KR20080013664A - 다중 안테나를 이용한 전송기 및 전송 방법 - Google Patents

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Abstract

전송기는 복수의 안테나, 상기 안테나에 연결되는 IFFT부 및 상기 IFFT부를 통해 출력되는 시간 영역 심벌에 대해 위상을 변환시키는 위상 변환기를 포함한다. 시간 영역에서의 위상 변환(또는 주파수 영역에서의 주파수 지연)을 통해 채널의 시간 선택성을 얻을 수 있고, 위상 변환과 시간 지연을 통해 채널의 주파수 선택성과 시간 선택성을 적응적으로 조절할 수 있다.
다중 안테나, 다이버시티, 시간 선택성, MIMO, 전처리부호

Description

다중 안테나를 이용한 전송기 및 전송 방법{Trasmitter using multiple antenna and transmission method}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 송수신기를 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전송기를 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전송기를 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전송기를 나타낸 블록도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전송기를 나타낸 블록도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전송기를 나타낸 블록도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전송기를 나타낸 블록도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전송기를 나타낸 블록도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전송기를 나타낸 블록도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전송기를 나타낸 블록도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전송기를 나타낸 블록도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전송기를 나타낸 블록도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 전송 방법을 나타낸 순서도이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전송기를 나타낸 블록도이다.
도 16은 전송 안테나의 수가 2인 경우 전처리부호를 나타내는 예시도이다.
도 17은 전송 안테나의 수가 4인 경우 전처리부호를 나타내는 예시도이다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전송기를 나타낸 블록도이다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전송기를 나타낸 블록도이다.
** 도면의 주요부분의 부호에 대한 설명 **
140-Nt : IFFT부
150-Nt : 시간 지연기
160-Nt : 위상 변환기
본 발명은 전송기 및 전송 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 다중 안테나를 이용한 전송기 및 전송 방법에 관한 것이다.
무선 통신 시스템에서, 전송기로부터 수신기로 전송되는 신호는 다양한 전파 경로(propagation path)를 거친다. 전파 경로는 페이딩(fading)과 다중경로(Multipath)와 같은 요소에 따라 시간에 따라 변한다.
다양한 전파 경로에 따른 통신의 신뢰성을 확보하기 위해 동일한 데이터를 반복해서 전송하는 다이버시티(diversity) 기법이 발전하고 있다. 다수의 신호들이 다이버시티를 통해 서로 독립적으로 송신된다면, 일부 경로의 신호가 낮게 수신되 더라도 나머지 다른 경로의 신호는 큰 값을 가질 수 있다. 따라서, 다수 신호의 전송으로 안정적인 송수신을 이루려는 것이 다이버시티 기법이다. 다이버시티의 종류로는 서로 다른 주파수로 신호를 전송하는 주파수 다이버시티(frequency diversity), 서로 다른 시점의 신호를 전송하는 시간 다이버시티(time diversity), 다수개의 전송 안테나를 사용하는 공간 다이버시티(spatial diversity) 등이 있다.
다이버시티 기법 중의 하나로 지연 다이버시티(delay diversity)가 있다. 지연 다이버시티에서, 전송기는 동일한 데이터를 전송하는 복수의 안테나를 사용한다. 예를 들어, 제2 안테나는 제1 안테나에서 전송되는 데이터보다 지연된 데이터를 전송한다. 제1 안테나와 제2 안테나는 독립적인 다중 경로를 제공함으로써 다이버시티를 구현한다. 지연 다이버시티의 일례는 J. Tan, G. L. Stuber, Multicarrier delay diversity modulation for MIMO systems, IEEE Trans. on Wireless Comm., Vol. 3, No. 5, pp. 1756-1763, Sep. 2004를 참조할 수 있다.
채널 환경은 주로 지연 확산(delay spread)에 기인하는 주파수 선택적 페이딩(fequency selective fading)과 주로 도플러 주파수((Doppler frequency)에 기인하는 시간 선택적 페이딩(time selective fading)을 함께 겪는 것이 일반적이다. 지연 다이버시티 기법에 의하면, 시간 지연을 통해 주파수 선택성(frequency selectivity)을 주어 주파수 플랫 채널(frequency flat channel)에서 다이버시티 이득(diversity gain)을 증가시킬 수 있다.
그러나 종래 기술에 의한 다이버시티 기법만으로는 시간 영역에서의 채널 환경에는 적응적이지 않다. 따라서, 채널의 변화에도 불구하고 통신의 신뢰성을 확보 할 수 있는 기술이 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 시간 선택성을 높이는 다중 안테나를 이용한 전송기 및 전송 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 시간-주파수 선택성을 높이는 다중 안테나를 이용한 전송기 및 전송 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 전송기는 복수의 안테나, 상기 안테나에 연결되는 IFFT부 및 상기 IFFT부를 통해 출력되는 시간 영역 심벌에 대해 위상을 변환시키는 위상 변환기를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따른 전송기는 복수의 안테나, 상기 안테나를 통해 전송되는 주파수 영역 심벌에 대해 주파수를 지연시키는 주파수 지연기 및 상기 주파수 영역 심벌을 변조하는 IFFT부를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따른 전송 방법은 시간 영역 샘플을 준비하고, 상기 시간 영역 샘플의 위상을 변환한다. 상기 위상이 변환된 시간 영역 샘플을 전송한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
이하의 기술은 하향링크(downlink) 또는 상향링크(uplink)에 사용될 수 있다. 하향링크는 기지국(base station; BS)에서 단말(user equipment; UE)로의 통신 을 의미하며, 상향링크는 단말에서 기지국으로의 통신을 의미한다. 기지국은 일반적으로 단말과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, 노드-B(Node-B), BTS(base transceiver system), 액세스 포인트(access point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 단말은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, MS(mobile station), UT(user terminal), SS(subscriber station), 무선기기(wireless device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 시스템을 나타낸 블록도이다. 통신 시스템은 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing)을 이용한 멀티-캐리어 통신 시스템이다. 통신 시스템은 음성, 패킷 데이터 등과 같은 다양한 통신 서비스를 제공하기 위해 널리 배치된다.
도 1을 참조하면, 통신 시스템은 전송기(transmitter; 100)와 수신기(receiver; 200)를 포함한다. 하향링크에서 전송기(100)는 기지국의 일부분일 수 있고, 수신기(200)는 단말의 일부분일 수 있다. 상향링크에서 전송기(100)는 단말의 일부분일 수 있고, 수신기(200)는 기지국의 일부분일 수 있다. 기지국은 다수의 수신기와 다수의 전송기를 포함할 수 있다. 단말은 다수의 수신기와 다수의 전송기를 포함할 수 있다.
전송기(100)는 채널 인코더(channel decoder; 110), 직렬-병렬 변환기(serial-to-parallel converter; 120), 맵퍼(mapper; 130-1, ..., 130-Nt), IFFT부(inverse fast Fourier transform unit; 140-1, ..., 140-Nt), 시간 지연기(150-1, ..., 150-Nt), 위상 변환기(phase shifter; 160-1, ..., 160-Nt) 및 CP(cyclic prefix) 삽입기(170-1, ..., 170-Nt)를 포함한다. 또한, 전송기(100)는 Nt개(Nt>1)의 안테나(190-1, ..., 190-Nt)를 포함한다.
채널 인코더(110)는 일련의 정보 비트들을 입력받아, 정해진 코딩 방식에 따라 인코딩하여 부호화된 데이터(coded data)를 형성한다. 정보 비트들은 텍스트, 음성, 영상 또는 기타 데이터를 포함할 수 있다. 채널 인코더(110)는 채널에서 오는 잡음의 효과를 줄기 위해 에러 정정을 위한 여분의 코드를 추가할 수 있다. 에러 정정 코드는 터보 부호(turbo code)일 수 있다. 터보 부호는 정보 비트들을 구조적 비트(systematic bits)로써 포함시키는 구조적 코드이다. 부호률(code rate)이 1/3인 터보 코드의 경우, 2개의 패리티 비트들이 하나의 구조적 비트에 할당된다. 다만, 에러 정정 코드는 터보 부호에 한하지 않고 LDPC(low density parity check code)이나 기타 길쌈(convolution) 부호 등에도 본 발명의 기술적 사상은 그대로 적용할 수 있다.
직렬-병렬 변환기(120)는 채널 인코더(110)에서 출력되는 직렬 형태의 부호화된 데이터를 병렬 형태의 데이터로 바꾼다.
맵퍼(130-1, ..., 130-Nt)는 각 부호화된 데이터를 정해진 변조 방식(Modulation scheme)에 따라 변조한 심벌을 제공한다. 즉 부호화된 데이터는 맵퍼(130-1, ..., 130-Nt)에 의해 진폭과 위상 성상(constellation)에 따른 위치를 표현하는 심벌로 맵핑된다. 변조 방식에는 제한이 없으며, m-PSK(m-quadrature phase shift keying) 또는 m-QAM(m-quadrature amplitude modulation)을 사용할 수 있다. 예를 들어, m-PSK는 BPSK, QPSK 또는 8-PSK 일 수 있다. m-QAM은 16-QAM, 64-QAM 또는 256-QAM 일 수 있다.
IFFT부(140-1, ..., 140-Nt)는 주파수 영역 상의 심벌들을 역 고속 푸리에 변환하여 시간 영역의 샘플(xk, 1≤k≤Nt, 이하에서 OFDM 심벌이라 함)로 변환한다. IFFT부(140-1, ..., 140-Nt)는 어떤 형태의 역 이산 푸리에 변환(inverse discrete Fourier transform)도 행할 수 있다. 제1 IFFT부(140-1)는 제1 시간 영역 샘플(x1)을 발생시킬 수 있다. 제2 IFFT부(140-2)는 제2 시간 영역 샘플(x2)을 발생시킬 수 있다. 제Nt IFFT부(104-Nt)는 제Nt 시간 영역 샘플(xNt)을 발생시킬 수 있다.
시간 지연기(150-1, ..., 150-Nt)는 IFFT부(140-1, ..., 140-Nt)에서 출력되는 시간 영역 샘플(xk)을 지연시켜 시간 지연 샘플(xk')을 발생시킨다. 제1 시간 지연기(150-1)는 제1 시간 영역 샘플(x1)을 제1 지연 주기(delay period; Δ1)만큼 지연시켜 제1 시간 지연 샘플(x1')을 발생시킬 수 있다. 제2 시간 지연기(150-2)는 제2 시간 영역 샘플(x2)을 제2 지연 주기(Δ2)만큼 지연시켜 제2 시간 지연 샘플(x2')을 발생시킬 수 있다. 제Nt 시간 지연기(150-Nt)는 제Nt 시간 영역 샘플(xNt)을 제Nt 지연 주기(ΔNt)만큼 지연시켜 제Nt 시간 지연 샘플(xNt')을 발생시킬 수 있다.
시간 지연기(150-1, ..., 150-Nt)는 시간 영역 샘플(xk)을 순환 지연시킬 수 있다. 순환 지연은 제1 시간 영역 샘플(x1)을 제1 지연 주기(Δ1)만큼 지연시키는 경우, 지연되어 밀려나는 샘플의 뒷부분을 다시 샘플의 첫부분에 첨부하는 방식으 로 제1 시간 지연 샘플(x1')을 발생시키는 것을 말한다. 즉 심벌의 유효 길이를 넘어서는 샘플을 심벌의 처음 부분으로 다시 끼워 넣는다.
시간 지연기(150-1, ..., 150-Nt)의 동작을 수식으로 표현하면, 다음 수학식 1과 같다.
Figure 112006081997958-PAT00001
여기서, 지연 주기(Δk)는 제k 안테나에서 전송되는 심벌의 시간 영역에서의 지연 주기를 말한다.
지연 주기(Δk)에 따라 주파수 선택성이 달라지므로 채널 환경에 따라 지연 주기(Δk)를 다양한 방식으로 설정할 수 있다. 지연 주기(Δk)는 각 안테나별로 서로 다른 값을 가질 수 있고, 모두 같은 값을 가질 수 있다. 지연 주기(Δk)는 각 안테나별로 순차적으로 증가할 수 있다. 예를 들어, Δk = Δk-1 + C (C는 상수)와 같이 정할 수 있다. 지연 주기(Δk)는 시간이나 사용자에 따라 바뀔 수도 있다. 지연 주기(Δk)를 정하는 방식에는 제한이 없으며, 기타 다양한 방식이 가능하다.
지연 주기(Δk) 중 적어도 하나는 0을 가질 수 있다. 즉 다수의 안테나(190-1, ..,., 190-Nt)를 통해 전송되는 심벌 중 일부 심벌에 대해서만 지연시킬 수 있다.
위상 변환기(160-1, ..., 160-Nt)는 시간 지연기(150-1, ..., 150-Nt)에서 출력되는 지연 샘플(xk')의 위상을 변환하여 위상 변환 샘플(xk")을 발생시킨다. 제1 위상 변환기(160-1)는 제1 지연 샘플(x1')을 제1 위상 주기(phase period; f1)만큼 이동시켜(shift) 제1 위상 변환 샘플(x1")을 발생시킬 수 있다. 제2 위상 변환기(160-2)는 제2 지연 샘플(x2')을 제2 위상 주기(f2)만큼 이동시켜 제2 위상 변환 샘플(x2")을 발생시킬 수 있다. 제Nt 위상 변환기(160-Nt)는 제Nt 지연 샘플(xNt')을 제Nt 위상 주기(fNt)만큼 지연시켜 제1 위상 변환샘플(xNt")을 발생시킬 수 있다.
위상 변환기(160-1, ..., 160-Nt)는 지연 샘플(xk')의 위상을 순환 변환시킬 수 있다. 순환 변환은 제1 지연 샘플(x1')을 제1 위상 주기(f1)만큼 이동시키는 경우, 쉬프트되어 밀려나는 샘플 부분을 이동되어 새로 만들어지는 샘플 부분에 첨부하는 방식으로 제1 위상 변환 샘플(x1")을 발생시키는 것을 말한다.
위상 변환기(160-1, ..., 160-Nt)의 동작을 수식으로 표현하면, 다음 수학식 2과 같다.
Figure 112006081997958-PAT00002
여기서, 제k 위상 주기(fk)는 제k 안테나에서 전송되는 심벌의 시간 영역에 서의 위상이 변환되는 주기를 말한다. 즉 위상 변환기(160-1, ..., 160-Nt)는 시간 영역 샘플들에 대해
Figure 112006081997958-PAT00003
만큼의 위상 변화를 가한다.
위상 주기(fk)에 따라 시간 선택성이 달라지므로 채널 환경에 따라 위상 주기(fk)를 다양한 방식으로 설정할 수 있다. 위상 주기(fk)는 각 안테나별로 서로 다른 값을 가질 수 있고, 모두 같은 값을 가질 수 있다. 또는 위상 주기(fk)는 순차적으로 증가할 수 있다. 예를 들어, fk = fk -1 + C (C는 상수)와 같이 정할 수 있다. 위상 주기(fk)는 시간이나 사용자에 따라 바뀔 수도 있다. 위상 주기(fk)를 정하는 방식에는 제한이 없으며, 기타 다양한 방식이 가능하다.
위상 주기(fk) 중 적어도 하나는 0을 가질 수 있다. 즉 다수의 안테나(190-1, ..,., 190-Nt)를 통해 전송되는 심벌 중 일부 심벌에 대해서만 위상을 변환시킬 수 있다.
CP 삽입기(170-1, ..., 170-Nt)는 시간 영역 샘플에 부반송파간 간섭과 심벌간 간섭을 제거하기 위한 CP를 삽입한다. CP가 삽입된 샘플은 각각의 안테나(190-1, ..., 190-Nt)를 통해 전송된다.
상술한 지연 주기(Δk) 또는 위상 주기(fk)는 시간에 따라 달라질 수 있다. 이를 식으로 표현하면 수학식 3과 같다. 매 OFDM 심벌마다 k번째 안테나에서 처리되는 지연 주기(Δk) 또는 위상 주기(fk)는 달라질 수 있다.
Figure 112006081997958-PAT00004
지연 주기(Δk) 또는 위상 주기(fk)는 사용자에 따라 달라질 수 있다. 이를 식으로 표현하면 수학식 4와 같다. k번째 안테나에서 처리되는 지연 주기(Δk) 또는 위상 주기(fk)는 사용자 uj에 따라 달라질 수 있다.
Figure 112006081997958-PAT00005
한편, 수신기(200)는 CP 제거기(210-1, ..., 210-Nr), FFT부(fast Fourier transform unit; 220-1, ..., 220-Nr), 디맵퍼(demapper; 230-1, ..., 230-Nr), 병렬-직렬 변환기(240) 및 채널 디코더(channel decoder; 250)를 포함한다. 수신기(200)는 Nr개(Nr≥1)의 안테나(290-1, .. 290-Nr)를 포함한다.
수신기(200)의 안테나(290-1, ..., 290-Nr)는 하나(Nr=1) 또는 복수(Nr>1)일 수 있다. 1개의 안테나를 갖는 수신기(200)는 하나의 CP 제거기, 하나의 FFT부, 하나의 디맵퍼를 가진다. 즉 본 발명에 따른 통신 시스템은 다중 입력 다중 출력(multiple-input multiple-output; MIMO) 시스템 또는 다중 입력 싱글 출력(multiple-input single-output; MISO) 시스템일 수 있다. MIMO 시스템은 다수의 전송 안테나와 다수의 수신 안테나를 사용한다. MISO 시스템은 다수의 전송 안테나 와 하나의 수신 안테나를 사용한다.
안테나(290-1, ..., 290-Nr)에서 수신된 신호로부터 CP 제거기(210-1, ..., 210-Nr)는 CP를 제거한다. CP가 제거된 샘플은 FFT부(220-1, ..., 220-Nr)에 의해 주파수 영역에서의 심벌로 변환된다. 디맵퍼(230-1, ..., 230-Nr)는 주파수 영역의 심벌로부터 부호화된 데이터로 디맵핑한다. 병렬-직렬 변환기(240)는 병렬 데이터를 직렬 데이터로 변환한다. 채널 디코더(250)는 정해진 디코딩 방식에 따라 부호화된 데이터를 디코딩한다.
Nt개의 안테나를 통해 전송된 신호가 겪는 채널의 주파수 응답은 다음 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112006081997958-PAT00006
여기서, Hk (1≤k≤Nt)은 k번째 안테나에 대한 채널의 주파수 응답이다. 즉 시간 영역에서 시간 지연기(150-1, ..., 150-Nt)에 의한 시간 지연과 위상 변환기(160-1, ..., 160-Nt)에 의한 위상 변환으로 인해, 주파수 응답에서 위상 주기(fk)만큼의 주파수 지연과 지연 주기(Δk)만큼의 위상 변환이 나타난다. 수학식 5의 주파수 응답을 동등한 채널의 시간 응답으로 나타내면 수학식 6과 같다.
Figure 112006081997958-PAT00007
시간 영역에서 시간 지연기(150-1, ..., 150-Nt)에 의한 시간 지연과 위상 변환기(160-1, ..., 160-Nt)에 의한 위상 변환으로 인해, 시간 응답에서 위상 주기(fk)만큼의 위상 변환과 지연 주기(Δk)만큼의 시간 지연이 나타난다.
본 발명에서는 심벌에 대해 시간 영역에서 시간을 지연시킬 뿐만 아니라, 위상을 변환시켜 전송한다. 따라서, 시간 지연으로 인한 주파수 선택성을 높일 뿐 아니라, 위상 변환으로 인한 시간 선택성을 높일 수 있다.
일반적인 OFDM/OFDMA(orthogonal frequency division multiple access) 시스템에서는 주파수 영역에서의 스케줄링을 통해 다중 사용자 다이버시티를 얻는다. 이러한 다중 사용자 다이버시티는 주파수 선택성을 증가시키기 위한 주파수 다이버시티와 서로 트레이드-오프(trade-off) 관계에 있다고 할 수 있다. 즉 다중 사용자 다이버시티 이득을 증가시키면 주파수 다이버시티 이득을 감소될 수밖에 없다. 본 발명에 의하면 기존의 트레이드-오프 관계를 상쇄시킬 수 있다. 즉 주파수 영역에서의 다이버시티 이득을 확보하지 못하더라도 시간 영역에서 다이버시티 이득으로 대체할 수 있으므로 시스템의 다이버시티 이득과 다중 사용자 다이버시티 이득을 동시에 확보할 수 있다.
또한, 각각의 전송 안테나별로 전송되는 샘플들은 시간 영역에서 차등적으로 지연되어 수신기에 도달되므로 수신기에서 샘플을 검출하는 데 따른 복잡도를 줄일 수 있다.
다음 수학식 7은 채널의 주파수 응답이 안테나 간에 변화가 없는 경우를 나 타낸다.
Figure 112006081997958-PAT00008
채널의 주파수 응답이 안테나 간에 변화가 없는 경우 해당 안테나별로 시간 영역에서 독립적으로 시간 지연을 시킬 수 있다. 시간 지연으로 인한 채널의 변화를 인위적으로 가하여 주파수 영역에서의 다이버시티를 얻는다.
다음 수학식 8은 채널의 시간 응답이 안테나 간에 변화가 없는 경우를 나타낸다.
Figure 112006081997958-PAT00009
채널의 시간 응답이 안테나 간에 변화가 없는 경우 해당 안테나별로 시간 영역에서 독립적으로 위상 변환을 시킬 수 있다. 위상 변환으로 인한 채널의 변화를 인위적으로 가하여 시간 영역에서의 다이버시티를 얻는다.
본 발명에서 의하면 시간 영역에서의 다이버시티와 주파수 영역에서의 다이버시티를 적응적으로 조절할 수 있다. 따라서 주파수 영역에서의 다이버시티 이득을 확보하지 못하더라도 시간 영역에서의 다이버시티 이득을 확보할 수 있으므로 전체 시스템의 다이버시티 이득을 확보할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 송수신기를 나타낸 블록도이다. 여기서, 송수신기(transceiver)는 기지국의 일부분일 수 있고, 단말의 일부분일 수 있다.
도 2를 참조하면, 도 1의 전송기(100)에서 송수신기(300)는 수신회로(320)와 제어기(330)를 더 포함한다.
수신회로(320)는 수신기(미도시)로부터 전송된 신호를 안테나(319-1, .., 319-Nt)를 통해 받아들인다. 수신회로(320)는 수신 신호를 디지털화하여 제어기(330)로 보낸다.
제어기(330)는 수신회로(320)에서 수신되는 수신 신호로부터 귀환 정보를 추출한다. 귀환 정보를 추출하는 동작에는 일반적인 복조와 디코딩을 포함한다.
귀환 정보에는 도플러 주파수(Doppler frequency)와 지연 확산(delay spread)을 포함할 수 있다. 이를 통해 제어기(330)는 시간 지연기(315-1, ..., 315-Nt)의 지연 주기(Δk)와 위상 변환기(316-1, ..., 316-Nt)의 위상 주기(fk)를 적응적으로 조절할 수 있다.
귀환 정보에는 CQI(channel quality information)를 포함할 수 있다. CQI를 통해 제어기는 MCS(modulation and coding scheme)를 결정하여, 채널 인코더(311)로 코딩 방식을 제공하고, 맵퍼(313-1, ..., 313-Nt)로 변조 방식을 제공할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전송기를 나타낸 블록도이다.
도 3을 참조하면, 전송기(410)와 도 1의 전송기(100)와의 차이점은 위상 변환기만 배치된 것이다.
전송기(410)는 OFDM 심벌에 대해 위상 변환기(416-1, ..., 416-Nt)를 통해 위상 주기(fNt)만큼 위상을 변환시킨다. 위상이 변환된 샘플은 CP 삽입기(417-1, ..., 417-Nt)에 의해 CP가 삽입되어, 각 안테나(419-1, ..., 419-Nt)를 통해 전송된다. 시간 지연없이 위상만을 변환시켜 시간 선택성만을 향상시킬 수 있다.
다른 실시예로, 위상 변환기(416-1, ..., 416-Nt)와 CP 삽입기(417-1, ..., 417-Nt)의 배치는 서로 바뀔 수 있다. 즉 OFDM 심벌에 CP를 삽입한 후 위상을 변환시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전송기를 나타낸 블록도이다.
도 4를 참조하면, 전송기(420)와 도 1의 전송기(100)와의 차이점은 위상 변환기(425-1, ..., 425-Nt)와 시간 지연기(426-1, ..., 426-Nt)의 위치가 바뀐 것이다.
전송기(420)는 OFDM 심벌에 대해 위상 변환기(425-1, ..., 425-Nt)를 통해 위상 주기(fNt)만큼 위상을 변환시킨다. 위상이 변환된 샘플들을 시간 지연기(426-1, ..., 426-Nt)에 의해 지연 주기(Δk)만큼 지연시킨다. 시간이 지연된 샘플은 CP 삽입기(427-1, ..., 427-Nt)에 의해 CP가 삽입되어, 각 안테나(429-1, ..., 429-Nt)를 통해 전송된다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전송기를 나타낸 블록도이다.
도 5를 참조하면, 전송기(440)와 도 1의 전송기(100)와의 차이점은 CP 삽입기(445-1, ..., 445-Nt)가 시간 지연기(446-1, ..., 446-Nt)와 위상 변환기(447-1, ..., 447-Nt)의 전단에 배치된 것이다.
전송기(420)는 OFDM 심벌에 대해 먼저 CP 삽입기(445-1, ..., 445-Nt)를 통해 CP를 삽입한다. CP가 삽입된 샘플들을 시간 지연기(446-1, ..., 446-Nt)에 의해 지연 주기(Δk)만큼 지연시킨다. 시간이 지연된 샘플들을 위상 변환기(447-1, ..., 447-Nt)에 의해 위상 주기(fNt)만큼 위상을 변환시킨다.
CP 삽입기, 시간 지연기, 위상 변환기의 배치는 상술한 실시예들에 한정되지 않고, 서로 교환될 수 있다(permutate). 일 실시예에서, 시간 지연기, CP 삽입기, 위상 변환기의 순으로 배치할 수 있다. 이 경우 시간이 지연된 샘플들에 대해 CP를 삽입한다. CP가 삽입된 샘플들에 대해 위상을 변환시킨다. 다른 실시예에서, CP 삽입기, 위상 변환기, 시간 지연기의 순으로 배치할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 위상 변환기, CP 삽입기, 시간 지연기의 순으로 배치할 수 있다.
한편, 시간 영역과 주파수 영역 사이에는 쌍대성(duality)이 존재한다. 이를 수식으로 표현하면 수학식 9와 같다.
Figure 112006081997958-PAT00010
시간 영역에서의 시간 지연은 주파수 영역에서의 위상 변화와 대등하고(equivalent), 시간 영역에서의 위상 변화는 주파수 영역에서의 주파수 지연과 대등하다. 시간 영역과 주파수 영역의 쌍대성을 이용하여 본 발명의 기술적 사상은 주파수 영역에서도 용이하게 구현될 수 있다.
수학식 9에서는 설명을 명확히 하기 위해 동일한 기호로 표시하고 있으나, 시간 영역에서의 지연 주기(△k)와 대등한 주파수 영역에서의 위상 주기(△k)는 서로 다른 값을 가질 수 있고, 시간 영역에서의 위상 주기(fk)와 대등한 주파수 영역세의 주파수 지연(fk)는 서로 다른 값을 가질 수 있다. 예를 들어,
Figure 112006081997958-PAT00011
의 함수를 가질 수 있다. 그러나 시간 영역에서의 시간 주기나 위상 주기로부터 주파수 영역에서의 위상 주기나 지연 주기를 얻기 위해 기타 다양한 함수를 사용할 수 있다.
이하에서, 주파수 영역 상에 구현되는 실시예에 대해 설명한다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전송기를 나타낸 블록도이다.
도 6을 참조하면, 전송기(500)는 위상 변환기(504-1, ..., 504-Nt)와 주파수 지연기(505-1, ..., 505-Nt)가 IFFT부(506-1, ..., 506-Nt)의 전단에 배치된다.
위상 변환기(504-1, ..., 504-Nt)는 맵퍼(503-1, ..., 503-Nt)에서 출력되는 심벌의 위상을 변환한다. 위상 변환기(504-1, ..., 504-Nt)는 주파수 영역에서 위상을 변환하며, 시간 영역상의 도 1의 시간 지연기(150-1, ..., 150-Nt)와 대등하다고 할 수 있다. 제1 위상 변환기(504-1)는 제1 심벌을 제1 위상 주기(Δ1)만큼 이동시킨다. 제2 위상 변환기(504-2)는 제2 심벌을 제2 위상 주기(Δ2)만큼 지연시킨다. 제Nt 위상 변환기(504-Nt)는 제Nt 심벌을 제Nt 위상 주기(ΔNt)만큼 지연시킨 다.
위상 주기(Δk)에 따라 주파수 선택성이 달라지므로 채널 환경에 따라 위상 주기(Δk)를 다양한 방식으로 설정할 수 있다. 위상 주기(Δk)는 서로 다른 값을 가질 수 있고, 모두 같은 값을 가질 수 있다. 또는, 위상 주기(Δk)는 순차적으로 증가할 수 있다. 예를 들어, Δk = Δk-1 + C (C는 상수)와 같이 정할 수 있다. 위상 주기(Δk)는 시간이나 사용자에 따라 바뀔 수도 있다. 위상 주기(Δk)는 수신기(미도시)로부터 수신되는 귀환 정보를 통해 적응적으로 조절할 수 있다. 위상 주기(Δk)를 정하는 방식에는 제한이 없으며, 기타 다양한 방식이 가능하다.
위상 주기(Δk) 중 적어도 하나는 0을 가질 수 있다. 즉 다수의 안테나(509-1, ..., 509-Nt)를 통해 전송되는 심벌 중 일부 심벌에 대해서만 위상을 변환시킬 수 있다.
주파수 지연기(505-1, ..., 505-Nt)는 위상 변환기(504-1, ..., 504-Nt)에서 출력되는 위상 변환 심벌의 주파수를 지연시킨다. 주파수 지연기(505-1, ..., 505-Nt)는 주파수 영역에서 주파수를 지연시키며, 시간 영역 상의 도 1의 위상 변환기(160-1, ..., 160-Nt)와 대등하다고 할 수 있다. 제1 주파수 지연기(505-1)는 제1 위상 변환 심벌을 제1 주파수 지연(f1)만큼 지연시킨다. 제2 주파수 지연기(505-2)는 제2 위상 변환 심벌을 제2 주파수 지연(f2)만큼 지연시킨다. 제Nt 주파수 지연 기(505-Nt)는 제Nt 위상 변환 심벌을 제Nt 주파수 지연(fNt)만큼 지연시킨다.
주파수 지연(fk)에 따라 시간 선택성이 달라지므로 채널 환경에 따라 주파수 지연(fk)을 다양한 방식으로 설정할 수 있다. 주파수 지연(fk)은 각 안테나별로 서로 다른 값을 가질 수 있고, 모두 같은 값을 가질 수 있다. 또는 주파수 지연(fk)은 순차적으로 증가할 수 있다. 예를 들어, fk = fk -1 + C (C는 상수)와 같이 정할 수 있다. 주파수 지연(fk)은 시간이나 사용자에 따라 바뀔 수도 있다. 주파수 지연(fk)을 정하는 방식에는 제한이 없으며, 기타 다양한 방식이 가능하다.
주파수 지연(fk) 중 적어도 하나는 0을 가질 수 있다. 즉 다수의 안테나(190-1, ..,., 190-Nt)를 통해 전송되는 심벌들 중 일부 심벌들에 대해서만 주파수를 지연시킬 수 있다.
IFFT부(506-1, ..., 506-Nt)는 주파수 영역 상의 심벌을 역 고속 푸리에 변환하여 시간 영역의 샘플로 변환한다. CP 삽입기(507-1, ..., 507-Nt)는 시간 영역 샘플에 CP를 삽입한다. CP가 삽입된 샘플은 각각의 안테나(509-1, ..., 509-Nt)를 통해 전송된다.
다른 실시예로, 위상 변환기와 주파수 지연기의 배치는 서로 바꿀 수 있다. 즉, 주파수 지연기, 위상 변환기, IFFT부의 순으로 배치할 수 있다. 이 경우 맵퍼에서 출력된 심벌들은 먼저 주파수가 지연된다. 이어서, 위상이 변환되고, IFFT부에 의해 시간 영역 샘플로 변환된다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전송기를 나타낸 블록도이다.
도 7을 참조하면, 전송기(550)와 도 6의 전송기(500)와의 차이점은 주파수 지연기(555-1, ..., 555-Nt)만 배치된 것이다.
전송기(550)는 맵퍼(553-1, ..., 553-Nt)에서 출력된 심벌에 대해 주파수 지연기(555-1, ..., 555-Nt)를 통해 주파수 지연(fNt)만큼 주파수를 지연시킨다. 주파수가 지연된 샘플은 IFFT부(556-1, ..., 556-Nt)에 의해 시간 영역 샘플로 변환된다. 시간 영역 샘플에는 CP 삽입기(557-1, ..., 557-Nt)에 의해 CP가 삽입되어, 각 안테나(559-1, ..., 559-Nt)를 통해 전송된다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전송기를 나타낸 블록도이다.
도 8을 참조하면, 전송기(560)와 도 6의 전송기(500)와의 차이점은 주파수 영역에서의 위상 변환기(504-1, ..., 504-Nt)를 시간 영역의 시간 지연기(566-1, ..., 566-Nt)로 변환한 것이다.
전송기(560)는 맵퍼(563-1, ..., 563-Nt)에서 출력된 심벌에 대해 주파수 지연기(564-1, ..., 564-Nt)를 통해 주파수 지연(fNt)만큼 주파수를 지연시킨다. 주파수가 지연된 샘플은 IFFT부(565-1, ..., 565-Nt)에 의해 시간 영역 샘플로 변환된다. 시간 영역 샘플은 시간 지연기(566-1, ..., 566-Nt)에 의해 지연 주기(Δk)만큼 지연된다. 시간 지연된 샘플은 CP 삽입기(567-1, ..., 567-Nt)에 의해 CP가 삽입되어, 각 안테나(569-1, ..., 569-Nt)를 통해 전송된다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전송기를 나타낸 블록도이다.
도 9를 참조하면, 전송기(570)와 도 6의 전송기(500)와의 차이점은 주파수 영역에서의 주파수 지연기(505-1, ..., 505-Nt)를 시간 영역의 위상 변환기(576-1, ..., 576-Nt)로 변환한 것이다.
전송기(570)는 맵퍼(573-1, ..., 573-Nt)에서 출력된 심벌에 대해 위상 변환기(574-1, ..., 574-Nt)를 통해 주파수 영역에서 위상 주기(Δk) 만큼 위상을 변환시킨다. 위상 변환된 샘플은 IFFT부(575-1, ..., 575-Nt)에 의해 시간 영역 샘플로 변환된다. 시간 영역 샘플은 위상 변환기(576-1, ..., 576-Nt)에 의해 시간 영역에서 위상 주기(fk)만큼 변환된다. 위상 변환된 샘플은 CP 삽입기(577-1, ..., 577-Nt)에 의해 CP가 삽입되어, 각 안테나(579-1, ..., 579-Nt)를 통해 전송된다.
상기에서는, 각 안테나별로 변조기(예를 들어, IFFT부)를 구비한 통신 시스템에 대하여 상술하고 있다. 이에 따르면, 각 안테나별로 서로 다른 심벌을 전송할 수 있다. 본 발명의 기술적 사상은 각 안테나별로 동일한 심벌을 전송하는 공간 다이버시티 기법에도 그대로 적용할 수 있다. 이하에서는 공간 다이버시티 기법을 활용한 전송기에 대하여 설명한다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전송기를 나타낸 블록도이다.
도 10을 참조하면, 전송기(600)는 채널 인코더(601), 맵퍼(602), IFFT부(604), 시간 지연기(604-1, ..., 604-Nt), 위상 변환기(605-1, ..., 605-Nt) 및 CP 삽입기(606-1, ..., 606-Nt)를 포함한다. 또한, 전송기(600)는 Nt개(Nt>1)의 안 테나들(609-1, ..., 609-Nt)을 포함한다.
채널 인코더(601)는 일련의 정보 비트들을 입력받아, 정해진 코딩 방식에 따라 인코딩하여 부호화된 데이터를 형성한다. 맵퍼(602)는 부호화된 데이터를 정해진 변조 방식에 따라 변조한 심벌을 제공한다. IFFT부(603)는 심벌을 푸리에 변환하여 시간 영역의 샘플(OFDM 심벌)로 변환한다. 하나의 OFDM 심벌은 각 안테나(609-1, ..., 609-Nt)를 통해 반복되어 전송된다.
IFFT부(603)에서 출력되는 OFDM 심벌은 시간 지연기(604-1, ..., 604-Nt)에 의해 지연 주기(Δk)만큼 지연시킨다. 제1 시간 지연기(604-1)는 OFDM 심벌을 제1 지연 주기(Δ1)만큼 지연시킨다. 제2 시간 지연기(604-2)는 OFDM 심벌을 제2 지연 주기(Δ2)만큼 지연시킨다. 제Nt 시간 지연기(604-Nt)는 OFDM 심벌을 제Nt 지연 주기(ΔNt)만큼 지연시킨다.
여기서, 지연 주기(Δk)는 각 안테나별로 서로 다른 값을 가질 수 있고, 모두 같은 값을 가질 수 있다. 지연 주기(Δk)는 순차적으로 증가할 수 있다. 예를 들어, Δk = Δk-1 + C (C는 상수)와 같이 정할 수 있다. 지연 주기(Δk)는 시간이나 사용자에 따라 바뀔 수도 있다. 지연 주기(Δk)를 정하는 방식에는 제한이 없으며, 기타 다양한 방식이 가능하다.
지연 주기(Δk) 중 적어도 하나는 0을 가질 수 있다. 즉 다수의 안테나(609-1, ..,., 609-Nt)를 통해 전송되는 심벌들 중 일부 심벌들에 대해서만 지연시킬 수 있다.
시간 지연기(604-1, ..., 604-Nt)는 OFDM 심벌을 순환적으로 지연(cyclically delay) 시킬 수 있다. 이를 순환 지연 다이버시티라고 한다. 순환 지연 다이버시티에서는 OFDM 심벌의 각 샘플들을 순서대로 순환적으로 변환(shift)시킨다. 이 경우, 시간 지연기(604-1, ..., 604-Nt)는 순환 변환기(cyclic shifter)가 될 수 있다. 순환 변환기는 OFDM 심벌에 포함되는 시간 영역 샘플들을 순환적으로 변환(또는 지연)시킬 수 있다. 심벌의 유효 길이를 넘어서는 샘플을 심벌의 처음 부분으로 다시 끼워 넣는다. 제1 시간 지연기(604-1)는 아무런 지연을 하지 않고(Δ1=0), 이후의 제2 시간 지연기(604-2)부터 순서대로 순환적으로 지연시킬 수 있다.
위상 변환기(605-1, ..., 605-Nt)는 시간 지연기(604-1, ..., 604-Nt)에서 출력되는 지연 샘플들의 위상을 변환시킨다. 제1 위상 변환기(605-1)는 시간 영역 샘플들을 제1 위상 주기(f1)만큼 변환시킨다. 제2 위상 변환기(605-2)는 시간 영역 샘플들을 제2 위상 주기(f2)만큼 변환시킨다. 제Nt 위상 변환기(605-Nt)는 시간 영역 샘플들을 제Nt 위상 주기(fNt)만큼 변환시킨다. 즉 위상 변환기(605-1, ..., 605-Nt)는 해당하는 안테나에서 전송되는 심벌에 대해
Figure 112006081997958-PAT00012
만큼의 위상 변화를 가한다.
위상 주기(fk)는 각 안테나별로 서로 다른 값을 가질 수 있고, 모두 같은 값 을 가질 수 있다. 또는, 위상 주기(fk)는 순차적으로 증가할 수 있다. 예를 들어, fk = fk -1 + C (C는 상수)와 같이 정할 수 있다. 위상 주기(fk)는 시간이나 사용자에 따라 바뀔 수도 있다. 위상 주기(fk)를 정하는 방식에는 제한이 없으며, 기타 다양한 방식이 가능하다.
위상 주기(fk) 중 적어도 하나는 0을 가질 수 있다. 즉 다수의 안테나(609-1, ..,., 609-Nt)를 통해 전송되는 심벌들 중 일부 심벌들에 대해서만 위상을 변환시킬 수 있다.
위상 변환기(605-1, ..., 605-Nt)는 샘플들을 순환적으로 위상 변환시킬 수 있다. 이때, 제1 위상 변환기(605-1)는 아무런 지연을 하지 않고(f1=0), 이후의 제2 위상 변환기(605-2)부터 순서대로 순환적으로 변환시킬 수 있다.
CP 삽입기(606-1, ..., 606-Nt)는 시간 영역 샘플에 부반송파간 간섭과 심벌간 간섭을 제거하기 위한 CP를 삽입한다. CP가 삽입된 샘플은 각각의 안테나(609-1, ..., 609-Nt)를 통해 전송된다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전송기를 나타낸 블록도이다.
도 11을 참조하면, 전송기(630)와 도 10의 전송기(600)와의 차이점은 시간 지연없이 위상 변환기만 배치된 것이다.
전송기(630)는 OFDM 심벌에 대해 위상 변환기(634-1, ..., 634-Nt)를 통해 위상 주기(fNt)만큼 위상을 변환시킨다. 위상이 변환된 샘플들은 CP 삽입기 (637-1, ..., 637-Nt)에 의해 CP가 삽입되어, 각 안테나(639-1, ..., 639-Nt)를 통해 전송된다.
다른 실시예로, 위상 변환기(634-1, ..., 634-Nt)와 CP 삽입기(637-1, ..., 637-Nt)의 배치는 서로 바뀔 수 있다. 즉 OFDM 심벌에 CP를 삽입한 후 위상을 변환시킬 수 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전송기를 나타낸 블록도이다.
도 12를 참조하면, 전송기(650)와 도 10의 전송기(600)와의 차이점은 위상 변환기(654-1, ..., 654-Nt)와 시간 지연기(655-1, ..., 655-Nt)의 위치가 서로 바뀐 것이다.
전송기(650)는 OFDM 심벌에 대해 위상 변환기(654-1, ..., 654-Nt)를 통해 위상 주기(fNt)만큼 위상을 변환시킨다. 위상이 변환된 샘플들을 시간 지연기(655-1, ..., 655-Nt)에 의해 지연 주기(Δk)만큼 지연시킨다. 시간이 지연된 샘플들은 CP 삽입기(656-1, ..., 656-Nt)에 의해 CP가 삽입되어, 각 안테나(659-1, ..., 659-Nt)를 통해 전송된다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전송기를 나타낸 블록도이다.
도 13을 참조하면, 전송기(690)와 도 8의 전송기(600)와의 차이점은 CP 삽입기(694-1, ..., 694-Nt)가 시간 지연기(695-1, ..., 695-Nt)와 위상 변환기(696-1, ..., 696-Nt)의 전단에 배치된 것이다.
전송기(690)는 OFDM 심벌에 대해 먼저 CP 삽입기(694-1, ..., 694-Nt)를 통 해 CP를 삽입한다. CP가 삽입된 샘플들을 시간 지연기(695-1, ..., 695-Nt)에 의해 지연 주기(Δk)만큼 지연시킨다. 시간이 지연된 샘플들을 위상 변환기(696-1, ..., 696-Nt)에 의해 위상 주기(fNt)만큼 위상을 변환시킨다.
CP 삽입기, 시간 지연기, 위상 변환기의 배치는 상술한 실시예들에 한정되지 않고, 서로 교환할 수 있다. 일 실시예에서, 시간 지연기, CP 삽입기, 위상 변환기의 순으로 배치할 수 있다. 이 경우 시간이 지연된 샘플들에 대해 CP를 삽입한다. CP가 삽입된 샘플들에 대해 위상을 변환시킨다. 다른 실시예에서, CP 삽입기, 위상 변환기, 시간 지연기의 순으로 배치할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 위상 변환기, CP 삽입기, 시간 지연기의 순으로 배치할 수 있다.
한편, 시간 영역과 주파수 영역은 쌍대성이 존재한다. 시간 영역에서의 시간 지연은 주파수 영역에서의 위상 변화와 대등하고, 시간 영역에서의 위상 변화는 주파수 영역에서의 주파수 지연과 대등하다. 시간 영역과 주파수 영역의 쌍대성을 이용하여 공간 다이버시티 기법을 사용한 전송기를 주파수 영역에서도 용이하게 구현할 수 있을 것이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 전송 방법을 나타낸 순서도이다.
도 14를 참조하면, IFFT를 수행하여 OFDM 심벌을 준비한다(S110). OFDM 심벌에 대해 시간을 지연시킨다(S120). 시간이 지연된 샘플에 대해 위상을 변환시킨다(S130). 그리고, 위상이 지연된 샘플을 전송한다(S140).
다른 실시예로, OFDM 심벌에 대해 위상을 변환시키고, 시간을 지연시킬 수 있다. 또 다른 실시예로, 상기 시간 영역의 OFDM 심벌을 준비하기 전 단계인 주파수 영역에서 위상 변환 또는 주파수를 지연시킬 수 있다.
한편, 전송되는 심벌은 위상 변환 및 시간 지연되기 전에 다양한 전처리부호화(precoding)를 거칠 수 있다. 전처리부호화는 안테나 영역 MIMO 신호 처리를 빔(beam) 영역 처리로 변환하는 데 사용된다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전송기를 나타낸 블록도이다.
도 15를 참조하면, 전송기(700)는 전처리부호기(precoder; 701), 주파수 지연기(703-1, .., 703-(Nt-1)), 위상 변환기(704-1, ..., 704-(Nt-1)), IFFT부(705-1, ..., 705-Nt) 및 CP 삽입기(708-1, ..., 708-Nt)를 포함한다. 또한, 전송기(700)는 Nt(Nt>1)개의 전송 안테나(709-1, ..., 709-Nt)를 포함한다.
전처리부호기(701)는 M개의 입력 심벌을 전처리부호화한다. 전처리부호를 통해 M개의 입력 심벌은 물리적인 안테나 수에 따른 Nt개의 심벌로 변환된다. 전처리부호는 다양한 기법이 사용될 수 있으며, 이와 관련하여 후술한다. 입력 심벌은 채널 부호화되고 맵퍼를 통해 성상 맵핑된 심벌일 수 있다.
전처리 부호기(701)의 출력 심벌 중 첫번째 심벌은 IFFT부(705-1)에 의해 IFFT를 수행하여 시간 영역 심벌이 된다. 두번째 심벌부터는 주파수 지연기(703-1, .., 703-(Nt-1))와 위상 변환기(704-1, ..., 704-(Nt-1))에 의해 순환 지연과 순환 위상 변환을 차등적으로 부가하고, IFFT부(705-2, ..., 705-Nt)에 의해 IFFT를 수행하여 시간 영역 심벌이 된다. 시간 영역 심벌은 CP 삽입기(708-1, ..., 708-Nt)에 의해 CP가 삽입되어 전송 안테나(709-1, ..., 709-Nt)를 통해 전송된다.
다른 실시예로, 주파수 지연기(703-1, .., 703-(Nt-1))와 위상 변환기(704-1, ..., 704-(Nt-1))는 서로 위치가 교환될 수 있다. 즉 전처리부호화된 심벌에 대해 위상 변환을 먼저 수행하고, 주파수 지연을 수행할 수 있다.
주파수 영역상에서 주파수 지연기(703-1, .., 703-(Nt-1))와 위상 변환기(704-1, ..., 704-(Nt-1))의 동작은 다음 수학식 10과 같은 행렬로 나타낼 수 있다.
Figure 112006081997958-PAT00013
여기서,
Figure 112006081997958-PAT00014
는 k번째 톤(부반송파)에서 i+1 전송 안테나를 통해 전송되는 심벌을 주파수 지연(fi) 만큼 순환 지연시키는 것을 의미하는 순환 델타 함수를 나타내고,
Figure 112006081997958-PAT00015
은 k번째 톤에서 위상 주기(Δi) 만큼 순환 변환시키는 것을 나타낸다. 상기 Q 행렬은 Nt×Nt로 k번째 부반송파에서의 주파수 영역에서의 심벌을 출력한다. Q 행렬에 의하면 주파수 지연과 위상 주기를 통해 시간 선택성과 주 파수 선택성을 조절할 수 있으므로, Q 행렬은 시간-주파수 선택성 조절을 나타내는 행렬이라 할 수 있다.
전송 안테나가 2인 경우를 Q 2 , 전송 안테나가 4개인 경우를 Q 4 라 할 때, 수학식 10으로부터 Q 2 와 Q 4 는 수학식 11과 같이 각각 나타낼 수 있다.
Figure 112006081997958-PAT00016
Figure 112006081997958-PAT00017
이하에서는 전처리부호에 대하여 설명한다.
전처리부호는 유니터리 행렬(unitary matrix)을 사용할 수 있다. 유니터리 행렬의 일종인 푸리에 행렬(Fourier matrix)은 다음 수학식 12의 개체(entry) pmn 를 갖는 L×L 행렬이다.
Figure 112006081997958-PAT00018
여기서, m,n = 0, 1, ..., (L-1) 이다. 따라서, 2×2 푸리에 행렬은 다음 수 학식 13과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112006081997958-PAT00019
여기서,
Figure 112006081997958-PAT00020
는 전송 심벌 파워의 노멀(normal) 상수이다.
4×4 푸리에 행렬은 다음 수학식 14와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112006081997958-PAT00021
다중 전처리부호 행렬의 개체는 푸리에 행렬에서 변환 파라미터 g/G를 통해 다음 수학식 15와 같이 정의할 수 있다.
Figure 112006081997958-PAT00022
여기서, m,n = 0, 1, ..., (L-1) 이다. 예를 들어, 4개의 푸리에 행렬은 G=4를 취함으로써 정의될 수 있다. g=0,1,2,3 을 갖는 이 4개의 행렬은 다음 수학식 16과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112006081997958-PAT00023
Figure 112006081997958-PAT00024
Figure 112006081997958-PAT00025
Figure 112006081997958-PAT00026
이하에서는 전처리부호 행렬과 시간-주파수 선택성 조절을 나타내는 행렬을 함께 고려한다. 전처리부호 행렬 P와 시간-주파수 선택성 조절을 나타내는 행렬 Q를 결합한 형태를 복합 전처리부호 행렬(composite precoding matrix) C라 한다.
도 16은 전송 안테나의 수가 2인 경우 전처리부호를 나타내는 예시도이다.
도 16을 참조하면, 전송 안테나의 수가 2 (Nt=2) 일 때 복합 전처리 부호 행렬 C 2 는 다음 수학식 17과 같다.
Figure 112006081997958-PAT00027
Figure 112006081997958-PAT00028
전송 다이버시티를 구현하기 위해 k번째 톤에 한 쌍의 심벌 S1이 전처리부호기(701)로 입력된다고 한다면 각 안테나(709-1, 709-2)를 통해 전송되는 심벌 {Nt1, Nt2} 은 다음 수학식 18과 같다.
Figure 112006081997958-PAT00029
( )T는 행렬의 전치(tranpose)를 나타낸다. 수학식 18은 입력 심벌에 대해 전처리부호화하고, 다시 시간-주파수 선택성을 가해서 전송 안테나를 통해 전송하는 것을 나타낸다.
도 17은 전송 안테나의 수가 4인 경우 전처리부호를 나타내는 예시도이다.
도 17을 참조하면, 전송 안테나의 수가 4 (Nt=4) 일 때 복합 전처리 부호 행렬 C 4 는 다음 수학식 19와 같다.
Figure 112006081997958-PAT00030
Figure 112006081997958-PAT00031
전송 다이버시티를 구현하기 위해 k번째 톤에 4개의 동일한 심벌 S1이 전처리부호기(701)로 입력된다고 한다면 각 전송 안테나(709-1, 709-2, 709-3, 709-4)를 통해 전송되는 심벌 {Nt1, Nt2, Nt3, Nt4} 은 다음 수학식 20과 같다.
Figure 112006081997958-PAT00032
Figure 112006081997958-PAT00033
전송 안테나(709-1, 709-2, 709-3, 709-4)의 수에 해당하는 동일한 심벌에 대해 전처리부호화를 행하고, 이를 적응적으로 시간-주파수 선택성 처리를 가한다. 이어서, 각 전송 안테나(709-1, 709-2, 709-3, 709-4)마다 FFT를 수행한 후 CP를 삽입하고 전송 안테나별로 전송한다.
본 발명에 따른 적응적 시간-주파수 선택성 조절기는 시간 영역과 주파수 영역에서 각각 독립적으로 작용하는 채널들에 대해 시스템이 요구하는 해당 차원에서의 다이버시티 및 다중 사용자 다이버시티를 효율적으로 제공할 수 있는 방식이다. 본 발명을 통해서 주파수 영역에서의 다이버시티 이득을 확보하지 못할 경우 시간 영역에서의 다이버시티 이득으로 대체할 수 있기 때문에 시스템의 다이버시티 이득과 다중 사용자 이득을 동시에 확보할 수 있다. 또한, 적응적 시간-주파수 선택성과 전처리 부호화를 결합한 행렬 표기는 송수신기의 분석과 다양한 성능 해석을 보다 명확하게 표현할 수 있는 도구로서 적용할 수 있을 것이다.
또한, 수신기에서의 복잡도는 각각의 전송 안테나별로 전송되는 심벌이 시간 영역에서 차등적으로 지연되어 수신기에 도달함으로써, 단일 안테나를 통해 전송했을 때와 거의 동일한 검출 복잡도만으로 충분한 장점 또한 갖고 있다. 시간 영역과 주파수 영역에서의 선택성을 효율적으로 적용하면 해당 차원에서의 다이버시티 이득과 다중 사용자 스케줄링 이득까지 모두 확보할 수 있는 방식으로 시스템이 요구하는 다양한 이득을 제공할 수 있다
2개의 전송 안테나에 대한 공간-주파수 블록 코드(space-frequency block code; SFBC)의 경우에 2개의 인접한 부반송파와 2개의 전송 안테나로 전송되는 심 벌은 다음 수학식 21과 같이 주어질 수 있다.
Figure 112006081997958-PAT00034
Figure 112006081997958-PAT00035
여기서, S1 * 와 S2 * 는 각각 S1와 S2의 켤레 복소수(complex conjugate)이다. Nt1 1는 제1 안테나에서 첫번째 부반송파를 통해 전송되는 심벌, Nt1 2는 제1 안테나에서 두번째 부반송파를 통해 전송되는 심벌, Nt2 1는 제2 안테나에서 첫번째 부반송파를 통해 전송되는 심벌, Nt2 2는 제2 안테나에서 두번째 부반송파를 통해 전송되는 심벌이다.
상기 수학식 21은 2개의 전송 안테나에 대한 시공간 블록 코드(space-time block code; STBC)로 용이하게 확장될 수 있다. STBC에 있어서, Nt1 1는 제1 안테나에서 첫번째 타임슬롯을 통해 전송되는 심벌, Nt1 2는 제1 안테나에서 두번째 타임슬 롯을 통해 전송되는 심벌, Nt2 1는 제2 안테나에서 첫번째 타임슬롯을 통해 전송되는 심벌, Nt2 2는 제2 안테나에서 두번째 타임슬롯을 통해 전송되는 심벌이 된다.
4개의 전송 안테나에 대한 SFBC의 경우에 다음 수학식 22과 같이 주어질 수 있다.
Figure 112006081997958-PAT00036
상술한 예에 한정되지 않고, 다양한 전송 안테나의 수와 다양한 SFBC 기법에 본 발명의 기술적 사상은 적용될 수 있다.
2개의 전송 안테나에 대한 FSTD(frequency-switched transmit diversity)는 다음 수학식 23과 같이 주어질 수 있다.
Figure 112006081997958-PAT00037
Figure 112006081997958-PAT00038
여기서, Nt1 1는 제1 안테나에서 첫번째 부반송파를 통해 전송되는 심벌, Nt1 2는 제1 안테나에서 두번째 부반송파를 통해 전송되는 심벌, Nt2 1는 제2 안테나에서 첫번째 부반송파를 통해 전송되는 심벌, Nt2 2는 제2 안테나에서 두번째 부반송파를 통해 전송되는 심벌이다.
4개의 전송 안테나에 대한 FSTD(frequency-switched transmit diversity)는 다음 수학식 24와 같이 주어질 수 있다.
Figure 112006081997958-PAT00039
Figure 112006081997958-PAT00040
여기서, Nti j 는 i번째 안테나와 j번째 부반송파(i=1,2,3,4, j=1,2,3,4)로 전송되는 심벌이다.
4개의 전송 안테나에 대해 SFBC와 FSTD를 결합한 경우에 다음 수학식 25와 같이 주어질 수 있다.
Figure 112006081997958-PAT00041
여기서, Nti j 는 i번째 안테나와 j번째 부반송파(i=1,2,3,4, j=1,2,3,4)로 전송되는 심벌이다.
전처리부호는 상술한 예에 한정되지 않고 기타 다양한 기법을 적용할 수 있다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전송기를 나타낸 블록도이다.
도 18을 참조하면, 전송기(710)는 전처리부호기(711), 주파수 지연기(713-1, .., 713-(Nt-1)), IFFT부(715-1, ..., 715-Nt) 및 CP 삽입기(718-1, ..., 718-Nt)를 포함한다. 전송기(710)는 도 15의 전송기(500)와 달리 주파수 지연만을 수행한다.
전처리부호기(711)는 M개의 입력 심벌을 전처리부호화한다. 전처리 부호기(711)의 출력 심벌 중 첫번째 심벌은 IFFT부(715-1)에 의해 IFFT를 수행하여 시간 영역 심벌이 된다. 두번째 심벌부터는 주파수 지연기(713-1, .., 713-(Nt-1))에 의해 순환 주파수 지연되고, IFFT부(715-2, ..., 715-Nt)에 의해 IFFT를 수행하여 시간 영역 심벌이 된다. 시간 영역 심벌은 CP 삽입기(718-1, ..., 718-Nt)에 의해 CP가 삽입되어 안테나(719-1, ..., 719-Nt)를 통해 전송된다. 주파수 영역에서 주파수 지연을 통해 시간 선택성을 높일 수 있다.
주파수 영역상에서 주파수 지연기(713-1, .., 713-(Nt-1))의 동작은 다음 수학식 26과 같은 행렬로 나타낼 수 있다.
Figure 112006081997958-PAT00042
여기서,
Figure 112006081997958-PAT00043
는 k번째 톤(부반송파)에서 i+1 전송 안테나를 통해 전송되는 심벌을 주파수 지연(fi) 만큼 순환 지연시키는 것을 의미하는 순환 델타 함수를 나타낸다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전송기를 나타낸 블록도이다.
도 19를 참조하면, 전송기(720)는 전처리부호기(721), IFFT부(725-1, ..., 725-Nt), 시간 지연기(726-1, .., 726-(Nt-1)), 위상 변환기(727-1, ..., 727-(Nt-1)), 및 CP 삽입기(728-1, ..., 728-Nt)를 포함한다. 전송기(720)는 도 15의 전송기(700)의 주파수 영역상의 주파수 지연과 위상 변환과 달리 시간 영역에서 시간 지연과 위상 변환을 수행한다.
전처리부호기(721)는 M개의 입력 심벌을 전처리부호화한다. 전처리 부호기(701)의 출력 심벌은 IFFT부(705-1, ..., 725-Nt)에 의해 IFFT를 수행하여 시간 영역 심벌이 된다. 시간 영역 심벌 중 첫번째 심벌은 CP가 삽입되고 안테나(729-1)를 통해 전송된다. 시간 영역 심벌 중 두번째 심벌부터는 시간 지연기(726-1, .., 726-(Nt-1))와 위상 변환기(727-1, ..., 727-(Nt-1))에 의해 시간 영역에서 순환 지연과 순환 위상 변환이 차등적으로 부가되고, CP가 삽입되어 안테나(709-2, ..., 709-Nt)를 통해 전송된다.
다른 실시예로, 시간 지연기(726-1, .., 726-(Nt-1))와 위상 변환기(727-1, ..., 727-(Nt-1))는 서로 위치가 교환될 수 있다. 즉 시간 영역 심벌에 대해 위상 변환을 먼저 수행하고, 시간 지연을 수행할 수 있다.
주파수 영역과 시간 영역의 쌍대성을 통해 시간 지연과 위상 변환기는 기타 다양하게 배치될 수 있다.
본 발명은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 하드웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하기 위해 디자인된 ASIC(application specific integrated circuit), DSP(digital signal processing), PLD(programmable logic device), FPGA(field programmable gate array), 프로세서, 제어기, 마이크로 프로세서, 다른 전자 유닛 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하는 모듈로 구현될 수 있다. 소프트웨어는 메모리 유닛에 저장될 수 있고, 프로세서에 의해 실행된다. 메모리 유닛이나 프로세서는 당업자에게 잘 알려진 다양한 수단을 채용할 수 있다.
이상 본 발명에 대하여 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시켜 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명은 이하의 특허청구범위의 범위 내의 모든 실시예들을 포함한다고 할 것이다.
상기에서 상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 시간 영역에서의 위상 변환(또는 주파수 영역에서의 주파수 지연)을 통해 채널의 시간 선택성을 얻을 수 있다. 또한, 시간 영역에서의 위상 변환과 시간 지연을 통해 채널의 주파수 선택성과 시간 선택성을 적응적으로 조절할 수 있다. 이 경우 주파수 영역에서의 스케줄링을 통해 얻는 다중 사용자 다이버시티와 주파수 선택성을 증가시키기 위한 주파수 다이버시티와의 트레이드-오프 관계를 주파수 영역에서의 다이버시티 이득을 확보하지 못하더라도 시간 영역에서 다이버시티 이득으로 대체할 수 있으므로 시스템의 다이버시티 이득과 다중 사용자 다이버시티 이득을 동시에 확보할 수 있다.
시간-주파수 선택성과 더불어 전처리 부호화를 결합하여 다이버시티 이득을 추가적으로 얻을 수 있다.

Claims (12)

  1. 복수의 안테나;
    상기 안테나에 연결되는 IFFT부; 및
    상기 IFFT부를 통해 출력되는 시간 영역 심벌에 대해 위상을 변환시키는 위상 변환기를 포함하는 전송기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 시간 영역 심벌에 대해 시간 지연시키는 시간 지연기를 더 포함하는 전송기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 시간 지연기는 시간 영역 심벌을 순환 지연시키는 전송기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상 변환기는 시간 영역 심벌을 순환 변환시키는 전송기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    입력되는 심벌을 전처리부호화하여 상기 IFFT부로 출력하는 전처리부호기를 더 포함하는 전송기.
  6. 복수의 안테나;
    상기 안테나를 통해 전송되는 주파수 영역 심벌에 대해 주파수를 지연시키는 주파수 지연기; 및
    상기 주파수 영역 심벌을 변조하는 IFFT부를 포함하는 전송기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 주파수 영역 심벌에 대해 위상을 변환시키는 위상 변환기를 더 포함하는 전송기.
  8. 제 6 항에 있어서,
    입력되는 심벌을 전처리부호화하여 상기 주파수 영역 심벌로 출력하는 전처리부호기를 더 포함하는 전송기.
  9. 시간 영역 샘플을 준비하는 단계;
    상기 시간 영역 샘플의 위상을 변환하는 단계; 및
    상기 위상이 변환된 시간 영역 샘플을 전송하는 단계를 포함하는 전송 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 위상을 변환하기 전에 상기 시간 영역 심벌의 시간을 지연하는 단계를 더 포함하는 전송 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 위상이 변환된 시간 영역 샘플을 상기 시간 영역 샘플의 시간을 지연하는 단계를 더 포함하는 전송 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 위상을 변환하는 단계는 상기 시간 영역 샘플의 위상을 순환적으로 변환하는 전송 방법.
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