KR20060019447A

KR20060019447A - 2개의 송신안테나를 위한 최대 다이버시티 최대 전송율을갖는 시공간 블록 부호화 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20060019447A
Application number: KR1020040068149A
Authority: KR
Inventors: 채찬병; 윤성렬; 정홍실; 노원일; 박동식; 박영수; 오정태; 고균병; 정재학; 남승훈; 정영호; 황찬수
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-08-27
Filing date: 2004-08-27
Publication date: 2006-03-03
Also published as: EP1641166A3; EP1641166A2; US20060045201A1; WO2006022526A1; JP4377435B2; EP1641166B1; JP2008511245A; KR100780363B1; CN101010889B; CN101010889A; US7463693B2

Abstract

본 발명은 2개의 송신 안테나를 사용하는 통신시스템의 송신기에서 시공간 블록 부호화 장치 및 방법에 관한 것으로, 입력되는 심볼열을 소정 규칙에 의해 2개의 송신 안테나를 통해 전송하는 방식에서 최대 다이버시티 최대 전송율을 갖는 시공간 블록 부호 장치 및 방법을 제안한다.

시공간 블록 부호화, 최대 다이버시티, 최대 전송율

Description

2개의 송신안테나를 위한 최대 다이버시티 최대 전송율을 갖는 시공간 블록 부호화 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD OF SPACE TIME BLOCK CODE FOR 2 TX ANTENNAS WITH FULL DIVERSITY AND FULL RATE}

도 1은 종래기술에 따른 시공간 블록 부호화 방식을 사용하는 이동통신시스템에서 송신기의 구성을 도시하는 도면.

도 2는 종래기술에 따른 시공간 블록 부호화 방식을 사용하는 이동통신시스템에서 수신기 구성을 도시하는 도면.

도 3은 종래기술에 따른 spatial multiplexing 송신기의 구성을 도시하는 도면.

도 4는 시공간 블록 부호를 디자인함에 있어, 종래기술에서 사용하는 최소 코딩 이득 값을 다양한 위상(phase)에 따라 나타낸 도면

도 5는 시공간 블록 부호를 디자인함에 있어, 본 발명에서 사용하는 평균 코딩 이득 값을 다양한 위상(phase)에 따라 나타낸 도면

도 6은 본 발명에 따른 최대 다이버시티 최대 전송율 시공간 블록 부호화 방식을 사용하는 이동통신시스템에서 송신기를 도시하는 도면

도 7은 본 발명에 따른 최대 다이버시티 최대 전송율 시공간 블록 부호화 방 식을 사용하는 이동통신시스템에서 송신절차를 도시하는 도면

도 8은 본 발명에 따른 성능을 채널 코딩을 고려하여 도시한 그래프.

본 발명은 무선통신 시스템의 송신기의 시공간 블록 부호화 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히, 2개의 송신 안테나를 사용하는 이동통신시스템에서 코딩이득(coding advantages)을 최대화하고 최대 다이버시티 이득을 얻고 최대 전송율을 달성하기 위한 시공간 블록 부호화 장치 및 방법에 관한 것이다.

통신에서 가장 근본적인 문제는 채널(channel)을 통하여 얼마나 효율적이고 신뢰성 있게(reliably) 데이터(data)를 전송할 수 있느냐 하는 것이다. 최근에 활발하게 연구되고 있는 차세대 멀티미디어 이동 통신 시스템에서는 초기의 음성 위주의 서비스를 벗어나 영상, 무선 데이터 등의 다양한 정보를 처리하고 전송할 수 있는 고속 통신 시스템이 요구됨에 따라 시스템에 적절한 채널 부호화 방식을 사용하여 시스템의 효율을 높이는 것이 필수적이다.

일반적으로, 이동통신시스템에 존재하는 무선 채널 환경은 유선 채널 환경과 달리 다중 경로 간섭(multipath interference), 쉐도잉(shadowing), 전파 감쇠, 시변 잡음 및 페이딩(fading) 등과 같은 여러 요인들로 인해 불가피한 오류가 발생하여 정보의 손실이 생긴다.

상기 정보 손실은 실제 송신 신호에 심한 왜곡을 발생시켜 상기 이동 통신 시스템의 전체 성능을 저하시키는 요인으로 작용하게 된다. 일반적으로 이러한 정보의 손실을 감소시키기 위해 채널의 성격에 따라 다양한 에러 제어 기법(error-control technique)을 이용하여 시스템의 신뢰도를 높이는데, 이러한 에러 제어 기법 중에 가장 기본적인 방법은 에러 정정 부호(error-correcting code)를 사용하는 것이다.

또한, 무선통신 시스템에서 다중경로 페이딩을 완화시키기 위해 다이버시티 기술을 사용하는데, 예를 들어 시간 다이버시티(time diversity), 주파수 다이버시티(frequency diversity)와 안테나 다이버시티(antenna diversity) 등이 있다.

상기 안테나 다이버시티 방식은 다중 안테나(multiple antenna)를 사용하는 방식으로서, 상기 안테나 다이버시티 방식은 수신 안테나들을 다수개로 사용하는 수신 안테나 다이버시티 방식과 송신 안테나들을 다수개 사용하는 송신 안테나 다이버시티 방식 및 다수개의 송신 안테나들과 다수개의 수신 안테나들을 사용하는 다중 입력 다중 출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 방식으로 분류된다.

여기서, 상기 MIMO 방식은 일종의 시공간 부호화(STC : Space-Time Coding) 방식이며, 상기 시공간 부호화 방식은 미리 설정된 부호화 방식으로 부호화된 신호를 다수개의 송신 안테나들을 사용하여 송신함으로써 시간 영역(time domain)에서의 부호화 방식을 공간 영역(space domain)으로 확장하여 보다 낮은 에러율을 달성하는 방식이다.

한편, 상기 안테나 다이버시티 방식을 효율적으로 적용하기 위해서 제안된 방식들중의 하나인 시공간 블록 부호화(STBC : Space Time Block Coding) 방식은 "Vahid Tarokh" 등에 의해 제안되었으며(Vahid Tarokh, "Space time block coding from orthogonal design", IEEE Trans. on Info., Theory, Vol. 45, pp. 1456-1467, July 1999), 상기 시공간 블록 부호화 방식은 S.M.Alamouti,(" A simple transmitter diversity scheme for wireless communication", IEEE Journal on Selected Area in Communication, Vol. 16, pp.1451-1458, Oct.1998) 송신 안테나 다이버시티 방식을 2개 이상의 송신 안테나들에 적용할 수 있도록 확장한 방식이다. 또한 데이터의 전송율을 높이기 위하여 spatial multiplexing 기법을 이용하면 송신 안테나 개수에 선형 비례하는 용량을 얻을 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 시공간 블록 부호화 방식을 사용하는 이동통신시스템에서 송신기의 구성을 보여주고 있다. 이는 Tarokh에 의해 제안된 것으로서, 도시된 바와 같이 변조기(100), 직/병렬 변환기(Serial to Parallel Converter: S/P Converter)(102), 시공간 블록 부호화기(Encoder: Space time block coder)(104) 및 4개의 송신 안테나들(106, 108, 110, 112)로 구성된다.

도 1을 참조하면, 먼저, 변조기(100)는 입력되는 정보 데이터(또는 부호화 데이터)를 미리 설정된 변조 방식으로 변조하여 변조 심볼들을 출력한다. 여기서, 상기 미리 설정된 변조 방식은 BPSK(Binary Phase Shift Keying), QPSK(Quadrature Phase Shift Keying), QAM(Quadrature Amplitude Modulation), PAM(Pulse Amplitude Modulation), PSK(Phase Shift Keying) 등과 같은 변조방식들 중 어느 한 방식이 될 수 있다.

직렬/병렬 변환기(102)는 상기 변조기(100)로부터 출력되는 직렬 데이터(직렬변조 심볼)를 병렬 데이터로 변환하여 시공간 블록 부호화기(104)로 출력한다. 여기서, 상기 변조기(100)에서 출력되는 직렬 변조 심볼들을 s₁s₂s₃s ₄라고 가정하기로 한다. 상기 시공간 블록 부호화기(104)는 상기 직렬/병렬 변환기(102)로부터 입력된 4개의 심볼들을 시공간 블록 부호화(STBC)하여 8개의 조합들을 생성하고, 상기 8개의 조합들을 순차로 4개의 송신 안테나들을 통해 송신한다. 상기 8개의 조합들을 생성하기 위한 부호화 행렬은 하기 <수학식 1>과 같다.

여기서, G₄는 4개의 송신 안테나들을 통해 송신되는 심볼들의 부호화 행렬(matrix)을 나타내고, s₁,s₂,s₃,s₄는 전송하고자 하는 4개의 입력 심볼들을 나타낸다. 상기 부호화 행렬에서 열(column)의 개수는 송신 안테나 개수에 대응되고, 행의 개수는 상기 4개의 심볼들을 전송하는데 소요되는 시간을 나타낸다. 즉, 4개의 심볼들이 8개의 시간구간동안 4개의 안테나들을 통해 송신됨을 알 수 있다.

즉, 첫 번째 시간 구간에서는 제1송신안테나(106)를 통해서 s₁이 송신되고, 제2송신 안테나(108)를 통해 s₂가 송신되며, 제3송신안테나(110)를 통해서 s₃이 송신되고, 제4송신안테나(112)를 통해서 s₄가 송신된다. 이런 식으로, 8번째 시간 구간에서는 제1송신안테나(106)를 통해서

이 송신되고, 제2송신안테나(108)를 통해서

가 송신되며, 제3송신안테나(110)를 통해서

가 송신되고, 제4송신안테나(112)를 통해서

이 송신된다. 즉, 상기 시공간 블록 부호화기(104)는 i번째 안테나로 상기 부호화 행렬의 i번째 열(column)의 심볼들을 순서대로 전달한다.

이상 살펴본 바와 같이, 상기 시공간 블록 부호화기(104)는 입력되는 4개의 심볼들에 반전(negative)과 공액(conjugate)을 적용하여 8개의 심볼열들을 생성하고, 상기 8개의 심볼열들을 8개의 시간구간동안 4개의 안테나들(106,108,110,112)을 통해 송신한다. 여기서 각각의 안테나로 출력되는 심볼 시퀀스들, 즉 부호화 행렬의 열(column)들은 상호간에 직교성을 갖기 때문에 다이버시티 차수(diversity order)만큼의 다이버시티 이득(gain)을 획득할수 있다.

도 2는 종래 기술에 따른 시공간 블록 부호화 방식을 사용하는 이동통신시스템에서 수신기 구성을 도시하고 있다. 특히, 상기 도 2는 도 1의 송신기 구조에 대응하는 수신기 구조를 보여준다.

도시된 바와 같이, 상기 수신기는 복수의 수신 안테나들(200 내지 202), 채널 추정기(Channel Estimator)(204), 신호 결합기(Signal Combiner)(206), 검출기(Detector)(208), 병렬/직렬 변환기(210) 및 복조기(212)로 구성된다.

도 2를 참조하면, 먼저 도 1의 송신기에서 4개의 송신 안테나들을 통해 송신된 신호는 제1수신 안테나(200) 내지 제P수신 안테나(202) 각각을 통해 수신된다. 상기 제1수신 안테나(200) 내지 제P수신 안테나(202) 각각은 수신된 신호를 채널 추정기(204)와 신호 결합기(206)로 출력한다.

상기 채널 추정기(204)는 상기 제1수신안테나(200) 내지 제P수신안테나(202) 각각을 통해 수신된 신호를 입력하여 채널 이득(channel gain)을 나타내는 채널 계수들(channel coefficients)을 추정하여 검출기(208)와 상기 신호 결합기(206)로 출력한다. 즉, 상기 채널 추정기(204)는 상기 송신기의 송신 안테나들(106, 108, 110, 112)로부터 상기 수신안테나들(200 내지 202)로의 채널 이득들을 나타내는 채널 계수들(channel coefficients)을 추정한다.

상기 신호 결합기(206)는 상기 제1수신안테나(200) 내지 제P수신안테나(202) 각각을 통해 수신된 신호와 상기 채널 추정기(204)에서 출력되는 채널 계수들을 소정 규칙에 의해 결합하여 수신 심볼들을 출력한다.

상기 검출기(208)는 상기 신호 결합기(206)로부터의 상기 수신 심볼들에 상기 채널 추정기(204)로부터의 상기 채널 계수들을 곱하여 추정(hypotheses) 심볼들을 생성하고, 상기 추정(hypotheses) 심볼들을 가지고 상기 송신기에서 송신 가능한 모든 심볼들에 대한 결정 통계량(decision statistic)을 계산한 후, 임계값 검출(threshold detection)을 통해 상기 송신기에서 송신한 심볼들을 검출하여 출력한다.

병렬/직렬 변환기(210)는 상기 검출기(208)로부터의 병렬 데이터를 직렬 데 이터로 변환하여 출력한다. 복조기(212)는 상기 병렬/직렬 변환기(210)로부터의 심볼들을 미리 설정된 복조 방식으로 복조하여 원래의 정보 데이터 비트들로 복원한다.

앞서 언급한 Alamouti의 시공간 블록 부호화 기술은 2개의 송신 안테나들을 통해 복소 심볼들(complex symbols)을 송신하더라도, 전송률(data rate)을 손실하지 않고 송신 안테나들의 개수와 동일한, 즉 최대의 다이버시티 차수(diversity order)를 얻을수 있는 이점이 있다.

한편, 상기 Alamouti의 시공간 블록 부호화 기술을 확장한 Tarokh의 방식은 앞서 도 1과 도 2에서 설명한 바와 같이, 상호간에 직교적인(orthogonal) 열들을 가지는 행렬 형태의 시공간 블록 부호를 사용하여 최대 다이버시티 차수를 얻는다. 그러나 상기 Tarokh 방식은 4개의 복소 심볼들을 8개의 시간구간(time interval) 동안 전송하기 때문에 전송률이 1/2로 감소하게 된다. 또한 한 블록(4개의 심볼들)을 완전히 전송하는데 8개의 시간구간들이 소요되기 때문에 고속 페이딩의 경우 블록 내에서의 채널 변화로 인해 수신 성능이 열화되는 문제점이 있다. 다시말해, 4개 이상의 안테나들을 사용하여 복소 심볼들을 전송하는 경우, N개의 심볼들을 송신하기 위해 2N개의 시간구간들이 필요하므로 지연시간(latency)이 길어지고 전송률이 저하되는 문제점이 있다.

도 3은 종래기술에 따른 전송율을 높이기 위한 spatial multiplexing 송신기 의 구성을 도시하는 도면을 나타낸 것이다. 변조기(301)를 통해서 변조된 신호는 s/p(303)를 통해 수직 분배되고 각 안테나를 통해서 전송된다. 이러한 구성의 송신기를 이용할 경우에는 수신 안테나가 송신 안테나보다 같거나 많아야 한다. 도면에서는 4개의 안테나를 사용하는 경우를 나타내었지만 임의의 개수의 안테나에 대해서도 적용될 수 있다. 특히 s/p의 방법에 따라 그리고 수신기의 구조에 따라, D-BLAST(diagonal Bell lab Layered Space Time) V-BLAST(Vertecal-BLAST) 등이 있다. 이는 수신기에서 SIC(successive interference cancellatoin) 기술을 적용한 예로 일종의 준최적(sub optimum) 해이다.

그러나 지금까지의 이러한 종래기술에 의하면 2개의 송신 안테나를 사용하는 경우에 최대 다이버시티와 최대 전송율을 동시에 만족하는 시공간 블록 부호화 장치 및 방법이 구현되지 못했다. 2개의 송신 안테나를 사용하는 이동 통신시스템에서 최대 다이버시티(full diversity)란 [2×수신안테나 개수]가 됨을 (여기서 2는 송신안테나 개수임) 의미한다. 또한, 2개의 송신 안테나를 사용하는 이동 통신시스템에서 최대 전송율(fulll rate)은 2를 의미한다. 전송율이 증가하는 것은 2개의 전송 안테나를 사용하기 때문이며 증가율은 SISO (Single Input Single Output) 인 경우보다 2배가 된다.

따라서 2개의 송신 안테나를 사용하는 이동 통신시스템에서 최대 다이버시티 이득을 얻으며 최대 전송율을 달성하는 시공간 블록 부호화 방법 및 장치를 제안하는 것이 필요하다.

더불어 2개의 송신 안테나를 사용하는 이동 통신 시스템에서 코딩이득 (coding advantages)을 최대화하는 시공간 블록 부호화 방법 및 장치를 필요로 한다.

따라서 본 발명의 목적은 2개의 안테나를 사용하는 이동 통신시스템에서 최대 다이버시티(full diversity) 최대 전송율(full rate)을 지원하는 시공간 블록 부호를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 2개의 안테나를 사용하는 이동 통신시스템에서 최대 다이버시티(full diversity) 최대 전송율(full rate)을 지원하는 시공간 블록 부호에 따른 시공간 블록 부호화 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 2개의 안테나를 사용하는 이동 통신시스템에서 코딩이득을 최대화하는

값을 갖는 시공간 블록 부호에 따른 시공간 블록 부호화 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 제1실시예에 의하면, 본 발명은 2개의 송신 안테나를 사용하는 시공간 부호화 송신기에 있어서, 입력되는 정보심볼들을 아래의 <수학식 3>에 의하여 시공간 부호화하여 출력하는 시공간부화기와; 상기 시공간부호화기로부터 시공간 부호화되어 출력되는 시공간 부호화 심볼들을 송신하는 2개의 안테나를 포함하는 송신기이다. 여기서 a, b는 각각 아래의 <수학식 2>에 의한 값임을 특징으로 하는 송신기이다.

또한, 제2 실시예에 의하면, 본 발명은 2개의 송신 안테나를 사용하는 시공 간 부호화 송신방법에 있어서, 입력되는 정보심볼들을 아래의 <수학식 3>에 의하여 시공간 부호화하여 출력하는 단계와; 상기 시공간부호화기로부터 시공간 부호화하여 출력되는 시공간 부호화 심볼들을 2개의 안테나를 통해 전송하는 단계를 포함하는 송신방법이다. 여기서 a, b는 각각 아래의 <수학식 2>에 의한 값임을 특징으로 하는 송신방법이다.

이외에 본 발명의 기본적인 사상을 포함하는 또 다른 실시예들이 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 실현 가능하다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명은 2개의 안테나를 사용하는 통신시스템의 송신기에서 시공간 부호화 장치에 관한 것으로, 입력되는 정보심볼들을 소정 규칙에 따라 시공간부호화하여 2개의 안테나 중 대응하는 안테나를 통해 전송하는 방식에서 최대 다이버시티와 최대 전송율을 얻을 수 있는 시공간 블록 부호화 장치 및 방법을 제안한다.

또한, 본 발명은 2개의 안테나를 사용하는 통신시스템의 송신기에서 시공간 부호화 장치에 관한 것으로, 입력되는 정보심볼들을 소정 규칙에 시공간부호화하여 2개의 안테나 중 대응하는 안테나를 통해 전송하는 방식에서 시공간 부호의 코딩 이득을 최대화하기 위한 방법을 제안한다.

본 발명의 구성을 도시하면 도 6과 같다.

즉, 도 6은 본 발명에 따른 최대 다이버시티 최대 전송율 시공간 블록 부호화 방식을 사용하는 이동통신시스템에서 송신기를 도시하는 도면이다.

변조기에서 변조되어 출력되는 정보심볼(S_1,S_2,S_3,S₄₎ 들이 본 발명에 따른 시공간 부호화기(600)를 거친 후 2개의 안테나를 통해 전송된다. 여기서 본 발명에 따른 시공간부호화기(600)는 아래의 <수학식 2> 및 <수학식 3>에 따른 부호화 행렬을 갖는다.

<수학식 2>에서 S_1,S_2,S_3,S₄는 변조과정을 거친 정보심볼(information symbol)이다. 여기서 정보심볼이란 정보데이터가 변조기에 의해 변조된 변조심볼을 의미하며, 이러한 정보심볼들은 수학식2에 의해 시공간 부호화된 후, 최종적으로 2개의 송신 안테나를 통해 전송된다.

위 <수학식 2>에서 사용한 파라미터 a, b는 아래의 <수학식 3>과 같이 정의하여 사용한다.

즉, 이 <수학식 3>은 새로운 시공간 블록 부호를 설계하기 위해 사용하는 파라미터 a 와 b의 정의이다. a는 괄호안 연산 값의 실수 값을 의미하며, b는 괄호안 연산값의 허수 값을 의미한다.

는 제안 블록 부호의 코딩 이득을 높이기 위해 사용할 파라미터로서 복소평면에서의 위상값을 나타낸다. 여기서

를 곱한다는 것은 복소평면상에서

만큼 회전함을 의미한다.

본 발명의 시공간부호화기에서 사용하는 시공간부호화 행렬인 매트릭스 C(위 수학식 3>)에서 행(row)은 안테나를 의미하고 열(column)은 전송될 시간을 의미한다. 즉, 첫 번째 시간에 첫 번째 안테나를 통해서는

가 전송된다. 이렇게 하면 두개의 안테나를 통해 두 번째 시간까지 매트릭스 C의 행렬 요소 4개가 모두 전송되며, 이 행렬요소 4개에는 S_1,S_2,S_3,S₄ 모두 들어 있으므로, S_1,S_2,S_3,S₄ 모두가 전송되는 것이 된다. 따라서 두 번째 시간까지 정보심벌 4개가 모두 전송되므로 총 전송율은 2가 된다.

또한, 각 정보심볼은 두 개의 안테나에서 발생하는 채널 모두를 겪게 되므로 최대 다이버시티(full diversity)를 달성하게 된다. 이는 두 개의 안테나를 통해 전송되는 위 매트릭스의 행렬의 요소들이 실수값과 허수값을 갖게 되기 때문에 가 능하게 된다.

이하에서는 코딩이득을 최대화 할 수 게 하기 위하여, 위 a, b에서 사용된 theta 를 어떻게 구하는지 알아보도록 한다.

먼저, 1997년 Tarokh은 논문을 통해 시공간 트렐리스 코드에 대하여 2가지 디자인 룰을 제안한 바 있다. 이 디자인 룰에 사용되는 시공간 트렐리스 코드의 에러확률 바운드를 살펴보면 다음과 같다.

<수학식 4>는 쌍간에러율(pairwise error probability)을 나타내며, 여기에서 r은 c->e 매트릭스의 rank, M은 수신 안테나 개수,

는 c-e의 diagonal term을 나타낸다. E_s는 심벌에너지이며, N₀는 노이즈값이다. 수학식 4의 오른쪽 부분을 구성하는 식 2개중에서 앞부분 식은 코딩 이득을 나타내는 Determinant Criterion이며, 뒷 부분 식은 다이버시티 이득을 나타내는 Rank Criterion이다.

1) Determinant Criterion : 코딩 이득을 최대화하는 디자인 조건으로 큰 코딩이득을 얻기 위하여는

의 곱이 가장 큰 코드를 설계하여야 한다.

2) Rank Criterion : 다이버시티(diversity) 이득을 최대화하는 디자인 조건으로 최대랭크(full rank)를 갖도록 해야 한다.

지금까지 대부분의 경우 시공간 블록 부호를 Tarokh이 제안한 1)의 설계 룰로 구한다. 이것은 서로 다른 두 신호 벡터들의 차(c-e)에 대한 N×N 행렬 A(c,e)들의 0이 아닌 아이겐 밸류(eigen value) 값의 곱들 중에서 최소값을 최대화한 것으로 계산량은 크지 않으나 코딩이득을 최대화하는 값을 정확하게 찾지는 못한다는 단점이 있다.

도 4는 시공간 블록 부호를 디자인함에 있어, 최소 코딩 이득 값을 다양한 위상(phase)에 따라 나타낸 도면이다. 구체적으로는 위에서 언급한 바와 같은 Tarokh이 제안한 디자인 룰에 의하여 구한 최소 코딩 이득을

값을 0에서 45까지 변화시켜 가며 구한 값이다. 45-90까지는 45도를 기준으로 대칭의 값을 갖으며 90도 이상에서는 같은 값들이 반복한다. 즉, 여기서 0≤

≤45 범위에서 정해지는

값,

+45한 값 및 이 두 값에서 90n(n은 정수)값을 더한 값들은 모두 같은 의미를 갖는다. 그림에서 보는 바와 같이 최소 코딩 이득이 가장 큰 값을 찾으면 약 32도라는 위상 값이라는 것을 확인할 수 있다. 그러나 이 값을 사용하여 실제로 시뮬레이션을 하면 성능이 개선되지 않고 더 열화됨을 확인할 수 있다.

따라서 본 발명에서는 최적의

값을 찾기 위하여 전체 평균 코딩 이득을 이용한다. 이러한 단점을 극복하고 정확한 값을 구하기 위하여 본 발명에서는 아래의 <수학식 5>를 사용하였다. <수학식 5>는 가능한 모든 경우의 코딩 이득을 구하여 이에 대한 발생 경우의 수를 체크한 후 전체 평균 코딩 이득을 구해서 그 값이 가장 큰 값을 구하는 것으로 이러한 방식으로

를 구하였으며, 이

값을 적용한 결과 코딩이득의 향상됨을 확인 할 수 있다. 여기에서 (C.A.)은 코딩이득(coding advantage)을 의미한다.

도 5는 시공간 블록 부호를 디자인함에 있어, 평균 코딩 이득 값을 다양한 위상(phase)에 따라 나타낸 도면으로, 본 발명에서 사용하는 전체 평균 코딩을 구한 값이다. 도 5에서 나타난 바와 같이 12.2도에서 가장 높은 전체 평균 코딩 이득을 얻음을 알 수 있다.

실제적으로 사용 가능한 범위는 아래와 같다.

즉, 위 <수학식 5>를 이용하여

를 구하면 0≤

≤90 범위에서

는, 26≤

≤27 또는 61≤

≤62이고, 90<

범위에서는

는, 26+90n≤

≤27+90n 또는 61+90n≤

≤62+90n, n은 정수인 관계에 있다는 것을 알 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 최대 다이버시티 최대 전송율 시공간 블록 부호화 방식을 사용하는 이동통신시스템에서 송신절차를 도시하는 도면이다. 도면에 나타난 바와 같이 본 발명에서는 변조기에서 변조되어 출력되는 정보심볼(S_1,S_2,S _3,S₄)들이 본 발명에 따른 시공간 부호화기(600)에서 위의 <수학식 2>와 <수학식 3>에 따라 부호화 된 후 2개의 안테나를 통해 2단계의 시간에 걸쳐 전송된다.

여기에서도 사용되는

값은, 0≤

≤90 범위에서

는, 26≤

≤27 또는 61≤

≤62이고, 90<

범위에서는

는, 26+90n≤

≤27+90n 또는 61+90n≤

≤62+90n (n은 정수)인 관계에 있다.

도 8은 본 발명의 성능을 채널 코딩을 고려하여 구한 값이다. MIMO QPSK 2/3는 기존의 순수한 spatial multiplexing 그림이며, En_MIMO 가 본 발명의 제안 값이다. 이 경우 coded BER 0.001 기준으로 약 1.5dB의 이득이 있음을 알 수 있다.

본 발명에 따른 이의 <수학식 3>에 따른 시공간 블록 부호를 갖는 시공간부호화기를 이용하면, 상기 시공간부호화기에 입력되는 정보심볼들은 시공간부호화기를 거쳐 부호화되어 2개의 전송 안테나를 통해 전송되는데, 이러한 장치 및 방법에 의하면 최대 다이버시티 이득을 달성하고 최대 전송율로 이동통신이 가능하게 된다.

Claims

2개의 송신 안테나를 사용하는 시공간 부호화 송신기에 있어서,

입력되는 정보심볼들을 아래의 <수학식 6>에 의하여 시공간 부호화하여 출력하는 시공간부화기와;

상기 시공간부호화기로부터 시공간 부호화되어 출력되는 시공간 부호화 심볼들을 송신하는 2개의 안테나를 포함하는 송신기.

여기서 a, b는 각각 A
(A는 일정값)의 실수부와 허수부임.
제1항에 있어서,

상기 a, b는 각각 아래의 <수학식 7>에 의한 값임을 특징으로 하는 송신기.
제1항에 있어서,

상기
는 아래의 <수학식 8>에 의해 계산됨을 특징으로 하는 송신기.
제1항에 있어서,

0≤
≤90 범위에서
는, 26≤
≤27 또는 61≤
≤62임을 특징으로 하는 송신기.
2개의 송신 안테나를 사용하는 시공간 부호화 송신기에 있어서,

입력되는 정보심볼들을 아래의 <수학식 9>에 의하여 시공간 부호화하여 출력하는 시공간부화기와;

상기 시공간부호화기로부터 시공간 부호화하여 출력되는 시공간 부호화 심볼들을 송신하는 2개의 안테나를 포함하는 송신기.

상기 a, b는 각각 아래의 <수학식 10>에 의한 값임.

여기서
는, 26≤
≤27 또는 61≤
≤62, n은 양의 정수임.
2개의 송신 안테나를 사용하는 송신기의 시공간 부호화 장치에 있어서,

입력되는 정보심볼들을 아래의 <수학식 11>에 의하여 시공간 부호화하여 출력하여 2개의 안테나로 송신하는 시공간부호화장치.

여기서 a, b는 각각 A
(A는 일정값)의 실수부와 허수부임.
제6항에 있어서,

상기 a, b는 각각 아래의 <수학식 12>에 의한 값임을 특징으로 하는 시공간부호화장치.
제6항에 있어서,

상기
는 아래의 <수학식 13>에 의해 계산됨을 특징으로 하는 시공간부호화장치.
제6항에 있어서,

0≤
≤90 범위에서
는, 26≤
≤27 또는 61≤
≤62이고, 90<
범위에서
는, 26+90n≤
≤27+90n 또는 61+90n≤
≤62+90n(n은 양의 정수)임을 특징으로 하는 시공간부호화장치.
2개의 송신 안테나를 사용하는 시공간 부호화 송신기에 있어서,

입력되는 정보심볼들을 아래의 <수학식 14>에 의하여 시공간 부호화하여 출력하는 단계와;

상기 시공간부호화기로부터 시공간 부호화하여 출력되는 시공간 부호화 심볼들을 2개의 안테나를 통해 전송하는 단계를 포함하는 송신방법.

여기서 a, b는 각각 A
(A는 일정값)의 실수부와 허수부임.
제10항에 있어서,

상기 a, b는 각각 아래의 <수학식 15>에 의한 값임을 특징으로 하는 송신방법.
제10항에 있어서,

0≤
≤90 범위에서
는, 26≤
≤27 또는 61≤
≤62임을 특징으로 하는 송신방법.
복수개의 송신 안테나를 사용하는 시공간 블록 부호화 송신기에 있어서,

입력되는 정보심볼들을 아래의 <수학식 16>에 의하여 시공간 부호화하여 출력하는 단계와;

상기 시공간부호화기로부터 시공간 부호화하여 출력되는 시공간 부호화 심볼들을 2개의 안테나를 통하여 송신하는 단계를 포함하는 송신방법.

상기 a, b는 각각 아래의 <수학식 17>에 의한 값임.

여기서 90<
범위에서
는, 26+90n≤
≤27+90n 또는 61+90n≤
≤62+90n, n은 양의 정수임.
2개의 송신 안테나를 사용하는 송신기의 시공간 부호화 방법에 있어서,

입력되는 정보심볼들을 아래의 <수학식 18>에 의하여 시공간 부호화하여 출력하여 2개의 안테나로 송신하는 것을 특징으로 하는 시공간부호화방법.

여기서 a, b는 각각 A
(A는 일정값)의 실수부와 허수부임.
제14항에 있어서,

상기 a, b는 각각 아래의 <수학식 19>에 의한 값임을 특징으로 하는 시공간부호화방법.
제14항에 있어서,

상기
는 아래의 <수학식 20>에 의해 계산됨을 특징으로 하는 시공간부호화방법.
제14항에 있어서,

0≤
≤90 범위에서
는, 26≤
≤27 또는 61≤
≤62이고, 90<
범위에서
는, 26+90n≤
≤27+90n 또는 61+90n≤
≤62+90n(n은 양의 정수)임을 특징으로 하는 시공간부호화방법.