KR20080013665A

KR20080013665A - 다중 안테나를 이용한 전송기

Info

Publication number: KR20080013665A
Application number: KR1020060110326A
Authority: KR
Inventors: 오민석; 조기형; 강승현; 박형호; 성두현; 최진수; 정재훈; 문성호
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2006-08-08
Filing date: 2006-11-09
Publication date: 2008-02-13
Also published as: KR20080013664A; KR101356254B1; EP2057757A1; EP2057757A4; EP2057757B1; WO2008018703A1; KR101356300B1

Abstract

전송기는 입력 심벌에 대해 전처리부호화를 수행하는 전처리부호기, 상기 전처리부호화된 심벌의 주파수를 순환 지연시키는 주파수 지연기, 상기 주파수 지연된 심벌을 시간 영역 심벌로 변환하는 IFFT부 및 상기 시간 영역 심벌을 전송하는 전송 안테나를 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{Trasmitter using multiple antenna}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전송기를 나타낸 블록도이다.

도 2는 전송 안테나의 수가 2인 경우 전처리부호를 나타내는 예시도이다.

도 3은 전송 안테나의 수가 4인 경우 전처리부호를 나타내는 예시도이다.

도 4는 전송 안테나의 수가 2인 경우 공간 다중화되는 전처리부호를 나타내는 예시도이다.

도 5는 전송 안테나의 수가 4이고, 전송률이 4인 공간 다중화된 전처리부호를 나타내는 예시도이다.

도 6은 전송 안테나의 수가 4이고, 전송률이 2인 공간 다중화된 전처리부호를 나타내는 예시도이다.

도 7은 전송 안테나의 수가 4이고, 전송률이 3인 공간 다중화된 전처리부호를 나타내는 예시도이다.

도 8은 본 발명의 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 또 다른 실시예에 따른 전송기를 나타낸 블록도이다.

도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전송기를 나타낸 블록도이다.

도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 전송 방법을 나타낸 순서도이다.

** 도면의 주요부분의 부호에 대한 설명 **

104 : 전처리부호기

105-Nt : 주파수 지연기

106-Nt : 위상 변환기

본 발명은 전송기에 관한 것으로 보다 상세하게는 다중 안테나를 이용한 전송기에 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 전송기를 제공하는 데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 시간-주파수 선택성을 높이는 다중 안테나를 이용한 전송기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 일 양태에 따른 전송기는 입력 심벌에 대해 전처리부호화를 수행하는 전처리부호기, 상기 전처리부호화된 심벌의 주파수를 순환 지연시키는 주파수 지연기, 상기 주파수 지연된 심벌을 시간 영역 심벌로 변환하는 IFFT부 및 상기 시간 영역 심벌을 전송하는 전송 안테나를 포함한다.

본 발명의 다른 양태에 따른 전송기는 입력 심벌에 대해 전처리부호화를 수행하는 전처리부호기, 상기 전처리부호화된 심벌을 시간 영역 심벌로 변환하는 IFFT부, 상기 시간 영역 심벌의 위상을 순환 변환시키는 위상 변환기 및 상기 위상 변환된 심벌을 전송하는 전송 안테나를 포함한다.

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 통신을 의미하며, 상향링크는 단말에서 기지국으로의 통신을 의미한다. 기지국은 일반 적으로 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 1을 참조하면, 전송기(100)는 채널 인코더(channel decoder; 101), 맵퍼(mapper; 102), 직렬-병렬 변환기(serial-to-parallel converter; 103), 전처리부호기(104), 주파수 지연기(105-1, ..., 105-(Nt-1)), 위상 변환기(phase shifter; 106-1, ..., 106-(Nt-1)) 및 IFFT부(inverse fast Fourier transform unit; 107-1, ..., 107-Nt)를 포함한다. 또한, 전송기(100)는 Nt개(Nt>1)의 안테나(109-1, ..., 109-Nt)를 포함한다. 하향링크에서 전송기(100)는 기지국의 일부분일 수 있고, 상향링크에서 전송기(100)는 단말의 일부분일 수 있다.

채널 인코더(101)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(101)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 할당된 다. 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.

맵퍼(102)는 각 부호화된 데이터를 정해진 변조 방식(modulation scheme)에 따라 변조한 심벌을 제공한다. 즉 부호화된 데이터는 맵퍼(102)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.

직렬-병렬 변환기(120)는 맵퍼(102)에서 출력된 심벌을 병렬 형태의 심벌 Sm(m=1, ..., M)로 바꾼다.

전처리부호기(104)는 M개의 입력 심벌 Sm을 전처리부호화한다. 전처리부호를 통해 M개의 입력 심벌은 물리적인 전송 안테나 수에 따른 Nt개의 심벌로 변환된다. 전처리부호화는 다양한 기법이 사용될 수 있으며, 이와 관련하여 후술한다.

전처리 부호기(104)의 출력 심벌 중 첫번째 심벌은 IFFT부(107-1)에 의해 IFFT를 수행하여 시간 영역 심벌(OFDM 심벌)이 된다. 두번째 심벌부터는 주파수 지연기(105-1, ..., 105-(Nt-1))와 위상 변환기(106-1, ..., 106-(Nt-1))에 의해 순환 지연과 순환 위상 변환을 차례로 겪고, IFFT부(107-2, ..., 107-Nt)에 의해 IFFT를 수행하여 시간 영역 심벌이 된다. 시간 영역 심벌은 CP 삽입기(108-1, ..., 108-Nt)에 의해 CP가 삽입되어 전송 안테나(109-1, ..., 109-Nt)를 통해 전송된다.

주파수 지연기(105-1, ..., 105-(Nt-1))는 주파수 영역에서 심벌의 주파수를 순환 지연시킨다. 주파수 지연(f_k)은 제k 안테나에 대한 심벌의 주파수 영역에서의 주파수 지연되는 값을 말한다. 제1 주파수 지연기(105-1)는 제1 주파수 지연(f₁)만큼 순환 지연시킨다. 제2 주파수 지연기(105-2)는 제2 위상 변환 심벌을 제2 주파수 지연(f₂)만큼 순환 지연시킨다. 제(Nt-1) 주파수 지연기(105-(Nt-1))는 제(Nt-1) 주파수 지연(f_Nt-1)만큼 순환 지연시킨다.

순환 지연은 심벌을 주파수 지연(f_k)만큼 지연시키는 경우, 지연되어 밀려나는 샘플의 뒷부분을 다시 샘플의 첫부분에 첨부하는 방식으로 지연 심벌을 발생시키는 것을 말한다. 즉 심벌의 유효 길이를 넘어서는 샘플을 다시 지연된 심벌로 끼워 넣는 방식으로 지연시킨다.

위상 변환기(106-1, ..., 106-(Nt-1))는 주파수 지연기(105-1, ..., 105-(Nt-1))에서 출력되는 주파수 지연된 심벌의 위상을 순환 변환한다. 위상 주기(Δ_k)는 제k 안테나에 대한 심벌의 주파수 영역에서의 위상 변환되는 값을 말한다. 제1 위상 변환기(106-1)는 제1 위상 주기(Δ₁)만큼 순환 변환시킨다. 제2 위상 변환기(106-2)는 제2 위상 주기(Δ₂)만큼 순환 변환시킨다. 제(Nt-1) 위상 변환기(106-(Nt-1))는 제(Nt-1) 위상 주기(Δ_Nt)만큼 순환 변환시킨다.

순환 변환은 심벌을 위상 주기(Δ_k)만큼 변환시키는 경우, 변환되어 밀려나 는 샘플의 뒷부분을 다시 샘플의 첫부분에 첨부하는 방식으로 변환 심벌을 발생시키는 것을 말한다. 즉 심벌의 유효 길이를 넘어서는 샘플을 다시 변환된 심벌로 끼워 넣는 방식으로 변환시킨다.

주파수 지연(f_k)에 따라 시간 선택성이 달라지므로 주파수 지연(f_k)을 다양한 방식으로 설정할 수 있다. 주파수 지연(f_k)은 전송 안테나별로 또는 사용자별로 서로 다른 값을 가질 수 있고, 모두 같은 값을 가질 수 있다. 또는 주파수 지연(f_k)은 순차적으로 증가할 수 있다. 주파수 지연(f_k)을 정하는 방식에는 제한이 없으며, 기타 다양한 방식이 가능하다.

위상 주기(Δ_k)에 따라 주파수 선택성이 달라지므로 위상 주기(Δ_k)를 다양한 방식으로 설정할 수 있다. 지연 주기(Δ_k)는 전송 안테나별로 또는 사용자별로 서로 다른 값을 가질 수 있고, 모두 같은 값을 가질 수 있다. 지연 주기(Δ_k)는 각 안테나별로 순차적으로 증가할 수 있다. 지연 주기(Δ_k)를 정하는 방식에는 제한이 없으며, 기타 다양한 방식이 가능하다.

주파수 지연(f_k) 또는 위상 주기(Δ_k)는 시간에 따라 달라질 수 있다. 이를 식으로 표현하면 수학식 1과 같다.

위상 주기(Δ_k) 또는 주파수 지연(f_k)은 사용자에 따라 달라질 수 있다. 이를 식으로 표현하면 수학식 2와 같다. k번째 안테나에서 처리되는 위상 주기(Δ_k) 또는 주파수 지연(f_k)은 사용자 u_j에 따라 달라질 수 있다.

Nt개의 안테나를 통해 전송된 신호가 겪는 채널의 주파수 응답은 다음 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, H_k (1≤k≤Nt)은 k번째 안테나에 대한 채널의 주파수 응답이다. 즉 주파수 영역에서 주파수 지연기(105-1, ..., 105-Nt)에 의한 주파수 지연과 위상 변환기(106-1, ..., 106-Nt)에 의한 위상 변환으로 인해, 주파수 응답에서 주파수 지연(f_k) 만큼의 주파수 지연과 위상 주기(Δ_k)만큼의 위상 변환이 나타난다.

수학식 3의 주파수 응답을 동등한 채널의 시간 응답으로 나타내면 수학식 4과 같다.

주파수 영역에서 주파수 지연기(105-1, ..., 105-Nt)에 의한 주파수 지연과 위상 변환기(106-1, ..., 106-Nt)에 의한 위상 변환으로 인해 시간 응답에서 위상 변환과 시간 지연이 나타난다.

본 발명에서는 심벌에 대해 주파수 영역에서 주파수를 순환 지연시킬 뿐만 아니라 위상을 순환 변환시켜 전송한다. 따라서, 주파수의 순환 지연으로 시간 선택성을 높이고, 이와 더불어 위상의 순환 변환을 통해 주파수 선택성을 높일 수 있다.

일반적인 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing )/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 5는 채널의 주파수 응답이 안테나 간에 변화가 없는 경우를 나타낸다.

채널의 주파수 응답이 안테나 간에 변화가 없는 경우 해당 안테나별로 주파수 영역에서 독립적으로 주파수 지연을 시킬 수 있다. 주파수 지연으로 인한 채널의 변화를 인위적으로 가하여 시간 영역에서의 다이버시티를 얻는다.

다음 수학식 6은 채널의 시간 응답이 안테나 간에 변화가 없는 경우를 나타낸다.

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 주파수 영역에서의 다이버시티를 얻는다.

본 발명에서 의하면 시간 영역에서의 다이버시티와 주파수 영역에서의 다이버시티를 적응적으로 조절할 수 있다. 따라서 주파수 영역에서의 다이버시티 이득 을 확보하지 못하더라도 시간 영역에서의 다이버시티 이득을 확보할 수 있으므로 전체 시스템의 다이버시티 이득을 확보할 수 있다.

상술한 시간-주파수 선택성은 다양한 전처리부호를 결합함으로써 더 나은 효과를 보일 수 있다. 전처리부호는 안테나 영역 MIMO(multiple input multiple output) 신호 처리를 빔(beam) 영역 처리로 변환하는 데 사용한다.

다중 안테나 시스템에서 주파수 영역 상에서 수행되는 주파수 지연기(105-1, .., 105-(Nt-1))와 위상 변환기(106-1, ..., 106-(Nt-1))의 동작은 다음 수학식 7과 같은 행렬로 나타낼 수 있다.

여기서,

는 k번째 톤(부반송파)에서 i+1 전송 안테나를 통해 전송되는 심벌을 주파수 지연(f_i) 만큼 순환 지연시키는 것을 의미하는 순환 델타 함수를 나타내고,

은 k번째 톤에서 위상 주기(Δ_i) 만큼 순환 변환시키는 것을 나타낸다. 상기 Q 행렬은 Nt×Nt로 k번째 부반송파에서의 주파수 영역에서의 심벌을 출력한다. Q 행렬에 의하면 주파수 지연과 위상 변환을 통해 시간 선택성과 주파수 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 7로부터 Q ₂ 와 Q ₄ 는 수학식 8과 같이 각각 나타낼 수 있다.

전처리부호는 유니터리 행렬(unitary matrix)을 사용할 수 있다. 유니터리 행렬의 일종인 푸리에 행렬(Fourier matrix)은 다음 수학식 9의 개체(entry) p_mn를 갖는 L×L 행렬이다.

여기서, m,n = 0, 1, ..., (L-1) 이다. 따라서, 2×2 푸리에 행렬 P ₂ 은 다음 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.

여기서,

는 전송 심벌 파워의 노멀(normal) 상수이다.

4×4 푸리에 행렬 P ₄ 은 다음 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.

다중 전처리부호 행렬은 푸리에 행렬에서 변환 파라미터 g/G를 통해 다음 수학식 12와 같이 정의할 수 있다.

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 13과 같이 나타낼 수 있다.

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 2를 참조하면, 전송 안테나의 수가 2 (Nt=2) 일 때 복합 전처리 부호 행렬 C ₂ 는 다음 수학식 14와 같다.

전송 다이버시티를 구현하기 위해 k번째 톤에 한 쌍의 심벌 S₁이 전처리부호기(104)로 입력된다고 한다면 각 안테나(109-1, 109-2)를 통해 전송되는 심벌 {N_t1, N_t2} 은 다음 수학식 15와 같다.

( )^T는 행렬의 전치(tranpose)를 나타낸다. 수학식 15는 입력 심벌에 대해 전처리부호화하고, 다시 시간-주파수 선택성을 가해서 전송 안테나를 통해 전송하는 것을 나타낸다.

도 3을 참조하면, 전송 안테나의 수가 4 (Nt=4) 일 때 복합 전처리 부호 행렬 C ₄ 는 다음 수학식 16과 같다.

전송 다이버시티를 구현하기 위해 k번째 톤에 4개의 동일한 심벌 S₁이 전처리부호기(104)로 입력된다고 한다면 각 전송 안테나(109-1, 109-2, 109-3, 109-4)를 통해 전송되는 심벌 {N_t1, N_t2, N_t3, N_t4} 은 다음 수학식 17과 같다.

전송 안테나(109-1, 109-2, 109-3, 109-4)의 수에 해당하는 동일한 심벌에 대해 전처리부호화를 행하고, 이를 적응적으로 시간-주파수 선택성 처리를 가한다. 이어서, 각 전송 안테나(109-1, 109-2, 109-3, 109-4)마다 IFFT를 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 18과 같이 주어질 수 있다.

여기서, S₁ ^* 와 S₂ ^* 는 각각 S₁와 S₂의 켤레 복소수(complex conjugate)이다. N_t1 ¹는 제1 안테나에서 첫번째 부반송파를 통해 전송되는 심벌, N_t1 ²는 제1 안테나에서 두번째 부반송파를 통해 전송되는 심벌, N_t2 ¹는 제2 안테나에서 첫번째 부반송파를 통해 전송되는 심벌, N_t2 ²는 제2 안테나에서 두번째 부반송파를 통해 전송되는 심벌이다.

상기 수학식 18은 2개의 전송 안테나에 대한 시공간 블록 코드(space-time block code; STBC)로 용이하게 확장될 수 있다. STBC에 있어서, N_t1 ¹는 제1 안테나에서 첫번째 타임슬롯을 통해 전송되는 심벌, N_t1 ²는 제1 안테나에서 두번째 타임슬 롯을 통해 전송되는 심벌, N_t2 ¹는 제2 안테나에서 첫번째 타임슬롯을 통해 전송되는 심벌, N_t2 ²는 제2 안테나에서 두번째 타임슬롯을 통해 전송되는 심벌이 된다.

4개의 전송 안테나에 대한 SFBC의 경우에 다음 수학식 19와 같이 주어질 수 있다.

2개의 전송 안테나에 대한 FSTD(frequency-switched transmit diversity)는 다음 수학식 20과 같이 주어질 수 있다.

여기서, N_t1 ¹는 제1 안테나에서 첫번째 부반송파를 통해 전송되는 심벌, N_t1 ² 는 제1 안테나에서 두번째 부반송파를 통해 전송되는 심벌, N_t2 ¹는 제2 안테나에서 첫번째 부반송파를 통해 전송되는 심벌, N_t2 ²는 제2 안테나에서 두번째 부반송파를 통해 전송되는 심벌이다.

4개의 전송 안테나에 대한 FSTD(frequency-switched transmit diversity)는 다음 수학식 21과 같이 주어질 수 있다.

여기서, N_ti ^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 22와 같이 주어질 수 있다.

이하는 공간 다중화(spatial multiplexing)을 고려한 전처리부호에 대하여 설명한다. 즉 전처리부호기(107)에 입력되는 심벌 Sm이 모두 동일한 심벌이라면 이는 다중 전송률 1을 지원하는 시스템이 된다. 전처리부호기(107)에 입력되는 심벌 Sm이 서로 다른 심벌이라면 다중 전송률을 지원하는 시스템이 된다.

도 4를 참조하면, 전송 안테나의 수가 2 (Nt=2) 일 때 전송 다이버시티를 구현하기 위해 k번째 톤에 심벌 S₁과 S₂가 전처리부호기(104)로 각각 입력된다고 한다면 전송 안테나(109-1, 109-2)를 통해 전송되는 심벌 {N_t1, N_t2} 은 다음 수학식 23과 같다. 복합 전처리 부호 행렬 C ₂ 는 수학식 14와 같다.

수학식 23은 전송 안테나가 2개일 때, 첫번째 안테나(N_t1)와 두번째 안테나(N_t2)에서 전처리부호기와 시간-주파수 선택성을 가한 심벌을 나타낸다. 이는 동일한 심벌 S₁에 대한 전처리부호화 및 시간-주파수 선택성을 가하는 전송률 1이 아닌, 각 전송 안테나별로 상이한 심벌 S₁, S₂에 대해 전처리부호화 및 시간-주파수 선택성을 가한 전송률 2를 만족하는 전송 방법이다.

도 5를 참조하면, 전송 안테나의 수가 2 (Nt=2) 일 때 전송 다이버시티를 구현하기 위해 k번째 톤에 심벌 S₁, S₂, S₃, S₄ 가 전처리부호기(104)로 각각 입력된다고 한다면 각 전송 안테나(109-1, 109-2, 109-3, 109-4)를 통해 전송되는 심벌 {N_t1, N_t2, N_t3, N_t4} 은 다음 수학식 24와 같다. 복합 전처리 부호 행렬 C ₂ 는 수학식 16과 같다.

전송 안테나가 4개일 때, 심벌 S₁, S₂, S₃, S₄ 에 대해 수학식 24와 같이 전처리부호화 및 시간-주파수 선택성을 가한 후 전송한다. 이는 전송률 4를 만족한다.

도 6을 참조하면, 4개의 전송 안테나가 있더라도 전처리부호기(104)로 2개의 심벌만이 입력될 수 있다. 이경우 전송률은 2가 된다. 전처리부호기(104)로 입력되는 위치(가상 안테나)는 채널 품질 정보 등을 통해 선택할 수 있다. 예를 들어, 심벌 벡터 {S₁, 0, S₂, 0}이 전처리부호기(104)로 입력된다고 하자. 각 전송 안테나(109-1, 109-2, 109-3, 109-4)를 통해 전송되는 심벌 {N_t1, N_t2, N_t3, N_t4} 은 다음 수학식 25와 같다.

도 7을 참조하면, 전송률인 3인 경우 전처리부호기(104)로 3개의 심벌만이 입력될 수 있다. 전처리부호기(104)로 입력되는 위치(가상 안테나)는 채널 품질 정보 등을 통해 선택할 수 있다. 예를 들어, 심벌 벡터 {S₁, 0, S₂, S₃}이 전처리부호기(104)로 입력된다고 하자. 각 전송 안테나(109-1, 109-2, 109-3, 109-4)를 통해 전송되는 심벌 {N_t1, N_t2, N_t3, N_t4} 은 다음 수학식 26과 같다.

전처리부호는 상술한 예에 한정되지 않고 기타 다양한 전송률과 다양한 전송 안테나의 수에 적용될 수 있다.

도 8을 참조하면, 전송기(120)는 도 1의 전송기(100)에서 수신회로(132)와 제어기(135)를 더 포함한다.

수신회로(132)는 수신기(미도시)로부터 귀환된 정보를 받아들인다. 제어기(135)는 수신회로(320)에서 수신되는 귀환 정보를 통해 MCS(modulation and coding scheme)를 결정하여, 채널 인코더(121)로 코딩 방식을 제공하고, 맵퍼(122)로 변조 방식을 적응적으로 제공할 수 있다. 제어기(135)는 귀환 정보를 주파수 지 연기(125-1, ..., 125-(Nt-1))의 주파수 지연(f_k)과 위상 변환기(126-1, ..., 126-(Nt-1))의 위상 주기(Δ_k)를 적응적으로 조절할 수 있다. 또한, 제어기(135)는 귀환 정보를 통해 전처리부호기(124)의 전처리부호화 방식을 적응적으로 조절할 수 있다.

도 9를 참조하면, 전송기(150)는 도 1의 전송기(100)에서 위상 변환기(155-1, ..., 155-(Nt-1))와 주파수 지연기(156-1, ..., 156-(Nt-1))의 위치를 서로 교환한 것이다.

전처리 부호기(154)의 출력 심벌 중 첫번째 심벌은 IFFT부(157-1)에 의해 IFFT를 수행하여 시간 영역 심벌(OFDM 심벌)이 된다. 두번째 심벌부터는 먼처 순환 위상 변환을 겪고, 이어서 순환 지연을 겪는다. 지연 심벌은 IFFT부(157-2, ..., 157-Nt)에 의해 IFFT를 수행하여 시간 영역 심벌이 된다. 시간 영역 심벌은 CP 삽입기(158-1, ..., 158-Nt)에 의해 CP가 삽입되어 안테나(159-1, ..., 159-Nt)를 통해 전송된다.

도 10을 참조하면, 전송기(160)는 도 1의 전송기(100)에서 위상 변환기없이 주파수 지연기(165-1, ..., 165-(Nt-1))만을 배치한 것이다.

전처리 부호기(154)의 출력 심벌 중 첫번째 심벌은 IFFT부(157-1)에 의해 IFFT를 수행하여 시간 영역 심벌(OFDM 심벌)이 된다. 두번째 심벌부터는 순환 지연 을 겪는다. 순환 지연 심벌은 IFFT부(157-2, ..., 157-Nt)에 의해 IFFT를 수행하여 시간 영역 심벌이 된다. 시간 영역 심벌은 CP 삽입기(158-1, ..., 158-Nt)에 의해 CP가 삽입되어 안테나(159-1, ..., 159-Nt)를 통해 전송된다.

주파수 영역 상에서 주파수 지연기(165-1, ..., 165-(Nt-1))의 동작은 다음 수학식 27과 같은 행렬로 나타낼 수 있다.

여기서,

는 k번째 톤(부반송파)에서 i+1 전송 안테나를 통해 전송되는 심벌을 주파수 지연(f_i) 만큼 순환 지연시키는 것을 의미하는 순환 델타 함수를 나타낸다. 즉 주파수 지연을 통해 시간 선택성만을 향상시킬 수 있다. 이는 사용자의 이동 속도가 낮은 환경에서 효율적이다.

한편, 주파수 영역과 시간 영역 사이에는 쌍대성(duality)이 존재한다. 이를 수식으로 표현하면 수학식 28과 같다.

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 시간 영역 또는 주파수 영역 어디에서도 용이하게 구현될 수 있다.

수학식 28에서는 설명을 명확히 하기 위해 동일한 기호로 표시하고 있으나, 시간 영역에서의 지연 주기(△_k)와 대등한 주파수 영역에서의 위상 주기(△_k)는 서로 다른 함수를 가질 수 있고, 시간 영역에서의 위상 주기(f_k)와 대등한 주파수 영역에서의 주파수 지연(f_k)은 서로 다른 함수를 가질 수 있다. 예를 들어,

의 함수를 가질 수 있다. 그러나 시간 영역에서의 시간 주기나 위상 주기로부터 주파수 영역에서의 위상 주기나 주파수 지연을 얻기 위해 기타 다양한 함수를 사용할 수 있다.

이하에서, 시간 영역 상에서 구현되는 실시예에 대해 설명한다.

도 11을 참조하면, 전송기(300)는 채널 인코더(301), 맵퍼(302), 직렬-병렬 변환기(303), 전처리부호기(304), IFFT부(305-1, ..., 305-Nt), 시간 지연기(306- 1, ..., 306-(Nt-1)) 및 위상 변환기(307-1, ..., 307-(Nt-1))를 포함한다. 또한, 전송기(300)는 Nt개(Nt>1)의 안테나(309-1, ..., 309-Nt)를 포함한다.

채널 인코더(301)는 일련의 정보 비트들을 입력받아 부호화된 데이터를 형성한다. 맵퍼(302)는 부호화된 데이터를 정해진 변조 방식에 따라 변조한 심벌을 제공한다. 직렬-병렬 변환기(303)는 맵퍼(302)에서 출력된 심벌을 병렬 형태의 심벌 Sm(m=1, ..., M)로 바꾼다. 전처리부호기(304)는 M개의 입력 심벌 Sm을 전처리부호화하고, IFFT부(305-1, ..., 305-Nt)는 전처리부호화된 심벌을 시간 영역 심벌로 변환한다.

제1 IFFT부(305-1)의 출력 심벌은 제1 CP 삽입기(308-1)에 의해 CP가 삽입되어 제1 전송 안테나(309-1)를 통해 전송된다. 두번째 이후의 IFFT부(305-2,..., 305-Nt)의 출력 심벌은 시간 지연기(306-1, ..., 306-(Nt-1))와 위상 변환기(307-1, ..., 307-(Nt-1))에 의해 순환 지연과 순환 위상 변환을 차례로 겪고, CP 삽입기(308-2, ..., 308-Nt)에 의해 CP가 삽입되어 전송 안테나(309-2, ..., 309-Nt)를 통해 전송된다.

시간 지연기(306-1, ..., 306-(Nt-1))는 심벌의 시간을 순환 지연시킨다. 지연 주기(Δ_k)는 제k 안테나에 대한 심벌의 시간 영역에서의 시간 지연되는 값을 말한다. 순환 지연은 심벌을 지연 주기(Δ_k)만큼 지연시키는 경우, 지연되어 밀려나는 샘플의 뒷부분을 다시 샘플의 첫부분에 첨부하는 방식으로 지연 심벌을 발생시키는 것을 말한다. 즉 심벌의 유효 길이를 넘어서는 샘플을 다시 지연된 심벌로 끼워 넣 는 방식으로 지연시킨다.

위상 변환기(307-1, ..., 307-(Nt-1))는 시간 지연기(306-1, ..., 306-(Nt-1))에서 출력되는 시간 지연된 심벌의 위상을 순환 변환한다. 위상 주기(f_k)는 제k 안테나에 대한 심벌의 시간 영역에서의 위상 변환되는 값을 말한다. 위상 변환기(307-1, ..., 307-(Nt-1))는 입력 심벌에 대해

만큼의 위상 변환을 가한다. 순환 변환은 심벌을 위상 주기(f_k)만큼 변환시키는 경우, 변환되어 밀려나는 샘플의 뒷부분을 다시 샘플의 첫부분에 첨부하는 방식으로 변환 심벌을 발생시키는 것을 말한다. 즉 심벌의 유효 길이를 넘어서는 샘플을 다시 변환된 심벌로 끼워 넣는 방식으로 변환시킨다.

지연 주기(Δ_k)에 따라 주파수 선택성이 달라지므로 지연 주기를 다양한 방식으로 설정할 수 있다. 지연 주기(Δ_k)는 전송 안테나별로 또는 사용자별로 서로 다른 값을 가질 수 있고, 모두 같은 값을 가질 수 있다. 또는 지연 주기(Δ_k)는 순차적으로 증가할 수 있다. 지연 주기(Δ_k)를 정하는 방식에는 제한이 없으며, 기타 다양한 방식이 가능하다. 지연 주기(Δ_k)는 시간에 따라 달라질 수 있다.

위상 주기(f_k)에 따라 시간 선택성이 달라지므로 위상 주기(f_k)를 다양한 방식으로 설정할 수 있다. 위상 주기(f_k)는 전송 안테나별로 또는 사용자별로 서로 다 른 값을 가질 수 있고, 모두 같은 값을 가질 수 있다. 위상 주기(f_k)는 각 안테나별로 순차적으로 증가할 수 있다. 위상 주기(f_k)를 정하는 방식에는 제한이 없으며, 기타 다양한 방식이 가능하다. 위상 주기(f_k)는 시간에 따라 달라질 수 있다.

도 12를 참조하면, 전송기(310)는 도 11의 전송기(300)에서 위상 변환기(316-1, ..., 316-(Nt-1))와 시간 지연기(317-1, ..., 317-(Nt-1))의 위치를 서로 교환한 것이다.

제1 IFFT부(315-1)의 출력 심벌은 제1 CP 삽입기(318-1)에 의해 CP가 삽입되어 제1 전송 안테나(319-1)를 통해 전송된다. 두번째 이후의 IFFT부(315-2,..., 315-Nt)의 출력 심벌은 위상 변환기(316-1, ..., 316-(Nt-1))와 시간 지연기(317-1, ..., 317-(Nt-1))에 의해 순환 위상 변환과 순환 지연을 차례로 겪고, CP 삽입기(318-2, ..., 318-Nt)에 의해 CP가 삽입되어 전송 안테나(319-2, ..., 319-Nt)를 통해 전송된다.

도 13을 참조하면, 전송기(310)는 도 11의 전송기(300)에서 시간 변환기없이 위상 변환기(326-1, ..., 326-(Nt-1))만을 배치한 것이다.

제1 IFFT부(325-1)의 출력 심벌은 제1 CP 삽입기(328-1)에 의해 CP가 삽입되어 제1 전송 안테나(329-1)를 통해 전송된다. 두번째 이후의 IFFT부(325-2,..., 325-Nt)의 출력 심벌은 위상 변환기(326-1, ..., 326-(Nt-1))에 의해 순환 위상 변 환을 겪고, CP 삽입기(328-2, ..., 328-Nt)에 의해 CP가 삽입되어 전송 안테나(329-2, ..., 329-Nt)를 통해 전송된다. 위상 변환을 통해 시간 선택성만을 향상시킬 수 있다. 이는 사용자의 이동 속도가 낮은 환경에서 효율적이다.

도 14를 참조하면, 전송기(350)는 도 11의 전송기(300)에서 시간 영역의 위상 변환기를 주파수 영역 상의 주파수 지연기(355-1, ..., 355-(Nt-1))로 변환한 것이다.

전처리 부호기(354)의 출력 심벌 중 첫번째 심벌은 IFFT부(356-1)에 의해 IFFT를 수행하여 시간 영역 심벌이 되고, CP 삽입기(358-1)에 의해 CP가 삽입되어 전송 안테나(359-1)를 통해 전송된다. 두번째 심벌부터는 주파수 지연기(355-1, .., 355-(Nt-1))에 의해 순환 주파수 지연을 겪고, IFFT를 수행하여 시간 영역 심벌이 된다. 상기 시간 영역 심벌은 시간 지연기(357-1, ..., 357-(Nt-1))에 의해 순환 지연을 겪고, CP 삽입기(358-2, ..., 358-Nt)에 의해 CP가 삽입되어 전송 안테나(359-2, ..., 359-Nt)를 통해 전송된다.

도 15를 참조하면, 전송기(360)는 도 11의 전송기(300)에서 시간 영역의 시간 지연기를 주파수 영역상의 위상 변환기(365-1, ..., 365-(Nt-1))로 변환한 것이다.

전처리 부호기(364)의 출력 심벌 중 첫번째 심벌은 IFFT부(366-1)에 의해 IFFT를 수행하여 시간 영역 심벌이 되고, CP 삽입기(368-1)에 의해 CP가 삽입되어 전송 안테나(369-1)를 통해 전송된다. 두번째 심벌부터는 위상 변환기(365-1, .., 365-(Nt-1))에 의해 주파수 영역에서 순환 위상 변환을 겪고, IFFT를 수행하여 시간 영역 심벌이 된다. 상기 시간 영역 심벌은 위상 변환기(367-1, ..., 367-(Nt-1))에 의해 시간 영역에서 순환 위상 변환을 겪고, CP 삽입기(368-2, ..., 368-Nt)에 의해 CP가 삽입되어 전송 안테나(369-2, ..., 369-Nt)를 통해 전송된다.

도 16을 참조하면, 입력되는 심벌에 대해 전처리부호화를 수행한다(S210). 전처리 부호화된 심벌에 대해 주파수를 순환 지연시킨다(S220). 그리고, 주파수 지연된 심벌에 대해 위상을 순환 변환시킨다(S230). 위상 변환된 심벌을 시간 영역 심벌로 변환한다(S240). 그리고, 시간 영역 심벌을 전송한다(S250). 다른 실시예로, 전처리 부호화된 심벌에 대해 위상을 순환 변환시킨 후, 주파수를 순환 지연시킬 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 다양한 다이버시티 이득을 추가적으로 얻을 수 있다.

Claims

입력 심벌에 대해 전처리부호화를 수행하는 전처리부호기;

상기 전처리부호화된 심벌의 주파수를 순환 지연시키는 주파수 지연기;

상기 주파수 지연된 심벌을 시간 영역 심벌로 변환하는 IFFT부; 및

상기 시간 영역 심벌을 전송하는 전송 안테나를 포함하는 전송기.
제 1 항에 있어서,

상기 전처리부호화된 심벌의 위상을 순환 변환시키는 위상 변환기를 더 포함하는 전송기.
제 1 항에 있어서,

상기 시간 영역 심벌의 시간을 순환 지연시키는 시간 지연기를 더 포함하는 전송기.
제 1 항에 있어서,

상기 입력 심벌은 동일한 복수의 심벌인 전송기.
제 1 항에 있어서,

상기 입력 심벌은 서로 다른 복수의 심벌인 전송기.
제 1 항에 있어서,

입력되는 심벌을 전처리부호화하여 상기 IFFT부로 출력하는 전처리부호기를 더 포함하는 전송기.
입력 심벌에 대해 전처리부호화를 수행하는 전처리부호기;

상기 전처리부호화된 심벌을 시간 영역 심벌로 변환하는 IFFT부;

상기 시간 영역 심벌의 위상을 순환 변환시키는 위상 변환기; 및

상기 위상 변환된 심벌을 전송하는 전송 안테나를 포함하는 전송기.
제 7 항에 있어서,

상기 전처리부호화된 심벌의 위상을 순환 변환시키는 위상 변환기를 더 포함하는 전송기.
제 7 항에 있어서,

상기 시간 영역 심벌의 시간을 순환 지연시키는 시간 지연기를 더 포함하는 전송기.