KR20110031165A - 멀티캐리어 통신 시스템 - Google Patents

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KR20110031165A
KR20110031165A KR1020107029691A KR20107029691A KR20110031165A KR 20110031165 A KR20110031165 A KR 20110031165A KR 1020107029691 A KR1020107029691 A KR 1020107029691A KR 20107029691 A KR20107029691 A KR 20107029691A KR 20110031165 A KR20110031165 A KR 20110031165A
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유키토시 사나다
하루키 히구치
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각고호우징 게이오기주크
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Abstract

수신 장치에 분수 간격 샘플링을 사용하여 수신 안테나를 가상적으로 증가시키는 MIMO 시스템에 있어서, 송신 장치와 수신 장치 간의 채널 응답 특성을 개선하여 멀티캐리어의 분리를 확실하게 실행할 수 있는 멀티캐리어 시스템을 제공한다. 송신 장치는 복수의 송신 신호의 일부를 분수 간격 샘플링의 배율과 송신 신호의 펄스 길이에 의해 정해지는 시간 혹은 수신 장치가 측정한 송신 장치와의 사이의 채널 응답 특성으로부터 결정된 시간 지연시켜 송신한다. 이 구성에 의해, 멀티캐리어 시스템의 채널 응답 특성을 개선한다.

Description

멀티캐리어 통신 시스템{MULTICARRIER COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 멀티캐리어 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 적은 수의 수신측 안테나라 하더라도 채널 용량을 증가시킬 수 있는 MIMO (Multiple-Input-Multiple-Output) 에 관한 것이다.
MIMO 시스템은 송신측에서 복수의 안테나로부터 상이한 정보를 동일 반송파에 의해 송신하고, 수신측에서 이들 신호를 분리하여 합성함으로써 통신 속도를 증가시키면서 다이버시티를 달성하는 것이다. MIMO 시스템의 채널 용량은 수신측의 안테나수 (송신측 안테나수보다 적을 때) 로 제한되어, 안테나수가 Nr 이면 채널 용량은 Nr 배로밖에 되지 않는다.
등가적으로 안테나수를 증가시키는 방법으로서, 분수 (分數) 간격 샘플링이 제안되어 있다. 분수 간격 샘플링 방식은, 종래의 OFDM 복조에 필요한 샘플링 속도의 G 배의 속도로 샘플링함으로써, 등가적으로 G 개의 안테나에 의한 다이버시티를 달성하는 것이다. 이 구성에 의해, MIMO 시스템에 있어서 채널 용량을 증가시킬 수 있게 된다.
일본 특허공보 3677492호
아다치 후미유키, 아다치 코우이치, 코지마 요우헤이, 다케다 카즈키, "주파수 선택성 채널 MIMO 채널 용량의 고찰" 전자정보통신학회 종합대회, BS-1-4. C. Tepedelenlioglu and R. Challagulla, "Low-Complexity Multipath Diversity Through Fractional Sampling in OFDM", IEEE Transactions one Signal Processing, vol.52, No.11, pp.3104-3116, Nov. 2004. A. Dammann, S. Kaiser, "Standard conformable antenna diversity techniques for OFDM and its application to the DVB-T system" IEEE GLOBECOM '01, vol.5, pp.3100-3105, Nov. 2001. K. Kobayashi, T. Someya, T. Ohtsuki, S. PW. Sigit, and T. Kashima, "MIMO System with Relative Phase Difference Time-Shift Modulation for Rician Fading Environment" Trans. of IEICE, E91-B, No.2, pp.459-465, Feb. 2008.
비특허문헌 2 에는 분수 간격 샘플링에 의해 종래의 OFDM 복조에 필요한 샘플링 속도의 G 배의 속도로 샘플링을 실시하여 등가적으로 G 개의 안테나에 의한 다이버시티를 달성하여, MIMO 시스템의 경우에는 채널 용량을 증가시키는 것이 기재되어 있다. 그러나, 분수 간격 샘플링에 의해 다이버시티를 달성하기 위해서는, 분수 간격의 샘플링에 대응한 지연 패스의 존재가 필요하다. 멀티패스가 존재하지 않는 경우에는 다이버시티를 달성할 수 없어, MIMO 시스템의 경우에는 채널 용량을 증가시킬 수 없다.
지연 송신에 관해서는 비특허문헌 3 이 존재한다. 그러나, 동 문헌에 기재된 방식은 수신측에서 복조 전에 복수의 안테나로부터의 신호를 합성하는 것으로, MIMO 에 있어서의 다이버시티 효과 (후술하는 행렬의 랭크를 증가시키는 효과) 는 없다. 또, 지연 송신과 분수 간격 샘플링을 조합한 MIMO 시스템은 검토되어 있지 않다.
비특허문헌 4 에는 수신측에서 복수의 안테나를 사용하여 MIMO 전송을 실시하는 경우에 송신측에서 위상을 회전시켜 채널의 응답을 변화시키는 방법이 기재되어 있다. 그러나, 이 방법은 신호 분리가 불가능해지는 상태를 방지하는 것으로, 후술하는 H(k)HH(k) 의 행렬의 랭크를 증가시키는 효과는 없다. 또, 분수 간격 샘플링에 대응하는 방식은 아니다.
특허문헌 1 에는 복수의 안테나로부터 복수 계열의 데이터를 송신하는 멀티캐리어 송신에 있어서, 복수 계열의 데이터 각각의 계열의 데이터를 상기 복수의 안테나수만큼 복제하고, 복제되어 얻어진 각 계열의 데이터의 송신 타이밍을 안테나마다 상이한 지연 시간만큼 지연시켜 상기 복수의 안테나로부터 송신하는 구성이 기재되어 있다. 상기 구성은 복수의 안테나로부터 송신된 데이터를 복수의 안테나에 의해 수신하는 것으로, 지연된 각 계열의 데이터에 대해 지연 시간의 차에 대응하는 부분의 데이터를 이동시켜 외관상의 송신 타이밍을 일치시켜, 지연 시간의 차에 대응하는 부분의 데이터가 이후에 계속되는 데이터을 간섭하는 것을 방지하는 것이다. 동 문헌에 개시된 기술은, 분수 간격 샘플링을 사용하는 것은 아니다.
본 발명은 분수 간격 샘플링을 사용하여 등가적으로 다이버시티를 달성하여, MIMO 시스템의 채널 용량을 증가시키는 구성에 있어서 확실하게 다이버시티를 달성하는 구성을 제공하는 것이다.
본 발명은 복수의 송신 안테나로부터 상이한 정보를 동일한 반송파에 의해 송신하고, 수신 장치에서 상기 상이한 정보를 분리하는 MIMO 시스템에 있어서, 수신 장치가 분수 간격 샘플링을 실시함으로써 수신 안테나의 수를 저감시키는 것을 가능하게 하는 것으로서, 송신 장치에 적어도 1 개의 송신 신호를 상기 분수 간격 샘플링에 적합한 시간 지연시켜 송신하는 구성을 구비한다. 또, 다른 실시양태의 수신 장치는, 파일럿 신호의 복조 결과에 기초하여, 송신 장치에 적어도 1 개의 송신 신호를 소정 시간 지연시켜 송신하는 것을 지시하는 구성을 가지고 있다.
본 발명의 구성에 의해, 수신 장치는 분수 간격 샘플링에 의해 등가적으로 증가시킨 수신 안테나에 의해 확실하게 다이버시티를 달성할 수 있게 되어, 수신 신호로부터 송신 정보를 정확하고 또한 용이하게 추출할 수 있게 된다.
도 1 은 제 1 실시양태의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2 는 종래의 송신 타이밍의 도면과, 제 1 실시양태에 있어서의 송신 타이밍의 도면이다.
도 3 은 종래의 수신 타이밍의 도면과, 제 1 실시양태에 있어서의 수신 타이밍의 도면이다.
도 4 는 종래 방식의 채널 용량의 그래프와, 제 1 실시양태의 채널 용량의 그래프이다.
도 5a 는 종래의 지연 송신 다이버시티 수신 방식의 채널 용량의 구성도와, 제 1 실시양태의 채널 용량의 구성도이다.
도 5b 는 종래의 지연 송신 다이버시티 수신 방식과 제 1 실시양태에 있어서의 채널 용량의 시뮬레이션의 파라미터와, 그 시뮬레이션의 결과이다.
도 6a 는 제 1 실시양태의 다른 구성을 나타내는 도면이다.
도 6b 는 도 6a 에 있어서 송신 안테나수 4, 수신 안테나수 2 의 구성을 나타내는 도면이다.
도 7 은 제 2 실시양태의 구성을 나타내는 도면이다.
도 8 은 제 3 실시양태의 구성을 나타내는 도면이다.
실시예 1
도 1 은 본 발명에 관련된 MIMO 시스템의 제 1 실시양태의 도면이다. 동 도면은 2 개의 신호를 동일한 반송파에 의해 OFDM 변조시키고 동시에 송신하는 예로서, 송신 장치 (100) 와 수신 장치 (110) 로 구성되어 있다.
송신 장치 (100) 의 제 1 신호 (101) 는 제 1 OFDM 변조 회로 (103) 에 의해 변조되어 안테나 (105) 로부터 송신된다. 제 2 신호 (102) 는 제 2 OFDM 변조 회로 (104) 에 의해 변조되고, 지연 회로 (107) 에 의해 소정 시간 지연되어 안테나 (106) 로부터 송신된다.
수신 장치 (110) 는 1 개의 안테나 (111) 를 가지고 있으며, 1 신호 기간 (송신 펄스 기간) 내에 전환 회로 (112) 에 의해 제 1 OFDM 복조 회로 (113) 와 제 2 OFDM 복조 회로 (114) 로 교대로 전환하여 접속시킴으로써 분수 간격 샘플링을 실행한다. OFDM 복조 회로 (113) 와 OFDM 복조 회로 (114) 는, 복조된 신호를 제어 회로 (115) 에 입력시킨다. 제어 회로 (115) 는 MIMO 의 수법에 따라 송신 장치 (100) 와 수신 장치 (110) 간의 채널 응답 행렬을 구한다. 수신 장치 (110) 는, 수신한 신호를 상기 채널 응답 행렬을 사용하여 분리하여, 송신 장치 (100) 가 송신한 제 1 신호 (101) 와 제 2 신호 (102) 에 대응하는 2 개의 출력 (116 과 117) 을 출력한다.
도 2 는 2 개의 안테나로부터 송신되는 신호의 관계를 나타내는 도면이다. 동 도면의 (a) 는 어느 안테나에 대해서도 지연 송신을 행하지 않는 경우로서, 안테나 1 로부터의 송신 (121) 과 안테나 2 로부터의 송신 (122) 은 거의 동시에 행해지는 것을 나타내고 있다.
도 2(b) 는 안테나 2 로부터의 송신 (132) 이, 안테나 1 로부터의 송신 (131) 으로부터 [Ts/2] 늦게 실행되는 것을 나타내고 있다. 또한, 본 구성의 펄스 길이 (송신 펄스 기간) 는 [-Ts, Ts] 의 범위로 한다.
도 3 은 수신 장치에 있어서의 수신 신호와 분수 간격 샘플링의 타이밍을 나타내는 도면이다. 동 도면의 (a) 는 2 개의 신호 (s1, s2) 에 대해 지연 송신을 행하지 않는 경우이고, (b) 신호는 안테나 1 의 신호 (s1) 는 지연 송신되지 않고, 안테나 2 의 신호 (s2) 는 [Ts/2] 의 지연 송신을 행한 경우의 타이밍을 나타내는 도면이다.
임의의 서브 캐리어 M 에 있어서의 송신 신호를
Figure pct00001
서브 캐리어 k 에 있어서의 채널 응답 행렬을
Figure pct00002
hij(k) 를 서브 캐리어 k 에 있어서의 j 안테나로부터 i 번째의 분수 간격 샘플링에 대한 채널 응답,
Figure pct00003
를 서브 캐리어 k 에 있어서의 수신 신호로 하고, 잡음을 무시하면, 도 2(a) 에 나타내는 지연 송신을 행하지 않는 상태는,
Figure pct00004
로 표현된다. 단, 계수 c(k) 는 펄스 정형 필터 등에 의존하는 계수이다.
식 4 에 나타내는 바와 같이, 수신 신호 r2(k) 는 r1(k) 에 c(k) 를 곱한 것이 되어, H(k)HH(k) 의 행렬의 랭크는 1 이 된다.
예를 들어, 송신 신호가 필터 등에 의해 영향받지 않고, 계수 c(k) 를 「0」으로 가정하면, 채널 응답 행렬은 이하와 같이 된다.
Figure pct00005
따라서, 수신 신호는,
Figure pct00006
가 되고,
r1(k) = h11(k)s1(k) + h12(k)s2(k)
r2(k) = 0
이 된다.
식 6 으로 나타내는 신호를 도 1 의 수신 장치 (110) 에 의해 수신하여 처리하는 타이밍이 도 3(a) 에 나타내어진다. 동 도면의 s1 은 송신 안테나 1 의 신호이고, s2 는 송신 안테나 2 의 신호이다.
안테나 (111) 에 의해 수신된 신호는, 전환 회로 (112) 에 의해 제 1 OFDM 복조 회로 (113) 에 입력되고, 펄스 길이의 중앙 시점 (T1) 에서 샘플링된다. 다음으로, 안테나로부터의 신호는 전환 회로 (112) 에 의해 제 2 OFDM 복조 회로 (114) 에 입력되고, 기간 (Ts) 의 중앙 시점 (T2) 에서 샘플링된다. OFDM 복조 회로 (113) 와 OFDM 복조 회로 (114) 는, 복조된 신호를 제어 회로 (115) 에 건넨다.
r1(k) 는 T1 에서 샘플링된 값으로, s1 과 s2 와 각 채널 응답의 곱이 된다. 이에 대해, 샘플링 시점 (T2) 의 값 (r2(k)) 은 「0」이 된다. 따라서, r1(k) 와 r2(k) 로부터 송신된 신호 (s1 과 s2) 가 서로 영향을 주어 오류율이 증가한다.
본 발명의 제 1 실시양태는, 복수의 안테나로부터 송신된 복수의 신호를 분수 간격 샘플링에 의해 등가적으로 증가시킨 수신 안테나에 의해 수신하고, 상기 복수의 신호를 분리하는 MIMO 시스템에 있어서, 상기 복수의 송신 안테나 중 일부의 안테나로부터 송신하는 신호를 소정 시간 지연시켜 송신하는 것이다.
도 1 은 신호를 펄스 길이 (송신 펄스 기간) [-Ts, Ts] 로 송신받는 2 개의 안테나 중, 안테나 2 로부터 송신되는 신호를 도 2(b) 에 나타내는 바와 같이 「Ts/2」지연시켜 송신하는 것이다.
DFT/IDFT 의 사이즈를 N 으로 하면, 지연 송신하는 것은, 식 4 를
Figure pct00007
로 변화시킨 것에 상당한다. 이 경우, H(k)HH(k) 의 행렬의 랭크를 2 로 할 수 있다.
식 5 와 마찬가지로, 송신 신호가 필터 등에 의해 영향받지 않고, 계수 c(k) 를 「0」으로 가정하면, 식 7 의 채널 응답 행렬은,
Figure pct00008
가 되고, 수신 신호는
Figure pct00009
가 된다. 따라서,
r1(k) = h11(k)s1(k)
r2(k) = h12(k)s2(k)
가 되고, 랭크는 2 가 된다. 이것은, 도 3(b) 에 있어서, 샘플링점 (T1) 에서는 지연되지 않은 안테나 1 로부터의 신호 (s1) 를 수신하고, 샘플링점 (T2) 에서는 「Ts/2」지연된 안테나 2 로부터의 신호 (s2) 를 수신하는 것을 의미하고 있다.
마찬가지로 2 파 이상의 멀티패스가 존재하는 경우에 있어서도 안테나 1 과 안테나 2 로부터 수신 안테나로의 전파 환경이 동일해지는 경우에는, 이하의 식과 같이 H(k)HH(k) 의 행렬의 랭크는 1 이다.
Figure pct00010
여기에서, cij(k) 는 i 번째의 멀티패스에 의한 신호의 j 번째의 샘플에 대한 기여를 나타내는 계수이다. 이 경우에도 지연 송신을 행함으로써 H(k)HH(k) 의 행렬의 랭크를 2 로 할 수 있다.
Figure pct00011
도 1 에 나타나는 예는, 2 배의 분수 간격 샘플링 (G = 2) 을 실시함으로써, 수신 안테나를 가상적으로 2 개로 하는 것이다. 오버 샘플링의 수 (G) 를 늘림으로써, 가상적인 수신 안테나의 수를 늘릴 수 있다.
도 4 는 2 개의 안테나로부터 송신된 2 개의 신호 (Tx = 2) 를 1 개의 안테나에 의해 수신 (Rx = 1) 하고, 분수 간격 샘플링에 의해 처리하는 시스템의 통신 용량을 송신 신호의 일방을 [Ts/2] 지연시키는 경우 (그래프 A) 와, 지연시키지 않는 경우 (그래프 B) 에서 채널 용량을 시뮬레이트한 결과이다. 도 4(a) 는 2 배의 분수 간격 샘플링 (G = 2) 이고, 도 4(b) 는 4 배의 분수 간격 샘플링 (G = 4) 이다. 또한, 횡축은 신호 에너지 대 잡음비 (Es/N0) 이고, 종축은 에르고드 용량 (Ergodic Capacity : bps/㎐) 이다.
송신 신호를 지연시킴으로써 채널 용량이 증가하는 것을 나타내고 있다.
도 5a 및 도 5b 는 본 발명의 제 1 실시양태에 의한 지연 송신 분수 간격 샘플링 방식과, 특허문헌 1 등에서 사용되는 종래의 지연 송신 다이버시티 수신 방식의 채널 용량을 시뮬레이트한 결과로서, 횡축은 신호 에너지 대 잡음비 (Es/N0) 이고, 종축은 에르고드 용량 (Ergodic Capacity : bps/㎐) 이다.
도 5a 는 당해 시뮬레이션에서 사용한 구성으로서, 도 5a(b) 는 본 발명의 제 1 실시양태에 관련된 구성으로, 2 개의 송신 신호 (s1(k) 와 s2(k)) 의 일방 (s2(k)) 을 [Ts/2] 지연시키는 것이다. 또, 도 5a(a) 는 상기 특허문헌 1 등에 개시된 종래 방식의 구성으로, 2 개의 신호 (s1(k) 와 s2(k)) 를 가산하여 송신하는 안테나와, 2 개의 신호 (s1(k) 와 s2(k)) 를 각각 [Ts/2] 와 [Ts] 지연시키고 가산하여 송신하는 안테나로 이루어지는 것이다.
도 5b(a) 는 시뮬레이트의 파라미터로서, 당해 시뮬레이션은 도 5a(a) 의 구성에 있어서 2 배의 분수 간격 샘플링 (G = 2) 으로 실시한 것이다. 도 5b(b) 는 시뮬레이션의 결과로서, 그래프 A 는 도 5a(b) 의 구성에 의한 결과, 그래프 B 는 도 5a(a) 의 구성에 의한 결과, 그래프 C 는 송신 신호를 지연시키지 않는 경우의 결과이다. 동 도면에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시양태에 관련된 구성은, 지연시키지 않는 경우 및 종래의 지연 송신 다이버시티 수신 방식과 비교하여 채널 용량의 증가가 가능해진다.
도 5a(a) 에 나타내는 종래의 구성은, 복수의 안테나로부터 복수 그리고 동일한 데이터 계열을 송신하는 것으로서, 상이한 데이터 계열 간에서는 상이한 지연량을 설정하는 것이다. 당해 구성에 분수 간격 샘플링을 적용하여, 샘플링수와 데이터 계열수가 동일하거나 데이터 계열수가 많은 경우에는, 특정 데이터 계열에 대해 다이버시티 효과가 없어진다. 요컨대, 식 10 에 대응하는 식은,
Figure pct00012
가 되고, s2 에 관해서는, r1(k) 및 r2(k) 가 c(h11(k) + h12(k)) 로 주어지는 응답을 나타내기 때문에, 다이버시티 효과를 얻을 수 없다.
도 1 에 나타내는 예는, 2 개의 신호를 2 개의 안테나에 의해 송신하는 구성인데, 3 개 이상의 안테나를 사용하여 3 이상의 신호를 송신하는 구성도 가능하다. 도 6a 는 Mt 의 신호를 Mt 개의 안테나에 의해 송신하는 MIMO 에 본 발명의 제 1 실시양태를 적용한 구성이다.
동 도면은 Mt 의 신호, s1(k)201 ∼ sMt(k)203 을 각각 OFDM 변조 회로 (211 ∼ 213) 에 의해 변조시키고, 송신 회로 (231 ∼ 233) 로부터 송신하는 MIMO 시스템에 있어서, 제 K 번째의 신호 (K 는 2 ∼ Mt) 를 [Ts(K-1)/Mt] 지연시켜 송신하는 것이다. 수신 장치는, 수신 신호를 적어도 Mt 배의 분수 간격 샘플링 (G = Mt) 에 의해 수신하여 채널 응답 행렬을 판별한다.
도 6b 는 도 6a 에 나타내는 구성에 있어서, 송신 장치의 송신 안테나수를 4 (Mt = 4), 수신 장치의 수신 안테나수를 2 로 하고, 각 수신 신호의 분수 간격 샘플링을 2 배 (G = 2) 로 한 예이다.
송신 장치 (500) 의 4 개의 신호 1 ∼ 신호 4 (510 ∼ 504) 는 OFDM 변조 회로 (511 ∼ 514) 에 의해 변조된 후, 각각 대응하는 지연 회로 (522 ∼ 424) 에 의해 도 6a 에 나타내는 바와 같이 지연되어 안테나 (531 ∼ 534) 로부터 송신된다. 또한, 신호 1 (510) 의 지연량은 제로 (0) 이기 때문에, OFDM 변조 회로 (511) 의 출력은 지연 회로를 개재하지 않고 안테나 (531) 로부터 송신된다.
수신 회로 (600) 의 안테나 (601), 전환 회로 (611), 제 1 OFDM 복조 회로 (621), 제 2 OFDM 복조 회로 (622) 로 이루어지는 구성, 및 안테나 (603), 전환 회로 (613), 제 1 OFDM 복조 회로 (623), 제 2 OFDM 복조 회로 (624) 로 이루어지는 구성은, 도 1 에 나타내는 수신 회로 (110) 의 안테나 (111), 전환 회로 (112), 제 1 OFDM 복조 회로 (113), 제 2 OFDM 복조 회로 (114) 로 이루어지는 구성에 대응한다. 전환 회로 (611) 와 전환 회로 (613) 는, 안테나 (601) 와 안테나 (603) 에 의해 수신된 신호에 대해 2 배의 분수 간격 샘플링을 실행하여, OFDM 복조 회로 (621 ∼ 624) 에 입력한다. OFDM 복조 회로 (621 ∼ 624) 에 의해 복조된 4 개의 신호는 제어 회로 (650) 에 건네지고, MIMO 의 수법에 따라 송신 장치 (500) 와 수신 장치 (600) 간의 채널 응답 행렬이 구해진다. 데이터의 수신에 있어서, 제어 회로 (650) 는, 상기 채널 응답 행렬을 사용하여 OFDM 복조 회로 (621 ∼ 624) 의 출력 신호로부터, 송신 장치 (500) 가 송신한 신호 1 ∼ 신호 4 (510 ∼ 504) 에 대응하는 4 개의 출력 (651 ∼ 654) 을 분리하여 출력한다.
도 6b 에 있어서, 임의의 서브 캐리어 k 에 있어서의 송신 신호를
Figure pct00013
서브 캐리어 k 에 있어서의 j 번째의 송신 안테나로부터 m 번째의 수신 안테나의 i 번째의 분수 간격 샘플링에 대한 채널 응답을
Figure pct00014
서브 캐리어 k 에 있어서의 m 번째의 수신 안테나의 i 번째의 분수 간격 샘플링점에서의 수신 신호를
Figure pct00015
서브 캐리어 k 에 있어서의 m 번째의 수신 안테나의 채널 응답 행렬을
Figure pct00016
서브 캐리어 k 에 있어서의 m 번째의 수신 안테나의 수신 신호를
Figure pct00017
로 하고 잡음을 무시하면, 4 송신 안테나 2 수신 안테나 및 2 배 오버 샘플링의 경우, 안테나마다 송신 지연을 삽입하지 않는 경우에는,
Figure pct00018
가 된다. 단, 여기에서는 지연에 있어서의 송수신기의 베이스밴드 필터의 응답을 맞춘 펄스 정형 필터의 응답이다. 이 경우, 채널 응답 행렬의 랭크는 최대 2 이다.
이에 대해, K 번째의 송신 안테나에 [Ts(K-1)/4] 의 지연을 삽입하여 송신하면, 수신 신호는 이하와 같이 나타난다.
Figure pct00019
이 경우, 행렬의 랭크는 4 가 된다.
MIMO 시스템은 단일의 캐리어에 복수의 통신 채널을 설정함으로써 통신 용량의 증대를 도모할 수 있는데, 송신 장치와 수신 장치에 통신 채널의 수에 대응하는 수의 안테나를 거리를 두고 설치하여 다이버시티를 달성할 필요가 있다. 그러나, 소형 이동 단말에서는 복수의 안테나를 다이버시티를 달성하기에 충분한 거리를 두고 설치하는 것이 곤란하다.
본 발명의 제 1 실시양태에서는, 1 개의 수신 신호를 분수 간격 샘플링함으로써, 수신 안테나를 가상적으로 증가시킴과 함께 송신 신호를 분수 간격 샘플링에 적합한 시간 지연시켜 송신하는 구성을 가지고 있다.
상기 구성에 의해, 수신 장치는 1 개의 수신 안테나를 가상적으로 복수의 수신 안테나로 할 수 있게 되어, 이동기 등의 작은 케이싱 내에 복수의 안테나를 설치할 필요가 없어진다. 또, 송신 장치는 송신 신호를 수신 장치의 분수 간격 샘플링에 적합한 시간 지연시킴으로써, 송신 장치와 수신 장치 간의 채널 응답을 각 신호의 분리가 가능한 상태로 하는 것이다.
실시예 2
제 1 실시양태는, UWB (초광대역 무선) 통신과 같이 옥내 통신에서 통신 거리가 비교적 짧아 송신 장치와 송수신 장치가 예측할 수 있는 환경에 있고, 안테나로부터의 신호의 지연량이 작아 채널 응답이 식 4 가 될 것으로 예상되는 경우에 적용되며, 송신 신호에 소정의 지연량을 미리 삽입해 두는 것이다. 그러나, 휴대형 수신 장치에서는 송신 장치와 수신 장치의 위치 관계가 변화하여, 채널의 응답 특성도 변화한다. 따라서, 송신 신호에 소정의 지연량을 미리 삽입해 두는 구성으로는 충분한 효과가 얻어지지 못하는 경우가 있다.
본 발명의 제 2 실시양태는, 송신 장치와 수신 장치 간의 채널의 응답 특성에 따라 소정의 지연량을 송신 신호에 삽입할지 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 것이다.
도 7 은 본 발명의 제 2 실시양태의 구성도이다. 동 실시양태에 관련된 송신 장치 (300) 는, 수신 장치 (310) 의 지시에 따라 송신 신호를 소정 시간 지연시키는 지연 회로 (301) 를 갖고 있다. 또, 수신 장치 (310) 는 송신 장치 (300) 와 수신 장치 (310) 간의 채널의 응답 특성에 따라 송신 장치 (300) 에 송신 신호의 지연을 지시하는 판정 회로 (311) 를 갖고 있다. 판정 회로 (311) 는 수신 장치 (310) 로부터 송신 장치 (300) 로의 링크를 피드백 채널 (320) 로서 사용하여, 상기 지연 지시를 송신 장치 (300) 에 송신한다. 송신 장치 (300) 는 상기 지시에 따라 지연 회로 (301) 를 제어하며, OFDM 변조 회로 (104) 의 출력을 소정 시간 지연시켜 안테나 2 로부터 송신한다.
MIMO 시스템은 실데이터의 송신 전에 PN 부호 등의 프리앰블을 송신한다. 수신 장치 (310) 는 당해 프리앰블을 수신하여, 수신 신호의 특성으로부터 송신 장치 (300) 와 수신 장치 (310) 간의 각 채널의 응답 특성 (H(K)) 을 산정한다.
본 발명의 제 2 실시양태에 있어서의 수신 장치 (310) 의 판정 회로 (311) 는, 상기 채널 응답 특성 (H(K)) 을 분석하여, 실데이터의 수신에 있어서, 송신 장치 (300) 가 송신한 2 개의 실데이터를 분리하기에 충분한 응답 특성이 얻어졌는지 여부를 판정한다.
채널 응답이 식 4 혹은 식 10 에 해당하는 경우, 피드백 채널 (320) 을 통해 지연 지시를 송신 장치 (300) 측에 송신한다. 당해 지시를 수신한 송신 장치측 (300) 은 OFDM 변조 회로 (104) 와 안테나 2 의 송신 장치 사이에 설치되어 있는 지연 회로 (301) 를 제어하여, OFDM 변조 회로 (104) 에 의해 변조된 신호 2 에 [Ts/2] 의 지연을 삽입한다.
제 1 실시양태는, 송신 신호에 소정의 지연량을 미리 삽입해 두는 것이다. 휴대전화 등의 가반형 수신 장치에서는 수신 환경이 크게 변화하기 때문에, 채널의 응답 특성도 크게 변화한다. 양호한 채널의 응답 특성이 얻어졌을 때에는, 송신측에서 송신 신호에 지연을 삽입할 필요는 없고, 통신 환경이 불량인 경우에만 지연을 삽입하면 된다.
제 2 실시양태는 수신 장치에 의해 측정되고 채널의 응답 특성 (H(K)) 에 기초하여 송신 신호를 지연시킬지 여부를 결정하는 것이다. 당해 실시양태의 구성에 의해, 채널의 응답 특성이 나빠 지연이 필요한 경우를 판정하여 송신 신호 지연을 삽입한다. 또, 양호한 채널의 응답 특성이 얻어져서 지연의 삽입이 불필요한 경우에 지연시키지 않는다. 따라서, 지연이 불필요함에도 불구하고 추가로 지연을 삽입하여 채널의 응답 특성을 악화시키는 경우가 없어, 수신 상황이 크게 변화하는 휴대형 수신 장치라 하더라도 양호한 수신을 유지할 수 있게 된다.
도 7 에 나타내는 형태는, 수신 장치 (310) 가 채널의 응답 특성 (H(K)) 에 기초하여 송신 신호를 지연시킬지 여부를 결정하고, 지연시키는 지시를 피드백 채널 (320) 을 통해 송신 장치 (300) 에 송신하는 구성이다. 그러나, 수신 장치 (310) 로부터 송신 장치 (300) 에 채널의 응답 특성 (H(K)) 을 송신하여, 송신 장치 (300) 가 송신 신호를 지연시킬지 여부를 결정하는 구성도 가능하다. 당해 구성에 의해, 송신 장치 (300) 는 지연 여부를 결정하는 수단을 구비할 필요가 없어, 수신 장치의 구성을 간소화시킬 수 있게 된다.
도 7 은 제 2 실시양태에 있어서 2 개의 신호를 2 개의 안테나에 의해 송신하는 예인데, 도 6a 및 도 6b 에 나타내는 바와 같은 3 개 이상의 안테나를 사용하여 3 이상의 신호를 동시에 송신하는 구성도 가능하다. 이 경우, 도 6b 의 수신 장치 (600) 는, 채널의 응답 특성 (H(K)) 에 기초하여 각 송신 신호를 지연시킬지 여부를 결정하여, 피드백 채널을 통해 송신 장치 (500) 에 송신 신호의 지연을 지시하는 구성, 혹은 수신 장치 (600) 로부터 송신 장치 (500) 에 채널의 응답 특성 (H(K)) 을 송신하여, 송신 장치 (500) 가 각 송신 신호를 지연시킬지 여부를 결정하는 구성이 된다.
실시예 3
도 8 은 본 발명의 제 3 실시양태의 구성도이다. 제 3 실시양태에 관련된 수신 장치 (410) 는, 송신 장치 (400) 와의 사이의 채널의 응답 특성으로부터 채널 용량이 최대가 되는 지연량을 판별하여, 송신 장치에 송신 신호를 상기 지연량에 의해 지연시키는 것을 지시하는 판정 회로 (411) 를 갖고 있다. 판정 회로 (411) 는 수신 장치로부터 송신 장치 (400) 로의 링크를 피드백 채널 (420) 로서 사용하여, 상기 지연 지시를 송신 장치 (400) 에 송신한다.
지연량을 결정할 때에는, 예를 들어 식 13 으로 나타내는 채널 용량이 최대가 되도록 제어한다.
Figure pct00020
여기에서 N 은 OFDN 변조 방식의 서브 캐리어수, Γ 는 신호 대 잡음 전력이다.
수신 장치 (410) 로부터 지연의 삽입 지시와 삽입하는 지연량의 정보를 수신한 송신 장치 (400) 는, 가변 지연 회로 (401) 를 제어하고, OFDM 변조 회로 (104) 의 출력 신호를 지시받아 시간 지연시켜 안테나 2 로부터 송신한다.
제 3 실시양태는, 송신 장치와 수신 장치 간의 채널의 응답 특성이 최량이 되는 지연량을 탐사하고, 당해 지연량에 기초하여 송신 장치에 의한 송신을 제어하는 것이다. 따라서, 송신 장치와 수신 장치 간의 통신 환경에 맞는 양호한 채널 용량을 얻을 수 있게 된다.
또, 제 2 실시양태와 마찬가지로, 송신 장치가 취득한 채널의 응답 정보를 송신 장치에 피드백하여, 송신 장치가 상기 채널 응답 특성에 기초하여 최적의 지연량을 결정하여 송신 신호를 지연시키는 구성도 가능하다.
도 8 은 제 3 실시양태에 있어서 2 개의 신호를 2 개의 안테나에 의해 송신하는 예인데, 도 6a 및 도 6b 에 나타내는 바와 같은 3 개 이상의 안테나를 사용하여 3 이상의 신호를 동시에 송신하는 구성도 가능하다. 이 경우, 도 6b 의 수신 장치 (600) 는, 채널의 응답 특성 (H(K)) 에 기초하여 채널의 응답 특성이 최량이 되는 각 송신 신호의 지연량을 결정하고, 피드백 채널을 통해 송신 장치 (500) 에 상기 지연량에 의한 지연을 지시하는 구성, 혹은 수신 장치 (600) 로부터 송신 장치 (500) 에 채널의 응답 특성 (H(K)) 을 송신하여, 송신 장치 (500) 가 채널의 응답 특성이 최량이 되는 각 송신 신호의 지연량을 결정하는 구성이 된다.
산업상 이용가능성
본 발명은 MIMO 시스템에 관한 것으로, 특히 수신 장치가 1 개의 안테나에 의해 수신된 신호를 분수 간격 샘플링하여, 수신 안테나의 수를 등가적으로 증가시키는 MIMO 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 제 1 실시양태는, 분수 간격 샘플링의 오버 샘플링의 수와 송신 신호의 펄스 길이로부터 정해지는 최적의 지연량에 의해, 송신 장치에 있어서 송신 신호의 일부를 미리 지연시켜 송신하는 구성이다. 당해 구성에 의해, 분수 간격 샘플링을 사용한 MIMO 시스템에 있어서, 간단한 구성에 의해 양호한 채널 응답 특성을 얻을 수 있게 된다.
제 2 실시양태는, 수신 장치가 취득한 채널 응답 특성에 기초하여 송신 신호를 지연시킬지 여부를 판정하는 구성으로 한 것이다. 휴대전화 등의 이동 가능한 수신 장치에서는, 송신 장치와 수신 장치 간의 채널 응답 특성은 수신 장치의 이동에 따라 크게 변화하는 경우가 있다. 당해 실시양태에서는, 수신 장치에 의해 취득된 채널 응답 특성에 따라 송신 신호에 지연시켜 송신할지 여부를 결정하는 구성을 가지고 있다. 이 구성에 의해, 휴대 가능한 수신 장치라 하더라도 양호한 채널 응답 특성을 얻을 수 있게 된다.
제 3 실시양태는, 수신 장치가 취득한 채널 응답 특성에 기초하여 채널 용량이 최대가 되는 지연량을 탐사하고, 당해 지연량에 기초하여 송신 장치가 송신하는 신호를 지연시키는 구성을 가지고 있다. 당해 구성에 의해, 휴대 가능한 수신 장치와 송신 장치 간의 통신 환경이 크게 변화해도, 양자 사이의 최적의 채널 응답 특성을 얻을 수 있게 된다.
또, 본 발명의 구성은, 시간 시프트 샘플링을 사용한 OFDM 다이버시티 수신 방식을 이용한 MIMO 시스템에서도 유효하다.
도 1 내지 도 8 에 나타내는 구성은, 송신 장치의 복수의 안테나 각각으로부터 상이한 신호를 송신하여, 수신 장치에 형성된 1 개 또는 복수 개의 안테나의 각 안테나가 수신한 신호를 분수 간격 샘플링하고, 분리ㆍ합성ㆍ판정하는 제어 회로에 의해 송신 장치가 송신한 복수의 상이한 신호를 얻는 것이다. 그러나, 송신 장치의 복수의 안테나로부터 동일한 신호를 소정량 지연시켜 송신할 수도 있다. 이 경우, 수신 장치는 각 안테나가 수신한 신호를 분수 간격 샘플링하고, 제어 회로에 의해 송신 장치의 복수의 안테나로부터 송신된 신호를 분리한다. 다음으로, 분리한 신호를 가산하여 소기의 신호를 얻는다. 이 구성에 의해 송신 신호의 에너지를 증가시킬 수 있게 된다.

Claims (6)

  1. 복수의 안테나로부터 동일한 반송파에 의해 복수 계열의 데이터를 송신하는 송신 장치와, 1 개 또는 복수의 안테나에 의해 상기 복수 계열의 데이터를 수신하는 수신 장치로 이루어지는 멀티캐리어 통신 시스템으로서,
    상기 송신 장치는,
    상기 복수 계열의 일부 계열의 데이터를 소정 시간 지연시켜 상기 복수의 안테나로부터 송신하는 송신 수단을 갖고,
    상기 수신 장치는,
    상기 1 개 또는 복수의 안테나의 각 안테나에 의해 수신한 신호를 분수 간격 샘플링하는 수단과,
    상기 분수 간격 샘플링으로부터 얻어진 신호에 기초하여 상기 복수 계열의 데이터를 복조하는 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 멀티캐리어 통신 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    송신 펄스 기간을 [-Ts, Ts], 송신 신호의 다중수를 Mt 로 하면,
    K (2 ＜= K ＜= Mt) 번째의 송신 신호에 대한 상기 지연 시간은 Ts(K-1)/Mt 인 것을 특징으로 하는 멀티캐리어 통신 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 수신 장치는, 수신한 멀티캐리어 신호의 채널의 응답 특성의 양부를 판정하는 수단과,
    상기 판정 수단의 판정 결과에 기초하여 상기 송신 장치에 데이터를 상기 소정 시간 지연시켜 송신하는 것을 지시하는 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 멀티캐리어 통신 시스템.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 수신 장치는,
    수신한 멀티캐리어 신호의 채널의 응답 특성의 데이터를 상기 송신 장치에 송신하는 수단을 갖고,
    상기 송신 장치는,
    상기 수신 장치가 송신한 상기 채널의 응답 특성의 데이터에 기초하여 채널의 응답 특성의 양부를 판정하는 수단과,
    상기 판정 수단의 판정 결과에 기초하여 데이터를 상기 소정 시간 지연시켜 송신하는 것을 특징으로 하는 멀티캐리어 통신 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신 장치는, 수신한 멀티캐리어 신호의 채널의 응답 특성으로부터 송신 신호에 필요한 지연량을 판별하는 수단과,
    상기 판별한 지연량에 기초하여 상기 송신 장치에 데이터를 지연시켜 송신하는 것을 지시하는 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 멀티캐리어 통신 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신 장치는,
    수신한 멀티캐리어 신호의 채널의 응답 특성의 데이터를 상기 송신 장치에 송신하는 수단을 갖고,
    상기 송신 장치는,
    상기 수신 장치가 송신한 상기 채널의 응답 특성의 데이터로부터 송신 신호에 필요한 지연량을 판별하는 수단과,
    상기 판별한 지연량에 기초하여 데이터의 송신을 지연시키는 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 멀티캐리어 통신 시스템.
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