KR20180089263A - 다중 입출력 안테나 통신 시스템에서 전송 효율을 향상시키기 위한 통신 장치 및 방법 - Google Patents

다중 입출력 안테나 통신 시스템에서 전송 효율을 향상시키기 위한 통신 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중 입출력 안테나 통신 시스템에서 전송 효율을 향상시키기 위한 통신 장치 및 방법에 관한 것이다. 이러한 본 명세서는 적어도 하나의 활성 안테나를 포함하는 복수의 송신 안테나 및 입력 데이터 비트를 적어도 하나의 활성 안테나와 적어도 하나의 변조 심볼의 조합(이하 안테나-심볼 조합이라 함)에 맵핑하고, 상기 맵핑에 기반하여 상기 적어도 하나의 변조 심볼을 생성하며, 상기 적어도 하나의 활성 안테나를 통해 상기 적어도 하나의 변조 심볼 또는 적어도 하나의 영 벡터를 전송하는 프로세서를 포함하는, 송신 장치를 제공한다.

Description

다중 입출력 안테나 통신 시스템에서 전송 효율을 향상시키기 위한 통신 장치 및 방법{Communication Apparatus and Method for Improving Transmission Efficiency in Multiple-Input Multiple-Output Antenna Communication System}
본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다중 입출력 안테나 통신 시스템에서 주파수 효율을 향상 시키기 위한 공간 변조 방식을 사용하는 통신장치 및 방법에 관한 것이다.
다중 입출력(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO) 안테나 통신 시스템은 단일 입출력(Single-Input Single Output) 통신 시스템에 비해 높은 데이터 속도와 넓은 통신 커버리지를 달성할 수 있는 기술이다. 다중 입출력 시스템에서는 송신단의 각 안테나에서 개별적인 변조를 거친 심볼을 전송하여, 공간 다중화 이득을 얻을 수 있다. 특히, LTE 및 WiFi 시스템에서 사용하는 변조기법(예, PAM, QAM, PSK)를 이용하는 다중 입출력 안테나 통신시스템의 최대 전송 속도는 송수신기 안테나수의 최소값과 하나의 안테나를 통해 전송할 수 있는 최대 비트(bit) 수, 즉, (min(Nt, Nr) * log2(M))에 의해 결정된다. 예를 들어, 송신기 안테나 수가 Nt=4 이고, 수신기 안테나 수 Nr=1, 4-QAM을 사용할 경우, 최대 주파수 효율은 1*log24 = 2bit/sec/hz로 SISO 통신 시스템에서 4-QAM을 이용하는 경우와 같다. 따라서, 송신기에 더 많은 수의 안테나가 있음에도 불구하고 기존 변조 방법을 사용하는 경우 전송 효율을 높이는데 한계가 존재한다. 이를 해결하기 위하여 향상된 공간 변조 방법과 복조 복잡도를 감소시키기 위해 공간 변조(Spatial Modulation, SM)를 사용하는 송수신 장치가 고안되었다.
일반적으로, 공간 변조 방식은 전송하려는 비트 데이터를 두 개의 비트 블록으로 나누어 전송한다. 첫번째 비트 블록은 송신기의 안테나 중 송신에 사용하는 단일 활성 안테나의 색인으로부터 얻은 추가적인 정보를 전송한다. 두번째 비트 블록은 각 안테나가 전송하는 신호의 심볼을 전송한다. 이를 통해 전체의 안테나 중 몇 개의 안테나만 동작하더라도 MIMO와 비슷한 주파수 스펙트럼 효율을 얻을 수 있으면서 동시에 송수신 장치에서의 복조 복잡도를 감소시킬 수 있다. 또한, 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 기술과 결합하여 공간 변조를 사용할 있다.
최근에는 앞서 설명된 공간 변조 방식을 좀 더 일반화하여, 다중 활성 안테나를 사용하는 일반화된 공간 변조(Generalized Spatial Modulation, GSM) 방식이 제안되었다. 일반화된 공간 변조에서는 송신 안테나 중 특정 개수의 활성 안테나만을 선택하고 활성 안테나들에만 심볼을 할당하여 전송한다. 이러한 방식으로 다중 안테나 통신 시스템에서 동시에 전송 가능한 주파수 효율을 높일 수 있다.
하지만, 다중 안테나 시스템에서 더욱 일반화된 공간 변조 방식이 아직 제안된 바가 없으며 이 때 사용할 수 있는 최적의 비트 할당 법칙에 관한 발명도 아직 미비한 상태이다.
따라서, 본 기술분야에서는 주파수 효율을 향상시킬 수 있는 공간 변조 방식 및 이 때 사용될 수 있는 비트 할당 방안이 요구되는 실정이다.
본 발명의 기술적 과제는 다중 입출력 안테나 통신 시스템에서 주파수 효율을 증대하기 위해 안테나들의 가능한 모든 조합을 이용하는 최적의 공간 변조 방식을 사용하는 통신 방법 및 장치를 제안함에 있다.
본 발명의 다른 기술적 과제는 상기 공간 변조 방식에서 비트 오류율을 감소시키기 위한 비트-심볼 결정 방식을 사용하는 통신 방법 및 장치를 제안함에 있다.
본 발명의 또 다른 기술적 과제는 수신기에서 획득한 채널 정보를 기반으로 오류율을 감소시키기 위한 변조심볼 피드백 방식을 사용하는 통신 방법 및 장치를 제안함에 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면 다중 입출력 안테나 통신 시스템에서 데이터를 전송하는 송신 장치가 제공된다. 상기 송신 장치는 적어도 하나의 활성 안테나를 포함하는 복수의 송신 안테나 및 입력 데이터 비트를 적어도 하나의 활성 안테나와 적어도 하나의 변조 심볼의 조합(이하 안테나-심볼 조합이라 함)에 맵핑하고, 상기 맵핑에 기반하여 상기 적어도 하나의 변조 심볼을 생성하며, 상기 적어도 하나의 활성 안테나를 통해 상기 적어도 하나의 변조 심볼 또는 적어도 하나의 영 벡터를 전송하는 프로세서를 포함하여 구현된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 프로세서는 상기 송신 장치에 미리 설정된 맵핑 정보를 기반으로 상기 입력 데이터 비트를 상기 안테나-심볼 조합에 맵핑하도록 구현된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 프로세서는 상기 복수의 송신 안테나 및 상기 송신 장치가 지원하는 변조 방식을 기반으로 맵핑 정보를 생성하고, 상기 맵핑 정보를 기반으로 상기 입력 데이터 비트를 상기 안테나-심볼 조합에 맵핑하도록 구현된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 프로세서는 상기 신호의 전송에 사용될 수 있는 모든 안테나-심볼 조합 중 일부를 선택하고, 상기 입력 데이터 비트를 상기 선택된 일부의 안테나-심볼 조합들 중 하나에 맵핑하도록 구현된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 프로세서는 상기 안테나-심볼 조합들의 벡터간의 거리가 최대가 되는 안테나-심볼 조합들을 선택하고, 상기 입력 데이터 비트를 상기 선택된 안테나-심볼 조합들 중 하나에 맵핑하도록 구현된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 다중 입출력 안테나 통신 시스템에서 데이터를 전송하는 전송 장치의 전송 방법이 제공된다. 상기 전송 방법은 입력되는 비트 데이터를 적어도 하나의 활성 안테나와 적어도 하나의 변조 심볼의 조합(이하 안테나-심볼 조합이라 함)에 맵핑하는 단계, 상기 맵핑에 기반하여 상기 적어도 하나의 변조 심볼을 생성하는 단계 및 상기 적어도 하나의 활성 안테나를 통해 상기 적어도 하나의 변조 심볼 또는 적어도 하나의 영 벡터를 전송하는 단계를 포함하여 구현된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 적어도 하나의 변조 심볼을 생성하는 단계는, 상기 송신 장치에 미리 설정된 맵핑 정보를 기반으로 상기 입력 데이터 비트를 안테나 심볼-조합에 맵핑하도록 구현된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 적어도 하나의 변조 심볼을 생성하는 단계는, 상기 복수의 송신 안테나 및 상기 송신 장치가 지원하는 변조 방식을 기반으로 맵핑 정보를 생성하고, 상기 맵핑 정보를 기반으로 상기 입력 데이터 비트를 안테나-심볼 조합에 맵핑하도록 구현된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 적어도 하나의 변조 심볼을 생성하는 단계는 상기 신호의 전송에 사용될 수 있는 모든 안테나-심볼 조합 중 일부를 선택하고, 상기 입력 데이터 비트를 상기 선택된 일부의 안테나-심볼 조합들 중 하나에 맵핑하도록 구현된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 적어도 하나의 변조 심볼을 생성하는 단계는 상기 안테나-심볼 조합들의 벡터간의 거리가 최대가 되는 안테나-심볼 조합들을 선택하고, 상기 입력 데이터 비트를 상기 선택된 안테나-심볼 조합들 중 하나에 맵핑하도록 구현된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 다중 입출력 안테나 통신 시스템에서 송신 장치로부터 데이터를 수신하는 수신 장치가 제공된다. 상기 수신 장치는 적어도 하나의 안테나 및 상기 적어도 하나의 안테나에 의해 수신되는 파일럿 신호를 기반으로 채널을 추정하고, 모든 가능한 수신 변조 심볼을 원소로 하는 집합을 생성하고, 상기 모든 가능한 수신 변조 심볼 중 일부 원소를 선택하여 부분 집합을 생성하여, 상기 적어도 하나의 안테나를 통해 상기 생성된 부분 집합을 상기 송신 장치로 전송하는 프로세서를 포함하여 구현된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 프로세서는 상기 송신 장치의 송신 안테나의 수에 대한 정보 및 송신에 사용되는 변조 심볼에 대한 정보를 기반으로 상기 모든 가능한 수신 변조 심볼을 원소로 하는 집합을 생성하도록 구현된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 프로세서는 페어와이즈(pair-wise) 최소 수신 심볼 벡터의 거리를 최대화하는 원소들을 상기 일부 원소로 선택하도록 구현된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 다중 입출력 안테나 통신 시스템에서 데이터를 수신하는 수신 방법이 제공된다. 상기 수신 방법은 적어도 하나의 안테나에 의해 수신되는 파일럿 신호를 기반으로 채널을 추정하는 단계, 모든 가능한 수신 변조 심볼을 원소로 하는 집합을 생성하는 단계, 상기 모든 가능한 수신 변조 심볼 중 일부 원소를 선택하여 부분 집합을 생성하는 단계 및 상기 적어도 하나의 안테나를 통해 상기 생성된 부분 집합을 상기 송신 장치로 전송하는 단계를 포함하여 구현된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 모든 가능한 수신 변조 심볼을 원소로 하는 집합을 생성하는 단계는 상기 송신 장치의 송신 안테나의 수에 대한 정보 및 송신에 사용되는 변조 심볼에 대한 정보를 기반으로 상기 모든 가능한 수신 변조 심볼을 원소로 하는 집합을 생성하도록 구현된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 부분 집합을 생성하는 단계는 페어와이즈(pair-wise) 최소 수신 심볼 벡터의 거리를 최대화하는 원소들을 상기 일부 원소로 선택하도록 구현된다.
본 발명에 따르면, 다중 입출력 안테나 통신 시스템에서 안테나들의 가능한 모든 조합을 이용하는 공간 변조 방식을 기반으로 향상된 주파수 효율을 달성할 수 있다. 또한, 이 때 발생하는 비트 오류율을 감소시킬 수 있다. 한편, 또한, 수신기에서 획득한 채널 정보를 기반으로 변조심볼 피드백을 수행함으로써, 비트 오류율을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 무선통신 시스템을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 안테나 송신기의 구조를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 안테나 송신기 구조에서 Nt=3일 때 고려될 수 있는 모든 활성 안테나의 조합을 나타낸다.
도 4는 기존의 변조 방식을 사용했을 때와 본 실시예에 따른 변조 방식을 사용했을 때의 주파수 효율을 비교하여 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일례에 따른 송신기의 동작을 도시한 흐름도이다.
도 6은 안테나-심볼 조합을 사용하여 변조를 수행했을 때와 안테나-심볼 조합을 사용하여 변조를 수행했을 때의 비트 오류율의 차이를 나타낸다.
도 7은 안테나-심볼 조합의 할당 순서를 재조합한 경우와, 그렇지 않은 경우의 비트 오류율을 비교하여 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일례에 따른 송신기의 동작을 도시한 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 입출력 안테나 통신 시스템을 나타낸다.
도 10은 본 발명의 일례에 따른 수신기의 동작을 도시한 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 일례에 따른 다중 입출력 안테나 통신 시스템을 도시한 블록도이다.
이하, 본 명세서에서는 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 명세서의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 명세서의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한 본 명세서는 무선 통신 네트워크를 대상으로 설명하며, 무선 통신 네트워크에서 이루어지는 작업은 해당 무선 통신 네트워크를 관할하는 시스템(예를 들어 기지국)에서 네트워크를 제어하고 데이터를 송신하는 과정에서 이루어지거나, 해당 무선 네트워크에 결합한 단말에서 작업이 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 무선통신 시스템을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 무선통신 시스템(10)은 음성, 패킷 데이터 등과 같은 다양한 통신 서비스를 제공하기 위해 널리 배치된다. 무선통신 시스템(10)은 광대역(wideband) 셀룰러 통신 시스템일 수 있다. 무선통신 시스템(10)은 적어도 하나의 기지국(11; evolved-NodeB, eNB)을 포함한다. 각 기지국(11)은 특정한 셀(cell)(15a, 15b, 15c)에 대해 통신 서비스를 제공한다. 셀은 다시 다수의 영역(섹터라고 함)으로 나누어질 수 있다.
단말(12; User Equipment, UE)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, MS(mobile station), MT(mobile terminal), UT(user terminal), SS(subscriber station), 무선기기(wireless device), PDA(personal digital assistant), 무선 모뎀(wireless modem), 휴대기기(handheld device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 기지국(11)은 BS(base station), BTS(base transceiver system), 액세스 포인트(access point), 펨토(femto) 기지국, 가내 기지국(Home nodeB), 릴레이(relay) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 셀은 메가셀, 매크로셀, 마이크로셀, 피코셀, 펨토셀 등 다양한 커버리지 영역을 모두 포괄하는 의미이다.
이하에서 하향링크(downlink: DL)는 기지국(11)에서 단말(12)로의 통신을 의미하며, 상향링크(uplink: UL)는 단말(12)에서 기지국(11)으로의 통신을 의미한다. 하향링크에서 송신기는 기지국(11)의 일부분일 수 있고, 수신기는 단말(12)의 일부분일 수 있다. 상향링크에서 송신기는 단말(12)의 일부분일 수 있고, 수신기는 기지국(11)의 일부분일 수 있다. 상향링크 전송 및 하향링크 전송은 서로 다른 시간을 사용하여 전송되는 TDD(Time Division Duplex) 방식이 사용될 수 있고, 또는 서로 다른 주파수를 사용하여 전송되는 FDD(Frequency Division Duplex) 방식이 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 무선통신 시스템(10)에 적용되는 다중 접속 기법에는 제한이 없다. CDMA(Code Division Multiple Access), TDMA(Time Division Multiple Access), FDMA(Frequency Division Multiple Access), OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing), OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access), SC-FDMA(Single Carrier-FDMA), OFDM-FDMA, OFDM-TDMA, OFDM-CDMA와 같은 다양한 다중 접속 기법을 사용할 수 있다. 하향링크와 상향링크 전송을 위한 다중 접속 방식은 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 하향링크는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)를 사용하고, 상향링크는 SC-FDMA(Single Carrier-Frequency Division Multiple Access)를 사용할 수 있다.
SC-FDMA 방식은 OFDM 방식의 기본 원리를 동일하게 따르되 PAPR(peak to average power ratio) 측면을 고려하여 OFDM 방식을 일부 변형한 것이다. 따라서, 이하에서 본 발명에 따른 무선통신 시스템(10)의 다중 접속 기법이 OFDM인 경우를 주요한 예로서 설명하나, 본원 발명에 따른 실시예와 특징들은 SC-FDMA 및 다른 다중 접속 기법에도 동일하게 적용될 수 있다. 즉, 본원 발명의 실시예들과 특징이 동일 또는 유사하게 다른 다중 접속 기법에 적용되어 파생되는 추가적인 실시예들도 모두 본원 발명의 실시예에 해당한다.
OFDM 또는 SC-FDMA 방식에서, 송신기와 수신기는 다수의 직교 서브캐리어(subcarrier)를 이용하여 통신을 수행한다. 송신기의 신호(또는 데이터 심볼)는 OFDM 방식에 의해 변조되어 수신기로 전송되는데, 이를 OFDM 심볼(symbol) 또는 SC-FDMA 심볼이라고도 한다. OFDM 방식에 따른 통신을 구현하기 위해 IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform)과 DFT(Discrete Fourier Transform)가 이용될 수 있다. 즉, 송신기는 데이터 심볼(data symbol)들에 IDFT를 취하여 OFDM 심볼을 생성하고, 이를 수신기로 전송할 수 있다. 수신기는 수신된 OFDM 심볼에 대해 DFT를 취하여 원래 데이터 심볼들을 복원할 수 있다.
1. 향상된 주파수 효율을 갖는 공간 변조 방식
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 안테나 송신기의 구조를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 다중 안테나 송신기는 비트 데이터 입력(b1, b2, …)을 심볼로 변조하는 데이터 변조부(210)와 전체 송신 안테나 1, 2 3, … Nt 중 전체 또는 일부를 사용하여(또는 활성화하여) 신호를 송신 또는 수신하는 송수신부(transceiver, 220)를 포함한다. Nt는 송수신부 (220)에 장착된 안테나의 수를 나타낸다. 데이터 변조부(210)는 송수신부(220)의 Nt개의 안테나들 중 일부의 안테나만을 사용하여 신호를 송신하도록 설정될 수 있다. 본 명세서에서는 실제 신호의 송신에 사용되는(또는 실제 신호를 송신하는) 안테나를 활성 안테나로 정의한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 안테나 송신기 구조에서 Nt=3일 때 고려될 수 있는 모든 활성 안테나의 조합을 나타낸다. 도 3(a)는 활성 안테나의 수가 1개일 때 활성 안테나의 조합을 나타내고, 도 3(b)는 활성 안테나의 수가 2개일 때 활성 안테나의 조합을 나타내고, 도 3(c)는 활성 안테나의 수가 3개일 때 활성 안테나의 조합을 나타낸다.
도 3을 참조하면, Nt=3인 송신기의 구조에서 활성 안테나의 수를 Nu라 할 때 고려 가능한 Nu의 수는 Nu∈{1, 2, 3}이다. Nu = 1의 경우,
Figure pat00001
가지의 활성 안테나 조합을 만들 수 있고, Nu = 2의 경우,
Figure pat00002
가지의 활성 안테나 조합을 만들 수 있다. 한편, Nu = 3의 경우,
Figure pat00003
가지의 활성 안테나 조합을 만들 수 있다. 도 2와 같은 3개의 송신 안테나에서 Nu개의 활성 안테나를 사용할 때 선택 가능한 모든 조합을 집합 ANu로 정의하고, 활성 안테나에 해당하는 인덱스는 1로, 비활성 안테나에 해당하는 인덱스를 0으로 정의하면, 집합 ANu는 아래 수학식 1 내지 수학식 3으로 나타낼 수 있다. 수학식 1은 Nu=1일 때의 ANu를 나타내고, 수학식 2는 Nu=2일 때의 ANu, 수학식 3은 Nu=3일 때의 ANu를 나타낸다.
Figure pat00004
Figure pat00005
Figure pat00006
다시 도 2를 참조하면, 데이터 변조부(210)는 활성 안테나의 조합 및 각 활성 안테나에서 사용할 심볼들을 조합하여 데이터 변조를 수행한다. 보다 구체적으로, 데이터 변조부(210)는 활성 안테나의 조합을 선택하고, 적어도 하나의 변조 심볼을 생성한다. 활성 안테나 조합의 선택과, 변조 심볼의 생성의 순서는 서로 바뀔 수 있다. 상기 변조 심볼은 PAM(Pulse Amplitude Modulation), QAM(Quadrature Amplitude Modulation), PSK(Phase Shift Keying)에 기반하여 생성될 수 있으며, 그 밖의 모든 종류의 변조 방식이 적용될 수 있다. 생성된 적어도 하나의 변조 심볼은 상기 선택된 각 활성 안테나에 할당(또는 각 활성 안테나를 통해 전송)될 수 있다.
이하, 본 실시예에 대한 설명에서는 편의를 위해 데이터 변조부(210)의 출력값인 활성 안테나 조합과 변조 심볼(이하 간략히 심볼이라 함)간의 조합을 안테나-심볼 조합이라고 정의하고, 활성 안테나의 수가 Nu개인 안테나-심볼 조합의 집합을 SNu로 정의한다. 안테나-심볼 조합의 일례로, 세 개의 송신 안테나를 가진 다중 안테나 송신기에서 BPSK(Binary-Phase-Shift-Keying)에 기반한 변조 심볼을 각 안테나를 통해 전송한다고 가정한다. 이 경우, 전송에 사용될 수 있는 총 안테나의 수는 Nt=3이고, 전송 가능한 심볼의 경우의 수 M=2 일 수 있다. 이 때, 각 활성 안테나에서는 +1, -1의 두 가지 심볼이 전송될 수 있다. 통신 시스템의 관습상, 실시예에서는 두 가지 심볼을 모두 보내지 않는 영 벡터를 포함하지 않았지만, 영 벡터를 포함하여 보내는 것 또한 가능하다.이 때, 안테나-심볼 조합의 집합 SNu는 아래 수학식 4 내지 수학식 6으로 나타낼 수 있다. 수학식 4는 Nu=1일 때의 SNu를 나타내고, 수학식 5는 Nu=2일 때의 SNu, 수학식 6은 Nu=3일 때의 SNu를 나타낸다.
Figure pat00007
Figure pat00008
Figure pat00009
수학식 4 내지 6에서 S의 벡터의 3개 요소(element)는 각각 3개의 송신 안테나에 대응하며, 0인 요소에 대응하는 안테나는 비활성 안테나이고, 0이 아닌 값의 요소에 대응하는 안테나는 활성 안테나이다. 활성 안테나에 대응하는 요소는 +1 또는 -1과 같은 심볼을 나타낸다. 한편, 모든 안테나-심볼 조합을 나타내는 집합을 S로 나타내면, S=S1∪S2∪S3 이다.
한편, 이와 같이 전송 안테나의 수를 Nt로 정의하고, 이 때 활성화되는 안테나의 수를 Nu로 정의하며, 전송되는 심볼의 수를 M으로 정의할 때, 각 활성 안테나 조합 마다 MNu개의 심볼 조합을 할당할 수 있다. 따라서, 전송에 사용될 수 있는 모든 안테나-심볼의 조합의 수는 (M + 1)Nt -1 이다. 또한, 데이터 변조부(210)에서 한번에 변조될 수 있는 데이터 비트 수는 아래 수학식 7과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00010
이와 같이 데이터 변조부(210)에서 전송에 사용되는 모든 안테나-심볼의 조합을 고려하여 변조를 수행하는 경우, 주어진 송신 안테나 및 전송될 수 있는 심볼 개수에 대해서 향상된 주파수 효율을 달성할 수 있다.
도 4는 기존의 변조 방식을 사용했을 때와 본 실시예에 따른 변조 방식을 사용했을 때의 주파수 효율을 비교하여 나타낸다. 도 4에서 Nt는 송신 안테나의 수, Nr은 수신 안테나의 수, Nu는 활성 안테나의 수를 나타낸다. 도 4를 참조하면, 네 개의 송신 안테나, 네 개의 수신 안테나, 그리고 BPSK를 사용했을 때, 종래의 일반화된 공간 변조(Generalized Spatial Modulation)에 비하여 최소 약 1.3bits/sec/Hz 만큼의 추가적인 주파수 효율이 달성됨을 확인할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 데이터 변조부(210)에서 수학식 7에 해당하는 비트 수의 데이터 입력을 각 안테나-심볼 조합 중 하나로 변조(또는 맵핑)하고자 할 때 다양한 할당 법칙을 사용할 수 있다. 예를 들어, 세 개의 송신 안테나를 가진 다중 안테나 송신기에서 각 안테나에 대하여 BPSK를 이용할 때, 아래의 표 1과 같이 5개의 비트에 26개의 안테나-심볼 조합을 할당 또는 맵핑할 수 있다.
비트 데이터 입력 (Bit Data Input) 활성 안테나 조합(Active Antenna Combination) 심볼(Symbols)
00000 (1) (+1)
00001 (1) (-1)
00010 (2) (+1)
00011 (2) (-1)
00100 (3) (+1)
00101 (3) (-1)
00110 (1,2) (+1,+1)
00111 (1,2) (+1,-1)
01000 (1,2) (-1,+1)
01001 (1,2) (-1,-1)
01010 (1,3) (+1,+1)
01011 (1,3) (+1,-1)
01100 (1,3) (-1,+1)
01101 (1,2) (-1,-1)
01110 (2,3) (+1,+1)
01111 (2,3) (+1,-1)
10000 (2,3) (-1,+1)
10001 (2,3) (-1,-1)
10010 (1,2,3) (+1,+1,+1)
10011 (1,2,3) (+1,+1,-1)
10100 (1,2,3) (+1,-1,+1)
10101 (1,2,3) (+1,-1,-1)
10110 (1,2,3) (-1,+1,+1)
10111 (1,2,3) (-1,+1,-1)
11000 (1,2,3) (-1,-1,+1)
11001 (1,2,3) (-1,-1,-1)
도 5는 본 발명의 일례에 따른 송신기의 동작을 도시한 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 데이터 변조부(210)는 사용 가능한 모든 안테나-심볼 조합을 추정한다(S510). 이 때, 데이터 변조부(210)는 전송 안테나의 수와 전송에 사용되는 심볼의 수를 고려하여 안테나-심볼 조합을 추정한다. 예를 들어, 전송 안테나의 수 Nt=3이고, 사용되는 심볼의 수 M=2 인 경우, 사용 가능한 안테나-심볼 조합의 집합 SNu는 수학식 4 내지 수학식 6의 합집합 S=S1∪S2∪S3 으로 추정될 수 있다. 물론, 안테나-심볼 조합은 가능한 모든 송신 안테나의 개수와, 가능한 모든 심볼의 개수들로서 만들어지는 모든 조합들 중 하나의 조합이며, 상기 모든 조합들은 송신기와 수신기간에 미리 알고 있는 테이블(또는 정보)로서 정의될 수 있다. 예를 들어, 상기 모든 조합들 또는 일부의 조합(들)이 표준에서 테이블로서 정의될 수 있다. 이 경우, 데이터 변조부(210)가 안테나-심볼 조합을 추정하는 단계는 이미 정의된 안테나-심볼 조합 테이블들 중 특정한 테이블을 선택하는 단계를 포함할 수도 있다. 그리고, 상기 선택은 수신기로부터 피드백된 정보에 기초하여 이루어질 수도 있다.
다음으로, 데이터 변조부(210)는 한번에 변조될 수 있는 데이터 비트 수를 계산한다(S530). 상기 한번에 변조될 수 있는 데이터 비트 수는 수학식 7에 의해 계산될 수 있다. 예를 들어, 전송 안테나의 수 Nt=3이고, 전송에 가능한 심볼의 수 M=2 인 경우, 사용 가능한 모든 안테나-심볼 조합은 26가지이다. 따라서, 4비트의 데이터(총 16개의 부호점(code point) : 0~15)가 상기 안테나-심볼 조합에 맵핑되거나, 5비트의 데이터(총 32개의 부호점 : 0~31)가 상기 안테나-심볼 조합에 맵핑될 수 있다. 다시 말하면, 4비트의 데이터(총 16개 부호점)가 상기 안테나-심볼 조합에 의해 한번에 변조되거나, 5비트의 데이터(총 32개 부호점)가 상기 안테나-심볼 조합에 의해 한번에 변조될 수 있다. 이 때, 비트 데이터 입력값과 안테나-심볼 조합은 표 1과 같이 할당될 수 있다. 다만, 5비트 데이터의 경우, 26개 이하의 일부 부호점들만 상기 안테나-심볼 조합에 의해 한번에 변조될 수도 있다. 즉, 5비트 데이터의 경우, 일부 부호점들 26~31은 상기 안테나-심볼 조합에 의해 맵핑되지 않을 수도 있다.
한편, 한번에 변조될 수 있는 데이터 비트 수는 데이터 변조부(210)에 의해 별도로 계산되지 않고, 안테나-심볼 조합의 형태나 개수에 따라 또는 표준에서 미리 정의될 수도 있다.
다음으로, 데이터 변조부(210)는 입력되는 비트 데이터(bit data)를 안테나-심볼 조합에 맵핑(또는 할당)한다(S550). 여기서, 맵핑은, 데이터 변조부(210)가 미리 정의되거나 선택된 안테나-심볼 조합 테이블을 기반으로, 입력되는 데이터 비트를 적어도 하나의 심볼로 변조하는 동작을 포함할 수 있다. 예를 들어, 표 1과 같이 비트 데이터와 안테나-심볼 조합이 맵핑되는 경우를 가정한다. 만약, 비트 데이터 입력값으로 01001이 주어진 경우, 데이터 변조부(210)는 표 1의 안테나-심볼 조합에 기반하여 비트 데이터를 활성 안테나 조합 (1, 2) 및 심볼 (-1, -1)에 맵핑한다.
데이터 변조부(210)는 안테나-심볼 조합에 관한 정보를 미리 알고 있을 수 있으며, 이 정보는 프로세서로부터 획득될 수도 있고, 데이터 변조부(210) 자체 메모리를 통해 확보될 수도 있다.
다음으로, 데이터 변조부(210)는 단계 S550에서 맵핑된 정보를 기반으로 입력된 비트 데이터를 적어도 하나의 심볼로 변조한다(S560). 예를 들어, 표 1과 같이 비트 데이터와 안테나-심볼 조합이 맵핑되는 경우, 01001 값을 전송하기 위해서 송신기는 1번 안테나를 사용하여 -1 심볼 값을 전송하고, 2번 안테나를 사용하여 -1 심볼 값을 전송해야 한다. 따라서, 데이터 변조부(210)는 1번 안테나에 맵핑될 심볼 -1을 생성하고, 2번 안테나에 맵핑될 심볼 -1을 생성한다. 3번 안테나는 비활성화 안테나이므로, 데이터 변조부(210)는 3번 안테나에 맵핑될 심볼을 별도로 생성하지 않을 수 있다.
한편, 데이터 변조부(210)는 단계 S550에서 맵핑된 정보를 기반으로 전송에 사용할 안테나를 활성화한다(S570). 예를 들어, 표 1과 같이 비트 데이터와 안테나-심볼 조합이 맵핑되는 경우, 01001 값을 전송하기 위해서 송신기는 1번 안테나를 사용하여 -1 심볼 값을 전송하고, 2번 안테나를 사용하여 -1 심볼 값을 전송해야 한다. 따라서, 데이터 변조부(210)는 1번 안테나와 2번 안테나를 활성화한다.
송수신부(220)는 데이터 변조부(210)에서 생성된 적어도 하나의 심볼, 그리고 활성 안테나 정보를 기반으로 신호를 전송한다(S590). 예를 들어, 표 1과 같이 비트 데이터와 안테나-심볼 조합이 맵핑되는 경우, 01001 값을 전송하기 위해서는 1번 안테나를 사용하여 -1 심볼 값을 전송하고, 2번 안테나를 사용하여 -1 심볼 값을 전송할 수 있다. 이 때, 3번 안테나는 비활성화된다.
2. 오류율을 줄이기 위한 선택적 공간 변조 방식
도 2의 데이터 변조부(210)에서는 표 1과 같이 가능한 안테나-심볼 조합을 모두 사용할 수도 있고 그 중 일부를 선택하여 사용할 수도 있다. 안테나-심볼 조합을 선택적으로 사용하기 위한 실시예를 설명하기 위하여, 위에 설명된 실시예와 같이 세 개의 송신 안테나를 가진 송신기에서 모든 안테나에 대하여 BPSK를 이용할 수 있다. 이 때, 가능한 모든 안테나-심볼의 조합은 아래 수학식 8과 같다.
Figure pat00011
수학식 8에서 S의 벡터의 3개 요소(element)는 각각 3개의 송신 안테나에 대응하며, 0인 요소에 대응하는 안테나는 비활성 안테나이고, 0이 아닌 값의 요소에 대응하는 안테나는 활성 안테나이다. 활성 안테나에 대응하는 요소는 +1 또는 -1과 같은 심볼을 나타낸다.
표 1과 같이 5비트의 데이터를 비트 데이터 입력값으로 사용하는 경우 32가지의 안테나-심볼 조합을 표시할 수 있으나, 3개의 안테나와 BPSK를 이용하는 경우에는 수학식 8과 같이 26개의 안테나-심볼 조합이 사용된다. 따라서, 5비트의 데이터 중 26개의 일부 부호점들만 상기 안테나-심볼 조합에 의해 한번에 변조될 수 있다. 즉, 5비트 데이터의 경우, 일부 부호점들 26-31은 상기 안테나-심볼 조합에 의해 맵핑되지 않을 수 있다. 따라서, 비트 데이터의 입력값으로 4비트 데이터가 사용되고, 상기 26개의 안테나-심볼 조합 중 일부인 16개만을 선택하여 4비트 데이터를 위한 변조 방식으로 이용할 수 있다. 이 때, 26개의 조합 중 16개를 선택하는 방법 중 사용될 수 있는 방법 중 하나로 아래의 수학식 9를 최대화하는 16개의 벡터를 선택할 수 있다.
Figure pat00012
상기 수학식 9에서 xi 및 xj는 16개의 안테나-심볼 조합 중 임의로 선택된 두 개의 서로 다른 안테나-심볼 조합의 벡터 값을 나타낸다. 따라서, 상기 수학식 9는 선택된 16개의 벡터를 좌표 상에 나타내었을 때, 임의의 하나의 벡터에 대한 다른 벡터와의 거리를 나타낸다. 따라서,
Figure pat00013
를 최대화하는 16개의 벡터는 각각의 벡터간의 거리가 최대가 되는 16개의 벡터의 조합을 나타낸다. 상기 수학식 9를 최대화하는 16개의 벡터로 이루어진 새로운 안테나-심볼 조합
Figure pat00014
는 아래 수학식 10과 같이 획득될 수 있다.
Figure pat00015
수학식 10에서
Figure pat00016
의 벡터의 3개 요소(element)는 각각 3개의 송신 안테나에 대응하며, 0인 요소에 대응하는 안테나는 비활성 안테나이고, 0이 아닌 값의 요소에 대응하는 안테나는 활성 안테나이다. 활성 안테나에 대응하는 요소는 +1 또는 -1과 같은 심볼을 나타낸다. 상기 수학식 10과 같은 벡터들의 조합에 의하면 각각의 벡터들 간의 거리가 최대가 되기 때문에, 신호 전송시 비트 오류율을 최소화할 수 있다.
이와는 반대로, 상기 수학식 9를 최소화하는 16개의 벡터로 이루어진 새로운 안테나-심볼 조합
Figure pat00017
는 아래 수학식 11과 같이 획득될 수 있다.
Figure pat00018
수학식 11에서
Figure pat00019
의 벡터의 3개 요소(element)는 각각 3개의 송신 안테나에 대응하며, 0인 요소에 대응하는 안테나는 비활성 안테나이고, 0이 아닌 값의 요소에 대응하는 안테나는 활성 안테나이다. 활성 안테나에 대응하는 요소는 +1 또는 -1과 같은 심볼을 나타낸다.
도 6은 수학식 10의 안테나-심볼 조합을 사용하여 변조를 수행했을 때와 수학식 11의 안테나-심볼 조합을 사용하여 변조를 수행했을 때의 비트 오류율의 차이를 나타낸다. 도 6을 참조하면, 수학식 10의 안테나-심볼 조합을 사용한
Figure pat00020
의 경우, 수학식 11의 안테나-심볼 조합을 사용한
Figure pat00021
에 비하여 약 3dB 정도의 신호대잡음비가 개선되었음을 확인할 수 있다.
한편, 상기 26개의 안테나-심볼 조합 중 일부인 16개만을 선택하여 4비트 데이터를 위한 변조 방식으로 이용하는 다른 실시예로써 비트 오류율을 추가적으로 감소시키기 위한 할당 법칙이 고려될 수 있다. 예를 들어, 수학식 10의 안테나-심볼 조합을 사용한
Figure pat00022
의 경우, 연속적인 비트 할당을 가지는 안테나-심볼 조합의 벡터에 대하여 인접한 벡터간의 거리 차이를 최소화하기 위해 아래 수학식 12와 같이 할당 순서를 변경할 수 있다.
Figure pat00023
수학식 12에서
Figure pat00024
의 벡터의 3개 요소(element)는 각각 3개의 송신 안테나에 대응하며, 0인 요소에 대응하는 안테나는 비활성 안테나이고, 0이 아닌 값의 요소에 대응하는 안테나는 활성 안테나이다. 활성 안테나에 대응하는 요소는 +1 또는 -1과 같은 심볼을 나타낸다. 상기 수학식 12의 집합
Figure pat00025
의 순서에 따라서, 아래 표 2와 같이 4개의 비트에 16개의 안테나-심볼 조합을 할당할 수 있다.
비트 데이터 입력 (Bit Data Input) 활성 안테나 조합(Active Antenna Combination) 심벌(Symbols)
0000 (1) (+1)
1000 (1,3) (+1,-1)
1100 (3) (-1)
0100 (1,3) (-1,-1)
0110 (1) (-1)
1110 (1,2) (-1,+1)
1010 (2) (+1)
0010 (1,2) (+1,+1)
0011 (2,3) (+1,-1)
1011 (2,3) (+1,+1)
1111 (3) (+1)
0111 (2,3) (-1,+1)
0101 (2) (-1)
1101 (2,3) (-1,-1)
1001 (1,2) (+1,-1)
0001 (1,2) (-1,-1)
도 7은 수학식 10에 따른 안테나-심볼 조합의 할당 순서와, 수학식 12에 따른 안테나-심볼 조합의 할당 순서의 비트 오류율을 비교하여 나타낸다. 도 8을 참조하면, 수학식 12와 같이 연속한 비트 할당을 가지는 안테나-심볼 조합의 벡터에 대하여 벡터간의 거리 차이를 최소화하도록 할당 순서를 변경한 것이, 수학식 10과 같이 할당 순서를 변경하지 않은 것에 비하여 비트 오류율이 감소된 것을 확인할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일례에 따른 송신기의 동작을 도시한 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 데이터 변조부(210)는 사용 가능한 모든 안테나-심볼 조합을 추정한다(S810). 이 때, 데이터 변조부(210)는 전송 안테나의 수와 전송에 사용되는 심볼의 수를 고려하여 안테나-심볼 조합을 추정한다. 예를 들어, 전송 안테나의 수 Nt=3이고, 사용되는 심볼의 수 M=2 인 경우, 사용 가능한 안테나-심볼 조합의 집합 SNu는 수학식 4 내지 수학식 6의 합집합 S=S1∪S2∪S3 으로 추정될 수 있다. 물론, 안테나-심볼 조합은 가능한 모든 송신 안테나의 개수와, 가능한 모든 심볼의 개수들로서 만들어지는 모든 조합들 중 하나의 조합이며, 상기 모든 조합들은 송신기와 수신기간에 미리 알고 있는 테이블(또는 정보)로서 정의될 수 있다. 예를 들어, 상기 모든 조합들 또는 일부의 조합(들)이 표준에서 테이블로서 정의될 수 있다. 이 경우, 데이터 변조부(210)는 안테나-심볼 조합을 추정하는 단계는, 이미 정의된 안테나-심볼 조합 테이블들 중 특정한 테이블을 선택하는 단계를 포함할 수도 있다. 그리고, 상기 선택은 수신기로부터 피드백된 정보에 기초하여 이루어질 수도 있다.
다음으로, 데이터 변조부(210)는 한번에 변조될 수 있는 데이터 비트 수를 계산한다(S830). 상기 한번에 변조될 수 있는 데이터 비트 수는 수학식 7에 의해 계산될 수 있다. 예를 들어, 전송 안테나의 수 수 Nt=3이고, 사용되는 심볼의 수 M=2 인 경우, 사용 가능한 모든 안테나-심볼 조합은 26가지이고, 한번에 변조될 수 있는 데이터 비트 수는 5비트이다.
다음으로, 데이터 변조부(210)는 변조에 사용할 데이터 비트 수를 결정한다(S850). 변조에 사용할 데이터 비트 수는 단계 S830에서 계산된 데이터 비트 수와 같거나 이보다 작은 비트 수로 결정될 수 있다. 따라서, 4비트의 데이터(총 16개의 부호점(code point) : 0~15)가 상기 안테나-심볼 조합에 맵핑되거나, 5비트의 데이터(총 32개의 부호점 : 0~31)가 상기 안테나-심볼 조합에 맵핑될 수 있다. 다시 말하면, 4비트의 데이터(총 16개 부호점)가 상기 안테나-심볼 조합에 의해 한번에 변조되거나, 5비트의 데이터(총 32개 부호점)가 상기 안테나-심볼 조합에 의해 한번에 변조될 수 있다. 이 때, 비트 데이터 입력값과 안테나-심볼 조합은 표 1과 같이 할당될 수 있다. 다만, 5비트 데이터의 경우, 26개 이하의 일부 부호점들만 상기 안테나-심볼 조합에 의해 한번에 변조될 수도 있다. 즉, 5비트 데이터의 경우, 일부 부호점들 26~31은 상기 안테나-심볼 조합에 의해 맵핑되지 않을 수도 있다.
한편, 한번에 변조될 수 있는 데이터 비트 수는 데이터 변조부(210)에 의해 별도로 계산되지 않고, 안테나-심볼 조합의 형태나 개수에 따라 또는 표준에서 미리 정의될 수도 있다.
다음으로, 데이터 변조부(210)는 입력되는 비트 데이터(bit data)를 안테나-심볼 조합에 맵핑(또는 할당)한다(S860). 여기서, 맵핑은, 데이터 변조부(210)가 미리 정의되거나 선택된 안테나-심볼 조합을 기반으로, 입력되는 데이터 비트를 적어도 하나의 심볼로 변조하는 동작을 포함할 수 있다. 예를 들어, 표 2와 같이 비트 데이터와 안테나-심볼 조합이 맵핑되는 경우를 가정한다. 만약 비트 데이터 입력값으로 1001이 입력된 경우, 데이터 변조부(210)는 안테나-심볼 조합에 기반하여 비트 데이터를 활성 안테나 조합 (1, 2) 및 심볼 (+1, -1)에 맵핑한다.
데이터 변조부(210)는 안테나-심볼 조합에 관한 정보를 미리 알고 있을 수 있으며, 이 정보는 프로세서로부터 획득될 수도 있고, 데이터 변조부(210) 자체 메모리를 통해 확보될 수도 있다.
다음으로, 데이터 변조부(210)는 단계 S860에서 맵핑된 정보를 기반으로 입력되는 비트 데이터를 적어도 하나의 심볼로 변조한다(S570). 예를 들어, 표 2와 같이 비트 데이터와 안테나-심볼 조합이 맵핑되는 경우, 1001 값을 전송하기 위해서 송신기는 1번 안테나를 사용하여 +1 심볼 값을 전송하고, 2번 안테나를 사용하여 -1 심볼 값을 전송해야 한다. 따라서, 데이터 변조부(210)는 1번 안테나에 맵핑될 심볼 +1을 생성하고, 2번 안테나에 맵핑될 심볼 -1을 생성한다. 3번 안테나는 비활성화 안테나이므로, 데이터 변조부(210)는 3번 안테나에 맵핑될 심볼을 별도로 생성하지 않을 수 있다.
한편, 데이터 변조부(210)는 단계 S860에서 맵핑된 정보를 기반으로 송신 안테나의 일부 또는 전체를 활성화한다(S880). 예를 들어, 표 2와 같이 비트 데이터와 안테나-심볼 조합이 맵핑되는 경우, 1001 값을 전송하기 위해서 송신기는 1번 안테나를 사용하여 +1 심볼 값을 전송하고, 2번 안테나를 사용하여 -1 심볼 값을 전송해야 한다. 따라서, 데이터 변조부(210)는 1번 안테나와 2번 안테나를 활성화한다.
송수신부(220)는 데이터 변조부(210)에서 생성된 적어도 하나의 심볼, 그리고 활성 안테나 정보를 기반으로 신호를 전송한다(S890). 예를 들어, 표 2와 같이 비트 데이터와 안테나-심볼 조합이 맵핑되는 경우, 1001 값을 전송하기 위해서는 1번 안테나를 사용하여 +1 심볼 값을 전송하고, 2번 안테나를 사용하여 -1 심볼 값을 전송할 수 있다. 이 때, 3번 안테나는 비활성화된다.
3. 채널정보를 활용한 공간 변조 선택 및 피드백 방안
본 발명의 또 다른 실시예로서, 채널 정보를 바탕으로 채널에 적응적으로 오류를 줄이기 위한 공간 변조 선택 기법 및 피드백 방안이 제안될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 입출력 안테나 통신 시스템을 나타낸다. 도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 다중 입출력 안테나 통신 시스템은 송신기(900) 및 수신기(950)를 포함한다.
송신기(900)는 예를 들어 도 2와 같은 구조를 가질 수 있다.
수신기(950)는 채널정보를 송신기(900)로 피드백하여 송신기(900)의 전송 효율을 향상시킬 수 있다.
수신기(950)는 채널 추정부(960), 수신 변조 심볼 생성부(970), 송신 변조 선택부(980), 송수신부(990)를 포함한다. 송수신부(990)는 다수의 안테나를 구비할 수 있다.
채널 추정부(960)는 송신기(900)에서 전송된 파일럿(pilot)을 이용하여 다중 입출력 안테나 통신 시스템의 채널을 추정한다.
수신 변조 심볼 생성부(970)는 송신기(900)의 송신 안테나의 수에 대한 정보, 송신에 사용되는 변조 심볼에 대한 정보, 채널 추정부(960)에서 추정된 채널 정보를 기반으로 모든 가능한 수신 변조 심볼 집합을 생성한다. 상기 송신기(900)의 송신 안테나의 수에 대한 정보 및 사용되는 변조 심볼에 대한 정보는 시스템에 미리 설정될 수도 있고, 송신기(900)로부터 RRC 시그널링 등을 통해 미리 수신될 수 있다.
예를 들어, 수신 변조 심볼 생성부(970)는 아래 수학식 13과 같은 수신 변조 심볼을 생성할 수 있다.
Figure pat00026
수학식 13에서 Hx1, Hx2, … Hx26은 각각의 수신 변조 심볼을 나타낸다. 예를 들어, 수학식 13의 HS는 수학식 8의 S에 채널 정보 H를 곱한 행렬의 집합일 수 있다.
한편, Nt개의 송신 안테나와 각각의 안테나 별로 M개의 송신 심볼이 전송되는 통신 시스템에서 수학식 7과 같이 생성가능한 수신 변조 심볼의 개수는 (M+1)Nt-1 개 이다.
송신 변조 선택부(980)는 (M+1)Nt-1 개의 변조 심볼들 중에서 채널 특성을 이용해 전송 오류를 줄일 수 있는
Figure pat00027
개의 원소를 갖는 부분 집합을 선택한다. 일 예로, 채널을 고려한 페어와이즈(pair-wise) 최소 수신 심볼 벡터의 거리를 최대화하는 방식이 있다. 이러한 채널을 고려한 페어와이즈(pair-wise) 최소 수신 심볼 벡터의 거리는 아래 수학식 14에 의해 획득될 수 있다.
Figure pat00028
이 때, 송신 변조 선택부(980)는 K개의 원소를 갖는 HS의 부분집합 중 상기 수학식 14를 최대화하는 부분 집합을 아래 수학식 15에 의해 선택할 수 있다.
Figure pat00029
송수신부(990)는 상기 송신 변조 선택부(980)에서 선택된 전송 오류를 줄일 수 있는 K개의 원소를 갖는 부분 집합을 송신기(900)에 피드백한다. 한편, 송수신부(990)는 K개의 원소를 제외한 나머지 원소들의 부분 집합을 송신기(900)에 피드백할 수도 있다. 이 경우, 송신기(900)는 K개의 원소를 제외한 나머지 원소들의 부분 집합을 기반으로 K개의 원소를 갖는 부분 집합을 추정할 수 있다.
송신기(900)는 송수신부(990)에서 수신된 수신기(950)로부터 피드백되는 정보를 기반으로 공간 변조를 수행하고, 신호를 전송한다.
도 10은 본 발명의 일례에 따른 수신기의 동작을 도시한 흐름도이다.
도 10을 참조하면, 채널 추정부(960)는 송신기(900)에서 전송된 파일럿(pilot)을 이용하여 다중입출력 안테나 통신 시스템의 채널을 추정한다(S1010).
다음으로, 수신 변조 심볼 생성부(970)는 송신기(900)의 송신 안테나의 수에 대한 정보, 송신기(900)에서 사용되는 변조 심볼에 대한 정보, 채널 추정부(960)에서 추정된 채널 정보를 기반으로 모든 가능한 수신 변조 심볼 집합을 생성한다(S1030). 상기 송신기(900)의 송신 안테나의 수에 대한 정보 및 사용되는 변조 심볼에 대한 정보는 시스템에 미리 설정될 수도 있고, 송신기(700)로부터 RRC 시그널링 등을 통해 미리 수신될 수 있다.
예를 들어, 수학식 8과 같이 26개의 송신 변조 심볼이 존재하는 경우, 채널 추정부(960)에서 추정된 채널정보를 이용하여 수신 변조 심볼 생성부(970)가 생성하는 수신 변조 심볼은 수학식 13과 같다.
다음으로, 송신 변조 선택부(980)는 단계 S1010에서 생성된 (M+1)Nt-1 개의 변조 심볼들 중에서 채널 특성을 이용해 전송 오류를 줄일 수 있는
Figure pat00030
개의 원소를 갖는 부분 집합을 선택한다(S1050). 일 예로, 채널을 고려한 페어와이즈(pair-wise) 최소 수신 심볼 벡터의 거리를 최대화하는 방식이 있다. 이러한 채널을 고려한 페어와이즈(pair-wise) 최소 수신 심볼 벡터의 거리는 수학식 14에 의해 획득될 수 있고, 수학식 14를 최대화하는 부분 집합은 수학식 15에 의해 선택될 수 있다.
다음으로, 송수신부(990)는 송신 변조 선택부(980)에서 선택된 전송 오류를 줄일 수 있는 K개의 원소를 갖는 부분 집합을 송신기(900)에 피드백한다(S1070). 한편, 송수신부(990)는 K개의 원소를 제외한 나머지 원소들의 부분 집합을 송신기(900)에 피드백할 수도 있다. 이 경우, 송신기(900)는 K개의 원소를 제외한 나머지 원소들의 부분 집합을 기반으로 K개의 원소를 갖는 부분 집합을 추정하여 변조를 수행할 수 있다.
다음으로, 송수신부(990)는 송신기(900)로부터 신호를 수신한다(S1090). 이 때, 송신기(900)로부터 수신되는 신호는 수신기(950)로부터 피드백된 채널을 고려한 K개의 원소를 갖는 부분 집합을 기반으로 변조가 수행된 신호이다.
도 11은 본 발명의 일례에 따른 다중 입출력 안테나 통신 시스템을 도시한 블록도이다.
도 11을 참조하면, 송신기(1100)는 프로세서(1110), 메모리(memory, 1120) 및 RF 안테나(RF(radio frequency) antenna, 1130)을 포함한다. 메모리(1120)는 프로세서(1110)와 연결되어, 프로세서(1110)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. RF 안테나(1130)는 다수의 송수신 안테나를 포함하며, 프로세서(1110)와 연결되어, 송신기 신호를 전송 및/또는 수신기 신호를 수신한다. RF 안테나(1130)는 본 명세서의 송수신부(220)의 동작을 구현할 수 있다. 프로세서(1110)는 본 명세서에 게시된 송신기의 모든 동작, 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 예를 들어, 프로세서(1110)는 본 명세서의 데이터 변조부(210)의 모든 동작을 구현할 수 있다. 프로세서(1110)는 ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 메모리(1120)는 ROM(read-only memory), RAM(random access memory), 플래쉬 메모리, 메모리 카드, 저장 매체 및/또는 다른 저장 장치를 포함할 수 있다. RF 안테나(1130)는 무선 신호를 처리하기 위한 베이스밴드 회로를 포함할 수 있다. 실시예가 소프트웨어로 구현될 때, 본 명세서의 실시예들의 기능을 수행하는 모듈(과정, 기능 등)로 구현될 수 있다. 모듈은 메모리(1120)에 저장되고, 프로세서(1110)에 의해 실행될 수 있다. 메모리(1120)는 프로세서(1110) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서(1110)와 연결될 수 있다.
수신기(1150)는 프로세서(1160), 메모리(1155) 및 RF 안테나(1165)를 포함한다. 메모리(1155)는 프로세서(1160)와 연결되어, 프로세서(1160)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. RF 안테나(1165)는 다수의 송수신 안테나를 포함하며, 프로세서(1160)와 연결되어, 수신기 신호를 전송 및/또는 송신기 신호를 수신한다. RF 안테나(1165)는 본 명세서의 송수신부(990)의 동작을 구현할 수 있다. 프로세서(1160)는 본 명세서에서 제안된 기능, 과정 및/또는 방법을 구현하며, 구체적으로 수신기(950)의 모든 동작, 기능, 과정 및/또는 방법을 구현할 수 있다. 이를 위해, 프로세서(160)는 채널 추정부(960), 수신 변조 심볼 생성부(970) 및 송신 변조 선택부(980)를 포함할 수 있다. 프로세서(1160)는 ASIC, 다른 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 메모리(1155)는 ROM, RAM, 플래쉬 메모리, 메모리 카드, 저장 매체 및/또는 다른 저장 장치를 포함할 수 있다.

Claims (16)

  1. 다중 입출력 안테나 통신 시스템에서 데이터를 전송하는 송신 장치로서,
    적어도 하나의 활성 안테나를 포함하는 복수의 송신 안테나; 및
    입력 데이터 비트를 적어도 하나의 활성 안테나와 적어도 하나의 변조 심볼의 조합(이하 안테나-심볼 조합이라 함)에 맵핑하고, 상기 맵핑에 기반하여 상기 적어도 하나의 변조 심볼을 생성하며, 상기 적어도 하나의 활성 안테나를 통해 상기 적어도 하나의 변조 심볼 또는 적어도 하나의 영 벡터를 전송하는 프로세서를 포함하는, 송신 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 송신 장치에 미리 설정된 맵핑 정보를 기반으로 상기 입력 데이터 비트를 상기 안테나-심볼 조합에 맵핑하는 것을 특징으로 하는 송신 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 복수의 송신 안테나 및 상기 송신 장치가 지원하는 변조 방식을 기반으로 맵핑 정보를 생성하고, 상기 맵핑 정보를 기반으로 상기 입력 데이터 비트를 상기 안테나-심볼 조합에 맵핑하는 것을 특징으로 하는 송신 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 신호의 전송에 사용될 수 있는 모든 안테나-심볼 조합 중 일부를 선택하고, 상기 입력 데이터 비트를 상기 선택된 일부의 안테나-심볼 조합들 중 하나에 맵핑하는 것을 특징으로 하는 송신 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 안테나-심볼 조합들의 벡터간의 거리가 최대가 되는 안테나-심볼 조합들을 선택하고, 상기 입력 데이터 비트를 상기 선택된 안테나-심볼 조합들 중 하나에 맵핑하는 것을 특징으로 하는 송신 장치.
  6. 다중 입출력 안테나 통신 시스템에서 데이터를 전송하는 전송 장치의 전송 방법에 있어서,
    입력되는 비트 데이터를 적어도 하나의 활성 안테나와 적어도 하나의 변조 심볼의 조합(이하 안테나-심볼 조합이라 함)에 맵핑하는 단계;
    상기 맵핑에 기반하여 상기 적어도 하나의 변조 심볼을 생성하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 활성 안테나를 통해 상기 적어도 하나의 변조 심볼 또는 적어도 하나의 영 벡터를 전송하는 단계를 포함하는 전송 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 변조 심볼을 생성하는 단계는,
    상기 송신 장치에 미리 설정된 맵핑 정보를 기반으로 상기 입력 데이터 비트를 안테나 심볼-조합에 맵핑하는 것을 특징으로 하는 전송 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 변조 심볼을 생성하는 단계는,
    상기 복수의 송신 안테나 및 상기 송신 장치가 지원하는 변조 방식을 기반으로 맵핑 정보를 생성하고, 상기 맵핑 정보를 기반으로 상기 입력 데이터 비트를 안테나-심볼 조합에 맵핑하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 적어도 하나의 변조 심볼을 생성하는 단계는 상기 신호의 전송에 사용될 수 있는 모든 안테나-심볼 조합 중 일부를 선택하고, 상기 입력 데이터 비트를 상기 선택된 일부의 안테나-심볼 조합들 중 하나에 맵핑하는 것을 특징으로 하는 전송 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 적어도 하나의 변조 심볼을 생성하는 단계는 상기 안테나-심볼 조합들의 벡터간의 거리가 최대가 되는 안테나-심볼 조합들을 선택하고, 상기 입력 데이터 비트를 상기 선택된 안테나-심볼 조합들 중 하나에 맵핑하는 것을 특징으로 하는 전송 방법.
  11. 다중 입출력 안테나 통신 시스템에서 송신 장치로부터 데이터를 수신하는 수신 장치로서,
    적어도 하나의 안테나; 및
    상기 적어도 하나의 안테나에 의해 수신되는 파일럿 신호를 기반으로 채널을 추정하고, 모든 가능한 수신 변조 심볼을 원소로 하는 집합을 생성하고, 상기 모든 가능한 수신 변조 심볼 중 일부 원소를 선택하여 부분 집합을 생성하여, 상기 적어도 하나의 안테나를 통해 상기 생성된 부분 집합을 상기 송신 장치로 전송하는 프로세서를 포함하는 수신 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 송신 장치의 송신 안테나의 수에 대한 정보 및 송신에 사용되는 변조 심볼에 대한 정보를 기반으로 상기 모든 가능한 수신 변조 심볼을 원소로 하는 집합을 생성하는 것을 특징으로 하는 수신 장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 프로세서는 페어와이즈(pair-wise) 최소 수신 심볼 벡터의 거리를 최대화하는 원소들을 상기 일부 원소로 선택하는 것을 특징으로 하는 수신 장치.
  14. 다중 입출력 안테나 통신 시스템에서 데이터를 수신하는 수신 방법에 있어서,
    적어도 하나의 안테나에 의해 수신되는 파일럿 신호를 기반으로 채널을 추정하는 단계;
    모든 가능한 수신 변조 심볼을 원소로 하는 집합을 생성하는 단계;
    상기 모든 가능한 수신 변조 심볼 중 일부 원소를 선택하여 부분 집합을 생성하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 안테나를 통해 상기 생성된 부분 집합을 상기 송신 장치로 전송하는 단계
    를 포함하는 수신 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 모든 가능한 수신 변조 심볼을 원소로 하는 집합을 생성하는 단계는
    상기 송신 장치의 송신 안테나의 수에 대한 정보 및 송신에 사용되는 변조 심볼에 대한 정보를 기반으로 상기 모든 가능한 수신 변조 심볼을 원소로 하는 집합을 생성하는 것을 특징으로 하는 수신 방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 부분 집합을 생성하는 단계는 페어와이즈(pair-wise) 최소 수신 심볼 벡터의 거리를 최대화하는 원소들을 상기 일부 원소로 선택하는 것을 특징으로 하는 수신 방법.
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