KR20070067910A - 시공간 무선 통신 시스템에서 다이버시티 및 멀티플렉싱 및빔포밍 신호 송수신 장치 및 방법 - Google Patents

시공간 무선 통신 시스템에서 다이버시티 및 멀티플렉싱 및빔포밍 신호 송수신 장치 및 방법 Download PDF

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KR20070067910A
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김도영
이학주
박동식
홍성권
박승훈
윤성렬
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 시공간 무선 통신 시스템에서 다이버시티 및 멀티플렉싱, 빔포밍 신호 송수신 장치 및 방법에 관한 것으로, 시공간 무선 통신 시스템에서 다이버시티 및 멀티플렉싱, 빔포밍 신호를 송수신하는 송신측의 전송방법에 있어서, 수신측 또는 중계국을 사용하는 통신시스템에서 중계국의 피드백 정보를 수신하는 과정과, 상기 수신한 피드백 정보로부터 아이겐밸류(Eigen Value)를 추출하는 과정과, 상기 추출한 아이겐밸류로부터 상호 정보(Mutual Information)를 계산하는 과정과, 상기 상호정보의 크기에 따라 전송모드를 결정하는 과정과, 상기 결정한 전송모드로 신호를 전송하는 과정을 포함하는 것으로 신호전송시 계산한 상호 정보량과 아이겐밸류 전송모드를 결정하는 파라미터로 이용하여 다이버시티, 멀티플렉싱, 빔포밍 전송모드를 하나의 표현식으로 결정할 수 있는 이점이 있다. 또한, 송수신측 사이의 채널환경의 변화를 고려하여 신호전송시 다이버시티, 멀티플렉싱, 빔포밍 전송기법을 채널상태에 따라 선택함으로써 통신링크의 용량을 증대시키는 이점이 있다.
다이버시티, 멀티플렉싱, 빔포밍, 시공간 무선통신 시스템, 다중안테나 시스 템.

Description

시공간 무선 통신 시스템에서 다이버시티 및 멀티플렉싱 및 빔포밍 신호 송수신 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD OF DIVERSITY-MULTIPLEXING-BEAMFORMING SIGNAL TRANSMISSION AND RECEIVING IN WIRELESS SPACE-TIME SIGNAL COMMUNICATION}
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 다이버시티, 멀티플렉싱, 빔포밍 신호 전송이 가능한 송신측 구성을 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 수신측에서 전송된 피드백 정보의 파라미터들을 계산하는 연산기와 주변구성을 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 2x2 다중 송수신 안테나의 경우 채널 파라미터 연산기에서 계산한 상호 정보량과 아이겐밸류들을 통해 전송모드를 결정하기 위한 예를 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 수신측의 구조를 도시한 도면
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 중계기를 이용한 송수신 시스템에 적용하기 위한 송신측과 수신측 시스템의 신호링크 구성을 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 중계기와 송수신측 사이의 신호링크 구성을 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 수신측에서 송신측과 중계기 사이의 신호링크 구성을 도시한 도면,
도 8는 본 발명의 실시 예에 따른 중계기와 송수신측 사이 채널 상태를 도시한 도면,
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 중계기와 송수신측 사이의 또다른 신호링크 구성을 도시한 도면,
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 서로 다른 신호링크의 구성에 대한 시간슬롯 구성을 도시한 도면,
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 다이버시티, 멀티플렉싱, 빔포밍 선택이 가능한 송신측의 신호 처리 흐름을 도시한 흐름도,
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 다이버시티, 멀티플렉싱, 빔포밍 선택이 가능한 수신측의 신호 처리 흐름을 도시한 흐름도.
본 발명은 시공간 무선 통신 시스템에 대한 것으로 특히, 다이버시티 및 멀티플렉싱, 빔포밍 신호를 채널상태에 따라 선택하여 송수신하는 장치 및 방법에 대한 것이다.
차세대 통신 시스템인 4세대(4th Generation; 이하 '4G'라 칭하기로 한다) 통신 시스템에서는 약 100Mbps의 전송 속도를 가지는 다양한 서비스 품질(Quality of Service; 이하 'QoS' 칭하기로 한다)을 가지는 서비스들을 사용자들에게 제공하기 위한 활발한 연구가 진행되고 있다.
특히, 현재 4G 통신 시스템에서는 무선 근거리 통신 네트워크(Local Area Network; 이하 'LAN'이라 칭하기로 한다) 시스템 및 무선 도시 지역 네트워크(Metropolitan Area Network; 이하 'MAN'이라 칭하기로 한다) 시스템과 같은 광대역 무선 접속(Broadband Wireless Access) 통신 시스템에 이동성(mobility)과 서비스 품질(Quality of Service)을 보장하는 형태로 고속 서비스를 지원하도록 하는 연구가 활발하게 진행되고 있다.
상기의 고속 통신 서비스를 지원하기 위해서는 다수의 안테나를 가지는 시스템에 대한 기술도 많이 연구되고 있다.
또한, 상기의 고속 통신 서비스를 지원하기 위해서 통신신호링크에서 시스템 용량을 높이기 위한 신호 전송모드 결정방법도 연구되고 있다.
상기 피드백되는 정보를 이용하여 전송모드를 결정할 경우 신호대 잡음비(SNR : Signal to Noise Ratio)와 에러확률 등으로 결정하는 방법이 일반적이었으나 다중안테나를 이용한 통신 시스템에서 각 안테나의 모든 채널 상태를 고려하는 전송모드 결정은 상대적으로 어려운 문제점이 있다.
또한, 다중안테나 시스템에서 각 안테나가 같은 SNR을 가진 채널 환경이라 할지라도 아이겐밸류에 의해 채널 용량은 달라질 수 있다.
따라서, 상기 채널용량을 나타내는 서로 다른 상호정보량과 아이겐밸류를 통 해 전송모드를 결정함으로써 통신 신호링크의 용량을 기존의 방법보다 효과적으로 높일 수 있는 방안이 필요하다..
상술한 바와 같이 본 발명의 목적은 시공간 무선 통신 시스템에서 다이버시티 및 멀티플렉싱, 빔포밍 신호전송방식을 채널상태에 따라 선택하여 송수신하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
신호전송방식을 채널상태에 따라 선택하여 송수신하는 장치 및 방법을 해결하기 위한 본 발명의 장치는 시공간 무선 통신 시스템에서 다이버시티 및 멀티플렉싱, 빔포밍 신호를 송수신하는 송신노드에 있어서, 수신측으로부터 수신되는 정보를 기반으로 전송모드를 결정하기 위한 연산을 수행하는 채널파라미터연산기와, 복수 개의 전송 모드 중 하나를 선택하는 모드 선택기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
신호전송방식을 채널상태에 따라 선택하여 송수신하는 장치 및 방법은 시공간 무선 통신 시스템에서 다이버시티 및 멀티플렉싱, 빔포밍 신호를 송수신하는 송신측의 전송방법에 있어서, 수신측 또는 중계국의 피드백 정보를 수신하는 과정과, 상기 수신한 피드백 정보로부터 아이겐밸류를 추출하는 과정과, 상기 추출한 아이겐밸류로부터 상호 정보를 계산하는 과정과, 상기 상호정보의 크기에 따라 전송모드를 결정하는 과정과, 상기 결정한 전송모드로 신호를 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 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 시공간 무선 통신 시스템에서 다이버시티 및 멀티플렉싱, 빔포밍 신호 송수신 장치 및 방법에 대해 설명할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 다이버시티, 멀티플렉싱, 빔포밍 신호 전송이 가능한 송신측 구성을 도시한 것이다.
상기 도 1을 참조하면, 채널파라미터연산기(111)는 수신측으로부터 수신되는 상호 정보량과 아이겐밸류(λ) 를 이용해 전송모드를 결정하기 위한 연산을 수행한다.
이 경우, 연산 방법은 피드백 되는 아이겐밸류(λ)를 통해 상호 정보량이 결정되며 이렇게 결정된 상호 정보량은 하기 도 3과 같이 표현할 수 있다.
상기 도 1에서 모드선택기(109)는 다이버시티전송모드(113), 공간멀티플렉싱전송모드(115), 빔포밍전송모드(117) 중 하나의 전송모드를 스위치(107)를 이용해 선택한다.
이중 상기 빔포밍전송모드(117)는 벡터가산기(119)를 통해 벡터연산을 한 후 데이터를 디지탈아날로그변환기(121)로 전달한다.
디지털/아날로그 변환기(121)는 입력되는 디지털 데이터를 아날로그 신호로 변환하여 출력한다.
부호화기(103)는 데이터를 MCS 레벨 정보에 맞게 해당 부호율과 해당 변조 방식에 의해 부호화하여 출력한다. 여기서, 상기 변조방식으로는 BPSK(Binary Phase Shift Keying), QPSK(Quadrature Phase Shift Keying), 16QAM(16Quadrature Amplitude Modulation), 64QAM 등 다양한 변조레벨과 코딩율(coding rate)을 사용할 수 있다
변조기(105)는 상기 부호화기(103)로부터 제공되는 데이터를 역 고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform)하여 시간 영역의 샘플데이터를 출력한다.
RF유니트(123)는 상기 디지탈아날로그변환기(121)로부터 아날로그 신호를 RF(Radio Frequency) 신호로 변환하여 안테나를 통해 전송한다
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 수신측에서 전송된 피드백 정보의 파라미터들을 계산하는 연산기와 주변 구성을 도시한 것이다.
상기 도 2를 참조하면, 채널파라미터연산기(207)는 상호정보피드백부(201)와 아이겐밸류 피드백부(203)에서 제공되는 정보로부터 전송모드선택을 위한 연산을 수행하고 하기 도 3과 같은 전송모드 결정을 위한 파라미터를 생성한다.
상기 상호정보피드백부(201)와 아이겐밸류 피드백부(203)는 수신측으로부터 피드백되는 상호정보와 아이겐밸류를 채널파라미터연산기(207)로 제공한다.
전송모드요청부(205)는 상기 수신측에서 파라미터 연산을 수행하여 송신측으로 전송 모드를 결정해서 요청하였을 경우, 상기 수신측의 요청 전송모드를 상기 채널파라미터연산기(207)로 제공한다.
상기 채널파라미터연산기(207)에서 사용되는 정보는 재전송 요청시 재전송 등의 목적으로 저장부(209)에 저장한다.
모드선택기(211)는 상기 채널파라미터연산기(207)에서 제공받은 데이터를 기반으로 전송모드를 선택하며, 필요시 송신측 내부에 저장되어 있는 기존의 파라미터와 비교하여 다른 모드를 선택 할 수도 있다.
참조값비교기(213)는 내부적으로 가지고 있는 참조 값을 나타낸다. 이는 하기 도 3의 임계치(threshold)를 선택하는 목적으로 전송 모드 선택에 이용할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 2x2 다중 송수신 안테나의 경우 채널 파라미터 연산기에서 계산한 상호 정보량과 아이겐밸류들을 통해 전송모드를 결정하기 위한 예를 도시한 것이다.
상기 도 3의 값들은 테이블로 만들어 송수신측이 가지고 있을 수 도 있고 신호의 상호정보량에 따라 실시간으로 가질 수도 있다.
채널 상태가 좋을 경우 송신측은 임계치(threshold) A를 기준으로 아이겐밸류가 좋기 때문에 301과 같이 멀티플렉싱 모드를 결정한다.
아이겐밸류가 중간일 경우는 송신측은 303과 같이 다이버시티 전송을 선택한 다.
아이겐밸류가 좋지않을 경우는 송신측은 임계치(threshold) B를 기준으로 빔포밍 전송을 선택한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 수신측의 구조를 도시한 것이다.
상기 도 4를 참조하면, 복조기(405)는 제공되는 시간 영역 데이터를 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform)하여 주파수 영역의 데이터를 출력한다.
복호화기(403)는 상기 복조기(405)로 부터 제공되는 데이터를 해당 복조 방식과 미리 정해진 부호율로 복호화하여 해당 비트열로부터 데이터를 복호화한다.
RF유니트(421)는 안테나를 통해 수신되는 RF(Radio Frequency)신호를 기저대역 아날로그 신호로 변환한다.
아날로그디지탈변환기(415)는 상기 RF유니트(421)로부터 제공되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다.
채널추정기(417)는 송신측으로부터 전송된 신호로부터 상호정보량과 아이겐밸류를 생성한 후 채널추정을 수행하고 상기 도 2의 상호정보피드백부(201)와 아이겐밸류 피드백부(203)의 정보를 포함한다.
채널파라미터연산기(419)는 송신측과 동일한 채널파라미터 연산과정을 수행한 뒤, 상기 도 3을 이용하여 전송모드를 결정할 수 있다.
또한 상기 과정을 통해 선택된 모드는 전송모드요청부(413)를 통해 송신측에 전송 모드 요청을 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 중계기를 이용한 송수신 시스템에 적용하기 위한 송신측과 수신측 시스템의 신호링크 구성을 도시한 것이다.
상기 도 5를 참조하면, 채널 H BS<-> RS _1 , H BS<-> RS _2 , H MS<-> RS _1 , H MS <-> RS _2 는 중계기(505, 507)가 송수신측(501, 503)사이에서 통신링크를 형성할 때 상기 중계기(505, 507)가 이동하는 위치에 따라 상기 중계기(505, 507)와 송수신측 (501, 503)사이의 채널환경이 동시에 변한다.
상기와 같은 경우, 채널 상태는 송신측(501)과 수신측(503)사이의 채널상태를 고려하는 경우보다 더욱 고려해야 할 요소가 증가한다.
따라서, 상기와 같은 경우, 최소의 시그널링을 이용해 신호링크간의 채널상태를 송신측(501)에서 알고 효과적인 안테나(싱글 또는 다중안테나 포함) 전송기법을 선택하고 추가적으로 채널변화에 따른 신호의 코드율과 변조방법을 선택함으로써 주어진 통신 링크에서 전송효율을 높일 수 있다.
또한 상기 중계기(505, 507)에서 신호의 크기에 대한 임계치 값은 초기에 설정을 하고 수신된 신호의 전송방식은 임계치값에 따라 다이버시티, 멀티플렉싱, 빔포밍 기법을 선택할 수 있다.
이후, 이렇게 선택된 정보를 상기 송신수측(501, 503)에 보냄으로써 수신된 신호의 크기에 따라 상기 송수신측(501, 503)에서 신호전송 기법을 선택하는 정보로 사용할 수 있다.
일 예로 상기 중계기(505, 507)에서 송신측(501)로부터 신호의 크기가 상기 중계기(505, 507)에서 기준한 임계치에 대비하여 높을 경우 중계기에서는 다음 신호를 수신시 채널 상태가 좋은 멀티플렉싱 모드로 수신하겠다는 정보를 송수신측(501, 503)에 보낸다.
이후, 이러한 정보를 상기 송수신측(501, 503)에서 수신한 후, 상기 송신측(501)은 수신된 신호의 크기가 상기 송수신측(501, 503)에서 각각에 정해놓은 임계치와 비교하여 높으면 다음신호 송신시 멀티플렉싱 모드로 신호를 전송하고 낮을 경우에는 다이버시티 또는 빔포밍 전송을 함으로써 신호링크의 전송효율을 높일 수 있다.
또한 상기 중계기(505, 507)에서 멀티플렉싱 모드로 전송 요청을 했는데 상기 송수신측(501, 503)에서 수신된 신호의 크기가 임계치보다 좋지않을 경우 멀티플렉싱이 아닌 다이버시티나 빔포밍 기법을 통해 신호를 전송하고 이에 대한 정보를 상기 중계기(505, 507)로 넘겨주어 전송모드 변경을 알려준다.
상기 예에서 코딩율과 변조레벨의 결정은 미리 정의한 테이블을 기준으로 수신된 신호의 크기값에 따라 적용할 수 있다.
채널상태를 알고 있는 상기 송신측(501)에서는 다음 신호 전송시 상기 중계기(505, 507)와 상기 수신측(503)에서 수신된 신호의 품질을 동일하게 고려해야함으로 신호전송시 가장 좋지않은 채널을 기준으로 선택할 수도 있고 가장 좋은 채널상태를 기준으로 선택할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 중계기와 송수신측 사이의 신호링크 구성을 도시한 것이다.
상기 도 6을 참조하면, 송신측(601)에서 송신신호를 중계기(605)와 수신측(603)에 전송할 경우 상기 중계기(605)와 수신측(603) 모두에게 수신되며 상기 중계기(605)와 상기 수신측(603)은 상기 송신측(601)로부터 전송된 신호에 대한 크기를 측정한다.
상기와 같은 경우, 측정된 크기에 대하여 두 가지를 고려할 수 있는데 미리 중계기(605)가 정의하고 있는 신호크기의 임계치와 비교를 위해 수신신호의 크기를 기준으로 비교하는 방법을 이용해 다음 신호 전송시 크기값을 다음 신호프레임에 기록하여 전송한다.
상기 중계기(605)가 수신한 신호가 사전 정의한 임계치를 넘을 경우와 넘지 않을 경우등 레벨을 두어 차별화를 하고 넘을 경우에 상기 중계기(605)는 상기 정보를 전송되는 신호의 프레임에 정보를 첨가하여 상기 송수신측(601, 603)에 신호를 전송하여 다음 신호 전송시 멀티플렉싱 통신신호링크 구성을 요청하고 반대의 경우는 페이딩을 보상할 수 있는 기술인 다이버시티 기법을 송수신측에 요청한다.
상기 중계기(605)에서 멀티플렉싱 전송을 요청을 하였지만, 상기 송수신측(601, 603)에서 수신된 신호의 크기가 멀티플렉싱 전송으로 적당하지 않을 경우. 상기 송수신측(601, 603)에서는 다이버시티 기법을 선택적용하고 신호를 전송시 이에 대한 전송기법의 변화를 알리는 정보를 프레임에 실어서 보내는 방법으로 전송신호를 보낼 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 수신측에서 송신측과 중계기 사이의 신호링크 구성을 도시한 것이다.
상기 도 7을 참조하면, 상기 수신측(703)은 상기 중계기(705)로부터 보내진 프레임 정보로부터 상기 중계기(705)가 상기 송신측(701)로부터 수신한 신호의 크기와 상기 수신측(703)이 상기 중계기(705)로부터 수신한 신호의 크기에 대한 비교가 가능하다.
따라서, 수신측(703)은 송신측(701)과 중계기(705)으로부터 수신한 신호의 크기에 대한 크기정보를 전송한다.
도 8는 본 발명의 실시 예에 따른 중계기와 송수신측 사이 채널 상태를 도시한 것이다.
상기 도 8을 참조하면, 송신 프레임 정보로부터 송신측(801)과 중계기(805)사이의 채널상태가 상기 중계기(805)와 수신측(803)사이의 채널상태와 비교하여 어느 채널이 좋은 환경을 가지고 있는지 알 수 있다.
상기와 같은 방법으로 상기 송신측(801)에서 상기 중계기(805)와 상기 수신측(803)사이의 상 하향링크의 채널 상태를 측정할 수 있는데 이러한 채널정보는 통신 용량 향상에 이용할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 중계기와 송수신측 사이의 또다른 신호링 크 구성을 도시한 것이다.
상기 도 9를 참조하면, 상기 송신측(901)의 전송 후, 상기 수신측(903)에서 신호프레임을 전송하고, 상기 신호는 상기 중계기(905)와 송신측(901)에서 다시 수신한다.
상기 상호정보량을 하기 <표1> 과 <표2>에 나타낸다. <표 1>은 상기 도 6과 도 7에 대한 신호링크 구성도에 대한 상호 정보량을 나타낸 것이고 <표 2>는 도 9에 대한 링크간 상호정보량을 나타낸 것이다.
Time Slot Signaling BS RS MS
1 BS -> MS BS -> RS signal transmission H BS -> RS H BS -> MS
2 RS -> MS RS -> BS H BS -> RS H RS -> BS signal transmission H RS -> MS H BS -> RS
3 MS -> BS MS -> RS H BS -> MS H MS -> BS H BS -> RS H RS -> MS H BS -> MS H BS -> RS H MS -> RS H BS -> MS signal transmission
Time Slot Signaling BS RS MS
1 BS -> MS BS -> RS signal transmission H BS -> RS H BS -> MS
2 MS -> BS MS -> RS H BS -> MS H MS -> BS H BS -> MS H MS -> RS signal transmission
3 RS -> BS RS -> MS H BS -> MS H BS -> RS H RS -> BS H MS -> RS signal transmission H BS -> MS H BS -> RS H MS -> RS H RS -> MS
상기 <표 1>과 <표 2>에서 신호의 순서를 바꾸는 이유는 상기 중계기 또는 상기 수신측이 이동시 상기 송신측과 중계기, 수신측 사이의 채널 환경이 상기 <도 5>과 같이 달라질 수 있기 때문에 이에 대한 채널상태를 고려해야 하기 때문이다.
또한, 통신 링크의 FDD(Frequency Division Duplex) 및 TDD(Time Division Duplex) 채널에 효과적으로 적용하기 위해 상하향 링크의 채널 상태를 고려해야 한다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 서로 다른 신호링크의 구성에 대한 시간슬롯 구성 예를 도시한 것이다.
상기 도 10을 참조하면, 상기 도 6,7과 도 9에 대한 신호링크의 순서를 나타낸 것이다. 1001은 상기 도 6, 7에 대한 신호링크를 나타내고 1003은 상기 도 9의 신호링크를 나타낸다.
전송모드결정을 위한 상호정보량은 수신측과 중계기가 이동시 채널 상태가 달라지기 때문에 이동환경에 따라 상호정보량도 다르다. 또한 송수신 안테나에 따라 아이겐밸류가 결정된다.
상호정보량을 구하기 위한 효율적인 입출력 관계는 하기 <수학식 1>과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112005076080864-PAT00001
y 는 입력 x 에 대한 채널 H 의 조합과 부가백색잡음을 고려한 성분으로 표시되며 이에 대한 상호정보량은 하기 <수학식 2>와 같이 표현된다.
Figure 112005076080864-PAT00002
상기 <수학식 2>는 다중안테나 송수신 시스템에서 상호정보량을 구하기 위한 수학식을 나타낸 것이다.
다중안테나를 사용하는 시스템(MIMO : Multiple Input Multiple Output)에서 채널 용량을 구하기 위해 SVD(Singular Value Decomposition)를 구하여 채널 용량을 확장하는 방법을 고려할 수 있다.
상기 식에서 H 에 대한 부분은 채널조건에 의존한다. 상기 상호정보량의 하위 임계값 또는 상위 임계값을 통해 시스템 용량 예측이 가능하며 이에 따른 전송모드선택에 사용할 수 있다.
H 를 디컴포즈(decompose)하여 H=UΛV H 로 가정하고 신호 전송전 V 를 곱하고, 신호 수신 후 U H 를 곱하면 수신된 신호는 하기 <수학식 3>과 같이 표현 가능하다.
Figure 112005076080864-PAT00003
상기 <수학식 3>에서 Λ 는 싱귤러 값(singular value)행렬을 나타내며 H 의 다이어고널(diagonal)행렬이다.
U, V , 는 아이겐밸류를 나타낸다. N 1 은 N(0,δ 2 N ) 인 가우시안 잡음을 나타낸다.
상기 <수학식 3>에서 HH H 는 송신측에서 채널 상태를 알고 있을 경우 아이겐밸류 로 나타낼 수 있고 하기 <수학식 4>로 표현할 수 있다.
Figure 112005076080864-PAT00004
상기 λm은 m 번째의 가장 큰 HH H 의 아이겐밸류를 나타내고 n 은 H 에 대한 랭크(rank)를 나타낸다.
따라서 상기 <수학식 4식>으로부터 송신측은 수신측의 아이겐밸류와 상호 정 보량으로부터 전송모드를 결정할 수 있다.
상기 <수학식 4식>으로부터 상기 상호정보량과 아이겐밸류는 송수신 안테나 수에 따라 결정될 수 있는데 이러한 값의 조합으로부터 신호의 전송모드결정을 위한 파라미터를 구할 수 있다.
상기 전송모드의 결정기준은 송수신측에서 상호 정보량과 아이겐밸류의 임계값을 미리 결정할 수 있으며, 신호를 송수신시에 결정할 수 있다.
그리고, 수신측에서 상호 정보량과 아이겐밸류에 따라 수신측에서 요구할 수 있다.
상기 다이버시티, 멀티플렉싱, 빔포밍모드 중 송신 모드를 선택할 경우, 상기 상호정보량 수식을 이용하여 세 가지 모드 중 하나의 모드의 결정이 하나의 식을 이용해 결정할 수 있는 이점이 있다.
또한, 전송모드 결정을 위한 일 예로 상호정보량 I M 이 클 때(비교되는 아이겐밸류가 모두 클 때) 송신측은 멀티플렉싱 모드 전송을 선택할 수 있다.
상기 I M 이 작을 때(비교되는 아이겐밸류 중 한 가지라도 작은 것이 있을 때는 즉 채널 상태가 불균 이 됨) 다이버시티 모드 전송을 선택할 수 있다.
또한, 상기 I M 이 아주 작을 경우(비교되는 아이겐밸류가 모두 작을 때) 송신측은 빔포밍모드로 송신모드를 결정할 수 있다.
Mutual Information(dB) BS Tx RS Tx
Figure 112005076080864-PAT00005
 다이버시티 멀티플렉싱
Figure 112005076080864-PAT00006
 멀티플렉싱 다이버시티
Figure 112005076080864-PAT00007
Figure 112005076080864-PAT00008
상기 <표 3>은 모드선택기의 사용 예를 나타낸 것이다. 상기 <표 3>에서는 채널상태정보만을 비교하였으나 각 정보에 대한 비교를 선택적으로 수행하는 것도 가능하므로 전송모드 결정에 이용할 수 있다.
I BS<-> RS = I MS<-> RS , I MS<-> BS = I MS<-> RS 의 경우 다이버시티, 멀티플렉싱, 빔포밍의 기술은 구현 상황에 따라 다양하게 적용할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 다이버시티, 멀티플렉싱, 빔포밍 선택이 가능한 송신측의 신호 처리 흐름을 도시한 것이다.
상기 도 11을 참조하면, 송신측은 1101단계에서 수신측의 피드백 신호정보를 수신한다.
이후, 1103단계로 진행하여 상기 피드백정보부터 아이겐밸류를 추출한다.
이후, 1105단계에서 상기 추출한 아이겐밸류로부터 상호정보량을 계산한다.
이후, 1107단계로 진행하여 상기 계산한 상호정보량으로부터 전송모드 결정을 위한 비교를 한뒤 1109단계에서 상기 피드백신호가 일정레벨이상인지 검사한다.
만약, 상기 1109단계에서 상기 피드백신호가 일정레벨이상인 경우(본 발명에서는 상기 도 3의 임계치(threshold) B 이상인 경우) 1115단계로 진행하여 상기 피드백신호가 임계치(threshold) A 이상인지 검사한다.
만약, 상기 1115단계에서 상기 피드백신호가 임계치(threshold) A 이하인 경우, 1119단계로 진행하여 다이버시티 모드를 선택하고 1121단계로 진행하여, 상기 선택한 디이버시티모드로 송신신호를 전송한다.
만약, 상기 1109단계에서 상기 피드백신호가 일정레벨이상이 아닌 경우(본 발명에서 상기 도 3의 임계치(threshold) B 미만인 경우) 1111단계로 진행하여 빔포밍모드를 선택하고 1121단계로 진행하여 상기 선택한 빔포밍모드로 송신신호를 전송한다.
만약, 상기 1115단계에서 상기 피드백신호가 임계치(Threshold) A 이상인 경우, 1117단계로 진행하여 멀티플렉싱 모드를 선택하고 1121단계로 진행하여, 상기 선택한 멀티플렉싱 모들로 송신신호를 전송한다.
이후, 본 발명에 따른 알고리듬을 종료한다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 다이버시티, 멀티플렉싱, 빔포밍 선택이 가능한 수신측의 신호 처리 흐름을 도시한 것이다.
상기 도 12를 참조하면, 상기 수신측은 1205단계에서 송신측 신호를 수신한다.
이후, 1210단계로 진행하여 상기 수신한 신호로부터 상기 수신측 채널상태를 예측한다.
이후, 1215단계로 진행하여, 상기 수신한 신호로부터 상호정보량, 아이겐밸류를 추출한다.
이후, 1220 단계로 진행하여, 상기 채널상태 예측과 추출한 정보로부터 전송모드를 결정하고, 만약, 전송모드를 요청하는 경우이면, 1125단계로 진행하여 상기 송신측으로 상기 수신측의 전송모드를 요청한다.
만약, 상기 1120단계에서 전송모드를 요청하는 경우가 아니라면, 1230 단계로 진행하여 사기 추출한 정보를 송신측으로 전송한다.
이후, 본 발명에 따른 알고리듬을 종료한다.
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.
상술한 바와 같이, 본 발명은 신호전송시 계산한 상호 정보량과 아이겐밸류를 전송모드 결정하는 파라미터로 이용하여 다이버시티, 멀티플렉싱, 빔포밍 전송모드를 하나의 표현식으로 결정할 수 있는 이점이 있다.
또한, 송수신측 사이의 채널환경의 변화를 고려하여 신호전송시 다이버시티, 멀티플렉싱, 빔포밍 전송기법을 채널상태에 따라 선택함으로써 채널에 따른 통신링크의 용량을 증대시키는 이점이 있다.

Claims (15)

  1. 시공간 무선 통신 시스템에서 다이버시티 및 멀티플렉싱, 빔포밍 신호를 송수신하는 송신노드에 있어서,
    수신노드로부터 송신되는 정보를 기반으로 전송모드를 결정하기 위한 연산을 수행하는 채널파라미터연산기와,
    복수 개의 전송 모드 중 하나를 선택하는 모드 선택기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 채널파라미터연산기는 상호정보와 아이겐밸류를 기반으로 전송모드를 결정하기 위한 연산을 수행하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 상호정보는 하기 <수학식 5>와 같음을 특징으로 하는 장치.
    Figure 112005076080864-PAT00009
    상기 λm은 m 번째의 가장 큰 HH H 의 아이겐밸류를 나타내고 n 은 H 에 대한 랭크(rank)를 나타낸다.
  4. 시공간 무선 통신 시스템에서 다이버시티 및 멀티플렉싱, 빔포밍 신호를 송수신하는 수신노드에 있어서,
    수신 신호를 기반으로 채널정보를 추정하는 채널추정부와,
    상기 채널 추정부가 제공한 데이터를 기반으로 전송모드를 결정하기 위한 연산을 수행하는 채널파라미터연산기와,
    상기 채널파라미터연산기가 제공한 정보를 바탕으로 전송모드를 선택하는 모드 선택기와,
    상기 모드선택기가 소정 정보를 참조하는 참조값비교기와,
    상기 모드 선택기가 전송모드를 결정한 후, 상기 결정한 전송모드를 요청하는 전송모드요청부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 채널 추정부는 상호정보를 생성하여 전달하는 상호정보피드백부와, 아이겐밸류를 생성하여 전달하는 아이겐밸류피드백부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 상호정보피드백부가 생성하는 상호정보는 하기 <수학식 6>을 기반으로 생성하는 것을 특징으로 하는 장치.
    Figure 112005076080864-PAT00010
    상기 λm은 m 번째의 가장 큰 HH H 의 아이겐밸류를 나타내고 n 은 H 에 대한 랭크(rank)를 나타낸다.
  7. 시공간 무선 통신 시스템에서 다이버시티 및 멀티플렉싱, 빔포밍 신호를 송수신하는 송신노드의 전송방법에 있어서,
    수신노드 또는 중계국의 피드백 정보를 수신하는 과정과,
    상기 수신한 피드백 정보로부터 아이겐밸류를 추출하는 과정과,
    상기 추출한 아이겐밸류로부터 상호 정보를 계산하는 과정과,
    상기 아이겐밸류 및 상호정보의 크기에 따라 전송모드를 결정하는 과정과,
    상기 결정한 전송모드로 신호를 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 상호정보는 하기 <수학식 7>을 기반으로 생성하는 것을 특징으로 하는 방법.
    Figure 112005076080864-PAT00011
    상기 λm은 m 번째의 가장 큰 HH H 의 아이겐밸류를 나타내고 n 은 H 에 대한 랭크(rank)를 나타낸다.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 아이겐밸류 및 상호정보의 크기에 따라 전송모드를 결정하는 과정은,
    상기 아이겐밸류 및 상호정보의 크기가 상위 임계값 이상일 경우는 멀티플렉싱전송모드를 선택하는 과정과,
    상기 아이겐밸류 및 상호정보의 크기가 하위 임계값 이상, 상기 상위 임계값 미만일 경우는 다이버시티전송모드를 선택하는 과정과,
    상기 아이겐밸류 및 상호정보의 크기가 하위 임계값 미만일 경우, 빔포밍전송모드를 선택하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 시공간 무선 통신 시스템에서 다이버시티 및 멀티플렉싱, 빔포밍 신호를 송수신하는 수신노드의 전송방법에 있어서,
    송신노드 또는 중계국의 신호를 수신하는 과정과,
    상기 수신과정 후, 수신노드 채널상태를 예측하여 상호정보와 아이겐밸류를 추출하는 과정과,
    상기 추출 후, 상기 상호정보와 아이겐밸류를 기반으로 직접 전송모드요청 여부를 결정하는 과정과,
    직접 전송모드요청을 하는 경우, 전송모드요청을 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    직접 전송모드를 요청하지 않는 경우, 상기 상호정보와 아이겐벨류를 전송하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 상호정보는 하기 <수학식8 >을 이용하여 생성하고 추출하는 것을 특징으로 하는 방법.
    Figure 112005076080864-PAT00012
    상기 λm은 m 번째의 가장 큰 HH H 의 아이겐밸류를 나타내고 n 은 H 에 대한 랭크(rank)를 나타낸다.
  13. 시공간 무선 통신 시스템에서 다이버시티 및 멀티플렉싱, 빔포밍 신호를 송수신하는 중계기의 전송방법에 있어서,
    송신노드, 또는 수신노드의 신호를 수신하는 과정과,
    상기 수신한 피드백 정보로부터 아이겐밸류를 추출하는 과정과,
    상기 추출한 아이겐밸류로부터 상호 정보를 계산하는 과정과,
    상기 아이겐밸류 및 상호정보의 크기에 따라 전송모드를 결정하는 과정과,
    상기 전송모드를 결정한 후, 상기 결정한 전송모드로 신호를 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 상호정보는 하기 <수학식 9>를 기반으로 생성하는 것을 특징으로 하는 방법.
    Figure 112005076080864-PAT00013
    상기 λm은 m 번째의 가장 큰 HH H 의 아이겐밸류를 나타내고 n 은 H 에 대한 랭크(rank)를 나타낸다.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 아이겐밸류 및 상호정보의 크기에 따라 전송모드를 결정하는 과정은,
    상기 아이겐밸류 및 상호정보의 크기가 상위 임계값 이상일 경우는 멀티플렉싱전송모드를 선택하는 과정과,
    상기 아이겐밸류 및 상호정보의 크기가 하위 임계값 이상, 상기 상위 임계값 미만일 경우는 다이버시티전송모드를 선택하는 과정과,
    상기 아이겐밸류 및 상호정보의 크기가 하위 임계값 미만일 경우, 빔포밍전송모드를 선택하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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