure 112017109224819-pat00034

    Figure 112017109224819-pat00035

    여기서, x1내지 x8은 상기 8개의 심볼이고, p와 θ는 다중계층 시공간 블록부호에 할당된 전력과 위상을 나타내며, ( )*는 켤레 복소수를 나타냄
  4. 제2항에 있어서,
    상기 코드북 내의 각 원소는 순서대로 제1 송신 안테나, 제2 송신 안테나, 제3 송신 안테나 및 제4 송신 안테나에 대응되어, 두 개의 다중계층 시공간 블록부호가 각각 4개의 송신 안테나 중 선택된 한 쌍의 송신 안테나를 통해 전송되는 것을 특징으로 하는 다중계층 시공간 블록부호 기반 공간변조 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 정보 비트를 통해 상기 4개의 송신 안테나 중 활성화될 송신 안테나 쌍에 관한 상기 코드북 인덱스를 출력하는 안테나-쌍 맵퍼를 더 포함하되,
    상기 다중계층 시공간 블록부호-공간변조 코드워드는 상기 안테나-쌍 맵퍼에 의해 결정된 안테나 인덱스에 상응하는 송신 안테나를 통해 전송되는 것을 특징으로 하는 다중계층 시공간 블록부호 기반 공간변조 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 정보 비트를 통해 결정되는 상기 코드북 Tq(x)가 전송되면, 수신단에서 수신된 신호는 다음과 같은 수학식으로 나타나는 것을 특징으로 하는 다중계층 시공간 블록부호 기반 공간변조 장치.
    Figure 112017109224819-pat00036

    여기서, H는 신호가 전송되는 수식 안테나 개수 Nrⅹ4 채널 이득 행렬을 나타내며, N은 평균이 0이고 분산이 σ2인 Nrⅹ2 복소 가우시안 잡음 행렬을 나타냄
  7. 제6항에 있어서,
    상기 수신단에서 수신된 신호는 다음의 수학식과 같이 Maximul Likelihood(ML) 검출 기법을 이용하여 수신된 신호에서 코드북 인덱스와 송신 신호가 검출되는 것을 특징으로 하는 다중계층 시공간 블록부호 기반 공간변조 장치.
    Figure 112017109224819-pat00037

    여기서,
    Figure 112017109224819-pat00038
    는 ML 검출 기법을 통해 검출된 신호를 나타냄
  8. 4개의 송신 안테나를 가지는 다중계층 시공간 블록부호(MSSTC: Multi Strata Space Time Block Code) 기반 공간변조(SM: Spatial Modulation) 장치가 수행하는 다중계층 시공간 블록부호 기반 공간변조 방법에 있어서,
    정보 비트를 입력받아 8개의 심볼을 제1 계층, 제2 계층, 제3 계층 및 제4 계층으로 그룹핑하는 단계;
    상기 그룹핑된 제1 계층 내지 제4 계층의 심볼을 부호화하는 단계;
    상기 제1 계층 내지 제4 계층 각각에 대한 전력 및 위상을 할당하여 다중계층 시공간 블록부호를 출력하는 다중계측 시공간 블록부호를 생성하는 단계; 및
    상기 다중계층 시공간 블록부호화부에서 출력하는 다중계층 시공간 블록부호를 이용하여 다중계층 시공간 블록부호-공간변조 코드워드를 생성하는 단계를 포함하되,
    상기 그룹핑하는 단계는,
    상기 8개의 심볼을 두 개씩 묶고,
    상기 부호화하는 단계는,
    상기 두 개씩 묶인 심볼을 각각 부호화하여 4개의 부호화된 시공간 블록부호를 형성하고,
    상기 다중계층 시공간 블록부호를 생성하는 단계는,
    상기 4개의 부호화된 시공간 블록부호를 두 개씩 더하여 두 개의 다중계층 시공간 블록부호를 형성하고,
    상기 두 개의 다중계층 시공간 블록부호는 각각 상기 4개의 송신 안테나 중 선택된 한 쌍의 송신 안테나를 통해 전송되고,
    상기 다중계층 시공간 블록부호로 구성되는 코드북은,
    제1 다중계층 시공간 블록부호가 제1 송신 안테나와 제2 송신 안테나를 통해 전송되고, 제2 다중계층 시공간 블록부호가 제3 송신 안테나와 제4 송신 안테나를 통해 전송되도록 구성되는 제1 코드북;
    상기 제1 다중계층 시공간 블록부호가 상기 제2 송신 안테나와 상기 제3 송신 안테나를 통해 전송되고, 상기 제2 다중계층 시공간 블록부호가 상기 제1 송신 안테나와 상기 제4 송신 안테나를 통해 전송되도록 구성되는 제2 코드북;
    상기 제1 다중계층 시공간 블록부호가 상기 제3 송신 안테나와 상기 제4 송신 안테나를 통해 전송되고, 상기 제2 다중계층 시공간 블록부호가 상기 제1 송신 안테나와 상기 제2 송신 안테나를 통해 전송되도록 구성되는 제3 코드북; 및
    상기 제1 다중계층 시공간 블록부호가 상기 제1 송신 안테나와 상기 제4 송신 안테나를 통해 전송되고, 상기 제2 다중계층 시공간 블록부호가 상기 제2 송신 안테나와 상기 제3 송신 안테나를 통해 전송되도록 구성되는 제4 코드북을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중계층 시공간 블록부호 기반 공간변조 방법.


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KR101520575B1 (ko) * 2014-02-11 2015-05-18 중앙대학교 산학협력단 멀티 계층 시공간 부호에 기반한 안테나 자동 재전송을 이용한 송수신 방법 및 그 장치

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