KR102150324B1 - 채널 함수 기반 무선 통신 방법 및 장치 - Google Patents

채널 함수 기반 무선 통신 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에서 채널 함수에 기반한 주파수 효율 증대를 지원하는 무선 통신 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 디지털 변조방식을 사용하는 무선통신 시스템은 데이터 신호를 변조하여 변조 심볼을 생성하고, 상기 변조 심볼에 대응하는 채널 심볼 함수를 생성하고, 상기 변조 심볼과 상기 채널 심볼 함수의 결합을 수행하여 생성된 전송 심볼을 송신 안테나를 통하여 전송하는 송신장치, 및 수신 안테나를 통하여 상기 전송 심볼을 수신하고, 상기 전송 심볼에 포함된 채널 심볼 함수를 추정하고, 상기 전송 심볼에 포함된 상기 변조 심볼을 기반으로 상기 데이터 신호를 추출하는 수신장치를 포함함을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면 안테나의 수에 따라서 변조율이 고정되지 않고, 채널 함수의 수를 적응적으로 가변할 수 있으므로 채널환경 및 수신감도의 변화에 따라서 최적의 성능을 구현할 수 있다.

Description

채널 함수 기반 무선 통신 방법 및 장치{Method and apparatus of wireless communication based on channel function}
본 발명은 무선 통신에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선 통신 시스템에서 채널 함수에 기반한 주파수 효율 증대를 지원하는 무선 통신 방법 및 장치에 관한 것이다.
고속의 데이터 전송을 위한 주파수 효율 증대 기술로는 기본적으로 통신의 변조도(modulation level)를 높이는 기술과 다중 안테나를 사용하는 MIMO 기술이 있다. 통신의 변조도를 높이는 기술은 하드웨어 설계 기술의 발달과 함께 1024 QAM(Quadrature Amplitude Modulation)까지 지원하고 있으나 이러한 기술은 높은 신호대 잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR)를 요구하므로, 전송거리가 제한적이고 채널 환경에 민감한 문제점이 있다.
한편, MIMO(Multiple Input Multiple Output) 기술은 공간적인 채널함수의 직교성을 사용하여 주파수 효율을 높이는 기술이다. MIMO 기술은 최대 전송 속도를 안테나의 개수에 선형적으로 비례하여 증가시키는 기술인 공간다중화(Spatial Multiplexing) 기술을 포함한다. MIMO 기술에 따르면 사용하는 송수신 안테나와 RF 송수신기의 수의 N배 증가하면 최대 N배의 주파수 효율 증대 효과를 얻을 수 있다. 하지만 이 경우 N개의 다른 신호는 서로에게 간섭으로 작용하기에, 더 높은 신호대 잡음비가 요구되고, 각 안테나에 대응하는 채널 정보를 알기 위하여 복잡한 채널 추정 기법이나 채널 행렬의 역행렬을 구하기 위한 복잡한 수신 알고리즘이 요구된다. 또한, 시스템적으로 보았을 때에 다수개의 RF(Radio Frequency) 송수신기와 다수개의 안테나가 필요하므로 전력소모도 크고, 설치 공간의 제약이 있는 문제점이 있다. 그리고 기본적으로 직교성이 있는 채널 함수가 만들어져야 하므로 실제 통신 채널 환경 특성에 민감한 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 서로 다른 안테나에서 전송되는 신호의 경로를 부호화하는 공간(spatial) 변조 기술이 사용될 수 있다. 공간 변조 기술은 채널함수를 이용해서 직교성이 있는 채널에 코딩을 하여 주파수 효율을 높일 수 있다. 하지만 공간 변조 기술 또한 다수개의 안테나가 필요하고, 단일반송파(single carrier) 방식에 기반할 경우 하나의 송수신기로 구현될 수 있으나, OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)과 같은 다중 부반송파(multiple subcarrier) 기반 전송 방식을 지원하기 위하여는 다수의 부반송파 별로 채널 코딩을 하여야 하므로 상기 MIMO 기술과 같이 안테나 수와 동일한 수의 RF 송수신기가 필요할 수 있다. 여기서 OFDM은 다수의 직교하는 부반송파들에 데이터를 싣고 상기 부반송파들을 다중화하여 무선 통신을 수행하는 방식이다. 이 경우 부반송파들간 직교성을 보장하기 위하여 부반송파들간 간격이 △f=1/Tg가 되도록 주파수 축 상으로 부반송파들이 배치되는 특징이 있으며, Tg는 부반송파당 변조 심볼의 구간(symbol duration)이다.
단일 송수신기를 사용하여 주파수 효율을 높이는 기술이 요구된다.
본 발명의 기술적 과제는 채널 함수 기반 무선 통신 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 기술적 과제는 데이터 변조 및 선택적 채널 함수 적용 기반의 무선 통신 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 기술적 과제는 단일 송수신기 기반으로 주파수 효율을 높일 수 있는 무선 통신 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 기술적 과제는 적응적 채널 변조율 적용 및 선택적 채널 함수 적용 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 디지털 변조방식을 사용하는 무선 송신장치를 제공한다. 상기 송신장치는 입력되는 데이터를 직렬에서 병렬의 데이터 신호들로 변환시키는 직렬/병렬 변환기, 상기 병렬의 데이터 신호들을 변조하여 변조 심볼들을 생성하는 데이터 변조기, 각 변조 심볼에 대응하는 채널 심볼 함수를 생성하는 채널 변조기, 각 변조 심볼 및 대응하는 상기 채널 심볼 함수를 결합하여 전송 심볼을 생성하는 심볼 결합기, 상기 생성된 전송 심볼을 안테나를 통하여 수신장치로 전송하는 RF(radio frequency) 송신부를 포함함을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 일 양태에 따르면, 디지털 변조방식을 사용하는 무선 수신장치를 제공한다. 상기 수신장치는 송신장치로부터 송신되는 전송 심볼을 안테나를 통하여 수신하는 RF(radio frequency) 수신부, 상기 전송 심볼에 포함된 채널 심볼 함수를 추정하는 채널 추정기, 상기 추정을 기반으로 상기 전송 심볼에 포함된 채널 심볼 함수를 복조하여 채널 함수를 추출하는 채널 복조기, 및 상기 추정을 기반으로 상기 전송 심볼에 포함된 변조 심볼을 복조하여 데이터 신호를 추출하는 데이터 복조기를 포함함을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 일 양태에 따르면, 디지털 변조방식을 사용하는 무선통신 시스템을 제공한다. 상기 무선통신 시스템은 데이터 신호를 변조하여 변조 심볼을 생성하고, 상기 변조 심볼에 대응하는 채널 심볼 함수를 생성하고, 상기 변조 심볼과 상기 채널 심볼 함수의 결합을 수행하여 생성된 전송 심볼을 송신 안테나를 통하여 전송하는 송신장치, 및 수신 안테나를 통하여 상기 전송 심볼을 수신하고, 상기 전송 심볼에 포함된 채널 심볼 함수를 추정하고, 상기 전송 심볼에 포함된 상기 변조 심볼을 기반으로 상기 데이터 신호를 추출하는 수신장치를 포함함을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 단일 RF 송수신기와 단일 안테나를 사용하는 경우에도, 기존의 변조방식을 적용하는 경우보다 높은 주파수 효율을 얻을 수 있다. 또한 본 발명은 미리 지정된 채널 함수를 사용하므로 채널 환경에 둔감(insensitive)하고 고정 점대점 통신과 같은 LOS 환경에서도 좋은 성능을 발휘할 수 있다. 본 발명은 단일반송파 방식 기반인지 OFDM 방식 기반인지에 무관하게 하나의 송수신기만으로 구현이 가능하고, 고속 스위치와 같은 부가적인 장치가 필요하지 않은 장점이 있다.
또한 본 발명은 안테나의 수에 따라서 변조율이 고정되지 않고, 채널 함수의 수를 적응적으로 가변할 수 있으므로 채널환경 및 수신감도의 변화에 따라서 최적의 성능을 구현할 수 있다.
또한 본 발명은 다양한 채널 함수로 구현이 가능하므로 MIMO 형태로 확장적용할 수도 있다.
도 1은 MIMO 기술을 사용하는 시스템 구성도의 일 예를 나타낸다.
도 2는 단일 반송파 방식 기반의 공간변조 기술을 사용하는 무선 송신장치 및 수신장치 구조의 예이다.
도 3은 OFDM 기반의 공간변조 기술을 사용하는 무선 송신장치 및 송신장치 구조의 예이다.
도 4는 단일 반송파 방식 기반의 공간변조 기술을 사용하는 경우의 신호 전송의 예이다.
도 5는 본 발명에 따른 신호 전송 형태의 예를 나타낸다.
도 6은 본 발명에 따른 주파수 효율 증대 기술이 적용된 시스템 구조의 예이다.
이하, 본 명세서에서는 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어, 관련된 공지의 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 명세서의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
무선 통신 시스템에서 고속의 데이터 전송을 위하여 주파수 효율 증대 기술이 사용될 수 있다. 이러한 주파수 효율 증대 기술로는 기본적으로 통신의 변조도를 높이는 기술 혹은 다중 안테나를 사용하는 MIMO 기술이 있다. 통신의 변조도를 높이는 기술은 하드웨어 설계 기술의 발달과 함께 발전하였으며, 최근에는 1024QAM 변조도까지 가능한 기술이 개발되었다. 하지만 이러한 기술은 높은 신호대 잡음비(SNR)를 요구하므로 전송거리가 제한적이며, 채널환경에 민감한 단점이 있다. 예를 들어, QPSK(quadrature phase shift keying)와 64QAM을 비교하면, BER(bit error rate) 10-6 기준에서 신호대 잡음비가 약 13dB 정도 차이가 나고 채널 환경과 시스템이 동일하다고 가정하였을 경우 약 20배의 전송거리 차이가 나타난다.
한편, 공간적인 채널함수의 직교성을 이용하여 주파수 효율을 높이는 MIMO 기술의 경우 최대 전송 속도를 안테나의 개수에 선형적으로 비례하여 증가시킬 수 있기에 많이 사용되고 있다.
도 1은 MIMO 기술을 사용하는 시스템 구성도의 일 예를 나타낸다.
도 1을 참조하면, MIMO 기술을 지원하는 송신장치는 직렬/병렬(Serial/Parallel, S/P) 변환기(1), MIMO 부호화기(2), 데이터 변조기(3), 다수의 RF 송신기(4) 및 다수의 안테나(5)를 포함한다.
직렬/병렬 변환기(1)는 입력되는 데이터를 직렬에서 병렬의 데이터 신호들로 변환시켜 MIMO 부호화기(2)로 전달한다. MIMO 부호화기(2)는 정해진 알고리즘에 따라 병렬의 데이터 신호들을 부호화하고, 데이터 변조기(3)는 상기 부호화된 신호들을 처리하여 변조 심볼들을 생성한다. 데이터 변조기(3)는 다수의 변조 블럭을 포함할 수 있다. 다수의 RF 송신기(4)는 다수의 안테나(5)에 각각(respectively) 연결되고, 상기 변조 심볼들을 연결된 안테나를 통하여 수신장치로 송신한다.
한편, MIMO 기술을 지원하는 수신장치는 다수의 안테나(6), 다수의 RF 수신기(7), 데이터 복조기(8), MIMO 복호화기(9) 및 병렬/직렬(Parallel/Serial, P/S) 변환기(10)를 포함한다.
다수의 RF 수신기(7)는 각각 연결된 다수의 안테나(6)를 통하여 송신장치로부터 송신된 변조 심볼들을 수신하고, 데이터 복조기(8)로 전달한다. 데이터 복조기(8)는 다수의 복조 블럭을 포함할 수 있다. 데이터 복조기(8)는 상기 변조 심볼들을 복조하고, 부호화된 신호들을 추출한 후 MIMO 복호화기(9)로 전달한다. MIMO 복호화기(9)는 상기 부호화된 신호들을 정해진 알고리즘에 따라 복호하여 병렬의 데이터 신호들을 추출하고, 병렬/직렬 변환기(10)는 상기 병렬의 데이터 신호들을 기반으로 원래의(original) 데이터를 추출한다.
이러한 MIMO 시스템에 있어서, RF 송신기(4) 및 안테나(5) 쌍의 수 및 RF 수신기(7) 및 안테나(6) 쌍의 수가 N배 증가하면, 최대 N배의 주파수 효율 증대 효과를 얻을 수 있다. 하지만 다수의 MIMO 신호들은 서로에게 간섭으로 작용할 수 있기 때문에 더 높은 신호대 잡음비가 요구될 수 있다. 그리고 MIMO 연결된 각 송신/수신 안테나에 대응하는 채널 정보를 알고 위하여는 MIMO 부호화기(2) 및 MIMO 복호화기(9)에서 복잡한 채널 추정 기법이 필요하며, 채널 행렬의 정확한 역행렬을 구하기 위한 복잡한 수신 알고리즘이 필요하다. 또한 시스템 하드웨어적 측면에서 보았을 때에도 다수개의 RF 송신기/수신기와 다수개의 안테나가 필요하므로 전력소모가 크고, 설치 공간이 제한되는 문제점이 있다. 그리고, MIMO 기술 기반 주파수 효율 증대를 위하여는 기본적으로 직교성이 있는 채널 함수가 만들어져야 하므로 실제 통신 채널 환경에 민감한 특성이 있다. 또한, 다수의 RF 송신기/수신기가 사용되므로, 다수의 RF 송수기/수신기들 간에 성능 차이가 있는 경우 성능 열화가 발생할 수 있고, 필요 소모 전력이 커지는 단점이 있다.
상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 서로 다른 안테나에서 전송되는 신호의 경로를 부호화하는 공간(spatial) 변조 기술이 사용될 수 있다. 공간 변조 기술은 채널함수를 이용해서 직교성이 있는 채널에 코딩을 하여 주파수 효율을 높일 수 있는 기술이다. 여기서 상기 채널함수는 MIMO 기술에서 적용되는 채널함수가 사용될 수 있다. 공간 변조 기술은 MIMO와 같이 여러 개의 송신 안테나를 사용하지만, 하나의 심볼(symbol) 기간(duration)에 하나의 안테나를 선택하여 송신을 수행할 수 있다. 공간 변조 기술에 따르면 송신단에서는 입력신호의 디지털 값에 따라서 각각 다른 채널 함수가 적용되는 안테나 선택을 수행하고, 신호 변조를 통하여 심볼 맵핑을 하고, 수신단에서는 송신 안테나 인덱스를 고려한 수신 신호 복조를 통하여 주파수 효율을 높일 수 있다.
도 2는 단일 반송파 방식 기반의 공간변조 기술을 사용하는 무선 송신장치 및 수신장치 구조의 예이다.
도 2를 참조하면, 공간변조 기술을 사용하는 송신장치는 S/P 변환기(11), 데이터 변조기(12), RF 송신기(13), 경로 스위치(path switch, 14), 다수의 안테나(15) 및 안테나 선택부(antenna selection unit, 21)을 포함하고, 공간변조 기술을 사용하는 수신기는 안테나(16), RF 수신기(17), 데이터 복조기(18), 경로 검출기(path finder, 19) 및 P/S 변환기(20)를 포함한다.
상기 송신장치는 공간변조 기술을 사용하므로 다수개의 안테나를 사용하지만, 단일 반송파 방식에 기반하는 경우 하나의 심볼 구간에 안테나 선택부(21)가 상기 다수의 안테나(15) 중 하나의 안테나를 선택하고, 경로 스위치(14)가 RF 송신기(13)와 선택된 안테나를 연결하며, 상기 선택된 안테나를 통하여 신호가 송신되므로 하나의 RF 송신기(13)만 있으면 된다. 또한 수신장치에 있어서도, 경로 검출기(20)가 기지국으로부터 수신되는 정보 및 정해진 알고리즘 등을 기반으로 해당 심볼 구간에 대응하는 채널 및 경로 등을 검출(또는 추정)할 수 있으며, 이를 기반으로 하나의 RF 수신기가 송신장치로부터 송신되는 신호를 수신할 수 있다.
하지만, 상기 방법의 경우에 있어서도 심볼 구간 단위로 경로 스위칭이 이루어져야 하기 때문에 고속의 스위치가 필요하며, 만약 OFDM 방식에 기반하는 경우에는 전체 주파수 효율을 높이기 위하여는 각 부반송파 별로 다르게 송신 안테나를 선택해야 하므로 다수의 RF 송신기가 필요하다.
도 3은 OFDM 기반의 공간변조 기술을 사용하는 무선 송신장치 및 송신장치 구조의 예이다.
도 3을 참조하면, 송신장치는 S/P 변환기(22), 경로 선택/결합 부호화기(path selection/combine encoder, 23), 데이터 변조기(24), IFFT(Inver Fast Fourier Transform)부(25), 다수의 RF 송신기(26) 및 다수의 안테나(27)을 포함하고, 수신장치는 다수의 안테나(28), 다수의 RF 수신기(29), FFT(Fast Fourier Transform)부(30), 데이터 복조/결합 복호화기(31), 경로 검출기(34), 부반송파 디맵핑부(32) 및 P/S 변환기(33)를 포함한다. 송신장치의 IFFT부(25)는 입력되는 변조된 병렬의 데이터 신호들에 대해 IFFT 알고리즘을 수행하여 시간 도메인 신호들를 생성할 수 있고, 상기 시간 도메인 신호들을 각 부반송파에 대응하는 RF 송신기(26)로 전송한다. 수신장치의 FFT부(30)는 다수의 RF 수신기(29)에서 수신된 병렬의 신호에 FFT 알고리즘을 수행하여 병렬의 주파수 도메인 신호들을 생성한다.
OFDM 기반의 공간변조 기술을 사용하는 경우 IFFT부(25) 및 FFT부(30)는 송신 안테나 수 만큼의 IFFT 블럭 및 FFT 블럭이 각각 필요할 수 있고, 다수의 RF 송신기(26) 및 RF 수신기(29)가 필요하므로 기존 MIMO 기술에 비하여 하드웨어적인 장점은 크지 않다. 또한, 이 경우 주파수 효율을 M 비트만큼 높이기 위하여는 2M만큼의 안테나 수가 필요하므로 많은 안테나 공간이 필요하다.
한편, 도 2와 같은 단일 반송파 방식 기반의 공간변조 기술을 사용하는 경우 신호는 다음과 같이 전송될 수 있다.
도 4는 단일 반송파 방식 기반의 공간변조 기술을 사용하는 경우의 신호 전송의 예이다.
도 4를 참조하면, MS는 변조 심볼(modulation symbole)들을 나타내고, H는 (전송) 채널에 대한 채널 심볼을 나타낸다. 채널은 각 안테나(15)와 수신단 안테나(16) 간에 각각 형성된다.
변조 심볼들의 경우 시간 축에서 오른쪽에 있는 변조 심볼부터 다수의 송신단 안테나(15) 중 하나의 안테나를 통하여 수신단 안테나(16)로 송신된다. 이 경우 경로 스위치(14)에 의하여 다수의 송신단 안테나(15) 중 상기 하나의 안테나가 연결될 수 있다. 이 경우 심볼 단위로 상기 연결되는 안테나가 변경될 수 있다. 이 경우 송신단의 안테나 선택부(미도시)는 변조 심볼의 경로 선택 알고리즘에 따라서 안테나를 선택할 수 있으며 동일한 시간에는 다수의 송신단 안테나(15) 중 하나의 안테나가 선택되어 변조 심볼을 송신할 수 있다. 이 경우 수신단의 입장에서 수신신호는 하나의 변조 심볼과 하나의 경로 함수(채널 심볼)이 결합된 형태로 연속적으로 수신된다.
도 5는 본 발명에 따른 신호 전송 형태의 예를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 송신장치에 입력되는 데이터 비트열(bit stream)은 부호화 및 변조 등을 거쳐서 변조 심볼들로 생성되고, 상기 생성된 변조 심볼들은 각각 알고리즘에 따라 정의된 채널을 통하여 전송된다. 따라서 시간적으로 보면 단위 시간에 하나의 변조 심볼과 하나의 경로함수(채널 심볼)이 결합된 형태이므로, 송신장치는 다수개의 안테나를 사용하지 않고, 송신장치와 수신장치간 미리 약속된 경로 함수를 변조 심볼에 결합하여 전송 심볼(transmitting symbol) 형태로 보냄으로써 다수개의 안테나를 사용하는 효과를 얻을 수 있다. 즉, 수신장치 입장에서는 다양한 경로 함수를 통하여 변조 심볼을 수신할 수 있다. 경로함수는 주파수 함수이므로 시간 도메인에서 변조 심볼에 경로함수(채널 심볼)를 컨볼루션 연산을 하거나, 주파수 도메인에서 변조 심볼에 경로함수를 곱하기를 한 다음 IFFT를 수행할 수도 있다.
즉, 본 발명에서는 변조 심볼에 송신장치와 수신장치 간 정의된 경로함수를 결합하여 높은 주파수 효율을 얻을 수 있다. 본 발명에 따른 주파수 효율은 단위 심볼당 전송 비트로 나타내는 경우 다음 수학식 1과 같을 수 있다.
Figure 112014095485178-pat00001
여기서, M은 QAM 변조도를 나타내며, 예를 들어 M은 16, 32, 64 256 또는 1024 등일 수 있다. N은 송신단 및 수신단 간의 다중 경로 함수의 수를 나타낸다.
도 6은 본 발명에 따른 주파수 효율 증대 기술이 적용된 시스템 구조의 예이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 송신장치는 S/P 변환기(35), 모드 제어기(mode controller, 36), 채널 변조기(37), 데이터 변조기(39), 심볼 결합기(symbol combiner, 40), 프리앰블(preamble) 삽입부(38), RF 송신기(41) 및 안테나(42)를 포함한다. 본 발명에 따른 수신장치는 안테나(43), RF 수신기(44), 데이터 복조기(45), 채널 추정기(channel estimator, 46), 채널 복조기(47), 모드 제어기(48), P/S 변환기(49)를 포함한다.
본 발명에 따른 송신장치는 입력받은 데이터를 S/P 변환기(35)에서 병렬의 데이터 신호들로 변환시킨다. 이 경우 S/P 변환기(35)는 상기 입력받은 데이터를 데이터의 종류 및 공간 변조율 등에 따라서 정해진 알고리즘에 따라 분리할 수 있다. 데이터 변조기(39)는 입력되는 병렬의 데이터 신호들을 변조하여 변조 심볼들을 생성한다. 채널 변조기(37)는 변조 심볼에 대응하는 채널 심볼 함수를 선택하고, 심볼 결합기(40)는 변조 심볼과 해당 변조 심볼에 대응하는 채널 심볼 함수를 결합하여 전송 심볼을 생성한다. 심볼 결합기(40)는 채널 심볼 함수가 주파수 함수이므로 변조 심볼과 채널 심볼 함수를 주파수 영역에서 곱하고 시간 도메인으로 변환을 할 수 있다. 또는 심볼 결합기(40)는 변조 심볼 및 채널 심볼 함수에 대하여 시간 도메인으로 변환 후 컨볼루션 함수를 사용하여 결합하는 등 다양한 방법을 사용할 수 있다. 프리앰블 삽입부(38)는 상기 전송 심볼에 프리앰블을 삽입할 수 있다. 이 경우 상기 프리앰블에는 상기 전송 심볼에 포함되는 채널 심볼 함수에 대한 정보가 포함될 수 있다. RF 송신기(41)는 입력되는 전송 심볼을 안테나(42)를 통하여 수신장치로 전송한다.
수신장치는 안테나(43)를 통하여 송신장치로부터 전송된 신호(전송 심볼)을 수신한다. 구체적으로 RF 수신기(44)는 안테나(43)를 통하여 전송 심볼을 수신한다. 이 경우 채널 추정기(46)는 정해진 알고리즘에 따라서 채널 추정을 수행하고, 상기 전송 심볼에 포함되는 채널 심볼 함수를 결정(또는 추정)한다. 채널 복조기(47)는 상기 채널 심볼 함수의 복조를 수행하여 채널 함수를 추출하고 채널 정보를 획득한다. 데이터 복조기(45)는 상기 전송 심볼에 포함되는 변조 심볼을 복조하여 병렬의 데이터 신호를 추출한다. P/S 변환기(49)는 상기 병렬의 데이터 신호 및 상기 채널 함수를 정해진 알고리즘에 따라서 결합 또는 직렬로 변환을 수행하고 원래의 데이터를 추출할 수 있다.
본 발명에 따른 송신장치 및 수신장치는 각각 모드 제어기(36, 48)를 포함한다. 모드 제어기(36) 및 모드 제어기(48)는 정해진 규약 또는 알고리즘에 따라서 채널 함수(또는 채널 심볼 함수)를 결정 및 제어한다. 모드 제어기(36) 및 모드 제어기(48)는 예를 들어 무선 프레임 초기에 데이터 변조와 채널 변조(경로 변조)의 비율을 결정하고, 이를 기반으로 정해진 규약 또는 알고리즘에 따라서 각 변조 심볼에 적용되는 채널 함수를 결정 또는 검출할 수 있다. 모드 제어기(36)는 채널 변조기(37)를 제어할 수 있고, 모드 제어기(48)은 채널 추정기(46) 및 채널 복조기(47)를 제어할 수 있다. 모드 제어기(36) 및 모드 제어기(48)는 상술한 프리앰블이나 채널 추정기(46)의 판단 결과를 기반으로, 신호대 잡음비나 채널 환경의 변화 상황을 고려하여 데이터 변조와 채널 변조의 비율(rate)을 변경 및 제어할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 단일 RF 송수신기와 단일 안테나를 사용하는 경우에도, 기존의 변조방식을 적용하는 경우보다 높은 주파수 효율을 얻을 수 있다. 또한 본 발명은 미리 지정된 채널 함수를 사용하므로 채널 환경에 둔감(insensitive)하고 고정 점대점 통신과 같은 LOS 환경에서도 좋은 성능을 발휘할 수 있다. 본 발명은 단일반송파 방식 기반인지 OFDM 방식 기반인지에 무관하게 하나의 송수신기만으로 구현이 가능하고, 고속 스위치와 같은 부가적인 장치가 필요하지 않은 장점이 있다.
또한, 본 발명은 안테나의 수에 따라서 변조율이 고정되지 않고, 채널 함수의 수를 적응적으로 가변할 수 있으므로 채널환경 및 수신감도의 변화에 따라서 최적의 성능을 구현할 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면 송수신 안테나의 수와 수신단에서의 채널 경로 수가 서로 비례하지 않을 수 있다.
또한, 본 발명은 단일 반송파 방식 뿐 아니라 OFDM 방식에도 적용될 수 있다. 이 경우 채널 변조기와 채널 복조기가 각 부반송파 단위로 각 변조 심볼별 채널 함수 연산을 수행하면 된다.
또한 본 발명은 다양한 채널 함수로 구현이 가능하므로 MIMO 형태로 확장적용할 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 디지털 변조방식을 사용하는 무선 송신장치에 있어서,
    입력되는 데이터를 직렬에서 병렬의 데이터 신호들로 변환시키는 직렬/병렬 변환기;
    상기 병렬의 데이터 신호들을 변조하여 변조 심볼들을 생성하는 데이터 변조기;
    각 변조 심볼에 대응하는 채널 심볼 함수를 생성하는 채널 변조기;
    각 변조 심볼 및 대응하는 상기 채널 심볼 함수를 결합하여 전송 심볼을 생성하는 심볼 결합기;
    상기 생성된 전송 심볼을 안테나를 통하여 수신장치로 전송하는 RF(radio frequency) 송신부를 포함함을 특징으로 하는, 송신장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 심볼 결합기는 상기 변조 심볼과 상기 채널 심볼 함수를 주파수 영역에서 서로 곱하여 결합하고, 시간영역으로 변환하여 상기 전송 심볼을 생성함을 특징으로 하는, 송신장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 심볼 결합기는 상기 변조 심볼과 상기 채널 심볼 함수를 시간 영역으로 변환한 후에 컨볼루션 연산을 통하여 결합하여 상기 전송 심볼을 생성함을 특징으로 하는, 송신장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 각 변조 심볼에 대응하는 채널 심볼 함수를 결정하는 모드 제어기를 더 포함함을 특징으로 하는, 송신장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    전체 채널 심볼 함수들의 수는 상기 송신장치와 상기 수신장치 간 채널 경로의 수와 다른 것을 특징으로 하는, 송신장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 모드 제어기는 데이터 변조율을 제어하고, 상기 데이터 변조기는 상기 데이터 변조율을 기반으로 상기 변조 심볼들을 생성하되,
    상기 데이터 변조율은 신호대 잡음비 및 채널의 전달 특성을 기반으로 제어됨을 특징으로 하는, 송신장치.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 모드 제어기는 채널 변조율을 제어하고, 상기 채널 변조기는 상기 채널 변조율을 기반으로 상기 채널 심볼 함수를 생성하되,
    상기 채널 변조율은 신호대 잡음비 및 채널의 전달 특성을 기반으로 제어됨을 특징으로 하는, 송신장치.
  8. 디지털 변조방식을 사용하는 무선 수신장치에 있어서,
    송신장치로부터 송신되는 전송 심볼을 안테나를 통하여 수신하는 RF(radio frequency) 수신부;
    상기 전송 심볼에 포함된 채널 심볼 함수를 추정하는 채널 추정기;
    상기 추정을 기반으로 상기 전송 심볼에 포함된 채널 심볼 함수를 복조하여 채널 함수를 추출하는 채널 복조기; 및
    상기 추정을 기반으로 상기 전송 심볼에 포함된 변조 심볼을 복조하여 데이터 신호를 추출하는 데이터 복조기를 포함함을 특징으로 하는, 수신장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 변조 심볼에 대응하는 채널 심볼 함수를 결정하며, 상기 채널 추정기 및 상기 채널 복조기를 제어하는 모드 제어기를 더 포함함을 특징으로 하는, 수신장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    전체 채널 심볼 함수들의 수는 상기 송신장치와 상기 수신장치 간 채널 경로의 수와 다른 것을 특징으로 하는, 수신장치.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 모드 제어기는 데이터 변조율을 제어하고,
    상기 데이터 복조기는 상기 데이터 변조율을 기반으로 상기 변조 심볼을 복조하는 것을 특징으로 하는, 수신장치.
  12. 제 11항에 있어서
    상기 모드 제어기는 신호대 잡음비 및 채널의 전달 특성을 기반으로 상기 데이터 변조율을 제어함을 특징으로 하는, 수신장치.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 모드 제어기는 채널 변조율을 제어하고,
    상기 채널 복조기는 상기 채널 변조율을 기반으로 상기 채널 심볼 함수를 복조함을 특징으로 하는, 수신장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 모드 제어기는 신호대 잡음비 및 채널의 전달 특성을 기반으로 상기 채널 변조율을 제어함을 특징으로 하는, 수신장치.
  15. 디지털 변조방식을 사용하는 무선통신 시스템에 있어서,
    데이터 신호를 변조하여 변조 심볼을 생성하고, 상기 변조 심볼에 대응하는 채널 심볼 함수를 생성하고, 상기 변조 심볼과 상기 채널 심볼 함수의 결합을 수행하여 생성된 전송 심볼을 송신 안테나를 통하여 전송하는 송신장치; 및
    수신 안테나를 통하여 상기 전송 심볼을 수신하고, 상기 전송 심볼에 포함된 채널 심볼 함수를 추정하고, 상기 전송 심볼에 포함된 상기 변조 심볼을 기반으로 상기 데이터 신호를 추출하는 수신장치를 포함함을 특징으로 하는, 무선통신 시스템.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 송신장치는 상기 변조 심볼과 상기 채널 심볼 함수를 주파수 영역에서 서로 곱함으로써 상기 결합을 수행하고, 생성된 전송 심볼을 시간영역으로 변환한 후에 상기 송신 안테나를 통하여 전송함을 특징으로 하는, 무선통신 시스템.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 송신장치는 상기 변조 심볼과 상기 채널 심볼 함수를 시간 영역으로 변환한 후에 컨볼루션 연산을 통하여 상기 결합을 수행함을 특징으로 하는, 무선통신 시스템.
  18. 제 15항에 있어서,
    상기 수신장치는 채널 추정기를 포함하고, 상기 채널 추정기가 정해진 알고리즘에 따라서 상기 전송 심볼에 포함되는 채널 심볼 함수를 추정함을 특징으로 하는, 무선통신 시스템.
  19. 제 15항에 있어서,
    상기 송신 안테나와 상기 수신 안테나 간 채널 경로의 수는 상기 채널 심볼 함수들의 수와 다른 것을 특징으로 하는, 무선통신 시스템.
  20. 제 15항에 있어서,
    상기 송신장치 및 상기 수신장치는 데이터 변조율 및 채널 변조율을 제어하되, 상기 제어는 신호대 잡음비 및 채널의 전달 특성을 기반으로 수행됨을 특징으로 하는, 무선통신 시스템.
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