KR20060048106A - 이동통신 시스템에서 섹터 다이버시티를 제공하는 직교주파수 분할 다중 심벌 전송 방법 및 장치와 시스템 - Google Patents

이동통신 시스템에서 섹터 다이버시티를 제공하는 직교주파수 분할 다중 심벌 전송 방법 및 장치와 시스템 Download PDF

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KR20060048106A
KR20060048106A KR1020050044299A KR20050044299A KR20060048106A KR 20060048106 A KR20060048106 A KR 20060048106A KR 1020050044299 A KR1020050044299 A KR 1020050044299A KR 20050044299 A KR20050044299 A KR 20050044299A KR 20060048106 A KR20060048106 A KR 20060048106A
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노희진
김민구
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 이동통신 시스템에서 섹터 다이버시티를 제공하는 OFDM 심볼 전송 방법 및 그 장치에 대한 것으로서, 본 발명은 다수의 기지국이 형성하는 복수의 셀 및 섹터 구조를 갖는 무선 이동통신 시스템에서 상기 기지국으로부터 이동 단말로 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 심볼을 전송하는 과정에서, 상기 기지국은 상기 이동 단말로 전송하기 위한 복수 개의 복소 심볼들을 입력받고, 상기 기지국 및 다른 기지국이 형성하는 섹터들 중 인접 섹터들로는 서로 다른 시공간 부호열이 전송되도록 상기 복수 개의 복소 심볼들을 시공간 부호화하여 선택적으로 출력하도록 구성됨을 특징으로 한다. 또한 상기 시공간 부호열의 선택 패턴이 정해진 시간 구간 마다 순환되도록 갱신하여 섹터 또는 셀 경계 지점에 위치된 모든 이동 단말에 대해서 균일하게 향상된 섹터 다이버시티를 제공함을 특징으로 한다.
OFDM, 방송 서비스, 시공간 부호화, 섹터, 다이버시티, Alamouti, 심벌, 균일

Description

이동통신 시스템에서 섹터 다이버시티를 제공하는 직교 주파수 분할 다중 심벌 전송 방법 및 장치와 시스템{METHOD AND APPARATUS FOR TRANSMITTING ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING SYMBOL WITH SECTOR DIVERSITY IN A MOBILE COMMUNICATION SYSTEM, AND SYSTEM USING THE SAME}
도 1은 OFDM 방식이 적용된 일반적인 무선 이동통신 시스템의 구성을 나타낸 블록 구성도
도 2는 본 발명에 적용되는 시공간 부호화 기법을 설명하기 위한 도면
도 3은 본 발명의 1 실시 예에 따른 OFDM 심볼 전송 방법이 적용되는 무선 이동통신 시스템의 구성을 나타낸 블록 구성도
도 4a 및 도 4b는 도 3의 시공간 부호화기로부터 출력되는 시공간 부호열의 예를 나타낸 도면
도 5는 본 발명의 1 실시 예에 적용되는 섹터 구조의 일예를 나타낸 도면
도 6은 본 발명의 1 실시 예에서 SFC-OFDM 변조 방식을 이용한 OFDM 심볼 전송 방법을 설명하기 위한 플로우챠트
도 7은 도 6의 방법에 따라 시공간 부호열이 전송되는 과정을 도시한 도면
도 8은 본 발명의 1 실시 예에서 STC-OFDM 변조 방식을 이용한 OFDM 심볼 전 송 방법을 설명하기 위한 플로우챠트
도 9는 도 8의 방법에 따라 시공간 부호열이 전송되는 과정을 도시한 도면
도 10은 본 발명의 2 실시 예에 따른 OFDM 심볼 전송 방법이 적용되는 무선 이동통신 시스템의 구성을 나타낸 블록 구성도
도 11은 도 10에 도시된 시공간 부호화기의 동작을 설명하기 위한 도면
도 12는 본 발명의 2 실시 예에 적용되는 섹터 구조의 일예를 나타낸 도면
도 13은 본 발명의 2 실시 예에 적용되는 SFC-OFDM 변조 방식을 설명하기 위한 도면
도 14는 본 발명의 2 실시 예에 적용되는 STC-OFDM 변조 방식을 설명하기 위한 도면
도 15는 본 발명의 2 실시 예에 적용되는 SFTC-OFDM 변조 방식을 설명하기 위한 도면
도 16은 본 발명의 3 실시 예에 따른 OFDM 심볼 전송 방법이 적용되는 무선 이동통신 시스템의 구성을 나타낸 블록 구성도
도 17은 본 발명의 3 실시 예에 따라 기지국에서 이동 단말로 전송되는 시공간 부호열의 갱신 주기와 송신 패턴을 도시한 도면
도 18은 본 발명의 3 실시 예에 따른 OFDM 심벌 전송 방법을 설명하기 위한 플로우챠트
도 19 내지 도 21는 본 발명의 3 실시 예에 따른 섹터별 시공간 부호열 배치 방법의 일예를 설명하기 위한 도면
도 22 내지 도 24는 본 발명의 3 실시 예에 따른 셀별 시공간 부호열 배치 방법의 일예를 설명하기 위한 도면
도 25는 본 발명의 3 실시 예에서 SFC-OFDM 변조 방식에 따른 OFDM 심볼 전송 방법을 설명하기 위한 플로우챠트
도 26은 도 24의 방법에 따른 SFC-OFDM 변조 방식을 설명하기 위한 도면
도 27은 본 발명의 3 실시 예에서 STC-OFDM 변조 방식에 따른 심볼 전송 방법을 설명하기 위한 플로우챠트
도 28은 도 27의 방법에 따른 STC-OFDM 변조 방식을 설명하기 위한 도면
본 발명은 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing : 이하, "OFDM") 방식의 이동통신 시스템에서 OFDM 심볼 전송 방법 및 그 장치에 대한 것으로서, 특히 이동통신 시스템에서 섹터 다이버시티(Sector Diversity)를 제공하는 OFDM 심볼 전송 방법 및 그 장치에 대한 것이다.
통상적으로 이동통신 시스템은 음성 서비스를 제공하기 위해 개발되었다. 이러한 이동통신 시스템의 전형적인 예로 코드분할 다중접속(Code Division Multiple Access) 방식의 이동통신 시스템이 있다. 이하의 설명에서 이동통신 시스템은 코드분할 다중접속 이동통신 시스템을 예로 설명하기로 한다. 이러한 이동통신 시스템 은 음성 서비스만을 제공하는 형태에서 저속의 데이터를 제공하는 이동통신 시스템으로 발전하였고, 이후 고속의 데이터만을 제공하기 위한 시스템과 고속의 데이터와 음성 서비스를 동시에 제공할 수 있는 형태로 발전하고 있다.
한편 이동통신 시스템은 데이터 서비스를 제공할 수 있게 되면서 보다 다양한 서비스를 제공하기 위한 방향으로 발전하고 있다. 그 예로, 인터넷 서비스와, 동영상 서비스 및 금융 서비스의 제공 등이 있으며, 현재에는 이동통신 단말로 방송 서비스를 제공하기 위해 다양한 시도들이 이루어지고 있다.
먼저 일반적인 공중파 방송에 대하여 살펴보기로 한다. 일반적인 공중파 방송 서비스 방식으로는 유럽에서 표준으로 채택된 PAL(Phase Alternation by Line) 방식과, 북미에서 표준 규격으로 채택된 NTSC(the united states National Television Systems Committee) 방식이 있다. 이러한 공중파 방식은 소정의 주파수 대역들을 달리하여 전송하는 방식이다. 이러한 공중파 방송의 표준으로 사용되고 있는 방식들에서는 데이터의 전송률을 높이는데 한계를 가진다. 그런데, 사용자들은 보다 고품질의 방송 서비스를 제공받기를 원하고 있다. 예를 들어 고밀도의 텔레비전(HDTV : High Density Television) 방송 또는 고밀도의 방송과 함께 보다 많은 채널을 가지는 음질 등을 요구하고 있다. 이와 같은 요구 사항들을 반영하기 위해서는 방송 서비스에서 보다 높은 전송률이 요구된다.
상기 높은 전송률을 제공하도록 다중 반송파 전송 방식을 적용하는 대표적인 무선 이동통신 시스템의 하나로 OFDM 전송 방식을 들 수 있다. 상기 OFDM 전송 방식은 직렬로 입력되는 심벌(Symbol)열을 병렬로 변환하여 이들 각각을 상호 직교성 을 갖는 다수의 부반송파를 통해 변조하여 전송하는 방식으로 1990년대 초반 이후 VLSI(Very Large Scale Integration) 기술의 발전에 따라서 각광 받기 시작하였다.
상기 OFDM 전송 방식은 복수 개의 부반송파(subcarrier)를 이용하여 데이터를 변조시키며, 각각의 부반송파는 상호 직교성(orthogonality)을 유지하여 기존 단일 반송파 전송 방식(single carrier modulation scheme)에 비해서 주파수 선택적 다중 경로 페이딩 채널(frequency selective multipath fading channel)에 강한 특성을 보인다.
이러한 특성은 단말의 입장에서 볼 때, 데이터를 송신하는 전체 신호 주파수 대역은 주파수 선택적인 채널이 된다. 또한 단말의 입장에서 볼 때, 데이터를 송신하지 않는 각각의 부반송파 대역에 대하여는 주파수 비선택적 채널(frequency nonselective channel)이 된다. 그러므로 단말은 간단한 채널 등화 과정을 거쳐서 쉽게 채널 보상이 가능하다.
또한 상기 OFDM 전송 방식에서는 각각의 OFDM 심벌 앞에 그 OFDM 심벌의 후반부를 복사한 순환 전치 심벌(Cyclic Prefix : CP)을 덧붙여 전송함으로써 이전 심벌로부터의 간섭 성분(InterSymbol interference : ISI)을 제거할 수 있으며, 이와 같은 다중 경로 페이딩 채널에 강한 특성은 OFDM 전송 방식을 광대역 고속 통신에 적합한 전송 방식이 되도록 한다.
따라서 무선 이동통신 시스템의 방송 서비스를 위한 표준안에서는 높은 수신 품질과 고속의 송수신을 보장할 수 있는 전송 기법으로 상기 OFDM 전송 방식이 주목되고 있다. 상기 OFDM 전송 방식이 채택된 방송 서비스 표준안에는 예를 들어 유 럽형 무선 라디오 방송을 위한 DAB(digital audio broadcasting)와 지상파 HDTV(High Density Television) 표준안인 DVB-T(Terrestrial Digital Video Broadcasting) 등이 있다.
즉 도 1은 OFDM 방식이 적용된 일반적인 무선 이동통신 시스템의 구성을 나타낸 것이다.
도 1에서 다수의 기지국(Base Station : BS)(1101~110M : 110)의 변조기(111)는 이동 단말(Mobile Station : MS)로 전송되는 데이터를 정해진 방식으로 변조한 후, 역고속 푸리에 변환부(Inverse Fast Fourier Transform: IFFT)(113)로 출력한다. 상기 IFFT(113)는 이동 단말(130)로 전송되는 데이터를 시간 도메인으로 변환하는 역고속 푸리에 변환을 수행하고, CP 첨부기(115)는 역고속 푸리에 변환된 OFDM 데이터에 전술한 순환전치심벌(CP)을 덧붙여 OFDM 심벌을 출력한다. 그리고 상기 OFDM 심벌은 안테나(117)를 통해 무선망으로 송출된다.
도 1에서 이동 단말(115)은 그 단말이 위치된 섹터로 수신되는 OFDM 심벌을 안테나(117)를 통해 수신하고, CP 제거기(131)는 수신된 OFDM 심벌로부터 순환전치심벌(CP)를 제거한 후, 고속 푸리에 변환부(Fast Fourier Transform: FFT)(135)로 전달한다. 상기 FFT(135)는 수신된 OFDM 심벌을 주파수 도메인 신호로 변환하여 복조기(137)로 출력하고, 복조기(137)는 OFDM 심벌을 정해진 방식에 따라 원래 데이터로 복조한다. 상기한 구성과 같이 일반적인 OFDM 시스템의 경우 복수 개의 부반송파로 데이터를 송수신하도록 IFFT(113)와 FFT(135)를 이용하여 간단히 구현될 수 있다.
상기한 구성과 복수 개의 셀 및 섹터 구조를 갖는 OFDM 시스템에서 다수의 기지국이 동일한 부반송파를 사용하여 데이터를 전송하고, 그 부반송파를 통해 서로 다른 데이터가 전송되는 경우 각 섹터의 경계 지점에서는 전송 데이터 간에 간섭이 발생되어 심각한 성능 저하가 발생될 수 있다.
이와 관련하여 무선랜(Wireless Local Area Network : WLAN)이나 무선 광역망(Wireless Metropolitan Area Network : WMAN) 등과 같이 섹터 경계 지점에서 간섭 문제가 발생되는 시스템에서는 시간과 주파수를 모두 고려하여 다수의 사용자를 수용할 수 있는 다중 접속 방식인 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 방식이 바람직하며, 현재 IEEE 802.16d 및 2.3GHz 휴대 인터넷 등의 표준안에서는 이와 같은 OFDMA 방식이 심도있게 검토되고 있다.
즉 종래의 WLAN/WMAN 시스템에서는 동일한 부반송파에 각 기지국으로부터 각기 다른 데이터가 전송되는 경우 섹터 경계 지점에서 다른 기지국으로부터 수신되는 신호는 하기 <수학식 1>에서와 같이 원하는 기지국으로부터 전송된 X[k]에 간섭 성분으로 작용하게 된다.
Figure 112005027671697-PAT00001
상기 <수학식 1>에서 Y[k]는 k번째 부반송파를 통해 이동 단말로 수신된 신호를 의미하고, Hi[k]는 i번째 기지국에서 k번째 부반송파를 통해 수신된 신호의 채 널 성분을 의미하며, W[k]는 k 번째 부반송파의 잡음 성분을 의미하고, L은 이동 단말 주위의 섹터 수를 의미한다.
상기 <수학식 1>에서 두 번째 항은 이동 단말이 수신 받기를 원하는 첫 번째 항에 대하여 섹터 간 간섭 성분으로 작용한다. 이러한 섹터간 간섭 성분은 BER (bit error rate) 성능을 저하시키게 되므로 OFDM 보다는 OFDMA의 방식을 사용하여 다중 접속 방식에 의한 평균적 간섭 성분을 감소시키는 것이 바람직하다.
한편 OFDM 전송 방식을 이용하는 방송 시스템에서 단일 주파수 망(Single Frequency Network : SFN)을 사용하고, 도 1에서와 같이 복수 개의 기지국(110)이 동일한 데이터를 전송하는 경우 서로 다른 기지국에서 전송되는 데이터는 수신 지연과 채널 이득의 차이가 생길 뿐 이동 단말(130)로는 동일한 데이터가 수신되므로 각 기지국에서 서로 다른 신호가 전송되는 경우와 같이 섹터 경계 지점에서의 간섭 성분은 발생되지 않는다.
하기 <수학식 2>는 서로 다른 기지국에서 k 번째 부반송파에 같은 데이터 X[k]가 전송됨을 가정한 경우 이동 단말(130)의 FFT 출력 신호를 수식으로 나타낸 것이다.
Figure 112005027671697-PAT00002
상기 <수학식 2>에서 인접한 기지국으로부터 수신되는 신호는 동일한 전송 신호 X[k]가 Hi[K]의 채널을 통해 전송된 것이므로 상기 <수학식 1>에서와 같이 인 접 섹터간 간섭은 발생되지 않는다. 특히 섹터 경계 지점에 이동 단말이 위치한 경우 상기 <수학식 2>에서 각각의 기지국으로부터의 수신 신호 세기가 비슷하게 되어 이동 단말 주변의 섹터 수 L의 값이 증가하며, 이동 단말이 기지국 가까이 위치해 있는 경우 L의 값은 감소된다.
상기 <수학식 2>의 수신 신호로부터 알 수 있듯이 종래의 기술에서는 이동 단말의 FFT 출력 신호에서 각각의 기지국으로부터 이동 단말까지의 채널 성분은 구분되지 않고 모두 합쳐진 형태로 나타나게 된다. 따라서 이동 단말의 수신단에서는 각각의 기지국으로부터 전송된 채널 성분을 구분할 수가 없으므로 다이버시티 결합을 사용할 수 없고, 섹터 다이버시티 이득을 충분히 얻을 수 없으며, 이와 같은 현상은 특히 이동 단말이 섹터 경계 지점에 있을 때 두드러지게 나타난다.
본 발명의 목적은 이동통신 시스템에서 향상된 섹터 다이버시티를 제공하는 OFDM 심벌 전송 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 OFDM 전송 방식을 사용하는 방송 시스템에서 균일한 섹터 다이버서티를 제공하는 OFDM 심벌 전송 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은 다수의 기지국이 형성하는 복수의 셀 및/또는 섹터 구조를 갖는 무선 이동통신 시스템에서 상기 기지국으로부터 이동 단말로 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 심볼을 전송하는 방법에 있어서, 상기 기지국에서 상기 이동 단말로 전송하기 위한 복수 개의 복소 심볼들을 입력받는 과 정과, 상기 기지국 및 다른 기지국이 형성하는 섹터들 중 적어도 하나의 인접 섹터들로 서로 다른 시공간 부호열이 전송되도록 상기 복수 개의 복소 심볼들을 시공간 부호화하여 선택적으로 송신하는 과정을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는 복수의 셀 및/또는 섹터 구조를 갖는 무선 이동통신 시스템에서 이동 단말로 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 심볼을 전송하는 기지국 장치에 있어서, 입력된 복수 개의 복소 심볼들을 시공간 부호화하여 복수 개의 서로 다른 시공간 부호열들을 출력하는 시공간 부호화기와, 상기 기지국 및/또는 다른 기지국이 형성하는 섹터들 중 적어도 하나의 인접 섹터들로 서로 다른 시공간 부호열이 전송되도록 상기 복수 개의 시공간 부호열 중 하나의 시공간 부호열을 선택하는 선택기와, 상기 선택기로부터 출력되는 시공간 부호열을 무선망으로 송출하는 송신기를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 시스템은 복수의 셀 및/또는 섹터 구조를 갖는 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 시스템에 있어서, 입력된 복수 개의 복소 심볼들을 시공간 부호화하여 복수 개의 서로 다른 시공간 부호열들을 출력하는 시공간 부호화기와, 적어도 하나의 인접 섹터들로 서로 다른 시공간 부호열이 전송되도록 상기 복수 개의 시공간 부호열 중 하나의 시공간 부호열을 선택하여 출력하는 선택기가 구비된 다수의 기지국과, 상기 복수의 기지국으로부터 전송되는 OFDM 심볼들을 수신하여 다이버시티 결합을 수행하는 적어도 하나의 이동 단말을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하에서는 본 실시예의 설명에 앞서 본 발명의 기본 개념을 간략히 설명하기로 한다.
먼저 본 발명이 특히 OFDM 전송 방식을 사용하는 방송 시스템에 적용된 경우 OFDM 전송 방식이 적용된 이동통신 시스템에서는 다수의 기지국이 형성하는 다수의 섹터로 동일한 방송 데이터가 전송될 수 있다. 이러한 가정은 기지국 제어기의 제어 하에 각각의 기지국이 동일한 데이터를 전송할 수 있으므로 충분히 성립할 수 있는 가정이다. 그러나 각각의 기지국에서 이동 단말로 전송되는 신호는 전력 제어를 하지 않으므로 비록 간섭 성분이 없다고 하더라도 셀 또는 섹터 경계 지점에서 그 수신 전력이 감쇠되어 성능이 열화될 수 있다.
따라서 본 발명에서는 셀 또는 섹터 경계 지점에서 이동 단말의 수신 성능을 보다 향상시키기 위하여 각각의 섹터에서 전송된 신호에 송신 다이버시티(Transmit Diversity) 기법의 하나인 시공간 부호화(Space-Time Coding : STC)를 적용하여 이동 단말이 섹터 다이버시티 이득을 얻을 수 있는 방안을 제시한다.
본 발명에서 제안하는 방안은 하기와 같은 세 가지 실시 예로 논의될 것이다.
먼저 하기 도 3 내지 도 9를 참조하여 설명되는 본 발명의 1 실시 예는 시공간 부호화 기법으로 알라무티 방식을 이용하고 상기 알라무티(Alamouti) 방식을 이용하였을 때 섹터 및/또는 셀 다이버시티 이득이 최대화될 수 있는 섹터 구조를 제안하고, 그 섹터 구조에 적합한 섹터별 시공간 부호열 배치 방식을 제안한다. 그리고 하기 도 10 내지 도 15를 참조하여 설명되는 본 발명의 2 실시 예는 시공간 부호화 기법으로 타록(Tarokh) 방식을 이용하고 상기 타록 방식을 이용하였을 때 섹터 및/또는 셀 다이버시티 이득이 최대화될 수 있는 섹터 구조를 제안하고, 그 섹터 구조에 적합한 섹터별 시공간 부호열 배치 방식을 제안한다.
마지막으로 하기 도 16 내지 도 28을 참조하여 설명되는 본 발명의 3 실시 예는 시공간 부호화되어 출력되는 시공간 부호열의 배치 패턴이 일정 주기로 순환되도록 각 기지국으로부터 출력되는 시공간 부호열을 선택하는 방법을 제안한다. 그리고 상기 세 가지 실시 예는 OFDM 전송 방식에 대한 시공간 부호화(STC)의 적용을 공간 및 주파수 영역에서 실시하는 방안과, 공간 및 시간 영역에서 실시하는 방안으로 구분하여 설명하기로 한다.
본 발명에 따라 기지국에 속한 섹터마다 주기적으로 예컨대, 두 개의 시공간 부호열 중 하나를 선택하여 전송하는 방식에 의하면, 섹터 다이버시티 이득이 특정한 위치의 이동 단말에 집중되지 않고, 셀 또는 섹터 경계 지점의 모든 이동 단말에게 분산되는 효과가 발생되어 이동 단말이 균일한 섹터 다이버시티 이득을 가지도록 할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 이해를 돕도록 도 2를 참조하여 상기 시공간 부호화 기법을 간략히 설명하기로 한다.
상기 시공간 부호화 기법은 도 2와 같이 일련의 복소 심벌(X[k])을 시공간 부호화기(STC encoder)(210)에서 시공간 부호화하여 복수 개의 병렬 데이터 심벌열로 변환하고, 이를 복수 개의 안테나를 사용하여 이동 단말로 전송하는 방식으로서, 이동 단말은 다수의 송신 안테나(Antenna#1~Antenna#M)로부터 전송된 데이터를 수신하고, 시공간 복호화기(STC decoder)(230)는 수신된 데이터를 시공간 복호화하여 원래 데이터(Y[k])를 복구하며, 이러한 전송 과정을 통해 다이버시티 이득을 얻도록 된 것이다.
이와 같이 다수의 안테나들(Antenna#1~Antenna#M)을 통해 동일한 심볼 열이 서로 다른 방식의 시공간 부호화를 통해 병렬 전송되면, 이동 단말은 다수의 안테나로부터 병렬로 전송된 심볼들을 수신한다. 이때 시공간 부호화기(210)에서 부호화된 심볼들은 부호화 이득을 얻고자 하는 것이 아니라 전송된 안테나를 구분하여 다이버시티 이득을 얻기 위한 것이다. 따라서 이동 단말이 각 송신 안테나로부터 전송된 심볼들을 수신하여 복호하면 모두 동일한 심볼들이 된다. 따라서 시공간 복호화기(230)는 각 송신 안테나로부터 전송된 심볼들을 각각 시공간 복호한다. 이와 같이 복호된 심볼들은 실제로 모두 동일한 심볼들이므로 이를 다시 결합하여 전송 전의 심볼들로 복구할 수 있다. 따라서 이동 단말은 기지국이 전송한 서로 다른 시공간 부호열을 다이버시티 결합하여 복호함으로써 다이버시티 이득을 얻을 수 있게 된다.
한편 도 2에서 시공간 부호화기(210)의 출력단에는 다수의 송신 안테나가 접 속되도록 도시하였으나 이는 시공간 부호화 기법을 설명하기 위한 개념도로서, 실제로 시공간 부호화기(210)는 각각의 기지국이 형성하는 섹터 마다 구비될 수 있으며, 각 기지국이 형성하는 셀에는 적어도 하나의 섹터가 형성된다. 따라서 도 2의 안테나(Antenna#1~Antenna#M)는 다수의 섹터로 시공간 부호열을 출력하는 각각의 안테나를 개념적으로 도시한 것으로 이해될 수 있다.
상기 시공간 부호화 기법으로는 간단한 부호기/복호기 구조를 사용하는 시공간 블럭 부호화 (Space-Time Block Coding) 방식이 있으며, 이 중 부호율이 1인 시공간 부호화 방식으로는 알라무티(Alamouti) 방식이 가장 널리 알려져 있다. 상기 시공간 블록 부호화 방식은 직교 부호(Orthogonal Code)를 사용하여 수신단에서 ML(Maximum Likelihood) 수신 구조가 선형적 처리 과정을 거쳐서 간단히 구현될 수 있다. 상기 알라무티 방식은 두 개의 복소 심벌을 입력받아 부호화한 후, 부호화된 시공간 부호열을 예컨대, 두 개의 송신 안테나를 사용하여 전송하는 방식으로 여기서 상기 송신 안테나는 도 2에서 설명한 송신 안테나의 개념과 동일하다. 상기 알라무티 방식에 의해 부호화된 시공간 부호열은 복소 심벌(Complex Symbol)을 입력으로 하면서 부호화율 1과 풀 다이버시티(Full Diversity)를 만족하는 직교 코드이다.
또한 본 발명에서는 상기 시공간 부호화 방식 중 타록(Tarokh) 시공간 부호화를 이용하여 섹터 다이버시티를 제공하는 방안을 제안한다. 상기 타록 시공간 부호화 방식은 부호율(Code Rate)이 3/4로 3 개 심볼 단위의 심볼들이 병렬로 입력되면, 시공간 부호화기는 입력된 심볼들을 이용하여 4 개의 시공간 부호열을 출력하 는 방식이다. 상기 알라무티 또는 타록 시공간 부호화를 본 발명에 적용하는 구체적인 방식에 대해서는 하기 실시 예에서 보다 상세하게 설명하기로 한다.
아울러 후술하는 본 발명에서 기술하는 방법은 3세대 동기식 네트워크 표준안인 CDMA 2000 1x EV-DO 규격에서의 OFDM 전송 방식을 사용하는 방송용 서비스(broadcasting service)를 위한 하향 링크 데이터의 전송에 사용될 수 있으며, 향후 WCDMA 셀룰러 시스템에서 방송 서비스를 제공할 때 OFDM 전송 방식을 사용할 수 있다면 동일하게 적용이 가능하다. 즉 본 발명은 기지국 제어기와 같은 유닛이 셀룰러 시스템에 존재하여 복수의 기지국에서 동일한 데이터의 전송이 가능하다면 OFDM 전송 기법과 더불어 일반적으로 사용 가능한 방식임에 유의하여야 할 것이다.
이하 도 3 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 1 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 1 실시 예에 따른 OFDM 심볼 전송 방법이 적용되는 무선 이동통신 시스템의 구성을 나타낸 블록 구성도로서, 도 3의 시스템은 복수의 셀 및 섹터 구조를 가지며, OFDM 전송 방식으로 신호를 전송하도록 구성된 것이다. 그리고 도 3의 시스템에서는 예컨대, 방송 시스템과 같이 각각의 서로 다른 셀 또는 섹터로부터 동일한 데이터가 전송될 수 있음을 가정하며, 이는 셀룰러 시스템에서는 서로 다른 기지국(3101~310M : 310)에 속한 섹터일지라도 기지국 제어기(도시되지 않음)로부터 동일한 데이터를 전송 받아서 이동 단말(350)로 전송하는 것이 가능함에 기인한다.
그러나 서로 다른 다수의 기지국(310)을 통해 동일한 데이터가 전송되는 경우는 상기 <수학식 2>에서 설명한 바와 같이 섹터 경계 지점에서 서로 다른 섹터로부터 충분한 다이버시티 이득을 얻지 못한다. 따라서 도 3의 시공간 부호화기(311)는 각각의 섹터로 데이터를 역고속 푸리에 변환(IFFT)하여 전송하기에 앞서 입력된 복소 심볼을 예컨대, 알라무티 방식에 따라 시공간 부호화하여 출력한다.
여기서 상기 시공간 부호화기(311)로 입력되는 복소 심벌은 시공간 부호화가 수행되는 영역이 공간 및 주파수 영역인 경우와, 공간 및 시간 영역인 경우로 구분하여 상기 공간 및 주파수 영역에서는 일련의 복소 심벌이 인접된 부반송파 단위로 정렬되어 입력되고, 상기 공간 및 시간 영역에서는 일련의 복소 심벌이 인접된 OFDM 심벌 구간 단위로 정렬되어 입력된다. 그리고 상기 공간 및 시간 영역에서 복소 심벌을 입력하는 경우 상기 시공간 부호화기(311)의 전단에 상기 복소 심벌의 정렬을 위한 정렬 버퍼 등을 구비하는 것이 바람직 할 것이다.
도 3의 선택기(313)는 시공간 부호화를 통해서 얻게 되는 다수의 시공간 부호열 중 하나를 선택하여 해당 섹터로 전송하기 위한 것으로 여기서 상기 선택기(313)는 선택 제어기(330)의 제어에 따라 시공간 부호화기(311)의 출력 중 선택된 시공간 부호열을 IFFT(315)로 출력한다.
그리고 상기 공간 및 시간 영역에서 시공간 부호화가 이루어지는 경우 상기 선택기(313)는 선택된 시공간 부호열이 인접된 OFDM 심벌을 통해 해당 섹터로 전송되도록 재정렬하는 재정렬 버퍼(도시되지 않음) 등을 상기 선택기(313) 내부에 구비하거나, 또는 상기 선택기(313)와 IFFT(315) 사이에 개재하여 구성함이 바람직 할 것이다.
그리고 상기 IFFT(315)는 이동 단말(100)로 전송되는 데이터를 시간 도메인으로 변환하는 역고속 푸리에 변환을 수행하고, CP 첨부기(317)는 역고속 푸리에 변환된 OFDM 데이터에 순환 전치 심볼(CP)을 덧붙여 OFDM 심볼을 출력한다. 그리고 상기 OFDM 심볼은 안테나(319)를 통해 해당 섹터(Sector#1~Sector#M)로 출력된다.
한편 도 3의 구성에서 기지국의 송신단에서 IFFT를 사용하여 변조 과정을 수행하게 되면, 이동 단말의 수신단에서는 FFT를 사용하여 복조 과정을 수행하게 된다. 또한 기지국의 송신단에서 FFT를 사용하여 변조 과정을 수행할 수 있으며, 이 경우 이동 단말의 수신단에서는 IFFT를 사용하여 복조 과정을 수행하게 된다. 본 실시예에서는 설명의 편의상 도 3과 같은 구성으로 IFFT와 FFT를 사용하기로 한다.
상기한 기지국(310)의 구성에서 시공간 부호화기(311), 선택기(313) 및 선택 제어기(330)는 본 발명에 따른 OFDM 심볼 전송 장치를 구성하게 된다. 여기서 상기 선택 제어기(330)는 각 기지국(310)에 구비된 선택기(313)를 제어하도록 기지국 제어기(도시되지 않음)에 구비되는 것이 바람직하다. 그리고 상기 선택 제어기(330)는 예컨대, 시공간 부호열의 출력이 고정되어 있거나 정해진 시간 마다 스위칭되어 출력되는 경우 선택기(313)와 결합하여 구성하거나 각각의 기지국(310)에 개별적으로 구비하는 것도 가능할 것이다.
본 발명에서 상기 시공간 부호화기(311)는 알라무티의 시공간 부호화를 사용하며, 이는 예컨대, 두 개의 복소 심볼(complex symbol)을 입력받아 서로 다른 두 개의 부호화 심볼열 즉, 시공간 부호열을 출력시키도록 구성되며, 그 부호화 매트 릭스(matrix) C는 하기 <수학식 3>과 같이 2 x 2 메트릭스 형태로 정의된다.
Figure 112005027671697-PAT00003
상기 <수학식 3>에서 X1, X2는 시공간 부호화기(311)로 입력되는 복소 심볼을 의미하고, 상기 시공간 부호화(311)는 상기 <수학식 3>에 따라 서로 다른 두 개의 시공간 부호열을 출력한다.
도 4a 및 도 4b는 도 3의 시공간 부호화기(311)로부터 출력되는 시공간 부호열의 예를 나타낸 것으로서, 도 4a는 부호화 매트릭스 C의 행(Row) 벡터를 기준으로 출력되는 시공간 부호열 (A){X1, X2}와 (B){-X2 *, X1 *}을 나타낸 것이고, 도 4b는 부호화 매트릭스 C의 열(Colunm) 벡터를 기준으로 출력되는 시공간 부호열 (A){X1, -X2 *}와 (B){X2, X1 *}를 나타낸 것이다. 여기서 모든 섹터에서는 도 4a의 시공간 부호화기(311)를 사용하든지 또는 도 4b의 시공간 부호화기(311)를 사용하든지 할 수 있다. 그러면 상기 시공간 부호열 (A) 또는 (B) 중 하나가 선택기(313)를 통해 선택되며, 각 섹터에서 어떤 시공간 부호열을 선택하여 전송할 지는 선택 제어기(330)가 제어하게 된다.
또한 이동 단말(350)이 섹터 경계 지점에 위치된 경우 서로 다른 섹터로부터 서로 다른 시공간 부호열이 이동 단말(350)로 전송되어 섹터 다이버시티가 최대화 되고, 전체 셀 용량이 증가되도록 본 발명에서는 예컨대, 도 5와 같이 6 섹터 구조로 섹터화(sectorization)된 셀을 제안한다. 또한 도 5에서는 기본적으로 6 섹터 구조를 셀을 구성하였으나 6, 12, 18 ...과 같이 6의 정수배로 섹터를 구성하는 것도 가능하다.
도 5는 본 발명의 1 실시 예에 적용되는 섹터 구조의 일예를 나타낸 것으로서, 본 발명에서 선택 제어기(330)를 통한 제어 방식의 일 예를 도시한 것이다. 도 5에서 참조부호 BTS #1~BTS #6은 기지국(310)을 의미하고, 참조부호 (A)와 (B)는 도 4a 및 도 4b에서 설명한 시공간 부호열을 각각 나타낸 것이다. 따라서 도 3의 선택 제어기(330)에서 제어신호 S1, S2,...,SM를 각 기지국(310)의 선택기(313)로 전송하면, 선택기(313)는 해당 제어신호를 근거로 (A) 또는 (B)의 시공간 부호열을 출력하게 된다. 그리고 각 섹터에서는 도 5와 같이 그 섹터에서 전송할 시공간 부호열을 선택하도록 하며, 이 경우 최대의 섹터 다이버시티를 얻을 수 있게 된다.
여기서 이동 단말(350)의 수신단에서는 이러한 시공간 부호열의 변화에 영향을 받지 않고, 하나의 시공간 복호화기를 사용하여 데이터를 복구하는 것이 가능하다는 점에 유의하여야 한다. 즉 도 3에서 이동 단말(350)은 섹터 경계 지점 등으로부터 수신되는 OFDM 심볼을 안테나(351)를 통해 수신하고, CP 제거기(353)는 수신된 OFDM 심볼로부터 순환전치심볼(CP)를 제거한 후, 고속 푸리에 변환부(Fast Fourier Transform: FFT)(355)로 전달한다. 상기 FFT(355)는 수신된 OFDM 심볼을 주파수 도메인으로 변환한 후, 시공간 복호화기(357)로 출력하고, 시공간 복호화기 (357)는 알라무티 기법으로 부호화된 시공간 부호열을 원래 부호열로 복원한다.
그리고 알라무티의 시공간 부호가 부호화율이 1임을 상기할 때 섹터 경계 지점이 아닌 기지국(310) 인접 지역에서는 데이터 전송율의 손실없이 데이터의 복조가 가능하고, 섹터 경계 지점에서는 서로 다른 섹터의 기지국(310)으로부터 시공간 부호화된 신호들을 수신 받아 섹터 다이버시티 이득을 얻게 된다. 따라서 이동 단말(350)은 위치 정보 복호 과정이 요구되지 않는 바, 전체 셀 용량을 별도의 추가 장치 없이 효율적으로 증가시킬 수 있다.
한편 시공간 부호 이론에 의하면 상기 시공간 부호열을 전송함에 있어서 시공간 부호화된 두 개의 심볼이 전송되는 동안의 채널 변화가 거의 없어야 한다. 이는 채널의 변화가 심할수록 시공간 복호화된 신호로부터 얻게 되는 성능이 열화되어 복수의 시공간 부호화 출력열 사이의 직교성이 깨어지고 데이터 전송율이 감소하기 때문이다.
이러한 가정을 만족시키기 위하여 본 발명에서는 OFDM 전송 방식이 시간 영역과 주파수 영역을 모두 사용할 수 있는 점에 착안하여 같은 OFDM 심볼 내에 인접한 두 개의 부반송파를 사용하여 시공간 부호열을 전송하는 방안과, 두 개의 인접한 OFDM 심볼 구간 동안 하나의 부반송파를 이용하여 시공간 부호열을 전송하는 다른 방안을 제시한다.
여기서 인접한 두 개의 부반송파로 시공간 부호열을 전송하는 전자의 방식을 SFC-OFDM(Space-Frequency Coded OFDM)이라 칭하고, 인접한 두 개의 OFDM 심볼 구간 동안 시공간 부호열을 전송하는 후자의 방식을 STC-OFDM(Space-Time Coded OFDM)으로 칭하기로 한다.
이하 도 6 및 도 7을 참조하여 상기 SFC-OFDM 변조 방식에 의한 OFDM 심볼 전송 방법을 설명한 후, 도 8 및 도 9를 참조하여 상기 STC-OFDM 변조 방식에 의한 OFDM 심볼 전송 방법을 설명하기로 한다.
참고로 도 7 및 도 9에서 흑색으로 표시된 화살표는 예컨대, 방송 데이터에 대한 시공간 부호열이 변조되는 부반송파를 도시한 것이며, 내부가 비어있는 화살표는 유니캐스트 데이터에 대한 시공간 부호열이 변조되는 부반송파를 도시한 것이다. 그리고 Sector #1, Sector #2는 예컨대, 도 5의 (A) 또는 (B)에 해당하는 시공간 부호열을 선택적으로 전송하며, H1[k], H2[k]는 1번째와 2번째 기지국에서 k번째 부반송파를 통해 전송된 신호의 채널 성분을 의미한다.
먼저 도 6은 본 발명의 1 실시 예에서 SFC-OFDM 변조 방식을 이용한 OFDM 심볼 전송 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이고, 도 7은 도 6의 방법으로 시공간 부호열이 전송되는 과정을 도식적으로 나타낸 도면이다.
먼저 도 6의 601 과정에서 각 기지국에서 N 개의 부반송파로 변조하여 전송해야 할 방송 데이터 또는 유니 캐스트 심볼을 X[k], k=1,2, ..., N 이라고 하고, 예컨대, 두 개의 복소 심볼 X(k), X(k+1) 을 시공간 부호화기(311)로 입력한다. 603 과정에서 두 개의 복소 심볼 X(k), X(k+1)을 입력받은 시공간 부호화기(311)는 상기 <수학식 3>의 부호화 매트릭스 C를 통해 예컨대, 도 4a 또는 도 4b와 같은 시공간 부호열이 출력되도록 두 개의 복소 심볼 X(k), X(k+1)을 알라무티 방식에 따 라 시공간 부호화한다.
그리고 605 과정에서 선택 제어기(330)는 도 5와 같은 섹터 구조가 형성되도록 각 선택기(313)로 제어신호 S1~SM을 출력하고, 제어신호 S1~SM를 전달받은 각 선택기(313)는 도 4a 또는 도 4b와 같은 시공간 부호화기(311)의 복수개의 출력열 중 하나의 열을 선택하여 출력함과 아울러 선택 제어기(330)는 예컨대, 두 개의 인접된 부반송파를 통해 선택된 시공간 부호열이 전송되도록 선택기(313)로 다른 제어신호를 전송한다.
이후 607 과정에서 선택된 시공간 부호열은 IFFT(315)와 CP 첨부기(317)를 통해 OFDM 심볼로 변환되어 해당 섹터로 전송된다. 여기서 선택기(313)는 IFFT(315)의 동작을 제어하여 한 쌍의 시공간 부호열 {Z1[k], Z1[k+1]},..,{ZM[k], ZM[k+1]}이 예컨대, 도 7과 같이 인접된 두 개의 부반송파를 통해 전송되도록 한다.
도 7을 보다 상세하게 설명하면, 도 7은 동일한 OFDM 심볼에서 인접한 두 개의 부반송파 마다 시공간 부호화를 적용하여 전송한 것으로 서로 다른 섹터에서 동일한 시공간 부호화기를 사용하되 서로 다른 시공간 부호열이 전송되는 과정을 도시한 것이다. 여기서 각 기지국에서 N 개의 부반송파에 전송해야 할 방송용 및 유니캐스트용 심볼을 X[k], k=1,2, ..., N 이라고 하면, X[k], X[k+1]을 입력으로 하고, 도 4a의 예를 들면, 도 7은 입력된 복소 심볼을 상기 <수학식 3>의 부호화 매트릭스를 통해 시공간 부호화하여 각각 {Z1[k], Z1[k+1]}={X[k], X[k+1]}, {Z2[k], Z2[k+1]}={-X*[k+1], X*[k]}을 구한 후, 이중에서 선택된 하나를 전송하는 과정을 나타내고 있다.
도 8은 본 발명의 1 실시 예에서 STC-OFDM 변조 방식을 이용한 OFDM 심볼 전송 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이고, 도 9는 도 8의 방법으로 시공간 부호열이 전송되는 과정을 도식적으로 나타낸 도면이다.
먼저 복수의 복소 심볼을 입력받아 알라무티 방식에 따라 시공간 부호화하는 도 8의 801, 803 과정은 도 6의 601, 603 과정과 동일하므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 그리고 805 과정에서 선택 제어기(330)는 도 5와 같은 섹터 구조가 형성되도록 각 선택기(313)로 제어신호 S1~SM을 출력하고, 제어신호 S1~SM를 전달받은 각 선택기(313)는 도 4a 또는 도 4b와 같은 시공간 부호화기(311)의 복수개의 출력열 중 하나의 열을 선택하여 출력함과 아울러 선택 제어기(330)는 예컨대, 두 개의 복수의 인접된 OFDM 심볼들을 통해 선택된 시공간 부호열이 전송되도록 선택기(313)로 다른 제어신호를 전송한다.
이후 807 과정에서 선택된 시공간 부호열은 IFFT(315)와 CP 첨부기(317)를 통해 OFDM 심볼로 변환되어 해당 섹터로 전송된다. 여기서 선택기(313)는 IFFT(315)의 동작을 제어하여 한 쌍의 시공간 부호열 {Z1[k], Z1[k+1]},..,{ZM[k], ZM[k+1]}이 예컨대, 도 9와 같이 인접된 두 개의 OFDM 심볼들을 통해 전송되도록 한다.
도 9를 보다 상세하게 설명하면, 도 9는 두 개의 인접한 OFDM 심볼 동안 서로 다른 섹터에서 같은 시공간 부호화기를 사용하되 서로 다른 시공간 부호열을 하나의 부반송파를 이용하여 전송하는 과정을 도시한 것이다. 여기서 n 번째 및 n+1 번째 OFDM 심볼 동안 각 기지국에서 N 개의 부반송파에 전송해야 할 방송용 및 유니캐스트용 심볼을 X[k, n], X[k, n+1], k=1,2, ..., N 이라고 하면, X[k, n], X[k, n+1]을 입력으로 하고, 도 4a의 예를 들면, 도 9는 입력된 복소 심볼을 상기 <수학식 3>의 부호화 매트릭스를 통해 시공간 부호화하여 각각 {Z1[k, n], Z1[k, n+1]}={X[k, n], X[k, n+1]}, {Z2[k, n], Z2[k, n+1]}={-X*[k, n+1], X*[k, n]}을 구한 후, 이중에서 선택된 하나를 전송하는 과정을 나타내고 있다. 여기서 n은 타임 슬롯(Time Slot)을 구분하기 위한 인자이다.
이상 설명한 본 발명의 방법을 OFDM 심볼 전송 방법을 정리하면, 도 6 및 도 7에서 설명한 SFC-OFDM 방식의 경우 인접한 두 개의 부반송파를 묶어서 시공간 부호화를 실시하는 것으로 이 방식은 두 개의 인접한 부반송파 사이에 채널의 변화가 거의 없는 경우 실시하는 것이 바람직하다. 그리고 도 8 및 도 9에서 설명한 STC-OFDM 방식의 경우 인접한 두 개의 OFDM 심볼을 묶어서 시공간 부호화를 실시하는 것으로 이 방식은 두 개의 인접한 OFDM 심볼 사이에 채널의 변화가 거의 없는 경우 실시하는 것이 바람직하다.
마지막으로 본 발명에 적용되는 시공간 부호화는 부호화율이 1이므로 어느 하나의 섹터로부터 데이터를 수신하더라도 복조가 가능하며, 수신 성능에 차이가 없음에 유의하여야 한다. 따라서 방송 데이터를 전송하는 경우와 유니 캐스트 데이터를 전송하는 경우를 구분하지 않고 모든 부반송파를 시공간 부호화하여 전송할 수 있다. 그리고 이동 단말에서는 시공간 복호화기를 모든 부반송파에 적용함으로써 셀 구분 없이, 셀 내의 임의 위치에서도 데이터 수신이 가능하며, 특히 섹터 경계 지점에서는 종래에 비해 향상된 섹터 다이버시티 이득을 얻을 수 있다.
이하 도 10 내지 도 15를 참조하여 본 발명의 2 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 10은 본 발명의 2 실시 예에 따른 OFDM 심볼 전송 방법이 적용되는 무선 이동통신 시스템의 구성을 나타낸 블록 구성도이다.
이하 도 10을 참조하여 본 발명이 적용되는 이동통신 시스템의 방송 데이터 송신기 및 수신기의 구성과 그 동작 및 시스템의 전체적인 동작 등에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 각각의 기지국(1010, …, 1030)은 서로 다른 기지국일 수도 있고, 하나의 기지국 내의 서로 다른 섹터일 수도 있다. 기지국과 셀 또는 섹터의 전체적인 구성은 후술될 도 12에서 보다 상세히 설명하기로 하고, 여기서는 설명의 편의를 위해 서로 다른 기지국으로 가정하여 설명한다. 또한 이동 단말(1070)은 이동통신 시스템의 신호를 수신할 수 있으며, 본 발명에 따라 OFDM 신호를 수신할 수 있는 이동 단말로 가정한다. 상기 도 10에서는 본 발명을 설명하는데 필요한 구성을 제외한 다른 구성들에 대하여는 도시하지 않았으며, 도시하지 않은 구성에 대하여도 필요한 경우 간략히 설명할 것이다. 그리고 본 발명에 따른 기지국들은 동일 한 방송 서비스에 대하여 동일한 부반송파를 이용하여 데이터를 전송하는 것을 가정하여 설명한다.
또한 상기 각 기지국들(1010, …, 1030)은 모두 동일한 방송 데이터를 전송하는 기지국이다. 일반적으로 동기식 CDMA 방식의 이동통신 시스템에서는 기지국 제어기(BSC)(도 10에 도시하지 않음)에서 기지국(BTS)으로 데이터를 송신하기 때문에 각 기지국으로 동일한 방송 서비스를 제공할 수 있다. 또한 방송 서비스를 제공할 수 있는 이동통신 시스템은 패킷 데이터 서비스 노드(Packet Data Service Noed : PDSN)(도 10에 도시하지 않음)를 통해 방송 데이터를 수신하므로 패킷 데이터 서비스 노드에서 각 기지국들로 동일한 방송 서비스 데이터를 전송하도록 할 수도 있다. 그 외에도 기지국 제어기와 동위 또는 그 상위에 위치하는 패킷 제어기(Packet Control Function)(도 10에 도시하지 않음)를 통해서도 각 기지국들로 동일한 방송 서비스를 제공할 수 있다. 또한 상기한 구성들 중 기지국 제어기에 의해 동일한 정보가 송신되는 것이 가장 바람직하므로 이하의 설명에서는 기지국 제어기에서 동일한 방송 서비스 데이터 열을 수신하는 것으로 가정한다. 따라서 상기 각 기지국들(1010, 1030)은 동일한 방송 서비스 데이터 열을 송신하기 위한 처리를 수행한다. 상기 도 10에서는 각 기지국에서 처리되는 방송 서비스 데이터는 동일한 방송 데이터로 가정하여 설명한다. 그리고 각 기지국에서 방송 서비스 심볼 열 X[k]가 처리되는 과정은 동일하므로 기지국의 내부 구성 및 동작에 대하여는 제1기지국(1010)에 대하여만 설명하도록 한다.
방송 서비스 심볼 열 X[k]는 무선 채널을 통해 송신하기 위한 채널 부호화 및 변조가 이루어진 심볼들일 수도 있고, 채널 부호화 또는 변조만 이루어진 심볼일 수도 있으며, 방송 데이터 그 자체일 수도 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 채널 부호화 및 변조가 이루어진 심볼들로 가정하여 설명한다. 상기 방송 서비스 심볼 열 X[k]는 제1기지국(1010)의 시공간 부호화기(1011)로 입력된다. 그러면 시공간 부호화기(1011)는 입력된 방송 서비스 심볼 열을 부호화한다. 상기 시공간 부호화기(1011)는 입력된 방송 심볼들을 복수의 안테나로 전송할 수 있도록 방송 심볼 열을 시공간 부호화한다. 이와 같이 시공간 부호화기(1011)에서 시공간 부호화된 복수의 심볼들은 선택기(1013)로 입력된다. 그러면 선택기(1013)는 후술할 선택 제어기(240)로부터 입력된 선택 신호에 의거하여 수신된 복수의 심볼들 중 송신할 심볼 열을 결정한다. 상기 도 10에서 제1기지국(1010)의 선택기(1013)에서 선택된 송신 심볼 열은 Z1[k]로 도시하였으며, 제M번째 기지국(1030)의 선택기(1033)에서 선택된 송신 심볼 열은 ZM[k]로 도시하였다. 이와 같이 선택기(1013)는 상기 제1기지국(1010)에서 송신할 심볼 열을 결정하는 것이다. 상기 선택기(1013)는 이와 같이 송신할 심볼들이 결정되면, 송신할 심볼들을IFFT(1015)로 출력한다. 상기 IFFT(1015)는 상기 선택기(1013)로부터 입력된 직교 주파수 대역의 심볼들을 시간 대역의 신호로 변환하여 출력한다. 상기 IFFT(1015)에 의해 시간 대역으로 변환된 신호는 CP 첨부기(1017)로 입력된다.
상기 CP 첨부기(1017)는 송신할 직교 주파수 다중 변조 심볼의 후반부 심볼들 중 일부를 복사하여 전송할 심볼들의 앞 부분에 부가한다. 상기 CP 첨부기 (1017)에서 전송할 심볼로 변환이 완료되면, 이를 도 10에 도시하지 않은 송신부를 통해 이동통신 시스템에서 설정된 송신 대역의 무선 신호로 변환한 후 무선 채널을 통해 송신한다. 이와 같이 CP 첨부기(1017)에서 수행되는 동작은 이동 단말에서 전송된 신호를 수신할 시에 수신되는 신호의 지연 확산(delay spread)이 순환 전치 심볼(CP)의 길이보다 작아야 한다. 이를 통해 OFDM 심볼들 사이에 간섭 성분이 발생되지 않아야 한다. 만일 수신 신호의 지연 확산이 CP보다 큰 경우에는 인접 심볼 간섭 성분이 매우 작아 이를 무시할 수 있을 정도이어야만 한다.
이상에서 설명한 제1기지국(1010)의 동작과 동일한 동작이 제M기지국(1030)에서도 수행된다. 따라서 제M기지국(1030)에서도 동일한 방송 데이터를 동일한 방법으로 전송한다.
다음으로 선택 제어기(240)에 대하여 살펴보기로 한다. 상기 선택 제어기(240)는 기지국 제어기 또는 그 상위에 위치하는 패킷 제어 기능부 또는 패킷 데이터 서비스 노드에 포함될 수 있다. 이 중 가장 바람직하게는 상기 선택 제어기(240)가 기지국 제어기에 포함되는 것이 바람직하다. 따라서 이하의 설명에서는 기지국 제어기에 선택 제어기(240)가 포함되는 경우로 가정하여 설명하도록 한다. 상기 선택 제어기(240)는 각 기지국의 시공간 부호화기들에서 생성된 다수의 심볼들 중 전송되는 심볼이 달라지도록 하기 위해 구비된다. 이는 기지국의 경계 부근에 위치한 이동 단말이 방송 서비스를 제공받을 때, 각 기지국들로부터 수신된 방송 서비스의 부호화 심볼들을 구분할 수 있도록 하기 위함이다. 이를 통해 기지국의 경계 부근에 위치한 이동 단말에서 방송 서비스를 제공받는 경우에 섹터가 서로 다 르게 부호화된 동일한 방송 서비스 심볼 열을 수신하도록 함으로써 다이버시티를 획득할 수 있도록 하기 위함이다. 이하의 설명에서 이와 같이 획득되는 다이버시티를 "섹터 다이버시티"라 칭하기로 한다. 또한 섹터 다이버시티를 획득하기 위해 실제로 각 섹터에서 전송되는 부호화 심볼 열의 배치 방법에 대하여는 후술되는 도 12를 참조하여 더 상세히 살피기로 한다.
또한 상기 도 10의 기지국에 구비되는 구성 요소들 중 기지국 제어기에 포함될 수 있는 구성은 시공간 부호화기와 선택기가 될 수 있다. 이러한 경우 시공간 부호화기는 하나로 구성할 수 있고, 시공간 부호화기에서 부호화되어 출력된 심볼들은 기지국 제어기에 포함되어 각 기지국에 대응하는 송신할 심볼들을 선택하는 선택기들로 입력된다. 그러면 각 기지국에 대응하는 선택기들은 선택 제어기(240)의 제어 신호에 의거하여 송신할 신호를 선택하여 기지국으로 송신한다. 이와 같이 시공간 부호화기와 선택기가 기지국 제어기에 포함될 경우 각 기지국으로 송신되는 데이터는 시공간 부호화가 이루어진 데이터가 된다. 이러한 경우에는 각 경우에 따라 기지국과 기지국 제어기간 전송되어야 하는 데이터의 양이 시공간 부호화를 수행하지 않은 경우보다 많아지거나 동일할 수 있다. 따라서 기지국 제어기와 기지국간 링크의 점유 비용과 장비의 비용 등을 고려하여 선택기를 기지국 제어기에 포함하도록 구성하거나 기지국에 포함하도록 할 수 있다.
이와 달리 시공간 부호화기와 선택 제어기(240)만을 기지국 제어기에 둘 수도 있다. 이러한 경우 각 기지국들마다 선택기를 구비할 수 있으며, 각 기지국들로 전송되는 신호는 시공간 부호화기에서 부호화된 모든 심볼 열들이 전송된다. 따라 서 이러한 방법은 기지국과 기지국 제어기간 전송되어야 하는 데이터의 양이 많아지므로 비효율적이다.
또 다른 방법으로 기지국들을 설치할 때, 미리 계획된 바에 따라 각 기지국의 셀 또는 섹터에서 송신할 시공간 부호화된 심볼들을 결정할 수도 있다. 이러한 경우에 선택 제어기(240)는 불필요하게 되며, 선택기를 미리 특정한 심볼들만 출력되도록 설정함으로써 구현이 가능하다.
또 다른 방법으로 선택 제어기(240)만을 기지국 제어기에 둘 수도 있다. 이러한 경우 각 기지국들마다 시공간 부호화기와 선택기를 구비할 수 있으며, 각 기지국들로 전송되는 신호는 시공간 부호화기의 복수 개의 출력 심벌열 중 하나를 선택하는 신호가 되며, 각 기지국의 선택기는 이에 따라서 상기 시공간 부호화기의 복수 개의 출력 심벌열 중 하나를 선택한다.
다음으로 본 발명에 따른 이동 단말(1070)의 구성 및 동작에 대하여 살펴보기로 한다. 상기 이동 단말(1070)은 OFDM 방식으로 전송된 방송 심볼들을 안테나(ANT)를 통해 수신한다. 이와 같이 수신된 방송 심볼들은 CP 제거기(1071)에서 송신 시에 부가된 CP를 제거하여 출력한다. 상기 CP 제거기(1071)에서 출력된 심볼들은 FFT(1073)로 입력된다. 상기 FFT(1073)는 시간 영역에 위치한 방송 심볼들을 직교 주파수 영역으로 변환한다. 그런 후 FFT(1073)는 직교 주파수 영역의 심볼 열 또는 심볼 열들을 시공간 복호기(1075)로 입력한다. 이때, 시공간 복호기(1075)는 하나의 기지국으로부터 방송 데이터 심볼을 수신하는 경우에는 그 심볼 열만으로 복호를 수행한다. 그러나 둘 이상의 기지국으로부터 방송 데이터 심볼 열들을 수신 하는 경우에는 각 기지국으로부터 수신된 심볼 열들을 구분할 수 있으므로 이를 구분하여 복호함으로써 섹터 다이버시티를 획득할 수 있다.
그러면 상기 도 10의 시공간 부호기에 대하여 도 11을 참조하여 좀 더 상세히 살펴보기로 한다. 도 11은 도 10에 도시된 시공간 부호화기의 동작을 설명하기 위해 주변 구성을 도시한 도면이다.
상기 도 11을 참조하면, 방송 서비스 심볼 열 X[n]은 역다중화기(1100)로 입력된다. 상기 역다중화기(1100)는 입력된 방송 서비스 심볼들 X[n]을 시공간 부호화기(1011)에서 부호화를 위해 요구되는 심볼들로 역다중화를 수행한다. 본 발명의 실시 예에서는 시공간 부호화기(1011)의 부호율(Code Rate)이 3/4인 경우를 예로 하고 있다. 따라서 역다중화기(1100)는 입력되는 방송 서비스 심볼들 X[n]을 3개의 심볼들 단위로 역다중화하여 출력한다. 이와 같이 3개의 심볼들 단위의 심볼들이 병렬로 입력되면, 시공간 부호화기(1011)는 입력된 심볼들을 이용하여 4개의 부호화 심볼들을 출력한다. 여기서 상기 시공간 부호화기(1011)는 타록(Tarokh)에 의하여 제안된 부호화 방법을 사용한다.
상기 타록 부호화 방법을 사용하는 시공간 부호화기(1011)는 입력된 3개의 심볼들을 시공간 부호화하여 출력하며, 이때 출력되는 부호화 심볼들은 3가지 종류로 구분된다. 상기 타록 부호화에 의해 부호화된 코드 심볼 열을 C3로 가정할 때, 출력되는 부호화 심볼들은 하기 <수학식 4>와 같이 도시할 수 있다.
Figure 112005027671697-PAT00004
상기 <수학식 4>은 시공간 부호화기(1011)에서 출력되는 심볼 열의 일 예를 도시한 것이다. 상기 <수학식 4>에서 첫 번째 칼럼 열은 상기 도 11의 부호화 심볼들 (A)에 대응하는 것이며, 두 번째 칼럼 열은 상기 도 11의 부호화 심볼들 (B)에 대응하는 것이고, 세 번째 칼럼 열은 상기 도 11의 부호화 심볼들 (C)에 대응하는 것이다. 이와 같이 시공간 부호화된 3개의 각 심볼 열들은 상기 도 10에 도시한 선택기로 입력된다. 이를 통해 선택기에서 각 기지국 또는 셀 또는 섹터에서 전송될 칼럼 열의 부호화 심볼들이 선택된다. 상기 선택기는 상기 도 10의 선택 제어기(240)에서 출력되는 선택 제어 신호 S1, …, SM에 의해 선택을 수행한다. 즉, 선택 제어기(240)는 상기 도 11에서 설명한 바와 같이 출력되는 심볼 열들 중 하나의 심볼 열을 특정한 섹터에서 전송되도록 하기 위한 선택 신호를 생성하여 해당하는 선택기로 출력한다.
또한 상기 도 11에 도시한 바와 같이 시공간 부호화기(1011)를 3/4 부호율을 사용하도록 구성한 이유는 일반적인 이동통신 시스템이 3섹터 구조를 가지기 때문 이다. 즉, 각 섹터마다 서로 다른 방식의 부호화 심볼들이 전송되도록 함으로써 기지국의 섹터 또는 셀의 경계에 위치하는 이동 단말이 방송 서비스 심볼들을 수신할 때, 수신된 심볼들을 전송한 섹터 또는 셀을 구분하여 최대의 섹터 다이버시티 이득을 얻도록 하고자 함이다.
도 12는 본 발명의 2 실시 예에 적용되는 섹터 구조의 일예를 나타낸 도면으로서, 이는 본 발명에 따른 이동통신 시스템에서 3섹터 구조를 가지는 경우 방송 서비스 데이터의 섹터 다이버시티를 획득하기 위한 셀 구성도이다. 이하 도 12를 참조하여 본 발명에 따른 이동통신 시스템에서 방송 서비스 데이터를 전송하는 경우에 섹터 다이버시티를 획득하기 위한 셀 구성 및 그 효과에 대하여 살펴보기로 한다.
상기 도 12를 참조하면, 각 기지국들(1201, 1203, 1205, 1207, 1209, 1211)은 모두 3섹터 구조를 가지는 이동통신 시스템이다. 상기 각 기지국들(1201, …, 1211)은 모두 동일한 방송 서비스가 제공되는 경우로 가정하고 있다. 이와 같이 동일한 방송 서비스가 제공되는 경우에 이동통신 시스템의 각 기지국들(1201, …, 1211)은 각 섹터마다 상기 도 11에서 설명한 시공간 부호화기(1011)의 부호화 심볼 열이 서로 겹치지 않도록 제어되는 형상을 도시하였다. 즉, 상기 도 12에서 (A)는 상기 도 11의 시공간 부호화기(1011)의 출력 중 가장 위의 출력이며, 상술한 <수학식 4>의 첫 번째 칼럼 열의 부호화 심볼들이 된다. 또한 상기 도 12에서 (B)는 상기 도 11의 시공간 부호화기(1011)의 출력 중 가운데 출력이며, 상술한 <수학식 4>의 두 번째 칼럼 열의 부호화 심볼들이다. 마지막으로 상기 도 12에서 (C)는 상기 도 11의 시공간 부호화기(1011)의 맨 아래쪽 출력이며, 상술한 <수학식 4>의 세 번째 칼럼 열의 부호화 심볼들이다. 상기 도 12에서 알 수 있는 바와 같이 하나의 기지국이 3섹터 구조를 가지는 경우에 각 섹터마다 서로 다른 시공간 부호화기의 출력 심볼 열이 송신된다. 또한 특정 기지국이 섹터와 인접한 다른 기지국의 섹터와도 서로 다른 시공간 부호화기의 출력 심볼 열이 송신된다.
상기 도 12와 같이 구성함으로써, 기지국의 특정 섹터의 경계 부근에 위치하는 이동 단말은 적어도 10가지의 서로 다른 시공간 부호화기의 출력 심볼 열을 방송 서비스에 대한 심볼로 수신하게 된다. 따라서 이동 단말은 각 섹터로부터 수신되는 방송 서비스에 대한 심볼을 구별할 수 있으므로 섹터 다이버시티를 획득할 수 있다. 이러한 본 발명은 기지국이 3의 배수인 6섹터 구조 또는 3의 정수배를 가지는 경우에도 동일한 방법으로 적용이 가능하다.
또한 상기 도 12의 기지국들은 항상 동일한 시공간 부호화기의 출력 심볼 열들을 송신하도록 하지 않고 순환적으로 송신하도록 구성할 수도 있다. 이를 예를 들어 설명하면 하기와 같다. 먼저 제1기지국(BTS#1)(1201)에서 (A)의 심볼 열을 출력하는 섹터가 미리 결정된 소정의 시간이 경과하면, 다음 시점에서는 (B)의 심볼 열들을 출력하고, 다시 미리 결정된 소정의 시간이 경과하면, (C)의 심볼 열들을 출력하도록 한다. 이후 미리 결정된 소정의 시간이 경과하면, 다시 (A)의 심볼 열들을 출력하도록 순환적으로 송신하도록 할 수도 있다. 이와 같이 순환적으로 방송 서비스를 전송하는 경우에 인접한 다른 섹터들도 모두 함께 전송하는 심볼 열들이 순환적으로 변경되어야 한다. 이를 통해 인접한 서로 다른 섹터에서 동일한 심볼 열들이 송신되지 않도록 한다. 즉, 이동통신 시스템에서 섹터의 경계에 위치한 이동 단말이 섹터 다이버시티를 획득할 수 있도록 하는 것이다. 또한 상기한 바와 같이 방송 서비스를 순환적으로 송신하도록 하여도 이동 단말의 추가적인 구성이 필요하지 않으며, 이러한 부호화 심볼 열의 변경에 아무런 영향을 받지 않고 데이터의 복구가 가능하다.
이러한 방법을 사용하는 경우에는 상기 도 10에서 설명한 선택 제어기가 모두 동기되어 송신되는 방송 서비스 심볼들을 선택하도록 제어하여야 한다. 또한 실제로 이동통신 시스템에서도 모든 기지국에서 송신되는 심볼들의 동기가 맞아야 섹터 다이버시티를 획득할 수 있다. 따라서 동기식 이동통신 시스템에서 보다 효율적으로 사용될 수 있다. 그러나 비동기식 이동통신 시스템인 WCDMA 시스템에서도 방송 서비스의 동기를 맞춰 전송하면, 동일한 효과를 얻을 수 있다. 상기 도 12와 같이 인접한 섹터들에서 시공간 부호화 심볼 열들이 서로 상이하게 전송함으로써 전체 셀 용량을 증가시킬 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 상기 시공간 부호화된 심벌을 전송하기 위해서는 기지국의 각 섹터들은 네 개의 부반송파를 사용해야 한다. 왜냐하면, 3개의 심볼들이 시공간 부호화를 통해 4개의 심볼로 부호화되었기 때문이다. 이러한 시공간 부호화 시에 시공간 부호화된 심볼이 전송되는 동안 채널은 거의 변화가 없는 것으로 가정하여야 한다. 왜냐하면, 채널의 변화가 심할수록 시공간 복호된 심볼들로부터 얻게 되는 성능이 열화되어 데이터 전송율이 감소하기 때문이다. 이러한 가정을 만족시키기 위하여 본 발명에서는 OFDM 전송 방식이 시간 영역과 주파수 영역을 모두 사용할 수 있으므로 본 발명에서는 하기와 같이 3가지 방법을 통해 전송할 수 있는 방법을 제시한다.
첫째로, OFDM 심볼 내에서 인접한 4개의 부반송파를 이용하여 시공간 부호화된 심볼들을 동일한 시간에 전송하는 방법이 있다. 이와 같은 OFDM 부반송파 변조 방식을 "부호화된 직교 주파수의 공간 주파수 변조 방식(space-frequency coded OFDM : 이하 "SFC-OFDM"라 함)"이라 칭한다.
둘째로, OFDM 심볼 내에서 하나의 부반송파를 이용하여 시공간 부호화된 4개의 심볼들을 순차적으로 하나씩 상기 OFDM 심볼이 전송되는 연속한 시간동안 전송하는 방법이 있다. 이러한 OFDM 부반송파 변조 방식을 "부호화된 직교 주파수 공간 시간 변조 방식(space-time coded OFDM : 이하 "STC-OFDM")"이라 칭한다.
마지막으로 OFDM 심볼 내에서 2개의 인접한 부반송파들을 이용하여 시공간 부호화된 심볼들 중 2개를 순차적으로 배열하여 동일한 시간에 전송하고, 이후 다음 시간에 동일한 부반송파들을 이용하여 부호화된 4개의 심볼들 중 전송되지 않은 2개의 심볼들을 순차적으로 배열하여 그 다음 시간에 전송하는 방법이 있다. 이러한 OFDM 부반송파 변조 방식을 "부호화된 직교 주파수 공간 시간 주파수 변조 방식(space-time-frequency coded OFDM : 이하 "SFTC-OFDM"이라 함)이라 칭한다.
그러면 이러한 3가지 변조 방식들을 첨부된 도면을 참조하여 살펴보기로 한다.
도 13은 본 발명의 2 실시 예에 적용되는 SFC-OFDM 변조 방식을 설명하기 위한 도면이다.
상기 도 13에서 참조부호 1311과 참조부호 1331 및 참조부호 1351로 도시한 부분이 본 발명에 따른 방송 서비스 심볼들이 전송되는 부분이다. 그리고 참조부호 1313, 1333, 1353은 방송 서비스 데이터가 아닌 일반 데이터 즉, 유니캐스트(Unicast)용 데이터가 전송되는 부반송파들을 도시하였다. 그러면 이를 상술한 도 11의 시공간 부호화기의 출력과 대응하여 설명하기로 한다. 도 11에서 살핀 바와 같이 제1섹터(Sector #1)에서는 시공간 부호화기(1011)에서 출력된 가장 윗줄의 부호화 심볼들이 즉, 상기 <수학식 4>의 첫 번째 칼럼 열의 부호화 심볼들이 전송된다. 따라서 인접한 4개의 부호화 심볼들은 상기 <수학식 4>의 첫 번째 칼럼 열의 부호화 심볼들이 순차적으로 대응하며, 이를 Z1[k], Z1[k+1], Z1[k+2], Z1[k+3]으로 도시하였다. 따라서 제2섹터(Sector #2)에서는 상기 <수학식 4>의 두 번째 칼럼 열의 부호화 심볼들이 순차적으로 대응하며, 이를 Z2[k], Z2[k+1], Z2[k+2], Z2[k+3]으로 도시하였다. 또한 제3섹터(Sector #3)에서는 상기 <수학식 4>의 세 번째 칼럼 열의 부호화 심볼들이 순차적으로 대응하며, 이를 Z3[k], Z3[k+1], Z3[k+2], Z3[k+3]으로 도시하였다. 이러한 대응법에 따라 상기 <수학식 4>을 대입하면, 하기 <수학식 5>와 같이 각 칼럼 열들이 변경된다.
Figure 112005027671697-PAT00005
이상에서 설명한 섹터와 시공간 부호화기의 출력의 매칭은 서로 바뀔 수 있다. 이는 도 10에서 설명한 바와 같이 선택 제어기(240)의 선택 신호에 의해 전송될 심볼들이 결정되기 때문이다. 또한 상기 도 13에서 참조부호 1310, 1330, 1350은 각 섹터에서 부반송파들이 겪는 채널 함수들을 그래프로 표현한 것이다.
상기 도 13의 방법을 사용할 때, 모든 부반송파가 방송용 데이터만을 송신하기 위해 사용되는 경우에는 모든 섹터에서 동일한 데이터를 시공간 부호화하여 전송하는 것이 가능하다. 뿐만 아니라 유니케스트용 데이터와 방송용 데이터가 부반송파들에 혼재되어 변조되는 경우라도 방송용 데이터가 변조되는 위치의 부반송파에 대하여만 시공간 부호화를 선택적으로 적용할 수 있다.
도 14는 본 발명의 2 실시 예에 적용되는 STC-OFDM 변조 방식을 설명하기 위한 도면이다.
상기 도 14에서 참조부호 1410과 참조부호 1430 및 참조부호 1450으로 도시한 부분이 본 발명에 따른 방송 서비스 심볼들이 전송되는 부분이다. 상기 도 14에서는 하나의 OFDM 부반송파만을 이용하여 시공간 부호화된 방송 서비스 심볼들이 연속된 시간에서 전송되고 있다. 또한 도 10 내지 도 12에서 설명한 바와 같이 각 섹터들마다 서로 다른 시공간 부호화 심볼들이 전송된다. 따라서 시공간 부호화기에서 부호화된 3개의 심볼을 복조하기 위해서는 동일한 부반송파를 4개의 연속되는 시간동안 수신해야만 이를 복조할 수 있다.
상기 도 14에서 참조부호를 부여하지 않은 다른 부반송파들에서는 방송 데이터가 아닌 유니캐스트(Unicast)용 심볼들이 전송되는 것을 도시한 것이다.
그러면 도 14에서 전송되는 각 방송 서비스 데이터 심볼들을 상술한 도 11의 시공간 부호화기의 출력과 대응하여 설명하기로 한다. 도 11에서 살핀 바와 같이 제1섹터(Sector #1)에서는 시공간 부호화기(1011)에서 출력된 가장 윗줄의 부호화 심볼들이 즉, 상기 <수학식 4>의 첫 번째 칼럼 열의 부호화 심볼들이 하나의 부반송파에서 시간순으로 전송된다. 즉, 상기 <수학식 4>의 첫 번째 칼럼 열의 부호화 심볼들이 시간순으로 전송되며, 도 14에서는 이를 Z1[k,n], Z1[k,n+1], Z1[k,n+2], Z1[k,n+3]으로 도시하였다. 또한 제2섹터(Sector #2)에서는 상기 <수학식 4>의 두 번째 칼럼 열의 부호화 심볼들이 순차적으로 대응하며, 도 14에서는 이를 Z2[k,n], Z2[k,n+1], Z2[k,n+2], Z2[k,n+3]으로 도시하였다. 마지막으로 제3섹터(Sector #3)에서는 상기 <수학식 4>의 세 번째 칼럼 열의 부호화 심볼들이 순차적으로 대응하며, 이를 도 14에서는 Z3[k,n], Z3[k,n+1], Z3[k,n+2], Z3[k,n+3]으로 도시하였다. 이러한 대응법에 따라 상기 <수학식 4>을 대입하면, 하기 <수학식 6>와 같이 각 칼럼 열들이 변경된다.
Figure 112005027671697-PAT00006
상기 도 14에서도 전술한 도 13과 같이 섹터와 시공간 부호화기의 출력의 매칭은 서로 바뀔 수 있다. 이는 도 10에서 설명한 바와 같이 선택 제어기(240)의 선택 신호에 의해 전송될 심볼들이 결정되기 때문이다.
상기 도 14의 방법을 사용할 때, 모든 부반송파가 방송용 데이터만을 송신하기 위해 사용되는 경우에는 모든 섹터에서 동일한 데이터를 시공간 부호화하여 전송하는 것이 가능하다. 뿐만 아니라 유니케스트용 데이터와 방송용 데이터가 부반송파들에 혼재되어 변조되는 경우라도 방송용 데이터가 변조되는 위치의 부반송파에 대하여만 시공간 부호화를 선택적으로 적용할 수도 있다.
그러면 이상에서 설명한 도 13과 도 14의 전송 방법을 대비하여 살펴보기로 한다. 상기 도 13에서는 인접한 4개의 부반송파를 묶어서 시공간 부호화를 실시하며, 상기 도 14에서는 4개의 OFDM 심볼을 하나의 부반송파를 이용하여 시간순으로 전송하는 것이다. 상기 도 13에서 제시한 부반송파 변조 방식은 4개의 인접한 부반송파 사이에 채널의 변화가 거의 없는 경우 사용할 수 있다. 또한 도 14에서 제시한 부반송파 변조 방식은 4개의 인접한 OFDM 심볼 사이에 즉, 시간에 따른 채널의 변화가 거의 없는 경우 사용 가능하다. 그러나 도 13의 SFC-OFDM 방식은 채널의 지연 확산 (delay spread) 이 큰 경우에 연속된 시공간 부호열 사이에 채널이 변화할 수 있는 여지가 있어 그 성능이 열화될 수 있다. 또한 도 14의 STC-OFDM 방식은 빠른 페이딩 채널 환경 하에서 연속된 시공간 부호열 사이에 채널이 변화할 수 있는 여지가 있어 그 성능이 열화될 수 있다.
도 15는 본 발명의 2 실시 예에 적용되는 SFTC-OFDM 변조 방식을 설명하기 위한 도면이다.
상기 도 15에서 참조부호 1510과 참조부호 1550은 시공간 부호화된 방송 서비스 데이터의 심볼들이다. 또한 참조부호 1530은 유니캐스트용 데이터 심볼들이다. 상기 도 15에 도시한 바와 같이 하나의 주파수로 전송되는 인접한 2개의 부반송파를 이용하여 부호화된 방송 데이터 심볼들 중 2개의 심볼들을 전송하며, 동일한 심볼들을 이용하여 다음 시점에서 부호화된 방송 데이터 심볼들 중 나머지 2개의 심볼들을 전송한다. 이와 같은 각 전송 심볼들에 대하여 제1섹터로 전송되는 데이터를 상기 도 15에서는 Z1[k,n], Z1[k+1,n], Z1[k,n+1], Z1[k+1,n+1]로 도시하였다. 또한 제2섹터에서는 동일한 심볼들을 시공간 다중화한 다른 심볼들이 전송되며, 이를 도 15에서는 Z2[k,n], Z2[k+1,n], Z2[k,n+1], Z2[k+1,n+1]로 도시하였다. 또한 제3섹터에서는 앞에서 설명한 바와 같이 또 다른 심볼들이 전송되며, 도 15에서는 이를 Z3[k,n], Z3[k+1,n], Z3[k,n+1], Z3[k+1,n+1]로 도시하였다.
이러한 방법으로 전송함으로써 상기 도 13 및 도 14에서 설명한 SFC-OFDM 방 법과 STC-OFDM 방법이 가질 수 있는 단점을 좀 더 보완하여 두 개의 인접한 부반송파 및 두 개의 인접한 OFDM 심볼에 시공간 부호열을 전송한다. 앞에서 살핀 방법에 따라 전송할 심볼들을 상기 <수학식 4>을 대입하면, 하기 <수학식 7>과 같이 각 칼럼 열들이 변경된다.
Figure 112005027671697-PAT00007
따라서 상기 도 15와 같은 방법으로 방송 서비스 데이터를 전송하면, 채널의 지연 확산이 크거나 빠른 페이딩 채널 환경 하에서도 도 13 또는 도 14에서보다 우수한 성능의 시공간 복호 성능을 얻을 수 있는 장점을 가진다.
상기 도 15의 방법을 사용할 때, 모든 부반송파가 방송용 데이터만을 송신하기 위해 사용되는 경우에는 모든 섹터에서 동일한 데이터를 시공간 부호화하여 전송하는 것이 가능하다. 뿐만 아니라 유니케스트용 데이터와 방송용 데이터가 부반송파들에 혼재되어 변조되는 경우라도 방송용 데이터가 변조되는 위치의 부반송파에 대하여만 시공간 부호화를 선택적으로 적용할 수도 있다.
이상에서 설명한 도 14 내지 도 15의 방법을 사용할 때, 상기 도 10의 선택기와 선택 제어기(240)는 앞에서 설명한 것보다 많은 동작을 수행해야 한다. 이를 좀 더 살펴보면, 상기 도 14의 경우에는 하나의 부반송파를 이용하여 연속한 시간순으로 전송한다. 이러한 방법의 선택은 도 10의 선택 제어기(240)가 수행하며, 상기 선택 신호에 포함되어 함께 전송될 수 있다. 또한 도 14와 같은 방법으로 방송 서비스 데이터를 전송하도록 선택 신호가 출력된 경우 선택기(1013)는 선택된 시공간 부호화기의 심볼들을 내부에 구비된 버퍼(도 10에 도시하지 않음)에 저장한다. 그리고 순차적으로 저장된 심볼들을 출력함으로써 도 14와 같은 전송 방법을 수행할 수 있다.
또한 도 15와 같은 방법으로 방송 서비스 데이터를 전송하도록 하는 경우에도 이러한 전송 방법의 선택은 선택 제어기(240)에서 이루어진다. 그리고 도 15와 같은 전송 방법을 사용하는 경우에도 연속된 2개의 시간 구간동안 심볼들이 전송되므로 상기 시공간 부호화기에서 부호화되어 입력된 신호들 중 전송할 심볼의 일부를 저장하고 다음 시점이 도래하면 전송되지 않은 심볼들을 전송할 수 있다.
상술한 바와 같이 방송 서비스 데이터를 전송할 때, OFDM 방식을 이용하고, 동일한 방송 서비스를 서로 다른 섹터에서 전송하며, 각 섹터에서 전송되는 데이터에 대하여 각기 다른 방식의 시공간 다중화 방법을 통해 부호화하도록 함으로써 섹터의 경계 부근에 위치한 이동 이동 단말에서 섹터 다이버시티 이득을 얻을 수 있는 이점이 있다.
이하 도 16 내지 도 28을 참조하여 본 발명의 3 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 16은 본 발명의 3 실시 예에 따른 OFDM 심볼 전송 방법이 적용되는 무선 이동통신 시스템의 구성을 나타낸 블록 구성도이다. 도 16의 시스템은 복수의 셀 및/또는 섹터 구조를 가지며, OFDM 전송 방식으로 신호를 전송하도록 구성된 것이다. 그리고 도 16의 시스템은 예컨대, 방송 시스템과 같이 각각의 서로 다른 셀 또는 섹터로 동일한 데이터가 전송될 수 있음을 가정한다.
한편 도 16에서 참조부호 Sector#1~Sector#M은 서로 다른 기지국 또는 동일한 기지국에 속한 다수의 섹터를 구분하기 위한 것으로 기지국(16101~1610M : 1610)은 셀 단위로 미리 정해진 소정 패턴에 따라 시공간 부호열이 섹터 단위로 전송되도록 입력된 복소 심볼을 시공간 부호화하는 시공간 부호화기(1611), 상기 정해진 패턴에 따라 출력되는 시공간 부호열을 선택하는 선택기(1613), 출력되는 시공간 부호열을 역고속 푸리에 변환하여 출력하는 IFFT(1615) 및 CP 첨부기(1617)를 구비하여 구성된다. 이러한 구성은 서로 다른 기지국에 속한 섹터일지라도 기지국 제어기(도시되지 않음)로부터 동일한 데이터를 전송 받아서 이동 단말(1650)로 전송하는 것이 가능함에 기인한다.
또한 상기 시공간 부호열이 형성하는 패턴이 다수의 셀 단위로 변경되는 경우 상기 시공간 부호열을 각 셀 단위로 선택하여 전송하는 것도 가능하다. 본 발명에서 상기 패턴은 미리 정해진 시간 구간에 따라 셀 또는 섹터 단위로 전송되는 시공간 부호열의 선택을 달리하는 방식으로 변화되어 셀 또는 섹터의 경계 지점에서 섹터 다이버시티를 향상시키게 된다. 본 발명에서 상기 시공간 부호열이 형성하는 패턴에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
그리고 상기와 같이 적어도 하나의 셀 단위로 형성되는 패턴에 따라 셀 또는 섹터 단위로 시공간 부호열을 선택하여 전송하는 것은 셀 또는 섹터 경계 지점에서 셀 또는 섹터 다이버시티를 균일하게 하며, 이하 본 명세서에서 섹터 다이버시티라 함은 셀 간 다이버시티를 포함하는 의미로 가정한다. 즉 본 발명에서는 옴니 형 안테나를 가지는 기지국과 섹터형 안테나를 가지는 기지국에서 이루어지는 다이버시티를 모두 섹터 다이버시티라 칭하고, 굳이 필요한 경우가 아니면 섹터 다이버시티와 셀 다이버시티를 구분하지 않고 설명하기로 한다. 따라서 위에서 정의한 섹터 다이버시티 또한 셀 다이버시티 및 그에 유사한 의미의 다이버시티가 될 수도 있음에 유의해야 한다.
이와 관련하여 단순히 서로 다른 다수의 섹터를 통해 동일한 데이터가 전송되는 경우 상기 <수학식 2>에서 설명한 바와 같이 셀 또는 섹터 경계 지점에서 이동 단말은 충분한 다이버시티 이득을 얻지 못한다. 따라서 본 발명의 기지국(1610)은 동일한 데이터를 전송하면서 셀 또는 섹터 경계 지점에서 균일한 섹터 다이버시티 이득을 제공하도록 구성된 후술할 시공간 부호화기(1611), 선택기(1613) 및 선택 제어기(1630)를 구비하여 구성된다.
한편 도 16에서는 본 발명을 설명하는데 필요한 구성을 제외한 다른 구성들에 대하여는 도시하지 않았으며, 도시하지 않은 구성들에 대하여는 간략히 설명하거나 또는 설명하지 않기로 한다.
도 16의 이동통신 시스템을 방송 서비스를 제공하는 방송 시스템으로 가정하면, 각 기지국들(1610)은 모두 동일한 방송 데이터를 전송하는 기지국이다. 일반적 으로 동기식 CDMA 방식의 이동통신 시스템에서는 기지국 제어기(BSC)(도시되지 않음)를 경유하여 기지국(1610)으로 방송 데이터를 송신하기 때문에 각 기지국으로 동일한 방송 서비스를 제공할 수 있다. 또한 방송 서비스를 제공할 수 있는 이동통신 시스템은 패킷 데이터 서비스 노드(Packet Data Service Noed : PDSN)(도시되지 않음)를 통해 방송 데이터를 수신할 수 있다. 그러므로 PDSN에서 각 기지국들로 동일한 방송 서비스 데이터를 전송하도록 할 수도 있다. 그 외에도 PDSN으로부터 방송 데이터를 수신하는 경우 기지국 제어기와 동위 또는 그 상위에 위치하는 패킷 제어기(Packet Control Function : PCF)(도시되지 않음)를 통해서도 각 기지국들로 동일한 방송 서비스를 제공할 수 있다.
또한 상기한 구성들 즉, 기지국 제어기, PDSN 및 PCF 중 기지국 제어기에 의해 동일한 정보가 송신되는 것이 가장 바람직하므로 이하의 설명에서는 기지국 제어기에서 동일한 방송 데이터를 수신하는 것으로 가정한다. 따라서 각 기지국들(1610)은 동일한 방송 데이터를 송신하기 위한 처리를 수행한다. 도 16에서 각 기지국들(1610)이 처리하는 방송 데이터는 동일한 방송 데이터로 가정하여 설명한다. 그리고 각 기지국에서 방송 데이터로 입력되는 복소 심볼 X[k]가 처리되는 과정은 동일하다. 도 16에서 X[k]는 복소 심볼로 가정하였으나, X[k]는 무선 채널을 통해 송신하기 위한 채널 부호화 및 변조가 이루어진 심볼일 수도 있고, 채널 부호화 또는 변조만 이루어진 심볼일 수도 있으며, 방송 데이터 그 자체일 수도 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 X[k]는 채널 부호화 및 변조가 이루어진 복소 심볼로 가정하여 설명한다.
상기 복소 심볼 X[k]가 입력되면, 도 16의 시공간 부호화기(1611)는 각각의 섹터로 역고속 푸리에 변환(IFFT)된 OFDM 심볼을 전송하기에 앞서 입력된 복소 심벌을 예컨대, 알라무티 방식에 따라 시공간 부호화하여 상기 시공간 부호열을 출력한다.
여기서 상기 시공간 부호화기(1611)로 입력되는 복소 심벌은 시공간 부호화가 수행되는 영역이 공간 및 주파수 영역인 경우와, 공간 및 시간 영역인 경우로 구분하여 상기 공간 및 주파수 영역에서는 일련의 복소 심벌이 인접된 부반송파 단위로 정렬되어 입력되고, 상기 공간 및 시간 영역에서는 일련의 복소 심벌이 인접된 OFDM 심벌의 구간 단위로 정렬되도록 일련의 복소 심볼이 예컨대, 인접된 복수의 OFDM 심볼의 시간 구간 단위로 정렬되어 입력된다. 이를 위해 도 16에는 도시되지 않았으나 상기 시공간 부호화기(1611)의 전단에 상기 복소 심벌의 정렬을 위한 정렬 버퍼 등을 구비하는 것이 바람직 할 것이다.
그리고 도 16의 선택기(1613)는 시공간 부호화를 통해서 얻게 되는 다수의 시공간 부호열 중 하나를 선택하여 해당 섹터로 전송하기 위한 것으로 여기서 각 선택기(1613)는 선택 제어기(1630)의 제어에 따라 일정 주기로 시공간 부호화기(1611)로부터 출력되는 다수의 시공간 부호열 중 지정된 하나를 선택하여 IFFT(1615)로 출력한다. 그리고 상기 선택 제어기(1630)는 각각의 OFDM 심볼 전송 장치(1610)에 구비된 선택기(1613)를 제어하도록 기지국 제어기(도시되지 않음)에 구비되는 것이 바람직하나 선택기(1613)와 결합하여 구성하거나 각각의 기지국(1610)에 개별적으로 구비하는 것도 가능할 것이다. 또한 상기 선택 제어기(1630) 는 기지국 제어기의 상위에 위치하는 패킷 제어기 또는 PDSN에 포함되는 것도 가능하다.
한편 상기 기지국 제어기에 시공간 부호화기와 선택기를 같이 구비하는 것도 가능할 것이다. 이 경우 시공간 부호화기에서 부호화되어 출력된 심볼들은 각 기지국에 대응되는 선택기들로 입력된다. 그러면 각 기지국에 대응되는 선택기들은 선택 제어기의 제어 신호에 의거하여 선택된 부호화 심볼열을 해당 기지국으로 전송한다. 이와 같이 시공간 부호화기와 선택기가 기지국 제어기에 포함될 경우 각 기지국으로 송신되는 데이터는 시공간 부호화가 이루어진 데이터가 된다. 이러한 경우에는 기지국과 기지국 제어기간 전송되어야 하는 데이터의 양이 시공간 부호화를 수행하지 않은 경우보다 많아지거나 동일할 수 있다. 따라서 기지국 제어기와 기지국간 링크의 점유 비용과 장비의 비용 등을 고려하여 선택기를 기지국 제어기에 포함하도록 구성하거나 기지국에 포함하도록 할 수 있다.
이와 달리 시공간 부호화기와 선택 제어기만을 기지국 제어기에 둘 수도 있다. 이러한 경우 각 기지국들마다 선택기를 구비할 수 있으며, 각 기지국들로는 시공간 부호화기에서 부호화된 전체 부호화 심볼열들이 전송된다. 따라서 이러한 방법은 기지국과 기지국 제어기간 전송되어야 하는 데이터의 양이 많아지므로 비효율적이다. 또 다른 방법으로 기지국들을 설치할 때, 미리 계획된 바에 따라 각 기지국의 셀 또는 섹터에서 송신할 시공간 부호화된 심볼열을 결정할 수도 있다. 이러한 경우에 선택 제어기는 불필요하며, 선택기를 미리 특정한 심볼들만 출력하도록 구성함으로써 구현이 가능하다.
이하 설명에서 상기 선택 제어기(1630)는 기지국 제어기에 구비되고, 각 선택기는 기지국(1610)에 구비된 것으로 가정하기로 한다. 상기 선택 제어기(1630)는 동일 또는 서로 다른 기지국이 형성하는 적어도 하나의 인접된 셀들 및/또는 섹터들로 서로 다른 시공간 부호열이 전송될 수 있도록 각 기지국(1610)의 선택기(1613)를 제어한다. 본 발명에서 다수의 기지국들이 형성하는 시공간 부호열은 일정 패턴을 가지며, 그 패턴은 하기 도 19 내지 도 24와 같이 일정 주기로 순환된다. 따라서 상기 선택 제어기(1630)는 시공간 부호화기(1611)로부터 생성되는 부호화 심볼열 중 선택되어 전송되는 심볼이 달라지도록 하며, 각 기지국이 형성하는 섹터들 또는 셀들에서 패턴의 변화 주기를 알리기 위해 구비된다. 이는 기지국의 경계 부근에 위치한 단말이 방송 서비스를 제공받을 때, 이동 단말이 각 기지국들로부터 수신된 방송 서비스의 부호화 심볼들을 구분할 수 있도록 하기 위함이다. 이를 통해 기지국의 경계 부근에 위치한 단말에서 방송 서비스를 제공받는 경우에 섹터가 서로 다르게 부호화된 동일한 방송 서비스의 심볼 열을 수신하도록 함으로써 이동 단말이 다이버시티를 획득할 수 있도록 하기 위함이다.
한편 본 발명에서는 OFDM 전송 방식에 대한 시공간 부호화(STC)를 공간 및 주파수 영역에서 실시하는 방안, 공간 및 시간 영역에서 실시하는 방안의 두 가지 실시 예를 제안하며, 상기 시공간 부호화를 공간 및 시간 영역에서 실시하는 경우 상기 복수 개의 시공간 부호열 중 선택된 시공간 부호열을 시공간 부호화하여 복수 개의 인접된 OFDM 심벌을 통해 상기 이동 단말로 전송하도록 상기 시공간 부호화기(1611)로 입력되는 복소 심벌을 정렬하는 정렬 버퍼(도시되지 않음)와, 선택된 시 공간 부호열을 인접된 OFDM 심벌을 통해 해당 섹터로 전송되도록 재정렬하는 재정렬 버퍼(도시되지 않음) 등을 선택기(1613)와 IFFT(1615) 사이에 구비하여 구성하는 것도 가능하다.
상기 IFFT(1615)는 이동 단말(100)로 전송되는 시공간 부호열를 시간 도메인으로 변환하는 역고속 푸리에 변환을 수행하고, CP 첨부기(1617)는 역고속 푸리에 변환된 신호, 즉 OFDM 데이터에 순환 전치 심벌(CP)을 덧붙여 OFDM 심벌을 출력하고 상기 OFDM 심벌은 안테나(1619)를 통해 해당 섹터(Sector#1~Sector#M)로 출력된다.
한편 도 16의 구성에서 기지국의 송신단에서 IFFT를 사용하여 변조 과정을 수행하게 되면, 이동 단말의 수신단에서는 FFT를 사용하여 복조 과정을 수행하게 된다. 또한 기지국의 송신단에서 FFT를 사용하여 변조 과정을 수행할 수 있으며, 이 경우 이동 단말의 수신단에서는 IFFT를 사용하여 복조 과정을 수행하게 된다. 본 실시예에서는 설명의 편의상 도 16과 같은 구성으로 IFFT와 FFT를 사용하기로 한다.
본 발명에서 상기 시공간 부호화기(1611)는 알라무티의 시공간 부호화를 사용하며, 이는 예컨대, 두 개의 복소 심벌(complex symbol)을 입력받아 역다중화하여 서로 다른 두 개의 부호화 심벌열 즉, 시공간 부호열을 출력시키도록 구성되며, 그 부호화 매트릭스(matrix) C는 상기 <수학식 3>과 같이 2 x 2 메트릭스 형태로 정의된다.
상기 <수학식 3>에서 X1, X2는 시공간 부호화기(1611)로 입력되는 복소 심벌을 의미하고, 상기 시공간 부호화(1611)는 상기 <수학식 3>에 따라 서로 다른 두 개의 시공간 부호열을 출력한다.
상기 선택 제어기(1630)의 제어에 의해 다수의 셀 및/또는 섹터로 출력되는 시공간 부호열들은 일정한 패턴을 갖게 된다. 그리고 상기 선택 제어기(1630)는 선택된 시공간 부호열의 갱신을 주기적 또는 비주기적으로 설정되는 미리 정해진 소정 갱신 구간 마다 수행하여 모든 이동 단말에서 균일한 섹터 다이버시티의 이득이 발생되도록 한다. 이하 상기 갱신 구간이 주기적으로 설정되는 경우 이를 갱신 주기라 칭하기로 한다.
한편 도 16에서 이동 단말(1650)의 수신단에서는 이러한 시공간 부호열의 변화에 영향을 받지 않고, 하나의 시공간 복호화기를 사용하여 데이터를 복구하는 것이 가능하다는 점에 유의하여야 한다. 즉 도 16에서 이동 단말(1650)은 셀 또는 섹터 경계 지점 등에서 다수의 셀 또는 섹터로부터 수신되는 OFDM 심벌을 안테나(1651)를 통해 수신하고, CP 제거기(1653)는 수신된 OFDM 심벌로부터 순환 전치 심벌(CP)을 제거한 후, 고속 푸리에 변환부(Fast Fourier Transform: FFT)(1655)로 전달한다. 상기 FFT(1655)는 수신된 OFDM 심벌을 주파수 도메인으로 변환한 후, 시공간 복호화기(1657)로 출력하고, 시공간 복호화기(1657)는 상기 알라무티 방식으로 부호화된 시공간 부호열을 복원한다.
여기서 상기 알라무티 시공간 부호가 부호화율이 1임을 상기할 때 셀 또는 섹터 경계 지점이 아닌 기지국 인접 지역에서 이동 단말(1650)은 데이터 전송율의 손실없이 데이터의 복조가 가능하고, 셀 또는 섹터 경계 지점에서는 서로 다른 셀 또는 섹터로부터 시공간 부호화된 신호들을 수신 받아 섹터 다이버시티 이득을 얻게 된다. 따라서 본 발명에서는 이동 단말(1650)의 위치 정보 복호 과정이 요구되지 않고, 전체 셀 용량을 별도의 추가 장치 없이 효율적으로 증가시킬 수 있다.
또한 본 발명에서 선택기(1613)는 선택 제어기(1630)의 제어에 의해 선택된 시공간 부호열의 갱신 주기와 송신 패턴에 대하여 도 17을 참조하여 더 상세히 설명하기로 한다.
도 17은 본 발명의 3 실시 예에 따라 기지국에서 이동 단말로 전송되는 시공간 부호열의 갱신 주기와 송신 패턴을 도시한 도면이다. 도 17에 도시한 바와 같이 시공간 부호화기에서 출력되는 시공간 부호열은 일정 갱신 주기(OSD-PERIOD) 마다 송신 패턴(OSD-PATTERN)이 변경된다. 이러한 송신 패턴의 갱신 주기는 IFFT or FFT 변환을 수행하는 주기의 3의 정수배가 된다. 이를 수학식으로 도시하면, 하기 <수학식 8>와 같이 나타낼 수 있다.
OSD_PERIOD = 3P X IFFT 주기(또는 FFT 주기)
상기 <수학식 8>에서 P는 1보다 크거나 같은 정수이다. 도 17에서는 상기 P가 1인 예를 도시한 것이다. 각 기지국은 선택 제어기(1630)로부터 출력되는 시공간 부호열을 선택하기 위한 소정 제어 신호(S1~SM)를 전달받는다. 상기 제어 신호 (S1~SM)는 각 기지국의 시공간 부호열 선택 방식에 따라 다양한 형태로 구성할 수 있다. 예를 들어 송신 패턴이 미리 정해진 주기로 갱신되는 2 가지 패턴만을 갖는 경우 해당 동작을 개시하라는 제어 신호만을 전송할 수 있다. 또한 정해진 송신 패턴에 따라 '0' 또는 '1'의 교번하는 제어 신호를 전송하는 것도 가능하다.
각 기지국은 선택 제어기(1630)로부터 전달받은 송신 패턴의 갱신 주기(OSD_PERIOD)를 단위로 각 기지국간에 동기된 갱신 시점 신호(OSD_START_POS)(1710)를 발생시킨다. 또한 각 기지국은 선택 제어기(1630)로부터 전달받은 송신 패턴 신호(OSD-PATTERNi)(1730)를 근거로 이동 단말로 전송되는 시공간 부호열을 선택한다. 상기 갱신 시점 신호(OSD_START_POS)는 OSD_PERIOD의 주기를 가지며, OSD-PATTERNi의 시작 위치를 지시할 수 있다.
도 17의 실시 예의 경우 제어 신호(S1~SM)는 상기 갱신 주기 신호(OSD_PERIOD) 및/또는 송신 패턴 신호(OSD-PATTERNi)(1730)를 포함한다. 상기 송신 패턴 신호(1730)는 2비트의 값으로 이루어진 예를 도시하였다. 도 17에 도시된 OSD_PATTERNi에서 i 값은 기지국(셀) 또는 섹터의 인덱스를 지시하는 값이다. 또한 이동통신 시스템이 일반적으로 3섹터 구조를 가지므로 도 17은 하나의 기지국에 구비되는 3 섹터의 패턴 형성을 설명하기 위해 도시하였다. 이와 같이 2 비트의 송신 패턴 신호(1730)를 이용하면 서로 다른 3가지 송신 패턴을 설정할 수 있다.
상기 도 17에 도시한 것을 다시 살펴보면 하기와 같은 패턴들로 구성됨을 알 수 있다.
(1) OSD_PATTERNi = 00 인 경우 (A) -> (B) -> (B)
(2) OSD_PATTERNi = 01 인 경우 (B) -> (A) -> (B)
(3) OSD_PATTERNi = 10 인 경우 (B) -> (B) -> (A)
여기서 (A)와 (B)는 도 4의 시공간 부호 열에 도시한 심볼 열에 대응하는 것이다. 즉, 상기 <수학식 3>의 위에 열이 (A)이고 아래 열이 (B)가 된다.
상기 도 17의 송신 패턴 신호들은 시공간 부호화기에서 출력되는 심볼 열들 중 (A)에 해당하는 심볼 열이 보다 작게 전송되는 예를 설명하고 있으나, 실제로 (A)에 해당하는 열이 보다 많이 전송되고 (B)에 해당하는 심볼 열이 작게 전송되어도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한 상기 도 17에 도시한 심볼 열이 출력되는 구간을 하나의 역퓨리에 변환 주기 또는 하나의 퓨리에 변환 주기로 가정하고, OSD_PATTERNi=00의 경우를 예로 다시 설명한다. 이 경우 하나의 송신 패턴 갱신 주기(OSD_PERIOD) 동안 (A) 심볼 열들이 역퓨리에 변환 1 주기 동안 전송된 이후, 역 퓨리에 변환 2 주기 동안 (B) 심볼 열들이 전송되는 것으로 도시하였다. 그러나 이와 반대로 먼저 (B) 심볼 열들이 역 퓨리에 변환 1 주기 동안 전송된 이후 역 퓨리에 변환 2 주기 동안 (A) 심볼 열들이 전송되어도 동일한 효과를 가질 수 있다. 이러한 경우에는 다른 송신 패턴들에서도 동일한 방법으로 변경되어야 한다. 즉, 도 17에 도시한 송신 패턴들과 송신 패턴 갱신 주기는 일 예로서 도시한 것이다.
도 18은 본 발명의 3 실시 예에 따른 OFDM 심벌 전송 방법을 설명하기 위한 플로우챠트로서, 이는 도 17과 같이 선택 제어기가 각 기지국의 선택기로 시공간 부호열의 갱신 주기와 송신 패턴을 제어신호로 전송하는 경우의 기지국의 동작을 도시한 것이다.
도 18의 1801 과정에서 각 기지국은 각 섹터에서 사용하는 클록(Clock)을 동기화하여 도 17과 같이 갱신 시점 신호(OSD_START_POS)(1710)를 발생한다. 일반적으로 동기식 CDMA 이동통신 시스템에서는 모든 기지국들의 동기가 맞아 있는 상태이므로 기지국간 동기를 맞추는 과정이 필요하지 않을 수도 있다. 그러나 비동기 방식을 사용하는 WCDMA 이동통신 시스템에서는 모든 기지국들의 동기가 맞지 않으므로 기지국들의 동기를 맞추는 과정이 반드시 필요하다. 이와 같이 각 기지국은 섹터에 대한 동기를 맞춘 후에 그 동기에 맞춰 상기 갱신 시점 신호를 생성한다. 또한 기지국 제어기의 선택 제어기(1630)는 각 기지국 또는 섹터로 출력할 송신 패턴 신호(OSD-PATTERNi)(1730)를 생성하여 출력한다. 이와 같은 상기 갱신 시점 신호는 도 17에 도시한 바와 같이 그 신호가 필요한 시점에만 출력되며, 패턴 신호는 계속적으로 또는 필요한 시점에만 전송하도록 할 수 있다.
1803 과정에서 각 기지국의 선택기(1613)는 선택 제어기(1630)로부터 시공간 부호열의 출력을 제어하는 파라미터로서 갱신 주기 신호(OSD_PERIOD)와 송신 패턴 신호(OSD-PATTERNi)(1730)를 미리 수신한다. 상기 1801 과정에서 발생된 갱신 시점 신호(OSD_START_POS)는 상기 OSD_PERIOD의 주기를 가지며, 상기 OSD-PATTERNi의 시작 위치를 지시한다. 이후 605 과정에서 기지국은 시공간 부호화기에 전송할 데이터가 입력되었는가를 검사한다. 여기서 송신 시에 기지국의 형상에 맞춰 섹터별로 전송이 이루어지는 기지국인 경우에는 해당하는 섹터마다 전송할 데이터가 존재하는가를 검사할 수 있으며, 기지국 단위로 전송이 이루어지는 경우는 기지국 단위로 전송할 데이터가 존재하는가를 검사한다.
605 과정의 검사 결과 전송할 데이터가 존재하는 경우 기지국은 1807 과정으로 진행하여 시공간 부호화기(1611)를 제어하여 시공간 부호화를 수행한다. 이와 같이 시공간 부호화를 수행한 시공간 부호열들은 각 기지국 또는 기지국의 섹터별 송신기에 대응하여 구비되는 각 선택기(1613)로 입력된다. 그러면 1809 과정에서 각 선택기(1613)들은 기지국 제어기에 포함된 선택 제어기(1630)로부터 수신된 상기 갱신 주기 신호(OSD_PERIOD)와 송신 패턴 신호(OSD-PATTERNi)를 근거로 출력되는 시공간 부호열을 선택하여 출력한다. 1811 과정에서 각 기지국 또는 기지국의 섹터에서 선택된 시공간 부호열은 IFFT(1615)와 CP 첨부기(1617)를 거쳐 무선망으로 송출된다.
이하에서는 도 19 내지 도 24를 참조하여 상기한 섹터 다이버시티를 얻기 위해 본 발명에서 제안하는 섹터별 및 셀별 시공간 부호열 배치 방법을 설명하기로 한다.
먼저 도 19 내지 도 21은 본 발명에 따른 섹터별 시공간 부호열 배치 방법의 일예를 설명하기 위한 도면으로서, 도 19 내지 도 21에서 하나의 셀(C1)은 3 섹터(S1) 구조를 갖는 것으로 가정한다.
도 19 내지 도 21의 시공간 부호열 배치는 도 16의 선택 제어기(1630)의 제어 하에 의해 수행되며, 이를 통해 각 섹터(C1)로 출력되는 시공간 부호열들은 일정한 패턴을 갖게 된다. 또한 상기 패턴은 도 17과 같이 선택 제어기(1630)로부터 갱신 주기 신호(OSD_PERIOD)와 송신 패턴 신호(OSD-PATTERNi)(1730)를 전달받은 각 선택기(1613)의 동작에 따라 형성될 수 있다. 그리고 도 19 내지 도 21에서 참조부호 BTS #1~BTS #7은 3 섹터를 형성하는 기지국을 나타낸 것이고, (A), (B)는 도 4a, 도 4b에서 설명한 시공간 부호화기(1611)로부터 출력되는 두 개의 시공간 부호열 {X1, X2}와 {-X2 *, X1 *} 또는 {X1, -X2 *}와 {X2, X1 *}을 각각 나타낸 것이다.
그리고 도 16의 선택 제어기(1630)가 각 섹터에 속한 선택기(1613)로 제어신호 S1, S2,...,SM를 전송하면, 선택기(1613)는 해당 제어신호를 근거로 (A)와 (B) 중 선택된 시공간 부호열을 출력하게 된다. 각 섹터에서는 제어신호 S1, S2,...,SM에 따라 도 19 내지 도 21과 같이 그 섹터에서 전송할 시공간 부호열이 선택적으로 출력되어 예컨대, 셀 단위의 일정 패턴을 형성하며, 그 패턴은 상기한 시공간 부호열의 갱신 구간 마다 변경되어 이동 단말로 균일한 섹터 다이버시티를 제공하게 된다. 도 17의 경우 상기 제어신호 S1, S2,...,SM은 갱신 주기 신호(OSD_PERIOD)와 송신 패턴 신호(OSD-PATTERNi)(1730)를 포함한다.
도 19 내지 도 21에서는 각 기지국 BTS #1~BTS #7이 하나의 섹터로 시공간 부호열 (A)를 출력하고, 나머지 두 개의 섹터로는 시공간 부호열 (B)를 출력하여 셀 단위로 동일한 시공간 부호열의 출력 패턴을 형성하고 있다. 그리고 선택 제어기(1630)는 선택기(1613)를 제어하여 비주기 적인 갱신 구간 또는 주기적인 갱신 주기 시공간 부호열의 출력 패턴이 도 19 → 도 20 → 도 21 → 도 19 또는 도 19 → 도 21 → 도 20 → 도 19와 같은 순환적인 순서로 갱신되도록 한다. 본 발명에 서는 이와 같은 시공간 부호열의 출력 방식을 순환적 선택 제어(Circular Selection Control)(또는 순환적 시공간 부호 선택(Circular Space Time Code Selection Scheme)) 방식이라 칭하기로 한다.
한편 도 19 내지 도 21에서 시공간 부호열 (A)가 전송되는 섹터와 시공간 부호열 (B)가 전송되는 섹터 경계 지점에서 섹터 다이버시티 이득이 최대로 발생되며, 굵은 실선으로 표시된 부분이 이와 같이 섹터 다이버시티 이득이 최대로 발생하는 부분을 나타낸 것이다. 따라서 상기 순환적 선택 제어 방식으로 시공간 부호열의 출력을 제어하게 되면, 섹터 다이버시티가 발생하는 섹터 경계 지점의 위치가 주기적으로 변경되므로 섹터 경계 지점에 있는 모든 이동 단말로 균일한 섹터 다이버시티 이득이 제공될 수 있다. 즉 섹터 경계 지점에서는 각 섹터들로부터 동일한 데이터가 서로 다른 부호화 방법을 통해 전송됨으로써 이동 단말은 적어도 2개의 신호를 구분할 수 있다. 따라서 단말은 수신된 데이터를 구분하여 수신할 수 있으므로 섹터 다이버시티 이득을 얻을 수 있게 된다.
본 발명에서와 같이 순환적인 시공간 부호화 선택 방법을 사용하면 계속적으로 섹터 다이버시티 효과를 얻지 못하는 영역이 없어지므로, 오랜 시간 동안 누적된 섹터 다이버시티 효과는 동일하게 된다. 또한 상기한 기지국 입장에서 볼 때, 특정한 섹터 영역에서는 단말이 위치할 수 없거나 위치할 확률이 극히 적은 경우에는 그 섹터에는 섹터 다이버시티 효과를 얻지 않도록 순환 방법을 변경할 수 있다. 이러한 순환 방법의 변경은 기지국이 위치한 지리적인 조건에 따라 변경할 수 있는 사항이다.
그리고 도 19 내지 도 21에서는 각 셀 마다 하나의 섹터에서는 시공간 부호열 (A)를 출력하고, 나머지 두 개의 섹터에서는 시공간 부호열 (B)를 출력하는 패턴을 예로 들었으나, 이를 하나의 섹터에서는 시공간 부호열 (B)를 출력하고, 나머지 두 개의 섹터에서는 시공간 부호열 (A)를 출력하는 패턴으로 하여 동일한 섹터 다이버시티를 제공할 수 있다.
또한 섹터별 시공간 부호열 배치 방법의 또 다른 예로서 시공간 부호열의 출력 패턴을 도 19 → 도 20 → 도 19와 같이 주기적으로 변경하거나, 도 20 → 도 21 → 도 20과 같이 주기적으로 변경하거나 또는 도 19 → 도 21 → 도 19와 같이 주기적으로 변경하는 방식도 가능하다. 다만 이 경우 종래에 비해 향상된 섹터 다이버시티를 제공할 수 있으나, 상기 순환적 선택 제어 방식에 비해 충분한 섹터 다이버시티를 얻지 못하므로 성능이 다소 열화 된다.
도 17의 실시 예에 따라 도 19 내지 도 21을 설명하면, 각 패턴의 첫 번째 갱신 주기가 완료되면 다음 패턴이 송신된다. 이를 앞에서 가정한 예로 설명하면, 하나의 심볼 열이 선택되어 출력되는 주기는 하나의 역퓨리에 변환 주기 또는 하나의 퓨리에 변환 주기가 된다. 이는 역퓨리에 변환 주기 또는 하나의 퓨리에 변환 주기의 정수배가 될 수 있다. 이와 같이 미리 설정된 변환 주기 동안 선택된 심볼 열이 출력된 이후에 기지국은 해당하는 섹터들의 출력을 변경한다. 즉 도 19 → 도 20 → 도 21로 도시한 바와 같이 패턴이 순환되게 변경된다.
그리고 도 22 내지 도 24는 본 발명에 따른 셀별 시공간 부호열 배치 방법의 일예를 설명하기 위한 도면으로서, 도 22 내지 도 24에서 각 셀(C1)은 섹터화를 하 지 않고 전방향 안테나를 사용하여 셀 단위의 시공간 부호열을 전송하는 예를 나타낸 것이다. 도 22 내지 도 24의 시공간 부호열 배치 또한 도 16의 선택 제어기(1630)의 제어 하에 수행되며, 이를 통해 다수의 셀(C1)로 출력되는 시공간 부호열들은 일정한 패턴을 갖게 된다. 그리고 참조부호 (A), (B)는 도 4a, 도 4b에서 설명한 시공간 부호화기(1611)로부터 출력되는 두 개의 시공간 부호열 {X1, X2}와 {-X2 *, X1 *} 또는 {X1, -X2 *}와 {X2, X1 *}을 각각 나타낸 것이고, 도 20 내지 도 22에서 빗금 친 영역(C2)은 셀간 다이버시티 이득이 최대로 발생하는 영역을 나타낸 것이다.
도 22 내지 도 24의 패턴 형성을 위해 선택 제어기(1630)는 각 셀(C1)을 형성하는 기지국의 선택기(1613)를 제어하여 시공간 부호열 (A), (B) 중 하나를 비주기 적인 갱신 구간 또는 주기적인 갱신 주기 마다 도 22 → 도 23 → 도 24 → 도 22 또는 도 22 → 도 24 → 도 23 → 도 22의 순서로 선택하여 시공간 부호열의 출력 패턴이 순환적으로 갱신되도록 한다. 따라서 상기한 순환적 선택 제어 방식에 의해 시공간 부호열의 출력을 제어하게 되면, 셀 경계 지점에 있는 모든 이동 단말은 평균적으로 동일한 셀간 다이버시티 이득을 가지게 됨을 알 수 있다. 그리고 도 22 내지 도 24에서 각 셀 마다 시공간 부호열 (A) 또는 (B)의 출력을 바꾸어 출력하는 경우에도 동일한 섹터 다이버시티를 제공할 수 있다.
또한 전방향 안테나를 사용하는 섹터별 시공간 부호열 배치 방법의 또 다른 예로서 시공간 부호열의 출력 패턴을 상기 갱신 구간 마다 도 22 → 도 23 → 도 22와 같이 변경하거나, 도 23 → 도 24 → 도 23과 같이 변경하거나 또는 도 22 → 도 24 → 도 22와 같이 변경하는 방식도 가능하다. 다만 이 경우 종래에 비해 향상된 섹터(셀간) 다이버시티를 제공할 수 있으나, 상기 순환적 선택 제어 방식에 비해 충분한 섹터(셀간) 다이버시티를 얻지 못하므로 성능이 다소 열화 된다.
한편 상기와 같은 섹터별 또는 셀별 시공간 부호열 배치 방법의 수행 시 이동 단말로는 별도의 제어 신호 전송이 요구되지 않으며, 이동 단말은 하나의 시공간 복호화기를 사용하여 수신된 데이터를 복구하는 것이 가능함에 유의하여야 한다. 그러나 기지국이 별도의 제어 신호를 단말로 전달하여 단말의 시공간 복호화 과정에 도움을 주는 것도 가능할 것이다. 예를 들어 기지국은 제어 채널(signaling channel)을 통해서 갱신 주기(OSD_PERIOD)를 단말에 전송하는 것이 가능하고, 단말은 전송 받은 갱신 주기(OSD_PERIOD)를 이용하여 채널 추정 및 시공간 복호화를 실시하는 것도 가능하다. 또한 기지국이 제어 채널(signaling channel)을 통해서 갱신 주기(OSD_PERIOD) 및 송신 패턴 신호(OSD-PATTERNi)를 단말로 전송하고, 단말은 전송 받은 갱신 주기(OSD_PERIOD) 및 단말 주위의 기지국에서 받은 신 패턴 신호(OSD-PATTERNi)들을 이용하여 채널 추정 및 시공간 복호화를 실시하는 것도 가능하다.
결과적으로, 알라무티 시공간 부호가 부호화율이 1임을 상기할 때 섹터 또는 셀 경계 지점이 아닌 기지국 근접 지역에서는 데이터 전송율에 손실 없이 데이터의 복조가 가능하고, 섹터 또는 셀 경계 지점에 이동 단말은 서로 다른 섹터 또는 셀로부터 시공간 부호열을 수신받게 되므로 섹터 또는 셀간 다이버시티 이득을 얻게 되며, 상기한 순환적 선택 제어 방식에 의해 시공간 부호열의 출력 패턴이 순환되므로 섹터 또는 셀 경계 지점에서 모든 이동 단말은 평균적으로 동등한 섹터(셀간) 다이버시티 이득을 얻게 되어 전체 셀 처리량을 극대화시킬 수 있다.
상기 시공간 부호열을 전송하기 위해서는 각각의 부호열이 전송되는 동안 채널은 거의 변화가 없어야 한다. 이것은 채널의 변화가 심할수록 시공간 부호열의 직교성이 감소하여 이동 단말에서 시공간 복호화 성능이 열화되고, 데이터 전송율이 감소하기 때문이다. 이러한 가정을 만족시키기 위하여 본 발명에서는 OFDM 심볼 전송 방식이 시간 영역과 주파수 영역을 모두 사용할 수 있는 점에 착안하여 같은 OFDM 심벌 내에 인접한 두 개의 부반송파를 사용하여 시공간 부호열을 전송하는 방안과, 두 개의 인접한 OFDM 심벌 동안 하나의 부반송파를 이용하여 시공간 부호열을 전송하는 다른 방안을 제시한다. 여기서 인접한 두 개의 부반송파로 시공간 부호열을 전송하는 전자의 방식을 SFC-OFDM(Space-Frequency Coded OFDM)이라 칭하고, 인접한 두 개의 OFDM 심벌 구간 동안 시공간 부호열을 전송하는 후자의 방식을 STC-OFDM(Space-Time Coded OFDM)으로 칭하기로 한다.
이하 도 25 및 도 26을 참조하여 상기 SFC-OFDM 방식에 의한 OFDM 심벌 전송 방법을 설명한 후, 도 27 및 도 28을 참조하여 상기 STC-OFDM 방식에 의한 OFDM 심벌 전송 방법을 설명하기로 한다.
참고로 도 26 및 도 28에서 흑색으로 표시된 화살표는 예컨대, 방송 데이터에 대한 시공간 부호열이 변조되는 부반송파를 도시한 것이며, 내부가 비어있는 화살표는 유니캐스트 데이터에 대한 시공간 부호열이 변조되는 부반송파를 도시한 것 이다. 그리고 참조 부호 Sector #1, Sector #2는 예컨대, 도 19 내지 도 24의 (A) 또는 (B)에 해당하는 시공간 부호열이 선택적으로 전송되는 섹터(도 19 내지 도 21) 또는 셀(도 22 내지 도 24)에 대응된다. 여기서 Sector #1, Sector #2는 서로 다른 기지국이 될 수 있음은 앞에서 설명한 바로부터 알 수 있다. 그리고 H1[k], H2[k]는 1번째와 2번째 섹터 또는 셀에서 k번째 부반송파를 통해 전송된 신호의 채널 성분(채널 함수)을 의미한다.
먼저 도 25는 본 발명의 3 실시 예에서 SFC-OFDM 변조 방식에 따른 OFDM 심볼 전송 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이고, 도 26은 도 25의 방법으로 시공간 부호열이 전송되는 과정을 도식적으로 나타낸 도면이다.
먼저 도 25의 2501 과정에서 각 기지국에서 N 개의 부반송파로 변조하여 전송해야 할 방송 데이터 또는 유니 캐스트 심벌을 X[k], k=1,2, ..., N 이라고 하면, 방송 데이터 등은 예컨대, 두 개의 복소 심볼 X(k), X(k+1) 단위로 역다중화되어 시공간 부호화기(1611)로 입력된다. 2503 과정에서 두 개의 복소 심벌 X(k), X(k+1)를 입력받은 시공간 부호화기(1611)는 상기 <수학식 3>의 부호화 매트릭스 C를 통해 예컨대, 도 4a 또는 도 4b와 같은 시공간 부호열이 출력되도록 두 개의 복소 심벌 X(k), X(k+1)를 알라무티 방식에 따라 시공간 부호화한다.
그리고 2505 과정에서 선택 제어기(1630)는 도 19 내지 도 21 또는 도 22 내지 도 24와 같은 섹터 및/또는 셀의 정해진 송신 패턴이 형성되도록 각 선택기(1613)로 제어신호 S1~SM을 출력하고, 제어신호 S1~SM를 전달받은 각 선택기(1613)는 도 4a 또는 도 4b와 같은 두 개의 시공간 부호열을 출력함과 아울러 상기 제어신호에 의해 두 개의 시공간 부호열 (A), (B) 중 선택된 시공간 부호열을 출력한다.
그리고 2507 과정에서 선택된 시공간 부호열은 IFFT(1615)와 CP 첨부기(1617)를 통해 OFDM 심벌로 변환되어 해당 섹터로 전송된다. 여기서 선택기(1613)로부터 IFFT(1615)를 통해 M 개의 섹터에서 출력되는 시공간 부호열 {Z1[k], Z1[k+1]},..,{ZM[k], ZM[k+1]}은 도 26과 같이 인접된 두 개의 부반송파를 통해 전송된다. 이후 2509 과정에서 선택 제어기(1630)는 미리 정해진 갱신 주기가 도래하였는 지 확인하여 갱신 주기가 도래된 경우 2511 과정에서 시공간 부호열의 송신 패턴 설정을 변경한다. 여기서 송신 패턴의 변경 정보는 상기 2505 과정에서 다음 시점에 각 선택기(1613)로 전송되는 제어신호 S1~SM를 통해 각 기지국으로 전달된다. 상기 2509, 2511 과정은 마지막 과정으로 도시하였으나 이는 일 예를 나타낸 것으로 이 과정들은 실시 형태에 따라 상기 2501 과정 전에 수행하거나 2505 과정에서 동시에 수행하는 것도 가능할 것이다.
여기서 각 섹터에서 출력되는 시공간 부호열 (A) 또는 (B)의 출력을 반대로 하거나 시공간 부호열의 순환 패턴을 다르게 설정하는 등 다양한 형태의 실시가 가능하다. 그리고 상기 도 25의 SFC-OFDM 방식에서 시공간 부호화는 매 OFDM 심볼 구간 마다 이루어지므로 시공간 부호열의 출력 패턴의 갱신 구간은 OFDM 심볼 구간의 정수배로 설정될 수 있다.
한편 도 26을 보다 상세하게 설명하면, 도 26은 동일한 OFDM 심벌에서 인접 한 두 개의 부반송파 마다 시공간 부호화를 적용하여 전송한 것으로 서로 다른 섹터에서 동일한 시공간 부호화기를 사용하되 서로 다른 시공간 부호열이 전송되는 과정을 도시한 것이다. 여기서 각 기지국(섹터)에서 N 개의 부반송파를 통해 전송해야 할 방송용 또는 유니 캐스트용 심벌을 X[k], k=1,2, ..., N 이라고 하고, 입력된 복소 심벌을 X[k], X[k+1]라 하였을 때 시공간 부호화로 도 4a의 예를 들면, 도 26은 상기 <수학식 3>의 부호화 매트릭스를 통해 입력된 복소 심벌을 시공간 부호화하여 각각 {Z1[k], Z1[k+1]}={X[k], X[k+1]}, {Z2[k], Z2[k+1]}={-X*[k+1], X*[k]}의 두 개의 시공간 부호열을 구한 후, 이중에서 선택된 하나를 전송하는 과정을 나타내고 있다. 상기와 같이 각 섹터 또는 셀마다 선택되어지는 하나의 부호열은 선택 제어기(1630)에 의해 셀간 또는 섹터간 다이버시티 이득이 최대가 될 수 있도록 선택되어진다.
도 27은 본 발명의 3 실시 예에서 STC-OFDM 변조 방식에 따른 심볼 전송 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이고, 도 28은 도 27의 방법으로 시공간 부호열이 전송되는 과정을 도식적으로 나타낸 도면이다.
먼저 복수의 복소 심벌을 입력받아 알라무티 방식에 따라 시공간 부호화하는 도 27의 2701, 2703 과정은 도 25의 2501, 2503 과정과 동일하므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 다만 상기 2501 과정에서 입력되는 복소 심벌 X(k), X(k+1)은 예컨대, 두 개의 OFDM 심볼 구간의 동일한 부반송파를 통해 전송될 수 있도록 정렬 버퍼(도시되지 않음) 등을 통해 공간 및 시간 영역에서 시공간 부호화가 수행될 수 있도록 정렬되어 입력된다.
그리고 2705 과정에서 선택 제어기(1630)는 도 19 내지 도 21 또는 도 22 내지 도 24와 같은 섹터 및/또는 셀 패턴이 형성되도록 각 선택기(1613)로 제어신호 S1~SM을 출력하고, 제어신호 S1~SM를 전달받은 각 선택기(1613)는 도 4a 또는 도 4b와 같은 두 개의 시공간 부호열을 출력함과 아울러 상기 제어신호에 의해 두 개의 시공간 부호열 (A), (B) 중 선택된 시공간 부호열을 출력한다.
그리고 2707 과정에서 선택된 시공간 부호열은 재정렬 버퍼(도시되지 않음) 등을 통해 예컨대, 인접된 두 개의 OFDM 심볼을 통해 전송될 수 있도록 재정렬되어 IFFT(1615)로 전달되고, IFFT(1615)와 CP 첨부기(1617)를 통해 OFDM 심벌로 변환되어 해당 섹터로 전송된다. 여기서 선택기(1613)로부터 IFFT(1615)를 통해 M 개의 섹터에서 출력되는 시공간 부호열 {Z1[k], Z1[k+1]},..,{ZM[k], ZM[k+1]}은 도 28과 같이 인접된 두 개의 OFDM 심벌 구간에서 하나의 부반송파를 통해 전송되도록 한다.
이후 2709 과정에서 선택 제어기(1630)는 미리 정해진 갱신 주기가 도래하였는 지 확인하여 갱신 주기가 도래된 경우 2711 과정에서 시공간 부호열의 송신 패턴 설정을 변경한다. 여기서 송신 패턴의 변경 정보는 상기 2705 과정에서 다음 시점에 각 선택기(1613)로 전송되는 제어신호 S1~SM를 통해 각 기지국으로 전달된다. 상기 2709, 2711 과정은 마지막 과정으로 도시하였으나 이는 일 예를 나타낸 것으로 이 과정들은 실시 형태에 따라 상기 2701 과정 전에 수행하거나 2705 과정에서 동시에 수행하는 것도 가능할 것이다.
여기서 각 섹터에서 출력되는 시공간 부호열 (A) 또는 (B)의 출력을 반대로 하거나 시공간 부호열의 순환 패턴을 다르게 설정하는 등 다양한 형태의 실시가 가능하다.
그리고 상기 도 27의 STC-OFDM 방식에서 시공간 부호화는 두 개의 OFDM 심볼 구간 마다 이루어지므로 시공간 부호열의 출력 패턴의 갱신 구간은 두 개의 OFDM 심볼 구간의 정수배로 설정될 수 있다.
도 28을 보다 상세하게 설명하면, 도 28은 두 개의 인접한 OFDM 심벌 동안 서로 다른 섹터에서 같은 시공간 부호화기를 사용하되 서로 다른 시공간 부호열을 하나의 부반송파를 이용하여 전송하는 과정을 도시한 것이다. 여기서 각 기지국에서 N 개의 부반송파에 전송해야 할 방송용 및 유니 캐스트용 심벌을 X[k], k=1,2, ..., N 이라고 하고, 입력된 복소 심벌을 X[k, n], X[k, n+1]라 하였을 때 시공간 부호화로 도 4a의 예를 들면, 도 28은 상기 <수학식 3>의 부호화 매트릭스를 통해 입력된 복소 심벌을 시공간 부호화하여 각각 {Z1[k, n], Z1[k, n+1]}={X[k, n], X[k, n+1]}, {Z2[k, n], Z2[k, n+1]}={-X*[k, n+1], X*[k, n]}의 두 개의 시공간 부호열을 구한 후, 이중에서 선택된 하나를 전송하는 과정을 나타내고 있다. 여기서 상기 n은 OFDM 심볼이 전송되는 시간 구간을 나타낸 것이다. 상기와 같이 각 섹터 또는 셀마다 선택되어지는 하나의 부호열은 선택제어기(1630)에 의해 셀간 또는 섹터간 다이버시티 이득이 최대가 될 수 있도록 선택되어진다.
이상 설명한 본 발명의 OFDM 심벌 전송 방법을 정리하면, 도 25 및 도 26에서 설명한 SFC-OFDM 방식의 경우 인접한 두 개의 부반송파를 묶어서 시공간 부호화를 실시하는 것으로 이 방식은 두 개의 인접한 부반송파 사이에 채널의 변화가 거의 없는 경우 실시하는 것이 바람직하다. 그리고 도 27 및 도 28에서 설명한 STC-OFDM 방식의 경우 인접한 두 개의 OFDM 심벌을 묶어서 시공간 부호화를 실시하는 것으로 이 방식은 두 개의 인접한 OFDM 심벌 사이에 채널의 변화가 거의 없는 경우 실시하는 것이 바람직하다.
마지막으로 본 발명에 적용되는 시공간 부호화는 부호화율이 1이므로 어느 하나의 섹터로부터 데이터를 수신하더라도 복조가 가능하며, 수신 성능에 차이가 없음에 유의하여야 한다. 따라서 방송 데이터를 전송하는 경우와 유니 캐스트 데이터를 전송하는 경우를 구분하지 않고 모든 부반송파를 시공간 부호화하여 전송할 수 있다. 그리고 이동 단말에서는 시공간 복호화기를 모든 부반송파에 적용함으로써 셀 구분 없이, 셀 내의 임의 위치에서도 데이터 수신이 가능하며, 특히 섹터 또는 셀 경계 지점에서는 종래에 비해 향상된 섹터 다이버시티 이득을 얻을 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 이동 단말이 단말 섹터 경계 지점에 위치하여 복수 개의 섹터로부터 데이터를 수신하는 경우 향상된 섹터 다이버시티 이득을 얻을 수 있어 전체 셀 처리량(Cell Throughput)이 증가하고 평균 데이터 전송율이 증가된다.
또한 본 발명에 의하면, 기지국으로부터 각 섹터로 전송되는 시공간 부호열이 인접 섹터마다 서로 다르도록 배치되어 섹터 다이버시티 이득을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 기지국으로부터 각 섹터 또는 셀 단위로 전송되는 시공간 부호열의 출력 패턴을 소정 갱신 구간 마다 순환되게 변경하여 섹터 또는 셀 경계 지점에 균일하게 향상된 섹터 다이버시티 이득을 얻을 수 있다.
또한 본 발명은 방송 데이터를 전송하는 경우와 유니 캐스트 데이터를 전송하는 경우에 상관없이 모든 부반송파에 적용되어 간단한 구성으로 전체 셀 처리량의 성능 향상이 가능하다.

Claims (50)

  1. 다수의 기지국이 형성하는 복수의 셀 및/또는 섹터 구조를 갖는 무선 이동통신 시스템에서 상기 기지국으로부터 이동 단말로 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 심볼을 전송하는 방법에 있어서,
    상기 기지국에서 상기 이동 단말로 전송하기 위한 복수 개의 복소 심볼들을 입력받는 과정과,
    상기 기지국 및 다른 기지국이 형성하는 섹터들 중 적어도 하나의 인접 섹터들로 서로 다른 시공간 부호열이 전송되도록 상기 복수 개의 복소 심볼들을 시공간 부호화하여 선택적으로 송신하는 과정을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 상기 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    정해진 시간 구간마다 상기 시공간 부호열의 송신 패턴을 순환시키는 과정을 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 상기 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 시공간 부호화하여 송신하는 과정은
    상기 복수 개의 복소 심볼들을 시공간 부호화하여 복수 개의 시공간 부호열들을 출력하는 과정과,
    상기 적어도 하나의 인접 섹터들로 서로 다른 시공간 부호열이 전송되도록 상기 복수 개의 시공간 부호열들 중 하나를 선택하는 과정과,
    상기 선택된 시공간 부호열을 해당 섹터로 출력하는 과정을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 상기 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 선택하는 과정은 각 기지국마다 미리 정해진 상기 송신 패턴에 따라 수행됨을 특징으로 하는 상기 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 선택하는 과정은 상기 다수의 기지국와 연결된 기지국 제어기가 제어함을 특징으로 하는 상기 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 기지국이 형성하는 상기 섹터의 개수는 6의 정수배임을 특징으로 하는 상기 방법.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 기지국은 3 섹터 구조를 가짐을 특징으로 하는 상기 방법.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 기지국은 전방향 안테나로 옴니 셀을 형성함을 특징으로 하는 상기 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 선택된 시공간 부호열은 두 개의 인접된 부반송파를 통해 전송됨을 특징으로 하는 상기 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 선택된 시공간 부호열은 두 개의 인접된 OFDM 심볼 구간 동안 하나의 부반송파를 통해 전송됨을 특징으로 하는 상기 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 기지국은 단일 주파수 망(Single Frequence Network)을 형성함을 특징으로 하는 상기 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 기지국은 상위 계층으로부터 전송되는 소정 제어신호에 따라 출력되는 시공간 부호열을 선택함을 특징으로 하는 상기 방법.
  13. 제 2 항에 있어서,
    상기 다수의 기지국은 상위 계층으로부터 전송되는 소정 제어신호에 따라 출력되는 시공간 부호열을 선택하며,
    상기 제어신호는 상기 상위 계층으로부터 전송되는 상기 송신 패턴의 갱신 주기 신호를 포함하며, 상기 갱신 주기 신호를 단위로 상기 다수의 기지국은 각 기지국에 동기되는 갱신 시점 신호를 생성함을 특징으로 하는 상기 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제어신호는 상기 상위 계층으로부터 전송되는 송신 패턴 신호를 포함하며, 상기 송신 패턴 신호를 근거로 각 기지국은 출력되는 시공간 부호열을 선택함을 특징으로 하는 상기 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 갱신 시점 신호는 상기 갱신 주기 신호로 결정되는 주기를 가지며, 상기 송신 패턴의 시작 위치를 지시함을 특징으로 하는 상기 방법.
  16. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 시공간 부호화는 하기 <수학식 9>로 정의되는 알라무티 기법을 사용함을 특징으로 하는 상기 방법,
    Figure 112005027671697-PAT00008
    상기 <수학식 9>에서 C는 부호화 매트릭스를 의미하고, X1, X2는 시공간 부호화기로 입력되는 상기 복소 심볼을 의미함.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 시공간 부호화는 입력된 심볼을 미리 결정된 부호화율에 따라 서로 다른 3개의 심볼 열들로 각각 시공간 부호화하여 출력하는 타록 부호화 기법을 이용하며, 상기 미리 결정된 부호화율은 3/4임을 특징으로 하는 상기 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 송신하는 과정은 상기 직교 주파수 다중 변조 심볼 내에서 서로 다른 인접한 4개의 부반송파를 이용하여 시공간 부호화된 심볼들을 동일한 시간 내에 전송함을 특징으로 하는 상기 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 송신하는 과정은 상기 직교 주파수 다중 변조 심볼 내에서 하나의 부반송파를 이용하여 상기 4개의 심볼들을 순차적으로 연속한 시간동안 전송함을 특징으로 하는 상기 방법.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 송신하는 과정은 상기 직교 주파수 다중 변조 심볼 내에서 2개의 인접 한 부반송파들을 이용하여 상기 시공간 부호화된 심볼들 중 2개를 순차적으로 배열하여 동일한 시간에 전송하고, 상기 방송 데이터를 전송한 동일한 부반송파들을 이용하여 다음의 방송 전송 시점에서 나머지 2개의 심볼들을 전송함을 특징으로 하는 상기 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 다음 방송 전송 시점은 연속하여 존재함을 특징으로 하는 상기 방법.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 다음 방송 전송 시점은 앞선 전송 시점보다 미리 결정된 소정 시간만큼 이격되어 있음을 특징으로 하는 상기 방법.
  23. 복수의 셀 및/또는 섹터 구조를 갖는 무선 이동통신 시스템에서 이동 단말로 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 심볼을 전송하는 기지국 장치에 있어서,
    입력된 복수 개의 복소 심볼들을 시공간 부호화하여 복수 개의 서로 다른 시공간 부호열들을 출력하는 시공간 부호화기와,
    상기 기지국 및/또는 다른 기지국이 형성하는 섹터들 중 적어도 하나의 인접 섹터들로 서로 다른 시공간 부호열이 전송되도록 상기 복수 개의 시공간 부호열 중 하나의 시공간 부호열을 선택하여 출력하는 선택기와,
    상기 선택기로부터 출력되는 시공간 부호열을 무선망으로 송출하는 송신기를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 상기 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 선택기는 정해진 시간 구간 마다 상기 시공간 부호열의 송신 패턴을 순환시키도록 더 구성됨을 특징으로 하는 상기 장치.
  25. 제 23 또는 제 24 항에 있어서,
    상기 선택기는 각 기지국마다 미리 정해진 상기 송신 패턴에 따라 상기 시공간 부호열을 선택하도록 구성됨을 특징으로 하는 상기 장치.
  26. 제 23 또는 제 24 항에 있어서,
    상기 선택기는 상기 다수의 기지국와 연결된 기지국 제어기를 통해 제어됨을 특징으로 하는 상기 장치.
  27. 제 23 항에 있어서,
    상기 기지국이 형성하는 상기 섹터의 개수는 6의 정수배임을 특징으로 하는 상기 장치.
  28. 제 24 항에 있어서,
    상기 기지국은 3 섹터 구조를 가짐을 특징으로 하는 상기 장치.
  29. 제 24 항에 있어서,
    상기 기지국은 전방향 안테나로 옴니 셀을 형성함을 특징으로 하는 상기 장치.
  30. 제 23 항에 있어서,
    상기 선택기는 상기 선택된 시공간 부호열이 두 개의 인접된 부반송파를 통해 전송되도록 제어함을 특징으로 하는 상기 장치.
  31. 제 23 항에 있어서,
    상기 선택기는 상기 선택된 시공간 부호열이 두 개의 인접된 OFDM 심볼 구간 동안 하나의 부반송파를 통해 전송되도록 제어함을 특징으로 하는 상기 장치.
  32. 제 23 항에 있어서,
    상기 다수의 기지국은 단일 주파수 망(Single Frequence Network)을 형성함을 특징으로 하는 상기 장치.
  33. 제 23 항에 있어서,
    상기 다수의 기지국은 상위 계층으로부터 전송되는 소정 제어신호에 따라 출력되는 시공간 부호열을 선택함을 특징으로 하는 상기 장치.
  34. 제 24 항에 있어서,
    상기 다수의 기지국은 상위 계층으로부터 전송되는 소정 제어신호에 따라 출력되는 시공간 부호열을 선택하며,
    상기 제어신호는 상기 상위 계층으로부터 전송되는 상기 송신 패턴의 갱신 주기 신호를 포함하며, 상기 갱신 주기 신호를 단위로 상기 다수의 기지국은 각 기 지국에 동기되는 갱신 시점 신호를 생성함을 특징으로 하는 상기 장치.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 제어신호는 상기 상위 계층으로부터 전송되는 송신 패턴 신호를 포함하며, 상기 송신 패턴 신호를 근거로 각 기지국은 출력되는 시공간 부호열을 선택함을 특징으로 하는 상기 장치.
  36. 제 34 항에 있어서,
    상기 갱신 시점 신호는 상기 갱신 주기 신호로 결정되는 주기를 가지며, 상기 송신 패턴의 시작 위치를 지시함을 특징으로 하는 상기 장치.
  37. 제 23 항 또는 제 24 항에 있어서,
    상기 시공간 부호화는 하기 <수학식 10>로 정의되는 알라무티 기법을 사용함을 특징으로 하는 상기 장치,
    Figure 112005027671697-PAT00009
    상기 <수학식 10>에서 C는 부호화 매트릭스를 의미하고, X1, X2는 시공간 부호화기로 입력되는 상기 복소 심볼을 의미함.
  38. 제 23 항에 있어서,
    상기 시공간 부호화는 입력된 심볼을 미리 결정된 부호화율에 따라 서로 다른 3개의 심볼 열들로 각각 시공간 부호화하여 출력하는 타록 부호화 기법을 이용하며, 상기 미리 결정된 부호화율은 3/4임을 특징으로 하는 상기 장치.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 선택기는 상기 직교 주파수 다중 변조 심볼 내에서 서로 다른 인접한 4개의 부반송파를 이용하여 시공간 부호화된 심볼들이 동일한 시간 내에 전송되도록 상기 송신기를 제어함을 특징으로 하는 상기 장치.
  40. 제 38 항에 있어서,
    상기 선택기는 상기 직교 주파수 다중 변조 심볼 내에서 하나의 부반송파를 이용하여 상기 4개의 심볼들을 순차적으로 연속한 시간동안 전송되도록 상기 송신 기를 제어함을 특징으로 하는 상기 장치.
  41. 제 38 항에 있어서,
    상기 선택기는 상기 직교 주파수 다중 변조 심볼 내에서 2개의 인접한 부반송파들을 이용하여 상기 시공간 부호화된 심볼들 중 2개를 순차적으로 배열하여 동일한 시간에 전송하고, 상기 방송 데이터를 전송한 동일한 부반송파들을 이용하여 다음의 방송 전송 시점에서 나머지 2개의 심볼들을 전송하도록 상기 송신기를 제어함을 특징으로 하는 상기 장치.
  42. 제 41 항에 있어서,
    상기 다음 방송 전송 시점은 연속하여 존재함을 특징으로 하는 상기 장치.
  43. 제 41 에 있어서,
    상기 다음 방송 전송 시점은 앞선 전송 시점보다 미리 결정된 소정 시간만큼 이격되어 있음을 특징으로 하는 상기 장치.
  44. 제 38 에 있어서,
    상기 선택기는 상기 다수의 기지국들의 상위 계층에 위치된 소정 선택 제어기를 통해 제어됨을 특징으로 하는 상기 장치.
  45. 제 44 에 있어서,
    상기 선택 제어기는 기지국 제어기에 구비됨을 특징으로 하는 상기 장치.
  46. 복수의 셀 및/또는 섹터 구조를 갖는 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 시스템에 있어서,
    입력된 복수 개의 복소 심볼들을 시공간 부호화하여 복수 개의 서로 다른 시공간 부호열들을 출력하는 시공간 부호화기와, 적어도 하나의 인접 섹터들로 서로 다른 시공간 부호열이 전송되도록 상기 복수 개의 시공간 부호열 중 하나의 시공간 부호열을 선택하여 출력하는 선택기가 구비된 다수의 기지국과,
    상기 복수의 기지국으로부터 전송되는 OFDM 심볼들을 수신하여 다이버시티 결합을 수행하는 적어도 하나의 이동 단말을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 상기 시스템.
  47. 제 46 항에 있어서,
    상기 선택기는 정해진 시간 구간 마다 상기 시공간 부호열의 송신 패턴을 순환시키도록 더 구성됨을 특징으로 하는 상기 시스템.
  48. 제 46 항에 있어서,
    상기 다수의 기지국은 단일 주파수 망(Single Frequence Network)을 형성함을 특징으로 하는 상기 시스템.
  49. 제 46 또는 제 47 항에 있어서,
    상기 시공간 부호화는 하기 <수학식 11>으로 정의되는 알라무티 기법을 사용함을 특징으로 하는 상기 시스템,
    Figure 112005027671697-PAT00010
    상기 <수학식 11>에서 C는 부호화 매트릭스를 의미하고, X1, X2는 시공간 부호화기로 입력되는 상기 복소 심볼을 의미함.
  50. 제 46 또는 제 47 항에 있어서,
    상기 시공간 부호화는 입력된 심볼을 미리 결정된 부호화율에 따라 서로 다른 3개의 심볼 열들로 각각 시공간 부호화하여 출력하는 타록 부호화 기법을 이용하며, 상기 미리 결정된 부호화율은 3/4임을 특징으로 하는 상기 시스템.
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