KR20070010860A - 다수의 송수신 안테나를 사용하는 다중 반송파 시스템에서ＴｘＡＡ를 적용하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 송신 다이버시티(diversity) 기법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다수의 송신 안테나를 사용하는 OFDM / OFDMA 시스템에서의 TxAA(Transmit Antenna Array)의 적용 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 다수의 송수신 안테나를 사용하는 다중 반송파 시스템에서 TxAA를 적용하는 방법은, 수신 측으로부터 상기 송신 안테나 각각에 대하여, 그룹화된 반송파에 따른 가중치를 수신하는 단계; 상기 각 송신 안테나에 할당되는 데이터 스트림(data stream)에 대응하는 가중치를 곱하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
OFDM, OFDMA, TxAA, 가중치, 다이버시티

Description

다수의 송수신 안테나를 사용하는 다중 반송파 시스템에서 ＴｘＡＡ를 적용하는 방법{method of performing TxAA in multicarrier system having plural antennas}
도 1은 종래 기술에 따른 STTD의 개념을 나타내는 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 TxAA의 개념을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따라 다수의 송수신 안테나를 사용하는 다중 반송파 시스템에서 TxAA를 적용하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 4는 다수의 송수신 안테나를 사용하는 다중 반송파 시스템에서 TxAA를 적용하는 또 다른 방법을 나타내는 도면이다.
본 발명은 송신 다이버시티(diversity) 기법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다수의 송신 안테나를 사용하는 OFDM / OFDMA 시스템에서의 TxAA(Transmit Antenna Array)의 적용 방법에 관한 것이다.
이하 종래 기술에 따른 송신 다이버시티 기법을 살펴본다. 현재 3 세대 이동통신 시스템에서 송신 다이버시티 기법으로 STTD(Space Time Transmit Diversity) 와 TxAA mode 1, 2 가 사용된다.
종래 기술에 따른 STTD는 개 루프(open loop) 기술로, 두 개의 안테나를 사용하고 두 개의 안테나에서 전송되는 심볼들 간의 시공간 상의 간단한 코딩을 통해 시간적인 다이버시티(diversity) 뿐 아니라 공간적인 다이버시티 이득도 얻으려는 데 목적이 있다. 종래 기술의 구성은 두 개의 안테나를 요구하며 아울러 두개의 안테나로 전송되는 심볼 간의 코딩을 위해 시공간코딩 블록을 필요로 한다.
종래 기술에 따른 TxAA mode 1, 2는 폐 루프(closed loop) 기술로, 두 개의 송신 안테나를 사용하고, 수신 단에서 송신 단으로 전송되는 가중치(weight) 값을 곱해서 전송함으로써 성능 향상을 이루려는 데 목적이 있다.
이하 종래 기술에 따른 STTD(Space Time Transmit Diversity)의 동작을 설명한다. 상기 STTD는 개루프 송신 다이버시티 방법으로는 시간축 상에서 주로 적용되었던 채널 부호화(channel coding)기법을 공간 상으로 확장시킨 시공간 부호화(Space-Time coding)를 통해 다이버시티 효과를 얻는 기법이다. 이 방식은 WCDMA의 SCH를 제외한 모든 하향 물리적 채널에 적용이 가능하다. 상기 STTD 방식은 개 루프 기술로서, 귀환 신호가 필요 없으므로 속도에 따른 귀환신호 지연에 의한 성능 저하가 없는 장점이 있다. STTD의 동작원리는 하기 표 1과 같이 나타낼 수 있다. 하기 표1은 2개 안테나의 STTD 인코딩과 전송순서를 나타내면, T는 심볼주기를 나타낸다.
Time
Figure 112005039349029-PAT00001
 Time
Figure 112005039349029-PAT00002
Antenna 1
Figure 112005039349029-PAT00003
Figure 112005039349029-PAT00004
Antenna 2
Figure 112005039349029-PAT00005
Figure 112005039349029-PAT00006
표 1과 같이 송신될 심볼은 STTD 인코딩되고 시간 순서에 따라 송신 안테나 1, 2로 각각 송신된다. 각각의 안테나로 송신된 신호는 서로 다른 독립적인 채널을 거치게 되고, 시간
Figure 112005039349029-PAT00007
에서의 채널과
Figure 112005039349029-PAT00008
에서의 채널이 같다고 가정할 경우 수신 안테나 단에서는 다음과 같이 수신된다.
Figure 112005039349029-PAT00009
Figure 112005039349029-PAT00010
상기
Figure 112005039349029-PAT00011
은 t 시간에 수신 단에서의 수신 신호이고, 상기
Figure 112005039349029-PAT00012
는 t+T 시간에 수신 단에서 수신 신호를 의미한다. 또한,
Figure 112005039349029-PAT00013
는 각각 송신 안테나 1, 2와 수신 안테나 간의 채널을 의미하며,
Figure 112005039349029-PAT00014
은 수신 단에서의 복소 잡음을 의미한다. 각각의 채널은 파일럿 신호로 추정(channel estimation)이 가능하며, 수신신호를 하기 수학식 2와 같이 결합을 하게 되면 수신 다이버시티의 MRC(Maximum Ratio Combining)방식과 같은 값을 얻을 수 있고 이를 바탕으로 송신된 심볼을 추정할 수 있게 된다.
Figure 112005039349029-PAT00015
도 1은 개루프 D-STTD(Double Space Time Transmit Diversity)의 송신 단과 수신 단을 나타내는 도면이다. 상기 개루프 D-STTD는 시공간 채널을 이용하는, 다수의 송수신 안테나를 사용하는 시스템에서 2개의 독립된 데이터 스트림을 각각 STTD 인코더를 통해서 시공간 코딩을 하여 다이버시티로 전송하는 방식이다. 송신하는 각 스트림은 수신 단에서 보내지는 채널 정보를 통해 그 상태에 따라서 독립적으로 데이터 전송율을 변경하여 전송이 가능하다.
이하 폐루프 TxAA mode 1, 2을 설명한다. TxAA mode 1, 2는 수신 단으로부터 피드백(feedback)되는 가중치(weight)를 송신하는 데이터에 곱하여 전송하는 다이버시티 시스템이다. 도 2는 종래 기술에 따른 TxAA의 구조를 나타내는 도면이다. TxAA mode 1, 2는 수신 단에서, 수신 신호의 전력이 최대가 되도록 가중치(weight)를 구하여, 상기 가중치를 송신 단으로 전송한다. 상기 도 2에서는 상기 수신 단에 포함된 가중치 생성부에서 가중치를 구한다. 송신 단은 상기 가중치(weight)를 수신하여 수신 단으로 전송하는 전송 신호에 곱하여 전송한다. 2개의 수신 안테나를 가정할 때, 수신 단의 각 안테나에서 수신 신호는 다음과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112005039349029-PAT00016
상기 r1은 도2의 수신 안테나 1에서 수신하는 수신 신호이고, 상기 r2는 수신 안테나 2에서 수신하는 신호이며,
Figure 112005039349029-PAT00017
,
Figure 112005039349029-PAT00018
,
Figure 112005039349029-PAT00019
,
Figure 112005039349029-PAT00020
는 송신 안테나 1, 2와 수신 안테나 1, 2 간의 채널을 나타내는 값이다. 또한, 상기 s 는 데이터 심볼이고, n 1, n 2 는 AWGN(Additive White Gaussian Noise)이다.
TxAA mode 1, 2의 데이터 심볼의 복구는 다음 식에 의해서 이루어진다.
Figure 112005039349029-PAT00021
상기 가중치는 수신 단에서의 수신 신호의 전력을 최대가 되도록 하는 것으로, 상기 가중치(weight)를 구하는 한 가지 방법은, 채널의 covariance matrix의 최대 eigenvalue에 대한 eigenvector로 정할 수 있다. 이는 다음의 수식에 의해 구할 수 있다.
Figure 112005039349029-PAT00022
상기 R은, 각각의 송/수신 안테나 간의 채널을 나타내는 행렬 H와 상기 행렬 H에 대하여 허미션 연산을 수행한 H'행렬과의 곱으로 표현되는 채널의 covariance matrix이다. 또한, 상기 w는 가중치 벡터(weight vector)이며,
Figure 112005039349029-PAT00023
는 eigenvalue를 의미한다.
상기 TxAA의 Mode 1과 mode 2의 차이점은 가중치 벡터(weight vector)를 실 제로 구현하는 방식의 차이에 따라서 구별된다. 즉, mode 1은 상기 가중치 벡터(weight vector)를 1 비트로 표현하여 피드백(feedback)하는 반면, 상기 mode 2는 위상(phase)에 관한 정보가 포함된 3 bit 정보와 크기(amplitude)에 관한 정보가 포함된 1 bit 정보를 피드백(feedback) 하게 된다.
이하 종래 기술에 따른 OFDM / OFDMA를 설명한다. 다중 반송파 전송 방식인OFDM 또는 OFDMA 방식은 유무선 채널에서 고속 데이터 전송에 적합한 방식으로, 최근 활발히 연구되고 통신 기술이다. OFDM 방식에서는 상호 직교성을 갖는 다수의 부 반송파(subcarrier)를 사용하므로 주파수 이용 효율이 높아지고, 송수신 단에서 이러한 다수의 반송파를 변복조하는 과정은 각각 IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform)와 DFT(Discrete Fourier Transform)를 수행한 것과 동등한 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)와 FFT(Fast Fourier Transform)를 사용하여 고속으로 구현할 수 있다.
OFDM의 원리는 고속의 데이터 스트림을 다수의 저속 데이터 스트림으로 분할하여 다수의 부반송파(subcarrier)를 사용하여 동시에 전송함으로써 심벌 구간(symbol duration)을 증가시켜 다중 경로 지연 확산(multi-path delay spread)에 의한 시간 영역에서 상대적인 분산(dispersion)을 감소시키는 것이다. OFDM 방식에 의한 데이터의 전송은 전송 심벌을 단위로 한다.
OFDMA 물리계층에서는 활성 반송파를 그룹으로 분리해서, 그룹별로 각기 다른 수신 단으로 송신한다. 이렇게 한 수신 단에 전송되는 반송파의 그룹을 부채널(sub-channel)이라고 부른다. 각 부채널을 구성하는 반송파는 서로 인접하거나 또 는 등간격으로 떨어져 있을 수도 있다. 이와 같이 부채널 단위로 다중 접속이 가능하도록 함으로써 구현상의 복잡도가 증가하나 주파수 다이버시티 이득, 전력의 집중에 따른 이득, 그리고 순방향 전력 제어를 효율적으로 수행할 수 있는 장점이 있다.
상술한 종래 기술에 따른 다중반송파 시스템에 TxAA를 적용하기 위해서는, 수신 단에서 가중치(weight)를 구하여 송신 단으로 전송하는바, 시간 영역에서 가중치를 구하여 적용하기가 어려워지는 문제가 있다. 따라서, 다중 반송파 시스템에서 다중 안테나를 사용하기 위해서는 새로운 시스템 설계가 필요하다는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다수의 송수신 안테나를 사용하는 OFDM/OFDMA 시스템에서 TxAA를 적용하는 방법을 제한하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 각각의 부 반송파에 따라 독립된 가중치(weight)를 제공하는 TxAA를 적용하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 특정한 부 반송파에 따라 독립된 가중치를 제공하면서도 피드백(feedback)에 따른 성능 저하를 막을 수 있는 TxAA를 적용하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 다수의 송수신 안테나를 사용하는 OFDM/OFDMA 시스템에서 TxAA를 적용하는 방법을 제안한다. 상기 안테나의 수에는 제한이 없으며, 다만 이하 설명되는 본 발명의 실시예에서는 4개의 송신 안테나와 2개의 수신 안테나에 대한 TxAA 동작을 설명한다. 이하 설명되는 실시예에 의하여 다수의 송신 안테나와 다수의 수신 안테나에 대한 TxAA 동작이 설명되는바, 본 발명은 4개 이상의 수신 안테나 등에 대해서도 확장될 수 있다.
본 발명에 따른 다수의 송수신 안테나를 사용하는 다중 반송파 시스템에서 TxAA를 적용하는 방법은, 수신 측으로부터 상기 송신 안테나 각각에 대하여, 그룹화된 반송파에 따른 가중치를 수신하는 단계; 상기 각 송신 안테나에 할당되는 데이터 스트림(data stream)에 대응하는 가중치를 곱하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 다수의 송수신 안테나를 사용하는 다중 반송파 시스템에서 TxAA를 적용하는 방법은, 상기 수신 안테나를 통해 수신되는 수신 신호의 전력을 최대로 하기 위해 송신 측의 송신 안테나 각각에 대하여, 그룹화된 반송파에 따른 가중치를 산출하는 단계; 상기 산출된 가중치를 송신 측으로 전송하는 단계; 및 상기 송신 측으로부터 상기 가중치가 반영된 신호를 수신하는 단계를 포함하여 이루어지는 특징을 갖는다.
또한, 본 발명에 따른 다수의 송수신 안테나를 사용하는 다중 반송파 시스템에서 TxAA를 적용한 송수신 장치는 수신 측으로부터 송신 안테나 각각에 대하여, 그룹화된 반송파에 따른 가중치를 수신하는 가중치 수신부; 상기 각 송신 안테나에 할당되는 데이터 스트림에 상기 가중치를 곱하는 가중치 곱셈부; 및 상기 가중치 곱셈부로부터 입력되는 데이터 스트림을 다중 반송파와 상기 송신 안테나를 이용하여 전송하는 무선 전송부를 포함하는 특징을 갖는다.
또한, 본 발명에 따른 다수의 송수신 안테나를 사용하는 다중 반송파 시스템에서 TxAA를 적용한 송수신 장치는 다수의 수신 안테나를 구비하는 다중입출력 다중 반송파 시스템에 있어서, 상기 수신 안테나를 통해 수신되는 수신 신호의 전력을 최대로 하기 위해 수신 측의 송신 안테나 각각에 대하여, 그룹화된 반송파에 따른 가중치를 산출하는 가중치 산출부; 및 상기 송신 측으로부터 상기 가중치가 반영된 신호를 수신하는 다수의 수신 안테나를 포함하는 특징을 갖는다.
또한, 본 발명은 다수의 송수신 안테나로 전송되는 데이터 스트림이 서로 독립적인 특징을 갖는다. 상기 데이터 스트림은, 그룹화된 다수의 송신 안테나 중에서 특정한 그룹에 속한 다수의 송신 안테나에 동시에 입력되는 특징을 갖는다. 상기 수신부에 의해서 산출되는 가중치(weight)는, 상기 송신 안테나를 통해 전송되는 데이터 스트림에 곱해지는 특징이 있다.
또한, 본 발명에서 상기 가중치는 상시 수신 측의 수신 신호의 전력을 최대로 하는 특징이 있다. 또한, 본 발명의 수신측에서는 수신 신호의 상태에 따라 CQI(Channel Quality Indicator) 정보를 생성하여 송신 측으로 하여금 MCS 제어를 하게 할 수 있다.
또한, 상기 다수의 송신 안테나는 가변적으로 그룹화되는 특징이 있으며, 상기 수신 측에서는 변화하는 채널 상태에 따라 상기 안테나 그룹을 변화시킬 수 있다.
상기 가중치는 각각의 부 반송파마다 별개로 정해질 수 있으며, 특정한 그룹으로 그룹화되어 각각의 그룹 내에서는 동일하게 정해질 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 송신 안테나 4개, 수신 안테나 2개를 이용하여 OFDM/OFDMA 시스템의 송수신 단을 나타내는 도면이다. 송신 데이터는 인코딩(encoding)되고 인터리버에서 인터리빙(interleaving) 된 후, 직/병렬 변환(serial-to-parallel)기의 동작에 의해 각각의 두 개의 독립적인 데이터 스트림(data stream)이 된다. 상기 각각의 데이터 스트림은 서로 별개의 데이터로서, 각각의 독립적인 데이터 스트림(data stream)에 주파수 영역에서 구해진 가중치(weight)를 곱한 후 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)를 수행한다. 그리고, 상기 가중치가 곱해져 IFFT가 수행된 신호는 다수 개의 송신 안테나로 전송이 된다. 본 실시예에서 2 개의 수신 안테나를 구비하는 수신 단에서는 직병렬 (Serial to Parallel)변환과 FFT(Fast Fourier Transform) 및 검출(detection)을 통해서 전송된 데이터가 복구되며, 직/병렬 변환(parallel-to-serial) 동작으로 디코더(decoder)에 입력되어 원래 데이터가 복원된다. 각각의 송신 안테나에 전송되는 독립적인 데이터 스트림(data stream)은 채널 상태에 따라서 데이터 전송률(data rate)이 조정된다. 이를 위해서 수신 단에서는 채널 상태에 대한 정보, channel quality indicator (CQI)를 전송한다.
이하 본 발명에 따른 송/수신 부의 동작을 자세하게 살펴본다.
이하 설명되는 본 발명의 제1 실시예는 각각의 부 반송파마다 독립적으로 가중치가 결정되는 방법을 설명한다.
송신 안테나는 그룹화(grouping)되어 동작을 하며, 이하 송신 안테나가 두 개씩 그룹을 이루어 동작하는 것을 설명한다. 송신안테나는 두 개씩 조합을 이루어 TxAA 동작을 할 수 있다. 상기 도 3의 직병렬 변환부(S/P 변환부)에 의해 구분되는 데이터 스트림 1과 데이터 스트림 2는 각각 송신 안테나 1, 2와 송신 안테나 3, 4를 통해 전송되므로, 송신 안테나는 두 개씩 조합(즉, 송신 안테나 1, 2가 하나의 그룹을 이루고, 송신 안테나 3, 4가 또 다른 그룹을 이룬다)을 이루어 TxAA를 수행한다. 각각의 안테나 조합에 사용되는 가중치(weight)는 다음과 같은 방법으로 결정된다.
A(n), B(n)을 n번째 부 반송파(subcarrier)에 전송되는 데이터 스트림이고, 상기 A(n)은 첫 번째 안테나 조합, 즉 송신 안테나 1, 2를 통해 전송되고, 상기 B(n)은 두 번째 안테나 조합, 즉 송신 안테나 3, 4를 통해 전송된다.
Figure 112005039349029-PAT00024
,
Figure 112005039349029-PAT00025
는 주파수 영역에서 A(n), B(n)에 대한 가중치 벡터이다. 시간 영역에서 채널은 주파수 선택적 페이딩 채널(frequency selective fading channel)로 가정한다. 상기 직병렬 변환부(S/P)에 의해 구분되어 두 개씩 조합된 송신 안테나로 전송되는 A(n), B(n)은, 수신 단으로부터 수신된 가중치 벡터에 곱해져서 IFFT 단으로 전송된다. 상기 가중치 벡터에 곱해지는 A(n), B(n) 데이터 스트림은 다음과 같이 표시된다.
Figure 112005039349029-PAT00026
Figure 112005039349029-PAT00027
상기 C(n), D(n), E(n), F(n)가 IFFT단 이후의 출력 데이터를 c(n), d(n), e(n), f(n)라 정의한다. 각 송신 안테나에서 주파수 선택적 페이딩 채널(frequency selective fading channel)을 통과한 데이터는 다음과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112005039349029-PAT00028
상기 r1(n)은 수신 안테나 1에서 수신한 신호를 나타내는 것이고, 상기 r2(n)은 수신 안테나 2에서 수신한 신호를 나타내는 것이다. 상기 k는 채널의 다중 경로(multipath)의 개수를 나타낸다
수신 신호에 대해서 FFT를 수행한 후 데이터는 다음과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112005039349029-PAT00029
위의 수신 신호는 데이터 스트림에 가중치(weight)와 채널 값이 포함된 상태이므로, 상기 수신 신호에 대해서 상기 가중치를 곱하면 채널 값이 포함된 데이터 성분만이 남게 되고, 상기 채널은 훈련 심볼 또는 파일럿 신호에 의해 추정(channel estimation)되므로, 결국 본 발명의 제1 실시예에 의해 수신 단에서 전송 데이터 스트림 A(n), B(n)을 구할 수 있게 된다.
상기 수신 단의 가중치 산출부에서 생성되어 송신 단으로 전달되는 가중치 벡터(weight vector)는 다음 수식에 의해서 구한다.
Figure 112005039349029-PAT00030
상기 수식에서
Figure 112005039349029-PAT00031
이고,
Figure 112005039349029-PAT00032
이며,
Figure 112005039349029-PAT00033
이다. 또한, 상기 H 연산자는 허미션 연산자이다. 상기 수식에 따라
Figure 112005039349029-PAT00034
을 최대화하는 가중치 벡터를 구하여 채널의 covariance matrix의 최대 eigenvalue에 대한 eigenvector를 구하여 수신 단의 수신전력을 최대화할 수 있다.
수신 단에서는 송신 단과 수신 단의 채널 상태를 나타내는 CQI(Channel Qualification Indicator)를 송신 단으로 전송할 수 있고, 상기 송신 단은 상기 CQI를 이용하여 MCS(Modulation and Coding Set) 제어를 할 수 있다. 상기 수신단 은 CQI를 통해 채널의 SINR를 전송하거나 상기 SINR 정보에 기초하여 수신 단에서 요구하는 FER(Frame Error Rate) 값 등을 전송할 수 있으며, 상기 CQI를 수신한 송신 단은 상기 CQI에 기초하여 송신 측의 변조 방법 또는 채널 코딩 방법 등을 제어할 수 있다. 상기 제어는 MCS 제어부에서 이루어지며, 상기 MCS 제어부는 채널의 품질에 따라 송신측의 변조 방법과 코딩 방법을 제어한다.상기 채널 상태에 따라 데이터 전송률(data rate) 조정을 위한 CQI는 하기 수식에 의한 SINR에 의해 구할 수 있다. 상기 SINR 값은 수신 단의 수신기의 종류에 따라 산출방법이 변화하며, 만약, 수신 단의 수신기가 MMSE(minimum mean squared error) 수신기인 경우, 수신 신호의 SINR은 다음 수식으로 산출된다.
Figure 112005039349029-PAT00035
상기 수식에서 g1(n), g2(n)은 상기 수학식 8에 정의되며, MMSE 수신기에서 채널의 deep fading에 의해 잡음이 증폭되는 것을 막기 위한
Figure 112005039349029-PAT00036
는, 상기 수식과 같다. 상기
Figure 112005039349029-PAT00037
은 기지국에서 전송되는 전체 전력을 의미하고, 상기
Figure 112005039349029-PAT00038
는 특정 수신 단을 위한 신호의 전력이며,
Figure 112005039349029-PAT00039
은 서빙 셀에서의 간섭(interference)이며,
Figure 112005039349029-PAT00040
는 다른 셀로부터의 간섭(interference)이다. 상기 수식에 의해
Figure 112005039349029-PAT00041
가 결정되고, 상기
Figure 112005039349029-PAT00042
와 g1(n), g2(n)에 의해 SINR이 산출되고, 이러한 SINR에 의해 CQI가 생성된다.
이하 본 발명의 제2 실시예를 설명한다. 상기 제1 실시예의 경우, 각각의 부 반송파(subcarrier)마다 독립적으로 가중치(weight)가 정해진다. 이는 부 반송파마다 채널이 독립적인 것으로 가정하였기 때문에, 각각의 부 반송파마다 가중치(weight)가 개별적으로 정해진 것이다. 그러나, 이하에서 설명되는 제2 실시예에서는, 모든 부 반송파마다 독립된 가중치(weight)가 결정되는 것이 아니라, 다수의 부 반송파가 속한 특정한 부 반송파 그룹(subcarrier group)마다 독립된 가중치가 결정된다. 따라서 동일한 부 반송파 그룹에 속하는 부 반송파에 대하여는 동일한 가중치(weight)가 적용된다.
모든 부 반송파에 대하여 독립된 가중치가 결정되는 경우, 상기 수신 단에서 송신 단으로 피드백(feedback) 되는 가중치에 관한 정보의 양이 커지므로 귀환신호 지연에 따른 성능 저하의 문제가 발생할 수 있다. 또한 각각의 부 반송파에 대한 채널에 있어서, 채널간의 상관도가 큰 채널들에 대하여 서로 별개의 가중치 값을 결정하는 것은 성능 향상에 큰 도움이 되지 못하는바, 특정한 부 반송파 그룹에 속하는 부 반송파에 대하여는 동일한 가중치가 적용되는 것이 바람직하다.
상기 부 반송파 그룹은 상기 수신 단의 디텍터(detector) 내부 또는 외부에 위치하는 부 반송파 그룹 결정부에서 정해진다. 또한, 상기 부 반송파 그룹은, 상 기 수신 부에 의해 산출된 각 부 반송파간의 채널 상관도에 의하여 적응적(adaptive)으로 결정되거나, 기 설정된 기준(예를 들어, 기 설정된 간격의 부 반송파를 동일한 부 반송파 그룹에 속하게 함)에 의하여 결정되는 것이 바람직하다.
A(n), B(n)은 n번째 부 반송파(subcarrier)에 전송되는 데이터 스트림이고, 상기 A(n)은 첫 번째 안테나 그룹, 즉 송신 안테나 1, 2를 통해 전송되고, 상기 B(n)은 두 번째 안테나 그룹, 즉 송신 안테나 3, 4를 통해 전송된다. W 1 = [W11 W12]T , W 2 = [W21 W22]T는 주파수 영역에서 A(n), B(n)에 대한 가중치 벡터이다. 본 실시예서는 특정한 부 반송파 그룹에 속하는 n 번째 반송파(
Figure 112005039349029-PAT00043
)는 동일한 가중치를 갖는다. 본 실시예에 따라 그룹화된 가중치가 곱해진 송신 신호는 다음과 같이 정의된다
Figure 112005039349029-PAT00044
Figure 112005039349029-PAT00045
또한, 상기 수학식 7 내지 수학식 8에 의해 상기 C(n), D(n), E(n), F(n)이 주파수 선택적 페이딩 채널을 통과한 수신 신호를 FFT한 결과는 다음과 같다.
Figure 112005039349029-PAT00046
위의 식에서 수신 신호는 데이터 스트림에 채널 값과 가중치(weight)가 곱해진 것이므로 상기 수신 신호에 대해서 상기 가중치를 곱하면 채널 값이 포함된 데이터 스트림 성분만이 남게 되고, 상기 채널은 훈련 심볼 또는 파일럿 신호에 의해 추정(channel estimation)되므로, 본 발명의 제2 실시예에 따라 결국 수신 단에서 전송 데이터 A(n), B(n)을 구할 수 있게 된다.
상기 그룹화된 부 반송파에 대한 가중치는 다음과 같이 구할 수 있다.
Figure 112005039349029-PAT00047
상기 수식에서
Figure 112005039349029-PAT00048
이고,
Figure 112005039349029-PAT00049
이며,
Figure 112005039349029-PAT00050
이다. 또한, 상기 H 연산자는 허미션 연산자이다. 상기 수식에 따라
Figure 112005039349029-PAT00051
을 최대화하는 가중치 벡터 를 구하여 채널의 covariance matrix의 최대 eigenvalue에 대한 eigenvector를 구하여 수신 단의 수신전력을 최대화할 수 있다. 상기 수식에서의 covariance matrix는, 특정한 부 반송파 n(
Figure 112005039349029-PAT00052
, 즉 동일한 부 반송파 그룹에 속하는 부 반송파 n)에 대한 채널(channel)의 covariance matrix의 합이므로, 특정 그룹에 속하는 부 반송파들에 대한 채널의 covariance matrix 합에 대한 최대 eigenvalue에 대한 eigenvector를 구하여 수신 단의 수신전력을 최대화할 수 있다.
상기 수식에 의해 정해지는 W1과 W2는 특정한 부 반송파 그룹에 속하는 부 반송파들에 대해서는 동일하다. 따라서 특정한 부 반송파 그룹을 나타내는 정보와 상기 부 반송파 그룹에 대한 가중치 W1과 W2를 송신 단으로 피드백(feedback)하며 상기 송신단으로 하여금 각각의 부 반송파에 대한 가중치를 얻게 할 수 있다. 본 실시예에 의하면 모든 부 반송파에 대한 가중치 정보를 전송할 필요가 없으며, 다만 특정한 부 반송파 그룹을 나타내는 정보와 각 그룹에 대한 가중치 정보를 전송하면 송신 단에서 가중치를 얻을 수 있으므로 피드백(feedback)에 따른 성능 저하를 막을 수 있다.
본 실시예에 의하는 경우에도 수신 단에서는 송신 단과 수신 단의 채널 상태을 나타내는 CQI(Channel Qualification indicator)를 송신 단으로 전송할 수 있고, 상기 송신 단은 상기 CQI를 이용하여 MCS(Modulation and coding set) 제어를 할 수 있다. 상기 수신 단은 CQI를 통해 채널의 SINR를 전송하거나 상기 SINR 정보에 기초하여 수신 단에서 요구하는 FER 값 등을 전송할 수 있으며, 상기 CQI를 수 신한 송신 단은 상기 CQI에 기초하여 데이트 스트림에 대한 변조 방법 또는 채널 코딩 방법 등을 제어할 수 있다. 상기 제어는 MCS 제어부에서 이루어지며, 상기 MCS 제어부는 채널의 품질에 따라 송신 단의 변조 방법과 코딩 방법을 제어한다. 상기 채널 상태에 따라 데이터 전송률(data rate) 조정을 위한 CQI는 하기 수식에 의한 SINR에 의해 구할 수 있다. 상기 SINR 값은 수신 단의 수신기의 종류에 따라 변화하며, 만약, 수신 단의 수신기가 MMSE 수신기인 경우, 각 data stream의 SINR은 다음 수식과 같다.
Figure 112005039349029-PAT00053
도 4는 다수의 송수신 안테나를 사용하는 다중 반송파 시스템에서 TxAA를 적용하는 또 다른 방법을 나타내는 도면이다. 이하 도4를 참조하여 본 발명의 제3 실시예를 설명한다. 상기 제1 실시예 및 제2 실시예에서는 도3의 송신 안테나 1과 송신 안테나 2에 데이터 스트림 1이 제공되었고, 송신 안테나 3과 송신 안테나 4에 데이터 스트림 2가 제공되었다. 따라서, 상기 4개의 송신 안테나는 2 개의 그룹으로 그룹화되었다고 할 수 있다. 상술한 바와 같이, 동일한 데이터 스트림을 전송하는 안테나들은 동일한 안테나 그룹에 속한다고 할 수 있으며, 상기와 같은 안테나 그룹에 대한 정보를 안테나 그룹화 정보라 할 수 있다. 상기 송신 안테나 1과 송신 안테나 2는 특정한 안테나 그룹에 속하여 조합을 이루고 있으며, 상기 송신 안테나 3과 송신 안테나 4는 다른 안테나 그룹에 속하여 조합을 이루고 있다고 할 수 있다. 즉 두 개의 송신 안테나는 하나의 안테나 그룹에 속하여 TxAA 동작을 하고 있다.
상기 안테나 조합을 바꾸는 경우, 각각의 안테나 특성의 차이에 의해 다이버시티 효과를 얻을 수 있다. 즉, 데이터 스트림 1을 상기 송신 안테나 1과 송신 안테나 3으로 전송하고, 데이터 스트림 1을 상기 송신 안테나 2와 송신 안테나 4로 전송할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 4개의 송신 안테나를 이용하는 경우 각각의 안테나 조합은 3개이다. 수신 단의 디텍터(detector) 내부 또는 외부에 위치하는 안테나 그룹화 결정부에서는 각각의 안테나 그룹에 따른 안테나 조합에 따라 달라지는 채널 상황을 판단하여, 최적의 안테나 조합을 결정할 수 있다. 예를 들어, 각각의 안테나 조합에 따라 달라지는 수신 신호의 SNR 수치를 산출, 비교하여 최적의 안테나 조합을 결정할 수 있다. 이러한 안테나 조합을 나타내는 안테나 그룹화 정보는, 상술한 바와 같이 송신 안테나가 4개인 경우 각각의 안테나 조합은 3개이므로, 2비트의 정보이면 충분하다. 따라서 수신단의 상기 안테나 그룹화 결정부에서 결정된 안테나 그룹화 정보를 상기 송신단으로 피드백(feedback)하여 상기 송신 단으로 하여금 안테나 조합을 변화하게 하는 것이 바람직하다. 상기 안테나 그룹화 정보를 수신한 상기 송신 단은, 데이터 스트림 입력 제어부를 이용하여 각각의 데이터 스트림을 특정한 안테나 그룹에 속한 송신 안테나로 전송한다. 예를 들어, 송신 안테나 1과 3을 하나의 그룹으로 하고, 송신 안테나 2와 4를 또 하나의 그룹으로 하는 경우, 상기와 같은 안테나 그룹화 정보에 따라 상기 데이터 스트림 입력 제어부를 제어하여 데이터 스트림 1을 송신 안테나 1과 3에 입력시키고, 데이터 스트림 2를 송신 안테나 2와 4에 입력시킬 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위의 기재에 의하여야 할 것이다.
본 발명에 따른 통신 시스템의 수신 단에서는 주파수 영역에서 weight를 계산하여 OFDM/OFDMA 시스템에 DTxAA(Dobule TxAA) 동작을 구현할 수 있다. 채널이 천천히 변하게 되는 경우 상대적으로 높은 throughput을 갖게 동작할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하여, 각 부 반송파(subcarrier) 및 특정한 부 반송파 그룹(subcarrier group)마다 가중치(weight) 및 CQI가 정의되어, 동작의 flexibility를 높일 수 있다. 그리고, 다이버시티(diversity) 효과 및 공간 멀티플렉싱(spatial multiplexing)을 적절히 조합시켜, 최적의 throughput을 갖도록 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (30)

  1. 다수의 송신 안테나를 구비하는 다중입출력 다중 반송파 시스템에 있어서,
    수신 측으로부터 상기 송신 안테나 각각에 대하여, 그룹화된 반송파에 따른 가중치를 수신하는 단계;
    상기 각 송신 안테나에 할당되는 데이터 스트림(data stream)에 대응하는 가중치를 곱하는 단계를 포함하여 이루어지는 다수의 송수신 안테나를 사용하는 다중 반송파 시스템에서 TxAA(Transmit Antenna Array)를 적용하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 스트림(data stream)은 서로 독립적인 복수의 데이터 스트림인 것을 특징으로 하는 다수의 송수신 안테나를 사용하는 다중 반송파 시스템에서 TxAA(Transmit Antenna Array)를 적용하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 스트림(data stream)은 그룹화된 상기 다수의 송신 안테나 중 특정 그룹에 속하는 다수의 송신 안테나를 통하여 동시에 전송되는 것을 특징으로 하는 다수의 송수신 안테나를 사용하는 다중 반송파 시스템에서 TxAA(Transmit Antenna Array)를 적용하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 특정 그룹에 속하는 다수의 송신 안테나의 개수는 두 개인 것을 특징으로 하는 다수의 송수신 안테나를 사용하는 다중 반송파 시스템에서 TxAA(Transmit Antenna Array)를 적용하는 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 다수의 송신 안테나는 가변적으로 그룹화되는 것을 특징으로 하는 다수의 송수신 안테나를 사용하는 다중 반송파 시스템에서 TxAA(Transmit Antenna Array)를 적용하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 다수의 송신 안테나의 그룹화는 수신 측으로 수신된 안테나 그룹화 정보에 따라 정해지는 것을 특징으로 하는 다수의 송수신 안테나를 사용하는 다중 반송파 시스템에서 TxAA(Transmit Antenna Array)를 적용하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 그룹화된 반송파에 따른 가중치는 각각의 반송파에 대하여 개별적으로 정해지는 것을 특징으로 하는 다수의 송수신 안테나를 사용하는 다중 반송파 시스템에서 TxAA(Transmit Antenna Array)를 적용하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    두 개의 독립한 데이터 스트림이 네 개의 송신 안테나를 통하여 전송되고, 상기 수신 측에 구비된 수신 안테나가 두 개이며, 각각의 반송파(subcarrier)를 n이라 하고, 상기 두 개의 데이터 스트림에 대한 채널을
    Figure 112005039349029-PAT00054
    ,
    Figure 112005039349029-PAT00055
    이라 하는 경우, 상기 송신 안테나 각각에 대하여 그룹화된 반송파에 따른 가중치 W 1 (n), W 2 (n)는,
    Figure 112005039349029-PAT00056
    인 것을 특징으로 하는 다수의 송수신 안테나를 사용하는 다중 반송파 시스템에서 TxAA(Transmit Antenna Array)를 적용하는 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 그룹화된 반송파에 따른 가중치는 특정 그룹에 속한 반송파들에 대하여 동일하게 정해지는 것을 특징으로 하는 다수의 송수신 안테나를 사용하는 다중 반송파 시스템에서 TxAA(Transmit Antenna Array)를 적용하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    두 개의 독립한 데이터 스트림이 네 개의 송신 안테나를 통하여 전송되고, 상기 수신 측에 구비된 수신 안테나가 두 개이며, 각각의 반송파(subcarrier)를 n 이라 하고, 상기 두 개의 데이터 스트림에 대한 채널을
    Figure 112005039349029-PAT00057
    ,
    Figure 112005039349029-PAT00058
    이라 하는 경우, 상기 송신 안테나 각각에 대하여 그룹화된 반송파에 따른 가중치 W 1 (n), W 2 (n)는,
    Figure 112005039349029-PAT00059
    인 것을 특징으로 하는 다수의 송수신 안테나를 사용하는 다중 반송파 시스템에서 TxAA(Transmit Antenna Array)를 적용하는 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    수신 측으로부터 채널 상태를 나타내는 채널상태정보(CQI; Channel Quality Information)을 수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 반송파 시스템에서 TxAA(Transmit Antenna Array)를 적용하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 채널상태정보에 따라 상기 데이터 스트림의 변조 방법과 코딩 방법을 결정하여 데이터 전송률을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 반송파 시스템에서 TxAA(Transmit Antenna Array)를 적용하는 방법.
  13. 다중 반송파 시스템의 송신 장치에 있어서,
    수신 측으로부터 송신 안테나 각각에 대하여, 그룹화된 반송파에 따른 가중치를 수신하는 가중치 수신부;
    상기 각 송신 안테나에 할당되는 데이터 스트림에 상기 가중치를 곱하는 가중치 곱셈부; 및
    상기 가중치 곱셈부로부터 입력되는 데이터 스트림을 다중 반송파와 상기 송신 안테나를 이용하여 전송하는 무선 전송부를 포함하여 이루어지는 다수의 송신 안테나를 사용하는 다중 반송파 시스템에서 TxAA(Transmit Antenna Array)를 적용한 송신 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 각 송신 안테나는 가변적으로 그룹화되는 것을 특징으로 하는 다중 반송파 시스템에서 TxAA(Transmit Antenna Array)를 적용한 송신 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 그룹화된 송신 안테나 중에서 특정 그룹에 속하는 상기 송신 안테나는 동일한 데이터 스트림을 전송하는 것을 특징으로 하는 다수의 송수신 안테나를 사용하는 다중 반송파 시스템에서 TxAA(Transmit Antenna Array)를 적용한 송신 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 수신 측으로부터 상기 송신 안테나를 그룹화하는 안테나 그룹화 정보를 수신하는 안테나 그룹화 정보 수신부;
    상기 안테나 그룹화 정보에 따라 상기 데이터 스트림을 상기 특정 그룹에 속하는 송신 안테나로 전송하는 데이터 스트림 입력 제어부를 더 포함하는 다수의 송수신 안테나를 사용하는 다중 반송파 시스템에서 TxAA(Transmit Antenna Array)를 적용한 송신 장치.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 그룹화된 반송파에 따른 가중치는 각각의 반송파에 대하여 개별적으로 정해지는 것을 특징으로 하는 다수의 송수신 안테나를 사용하는 다중 반송파 시스템에서 TxAA(Transmit Antenna Array)를 적용한 송신 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    두 개의 독립한 데이터 스트림이 네 개의 송신 안테나를 통하여 전송되고, 상기 수신 측에 구비된 수신 안테나가 두 개이며, 각각의 반송파(subcarrier)를 n이라하고, 상기 두 개의 데이터 스트림에 대한 채널을
    Figure 112005039349029-PAT00060
    ,
    Figure 112005039349029-PAT00061
    이라 하는 경우, 상기 송신 안테나 각각에 대해 그룹화된 반송파에 따른 가중치 W 1 (n), W 2 (n)는,
    Figure 112005039349029-PAT00062
    인 것을 특징으로 하는 다수의 송수신 안테나를 사용하는 다중 반송파 시스템에서 TxAA(Transmit Antenna Array)를 적용한 송신 장치.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 그룹화된 반송파에 따른 가중치는 특정 그룹에 속한 반송파들에 대하여 동일하게 정해지는 것을 특징으로 하는 다수의 송수신 안테나를 사용하는 다중 반송파 시스템에서 TxAA(Transmit Antenna Array)를 적용한 송신 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    두 개의 독립한 데이터 스트림이 네 개의 송신 안테나를 통하여 전송되고, 상기 수신 측에 구비된 수신 안테나가 두 개이며, 각각의 반송파(subcarrier)를 n이라 하고, 상기 두 개의 데이터 스트림에 대한 채널을
    Figure 112005039349029-PAT00063
    ,
    Figure 112005039349029-PAT00064
    이라 하는 경우, 상기 송신 안테나 각각에 대해 그룹화된 반송파에 따른 가중치 W 1 (n), W 2 (n)는,
    Figure 112005039349029-PAT00065
    인 것을 특징으로 하는 다수의 송수신 안테나를 사용하는 다중 반송파 시스템에서 TxAA(Transmit Antenna Array)를 적용한 송신 장치.
  21. 제13항에 있어서,
    수신 측으로부터 채널 상태를 나타내는 채널상태정보(CQI; Channel Quality Information)을 수신하는 채널상태정보 수신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 반송파 시스템에서 TxAA(Transmit Antenna Array)를 적용한 송신 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 채널상태정보에 따라 상기 데이터 스트림의 변조 방법과 코딩 방법을 제어하는 MCS(Modulation and coding set) 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 반송파 시스템에서 TxAA(Transmit Antenna Array)를 적용한 송신 장치.
  23. 다수의 수신 안테나를 구비하는 다중입출력 다중 반송파 시스템에 있어서,
    상기 수신 안테나를 통해 수신되는 수신 신호의 전력을 최대로 하기 위해 송신 측의 송신 안테나 각각에 대하여, 그룹화된 반송파에 따른 가중치를 산출하는 단계;
    상기 산출된 가중치를 송신 측으로 전송하는 단계; 및
    상기 송신 측으로부터 상기 가중치가 반영된 신호를 수신하는 단계를 포함하여 이루어지는 다수의 송수신 안테나를 사용하는 다중 반송파 시스템에서 TxAA(Transmit Antenna Array)를 적용하는 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 그룹화된 반송파에 따른 가중치는 각각의 반송파에 대하여 개별적으로 정해지는 것을 특징으로 하는 다수의 송수신 안테나를 사용하는 다중 반송파 시스템에서 TxAA(Transmit Antenna Array)를 적용하는 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    두 개의 독립한 데이터 스트림이 네 개의 송신 안테나를 통하여 전송되고, 상기 수신 안테나가 두 개이며, 각각의 반송파(subcarrier)를 n이라 하고, 상기 두 개의 데이터 스트림에 대한 채널을
    Figure 112005039349029-PAT00066
    ,
    Figure 112005039349029-PAT00067
    이라 하는 경우, 상기 송신 안테나 각각에 대하여 그룹화된 반송파에 따른 가중치 W 1 (n), W 2 (n)는,
    Figure 112005039349029-PAT00068
    인 것을 특징으로 하는 다수의 송수신 안테나를 사용하는 다중 반송파 시스 템에서 TxAA(Transmit Antenna Array)를 적용하는 방법.
  26. 제23항에 있어서,
    상기 그룹화된 반송파에 따른 가중치는 특정 그룹에 속한 반송파들에 대하여 동일하게 정해지는 것을 특징으로 하는 다수의 송수신 안테나를 사용하는 다중 반송파 시스템에서 TxAA(Transmit Antenna Array)를 적용하는 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    두 개의 독립한 데이터 스트림이 네 개의 송신 안테나를 통하여 전송되고, 상기 수신 안테나가 두 개이며, 각각의 반송파(subcarrier)를 n이라 하고, 상기 두 개의 데이터 스트림에 대한 채널을
    Figure 112005039349029-PAT00069
    ,
    Figure 112005039349029-PAT00070
    이라 하는 경우, 상기 송신 안테나 각각에 대하여 그룹화된 반송파에 따른 가중치 W 1 (n), W 2 (n)는,
    Figure 112005039349029-PAT00071
    인 것을 특징으로 하는 다수의 송수신 안테나를 사용하는 다중 반송파 시스템에서 TxAA(Transmit Antenna Array)를 적용하는 방법.
  28. 제23항에 있어서,
    상기 수신 신호의 SINR 값을 측정하여, 상기 측정 결과에 따라 채널상태정보(CQI; Channel Quality Information)를 생성하는 단계 및
    상기 채널상태정보를 송신 측으로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 송수신 안테나를 사용하는 다중 반송파 시스템에서 TxAA(Transmit Antenna Array)를 적용하는 방법.
  29. 제23항에 있어서,
    채널 상태에서 따라 상기 송신 측의 송신 안테나를 그룹화하는 안테나 그룹화 정보를 생성하는 단계 및
    상기 생성된 안테나 그룹화 정보를 상기 송신 측으로 전송하는 단계를 포함하여 이루어지는 다수의 송수신 안테나를 사용하는 다중 반송파 시스템에서 TxAA(Transmit Antenna Array)를 적용하는 방법.
  30. 다수의 수신 안테나를 구비하는 다중입출력 다중 반송파 시스템에 있어서,
    상기 수신 안테나를 통해 수신되는 수신 신호의 전력을 최대로 하기 위해 수신 측의 송신 안테나 각각에 대하여, 그룹화된 반송파에 따른 가중치를 산출하는 가중치 산출부; 및
    상기 송신 측으로부터 상기 가중치가 반영된 신호를 수신하는 다수의 수신 안테나를
    포함하여 이루어지는 다수의 수신 안테나를 사용하는 다중 반송파 시스템에 서 TxAA(Transmit Antenna Array)를 적용한 수신 장치.
KR1020050065820A 2005-07-20 2005-07-20 다수의 송수신 안테나를 사용하는 다중 반송파 시스템에서ＴｘＡＡ를 적용하는 방법 KR101073918B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101233281B1 (ko) * 2011-01-24 2013-02-15 경북대학교 산학협력단 송신기 및 수신기

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