KR102332922B1 - 다중 입력 다중 출력(mimo) 안테나를 사용하는 ofdm 시스템에서의 데이터 송수신 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 N개의 다중 입력 다중 출력(MIMO) 안테나를 사용하는 OFDM 시스템에서의 데이터 송수신 방법은, N개의 MIMO 송신 안테나를 통해 송신된 프리앰블과 MIMO 인코딩 데이터를 N개의 MIMO 수신 안테나를 통해 수신하는 단계, N개의 MIMO 수신 안테나를 통해 순차적으로 수신된 프리앰블의 상호 상관(Cross correlation) 에너지를 계산하는 단계, 계산된 상호 상관 에너지를 이용하여 프레임 시간 동기를 획득하는 단계, 계산된 상호 상관 에너지를 이용하여 N개의 MIMO 송신 안테나들 중 장애 발생 안테나가 있는지를 검사하는 단계, 획득된 프레임 시간 동기에 따른 프레임 구간에서 수신된 MIMO 인코딩된 데이터를 미리 정해진 MIMO 디코딩 기법으로 디코딩하는 단계 및 검사 결과 장애 발생 안테나가 있다면, 장애 발생 안테나에 대한 정보인 비정상 안테나 정보를 포함하는 안테나 점검 정보를 송신기로 송신하는 단계를 포함한다.

Description

다중 입력 다중 출력(MIMO) 안테나를 사용하는 OFDM 시스템에서의 데이터 송수신 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR TRANSMITTING/RECEIVING DATA IN OFDM SYSTEM USING MIMO ANTENNAS}

본 발명은 다중 입력 다중 출력(MIMO) 안테나를 사용하는 OFDM 시스템에서의 데이터 송수신 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 N개의 송수신 안테나를 사용하는 OFDM 시스템에서 일부 송신 안테나에 장애가 발생하더라도 수신기에서 프레임 동기를 용이하게 획득하고, 장애가 발생한 송신 안테나를 수신기가 송신기로 피드백함으로써, 송신 안테나에 대한 점검을 수행하기 위한 다중 입력 다중 출력(MIMO) 안테나를 사용하는 OFDM 시스템에서의 데이터 송수신 방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 다중 반송파 전송 방식을 적용하는 무선 통신 시스템은 1950년대 후반 군용 라디오에 처음 적용되었으며, 다수의 직교하는 부반송파를 중첩시키는 대표적인 다중 반송파 전송 방식인 직교 주파수 분할 다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing)(이하, "OFDM"이라 칭함) 방식이 1970년대부터 발전하기 시작하였다. 상기　OFDM　방식은 직렬로 입력되는 심벌(Symbol)열을 병렬 신호로 변환하여 이들 각각을 상호 직교성을 갖는 다수의 부반송파를 통해 변조하여 전송하는 방식으로 다중 반송파간의 직교 변조의 구현에 어려움이 있어 실제 시스템 적용에 한계가 있었다.

그러나 1971년 Weinstein 등이 DFT(Discrete Fourier Transform)를 이용하여 상기　OFDM　방식의 변복조가 효율적으로 처리 가능함을 발표하였다. 또한 보호구간(Guard Interval)의 사용과 삽입 방식이 알려지면서 다중 경로 및 지연 확산에 대한　OFDM　시스템의 부정적 영향이 더욱 감소되었으며, 하드웨어적인 복잡도(Complexity)를 해결하는 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform: FFT)과 역 고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform: IFFT)을 포함한 각종 디지털 신호 처리 기술이 발전함으로써　OFDM　시스템의 실현 가능성이 높아졌다.

최근의 무선 통신 기술은 높은 전송 효율과 비교적 채널 보상에 유리한 OFDM 방식과 데이터 전송률 향상 또는 신뢰성 향상에 유리한 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 기법이 결합된 MIMO-OFDM(Multiple Input Multiple Output)-OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식을 채택하고 있다. MIMO 안테나를 사용하는 무선 통신 장치는 무선 통신의 강인함, 전송속도 증대, 주파수 효율성 제고 등 다양한 이점으로 인해 그 활용범위가 매우 넓다. 특히 무선 통신 장치의 생존성/안정성 등이 요구되는 군 통신환경에서는 MIMO 안테나를 활용함으로써, 무선통신장치 성능을 높이는 것이 가능하다. 그러나 MIMO 기술에 최대 8개의 안테나를 지원되기 때문에 안테나 배치, 동작 속도, 전력 소모 문제 등이 고려되어야 한다.

도 1은 종래 MIMO-OFDM 시스템에서 프리앰블과 MIMO 인코딩 데이터가 N개의 송수신 안테나를 통해 송수신되는 것을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참고하면, 도 1에서 참조번호 100은 MIMO-OFDM 시스템에서 프리앰블과 MIMO 인코딩 데이터를 송신하는 송신기를 나타내며, 참조번호 150은 상기 송신기(100)가 송신한 프리앰블과 MIMO 인코딩 데이터를 수신하는 수신기를 나타낸다.

도 1에 따른 종래 MIMO-OFDM 시스템의 송신기(100)에서는 프리앰블 생성기(110)가 송신기(100)와 수신기(150)간의 프레임 동기를 맞추기 위해 생성한 프리앰블을 MIMO 인코딩부 #1(112)에서 인코딩한 MIMO 데이터와 먹스(MUX)(120)에서 먹싱되어 특정 안테나(안테나 #1)(102)를 이용해 송신하는 것을 보여준다. 그리고, 안테나 #1(102)을 제외한 나머지 안테나들인 안테나 #2(104), 안테나 #3(106), 안테나 #4(108)은 각각 MIMO 인코딩부 #2(114), MIMO 인코딩부 #3(116), MIMO 인코딩부 #4(118)에서 MIMO 인코딩된 데이터를 각각 송신한다. 그리고, MIMO-OFDM 시스템의 수신기(150)의 MIMO-OFDM 수신부(160)에서는 상기 안테나 #1(102)을 통해 송신된 프리앰블을 통해 프레임 동기를 획득하고, 수신된 MIMO 인코딩된 데이터를 디코딩하여 출력한다.

도 1에서 참조번호 170은 MIMO-OFDM 시스템의 송신기(100)에서 송신되는 프리앰블(180)과 MIMO 인코딩된 데이터(190)를 시간 축에서 보여준다. 도 1의 참조번호 170를 살펴보면, 프리앰블(180)은 안테나 #1(102)를 통해서만 송신되는 것을 볼 수 있다.

도 2는 도 1과 같은 종래 종래 MIMO-OFDM 시스템의 송신기(100)에서는 프리앰블을 송신하는 안테나 #1(102)가 파손되어 통신이 불가능한 상황을 설명하기 위한 도면이다. 도 2를 참고하면, 안테나 #1(102)이 파손 등으로 정상 동작할 수 없어 프리앰블을 송신하지 못할 경우에는, 수신기가 프리앰블을 수신하지 못해 프레임 동기를 획득하지 못하므로, 안테나 #2(104), 안테나 #3(106), 안테나 #4(108)를 통해 MIMO 인코딩 데이터가 송신되더라도 통신이 불가능하게 되는 것을 보여준다.

본 발명은 상술한 필요성에 따라 안출 된 것으로, 본 발명의 목적은 N개의 MIMO 안테나를 사용하는 OFDM 시스템에서 프리앰블을 송신하는 송신 안테나에 장애가 발생하더라도 데이터 송수신을 가능하게 하기 위한 다중 입력 다중 출력(MIMO) 안테나를 사용하는 OFDM 시스템에서의 데이터 송수신 방법 및 장치를 제공함에 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 N개의 다중 입력 다중 출력(MIMO) 안테나를 사용하는 OFDM 시스템에서의 데이터 송신 방법은, 상기 N개의 MIMO 송신 안테나 별로 미리 정해진 프레임 단위로 프레임 동기를 맞추기 위한 프리앰블을 생성하는 단계, 상기 N개의 MIMO 송신 안테나별로 전송될 N개의 데이터를 미리 정해진 MIMO 인코딩 기법으로 인코딩하여 MIMO 인코딩 데이터를 생성하는 단계, 안테나 선택 신호에 따라 상기 N개의 MIMO 송신 안테나들 중 상기 생성된 프리앰블과 상기 MIMO 인코딩 데이터를 송신할 안테나를 선택하는 단계, 상기 선택된 안테나를 통해 상기 프리앰블과 상기 MIMO 인코딩 데이터를 송신하는 단계, 및 수신기로부터 수신된 안테나 점검 정보에 비정상 안테나 정보가 포함된 경우, 상기 비정상 안테나 정보에 따라 장애 발생 안테나를 결정하고, 상기 장애 발생 안테나로 전송할 프리앰블과 MIMO 인코딩 데이터를 상기 N개의 안테나들 중 상기 장애 발생 안테나가 아닌 안테나로 송신하도록 상기 안테나 선택 신호를 발생하는 단계를 포함하고, 상기 생성된 프리앰블은, 상기 안테나 선택 신호에 따라 상기 N개의 MIMO 송신 안테나를 통해 순차적으로 송신됨을 특징으로 한다.

그리고, 상기 안테나 점검 정보는, 상기 수신기에 의해 상기 N개의 MIMO 송신 안테나 별로 계산된 상기 프리앰블의 상호 상관(Cross-correlation) 에너지에 의해 획득됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 MIMO 인코딩 기법은, 공간 주파수 블록 코드(Space Frequency Block Code)(SFBC) 기법임을 특징으로 한다.

그리고, 상기 장애 발생 안테나로 전송할 데이터는, 상기 N개의 MIMO 송신 안테나들 중 상기 장애 발생 안테나에 대한 휴지 구간과 동일하지 않은 휴지 구간을 갖는 안테나를 통해 전송됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 휴지 구간은, 상기 SFBC에 의해 시간 축 상에 OFDM 심볼 단위로 존재함을 특징으로 한다.

그리고, 상기 장애 발생 안테나로 전송할 MIMO 인코딩 데이터는, 상기 MIMO 인코딩 기법에 의해 인코딩 된 후, 상기 장애 발생 안테나에 대한 휴지 구간과 동일하지 않은 휴지 구간을 갖는 안테나로 전송할 MIMO 인코딩 데이터와 시간 축 상에서 합연산되어 송신됨을 특징으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 N개의 다중 입력 다중 출력(MIMO) 안테나를 사용하는 OFDM 시스템에서의 데이터 수신 방법은, N개의 MIMO 송신 안테나를 통해 송신된 프리앰블과 MIMO 인코딩 데이터를 상기 N개의 MIMO 수신 안테나를 통해 수신하는 단계, 상기 N개의 MIMO 수신 안테나를 통해 순차적으로 수신된 프리앰블의 상호 상관(Cross correlation) 에너지를 계산하는 단계, 상기 계산된 상호 상관 에너지를 이용하여 프레임 시간 동기를 획득하는 단계, 상기 계산된 상호 상관 에너지를 이용하여 상기 N개의 MIMO 송신 안테나들 중 장애 발생 안테나가 있는지를 검사하는 단계, 상기 획득된 프레임 시간 동기에 따른 프레임 구간에서 수신된 MIMO 인코딩된 데이터를 미리 정해진 MIMO 디코딩 기법으로 디코딩하는 단계, 및 상기 검사 결과 장애 발생 안테나가 있다면, 상기 장애 발생 안테나에 대한 정보인 비정상 안테나 정보를 포함하는 안테나 점검 정보를 송신기로 송신하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.

그리고, 상기 MIMO 인코딩 기법은, 공간 주파수 블록 코드(Space Frequency Block Code)(SFBC) 기법임을 특징으로 한다.

또한, 상기 장애 발생 안테나로 전송될 데이터는, 상기 장애가 발생한 안테나에 대한 휴지 구간과 동일하지 않은 휴지 구간을 갖는 안테나를 통해 전송됨을 특징으로 한다.

그리고, 상기 휴지 구간은, 상기 SFBC에 의해 시간 축 상에 OFDM 심볼 단위로 존재함을 특징으로 한다.

또한, 상기 장애가 발생한 안테나를 검사하는 단계는, 상기 프레임의 주기 단위로 상기 MIMO 송신 안테나별로 계산된 상호 상관 에너지와 미리 정해진 임계 값을 비교하는 단계; 및 상기 비교 결과, 상기 계산된 상호 상관 에너지가 상기 미리 정해진 임계 값 보다 작다면, 상기 프리앰블이 전송된 MIMO 송신 안테나에 장애가 발생했음을 판단하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 N개의 다중 입력 다중 출력(MIMO) 안테나를 사용하는 OFDM 시스템에서의 데이터 송신 장치는, 상기 N개의 MIMO 송신 안테나 별로 미리 정해진 프레임 단위로 프레임 동기를 맞추기 위한 프리앰블을 생성하는 프리앰블 생성부, 상기 N개의 MIMO 송신 안테나별로 전송될 N개의 데이터를 미리 정해진 MIMO 인코딩 기법으로 인코딩하는 MIMO 인코딩부, 안테나 선택 신호에 따라 상기 N개의 MIMO 송신 안테나들 중 상기 생성된 프리앰블과 상기 MIMO 인코딩된 N개의 MIMO 인코딩 데이터를 송신할 안테나를 선택하고, 상기 선택된 안테나를 통해 상기 프리앰블과 상기 MIMO 인코딩 데이터를 송신하는 MIMO 데이터 송신부, 상기 프리앰블과 상기 MIMO 인코딩 데이터를 미리 정해진 프레임 주기마다 상기 MIMO 송신 안테나별로 순차적으로 송신되도록 상기 안테나 선택 신호를 생성하여 상기 MIMO 데이터 송신부를 제어하는 제어부, 및 수신기로부터 안테나 점검 정보를 수신하는 안테나 점검 정보 수신부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 안테나 점검 정보에 비정상 안테나 정보가 포함될 경우, 상기 비정상 안테나 정보에 따라 장애 발생 안테나를 결정하고, 상기 장애 발생 안테나로 전송할 프리앰블과 MIMO 인코딩 데이터를 상기 N개의 안테나들 중 상기 장애 발생 안테나를 제외한 안테나로 송신하도록 상기 안테나 선택 신호를 발생함을 특징으로 한다.

그리고, 상기 비정상 안테나 정보는, 상기 수신기에 의해 안테나 별로 계산된 상기 프리앰블의 상호 상관(Cross-correlation) 에너지에 의해 획득되고, 상기 MIMO 인코딩 기법은, 공간 주파수 블록 코드(Space Frequency Block Code)(SFBC) 기법이고, 상기 장애가 발생한 안테나로 전송할 데이터는, 상기 장애가 발생한 안테나에 대한 휴지 구간과 동일하지 않은 휴지 구간을 갖는 안테나를 통해 전송됨을 특징으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 N개의 다중 입력 다중 출력(MIMO) 안테나를 사용하는 OFDM 시스템에서의 데이터 수신 장치는, N개의 MIMO 송신 안테나를 통해 송신된 프리앰블과 MIMO 인코딩 데이터를 상기 N개의 MIMO 수신 안테나를 통해 수신하는 수신부, 상기 N개의 MIMO 수신 안테나를 통해 순차적으로 수신된 프리앰블의 상호 상관(Cross correlation) 에너지를 계산하고, 상기 계산된 상호 상관 에너지를 이용하여 프레임 시간 동기를 획득하고, 상기 계산된 상호 상관 에너지를 이용하여 상기 N개의 MIMO 송신 안테나들 중 장애가 발생한 안테나가 있는지를 검사하는 제어부, 상기 획득된 프레임 시간 동기에 따른 프레임 구간에서 수신된 MIMO 인코딩된 데이터를 미리 정해진 MIMO 디코딩 기법으로 디코딩하는 MIMO 디코딩부, 및 상기 검사 결과 장애가 발생한 안테나가 있다면, 장애가 발생한 안테나에 대한 정보인 비정상 안테나 정보를 포함하는 안테나 점검 정보를 송신기로 송신하는 안테나 점검 정보 송신부를 포함함을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제어부는, 상기 프레임의 주기 단위로 상기 MIMO 송신 안테나별로 계산된 상호 상관 에너지와 미리 정해진 임계 값을 비교하고, 상기 비교 결과, 상기 계산된 상호 상관 에너지가 상기 미리 정해진 임계 값 보다 작다면, 상기 프리앰블이 전송된 MIMO 송신 안테나에 장애가 발생했음을 판단함을 특징으로 한다.

상술한 본 발명의 실시 예에 따르면 N개의 MIMO 안테나를 사용하는 OFDM 시스템에서 프리앰블을 송신하는 특정 안테나 경로가 파손 등의 이유로 송신이 불가능해도 안테나 대체를 통해 통신 유지 가능하다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 안테나 점검을 통해 비정상 안테나를 제외하고 특정한 MIMO 인코딩 방법을 적용하는 경우 전송속도 손실 없이 안테나를 대체하여 통신 가능하다.

추가적으로, 본 발명의 실시 예에 따르면, MIMO 안테나를 사용하는 무선 통신시스템에서는 프리앰블을 송신하는 특정 안테나가 파손 등의 물리적인 피해에 의해 통신 자체가 불가능한 위험요소가 있더라도 제한적으로 통신을 유지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, MIMO 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템에서 특정 안테나를 이용하여 송신할 때 해당 경로의 채널 환경이 열악하더라도 복수의 송신안테나를 이용하여 시공간에 걸쳐 프리앰블 신호를 순차적으로 송신함으로써, 정상적인 통신 환경을 유지할 수 있는 확률을 높일 수 있어 무선 채널 환경에 강인한 MIMO 안테나를 사용하는 OFDM 데이터 송수신 시스템을 구축할 수 있다.

마지막으로, 본 발명의 실시 예에 따르면, 수신기로부터의 안테나 점검 결과 피드백을 통해 송신기에서는 송신 안테나를 유연하게 운용할 수 있어, 고장이나 파손에 의해 안테나 송신 경로에 문제가 발생하더라도, 장애가 발생한 안테나 외의 다른 안테나를 대체하여 통신을 유지하고, 특정한 변조 방식을 적용할 경우, 전송속도의 손실이 없이 통신을 수행할 수 있다.

상술한 본 발명의 실시 예에 따른 효과들은 특히 통신 장치의 생존성과 안정성이 요구되는 군 통신 환경에 적합한 MIMO 안테나를 사용하는 OFDM 시스템을 구축할 수 있다.

도 1은 종래 MIMO-OFDM 시스템에서 프리앰블과 MIMO 인코딩 데이터가 N개의 송수신 안테나를 통해 송수신되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1과 같은 종래 종래 MIMO-OFDM 시스템의 송신기에서는 프리앰블을 송신하는 안테나 #1가 파손되어 통신이 불가능한 상황을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 N개의 MIMO 송수신 안테나들을 통해 프리앰블과 MIMO 데이터를 송수신하는 송신기와 수신기의 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 N개의 다중 입력 다중 출력(MIMO) 안테나를 사용하는 OFDM 시스템에서의 데이터 수신 장치의 제어부의 블록 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 정상적인 환경에서 4x4 MIMO 안테나를 사용하는 OFDM 시스템에서의 시간축에서 송신기가 프리앰블과 데이터를 송신 안테나별로 순차적으로 송신하는 경우를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따라 N개의 다중 입력 다중 출력(MIMO) 안테나를 사용하는 OFDM 시스템의 송신기에서 데이터 송신 방법 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따라 N개의 다중 입력 다중 출력(MIMO) 안테나를 사용하는 OFDM 시스템의 수신기에서 데이터 수신 방법 흐름도이다.
도 8은 4X4 MIMO 안테나 시스템을 사용하는 환경에서 송신 안테나 2번이 고장 또는 파손에 의해 프리앰블을 송신하지 못하는 경우, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수신기의 제어부에서 장애 발생 안테나를 판단하는 과정을 시각적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 송신기(300)와 수신기(350)가 N 개의 MIMO 송수신 안테나를 통해 통신을 수행하는 중 송신 안테나 2번에 장애가 발생할 경우의 송신기(300)와 수신기(350)간의 신호 흐름도의 예를 보여준다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따라 송신기(300)에서 장애 발생 판정을 받은 송신 안테나 #2로 전송할 프리앰블과 MIMO 인코딩 데이터에 대한 조치의 예를 보여준다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따라 MIMO 안테나 개수, MIMO위의 인코딩 율, MIMO 인코딩 방식을 가정할 경우 4개의 송신 안테나 별 출력을 시간과 주파수 축에서 도시하였다.
도 12는 도 11의 가정에 따른 송신 안테나 별 최종 출력을 시간 축에서 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 송신기의 MIMO 데이터 송신부의 상세 블록 구성도를 나타낸 도면이다.
도 14는 송신기의 송신 안테나 #2번의 장애 발생 판정에 따라 안테나 #2번과 안테나 #3번의 단순 합 결과를 시간 축과 주파수 축에서 도시한 도면이다.
도 15는 송신기의 송신 안테나 #2의 장애 발생 판정에 따라 최종 출력을 시간 축 상에서 도시한 도면이다.

이하의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시 예들은 원칙적으로, 본 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시 예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 본 발명의 원리, 관점 및 실시 예들뿐만 아니라 특정 실시 예를 열거하는 모든 상세한 설명은 이러한 사항의 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 또한 이러한 균등물들은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 소자를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

따라서, 예를 들어, 본 명세서의 블럭도는 본 발명의 원리를 구체화하는 예시적인 회로의 개념적인 관점을 나타내는 것으로 이해되어야 한다. 이와 유사하게, 모든 흐름도, 상태 변환도, 의사 코드 등은 컴퓨터가 판독 가능한 매체에 실질적으로 나타낼 수 있고 컴퓨터 또는 프로세서가 명백히 도시되었는지 여부를 불문하고 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 수행되는 다양한 프로세스를 나타내는 것으로 이해되어야 한다.

프로세서 또는 이와 유사한 개념으로 표시된 기능 블럭을 포함하는 도면에 도시된 다양한 소자의 기능은 전용 하드웨어뿐만 아니라 적절한 소프트웨어와 관련하여 소프트웨어를 실행할 능력을 가진 하드웨어의 사용으로 제공될 수 있다. 프로세서에 의해 제공될 때, 상기 기능은 단일 전용 프로세서, 단일 공유 프로세서 또는 복수의 개별적 프로세서에 의해 제공될 수 있고, 이들 중 일부는 공유될 수 있다.

또한 프로세서, 제어 또는 이와 유사한 개념으로 제시되는 용어의 명확한 사용은 소프트웨어를 실행할 능력을 가진 하드웨어를 배타적으로 인용하여 해석되어서는 아니되고, 제한 없이 디지털 신호 프로세서(DSP) 하드웨어, 소프트웨어를 저장하기 위한 롬(ROM), 램(RAM) 및 비 휘발성 메모리를 암시적으로 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 주지관용의 다른 하드웨어도 포함될 수 있다.

본 명세서의 청구범위에서, 상세한 설명에 기재된 기능을 수행하기 위한 수단으로 표현된 구성요소는 예를 들어 상기 기능을 수행하는 회로 소자의 조합 또는 펌웨어/마이크로 코드 등을 포함하는 모든 형식의 소프트웨어를 포함하는 기능을 수행하는 모든 방법을 포함하는 것으로 의도되었으며, 상기 기능을 수행하도록 상기 소프트웨어를 실행하기 위한 적절한 회로와 결합된다. 이러한 청구범위에 의해 정의되는 본 발명은 다양하게 열거된 수단에 의해 제공되는 기능들이 결합되고 청구항이 요구하는 방식과 결합되기 때문에 상기 기능을 제공할 수 있는 어떠한 수단도 본 명세서로부터 파악되는 것과 균등한 것으로 이해되어야 한다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

이하에서 설명하는 본 발명의 실시 예에 따르면, 송신기와 수신기간의 프레임의 동기화를 목적으로 사용하는 프리앰블을 송신기가 시공간에서 순차적으로 송신함으로써 무선 송신기와 무선 수신기 간에 상호 점검이 가능하다.

또한 본 발명의 실시 예에 따르면, 송신기와 수신기 간에 상호 점검 결과를 수신기가 송신기로 피드백하고, 송신기가 그 점검결과를 반영하여 장애가 발생한 비정상 안테나를 배제하고 통신을 유지하는 방안을 제안하였다. 특히 제한적으로 특정한 MIMO 변조 방식을 갖는 무선통신시스템의 경우, 안테나 대체에 따른 전송속도 손실이 발생하지 않는 방안을 제시하였다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 N개의 MIMO 송수신 안테나들을 통해 프리앰블과 MIMO 데이터를 송수신하는 송신기(300)와 수신기(350)의 구조를 도시한 도면이다. 본 발명의 실시 예에서는 4X4 MIMO 송수신 안테나를 사용하는 경우를 가정하였다.

도 3에서 참조번호 304 내지 310은 N(N=4) 개의 MIMO 송신 안테나(330) 각각을 통해 송신될 N개의 데이터를 미리 정해진 MIMO 인코딩 기법으로 인코딩하는 MIMO 인코딩부를 나타낸다. 프리앰블 생성부(302)는 상기 N개의 MIMO 송신 안테나(330) 별로 미리 정해진 프레임 단위로 프레임 동기를 맞추기 위한 프리앰블을 생성한다.

MIMO 데이터 송신부(320)는 제어부(312)로부터 입력된 안테나 선택 신호에 따라 상기 N개의 MIMO 송신 안테나들(330) 중 상기 생성된 프리앰블과 상기 MIMO 인코딩된 N개의 MIMO 인코딩 데이터를 송신할 안테나를 선택하고, 상기 선택된 안테나를 통해 상기 프리앰블과 상기 MIMO 인코딩 데이터를 수신기(350)의 N개의 MIMO 수신 안테나들(360)로 송신한다.

제어부(312)는 상기 프리앰블 생성부(302)에서 생성된 프리앰블과 MIMO 인코딩부들(304~310)에서 생성된 MIMO 인코딩 데이터를 미리 정해진 프레임 주기 또는 미리 정해진 시점에 N개의 MIMO 송신 안테나들(330)을 통해 송신되도록 MIMO 데이터 송신부(320)를 제어한다.

구체적으로, 제어부(312)는 상기 프리앰블과 상기 MIMO 인코딩 데이터를 미리 정해진 프레임 주기마다 상기 MIMO 송신 안테나별로 순차적으로 송신되도록 상기 안테나 선택 신호를 생성하여 MIMO 데이터 송신부(320)로 출력한다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 송신기(300)는 수신기(350)로부터 안테나 점검 정보를 수신하는 안테나 점검 정보 수신부(314)를 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따른 송신기(300)의 제어부(312)는 상기 안테나 점검 정보 수신부(314)가 수신한 상기 안테나 점검 정보에 비정상 안테나 정보가 포함될 경우, 상기 비정상 안테나 정보에 따라 장애 발생 안테나를 결정하고, 상기 장애 발생 안테나로 전송할 프리앰블과 MIMO 인코딩 데이터를 상기 N개의 안테나들 중 상기 장애 발생 안테나를 제외한 안테나로 송신하도록 상기 안테나 선택 신호를 발생하여 MIMO 데이터 송신부(320)로 출력한다.

그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 수신기(350)의 MIMO 데이터 수신부(360)는 N개의 MIMO 수신 안테나들(360)을 통해 송신기(300)로부터 다중 입출력 채널을 통과한 프리앰블과 MIMO 인코딩 데이터가 수신되면, 상기 N개의 MIMO 수신 안테나들(360)별로 수신된 MIMO 인코딩 데이터 각각을 MIMO 디코딩부(380, 382, 384, 386)로 출력한다.

그리고, 수신기(350)의 제어부(370)는 상기 N개의 MIMO 수신 안테나(360)를 통해 순차적으로 수신된 프리앰블의 상호 상관(Cross correlation) 에너지를 계산하고, 상기 계산된 상호 상관 에너지를 이용하여 프레임 시간 동기를 획득하고, 상기 계산된 상호 상관 에너지를 이용하여 상기 N개의 MIMO 송신 안테나들(330) 중 장애가 발생한 안테나가 있는지를 검사한다.

수신기(350)의 MIMO 디코딩부들(380, 382, 384, 386)은 상기 획득된 프레임 시간 동기에 따른 프레임 구간에서 수신된 MIMO 인코딩된 데이터를 미리 정해진 MIMO 디코딩 기법으로 디코딩한다.

또한, 수신기(350)의 제어부(370)는 상기 검사 결과 장애가 발생한 안테나가 있다면, 장애가 발생한 안테나에 대한 정보인 비정상 안테나 정보를 안테나 점검 정보 송신부(390)로 출력하고, 안테나 점검 정보 송신부(390)는 안테나 점검 정보를 송신기(300)로 송신한다. 구체적으로, 수신기(350)의 제어부(370)는 이미 알고 있는 프리앰블 신호 패턴과 수신 안테나를 통해 수신된 프리앰블 신호 간 상호 상관(cross-correlation) 에너지를 검출하고, 매 프레임 마다 프리앰블을 이용하여 수신신호의 상관 에너지를 모니터링 한다. 그리고, 수신기(350)의 제어부(370)는 수신 신호의 에너지가 특정 임계 값을 만족하지 않는 경우, 해당 프레임에 송신한 안테나 정보를 송신기(300)로 전송한다.

상기 안테나 점검 정보는, 상기 수신기(350)에 의해 상기 N개의 MIMO 송신 안테나 별로 계산된 상기 프리앰블의 상호 상관(Cross-correlation) 에너지에 의해 획득될 수도 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 N개의 다중 입력 다중 출력(MIMO) 안테나를 사용하는 OFDM 시스템에서의 데이터 수신 장치(350)의 제어부(370)의 블록 구성도이다.

본 발명의 실시 예에 따른 수신기(350)의 제어부(370)는 상관 에너지 계산부(370a), 프레임 동기 획득부(370b), 안테나 점검부(370c)를 포함한다. 본 발명의 실시 예에 따른 수신기(350)의 제어부(370)는 수신 신호에 대해 계산된 상호 상관 에너지를 이용하여 프레임 동기 획득을 수행하고, 장애 발생 안테나를 결정할 수 있다.

MIMO 데이터 수신부(360)는 상기 N개의 MIMO 수신 안테나(360) 별로 수신된 신호 전력을 연산하고, 수신 전력 크기를 이용하여 상기 N개의 MIMO 수신 안테나들(360) 중 수신 안테나를 선택하고, 선택된 수신 안테나를 통해 미리 정해진 프레임 구간 마다 전송되는 프리앰블과 MJMO 인코딩 데이터를 수신한다.

그리고, 상관 에너지 계산부(370a)는 N개의 MIMO 수신 안테나(360)를 통해 수신된 프리앰블과 미리 알고 있는 상기 N개의 MIMO 송신 안테나(330)별로 송신되는 프리앰블을 상호 상관(Cross-correlation)을 지속적으로 수행하여 상관 에너지를 계산하고, 계산된 상관 에너지를 출력한다. 본 발명의 실시 예에 따라 상관 에너지 계산부(370a)는 상관 에너지 계산을 매 프레임마다 전송되는 프리앰블을 이용하여 수행할 수 있다.

프레임 동기 획득부(370b)는 상기 상관 에너지 계산부(370a)에서 계산된 상관 에너지를 통해 프레임 동기를 획득한다. 구체적으로, 프레임 동기 획득부(370b)는 상기 계산된 상관 에너지가 미리 정해진 임계 값을 넘는 시점을 프레임 시간 동기로 획득할 수 있다.

안테나 점검부(370c)는 N개의 MIMO 수신 안테나(360)로 수신된 신호로부터 현재 수신된 신호를 송신한 MIMO 송신 안테나를 확인하고, 현재 수신된 신호에 대해 상관 에너지 계산부(370a)에서 계산된 상관 에너지의 누적 평균을 수행한다. 그럼으로써, 안테나 점검부(370c)는 상기 상관 에너지 계산부(370)가 계산한 상기 N개의 MIMO 송신 안테나(330)가 전송한 프리앰블의 에너지를 관찰할 수 있고, 관찰 결과, 현재 수신된 프리앰블의 상관 에너지가 미리 정해진 임계 값보다 작다면, 해당 프레임에서 프리앰블을 송신한 송신 안테나의 고장 또는 파손 유무 등의 장애 발생을 검출할 수 있다.

그리고, 안테나 점검부(370c)는 상기 상관 에너지 계산부(370a)의 상관 에너지 계산 결과가 미리 정해진 임계 값 보다 작다면, 해당 프레임에 프리앰블을 송신한 안테나에 장애가 발생했음을 판단하고, 장애가 발생한 안테나를 나타내는 비정상 안테나 정보가 포함된 안테나 점검 정보를 안테나 점검 정보 송신부(390)를 통해 송신기(300)의 안테나 점검 정보 수신부(314)로 출력한다. 반면, 그리고, 안테나 점검부(370c)는 상기 상관 에너지 계산부(370a)의 상관 에너지 계산 결과가 미리 정해진 임계 값 보다 크거나 같다면, 해당 프레임에 프리앰블을 송신한 안테나가 정상 상태라고 결정하고, 해당 프레임에 프리앰블을 송신한 안테나가 정상 동작 상태임을 알리는 안테나 정보가 포함된 안테나 점검 정보를 안테나 점검 정보 송신부(390)를 통해 송신기(300)의 안테나 점검 정보 수신부(314)로 출력한다.

그리고, 본 발명의 다른 실시 예에 따라서 상관 에너지 계산부(370a)에서 계산한 상호 상관 에너지는 송신기(300)와 수신기(350)에서 각각 활용될 수 있다. 구체적으로, 수신기(350)에서는 안테나 점검 결과 장애가 발생한 송신 안테나의 정보를 무효화 시키거나 송신 안테나의 상태 정보를 차등화하여 복호화 과정에서 가중치로 변환함으로써, 수신 성능 향상을 기대할 수 있다. 반면, 송신기(300)는 안테나 점검 결과를 수신기(350)로부터 피드백 받아 비정상으로 판정된 송신 안테나의 프리앰블 순서를 건너뛰도록 제어하고 해당 안테나의 송신 데이터를 다른 안테나로 전송하도록 할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 정상적인 환경에서 4x4 MIMO 안테나를 사용하는 OFDM 시스템에서의 시간축에서 송신기가 프리앰블과 데이터를 송신 안테나별로 순차적으로 송신하는 경우를 보여주는 도면이다. 도 5의 참조번호 550, 560, 570, 580를 참고하면, 프리앰블(505)과 데이터(510)는 안테나 #1부터 안테나 #4까지 프레임 시작 구간인 t 구간부터 프리앰블 전송 주기(T)마다 순차적으로 전송되는 것을 볼 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따라 N개의 다중 입력 다중 출력(MIMO) 안테나를 사용하는 OFDM 시스템의 송신기(300)에서 데이터 송신 방법 흐름도이다.

도 6에서 송신기(300)는 상기 N개의 MIMO 송신 안테나 별로 미리 정해진 프레임 단위로 프레임 동기를 맞추기 위한 프리앰블을 생성하고(S600), 상기 N개의 MIMO 송신 안테나별로 전송될 N개의 데이터를 미리 정해진 MIMO 인코딩 기법으로 인코딩하여 MIMO 인코딩 데이터를 생성하고(S605), 안테나 선택 신호에 따라 상기 N개의 MIMO 송신 안테나들 중 상기 생성된 프리앰블과 상기 MIMO 인코딩 데이터를 송신할 안테나를 선택하고(S610), 상기 선택된 안테나를 통해 상기 프리앰블과 상기 MIMO 인코딩 데이터를 상기 N개의 MIMO 송신 안테나별로 송신한다(S615). 그리고, 송신기(300)는 수신기(350)로부터 안테나 점검 정보가 수신되면(S620: 예), 안테나 점검 정보에 비정상 안테나 정보가 포함 되었는지를 검사한다(S625). 상기 S625단계에서 비정상 안테나 정보가 포함되었다면(S625: 예), 송신기(300)는 상기 비정상 안테나 정보에 따라 장애 발생 안테나를 결정하고, 상기 장애 발생 안테나로 전송할 프리앰블과 MIMO 인코딩 데이터를 상기 N개의 안테나들 중 상기 장애 발생 안테나가 아닌 안테나로 송신한다(S630).

도 7은 본 발명의 실시 예에 따라 N개의 다중 입력 다중 출력(MIMO) 안테나를 사용하는 OFDM 시스템의 수신기(350)에서 데이터 수신 방법 흐름도이다.

수신기(350)는 N개의 MIMO 송신 안테나를 통해 송신된 프리앰블과 MIMO 인코딩 데이터를 상기 N개의 MIMO 수신 안테나를 통해 수신하고(S700), 상기 N개의 MIMO 수신 안테나를 통해 순차적으로 수신된 프리앰블의 상호 상관(Cross correlation) 에너지를 계산한다(S705). 그리고, 수신기(350)는 상기 S705단계에서 계산된 상호 상관 에너지가 미리 정해진 임계 값보다 크다면(S710: 예), 송신 안테나가 정상 동작한다고 판단하고(S715), 정상 동작임을 알리는 안테나 점검 정보를 생성하여 송신기(300)로 전송하고(S720), 상기 계산된 상호 상관 에너지를 이용하여 획득된 프레임 시간 동기에 따른 프레임 구간에서 수신된 MIMO 인코딩 데이터를 MIMO 디코딩 기법으로 디코딩한다(S735).

반면, 상기 수신기(350)는 상기 S705단계에서 계산된 상호 상관 에너지가 미리 정해진 임계 값보다 작다면(S710: 아니오), 송신 안테나 중 장애가 발생한 안테나가 있다고 판단하고(S715), 상기 장애 발생 안테나에 대한 정보인 비정상 안테나 정보를 포함하는 안테나 점검 정보를 송신기로 송신한다(S730).

상기 도 7에서의 임계 값은 통신 사업자 또는 운영자가 설계한 통신시스템에서 다양한 무선 환경 및 SNR(Signal to Noise Ratio)를 고려하여 시뮬레이션을 통해 결정한다. 도 7은 프레임 주기 단위로 수행할 수 있다.

도 8은 4X4 MIMO 안테나 시스템을 사용하는 환경에서 송신 안테나 2번(Tx #2)(802)이 고장 또는 파손에 의해 프리앰블을 송신하지 못하는 경우, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수신기(350)의 제어부(370)에서 장애 발생 안테나를 판단하는 과정을 시각적으로 설명하기 위한 도면이다.

만약, 송신기(300)와 수신기(350) 간에 정상적으로 통신이 수행되고 있을 경우에는, 수신기(350)가 획득한 각 송신 안테나 별 프리앰블의 상호 상관(correlation) 에너지는 임계 값보다 클 것이고, 이럴 경우에는 정상 판단을 한다. 반면, 특정 시점(850, 852)에 송신 안테나 2번(802)에서 고장이 발생하는 경우에는, 참조번호 810과 같이 수신기(350)의 상관 에너지 계산부(370a)가 계산한 송신 안테나 2번(802)의 프리앰블 상관(correlation) 에너지는 임계 값(804)보다 매우 작은 값을 갖게 되고, 임계 값(804)보다 작아지는 순간에, 안테나 점검부(370c)는 송신 안테나 2번(802)를 장애 발생 안테나로 판단하고, 비정상 안테나 정보를 생성한다.

도 8에서는 송신 안테나 2번(802)이 프리앰블을 정상적으로 송신하지 못한 직후(820)에 비정상 판정을 내리지 않고 있는데, 이는 순간적인 채널 환경 열화에 의해 상관 에너지(correlation energy) 값이 갑작스럽게 변화함에 따라 잘못된 판단을 하는 것을 방지하고자 상관 에너지 값의 평균과 임계 값을 비교함으로써 참조번호 830과 같이 송신 안테나 2번의 그 다음 프레임에서 비정상 판단을 할 수도 있음을 보여준다. 만약 시스템 특성상 순간적인 대응이 요구되는 경우, 상술한 바와 같이 평균을 취하지 않고 바로 판정을 내리는 것도 가능하다. 반대의 경우 순간적인 채널 환경 변화에 둔감하도록 하여 고장 판정에 대한 신뢰도를 증가시키기 위해 충분한 시간 동안 평균을 구할 수도 있다.

도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 송신기(300)와 수신기(350)가 N 개의 MIMO 송수신 안테나를 통해 통신을 수행하는 중 송신 안테나 2번에 장애가 발생할 경우의 송신기(300)와 수신기(350)간의 신호 흐름도의 예를 보여준다.

도 9에서 송신기(300)는 안테나 #1을 선택하고(900), 안테나 #1을 통해 프리앰블(905)를 수신기(350)로 송신하고, 수신기(350)는 수신된 프리앰블에 대해 상관 에너지를 검출하고(910), 임계 값과 비교한다(915).

상기 임계 값과의 비교 결과(915) 상기 검출된 상관 에너지가 크다면, 수신기(350)는 안테나 #1에 대해서는 장애가 발생하지 않았다는 안테나 점검 정보를 참조번호 920과 같이 송신기(300)로 전달한다.

반면, 도 9에서 송신기(300)가 장애가 발생한 안테나 #2를 선택하고(930), 안테나 #2을 통해 프리앰블(935)를 수신기(350)로 송신하고, 수신기(350)는 수신된 프리앰블에 대해 상관 에너지를 검출하고(940), 임계 값과 비교한다(945).

상기 임계 값과의 비교 결과(945), 상기 검출된 상관 에너지가 작다면, 수신기(350)는 안테나 #2는 장애가 발생했다는 안테나 점검 정보를 참조번호 950과 같이 송신기(300)로 전달하고, 송신기는 안테나 #2를 송신에서 제외시킨다(955).

도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따라 송신기(300)에서 장애 발생 판정을 받은 송신 안테나 #2로 전송할 프리앰블과 MIMO 인코딩 데이터에 대한 조치의 예를 보여준다.

도 10에서 송신기(300)는 수신기(350)로부터 수신된 안테나 점검 정보로부터 송신 안테나 #2(1010)에 장애가 발생했음을 피드백 받은 후, 본래 안테나 #2(1010)을 통해 송신하려고 했던 프리앰블과 데이터를 다른 안테나를 통해 전송한다. 먼저 프리앰블의 경우, 수신기(350)가 송신기(300)로 비정상 안테나 정보를 피드백 하면서, 상관(correlation) 에너지에 따른 채널 상태를 차등화한 정보를 같이 보낸다면, 송신기(300)가 송신 안테나 #2(1010)를 대체할 안테나를 선택할 때 참고할 수 있다. 이런 가정 아래 도 10에서는 송신기(300)가 송신 안테나 #3(1020)를 선택하여 프리앰블(1010a) 전송을 수행한다. 데이터의 경우, 도 10의 참조번호 1050을 참고하면, 송신기(300)가 송신 안테나 #3(1020)에 대해 시간 축 상에서 분할하여 안테나 #2 데이터(1020a)와 안테나 #3 데이터(1020b)를 순차적으로 송신하고 있음을 보여준다. 이러한 경우에 데이터 전송 속도에서 손실이 발생한다. 그러나, 상술한 전송속도 또는 성능 상의 손실은 통신시스템의 변복조 방식에 따라 정도가 상이하지만, 제한적으로 전송속도 손실 없이 안테나의 대체 운용이 가능하다.

본 발명의 실시 예에서는 안테나 점검 후 전송속도의 손실이 발생하지 않는 예를 제시하기 위해 다음을 가정한다.

- 4x4 다중입출력(MIMO, Multiple Inputs Multiple Outputs)

- MIMO- OFDM 의 인코딩 방식: SFBC(Space Frequency Block Code) or STBC(Space Time Block Code) 방식(본 명세서에서는 SFBC 방식을 예로 제시)

- MIMO 인코딩 율(encoding rate)은 1, 이고, 다중입출력 변조 행렬은 아래의 <표 1>과 같이 구현

상기 <표 1>에서,

는 OFDM 1 symbol의 시간을 나타내고

는 부반송파 사이의 간격(subcarrier spacing)을 나타낸다.

도 11은 본 발명의 실시 예에 따라 MIMO 안테나 개수, MIMO위의 인코딩 율, MIMO 인코딩 방식을 가정할 경우 4개의 송신 안테나 별 출력을 시간과 주파수 축에서 도시하였다.

도 12는 도 11의 가정에 따른 송신 안테나 별 최종 출력을 시간 축에서 나타낸 도면이다.

도 12는 본 발명의 실시 예에서 가정한 예에 따라 송신 안테나의 최종 출력을 시간 축 상에서 도시한 도면이다.

본 명세서에서 제안한 방식에 따라 송신기(300)가 프리앰블을 전송함에 따라 각각의 송신 안테나들(1202, 1204, 1206, 1208) 순차적으로 프리앰블(1210)을 송신한다. 도 11과 도 12에 도시된 바와 같이, 본 명세서에서 가정한 MIMO-OFDM의 SFBC 인코딩 결과는 시간 축 상에서 OFDM 심볼(symbol) 단위로 휴지 구간이 존재한다. 본 발명에서는 송신기(300)가 이 휴지구간을 이용하여 전송속도의 손실 없이 장애 발생 안테나를 비 장애 안테나로 대체하여 전송하는 것이 가능하다.

본 명세서에서는 MIMO 안테나 시스템에서 전송속도 손실 없는 송신 안테나 공유 또는 대체 전송 방법을 설명하기 위해 <표 1>, 도 11 및 도 12를 통해 MIMO-OFDM, SFBC 인코딩 방식의 전송 방법을 가정하였다. 또한 이 방법을 적용하는 경우, 시간 축 상에서 휴지 구간이 발생하는 사실을 설명하였다.

이하에서 설명할 도 13 내지 도 15는 송신 안테나 #2에 대해 송신기(300)가 장애 발생 했음을 나타내는 비정상 안테나 정보를 수신기(350)로부터 피드백 받았다는 가정 아래 송신기(300)가 휴지 구간을 활용하여 MIMO 인코딩 데이터를 송신하는 것을 설명한다.

도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 송신기(300)의 MIMO 데이터 송신부(320)의 상세 블록 구성도를 나타낸 도면이다. 송신기(300)에서의 시간 축 상의 휴지 구간은 안테나 #1과 안테나 #2가 동일하고, 안테나 #3과 안테나 #4가 동일하며 서로 엇갈린 휴지 구간을 갖는다고 가정한다.

이러한 가정 하에 수신기(350)로부터 안테나 #2에 대한 비정상 안테나 정보가 송신기(300)로 피드백 된다면, 송신기(300)는 안테나 #2로 전송할 MIMO 인코딩 데이터를 전송하기 위해 활용할 수 있는 안테나는 안테나 #3과 안테나 #4번 뿐이다. 따라서 송신 안테나에 대한 장애 발생 판단에 따라 안테나 #2로 전송할 데이터를 시스템의 전송 손실 없이 송신 안테나들을 가능한 선택 조합은 아래 <표 2>와 같다.

본 발명의 실시 예에서 송신기(300)의 MIMO 데이터 송신부(320)의 다중입출력 안테나 연산부(322)기 <표 2>와 도 13에서와 같이 중복된 조합을 제외하고 최종 안테나 출력 전에 시간 축 상의 MIMO 인코딩 데이터를 가산기들(1302, 1304, 1306, 1308)을 통한 단순 합 연산만으로 장애 발생 안테나인 안테나 #2를 송신에서 배제하고도 통신을 유지 할 수 있음을 보여준다. 그리고, 도 13에서 다중 입출력 안테나 선택부(324)는 제어부(312)로부터 입력된 안테나 선택 신호에 따라 장애 발생 안테나인 안테나 #2를 제외하고, 프리앰블과 MIMO 인코딩된 데이터를 전송할 안테나를 결정함으로써, 최종 신호를 출력한다. 도 13에서는 안테나 #2로 전송될 MIMO 인코딩부 #2(306)의 MIMO 인코딩 데이터와 MIMO 인코딩부 #3(308)의 MIMO 인코딩 데이터가 가산기(1306)에서 합 연산을 통해 합해진 후, 다중 입출력 안테나 선택부(324)에 의해 선택된 안테나 #3을 통해 출력되는 것을 보여준다.

또한, 그 외에도 특정한 경우 송신기(300)에서 2개의 송신 안테나가 동시에 장애가 발생한 경우에도 정상적으로 통신이 가능한 조합이 존재한다. 즉, 안테나 #1과 안테나 #가 동시에 장애가 발생하거나 또는 안테나 #3번과 안테나 #4번이 동시에 장애가 발생하여 송신이 불가능하여도 휴지 구간의 조합을 통해 4개의 송신 안테나들 중 2개의 송신 안테나만으로도 송신이 가능하다.

도 14는 송신기(300)의 송신 안테나 #2번의 장애 발생 판정에 따라 안테나 #2번과 안테나 #3번의 단순 합 결과(1410)를 시간 축과 주파수 축에서 도시한 도면이다.

도 15는 송신기(300)의 송신 안테나 #2(1510)의 장애 발생 판정에 따라 최종 출력을 시간 축 상에서 도시한 도면이다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시 예들에 따라 송신기에서 송신 안테나 별로 순차적으로 프리앰블을 전송할 경우, 송신안테나 경로에 대한 상호 점검이 가능하고 비정상적인 송신안테나를 대체하여 통신을 유지할 수 있으며, 특정한 다중입출력 변조 방식을 채택하는 경우, 비정상 안테나 배제에 따른 전송속도 손실 없는 안테나 대체가 가능하다.

또한, 상술한 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 동작 방법은 프로그램으로 구현되어 다양한 비일시적 판독 가능 매체(non-transitory computer readable medium)에 저장되어 제공될 수 있다. 비일시적 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상술한 다양한 어플리케이션 또는 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등과 같은 비일시적 판독 가능 매체에 저장되어 제공될 수 있다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

300: 송신기
350: 수신기

Claims (13)

1. N개의 다중 입력 다중 출력(MIMO) 안테나를 사용하는 OFDM 시스템에서의 데이터 송수신 방법에 있어서,
   상기 N개의 MIMO 송신 안테나 별로 미리 정해진 프레임 단위로 프레임 동기를 맞추기 위한 프리앰블을 생성하는 단계;
   상기 N개의 MIMO 송신 안테나별로 전송될 N개의 데이터를 미리 정해진 MIMO 인코딩 기법으로 인코딩하여 MIMO 인코딩 데이터를 생성하는 단계;
   안테나 선택 신호에 따라 상기 N개의 MIMO 송신 안테나들 중 상기 생성된 프리앰블과 상기 MIMO 인코딩 데이터를 송신할 안테나를 선택하는 단계;
   상기 선택된 안테나를 통해 상기 프리앰블과 상기 MIMO 인코딩 데이터를 송신하는 단계; 및
   수신기로부터 수신된 안테나 점검 정보에 비정상 안테나 정보가 포함된 경우, 상기 비정상 안테나 정보에 따라 장애 발생 안테나를 결정하고, 상기 장애 발생 안테나로 전송할 프리앰블과 MIMO 인코딩 데이터를 상기 N개의 MIMO 송신 안테나들 중 상기 장애 발생 안테나가 아닌 안테나로 송신하도록 상기 안테나 선택 신호를 발생하는 단계를 포함하고,
   상기 N개의 MIMO 송신 안테나가 고장 또는 파손에 의해 상기 프리앰블을 송신하지 못하는 경우, 계산된 상호 상관 에너지를 이용하여 상기 N개의 MIMO 송신 안테나들 중 장애 발생 안테나가 있는지를 검사하는 단계를 더 포함하고,
   상기 장애 발생 안테나가 있는지를 검사하는 단계는,
   상기 프레임의 주기 단위로 상기 MIMO 송신 안테나별로 계산된 상호 상관 에너지와 상기 OFDM의 무선 환경 및 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio)를 통해 결정된 미리 정해진 임계 값을 비교하고, 비교 결과 상기 계산된 상호 상관 에너지가 상기 미리 정해진 임계 값 보다 작다면, 상기 프리앰블이 전송된 MIMO 송신 안테나에 장애가 발생했음을 1차로 판단하고,
   상기 1차로 판단한 프레임의 다음 프레임에서 상호 상관 에너지 값의 평균과 상기 임계 값을 비교하고, 비교 결과 상기 상호 상관 에너지 값의 평균이 상기 임계 값 보다 작다면, 상기 프리앰블이 전송된 MIMO 송신 안테나에 장애가 발생했음을 2차로 판단하며,
   상기 1차 및 상기 2차에서 모두 장애가 발생했음으로 판단되는 경우, 장애 발생 안테나로 판단하고, 상기 비정상 안테나 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 OFDM 시스템에서의 데이터 송수신 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 생성된 프리앰블은,
   상기 안테나 선택 신호에 따라 상기 N개의 MIMO 송신 안테나를 통해 순차적으로 송신됨을 특징으로 하는 N개의 다중 입력 다중 출력(MIMO) 안테나를 사용하는 OFDM 시스템에서의 데이터 송수신 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 안테나 점검 정보는,
   상기 수신기에 의해 상기 N개의 MIMO 송신 안테나 별로 계산된 상기 프리앰블의 상호 상관(Cross-correlation) 에너지에 의해 획득됨을 특징으로 하는 OFDM 시스템에서의 데이터 송수신 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 MIMO 인코딩 기법은,
   공간 주파수 블록 코드(Space Frequency Block Code)(SFBC) 기법임을 특징으로 하는 OFDM 시스템에서의 데이터 송수신 방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 장애 발생 안테나로 전송할 데이터는,
   상기 N개의 MIMO 송신 안테나들 중 상기 장애 발생 안테나에 대한 휴지 구간과 동일하지 않은 휴지 구간을 갖는 안테나를 통해 전송됨을 특징으로 하는 OFDM 시스템에서의 데이터 송수신 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 휴지 구간은,
   상기 SFBC에 의해 시간 축 상에 OFDM 심볼 단위로 존재함을 특징으로 하는 OFDM 시스템에서의 데이터 송수신 방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 장애 발생 안테나로 전송할 MIMO 인코딩 데이터는,
   상기 MIMO 인코딩 기법에 의해 인코딩 된 후, 상기 장애 발생 안테나에 대한 휴지 구간과 동일하지 않은 휴지 구간을 갖는 안테나로 전송할 MIMO 인코딩 데이터와 시간 축 상에서 합연산되어 송신됨을 특징으로 하는 OFDM 시스템에서의 데이터 송수신 방법.
8. 제1항에 있어서,
   상기 N개의 MIMO 송신 안테나를 통해 송신된 프리앰블과 MIMO 인코딩 데이터를 상기 N개의 MIMO 수신 안테나를 통해 수신하는 단계;
   상기 N개의 MIMO 수신 안테나를 통해 순차적으로 수신된 프리앰블의 상호 상관(Cross correlation) 에너지를 계산하는 단계;
   상기 계산된 상호 상관 에너지를 이용하여 프레임 시간 동기를 획득하는 단계;
   상기 획득된 프레임 시간 동기에 따른 프레임 구간에서 수신된 MIMO 인코딩된 데이터를 미리 정해진 MIMO 디코딩 기법으로 디코딩하는 단계; 및
   상기 검사 결과 장애 발생 안테나가 있다면, 상기 장애 발생 안테나에 대한 정보인 비정상 안테나 정보를 포함하는 안테나 점검 정보를 송신기로 송신하는 단계;를 더 포함함을 특징으로 하는 OFDM 시스템에서의 데이터 송수신 방법.
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10. N개의 다중 입력 다중 출력(MIMO) 안테나를 사용하는 OFDM 시스템에서의 데이터 송수신 장치에 있어서,
    상기 N개의 MIMO 송신 안테나 별로 미리 정해진 프레임 단위로 프레임 동기를 맞추기 위한 프리앰블을 생성하는 프리앰블 생성부;
    상기 N개의 MIMO 송신 안테나별로 전송될 N개의 데이터를 미리 정해진 MIMO 인코딩 기법으로 인코딩하는 MIMO 인코딩부;
    안테나 선택 신호에 따라 상기 N개의 MIMO 송신 안테나들 중 상기 생성된 프리앰블과 상기 MIMO 인코딩된 N개의 MIMO 인코딩 데이터를 송신할 안테나를 선택하고, 상기 선택된 안테나를 통해 상기 프리앰블과 상기 MIMO 인코딩 데이터를 송신하는 MIMO 데이터 송신부;
    상기 프리앰블과 상기 MIMO 인코딩 데이터를 미리 정해진 프레임 주기마다 상기 MIMO 송신 안테나별로 순차적으로 송신되도록 상기 안테나 선택 신호를 생성하여 상기 MIMO 데이터 송신부를 제어하는 제어부; 및
    수신기로부터 안테나 점검 정보를 수신하는 안테나 점검 정보 수신부;를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 안테나 점검 정보에 비정상 안테나 정보가 포함될 경우, 상기 비정상 안테나 정보에 따라 장애 발생 안테나를 결정하고, 상기 장애 발생 안테나로 전송할 프리앰블과 MIMO 인코딩 데이터를 상기 N개의 MIMO 송신 안테나들 중 상기 장애 발생 안테나를 제외한 안테나로 송신하도록 상기 안테나 선택 신호를 발생하며,
    상기 OFDM 시스템에서의 데이터 송수신 장치는 상기 N개의 MIMO 송신 안테나가 고장 또는 파손에 의해 상기 프리앰블을 송신하지 못하는 경우, 계산된 상호 상관 에너지를 이용하여 상기 N개의 MIMO 송신 안테나들 중 장애 발생 안테나가 있는지를 검사하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 N개의 MIMO 송신 안테나들 중 장애 발생 안테나가 있는지를 검사하는 제어부는,
    상기 프레임의 주기 단위로 상기 MIMO 송신 안테나별로 계산된 상호 상관 에너지와 상기 OFDM의 무선 환경 및 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio)를 통해 결정된 미리 정해진 임계 값을 비교하고, 비교 결과 상기 계산된 상호 상관 에너지가 상기 미리 정해진 임계 값 보다 작다면, 상기 프리앰블이 전송된 MIMO 송신 안테나에 장애가 발생했음을 1차로 판단하고,
    상기 1차로 판단한 프레임의 다음 프레임에서 상호 상관 에너지 값의 평균과 상기 임계 값을 비교하고, 비교 결과 상기 상호 상관 에너지 값의 평균이 상기 임계 값 보다 작다면, 상기 프리앰블이 전송된 MIMO 송신 안테나에 장애가 발생했음을 2차로 판단하며,
    상기 1차 및 상기 2차에서 모두 장애가 발생했음으로 판단되는 경우, 장애 발생 안테나로 판단하고, 상기 비정상 안테나 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 OFDM 시스템에서의 데이터 송수신 장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 비정상 안테나 정보는,
    상기 수신기에 의해 안테나 별로 계산된 상기 프리앰블의 상호 상관(Cross-correlation) 에너지에 의해 획득되고,
    상기 MIMO 인코딩 기법은,
    공간 주파수 블록 코드(Space Frequency Block Code)(SFBC) 기법이고,
    상기 장애가 발생한 안테나로 전송할 데이터는,
    상기 장애가 발생한 안테나에 대한 휴지 구간과 동일하지 않은 휴지 구간을 갖는 안테나를 통해 전송됨을 특징으로 하는 OFDM 시스템에서의 데이터 송수신 장치.
12. 제10항에 있어서,
    상기 N개의 MIMO 송신 안테나를 통해 송신된 프리앰블과 MIMO 인코딩 데이터를 상기 N개의 MIMO 수신 안테나를 통해 수신하는 수신부;
    프레임 시간 동기에 따른 프레임 구간에서 수신된 MIMO 인코딩된 데이터를 미리 정해진 MIMO 디코딩 기법으로 디코딩하는 MIMO 디코딩부; 및
    상기 검사 결과 장애가 발생한 안테나가 있다면, 장애가 발생한 안테나에 대한 정보인 비정상 안테나 정보를 포함하는 안테나 점검 정보를 송신기로 송신하는 안테나 점검 정보 송신부를 더 포함하고,
    상기 N개의 MIMO 송신 안테나들 중 장애가 발생한 안테나가 있는지를 검사하는 제어부는 상기 N개의 MIMO 수신 안테나를 통해 순차적으로 수신된 프리앰블의 상호 상관(Cross correlation) 에너지를 계산하고, 상기 계산된 상호 상관 에너지를 이용하여 프레임 시간 동기를 획득하고, 상기 계산된 상호 상관 에너지를 이용하여 상기 N개의 MIMO 송신 안테나들 중 장애가 발생한 안테나가 있는지를 검사함을 특징으로 OFDM 시스템에서의 데이터 송수신 장치.
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