KR20090054133A - 통신 시스템에서 채널 변화량에 따라 적응형 수신 신호복호 장치 및 방법 - Google Patents

통신 시스템에서 채널 변화량에 따라 적응형 수신 신호복호 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 알라무티(Alamouti) 모드를 지원하는 통신 시스템의 수신기에서 채널 변화량에 따른 적응형 복호 장치에 관한 것으로서, 채널 변화량을 추정하는 채널 변화량 추정기와, 추정된 채널 변화량과 임계값을 비교하여 적응적으로 연속된 채널 구간 동안의 채널 값 혹은 각 채널 구간의 채널 값을 추정하는 채널 추정기와, 상기 추정된 채널 변화량이 상기 임계값보다 작거나 같은 경우, 알라무티 기법을 이용하여 수신 신호를 복호하는 알라무티 복호기와, 상기 추정된 채널 변화량이 상기 임계값보다 큰 경우, 정방형 채널 행렬을 가지는 공간 다중화(Spatial Multiplexing) 기법을 이용하여 수신 신호를 복호하는 공간 다중화 복호기를 포함하여, 수신기의 복잡도를 최소화하면서 수신 성능을 개선할 수 있으며, 채널 변화량이 적은 경우 종래와 같이 최적의 수신 성능을 보장할 수 있다.
Alamouti, STBC(Space-Time Block Coding), SFBC(Space-Frequency Block Coding), 공간 다이버시티(Spatial diversity), 공간 다중화(Spatial Multiplexing)

Description

통신 시스템에서 채널 변화량에 따라 적응형 수신 신호 복호 장치 및 방법{METHOD AND APPARATUS FOR ADAPTIVE RECEIVE SIGNAL DECODING BY CHNNEL VARIATION IN COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 통신 시스템에서 채널 변화량에 따라 적응적으로 수신 신호를 복호하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히, 상기 통신 시스템의 수신기에서 정방형 채널 행렬 구조를 갖는 공간 다중화 복호기를 이용하여 채널 변화량에 따라 Alamouti-STBC 복호 혹은 공간 다중화(Spatial Multiplexing) 복호를 적응적으로 수행하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
Alamouti-STBC(Space-Time Block Coding) 및 Alamouti-SFBC(Space-Frequency Block Coding) 기법은 송신기에서 다중 안테나를 사용하여 시간 및 공간 축으로 부호화하거나 주파수 및 공간 축으로 부호화함으로써, 페이딩 채널(fading channel) 환경에서 공간 다이버시티(spatial diversity) 이득을 얻어 종래의 단일 안테나 시스템에 비하여 수신 성능을 개선하는 것을 목표로 하는 기법이다. 예를 들어, 상기 Alamouti-STBC 기법은 송신기가 도 1에 도시된 바와 같이, 채널 부호기(Channel Encoder)(101)를 통해 채널 부호화된 신호를 Alamouti-STBC 부호기(103)를 통해 시간 및 공간 축으로 부호화하여 두 개의 송신 안테나(105, 107)를 통해 수신기로 전송함으로써, 상기 두 개의 안테나(105, 107)를 통해 각각의 심볼 구간에서 두 개의 송신 심볼을 동시에 전송하여 수신기이 각 수신 안테나를 통해 두 송신 심볼이 합쳐진 신호를 수신하게 되는 기법이다.
최근에는, 상기 Alamouti-STBC 기법을 통한 수선 성능 개선으로 시스템 용량 및 셀 커버리지가 확대됨으로써, 상기 Alamouti-STBC 기법이 모바일 와이맥스(mobile WiMax) 혹은, LTE(Long Term Evolution) 시스템 등과 같은 다양한 상용화 시스템에 적용되고 있다.
일반적으로, 통신 시스템의 송신기에서 상기 Alamouti-STBC 기법을 적용하여 신호를 송신한 경우, 수신기에서는 채널 환경에 따라 상기 신호를 수신하여 복호하는 기법을 달리할 수 있다. 먼저, 상기 Alamouti-STBC 기법을 적용한 시스템의 수신기에서 수신신호는 하기 수학식 1과 같이 표현된다.
Figure 112007084809280-PAT00001
Figure 112007084809280-PAT00002
상기 수학식 1에서 y는 수신 신호 벡터로서, yi(t)는 i번째 수신 안테나에서 t번째 심볼 구간(혹은 t번째 부반송파) 동안의 수신 신호를 의미하고, H는 채널 행렬(channel matrix)로서, hij(t)는i번째 수신안테나와 j번째 송신 안테나 사이에 t번째 심볼 구간(혹은 t번째 부반송파) 동안의 채널 이득을 의미한다. 그리고, x는 송신 심볼 벡터로서, xj는 j번째 송신 안테나에서의 송신 심볼을 의미하며, u는 배경 잡음으로, ui(t)는 i번째 수신 안테나에서 t번째 심볼 구간(혹은 t번째 부반송파) 동안의 배경 잡음을 의미한다.
상기 Alamouti-STBC 기법이 적용되는 구간 동안의 채널이 변화량이 적은 정적 채널(static channel)일 경우, 즉, 연속된 심볼 구간(혹은 연속된 부반송파) 동안 채널이 일정한 경우, 하기 수학식 2에 도시된 바와 같이 상기 Alamouti-STBC 기법은 직교성(orthogonal)을 가지게 된다. 이에 따라, 수신기에서는 두 송신 심볼을 구분할 수 있게 되어, 최적의 수신 성능을 확보하면서 구현 복잡도가 낮은 수신기를 설계할 수 있다.
Figure 112007084809280-PAT00003
Figure 112007084809280-PAT00004
Figure 112007084809280-PAT00005
Figure 112007084809280-PAT00006
상기 수학식 2와 같이, 연속된 심볼 구간(혹은 연속된 부반송파) 동안 채널 변화량이 적음을 의미하는 정적 채널 가정이 성립하는 경우, 수신기에서는 상기 두 송신 심벌에 대한 복호 과정을 독립적으로 수행할 수 있다.
하지만, 상기와 같이 정적인 채널 환경을 가정한 수신 기법의 경우, 채널이 변화되어 상기 정적 채널 환경이 더 이상 유지되지 않으면, 두 송신 심볼 간에 간섭 신호가 발생되어 성능 열화가 발생하게 된다. 이에 따라, 상기 채널 환경이 비정적일 경우에 상기 Alamouti-STBC 기법이 적용된 송신 심볼을 수신하기 위한 기법이 필요하다.
상기 Alamouti-STBC 기법이 적용되는 구간 동안에 채널 환경이 변화하는 비정적 채널(non-static channel)인 경우, 즉, 연속된 심볼 구간(혹은 연속된 부반송파) 동안 채널이 일정하지 않은 경우, 하기 수학식 3에 도시된 바와 같이 상기 Alamouti-STBC 기법은 직교성(orthogonal)을 가지지 않게 된다. 이때의 수신 신호는 두 개의 송신 안테나와 네 개의 수신 안테나를 사용하는 공간 다중화 모드의 수신 신호와 유사한 형태를 갖게 된다. 이에 따라, 종래의 수신기에서는 송신기에서 Alamouti-STBC 기법을 적용하며 채널이 일정하지 않은 경우, 최소 평균 제곱 오차(MMSE: Minimum Mean Squared Error)와 같은 공간 다중화 수신 기법을 적용하고 있다.
일반적으로, 상기 Alamouti-STBC 기법을 적용한 시스템은 상기 다중 안테나를 이용하는 공간 다중화(Spatial Multiplexing) 기법을 함께 지원하고 있다. 여기서, 상기 공간 다중화 기법은 각각 독립적인 데이터를 상기 다중 안테나를 통해 동시에 전송함으로써, 데이터 전송률을 향상시키는 기법을 의미한다.
하지만, 동일한 수의 송수신 안테나 수를 사용하는 시스템에서 상기 Alamouti-STBC 기법이 적용된 송신 심볼을 상기 공간 다중화 수신 기법으로 복호할 경우에 사용되는 채널 행렬의 크기는 공간 다중화 수신기의 채널 행렬 크기보다 커지게 된다. 예를 들어, 두 개의 송신 안테나와 두 개의 수신안테나를 사용하는 시스템에서, 공간 다중화 수신기는 2×2의 채널 행렬을 사용하는데 반해, 상기와 같이 Alamouti-STBC 기법이 적용된 송신 심볼을 상기 공간 다중화 수신 기법으로 복호할 경우에는 4×2의 채널 행렬을 사용하게 된다.
이에 따라, 종래의 통신 시스템에서 수신기가 Alamouti-STBC 기법과 공간 다중화 기법을 동시에 지원하더라도, 도 2에 도시된 바와 같이, 4×2의 채널 행렬을 사용하는 MMSE를 포함하는 Alamouti-STBC 수신기(201)와 상기 공간 다중화 수신기(203)를 별도로 설계해야함으로써, 수신기의 복잡도가 커지는 문제점이 발생된다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 통신 시스템에서 채널 변화량에 따라 적응형 수신 신호 복호 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 Alamouti-STBC 기법과 공간 다중화(Spatial Multipelxing) 기법을 모두 지원하는 수신기의 복잡도를 최소화하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 통신 시스템의 수신기에서 정방형 채널 행렬을 갖는 공간 다중화 복호기를 이용하여 채널 변화량에 따라 Alamouti-STBC 복호 혹은 공간 다중화 복호를 적응적으로 수행하는 방법 및 장치를 제공함에 있다.
상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 알라무티(Alamouti) 모드를 지원하는 통신 시스템의 수신기에서 채널 변화량에 따른 적응형 복호 장치는, 채널 변화량을 추정하는 채널 변화량 추정기와, 추정된 채널 변화량과 임계값을 비교하여 적응적으로 연속된 채널 구간 동안의 채널 값 혹은 각 채널 구간의 채널 값을 추정하는 채널 추정기와, 상기 추정된 채널 변화량이 상기 임계값보다 작거나 같은 경우, 알라무티 기법을 이용하여 수신 신호를 복호하는 알라무티 복호기와, 상기 추정된 채널 변화량이 상기 임계값보다 큰 경우, 정방형 채널 행렬을 가지는 공간 다중화(Spatial Multiplexing) 기법을 이용하여 수신 신호를 복호하는 공간 다중화 복호기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 알라무티(Alamouti) 모드를 지원하는 통신 시스템의 수신기에서 채널 변화량에 따른 적응형 복호 방법은, 채널 변화량을 추정하는 과정과, 추정된 채널 변화량과 임계값을 비교하여 적응적으로 연속된 채널 구간 동안의 채널 값 혹은 각 채널 구간의 채널 값을 추정하는 과정과, 상기 추정된 채널 변화량과 임계값의 비교 결과에 따라 알라무티 기법을 이용하여 수신 신호를 복호하거나 정방형 채널 행렬을 가지는 공간 다중화(Spatial Multiplexing) 기법을 이용하여 수신 신호를 복호하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 통신 시스템의 수신기에서 정방형 채널 행렬을 갖는 공간 다중화 복호기를 이용하여 채널 변화량에 따라 Alamouti-STBC 복호 혹은 공간 다중화 복호를 적응적으로 수행함으로써, 채널 변화량이 큰 경우 상기 공간 다중화 복호기를 활용하여 수신기의 복잡도를 최소화하면서 수신 성능을 개선할 수 있으며, 채널 변화량이 적은 경우 종래와 같이 최적의 수신 성능을 보장할 수 있는 효과가 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 그리 고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하 본 발명에서는 통신 시스템의 수신기에서 정방형 채널 행렬을 갖는 공간 다중화 복호기를 이용하여 채널 변화량에 따라 Alamouti-STBC 복호 혹은 공간 다중화(SM; Spatial Multiplexing) 복호를 적응적으로 수행하기 위한 장치 및 방법에 관해 설명할 것이다.
일반적으로, 상기 Alamouti-STBC 모드와 상기 공간 다중화 모드를 동시에 지원하는 시스템에서 수신기의 안테나 수는 상기 공간 다중화 기법에 따라 결정되는데, 이는 상기 Alamouti-STBC 기법은 단일 수신 안테나만으로도 수신이 가능하지만, 상기 공간 다중화 기법의 경우는 송신 안테나 수보다 적은 수의 수신 안테나를 이용할 경우 수신이 불가능하기 때문이다. 즉, 상기 Alamouti-STBC 기법은 수신 안테나 수에 제약이 없으나, 상기 공간 다중화 기법은 수신 안테나 수가 송신 안테나 수보다 많거나 같아야 한다는 제약이 있기 때문에, 대부분의 시스템에서 실제 수신 안테나 수는 송신 안테나의 수와 동일하게 한다. 따라서, 이하 본 발명에서는 송신기와 수신기에서 각각 두 개의 송수신 안테나를 사용하는 시스템을 가정하여 설명하기로 한다. 또한, 이하 본 발명에서는 상기 수신기가 송신기에서 Alamouti-STBC 기법을 적용하였는지 공간 다중화(Spatial Multiplexing) 기법을 적용하였는지 미리 알고 있으며, 이에 따라 상기 수신기는 상기 송신기가 적용한 기법에 해당하는 모드를 지원함을 가정한다.
이하 설명되는 본 발명은 다중 안테나를 사용하여 시간 축 및 공간 축으로 코딩을 적용하는 Alamouti-STBC(Space-Time Block Coding)와 주파수 축 및 공간 축으로 코딩을 적용하는 Alamouti-SFBC(Space-Frequency Block Coding)에 모두 적용 가능하며, 상기 Alamouti-STBC를 예로 들어 설명하기로 한다. 이하 설명에서 상기 Alamouti-STBC의 채널 사용은 데이터 전송이 이루어지는 시간 축으로의 심볼 구간을 의미하며, 상기 Alamouti-SFBC의 채널 사용은 상기 데이터 전송이 이루어지는 주파수 축으로의 부반송파를 의미한다.
도 3은 본 발명에 따른 통신 시스템에서 Alamouti-STBC 및 공간 다중화 기법을 모두 지원하는 수신기 구조를 도시하고 있다.
상기 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 수신기는 채널 변화량 추정기(301), 적응형 채널 추정기(Adaptive Channel Estimator)(303), 선택기(Selector)(305), Alamouti-STBC 복호기(307), 입력 신호 조정기(Input Scheduler)(309), SM 복호기(Spatial Multiplexing Decoder)(311), 연판정 출력 결합기(Soft Ouptput Combiner)(313), 채널 복호기(Channel Decoder)(315)를 포함하여 구성된다.
상기 채널 변화량 추정기(301)는 송신기와 상기 수신기 사이의 채널 변화량을 추정한다. 상기 채널 변화량 추정기(301)는 상기 송신기에서 Alamouti-STBC가 적용된 경우, 도플러 확산(Doppler spread) 추정기를 이용할 수 있으며, 상기 송신기에서 Alamouti-SFBC가 적용된 경우, 지연 확산(Delay spread) 추정기를 이용할 수 있다.
상기 적응형 채널 추정기(303)는 상기 채널 변화량 추정기(301)에서 추정된 채널 변화량을 임계값과 비교하여 정적인 채널(static channel)인지 비정적인 채널(non-static channel)인지 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 적응적인 채널 추정 동작을 수행한다. 다시 말해, 상기 적응형 채널 추정기(303)는 상기 채널 변화량이 임계값보다 작은 경우 정적 채널임을 판단하고 연속된 심볼 구간(혹은 연속된 부반송파) 동안의 채널 값을 추정하며, 상기 채널 변화량이 임계값보다 크거나 같은 경우 비정적 채널임을 판단하고 각각의 심볼 구간(혹은 부반송파)에 대하여 별도의 채널 값을 추정한다.
상기 선택기(305)는 상기 채널 변화량 추정기(301)에서 추정된 채널 변화량에 따라 복호 방법을 선택하여 상기 적응형 채널 추정기(303)에서 추정된 결과를 상기 Alamouti-STBC 복호기(307) 혹은 상기 입력 신호 조정기(309)로 출력한다. 즉, 상기 선택기(305)는 상기 채널 변화량이 상기 정적 채널에 해당하는 경우 Alamouti-STBC 기법을 이용하여 신호를 복호할 것을 결정하여 상기 Alamouti-STBC 복호기(307)로 신호를 출력하고, 상기 채널 변화량이 비정적 채널에 해당하는 경우 공간 다중화 기법을 이용하여 신호를 복호할 것을 결정하여 상기 입력 신호 조정기(309)로 신호를 출력한다.
상기 Alamouti-STBC 복호기(307)는 상기 송신기와 수신기 사이의 채널이 정적인 채널로 판단될 경우, 종래와 동일하게 Alamouti 복호를 수행하여 그 결과를 채널 복호기(315)로 출력한다. 즉, 상기 Alamouti-STBC 복호기(307)는 하기 수학식 2에 나타낸 바와 같은 채널 행렬을 이용하여 송신 심볼을 복호한다.
상기 입력 신호 조정기(309)는 상기 송신기에서 Alamouti-STBC 기법을 적용하였는지 혹은 공간 다중화(SM) 기법을 적용하였는지 여부에 따라 상기 선택기(305)로부터의 신호를 조정하여 상기 SM 복호기(311)로 제공한다. 이는, 동일한 수의 송수신 안테나 수를 사용하는 시스템에서 상기 Alamouti-STBC 기법이 적용된 송신 심볼을 상기 공간 다중화 기법으로 복호할 경우에 사용되는 채널 행렬의 크기와 상기 SM 복호기(311)의 채널 행렬 크기가 다르며, Alamouti-STBC 기법과 상기 공간 다중화(SM) 기법의 입력 신호 패턴이 서로 다르기 때문이다. 이에 따라, 상기 입력 신호 조정기(309)는 Alamouti-STBC 모드인지 SM모드인지에 따라 도 4에 도시된 바와 같이, 입력 신호 패턴을 조정한다.
예를 들어, 두 개의 송신 안테나와 두 개의 수신 안테나를 사용하는 시스템에서 비정적 채널을 통해 수신된 Alamouti-STBC 수신 신호는 하기 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007084809280-PAT00007
Figure 112007084809280-PAT00008
상기 수학식 3에서 y는 수신 신호 벡터로서, yi(t)는 i번째 수신 안테나에서 t번째 심볼 구간(혹은 t번째 부반송파) 동안의 수신 신호를 의미하고, H는 채널 행 렬(channel matrix)로서, hij(t)는i번째 수신안테나와 j번째 송신 안테나 사이에 t번째 심볼 구간(혹은 t번째 부반송파) 동안의 채널 이득을 의미한다. 그리고, x는 송신 심볼 벡터로서, xj는 j번째 송신 안테나에서의 송신 심볼을 의미하며, u는 배경 잡음으로, ui(t)는 i번째 수신 안테나에서 t번째 심볼 구간(혹은 t번째 부반송파) 동안의 배경 잡음을 의미한다.
상기와 같은 수신 신호에 별다른 동작 없이 공간 다중화 수신 기법을 적용하고자 할 경우, 실제 SM 모드 수신을 위하여 설계된 수신기에서 사용되는 채널 행렬보다 큰 크기의 채널 행렬이 필요하게 되며, 실제로 최적의 수신 성능을 획득하고자 한다면 하기 수학식 4와 같은 계산이 필요하게 된다.
Figure 112007084809280-PAT00009
Figure 112007084809280-PAT00010
상기 수학식 4에서
Figure 112007084809280-PAT00011
은 연판정 출력(soft decision output) 값을 의미하며, 경판정(hard decision)의 경우에는 상기 연판정 출력 값을 슬라이싱(slicing)하여 송신 심볼을 복조하며 채널 코드와 연접된 경우에는 상기 연판정 출력 값을 채널 복호기로 입력하게 된다. 또한, 상기 A는 송신 심볼 벡터가 가질 수 있는 모든 조합을 의미한다.
상기와 같이, 상기 Alamouti-STBC 수신 신호는 4 × 2 채널 행렬을 필요하므로, 상기 입력 신호 조정기(309)는 종래의 공간 다중화 모드를 위한 수신기를 그대로 활용하기 위하여 위의 수신 신호를 하기 수학식 5와 같이, 각 수신 안테나 별로 분리하여 상기 SM 복호기로 제공한다.
Received signal in first receive antenna: y1 = H1x1 + u1
Figure 112007084809280-PAT00012
Received signal in second receive antenna: y2 = H2x2 + u2
Figure 112007084809280-PAT00013
상기 수학식 5에서
Figure 112007084809280-PAT00014
는 연속된 두 개의 심볼(혹은 부반송파) 구간 동안 제 1 안테나를 통해 수신되는 신호를 나타내며,
Figure 112007084809280-PAT00015
는 상기 연속된 두 개의 심볼(혹은 부반송파) 구간 동안 제 2 안테나를 통해 수신되는 신호를 나타낸다.
즉, 상기 Alamouti-STBC 모드시에 상기 입력 신호 조정기(309)는 연속된 두 개의 심볼(혹은 부반송파) 구간 동안 제 1 안테나를 통해 수신된 신호가 동시에 SM 복호기(311)로 제공되도록 입력 신호의 패턴을 조정하고, 이후 상기 연속된 두 개의 심볼(혹은 부반송파) 구간 동안 제 2 안테나를 통해 수신된 신호가 동시에 상기 SM 복호기(311)로 제공되도록 상기 입력 신호의 패턴을 조정한다. 반면, 상기 SM 모드시에 입력 신호 조정기(309)는 하나의 심볼(혹은 부반송파) 구간에 제 1 안테나와 제 2 안테나를 통해 수신된 신호가 동시에 상기 SM 복호기(311)로 제공되도록 입력 신호의 패턴을 조정한다.
상기 SM 복호기(311)는 종래의 공간 다중화 기법을 위해 정방형 채널 구조를 가지는 복호 장치로서, 본 발명에 따라 Alamouti-STBC 모드 및 SM 모드시에 모두 사용된다. 상기 SM 복호기(311)는 Alamouti-STBC 모드로 동작할 시 채널이 비정적인 경우, 상기 입력 신호 조정기(309)로부터 상기 수학식 11에 나타낸 바와 같은 신호를 입력받아 수신 신호를 복호한다. 예를 들어, 상기 SM 복호기(311)는 Alamouti-STBC 모드 시에 하기 수학식 6에 나타낸 바와 같이 각 수신 안테나별로 두 번의 복호 동작을 수행할 수 있다.
하기 수학식 6은 상기 SM 복호기가 최대 우도 복호 기법을 사용할 경우를 가정하여 나타낸 것이며, MML 등과 같이 다양한 알고리즘을 적용할 수 있다.
Figure 112007084809280-PAT00016
Figure 112007084809280-PAT00017
여기서,
Figure 112007084809280-PAT00018
는 연판정 출력(soft decision output) 값을 의미한다.
상기 연판정 출력 결합기(313)는 상기 Alamouti-STBC 모드시에 상기 SM 복호기(311)로부터 출력된 연판정 출력 값(
Figure 112007084809280-PAT00019
)을 결합하고, 상기 SM 모드시에는 상기 SM 복호기(311)로부터의 연판정 출력 값을 통과시켜 채널 복호기(317)로 출력한다. 여기서, 상기 연판정 출력 결합기(313)에서 상기 두 개의 안테나 각각에 대하여 복호를 수행하여 획득된 연판정 출력값을 결합하면, 하기 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007084809280-PAT00020
Figure 112007084809280-PAT00021
Figure 112007084809280-PAT00022
상기 수학식 7에서 상기
Figure 112007084809280-PAT00023
가 동일한 경우(
Figure 112007084809280-PAT00024
)에는
Figure 112007084809280-PAT00025
과
Figure 112007084809280-PAT00026
를 결합한 값이
Figure 112007084809280-PAT00027
과 정확히 동등(equal)한 관계를 가지며, 그 외의 경우에는 근사화 관계가 성립된다. 상기 두 연판정 출력 값의 결합은 다양한 방법을 이용할 수 있으며, 대표적인 실시 예로는 EGC(Equal Gain Combining) 방법을 이용할 수 있다. 이는 각 수신 안테나 별로 일정 이상 성능이 보장되는 경우, 각각의 유클리디언 거리(Euclidean distance)를 최소화하는 심볼 벡터가 동일하게 되며, 이 경우 최적의 연판정 출력 값과 동일하게 되어 최적 수신 성능을 보장하기 때문이다. 만약, 이러한 가정이 어긋나는 경우에는 최적의 연판정 출력 값과 차이가 발생되어 성능이 열화될 수 있다.
상기 채널 복호기(315)는 상기 Alamouti-STBC 복호기(307) 또는 연판정 출력 결합기(313)로부터 복호된 신호를 제공받아 채널 복호를 수행한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 채널 변화량에 따라 적응적으로 수신 신호를 복호하는 수신기의 동작 절차를 도시하고 있다. 상기 도 5에서는, 상기 수신기가 Alamouti-STBC모드로 동작하는 경우의 절차에 대해 설명하기로 한다.
상기 도 5를 참조하면, 먼저 수신기는 501단계에서 연속된 두 개의 심볼(혹은 부반송파) 구간 동안에 채널 변화량을 추정하고, 503단계로 진행하여 상기 추정된 채널 변화량을 임계값과 비교한다. 여기서, 상기 임계값은 해당 채널이 정적인 채널인지 비정적인 채널인지 여부를 판단하기 위해 미리 설정된 값이다.
만일, 상기 채널 변화량이 임계값보다 작거나 같을 경우, 상기 수신기는 505단계로 진행하여 상기 Alamouti-STBC가 적용된 구간에 해당하는 채널이 정적 채널 임을 가정하고, 채널 추정을 수행한다. 이후, 상기 수신기는 507단계로 진행하여 종래에 제공된 Alamouti-STBC 복호기를 이용하여 복호를 수행한 후, 509단계에서 채널 복호를 수행하고 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.
반면, 상기 채널 변화량이 임계값보다 작거나 같을 경우, 상기 수신기는 511단계로 진행하여 상기 Alamouti-STBC가 적용된 구간에 해당하는 채널이 비정적 채널임을 가정하고, 채널 추정을 수행한다. 이후, 상기 수신기는 513단계로 진행하여 각각의 안테나를 통해 수신되는 신호의 입력 패턴을 조정한다. 예를 들어, 상기 연속된 두 개의 심볼(혹은 부반송파) 구간 동안 제 1 안테나를 통해 수신된 신호가 동시에 SM 복호기(311)로 제공되도록 입력 신호의 패턴을 조정하고, 이후 상기 연속된 두 개의 심볼(혹은 부반송파) 구간 동안 제 2 안테나를 통해 수신된 신호가 동시에 상기 SM 복호기(311)로 제공되도록 상기 입력 신호의 패턴을 조정한다.
이후, 상기 수신기는 515단계에서 정방형 채널 행렬을 갖는 SM 복호기를 이용하여 각 안테나로부터 입력된 신호에 대한 복호를 수행한 후, 그 결과 출력된 연판정 값을 결합한다. 예를 들어, 상기 정방형 채널 행렬을 이용하여 연속된 두 심볼(혹은 부반송파) 구간 동안 제 1 안테나를 통해 수신된 신에 대한 복호를 수행하여 연판정 출력 값을 획득한 후, 연속된 두 심볼(혹은 부반송파) 구간 동안 제 2 안테나를 통해 수신된 신호에 대한 복호를 수행하여 연판정 출력 값을 획득한 후, 두 연판정 출력 값을 결합한다.
이 후, 상기 수신기는 상기 509단계로 진행하여 채널 복호를 수행하고 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 수신기와 종래 기술에 따른 SIMO 시스템에서 수신신호 복호 성능 그래프를 도시하고 있다. 여기서, 가로축은 신호대 잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio)를 나타내며, 세로축은 패킷대 에러 비(PER: Packet Error Ratio)를 나타낸다.
상기 도 6(a)와 6(b)는 Alamouti-STBC 기법이 적용된 경우 채널 변화량에 영향을 미치는 단말의 이동 속도에 따라 성능 그래프를 나타내고 있다. 상기 도 6(a)와 6(b)를 살펴보면, 본 발명에 따른 수신 신호 복호 장치에서 단말의 이동 속도에 따라 정적 채널을 가정한 경우의 수신 신호 복호 기법과 비정적 채널을 가정한 경우의 수신 신호 복호 기법 사이에 성능 우위가 달라짐을 알 수 있다.
먼저, 상기 도 6(a)를 참조하여 상기 단말의 이동 속도가 60km/h 인 경우를 살펴보면, 이때의 채널을 정적 채널로 가정하고 수신 신호를 복호하였을 경우의 성능이 비정적 채널을 가정하고 수신 신호를 복호하였을 경우의 성능에 비해 우수함을 알 수 있다. 또한, 상기 채널을 정적 채널로 가정하고 수신 신호를 복호하였을 경우의 성능은 수신 다이버시티 효과를 갖는 SIMO(Single Input Multiple Output)에 비해서도 우수한 성능을 가지는 것을 알 수 있다. 그리고, 상기 도 6(b)를 참조하여 상기 단말의 이동 속도가 120km/h 인 경우를 살펴보면, 이때의 채널을 비정적 채널을 가정하고 수신 신호를 복호하였을 경우의 성능이 정적 채널로 가정하고 수신 신호를 복호하였을 경우의 성능과 상기 수신 다이버시티 효과를 갖는 SIMO(Single Input Multiple Output)의 성능에 비해서 우수함을 알 수 있다.
즉, 본 발명에서는 정적 채널과 비정적 채널을 결정하는 채널 변화량에 대한 임계값을 어떤 값으로 설정하는지에 따라서 그 성능이 좌우될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 수신기와 종래 기술에 따른 SIMO 시스템에서 단말의 이동 속도에 따른 SNR의 성능 그래프를 도시하고 있다. 여기서, 가로축은 단말의 이동 속도를 나타내며, 세로축은 PER 1%를 만족하기 위하여 필요한 SNR을 나타낸다.
상기 도 7을 참조하면, 단말의 이동 속도가 일정 값 이하일 경우에는 해당 채널을 정적 채널로 가정하고 수신 신호를 복호하였을 경우의 성능이 우수하며, 상기 단말의 속도가 일정 값 이상일 경우에는 해당 채널을 비정적 채널로 가정학 수신 신호를 복호하였을 경우의 성능이 우수함을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 채널 변화량에 대하여 적절함 임계값을 설정함으로써, 각각의 상황에 맞추어 정적 채널을 가정한 수신 신호 복호 기법과 비정적 채널을 가정한 수신 신호 복호 기법을 적응적으로 사용하여 SIMO에 비해 높은 수신 성능을 얻을 수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 통신 시스템에서 Alamouti-STBC 기법을 적용하는 송신기 구조 및 전송 방법을 도시하는 도면,
도 2는 종래 기술에 따른 통신 시스템에서 Alamouti-STBC 및 공간 다중화 기법을 모두 지원하는 수신기 구조를 도시하는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 통신 시스템에서 Alamouti-STBC 및 공간 다중화 기법을 모두 지원하는 수신기 구조를 도시하는 도면,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 채널 변화량에 따라 입력 신호를 조정하는 방법을 도시하는 도면,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 채널 변화량에 따라 적응적으로 수신 신호를 복호하는 수신기의 동작 절차를 도시하는 도면,
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 수신기와 종래 기술에 따른 SIMO 시스템에서 수신신호 복호 성능 그래프를 도시하는 도면, 및
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 수신기와 종래 기술에 따른 SIMO 시스템에서 단말의 이동 속도에 따른 SNR의 성능 그래프를 도시하는 도면.

Claims (14)

  1. 알라무티(Alamouti) 모드를 지원하는 통신 시스템의 수신기에서 채널 변화량에 따른 적응형 복호 장치에 있어서,
    채널 변화량을 추정하는 채널 변화량 추정기와,
    추정된 채널 변화량과 임계값을 비교하여 적응적으로 연속된 채널 구간 동안의 채널 값 혹은 각 채널 구간의 채널 값을 추정하는 채널 추정기와,
    상기 추정된 채널 변화량이 상기 임계값보다 작거나 같은 경우, 알라무티 기법을 이용하여 수신 신호를 복호하는 알라무티 복호기와,
    상기 추정된 채널 변화량이 상기 임계값보다 큰 경우, 정방형 채널 행렬을 가지는 공간 다중화(Spatial Multiplexing) 기법을 이용하여 수신 신호를 복호하는 공간 다중화 복호기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 공간 다중화 복호기로 입력되는 수신 신호의 패턴을 조정하는 입력 신호 조정기와,
    상기 공간 다중화 복호기에서 출력되는 연속된 소정 수의 연판정 값을 결합하는 연판정 출력 결합기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 입력 신호 조정기는, 연속된 소정 수의 심볼 구간 혹은 부반송파 구간 동안 특정 안테나를 통해 수신된 신호가 동시에 상기 공간 다중화 복호기로 제공되도록 수신 신호의 패턴을 조정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 추정된 채널 변화량이 임계값보다 작거나 같은 경우, 상기 수신 신호를 상기 알라무티 복호기로 제공하고, 상기 추정된 채널 변화량이 상기 임계값보다 큰 경우 상기 수신 신호를 상기 공간 다중화 복호기로 제공하는 선택기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 채널 변화량 추정기는, 상기 알라무티 기법이 시간 및 공간 축으로 적용된 경우 도플러 확산(Doppler spread) 추정기를 사용하며, 상기 알라부티 기법이 주파수 및 공간 축으로 적용된 경우 지연 확산(Delay spread) 추정기를 사용하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 채널 추정기는,
    상기 추정된 채널 변화량이 임계값보다 작거나 같은 경우 정적 채널임을 판단하고 연속된 심볼 혹은 부반송파 구간 동안 동일한 채널 값을 추정하며, 상기 추정된 채널 변화량이 임계값보다 큰 경우 비정적 채널임을 판단하고 각 심볼 혹은 부반송파에 대하여 채널 값을 추정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 수신기는, 공간 다중화 모드를 지원하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 알라무티(Alamouti) 모드를 지원하는 통신 시스템의 수신기에서 채널 변화량에 따른 적응형 복호 방법에 있어서,
    채널 변화량을 추정하는 과정과,
    추정된 채널 변화량과 임계값을 비교하여 적응적으로 연속된 채널 구간 동안의 채널 값 혹은 각 채널 구간의 채널 값을 추정하는 과정과,
    상기 추정된 채널 변화량과 임계값의 비교 결과에 따라 알라무티 기법을 이용하여 수신 신호를 복호하거나 정방형 채널 행렬을 가지는 공간 다중화(Spatial Multiplexing) 기법을 이용하여 수신 신호를 복호하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 수신 신호를 복호하는 과정은,
    상기 추정된 채널 변화량이 상기 임계값보다 작거나 같은 경우 알라무티 기법을 이용하여 수신 신호를 복호하고, 상기 추정된 채널 변화량이 상기 임계값보다 큰 경우 정방형 채널 행렬을 가지는 공간 다중화(Spatial Multiplexing) 기법을 이용하여 수신 신호를 복호하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법,
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 기 추정된 채널 변화량이 상기 임계값보다 큰 경우, 수신 신호의 패턴을 조정하여 상기 공간 다중화 기법을 적용하는 과정과,
    상기 공간 다중화 기법으로 복호하여 획득된 연속된 소정 수의 연판정 값을 결합하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 수신 신호의 패턴을 조정하는 과정은, 연속된 소정 수의 심볼 구간 혹은 부반송파 구간 동안 특정 안테나를 통해 수신된 신호가 동시에 상기 공간 다중화 복호 기법이 적용되도록 조정하는 과정을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 채널 변화량 추정은, 상기 알라무티 기법이 시간 및 공간 축으로 적용된 경우 도플러 확산(Doppler spread) 추정기를 사용하며, 상기 알라부티 기법이 주파수 및 공간 축으로 적용된 경우 지연 확산(Delay spread) 추정기를 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 8항에 있어서,
    상기 채널 추정은, 상기 추정된 채널 변화량이 임계값보다 작거나 같은 경우 정적 채널임을 판단하고 연속된 심볼 혹은 부반송파 구간 동안 동일한 채널 값을 추정하며, 상기 추정된 채널 변화량이 임계값보다 큰 경우 비정적 채널임을 판단하고 각 심볼 혹은 부반송파에 대하여 채널 값을 추정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 8항에 있어서,
    상기 수신기는, 공간 다중화 모드를 지원하는 것을 특징으로 하는 방법.
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