KR20120070083A - Orthogonal frequency division multiplexing system that is based on ciod(coordinate interleaved orthogonal design) and dsfbc(double space-frequency block codes) - Google Patents

Orthogonal frequency division multiplexing system that is based on ciod(coordinate interleaved orthogonal design) and dsfbc(double space-frequency block codes) Download PDF

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Abstract

PURPOSE: An orthogonal frequency division multiplexing(OFDM) system and a method for the same based on a coordinate interleaved orthogonal design(CIOD) and a double space frequency block code(DSFBC) are provided to secure full-rate full-diversity by effectively draw transmission diversity if the number of transmitting antennas are more than the number of receiving antennas. CONSTITUTION: A modulating part(101) modulates an input data stream. A de-multiplexing part(102) divides the modulated data stream into two streams. A delaying part(103) delays two streams according to modes and outputs the delayed streams. Two encoders(104, 105) receive the streams from the delaying part and encodes the streams. A constellation-rotating part(106) constellation-rotates the encoded signals according to the modes. An inverse fast Fourier transforming parts(107 to 110) converts the constellation-rotated encoded signals into signals on a time axis to be output.

Description

CIOD 및 DSFBC 를 기반으로 하는 OFDM 시스템 및 그 방법{Orthogonal frequency division multiplexing system that is based on CIOD(coordinate interleaved orthogonal design) and DSFBC(double space-frequency block codes)} OPDM system and method thereof based on CIOD and DSFBC {Orthogonal frequency division multiplexing system that is based on CIOD (coordinate interleaved orthogonal design) and DSFBC (double space-frequency block codes)

본 발명은 MIMO-OFDM(multiple input multiple output-orthogonal frequency division multiplexing) 기술로 분류 될 수 있는 space-frequency block codes (SFBC) from coordinate interleaved orthogonal design (CIOD) 의 기반을 둔 OFDM 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to an OFDM system based on space-frequency block codes (SFBC) from coordinate interleaved orthogonal design (CIOD), which can be classified as multiple input multiple output-orthogonal frequency division multiplexing (MIMO-OFDM) technology.

종래의 방식은 2개의 송신안테나를 기반으로한 STBC를 사용하여 송신 diversity를 높이는 것이 일반적이였으며, 송신 안테나가 4개 인 경우 주로 QSTBC를 이용하여 4개의 송신안테나를 가지고 송신 diversity를 높이고자 하였다. QSTBC는 기본적으로 full-diversity 성능을 가져다주지 않기 때문에 송신단에서의 특별한 constellation rotation이 필요했고, 그에 맞춰 수신단에선 복잡한 decoding 방법을 통해서만 full-diversity (즉 diversit order 4)를 얻을 수 있었다. 또한 일반적으로 QSTBC를 OFDM과 같이 적용하기 위해 OFDM symbol 단위로 STBC가 적용되었다.
In the conventional method, it is common to increase transmission diversity using STBC based on two transmission antennas. When four transmission antennas are used, it is intended to increase transmission diversity with four transmission antennas mainly using QSTBC. Since QSTBC basically does not bring full-diversity performance, a special constellation rotation is needed at the transmitter, and accordingly, the receiver can obtain full-diversity (ie, diversit order 4) through complex decoding methods. Also, in general, STBC is applied in OFDM symbol units to apply QSTBC like OFDM.

본 발명의 실시예는 CIOD 및 DSFBC 를 기반으로 하는 OFDM 시스템 및 그 방법을 제공한다.An embodiment of the present invention provides an OFDM system and method thereof based on CIOD and DSFBC.

본 발명의 실시예는 2개 이상의 송신 full-diversity 를 얻고자 할 때, 송수신단의 복잡도를 linear complexity로 획득하면서, 역시 낮은 복잡도를 가지고 절반의 full-diversity 성능과 전송률을 2배 높일 수 있는 OFDM 시스템 및 그 방법을 제공한다. In the embodiment of the present invention, when obtaining two or more transmission full-diversity, the OFDM of the complexity of the transmitter and the receiver can be obtained with linear complexity while also doubling the full-diversity performance and transmission rate by half with low complexity. A system and method are provided.

본 발명의 실시예는 2개 이상의 송신 full-diversity 를 얻고자 할 때, 송수신단의 복잡도를 linear complexity로 획득하면서, 역시 낮은 복잡도를 가지고 절반의 full-diversity 성능과 전송률을 2배 높일 수 있으면서도, In the embodiment of the present invention, when obtaining two or more transmission full-diversity, while obtaining the complexity of the transceiver in linear complexity, while still having low complexity and doubling the half full-diversity performance and transmission rate,

STBC 형태의 space-time block coding이 아닌 SFBC 형태의 space-frequency block coding을 적용하여 구현 가능한 복잡도를 가지는 OFDM 시스템 및 그 방법을 제공한다.Provided are an OFDM system having a complexity that can be implemented by applying space-frequency block coding of SFBC, not space-time block coding of STBC.

본 발명의 실시예는 OFDM symbol안에 제안한 2가지 mode를 동시에 적용하여 사용 할 수 도 있는 OFDM 시스템 및 그 방법을 제공한다.
An embodiment of the present invention provides an OFDM system and method that can be used by applying the two modes proposed in the OFDM symbol at the same time.

본 발명의 실시예에 따른 CIOD 및 DSFBC 를 기반으로 하는 OFDM 시스템의 송신 장치는, 입력되는 데이터 스트림을 변조하는 변조부와, 변조된 데이터 스트림을 2개의 스트림으로 분할하는 역다중화부와, 상기 2개의 스트림을 모드에 따라 기설정된 지연시간만큼 지연한 후 출력하는 지연부와, 상기 지연부로부터 상기 2개의 스트림을 각기 수신해서 인코딩하는 2개의 인코더들과, 상기 인코더들을 통해 인코딩된 신호를 상기 모드에 따라 성상도 회전하는 성상도 회전부 및 성상도 회전된 인코딩 신호를 시간축 상의 신호로 변환해서 출력하는 역퓨리에 변환부를 포함한다.An apparatus for transmitting an OFDM system based on CIOD and DSFBC according to an embodiment of the present invention includes a modulator for modulating an input data stream, a demultiplexer for splitting the modulated data stream into two streams, and A delay unit for delaying and outputting two streams by a predetermined delay time according to a mode, two encoders respectively receiving and encoding the two streams from the delay unit, and a signal encoded through the encoders in the mode And a converse rotation unit for converting the constellation rotated constellation and the encoded signal rotated in the constellation to a signal on the time axis.

이때, 상기 모드는 space-frequency block codes (SFBC) -OFDM 모드 또는 coordinate interleaved orthogonal design (CIOD) -OFDM 모드 임을 특징으로 한다.At this time, the mode is characterized in that the space-frequency block codes (SFBC) -OFDM mode or coordinate interleaved orthogonal design (CIOD) -OFDM mode.

이때, 상기 성상도 회전부는, 상기 모드가 상기 CIOD-OFDM 모드인 경우, 상기 인코딩된 신호를 기설정한 성상도 회전만큼 성상도 회전시키고, 상기 모드가 상기 DSFBC-OFDM 모드인 경우, 상기 인코딩된 신호를 성상도 회전 하지 않고 출력함을 특징으로 한다.
The constellation rotation unit rotates the constellation by the preset constellation rotation when the mode is the CIOD-OFDM mode, and when the mode is the DSFBC-OFDM mode, the encoded signal. It is characterized by outputting the signal without rotating the constellation.

본 발명은, 송신 안테나가 2개 이상 4개 이하 이고 수신 안테나보다 많은 경우 송신diversity를 효과적으로 도출하여 MIMO system의 link level 성능의 척도인 diversity order 4를 보장 해주면서 full-rate full-diversity를 제공하거나 2배의 전송률 (double data rate)을 가져다 준다. 또한 OFDM system에 맞게 mode별 subcarrier별 data 할당이 용이하다. 또한 수신기의 복잡도는 낮기 때문에 구현이 용이하다.
The present invention provides a full-rate full-diversity while ensuring diversity order 4 which is a measure of link level performance of the MIMO system by effectively deriving transmission diversity when there are two or more transmission antennas or less than four and more than the reception antennas. Get a double data rate. In addition, it is easy to allocate data for each subcarrier for each mode according to the OFDM system. The low complexity of the receiver makes it easy to implement.

도 1은 CIOD 및 DSFBC 를 기반으로 하는 OFDM 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 CIOD-OFDM symbol period에 따른 행렬 X 배치를 도시한 도면이다.
도 3은 DSFBC-OFDM symbol period에 따른 행렬 X 배치를 도시한 도면이다.
1 is a diagram illustrating a configuration of an OFDM system based on CIOD and DSFBC.
2 is a diagram illustrating a matrix X arrangement according to a CIOD-OFDM symbol period.
3 is a diagram illustrating matrix X placement according to a DSFBC-OFDM symbol period.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 다중 안테나를 OFDM 시스템에 적용하는 SFBC-OFDM 기술에 해당 하며 CIOD/DSFBC-OFDM 송신기라 명한다. 제안하는 송신 mode는 2가지 mode가 존재하는데, 첫번째는 coordinate interleaved orthorgonal design orthogonal frequency division multiplexing (CIOD-OFDM) mode이고 두번째는 double space frequency block code orthogonal frequency division multiplexing (DSFBC-OFMD) mode 이다. 구체적으로 2개 이상 4개 이하의 송신 안테나의 경우 주로 적용이 가능하며, CIOD-OFDM mode인 경우 이 전송모드의 적용이 가능해진다. 제안하는 CIOD-OFDM mode는 full-rate full diversity지원하며, single symbol decodability(즉, 낮은 복잡도 복호)를 지원한다. 여기서 full rate이란 전송률의 하락이 없음을 뜻한다. 즉, 4개의 송신 안테나에서 4개의 symbol을 4 time sample동안 받는 것을 뜻하며 1개의 송신 안테나에서 1개의 symbol을 전송하는 data rate과 같다라고 보면 된다. 기존의 제안된 유사한 송신다중 안테나 방식은 앞서 언급한 full-rate full diversity와 single symbol decodability를 동시에 지원하지 않는다. DSFBC-OFDM mode는 CIOD-OFMD에 대비 2배의 전송률을 획득 할 수 있다.The present invention corresponds to SFBC-OFDM technology for applying multiple antennas to an OFDM system and is called a CIOD / DSFBC-OFDM transmitter. The proposed transmission mode has two modes, the first is coordinate interleaved orthorgonal design orthogonal frequency division multiplexing (CIOD-OFDM) mode and the second is double space frequency block code orthogonal frequency division multiplexing (DSFBC-OFMD) mode. Specifically, two to four transmission antennas are mainly applicable, and in the case of CIOD-OFDM mode, this transmission mode can be applied. The proposed CIOD-OFDM mode supports full-rate full diversity and supports single symbol decodability (ie low complexity decoding). Here, full rate means that there is no decrease in transmission rate. That is, it means that 4 symbols are received from 4 transmit antennas for 4 time samples, which is the same as the data rate of transmitting 1 symbol from 1 transmit antenna. The existing proposed similar transmission multiple antenna scheme does not support the aforementioned full-rate full diversity and single symbol decodability at the same time. DSFBC-OFDM mode can obtain twice the data rate compared to CIOD-OFMD.

도 1은 CIOD 및 DSFBC 를 기반으로 하는 OFDM 시스템의 구성을 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면 CIOD/DSFBC-OFDM 시스템은 OFDM 송신 장치(100)과 OFDM 수신 장치(150)를 포함한다.1 is a diagram illustrating a configuration of an OFDM system based on CIOD and DSFBC. Referring to FIG. 1, a CIOD / DSFBC-OFDM system includes an OFDM transmitter 100 and an OFDM receiver 150.

먼저, OFDM 송신 장치(100)는 변조부(101), 역다중화부(102), 지연부(103), 제1 인코더(104), 제2 인코더(105), 성상도 회전부(106), 제1 역퓨리에 변환부(IFFT; Inverse Fast Fourier Transformer)(107), 제2 IFFT(108), 제3 IFFT(109), 제4 IFFT(110), 제1 CP 삽입부(111), 제2 CP 삽입부(112), 제3 CP 삽입부(113), 제4 CP 삽입부(114) 및 안테나들(115~118)을 포함한다. First, the OFDM transmitter 100 includes a modulator 101, a demultiplexer 102, a delay unit 103, a first encoder 104, a second encoder 105, a constellation rotation unit 106, and a first 1 Inverse Fast Fourier Transformer (IFFT) 107, 2nd IFFT 108, 3rd IFFT 109, 4th IFFT 110, 1st CP Insertion 111, 2nd CP The inserter 112 includes a third CP inserter 113, a fourth CP inserter 114, and antennas 115 to 118.

변조부(101)는 입력되는 데이터 스트림(데이터 심볼)을 해당 변조방식(변조레벨)에 따라 변조한다. 보다 상세히 설명하면, 변조부(101)는 입력되는 데이터 스트림(데이터 심볼)을 해당 변조방식(변조레벨)에 의해 신호점 사상하여 복소심볼(complex symbols)들을 출력한다. 예를들어, 상기 변조방식에는 1개의 비트(s=1)를 하나의 신호점(복소심볼)에 사상하는 BPSK(Binary Phase Shift Keying), 2개의 비트(s=2)를 하나의 복소심볼에 사상하는 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying), 3개의 비트(s=3)를 하나의 복소심볼에 사상하는 8PSK(8-ary Phase Shift Keying), 4개의 비트(s=4)를 하나의 복소심볼에 사상하는 16QAM, 6개의 비트(s=6)를 하나의 복소심볼에 사상하는 64QAM 등이 있다.The modulator 101 modulates an input data stream (data symbol) according to a corresponding modulation scheme (modulation level). In more detail, the modulator 101 maps an input data stream (data symbol) to a signal point by a corresponding modulation method (modulation level) and outputs complex symbols. For example, the modulation scheme includes binary phase shift keying (BPSK), which maps one bit (s = 1) to one signal point (complex symbol), and two bits (s = 2) to one complex symbol. Quadrature Quadrature Phase Shift Keying (QPSK), 8-ary Phase Shift Keying (8PSK) to map three bits (s = 3) to one complex symbol, and four bits (s = 4) to one complex symbol There are 16QAM for mapping and 64QAM for mapping 6 bits (s = 6) to one complex symbol.

역다중화부(102)는 변조부(101)에서 출력되는 복소심볼들을 2개의 복소심볼 스트림으로 분할해서 출력한다.The demultiplexer 102 divides the complex symbols output from the modulator 101 into two complex symbol streams and outputs the divided symbols.

지연부(103)는 역다중화부(102)로부터 출력되는 2개의 복소심볼 스트림을 수신해서 2개의 모드별로 각기 기설정된 지연 후 인코더들(104, 105)로 출력한다. 이때, 모드의 종류는 CIOD-OFDM mode와 DSFBC-OFDM mode가 있다. 모드별 지연은 이후 각 모드별 동작을 설명할 때 보다 상세히 후술하고자 한다.The delay unit 103 receives two complex symbol streams output from the demultiplexer 102 and outputs the two complex symbol streams to the encoders 104 and 105 after a predetermined delay for each of two modes. At this time, the types of modes are CIOD-OFDM mode and DSFBC-OFDM mode. Mode delay will be described later in more detail when describing the operation of each mode.

인코더들(104, 105)은 지연부(103)로부터 입력되는 복소심볼 스트림을 모드에 따라 해당 인코딩 방법으로 인코딩하여 출력한다. 모드별 인코딩은 이후 각 모드별 동작을 설명할 때 보다 상세히 후술하고자 한다.The encoders 104 and 105 encode and output the complex symbol stream input from the delay unit 103 according to the encoding method according to the mode. Mode encoding will be described later in more detail when describing the operation of each mode.

성상도 회전부(106)는 인코딩된 신호를 모드에 따라 기설정된 성상도 회전을 수행해서 IFFT(107~110)들로 출력한다. 이때, 모드의 종류는 CIOD-OFDM mode와 DSFBC-OFDM mode가 있다. 모드별 성상도 회전은 이후 각 모드별 동작을 설명할 때 보다 상세히 후술하고자 한다.The constellation rotation unit 106 outputs the encoded signal to the IFFTs 107 to 110 by performing a predetermined constellation rotation according to the mode. At this time, the types of modes are CIOD-OFDM mode and DSFBC-OFDM mode. The constellation rotation for each mode will be described later in more detail when describing the operation of each mode.

IFFT(107~110)들은 성상도 회전된 인코딩 신호를 시간축 상의 신호로 변환해서 출력한다.The IFFTs 107 to 110 convert the encoded constellation rotated signal into a signal on a time axis and output the converted signal.

CP 삽입부(111~114)들은 IFFT(107~110)들로부터 수신되는 신호 각각의 보호구간(guard interval)에 CP를 삽입해서 안테나(115~118)들을 통해 출력한다.The CP insertion units 111 to 114 insert a CP into guard intervals of signals received from the IFFTs 107 to 110 and output the CPs through the antennas 115 to 118.

그리고, OFDM 수신 장치(150)는 제1 CP 제거부(151), 제2 CP 제거부(152), 제1 퓨리에 변환부(FFT; Fast Fourier Transformer)(153), 제2 FFT(154), 디코더(155), 성상도 역회전부(156), 다중화부(157) 및 복조부(158)를 포함한다.The OFDM receiver 150 may include a first CP remover 151, a second CP remover 152, a first Fourier transformer (FFT) 153, a second FFT 154, The decoder 155 includes a constellation reverse rotation unit 156, a multiplexer 157, and a demodulator 158.

CP 제거부(151, 152)들은 안테나를 통하여 수신한 데이터에서 CP를 제거해서 FFT(153, 154)들로 제공한다.The CP removing units 151 and 152 remove the CP from the data received through the antenna and provide the CPs to the FFTs 153 and 154.

FFT(153, 154)들은 CP가 제거된 수신 데이터를 퓨리에 변환을 통해 주파수 영역의 데이터로 변환한다.The FFTs 153 and 154 convert the received data from which the CP has been removed to data in the frequency domain through Fourier transform.

디코더(155)는 FFT(153, 154)들을 통해 변환된 주파수 영역의 데이터를 수신하고 모드에 따라 해당 디코딩 방법으로 디코딩해서 출력한다. 이때, 모드의 종류는 CIOD-OFDM mode와 DSFBC-OFDM mode가 있다. 모드별 디코딩은 이후 각 모드별 동작을 설명할 때 보다 상세히 후술하고자 한다.The decoder 155 receives the data of the frequency domain transformed through the FFTs 153 and 154 and decodes and outputs the data according to a decoding method according to a mode. At this time, the types of modes are CIOD-OFDM mode and DSFBC-OFDM mode. Mode decoding will be described later in more detail when describing the operation of each mode.

성상도 역회전부(156)는 디코더(155)로부터 수신한 디코딩된 신호를 모드에 따라 기설정된 성상도 역회전을 수행해서 다중화부(157)로 출력한다. 이때, 모드의 종류는 CIOD-OFDM mode와 DSFBC-OFDM mode가 있다. 모드별 성상도 역회전은 이후 각 모드별 동작을 설명할 때 보다 상세히 후술하고자 한다.The constellation reverse rotation unit 156 performs a reverse constellation rotation preset according to the mode and outputs the decoded signal received from the decoder 155 to the multiplexer 157. At this time, the types of modes are CIOD-OFDM mode and DSFBC-OFDM mode. Constellation reverse rotation for each mode will be described later in more detail when describing the operation of each mode.

다중화부(157)는 성상도 역회전부(156)로부터 수신하는 신호를 다중화 해서 복조부(158)로 출력한다.The multiplexer 157 multiplexes a signal received from the constellation reverse rotation unit 156 and outputs the multiplexed signal to the demodulator 158.

복조부(158)는 다중화부(157)로부터 수신하는 신호를 OFDM 송신 장치(100)의 변조방식에 따라 복조해서 출력한다.The demodulator 158 demodulates and outputs the signal received from the multiplexer 157 according to the modulation scheme of the OFDM transmitter 100.

CIOD/DSFBC-OFDM 시스템의 2가지 모드인 CIOD-OFDM mode와 DSFBC-OFDM mode 각각의 모드에서 설명을 하고자 한다.Two modes of the CIOD / DSFBC-OFDM system, CIOD-OFDM mode and DSFBC-OFDM mode, will be described in each mode.

먼저, CIOD-OFDM mode를 살펴보면 CIOD-OFDM mode는 CIOD/DSFBC-OFDM 시스템이 2개 이상 및 4개 이하의 송신 안테나를 적용했을 때 full-diversity를 얻는 space-frequency coding 기법에 해당한다.First, referring to the CIOD-OFDM mode, the CIOD-OFDM mode corresponds to a space-frequency coding technique that obtains full-diversity when two or more transmit antennas are applied by the CIOD / DSFBC-OFDM system.

도 1의 CIOD/DSFBC-OFDM 시스템은 전체적인 Double STBC-OFDM와 유사하다. 도 1 에서 변조된 신호는 2개의 stream으로 분리되고 주파수 영역상에서 Alamouti 가 제안한 space-time transmit diversity coding이 이루어진 후에 IFFT (역 푸리에 변환) 가 이루어진다. 단, 각 stream에서 인위적인 delay를 적용하는데 이 coding과정은 다음의 <수식 1>과 같다.The CIOD / DSFBC-OFDM system of FIG. 1 is similar to the overall Double STBC-OFDM. In FIG. 1, the modulated signal is divided into two streams and IFFT (inverse Fourier transform) is performed after space-time transmit diversity coding proposed by Alamouti in the frequency domain. However, an artificial delay is applied to each stream. This coding process is shown in Equation 1 below.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서 행렬 S는 4개의 symbol s0, s1, s2, s3 가 2개의 OFDM symbol time 동안 전송되는 것을 의미한다. 행렬 S의 열은 도 1 에서 나타낸 바와 같이 전송되는 안테나(공간)을 의미하고, 행은 각 OFDM symbol의 subcarrier를 의미한다. 특이한 사항은 홀수는 홀수 행끼리 짝수는 짝수 행끼리 같은 OFDM symbol에 할당 된다는 것이다. 여기서 subcarrier별 할당은 도 2 의 예와 같다. 도 2는 CIOD-OFDM symbol period에 따른 행렬 X 배치를 도시한 도면이다.Here, the matrix S means that four symbols s0, s1, s2, and s3 are transmitted for two OFDM symbol times. A column of the matrix S denotes an antenna (space) to be transmitted as shown in FIG. 1, and a row denotes a subcarrier of each OFDM symbol. The peculiarity is that odd numbers are assigned to the same OFDM symbol and odd rows are even. Here, the allocation for each subcarrier is the same as the example of FIG. 2 is a diagram illustrating a matrix X arrangement according to a CIOD-OFDM symbol period.

따라서 송신단은 4개의 송신 안테나와 2개의 OFDM symbol time period를 사용하는 구조를 가져간다. OFDM symbol 1과 2에서 subcarrier f0번의 data 할당은 antenna 0과 antenna 1 만 전송하고 마찬가지로 f1에서도 antenna 0과 antenna 1만 subcarrier에 data를 load한다. 그 다음 subcarrier fn/2번부터 마지막 subcarrier fn-1까지는 antenna 2번과 3번에만 data를 load한다. Therefore, the transmitter has a structure using four transmit antennas and two OFDM symbol time periods. Data allocation for subcarrier f0 in OFDM symbols 1 and 2 transmits only antenna 0 and antenna 1, and likewise, only antenna 0 and antenna 1 load data in subcarrier at f1. The next subcarrier fn / 2 to the last subcarrier fn-1 load data only to antennas 2 and 3.

도 1에서 성상도 회전부(106)는 행렬 S의 element들의 imaginary part를 interleaving하고 난뒤 각각 phase rotation해주는 역학을 한다. Interleaving하는 과정은 다음 <수학식 2>와 같다. In FIG. 1, the constellation rotation unit 106 performs dynamics of interleaving the imaginary parts of the elements of the matrix S and then rotating each phase. The process of interleaving is shown in Equation 2 below.

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서 각 phase roation을 해주는 값은 정확히 radian 값으로 arctan(2)/2 이다. 이는 복소수로 표현하면 0.8507+j0.5257를 곱하는 결과가 된다. 이러한 phase rotation은 full-diversity를 얻기위해 적용함이 목적이다.Here, each phase roation value is exactly radian, arctan (2) / 2. This is the result of multiplying 0.8507 + j0.5257 by the complex number. This phase rotation is intended to be applied to obtain full diversity.

CIOD-OFDM 모드에서 수신 장치(150)는 도 1과 달리 수신 antenna1개만 가지고도 복조를 할 수 있다. 또한 그 수신 안테나의 개수는 제한이 없다. 본 발명에선 CIOD-OFDM 모드를 고려할 때 수신신호의 복호과정을 수식적으로 표현할 때 수신 안테나 가 1개일 때를 고려해서 설명하고자 한다. 송신 장치(100)와 마찬가지로 수신 장치(150)는 수신 신호를 2 symbol time 동안 받아서 처리해야 한다. 그리고 2 symbol time 동안 수신된 신호는 다음의 <수학식 3>과 같이 표현될 수 있다. In the CIOD-OFDM mode, the reception apparatus 150 may demodulate only one reception antenna, unlike in FIG. 1. In addition, the number of the receiving antennas is not limited. In the present invention, when considering the CIOD-OFDM mode, when the decoding process of the received signal is expressed mathematically, it will be described in consideration of the case of one receiving antenna. Like the transmitting device 100, the receiving device 150 needs to receive and process a received signal for 2 symbol times. The signal received for 2 symbol time may be expressed as Equation 3 below.

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서 수신된 신호 행렬 r 은 도 1 에서 FFT 과정을 거친 뒤의 신호를 의미한다. 그리고, h vector는 무선 채널의 gain 값을 나타낸다.  h 가 matrix인 경우는 수신안테나가 2개 이상인 경우를 나타낸다. CIOD의 경우 수신 안테나가 1개라고 가정을 했기 때문에 수학식 3에서는 vector로 표현되었으며, h0는 첫번째안테나에서 무선채널을 거쳐 수신안테나로 전달되었을 때의 gain을, h1은 두번째 안테나에서 무선채널을 거쳐 수신안테나로 전달되었을 때 gain 이다 (h2, h3는 각각 3번째 와 4번째).   따라서 수학식 10 과 같은 경우 h_13 은 4번째 송신안테나에서 2번째 수신 안테나로 전달된 신호가 무선채널에서 겪는 gain값 이다.  vector n은 Gaussian noise vector를 나타낸다.
Here, the received signal matrix r means a signal after the FFT process in FIG. 1. In addition, h vector represents a gain value of a wireless channel. When h is a matrix, there are two or more reception antennas. Since CIOD is assumed to have one receiving antenna, it is expressed as a vector in Equation 3, where h0 is the gain when the radio is transmitted from the first antenna to the receiving antenna, and h1 is the radio channel from the second antenna. Gain is delivered to the receiving antenna (h2 and h3 are the third and fourth respectively). Therefore, in the case of Equation 10, h_13 is a gain value experienced in the wireless channel by the signal transmitted from the fourth transmit antenna to the second receive antenna. vector n represents a Gaussian noise vector.

송신단에서는 <수학식3> 과 같이 전송되지만, <수학식 4>와 같이 등가적으로 표현이 가능하다.
The transmitting end is transmitted as in Equation 3, but can be equivalently expressed as in Equation 4.

Figure pat00004
Figure pat00004

이렇게 등가적으로 표현하면 수신단에서 수학식으로 표현시 용이한 장점이 있고 실제 구현상에서도 간단해질 수 있다. This equivalent representation has the advantage of being easily expressed in equations at the receiving end and can be simplified in practice.

수신된 신호를 linear combination으로 처리하여 복호/분리를 하는 과정은 <수학식 5>와 같다. 우선 수신신호 r을 각각 channel 추정치와 matrix product를 해주면 송신 신호가 pair 채널의 power만큼 곱한 성분으로 분리가 된다.
The process of decoding / separating the received signal by processing the linear combination is shown in Equation 5. First, if the received signal r is given a channel estimate and a matrix product, the transmitted signal is separated into components multiplied by the power of the pair channel.

Figure pat00005
Figure pat00005

이렇게 복호된 수신 신호는 de-interleaving 과정을 겪게 되어 추가적인 diversity 이득을 얻게된다. De-interleaving과정은 다음 <수학식 6>과 같다.The decoded received signal undergoes a de-interleaving process, thereby obtaining additional diversity gain. The de-interleaving process is shown in Equation 6 below.

Figure pat00006
Figure pat00006

그리고 최종적으로 수신된 신호를 복호하는 과정은 다음 <수학식 7>과 같다.
And finally, the process of decoding the received signal is shown in Equation 7 below.

Figure pat00007
Figure pat00007

<수학식 7>에서 C는 존재하는 phase rotaded constellation의 가능한 모든 symbol을 뜻한다. 예를 들어 QPSK인 경우 아래 <수학식 8>과 같이 4가지 중에 하나가 된다.
In Equation 7, C denotes all possible symbols of the phase rotaded constellation. For example, in the case of QPSK, it becomes one of four as shown in Equation 8 below.

Figure pat00008
Figure pat00008

따라서 존재하는 모든 symbol을 대입해봐서 가장 minimum값을 찾으면 estimated된 송신된 신호가 되는것이다. 그리고 이것을 s0, s1, s2, s3에 해당하는 rotated constellation을 찾아주면 된다. 그 다음 도 1의 수신 장치(150)에서 성상도 역회전부(156)에 입력되어 일반적인 M-PSK 또는 M-QAM 신호로 phase de-rotation이 이루어진 후 다중화부(157)를 통과한 후 최종적으로 복조부(158)에서 복조가 된다. CIOD-OFDM 모드의 성능은 결론적으로 수신 안테나가 1개 인 경우 diversity order 4를 얻을 수 있게 된다.
Thus, by substituting all existing symbols and finding the minimum value, it is the estimated transmitted signal. Then find the rotated constellation corresponding to s0, s1, s2, and s3. Then, the receiver 150 of FIG. 1 is input to the constellation reverse rotation unit 156, and after the phase de-rotation is performed with a general M-PSK or M-QAM signal, passes through the multiplexer 157 and finally returns. The grandfather 158 demodulates. In conclusion, the performance of the CIOD-OFDM mode can obtain diversity order 4 when there is only one receiving antenna.

다음은 DSFBC에 관한 송신 장치(100)의 전송과정을 설명한다. DSFBC-OFDM 모드는 CIOD-OFDM 모드와 달리, 어느 정도 reasonable한 성능을 얻기 위해 수신 안테나가 2개 이상 필요하다. 다만 delay 를 처리하는 block에서 CIOD의 경우 <수학식 1>과 같이 송신되는 신호의 delay를 부여한 반면, DSFBC에서는 이러한 delay가 없이 <수학식 9>와 같이 전송이 된다.
The following describes the transmission process of the transmitting device 100 for the DSFBC. Unlike the CIOD-OFDM mode, the DSFBC-OFDM mode requires two or more receiving antennas to achieve a reasonable performance. However, in the case of CIOD, the delay of the transmitted signal is given as shown in <Equation 1> in the block that handles delay, while in DSFBC, it is transmitted as shown in <Equation 9> without such delay.

Figure pat00009
Figure pat00009

도 3과 같이 subcarrier별 mapping이 정의 되어 있다. 도 3은 DSFBC-OFDM symbol period에 따른 행렬 X 배치를 도시한 도면이다.As shown in FIG. 3, mapping for each subcarrier is defined. 3 is a diagram illustrating matrix X placement according to a DSFBC-OFDM symbol period.

하지만 CIOD와 달리 성상도 회전부(106)에서 별도의 constellation rotation을 해주지 않는다. 수신 장치(150)의 수신 안테나가 2개 인 경우, 받은 신호는 수식적으로 다음과 <수학식 10>과 같이 나타낼 수 있다.
However, unlike CIOD, the constellation rotation unit 106 does not provide a separate constellation rotation. When there are two receiving antennas of the receiving device 150, the received signal may be expressed as Equation 10 below.

Figure pat00010
Figure pat00010

여기서, h vector는 무선 채널의 gain 값을 나타낸다.  h 가 matrix인 경우는 수신안테나가 2개 이상인 경우를 나타낸다. h13 은 4번째 송신안테나에서 2번째 수신 안테나로 전달된 신호가 무선채널에서 겪는 gain값을 나타낸다.  vector n은 Gaussian noise vector를 나타낸다.
Here, h vector represents a gain value of a wireless channel. When h is a matrix, there are two or more reception antennas. h13 represents a gain value experienced in the wireless channel by the signal transmitted from the fourth transmit antenna to the second receive antenna. vector n represents a Gaussian noise vector.

CIOD와 마찬가지로 수신 신호를 등가적으로 아래 <수학식 11>과 같이 표현 가능하다. 여기서 채널 전달함수 행렬 H의 행은 수신 안테나의 순서를 나타내고 열은 송신 안테나의 순서를 나타낸다.
Like CIOD, a received signal can be equivalently expressed as in Equation 11 below. Here, the row of the channel transfer function matrix H indicates the order of receive antennas and the column indicates the order of transmit antennas.

Figure pat00011
Figure pat00011

위의 <수학식 11>과 같이 각 수신 안테나로 입력되는 신호는 무선 fading 채널상에서 각각의 송신신호가 채널 전달함수와 곱해지고 난 신호와 수신 장치(150)의 잡음의 합으로 이루어져 있다. 수신 복조 과정은 채널 행렬을 inverser함으로서 구할 수 있다.As shown in Equation 11, a signal input to each receiving antenna is composed of a sum of a signal obtained by multiplying each transmission signal by a channel transfer function and a noise of the reception device 150 on a wireless fading channel. The reception demodulation process can be obtained by inversing the channel matrix.

우선 <수학식 11>에서 정리된 채널 matrix 를 기본으로 QR decomposition 을 수행한다. 그리고 그 결과는 다음의 <수학식 12>와 같이 전개 될 수 있다.
First, QR decomposition is performed based on the channel matrix arranged in Equation (11). The result can be developed as shown in Equation 12 below.

Figure pat00012
Figure pat00012

<수학식 12>에서 볼 수 있듯이 R 행렬은 upper triangular 한 형태를 이루고 있는데, R23 의 값이 0으로 계산된다. 이러한 특징은 Double SFBC 구조에서 가능한 channel matrix 이기 때문이다. 그리고 다음 <수학식 13>의 과정을 거쳐 송신 신호를 estimate하게 된다.
As shown in Equation 12, the R matrix has an upper triangular form, and the value of R23 is calculated as 0. This is because the channel matrix is possible in the double SFBC structure. Next, the transmission signal is estimated through the following equation (13).

Figure pat00013
Figure pat00013

Estimated 된 신호는 도 1의 성상도 역회전부(156)에서 성상도 역회전을 거치지 않고 바이패스해서 다중화부(157)로 입력되어 최종적으로 복조부(158)에서 복조 된다.The estimated signal is bypassed in the constellation reverse rotation unit 156 of FIG. 1 without passing through the constellation reverse rotation and input to the multiplexer 157 and finally demodulated by the demodulator 158.

본 발명의 실시 예에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. The methods according to embodiments of the present invention may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be those specially designed and constructed for the present invention or may be available to those skilled in the art of computer software.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, but the present invention is not limited to the above embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications and variations from such descriptions. This is possible.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the claims below but also by the equivalents of the claims.

Claims (1)

입력되는 데이터 스트림을 변조하는 변조부;
변조된 데이터 스트림을 2개의 스트림으로 분할하는 역다중화부;
상기 2개의 스트림을 모드에 따라 기설정된 지연시간만큼 지연한 후 출력하는 지연부;
상기 지연부로부터 상기 2개의 스트림을 각기 수신해서 인코딩하는 2개의 인코더들;
상기 인코더들을 통해 인코딩된 신호를 상기 모드에 따라 성상도 회전하는 성상도 회전부; 및
성상도 회전된 인코딩 신호를 시간축 상의 신호로 변환해서 출력하는 역퓨리에 변환부를 포함하는
CIOD 및 DSFBC 를 기반으로 하는 OFDM 시스템의 송신 장치.
A modulator for modulating an input data stream;
A demultiplexer for dividing the modulated data stream into two streams;
A delay unit for delaying and outputting the two streams by a predetermined delay time according to a mode;
Two encoders each receiving and encoding the two streams from the delay unit;
A constellation rotation unit rotating constellations according to the mode of the signal encoded by the encoders; And
An inverse Fourier transform unit converting the constellation rotated encoded signal into a signal on a time axis and outputting the converted signal;
Transmission apparatus of OFDM system based on CIOD and DSFBC.
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