KR20150104861A - 다중 안테나 시스템에서의 임베디드 비트열 전송을 위한 최적화 전송 장치 및 전송 방법 - Google Patents

다중 안테나 시스템에서의 임베디드 비트열 전송을 위한 최적화 전송 장치 및 전송 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나 시스템에서 비트열 전송을 위한 최적화 전송 장치는 비트 스트림을 복수의 패킷으로 패킷화 하는 패킷화부, 소정의 기준으로 배열된 복수의 패킷 각각을 코딩 또는 모듈레이션 하는 코딩-모듈레이션부, 코딩-모듈레이션부에서 출력된 복수의 패킷 각각을 개별적으로 제1 코딩 및 제2 코딩 중 어느 하나에 기초하여 공간-시간 코딩하는 방법에 대하여 시뮬레이션 한 결과에 기초하여 각 패킷에 대한 최적의 공간-시간 코딩 방법을 선택하고, 선택된 방법에 기초하여 복수의 패킷을 공간-시간 코딩하는 공간-시간 코딩부, 공간-시간 코딩 된 패킷에 기초한 신호를 전송하는 전송부를 포함한다.

Description

다중 안테나 시스템에서의 임베디드 비트열 전송을 위한 최적화 전송 장치 및 전송 방법{DEVICE AND METHOD FOR THE OPTIMAL TRANSMISSION OF EMBEDDED BITSTREAM IN THE MIMO SYSTEMS}
본 발명은 다중 안테나 시스템의 전송 장치 및 전송 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 다중 안테나 시스템에서 임베디드 비트열 전송을 위한 최적화된 공간-시간 코딩 방법을 제공하는 전송 장치 및 전송 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명을 위한 연구는 미래창조과학부 '범부처 Giga KOREA 사업' 및 한국연구재단의 '이공분야 기초연구사업 (2013R1A1A2065143)'의 일환으로 수행하였다.
통신 서비스의 보편화, 다양한 멀티미디어 서비스들의 등장 및 고품질 서비스의 출현 등 통신 서비스에 대한 요구가 급속히 증대되고 있다. 이러한 요구를 만족시키기 위해 다양한 무선 통신 기술들이 여러 분야에서 연구되고 있다.
차세대 무선 통신 시스템은 제한된 주파수 자원을 이용하여 고품질, 고용량 멀티미디어 데이터를 고속으로 전송할 수 있어야 한다. 대역폭이 제한된 무선 채널에서 이를 가능하게 하기 위해서는 주파수 효율을 극대화하면서 고속 전송시 발생하는 심벌 간 간섭 및 주파수 선택적 페이딩(frequency selective fading)을 극복해야만 한다. 또한 주파수 효율을 극대화하기 위해 다중 안테나를 이용한 MIMO(multiple input multiple output) 기술이 다양한 통신 시스템에서 채용되고 있다.
MIMO 기법은 크게 두 가지 목적으로 사용될 수 있다. 첫째로는 채널의 페이딩 환경으로 인한 성능감소를 줄이기 위해 다이버시티(diversity) 이득을 높이는 목적으로 이용될 수 있다. 둘째로는 동일한 주파수 대역에서 데이터 전송률을 올리는 목적으로 이용될 수 있다.
또한 최근에는 고속 통신을 위하여 대역폭이 확장되고 있는 추세에 따라 다중 안테나 시스템에서의 빠른 패킷 처리가 요구되고 있다. 따라서 빠른 패킷 처리를 위하여, 패킷을 코딩함에 있어서 최적의 코딩 방법을 빠른 시간에 선택할 수 있는 전송 장치 및 전송 방법이 요구되고 있다.
선행문헌1: 한국 공개특허: 제10-2009-0058578호(발명의 명칭: 다중 입력 다중 출력 시스템에서 직교 주파수 분할 다중화 신호들의 공간-시간 인코딩 및 디코딩을 위한 준 직교 공간-시간 블록 인코더, 디코더 및 방법들)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 빠른 시간에 최적의 코딩 방법을 찾아 빠른 시간에 패킷을 처리할 수 있는 다중 안테나 시스템에서의 임베디드 비트열 전송을 위한 최적화 전송 장치 및 전송 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나 시스템에서 비트열 전송을 위한 최적화 전송 장치는 비트 스트림을 복수의 패킷으로 패킷화 하는 패킷화부; 소정의 기준으로 배열된 복수의 패킷 각각을 코딩 또는 모듈레이션 하는 코딩-모듈레이션부; 상기 코딩-모듈레이션부에서 출력된 복수의 패킷 각각을 개별적으로 제1 코딩 및 제2 코딩 중 어느 하나에 기초하여 공간-시간 코딩하는 방법에 대하여 시뮬레이션 한 결과에 기초하여 각 패킷에 대한 최적의 공간-시간 코딩 방법을 선택하고, 선택된 방법에 기초하여 복수의 패킷을 공간-시간 코딩하는 공간-시간 코딩부; 및 공간-시간 코딩 된 패킷에 기초한 신호를 전송하는 전송부를 포함한다.
상기 공간-시간 코딩부는 복수의 패킷 수 + 1가지 방법에 대하여 시뮬레이션 할 수 있다.
상기 복수의 패킷 수 + 1가지 방법은 상기 복수의 패킷 각각을 순차적으로 제1 코딩 및 제2 코딩 중 어느 하나에 기초하여 공간-시간 코딩하는 경우, 특정 패킷을 제2 코딩에 기초하여 공간-시간 코딩하는 경우, 상기 특정 패킷 이후에 배열된 패킷에 대해서는 제2 코딩에 기초하여 공간-시간 코딩하는 방법을 포함할 수 있다.
상기 제1 코딩은 OSTBC(Orthogonal Space-Time Block codes)에 기초하고, 상기 제2 코딩은 SM(Spatial Multiplexing)에 기초할 수 있다.
상기 소정의 기준으로 배열된 복수의 패킷은 중요도가 큰 순서부터 순차적으로 배열될 수 있다.
상기 공간-시간 코딩부는 소정의 기준으로 배열된 복수의 패킷 중 뒤에 배치된 패킷 일수록 크거나 같은 타겟 아웃티지 확률(Target outage probability) 또는 타겟 비트 에러 레이트(Target bit error rate)에 기초하여 공간-시간 코딩을 할 수 있다.
상기 코딩-모듈레이션부는 배열된 복수의 패킷 중 뒤에 배치된 패킷일 수록 더 크거나 같은 전송 데이터 레이트(Transmission data rate)에 기초하여 코딩 또는 모듈레이션 할 수 있다.
상기 제1 코딩 및 상기 제2 코딩은 선형 리시버에 기초할 수 있다.
상기 제2 코딩은 제로 포싱(Zero-Forcing) 리시버에 기초할 수 있다.
상기 전송부는 멀티플렉서(Multiplexer)에 기초할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나 시스템에서 비트열 전송을 위한 최적화 전송 방법은 패킷화부가 비트 스트림을 복수의 패킷으로 패킷화 하는 단계; 코딩-모듈레이션부가 소정의 기준으로 배열된 복수의 패킷 각각을 코딩 또는 모듈레이션 하는 단계; 상기 코딩-모듈레이션부에서 출력된 복수의 패킷 각각을 개별적으로 제1 코딩 및 제2 코딩 중 어느 하나에 기초하여 공간-시간 코딩하는 방법에 대하여 시뮬레이션 하는 단계; 공간-시간 코딩부가 시뮬레이션 결과에 기초하여 각 패킷에 대한 최적의 공간-시간 코딩 방법을 선택하는 단계; 공간-시간 코딩부가 선택된 방법에 기초하여 복수의 패킷을 공간-시간 코딩하는 단계; 및 전송부가 공간-시간 코딩된 패킷에 기초한 신호를 전송하는 단계를 포함한다.
상기 코딩-모듈레이션부에서 출력된 복수의 패킷 각각을 개별적으로 제1 코딩 및 제2 코딩 중 어느 하나에 기초하여 공간-시간 코딩하는 방법에 대하여 시뮬레이션 하는 단계는 상기 공간-시간 코딩부가 복수의 패킷 수 + 1가지 방법에 대하여 시뮬레이션 할 수 있다.
상기 복수의 패킷 수 + 1가지 방법은 상기 복수의 패킷 각각을 순차적으로 제1 코딩 및 제2 코딩 중 어느 하나에 기초하여 공간-시간 코딩하는 경우, 특정 패킷을 제2 코딩에 기초하여 공간-시간 코딩하는 경우, 상기 특정 패킷 이후에 배열된 패킷에 대해서는 제2 코딩에 기초하여 공간-시간 코딩하는 방법을 포함할 수 있다.
상기 제1 코딩은 OSTBC(Orthogonal Space-Time Block codes)에 기초하고, 상기 제2 코딩은 SM(Spatial Multiplexing)에 기초할 수 있다.
상기 소정의 기준으로 배열된 복수의 패킷은 중요도가 큰 순서부터 순차적으로 배열될 수 있다.
상기 공간-시간 코딩부는 소정의 기준으로 배열된 복수의 패킷 중 뒤에 배치된 패킷 일수록 크거나 같은 타겟 아웃티지 확률(Target outage probability) 또는 타겟 비트 에러 레이트(Target bit error rate)에 기초하여 공간-시간 코딩을 할 수 있다.
상기 코딩-모듈레이션부가 소정의 기준으로 배열된 복수의 패킷 각각을 코딩 또는 모듈레이션 하는 단계는 상기 코딩-모듈레이션부가 배열된 복수의 패킷 중 뒤에 배치된 패킷일 수록 더 크거나 같은 전송 데이터 레이트(Transmission data rate)에 기초하여 코딩 또는 모듈레이션 할 수 있다.
상기 제1 코딩 및 상기 제2 코딩은 선형 리시버에 기초할 수 있다.
상기 제2 코딩은 제로 포싱(Zero-Forcing) 리시버에 기초할 수 있다.
상기 전송부는 멀티플렉서(Multiplexer)에 기초할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 각 패킷의 공간-시간 코딩 방법에 대한 모든 경우를 시뮬레이션 하지 않고, 패킷의 수+1가지 방법에 대해서만 시뮬레이션하고도 최적의 공간-시간 코딩 방법을 찾을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전송 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전송 방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 첫번째 패킷(1st packet)에서 OSTBC 및 SM에 기초하여 공간-시간 코딩할 경우 SNR 및 아웃티지 확률(Outage Probability)을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 두번째 패킷(2nd packet) 에서 OSTBC 및 SM에 기초하여 공간-시간 코딩할 경우 SNR 및 아웃티지 확률(Outage Probability)을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배열된 패킷에 대하여 코딩하는 방법을 도시한 도면이다.
도 6은 2x4 MIMO 시스템에서 OSTBC 및 SM에 기초하여 공간-시간 코딩할 경우의 SNR 및 아웃티지 확률을 나타낸 도면이다.
도 7은 2x4 MIMO 시스템에서 OSTBC 및 SM에 기초하여 공간-시간 코딩할 경우의 SNR 및 BER을 나타낸 도면이다.
도 8은 3x3 MIMO 시스템에서 OSTBC 및 SM에 기초하여 공간-시간 코딩할 경우의 SNR 및 아웃티지 확률을 나타낸 도면이다.
도 9는 3x3 MIMO 시스템에서 OSTBC 및 SM에 기초하여 공간-시간 코딩할 경우의 SNR 및 BER을 나타낸 도면이다.
도 10 및 도 11은 공간-시간 코딩부의 공간-시간 코딩 결과를 도시한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 전송 장치 및 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전송 장치의 블록도이다.
본 발명의 실시예에 따른 전송 장치는 패킷화부(100), 코딩 -모듈레이션부(200), 공간-시간 코딩부(300) 및 전송부(400)를 포함한다. 그러나 도 1에 도시된 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 전송 장치가 구현될 수도 있다.
다음은 전송 장치의 각 구성요소에 대하여 설명하겠다.
본 발명의 실시예에 따른 패킷화부(100)는 프로그레시브 소스 비트스트림(Progressive source bitstreem)을 입력으로 받아 복수의 패킷으로 패킷화(Packetizing)한다. 본 발명의 실시예에 따른 패킷화부(100)는 입력을 NP개로 패킷화 할 수도 있다. 본 발명의 실시예에 따른 패킷화부(100)는 임베디드 비트열 (Embedded bitstream)을 입력으로 받아 복수의 패킷으로 패킷화(Packetizing)할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 코딩-모듈레이션부(200)는 복수의 패킷 각각을 입력으로 받아 코딩(Coding) 또는 모듈레이션(Modulation)한다. 본 발명의 실시예에 따른 코딩-모듈레이션부(200)는 각각의 패킷을 각각의 전송 데이터 레이트(Transmission data rate)에 기초하여 코딩(Coding) 또는 모듈레이션(Modulation)한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 코딩-모듈레이션부(200)는 소정의 기준으로 배열된 패킷을 코딩 또는 모듈레이션한다. 본 발명의 실시예에 따르면 배열된 패킷 중 뒤에 배열된 패킷일 수록 중요도(importance)가 떨어질 수도 있다. 또한 코딩-모듈레이션부(200)는 배열된 복수의 패킷 중 뒤에 배치된 패킷일 수록 더 크거나 같은 전송 데이터 레이트(Transmission data rate)에 기초하여 코딩 또는 모듈레이션할 수도 있다.
본 명세서에서는 소정의 기준으로 배열된 NP개의 패킷을 첫번째 패킷(1st packet), 두번째 패킷(2nd packet), ... , NP번째 패킷(NP packet)으로 하여 설명한다. 그리고 첫번째 패킷(1st packet), 두번째 패킷(2nd packet), ... ,NP번째 패킷(NP packet)에 대응되는 전송 데이터 레이트(Transmission data rate)를 R1, R2, ... , RNP-1, RNP)로 하여 설명하겠다.
본 발명의 실시예에 따른 공간-시간 코딩부(300)는 패킷을 공간-시간 코딩한다. 본 발명의 실시예에 따른 공간-시간 코딩부(300)는 코딩-모듈레이션부(200)에 의해 코딩 또는 모듈레이션 된 패킷을 공간-시간 코딩(Space-time coding) 할 수도 있다. 공간-시간 코딩부(300)는 각 패킷을 제1 코딩 및 제2 코딩 중 어느 하나로 공간-시간 코딩할 수 있다. 또한 본 발명의 실시예에 따른 공간-시간 코딩부(300)는 소정의 기준으로 배열된 복수의 패킷 각각을 제1 코딩 또는 제2 코딩에 기초하여 공간-시간 코딩하는 방법에 대하여 시뮬레이션 할 수도 있다. 또한 공간-시간 코딩부(300)는 시뮬레이션 결과에 기초하여 최적의 공간-시간 코딩 방법을 선택할 수 있다. 또한 공간-시간 코딩부(300)는 선택된 방법에 기초하여 복수의 패킷을 공간-시간 코딩할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 제1 코딩은 OSTBC(Orthogonal Space-Time Block codes)에 기초할 수 있다. 또한 본 발명의 실시예에 따른 제2 코딩은 SM(Spatial Multiplexing)에 기초할 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 제1 코딩 및 제2 코딩은 다른 방식에 기초한 경우에도 적용 가능하다. 그러나 이하에서는 제1 코딩이 OSTBC에 기초하고, 제2 코딩이 SM에 기초한 것으로 하여 설명하겠다.
또한 OSTBC 및 SM은 선형(Linear) 리시버에 기초할 수도 있다. 또한 SM은 제로 포싱(Zero Forcing) 리시버에 기초할 수도 있다. 선형 리시버는 비선형(Non Linear) 리시버보다 복잡성이 낮아서 더 빠르게 데이터를 처리할 수 있다. 따라서 통신시스템에서 대역폭이 증가하고, 처리하는 데이터가 증가할 수록 선형 리시버가 비선형 데이터보다 다량의 데이터를 처리함에 있어서 유리하다.
이하에서는 SM은 제로 포싱 리시버에 기초한 것으로 하여 설명하겠다. 또한 OSTBC 및 SM이 선형 리시버에 기초한 것으로 하여 설명하겠다.
본 발명의 실시예에 따른 공간-시간 코딩부(300)는 각각의 패킷을 각각 다른 방식으로 공간-시간 코딩할 수 있다. 또한 공간-시간 코딩부(300)는 각각의 패킷을 어떠한 방식으로 각각 공간-시간 코딩하는 경우가 최적의 결과를 낼 수 있는 지를 판단할 수 있다.
공간-시간 코딩부(300)는 복수의 패킷 각각을 제1 코딩 및 제2 코딩 중 어느 하나에 기초하여 공간-시간 코딩하는 모든 방법에 대하여 시뮬레이션 하지 않고, 패킷의 수(NP)+1가지 방법에 대하여만 시뮬레이션 한다. 본 발명의 실시예에 따르면 공간-시간 코딩부(300)는 이 때 패킷의 수(NP)+1개의 방법을 셋(Set)으로 생성할 수도 있다. 공간-시간 코딩부(300)가 패킷의 수(NP)+1개의 공간-시간 코딩 방법에 대하여만 시뮬레이션 하는 것에 대해서는 뒤에서 상세하게 설명하겠다. 본 발명의 실시예에 따른 전송부(400)는 공간-시간 코딩부(300)의 출력에 기초하여 신호를 전송한다. 전송부(400)는 멀티플렉서(Multiplexer)에 기초하여 신호를 전송할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 전송부(400)는 복수의 안테나(미도시)를 포함할 수도 있으며, 각각의 안테나마다 서로 다른 신호를 전송할 수도 있다.
다음은 도 2 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전송 방법을 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전송 방법의 흐름도이다.
패킷화부(100)는 프로그레시브 소스 비트 스트림(Progressive source bitstreem)을 입력으로 받아 복수의 패킷(NP개)으로 패킷화(Packetizing)한다(S101).
본 발명의 실시예에 따른 코딩-모듈레이션부(200)는 복수의 패킷 각각을 입력으로 받아 코딩(Coding) 또는 모듈레이션(Modulation) 한다(S103).
본 발명의 실시예에 따른 코딩-모듈레이션부(200)는 각각의 패킷을 각각의 전송 데이터 레이트(Transmission data rate)에 기초하여 코딩(Coding) 또는 모듈레이션(Modulation)한다. 배열된 패킷에서 인접한 두 패킷 중 뒤에 있는 패킷에 대응되는 전송 데이터 레이트는 앞에 있는 패킷에 대응되는 전송 데이터 레이트 보다 크거나 같을 수 있다. 예를 들어 설명하면, 두번째 패킷(2nd packet)에 대응되는 전송 데이터 레이터(R2)는 첫번째 패킷(1st packet)에 대응되는 전송 데이터 레이터(R1)보다 크거나 같을 수 있다. 또한 NP번째 패킷(NPth packet)에 대응되는 전송 데이터 레이터(RNp)보다 NP+1번째 패킷(NP+1th packet)에 대응되는 전송 데이터 레이터(RNp+1)보다 크거나 같을 수 있다.
공간-시간 코딩부(300)는 복수의 패킷에 대한 공간-시간 코딩을 패킷의 수(NP)+1가지 방법으로 시뮬레이션 한다(S105). 공간-시간 코딩부(300)는 코딩(Coding) 또는 모듈레이션 된 복수의 패킷에 대한 공간-시간 코딩을 패킷의 수(NP)+1가지 방법으로 시뮬레이션 할 수도 있다.
공간-시간 코딩부(300)는 공간-시간 코딩함에 있어서, 제1 코딩 또는 제2 코딩할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 제1 코딩은 OSTBC(Orthogonal Space-Time Block codes)에 기초할 수 있다. 또한 제2 코딩은 SM(Spatial Multiplexing)에 기초할 수 있다.
공간-시간 코딩부(300)는 각 패킷을 공간-시간 코딩하는 모든 방법에 대하여 시뮬레이션 하지 않고, 패킷의 수(NP)+1가지 방법에 대하여만 시뮬레이션 한다. 본 발명의 실시예에 따르면 공간-시간 코딩부(300)는 이 때 패킷의 수(NP)+1가지의 공간-시간 코딩 방법 셋(Set)을 생성할 수도 있다.
하나의 패킷을 공간-시간 코딩하는 방법은 제1 코딩 및 제2 코딩 중 한가지 방법을 이용하게 되므로, NP개의 패킷을 공간-시간 코딩하는 방법에 대한 모든 경우는 2Np가지가 된다. 그러나 본 발명은 모든 경우에 대하여 시뮬레이션하지 않고, 패킷의 수(NP)+1가지 방법에 대하여만 시뮬레이션 한다.
다음은 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명이 모든 경우에 대하여 시뮬레이션하지 않고, 패킷의 수(NP)+1가지 방법에 대하여만 시뮬레이션 하여도 최적의 결과를 얻을 수 있는 이유를 설명하겠다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 첫번째 패킷(1st packet)에서 OSTBC 와 SM으로 공간-시간 코딩할 경우 SNR 및 아웃티지 확률(Outage Probability)을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 두번째 패킷(2nd packet) 에서 OSTBC 와 SM으로 공간-시간 코딩할 경우 SNR 및 아웃티지 확률(Outage Probability)을 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에 따르면 공간-시간 코딩부(300)는 배열된 각각의 패킷을 각각의 타겟 아웃티지 확률(Target Outage Probability)로 공간-시간 코딩할 수도 있다. 이때, 배열된 패킷 중 인접한 두 패킷에 대하여 뒤에 있는 패킷에 대한 타겟 아웃티지 확률은 앞에 있는 패킷에 대한 타켓 아웃티지 확률 보다 크거나 같다. 그것은 배열된 패킷 중 뒤에 있는 패킷일 수록 중요도가 떨어지기 때문이다.
도 3 및 도 4를 참조하면 R2에 기초한 패킷에 대하여, OSTBC에 기초하여 공간-시간 코딩할 경우의 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR) 및 아웃티지 확률(Outage Probability)에 대한 그래프와, SM에 기초하여 공간-시간 코딩할 경우의 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR) 및 아웃티지 확률에 대한 그래프의 교차점(이하 R2의 교차점이라고 함)은
R1에 기초한 패킷에 대하여, OSTBC에 기초하여 공간-시간 코딩할 경우의 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR) 및 아웃티지 확률에 대한 그래프와, SM에 기초하여 공간-시간 코딩할 경우의 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR) 및 아웃티지 확률에 대한 그래프의 교차점(이하 R1의 교차점이라고 함)에 비하여 감소하게 된다.
또한 도3 및 도 4를 참조하면 R2의 교차점에서의 신호대잡음비(
Figure pat00001
)는 R1의 교차점에서의 신호대잡음비(
Figure pat00002
)보다 크고, R2의 교차점에서의 아웃티지 확률(
Figure pat00003
)은 R1의 교차점에서의 아웃티지 확률(
Figure pat00004
)작다.
R2의 교차점에서의 아웃티지 확률(
Figure pat00005
)은 R1의 교차점에서의 아웃티지 확률(
Figure pat00006
)보다 작은 이유는 패킷이 더 큰 데이터 레이트에 기초할 수록, 아웃티지 확률(
Figure pat00007
)은 작아지기 때문이다.
R2의 교차점에서의 신호대잡음비(
Figure pat00008
)는 R1의 교차점에서의 신호대잡음비(
Figure pat00009
)보다 큰 이유는 패킷이 더 큰 데이터 레이트에 기초할 수록, 신호대잡음비(
Figure pat00010
)는 커지기 때문이다.
또한 도 3 및 도 4를 참조하면, 배열된 패킷에서 뒤쪽의 패킷 일수록 대응되는 데이터 레이트가 커지거나 같을 수 있기 때문에, 뒤쪽의 패킷을 OSTBC에 기초하여 공간-시간 코딩할 경우의 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR) 및 아웃티지 확률에 대한 그래프와, SM에 기초하여 공간-시간 코딩 할 경우의 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR) 및 아웃티지 확률에 대한 그래프의 교차점의 위치는 그래프에서 점차 낮아지게 된다. 또한 배열된 패킷에서 뒤쪽의 패킷 일수록 그래프의 교차점에서의 신호대잡음비는 커지고 아웃티지 확률은 감소하게 된다.
또한 도 3 및 도 4를 참조하면, 공간-시간 코딩부(300)가 타겟 아웃티지 확률(
Figure pat00011
)로 공간-시간 코딩할 때, 각 교차점(R1 및 R2의)의 아웃티지 확률(
Figure pat00012
)보다 타겟 아웃티지 확률이 클 경우는 OSTBC에 기초하여 공간-시간 코딩하는 것이 SM에 기초하여 공간-시간 코딩하는 것이 더 좋다.
반면에 각 교차점(R1 및 R2의)의 아웃티지 확률(
Figure pat00013
)보다 타겟 아웃티지 확률이 작을 경우는 SM에 기초하여 공간-시간 코딩하는 것이 OSTBC에 기초하여 공간-시간 코딩하는 것이 더 좋다.
각 교차점(R1 및 R2의)의 아웃티지 확률(
Figure pat00014
)보다 타겟 아웃티지 확률이 클 경우는 OSTBC에 기초하여 공간-시간 코딩하는 것이 SM에 기초하여 공간-시간 코딩하는 것 보다 더 작은 신호대잡음비로도 타겟 아웃티지 확률에 도달할 있기 때문이다.
또한 각 교차점(R1 및 R2의)의 아웃티지 확률(
Figure pat00015
)보다 타겟 아웃티지 확률이 작을 경우는 SM에 기초하여 공간-시간 코딩하는 것이 OSTBC에 기초하여 공간-시간 코딩하는 것 보다 더 작은 신호대잡음비로도 타겟 아웃티지 확률에 도달할 수 있기 때문이다.
배열된 패킷 중 뒤에 있는 패킷일 수록 중요도가 떨어지기 때문에, 공간-시간 코딩부(300)는 배열된 패킷 중 뒤에 있는 패킷일 수록 더 높거나 같은 타겟 아웃티지 확률로 공간-시간 코딩한다.
종합하면, 타겟 아웃티지 확률은 배열된 패킷 중 뒤에 있는 패킷에 대한 것 일 수록 커지는 양상을 띄게 되고, OSTBC에 기초하여 공간-시간 코딩할 경우의 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR) 및 아웃티지 확률에 대한 그래프와, SM에 기초하여 공간-시간 코딩할 경우의 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR) 및 아웃티지 확률에 대한 그래프의 교차점은 그래프상 점점 낮게 위치된다.
따라서 타겟 아웃티지 확률(
Figure pat00016
)이 교차점의 아웃티지 확률(
Figure pat00017
)보다 커지는 패킷부터는 SM에 기초하여 공간-시간 코딩하는 것이 OSTBC에 기초하여 공간-시간 코딩하는 것 보다 유리하다.
이러한 사정을 고려해봤을 때, 공간-시간 코딩부(300)가 각 패킷에 대하여 최적의 공간-시간 코딩 방법을 구하기 위한 시뮬레이션을 할 때, 배열된 각 패킷에 대하여 순차적으로 OSTBC에 기초하여 공간-시간 코딩하다가 어느 특정 패킷부터 순차적으로 SM에 기초하여 공간-시간 코딩하는 경우, 최초 SM에 기초하여 공간-시간 코딩 된 패킷뒤에 배열된 패킷을 다시 OSTBC에 기초하여 공간-시간 코딩하는 방법은 시뮬레이션 하지 않는다. 또한 배열된 모든 패킷에 대하여 SM에 기초하여 공간-시간 코딩하는 방법을 제외하고, 배열된 패킷 중 첫번째 패킷을 SM에 기초하여 공간-시간 코딩하는 방법은 시뮬레이션 하지 않는다.
배열된 패킷 중 최초로 SM에 기초하여 공간-시간 코딩 된 패킷 이후에 배열된 패킷은 SM에 기초하여 공간-시간 코딩하는 것이 OSTBC로 공간-시간 코딩하는 것보다 좋기 때문이다. 또한 배열된 패킷 중 첫번째 패킷을 SM으로 코딩하는 경우 마지막까지 패킷까지 SM에 기초하여만 코딩한다.
즉 복수의 패킷 각각을 순차적으로 OSTBC 및 SM 중 어느 하나에 기초하여 공간-시간 코딩함에 있어서, 특정 패킷을 SM에 기초하여 공간-시간 코딩하는 경우, 최초 SM에 기초하여 공간-시간 코딩 된 패킷 이후에 배열된 패킷에 대해서는 SM에 기초하여 공간-시간 코딩한다.
따라서 공간-시간 코딩부(300)는 배열된 패킷에 대하여 코딩하는 방법에 대하여 도 5와 같이 NP+1가지의 공간-시간 코딩 방법만 고려하면 된다. 이때 공간-시간 코딩부(300)는 배열된 패킷에 대하여 코딩하는 NP+1가지 방법에 대하여 셋(Set)을 생성할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배열된 패킷에 대하여 코딩하는 방법을 도시한 도면이다.
이상에서 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한 내용은 아웃티지 확률(
Figure pat00018
) 대신에 비트 에러 레이트(Bit Error Rate, BER)를 적용한 경우에도 동일하게 적용된다. 또한 타겟 아웃티지 확률 대신 타겟 비트 에러 레이트를 적용한 경우에도 동일하게 적용된다.
도 6 내지 도 9를 참조하여 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한 내용이 아웃티지 확률(
Figure pat00019
) 대신에 비트 에러 레이트(Bit Error Rate, BER)를 적용한 경우에도 동일하게 적용됨을 설명한다.
도 6은 2x4 MIMO 시스템에서 OSTBC 및 SM에 기초하여 공간-시간 코딩할 경우의 SNR 및 아웃티지 확률을 나타낸 도면이다.
도 7은 2x4 MIMO 시스템에서 OSTBC 및 SM에 기초하여 공간-시간 코딩할 경우의 SNR 및 BER을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면 데이터 레이트(R)가 6,8 및 10으로 증가할 수록, OSTBC 및 SM의 SNR은 증가하고, 아웃티지 확률은 감소함을 알 수 있다.
도 7을 참조하면, 데이터 레이트(R)가 6,8 및 10으로 증가할 수록, OSTBC 및 SM의 SNR은 증가하고, 비트 에러 레이트는 감소함을 알 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 아웃티지 확률 대신 비트 에러 레이트를 타겟 아웃티지 확률 대신 타겟 비트 에러 레이트를 적용한 경우에도 비슷한 형상의 그래프가 형성됨을 알 수 있다.
도 8은 3x3 MIMO 시스템에서 OSTBC 및 SM에 기초하여 공간-시간 코딩할 경우의 SNR 및 아웃티지 확률을 나타낸 도면이다.
도 9는 3x3 MIMO 시스템에서 OSTBC 및 SM에 기초하여 공간-시간 코딩할 경우의 SNR 및 BER을 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면 데이터 레이트(R)가 6,9 및 12로 증가할 수록, OSTBC 및 SM의 SNR은 증가하고, 아웃티지 확률은 감소함을 알 수 있다.
도 9를 참조하면, 데이터 레이트(R)가 6,9 및 12로 증가할 수록, OSTBC 및 SM의 SNR은 증가하고, 비트 에러 레이트는 감소함을 알 수 있다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 아웃티지 확률 대신 비트 에러 레이트를 적용한 경우에도 비슷한 형상의 그래프가 형성됨을 알 수 있다.
또한 데이터 레이트(R)이 증가할 수록, OSTBC 및 SM의 SNR은 증가하고, 아웃티지 확률 및 비트 에러 레이트는 감소함을 알 수 있다.
다시 도 2를 설명한다.
공간-시간 코딩부(300)는 시뮬레이션 결과에 기초하여 최적의 공간-시간 코딩 방법을 선택한다(S107).
공간-시간 코딩부(300)는 배열된 패킷에 대하여 코딩하는 NP+1가지 방법 중 최적의 공간-시간 코딩 방법을 선택한다.
선택된 공간-시간 코딩 방법에 기초하여, 각각의 패킷을 공간-시간 코딩한다(S109).
전송부(400)는 공간-시간 코딩 된 패킷에 기초하여 신호를 전송한다(S111).
다음은 도 10 및 도 11을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 전송 방법의 효과를 설명한다.
도 10 및 도 11은 공간-시간 코딩부의 공간-시간 코딩 결과를 도시한 도면이다.
도 10 및 도 11에서 Optimal code set은 본 발명의 실시예에 따라 패킷의 수(NP)+1번만 시뮬레이션한 결과에서 선택된 최적의 공간-시간 코딩 방법에 기초한 코딩 결과를 나타낸다. 또한 Optimal code set은 NP개의 패킷을 공간-시간 코딩하는 모든 경우에 대하여 시뮬레이션한 결과에서 선택된 최적의 공간-시간 코딩 방법에 기초한 코딩 결과를 나타낼 수도 있다.
도 10 및 도 11을 참조하면 양 측의 코딩 결과가 같음을 알 수 있다. 그러나 본 발명의 실시예에 따르면, 모든 경우에 대하여 시뮬레이션하지 않고, 패킷의 수(NP)+1번만 시뮬레이션 하므로 모든 경우를 시뮬레이션 하는 경우보다, 데이터의 처리 속도가 빠르다. 결국 본 발명의 실시예에 따른 공간-시간 코딩부(300)는 모든 경우에 대하여 시뮬레이션하는 경우보다 2Np /(NP+1)의 이득을 얻을 수 있다.
도 10 또는 도 11에서 Second best code set은 패킷을 공간-시간 코딩하는 모든 방법 중 두번째로 좋은 방법에 기초한 코딩 결과를 나타낸다. 또한 75th percentile code set은 패킷을 공간-시간 코딩하는 모든 방법 중 75퍼센테일에 해당하는 방법에 기초하여 코딩 하였을 때 평균값을 나타낸다. 또한 50th percentile code set은 패킷을 공간-시간 코딩하는 모든 방법 중 50퍼센테일에 해당하는 방법에 기초하여 코딩 하였을 때 평균값을 나타낸다. 또한 Worst code set은 패킷을 공간-시간 코딩하는 모든 방법 중 가장 안 좋은 방법에 기초한 코딩 결과를 나타낸다.
도 10 또는 도 11을 참조하면, 최적의 공간-시간 코딩 방법에 기초하여 공간-시간 코딩하는 것이, 다른 방법으로 공간-시간 코딩하는 것보다 더 좋은 효과를 보임을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 패킷화부 200: 코딩-모듈레이션부
300: 공간-시간 코딩부 400: 전송부

Claims (20)

  1. 다중 안테나 시스템에서 비트열 전송을 위한 최적화 전송 장치에 있어서,
    비트 스트림을 복수의 패킷으로 패킷화 하는 패킷화부;
    소정의 기준으로 배열된 복수의 패킷 각각을 코딩 또는 모듈레이션 하는 코딩-모듈레이션부;
    상기 코딩-모듈레이션부에서 출력된 복수의 패킷 각각을 개별적으로 제1 코딩 및 제2 코딩 중 어느 하나에 기초하여 공간-시간 코딩하는 방법에 대하여 시뮬레이션 한 결과에 기초하여 각 패킷에 대한 최적의 공간-시간 코딩 방법을 선택하고, 선택된 방법에 기초하여 복수의 패킷을 공간-시간 코딩하는 공간-시간 코딩부; 및
    공간-시간 코딩 된 패킷에 기초한 신호를 전송하는 전송부를 포함하는 전송 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공간-시간 코딩부는 복수의 패킷 수 + 1가지 방법에 대하여 시뮬레이션 하는 전송 장치
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 패킷 수 + 1가지 방법은
    상기 복수의 패킷 각각을 순차적으로 제1 코딩 및 제2 코딩 중 어느 하나에 기초하여 공간-시간 코딩하는 경우, 특정 패킷을 제2 코딩에 기초하여 공간-시간 코딩하는 경우, 상기 특정 패킷 이후에 배열된 패킷에 대해서는 제2 코딩에 기초하여 공간-시간 코딩하는 방법을 포함하는 전송 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 코딩은 OSTBC(Orthogonal Space-Time Block codes)에 기초하고, 상기 제2 코딩은 SM(Spatial Multiplexing)에 기초하는 전송 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 소정의 기준으로 배열된 복수의 패킷은 중요도가 큰 순서부터 순차적으로 배열된 전송 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 공간-시간 코딩부는 소정의 기준으로 배열된 복수의 패킷 중 뒤에 배치된 패킷 일수록 크거나 같은 타겟 아웃티지 확률(Target outage probability) 또는 타겟 비트 에러 레이트(Target bit error rate)에 기초하여 공간-시간 코딩을 하는 전송 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 코딩-모듈레이션부는 배열된 복수의 패킷 중 뒤에 배치된 패킷일 수록 더 크거나 같은 전송 데이터 레이트(Transmission data rate)에 기초하여 코딩 또는 모듈레이션 하는 전송 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 코딩 및 상기 제2 코딩은 선형 리시버에 기초하는 전송 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 코딩은 제로 포싱(Zero-Forcing) 리시버에 기초하는 전송 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전송부는 멀티플렉서(Multiplexer)에 기초하는 전송 장치.
  11. 다중 안테나 시스템에서 비트열 전송을 위한 최적화 전송 방법에 있어서,
    패킷화부가 비트 스트림을 복수의 패킷으로 패킷화 하는 단계;
    코딩-모듈레이션부가 소정의 기준으로 배열된 복수의 패킷 각각을 코딩 또는 모듈레이션 하는 단계;
    상기 코딩-모듈레이션부에서 출력된 복수의 패킷 각각을 개별적으로 제1 코딩 및 제2 코딩 중 어느 하나에 기초하여 공간-시간 코딩하는 방법에 대하여 시뮬레이션 하는 단계;
    공간-시간 코딩부가 시뮬레이션 결과에 기초하여 각 패킷에 대한 최적의 공간-시간 코딩 방법을 선택하는 단계;
    공간-시간 코딩부가 선택된 방법에 기초하여 복수의 패킷을 공간-시간 코딩하는 단계; 및
    전송부가 공간-시간 코딩된 패킷에 기초한 신호를 전송하는 단계를 포함하는 전송 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 코딩-모듈레이션부에서 출력된 복수의 패킷 각각을 개별적으로 제1 코딩 및 제2 코딩 중 어느 하나에 기초하여 공간-시간 코딩하는 방법에 대하여 시뮬레이션 하는 단계는
    상기 공간-시간 코딩부가 복수의 패킷 수 + 1가지 방법에 대하여 시뮬레이션 하는 전송 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 패킷 수 + 1가지 방법은
    상기 복수의 패킷 각각을 순차적으로 제1 코딩 및 제2 코딩 중 어느 하나에 기초하여 공간-시간 코딩하는 경우, 특정 패킷을 제2 코딩에 기초하여 공간-시간 코딩하는 경우, 상기 특정 패킷 이후에 배열된 패킷에 대해서는 제2 코딩에 기초하여 공간-시간 코딩하는 방법을 포함하는 전송 방법
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1 코딩은 OSTBC(Orthogonal Space-Time Block codes)에 기초하고, 상기 제2 코딩은 SM(Spatial Multiplexing)에 기초하는 전송 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 소정의 기준으로 배열된 복수의 패킷은 중요도가 큰 순서부터 순차적으로 배열된 전송 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 공간-시간 코딩부는 소정의 기준으로 배열된 복수의 패킷 중 뒤에 배치된 패킷 일수록 크거나 같은 타겟 아웃티지 확률(Target outage Probability) 또는 타겟 비트 에러 레이트(Target bit error rate)에 기초하여 공간-시간 코딩을 하는 전송 방법.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 코딩-모듈레이션부가 소정의 기준으로 배열된 복수의 패킷 각각을 코딩 또는 모듈레이션 하는 단계는
    상기 코딩-모듈레이션부가 배열된 복수의 패킷 중 뒤에 배치된 패킷일 수록 더 크거나 같은 전송 데이터 레이트(Transmission data rate)에 기초하여 코딩 또는 모듈레이션 하는 전송 방법.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 제1 코딩 및 상기 제2 코딩은 선형 리시버에 기초하는 전송 방법.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 제2 코딩은 제로 포싱(Zero-Forcing) 리시버에 기초하는 전송 방법.
  20. 제11항에 있어서,
    상기 전송부는 멀티플렉서(Multiplexer)에 기초하는 전송 방법.
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