KR20090117581A

KR20090117581A - 다중 안테나 시스템에서 전송 다이버시티 방법

Info

Publication number: KR20090117581A
Application number: KR1020080088256A
Authority: KR
Inventors: 이욱봉; 임빈철; 이문일; 천진영
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2008-05-08
Filing date: 2008-09-08
Publication date: 2009-11-12
Also published as: CN102017443A; EP2255457A2; WO2009136696A3; WO2009136696A2; CN102017443B; US8311150B2; JP2011523526A; EP2255457A4; US20090279632A1; KR101507835B1

Abstract

다중 안테나 시스템에서 전송 다이버시티 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 전송 다이버시티 방법은 다중 안테나 시스템에서 자원 인데스에 따라 정해지는 행렬에서 현재 랭크에 따라 열 벡터를 선택하고, 상기 선택된 열 벡터와 전송 심볼을 곱한다. 상기 전송 다이버시티 방법은 상기 열 벡터가 곱해진 전송 심볼에 추가로 순환 지연 다이버시티 대각행렬을 곱하는 과정을 포함한다. 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 다이버시티 이득을 향상시킬 수 있고, 채널 추정이 용이하고, 채널 추정 파일럿을 줄이는 효과가 있다.

OFDM, Multiple Antenna, IEEE 802.16m, Codeword cycling, Phase shift diversity, Precoded pilot, Dedicated pilot, Cyclic Delay Diversity, diversity gain

Description

다중 안테나 시스템에서 전송 다이버시티 방법{Method for transmission diversity in multiple antenna system}

본 발명은 다중 안테나 OFDM 시스템에 관한 것으로, 특히, 코드 순환 다이버시티를 적용하고, 추가로 순환지연 다이버시티를 적용하여 다이버시티 이득을 향상시킬 수 있는 방법에 관한 것이다.

다중 안테나 OFDM 시스템에서는 데이터의 전송 신뢰도를 높이기 위한 다양한 기술이 요구되는데, 이 중 공간 다이버시티 이득을 높이는 기법으로는 시공간 부호(Space-Time Code; STC), 코드 순환 다이버시티 (Codeword cycling), 순환지연 다이버시티(Cyclic Delay Diversity; CDD) 등이 있고, 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio; SNR)를 높이기 위한 기법으로는 빔포밍(BeamForming; BF), 프리코딩(Precoding) 등이 있다. 여기서, 시공간 부호, 코드 순환 다이버시티 및 순환지연 다이버시티는 주로 송신단에서 피드백 정보를 이용할 수 없는 개루프 시스템의 전송 신뢰도를 높이기 위해 사용되며, 빔 포밍 및 프리코딩은 송신단에서 피드백 정보를 이용할 수 있는 폐루프 시스템에서 해당 피드백 정보를 통해 신호대잡음비를 최대화하기 위해 사용된다.

CDD는 도 1에 도시된 바와 같이 안테나마다 서로 다른 딜레이(τ₀ , ... , τ _Nt-1 )를 적용하는 기술이다.

각 안테나에서 송신되는 시간 도메인 신호에 안테나별로 다른 딜레이를 적용하여 전송한다. 이때, 딜레이를 적용하기 전 신호가 안테나 간에 서로 동일한 신호라면, 이는 다중 경로(multi-path)의 양을 더 증가시키는 효과를 가지므로, 채널의 주파수 선택성(frequency selectivity)을 증가시킨다. 공간 주파수 블록 코드(Space Frequency Block Code; SFBC)는 다중 안테나 전송 기법 중 랭크-1 전송(rank1-transmission)의 한 방법이다. SFBC로 인코딩하여 다이버시티 이득을 얻는 방법을 말한다. 이 방법은 Alamouti에 의해 제안된 공간 시간 블록 코드(Space Time Block Code; STBC)를 주파수 도메인에 적용한 방법이다.

코드 순환 기법(Codeword cycling scheme)은 주파수 혹은 시간 자원에서 각기 다른 프리코딩 벡터 혹은 행렬을 곱함으로써 여러 가지 동등 채널을 겪게 하여 다이버시티 이득을 얻는 방법을 말한다.

일반적으로 다이버시티 기법은 안테나 개수만큼의 채널 추정용 파일럿이 필요하다. 이는 파일럿 오버헤드가 커지는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 랭크에 따라 적절한 코드 순환 다이버시티를 적용하고, 상위 랭크 지원에 문제가 없으면서도 다이버시티 이득을 높이고, 파일럿 오버헤드를 줄일 수 있는 전송 다이버시티 방법을 제공하는 데 있다. 추가로 순환지연 다이버시티 기법을 적용하여 추가 전송 다이버시티를 얻을 수 있다.

상기의 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전송 다이버시티 방법은 다중 안테나 시스템에서 자원 인덱스에 따라 정해지는 행렬에서 현재 랭크에 따라 열 벡터를 선택하고, 상기 선택된 열 벡터와 전송 심볼을 곱한다. 상기 전송 다이버시티 방법은 상기 열 벡터가 곱해진 전송 심볼에 추가로 순환 지연 다이버시티 대각행렬을 곱하는 과정을 포함한다.

바람직하게는, 상기 열 벡터를 선택하는 과정에서, 상기 현재 랭크가 1 또는 2이면, 상기 행렬에서 2개의 열 벡터를 선택할 수 있다.

또한, 상기 열 벡터를 선택하는 과정에서, 상기 현재 랭크가 3이면 상기 행렬에서 3개의 열 벡터를 선택하고, 상기 현재 랭크가 4이상이면 상기 행렬에서 4개의 열 벡터를 선택할 수 있다.

바람직하게는, 상기 전송 심볼은 상기 현재 랭크가 1인 경우, 공간 시간 블록 코드 변조 심볼 또는 공간 주파수 블록 코드 변조 심볼 중 어느 하나일 수 있 다.

바람직하게는, 상기 전송 심볼은 상기 현재 랭크가 2 이상인 경우, 공간 멀티플렉싱이 적용된 독립 심볼일 수 있다.

바람직하게는, 상기 행렬은 자원의 인덱스에 따라 변경될 수 있다.

바람직하게는, 상기 행렬은 할당된 물리 자원 유닛의 구조에 따라 변경될 수 있다.

상기의 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전송 다이버시티 방법은 개루프(Open-Loop) MIMO 시스템에서 현재 랭크가 1인 경우, 공간 시간 블록 코드 또는 공간 주파수 블록 코드 중 어느 하나를 사용하여 데이터 스트림을 생성하고, 상기 현재 랭크가 2 이상인 경우, 공간 멀티플렉싱을 적용하여 데이터 스트림을 생성하고, 자원 인덱스에 따라 정해지는 행렬에서 현재 랭크에 따라 열 벡터를 선택하며, 상기 행렬과 상기 데이터 스트림을 곱한다. 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전송 다이버시티 방법은 상기 행렬이 곱해진 데이터 스트림에 추가적으로 순환 지연 다이버시티 대각행렬을 곱하는 과정을 포함한다.

바람직하게는, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전송 다이버시티 방법은 상기 현재 랭크에 따라 현재 랭크에 따라 파일럿을 선택적으로 전송하는 과정을 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전송 다이버시티 방법은 분산 자원 유닛으로 전송되는 파일럿은 두 개의 데이터 스트림에 대해서만 전송하는 과정을 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전송 다이버시티 방법은 파일럿을 두 개의 스트림에 대해서 전송하거나 네 개의 스트림에 대해서 전송하는 것 중 어느 하나를 선택하는 과정을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 코드 순환 다이버시티를 적용하고, 추가적으로 순환지연 다이버시티를 적용하여 다이버시티 이득을 향상시킬 수 있고, 채널 추정이 용이하게 하고, 채널 추정 파일럿을 줄이는 효과가 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기로 한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다.

일반적으로, D가 CDD 대각 행렬, x가 전송된 심볼인 경우, D, x는 수학식 1 내지 2와 같이 표현된다.

여기서 D는 Nt by Nt 행렬로, θ _i 는 i번째 전송 안테나의 인접한 자원에서의 위상 시프트(phase shift) 값을 의미하고, Nt는 전송 안테나 개수, k는 부반송파 인덱스이거나, 자원 인덱스 또는 부반송파 그룹의 인덱스 등이 될 수 있다.

모든 θ가 0로 동일한 경우 는 D는 단위 행렬(identity matrix)이 되어 실제 전송 시 곱해지지 않을 수 있고, θ _i 가 의 값 중 적어도 하나가 0이 아닐 경우, D에 의해 추가 전송 다이버시티를 얻을 수 있다. 또한, τ를 딜레이 값, N _fft 는 FFT 크기라 하고, θ = -2π/N _fft _ㆍ τ 로 설정하고, k가 부반송파 인덱스인 경우, 행렬 D는 도 1과 같이 시간 도메인에서 처리 될 수 있다.

이 때, D는 CDD 행렬이 된다. 이때, 채널 추정을 위한 파일럿 오버헤드를 줄이기 위해서 τ는 0에서 4 사이의 값과 같이 작은 값으로 설정할 수 있다.

여기서 R은 한번에 전송되는 스트림의 수를 의미한다.

x가 공간 시간 블록 코드 또는 공간 주파수 블록 코드인 경우 x는 다음과 같이 쓸 수 있다.

여기서 행은 스트림 인덱스이고, 열은 시간 자원 인덱스(공간 시간 블록 코드인 경우) 또는 주파수 자원 인덱스(공간 주파수 블록 코드인 경우)를 의미한다.

x가 공간 멀티플렉싱인 경우 x는 다음과 같이 쓸 수 있다.

여기서 M은 공간 전송률로 공간 멀티플렉싱인 경우 R과 같다.

이때, 전송 심볼 y는 다음과 같이 표현할 수 있다.

y = DUx

여기서 U는 Nt by R 행렬로 서브 대역(sub-band) 등에 따라 변경되도록 할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예가 적용되는 전송단 구조를 도시한 것이다.

직병렬 변환 블록(210)을 거친 데이터는 MIMO 인코딩 블록(220)에서 데이터 스트림(230)으로 변환된다. MIMO 인코딩 블록(220)은 현재 랭크가 1인 경우, 공간 시간 블록 코드 또는 공간 주파수 블록 코드 중 어느 하나를 사용하여 데이터 스트림을 생성한다. 또한, MIMO 인코딩 블록(220)은 현재 랭크가 2 이상인 경우, 공간 멀티플렉싱을 적용하여 데이터 스트림을 생성한다.

각각의 스트림(230)은 행렬 블록(240)에 전달되는데, 행렬 블록(240)은 안테나 수 및 공간 전송률(Multiplexing Rate)에 따라 다른 행렬을 적용한다. 이후에 대각 행렬 블록(250)이 추가로 적용될 수 있다.

전체 전송 심볼을 DUx라고 할 때, 랭크가 1이나 2인 경우, 행렬 U는, 예를 들어, 수학식 6과 같다.

U= [ v₁ v₂ ],

랭크가 3인 경우, 행렬 U는, 예를 들어, 수학식 7과 같다.

U= [ v₁ v₂ v₃ ],

랭크가 4인 경우, 행렬 U는, 예를 들어, 수학식 8과 같다.

U= [ v₁ v₂ v₃ v₄ ]

즉, 랭크 1이나 2의 경우 v₁, v₂를 선택, 랭크 3의 경우 v₁, v₂, v₃ 를 선택, 랭크 4의 경우 v₁, v₂, v₃, v₄ 를 선택해서 x에 곱한다.

이때, v _n 은 행렬 U의 n번째 열 벡터이다. 여기서, 열 벡터 v _n 의 차원은 Nt X 1이다. 수학식 6 내지 8은 자원 인덱스에 따라 정해지는 행렬의 서브셋이 된다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전송 다이버시티 방법의 흐름도이다.

먼저, 현재 랭크와 자원 인덱스에 따라 행렬 U의 열 벡터를 선택한다(S310-S350).

보다 구체적으로, 현재 랭크가 2 이하이면, 자원 인덱스에 따라 정해지는 행렬에서 2개의 열 벡터를 선택하여 U를 생성한다(S310, S330). 현재 랭크가 3이면, 자원 인덱스에 따라 정해지는 행렬에서 3개의 열 벡터를 선택하여 U를 생성한다(S320, S340). 현재 랭크가 4이상이면, 자원 인덱스에 따라 정해지는 행렬에서 4개의 열 벡터를 선택하여 U를 생성한다(S320, S350).

다음, CDD 대각행렬 D, 위에서 선택된 열 벡터와 전송 심볼 x를 곱하여 DUx를 구한다(S360). 이때, D의 θ 가 모두 0인 경우 대각 행렬 D를 곱하지 않고 종료 할 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, U는 서브 대역(sub-band) 등에 따라 변경되도록 할 수 있다. 이 경우, 각 서브 대역 별로 서로 다른 동등 채널이 형성되기 때문에 더 높은 다이버시티 이득을 얻을 수 있다. 이 서브 대역은 몇 개의 자원 유닛으로 미리 정해 놓을 수도 있다. 또는 도 4와 같이, U는 불연속적으로 할당된 물리 자원 유닛의 구조에 따라 변경될 수 있다. 도 4는 자원 유닛이 불연속이 될 때마다 U₁에서 U₂로, U₂에서 U₃로 변경되는 것을 보여준다. 도 4와 같이 하는 경우 연속적으로 할당된 물리 자원 유닛 내에서 변경되는 U를 이용하는 경우와 비교하여 더 나은 채널 추정이 가능하다.

한편, U는 송신기와 수신기 모두 알고 있어야 하는 값으로 이 값을 기억하기 위한 메모리가 필요하다. CL-MIMO를 위한 코드북의 일부에서 U를 선택하여 추가적인 메모리가 필요하지 않게 할 수 있다.

전송 파일럿은 시스템에 큰 오버헤드를 주는 것 중의 하나이다. 다음과 같은 방법으로 효과적으로 전송 파일럿을 줄일 수 있다.

특정 자원에 하나의 단말이 전송되는 경우, 모든 파일럿을 해당 단말 전용으로 설정할 수 있다. 이 때, 전송 파일럿에 전송하는 기법과 동일한 파일럿을 곱해 오버헤드를 줄일 수 있다. 예를 들어서, 앞서 설명한 대로, 전송 랭크가 1 또는 2인 경우, U는 Nt by 2이다. 각 스트림 별 파일럿을 정해진 위치에 DU를 곱해서 전송한다면, 다시 말해서 첫 번째 스트림의 파일럿의 위치에 Dv₁p₁을 전송하고 (여기 서 p₁은 첫 번째 파일럿 신호), 두 번째 스트림의 파일럿의 위치에 Dv₂p₂을 전송할 수 있다. 이때 수신기는 이 행렬이 곱해진(Dv₁, Dv₂) 파일럿으로 채널을 추정하고, 디코딩에 이용할 수 있다. 마찬가지로 랭크가 3인 경우 U는 Nt by 3이고, 첫 번째 스트림의 파일럿의 위치에 Dv₁p₁이 전송되고, 두 번째 스트림의 파일럿의 위치에 Dv₂p₂이 전송되고, 세 번째 스트림의 파일럿의 위치에 Dv₃p₃이 전송된다. 나머지의 경우에도 위와 같은 방법으로 파일럿을 전송할 수 있다.

여러 단말이 함께 전송되는 경우, 특히 분산 자원 유닛(distributed resource unit)에서 전송 파일럿은 같이 전송되는 모든 단말들을 위한 것이다. 이 때, 파일럿의 오버헤드를 줄이기 위해서 다음과 같은 방법을 사용할 수 있다.

첫 번째 방법으로, 파일럿을 두 개의 스트림에 대해서만 보낼 수 있다. 즉, 첫 번째 스트림의 파일럿의 위치에 Dv₁p₁을 전송하고, 두 번째 스트림의 파일럿의 위치에 Dv₂p₂을 전송한다. 이때, 전송 랭크가 1 또는 2인 수신기는 그 두 개의 스트림에 대한 파일럿을 이용해서 디코딩을 수행한다.

상위 랭크(랭크 3 및 4) 채널 추정은 미리 정의된 D와 U를 이용하여 수행될 수 있다.

또 다른 방법으로, 파일럿을 두 개의 스트림에 대해서 보내거나 네 개의 스트림에 대해서 보내는 것 중 어느 하나를 선택할 수 있다. 어떠한 파일럿 패턴을 썼는지는 기지국에서 단말에 알려 줄 수 있다. 이는 대부분의 경우 상위 랭크가 선 택되지 않기 때문에 가능한 방식이다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시 예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그리고, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.

본 발명은 다중 안테나 OFDM 시스템에서 순환지연 다이버시티를 적용시 다이버시티 이득을 향상시킬 수 있는 방법에 관한 것으로, IEEE 802.16m 등의 시스템에서 기지국, 단말 등에 적용될 수 있다.

도 1은 CDD에서 안테나마다 서로 다른 딜레이를 적용하는 블록을 도시한 것이다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예가 적용되는 불연속적으로 할당된 물리 자원 유닛의 구조를 도시한 것이다.

Claims

다중 안테나 시스템에서 전송 다이버시티 방법에 있어서,

자원 인덱스 및 현재 랭크에 따라, 소정의 행렬에서 열 벡터를 선택하는 단계;

상기 선택된 열 벡터와 전송 심볼을 곱하는 단계를 포함하는, 전송 다이버시티 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 열 벡터가 곱해진 전송 심볼에 순환 진연 다이버시티 대각행렬을 곱하는 단계를 더 포함하는, 전송 다이버시티 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 열 벡터를 선택하는 단계는,

상기 현재 랭크가 1 또는 2이면, 상기 행렬에서 2개의 열 벡터를 선택하는 단계를 포함하는, 전송 다이버시티 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 열 벡터를 선택하는 단계는,

상기 현재 랭크가 3이면 상기 행렬에서 3개의 열 벡터를 선택하고, 상기 현 재 랭크가 4이상이면 상기 행렬에서 4개의 열 벡터를 선택하는 단계를 포함하는, 전송 다이버시티 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 전송 심볼은,

상기 현재 랭크가 1인 경우, 공간 시간 블록 코드 변조 심볼 또는 공간 주파수 블록 코드 변조 심볼 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 전송 다이버시티 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 전송 심볼은,

상기 현재 랭크가 2 이상인 경우, 공간 멀티플렉싱이 적용된 독립 심볼인 것을 특징으로 하는, 전송 다이버시티 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 행렬은,

불연속적으로 할당된 물리 자원 유닛의 구조에 따라 변경되는 것을 특징으로 하는, 전송 다이버시티 방법.
개루프(Open-Loop) MIMO 시스템에서의 전송 다이버시티 방법에 있어서,

현재 랭크가 1인 경우, 공간 시간 블록 코드 또는 공간 주파수 블록 코드 중 어느 하나를 사용하여 데이터 스트림을 생성하고, 상기 현재 랭크가 2 이상인 경우, 공간 멀티플렉싱을 적용하여 데이터 스트림을 생성하는 단계;

자원 인덱스에 따라 정해지는 행렬에서 현재 랭크에 따라 열 벡터를 선택하는 단계;

상기 선택된 열 벡터와 상기 데이터 스트림을 곱하는 단계

를 포함하는, 전송 다이버시티 방법.
제 8 항에 있어서,

상기 열 벡터가 곱해진 데이터 스트림에 순환 지연 다이버시티 대각행렬을 곱하는 단계를 더 포함하는, 전송 다이버시티 방법.
제 8 항에 있어서,

상기 열 벡터를 선택하는 단계는,

상기 현재 랭크가 1 또는 2이면, 상기 행렬에서 2개의 열 벡터를 선택하는 단계를 포함하는, 전송 다이버시티 방법.
제 8 항에 있어서,

상기 열 벡터를 선택하는 단계는,

상기 현재 랭크가 3이면 상기 행렬에서 3개의 열 벡터를 선택하고, 상기 현 재 랭크가 4이상이면 상기 행렬에서 4개의 열 벡터를 선택하는 단계를 포함하는, 전송 다이버시티 방법.
제 8 항에 있어서,

상기 행렬은,

불연속적으로 할당된 물리 자원 유닛의 구조에 따라 변경되는 것을 특징으로 하는, 전송 다이버시티 방법.
제 8 항에 있어서,

상기 현재 랭크에 따라 파일럿을 선택적으로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 전송 다이버시티 방법.
제 8 항에 있어서,

분산 자원 유닛으로 전송되는 파일럿은 두 개의 데이터 스트림에 대해서만 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 전송 다이버시티 방법.
제 8 항에 있어서,

파일럿을 두 개의 데이터 스트림에 대해서 전송하거나 네 개의 데이터 스트림에 대해서 전송하는 것 중 어느 하나를 선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 전송 다이버시티 방법.