KR20070090596A - 다중 입력 다중 출력 방식을 사용하는 통신 시스템에서신호 송수신 장치 및 방법 - Google Patents

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KR20070090596A
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Abstract

본 발명은 다중 입력 다중 출력 방식을 사용하는 통신 시스템에서 신호 송신을 위해 수신 장치로부터 수신한 채널 품질 정보들에 상응하게 신호 송신 장치에서 사용할 송신 안테나들을 결정하고, 입력되는 비트 스트림을 미리 설정되어 있는 부호화 방식으로 부호화하여 부호어를 생성하며, 상기 부호어를 미리 설정되어 있는 다중 입력 다중 출력 사상 방식으로 사상하여 적어도 하나의 사상 심벌을 생성한 후 상기 생성한 사상 심벌들을 미리 설정된 변조 방식에 상응하게 변조하여 변조 심벌들로 생성하고, 상기 변조 심벌들을 송신 처리하여 송신 스트림들로 생성하여 상기 결정한 송신 안테나들을 통해 송신한다.
LDPC-PARC MIMO 통신 시스템, 신호 송수신 장치, 안테나, 부호어 비트, 채널 품질 정보

Description

다중 입력 다중 출력 방식을 사용하는 통신 시스템에서 신호 송수신 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TRANSMITTING/RECEIVING A SIGNAL IN A COMMUNICATION SYSTEM USING MULTIPLE INPUT MULTIPLE OUTPUT SCHEME}
도 1은 일반적인 LDPC-PARC MIMO 통신 시스템의 신호 송신 장치 구조를 도시한 도면
도 2는 일반적인 LDPC 부호를 사용하는 LDPC-PARC MIMO 통신 시스템의 신호 수신 장치 구조를 도시한 도면
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 LDPC-PARC MIMO 통신 시스템의 신호 송신 장치 구조를 도시한 도면
도 4는 부호화율(coding rate) 1/3인 LDPC 부호의 패리티 검사 행렬을 도시한 도면
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 LDPC-PARC MIMO 통신 시스템의 신호 송신 동작을 도시한 순서도
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 LDPC-PARC MIMO 통신 시스템의 신호 수신 동작을 도시한 순서도
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 LDPC-PARC MIMO 통신 시스템에서 신호 수신 장치의 동작 과정을 도시한 순서도
본 발명은 다중 입력 다중 출력(MIMO: Multiple Input Multiple Output, 이하 'MIMO'라 칭하기로 한다) 방식을 사용하는 통신 시스템에서 신호 송수신 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 저밀도 패리티 검사(LDPC: Low Density Parity Check, 이하 'LDPC'라 칭하기로 한다) 부호를 사용하는 안테나별 레이트 제어(PARC: Per Antenna Rate Control, 이하 'PARC'라 칭하기로 한다) MIMO 방식을 사용하는 통신 시스템(이하, 'LDPC-PARC MIMO 통신 시스템'이라 칭하기로 한다)에서 채널 상태에 상응하게 신호를 송수신하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
차세대 통신 시스템은 패킷 서비스 통신 시스템(packet service communication system) 형태로 발전되어 왔으며, 패킷 서비스 통신 시스템은 버스트(burst)한 패킷 데이터(packet data)를 다수의 단말기들로 송신하는 시스템으로서, 대용량 데이터 송신에 적합하도록 설계되어 왔다. 또한, 차세대 통신 시스템에서는 채널 부호(channel code)로서 터보 부호(turbo code)와 함께 고속 데이터 송신시에 그 성능 이득이 우수한 것으로 알려져 있으며, 송신 채널에서 발생하는 잡음에 의한 오류를 효과적으로 정정하여 데이터 송신의 신뢰도를 높일 수 있는 장점을 가지는 LDPC 부호를 사용하는 것을 적극적으로 고려하고 있다. 상기 LDPC 부호 사용을 적극적으로 고려하고 있는 차세대 통신 시스템으로는 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16e 통신 시스템 및 IEEE 802.11n 통 신 시스템 등이 있다.
또한, 차세대 통신 시스템에서는 다이버시티(diversity) 이득을 획득하여 대용량 데이터를 고속으로 송신할 수 있는 MIMO 방식에 대한 연구 역시 활발하게 이루어지고 있는데, 상기 차세대 통신 시스템에서 MIMO 방식을 사용할 경우 채널 상태를 미리 인식하는 것이 가능하면 그 채널 상태에 상응하게 최적의 송신 방식을 사용하여 신호를 송신함으로써 그 신호 송신 성능은 더욱 향상된다. 상기 MIMO 방식중 채널 상태를 미리 인식하여 신호를 송신하는 방식으로는 PARC MIMO 방식이 존재하며, 도 1을 참조하여 상기 PARC MIMO 방식에 대해서 설명하기로 한다.
상기 도 1은 일반적인 LDPC-PARC MIMO 통신 시스템의 신호 송신 장치 구조를 도시한 도면이다.
상기 도 1에 도시되어 있는 신호 송신 장치의 구조는 상기 신호 송신 장치가 2개의 송신 안테나(Tx.ANT)들을 사용할 경우를 일예로 하여 도시되어 있다. 상기 도 1을 참조하면, 상기 신호 송신 장치는 직렬/병렬 변환기(S/P: Serial to Parallel convertor)(111)와, 제1부호화기(encoder)(113-1)와, 제2부호화기(113-2)와, 제1변조기(modulator)(115-1)와, 제2변조기(115-2)와, 제어기(117)와, 송신기(119)와, 제1송신 안테나(121-1)와, 제2송신 안테나(121-2)를 포함한다.
먼저, 정보 데이터 비트(information data bit)들, 즉 정보 데이터 스트림(information data stream)이 입력되면 상기 직렬/병렬 변환기(111)는 상기 정보 데이터 스트림을 병렬 변환하여 제1정보 데이터 스트림과 제2정보 데이터 스트림으로 생성하고, 상기 제1정보 데이터 스트림은 상기 제1부호화기(113-1)로 출력하고, 상기 제2정보 데이터 스트림은 상기 제2부호화기(113-2)로 출력한다. 상기 제1부호화기(113-1)는 상기 제어기(117)의 제어에 따라 상기 제1정보 데이터 스트림을 입력하여 미리 설정되어 있는 부호화 방식으로 부호화여 제1LDPC 부호어(codeword)로 생성한 후 상기 제1변조기(115-1)로 출력한다. 상기 제2부호화기(113-2)는 상기 제어기(117)의 제어에 따라 상기 제2정보 데이터 스트림을 입력하여 상기 부호화 방식으로 부호화여 제2LDPC 부호어로 생성한 후 상기 제1변조기(115-1)로 출력한다. 여기서, 상기 부호화 방식은 LDPC 부호화 방식이며, 상기 제어기(117)의 상기 제1부호화기(113-1) 및 제2부호화기(113-2) 동작 제어 동작에 대해서는 하기에서 설명할 것이므로 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
상기 제1변조기(115-1)는 상기 제어기(117)의 제어에 따라 상기 제1LDPC 부호어를 입력하여 미리 설정되어 있는 변조 방식으로 변조하여 제1변조 심벌로 생성한 후 상기 송신기(119)로 출력한다. 상기 제2변조기(115-2)는 상기 제어기(117)의 제어에 따라 상기 제2LDPC 부호어를 입력하여 상기 변조 방식으로 변조하여 제2변조 심벌로 생성한 후 상기 송신기(119)로 출력한다. 여기서, 상기 제어기(117)의 상기 제1변조기(115-1) 및 제2변조기(115-2) 동작 제어 동작은 하기에서 설명할 것이므로 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 또한, 상기 변조 방식으로는 일예로 BPSK(Binary Phase Shift Keying, 이하 'BPSK'라 칭하기로 한다) 방식과, QPSK(Quadrature Phase Shift Keying, 이하 'QPSK'라 칭하기로 한다) 방식과, QAM(Quadrature Amplitude Modulation, 이하 'QAM'이라 칭하기로 한다) 방식과, PAM(Pulse Amplitude Modulation, 이하 'PAM'이라 칭하기로 한다) 방식과, PSK(Phase Shift Keying, 이하 'PSK'라 칭하기로 한다) 방식 등과 같은 변조 방식들 중 어느 한 방식이 사용될 수 있다.
상기 송신기(119)는 상기 제어기(117)의 제어에 따라 상기 제1변조 심벌과 제2변조 심벌을 입력하여 미리 설정되어 있는 송신 방식으로 송신 처리하여 적어도 1개의 송신 스트림으로 생성한 후, 상기 제1송신 안테나(121-1)와 제2송신 안테나(121-2) 중 적어도 1개의 송신 안테나를 통해 상기 적어도 1개의 송신 스트림을 송신한다. 여기서, 상기 제어기(117)의 상기 송신기(119) 동작 제어 동작에 대해서는 하기에서 설명할 것이므로 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
한편, 상기에서 LDPC-PARC MIMO 통신 시스템을 가정하였으므로 상기 신호 송신 장치는 상기 신호 송신 장치에 대응되는 신호 수신 장치로부터 각 송신 안테나를 통해 송신되는 신호가 겪는 채널의 채널 상태를 나타내는 정보, 일예로 채널 품질 정보(CQI: Cahnnel Quality Information, 이하 'CQI'라 칭하기로 한다)를 수신한다. 여기서, 상기 CQI는 캐리어대 간섭 잡음비(CINR: Carrier to Interference and Noise Ratio, 이하 'CINR'이라 칭하기로 한다) 등을 기반으로 하여 생성되는 정보이며, 이하 설명의 편의상 상기 각 송신 안테나를 통해 송신되는 신호가 겪는 채널의 채널 상태를 나타내는 CQI를 '송신 안테나 CQI'라 칭하기로 하며, 각 송신 안테나를 통해 송신되는 신호가 겪는 채널의 채널 상태를 '송신 안테나 채널 상태'라 칭하기로 한다. 상기 제어기(117)는 상기 신호 수신 장치로부터 수신한 송신 안테나 CQI들에 상응하게 상기 제1부호화기(113-1) 및 제2부호화기(113-2)의 부호화 동작을 제어하고, 상기 제1변조기(115-1) 및 제2변조기(115-2)의 변조 동작을 제어 한다. 또한, 상기 제어기(117)는 상기 송신 안테나 CQI들에 상응하게 상기 송신기(119)가 상기 제1송신 안테나(121-1)와 제2송신 안테나(121-2) 모두를 사용할지 혹은 상기 제1송신 안테나(121-1)와 제2송신 안테나(121-2) 중 어느 한 송신 안테나만을 사용할지를 제어한다. 여기서, 상기 제어기(117)는 상기 송신 안테나 CQI들을 가지고 각 송신 안테나 채널 상태를 검출하고, 상기 검출한 송신 안테나 채널 상태들중 상기 신호 송신 장치에 대응하는 신호 수신 장치에서 정상적으로 신호를 수신할 수 없을 정도의 채널 상태를 나타내는 송신 안테나 채널 상태가 존재할 경우에는 상기 송신기(119)가 해당하는 송신 안테나를 통해 신호를 송신하지 않도록 제어한다.
이렇게, 상기 제어기(117)는 상기 송신기(119)가 사용할 송신 안테나를 결정하고, 상기 송신기(119)가 상기 사용하기로 결정한 송신 안테나의 개수에 상응하게 송신 스트림을 생성하도록 제어한다. 일예로, 상기 제어기(117)가 상기 송신기(119)가 제1송신 안테나(121-1)와 제2송신 안테나(121-2) 중 어느 1개의 송신 안테나만을 사용하기로 결정하였다면, 상기 송신기(119)는 상기 제1변조 심벌과 제2변조 심벌을 1개의 송신 스트림으로 생성하여 상기 결정된 송신 안테나를 통해 송신한다. 이와는 달리, 상기 제어기(117)가 상기 송신기(119)가 제1송신 안테나(121-1)와 제2송신 안테나(121-2) 모두를 사용하기로 결정하였다면, 상기 송신기(119)는 상기 제1변조 심벌과 제2변조 심벌을 2개의 송신 스트림들, 즉 제1송신 스트림과 제2송신 스트림으로 생성하여 상기 제1송신 안테나(121-1)와 제2송신 안테나(121-2) 각각으로 송신한다.
또한, 상기 도 1에 별도로 도시하지는 않았으나, 상기 신호 송신 장치는 상기 신호 수신 장치에서 송신한 송신 안테나 CQI들을 수신하기 위한 수신기 역시 포함한다. 여기서, 상기 신호 송신 장치가 송신 안테나 CQI들을 수신하는 동작은 일반적인 동작이므로 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
다음으로 도 2를 참조하여 일반적인 LDPC 부호를 사용하는 LDPC-PARC MIMO 통신 시스템의 신호 수신 장치 구조에 대해서 설명하기로 한다.
상기 도 2는 일반적인 LDPC 부호를 사용하는 LDPC-PARC MIMO 통신 시스템의 신호 수신 장치 구조를 도시한 도면이다.
상기 도 2에 도시되어 있는 신호 수신 장치의 구조는 상기 신호 수신 장치가 2개의 수신 안테나(Rx.ANT)들을 사용할 경우를 일예로 하여 도시되어 있다. 상기 도 2를 참조하면, 상기 신호 수신 장치는 제1수신 안테나(211-1)와, 제2수신 안테나(211-2)와, MIMO 검파기(detector)(213)와, 채널 추정기(channel estimator)(215)와, 제1복조기(de-modulator)(217-1)와, 제2복조기(217-2)와, 제1복호기(decoder)(219-1)와, 제2복호기(219-2)와, 병렬/직렬 변환기(parallel to serial converter)(221)를 포함한다.
먼저, 상기 제1수신 안테나(211-1)와 제2수신 안테나(211-2) 각각을 통해 수신된 신호는 상기 MIMO 검파기(213)와 채널 추정기(215)로 전달된다. 상기 채널 추정기(215)는 상기 제1수신 안테나(211-1)와 제2수신 안테나(211-2) 각각을 통해 수신된 신호, 특히 기준 신호(reference signal)인 파일럿 신호(pilot) 신호를 입력하여 채널 응답(channel response)을 추정하여 상기 MIMO 검파기(213)로 출력한다. 상기 MIMO 검파기(213)는 상기 제1수신 안테나(211-1)와 제2수신 안테나(211-2) 각각을 통해 수신된 신호를 상기 채널 추정기(215)에서 출력한 채널 응답을 기반으로 하여 미리 설정되어 있는 검파 방식으로 검파함으로써 제1수신 심벌과 제2수신 심벌로 생성한 후, 상기 제1수신 심벌은 상기 제1복조기(217-1)로 출력하고, 상기 제2수신 심벌은 상기 제2복조기(217-2)로 출력한다. 여기서, 상기 검파 방식은 일예로 최대 우도(ML: Maximum Likelihood) 방식과, 최소 평균 제곱 에러(MMSE: Minimum Mean Square Error) 방식과, ZF(Zero Forcing) 방식 중 어느 한 방식이 될 수 있다.
상기 제1복조기(217-1)는 상기 제1수신 심벌을 입력하여 상기 신호 수신 장치에 대응되는 신호 송신 장치의 변조기, 즉 제1변조기(113-1)에서 사용한 변조 방식에 대응되는 복조 방식으로 복조하여 제1복조 심벌로 생성한 후 상기 제1복호기(219-1)로 출력한다. 또한, 상기 제2복조기(217-2)는 상기 제2수신 심벌을 입력하여 상기 신호 송신 장치의 변조기, 즉 및 제2변조기(113-2)에서 사용한 변조 방식에 대응되는 복조 방식으로 복조하여 제2복조 심벌로 생성한 후 상기 제2복호기(219-2)로 출력한다. 상기 제1복호기(219-1)는 상기 제1복조 심벌을 입력하여 상기 신호 송신 장치의 부호화기, 즉 제1부호화기(113-1)에서 사용한 부호화 방식에 상응하는 복호 방식, 즉 LDPC 복호 방식으로 복호하여 제1복호 심벌로 생성한 후 상기 병렬/직렬 변환기(221)로 출력한다. 상기 제2복호기(219-2)는 상기 제2복조 심벌을 입력하여 상기 신호 송신 장치의 부호화기, 즉 제2부호화기(113-2)에서 사용한 부호화 방식에 상응하는 복호 방식, 즉 LDPC 복호 방식으로 복호하여 제2복호 심벌로 생성한 후 상기 병렬/직렬 변환기(221)로 출력한다. 상기 병렬/직렬 변환기(221)는 상기 제1복호 심벌과 제2복호 심벌을 입력하여 직렬 변환함으로써 정보 데이터 스트림으로 복원한다.
또한, 상기 도 2에 별도로 도시하지는 않았으나, 상기 신호 수신 장치는 상기 신호 송신 장치로 송신 안테나 CQI들을 송신하기 위한 송신기 역시 포함한다. 여기서, 상기 신호 수신 장치가 송신 안테나 CQI들을 생성하고 송신하는 동작은 일반적인 동작이므로 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
상기에서 설명한 바와 같이 상기 LDPC 부호를 사용하는 LDPC-PARC MIMO 통신 시스템의 경우 신호 송신 장치에서 신호 수신 장치의 채널 상태를 인식하는 것이 가능하므로, 상기 신호 수신 장치의 채널 상태를 고려하여 상기 LDPC 부호를 효율적으로 송수신하는 방안에 대한 필요성이 대두되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 LDPC-PARC MIMO 통신 시스템의 신호 송수신 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 LDPC-PARC MIMO 통신 시스템에서 채널 상태에 상응하게 신호를 송수신하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 송신 장치는; 다중 입력 다중 출력 방식을 사용하는 통신 시스템에서 신호 송신 장치에 있어서, 정보 데이터 스트림이 입력되면 미리 설정되어 있는 부호화 방식으로 부호화하여 부호어로 생성하는 부호화기와, 상기 부호어를 미리 설정되어 있는 다중 입력 다중 출력 사상 방식으로 사상하여 적어도 하나의 사상 심벌을 생성하는 다중 입력 다중 출력 사상기와, 상기 사상 심벌을 미리 설정되어 있는 변조 방식에 상응하게 변조하여 변조 심벌들로 생성하는 변조기들과, 상기 변조 심벌들을 송신 처리하여 송신 스트림들을 생성한 후 송신 안테나들을 통해 전송하는 송신기와, 상기 신호 송신 장치에 대응하는 신호 수신 장치로부터 채널 품질 정보를 수신하여 각 송신 안테나 채널을 검출하여 상기 신호 송신 장치가 사용할 안테나를 결정하고 상기 결정된 안테나를 통해 송신 스트림이 전송되도록 하는 제어부를 포함함을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 수신 장치는; 다중 입력 다중 출력 방식을 사용하는 통신 시스템에서 신호 수신 장치에 있어서, 적어도 하나의 수신 안테나를 통해 수신한 신호들을 통해 채널 응답을 추정하는 채널 추정기와, 상기 수신 신호들을 미리 설정되어 있는 검파 방식으로 검파하여 수신 심벌들을 생성하는 다중 입력 다중 출력 검파기와, 상기 수신 심벌들을 복조하여 복조 심벌을 생성하는 복조기들과, 상기 복조 심벌들을 다중 입력 다중 출력 역사상 방식으로 역사상하여 부호어를 생성하는 다중 입력 다중 출력 역사상기와, 상기 부호어를 미리 설정되어 있는 복호 방식에 따라 복호하여 정보 비트 스트림으로 복원하는 복호기와, 상기 채널 응답을 기반으로 수신 신호들을 검파한 수신 심벌들을 상기 수신 신호를 송신한 송신 장치의 변조 방식에 상응하게 복조하고, 상기 송신 장치의 다중 입력 다중 출력 사상 방식에 상응하여 역사상하도록 제어하는 제어부를 포함함을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 송신 방법은; 다중 입력 다중 출력 방식을 사용하는 통신 시스템에서 신호 송신 방법에 있어서, 수신 장치로부터 수신한 채널 품질 정보들에 상응하게 신호 송신 장치에서 사용할 송신 안테나들을 결정하는 과정과, 입력되는 비트 스트림을 미리 설정되어 있는 부호화 방식으로 부호화하여 부호어를 생성하는 과정과, 상기 부호어를 미리 설정되어 있는 다중 입력 다중 출력 사상 방식으로 사상하여 적어도 하나의 사상 심벌을 생성하는 과정과, 상기 생성한 사상 심벌들을 미리 설정된 변조 방식에 상응하게 변조하여 변조 심벌들로 생성하는 과정과, 상기 변조 심벌들을 송신 처리하여 송신 스트림들로 생성하여 상기 결정한 송신 안테나들을 통해 송신하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 수신 방법은; 다중 입력 다중 출력 방식을 사용하는 통신 시스템에서 신호 수신 방법에 있어서, 적어도 하나의 수신 안테나를 통해 수신한 신호들을 통해 채널 응답을 추정하는 과정과, 상기 수신 신호들을 상기 채널 응답을 기반으로 미리 설정되어 있는 검파 방식으로 검파하여 수신 심벌들을 생성하는 과정과, 상기 수신 심벌들을 복조하여 복조 심벌을 생성하는 과정과, 상기 복조 심벌들을 다중 입력 다중 출력 역사상 방식으로 역사상하여 부호어를 생성하는 과정과, 상기 부호어를 미리 설정되어 있는 복호 방식에 따라 복호하여 정보 비트 스트림으로 복원하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설 명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
본 발명은 저밀도 패리티 검사(LDPC: Low Density Parity Check, 이하 'LDPC'라 칭하기로 한다) 부호를 사용하는 안테나별 레이트 제어(PARC: Per Antenna Rate Control, 이하 'PARC'라 칭하기로 한다) 다중 입력 다중 출력(MIMO: Multiple Input Multiple Output, 이하 'MIMO'라 칭하기로 한다) 방식을 사용하는 통신 시스템(이하, 'LDPC-PARC MIMO 통신 시스템'이라 칭하기로 한다)에서 신호 송수신 장치 및 방법을 제안한다. 또한, 본 발명은 LDPC-PARC MIMO 통신 시스템에서 채널 상태에 상응하게 신호를 송수신하는 장치 및 방법을 제안한다. 하기에 본 발명을 설명함에 있어서 설명의 편의를 위하여 상기 PARC MIMO 방식을 기준으로 설명하기로 한다. 본 발명은 PARC MIMO 방식에 한정되지 아니하며 PCBRA(Per Common Basis Rate Control), PU2RC(Per Unitary Basis stream User and Rate Control)등과 같이 전송 스트림별로 채널 상태가 다르게 전송되는 시스템으로 확장하여 적용하는 것이 가능하다.
일반적으로, LDPC 부호의 경우 그 LDPC 부호어(codeword)가 포함하는 비트(bit)들 각각이 상기 부호어 비트들 각각의 차수(degree)와 그 부호어 비트 연결 관계에 따라 채널 상태가 비교적 열악할 경우에도 복호가 용이한 부호어 비트 셋(set)을 구성하거나, 이와는 반대로 복호가 난이한 부호어 비트 셋을 구성할 수도 있다. 이러한 LDPC 부호의 특성을 고려하여 일예로 차수가 높은 부호어 비트들을 채널 상태가 비교적 양호한 채널로 송신하도록 하고, 차수가 낮은 부호어 비트들을 채널 상태가 비교적 열악한 채널로 송신하도록 하여 상기 LDPC 부호의 복호 성능을 향상시킬 수 있다. 여기서, 상기 채널 상태는 채널 상태를 나타내는 정보, 일예로 채널 품질 정보(CQI: Cahnnel Quality Information, 이하 'CQI'라 칭하기로 한다)를 가지고 판단할 수 있다. 상기 CQI는 캐리어대 간섭 잡음비(CINR: Carrier to Interference and Noise Ratio, 이하 'CINR'이라 칭하기로 한다) 등을 기반으로 하여 생성되는 정보이며, 상기 CINR을 기준으로 하여 채널 상태의 양호 혹은 열악을 판단할 수 있다.
본 발명에서는 상기 LDPC 부호의 차수 분포 뿐만 아니라 채널 상태가 열악한 채널로 송신되는 부호어 비트들의 개수를 기반으로 하여 각 송신 안테나(Tx.ANT)별로 송신되는 부호어 비트들의 부호어 비트 셋을 결정하도록 함으로써 상기 LDPC 부호의 복호 성능을 향상시키도록 하는 방안을 제안한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 LDPC-PARC MIMO 통신 시스템의 신호 송신 장치 구조를 도시한 도면이다.
상기 도 3에 도시되어 있는 신호 송신 장치의 구조는 상기 신호 송신 장치가 4개의 송신 안테나들을 사용할 경우를 일예로 하여 도시되어 있다. 상기 도 3을 참조하면, 상기 신호 송신 장치는 부호화기(encoder)(311)와, MIMO 사상기(mapper)(313)와, 제1변조기(modulator)(315-1)와, 제2변조기(315-2)와, 제3변조기(315-3)와, 제4변조기(315-4)와, 제어기(317)와, 메모리(319)와, 송신기(321)와, 제1송신 안테나(323-1)와, 제2송신 안테나(323-2)와, 제3송신 안테나(323-3)와, 제4송신 안테나(323-4)를 포함한다.
먼저, 정보 데이터 비트(information data bit)들, 즉 정보 데이터 스트림(information data stream)이 입력되면 상기 부호화기(311)는 상기 정보 데이터 스트림을 미리 설정되어 있는 부호화 방식으로 부호화여 부호어(codeword), 즉 LDPC 부호어로 생성한 후 상기 MIMO 사상기(313)로 출력한다. 여기서, 상기 부호화 방식은 LDPC 부호화 방식이다. 상기 MIMO 사상기(313)는 상기 제어기(317)의 제어에 따라 상기 부호화기(311)에서 출력한 LDPC 부호어를 입력하여 미리 설정되어 있는 MIMO 사상 방식으로 사상하여 적어도 1개의 사상 심벌로 생성하고, 상기 생성한 사상 심벌을 해당 변조기로 출력한다. 그러면 여기서 상기 제어기(317)의 상기 MIMO 사상기(313)의 동작 제어 동작에 대해서 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 제어기(317)는 상기 신호 송신 장치에 대응되는 신호 수신 장치로부터 수신한 송신 안테나 CQI들에 상응하게 상기 제1송신 안테나(323-1)와, 제2송신 안테나(323-2)와, 제3송신 안테나(323-3)와, 제4송신 안테나(323-4) 각각의 사용 여부를 결정한다. 여기서, 상기 송신 안테나 CQI라 함은 상기 송신 안테나를 통해 송신되는 신호가 겪는 채널의 채널 상태를 나타내는 CQI를 나타낸다. 또한, 이하에서 설명의 편의상 각 송신 안테나를 통해 송신되는 신호가 겪는 채널의 채널 상태를 '송신 안테나 채널 상태'라 칭하기로 한다. 즉, 상기 제어기(317)는 상기 송신 안테나 CQI들에 상응하게 상기 송신기(321)가 상기 제1송신 안테나(323-1)와, 제2송신 안테나(323-2)와, 제3송신 안테나(323-3)와, 제4송신 안테나(323-4) 모두 를 사용할지 혹은 상기 제1송신 안테나(323-1)와, 제2송신 안테나(323-2)와, 제3송신 안테나(323-3)와, 제4송신 안테나(323-4) 중 일부만을 사용할지를 제어한다. 여기서, 상기 제어기(317)는 상기 송신 안테나 CQI들을 가지고 각 송신 안테나 채널 상태를 검출하고, 상기 검출한 송신 안테나 채널 상태들 중 상기 신호 송신 장치에 대응하는 신호 수신 장치에서 정상적으로 신호를 수신할 수 없을 정도의 채널 상태를 나타내는 송신 안테나 채널 상태가 존재할 경우에는 상기 송신기(321)가 해당하는 송신 안테나를 통해 신호를 송신하지 않도록 제어한다.
이렇게, 상기 제어기(317)는 상기 송신기(321)가 사용할 송신 안테나를 결정하고, 상기 송신기(321)가 상기 사용하기로 결정한 송신 안테나의 개수에 상응하게 송신 스트림을 생성하도록 제어한다. 여기서, 상기 송신 스트림이라함은 상기 신호 송신 장치에서 송신 안테나를 통해 최종적으로 송신되는 신호를 나타낸다. 일예로, 상기 제어기(317)가 상기 송신기(321)가 상기 제1송신 안테나(323-1)와, 제2송신 안테나(323-2)와, 제3송신 안테나(323-3)와, 제4송신 안테나(323-4)중 일부의, 일예로 3개의 송신 안테나들, 즉 상기 제1송신 안테나(323-1)와, 제2송신 안테나(323-2)와, 제3송신 안테나(323-3)를 사용하기로 결정하였다면, 상기 MIMO 사상기(313)가 상기 LDPC 부호어를 3개의 사상 심벌들, 즉 제1사상 심벌과, 제2사상 심벌과, 제3사상 심벌로 생성하도록 제어한다. 그러면, 상기 MIMO 사상기(313)는 상기 제1사상 심벌을 상기 제1변조기(315-1)로 출력하고, 상기 제2사상 심벌을 상기 제2변조기(315-2)로 출력하고, 제3사상 심벌을 상기 제3변조기(315-3)로 출력한다.
또한, 상기 제어기(317)는 상기 MIMO 사상기(313)가 미리 설정되어 있는 <부 호어 비트 셋 결정 규칙>에 상응하게 상기 LDPC 부호어를 적어도 1개의 사상 심벌로 생성하도록 제어한다. 여기서, 상기 <부호어 비트 셋 결정 규칙>은 상기 메모리(319)에 저장되어 있으며, 상기 제어기(317)는 상기 <부호어 비트 셋 결정 규칙>에 상응하게 상기 MIMO 사상기(313)가 상기 LDPC 부호어를 적어도 1개의 사상 심벌로 생성하도록 제어하는 것이다. 상기 <부호어 비트 셋 결정 규칙>에 대해서는 하기에서 설명할 것이므로, 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
한편, 상기 제1변조기(315-1)와, 제2변조기(315-2)와, 제3변조기(315-3)와, 제4변조기(315-4) 각각은 상기 MIMO 사상기(313)에서 출력한 사상 심벌을 입력하여 미리 설정되어 있는 변조 방식에 상응하게 변조하여 변조 심벌로 생성한 후 상기 송신기(321)로 출력한다. 여기서, 상기 제1변조기(315-1)와, 제2변조기(315-2)와, 제3변조기(315-3)와, 제4변조기(315-4) 각각에서 사용하는 변조 방식은 상이할 수도 있지만 설명의 편의상 상기 제1변조기(315-1)와, 제2변조기(315-2)와, 제3변조기(315-3)와, 제4변조기(315-4) 각각에서 사용하는 변조 방식이 동일하다고 가정하기로 한다. 상기 변조 방식으로는 일예로 BPSK(Binary Phase Shift Keying, 이하 'BPSK'라 칭하기로 한다) 방식과, QPSK(Quadrature Phase Shift Keying, 이하 'QPSK'라 칭하기로 한다) 방식과, QAM(Quadrature Amplitude Modulation, 이하 'QAM'이라 칭하기로 한다) 방식과, PAM(Pulse Amplitude Modulation, 이하 'PAM'이라 칭하기로 한다) 방식과, PSK(Phase Shift Keying, 이하 'PSK'라 칭하기로 한다) 방식 등과 같은 변조 방식들 중 어느 한 방식이 사용될 수 있다. 또한, 상기 제1변조기(315-1)와, 제2변조기(315-2)와, 제3변조기(315-3)와, 제4변조기(315-4)는 상 기 제어기(317)가 사용하기로 결정한 송신 안테나들에 상응하게 그 사용 여부가 결정되며, 이는 상기에서 설명한 바와 동일하므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
상기 송신기(321)는 상기 제어기(317)의 제어에 따라 상기 제1변조기(315-1)와, 제2변조기(315-2)와, 제3변조기(315-3)와, 제4변조기(315-4) 각각에서 변조 심벌들을 입력하여 송신 처리하여 송신 스트림들로 생성한 후 상기 제1송신 안테나(323-1)와, 제2송신 안테나(323-2)와, 제3송신 안테나(323-3)와, 제4송신 안테나(323-4)중 적어도 1개의 안테나를 통해 상기 송신 스트림들을 송신한다. 또한, 상기 제1송신 안테나(323-1)와, 제2송신 안테나(323-2)와, 제3송신 안테나(323-3)와, 제4송신 안테나(323-4)는 상기 제어기(317)가 사용하기로 결정한 송신 안테나들에 상응하게 그 사용 여부가 결정되며, 이는 상기에서 설명한 바와 동일하므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
그러면 여기서 상기 <부호어 비트 셋 결정 규칙>에 대해서 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 LDPC 부호어가 포함하는 부호어 비트들의 개수가 N개이고, 상기 LDPC-PARC MIMO 통신 시스템에서 사용하는 사상 심벌들의 개수가 Ns개라고 가정하면, 상기 Ns개의 사상 심벌들 각각당 필요한 부호어 비트들의 개수 Np는 N/Ns개가 된다(Np=N/Ns). 따라서, Np개의 부호어 비트들을 엘리먼트(element)들로 포함하는 Ns개의 부호어 비트 셋들을 정의할 수 있다. 여기서, 상기 Ns개의 부호어 비트 셋들을 S1, S2,...,SNs라고 가정하면, 상기 부호어 비트 셋들 S1, S2,...,SNs 각각이 포함하는 엘리먼트들은 <부호어 비트 셋 결정 규칙>에 상응하게 결정된다. 여기서, 상기 <부호어 비트 셋 결정 규칙>은 상기 LDPC 부호어가 포함하는 부호어 비트들중 천공(puncturing)에 강인한 부호어 비트들을 낮은 신뢰도를 가지는, 즉 비교적 열악한 채널 상태를 가지는 송신 안테나를 통해 송신되도록 사상 심벌로 생성하는 것이다.
따라서, 상기 제어기(317)는 상기 LDPC 부호어의 Ns개의 부호어 비트 셋들 S1, S2,...,SNs중 첫 번째 부호어 비트 셋인 S1부터 가장 신뢰도가 높은, 즉 가장 채널 상태가 양호한 송신 안테나를 통해 송신되도록 상기 MIMO 사상기(313)의 MIMO 사상 동작을 제어한다. 여기서, 상기 제어기(317)는 상기 신호 수신 장치로부터 수신한 CQI를 가지고 채널 상태가 양호한지 혹은 열악한지를 판단할 수 있으며, 일반적으로 상기 CQI가 나타내는 CINR이 클수록 채널 상태가 양호하다고 판단된다. 이런 식으로, 상기 제어기(317)는 상기 Ns개의 부호어 비트 셋들 S1, S2,...,SNs 각각을 해당하는 송신 안테나들을 통해 송신되도록 상기 MIMO 사상기(313)의 MIMO 사상 동작을 제어하며, 결과적으로 상기 Ns개의 부호어 비트 셋들 S1, S2,...,SNs들중 마지막 부호어 비트 셋인 SNs가 가장 열악한 채널 상태를 가지는 송신 안테나를 통해 송신된다.
따라서, 상기 제어기(317)는 천공에 가장 강인한 LDPC 부호어의 부호어 비트들을 부호어 비트 셋 SNs가 포함하도록 제어하고, 상기 부호어 비트 셋 SNs가 가장 열악한 채널 상태를 가지는 송신 안테나를 통해 상기 신호 수신 장치측으로 송신되도록 제어한다. 여기서, 상기 천공에 강인한 부호어 비트들은 상기 LDPC 부호의 패 리티 검사 행렬(parity check matrix)에 따라 상이해지며, 일반적으로 높은 차수를 갖는 부호어 비트들이 천공에 강인한 특성을 나타내지만 높은 차수를 갖는 부호어 비트들이 많이 천공될 경우 상기 LDPC 부호를 복호하는 것이 난이해진다. 그러므로, 상기 Np 값에 따라 각 부호어 비트 셋을 구성하는 부호어 비트들이 상이해진다. 즉, 상기 제어기(317)는 상기 Ns와 Np 값에 상응하게 구성된 부호어 비트 셋들을 상기 메모리(319)에 저장하고, 상기 신호 수신 장치로부터 수신한 CQI에 상응하게 상기 메모리(319)에 저장되어 있는 부호어 비트 셋들중 해당 부호어 비트 셋들을 결정한다. 그리고, 상기 제어기(317)는 상기 결정한 부호어 비트 셋들에 대한 정보를 상기 MIMO 사상기(313)로 출력하여 상기 MIMO 사상기(313)가 상기 LDPC 부호어를 사상 심벌들로 생성하여 상기 Ns개의 변조기들로 출력하도록 제어한다.
또한, 상기 도 3에 별도로 도시하지는 않았으나, 상기 신호 송신 장치는 상기 신호 수신 장치에서 송신한 송신 안테나 CQI들을 수신하기 위한 수신기 역시 포함한다. 여기서, 상기 신호 송신 장치가 송신 안테나 CQI들을 수신하는 동작은 일반적인 동작이므로 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
그러면 여기서 도 4에 도시되어 있는 패리티 검사 행렬을 사용하여 상기 제어기(317)가 상기 부호어 비트 셋들을 결정하는 동작에 대해서 설명하기로 한다.
상기 도 4는 부호화율(coding rate) 1/3인 LDPC 부호의 패리티 검사 행렬을 도시한 도면이다.
상기 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 상기 LDPC 부호의 패리티 검사 행렬은 전체 패리티 검사 행렬이 다수의 블록(block)들로 분할되고, 상기 블록들 각각에 순열 행렬(permutation matrix)이 대응되는 형태를 가진다. 여기서, 상기 순열 행렬은
Figure 112006015552930-PAT00001
크기를 가진다고 가정하기로 한다. 상기 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 상기 LDPC 부호의 패리티 검사 행렬은
Figure 112006015552930-PAT00002
개의 블록들로 분할되며, 상기
Figure 112006015552930-PAT00003
개의 블록들 각각에는 상기
Figure 112006015552930-PAT00004
크기의 순열 행렬이 대응된다. 또한, 상기 도 4의 각 블록들에 도시되어 있는 숫자는 항등 행렬(identity matrix)을 쉬프트(shift)시키는 값을 나타낸다. 또한, 상기 도 4에서 숫자가 도시되어 있지 않은 블록들에는 영 행렬(all-zero matrix)이 대응된다. 상기에서 설명한 바와 같이 상기 LDPC 부호의 패리티 검사 행렬은
Figure 112006015552930-PAT00005
개의 블록들로 분할되므로, 열 블록(column block)들의 개수는 24개이고, 행 블록(row block)들의 개수는 16개가 된다. 상기 24개의 열 블록들 각각의 인덱스(index)를 C0, C1, ... , C23라고 칭하기로 하고, 상기 16개의 행 블록들 각각의 인덱스를 R0, R1, ...,R15라고 칭하기로 한다.
그러면 여기서 상기 신호 송신 장치가 상기 도 4에 도시한 바와 같은 패리티 검사 행렬을 사용하여 LDPC 부호어를 송신하는 경우의 동작에 대해서 설명하면 다음과 같다.
첫 번째 예로, 상기 신호 송신 장치가 2개의 송신 안테나들을 사용한다고 가정하면, 상기 MIMO 사상기(313)는 2개의 사상 심벌들, 즉 제1사상 심벌과 제2사상 심벌을 생성한다. 여기서, 상기 제1사상 심벌은 상기 2개의 송신 안테나들중 채널 상태가 더 양호한 송신 안테나를 통해 송신되며, 상기 제2사상 심벌은 나머지 송신 안테나를 통해 송신된다. 따라서, 상기 제1 사상 심벌은 부호어 비트 셋 S1={C0, C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8, C12, C16, C20}을 포함하도록 해야만 하고, 상기 제2 사상 심벌은 부호어 비트 셋 S2={C9, C10, C11, C13, C14, C15, C17, C18, C19, C21, C22, C23}을 포함하도록 해야만 한다. 즉, 제2 사상 심벌이 낮은 차수를 갖는 패리티 비트들을 포함하도록 해야만 한다. 이 경우에는, 채널 상태가 열악한 채널을 통해 송신되는 부호어 비트들의 개수 Np가 전체 LDPC 부호어의 1/2이므로 높은 차수를 갖는 비트들이 부호어 비트 셋 S2에 포함될 경우 상기 LDPC 부호의 복호 성능 열화가 발생될 수 있다.
두 번째 예로, 상기 신호 송신 장치가 3개의 송신 안테나들을 사용한다고 가정하면, 상기 MIMO 사상기(313)는 3개의 사상 심벌들, 즉 제1사상 심벌과, 제2사상 심벌과 제3사상 심벌을 생성한다. 여기서, 상기 제1사상 심벌은 상기 3개의 송신 안테나들중 채널 상태가 가장 양호한 송신 안테나를 통해 송신되며, 상기 제2사상 심벌은 그 다음으로 채널 상태가 양호한 송신 안테나를 통해 송신되며, 상기 제3사상 심벌은 나머지 송신 안테나를 통해 송신된다. 따라서, 상기 제1사상 심벌은 부호어 비트 셋 S1={C8, C10, C12, C14, C16, C18, C20, C22}을 포함하도록 해야만 하고, 상기 제2사상 심벌은 부호어 비트 셋 S2={C9, C11, C13, C15, C17, C19, C21, C23}를 포함하도록 해야만하고, 상기 제3사상 심벌은 부호어 비트 셋 S3={C0, C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7}를 포함하도록 해야만 한다. 이 경우에는, 채널 상태가 열악한 채널을 통해 송신되는 부호어 비트들의 개수 Np가 전체 LDPC 부호어의 1/3이며, 높은 차수를 갖는 부호어 비트들이 부호어 비트 셋 S3에 포함될 경우 상기 LDPC 부호의 복호 성능이 향상된다.
세 번째 예로, 상기 신호 송신 장치가 4개의 송신 안테나들 모두를 사용한다 고 가정하면, 상기 MIMO 사상기(313)는 4개의 사상 심벌들, 즉 제1사상 심벌과, 제2사상 심벌과, 제3사상 심벌과, 제4사상 심벌을 생성한다. 여기서, 상기 제1사상 심벌은 상기 4개의 송신 안테나들중 채널 상태가 가장 양호한 송신 안테나를 통해 송신되며, 상기 제2사상 심벌은 그 다음으로 채널 상태가 양호한 송신 안테나를 통해 송신되며, 상기 제3사상 심벌은 그 다음으로 채널 상태가 양호한 송신 안테나를 통해 송신되며, 상기 제34사상 심벌은 나머지 송신 안테나를 통해 송신된다. 따라서, 상기 제1사상 심벌은 부호어 비트 셋 S1= {C9, C11, C14, C17, C19, C22 }을 포함하도록 해야만 하고, 상기 제2사상 심벌은 부호어 비트 셋 S2 = {C10, C13, C15, C18, C21, C23}을 포함하도록 해야만 하고, 상기 제3사상 심벌은 부호어 비트 셋 S3 ={C5, C6, C8, C12, C16, C20}을 포함하도록 해야만 하고, 상기 제4사상 심벌은 부호어 비트 셋 S4 = {C0, C1, C2, C3, C4, C7}을 포함하도록 해야만 한다. 이 경우에는, 채널 상태가 열악한 채널을 통해 송신되는 부호어 비트들의 개수 Np가 전체 LDPC 부호어의 1/4이며, 높은 차수를 갖는 부호어 비트들이 부호어 비트 셋 S4에 포함될 경우 상기 LDPC 부호의 복호 성능이 향상된다.
여기서, 상기 제어기(317)는 상기 <부호어 비트 셋 결정 규칙>에서 채널 상태가 가장 열악한 채널 상태를 가지는 송신 안테나를 통해 송신되는 사상 심벌로 생성될 부호어 비트들을 다음과 같은 사항들을 고려하여 결정한다. 이하, 설명의 편의상 상기 채널 상태가 가장 열악한 채널 상태를 가지는 송신 안테나를 통해 송신되는 사상 심벌을 '복호 성능 향상 사상 심벌'이라 칭하기로 한다.
첫 번째로, 상기 LDPC 부호어의 패리티 검사 행렬의 높은 차수를 갖는 부호 어 비트들을 상기 복호 성능 향상 사상 심벌로 생성하는 것이 바람직하기는 하지만, 상기 복호 성능 향상 사상 심벌에 높은 차수를 가지는 부호어 비트들을 많이 포함시킬 경우 LDPC 부호의 복호 성능을 열화시킬 수도 있으므로, 상기 제어기(317)는 상기 Np와 Ns에 적정하게 상기 복호 성능 향상 사상 심벌에 포함시킬 높은 차수를 가지는 부호어 비트들의 개수를 결정한다.
두 번째로, 상기 제어기(317)는 높은 차수를 가지는 부호어 비트들 중에서도 다른 부호어 비트들과 비교할 경우 1개의 패리티 검사식에 다른 부호어 비트의 순열 행렬이 포함되지 않는 부호어 비트를 먼저 선택하여 상기 복호 성능 향상 사상 심벌에 포함시키도록 결정한다. 즉, 상기 도 4에 도시한 바와 같은 패리티 검사 행렬에서 높은 차수를 가지는 0번째부터 7번째 부호어 비트들중에 7번째 부호어 비트의 122 순열 행렬은 0번째부터 15번째 패리티 검사식들 중에 6번째 패리티 검사식이 다른 0번째 내지 6번째 부호어 비트들에 포함되는 순열 행렬과 전혀 겹치지 않는 것을 알 수 있다. 따라서, 상기 제어기(317)는 상기 7번째 부호어 비트를 최우선으로 상기 복호 성능 향상 사상 심벌에 포함시킬 부호어 비트로 결정한다.
다음으로 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 LDPC-PARC MIMO 통신 시스템에서 신호 송신 장치의 동작 과정에 대해서 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 LDPC-PARC MIMO 통신 시스템의 신호 송신 동작을 도시한 순서도이다.
상기 도 5를 참조하면, 먼저 상기 신호 송신 장치는 511단계에서 신호 수신 장치로부터 수신한 송신 안테나 CQI들에 상응하게 상기 신호 송신 장치에서 사용할 송신 안테나들을 결정하고 513단계로 진행한다. 상기 513단계에서 상기 신호 송신 장치는 입력되는 정보 비트 스트림을 LDPC 부호와 방식으로 부호화하여 LDPC 부호어로 생성한 후 515단계로 진행한다. 상기 515단계에서 상기 신호 송신 장치는 상기 LDPC 부호어를 상기 결정한 송신 안테나들의 개수와 동일한 개수의 사상 심벌들로 생성한 후 517단계로 진행한다. 여기서, 상기 LDPC 부호어를 상기 사상 심벌들로 생성하는 동작은 <부호어 비트 셋 결정 규칙>에 상응하게 수행되는 것이다. 상기 517단계에서 상기 신호 송신 장치는 상기 생성한 사상 심벌들을 미리 설정되어 있는 변조 방식으로 변조하여 변조 심벌들로 생성한 후 519단계로 진행한다. 상기 519단계에서 상기 신호 송신 장치는 상기 변조 심벌들을 송신 처리하여 송신 스트림들로 생성하고 521단계로 진행한다. 상기 521단계에서 상기 신호 송신 장치는 상기 송신 스트림들을 상기 결정한 송신 안테나들을 통해 송신하고 종료한다.
다음으로 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 LDPC-PARC MIMO 통신 시스템의 신호 수신 장치 구조에 대해서 설명하기로 한다.
상기 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 LDPC-PARC MIMO 통신 시스템의 신호 수신 장치 구조를 도시한 도면이다.
상기 도 6에 도시되어 있는 신호 수신 장치의 구조는 상기 신호 수신 장치가 4개의 수신 안테나(Rx.ANT)들을 사용할 경우를 일예로 하여 도시되어 있다. 상기 도 6을 참조하면, 상기 신호 수신 장치는 제1수신 안테나(611-1)와, 제2수신 안테나(611-2)와, 제3수신 안테나(611-3)와, 제4수신 안테나(611-4)와, MIMO 검파기(detector)(613)와, 채널 추정기(channel estimator)(615)와, 제1복조기(de- modulator)(617-1)와, 제2복조기(617-2)와, 제3복조기(617-3)와, 제4복조기(617-4)와, 제어기(619)와, 메모리(621)와, MIMO 역사상기(de-mapper)(623)와, 복호기(decoder)(625)를 포함한다.
먼저, 상기 제1수신 안테나(611-1) 내지 제4수신 안테나(611-4) 각각을 통해 수신된 신호는 상기 MIMO 검파기(613)와 채널 추정기(615)로 전달된다. 상기 채널 추정기(615)는 상기 제1수신 안테나(611-1) 내지 제4수신 안테나(611-4) 각각을 통해 수신된 신호, 특히 기준 신호(reference signal)인 파일럿 신호(pilot) 신호를 입력하여 채널 응답(channel response)을 추정하여 상기 MIMO 검파기(613)로 출력한다. 상기 MIMO 검파기(613)는 상기 제1수신 안테나(611-1) 내지 제4수신 안테나(611-4) 각각을 통해 수신된 신호를 상기 채널 추정기(615)에서 출력한 채널 응답을 기반으로 하여 미리 설정되어 있는 검파 방식으로 검파함으로써 제1수신 심벌 내지 제4수신 심벌로 생성한 후, 제1수신 심벌은 상기 제1복조기(617-1)로 출력하고, 제2수신 심벌은 상기 제2복조기(617-2)로 출력하고, 제3수신 심벌은 상기 제3복조기(617-)로 출력하고, 제4수신 심벌은 상기 제4복조기(617-4)로 출력한다. 여기서, 상기 검파 방식은 일예로 최대 우도(ML: Maximum Likelihood) 방식과, 최소 평균 제곱 에러(MMSE: Minimum Mean Square Error) 방식과, 제로 억압(ZF: Zero Forcing) 방식 중 어느 한 방식이 될 수 있다.
상기 제1복조기(617-1)는 상기 제어기(619)의 제어에 따라 상기 제1수신 심벌을 입력하여 상기 신호 수신 장치에 대응되는 신호 송신 장치의 변조기, 즉 제1변조기(315-1)에서 사용한 변조 방식에 대응되는 복조 방식으로 복조하여 제1복조 심벌로 생성한 후 상기 MIMO 역사상기(623)로 출력한다. 상기 제2복조기(617-2)는 상기 제어기(619)의 제어에 따라 상기 제2수신 심벌을 입력하여 상기 신호 수신 장치에 대응되는 신호 송신 장치의 변조기, 즉 제2변조기(315-2)에서 사용한 변조 방식에 대응되는 복조 방식으로 복조하여 제2복조 심벌로 생성한 후 상기 MIMO 역사상기(623)로 출력한다. 상기 제3복조기(617-3)는 상기 제어기(619)의 제어에 따라 상기 제3수신 심벌을 입력하여 상기 신호 수신 장치에 대응되는 신호 송신 장치의 변조기, 즉 제3변조기(315-3)에서 사용한 변조 방식에 대응되는 복조 방식으로 복조하여 제3복조 심벌로 생성한 후 상기 MIMO 역사상기(623)로 출력한다. 상기 제4복조기(617-4)는 상기 제어기(619)의 제어에 따라 상기 제4수신 심벌을 입력하여 상기 신호 수신 장치에 대응되는 신호 송신 장치의 변조기, 즉 제4변조기(315-4)에서 사용한 변조 방식에 대응되는 복조 방식으로 복조하여 제4복조 심벌로 생성한 후 상기 MIMO 역사상기(623)로 출력한다. 여기서, 상기 제어기(619)는 상기 신호 송신 장치의 제어기(317)에서 사용한 변조기들에 상응하게 상기 복조기들의 동작을 제어함은 물론이다.
상기 MIMO 역사상기(623)는 상기 제어기(619)의 제어에 따라 상기 제1복조 심벌 내지 제4복조 심벌을 입력하여 상기 신호 송신 장치의 MIMO 사상기(313)에 대응되는 MIMO 역사상 방식으로 역사상하여 LDPC 부호어로 생성한 후 상기 복호기(625)로 출력한다. 여기서, 상기 제어기(619)는 상기 메모리(621)에 저장되어 있는 <부호어 비트 셋 결정 규칙>에 상응하게 상기 제1복조 심벌 내지 제4복조 심벌을 역사상하여 상기 LDPC 부호어로 생성하는 것이며, 상기 <부호어 비트 셋 결정 규 칙>은 상기에서 설명하였으므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 상기 복호기(625)는 상기 MIMO 역사상기(623)에서 출력한 LDPC 부호어를 미리 설정되어 있는 복호 방식, 즉 LDPC 복호 방식으로 복호하여 정보 비트 스트림으로 복원한다.
다음으로 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 LDPC-PARC MIMO 통신 시스템에서 신호 수신 장치의 동작 과정에 대해서 설명하기로 한다.
상기 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 LDPC-PARC MIMO 통신 시스템에서 신호 수신 장치의 동작 과정을 도시한 순서도이다.
상기 도 7을 참조하면, 먼저 711단계에서 상기 신호 수신 장치는 수신 안테나들 각각을 통해 수신한 신호를 사용하여 채널 추정함으로써 채널 응답을 추정하고 713단계로 진행한다. 상기 713단계에서 상기 신호 수신 장치는 상기 채널 응답을 기반으로 하여 상기 수신 신호를 상기 채널 미리 설정되어 있는 검파 방식으로 검파하여 수신 심벌들로 생성한 후 715단계로 진행한다. 상기 715단계에서 상기 신호 수신 장치는 수신 심벌들을 송신 장치에서 사용한 변조 방식에 대응되는 복조 방식으로 복조하여 복조 심벌들을 생성하고 717단계로 진행한다. 상기 717단계에서 상기 신호 수신 장치는 상기 복조 심벌들을 MIMO 역사상하여 LDPC 부호어로 생성하고 719단계로 진행한다. 상기 719단계에서 상기 신호 수신 장치는 상기 LDPC 부호어를 미리 설정되어 있는 복호 방식, 즉 LDPC 복호 방식으로 복호하여 정보 비트 스트림으로 복원하고 종료한다.
따라서 상기한 바와 같이 다중 입력 다중 출력 통신 시스템에서는 스트림 별로 서로 다른 페이딩을 겪게 될 경우 가장 나쁜 채널을 겪는 스트림에 천공 (puncturing)에 강한 비트들을 할당함으로서 채널 이득을 얻을 수 있으며, 단일 부호기를 사용함으로서 부호율을 각 스트림 별로 조절하지 않음으로서 다이버시티 이득(diversity gain), 코딩 이득(coding gain)을 얻는 것이 가능하다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같은 본 발명은, 다중 입력 다중 출력 방식을 사용하는 통신 시스템 즉, LDPC-PARC MIMO 통신 시스템의 신호 송수신을 제안함에 따라 채널 상태에 상응하게 신호를 송수신 하는 것이 가능하다는 이점을 갖는다. 다시말해, 스트림 별로 서로 다른 페이딩을 겪는 채널에 대해 채널 상태가 좋지 못한 채널에 천공에 강한 비트들을 할당함으로서 채널에 의한 이득을 얻을 수 있다는 이점을 갖는다. 또한 단일 부호기를 사용함으로서 부호율을 각 스트림 별로 조절하지 않음으로 다이버시티 효과와 코딩 이득을 얻을 수 있다는 이점을 갖는다.

Claims (20)

  1. 다중 입력 다중 출력 방식을 사용하는 통신 시스템에서 신호 송신 장치에 있어서,
    정보 데이터 스트림이 입력되면 미리 설정되어 있는 부호화 방식으로 부호화하여 부호어로 생성하는 부호화기와,
    상기 부호어를 미리 설정되어 있는 다중 입력 다중 출력 사상 방식으로 사상하여 적어도 하나의 사상 심벌을 생성하는 다중 입력 다중 출력 사상기와,
    상기 사상 심벌을 미리 설정되어 있는 변조 방식에 상응하게 변조하여 변조 심벌들로 생성하는 변조기들과,
    상기 변조 심벌들을 송신 처리하여 송신 스트림들을 생성한 후 송신 안테나들을 통해 전송하는 송신기와,
    상기 신호 송신 장치에 대응하는 신호 수신 장치로부터 채널 품질 정보를 수신하여 각 송신 안테나 채널을 검출하여 상기 신호 송신 장치가 사용할 안테나를 결정하고 상기 결정된 안테나를 통해 송신 스트림이 전송되도록 하는 제어부를 포함함을 특징으로 하는 신호 송신 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 신호 수신 장치로부터 수신한 채널 품질 정보는 각 송신 안테나를 통해 송신되는 신호가 겪는 채널의 채널 상태를 나타내는 채널 품질 정보인 것을 특징으로 하는 신호 송신 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 송신 안테나 채널이 상기 수신 장치에서 정상적으로 신호를 수신할 수 없는 상태인 경우 해당 송신 안테나를 통해 신호를 송신하지 않도록 제어하는 것을 특징으로 하는 신호 송신 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 부호기는 저밀도 패리티 검사(LDPC: Low Density Parity Check) 부호 방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 신호 송신 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 부호어가 포함하는 부호어 비트들 중 천공에 강인한 부호어 비트들을 비교적 열악한 채널 상태의 송신 안테나들을 통해 송신되도록 사상 심벌을 생성하는 것을 제어함을 특징으로 하는 신호 송신 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 사상 심벌들의 개수와 상기 사상 심벌들 각각에 필요한 부호어 비트들의 개수에 상응하게 구성된 부호어 비트 셋들을 저장하는 메모리를 더 포함함을 특징으로 하는 신호 송신 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제어기는 채널 품질 정보에 상응하여 상기 메모리에 저장되어 있는 부호어 비트 셋들 중 해당 부호어 비트 셋을 결정하고, 상기 부호어 비트 셋의 정보를 출력하여 다중 입력 다중 출력 사상기에서 부호어를 사상 심벌로 생성하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 신호 송신 장치.
  8. 다중 입력 다중 출력 방식을 사용하는 통신 시스템에서 신호 수신 장치에 있어서,
    적어도 하나의 수신 안테나를 통해 수신한 신호들을 통해 채널 응답을 추정하는 채널 추정기와,
    상기 수신 신호들을 미리 설정되어 있는 검파 방식으로 검파하여 수신 심벌들을 생성하는 다중 입력 다중 출력 검파기와,
    상기 수신 심벌들을 복조하여 복조 심벌을 생성하는 복조기들과,
    상기 복조 심벌들을 다중 입력 다중 출력 역사상 방식으로 역사상하여 부호어를 생성하는 다중 입력 다중 출력 역사상기와,
    상기 부호어를 미리 설정되어 있는 복호 방식에 따라 복호하여 정보 비트 스트림으로 복원하는 복호기와,
    상기 채널 응답을 기반으로 수신 신호들을 검파한 수신 심벌들을 상기 수신 신호를 송신한 송신 장치의 변조 방식에 상응하게 복조하고, 상기 송신 장치의 다중 입력 다중 출력 사상 방식에 상응하여 역사상하도록 제어하는 제어부를 포함함을 특징으로 하는 신호 수신 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 채널 추정기는 기준 신호인 파일럿 신호들을 통해 채널을 추정하는 것을 특징으로 하는 신호 수신 장치.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 다중 입력 다중 출력 검파기는 최대 우도(ML: Maximum Likelihood) 방식, 최소 평균 에러 (MMSE: Minimum Mean Square Error) 방식, 제로 억압(ZF: Zero Forcing) 방식 중의 하나의 검파 방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 신호 수신 장치.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 복호기는 저밀도 패리티 검사(LDPC: Low Density Parity Check) 복호 방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 신호 수신 장치.
  12. 다중 입력 다중 출력 방식을 사용하는 통신 시스템에서 신호 송신 방법에 있어서,
    수신 장치로부터 수신한 채널 품질 정보들에 상응하게 신호 송신 장치에서 사용할 송신 안테나들을 결정하는 과정과,
    입력되는 비트 스트림을 미리 설정되어 있는 부호화 방식으로 부호화하여 부호어를 생성하는 과정과,
    상기 부호어를 미리 설정되어 있는 다중 입력 다중 출력 사상 방식으로 사상하여 적어도 하나의 사상 심벌을 생성하는 과정과,
    상기 생성한 사상 심벌들을 미리 설정된 변조 방식에 상응하게 변조하여 변조 심벌들로 생성하는 과정과,
    상기 변조 심벌들을 송신 처리하여 송신 스트림들로 생성하여 상기 결정한 송신 안테나들을 통해 송신하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 신호 송신 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 채널 품질 정보는 각 송신 안테나를 통해 송신되는 신호가 겪는 채널 상태를 나타내는 채널 품질 정보인 것을 특징으로 하는 신호 송신 방법.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 부호화 방식은 저밀도 패리티 검사(LDPC: Low Density Parity Check) 부호화 방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 신호 송신 방법.
  15. 제 12항에 있어서,
    상기 사상 심벌들은 상기 결정한 송신 안테나들의 개수와 동일한 개수로 생성되는 것을 특징으로 하는 신호 송신 방법.
  16. 제 12항에 있어서,
    상기 사상 심벌을 생성하는 경우 상기 부호어가 포함하는 부호어 비트들 중 천공에 강인한 부호어 비트들을 비교적 열악한 채널 상태의 송신 안테나들을 통해 송신되도록 사상 심벌을 생성하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 신호 송신 방 법.
  17. 다중 입력 다중 출력 방식을 사용하는 통신 시스템에서 신호 수신 방법에 있어서,
    적어도 하나의 수신 안테나를 통해 수신한 신호들을 통해 채널 응답을 추정하는 과정과,
    상기 수신 신호들을 상기 채널 응답을 기반으로 미리 설정되어 있는 검파 방식으로 검파하여 수신 심벌들을 생성하는 과정과,
    상기 수신 심벌들을 복조하여 복조 심벌을 생성하는 과정과,
    상기 복조 심벌들을 다중 입력 다중 출력 역사상 방식으로 역사상하여 부호어를 생성하는 과정과,
    상기 부호어를 미리 설정되어 있는 복호 방식에 따라 복호하여 정보 비트 스트림으로 복원하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 신호 수신 방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 채널 응답 추정은 기준 신호인 파일럿 신호들을 통해 채널을 추정하는 것을 특징으로 하는 신호 수신 방법.
  19. 제 17항에 있어서,
    상기 다중 입력 다중 출력 검파 방식은 최대 우도(ML: Maximum Likelihood) 방식, 최소 평균 에러 (MMSE: Minimum Mean Square Error) 방식, 제로 억압(ZF: Zero Forcing) 방식 중의 하나의 검파 방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 신호 수신 방법.
  20. 제 17항에 있어서,
    상기 복호 방식은 저밀도 패리티 검사(LDPC: Low Density Parity Check) 복호 방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 신호 수신 방법.
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