KR20080070633A - 송신 장치, 수신 장치, 송신 방법, 수신 방법 및 무선 통신시스템 - Google Patents

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KR20080070633A
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도모히로 이마이
마사유키 호시노
야스아키 유다
료헤이 기무라
유이치 고바야카와
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마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
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Abstract

MIMO-OFDM 시스템에 있어서, 채널 추정 정밀도를 유지하면서 데이터 레이트의 향상을 꾀하는, 또는 데이터 레이트를 유지하면서 채널 추정 정밀도의 향상을 꾀하는 송신 장치를 개시한다. 이 송신 장치에 있어서, 송신 안테나 정보 부가부(104)에서는, 공통 파일럿 신호를 기준 위상으로 하여 개별 파일럿 신호에 송신 안테나마다 다른 위상 회전을 부여함으로써, 파일럿 신호에 송신 안테나 정보를 부가한다. 파일럿 배치부(107)에는, 파일럿 신호의 송신에 이용하는 송신 안테나 및 서브캐리어의 조합 정보와, 제어 정보의 대응 관계가 미리 변환 테이블로서 구비되어 있고, 파일럿 배치부(107)는, 제어 정보에 따른 조합 정보가 되도록, 송신 안테나 정보 부가부(104)로부터 출력된 파일럿 신호를 서브캐리어에 할당한다.

Description

송신 장치, 수신 장치, 송신 방법, 수신 방법 및 무선 통신 시스템{TRANSMITTING DEVICE, RECEIVING DEVICE, TRANSMITTING METHOD, RECEIVING METHOD AND WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은, MIMO(Multiple Input Multiple Output) 기술과 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex) 기술을 적용한 MIMO－OFDM 시스템에 있어서의 송신 장치, 수신 장치, 송신 방법, 수신 방법 및 무선 통신 시스템에 관한 것이다.
최근, 휴대전화기 등으로 대표되는 무선 셀룰러 시스템에 있어서는, 서비스 형태가 다양화하여, 음성 데이터뿐만 아니라, 정지화상, 동영상 등의 대용량 데이터를 전송하는 것이 요구되고 있다. 이에 대해서, 주파수 이용 효율이 높은 MIMO 통신 시스템의 연구가 활발히 행해지고 있다.
MIMO 통신 시스템에 있어서 전송 레이트를 향상시키는 기술로서 SDM(Space Division Multiplex：공간 분할 다중) 방식이 있다. SDM 방식은 복수의 안테나로부터 각각 다른 신호를 동시에 송신하고, 수신측에서 신호를 분리하는 것이다. 또한, 신호를 분리할 때는 채널 정보를 필요로 한다.
채널 정보는, 수신 측에 있어서 기지(旣知) 정보인 파일럿 심볼을 이용함으로써 추정이 가능하지만, 채널 추정 정밀도와 데이터 레이트는 트레이드 오프(Trade-off) 관계에 있다. 즉, 파일럿 심볼수가 적으면 많은 데이터를 보낼 수 있지만, 충분한 채널 추정 정밀도는 기대할 수 없다. 또, 파일럿 심볼수가 많으면, 충분한 채널 추정 정밀도는 기대할 수 있지만, 그 만큼 데이터 레이트가 저하한다. 따라서, 채널 추정 정밀도와 데이터 레이트를 양립하는 기술이 희망되고 있다.
채널 추정 정밀도와 데이터 레이트를 양립하는 기술로서, 파일럿 심볼을 변조하여 정보를 싣는 방법이 비특허 문헌 1에 개시되어 있다. 이 방법은, 송신측에서 인접 서브캐리어 사이의 파일럿에 위상차(位相差)를 둠으로써 차동변조를 행하고, 수신측에서 인접 서브캐리어 사이의 파일럿의 위상차를 검출한다. 이에 의해, 파일럿 구간의 종료를 판단한다. 이 방법에서는, 인접 서브캐리어 간에서의 채널의 위상 변동이 180° 미만이라면, 이 방법이 채널 추정에 영향을 미치는 일은 없다.
(비특허 문헌 1)
에가시라 요시치카(江頭慶眞), 외 3명, "MIMO- OFDM 시스템에 있어서의 스트림 수 추정을 고려한 전송로 추정용 프리앰블 구성" 2004년 전자 정보통신 소사이어티 대회 B-5-137
그렇지만, 상술한 비특허 문헌 1에 명시된 방법에서는, 파일럿에 싣는 정보가 증가하면 차동변조시의 신호점간 거리가 작아지기 때문에, 파일럿에 실은 정보의 오류율이 증가하고, 또 파일럿을 이용하여 행해지는 채널 추정의 정밀도도 더욱 열화한다고 하는 문제가 있다.
예를 들면, 파일럿에 4비트의 정보를 싣는다고 생각했을 때, 변조 방식은 16 PSK를 이용하게 되어, 도 1에 나타내는 신호점 배치가 된다. 이때, 신호점간의 위상차는 22.5°밖에 없으며, 고속 페이딩 변동에 의해 인접 서브캐리어간에서의 채널의 위상 변동이 22.5°를 초과하게 되면, 파일럿에 실은 정보를 정상적으로 검출할 수 없게 되어 버린다. 또, 파일럿을 기지(旣知) 신호로 볼수 없게 되어 버리므로, 채널 추정 정밀도도 열화한다.
본 발명의 목적은, MIMO-OFDM 시스템에 있어서, 채널 추정 정밀도를 유지하면서 데이터 레이트의 향상을 꾀하는, 또는 데이터 레이트를 유지하면서 채널 추정 정밀도의 향상을 꾀하는 송신 장치, 수신 장치, 송신 방법, 수신 방법 및 무선 통신 시스템을 제공하는 것이다.
(과제를 해결하기 위한 수단)
본 발명의 송신 장치는, 복수의 송신 안테나와, 상기 복수의 송신 안테나로부터 각각 송신되는 파일럿 신호에, 대응하는 상기 송신 안테나를 식별하는 안테나 정보를 부가하는 안테나 정보 부가 수단과, 상기 안테나 정보가 부가된 파일럿 신호를 서브캐리어에 할당하고, 상기 파일럿 신호를 할당한 서브캐리어와 상기 안테나 정보를 조합시키는 서브캐리어 할당 수단과, 상기 파일럿 신호를 할당한 서브캐리어와 상기 안테나 정보의 조합에 따라 다른 정보를 전송하는 전송 수단을 구비하는 구성을 취한다.
본 발명의 수신 장치는, 복수의 송신 안테나로부터 송신되는 파일럿 신호에, 대응하는 상기 송신 안테나를 식별하는 안테나 정보가 부가되어, 서브캐리어에 할당된 상기 파일럿 신호를 수신하는 수신 수단과, 상기 파일럿 신호를 송신한 송신 안테나를 상기 안테나 정보에 의해 특정하는 안테나 특정 수단과, 특정된 상기 송신 안테나와 상기 파일럿 신호가 할당된 서브캐리어의 조합 정보를 다른 정보로 변환하고, 상기 다른 정보를 취득하는 변환 수단을 구비하는 구성을 취한다.
(발명의 효과)
본 발명에 의하면, MIMO-OFDM 시스템에 있어서, 채널 추정 정밀도를 유지하면서 데이터 레이트의 향상을 꾀하는, 또는 데이터 레이트를 유지하면서 채널 추정 정밀도의 향상을 꾀할 수 있다.
도 1은 비특허 문헌 1에 명시된 기술에 있어서 16 PSK를 적용한 파일럿의 신호점 배치를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 실시형태 1에 따른 송신 장치의 구성을 나타내는 블록도,
도 3은 공통 파일럿 신호와 개별 파일럿 신호와의 위상 관계를 나타내는 도면,
도 4는 도 2에 나타낸 파일럿 배치부의 내부 구성을 나타내는 블록도,
도 5는 제어 정보 변환 테이블을 나타내는 도면,
도 6은 송신 안테나와 서브캐리어의 조합을 나타내는 도면,
도 7은 본 발명의 실시형태 1에 따른 수신 장치의 구성을 나타내는 블록도,
도 8은 도 7에 나타낸 파일럿 해석부의 내부 구성을 나타내는 블록도,
도 9는 공통 파일럿 신호 및 개별 파일럿 신호의 위상차와 송신 안테나와의 대응 관계를 나타내는 도면,
도 10은 도 2에 나타낸 송신 장치와 도 7에 나타낸 수신 장치의 통신절차를 나타내는 순서도,
도 11a는 송신 파일럿 신호의 서브캐리어에의 할당 양상을 나타내는 도면,
도 11b는 송신 파일럿 신호의 서브캐리어에의 할당 양상을 나타내는 도면,
도 11c는 송신 파일럿 신호의 서브캐리어에의 할당 양상을 나타내는 도면,
도 11d는 송신 파일럿 신호의 서브캐리어에의 할당 양상을 나타내는 도면,
도 12는 수신 신호 다중의 양상을 나타내는 도면,
도 13은 송신 안테나의 특정 방법의 설명에 제공하는 도면,
도 14a는 주파수축상의 인접 파일럿 심볼간에 위상차 0°를 부여하는 양상을 나타내는 도면,
도 14b는 주파수축상의 인접 파일럿 심볼간에 위상차 90°를 부여하는 양상 을 나타내는 도면,
도 14c는 주파수축상의 인접 파일럿 심볼간에 위상차 180°를 부여하는 양상을 나타내는 도면,
도 14d는 주파수축상의 인접 파일럿 심볼간에 위상차 -90°를 부여하는 양상을 나타내는 도면,
도 15는 본 발명의 실시형태 2에 따른 송신 장치의 구성을 나타내는 블록도,
도 16은 도 15에 나타낸 파일럿 변조부의 내부 구성을 나타내는 블록도,
도 17은 비트 정보 변환 테이블을 나타내는 도면,
도 18은 본 발명의 실시형태 2에 따른 수신 장치의 구성을 나타내는 블록도,
도 19는 도 18에 나타낸 파일럿 복조부의 내부 구성을 나타내는 블록도,
도 20은 본 발명의 실시형태 3에 따른 송신 장치의 구성을 나타내는 블록도,
도 21은 도 20에 나타낸 파일럿 변조부의 내부 구성을 나타내는 블록도,
도 22는 비트 정보 변환 테이블을 나타내는 도면,
도 23은 본 발명의 실시형태 3에 따른 수신 장치의 구성을 나타내는 블록도,
도 24는 도 23에 나타낸 파일럿 복조부의 내부 구성을 나타내는 블록도.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서, 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 실시형태에서는, 송신 안테나 4개, 수신 안테나 4개인 4×4 MIMO-OFDM 시스템을 상정(想定)하여 설명한다. 다만, 실시형태에 있어서, 동일 기능을 가지는 구성 에는 동일 부호를 붙이며, 중복하는 설명은 생략한다.
(실시형태 1)
도 2는, 본 발명의 실시형태 1에 따른 송신 장치(100)의 구성을 나타내는 블록도이다. 이 도면에 있어서, S/P변환부(101)는, 입력된 송신 데이터를 직렬 신호로부터 4 계열의 병렬 신호로 변환하고, 계열별 송신 데이터를 변조부(102-1~102-4)에 출력한다.
변조부(102-1~102-4)는, S/P변환부(101)로부터 출력된 송신 데이터에 변조 처리를 실시하고, 변조 신호를 대응하는 다중화부(108-1~ 108-4)에 각각 출력한다.
파일럿 생성부(103)는, 파일럿 신호를 생성하고, 생성한 파일럿 신호를 송신 안테나 정보 부가부(104)에 출력한다.
송신 안테나 정보 부가부(104)는, 파일럿 생성부(103)로부터 출력된 파일럿 신호 중에서, 공통 파일럿 신호를 기준 위상으로 하고, 이 기준 위상에 대해서 송신 안테나마다 다른 위상 회전을 송신 안테나 정보로서 개별 파일럿 신호에 부여한다. 그리고, 송신 안테나 정보가 부가된 파일럿 신호를 파일럿 배치부(107)에 출력한다. 송신 안테나마다 다른 위상 회전량으로서는, 안테나가 4개일 경우에는, 예를 들면 도 3에 나타내는 바와 같이, 90°마다 다르도록 하는 것이 생각된다. 도 3에 나타내는 송신 안테나 1~4는, 도 2에 나타낸 송신 안테나(110-1~ 110-4)에 각각 대응한다.
도 3에서는, 송신 안테나 1로부터 송신되는 개별 파일럿 신호는 공통 파일럿 신호와 동일한 위상, 즉, 0°의 위상 회전을 부여하고, 송신 안테나 2로부터 송신되는 개별 파일럿 신호에는, 공통 파일럿 신호에 대해서 90°의 위상 회전을 부여함을 나타낸다. 또, 송신 안테나 3으로부터 송신되는 개별 파일럿 신호에는 공통 파일럿 신호에 대해서 180°의 위상 회전을 부여하고, 송신 안테나 4로부터 송신되는 개별 파일럿 신호에는 공통 파일럿 신호에 대해서 -90°(270°)의 위상 회전을 부여함을 나타낸다. 또한, 파일럿 생성부(103)로부터 출력된 송신 파일럿 신호가 BPSK 변조되어 있을 경우, 공통 파일럿 신호를 1로 하고, QPSK 변조되어 있을 경우, 공통 파일럿 신호를 1＋j로 했다.
수신 품질 측정부(105)는, 후술하는 통신 상대인 수신 장치(200)로부터 송신된 파일럿 신호에 기초하여, SNR(Signal to Noise Ratio ： 신호 전력 대 잡음 전력비), SIR(Signal to Interference Ratio ： 신호 전력 대 간섭 전력비), SINR(Signal-to-Interference and Noise power Ratio ： 신호 전력 대 간섭, 잡음 전력비) 등의 수신 품질을 측정하고, 측정한 수신 품질 정보를 제어 정보 생성부(106)에 출력한다.
제어 정보 생성부(106)는, 수신 품질 측정부(105)로부터 출력된 수신 품질 정보에 기초하여, 공간 다중수, SDM과 다이버시티의 전환 정보, 송신 안테나 선택 정보, 멀티유저(multiuser) 환경에 있어서의 사용자 식별 정보 등을 제어 정보로서 생성하고, 생성한 제어 정보를 파일럿 배치부(107)에 출력한다.
파일럿 배치부(107)는, 제어 정보 생성부(106)로부터 출력된 제어 정보에 기초하여, 송신 안테나 정보 부가부(104)로부터 출력된 송신 파일럿 신호를 각 서브 캐리어에 할당하고 서브캐리어에 할당한 송신 파일럿 신호를 다중화부(108-1~108-4)에 출력한다. 또한, 파일럿 배치부(107)의 상세한 것에 대해서는 후술한다.
다중화부(108-1~108-4)는, 대응하는 변조부(102-1~102-4)로부터 출력된 변조 데이터와, 파일럿 배치부(107)로부터 출력된 송신 파일럿 신호를 다중하여 프레임(다중 신호)을 생성하고, 생성한 다중 신호를 대응하는 송신 RF부(109-1~109-4)에 각각 출력한다. 송신 RF부(109-1~109-4)는, 다중화부(108-1~108-4)로부터 출력된 다중 신호에 증폭, 업컨버트 등의 소정의 무선 송신 처리를 실시하여, 대응하는 송신 안테나(110-1~110-4)를 경유하여 후술하는 수신 장치(200)에 송신한다.
여기서, 파일럿 배치부(107)의 상세한 것에 대해서 설명한다. 도 4는, 도 2에 나타낸 파일럿 배치부(107)의 내부 구성을 나타내는 블록도이다. 도 4에 있어서, 제어 정보 변환부(151)는, 예를 들면, 도 5에 나타내는 바와 같이, 제어 정보와 송신 파일럿 신호를 할당하는 서브캐리어의 위치 정보 및 송신 안테나와의 대응 관계를 나타내는 변환 테이블을 미리 구비하고 있다.
또한, 도 5에 있어서, Tx1~Tx4는 송신 안테나110-1~110-4를, fa~fd는 송신 안테나마다의 파일럿 심볼이 배치되는 서브캐리어를 각각 나타낸다. 또, 제어 정보로서 제어 정보 1~4가 있는 것으로 하고, 송신 안테나 정보 및 서브캐리어 위치 정보의 조합 정보(이하, 그저 「조합 정보」라고 함)와 각 제어 정보가 1 대 1로 대응하고 있다. 또한, 도 5에서는, 송신 안테나와 서브캐리어의 조합은 4가지 밖에 나타내지 않지만, 송신 안테나 4개, 송신 파일럿 신호를 할당하는 서브캐리어 수를 4개로 했을 때, 도 6에 나타내는 바와 같이, 24가지 조합이 있다.
제어 정보 변환부(151)는, 이 변환 테이블에 기초하여, 제어 정보 생성부(106)로부터 출력된 제어 정보를 조합 정보로 변환하고, 조합 정보의 서브캐리어 위치 정보를 서브캐리어 할당부(152-1~152-4)에 출력한다.
서브캐리어 할당부(152-1~152-4)는, 송신 안테나 정보 부가부(104)로부터 출력된 송신 파일럿 신호를 제어 정보 변환부(151)로부터 출력된 서브캐리어 위치 정보에 따라 각 서브캐리어에 할당한다. 이에 의해, 송신 파일럿 신호는, 송신 안테나마다 다른 서브캐리어에 할당된다. 각 서브캐리어에 할당된 송신 파일럿 신호는 다중화부(108-1~108-4)에 출력된다.
도 7은, 본 발명의 실시형태 1에 따른 수신 장치(200)의 구성을 나타내는 블록도이다. 이 도면에 있어서, 수신 RF부(202-1~202-4)는, 도 2에 나타낸 송신 장치(100)로부터 송신된 신호를 안테나(201-1~ 201-4)를 경유하여 각각 수신하고, 수신한 신호에 다운 컨버트 등의 소정의 무선 수신 처리를 실시하여, 수신 신호로부터 수신 파일럿 신호를 추출한다. 수신 RF부(202-1~202-4)는, 무선 수신 처리를 실시한 수신 신호 중에서 데이터 신호를 수신 처리부(205)에 출력하고, 추출한 수신 파일럿 신호를 파일럿 해석부(203)에 출력한다.
파일럿 해석부(203)는, 수신 RF부(202-1~202-4)로부터 출력된 수신 파일럿 신호의 공통 파일럿 신호와 개별 파일럿 신호의 위상차에 기초하여, 각 개별 파일럿 신호를 송신한 안테나를 특정하고, 각 개별 파일럿의 송신에 이용한 송신 안테나 및 서브캐리어의 조합에 기초하여 제어 정보를 취득한다. 취득한 제어 정보는 수신 처리부(205)에 출력된다. 또, 수신 파일럿 신호는 채널 추정부(204)에 출력 된다. 또한, 파일럿 해석부(203)의 상세한 것에 대해서는 후술한다.
채널 추정부(204)는, 파일럿 해석부(203)로부터 출력된 수신 파일럿 신호에 기초하여 채널 추정을 실시하고, 채널 추정 정보를 수신 처리부(205)에 출력한다.
수신 처리부(205)는, 파일럿 해석부(203)로부터 출력된 제어 정보에 기초하여, 수신 RF부(202-1~202-4)로부터 출력된 데이터 신호의 수신 처리를 행하고, 수신 처리를 행한 신호를 복조부(206-1~206-4)에 출력한다. 여기서 수신 처리란, 예를 들면, 채널 추정 정보를 이용한 MIMO 신호 분리 처리, 또는 다이버시티 수신 처리 등의 수신 처리를 말한다.
복조부(206-1~206-4)는, 수신 처리부(205)로부터 출력된 신호를 복조하고, 복조한 신호를 P/S변환부(207)에 출력한다. P/S변환부(207)는, 복조부(206-1~206-4)로부터 출력된 4 계열의 병렬 신호를 1 계열의 직렬 신호로 변환함으로써 수신 데이터를 취득한다.
여기서, 도 7에 나타낸 파일럿 해석부(203)의 상세한 것에 대해 설명한다. 도 8은, 도 7에 나타낸 파일럿 해석부(203)의 내부 구성을 나타내는 블록도이다. 도 8에 있어서, 위상차 검출부(251)는, 수신 RF부(202-1~202-4)로부터 출력된 수신 파일럿 심볼이 배치되어 있는 각 서브캐리어에 있어서, 공통 파일럿 신호와 개별 파일럿 신호의 위상차를 검출하고, 위상차 정보를 송신 안테나 특정부(252)에 출력한다. 위상차 정보 φ(fi)(fi = fa ~ fd)는 이하의 수학식 (1)으로 나타낼 수 있다.
Figure 112008029970818-PCT00001
단, fa ~ fd를 파일럿 심볼이 배치되는 서브캐리어라 하고, Pcommon(fi)를 각 서브캐리어에 있어서의 공통 파일럿 신호라 하고, Pdedicate(fi)를 개별 파일럿 신호라고 한다.
송신 안테나 특정부(252)는, 위상차 검출부(251)로부터 출력된 위상차 정보에 기초하여, 수신 파일럿 신호가 어느 송신 안테나로부터 송신되었는지를 특정한다. 송신 장치(100)에 있어서 도 3에 나타내는 위상차를 공통 파일럿 신호와 개별 파일럿 신호에 부여했다고 한다면, 송신 안테나 특정부(252)는 도 9에 나타내는 대응 관계에 기초하여, 송신 안테나를 특정한다.
그리고, 송신 안테나 특정부(252)는, 각 개별 파일럿 신호의 송신에 이용한 송신 안테나 및 서브캐리어의 조합 정보를 생성하고, 생성한 조합 정보를 제어 정보 변환부(253)에 출력하는 한편, 수신 파일럿 신호를 채널 추정부(204)에 출력한다.
제어 정보 변환부(253)는, 도 5에 나타낸 변환 테이블을 미리 구비하고 있으며, 이 변환 테이블에 기초하여, 송신 안테나 특정부(252)로부터 출력된 조합 정보를 제어 정보로 변환한다. 제어 정보는 수신 처리부(205)에 출력된다.
다음에, 상기 구성을 가지는 송신 장치(100) 및 수신 장치(200)의 동작에 대해 설명한다. 도 10은, 도 2에 나타낸 송신 장치(100)와 도 7에 나타낸 수신 장 치(200)의 통신절차를 나타내는 순서도이다. 도 10에 있어서, 스텝(이하,「ST」라고 약칭함)(901)에서는, 수신 장치(200)로부터 파일럿 신호를 송신 장치(100)에 송신한다.
ST902에서는, 송신 장치(100)의 수신 품질 측정부(105)가 수신 장치(200)로부터 송신된 파일럿 신호를 이용하여, SNR, SIR, SINR등의 수신 품질을 측정하고, ST903에서는, ST902에 있어서 측정된 수신 품질에 기초하여, 제어 정보 생성부(106)가 제어 정보를 생성한다.
ST904에서는, 송신 장치(100)의 파일럿 생성부(103)가 송신 파일럿 신호를 생성하고, ST905에서는, 송신 안테나 정보 부가부(104)가, ST904에 있어서 생성된 송신 파일럿 신호의 개별 파일럿 신호와 공통 파일럿 신호의 위상차가 송신 안테나마다 다르도록, 개별 파일럿 신호에 위상 회전을 부여한다.
ST906에서는, 송신 장치(100)의 파일럿 배치부(107)가, ST903 에 있어서 생성된 제어 정보를 조합 정보로 변환하고, 조합 정보의 서브캐리어 위치 정보에 따라 각 송신 파일럿 신호를 서브캐리어에 할당한다.
여기서, 송신 파일럿 신호의 서브캐리어에의 할당 양상을 도 11a~ d에 나타낸다. 여기서는, 각 송신 안테나 모두 1 심볼째에 공통 파일럿 심볼을 배치하고, 4 심볼째에 개별 파일럿 심볼을 배치하는 것으로 한다. 또, MIMO 시스템에서는, 각 안테나로부터 송신되는 파일럿 신호가 서로 간섭하는 것을 회피하기 위해, 도 11a~d에 나타내는 바와 같이, 어떤 안테나에 대해 공통 파일럿 및 개별 파일럿이 할당되어 있는 서브캐리어는 다른 안테나에 있어서 널 서브캐리어(null sub- carrier)로 한다. 또한, 이미 설명한 것처럼, 어느 서브캐리어에 어느 송신 안테나 정보를 부여한 파일럿 신호가 배치되는지는 제어 정보에 의존한다. 또, 도 11a~d에 나타내는 바와 같이, 각 개별 파일럿 신호에는, 공통 파일럿 신호를 기준 위상으로 하여 송신 안테나마다 다른 위상 회전이 부여되고 있다. 다만, 도 11a~d에서는, 검게 칠하지 않은 부분이 나타내는 심볼은 데이터 심볼을 나타내고 있다.
다시, 도 10을 참조하면, ST907에서는, ST906에 있어서 서브캐리어에 할당된 파일럿 신호와 송신 데이터를 다중화부(108-1~ 108-4)가 다중하여 프레임을 생성하고, ST908에서는, 생성한 프레임을 수신 장치(200)에 송신한다.
ST909에서는, 수신 장치(200)의 수신 RF부(202-1~202-4)가 송신 장치(100)로부터 송신된 프레임을 수신하고, 수신한 프레임으로부터 파일럿 신호와 데이터 신호를 분리한다. 각 수신 RF부(202-1~202-4)가 수신하는 신호는, 도 12에 나타내는 바와 같이, 데이터 심볼(도면내, 칠하지 않은 부분이 나타내는 심볼)이 공간 다중되어 있는 경우라 하더라도, 공통 파일럿 신호 및 개별 파일럿 신호는 공간 다중되어 있지 않다. 이것은, 송신 장치(100)에 있어서 어떤 안테나에 대해 공통 파일럿 및 개별 파일럿이 할당되어 있는 서브캐리어는 다른 안테나에 있어서 널 서브캐리어로 하고 있기 때문이다. 따라서, 파일럿 심볼이 할당되어 있는 서브캐리어는 송신 안테나와 1 대 1로 대응하고 있다.
ST910에서는, 파일럿 해석부(203)가 ST909에 있어서 분리된 파일럿 신호의 위상 회전량을 검출하여, 각 파일럿 신호가 어느 송신 안테나로부터 송신되었는지를 특정한다. 본 실시형태에서는, 이미 설명한 바와 같이, 서브캐리어와 송신 안 테나의 대응 관계를 고정시키고 있는 것은 아니고, 이 대응 관계를 변화시킴으로써, 제어 정보를 송신하고 있다. 이 때문에, 수신 장치(200)에서는 수신한 파일럿 신호가 어느 송신 안테나로부터 송신되었는지를 특정할 필요가 있다. 여기서, 이 특정 방법에 대해 도 13을 이용해 설명한다.
송신 장치(100)에서는, 공통 파일럿 신호를 기준 위상으로 하여, 송신 안테나마다 다른 위상차가 되도록 개별 파일럿 신호에 위상 회전을 부여하고 있다. 이 때문에, 수신 장치(200)에서는, 공통 파일럿을 기준 위상으로 하여, 개별 파일럿과의 위상차를 검출함으로써, 수신 파일럿이 어느 송신 안테나로부터 송신되었는지를 특정할 수 있다.
도 13에 있어서, 수신한 공통 파일럿 심볼을 제 1 상한(象限)에 두었을 경우, 수신한 개별 파일럿 심볼이 제 1 상한에 있으면, 송신 안테나 1로부터 송신된 파일럿 신호라고 특정된다. 또, 수신한 개별 파일럿 심볼이 제 2 상한에 있으면, 송신 안테나 2로부터 송신된 파일럿 신호라고 특정된다. 또, 수신한 개별 파일럿 심볼이 제 3 상한에 있으면, 송신 안테나 3으로부터 송신된 파일럿 신호라고 특정된다. 그리고, 수신한 개별 파일럿 심볼이 제 4 상한에 있으면, 송신 안테나 4로부터 송신된 파일럿 신호라고 특정된다.
다시, 도 10을 참조하면, ST911에서는, 수신 장치(200)의 파일럿 해석부(203)가 파일럿 신호를 송신한 송신 안테나와 서브캐리어의 조합 정보를 생성하고, 생성한 조합 정보에 기초하여 제어 정보를 취득한다.
ST912에서는, 수신 장치(200)의 채널 추정부(204)가 수신 파일럿 신호를 이 용해 채널 추정을 행하고, ST913에서는, 수신 처리부(205)가, ST911에 있어서 취득된 제어 정보에 기초하여, ST912 에 있어서 추정된 채널 추정 정보를 이용한 MIMO 신호 분리 처리, 또는 다이버시티 수신 처리 등을 행한다. 그리고, 복조부(206-1~206-4)에 의한 수신 처리 후의 신호의 복조, P/S변환부(207)에 의한 복조 후의 신호의 P/S 변환을 행하여, 수신 데이터를 취득한다.
이와 같이 실시형태 1에 의하면, 송신 장치 및 수신 장치가, 파일럿 신호의 송신에 이용하는 서브캐리어 및 송신 안테나의 조합 정보에 제어 정보를 대응화시킨 테이블을 미리 구비하고, 송신 장치에서는, 공통 파일럿 신호와 개별 파일럿 신호의 위상차가 송신 안테나마다 다르도록 개별 파일럿 신호에 위상 회전을 부여하고, 수신 장치에서는, 수신한 공통 파일럿 신호와 개별 파일럿 신호의 위상차에 의해 파일럿 신호를 송신한 안테나를 특정하고, 파일럿 신호의 송신에 이용된 송신 안테나와 서브캐리어의 조합 정보에 기초하여, 제어 정보를 취득함으로써, 파일럿 신호에 의해 제어 정보를 송신할 수 있으므로, 프레임에 할당하는 제어 정보량을 줄일 수 있는 만큼, 데이터를 많이 할당할 수 있고, 따라서, 채널 추정 정밀도를 유지한 채 데이터 레이트의 향상을 꾀할 수 있다. 또, 프레임에 할당하는 제어 정보량을 줄이는 만큼, 파일럿 신호를 많이 할당할 수도 있어, 데이터 레이트를 유지한 채 채널 추정 정밀도의 향상을 꾀할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 시간축상에 배치된 공통 파일럿 신호와 개별 파일럿 신호의 위상차를 줌으로써 송신 안테나 정보를 부가하는 것으로서 설명했지만, 본 발명은 이것에 한하지 않으며, 도14A~D에 나타내는 바와 같이, 주파수축상의 인 접 파일럿 심볼간에 송신 안테나마다 다른 위상차를 주어, 송신 안테나 정보를 부가하도록 해도 좋다. 단, 도 11a~d에서는, 검게 칠하지 않은 부분이 나타내는 심볼은 데이터 심볼을 나타내고 있다.
(실시형태 2)
실시형태 1에서는, 파일럿 신호의 송신에 이용하는 서브캐리어와 송신 안테나의 조합 정보에 제어 정보를 대응화시킴으로써, 파일럿 신호에 의해 제어 정보를 송신하는 경우에 대해 설명했지만, 본 발명의 실시형태 2에서는, 파일럿 신호의 송신에 이용하는 서브캐리어와 송신 안테나의 조합 정보에 데이터를 대응화시킴으로써, 파일럿 신호를 이용하여 데이터를 송신하는 경우에 대해 설명한다.
도 15는, 본 발명의 실시형태 2에 따른 송신 장치(300)의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 15가 도 2와 다른 점은, 수신 품질 측정부(105) 및 제어 정보 생성부(106)를 삭제하고, 파일럿 배치부(107)를 파일럿 변조부(301)로 변경한 점이다.
도 16은, 도 15에 나타낸 파일럿 변조부(301)의 내부 구성을 나타내는 블록도이다. 도 16에 있어서, 송신 데이터 변환부(351)는, 예를 들면, 도 17에 나타내는 바와 같이, 데이터와 송신 파일럿 신호를 할당하는 서브캐리어의 위치 정보의 대응 관계를 나타내는 변환 테이블을 미리 구비하고 있다.
또한, 도 17에 있어서, Tx1~Tx4는 송신 안테나110-1~110-4를, fa ~ fd는 송 신 안테나 마다의 파일럿 심볼이 배치되는 서브캐리어를 각각 나타낸다. 또, 데이터로서 BPSK의 2치, QPSK의 4치, 16 QAM의 16치가 있는 것으로 하고, 송신 안테나 정보 및 서브캐리어 위치 정보의 조합 정보와 각 변조 방식에 있어서의 1 심볼당 비트값이 1 대 1로 대응하고 있다. 또한, 송신 안테나 4개, 송신 파일럿 신호를 할당하는 서브캐리어 수 4개로 했을 경우, 도 6에 나타낸 바와 같이, 24가지 조합이 있으므로, BPSK의 2치, QPSK의 4치, 16 QAM의 16치의 합계 22치를 송신 안테나와 서브캐리어의 조합 정보에 대응화시킬 수 있다.
송신 데이터 변환부(351)는, 이 변환 테이블에 기초하여, 송신 데이터를 조합 정보로 변환하고, 조합 정보의 서브캐리어 위치 정보를 서브캐리어 할당부(152-1~152-4)에 출력한다.
도 18은, 본 발명의 실시형태 2에 따른 수신 장치(400)의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 18이 도 7과 다른 점은, 파일럿 해석부(203)를 파일럿 복조부(401)로 변경한 점이다.
도 19는, 도 18에 나타낸 파일럿 복조부(401)의 내부 구성을 나타내는 블록도이다. 도 19에 있어서, 송신 데이터 변환부(451)는, 도 17에 나타낸 변환 테이블을 미리 구비하고 있으며, 이 변환 테이블에 기초하여, 송신 안테나 특정부(252)로부터 출력된 조합 정보를 복조 데이터로 변환한다. 복조 데이터는 P/S 변환부(207)에 출력된다.
또한, 4비트의 데이터를 파일럿 신호에 의해 송신할 경우에는, 송신 안테나를 특정하는 심볼 판정의 정밀도는 QPSK와 동일하므로, 16 QAM 변조에 비해, 데이 터의 검출 정밀도가 향상하므로, 수신 품질을 개선할 수 있다.
이와 같이 실시형태 2에 의하면, 파일럿 신호의 송신에 이용하는 서브캐리어와 송신 안테나의 조합 정보에 데이터를 대응화시킴으로써, 파일럿 신호를 이용하여 데이터를 송신할 수 있으므로, 보다 많은 데이터를 송신할 수 있어, 채널 추정 정밀도를 유지한 채 데이터 레이트를 보다 향상시킬 수 있다.
(실시형태 3)
실시형태 2에서는, 파일럿 신호의 송신에 이용하는 서브캐리어와 송신 안테나의 조합 정보에 데이터를 대응화시킴으로써, 파일럿 신호를 이용하여 데이터를 송신하는 경우에 대해 설명했지만, 본 발명의 실시형태 3에서는, 파일럿 신호의 송신에 이용하는 서브캐리어와 송신 안테나의 조합 정보에 용장 정보를 대응화시킴으로써, 파일럿 신호를 이용하여 용장 정보를 송신하는 경우에 대해 설명한다.
도 20은, 본 발명의 실시형태 3에 따른 송신 장치(500)의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 20이 도 15와 다른 점은, 부호화부(501) 및 변조부(502)를 추가하고, 파일럿 변조부(301)를 파일럿 변조부(503)로 변경한 점이다.
부호화부(501)는, 송신 데이터에 터보 부호 등의 부호화 처리를 실시하고, 정보 비트와 용장 비트를 생성한다. 생성한 정보 비트는 변조부(502)에 출력되고, 용장 비트는 파일럿 변조부(503)에 출력된다. 변조부(502)는, 부호화부(501)로부터 출력된 정보 비트에 변조 처리를 실시하고, 변조 신호를 S/P변환부(101)에 출력한다.
파일럿 변조부(503)는, 부호화부(501)로부터 출력된 용장 비트에 기초하여, 송신 안테나 정보 부가부(104)로부터 출력된 송신 파일럿 신호를 각 서브캐리어에 할당하고, 서브캐리어에 할당한 송신 파일럿 신호를 다중화부(108-1~108-4)에 출력한다.
도 21은, 도 20에 나타낸 파일럿 변조부(503)의 내부 구성을 나타내는 블록도이다. 도 21에 있어서, 용장 비트 변환부(551)는, 예를 들면, 도 17에 나타낸 변환 테이블을 미리 구비하고 있다. 또한, 도 22에 나타내는 등의 변환 테이블을 구비하고 있어도 좋으며, 이 경우, 보다 높은 정밀도의 오류 정정을 실현할 수 있다.
용장 비트 변환부(551)는, 도 17에 나타낸 변환 테이블에 기초하여, 용장 비트를 조합 정보로 변환하고, 조합 정보의 서브캐리어 위치 정보를 서브캐리어 할당부(152-1~152-4)에 출력한다.
도 23은, 본 발명의 실시형태 3에 따른 수신 장치(600)의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 23이 도 18과 다른 점은, 파일럿 복조부(401)를 파일럿 복조부(601)로 변경한 점과, 복조부(602) 및 복호화부(603)를 추가한 점이다.
파일럿 복조부(601)는, 수신 RF부(202-1~202-4)로부터 출력된 수신 파일럿 신호의 공통 파일럿 신호와 개별 파일럿 신호의 위상차에 기초하여, 각 개별 파일럿 신호가 송신된 안테나를 특정하고, 각 개별 파일럿의 송신에 이용한 송신 안테나 및 서브캐리어의 조합에 기초하여 용장 비트를 취득한다. 취득한 용장 비트는 복호화부(603)에 출력된다.
복조부(602)는, P/S변환부(207)로부터 출력된 신호에 복조 처리를 실시해 복조 신호를 생성하고, 생성한 복조 신호를 복호화부(603)에 출력한다. 복호화부(603)는, 복조부(602)로부터 출력된 복조 신호에 파일럿 복조부(601)로부터 출력된 용장 비트를 이용해, 터보 복호 등의 복호화 처리를 실시하여, 복호 데이터, 즉 수신 데이터를 취득한다.
도 24는, 도 23에 나타낸 파일럿 복조부(601)의 내부 구성을 나타내는 블록도이다. 도 24에 있어서, 용장 비트 변환부(651)는, 도 17에 나타낸 변환 테이블을 미리 구비하고 있으며, 이 변환 테이블에 기초하여, 송신 안테나 특정부(252)로부터 출력된 조합 정보를 용장 비트로 변환한다. 용장 비트는 복호화부(603)에 출력된다.
이와 같이 실시형태 3에 의하면, 파일럿 신호의 송신에 이용하는 서브캐리어와 송신 안테나의 조합 정보에 용장 비트를 대응화시킴으로써, 파일럿 신호를 이용하여 용장 비트를 송신할 수 있으므로, 데이터 레이트를 유지한 채 오류 정정 능력을 향상시킬 수 있고, 따라서, 수신 품질을 개선할 수 있다. 또, 수신 품질을 일정하게 했을 경우에는, 송신할 수 있는 데이터를 늘릴 수 있으므로, 데이터 레이트를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 송신 장치에 있어서 MIMO 스트림 분리 전에 부호화하는 경우를 상정하여 설명했지만, 각 MIMO 스트림으로 독립적으로 부호화해도 좋다.
또, 본 실시형태와 실시형태 2를 조합하는 것도 가능하며, 수신 상태가 양호 할 경우에는, 송신 데이터를 파일럿 신호에 의해 송신하여 데이터 레이트를 향상시키고, 수신 상태가 열악할 경우에는, 용장 비트를 파일럿 신호에 의해 송신하여 수신 품질을 개선함으로써, 시스템 스루풋(system throughput)을 향상시킬 수 있다.
이상, 실시형태에 대해서 설명했다.
또한, 상기 각 실시형태에 있어서 설명한 송신 장치가 기지국 장치에 적용되고, 수신 장치가 이동국 장치에 적용되어도 좋고, 반대로, 송신 장치가 이동국 장치에 적용되고, 수신 장치가 기지국 장치에 적용되어도 좋다.
또, 상기 각 실시형태에서는, 송신 안테나 수 및 수신 안테나 수를 각각 4개, 송신 파일럿 신호를 할당하는 서브캐리어 수를 4개로 하여 설명했지만, 본 발명은 이것에 한하지 않으며, 송신 안테나 수, 수신 안테나 수, 서브캐리어수 모두 2이상의 복수이면 된다.
상기 각 실시형태에서는, 본 발명을 하드웨어로 구성하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 본 발명은 소프트웨어로 실현하는 것도 가능하다.
또, 상기 각 실시형태의 설명에 이용한 각 기능 블록은, 전형적으로는 집적회로인 LSI로서 실현된다. 이들은 개별적으로 1칩화되어도 좋고, 일부 또는 모두를 포함하도록 1칩화되어도 좋다. 여기에서는, LSI라고 했지만, 집적도의 차이에 따라, IC, 시스템 LSI, 슈퍼 LSI, 울트라 LSI라고 호칭되는 일도 있다.
또, 집적 회로화의 수법은 LSI에 한하는 것은 아니며, 전용 회로 또는 범용 프로세서로 실현해도 좋다. LSI 제조 후에, 프로그램하는 것이 가능한 FPGA(Field Programmable Gate Array)나, LSI 내부의 회로 셀의 접속이나 설정을 재구성 가능 한 리컨피규러블 프로세서를 이용해도 좋다.
또, 반도체 기술의 진보 또는 파생하는 별개의 기술에 의해 LSI에 대체되는 집적회로화의 기술이 등장하면, 당연히, 그 기술을 이용하여 기능 블록의 집적화를 행하여도 좋다. 바이오 기술의 적응 등이 가능성으로서 있을 수 있다.
본 명세서는, 2005년 10월 28일에 출원한 특허출원 2005-314621에 기초하고 있는 것이다. 이 내용을 여기에 포함시켜 놓는다.
본 발명에 따른 송신 장치, 수신 장치, 송신 방법, 수신 방법 및 무선 통신 시스템은, MIMO－OFDM 시스템에 있어서, 채널 추정 정밀도 및 데이터 레이트 양쪽을 향상시킨다고 하는 효과를 가지며, 예를 들면, 휴대전화기, 기지국, 무선 셀룰러 시스템 등에 적용할 수 있다.

Claims (12)

  1. 복수의 송신 안테나와
    상기 복수의 송신 안테나로부터 각각 송신되는 파일럿 신호에, 대응하는 상기 송신 안테나를 식별하는 안테나 정보를 부가하는 안테나 정보 부가 수단과,
    상기 안테나 정보가 부가된 파일럿 신호를 서브캐리어에 할당하고, 상기 파일럿 신호를 할당한 서브캐리어와 상기 안테나 정보를 조합시키는 서브캐리어 할당 수단과,
    상기 파일럿 신호를 할당한 서브캐리어와 상기 안테나 정보의 조합에 따라 다른 정보를 전송하는 전송 수단
    을 구비하는 송신 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나 정보 부가 수단은, 시간축 또는 주파수축으로 배치되는 바로 옆의 파일럿 신호끼리의 위상차가 송신 안테나마다 다르도록 상기 파일럿 신호에 위상 회전을 부여하는 송신 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 안테나 정보 부가 수단은, 시간축 또는 주파수 축으로 배치되는 바로 옆의 파일럿 신호를 공통 파일럿 신호와 개별 파일럿 신호로 하고, 상기 공통 파일럿 신호와 상기 개별 파일럿 신호의 위상차가 송신 안테나마다 다르도록 상기 개별 파일럿 신호에 위상 회전을 부여하는 송신 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전송 수단은, 상기 파일럿 신호를 할당한 서브캐리어와 상기 안테나 정보의 조합에 따라 제어 정보를 전송하는 송신 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전송 수단은, 상기 파일럿 신호를 할당한 서브캐리어와 상기 안테나 정보의 조합에 따라 데이터를 전송하는 송신 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전송 수단은, 상기 파일럿 신호를 할당한 서브캐리어와 상기 안테나 정보의 조합에 따라 용장 정보를 전송하는 송신 장치.
  7. 복수의 송신 안테나로부터 송신되는 파일럿 신호에, 대응하는 상기 송신 안테나를 식별하는 안테나 정보가 부가되어, 서브캐리어에 할당된 상기 파일럿 신호를 수신하는 수신 수단과,
    상기 파일럿 신호를 송신한 송신 안테나를 상기 안테나 정보에 의해 특정하는 안테나 특정 수단과,
    특정된 상기 송신 안테나와 상기 파일럿 신호가 할당된 서브캐리어의 조합 정보를 다른 정보로 변환하여, 상기 다른 정보를 취득하는 변환 수단
    을 구비하는 수신 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    시간축 또는 주파수 축으로 배치된 바로 옆의 파일럿 신호끼리의 위상차를 검출하는 위상차 검출 수단을 더 구비하고,
    상기 특정 수단은, 상기 파일럿 신호를 송신한 송신 안테나를 상기 위상차에 기초하여 특정하는
    수신 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 위상차 검출 수단은, 시간축 또는 주파수 축으로 배치된 바로 옆의 파일럿 신호를 공통 파일럿 신호와 개별 파일럿 신호로 하고, 상기 공통 파일럿 신호와 상기 개별 파일럿 신호의 위상차를 검출하는 수신 장치.
  10. 복수의 송신 안테나로부터 각각 송신되는 파일럿 신호에, 대응하는 상기 송신 안테나를 식별하는 안테나 정보를 부가하는 안테나 정보 부가 공정과,
    상기 안테나 정보가 부가된 파일럿 신호를 서브캐리어에 할당하고, 상기 파일럿 신호를 할당한 서브캐리어와 상기 안테나 정보를 조합시키는 서브캐리어 할당 공정과,
    상기 파일럿 신호를 할당한 서브캐리어와 상기 안테나 정보의 조합에 따라 다른 정보를 전송하는 전송 공정
    을 구비하는 송신 방법.
  11. 복수의 송신 안테나로부터 송신되는 파일럿 신호에, 대응하는 상기 송신 안테나를 식별하는 안테나 정보가 부가되어, 서브캐리어에 할당된 상기 파일럿 신호를 수신하는 수신 공정과,
    상기 파일럿 신호를 송신한 송신 안테나를 상기 안테나 정보에 의해 특정하는 안테나 특정 공정과,
    특정된 상기 송신 안테나와 상기 파일럿 신호가 할당된 서브캐리어의 조합 정보를 다른 정보로 변환하고, 상기 다른 정보를 취득하는 변환 공정
    을 구비하는 수신 방법.
  12. 복수의 송신 안테나와
    상기 복수의 송신 안테나로부터 각각 송신되는 파일럿 신호에, 대응하는 상기 송신 안테나를 식별하는 안테나 정보를 부가하는 안테나 정보 부가 수단과,
    상기 안테나 정보가 부가된 파일럿 신호를 서브캐리어에 할당하고, 상기 파일럿 신호를 할당한 서브캐리어와 상기 안테나 정보를 조합시키는 서브캐리어 할당 수단과,
    상기 파일럿 신호를 할당한 서브캐리어와 상기 안테나 정보의 조합에 따라 다른 정보를 전송하는 전송 수단을 가지는 송신 장치와,
    상기 송신 장치로부터 송신된 파일럿 신호를 수신하는 수신 수단과,
    상기 파일럿 신호를 송신한 송신 안테나를 상기 안테나 정보에 의해 특정하는 안테나 특정 수단과,
    특정된 상기 송신 안테나와 상기 파일럿 신호가 할당된 서브캐리어의 조합 정보를 다른 정보로 변환하고, 상기 다른 정보를 취득하는 변환 수단을 가지는 수신 장치
    를 구비하는 무선 통신 시스템.
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