KR20060053962A - 다수 안테나 통신 시스템을 위한 송신기 및 수신기와, 다수안테나 통신 시스템에서 데이터를 송신하는 방법 및수신하는 방법 - Google Patents

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Abstract

다수 안테나 통신 시스템에서 데이터의 공간 인터리빙된 통신을 위한 방법 및 시스템이 개시된다. 다수 안테나 시스템에서의 복수의 송신 브랜치를 통해 데이터를 인터리빙함으로써, 데이터가 공간을 통해 인터리빙된다. 개시된 공간 인터리빙은 다수 안테나 통신 시스템의 공간 송신 다이버시티로 인한 성능 이득을 증가시킨다. 공간 인터리빙은, 예를 들면, 비트가 주파수를 통해 인터리빙되기 전에 비트에 대해 수행될 수 있다. 다른 변형에서, 공간 인터리빙은 비트가 심볼로 맵핑된 후에 심볼에 대해 수행된다.

Description

다수 안테나 통신 시스템을 위한 송신기 및 수신기와, 다수 안테나 통신 시스템에서 데이터를 송신하는 방법 및 수신하는 방법{METHOD AND APPARATUS FOR SPACE INTERLEAVED COMMUNICATION IN A MULTIPLE ANTENNA COMMUNICATION SYSTEM}
도 1은 예시적인 종래의 MIMO-OFDM 시스템의 개략 블록도,
도 2는 예시적인 종래의 공동 코딩 MIMO-OFDM 송신 시스템의 개략 블록도,
도 3은 비트에 대한 공간 인터리빙을 제공하기 위한 본 발명의 특징을 통합하는 예시적인 MIMO-OFDM 송신 시스템의 개략 블록도,
도 4는 심볼에 대한 공간 인터리빙을 제공하기 위한 본 발명의 대안적인 실시예의 개략 블록도,
도 5a 및 5b는 공간 인터리빙을 수행하기 위한 적절한 예시적인 기법을 도시하는 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
305 : 스크램블러 310 : 콘볼루션 인코더
315 : 펑추어 320 : 직렬/병렬 변환기
330 : 주파수를 통한 인터리버 335 : 맵퍼
340 : IFFT 345 : 주기적 확장기
350 : 프리앰블 부가부 360 : 공간을 통한 인터리버
전반적으로, 본 발명은 다수 안테나 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 MIMO-OFDM(Multiple Input Multiple Output Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템에서 데이터를 인터리빙하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
MIMO-OFDM 시스템은 다수의 송신 안테나상에서 분리된 데이터 스트림들을 송신함으로써, 전통적인 OFDM 시스템의 데이터 대역폭을 증가시킨다. 시스템내의 각 수신기는 이들 데이터 스트림들의 조합을 수신함으로써, 달성가능한 처리량을 증가시킨다. 잘 알려진 MIMO-OFMD 송신 방안은 공동 인코딩(joint encoding; JC) MIMO-OFDM 송신 방안이라고 지칭되는데, 그 이유는, 인코더가 모든 송신 브랜치를 통해 데이터를 공동으로 인코딩하기 때문이다. 즉, 인코딩은, 데이터가 다수의 안테나 브랜치를 통해 분할되기 전에 수행된다. 예시적인 공동 인코딩 MIMO-OFDM 송신 방안의 설명을 위해, 예를 들면, Xiaodong Li 등에 의한 "Effect of Iterative Detection and Decoding on the Performance of BLAST," 이란 제목의, Proc. of the IEEE Global Telecommunications Conference(GLOBECOM) 2000, vol. 2, 1061-1066(2000)의 문헌을 참조한다. 개시된 공동 인코딩 아키텍처에서, 입력되는 이진 데이터는, 이진 데이터를 랜덤화하기 이해 스크램블링되고, 스크램블링 된 이진 데이터가 인코딩된다. 그 후, 인코딩된 데이터는 다수의 송신 브랜치를 통해 역다중화된다. 공동 인코딩 MIMO-OFDM 송신 방안은, 전통적인 IEEE 11a/b 시스템의 다수의 속도에서 동작하기 위해, 인코더 및 디코더를 필요로 한다.
다른 예시적인 MIMO-OFDM 시스템에서, 데이터가 역다중화된 후, 분리된 인코더들이 각 송신 브랜치에 위치된다. 이러한 기법은 PAC(per antenna coding)이라고 지칭된다. 이것에 대해서는, 본 명세서에서 참조로 인용된, A. van Zelst에 의한, "Per-Antenna-Coded Schemes for MIMO OFDM" 이란 제목의, Proc. of the IEEE International Conference on Communications(ICC) 2003, vol. 4, 2832-2836(May, 2003)의 문헌을 참조하라. PAC는 전통적인 IEEE 11a/g 시스템의 다수의 속도에서 동작하기 위해 인코더 및 디코더를 필요로 하지 않는다. 그 대신에, 다수의 단일 속도 디코더가 이용될 수 있다. 또한, 인코더 및 디코더의 에러 정정 능력은 다수의 송신 브랜치를 통해 공유될 필요가 없으므로, 에러 정정의 성능은, 송신 브랜치의 수가 증가함에 따라 감소되지 않는다.
콘볼루션 인코딩이 수행될 때, 다른 인코더를 필요로 하지 않으면서, 보다 중요하게는, 수신기에서 다른 디코더를 필요로 하지 않으면서, MIMO-OFDM 시스템은 (IEEE 11a/g 표준과 호환되는) 단순한 단일 송신 브랜치 시스템에 대해 다시 스케일링(scaled back)될 수 있다. 공동 콘볼루션 인코딩의 이점은, 코드가 최적의 방법으로 (다수의 송신 브랜치가 이용될 때 달성된) 공간 다이버시티(diversity)를 이용한다는 것이다. PAC 기법은 브랜치마다 에러 정정 능력을 유지하고, 공동 코딩에 대해 다수 안테나 통신 시스템의 성능을 본질적으로 향상시키지만, 공간 다이 버시티와 관련된 다수의 성능 문제가 남아 있다. 따라서, MIMO-OFDM 시스템의 공간 송신 다이버시티로 인한 성능 이득을 증가시키는 방법 및 시스템에 대한 필요성이 존재한다.
일반적으로, 다수 안테나 통신 시스템에서 데이터의 공간 인터리빙된 통신을 위한 방법 및 시스템이 개시된다. 다수 안테나 시스템에서의 복수의 송신 브랜치를 통해, 비트 또는 심볼과 같은 데이터를 인터리빙함으로써, 데이터가 공간을 통해 인터리빙된다. 개시된 공간 인터리빙은 다수 안테나 통신 시스템의 공간 송신 다이버시티로 인한 성능 이득을 증가시킨다. 예시적인 일실시예에서, 공간 인터리빙은 비트가 주파수를 통해 인터리빙되기 전에 비트에 대해 수행될 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 공간 인터리빙은 비트가 심볼로 맵핑된 후에 심볼에 대해 수행된다.
이하의 상세한 설명 및 도면을 참조함으로써, 본 발명 및 본 발명의 다른 특징 및 이점을 보다 완전한 이해할 것이다.
도 1은 예시적인 종래의 MIMO-OFDM 시스템(100)의 개략 블록도이다. 이 시스템은 다수의 송신기(110), 송신 안테나(120), 수신 안테나(130) 및 수신기(140) 를 포함한다. 소스 신호 S1 내지 SNt는 인코딩되고, 변조된 후, 관련된 송신기(110)에 의해, 채널 매트릭스(160)를 통해 송신된다. 각 수신기(140)는 수신 안테나(130)상에서 송신 데이터 스트림들의 조합을 수신할 수 있으므로, 달성가능한 처리량을 증가시킨다.
도 2는 예시적인 종래의 공동 코딩 MIMO-OFDM 송신 시스템(200)의 개략 블록도이다. 시스템(200)은 송신 브랜치(290)의 데이터 레이트들의 합과 동일한 속도로 동작하는 단일의 콘볼루션 인코더(210)를 특징으로 한다. 스크램블러(205)는 소스 데이터 SX를 스크램블링하여, 랜덤 데이터 패턴을 생성한다. 콘볼루션 인코더(210)는 IEEE 802.11a/g 표준과 호환되는 비터비(Viterbi) 인코딩을 수행한다. 콘볼루션 인코딩의 상세한 설명에 대해서는, 예를 들면, Shu Lin, Daniel J. Costello Jr에 의한 "Error Control Coding: Fundamentals and Applications"의 문헌을 참조하면 된다. 인코더의 출력에서의 데이터 레이트는 인코더(210)에 대한 입력 신호의 레이트의 2배이다. 인코더(210)의 데이터 레이트와는 상이한 데이터 레이트를 원하는 경우, 인코딩된 데이터는 선택적으로 펑추어링(puncturing)되어(블록 215), 데이터 스트림에서의 중복 비트를 무효화(제거)한다. 중복 비트의 제거는 데이터 스트림에서 에러를 발생시키지만, 에러는 수신기(140)에 의해 정정될 수 있다.
펑추어링된 데이터는 역다중화되어(직렬-병렬 변환기(220)), 각 송신 브랜치(290)와 관련된 개별적인 데이터 스트림(225)을 생성한다. 그 후, 각 데이터 스 트림(225)은 주파수를 통해 인터리빙되어(블록 230), 데이터를 랜덤화한다. 그 후, 인터리빙된 데이터는 맵퍼(mapper)(235)에 의해 QAM 심볼로 맵핑되고, IFFT(240)에 의해 시간 영역으로 변환된다. 그 후, 주기적 확장기(cyclic extender)(245)가 주기적 확장을 추가하여, 수신기(140)에서의 다중 경로 강건성을 제공한다. 또한, 수신기(140)에서의 데이터 동기화를 제공하기 위해, 각 데이터 스트림내로 프리앰블(preamble)이 주기적으로 삽입되고(블록 250), 송신 안테나(255)를 통해 송신된다. 각 수신기(140)는 구조적으로 송신기 시스템(200)과 반대이다.
도 3은 비트에 대한 공간 인터리빙을 제공하기 위한 본 발명의 특징을 통합하는 예시적인 MIMO-OFDM 송신 시스템(300)의 개략 블록도이다. 도 3에서, 블록(305 내지 355)은 도 2에서의 대응하는 블록과 유사한 기능들을 수행한다. 그러나, 본 실시예에서, 역다중화(직렬-병렬 변환)(320)는 콘볼루션 인코딩(310) 이전에 수행된다. 따라서, 각각의 송신 브랜치(390)에 대해, 분리된 콘볼루션 인코더(310) 및 펑추어(315)가 전용된다. 이것은 인코더(310) 및 디코더(도시되지 않음)의 성능 요건을 감소시키기 때문에, 두 장치의 구현을 간략화한다. 또한, 코드의 에러 정정 능력은 다수의 송신 브랜치(390)를 통해 공유될 필요가 없으므로, 에러 정정 코드의 성능은, 송신 브랜치(390)의 수가 증가함에 따라, 감소되지 않을 것이다. 또한, 도 3의 MIMO-OFDM 시스템(300)은, IEEE 802.11a/g 표준과 호환되는 단순한 단일 송신 브랜치 시스템에 대해 쉽게 다시 스케일링될 수 있는 이점을 여전히 갖는다.
도 3의 MIMO-OFDM 시스템(300)에서, 주파수를 통한 인터리빙(330) 이전에 공간을 통한 인터리빙(360)이 수행된다. 이 경우, 공간을 통한 인터리빙(360)은, 도 5와 함께 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 비트에 대해 라운드 로빈 형태(round robin fashion)로 수행된다. 비록, 2개의 공간을 통한 인터리빙 기법은 그러한 인터리빙이 없는 시스템에 비해 향상된 성능을 제공하지만, 비트에 대한 인터리빙의 성능은 심볼에 대한 인터리빙보다 우수하다.
도 4는 심볼에 대한 공간 인터리빙을 제공하기 위한 본 발명의 특징을 통합하는 도 3의 MIMO-OFDM 송신 시스템(300)의 대안적인 실시예의 개략 블록도이다. 도 4에서, 블록(405 내지 460)은 도 2 및 3에서의 대응하는 블록과 유사한 기능들을 수행한다. 그러나, 이러한 대안적인 실시예에서, 공간을 통한 인터리버(460)는 송신 브랜치(490)에서 주파수를 통한 인터리버(430) 이후에 위치된다. 공간을 통한 인터리빙(460)은, 주파수를 통한 인터리빙(430)의 결과에 대한 임의의 부정적인 영향을 방지하기 위해, 심볼에 대해 수행된다. 주파수를 통한 인터리빙(430)에 대해 부정적인 영향이 없는 한, 다른 기법들이 가능하지만, 공간을 통한 인터리빙(460)은, 도 5와 함께 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 라운드 로빈 형태로 또한 수행된다.
송신 시스템(300, 400)에서, 스크램블러(305, 405)는 송신 브랜치(390, 490)에서 역다중화기(320, 420) 이전에 위치되었음을 알아야 한다. 이와 달리, 스크램블러(305, 405)는 (스크램블러(305, 405)의 설계에 따라) 모든 송신 브랜치(390, 490)에서 개별적으로 역다중화기(320, 420)의 이전 또는 이후에 위치될 수 있다. 그러나, 이 경우, 각 송신 브랜치(390, 490)는 스크램블러 초기화 시퀀스를 필요로 할 것이다.
도 5a 및 5b는 3개의 송신 안테나를 통해 공간 인터리빙을 수행하기 위한 적절한 예시적인 기법(500)을 도시한다. 도 5a는 인터리빙 이전의 비트 또는 심볼을 나타내고, 도 5b는 공간을 통한 인터리빙 이후의 비트 또는 심볼을 나타낸다. 도 5a 및 5b에서, 비트 또는 심볼의 각 체인(520, 525, 530)은 송신 브랜치(390, 490)와 관련된 데이터를 나타낸다. 제 1 인터리빙 동작(570) 동안, 송신 브랜치 A(520)로부터의 비트 또는 심볼이 송신 브랜치 B(525)로 전송되고, 송신 브랜치 B(525)로부터의 비트 또는 심볼이 송신 브랜치 C(530)로 전송되고, 송신 브랜치 C(530)로부터의 비트 또는 심볼이 송신 브랜치 A(520)로 전송된다. 제 2 인터리빙 동작(580) 동안, 송신 브랜치 A(520)로부터의 비트 또는 심볼이 송신 브랜치 C(530)로 전송되고, 송신 브랜치 C(530)로부터의 비트 또는 심볼이 송신 브랜치 B(525)로 전송되고, 송신 브랜치 B(525)로부터의 비트 또는 심볼이 송신 브랜치 A(520)로 전송된다. 이들 동작(570, 580)의 결과는 도 5b에 도시된다. 공간을 통한 인터리버(360, 460)의 다른 실시예에서, 인터리빙 동작(570, 580)은 비트 또는 심볼마다에 대해 수행되거나, 또는 n번째 비트 또는 심볼마다에 대해 수행될 수 있다. 본 발명의 하나의 양상에서, 공간 인터리빙 동작 동안, 하나의 송신 브랜치의 주파수 대역과 관련된 비트 또는 심볼의 체인이, 다른 송신 브랜치의 동일 주파수 대역으로 이동된다. 예를 들어, 공간 인터리빙 동작 동안, 브랜치 A(520)로부터 브랜치 B(525)로 이동하는 비트 또는 심볼의 체인은 브랜치 A(520) 및 브랜치 B(525)에서의 동일 주파수 대역과 관련된다.
본 명세서에서 도시 및 기술된 실시예 및 변형은 단지 본 발명의 원리를 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 영역 및 정신으로부터 벗어나지 않고서도, 당업자에 의해 다양한 수정이 구현될 수 있음을 이해할 것이다.
본 발명에 따르면, 다수 안테나 통신 시스템에서 데이터의 공간 인터리빙된 통신을 위한 방법 및 시스템을 제공할 수 있다.

Claims (10)

  1. 다수 안테나 통신 시스템을 위한 송신기에 있어서,
    복수의 송신 브랜치와,
    공간을 통한 인터리버(interleaver)를 포함하되,
    상기 공간을 통한 인터리버는 2개 이상의 상기 송신 브랜치를 통해 데이터를 인터리빙하는
    다수 안테나 통신 시스템을 위한 송신기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공간을 통한 인터리버는 비트에 대해 또는 심볼에 대해 공간 인터리빙을 수행하는
    다수 안테나 통신 시스템을 위한 송신기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 공간을 통한 인터리버는 라운드 로빈(round robin) 기법을 이용하여 데이터를 공간적으로 인터리빙하는
    다수 안테나 통신 시스템을 위한 송신기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 공간을 통한 인터리버는 송신 브랜치에서, 주파수를 통한 인터리버의 이전 또는 이후에 위치되는
    다수 안테나 통신 시스템을 위한 송신기.
  5. 다수 안테나 통신 시스템에서 데이터를 송신하는 방법에 있어서,
    2개 이상의 송신 브랜치 사이에서 공간을 통해 데이터를 인터리빙하는 단계와,
    상기 2개 이상의 송신 브랜치를 통해, 상기 인터리빙된 데이터를 송신하는 단계를 포함하는
    다수 안테나 통신 시스템에서 데이터를 송신하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 공간을 통해 데이터를 인터리빙하는 단계는 비트에 대해 또는 심볼에 대해 공간 인터리빙을 수행하는
    다수 안테나 통신 시스템에서 데이터를 송신하는 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 공간을 통해 데이터를 인터리빙하는 단계는 라운드 로빈 기법을 이용하여 데이터를 공간적으로 인터리빙하는
    다수 안테나 통신 시스템에서 데이터를 송신하는 방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 공간을 통해 데이터를 인터리빙하는 단계는 주파수를 통해 인터리빙하는 단계의 이전 또는 이후에 수행되는
    다수 안테나 통신 시스템에서 데이터를 송신하는 방법.
  9. 다수 안테나 통신 시스템을 위한 수신기에 있어서,
    복수의 수신 브랜치와,
    공간을 통한 디인터리버(deinterleaver)를 포함하되,
    상기 공간을 통한 디인터리버는 2개 이상의 상기 수신 브랜치를 통해 데이터를 디인터리빙하는
    다수 안테나 통신 시스템을 위한 수신기.
  10. 다수 안테나 통신 시스템에서 데이터를 수신하는 방법에 있어서,
    2개 이상의 수신 브랜치를 통해, 공간적으로 인터리빙된 데이터를 수신하는 단계와,
    상기 2개 이상의 수신 브랜치 사이에서 공간을 통해 상기 공간적으로 인터리빙된 데이터를 디인터리빙하는 단계를 포함하는
    다수 안테나 통신 시스템에서 데이터를 수신하는 방법.
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