KR20080090707A - 신호 송수신 방법 및 신호 송수신 장치 - Google Patents

신호 송수신 방법 및 신호 송수신 장치 Download PDF

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KR20080090707A
KR20080090707A KR1020070033864A KR20070033864A KR20080090707A KR 20080090707 A KR20080090707 A KR 20080090707A KR 1020070033864 A KR1020070033864 A KR 1020070033864A KR 20070033864 A KR20070033864 A KR 20070033864A KR 20080090707 A KR20080090707 A KR 20080090707A
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Abstract

본 발명은 신호 송수신 방법 및 신호 송수신 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 신호 송신 방법은, 해당 전송 방식에 따라 매핑된 심볼 데이터 가운데 코히어런스 대역폭(coherence bandwidth)보다 멀리 떨어진 데이터를 선택하여 출력하는 단계, 상기 선택된 심볼 데이터를 주파수 영역에서 적어도 둘 이상의 심볼 데이터에 분산되도록 코딩하여 출력하는 단계, 및 상기 코딩된 데이터를 다중으로 전송할 수 있도록 다중 입출력 인코딩하는 단계를 포함한다.
따라서, 본 발명에 의하면, 입력 데이터를 주파수 영역에서 분산함으로써 각 전송 채널의 지연시간에 의한 주파수 선택적 페이딩에 강인해 지며, 수신기의 신호 수신성능이 높아지는 효과가 있다.
Figure P1020070033864
MIMO, 주파수 선택적 페이딩

Description

신호 송수신 방법 및 신호 송수신 장치{Method for signal transmitting and apparatus for the same, Method for signal receiving and apparatus for the same}
도 1은 본 발명에 따른 일 실시예로서, 신호 송신 장치를 개략적으로 나타낸 블록도
도 2는 본 발명에 따른 일 실시예로서, 선형 프리코딩부를 개략적으로 나타낸 블록도
도 3(a)는 본 발명에 따른 일 실시예로서, 입력 데이터를 분산시키는 코드의 매트릭스를 나타낸 도면
도 3(b)는 본 발명에 따른 일 실시예로서, 입력 데이터를 분산시키는 다른 코드의 매트릭스를 나타낸 도면
도 4는 본 발명에 따른 일 실시예로서, 신호 송신 장치에서 복수의 전송 경로를 갖는 경우를 개략적으로 나타낸 블록도
도 5(a) 내지 5(e)는 본 발명에 따른 일 실시예로서, 입력 심볼을 분산시키는 2×2 코드 매트릭스의 일 예를 나타낸 도면
도 6은 본 발명에 따른 일 실시예로서, 신호 수신 장치를 개략적으로 나타낸 블록도
도 7(a)는 본 발명에 따른 일 실시예로서, 선형 프리코딩 디코더의 예를 개략적으로 나타낸 블록도
도 7(b)는 본 발명에 따른 일 실시예로서, 선형 프리코딩 디코더의 또 다른 일 예를 개략적으로 나타낸 블록도
도 8은 본 발명에 따른 일 실시예로서, 신호 수신 장치에서 복수의 수신 경로를 갖는 경우를 개략적으로 나타낸 블록도
도 9(a) 내지 9(e)는 본 발명에 따른 일 실시예로서, 분산된 심볼을 복원시키는 2×2 코드 매트릭스의 일 예를 나타낸 도면
도 10은 본 발명에 따른 일 실시예로서, 신호 송수신 방법의 순서를 나타낸 순서도
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100 : 아웃터 코더 110 : 아웃터 인터리버
120 : 인너코더 130 : 인너 인터리버
140 : 심볼 맵퍼 150 : 블록 선택부
160 : 선형 프리코딩부 170 : 다중 입출력 인코더
180 : 프레임 형성부 190 : 변조부
195 : 전송부
본 발명은 신호 송수신 방법 및 신호 송수신 장치에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 주파수 선택적인 페이딩(frequency selective fading)에 강인한 신호 송수신 방법 및 송수신 장치에 관한 것이다.
기술이 발전함에 따라 사용자가 원하는 데이터의 크기가 점차 커지고 있으나, 상기 데이터를 사용자 측에 전송하기 위한 전송 자원의 확장에는 일정한 한계가 있다. 따라서, 유한한 전송 자원을 사용하여 데이터의 전송 효율을 높이고자하는 여러 가지 기술들이 개발되고 있다.
상기와 같은 기술들 가운데 디지털 데이터의 전송 방식에 있어서 복수의 송수신 안테나를 사용하여 데이터의 전송 효율을 높이는 방식으로 다중 입출력(MIMO : Multi Input Multi Output) 방식이 있다.
긴 지연시간을 갖는 전송채널에서는 주파수 영역에서 선택적인 페이딩을 겪게 되며, 채널의 지연확산(delay spread)에 따라 크기의 왜곡이 매우 심하게 된다. 따라서, 여러 전송 대역별 신호 대 잡음 비(SNR)가 달라지게 되고, SNR이 매우 낮은 전송채널에 대해서는 수신율이 감소하는 단점을 가진다.
다중 입출력 방식은 여러 개의 안테나를 사용함으로써 배열 이득(array gain)을 얻게 되어 평균 SNR을 향상시킨다. 그리고, 각 송신 안테나로부터 각 수신 안테나까지의 전송채널의 페이딩(fading)이 독립적일 경우 다이버시티 이득(diversity gain)을 얻을 수 있다.
그러나, 상기 다중 입출력 방식의 경우 특정 전송채널 하나만을 생각해 보면, 여전히 채널의 지연시간에 의한 주파수 선택적인 페이딩을 겪을 수밖에 없다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 주파수 선택적인 페이딩에 강인한 신호 송수신 방법 및 송수신 장치를 제공하는 데 목적이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 신호 송신 장치는, 입력된 데이터를 해당 전송 방식에 따른 심볼 데이터로 매핑하는 심볼 맵퍼, 상기 심볼 데이터에서 코히어런스 대역폭(coherence bandwidth)보다 멀리 떨어진 데이터를 선택하여 출력하는 블록 선택부, 상기 선택된 심볼 데이터를 주파수 영역에서 적어도 둘 이상의 심볼 데이터에 분산되도록 코딩하여 출력하는 프리코딩부, 및 상기 프리코딩된 데이터를 다중으로 전송할 수 있도록 인코딩하는 다중 입출력 인코더를 포함한다.
본 발명에 따른 신호 송신 방법은, 해당 전송 방식에 따라 매핑된 심볼 데이터 가운데 코히어런스 대역폭(coherence bandwidth)보다 멀리 떨어진 데이터를 선택하여 출력하는 단계, 상기 선택된 심볼 데이터를 주파수 영역에서 적어도 둘 이상의 심볼 데이터에 분산되도록 코딩하여 출력하는 단계, 및 상기 코딩된 데이터를 다중으로 전송할 수 있도록 다중 입출력 인코딩하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 신호 수신 장치는, 다중으로 수신된 데이터를 디코딩하여 하나의 심볼 데이터 열을 출력하는 다중 입출력 디코더, 상기 출력된 심볼 데이터 열에서 주파수 영역에 분산되어 있는 데이터를 복원하여 출력하는 프리코딩 디코더, 상기 복원된 심볼 데이터를 코히어런스 대역폭보다 멀리 떨어진 원위치로 복귀시키는 블록 복원부, 및 상기 원위치로 복귀된 심볼 데이터를 디매핑하여 상기 심볼에 해당하는 비트 데이터를 출력하는 심볼 디맵퍼를 포함한다.
본 발명에 따른 신호 수신 방법은, 다중으로 수신된 데이터를 다중 입출력 디코딩하여 하나의 심볼 데이터 열을 출력하는 단계, 상기 출력된 심볼 데이터를 디코딩하여 주파수 영역에 분산되어 있는 데이터를 복원하는 단계, 및 상기 복원된 심볼 데이터를 코히어런스 대역폭보다 멀리 떨어진 원위치로 복귀시켜, 상기 복귀된 심볼 데이터를 디매핑하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀 두고자 한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 신호 송수신 방법 및 신호 송수신 장치의 동작을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 일 실시예로서, 신호 송신 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다. 상기 송수신 시스템은 다중 입출력을 위한 MIMO(Multi Input Multi Output)를 사용한다.
상기 도 1의 신호 송신 장치는 방송 신호 등 비디오 데이터를 전송하는 신호 송신 시스템이 될 수 있다. 예를 들어, DVB(digital video broadcasting) 시스템에 따른 신호 송신 시스템일 수 있다. 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 신호 송신 시스템의 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 1의 실시예는 아웃터 코더(outer coder)(100), 아웃터 인터리버(outer interleaver)(110), 인너 코더(inner coder)(120), 인너 인터리버(inner interleaver)(130), 심볼맵퍼(symbol mapper)(140), 블록 선택부(150), 선형 프리코딩부(160), 다중 입출력 인코더(170), 프레임 형성부(frame builder)(180), 변조부(190) 및 전송부(195)를 포함한다. 상기 도 1의 실시예는 상기 신호 전송 시스템에서 신호가 처리되는 과정을 중심으로 설명한 것이다.
아웃터 코더(outer coder)(100)와 아웃터 인터리버(outer interleaver)(110)는 입력된 신호에 대한 송신 성능을 향상시키기 위해 각각 입력 데이터를 부호화하고 인터리빙할 수 있다. 예를 들어, DVB-T의 경우 아웃터 코딩 방식으로 리드-솔로몬 부호(Reed-Solomon code)화 방법을 사용할 수 있고, 인터리빙 방식으로는 컨볼루션 인터리빙(convolution interleaving) 방식이 수행될 수 있다.
인너 코더(inner coder)(120)와 인너 인터리버(inner interleaver)(130)는 송신 신호에 에러 발생을 대비하여 송신할 신호를 다시 부호화하여 인터리빙을 수행한다. 인너 코더(120)는 펑처드 컨볼루션 코드(punctured convolution code)에 따라 송신 신호를 부호화할 수 있다. 인너 인터리버(inner interleaver)(130)의 인너 인터리빙(inner-interleaving)방식은 예를 들어 DVB-T 일 경우 2k, 4k 및 8k의 전송 모드의 메모리 운영에 따라 네이티브(native) 또는 인-뎁스(in-depth) 인터리빙 방식이 사용될 수 있다.
심볼맵퍼(symbol mapper)(140)는 전송 모드에 따른 파일럿 신호와 전송 매개 변수 신호를 고려하여, 송신 신호를 16QAM, 64QAM, QPSK 등의 방식에 따라 심볼로 매핑(mapping)할 수 있다.
블록 선택부(150)는 상기 심볼맵퍼(140)에서 출력된 심볼 데이터에서 코히어런스 대역폭(coherence bandwidth)보다 멀리 떨어져 있는 데이터들을 선택하여 선형 프리코딩부(160)에 전송한다. 예를 들어, 상기 코히어런스 대역폭을 'd'라고 할 경우, 대역폭이 'd' 이상 떨어져 있는 데이터들을 선택하여 출력함으로써 딥 페이딩(deep fading)으로 인한 상기 대역폭 내의 데이터 손실을 방지한다. 상기 선택 거리는 구현 예에 따라 달라질 수 있다.
선형 프리코딩부(160)는 입력된 심볼 데이터를 여러 개의 출력 심볼 데이터에 분산시켜, 주파수 선택적 페이딩 채널을 겪었을 때 모든 정보가 페이딩으로 손실될 확률을 줄여준다.
도 2는 본 발명에 따른 일 실시예로서, 선형 프리코딩부를 개략적으로 나타낸 블록도이다. 상기 프리코딩부(160)는 직/병렬 변환부(162), 인코딩부(164) 및 병/직렬 변환부(166)를 포함한다.
직/병렬 변환부(162)는 입력된 데이터를 병렬(parallel) 데이터로 변환한다. 인코딩부(164)는 상기 병렬 데이터를 인코딩 매트릭싱(matrixing)을 통해 여러 개의 데이터에 분산시킨다.
도 3(a)는 본 발명에 따른 일 실시예로서, 입력 데이터를 분산시키는 코드의 매트릭스를 나타낸 도면이다. 상기 도 3(a)는 상기 입력 데이터를 여러 개의 출력 데이터에 분산시키는 인코딩 매트릭스의 일 예로서 vanderMonde 매트릭스로 불린다. 입력 데이터들은 출력 데이터의 개수(L) 길이로 병렬 배열될 수 있다.
상기 매트릭스의 θ는 다음 수학식으로 표현될 수 있으며, 다른 방식으로도 정의가 가능하다. 상기 vanderMonde 매트릭스는 수학식 1으로 그 매트릭스 성분을 조절할 수 있다.
상기 매트릭스는 각 입력 데이터를 대응되는 수학식 1의 위상만큼 회전시켜서 출력 데이터에 반영한다. 따라서, 상기 매트릭스의 특성에 따라 입력되는 값들을 적어도 둘 이상의 출력 값들로 분산시킬 수 있다.
Figure 112007026466982-PAT00001
수학식 1에서 L은 출력 데이터의 개수를 나타낸다. 도 2의 인코딩부(164)로 입력되는 입력 데이터 군을 x라 하고, 상기 매트릭스에 의해 인코딩부(164)에서 코딩되어 출력되는 데이터 군을 y라고 하면, y는 다음 수학식 2와 같다.
Figure 112007026466982-PAT00002
도 3(b)는 본 발명에 따른 일 실시예로서, 입력 데이터를 분산시키는 다른 코드의 매트릭스를 나타낸 도면이다. 상기 도 3(b)는 상기 입력 데이터를 여러 개의 출력 데이터에 분산시키는 인코딩 매트릭스의 일 예로서 Hadamard 매트릭스로 불린다. 상기 도 3(b)의 매트릭스는 임의의 L=2k의 크기로 확장된 일반적인 형태이며, 'L'은 각 입력 심볼들을 분산시킬 출력 심볼들의 개수를 나타낸다.
상기 매트릭스의 출력 심볼은 L개의 입력 심볼의 합과 차로 얻을 수 있다. 다시 말하면, 각 입력 심볼은 L개의 출력 심볼에 분산시킬 수 있다.
상기 도 3(b)의 매트릭스의 경우에도, 도 2의 인코딩부(164)로 입력되는 입력 데이터 군을 x라 하고, 상기 매트릭스에 의해 인코딩부(164)에서 코딩되어 출력되는 데이터 군을 y라고 하면, y는 상기 매트릭스와 x의 곱이 된다.
병/직렬 변환부(166)는 상기 인코딩부(164)에서 수신된 데이터를 다시 직렬(serial) 데이터로 변환하여 출력한다.
다중 입출력 인코더(170)는 상기 선형 프리코딩부(160)에서 프리코딩된 데이터를 복수의 전송 안테나에 실리도록 인코딩한다.
다중 입출력 인코딩 방식에는 크게 공간 다중화(Spatial Multiplexing) 방식과 공간 다이버시티(Spatial Diversity) 방식이 있다. 공간 다중화는 송신기와 수신기에 다중의 안테나를 이용하여, 서로 다른 데이터를 동시에 전송함으로써 시스템의 대역폭을 더 증가시키지 않고, 보다 고속의 데이터를 전송할 수 있는 방식이다. 공간 다이버시티는 다중의 송신 안테나에서 같은 정보의 데이터를 전송하여 송신 다이버시티(diversity)를 얻는 방식이다.
이때, 공간 다이버시티(spatial diversity) 방식의 다중 입출력 인코더(170)로는 STBC(space-time block code)와 SFBC(space-frequency block code), STTC(space-time trellis code) 등이 사용될 수 있다. 공간 다중화(Spatial multiplex) 방식의 다중 입출력 인코더(170)로는 단순히 데이터열을 송신 안테나 개수만큼 분리하여 전송하는 방식과 FDFR(full-diversity full-rate) code, LDC(linear dispersion code), V-BLAST(Vertical-Bell Lab. layered space-time)와 D-BLAST (diagonal-BLAST) 같은 방식이 사용될 수 있다.
프레임 형성부(180)는 상기 프리코딩된 신호를 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex) 방식으로 변조할 수 있도록 데이터 구간에 파일럿(pilot) 신호를 삽입하여 프레임을 형성한다.
예를 들어 DVB-T의 경우, 각 프레임은 68개의 OFDM 심볼을 포함한다. 각각의 심볼은 8k 모드에서는 6817 캐리어를 2k 모드에서는 1705 캐리어를 포함한다. OFDM 프레임은 각각 분산 훈련 신호, 연속 훈련 신호 및 TPS(transmission parameter signal) 캐리어를 포함한다. 변조부(190)는 상기 프레임 형성부(180)에서 출력된 데이터들을 각각 OFDM의 부반송파(sub carrier)들에 실어 전송할 수 있도록 가드 구간(guard interval)을 삽입하여 변조한다.
전송부(195)는 변조부(190)에서 출력된 보호 구간과 데이터 구간을 가진 디지털 형식의 신호를 아날로그 신호로 변환하여 송신(transmit)한다.
도 4는 본 발명에 따른 일 실시예로서, 신호 송신 장치에서 복수의 전송 경로를 갖는 경우를 개략적으로 나타낸 블록도이다. 이하 설명의 편의를 위해 전송 경로가 2개인 경우를 예로 하여 설명한다.
도 4의 실시예는 아웃터 코더(outer coder)(400), 아웃터 인터리버(outer interleaver)(410), 인너 코더(inner coder)(420), 인너 인터리버(inner interleaver)(430), 심볼맵퍼(symbol mapper)(440), 블록 선택부(450), 선형 프리코딩부(460), 다중 입출력 인코더(470), 제1프레임 형성부(frame builder)(480), 제2프레임 형성부(485), 제1변조부(490), 제2변조부(491), 제1전송부(495) 및 제2전송부(496)를 포함한다.
아웃터 코더(outer coder)(400)에서 다중 입출력 인코더(470)까지의 신호 처리 과정은 상기 도 1에서 설명한 바와 동일하다. 상기 선형 프리코딩부(460)는 직/병렬 변환부, 인코딩부 및 병/직렬 변환부를 포함한다.
도 5(a) 내지 5(e)는 본 발명에 따른 일 실시예로서, 입력 심볼을 분산시키는 2×2 코드 매트릭스의 일 예를 나타낸 도면이다. 도 5(a) 내지 5(e)의 코드 매트릭스는 상기 도 4와 같은 송신 장치에 적용될 수 있으며, 상기 선형 프리코딩부(460)의 인코딩부에 입력된 2개의 데이터를 2개의 출력 데이터에 분산시킨다.
도 5(a)의 매트릭스는 상기 도 3(a)에서 설명한 vanderMonde 매트릭스의 실시예이다.
상기 도 5(a)의 매트릭스는 두 입력 데이터 가운데 첫번째 입력 데이터와 위상이 45도(
Figure 112007026466982-PAT00003
) 회전된 두번째 입력 데이터를 더하여 첫번째 출력 데이터로 출력 하며, 첫번째 입력 데이터와 위상이 225도(
Figure 112007026466982-PAT00004
) 회전된 두번째 입력 데이터를 더하여 두번째 출력 데이터로 출력한다. 그리고 상기 각 출력 데이터는
Figure 112007026466982-PAT00005
로 나누어 스케일링(scaling)한다.
도 5(b)의 매트릭스는 상기 도 3(b)에서 설명한 Hadamard 매트릭스의 실시예이다.
상기 도 5(b)의 매트릭스는 두 입력 데이터 가운데 첫번째 입력 데이터와 두번째 입력 데이터를 더하여 첫번째 출력 데이터로 출력하며, 첫번째 입력 데이터에서 두번째 입력 데이터를 빼서 두번째 출력 데이터로 출력한다. 그리고 상기 각 출력 데이터는
Figure 112007026466982-PAT00006
로 나누어 스케일링(scaling)한다.
도 5(c)는 본 발명에 따른 일 실시예로서, 상기 도 4에 적용될 수 있는 입력 심볼을 분산시키는 코드 매트릭스의 또 다른 일 예를 나타낸 도면이다. 상기 도 5(c)의 매트릭스는 도 3(a), 도 3(b)에서 설명한 매트릭스가 아닌 또 다른 코드의 실시예이다.
상기 도 5(c)의 매트릭스는 두 입력 데이터 가운데 위상이 45도(
Figure 112007026466982-PAT00007
) 회전된 첫번째 입력 데이터와 위상이 -45도(
Figure 112007026466982-PAT00008
) 회전된 두번째 입력 데이터를 더하여 첫번째 출력 데이터로 출력하며, 위상이 45도 회전된 첫번째 입력 데이터에서 위상이 -45도 회전된 두번째 입력 데이터를 빼서 두번째 출력 데이터로 출력한다. 그리고 상기 각 출력 데이터는
Figure 112007026466982-PAT00009
로 나누어 스케일링한다.
도 5(d)는 본 발명에 따른 일 실시예로서, 상기 도 4에 적용될 수 있는 입력 심볼을 분산시키는 코드 매트릭스의 또 다른 일 예를 나타낸 도면이다. 상기 도 5(d)의 매트릭스는 도 3(a), 도 3(b)에서 설명한 매트릭스가 아닌 또 다른 코드의 실시예이다.
상기 도 5(d)의 매트릭스는 0.5를 곱한 첫번째 입력 데이터를 두번째 입력 데이터와 더하여 첫번째 출력 데이터로 출력하며, 첫번째 입력 데이터에서 0.5를 곱한 두번째 입력 데이터를 빼서 두번째 출력 데이터로 출력한다. 그리고 상기 각 출력 데이터는
Figure 112007026466982-PAT00010
로 나누어 스케일링한다.
도 5(e)는 본 발명에 따른 일 실시예로서, 상기 도 4에 적용될 수 있는 입력 심볼을 분산시키는 코드 매트릭스의 또 다른 일 예를 나타낸 도면이다. 상기 도 5(e)의 매트릭스는 도 3(a), 도 3(b)에서 설명한 매트릭스가 아닌 또 다른 코드의 실시예이다. 상기 도 5(e)의 '*'는 입력되는 데이터에 대한 켤레 복소수(complex conjugate)를 의미한다.
상기 도 5(e)의 매트릭스는 두 입력 데이터 가운데 위상이 90도(
Figure 112007026466982-PAT00011
) 회전된 첫번째 입력 데이터와 두번째 입력 데이터를 더하여 첫번째 출력 데이터로 출력 하며, 첫번째 입력 데이터의 켤레 복소수와 위상이 -90(
Figure 112007026466982-PAT00012
)도 회전된 두번째 입력 데이터의 켤레 복소수를 더하여 두번째 출력 데이터로 출력한다. 그리고 상기 각 출력 데이터는
Figure 112007026466982-PAT00013
로 나누어 스케일링한다.
상기 프리코딩된 데이터는 다중 입출력 인코더(470)로 출력되며, 상기 다중 입출력 인코더(470)는 입력된 심볼 데이터를 복수의 전송 안테나에 실리도록 인코딩하여 출력한다. 예를 들어, 두 개의 전송 경로를 갖는 경우, 상기 다중 입출력 인코더(470)는 프리코딩된 데이터를 제1프레임 형성부(480) 또는 제2프레임 형성부(485)로 출력한다.
공간 다이버시티 방식의 경우, 상기 제1프레임 형성부(480)와 제2프레임 형성부(485)로 각각 같은 정보의 데이터가 출력되고, 공간 다중화 방식으로 인코딩한 경우, 상기 제1프레임 형성부(480)와 제2프레임 형성부(485)로 각각 다른 데이터가 출력된다.
제1프레임 형성부(480)와 제2프레임 형성부(485)는 상기 각 수신된 신호를 OFDM(orthogonal frequency division multiplex) 방식으로 변조할 수 있도록 데이터 구간에 파일럿 신호가 삽입된 프레임을 형성한다.
제1변조부(490)와 제2변조부(491)는 상기 제1프레임 형성부(480)와 제2프레임 형성부(485)에서 출력된 데이터들을 각각 OFDM의 부반송파(sub carrier)들에 실어 전송할 수 있도록 변조한다.
제1전송부(495)와 제2전송부(496)는 각각 제1변조부(490)와 제2변조부(491)에서 출력된 보호 구간과 데이터 구간을 가진 디지털 형식의 신호를 아날로그 신호로 변환하고, 상기 변환된 아날로그 신호를 송신(transmit)한다.
도 6은 본 발명에 따른 일 실시예로서, 신호 수신 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다. 상기 도 6의 실시예는 DVB 수신 장치 등에 포함될 수 있다.
도 6의 본 발명에 따른 실시예는 수신부(600), 동기부(610), 복조부(620), 프레임 파싱(parsing)부(630), 다중 입출력 디코더(640), 선형 프리코딩 디코더(650), 블록 복원부(660), 심볼디맵퍼(670), 인너 디인터리버(inner deinterleaver)(680), 인너 디코더(inner decoder)(690), 아웃터 디인터리버(outer deinterleaver)(695) 및 아웃터 디코더(outer decoder)(697)를 포함한다. 상기 도 6의 실시예는 상기 신호 수신 시스템에서 신호가 처리되는 과정을 중심으로 설명한 것이다.
수신부(600)는 수신된 RF 신호의 주파수 대역을 다운 컨버전(down conversion)한 후 디지털 신호로 변환하여 출력한다. 동기부(610)는 수신부(600)에서 출력된 수신 신호의 주파수 영역과 시간 영역의 동기를 획득하여 출력한다. 상기 동기부(610)는 주파수 영역 신호의 동기 획득을 위해 복조부(620)가 출력하는 데이터의 주파수 영역의 오프셋(offset) 결과를 이용할 수 있다.
복조부(620)는 상기 동기부(610)에서 출력된 수신 데이터를 복조하고, 가드구간을 제거한다. 이를 위해 복조부(620)는 수신 데이터를 주파수 영역으로 변환시키고, 서브 캐리어(sub carrier)에 분산된 데이터 값을 각각의 부반송파에 할당되 었던 값으로 디코딩한다.
프레임 파싱부(630)는 상기 복조부(620)에서 복조된 신호의 프레임 구조에 따라 파일럿 신호를 제외한 데이터 구간의 심볼 데이터를 출력할 수 있다.
다중 입출력 디코더(640)는 상기 프레임 파싱부(630)에서 출력한 데이터를 수신하여 디코딩한 후 하나의 데이터 열을 출력한다. 상기 다중 입출력 디코더(640)는 상기 도 1의 다중 입출력 인코더(170)에서 복수의 전송 안테나에 실리도록 인코딩한 방식에 대응되는 방식에 따라 디코딩하여 하나의 데이터 열을 출력한다.
선형 프리코딩 디코더(650)는 주파수 선택적인 페이딩에 강인하도록 분산되어진 데이터들로부터 본래의 데이터를 복원한다. 상기 선형 프리코딩 디코더(650)는 신호 송신 장치에서 데이터를 분산한 과정의 역과정을 수행하여 데이터를 복원한다.
도 7(a)는 본 발명에 따른 일 실시예로서, 선형 프리코딩 디코더의 예를 개략적으로 나타낸 블록도이다. 상기 선형 프리코딩 디코더(650)는 직/병렬 변환부(652), 제1디코딩부(654) 및 병/직렬 변환부(656)를 포함한다.
직/병렬 변환부(652)는 입력된 데이터를 병렬(parallel) 데이터로 변환한다. 제1디코딩부(654)는 상기 병렬 데이터를 디코딩 매트릭싱(matrixing)을 통해 분산되어진 데이터들로부터 본래의 데이터를 복원한다. 상기 디코딩을 수행하는 디코딩 매트릭스는 신호 송신 장치의 인코딩 매트릭스의 역 매트릭스(inverse matrix)가 된다. 예를 들어, 상기 신호 송신 장치에서 도 2와 같은 vanderMonde 매트릭스를 사용하여 인코딩을 한 경우, 상기 제1디코딩부(654)는 vanderMonde 매트릭스의 역 매트릭스를 이용하여 분산된 데이터를 본래의 데이터로 복원한다.
병/직렬 변환부(656)는 상기 제1디코딩부(654)에서 수신된 병렬 데이터를 다시 직렬(serial) 데이터로 변환하여 출력한다.
도 7(b)는 본 발명에 따른 일 실시예로서, 선형 프리코딩 디코더의 또 다른 일 예를 개략적으로 나타낸 블록도이다. 상기 선형 프리코딩 디코더(650)는 직/병렬 변환부(651), 제2디코딩부(653) 및 병/직렬 변환부(655)를 포함한다.
직/병렬 변환부(651)는 입력된 데이터를 병렬(parallel) 데이터로 변환하고, 병/직렬 변환부(655)는 상기 제2디코딩부(653)에서 수신된 병렬 데이터를 다시 직렬(serial) 데이터로 변환하여 출력한다. 제2디코딩부(653)는 ML(Maximum Likelihood) 디코딩을 이용하여 상기 직/병렬 변환부(651)에서 출력된 병렬 데이터에 분산되어 있는 본래의 데이터를 복원하여 출력한다.
상기 제2디코딩부(653)는 송신기에서의 전송 방식을 고려한 ML 디코더로서, 수신된 심볼 데이터를 상기 전송 방식에 대응되도록 ML 디코딩하여 상기 병렬 데이터에 분산되어 있는 본래의 데이터를 복원한다. 즉, 상기 ML 디코더는 송신단에서의 인코딩 룰(encoding rule)을 고려하여 수신된 심볼 데이터를 ML 디코딩한다.
블록 복원부(660)는 입력된 데이터를 코히어런스 대역폭(coherence bandwidth)보다 멀리 떨어져 있는 본래의 위치로 복귀시킨다. 즉 상기 블록 복원부(660)는 신호 송신 장치의 블록 선택부에서 코히어런스 대역폭보다 멀리 떨어진 데이터들을 선택하여 출력한 과정의 역과정을 수행하여 본래의 위치로 데이터를 복 귀시킨다.
심볼디맵퍼(670)는 상기 선형 프리코딩 디코더(650)에서 디코딩된 심볼 데이터를 비트열로 복원할 수 있다.
인너 디인터리버(inner deinterleaver)(680)는 인터리빙된 데이터 열에 대해 인터리빙의 역과정을 수행하며, 인너 디코더(inner decoder)(690)는 디인터리빙된 데이터를 복호하여 데이터에 포함된 에러를 정정할 수 있다. 그리고, 아웃터 디인터리버(outer deinterleaver)(695) 및 아웃터 디코더(outer decoder)(697)는 다시 디인터리빙 과정과 에러 정정 복호 과정을 수행하여 출력한다.
도 8은 본 발명에 따른 일 실시예로서, 신호 수신 장치에서 복수의 수신 경로를 갖는 경우를 개략적으로 나타낸 블록도이다. 이하 설명의 편의를 위해 수신 경로가 2개인 경우를 예로 하여 설명한다.
도 8의 본 발명에 따른 실시예는 제1수신부(800), 제2수신부(805), 제1동기부(810), 제2동기부(815), 제1복조부(820), 제2복조부(825), 제1프레임 파싱부(830), 제2프레임 파싱부(835), 다중 입출력 디코더(840), 선형 프리코딩 디코더(850), 블록 복원부(860), 심볼디맵퍼(870), 인너 디인터리버(inner deinterleaver)(880), 인너 디코더(inner decoder)(890), 아웃터 디인터리버(outer deinterleaver)(895) 및 아웃터 디코더(outer decoder)(897)를 포함한다.
제1수신부(800)와 제2수신부(805)는 RF 신호를 각각 수신하여, 주파수 대역을 다운 컨버전(down conversion)한 후 디지털 신호로 변환하여 출력한다. 제1동기부(810)와 제2동기부(815)는 각각 제1수신부(800)와 제2수신부(805)에서 출력된 수 신 신호의 주파수 영역과 시간 영역의 동기를 획득하여 출력한다. 상기 제1동기부(810)와 제2동기부(815)는 주파수 영역 신호의 동기 획득을 위해 각각 제1복조부(820)와 제2복조부(825)가 출력하는 데이터의 주파수 영역의 오프셋(offset) 결과를 이용할 수 있다.
제1복조부(820)는 제1동기부(810)에서 출력된 수신 데이터를 복조한다. 이를 위해 제1복조부(820)는 수신 데이터를 주파수 영역으로 변환시키고, 서브 캐리어에 분산된 데이터 값을 각각의 부반송파(sub carrier)에 할당되었던 값으로 디코딩한다. 제2복조부(825)는 제2동기부(815)에서 출력된 수신 데이터를 복조한다.
제1프레임 파싱부(830)와 제2프레임 파싱부(835)는 각각 제1복조부(820)와 제2복조부(825)에서 복조된 신호의 프레임 구조에 따라 파일럿 신호를 제외한 데이터 구간의 심볼 데이터를 출력할 수 있다.
다중 입출력 디코더(840)는 상기 제1프레임 파싱부(830)와 제2프레임 파싱부(835)에서 각각 출력한 데이터를 수신하여 디코딩한 후 하나의 데이터 열을 출력한다. 이하 다중 입출력 디코더(840)에서 아웃터 디코더(897)까지의 신호 처리 과정은 상기 도 6에서 설명한 바와 동일하다. 상기 선형 프리코딩 디코더(850)는 직/병렬 변환부, 제1 또는 제2디코딩부 및 병/직렬 변환부를 포함한다.
도 9(a) 내지 9(e)는 본 발명에 따른 일 실시예로서, 분산된 심볼을 복원시키는 2×2 코드 매트릭스의 일 예를 나타낸 도면이다. 도 9(a) 내지 9(e)의 코드 매트릭스는 상기 도 8과 같은 수신 장치에 적용될 수 있으며, 상기 선형 프리코딩 디코더(850)의 디코딩부에 입력된 2개의 데이터에 분산되어 있는 데이터를 복원하 여 출력한다.
도 9(a)의 매트릭스는 vanderMonde 역 매트릭스의 실시예로서, 상기 도 5(a)의 인코딩 매트릭스에 대응되는 디코딩 매트릭스이다.
상기 도 9(a)의 매트릭스는 두 입력 데이터 가운데 첫번째 입력 데이터와 두번째 입력 데이터를 더하여 첫번째 출력 데이터로 출력하며, 위상이 -45도(
Figure 112007026466982-PAT00014
) 회전된 첫번째 입력 데이터와 위상이 -225도(
Figure 112007026466982-PAT00015
) 회전된 두번째 입력 데이터를 더하여 두번째 출력 데이터로 출력한다. 그리고 상기 각 출력 데이터는
Figure 112007026466982-PAT00016
로 나누어 스케일링(scaling)한다.
도 9(b)의 매트릭스는 Hadamard 역 매트릭스의 실시예로서, 상기 도 5(b)의 인코딩 매트릭스에 대응되는 디코딩 매트릭스이다.
상기 도 9(b)의 매트릭스는 두 입력 데이터 가운데 첫번째 입력 데이터와 두번째 입력 데이터를 더하여 첫번째 출력 데이터로 출력하며, 첫번째 입력 데이터에서 두번째 입력 데이터를 빼서 두번째 출력 데이터로 출력한다. 그리고 상기 각 출력 데이터는
Figure 112007026466982-PAT00017
로 나누어 스케일링(scaling)한다.
도 9(c)는 본 발명에 따른 일 실시예로서, 상기 도 8에 적용될 수 있는 분산된 데이터를 복원시키는 코드 매트릭스의 또 다른 일 예를 나타낸 도면이다. 상기 도 9(c)의 매트릭스는 상기 도 5(c)의 인코딩 매트릭스에 대응되는 디코딩 매트릭 스이다.
상기 도 9(c)의 매트릭스는 두 입력 데이터 가운데 위상이 -45도(
Figure 112007026466982-PAT00018
) 회전된 첫번째 입력 데이터와 위상이 -45도(
Figure 112007026466982-PAT00019
) 회전된 두번째 입력 데이터를 더하여 첫번째 출력 데이터로 출력하며, 위상이 45도 회전된 첫번째 입력 데이터에서 위상이 45도 회전된 두번째 입력 데이터를 빼서 두번째 출력 데이터로 출력한다. 그리고 상기 각 출력 데이터는
Figure 112007026466982-PAT00020
로 나누어 스케일링한다.
도 9(d)는 본 발명에 따른 일 실시예로서, 상기 도 8에 적용될 수 있는 분산된 데이터를 복원시키는 코드 매트릭스의 또 다른 일 예를 나타낸 도면이다. 상기 도 9(d)의 매트릭스는 상기 도 5(d)의 인코딩 매트릭스에 대응되는 디코딩 매트릭스이다.
상기 도 9(d)의 매트릭스는 0.5를 곱한 첫번째 입력 데이터를 두번째 입력 데이터와 더하여 첫번째 출력 데이터로 출력하며, 첫번째 입력 데이터에서 0.5를 곱한 두번째 입력 데이터를 빼서 두번째 출력 데이터로 출력한다. 그리고 상기 각 출력 데이터는
Figure 112007026466982-PAT00021
로 나누어 스케일링한다.
도 9(e)는 본 발명에 따른 일 실시예로서, 상기 도 8에 적용될 수 있는 분산된 데이터를 복원시키는 코드 매트릭스의 또 다른 일 예를 나타낸 도면이다. 상기 도 9(e)의 매트릭스는 상기 도 5(e)의 인코딩 매트릭스에 대응되는 디코딩 매트릭 스이다. 상기 도 9(e)의 '*'는 입력되는 데이터에 대한 켤레 복소수(complex conjugate)를 의미한다.
상기 도 9(e)의 매트릭스는 위상이 -90도(
Figure 112007026466982-PAT00022
) 회전된 첫번째 입력 데이터와 두번째 입력 데이터의 켤레 복소수를 더하여 첫번째 출력 데이터로 출력하며, 첫번째 입력 데이터와 위상이 -90도(
Figure 112007026466982-PAT00023
) 회전된 두번째 입력 데이터의 켤레 복소수를 더하여 두번째 출력 데이터로 출력한다. 그리고 상기 각 출력 데이터는
Figure 112007026466982-PAT00024
로 나누어 스케일링한다.
도 10은 본 발명에 따른 일 실시예로서, 신호 송수신 방법의 순서를 나타낸 순서도이다.
신호 송신 장치에서는 매핑(mapping)된 심볼 데이터 가운데 채널의 코히어런스 대역폭(coherence bandwidth)보다 멀리 떨어진 전송 심볼을 선택하여(S1000) 딥 페이딩으로 인한 상기 대역폭 내의 데이터 손실 확률을 줄인다.
상기 선택된 심볼 데이터를 여러 개의 출력 심볼에 분산시키는 프리코딩을 수행하여(S1010), 전송 데이터가 주파수 선택적 페이딩에 강인하도록 한다.
상기 프리코딩된 데이터를 복수의 안테나에서 전송할 수 있도록 다중 입출력 인코딩한다(S1020). 상기 안테나의 수는 가능한 데이터 전송 경로의 수가 될 수 있다. 공간 다이버시티 방식의 경우, 각 경로에서는 같은 정보의 데이터를 전송하고, 공간 다중화 방식의 경우, 각 경로에서는 다른 데이터를 전송한다.
그리고 상기 다중 입출력 전송 경로의 수에 따라, 인코딩된 데이터를 전송 프레임으로 변환하고, 이를 변조하여 전송한다(S1030).
신호 수신 장치에서는 송신된 신호를 복수의 수신 안테나를 이용하여 수신하고, 수신된 신호를 각각 데이터 프레임으로 복조한다(S1040).
상기 복조된 데이터 프레임을 파싱하고, 다중 입출력 인코딩된 방식에 대응되는 방식에 따라 디코딩하여 하나의 심볼 데이터 열을 얻는다(S1050).
상기 출력된 데이터 열을 송신 장치에서 프리코딩한 방식의 역으로 디코딩하여 여러 개의 심볼 데이터에 분산되어 있는 본래 데이터를 복원한다(S1060).
그리고 상기 복원된 심볼 데이터를 코히어런스 대역폭보다 멀리 떨어진 원위치로 복원한다(S1070). 상기 S1000에서 전송 심볼을 선택하는 과정의 역과정을 수행하여 심볼 데이터를 원위치로 복원할 수 있다.
상기 신호 송수신 방법 및 신호 송수신 장치는 상기 예에 한정하지 않으며, 다중 입출력 방식이 적용되는 모든 신호 송수신 시스템에 적용될 수 있다.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형이 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 신호 송수신 방법 및 신호 송수신 장치에 따르면, 입력 데이터를 주파수 영역에서 분산함으로써 각 전송 채널의 지연시 간에 의한 주파수 선택적 페이딩에 강인해 지며, 수신기의 신호 수신성능이 높아지는 효과가 있다.

Claims (17)

  1. 입력된 데이터를 해당 전송 방식에 따른 심볼 데이터로 매핑하는 심볼 맵퍼;
    상기 심볼 데이터에서 코히어런스 대역폭(coherence bandwidth)보다 멀리 떨어진 데이터를 선택하여 출력하는 블록 선택부;
    상기 선택된 심볼 데이터를 주파수 영역에서 적어도 둘 이상의 심볼 데이터에 분산되도록 코딩하여 출력하는 프리코딩부; 및
    상기 프리코딩된 데이터를 다중으로 전송할 수 있도록 인코딩하는 다중 입출력 인코더를 포함하는 신호 송신 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프리코딩부는,
    입력된 직렬 데이터를 병렬 데이터로 변환하는 직/병렬 변환부;
    인코딩 매트릭스에 상기 병렬 데이터를 곱하여 상기 병렬 데이터를 분산시켜 출력하는 인코딩부; 및
    상기 인코딩되어 출력된 병렬 데이터를 직렬 데이터로 변환하는 병/직렬 변환부를 포함하는 신호 송신 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 인코딩 매트릭스는 vanderMonde 매트릭스인 신호 송신 장치. 상기 vanderMonde 매트릭스(Θ)는, 출력 데이터의 개수가 자연수 L이고 매트릭스의 성분(θ)가 자연수 k에 대해
    Figure 112007026466982-PAT00025
    일 경우,
    Figure 112007026466982-PAT00026
    .
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 인코딩 매트릭스는 Hadamard 매트릭스인 신호 송신 장치. 상기 Hadamard(H2^k) 매트릭스는 출력 데이터의 개수가 자연수 L=2k일 경우,
    Figure 112007026466982-PAT00027
  5. 제 2 항에 있어서,
    입력되는 2개의 병렬 데이터를 2개의 데이터에 분산시켜 출력하는 경우, 상기 인코딩 매트릭스는 하기의 매트릭스인 신호 송신 장치.
    Figure 112007026466982-PAT00028
  6. 제 2 항에 있어서,
    입력되는 2개의 병렬 데이터를 2개의 데이터에 분산시켜 출력하는 경우, 상기 인코딩 매트릭스는 하기의 매트릭스인 신호 송신 장치.
    Figure 112007026466982-PAT00029
  7. 제 2 항에 있어서,
    입력되는 2개의 병렬 데이터를 2개의 데이터에 분산시켜 출력하는 경우, 상기 인코딩 매트릭스는 하기의 매트릭스인 신호 송신 장치. ()*는 입력되는 데이터의 켤레 복소수(complex conjugate).
    Figure 112007026466982-PAT00030
  8. 해당 전송 방식에 따라 매핑된 심볼 데이터 가운데 코히어런스 대역폭(coherence bandwidth)보다 멀리 떨어진 데이터를 선택하여 출력하는 단계;
    상기 선택된 심볼 데이터를 주파수 영역에서 적어도 둘 이상의 심볼 데이터에 분산되도록 코딩하여 출력하는 단계; 및
    상기 코딩된 데이터를 다중으로 전송할 수 있도록 다중 입출력 인코딩하는 단계를 포함하는 신호 송신 방법.
  9. 다중으로 수신된 데이터를 디코딩하여 하나의 심볼 데이터 열을 출력하는 다중 입출력 디코더;
    상기 출력된 심볼 데이터 열에서 주파수 영역에 분산되어 있는 데이터를 복원하여 출력하는 프리코딩 디코더;
    상기 복원된 심볼 데이터를 코히어런스 대역폭보다 멀리 떨어진 원위치로 복귀시키는 블록 복원부; 및
    상기 원위치로 복귀된 심볼 데이터를 디매핑하여 상기 심볼에 해당하는 비트 데이터를 출력하는 심볼 디맵퍼를 포함하는 신호 수신 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 프리코딩 디코더는,
    입력된 직렬 데이터를 병렬 데이터로 변환하는 직/병렬 변환부;
    디코딩 매트릭스에 상기 병렬 데이터를 곱하여 상기 병렬 데이터의 주파수 영역에 분산되어 있는 데이터를 복원하는 제1디코딩부; 및
    상기 디코딩되어 복원된 병렬 데이터를 직렬 데이터로 변환하는 병/직렬 변환부를 포함하는 신호 수신 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 디코딩 매트릭스는 vanderMonde 매트릭스의 역 매트릭스(inverse matrix)인 신호 수신 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 디코딩 매트릭스는 Hadamarde 매트릭스의 역 매트릭스(inverse matrix)인 신호 수신 장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    입력되는 2개의 병렬 데이터에 분산되어 있는 2개의 데이터를 복원하여 출력하는 경우, 상기 디코딩 매트릭스는 하기의 매트릭스인 신호 수신 장치.
    Figure 112007026466982-PAT00031
  14. 제 10 항에 있어서,
    입력되는 2개의 병렬 데이터에 분산되어 있는 2개의 데이터를 복원하여 출력하는 경우, 상기 디코딩 매트릭스는 하기의 매트릭스인 신호 수신 장치.
    Figure 112007026466982-PAT00032
  15. 제 10 항에 있어서,
    입력되는 2개의 병렬 데이터에 분산되어 있는 2개의 데이터를 복원하여 출력하는 경우, 상기 디코딩 매트릭스는 하기의 매트릭스인 신호 수신 장치.
    Figure 112007026466982-PAT00033
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 프리코딩 디코더는,
    입력된 직렬 데이터를 병렬 데이터로 변환하는 직/병렬 변환부;
    전송 방식에 따라 상기 병렬 데이터를 ML(Maximum Likelihood) 디코딩하여 주파수 영역에 분산되어 있는 데이터를 복원하는 제2디코딩부; 및
    상기 디코딩되어 복원된 병렬 데이터를 직렬 데이터로 변환하는 병/직렬 변환부를 포함하는 신호 수신 장치.
  17. 다중으로 수신된 데이터를 다중 입출력 디코딩하여 하나의 심볼 데이터 열을 출력하는 단계;
    상기 출력된 심볼 데이터를 디코딩하여 주파수 영역에 분산되어 있는 데이터를 복원하는 단계; 및
    상기 복원된 심볼 데이터를 코히어런스 대역폭보다 멀리 떨어진 원위치로 복귀시켜, 상기 복귀된 심볼 데이터를 디매핑하는 단계를 포함하는 신호 수신 방법.
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