KR20080022643A - Apparatus and method for transmitting/receiving in multi antenna system - Google Patents

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KR20080022643A
KR20080022643A KR1020060086070A KR20060086070A KR20080022643A KR 20080022643 A KR20080022643 A KR 20080022643A KR 1020060086070 A KR1020060086070 A KR 1020060086070A KR 20060086070 A KR20060086070 A KR 20060086070A KR 20080022643 A KR20080022643 A KR 20080022643A
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남승훈
권영훈
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Abstract

A transceiving device of a multi-antenna system and a method thereof are provided to calculate feedback information which maximizes a transmission diversity gain to a transmission end according to wireless channel situations between transmission and reception ends, and to feed back the calculated information to the transmission end, thereby improving reception performance deterioration. A code decision factor determiner(203) receives feedback information from a reception end(210), and determines a code for a particular element within a transmission matrix of an orthogonal space-time code. A coder(201) codes transmission data with the orthogonal space-time code applied with the determined code. The coder(201) consists of more than one orthogonal space-time coder. The coder(201) transmits the coded transmission data to the reception end(210) through the predetermined number of transmission antennas during the predetermined number of symbol time slots.

Description

다중 안테나 시스템의 송수신 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TRANSMITTING/RECEIVING IN MULTI ANTENNA SYSTEM}Transmitter and receiver of multi-antenna system {APPARATUS AND METHOD FOR TRANSMITTING / RECEIVING IN MULTI ANTENNA SYSTEM}

도 1은 종래 기술에 따른 다중 안테나 시스템의 구성을 도시한 도면,1 is a view showing the configuration of a multi-antenna system according to the prior art;

도 2는 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템의 구성을 도시한 도면,2 is a diagram showing the configuration of a multi-antenna system according to the present invention;

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템의 송신단에서 피드백 정보를 이용하여 송신 다이버시티 이득을 향상시키기 위한 방법의 절차를 도시한 도면,3 is a flowchart illustrating a method for improving a transmit diversity gain using feedback information in a transmitting end of a multi-antenna system according to an embodiment of the present invention;

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템의 수신단에서 피드백 정보를 이용하여 송신 다이버시티 이득을 향상시키기 위한 방법의 절차를 도시한 도면, 및4 is a diagram illustrating a procedure of a method for improving transmission diversity gain using feedback information at a receiving end of a multi-antenna system according to an embodiment of the present invention; and

도 5는 종래 발명과 본 발명의 비트 수신 오율 성능을 비교한 그래프.5 is a graph comparing bit reception error rate performance of the present invention and the present invention.

본 발명은 다중 안테나 시스템에 관한 것으로, 특히, 피드백 정보를 이용하 여 송신 다이버시티 이득을 향상시키기 위한 송수신 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a multi-antenna system, and more particularly, to a transmission and reception apparatus and a method for improving transmission diversity gain using feedback information.

최근, 무선 이동통신 시장의 급성장으로 인하여 무선 환경에서의 다양한 멀티미디어 서비스가 요구되고 있으며, 특히 전송 데이터의 대용량화 및 데이터 전송의 고속화가 진행되고 있다. 따라서, 한정된 무선 자원(Radio Resource)을 이용하여 최대 전송률(Data rate)과 최소 오류 비율(Error rate) 등과 같은 고속의 신뢰도 높은 통신시스템을 구축하기 위한 연구가 진행되고 있다. 상기 고속의 신뢰도 높은 통신시스템을 구축하기 위하여 다중 안테나를 이용한 새로운 전송 기술이 필요하게 되었으며, 그 일 예로서 다중 안테나를 이용한 다중 입력 다중 출력(Multi Input Multi Output : 이하 'MIMO'라 칭함) 시스템이 사용되고 있다. Recently, due to the rapid growth of the wireless mobile communication market, various multimedia services are required in a wireless environment, and in particular, a large capacity of transmission data and a high speed of data transmission are in progress. Therefore, research is being conducted to build a fast and reliable communication system such as a maximum data rate and a minimum error rate using a limited radio resource. In order to build a high-speed reliable communication system, a new transmission technology using multiple antennas is required. As an example, a multi-input multiple output (MIMO) system using multiple antennas is provided. It is used.

상기 MIMO 시스템은 송/수신단 각각 다중 안테나를 사용하는 시스템으로, 단일 안테나를 사용하는 시스템에 비해 추가적인 주파수나 송신 전력 할당 없이도 채널 전송 용량을 안테나 수에 비례하여 증가시킬 수 있어 최근 활발한 연구가 진행되고 있다.The MIMO system is a system using multiple antennas for transmitting / receiving terminals, and compared to a system using a single antenna, channel transmission capacity can be increased in proportion to the number of antennas without additional frequency or transmission power allocation. have.

상기 다중 안테나 기술들은 크게 송/수신 안테나 수의 곱에 해당하는 다이버시티(Diversity) 이득을 얻어 전송 신뢰도를 향상시키는 공간 다이버시티(Spatial Diversity) 방식, 동시에 다수의 신호 열을 전송하여 전송률을 높이는 공간 다중화(Spatial Multiplexing : SM) 방식 그리고 공간 다이버시티와 공간 다중화를 결합한 방식으로 나눌 수 있다. The multi-antenna technologies are a spatial diversity scheme that improves transmission reliability by obtaining a diversity gain corresponding to a product of a number of transmit / receive antennas, and a space that transmits a plurality of signal streams simultaneously to increase a transmission rate. It can be divided into Spatial Multiplexing (SM) and Combined Spatial Diversity and Spatial Multiplexing.

상기 공간 다이버시티 방식은 시공간 블록 부호(Space Time Block Coding : STBC) 방식을 사용하여 송신 안테나 개수와 수신 안테나 개수의 곱에 비례하는 다이버시티 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 수신 성능을 향상시킬 수 있다. 반면, 상기 공간 다중화 방식은 다수 개의 송신 안테나들 각각에 서로 다른 정보 데이터를 송신하도록 하는 방식이다. 상기 공간 다중화 방식을 적용하면, MIMO 방식의 경우, 단일 입력 단일 출력(Single Input Single Output : SISO) 방식에 비하여 송신 안테나 개수만큼의 용량을 증가시킬 수 있다. 따라서, 상기 시스템의 전송량을 증가시킬 수 있다.The space diversity scheme uses a space time block coding (STBC) scheme to obtain a diversity effect that is proportional to the product of the number of transmit antennas and the number of receive antennas. Therefore, the reception performance can be improved. On the other hand, the spatial multiplexing scheme is to transmit different information data to each of a plurality of transmit antennas. Applying the spatial multiplexing scheme, the MIMO scheme can increase the capacity by the number of transmit antennas compared to the single input single output (SISO) scheme. Therefore, the transmission amount of the system can be increased.

상기 공간 다이버시티 방식에 있어서, 개루프 방식의 MIMO 시스템에서 피드백 정보 없이 송신 다이버시티 이득을 얻는 기법의 대표적인 예로써, 공간 시간 다이버시티(Space Time Transmit Diversity : STTD) 기법이 있다. 상기 STTD 기법은 2개의 송신 안테나를 이용하여 직교 특성을 갖는 시공간 부호화(Orthogonal Space-Time Code) 기법을 통해 단위 시간 동안 한 심볼을 전송하면서 풀(full) 다이버시티 이득을 얻을 수 있다. 그러나, 상기 직교 시공간 부호화 기법은 송신 안테나 수가 2개보다 많은 경우 데이터 전송률에서 손실을 얻게 된다. 예를 들어, 4개의 송신 안테나에 대한 직교 시공간 부호화 기법은 풀(full) 다이버시티 이득을 획득하지만, 단위시간 동안 최대 3/4 심볼을 전송할 수 있어 데이터 전송률에서 손실이 나타난다. 상기 전송률의 손실을 막기 위해 준직교 시공간 부호화 (Quasi-Orthogonal Space-Time Code) 기법이 제안되어 있다. In the space diversity scheme, as a representative example of a technique for obtaining a transmit diversity gain without feedback information in an open-loop MIMO system, there is a space time diversity scheme (STTD). The STTD technique may obtain full diversity gain while transmitting one symbol for a unit time through an orthogonal space-time code technique having an orthogonal characteristic using two transmitting antennas. However, the orthogonal space-time coding scheme loses data rate when the number of transmit antennas is larger than two. For example, the orthogonal space-time coding scheme for four transmit antennas obtains full diversity gain, but can transmit up to 3/4 symbols in unit time, resulting in loss in data rate. Quasi-Orthogonal Space-Time Code has been proposed to prevent the loss of data rates.

상기 준직교 시공간 부호화 기법은 데이터 전송률을 단위시간 동안 한 심볼로 유지하는 방식이나 다이버시티 측면에서는 손실을 갖게 된다. 예를 들어, 4개의 송신 안테나와 1개의 수신 안테나에 대한 종래의 준직교 시공간 부호화 방식은 4 심볼 구간 동안 4 심볼을 전송함으로써 단위시간 동안 한 심볼을 전송하지만 최대 다이버시티 이득은 송신 안테나 수의 절반인 2를 얻게 된다. 상기 4개의 송신 안테나에 대한 준직교 시공간 부호화 기법의 대표적인 예로써, ABBA 기법과 Jafarkhani에 의해 제안된 기법이 있다. 상기 두 기법에 의해 전송되는 코드(code)는 공간(안테나) 축과 시간축으로 각각 하기 <수학식 1>과 같이 표현할 수 있다.The quasi-orthogonal space-time coding scheme has a loss in terms of diversity and diversity in maintaining a data rate of one symbol for a unit time. For example, the conventional quasi-orthogonal space-time coding scheme for four transmit antennas and one receive antenna transmits one symbol during a unit time by transmitting four symbols in four symbol intervals, but the maximum diversity gain is half of the number of transmit antennas. You get 2 As a representative example of the quasi-orthogonal space-time coding scheme for the four transmit antennas, there are the ABBA scheme and the scheme proposed by Jafarkhani. Codes transmitted by the above two techniques may be represented by Equation 1 below using a space (antenna) axis and a time axis, respectively.

Figure 112006064639592-PAT00001
Figure 112006064639592-PAT00001

여기서, 상기 CABBA는 상기 ABBA 기법에 의해 전송되는 코드이고, 상기 CJafarkhani는 상기 Jafarkhani 기법에 의해 전송되는 코드이며, 상기 xi(i = 1, 2, 3, 4)는 전송되는 변조 심볼(Modulated symbol)을 의미한다.Here, the C ABBA is a code transmitted by the ABBA techniques, the C Jafarkhani is a code transmitted by the Jafarkhani technique, the x i (i = 1, 2 , 3, 4) is modulated transmitted symbol ( Modulated symbol).

도 1은 종래 기술에 따른 다중 안테나 시스템의 구성을 도시한 도면이다. 상기 종래의 다중 안테나 시스템은 송신단(100)과 수신단(110)을 포함하여 구성되며, 상기 송신단(100)은 부호기(101)와 다수의 송신 안테나를 포함하여 구성되고, 상기 수신단(110)은 수신 안테나, 채널 추정기(111), 검출기(113)를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 송신 안테나는 4개이며, 상기 수신 안테나는 1개임을 가정한다.1 is a diagram illustrating a configuration of a multiple antenna system according to the prior art. The conventional multi-antenna system includes a transmitter 100 and a receiver 110, and the transmitter 100 includes an encoder 101 and a plurality of transmit antennas, and the receiver 110 receives the receiver. And an antenna, a channel estimator 111, and a detector 113. Here, it is assumed that there are four transmit antennas and one receive antenna.

상기 도 1을 참조하면, 먼저, 상기 송신단(100)의 부호기(101)는 소정 변조 기법으로 변조된 4개의 심볼들(x1, x2, x3, x4), 즉 심볼 벡터 x를 수신하고, 상기 수신된 4개의 심볼들을 상기 ABBA 코드 혹은 Jafarkhani 코드를 이용해 4개의 심볼 타임 슬롯(Time slot) 동안 4개의 송신 안테나를 통해 전송되도록 구성한 후, 해당 타임 슬롯에 해당 송신 안테나를 통해 전송한다.Referring to FIG. 1, first, the encoder 101 of the transmitter 100 receives four symbols (x 1 , x 2 , x 3 , x 4 ) modulated by a predetermined modulation scheme, that is, a symbol vector x. The received four symbols are configured to be transmitted through four transmit antennas during four symbol time slots using the ABBA code or Jafarkhani code, and then transmitted through the corresponding transmit antennas in the corresponding time slots.

상기 수신단(110)의 채널 추정기(111)는 상기 1개의 수신 안테나를 통해 신호를 수신하고, 4개의 심볼 타임 슬롯(Time slot) 동안 수신한 신호를 이용하여 채널 상태를 추정한 후, 상기 추정한 채널 정보로부터 ABBA 코드 혹은 Jafarkhani 코드에 의한 유효(Effective) 채널로 구성한다. 이후, 상기 구성된 유효 채널을 상기 검출기(113)로 출력한다.The channel estimator 111 of the receiver 110 receives a signal through the one receiving antenna, estimates a channel state using the signals received during four symbol time slots, and then estimates the channel state. It consists of effective channel by ABBA code or Jafarkhani code from channel information. Thereafter, the configured effective channel is output to the detector 113.

상기 검출기(113)는 상기 채널 추정기(111)로부터 입력되는 유효 채널을 이용하여 상기 수신 안테나를 통해 4개의 심볼 타임 슬롯(time slot) 동안 수신된 신호에서 4개의 전송 심볼들을 동시에 검출한다.The detector 113 simultaneously detects four transmission symbols in a signal received during four symbol time slots through the reception antenna using an effective channel input from the channel estimator 111.

여기서, 상기와 같은 시스템에 적용되는 두 기법 모두 데이터 전송률에서 손실이 발생하지 않는 대신 다이버시티 이득이 감소하는 문제점이 있다. 다시 말해, 상기 직교 시공간 부호화 기법은 심볼 간 간섭현상이 발생하지 않기 때문에 다이버시티 이득을 최대로 획득할 수 있는 반면, 상기 ABBA 기법이나 Jafarkhani 기법의 경우 준직교 특성을 갖기 때문에 각 심볼마다 다른 한 심볼에 의한 간섭현상이 발생하여, 풀(full) 다이버시티 이득을 얻지 못하고 안테나 수의 절반에 해당하는 2 의 다이버시티 이득을 갖게 되는 문제점이 있다. In this case, both techniques applied to the above system have a problem in that diversity gain is reduced instead of loss in data rate. In other words, the orthogonal spatiotemporal coding scheme can maximize diversity gain because no intersymbol interference occurs, whereas the ABBA or Jafarkhani schemes have quasi-orthogonal characteristics, so that each symbol is different from each other. Due to interference, there is a problem in that a full diversity gain is not obtained and a diversity gain of 2 corresponding to half of the number of antennas is obtained.

또한, 상기 다이버시티 이득을 획득하기 위해서는 상기 수신단(110)의 검출기(113)를 최대 우도(Maximum Likelihood : 이하 'ML'이라 칭함) 검출기로 사용해야 하는 문제점이 있다. 상기 ML 검출기는 최적의 시스템 성능을 보장하지만, 수신 심볼의 검출과정에서 매우 큰 복잡도를 갖는 문제점 및 한계를 가지고 있다. In addition, in order to obtain the diversity gain, there is a problem in that the detector 113 of the receiver 110 is used as a maximum likelihood detector. The ML detector guarantees optimal system performance, but has problems and limitations with very high complexity in the detection of received symbols.

다시 말해, 상기 ABBA 기법이나 상기 Jafarkhani 기법을 사용하는 종래의 다중 안테나 시스템은 전송 심볼 간의 간섭 현상으로 인한 다이버시티 이득에서 손실이 발생하며, 상기 ML 검출기를 사용하기 때문에 수신단의 복잡도가 매우 큰 문제점이 있다.In other words, in the conventional multi-antenna system using the ABBA technique or the Jafarkhani technique, a loss occurs in diversity gain due to interference between transmission symbols, and the complexity of the receiver is very large because the ML detector is used. have.

따라서, 본 발명의 목적은 다중 안테나 시스템의 송수신 장치 및 방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a transmission and reception apparatus and method of a multiple antenna system.

본 발명의 다른 목적은 다중 안테나 시스템에서 송신 신호 간의 간섭이 없도록 직교성을 갖는 시공간 블록 부호를 송신하고, 상기 직교 시공간 블록 부호의 특성을 이용하여 간단한 방법으로 송신 신호를 복원하며, 송수신단 간의 무선 채널 상황에 따라 송신 다이버시티 이득을 최대화하는 피드백 정보를 계산하여 상기 송신단으로 피드백하기 위한 송수신 장치 및 방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to transmit a space-time block code having an orthogonality so that there is no interference between transmission signals in a multi-antenna system, restore the transmission signal by a simple method using the characteristics of the orthogonal space-time block code, and wireless channels between the transmitting and receiving end The present invention provides a transmitting and receiving device and method for calculating feedback information maximizing transmission diversity gain according to a situation and feeding back to the transmitting end.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따르면, 다중 안테나 시스템의 송신단 장치는, 수신단으로부터 피드백 정보를 수신하여 직교 시공간 부호의 전송 행렬 내의 특정 원소에 대한 부호를 결정하는 부호결정 인자 결정기와, 상기 결정된 부호를 적용한 직교 시공간 부호로 송신 데이터를 부호화하는 부호기를 포함하는 것을 특징으로 한다. According to an exemplary embodiment of the present invention, a transmitting end device of a multi-antenna system includes: a coding decision factor determiner that receives feedback information from a receiving end and determines a code for a specific element in a transmission matrix of an orthogonal space-time code; And an encoder for encoding the transmission data into an orthogonal space-time code to which the determined code is applied.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따르면, 다중 안테나 시스템의 수신단 장치는, 송신단으로부터 수신되는 신호를 이용하여 채널을 추정하는 채널 추정기와, 상기 추정한 채널 정보를 이용하여 부호 결정 인자를 선택하고, 상기 선택한 부호 결정 인자를 포함하는 피드백 정보를 생성하여 상기 송신단으로 전송하는 사인함수 계산기를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an exemplary embodiment of the present invention, a receiving end apparatus of a multi-antenna system includes a channel estimator for estimating a channel using a signal received from a transmitting end, and a code determination factor using the estimated channel information. And a sign function calculator for generating feedback information including the selected code determining factor and transmitting the feedback information to the transmitter.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따르면, 다중 안테나 시스템의 송신 방법은, 수신단으로부터 피드백 정보가 수신될 시, 상기 수신된 피드백 정보를 이용하여 직교 시공간 부호의 전송 행렬 내의 특정 원소에 대한 부호를 결정하는 과정과, 상기 결정된 부호를 적용한 직교 시공간 부호로 송신 데이터를 부호화하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다. According to an embodiment of the present invention to achieve the above object, in the transmission method of the multi-antenna system, when feedback information is received from the receiving end, using the received feedback information for a specific element in the transmission matrix of the orthogonal space-time code And determining the code, and encoding the transmission data by the orthogonal space-time code to which the determined code is applied.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따르면, 다중 안테나 시스템의 수신 방법은, 송신단으로부터 신호가 수신될 시, 상기 신호를 이용하여 채널을 추정하는 과정과, 상기 추정한 채널 정보를 이용하여 부호 결정 인자를 선택하는 과정과, 상기 선택한 부호 결정 인자를 포함하는 피드백 정보를 생성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an exemplary embodiment of the present invention, a reception method of a multi-antenna system includes, when a signal is received from a transmitter, estimating a channel using the signal and using the estimated channel information. And selecting a sign determining factor and generating feedback information including the selected sign determining factor.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

이하 본 발명은 다중 안테나 시스템의 송수신 장치 및 방법에 대해 설명하도록 한다. Hereinafter, the present invention will be described with respect to a transmission and reception apparatus and method of a multi-antenna system.

도 2는 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템의 구성을 도시한 도면이다. 여기서, 상기 다중 안테나 시스템은 송신단(200)의 부호기(201)와 부호결정 인자 결정기(203), 수신단(210)의 채널 추정기(211)와 사인함수 계산기(213), 채널 구성기(215), 검출기(217)를 포함하여 구성된다. 2 is a diagram illustrating a configuration of a multiple antenna system according to the present invention. Here, the multi-antenna system includes the encoder 201 and the code decision factor determiner 203 of the transmitter 200, the channel estimator 211, the sine function calculator 213, the channel configurator 215 of the receiver 210, And a detector 217.

상기 도 2를 참조하면, 상기 송신단(200)의 부호기(201)는 직교 특성을 갖는 시공간 부호(Orthogonal Space-Time Code) 부호기로서, 소정 변조 기법으로 변조된 소정 개수의 심볼들, 즉 심볼 벡터 x를 입력받고, 상기 부호결정 인자 결정기(203)로부터 입력되는 부호결정 인자 γ를 시공간 부호의 전송 행렬 상의 해당 위치에 배치한 후, 상기 시공간 부호를 이용하여 상기 입력된 심볼들을 부호화함으로써, 소정 개수의 부호화된 심볼들을 생성한다. 이후, 상기 부호기(201)는 상기 생성된 심볼들을 소정 개수의 심볼 타임 슬롯(Time slot) 동안 소정 개수의 송신 안테나를 통해 전송되도록 구성한 후, 해당 타임 슬롯에 해당 송신 안테나를 통해 전송한다. 이로써, 상기 송신단(200)은 송신 신호 간의 간섭이 없도록 직교성을 갖는 시공간 블록 부호를 송신할 수 있다. Referring to FIG. 2, the encoder 201 of the transmitter 200 is an orthogonal space-time code encoder having an orthogonal characteristic, and has a predetermined number of symbols modulated by a predetermined modulation scheme, that is, a symbol vector x Is inputted, the coding decision factor γ input from the coding decision factor determiner 203 is disposed at a corresponding position on the transmission matrix of the space-time code, and then the input symbols are encoded by using the space-time code, so that a predetermined number of Generate coded symbols. Thereafter, the encoder 201 configures the generated symbols to be transmitted through a predetermined number of transmit antennas for a predetermined number of symbol time slots, and then transmits the generated symbols through the corresponding transmit antennas. As a result, the transmitter 200 may transmit a space-time block code having orthogonality such that there is no interference between transmission signals.

예를 들어, 상기 도 2에 도시된 바와 같이, 4개의 송신 안테나와 1개의 수신 안테나를 사용하여 2개의 심볼들(x1, x2)을 전송하는 무선 통신 시스템의 경우, 상기 송신단(200)은 기존에 2개의 송신 안테나를 위해 사용되었던 직교 시공간 부호(Orthogonal Space-Time Code) 부호기 2개를 연접하여 4개의 송신 안테나를 통해 부호화된 심볼을 상기 수신단(210)으로 전송할 수 있다. 여기서, 상기 시공간 부호의 전송 행렬은 하기<수학식 2>와 같이 나타낼 수 있다.For example, as shown in FIG. 2, in the case of a wireless communication system transmitting two symbols (x 1 , x 2 ) using four transmit antennas and one receive antenna, the transmitter 200 A concatenation of two orthogonal space-time code encoders previously used for two transmission antennas may transmit a symbol encoded through four transmission antennas to the receiver 210. Here, the transmission matrix of the space-time code may be expressed as Equation 2 below.

Figure 112006064639592-PAT00002
Figure 112006064639592-PAT00002

여기서, 상기 시공간 부호를 이용해 부호화된 심볼들은 상기 부호기(201)에 의해 2개의 심볼 타임 슬롯(Time slot) 동안 4개의 송신 안테나를 통해 전송되도록 구성된 후, 해당 타임 슬롯에 해당 송신 안테나를 통해 전송된다.Here, the symbols encoded using the space-time code are configured to be transmitted through four transmit antennas during two symbol time slots by the encoder 201 and then transmitted through the corresponding transmit antenna in the corresponding time slot. .

상기 부호결정 인자 결정기(203)는 상기 수신단(210)으로부터 입력되는 피드백 정보를 이용하여 상기 부호결정 인자 γ를 결정하고, 상기 결정된 부호결정 인자 γ를 상기 부호기(201)로 출력한다. The sign determining factor determiner 203 determines the sign determining factor γ by using feedback information input from the receiving end 210, and outputs the determined sign determining factor γ to the encoder 201.

다음으로, 상기 수신단(210)의 채널 추정기(Channel Estimator)(211)는 상기 수신 안테나를 통해 상기 소정 개수의 심볼 타임 슬롯(Time slot) 동안 신호를 수신하고, 상기 수신한 신호를 이용하여 채널 상태를 추정한 후, 상기 추정한 채널 정보를 상기 사인함수 계산기(213) 및 채널 구성기(215)로 출력한다.Next, the channel estimator 211 of the receiving end 210 receives a signal during the predetermined number of symbol time slots through the receiving antenna, and uses the received signal to determine a channel state. After estimating, the estimated channel information is output to the sine function calculator 213 and the channel configurator 215.

상기 사인함수 계산기(Sign calculation)(213)는 상기 채널 추정기(211)로부터 입력되는 채널 정보를 이용하여 부호결정 인자 γ를 선택하고, 상기 선택된 부호결정 인자 γ를 상기 채널 구성기(215)로 출력한다. 또한, 상기 사인함수 계산기(213)는 상기 선택된 부호결정 인자 γ를 1비트의 피드백 정보로 구성하여 상기 송신단(200)의 부호결정 인자 결정기(203)로 피드백한다. 여기서, 부호결정 인자 γ는 송신 신호 사이의 간섭을 완전히 제거하면서도 복호 성능을 최적화하고 완전 다이버시티 이득을 얻을 수 있는 값으로 선택되고, +1 혹은 -1의 값 중 하나로 선택된다. The sign calculation calculator 213 selects a sign determination factor γ using the channel information input from the channel estimator 211, and outputs the selected sign determination factor γ to the channel composer 215. do. In addition, the sine function calculator 213 configures the selected code determination factor γ as feedback information of 1 bit and feeds it back to the code determination factor determiner 203 of the transmitter 200. Here, the coding decision factor [gamma] is selected as a value capable of optimizing decoding performance and obtaining full diversity gain while completely eliminating interference between transmission signals, and selecting one of +1 or -1.

상기 채널 구성기(215)는 상기 채널 추정기(211)로부터 입력되는 채널 정보와 상기 사인함수 계산기(213)로부터 입력되는 부호결정 인자 γ를 이용하여 상기 시공간 부호에 맞는 유효(Effective) 채널을 구성하고, 상기 구성된 유효 채널을 상기 검출기(217)로 출력한다. The channel configurator 215 configures an effective channel suitable for the space-time code by using the channel information input from the channel estimator 211 and the coding decision factor γ input from the sine function calculator 213. The configured effective channel is output to the detector 217.

상기 검출기(217)는 상기 수신 안테나를 통해 상기 소정 개수의 심볼 타임 슬롯(Time slot) 동안 신호를 수신하고, 상기 수신된 신호와 상기 채널 구성기(215)로부터 입력되는 유효 채널로부터 전송 심볼들을 검출한다. 여기서, 상기 검출기(217)는 직교 특성을 갖는 시공간 부호(Orthogonal Space-Time Code) 복호기로 구성된다. The detector 217 receives signals during the predetermined number of symbol time slots through the receiving antenna and detects transmission symbols from the received signal and an effective channel input from the channel configurator 215. do. Here, the detector 217 is composed of an orthogonal space-time code decoder having an orthogonal characteristic.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템의 송신단에서 피드백 정보를 이용하여 송신 다이버시티 이득을 향상시키기 위한 방법의 절차를 도시한 도면이다. 3 is a diagram illustrating a procedure of a method for improving transmission diversity gain using feedback information in a transmitting end of a multi-antenna system according to an exemplary embodiment of the present invention.

상기 도 3을 참조하면, 송신단(200)은 301단계에서 수신단(210)으로부터 피드백 정보가 수신되는지 여부를 검사한다. 여기서, 상기 피드백 정보는 부호결정 인자에 대한 정보가 포함되어 있다. 상기 피드백 정보가 수신될 시, 상기 송신단(200)은 303단계에서 상기 피드백 정보를 이용하여 부호결정 인자 γ를 결정한다. 여기서, 상기 부호결정 인자 γ는 +1 혹은 -1로 결정된다.Referring to FIG. 3, the transmitter 200 checks whether feedback information is received from the receiver 210 in step 301. Here, the feedback information includes information on a sign determination factor. When the feedback information is received, the transmitter 200 determines a code determination factor γ using the feedback information in step 303. Here, the sign determination factor γ is determined to be +1 or -1.

이후, 상기 송신단(200)은 305단계에서 상기 결정된 부호결정 인자 γ를 시공간 부호의 전송 행렬 상의 해당 위치에 배치한 후, 307단계로 진행하여 상기 시공간 부호를 이용하여 소정 개수의 변조 심볼들을 부호화한다. 이로써, 소정 개수의 부호화된 심볼들이 생성된다. 이후, 상기 송신단(200)은 309단계에서 상기 생성된 심볼들을 소정 개수의 심볼 타임 슬롯(Time slot) 동안 소정 개수의 송신 안테나를 통해 전송되도록 구성하여 해당 타임 슬롯에 해당 송신 안테나를 통해 상기 수신단(210)으로 전송한다. 이후, 상기 송신단(200)은 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다. In step 305, the transmitter 200 arranges the determined coding decision factor γ at the corresponding position on the transmission matrix of the space-time code, and then proceeds to step 307 to encode a predetermined number of modulation symbols using the space-time code. . In this way, a predetermined number of encoded symbols are generated. In step 309, the transmitting end 200 configures the generated symbols to be transmitted through a predetermined number of transmitting antennas for a predetermined number of symbol time slots, and transmits the received symbols through the corresponding transmitting antennas to the corresponding time slots. 210). Thereafter, the transmitter 200 terminates the algorithm according to the present invention.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템의 수신단에서 피드백 정보를 이용하여 송신 다이버시티 이득을 향상시키기 위한 방법의 절차를 도시한 도면이다. 4 is a diagram illustrating a procedure of a method for improving transmit diversity gain using feedback information at a receiving end of a multi-antenna system according to an exemplary embodiment of the present invention.

상기 도 4를 참조하면, 수신단(210)은 401단계에서 송신단(200)으로부터 소정 개수의 심볼 타임 슬롯(Time slot) 동안 신호를 수신하고, 403단계에서 상기 수신한 신호를 이용하여 채널 상태를 추정한다. Referring to FIG. 4, the receiver 210 receives signals from the transmitter 200 for a predetermined number of symbol time slots in step 401, and estimates a channel state using the received signals in step 403. do.

이후, 상기 수신단(210)은 405단계에서 상기 추정한 채널 정보를 이용하여 부호결정 인자 γ를 선택하고, 407단계로 진행하여 상기 선택된 부호결정 인자 γ를 이용하여 시공간 부호에 맞는 유효(Effective) 채널을 구성한다. 또한, 상기 선택된 부호결정 인자 γ를 포함하는 1비트의 피드백 정보를 생성하고, 상기 생성된 피드백 정보를 상기 송신단(200)으로 전송한다. 여기서, 상기 부호결정 인자 γ는 송신 신호 사이의 간섭을 완전히 제거하면서도 복호 성능을 최적화하고 완전 다이버시티 이득을 얻을 수 있는 값으로 선택되고, +1 혹은 -1의 값 중 하나로 선택된다. In step 405, the receiving end 210 selects a coding decision factor γ using the estimated channel information. In step 407, the receiving end 210 performs an effective channel suitable for a space-time code using the selected coding decision factor γ. Configure In addition, one-bit feedback information including the selected sign determination factor γ is generated, and the generated feedback information is transmitted to the transmitter 200. In this case, the coding decision factor γ is selected as a value capable of optimizing decoding performance and obtaining a full diversity gain while completely eliminating interference between transmission signals, and selecting one of +1 or -1.

예를 들어, 상기 도 2에 도시된 바와 같이, 4개의 송신 안테나와 1개의 수신 안테나를 사용하여 2개의 심볼들(x1, x2)을 전송하는 무선 통신 시스템의 경우, 무선 채널을 통과하여 수신 안테나에서 수신되는 신호는 하기 <수학식 3>과 같이 표현될 수 있다. For example, as shown in FIG. 2, in the case of a wireless communication system transmitting two symbols (x 1 , x 2 ) using four transmit antennas and one receive antenna, The signal received at the receiving antenna may be expressed as Equation 3 below.

Figure 112006064639592-PAT00003
Figure 112006064639592-PAT00003

Figure 112006064639592-PAT00004
Figure 112006064639592-PAT00004

여기서, 상기 y는 수신 신호 벡터를 나타내고, 상기 H는 채널 벡터를 나타내며, 상기 C는 시공간 부호의 전송 행렬을 나타내고, 상기 n은 잡음 행렬을 나타낸다. Here, y denotes a received signal vector, H denotes a channel vector, C denotes a transmission matrix of a space-time code, and n denotes a noise matrix.

여기서, 송신 신호 x1, x2를 간단히 디코딩하기 위하여 상기 수신 신호를 하기 <수학식 4>와 같은 형태로 다시 표현할 수 있다. In order to simply decode the transmission signals x 1 and x 2 , the received signal may be represented again in the form of Equation 4 below.

Figure 112006064639592-PAT00005
Figure 112006064639592-PAT00005

Figure 112006064639592-PAT00006
Figure 112006064639592-PAT00006

여기서, 상기 유효 채널은 상기 H'으로 구성될 수 있으며, 상기 <수학식 4>의 양변에 H'H를 곱하면, 하기 <수학식 5>와 같이 나타낼 수 있다. Here, the effective channel may be configured as the H ' , and multiplying both sides of the <Equation 4> H ' H , it can be expressed as shown in the following <Equation 5>.

Figure 112006064639592-PAT00007
Figure 112006064639592-PAT00007

Figure 112006064639592-PAT00008
Figure 112006064639592-PAT00008

여기서, 상기 <수학식 5>의 대각 이외의 원소들이 0인 것으로부터 송신 신호 x1, x2 사이의 간섭이 완전히 제거됨을 알 수 있다. 또한, 대각 원소들의 크기를 최대화함으로써, 복호 성능을 최적화하고 완전 다이버시티 이득을 얻을 수 있음을 알 수 있다. Here, since elements other than the diagonal of Equation 5 are 0, it can be seen that interference between the transmission signals x 1 and x 2 is completely removed. In addition, it can be seen that by maximizing the size of the diagonal elements, it is possible to optimize the decoding performance and obtain the full diversity gain.

여기서, 상기 부호결정 인자 γ는 하기 <수학식 6>을 이용하여 +1 혹은 -1의 값 중 상기 대각 원소의 크기를 최대화하는 값으로 선택한다. Here, the coding decision factor γ is selected as a value maximizing the size of the diagonal element among the values of +1 or -1 using Equation 6 below.

Figure 112006064639592-PAT00009
Figure 112006064639592-PAT00009

Figure 112006064639592-PAT00010
Figure 112006064639592-PAT00010

이후, 상기 수신단(210)은 409단계에서 상기 수신된 신호와 상기 구성된 유효 채널로부터 전송 심볼들을 검출한 후, 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다. In step 409, the receiving end 210 detects transmission symbols from the received signal and the configured effective channel, and then ends the algorithm according to the present invention.

도 5는 종래 발명과 본 발명의 비트 수신 오율(Bit Error Rate : 이하 'BER'이라 칭함) 성능을 비교한 그래프이다. 여기서, 상기 성능을 비교하기 위한 실험 환경으로 4개의 송신 안테나와 1개의 수신 안테나를 갖는 시스템을 고려하였다. 또한, 안테나마다 동일한 송신 전력을 적용하고, 각 기법마다 동일한 데이터 전송률을 적용하였으며, 채널은 독립적인 레일리 페이딩을 가정하였다. 5 is a graph comparing bit error rate (hereinafter, referred to as BER) performance of the present invention and the present invention. Here, a system having four transmit antennas and one receive antenna is considered as an experimental environment for comparing the performance. In addition, the same transmission power is applied to each antenna, the same data rate is applied to each technique, and the channel assumes independent Rayleigh fading.

상기 도 5를 참조하면, 4개의 송신 안테나를 이용하는 ABBA 기법을 적용한 시스템의 경우, 수신 오율 곡선의 그래프가 2개의 송신 안테나를 이용하는 알라무티 코드(Alamouti's code)를 이용한 시스템과 거의 동일한 기울기를 나타내므로, 거의 동일한 다이버시티 이득을 획득함을 알 수 있다. 반면, 4개의 송신 안테나에 대해 직교 시공간 부호화 기법(1/2 rate code)을 적용한 시스템의 경우, 상기 수신 오율 곡선의 그래프가 상기 ABBA 기법 혹은 알라무티 코드(Alamouti's code)를 이용한 시스템에 비해 높은 기울기를 나타내므로, 더 높은 다이버시티 이득을 획득함을 알 수 있다. 본 발명에 의한 시공간 부호화 기법을 적용한 시스템의 경우도 상기 수신 오율 곡선의 그래프가 상기 직교 시공간 부호화 기법(1/2 rate code)을 적용한 시스템과 동일한 기울기를 나타내므로, 동일한 다이버시티 이득 4를 획득함을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 기술이 종래 기술보다 간단한 수신기 구조를 사용하면서도 높은 다이버시티 이득 4를 획득하고, 우수한 비트 수신 오율을 나타냄을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5, in the case of a system using the ABBA method using four transmission antennas, since a graph of a reception error rate curve shows almost the same slope as a system using Alamouti's code using two transmission antennas. As a result, it can be seen that almost the same diversity gain is obtained. On the other hand, in a system in which an orthogonal space-time coding technique (1/2 rate code) is applied to four transmit antennas, the graph of the reception error rate curve has a higher slope than that of the system using the ABBA technique or Alamouti's code. It can be seen that the higher diversity gain is obtained. In the case of the system using the space-time coding technique according to the present invention, since the graph of the received error rate curve shows the same slope as the system to which the orthogonal space-time coding technique is applied, the same diversity gain 4 is obtained. It can be seen. That is, it can be seen that the technique according to the present invention obtains a high diversity gain 4 and exhibits an excellent bit reception error rate while using a simpler receiver structure than the prior art.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. Meanwhile, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the scope of the following claims, but also by the equivalents of the claims.

상술한 바와 같이, 본 발명은 다중 안테나 시스템에서 송신단이 송신 신호 간의 간섭이 없도록 직교성을 갖는 시공간 블록 부호를 송신하고, 수신단이 송신된 직교 시공간 블록 부호의 특성을 이용하여 간단한 방법으로 송신 신호를 복원하며, 송수신단 간의 무선 채널 상황에 따라 송신 다이버시티 이득을 최대화하는 피드백 정보를 계산하여 상기 송신단으로 피드백함으로써, 종래 기술의 문제점이었던 간섭 신호에 의한 수신 성능 열화를 개선할 수 있는 이점이 있다. 또한, 전송 다이버시티 기법에 1 비트의 피드백 정보만을 추가하여 전송 다이버시티 이득을 향상시킬 수 있으며, 수신기를 단순화하여 수신단에서의 복잡도를 간단하게 유지할 수 있는 이점이 있다. As described above, the present invention transmits a space-time block code having an orthogonality so that the transmitting end in the multi-antenna system does not interfere with the transmission signal, and restores the transmission signal by a simple method using the characteristics of the transmitted orthogonal space-time block code. In addition, by calculating feedback information maximizing a transmission diversity gain according to a radio channel condition between a transmitting and receiving end and feeding it back to the transmitting end, there is an advantage in that reception performance deterioration due to an interference signal, which is a problem of the prior art, can be improved. In addition, the transmit diversity gain may be improved by adding only 1 bit of feedback information to the transmit diversity scheme, and the receiver may be simplified to maintain complexity at the receiving end.

Claims (15)

다중 안테나 시스템의 송신단 장치에 있어서,In the transmitting end device of a multi-antenna system, 수신단으로부터 피드백 정보를 수신하여 직교 시공간 부호의 전송 행렬 내의 특정 원소에 대한 부호를 결정하는 부호결정 인자 결정기와,A code determination factor determiner for receiving feedback information from a receiver and determining a code for a specific element in a transmission matrix of an orthogonal space-time code; 상기 결정된 부호를 적용한 직교 시공간 부호로 송신 데이터를 부호화하는 부호기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.And an encoder for encoding the transmission data into an orthogonal space-time code to which the determined code is applied. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 부호기는 하나 이상의 직교 시공간 부호(Orthogonal Space-Time Code) 부호기로 구성하는 것을 특징으로 하는 장치. And the encoder comprises one or more orthogonal space-time code encoders. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 부호기는 상기 부호화된 송신 데이터를 소정 개수의 심볼 타임 슬롯(Time slot) 동안 소정 개수의 송신 안테나를 통해 수신단으로 전송하는 것을 특징으로 하는 장치. And the encoder transmits the encoded transmission data to a receiver through a predetermined number of transmit antennas during a predetermined number of symbol time slots. 다중 안테나 시스템의 수신단 장치에 있어서,In the receiving end device of a multi-antenna system, 송신단으로부터 수신되는 신호를 이용하여 채널을 추정하는 채널 추정기와,A channel estimator for estimating a channel using a signal received from a transmitter, 상기 추정한 채널 정보를 이용하여 부호 결정 인자를 선택하고, 상기 선택한 부호 결정 인자를 포함하는 피드백 정보를 생성하여 상기 송신단으로 전송하는 사인함수 계산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.And a sign function calculator which selects a sign determination factor using the estimated channel information, generates feedback information including the selected sign determination factor, and transmits the feedback information to the transmitter. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 부호 결정 인자는 송신 신호 사이의 간섭을 완전히 제거하면서도 복호 성능을 최적화하고 완전 다이버시티 이득을 얻을 수 있는 값으로 선택하는 것을 특징으로 하는 장치. And wherein the sign determination factor is selected to a value capable of optimizing decoding performance and obtaining full diversity gain while completely eliminating interference between transmission signals. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, wherein 상기 부호 결정 인자는 하기 <수학식 7>을 이용하여 선택하는 것을 특징으로 하는 장치. The sign determining factor is selected using the following Equation (7).
Figure 112006064639592-PAT00012
Figure 112006064639592-PAT00012
Figure 112006064639592-PAT00013
Figure 112006064639592-PAT00013
Figure 112006064639592-PAT00014
Figure 112006064639592-PAT00014
 여기서, 상기 γ는 상기 부호결정 인자를 나타내고, 상기 h는 채널을 의미함.Here, γ represents the sign determining factor, and h represents a channel. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 선택된 부호 결정 인자를 이용하여 직교 시공간 부호에 맞는 유효 채널을 구성하는 채널 구성기와,A channel configurator constituting an effective channel suitable for an orthogonal space-time code using the selected code determination factor; 상기 송신단으로부터 수신되는 신호와 상기 유효 채널을 이용하여 수신 데이터를 검출하는 검출기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.And a detector for detecting received data using the signal received from the transmitter and the effective channel. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 검출기는 직교 특성을 갖는 시공간 부호(Orthogonal Space-Time Code) 복호기로 구성하는 것을 특징으로 하는 장치. And the detector comprises an orthogonal space-time code decoder having an orthogonal characteristic. 다중 안테나 시스템의 송신 방법에 있어서,In the transmission method of a multiple antenna system, 수신단으로부터 피드백 정보가 수신될 시, 상기 수신된 피드백 정보를 이용하여 직교 시공간 부호의 전송 행렬 내의 특정 원소에 대한 부호를 결정하는 과정과, When feedback information is received from a receiver, determining a code for a specific element in a transmission matrix of an orthogonal space-time code by using the received feedback information; 상기 결정된 부호를 적용한 직교 시공간 부호로 송신 데이터를 부호화하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.And encoding the transmission data by an orthogonal space-time code to which the determined code is applied. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 부호화된 송신 데이터를 소정 개수의 심볼 타임 슬롯(Time slot) 동안 소정 개수의 송신 안테나를 통해 수신단으로 전송하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.And transmitting the encoded transmission data to a receiver through a predetermined number of transmit antennas during a predetermined number of symbol time slots. 다중 안테나 시스템의 수신 방법에 있어서,In the receiving method of a multiple antenna system, 송신단으로부터 신호가 수신될 시, 상기 신호를 이용하여 채널을 추정하는 과정과,Estimating a channel using the signal when a signal is received from a transmitter, 상기 추정한 채널 정보를 이용하여 부호 결정 인자를 선택하는 과정과,Selecting a code determining factor using the estimated channel information; 상기 선택한 부호 결정 인자를 포함하는 피드백 정보를 생성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.Generating feedback information including the selected sign determination factor. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 생성한 피드백 정보를 상기 송신단으로 전송하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.And transmitting the generated feedback information to the transmitter. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 부호 결정 인자는 송신 신호 사이의 간섭을 완전히 제거하면서도 복호 성능을 최적화하고 완전 다이버시티 이득을 얻을 수 있는 값으로 선택하는 것을 특징으로 하는 방법.And the code determining factor is selected to a value capable of optimizing decoding performance and obtaining a full diversity gain while completely eliminating interference between transmission signals. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13, 상기 부호 결정 인자는 하기 <수학식 8>을 이용하여 선택하는 것을 특징으로 하는 장치. The sign determining factor is selected using the following Equation (8).
Figure 112006064639592-PAT00015
Figure 112006064639592-PAT00015
Figure 112006064639592-PAT00016
Figure 112006064639592-PAT00016
Figure 112006064639592-PAT00017
Figure 112006064639592-PAT00017
 여기서, 상기 γ는 상기 부호결정 인자를 나타내고, 상기 h는 채널을 의미함.Here, γ represents the sign determining factor, and h represents a channel. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 선택된 부호 결정 인자를 이용하여 직교 시공간 부호에 맞는 유효 채널을 구성하는 과정과,Constructing an effective channel suitable for an orthogonal space-time code using the selected code determination factor; 상기 송신단으로부터 수신되는 신호와 상기 유효 채널을 이용하여 수신 데이터를 검출하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.And detecting received data using the signal received from the transmitter and the effective channel.
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