KR20100016023A - 다중 안테나 전송 다이버시티 기법 - Google Patents

다중 안테나 전송 다이버시티 기법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중 안테나를 통한 데이터 전송 방법에 관한 것이다. 본 발명은 복수의 변조 심볼로 전송될 데이터를 변조하고, 변조 심볼의 각 쌍에 대응하는 복수의 2*2 행렬을 얻기 위해 전송 다이버시티 기법에 따라 상기 복수의 변조심볼로부터 변조 심볼의 각 쌍을 부호화하고, 출력 행렬을 생성하기 위해 상기 복수의 2*2 행렬을 직교 확산하고, 시공간 전송 다이버시티 기법, 공간 주파수 전송 다이버시티 기법, 또는 시공간 전송 다이버시티 기법과 공간 주파수 전송 다이버시티 기법의 조합 중 어느 하나를 이용하여 복수의 안테나를 통해 상기 출력 행렬에서 심볼들을 전송한다.
Figure P1020097022610
다중 안테나, 변조 심볼, 공간 주파수 전송 다이버시티, 시공간 전송 다이버시티

Description

다중 안테나 전송 다이버시티 기법{MULTIPLE ANTENNAS TRANSMIT DIVERSITY SCHEME}
본 발명은 통신 시스템에서의 데이터 전송을 위한 방법에 관한 것으로, 특히 다중 안테나 전송 다이버시티 기법을 이용하는 정보를 전송하기 위한 과정 및 회로에 관한 것이다.
일반적인 셀룰러 무선 시스템은 다수의 고정된 기지국들과 다수의 이동국들을 포함한다. 각 기지국은 셀로 정의된 지리적인 영역을 커버한다.
일반적으로, NLOS(non-line-of-sight) 무선 전파 경로는 기지국과 이동국 사이에 배치된 천연 및 인공 객체들로 인해 기지국과 이동국 사이에 존재한다. 결과적으로, 반사, 회절 및 분산이 발생하는 동안에 무선파들이 전파된다. 다운링크 방향에서 이동국의 안테나에 또는 업링크 방향에서 기지국의 안테나에 도달한 무선파는 반사, 회절, 분산 및 다른 위상 재조합으로 인해 생성된 개별적인 파의 서로 다른 위상들 때문에 구조적이고 파괴적인 가산이 발생한다. 이것은, 현재 셀룰러 무선 통신에서 일반적으로 사용된 높은 반송 주파수들에서, 차등 전파 지연에 있는 미미한 변화가 개별적인 파동들의 위상에서 큰 변화를 일으킨다는 사실 때문이다. 만약 이동국이 움직이고 있거나 분산 환경에 변화가 있으면, 합성 수신 신호의 진 폭과 위상에서의 공간 변화는 다중경로 수신으로 인한 레일리(Rayleigh) 페이딩 또는 고속 페이딩으로 알려진 시간 변화로서 나타날 것이다. 무선 채널의 시간-변화 특성은 원하는 비트 에러 또는 패킷 에러 신뢰도를 제공하기 위해 매우 높은 신호대잡음비(Signal-to-Noise Ratio: SNR)를 요구한다.
다이버시티 기법은 동일한 정보를 포함하는 신호의 다중 페이딩 복사들을 수신기에 제공함으로써 고속 페이딩의 영향을 제거하기 위해 널리 사용된다.
일반적으로 상기 다이버시티 기법은 공간, 각도, 분극화, 필드, 주파수, 시간 및 다중경로 다이버시티와 같은 카테고리들로 분류된다. 공간 다이버시티는 다중 전송 또는 수신 안테나들을 사용하는 것에 의하여 이루어질 수 있다. 다중 안테나들 간의 공간 분리는 다중 안테나들로부터 전송된 신호들과 같은 다이버시티 지점이 상관관계가 거의 없거나 전혀 없이 페이딩을 경험하도록 하기 위해 선택된다. 공간 다이버시티의 한 타입인 전송 다이버시티는 수신기에게 동일한 신호의 다중 비상관 복사들을 제공하기 위해 다중 전송 안테나를 사용한다. 전송 다이버시티 기법은 개방 루프 전송 다이버시티와 폐루프 전송 다이버시티 기법으로 나누어 질 수 있다. 상기 개방 루프 전송 다이버시티 접근에서는 수신기로부터 피드백이 요구되지 않는다. 폐루프 전송 다이버시티의 한 타입에서, 수신기는 전송 안테나들의 배열을 알고 있고, 수신기에서 수신된 신호의 전력을 극대화하기 위해 송신기 안테나들에서 제공되어야 하는 위상 및 진폭 조정을 계산한다. 선택 전송 다이버시티(Selection Transmit Diversity: STD)로서 관련된 폐루프 전송 다이버시티의 또 다른 배열에서, 상기 수신기는 전송을 위해 사용될 안테나(들)과 관련하여 송신기 에게 피드백 정보를 제공한다.
개방 루프 전송 다이버시티 기법의 일 예로는 알라모아(Alamouti) 2 × 1 공간-시간 다이버시티 기법이 있다. 상기 Alamouti 2 ××1 공간-시간 다이버시티 기법은 2개의 타임 슬롯(일 예로, 공간 시간 블록 코드(Space Time Block Code: STBC) 전송 다이버시티) 또는 2개의 주파수 부반송파(일 예로, 공간 주파수 블록 코드(Space Frequency Block Code: SFBC) 전송 다이버시티)를 이용하는 두 개의 전송 안테나를 이용하여 Alamouti 2 × 2 블록 코드를 전송하는 것을 고려한다.
Alamouti 2 × 1 공간-시간 다이버시티 구조의 한계 중 하나는 이 기법이 오직 두 개의 전송 안테나들에 적용될 수 있다는 것이다. 4개의 전송 안테나들을 사용하여 데이터를 전송하기 위하여, 주파수 스위치 전송 다이버시티(Frequency Switched Transmit Diversity: FSTD) 또는 시간 스위치 전송 다이버시티(Time Switched Transmit Diversity: TSTD)가 블록 코드들과 결합된다. 결합된 SFBC+FSTD 기법 또는 STBC+TSTD 기법의 경우에, 4개의 전송 안테나들로부터 전송된 심볼들의 행렬은 다음 수학식 (1)과 같다.
Figure 112009066259450-PCT00001
여기서, Tij는 i번째 안테나와 j번째 부반송파 또는 j번째 타임 슬롯에서 전 송된 심볼을 나타나며, 4개의 전송 안테나들의 경우에 i = 1,2,3,4, j = 1,2,3,4이고, 여기서 S1, S2, S3 및 S4는 전송되는 심볼들이다.
결합된 SFBC+FSTD 기법과 STBC+TSTD 기법들이 가지는 문제는 단지 전체 전송 안테나들과 전력 증폭기 성능의 일부만이 주어진 주파수 또는 시간 자원에서 전송하기 위해 사용된다는 것이다. 이는 상기 SFBC+FSTD와 STBC+TSTD 행렬에서 '0' 요소에 의해 지시된다. 상기 행렬에서 '0'이 아닌 요소들의 전송 전력이 증가될 때, bursty 간섭은 시스템 성능을 낮추는 이웃 셀들에서 생성된다. 일반적으로, 주파수 호핑 패턴의 특정한 위상들이 다른 위상들보다 더 많은 간섭을 일으킬 때, bursty 간섭은 자신을 나타낸다.
본 발명의 목적은 다중 안테나들을 통해 데이터를 전송하기 위한 향상된 방법 및 송신기 회로를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 다중 안테나 전송 다이버시티 기법을 이용하여 데이터를 전송하기 위한 방법 및 송신기 회로를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 데이터를 전송하기 위한 방법 및 전송회로는, 복수의 변조 심볼로 전송될 데이터를 변조하고, 변조 심볼의 각 쌍에 대응되는 복수의 2*2 행렬을 얻기 위해 전송 다이버시티 기법에 따라 상기 복수의 심볼들로부터 변조 심볼의 각 쌍을 부호화하고, 출력 행렬을 생성하기 위해 상기 복수의 2*2 행렬을 직교 확산하고, 시공간 전송 다이버시티 기법, 공간 주파수 다이버시티 기법, 시공간 전송 다이버시티 기법과 공간 주파수 다이버시티 기법 중 어느 하나를 이용하여 복수의 송신 안테나를 통해 상기 출력 행렬에서 심볼들을 전송하기 위해 제공된다.
상기 전송 다이버시티 기법은 Alamouti 다이버시티 기법이 될 수 있고, 2*2 행렬들 각각은 하기 수학식과 같이 정해질 수 있다.
Figure 112009066259450-PCT00002
상기 수학식에서 S1과 S2는 하나의 변조된 심볼 쌍이다.
복수의 2*2 행렬의 직교 확산은 푸리에 행렬, 하다마드(Hadamad) 행렬, 자도프 추(Zadoff-Chu) 행렬을 포함하는 그룹으로부터 선택된 직교 확산 행렬에 따라 수행될 수 있다.
상기 복수의 2*2 행렬을 직교 확산하는 과정은, 요소로서 상기 복수의 2*2 행렬 A1 내지 An를 포함하는 M*M 코드 행렬 C를 생성하는 과정을 포함하고, 여기서 M은 안테나의 개수이고, 상기 코드 행렬 C는 다음 수학식에 의해 정해지며,
Figure 112009066259450-PCT00003
상기 수학식에서 n는 0과 N-1 사이의 정수이고, N=M/2이고, N*N 직교 확장 행렬과 모든 요소가 1인 2*2 행렬의 Kronecker 곱인 M*M 확장 행렬을 생성하는 과정과, 상기 N*N 출력 행렬을 생성하기 위해 M*M 코드 행렬 C와 M*M의 확장 행렬의 요소 연산 곱에 의해 M*M 코드 행렬 C를 직교 확산하는 과정을 포함한다.
출력 행렬의 행들로부터 선택된 한 쌍은 가변될 수 있다.
출력 행렬의 열로부터 선택된 한 쌍은 가변될 수 있다.
행의 선택된 쌍과 열의 선택된 쌍 중 하나의 가변은 송신기로부터 데이터를 수신하기 전에 수신기가 알고 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 데이터를 전송하는 방법은, 복수의 변조 심볼로 전송될 데이터를 변조하고, 변조 심볼의 각 쌍에 대응되는 복수의 2*2 행렬을 얻기 위해 전송 다이버시티 기법에 따라 상기 복수의 심볼들로부터 변조 심볼의 각 쌍을 부호화하고, 출력 행렬의 요소로서 복수의 2*2 행렬을 가지고 출력 행렬을 생성하고, 출력행렬의 행들로부터 선택된 쌍 또는 출력행렬의 열들로부터 선택된 쌍을 변환하고, 시공간 전송 다이버시티 기법, 공간 주파수 다이버시티 기법, 시공간 전송 다이버시티 기법과 공간 주파수 다이버시티 기법 중 어느 하나를 이용하여 복수의 송신 안테나를 통해 상기 출력 행렬에서 심볼들을 전송하기 위해 제공된다.
발명의 더욱 완성된 이해와 발명의 부가적인 이점은, 참조 심볼이 동일하거나 유사한 성분을 나타내는 것과 같이, 후술되는 상세한 설명과 도면을 참조함으로써 보다 명확하게 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명의 원리의 실행을 위한 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing: OFDM) 송수신기 구조를 나타낸 도면;
도 2는 2개의 전송 안테나들을 위한 공간 시간 블록 코드 전송 다이버시티 기법을 나타낸 도면;
도 3은 2개의 전송 안테나들을 위한 공간 주파수 블록 코드 전송 다이버시티 기법을 나타낸 도면;
도 4는 2개의 전송 안테나들을 위한 대체 공간 주파수 블록 코드 전송 다이버시티 기법을 나타낸 도면;
도 5는 현재 3GPP LTE(3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution) 시스템에서의 다운링크 기준 신호들의 매핑을 나타낸 도면;
도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 4개의 전송 안테나들을 위한 전송 다이버시티 기법을 나타낸 도면;
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 4개의 전송 안테나를 위한 전송 다이버시티 기법을 나타낸 도면;
도 8은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 4개의 전송 안테나들을 위한 전송 다이버시티 기법을 나타낸 도면;
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 열 치환의 예를 나타낸 도면; 및
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 대표적인 실시 예로서 구성된 송신기를 나타낸 도면.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외의 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
도 1은 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing: OFDM) 송신기 구조를 나타낸 도면이다. OFDM 기술을 사용하는 통신 시스템에, 송신기 구조(110)에서 제어 신호들 또는 데이터(111)는 변조기(112)에 의해 변조되고, 직/병렬(Serial/Parallel: S/P) 변환기(113)에 의해 직렬에서 병렬로 변환된다. 역 고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform: IFFT) 부(114)는 상기 신호를 주파수 영역에서 시간 영역으로 변환하는데 사용된다. CP(Cyclic prefix) 또는 ZP(zero prefix)는 멀티패스 패이딩으로 인한 충돌을 피하거나 완화하기 위하여 CP 삽입부(116)에 의해 각 OFDM 심볼에 추가된다. 따라서 상기 신호는 안테나(도시되지 않음)와 같은 송신(Tx) 전후 처리부(117)에 의해 또는 고정된 와이어나 케이블에 의해 전송된다.
수신기(120)에서는, 완벽한 시간과 주파수 동기가 수행되었다고 가정하면, 수신(Rx) 전후 처리부(121)에 의해 수신된 신호는 CP 제거부(122)에 의해 처리된다.
고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform: FFT)부(124)는 추가적인 처리를 위해 수신된 신호를 시간 영역에서 주파수 영역으로 변환한다.
OFDM 시스템에서의 전체적인 대역폭은 부반송파라고 하는 협대역 주파수 유닛들로 나뉜다. 다수의 부반송파들은 상기 시스템에서 사용되는 FFT/IFFT 크기 N과 동일하다. 일반적으로, 주파수 스펙트럼의 가장자리에 있는 몇몇 부반송파들이 보호 부반송파들로서 남겨두기 때문에, 데이터를 위해 사용되는 다수의 부반송파들은 N보다 작다. 일반적으로 보호 부반송파들에서는 정보가 전송되지 않는다.
다이버시티 기법은 동일한 정보를 포함하는 신호의 다중 페이딩된 복사들을 수신기에 제공함으로써 고속 페이딩의 영향을 제거하기 위해 널리 사용된다. 도 2에서 도시된 바와 같이 개방 루프 전송 다이버시티 기법의 일 예로는 Alamouti 2x1 공간-시간 블록 코드(space-time block code: STBC) 전송 다이버시티 기법이 있다. 이 기법에서, 어떠한 심볼 구간 동안(일 예로 시간 구간), 송신기는 수신기로 두 개의 송신 안테나들을 통해 두 개의 데이터 심볼을 전송한다.
도 2를 참조하면, 제1 심볼 간격 t1 동안에, 심볼들 S1 및 S2는 각각 안테나들 ANT1 및 ANT 2를 통해 전송된다. 다음 심볼 구간 t2 동안에, 심볼들 -S*2 및 S*1은 각각 안테나들 ANT 1 및 ANT 2를 통해 전송되며, 여기서 x*는 x의 켤레 복소수를 나타낸다.
상기 신호들을 수신한 후, 상기 수신기는 원래의 심볼들 S1 및 S2를 복구하기 위하여 다수의 과정을 수행한다.
ANT 1 및 ANT 2에 대한 순간적인 채널 이득 g1 및 g2은 각각 상기 수신기에서 처리하기 위해 요구됨을 유의해야 한다.
그러므로 상기 송신기는 상기 수신기에서의 채널 이득 예측을 위하여 안테나들 ANT 1 및 ANT 2 양쪽 모두를 통해 분리된 파일럿 심볼을 전송해야 한다.
Alamouti 코딩에 의해 획득된 다이버시티 이득은 MRC(Maximum Ratio Combining)에서 획득된 것과 동일하다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 The 2x1 Alamouti 기법은 또한 공간-주파수 블록 코드(Space-Frequency Block Code: SFBC) 전송 다이버시티 기법에서도 수행될 수 있다.
도 3을 참조하면, 심볼들 S1 및 S2는 각각 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing: OFDM) 시스템에서 주파수 f1을 가지는 제1 부반송파에서 안테나들 ANT 1 및 ANT 2를 통해 수신기에 전송되고, 심볼들 -S*2 및 S*1은 각각 주파수 f2를 가지는 제2 부반송파에서 안테나들 ANT 1 및 ANT 2를 통해 전송된다.
그러므로 안테나들 ANT 1 및 ANT 2로부터 전송된 심볼들의 행렬을 아래 수학식 (2)와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009066259450-PCT00004
주파수 f1을 가지는 부반송파를 통해 상기 수신기에 수신된 신호는 r1이고, 주파수 f2를 가지는 부반송파를 통해 상기 수신기에 수신된 신호는 r2이다.
r1과 r2는 아래 수학식 (3)과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009066259450-PCT00005
여기서, h1과 h2는 ANT1 및 ANT 2 각각으로부터의 채널 이득들이다.
또한 주어진 안테나들로부터의 상기 채널은 주파수 f1을 가지는 부반송파와 주파수 f2를 가지는 부반송파 사이에서 변경되지 않는 것을 가정한다.
수신기는 수신된 신호들에 대해 균등화를 수행하고, 심볼 S1과 S2를 복구하기 위하여 두 개의 수신된 신호들(r1 및 r2)을 결합한다. 복구된 심볼들 ㎈1 and ㎈2는 아래 수학식 (4)와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009066259450-PCT00006
전송된 심볼들
Figure 112009066259450-PCT00007
는 완전한 공간 다이버시티를 획득한다고 볼 수 있다. 즉, 전송된 심볼들
Figure 112009066259450-PCT00008
각각은 다른 하나로부터의 간섭을 완전히 제 거한다.
두 개의 전송 안테나들 SFBC 기법을 위한 다른 매핑 방법은 도 4와 같다. 안테나들 ANT 1 및 ANT 2로부터 전송된 심볼들의 행렬은 아래 수학식 (5)와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009066259450-PCT00009
도 4에 도시한 기법을 위한 수학식 (5)의 전송 행렬은 도 3에 도시한 기법을 위한 수학식 (2)의 전송 행렬의 변환이다.
4개의 전송 안테나 다이버시티를 위한 기술에서 제공되는 다른 방법은 블록 코드들과 주파수 스위치된 전송 다이버시티(Frequency Switched Transmit Diversity: FSTD) 또는 시간 스위치된 전송 다이버시티(Time Switched Transmit Diversity: TSTD)를 결합한다.
결합된 SFBC+FSTD 기법 또는 STBC+TSTD 기법의 경우, 상기 4 개의 전송 안테나들로부터 상기 전송된 심볼들의 행렬은 아래 수학식 (6)과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009066259450-PCT00010
여기서, Tij는 i번째 안테나와 j번째 부반송파 또는 j번째 타임 슬롯에서 전송된 심볼을 나타내고, 4개의 전송 안테나들의 경우 i = 1,2,3,4, j = 1,2,3,4이다.
A 및 B는 아래 수학식 (7)과 같은 코드 블록들이다.
Figure 112009066259450-PCT00011
상기 수학식 (1)에 기재된 상기 SFBC+FSTD 전송 신호의 동일한 표현은 다음과 같다.
전송 신호 벡터
Figure 112009066259450-PCT00012
는 i번째 부반송파를 위한 4개의 전송 안테나들에서의 전송 신호 벡터를 나타낸다.
전송 신호는 4개의 연속적인 부반송파들 4i,4i+1,4i+1,4i+3에 매핑됨을 가정하면, 수학식 (1)에서 상기 SFBC+FSTD 기법으로부터 생성된 전송 신호는 아래 수학식 (8)과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009066259450-PCT00013
여기서, S1(i), S2(i), S3(i), S4(i) 각각은 인덱스 i의 함수들이다.
결합된 SFBC+FSTD 기법 및 STBC+TSTD 기법들이 가지는 문제는 단지 전체 전송 안테나들과 전력 증폭기(PA)의 성능의 일부만이 주어진 주파수 또는 시간 자원에서 전송하기 위해 사용된다는 것이다.
이는 상기 SFBC+FSTD와 STBC+TSTD 행렬에서 '0' 요소에 의해 지시된다. 상기 행렬에서 '0'이 아닌 요소들의 전송 전력이 증가될 때, bursty 간섭은 시스템 성능을 낮추는 이웃 셀들에서 생성된다. 3GPP LTE(3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution) 시스템에서 4개의 전송 안테나들을 위한 다운링크 기준 신호 매핑은 도 5에서 도시된 바와 같다.
Figure 112009066259450-PCT00014
는 안테나 포트 P에서 기준 신호 전송을 위해 사용된 자원 요소를 표시하기 위해 사용된다. 안테나 포트들 2와 3에서의 비중이 안테나 포트들 0과 1에서의 비중의 절반임을 알 수 있다. 이것은 안테나 포트들 0과 1에서의 채널 추정과 비교할 때 안테나 포트들 2와 3에서의 채널 추정이 더 약함을 나타낸다.
본 발명에서는 Alamouti 블록 코드가 두 개 이상의 전송 안테나들을 통해 전송하기 위한 다이버시티를 제공하기 위하여 직교 함수를 사용하는 개방 루프 전송 다이버시티 기법을 설명한다.
푸리에 행렬을 가정하여 본 발명을 설명할 것이다. 본 발명의 원리는 하다마드(Hadamard) 함수 또는 Zadoff-Chu(ZC) 시퀀스와 같은 다른 직교 함수들의 경우에 쉽게 확장되고 적용될 수 있다.
푸리에 행렬은 아래 수학식 (9)에서와 같은 입력을 가지는 N ×N 사각 행렬이다.
Figure 112009066259450-PCT00015
예를 들면, 2x2 푸리에 행렬은 아래 수학식 (10)와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009066259450-PCT00016
마찬가지로, 4x4 푸리에 행렬은 아래 수학식 (11)과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009066259450-PCT00017
다중 푸리에 행렬들은 상기 푸리에 행렬에서 시프트 파라미터(g/G)를 도입함으로써 정의될 수 있다.
다중 푸리에 행렬들의 입력은 아래 수학식 (12)와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009066259450-PCT00018
G=4, 및 g=0, 1, 2, 3일 때 정의될 수 있는 4개의 2x2 푸리에 행렬들은 아래 수학식 (13), (14), (15), 및 (16)와 같다.
Figure 112009066259450-PCT00019
Figure 112009066259450-PCT00020
Figure 112009066259450-PCT00021
Figure 112009066259450-PCT00022
상기 네 개의 푸리에 행렬들의 셋에 추가적으로, 상기 푸리에 행렬들의 셋의 행 또는 열이 치환된 버전을 적용할 수 있다.
예를 들면, 행렬
Figure 112009066259450-PCT00023
의 행과 열의 치환은 아래 수학식 (17)와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009066259450-PCT00024
각각의 푸리에 행렬에 대해, 두 개의 치환된 버전이 있다. 그래서 상기 확장 행렬 P의 총 수는 12개이다.
k-번째 Zadoff-Chu 시퀀스에서, k-번째 Zadoff-Chu 시퀀스의 n-번째 입력 ck (n)는 아래 수학식 (18)과 같이 표현될 수 있다:
Figure 112009066259450-PCT00025
, 여기서 L은 양의 홀수 정수
Figure 112009066259450-PCT00026
, 여기서 L은 양의 홀수 정수
여기서 k는 상대적으로 L와 소수인 정수이고, q는 정수이다.
차수 n의 하다마드 행렬은 하다마드의 최대값(matrimum) 결정 문제에 대한 해결 방법이다. 하다마드 행렬들의 등적 정의는 아래 수학식 (19)과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009066259450-PCT00027
여기서 In은 n × n 단위행렬이다.
예를 들면, 차수 4의 하다마드 행렬은 아래 수학식 (20)와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009066259450-PCT00028
본 발명의 제1 실시 예에 따라, 4개의 심볼들 S1, S2, S3, 및 S4는 4개의 전 송 안테나들을 사용하는 4개의 부반송파들에서 전송됨을 가정한다.
행렬 A와 B는 아래 수학식 (21)과 같이 정의할 수 있다.
Figure 112009066259450-PCT00029
각 행렬 A와 B는 심볼들 S1과 S2의 쌍과, 심볼들 S3과 S4의 쌍 각각에 대한 Alamouti 코드로 볼 수 있다.
그것의 요소들로서 A 및 B를 가지는 2 x 2 행렬을 구성하여 아래와 같은 확장된 2 x 2 푸리에 행렬을 가지는 요소간 곱셈을 수행한다.
아래 수학식 (22)에서 연산자 .*는 요소 연산(element-wise) 곱셈을 나타내고,
Figure 112009066259450-PCT00030
는 크로네커(kronecker) 곱을 나타낸다.
Figure 112009066259450-PCT00031
i = 0인 경우에 대해, 분산 푸리에 전송 DFT-확산 SFMC 또는 DFT-확산 STBC를 표시하는 4x4 행렬 결과는 아래 수학식 (23)와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009066259450-PCT00032
예를 들면, 확장행렬이 상기 푸리에 행렬의 치환된 버전, 일 예로 i=5인 경우는 다음 수학식 (24)와 같다.
Figure 112009066259450-PCT00033
주어진 행렬(예를 들면, 행렬
Figure 112009066259450-PCT00034
)에 대해, 4개의 전송 안테나의 경우에,
Figure 112009066259450-PCT00035
로 표현되는 m행, n열에 대한 요소는 m번째 안테나와 n번째 부반송파 또는 n번째 타임슬롯(m = 1,2,3,4이고, n = 1,2,3,4)에서 전송된 심볼을 나타 낸다.
도 6는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 4개의 전송 안테나들과 4개의 타임 슬롯들을 위한 전송 다이버시티 기법을 나타낸 도면이다.
4x4 행렬 전송이 부반송파들과 타임 슬롯들의 혼합에 대해 동일한 원리가 적용될 수 있다. 예를 들면, 4개의 요소들(인덱스 n)은 2개의 부반송파들과 2개의 타임슬롯들로 구성될 수 있다.
본 발명의 제2 실시 예에서는,
Figure 112009066259450-PCT00036
의 제2 행과 제3 행을 교환하므로,
Figure 112009066259450-PCT00037
라고 하는 새로운 SFBC 행렬에서 결과는 LTE 시스템의 기준 신호 구조에서 파일럿-비중 불균형 출력에 유용하다.
예를 들면,
Figure 112009066259450-PCT00038
은 아래 수학식 (25)과 같이 나타낸다.
Figure 112009066259450-PCT00039
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 4개의 전송 안테나들과 4개의 타임 슬롯을 위한 전송 다이버시티 기법을 나타낸 도면이다.
본 발명의 제3 실시 예에서 상기 수학식 (8)에서 나타낸 바와 같이 SFBC-FSTD 행렬의 제2행 및 제3행을 교환하는 것을 제안하며, 새로운 SFBC 매트릭스에서의 결과는 다음 수학식 (26)과 같이 표현된다.
아래 전송 행렬과 같이, 이러한 동작에 의해, 심볼들 S3 및 S4가 안테나 포트들 1 및 3에서 전송되는 동안에 심볼들 S1 및 S2는 안테나 포트들 0 및 2에서 전송된다. 즉, 이는 LTE 시스템의 기준 신호 구조에서 파일럿-비중 불균형 출력에 유용하다.
Figure 112009066259450-PCT00040
도 8은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 4개의 전송 안테나들 및 4개의 타임 슬롯들을 위한 전송 다이버시티 기법을 나타낸 도면이다.
본 발명의 제4 실시 예에서는, 행렬 T5의 제2열과 및 제3열을 교환하므로, 새로운 행렬에서 결과는 아래 수학식 (27)과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009066259450-PCT00041
본 발명의 실시 예에 따른 열 치환의 일 예는 도 9와 같다.
301 단계에서 출력 행렬 T5는 본 발명의 제1 실시 예에서 기술된 방법에 따 라 생성된다.
302 단계에서 출력 행렬 T5의 제2 행 및 제3 행은 새로운 출력 행렬 Tp를 생성하기 위하여 교환(즉, 치환)된다. 303 단계에서 출력 행렬 Tp에서의 상기 심볼들은 다중 안테나들을 통해 전송된다.
또한 본 발명의 원리는 상기 제2행 및 제3 행이 아닌 다른 행들이 교환되는 경우도 적용할 수 있다.
또한 기지국은 UE에 알려져 있는 미리 결정된 방법으로 열 교환을 수행할 수 있다.
수학식 (27)에 나타낸 바와 같이 항상 고정된 치환 행렬 TP를 이용할 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 대표적인 실시 예로서 구성된 송신기를 나타낸 도면이다.
송신기(200)는 변조기(210), 프리코딩부(220), 확산부(220) 및 복수개의 안테나들(240)을 포함한다.
변조기(210)는 복수의 변조 심볼들로 전송될 데이터를 변조한다.
프리코딩부(220)는 복수의 2*2행렬들을 얻기 위해 전송 다이버시티 기법에 따라 상기 복수의 심볼들로부터 변조 심볼들의 각 쌍을 부호화한다.
여기서 각 2*2 행렬은 변조 심볼들의 각 쌍에 대응한다.
확산부(230)는 출력 행렬을 생성하기 위해 복수의 2*2 행렬들을 직교로 확산한다.
출력 행렬에서의 심볼은 시공간 전송 다이버시티 기법과 공간 주파수 전송 다이버시티 기법과, 시공간 전송 다이버시티 기법과 공간 주파수 전송 다이버시티 기법의 결합 중 하나를 사용함으로써 복수의 안테나들 240을 통하여 전송된다.
본 발명은 복수의 변조 심볼로 전송될 데이터를 변조하고, 변조 심볼의 각 쌍에 대응하는 복수의 2*2 행렬을 얻기 위해 전송 다이버시티 기법에 따라 상기 복수의 변조심볼로부터 변조 심볼의 각 쌍을 부호화하고, 출력 행렬을 생성하기 위해 상기 복수의 2*2 행렬을 직교 확산하고, 시공간 전송 다이버시티 기법, 공간 주파수 전송 다이버시티 기법, 또는 시공간 전송 다이버시티 기법과 공간 주파수 전송 다이버시티 기법의 조합 중 어느 하나를 이용하여 복수의 안테나를 통해 상기 출력 행렬에서 심볼들을 전송함으로써, 다중 안테나 전송 다이버시티 기법을 이용하여 데이터를 전송할 수 있다.

Claims (21)

  1. 데이터 전송 방법에 있어서,
    복수의 변조 심볼로 전송될 데이터를 변조하는 과정과,
    상기 복수의 변조 심볼을, 복수의 변조 심볼의 서브셋으로 분할하는 과정과,
    변조 심볼의 각 서브셋에 대응하는 복수의 N*N 행렬을 생성하기 위해 전송 다이버시티 기법에 따라 변조 심볼의 각 서브셋을 부호화하는 과정과,
    출력 행렬을 생성하기 위해 상기 복수의 N*N 행렬을 직교 확산하는 과정과,
    복수의 안테나를 통해 상기 출력 행렬로 상기 심볼들을 전송하는 과정을 포함하며,
    여기서 각 서브셋은 N개의 변조 심볼을 가지며, N은 2보다 작지 않은 정수인 데이터 전송 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전송 다이버시티 기법은 Alamouti 다이버시티 기법이고, 각각의 N*N 행렬은 다음 수학식에 의해 정해지는 데이터 전송 방법,
    Figure 112009066259450-PCT00042
    상기 수학식에서 N=2이고, S1과 S2는 상기 변조 심볼중 한 쌍임.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 N*N 행렬의 직교 확산은 푸리에 행렬, Hadamard 행렬, Zadoff-Chu 시퀀스를 포함하는 그룹으로부터 선택된 직교 확장 행렬에 따라 수행되는 데이터 전송 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 N*N 행렬의 직교 확산은 푸리에 행렬에 따라 수행되고, 상기 푸리에 행렬의 각 요소는 다음 수학식에 의해 정해지는 데이터 전송 방법,
    Figure 112009066259450-PCT00043
    상기 수학식에서, n = 0, 1, … ,(N-1)이고, G는 생성된 행렬의 총 개수이고, m은 상기 행렬의 행의 개수이고, n은 상기 행렬의 열의 개수이며, g는 0과 G-1 사이의 숫자로 선택된 값임.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 N*N 행렬의 직교 확산은 Zadoff-Chu 시퀀스에 따라 수행되고, Zadoff-Chu 시퀀스의 n번째 입력 ck(n)는 다음 수학식에 의해 정해지는 데이터 전송 방법,
    Figure 112009066259450-PCT00044
    , 여기서 L은 양의 홀수 정수임
    Figure 112009066259450-PCT00045
    , 여기서 L은 양의 짝수 정수임
    상기 수학식에서, k는 L에 대해 상대적 소수인 정수이고, q는 정수임.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 N*N 행렬의 직교 확산은 Hamadard 행렬에 따라 수행되고, 차수 n의 Hamadard 행렬은 다음 수학식에 의해 정해지는 데이터 전송 방법,
    Figure 112009066259450-PCT00046
    여기서, In은 n × n 단위 행렬임.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 N*N 행렬의 직교 확산은 직교 확산 행렬에 따라 수행되고,
    요소로서 상기 복수의 N*N 행렬 A1 내지 Ax를 포함하는 M*M 코드 행렬 C를 생성하는 과정과, 여기서 M은 안테나의 개수이고, 상기 코드 행렬 C는 다음 수학식에 의해 정해짐,
    Figure 112009066259450-PCT00047
    상기 수학식에서 x는 1과 X 사이의 정수이고, X는 상기 복수의 N*N 행렬의 개수이고, M=N × N임,
    N*N 직교 확장 행렬과 모든 요소가 1인 X*X 행렬의 Kronecker 곱인 M*M 확장 행렬을 생성하는 과정과,
    상기 N*N 출력 행렬을 생성하기 위해 M*M 코드 행렬 C와 M*M의 확장 행렬의 요소 연산 곱에 의해 M*M 코드 행렬 C를 직교 확산하는 과정을 포함하는 데이터 전송 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 출력 행렬에서 적어도 하나의 선택된 쌍의 행을 교환하는 과정을 더 포함하는 데이터 전송 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 교환된 선택된 쌍의 행의 인덱스는 송신기로부터 데이터가 수신되기 전에 수신기에 의해 알려진 것인 데이터 전송 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 출력 행렬에서 적어도 하나의 선택된 쌍의 열을 교환하는 과정을 더 포함하는 데이터 전송 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 교환된 선택된 쌍의 열의 인덱스는 송신기로부터 데이터가 수신되기 전에 수신기에 의해 알려진 것인 데이터 전송 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    시공간 전송 다이버시티 기법을 이용하여 상기 복수의 안테나를 통해 상기 출력 행렬에서 상기 심볼들을 전송하는 과정을 포함하며, 상기 심볼은, 다중 타임 슬롯에서 소정의 주파수 부반송파에 대응되는 안테나를 통해 전송되는 상기 출력 행렬의 각 행에서의 심볼과, 대응되는 타임 슬롯에서 서로 다른 대응되는 안테나를 통해 전송되는 상기 출력 행렬의 각 열에서의 심볼을 포함하는 데이터 전송 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    공간 주파수 전송 다이버시티 기법을 이용하여 상기 복수의 안테나를 통해 상기 출력 행렬에서 상기 심볼들을 전송하는 과정을 포함하며, 상기 심볼은, 다중 타임 슬롯에서 다중 주파수 부반송파에 대응되는 안테나를 통해 동시에 전송되는 상기 출력 행렬의 각 행에서의 심볼과, 대응되는 주파수 부반송파에서 서로 다른 대응되는 안테나를 통해 전송되는 상기 출력 행렬의 각 열에서의 심볼을 포함하는 데이터 전송 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    공간 주파수 전송 다이버시티 기법과 시공간 전송 다이버시티 기법의 조합을 이용하여 상기 복수의 안테나를 통해 상기 출력 행렬에서 상기 심볼들을 전송하는 과정을 포함하며, 상기 심볼은, 다중 타임 슬롯에서 다중 주파수 부반송파에 대응되는 안테나를 통해 전송되는 상기 출력 행렬의 각 행에서의 심볼과, 대응되는 주파수 부반송파 또는 대응되는 타임 슬롯에서 서로 다른 대응되는 안테나를 통해 전송되는 상기 출력 행렬의 각 열에서의 심볼을 포함하는 데이터 전송 방법.
  15. 데이터를 전송하는 송신기에 있어서,
    복수의 변조 심볼로 전송될 데이터를 변조하는 변조기와,
    변조 심볼의 각 쌍에 대응되는 복수의 2*2 행렬을 얻기 위해 전송 다이버시티 기법에 따라 상기 복수의 심볼들로부터 변조 심볼의 각 쌍을 부호화하는 프리코딩부와,
    출력 행렬을 생성하기 위해 상기 복수의 2*2 행렬을 직교 확산하는 확산부와,
    상기 출력 행렬에서 상기 심볼들을 전송하기 위한 복수의 송신 안테나를 포함하는 송신기.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 확산부는 상기 출력 행렬에서의 적어도 하나의 선택된 행의 쌍을 교환하는 송신기.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 확산부는 상기 출력 행렬에서의 적어도 하나의 선택된 열의 쌍을 교환하는 송신기.
  18. 데이터 전송 방법에 있어서,
    복수의 변조 심볼로 전송될 데이터를 변조하는 과정과,
    상기 복수의 변조 심볼을, 복수의 변조 심볼의 서브셋으로 분할하는 과정과,
    변조 심볼의 각 서브셋에 대응하는 복수의 N*N 행렬을 생성하기 위해 전송 다이버시티 기법에 따라 변조 심볼의 각 서브셋을 부호화하는 과정과,
    요소들로서 상기 N*N 행렬을 가지는 출력 행렬을 생성하는 과정과,
    상기 출력 행렬의 적어도 하나의 행의 쌍을 교환하는 과정과,
    공간 주파수 전송 다이버시티 기법을 이용하여 복수의 안테나를 통해 상기 출력 행렬로 상기 심볼들을 전송하는 과정을 포함하며, 상기 심볼들은 소정의 타임 슬롯에서 다중 주파수 부반송파에 대응되는 안테나를 통해 동시에 전송되는 상기 출력 행렬의 각 행에서의 심볼과, 대응되는 주파수 부반송파에서 서로 다른 대응되는 안테나를 통해 전송되는 상기 출력 행렬의 각 열에서의 심볼을 포함하며,
    여기서 각 서브셋은 N개의 변조 심볼을 가지며, N은 2보다 작지 않은 정수인 데이터 전송 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 출력 행렬은 다음 수학식에 의해 정해지는 데이터 전송 방법,
    Figure 112009066259450-PCT00048
    상기 수학식에서, S1, S2, S3 그리고 S4는 4개의 안테나를 통해 전송될 변조심볼임.
  20. 데이터 전송 방법에 있어서,
    복수의 변조 심볼로 전송될 데이터를 변조하는 과정과,
    상기 복수의 변조 심볼을, 복수의 변조 심볼의 서브셋으로 분할하는 과정과, 여기서 각 서브셋은 N개의 변조 심볼을 가지며, N은 2보다 작지 않은 정수임
    변조 심볼의 각 서브셋에 대응하는 복수의 N*N 행렬을 생성하기 위해 전송 다이버시티 기법에 따라 변조 심볼의 각 서브셋을 부호화하는 과정과,
    요소들로서 복수의 상기 N*N 행렬을 가지는 출력 행렬을 생성하는 과정과,
    상기 출력 행렬의 적어도 하나의 열의 쌍을 교환하는 과정과,
    공간 주파수 전송 다이버시티 기법을 이용하여 복수의 안테나를 통해 상기 출력 행렬로 상기 심볼들을 전송하는 과정을 포함하며, 상기 심볼들은 소정의 타임 슬롯에서 다중 주파수 부반송파에 대응되는 안테나를 통해 동시에 전송되는 상기 출력 행렬의 각 행에서의 심볼과, 대응되는 주파수 부반송파에서 서로 다른 대응되는 안테나를 통해 전송되는 상기 출력 행렬의 각 열에서의 심볼을 포함하는 데이터 전송 방법.
  21. 데이터 전송 방법에 있어서,
    4개의 변조 심볼로 전송될 데이터를 변조하는 과정과,
    출력 행렬을 생성하는 과정과,
    4개의 주파수 서브캐리어에 대한 4개의 안테나를 통해서 상기 출력 행렬에서 상기 심볼들을 전송하는 과정을 포함하며,
    상기 출력 행렬은 다음 수학식에 의해 정해지며,
    Figure 112009066259450-PCT00049
    상기 수학식에서, S1(i), S2(i), S3(i) 그리고 S4(i)는 서브캐리어 4i, 4i+1,4i+2 그리고 4i+3에서 전송되는 4개의 변조 심볼이고,
    상기 출력 행렬은 (n+1)번째 안테나와 (m+1)번째 서브캐리어를 통해 전송될 상기 출력 행렬에서 y(n)(m)을 가지는 데이터 전송 방법.
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