KR20090078621A

KR20090078621A - 광대역 무선 통신 시스템의 통신 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20090078621A
Application number: KR1020080004541A
Authority: KR
Inventors: 고성윤; 김준혁; 윤면기; 송성규
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2008-01-15
Filing date: 2008-01-15
Publication date: 2009-07-20

Abstract

광대역 무선 통신 시스템의 통신 방법 및 장치에 관한 것으로, 이러한 본 발명은, 광대역 무선 통신 시스템에 있어서, 다수개의 안테나를 가지는 송신기로 신호를 전송하는 주 서빙 기지국과, 상기 신호와 동일한 신호를 다수개의 안테나를 가지는 송신기로 전송하는 부 서빙 기지국 및 상기 신호를 다수개의 안테나로 수신하는 수신기를 가지는 단말;을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템의 통신 장치를 제공하며, 이에 따른 통신 방법을 제공한다.

MIMO, OFDM, OFDMA, SM, STC

Description

광대역 무선 통신 시스템의 통신 방법 및 장치{A method of communication in a wide-band wireless communication system and an apparatus thereof}

본 발명은 광대역 무선 통신 시스템의 통신 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 및 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)를 이용하는 통신 시스템에서 2 이상의 기지국을 이용한 통신 방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 다수의 안테나를 사용하는 방식(다중 안테나 방식)은 크게 두 가지로 분류할 수 있다. 첫 번째는 데이터의 신뢰도를 증가시키기 위한 방식이며, 두 번째는 데이터의 전송률을 증가시키는 방식이다. 그러므로 채널 상황이 좋은 경우에는 전송률을 증가시키는 방식을 사용하며, 채널 상황이 좋지 않는 경우에는 데이터의 신뢰도를 증가시키는 방식을 사용함으로써 보다 높은 신뢰도와 데이터 전송률을 얻을 수 있다.

즉, 다중 사용자를 지원하는 OFDMA 시스템에서는 각 사용자의 위치에 따라 채널 상태가 다르므로 사용자의 위치에 따라 요구하는 전송 방식이 다름은 자명하다.

또한, 각 사용자에 따라서 전송률을 증가시키는 것을 요구하거나 데이터의 신뢰도를 증가시키는 것을 요구할 수가 있다. 예를 들어, 음성 위주의 사용자는 낮은 데이터 오율을 요구하며 데이터 통신을 많이 사용하는 사용자는 높은 데이터 전송률을 요구할 수 있다.

그러므로 다중 안테나 방식을 사용자의 상황에 따라 변동하여 사용하는 것이 각 사용자의 요구를 충족시킬 수 있을 뿐만 아니라 데이터 전송률과 데이터의 신뢰도를 증가 수 있는 방법임은 자명하다.

상기 다수의 안테나를 사용하는 방식은 한정된 무선 자원(radio resource)을 이용하여 최대 전송률(data rate)과 최소 오류 비율(error rate) 등과 같은 고속의 신뢰도를 갖는 통신 시스템을 구축하기 위하여 연구되어 왔다. 이러한 다수의 안테나를 이용하는 방식을 시공간 프로세싱(space time processing)이라고 한다. 이하 상기 시공간 프로세싱에 대하여 설명하기로 한다.

상기 시공간 프로세싱 방식은 무선 환경에서의 신호 손실과 예측이 어려운 채널 상태 등과 같은 문제점을 해결하기 위하여 개발되었다. 1960년대 등장한 빔 형성 알고리즘은 현재 시스템에서도 하향 링크(downlink)와 상향 링크(uplink)에서 안테나 이득(antenna gain)을 높이고, 셀 용량(cell capacity)을 증가시키기 위한 목적으로 활발히 연구되고 있다. 한편, 1997년 Tarokh 등에 의해 제안된 시공간 부호(STC : Space Time Coding) 방식은 송신 안테나 개수와 수신 안테나 개수의 곱에 비례하는 다이버시티 효과를 얻을 수 있는 방식으로 유명하다.

상기한 바와 같이, 다수의 안테나를 사용하여 수신 성능을 향상시키고자 하 는 방법 이외에, 전송률을 증가시키고자 하는 측면에서의 연구 역시 활발하게 진행되고 있다. 상기 전송률을 증가시키는 대표적인 방법이 공간 다중화(spatial multiplexing) 방식이다. 상기 공간 다중화 방식은 다수개의 송신 안테나들을 구비하여, 다수의 송신 안테나들 각각에 서로 다른 정보 데이터를 송신하도록 하는 방식이다. Teleta 등의 연구 결과 상기 공간 다중화 방식을 적용할 경우, 단일 입력 단일 출력(SISO: Single Input Single Output) 방식에 비하여 송신 안테나들의 개수만큼 용량이 증가함을 알 수 있다. 이런 용량 증가는 고속 데이터 전송이 필수적인 시스템에서는 중요한 요소로 작용하게 된다. 상술한 시공간 부호화 방법과 공간 다중화 방법은 각각 다이버시티 효과와 전송률(transmit rate)을 최대화시키고자 한다.

한편, 이동통신시스템에서 고속의 데이터 전송을 용이하게 하기 위하여 OFDM(Orthogonal frequency division multiplexing) 방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 상기 OFDM 시스템을 사용하면서 다중 사용자를 지원하기 위한 방식에는 OFDMA(Orthogonal frequency division multiple access)방식이 있다.

OFDMA 방식은 일반적인 OFDM 시스템과 주파수 다중 접속 방식(FDMA : Frequency Division Multiple Access)을 결합한 것으로, OFDM 방식보다 많은 수의 부반송파를 사용하며 복수의 부반송파들로 구성된 부채널(subchannel) 단위로 사용자에게 자원을 할당하는 방식이다.

상술한 바와 같은 광대역 무선 통신 시스템은 셀룰러 망을 이용한다. 이러한 셀룰러망은 주파수 재사용 기법을 이용하여 그 가입자의 수용 량을 늘린다. 그러나 주파수 재사용 기법을 사용하는 셀룰러 망에서는 셀 가장자리(cell edge)로 단말이 이동할수록 서빙 셀로부터의 신호는 점차 감소하고, 셀과 동일한 중심 주파수를 사용하는 간섭 셀로부터의 간섭 신호는 점차 커지므로, MIMO 기술을 사용하더라도 인접한 셀로부터의 간섭에 의하여, 수신신호의 CINR(Carrier to Interference and Noise Ratio)이 열화 되는 문제점이 있다.

따라서 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 감안한, 본 발명의 목적은 셀 엣지로 단말이 이동하는 등의 경우에 CINR을 높일 수 있는 통신 방법 및 장치를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 다이버시티를 향상시킬 수 있는 통신 방법 및 장치를 제공함에 있다.

그리고 본 발명의 또 다른 목적은, 상관 특성을 향상시킬 수 있는 통신 방법 및 장치를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 무선 통신 시스템의 통신 장치는, 광대역 무선 통신 시스템에 있어서, 다수개의 안테나를 가지는 송신기로 신호를 전송하는 주 서빙 기지국과, 상기 신호와 동일한 신호를 다 수개의 안테나를 가지는 송신기로 전송하는 부 서빙 기지국 및 상기 신호를 다수개의 안테나로 수신하는 수신기를 가지는 단말;을 포함하여 구성된다.

상기 신호 및 상기 신호와 동일한 신호는 동일한 정보 비트인 것을 특징으로 한다.

상기 주 서빙 기지국 및 부 서빙 기지국의 송신기는, 상기 정보 비트를 동일 심볼 및 동일 서브 캐리어로 전송하는 것을 특징으로 한다.

상기 부 서빙 기지국은 상기 주 서빙 기지국과 인접하는 기지국인 것을 특징으로 한다.

상기 송신기 및 수신기의 상기 다수개의 안테나는 동 수를 가지는 것을 특징으로 한다.

상기 송신기는, 송신할 정보 비트를 해당 다중 안테나 방식으로 부호화하여 복수의 안테나 신호들을 생성하는 다중 송신 부호기와, 송신 안테나의 개수에 대응되며, 상기 복수의 안테나 신호들 각각을 역 고속 푸리에 변환하기 위한 복수의 IFFT 변조기들과, 상기 복수의 IFFT 변조기들의 출력들 각각을 RF(Radio Frequency) 변조하여 대응되는 송신 안테나로 출력하기 위한 복수의 무선주파수처리기들을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 수신기는, 수신 안테나의 개수에 대응되며, 입력되는 데이터를 고속 푸리에 변환하여 출력하는 복수의 FFT 연산기들과, 상기 복수의 FFT 연산기들의 출력들 각각에서 미리 할당받은 채널의 신호들을 선택하여 출력하는 채널 선택기와, 상기 채널 선택기로부터의 신호들을 해당 다중 안테나 방식에 대응하는 소정 규칙으 로 복호하여 송신기가 전송한 데이터를 추정하는 다중 수신 복호기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 다중 안테나 방식은, 다중 안테나 방식은 공간 다중화(SM : Spatial Multiplexing) 방식, 시공간 부호화(STC, Space Time Coding) 방식 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 무선 통신 시스템의 통신 방법은, 광대역 무선 통신 시스템의 통신 방법에 있어서, 주 서빙 기지국이 다수개의 안테나를 가지는 송신기로 신호를 전송함과 동시에 부 서빙 기지국이 상기 신호와 동일한 신호를 다수개의 안테나를 가지는 송신기로 전송하는 송신 과정과, 단말이 상기 신호 및 상기 신호와 동일한 신호를 다수개의 안테나로 수신하는 수신 과정을 포함하여 이루어진다.

상기 송신 과정은, 송신할 정보 비트를 해당 다중 안테나 방식으로 부호화하 여 복수의 안테나 신호들을 생성하는 과정과, 상기 복수의 안테나 신호들 각각을 역 고속 푸리에 변환하는 과정과, 상기 복수의 IFFT 변조기들의 출력들 각각을 RF(Radio Frequency) 변조하여 대응되는 송신 안테나로 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 수신 과정은, 수신되는 신호를 고속 푸리에 변환하여 출력하는 과정과, 상기 고속 푸리에 변환한 신호 각각에서 미리 할당받은 채널의 신호들을 선택하여 출력하는 과정과, 상기 선택하여 출력된 신호들을 해당 다중 안테나 방식에 대응하는 소정 규칙으로 복호하여 송신기가 전송한 데이터를 추정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 다중 안테나 방식은, 다중 안테나 방식은 공간 다중화(SM : Spatial Multiplexing) 방식, 시공간부호화(STC, Space Time Coding) 방식 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예에 따라. 2 이상의 기지국에서 동일한 신호를 전송하면, 단말이 수신하는 잡음원이 신호원이 될 수 있어 CINR이 향상된다. 또한, 다수의 채널 정보를 통해 다이버시티 및 상관 특성이 향상된다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명의 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생 략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

먼저, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템의 구성을 살펴보기로 한다. 도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템의 개략적인 구성을 설명하기 위한 도면이며, 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 단말의 위치에 따른 수신 신호의 세기 및 CINR 값을 도시한 그래프이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템은 하나의 주 서빙 기지국(100)과, 상기 주 서빙 기지국(100)으로부터 인접에 위치하는 부 서빙 기지국(200) 및 상기 주 및 부 서빙 기지국(100, 200)으로부터 신호를 수신하는 단말(300)로 구성된다. 이때, 주 서빙 기지국 및 부 서빙 기지국(100, 200)은 동일한 중심 주파수를 가진다고 가정한다.

여기서, 도 2a를 참조하면, 단말이 셀 가장자리로 이동하고 있다고 가정한다. 그러면, 단말(300)이 주 서빙 기지국(100)으로부터 수신하는 신호의 세 기(received signal strength)(a)는 점차 약해지고, 부 서빙 기지국(200)으로부터 수신하는 신호의 세기(b)는 점차 강해진다.

이때, 도 2b를 참조하면, 주 및 부 서빙기지국(100, 200)이 서로 다른 신호를 전송할 경우, 단말이 수신하는 신호의 CINR의 값은 점차 떨어진다. 즉, 부 서빙 기지국이 전송하는 신호는 잡음으로 작용한다. 도면 부호 "나"는 주 및 부 서빙 기지국(100, 200)이 서로 다른 신호를 전송하는 경우에 CINR이 떨어짐을 표시하였다.

따라서 본 발명은 주 및 부 서빙 기지국(100, 200)이 동일한 신호를 전송함으로써 CINR 값을 높일 수 있다. 도면 부호 "가"는 동일한 신호를 전송하는 경우에 CINR이 향상됨을 표시한 것이다.

또한, 주 및 부 서빙 기지국(100, 200)은 단말로 동일한 신호를 전송함으로서, 다이버시티(diversity)를 증가시킬 수 있고, 채널 상관성(correlation)이 낮아져 수신 성능의 향상을 가져 올 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 2 이상의 기지국이 동일한 신호를 전송하면, 셀 가장자리에 위치한 단말이 수신하는 신호의 CINR이 향상됨을 설명하였다.

다음으로, 본 발명의 실시 예에 따른 송신기 및 수신기의 개략적인 구조를 살펴보기로 한다. 이때, 2개의 송신 안테나들을 구비한 주 및 부 서빙 기지국의 송신기와 2개의 수신 안테나들을 구비한 단말의 수신기를 예로 들어 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 주 및 부 기지국의 송신기의 개략적인 구조를 도시한 도면이다. 여기서, 송신 안테나가 2개인 것으로 가정하여 설명하기로 한다.

도 3을 참조하면, 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 송신기는, 사용자에 따른 부호기(110), 변조기(120), 다중 송신 부호기(130), 2개의 송신 안테나에 따른 2개의 부채널 할당기들(140a 내지 140b), 2개의 IFFT 연산기들(150a 내지 150b), 2개의 병렬/직렬 변환기들(160a 내지 160b), 2개의 무선 주파수 처리기들(170a 내지 170b), 2개의 송신 안테나들(180a 내지 180b) 및 제어기(190)를 포함하여 구성된다.

우선, 제어기(190)는 미리 결정된 기준(예 : 피드백정보(채널 정보), 서비스 종류, 사업자가 미리 정한 등급, 사용자의 요청 등)에 근거해서 각 사용자에게 할당할 다중 안테나 방식(MIMO 방식) 및 부채널(Subchannel)을 결정하고, 상기 결정된 다중 안테나 방식 및 부채널에 따라서 다중 송신 부호기들(130)과 부채널 할당기들(140a 및 140b)을 제어한다. 또한, 상기 제어기(190)는 상기 결정된 다중 안테나 방식 및 부채널 정보를 제어메시지(예 : Wibro의 경우 MAP 메시지)를 통해 해당 사용자(수신기)로 전송한다.

부호기(110)는 입력되는 사용자 데이터를 소정 부호율로 부호화하여 부호화 데이터(coded data)를 대응되는 변조기로 출력한다. 이때 부호기(110)로 입력되는 정보어의 길이가 x이고, 해당 부호율이 R이라고 하면, 상기 부호기(110)에서 출력되는 부호어의 길이는 x/R이다. 예를 들어, 상기 부호기(110)는 길쌈부호기(convolutional coder), 터보부호기(Turbo coder), LDPC(Low Density Parity Check) 부호기 등으로 구성될 수 있다.

변조기(120)는 부호기(110)로부터의 데이터를 소정 변조 방식(또는 사상 방식)에 따라 신호 사상(mapping)하여 대응되는 다중 송신 부호기(130)로 출력한다.

예를 들어, 상기 변조 방식은 1개의 비트(s=1)를 하나의 복소신호(신호점)에 사상하는 BPSK(Binary Phase Shift Keying), 2개의 비트(s=2)를 하나의 복소 신호에 사상하는 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying), 3개의 비트(s=3)를 하나의 복소 신호에 사상하는 8QAM(8ary Quadrature Amplitude Modulation), 4개의 비트(s=4)를 하나의 복소 신호에 사상하는 16QAM 등을 사용할 수 있다.

다중 송신 부호기(130)는 변조기(120)로부터의 변조 데이터를 상기 제어기(190)의 제어에 따라 해당 다중 안테나 방식에 의해 부호화하여 복수의 안테나 신호들을 생성하고, 복수의 안테나 신호들의 각각을 대응되는 부채널 할당기(140a 및 140b)로 출력한다.

도 3과 같이 2개의 송신 안테나(180a 및 180b)를 사용할 경우, 다중 송신 부호기(130)는 2개의 안테나 신호들을 생성하고, 생성된 2개의 안테나 신호들의 각각을 대응되는 부채널 할당기(140a 및 140b)로 출력한다. 예를 들어, 다중 안테나 방식은, 앞서 설명한 바와 같이, 공간 다중화(SM, Spatial Multiplexing) 방식, 시공간 부호화(STC : Space Time Coding) 방식이 될 수 있다.

다중 송신 부호기(130)의 동작은 이후 도 4a 및 도 4b의 참조와 함께 상세히 설명하기로 한다.

제1 부채널 할당기(140a)는 다중 송신 부호기(130)로부터 수신되는 제1 안테나 신호들을 제어기(190)의 제어하에 해당 부채널에 할당하여 출력한다. 여기서, 부채널에 할당한다는 것은 IFFT 연산기(150a 또는 150b)의 해당 입력들로 제공하는 것을 의미한다. 한편, 제2 부채널 할당기(140b)는 다중 송신 부호기(130)로부터 수신되는 제2 안테나 신호들을 제어기(190)의 제어하에 부채널에 할당하여 출력한다.

복수의 IFFT연산기들(150a 및 150b) 각각은 해당 부채널 할당기(150a 및 150b)로부터의 데이터를 역 고속 푸리에 변환하여 대응되는 병렬/직렬 변환기로 출력한다.

병렬/직렬 변환기들(160a 및 160b) 각각은 해당 IFFT 연산기(150a 및 150b)로부터 입력되는 병렬 데이터를 직렬 데이터로 변환하여 대응되는 무선주파수처리기로 출력한다.

복수의 무선주파수 처리기들(170a 및 170b) 각각은 해당 병렬/직렬 변화기로부터의 데이터를 아날로그 신호로 변환하고, 상기 아날로그 신호를 RF(Radio Frequency)처리하여 대응되는 안테나로 출력한다. 여기서, 상기 무선주파수 처리기들(170a 및 170b)은 필터(filter)와 전처리기(front end unit) 등의 구성들을 포함한다.

복수의 안테나들(180a 및 180b) 각각은 해당 무선주파수 처리기(170a 및 170b)로부터의 신호를 공기중의 전자기파로 복사(radiation)시킨다. 즉, 제1무선주파수 처리기(170a)에서 출력되는 신호는 제1송신 안테나(180a)를 통해서 송신되고, 제2무선주파수 처리기(170b)에서 출력되는 신호는 제2 송신 안테나(180b)를 통해서 송신된다.

이어서, 본 발명의 실시 예에 따른 다중 송신 부호기에 대하여 설명하기로 한다. 도 4a 및 도 4b는 도 1의 구성에서 다중 송신 부호기(130)의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

특히, 도 4a는 시공간부호화(STC, Space Time Coding 또는 STBC, Space Time Block Coding) 방식을 사용하는 다중 송신 부호기의 구성을 보여주고, 도 4b는 공간 다중화(SM, Spatial Multiplexing) 방식을 사용하는 다중 송신 부호기의 구성을 보여준다. 여기서, 다중 송신 부호기(130)는 시공간부호화 방식 또는 공간 다중화 방식으로 동작하는 것으로 가정하기로 한다.

먼저 도 4a를 참조하면, 상기 도 3의 다중 송신 부호기(130)가 STBC 방식으로 동작하기 위해서는 시공간 부호화기가 필요하다. 상기 도 1의 변조기(120)에서 출력되는 변조 데이터는 시공간 부호화기에 입력된다. 상기 시공간 부호화기는 변조기(120)로부터 입력되는 2개의 신호(QAM 등의 변조 방식으로 변조된 신호)가 1개의 시간구간(time interval)동안 2개의 안테나들로 전송될 수 있도록 부호화하여 출력한다.

다음으로 도 4b를 참조하면, 다중 송신 부호기(130)가 공간 다중화(SM : Spatial Multiplexing) 방식으로 동작하기 위해서는 직렬/병렬 변환기(130b)가 필요하다. 직렬/병렬 변환기(130b)는 SM부호화기(130b)가 된다. 직렬/병렬 변환기(130b) 및 SM부호화기(130b)를 혼용하여 사용하기로 한다. 상기 직렬/병렬 변환기(130b)는 상기 도 1의 해당 변조기(120)로부터의 직렬 데이터를 병렬로 변환해서 2개의 안테나들로 출력한다. 즉, 입력되는 2개의 데이터들이 1개의 시간구간 동안 각각 서로 다른 안테나로 전송 될 수 있도록 한다. 예컨대, 두 개의 변조된 신 호(QAM 등의 방식으로 변조된 신호)는 1개의 시간 구간 동안 동일 심볼 및 동일 반송파에 실려 2개의 안테나를 통해 전송된다.

다음으로, 본 발명의 실시 예에 따른 수신기의 개략적인 구조를 살펴보기로 한다. 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 단말이 구비하는 수신기의 개략적인 구조를 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 수신기는, 2개의 안테나들(310a 및 300b), 2개의 무선주파수 처리부들(320a 및 320b), 2개의 직/병렬 변환기들(330a 내지 330b), 2개의 FFT 연산기들(340a 및 340b), 2개의 부채널 선택기(350a 및 350b), 다중수신 복호기(360), 복조기(370), 복호기(380), 제어메시지 분석기(390) 및 제어기(400)를 포함하여 구성된다.

먼저 제어메시지 분석기(390)는 송신기로부터 수신되는 제어 메시지(예 : Wibro의 경우 MAP 메시지)를 분석하여 상기 송신기에서 사용한 MIMO 방식과 부채널 정보를 제어기(400)로 제공한다. 그러면, 제어기(400)는 제어메시지 분석기(390)로부터의 상기 MIMO 방식과 부채널 정보에 근거해서 부채널 선택기들(350a 및 350b)과 다중 수신 복호기(360)의 동작을 제어한다.

송신기의 복수의 송신 안테나들(180a 및 180b)을 통해 송신된 신호들은 상기 복수의 수신 안테나들(310a 및 310b)을 통해 수신되고, 수신된 신호들은 무선주파수 처리기들(320a 및 320b)로 입력된다. 본 발명의 실시 예에서는 주 및 부 서빙 기지국(100, 200)의 송신기들이 동시에 동일한 신호를 전송하므로, 실제로는 4개의 안테나의 신호를 수신한다.

무선 주파수 처리기들(320a 및 320b)은 각각 대응되는 수신 안테나(310a 및 310b)를 통해 수신된 신호를 중간 주파수(IF: Intermediate Frequency) 대역을 거쳐 기저대역(Baseband) 신호로 다운 컨버팅(down converting)하고, 상기 기저대역 아날로그 신호를 샘플 데이터로 변환해서 해당 직렬/병렬 변환기(320a 및 320b)로 출력한다.

상기 직렬/병렬 변환기들(320a 및 320b)은 각각 대응되는 무선주파수 처리부(320a 및 320b)로부터의 직렬 데이터를 병렬 데이터로 변환하여 해당 FFT 연산기(340a 또는 340b)로 출력한다.

FFT 연산기들(340a 및 340b)은 각각 대응되는 직렬/병렬 변환기(320a 및 320b)로부터의 데이터를 고속 푸리에 변환(FFT : Fast Fourier Transform)하여 부채널 선택기(350a 및 350b)로 출력한다.

부채널 선택기들(350a 및 350b)은 상기 제어기(400)의 제어하에 상기 FFT 연산기들(340a 및 340b)로부터의 신호들에서 실제 데이터가 실린 신호들을 선택하여 출력한다.

다중 수신 복호기(360)는 채널 선택기(308)로부터의 신호들을 제어기(400)의 제어하에 해당 MIMO 방식에 대응하는 소정 규칙으로 복호화하여 하나의 안테나 신호를 복조기(370)로 출력한다. 즉, 도 1의 송신기에서 해당 다중 송신 부호기로 입력되는 신호를 추정해서 출력한다.

복조기(370)는 다중 수신 복호기(360)로부터의 데이터를 복조해서 복호기(380)로 출력한다. 즉, 복조기(370)는 변조 신호를 구성하는 비트들을 추정하여 출력한다.

복호기(380)는 복조기(370)로부터의 데이터를 복호화하여 출력한다. 즉, 도 1의 송신기에서 해당 부호기로 입력되는 정보 비트(사용자 데이터)를 추정하여 출력한다.

여기까지, 본 발명의 실시 예에 따른 송신기 및 수신기의 구조에 대해서 살펴보았다. 본 발명은 상술한 바와 같은 송신기 2개를 이용하여 서로 다른 기지국에서 같은 신호를 전송한다. 즉, 주 및 부 서빙 기지국의 송신기들은 동일한 정보 비트(사용자 데이터)를 전송한다.

그러면, 본 발명의 실시 예에 따른 2개 이상의 기지국을 이용한 무선 통신 방법에 대하여 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 두 개의 기지국을 이용한 통신 방법을 설명하기 위한 도면이다.

여기서, 제1 송신기는 주 서빙 기지국(100)의 송신기이며, 제2 송신기는 부 서빙 기지국(200)의 송신기라고 가정한다. 또한, 제1 및 제2 송신기는 SM 방식 및 STC 방식을 모두 지원하는 송신기이다.

도 6을 참조하면, 제1 및 제2 송신기는 동일한 신호(

및

)를 단말로 전송한다. 여기서,

및

은 변조된(QAM 변조 등) 정보 비트열(사용자 데이터)임에 유의하여야 한다.

이때, 제1 송신기는 신호(

및

)를 안테나 A 및 B를 통해 전송하며, 제2 송신기는 신호(

및

)를 안테나 C 및 D를 통해 전송한다. 그러면, 단말은 상기 신호를 안테나 1 및 안테나 2를 통해 수신한다.

여기서, 안테나 A 및 B는 앞서 설명한 송신 안테나(180a 및 180b)에 대응되며, 안테나 C 및 D 역시 송신 안테나(180a 및 180b)에 대응된다. 또한, 안테나 1 및 2는 앞서 설명한 수신 안테나(310a 및 310b)에 대응될 수 있다.

다음의 <수학식 1>은 임의의 심볼(symbol) k에 대해 단말이 수신한 신호를 나타낸 것이다.

= ( + ) + ( + )

= (

+

)

+ (

+

)

<수학식 1>를 살펴보면, 파라미터 k는 소정의 변조 방식(예컨대, 16 QAM 등)으로 변조되어 사상된 k 번째 부반송파의 신호를 나타낸다.

및

는 각각 단말의 1번 및 2번 안테나를 통해 수신한 신호를 나타낸다. 또한,

은 제1 또는 제2 송신국의 안테나 m(m = A, B, C, D)에서 송신한 신호가 단말의 n(n = 1, 2) 번째 안테나로 수신될 때의 채널 정보이다. 예컨대,

는 제1 송신국의 안테나 A에서 송신되어 단말의 안테나 1로 수신된 신호의 채널 정보이다.

또한,

및

는

및

를 각각 k번째 부반송파에 매핑하여 전송한 1 및 2 의 인덱스를 가지는 변조된 신호, 예컨대, QAM 변조 등으로 변조된 정보 비트열(사용자 데이터)이다.

따라서 단말의 수신기는 채널 추정을 통해 상기 채널 정보를 알 수 있으므 로,

및

의 값을 복원할 수 있다.

<수학식 1>에 나타난 바와 같이, 단말은 주 서빙 기지국과 같은 정보 비트열을 부 서빙 기지국으로부터 수신한다. 이때, 부 서빙 기지국으로부터 수신한 신호가 잡음원이 아니라 신호원이므로, CINR을 향상시킬 수 있다.

또한, 단말은 두 배의 채널 정보를 가지고 수신 신호를 복원하므로, 다이버시티의 이득을 가진다. 예컨대, 제1 송신기로부터만

및

을 수신하는 경우, 단말은 채널 정보 {

,

}를 알 수 있다. 이때, 제1 송신기의 신호가 약해지는 경우, 해당 채널 정보를 통해 복원이 어려울 수 있다. 이에 반해 본 발명은 채널 정보 {

,

} 및 채널 정보 {

,

}를 얻을 수 있으므로, 제1 및 제2 송신기 중 어느 일 송신기의 신호가 약해지더라도 신호(

및

)를 적절히 복원할 수 있는 이점이 있다.

또한, 단말은 서로 다른 2 개의 채널 정보를 가지므로, 상관 특성의 이득을 가진다. 즉,

와

를 구분을 쉽게 하기 위해서는, 채널 정보간에 상관도가 낮아야 한다. 따라서 일반적인 송신 방법으로 제1 송신기로만 전송하는 경우 채널 정보

과 채널 정보

의 상관도가 낮을 확률 보다, 제1 및 제2 송신기로 전송하는 경우 채널 정보 {

및

}과 채널 정보 {

및

}의 상관도가 낮을 확률이 더 크다. 따라서 본 발명의 실시 예에 따른 송신 방법은 상관 특성의 이득을 가질 수 있다.

본 명세서와 도면을 통해 본 발명의 바람직한 실시 예들에 대하여 설명하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 예컨대, 본 발명의 실시 예에서 송신기 및 수신기는 각각 2 개의 안테나를 가지는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않으며, 2개 이상의 안테나를 사용할 수 있음은 당연하다. 따라서 여기에 개시된 실시 예외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템의 개략적인 구성을 설명하기 위한 도면.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 단말의 위치에 따른 수신 신호의 세기 및 CINR 값을 도시한 그래프.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 주 및 부 기지국의 송신기의 개략적인 구조를 도시한 도면.

도 4a 및 도 4b는 도 1의 구성에서 다중 송신 부호기(130)의 동작을 설명하기 위한 도면.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 단말이 구비하는 수신기의 개략적인 구조를 도시한 도면.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 두 개의 기지국을 이용한 통신 방법을 설명하기 위한 도면.

Claims

광대역 무선 통신 시스템에 있어서,

다수개의 안테나를 가지는 송신기로 신호를 전송하는 주 서빙 기지국과,

상기 신호와 동일한 신호를 다수개의 안테나를 가지는 송신기로 전송하는 부 서빙 기지국 및

상기 신호를 다수개의 안테나로 수신하는 수신기를 가지는 단말; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템의 통신 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 신호 및 상기 신호와 동일한 신호는

동일한 정보 비트인 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템의 통신 장치.
청구항 2에 있어서,

상기 주 서빙 기지국 및 부 서빙 기지국의 송신기는,

상기 정보 비트를 동일 심볼 및 동일 서브 캐리어로 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템의 통신 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 부 서빙 기지국은

상기 주 서빙 기지국과 인접하는 기지국인 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템의 통신 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 송신기 및 수신기의 상기 다수개의 안테나는 동 수를 가지는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템의 통신 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 송신기는,

송신할 정보 비트를 해당 다중 안테나 방식으로 부호화하여 복수의 안테나 신호들을 생성하는 다중 송신 부호기와,

송신 안테나의 개수에 대응되며, 상기 복수의 안테나 신호들 각각을 역 고속 푸리에 변환하기 위한 복수의 IFFT 변조기들과,

상기 복수의 IFFT 변조기들의 출력들 각각을 RF(Radio Frequency) 변조하여 대응되는 송신 안테나로 출력하기 위한 복수의 무선주파수처리기들을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템의 통신 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 수신기는,

수신 안테나의 개수에 대응되며, 입력되는 데이터를 고속 푸리에 변환하여 출력하는 복수의 FFT 연산기들과,

상기 복수의 FFT 연산기들의 출력들 각각에서 미리 할당받은 채널의 신호들을 선택하여 출력하는 채널 선택기와,

상기 채널 선택기로부터의 신호들을 해당 다중 안테나 방식에 대응하는 소정 규칙으로 복호하여 송신기가 전송한 데이터를 추정하는 다중 수신 복호기를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템의 통신 장치.
청구항 7에 있어서,

상기 다중 안테나 방식은,

다중 안테나 방식은 공간 다중화(SM : Spatial Multiplexing) 방식,

시공간부호화(STC, Space Time Coding) 방식 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템의 통신 장치.
광대역 무선 통신 시스템의 통신 방법에 있어서,

주 서빙 기지국이 다수개의 안테나를 가지는 송신기로 신호를 전송함과 동시에 부 서빙 기지국이 상기 신호와 동일한 신호를 다수개의 안테나를 가지는 송신기로 전송하는 송신 과정과,

단말이 상기 신호 및 상기 신호와 동일한 신호를 다수개의 안테나로 수신하는 수신 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템의 통신 방법.
청구항 9에 있어서,

상기 신호 및 상기 신호와 동일한 신호는

동일한 정보 비트인 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템의 통신 방법.
청구항 10에 있어서,

상기 주 서빙 기지국 및 부 서빙 기지국의 송신기는,

상기 정보 비트를 동일 심볼 및 동일 서브 캐리어로 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템의 통신 방법.
청구항 9에 있어서,

상기 부 서빙 기지국은

상기 주 서빙 기지국과 인접하는 기지국인 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템의 통신 방법.
청구항 9에 있어서,

상기 송신기 및 수신기의 상기 다수개의 안테나는 동 수를 가지는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템의 통신 방법.
청구항 9에 있어서,

상기 송신 과정은,

송신할 정보 비트를 해당 다중 안테나 방식으로 부호화하여 복수의 안테나 신호들을 생성하는 과정과,

상기 복수의 안테나 신호들 각각을 역 고속 푸리에 변환하는 과정과,

상기 복수의 IFFT 변조기들의 출력들 각각을 RF(Radio Frequency) 변조하여 대응되는 송신 안테나로 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템의 통신 방법.
청구항 9에 있어서,

상기 수신 과정은,

수신되는 신호를 고속 푸리에 변환하여 출력하는 과정과,

상기 고속 푸리에 변환한 신호 각각에서 미리 할당받은 채널의 신호들을 선택하여 출력하는 과정과,

상기 선택하여 출력된 신호들을 해당 다중 안테나 방식에 대응하는 소정 규칙으로 복호하여 송신기가 전송한 데이터를 추정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템의 통신 방법.
청구항 14에 있어서,

상기 다중 안테나 방식은,

다중 안테나 방식은 공간 다중화(SM : Spatial Multiplexing) 방식,

시공간부호화(STC, Space Time Coding) 방식 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템의 통신 방법.