KR20080038428A

KR20080038428A - 차등 공간시간 블록 코드를 통해 데이터를 인코딩하기위한 방법 및 전송 장치

Info

Publication number: KR20080038428A
Application number: KR1020087006877A
Authority: KR
Inventors: 알렉산더 바나에프; 헤르만 롤링
Original assignee: 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2005-08-24
Filing date: 2006-08-21
Publication date: 2008-05-06
Also published as: EP1917752A1; CN101248610A; WO2007023152A1; CN101248610B; EP1917752B1; US8170143B2; US20090316830A1; DE102005040067B4; DE102005040067A1; KR101266864B1; SI1917752T1; ATE550841T1

Abstract

본 발명은 차등 공간-시간 블록 코드(DSTBC)를 이용하여 데이터를 인코딩하기 위한 방법 및 상응하는 전송 장치에 관한 것이다. 코드 매트릭스(C_k)는 전송될 심볼들(c_1,k, c_2,k)을 갖는 DSTBC 블록으로서 이전 코드 매트릭스(C_k _-1)를 갖는 일시적 데이터 매트릭스(S_k)로부터 재귀적으로 계산되고, 데이터 매트릭스(S_k)는 전송될 적어도 두 개의 데이터 심볼들(s₁ _,k, s₂ _,k)로부터 형성되고, 진폭이 변조된다. 본 발명은 진폭 변조 데이터가 각각의 개별 DSTBC 블록 내에서 적어도 두 개의 데이터 심볼들(s₁ _,k, s₂ _,k)의 진폭 차이로 인코딩되는 것을 특징으로 한다.

Description

차등 공간시간 블록 코드를 통해 데이터를 인코딩하기 위한 방법 및 전송 장치 {METHOD AND TRANSMITTING DEVICE FOR ENCODING DATA IN A DIFFERENTIAL SPACETIME BLOCK CODE}

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 차등 공간-시간 블록 코드(DSTBC)를 이용하여 데이터를 인코딩하기 위한 방법, 이러한 방식으로 인코딩되어 전송되는 데이터를 디코딩하기 위한 방법, 및 상기 방법들을 각각 수행하기 위한 전송 장치와 수신 장치에 관한 것이다.

두 개의 전송 안테나들을 위한 DSTBC 방식이 V.Tarokh 및 H.Jafarkhani에 의한 "A differential detection scheme for transmit diversity(IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol.18, pp.1169-1174, 2000년 7월)"에 개시되었다. DSTBC는 S.Alamouti에 의해 "A simple transmit diversity technique for wireless communications(IEEE Journal on Selected Areas of Communications, Special Issue on Signal Processing for Wireless Communications, vol.16, no.8, pp.1451-1458, 1998년)"에서 개시된 STBC(공간-시간 블록 코드)에 기초한다. DSTBC에 대한 다른 개시는 C.Gao, A.Haimovich, D.Lao에 의한 "Bit Error Probability for Space-Time Block Code with Coherent and Differential Detection(IEEE Vehicle Technology Conference(VTC'02 Fall), 2002년 9월, 캐나다 밴쿠버)"에서 발견될 수 있다. DSTBC의 일반화는 H.Jafarkhani 및 V.Tarokh에 의한 "Multiple transmit antenna differential detection from generalized orthogonal designs(IEEE Transactions on Information Theory, vol.47, pp.2626-2631, 2001년 9월)"에서 주어진다.

STBC와 유사하게, 개별 DSTBC 코드워드 또는 개별 DSTBC 코드는 전송 반송파의 두 개의 타임 슬롯들을 점유하는데, 각각의 개별 코드는 두 개의 정보 심볼들을 운반한다. DSTBC 기술의 경우, 수신기 단말에서든 또는 전송기 단말에서든 채널 정보가 요구되지 않으며, 이는 상기 기술이 특히 신뢰할 수 있는 채널 정보를 획득하기 어려운 경우에 매우 매력적이 되도록 한다. DSTBC 기술에 의해, 차등적으로 인코딩된 코드 시퀀스 C_k가 하기에 따라 재귀적으로(recursively) 계산된다.

식(1)

각각의 경우에 다음 차례의 코드 매트릭스 C_k는 현재 정보 매트릭스(S_k)를 이전 코드 매트릭스(C_k _-1)와 곱함으로써 계산된다. 이는, 정보 매트릭스(S_k)가 차등 위상 변조 방식들과 유사하게 차등적으로 인코딩됨을 의미한다. 정보 매트릭스(S_k)는 하기의 정보 매트릭스 구조에 따라 전송되어야 하는 두 개의 정보 심볼들(s₁ _,k, s_2,k)에 기초하여 생성된다.

식(2)

정보 심볼들(s_1,k, s_2,k)이 순수한 PSK(위상 시프트 키잉) 콘스텔레이션 다이어그램(constellation diagram)으로부터 취해진다면, 절대값들은 하기에 따라 정규화된다.

식(3)

이 경우, 식(2)으로부터 하기가 이어진다.

식(4)

이는, QAM(직교 진폭 변조)와 비교하여 점점 더 높은 오더(order)의 변조 방식의 경우, PSK 하락이 점점 커져 사실상 6bit/s/Hz 대역폭 효율을 갖는 변조 방식의 경우 10dB에 도달하게 됨을 의미한다.

차등 단일-안테나 전송 기술들과 높은 레벨의 DPSK(differential PSK) 변조의 수행에 관해서는 H.Rohling 및 V.Engels에 의한 "Differential amplitude phase shift keying, (DAPSK)-a new modulation method for DVBT(in International Broadcasting Convention, pp.102-108, 1995년)"에 기재되어 있다. DAPSK 변조 방식들은 순수한 PSK 기술보다 훨씬 더 효율적인 것으로 알려졌다. 상기 분석은 동시에 진폭 및 위상 시프트 키잉(APSK)을 사용하는 DSTBC에 대하여 차등 변조 방식들이 유사하게 설계되게 하는 자극이었다. APSK를 DSTBC로 통합하기 위한 제안들이 X.G.Xia에 의한 "Differential en/decoded orthogonal space-time block codes with APSK signals(IEEE Communications Letters. vol.6, pp.150-152, 2002년 4월)", G.Bauch에 의한 "A Bandwidth-efficient Scheme for Non-coherent Transmit Diversity(in Proc. of IEEE Globecom Conference, San Francisco, CA, USA, 2003년 12월 1-5일)", G.Bauch에 의한 "Differential Amplitude and Unitary Space-Time Modulation(in Proc. of 5th International ITG Conference on Source and Channel Coding, Erlangen, 2004년 1월 14-16일)"에 기재되어 있고, 일반적인 접근법은 전송될 코드 매트릭스들(C_k)의 전체 시퀀스에 걸쳐 차등 진폭 변조를 수행하는 것에 기초한다. 이 기술은 하기에 의해 분석적으로 기술된다.

식(5)

상기는 전송되는 코드 블록들의 차등 진폭들을 야기한다. 실제 정보는 두 개의 상호 인접한 코드 매트릭스들(C_k, C_k _-1)을 통해 진폭 비율

로 코딩된다. 이 경우, 복조는 진폭 및 위상 비트에 대하여 별개로 수행된다.

그러므로, 기초는 다양한 MIMO(다중입력 다중출력) 전송 방법들 중 하나로서 두 개의 전송 안테나들에 대한 DSTBC이다. STBC에 따른 코히어런트(coherent) 공간-시간 블록 코드와 유사하게, DSTBC는 복소수 직교 설계에 기초한다. 그러나, DSTBC는 채널 정보를 요구하지 않는다. 원래 DSTBC의 경우, 상응하게 매우 제한된 대역폭 효율을 갖는 하나의 순수한 PSK 변조만이 사용된다. 향상으로서, 두 개의 연속적 DSTBC 블록들 사이의 진폭 차이가 또한 인코딩되었고, 하나의 이러한 개별 DSTBC 블록 내부의 두 개의 정보 심볼들은 항상 동일한 진폭을 갖는다. 그러나, 전송 신호의 엔벨로프(envelope)는 일정하지 않다.

Hwang, C.-S.에 의한 기사 "Differential Space Time Block Codes Using Nonconstant Modulus Constellations(IEEE Transactions on Signal Processing, Vol.51, No.11, 2003년 11월, pp.2955-2964)"는 마찬가지로 차등 공간-시간 블록 코드들을 통한 정보 인코딩을 개시한다.

본 발명의 목적은, 차등 공간-시간 블록 코드를 이용하여 데이터를 인코딩하기 위한 방법, 이러한 방식으로 인코딩되어 전송되는 데이터를 디코딩하기 위한 방법, 이러한 방법들을 수행하기 위한 전송 장치 및 수신 장치를 향상시키는 것이다. 특히, 전력 소모량은 동일한 접속 품질의 경우에 종래 PSK-변조된 DSTBC에 비해 감소할 것이고 계산 복잡성이 낮아지며, DSTBC의 대역폭 효율은 동시적 진폭과 위상 변조에 의해 증가할 것이다.

상기 목적은 차등 공간-시간 블록 코드를 이용하여 데이터를 인코딩하기 위한 방법, 이러한 방식으로 인코딩되어 전송되는 데이터를 디코딩하기 위한 방법, 독립항들의 특징들에 따른 전송 장치 또는 수신 장치에 의해 달성된다. 유용한 실시예들은 종속항들의 요지이다.

차등 공간-시간 블록 코드를 이용하여 데이터를 인코딩하기 위한 바람직한 방법은 따라서 무선 인터페이스를 통해 전송될 심볼들을 포함하는 DSTBC 블록으로서 이전 코드 매트릭스를 이용하여 현재 정보 매트릭스로부터 코드 매트릭스가 재귀적으로 계산되는 방법이고, 정보 매트릭스는 전송될 적어도 두 개의 정보 심볼들에 기초하고, 진폭 변조는 진폭 변조 정보가 각각의 개별 DSTBC 블록 내부에서 정보 심볼들 사이의 진폭 차이로 인코딩되는 동안에 수행된다.

여기서, 유용한 방법은 위상 변조와 진폭 변조를 결합하는 방법이다.

또한, 정보 심볼들의 절대값들의 합이 하기에 따라 정규화되는 방법이 유용하다.

유용한 방법은 두 개의 정보 심볼들의 각자의 정보 심볼 진폭에 있어서 가변하지만 일정한 전송 에너지가 사용되는 방법이다.

유용한 방법은 코드 매트릭스가 현재 정보 매트릭스를 이전 코드 매트릭스와 곱함으로써 계산되는 방법이다.

유용한 방법은 정보 심볼들의 진폭이 그들의 진폭들의 제곱들의 합이 일정하게 유지되는 반면에 가변하는 방법이고, 이는 어떠한 수정 없이도 DSTBC 프로세싱이 실행될 수 있도록 한다. 유용한 방법은 일정한 전송 신호 엔벨로프가 진폭 변조 정보를 DSTBC 블록 진폭 정보로 인코딩하기 위하여 다른 코딩 방법들에 추가로 결합되는 방법이다.

유용한 방법은 2ㆍL개의 정보 비트들이 두 개의 정보 심볼들에 매핑되는 방법으로서, 제1 단계에서 L개의 제1 정보 비트들이 제1 PSK 변조를 통해 제1 변조 심볼에 매핑되고, 제2 단계에서 후속하는 L-1개의 정보 비트들이 제1 PSK 변조를 통해 제2 변조 심볼에 매핑된다. 최종 정보 비트가 1의 값을 가질 경우 후속 단계에서 제1 변조 심볼은 제1 정보 심볼에 할당되고 제2 변조 심볼은 제2 정보 심볼에 할당되며, 최종 정보 비트가 1의 값이 아닐 경우 후속 단계에서 제1 변조 심볼은 제2 정보 심볼에 할당되고 제2 변조 심볼은 제1 정보 심볼에 할당된다.

이러한 종류의 유용한 방법은 제1 PSK 변조가 제1 진폭을 갖는 제1 PSK 콘스텔레이션 다이어그램에 할당되고 제2 PSK 변조가 제2 진폭을 갖는 제2 PSK 콘스텔레이션 다이어그램에 할당되는 방법이고, 이때 두 개의 진폭들은 동일하지 않고(A₁>A₂) 진폭들의 제곱들의 합은 1(A₁ ²+A₂ ²=1)이다.

이러한 종류의 유용한 방법은 제2 진폭(A2)에 대한 제1 진폭(A1)의 비율이 결정되는 방법이고, 이때 하기에 따른 진폭 값을 통해 사용되는 수신 안테나들의 개수가 고려된다.

이러한 방법을 이용하여 인코딩된 수신 DSTBC 블록들을 디코딩하기 위한 바람직한 방법은 또한 두 개의 수신된 정보 심볼들의 최종 정보 비트가 먼저 복조되고 그런 다음에 원래 정보 비트들을 재구성하기 위하여 최대 확률 PSK 복조가 수신된 정보 심볼들에 대하여 이용되는 방법이다. 유용한 방법은 최종 정보 비트의 복조 이후에, 수신된 정보 심볼들의 크기들, 즉 절대값들이 비교되는 방법이다. 유용한 방법은 최종 정보 비트의 복조 이후에, 최종 비트들의 진폭 비율에 따라, 수신된 정보 심볼들 중 제1 심볼이 제1 PSK 복조를 통해 복조되고 수신된 정보 심볼들 중 제2 심볼이 제2 PSK 복조를 통해 복조되는지, 또는 그 반대로, 수신된 정보 심볼들 중 제1 심볼이 제2 PSK 복조를 통해 복조되고 수신된 정보 심볼들 중 제2 심볼이 제2 PSK 복조를 통해 복조되는지가 결정되는 방법이다.

차등 공간-시간 블록 코드를 이용하여 무선 인터페이스를 통해 데이터를 전송하고, DSTBC 블록으로서 전송될 심볼들로부터 코드 매트릭스를 제공하는 이러한 방법을 수행하기 위한 변조 장치를 갖는 전송 장치가 특히 유용하다. 또한, 이러한 방법에 따른 차등 공간-시간 블록 코드(DSTBC)를 갖는 데이터를 무선 인터페이스를 통해 수신하기 위한 수신 장치가 특히 유용한데, 더욱 상세하게는 변조된 데이터를 수신하고 이러한 복조 방법을 수행하기 위한 수신 장치가 특히 유용하다.

그러므로, PSK 및 진폭 변조가 결합된 DSTBC를 위한 변조 방식이 기술된다. PSK를 이용하는 것에 부가하여, 정보는 개별 DSTBC 블록 내에서 두 개의 정보 심볼들 사이의 진폭 차이의 의미로 인코딩된다. 정보 심볼들의 진폭이 가변하는 반면에, 그 합은 일정하게 유지되는데, 이는 DSTBC 프로세싱이 어떠한 수정 없이도 실행될 수 있도록 한다.

제안된 변조 방식은 두 개의 정보 심볼들의 동일한 진폭 조건이 적합하지만 DSTBC 동작을 위해서는 필요하지 않다는 사실에 기초한다. 바람직한 변조 방식에서, 정보는 각각의 개별 DSTBC 블록 내에서 두 개의 정보 심볼들 사이의 진폭 차이로 인코딩된다. 상기 변조 방식에 의해, 동일한 접속 품질이 유지되면서 동시에 요구되는 전송 전력이 종래의 PSK-변조된 DSTBC에 비하여 감소하게 된다. 변조 방식의 계산 복잡성은 낮아지고 PSK를 이용한 종래의 DSTBC의 계산 복잡성에 필적한다. 성능은 전체적으로 향상된다. 정보를 DSTBC 블록 진폭 정보로 인코딩하기 위하여 일정한 전송 신호 엔벨로프가 그 자체로 공지된 제안들의 솔루션과 추가로 결합된다.

또한, 상기 절차는 직교 주파수 분할 변조(OFDM)에 있어서 메시지가 반송파 상으로 변조될 수 있도록 한다. 이러한 시스템에서, 차등 전송은 각각의 하위반송파에 대하여 병렬적으로 수행될 수 있다. 병렬적으로 수행되는 경우, 반송파란 용어는 다중-반송파 시스템의 개별적인 하위반송파를 지칭한다.

예시적인 실시예가 동반된 도면들을 참조하여 하기에 상세히 기술된다.

도 1은 데이터를 인코딩하기 위한 단계들을 갖는 흐름도,

도 2는 두 개의 전송 안테나들과 하나의 수신 안테나를 이용하는 DSTBC에 대한 전송 장치에 대한 도면,

도 3은 두 개의 전송 안테나들과 다수의 수신 안테나들을 이용하는 장치에 대한 도면,

도 4는 3bit/s/Hz 대역폭 효율을 위한 2L-APSK 변조 방식에 대한 도면,

도 5A 및 도 5B는 비트 매핑에 대한 도면, 및

도 6은 16-PSK에 비하여 2L-APSK의 경우 비트 에러율 대 신호-대-잡음비를 비교한 도면.

코딩은 순수한 위상 시프트 키잉에 기초한 DSTBC 방식들로부터 공지된 원리들에 기초한다. 기본 원리가 도 2에 도시된 바와 같은 두 개의 전송 안테나들과 하나의 수신 안테나를 포함하는 예시적 장치를 시작으로 기술될 것이다.

이해를 돕기 위해, 두 개의 전송 안테나들과 하나의 수신 안테나에 대하여 DSTBC가 먼저 기술될 것이고, 전송될 코드 데이터와 수신된 데이터의 개략적인 배열은 도 2에서 도시된다. 전송될 DSTBC 코드는 식(6)에 따른 코드 매트릭스(C)에 의해 제공되고, 제1 행 및 제2 행은 제1 타임 슬롯(T₁) 또는 제2 타임 슬롯(T₂)을 통해 전송될 복소수-값 기저대역 신호들에 상응하고, 열들은 상응하는 전송 장치의 두 개의 전송 안테나들에 상응한다. 전송을 초기화하기 위하여, 실제 정보를 운반하지 않는 레퍼런스 코드 매트릭스(C₀)가 첫 번째로 전달된다. 상기 레퍼런스 코드 매트릭스는 하기로 주어진다.

식(6)

이때, 코딩된 복소수-값 심볼들(C_1,0, C_2,0)을 갖는다. 보편성에 대한 손실 없이, 각각의 개별적인 타임 슬롯(T₁, T₂)을 위한 전송 전력이 1로 정규화될 수 있어서 코딩된 심볼들에 대하여 하기를 얻을 수 있다고 가정될 수 있다.

식(7)

식(6) 및 식(7)에 따르면, 각각의 코드 매트릭스(C)는 전송될 상기 제1 코드 매트릭스(C₀)처럼 구성될 수 있다. 본 경우, 이는 단위행렬인데, 프로덕트

가 하기에 따른 단위행렬이기 때문이다.

식(8)

코드 매트릭스들(C_k)의 차등적으로 인코딩된 시퀀스는 하기에 따라 재귀적으로 계산된다.

식(9)

각각의 경우에 다음 차례의 코드 매트릭스(C_k)는 현재 정보 매트릭스(S_k)를 이전 코드 매트릭스(C_k _-1)와 곱함으로써 계산된다. 이는, 정보 매트릭스(S_k)가 차등 위상 변조 방식들과 유사하게 차등적으로 인코딩됨을 의미한다. 하기의 정보 매트릭스(S_k)의 정보 매트릭스 구조에 따라, 정보 매트릭스(S_k)는 전송될 두 개의 정보 심볼들(s_1,k, s_2,k)에 기초한다.

식(10)

정보 심볼들(s_1,k, s_2,k)이 순수한 PSK 콘스텔레이션 다이어그램으로부터 취해진다면, 절대값들은 그 자체로 공지되어 있지만 바람직한 예시에 따라 요구되지는 않는 다음의 조건에 따라 정규화된다.

식(11)

이 경우, 식(10)으로부터 하기가 이어진다.

식(12)

이는 하기에 따른 코드 매트릭스(C_k)의 단위특성이 재귀적인 코딩 프로세스 동안에 보유되는 것이 나타나도록 한다.

식(13)

식(13)에 따른 코드 매트릭스(C_k)의 단위특성 때문에, 전송 전력은 변하지 않고 유지되고, 이로부터 정보 매트릭스(S_k)가 하기에 의해 보호될 수 있다는 것이 이어진다.

식(14)

수신 장치의 신호 프로세싱이 단일 수신 안테나만을 수반하는 간단한 예시를 참조하여 이제 기술될 것이다. 수신 신호(r₁ _,k, r₂ _,k)는 전송된 코드 매트릭스(C_k)의 수신된 신호에 기초한 복소수-값 벡터(r)로서 표현될 수 있으며, 제1 수신 신호 성분(r₁ _,k)은 하기를 산출하는 개별 코드 블록(C_k)의 제1 타임 슬롯(T₁)에서의 수신 신호를 나타내고 제2 수신 신호 성분(r₂ _,k)은 제2 타임 슬롯(T₂)에서의 수신 신호 성분을 나타낸다.

식(15)

이때, h_1,k 및 h₂ _,k는 제1 전송 안테나와 제2 전송 안테나 각각의 채널 전송 기능 인자를 지칭하고, n은 추가적 잡음을 지칭한다. 동등한 방식으로, 이는 또한 하기에 의해 표현될 수 있다.

식(16)

또는, 매트릭스 형태로 하기에 의해 표현될 수 있다.

식(17)

이때,

식(18)이다.

수신 신호 매트릭스(R_k)는 수신기에 의해 측정되고, 반면에 코드 매트릭스(C_k), 무선 채널 전송 매트릭스(H_k) 및 잡음(N_k)은 수신기에 완전히 공지되어 있지 않다. 디코딩은 수신 신호 매트릭스(R_k)를 이전에 수신된 수신 신호 매트릭스(R_k-1)의 허미틱(hermitic)과 곱함으로써 수행된다. 이는 하기에 의해 주어진다.

식(19)

이때, G_k는 복조 매트릭스를 나타낸다. 채널 조건들이 두 개의 연속적인 코드 블록들(C_k _-1, C_k) 사이에서 크게 변하지 않는다고 가정하면, 즉

라면, 하기가 이어진다.

식(20)

그러므로, 복조 매트릭스(G_k)는 하기에 따라 직접적으로 정보 매트릭스(S_k)의 두 개의 심볼들을 포함한다.

식(21)

유용하게도, 복조 매트릭스

가 정보 매트릭스

및 코드 매트릭스

와 동일한 구조를 갖는다는 것이 알려질 것이다. 따라서,

식(22)이다.

잡음을 전혀 고려하지 않으면, 복조 매트릭스(G_k)는 정보 매트릭스(S_k)에 비례적이다. 실수-값 스케일링 인자

는 수신기 단말에서 수신 장치에 공지되지 않으며, 그 결과 기술적으로 수신 장치가 절대 전송 전력을 추정하는 것이 기본적으로는 불필요하다. 그러나, 정보 매트릭스(S_k) 또는 더욱 상세하게는 정보 매트릭스(S_k)의 상관계수들의 상대적 위상과 상대적 진폭이 복구될 수 있다.

식(21)로부터 하기에 따라 정보 매트릭스(S_k)의 정보 심볼들(s₁, s₂)이 복조 매트릭스(G_k)로부터 직접적으로 추정될 수 있고 그런 다음에 최대 우도 복조 기법들(maximum likelihood demodulation techniques)에 의해 추정될 수 있다는 것이 이어진다.

식(23) 및

식(24)

다수의 수신 안테나들을 갖는 수신 장치의 경우, 유사한 디코딩 방법이 제공 될 수 있다. 이 경우, 수신 신호 매트릭스

의 매트릭스 프로덕트가 각각의 수신 안테나(i)에 대하여 계산될 수 있다. 정보 심볼들(s₁ _,k, s₂ _,k)은 하기의 합을 이용하여 수정된 복조 매트릭스(G_k)를 통해 디코딩된다.

식(25)

이때, M_R은 수신 안테나들의 개수이다. 식(21) 및 식(25)으로부터 상기 디코딩 방법이 최대 비율 결합(MRC:maximum ratio combining) 기법보다 더 많은 수신 안테나들에 대하여 기술될 수 있다는 것이 이어진다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 인코딩 및 디코딩 방법들에 기초하여 수정이 이루어지는데, 모든 DSTBC 방식들이 하기의 가정에서 획득되는 관점에 따라 동작한다는 것을 주지함이 중요하다.

식(26)

상기는 식(12)에 따른 차등 코딩을 위해 필요한 조건이며, 바람직한 APSK 변조의 경우 정보 심볼들(s₁ _,k, s₂ _,k)이 서로 상이한 진폭들을 갖더라도

가 가정된다. 상기 공식으로부터, 두 개의 심볼 절대값들의 합이 하기에 따라 정규화된다는 것만 요구된다.

식(27)

식(10)에서 요구된 바와 같이, 두 개의 정보 심볼들(s_1,k, s_2,k)의 동일한 진 폭 조건이 충분하지만, 식(27)의 조건을 충족시키기 위하여 필요하지는 않다. 식(3) 또는 식(11)을 비교해 보면, 식(27)은 따라서 더 적은 정확성 요구사항들을 수반하고, 이는 코딩 방법에 대하여 추가 자유를 제공한다. 정보 심볼들(s_1,k, s_2,k)의 심볼 진폭들은 그러므로 다른 진폭 변조 기법을 위해 사용될 수 있다.

따라서, DSTBC 애플리케이션들을 위한 특히 바람직한 변조 방식에 따르면, 일정한 전송 에너지를 사용하는 것이 제안되지만, 각자의 정보 심볼 진폭에 있어서 두 개의 정보 심볼들(s_1,k, s_2,k)을 가변시키는 것은 제안되지 않는다.

예컨대, 두 개의 PSK 콘스텔레이션 다이어그램들이 이제 고려되는데, 도 3에 도시된 바와 같이 외부 링으로 지시되는 제1 진폭(A₁)을 갖는 M₁-PSK 콘스텔레이션 다이어그램과, 내부 링으로 지시되는 제2 진폭(A₂)을 갖는 M₂-PSK 콘스텔레이션 다이어그램이 고려되며, 상기 두 진폭들은 A₁>A₂의 비-동일성 조건을 충족시키고 또한 하기의 조건을 정규화한다.

식(28)

이제 3bit/s/Hz 대역폭 효율을 위한 2L-APSK 변조가 도시된다. 두 개의 콘스텔레이션들(M₁, M₂)의 변조 레벨은 필수적으로 동일할 필요는 없는데, 그 이유는 외부 링과 내부 링이 상이한 비트 에러율 성능 특성들을 갖는 독립적인 콘스텔레이션 다이어그램을 기술하기 때문이다. 개별적인 DSTBC 블록에 의해 운반되는 정보 비트들의 개수가 2ㆍL인 경우를 예시로서 고려한다. 이 경우 외부 링의 각각의 심 볼이 L개의 정보 비트들을 운반하고 내부 링의 각각의 심볼이 L-1개의 정보 비트들을 운반하는 것이 바람직하다. 이는 예컨대 하기를 제공한다.

및

식(29)

이는, 고려되는 외부 링 콘스텔레이션 다이어그램의 변조 심볼들의 개수가 내부 링 콘스텔레이션 다이어그램과 비교하여 두 배임을 의미한다. 길이(2L)의 정보 비트 블록의 최종 비트는 신호 진폭에 의해서 단지 변조된다. 그러므로, 변조 방식은 2L-APSK로서 지시될 수 있다.

인코딩 방법이 네 단계들(S1-S4)에 기초하여 예시로서 기술될 것인데, 2ㆍL개의 정보 비트들이 도 1 및 도 4에 또한 도시된 바와 같이 두 개의 정보 심볼들에 매핑된다.

제1 단계(S1)에서, L개의 제1 정보 비트들이 그레이 코딩을 통해 M1-PSK 변조에 기초하여 제1 진폭(A1)을 갖는 외부 진폭 링의 제1 변조 심볼(m1)에 매핑된다. 제2 단계(S2)에서, L-1개의 후속 정보 비트들이 다시 그레이 코딩을 통해 매핑되는데, 즉 M2-PSK 변조에 기초하여 제2 진폭(A2)을 갖는 내부 진폭 링의 제2 변조 심볼(m2)에 매핑된다.

최종 정보 비트 또는 마지막 정보 비트가 1의 값을 가질 경우, 제3 단계(S3)에서, 제1 변조 심볼(m1)은 제1 정보 심볼(s_1,k)에 할당되고, 반면에 제2 변조 심볼(m2)은 제2 정보 심볼(s_2,k)에 할당된다. 그렇지 않다면, 최종 정보 비트 또는 마지막 정보 비트가 0의 값을 가질 경우, 제4 단계(S4)에서, 정보 심볼들(s₁ _,k 및 s_2,k)가 교환되어 제1 변조 심볼(m1)이 제2 정보 심볼(s₂ _,k)에 할당되고, 반면에 제2 변조 심볼(m2)이 제1 정보 심볼(s_1,k)에 할당된다.

L=3일 경우를 예로 들면, M₁=8 및 M₂=4를 갖는 두 개의 관련된 PSK 콘스텔레이션 다이어그램들(8-PSK, 4-PSK)이 제공된다. 결과적인 대역폭 효율은 3bit/s/Hz이다. 일반적으로, DSTBC를 위한 이러한 2L-APSK 방식은 각각의 정보 심볼에 대하여 M-PSP 및 M=2^L 변조를 이용한 종래의 DSTBC와 동일한 대역폭 효율을 갖는다.

인코히어런트(incoherent) 복조가 유용하게도 그 자체로 공지된 DSTBC 변조와 동일한 방식으로 수행된다. DSTBC 디코더에 의해 수신된 식(23) 및 식(24)에 따른 정보 심볼 추정치들에 기초하여, 인코히어런트(incoherent) 복조가 두 단계로 수행된다. 제1 복조 단계에서, 최종 정보 비트 또는 마지막 정보 비트는 식(22) 및 식(23)에 따른

및

의 절대값들을 비교함으로써 먼저 복조된다. 상기 결정 이후에, 최대 확률 PSK 복조가 L 및 L-1개의 정보 비트들을 재구성하기 위하여

및

에 대하여 적용된다.

예컨대,

이면, 최종 정보 비트의 값이 1이고

이 M₁-PSK 복조기를 통해 복조되고, 반면에

은 M2-PSK 콘스텔레이션 다이어그램에 따라 복조된다.

기술된 복조기가 차선책이더라도, 이것은 기술적으로 현저히 간단하고 최고 의 최대 확률 복조와 비교하여 실질적으로 성능 저하가 나타나지 않는다.

초기 시험들에 따르면, 바람직한 2L-APSK 변조는 동일한 대역폭 효율을 위해 16-PSK에 있어서 2dB의 신호-대-잡음비 이득을 제공하며, 이는 공지된 솔루션들의 결과들을 능가한다. 바람직한 변조 방식의 다른 장점은 전송된 총 전력의 어떠한 진폭 변동들도 방지되는 것으로, 총 전력은 모든 타임 슬롯들에서 일정하게 유지된다. 이는 유용하게도 또한, 예컨대 전체적으로 DSTBC 블록의 추가적 진폭 변동들을 수행하고 특히 높은 대역폭 효율을 위해 상기 성능을 더 높이기 위하여 바람직한 2L-APSK 변조 방식이 공지된 버전들과 결합될 수 있도록 한다.

추가적 최적화가 제2 진폭(A₂)에 대한 제1 진폭(A₁)의 진폭 비율을 적당히 선택함으로써 가능하며, 또한 사용되는 수신 안테나들의 개수에 대한 허용이 유용하다.

유용하면서 특히 최적의 진폭 비율

을 찾기 위하여, 하기가 고려된다.

식(30)

상기 조건을 충족하기 위하여, 진폭 인자(a)가 하기에 따라 도입된다.

식(31)

적합한 진폭 인자(a)는 단순한 방식으로 특히 시뮬레이션들에 의해 결정될 수 있다. 상이한 신호-대-잡음비들에 대한 진폭 인자(a)를 통해 매핑되는 비트 에러율을 고려할 때, 최소 비트 에러율에 할당된 최적 진폭 인자(a)가 강건하고 상이 한 신호-대-잡음 값들에 크게 의존적이지 않음을 알 수 있다. 따라서, 하기의 표들은 상이한 L에 대하여 결정된 진폭 인자들(a)과 할당된 제1 진폭(A₁) 및 제2 진폭(A₂)을 나타낸다.

표 1은 하나의 수신 안테나의 경우 상응하는 값들을 나타내고, 표 2는 세 개의 수신 안테나들을 통해 수신하는 경우 상응하는 값들을 나타낸다.

Claims

차등 공간-시간 블록 코드(DSTBC)를 이용하여 데이터를 인코딩하기 위한 방법으로서,

- 전송될 심볼들(c_1,k, c_2,k)을 갖는 DSTBC 블록으로서, 코드 매트릭스(C_k)가 이전 코드 매트릭스(C_k _-1)를 이용하여 현재 정보 매트릭스(S_k)로부터 재귀적으로 계산되고,

- 상기 정보 매트릭스(S_k)는 전송될 적어도 두 개의 정보 심볼들(s₁ _,k 및 s_2,k)로부터 형성되고,

- 진폭 변조가 수행되고,

- 진폭 변조 정보가 상기 DSTBC 블록 내에서 적어도 두 개의 정보 심볼들(s₁ _,k, s₂ _,k) 사이의 진폭 차이로 인코딩되는,

인코딩 방법.
제 1 항에 있어서,

위상 변조와 진폭 변조가 결합된 방식으로 수행될 수 있는,

인코딩 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

적어도 두 개의 정보 심볼들(s_1,k, s_2,k)의 절대값들의 합이
에 따라 정규화되는,

인코딩 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

적어도 두 개의 정보 심볼들(s_1,k, s_2,k)이 각자의 정보 심볼 진폭에 있어서 가변하더라도, 전송 에너지가 일정하게 유지되는,

인코딩 방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

코드 매트릭스(C_k)는 현재 정보 매트릭스(S_k)를 이전 코드 매트릭스(C_k _-1)와 곱함으로써 계산되는,

인코딩 방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

정보 심볼들(s_1,k, s_2,k)의 각각의 진폭이 가변하고, 상기 진폭들의 제곱들의 합이 일정하게 유지되는,

인코딩 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

전송 신호의 일정한 엔벨로프가 진폭 변조 정보를 DSTBC 블록 진폭 정보로 인코딩하기 위하여 다른 방법들과 추가적으로 결합되는,

인코딩 방법.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

2ㆍL개의 정보 비트들이 두 개의 정보 심볼들에 매핑되고, 이때

- 제1 단계(S1)에서, L개의 제1 정보 비트들이 제1 PSK 변조를 통해 제1 변조 심볼에 매핑되고, 및

- 제2 단계(S2)에서, 후속하는 L-1개의 정보 비트들이 제2 PSK 변조를 통해 제2 변조 심볼에 매핑되며, 이때

- 최종 정보 비트가 1의 값일 경우, 후속 단계(S3)에서, 제1 변조 심볼이 적어도 두 개의 정보 심볼들 중 제1 심볼(s_1,k)에 할당되고 제2 변조 심볼이 적어도 두 개의 정보 심볼들 중 제2 심볼(s_2,k)에 할당되거나, 또는

- 최종 정보 비트가 1의 값이 아닐 경우, 후속 단계(S4)에서, 제1 변조 심볼이 적어도 두 개의 정보 심볼들 중 제2 심볼(s_2,k)에 할당되고 제2 변조 심볼이 적어도 두 개의 정보 심볼들 중 제1 심볼(s_1,k)에 할당되는,

인코딩 방법.
제 8 항에 있어서,

제1 PSK 변조는 제1 진폭(A₁)을 갖는 제1 PSK 콘스텔레이션 다이어그램(constellation diagram)에 할당되고 제2 PSK 변조는 제2 진폭(A₂)을 갖는 제2 PSK 콘스텔레이션 다이어그램에 할당되고, 상기 두 개의 진폭들은 동일하지 않고(A₁>A₂), 진폭들의 제곱들의 합은 1(A₁ ²+A₂ ²=1)인,

인코딩 방법.
제 9 항에 있어서,

제2 진폭(A₂)에 비하여 제1 진폭(A₁)의 진폭 비율은
에 따른 각자의 진폭 인자를 통해 사용되는 다수의 수신 안테나들을 고려하여 결정되는,

인코딩 방법.
제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 사용하여 인코딩된 수신 DSTBC 블록들을 디코딩하기 위한 방법으로서,

- 두 개의 수신된 정보 심볼들
중 적어도 하나의 최종 정보 비트가 복조되고,

- 원래 정보 비트들을 재구성하기 위하여 최대 확률 PSK 복조(maximum probability PSK demodulation)가 그런 다음에 수신된 정보 심볼들
에 적용되는,

디코딩 방법.
제 11 항에 있어서,

최종 정보 비트의 복조 이후, 수신된 정보 심볼들
의 절대값들이 비교되는,

디코딩 방법.
제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,

최종 정보 비트의 복조 이후, 최종 비트들의 진폭 비율에 따라,

- 수신된 정보 심볼들 중 제1 심볼
이 제1 PSK 복조를 통해 복조되고 수신된 정보 심볼들 중 제2 심볼
이 제2 PSK 복조를 통해 복조되는지,

- 또는, 그 반대로, 수신된 정보 심볼들 중 제1 심볼
이 제2 PSK 복조를 통해 복조되고 수신된 정보 심볼들 중 제2 심볼
이 제1 PSK 복조를 통해 복조되는지가 결정되는,

디코딩 방법.
차등 공간-시간 블록 코드(DSTBC)를 이용하여 데이터를 전송하기 위한 전송 장치로서,

전송될 심볼들(c_1,k, c_2,k)로부터 DSTBC 블록으로서 코드 매트릭스(C_k)를 제공하기 위하여 제 1 항에 따른 방법을 수행하기 위한 변조 장치를 포함하는,

전송 장치.
무선 인터페이스를 통해 데이터를 수신하기 위한 수신 장치로서,

전송 종료시 상기 데이터는 제 1 항에 따른 방법에 따르는 차등 공간-시간 블록 코드(DSTBC)를 갖고,

상기 수신 장치는 제 11 항에 따른 복조 방법을 수행하도록 설계되는,

수신 장치.