KR100461547B1 - 디에스/시디엠에이 미모 안테나 시스템에서 보다 나은수신 다이버시티 이득을 얻기 위한 전송 시스템 - Google Patents

디에스/시디엠에이 미모 안테나 시스템에서 보다 나은수신 다이버시티 이득을 얻기 위한 전송 시스템 Download PDF

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 다수의 송신안테나에서 동시에 독립적인 데이터를 전송하고 다수의 수신 안테나를 이용하여 수신하는 미모(MIMO: Multiple-Input Multiple-Output) 안테나를 사용하는 디에스/시디엠에이(DS/CDMA : Direct Sequence / Code Division Multiple Access) 통신 시스템에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은, 다수의 송수신 안테나를 사용하는 DS/CDMA MIMO 안테나 시스템에서 여러 개의 확산 코드와 송신 안테나 마다 다른 스크램블링 코드를 이용하여 동시에 전송되는 각 데이터 심볼이 서로 다른 서명수열을 갖도록 함으로서 수신단에서 완전한 수신다이버시티 이득을 얻을 수 있는 전송 시스템을 제공하고자 함.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 전송하고자 하는 원본 데이터를 전달받아 이를 다수의 데이터로 병렬시켜 소정 개수의 확산 코드로 확산하고 다시 송신 안테나 고유의 스크램블링 코드로 스크램블링하여 상기한 다수의 송신안테나에서 데이터를 전송하는 송신수단; 및 상기 다수의 수신 안테나를 통해 수신되는 데이터에 대해 상기 전송수단에서 이루어진 확산 및 스크램블링을 감안한 역확산 처리를 통해 상기 원본 데이터를 복원하는 수신수단을 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 무선통신 시스템에 이용됨.

Description

디에스/시디엠에이 미모 안테나 시스템에서 보다 나은 수신 다이버시티 이득을 얻기 위한 전송 시스템{TRANSCEIVER FOR DS/CDMA MIMO ANTENNA SYSTEMS UTILIZING FULL RECEIVER DIVERSITY}
본 발명은 다수의 송신안테나에서 동시에 독립적인 데이터를 전송하고 다수의 수신 안테나를 이용하여 수신하는 미모(MIMO: Multiple-Input Multiple-Output) 안테나를 사용하는 디에스/시디엠에이(DS/CDMA : Direct Sequence / Code DivisionMultiple Access) 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 다중 경로 페이딩 채널에서 수신 안테나 수와 다중 경로 수의 곱에 해당하는 이론적으로 가능한 최대의 수신 다이버시티(diversity) 차수의 다이버시티 이득을 갖고 수신 데이터에 대한 선형 연산을 통하여 전송 데이터를 검출하기 위한 데이터 전송 시스템에 관한 것이다.
각 송신 안테나가 서로 다른 데이터를 동시에 송신하는 다수 송수신 안테나 시스템을 위한 통신 시스템의 구조에 관련된 종래의 기술은 [논문 1 : G.J Foschini, G.D Golden, R.A. Valenzuela and P.W. Wolniansky, "Simplified processing for high spectral efficiency wireless communication employing multi-element arrays," IEEE J. Selet. Areas Commun., vol. 17, pp. 1841-1852, Nov. 1999.], [논문 2 : H. Huang, M. Sandell and H. Viswanathan, "Achieving high data rates on the UMTS downlink shared channel using multiple antennas," in Proc. International Conference on 3G Mobile Communication Technologies, Mar. 2001.], [논문 3 : 3GPP TR 25.848 (V 4.0.0), Physical layer espects of UTRA High Speed Downlink Packet Access (Release 4), Mar. 2001.], [논문 4: A. Lozano and C.Papadias, "Space-time receiver for wideband BLAST in rich scattering wireless channels," in Proc. IEEE VTC'00, Japan, May 2000] 및 [논문 5 : Xu Zhu and R.D. Murch, "MIMO-DFE based BLAST over frequency selective channels," in Proc. GLOBECOM''01, Nov. 2001.] 등이 있었다.
일반적인 단일 송수신 안테나 시스템을 위해 개발된 적응 간섭 완화 기법에 대해서는 [논문 6: S.C. Hong, J.H. Choi, S.R. Kim and Y.H. Lee, "ConstrainedMMSE-RAKE receivers for DS/CDMA systems in multipath fading channels," in Proc. VTC'02 spring, May 2002.]의 기술이 응용될 수도 있었다.
[논문 1]에서는 단일경로 페이딩 환경의 시분할다중접속(TDMA : Time Division Multiple Access) 또는 주파수분할다중접속(FDMA : Frequency Division Multiple Access) 시스템에서 여러 개의 송신 안테나에서 동시에 서로 다른 데이터가 전송되고, 수신기에서는 송신기 안테나 수 이상의 수신 안테나로 수신한 다음 각 송 수신 안테나 사이의 채널 계수가 서로 독립인 것을 이용하여 수신신호 대 잡음비가 큰 데이터부터 차례로 수신 다이버시티 차수를 높여가며 수신 하는 방법으로서 평균적으로 [수신안테나 수 + (1 - 송신안테나 수)/2] 차수의 수신 다이버시티 차수를 갖고 데이터를 검출하여 시스템 용량을 늘리는 브이-블라스트(V-BLAST) 수신 방법이 제안되었다.
[논문 2]는 [논문1]의 수신기법을 CDMA에 확장한 방법으로서 [논문3]의 3세대 이동통신 표준에서 고속의 데이터 전송을 위한 전송 기법으로 고려되고 있다. [논문2]와 [논문3]의 전송 방법은 여러 개의 서로 직교하는 코드로 확산된 서로 다른 데이터 열을 각 송신안테나를 통해 전송하는데 각 송신 안테나에서는 서로 다른 데이터 열을 동시에 전송한다. 이때 각 송신 안테나에서 전송되는 데이터를 위한 스크램블링 코드는 직교하는 확산 코드 사이의 직교성을 유지하기 위하여 한 개의 같은 스크램블링 코드를 이용한다.
[논문 4]와 [논문 5]에서는 [논문 1]의 수신기가 단일경로 페이딩 환경에서만 사용 가능하다는 단점을 개선하기 위하여 결정궤환등화기(DFE: decisionfeedback equalizer)를 이용하여 다중 경로 에너지를 모은 후 [논문 1]의 브이-블라스트(V-BLAST) 수신기를 적용하는 방법을 제안하고 있다.
그러나, CDMA 환경에서는 상대적으로 신호 대 잡음비[SNR : Signal to Noise Ratio]가 낮은 칩(chip) 단위 신호를 이용하여 결정궤환등화기를 사용하는 것이 불가능하고, 가능하다고 하더라도 계산이 상당히 복잡한 단점이 있어서 적용이 불가능하다. 그래서 지금까지 다중경로 페이딩 채널 환경의 DS/CDMA 다수 송수신 안테나 시스템을 위한 수신 기법은 제안된 바가 없었다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 다수의 송수신 안테나를 사용하는 DS/CDMA MIMO 안테나 시스템에서 여러 개의 서로 다른 확산 코드로 전송 데이터를 확산할 뿐만 아나라, 확산 데이터와 파일럿을 더한 후 사용하는 스크램블링 코드를 송신 안테나마다 서로 다르게 사용하는 전송 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
특히, 본 발명은, 다수 송수신 안테나 시스템이 사용되는 DS/CDMA 시스템에서 여러 개의 확산 코드와 여러 개의 스크램블링 코드를 사용함으로써 단일 경로 페이딩 채널 환경에서는 모든 송신 안테나에서 전송되는 데이터에 대하여 수신 안테나 수 만큼의 완전한 수신 다이버시티 차수를 갖고 수신하도록 하며, 다중경로 페이딩 채널환경에서는 결정궤환등화기와 같은 복잡한 연산없이, 수신안테나 수와 다중경로 수의 곱 만큼의 완전한 수신 다이버시티 차수를 갖고 데이터를 수신하도록 하여 우수한 데이터 검출 성능을 갖는 전송 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 보다 나은 수신 다이버시티 이득을 얻기 위한 전송 시스템의 일실시예 구성도.
도 2 는 본 발명에 따른 전송 시스템에 있어서 레이크 수신 장치의 일실시예 구성도.
도 3 은 본 발명에 따른 전송 시스템에 있어서 적응 간섭완화 수신 장치의 일실시예 구성도.
도 4 는 본 발명에 따른 전송 시스템에 있어서 적응 간섭완화 수신 장치의 다른 실시예 구성도.
도 5 는 본 발명에 따른 전송 시스템에 있어서 적응 필터 블록의 일실시예 구성도.
도 6 은 본 발명에 따른 전송 시스템에 있어서 적응 필터 블록의 다른 실시예 구성도.
도 7 은 본 발명에 따른 전송 시스템에 있어서 적응 필터 뱅크 블록의 일실시예 상세구성도.
도 8 은 본 발명에 따른 전송 시스템에 있어서 데이터 결정기에 대한 일실시예 설명도.
도 9와 10은 단일 경로 페이딩 채널 환경에서의 비트 오류율 모의실험 결과를 나타내는 일예시도.
도 11은 다중경로수가 3개인 다중경로 페이딩 채널에서의 본 발명에 따른 성능 모의 실험 결과를 나타낸 일예시도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
11 : 직병렬 변환부 12 : 데이터 확산부
13 : 결합부 14 : 스크램블링 처리부
15 : 송신 안테나 16 : 수신안테나
17 : 수신기
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 시스템은, 다수의 송신안테나에서 동시에 독립적인 데이터를 전송하고 다수의 수신 안테나를 이용하여 수신하는 미모(MIMO) 안테나를 사용하는 디에스/시디엠에이(DS/CDMA) 통신 시스템에 있어서, 전송하고자 하는 원본 데이터를 전달받아 이를 다수의 데이터로 병렬시켜 소정 개수의 확산 코드로 확산하고 다시 소정 개수의 스크램블링 코드로 스크램블링하여 상기한 다수의 송신안테나에서 데이터를 전송하는 송신수단; 및 상기 다수의 수신 안테나를 통해 수신되는 데이터에 대해 상기 전송수단에서 이루어진 확산 및 스크램블링을 감안한 역확산 처리를 통해 상기 원본 데이터를 복원하는 수신수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 시스템은, 다수의 송신안테나에서 동시에 독립적인 데이터를 전송하고 다수의 수신 안테나를 이용하여 수신하는 미모(MIMO) 안테나를 사용하는 디에스/시디엠에이(DS/CDMA) 통신 시스템에 있어서, 전송하고자 하는 고속의 전송 부호를 직렬-병렬 변환(serial to parallel transformation) 하는 변환수단; 병렬 변환된 평행 데이터 열에 대해 각각 서로 직교하는 확산코드를 이용하여 확산하는 확산수단; 파일럿 신호를 생성하는 파일럿 신호 생성수단; 각각의 상기 송신안테나로 전송되는 확산 데이터를 상기 확산수단으로부터 전달받아 상기 파일럿 신호 생성수단에서 생성된 파일럿 신호와 결합하는 결합수단; 송신안테나 마다 서로 다른 스크램블링 코드를 이용하여 상기 결합수단으로부터의 데이터를 스크램블링하는 스크램블링 수단; 및 상기 스크램블링 수단으로부터 전달받은 독립 데이터를 각각 전송하는 다수의 상기 송신안테나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명에 따른 보다 나은 수신 다이버시티 이득을 얻기 위한 전송 시스템의 일실시예 구성도이다.
본 발명에 따른 전송 시스템은, 직병렬 변환부(11), 데이터 확산부(12), 결합부(13), 스크램블링 처리부(14) 및 송신 안테나(15) 등을 포함하여 송신단이 구성되고, 수신안테나(16) 및 수신기(17)를 포함하여 수신단이 구성된다.
본 발명에 따른 전송 시스템은 고속의 데이터 전송이 용이하므로, 고속 데이터를 전송하고자 하는 입력 데이터로 하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
고속의 전송데이터는 직병렬 변환부(11)를 통하여 데이터 전송을 위해 사용되는 확산 코드 수K와 송신 안테나 수P의 곱인KP개의 전송 데이터 단위로 평행 데이터 열로 변환된다. 즉 동시에KP개의 데이터 심볼이 전송되게 된다.
상기 직병렬 변환부(11)에서KP개의 평행 데이터 열은 같은 코드로 확산되어 각각 서로 다른 안테나로 전송되는P개의 데이터 심볼을 한 그룹으로 하는K개의 그룹으로 나누어져 해당하는 데이터 확산부(12)로 전달된다.
각각의 상기 데이터 확산부(12)에서는 직병렬 변환된 데이터 열에 대해 서로 직교하는 첫번째 확산 코드c 1에서 K번째 확산 코드c K를 이용하여 확산한다. 그리고, 각각의 상기 데이터 확산부(12)에서는 확산된 각각의 데이터를 해당하는 송신안테나(15)로 전달하기 위해 다수의 결합부(13)에 선택적으로 전송한다.
또한, 상기 데이터 확산부(12)에서는 파일럿 심볼에 대해 0번째 확산 코드c 0 를 이용하여 확산한다.
결합부(13)에서는 같은 전송안테나로 송신되는 각 그룹내의 확산 데이터를 더한 다음 각 송신 안테나 별로 채널 추정 등을 위한 파일럿 심볼(전체가 1인 코드로 확산된 파일럿심볼)이 더해지게 된다. 여기까지의 전송단 구조는 [논문 2], [논문 3]의 전송단의 구조와 일치한다.
본 발명에서는 각 송신안테나(15)에서 확산 데이터와 파일럿을 더한 후 사용하는 스크램블링 코드를 안테나마다 서로 다른 코드를 사용한다는 점에서 안테나와 상관없이 한가지의 스크램블링 코드를 이용하여 스크램블링하여 전송하는 [논문 2], [논문 3]의 전송 기법과 차별화된다. 즉, 상기 결합부(13)로부터 전달되는 데이터가 스크램블링 처리부(14)에서 스크램블링될 때, 다른 스크램블링 처리부와는 별개의 스크램블링 코드를 사용하여 데이터를 스크램블링하고, 이를 송신 안테나(15)로 전달하여 데이터 송신이 이루어지도록 하는 것이다.
두 가지 전송 방식의 차이점을 설명하기 위하여 한가지 연산자를 정의하도록 하겠다. 크기가 같은 두개의 행렬 사이에서 정의되는(스크램블링) 연산은 두 행렬의 같은 위치의 항 사이의 곱으로, 예를 들어 N x1크기의 두 벡터,사이의 스크램블링 결과는와 같다. 2개의 확산 코드c 1 ,c 2 와 두개의 송신 안테나를 이용하여 d1~d4데이터를 동시에 전송하는 시스템을 예로 들어 두 가지 전송 방법의 특징을 살펴보도록 하겠다.
각 송신 안테나와 임의의 수신 안테나 사이의 채널 파라미터를 각각 h1, h2인 단일경로 페이딩 채널이라 가정하고 해당 수신 안테나에서의 수신 신호를 생각해 보면 두 안테나에서 같은 스크램블링 코드로 스크램블링 후 전송하는 기존 시스템의 경우에는 아래의 [수학식 1]과 같다.
그리고, d1을 기준으로 역확산한 신호를 살펴보면 아래의 [수학식 2]와 같다.
상기한 [수학식 1], [수학식 2]를 통해 살펴보면, 서로 다른 확산 코드로 확산된 데이터로 인한 간섭은 전혀 없지만, 같은 코드로 확산한 후 전송되는 데이터 심볼에 의한 강한 간섭신호가 남게 된다. 이 간섭신호는 각 수신 안테나에서 수신한 신호에서 원하는 사용자의 신호 d1과 간섭신호 d2의 채널계수가 서로 다른 것을 이용하여 상관제거(Decorrelating) 수신기법, 최소평균제곱오차(Minimum Mean Square Error) 수신기법 또는 브이-블라스트(V-BLAST) 수신기법을 이용하여 제거하고 원하는 사용자의 신호 d1을 검출할 수 있다.
그렇지만, 이러한 경우에는 반드시 수신 안테나의 수가 송신안테나 수보다 커야 하고, 채널 파라미터가 서로 독립이어야 한다는 제약조건이 있었고, 이 제약조건을 만족한다고 하더라도 동시에 송신하는 데이터 수에 선형으로 비례하여 증가하는 복잡도를 갖는 수신 기법으로는 최대로 얻을 수 있는 평균 수신 다이버시티 차수가, 송신 안테나 수를P, 수신 안테나 수를M이라고 했을 때,M-(P-1)/2 로서 이론적으로 얻을 수 있는 최대의 수신 안테나 다이버시티 차수인M에 비하여 (P-1)/2 차수 만큼의 손해가 있게 된다.
특히, 이 방법의 경우에 단일경로 페이딩 채널에서는 다른 확산 코드로 확산하여 전송하는 데이터 심볼에 의한 간섭을 코드 사이의 직교성에 의해 완전히 제거할 수 있었지만, 다중경로 페이딩 채널의 경우에는 전송지연이 동일한 다중경로에 의한 간섭은 마찬가지로 없지만 전송지연이 다른 서로 다른 확산코드 사이의 직교성은 더 이상 유지되지 않으므로 전송지연이 다른, 나머지 다중경로 성분에 의한간섭은 더해지게 된다.
이러한 다중경로 페이딩 채널에서의 문제점을 해결하기 위해서는 다중경로가 한 심볼 이내에서 발생하는 CDMA의 특성상 칩 주기로 동작하는 등화기가 사용되어야 하지만 이의 복잡도가 큰 문제 뿐만 아니라 칩단위의 신호대 잡음비가 0데시벨(dB : decibel) 미만인 CDMA 환경의 특성상 결정궤환등화기와 같은 방식이 사용될 수 없으므로, [논문 2]와 [논문 3]의 송수신 기법은 단일 경로 페이딩 환경에서만 제한적으로 사용될 수 있다.
반면 본 발명에서와 같이 두 안테나에서 각기 서로 다른 스크램블링 코드 s1, s2를 사용하는 경우에 수신 신호는 아래의 [수학식 3]과 같다.
이 역시 d1을 기준으로 역확산한 신호를 살펴보면 다음의 [수학식 4]와 같다.
상기한 [수학식 4]를 보면, 같은 안테나로부터 송신되면서 서로 다른 코드로 확산되어 전송되는 d2에 의한 간섭만 완전하게 제거되고, 나머지 신호, 특히 서로 직교하는 확산코드로 확산된 후 다른 안테나를 통해 전송되는 데이터(d4)에 의한 간섭은 더해지게 된다. 그렇지만 그 크기는 서로 다른 스크램블링 코드 사이의 상호상관 값이 작으므로 크지 않다.
[수학식 3]과 [수학식 4]의 신호를 살펴보면 동시에 전송되는 모든 데이터는 모두 서로 다른 서명수열(signature sequence)을 가지므로 일반적인 단일 송수신 안테나 CDMA 시스템에서의 수신 신호의 형태와 유사한 형태임을 알 수 있다.
따라서 기존 방식의 경우에는 간섭 신호와 원하는 신호를 구분하여 제거할 수 있는 수단이 채널 정보 밖에 없었으나, 본 발명대로 전송할 경우에는 동시에 서로 다른 안테나를 통하여 전송되는 데이터들로 인한 간섭을 단일 송수신 안테나 시스템을 위해 개발된 다양한 간섭완화 기법을 약간의 변형만으로 사용할 수 있으며, 그 경우 완전한 수신 다이버시티 차수를 얻을 수 있다.
또한, 간단한 선형 연산 만으로도 다중경로 페이딩 채널환경에서도 우수한 데이터 검출 성능으로 수신이 가능한 장점이 있다. 간섭완화 기법을 사용하지 않더라도 간섭 신호의 크기가 코드 사이의 상관값에 의해 상대적으로 작아지므로 일반적인 레이크 수신기를 사용하더라도 완전한 수신 다이버시티 이득을 얻게 되어 상기한 [논문 2], [논문 3]에서 제시된 기존의 송수신 기법에 비하여 우수한 데이터 검출 성능을 보일 수도 있게 된다. 이에 관해서는 성능 비교 부분에서 자세히 살펴보도록 하겠다.
본 발명에서는 다음과 같은 다중경로 페이딩 채널 환경을 가정한다.
단일경로 페이딩 채널은 다중경로 페이딩 채널의 특수 상황이므로 아래의 채널 모델만으로 포함할 수 있다.
상기한 위 시스템의 시간t에서의 페이딩 채널은 아래의 [수학식 5]와 같다.
여기서h (t),pml 은p번째 송신 안테나로부터m번째 수신 안테나로 수신되는l번째 다중경로의 채널 계수이고, τl은l번째 다중경로의 전송지연으로 편의상τ l =(l-1)T c (여기서T c 는 칩 주기)로 가정한다.
각 코딩 블록이 전송되는 구간 내에서는 채널이 변하지 않는다고 가정하면 심볼 주기를T라고 할 때nT≤t<(n+1)T내에서는h (t),pml =h pm,l (n)로 일정하다고 할 수 있다. N x1 크기의 k번째 확산 코드 벡터를,p번째 안테나를 위한Nx1 크기의 정규화(normalize)된 스크램블링 코드를라고 한다. 0번째 확산코드c 0는 파일럿 심볼 전송에 할당되며 송신 안테나 p에 대한 파일럿 심볼 d0p(n)확산에 이용된다.l번째 경로에 대한 확산코드는(0 l 은lx1 0벡터),l번째 경로에 대한 정규화된 스크램블링 코드는로 정의하면m번째 수신 안테나 수신 신호에 대한 칩 정합 필터 출력 중n번째 송신 데이터 열이 수신되는 구간을 모은 벡터r m (n)은 다음의 [수학식 6]과 같이 표현된다.
여기서,d kp (n)는k번째 확산 코드를 이용하여 확산한 후,p번째 안테나를 통하여 전송되는 데이터 심볼이며,u m (n)은m번째 안테나에서의 인접 심볼 및 다른 사용자로부터의 간섭신호 등의 모든 간섭신호와 배경잡음의 합이다. 또한, 계산상의 편의를 위하여로 정의하도록 하겠다.
지금부터는 본 발명에 따른 송신 시스템을 위한 수신기의 실시예들을 보이고 기존의 미모 송수신 시스템에 비하여 우수한 성능을 가짐을 모의 실험 결과를 통하여 보이도록 하겠다.
도 2 는 본 발명에 따른 전송 시스템에 있어서 레이크 수신 장치의 일실시예구성도이다.
본 발명에 따른 전송 시스템은 상기한 도 1의 설명을 통해 제시되는 내용을 바탕으로 한다. 도 2 이하에서의 이러한 경우에 적용될 수 있는 여러 수신 장치를 제시한다.
도 2는 본 발명에서 제안한 전송 시스템을 위한 레이크 수신기 구조이다. 에너지를 모으고자 하는 다중 경로 성분의 수가L개이고 수신 안테나(21) 수가M개라면, 본 발명에 따른 전송 시스템에 있어서 레이크 수신기는 도 2 를 통해 도시된 바와 같이,M개의 칩 정합필터(22)와 입력신호 생성버퍼(23), 각 송신 데이터의 각 다중경로 에너지를 모으기 위한 (K+1)xPxLxM개의 역확산 블록(정합필터, 24), 각 수신안테나(21)에서 파일럿 심볼에 대한 역확산 출력으로부터 채널을 추정하기 위한M개의 채널 추정기(25), 역확산된 출력과 채널 추정 결과를 이용하여 각각의 송신 데이터의 에너지를 모두 모으는 결합기(26), 결합기(26)의 출력으로부터 전송 심볼에 대한 추정치를 결정하는 결정기(27)를 포함한다.
각 역확산 블록(24)에서는r m (n)과 각 전송데이터의 해당 다중경로 성분에 해당하는 확산코드와 스크램블링 코드에 대한 내적 값을 구하는 과정을 수행한다.
예를 들어, 첫번째 확산코드로 확산되어 첫번째 안테나를 통해 전송되는 d11(n)의 첫번째 다중경로 성분에 해당하는 역확산 결과를 얻기 위한 역확산 블록(24)에서는값을 구하여 결합기(26)로 넘겨준다.
각 수신 안테나(21)의 채널 추정기(25)는 파일럿 심볼에 대한 정합필터(24)출력을 이용하여 각 송신 안테나로부터 해당 수신 안테나 사이의PxL크기의 채널 파라미터를 추정하는 블록이다.
결합기(26)는 송신단에서 동시에 전송되는 d11(n)~dkp(n)의KP개의 데이터 심볼 각각에 대하여 수신 에너지를 모두 결합하는 부분으로서, dkp(n)을 위한 결합기(26)의 동작을 살펴보면 다음의 [수학식 7]과 같은 결합 신호를 생성하여 데이터 결정기(27)로 넘겨주는 역할을 한다.
데이터 결정기(27)는 상기 [수학식 7]의 결합신호를 이용하여 성상도 상의 가장 가까운 데이터 심볼로 결정하여 전송 데이터 심볼에 대한 최종 추정값을 도출하는 기능을 한다. 이는 도 8을 통해 보다 상세히 설명한다.
도 3 및 도 4 는 본 발명에 따른 전송 시스템에 있어서 수신 장치의 다른 실시예를 보여주고 있다.
그 구성을 개략적으로 살펴보면, 각 수신 안테나에서 수신 신호 중 해당 전송 부호가 차지하는 부분만을 모아 적응 필터에 전달하는 입력 신호 생성부와, 소정 주기로 조절되는 탭 계수(tab weight)에 따라 복소 수신 신호를 필터링하는 적응 필터링부와, 상기 적응 필터링부의 출력 신호를 이용하여 특정 송수신 안테나사이의 채널의 위상 성분과 진폭 성분을 추정하는 채널 추정부와, 상기 채널 추정 부의 채널 추정 결과 신호와 상기 적응 필터링 수단으로부터 인가되는 필터링된 수신 신호를 모든 다중 경로 성분에 대하여 결합하여 상기 특정 송신 안테나가 전송하고자 한 원래의 신호로 복원하는 신호 복원부와 기지의 학습 데이터 신호 또는 상기 신호 복원부에 의해 복원된 신호 중 어느 하나를 선택하여 제공하는 선택부와, 상기 선택부로부터 제공되는 신호와 상기 채널 추정부에 의한 채널 추정 결과 신호를 이용하여 기준 신호를 발생하는 기준 신호 발생부와, 상기 기준 신호 발생부로부터 제공되는 기준 신호와 상기 적응 필터링부로부터 출력되는 필터링된 수신 신호를 대비하여, 두 신호간의 오차를 산출하는 오차 산출부 그리고, 적어도 하나의 제약 조건을 갖는 평균 평방 오차 최소화 기준(constraint MMSE criterion)에 근거하여, 상기 적응 필터링부의 탭 계수를 조절하는 탭 계수 조절부를 포함한다.
즉, 상기한 도 2 에서의 레이크 수신방식이 아니라, 도 3 및 도 4 에서는 적응 간섭완화 수신방식의 수신장치를 제시하고 있는 것이다.
도 2의 레이크 수신기에서처럼 확산코드를 이용하여 역확산을 하는 경우에는 부가 백색 가우스 잡음(AWGN : additive white gaussian noise) 뿐만 아니라 동시에 전송하는 다른 데이터와 다중 경로간 간섭이 역확산 신호에 더해지게 되므로 성능저하가 발생할 수 있다.
도 3 및 도 4의 적응 간섭완화 수신기에서는 확산 코드 대신 제한 최소 평균 제곱 오차(Constrained Minimum Mean Square Error) 관점에서 최적인 적응필터 계수를 이용하여 역확산함으로서 모든 간섭 신호를 효과적으로 제거하여 수신 성능을높이도록 하였다.
도 3 및 도 4는 본 발명에서 제안한 전송 시스템을 위한 적응 간섭완화 수신기의 두 가지 실시예로서 상기한 [논문 6]에서 제안한 단일 송수신 안테나 시스템을 위한 두 가지 적응 간섭완화 수신 기법을 본 발명에서 제안한 전송 시스템에 맞도록 변형한 적응 수신 기법이다. 도 3과 도 4의 간섭완화 수신 기법은 채널 추정 방식과 적응필터 계수 갱신 알고리즘을 제외하고는 동일한 구조를 갖는다. 도 3의 실시예를 주로 설명하고 도 4의 실시 예에 대해서는 차이점만을 설명하도록 하겠다.
도 3 은 본 발명에 따른 전송 시스템에 있어서 적응 간섭완화 수신 장치의 일실시예 구성도이다.
도 3 에 도시된 본 발명에 따른 전송 시스템에 있어서 적응 간섭완화 수신 장치는, 수신 안테나(31), 칩 정합필터(32), 입력신호 생성 버퍼(33), 에러 생성 블록(34), 단순 평균 채널추정기(35), 적응필터 블록(36), 결합기(37), 데이터 결정기(38) 및 기준신호 선택기(39)를 포함하여 이루어진다.
수신 안테나(31)는 신호를 수신하고, 칩 정합필터(32)는 수신 안테나(31)로부터의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다.
입력신호 생성 버퍼(33)에서는 칩 정합필터(32)의 출력 중에서 n번째 송신 데이터 열이 수신되는 구간을 모은 벡터r m(n)을 모아서 각 적응필터 블록(36)으로 전달하는 역할을 한다.
도 3에서 제시된 각 적응필터 블록(36)은 도 5와 같이 복수 제약조건 필터계수 갱신 블록(51)과 송신 안테나 수 P개 만큼의 적응필터 뱅크 블록(52)으로 구성되거나, 도 6과 같이 단일 제약조건 필터 계수 갱신 블록(61)과 송신 안테나 수 P개 만큼의 적응필터 뱅크 블록(62)으로 구성된다.
각 적응필터 뱅크 블록(51, 61)은 도 7과 같이K+1개의 적응필터(71)로 구성되며 에너지를 모으고자 하는 송신안테나에서 동시에 전송되는K개의 전송데이터의 해당 다중 경로 성분 각각에 대한 해당 수신 안테나에서의 수신 신호를 검출하는 역할을 수행한다.
도 3의 실시예에서는p번째 송신 안테나에서k번째 확산 코드로 확산된 후 송신되는 데이터 심볼의 l번째 다중경로 성분을m번째 수신 안테나에서 검출하기 위한 기준 적응필터 계수를w kpm,l(n)이라고 할 때 아래의 [수학식 8]과 같은 제안 목적함수를 최소화하도록 적응된다.
subject to
여기서,,g l 은l번째 항만 1이고 나머지는 모두 0인 L x1크기의 벡터이다.
위 목적식에 첨가된 제약조건은 적응필터 계수와 각 다중경로에 해당하는 확산 코드 사이의 내적 값이 에너지를 검출하고자 하는l번째 다중 경로에 해당하는확산 코드와의 내적은 1로 유지하면서 다른 다중 경로 성분과의 내적 값은 0으로 유지함으로서 다중 경로 간섭(IPI : interpath interference)를 강제적으로 0으로 만들어 주기 위한 조건이다.
이를 통하여 다른 다수 사용자 신호의 간섭뿐만 아니라 원하는 사용자 신호의 다른 다중 경로로 인한 다중 경로간 간섭을 제거함으로서 적응 필터 출력을 이용하여 단순 평균 채널 추정 방식을 사용하더라도 치우침(bias) 없는 채널 추정치를 얻을 수 있어 수신 성능을 높일 수 있다.
라그랑지안 멀티플라이어(Laglangian multiplier)를 이용하여 상기 [수학식 8]의 목적식을 최소화 하는w kpm,l(n)을 구해보면 확산 코드에 상관없이 같은p,m,l에 대하여 아래의 [수학식 9]와 같이 동일함을 알 수 있다.
여기서,과 같다. 따라서,k에 관한 첨자를 제거하고w pm,l(n)으로 쓸 수 있고, 모든 k에 대한 오차 신호를 적절히 결합하여 적응 필터 계수를 갱신함으로서 적응 필터의 수렴속도를 높일 수 있다.
도 3의 각 에러 생성 블록(34)에서는 해당하는 적응 필터 블록(36)에서 모으고자 하는 수신 안테나(31) 수신 신호의 다중 경로 성분에 대한 적응 필터 출력과기준신호 사이의 오차를 구하여 적응 필터 블록(36)의 필터계수 갱신 블록(51, 61)으로 전달하는 기능을 한다. m번째 수신 안테나의 l번째 경로에서의 에러신호 벡터는로서, 각 송신 안테나 데이터에 대한 에러신호 벡터들로 구성되며 각p, m, l, k값에 따른 에러신호는 다음의 [수학식 10]과 같이 표현된다.
상기 [수학식 10]에서은p번째 송신 안테나와m번째 수신 안테나 사이의l번째 다중 경로 채널에 대한 추정치로서 도 3에 도시된 단순 평균 채널 추정기 블록(35)으로부터 전해 받는다.
적응 필터 블록(36)내에 있는, 도 5에 도시된 복수제약조건 필터 계수 갱신 블록(51)에서는 각 송신 안테나 인덱스p(1≤p≤P)에 대하여 다음의 [수학식 11]과 같은 적응 필터 갱신식을 이용하여 적응 필터 계수를 갱신한다.
여기서,로 정의되며 모든 벡터를S p에 직교하는 공간으로 투영시키는 직교 투영 행렬이다.
적응 필터 블록(36)내에 있는 적응 필터 뱅크(52, 62, 도 7)에서는 필터계수 갱신 블록(51, 61)으로부터 넘겨받은 기본 적응 필터 계수에 해당 심볼의 확산 코드를 스크램블링하여 각 확산 코드로 확산되어 전송되는 데이터를 위한 적응 필터 계수로 정하여 수신 신호에 대한 필터 뱅크 출력을 넘겨준다. 각 송신 안테나 데이터를 위한 적응 필터뱅크 출력들을 모은 벡터는로 정의된다.
도 3에 나타낸 적응 간섭 완화 기법의 경우, 아래의 [수학식 12]와 같은 단순 평균 채널 추정 방식을 통하여 채널을 추정한다. 잡음에 대한 영향을 줄이기 위해 여러 개의 파일럿 심볼을 이용하여 얻은 임시 채널 추정치를 평균하여 최종 채널 추정 값을 구하며 여기서 N P 는 채널 추정에 사용하는 연이은 파일럿 심볼 수이다.
위의 채널 추정치는 치우침이 없으며(unbiased) 다수의 제약조건을 갖는 적응 필터 출력을 이용하여 채널을 추정한다는 가정하에서 최대 우도(ML : maximum likelihood) 채널 추정치이다. 여기서 d0p(n)은p번째 안테나로부터 전송되는 파일럿 심볼이다.
결합기(37)에서는 적응 필터 출력과 채널 추정치를 이용하여 송신단에서 동시에 전송되는 d11(n)~dKP(n)의KP개의 데이터 심볼 각각에 대한 결정 변수(decision variable)를 생성한다. dkp(n)을 위한 결합기(37)의 동작을 살펴보면 다음의 [수학식 13]과 같은 결합 신호를 생성하여 데이터 결정기(38)로 넘겨주는 역할을 한다.
데이터 결정기(38)에서는 도 2 에 도시된 데이터 결정기(27)에 대해 설명한 것과 같이, 도 8을 통해 도시된 것처럼 [수학식 7]의 결합신호를 이용하여 성상도상의 가장 가까운 데이터 심볼로 결정하여 전송 데이터 심볼에 대한 최종 추정값을 도출하는 기능을 한다.
기준 신호 생성기(39)에서는 데이터 결정기(38) 출력으로부터 얻은 전송 데이터에 대한 추정치와 파일럿 심볼을 결합하여 채널추정기(35)와 에러 생성 블록(34)으로 넘겨주는 역할을 수행한다.
도 4 는 본 발명에 따른 전송 시스템에 있어서 적응 간섭완화 수신 장치의다른 실시예 구성도이다.
도 4 를 통해 제시된 적응 간섭완화 수신 장치의 구성을 살펴보면, 수신 안테나(41), 칩 정합필터(42), 입력신호 생성 버퍼(43), 에러 생성 블록(44), 최대 우도 채널추정기(35), 적응필터 블록(36), 결합기(37), 데이터 결정기(38) 및 기준신호 선택기(39)를 포함하여 이루어진다.
도 4 에 도시된 적응 간섭완화 수신 장치는 상기한 것처럼 도 3과 유사하며, 그 차이가 있는 부분을 위주로 설명한다.
도 4의 적응 수신 장치에서는p번째 송신 안테나에서k번째 확산 코드로 확산된 후 송신되는 데이터 심볼의l번째 다중경로 성분을m번째 수신 안테나에서 검출하기 위한 기준 적응필터 계수를w kpm,l(n)이라고 할 때 아래의 [수학식 14]와 같은 제안 목적함수를 최소화하도록 적응된다.
subject to
상기 목적식에 첨가된 제약조건은 적응필터 계수와 에너지를 검출하고자 하는 l번째 다중 경로에 해당하는 확산 코드와의 내적을 1로 유지한다는 조건으로서 다른 다중경로에 해당하는 코드와의 내적 값에 대한 제약조건은 없으므로 적응필터 출력에 다중경로 간섭(IPI)가 남아있게 된다.
이러한 예에 있어서도 라그랑지안 멀티플라이어(Laglangian multiplier)를 이용하여 [수학식 14]의 목적식을 최소화 하는w kpm,l(n)을 구해보면 확산 코드에 상관없이 같은p,m,l에 대하여 아래와 같이 동일함을 알 수 있다. 즉 고정 채널로 근사화 할 수 있는 변화가 느린 채널 환경에서는 다음의 [수학식 15]와 같다.
채널의 변화가 충분히 빨라서 서로 다른 채널 파라미터의 곱의 평균값을 0으로 볼 수 있을 때에는 다음의 [수학식 16]과 같이 나타낼 수 있다.
상기한 [수학식 16]은 k와 상관없이 일정한 최적 필터 계수를 갖게되므로 확산코드에 대한 첨자 k를 제거하고w pm,l(n)으로 쓸 수 있고, 각 확산코드를 통해 전송되는 데이터를 기준 신호로 한 오차 신호를 적절히 결합하여 적응 필터 계수w pm,l(n)을 갱신함으로서 적응 필터 학습 후의 초과 평균제곱오차(excessive meansquare error)를 확산코드 수에 비례하여 줄일 수 있다.
도 4를 통해 제시된 예는 앞서 언급한 바대로 적응 필터의 갱신 알고리즘과 채널 추정 방식을 제외하고는 상기한 도 3을 통해 제시된 예와 동일한 구조를 갖는다.
도 5 는 본 발명에 따른 전송 시스템에 있어서 적응 필터 블록의 일실시예 구성도이다.
도 5 에 도시된 적응 필터 블록은 상기한 것처럼 도 3, 도 4 에 나타낸 적응 필터 블록((36, 46)의 상세도로써, 도면에 도시된 바와 같이 복수 제약조건 필터 계수 갱신 블록(51) 및 적응 필터 뱅크(52)를 포함하여 이루어진다.
복수 제약조건 필터 계수 갱신 블록(51)에서는 에러 생성 블록(34, 44)으로부터의 에러신호 벡터eml(n)를 바탕으로 적응 필터 계수를 갱신하여 이를 각각의 해당하는 적응 필터 뱅크(52)로 전달한다. 이는 상기한 [수학식 11]의 설명을 통해 제시한 바 있다.
적응 필터 뱅크(52)에서는 복수 제약조건 필터 계수 갱신 블록(51)로부터 전달되는w pm,l(n)과 입력신호 생성 버퍼(33, 43)로부터 전달되는r m(n)을 처리하여 적응 필터 뱅크 출력y pm,l(n)을 생성하여 출력하는데, 이는 상기한 도 3 의 설명에서 제시되어 있을 뿐만 아니라, 하기하는 도 7 의 설명을 통해 이를 다시 한 번 제시한다.
도 6 은 본 발명에 따른 전송 시스템에 있어서 적응 필터 블록의 다른 실시예 구성도이다.
도 6 에 나타낸 적응 필터 블록은 그 구성과 작용에 있어서 제약조건 필터 계수 갱신 블록(61)이 단일 제약조건 필터 계수 갱신 알고리즘에 따라 동작한다는 점을 제외하고는 상기한 도 5 와 동일한다.
단일 제약조건 필터 계수 갱신 블록(61)을 살펴보면 다음과 같다.
도 6의 단일 제약조건 필터 계수 갱신 블록(61)에서는 각 송신 안테나 인덱스 p(1≤p≤P)에 대하여 다음의 [수학식 17]과 같은 적응 필터 갱신식을 이용하여 적응 필터 계수를 갱신한다.
여기서로 정의되며 모든 벡터를s pl에 직교하는 공간으로 투영시키는 직교 투영 행렬이다. [수학식 17]의 적응 필터 갱신식으로 적응필터를 갱신하게 되면, [수학식 12]와 같은 단순 평균 채널 추정 방법을 이용하여 채널을 추정할 경우 다음의 [수학식 18]과 같이 채널 추정값이 편이가 발생하게 된다.
이는 채널 추정치의 성능을 떨어뜨리게 되고, 이로 인해 데이터 검출 성능이 떨어지게 된다. 이를 막기 위하여 상기한 도 4의 실시예와 같은 경우에는 각 안테나에서 모든 다중경로 채널에 대한 추정치를 다음의 [수학식 19]와 같은 최대 우도 채널 추정 방식을 이용하여 치우침 없는 채널 추정치를 얻는다.
여기서,W pm= [w pm,1 w pm,2...w pm,L]과 같다.
도 7 은 본 발명에 따른 전송 시스템에 있어서 적응 필터 뱅크 블록의 일실시예 상세구성도이다.
적응 필터 뱅크 블록은 도면에 도시된 것처럼 다수 개의 적응 필터로 구성되는데, 각 적응 필터(71)에서는 필터 계수 갱신 블록(51, 61)으로부터 넘겨받은 기본 적응 필터 계수를 파일럿 심볼을 위한 적응 필터 계수로 정하고, 이에 각 확산 코드를 스크램블링하여 각 확산 코드로 확산되어 전송되는 데이터를 위한 적응 필터 계수로 정하여 그 필터의 출력을 넘겨주게 된다.
도 8 은 본 발명에 따른 전송 시스템에 있어서 데이터 결정기에 대한 일실시예 설명도이다.
도 8 은 본 발명에 따른 전송 시스템의 수신단을 나타낸 도 2, 도 3 및 도 4 에서 보여지는 데이터 결정기를 설명하는 도면이다.
도 2, 도 3 을 통해 설명한 것처럼, 데이터 결정기는 상기한 [수학식 7]의 결합신호를 이용하여 성상도 상의 가장 가까운 데이터 심볼로 결정하여 전송 데이터 심볼에 대한 최종 추정값을 도출한다.
본 발명에서 제안한 새로운 CDMA MIMO 시스템을 위한 송수신 기법 성능을 살펴보기 위하여 다양한 환경에서 기존 브이-블라스트(V-BLAST) 기반의 송수신 기법과 본 연구에서 개발한 송수신 기법의 성능 차이를 모의 실험을 통하여 살펴 보았다. 다음은 모의 실험 환경이다. 확산 코드는 주기 64의 왈쉬(Walsh) 코드를 사용하였고 스크램블링 코드는 길이 63의 골드코드(Gold code) 끝에 1을 더한 코드를 사용하였다. 모의 실험에서 사용된 확산 코드 수는 2개로 고정하였다(K=2). 채널 환경은f DT = 0.001인 레일리 페이딩 채널(다중 경로 수는 1개 또는 3개)를 고려하였으며 수신단에서 완벽하게 채널 추정이 이루어 졌다고 가정하였다.
도 9와 10은 단일 경로 페이딩 채널 환경에서의 비트 오류율 모의실험 결과를 나타내는 일예시도이다.
도 9와 도 10에서 송신 안테나는 4개로 가정하였고, 도 9에서 수신 안테나의 수도 4개이다. 또한, 도 10에 제시한 본발명에 따른 적응 간섭 완화 수신기의 경우에는 2개 ~ 4개의 수신 안테나를 고려하였다.
도 9에서 볼 수 있듯이 본 발명에 따른 레이크 수신기와 적응 간섭 완화 수신기는 기존 브이-블라스트(V-BLAST) 수신기에 비해서 우수한 데이터 검출 성능을 보인다. 이는 수신단에서 이용할 수 있는 완전한 다이버시티 이득을 이용할 수 있기 때문이다. 레이크 수신기의 경우 신호대 잡음비가 높은 구간에서는 기존 브이-블라스트(V-BLAST)에 비하여 성능이 떨어지게 되는데 이는 레이크 수신기의 경우 다수사용자 간섭을 제거해 주지 않기 때문이다.
도 10은 본 발명에서 제안한 전송 시스템이 얻을 수 있는 수신 다이버시티 이득을 살펴보기 위한 그림이다. 브이-블라스트(V-BLAST) 전송 시스템의 경우 송신 안테나 4개 수신 안테나 4개를 사용할 경우 2.5 만큼의 수신 다이버시티 차수를 갖는다.
도 10의 경우 본 발명에 따른 적응 수신기의 성능을 살펴보면 수신 안테나를 3개 사용하는 경우와 2개를 사용하는 경우 사이에 기존 브이-블라스트(V-BLAST) 전송 시스템의 성능 그래프가 있는 것을 볼 수 있다. 따라서 본 발명에서 제안한 방법은 수신 안테나 수 만큼의 다이버시티 차수를 얻을 수 있음을 추정할 수 있다.
도 11은 다중경로수가 3개인 다중경로 페이딩 채널에서의 본 발명에 따른 성능 모의 실험 결과를 나타낸 일예시도이다.
도 11 은 송신 안테나 수는 4개이고 수신 안테나는 2개를 사용한 경우이다.다중경로 페이딩 채널에서의 DS/CDMA 시스템을 위한 브이-블라스트(V-BLAST) 시스템은 현재까지 개발된 것이 없으므로 본 발명에 따른 모의실험 결과만을 보이고 있다. 도 11에서 볼 수 있듯이 본 발명은 다중경로 페이딩 환경에서 우수한 데이터 검출 성능을 보인다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명은, 여러 개의 송신 안테나를 이용하여 서로 다른 데이터를 동시에 전송한 후 여러 개의 수신 안테나를 이용하여 각 전송 데이터를 수신하는 다수 데이터 송수신(MIMO) 안테나를 이용한 시스템에 관한 것으로, 다중 경로 페이딩 채널에서 수신 안테나 수와 다중 경로 수의 곱에 해당하는 이론적으로 가능한 최대의 수신 다이버시티 차수의 다이버시티 이득을 가지고 각 데이터를 검출하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, MIMO 방식이 사용되는 DS/CDMA 시스템에서 단일 경로 페이딩 채널 환경에서 모든 송신 안테나에서 전송되는 데이터에 대해 수신 안테나 수 만큼의 완전한 수신 다이버시티 차수를 갖고 수신하도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 다중 경로 페이딩 채널 환경에서 결정궤환등화기와 같은복잡한 연산없이, 수신 안테나 수에 선형 비례하는 복잡도를 갖고 수신안테나 수와 다중경로 수의 곱 만큼의 완전한 수신 다이버시티 차수를 갖고 데이터를 수신함으로써 우수한 데이터 검출 성능을 갖는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 기존의 경우에 간섭 신호와 원하는 신호를 구분하여 제거할 수 있는 근거가 채널 정보 밖에 없었던 것과는 달리, 동시에 서로 다른 안테나를 통하여 전송되는 데이터들로 인한 간섭을 단일 송수신 안테나 시스템을 위해 개발된 다양한 간섭완화 기법의 적은 변형만으로도 제거할 수 있으며, 이를 통해 보다 완전한 수신 다이버시티 차수를 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 간섭완화 기법을 사용하지 않더라도 간섭 신호의 크기가 코드 사이의 상관값에 의해 상대적으로 작아지므로 일반적인 레이크 수신기를 사용하더라도 보다 완전한 수신 다이버시티 이득을 얻게 되어 기존 송수신 기법에 비하여 우수한 데이터 검출 성능을 보일 수 있는 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 다수의 송신안테나에서 동시에 독립적인 데이터를 전송하고 다수의 수신 안테나를 이용하여 수신하는 미모(MIMO: Multiple-Input Multiple-Output) 안테나를 사용하는 디에스/시디엠에이(DS/CDMA : Direct Sequence / Code Division Multiple Access) 통신 시스템에 있어서,
    전송하고자 하는 원본 데이터를 전달받아 이를 다수의 데이터로 병렬시켜 소정 개수의 확산 코드로 확산하고 다시 소정 개수의 스크램블링 코드로 스크램블링하여 상기한 다수의 송신안테나에서 데이터를 전송하는 송신수단; 및
    상기 다수의 수신 안테나를 통해 수신되는 데이터에 대해 상기 전송수단에서 이루어진 확산 및 스크램블링을 감안한 역확산 처리를 통해 상기 원본 데이터를 복원하는 수신수단
    을 포함하는 디에스/시디엠에이 미모 안테나 시스템에서 보다 나은 수신 다이버시티 이득을 얻기 위한 전송 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신수단은,
    각각의 상기 수신 안테나에서 수신하는 데이터에 대해 상기 송신 안테나의 개수와 다중 경로 성분의 수를 감안하여 파일럿 심볼에 대한 역확산 출력으로 채널을 추정하고, 상기 송신수단에서 이루어진 확산 및 스크램블링 개수와 해당하는 다중 경로 성분의 수를 감안하여 역확산하고 이렇게 얻은 데이터를 결합하여 상기 송신수단에서 전송된 데이터를 복원하는 레이크 수신방식의 수신수단
    인 것을 특징으로 하는 디에스/시디엠에이 미모 안테나 시스템에서 보다 나은 수신 다이버시티 이득을 얻기 위한 전송 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 수신수단은,
    상기 송신수단으로부터의 데이터를 수신하기 위한 소정 개수의 수신 안테나;
    상기 수신 안테나에서 수신된 신호에 대해 각 전송데이터의 해당 다중경로 성분에 해당하는 확산코드와 스크램블링 코드에 대한 내적 값을 구하는 상기 수신 안테나 개수, 상기 송신수단의 송신 안테나 개수, 에너지를 모으고자 하는 다중 경로 성분의 수 및 상기 송신수단에서의 확산코드 수에 선형 비례하는 다수의 역확산 처리수단;
    각각의 상기 수신 안테나에서 파일럿 심볼에 대한 역확산 출력으로부터 채널을 추정하기 위한 상기 수신 안테나와 동일 개수의 채널 추정수단;
    상기 역확산 처리수단과 상기 채널 추정수단에서 얻어진 역확산 출력과 채널 추정 결과를 이용하여 각각의 송신 데이터의 에너지를 모두 모으는 결합수단; 및
    상기 결합수단에서 얻어진 결합신호를 이용하여 전송 심볼에 대한 추정치를결정하는 결정수단
    을 포함하는 디에스/시디엠에이 미모 안테나 시스템에서 보다 나은 수신 다이버시티 이득을 얻기 위한 전송 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 수신수단은,
    각 수신 안테나에서 수신 신호 중 해당 전송 부호가 차지하는 부분만을 모아 각 정합 필터에 전달하는 입력 신호 생성 수단;
    각 확산 코드에 따라 복소 수신 신호를 정합 필터링하는 정합 필터링 수단;
    상기 정합 필터링 수단의 출력 신호를 이용하여 특정 송수신 안테나 사이의 채널의 위상 성분과 진폭 성분을 추정하는 채널 추정 수단; 및
    상기 채널 추정 수단의 채널 추정 결과 신호와, 상기 정합 필터링 수단으로부터 인가되는 필터링 된 수신 신호를 모든 다중 경로 성분에 대하여 결합하여, 상기 송신 안테나를 통하여 사용자가 전송하고자 한 원래의 신호로 복원하는 신호 복원 수단
    을 포함하는 디에스/시디엠에이 미모 안테나 시스템에서 보다 나은 수신 다이버시티 이득을 얻기 위한 전송 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신수단은,
    확산 코드 대신 제한 최소평균제곱오차(Constrained Minimum Mean Square Error) 관점에서 최적인 적응필터 계수를 이용하여 역확산함으로서 모든 간섭 신호를 효과적으로 제거하여 수신 성능을 높인 적응 간섭완화 수신수단인 것을 특징으로 하는 디에스/시디엠에이 미모 안테나 시스템에서 보다 나은 수신 다이버시티 이득을 얻기 위한 전송 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 수신수단은,
    각각의 상기 수신 안테나에서 수신 신호 중 해당 전송 부호가 차지하는 부분만을 모아 적응 필터에 전달하는 입력 신호 생성 수단;
    소정 주기로 조절되는 탭 계수(tab weight)에 따라 복소 수신 신호를 필터링하는 적응 필터링 수단;
    상기 적응 필터링 수단의 출력 신호를 이용하여 특정 송수신 안테나 사이의 채널의 위상 성분과 진폭 성분을 추정하는 채널 추정 수단;
    상기 채널 추정 수단의 채널 추정 결과 신호와, 상기 적응 필터링 수단으로부터 인가되는 필터링된 수신 신호를 모든 다중 경로 성분에 대하여 결합하여, 상기 특정 송신 안테나가 전송하고자 한 원래의 신호를 복원하는 신호 복원 수단;
    기지의 학습 데이터 신호 또는 상기 신호 복원 수단에 의해 복원된 신호 중 어느 하나를 선택하여 제공하는 선택 수단;
    상기 선택 수단으로부터 제공되는 신호와 상기 채널 추정 수단에 의한 채널 추정 결과 신호를 이용하여 기준 신호를 발생하는 기준 신호 발생 수단;
    상기 기준 신호 발생 수단으로부터 제공되는 기준 신호와, 상기 적응 필터링 수단으로부터 출력되는 필터링 된 수신 신호를 대비하여, 두 신호간의 오차를 산출하는 오차 산출 수단; 및
    적어도 하나의 제약 조건을 갖는 평균 평방 오차 최소화 기준(constraint MMSE criterion)에 근거하여, 상기 적응 필터링 수단의 탭 계수를 조절하는 탭 계수 조절 수단
    을 포함하는 디에스/시디엠에이 미모 안테나 시스템에서 보다 나은 수신 다이버시티 이득을 얻기 위한 전송 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 송신수단은,
    전송하고자 하는 고속의 전송 부호를 직렬-병렬 변환(serial to parallel transformation) 하는 변환수단;
    상기 전송 부호에 서로 직교하는 확산코드로 확산하는 확산수단;
    파일럿 신호를 생성하는 파일럿 신호 생성수단;
    각각의 상기 송신 안테나로 전송되는 확산된 데이터와 파일럿 신호를 더하는 결합수단;
    각 송신 안테나 별로 전송될 데이터에 대해 서로 다른 스크램블링 코드를 이용하여 스크램블링하는 스크램블링 수단; 및
    동시에 여러 독립 데이터를 전송하는 다수의 상기 송신안테나
    를 포함하는 디에스/시디엠에이 미모 안테나 시스템에서 보다 나은 수신 다이버시티 이득을 얻기 위한 전송 시스템.
  8. 다수의 송신안테나에서 동시에 독립적인 데이터를 전송하고 다수의 수신 안테나를 이용하여 수신하는 미모(MIMO) 안테나를 사용하는 디에스/시디엠에이(DS/CDMA) 통신 시스템에 있어서,
    전송하고자 하는 고속의 전송 부호를 직렬-병렬 변환(serial to parallel transformation) 하는 변환수단;
    병렬 변환된 평행 데이터 열에 대해 각각 서로 직교하는 확산코드를 이용하여 확산하는 확산수단;
    파일럿 신호를 생성하는 파일럿 신호 생성수단;
    각각의 상기 송신안테나로 전송되는 확산 데이터를 상기 확산수단으로부터 전달받아 상기 파일럿 신호 생성수단에서 생성된 파일럿 신호와 결합하는 결합수단;
    서로 다른 스크램블링 코드를 이용하여 상기 결합수단으로부터의 데이터를 스크램블링하는 스크램블링 수단; 및
    상기 스크램블링 수단으로부터 전달받은 독립 데이터를 각각 전송하는 다수의 상기 송신안테나
    를 포함하는 디에스/시디엠에이 미모 안테나 시스템에서 보다 나은 수신 다이버시티 이득을 얻기 위한 전송 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 확산수단은,
    데이터 전송을 위해 사용되는 서로 직교하는 상기 확산코드의 개수 만큼의 다수로 존재하여, 각각이 상기 변환수단으로부터 전달되는 상기 송신안테나 수만큼의 병렬 데이터에 대해 확산하고 이를 각각의 상기 송신안테나에 해당하는 상기 결합수단으로 분리하여 전송하는 것을 특징으로 하는 디에스/시디엠에이 미모 안테나 시스템에서 보다 나은 수신 다이버시티 이득을 얻기 위한 전송 시스템.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 결합수단은,
    상기 송신안테나의 수만큼 다수로 존재하여, 각각이 상기 확산수단으로부터 해당하는 상기 송신안테나를 통해 전송하고자 하는 데이터를 모두 전달받아 상기 파일럿 신호 생성수단으로부터 전달되는 지정된 파일럿 신호와 함께 결합시키는 것을 특징으로 하는 디에스/시디엠에이 미모 안테나 시스템에서 보다 나은 수신 다이버시티 이득을 얻기 위한 전송 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 스크램블링 수단은,
    상기 송신안테나의 수만큼 다수로 존재하여, 각각이 해당하는 상기 송신안테나를 위한 서로 다른 스크램블링 코드를 가지고 상기 결합수단으로부터 전달되는 데이터를 스크램블링하는 것을 특징으로 하는 디에스/시디엠에이 미모 안테나 시스템에서 보다 나은 수신 다이버시티 이득을 얻기 위한 전송 시스템.
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