KR20090089505A

KR20090089505A - 다중안테나를 이용한 데이터 전송방법

Info

Publication number: KR20090089505A
Application number: KR1020080014709A
Authority: KR
Inventors: 박형호; 남승우; 최진수; 정재훈; 한종영; 조한규
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2008-02-19
Filing date: 2008-02-19
Publication date: 2009-08-24
Also published as: KR101486080B1

Abstract

본 발명의 일 양태에 따르면, 다중안테나를 이용한 데이터 전송방법을 제공한다. 상기 방법은 구조적 비트와 패리티 비트로 나누어진 코드블록 중 상기 구조적 비트에 해당하는 제1 심벌을 제1 송신 안테나를 통해 전송하는 단계, 및 상기 구조적 비트에 해당하는 심벌을 전송함과 동시에 상기 패리티 비트에 해당하는 제2 심벌을 제2 송신 안테나를 통해 전송하는 단계를 포함한다. 데이터를 구조적 비트와 패리티 비트로 나누고 이들을 채널상태에 따라 서로 차등화하여 서로 다른 송신 안테나를 통해 전송함으로써 구현이 용이하고 보다 개선된 데이터 전송 성능을 얻을 수 있다.

다중안테나, STC, 시공간 부호, 코드블록, 구조적 비트(systematic), 패리티 비트(parity), HARQ

Description

다중안테나를 이용한 데이터 전송방법{Method of Data Transmission using Multiple Antenna}

본 발명은 무선통신에 관한 것으로서 보다 상세하게는 다중안테나를 이용한 데이터 전송방법에 관한 것이다.

최근들어 무선 데이터 서비스에 대한 폭발적인 수요의 증가가 있어왔다. 그리고 무선 음성 서비스에서 무선 데이터 서비스로의 진화는 무선 용량(wireless capacity)의 점진적인 증가를 요구하고 있다. 이러한 요구는 무선 서비스 사업자들과 무선장비 제조업자들로 하여금 무선 시스템의 데이터 전송률의 향상을 모색하도록 하며, 막대한 연구에 대한 동기를 부여한다.

무선채널(wireless channel)은 경로손실(path loss), 쉐도우잉(shadowing), 페이딩(fading), 잡음(noise), 한정된 대역폭(limited bandwidth), 단말의 전력한계, 다른 사용자간의 간섭과 같은 여러가지 문제를 겪는다. 이러한 한계는 무선 채널을 데이터의 빠른 흐름을 저해하는 좁은 파이프와 유사한 형태를 갖게 하며, 고속 데이터 전송을 제공하는 무선통신의 효율적인 대역폭의 설계를 어렵게 한다. 무선 시스템의 설계에 있어서 또 다른 난점들(challenges)은 자원할당, 급변하는 물 리채널과 관련한 이동성 문제들(mobility issues), 휴대가능성(portability), 및 안전성(security)과 프라이버시(privacy) 제공의 설계를 포함한다.

전송채널이 큰 페이딩(deep fading)을 겪을 때, 수신기는 전송되는 신호의 다른 버젼(version)이나 복사본(replica)이 별도로 전송되지 않는 경우 상기 전송되는 신호를 결정하기 어렵다. 이러한 별도의 다른 버젼이나 복사본에 해당하는 자원은 다이버시티(diversity)라 불리며, 무선채널에 걸쳐 신뢰성있는 전송에 기여하는 가장 중요한 요소 중 하나이다. 이러한 다이버시티를 이용하면 데이터 전송 용량 또는 데이터 전송 신뢰도를 극대화할 수 있는데, 다중 송신 안테나 및 다중 수신 안테나로써 다이버시티를 구현하는 시스템을 다중입출력(Multiple Input Multiple Output; MIMO) 시스템이라 한다. MIMO 시스템을 다중안테나(Multiple antenna) 시스템이라고도 한다.

따라서, 송신기(transmitter)은 N개의 송신 안테나를 구비하고, 수신기(receiver)는 M개의 수신 안테나를 구비한다. 시공간 부호화(Space-Time Coding; 이하 STC)은 N개의 송신 안테나 각각으로부터 어떠한 데이터가 전송될지를 제어할 수 있다. 송신기의 시공간 부호화(encoding) 기능은 전송될 데이터를 처리하고, N개의 송신 안테나에서 전송할 유일한(unique) 정보를 생성한다. M개의 수신 안테나 각각은 N개의 송신 안테나 각각으로부터 전송되는 신호들을 수신한다. 수신기의 시공간 복호화(decoding) 기능은 N개의 송신 안테나로부터 보내진 정보들을 조합하여 데이터로 생성한다.

STC 는 여러가지 MIMO 기법 중 하나를 이용하여 전형적으로 구현될 수 있다. 일 실시예의 기법은 동일한 데이터를 서로 다른 송신 안테나에 대해 서로 다른 포맷(format)으로 부호화한다. 즉, 동일한 데이터는 N개의 송신 안테나 각각에서 서로 다른 포맷으로 전송된다. 이를 시공간 전송 다이버시티(Space-Time Transmit Diversity; 이하 STTD)라 한다. 다른 실시예의 기법은 서로 다른 N개의 송신 안테나로부터 서로 다른 데이터를 전송하는 것으로서, 상기 STTD 기법에서의 중복(redundancy)이 회피(avoided)된다. 이를 V-BLAST(Vertical-Bell Laboratories Layered Space Time) 기법이라 한다.

상기 STTD 기법은 다이버시티 이득을 증가시키는데 효과적이나, 중복이 필수적이므로 비효율적인 면이 있다. 상기 V-BLAST 기법은 충분한 다이버시티가 가능한 시스템에 대해 시스템 수율(throughput)을 향상시킨다. BLAST 시스템에 있어서 어떠한 임계치의 다이버시티가 달성되면, 데이터 전송률은 이론적으로 송수신 안테나의 개수에 비례하여 증가하는 반면, STTD 시스템에 있어서 부가적인 공간 다이버시티는 데이터 전송률에 큰 영향을 미치지 않는다.

통신의 신뢰성을 확보하기 위한 오류 보상 기법에는 복합 자동 재전송(hybrid automatic repeat request, 이하 HARQ) 방식이 있다. HARQ 방식 시스템은 물리계층이 수신한 데이터가 복호할 수 없는 오류를 포함하는지 여부를 확인하고, 오류가 발생하면 재전송을 요구함으로써 성능을 높인다. HARQ 방식에서 수신기는 수신한 데이터에서 에러가 검출되지 않으면 응답신호로 ACK(Acknowledgement) 신호를 송신하여 수신 성공을 송신기로 알린다. 수신기는 수신한 데이터에서 에러가 검출되면 응답신호로 NACK(Negative-acknowledgement) 신호를 송신하여 에러 검 출을 송신기로 알린다. 송신기는 NACK 신호가 수신되면 데이터를 재전송할 수 있다.

HARQ의 모드는 체이스 결합(Chase combining)과 IR(incremental redundancy)로 구분할 수 있다. 체이스 결합은 에러가 검출된 데이터를 버리지 않고 재전송된 데이터와 결합시켜 SNR(signal-to-noise ratio) 이득을 얻는 방법이다. IR은 재전송되는 데이터에 추가적인 부가 정보(additional redundant information)가 증분적으로(incrementally) 전송되어 재전송에 따른 부담을 줄이고 코딩 이득(coding gain)을 얻는 방법이다.

HARQ에 관하여는 당업자에 의해 많은 연구가 이루어져 있다. 그러나 다중 안테나를 이용한 전송에 있어서 HARQ는 깊은 연구가 이루어지지 않고 있다. 이는 시공간 채널에서 서로 다른 안테나로부터 전송되는 신호는 서로 중첩되고, 이는 전송되는 신호를 HARQ로 향상시키기 어렵다는 사실에 부분적인 원인이 있다. 한편, HARQ가 이용될 수 있는 경우라 하더라도 데이터 패킷의 초기 전송과 재전송간의 시간지연(time latency)으로 인해 동등 채널의 직교성이 깨져 성능열화가 야기될 수도 있다. 이러한 관점에서, 데이터 재전송 성능을 향상시킬 수 있는 다중안테나를 이용한 데이터 전송방법이 요구된다.

본 발명의 기술적 과제는 다중안테나를 이용한 데이터 전송방법을 제공함에 있다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 다중안테나를 이용한 데이터 전송방법을 제공한다. 구조적 비트(systematic bit)와 패리티 비트(parity bit)로 구성된 코드블록(code block) 중 상기 구조적 비트에 해당하는 제1 심벌을 제1 송신 안테나를 통해 전송하는 단계, 및 상기 구조적 비트에 해당하는 심벌을 전송함과 동시에 상기 패리티 비트에 해당하는 제2 심벌을 제2 송신 안테나를 통해 전송하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 다중 안테나 시스템에서 HARQ를 이용한 데이터 전송방법을 제공한다. 코드블록을 구조적 비트와 패리티 비트로 분리하는 단계, 제1 송신 안테나를 통해 상기 구조적 비트를 전송하는 단계, 제2 송신 안테나를 통해 상기 패리티 비트를 전송하는 단계, 상기 코드블록에 대한 재전송 요청을 수신하는 단계, 및 상기 구조적 비트와 상기 패리티 비트를 시공간 부호화하여 상기 제1 및 제2 송신 안테나를 통해 재전송하는 단계를 포함한다.

다중안테나 시스템에서 HARQ를 이용하여 데이터를 전송함에 있어서 데이터를 구조적 비트와 패리티 비트로 나누고 이들을 채널상태에 따라 서로 차등화하여 서 로 다른 송신 안테나를 통해 전송함으로써 구현이 용이하고 보다 개선된 데이터 전송 성능을 얻을 수 있다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

도 1은 무선통신 시스템을 나타낸 블록도이다. 무선통신 시스템은 음성, 패킷 데이터 등과 같은 다양한 통신 서비스를 제공하기 위해 널리 배치된다.

도 1을 참조하면, 무선통신 시스템은 단말(10; User Equipment, UE) 및 기지국(20; Base Station, BS)을 포함한다. 단말(10)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, MS(Mobile Station), UT(User Terminal), SS(Subscriber Station), 무선기기(wireless device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 기지국(20)은 일반적으로 단말(10)과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, 노드-B(Node-B), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 하나의 기지국(20)에는 하나 이상의 셀이 존재할 수 있다.

이하에서 하향링크(downlink; DL)는 기지국(20)에서 단말(10)로의 통신을 의미하며, 상향링크(uplink; UL)는 단말(10)에서 기지국(20)으로의 통신을 의미한다. 하향링크에서, 송신기는 기지국(20)의 일부일 수 있고 수신기는 단말(10)의 일부일 수 있다. 상향링크에서, 송신기는 단말(10)의 일부일 수 있고 수신기는 기지국(20)의 일부일 수 있다.

무선통신 시스템은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) /OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 기반 시스템일 수 있다. OFDM은 다수의 직교 부반송파를 이용한다. OFDM은 IFFT(inverse fast Fourier Transform)과 FFT(fast Fourier Transform) 사이의 직교성 특성을 이용한다. 송신기에서 데이터는 IFFT를 수행하여 전송된다. 수신기에서 수신신호에 FFT를 수행하여 원래 데이터를 복원한다. 송신기는 다중 부반송파들을 결합하기 위해 IFFT를 용하고, 수신기는 다중 부반송파들을 분리하기 위해 대응하는 FFT를 사용한다.

도 2는 HARQ를 수행하기 위한 정보 블록의 처리를 나타낸 예시도이다.

도 2를 참조하면, 정보 블록(information block)의 전부 또는 일부는 물리 계층으로 전송하기 위한 전송 블록(transport block)으로 보내어지고, 하나의 전송 블록에는 오류 검출 부호인 CRC가 부가된다(CRC attachment). 정보 블록은 MAC(Medium Access Control)의 PDU(Protocol Data Unit) 라고 할 수 있다. MAC PDU는 HARQ를 수행하는 계층(layer)을 물리 계층이라 할 때, 그 상위 계층인 MAC 계층에서 물리 계층으로 전송되는 데이터 단위이다.

CRC가 부가된 전송 블록은 채널 부호화를 위해 적절한 크기로 분할된다(Code block segmentation). 분할된 블록을 코드 블록(code block)이라 한다. 코드블록은 채널 부호화를 수행하기 위한 일정 크기의 데이터 블록이다. 코드블록은 동일한 크기를 가질 수 있고, 복수의 코드블록이 서로 다른 크기를 가질 수도 있다.

인코더(encoder)는 코드블록에 채널 부호화를 수행하여 부호화된 비트(coded bits)를 출력한다. 인코더는 에러 정정 코드 중 하나인 터보 코드(turbo code)를 적용할 수 있다. 터보 코드는 입력되는 코드블록으로부터 비트 단위로 구조적 비 트(systematic bit)와 패리티 비트(parity bit)를 생성한다. 여기서는, 1/3 코드률(code rate)을 가정하여 하나의 구조적 블록(systematic block, S)과 2개의 패리티 블록(P1, P2)을 출력한다고 한다. 구조적 블록은 구조적 비트의 집합이고, 패리티 블록은 패리티 비트의 집합이다. 에러 정정 코드는 터보 코드에 한하지 않고 LDPC(low density parity check code)나 기타 길쌈(convolution) 부호 등에도 본 발명의 기술적 사상은 그대로 적용할 수 있다.

전송 블록 단위로 하나의 HARQ 기능이 수행된다. HARQ 프로세서는 에러가 발생한 패킷을 재전송하기 위하여 부호화된 비트를 재전송 환경에 맞는 HARQ 모드(체이스 결합 또는 IR) 및 HARQ 방식(적응적 HARQ 또는 비적응적 HARQ)을 수행한다.

채널 인터리버(interleaver)는 채널 부호화된 코드블록에 인터리빙을 수행하여, 무선 채널로 전송됨에 따라 발생하는 버스트 에러(burst error)의 영향을 줄인다. 물리 자원 맵퍼(physical resource mapper)는 인터리빙된 부호화된 비트들을 데이터 심벌로 변환하여 데이터 영역의 서브 버스트에 맵핑시킨다. 채널 인터리버는 구조적 블록(S), 2개의 패리티 블록(P1, P2) 각각에 대해 인터리빙을 수행할 수 있다.

도 3은 STC에서의 데이터 전송방법의 일 예를 나타내는 블록도이다. 여기서 전송되는 데이터 비트들은 맵핑(mapping)을 거쳐 심벌로 변환된다. 이하에서 재전송(retransmission)이라 함은 HARQ 수행에 있어서의 재전송을 의미한다.

도 3을 참조하면, 송신기는 2개의 송신 안테나(제1 및 제2 송신 안테나)를 포함하고, 심벌 S₁, S₂, -S₂ ^*,,..등이 상기 2개의 송신 안테나를 통해 수신기로 전송된다고 가정한다. 또한 상기 심벌들은 특정한 패턴에 의해 상기 2개의 송신 안테나에 분배(distribution)된다고 가정한다. 최초 전송시기(first transmission period) 동안에 심벌 S₁이 상기 제1 송신 안테나에서 전송되고 이와 동시에 심벌 S₂가 상기 제2 송신 안테나에서 전송된다.

설명의 편의를 위해 재전송(retransmission)을 심벌단위(symbol-by-symbol basis)로 해석하기로 한다. 그러나, 당업자라면 재전송이라 함은 전송되는 데이터 패킷의 전부 또는 일부에 상당한(corresponding) 심벌 그룹의 재전송임을 알 수 있을 것이다. 여기서 수신기는 STC 디코더(decoder)를 포함하며, 상기 STC 디코더는 매 전송시기마다 전송되는 심벌들을 복호화하는 BLAST 복호화(decoding)를 제공한다고 가정한다.

상기 수신기가 상기 최초 전송시기에 전송된 심벌 S₁과 S₂의 복호화에 실패하면 상기 실패(NACK)를 상기 송신기로 알려준다. 즉, 수신기는 송신기로 재전송을 요청한다. 재전송을 수신한 상기 송신기는 제1 재전송시기 동안에 단순히 심벌 -S₂ ^*와 S₁을 각각 상기 제1 송신 안테나와 상기 제2 송신 안테나를 통해 전송함으로써 응답한다. 여기서, S₁ ^* 와 S₂ ^* 는 각각 S₁와 S₂의 켤레 복소수(complex conjugate)이다.

이때, 상기 최초 전송시기의 상기 심벌 S₁과 S₂에 상응하는 비트(bit)들과 상기 제1 재전송시기의 상기 심벌 S₂ ^*와 S₁에 상응하는 비트들이 상기 수신기의 추적 결합 수단(Chase Combiner)등에 제공되어 원래 데이터의 수신 에너지 또는 수신 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio; SNR) 측면에서 이득을 얻음으로써 원래 데이터를 복원할 수 있다.

상기 수신기가 상기 제1 재전송시기 동안에 수신된 심벌 -S₂ ^*와 S₁에 의해서도 상기 최초 전송시기에 전송된 심벌 S₁과 S₂의 복호화에 실패하면, 상기 수신기는 상기 코드블록의 재전송을 상기 송신기로 요청한다. 재전송 요청을 수신한 상기 송신기는 제2 재전송시기 동안에 심벌 S₁과 S₂를 각각 상기 제1 송신 안테나와 상기 제2 송신 안테나를 통해 전송함으로써 응답한다. 이와 같이 홀수 번째에 해당하는 재전송시기 동안에는 심벌 S₂ ^*와 S₁을 전송하고, 짝수번째에 해당하는 재전송시기 동안에는 심벌 S₁과 S₂를 전송함으로써 데이터의 복원 확률을 높일 수 있다.

도 4는 STC에서의 데이터 전송방법의 다른 예를 나타내는 블록도이다.

도 4를 참조하면, 송신기는 3개의 송신 안테나(제1 내지 제3 송신 안테나)를 포함하고, 심벌 S₁, S₂, S₃,-S₂ ^*, S₃ ^*,..등이 상기 3개의 송신 안테나를 통해 수신기로 전송된다고 가정한다. 최초 전송시기 동안에 심벌 S₁이 상기 제1 송신 안테나에 서 전송되고 이와 동시에 심벌 S₂가 상기 제2 송신 안테나에서 전송되며, 이와 동시에 심벌 S₃이 상기 제3 송신 안테나에서 전송된다.

상기 수신기가 상기 최초 전송시기에 전송된 심벌 S₁ _, S₂ 및 S₃의 복호화에 실패하면 상기 수신기는 상기 코드블록의 재전송을 상기 송신기로 요청한다. 상기 재전송 요청에 대해 상기 송신기는 제1 재전송시기 동안에 단순히 심벌 -S₂ ^*, S₁ 및 S₃ ^*을 각각 상기 제1 송신 안테나, 상기 제2 송신 안테나, 및 상기 제3 송신 안테나를 통해 전송함으로써 응답한다. 한편, 상기 제1 재전송시기 동안의 심벌의 재전송에도 불구하고 데이터의 복호화의 실패를 상기 송신기로 알려주면, 상기 송신기는 제2 재전송시기 동안에 심벌 S₁ _, S₂ 및 S₃을 각각 상기 제1 송신 안테나, 상기 제2 송신 안테나, 및 상기 제3 송신 안테나를 통해 전송함으로써 응답한다.

이와 같이, 홀수 번째에 해당하는 재전송시기 동안에는 최초 전송시기 동안에 전송되는 심벌 S₁ _, S₂ 및 S₃을 전송하고, 짝수 번째에 해당하는 재전송시기 동안에는 심벌 -S₂ ^*, S₁ 및 S₃ ^*을 전송한다. 제1 및 제2 송신 안테나에서는 직교성이 있도록 설계된 시공간 부호화 중복(Space-Time Coded Redundancy)이 재전송되고, 제3 송신 안테나에서는 켤레 중복(Conjugate Redundancy)이 재전송된다.

도 5는 본 발명의 일 예에 따른 STC에서의 데이터 전송방법을 나타내는 블록도이다.

도 5를 참조하면, 송신기는 2개의 송신 안테나(제1 및 제2 송신 안테나)를 포함한다. 이하에서 구조적 비트(systematic bit)에 상응하는 심벌은 S^S이고, 패리티 비트(parity bit)에 상응하는 심벌은 S^P라 가정한다. 따라서 코드블록이 구조적 블록과 패리티 블록으로 먼저 분리되는 것이 전제된다. 송신기는 코드블록을 구조적 블록과 패리티 블록으로 분리한다.

전송 또는 재전송되는 데이터의 단위를 구조적 비트와 패리티 비트 단위로 해석할 수 있으나, 설명의 편의를 위해 심벌단위(symbol-by-symbol basis)로 해석하기로 한다. 그러나, 당업자라면 재전송이라 함은 전송되는 데이터 패킷의 전부 또는 일부에 상당한(corresponding) 심벌 그룹의 재전송임을 알 수 있을 것이다.

최초 전송시기 동안에는 구조적 비트에 해당하는 심벌 S₁ ^S이 상기 제1 송신 안테나에서 전송되고 이와 동시에 패리티 비트에 해당하는 심벌 S₂ ^P가 상기 제2 송신 안테나에서 전송된다. 수신기가 상기 최초 전송시기에 전송된 심벌 S₁ ^S과 S₂ ^P의 복호화에 실패하면 상기 실패를 상기 송신기로 알려준다. 즉, 수신기는 송신기로 재전송을 요청한다. 재전송을 수신한 상기 송신기는 제1 재전송시기 동안에 심벌 -S₂ ^P*와 S₁ ^S ^*을 각각 상기 제1 송신 안테나와 상기 제2 송신 안테나를 통해 전송함으로써 응답한다.

상기 수신기가 상기 제1 재전송시기 동안에 수신된 심벌 -S₂ ^P ^*와 S₁ ^S ^*에 의해서도 상기 최초 전송시기에 전송된 심벌 S₁ ^S과 S₂ ^P의 복호화에 실패하면, 상기 실패를 상기 송신기로 알려준다. 이에 대해 상기 송신기는 제2 재전송시기 동안에 심벌 S₁ ^S과 S₂ ^P를 각각 상기 제1 송신 안테나와 상기 제2 송신 안테나를 통해 재전송함으로써 응답한다. 이와 같이 홀수 번째에 해당하는 재전송시기 동안에는 심벌 -S₂ ^P ^*와 S₁ ^S*을 전송하고, 짝수번째에 해당하는 재전송시기 동안에는 최초 전송시기와 동일한 심벌 S₁ ^S과 S₂ ^P를 전송함으로써 데이터의 복원 확률을 높일 수 있다.

한편, 구조적 비트에 해당하는 심벌과 패리티 비트에 해당하는 심벌을 어떤 송신 안테나로 전송할지를 결정하는 방법은 다음과 같다. 일 예로서, 수신기에서 피드백(feedback)된 상기 제1 및 제2 송신 안테나의 채널상태정보를 이용하여 어떠한 송신 안테나로 어떠한 심벌을 전송할지 결정할 수 있다. 즉, 제1 및 제2 송신 안테나 중 채널상태가 상대적으로 우수한 송신 안테나에서 구조적 비트에 해당하는 심벌이 전송되고, 채널상태가 상대적으로 열등한 송신 안테나에서 패리티 비트에 해당하는 심벌이 전송될 수 있다. 또는 반대로 채널상태가 상대적으로 우수한 송신 안테나에서 패리티 비트에 해당하는 심벌이 전송되고, 채널상태가 상대적으로 열등한 송신 안테나에서 구조적 비트에 해당하는 심벌이 전송될 수 있다.

이와 같이 구조적 비트에 해당하는 심벌과 패리티 비트에 해당하는 심벌을 분리하여 서로 다른 안테나에서 전송함으로써 STC에서의 HARQ 성능을 향상시킬 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 예에 따른 STC에서의 데이터 전송방법을 나타내는 블록도이다.

도 6을 참조하면, 송신기는 2개의 송신 안테나(제1 및 제2 송신 안테나)를 포함한다. 상기 각 송신 안테나에서 매 전송시기마다 전송되는 심벌조합을 표 1에 나타내었다. 이하에서 제1 송신 안테나에서 전송되는 심벌을 A라 하고 제2 송신 안테나에서 전송되는 심벌을 B라 하면 매 전송시기마다 각 송신 안테나에서 전송되는 심벌조합을 {A,B}로 나타내기로 한다.

	최초 전송시기	제1 재전송시기	제2 재전송시기	제3 재전송시기
제1 송신 안테나	S₁ ^S	-S₂ ^P ^*	S₁ ^P	-S₂ ^S ^*
제2 송신 안테나	S₂ ^P	S₁ ^S ^*	S₂ ^S	S₁ ^P ^*

표 1을 참조하면, 최초 전송시기부터 제3 재전송시기까지 제1 송신 안테나의 채널상태가 상대적으로 우수하다고 가정한다. 최초 전송시기에 송신기는 심벌조합 {S₁ ^S,S₂ ^P}를 전송한다. 수신기가 상기 심벌조합 {S₁ ^S,S₂ ^P}의 수신에 실패하면 송신기는 제1 재전송시기에 심벌조합 {-S₂ ^P ^*,S₁ ^S ^*}를 전송한다. 상기 심벌조합 {S₁ ^S,S₂ ^P}과 상기 심벌조합 {-S₂ ^P ^*,S₁ ^S ^*}은 서로 직교성을 유지하며, 상기 심벌조합 {-S₂ ^P ^*,S₁ ^S ^*}은 상기 심벌조합 {S₁ ^S,S₂ ^P}의 시공간 부호화 중복(Space-Time Coded Redundancy)에 해당한다.

송신기는 제2 재전송시기에 심벌조합 {S₁ ^P,S₂ ^S}을 전송한다. 상기 최초 전송시기에 전송된 상기 심벌조합 {S₁ ^S,S₂ ^P}과 비교하여 채널상태가 상대적으로 우수한 제1 송신 안테나를 통해 패리티 비트에 해당하는 심벌을 전송함으로서 패리티 비트에 대한 결합이득(combining gain)을 증가시킨다. 즉, 재전송 주기의 순서에 따라 구조적 비트에 해당하는 심벌과 패리티 비트에 해당하는 심벌을 전송하는 송신 안테나가 서로 바뀔 수 있다. 송신기는 제3 재전송시기에 심벌조합 {-S₂ ^S ^*,S₁ ^P ^*}을 전송한다.

도 7은 본 발명의 또 다른 예에 따른 STC에서의 데이터 전송방법을 나타내는 블록도이다.

도 7을 참조하면, 송신기는 3개의 송신 안테나(제1 내지 제3 송신 안테나)를 포함한다. 상기 각 송신 안테나에서 매 전송시기마다 전송되는 심벌조합을 표 2에 나타내었다. 이하에서 제1 송신 안테나에서 전송되는 심벌을 A라 하고 제2 송신 안테나에서 전송되는 심벌을 B라 하며, 제3 송신 안테나에서 전송되는 심벌을 C라 하면, 매 전송시기마다 각 송신 안테나에서 전송되는 심벌조합을 {A,B,C}로 나타내기로 한다.

	최초 전송시기	제1 재전송시기	제2 재전송시기
제1 송신 안테나	S₁ ^S	-S₂ ^S ^*	S₁ ^S
제2 송신 안테나	S₂ ^S	S₁ ^S ^*	S₂ ^S
제3 송신 안테나	S₃ ^P	S₃ ^P ^*	S₃ ^P

표 2를 참조하면, 최초 전송시기부터 제2 재전송시기까지 제1 및 제2 송신 안테나의 채널상태가 제3 송신 안테나의 채널상태보다 상대적으로 우수하다고 가정한다. 송신기는 수신기로부터 피드백된 각 송신 안테나별 채널상태를 고려하여 심벌조합 {S₁ ^S,S₂ ^S,S₃ ^P}를 전송한다. 수신기가 상기 심벌조합 {S₁ ^S,S₂ ^S,S₃ ^P}의 수신에 실패하면 이를 상기 송신기로 알려준다.

상기 수신 실패에 대해 송신기는 제1 재전송시기에 심벌조합 {-S₂ ^S ^*,S₁ ^S ^*,S₃ ^P ^*}를 전송한다. 즉, 제1 및 제2 송신 안테나에서 전송되는 심벌조합은 구조적 비트에 해당하는 것으로서, 이전 전송시기의 심벌조합에 대해 시공간 부호 중복화된(Space-Time Coded Redundancy) 심벌조합이다. 반면, 제3 송신 안테나에서 전송되는 심벌은 패리티 비트에 해당하는 것으로서, 켤레중복(conjugate redundancy) 심벌조합이다. 수신기가 상기 심벌조합 {-S₂ ^S ^*,S₁ ^S ^*,S₃ ^P ^*}의 수신에 실패하면 이를 상기 송신기로 알려준다. 홀수번째 재전송시기에는 모두 동일한 심벌조합인 {-S₂ ^S*,S₁ ^S*,S₃ ^P*}가 전송된다.

상기 수신 실패에 대해 송신기는 제2 재전송시기에 심벌조합 {S₁ ^S,S₂ ^S,S₃ ^P}을 전송한다. 즉, 제2 재전송시기에 전송되는 심벌조합은 최초 전송시기에 전송되는 심벌조합과 같다. 짝수번째 재전송시기에는 모두 동일한 심벌조합인 {S₁ ^S,S₂ ^S,S₃ ^P}가 전송된다.

이와 같이 송신기는 수신기에서 피드백된 각 송신 안테나별 채널상태정보를 고려하여 최초 전송시기에 채널상태가 상대적으로 우수한 두 개의 송신 안테나를 통해 구조적 비트에 해당하는 심벌조합 {S₁ ^S,S₂ ^S}을 전송하고, 채널상태가 상대적으로 열등한 하나의 송신 안테나를 통해 패리티 비트에 해당하는 심벌 S₃ ^P을 전송한다. 한편, 제1 재전송시기에 채널상태가 상대적으로 우수한 두 개의 송신 안테나를 통해 구조적 비트에 해당하는 심벌들의 시공간 부호 중복(space time coded redundancy) 심벌조합 {-S₂ ^S ^*,S₁ ^S ^*}을 전송하고, 채널상태가 상대적으로 열등한 하나의 송신 안테나를 통해 패리티 비트에 해당되는 심벌의 켤레중복(conjugate redundancy) 심벌인 S₃ ^P ^*을 전송한다.

도 8은 본 발명의 또 다른 예에 따른 STC에서의 데이터 전송방법을 나타내는 블록도이다.

도 8을 참조하면, 송신기는 3개의 송신 안테나(제1 내지 제3 송신 안테나)를 포함한다. 상기 각 송신 안테나에서 매 전송시기마다 전송되는 심벌조합을 표 3에 나타내었다.

	최초 전송시기	제1 재전송 시기	제2 재전송 시기	제3 재전송 시기
제1 송신 안테나	S₁ ^S	-S₂ ^S ^*	S₁ ^P	S₁ ^P ^*
제2 송신 안테나	S₂ ^S	S₁ ^S ^*	S₂ ^S	-S₃ ^S ^*
제3 송신 안테나	S₃ ^P	S₃ ^P ^*	S₃ ^S	S₂ ^S ^*

표 3을 참조하면, 최초 전송시기부터 제3 재전송시기까지 제1 및 제2 송신 안테나의 채널상태가 제3 송신 안테나의 채널상태보다 상대적으로 우수하다고 가정한다. 송신기는 최초 전송시기에 공간 다중화(spatial multiplexing)된 심벌들을 전송할 때 채널상태가 상대적으로 가장 열등한 제3 송신 안테나에서는 패리티 비트에 해당되는 심벌을 전송하고, 채널상태가 상대적으로 우수한 제1 및 제2 송신 안테나에서 구조적 비트에 해당되는 심벌을 전송한다.

이후 제1 재전송시기에 송신기는 채널상태가 상대적으로 우수한 제1 및 제2 송신 안테나에서 형성하는 직교성(Orthogonality)를 이용하여 구조적 비트에 대한 재전송 이득(retransmission gain)을 얻고, 다음 제2 및 제3 재전송시기에 채널상태가 우수한 제1 및 제2 송신 안테나를 통해 패리티 비트에 해당되는 심벌들을 전송하여 패리티 비트에 대한 신뢰성(reliability)를 향상시킨다. 최초 전송시기를 포함한 3 번의 재전송이 한 번의 주기를 이루며 순환 반복된다.

도 9는 본 발명의 또 다른 예에 따른 STC에서의 데이터 전송방법을 나타내는 블록도이다.

도 9를 참조하면, 송신기는 4개의 송신 안테나(제1 내지 제4 송신 안테나)를 포함한다. 상기 각 송신 안테나에서 매 전송시기마다 전송되는 심벌조합을 표 4에 나타내었다.

	최초 전송시기	제1 재전송시기	제2 재전송시기
제1 송신 안테나	S₁ ^S	-S₂ ^S ^*	S₁ ^S
제2 송신 안테나	S₂ ^S	S₁ ^S ^*	S₂ ^S
제3 송신 안테나	S₃ ^P	-S₄ ^P ^*	S₃ ^P
제4 송신 안테나	S₄ ^P	S₃ ^P ^*	S₄ ^P

표 4를 참조하면, 최초 전송시기부터 제2 재전송시기까지 제1 및 제2 송신 안테나의 채널상태가 제3 및 제4 송신 안테나의 채널상태보다 상대적으로 우수하다고 가정한다.

최초 전송시기에 송신기는 채널상태정보를 고려하여 채널상태가 상대적으로 우수한 제1 및 제2 송신 안테나를 통해 구조적 비트에 해당하는 심벌조합 {S₁ ^S,S₂ ^S}을 전송하고, 채널상태가 상대적으로 열등한 제3 및 제4 송신 안테나를 통해 패리티 비트에 해당하는 심벌조합 {S₃ ^P,S₄ ^P}을 전송한다.

제1 재전송 시기에 송신기는 제1 및 제2 송신 안테나를 통해 구조적 비트(systematic bit)에 해당되는 심벌조합 {S₁ ^S,S₂ ^S}의 시공간 부호 중복(Space time coded redundancy)인 심벌조합 {-S₂ ^S ^*,S₁ ^S ^*}을 전송하고, 제3 및 제4 송신 안테나를 통해 패리티 비트(parity bit)에 해당되는 심벌의 시공간 코드 중복(space time coded redundancy)인 심벌조합 {-S₄ ^P ^*,S₃ ^P ^*}을 전송한다.

제2 재전송 시기에 송신기는 제1 및 제2 송신 안테나를 통해 구조적 비트에 해당하는 심벌조합 {S₁ ^S,S₂ ^S}을 전송하고, 제3 및 제4 송신 안테나를 통해 패리티 비트에 해당하는 심벌조합 {S₃ ^P,S₄ ^P}을 전송한다.

제3 재전송 시기에는 상기 제1 재전송 시기와 동일한 심벌조합을 전송하고, 제4 재전송 시기에는 상기 제2 재전송 시기와 동일한 심벌조합을 전송한다. 즉, 홀수번째 재전송 시기에는 제1 재전송 시기와 동일한 심벌조합을 전송하되, 짝수번째 재전송 시기에는 최초 전송시기와 동일한 심벌조합을 전송하며, 이를 매번 순차적으로 반복한다. 즉, 초기전송을 포함한 2번의 재전송이 한 번의 주기를 이루며 순환 반복된다.

도 10은 본 발명의 또 다른 예에 따른 STC에서의 데이터 전송방법을 나타내는 블록도이다.

도 10을 참조하면, 송신기는 4개의 송신 안테나(제1 내지 제4 송신 안테나)를 포함한다. 상기 각 송신 안테나에서 매 전송시기마다 전송되는 심벌조합을 표 5에 나타내었다.

	최초 전송시기	제1 재전송시기	제2 재전송시기	제3 재전송시기
제1 송신 안테나	S₁ ^S	-S₂ ^S ^*	S₁ ^P	-S₂ ^P ^*
제2 송신 안테나	S₂ ^S	S₁ ^S ^*	S₂ ^P	S₁ ^P ^*
제3 송신 안테나	S₃ ^P	-S₄ ^P ^*	S₃ ^S	-S₄ ^S ^*
제4 송신 안테나	S₄ ^P	S₃ ^P ^*	S₄ ^S	S₃ ^S ^*

표 5를 참조하면, 최초 전송시기부터 제3 재전송시기까지 제1 및 제2 송신 안테나의 채널상태가 제3 및 제4 송신 안테나의 채널상태보다 상대적으로 우수하다고 가정한다. 최초 전송시기와 제1 재전송시기에 있어서 채널상태가 상대적으로 우수한 제1 및 제2 송신 안테나를 통해 구조적 비트를 STC 서브패킷(subpacket) 결합(combining)을 통해 HARQ 결합이득을 향상시킨다. 제2 재전송시기와 제3 재전송시기에 채널상태가 상대적으로 우수한 제1 및 제2 송신 안테나를 통해 패리티 비트에 해당되는 심볼들을 전송시켜 HARQ 결합이득(combining gain)을 향상시킨다.

지금까지 다중안테나 기법으로서 STC를 위주로 설명하였으나, 다른 기법, 예컨대 공간-주파수 블록 코드(space-frequency block code; SFBC), FSTD(frequency-switched transmit diversity), FSTD(frequency-switched transmit diversity)등과 같이 다양한 기법이 본 발명에 적용될 수 있다. 이하에서 본 발명에 STC 이외의 다른 기법이 적용되는 예를 설명한다.

2개의 전송 안테나에 대한 공간-주파수 블록 코드(space-frequency block code; SFBC)의 경우에 2개의 인접한 부반송파와 2개의 전송 안테나로 전송되는 심벌은 다음 수학식 1과 같이 주어질 수 있다.

N_t1 ¹는 제1 송신 안테나에서 첫번째 부반송파를 통해 전송되는 심벌, N_t1 ²는 제1 송신 안테나에서 두번째 부반송파를 통해 전송되는 심벌, N_t2 ¹는 제2 송신 안테나에서 첫번째 부반송파를 통해 전송되는 심벌, N_t2 ²는 제2 송신 안테나에서 두번째 부반송파를 통해 전송되는 심벌이다. 여기서 S₁는 구조적 비트에 해당하는 심벌이므로 S₁은 S₁ ^S이고, S₂는 패리티 비트에 해당하는 심벌이므로 S₂은 S₂ ^P 이다.

상기 수학식 1은 2개의 송신 안테나에 대한 시공간 블록 코드(space-time block code; STBC)로 용이하게 확장될 수 있다. STBC에 있어서, N_t1 ¹는 제1 송신 안테나에서 첫번째 타임슬롯을 통해 전송되는 심벌, N_t1 ²는 제1 송신 안테나에서 두번째 타임슬롯을 통해 전송되는 심벌, N_t2 ¹는 제2 송신 안테나에서 첫번째 타임슬롯을 통해 전송되는 심벌, N_t2 ²는 제2 송신 안테나에서 두번째 타임슬롯을 통해 전송되는 심벌이 된다.

4개의 송신 안테나에 대한 SFBC의 경우에 다음 수학식 2와 같이 주어질 수 있다.

여기서 S₁는 구조적 비트에 해당하는 심벌이므로 S₁은 S₁ ^S이고, S₂는 패리티 비트에 해당하는 심벌이므로 S₂은 S₂ ^P 이다. 상술한 예에 한정되지 않고, 다양한 전송 안테나의 수와 다양한 SFBC 기법에 본 발명의 기술적 사상은 적용될 수 있다.

2개의 송신 안테나에 대한 FSTD(frequency-switched transmit diversity)는 다음 수학식 3과 같이 주어질 수 있다.

여기서, N_t1 ¹는 제1 송신 안테나에서 첫번째 부반송파를 통해 전송되는 심벌, N_t1 ²는 제1 송신 안테나에서 두번째 부반송파를 통해 전송되는 심벌, N_t2 ¹는 제2 송신 안테나에서 첫번째 부반송파를 통해 전송되는 심벌, N_t2 ²는 제2 송신 안테나에서 두번째 부반송파를 통해 전송되는 심벌이다. 여기서 S₁는 구조적 비트에 해당하는 심벌이므로 S₁은 S₁ ^S이고, S₂는 패리티 비트에 해당하는 심벌이므로 S₂은 S₂ ^P 이다.

4개의 송신 안테나에 대한 FSTD(frequency-switched transmit diversity)는 다음 수학식 4와 같이 주어질 수 있다.

여기서, N_ti ^j 는 i번째 송신 안테나와 j번째 부반송파(i=1,2,3,4, j=1,2,3,4)로 전송되는 심벌이다. 한편, S₁과 S₂는 구조적 비트에 해당하는 심벌이므로 S₁은 S₁ ^S이고, S₂는 S₂ ^S이다. 그리고 S₃과 S₄는 패리티 비트에 해당하는 심벌이므로 S₃은 S₃ ^P 이고, S₄는 S₄ ^P이다.

4개의 송신 안테나에 대해 SFBC와 FSTD를 결합한 경우에 다음 수학식 5와 같이 주어질 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 예에 따른 단말을 나타내는 블록도이다.

도 11을 참조하면, 단말(10)은 기지국(20)와 마찬가지로 제어부(control unit, 110), 데이터 처리부(data processor, 120), 송수신회로(transmit/receiver circuitry, 130), 다중 안테나(multiple antennas, 140), 및 사용자 인터페이스 회로(user interface circuitry, 150)를 포함한다.

상기 송수신회로(130)는 하나 또는 그 이상의 기지국(20)으로부터 구조적 비트에 해당하는 심벌과 패리티 비트에 해당하는 심벌로 나뉘어 전송되는 무선 주파수 신호(radio frequency signal)를 상기 다중 안테나(140)를 통해 수신한다. 바람직하게는, 저잡음(low noise) 증폭기(amplifier)와 필터(도 11에 표시되지 않음)가 처리될 신호로부터 광대역 간섭(broadband interference)을 제거한 후 증폭시키기 위해 서로 협력한다. 도 11에 표시되지 않은 디지털화 회로(digitization circuitry)는 상기 수신된 신호를 디지털화하여 하나 또는 그 이상의 디지털 스트림(stream)인 기저대역 신호로 만든다.

상기 데이터 처리부(120)는 상기 디지털화된 수신 신호를 처리(processing)하여 상기 수신된 신호에 담겨있는 정보 또는 데이터 비트를 추출한다. 상기 처리(processing)는 후술될 복조(demodulation), 복호화(decoding), 및 오류 정정 과 정(error correction operation)를 포함한다. 상기 데이터 처리부(120)는 일반적으로 하나 또는 그 이상의 디지털 신호 처리기(Digital Signal Processor; DSPs)와 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit; ASICs)에 의해 구현된다.

신호의 전송을 위해, 상기 데이터 처리부(120)는 전송을 위해 상기 제어부(110)로부터 부호화할 음성 데이터, 데이터, 또는 제어 정보를 나타내는 디지털화된 데이터를 받는다. 상기 부호화된 데이터는 상기 송수신회로(130)에 입력되어, 변조부에 의해 적합한 전송 주파수에 해당하는 반송파를 변조하는데 사용된다. 전력 증폭기(표시되지 않음)는 상기 변조된 반송파를 전송에 적합한 수준으로 증폭하고, 상기 변조된 반송파를 상기 다중 안테나(140)로 운반한다. 상기 다중 안테나(140), 상기 송수신회로(130)는 공간 다이버시티를 제공한다.

한편, 상기 단말(10)은 MIMO에 있어서 어떠한 다중 안테나 기법에 의한 신호를 모두 수신하여 처리할 수 있다. 예를 들어, 상기 송수신회로(130)는 MMSE 수신회로일 수 있다.

상술한 모든 기능은 상기 기능을 수행하도록 코딩된 소프트웨어나 프로그램 코드 등에 따른 마이크로프로세서, 제어기, 마이크로제어기, ASIC(application specific integrated circuit) 등과 같은 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 상기 코드의 설계, 개발 및 구현은 본 발명의 설명에 기초하여 당업자에게 자명하다고 할 것이다.

이상 본 발명에 대하여 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시켜 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명은 이하의 특허청구범위의 범위 내의 모든 실시예를 포함한다고 할 것이다.

도 1은 무선통신 시스템을 나타낸 블록도이다.

도 3은 STC에서의 데이터 전송방법의 일 예를 나타내는 블록도이다.

도 4는 STC에서의 데이터 전송방법이 다른 예를 나타내는 블록도이다.

Claims

다중안테나를 이용한 데이터 전송방법에 있어서,

구조적 비트(systematic bit)와 패리티 비트(parity bit)로 구성된 코드블록(code block) 중 상기 구조적 비트에 해당하는 제1 심벌을 제1 송신 안테나를 통해 전송하는 단계; 및

상기 구조적 비트에 해당하는 심벌을 전송함과 동시에 상기 패리티 비트에 해당하는 제2 심벌을 제2 송신 안테나를 통해 전송하는 단계를 포함하는 데이터 전송방법.
제 1 항에 있어서,

상기 구조적 비트와 상기 패리티 비트는 시공간 부호화(Space-Time Coding)된, 데이터 전송방법.
제 1 항에 있어서,

상기 코드블록에 대한 재전송 요청을 수신하는 단계; 및

상기 제1 심벌을 상기 제1 송신 안테나를 통해 재전송하고, 상기 제2 심벌을 상기 제1 송신 안테나를 통해 재전송하는 단계를 더 포함하는, 데이터 전송방법.
제 1 항에 있어서,

상기 코드블록에 대한 재전송 요청을 수신하는 단계; 및

상기 제1 심벌을 상기 제2 송신 안테나를 통해 재전송하고, 상기 제2 심벌을 상기 제2 송신 안테나를 통해 재전송하는 단계를 더 포함하는, 데이터 전송방법.
제 4 항에 있어서,

상기 제1 송신 안테나의 채널상태는 상기 제2 송신 안테나의 채널상태보다 상대적으로 우수한, 데이터 전송방법.
제 5 항에 있어서,

상기 채널상태는 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio; SNR)을 기준으로 판단되는, 데이터 전송방법.
다중안테나를 이용한 데이터 전송방법에 있어서,

코드블록을 구조적 비트와 패리티 비트로 분리하는 단계;

제1 송신 안테나를 통해 상기 구조적 비트를 전송하는 단계;

제2 송신 안테나를 통해 상기 패리티 비트를 전송하는 단계;

상기 코드블록에 대한 재전송 요청을 수신하는 단계; 및

상기 구조적 비트와 상기 패리티 비트를 시공간 부호화하여 상기 제1 및 제2 송신 안테나를 통해 재전송하는 단계를 포함하는 데이터 전송방법.
제 7 항에 있어서,

상기 구조적 비트와 상기 패리티 비트는 HARQ에 의해 재전송되는, 데이터 전송방법.