KR20030097180A

KR20030097180A - 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 처리 방법

Info

Publication number: KR20030097180A
Application number: KR1020020034432A
Authority: KR
Inventors: 심동희; 김봉회
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2002-06-20
Filing date: 2002-06-20
Publication date: 2003-12-31
Also published as: EP1523812B1; JP4281963B2; JP2005530450A; AU2003243023A1; KR100548312B1; WO2004002010A1; US20040208145A1; EP1523812A4; EP1523812A1; CN1663143A

Abstract

본 발명에 따른 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 전송 방법은, 동일 사용자의 신호 데이터들에 채널 코딩이 부과되는 단계와, 상기 채널 코딩된 신호 데이터가 2이상의 송신 안테나 수로 분리되는 단계와, 상기 분리된 신호데이터가 각 송신 안테나의 채널 상황을 고려하여 재배치되는 단계와, 상기 재배치된 신호 데이터가 상기 2이상의 송신 안테나를 통하여 전송되는 단계가 포함되는 것을 특징으로 하며,

본 발명에 따른 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 수신 방법은, 2 이상의 수신 안테나로 2 이상의 송신 안테나로부터 채널 코딩되어 전송된 신호를 수신하는 단계와, 상기 수신된 신호로부터 상기 전송된 신호를 추출하여 전송된 순서대로 배치하는 단계와, 상기 추출된 심볼들을 결합하여 하나의 동일 사용자의 채널 코딩 전의 최초 신호 데이터를 복원하는 단계가 포함되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 송신 안테나의 채널 상황 및 전송되는 데이터의 중요도를 감안하여 채널 상황이 좋은 안테나에 대해서는 중요도가 높은 데이터를 전송하고, 채널 상황이 좋지 않은 안테나에 대해서는 중요도가 다소 떨어지는 데이터를 전송하도록 함으로써 전체적인 통신 품질을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 처리 방법{Signal Processing Method of Multi Input, Multi Output Mobile Communication System}

본 발명은 다수의 안테나를 송신단과 수신단에서 공히 사용하는 다중입력, 다중출력(Multi Input and Multi Output : 다중 입출력 이동 통신)시스템이라는 이동 통신 시스템에서, 채널 상황과 데이터의 중요도를 동시에 감안하여 다수의 송신 안테나에서 데이터를 선별하여 전송하는 신호 처리 방법에 관한 것이다.

본 기술 분야에서는 다중 입출력 이동 통신 시스템이 단일 안테나 시스템, 즉 단일 안테나 대 단일 안테나 또는 다수의 안테나 대 단일 안테나 시스템에 비해 크게 개선된 능력을 달성할 수 있다고 잘 알려져 있다. 그러나, 이러한 개선을 달성하기 위해서는 풍부한 산란 환경이 존재하여 다수의 수신 안테나에 도달하는 여러 신호들이 별반 상관되지 않는 것이 바람직하다. 신호들이 어느 정도 상관을 가짐에도 그러한 상관이 무시된다면, 성능은 저하되고 능력은 감소된다.

도 1은 다중 입출력 이동 통신 시스템의 종래 기술의 하나인 Vertical Bell Laboratories Layered Space Time (V-BLAST) 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하여 다중 입출력 이동 통신 시스템의 종래 기술의 하나인 Vertical Bell Laboratories Layered Space Time (V-BLAST) 시스템의 구성을 살펴보면 다음과 같다.우선 V-BLAST 도 다수의 송/수신 안테나를 포함하는 기술인 다중 입출력 이동 통신 시스템의 일종이므로 송신단에서 M개의 안테나 수신단에서 N개의안테나를 사용하고, 송신단에서는 송신될 데이터들에 대해 순차적으로 발생하는 데이터들을 각 송신 안테나에서 각각 따로 전송하기 위하여 신호 데이터들에 대해 Vector Encoder(10)를 거치며 (즉 Vector Encoder는 순차적으로 발생되는 데이터들을 각 안테나에서 병렬적으로 전송하기 위해 Serial-to-Parallel 회로를 거치는 것이다) 각 안테나에서 다른 신호들이 전송되도록 한다.

이것은 다수의 송신 안테나(12)를 사용하는 경우에 별도의 신호 처리나 Space-Time Code를 사용하지 않고 단순히 입력되는 데이터에 대해 다른 안테나에서 각각 다른 신호가 송신되도록 하는 것으로 다시 말하면 송신단에서는 송신 품질 향상을 위해서 별도의 신호처리를 거치지 않는 것이 된다.

즉, 송신단에서는 다수의 안테나를 사용하여 각각 다른 안테나에서 다른 신호를 송신하도록 하고 수신단에서 별도의 알고리즘을 사용해 송신단에서 전송된 신호를 수신단에서 여러 안테나로 수신하여 송신단의 각각 다른 안테나에서 다르게 전송된 신호를 적절히 검출하는 것이다.

도 1에 도시된 수신단의 V-BLAST 수신단의 신호처리기(18)는 바로 M개의 안테나에서 각각 다르게 송신된 신호를 수신단에서 검출하기 위한 신호 처리부를 도시한 것이다.

한편, 상기 V-BLAST 시스템의 동작을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

V-BLAST 시스템의 송신단에서는 송신 각 안테나에서 별도의 신호 처리나 Space-Time Code를 사용하지 않고 단순히 입력되는 데이터에 대해 다른 안테나에서 각각 다른 신호가 송신되도록 한다.

즉, 상기 송신단에서는 이렇게 단순히 신호를 각각 다른 안테나에서 다른 신호가 전송되도록 처리만 하고, 수신단에서 각각 송신 안테나에서 다르게 전송된 신호를 적절한 신호처리를 통해 검출해야 하는데 이것이 V-BLAST 시스템의 핵심 기술 및 알고리즘이라 할 수 있다. 도 2는 V-BLAST 시스템 수신단에서의 신호 처리 방법을 나타내는 순서도이다.

도 2를 참조하여 V-BLAST 시스템 수신단에서의 신호 처리 방법을 설명하면 다음과 같다.

우선 M개의 송신 안테나(12), N개의 수신 안테나(16)를 가진 다중 입출력 이동 통신 시스템을 가정한다. 이 때 M개의 송신 안테나(12)를 통해 각각 다르게 송신된 신호 벡터를a라고 하고 송신 신호 벡터가 수신단에 수신되기 전 거치게 되는 이동 통신 채널 행렬을H라고 할 때 N개의 수신 안테나를 가진 다중 입출력 이동 통신 시스템의 수신단에서 수신되는 신호 벡터r은 다음과 같이 정의할 수 있다.

이 때 채널 행렬인H는 송신단이 M개의 안테나를 사용하고 수신단이 N개의 안테나를 사용하고 송신 안테나 각각에서 송신된 신호는 각각 다른 경로를 거쳐 각각 다른 수신 안테나에 수신되므로 N×M행렬이 된다.

또한, 이러한 상기 채널 행렬은 수신단에서 추정하여 얻게 된다.

결국 M개의 안테나를 통해 각각 다르게 전송된 신호들 (a₁, a₂,…, a_m즉, M×1벡터)은 각각 다른 채널 h_i,j를 거치게 되고 수신단에서는 N개의 안테나를 사용해 신호가 수신된다. 아울러 수학식 1에서v는 가우시안 잡음을 나타낸 것으로 수신단 각 안테나에 유기되므로 N×1벡터가 된다.

이렇게 N개의 안테나에서 수신된 신호는 다음과 같은 신호 검색 알고리즘을 가진 수신단 신호 처리부를 거치게 된다.

우선 송신된 신호 a₁, a₂,…, a_m를 가진a벡터를 수신단에서 검출한 신호 벡터를라고 하고내의 검출된 신호들을라고 나타낸다. 이렇게 송신단의 각각 다른 안테나에서 송신된 신호를 수신단에서 검출하기 위해서는, 수신단의 N개의 안테나에 수신되는 신호벡터에 웨이트 벡터를 곱하게 되는데 이 웨이트 벡터를w라고 정의한다.

이 웨이트 벡터는 송신단의 안테나에서 각각 다른 신호가 송신되므로, 이 각각 다른 신호를 검출하기 위하여는 M개의 웨이트 벡터가 필요하게 된다.

이 때 수신단에서 수신되는 신호벡터에 곱하게 되는 웨이트 벡터는 다음과 같은 성질을 만족하도록 한다.

수학식 2에서H _j는H의 j번째 열 벡터를 나타낸다. 즉 수학식 2에서는 i번째송신 데이터를 검출하기 위해 수신단에서 수신되는 신호벡터에 곱해 주어야 할 웨이트 벡터w _i는H의 i번째 열 벡터와의 곱에 대해서만 1이라는 값을 가지고H의 나머지 열벡터와의 곱에 대해서는 0을 만족하게 한다.

즉 i번째 송신 안테나에서 송신된 송신 데이터를 수신하기 위한 웨이트 벡터w _i는 다른 송신 안테나에서 송신된 신호의 영향은 제거하도록 한다. 순차적으로 송신 신호를 검출하기 때문에 현재 검출하기 위해 사용할 웨이트 벡터를 구하기 전에 먼저 검출된 신호의 영향은 배제하였으므로 j≥i라는 표현을 썼다.

수학식 2의 성질을 만족하는 웨이트 벡터는 다음과 같이 구할 수 있다.

우선 수학식 1에서 나타낸 수신단에서의 수신되는 신호 벡터를

으로 다시 표현할 수 있다.

송신 안테나 각각에서 송신된 신호는 각각 다른 채널을 거쳐 수신단에 수신되는데 이것을 선형적인 합의 꼴로 표현한 것이 수학식 3이라고 할 수 있다.

여기서 1번째 송신 신호를 검출할 때는 2번째부터 M번째 까지의 신호의 영향을 제거하여 수신할 수 있는 웨이트 벡터를 수신되는 신호벡터에 곱하여 수신하는 것이 가장 바람직하고, 마찬가지로 다른 송신 신호에 대해서도 이런 원리를 적용할 수 있다. 이런 요구 조건을 만족시키기 위해 종래 기술에서는 다음과 같이 웨이트 벡터를 갱신하도록 하였다.

우선 웨이트 벡터 갱신이 시작되면 처음 주어진H행렬의 Moore-Penrose pseudoinverse를 구하고, 이 행렬을H ⁺혹은G ₁로 표시한다. 즉 다음과 같이 쓸 수 있다.

다음G ₁행렬의 각 행벡터 중 행벡터의 벡터 놈(vector norm) 중에서 가장 작은 값으로 나타나는 행벡터가 어느 것인지를 알아낸다. 행벡터의 벡터 놈(vector norm) 중에서 가장 작은 값으로 나타나는 행벡터가 어느 것인지를 알아내면 이것을 K라고 하면 K번째 송신 신호를 검출하기 위한 웨이트 벡터w _k는G ₁행렬의 K번째 행으로 선택한다.

이 후 수신벡터r과 웨이트 벡터w _k를 곱해서 K번째 안테나에서 송신된 신호를 검출하고, 송신단에서 사용하는 변조 방법 (예를 들면 QPSK, QAM 등의 디지털 변조 방식)을 수신단에서도 알고 있으므로 어느 배치(constellation)에 속한 것인지를 판단하여 마지막으로 K번째 송신 안테나에서 송신된 신호, a_k를 검출한다.

이렇게 K번째 안테나에서 송신된 신호를 검출하면 수학식 3에서 K번째 신호의 영향을 가감한다. 즉 다음과 같은 연산을 실시한다.

이 때r ₂는 2번째 갱신에서 사용될 수신 벡터를 나타낸다.

이후G ₂, 즉 2번째 웨이트 벡터를 구하는 데 사용될 행렬은H ⁺행렬 중 K번째 열을 모두 0로 만든 행렬의 Moore-Penrose pseudoinverse 행렬이 된다. 즉 다음과 같이 쓸 수 있다.

이 때는H ⁺행렬 중 K번째 열을 모두 0로 만든 행렬의 Moore-Penrose pseudoinverse 행렬을 의미한다.

이 후G ₂행렬에 대해서G ₂행렬의 행벡터들의 벡터 놈(vector norm) 중에서 가장 작은 값으로 나타나는 행벡터가 어느 것인지를 알아내면 이것을 V라고 하면 V번째 송신 신호를 검출하기 위한 웨이트 벡터w _v는 행렬의 v번째 행로 선택한다.

이 후 수신벡터r ₂과 웨이트 벡터w _v를 곱해서 v번째 안테나에서 송신된 신호를 검출하고 송신단에서 사용하는 변조 방법 (예를 들면 QPSK, QAM 등의 디지털 변조 방식)을 수신단에서도 알고 있으므로 어느 배치(constellation)에 속한 것인지를 판단하여 마지막으로 v번째 송신 안테나에서 송신된 신호, a_v를 검출한다.

이렇게 v번째 안테나에서 송신된 신호를 검출하면 수학식 5에서 v번째 신호를 가감한다. 즉 다음과 같은 연산을 실시한다.

이 때,r ₃는 3번째 갱신에서 사용될 수신 벡터를 나타낸다.이런 과정은 M개의 안테나에서 각각 송신된 신호를 모두 구할 때 까지 계속되어, 결국 송신단에서 전송된 신호를 수신단에서 여러 안테나로 수신하여 송신단의 각각 다른 안테나에서 다르게 전송된 신호를 적절히 검출하게 된다.

상기와 같이 종래 기술은 송신단에서 발생한 data를 각 송신 안테나에 나눠주도록 serial-to-parallel단(디멀티플렉서)을 두어 각 송신 안테나에서 서로 독립적인 신호가 송신되도록 하고, 수신단에서 신호 처리를 사용하여 각 송신 안테나에서 송신된 신호를 검출하는 방법을 사용하고 있다.

그러나, 상기 방법이 그대로 유효하기 위해서는 각 송신 안테나에서 독립적으로 송신된 신호가 이동 통신 채널을 거치는 동안 그 독립성이 그대로 유지되어야 하는데 실제 상황에서는 송신 안테나 어레이의 각 송신 안테나 간에 어느 정도의 상관(correlation)이 존재하게 되고, 아울러 수신 안테나 어레이의 수신 안테나 간에도 어느 정도의 상관이 존재하여 각 송신 안테나에서 송신된 신호의 독립성을 보장할 수 없는 상황이 발생하게 된다.

아울러 이동 통신 채널도 각 송신 안테나와 각 수신 안테나간의 독립적인 채널을 보장해야 하지만, 실제는 각 송신 안테나 수 만큼의 독립적인 채널을 보장하지 못할 수 있다.

즉, 송신 어레이의 송신 안테나에서 각각 독립적으로 송신되는 신호에 대해 수신단에서 각각 독립적으로 처리하는데 있어, 각 채널의 독립성이 보장되지 못하는 경우 특정 송신 안테나의 신호가 수신단에서 독립적으로 검출하는 것이 어렵게 되어 상기 송신 안테나에서 송신된 신호는 수신단에서 계속 에러를 유발하게 되거나 잘못된 신호를 검출하게 된다.

따라서, 종래의 기술은 채널의 독립성이 깨지는 경우 채널의 변화 정도에 능동적으로 대처할 수 없는 단점이 있다.

본 발명은 다수의 송/ 수신 안테나를 사용하는 다중 입출력 이동 통신 시스템에 있어서, 전송하는 데이터에 대해 채널 코딩을 부과하고 상기 채널 코딩이 된 데이터에 대해 채널 상황과 상기 데이터의 중요도를 감안하여 채널 상황이 우수한 안테나에 중요도가 높은 데이터를 선별하여 전송하게 함으로써, 시스템의 성능이 향상되는 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 처리 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 다중 입출력 이동 통신 시스템의 종래 기술의 하나인 Vertical Bell Laboratories Layered Space Time (V-BLAST) 시스템의 구성도.

도 2는 V-BLAST 시스템 수신단에서의 신호 처리 방법을 나타내는 순서도.

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 다중 입출력 이동 통신 시스템의 구성도.

도 4는 일반적인 1/3 레이트 터보 코드 인코더의 구성도.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 다중 입출력 이동 통신 시스템의 구성도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 벡터 인코더11, 30, 50 : 신호 데이터

12, 31, 51 : 송신 안테나14, 32, 52 : 채널

16, 33, 53 : 수신 안테나18 : V-BLAST 수신단의 신호처리기

34, 54 : 채널 코딩부35, 55 : 송신단 신호처리부

36, 56 : 수신단 신호처리부37, 57 : 디코딩부

40 : 터보 코드 인코더42 : 구성 부호기

44 : 내부 인터리버58 : 채널 추정부

59 : 고유치 분리부

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 전송 방법은, 동일 사용자의 신호 데이터들에 채널 코딩이 부과되는단계와, 상기 채널 코딩된 신호 데이터가 2이상의 송신 안테나 수로 분리되는 단계와,

상기 분리된 신호데이터가 각 송신 안테나의 채널 상황을 고려하여 재배치되는 단계와, 상기 재배치된 신호 데이터가 상기 2이상의 송신 안테나를 통하여 전송되는 단계가 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 채널 코딩된 신호 데이터는, 채널 코딩 전의 최초 신호 데이터와 일치하는 조직화부분과 에러 복구를 위해 삽입되는 잉여부분으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 채널 코딩된 신호 데이터의 구성부분에 있어, 상기 조직화 부분은 상관관계가 적은 송신 안테나를 통해 전송되고, 상기 잉여 부분은 상대적으로 상관관계가 많은 안테나를 통해 전송되게끔 재배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 채널 코딩된 신호 데이터의 구성부분에 있어, 상기 조직화 부분은 채널 상황이 좋은 송신 안테나를 통해 전송되고, 상기 잉여 부분은 상대적으로 채널 상황이 좋지 않은 안테나를 통해 전송되게끔 재배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 송신 안테나의 채널 상황은, 수신단에서 추정된 채널 행렬의 고유치 분리를 통해 각 송신 안테나에 해당하는 고유치의 상대적인 값을 비교하여 판단 후 그 정보를 귀환시킴으로써 얻어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 전송 방법은, 2 이상의 수신 안테나로 2 이상의 송신 안테나로부터 채널 코딩되어 전송된 신호를 수신하는 단계와, 상기 수신된 신호로부터 상기전송된 신호를 추출하여 전송된 순서대로 배치하는 단계와, 상기 추출된 심볼들을 결합하여 하나의 동일 사용자의 채널 코딩 전의 최초 신호 데이터를 복원하는 단계가 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 추정된 채널 행렬의 고유치 분리를 통해 각 송신 안테나에 해당하는 고유치의 상대적인 값을 비교하여 판단 후, 그 정보를 송신단으로 귀환시키는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 다중 입출력 이동 통신 시스템의 구성도이다.

도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 다중 입출력 이동 통신 시스템의 구성을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 우선 M개의 송신 안테나(31), N개의 수신 안테나(33)를 가진 다중 입출력 이동 통신 시스템을 가정하며, 이 때 수신 안테나(33)의 수 N이 송신 안테나(31)의 수 M보다 같거나 많다.

본 발명의 실시예에 의한 다중 입출력 이동 통신 시스템의 송신단은, 전송하려는 신호 데이터(30)에 채널 코딩이 부과되는 채널 코딩부(34)와, 상기 채널 코딩에 의해 구분된 신호 데이터(30)의 구성 부분들이 2 이상의 송신 안테나(31) 수로 분리되며, 각 송신 안테나(31)의 채널(32) 상황을 고려하여 재배치 되는 송신단 신호 처리부(35)과, 상기 재배치된 신호 데이터(30)를 전송시키는 2 이상의 송신 안테나(31)로 구성된다.

상기 송신단의 동작을 상세히 설명하면, 먼저 송신단을 통해 전송하려는 동일 사용자의 신호 데이터(30)들이 채널 코딩부(34)를 거치게 되는데, 여기서 채널 코딩이라 함은 신호가 채널(32)에서 어느 정도 에러가 발생하더라도 수신단에서 이를 감지하고, 에러가 발생한 비트를 수정할 수 있도록 하기 위하여 전송 신호에 에러를 복구하기 위한 부호를 삽입하는 것을 말한다.

상기 채널 코딩을 하는 방식은 여러 가지가 있을 수 있는데, 본 발명의 실시예에서는 그 중 하나의 예로서 터보 코딩을 통해 설명하도록 한다.

도 4는 일반적인 1/3 레이트(rate) 터보 코드 인코더의 구성도이다.

도 4를 참조하면, 상기 터보 코드 인코더(40)의 구조는 2개의 구성 부호기(42)(constituent encoder)와 하나의 내부 인터리버(44)로 구성된 병렬 연접 길쌈 부호(Parallel Concatenated Convolutional Code) 라고 할 수 있으며, 이는 1/3 rate의 터보 코드 인코더의 예로 현재 3GPP 규격에 포함되어 있는 인코더 구조이다.

상기 터보 코드 인코더(40)의 동작을 살펴보면x ₁,x ₂,...,x _K 가 터보 코드의 입력으로 들어가면 출력은x ₁,z ₁,z'₁,x ₂,z ₂,z'₂, ..,x _K ,z _K ,z' _K ,로 나오게 되고x _i 은 (i = 1 - K) 입력이 그대로 터보 코드의 출력으로 반영되는 것으로 systematic bit로 불리우고z _i (i = 1 - K) 은 첫번째 구성 부호기(42)의 출력,z' _i (i = 1 - K)은 두 번째 구성 부호기(42)의 출력으로z _i (i = 1 - K)과z' _i (i = 1 - K)은 구성 부호기(42)를 통해 나온 bit들로 redundancy라고 불리운다.

도 4에 도시된 터보 코드 인코더(40)는 1 bit가 입력될 때 마다 입력이 그대로 출력으로 반영되는 1개의 systematic bit와 각각 다른 구성 부호기 두개를 거친 2개의 각각 다른 redundancy bit가 나오므로 3개의 출력 bit이 나오는 경우의 예가 되는데 따라서 code rate은 1/3이 된다.

이 때 systematic bit은 인코더 입력 신호가 그대로 출력 신호에 반영되는 것으로 구성 부호기(42)를 통해 부호화 된 redundancy 보다 디코딩 시 더 중요하다고 할 수 있다.

이와 같이 최초 전송하려는 동일 사용자의 신호 데이터(30)는 상기 채널 코딩을 통해 systematic bit와 redundancy bit로 구성되는 신호 데이터(30)로 변환되며, 여기서 systematic bit는 채널 코딩 전의 최초 신호 데이터(30)와 일치하는 조직화 부분이고, redundancy bit는 에러 복구를 위해 삽입되는 잉여 부분이라 할 수 있다.

이렇게 상기 채널 코딩에 의해 조직화 부분과 잉여 부분으로 구분된 신호 데이터(30)는 2 이상의 송신 안테나(31) 수로 분리되어 각 송신 안테나(31)의 채널(32) 상황을 고려하여 재배치된다.

여기서, 상기 조직화 부분은 상관관계가 적은 송신 안테나(31)를 통해 전송되고, 상기 잉여 부분은 상대적으로 상관관계가 많은 안테나를 통해 전송되게끔 재배치되는데, 이는 안테나 간의 독립성을 이용하는 시스템의 경우 안테나 간의 상관성이 클수록 그 이득이 떨어지게 되므로, 본 발명의 실시예에서는 상대적으로 그 중요도가 높은 상기 조직화 부분을 상관관계가 적은 안테나를 통해 전송함으로써 안테나 간의 상관성으로 인한 영향을 최소화하기 위함이다.

이렇게 상기 재배치된 신호 데이터(30)들은 변조 과정을 거치어 2 이상의 송신 안테나(31)를 통해 전송된다.

결과적으로 도 4의 실시예에서의 송신단을 통한 신호의 전송은 다음과 같은 단계를 통해 이루어지는 것이다.

즉, 동일 사용자의 신호 데이터들에 채널 코딩이 부과되는 단계와, 상기 채널 코딩된 신호 데이터가 2이상의 송신 안테나 수로 분리되는 단계와, 상기 분리된 신호데이터가 각 송신 안테나의 채널 상황을 고려하여 재배치되는 단계와, 상기 재배치된 신호 데이터가 상기 2이상의 송신 안테나를 통하여 전송되는 단계를 통해 신호를 전송하게 된다.

또한, 본 발명의 실시예에 의한 다중 입출력 이동 통신 시스템의 수신단은, 상기 전송된 신호 데이터(30)를 수신하기 위한 2 이상의 수신 안테나(33)와, 상기수신된 신호 데이터(30)를 통해 송신단의 채널 코딩된 신호 데이터(30)를 검출하는 수신단 신호 처리부(36)와, 상기 검출된 신호 데이터(30)에 대해 디코딩 및 멀티플렉싱을 함으로써 최초 전송하려는 신호를 복원하는 디코딩부(37)로 구성된다.

상기 수신단의 동작을 설명하면, 먼저 상기 M개의 송신 안테나(31)에 의해 전송된 각 심볼들을 N개의 수신 안테나(33)를 통해 수신되고, 다음으로는 상기 수신된 신호 데이터(30)를 통해 송신단의 채널 코딩된 신호 데이터(30)를 검출한다. 이는 상기 신호 처리부(36)에서 담당하고 있으며, 제로 포싱(Zero-Forcing : ZF), 최소평균오차측정(Minimum-Mean-Square-Error : MMSE) 방법 또는 상기 종래 기술에서 설명한 V-BLAST 방법 등을 통해 검출하게 된다.

상기 방법 등으로 채널 코딩되고 송신 안테나(31)의 채널(32) 상황에 따라 병렬 신호로 분할되어 재배치된 송신 신호 데이터(30)들이 검출되고 복조(demodulation) 되면, 상기 디코딩부를 통해 상기 재배치된 신호 데이터(30)를 디코딩하고 멀티플렉싱하여 하나의 순차적인 신호 데이터(30)로 변환하여 최초 송신단을 통해 전송하려는 신호를 복원하게 되는 것이다.

결과적으로 도 4의 실시예에서의 수신단을 통한 신호의 수신 및 복원은 다음과 같은 단계를 통해 이루어지는 것이다.

즉, 2 이상의 수신 안테나로 2 이상의 송신 안테나로부터 채널 코딩되어 전송된 신호를 수신하는 단계와, 상기 수신된 신호로부터 상기 전송된 신호를 추출하여 전송된 순서대로 배치하는 단계와, 상기 추출된 심볼들을 결합하여 하나의 동일 사용자의 채널 코딩 전의 최초 신호 데이터를 복원하는 단계를 통해 송신단에서 전송된 신호를 수신하고 복원하게 된다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 다중 입출력 이동 통신 시스템의 구성도이다.

도 5를 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 다중 입출력 이동 통신 시스템의 구성을 설명하면 다음과 같다.

도 4에서의 실시예는 도 3에서의 실시예와 비교할 때, 송신단과 수신단에 있어 기본적인 구성이 일치하며, 다만 수신단에 채널 상황을 추정하고 그 정보를 송신단에 귀환시키는 부분이 더 포함되는 것에서 그 차이가 있다.

좀 더 상세히 설명하면 도 4의 실시예에서의 수신단은, 도 3의 실시예에서의 수신단의 구성에, 채널 행렬을 추정하는 채널 추정부(58)와 상기 채널 행렬의 고유치 분리를 통해 각 송신 안테나에 해당하는 고유치의 상대적인 값을 비교하여 판단 후 그 정보를 귀환시키는 고유치 분리부(59)가 더 포함되는 것이다.

이는 다수의 안테나로 구성된 송신 안테나(51) 어레이의 안테나 중에서 채널 상황이 좋은 안테나와 채널 상황이 좋지 않은 안테나를 구분하여 보다 중요한 정보를 채널 상황이 좋은 안테나로 전송하고자 하는 것으로, 이를 위해서는 송신단에서 순방향 채널 상황을 알아야 하며, 따라서 수신단에서 순방향 채널 상황을 측정하여 송신단으로 별도의 채널(52) 정보를 귀환시키는 것이다.

상기 수신단에서 추정된 채널 행렬을 통해 귀환 시킬 순방향 채널 정보는 다음과 같이 판단하도록 한다.

이 때 채널 행렬인H는 송신단이 M개의 안테나(51)를 사용하고 수신단이 N개의 안테나(53)를 사용하고 송신 안테나 각각에서 송신된 신호 각각은 각각 다른 경로를 거쳐 각각 다른 수신 안테나(53)에 수신되므로 N×M행렬이 된다. 이 채널 행렬을 추정한 후 각 안테나의 채널 상황을 판단하기 위해 다음과 같이 채널 행렬을 근간으로 고유치 분리를 실시한다.

채널 행렬H는 정방행렬이 아니므로 채널 행렬 자체를 고유치 분해를 할 수 없고, 따라서H ^H H의 고유치 분해를 실시하도록 한다. 여기서 H는 Hermitian연산을 의미한다.

또한,는 행렬H ^H H의 고유치(eigenvalue)들을,e _i는 고유벡터(eigenvector)들을 나타낸다.

각 고유 벡터는 일반적으로 서로 직교(orthogonal)성을 유지하기 때문에 고유치 분해 후의 행렬을E라고 할 때 상기 행렬의 각 열 벡터는 서로 직교성을 유지하며 아울러E행렬은 다음과 같이 분해할 수 있고 결과적으로 M×M 행렬이다.

이렇게 고유치 분리를 실시한 후 각 고유치 값들을 비교하여 고유치 값들의 크기 순으로 재배열하면 채널 상황이 좋은 안테나 순으로 재배열하는 것이 될 것이다.

또한, 도 4의 실시예에 있어서의 송신단은, 도 3에서의 실시예와 같이 전송하려는 신호 데이터에 채널 코딩이 부과되는 채널 코딩부(54)과, 상기 채널 코딩에 의해 구분된 신호 데이터의 구성 부분들이 2이상의 송신 안테나 수로 분리되며, 각 송신 안테나의 채널 상황을 고려하여 재배치 되는 송신단 신호 처리부(55)과, 상기 재배치된 신호 데이터를 전송시키는 2이상의 송신 안테나(51)로 구성된다.

최초 전송하려는 동일 사용자의 신호 데이터(50)는 상기 채널 코딩을 통해 systematic bit와 redundancy bit로 구성되는 신호 데이터로 변환되며, 여기서 systematic bit는 채널 코딩 전의 최초 신호 데이터와 일치하는 조직화 부분이고, redundancy bit는 에러 복구를 위해 삽입되는 잉여 부분이라 할 수 있다.

이렇게 상기 채널 코딩에 의해 조직화 부분과 잉여 부분으로 구분된 신호 데이터는 2 이상의 송신 안테나 수로 분리되어 각 송신 안테나의 채널 상황을 고려하여 재배치되는데, 이에 따라 상기 조직화 부분은 상기 수신단에서 귀환된 채널 정보를 통해 채널 상황이 좋은 안테나를 통해 전송되고, 상기 잉여 부분은 채널 상황이 좋지 않은 안테나를 통해 전송되도록 재배치된다.

즉, 귀환되는 채널 행렬의 각 고유치 값들을 비교하여 고유치 값들의 크기 순으로 재배열하면 채널 상황이 좋은 안테나 순으로 재배열하는 것이 되는 것이며, 이 순서대로 상기 조직화 부분과 잉여 부분을 재배치하여 전송하게 되는 것이다.

도 5의 실시예에서의 신호 송신 방법은 도 4의 실시예에서의 신호 송신 방법과 일치하며, 신호 수신 방법은 추정된 채널 행렬의 고유치 분리를 통해 각 송신 안테나에 해당하는 고유치의 상대적인 값을 비교하여 판단 후, 그 정보를 송신단으로 귀환시키는 단계가 더 포함되는 것 외에는 도 4의 실시예에서의 신호 수신 방법과 일치한다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 의한 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 처리 장치 및 방법에 의하면, 송신 안테나의 채널 상황 및 전송되는 데이터의 중요도를 감안하여 채널 상황이 좋은 안테나에 대해서는 중요도가 높은 데이터를 전송하고, 채널 상황이 좋지 않은 안테나에 대해서는 중요도가 다소 떨어지는 데이터를 전송하도록 함으로써 전체적인 통신 품질을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims

동일 사용자의 신호 데이터들에 채널 코딩이 부과되는 단계와,

상기 채널 코딩된 신호 데이터가 2이상의 송신 안테나 수로 분리되는 단계와,

상기 분리된 신호데이터가 각 송신 안테나의 채널 상황을 고려하여 재배치되는 단계와,

상기 재배치된 신호 데이터가 상기 2이상의 송신 안테나를 통하여 전송되는 단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 전송 방법.
제 1항에 있어서,

상기 채널 코딩된 신호 데이터는, 채널 코딩 전의 최초 신호 데이터와 일치하는 조직화부분과 에러 복구를 위해 삽입되는 잉여부분으로 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 전송 방법.
제 1항 또는 제 2항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 채널 코딩된 신호 데이터의 구성부분에 있어, 상기 조직화 부분은 상관관계가 적은 송신 안테나를 통해 전송되고, 상기 잉여 부분은 상대적으로 상관관계가 많은 안테나를 통해 전송되게끔 재배치되는 것을 특징으로 하는 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 전송 방법.
제 1항 또는 제 2항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 채널 코딩된 신호 데이터의 구성부분에 있어, 상기 조직화 부분은 채널 상황이 좋은 송신 안테나를 통해 전송되고, 상기 잉여 부분은 상대적으로 채널 상황이 좋지 않은 안테나를 통해 전송되게끔 재배치되는 것을 특징으로 하는 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 전송 방법.
제 4항에 있어서,

상기 송신 안테나의 채널 상황은, 수신단에서 추정된 채널 행렬의 고유치 분리를 통해 각 송신 안테나에 해당하는 고유치의 상대적인 값을 비교하여 판단 후 그 정보를 귀환시킴으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 전송 방법.
2 이상의 수신 안테나로 2 이상의 송신 안테나로부터 채널 코딩되어 전송된 신호를 수신하는 단계와,

상기 수신된 신호로부터 상기 전송된 신호를 추출하여 전송된 순서대로 배치하는 단계와,

상기 추출된 심볼들을 결합하여 하나의 동일 사용자의 채널 코딩 전의 최초 신호 데이터를 복원하는 단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 수신 방법.
제 6항에 있어서,

추정된 채널 행렬의 고유치 분리를 통해 각 송신 안테나에 해당하는 고유치의 상대적인 값을 비교하여 판단 후, 그 정보를 송신단으로 귀환시키는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 다중 입출력 이동 통신 시스템에서의 신호 수신 방법.