WO2009157659A2 - 다중안테나를 이용한 데이터 전송장치 및 방법 - Google Patents

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WO2009157659A2
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Definitions

  • the present invention relates to wireless communication, and more particularly, to an apparatus and method for transmitting data using multiple antennas.
  • the wireless channel has various problems such as path loss, shadowing, fading, noise, limited bandwidth, power limitation of the terminal, and interference between different users. Suffers. This limitation makes the wireless channel look like a narrow pipe that hinders the fast flow of data and makes it difficult to design an efficient bandwidth for wireless communication that provides high speed data transmission.
  • Other challenges in the design of wireless systems include resource allocation, mobility issues related to rapidly changing physical channels, portability, and the design of providing security and privacy. It includes.
  • a transmission channel undergoes deep fading the receiver is difficult to determine the transmitted signal unless another version or replica of the transmitted signal is transmitted separately.
  • the resources corresponding to these different versions or copies are called diversity and are one of the most important factors contributing to reliable transmission over the radio channel. By using such diversity, data transmission capacity or data transmission reliability can be maximized.
  • a system that implements diversity using multiple transmission antennas and multiple reception antennas is called a multiple input multiple output (MIMO) system.
  • MIMO system multiple input multiple output
  • Techniques for implementing diversity in MIMO systems include Space Frequency Block Code (SFBC), Space Time Block Code (STBC), Cyclic Delay Diversity (CDD), frequency switched transmit diversity (FSTD), time switched transmit diversity (TSTD), Precoding Vector Switching (PVS), Spatial Multiplexing (SM), Generalized Cyclic Delay Diversity (GCDD), and Selective Virtual Antenna Permutation (S-VAP).
  • SFBC Space Frequency Block Code
  • STBC Space Time Block Code
  • CDD Cyclic Delay Diversity
  • FSTD frequency switched transmit diversity
  • TSTD time switched transmit diversity
  • PVS Precoding Vector Switching
  • SM Spatial Multiplexing
  • GCDD Generalized Cyclic Delay Diversity
  • S-VAP Selective Virtual Antenna Permutation
  • Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) system that can attenuate the effect of inter-symbol interference with low complexity.
  • OFDM converts serially input data into N parallel data and transmits the data on N orthogonal subcarriers. Subcarriers maintain orthogonality in the frequency dimension.
  • OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access
  • PAPR Peak-to-Average Power Ratio
  • SC-FDMA Single Carrier-Frequency Division Multiple Access
  • SC-FDMA combines Frequency Division Multiple Access (FDMA) with Single Carrier-Frequency Division Equalization (SC-FDE).
  • SC-FDMA has similar characteristics to OFDMA in that it modulates and demodulates data in the time domain and frequency domain, but using the Discrete Fourier Transform (DFT), the PAPR of the transmission signal is low, which is advantageous in reducing transmission power. .
  • DFT Discrete Fourier Transform
  • SC-FDMA systems allow for small amounts of signal variation, resulting in broader coverage than other systems when using the same power amplifier.
  • the wireless communication system should be able to provide transmit diversity that lowers PAPR by using the SC-FDMA scheme.
  • STBC one of the aforementioned transmit diversity schemes, is a technique for obtaining diversity gain by applying selectivity in the space domain and the time domain. There is a need for a data transmission apparatus and method using STBC, which can provide transmission diversity that lowers PAPR.
  • An object of the present invention is to provide an apparatus and method for transmitting data using multiple antennas.
  • a data transmission apparatus using multiple antennas may include a data processing unit for generating data symbols by channel coding and constellation mapping of information bits, a DFT unit for performing a Discrete Fourier Transform (DFT) on the data symbols, and generating a frequency domain symbol; A MIMO processor for generating a first transmission symbol by applying a transmission diversity scheme and generating a second transmission symbol by applying a second transmission diversity scheme to the first transmission symbol, the first transmission symbol, and the second transmission
  • the SC-FDMA modulation unit generates an Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) on a symbol to generate a Single Carrier-Frequency Division Multiple Access (SC-FDMA) symbol, and includes a plurality of transmission antennas transmitting the SC-FDMA symbol.
  • the MIMO processor divides the plurality of transmission antennas into two groups, maps the first transmission symbol to a first group, and maps the second transmission symbol to a second group.
  • a data transmission method using multiple antennas includes channel coding and constellation mapping information bits to generate data symbols, performing DFT on the data symbols to generate frequency domain symbols, and applying a first transmit diversity scheme to the frequency domain symbols.
  • Generating a first transmission symbol generating a second transmission symbol by applying a second transmission diversity scheme to the first transmission symbol, dividing a plurality of transmission antennas into two groups, and dividing the first transmission symbol by a second transmission symbol; Mapping to the first group, mapping the second transmission symbol to the second group, mapping the first transmission symbol and the second transmission symbol to subcarriers, and performing an IFFT to generate an SC-FDMA symbol; And transmitting the SC-FDMA symbol using the plurality of transmission antennas.
  • STBC and other transmission diversity schemes can be applied while preserving single carrier characteristics, thereby facilitating the implementation of an SC-FDMA system.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a wireless communication system.
  • FIG. 3 shows an example of a subframe.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a data transmission apparatus in a multi-antenna system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 5 shows an example of a transmission symbol generated by the MIMO processing unit according to the present invention.
  • FIG. 6 shows another example of a transmission symbol generated by the MIMO processing unit according to the present invention.
  • FIG. 7 shows another example of a transmission symbol generated by the MIMO processing unit according to the present invention.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a data transmission method in a multi-antenna system according to the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a wireless communication system.
  • Wireless communication systems are widely deployed to provide various communication services such as voice and packet data.
  • a wireless communication system includes a user equipment (UE) 10 and a base station 20 (BS).
  • the terminal 10 may be fixed or mobile and may be called by other terms such as a mobile station (MS), a user terminal (UT), a subscriber station (SS), and a wireless device.
  • the base station 20 generally refers to a fixed station that communicates with the terminal 10, and in other terms, such as a Node-B, a Base Transceiver System, or an Access Point. Can be called.
  • One or more cells may exist in one base station 20.
  • CDMA Code Division Multiple Access
  • TDMA Time Division Multiple Access
  • FDMA Frequency Division Multiple Access
  • SC-FDMA Single-Carrier FDMA
  • OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access
  • the wireless communication system may be a multiple antenna system.
  • the multiple antenna system may be a multiple-input multiple-output (MIMO) system.
  • the multi-antenna system may be a multiple-input single-output (MISO) system or a single-input single-output (SISO) system or a single-input multiple-output (SIMO) system.
  • MISO multiple-input single-output
  • SISO single-input single-output
  • SIMO single-input multiple-output
  • the MIMO system uses multiple transmit antennas and multiple receive antennas.
  • the MISO system uses multiple transmit antennas and one receive antenna.
  • the SISO system uses one transmit antenna and one receive antenna.
  • the SIMO system uses one transmit antenna and multiple receive antennas.
  • a space time block code STBC
  • SFBC space frequency block code
  • FST frequency switched transmit diversity
  • CDD cyclic delay diversity
  • TSTD Time switched transmit diversity
  • PVS precoding vector switching
  • FSTD is a method of obtaining diversity gain by allocating subcarriers of different frequencies for each signal transmitted to each of the multiple antennas
  • CDD is a technique of obtaining diversity gain by using path delay between transmission antennas.
  • PVS is a type of transmission diversity technique, and is a method of obtaining a random beamforming gain by switching a precoding vector at a predetermined time, slot, or symbol unit.
  • Subcarriers can be allocated in the following manner. (1) A distributed allocation type in which subcarriers of equal intervals are allocated in the bandwidth of the entire system. (2) A localized allocation type in which locally adjacent subcarriers are allocated in the bandwidth of the entire system. In locally contiguous subcarrier sets, subcarriers are allocated at equal or arbitrary intervals.
  • the SC-FDMA system uses (1) or (2) when mapping DFT distributed symbol strings to subcarriers, in order to maintain a single-carrier property.
  • downlink means communication from the base station 20 to the terminal
  • uplink means communication from the terminal 10 to the base station 20
  • the transmitter may be part of the base station 20 and the receiver may be part of the terminal 10.
  • the transmitter may be part of the terminal 10 and the receiver may be part of the base station 20.
  • downlink may use Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) and uplink may use Single Carrier-Frequency Division Multiple Access (SC-FDMA) or clustered DFT S-OFDM.
  • SC-FDMA Single Carrier-Frequency Division Multiple Access
  • the general SC-FDMA technique means assigning (or mapping) a DFT spread symbol sequence to a contiguous subcarrier or an equally spaced subcarrier, where clustered DFT-S-OFDM is used for M ( ⁇ N).
  • the symbol strings are allocated (or mapped) to successive subcarriers, and the remaining NM symbol strings are allocated (or mapped) to successive subcarriers spaced apart from the subcarriers to which the M symbol strings are allocated (or mapped).
  • clustered DFT-S-OFDM there is an advantage that frequency selective scheduling can be performed.
  • a radio frame may consist of 10 subframes, and one subframe may include two slots.
  • One subframe is one Transmission Time Interval (TTI) and one TTI is 1 ms.
  • TTI Transmission Time Interval
  • Each slot is 0.5ms long.
  • One slot may include a plurality of SC-FDMA symbols (or OFDM symbols) in the time domain and at least one subcarrier in the frequency domain.
  • Slot may be referred to as a unit for allocating radio resources in the time domain and the frequency domain.
  • Frequency hopping may occur in every slot within a subframe. Frequency hopping means that two consecutive slots belong to different frequency bands.
  • the number of SC-FDMA symbols included in one slot may vary depending on the configuration of a cyclic prefix (CP).
  • CP has an extended CP (normal CP) and a normal CP (normal CP).
  • the number of SC-FDMA symbols included in one slot may be seven.
  • the SC-FDMA symbol is configured by the extended CP, since the length of the SC-FDMA symbol is increased, the number of SC-FDMA symbols included in one slot is smaller than that of the normal CP.
  • the number of SC-FDMA symbols included in one slot may be six.
  • the extended CP may be used to further reduce intersymbol interference when the channel state is unstable, such as when the terminal moves at a high speed, and to provide a multimedia broadcast multicast service (MBMS). May be used.
  • MBMS multimedia broadcast multicast service
  • the structure of the radio frame is merely an example, and the number of subframes included in the radio frame, the number of slots included in the subframe, and the number of SC-FDMA symbols included in the slot may be variously changed.
  • FIG. 3 shows an example of a subframe.
  • a subframe includes two slots.
  • One slot includes seven SC-FDMA symbols in the time domain.
  • it includes a plurality of resource blocks (RB) in the frequency domain.
  • a unit consisting of one SC-FDMA symbol and one subcarrier is called a resource element.
  • one resource block includes 12 subcarriers, one resource block includes 12 ⁇ 7 resource elements.
  • Each SC-FDMA symbol may carry data or an uplink reference signal.
  • uplink reference signals There are two types of uplink reference signals. One is a reference signal for estimating a channel for demodulating uplink data, and the other is a reference signal for scheduling uplink frequency domain by grasping uplink channel conditions.
  • the former is called a data demodulation reference signal (DMRS), and the latter is called a scheduling reference signal or a sounding reference signal (SRS).
  • DMRS data demodulation reference signal
  • SRS sounding reference signal
  • each slot one SC-FDMA symbol is allocated for transmission of DMRS.
  • the SRS may be carried in the last SC-FDMA symbol of the second slot of every subframe.
  • six SC-FDMA symbols are allocated for data transmission in the first slot, and five SC-FDMA symbols are allocated for data transmission in the second slot.
  • SC-FDMA symbols must be paired in even numbers. In the case of the first slot, since there are six SC-FDMA symbols carrying data, the SC-FDMA symbols may be paired with each other.
  • the structure of the subframe is merely an example, and the number of slots included in the subframe, the number of SC-FDMA symbols included in the slot, and the position of the SC-FDMA symbol to which the demodulation reference signal is transmitted may vary.
  • STBC transmits different transmission symbols over one OFDM or SC-FDMA symbol through two transmission antennas. Therefore, when performing STBC transmission using four transmission antennas, there is a need for an apparatus and method for transmitting transmission symbols through two transmission antennas in one resource region (frequency or time domain).
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a data transmission apparatus in a multi-antenna system according to an embodiment of the present invention.
  • the data transmission apparatus 100 may include a data processing unit 110, a DFT unit 120, a MIMO processing unit 130, and an SC-FDMA modulation unit SC-.
  • the data processor 110 generates a data symbol by channel coding and constellation mapping the input information bits.
  • the information bits contain user information to be sent to the data receiving device.
  • the information bits may include control information related to the transmission of information of the user plane or the radio resource allocation.
  • the DFT unit 120 performs a DFT on the input data symbol and outputs a frequency domain symbol.
  • the data symbol input to the DFT unit 120 may be control information and / or user data.
  • the size of the DFT is M, which may be fixed by the size of the allocated resource block or may vary depending on the system.
  • the DFT unit 120 may have a single or two parallel structures.
  • the DFT unit 120 receives a data symbol of M / 2 length twice.
  • the data transmission apparatus 100 may include two DFT units 120 having the MFT size M / 2.
  • the MIMO processor 130 generates a first transmission symbol by applying a first transmission diversity scheme to the frequency domain symbol, and generates a second transmission symbol by applying a second transmission diversity scheme to the first transmission symbol.
  • the first and second transmit diversity schemes are different transmit diversity schemes.
  • the first transmit diversity scheme may be STBC.
  • the second transmit diversity scheme may be any one of FSTD, CDD, and PVS.
  • FIG. 5 shows an example of a transmission symbol generated by the MIMO processing unit according to the present invention. This is the case where the first transmit diversity scheme is STBC and the second transmit diversity scheme is FSTD. It is assumed that the number of transmission antennas is four.
  • frequency domain symbols input to the MIMO processing unit 130 are S 1 and S 2 .
  • first transmission symbols S 1 , S 2 , S * 1 , and -S * 2 to be mapped over two SC-FDMA symbols are generated.
  • S 1 , 0, S 2 , 0, S * 1 , 0, -S * 2 , 0 are generated. Accordingly, the transmission symbol finally generated by the MIMO processing unit 130 in the frequency and time domains is shown in FIG. 5.
  • FIG. 6 shows another example of a transmission symbol generated by the MIMO processing unit according to the present invention. This is the case when the first transmit diversity scheme is STBC and the second transmit diversity scheme is CDD. It is assumed that the number of transmission antennas is four.
  • frequency domain symbols input to the MIMO processing unit 130 are S 1 and S 2 .
  • first transmission symbols S 1 , S 2 , S * 1 , and -S * 2 to be mapped over two SC-FDMA symbols are generated.
  • the CDD is applied to the first transmission symbol again, since each transmission symbol is delayed by a predetermined phase, the second transmission symbols S 1 e j ⁇ _1 , S 2 e j ⁇ _2 , (S 1 e j ⁇ _1 ) * ,-(S 2 e j ⁇ _2 ) * is generated.
  • the transmission symbol finally generated by the MIMO processing unit 130 in the frequency and time domains is shown in FIG. 6.
  • the relationship that each transmission symbol is mapped to a transmission antenna is shown in the table below.
  • the first transmission symbols S 1 , S 2 , S * 1 , and -S * 2 are transmitted over the first and second SC-FDMA symbols through the first and third transmission antennas. This corresponds to one STBC transmission.
  • the first and third transmission antennas form one virtual antenna.
  • e j ⁇ _2 ) * is transmitted.
  • the delay value due to the CDD may be determined by the following equation.
  • phase component ⁇ is the same as Equation 2.
  • a is a delay component and M is an arbitrary integer.
  • M is an arbitrary integer.
  • a M / N and N may be the number of transmission antennas.
  • a is a prime number, there is an advantage of obtaining a beamforming gain by using a small delay value of a ⁇ 1.
  • FIG. 7 shows another example of a transmission symbol generated by the MIMO processing unit according to the present invention. This is the case when the first transmit diversity scheme is STBC and the second transmit diversity scheme is PVS. It is assumed that the number of transmission antennas is four.
  • frequency domain symbols input to the MIMO processing unit 130 are S 1 and S 2 .
  • first transmission symbols S 1 , S 2 , S * 1 , and -S * 2 to be mapped over two SC-FDMA symbols are generated.
  • the PVS the precoding vector applied to each transmission symbol can be changed, so the function changed in this manner is called P (a).
  • a is an input transmission symbol.
  • second transmission symbols P (S 1 ), P (S 2 ), P (S * 1 ), and P (-S * 2 ) are generated. Therefore, the transmission symbol finally generated by the MIMO processing unit 130 viewed in the frequency and time domains is shown in FIG.
  • the relationship that each transmission symbol is mapped to a transmission antenna is shown in the table below.
  • the first transmission symbols S 1 , S 2 , S * 1 , and -S * 2 are transmitted over the first and second SC-FDMA symbols through the first and third transmission antennas. This corresponds to one STBC transmission.
  • the first and third transmission antennas form one virtual antenna.
  • S * 2 is transmitted.
  • the second and fourth transmitting antennas form another virtual antenna.
  • a subset of rank 1 precoding weights defined by a codebook may be used as shown in the following table.
  • the plurality of transmit antennas 150-1,..., 150 -N be even in order to simultaneously apply the first and second transmit diversity schemes.
  • four transmit antennas may be used.
  • two transmission antennas transmit a first transmission symbol according to the first transmission diversity scheme
  • the other two transmission antennas transmit a second transmission symbol according to the second transmission diversity scheme.
  • the MIMO processor 130 divides the plurality of transmission antennas 150-1,..., 150 -N into two groups, maps the first transmission symbol to the first group, and maps the second transmission symbol. Map to the second group.
  • frequency bands used by the first group and the second group may be different. For example, if the first group uses subcarriers of the first frequency band, the second group uses subcarriers of the second frequency band, and the first and second frequency bands do not overlap each other.
  • Index combinations of transmission antennas belonging to the first and second groups may be various. For example, when there are four transmission antennas designated by the indices 1 to 4, three combinations exist for the indexes of the transmission antennas of the first group and the second group.
  • ⁇ a, b ⁇ means a group bound to the first and second transmission antennas.
  • Each group corresponds to one virtual antenna as a whole. Thus, if the system includes two groups, it is equivalent to having two virtual antennas.
  • the same transmit antenna group is applied within at least one SC-FDMA (or OFDM) symbol to maintain a single carrier characteristic, and the same transmit antenna group is applied across at least two SC-FDMA (or OFDM) symbols for STBC transmission.
  • the method of determining a group of transmitting antennas is as follows.
  • the transmit antenna group may determine to have similar transit performance. For example, when a common pilot for distinguishing each transmission antenna is used, the pilot density may be different for each transmission antenna, and thus different performances may be obtained for each transmission antenna group. .
  • the transmission antenna group can be appropriately determined to have similar performance between the transmission antenna groups. If the densities of the first and second transmit antennas are high and the pilot densities of the third and fourth transmit antennas are low, the first group consists of the first and third transmit antennas, and the second group consists of the second and fourth transmit antennas. By configuring the transmission antenna, similar performance can be achieved between the two groups.
  • the spatial multiplexing gain is increased by applying different groups of transmission antennas in units of two SC-FDMA (or OFDM) symbols or slots. For example, when there are six OFDM symbols for data transmission in the first slot, three symbol bundles may be obtained when paring two OFDM symbols. Different transmit antenna groups can be applied to each symbol bundle. This is shown in the table below.
  • the transmission antenna group may be divided in slot units.
  • a transmission antenna group ⁇ 1,2 ⁇ / ⁇ 3,4 ⁇ may be used in the first slot
  • a transmission antenna group ⁇ 1,3 ⁇ / ⁇ 2,4 ⁇ may be used in the second slot.
  • the SC-FDMA modulator 140 maps the first transmission symbol and the second transmission symbol to each subcarrier according to various signal structure schemes.
  • the second transmit diversity scheme is an FSTD
  • the subcarriers are allocated separately for each transmit antenna 150-1,..., 150 -N.
  • the subcarrier allocation scheme for each transmission antenna may be a distributed allocation method or a localized allocation method.
  • the SC-FDMA modulator 140 performs an Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) on the first and second transmission symbols mapped to the subcarrier, to form a single carrier-frequency division multiple access (SC-FDMA) symbol that is a time domain signal.
  • IFFT Inverse Fast Fourier Transform
  • SC-FDMA single carrier-frequency division multiple access
  • SC-FDMA modulation has been exemplified here, when FFT is performed on data symbols, OFDM modulation may be performed, and the generated symbol may be an OFDM symbol.
  • a plurality of transmit antennas 150-1,... 150 -N transmit the SC-FDMA symbols.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a data transmission method in a multi-antenna system according to the present invention.
  • data coding is generated by channel coding information bits and constellation mapping (S100).
  • a frequency domain symbol is generated by performing DFT on the data symbol (S110).
  • a first transmission symbol is generated by applying a first transmission diversity scheme to the frequency domain symbol, and a second transmission symbol is generated by applying a second transmission diversity scheme to the first transmission symbol (S120).
  • the first transmit diversity scheme may be STBC
  • the second transmit diversity scheme may be one of FSTD, CDD, and PVS.
  • the plurality of transmission antennas are divided into two groups, the first transmission symbol is mapped to the first group, and the second transmission symbol is mapped to the second group (S130).
  • the process of mapping is also referred to as transmission antenna pairing.
  • an IFFT is performed to generate an SC-FDMA symbol (S140).
  • the first group uses subcarriers of a first frequency band
  • the second group uses subcarriers of a second frequency band
  • the first and second frequency bands do not overlap each other.
  • the SC-FDMA symbol is transmitted using the plurality of transmission antennas (S150).
  • a processor such as a microprocessor, a controller, a microcontroller, an application specific integrated circuit (ASIC), or the like according to software or program code coded to perform the function.
  • ASIC application specific integrated circuit

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Abstract

다중안테나를 이용한 데이터 전송장치를 제공한다. 상기 장치는 정보비트를 채널코딩하고 성상맵핑하여 데이터 심벌을 생성하는 데이터 처리부, 상기 데이터 심벌에 대해 DFT(Discrete Fourier Transform)를 수행하여 주파수 영역 심벌을 생성하는 DFT 부, 상기 주파수 영역 심벌에 제1 전송 다이버시티 기법을 적용하여 제1 전송심벌을 생성하고, 상기 제1 전송심벌에 제2 전송 다이버시티 기법을 적용하여 제2 전송심벌을 생성하는 MIMO 처리부, 상기 제1 전송심벌 및 상기 제2 전송심벌에 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)를 수행하여 SC-FDMA(Single Carrier-Frequency Division Multiple Access) 심벌을 생성하는 SC-FDMA 변조부, 상기 SC-FDMA 심벌을 전송하는 복수의 송신안테나를 포함한다. 상기 MIMO 처리부는 상기 복수의 송신안테나를 2개의 그룹으로 나누고, 상기 제1 전송심벌을 제1 그룹에 맵핑하고, 상기 제2 전송심벌을 제2 그룹에 맵핑한다. 복수의 송신안테나를 구비한 데이터 전송시스템에 있어서 단일 반송파 특성을 보존시키면서 STBC 및 다른 전송 다이버시티 기법을 적용할 수 있어 SC-FDMA 시스템의 구현이 용이해진다.

Description

다중안테나를 이용한 데이터 전송장치 및 방법
본 발명은 무선통신에 관한 것으로서 보다 상세하게는 다중안테나를 이용한 데이터 전송장치 및 방법에 관한 것이다.
최근들어 무선 데이터 서비스에 대한 폭발적인 수요의 증가가 있어왔다. 그리고 무선 음성 서비스에서 무선 데이터 서비스로의 진화는 무선 용량(wireless capacity)의 점진적인 증가를 요구하고 있다. 이러한 요구는 무선 서비스 사업자들과 무선장비 제조업자들로 하여금 무선 시스템의 데이터 전송률의 향상을 모색하도록 하며, 막대한 연구에 대한 동기를 부여한다.
무선채널(wireless channel)은 경로손실(path loss), 쉐도우잉(shadowing), 페이딩(fading), 잡음(noise), 한정된 대역폭(limited bandwidth), 단말의 전력한계, 다른 사용자간의 간섭과 같은 여러가지 문제를 겪는다. 이러한 한계는 무선 채널을 데이터의 빠른 흐름을 저해하는 좁은 파이프와 유사한 형태를 갖게 하며, 고속 데이터 전송을 제공하는 무선통신의 효율적인 대역폭의 설계를 어렵게 한다. 무선 시스템의 설계에 있어서 또 다른 난점들(challenges)은 자원할당, 급변하는 물리채널과 관련한 이동성 문제들(mobility issues), 휴대가능성(portability), 및 안전성(security)과 프라이버시(privacy) 제공의 설계를 포함한다.
전송채널이 큰 페이딩(deep fading)을 겪을 때, 수신기는 전송되는 신호의 다른 버젼(version)이나 복사본(replica)이 별도로 전송되지 않는 경우 상기 전송되는 신호를 결정하기 어렵다. 이러한 별도의 다른 버젼이나 복사본에 해당하는 자원은 다이버시티(diversity)라 불리며, 무선채널에 걸쳐 신뢰성있는 전송에 기여하는 가장 중요한 요소 중 하나이다. 이러한 다이버시티를 이용하면 데이터 전송 용량 또는 데이터 전송 신뢰도를 극대화할 수 있는데, 다중 송신안테나 및 다중 수신 안테나로써 다이버시티를 구현하는 시스템을 다중입출력(Multiple Input Multiple Output; MIMO) 시스템이라 한다. MIMO 시스템을 다중안테나(Multiple antenna) 시스템이라고도 한다.
MIMO 시스템에서 다이버시티를 구현하기 위한 기법에는 SFBC(Space Frequency Block Code), STBC(Space Time Block Code), CDD(Cyclic Delay Diversity), FSTD(frequency switched transmit diversity), TSTD(time switched transmit diversity), PVS(Precoding Vector Switching), 공간 다중화(Spatial Multiplexing; SM), GCDD(Generalized Cyclic Delay Diversity), S-VAP(Selective Virtual Antenna Permutation) 등이 있다.
한편, 3세대 이후의 시스템에서 고려되는 있는 시스템 중 하나가 낮은 복잡도로 심벌간 간섭(inter-symbol interference) 효과를 감쇄시킬 수 있는 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; OFDM) 시스템이다. OFDM은 직렬로 입력되는 데이터를 N개의 병렬 데이터로 변환하여, N개의 직교 부반송파(subcarrier)에 실어 전송한다. 부반송파는 주파수 차원에서 직교성을 유지한다. 직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access; OFDMA)은 OFDM을 변조 방식으로 사용하는 시스템에 있어서 이용가능한 부반송파의 일부를 각 사용자에게 독립적으로 제공하여 다중 접속을 실현하는 다중 접속 방법을 말한다.
그런데, OFDM/OFDMA 시스템의 주된 문제점 중 하나는 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)이 매우 클 수 있다는 것이다. PAPR 문제는 전송 신호의 최대 진폭(peak amplitude)이 평균 진폭보다 매우 크게 나타나는 것으로, OFDM 심벌이 서로 다른 부반송파 상에서 N개의 정현파 신호(sinusoidal signal)의 중첩이라는 사실에 기인한다. PAPR은 특히 배터리의 용량과 관련되어 전력 소모에 민감한 단말에서 문제가 된다. 전력 소모를 줄이기 위해서는 PAPR을 낮추는 것이 필요하다.
PAPR을 낮추기 위해 제안되고 있는 시스템 중 하나가 단일 반송파 주파수 분할 다중 접속(Single Carrier-Frequency Division Multiple Access; SC-FDMA)이다. SC-FDMA는 SC-FDE(Single Carrier-Frequency Division Equalization) 방식에 FDMA(Frequency Division Multiple Access)를 접목한 형태이다. SC-FDMA는 데이터를 시간 영역 및 주파수 영역에서 변조 및 복조한다는 점에서 OFDMA와 유사한 특성을 갖지만, 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform; DFT)을 이용하므로써 전송 신호의 PAPR이 낮아 전송 전력 절감에 유리하다. 특히 배터리 사용과 관련하여 전송 전력에 민감한 단말에서 기지국으로 통신하는 상향링크에 유리하다고 할 수 있다. 단말이 기지국으로 데이터를 전송할 때, 중요한 점은 전송하는 데이터의 대역폭은 크지 않은 대신 파워를 집중할 수 있는 넓은 커버리지(coverage)이다. SC-FDMA 시스템은 신호의 변화량이 작도록 만들어 주어, 동일한 전력 증폭기(power amplifier)를 사용했을 때 다른 시스템보다 더 넓은 커버리지를 가진다.
그런데, 이러한 SC-FDMA 방식을 적용함에 있어서 주의해야할 것은 단일-반송파 특성(single-carrier property)를 만족시켜야 한다는 점이다. 무선통신 시스템은 SC-FDMA 방식을 이용함으로써 PAPR을 낮추는 전송 다이버시티(transmit diversity)를 제공할 수 있어야 한다. 앞서 언급된 전송 다이버시티 기법 중 하나인 STBC는 공간 영역과 시간 영역에서 선택성을 적용함으로써 다이버시티 이득을 얻는 기법이다. STBC를 이용하되, PAPR을 낮추는 전송다이버시티를 제공할 수 있는 데이터 전송장치 및 방법이 요구된다.
본 발명의 기술적 과제는 다중안테나를 이용한 데이터 전송장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면 다중안테나를 이용한 데이터 전송장치를 제공한다. 상기 장치는 정보비트를 채널코딩하고 성상맵핑하여 데이터 심벌을 생성하는 데이터 처리부, 상기 데이터 심벌에 대해 DFT(Discrete Fourier Transform)를 수행하여 주파수 영역 심벌을 생성하는 DFT 부, 상기 주파수 영역 심벌에 제1 전송 다이버시티 기법을 적용하여 제1 전송심벌을 생성하고, 상기 제1 전송심벌에 제2 전송 다이버시티 기법을 적용하여 제2 전송심벌을 생성하는 MIMO 처리부, 상기 제1 전송심벌 및 상기 제2 전송심벌에 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)를 수행하여 SC-FDMA(Single Carrier-Frequency Division Multiple Access) 심벌을 생성하는 SC-FDMA 변조부, 상기 SC-FDMA 심벌을 전송하는 복수의 송신안테나를 포함한다. 상기 MIMO 처리부는 상기 복수의 송신안테나를 2개의 그룹으로 나누고, 상기 제1 전송심벌을 제1 그룹에 맵핑하고, 상기 제2 전송심벌을 제2 그룹에 맵핑한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면 다중안테나를 이용한 데이터 전송방법을 제공한다. 상기 방법은 정보비트를 채널코딩하고 성상맵핑하여 데이터 심벌을 생성하는 단계, 상기 데이터 심벌에 대해 DFT를 수행하여 주파수 영역 심벌을 생성하는 단계, 상기 주파수 영역 심벌에 제1 전송 다이버시티 기법을 적용하여 제1 전송심벌을 생성하고, 상기 제1 전송심벌에 제2 전송 다이버시티 기법을 적용하여 제2 전송심벌을 생성하는 단계, 복수의 송신안테나를 2개의 그룹으로 나누고, 상기 제1 전송심벌을 제1 그룹에 맵핑하고, 상기 제2 전송심벌을 제2 그룹에 맵핑하는 단계, 상기 제1 전송심벌 및 상기 제2 전송심벌을 부반송파에 맵핑한 후 IFFT를 수행하여 SC-FDMA 심벌을 생성하는 단계, 및 상기 복수의 송신안테나를 이용하여 상기 SC-FDMA 심벌을 전송하는 단계를 포함한다.
복수의 송신안테나를 구비한 데이터 전송시스템에 있어서 단일 반송파 특성을 보존시키면서 STBC 및 다른 전송 다이버시티 기법을 적용할 수 있어 SC-FDMA 시스템의 구현이 용이해진다.
도 1은 무선통신 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2는 무선 프레임 구조의 일 예를 나타낸다.
도 3은 서브프레임의 일 예를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 예에 따른 다중안테나 시스템에서 데이터 전송장치를 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명에 따른 MIMO 처리부에 의해 생성되는 전송심벌의 일 예를 나타낸다.
도 6은 본 발명에 따른 MIMO 처리부에 의해 생성되는 전송심벌의 다른 예를 나타낸다.
도 7은 본 발명에 따른 MIMO 처리부에 의해 생성되는 전송심벌의 또 다른 예를 나타낸다.
도 8은 본 발명에 따른 다중안테나 시스템에서 데이터 전송방법을 설명하는 순서도이다.
도 1은 무선통신 시스템을 나타낸 블록도이다. 무선통신 시스템은 음성, 패킷 데이터 등과 같은 다양한 통신 서비스를 제공하기 위해 널리 배치된다.
도 1을 참조하면, 무선통신 시스템은 단말(10; User Equipment, UE) 및 기지국(20; Base Station, BS)을 포함한다. 단말(10)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, MS(Mobile Station), UT(User Terminal), SS(Subscriber Station), 무선기기(wireless device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 기지국(20)은 일반적으로 단말(10)과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, 노드-B(Node-B), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 하나의 기지국(20)에는 하나 이상의 셀이 존재할 수 있다.
무선통신 시스템에 적용되는 다중 접속 기법에는 제한이 없다. CDMA(Code Division Multiple Access), TDMA(Time Division Multiple Access), FDMA(Frequency Division Multiple Access), SC-FDMA(Single-Carrier FDMA), OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 또는 공지된 다른 변조 기술들과 같은 다중 접속 기법들에 기초할 수 있다. 이들 변조 기법들은 통신 시스템의 다중 사용자들로부터 수신된 신호들을 복조하여 통신 시스템의 용량을 증가시킨다.
무선통신 시스템은 다중안테나(multiple antenna) 시스템일 수 있다. 다중안테나 시스템은 다중입출력(multiple-input multiple-output; MIMO) 시스템일 수 있다. 또는 다중안테나 시스템은 다중 입력 싱글 출력(multiple-input single-output; MISO) 시스템 또는 싱글 입력 싱글 출력(single-input single-output; SISO) 시스템 또는 싱글 입력 다중 출력(single-input multiple-output; SIMO) 시스템일 수도 있다. MIMO 시스템은 다수의 송신안테나와 다수의 수신 안테나를 사용한다. MISO 시스템은 다수의 송신안테나와 하나의 수신 안테나를 사용한다. SISO 시스템은 하나의 송신안테나와 하나의 수신 안테나를 사용한다. SIMO 시스템은 하나의 송신안테나와 다수의 수신 안테나를 사용한다.
다중 안테나 시스템의 운영(operation)을 위한 다중 안테나 송수신 기법(scheme)으로서, STBC(Space Time Block Code), SFBC(Space Frequency Block Code), FSTD(frequency switched transmit diversity), CDD(Cyclic Delay Diversity), TSTD(time switched transmit diversity), 공간 다중화, PVS(Precoding Vector Switching) 등이 사용될 수 있다.
STBC에서 신호는 시간과 공간 영역에서 분리되어 전송되며, 각 안테나별로 수신된 신호들은 최대 우도 결합(Maximum Likelihood Combining) 기법에 의해 결정된다. FSTD는 각 다중 안테나로 전송되는 신호마다 서로 다른 주파수의 부반송파를 할당함으로써 다이버시티 이득을 얻는 방식이고, CDD는 각 송신안테나간의 경로 지연을 이용하여 다이버시티 이득을 얻는 기법이다. PVS는 전송 다이버시티 기법의 일종으로서, 일정 시간, 슬롯 또는 심벌단위로 프리코딩 벡터(weight)를 스위칭하여, 랜덤한 빔포밍 이득을 얻는 방법이다.
부반송파는 다음과 같은 방식으로 할당될 수 있다. (1) 전체 시스템의 대역폭에서 등간격의 부반송파가 할당되는 분산적 할당방식(distributed allocation type) (2) 전체 시스템의 대역폭에서 국부적으로 인접한 부반송파들이 할당되는 국부적 할당방식(localized allocation type) (3) 국부적으로 인접한 부반송파 집합에서, 등간격 또는 임의 간격으로 부반송파가 할당되는 방식이 있다. SC-FDMA 시스템은 DFT 분산된 심벌열을 부반송파에 맵핑할 때 (1) 또는 (2) 방식을 사용하는데, 이는 단일 부반송파 특성(single-carrier property)을 유지하기 위함이다.
이하에서 하향링크(downlink; DL)는 기지국(20)에서 단말(10)로의 통신을 의미하며, 상향링크(uplink; UL)는 단말(10)에서 기지국(20)으로의 통신을 의미한다. 하향링크에서, 송신기는 기지국(20)의 일부일 수 있고 수신기는 단말(10)의 일부일 수 있다. 상향링크에서, 송신기는 단말(10)의 일부일 수 있고 수신기는 기지국(20)의 일부일 수 있다.
하향링크와 상향링크 전송을 위한 다중 접속 방식은 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 하향링크는 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)를 사용하고, 상향링크는 SC-FDMA(Single Carrier-Frequency Division Multiple Access) 또는 clustered DFT S-OFDM을 사용할 수 있다. 일반적인 SC-FDMA 기법은 DFT 확산된 심볼열을 연속된 부반송파 또는 등간격을 갖는 부반송파에 할당(또는 맵핑)하는 것을 의미하는데, clustered DFT-S-OFDM은 DFT 확산된 N 심볼열 중 M(<N) 심볼열은 연속된 부반송파에 할당(또는 맵핑)하고, 나머지 N-M 심볼열은 M 심볼열이 할당(또는 맵핑)된 부반송파에서 일정 간격 떨어진 연속된 부반송파에 할당(또는 맵핑)한다. clustered DFT-S-OFDM을 사용할 경우, 주파수 선택적 스케줄링(frequency selective scheduling)을 할 수 있는 장점이 있다.
도 2는 무선 프레임 구조의 일 예를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 무선 프레임(radio frame)은 10개의 서브프레임(subframe)으로 구성되고, 하나의 서브프레임은 2개의 슬롯(slot)을 포함할 수 있다. 하나의 서브프레임이 1 TTI(Transmission Time Interval)이고, 1 TTI는 1ms이다. 각 슬롯은 0.5ms 길이이다. 하나의 슬롯은 시간 영역에서 복수의 SC-FDMA심벌(또는 OFDM 심벌)과 주파수 영역에서 적어도 하나의 부반송파를 포함할 수 있다. 슬롯은 시간 영역과 주파수 영역에서 무선 자원을 할당하기 위한 단위라 할 수 있다. 서브프레임내에서 매 슬롯마다 주파수 도약이 발생할 수 있다. 주파수 도약(frequency hopping)이란, 연속된 2개의 슬롯이 서로 다른 주파수 대역에 속하는 경우를 의미한다.
하나의 슬롯에 포함되는 SC-FDMA 심벌의 수는 CP(Cyclic Prefix)의 구성(configuration)에 따라 달라질 수 있다. CP에는 확장된 CP(extended CP)와 일반 CP(normal CP)가 있다. 예를 들어, SC-FDMA 심벌이 일반 CP에 의해 구성된 경우, 하나의 슬롯에 포함되는 SC-FDMA 심벌의 수는 7개일 수 있다. SC-FDMA 심벌이 확장된 CP에 의해 구성된 경우, SC-FDMA 심벌의 길이가 늘어나므로, 한 슬롯에 포함되는 SC-FDMA 심벌의 수는 일반 CP인 경우보다 적다. 예를 들어, 하나의 슬롯에 포함되는 SC-FDMA 심벌의 수는 6개일 수 있다. 확장된 CP는 단말이 빠른 속도로 이동하는 등의 경우와 같이 채널상태가 불안정한 경우, 심벌간 간섭을 더욱 줄이기 위해 사용될 수도 있고, 멀티미디어 브로드캐스트 멀티캐스트 서비스(Multimedia Broadcast Multicast Service; MBMS)를 제공하기 위해 사용될 수도 있다.
무선 프레임의 구조는 예시에 불과하고, 무선 프레임에 포함되는 서브프레임의 수, 서브프레임에 포함되는 슬롯의 수 및 슬롯에 포함되는 SC-FDMA 심벌의 수는 다양하게 변경될 수 있다.
도 3은 서브프레임의 일 예를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 서브프레임은 2개의 슬롯을 포함한다. 하나의 슬롯은 시간 영역에서 7개의 SC-FDMA 심벌을 포함한다. 한편, 주파수 영역에서 복수의 자원블록(resource block; RB)을 포함한다. 1개의 SC-FDMA 심벌과 1개의 부반송파로 이루어진 단위를 자원 요소라 한다. 하나의 자원블록이 12 부반송파를 포함한다고 할 때, 하나의 자원블록은 12×7 자원요소를 포함한다.
각 SC-FDMA 심벌에는 데이터 또는 상향링크 기준신호(uplink reference signal)가 실릴 수 있다. 상향링크 기준신호에는 두가지가 있다. 하나는 상향링크의 데이터를 복조하기 위해 채널을 추정하기 위한 기준신호이고, 다른 하나는 상향링크의 채널 상황을 파악하여 상향링크의 주파수 영역을 스케쥴링하기 위한 기준신호다. 전자는 데이터 복조용 기준신호(data demodulation reference signal; 이하 DMRS)라 불리고, 후자는 스케줄링용 기준신호 또는 사운딩 기준신호(sounding reference signal;이하 SRS)라 불린다. DMRS가 상향링크로 전송되는 데이터가 있을 경우에만 한정된 주파수영역에서 전송되는데 반해, SRS는 데이터의 유무에 관계없이 주기적으로 상향링크 전체 주파수 대역을 통해 전송된다.
매 슬롯에서, DMRS의 전송을 위해 하나의 SC-FDMA 심벌이 할당된다. SRS는 매 서브프레임의 2번째 슬롯의 마지막 SC-FDMA 심벌에 실릴 수 있다. 나머지 SC-FDMA 심벌은 데이터의 전송을 위해 할당된다고 할 때, 제1 슬롯내에는 6개의 SC-FDMA 심벌이 데이터 전송을 위해 할당되고, 제2 슬롯내에는 5개의 SC-FDMA 심벌이 데이터 전송을 위해 할당된다. STBC가 적용되려면 SC-FDMA 심벌이 짝수로 짝(pair)을 이루어야 한다. 제1 슬롯의 경우, 데이터가 실리는 SC-FDMA 심벌이 6개가 있으므로, SC-FDMA 심벌들이 서로 짝을 이룰 수 있다. 반면, 제2 슬롯의 경우, 데이터가 실리는 SC-FDMA 심벌이 5개가 있으므로, 4개 SC-FDMA 심벌은 2개씩 짝을 이룰 수 있으나, 남은 1개 SC-FDMA 심벌은 짝을 이룰 수 없다. 이와 같이 짝을 이루지 못하는 하나의 SC-FDMA 심벌에 데이터를 전송하기 위해서, SC-FDMA 심벌의 짝을 요하지 않는 다른 전송 다이버시티 기법이 사용될 수 있다. 예컨대, CDD/ PVS/ FSTD와 같은 기법이 사용될 수 있다.
서브프레임의 구조는 예시에 불과하고, 서브프레임에 포함되는 슬롯의 수, 슬롯에 포함되는 SC-FDMA 심벌의 수 및 복조 기준신호가 전송되는 SC-FDMA 심벌의 위치는 다양하게 변경될 수 있다.
STBC는 2개의 송신안테나를 통해 서로 다른 전송심벌이 1개의 OFDM 또는 SC-FDMA 심벌에 걸쳐 전송된다. 따라서, 4개의 송신안테나를 이용하여 STBC 전송을 수행할 때에는 하나의 자원영역(주파수 또는 시간영역)에서 2개의 송신안테나를 통해 전송심벌이 전송될 수 있도록 하는 장치 및 방법이 필요하다.
도 4는 본 발명의 일 예에 따른 다중안테나 시스템에서 데이터 전송장치를 나타내는 블록도이다.
도 4를 참조하면, 데이터 전송장치(100)는 데이터 처리부(data processing unit, 110), DFT부(DFT unit, 120), MIMO 처리부(MIMO processing unit, 130), SC-FDMA 변조부(SC-FDMA modulating unit, 140) 및 복수의 송신안테나(150-1,...,150-N)을 포함한다.
데이터 처리부(110)는 입력되는 정보비트(information bit)를 채널코딩하고 성상맵핑하여 데이터 심벌을 생성한다. 정보비트는 데이터 수신장치로 보낼 사용자 정보를 포함한다. 또한, 정보비트는 사용자 평면의 정보의 전송 또는 무선자원 할당과 관련된 제어정보를 포함할 수 있다.
DFT부(120)는 입력되는 데이터 심벌에 DFT를 수행하여 주파수 영역 심벌을 출력한다. DFT부(120)에 입력되는 데이터 심벌은 제어정보 및/또는 사용자 데이터일 수 있다. DFT의 크기는 M으로서, 이는 할당된 자원블록의 크기만큼 고정된 것일 수도 있고, 시스템에 따라 가변적일 수도 있다. 또한, 데이터 전송장치(100)가 FSTD에 의해 전송 다이버시티를 구현할 경우, DFT부(120)는 단일 또는 2개의 병렬적인 구조일 수 있다. DFT부(120)가 단일 구조인 경우, DFT부(120)에는 M/2 길이의 데이터 심벌이 2번 반복되는 형태로 입력된다. 한편, DFT부(120)가 2개의 병렬적인 구조인 경우, 데이터 전송장치(100)는 DFT 크기가 M/2인 DFT부(120)를 2개 포함할 수 있다.
MIMO 처리부(130)는 상기 주파수 영역 심벌에 제1 전송 다이버시티 기법을 적용하여 제1 전송심벌을 생성하고, 상기 제1 전송심벌에 제2 전송 다이버시티 기법을 적용하여 제2 전송심벌을 생성한다. 상기 제1 및 제2 전송 다이버시티 기법은 서로 다른 전송 다이버시티 기법들이다. 제1 전송 다이버시티 기법은 STBC일 수 있다. 제2 전송 다이버시티 기법은 FSTD, CDD 및 PVS 중 어느 하나일 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 MIMO 처리부에 의해 생성되는 전송심벌의 일 예를 나타낸다. 이는 제1 전송 다이버시티 기법은 STBC이고, 제2 전송 다이버시티 기법은 FSTD인 경우이다. 그리고, 송신안테나의 개수는 4개라고 가정한다.
도 5를 참조하면, MIMO 처리부(130)에 입력되는 주파수 영역 심벌을 S1, S2라 하자. 이 주파수 영역 심벌에 STBC를 적용하면 2개의 SC-FDMA 심벌에 걸쳐 맵핑될 제1 전송심벌인 S1, S2, S* 1, -S* 2가 생성된다. 한편, 상기 제1 전송심벌에 다시 국부적 할당방식의 FSTD를 적용하면, S1, 0, S2, 0, S* 1, 0, -S* 2, 0이 생성된다. 따라서, 주파수와 시간영역에서 본 MIMO 처리부(130)가 최종적으로 생성하는 전송심벌은 도 5와 같이 나타난다. 이는 2개의 송신안테나가 하나의 자원영역(여기서는 자원요소로 표시됨)을 사용하고, 다른 2개의 송신안테나가 또 다른 하나의 자원영역을 사용하여, FSTD에 따라 자원영역이 겹치지 않도록 하는 형태이다. 즉, 1번째 SC-FDMA 심벌상의 4개의 부반송파에 S1, 0, S2, 0이 차례로 맵핑되고, 2번째 SC-FDMA 심벌상의 4개의 부반송파에 -S* 2, 0, S* 1, 0이 차례로 맵핑된다.
도 6은 본 발명에 따른 MIMO 처리부에 의해 생성되는 전송심벌의 다른 예를 나타낸다. 이는 제1 전송 다이버시티 기법은 STBC이고, 제2 전송 다이버시티 기법은 CDD인 경우이다. 그리고, 송신안테나의 개수는 4개라고 가정한다.
도 6을 참조하면, MIMO 처리부(130)에 입력되는 주파수 영역 심벌을 S1, S2라 하자. 이 주파수 영역 심벌에 STBC를 적용하면 2개의 SC-FDMA 심벌에 걸쳐 맵핑될 제1 전송심벌인 S1, S2, S* 1, -S* 2가 생성된다. 한편, 상기 제1 전송심벌에 다시 CDD를 적용하면, 각 전송심벌은 일정한 위상만큼 지연되므로, 제2 전송심벌인 S1ejθ_1, S2ejθ_2, (S1ejθ_1)*, -(S2ejθ_2)*이 생성된다.
따라서, 주파수와 시간영역에서 본 MIMO 처리부(130)가 최종적으로 생성하는 전송심벌은 도 6과 같이 나타난다. 각 전송심벌이 송신안테나에 맵핑되는 관계는 아래의 표와 같다.
표 1
제1 SC-FDMA 심벌 제2 SC-FDMA 심벌
제1 송신안테나 S1 -S* 2
제2 송신안테나 S1ejθ_1 -(S2ejθ_2)*
제3 송신안테나 S2 S* 1
제4 송신안테나 S2ejθ_2 (S1ejθ_1)*
여기서, 제1 및 제3 송신안테나를 통해, 제1 및 제2 SC-FDMA 심벌에 걸쳐, 제1 전송심벌 S1, S2, S* 1, -S* 2이 전송된다. 이는 하나의 STBC 전송에 해당한다. 그리고, 제1 및 제3 송신안테나는 하나의 가상안테나를 형성한다.
또한, 제2 및 제4 송신안테나를 통해, 제1 및 제2 SC-FDMA 심벌에 걸쳐, 제2 전송심벌 S1ejθ_1, S2ejθ_2, (S1ejθ_1)*, -(S2ejθ_2)*이 전송된다. 이는 또 다른 STBC 전송에 해당한다. 그리고, 제2 및 제4 송신안테나는 또 다른 하나의 가상안테나를 형성한다. 이와 같은 방법에 의하여, 2개의 전송 다이버시티 기법이 4개의 송신안테나를 이용한 시스템에 적용이 가능하며, 특히 SC-FDMA 시스템에서 단일 반송파 특성이 유지될 수 있다.
CDD에 의한 지연값(delay value)는 다음의 수학식에 의해 결정될 수 있다.
수학식 1
Figure PCTKR2009003026-appb-M000001
여기서, 위상성분 θ는 수학식 2와 같다.
수학식 2
Figure PCTKR2009003026-appb-M000002
a는 지연성분이며, M은 임의의 정수이다. a가 정수인 경우, a=M/N이고, N은 송신안테나의 개수일 수 있다. a가 소수인 경우, a<1인 작은 지연값을 사용함으로써, 빔포밍 이득을 얻는 장점이 있다.
도 7은 본 발명에 따른 MIMO 처리부에 의해 생성되는 전송심벌의 또 다른 예를 나타낸다. 이는 제1 전송 다이버시티 기법은 STBC이고, 제2 전송 다이버시티 기법은 PVS인 경우이다. 그리고, 송신안테나의 개수는 4개라고 가정한다.
도 7을 참조하면, MIMO 처리부(130)에 입력되는 주파수 영역 심벌을 S1, S2라 하자. 이 주파수 영역 심벌에 STBC를 적용하면 2개의 SC-FDMA 심벌에 걸쳐 맵핑될 제1 전송심벌인 S1, S2, S* 1, -S* 2가 생성된다. 한편, PVS를 적용하면, 각 전송심벌마다 적용되는 프리코딩 벡터가 변경될 수 있으므로, 이렇게 변경되는 함수를 P(a)라 하자. 여기서, a는 입력되는 전송심벌이다. 상기 제1 전송심벌에 PVS가 적용되면, 제2 전송심벌인 P(S1), P(S2), P(S* 1), P(-S* 2)가 생성된다. 따라서, 주파수와 시간영역에서 본 MIMO 처리부(130)가 최종적으로 생성하는 전송심벌은 도 7과 같이 나타난다. 각 전송심벌이 송신안테나에 맵핑되는 관계는 아래의 표와 같다.
표 2
제1 SC-FDMA 심벌 제2 SC-FDMA 심벌
제1 송신안테나 S1 -S* 2
제2 송신안테나 P(S1) P(-S* 2)
제3 송신안테나 S2 S* 1
제4 송신안테나 P(S2) P(S* 1)
여기서, 제1 및 제3 송신안테나를 통해, 제1 및 제2 SC-FDMA 심벌에 걸쳐, 제1 전송심벌 S1, S2, S* 1, -S* 2이 전송된다. 이는 하나의 STBC 전송에 해당한다. 그리고, 제1 및 제3 송신안테나는 하나의 가상안테나를 형성한다.
또한, 제2 및 제4 송신안테나를 통해, 제1 및 제2 SC-FDMA 심벌에 걸쳐, 제2 전송심벌 P(S1), P(S2), P(S* 1), P(-S* 2)가 전송된다. 이는 또 다른 STBC 전송에 해당한다. 그리고, 제2 및 제4 송신안테나는 또 다른 하나의 가상안테나를 형성한다. 이와 같은 방법에 의하여, 2개의 전송 다이버시티 기법이 4개의 송신안테나를 이용한 시스템에 적용이 가능하며, 특히 SC-FDMA 시스템에서 단일 반송파 특성이 유지될 수 있다.
PVS에 사용되는 프리코딩 벡터로는 아래 표와 같이 코드북(codebook)으로 정의된 랭크 1 프리코딩 가중치 중의 부집합(subset)을 사용할 수 있다.
표 3
codebook index weight vector
0
Figure PCTKR2009003026-appb-I000001
1
Figure PCTKR2009003026-appb-I000002
2
Figure PCTKR2009003026-appb-I000003
3
Figure PCTKR2009003026-appb-I000004
다시 도 4를 참조하면, 제1 및 제2 전송 다이버시티 기법이 동시에 적용되기 위해, 복수의 송신안테나(150-1,...,150-N)는 짝수개인 것이 바람직하다. 예를 들어 송신안테나는 4개일 수 있다. 이 경우, 2개의 송신안테나는 제1 전송 다이버시티 기법에 따른 제1 전송심벌을 전송하고, 다른 2개의 송신안테나는 제2 전송 다이버시티 기법에 따른 제2 전송심벌을 전송한다.
한편, MIMO 처리부(130)는 복수의 송신안테나(150-1,...150-N)를 2개의 그룹으로 나누고, 상기 제1 전송심벌을 제1 그룹에 맵핑하고, 상기 제2 전송심벌을 제2 그룹에 맵핑한다. FSTD가 적용되는 경우, 제1 그룹과 제2 그룹이 사용하는 주파수 대역은 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 제1 그룹이 제1 주파수 대역의 부반송파를 사용하면, 제2 그룹은 제2 주파수 대역의 부반송파를 사용하며, 상기 제1 및 제2 주파수 대역은 서로 겹치지 않는다.
제1 및 제2 그룹에 속하는 송신안테나의 인덱스 조합은 여러가지일 수 있다. 예를 들어, 인덱스 1 내지 4로 지정된 4개의 송신안테나가 있다고 할 때, 제1 그룹과 제2 그룹의 송신안테나의 인덱스는 아래 표와 같이 3개의 조합이 존재한다. {a,b}는 제a 및 제b 송신안테나로 묶여진 그룹을 의미한다.
표 4
제1 그룹의 송신안테나 인덱스 제2 그룹의 송신안테나 인덱스
조합 1 {1,2} {3,4}
조합 2 {1,3} {2,4}
조합 3 {1,4} {2,3}
각 그룹은 전체적으로 1개의 가상안테나에 대응한다. 따라서, 시스템이 2개의 그룹을 포함하는 경우, 2개의 가상안테나를 구비한 경우와 동등하다.
단일 반송파 특성을 유지하기 위해서는 적어도 한 SC-FDMA(또는 OFDM) 심벌내에서 동일한 송신안테나 그룹이 적용되며, STBC 전송을 위해서는 적어도 두 SC-FDMA(또는 OFDM) 심벌에 걸쳐서 동일한 송신안테나 그룹이 적용된다. 송신안테나의 그룹을 결정하는 방법은 다음과 같다.
일 예로서, 송신안테나 그룹은 유사한 전이성능(transit performance)를 갖도록 결정할 수 있다. 예를 들어, 각 송신안테나를 구분하는 공용 파일럿(Common Pilot)이 사용될 때, 송신안테나별로 파일럿 밀도(pilot density)가 서로 다를 수 있고, 이로 인해 송신안테나 그룹에 따라 서로 다른 성능을 갖게 될 수 있다. 이 경우 송신안테나 그룹을 적절히 결정하여 각 송신안테나 그룹 사이에 유사한 성능을 갖게 할 수 있다. 만약 제1 및 제2 송신안테나의 밀도가 높고 제3 및 제4 송신안테나의 파일럿 밀도가 낮은 경우, 제1 그룹은 제1 및 제3 송신안테나로 구성하고, 제2 그룹은 제2 및 제4 송신안테나로 구성함으로써 두 그룹간에 유사한 성능을 갖게 할 수 있다.
다른 예로서, 2개의 SC-FDMA(또는 OFDM) 심벌 또는 슬롯 단위로 서로 다른 송신안테나 그룹을 적용함으로써 공간 다중화 이득을 높인다. 예를 들어, 제1 슬롯에 데이터 전송을 위한 6개의 OFDM 심벌이 있다고 할 때, 2개의 OFDM 심벌씩 묶는(paring) 경우 3개의 심벌 묶음을 얻을 수 있다. 각 심벌묶음에 각각 다른 송신안테나 그룹을 적용할 수 있다. 이는 아래의 표와 같다.
표 5
제1 심벌묶음 제2 심벌묶음 제3 심벌묶음
송신 안테나 그룹 {1,2}/{3,4} {1,3}/{2,4} {1,4}/{2,3}
또는 슬롯 단위로 송신안테나 그룹이 나뉘어질 수도 있다. 예컨대, 제1 슬롯에서는 송신안테나 그룹 {1,2}/{3,4}이 사용되고, 제2 슬롯에서는 송신안테나 그룹 {1,3}/{2,4}이 사용될 수 있다.
SC-FDMA 변조부(140)는 상기 제1 전송심벌 및 상기 제2 전송심벌을 다양한 신호 구조 방식에 따라 각 부반송파(subcarrier)에 맵핑한다. 여기서 만약 상기 제2 전송 다이버시티 기법이 FSTD인 경우, 상기 부반송파는 각 송신안테나(150-1,...,150-N)마다 분리되어 할당된다. 각 송신안테나별 부반송파의 할당방식은 분산적 할당방식(distributed allocation) 또는 국부적 할당방식(localized allocation)일 수 있다.
SC-FDMA 변조부(140)는 상기 부반송파에 맵핑된 상기 제1 및 제2 전송심벌에 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)를 수행하여 시간영역 신호인 SC-FDMA(Single Carrier-Frequency Division Multiple Access) 심벌을 생성한다.
여기서는 SC-FDMA 변조를 예시로 들었으나, 데이터 심벌에 대해 FFT를 수행하는 경우, OFDM 변조를 수행할 수 있으며, 이때 생성되는 심벌은 OFDM 심벌일 수 있다. 복수의 송신안테나(150-1,...150-N)는 상기 SC-FDMA 심벌을 전송한다.
도 8은 본 발명에 따른 다중안테나 시스템에서 데이터 전송방법을 설명하는 순서도이다.
도 8을 참조하면, 정보비트를 채널코딩하고 성상맵핑하여 데이터 심벌을 생성한다(S100). 상기 데이터 심벌에 대해 DFT를 수행하여 주파수 영역 심벌을 생성한다(S110). 상기 주파수 영역 심벌에 제1 전송 다이버시티 기법을 적용하여 제1 전송심벌을 생성하고, 상기 제1 전송심벌에 제2 전송 다이버시티 기법을 적용하여 제2 전송심벌을 생성한다(S120). 상기 제1 전송 다이버시티 기법은 STBC이고, 상기 제2 전송 다이버시티 기법은 FSTD, CDD 및 PVS 중 어느 하나일 수 있다.
복수의 송신안테나를 2개의 그룹으로 나누고, 상기 제1 전송심벌을 제1 그룹에 맵핑하고, 상기 제2 전송심벌을 제2 그룹에 맵핑한다(S130). 맵핑하는 과정을 송신안테나 페어링(pairing)이라고도 한다. 상기 제1 전송심벌 및 상기 제2 전송심벌을 부반송파에 맵핑한 후 IFFT를 수행하여 SC-FDMA 심벌을 생성한다(S140). 상기 제1 그룹은 제1 주파수 대역의 부반송파를 사용하고, 상기 제2 그룹은 제2 주파수 대역의 부반송파를 사용하며, 상기 제1 및 제2 주파수 대역은 서로 겹치지 않는다. 상기 복수의 송신안테나를 이용하여 SC-FDMA 심벌을 전송한다(S150).
상술한 모든 기능은 상기 기능을 수행하도록 코딩된 소프트웨어나 프로그램 코드 등에 따른 마이크로프로세서, 제어기, 마이크로제어기, ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등과 같은 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 상기 코드의 설계, 개발 및 구현은 본 발명의 설명에 기초하여 당업자에게 자명하다고 할 것이다.
이상 본 발명에 대하여 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시켜 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명은 이하의 특허청구범위의 범위 내의 모든 실시예들을 포함한다고 할 것이다.

Claims (12)

  1. 정보비트를 채널코딩하고 성상맵핑하여 데이터 심벌을 생성하는 데이터 처리부;
    상기 데이터 심벌에 대해 DFT(Discrete Fourier Transform)를 수행하여 주파수 영역 심벌을 생성하는 DFT 부;
    상기 주파수 영역 심벌에 제1 전송 다이버시티 기법을 적용하여 제1 전송심벌을 생성하고, 상기 제1 전송심벌에 제2 전송 다이버시티 기법을 적용하여 제2 전송심벌을 생성하는 MIMO 처리부;
    상기 제1 전송심벌 및 상기 제2 전송심벌에 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)를 수행하여 SC-FDMA(Single Carrier-Frequency Division Multiple Access) 심벌을 생성하는 SC-FDMA 변조부;
    상기 SC-FDMA 심벌을 전송하는 복수의 송신안테나; 및
    상기 MIMO 처리부는 복수의 송신안테나를 2개의 그룹으로 나누고, 상기 제1 전송심벌을 제1 그룹에 맵핑하고, 상기 제2 전송심벌을 제2 그룹에 맵핑하는, 데이터 전송장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 전송 다이버시티 기법은 STBC(Space Time Block Code)이고, 상기 제2 전송 다이버시티 기법은 PVC(Precoding Vector Switching)인, 데이터 전송장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 전송 다이버시티 기법은 STBC이고, 상기 제2 전송 다이버시티 기법은 CDD(Cyclic Delay Diversity)인, 데이터 전송장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 전송 다이버시티 기법은 STBC이고, 상기 제2 전송 다이버시티 기법은 FSTD(Frequency Switching Transmit Diversity)인, 데이터 전송장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 그룹은 제1 주파수 대역의 부반송파를 사용하고, 상기 제2 그룹은 제2 주파수 대역의 부반송파를 사용하며, 상기 제1 및 제2 주파수 대역은 서로 겹치지 않는, 데이터 전송장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 그룹과 상기 제2 그룹은 각각 2개의 송신안테나를 포함하는, 데이터 전송장치.
  7. 정보비트를 채널코딩하고 성상맵핑하여 데이터 심벌을 생성하는 단계;
    상기 데이터 심벌에 대해 DFT를 수행하여 주파수 영역 심벌을 생성하는 단계;
    상기 주파수 영역 심벌에 제1 전송 다이버시티 기법을 적용하여 제1 전송심벌을 생성하고, 상기 제1 전송심벌에 제2 전송 다이버시티 기법을 적용하여 제2 전송심벌을 생성하는 단계;
    복수의 송신안테나를 2개의 그룹으로 나누고, 상기 제1 전송심벌을 제1 그룹에 맵핑하고, 상기 제2 전송심벌을 제2 그룹에 맵핑하는 단계;
    상기 제1 전송심벌 및 상기 제2 전송심벌을 부반송파에 맵핑한 후 IFFT를 수행하여 SC-FDMA 심벌을 생성하는 단계; 및
    상기 복수의 송신안테나를 이용하여 상기 SC-FDMA 심벌을 전송하는 단계를 포함하는, 데이터 전송방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 전송 다이버시티 기법은 STBC이고, 상기 제2 전송 다이버시티 기법은 PVC인, 데이터 전송방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 전송 다이버시티 기법은 STBC이고, 상기 제2 전송 다이버시티 기법은 CDD인, 데이터 전송방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 전송 다이버시티 기법은 STBC이고, 상기 제2 전송 다이버시티 기법은 FSTD인, 데이터 전송방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 그룹은 제1 주파수 대역의 부반송파를 사용하고, 상기 제2 그룹은 제2 주파수 대역의 부반송파를 사용하며, 상기 제1 및 제2 주파수 대역은 서로 겹치지 않는, 데이터 전송방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 그룹과 상기 제2 그룹은 각각 2개의 송신안테나를 포함하는, 데이터 전송방법.
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