KR20050080369A

KR20050080369A - 다수의 송신수신 안테나를 사용하는 이동통신시스템에서의 신호 전송방법

Info

Publication number: KR20050080369A
Application number: KR1020040008446A
Authority: KR
Inventors: 심동희; 허강석; 이희정
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2004-02-09
Filing date: 2004-02-09
Publication date: 2005-08-12

Abstract

본 발명은 다수의 송신수신 안테나를 사용하는 이동통신 시스템에서의 신호 전송방법에 관한 것으로서, 수신단은 송신단에서 전송 가능한 STTD쌍을 구성하는 모든 안테나쌍에 대한 신호 대 간섭 잡음비(SINR)를 계산하여, 가장 큰 SINR을 나타내는 안테나 쌍 즉, 순간 최대 수신 데이터량이 최대가 되는 안테나 쌍을 나타내는 정보를 송신단으로 피드백하고, 송신단은 상기 피드백된 정보에 의해 결정된 안테나쌍을 통하여 D-STTD전송을 수행한다.

Description

다수의 송신수신 안테나를 사용하는 이동통신 시스템에서의 신호 전송방법 {METHOD FOR TRANSMITTING SIGNAL USING PLURALITY OF TRANSMISSION/RECEPTION ANTENNAS IN MOBILE COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 이동통신 시스템의 신호전송방법에 관한 것으로서, 특히 다수의 송신수신 안테나를 사용하는 이동 통신 시스템에서의 신호 전송방법에 관한 것이다.

현재 W-CDMA 무선 규격인 3GPP(Third Generation Partnership Project)에서 주관하는 IMT-2000시스템에서는 개루프(Open loop) 형태의 대표적인 전송 다이버시티 기법으로서 시공간전송 다이버시티(Space Time Transmit Diversity: STTD)를 채택하고 있다. 상기 STTD는 시간축상에서 주로 적용되던 채널부호화(Channel coding)기법을 공간상으로 확장시킨 시공간 부호화(Space-Time coding)를 통해 다이버시티 이득을 얻는 방식이다.

상기 STTD는 WCDMA의 동기채널(Synchronization Channel:SCH)를 제외한 모든 하향 물리채널에 적용이 가능하며, 특히 수신단에서 송신단으로의 피드백 정보가 필요는 장점을 갖는다.

상기 STTD기법은 두 개의 송신 안테나와 단일 수신 안테나를 이용하며, 두 개의 안테나를 통하여 전송되는 심볼들간의 시공간상의 간단한 코딩을 통하여 시간적인 다이버시티 이득 뿐 아니라 공간적인 다이버시티 이득도 얻으려는 데 목적이 있다. 이를 위하여 종래의 STTD시스템은 두개의 송신 안테나를 요구하며 아울러 두개의 송신 안테나로 전송되는 심볼간의 코딩을 위하여 시공간코딩 블록(STTD인코더)을 필요로 한다. STTD의 동작원리는 다음[표 1]과 같이 나타낼 수 있다.

[표 1]

	Time t	Time t+T
Antenna 1
Antenna 2

여기서, 상기 *은 공액(conjugate)을 의미한다.

[표 1]에 도시된 바와 같이 송신될 심볼은 STTD인코더에서 인코딩된 다음 시간 순서에 따라 안테나 1, 2로 각각 송신된다. 각각의 안테나로 송신된 신호는 서로 다른 독립적인 채널을 거치는데, 만약 시간 에서의 채널과 (T:심볼주기)에서의 채널이 같다고 가정할 경우 수신단의 수신신호는 다음 [수학식 1]과 같이 표현된다.

[수학식 1]

여기서 , 는 각 송신 안테나와 단일 수신 안테나간의 채널을 의미하며, 및 는 수신단에서의 백색 가우시안 잡음(AWGN : Additive White Gaussian Noise)을 나타낸다. 이때, 상기 각 채널(, )은 각 송신 안테나에서 전송된 파일럿신호의 패턴으로부터 추정할 수 있다.

따라서, 수신단에서 상기 수신신호를 [수학식 2]와 같이 결합을 하게 되면 수신 다이버시티의 MRC(Maximum Ratio Combining)방식과 같은 값을 얻을 수 있으며, 이를 바탕으로 송신된 심볼을 추정할 수 있게 된다.

[수학식 2]

이중(Double) STTD(D-STTD)는 2개 송신 안테나를 사용하던 STTD기법을 MIMO(Multi Input Multi Output)시스템으로 확장한 기법으로서, 4개의 송신 안테나를 사용하는 D-STTD시스템의 경우에는 2개의 STTD쌍을 포함한다.

상기 D-STTD시스템은 텍사스 인스트루먼트(Texas Instrument)에서 3GPP에 처음 제안했으며, 이후 각 STTD 쌍에 다른 변조방법(QPSK, QAM 등)을 적용하고 아울러 송신 안테나들간의 상관(correlation)을 수신단에서 측정하여 STTD 안테나 쌍을 결정하는 안테나 셔플링(antenna shuffling)도 함께 제안하였다. 또한, 미쯔비시전기(Mitsubishi Electric)에서 각 STTD 쌍에 서로 다른 MCS(Modulation and Coding Set) 를 적용할 수 있도록 하는 Sub group rate control D-STTD시스템을 제안하였다.

도 1은 종래의 Sub group rate control D-STTD시스템(이하 D-STTD시스템으로 약칭함)의 구성도이다.

도 1을 참조하면, D-STTD시스템을 통해 전송될 신호는 역다중화기(10)에서 2개의 STTD 쌍(각 STTD쌍은 변조기, STTD인코더 및 안테나를 포함한다)으로 분리된다. 각 STTD쌍에서 각 변조기(11,12) 및 STTD인코더(13,14)는 수신단에서 피드백된 MCS를 참고로 선택된 변조 및 코딩 레이트(coding rate)를 이용하여 전송신호를 변조 및 코딩하며, 상기 각 변조기(11,12) 및 STTD 인코더(13,14)를 거친 전송신호는 각각 송신 안테나 쌍을 통하여 전송된다. 이때, 각 변조기(11,12)에서 STTD 인코더 (13,14)로 두 개의 심볼이 한꺼번에 입력된다.

수신단에서는 이미 MCS를 알고 있기 때문에 각 STTD디코더(15,16)및 복조기(17,18)는 MCS를 참고로 수신신호를 디코딩 및 복조하며, 각 복조기(17,18)에서 복조된 수신신호는 다중화부(19)에서 직렬 데이터로 변환됨으로써 원래 신호로 복원된다.

한편, 수신단의 채널 예측기(20)는 수신신호를 수신하여 D-STTD 채널 행렬을 추정하고, MCS선택부(21)는 상기 추정된 각 데이터 스트림의 신호 대 간섭 잡음비(SINR)를 계산하여, 각 데이터 스트림의 SINR에 해당하는 MCS를 선택한 다음 송신단으로 피드백시킨다.

상술한 바와같이, 4개 이상의 송신 안테나가 존재하는 경우 STTD를 이용하여 다수의 데이터 스트림(stream)을 전송하기 위해 송신단은 송신 안테나들을 안테나 쌍으로 묶는다. 그런데, 송신 안테나들간에는 어느 정도의 상관(correlation)이 존재하기 때문에 단순히 인접한 두개의 안테나를 하나의 쌍으로 묶는 것은 바람직하지 않을 수 있다.

따라서, 수신단에서 송신 안테나간의 상관을 구하여 송신 안테나 쌍을 결정하는 피드백 정보를 송신단으로 전송하는 방법을 생각할 수 있지만 이 방법은 현실적으로 수신단에서 송신 안테나간의 상관을 구하는 것이 매우 어렵기 때문에 적용하기 어려운 면이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 시공간전송 다이버시티방식(STTD)으로 데이터를 전송하는 시스템에 있어서, 데이터 전송속도와 수신율을 향상시킬 수 있는 신호 전송방법을 제공함에 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 D-STTD전송시 송신 안테나 쌍을 결정하기 위한 정보를 수신단에서 송신단으로 피드백하는 신호 전송방법을 제공함에 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 두개의 안테나를 포함하는 각 STTD쌍을 통하여 데이터 스트림을 전송하는 이중(Double)-시공간전송 다이버시티(STTD)시스템 (D-STTD)에 있어서, 본 발명에 따른 신호전송방법은 송신단에서 전송 가능한 STTD쌍을 구성하는 모든 안테나쌍에 대하여 신호 대 간섭 잡음비(SINR)를 계산하여, D-STTD전송을 위한 안테나쌍 결정정보를 송신단으로 피드백한다.

바람직하게, 상기 안테나쌍 결정정보는 가장 큰 SINR을 나타내는 안테나 쌍을 나타낸다. 즉, 상기 가장 큰 SINR을 나타내는 안테나 쌍은 순간 최대 수신 데이터량이 최대가 되는 안테나 쌍을 나타낸다.

바람직하게, 상기 안테나쌍 결정정보는 송수신단간에 약속된 별도의 피드백신호를 통하여 전송된다.

바람직하게, 상기 안테나쌍 결정정보는 송수신단간에 약속된 다른 피드백신호와 함께 전송될 수 있다. 이 경우, 다른 피드백신호는 상기 안테나쌍 결정정보에 의해 결정된 안테나쌍에서 사용할 변조 및 코딩 세트(MCS)정보를 의미한다.

바람직하게, 상기 안테나쌍 결정정보와 MCS정보는 테이블형태로 관리되어 전송되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 다수의 송신 및 수신 안테나를 사용하는 STTD시스템에서 에서 적용된다. 그러나, 본 발명은 다른 표준에 따라 동작하는 통신 시스템에도 적용되어 질 수 있다. 이하, 본 발명의 실시예들을 자세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 미쯔비시 전기(Mistubishi Electric)에서 제안한 Sub group rate control D-STTD 시스템에서 송신단의 STTD쌍(안테나쌍)을 결정하는 방법을 제안한다. 즉, 본 발명은 수신단에서 각 송신 안테나의 채널을 추정하여 송신단에서 전송 가능한 STTD쌍에 대하여 각 STTD쌍의 신호 대 간섭 잡음비(SINR)를 계산한 다음 가장 SINR이 큰 안테나쌍을 결정하여 송신단으로 피드백하는 방법을 제안한다.

이후, D-STTD전송시 송신단에서 사용할 STTD의 안테나쌍의 결정정보를 결정하여 피드백하는 과정을 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 적용되는 Sub group rate control D-STTD시스템(이하 D-STTD시스템으로 약칭함)의 구성이다.

도 2에 도시된 D-STTD시스템에서 수신단은 송신단에서 전송 가능한 STTD쌍을 구성하는 모든 안테나쌍에 대한 신호 대 간섭 잡음비(SINR)를 계산한다(S10). 일단 SINR이 계산되면 수신단은 계산된 SINR중에서 가장 큰 SINR에 해당되는 안테나 쌍 즉, 순간 최대 수신 데이터량이 최대가 되는 안테나 쌍을 선택한 다음 그 선택된 안테나쌍에 대한 정보를 송신단으로 피드백한다(S11,S12). 따라서, 송신단은 수신단에서 피드백된 정보에 의해 결정된 안테나쌍(STTD쌍)을 통하여 D-STTD전송을 수행한다(S13).

예를들어, 도 2에 도시된 D-STTD시스템이 4개의 송신 안테나(Tx1~Tx4))와 1개의 수신안테나(Rx)를 사용하고, , , 및 을 각각 송신안테나(Tx1~Tx4)와 수신 안테나(Rx)간의 채널이라고 가정할 경우 채널 예측기(40)에서 추정 가능한 채널행렬(A)은 다음 [수학식 3]과 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 3]

이때, 4개의 송신 안테나(Tx1~Tx4)에 대해 도 1과 같이 두개의 STTD쌍이 형성될 수 있기 때문에 안테나 분리 및 MCS선택부(41)는 두 개의 STTD 쌍에 대하여 MMSE(Minimum Mean Square Error) 수신 알고리즘을 사용하여 다음 [수학식 4] 및 [수학식 5]와 같이 각 STTD쌍에 대한 SINR을 구한다.

[수학식 4]

[수학식 5]

상기 은 안테나 Tx1, Tx2를 하나의 STTD쌍으로 묶었을 때 데이터 스트림에 대한 신호 대 간섭 잡음비를 나타내며, 는 안테나 Tx3, Tx4를 하나의 STTD쌍으로 묶었을 때 데이터 스트림에 대한 신호 대 간섭 잡음비를 나타낸다. 또한, 상기 식에서 은 수신 안테나에서의 가우시안 잡음을 나타내며, H는 복소수로 구성된 벡터의 허미션(Hermitian) 연산을 나타낸다.

이와 같이 (1,2)는 안테나 Tx1, Tx2에 대한 STTD 쌍을 나타내고, (3,4)는 안테나 Tx3, Tx4에 대한 STTD쌍을 나타낸다고 하면 상기 [수학식 3]의 채널 행렬구성은 (1,2) (3,4)의 STTD쌍으로 D-STTD를 실시할 경우 SINR을 구하기 위한 채널 행렬이라고 할 수 있다.

따라서,(1,3) (2,4)의 STTD쌍으로 D-STTD를 실시할 경우에는 다음 [수학식 6]과 같이 채널 행렬을 구성한 다음 상기 [수학식 4] 및 [수학식 5]를 이용하여 SINR을 구한다.

[수학식 6]

즉, [수학식 6]에 도시된 채널행렬의 열 순서는 [수학식 3]의 채널행렬의 열 순서를 (1,2,3,4)라고 할 때 (1,3,2,4)에 해당한다. 따라서, (1,3) (2,4)의 STTD쌍으로 D-STTD를 실시할 경우에 구해진 채널 행렬은 단지 열의 순서만 바뀌었기 때문에 상기 [수학식 4] 및 [수학식 5]를 이용하여 각 STTD 쌍에 대한 SINR을 구할 수 있게 된다.

동일한 방법으로 (1,4) (2,3) / (1,2) (4,3) / (1,3) (4,2) / (1,4) (3,2)의 STTD쌍에 대해서도 채널 행렬의 구성을 바꾸어 동일한 SINR의 식([수학식 4] 및 [수학식 5])을 이용해 각 데이타 스트림의 SINR을 구할 수 있다.

이렇게 구한 SINR을 이용하여 수신단의 안테나 분리 및 MCS선택부(41)는 송신단에서 전송 가능한 MCS(Modulation and Coding)와 안테나쌍 결정정보를 송신단으로 피드백하는데, 이 경우 MCS는 현재 수신단에서 수신할 수 있는 순간 최대 수신 데이터량을 나타낸다.

그런데, 채널 상태는 계속 변하기 때문에 수신단에서 수신할 수 있는 순간 최대 수신 데이터량도 변한다. 따라서, 안테나 분리 및 MCS선택부(41)는 각 안테나 쌍(STTD쌍)들에 대한 SINR을 구한 다음 순간 최대 수신 데이터량이 최대가 되는 안테나쌍만을 송신 안테나들을 위한 안테나 쌍으로 선택하여 송신단으로 피드백한다.

이때 피드백 신호로는 송/수신단의 약속에 의해 미리 정해진 피드백 신호가 사용될 수 있다. 또한, 상기 결정된 안테나 쌍에서 사용할 MCS정보는 별도의 피드백정보를 이용하여 전송한다. 상기 MCS정보는 송신단 및 수신단에서 미리 결정하여 각 경우의 수를 테이블 형태로 가지고 있어야 한다. 그리고, 상기 결정된 안테나 쌍에 대한 피드백정보 및 각 안테나에서 사용할 MCS정보를 이용하여 하나의 약속된 피드백정보 테이블을 구성할 수도 있을 것이다.

따라서, MCS를 결정하는 피드백 정보는 송신단의 각 변조기(31,32) 및 STTD 인코더 (33,34)에서 변조 및 코딩을 실시하는데 사용되며, 안테나 쌍을 결정하는 피드백 정보는 변조기 및 STTD인코더의 출력신호를 각 안테나 쌍에 맞게 분배하는데 사용된다. 아울러 수신단에서는 STTD디코더(35,36), 복조기(37,38) 및 다중화부를 통하여 상기 송신단의 신호처리에 맞는 반대의 신호 처리를 수행하여 원래의 데이터를 복원한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 D-STTD시스템의 수신단에서의 신호 대 간섭 잡음비를 계산하여, 수신단에서 신호 대 간섭 잡음비가 가장 크게 수신되도록 각 STTD쌍을 구성하는 안테나 쌍을 선택함으로써 기존 방법에 비해 데이터 전송 속도를 높일 수 있는 효과가 있다.

그리고, 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

도 1은 종래의 Sub group rate control D-STTD시스템의 구성도.

도 2는 본 발명에 적용되는 Sub group rate control D-STTD시스템의 구성도.

도 3은 본 발명에 따른 Sub group rate control D-STTD시스템에서의 신호 전송방법을 나타낸 도면.

*******도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ********

30 : 역다중화부 31,32 : 변조기

33,34 : STTD인코더 35,36 : STTD디코더

37, 38 : 복조기 39 : 다중화부

Claims

복수의 송신 안테나쌍을 이용하여 시공간 전송 다이버시티방식(STTD)으로 데이터를 전송하는 시스템에 있어서,

시공간 전송 다이버시티 방식으로 전송 가능한 송신 안테나쌍들에 대한 신호 대 간섭 잡음비(SINR)를 계산하여, 계산된 신호대 간섭 잡음비(SINR)를 이용하여 결정한 안테나쌍 결정정보를 송신단으로 피드백하는 것을 특징으로 하는 신호전송 방법.
제1항에 있어서, 상기 안테나쌍 결정정보는 가장 큰 SINR을 갖는 안테나 쌍을 나타내는 것을 특징으로 하는 신호전송 방법.
제2항에 있어서, 상기 가장 큰 SINR을 갖는 안테나 쌍은 순간 최대 수신 데이터량이 최대가 되는 안테나 쌍인 것을 특징으로 하는 신호전송 방법.
제1항에 있어서, 상기 안테나쌍 결정정보는 송수신단간에 약속된 별도의 피드백신호를 통하여 전송되는 것을 특징으로 하는 신호전송 방법.
제1항에 있어서, 상기 안테나쌍 결정정보는 송수신단간에 약속된 다른 피드백신호와 함께 전송되는 것을 특징으로 하는 신호전송 방법.
제5항에 있어서, 상기 다른 피드백신호는 결정된 안테나쌍에서 사용할 변조 및 코딩 세트(MCS)인 것을 특징으로 하는 신호전송 방법.
제5항에 있어서, 상기 전송되는 신호들은 테이블형태로 관리 및 전송될 수 있는 것을 특징으로 하는 신호전송 방법.
적어도 두개 이상의 송신 안테나쌍을 이용하여 시공간 전송 다이버시티방식(STTD)으로 데이터를 전송하는 시스템에 있어서

전송 가능한 송신 안테나쌍들에 대한 신호 대 간섭 잡음비(SINR)를 이용하여 결정된 안테나쌍 지시정보를 수신단으로부터 피드백받는 단계와

피드백된 정보에 의해 결정된 안테나쌍을 통해 전송을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호전송 방법.
제8항에 있어서, 상기 정보는 계산된 SINR 값들 중에서 가장 큰 SINR값을 갖는 안테나 쌍을 나타내는 것을 특징으로 하는 신호전송방법
제9항에 있어서, 상기 가장 큰 SINR을 갖는 안테나쌍은 순간 최대 수신 데이터량이 최대가 되는 안테나 쌍을 나타내는 것을 특징으로 하는 신호전송 방법.
제8항에 있어서, 상기 정보는 송수신단간에 약속된 별도의 피드백신호를 통하여 전송되는 것을 특징으로 하는 신호전송 방법.
제8항에 있어서, 상기 정보는 송수신단간에 약속된 다른 피드백신호와 함께 전송되는 것을 특징으로 하는 신호전송 방법.
제12항에 있어서, 상기 다른 피드백신호는 결정된 안테나쌍에서 사용할 변조 및 코딩 세트(MCS)인 것을 특징으로 하는 신호전송 방법.
제12항에 있어서, 상기 전송되는 신호들은 테이블형태로 관리 및 전송되는 것을 특징으로 하는 신호전송 방법.