KR20040057669A

KR20040057669A - 이동 통신 시스템에서의 전송 다이버시티 방법

Info

Publication number: KR20040057669A
Application number: KR1020020084438A
Authority: KR
Inventors: 설지웅; 김기준
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2004-07-02
Also published as: US7167691B2; KR100943894B1; US20040166805A1

Abstract

본 발명은 전송 다이버시티에 관한 것으로 특히 이동 통신 시스템의 기지국에서 전송 안테나를 하나 이상 사용하는 경우의 전송 다이버시티를 얻을 수 있는 이동 통신 시스템의 전송 다이버시티 방법에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명은 송신측이 수신측으로 복수개의 안테나를 사용하여 신호를 전송하는 경우, 제 1 안테나와 제 2 안테나로부터의 전송신호는 서로 일정 위상만큼 차이를 가지고 전송한다.

Description

이동 통신 시스템에서의 전송 다이버시티 방법{Method for transmission diversity in mobile communication system}

본 발명은 전송 다이버시티에 관한 것으로 특히 이동 통신 시스템의 기지국에서 전송 안테나를 하나 이상 사용하는 경우의 전송 다이버시티를 얻을 수 있는 이동 통신 시스템의 전송 다이버시티에 관한 것이다.

이동 통신 시스템(예를 들어 1xEV-DO 시스템)은 하나의 패킷 데이터 채널(Packet Data Channel)을 시(time)분할하여 사용자에게 패킷(Packet)을 전송하는 서비스를 지원한다.

단말(Mobile)은 현재 순방향 링크(forward link)의 채널 환경을 파악하여 채널 정보를 수신 가능한 데이터율(data rate) 정보로 바꾸어 역방향 순방향 reverse DRC 채널을 통해 기지국에 전송한다.

기지국은 모든 단말로부터 얻은 drc 정보를 바탕으로 순방향 패킷 데이터 채널(forward packet data channel)의 자원을 분배하여 사용자에게 패킷을 전송한다. 이때 기지국은 스케줄링(scheduling) 알고리즘을 사용하여 기지국의 최대 효율성(throughput)을 올리면서 각 단말(mobile)에게 패킷(packet)을 공평히 분배해 주어야 한다.

그러나 현재 이동 통신 시스템의 스펙은 송신 안테나(tx antenna)가 하나인 경우만 고려하였다.

즉, 기지국에서 하나 이상의 송신 안테나(tx antenna)를 사용할 수 있을 경우에 전송 다이버시티(diversity)를 얻을 수 있는 방법에 대해서는 고려되지 않았다. 따라서 기지국이 하나 이상의 송신 안테나를 사용하는 경우에 대한 최적의 전송 다이버시티에 대한 연구가 필요하다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 전송 안테나를 하나 이상 사용하는 경우 최적의 전송 다이버시티를 얻을 수 있는 이동 통신 시스템의 전송 다이버시티 방법을 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명 이동 통신 시스템에서의 전송 다이버시티 방법은 송신측이 수신측으로 복수개의 안테나를 사용하여 신호를 전송하는 경우, 제 1 안테나와제 2 안테나로부터의 전송신호는 서로 일정 위상만큼 차이를 가지고 전송한다.

바람직하게 상기 제 2 안테나의 전송신호는 상기 제 1 안테나의 전송신호와 변동 주파수가 5Hz 이내에서 위상 쉬프트 되도록 한다.

바람직하게 상기 위상차이는 고정이 아닌 시간에 따라 변하는 값을 갖는다. 그리고 이때 위상차이 값은 각 기지국간에 상관관계(correlation)가 없어야 한다.

바람직하게 안테나간의 위상의 변화는 5Hz 이내에서 차이를 갖도록 한다.

본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통해 명백해 질 것이다.

도 1은 가우시안 채널에서의 본 발명과 종래 기술에서의 누적 분산 기능(cumulative distribution function) 결과를 나타낸 도면

도 2는 리시안(rician) 채널에서의 본 발명과 종래 기술에서의 누적 분산 기능(cumulative distribution function) 결과를 나타낸 도면

도 3 및 도 4는 종래와 본 발명에 따른 레리히(rayleigh) 채널에서의 누적 분산 기능(cumulative distribution function) 결과를 나타낸 도면

이하, 본 발명에 따른 이동 통신 시스템의 전송 다이버시티 방법을 참조하여 설명하기로 한다.

우선 이동 통신 시스템 중 데이터 서비스 시스템(1xEV-DO 시스템)은 프로포셔널 페어 알고리즘(Proportional Fair Algorithm)을 사용하여 단말(mobile)에게 패킷(packet)을 서비스한다.

이와 같은 프로포셔널 페어 알고리즘(Proportional Fair Algorithm)을 간략하게 설명하면, 각 단말기 i, 각 시간 k에 우선순위함수 Pi(k)가 계산된다.

가장 큰 Pi의 단말기 i가 스케줄된다.

Pi(k)는 다음 식 1과 같이 스케줄된다.

Pi(k) = DPRi(k)/Ti(k)

여기서, k는 슬롯에서의 시간이다.

그리고 DPRi(k)은 단말에서 전송가능한 데이터 레이트이다.

Ti(k)는 페어니스 스루풋(fairness throughput)으로써, 다음과 같이 계산된다.

이때, 단말 i가 k-1 시간에 스케줄되지 않았다면,

Ti(k) = w ·Ti(k)로 계산한다.

그러나 단말 i가 k-1 시간에 스케줄되었다면,

Ti(k) = w ·Ti(k-1) + (1-w) ·Ni(k-1)로 계산한다.

여기서 w = (윈도우 사이즈)^-1[slot]이다.

참고적으로, 페어니스 스루풋(fairness throughput)은 매 슬롯마다 갱신된 것으로, 실질 스루풋과 직접적으로 일치하지는 않는다.

그리고 Ni(k-1)은 k-1 슬롯에 전송되는 패킷의 정보비트 수이다. 이것은 새로운 패킷의 첫 번째 슬롯에서 한번 갱신된다.

이와 같은 프로포셔널 페어 알고리즘을 간략히 정리하면, 수학식 1에 의해 단말(mobile)이 가장 채널 상황이 좋을 때 서비스된다는 것을 알 수 있다. 따라서 기지국에서 서비스하고 있는 단말(mobile)의 수가 많으면 많을수록 각 단말(mobile)이 가장 좋은 채널 상황에서 서비스되기 때문에 기지국의 전체 스루풋(throughput)은 증가한다.

일반적으로 안테나가 하나일 경우의 전송 신호를 s(t)라고 가정하면,

s(t) = a(t)e^jwot이다.(이하에서, e^jwot= cosw_ot + jsinw_ot)

그리고 안테나가 두 개일 경우의 전송 신호를 s₁(t), s₂(t)라고 가정하면,

s₁(t) =a(t)e^jwot이고, s₂(t) =a(t)e^j(wot+θ)이다.

여기서, w_o는 반송 주파수(carrier frequency)이고, θ(t)는 위상 쉬프트(phase shift)이다.

즉 위에서 안테나가 하나 이상일 경우 θ(t)만큼 위상 쉬프트된 신호를 보내는 것은 다중 경로(multipath)를 하나 만드는 것과 같은 효과를 갖는다.

위에서와 같이 하나의 안테나로 다중경로를 만들어 내는 것을 의사 페이딩(artificial fading)이라 한다.

따라서 예를 들면 기지국에서 복수개(적어도 2개 이상)의 안테나를 이용하여 신호를 전송하는 경우 두 번째 안테나는 첫 번째 안테나에 비해 θ(t)의 값을 천천히(느리게) 변동(변동 Hz가 낮게)시키게 되면(예를 들어 변동 주파수 5Hz 이내) 채널 상황이 느리게 변하며 좋은 채널 상황을 만들 수 있기 때문에 더 높은 데이터율로 서비스할 수 있다.

또한 3개, 4개의 안테나를 사용하는 경우에도 상기 θ(t)의 값을 천천히(느리게) 변동(변동 Hz가 낮게)시키게 되면(변동 주파수 5Hz 이내) 서비스할 때 더욱 우수한 서비스 제공이 가능하다.

도 1은 가우시안 채널에서의 본 발명과 종래 기술에서의 누적 분산기능(cumulative distribution function) 결과를 나타낸 것이고, 도 2는 리시안(rician) 채널에서의 본 발명과 종래 기술에서의 누적 분산 기능(cumulative distribution function) 결과를 나타낸 것이며, 도 3 및 도 4는 종래와 본 발명에 따른 레리히(rayleigh) 채널에서의 누적 분산 기능(cumulative distribution function) 결과를 나타낸 것이다.

여기서 도 1과 도 2의 가우시안 채널과 리시안 채널에서의 누적 분산 기능 결과는 가정 또는 사무실 등 고정된 위치에서의 채널 상황을 나타내는 것이고, 도 3에서의 레리히는 보행 또는 주행 중의 채널 상황을 나타내는 것으로써, 일반적으로 안테나를 하나 사용한 경우(normal mode)에 비해 안테나를 두 개 사용한 경우(artificial fading) 가정 또는 사무실 등 고정된 위치에서의 채널 환경이 우수한 것을 알 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.

고속 데이터 시스템의 프로포셔널 페어(Proportional Fair) 알고리즘은 단말(mobile)의 채널 상황이 좋아질 때 서비스하는 것이다.

리시안(Rician)이나 AWGN(가우시안) 상황에 있는 단말(mobile)이다이버시티(diversity)가 없을 경우보다 다이버시티(diversity) 효과로 인해 순간 수신 전력이 증가하는 영역이 존재하게 됨으로써, 스케줄링(scheduling) 알고리즘에 의해 더 높은 데이터율(data rate)에서 서비스를 받을 수 있게 된다.

따라서 기지국이 하나 이상의 송신(TX) 안테나를 사용할 수 있을 경우 스펙을 교체하지 않는 범위 내에서 단말(mobile)이 송신 다이버시티(tx diversity)를 얻을 수 있기 때문에 기지국은 최적의 상황의 단말(mobile)에게 패킷(packet)을 높은 데이터율(data rate)로 서비스 할 수 있어 기지국의 생산성(throughput)을 증가시킬 수 있는 장점이 있다. 또한 단말(mobile)도 높은 데이터율(data rate)로 서비스를 받을 수 있는 효과가 있다.

Claims

송신측이 수신측으로 복수개의 안테나를 사용하여 신호를 전송하는 경우, 상기 송신측은 제 1 안테나와 제 2 안테나로부터의 전송신호는 서로 일정 위상만큼 차이를 가지고 전송하는 것을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 통신 시스템에서의 전송 다이버시티 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 제 2 안테나의 전송신호는 상기 제 1 안테나의 전송신호와 변동 주파수가 5Hz 이내에서 위상 쉬프트되도록 하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템에서의 전송 다이버시티 방법.