KR20090016247A - 다중 송수신 안테나의 빔 형성을 이용한 비디오 데이터전송 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다중 송수신 안테나의 빔 형성을 이용한 비디오 데이터 전송 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 다중 송수신 안테나에서 채널이득이 상이한 복수개의 빔을 형성하고, 데이터의 중요도에 따라 하나의 비디오 데이터를 복수개의 데이터 스트림으로 분리하여, 중요도가 높은 데이터 스트림의 순서대로 채널이득이 높은 빔으로 전송한다. 따라서, 비디오 데이터를 효율적으로 전송하여, 사용자의 서비스 품질(Quality of Service; QoS)을 향상시킬 수 있다.

MIMO, 상이오류보호, 빔 형성, FMO, SVC

Description

다중 송수신 안테나의 빔 형성을 이용한 비디오 데이터 전송 방법 {Video Data Transmission Method Using Multiple Input Multiple Output Beamforming}

본 발명은 다중 송수신 안테나의 빔 형성을 이용한 비디오 데이터 전송 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 다중 송수신 안테나에서 채널이득이 상이한 복수개의 빔을 형성하고, 데이터의 중요도에 따라 하나의 비디오 데이터를 복수개의 데이터 스트림으로 분리하여, 중요도가 높은 데이터 스트림의 순서대로 채널이득이 높은 빔으로 전송한다. 따라서, 비디오 데이터를 효율적으로 전송하여, 사용자의 서비스 품질(Quality of Service; QoS)을 향상시킬 수 있다.

제한적인 데이터 전송용량을 가지는 무선통신 환경에서, 비디오 데이터와 같이 높은 데이터 전송률을 요구하는 멀티미디어 데이터를 전송하기 위해, 다중 송수신 안테나를 이용하는 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 기술이 제안되어 사용되고 있다.

도 1은 종래의 다중 송수신 안테나의 채널을 도시한 도면으로, 다중 송수신 안테나에서는 송신단 및 수신단의 안테나 개수에 따라 복수개의 채널이 형성되며, 복수개의 채널들은 도 1에 도시된 바와 같이 서로 엉켜있는 형태이다. 상기 복수개의 채널들 상에서 여러 가지 MIMO 기법들을 적용하여 데이터를 전송함으로써, 데이터 전송 효율을 높일 수 있었다.

그러나, 종래의 다중 송수신 안테나를 이용한 데이터 전송 방식에서는, 비디오 데이터만의 고유한 특성을 고려하지 않고 모든 비디오 데이터 스트림에 동일한 코딩 및 전송 방식을 적용하여 전송하였기 때문에, 비디오 데이터를 전송함에 있어 많은 한계가 있었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에서는, 다중 송수신 안테나에서 채널이득이 상이한 복수개의 빔을 형성하고, 데이터의 중요도에 따라 하나의 비디오 데이터를 복수개의 데이터 스트림으로 분리하여, 중요도가 높은 데이터 스트림의 순서대로 채널이득이 높은 빔으로 전송하는 방법을 제공하고자 한다. 이를 통해, 비디오 데이터를 효율적으로 전송하여, 사용자의 서비스 품질을 향상시킬 수 있도록 한다.

본 발명은 다중 송수신 안테나의 빔 형성을 이용한 비디오 데이터 전송 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 다중 송수신 안테나에서 채널이득이 상이한 복수개의 빔을 형성하는 단계(a); 하나의 비디오 데이터를 소정의 데이터 중요도 등급에 따라 복수개의 데이터 스트림으로 분리하는 단계(b); 및 상기 복수개의 데이터 스트림을 상기 채널이득이 상이한 복수개의 빔을 통해 전송하는 단계(c)를 포함한다.

본 발명에 의하면, 비디오 데이터의 중요도가 높을수록 채널이득이 높은 빔을 통해 전송함으로써, 비디오 데이터를 효율적으로 전송하여, 사용자의 서비스 품질을 향상시킬 수 있다.

이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명한다. 그러나, 본 발명이 하기의 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다.

도 2는 본 발명에 따른 비디오 데이터 전송 과정을 도시한 순서도로서, 본 발명에 따른 비디오 데이터 전송은, 채널이득이 상이한 복수개의 빔 형성(S10), 데이터 중요도에 따라 복수개의 데이터 스트림으로 분리(S20), 데이터 중요도 및 채널이득을 고려한 데이터 스트림 전송(S30)의 단계를 거친다. 또한, 상기 빔 형성 단계(S10) 및 데이터 스트림 분리 단계(S20)는 그 순서가 바뀌어도 무관하다. 이하, 각 단계에 대해 상세히 설명한다.

도 3은 다중 송수신 안테나에서의 B개의 빔 형성을 도시한 도면이다. 본 발명에 의하면, 안테나의 송신단과 수신단에서 각각 가중벡터 계수를 이용하여 채널이득이 상이한 복수개의 빔을 형성하는데, 그 형성 과정은 다음과 같다.

우선, 안테나 수신단에서 채널 추정(channel estimation)을 통해 송수신단의 모든 안테나에 각각 매핑되는 채널 행렬 H 를 구한다.

이때, h₂₁은 2번째 수신안테나와 1번째 송신안테나 사이에 형성되는 채널의 채널이득을 나타내며, 채널 행렬 H는 각 안테나에 매핑되는 모든 채널을 포함한다.

상기 채널 행렬을 특이치 분해(Singular Value Decomposition; SVD)로 분해하면 다음과 같다.

이때, U 와 V 는 특이행렬이고, V^H는 V의 켤레 전치(conjugate transpose)이며,

는 각 특이벡터에 매핑되는 특이치들을 대각 성분으로 가지는 행렬이다.

이처럼 안테나 수신단에서 구한 채널 행렬 H를 특이치 분해한 결과 중에서, 특이행렬 U는 수신단의 빔형성 행렬로 이용한다. 한편, 특이행렬 V에서 형성하고자 하는 빔의 개수만큼의 특이벡터를 송신단으로 피드백하면, 채널 행렬은 다음과 같이 대각 성분만을 채널이득으로 갖게 된다.

이때, G 및 F는 각각 안테나 수신단 및 송신단의 빔형성 행렬이며,

는

의 영행렬이다. G 는 U^H로 한다. F는 피드백 받은 특이벡터를 채우고 그 나머지를 영벡터로 채운다.

상기 특이행렬 U 및 V는 단위 행렬이고 각 컬럼 벡터들은 서로 직교하기(orthonormal) 때문에, 복잡했던 채널 매트릭스 H는 피드백 받은 특이벡터 개수만큼의 대각 성분을 가지는 단순한 형태로 변한다.

이때, 상기 대각 성분들이 큰 것부터 순차적으로 정렬된 것이라면, 도 3에서 형성된 빔들도 채널이득이 큰 것부터 순차적으로 정렬된다.

위와 같이, 채널이득이 상이한 복수개의 빔을 형성(S10)한 후, 전송하고자 하는 비디오 데이터를 데이터 중요도에 따라 복수개의 데이터 스트림으로 분리(S20)한다. 이때, 데이터 중요도를 판단하는 기준은 사용자의 요구 또는 필요에 따라 상이하게 설정될 수 있으며, 종래의 비디오 코딩에서 제공되는 기술을 이용하여 복수개의 데이터 스트림으로 분리할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, 하나의 비디오 데이터를 FMO(Flexible Macroblock Ordering)를 이용하여 복수개의 데이터 스트림으로 분리하는 것을 도시한 도면이다. FMO는 H.264/AVC에서 표준화된 기법으로서, 매크로 블록(Macroblock)들을 임의의 슬라이스(slice)로 그루핑(grouping)하는 방법이다.

데이터 중요도를 판단하는 기준의 일 예로, 비디오 영상에 대한 사용자 눈의 민감도를 들 수 있다. 예를 들어, 비디오 데이터를 전송함으로써 화상통화를 하는 경우, 일반적으로 사용자는 상대방의 얼굴에 초점을 맞추기 때문에, 비디오 데이터에서 사람의 얼굴에 해당하는 영역(①)이 가장 중요하다. 따라서, 비디오 데이터 중 사람의 얼굴에 해당하는 영역에 가장 높은 중요도 등급인 '1등급'을 부여하고, 상기 영역에서 멀어질수록 낮은 등급을 부여한다. 비디오 데이터를 상기 부여된 중요도 등급에 따라 복수개의 슬라이스로 그루핑하고, 이들을 독립된 데이터 스트림으로 전송할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라, 하나의 비디오 데이터가 SVC(Scalable Video Coding)에 의해 복수개의 데이터 스트림으로 분리되는 것을 도시한 도면이다.

H.264/SVC는 최근 표준화가 진행 중인 비디오 코덱으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 하나의 비디오 데이터가 SVC 인코더로 입력되면 하나의 베이스 레이어(Base Layer)와 복수개의 인핸스먼트 레이어(Enhancement Layer)가 출력된다. 이때, 베이스 레이어에는 하나의 비디오 데이터 중에서도 화질에 있어 기본적이고 중요한 데이터가 코딩되며, 인핸스먼트 레이어에는 상기 베이스 레이어와 결합하여 화질을 개선시킬 수 있는 부가적인 데이터가 코딩된다. 따라서, 베이스 레이어에 가장 높은 중요도 등급인 '1등급'을 부여하고, 복수개의 인핸스먼트 레이어에는 낮은 중요도 등급을 부여함으로써, 하나의 비디오 데이터를 복수개의 데이터 스트림으로 분리할 수 있다.

마지막으로, 상기 복수개의 데이터 스트림의 중요도 및 복수개의 빔의 채널 이득을 고려하여 데이터 스트림을 전송(S30)한다. 이때, 복수개의 데이터 스트림 중 데이터 중요도가 높을수록 채널이득이 높은 빔으로 전송한다. 이를 수식으로 나타내면 다음과 같다.

이때, S는 송신신호 벡터이고, S₁는 데이터 중요도가 가장 높은 데이터 스트림을 나타내며, S_B까지 데이터 중요도의 내림차순으로 대응된다. 한편, 채널이득도

부터 큰 값을 가지도록 정렬되어 있다. 따라서, 중요도가 높은 데이터 스트림일수록 채널이득이 높은 빔을 통해 전송할 수 있다.

이와 같이 데이터의 중요도에 따라 복수개의 데이터 스트림으로 분리하고 상이오류보호(Unequal Error Protection; UEP) 기법으로 전송하면, 한정된 무선통신 자원을 이용하여 효율적으로 데이터를 전송할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 실시예는 상술한 것으로 한정되지 않고, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 범위 내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다.

본 발명에 의하면, 비디오 데이터의 중요도가 높을수록 채널이득이 높은 빔을 통해 전송함으로써, 비디오 데이터를 효율적으로 전송하여, 사용자의 서비스 품질을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래의 다중 송수신 안테나의 채널을 도시한 도면.

도 2는 본 발명에 따른 비디오 데이터 전송 과정을 도시한 순서도.

도 3은 다중 송수신 안테나에서의 B개의 빔 형성을 도시한 도면.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, 하나의 비디오 데이터를 FMO를 이용하여 복수개의 데이터 스트림으로 분리하는 것을 도시한 도면.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라, 하나의 비디오 데이터가 SVC에 의해 복수개의 데이터 스트림으로 분리되는 것을 도시한 도면.

Claims (11)

1. 다중 송수신 안테나에서 채널이득이 상이한 복수개의 빔을 형성하는 단계(a);

   하나의 비디오 데이터를 소정의 데이터 중요도 등급에 따라 복수개의 데이터 스트림으로 분리하는 단계(b); 및

   상기 복수개의 데이터 스트림을 상기 채널이득이 상이한 복수개의 빔을 통해 전송하는 단계(c)를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 데이터 전송 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 단계(a)는,

   상기 다중 송수신 안테나의 수신단에서 채널 추정(channel estimation)을 통해 채널 행렬을 계산하는 단계;

   상기 채널 행렬을 특이치 분해(singular value decomposition)로 분해하는 단계; 및

   상기 특이치 분해의 결과 생성된 특이행렬을 상기 안테나의 송신단 및 수신단의 빔형성 행렬로 이용하여 빔을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 데이터 전송 방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 채널 행렬을 특이치 분해로 분해하는 단계 이후에, 상기 안테나의 수신단에서 형성할 빔의 개수를 송신단으로 피드백하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 데이터 전송 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 단계(b)에서, FMO(Flexible Macroblock Ordering)을 이용하여 하나의 비디오 데이터를 복수개의 데이터 스트림으로 분리하는 것을 특징으로 하는 비디오 데이터 전송 방법.
5. 제4항에 있어서,

   상기 비디오 데이터에서 사람의 얼굴에 가까운 영역의 데이터일수록 높은 데이터 중요도 등급을 부여하는 것을 특징으로 하는 비디오 데이터 전송 방법.
6. 제1항에 있어서,

   상기 단계(b)에서, SVC(Scalable Video Coding)을 이용하여 하나의 비디오 데이터를 복수개의 데이터 스트림으로 분리하는 것을 특징으로 하는 비디오 데이터 전송 방법.
7. 제6항에 있어서,

   SVC에 의해 출력된 베이스 레이어에 높은 중요도 등급을 부여하는 것을 특징 으로 하는 비디오 데이터 전송 방법.
8. 제1항에 있어서,

   상기 단계(c)는, 상기 복수개의 데이터 스트림 중에서 상기 중요도 등급이 높은 데이터 스트림 일수록 채널이득이 높은 빔을 통해 전송하는 것을 특징으로 하는 비디오 데이터 전송 방법.
9. 하나의 비디오 데이터를 소정의 데이터 중요도 등급에 따라 복수개의 데이터 스트림으로 분리하는 단계;

   다중 송수신 안테나에서 채널이득이 상이한 복수개의 빔을 형성하는 단계; 및

   상기 복수개의 데이터 스트림을 상기 채널이득이 상이한 복수개의 빔을 통해 전송하는 단계(c)를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 데이터 전송 방법.
10. 다중 송수신 안테나에서 채널이득이 상이한 복수개의 빔을 형성하는 방법으로서,

    상기 다중 송수신 안테나의 수신단에서 채널 추정(channel estimation)을 통해 채널 행렬을 계산하는 단계;

    상기 채널 행렬을 특이치 분해(singular value decomposition)로 분해하는 단계; 및

    상기 특이치 분해의 결과 생성된 특이행렬을 상기 안테나의 송신단 및 수신단의 빔형성 행렬로 이용하여 빔을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수개의 빔 형성 방법.
11. 제10항에 있어서,

    상기 채널 행렬을 특이치 분해로 분해하는 단계 이후에, 상기 안테나의 수신단에서 형성할 빔의 개수를 송신단으로 피드백하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 데이터 전송 방법.

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