KR20070012638A

KR20070012638A - Ｍｉｍｏ 시스템에서의 신호 송수신 방법

Info

Publication number: KR20070012638A
Application number: KR1020067014441A
Authority: KR
Inventors: 심동희; 이희정; 허강석
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2004-01-20
Filing date: 2005-01-18
Publication date: 2007-01-26
Also published as: EP1709752B1; US20090310701A1; EP1709752A4; US8111774B2; EP1709752A1; US20050157807A1; WO2005069505A1; US7623587B2; JP2007518346A; BRPI0506904A; HRP20060253A2; KR100850990B1

Abstract

본 발명은 다수의 송신수신 안테나를 사용하는 이동통신 시스템에서의 신호전송방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 신호전송방법은 수신단이 송신단으로부터 전송 가능한 STTD쌍을 구성하는 모든 안테나 쌍들에 대한 신호 대 간섭 잡음비(SINR)를 계산하는 단계와, 가장 큰 SINR을 갖는 안테나 쌍을 나타내는 정보를 송신단으로 피드백하는 단계와, 송신단이 상기 피드백된 정보에 의해 결정된 안테나 쌍을 통하여 D-STTD전송을 수행하는 단계를 포함한다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 신호전송방법은 수신단이 안테나 쌍에 대한 정보 및/또는 시공간다중화(STTD) 쌍에 포함된 송신 안테나에 대한 채널행렬의 고유벡터(웨이트값)를 송신단으로 피드백하는 단계와, 송신단이 각 STTD쌍에 대한 심볼에 상기 고유벡터를 곱하여 빔을 형성한 후 각 송신안테나를 통해(안테나가 두 개인 경우) 상기 빔을 전송하거나 상기 안테나 쌍에 대한 정보에 의해 결정된 송신 안테나 쌍(안테나가 4개 이상인 경우)을 통해 빔을 전송하는 단계를 포함한다.

Description

ＭＩＭＯ 시스템에서의 신호 송수신 방법 {METHOD FOR TRANSMITTING/RECEIVING SIGNAL IN MIMO SYSTEM}

본 발명은 이동통신 시스템의 신호전송방법에 관한 것으로서, 특히 다수의 송신수신 안테나를 사용하는 MIMO 시스템에서의 신호전송방법에 관한 것이다.

현재 W-CDMA 무선 규격의 3GPP(Third Generation Partnership Project) IMT-2000시스템에서는 개루프(Open loop) 형태의 대표적인 전송 다이버시티 기법으로서 시공간전송 다이버시티(Space Time Transmit Diversity: STTD)를 채택하고 있다. 상기 STTD는 시간축상에서 주로 적용되던 채널부호화(Channel coding) 기법을 공간상으로 확장시킨 시공간 부호화(Space-Time coding)를 통해 다이버시티 이득을 얻는 방식이다.

상기 STTD는 WCDMA의 동기채널(Synchronization Channel: SCH)을 제외한 모든 하향 물리채널에 적용이 가능하며, 특히 수신단에서 송신단으로 전송되는 피드백 정보가 필요 없기 때문에 속도 및 무선 채널 변화에 따른 시스템 성능 변화가 없는 장점을 갖는다.

상기 STTD기법은 두 개의 송신 안테나와 단일 수신 안테나를 이용하며, 두 개의 안테나를 통하여 전송되는 심볼들 간의 시공간상의 간단한 코딩을 통하여 시 간적인 다이버시티 이득 뿐 아니라 공간적인 다이버시티 이득도 얻으려는 데 목적이 있다. 이를 위하여, 종래의 STTD시스템은 두개의 송신 안테나를 요구하며 아울러 두개의 송신 안테나로 전송되는 심볼간의 코딩을 위하여 시공간코딩 블록(STTD인코더)을 필요로 한다. STTD의 동작원리는 [표1]과 같이 나타낼 수 있다.

	Time t	Time t+T
안테나 1	s₁	s₂
안테나 2

여기서, 상기 *은 공액(conjugate)을 의미한다.

[표 1]에 도시된 바와 같이, 송신될 심볼은 STTD인코더에서 인코딩된 다음 시간 순서에 따라 안테나 1, 2로 각각 송신된다. 각각의 안테나로 송신된 신호는 서로 다른 독립적인 채널을 거치는데, 만약 시간 t에서의 채널과 t+T(T:심볼주기)에서의 채널이 같다고 가정할 경우, 수신단의 수신신호(r₁, r₂)는 다음 식(1)과 같이 표현된다.

-----------------------식(1)

여기서 , h₁=

, h₂=

는 각 송신 안테나와 단일 수신 안테나간의 채널을 의미하며, n₁ 및 n₂는 수신단에서의 백색 가우시안 잡음(AWGN : Additive White Gaussian Noise)을 나타낸다. 이때, 상기 각 채널(h₁,h₂)은 각 송신 안테나에서 전송된 파일럿신호의 패턴으로부터 추정할 수 있다.

따라서, 수신단에서 상기 수신신호(r₁, r₂)를 다음 식(2)와 같이 결합을 하게 되면, 수신 다이버시티의 MRC(Maximum Ratio Combining)방식과 같은 값을 얻을 수 있으며, 이를 바탕으로 송신된 심볼을 추정할 수 있게 된다.

이중(Double) STTD

이중(Double) STTD(D-STTD)는 2개 송신 안테나를 사용하는 STTD기법을 MIMO(Multi Input Multi Output)시스템으로 확장한 기법으로서, 4개의 송신 안테나를 사용하는 D-STTD시스템의 경우에는 2개의 STTD쌍을 포함한다.

상기 D-STTD시스템은 텍사스 인스트루먼트(Texas Instrument)에서 3GPP에 처음 제안했으며, 이후 각 STTD 쌍에 다른 변조방법(QPSK, QAM 등)을 적용하고 아울러 송신 안테나들간의 상관(correlation)을 수신단에서 추정하여 STTD 안테나 쌍을 결정하는 안테나 셔플링(antenna shuffling)도 함께 제안하였다. 또한, 미쯔비시전기(Mitsubishi Electric)에서 각 STTD 쌍에 서로 다른 MCS(Modulation and Coding Set)를 적용할 수 있도록 하는 Sub group rate control D-STTD시스템을 제안하였다.

도 1은 종래의 D-STTD시스템의 구성도이다.

도 1을 참조하면, D-STTD시스템을 통해 전송될 데이터는 역다중화기(10)에서 2개의 STTD 쌍(각 STTD쌍은 변조기, STTD인코더 및 안테나를 포함한다)에 대한 신호로 분리된다. 각 STTD쌍의 각 변조기(11,12) 및 STTD인코더(13,14)는 수신단에서 피드백된 MCS를 바탕으로 선택된 변조 및 코딩 레이트(coding rate)를 이용하여 신호를 변조 및 코딩한다. 상기 각 변조기(11,12) 및 STTD 인코더(13,14)를 거친 송신신호는 각각 송신 안테나 쌍을 통하여 전송된다. 이때, 각 STTD 인코더(13,14)는 각 변조기(11,12)로부터 한꺼번에 두 개의 심볼을 수신하게 된다.

수신단의 각 STTD디코더(15,16)및 복조기(17,18)는 MCS를 이용하여 송신 안테나를 통해 수신된 신호를 디코딩 및 복조하며, 각 복조기(17,18)에서 복조된 수신신호는 다중화부(19)에서 다중화됨으로써 원래 신호로 복원된다.

한편, 수신단의 채널 예측기(20)는 수신신호를 수신하여 D-STTD 채널 행렬을 추정한다. MCS선택부(21)는 상기 추정된 D-STTD 채널 행렬을 바탕으로 각 데이터 스트림의 신호 대 간섭 잡음비(SINR)를 계산하여, 각 데이터 스트림의 SINR에 해당하는 MCS를 선택한 다음 송신단으로 피드백한다.

빔형성이 결합된 STTD

도 2는 빔형성이 결합된 종래의 STTD 시스템의 구성도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, D-STTD 시스템은 두개의 송신 안테나만을 사용할 경우 적용될 수 있는 빔형성부(22, 23)를 더 포함한다.

도 2를 참조하면, 먼저, 전송될 데이터(신호)가 역다중화기(30)에서 역다중화된 후 각 변조기(31,32)로 입력된다. 각 변조기(31,32) 및 STTD인코더(33,34)는 수신단에서 피드백된 MCS를 참고로 선택된 변조 및 코딩 레이트(coding rate)를 이용하여 역다중화된 신호를 각각 변조 및 코딩한다. 이때, 각 변조기(31,32)에서 STTD 인코더(33,34)로 두 개의 심볼이 한꺼번에 입력된다.

빔형성부(35,36)는 각 STTD인코더(33,34)에서 시공간 부호화된((STTD 수행된) 심볼(예를들면 s₁, s₂)에 고유벡터를 곱하여 빔형성을 실시한 다음 각 송신 안테나를 통하여 전송한다. 이 경우, STTD 뿐만 아니라 빔형성을 실시하기 위한 신호 처리 연산을 수식으로 정리하면 다음 식(3)과 같다.

여기서,

는 송신 안테나들간의 상관(correlation)행렬의 반자승 행렬(

)의 최대 고유값에 해당하는 고유벡터를 나타내다. 또한,

는 2개의 송신 안테나를 사용할 때

로 정의될 수 있다. 이때, 상기

및

(

〉

)는

의 고유값을 나타내고, 또한 E_s와

는 각각 심볼 에너지와 가우시안 잡음을 나타낸다.

따라서, 수신단에서는 이미 MCS 및 고유벡터값(w₁,w₂)을 알고 있기 때문에, 각 STTD디코더(37,38)및 복조기(39,40)는 상기 MCS 및 고유벡터를 참고로 수신신호를 디코딩 및 복조하며, 각 복조기(39,40)에서 복조된 수신신호는 다중화부(41)에서 직렬 데이터 아이템으로 변환됨으로써 원래의 데이터 스트림으로 복원된다.

이때, 수신단의 채널 예측기(42)는 수신신호를 수신하여 STTD 채널 행렬을 추정하고, MCS선택부(43)는 상기 추정된 STTD 채널 행렬을 바탕으로 각 데이터 스트림의 신호 대 간섭 잡음비(SINR)를 계산하여, 각 데이터 스트림의 SINR에 해당하는 MCS를 선택한 다음 송신단으로 피드백시킨다.

상술한 바와 같이, 종래의 D-STTD 시스템에서, 4개 이상의 송신 안테나가 존재하는 경우, 송신 안테나를 두 개의 안테나 쌍으로 묶어서 다수의 데이터 스트림을 해당 안테나 쌍을 통해 전송한다.

그런데, 송신 안테나들간에는 어느 정도의 상관(correlation)이 존재하기 때문에, STTD인코딩을 위해 단순히 인접한 두개의 안테나를 하나의 쌍으로 설정하는 것은 바람직하지 않을 수 있다. 따라서, 수신단에서 직접 송신 안테나간의 상관을 구하여 송신 안테나 쌍을 결정하는 정보를 송신단으로 전송할 수 있지만, 이 방법은 수신단에서 송신 안테나간의 상관을 구하는 것이 매우 어렵기 때문에 현실적으로 적용하기 어려운 면이 있다.

또한, 상기 언급한 바와 같이, 빔형성이 결합된 종래의 STTD 시스템에서는, 두 개의 송신 안테나가 있는 경우 STTD 인코딩된 데이터에 고유벡터를 곱하여 빔형성을 수행한 후 각 송신 안테나를 통해 전송된다. 그러나, 이러한 신호전송방법은 두 개의 송신 안테나를 이용하는 경우 채택되는 신호처리 방법이므로 두 개 이상의 송신 안테나를 사용하는 경우에 그대로 적용하기가 어렵다.

또한, 빔형성이 결합된 신호전송방법에서는 상관 행렬(송신 안테나간의 상관값을 행렬로 구성한)의 반자승 행렬의 최대 고유값에 해당하는 고유벡터를 빔형성을 위한 웨이트 값으로 사용하고 있다. 그러나, 실제로 송신단의 상관 행렬 값을 구하기란 매우 어렵기 때문에, 빔형성이 결합된 종래의 STTD를 현실적으로 적용하기에 어려운 면이 있다.

즉, 종래에는 STTD 시스템에서 두개의 안테나를 사용하는 경우, 송신 안테나간의 상관값으로 구성된 상관 행렬의 최대 고유값에 해당하는 고유벡터를 구할 수 있다는 가정하에 상기 고유벡터를 빔형성을 위해 사용할 웨이트 값으로 사용하였다.

그런데, 수신단이 추정한 채널 행렬은 송신 안테나간의 상관값, 수신 안테나간의 상관값 및 무선 채널 환경에서의 채널 값을 모두 포함하고 있으므로, 채널 행렬로부터 송신 안테나간의 상관값만을 분리하는 것은 어려운 일이다. 또한, 실제 환경에서 송신 안테나간의 상관값은 시간에 따라 변할 수 있기 때문에, 종래의 송신 안테나간의 상관값을 이용하여 웨이트 값을 구하는 방법은 실제로 적용하기 어렵다고 할 수 있다.

또한, 수신단 안테나가 한 개 이상일 경우, 수신단 안테나간의 상관값도 고려해야 하지만, 종래의 신호전송방법은 송신 안테나간의 상관만을 적용한 것이므로 현실적으로 적용하기에 적합한 방식이라 할 수 없다.

[기술적 과제]

따라서, 본 발명의 목적은 D-STTD 시스템 및 빔형성이 결합된 시스템에서 데이터 전송속도 및 수신율을 향상시킬 수 있는 신호전송방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 D-STTD 전송시 송신 안테나 쌍을 결정하기 위한 정보를 수신단에서 송신단으로 피드백하는 신호전송방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 빔형성이 결합된 STTD 방법을 보다 효율적으로 적용하기 위한 신호전송방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 각 안테나 쌍 별로 시공간다중화(STTD) 및 빔형성을 수행하기 위한 신호전송방법을 제공하는데 있다.

[기술적 해결방법]

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 두개의 안테나를 포함하는 각 STTD쌍을 통하여 데이터 스트림을 전송하는 이중(Double)-시공간전송 다이버시티(STTD)시스템 (D-STTD)에 있어서, 신호전송방법은 수신단이 송신단으로부터 전송 가능한 STTD쌍을 구성하는 모든 안테나 쌍에 대하여 신호 대 간섭 잡음비(SINR)를 계산하여, D-STTD전송을 위한 안테나 쌍 결정정보를 송신단으로 피드백하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 안테나 쌍 결정정보는 가장 큰 SINR을 나타내는 안테나 쌍을 나타낸다. 즉, 상기 가장 큰 SINR을 나타내는 안테나 쌍은 순간 최대 수신 데이터량이 최대인 안테나 쌍을 나타낸다.

바람직하게, 상기 안테나 쌍 결정정보는 송수신단간에 약속된 별도의 피드백신호를 통하여 전송된다. 또한, 상기 안테나 쌍 결정정보는 송수신단간에 지정된 다른 피드백신호와 함께 전송될 수 있다. 이 경우, 다른 피드백신호는 상기 안테나 쌍 결정정보에 의해 결정된 안테나 쌍에서 사용할 변조 및 코딩 세트(MCS)정보를 의미한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 다수의 안테나를 통해 시공간 다중화되고 빔형성된 심볼을 전송하는 STTD 시스템에 있어서 신호전송방법은 각 송신 안테나에 대한 채널 행렬의 고유벡터를 계산하여 송신단으로 피드백하는 단계와; 상기 피드백된 고유벡터를 웨이트 값으로 이용하여 시공간다중화(STTD)가 수행된 송신 심볼에 대해 빔형성을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 채널 행렬은 송신 안테나간의 상관값과, 수신 안테나의 상관값과, 무선 채널 환경의 채널값을 모두 포함한다.

바람직하게는, 상기 고유벡터는 수신단에서 송신단으로 피드백되며, 수신단에서 계산한 상기 채널 행렬의 최대 고유값에 해당한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 송신 심볼에 대하여 시공간다중화(STTD) 및 빔형성을 수행하는 시스템에서, 신호전송방법은 순간 최대 수신 데이터량이 최대인 송신 안테나 쌍의 채널 행렬의 고유벡터를 계산하여 송신단으로 피드백하는 단계와; 송신단이 상기 피드백된 고유벡터를 웨이트 벡터로 이용하여 안테나 쌍에 의해 시공간다중화(STTD)가 수행된 송신 심볼에 대해 빔형성을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 웨이트 벡터는 각 안테나 쌍에 대한 실재 채널 행렬의 고유벡터이다.

바람직하게는, 상기 채널 행렬은 송신 안테나간의 상관값, 수신 안테나간의 상관값 및 무선 채널 환경의 채널값을 모두 포함한다.

바람직하게는, 상기 송신 안테나 쌍은 가장 큰 신호 대 간섭 잡음비(SINR)를 갖는 안테나 쌍이다.

본 발명의 목적, 특징 및 이점들은 첨부된 도면들을 참조함으로써 하기의 본 발명의 세부적인 설명으로부터 보다 명백해질 것이다.

본 발명의 이해를 돕기 위하여 제공되었으며 본 출원의 일부를 구성하고 있는 첨부된 도면은 본 발명의 실시예 및 본 발명의 원리를 설명하기 위한 서술을 도시하고 있다.

도 1은 종래의 D-STTD시스템의 구성도.

도 2는 종래의 빔형성이 결합된 STTD 시스템의 구성도.

도 3은 본 발명에 적용된 D-STTD시스템의 구성도.

도 4은 본 발명에 따른 D-STTD시스템에서의 신호전송방법을 나타낸 도면.

도 5는 본 발명에 적용된 빔형성이 결합된 STTD 시스템의 일 실시예를 도시한 구성도.

도 6는 본 발명에 적용된 빔형성이 결합된 STTD 시스템의 다른 실시예를 도시한 구성도.

[발명의 실시를 위한 형태]

첨부된 도면에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 D-STTD 시스템이나 빔형성이 결합된 STTD 시스템과 같이 다수의 송신 안테나 및 수신 안테나를 사용하는 이동통신 시스템에서의 신호전송방법에 관한 것이다. 이를 위하여, 다수의 송신 안테나를 구비한 송신단이 수신단으로부터 MCS 정보와, STTD쌍(안테나 쌍)에 대한 결정정보 및/또는 피드백신호에 의한 고유벡터를 수신하여 D-STTD 전송이나 빔형성을 수행한다.

바람직하게는, 상기 피드백신호는 송수신단간의 합의에 의해 미리 결정된다. 또한, 결정된 안테나 쌍에서 사용될 상기 MCS 정보는 별개의 피드백 정보를 이용하여 전송된다. 상기 MCS 정보는 송신단 및 수신단에서 미리 결정하여, 각 경우의 수를 테이블 형태로 가지고 있어야 한다. 또한, 상기 결정된 안테나 쌍에 대한 피드백 정보 및 각 안테나에 사용될 MCS 정보를 이용하여 약속된 피드백 정보 테이블을 구성할 수도 있다.

먼저, 본 발명의 일 실시예에 따라, 신호전송방법은 수신단에서 STTD쌍(안테나 쌍)을 결정한 후 송신단으로 피드백하고, 송신단은 상기 피드백된 정보에 따라 심볼 전송을 수행하는 STTD 시스템에서의 방법을 제안한다. 이러한 목적을 위해, 상기 수신단은 각 송신 안테나의 채널을 추정하여 각 STTD쌍에 대한 신호 대 간섭 잡음비(SINR)를 계산한다. 이에 따라, 상기 수신단은 가장 큰 SINR을 갖는 안테나 쌍을 결정하여 상기 송신단에 피드백시킨다.

본 발명의 다른 실시예에 따라, 신호전송방법은 빔형성이 결합된 STTD 시스템에서 빔형성을 수행하기 위한 웨이트 값을 계산하는 방법, 특히, 송신 안테나가 두 개 이상인 경우에 빔형성이 결합된 STTD 방법을 효과적으로 적용하기 위한 방법을 제안한다. 이러한 목적을 위해, 본 발명의 수신단은 송신 안테나간의 상관, 무선 환경하의 채널 상태 및 수신 안테나간의 상관을 모두 포함하는 채널 행렬을 추정한다. 이후, 수신단은 상기 추정된 채널 행렬의 최대 고유값에 해당하는 고유벡 터를 빔형성을 위해 요구한 웨이트 값으로써 송신단에 피드백시킨다.

또한, 본 발명에서, 빔형성이 결합된 STTD 시스템에서 송신 안테나가 두 개 이상일 경우에, 송신 안테나 쌍을 형성하여 각 송신 안테나 쌍을 통해 전송될 심볼에 대해 시공간다중화(STTD) 및 빔형성을 수행한다.

먼저, D-STTD 시스템에서 안테나 쌍 결정 정보를 피드백시키는 방법에 대해 설명할 것이다.

도 3은 본 발명에 적용된 D-STTD 시스템을 도시한 구성도이고, 도 4는 송신단에서 사용될 안테나 쌍 결정 정보를 결정하여 피드백하는 과정을 도시한 흐름도이다. 도 3에 도시된 D-STTD 시스템은 안테나 분리 및 MCS 선택부(111)를 제외하면 도 1에 도시된 종래의 D-STTD 시스템의 구성과 동일하며, 종래와 동일한 부분에 다른 도면번호를 부여한다.

안테나 분리 및 MCS 선택부(111)는 송신단에서 사용될 MCS와 STTD 전송을 위한 안테나 쌍을 결정하여, 피드백신호를 이용하여 각각의 변조기(101,102) 및 STTD 인코더(103,104)에 상기 결정된 정보를 피드백시킨다.

도 3 및 4를 참조하면, 상기 D-STTD 시스템에서, 수신단은 송신단으로부터 전송 가능한 STTD 쌍을 구성하는 모든 안테나 쌍들에 대한 신호 대 간섭 잡음비(SINR)를 계산한다. SINR이 계산되면, 상기 수신단은 계산된 SINR 중에서 가장 큰 SINR에 해당하는 안테나 쌍, 즉, 순간 최대 수신 데이터량이 최대가 되는 안테나 쌍을 선택한다. 이후, 수신단은 상기 선택된 안테나 쌍에 대한 정보를 상기 MCS와 함께 송신단으로 피드백시킨다(S11,S12). 따라서, 송신단은 상기 MCS와 수신단 으로부터 피드백된 정보에 의해 결정된 안테나 쌍(STTD쌍)을 통하여 D-STTD 전송을 수행한다(S13).

예를 들면, 도 3에 도시된 D-STTD 시스템에서 4개의 송신 안테나(Tx1~Tx4))와 1개의 수신안테나(Rx)를 사용하고, h₁₁, h₁₂, h₁₃ 및 h₁₄를 각각 송신안테나(Tx1~Tx4)와 수신 안테나(Rx)간의 채널이라고 가정할 경우, 채널 예측기(110)에서 추정 가능한 채널행렬(

)은 다음 식(4)과 같이 나타낼 수 있다.

이때, 4개의 송신 안테나(Tx1~Tx4)에 대해 도 1 및 2와 같이 두개의 STTD쌍이 형성될 수 있기 때문에, 안테나 분리 및 MCS선택부(111)는 두 개의 STTD 쌍에 대해 MMSE(Minimum Mean Square Error) 수신 알고리즘을 사용하여 다음 식(5) 및 (6)과 같이 각 STTD쌍에 대한 SINR을 구한다.

상기 SINR₁은 안테나 Tx1, Tx2를 하나의 STTD쌍으로 묶었을 때 데이터 스트림에 대한 신호 대 간섭 잡음비를 나타내며, SINR₂는 안테나 Tx3, Tx4를 하나의 STTD쌍으로 묶었을 때 데이터 스트림에 대한 신호 대 간섭 잡음비를 나타낸다. 또한, 상기 식에서, s²은 수신 안테나에서의 가우시안 잡음을 나타내며, H는 복소수로 구성된 벡터의 허미션(Hermitian) 연산을 나타낸다.

이와 같이, (1,2)는 안테나 Tx1, Tx2에 대한 STTD 쌍을 나타내고, (3,4)는 안테나 Tx3, Tx4에 대한 STTD쌍을 나타낸다고 가정하면, 상기 식(4)의 채널 행렬구성은 (1,2) (3,4)의 STTD쌍으로 D-STTD를 실시할 경우 SINR을 구하기 위한 채널 행렬이라고 할 수 있다.

따라서, (1,3) (2,4)의 STTD쌍으로 D-STTD를 실시할 경우에는 다음 식(7)과 같이 채널 행렬을 구성한 다음 상기 식(5) 및 (6)을 이용하여 SINR을 구한다.

즉, 식(7)에 도시된 채널행렬의 열 순서는 식(4)의 채널행렬의 열 순서를 (1,2,3,4)라고 할 때 (1,3,2,4)에 해당한다. 따라서, (1,3) (2,4)의 STTD쌍으로 D-STTD를 실시할 경우에 구해진 채널 행렬은 단지 열의 순서만 바뀌었기 때문에, 상기 식(5) 및 (6)을 이용하여 각 STTD 쌍에 대한 SINR을 구할 수 있게 된다.

동일한 방법으로 (1,4) (2,3) / (1,2) (4,3) / (1,3) (4,2) / (1,4) (3,2)의 STTD쌍에 대해서도 채널 행렬의 구성을 바꾸고 동일한 SINR의 식(식 5 및 6)을 이용해 각 데이터 스트림의 SINR을 구할 수 있다.

이렇게 구한 SINR을 이용하여 수신단의 안테나 분리 및 MCS선택부(111)는 MCS 방법과 안테나 쌍 결정정보를 송신단으로 피드백하는데, 이 경우 MCS는 현재 수신단에서 수신할 수 있는 순간 최대 수신 데이터량을 나타낸다.

그런데, 채널 상태는 계속 변하기 때문에, 수신단에서 수신할 수 있는 순간 최대 수신 데이터량도 변한다. 따라서, 안테나 분리 및 MCS선택부(111)는 각 안테나 쌍(STTD쌍)들에 대한 SINR을 구한 다음, 순간 최대 수신 데이터량이 최대가 되는 안테나 쌍만을 송신 안테나들을 위한 안테나 쌍으로 선택하여 송신단으로 피드백한다.

따라서, 상기 피드백된 MCS 정보는 송신단의 각 변조기(31,32) 및 STTD 인코더(33,34)에서 변조 및 코딩을 실시하는데 사용되며, 안테나 쌍 결정 정보는 변조기(101,102) 및 STTD인코더(103,104)의 출력을 각 안테나 쌍에 맞게 분배하는데 사용된다. 아울러, 수신단에서는 STTD디코더(105,106), 복조기(107,108) 및 다중화부(109)를 통하여 상기 송신단의 신호처리에 반대되는 적합한 신호 처리를 수행하여 원래의 데이터를 복원한다.

도 5는 본 발명에 따른 빔형성이 결합된 STTD 시스템의 일 예를 도시하고 있다. 도 5에 도시된 STTD 시스템은 MCS 선택부(213)의 동작을 제외하면 도 2에 도시된 종래의 STTD 시스템의 구성과 동일하며, 종래와 동일한 부분에 다른 도면번호를 부여한다.

MCS 선택부(213)는 채널 예측기(212)에서 추정한 채널 행렬의 최대 고유값에 해당하는 고유벡터를 계산한 후, 피드백신호를 통해 MCS와 함께 송신단으로 피드백시킨다.

도 5에 도시된 바와 같이, 실제로 채널 예측기(212)에서 추정한 채널 행렬은 다음 식(8)과 같이 나타낼 수 있다.

여기서,

은 수신 안테나간의 상관값으로 구성된 수신 상관 행렬의 반자승 행렬을 나타내고,

은 송신 안테나간의 상관값으로 구성된 송신 상관 행렬의 반자승 행렬을 나타내며,

는 무선 채널에서의 채널값으로 구성된 행렬이다.

그러나, 실제로 수신단에서 추정한 채널 행렬(

)은 송신 안테나간의 상관값, 수신 안테나 간의 상관값, 무선 채널 환경에서의 채널값이 모두 포함된 값이기 때문에, 채널 행렬(

)로부터 송신 안테나간의 상관값만을 따로 분리해 내는 것은 현실적으로 매우 어렵다.

따라서, 수신단의 MCS선택부(213)는 실제로 수신단에서 추정 가능한 채널행렬 (

)의 고유값(eigenvalue) 및 고유벡터(eigenvector)를 이용하여 송신단의 STTD 및 빔형성을 위한 웨이트 값을 계산한다. 본 발명에서는, 실제로 수신단에서 추정 가능한 채널행렬(

)의 고유벡터를 송신단의 빔형성을 위한 웨이트 값으로 사용할 수 있다.

따라서, 송신단의 변조기(201,202)와 STTD인코더(203,204)는 수신단에서 피드백된 MCS를 이용하여 송신할 심볼(데이터 스트림)에 대하여 변조 및 STTD를 수행하고, 빔포밍부(205,206)는 STTD된 심볼에 수신단에서 피드백된 고유벡터(웨이트값)를 곱하여 빔 형성을 수행한 다음 각 송신 안테나를 통하여 전송한다.

예를 들어, 송신 안테나가 두 개인 경우, 송신단은 아래 도시된 식(9)와 같이 STTD와 빔형성이 결합된 형태로 심볼을 전송할 수 있다.

여기서

는 실제 수신단에서 추정 가능한 채널 행렬최대 고유값에 해당하는 고유벡터를 나타내며,

는 2개의 송신 안테나를 사용할 때

로 정의될 수 있다. 이때,

및

(

〉

)는

의 고유값이며, E_s는 심볼 에너지를 나타내고,

은 가우시안 잡음의 에너지를 나타낸다.

또한, 빔형성이 결합된 STTD 시스템에서 본 발명에 따른 신호전송방법은 4개의 송신 안테나에 국한하지 않고 4개 혹은 그 이상의 안테나를 사용하는 경우에도 적용될 수 있다.

도 6은 빔형성이 결합된 STTD 시스템의 다른 실시예를 도시하고 있다. 도 6에 도시된 STTD 시스템은 안테나 분리 및 MCS 선택부(220)를 제외하면 도 5에 도시된 STTD 시스템의 구성과 동일하다.

상기 안테나 분리 및 MCS 선택부(220)은 피드백신호(MCS), 고유벡터 및 안테나 쌍 결정 정보를 송신단의 변조기(201,202) 및 빔형성부(205,206)에 피드백시키는 기능을 수행한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 전송될 심볼(신호)는 역다중화기(220)에서 역다중 화되어 STTD쌍(변조기, STTD인코더 및 빔형성부를 포함하는 각 STTD쌍)으로 입력된다. 각 변조기(201,202) 및 각 STTD인코더(203,204)는 수신단으로부터 피드백된 MCS를 참고로 선택된 변조 및 코딩 레이트(coding rate)를 이용하여 송신신호를 각각 변조 및 코딩한다. 빔형성부(205,206)는 각 STTD인코더(203,204)에서 시공간코딩된(STTD수행된) 심볼에 수신단으로부터 피드백된 고유벡터를 곱하여 빔형성을 실시한 다음 각 송신 안테나 쌍을 통하여 전송한다.

수신단에서는 상기 MCS 및 고유벡터를 알고 있기 때문에 각 STTD 디코더(207,208) 및 복조기(209,210)는 MCS 및 고유벡터를 이용하여 수신신호를 디코딩 및 복조하고, 각 복조기(209,210)에서 복조된 수신신호는 다중화부(211)에서 직렬 데이터 아이템으로 변환되어 원래의 심볼로 복원된다.

이때, 수신단의 채널 예측기(212)는 수신신호를 수신하여, 실제 수신단에서 추정 가능한 채널행렬을 추정하고, 안테나 분리 및 MCS선택부(230)는 피드백신호를 통해 상기 추정된 채널행렬의 최대 고유값에 해당하는 고유벡터를 웨이트 벡터로서 송신단으로 피드백한다.

도 6을 참조하면, 4개 이상의 송신 안테나를 이용하여 심볼(스트림)을 전송하는 경우, 본 발명은 각 송신 안테나 쌍에 대하여 STTD와 빔형성을 실시한다. 즉, 4개의 송신 안테나가 구비된 경우, 각 빔포밍부(205,206)는, 예를 들면, 각 안테나 쌍(1,2),(3,4)에 대하여 각각 상기 식(9) 및 다음 식(10)과 같이 빔형성을 수행한다.

여기서

는 송신 안테나(3,4)에 대하여 실제 수신단에서 추정 가능한 채널행렬의 최대 고유값에 해당하는 고유벡터로서 수신단에서 피드백되며,

는

로 정의될 수 있다. 이때,

및

(

〉

)는 송신 안테나(3, 4)에 해당하는 실제 수신단에서 추정 가능한 채널행렬의 고유값을 나타낸다.

따라서, 짝수개의 안테나가 송신단에 구비되어 있는 경우, 2개씩 쌍을 지어 STTD 및 빔형성을 실시하여 신호를 전송한다면, 상기 2개의 송신 안테나를 사용할 경우의 신호 송신방법을 동일하게 적용할 수 있게 된다. 특히, 4개 이상의 안테나를 사용하는 경우, 2개씩 쌍을 지어 STTD 및 빔형성을 순차적으로 수행함으로써 수신단(단말)에서 피드백해야 할 웨이트 값의 양을 줄일 수 있는 장점을 갖는다.

즉, 4개의 송신 안테나를 사용하는 경우, 먼저 STTD를 실시한 후에 2개의 안테나 쌍을 통하여 신호를 전송하기 때문에, 2개의 데이터 스트림(stream)을 동시에 전송할 수 있으며, 수신단에서 피드백해야 할 웨이트 값도 4개(a₁, a₂, a₃, a₄ )에 불과하다. 그런데, 만약 4개의 안테나 각각을 통하여 독립된 데이터 스트림을 전송할 경우에는, 전송될 신호에 차원(dimension)이 4×4인 4개의 웨이트 벡터를 곱해야 하기 때문에, 수신단은 총 16개의 복소수 값(고유값)을 송신단으로 피드백해야 한다. 반면에, 본 발명에서는, 서로 다른 STTD쌍에 차원이 2×1인 2개의 웨이트 벡 터를 각각 곱하기 때문에, 수신단은 차원이 2×1인 2개의 웨이트 벡터를 송신단으로 피드백시켜야 한다.

따라서, 4개 이상의 송신 안테나를 사용하는 경우에는, 본 발명과 같이 4개의 안테나를 2개씩 쌍을 지어 STTD를 수행한 다음 각 안테나 쌍에 대하여 빔형성을 실시하면, 각 안테나 쌍에 대하여 2개의 복소수 값만을 피드백시키면 충분하므로 피드백 정보의 양이 현저히 줄어든다.

또한, 4개 안테나를 사용하여 STTD 및 빔포밍을 수행하는 경우에는, 안테나들을 (1,2) (3,4)외에도 여러 안테나 쌍으로 조합될 수 있다. 그러므로, 수신단의 안테나 분리 및 MCS선택부(220)는 모든 안테나 쌍(추정 가능한 채널행렬)에 대한 신호 대 간섭 잡음비(SINR)를 계산하여, 가장 큰 SINR을 갖는 즉, 순간 최대 수신 데이터량이 가장 큰 송신 안테나 쌍을 송신단으로 피드백하여 줄 수 있다. 이때, 안테나 분리 및 MCS선택부(220)는 선택된 안테나 쌍에 해당하는 채널 행렬을 구성하여 빔형성을 위한 웨이트 값을 계산한 후 피드백한다.

본 발명에 따른 신호전송방법은 STTD와 빔형성의 장점들을 함께 살려 여러 개의 데이터 스트림(심볼)을 독립적으로 전송할 경우에 매우 효과적인 방법이라고 할 수 있다. 본 발명에서는, 4개 송신 안테나를 사용하는 경우의 예를 들어 설명하였으나 4개 이상의 송신 안테나를 사용하는 경우라고 할 지라도 2개씩 하나의 쌍을 지어 확장할 수 있으므로 확장성에는 문제가 없다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는, 수신단에서 신호 대 간섭 잡음비를 계산함으로써, 수신단에서 가장 큰 신호 대 간섭 잡음비를 수신할 수 있도록 각 STTD쌍 을 구성하는 안테나 쌍을 선택할 수 있다. 그 결과, 기존의 방법과 비교해 볼 때, 데이터 전송 속도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명에서는, 빔형성이 결합된 STTD 시스템에서 다수의 안테나를 사용하는 경우, 2개씩 안테나 쌍을 지어 STTD 및 빔형성을 함께 실시하여 다수의 데이터 스트림을 전송함으로써 STTD의 장점 및 빔형성의 장점인 데이터 전송 속도 및 데이터 수신율을 향상 시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 빔형성 실시를 위한 웨이트 벡터로써 수신단에서 추정 가능한 채널행렬의 고유벡터를 사용하기 때문에 현실적으로 적용하기에 적절하다고 할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims

복수의 송신 안테나 쌍을 통해 데이터를 전송하는 시공간 전송 다이버시티(STTD) 시스템에 있어서,

수신단에서 모든 안테나 쌍에 대한 산호 대 간섭 잡음비(SINR)을 계산하여 STTD 전송에 사용할 안테나 쌍을 결정하는 단계와;

상기 결정된 안테나 쌍에 대한 결정 정보를 송신단에 알려주는 단계를 포함하는 것을 특징을 하는 신호전송방법.
제1항에 있어서,

상기 결정된 안테나 쌍은 가장 큰 SINR을 갖는 것을 특징으로 하는 신호전송방법.
제2항에 있어서,

상기 결정된 안테나 쌍은 순간 최대 수신 데이터량이 최대가 되는 안테나 쌍인 것을 특징으로 하는 신호전송방법.
제1항에 있어서,

상기 안테나 쌍 결정정보는 송수신단간에 약속된 별도의 피드백신호를 통하여 전송되는 것을 특징으로 하는 신호전송방법.
제1항에 있어서,

상기 안테나 쌍 결정정보는 송수신단간에 약속된 다른 정보와 결합되어 전송될 수 있는 것을 특징으로 하는 신호전송방법.
제5항에 있어서,

상기 다른 정보는 각 안테나 쌍에서 사용할 변조 및 코딩 세트(MCS)인 것을 특징으로 하는 신호전송방법.
제5항에 있어서,

상기 두 개의 정보들은 테이블형태로 관리 및 전송되는 것을 특징으로 하는 신호전송방법.
적어도 두 개 이상의 송신 안테나 쌍을 통해 시공간 전송 다이버시티(STTD)를 실시하는 다중 안테나 시스템에 있어서,

수신단이 모든 송신 안테나 쌍에 대한 신호 대 간섭 잡음비(SINR)을 계산하는 단계와;

각각의 안테나 쌍들 중에서 가장 큰 SINR을 갖는 안테나 쌍을 결정하여, 상기 결정된 정보를 제 1 피드백 정보를 통해 송신단으로 피드백하는 단계와;

상기 결정된 안테나 쌍에 이용될 변조 및 코딩 세트(MCS)를 제 2 피드백 정 보를 통해 송신단으로 피드백하는 단계와;

상기 MCS 및 제 1 및 2 피드백 신호에 의해 결정된 안테나 쌍을 이용하여 송신단에서 STTD 전송을 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호전송방법.
제8항에 있어서,

상기 제 1 및 2 피드백 신호는 서로 다른 것을 특징으로 하는 신호전송방법.
제8항에 있어서,

상기 가장 큰 SINR을 갖는 안테나 쌍은 순간 최대 수신 데이터량이 최대가 되는 안테나 쌍을 나타내는 것을 특징으로 하는 신호전송방법.
제8항에 있어서,

상기 안테나 쌍과 MCS는 지정된 테이블형태로 관리 및 전송되는 것을 특징으로 하는 신호전송방법.
다수의 안테나를 통해 시공간다중화되고 빔형성되는 심볼을 전송하는 시스템에 있어서,

각 송신 안테나에 대한 채널 행렬의 고유벡터를 계산하여 상기 계산된 고유벡터를 송신단에 피드백하는 단계와;

상기 피드백된 정보를 웨이터 벡터로 이용하여 송신단에서 시공간다중화된 송신 심볼에 대해 빔형성을 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호전송방법.
제12항에 있어서,

상기 채널 행렬은 송신 안테나간의 상관값, 수신 안테나간의 상관값 및 무선 채널 환경에서의 채널 값을 모두 포함하는 것을 특징으로 하는 신호전송방법.
제12항에 있어서,

상기 고유벡터는 수신단에서 송신단으로 피드백되며, 수신단에서 추정한 상기 채널행렬의 최대 고유값에 해당하는 것을 특징으로 하는 신호전송방법.
송신 심볼에 대해 시공간다중화(STTD) 및 빔형성을 수행하여 상기 심볼을 수신단으로 전송하는 시스템에 있어서,

순간 최대 수신 데이터량이 최대인 송신 안테나 쌍에 대한 채널행렬의 고유벡터를 계산하여 상기 계산된 고유벡터를 송신단에 피드백하는 단계와;

상기 피드백된 고유벡터를 웨이트 벡터로 이용하여, 송신단에서 각 송신 안테나 별로 STTD 수행된 송신 심볼에 대하여 빔형성을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호전송방법.
제15항에 있어서,

상기 웨이트 벡터는 각 안테나 쌍에 대한 실제 채널행렬의 고유벡터인 것을 특징으로 하는 신호전송방법.
제15항에 있어서,

상기 채널행렬은 송신 안테나간의 상관값, 수신 안테나간의 상관값 및 무선 채널 환경에서의 채널 값을 모두 포함하는 것을 특징으로 하는 신호전송방법.
제15항에 있어서,

상기 송신 안테나 쌍은 가장 큰 신호 대 간섭 잡음비(SINR)를 갖는 안테나 쌍을 나타내는 것을 특징으로 하는 신호전송방법.
4개 이상의 송신 안테나를 통해 시공간다중화(STTD) 및 빔형성이 실시된 심볼을 전송하는 시스템에 있어서,

송신 안테나 쌍에 대한 신호 대 간섭 잡음비(SINR)를 계산하는 단계와;

각각의 안테나 쌍들 중에서 가장 큰 SIRN을 갖는 안테나 쌍을 결정하는 단계와;

상기 결정된 안테나 쌍에 대한 채널행렬의 고유벡터를 계산하는 단계와;

상기 안테나 쌍 결정 정보와 고유벡터를 송신단으로 피드백시키는 단계와;

상기 피드백된 안테나 쌍 결정 정보에 따라 STTD를 수행한 후 상기 고유벡터 를 웨이트 벡터로 이용하여 빔형성을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호전송방법.
제19항에 있어서,

상기 가장 큰 SINR을 갖는 안테나 쌍은 순간 최대 수신 데이터량이 최대인 안테나 쌍을 나타내는 것을 특징으로 하는 신호전송방법.