WO2010151068A2 - 적응형 순환 지연 다이버서티를 이용한 주파수 감쇄 보상 방법 및 그를 이용한 송신장치와 방법, 수신장치와 방법 - Google Patents

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WO2010151068A2
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서성진
박경민
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    • H04B7/0671—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of delayed versions of same signal using different delays between antennas

Definitions

  • the present invention relates to a frequency attenuation compensation method using adaptive cyclic delay diversity, and a transmitter / method and a receiver / method using the same.
  • the receiving end feedback-transmits the delayed antenna information and the adaptive cyclic delay value to the antenna at the receiving end, and at the transmitting end, the delayed antenna delays the signal by the adaptive cyclic delay value to receive in a specific frequency band. It is to improve the frequency response characteristics.
  • MIMO multi-input multi-output
  • CDD Cyclic Delay Diversity
  • CDD is a diversity technique used in an OFDM-based wireless communication system, and converts spatial diversity into frequency diversity to avoid intersymbol interference.
  • the signal of each antenna is delayed by a cyclic delay value and transmitted.
  • Increasing may increase the coding gain through the channel coding technique.
  • the first antenna transmits the original signal as it is, and from the second antenna to the Nth antenna, a cyclic delay is determined using a predetermined delay value.
  • a cyclic delay is determined using a predetermined delay value.
  • the overall frequency selectivity of the channel can be improved to obtain the processing gain due to channel coding.
  • this does not improve the channel frequency response of a specific band but increases the processing gain of channel coding across the channel. I can only.
  • An object of the present invention for solving the above problems is to provide an apparatus and method for compensating for frequency attenuation of a specific frequency band in a multiple transmit antenna system.
  • Another object of the present invention is to use the channel information to set the cyclic delay value of the appropriate size to give the frequency selectivity to the overall channel to improve the frequency response characteristics as well as deep frequency attenuation occurring in a specific frequency band It is to provide an apparatus and method that can compensate for the phenomenon.
  • Another object of the present invention is to provide an apparatus and method for compensating for frequency attenuation in a specific frequency band by calculating an adaptive cyclic delay value at a receiving side and feeding it back to a transmitting side in a multiple transmit antenna system.
  • Another object of the present invention is to select an antenna to apply a cyclic delay on the receiving side based on the phase difference of the transmission signal of the multiple transmitting antenna, calculate the optimized adaptive cyclic delay value and provide it to the transmitting side, the transmitting side based on that
  • the present invention provides an apparatus and method for compensating for frequency attenuation in a desired frequency band by performing a cyclic delay transmission.
  • an embodiment of the present invention is a receiver for receiving a signal transmitted from multiple antennas of a transmitter and including a feedback information processor for compensating for frequency attenuation in a specific band.
  • the information processor includes a first section for estimating a reference signal transmitted from each antenna to calculate a phase difference between signals, a second section for searching for a specific frequency band capable of compensating for frequency attenuation through phase difference correction, and the specific frequency.
  • a fifth section for generating a feedback signal including an adaptive cyclic delay value and information on delayed antennas and transmitting the feedback signal to the transmitter; Provides a receiving apparatus characterized in that it also.
  • a multi-antenna and a transmitting apparatus including a cyclic delay control unit for controlling all or part of each antenna constituting the multi-antenna to transmit a cyclically delayed signal to a receiving apparatus, wherein the cyclic delay control unit receives Adaptive Cyclic Delay calculated by the receiver and delayed antenna information selected by the receiver based on a phase difference between each antenna signal received by the apparatus, specific frequency band information capable of compensating for frequency attenuation, and selected by the receiver. And transmit the signal delayed by the adaptive cyclic delay value to the delay target antenna.
  • a frequency attenuation compensation method for a specific frequency band using a multiplex transmission antenna system including a reception device and a transmission device having multiple transmission antennas, the reception device comprising: a reference signal transmitted from each antenna
  • a phase difference calculating step of calculating a phase difference between signals by estimating a, a specific frequency band searching step of searching for a specific frequency band capable of compensating for frequency attenuation through phase difference correction, and a frequency attenuation of the specific frequency band can be compensated for
  • a delay target antenna selection step of selecting a delay target antenna, an adaptive cyclic delay value calculation step of calculating an adaptive cyclic delay value using the searched specific frequency band and the estimated reference signal, and the calculated Adaptive cyclic delay value and delayed target antenna information is transmitted to the transmitter. It provides a transfer step and a method for compensating frequency attenuation from the transmitter includes receiving a signal that delayed by the adaptive cyclic delay values for the delay target antenna.
  • a frequency attenuation compensation method for a specific frequency band using a multiplex transmission antenna system including a reception device and a transmission device having multiple transmission antennas, the transmission device includes: a phase difference between each antenna signal; Feedback information receiving step of receiving from the receiving apparatus adaptive cyclic delay value (Cyclic Delay) calculated by the receiving device and delay target antenna information selected by the receiving device based on specific frequency band information capable of compensating for frequency attenuation. And a cyclic delay signal transmitting step of controlling to transmit a signal delayed by the adaptive cyclic delay value with respect to the delay target antenna by using the received adaptive cyclic delay value and the delay target antenna information.
  • a cyclic delay signal transmitting step of controlling to transmit a signal delayed by the adaptive cyclic delay value with respect to the delay target antenna by using the received adaptive cyclic delay value and the delay target antenna information.
  • the cyclic delay calculated from the phase difference information between the signals of the multiple antennas received, delay target antenna information selected therefrom, specific frequency band information requiring frequency attenuation compensation, and the specific frequency band information And transmitting a value to the transmitter, and receiving a signal delayed by the cyclic delay value from the delay target antenna of the transmitter.
  • the retardation information calculated from the phase difference information between each signal of the multiple antennas, antenna information to be selected therefrom, specific frequency band information requiring frequency attenuation compensation, and the specific frequency band information. And a step of receiving feedback from a receiver, and delaying and transmitting a signal by the delay target antenna by the cyclic delay value.
  • 1 is a configuration diagram of a 3X1 multiple transmit / receive antenna (MIMO) system using cyclic delay diversity (CDD),
  • MIMO multiple transmit / receive antenna
  • CDD cyclic delay diversity
  • FIG. 2A illustrates channel response characteristics of a MIMO system without using a CDD
  • FIG. 2B illustrates channel response characteristics when a large delay CDD is applied.
  • FIG. 3 is a block diagram of a transmitter according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram of a receiving apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a frequency attenuation compensation method for a specific frequency band using a multiplex transmission antenna system according to an embodiment of the present invention
  • 6 to 8 illustrate changes in channel response characteristics when an embodiment of the present invention is applied to a 3 ⁇ 1 multiple antenna system.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a 3X1 multiple transmit / receive antenna (MIMO) system using a CDD technique
  • FIG. 2A shows a channel response characteristic of a MIMO system without using a CDD
  • FIG. 2B shows a large delay CDD (Large Delay CDD). Channel response characteristics in the case of application are shown.
  • the 3X1 CDD MIMO system includes a channel coding unit 110, a plurality of cyclic delay blocks 120, 120 ′, 120 ′′ and a plurality of antennas 130, 130 ′, 130 ′′ on the transmitting side.
  • the receiving side is composed of one antenna 140 and a channel decoding unit 150.
  • the cyclic delay block 120 for the first antenna 130 of FIG. 1 may not be required.
  • a plurality of codes are viewed in units of code blocks (CBs) of channel coding units. It can be seen that the block cannot recover information.
  • CBs code blocks
  • the dark shaded part (black) is part of which information is broken due to frequency selective fading, and the code block composed of dark shades and white part is partly broken, but information is recovered after channel coding.
  • a code block composed of dark and light shades refers to a code block that fails to recover information even after channel coding due to a lot of broken information.
  • the large delay CDD (large delay CDD) sets a large delay corresponding to tens to hundreds of sample values as a cyclic delay, and in the case of the first antenna, transmits the original signal as it is, and the second antenna. And a third antenna transmits with a cyclic delay, and when using a large delay CDD (frequency delay CDD), the frequency response characteristics are shown in FIG. 2B.
  • the overall frequency selectivity of the channel can be improved to obtain the processing gain due to channel coding, but this does not improve the channel frequency response of a specific band, but rather the processing of channel coding throughout the channel. This is somewhat limited because it can only increase the gain.
  • FIG. 3 is a block diagram of a transmitter according to an embodiment of the present invention.
  • a transmission apparatus includes a precoder 310 and an orthogonal frequency multimodulator (OFDM) 320, and the N-th antenna (Tx1 to TxN) is firstly provided after the OFDM.
  • the remaining antennas other than the antenna Tx1 are provided with cyclic delay blocks 330-1 to 330-n to which a cyclic delay value can be applied, and a cyclic delay control unit 340 for controlling all cyclic delay blocks is provided. Included.
  • the cyclic delay control unit 340 receives the delay target antenna information and the adaptive cyclic delay value (Cyclic Delay) for the antenna feedback feedback transmitted from the receiver, and then for the delay target antenna A function of controlling to transmit a signal delayed by the adaptive cyclic delay value is performed. A detailed configuration thereof will be described below with reference to FIGS. 4 to 6.
  • the precoder 310 may include an FEC encoder, an interleaver, a symbol mapper, and the like, but is not limited thereto.
  • the precoder 310 may be understood to include all components in charge of signal processing before modulation. shall.
  • the transmitting device and the receiving device preferably correspond to a base station (or Node B, eNode B, etc.) and a user terminal (UE) in downlink, respectively, but are not limited thereto.
  • the roles may be changed, and a function of selecting a specific frequency band for attenuation compensation by calculating a phase difference between signals received according to an embodiment of the present invention and calculating and transmitting an adaptive cyclic delay value is performed. All devices are referred to as “receivers”, and all devices that receive the feedback feedback signal and perform signal delay transmission according to the adaptive cyclic delay value are collectively referred to as "transmitters”.
  • FIG. 4 is a block diagram of a receiving apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • a receiver includes one or more antennas (Rx) 410, a cyclic prefix remover (CPR) 420, an inverse OFD modulator (IOFDM) 430, and a channel.
  • Rx antennas
  • CPR cyclic prefix remover
  • IIFDM inverse OFD modulator
  • a channel estimator 440 and a feedback information processor 450 are included.
  • the channel estimator 440 estimates the channel state of each band after channel estimation through a reference signal (RS) received from an antenna. Since the channel condition changes with time, channel estimation is performed using a reference signal continuously with a certain period.
  • RS reference signal
  • the feedback information processor 450 may compensate for frequency attenuation through phase estimation and a first section for estimating a phase difference between signals by estimating a reference signal transmitted from each antenna simultaneously with channel estimation.
  • a second section for searching for a specific frequency band, a third section for selecting a delay target antenna capable of compensating for attenuation of a specific frequency band, and an adaptive cyclic delay value (Cyclic) using information of the found specific frequency band.
  • a fourth section for calculating a delay) and a fifth section for transmitting a feedback signal including the calculated adaptive cyclic delay value and delay target antenna information to a transmitting apparatus.
  • the feedback information processor may be implemented alone or integrated with other components such as a channel estimator, and may be linked with a separate transmission antenna for transmitting a feedback signal.
  • the above-described delayed antenna may be determined as one or a plurality, and the second section may select an area having a high frequency attenuation at the same time as the absolute value of the phase difference of the signal transmitted from any two antennas is greater than or equal to a certain threshold. do.
  • the specific threshold approaches ⁇ (3.14) or - ⁇ (-3.14), the compensation effect is increased.
  • the specific threshold is 0.8 ⁇ or more.
  • the specific threshold need not be limited to a specific range and frequency attenuation compensation is required. Depending on the degree of need of 6/7 ⁇ , 5/6 ⁇ , 3/4 ⁇ may be appropriately determined.
  • the criterion of the region where the frequency attenuation is severe may be, for example, a frequency attenuation occurs below -2 dB, but is not limited thereto and may be set variably according to channel characteristics to be used.
  • the fourth section of the feedback information processor determines an adaptive cyclic delay value so as to minimize a phase difference between a signal transmitted from a delay target antenna and a reference antenna in a selected specific frequency band, and specifically, an adaptive cyclic delay value.
  • ( ⁇ cyc, n ) is preferably determined by the following equation (1).
  • n is the number of the antenna to be delayed
  • k is the index of a specific frequency band
  • N FFT is the number of sub-carriers
  • ⁇ k (d) is the compensation desired phase difference value
  • m is an arbitrary integer. do.
  • the adaptive cyclic delay values ⁇ cyc and n are cyclic delay values, the values are not limited to one, but may be determined in plural numbers by the integer m as in Equation 1 above.
  • ⁇ cyc, n value is larger obtained adaptive cycle, since to compensate for the response attenuation of a specific frequency band that means as in the large delay CDD above with many poles (pole) generating a frequency response harder delay value ⁇ cyc, An appropriately small value is selected from n values, and since m is 0, it is preferable that the smallest value of the plurality of adaptive cyclic delay value candidates is determined as an adaptive cyclic delay value, but is not limited thereto.
  • Equation 1 since ⁇ cyc, n causes a phase change in the band k to be ⁇ k (d), which is a compensation desired phase difference value, ideally, ⁇ k (d) is ⁇ , which is the most significant compensable phase difference. (3.14) or - ⁇ (-3.14) is preferred, but the actual phase difference between the two antenna signals to apply the actual compensation may not be exactly ⁇ (3.14) or - ⁇ (-3.14), in which case the compensation The actual phase difference value between the two antenna signals to be applied is determined as ⁇ k (d), which is a compensation desired phase difference value.
  • the adaptive cyclic delay value ⁇ cyc, n is a sampling number, it should be an integer.
  • ⁇ k (d) which is a compensation desired phase difference value, is an actual phase difference between two antenna signals to which compensation is to be applied.
  • the adaptive cyclic delay value ⁇ cyc, n may not be an integer.
  • the compensation desired phase difference value ⁇ k (d) is the adaptive cyclic delay value according to Equation 1. It is desirable that the value of ( ⁇ cyc, n ) be an integer and determined as an approximation closest to the actual phase difference value between the two antenna signals to which the actual compensation will be applied.
  • the feedback information processor generates and transmits a feedback signal including the calculated adaptive cyclic delay value and the selected delay target antenna information to the transmitter, and the cyclic delay controller 350 of the transmitter according to FIG.
  • the delay target antenna transmits a signal (expressed by Equation 3 below) delayed by the adaptive cyclic delay value compared to the reference antenna signal.
  • the receiver in the present specification may be a terminal (UE), and as described above, such a UE is a comprehensive concept of a user terminal in wireless communication, and the UE (User Equipment) in WCDMA, LTE, HSPA, etc. It should be interpreted as a concept that includes a mobile station (MS), a user terminal (UT), a subscriber station (SS), and a wireless device in GSM.
  • MS mobile station
  • UT user terminal
  • SS subscriber station
  • GSM Global System for Mobile communications
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a method for compensating for frequency attenuation for a specific frequency band using a multiplex transmission antenna system according to an embodiment of the present invention
  • FIGS. 6 to 8 are examples of applying the embodiment of the present invention to a 3X1 multiple antenna system. Shows the change in the channel response characteristic.
  • the reception device calculates a phase difference between signals by estimating a reference signal transmitted from each antenna (S510). ), A specific frequency band searching step of searching for a specific frequency band capable of compensating for frequency attenuation through phase difference correction (S520), and a delayed target antenna for selecting a delay target antenna capable of compensating for frequency attenuation of a specific frequency band.
  • adaptive cyclic delay value calculation step S540 for calculating an adaptive cyclic delay value using the searched specific frequency band and the estimated reference signal, and the calculated adaptive cyclic delay value
  • a cyclic delay signal sending step (S560) for controlling to transmit a signal delayed by an adaptive cyclic delay value with respect to the delay target antenna using the annual value and the delay target antenna information.
  • the feedback information processing unit of the receiving apparatus may further include a correction check step (S570) for checking whether the correction for the frequency attenuation is performed by the S510 to S560, and if the channel correction is made, waiting for the next application period, the correction If this is not done properly, it may be configured to return to one of a specific frequency band search step (S520), a delay target antenna selection step (S530), and an adaptive cyclic delay value calculation step (S540).
  • S570 correction check step for checking whether the correction for the frequency attenuation is performed by the S510 to S560, and if the channel correction is made, waiting for the next application period, the correction If this is not done properly, it may be configured to return to one of a specific frequency band search step (S520), a delay target antenna selection step (S530), and an adaptive cyclic delay value calculation step (S540).
  • step to return to may be determined in consideration of the surrounding environment such as the moving speed of the terminal (receiving device), channel conditions, and other frequency distortion.
  • the feedback information processing unit 450 has a phase difference of ⁇ (3.14) or a signal transmitted from any two antennas in a specific frequency band search step (S520) and a delay target antenna selection step (S530).
  • ⁇ 3.14
  • FIG. 6 each channel response characteristic of antennas 1 to 3 is shown, and FIG. 7 shows a channel response characteristic of a receiver and a phase difference between antennas Ant1-Ant2 and Ant1-Ant3.
  • Figure is a diagram.
  • the frequency attenuation occurs severely in the vicinity of k of 385, and the phase differences (Ant1-Ant3) of antennas 1 and 3 are close to + ⁇ (3.14). Therefore, the feedback information processor of the receiver compensates for this band. It is determined as a specific frequency band that needs to be selected, and the antenna 3 that has generated such a phase difference with respect to the reference antenna is selected as the delay target antenna.
  • the feedback information processing unit of the receiving apparatus calculates the adaptive cyclic delay value according to Equation 1 previously mentioned in the adaptive cyclic delay value calculation step S540.
  • an index k indicating a specific frequency band requiring compensation is 385
  • a phase difference (compensation desired phase difference value) to be compensated for. this because it is almost ⁇ (3.14)
  • the final compensation desired phase difference value ⁇ k (d) becomes 3.16 (1.0078 ⁇ s).
  • the basic signal transmitted from the signal transmission device may be expressed by Equation 2 below.
  • the delayed signal delayed by the adaptive cyclic delay value ( ⁇ cyc, n ) according to the cyclic delay signal transmission step (S560) can be expressed as Equation 3 below.
  • Equations 2 and 3 S (l) and S (k) represent complex signals on the time axis and the frequency axis, respectively.
  • k and l are deulyigo index (index) of the time axis and frequency axis
  • n is number
  • k is the index of the delay target antenna
  • N FFT in a particular frequency band is the number of sub-carriers (sub-Carrier).
  • the receiving device receiving the signal delayed by the adaptive cyclic delay value as described above in ANT3 again checks the frequency response characteristics to check whether the correction for the frequency attenuation is properly performed (S570), and if the channel correction is made, waits for the next application period. If the correction is not performed properly, the specific frequency band search step (S520), the delay target antenna selection step (S530), taking into consideration the surrounding environment such as the moving speed, the channel condition, and other frequency distortion of the terminal (receiving device), It is preferable to return to one of the adaptive cyclic delay value calculation steps (S540).
  • the receiver can appropriately select a specific frequency band, which has not been available in the past, to compensate for the frequency attenuation, thereby improving frequency selectivity and channel response characteristics.
  • the adaptive cyclic delay value calculated by the above Equation 1 becomes large, and in this case, By functioning similarly to a large delay CDD, there is a possibility that the frequency attenuation compensation according to one embodiment of the present invention may not be performed in a sufficient band.
  • a precoding scheme may be additionally applied to a frequency band having a low specific frequency band.
  • the low frequency band is pre-coding is applied is specifically, k is N FFT / 4 or less means the extent of the band, but not limited to this, the frequency at which the number and compensation of the pole (Pole) generated by the cyclic delay application required Other values may be determined according to the size of the band.
  • the transmitting device may further perform a precoding step of multiplying the initial transmission signal by a specific precoding matrix, and this precoding step may be performed before the cyclic delay signal transmission step. It is preferred to be performed, but not limited to.
  • the precoding technique is a technique for increasing the transmission reliability of data in a multi-antenna OFDM system, and is used to maximize the signal-to-noise ratio through the corresponding feedback information in a closed loop system that can use the feedback information at the transmitter.
  • a codebook-based precoding scheme may be used, and a method of obtaining a signal-to-noise ratio (SNR) gain by feeding back an index of a precoding matrix already known by a transceiver to a transmitter, according to an embodiment of the present invention.
  • SNR signal-to-noise ratio
  • the receiver feeds back an optimal precoding matrix index to the transmitter using channel information among common precoding matrices held by the transceiver, and the transmitter corresponds to the fed back index. Apply the precoding matrix to the transmitted signal.
  • precoding by a closed loop may not be used. If the transmitter already knows an optimal precoding matrix for a specific or full frequency band, the above-described precoding function may be performed without feedback information.
  • the desired gain improvement is obtained using the precoding technique in the low frequency band, and by using the adaptive cyclic delay scheme according to the embodiment of the present invention. By compensating for the frequency attenuation, it is possible to improve the frequency selectivity of the entire frequency band.
  • the case of the 3 X 1 multi-antenna system is taken as an example, but may be applied to the NXM multi-antenna system.
  • the antenna 3 is applied as an adaptive cyclic delay according to an embodiment of the present invention. However, it may be applied to other additional antennas or a plurality of antennas simultaneously or sequentially.
  • the present invention is not limited to the wireless communication field of the 3GPP series, and is required to increase frequency selectivity over the entire channel and improve response characteristics in a specific frequency band in other current communication fields or future multi-antenna systems. It may be used in the field.
  • a frequency band to which frequency resources are to be allocated is compared with a large delay CDD (Large Delay CDD) scheme which increases the frequency selectivity across the channel to obtain the gain of channel coding.
  • CDD Large Delay CDD
  • the channel response can be improved by compensating for the phase difference by adjusting the cyclic delay of the signal received by the antenna.
  • the frequency resource can be allocated to the band. Is better than the way.
  • the feedback signal fed back from the receiving device to the transmitting device needs to include only the information indicating the antenna to be delayed and the adaptive CDD delay value
  • general codebook or channel information having different amounts of information is described in detail.
  • an antenna to which a cyclic delay is applied is selected on the receiving side based on a phase difference of a transmission signal of a plurality of transmitting antennas, and an optimized adaptive cyclic delay value is calculated and provided to the transmitting side.
  • the transmitting side is a very useful invention that can improve the frequency utilization efficiency by compensating for the frequency attenuation in a desired frequency band by performing a cyclic delay transmission based on the transmission side.

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Abstract

본 발명은 적응형 순환 지연 다이버서티를 이용한 주파수 감쇄 보상 방법과 그를 이용한 송신장치 및 수신 장치, 구체적으로는 수신측에서 다수 송신 안테나의 송신신호의 위상차를 근거로 순환 지연을 적용할 안테나를 선택하고, 최적화된 적응형 순환 지연값을 산출하여 송신측으로 제공하고, 송신측에서는 그를 기초로 순환지연 송신을 수행함으로써, 원하는 주파수 대역에서의 주파수 감쇄를 보상하는 장치 및 방법을 제공한다.

Description

적응형 순환 지연 다이버서티를 이용한 주파수 감쇄 보상 방법 및 그를 이용한 송신장치와 방법, 수신장치와 방법
본 발명은 적응형 순환 지연 다이버서티를 이용한 주파수 감쇄 보상 방법과 그를 이용한 송신장치/방법 및 수신 장치/방법에 관한 것이다.
더욱 상세하게는, 수신단에서는 지연대상 안테나 정보와 그 안테나에 적응형 순환 지연값을 송신단으로 피드백 전송하고, 송신단에서는 지연대상 안테나가 적응형 순환 지연값만큼 신호를 지연 송신함으로써 특정 주파수 대역에서의 수신 주파수 응답 특성을 개선하기 위한 것이다.
다중 전송(Multi-Input Multi-Output; MIMO) 안테나를 이용하여 신호를 전송하는 경우 수신단에서 일부 대역에서 매우 낮은 주파수 응답을 보이는 문제가 발생하며, 이는 시스템이 활용 가능한 대역폭을 줄이며 이는 효과적인 리소스 사용과 고속 정보 전송을 어렵게 한다.
이러한 문제를 해결하기 위해서 순환 지연 다이버서티(Cyclic Delay Diversity; CDD; 이하 "CDD"라 함) 등과 같은 다양한 방안이 고려되고 있다.
CDD는 OFDM 기반의 무선통신 시스템 등에서 사용되는 다이버서티 기법으로서, 심볼간 간섭을 피하기 위하여 공간 다이버서티를 주파수 다이버서티로 변환하는 방식이다.
CDD에서는 여러 개의 송신 안테나를 사용하는 OFDM 시스템에서 다중 경로 지연 채널을 통하여 신호를 송신하는 경우 각 안테나의 신호를 순환 지연값(Cyclic Delay Value)만큼 지연시켜 송신하는 것으로서, 이를 통하여 채널의 주파수 선택적 특성을 증가시키면 채널 부호화 기법을 통해 부호화 이득(coding gain)을 향상 할 수 있다는 특성을 가진다.
즉, CDD 기법은 N개의 안테나에서 동일한 신호를 송신하는 경우, 첫번째 안테나의 경우는 원래의 신호를 그대로 송신하고, 두번째 안테나부터 N번째 안테나까지는 미리 정해진 지연값을 이용하여 순환 지연(Cyclic Delay)을 인위적으로 발생시킴으로써 채널의 주파수 선택 특성을 향상시키는 것이다.
CDD를 사용하여 사용하는 경우 채널의 전반적인 주파수 선택성을 향상시켜 채널코딩으로 인한 처리이득을 얻을 수 있지만, 이는 특정대역의 채널 주파수 응답을 향상시키는 것이 아니라 채널 전반에 걸친 채널 코딩의 처리이득을 증가시킬 수 있을 뿐이다.
하지만 통신 시스템이 복잡해지고 CoMP, 릴레이(Relay) 등 협력형 기술들이 등장하면서 이전보다 더 주파수 자원에 대한 효율적 사용방안이 논의되고 있다. 이러한 시점에서 채널 전반이 아닌 사용자에게 필요한 특정한 주파수 대역의 응답특성을 향상시켜 처리이득을 얻을 수 있는 방법이 필요로 하게 된다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 다중 전송 안테나 시스템에서 특정 주파수 대역의 주파수 감쇄를 보상하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 송신단이 채널 정보를 활용하여 적절한 크기의 순환 지연값을 설정하여 사용함으로써 전반적인 채널에 주파수 선택성을 줘서 주파수 응답 특성도 향상시킬 수 있을 뿐 아니라 특정 주파수 대역에서 발생하는 깊은 주파수 감쇄현상을 보상할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 다중 전송 안테나 시스템에서 수신측에서 적응형 순환 지연값을 산출하여 송신측으로 피드백함으로써 특정 주파수 대역에서의 주파수 감쇄를 보상하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 수신측에서 다수 송신 안테나의 송신신호의 위상차를 근거로 순환 지연을 적용할 안테나를 선택하고, 최적화된 적응형 순환 지연값을 산출하여 송신측으로 제공하고, 송신측에서는 그를 기초로 순환지연 송신을 수행함으로써, 원하는 주파수 대역에서의 주파수 감쇄를 보상하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예는, 송신장치의 다중 안테나로부터 송신되는 신호를 수신하며, 특정 대역에서의 주파수 감쇄를 보상을 위한 피드백 정보 처리부를 포함하는 수신장치로서, 상기 피드백 정보 처리부는, 각 안테나에서 전송되는 기준신호를 추정하여 신호간 위상차를 산출하는 제1섹션과, 위상차 보정을 통하여 주파수 감쇄를 보상할 수 있는 특정 주파수 대역을 검색하는 제2섹션과, 상기 특정 주파수 대역의 주파수 감쇄를 보상할 수 있는 지연 대상 안테나를 선택하는 제3섹션과, 상기 검색된 특정 주파수 대역의 정보를 이용하여 적응형 순환 지연값(Cyclic Delay)을 계산하는 제4섹션, 및 상기 계산된 적응형 순환 지연값 및 지연 대상 안테나 정보를 포함하는 피드백 신호를 생성하여 상기 송신장치로 전송하는 제5섹션을 포함하는 것을 특징으로 하는 수신장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서는 다중 안테나와 다중 안테나를 구성하는 각 안테나 전체 또는 일부가 순환 지연된 신호를 수신장치로 송신하도록 제어하는 순환 지연 제어부를 포함하는 송신장치로서, 순환 지연 제어부는, 수신장치가 수신한 각 안테나 신호간 위상차와, 주파수 감쇄를 보상할 수 있는 특정 주파수 대역 정보를 기초로 상기 수신장치가 계산한 적응형 순환 지연값(Cyclic Delay)과 상기 수신장치가 선택한 지연 대상 안테나 정보를 상기 수신장치로부터 수신하고, 상기 지연 대상 안테나에 대하여 상기 적응형 순환 지연값만큼 지연시킨 신호를 송출하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 송신장치를 제공한다.
본 발명의 다른 일 실시예에서는 수신장치 및 다중 송신 안테나를 구비한 송신장치를 포함하는 다중 송신 안테나 시스템을 이용한 특정 주파수 대역에 대한 주파수 감쇄 보상방법으로서, 수신장치는, 각 안테나에서 전송되는 기준신호를 추정하여 신호간 위상차를 산출하는 위상차 산출 단계와, 위상차 보정을 통하여 주파수 감쇄를 보상할 수 있는 특정 주파수 대역을 검색하는 특정 주파수 대역 검색 단계와, 상기 특정 주파수 대역의 주파수 감쇄를 보상할 수 있는 지연 대상 안테나를 선택하는 지연 대상 안테나 선택 단계와, 상기 검색된 특정 주파수 대역과 추정된 기준신호를 이용하여 적응형 순환 지연값(Cyclic Delay)을 계산하는 적응형 순환 지연값 계산단계와, 상기 계산된 적응형 순환 지연값 및 지연 대상 안테나 정보를 상기 송신장치로 전송하는 전송 단계와, 상기 송신장치로부터 상기 지연 대상 안테나에 대하여 상기 적응형 순환 지연값만큼 지연시킨 신호를 수신하는 단계를 포함하는 주파수 감쇄 보상방법을 제공한다.
본 발명의 다른 일 실시예에서는 수신장치 및 다중 송신 안테나를 구비한 송신장치를 포함하는 다중 송신 안테나 시스템을 이용한 특정 주파수 대역에 대한 주파수 감쇄 보상방법으로서, 송신장치는, 각 안테나 신호간 위상차와, 주파수 감쇄를 보상할 수 있는 특정 주파수 대역 정보를 기초로 상기 수신장치가 계산한 적응형 순환 지연값(Cyclic Delay)과 상기 수신장치가 선택한 지연 대상 안테나 정보를 상기 수신장치로부터 수신하는 피드백 정보 수신단계와, 수신한 적응형 순환 지연값 및 지연 대상 안테나 정보를 이용하여, 상기 지연 대상 안테나에 대하여 상기 적응형 순환 지연값만큼 지연시킨 신호를 송출하도록 제어하는 순환 지연 신호 송출 단계를 포함하는 주파수 감쇄 보상방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 의하면 수신되는 다중 안테나의 각 신호간 위상차 정보와 그로부터 선택되는 지연대상 안테나 정보, 주파수 감쇄 보상이 필요한 특정 주파수 대역정보, 상기 특정 주파수 대역정보로부터 산출되는 순환 지연값을 송신단으로 피드백 전송하는 단계와, 송신단의 상기 지연 대상 안테나로부터 상기 순환 지연값만큼 지연된 신호를 수신하는 단계를 포함하는 신호 수신 방법을 제공한다.
본 발명의 또다른 일 실시예에 의하면, 다중 안테나의 각 신호간 위상차 정보와 그로부터 선택되는 지연대상 안테나 정보, 주파수 감쇄 보상이 필요한 특정 주파수 대역정보, 상기 특정 주파수 대역정보로부터 산출되는 순환 지연값을 수신단으로부터 피드백 수신하는 단계와, 상기 지연대상 안테나가 상기 순환지연값만큼 신호를 지연 송신하는 단계를 포함하는 신호 송신 방법을 제공한다.
도 1은 순환지연 다이버서티(CDD)를 이용하는 3X1 다중 송수신 안테나(MIMO) 시스템의 구성도,
도 2A는 CDD를 사용하지 않은 MIMO 시스템의 채널응답 특성을 도시하며, 도 2B는 큰 지연 CDD(Large Delay CDD)를 적용한 경우의 채널 응답 특성을 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 송신장치의 구성도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 수신장치의 구성도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 다중 송신 안테나 시스템을 이용한 특정 주파수 대역에 대한 주파수 감쇄 보상방법의 흐름도,
도 6 내지 도 8은 3X1 다중안테나 시스템에 본 발명의 일 실시예를 적용한 경우의 채널 응답 특성의 변화를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 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 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 CDD기법을 이용하는 3X1 다중 송수신 안테나(MIMO) 시스템의 구성도이고, 도 2A는 CDD를 사용하지 않은 MIMO 시스템의 채널응답 특성을 도시하며, 도 2B는 큰 지연 CDD(Large Delay CDD)를 적용한 경우의 채널 응답 특성을 도시한다.
도 1과 같이 3X1 CDD MIMO 시스템에서는 송신측에 채널 코딩부(110)와 다수의 순환 지연블록(120, 120', 120") 및 다수의 안테나(130, 130', 130")등으로 구성되며, 수신측은 하나의 안테나(140) 및 채널 디코딩부(150) 등으로 구성된다.
참고로, 일반적인 CDD에서는 첫번째 안테나에 대해서는 지연을 주지 않기 때문에 도 1의 제1안테나(130)에 대한 순환 지연블록(120)의 경우는 없어도 무방하다.
도 1과 같은 3X1 CDD MIMO 시스템에서 CDD를 이용하지 않고 송신한 신호의 채널응답 특성을 살펴보면, 도 2A에서와 같이, 채널 코딩 단위의 코드 블록(Code Block; CB)단위로 볼 때, 다수의 코드 블록이 정보 복원이 불가능함을 알 수 있다.
도 2에서 짙은 음영(검은색)으로 표시된 부분이 주파수 선택적 감쇄(Frequency Selective Fading) 현상으로 인해서 정보가 깨지는 부분이고, 짙은 음영과 흰색 부분으로 구성된 코드 블록은 일부 정보가 깨졌지만 채널 코딩 후 정보 복원에 성공한 코드 블록을 나타내며, 짙은 음영과 옅은 음영으로 구성된 코드 블록은 깨진 정보가 많아서 채널 코딩 후에도 정보 복원에 실패하는 코드 블록을 의미한다.
도 2A에서와 같이 CDD를 이용하지 않는 경우 일부 구간의 정보가 깨졌음에도 불구하고 채널 코딩 후에 정보 복원이 가능한 코드블록인 CB5, CB6 등도 있으나, CB2와 CB4와 같이 일부 코드 블록에서는 깨진 부분이 커서 정보복원이 전혀 불가능한 코드 블록도 존재하게 된다. 참고로, -2dB이하로 주파수 감쇄가 발생하는 경우 정보 복원에 실패한다고 가정하였다.
큰 지연 CDD(Large Delay CDD)은 수십 내지 수백 샘플값에 해당되는 큰 지연값(Large Delay)을 순환 지연값(Cyclic Delay)으로 설정하여 첫번째 안테나의 경우는 원래의 신호를 그대로 송신하고, 두번째 안테나 및 세번째 안테나는 순환 지연시켜 전송하며, 큰 지연 CDD(Large Delay CDD)를 이용하는 경우 주파수 응답 특성은 도 2B와 같다.
도 2B에서와 같이 큰 지연 CDD(Large Delay CDD)를 적용하면, 그렇지 않은 경우(도 2A)에 비하여 채널 응답의 변화가 심해진 것을 볼 수가 있다. 주파수 선택성(frequency selectivity)은 순환 지연값(cyclic delay)이 커질수록 그 변화가 심해지게 된다.
도 2B에서와 같이 채널 선택성(channel selectivity)이 증가하는 경우 전반적인 채널응답은 저하되지만, 주파수 감쇄의 폭이 좁아져 상대적으로 채널코딩의 이득을 얻을 수가 있다. 따라서, CDD가 적용되지 않는 경우(도 2A)에서는 주파수 감쇄가 심해 채널코딩으로 복원되지 않던 코드 블록도 큰 지연 CDD에 의해 주파수 선택성(frequency selectivity)가 적용된 채널에서는 도 2B에서와 같이 채널코딩에 의해 정보가 복원되는 확률이 높아지게 된다.
즉, 도 2A에서는 CB2, CB4의 2개 코드 블록의 정보 복원이 불가능했으나, 큰 지연 CDD를 이용한 도 2B에서는 CB6의 1개 코드 블록만이 정보복원이 불가능해 짐으로써 정보 복원 확률이 높아진다는 것이다. (2,3,5번째 코드 블록인 CB2, CB3, CB5는 일부 정보가 깨졌으나 채널코딩에 의해 복원됨)
이렇듯, 큰 지연 CDD를 사용하여 사용하는 경우 채널의 전반적인 주파수 선택성을 향상시켜 채널코딩으로 인한 처리이득을 얻을 수 있지만, 이는 특정대역의 채널 주파수 응답을 향상시키는 것이 아니라 채널 전반에 걸친 채널 코딩의 처리이득을 증가시킬 수 있을 뿐이라는 점 때문에 어느 정도 한계를 가진 방식이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 송신장치의 구성도이다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 송신장치는 프리코더(310), 직교 주파수 다중 모듈레이터(OFDM; 320)를 포함하며, OFDM 후단에는 N개의 안테나(Tx1 ~ TxN)와 함께 첫번째 안테나(Tx1)를 제외한 나머지 안테나에는 순환 지연값을 적용시킬 수 있는 순환 지연블록(330-1 내지 330-n)이 구비되어 있으며, 모든 순환 지연블록을 제어할 수 있는 순환 지연 제어부(340)가 포함된다.
본 발명의 일 실시예에 의한 순환 지연 제어부(340)는, 수신장치로부터 피드백 전송된 지연 대상 안테나 정보와 그 안테나에 대한 적응형 순환 지연값(Cyclic Delay)을 수신한 후, 지연 대상 안테나에 대하여 상기 적응형 순환 지연값만큼 지연시킨 신호를 송출하도록 제어하는 기능을 수행하며, 이에 대한 상세한 구성은 도 4 내지 도 6과 관련하여 아래에서 다시 설명한다.
프리코더(Precoder; 310)는 다시 FEC 인코더, 인터리버(Interleaver), 심볼 매퍼(Symbol Mapper) 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며 모듈레이션 이전의 신호처리를 담당하는 모든 구성을 포함하는 개념으로 이해하여야 한다.
본 명세서에서의 송신장치 및 수신장치는 하향링크(Downlink)에서는 각각 기지국(또는 Node B, eNode B 등) 및 사용자 단말(UE)에 대응되는 것이 바람직하지만, 그에 한정되는 것은 아니고, 상향링크 등에서는 역할이 바뀔 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 의하여 수신된 신호간 위상차를 산출하여 감쇄 보상을 위한 특정 주파수 대역을 선택하고 적응형 순환 지연값을 산출하여 전송하는 기능을 수행하는 기능을 수행하는 모든 장치를 "수신장치"로, 피드백된 피드백 신호를 수신하여 적응형 순환지연값에 따른 신호 지연 송신을 수행하는 모든 장치를 "송신장치"로 통칭하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 수신장치의 구성도이다.
도 4를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 수신장치는 하나 이상의 안테나(Rx; 410)와 순환 프리픽스 제거기(Cyclic Prefix Removal; CPR; 420)와, 역 OFD 모듈레이터(IOFDM; 430)와 채널 추정기(Channel Estimator; 440) 및 피드백 정보 처리부(450)을 포함하여 구성된다.
채널 추정기(440)는 안테나로부터 수신되는 기준신호(RS; Reference Signal)를 통하여 채널 추정을 한 후 각 대역별 채널 상황을 파악한다. 채널 상황은 시간에 따라 변하기 때문에 일정주기를 가지고 지속적으로 기준신호를 이용하여 채널 추정을 실시한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 피드백 정보 처리부(450)는 채널 추정과 동시에 각 안테나에서 전송되는 기준신호를 추정하여 신호간 위상차를 산출하는 제1섹션과, 위상차 보정을 통하여 주파수 감쇄를 보상할 수 있는 특정 주파수 대역을 검색하는 제2섹션과, 특정 주파수 대역의 주파수 감쇄를 보상할 수 있는 지연 대상 안테나를 선택하는 제3섹션과, 검색된 특정 주파수 대역의 정보를 이용하여 적응형 순환 지연값(Cyclic Delay)을 계산하는 제4섹션과, 계산된 적응형 순환 지연값 및 지연 대상 안테나 정보를 포함하는 피드백 신호를 송신장치로 전송하는 제5섹션을 포함한다.
본 명세서에서 섹션(Section)은 해당되는 기능을 수행하기 위한 모든 종류의 소프트웨어적 또는 하드웨어적 구성을 포괄하는 개념으로서, 특정한 구현 형태에 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라서 본 발명의 일 실시예에 의한 피드백 정보 처리부는 단독으로 구현되거나 채널 추정기 등 다른 구성요소와 통합 구현될 수 있으며, 피드백 신호 전송을 위하여 별도의 송신 안테나 등과 연동될 수 있다.
전술한 지연 대상 안테나는 1개 또는 복수개로 결정될 수 있으며, 제2섹션은 임의의 두 안테나에서 송신된 신호의 위상차의 절대값이 특정 임계치 이상인 동시에 주파수 감쇄가 심한 영역을 상기 특정 주파수 대역으로 선택하게 된다.
상기 특정 임계치는 π(3.14) 또는 -π(-3.14)에 근접할수록 보상효과가 증대되며, 예를 들면 0.8 π 이상인 것이 바람직하다, 그러나, 특정 임계치는 특정 범위로 한정될 필요는 없으며 주파수 감쇄 보상의 필요 정도에 따라 6/7 π, 5/6 π, 3/4 π 등과 같이 적절하게 정해질 수 있을 것이다.
또한, 주파수 감쇄가 심한 영역의 기준은 예컨데 -2dB이하로 주파수 감쇄가 발생하는 경우 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 사용하고자 하는 채널 특성에 따라 가변적으로 설정될 수 있을 것이다.
또한, 피드백 정보 처리부의 제4섹션은 선택된 특정 주파수 대역에서 지연대상 안테나와 기준 안테나에서 송신된 신호의 신호간 위상차를 최소화 하도록 적응형 순환지연값을 결정하게 되며, 구체적으로는 적응형 순환 지연값(δcyc, n)이 아래 수학식 1에 의하여 결정되는 것이 바람직하다.
[수학식 1]
δcyc, n= (2m∏+θk(d)) ·NFFT / 2∏k
여기서, n는 지연대상 안테나의 번호, k는 특정 주파수 대역의 인덱스, NFFT 는 서브 캐리어(sub-Carrier)의 개수, θk(d)는 보상 희망 위상차이값, m은 임의의 정수를 의미한다.
또한, 적응형 순환 지연값 δcyc, n 은 순환 지연값이기 때문에 값이 하나로 정해지는 것은 아니며, 상기 수학식 1에서와 같이 정수 m에 의하여 다수개로 결정될 수 있다. 하지만 δcyc, n값이 클수록 주파수 응답에 극(pole)이 많이 발생하여 전술한 큰 지연 CDD에서와 같이 의미 있는 특정한 주파수 대역의 응답 감쇄를 보상하기 힘들어지기 때문에 얻어진 적응형 순환 지연값 δcyc, n 값 중 적절히 작은 값이 선택되며, m이 0이 됨으로써 다수의 적응형 순환 지연값 후보 중 가장 작은 값이 적응형 순환 지연값으로 결정되는 것이 바람직하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 수학식 1에서 δcyc, n에 의해 대역 k에서 겪는 위상 변화가 곧 보상 희망 위상차이값 인 θk(d)가 되므로 이상적으로는 θk(d)가 가장 의미 있는 보상이 가능한 위상차인 π(3.14) 또는 -π(-3.14)가 되는 것이 바람직하지만, 실제 보상을 적용할 두 안테나 신호 사이의 실제 위상차가 정확하게 π(3.14) 또는 -π(-3.14)가 아닐 수 있으며 이 경우에는 보상을 적용할 두 안테나 신호 사이의 실제 위상차값이 보상 희망 위상차이값 인 θk(d)으로 결정된다.
다만, 적응형 순환 지연값(δcyc, n)은 샘플링 숫자이므로 정수가 되어야 하는데, 상기 수학식 1에서 보상 희망 위상차이값인 θk(d)가 보상을 적용할 두 안테나 신호 사이의 실제 위상차값이 되는 경우 적응형 순환 지연값(δcyc, n)이 정수가 되지 않을 가능성이 있으며, 이 경우에는 보상 희망 위상차이값(θk(d))은 수학식 1에 의하여 적응형 순환 지연값(δcyc, n)이 정수가 될 수 있도록 하는 값으로서 실제 보상을 적용할 두 안테나 신호 사이의 실제 위상차값과 가장 가까운 근사값으로 결정되는 것이 바람직하다
이와 같이 피드백 정보 처리부는 계산된 적응형 순환 지연값 및 선택된 지연 대상 안테나 정보를 포함하는 피드백 신호를 생성하여 송신장치로 전송하며, 도 3에 의한 송신장치의 순환 지연 제어부(350)는 해당되는 지연 대상 안테나의 순환 지연블록을 제어함으로써 지연 대상 안테나에서 기준 안테나 신호에 비하여 적응형 순환 지연값만큼 지연된 신호(아래 수학식 3에 의하여 표현됨)를 송출하도록 하는 것이다.
본 명세서에서의 수신장치는 단말장치(UE)일 수 있으며, 이러한 UE는 전술한 바와 같이 무선 통신에서의 사용자 단말을 의미하는 포괄적 개념으로서, WCDMA 및LTE, HSPA 등에서의 UE(User Equipment)는 물론, GSM에서의 MS(Mobile Station), UT(User Terminal),SS(Subscriber Station), 무선기기(wireless device) 등을 모두 포함하는 개념으로 해석되어야 할 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 다중 송신 안테나 시스템을 이용한 특정 주파수 대역에 대한 주파수 감쇄 보상방법의 흐름도이고, 도 6 내지 도 8은 3X1 다중안테나 시스템에 본 발명의 일 실시예를 적용한 경우의 채널 응답 특성의 변화를 도시한다.
도 5에 의하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 수신장치, 더 구체적으로 수신장치의 피드백 정보 처리부(440)는 각 안테나에서 전송되는 기준신호를 추정하여 신호간 위상차를 산출하는 위상차 산출 단계(S510)와, 위상차 보정을 통하여 주파수 감쇄를 보상할 수 있는 특정 주파수 대역을 검색하는 특정 주파수 대역 검색 단계(S520)와, 특정 주파수 대역의 주파수 감쇄를 보상할 수 있는 지연 대상 안테나를 선택하는 지연 대상 안테나 선택 단계(S530)와, 검색된 특정 주파수 대역과 추정된 기준신호를 이용하여 적응형 순환 지연값(Cyclic Delay)을 계산하는 적응형 순환 지연값 계산단계(S540)와, 계산된 적응형 순환 지연값 및 지연 대상 안테나 정보를 포함하는 피드백 정보를 상기 송신장치로 전송하는 전송 단계(S550)를 포함하며, 송신장치는 수신한 적응형 순환 지연값 및 지연 대상 안테나 정보를 이용하여, 지연 대상 안테나에 대하여 적응형 순환 지연값만큼 지연시킨 신호를 송출하도록 제어하는 순환 지연 신호 송출 단계(S560)를 포함하여 구성된다.
또한 수신장치의 피드백 정보 처리부는 상기 S510 내지 S560에 의하여 주파수 감쇄에 대한 보정이 이루어졌는지 확인하는 보정 확인 단계(S570)를 추가로 포함할 수 있으며, 채널 보정이 이루어지면 다음 적용 주기를 기다리며, 보정이 제대로 이루어지지 않았을 경우에는 특정 주파수 대역 검색 단계(S520)와, 지연 대상 안테나 선택 단계(S530)와, 적응형 순환 지연값 계산단계(S540) 중 하나로 회귀하도록 구성할 수 있다.
이 때, 보정이 완료되지 않았을 때 어느 단계로 회귀할 지 여부는 단말기(수신장치)의 이동속도, 채널 상황, 기타 주파수 왜곡 등과 같은 주위 환경을 고려하여 결정할 수 있다.
수신장치와 관련하여 설명한 바와 같이, 피드백 정보 처리부(450)는 특정 주파수 대역 검색 단계(S520) 및 지연 대상 안테나 선택 단계(S530)에서 임의의 두 안테나에서 송신된 신호의 위상차가 π(3.14) 또는 -π(-3.14)에 근접하면서 동시에 주파수 감쇄가 심한 영역을 상기 특정 주파수 대역으로 선택하고, 그러한 위상차를 발생시키는 안테나를 지연 대상 안테나로 선정한다.
도 6의 경우를 예로서 설명하면, 도 6와 같이 안테나 1 내지 안테나 3의 각 채널 응답특성을 나타내며, 도 7은 수신단에서의 채널 응답 특성 및 안테나 사이(Ant1-Ant2, Ant1-Ant3)의 위상차를 도시한 도면이다.
도 7에서 k가 385 부근에서 주파수 감쇄가 심하게 발생함과 동시에 안테나 1 및 3의 위상차(Ant1-Ant3)가 + π(3.14)에 근접하고 있으며, 따라서 수신장치의 피드백 정보 처리부는 이 대역을 보상을 필요로 하는 특정 주파수 대역으로 결정하게 되며, 기준 안테나에 대하여 그러한 위상차를 발생시킨 안테나 3을 지연대상 안테나로 선택하게 된다.
그런 다음, 수신장치의 피드백 정보 처리부는 적응형 순환 지연값 계산단계(S540)에서 앞에서 이미 언급한 바 있는 수학식 1에 의하여 적응형 순환 지연값을 계산한다.
수학식 1인 δcyc, n= (2m∏+θk(d)) ·NFFT / 2∏k 에서, n는 지연대상 안테나의 번호, k는 특정 주파수 대역의 인덱스, NFFT 는 서브 캐리어(sub-Carrier)의 개수, θk(d)는 보상 희망 위상차이값, m은 임의의 정수를 의미한다.
즉, 도 7을 예로 들면, 보상이 필요한 특정 주파수 대역을 나타내는 인덱스(k)가 385이고, 지연 대상 안테나는 ANT3(즉, n=3)이며, 보상을 하여야 하는 위상차(보상 희망 위상차이값)이 대략 ∏(3.14)이므로, 서브 캐리어 개수(NFFT )가 512라면 적응형 순환 지연값(δcyc, n)은 아래 수학식 4와 같이 m=1일 때 δcyc, n= 2로 결정되며 이 때 최종적인 보상 희망 위상차이값 θk(d)는 3.16(1.0078∏)가 된다.
그 다음으로, 수신장치의 피드백 정보 처리부는 산출된 적응형 순환 지연값 (δcyc, n= 2)과 지연 대상 안테나 정보(n=3)를 포함하는 피드백 신호를 생성하여 송신장치로 전송한다.
송신장치는 수신한 적응형 순환 지연값 (δcyc, n= 2)과 지연 대상 안테나 정보(n=3)를 이용하여, 지연 대상 안테나에 대하여 적응형 순환 지연값만큼 지연시킨 신호를 송출하게 되는데, 이때 신호송신장치에서 전송되는 기본 신호는 아래 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2010004123-appb-I000001
또한, 순환 지연 신호 송출 단계(S560)에 따라 적응형 순환 지연값(δcyc, n)만큼 지연시킨 지연신호는 아래 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 3]
Figure PCTKR2010004123-appb-I000002
상기 수학식 2 및 3에서 S(l)과 S(k)는 각각 시간축과 주파수축에서의 복소수 신호를 나타내고 있다. k와 l은 시간축과 주파수축에서의 인덱스(index)들이고, n은 지연대상 안테나의 번호, k는 특정 주파수 대역의 인덱스, NFFT 는 서브 캐리어(sub-Carrier)의 개수를 의미한다.
이렇게 ANT3에서 적응형 순환 지연값 만큼 지연된 신호를 수신한 수신장치는 다시 주파수 응답 특성을 파악함으로써 주파수 감쇄에 대한 보정이 적절히 이루어졌는지 확인(S570)하고, 채널 보정이 이루어졌으면 다음 적용 주기를 기다리며, 보정이 제대로 이루어지지 않았을 경우에는 단말기(수신장치)의 이동속도, 채널 상황, 기타 주파수 왜곡 등과 같은 주위 환경을 고려하여 특정 주파수 대역 검색 단계(S520)와, 지연 대상 안테나 선택 단계(S530)와, 적응형 순환 지연값 계산단계(S540) 중 하나로 복귀하도록 하는 것이 바람직하다.
도 8은 이상과 같은 과정을 통하여 지연 대상 안테나에 적응형 순환 지연값을 적용하여 신호를 송출한 경우 수신단에서의 주파수 응답 특성을 도시한 것으로서, 본 발명의 일실시예를 적용하지 않았던 도 7과 비교할 때 특정 주파수 대역인 k=385 부근의 응답 특성이 획기적으로 개선되었음을 알 수 있다.
또한, 도 8에서는 특정 주파수 대역인 k=113 부근의 응답 특성도 개선되었음을 알 수 있는데 이는 위에서 설명한 바와 같은 보상 방법을 안테나 2(ANT2)에 적용한 결과이다.
따라서, 기존에는 사용할 수 없었던 특정 주파수 대역을 수신장치가 적절하게 선택하여 주파수 감쇄를 보상함으로써 주파수 선택성 및 채널 응답 특성을 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 선택된 특정 주파수 대역이 저주파수 대역인 경우(즉, k가 낮은 대역), 전술한 수학식 1에 의하여 계산되는 적응형 순환 지연값이 커지며 이 경우 앞서 설명한 바와 같이 큰 지연 CDD와 유사하게 기능함으로써, 본 발명의 일 실시예에 의한 주파수 감쇄 보상이 충분한 대역에서 수행되지 않을 가능성이 있다.
즉, 이러한 대역에서는 적응형 순환지연을 수행하면 도 2B에서와 같이 극(Pole)이 너무 많이 생기게 되며, 따라서 전술한 바와 같은 주파수 감쇄 보상방법을 수행하더라도 원하는 대역폭내에서 의미 있는 주파수 감쇄 보상이 어렵게 된다는 것이다.
이렇게 원하는 특정 주파수 대역이 낮은 주파수 대역에서는 프리코딩(Precoding) 방식이 추가로 적용될 수 있다. 여기서 프리코딩이 적용되는 낮은 주파수 대역은 구체적으로는 k가 NFFT /4 이하 정도인 대역을 의미하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 순환지연 적용에 의하여 발생하는 극(Pole)의 개수 및 보상이 필요한 주파수 대역의 크기 등에 따라서 다른 값으로 결정될 수 있다.
즉, 선택된 특정 주파수 대역이 낮은 주파수 대역을 포함하는 경우 송신장치는 최초 송신 신호에 특정한 프리코딩 행렬을 곱하는 프리코딩 단계를 추가로 수행할 수 있으며, 이러한 프리코딩 단계는 순환 지연 신호 송출 단계 이전에 수행되는 것이 바람직하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
프리코딩 기술은 다중 안테나 OFDM 시스템 등에서 데이터의 전송 신뢰도를 높이기 위한 기술로서, 송신단에서 피드백 정보를 이용할 수 있는 폐루프 시스템에서 해당 피드백 정보를 통해 신호대잡음비를 최대화하기 위해 사용되는 것이다.
특히, 코드북 기반의 프리코딩 기법(Precoding scheme)이 이용될 수 있으며, 송수신단에서 이미 알고 있는 프리코딩 행렬의 인덱스를 송신단으로 피드백함으로써 신호대잡음비(SNR) 이득을 얻는 방식으로서, 본 발명의 일 실시예에서는 선택된 특정 주파수 대역이 낮은 주파수 대역인 경우 수신장치는 송수신단이 보유한 공통적인 프리코딩 행렬 중 채널정보를 이용하여 최적의 프리코딩 행렬 인덱스를 송신단으로 피드백하고, 송신단에서는 피드백된 인덱스에 해당하는 프리코딩 행렬을 전송 신호에 적용한다.
또한, 반드시 폐루프에 의한 프리코딩만 사용될 수 있는 것은 아니며, 송신장치가 특정한 또는 전체 주파수 대역을 위한 최적의 프리코딩 행렬을 이미 알고 있는 경우 피드백 정보 없이 전술한 프리코딩 기능을 수행할 수도 있다.
이렇게 함으로써 원하는 특정 주파수 대역이 낮은 주파수 대역을 포함하는 경우 그 낮은 주파수 대역에서는 프리코딩 기술을 이용하여 원하는 이득향상을 얻게 되고, 나머지 본 발명에 의한 일 실시예에 의한 적응형 순환지연 방식을 이용하여 주파수 감쇄를 보상함으로써 전 주파수 대역의 주파수 선택성을 향상시킬 수 있게 된다.
이상의 설명에서는 3 X 1 다중 안테나 시스템의 경우를 예를 들었으나 N X M 다중안테나 시스템에 적용될 수 있을 것이며, 이상 설명에서는 안테나 3에만 또한 본 발명의 일 실시예에 의한 적응형 순환 지연이 적용되는 것으로 설명하였으나 다른 추가 안테나 또는 복수개의 안테나에 동시에 또는 순차적으로 적용될 수 있을 것이다.
본 발명은 3GPP 계열의 무선 통신 분야에 한정되지 않고, 현재의 다른 통신분야 또는 미래에 나올 통신기술의 다중 안테나 시스템에서 채널 전반에 대한 주파수 선택성을 증가시키고 특정 주파수 대역에서의 응답 특성 개선이 필요한 모든 분야에 활용될 수 있을 것이다.
이상과 같은 본 발명의 일 실시예를 이용하면, 채널 전반에 걸쳐 주파수 선택성(frequencyselectivity)을 증가 시켜 채널 코딩의 이득을 얻는 큰 지연 CDD(Large delay CDD) 방식에 비해 주파수 자원을 할당하고자 하는 주파수 대역이 심한 주파수 감쇄(Pole)에 빠져있는 경우 안테나로 수신되는 신호의 순환 지연값(cyclic delay)을 조절하여 위상차를 보상함으로써 채널응답에 있어 향상을 기할 수 있다.
따라서, 스케줄러 또는 주파수 자원을 할당하는 주체가 심한 주파수 감쇄에 빠져있는 대역이더라도 적응형 CDD(adaptiveCDD)를 이용하여 주파수 응답의 향상이 가능한 경우 그 대역에 주파수 자원을 할당할 수가 있어 주파수 활용면에서 기존의 방식보다 좋아진다.
또한, 본 발명의 일실시예에서 수신장치에서 송신장치로 피드백되는 피드백 신호는 지연 대상 안테나를 나타내는 정보와 적응형 CDD 지연값 만을 포함하면 되므로 그 정보량이 다른 일반적인 코드북(codebook) 또는 채널정보를 상세히 보내는 피드백 정보량에 비해 적으므로 효율적으로 이용될 수 있다는 이점이 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에서는 수신측에서 다수 송신 안테나의 송신신호의 위상차를 근거로 순환 지연을 적용할 안테나를 선택하고, 최적화된 적응형 순환 지연값을 산출하여 송신측으로 제공하고, 송신측에서는 그를 기초로 순환지연 송신을 수행함으로써, 원하는 주파수 대역에서의 주파수 감쇄를 보상함으로써 주파수 활용 효율을 향상시킬 수 있는 매우 유용한 발명이다.
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Claims (13)

  1. 다중 송신 안테나 시스템에서 수신장치가 특정 주파수 대역에 대한 주파수 감쇄를 보상하는 방법으로서,
    각 안테나에서 전송되는 기준신호를 추정하여 신호간 위상차를 산출하는 위상차 산출 단계와,
    위상차 보정을 통하여 주파수 감쇄를 보상할 수 있는 특정 주파수 대역을 검색하는 특정 주파수 대역 검색 단계와,
    상기 특정 주파수 대역의 주파수 감쇄를 보상할 수 있는 지연 대상 안테나를 선택하는 지연 대상 안테나 선택 단계와,
    상기 검색된 특정 주파수 대역과 추정된 기준신호를 이용하여 적응형 순환 지연값(Cyclic Delay)을 계산하는 적응형 순환 지연값 계산단계와,
    상기 계산된 적응형 순환 지연값 및 상기 지연 대상 안테나에 대한 정보를 송신장치로 전송하는 전송 단계와,
    상기 지연 대상 안테나에 대하여 상기 적응형 순환 지연값만큼 지연시킨 신호를 상기 송신장치로부터 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 특정 주파수 대역에 대한 주파수 감쇄 보상방법.
  2. 다중 송신 안테나 시스템에서 송신장치가 특정 주파수 대역에 대한 주파수 감쇄를 보상하는 방법으로서,
    각 안테나 신호간 위상차와 주파수 감쇄를 보상할 수 있는 특정 주파수 대역 정보를 기초로 계산되는 적응형 순환 지연값(Cyclic Delay)과, 지연 대상 안테나에 대한 정보를 수신장치로부터 수신하는 피드백 정보 수신단계와,
    상기 수신한 적응형 순환 지연값 및 지연 대상 안테나에 대한 정보를 이용하여, 상기 지연 대상 안테나에 대하여 상기 적응형 순환 지연값만큼 지연시킨 신호를 송출하도록 제어하는 순환 지연 신호 송출 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 특정 주파수 대역에 대한 주파수 감쇄 보상방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 특정 주파수 대역에 대한 주파수 감쇄 보정을 확인하는 보정 확인 단계를 추가로 포함하며,
    상기 주파수 감쇄 보정이 완료되지 않음을 확인한 경우에는 상기 특정 주파수 대역 검색 단계와, 상기 지연 대상 안테나 선택 단계와, 상기 적응형 순환 지연값 계산단계 중 하나로 복귀하여 해당 단계를 재수행하는 것을 더 포함함을 특징으로 하는 특정 주파수 대역에 대한 주파수 감쇄 보상방법.
  4. 제 3 항 있어서,
    상기 특정 주파수 대역 검색 단계와, 상기 지연 대상 안테나 선택 단계와, 상기 적응형 순환 지연값 계산단계 중 어느 하나로 복귀할 지에 대한 여부는, 상기 수신장치의 이동속도 및 채널 상황 중 하나 이상을 고려하여 결정되는 것을 특징으로 하는 특정 주파수 대역에 대한 주파수 감쇄 보상방법
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 특정 주파수 대역 검색 단계는,
    임의의 두 개의 안테나들로부터 송신되는 신호의 위상차의 절대값이 특정 임계치 이상이며, 동시에 주파수 감쇄가 심한 영역을 상기 주파수 감쇄를 보상할 수 있는 특정 주파수 대역으로 선택하는 것임을 특징으로 하는 특정 주파수 대역에 대한 주파수 감쇄 보상방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 적응형 순환 지연값 계산단계는,
    상기 검색된 특정 주파수 대역에서 상기 지연대상 안테나를 포함하는 임의의 두 개의 안테나들로부터 송신되는 신호의 신호간 위상차를 최소화 하도록 상기 적응형 순환지연값을 결정하는 것을 특징으로 하는 특정 주파수 대역에 대한 주파수 감쇄 보상방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 적응형 순환 지연값(δcyc, n)은 아래 수학식으로 결정되는 것을 특징으로 하는 특정 주파수 대역에 대한 주파수 감쇄 보상방법.
    δcyc, n= (2m∏+θk(d)) NFFT / 2∏k
    여기서, n는 지연대상 안테나의 번호, k는 특정 주파수 대역의 인덱스, NFFT 는 서브 캐리어의 개수, θk(d)는 보상 희망 위상차이값, m은 임의의 정수를 의미함
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 m에 따라 생성된 다수의 적응형 순환 지연값 들 중 가장 작은 값을 적응형 순환 지연값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 특정 주파수 대역에 대한 주파수 감쇄 보상방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 보상 희망 위상차이값(θk(d))은,
    상기 지연대상 안테나와 기준 안테나 사이의 수신 신호 위상차와 동일하거나, 상기 적응형 순환 지연값(δcyc, n)이 정수가 될 수 있는 값으로서 상기 지연대상 안테나와 기준 안테나 사이의 수신 신호 위상차에 가장 근사한 값인 것을 특징으로 하는 특정 주파수 대역에 대한 주파수 감쇄 보상방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 검색된 특정 주파수 대역이 낮은 주파수 대역에 포함되는 경우에는 상기 수신된 신호에 대하여, 상기 송신장치에 의해 사용되는 특정한 프리코딩 행렬을 곱하는 프리코딩 단계를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 특정 주파수 대역에 대한 주파수 감쇄 보상방법.
  11. 특정 대역에 대한 주파수 감쇄를 보상하는 수신장치에 있어서,
    각 안테나에서 전송되는 기준신호를 추정하여 신호간 위상차를 산출하는 제1섹션과,
    위상차 보정을 통하여 주파수 감쇄를 보상할 수 있는 특정 주파수 대역을 검색하는 제2섹션과,
    상기 특정 주파수 대역의 주파수 감쇄를 보상할 수 있는 지연 대상 안테나를 선택하는 제3섹션과,
    상기 검색된 특정 주파수 대역의 정보를 이용하여 적응형 순환 지연값(Cyclic Delay)을 계산하는 제4섹션, 및
    상기 계산된 적응형 순환 지연값 및 지연 대상 안테나 정보를 포함하는 피드백 신호를 생성하여 송신장치로 전송하는 제5섹션을 포함하는 피드백 정보 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수신장치.
  12. 특정 주파수 대역에 대한 주파수 감쇄를 보상하는 다중 송신 안테나를 구성하는 송신장치에 있어서,
    각 안테나 신호간 위상차와, 주파수 감쇄를 보상할 수 있는 특정 주파수 대역 정보를 기초로 계산되는 적응형 순환 지연값(Cyclic Delay;δcyc, n)과 지연 대상 안테나 정보를 수신하는 수신부와,
    상기 지연 대상 안테나에 대하여 상기 적응형 순환 지연값만큼 지연시킨 신호를 송출하도록 제어하는 순환 지연 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 송신장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 적응형 순환 지연값(δcyc, n)만큼 지연시킨 신호는 아래 수학식으로 결정되는 것을 특징으로 하는 송신장치.
    Figure PCTKR2010004123-appb-I000003
    상기 수학식에서S(l)과 S(k)는 각각 시간축과 주파수축에서의 복소수 신호, k와 l은 시간축과 주파수축에서의 인덱스(index), n은 지연대상 안테나의 번호, k는 특정 주파수 대역의 인덱스, NFFT 는 서브 캐리어(sub-Carrier)의 개수이다.
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