KR20060092991A - Transmitting and receiving apparatus and method employing apparatus and method of space time block code for increasing performance - Google Patents
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Abstract
본 발명은 4개의 송신 안테나들을 사용하는 통신시스템의 송신기에서 시공간 블록 부호화 장치에 관한 것으로, 입력되는 심볼열을 소정 규칙에 의해 4개의 송신 안테나를 통해 전송하는 방식에서 시공간 블록 부호의 성능을 향상시키기 위하여 수신기에서 보내는 피드백 정보를 이용하거나 자체적으로 일련의 규칙을 갖는 매트릭스를 이용하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a space-time block encoding apparatus in a transmitter of a communication system using four transmission antennas, and improves the performance of the space-time block code in a method of transmitting an input symbol string through four transmission antennas according to a predetermined rule. The present invention relates to an apparatus using a matrix having a set of rules by itself or using feedback information sent from a receiver.
시공간 블록 부호화, 최대 다이버시티 이득, 최대 데이터 레이트 Space-time block coding, maximum diversity gain, maximum data rate
Description
도 1은 종래기술에 따른 시공간 블록 부호화 방식을 사용하는 이동통신시스템에서 송신기의 구성을 도시하는 도면.1 is a diagram showing the configuration of a transmitter in a mobile communication system using a space-time block coding scheme according to the prior art.
도 2는 종래기술에 따른 시공간 블록 부호화 방식을 사용하는 이동통신시스템에서 수신기 구성을 도시하는 도면.2 is a diagram illustrating a receiver configuration in a mobile communication system using a space-time block coding scheme according to the prior art.
도 3은 종래기술인 Giannakis그룹이 제안한 시공간 블록 부호화 방식을 사용하는 이동통신시스템에서 송신기의 구성을 도시하는 도면.3 is a diagram illustrating a configuration of a transmitter in a mobile communication system using a space-time block coding scheme proposed by the prior art Giannakis group.
도 4는 종래기술인 정태진, 전경훈 연구팀에서 제안한 4개의 송신 안테나들을 사용하며, 시공간 블록 부호화 방식을 사용하는 이동통신시스템에서 송신기의 구성을 도시하는 도면.4 is a diagram illustrating the configuration of a transmitter in a mobile communication system using four transmission antennas proposed by the research teams Tae-Jin Chung and Jeon-Hoon Chung, and using a space-time block coding scheme.
도 5는 본 발명에 따른 시공간 블록 부호화 방식을 사용하는 이동통신시스템에서 송신기의 구성을 도시하는 도면.5 is a diagram illustrating a configuration of a transmitter in a mobile communication system using a space-time block coding scheme according to the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 시공간 주파수 블록 부호화 방식을 사용하는 이동통신시스템에서 송신기의 구성을 나타내는 도면. 6 is a diagram illustrating a configuration of a transmitter in a mobile communication system using a space-time frequency block coding scheme according to the present invention.
도 7은 본 발명에 따른 시공간 블록 부호화 방식을 사용하는 이동통신시스템 에서 수신기의 구성을 나타내는 도면.7 is a diagram illustrating a configuration of a receiver in a mobile communication system using a space-time block coding scheme according to the present invention.
도 8은 본 발명에 따른 시공간 블록 부호화 방식을 사용하는 이동통신시스템에서 송신기의 동작 흐름도. 8 is a flowchart illustrating an operation of a transmitter in a mobile communication system using a space-time block coding scheme according to the present invention.
도 9는 본 발명에 따른 시공간 블록 부호화 방식을 사용하는 이동통신시스템에서 수신기의 동작 흐름도.9 is a flowchart illustrating an operation of a receiver in a mobile communication system using a space-time block coding scheme according to the present invention.
도 10은 본 발명에 따른 시공간 블록 부호화 방식을 사용하는 이동통신시스템의 성능 분석 곡선의 제1예.10 is a first example of a performance analysis curve of a mobile communication system using a space-time block coding scheme according to the present invention.
도 11은 본 발명에 따른 시공간 블록 부호화 방식을 사용하는 이동통신시스템의 성능 분석 곡선의 제2예.11 is a second example of a performance analysis curve of a mobile communication system using a space-time block coding scheme according to the present invention.
본 발명은 4개의 송신 안테나들을 사용하는 송신기의 시공간 주파수 블록 부호화 장치에 관한 것으로, 입력되는 심볼열을 소정 규칙에 의해 4개의 송신 안테나를 통해 전송함에 있어 시공간 주파수 블록 부호의 성능을 향상시키기 위하여 수신기에서 보내는 피드백 정보를 이용하거나 자체적으로 일련의 규칙을 갖는 행렬(매트릭스)을 이용하는 장치및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for encoding a space-time frequency block of a transmitter using four transmitting antennas. The present invention relates to a receiver for improving performance of a space-time frequency block code in transmitting an input symbol string through four transmitting antennas according to a predetermined rule. The present invention relates to an apparatus and a method using a matrix (matrix) having a set of rules by itself or by using feedback information sent from the.
통신에서는 채널(channel)을 통하여 효율적이고 신뢰성 있게(reliably) 데이터(data)를 전송할 수 있느냐 하는 것이 문제이다. 차세대 멀티미디어 이동 통신 시스템에서는 음성 위주가 아닌 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.In communication, the question is whether data can be efficiently and reliably transmitted through channels. As a next generation multimedia mobile communication system requires a high-speed communication system capable of processing and transmitting various information such as video and wireless data rather than voice, it is essential to increase the efficiency of the system by using an appropriate channel coding scheme for the system.
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 오류가 발생하여 정보의 손실이 생긴다.In general, the wireless channel environment in the mobile communication system is different from the wire channel environment due to various factors such as multipath interference, shadowing, propagation attenuation, time-varying noise and fading. Occurs and loss of information occurs.
이러한 정보 손실은 송신 신호에 왜곡을 발생시켜 이동 통신 시스템의 전체 성능을 저하시키는 요인으로 작용하게 된다. 일반적으로 이러한 정보의 손실을 감소시키기 위해 다양한 에러 제어 기법 (error-control technique)을 이용하여 시스템의 신뢰도를 높이는데, 에러 정정 부호(error-correcting code) 방법이 기본적인 것이다. This loss of information causes distortion in the transmission signal, thereby reducing the overall performance of the mobile communication system. In general, in order to reduce the loss of such information, various error-control techniques are used to increase the reliability of the system. An error-correcting code method is the basic method.
무선통신 시스템에서 다중경로 페이딩을 완화시키기 위해 다이버시티 기술을 사용하는데, 예를들어 시간 다이버시티(time diversity), 주파수 다이버시티(frequency diversity)와 안테나 다이버시티(antenna diversity) 등이 있다. Diversity techniques are used to mitigate multipath fading in wireless communication systems, such as time diversity, frequency diversity, and antenna diversity.
이 중에서 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 분류 된다. Among them, the antenna diversity scheme uses a multiple antenna, and the antenna diversity scheme includes a receive antenna diversity scheme using a plurality of receive antennas and a transmit antenna diversity scheme using a plurality of transmit antennas. And a multiple input multiple output (MIMO) scheme using a plurality of transmit antennas and a plurality of receive antennas.
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.Here, the MIMO scheme is a kind of space-time coding (STC) scheme, and the space-time coding scheme is transmitted in a time domain by transmitting a signal encoded by a predetermined coding scheme using a plurality of transmitting antennas. It is a method of achieving a lower error rate by extending the coding scheme to the space domain.
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.Meanwhile, the Space Time Block Coding (STBC) scheme, which is one of the proposed schemes for efficiently applying the antenna diversity scheme, has been proposed by "Vahid Tarokh" (Vahid Tarokh, "Space time block"). coding from orthogonal design, "IEEE Trans. on Info., Theory, Vol. 45, pp. 1456-1467, July 1999), SMAlamouti," A simple transmitter diversity scheme for wireless communication, "IEEE Journal on Selected Area in Communication, Vol. 16, pp.1451-1458, Oct.1998) The transmit antenna diversity scheme is extended to be applied to two or more transmit antennas.
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 부호화기(Encoder)(104) 및 4개의 송신 안테나들(106, 108, 110, 112)로 구성된다.1 shows a configuration of a transmitter in a mobile communication system using a space-time block coding scheme according to the prior art. This is proposed by Tarokh, as shown,
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. Referring to FIG. 1, first, the
직렬/병렬 변환기(102)는 상기 변조기(100)로부터의 직렬 변조 심볼을 병렬 변조 심볼로 변환하여 시공간 블록 부호화기(104)로 출력한다. 여기서, 상기 변조기(100)에서 출력되는 직렬 변조 심볼들을 s1, s2, s3, s4라고 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>와 같다.The serial /
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, 행(row)의 개수는 상기 4개의 심볼들을 전송하는데 소요되는 시간을 나타낸다. 즉, 4개의 심볼들이 8개의 시간구간동안 4개의 안테나들을 통해 송신됨을 알 수 있다.Here, G4 represents an encoding matrix of symbols transmitted through four transmission antennas, and s1, s2, s3, and s4 represent four input symbols to be transmitted. The number of columns in the coding matrix corresponds to the number of transmit antennas, and the number of rows represents the time required to transmit the four symbols. That is, it can be seen that four symbols are transmitted through four antennas for eight time periods.
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, 제3송신 안테나(110)를 통해서 이 송신된다. 즉, 상기 시공간 블록 부호화기(104)는 i번째 안테나로 상기 부호화 행렬의 i번째 열(column)의 심볼들을 순서대로 전달한다. That is, in the first time interval, s1 is transmitted through the
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 획득할 수 있다. As described above, the space-
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.2 illustrates a receiver configuration in a mobile communication system using a space-time block coding scheme according to the prior art. In particular, FIG. 2 shows a receiver structure corresponding to the transmitter structure of FIG.
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. As shown, the receiver includes a plurality of receive
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.Referring to FIG. 2, first, signals transmitted through four transmitting antennas in the transmitter of FIG. 1 are received through each of the first receiving
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. The
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. The signal combiner 206 combines a signal received through each of the first receiving
상기 검출기(208)는 상기 신호 결합기(206)로부터의 상기 수신 심볼들에 상 기 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.The
병렬/직렬 변환기(210)는 상기 검출기(208)로부터의 병렬 데이터를 직렬 데이터로 변환하여 출력한다. 복조기(212)는 상기 병렬/직렬 변환기(210)로부터의 심볼들을 미리 설정된 복조 방식으로 복조하여 송신한 원래의 정보 데이터 비트들로 복원한다.The parallel / serial converter 210 converts parallel data from the
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 얻을 수 있는 이점이 있다.Alamouti's space-time block coding technique mentioned above, although transmitting complex symbols through two transmit antennas, does not lose data rate, but equals the number of transmit antennas, i. diversity order) has an advantage.
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, 4 개 이상의 안테나들을 사용하여 복소 심볼들을 전송하는 경우, N개의 심볼들을 송신하기 위해 2N개의 시간구간들이 필요하므로 지연시간(latency)이 길어지고 전송률이 저하되는 문제점이 있다.On the other hand, Tarokh's method that extends Alamouti's space-time block coding technique, as described above with reference to FIGS. 1 and 2, uses the maximum diversity order using matrix-type space-time block codes having orthogonal columns therebetween. Get However, since the Tarokh scheme transmits four complex symbols for eight time intervals, the rate is reduced to 1/2. In addition, since eight time intervals are required to completely transmit one block (four symbols), in case of fast fading, reception performance is deteriorated due to channel change in the block. In other words, in the case of transmitting complex symbols using four or more antennas, since 2N time intervals are required to transmit N symbols, there is a problem in that the latency is long and the transmission rate is reduced.
한편, 3개 이상의 송신 안테나를 통해 복소 신호를 전송하는 다중 안테나 시스템에서 최대 전송률을 가지는 방식을 설계하기 위하여, Giannakis 그룹이 복소 필드(Complex Field)에서의 성상도 회전(constellation rotation)을 통해 4개의 송신안테나에서 최대 다이버시티 최대 전송률(FDFR : full diversity full rate) STBC를 제안한 바 있다.Meanwhile, in order to design a method having a maximum data rate in a multi-antenna system that transmits a complex signal through three or more transmitting antennas, the Giannakis group uses four constellation rotations in a complex field. A maximum diversity full rate (FDFR) STBC has been proposed in a transmission antenna.
도 3은 종래기술인 Giannakis그룹이 제안한 시공간 블록 부호화 방식을 사용하는 이동통신시스템에서 송신기의 구성을 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 상기 송신기는, 변조기(300), 선부호화기(302), 시공간 사상기(304) 및 복수의 송신 안테나들(306, 308, 310, 312)로 구성된다. 3 is a block diagram of a transmitter in a mobile communication system using a space-time block coding scheme proposed by the conventional Giannakis group. As shown, the transmitter consists of a
도 3을 참조하면, 먼저 변조기(300)는 입력되는 정보 데이터(또는 부호화 데이터)를 미리 설정된 변조 방식으로 변조하여 변조 심볼들을 출력한다. 여기서, 상기 미리 설정된 변조방식은 BPSK, QPSK, QAM, PAM, PSK 방식 등과 같은 변조 방식들 중 어느 한 방식이 될 수 있다.Referring to FIG. 3, first, the
상기 선부호화기(302)는 상기 변조기(300)로부터의 개의 변조심볼들(d1,d2,d3,d4)을 신호 공간상에서 신호의 회전(rotation)이 발생하도록 부호화하여 개의 심볼들을 출력한다. 설명의 편의를 위하여 송신 안테나 개수가 4개인 경 우에 대하여 설명하도록 한다. 여기서, 상기 변조기(300)에서 출력되는 4개의 변조 심볼들로 구성되는 심볼열을 라고 가정한다. 상기 선부호화기(302)는 상기 변조 심볼열 를 하기 <수학식 2>와 같은 연산 동작을 통해 복소 벡터(complex vector) 을 생성한다.The
여기서, 는 선부호화 행렬을 나타내며, Giannakis 그룹에서는 상기 선부호화 행렬로 단일 행렬(unitary matrix)인 Vandermonde 행렬을 사용하고 있다. 또한, 상기 선부호화 행렬에서 는 하기 <수학식 3>과 같이 표현된다.here, Denotes a precoding matrix, and the Giannakis group uses the Vandermonde matrix, which is a unitary matrix, as the precoding matrix. Also, in the precoding matrix Is expressed by
앞서 언급한 바와 같이, Giannakis 그룹에서 제안한 시공간 부호화 방식은 4개의 송신 안테나들을 사용할 경우뿐만 아니라 4개를 초과하는 개수의 송신 안테나 들로 확장이 용이한 방식이다. 상기 시공간 사상기(304)는 상기 선부호화기(302)로부터의 심볼들을 하기 <수학식 4>와 같이 시공간 블록 부호화하여 출력한다.As mentioned above, the space-time coding scheme proposed by the Giannakis group can be easily extended to not only four transmission antennas but also more than four transmission antennas. The space-
상기 <수학식 4>에서 S는 4개의 송신안테나들을 통해 송신되는 심볼들의 부호화 행렬을 나타낸다. 상기 부호화 행렬에서 열(column)의 개수는 송신 안테나 개수에 대응되고, 행(row의 개수는 상기 4개의 심볼들을 전송하는데 소요되는 시간에 대응된다. 즉, 4개의 심볼들이 4개의 시간구간동안 4개의 안테나들을 통해 송신됨을 알 수 있다.In
즉, 첫 번째 시간구간에서는 제1송신안테나(306)를 통해서 신호 을 송신하고, 상기 제1송신안테나(306)를 제외한 나머지 송신안테나들(308, 310, 312)에서는 어떤 신호도 송신하지 않는다. 두 번째 시간 구간에서는 제2송신안테나(308)를 통해서 를 송신하고, 상기 제2송신안테나(308)를 제외한 나머지 송신안테나들(306, 310, 312)에서는 어떤 신호도 전송하지 않는다. 세 번째 시간구간에서는 제3송신안테나(310)를 통해서 를 전송하고, 상기 제3안테나(310)를 제외한 나머지 송신안테나들(306, 308, 312)에서는 어떤 신호도 전송하지 않는다. 네 번째 시간구간에서는 제4송신안테나(312)를 통해서 를 전송하고, 상기 제4송신안테나(312)를 제외한 나머지 송신안테나들(306, 308, 310)에서는 어떤 신호도 전송하지 않는다.That is, the signal is transmitted through the
이와 같이, 4개의 심볼들이 4개의 시간구간동안 무선 채널을 통해 수신기(도시하지 않음)에 수신되면, 상기 수신기는 ML(Maximum Likelihood) 복호화 방식으로 상기 변조 심볼열 을 복원하게 된다.As such, when four symbols are received at a receiver (not shown) through a wireless channel for four time periods, the receiver performs the modulation symbol sequence in a maximum likelihood (ML) decoding scheme. Will be restored.
또한, 정태진, 전경훈 연구팀에서 2003년에 Giannakis 그룹에서 제안한 시공간 블록 부호화 방식에 비해 부호화 이득(coding gain)이 우수한 선부호화기 및 연접 부호(concatenated code)를 제안하였다. 정태진, 전경훈 연구팀은 Giannakis 그룹에서 제안한 대각 행렬(diagonal matrix) 대신 S.M. Alamouti가 제안한 시공간 블록 부호를 연접하여 사용함으로써 부호화 이득을 향상시키고 있다. 설명의 편의를 위해 정태진, 전경훈 연구팀에서 제안한 시공간 블록 부호를 Alamouti FDFR STBC(Alamouti Full Diversity Full Rate Space Time Block Codes)라 칭하기로 한다.In addition, Tae-Jin Chung and Jeon-Hoon Jung proposed a pre-coder and concatenated code with better coding gain than the space-time block coding scheme proposed by Giannakis Group in 2003. Tae-Jin Chung and Jeon-Hoon Jung replaced S.M. with the diagonal matrix suggested by Giannakis Group. The coding gain is improved by concatenating the space-time block code proposed by Alamouti. For the convenience of explanation, the space-time block codes proposed by Tae-Jin Chung and Jeon-Hoon Chung will be referred to as Alamouti FDFR STBC (Alamouti Full Diversity Full Rate Space Time Block Codes).
도 4는 종래기술에 따른 정태진, 전경훈 연구팀에서 제안한 4개의 송신 안테나들을 사용하며, 시공간 블록 부호화 방식을 사용하는 이동통신시스템에서 송신기의 구성을 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 상기 송신기는, 선부호화기(400), 사상기(402), 지연기(404), 2개의 Alamouti 부호화기들(406, 408) 및 4개의 송신 안 테나들(410, 412, 414, 416)로 구성된다.FIG. 4 illustrates a configuration of a transmitter in a mobile communication system using four transmission antennas proposed by Jeong Tae-jin and Jeon, Ji-hoon, a research team according to the prior art, and using a space-time block coding scheme. As shown, the transmitter includes a
도 4를 참조하면, 먼저 선부호화기(400)는 입력되는 4개의 변조 심볼들을 신호 공간상에서 신호의 회전이 발생하도록 부호화하여 출력한다. 여기서, 상기 선부호화기(400)로 입력되는 상기 4개의 변조 심볼들을 d1,d2,d3,d4라고 가정하고, 상기 4개의 변조심볼들로 구성되는 심볼열을 d라고 가정한다. 상기 선부호화기(400)는 상기 변조 심볼열 d를 하기 <수학식 5>와 같은 연산 동작을 통해 복소 벡터(complex vector) 을 생성한다.Referring to FIG. 4, first, the
여기서, 이다.here, to be.
상기 사상기(402)는 상기 선부호화기(400)로부터의 4개의 심볼들을 2개씩 묶어 2개의 성분(element)들로 구성된 2개의 벡터들 을 출력한다. 여기서, 상기 첫 번째 벡터 는 Alamouti 부호화기(406)로 입력 되고, 두 번째 벡터 는 지연기(404)로 입력된다.The
상기 지연기(404)는 상기 두 번째 벡터 을 한 시간구간동안 버퍼링한후 Alamouti 부호화기(408)로 출력한다. 즉, 상기 사상기(402)의 첫 번째 벡터 는 첫 번째 시간에 Alamouti 부호화기(406)에 입력되며, 두 번째 벡터 는 두 번째 시간에 Alamouti 부호화기(408)에 입력된다. 여기서, Alamouti 부호화기라 함은 앞에서 언급한 S.M.Alamouti 가 제안한 시공간 블록 부호화 방식을 사용하는 부호화기를 나타낸다.The
상기 Alamouti 부호화기(406)는 상기 사상기(402)로부터의 을 첫 번째 및 두 번째 시간구간에서 제1송신안테나(410)와 제2송신안테나(412)를 통해서 송신되도록 부호화한다. 그리고 상기 Alamouti 부호화기(408)는 상기 지연기(404)로부터의 을 세 번째 및 네 번째 시간구간에서 제3송신안테나(414)와 제4송신안테나(416)를 통해서 송신되도록 부호화한다. 즉, 상기 Alamouti 부호화기들(406, 408)의 출력 신호를 다중 안테나를 통해 송신하기 위한 부호화 행렬은 하기 <수학식 6>과 같이 표현된다.The
상기 수학식 6의 부호화 행렬이 상기 수학식 4에서 설명한 부호화 행렬과 다른 점은 대각 행렬형태가 아니라 Alamouti 방식으로 구현된다는 점이다. 즉, Alamouti 의 STBC 방식을 사용함으로서 부호화 이득(coding gain)을 증가시키고 있다. 상기 부호화 행렬의 I번째 행(row)은 i번째 시간구간에 송신됨을 나타내고, j번째 열(column)은 j번째 송신안테나를 통해 송신됨을 나타낸다.The coding matrix of
즉, 첫 번째 시간구간에서는 제1송신안테나(410)와 제2송신안테나(412)를 통해 과을 각각 송신한다. 두 번째 시간구간에서는 제1송신안테나(410)와 제2송신안테나(412)를 통해 과 을 각각 송신한다. 세 번째 시간구간에서는 제3송신안테나(414)와 제4송신안테나(416)를 통해 과 을 각각 송신한다. 네 번째 시간구간에서는 제3송신안테나(414)와 제4송신안테나(416)를 통해 과 을 각각 송신한다.That is, in the first time interval, the
그러나 상술한 Alamouti FDFR STBC도 송신기에서 선부호화(precoding)를 하 기 위하여 선부호화기(Precoder)단의 모든 구성 성분(element)들과 입력 벡터 사이의 계산이 필요하므로 부호화 복잡도가 높다. 예를 들어, 송신안테나가 4개일 경우 선부호화기(precoder)의 성분(element)에 0이 포함되어 있지 않으므로 16개의 항들에 대해 모두 연산을 수행해야 한다. However, the Alamouti FDFR STBC described above also requires high coding complexity because it requires calculation between all elements of the precoder stage and an input vector in order to precode the transmitter. For example, if there are four transmitting antennas, since the element of the precoder does not include 0, all 16 terms should be performed.
역시, 수신기도 송신기에서 송신한 신호 에 대하여 최대 우도 복호(maximum likelihood decoding : ML 복호)를 수행하여야 하므로 상당히 많은 계산량이 요구된다. 이런 높은 복잡도를 낮추기 위하여 삼성전자 채찬병 등이 새로운 시공간 블록 부호 방식을 제안하였다. Again, the receiver also sends a signal from the transmitter The maximum likelihood decoding (ML decoding) needs to be performed on the RPC and thus a considerable amount of computation is required. In order to reduce this high complexity, Samsung Electronics, Chae-Byung, et al. Proposed a new space-time block code method.
상기 식 7은 임의의 짝수개 안테나에 관한 선부호화기를 나타내며 그 뒤의 연산 과정은 전경훈 교수 연구 그룹과 동일하다. 그러나 일련의 연산 과정 즉, 천공 및 이동을 통하여 수신기의 최대우도복호(ML 복호)에 따른 복잡도를 현저히 낮추었다.
그러나 이러한 시도에도 불구하고 기존의 선형 복호가 가능한 알라무티 등에 비교하여 너무나 높은 복잡도를 요구하였으며, 이를 더욱 줄이고자 하는 노력이 계 속되었다. 그런 와중에 인도의 Sundar Ragan 교수그룹(이하 Sundar Ragan 그룹이라 함)이 선형 복호가 가능하며 full diversity full rate을 갖는 시공간 블록 부호를 제안하였다. Despite these attempts, however, the complexity was so high compared to the conventional Alamuti, which can perform linear decoding, and efforts have been made to further reduce the complexity. In the meantime, Sundar Ragan's Professor Group (hereinafter referred to as Sundar Ragan Group) of India proposed a space-time block code with linear decoding and full diversity full rate.
이하에서 Sundar Ragan 그룹의 STBC를 설명하겠다. Sundar Ragan 그룹의 STBC는 수학식 6에서 각각의 값 에 를 곱하여(복소평면상에서 만큼 회전함을 의미한다) 새로운 값 를 얻은 후, 이 새로운 값의 실수부 허수부를 재구성하여 얻은 것을 나타내며 아래의 수학식 8의 부호화 행렬을 의미한다. The following describes the STBC of the Sundar Ragan group. The STBC of the Sundar Ragan group is the value of on Multiply by (in the complex plane Rotates by) new value After obtaining, it represents that obtained by reconstructing the real part imaginary part of this new value and means the coding matrix of
수학식 8을 이용하면 수신기에서 선형 디코딩이 가능하여 복잡도를 낮추는 이득이 있다. 여기에서 Sundar Rajan 교수는 위상회전값(phase rotator) 를 특정 값으로 고정하여 사용한다. 즉, 를 사용한다.Using
이러한 Sundar Ragan 그룹의 시공간 블록 부호화 방식을 사용하는 이동통신시스템에서는 정보 심볼들이 선부호화기를 거치면서 만큼 곱해진 후, 사상기를 통하여 재구성이 이루어진다.In the mobile communication system using the space-time block coding scheme of the Sundar Ragan group, the information symbols pass through the pre-encoder. After multiplying by, reconstruction takes place through the mapper.
즉, 에서 로 섞이게 된다. 사상기는 이렇게 재구성한 c' 심볼들을 2개씩 묶어 [c'2c1'][c4'c3']벡터들을 출력한다. 이들 벡터들은 각각 Alamouti 부호화기를 통하여 전송된다. In other words, in It is mixed with. The mapper combines these reconstructed c 'symbols into two [c'2c1'] [c4'c3 '] vectors. These vectors are each transmitted via an Alamouti encoder.
그러나 위와 같은 방법으로 4개의 송신 안테나를 사용하는 시스템에서 full diversity full rate를 달성하도록 설계하는 경우에 수신기가 복잡해지는 문제가 발생하였다. However, in the case of designing to achieve full diversity full rate in a system using four transmitting antennas as described above, the receiver becomes complicated.
이에 따라 수신기 구조를 복잡하게 하지 않으면서도 성능을 향상시키는 시스템이 요구되었고, IEEE802.16시스템에서는 도 4에 나타나는 선부호화기에서 항등 행렬을 사용하는 시공간 부호를 적용하고 있다. 이 경우 4개의 송신 안테나를 사용하는 시스템에서 diversity 이득을 2밖에 얻을 수 없지만, Alamouti 코드의 수신기를 그대로 사용할 수 있는 장점이 있다. Accordingly, there is a demand for a system that improves performance without complicating the receiver structure. In the IEEE802.16 system, a space-time code using an identity matrix is applied to a pre-coder shown in FIG. In this case, only two diversity gains can be obtained in a system using four transmitting antennas, but the Alamouti code receiver can be used as it is.
그러나 보다 정확한 통신을 위해서는 이러한 시스템도 그 성능을 더 향상하게 할 필요가 있다. 따라서 4개의 안테나 통신시스템에서 항등 행렬을 사용하는 시공간 부호를 사용하는 시스템에서 BER(bit error rate)/FER(frame error rate) 성능을 더 향상하게 하는 장치 및 방법이 요구된다.However, for more accurate communication, these systems also need to improve their performance. Therefore, there is a need for an apparatus and method for further improving bit error rate (BER) / frame error rate (FER) performance in a system using a space-time code using an identity matrix in a four antenna communication system.
따라서 본 발명의 목적은 4개의 안테나를 사용하는 이동통신시스템에서 BER(bit error rate)/FER(frame error rate) 성능을 향상시키는 시공간 블록 부호화 장치 및 방법을 포함하는 송신기 및 송신방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a transmitter and a transmission method including a space-time block encoding apparatus and method for improving the BER (bit error rate) / frame error rate (FER) performance in a mobile communication system using four antennas. .
본 발명의 다른 목적은 4개의 안테나를 사용하는 이동통신시스템에서 수신기로부터 피드백 되는 채널 정보를 이용하여 안테나 그룹핑 패턴을 선택하여 이를 심볼벡터에 곱한 그룹핑 심볼 벡터를 4개의 안테나를 통하여 전송함으로써 BER(bit error rate)/FER(frame error rate) 성능을 향상시키는 시공간 블록 부호화 장치 및 방법을 포함하는 송신기 및 송신방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to select an antenna grouping pattern by using channel information fed back from a receiver in a mobile communication system using four antennas and transmit the grouping symbol vector multiplied by the symbol vector through the four antennas. An object of the present invention is to provide a transmitter and a transmission method including an apparatus and a method for space-time block encoding to improve error rate / frame error rate (FER) performance.
본 발명의 또 다른 목적은 복수의 안테나를 사용하는 이동통신시스템에서 심볼벡터에 미리 정하여진 퍼뮤테이션 안테나 그룹핑 패턴을 곱한 그룹핑 심볼 벡터를 4개의 안테나를 통하여 전송함으로써 BER(bit error rate)/FER(frame error rate) 성능을 향상시키는 시공간 블록 부호화 장치 및 방법을 제공함에 있다.It is still another object of the present invention to transmit a grouping symbol vector multiplied by a predetermined permutation antenna grouping pattern through four antennas in a mobile communication system using a plurality of antennas. Disclosed is a space-time block encoding apparatus and method for improving frame error rate performance.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제1실시예에 따르면, 본 발명은 4개의 송신 안테나를 사용하는 통신시스템의 송신기에 있어서, 입력되는 심볼열을 일정한 규칙에 따라 부호화하여 부호화 심볼벡터를 형성하는 부호화기와, 미리 정해진 퍼뮤테이션(permutation) 안테나 그룹핑 패턴을 순서에 따라 상기 부호화된 심볼벡터에 곱하여 그룹핑 심볼벡터를 퍼뮤테이션(permutation)하여 그룹핑 심볼 벡터를 출력하는 그룹핑 블록과 상기 그룹핑 블록으로부터의 상기 그룹핑 심볼 벡터를 알라모우티 부호화하여 대응되는 안테나를 통해 송신하는 알라모우티 부호화기를 포함하는 송신기를 제공한다. According to a first embodiment of the present invention for achieving the above objects, in the transmitter of a communication system using four transmitting antennas, to form an encoded symbol vector by encoding an input symbol sequence according to a predetermined rule A grouping block for multiplying the encoded symbol vector by a predetermined permutation antenna grouping pattern in order and permutating a grouping symbol vector to output a grouping symbol vector, and the grouping from the grouping block Provided is a transmitter including an Alamouti encoder for transmitting symbology encoding a symbol vector through a corresponding antenna.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 4개의 송신 안테나를 사용 하는 통신시스템 송신기의 송신방법에 있어서, 입력되는 심볼열을 일정한 규칙에 따라 부호화하여 부호화 심볼벡터를 형성하는 부호화단계와, 미리 정해진 퍼뮤테이션(permutation) 안테나 그룹핑 패턴을 순서에 따라 상기 부호화된 심볼벡터에 곱하여 그룹핑 심볼벡터를 퍼뮤테이션(permutation)하여 그룹핑 심볼 벡터를 출력하는 그룹핑 블록단계와, 상기 그룹핑 심볼 벡터를 알라모우티 부호화하여 대응되는 안테나를 통해 송신하는 알라모우티 부호화 단계를 포함하는 송신방법을 제공한다. According to another embodiment of the present invention, the present invention provides a method for transmitting a communication system transmitter using four transmitting antennas, comprising: an encoding step of encoding an input symbol string according to a predetermined rule to form an encoded symbol vector; A grouping block step of outputting a grouping symbol vector by permutating a grouping symbol vector by multiplying a predetermined permutation antenna grouping pattern by the coded symbol vector in order and Alamouti coding the grouping symbol vector; The present invention provides a transmission method comprising an Alamouti encoding step of transmitting through a corresponding antenna.
이외에 본 발명은 위의 실시예들을 구현하는 방법들을 제공한다. 더불어 본 발명의 보호범위에 포함되는 또 다른 실시예들이 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 실현 가능하다. In addition, the present invention provides methods for implementing the above embodiments. In addition, other embodiments included in the protection scope of the present invention can be realized in order to achieve the object of the present invention.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 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.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
본 발명에서는 수신기의 복잡도를 낮추기 위하여 항등행렬을 사용하는 시공간 부호를 사용하는 경우에, 아래의 <수학식9> matrix A 시공간 부호를 사용하는 시스템에서 성능의 향상을 위하여 항등행렬과 다른 행렬을 함께 사용하고 이들 행렬들을 이용하여 안테나 그룹핑을 사용하여 성능을 향상시키는 기술에 관한 것이다. 여기서 matrix A는 도 5와 도 6에 나타난 바와 같은 위치에 존재하며, 아래의 <수학식 9>와 같다.In the present invention, when using a space-time code that uses the identity matrix to reduce the complexity of the receiver, the identity matrix and the other matrix together to improve the performance in the system using matrix A space-time code below And techniques for improving performance using antenna grouping using these matrices. Here, matrix A exists at the position as shown in FIGS. 5 and 6, and is represented by Equation 9 below.
위 <수학식 9>에서 열(column)은 전송하는 시간을 나타내며, 행(row)은 안테나를 나타낸다. In Equation 9, a column represents a transmission time and a row represents an antenna.
도 5는 본 발명에 따른 시공간 블록 부호화 방식을 사용하는 이동통신시스템에서 송신기의 구성을 나타내는 도면이다. 여기에서는 4개의 송신 안테나를 가진 이동통신시스템의 예를 들어 설명한다. 그룹핑 블록(grouping block)전에는 상기 수학식 matrix A 시공간 부호를 출력하는 A 매트릭스 부호화기(510)가 존재한다. 그룹핑 블록(grouping block)(520)은 상기 수학식 matrix A 시공간 부호에 따른 심볼열을 입력받으며, 수신기로부터 채널상태 정보 또는 그룹핑 패턴을 나타내는 그룹핑 인덱스(grouping index)를 피드백 받는다. 여기서 그룹핑 인덱스란 4개의 안테나들 중에서 어느 안테나와 어느 안테나를 그룹으로 하여 알라모티 인코더에 대응하게 할 것인가를 나타내는 정보를 의미하며, 수신기에서 아래의 <수학식 10>에 따라 항등행렬인 AG1 매트릭스 또는 다른 행렬인 AG2 혹은 AG3 매트릭스 중에서 선택한다. AG1, AG2 또는 AG3 매트릭스는 안테나 그룹핑 패턴이라 하며, 도 5와 도 6에 나타나 있다. 송신기가 채널상태정보를 피드백 받는 경우에는 송신기에서 아래의 <수학식 10>에 따라 계산하여 AG1, AG2 또는 AG3 매트릭스 중에서 하나의 매트 릭스를 선택한다. 5 is a diagram illustrating a configuration of a transmitter in a mobile communication system using a space-time block coding scheme according to the present invention. Here, an example of a mobile communication system having four transmitting antennas will be described. Before the grouping block, there is an A matrix encoder 510 which outputs the above-described matrix A space-time code. The grouping block 520 receives a symbol sequence according to the matrix A space-time code, and receives a grouping index indicating channel state information or a grouping pattern from a receiver. Herein, the grouping index means information indicating which antenna and which antennas of the four antennas are to be grouped to correspond to the Alamoti encoder, and in the receiver, an AG1 matrix or an identity matrix according to
즉, 그룹핑 블록(grouping block)(520)은 입력되는 정보 심볼들을 수신기인 단말기로부터 전송 받은 채널상태 정보 또는 안테나 그룹핑 패턴을 나타내는 그룹핑 인덱스(grouping index)를 참조하여 AG1, AG2 또는 AG3 매트릭스 중에서 하나의 매트릭스를 선택하고 이를 입력하는 <수학식 9>매트릭스에 곱하여 4개의 안테나에 전송하도록 매핑을 하게 된다. 예를 들면, 단말기가 첫 번째 안테나와 두 번째 안테나를 하나의 Alamouti encoder로 묶고, 세 번째 안테나와 네 번째 안테나를 하나의 Alamouti encoder로 묶으라는 정보를 담은 그룹핑 인덱스를 피드백해 주는 경우를 본다. 이 경우에는 처음 두 번의 시간 즉, t=t1, t2에서는 1번 2번 안테나를 통해서 전송을 하고 나머지 두 번의 시간 즉, t=t3, t4에는 3번과 4번 안테나를 통해서 전송이 된다. 그것은 위 <수학식 9>에서 열(column)은 시간을 나타내고, 행(row)은 안테나를 나타내는 것이므로 이와 같은 전송이 이루어지게 된다. That is, the grouping block 520 refers to a grouping index indicating the channel state information or the antenna grouping pattern received from the terminal, which is the received information symbols, from one of the AG1, AG2, or AG3 matrices. The matrix is selected and multiplied by Equation (9) to input it and mapped to transmit to four antennas. For example, suppose that the terminal feeds back a grouping index that includes information on tying the first antenna and the second antenna into one Alamouti encoder and tying the third and fourth antennas into one Alamouti encoder. In this case, the first two times, i.e., t = t1 and t2, are transmitted through
도 5는 시공간 블록 부호에 안테나 그룹핑을 적용하는 송신기의 도면을 나타낸 것이다. 수신기로부터 채널 상태정보 또는 그룹핑 인덱스를 피드백 받으면 그룹핑블록(520)은 <수학식 9> 행렬에 안테나 그룹핑 매트릭스인 AG1, AG2 또는 AG3 매트릭스 중에서 하나의 매트릭스를 선택하고 곱하여 각각 알라무티 부호기를 거쳐 전송된다. 그룹핑블록(520)에서 출력되는 데이터의 행렬은 후에 기술되는 A1, A2, A3 매트릭스로 표현될 수 있다.5 shows a diagram of a transmitter applying antenna grouping to a space-time block code. Upon receiving the feedback of the channel state information or the grouping index from the receiver, the grouping block 520 selects and multiplies one matrix among the antenna grouping matrix AG1, AG2 or AG3 matrix by Equation 9, and then transmits them through the Alamouti coder. . The matrix of data output from the grouping block 520 may be represented by an A1, A2, A3 matrix described later.
도 6은 본 발명에 따른 시공간 주파수 블록 부호화 방식을 사용하는 이동통신시스템에서 송신기의 구성을 나타내는 도면이다. 그룹핑 블록(grouping block)전 에는 아래의 도 6에서와 마찬가지로 상기 수학식 matrix A 시공간 부호를 나타내는 영역(610)이 존재한다. 위 <수학식 9>의 행(row)은 안테나를 나타내며, 열(column)은 시간과 주파수를 나타낸다. 처음 두 개의 컬럼의 신호는 주파수 1에서 전송하고, 나머지 두 개의 컬럼의 신호는 주파수 2에서 전송한다. 또한 각각의 컬럼 신호 두 개중에서 앞의 신호는 t=t1, 뒤의 신호는 t2에서 전송함을 의미한다. 이러한 매트릭스는 OFDM시스템에서 사용될 수 있다. 6 is a diagram illustrating a configuration of a transmitter in a mobile communication system using a space-time frequency block coding scheme according to the present invention. Before the grouping block, as shown in FIG. 6 below, an area 610 representing the equation matrix A space-time code exists. The row in Equation 9 represents an antenna, and the column represents time and frequency. The signals of the first two columns are transmitted at
그룹핑 블록(grouping block)(620)은 입력되는 정보 심볼들을 수신기인 단말기로부터 전송 받은 채널상태 정보 또는 그룹핑 패턴을 나타내는 그룹핑 인덱스(grouping index)를 참조하여 4개의 안테나에 전송하도록 매핑을 하게 된다. 예를 들면, 단말기가 첫 번째 안테나와 두 번째 안테나를 하나의 Alamouti encoder로 묶고, 세 번째 안테나와 네 번째 안테나를 하나의 Alamouti encoder로 묶는다는 그룹핑 인덱스를 피드백하면 위의 <수학식 9>에 따라 전송된다. 즉, 처음 두 컬럼은 f1에 매핑되어 송신 안테나 1, 2를 통해 t1, t2에 걸쳐 전송되고, 나머지 두 컬럼은 f2에 매핑되어 t1, t2에 걸쳐 안테나 3, 4를 통해 전송된다.The grouping block 620 maps the input information symbols to four antennas by referring to a grouping index indicating channel state information or a grouping pattern received from a terminal which is a receiver. For example, if the terminal feeds back a grouping index that binds the first antenna and the second antenna to one Alamouti encoder and the third and fourth antennas to one Alamouti encoder, according to Equation 9 above. Is sent. That is, the first two columns are mapped to f1 and transmitted through t1 and t2 through transmit
도 6은 시공간 주파수 블록 부호에 안테나 그룹핑을 적용한 송신기의 도면을 나타낸 것이다. 이후 과정은 도 5와 동일하다.6 shows a diagram of a transmitter applying antenna grouping to a space-time frequency block code. Since the process is the same as FIG.
도 7은 본 발명에 따른 시공간 블록 부호화 방식을 사용하는 이동통신시스템에서 수신기의 구성을 나타내는 도면이다. 간단히 설명하기 위하여 수신 안테나는 하나로 가정한 경우를 도시화 하였다. 수신기의 채널추정기(702)는 수신 안테나를 통해 들어오는 신호의 채널 추정을 한 후, 검출기(704), 병렬/직렬변환기(706) 및 복조기(708)등의 장치를 통해 일련의 복호화 과정을 거쳐 수신신호를 복호한다. 또한 채널추정하여 채널상태정보인 채널계수를 얻은 후에는 피드백송신기(710)를 통해 채널상태정보 또는 그룹핑 패턴을 나타내는 그룹핑 인덱스(grouping index)를 송신기의 그룹핑 블록으로 전송한다. 그럼 지금부터 동작의 이해를 위하여 피드백 송신기(710)를 설명하도록 한다.7 is a diagram illustrating a configuration of a receiver in a mobile communication system using a space-time block coding scheme according to the present invention. For the sake of simplicity, the case of assuming one receiving antenna is illustrated. The
본 발명에서는 수신기에서 채널을 추정하고 각 채널상태정보를 송신기로 그대로 전송하는 방식과 또는 새로운 안테나 그룹핑 패턴(antena grouping pattern)을 나타내는 그룹핑 인덱스(index)를 피드백하는 2가지 방식을 제안한다.The present invention proposes two methods of estimating a channel at a receiver and transmitting each channel state information to a transmitter as it is or feeding back a grouping index indicating a new antenna grouping pattern.
1) 모든 채널정보를 알려주는 경우1) When all channel information is informed
수신기에서 추정한 채널상태정보채널 값(계수)를 송신기로 전송하면 송신기의 그룹핑 블록에서 아래의 <수학식 10>을 수행한다.When the channel state information (coefficient) estimated by the receiver is transmitted to the transmitter,
여기서, i,j,m,n은 1에서 4까지의 임의의 값이다. 즉, 그룹핑 블록(520, 620)은 수신기로부터 송신기 안테나 각각과 수신기 안테나 사이의 채널인 h1, h2, h3, h4의 채널 값을 피드백 받으면 <수학식 10>을 만족하는 (i,j), (m,n) 짝을 찾아 안테나 그룹핑 패턴을 선택한다. 송신 기의 그룹핑 블록에서 안테나 그룹핑 패턴 AG1, AG2, AG3 중 하나를 선택하여 <수학식 9>의 매트릭스 A를 곱하여 새로이 그룹핑한 결과는 아래의 <수학식 11>에 나타나는 A1, A2, A3 매트릭스 중에 하나가 된다. Where i, j, m, n is any value from 1 to 4. That is, when the grouping blocks 520 and 620 receive the channel values of h1, h2, h3, and h4, which are channels between the transmitter antennas and the receiver antennas, the receiver satisfies Equation 10 (i, j), ( m, n) find the pair and select the antenna grouping pattern. In the grouping block of the transmitter, the antenna grouping pattern AG1, AG2, AG3 is selected and multiplied by matrix A of <Equation 9> to newly group the result. Become one.
만약 수신 안테나가 2개 이상의 경우에는 다음과 같은 연산을 먼저 거친다. 여기에서는 설명을 간단하게 하기 위하여 수신 안테나를 2개라고 가정을 한다. 수신안테나가 2개이면 4개의 송신 안테나로부터 2개의 수신안테나로의 채널은 총 8개 가 존재한다. 이 채널을 일반식으로 쓰면 h_i=(|h_1i|^2+|h_2i|^2)/2 이 된다. 여기에서 h_1i, h_2i 은 송신 안테나 i번에서 수신 안테나 1, 2에 해당하는 채널 값을 나타내는 것이다. 즉, h_11, h_21 은 송신 안테나 1번에서 수신 안테나 1, 2에 해당하는 채널 값을 나타내는 것이다. 이 때 h_1=(|h_11|^2+|h_21|^2)/2 으로 계산된다. 이러한 방식으로 모든 채널에 대하여 계산을 하면, h_1~h_4를 얻는다. 그 뒤는 위의 <수학식 10>을 그대로 이용하여 새로운 안테나 그룹핑을 구한다. If there are two or more receiving antennas, the following operation is performed first. For simplicity, it is assumed here that there are two receiving antennas. If there are two receiving antennas, there are eight channels from four transmitting antennas to two receiving antennas. Using this channel in general, h_i = (| h_1i | ^ 2 + | h_2i | ^ 2) / 2. Here, h_1i and h_2i represent channel values corresponding to
2) 새로운 안테나 그룹핑 패턴을 나타내는 그룹핑 인덱스(index)를 송신기로 피드백 전송하는 경우2) In case of feedback transmission to the transmitter a grouping index indicating a new antenna grouping pattern
실제 시스템에서 수신기에서 수신한 모든 채널을 송신기에 전송한다는 것은 시스템 구현상 여러 가지 어려운 점을 유발한다. 따라서 수신기에서 일련의 과정 즉 <수학식 10>을 연산하고 얻어진 결과를 피드백하여 송신기의 안테나 그룹핑 블록에서 이 그룹핑 패턴을 이용하여 새롭게 그룹핑(grouping)하는 방법이 가능하다. 즉, 수신기의 피드백전송기(710)에서 안테나 그룹핑 패턴을 나타내는 그룹핑 인덱스(index)를 송신기의 그룹핑 블록으로 피드백 전송한다. 송신기의 그룹핑 블록은 수신기로부터 피드백 전송받은 그룹핑 패턴을 나타내는그룹핑 인덱스(index)를 사용하여 새로운 안테나 그룹핑을 한다. 그룹핑 인덱스는 그룹핑 패턴 AG1, AG2, AG3 를 나타내는 인덱스로 2개의 비트로 구성하는 것이 가능하다는 점은 당연하다. In a real system, transmitting all channels received from a receiver to a transmitter introduces a number of difficulties in the implementation of the system. Therefore, a method of computing a series of processes at Equation (Equation 10) and feeding back the obtained result can be used to newly group the antenna grouping block using this grouping pattern. That is, the
도5와 도6의 AG1, AG2, AG3 이 위에서 설명한 그룹핑 패턴를 나타낸다. AG1, AG2, AG3 of Figs. 5 and 6 show the grouping pattern described above.
도 8은 본 발명에 따른 시공간 블록 부호화 방식을 사용하는 이동통신시스템에서 송신기의 동작 흐름도이다. 전송 데이터 열(매트릭스 A)이 입력되면(802) 수신기에서 전송한 채널 정보인 채널계수를 이용하여 <수학식 10>으로 안테나 그룹핑 패턴을 구하거나(806), 수신기에서 전송하는 그룹핑 인덱스를 이용하여 안테나 그룹핑 패턴을 선택한다(816). 본 발명은 이 두 가지 방법 중 어느 한 가지를 사용한다. 이 후 선택된 안테나 그룹핑 패턴을 데이터 열(매트릭스 A)과 곱한 후 심볼을 2개씩 묶어 2개의 벡터를 생성한다(808). 이후, 이 2개의 벡터들을 Alamouti 방식을 이용해 부호화하여 시공간 주파수 사상을 한다 (810). 이 후, 각각의 신호를 해당 안테나를 통해 송신한다(812).8 is a flowchart illustrating an operation of a transmitter in a mobile communication system using a space-time block coding scheme according to the present invention. When the transmission data string (matrix A) is input (802), the antenna grouping pattern is obtained using
도 9는 본 발명에 따른 시공간 블록 부호화 방식을 사용하는 이동통신시스템에서 수신기의 동작 흐름도를 나타낸다. 전송 데이터 열을 수신하게 되면, 채널 추정(904)를 거치고 송신기로 채널상태정보를 전송한다(914). 이 경우에는 송신기에서 <수학식 10>을 이용하여 새로운 안테나 그룹핑을 한다. 또는 미리 시스템에서 약속한 경우에는 수신기에서 채널 값을 그대로 송신하지 않고 antenna grouping 패턴을 <수학식 10>을 이용하여 연산을 통해 구한 후 송신기로 안테나 그룹핑 패턴을 나타내는 안테나 그룹핑 인덱스만을 전송할 수도 있다. 여기에서 주목하여야 할 점은, 송신기에서 수신기로부터 채널정보를 받아 직접 안테나 그룹핑(antenna grouping) 패턴을 구할 경우에는 통신의 정확도를 높이기 위하여 구한 안테나 그룹핑 패턴의 인덱스를 수신기에 다시 보내줄 필요가 있다. 즉, 송신기의 인디케이터 값이 수신기의 인디케이터 값과 일치하지 않는 경우에는 송신기에서 선택한 셔플링 패턴을 수신기에 공통채널을 통하여 전송하면 데이터 통신이 정확해 질 수 있다. 그 후의 수신기에서는 상기 채널 추정 정보를 이용하여 수신신호를 검출하는 검출기능(906)을 하고, 병렬/직렬변환기능(908)을 통해 복조기(910)에 입력되며, 데이터를 복조하는 복조기능(910)을 수행한다. 9 is a flowchart illustrating an operation of a receiver in a mobile communication system using a space-time block coding scheme according to the present invention. When the transmission data string is received, the channel state information is transmitted to the transmitter through the channel estimation 904 (914). In this case, the transmitter performs a new antenna
도 10은 본 발명에 따른 시공간 블록 부호화 방식을 사용하는 이동통신시스템의 성능 분석 곡선의 예이다. 여기에서는 uncoded BER 성능을 보여준다. 기존의 <수학식 9> matrix A 방식만을 사용하는 경우에 비해 10-3 BER에서 3dB 이상의 이득을 얻을 수 있음을 확인 할 수 있다. 도 10에 나타나는 w는 with 이고, wo는 without를 의미한다. 본 시뮬레이션은 Rayleigh flat fading 채널, QPSK 환경에서의 성능 커브를 나타낸 것이다. 10 is an example of a performance analysis curve of a mobile communication system using a space-time block coding scheme according to the present invention. This shows the uncoded BER performance. It can be seen that a gain of more than 3dB can be obtained in 10-3 BER compared to the case of using only Equation 9 matrix A. In FIG. 10, w is with and wo means without. This simulation shows the performance curves in a Rayleigh flat fading channel, QPSK environment.
도 11은 본 발명에 따른 시공간 블록 부호화 방식을 사용하는 이동통신시스템의 성능 분석 곡선의 다른 예이다. 여기에서는 coded BER(bit error rate)/FER(frame error rate) 성능을 보여준다. 본 발명인 경우가 BER(bit error rate)/FER(frame error rate)성능이 더 우수함을 알 수 있다. 시뮬레이션은 IEEE802.16 시스템 환경을 이용한 것이다. 구체적인 시뮬레이션 조건은 Pedestrian A 채널에서 단말기가 3km/h로 이동한다고 가정하였고, QPSK, 그리고 convolutional Turbo code 1/2 부호화율을 갖는 채널 코딩을 사용하였다. IEEE802.16은 band AMC와 FUSC의 서브 채널 구조가 있는데, 본 시뮬레이션에서는 band AMC를 사용하였다.11 is another example of a performance analysis curve of a mobile communication system using a space-time block coding scheme according to the present invention. Here, coded bit error rate (BER) / frame error rate (FER) performance is shown. In the case of the present invention, it can be seen that the bit error rate (BER) / frame error rate (FER) performance is better. The simulation is based on the IEEE802.16 system environment. For specific simulation conditions, it is assumed that the terminal moves 3km / h in the Pedestrian A channel. QPSK and channel coding with
이러한 본 발명의 구체 동작을 설명하기 위하여 실제 시스템을 예로 들어 설 명하겠다. IEEE802.16 시스템은 OFDMA 시스템이다. 이 경우 피드백 정보를 줄이기 위하여 N개의 서브캐리어를 묶어서 평균 채널 값을 송신한다. 이 경우 송신기에서는 각 서브 채널별로 수신된 평균채널 값을 기준으로 계산하여 안테나 그룹핑을 계산한다. 이 후 수신기에게 송신기에서 사용할 안테나 그룹핑을 알려 주고 양방향 통신을 하면 통신의 정확성을 기할 수 있다. In order to explain the specific operation of the present invention will be described taking the actual system as an example. The IEEE802.16 system is an OFDMA system. In this case, in order to reduce feedback information, an average channel value is transmitted by grouping N subcarriers. In this case, the transmitter calculates the antenna grouping by calculating the average channel value received for each subchannel. Thereafter, the receiver is notified of the antenna grouping to be used by the transmitter, and bidirectional communication can ensure the accuracy of the communication.
단말이 안테나 그룹핑 인덱스를 피드백 주면 기지국에서 그에 맞는 송신 시공간 블록 부호화기를 선택하여 사용하는 방법은 예를 들면 다음과 같다.If the UE gives the antenna grouping index to the feedback, the base station selects and uses a transmission space-time block coder according to this.
즉, 아래의 <표1>에 나타나 있는 바와 같이, 단말이 CQICH를 통해 0b110001을 송신하면 기지국에서는 위 <수학식 11>의 A1를 전송한다. 단말이 CQICH를 통해 0b110010을 송신하면 기지국에서는 위 <수학식 11>의 A2를 전송한다. 단말이 CQICH를 통해 0b110011을 송신하면 기지국에서는위 <수학식 11>의 A3를 전송한다.That is, as shown in Table 1 below, when the UE transmits 0b110001 through the CQICH, the base station transmits A1 of
위에서는 수신기로부터 채널정보 또는 안테나 그룹핑 인덱스를 피드백 받는 경우에 대해 설명하였다.In the above, a case of receiving feedback of channel information or an antenna grouping index from a receiver has been described.
그러나 본 발명의 사상은 수신기인 단말기로부터 정보를 피드백 받지 않는 경우에도 실현 가능하다. 즉, 수신기로부터 정보를 피드백 받지 못하는 개루프(open loop)인 경우에는 그룹핑 블록에서 아래의 <수학식 12>에 나타나는 안테나 그룹핑 패턴을 정해진 순서대로 사용하여 그룹핑 심볼 벡터를 퍼뮤테이션(permutation)하여 사용하여도 성능 향상 효과를 얻을 수 있다. However, the idea of the present invention can be realized even when no feedback is received from the terminal which is the receiver. That is, in the case of an open loop in which information is not received from the receiver, the grouping block is permutated using a grouping symbol vector by using the antenna grouping pattern shown in
여기에서 A=[A_1 | A_2 | A_3] 로 이루어져서 시간이 흐름에 따라 안테나 그룹핑 패턴을 퍼뮤테이션(permutation)하는 방법을 사용하는 경우이며, 이렇게 하면, 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다. 이 경우 채널의 피드백이 필요 없다. Where A = [A_1 | A_2 | A_3], which is a case of using a method of permutating the antenna grouping pattern with time, thereby improving the performance of the system. In this case, no feedback from the channel is required.
그리고 퍼뮤테이션(permutation)하는 순서는 A_1, A_2, A_3 의 차례대로 하거나 순서를 임의적으로 바꾸어 사용할 수 있다. The order of permutation can be used in the order of A_1, A_2, A_3 or by changing the order arbitrarily.
상기 OFDMA 통신 시스템에서 부반송파 별로 퍼뮤테이션 순서를 결정하는 방법은 <수학식 13> 같다.A method of determining the permutation order for each subcarrier in the OFDMA communication system is shown in Equation 13.
여기서, Nc는 논리적 데이터 부반송파 번호이다. Nc=1,2,3,...,전체 부반송파의 수. 상기 논리적 데이터 부반송파 번호는 OFDM에서 FFT의 부반송파 번호를 나타낸다. 상기의 <수학식 13>와 같이 논리적 데이터 부반송파 번호 1, 2는 A1의 안테나 그룹핑 패턴을 가지며, 논리적 데이터 부반송파 번호 3, 4는 A2의 안테나 그룹핑 패턴을 가지며, 논리적 데이터 부반송파 번호 5, 6는 A3의 안테나 그룹핑 패턴을 가진다. 나머지 부반송파에 대한 안테나 그룹핑 패턴도 상기의 <수학식 13>에 의해서 결정된다.Here, Nc is a logical data subcarrier number. Nc = 1,2,3, ..., the total number of subcarriers. The logical data subcarrier number represents a subcarrier number of the FFT in OFDM. As shown in Equation 13, logical
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Meanwhile, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined not only by the scope of the following claims, but also by the equivalents of the claims.
상술한 바와 같이, 본 발명은 본 발명은 4개의 송신 안테나들을 사용하는 송신기의 시공간 주파수 블록 부호화 장치에 관한 것으로, 입력되는 심볼열을 소정 규칙에 의해 4개의 송신 안테나를 통해 전송함에 있어 수신기에서 보내는 피드백 정보를 이용하거나 자체적으로 일련의 규칙을 갖는 행렬(매트릭스)을 이용하는 장치 및 방법을 제공하여 시공간 주파수 블록 부호의 성능을 향상시킬 수 있다. As described above, the present invention relates to an apparatus for space-time frequency block encoding of a transmitter using four transmission antennas, wherein the receiver transmits a symbol string input through four transmission antennas according to a predetermined rule. It is possible to improve the performance of the space-time frequency block code by providing an apparatus and a method using the feedback information or using a matrix (matrix) having a set of rules by itself.
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