KR20060110422A

KR20060110422A - 시공간 블록 코딩을 이용하는 무선통신 시스템에서 비동기직교 변조와 안테나 선택 기술이 적용된 송수신 장치와방법

Info

Publication number: KR20060110422A
Application number: KR1020050032524A
Authority: KR
Inventors: 윤일진
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-04-19
Filing date: 2005-04-19
Publication date: 2006-10-25

Abstract

본 발명은 향상된 비트 오류 확률(Bit Error Probability : BEP)을 제공하기 위해 비동기 직교(Noncoherent Orthogonal) 변조와 안테나 선택 기술이 적용된 송수신 장치 및 방법에 대한 것으로서, 본 발명의 송신기는 비동기 직교 방식의 변조를 수행하고, 변조된 데이터를 시공간 블록 코딩하여 복수의 안테나를 통해 전송한다. 상기 복수의 안테나는 바람직하게 채널 환경이 좋은 두 개의 안테나가 선택된다. 본 발명의 수신기는 송신기의 각 안테나로부터 수신된 신호 전력을 비교하여 채널 환경이 좋은 즉, 수신 전력이 좋은 두 개의 안테나를 선택하고, 안테나 선택 정보를 송신기로 전달한다. 이후 송신기는 선택된 안테나를 통해 데이터를 전송한다. 데이터를 수신한 수신기는 비동기 시공간 블록 디코딩을 수행하고, 후술할 본 발명의 알고리즘에 따라 최대 우도 결정 복조를 수행한다. 따라서 본 발명에 의하면, 기존 MIMO 시스템과 달리 수신기에서 채널 추정을 수행하지 않고도 비동기 직교 변조된 신호의 직교 성질과 최대 우도 결정을 통해 수신기의 비트 오류 성능을 향상시킬 수 있다.

안테나, 선택, STBC, Noncoherent Orthogonal Modulation, STBC, 비트 오류 확률

Description

시공간 블록 코딩을 이용하는 무선통신 시스템에서 비동기 직교 변조와 안테나 선택 기술이 적용된 송수신 장치와 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TRANSMITTING/RECEIVING USING NONCOHERENT ORTHOGONAL MODULATION AND ANTENNA SELECTION IN A WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM USING SPACE TIME BLOCK CODING}

도 1은 본 발명의 실시예에 따라 비동기 직교 변조와 시공간 블록 코딩이 적용된 송신 장치의 구성을 도시한 블록도

도 2는 본 발명의 실시예에 따라 비동기 직교 변조와 시공간 블록 코딩이 적용된 송신 방법을 도시한 순서도

도 3은 본 발명의 실시예에 따라 시공간 블록 디코딩과 비동기 직교 복조가 적용된 수신 장치의 구성을 도시한 블록도

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 시공간 블록 디코딩과 비동기 직교 복조가 적용된 수신 방법을 도시한 순서도

도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 실시예에 따라 최대 우도 결정과 안테나 선택 기술이 적용된 수신기의 성능을 시뮬레이션한 도면

본 발명은 다중 안테나와 시공간 블록 코딩(Space Time Block Coding : STBC)을 이용하는 무선통신 시스템에서 송수신 방법과 장치에 대한 것으로서, 특히 향상된 비트 오류 확률(Bit Error Probability : BEP)을 제공하기 위해 비동기 직교(Noncoherent Orthogonal) 변조와 안테나 선택 기술이 적용된 송수신 장치 및 방법에 대한 것이다.

이동통신 시스템은 종래 IS-95A, IS-95B 망 등에서 제공되던 음성 위주 서비스에서 벗어나 CDMA 2000 1x 망 이후로 데이터 서비스 및 멀티미디어 서비스 제공을 위해 고속, 고품질의 무선 데이터 패킷 통신시스템으로 발전하고 있다. 상기 무선 데이터 패킷 통신시스템으로 현재 논의되고 있는 3 세대 이동통신 시스템으로는 3GPP를 중심으로 연구되고 있는 고속 하향 패킷 접속 시스템(High Speed Downlink Packet Access : HSDPA)과 3GPP2를 중심으로 연구되고 있는 1xEV-DV 시스템 등이 있다. 상기 3세대 이동통신 시스템에서는 2Mbps 이상의 고속, 고품질의 무선 패킷 데이터를 전송하도록 하고 있으며, 더 나아가 올 IP(Internet Protocol) 망을 근간으로 초고속, 고품질의 멀티미디어 서비스를 제공하기 위한 4 세대 이동통신 시스템의 연구도 함께 병행되고 있는 추세이다.

상기 고속 패킷 데이터 서비스의 경우 이동 단말로 멀티미디어 콘텐츠 등을 제공해야 하므로 특히 기지국에서 이동 단말로의 순방향 링크 용량 증대가 요구된다. 상기 순방향 링크 용량 증대를 위해서는 기지국을 증설하거나 주파수 대역을 확장하는 방법 등이 고려될 수 있다. 그러나 기지국 증설에는 상당한 비용이 요구되며, 주파수 대역의 확장은 현실적으로 많은 제약이 따르기 때문에 3GPP/3GPP2에서는 그 대안으로 어레이 안테나(Array Antenna)를 사용하여 기지국의 시스템 성능과 전송 능력을 향상시키는 다중 안테나 기술의 표준화에 많은 노력을 기울이고 있다.

상기 다중 안테나 기술은 송신 다이버시티(Transmit Diversity)를 제공하며, 순방향 무선 채널에서 발생되는 다중 경로 페이딩(Multipath Fading)을 완화시키는 장점이 있다. 대표적인 송신 다이버시티 기술로는 선택적 송신 다이버시티 방식(Selective Transmit Diversity : STD), 시공간 확산 방식(Space Time Spreading : STS), 시공간 블록 코딩 방식(STBC) 등을 들 수 있다. 상기 송신 다이버시티 기술은 수신기에서 송신기로 채널 정보가 포함된 피드백 정보(Feedback Information)의 전송 여부에 따라 피드백 정보가 요구되지 않는 개방 루프(Open-loop) 방식과, 피드백 정보가 요구되는 폐 루프(Closed-loop) 방식으로 나눌 수 있다.

상기 선택적 송신 다이버시티 방식(STD)은 상기 폐 루프 방식을 이용하고, 상기 시공간 확산 방식(STS), 시공간 블록 코딩 방식(STBC)은 상기 개방 루프 방식을 이용한다. 일반적으로 피드백 정보를 요구하는 송신 다이버시티의 경우 피드백 정보의 전송 지연과 전송 오류에 의해 시스템 성능이 열화 되므로 이동 단말의 속도가 높은 무선 환경에서는 적용이 어렵다. 상기 송신 다이버시티 기술은 안테나 공간(Antenna Space) 기술로 분류될 수 있으며, 상기 안테나 공간 기술이라 함은 송신기의 각 송신 안테나 별로 신호를 전송하고, 수신기에서는 각 송신 안테나로부 터 수신기로의 다중 경로 페이딩 채널을 추정하고, 각 송신 안테나에서 송신된 신호를 처리하여 다이버시티 이득을 얻는 기술을 말한다.

상기 안테나 공간 기술을 이용하는 적응 안테나 시스템의 대표적인 예로는 다중 입력 다중 출력(Multiple Input Multiple Output : 이하, "MIMO") 시스템을 들 수 있다. 상기 MIMO 시스템을 이용하면 데이터를 공간 다중화(Spatial Multiplexing)하여 전송하므로 통신 시스템의 성능을 크게 향상시킬 수 있다. 상기 MIMO 시스템은 수신기에서 채널 정보를 알 수 있다는 가정 하에 높은 데이터 전송률과 낮은 비트 오류 확률을 가진다. 그러나 실제로 수신기에서 채널 정보(채널 이득, 무선 신호의 위상 정보 등)를 안다고 가정하는 것은 의문스러운 일이다. 특히 빠르게 변하는 무선 환경이나 다중 송수신 안테나를 이용하는 경우 수신기에서 채널 정보를 얻기 위해서는 수신기의 구성이 복잡해짐은 물론 채널 정보를 얻는 과정 또한 복잡하여 만족한 만한 성능 향상을 얻기가 힘들다.

따라서 다중 안테나 시스템에서 채널 정보를 얻기 위한 채널 추정을 수행하지 않고도 잘 동작할 수 있는 시공간 부호화 기술이 요구된다.

본 발명의 목적은 시공간 블록 코딩을 이용하는 무선통신 시스템의 수신기에서 채널 추정을 하지 않고도 낮은 비트 오류 확률을 제공하도록 비동기 직교 변/복조 기술이 적용된 송수신 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 다중 안테나를 이용하는 무선통신 시스템에서 송신 안테나를 선택하여 낮은 비트 오류 확률을 제공하도록 비동기 직교 변/복조 기술이 적용된 송수신 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 무선통신 시스템에서 최대 우도(유사도) 결정 복조를 수행하도록 송신기의 송신 안테나를 선택하고 시공간 블록 디코딩과 비동기 직교 복조를 수행하는 수신 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 송신 장치는 무선통신 시스템의 송신 장치에 있어서, 송신 데이터를 비동기 직교 변조하는 변조기와, 상기 변조된 송신 데이터를 시공간 부호화하는 부호화기와, 상기 부호화된 송신 데이터를 무선망으로 송출하도록 RF 처리하는 RF 모듈과, 소정 제어신호에 따라 상기 부호화기의 출력이 복수의 송신 안테나 중 선택된 적어도 두 개의 안테나로 스위칭되도록 상기 RF 모듈을 제어하는 스위칭 유니트를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 송신 방법은 무선통신 시스템의 송신 방법에 있어서, 송신 데이터를 비동기 직교 변조하는 과정과, 상기 변조된 송신 데이터를 시공간 부호화하는 과정과, 수신기로부터 전달된 안테나 선택 정보를 근거로 복수의 송신 안테나 중 적어도 두 개의 안테나를 선택하는 과정과, 상기 부호화된 송신 데이터의 출력 경로를 상기 선택된 적어도 두 개의 안테나로 스위칭하는 과정을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수신 장치는 무선통신 시스템의 수신 장치에 있어서, 송신기로부터 전송된 무선 신호를 수신하여 RF(Radio Frequency) 처리하는 RF 모듈과, 수신 데이터를 시공간 복호화하는 복호기와, 상기 복호화된 수신 데이터를 비동기 직교 복조하는 복조기와, 상기 RF 모듈로부터 상기 송신기의 송신 안테나별 수신 전력을 측정하여 수신 전력이 높은 적어도 두 개의 송신 안테나를 지시하는 안테나 선택 정보를 상기 송신기로 전송하는 안테나 선택 유니트를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수신 방법은 무선통신 시스템의 수신 방법에 있어서, 송신기의 송신 안테나별 수신 전력을 측정하여 수신 전력이 높은 적어도 두 개의 송신 안테나를 선택하는 과정과, 상기 선택된 적어도 두 개의 안테나를 지시하는 안테나 선택 정보를 송신기로 전송하는 과정과, 상기 송신기로부터의 수신 데이터를 시공간 복호화하는 과정과, 상기 복호화된 수신 데이터를 최대 우도 결정에 따라 비동기 직교 복조하는 과정을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 기본 개념을 설명하면, 먼저 본 발명은 전송 데이터의 오류 정정을 위한 시공간 부호화 기술을 사용하는 다중 안테나 시스템에 적용된다.

먼저 무선통신 시스템에서 전송 용량(Capacity)과 다이버시티 차수 (diversity order)를 증가시키기 위해 다중 안테나를 사용할 수 있다. 그러나 다중 안테나는 일반적으로 비용을 증가시키므로 안테나 선택 기술을 이용하여 시스템 성능을 향상시키면서 비용과 복잡도를 상당히 줄일 수 있다. 안테나 선택 기술은 송신기 또는 수신기 양쪽 모두에서 적용할 수 있다.

본 발명의 송신기는 비동기 M 진(M-ary) 직교 방식의 변조를 수행하고, 변조된 데이터를 시공간 블록 코딩하여 복수의 안테나를 통해 전송한다. 여기서 복수의 안테나는 바람직하게 채널 환경이 좋은 두 개의 안테나가 선택된다. 본 발명의 수신기는 송신기의 각 안테나로부터 수신된 신호 전력을 비교하여 채널 환경이 좋은 즉, 수신 전력이 좋은 두 개의 안테나를 선택하고, 안테나 선택 정보를 송신기로 전달한다. 이후 송신기는 선택된 안테나를 통해 데이터를 전송한다. 데이터를 수신한 수신기는 비동기 M 진 시공간 블록 디코딩을 수행하고, 후술할 본 발명의 알고리즘에 따라 최대 우도 결정 복조를 수행한다.

상기와 같이 본 발명의 송신기는 비동기 직교 변조를 수행하면서 수신기로부터 채널 정보의 피드백이 요구되지 않는 시공간 블록 코딩(STBC)을 수행하므로 수신기에서는 채널 정보를 추정하지 않고도 낮은 비트 오류 확률(BEP)을 보장하는 시공간 블록 디코딩을 수행할 수 있다. 또한 송신기는 수신기로부터 전달된 안테나 선택 정보를 근거로 전체 안테나 중 미리 정해진 개수만큼의 송신 안테나를 선택하므로 선택되지 않은 안테나 개수만큼 RF 체인(chain)의 개수를 줄여 송신기의 복잡도를 간소화할 수 있다.

이하 송신기에 두 개의 안테나가 요구되는 알라무티 코드(Alamouti Code)를 사용하여 시공간 블록 코딩을 수행하는 경우를 가정하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다.

먼저 본 발명의 이해를 돕도록 알라무티 코드를 사용하는 시공간 블록 코딩을 설명하기로 한다. 상기 시공간 블록 코딩(STBC)은 개방 루프 방식의 오류 정정 부호 기법이며 대표적인 예로 두 개의 송신 안테나를 적용한 시스템에 적용되는 알라무티 코드(Alamouti Code)를 이용한다. 알라무티 코드는 두 개의 복소 심볼(complex symbol)을 입력받아 안테나 공간으로 서로 다른 두 개의 부호화 심볼열(X₁, X₂) 즉, 시공간 부호열을 출력시키도록 구성되며, 그 부호화 매트릭스(matrix) C는 하기 <수학식 1>과 같이 2 x 2 메트릭스 형태로 정의된다.

상기 시공간 블록 코딩(STBC)은 수신기에서 송신기로 채널 정보가 포함된 피드백 정보가 전달되지 않는 개방 루프 방식으로 피드백 정보의 전송 지연이나 전송 오류의 영향을 받지 않기 때문에 무선 환경이 변화가 빠르고 이동 속도가 높은 수신기에 적용할 수 있는 장점이 있다. 본 실시예는 기본적으로 송신기에서 두 개의 안테나를 선택하여 데이터를 전송하도록 하였으나 세 개 이상의 안테나를 선택하여 데이터를 전송하는 경우 상기 알라무티 코드가 아닌 다른 공지된 시공간 부호화 코드를 이용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따라 비동기 직교 변조와 시공간 블록 코딩이 적 용된 송신 장치의 구성을 도시한 블록도이다.

먼저 도 1의 송신 장치에서 메시지 수신기(109)는 수신기로부터 전송되는 안테나 선택 정보를 수신한다. 상기 안테나 선택 정보는 수신기에서 예컨대, 송신기의 안테나별 수신 전력을 측정하여 결정된 수신 전력이 높은 두 개의 안테나 정보를 포함한다. 도 1에서 비동기 직교 변조기(101)는 입력된 송신 데이터를 M-진 직교 변조하여 STBC 부호화기(103)로 출력한다. 상기 STBC 부호화기(103)는 변조된 데이터를 예컨대, 알라무티 코드를 이용하여 시공간 부호화한 후, RF 모듈(105)로 출력한다. 상기 RF 모듈(105)은 RF 처리를 위해 주파수 상향 변환기, 대역 통과 필터 등이 구비된 복수의 RF 체인(도시되지 않음)을 구비한다. 일반적으로 상기 RF 체인은 송신기의 전체 안테나 개수에 대응되게 구비되지만 본 발명의 경우 선택된 안테나 개수만큼 구비되어 RF 체인의 개수를 절감하게 된다.

본 발명에서 상기 RF 모듈(105)은 소정 제어신호에 따라 STBC 부호화기(103)의 출력을 선택된 두 개의 안테나(107)로 연결하고, 선택되지 않은 나머지 안테나와 STBC 부호화기(103)의 연결을 차단하는 스위치(105)를 구비한다. 즉 도 1의 메시지 수신기(109)는 안테나 선택 정보를 판독하여 선택된 두 개의 안테나를 확인하고, 선택된 두 개의 안테나(107)를 지시하는 정보를 스위칭 제어기(111)로 전달한다. 스위칭 제어기(111)는 STBC 부호화기(103)의 출력이 선택된 두 개의 안테나(107)로 전달되도록 스위치(105)를 제어한다.

한편 본 실시예에서는 안테나 선택 동작 수행하는 스위칭 유니트로서 상기 스위치(105a), 스위칭 제어기(111) 및 메시지 수신기(109)를 각각 별개의 블록으로 구성하였으나, 상기 스위칭 유니트는 상기 스위치와 스위칭 제어기를 하나의 블록으로 구성하는 등 다양한 형태로 구성하는 것이 가능하다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따라 비동기 직교 변조와 시공간 블록 코딩이 적용된 송신 방법을 도시한 순서도로서, 도 1의 구성을 이용하여 도 2의 방법을 설명하기로 한다.

201 단계에서 도 1의 비동기 직교 변조기(101)는 입력된 송신 데이터를 비동기 M 진 직교 변조한다. 변조된 송신 데이터는 203 단계에서 <수학식 1>의 알라무티 코드를 통해 시공간 블록 코딩되어 RF 모듈(105)로 출력된다. 또한 205 단계에서 스위칭 제어기(111)는 메시지 수신기(109)로부터 판독된 안테나 선택 정보를 전달받아 수신기에서 선택된 두 개의 안테나를 결정한다. 여기서 메시지 수신기(109)는 상기 201 단계와 203 단계의 전후임의 시점에 수신기로부터 안테나 선택 정보를 수신할 수 있다. 이후 207 단계에서 스위칭 제어기(111)는 RF 모듈(105)내 스위치(105a)를 제어하여 STBC 부호화기(103)의 출력단과 연결된 RF 체인(도시되지 않음)을 선택된 두 개의 안테나로 연결시킨다. 따라서 송신 데이터는 선택된 안테나를 통해서 무선망으로 송출된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따라 시공간 블록 디코딩과 비동기 직교 복조가 적용된 수신 장치의 구성을 도시한 블록도이다.

먼저 도 3의 수신 장치에서 안테나 선택기(303a)는 안테나(301)를 통해 수신된 송신기의 안테나별 수신 전력을 측정하여 이중 수신 전력이 높은 두 개의 안테나를 지시하는 정보를 메시지 송신기(305)로 전달한다. 메시지 송신기(303)는 상기 두 개의 안테나 정보가 포함된 안테나 선택 정보를 정해진 포맷의 메시지로 생성하여 송신기로 전송한다. 이후 송신기의 두 개 안테나로부터 전송된 데이터는 RF 모듈(303)을 통해 RF 처리되어 STBC 복호기(307)로 전달된다. 상기 STBC 복호기(307)는 수신 데이터를 시공간 복호하여 비동기 직교 복호기(309)로 출력한다. 상기 비동기 직교 복조기(309)는 후술할 최대 우도(유사도) 결정 알고리즘에 따라 수신 데이터를 원래 데이터로 비동기 직교 복조한다. 한편 도 3에서 수신 장치는 바람직하게 다이버시티 결합(Diversity Combining)을 수행하도록 두 개의 수신 안테나를 구비하도록 구성하였으나, 다이버시티 결합을 수행하지 않는 경우 하나의 안테나를 구비하는 것도 가능하다.

한편 본 실시예에서는 안테나 선택 동작을 수행하는 안테나 선택 유니트로서 안테나 선택기(303a)와 메시지 송신기(303)를 구성하였으나, 상기 안테나 선택 유니트는 실시 형태에 따라 다양한 형태로 구성하는 것이 가능하다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 시공간 블록 디코딩과 비동기 직교 복조가 적용된 수신 방법을 도시한 순서도이다.

401 단계에서 도 3의 안테나 선택기(303a)는 채널 환경을 모니터링하여 송신기의 각 안테나로부터 전송된 신호의 수신 전력을 측정한다. 측정 결과를 근거로 수신 전력이 높은 두 개의 안테나를 선택한다. 상기 선택된 두 개의 안테나를 지시하는 안테나 선택 정보는 메시지 송신기(305)를 통해 소정 메시지로 생성된 후, 송신기로 전달된다. 이후 송신기는 선택된 두 개의 안테나를 통해 데이터를 전송한다.

403 단계에서 STBC 복호기(307)는 수신 데이터를 시공간 블록 디코딩하여 오류 정정을 수행하여 비동기 직교 복조기(309)로 출력한다. 405 단계에서 비동기 직교 복조기(309)는 본 발명의 최대 우도 결정 알고리즘(Maximum-Likelihood(ML) Decision Rule)에 따라 수신 데이터를 복조한다. 이하에서는 선택된 안테나로부터 수신된 데이터를 시공간 블록 디코딩한 후, 최대 우도 결정을 수행하는 본 발명의 수신기 구조를 하기와 같이 모델링한 후, 그 수신기의 성능을 시뮬레이션한 결과를 설명하기로 한다.

먼저 본 발명의 수신기 구조를 모델링하기 위해 레이리 채널(Rayleigh channel) 환경에서 안테나 선택 기술이 적용된 조건 우도(유사도) 함수(Conditional Likelihood function)에서 채널 이득에 대해 평균을 취하여 무조건 우도(유사도) 함수(Unconditional Likelihood function)를 구한다. 그리고 상기 무조건 우도 함수로부터 수신된 데이터 심볼의 직교 성질을 이용하여 M 진 비동기 직교 복조를 위한 최대 우도 결정 함수를 도출한다.

C_1j를 j번째 송신 안테나에서 첫 번재 수신 안테나까지의 채널 경로(channel path)에 대한 복소 채널 이득(complex channel gain)이라 하면, 수신기에서 수신된 두 개의 복소 기저대역 신호는 하기 <수학식 2>과 같이 표현된다.

상기 <수학식 2>에서

는 무선 채널을 통해 전송된 복소 데이터 심볼, T_S는 하나의 복소 데이터 심볼이 전송되는 시간 구간을 의미하고,

는 하기 <수학식 3>으로 표현되는 복소 가우시안 평균 잡음(complex Gaussian zero mean noise)을 의미한다.

알라무티 부호를 이용한 시공간 부호화와 안테나 선택 기술이 적용된 비동기 M 진 직교 복조를 위한 조건 우도 함수(conditional likelihood function)를 구하면, 하기 <수학식 4>와 같다.

상기 <수학식 4>에서 C₀는 정규화 상수(normalization constant), Z₂은 가장 큰 채널 이득(channel gain), Z₁는 두 번째로 큰 채널 이득을 의미한다. E_S는 심볼 에너지, No는 잡음 전력 스펙트럼 밀도(noise power spectral density), I₀는 0차 수정 베셀 함수(0th-order modified Bessel Function of the first kind) 그리고

는 가우시안 잡음 표준 편차를 의미한다. 상기 <수학식 4>은 채널 이득 Z₁, Z₂의 조건이 주어진 조건 우도 함수이다.

상기 <수학식 4>를 평균하여 무조건 우도 함수를 구하면, 하기 <수학식 5>와 같다.

상기 <수학식 5>에서 N_T는 송신 안테나의 총 개수를 의미한다. 상기 <수학식 5>로부터 레이리 채널 환경을 고려한 무조건 우도 함수를 도출하여 정리하면, 하기 <수학식 6>과 같다.

상기 <수학식 6>에서 파라미터 a는 하기 <수학식 7>과 같이 계산된다.

본 발명에 적용되는 최대 우도 결정 함수는 상기 <수학식 6>, <수학식 7>로부터 도출될 수 있다.

도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 실시예에 따라 최대 우도 결정과 안테나 선택 기술이 적용된 수신기의 성능을 시뮬레이션한 도면으로서, 송신기의 전체 안테나 개수는 3개 또는 4개이고, 수신기의 안테나 개수는 1개 또는 2개인 경우를 가정하여 실험한 결과이다. 도 5의 시뮬레이션과 관련하여 비동기(Noncoherent) 방식은 FSK에 적용되는 방식이며, M-ary의 모든 경우에 가능하다.

먼저 도 5a는 BFSK(Binary Frequency-Shift Keying) 변조를 수행하는 송신기의 안테나 중 두 개를 선택하고, 수신기는 하나의 안테나를 이용한 경우 수신기에서 평균 비트 오류 확률(BEP) 대 신호 대 잡음비(SNR)의 관계를 도시한 것이다. 그리고 도 5b는 4 진 직교 FSK 변조를 수행하는 송신기의 안테나 중 두 개를 선택하고, 수신기는 하나의 안테나를 이용한 경우 수신기에서 평균 비트 오류 확률(BEP) 대 신호 대 잡음비(SNR)의 관계를 도시한 것이다.

또한 도 5c는 BFSK 변조를 수행하는 송신기의 안테나 중 두 개를 선택하고, 수신기는 두 개의 안테나를 이용한 경우 수신기에서 평균 비트 오류 확률(BEP) 대 신호 대 잡음비(SNR)의 관계를 도시한 것이다. 그리고 도 5d는 4 진 직교 FSK 변조 를 수행하는 송신기의 안테나 중 두 개를 선택하고, 수신기는 두 개의 안테나를 이용한 경우 수신기에서 평균 비트 오류 확률(BEP) 대 신호 대 잡음비(SNR)의 관계를 도시한 것이다.

도 5a 내지 도 5d의 시뮬레이션 결과를 살펴보면, 시공간 블록 코딩을 사용하는 무선 통신 시스템에 비동기 직교 변조와 안테나 선택 기술을 적용하면, 낮은 비트 오류 확률(BEP)을 얻을 수 있는 점을 확인할 수 있다. 또한 4개의 송신 안테나에서 2개의 안테나를 선택하는 경우 3개의 송신 안테나에서 2개의 안테나를 선택하는 경우보다 비트 오류 확률이 약 10^-1 낮아지며, 다이버시티 이득은 약 3dB 향상됨을 알 수 있다. 그리고 변조 방식과 관련하여 Binary 케이스가 4-ary 보다 다소 좋은 성능을 보이며, 수신기에서 2개의 안테나를 이용하는 경우가 1개의 안테나를 이용하는 경우보다 비트 오류 확률이 약 10^-3 낮아지며, 이 결과로부터 다이버시티 결합(Diversity Combining) 기술이 보다 우수한 성능을 가짐을 알 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 시공간 부호화를 이용하는 무선통신 시스템에 비동기 직교 변조와 안테나 선택 기술을 적용하여 수신기의 비트 오류 성능을 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명은 MIMO 시스템과 같이 수신기에서 채널 추정을 수행하지 않고도 비동기 직교 변조된 신호의 직교 성질과 최대 우도 결정을 통해 수신기의 비트 오류 성능을 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명은 시공간 부호화와 다중 안테나를 이용하는 무선통신 시스템의 송신기에서 안테나를 선택적으로 이용하므로 RF 체인의 개수를 줄여 송신기의 구성을 간소화할 수 있다.

Claims

무선통신 시스템의 송신 장치에 있어서,

송신 데이터를 비동기 직교 변조하는 변조기와,

상기 변조된 송신 데이터를 시공간 부호화하는 부호화기와,

상기 부호화된 송신 데이터를 무선망으로 송출하도록 RF 처리하는 RF 모듈과,

소정 제어신호에 따라 상기 부호화기의 출력이 복수의 송신 안테나 중 선택된 적어도 두 개의 안테나로 스위칭되도록 상기 RF 모듈을 제어하는 스위칭 유니트를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 상기 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 스위칭 유니트는 수신기로부터 상기 적어도 두 개의 안테나를 지시하는 안테나 선택 정보를 수신하는 메시지 수신기와,

상기 RF 모듈내 구비되어 소정 제어신호에 따라 상기 부호화기의 출력을 스위칭하는 스위치와,

상기 안테나 선택 정보를 근거로 상기 스위치로 상기 제어신호를 출력하는 스위칭 제어기를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 상기 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 부호화기는 상기 시공간 부호화로 시공간 블록 코딩(Space Time Block Coding)을 수행함을 특징으로 하는 상기 장치.
무선통신 시스템의 송신 방법에 있어서,

송신 데이터를 비동기 직교 변조하는 과정과,

상기 변조된 송신 데이터를 시공간 부호화하는 과정과,

수신기로부터 전달된 안테나 선택 정보를 근거로 복수의 송신 안테나 중 적어도 두 개의 안테나를 선택하는 과정과,

상기 부호화된 송신 데이터의 출력 경로를 상기 선택된 적어도 두 개의 안테나로 스위칭하는 과정을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 상기 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 시공간 부호화하는 과정은 시공간 블록 코딩(Space Time Block Coding)을 수행하는 과정임을 특징으로 하는 상기 방법.
무선통신 시스템의 수신 장치에 있어서,

송신기로부터 전송된 무선 신호를 수신하여 RF(Radio Frequency) 처리하는 RF 모듈과,

수신 데이터를 시공간 복호화하는 복호기와,

상기 복호화된 수신 데이터를 최대 우도 결정에 따라 비동기 직교 복조하는 복조기와,

상기 RF 모듈로부터 상기 송신기의 송신 안테나별 수신 전력을 측정하여 수신 전력이 높은 적어도 두 개의 송신 안테나를 지시하는 안테나 선택 정보를 상기 송신기로 전송하는 안테나 선택 유니트를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 상기 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 안테나 선택 유니트는 상기 송신 안테나별 수신 전력을 측정하여 상기 안테나 선택 정보를 출력하는 안테나 선택기와,

상기 안테나 선택 정보를 소정 포맷의 메시지로 생성하여 상기 송신기로 송출하는 메시지 송신기를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 상기 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 복호화기는 상기 시공간 복호화로 시공간 블록 디코딩(Space Time Block Decoding)을 수행함을 특징으로 하는 상기 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 수신 장치의 수신 안테나가 복수 개인 경우 다이버시티 결합(diversity combining)을 수행함을 특징으로 하는 상기 장치.
무선통신 시스템의 수신 방법에 있어서,

송신기의 송신 안테나별 수신 전력을 측정하여 수신 전력이 높은 적어도 두 개의 송신 안테나를 선택하는 과정과,

상기 선택된 적어도 두 개의 안테나를 지시하는 안테나 선택 정보를 송신기로 전송하는 과정과,

상기 송신기로부터의 수신 데이터를 시공간 복호화하는 과정과,

상기 복호화된 수신 데이터를 최대 우도 결정에 따라 비동기 직교 복조하는 과정을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 상기 방법.
제 10 항에 있어서,

상기 시공간 복호화하는 과정은 시공간 블록 디코딩(Space Time Block Decoding)을 수행하는 과정임을 특징으로 하는 상기 방법.
제 10 항에 있어서,

상기 복조하는 과정에서 최대 우도 결정은 비동기 M 진 직교 복조를 위한 조건 우도 함수(conditional likelihood function)를 평균하여 무조건 우도 함수를 구하는 과정과,

상기 무조건 우도 함수에 대해 레이리 채널 환경을 적용한 결과로부터 최대 우도 결정 함수를 도출하는 과정을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 상기 방법.