KR20100019930A - Ｓｃ-ｆｄｍａ 시스템에서 전송 다이버시티를 이용한 데이터 전송장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

SC-FDMA 시스템에서 전송 다이버시티를 제공하는 데이터 전송장치를 제공한다. 상기 데이터 전송장치는 정보비트에 대해 코딩 및 변조를 수행하여 데이터 심벌을 생성하는 데이터 처리부, 변경주기마다 가중치 행렬을 변경하고, 상기 변경되는 가중치 행렬을 상기 데이터 심벌에 대해 프리코딩을 수행하며, SC-FDMA(Single Carrier-Frequency Division Multiple Access) 심벌의 생성을 위한 SC-FDMA 변조를 수행하는 SC-FDMA 처리부, 및 상기 SC-FDMA 심벌을 전송하는 RF부를 포함한다. SC-FDMA 시스템에 PVS 기법을 적용함으로써 전송 다이버시티가 제공될 수 있을 뿐만 아니라, PAPR이 줄어들고 단일-반송파 특성이 유지될 수 있다.

Description

ＳＣ-ＦＤＭＡ 시스템에서 전송 다이버시티를 이용한 데이터 전송장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DATA TRANSMISSION USING TRANSMIT DIVERSITY IN SC-FDMA SYSTEM}
본 발명은 무선통신에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 SC-FDMA 시스템에서 전송 다이버시티를 제공할 수 있는 데이터를 전송하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근들어 무선 데이터 서비스에 대한 폭발적인 수요의 증가가 있어왔다. 그리고 무선 음성 서비스에서 무선 데이터 서비스로의 진화는 무선 용량(wireless capacity)의 점진적인 증가를 요구하고 있다. 이러한 요구는 무선 서비스 사업자들과 무선장비 제조업자들로 하여금 무선 시스템의 데이터 전송률의 향상을 모색하도록 하며, 막대한 연구에 대한 동기를 부여한다.
무선채널(wireless channel)은 경로손실(path loss), 쉐도우잉(shadowing), 페이딩(fading), 잡음(noise), 한정된 대역폭(limited bandwidth), 단말의 전력한계, 다른 사용자간의 간섭과 같은 여러가지 문제를 겪는다. 이러한 한계는 무선 채널을 데이터의 빠른 흐름을 저해하는 좁은 파이프와 유사한 형태를 갖게 하며, 고 속 데이터 전송을 제공하는 무선통신의 효율적인 대역폭의 설계를 어렵게 한다. 무선 시스템의 설계에 있어서 또 다른 난점들(challenges)은 자원할당, 급변하는 물리채널과 관련한 이동성 문제들(mobility issues), 휴대가능성(portability), 및 안전성(security)과 프라이버시(privacy) 제공의 설계를 포함한다.
전송채널이 큰 페이딩(deep fading)을 겪을 때, 수신기는 전송되는 신호의 다른 버젼(version)이나 복사본(replica)이 별도로 전송되지 않는 경우 상기 전송되는 신호를 결정하기 어렵다. 이러한 별도의 다른 버젼이나 복사본에 해당하는 자원은 다이버시티(diversity)라 불리며, 무선채널에 걸쳐 신뢰성있는 전송에 기여하는 가장 중요한 요소 중 하나이다. 이러한 다이버시티를 이용하면 데이터 전송 용량 또는 데이터 전송 신뢰도를 극대화할 수 있는데, 다중 송신안테나 및 다중 수신 안테나로써 다이버시티를 구현하는 시스템을 다중입출력(Multiple Input Multiple Output; MIMO) 시스템이라 한다. MIMO 시스템을 다중안테나(Multiple antenna) 시스템이라고도 한다.
MIMO 시스템에서 다이버시티를 구현하기 위한 기법에는 PVS(Precoding Vectore Switching), SFBC(Space Frequency Block Code), STBC(Space Time Block Code), CDD(Cyclic Delay Diversity), FSTD(frequency switched transmit diversity), TSTD(time switched transmit diversity), PVS(Precoding Vector Switching), 공간 다중화(Spatial Multiplexing; SM), GCDD(Generalized Cyclic Delay Diversity), S-VAP(Selective Virtual Antenna Permutation) 등이 있다. PVS는 전송 다이버시티 기법의 일종으로서, 일정 시간, 슬롯 또는 심벌단위로 프리코 딩 벡터(weight)를 스위칭하여, 랜덤한 빔포밍 이득을 얻는 방법이다.
한편, 3세대 이후의 시스템에서 고려되는 있는 시스템 중 하나가 낮은 복잡도로 심벌간 간섭(inter-symbol interference) 효과를 감쇄시킬 수 있는 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; OFDM) 시스템이다. OFDM은 직렬로 입력되는 데이터를 N개의 병렬 데이터로 변환하여, N개의 직교 부반송파(subcarrier)에 실어 전송한다. 부반송파는 주파수 차원에서 직교성을 유지한다. 직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access; OFDMA)은 OFDM을 변조 방식으로 사용하는 시스템에 있어서 이용가능한 부반송파의 일부를 각 사용자에게 독립적으로 제공하여 다중 접속을 실현하는 다중 접속 방법을 말한다.
그런데, OFDM/OFDMA 시스템의 주된 문제점 중 하나는 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)이 매우 클 수 있다는 것이다. PAPR 문제는 전송 신호의 최대 진폭(peak amplitude)이 평균 진폭보다 매우 크게 나타나는 것으로, OFDM 심벌이 서로 다른 부반송파 상에서 N개의 정현파 신호(sinusoidal signal)의 중첩이라는 사실에 기인한다. PAPR은 특히 배터리의 용량과 관련되어 전력 소모에 민감한 단말에서 문제가 된다. 전력 소모를 줄이기 위해서는 PAPR을 낮추는 것이 필요하다.
PAPR을 낮추기 위해 제안되고 있는 시스템 중 하나가 단일 반송파 주파수 분할 다중 접속(Single Carrier-Frequency Division Multiple Access; SC-FDMA)이다. SC-FDMA는 SC-FDE(Single Carrier-Frequency Division Equalization) 방식에 FDMA(Frequency Division Multiple Access)를 접목한 형태이다. SC-FDMA는 이산 푸 리에 변환(Discrete Fourier Transform; DFT)을 이용하여 데이터를 시간 영역 및 주파수 영역에서 변조 및 복조한다는 점에서 OFDMA와 유사한 특성을 갖지만, 전송 신호의 PAPR이 낮아 전송 전력 절감에 유리하다. 특히 배터리 사용과 관련하여 전송 전력에 민감한 단말에서 기지국으로 통신하는 상향링크에 유리하다고 할 수 있다. 단말이 기지국으로 데이터를 전송할 때, 중요한 점은 전송하는 데이터의 대역폭은 크지 않은 대신 파워를 집중할 수 있는 넓은 커버리지(coverage)이다. SC-FDMA 시스템은 신호의 변화량이 작도록 만들어 주어, 동일한 전력 증폭기(power amplifier)를 사용했을 때 다른 시스템보다 더 넓은 커버리지를 가진다.
한편, SC-FDMA 기법과 달리, clustered DFT-S-OFDM은 DFT 확산된 N 심볼열 중 M(<N) 심볼열은 연속된 부반송파에 할당(또는 맵핑)하고, 나머지 N-M 심볼열은 M 심볼열이 할당(또는 맵핑)된 부반송파에서 일정 간격 떨어진 연속된 부반송파에 할당(또는 맵핑)한다. clustered DFT-S-OFDM을 사용할 경우, 주파수 선택적 스케줄링(frequency selective scheduling)을 할 수 있는 장점이 있다.
그런데, 이러한 SC-FDMA 방식을 적용함에 있어서 주의해야할 것은 단일-반송파 특성(single-carrier property)를 만족시켜야 한다는 점이다. 무선통신 시스템은 SC-FDMA 방식 또는 clustered DFT-S-OFDM 방식을 이용함으로써 PAPR을 낮추는 전송 다이버시티(transmit diversity)를 제공할 수 있어야 한다. PAPR을 낮추는 전송 다이버시티를 제공할 수 있는 데이터 전송장치 및 방법이 요구된다..
본 발명의 기술적 과제는 SC-FDMA 시스템에 전송 다이버시티를 제공하되, SC-FDMA 시스템에서 중요하게 여겨지는 단일-반송파 특성을 유지하도록 하는 데이터 전송방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 데이터 전송장치를 제공한다. 상기 데이터 전송장치는 정보비트에 대해 코딩 및 변조를 수행하여 데이터 심벌을 생성하는 데이터 처리부, 변경주기마다 가중치 행렬을 변경하고, 상기 변경되는 가중치 행렬을 상기 데이터 심벌에 대해 프리코딩을 수행하며, SC-FDMA(Single Carrier-Frequency Division Multiple Access) 심벌의 생성을 위한 SC-FDMA 변조를 수행하는 SC-FDMA 처리부, 및 상기 SC-FDMA 심벌을 전송하는 RF부를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 데이터 전송장치를 제공한다. 상기 데이터 전송장치는 정보비트에 대해 코딩 및 변조를 수행하여 데이터 심벌을 생성하는 데이터 처리부, 상기 데이터 심벌에 대해 DFT를 수행하여 주파수 영역 심벌을 생성하는 DFT부, 슬롯 또는 SC-FDMA 심벌로 정해지는 변경주기마다 가중치 행렬을 변경하고, 상기 변경되는 가중치 행렬을 프리코딩부에 제공하는 프리코딩 제어부, 상기 변경되는 가중치 행렬을 이용하여 상기 주파수 영역 심벌에 대해 프리코딩을 수행하는 프리코딩부, 상기 프리코딩된 주파수 영역 심벌을 부반송파에 맵핑하는 부반송파 맵퍼, 상기 부반송파 맵퍼의 출력에 대하여 IFFT를 수행하여 SC-FDMA 심벌을 생성하는 IFFT부, 및 상기 SC-FDMA 심벌을 전송하는 RF부를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 무선통신 시스템에서 데이터의 전송방법을 제공한다. 상기 데이터 전송방법은 정보비트에 대해 코딩 및 변조를 수행하여 데이터 심벌을 생성하는 단계, 변경주기에 따라 변경되는 가중치 행렬을 이용하여 상기 데이터 심벌에 대해 프리코딩을 수행하는 단계, 상기 프리코딩된 데이터 심벌에 대해 전송심벌(transmission symbol)을 생성하기 위한 처리를 수행하는 단계; 및 상기 전송심벌을 전송하는 단계를 포함한다.
SC-FDMA 시스템에 PVS 기법을 적용함으로써 전송 다이버시티가 제공될 수 있을 뿐만 아니라, PAPR이 줄어들고 단일-반송파 특성이 유지될 수 있다.
도 1은 무선통신 시스템을 나타낸 블록도이다. 무선통신 시스템은 음성, 패킷 데이터 등과 같은 다양한 통신 서비스를 제공하기 위해 널리 배치된다.
도 1을 참조하면, 무선통신 시스템은 단말(10; User Equipment, UE) 및 기지국(20; Base Station, BS)을 포함한다. 단말(10)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, MS(Mobile Station), UT(User Terminal), SS(Subscriber Station), 무선기기(wireless device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 기지국(20)은 일반적으로 단말(10)과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, 노드-B(Node-B), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 하나의 기지국(20)에는 하나 이상의 셀이 존재할 수 있다.
이하에서 하향링크(downlink; DL)는 기지국(20)에서 단말(10)로의 통신을 의미하며, 상향링크(uplink; UL)는 단말(10)에서 기지국(20)으로의 통신을 의미한다. 하향링크에서, 송신기는 기지국(20)의 일부일 수 있고 수신기는 단말(10)의 일부일 수 있다. 상향링크에서, 송신기는 단말(10)의 일부일 수 있고 수신기는 기지국(20)의 일부일 수 있다.
무선통신 시스템은 다중안테나(multiple antenna) 시스템일 수 있다. 다중안테나 시스템은 다중입출력(multiple-input multiple-output; MIMO) 시스템일 수 있다. 또는 다중안테나 시스템은 다중 입력 싱글 출력(multiple-input single-output; MISO) 시스템 또는 싱글 입력 싱글 출력(single-input single-output; SISO) 시스템 또는 싱글 입력 다중 출력(single-input multiple-output; SIMO) 시스템일 수도 있다. MIMO 시스템은 다수의 송신안테나와 다수의 수신 안테나를 사용한다. MISO 시스템은 다수의 송신안테나와 하나의 수신 안테나를 사용한다. SISO 시스템은 하나의 송신안테나와 하나의 수신 안테나를 사용한다. SIMO 시스템은 하나의 송신안테나와 다수의 수신 안테나를 사용한다.
다중 안테나 시스템의 운영(operation)을 위해 사용되는 다중 안테나 송수신 기법(scheme)은 PVS(Precoding Vector Switching), FSTD(frequency switched transmit diversity), SFBC(Space Frequency Block Code), STBC(Space Time Block Code), CDD(Cyclic Delay Diversity), TSTD(time switched transmit diversity) 등이 사용될 수 있다. 랭크 2 이상에서는 공간 다중화(Spatial Multiplexing; SM), GCDD(Generalized Cyclic Delay Diversity), S-VAP(Selective Virtual Antenna Permutation) 등이 사용될 수 있다. PVS는 전송 다이버시티 기법의 일종으로서, 일정 시간, 슬롯 또는 심벌단위로 프리코딩 벡터(weight)를 스위칭하여, 랜덤한 빔포밍 이득을 얻는 방법이다.
하향링크와 상향링크 전송을 위한 다중 접속 방식은 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 하향링크는 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)를 사용하고, 상향링크는 SC-FDMA(Single Carrier-Frequency Division Multiple Access) 또는 clustered DFT S-OFDM 를 사용할 수 있다. 일반적인 SC-FDMA 기법은 DFT 확산된 심볼열을 연속된 부반송파 또는 등간격을 갖는 부반송파에 할당(또는 맵핑)하는 것을 의미하는데, clustered DFT-S-OFDM은 DFT 확산된 N 심볼열 중 M(<N) 심볼열은 연속된 부반송파에 할당(또는 맵핑)하고, 나머지 N-M 심볼열은 M 심볼열이 할당(또는 맵핑)된 부반송파에서 일정 간격 떨어진 연속된 부반송파에 할당(또는 맵핑)한다. clustered DFT-S-OFDM을 사용할 경우, 주파수 선택적 스케줄링(frequency selective scheduling)을 할 수 있는 장점이 있다.
도 2는 무선 프레임의 일 예를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 무선 프레임(radio frame)은 10개의 서브프레임(subframe)으로 구성되고, 하나의 서브프레임은 2개의 슬롯(slot)을 포함할 수 있다. 하나의 슬롯은 시간 영역에서 복수의 SC-FDMA 심벌(또는 OFDM 심벌)과 주파수 영역에서 적어도 하나의 부반송파를 포함할 수 있다. 슬롯은 시간 영역과 주파수 영역에서 무선 자원을 할당하기 위한 단위라 할 수 있다.
하나의 슬롯에 포함되는 SC-FDMA 심벌의 수는 CP(Cyclic Prefix)의 구 성(configuration)에 따라 달라질 수 있다. CP에는 확장된 CP(extended CP)와 일반 CP(normal CP)가 있다. 예를 들어, SC-FDMA 심벌이 일반 CP에 의해 구성된 경우, 하나의 슬롯에 포함되는 SC-FDMA 심벌의 수는 7개일 수 있다. SC-FDMA 심벌이 확장된 CP에 의해 구성된 경우, 한 SC-FDMA 심벌의 길이가 늘어나므로, 한 슬롯에 포함되는 SC-FDMA 심벌의 수는 일반 CP인 경우보다 적다. 예를 들어, 하나의 슬롯에 포함되는 SC-FDMA 심벌의 수는 6개일 수 있다. 확장된 CP는 단말이 빠른 속도로 이동하는 등의 경우와 같이 채널상태가 불안정한 경우, 심벌간 간섭을 더욱 줄이기 위해 사용될 수도 있고, 멀티미디어 브로드캐스트 멀티캐스트 서비스(Multimedia Broadcast Multicast Service; MBMS)에 관련된 MBSFN(Multicast Broadcast Single Frequency Network)을 지원하기 위해 사용될 수도 있다.
무선 프레임의 구조는 예시에 불과하고, 무선 프레임에 포함되는 서브프레임의 수, 서브프레임에 포함되는 슬롯의 수 및 슬롯에 포함되는 SC-FDMA 심벌의 수는 다양하게 변경될 수 있다.
도 3은 서브프레임의 일 예를 나타낸다. 이는 SC-FDMA 심벌이 일반 CP로 구성된 경우이다.
도 3을 참조하면, 서브프레임은 2개의 슬롯을 포함한다. SC-FDMA 심벌이 일반 CP로 구성되므로, 하나의 슬롯은 시간 영역에서 7개의 SC-FDMA 심벌을 포함한다. 따라서, 하나의 서브프레임은 총 14개의 SC-FDMA 심벌을 포함한다. 한편, 주파수 영역에서 복수의 자원블록(resource block; RB)을 포함한다. 1개의 SC-FDMA 심벌과 1개의 부반송파로 이루어진 단위를 자원 요소라 한다. 하나의 자원블록이 12 부반송파를 포함한다고 할 때, 하나의 자원블록은 12×7 자원요소를 포함한다. 각 슬롯에서 하나의 SC-FDMA 심벌은 데이터의 복조에 사용되는 복조 기준신호(DeModulation Reference Signal; DMRS)의 전송을 위해 할당된다. 나머지 SC-FDMA 심벌은 데이터의 전송을 위해 할당되므로, 한 서브프레임내에서 총 12개의 SC-FDMA 심벌이 데이터 전송을 위해 할당된다. 만약, 복조 기준신호외에, 상향링크 채널 추정을 위한 사운딩 기준신호(Sounding Reference Signal; SRS)가 1개의 SC-FDMA 심벌상으로 전송된다면, 한 서브프레임내에서 총 11개의 SC-FDMA 심벌이 데이터 전송을 위해 할당된다. 사운딩 기준신호는 2번째 슬롯의 마지막 SC-FDMA 심벌상으로 전송될 수 있다.
서브프레임의 구조는 예시에 불과하고, 서브프레임에 포함되는 슬롯의 수, 슬롯에 포함되는 SC-FDMA 심벌의 수 및 복조 기준신호가 전송되는 SC-FDMA 심벌의 위치는 다양하게 변경될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에서는 두 개의 안테나를 포함하는 송신기를 예로 들어 설명하나, 이는 본 발명을 한정하는 것이 아니며 본 발명은 안테나 개수의 변경이 가능하다.
도 4는 본 발명의 일 예에 따른 데이터 전송장치 및 데이터 수신장치를 도시한 블록도이다.
도 4를 참조하면, 데이터 전송장치(100)는 데이터 처리부(Data Processing Unit, 110), SC-FDMA 처리부(SC-FDMA Processing Unit, 120), RF부(RF Unit, 130), 및 송신안테나(Tx Antenna, 140-1, 140-2)를 포함한다.
데이터 처리부(110)는 입력되는 정보비트(information bits)를 채널부호화(channel coding)하여 부호어(codeword)를 생성하고, 상기 부호어를 성상맵핑(constellation mapping)하여 변조심벌(modulation symbol)을 생성한다. 정보비트는 수신기(200)로 보낼 사용자 평면의 정보를 포함한다. 또한, 정보비트는 사용자 평면의 정보의 전송 또는 무선자원 할당과 관련된 제어평면의 정보를 포함할 수 있다.
SC-FDMA 처리부(120)는 데이터 심벌에 대하여, PVS 기법에 의해 매 SC-FDMA 심벌 또는 매 슬롯, 또는 매 서브프레임별로 다른 가중치 행렬를 이용하여 프리코딩을 수행하고, SC-FDMA 변조 방식으로 변조하여 SC-FDMA 심벌을 생성한다. 상기 SC-FDMA 변조는 SC-FDMA 심벌을 생성하기 위한 DFT 수행, 부반송파 맵핑 및 IFFT 수행과 같은 일련의 과정을 포함한다. 제어평면의 정보는 사용자 평면의 정보와 별도로 변조되어 SC-FDMA 변조부(120)로 입력될 수 있다. RF부(140)는 입력되는 SC-FDMA 심벌을 아날로그 신호로 변환한다. 변환된 아날로그 신호는 송신안테나(140-1, 140-2)를 통하여 무선 채널로 전파된다.
데이터 수신장치(200)는 RF부(RF Unit, 210), SC-FDMA 처리부(SC-FDMA Processing Unit, 220), 데이터 처리부(Data Processing Unit, 230), 및 수신안테나(Rx Antenna, 240)를 포함한다. RF부(210)는 수신안테나(240)에서 수신한 신호를 디지털화된 신호로 변환한다. 수신기(200)의 SC-FDMA 처리부(220)는 디지털화된 신호에서 송신기(100)의 SC-FDMA 처리부(120)에 대응하는 동작을 수행하여 데이터 심벌을 출력한다. 데이터 처리부(230)는 데이터 심벌로부터 정보비트를 복원한다.
도 5는 본 발명에 따른 송신기의 SC-FDMA 처리부의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 5를 참조하면, SC-FDMA 처리부(120)는 DFT부(DFT Unit, 121), 프리코딩 제어부(Precoding Control Unit, 122), 프리코딩부(Precoding Unit, 123), 부반송파 맵퍼(Subcarrier Mapper, 124) 및 IFFT부(IFFT Unit, 125)를 포함한다.
DFT부(121)는 데이터 심벌에 DFT(Discrete Fourier Transform)를 수행하여 주파수 영역 심벌을 출력한다. DFT부(121)에 입력되는 데이터 심벌은 제어정보 및/또는 사용자 데이터일 수 있다. DFT의 크기는 할당된 자원블록의 크기만큼 고정된 것일 수도 있고, 시스템에 따라 가변적일 수도 있다.
프리코딩 제어부(122)는 프리코딩부(123)에 의해 사용될 가중치 행렬(Weight Matrix) 또는 가중치 벡터(Weight Vector)를 제어한다. 보다 상세히 설명하면, 프리코딩 제어부(122)는 프리코딩부(123)에 적용될 가중치 행렬을 특정한 변경주기(switchig period)에 따라 변경할 수 있다. 이러한 변경주기 및 변경되는 가중치 행렬에 관한 정보는 기지국과 단말이 서로 알고 있는, 미리 정해진 정보(predetermined information)일 수도 있고, 시스템 정보에 포함되어 주기적으로 단말에 전송되는 정보일 수도 있다. 변경주기는 시스템에 따라 고정되거나, 가변적일 수 있다.
일 예로서, 프리코딩 제어부(122)는 변경주기를 매슬롯으로 하여, 매 슬롯마다 변경되는 가중치 행렬(switched weight matrix)을 프리코딩부(123)에 제공할 수 있다. 변경주기가 슬롯이 경우, 한 슬롯의 모든 SC-FDMA 심벌에 적용되는 가중치 행렬은 동일하다. 다른 예로서, 프리코딩 제어부(122)는 변경주기을 매 SC-FDMA심벌로 하여, 매 SC-FDMA심벌마다 변경되는 가중치 행렬(switched weight matrix)을 프리코딩부(123)에 제공할 수 있다. 매 SC-FDMA 심벌마다 가중치 행렬이 변경되더라도, 변경되는 패턴은 슬롯 또는 서브프레임 단위로 반복될 수 있다. 예를 들어, 매 SC-FDMA 심벌에 적용되는 가중치 행렬의 순서(sequence)가 W1, W3, W4, W2, W6, W5, W7인 경우, 이러한 순서가 모든 슬롯에 대해 순환반복된다.
이와 같이 프리코딩 제어부(122)는 매 슬롯 또는 매 SC-FDMA 심벌 단위로 프리코딩부(123)에 제공되는 가중치 행렬을 변경(제어)할 수 있다. 매 슬롯 또는 매 SC-FDMA 심벌마다 서로 다른 가중치 행렬이 사용되므로, 공간 다이버시티 이득(spatial diversity gain)을 얻을 수 있다.
변경주기마다 달라지는 가중치 행렬은 미리 정의된(pre-defined) 코드북(codebook) 형태의 가중치 행렬의 집합(set)에서 얻어질 수 있다. 예를 들어, 가중치 행렬의 집합이 {W1, W2, W3, W4, W5}라 할 때, {W1, W3, W4}를 부집합(subset)으로 하고, 각 슬롯에 적용될 가중치 행렬을 상기 부집합내에서 변경할 수 있다. 예를 들어, 변경주기가 슬롯인 경우에 있어서, 제1 슬롯에서 가중치 행렬 W1을 프리코딩부(123)에 제공하였다면, 제2 슬롯에서 가중치 행렬 W3을 프리코딩부(123)에 제공할 수 있다(W1≠W3).
미리 정의된 코드북의 일 예로서, 2개의 송신안테나를 이용한 Rank 1의 MIMO 전송시 사용되는 코드북은 표 1과 같다.
codebook index weight vector
0
Figure 112008089179455-PAT00001
1
Figure 112008089179455-PAT00002
2
Figure 112008089179455-PAT00003
3
Figure 112008089179455-PAT00004
표 1의 미리 정의된 코드북에서 0,1번 가중치 벡터 또는 2,3번 가중치 벡터를 부집합으로 정하고, 각 부집합내에서 가중치 벡터가 변경될 수 있다.
미리 정의된 코드북의 다른 예로서, 4개의 송신안테나를 이용한 Rank 1의 MIMO전송시 사용되는 코드북은 표 2와 같다.
codebook index 0 1 2 3 4 5 6 7
weight vector
Figure 112008089179455-PAT00005
Figure 112008089179455-PAT00006
Figure 112008089179455-PAT00007
Figure 112008089179455-PAT00008
Figure 112008089179455-PAT00009
Figure 112008089179455-PAT00010
Figure 112008089179455-PAT00011
Figure 112008089179455-PAT00012
codebook index 8 9 10 11 12 13 14 15
weight vector
Figure 112008089179455-PAT00013
Figure 112008089179455-PAT00014
Figure 112008089179455-PAT00015
Figure 112008089179455-PAT00016
Figure 112008089179455-PAT00017
Figure 112008089179455-PAT00018
Figure 112008089179455-PAT00019
Figure 112008089179455-PAT00020
표 2의 미리 정의된 코드북에서 4개의 가중치 벡터(12,13,14,15번)를 포함하는 부집합을 구성할 수도 있고, 또는 (13,15번)/(12,14)번 이렇게 2개의 가중치 벡터를 부집합으로 구성할 수도 있다. 프리코딩 제어부(122)는 표 1 또는 표 2와 같은 미리 정의된 코드북이 저장된 메모리를 포함할 수 있다(도면에 미표시).
프리코딩부(123)는 프리코딩 제어부(122)로부터 제공되는 가중치 행렬을 상기 주파수 영역 심벌에 곱하는, 프리코딩을 수행한다. 여기서 가중치 행렬은 프리코딩 행렬(Precoding Matrix)이라 불릴 수도 있다. 가중치 행렬은 송신기와 수신기가 모두 알고 있는 것일 수도 있고, 수신기가 피드백해주는 정보에 의해 알려지는 것일 수도 있다. SC-FDMA 시스템에 있어서, 프리코딩부(123)는 할당된 자원의 모든 주파수 대역에 동일한 가중치 행렬을 적용함으로써, 단일-반송파 특성을 만족시킬 수 있다.
일 예로서, 프리코딩부(123)는 각 송신안테나(140-1, 140-2)에 공통되는 기준신호에 프리코딩을 적용할 수 있다. 프리코딩이 적용된 기준신호를 프리코딩된 기준신호(precoded reference signal)라 한다. 프리코딩된 기준신호를 이용하여 데이터를 전송하면, 수신기(200)는 별도의 시그널링없이 바로 무선 채널을 경험한 가중치 행렬을 알 수 있어 매 슬롯의 데이터 복조를 신속하게 할 수 있는 장점이 있다.
다른 예로서, 프리코딩부(123)는 각 송신안테나(140-1, 140-2)에 여러가지 형태로 다중화(multiplex)되어 전송되는 기준신호에 프리코딩을 적용할 수 있다. 기준신호는 각 송신안테나(140-1, 140-2)에 주파수 분할 다중화(Frequency Division Multiplex), 시간 분할 다중화(Time Division Multiplex) 또는 코드 분할 다중화(Code Division Multiplex)형태로 다중화되어 전송될 수 있다. 이와 같은 방법으로 프리코딩된 기준신호를 이용하면, 수신기(200)는 각 송신안테나(140-1, 140-2)별로 채널을 추정하고, 가중치 행렬을 결합(combining)하여 매 슬롯의 데이터 복조를 수행할 수 있다.
부반송파 맵퍼(124)는 프리코딩된 주파수 영역 심벌을 다양한 신호 구조 방식에 따라 각 부반송파(subcarrier)에 할당한다. 여기서 상기 부반송파는 각 송신안테나(140-1, 140-2)마다 분리되어 할당된다.
IFFT부(125)는 부반송파 맵퍼(124)의 출력에 대해 IFFT를 수행하여 시간 영역 심벌인 SC-FDMA 심벌을 출력한다. 이와 같이 DFT와 IFFT를 결합하여 변조하는 방식을 SC-FDMA라 하고, 이는 IFFT만을 사용하는 OFDM에 비해 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)을 낮추는 데 유리하다. 단일 반송파의 특성을 갖기 때문이다.
도 6은 본 발명에 따른 무선시스템에서의 데이터 전송방법을 설명하는 순서도이다.
도 6을 참조하면, 입력되는 데이터 심벌에 대하여 DFT를 수행한다(S100). 변경주기에 따라 가중치 벡터를 변경한다(S110). 상기 변경주기는 슬롯 또는 전송심벌일 수 있다. 여기서, 전송심벌이란 SC-FDMA 심벌 및 Clustered DFT-s-OFDM 심벌 중 어느 하나일 수 있다. 상기 DFT 수행의 결과로 얻어지는 주파수 영역 심벌에 대하여 상기 변경된 가중치 벡터를 이용하여 프리코딩을 수행한다(S120). 상기 프리코딩은 상기 주파수 영역 심벌에 가중치 벡터를 곱함으로써 수행될 수 있다. 프리코딩된 주파수 영역 심벌을 프리코딩된 심벌이라 한다.
상기 프리코딩된 심벌을 할당된 주파수 대역의 각 부반송파에 맵핑한다(S130). 여기서, 할당되는 주파수 대역에 대해 상기 변경된 가중치 벡터가 동일하게 적용된다. 상기 전송심벌이 SC-FDMA 심벌인 경우, 상기 프리코딩된 심벌은 연속된 부반송파 또는 등간격을 갖는 부반송파에 할당(또는 맵핑)된다. 상기 전송심벌이 Clustered DFT-s-OFDM 심벌인 경우, 프리코딩된 N 심볼열 중 M(<N) 심볼열은 연속된 부반송파에 할당(또는 맵핑)되고, 나머지 N-M 심볼열은 M 심볼열이 할당(또는 맵핑)된 부반송파에서 일정 간격 떨어진 연속된 부반송파에 할당(또는 맵핑)된다.
상기 부반송파에 맵핑된 상기 프리코딩된 심벌에 대해 IFFT를 수행한다(S140). IFFT 수행의 결과로 생성된 SC-FDMA 심벌 또는 Clustered DFT-s-OFDM 심벌 을 전송한다(S150).
이상 본 발명에 대하여 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시켜 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명은 이하의 특허청구범위의 범위 내의 모든 실시예들을 포함한다고 할 것이다.
도 1은 무선통신 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2는 무선 프레임의 일 예를 나타낸다.
도 3은 서브프레임의 일 예를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 예에 따른 데이터 전송장치 및 데이터 수신장치를 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명에 따른 송신기의 SC-FDMA 처리부의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 6은 본 발명에 따른 SC-FDMA 시스템에서의 데이터 전송방법을 설명하는 순서도이다.

Claims (15)

  1. 정보비트에 대해 코딩 및 변조를 수행하여 데이터 심벌을 생성하는 데이터 처리부;
    변경주기마다 가중치 행렬을 변경하고, 상기 변경되는 가중치 행렬을 상기 데이터 심벌에 대해 프리코딩을 수행하며, SC-FDMA(Single Carrier-Frequency Division Multiple Access) 심벌의 생성을 위한 SC-FDMA 변조를 수행하는 SC-FDMA 처리부; 및
    상기 SC-FDMA 심벌을 전송하는 RF부를 포함하는 데이터 전송장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 SC-FDMA 처리부는 상기 SC-FDMA 심벌의 생성을 위한 DFT(Discrete Fourier Transform) 과정, IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 과정을 수행하는, 데이터 전송장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 SC-FDMA 처리부는 상기 변경주기를 복수의 SC-FDMA 심벌을 포함하는 슬롯(slot)단위로 정하여 상기 프리코딩을 수행하는, 데이터 전송장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 SC-FDMA 처리부는 상기 변경주기를 SC-FDMA 심벌단위로 정하여 상기 프리코딩을 수행하는, 데이터 전송장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 SC-FDMA 처리부는 미리 정의된 가중치 행렬의 집합의 범위내에서 상기 가중치 행렬을 상기 변경주기마다 변경하는, 데이터 전송장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 가중치 행렬의 집합은 랭크(rank)가 1인 코드북의 집합인, 데이터 전송장치.
  7. 정보비트에 대해 코딩 및 변조를 수행하여 데이터 심벌을 생성하는 데이터 처리부;
    상기 데이터 심벌에 대해 DFT를 수행하여 주파수 영역 심벌을 생성하는 DFT부;
    슬롯 또는 SC-FDMA 심벌로 정해지는 변경주기마다 가중치 행렬을 변경하고, 상기 변경되는 가중치 행렬을 프리코딩부에 제공하는 프리코딩 제어부;
    상기 변경되는 가중치 행렬을 이용하여 상기 주파수 영역 심벌에 대해 프리코딩을 수행하는 프리코딩부;
    상기 프리코딩된 주파수 영역 심벌을 부반송파에 맵핑하는 부반송파 맵퍼;
    상기 부반송파 맵퍼의 출력에 대하여 IFFT를 수행하여 SC-FDMA 심벌을 생성하는 IFFT부; 및
    상기 SC-FDMA 심벌을 전송하는 RF부를 포함하는 데이터 전송장치.
  8. 무선통신 시스템에서의 데이터 전송방법에 있어서,
    정보비트에 대해 코딩 및 변조를 수행하여 데이터 심벌을 생성하는 단계;
    변경주기에 따라 변경되는 가중치 행렬을 이용하여 상기 데이터 심벌에 대해 프리코딩을 수행하는 단계;
    상기 프리코딩된 데이터 심벌에 대해 전송심벌(transmission symbol)을 생성하기 위한 처리를 수행하는 단계; 및
    상기 전송심벌을 전송하는 단계를 포함하는 데이터 전송방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전송심벌은 SC-FDMA 심벌인, 데이터 전송방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 전송심벌은 주파수 선택적 스케줄링을 위한 Clustered-DFT-s-OFDM 심벌인, 데이터 전송방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 무선통신 시스템은 SC-FDMA 시스템이고, 상기 SC-FDMA 시스템에서 사용되는 무선프레임은 복수의 서브프레임을 포함하고, 서브프레임은 복수의 슬롯을 포함하며, 상기 슬롯은 복수의 SC-FDMA 심벌을 포함하는, 데이터 전송방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 변경주기는 상기 슬롯인, 데이터 전송방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 변경주기는 SC-FDMA 심벌인, 데이터 전송방법.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 가중치 행렬은 랜덤하게 선정되는, 데이터 전송방법.
  15. 제 8 항에 있어서,
    상기 가중치 행렬은 미리 정의된 가중치 행렬의 집합에서 선택되는, 데이터 전송방법.
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