KR20120128510A - 다중입력 다중출력 통신 시스템의 송수신기 그리고 그것의 송수신 방법 - Google Patents

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KR20120128510A
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김대호
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한국전자통신연구원
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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 다중입력 다중출력(MIMO) 송신기는, 무선 신호를 송수신하는 복수의 송신 안테나들, 상기 복수의 송신 안테나들로부터 수신되는 신호로부터 채널 응답을 계산하는 채널 추정기, 송신 데이터(s0, s1)를 시공간 블록 코딩 방식으로 처리하여 서로 다른 시점에 송신하기 위한 복수의 부호화 신호들로 출력하는 시공간 블록 인코더, 그리고 상기 채널 응답을 참조하여 상기 부호화 신호들을 등화하여 상기 복수의 송신 안테나로 전달하는 전치 등화기를 포함한다.

Description

다중입력 다중출력 통신 시스템의 송수신기 그리고 그것의 송수신 방법{TRANSMITTER AND RECEIVER FOR MIMO COMMUNICATION SYSTEM AND TRANSMISSIN AND RECEIVING METHOD THEREOF}
본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 다중입력 다중출력(MIMO:Multiple Input Multiple Output) 시스템의 송수신기 및 그것의 송수신 방법에 관한 것이다.
다중 입출력(MIMO: Multiple Input Multiple Output, 이하 MIMO) 시스템은 제 4 세대 이동 통신에 적용되는 기술이다. 다중 입출력(MIMO) 시스템은 기지국과 단말기의 안테나를 2개 이상으로 확장하여 데이터를 여러 경로로 전송한다. 다중 입출력(MIMO) 시스템의 수신 측에서는 다중 경로들 각각으로부터 수신된 신호들을 검출한다. 검출된 수신 신호들을 참조하여 서로 간의 간섭을 보상할 수 있다. 복수의 안테나를 사용하여 신호를 송신 및 수신하면, 통신 속도의 향상, 간섭의 최소화, 용량의 증대 등의 목적을 달성할 수 있다. 따라서, 다중 입출력(MIMO) 시스템 기술은 차세대 이동통신의 핵심 기술로 활발히 연구되고 있다.
한편, 시공간 블록 코드(STBC: Space Time Block Code, 이하 STBC)는 다중 안테나를 통하여 데이터 스트림의 다중 복사본을 전송하기 위해 무선통신 시스템에서 사용된다. 시공간 블록 코드(STBC)는 데이터 전달의 신뢰성을 개선하기 위하여 다양하게 수신된 데이터의 버전들에 대한 문제를 해결하고자 하는 방식이다. 즉, 전송측에서 송신된 데이터는 산란(scattering), 반사, 회절(refraction) 등 피할 수 없는 어려운 환경을 통과하여야 하며, 더욱이 이와 같은 송신 데이터는 수신기(120)의 열잡음(thermal noise)에 의해 손상을 추가로 받게 된다. 그러나 이러한 상황에서도, 송신된 데이터의 수신된 복사본들 중에서 몇 개는 다른 것에 비해 좀더 나은 것이 될 수 있을 것이다. 이러한 중복성(redundancy)은 수신된 신호들을 정확히 복호하기 위하여 수신된 테이터 복사본들의 한 개나 그 이상을 사용할 수 있도록 해준다. 실제로 STBC에서는 가능한 최대의 정보를 추출하기 위하여 최적의 방법으로 이러한 수신된 신호의 모든 복사본을 결합(combine)하는 방법을 이용하고 있다.
그런데, STBC를 이용한 MIMO 안테나 전송 기술에서는 복수의 송신 안테나로부터 복수의 수신 안테나에 도달하는 모든 경로에 대해 채널 추정이 필요하다. 그리고 추정된 채널 응답을 이용하여 STBC 복호가 이루어진다.
본 발명은 송신단에서 전치 등화하여 신호를 송신함으로써 수신단에서의 채널 추정 과정을 배제하여 수신기 구조를 간단하게 하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 MIMO 시스템에 STBC를 적용가능하도록 하여 송신 및 수신 안테나를 증가시킴으로써 다이버시티 이득을 높여 개선된 성능을 발휘하는 무선 통신 시스템을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 다중입력 다중출력(MIMO) 송신기는, 무선 신호를 송수신하는 복수의 송신 안테나들, 상기 복수의 송신 안테나들로부터 수신되는 신호로부터 채널 응답을 계산하는 채널 추정기, 송신 데이터(s0, s1)를 시공간 블록 코딩 방식으로 처리하여 서로 다른 시점에 송신하기 위한 복수의 부호화 신호들로 출력하는 시공간 블록 인코더, 그리고 상기 채널 응답을 참조하여 상기 부호화 신호들을 등화하여 상기 복수의 송신 안테나로 전달하는 전치 등화기를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 다중입력 다중출력(MIMO) 수신기는, 복수의 송신 안테나로부터 제공되는 송신된 복수의 신호들을 수신하기 위한 제 1 수신 안테나 및 제 2 수신 안테나, 상기 수신된 복수의 신호들에 대해, 시공간 블록 코딩 방식으로 디코딩 처리하는 시공간 블록 디코더, 그리고 상기 시공간 블록 디코더에 의해서 디코딩된 신호를 참조하여 송신 데이터(s0, s1)를 검출하는 검출기를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 송신 방법은, 복수의 송신 안테나들과 2개의 수신 안테나들 사이에 형성되는 채널 응답을 계산하는 단계, 송신 데이터를 시공간 블록 코딩 방식으로 부호화하여 제 1 부호화 신호들(s0, s1)과 제 2 부호화 신호들(-s1 *, s0 *)을 생성하는 단계, 상기 제 1 부호화 신호들(s0, s1)에 상기 채널 응답의 복소 공액을 곱하여 상기 복수의 송신 안테나들을 경유하여 송신하는 단계, 그리고 상기 제 2 부호화 신호들(-s1 *, s0 *)에 상기 채널 응답의 복소 공액을 곱하여 상기 복수의 송신 안테나들을 경유하여 송신하는 단계를 포함하되, 상기 복수의 송신 안테나들은 적어도 3개 이상이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수신 방법은, 제 1 수신 안테나와 제 2 수신 안테나 각각을 통해서 제 1 수신 신호들(r0, r1)을 제 1 시점에 수신하는 단계, 제 1 수신 안테나와 제 2 수신 안테나 각각을 통해서 제 2 수신 신호들(r2, r3)을 상기 제 1 시점과는 다른 제 2 시점에 수신하는 단계, 그리고 상기 제 1 수신 신호들(r0, r1)과 제 2 수신 신호들(r2, r3) 각각에 대한 산술 연산을 통해서 시공간 블록 디코딩을 수행하는 단계를 포함한다.
이상에서 기술된 본 발명 실시 예에 따르면, 본 발명은 복수의 송신안테나와 복수의 수신안테나를 구비하고 있으며, 특히, 전치 등화기를 송신기에 구비시킴으로써, 수신기(120)의 구조를 간단하게 할 수 있다. 즉, 본 발명은 MIMO 채널로 구성되는 무선통신 시스템에 대하여, 송신기에서의 전치 등화기를 이용하여 수신기(120)에서의 채널 추정 과정을 생략함으로써, 수신기(120)의 구조를 간단하게 할 수 있다. 따라서, 시공간 블록 코딩 기법을 적용함으로써, 다이버시티 이득을 높여 무선 통신의 성능을 개선시킬 수 있다.
특히, 본 발명은 전치 등화 기술에 STBC를 접목시킴으로써, 종래의 전치 등화 기술을 이용하는 송신 다이버시티 방법보다도 더 높은 다이버시티 이득을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 수신 장치는 채널 추정이 불필요하기 때문에 일반적인 STBC 복호보다도 훨씬 낮은 복잡도를 가지게 된다.
또한, 본 발명은 시분할 듀플렉스(TDD: Time Division Duplex)와 같이 송수신 채널 상관이 높은 환경이나 채널 응답을 알 수 있는 무선 통신 환경에서 전치 등화 기술을 사용하는 다양한 시스템에 적용이 가능하다. 그외에 채널 변동이 심하지 않은 환경에서 채널 정보를 피드백하는 주파수 분할 듀플렉스(FDD: Frequency Division Duplex) 시스템에도 적용 가능할 것이다.
또한, 본 발명은 수신 장치가 간단하게 구현될 수 있기 때문에, 저가로 이동단말기의 제작이 가능하다. 더욱이, 본 발명에 따르면, 간단한 구조에도 불구하고 충분한 다이버시티 이득을 통해 수신기의 수신 성능을 개선이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 MIMO 시스템의 송수신 관계를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 MIMO 시스템의 송신기를 보여주는 블록도이다.
도 3은 본 발멸에 따른 MIMO 시스템의 수신기를 보여주는 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 송신 장치의 기능을 설명하기 위한 블록도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 시간대별 송수신되는 신호를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 전치 등화 기법을 사용하는 송신 방법을 보여주는 순서도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 전치 등화 기법을 사용하는 수신 방법을 보여주는 순서도이다.
앞의 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두 예시적이라는 것이 이해되어야 하며, 청구된 발명의 부가적인 설명이 제공되는 것으로 여겨져야 한다. 참조 부호들이 본 발명의 바람직한 실시 예들에 상세히 표시되어 있으며, 그것의 예들이 참조 도면들에 표시되어 있다. 가능한 어떤 경우에도, 동일한 참조 번호들이 동일한 또는 유사한 부분을 참조하기 위해서 설명 및 도면들에 사용된다.
본 발명은 다른 실시 예들을 통해 또한, 구현되거나 적용될 수 있을 것이다. 게다가, 상세한 설명은 본 발명의 범위, 기술적 사상 그리고 다른 목적으로부터 상당히 벗어나지 않고 관점 및 응용에 따라 수정되거나 변경될 수 있다. 이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 MIMO 시스템을 보여주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 MIMO 시스템(100)은 복수의 안테나들을 포함하는 송신기(110)와 2개의 안테나를 구비하는 수신기(120)를 포함한다. 여기서, 수신기(120)는 하나로 도시되었으나, 복수의 수신기들이 더 포함될 수 있다.
송신기(110)는 복수의 안테나들(TxAnt.0 ~ TxAnt.N-1)을 포함한다. 시공간 블록 코드(STBC)를 이용하기 위해서는 복수의 안테나들(TxAnt.0 ~ TxAnt.N-1) 각각에 의해서 발생하는 채널들의 추정이 필요하다. 즉, 시공간 블록 코드(STBC)를 사용하여 송신 데이터를 부호화하기 위해서는 복수의 안테나들(TxAnt.0 ~ TxAnt.N-1) 각각으로부터 송신시에 예상되는 채널들 각각의 채널 응답(h0, h1, h2,…, h2N -1, N은 송신 안테나의 수)을 추정해야 한다. 본 발명의 송신기(110)는 이러한 송신 채널의 추정을 수신되는 신호를 참조하여 수행한다.
수신기(120)는 적어도 2개의 안테나들(RxAnt.0, TxAnt.1)을 포함한다. 수신기(120)는 송신기(110)로부터 전송된 신호들을 서로 다른 시간에 샘플링하여 결합한다. 즉, 수신기(120)는 송신기(110)에서 전송된 채널 응답을 고려하여 생성된 STBC 인코딩된 신호를 서로 다른 시간에 수신하여 결합한다. 시공간 블록 코드(STBC) 방식을 수신된 신호를 디코딩하면, 다이버시티 이득을 얻게 된다. 그 결과 수신 성능 개선이 이루어질 수 있다.
전치 등화 기술을 적용할 때, 채널 응답(h0, h1, h2,…, h2N -1, N은 송신 안테나의 수)을 송신기(110, 또는 기지국)에서 알고 있어야 한다. 따라서, 채널 상관이 높은 시분할 듀플렉스(TDD)를 이용하는 시스템에 적용될 수 있다. 시분할 듀플렉스(TDD)를 사용하면, 수신기(120)로부터의 전송되는 신호를 통해서 채널 응답의 예측이 가능하다. 이때 추정된 채널 응답의 공액을 송신 신호에 곱해 전송함으로써, 수신기(120)의 채널 추정 동작은 더 이상 불필요하게 된다.
따라서, 수신기(120)의 채널 추정이 불필요한 전치 등화 기술이 시공간 블록 코드(STBC)를 이용한 MIMO 시스템에 적용된다면, 수신기(120)의 구조는 간략화될 수 있다. 그러나 수신 안테나가 복수인 MIMO 채널에 있어서는 채널간 간섭이 존재한다. 따라서, 안테나별로 완벽하게 수신 신호를 분리할 수 없어, 전치 등화 기술을 사용하는 시스템에서는 일반적으로 수신 안테나가 하나인 MISO(Multi-Input Single-Output) 채널 구조를 채택하고 있다. 전치 등화 기술은 수신기(120)에서의 채널 추정이 필요 없으나, 다중입력 다중출력(MIMO) 시스템에서는 사용이 용이하지 못한 실정이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 송신기를 보여주는 블록도이다. 도 2를 참조하면, 송신기(110)는 STBC 인코더(111), 전치 등화기(112), 스위치들(113, 114, 115) 및 채널 추정기(116)를 포함한다.
STBC 인코더(111)는 입력되는 전송 데이터(Data)를 시공간 블록 코딩 방식으로 부호화한다. 시공간 블록 코딩(STBC)은 알라뮤티(Alamouti)에 의해서 제안된 복소 직교 코드(Complex Orthgonal Code) 방식의 송신 다이버시티 기법을 사용한다. 여기서, 전송 데이터(Data)는 입력되는 부호화 데이터를 미리 설정된 변조 방식에 따라 변조된 심벌들일 수 있다. 부호화 데이터에 대한 변조 방식으로는 BPSK(Binary Phase Shift Keying), QPSK(Quadrature Phase Shift Keying), QAM(Quadrature Amplitude Modulation), PAM(Pulse Amplitude Modulation), PSK(PhaseShift Keying) 등과 같은 다양한 변조 방식들 중 어느 하나가 적용될 수 있을 것이다. 변조된 부호화 데이터는 직렬/병렬 변환되어 STBC 인코더(111)에 입력될 것이다.
송신 데이터(s0, s1)에 대해서 STBC 인코더(111)는 시공간 블록 코딩을 이용하여 아래 표 1의 심볼을 출력하게 될 것이다.
시간 TxAnt.0 TxAnt.1
t s0 s1
t+T -s1 * s0 *
전치 등화기(112)는 채널 추정기(116)로부터 제공되는 채널 응답(hi)을 참조하여 입력 심볼들을 필터링한다. 전치 등화기(112)는 채널의 간섭을 줄이기 위해 자신의 채널에 대한 역 채널(Invese Channel)에 기반하여 전치 등화(Pre-Equalization)를 수행한다. 여기서, 전치 등화기(112)는 MRC(Maximum Ratio Combining) 기법을 사용할 수 있다. 또는, 전치 등화기(112)는 영 강압(Zero-Forcing)기법 또는 최소 제곱 오차 추정(MMSE: Minimum Mean Square Error)기법을 이용할 수 있다. 전치 등화기(112)는 복수의 지연 탭들을 포함하는 필터 구조로 제공될 수 있다. 그리고, 이들 지연 탭들의 계수를 상술한 채널 응답을 참조하여 채널의 변화에 따라 적응적으로 업데이트할 수 있다. 즉, 전치 등화기(112)는 입력되는 심볼들에 대해 등화 계수 적응 연산(Equalizer coefficient adaptation operation)을 수행한다. 전치 등화기(112)에 의해서, 현재 채널 응답에 대응하는 다중 경로와 위상 에러 또는 고스트와 같은 현상들을 감소시킬 수 있다.
스위치들(113, 114, 115)은 송신 신호와 수신 신호를 분리한다. 스위치들(113, 114, 115)은 전치 등화기(112)로부터 필터링 된 송신 신호는 송신 안테나(TxAnt.0 ~ TxAnt.N-1)로 전달되도록 설정될 것이다. 그리고, 스위치들(113, 114, 115)은 수신용으로도 사용되는 송신 안테나(TxAnt.0 ~ TxAnt.N-1)에 의한 수신 신호를 채널 추정기(116)로 전달한다.
채널 추정기(116)는 송신 안테나(TxAnt.0 ~ TxAnt.N-1)에 의한 수신된 수신 신호를 참조하여 채널 응답을 계산한다. 송신 안테나(TxAnt.0 ~ TxAnt.N-1)들 각각으로부터 제공되는 수신 신호에는 수신기(120, 도 1 참조)의 모든 안테나들로부터 송신기(110)의 모든 송신 안테나(TxAnt.0 ~ TxAnt.N-1)에 이르는 채널의 특성이 포함될 것이다. 따라서, 채널 추정기(116)는 이러한 채널 응답(hi)을 계산하여 전치 등화기의 탭 계수 업데이트를 위하여 전치 등화기(112)에 전달할 것이다.
상술한 구조를 통해서, 본 발명의 실시 예에 따른 송신기는 STBC 방식을 결합하여 높은 송신 다이버시티 이득을 제공할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 다중입력 다중출력(MIMO) 시스템의 수신기를 보여주는 블록도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 수신기(120)는 수신 테나들(RxAnt.0, RxAnt.1)과, STBC 디코더(121) 및 검출기(122)를 포함한다.
수신 안테나들(RxAnt.0, RxAnt.1)로부터 수신된 신호는 직접 STBC 디코더(121)에 제공된다. 일반적으로, 다이버시티를 제공하기 위해서는 서로 다른 안테나들로부터의 수신 신호들은 채널의 추정 및 등화가 필요하다. 그러나 본 발명의 수신기(120)에서는 채널의 추정이나 등화기에 의한 필터링을 경유하지 않고 각각의 수신 안테나들(RxAnt.0, RxAnt.1)로부터 수신된 신호들을 결합할 수 있다.
검출기(122)는 STBC 디코더(121)에 의해서 결합된 수신 신호를 참조하여 원래의 송신 신호를 결정한다. 검출기(122)에서는 t 시점에 수신되는 수신 신호들(r0, r1)과, t+T 시점에 수신된 수신 신호(r2, r3)를 결합하여 송신기(110)에서 전송했을 것으로 예측되는 신호(s0', s1')로 복원한다.
이상의 구조에 따르면, 수신기(120)에서는 별도의 채널 추정기나 추가적인 등화기의 구성이 없이도 송신 신호에 대한 복원이 가능하다. 따라서 간단한 수신기 구조를 제공할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 송신 방법을 간략히 보여주는 도면이다. 도 1, 2, 4를 참조하여, 복수의 송신 안테나들을 통한 송신 데이터(s0, s1)의 전송 방법이 기술될 것이다.
먼저, STBC 인코더(111)에 의해서 2개의 송신 데이터(s0, s1)는 각각 t 시점과 t+T 시점에서 시공간 블록 코드 방식으로 인코딩된다. 그러면, 2개의 데이터 신호(s0, s1)는 t 시점에서는 신호 성분(s0, s1)으로 생성된다. 그리고 2개의 데이터 신호(s0, s1)는 t+T 시점에서는 신호 성분(-s1 *, s0 *)으로 인코딩될 것이다.
t 시점의 신호 성분(s0, s1)은 이어서 전치 등화기(112)에서 송신 안테나들(TxAnt.0 ~ TxAnt.N-1) 각각으로 할당되기 위한 성분으로 나누어진다. 즉, 신호 성분(s0, s1)은 송신 안테나들(TxAnt.0 ~ TxAnt.N-1) 각각에 대응하는 성분으로 나누어지고, 그리고 신호 성분(s0, s1)은 채널 추정기(116)에 의해서 제공되는 채널 응답(hi)의 복소 공액(Complex Conjugate) 성분들과 곱해진다. 특히, 신호 성분(s0)은 수신기(120)의 수신 안테나(RxAnt.0)에 의해서 형성되는 채널 응답들(답(h0, h2, h4,…, h2N)의 복소 공액값들과 곱해진다. 신호 성분(s1)은 수신기(120)의 수신 안테나(RxAnt.1)에 의해서 형성되는 채널 응답들(답(h1, h3, h5,…, h2N -1)의 복소 공액값들과 곱해진다.
추정된 채널 응답의 복소 공액값과 곱해진 신호 성분(s0, s1)은 다시 각각의 송신 안테나별로 결합된다. 안테나별로 결합된 신호 성분들은 정규화 연산을 통해서 송신 전력을 일정하게 유지될 수 있다. 이러한 과정에서 t 시점에 각각의 송신 안테나들을 통해서 송신되는 신호들은 아래 수학식 1과 같다.
Figure pat00001
즉, 시점 t에서 송신 안테나들(TxAnt.0~TxAnt.N-1)로 송신 신호들(ν0, ν1, …, νN-1)가 제공된다. 여기서, 정규화 연산에 사용되는 U는 정규화 팩트(Normalizing factor)로 아래 수학식 2로 표현될 수 있다.
Figure pat00002
이어서, t+T 시점에 각각의 송신 안테나들(TxAnt.0 ~ TxAnt.N-1)을 통해서 송신되는 신호들은 아래 수학식 3과 같다.
Figure pat00003
즉, 시점 t+T에서 송신 안테나들(TxAnt.0~TxAnt.N-1)로 송신 신호들(νN, νN+1, …, ν2N-1)가 제공된다.
도 5는 시점 t에서 송신기 안테나들(TxAnt.0~TxAnt.N-1)로부터 수신 안테나들(RxAnt.0, RxAnt.1)로 전송되는 신호들을 보여주는 도면이다. 도 5를 참조하면, 이미 채널 추정 연산에 의해서 생성된 송신 신호들(ν0, ν1, …, ν2N-1)에는 추정에 대응하는 각 채널들의 응답이 곱해진다.
수신 안테나(RxAnt.0)를 통해서는 수신 신호(r0)가 수신될 것이다. 그리고 수신 안테나(RxAnt.1)를 통해서는 수신 신호(r1)가 수신될 것이다. 시점 t에서 수신기의 2개 안테나들(RxAnt.0, RxAnt.1)을 통해서 수신되는 신호들(r0, r1)은 아래 수학식 4로 표현될 수 있다.
Figure pat00004
여기서, n0, n1 은 시점 t에서 수신 안테나들(RxAnt.0, RxAnt.1)에 각각 부가되는 복소 잡음 성분이다.
도 6은 시점 t+T에서 송신 안테나들(TxAnt.0~TxAnt.N-1)로부터 수신 안테나들(RxAnt.0, RxAnt.1)로 전송되는 신호들을 보여주는 도면이다. 도 6을 참조하면, 이미 채널 추정 연산에 의해서 생성된 송신 신호들(νN, νN+1, …, ν2N-1)에는 추정에 대응하는 각 채널들의 응답이 곱해진다. 수신 안테나(RxAnt.0)를 통해서는 수신 신호(r2)가 수신될 것이다. 그리고 수신 안테나(RxAnt.1)를 통해서는 수신 신호(r3)가 수신될 것이다.
시점 t+T에서 수신기의 2개 안테나들(RxAnt.0, RxAnt.1)을 통해서 수신되는 신호들(r2, r3)은 아래 수학식 5 표현될 수 있다.
여기서, n2, n3 은 시점 t+T에서 수신 안테나들(RxAnt.0, RxAnt.1)에 각각 부가되는 복소 잡음 성분이다.
이상의 도 5 및 도 6에서 도시된 각 시점들(t, t+T)에 수신된 신호를 참조하여 수신기(120)는 송신 신호에 대한 결정 연산을 수행한다. 결정 연산을 수행 때, 수신기(120)는 단순히 수신 신호들의 덧셈 연산만으로도 충분히 원래 송신된 신호들을 복원할 수 있다.
STBC 디코더(121, 도 3 참조)에 의한 복호기 출력(s0', s1')은 각각 아래 수학식 6, 7 및 8로 표현될 수 있다.
Figure pat00006
Figure pat00007
Figure pat00008
상술한 수학식 7, 8을 참조하면, 결국 결정된 신호들(s0′, s1′) 각각은 원래 송신된 데이터(s0, s1) 각각의 함수로 나타남을 알 수 있다. 잡음 성분을 필터링하면, 결정된 신호들(s0′, s1′)의 값이 원래 송신된 데이터로 복원될 수 있음을 의미한다. 따라서, 큰 다이버시티 이득이 제공될 수 있음을 의미한다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 송신기(110)의 송신 방법을 간략히 보여주는 순서도이다. 도 7을 참조하면, 송신기(110)에서는 변조된 송신 데이터(s0, s1)가 제공되면, 시공간 블록 코딩에 의한 데이터 처리가 시작된다.
S110 단계에서, 채널 추정기(116, 도 2 참조)는 단말과 같은 수신기(120)로부터 전송된 신호를 이용하여, 채널 특성을 추정한다. 채널 추정기(116)는 송신 안테나들(TxAnt.0~TxAnt.N-1)과 수신 안테나들(RxAnt.0, RxAnt.1) 사이에서 발생되는 모든 채널들에 대한 응답(h0, h1, h2,…, h2N -1)을 구하게 될 것이다. 채널 추정기(116)는 구해진 응답들의 복소 공액(h0 *, h1 *, h2 *,…, h2N-1 *)을 취하여 전치 등화기(112)로 제공할 수 있다.
S120 단계에서, STBC 인코더(111)는 송신 데이터(s0, s1)를 이용하여 시공간 블록 코딩 방식으로 데이터를 인코딩한다. 2개의 송신 데이터(s0, s1)는 t 시점에서는 신호 성분(s0, s1)로 인코딩된다. 그리고 2개의 송신 데이터(s0, s1)는 t+T 시점에서는 신호 성분(-s1 *, s0 *)으로 인코딩될 것이다.
S130 단계에서, t 시점에 인코딩된 신호 성분(s0, s1)이 전치 등화기(112)에 의해서 필터링된다. 즉, 전치 등화기(112)에 의해서, 신호 성분(s0)은 수신기(120)의 수신 안테나(RxAnt.0)에 의해서 형성되는 채널 응답들(답(h0, h2, h4,…, h2N)의 복소 공액값들과 곱해진다. 신호 성분(s1)은 수신기(120)의 수신 안테나(RxAnt.1)에 의해서 형성되는 채널 응답들(답(h1, h3, h5,…, h2N -1)의 복소 공액값들과 곱해진다. 그러면, 각각의 송신 안테나들(TxAnt.0 ~ TxAnt.N-1)로 전달될 제 1 송신 신호들(ν0, ν1, …, νN-1)이 생성된다. 여기서, 정규화 연산이 추가적으로 시행될 수 있다.
S140 단계에서, 제 1 송신 신호들(νm = ν0, ν1, …, νN-1)은 송신 안테나들(TxAnt.0 ~ TxAnt.N-1)을 통해서 송신될 것이다.
S150 단계에서, t+T 시점에 인코딩된 신호 성분(-s1 *, s0 *)이 전치 등화기(112)에 의해서 필터링된다. 즉, 전치 등화기(112)에 의해서, 신호 성분(-s1 *)은 수신기(120)의 수신 안테나(RxAnt.0)에 의해서 형성되는 채널 응답들(답(hN, hN +2, hN+4,…, h2N -2)의 복소 공액값들과 곱해진다. 신호 성분(s0 *)은 수신기(120)의 수신 안테나(RxAnt.1)에 의해서 형성되는 채널 응답들(답(hN +1, hN +3, hN +5,…, h2N -1)의 복소 공액값들과 곱해진다. 그러면, 각각의 송신 안테나들(TxAnt.0 ~ TxAnt.N-1)로 전달될 제 2 송신 신호들(νn = νN, νN+1, …, ν2N-1)이 생성된다. 여기서, 정규화 연산이 추가적으로 시행될 수 있다.
S160 단계에서, 제 2 송신 신호들(νn = νN, νN+1, …, ν2N-1)은 송신 안테나들(TxAnt.0 ~ TxAnt.N-1)을 통해서 송신될 것이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 수신 방법을 보여주는 순서도이다. 도 8을 참조하여, 2개의 수신 안테나들(RxAnt.0, RxAnt.1)로부터 신호의 수신과 복호 방법이 설명될 것이다.
S210 단계에서, 수신 안테나들(RxAnt.0, RxAnt.1)로부터 t 시점에 제 1 수신 신호들(r0, r1)이 수신된다.
S220 단계에서, 수신 안테나들(RxAnt.0, RxAnt.1)로부터 t+T 시점에 제 2 수신 신호들(r2, r3)이 수신된다.
S230 단계에서, 제 1 수신 신호(r0, r1)와 제 2 수신 신호(r2, r3)의 덧셈 연산을 통하여 복호된다. 공간 다이버시티를 제공하기 위한 채널의 추정 및 등화 필터링 연산없이 STBC 복호가 이루어질 수 있다. 그러나 본 발명의 수신기(120)에서는 채널의 추정이나 등화기에 의한 필터링을 경유하지 않고 각각의 수신 안테나들(RxAnt.0, RxAnt.1)로부터 수신된 신호들을 직접 결합하여 원래의 송신 데이터(s0', s1')를 복호할 수 있다. 이러한 동작은 수학식 6 내지 수학식 8에서 상세히 설명되었다.
한편, 본 발명이 NX2 MIMO 채널 환경을 기반으로 설명되었으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명은 NX2 MIMO 채널 환경 이외에도 복수의 송신 안테나와 복수의 수신 안테나를 이용한 MIMO 채널 환경에서도 적용될 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시 예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (14)

  1. 무선 신호를 송수신하는 복수의 송신 안테나들;
    상기 복수의 송신 안테나들로부터 수신되는 신호로부터 채널 응답을 계산하는 채널 추정기;
    송신 데이터(s0, s1)를 시공간 블록 코딩 방식으로 처리하여 서로 다른 시점에 송신하기 위한 복수의 부호화 신호들로 출력하는 시공간 블록 인코더; 그리고
    상기 채널 응답을 참조하여 상기 부호화 신호들을 등화하여 상기 복수의 송신 안테나로 전달하는 전치 등화기를 포함하는 다중입력 다중출력(MIMO) 송신기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 시공간 블록 인코더는 상기 송신 데이터를 제 1 시점에 송신할 제 1 부호화 신호들(s0, s1)과, 제 2 시점에 송신할 제 2 부호화 신호들(-s1 *, s0 *)로 부호화하는 다중입력 다중출력(MIMO) 송신기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전치 등화기는 상기 복수의 부호화 신호들과 상기 채널 응답의 복소 공액값들을 곱하여 상기 복수의 송신 안테나들 단위로 결합하는 등화 연산을 수행하는 다중입력 다중출력(MIMO) 송신기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전치 등화기는 상기 복수의 송신 안테나들 중 어느 하나로 제공하기 위한 송신 신호를 생성하되, 상기 제 1 부호화 신호들(s0, s1) 중에서 제 1 성분(s0)에는 상기 어느 하나의 송신 안테나와 수신기에 포함되는 제 1 수신 안테나와의 사이에 형성되는 복수의 채널 응답들의 복소 공액을 곱하고, 제 2 성분(s1)에는 상기 어느 하나의 송신 안테나와 수신기에 포함되는 제 2 수신 안테나와의 사이에 형성되는 복수의 채널 응답들의 복소 공액을 곱하는 다중입력 다중출력(MIMO) 송신기.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 전치 등화기는 상기 복수의 송신 안테나들 중 어느 하나로 제공하기 위한 송신 신호를 생성하되, 상기 제 2 부호화 신호들(-s1 *, s0 *) 중에서 제 3 성분(-s1 *)에는 상기 어느 하나의 송신 안테나와 수신기에 포함되는 제 1 수신 안테나와의 사이에 형성되는 복수의 채널 응답들의 복소 공액을 곱하고, 제 4 성분( s0 *)에는 상기 어느 하나의 송신 안테나와 수신기에 포함되는 제 2 수신 안테나와의 사이에 형성되는 복수의 채널 응답들의 복소 공액을 곱하는 다중입력 다중출력(MIMO) 송신기.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수의 송신 안테나 단위로 결합된 신호에는 송신 전력을 일정하게 하기 위해 사용되는 정규화 팩터(Normalizing factor)를 적용하여 전송하는 다중입력 다중출력(MIMO) 송신기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 송신 안테나들로부터 수신되는 신호는 수신기로부터 제공되는 상향링크 무선 신호인 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력(MIMO) 송신기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 상향링크 무선 신호를 상기 채널 추정기로 제공하고, 상기 전치 등화기로부터 출력되는 등화된 상기 부호화 신호들은 상기 복수의 송신 안테나들로 전달하기 위한 스위치를 더 포함하는 다중입력 다중출력(MIMO) 송신기.
  9. 복수의 송신 안테나로부터 제공되는 송신된 복수의 신호들을 수신하기 위한 제 1 수신 안테나 및 제 2 수신 안테나;
    상기 수신된 복수의 신호들에 대해, 시공간 블록 코딩 방식으로 디코딩 처리하는 시공간 블록 디코더; 그리고
    상기 시공간 블록 디코더에 의해서 디코딩된 신호를 참조하여 송신 데이터(s0, s1)를 검출하는 검출기를 포함하는 다중입력 다중출력(MIMO) 수신기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 시공간 블록 디코더는 등화 연산 또는 채널 추정 연산 처리없이 상기 수신된 복수의 신호들의 산술연산을 통해서 디코딩하는 다중입력 다중출력(MIMO) 수신기.
  11. 복수의 송신 안테나들과 2개의 수신 안테나들 사이에 형성되는 채널 응답을 계산하는 단계;
    송신 데이터를 시공간 블록 코딩 방식으로 부호화하여 제 1 부호화 신호들(s0, s1)과 제 2 부호화 신호들(-s1 *, s0 *)을 생성하는 단계;
    상기 제 1 부호화 신호들(s0, s1)에 상기 채널 응답의 복소 공액을 곱하여 상기 복수의 송신 안테나들을 경유하여 송신하는 단계; 그리고
    상기 제 2 부호화 신호들(-s1 *, s0 *)에 상기 채널 응답의 복소 공액을 곱하여 상기 복수의 송신 안테나들을 경유하여 송신하는 단계를 포함하되, 상기 복수의 송신 안테나들은 적어도 3개 이상인 것을 특징으로 하는 송신 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 부호화 신호들(s0, s1) 또는 상기 제 2 부호화 신호들(-s1 *, s0 *)을 정규화하는 단계를 더 포함하는 송신 방법.
  13. 제 1 수신 안테나와 제 2 수신 안테나 각각을 통해서 제 1 수신 신호들(r0, r1)을 제 1 시점에 수신하는 단계;
    제 1 수신 안테나와 제 2 수신 안테나 각각을 통해서 제 2 수신 신호들(r2, r3)을 상기 제 1 시점과는 다른 제 2 시점에 수신하는 단계; 그리고
    상기 제 1 수신 신호들(r0, r1)과 제 2 수신 신호들(r2, r3) 각각에 대한 산술 연산을 통해서 시공간 블록 디코딩을 수행하는 단계를 포함하는 수신 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    제 1 송신 데이터(s0')는 상기 제 1 수신 신호들의 성분(r0)과 상기 제 2 수신 신호들의 성분 (r3)의 복소 공액을 더하여 구하고;
    제 2 송신 데이터(s1')는 상기 제 1 수신 신호들의 성분(r1)에서 상기 제 2 수신 신호들의 성분(r2)의 복소 공액을 차감하여 구하는 수신 방법.
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