KR20020088414A - 다중 안테나 송신을 위한 공간-시간 코드 - Google Patents

다중 안테나 송신을 위한 공간-시간 코드 Download PDF

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Abstract

다중 안테나 상에서 성신하기 위해 신호들을 공간-시간 코딩하기 위한 방법 및 장치가 개시된다. 수신된 입력 심볼 스트림은 선결된 변환을 이용하여 변환되고 N 개의 안테나들의 제1 집합 상에서 송신된다. 그러면, 동일한 입력 심볼 스트림이 M 개의 심볼 주기들 만큼 오프셋되어 오프셋 입력 심볼 스트림을 생성한다. 그러면, 오프셋 입력 심볼 스트림은 선결된 변환을 이용하여 변환되고 N 개의 안테나들의 제2 집합 상에서 송신된다. 변환 및 N 개의 안테나들의 추가적인 집합 상에서의 송신을 수행하기 이전에, 오프셋 입력 심볼 스트림을 사용된 N 개의 안테나들의 각 추가적인 집합을 위한 추가적인 M 개의 심볼 주기들 만큼 연속적으로 오프셋함으로써 N 개의 안테나들의 제3 내지 제X 번째 집합들이 송신을 위하여 사용될 수 있다.

Description

다중 안테나 송신을 위한 공간-시간 코드{Space-time code for multiple antenna transmission}
무선 통신 시스템이 진화하면서, 장치 및 동작 요구치에 관하여 무선 시스템 설계가 점진적으로 요구되어 왔다. 현재 사용되고 있는 제1 세대 형태인 아날로그 방식 및 제2 세대 형태인 디지털 시스템과 비교하여 제 3 및 제4 세대 디지털 시스템들인 미래의 무선 시스템들은, 고품질 음성 서비스에 덧붙여 고 품질 고속 전송률의 데이터 서비스를 제공하기를 요구받을 것이다. 시스템 서비스 성능 요구치와 함께 장비의 설계의 제약들 또한 설정되어, 이동 단말기들의 설계에 큰 영향을 끼칠 것이다. 제3 및 제4 세대 무선 통신 단말기들은 이러한 미래형 무선 시스템에 요구되는 복잡한 음성 및 데이터 서비스들 또한 제공할 수 있도록 소형화, 경량화, 고전력 효율화 장치들이 될 것이 요구될 것이다.
시변 다중 경로 페이딩 현상은 송신된 신호가 다중 경로들을 통하여 수신기로 전달되어 수신기 측에서 신호들을 보강적 및 상쇄적으로 간섭함에 의하여 야기되는 수신 신호의 페이딩 현상을 야기하는 무선 시스템 내에서 발생된다. 다중 경로 페이딩 현상을 극복하기 위한 수 개의 방법들이 알려졌는데, 그들은 에러 정정 코딩을 함께 한 타임 인터리빙 방법, 스프레드 스펙트럼 기법을 이용한 주파수 다양화를 실장하는 방법, 또는 송신기 전력 제어 기법들과 같은 것들이다. 그러나, 이러한 기법들 각각은 제3 및 제4 세대 무선 시스템들에 사용되기 위해서는 단점들을 가지고 있다. 타임 인터리빙 방법은 불필요한 지연을 제공하며, 스프레드 스펙트럼 기법은 큰 코히어런스 대역폭(coherence bandwidth)을 극복하기 위한 큰 대역폭 할당을 요구할 수 있으며, 전력 제어 기법은 복잡한 수신기의 송신기로의 궤환 기법에 바람직한 것보다 더 높은 송신기 전력을 요구할 수 있기 때문에 이동 단말기의 복잡성을 증가시킨다. 이러한 모든 단점들은 제3 및 제4 세대 이동 통신 단말기들의 바람직한 특징을 획득하는데 부정적인 영향을 미친다.
안테나 다양성(antenna diversity)은 무선 시스템 내에서 다중 경로 페이딩 효과를 극복하기 위한 다른 기법이다. 다양성 수신 기법에서는, 물리적으로 분리된 두 개 또는 그 이상의 안테나들이 신호를 수신하기 위해 사용되며, 수신된 신호는 합산 및 스위칭을 통해 처리되어 수신된 신호를 생성한다. 다양성 수신 기법의 단점은 안테나들이 물리적으로 분리되어 있을 것이 요구됨으로써 다양성 수신이 소형화가 요구되는 신형 무선 시스템 내의 순방향 링크 상에 사용되기에 취약하게 할 수 있다는 것이다. 안테나 다양성을 실장하기 위한 제2 기법은 송신 다양성(transmit diversity)이다. 송신 다양성에서, 신호는 두 개 또는 그 이상의 안테나들로부터 송신되고 수신기에서 최대 확률 시퀀스 예측기(MLSE, maximumlikelihood sequence estimator) 또는 최소 평균 제곱 에러(MMSE, minimum mean square error) 기법들을 이용하여 처리된다. 이동 단말기 내에서보다 기지국에 다중 안테나들을 실장하기가 더 용이하다는 점에서, 송신 다양성은 무선 시스템 내의 순방향 링크에 더 실용적으로 적용될 수 있다.
두 개의 안테나가 있는 경우에 대한 송신 다양성은 잘 연구된다. 알라무티(Alamouti)는 복소수 값을 갖는 신호들을 위한 2차(second order) 다양성을 제공하는 2 개의 안테나를 위한 송신 다양성의 방법을 제안했다. S. 알라무티의 "무선 통신을 위한 단순 송신 다양성 기법(A Simple Transmit Diversity Technique for Wireless Communications)" 이라는 제목의 IEEE 통신의 선택 영역에 대한 저널(IEEE Journal on Selected Areas of Communications) 1998년 8월호 1451쪽 내지 1458쪽에 기술된 논문을 참조한다. 이러한 알라무티 방법은 한 심볼 주기 동안에 두 개의 안테나들로부터 두 개의 신호들을 동시에 송신하는 것을 포함한다. 단일 심볼 주기 동안에, 제1 안테나로부터 송신된 신호는로 표시되고, 제2 안테나로부터 송신된 신호는으로 표시된다. 그 다음 심볼 주기 동안에, 제1 안테나로부터 신호이 송신되고 제2 안테나로부터 신호이 송신되는데, * 표시는 켤레 복소수 연산자이다. 알라무티는 공간 코딩 및 주파수 코딩에서 수행될 수도 있다. 인접한 두 개의 심볼 주기들 대신에, 공간-주파수 코딩을 실현하기 위하여 두 개의 직교(orthogonal) 월시 코드(Walsh codes)가 이용될 수도 있다.
알라무티 방법을 두 개 이상의 안테나들에까지 확장하는 것은 명확하지는 않다. 타로크(Tarokh) 등은 복소 신호 집합체(constellation)를 이용하는 세 개 및 네 개의 안테나들 상에 송신하기 위한 rate=1/2 및 3/4인 공간 시간 블록 코드(SpaceTime Block codes)를 이용하는 방법을 제안하였다. V. 타로크, H. 자파카니(H. Jafarkhani), 및 A. 칼데르뱅크(A. Calderbank)의 IEEE 정보의 거래 이론(IEEE Transactions on Information Theory) 1999년 7월판 1456쪽 내지 1467쪽에 기술된 "직교 설계로부터의 공간-시간 블록 코드들(Space-Time Block Codes from Orthogonal Designs)" 라는 논문을 참조한다. 이 방법은 전송률에 있어서 손실이 있으며 ST 코딩된 심볼들의 다중 레벨 성질이 송신된 신호의 첨두치-평균치 비율의 요구치를 증가시키며 선형 전력 증폭기 설계에 엄격한 제한을 부과한다는 사실에 있어서 단점을 가지고 있다. 제안된 다른 방법에는 rate=1 이며, 직교 송신 다양성(OTD, orthogonal transmit diversity) + 공간-시간 송신 다양성 설계(STTD, space-time transmit diversity scheme) 4 안테나 방법이 포함되는데, L. 잘로울(L. Jalloul), K. 로하니(K. Rohani), K. 쿠치(K. Kuchi) 및 J. 첸(J. Chen) 등이 저술한 IEEE 운송물 기법 회의 속편(Proceedings of IEEE Vehicular Technology Conference) 1999년 가을 판에 기술된 "CDMA 송신 다양성 방법들의 성능 분석(Performance Analysis of CDMA Transmit Diversity Methods)" 및 M. 해리슨(M. Harrison), K. 쿠치(K. Kuchi) 등이 기술한 "2 및 4 요소들 상의 고속 데이터율에서의 개방 및 폐쇄 루프 송신 다양성(Open and Closed Loop Transmit Diversity at High Data Rates on 2 and 4 elements)"(Motorola Contribution to 3GPP-C30-19990817-017)을 참조한다. 이러한 방법은 외부 코드(outer code)를 요구하고 STTD 블록(알라무티 블록)에 기인한 2차 다양성 및 OTD 블록을 사용함으로써 얻어지는 2차 인터리빙 이득을 제공한다. 이 방법의 성능은 외부 코드의 강도(strength)에 의존한다. 이 방법이 외부 코드를 요구하기 때문에, 코딩되지 않은 시스템에는 적용될 수 없다. rate=1/3인 콘볼루션 코드(convolutional code)의 경우, OTD + STTD 방법의 성능 및 타로크 rate=3/4 방법 ST 블록 코드 방법들은 거의 동일하다.
본 발명은 원격 통신 시스템 내의 송신 다양성을 획득하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이며, 특히 다중 안테나 상에서의 전송을 위하여 신호를 공간-시간 코딩하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명은 다중 안테나들 상에서 송신하기 위해 신호들을 공간-시간 코딩하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명에 따른 방법 및 장치에서, 수신된 입력 심볼 스트림(symbol stream)은 선결된 변환을 이용하여 변환되고 N 개의 안테나들의 제1 집합 상에서 송신된다. 그러면, 동일한 입력 심볼 스트림이 시간에서 M 개의 심볼 주기들 만큼 오프셋되어 오프셋 입력 심볼 스트림을 생성한다. 오프셋 입력 심볼 스트림은 입력 심볼 스트림보다 진상 또는 지상으로 오프셋될 수 있다. 그러면, 오프셋 입력 심볼 스트림은 선결된 변환을 이용하여 변환되고 N 개의 안테나들의 제2 집합 상에서 송신된다. 변환을 수행하고 N 개의 안테나들의 추가적인 집합 상에서 송신하기 전에, N 개의 안테나들의 추가적인 각 집합에 대하여 추가적으로 M 심볼 주기들 만큼 오프셋 입력 심볼 스트림을 계속적으로 오프셋함으로써 N 개의 안테나들의 제3 내지 제X 집합이 송신을 위하여 사용될 수 있다. 변환은 시간 도메인 에서나 또는 월시 코드 도메인에서 적용될 수 있다.
수신기에서는, 송신된 심볼들은 송신기에 따르는 디코딩 트렐리스(trellis)를 가지는 비터비 알고리즘으로 실장된 최대 확률 시퀀스 예측기(MLSE) 디코더를 이용함으로써 복원될 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에서, 4 개의 안테나들이 송신을 위하여 사용된다. 수신된 입력 심볼 스트림 내의 모든 2 개의 입력 심볼들은 알라무티 변환을 이용하여 시간 도메인 내에서 변환되며 그 결과가 두 개의 심볼 주기들의 시간 동안에 안테나 1 및 2 상에서 송신된다. 수신된 입력 심볼 스트림 또한 두 개의 심볼 주기들 동안에 지연되며, 이렇게 지연된 입력 심볼 스트림이 모든 2 개의 심볼들이 변환되고 그 지연된 결과가 안테나 3 및 4 상에서 2 개의 심볼 주기들의 시간 동안 송신되는 알라무티 변환으로 입력된다. 송신된 신호는 MLSE 수신기를 이용하여 수신되고 디코딩될 수 있다. 이 방법 및 장치는 4차의 다양성을 제공하며 알라무티 방법의 다른 제안된 확장들의 성능을 코딩되지 않은 송신에서 약 1/2 내지 1 dB으로써 2 개 이상의 안테나들까지로 능가한다.
4 개의 안테나를 사용하는 본 발명에 따른 다른 실시예에서, 수신된 입력 심볼 스트림 내의 모든 2 개의 입력 심볼들은 월시 코드 도메인 내에서 변환된다. 알라무티 코딩된 심볼들은 안테나들 1 및 2 상에서 2 개의 직교하는 월시 코드들 W1 및 W2 상으로 전송된다. W1 및 W2 모두 2 개의 심볼 주기들을 확장하며, 그 결과 2 개의 심볼 주기들에서의 송신율을 유지한다. 수신된 입력 심볼 스트림 또한 2 개의 심볼 주기들 만큼 지연되고 알라무티 변환 또한 지연된 입력 심볼 스트림에 월시 코드 도메인 내에서 적용된다. 이러한 지연된 결과가 2 개의 심볼 주기들의 시간동안 안테나 3 및 4 상에서 송신된다.
송신을 위해 8 개의 안테나를 사용하는 본 발명에 따른 또다른 실시예에서, rate=3/4 ST 블록 코드가 4 개의 심볼 지연과 결합된다. 입력 심볼 스트림 내의 모든 3 개의 심볼들은 ST 블록 코드에 의하여 변환되고 안테나 1 내지 4 상에서 송신된다. 수신된 입력 심볼 스트림 또한 4 개의 심볼 주기들 동안에 지연되고, 이러한 지연된 입력 심볼 스트림이 ST 블록 코드 변환에 입력된다. 수신된 입력 심볼 스트림 또한 네 개의 심볼 주기들 동안에 지연되며, 이렇게 지연된 입력 심볼 스트림이 모든 세 개의 심볼들이 변환되고 그 지연된 결과가 안테나 4 내지 8 상에서 네 개의 심볼 주기들의 시간 동안 송신되는 ST 블록 코드 변환으로 입력된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신기의 일부의 블록도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기의 일부의 블록도를 나타낸다.
도 3은 도 2에 나타난 수신기 내에서 신호를 처리하기 위하여 사용되는 트렐리스 구조를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 나아간 다른 실시예에 따른 송신기의 일부의 블록도를 나타낸다.
이제 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 송신기(100)의 일부의 블록도가 예시되었다. 송신기(100)는 입력(102), 오프셋 블록(104), 변환 블록(106), 변환 블록(108), 스프레드, 필터 및 변조(SFM, spread, filter and modulate) 블록(110), 스프레드, 필터 및 변조(SFM) 블록(112), 안테나(114), 안테나(116), 안테나(118) 및 안테나(120)를 포함한다. 송신기(100)는 코딩된 또는 코딩되지 않은 디지털 송신을 무선 인터페이스를 통하여 송신하는 어떠한 종류의 송신 시스템 내에도 실장될 수 있다.
도 1에 도시된 실시예에서, 송신기(100)는 입력(102)에서 입력 심볼 스트림X(t)를 수신한다.X(t)는 2 개의 동일한 심볼 스트림들로 나뉘고, 제1 심볼 스트림X(t)는 변환 블록(106)에 입력되고, 동일한 제2 심볼 스트림X(t)는 오프셋 블록(104)에 입력된다. 오프셋 블록(104)은 제2 심볼 스트림 내에서 2 개의 심볼 주기 지연을 야기하고, 그러면 지연된 제2 심볼 스트림이 변환 블록(108)에 입력된다. 모든 2개의 심볼들 S1 및 S2는 변환 블록(106) 내에서 알라무티 방법을 이용하여 처리되고, 변환의 결과가 안테나(114) 및 안테나(116) 상에서 송신된다. 입력 신호는 복소수 값을 가질 수 있고, 임의의 집합체 크기(constellation size)를 가질 수 있다. 변환 블록(106) 내에서 수행되는 알라무티 변환은 다음 수학식 1에 나타난 바와 같은 행렬 형태로 기술될 수 있다.
행렬의 행은 신호가 송신되는 안테나를 나타내고, 열은 그들이 송신되는 순간을 나타낸다. 기호 S1 및 S2 는 각각 시간 t1 및 t2에서 안테나(114) 및 안테나(116) 상에서 송신된다.
오프셋 블록(104) 내에 입력된 동일한 제2 심볼 스트림X(t)는 두 개의 심볼주기들 만큼 오프셋되고 수학식 2와 같이 표시된 알라무티 변환을 이용하여 변환 블록(108) 내에서 변환된다.
그러면, 변환 블록(108)으로부터의 변환 결과가 안테나(118) 및 안테나(120) 상에서 송신된다. 시간 주기(0, t1) 동안에 수신될 수 있는 송신된 신호는 다음 수학식 3과 같이 기술될 수 있다.
또한, 시간 주기(t1, t2) 동안에 수신될 수 있는 송신된 신호는 다음 수학식 4와 같이 기술될 수 있다.
여기서, Sd1및 Sd2는 지연된 가지 상의 송신된 심볼들이며n(t)는 부가적인 백색 가우시안 잡음(white Gaussian noise)이다.
송신된 신호 전력 Ec는 4 개의 안테나들을 통하여 균일하게 분산될 수 있으며 채널 계수 α는 복소 가우시안으로 모델링될 수 있다.
이러한 수신된 신호는 MLSE 수신기를 사용함으로써 디코딩될 수 있다. 이제 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기(200)가 도시되었다. 수신기(200)는 안테나(202), 필터, 디스프레드 및 복조 블록(filter, despread and demodulate block, 204), 처리 블록(206) 및 출력 블록(208)을 포함한다.
본 발명에 따른 일 실시예에서, 수신기(200)는 송신된 신호r(t)를 안테나(202)에서 수신하고, 필터, 디스프레드 및 복조 블록(204)에서 수신된 신호를 필터링, 디스프레딩 및 복조한다. 그러면, 처리 블록(206)이 송신 및 수신된 신호들 간의 유클레디안 거리(Eucledian distance,D)를 최소화하는 시퀀스를 디코딩하고 그 시퀀스를 다음 수학식 5에 따라서 출력(208)에서 출력한다.
다음 간략화 방법을 이용하여 가지 행렬(branch metrics)의 심화된 최적화 결과가 획득될 수 있다.
다음 수학식 6 및 수학식 7을 이용하면,
다음 수학식 8에 해당하는 행렬이 얻어질 수 있다.
수학식 8의 행렬은 수학식 9에서처럼 더욱 간략화될 수 있다.
심볼들 Sd1, Sd2는 분리되어 발견될 수 있다. 수학식 9에 의하여 제공된 간략화 결과에서, Sd1및 Sd2만이 각 계산 단계에서 변형될 필요가 있다. 이것은 계산 과정에서 승산 과정의 숫자를 감소시킨다.
비터비 디코더의 입력은 "n" 개의 시간 에포크(epochs) 또는 n 개의 심볼 주기들 동안에 관찰된 샘플링된 수신 신호인데, 여기서 4 안테나 ST 코드에서 n=2이다. 비터비 디코더 내에서의 상 전이는 "n" 개의 시간 에포크들 마다 발생한다.
이제 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기(200) 내에 수신된 신호의 ST 코딩을 수행하기 위하여 사용되는 트렐리스 구조(300)가 도시된다. 트렐리스 구조(300)는 4 안테나 공간-시간(ST) 코드를 위한 2진 상 천이키잉(BPSK, binary phase shift keying) 트렐리스 블록도이다. 트렐리스(300)는 수학식 10 및 수학식 11과 같은 상태 명명(state labelling) 방식을 이용하여 기술될 수 있다.
다음 상태 = 입력 심볼들(S1, S2)
출력 = {이전 상태, 입력 심볼들} = {(Sd1, Sd2), (S1, S2)}
트렐리스(300) 내의 상태들의 숫자는 M2으로 주어지는데, M은 신호 집합체 크기이다. 트렐리스(300) 내에 도시된 모든 상태들의 숫자는 4이다. 트렐리스(300)는 비터비 알고리즘을 이용하여 디코딩될 수 있다. 도 3은 BPSK의 경우를 도시한다. 다른 실시예에서는, 다른 변조 기법이 사용될 수 있다. 일반적으로, 4-안테나 ST 코드의 경우에, 디코더는 각 상태에서 가능한 모든 2 개의 이전 심볼들(즉, bpsk에서는 4개의 상태를, pqsk 에서는 16개의 상태를, 8-psk 에서는 64개의 상태, 등)을 기억하여야 한다.
이제 도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 송신기의 부분들이 도시된다. 도 4는 입력(402), 오프셋 블록(404), 공간-시간 스프레딩(STS, space-time spreading) 변환 블록(406), STS 변환 블록(408), 필터 및 변조 블록(420), 필터 및 변조 블록(412), 및 안테나들(414, 416, 418 및 420)을 포함하는 송신기(400)를 도시한다. 송신기(400) 내에서, 알라무티 변환은 시간 도메인 대신에 월시 코드 도메인 내에서 적용된다. 알라무티 코딩된 심볼들은 2개의 직교하는 월시 코드들(W1, W2) 상에서 동시에 송신된다. 이 경우에 W1 및 W2 모두 두 개의 심볼 주기들을 확장하여 전 송신률을 유지한다. 이 방법이 공간-시간 스프레딩(STS)[7]으로 알려진 방법이다. 입력 신호의 지연된 복사본이 다시 STS 변환되고 다른 2 개의 안테나들을 통하여 송신된다.
도 4에 도시된 실시예 내에서, 입력(402)에서 입력 심볼 스트림X(t)를 수신한다.X(t)는 2 개의 동일한 심볼 스트림들로 나뉘고, 제1 심볼 스트림X(t)는 변환 블록(406)에 입력되고, 동일한 제2 심볼 스트림X(t)는 오프셋 블록(404)에 입력된다. 오프셋 블록(404)은 제2 심볼 스트림 내에서 2 개의 심볼 주기 지연을 야기하고, 그러면 지연된 제2 심볼 스트림이 변환 블록(408)에 입력된다. 모든 2개의 심볼들 S1 및 S2는 변환 블록(406) 내에서 알라무티 방법을 이용하여 처리되고, 변환의 결과가 안테나(414) 및 안테나(416) 상에서 송신된다. 입력 신호는 복소수 값을 가질 수 있고, 임의의 집합체 크기를 가질 수 있다. STS 변환 블록(406) 내에서 수행되는 알라무티 변환은 다음 수학식 12에 나타난 바와 같은 행렬 형태로 기술될 수 있다.
행렬의 행은 신호가 송신되는 안테나를 나타낸다. 기호 S1 및 S2는 심볼들및이 안테나(416) 상에서 동시에 송신되는 동일한 두 개의 심볼 주기들 동안에 안테나(414) 상에서 동시에 송신된다.
오프셋 블록(404) 내에 입력된 동일한 제2 심볼 스트림X(t)는 두 개의 심볼 주기들 만큼 오프셋되고 수학식 13과 같이 표시된 알라무티 변환을 이용하여 변환 블록(408) 내에서 변환된다.
행렬의 행은 신호가 송신되는 안테나를 나타낸다. 기호 Sd1 및 Sd2는 심볼들및이 안테나(420) 상에서 동시에 송신되는 동일한 두 개의 심볼 주기들 동안에 안테나(418) 상에서 동시에 송신된다.
도 4에 도시된 송신기의 실시예를 위한 수신기는 필터, 디스프레드 및 복조 블록(204)이 변형되어 월시 코드들(W1 및 W2) 상에서 동시에 송신된 알라무티 코딩된 심볼들을 수신하는 것 외에는 도 2의 수신기와 동일한 방법으로 실장될 수 있다.
본 발명의 다양한 다른 실시예들이 가능하다. 예를 들어, 3 개의 송신 안테나의 경우에, 알라무티/STS 가지들 2개 중 어느 것의 출력도 동일한 안테나로 매핑되어 3차의 다양성 이득을 획득할 수 있다. 또한, 6개 및 8개 안테나들의 경우, 주어진 방법은 각각 3 및 4개의 지연 다양성 가지들과 결합된 알라무티 변환 블록을사용함으로써 일반화될 수 있다.
8개의 송신 안테나의 경우를 위하여 또다른 실시예가 사용될 수 있다. 이제 도 5를 참조하면, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 송신기(500)의 일부분의 블록도가 예시되었다. 송신기(500)는 입력(502), 오프셋 블록(504), 변환 블록(506), 변환 블록(508), 스프레드, 필터 및 변조(SFM) 블록(510), 스프레드, 필터 및 변조(SFM) 블록(512), 안테나(514), 안테나(516), 안테나(518) 및 안테나(520), 안테나(522), 안테나(524), 안테나(526) 및 안테나(528)를 포함한다. 송신기(500)는 코딩된 또는 코딩되지 않은 디지털 송신을 무선 인터페이스를 통하여 송신하는 어떠한 종류의 송신 시스템 내에도 실장될 수 있다.
도 5에 도시된 실시예에서, 송신기(500)는 입력(502)에서 입력 심볼 스트림X(t)를 수신한다.X(t)는 2 개의 동일한 심볼 스트림들로 나뉘고, 제1 심볼 스트림X(t)는 변환 블록(506)에 입력되고, 동일한 제2 심볼 스트림X(t)는 오프셋 블록(504)에 입력된다. 오프셋 블록(504)은 제2 심볼 스트림 내에서 4 개의 심볼 주기 지연을 야기하고, 그러면 지연된 제2 심볼 스트림이 변환 블록(508)에 입력된다. 모든 3개의 심볼들 S1, S2 및 S3는 변환 블록(506) 내에서 3/4 rate 블록 코드 변환을 이용하여 처리되고, 변환 블록(506)의 출력이 안테나들(514, 516, 518 및 520) 상에서 송신된다. 타로크, H. 자파카니(H. Jafarkhani), 및 A. 칼데르뱅크(A. Calderbank)의 IEEE 정보의 거래 이론(IEEE Transactions on Information Theory) 1999년 7월판 1456쪽 내지 1467쪽에 기술된 "직교 설계로부터의 공간-시간 블록 코드들(Space-Time Block Codes from Orthogonal Designs)" 라는 논문을 참조한다.지연된 제2 입력 심볼 스트림은 블록(508) 내에서 동일한 3/4 rate 블록 코드 변환을 사용하여 처리되며, 변환 블록(508)의 출력이 안테나들(522, 524, 526 및 528) 상에서 송신된다. 입력 신호는 복소수 값을 가질 수 있고, 임의의 집합체 크기를 가질 수 있다.
3/4 rate 블록 코드 변환이 다음 수학식 14에 의하여 주어진다.
8-안테나 ST 코드를 위한 트렐리스 구조는 다음 수학식 15 및 수학식 16과 같은 상태 명명 방식을 이용하여 기술될 수 있다.
다음 상태 = 입력 심볼들(S1, S2, S3)
출력 = {이전 상태, 입력 심볼들} = {(Sd1, Sd2, Sd3), (S1, S2, S3)}
도 5에 도시된 송신기의 실시예를 위한 수신기는 필터, 디스프레드 및 복조 블록(204)이 변형되어 3/4 rate 블록 코드 심볼들을 수신하는 것 외에는 도 2의 수신기와 동일한 방법으로 실장될 수 있다. 비터비 디코더는 예측된 채널 계수들에대한 지식을 가지고 있다는 것이 가정된다. 도 5에 도시된 바와 같은 8-안테나의 경우에, 디코더는 각 상태에서 가능한 모든 3 개의 이전 심볼들을 기억하고 있어야 한다(즉, M-psk의 경우에 M3개의 상태). 도 1을 위한 4-채널 ST 코드를 위하여 제공되는 가지 행렬들은 8-안테나 경우에까지 일반화될 수 있다.
전술된 바와 같은 실시예들 및 다른 실시예들이 예를 들어, 시분할 다중 접속(TDMA) 기법, 코드 분할 다중 접속(CDMA) 기법, 주파수 분할 다중 접속(FDMA) 기법, 직교 주파수 분활 다중 접속(OFDM, orthogonal frequency division multiple access) 기법 또는 이러한 기법들의 어떠한 조합 또는 다른 모든 종류의 접근 기법과 같은 어떠한 종류의 다중 접근 기법을 사용하는 시스템들 내에 실장될 수 있다. 또한 본 발명에 따른 실시예가 실장될 수 있는 시스템에는 디지털 데이터를 인코딩하기 위한 어떠한 종류의 변조 기법을 사용하는 모든 시스템들도 포함한다.
그러므로, 본 발명에 다른 방법 및 장치는 비록 현재의 바람직한 실시예들에 관련되어 예시되고 설명되었지만, 설명된 실시예에 수많은 변형 및 대체가 이루어질 수 있다는 것 및 본 발명의 수많은 다른 실시예들이 본 발명의 다음 청구의 범위에 의하여 정의되는 기술적 사상을 벗어나지 않으면서 실장될 수 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 원격 통신 시스템 내의 송신 다양성을 획득하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이며, 특히 다중 안테나 상에서의 전송을 위하여 신호를 공간-시간 코딩하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 다중 안테나들 상에서 신호를 전송하기 위하여 공간-시간 코딩하기 위한 방법 및 장치를 제공한다.

Claims (30)

  1. 복수 개의 안테나들로부터의 신호를 송신하기 위한 방법에 있어서,
    송신기에서 제1 입력 심볼 스트림을 수신하는 단계;
    상기 제1 입력 심볼 스트림을 오프셋(offset)하여 제2 입력 심볼 스트림을 생성하는 단계로서, 상기 제2 입력 심볼 스트림은 적어도 두 개의 심볼 주기들에 의하여 상기 제1 입력 심볼 스트림으로부터 오프셋되는 단계;
    소정의 시간 주기 상에서 상기 제1 입력 심볼 스트림의 적어도 두 개의 심볼들에 제1 변환을 수행하여 제1 변환 결과를 생성하는 단계;
    상기 제2 입력 심볼 스트림의 적어도 두 개의 심볼들에 제2 변환을 수행하되, 상기 시간 주기 상에서 실질적으로 동시적으로 수행하여, 제2 변환 결과를 생성하는 단계; 및
    상기 제1 변환 결과를 적어도 하나의 제1 안테나 상에 송신하고 상기 제2 변환 결과를 적어도 하나의 제2 안테나 상에 송신하되, 실질적으로 동시적으로 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수 개의 안테나들로부터의 신호 송신 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 변환 수행 단계 및 상기 제2 변환 수행 단계는 각각 알라무티 변환(Alamouti transform)을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수개의 안테나들로부터의 신호 송신 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 오프셋 단계는 상기 제1 입력 심볼 스트림을 오프셋하여 제2 입력 심볼 스트림을 생성하는 단계로서, 상기 제2 입력 심볼 스트림은 두 개의 심볼 주기들에 의하여 상기 제1 입력 심볼 스트림으로부터 오프셋되는 단계를 포함하며,
    상기 제1 변환 수행 단계 및 상기 제2 변환 수행 단계 각각은 두 개의 심볼 주기들의 시간 주기 상에서 두 개의 심볼들에 알라무티 변환을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수 개의 안테나들로부터의 신호 송신 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 송신 단계는 상기 제1 변환 결과를 상기 제1 및 제2 안테나 상에서 송신하고 상기 제2 변환 결과를 제3 및 제4 안테나 상에서 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수 개의 안테나들로부터의 신호 송신 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 알라무티 변환은 시간 도메인에서 수행되는 것을 특징으로 하는 복수 개의 안테나들로부터의 신호 송신 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 오프셋 단계는 상기 제1 입력 심볼 스트림을 지연하여 제2 입력 심볼 스트림을 생성하되, 상기 제2 입력 심볼 스트림은 두 개의 심볼 주기들에 의하여 상기 제1 입력 심볼 스트림으로부터 오프셋되는 단계를 포함하며,
    상기 제1 변환 수행 단계 및 상기 제2 변환 수행 단계 각각은 두 개의 심볼 주기들의 시간 주기 상에서 두 개의 심볼들에 알라무티 변환을 수행하는 단계를 포함하며,
    상기 송신 단계는 두 개의 심볼들의 제2 시간 주기 상에서 상기 제1 변환 결과를 상기 제1 및 제2 안테나 상에서 송신하고 상기 제2 변환 결과를 제3 및 제4 안테나 상에서 송신하는 단계를 포함하며,
    연속적인 제1 및 제2 변환 심볼들은 제각기 두 개의 심볼들의 제2 시간 주기의 제1 및 제2 부분(portion) 동안에 각 안테나로부터 송신되는 것을 특징으로 하는 복수 개의 안테나들로부터의 신호 송신 방법.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 알라무티 변환은 월시 코드(Walsh code) 도메인 상에서 수행되는 것을 특징으로 하는 복수 개의 안테나들로부터의 신호 송신 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 오프셋 단계는 상기 제1 입력 심볼 스트림을 지연하여 제2 입력 심볼 스트림을 생성하되, 상기 제2 입력 심볼 스트림은 두 개의 심볼 주기들에 의하여상기 제1 입력 심볼 스트림으로부터 오프셋되는 단계를 포함하며,
    상기 제1 변환 수행 단계 및 상기 제2 변환 수행 단계 각각은 두 개의 심볼 주기들의 시간 주기 상에서 두 개의 심볼들에 알라무티 변환을 수행하는 단계를 포함하며,
    상기 송신 단계는 두 개의 심볼들의 제2 시간 주기 상에서 상기 제1 변환 결과를 상기 제1 및 제2 안테나 상에서 송신하고 상기 제2 변환 결과를 제3 및 제4 안테나 상에서 송신하는 단계를 포함하며,
    제1 및 제2 변환 심볼들은 두 개의 심볼들의 제2 시간 주기 상에서 각 안테나로부터 동시에 송신되는 것을 특징으로 하는 복수 개의 안테나들로부터의 신호 송신 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 변환 수행 단계 및 상기 제2 변환 수행 단계는 각각 3/4 블록 코드 변환을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수 개의 안테나들로부터의 신호 송신 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 오프셋 단계는 상기 제1 입력 심볼 스트림을 지연하여 제2 입력 심볼 스트림을 생성하되, 상기 제2 입력 심볼 스트림은 네 개의 심볼 주기들에 의하여 상기 제1 입력 심볼 스트림으로부터 오프셋되는 단계를 포함하며,
    상기 제1 변환 수행 단계 및 상기 제2 변환 수행 단계 각각은 네 개의 심볼 주기들의 시간 주기 상에서 세 개의 심볼들에 3/4 블록 코드 변환을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수 개의 안테나들로부터의 신호 송신 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 송신 단계는 상기 제1 변환 결과를 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 안테나 상에서 송신하고 상기 제2 변환 결과를 제5, 제6, 제7 및 제8 안테나 상에서 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수 개의 안테나들로부터의 신호 송신 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 오프셋 단계는 상기 제1 입력 심볼 스트림을 지연하여 제2 입력 심볼 스트림을 생성하되, 상기 제2 입력 심볼 스트림은 네 개의 심볼 주기들에 의하여 상기 제1 입력 심볼 스트림으로부터 오프셋되는 단계를 포함하며,
    상기 제1 변환 수행 단계 및 상기 제2 변환 수행 단계 각각은 네 개의 심볼 주기들의 제1 시간 주기 상에서 세 개의 심볼들에 3/4 블록 코드 변환을 수행하는 단계를 포함하며,
    상기 송신 단계는 네 개의 심볼들의 제2 시간 주기 상에서 상기 제1 변환 결과를 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 안테나 상에서 송신하고 상기 제2 변환 결과를 제5, 제6, 제7 및 제8 안테나 상에서 송신하는 단계를 포함하며,
    연속적인 제1, 제2, 제3 및 제4 변환 심볼들은 제각기 네 개의 심볼들의 상기 제2 시간 주기 내의 제1, 제2, 제3 및 제4 주기 동안에 각 안테나로부터 송신되는 것을 특징으로 하는 복수 개의 안테나들로부터의 신호 송신 방법.
  13. 복수 개의 안테나들로부터 신호를 송신하기 위한 장치에 있어서,
    상기 제1 입력 심볼 스트림을 오프셋하여 제2 입력 심볼 스트림을 생성하기 위한 수단으로서, 상기 제2 입력 심볼 스트림은 적어도 두 개의 심볼 주기들에 의하여 상기 제1 입력 심볼 스트림으로부터 오프셋되도록 하는 수단;
    시간 주기 상에서 상기 제1 입력 심볼 스트림의 적어도 두 개의 심볼들 상에 제 1 변환을 수행하여 제1 변환 결과를 생성하는 제1 변환 수단;
    상기 제2 입력 심볼 스트림의 적어도 두 개의 심볼들 상에 제2 변환을 수행하되, 상기 시간 주기 상에서 실질적으로 동시적으로 수행하여 제2 변환 결과를 생성하는 제2 변환 수단;
    적어도 하나 이상의 제1 안테나들 및 적어도 하나 이상의 제2 안테나들; 및
    상기 제1 변환 결과를 적어도 하나 이상의 상기 제1 안테나 상에 송신하고 상기 제2 변환 결과를 적어도 하나 이상의 상기 제2 안테나 상에서 송신하되, 실질적으로 동시적으로 송신하는 송신 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 복수 개의 안테나들로부터의 신호 송신 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 변환을 수행하기 위한 상기 제1 변환 수단 및 상기 제2 변환을 수행하기 위한 상기 제2 변환 수단은 각각 알라무티 변환을 수행하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 복수 개의 안테나들로부터의 신호 송신 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 오프셋 수단은 상기 제1 입력 심볼 스트림을 오프셋하여 제2 입력 심볼 스트림을 생성하기 위한 수단을 포함하되, 상기 제2 입력 심볼 스트림은 두 개의 심볼 주기들에 의하여 상기 제1 입력 심볼 스트림보다 지연되도록 하는 수단을 포함하고,
    상기 제1 변환 수단 및 상기 제2 변환 수단은 각각 두 개의 심볼 주기들의 시간 주기 상에 두 개의 심볼들 상에 알라무티 변환을 수행하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 복수 개의 안테나들로부터의 신호 송신 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 송신 수단은 상기 제1 변환 결과를 상기 제1 및 제2 안테나 상에서 송신하고 상기 제2 변환 결과를 상기 제3 및 제4안테나 상에서 송신하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 복수 개의 안테나들로부터의 신호 송신 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 변환 수단 및 상기 제2 변환 수단은 시간 도메인에서 상기 알라무티 변환을 수행하는 것을 특징으로 하는 복수 개의 안테나들로부터의 신호 송신 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 오프셋 수단은 상기 제1 입력 심볼 스트림을 오프셋하여 제2 입력 심볼 스트림을 생성하되, 상기 제2 입력 심볼 스트림은 두 개의 심볼 주기들에 의하여 상기 제1 입력 심볼 스트림으로부터 오프셋되도록 하기 위한 오프셋 수단을 포함하며,
    상기 제1 변환 수단 및 상기 제2 변환 수단 각각은 두 개의 심볼 주기들의 시간 주기 상에서 두 개의 심볼들에 알라무티 변환을 수행하기 위한 변환 수단을 포함하며,
    상기 송신 수단은 두 개의 심볼들의 제2 시간 주기 상에서 상기 제1 변환 결과를 상기 제1 및 제2 안테나 상에서 송신하고 상기 제2 변환 결과를 상기 제3 및 제4 안테나 상에서 송신하기 위한 수단을 포함하며,
    연속적인 제1 및 제2 변환 심볼들은 제각기 두 개의 심볼들의 상기 제2 시간 주기의 제1 및 제2 부분 동안에 각 안테나로부터 송신되는 것을 특징으로 하는 복수 개의 안테나들로부터의 신호 송신 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 변환 수단 및 상기 제2 변환 수단은 월시 코드 도메인 내에서 상기알라무티 변환을 수행하는 것을 특징으로 하는 복수 개의 안테나들로부터의 신호 송신 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 오프셋 수단은 상기 제1 입력 심볼 스트림을 오프셋하여 제2 입력 심볼 스트림을 생성하되, 상기 제2 입력 심볼 스트림은 두 개의 심볼 주기들에 의하여 상기 제1 입력 심볼 스트림으로부터 오프셋되도록 하기 위한 오프셋 수단을 포함하며,
    상기 제1 변환 수단 및 상기 제2 변환 수단 각각은 두 개의 심볼 주기들의 제 1 시간 주기 상에서 두 개의 심볼들에 알라무티 변환을 수행하기 위한 변환 수단을 포함하며,
    상기 송신 수단은 두 개의 심볼들의 제2 시간 주기 상에서 상기 제1 변환 결과를 상기 제1 및 제2 안테나 상에서 송신하고 상기 제2 변환 결과를 상기 제3 및 제4 안테나 상에서 송신하기 위한 수단을 포함하며,
    제1 및 제2 변환 심볼들은 두 개의 심볼들의 상기 제2 시간 주기 상에서 각 안테나로부터 동시에 송신되는 것을 특징으로 하는 복수 개의 안테나들로부터의 신호 송신 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    제1 변환을 수행하기 위한 상기 제1 변환 수단 및 제2 변환을 수행하기 위한상기 제2 변환 수단은 각각 3/4 블록 코드 변환을 수행하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 복수 개의 안테나들로부터의 신호 송신 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 오프셋 수단은 상기 제1 입력 심볼 스트림을 오프셋하여 제2 입력 심볼 스트림을 생성하되, 상기 제2 입력 심볼 스트림은 네 개의 심볼 주기들에 의하여 상기 제1 입력 심볼 스트림으로부터 오프셋되도록 하는 수단을 포함하며,
    상기 제1 변환 수단 및 상기 제2 변환 수단 각각은 네 개의 심볼 주기들의 시간 주기 상에서 세 개의 심볼들에 3/4 블록 코드 변환을 수행하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 복수 개의 안테나들로부터의 신호 송신 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 송신 적어도 하나 이상의 제1 안테나는 제1, 제2, 제3 및 제4 안테나를 포함하고, 적어도 하나 이상의 상기 제2 안테나는 제5, 제6, 제7 및 제8 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수 개의 안테나들로부터의 신호 송신 장치.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 오프셋 수단은 상기 제1 입력 심볼 스트림을 오프셋하여 제2 입력 심볼 스트림을 생성하되, 상기 제2 입력 심볼 스트림은 네 개의 심볼 주기들에 의하여 상기 제1 입력 심볼 스트림으로부터 오프셋되도록 하는 수단을 포함하며,
    상기 제1 변환 수단 및 상기 제2 변환 수단 각각은 네 개의 심볼 주기들의 시간 주기 상에서 세 개의 심볼들에 3/4 블록 코드 변환을 수행하기 위한 수단을 포함하며,
    상기 송신 수단은 네 개의 심볼들의 제2 시간 주기 상에서 상기 제1 변환 결과를 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 안테나 상에서 송신하고 상기 제2 변환 결과를 제5, 제6, 제7 및 제8 안테나 상에서 송신하기 위한 수단을 포함하며,
    연속적인 제1, 제2, 제3 및 제4 변환 심볼들은 제각기 네 개의 심볼들의 상기 제2 시간 주기 내의 제1, 제2, 제3 및 제4 주기 동안에 각 안테나로부터 송신되는 것을 특징으로 하는 복수 개의 안테나들로부터의 신호 송신 장치.
  25. 송신기의 복수 개의 안테나로부터 송신된 신호를 수신하기 위한 방법에 있어서,
    신호를 수신하는 단계로서, 상기 신호는 송신기의 제 1 변환에 입력되고 적어도 하나 이상의 제1 안테나 상에서 송신되는 심볼들의 제1 집합 및, 송신기의 제2 변환에 실질적으로 동시에 입력되고 적어도 하나의 제2 안테나 상에서 송신되는 심볼들의 제 2 집합을 포함하며, 심볼들의 상기 제2 집합은 적어도 두 개의 심볼 주기들에 의하여 심볼들의 상기 제1 세트로부터 오프셋되는 단계 및
    비터비 디코더를 이용하여 상기 신호를 디코딩하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수 개의 안테나들로부터의 신호 수신 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 변환들은 알라무티 변환을 포함하는 것을 특징으로 하는 복수 개의 안테나들로부터의 신호 수신 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    심볼들의 상기 제2 집합은 두 개의 심볼 주기들에 의하여 심볼들의 상기 제1 집합으로부터 오프셋되며, 상기 제1 및 제2 알라무티 변환들은 심볼 주기들의 시간 주기 상에서 두 개의 연속적인 심볼들 상에 수행되는 것을 특징으로 하는 복수 개의 안테나들로부터의 신호 수신 방법.
  28. 송신기의 복수 개의 안테나들로부터 송신된 신호를 수신하기 위한 장치에 있어서,
    상기 신호를 수신하기 위한 수신기; 및
    상기 수신기에 연결된 디코더를 포함하며,
    상기 디코더는 상기 신호를 디코딩하기 위한 것으로, 상기 신호는 송신기의 제1 변환에 입력되고 적어도 하나의 제1 안테나 상에서 전송되는 심볼들의 제1 집합 및 송신기의 제2 변환에 실질적으로 동시에 입력되고 적어도 하나의 제2 안테나 상에서 송신되는 심볼들의 제2 집합을 포함하며, 심볼들의 상기 제2 집합은 적어도 두 개의 심볼 주기들에 의하여 오프셋되는 심볼들의 상기 제1 집합을 포함하는 것을 특징으로 하는 복수 개의 안테나들로부터의 신호 수신 장치.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 변환들은 알라무티 변환을 포함하는 것을 특징으로 하는 복수 개의 안테나들로부터의 신호 수신 장치.
  30. 제29항에 있어서,
    심볼들의 상기 제2 집합은 심볼 주기들에 의하여 심볼들의 상기 제1 집합으로부터 오프셋되며, 상기 제1 및 제2 알라무티 변환들은 두 개의 심볼 주기들의 시간 주기 상에서 두 개의 연속적인 심볼들에 수행되는 것을 특징으로 하는 복수 개의 안테나들로부터의 신호 수신 장치.
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