KR100935098B1 - 다중 입출력 무선통신 시스템에서 안테나 개수에 적응적인시공간 부호화를 위한 장치 및 방법 - Google Patents

다중 입출력 무선통신 시스템에서 안테나 개수에 적응적인시공간 부호화를 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중 입출력 무선통신 시스템에 관한 것으로, 멀티플렉싱 오더(multiplex order), 송신단의 안테나 개수 및 수신단의 안테나 개수에 따라 시공간 부호화(space-time encoding) 코드를 구성하는 제어기와, 상기 시공간 부호화 코드로 송신 신호를 시공간 부호화하는 시공간 부호기를 포함하여, 기 저장된 베이시스(basis)들을 이용하여 채널 상태 및 송수신 안테나 개수에 따라 상기 베이시스들의 부분 베이시스 또는 확장 베이시스를 생성하고 조합함으로써, 다양한 환경 및 안테나 개수에 최적화된 시공간 부호들을 적응적으로 사용할 수 있다.
다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output), 다이버시티(Diversity), 멀티플렉싱(Multiplexing), 시공간 부호(Space-Time Code), 베이시스(Basis)

Description

다중 입출력 무선통신 시스템에서 안테나 개수에 적응적인 시공간 부호화를 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SPACE-TIME CODING ADAPTIVE TO THE NUMBER OF ANTENNA IN MULTIPLE INPUT MULTIPLE OUTPUT WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 무선통신 시스템에 관한 것으로, 특히, 다중 입출력 무선통신 시스템에서 안테나 개수에 적응적인 시공간 부호화(Space-Time Coding) 장치 및 방법에 관한 것이다.
무선 이동통신 시장의 급성장으로 인하여 무선 환경에서 다양한 멀티미디어 서비스가 요구된다. 상기 멀티미디어 서비스를 제공하기 위해 전송 데이터의 대용량화 및 데이터 전송의 고속화가 진행되면서 한정된 주파수를 효율적으로 사용할 수 있는 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 기술의 연구가 진행되고 있다.
상기 다중 입출력 기술은 추가적인 주파수나 송신 전력 할당 없이도 단일 안 테나 시스템에 비해 전송 신뢰도와 전송률을 증가시킬 수 있다. 즉, 상기 다중 입출력 무선통신 시스템은 송수신 안테나 개수에 따라 다이버시티 이득을 얻어 전송 신뢰도를 향상시키는 다이버시티(diversity) 방식과 다수의 신호 열을 동시에 전송하여 전송률을 높이는 멀티플렉싱(multiplexing) 방식 및 상기 다이버시티 방식과 멀티플렉싱 방식을 결합한 하이브리드(Hybrid) 방식을 사용할 수 있다.
더욱이 상기 다중 입출력 무선통신 시스템은 낮은 에러율을 달성하기 위해 시간 영역에서의 부호화 방식을 공간 영역으로 확장하는 시공간 부호화 방식을 사용한다. 따라서, 상기 다중 입출력 무선통신 시스템의 시공간 부호는 다이버시티 효과를 얻을 수 있는 알라뮤티(Alamouti) 류의 다이버시티 코드와 멀티플렉싱 효과를 얻을 수 있는 블라스트(BLAST) 류의 코드 및 상기 다이버시티-멀티플렉싱의 교환(tradeoff)을 취한 하이브리드 코드가 존재한다.
상기 다중 입출력 무선통신 시스템의 송신단은 채널 환경 및 단말 사용 가능 안테나 개수에 맞는 시공간 부호화 방식을 제공하기 위해, 다양한 채널 환경에 적합한 코드들을 모두 저장하고 있다. 따라서, 상기 송신단은 수신단으로부터 수신되는 피드백 정보를 따라 적합한 코드를 선택하여 상기 시공간 부호화를 수행할 수 있다.
상술한 바와 같이 상기 다중 입출력 무선통신 시스템의 송신단은 채널 환경 및 단말의 사용 가능 안테나 개수에 따른 코드를 저장하고, 상기 수신단의 피드백 정보를 통해 시공간 부호화를 위한 코드를 선택한다. 따라서, 상기 피드백 정보가 복잡해지고 상기 코드를 저장하기 위한 메모리의 낭비가 심한 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 다중 입출력 무선통신 시스템에서 다이버시티(diversity)-멀티플렉싱(multiplexing) 오더를 유연하게 조절하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 다중 입출력 무선통신 시스템에서 베이시스(basis)를 조합하여 적합한 시공간 부호화 코드를 구성하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 다중 입출력 무선통신 시스템에서 사용 가능한 안테나 개수에 따라 기 저장된 베이시스들의 부분 베이시스를 이용하여 시공간 부호화 코드를 구성하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 다중 입출력 무선통신 시스템에서 사용 가능한 안테나 개수에 따라 기 저장된 베이시스들의 확장 베이시스를 이용하여 시공간 부호화 코드를 구성하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 다중 입출력 무선통신 시스템에서 송신단 장치는, 멀티플렉싱 오더(multiplex order), 송신단의 안테나 개수 및 수신단의 안테나 개수에 따라 시공간 부호화(space-time encoding) 코드를 구성하는 제어기와, 상기 시공간 부호화 코드로 송신 신호를 시공간 부호화 하는 시공간 부호기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 다중 입출력 무선통신 시스템에서 수신단 장치는, 채널 추정 값을 이용하여 멀티플렉싱 오더를 결정하는 결정기와, 상기 멀티플렉싱 오더에 따른 시공간 복호화(space-time decoding) 코드를 구성하는 제어기와, 상기 시공간 복호화 코드에 따라 송신단으로부터 수신되는 신호를 시공간 복호화하는 시공간 복호화기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 3 견지에 따르면, 다중 입출력 무선통신 시스템에서 송신단의 동작 방법은, 시공간 부호화 코드를 생성하기 위하여, 송신단의 안테나 개수 및 수신단의 안테나 개수에 따라 베이시스들을 생성하는 과정과, 상기 베이시스들을 이용하여 멀티플렉싱 오더에 따라 시공간 부호화 코드를 구성하는 과정과, 상기 시공간 부호화 코드로 송신 신호를 시공간 부호화하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 4 견지에 따르면, 다중 입출력 무선통신 시스템에서 수신단의 동작 방법은, 채널 추정 값을 이용하여 멀티플렉싱 오더를 결정하는 과정과, 상기 멀티플렉싱 오더에 따른 시공간 복호화 코드를 구성하는 과정과, 상기 시공간 복호화 코드에 따라 송신단으로부터 수신되는 신호를 시공간 복호화하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
다중 입출력 무선통신 시스템에서 기 저장된 베이시스들을 이용하여 채널 상태 및 송수신 안테나 개수에 따라 상기 베이시스들의 부분 베이시스 또는 확장 베이시스를 생성하고 조합함으로써, 다양한 환경 및 안테나 개수에 최적화된 시공간 부호들을 적응적으로 사용할 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하 본 발명은 다중 입출력 무선통신 시스템에서 채널 환경 및 사용 가능 안테나 개수에 따라 다이버시티(diversity) 오더(order)와 멀티플렉싱(multiplexing) 오더를 유연하게 조절하여 시공간 부호화를 수행하기 위한 기술에 대해 설명한다. 여기서, 상기 다이버시티 오더는 시간축 또는 주파수축에서 동일 신호가 반복되는 횟수를 의미하고, 상기 멀티플렉싱 오더는 수신단에서 동일 시간에 동시에 수신 가능한 신호 개수를 의미한다.
베이시스(basis)는 하나의 공간을 모두 표현할 수 있는 기본 성분을 의미하며, 하나의 베이시스 집합 내에서 각각의 베이시스는 다른 베이시스들의 조합으로 생성되지 않는 서로 선형적으로 독립(Linearly Independent)적인 특성과 상기 베이시스가 이루는 전체 신호공간을 스팬(Span)하는 특성을 갖는다.
이하 설명은 송신단과 수신단의 안테나가 각각 2개인(이하 2×2라 칭함) 다중 입출력 무선통신 시스템을 예로 들어 베이시스의 조합에 따라 다이버시티-멀티플렉싱 오더가 조절됨을 설명한다.
먼저, 대표적인 다이버시티 코드인 알라뮤티 코드(Alamouti code)는 하기 수학식 1과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112007078635550-pat00001
상기 수학식 1에서, 상기 Salamouti는 알라뮤티 코드, 상기 si는 i번째 전송 심벌을 나타낸다. 또한, 상기 αi는 i번째 전송 심벌의 실수 값, 상기 βi는 i번째 전송 심벌의 허수 값을 나타낸다. 여기서, 상기
Figure 112009051485781-pat00002
,
Figure 112009051485781-pat00003
은 실수 베이시스를 나타내고, 상기
Figure 112009051485781-pat00004
,
Figure 112009051485781-pat00005
는 허수 베이시스를 나타낸다. 즉, 상기 수학식 1을 참고하면, 상기 알라뮤티 코드는 특정 계수들과 곱해진 4개의 베이시스들의 합으로서 구성된다.
상기 알라뮤티 코드는 다이버시티 코드로서 최대 다이버시티 이득을 가질 수 있다. 하지만, 상기 수학식 1에서와 같이, 송신단은 2개의 시간 영역 동안 2개의 실수 베이시스와 2개의 허수 베이시스를 이용하여 2개의 복소 심벌을 전송하므로 전송속도가 1(=2[전송 심벌 수]/2[전송 시간 영역])이 된다. 즉, 2×2 다중 입출력 무선통신 시스템은 최대 2개의 시간 영역 동안 4개의 심벌을 전송하여 2의 전송 속도를 얻을 수 있지만, 상기 알라무티 코드를 사용함으로 인해 전송속도는 절반인 1이 되며, 송수신단은 최대 멀티플렉싱 이득을 얻을 수 없다.
다음으로, 대표적인 멀티플렉싱 코드인 BLAST 코드의 전송 심벌은 하기 수학식 2와 같이 표현할 수 있다.
Figure 112007078635550-pat00006
Figure 112007078635550-pat00007
상기 수학식 2에서, 상기 Sblast는 BLAST 코드, 상기 si는 i번째 전송 심벌, 상기 αi는 i번째 전송 심벌의 실수 값, 상기 βi는 i번째 전송 심벌의 허수 값을 나타낸다. 즉, 상기 수학식 2를 참고하면, 상기 BLAST 코드는 특정 계수들과 곱해진 8개의 베이시스들의 합으로서 구성된다.
이때, 상기 BLAST 코드의 베이시스는 하기 수학식 3과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112007078635550-pat00008
상기 수학식 3에서, 상기 A는 상기 BLAST 코드에서 실수 베이시스를 나타내고, 상기 B는 상기 BLAST 코드에서 허수 베이시스를 나타낸다. 또한, 상기 ξ는 상기 τ번째 값만 1이고 나머지는 0인 T차원의 열 벡터를 나타내고, 상기 η는 상기 m번째 값만 1이고 나머지는 0인 M차원의 열 벡터를 나타낸다. 그리고, 상기 T는 송신 안테나 개수를 나타내고, 상기 M은 수신 안테나 개수를 나타낸다.
상기 BLAST 코드는 멀티플렉싱 코드로서 최대 멀티플렉싱 이득을 갖는다. 즉, 상기 수학식 2에서 상기 2×2 다중 입출력 무선통신 시스템을 가정하면, 상기 T와 M은 모두 2이다. 따라서, 상기 A와 B가 각각 4개씩 8개의 베이시스를 갖기 때문에, 송수신단은 최대 전송속도 즉, 최대의 멀티플렉싱 이득을 얻을 수 있다.
상기 수학식 1과 수학식 2에 나타난 바와 같이 다이버시티 코드와 멀티플렉싱 코드에 따라 베이시스의 개수 및 각 베이시스에 곱해지는 계수들이 변한다. 따라서, 상기 수학식 1과 수학식 2에 도시된 두 전송 심벌 행렬(Salamouti, Sblast)은 하기 수학식 4와 같이 하나의 식으로 일반화하여 표현된다.
Figure 112007078635550-pat00009
상기 수학식 4에서, 상기 A는 해당 코드의 베이시스, 상기
Figure 112007078635550-pat00010
는 전송 심벌의 계수(예 : 상기 수학식 1에서 αi, βi), 상기 I는 상기 해당 코드의 베이시스 개수(예 : 알라뮤티 코드는 4, BLAST 코드는 8)를 나타낸다.
즉, 상기 수학식 4와 같이, 하나의 적절한 베이시스 집합을 설계하고, 사용 베이시스 개수 및 각 베이시스에 곱해지는 계수를 조절함으로써, 송수신단은 원하는 다이버시티-멀티플렉싱 오더의 시공간 부호화 코드를 얻을 수 있다. 즉, 상기 수학식 4에서
Figure 112007078635550-pat00011
혹은 I값을 조절함으로써 다이버시티-멀티플렉싱 오더가 변화한다.
예를 들어, 상기 수학식 1에 표현된 알라뮤티 코드의 4개 베이시스들과 다른
Figure 112007078635550-pat00012
,
Figure 112007078635550-pat00013
,
Figure 112007078635550-pat00014
,
Figure 112007078635550-pat00015
의 4개의 베이시스를 이용하여 하기 수학식 5와 같이 2×2 다중 입출력 무선통신 시스템에서 최대 다이버시티 이득과 최대 멀티플렉싱 이득을 갖는 시공간 부호가 구성될 수 있다. 여기서, 상기
Figure 112007078635550-pat00016
는 다른 베이시스를 나타내기 위해 곱하여진 계수이며, 상기
Figure 112007078635550-pat00017
가 j(
Figure 112007078635550-pat00018
)인 경우, 상기 코드는 최적 시공간 부호(PSTC : Perfect Space-Time Code)가 된다.
Figure 112007078635550-pat00019
Figure 112007078635550-pat00020
Figure 112007078635550-pat00021
상기 수학식 5에서, 상기 si는 i번째 전송 심벌을 나타내고, 상기 αi는 i번째 전송 심벌의 실수 값을 나타내며, 상기 βi는 i번째 전송 심벌의 허수 값을 나타낸다. 이때, 실수 베이시스는
Figure 112009051485781-pat00022
,
Figure 112009051485781-pat00023
,
Figure 112009051485781-pat00024
,
Figure 112009051485781-pat00025
이고, 허수 베이시스는
Figure 112009051485781-pat00026
,
Figure 112009051485781-pat00027
,
Figure 112009051485781-pat00028
,
Figure 112009051485781-pat00029
이다. 즉, 상기 수학식 5를 참고하면, 알라뮤티 코드는 특정 계수들과 곱해진 4개의 베이시스들의 합으로서 구성된다.
즉, 상기 수학식 5에 표현된 바와 같이 베이시스를 조합함으로써, 2개의 시간 영역 동안 4개의 심벌을 전송하는 전송속도 2의 시공간 부호가 구성될 수 있다.
이때, 최대 4×4 안테나 조합이 지원되는 다중 입출력 무선통신 시스템을 가정한다. 상기 4×4 다중 입출력 무선통신 시스템에서 전송속도 1을 가지는 코드의 예를 하기 수학식 6과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112007078635550-pat00030
상기 수학식 6에서, 상기 M4X4 , Rate1은 4×4 다중 입출력 무선통신 시스템에서 전송속도가 1인 시공간 부호화 코드, 상기 xk는 k번째 전송 심벌을 나타낸다.
상기 수학식 6에 표현된 코드의 실수 베이시스는
Figure 112007078635550-pat00031
,
Figure 112007078635550-pat00032
,
Figure 112007078635550-pat00033
,
Figure 112007078635550-pat00034
이고, 허수 베이시스는
Figure 112007078635550-pat00035
,
Figure 112007078635550-pat00036
,
Figure 112007078635550-pat00037
,
Figure 112007078635550-pat00038
이다.
상기 수학식 6에 표현된 코드의 베이시스를 이용하면 4개의 수신 안테나를 사용하는 수신단에게 4개의 안테나를 이용하여 신호를 전송할 수 있다. 이때, 수신단의 수신 안테나 개수가 2개인 경우, 송신단은 상기 수학식 6에 나타난 코드의 베이시스들 각각에서 부분 베이시스를 추출한다. 상기 수학식 6에 표현된 코드의 베이시스에서 (1,1), (1,2), (2,1), (2,2) 위치의 원소들을 추출하면, 실수 베이시스 는
Figure 112007078635550-pat00039
,
Figure 112007078635550-pat00040
이고, 허수 베이시스는
Figure 112007078635550-pat00041
,
Figure 112007078635550-pat00042
이다. 그리고, 상기 추출된 베이시스들은 전송속도가 1인 2×2 다중 입출력 무선통신 시스템에서 사용가능한 베이시스 집합이다.
또한, 상기 4×4 다중 입출력 무선통신 시스템에서 전송속도 2를 가지는 코드의 예는 하기 수학식 7과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112007078635550-pat00043
상기 수학식 7에서 상기 M4X4 , Rate2은 4×4 다중 입출력 무선통신 시스템에서 전송속도가 2인 시공간 부호화 코드, 상기 xk는 k번째 전송 심벌을 나타낸다.
상기 수학식 7에 표현된 코드의 실수 베이시스는
Figure 112007078635550-pat00044
,
Figure 112007078635550-pat00045
,
Figure 112007078635550-pat00046
,
Figure 112007078635550-pat00047
,
Figure 112007078635550-pat00048
,
Figure 112007078635550-pat00049
,
Figure 112007078635550-pat00050
,
Figure 112007078635550-pat00051
이고, 허수 베이시스는
Figure 112007078635550-pat00052
,
Figure 112007078635550-pat00053
,
Figure 112007078635550-pat00054
,
Figure 112007078635550-pat00055
,
Figure 112007078635550-pat00056
,
Figure 112007078635550-pat00057
,
Figure 112007078635550-pat00058
,
Figure 112007078635550-pat00059
이다. 또한, 상기 수학식 6에 표현된 코드와 마찬가지로 상기 수학식 7에 표현된 코드의 베이시스들 각각으로부터 부분 베이시스들을 추출하면 2×2 다중 입출력 무선통신 시스템에서 사용 가능한 베이시스 집합이 된다.
즉, 본 발명에 따른 송신단은 지원 가능 최대 수신 안테나 개수에 대응되는 베이시스 집합만을 저장하고, 송수신단의 안테나 개수에 따라 부분 베이시스를 추출하여 시공간 부호화 코드를 구성하고, 구성된 코드를 이용하여 시공간 부호화를 수행한다.
또는, 반대로, 본 발명에 따른 송신단은 지원 가능한 최소 수신 안테나 개수에 대응되는 베이시스 집합만을 저장하고, 송수신단의 안테나 개수에 따라 베이시스를 확장하여 시공간 부호화 코드를 구성하고, 구성된 코드를 이용하여 시공간 부호화를 수행한다.
이하 설명은, 상술한 원리에 따라 시공간 부호화/복호화를 수행하는 송신단과 수신단의 구성 및 동작 절차를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 송신단의 블록 구성을 도시하고 있다
상기 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 송신단은 부호기(encoder)(102), 변조기(modulator)(104), 역다중화기(de-multiplexer)(106), 시공간부호기(space-time encoder)(108), 시공간부호제어기(110)를 포함하여 구성된다.
먼저 상기 부호기(102)는 송신될 정보비트열을 부호화하여 부호화비트열로 변환한다. 예를 들어, 상기 부호기(102)는 길쌈부호기(Convolutional Encoder), 터보부호기(Turbo Encoder), LDPC(Low Density Parity Check) 부호기 등으로 구성될 수 있다. 상기 변조기(104)는 상기 부호기(102)로부터 제공받은 부호화비트열을 변조하여 복소심벌(complex symbol)들로 변환하다. 즉, 상기 부호기(102)는 해당 변조방식에 따른 성상도(Constellation)에 신호 점 사상(Mapping)하여 복소심벌들을 출력한다. 상기 역다중화기(106)는 상기 변조기(205)로부터 제공받은 복소심벌들을 다수의 송신 안테나들을 통해 송신하기 위해 역 다중화한다. 상기 시공간부호기(108)는 상기 시공간부호제어기(110)로부터 제공되는 시공간 부호화 코드를 이용하여 상기 역다중화기(106)로부터 제공되는 복소심벌들을 시공간 부호화한 후, 안테나를 통해 송신한다.
상기 시공간부호제어기(110)는 베이시스생성기(112), 베이시스선택기(114), 코드구성기(116)를 포함하며, 수신단으로부터 피드백되는 요구 멀티플렉싱 오더 정보를 제공받아 상기 시공간부호기(108)로 시공간 부호화 코드를 제공한다.
상기 베이시스생성기(112)는 기 저장된 베이시스 집합으로부터 상기 송수신단의 안테나 개수에 대응되는 크기의 베이시스들을 생성한다. 여기서, 수신단의 수신 안테나 개수는 송신단과 수신단의 초기 접속 시 알려지는 정보이다. 이때, 본 발명의 실시 예에 따라 상기 베이시스 생성 방식이 달라진다. 예를 들어, 지원 가능 최대 안테나 개수에 대응되는 베이시스 집합이 저장되어 있는 경우, 상기 베이 시스생성기(112)는 송수신단의 안테나 개수에 따라 부분 베이시스를 추출함으로써, 베이시스들을 생성한다. 반대로, 지원 가능한 최소 안테나 개수에 대응되는 베이시스 집합이 저장되어 있는 경우, 상기 베이시스생성기(112)는 송수신단의 안테나 개수에 따라 베이시스를 확장함으로써, 베이시스들을 생성한다. 또는, 적절한 크기의 베이시스 집합이 저장되어 있는 경우, 상기 베이시스생성기(112)는 송수신단의 안테나 개수에 따라 선택적으로 베이시스를 확장 또는 추출함으로써, 베이시스들을 생성한다.
상기 베이시스선택기(114)는 상기 수신단에 의해 요청된 멀티플렉싱 오더에 따라 시공간 부호화 코드 구성에 사용될 베이시스의 개수를 결정하고, 상기 베이시스생성기(112)에서 생성된 베이시스들 중 결정된 개수만큼의 베이시스를 선택한다. 예를 들어, 선택되는 베이시스의 개수는 하기 수학식 8과 같다.
Figure 112007078635550-pat00060
상기 수학식 8에서 상기 N은 사용 안테나 개수, 상기 TXMAX ,N는 N개의 안테나들을 통해 N회에 걸쳐 전송 가능한 최대 심벌 수, 상기 SMMAX ,N는 N개의 안테나에서의 최대 멀티플렉싱 오더, 상기 SM은 수신된 멀티플렉싱 오더를 나타낸다.
예를 들어, 상기 멀티플렉싱 오더가 1이고 사용 안테나 개수가 2인 경우, 미리 저장된 각각의 베이시스들에서 2×2 크기의 부분 베이시스들을 추출한 후, 4개의 베이시스((4×2)/(2/1))들을 선택한다. 혹은 반대로, 상기 멀티플랙싱 오더가 4 이고 사용 안테나 개수가 4인 경우, 미리 저장된 2×2 크기의 부분 베이시스들을 확장하여 32개의 베이시스((4×4)/1/2)들을 선택할 수도 있다.
상기 코드구성기(116)는 상기 베이시스선택기(114)에서 선택된 베이시스들을 이용하여 시공간 부호화 코드를 구성하고, 이를 상기 시공간부호기(108)로 제공한다. 예를 들어, 상기 코드구성기(116)는 상기 수학식 4와 같은 원리에 따라 상기 시공간 부호화 코드를 구성한다. 즉, 상기 코드 구성기(116)는 상기 선택된 베이시스들 각각에 특정 계수를 곱하고, 상기 특정 계수와 곱해진 베이시스들을 합산함으로써, 상기 시공간 부호화 코드를 구성한다.
도 2는 본 발명에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 수신단의 블록 구성을 도시하고 있다.
상기 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 수신단은 채널추정기(202), 다중화오더결정기(204), 시공간부호제어기(206), 시공간복호기(214), 병/직렬변환기(216), 복조기(218) 및 부호기(220)를 포함하여 구성된다.
상기 채널추정기(202)는 파일럿 신호와 같이 미리 약속된 신호를 이용하여 송신단과의 안테나별 채널을 추정한다.
상기 다중화오더결정기(204)는 상기 채널추정기(202)의 채널 추정 값을 이용하여 멀티플렉싱 오더를 결정한다. 예를 들어, 상기 멀티플렉싱 오더는 상기 수신단이 원하는 전송속도와 상기 채널 추정 값의 비율에 의해 산출될 수 있다. 또는, 상기 멀티플렉싱 오더는 채널 행렬의 랭크(rank)에 의해 산출될 수 있다. 상기 채널 행렬의 랭크는 선형적으로 독립적인(linearly independent) 행 또는 줄 개수를 의미하며, 상기 채널 행렬은 상기 랭크만큼의 0이 아닌 아이겐 값(eigen value)들을 갖는다. 여기서, 상기 아이겐 값들 중에서 최소값은 신호대 잡음비 및 비트에러 율(SNR-BER) 성능에 나쁜 영향을 끼친다. 따라서, 상기 다중화오더결정기(204)는 추가적으로 상기 아이겐 값들 중에서 작은 값은 버리거나, 또는, 0으로 지정한 후, 멀티플렉싱 오더를 결정한다. 다시 말해, 남아 있는 아이겐 값들이 클수록 신호대 잡음비 및 비트에러율 성능은 개선되고 동시에 전송할 수 있는 심벌, 즉, 멀티플렉싱 오더가 작아지므로 데이터 전송속도는 줄어든다. 반대로, 멀티플렉싱 오더를 높게 잡으면, 데이터 전송속도를 높일 수 있다. 하지만, 멀티플렉싱 오더가 높으면, 목표하는 비트에러율을 만족하기 위해서 송신 전력이 상대적으로 높아져야 한다. 상술한 바와 같이 결정된 멀티플렉싱 오더는 송신단으로 피드백된다.
상기 시공간부호제어기(206)는 베이시스생성기(208), 베이시스선택기(210), 코드구성기(212)를 포함하며, 상기 다중화오더결정기(204)로부터 멀티플렉싱 오더 정보를 제공받아 상기 시공간복호기(214)로 시공간 복호화 코드를 제공한다.
상기 베이시스생성기(208)는 기 저장된 베이시스 집합으로부터 송수신단의 안테나 개수에 대응되는 크기의 베이시스들을 생성한다. 여기서, 송신단의 수신 안테나 개수는 송신단과 수신단의 초기 접속 시 알려지는 정보이다. 이때, 본 발명의 실시 예에 따라 상기 베이시스 생성 방식이 달라진다. 예를 들어, 지원 가능 최대 안테나 개수에 대응되는 베이시스 집합이 저장되어 있는 경우, 상기 베이시스생성기(208)는 송수신단의 안테나 개수에 따라 부분 베이시스를 추출함으로써, 베이시스들을 생성한다. 반대로, 지원 가능한 최소 안테나 개수에 대응되는 베이시스 집합이 저장되어 있는 경우, 상기 베이시스생성기(208)는 송수신단의 안테나 개수에 따라 베이시스를 확장함으로써, 베이시스들을 생성한다. 또는, 적절한 크기의 베이 시스 집합이 저장되어 있는 경우, 상기 베이시스생성기(208)는 송수신단의 안테나 개수에 따라 선택적으로 베이시스를 확장 또는 추출함으로써, 베이시스들을 생성한다.
상기 베이시스선택기(210)는 상기 멀티플렉싱 오더에 따라 시공간 부호화 코드 구성에 사용될 베이시스의 개수를 결정하고, 상기 베이시스생성기(210)에서 생성된 베이시스들 중 결정된 개수만큼의 베이시스를 선택한다. 예를 들어, 선택되는 베이시스의 개수는 상기 수학식 8과 같다.
상기 코드구성기(212)는 상기 베이시스선택기(114)에서 선택된 베이시스들을 이용하여 시공간 부호화 코드를 구성하고, 이에 대응되는 시공간 복호화 코드를 구성한 후, 상기 시공간 복호화 코드를 상기 시공간복호기(214)로 제공한다. 예를 들어, 상기 코드구성기(212)는 상기 수학식 4와 같은 원리에 따라 상기 시공간 부호화 코드를 구성한다. 즉, 상기 코드 구성기(212)는 상기 선택된 베이시스들 각각에 특정 계수를 곱하고, 상기 특정 계수와 곱해진 베이시스들을 합산함으로써, 상기 시공간 부호화 코드를 구성한다.
상기 시공간복호기(214)는 다수의 수신 안테나들을 통해 수신되는 신호를 상기 시공간부호제어기(206)로부터 제공되는 시공간 복호화 코드에 따라 시공간 복호화한다. 상기 병/직렬변환기(216)는 상기 시공간복호기(214)로부터 제공받은 병렬 신호를 직렬 신호로 변환하여 전송한다. 상기 복조기(218)는 상기 병/직렬변환기(216)로부터 제공받은 신호들을 복조하여 부호화비트열로 변환한다. 상기 복호기(220)는 상기 복조기(218)로부터 제공되는 부호화비트열을 복호화하여 정보비트열을 복원한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 송신단의 시공간 부호화 절차를 도시하고 있다.
상기 도 3을 참조하면, 송신단은 301단계에서 수신단으로부터 요구 멀티플렉싱 오더 정보가 수신되는지 확인한다.
상기 요구 멀티플렉싱 오더 정보가 수신되면, 상기 송신단은 303단계로 진행하여 기 저장된 베이시스 집합으로부터 송수신단의 안테나 개수에 대응되는 크기의 베이시스들을 생성한다. 여기서, 수신단의 수신 안테나 개수는 송신단과 수신단의 초기 접속 시 알려지는 정보이다. 이때, 본 발명의 실시 예에 따라 상기 베이시스 생성 방식이 달라진다. 예를 들어, 지원 가능 최대 안테나 개수에 대응되는 베이시스 집합이 저장되어 있는 경우, 상기 송신단은 송수신단의 안테나 개수에 따라 부분 베이시스를 추출함으로써, 베이시스들을 생성한다. 반대로, 지원 가능한 최소 안테나 개수에 대응되는 베이시스 집합이 저장되어 있는 경우, 상기 송신단은 송수신단의 안테나 개수에 따라 베이시스를 확장함으로써, 베이시스들을 생성한다. 또는, 적절한 크기의 베이시스 집합이 저장되어 있는 경우, 상기 송신단은 송수신단의 안테나 개수에 따라 선택적으로 베이시스를 확장 또는 추출함으로써, 베이시스들을 생성한다.
상기 베이시스들을 생성한 후, 상기 송신단은 305단계로 진행하여 수신단에 의해 요청된 멀티플렉싱 오더에 따라 시공간 부호화 코드 구성에 사용될 베이시스의 개수를 결정하고, 상기 303단계에서 생성된 베이시스들 중 결정된 개수만큼의 베이시스를 선택한다. 예를 들어, 선택되는 베이시스의 개수는 상기 수학식 8과 같다.
상기 베이시스를 선택한 후, 상기 송신단은 307단계로 진행하여 선택된 베이시스들을 이용하여 시공간 부호화 코드를 구성한다. 예를 들어, 상기 송신단은 상기 수학식 4와 같은 원리에 따라 상기 시공간 부호화 코드를 구성한다. 즉, 상기 송신단은 상기 선택된 베이시스들 각각에 특정 계수를 곱하고, 상기 특정 계수와 곱해진 베이시스들을 합산함으로써, 상기 시공간 부호화 코드를 구성한다.
상기 시공간 부호화 코드를 구성한 후, 상기 송신단은 309단계로 진행하여 상기 307단계에서 구성된 시공간 부호화 코드를 이용하여 상기 수신단으로 송신될 신호를 시공간 부호화하고, 시공간 부호화된 신호를 송신한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 수신단의 시공간 복호화 절차를 도시하고 있다.
상기 도 4를 참조하면, 상기 수신단은 401단계에서 파일럿 신호와 같이 미리 약속된 신호를 이용하여 송신단과의 안테나별 채널을 추정한다.
상기 채널을 추정한 후, 상기 수신단은 403단계로 진행하여 상기 401단계에서 추정된 채널 추정 값을 이용하여 멀티플렉싱 오더를 결정한다. 예를 들어, 상기 멀티플렉싱 오더는 상기 수신단이 원하는 전송속도와 상기 채널 추정 값의 비율에 의해 산출될 수 있다. 또는, 상기 멀티플렉싱 오더는 채널 행렬의 랭크에 의해 산출될 수 있다. 그리고, 상기 수신단은 멀티플렉싱 오더 정보를 송신단으로 피드백한다.
이어, 상기 수신단은 405단계로 진행하여 기 저장된 베이시스 집합으로부터 송수신단의 안테나 개수에 대응되는 크기의 베이시스들을 생성한다. 여기서, 송신단의 수신 안테나 개수는 송신단과 수신단의 초기 접속 시 알려지는 정보이다. 이때, 본 발명의 실시 예에 따라 상기 베이시스 생성 방식이 달라진다. 예를 들어, 지원 가능 최대 안테나 개수에 대응되는 베이시스 집합이 저장되어 있는 경우, 상 기 수신단은 송수신단의 안테나 개수에 따라 부분 베이시스를 추출함으로써, 베이시스들을 생성한다. 반대로, 지원 가능한 최소 안테나 개수에 대응되는 베이시스 집합이 저장되어 있는 경우, 상기 수신단은 송수신단의 안테나 개수에 따라 베이시스를 확장함으로써, 베이시스들을 생성한다. 또는, 적절한 크기의 베이시스 집합이 저장되어 있는 경우, 상기 수신단은 송수신단의 안테나 개수에 따라 선택적으로 베이시스를 확장 또는 추출함으로써, 베이시스들을 생성한다.
상기 베이시스들을 생성한 후, 상기 수신단은 407단계로 진행하여 상기 403단계에서 결정된 멀티플렉싱 오더에 따라 시공간 부호화 코드 구성에 사용될 베이시스의 개수를 결정하고, 상기 405단계에서 생성된 베이시스들 중 결정된 개수만큼의 베이시스를 선택한다. 예를 들어, 선택되는 베이시스의 개수는 상기 수학식 8과 같다.
상기 베이시스를 선택한 후, 상기 수신단은 409단계로 진행하여 선택된 베이시스들을 이용하여 시공간 부호화 코드를 구성하고, 이에 대응되는 시공간 복호화 코드를 구성한다. 예를 들어, 상기 송신단은 상기 수학식 4와 같은 원리에 따라 상기 시공간 부호화 코드를 구성한다. 즉, 상기 송신단은 상기 선택된 베이시스들 각각에 특정 계수를 곱하고, 상기 특정 계수와 곱해진 베이시스들을 합산함으로써, 상기 시공간 부호화 코드를 구성한다.
이후, 수신단은 411단계로 진행하여 다수의 수신 안테나들을 통해 수신되는 신호를 상기 409단계에서 구성된 시공간 복호화 코드에 따라 시공간 복호화한다.
상술한 실시 예에서, 수신단은 송신단과 동일한 방식을 통해 자신이 사용할 시공간 복호화 코드를 구성한다. 하지만, 다른 실시 예로, 상기 송신단은 시공간 부호화 코드를 구성한 후, 상기 시공간 부호화 코드 또는 상기 시공긴 복호화 코드 를 상기 수신단으로 피드포워드하고, 상기 수신단은 피드포워드된 코드 정보에 따라 시공간 복호화를 수행할 수도 있다.
또한, 상술한 실시 예에서, 송신단은 상기 수신단으로부터 멀티플렉싱 오더를 수신받아 시공간 부호화 코드를 구성할 베이시스들을 선택한다. 하지만, 다른 실시 예로 상기 수신단에서 채널 상태 정보를 상기 송신단으로 전송하면, 상기 송신단은 상기 수신된 채널 상태 정보를 참조하여, 상기 멀티플렉싱 오더를 직접 결정할 수도 있다. 이 경우, 상기 송신단은 자신에 의해 결정된 멀티플렉싱 오더를 상기 수신단으로 송신한다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 송신단의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 수신단의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 송신단의 시공간 부호화 절차를 도시하는 도면,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 입출력 무선통신 시스템에서 수신단의 시공간 복호화 절차를 도시하는 도면.

Claims (25)

  1. 다중 입출력 무선통신 시스템에서 송신단 장치에 있어서,
    멀티플렉싱 오더(multiplex order), 송신단의 안테나 개수 및 수신단의 안테나 개수에 따라, 기 저장된 베이시스 집합을 이용하여 시공간 부호화(space-time encoding) 코드를 구성하는 제어기와,
    상기 시공간 부호화 코드로 송신 신호를 시공간 부호화하는 시공간 부호기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 멀티플렉싱 오더는, 수신단으로부터 수신되는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 멀티플렉싱 오더는, 수신단으로부터 수신된 채널 정보를 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 멀티플렉싱 오더는, 원하는 전송률과 채널 추정 값의 비율을 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 멀티플렉싱 오더는, 동일 시간에 수신 가능한 신호 개수인 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 송신단의 안테나 개수 및 상기 수신단의 안테나 개수에 따라, 상기 기 저장된 베이시스 집합을 이용하여 다수의 베이시스(basis)들을 생성하는 생성기와,
    상기 멀티플렉싱 오더에 따라 베이시스 개수를 결정하고, 결정된 개수 만큼의 적어도 하나의 베이시스를 선택하는 선택기와,
    상기 적어도 하나의 베이시스에 계수를 곱하고 합산하여 시공간 부호화 코드를 구성하는 구성기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 생성기는, 상기 송신단의 안테나 개수 및 상기 수신단의 안테나 개수에 따라 상기 기 저장된 베이시스 집합에 포함된 베이시스들 각각을 확장함으로써, 상기 다수의 베이시스들을 생성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 생성기는, 상기 송신단의 안테나 개수 및 상기 수신단의 안테나 개수에 따라 상기 기 저장된 베이시스 집합에 포함된 베이시스들 각각의 부분을 추출함으로써, 상기 다수의 베이시스들을 생성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 시공간 부호화 코드 정보를 상기 수신단으로 피드포워드하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 다중 입출력 무선통신 시스템에서 수신단 장치에 있어서,
    채널 추정 값을 이용하여 멀티플렉싱 오더(multiplexing order)를 결정하는 결정기와,
    상기 멀티플렉싱 오더에 따라, 기 저장된 베이시스 집합을 이용하여 시공간 복호화(space-time decoding) 코드를 구성하는 제어기와,
    상기 시공간 복호화 코드에 따라 송신단으로부터 수신되는 신호를 시공간 복호화하는 시공간 복호화기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 결정기는, 채널 추정 값을 이용하여 상기 멀티플렉싱 오더를 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 결정기는, 송신단으로부터 수신된 멀티플렉싱 오더 정보를 확인함으로써, 상기 멀티플렉싱 오더를 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 멀티플렉싱 오더는, 수신단에서 동일 시간에 수신 가능한 신호 개수인 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 10항에 있어서,
    상기 제어기는,
    송신단의 안테나 개수 및 수신단의 안테나 개수에 따라, 상기 기 저장된 베이시스 집합을 이용하여 다수의 베이시스(basis)들을 생성하는 생성기와,
    상기 멀티플렉싱 오더에 따라 베이시스 개수를 결정하고, 결정된 개수 만큼의 적어도 하나의 베이시스를 선택하는 선택기와,
    상기 적어도 하나의 베이시스에 계수를 곱하고 합산하여 시공간 부호화 코드를 구성하는 구성기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 10항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 송신단으로부터 피드포워드되는 시공간 복호화 코드 정보를 확인함으로써, 상기 시공간 복호화 코드를 구성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제 10항에 있어서,
    상기 결정기는, 원하는 전송률과 채널 추정 값의 비율을 이용하여 멀티플렉싱 오더를 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제 10항에 있어서,
    상기 결정기는, 상기 멀티플렉싱 오더 정보를 상기 송신단으로 피드백하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 다중 입출력 무선통신 시스템에서 송신단의 동작 방법에 있어서,
    시공간 부호화(space-time encoding) 코드를 생성하기 위하여, 송신단의 안테나 개수 및 수신단의 안테나 개수에 따라, 기 저장된 베이시스 집합을 이용하여 다수의 베이시스들을 생성하는 과정과,
    상기 다수의 베이시스들을 이용하여 멀티플렉싱 오더(multiplex order)에 따라 시공간 부호화 코드를 구성하는 과정과,
    상기 시공간 부호화 코드로 송신 신호를 시공간 부호화하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 멀티플렉싱 오더는, 상기 수신단으로부터 수신되는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 18항에 있어서,
    상기 멀티플렉싱 오더는, 원하는 전송률과 채널 추정 값의 비율을 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 18항에 있어서,
    상기 다수의 베이시스들을 생성하는 과정은,
    상기 송신단의 안테나 개수 및 상기 수신단의 안테나 개수에 따라 상기 기 저장된 베이시스 집합에 포함된 각각의 베이시스를 확장하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 18항에 있어서,
    상기 베이시스들을 생성하는 과정은,
    상기 송신단의 안테나 개수 및 상기 수신단의 안테나 개수에 따라 상기 기 저장된 베이시스 집합에 포함된 각각의 베이시스의 부분을 추출하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 다중 입출력 무선통신 시스템에서 수신단의 동작 방법에 있어서,
    멀티플렉싱 오더(multiplexing order)를 결정하는 과정과,
    상기 멀티플렉싱 오더에 따라, 기 저장된 베이시스 집합을 이용하여 시공간 복호화(space-time decoding) 코드를 구성하는 과정과,
    상기 시공간 복호화 코드에 따라 송신단으로부터 수신되는 신호를 시공간 복호화하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 23항에 있어서,
    상기 멀티플렉싱 오더는, 채널 추정 값을 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제 23항에 있어서,
    상기 멀티플렉싱 오더는, 송신단으로부터 수신된 멀티플렉싱 오더 정보를 확인함으로써 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
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