KR20180010047A

KR20180010047A - 단일 ｒｆ 체인을 이용한 수신 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20180010047A
Application number: KR1020160092136A
Authority: KR
Inventors: 서석; 김형진; 송재수; 오정훈; 조성철
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2016-07-20
Filing date: 2016-07-20
Publication date: 2018-01-30
Also published as: US20180026682A1; US10038479B2; KR102515985B1

Abstract

본 발명은 단일 RF 체인을 이용한 수신 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 단일 RF 체인을 이용한 수신 장치는, 직교하는 다수 개의 빔 패턴을 방사하여 신호를 수신하는 수신 안테나 모듈, 상기 수신 안테나 모듈의 수신신호를 처리하는 단일 RF 체인, 상기 수신 안테나 모듈 및 단일 RF 체인을 통해 수신된 수신신호와 사전에 다수 개의 빔 패턴에 할당된 코드값을 이용하여 각 빔 패턴에 대응하는 수신 신호 성분을 각각 추출하는 신호 성분 추출부, 및 상기 수신 안테나 모듈에 의해 방사되는 빔 패턴을 제어하는 빔 패턴 제어부를 포함한다.

Description

단일 ＲＦ 체인을 이용한 수신 장치 및 방법{Apparatus and method receiving signal using single RF chain}

본 발명은 단일 RF 체인을 이용한 수신 장치 및 방법에 관한 것이다.

단일 알에프 체인을 이용한 다중화 및 다이버시티 수신 방식은 빔 패턴 스위칭 또는 빔 패턴 회전 방식을 사용한다. 이때, 빔 패턴 스위칭 또는 빔 패턴 회전을 위한 수단으로는 다수의 능동안테나 어레이와 위상변위기를 사용하는 페이즈드 어레이(phased array) 구조가 있으며, 기생소자에 가변 리액턴스를 인가하고 리액턴스 값을 조절하는 방식 등이 있다.

종래의 단일 알에프 체인을 이용한 다중화 및 다이버시티 수신 방식에 따르면, 한 심볼 구간 내에서 빔 패턴을 스위칭 또는 회전함으로써 빔 공간 샘플링을 수행한다. 이러한 빔 패턴 스위칭 또는 빔 패턴 회전 방식은 샘플링 효과로 인해 스펙트럼이 확산되는 문제가 발생한다. 또한, 스펙트럼 확산은 인접채널 신호에도 적용되기 때문에 인접채널 간섭이 발생하게 되며, 이로 인해 수신 신호의 성능 열화가 발생하는 문제점이 있다.

더욱이 한 심볼 구간 내에서 빔 패턴을 스위칭 또는 회전하기 때문에 각 빔 패턴으로 수신되는 신호의 평균 전력이 감소하게 되며, 이로 인해 각 빔 패턴으로 수신되는 신호의 SNR(Signal To Noise Radio) 성능이 기존 다중안테나 기술 대비 열화가 발생하는 문제점이 있다.

일본등록특허공보 제3725793호

본 발명의 목적은, 안테나 빔 패턴을 스위칭 또는 회전하지 않고 단일 RF 체인을 이용하여 다중화 이득 및 다이버시티 이득을 제공할 수 있는 수신 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 단일 RF 체인을 이용한 수신 장치는, 직교하는 다수 개의 빔 패턴을 방사하여 신호를 수신하는 수신 안테나 모듈, 상기 수신 안테나 모듈의 수신신호를 처리하는 단일 RF 체인, 상기 수신 안테나 모듈 및 단일 RF 체인을 통해 수신된 수신신호와 사전에 다수 개의 빔 패턴에 할당된 코드값을 이용하여 각 빔 패턴에 대응하는 수신 신호 성분을 각각 추출하는 신호 성분 추출부, 및 상기 수신 안테나 모듈에 의해 방사되는 빔 패턴을 제어하는 빔 패턴 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 빔 패턴 제어부는, 수신신호의 심볼 구간을 다수 개의 시간 슬롯으로 나누고, 각 시간 슬롯의 시작점에서 상기 수신 안테나 모듈의 빔 패턴을 변경하는 것을 특징으로 한다.

상기 빔 패턴 제어부는, 각 빔 패턴에 할당된 코드워드(codeword)에 대응되도록 빔 패턴을 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 빔 패턴 제어부는, 각 빔 패턴에 할당된 코드워드(codeword)에 따라 해당 빔 패턴의 위상을 결정하는 것을 특징으로 한다.

상기 코드워드는, 직교 특성을 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 신호 성분 추출부는, 다수 개의 각 빔 패턴에 할당된 코드 값의 공액 복소수(complex conjugate)이 값이 저장되는 룩업테이블, 및 상기 룩업테이블에 저장된 공액 복소수 값을 통해 수신신호와 해당 빔 패턴에 할당된 코드워드 간의 상관 값을 계산하여 해당 빔 패턴의 수신 신호 성분을 추출하는 상관기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 룩업테이블 및 상기 상관기는, 다수 개의 빔 패턴에 각각 대응되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기 단일 RF 체인을 이용한 수신 장치는, 상기 신호 성분 추출부에 의해 추출된 각 수신 신호 성분을 채널 추정 알고리즘에 적용하여 수신신호의 채널 정보를 추정하는 채널 추정부, 및 상기 채널 정보를 적용하여 수신신호를 복호화하는 복호화부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 복호화부는, 제로 포싱(zero-forcing) 및 최소 평균 제곱 에러(Minimum Mean Square Error, MMSE) 중 어느 하나의 디지털 빔포밍 알고리즘을 이용하여 상기 수신신호를 복호화하는 것을 특징으로 한다.

상기 복호화부는, 선택적 합성(selective combining, SC), 동일 이득 합성(Equal Gain Combining, EGC) 및 최대비 합성(Maximal Ratio Combining, MRC) 중 어느 하나의 다이버시티 컴버이닝 기법을 이용하여 상기 수신신호를 복호화하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 단일 RF 체인을 이용한상호 수신 방법은, 수신 안테나 모듈의 빔 패턴을 제어하는 단계, 직교하는 다수 개의 빔 패턴을 방사하여 신호를 수신하는 단계, 및 상기 수신 안테나 모듈을 통해 수신된 수신신호와 사전에 다수 개의 빔 패턴에 할당된 코드값을 이용하여 각 빔 패턴에 대응하는 수신 신호 성분을 각각 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 안테나 빔 패턴을 스위칭 또는 회전하지 않고 단일 RF 체인을 이용하여 다중화 이득 및 다이버시티 이득을 제공할 수 있는 효과가 있다.

특히, 본 발명에 따르면 한 심볼 구간 내에서 빔 패턴을 스위칭 또는 회전하는 기존 방식에 비해 SNR 성능이 증대될 뿐만 아니라, 인접 채널 간섭을 저감시켜할 수 있어 그로 인한 성능 열화를 최소화할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 단일 RF 체인을 이용한 수신 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 단일 RF 체인을 이용한 수신 장치의 빔 패턴 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 신호 성분 추출부의 세부 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 단일 RF 체인을 이용한 수신 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 단일 RF 체인을 이용한 수신 방법에 대한 동작 흐름을 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 RF 체인을 이용한 수신 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 1은 다중화 이득을 제공하는 수신 장치(100)와 송신 장치(10)의 구조를 나타낸 것으로, 여기서 송신 장치(10)는 다중 입출력(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO) 송신 장치로서, M개의 송신 안테나 어레이를 갖는 다중 송신 안테나를 구비한 것으로 가정하여 설명하도록 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 단일 RF 체인을 이용한 수신 장치(100)는 수신 안테나 모듈(110), 빔 패턴 제어부(120), 단일 RF 체인(130), A/D 컨버터(Analog-to-Digital Converter)(140), 신호 성분 추출부(150), 채널 추정부(160) 및 복호화부(170)를 포함할 수 있다.

먼저, 수신 안테나 모듈(110)은 M개의 안테나 어레이를 갖는 다중 안테나 송신 장치(10)를 통해 송신된 다중화 신호를 수신한다.

이때, 수신 안테나 모듈(110)은 정해진 방사 패턴에 의해 신호를 수신하는데, 방사 패턴은 빔 패턴 제어부(120)에 의해 제어될 수 있다.

일 예로, 수신 안테나 모듈(110)의 방사 패턴은 N 개의 상호 직교하는 빔 패턴의 합, 다시 말해, F₁(ψ), F₂(ψ), … , F_N(ψ)의 합으로 표현될 수 있으며, 이때 N 개의 상호 직교하는 빔 패턴 F_i(ψ)와 F_j(ψ)의 관계는 아래 [수학식 1]과 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 1]에서 ψ는 방위각(azimuth angle)을 나타내며, i, j는 1 내지 N까지의 정수를 포함한다.

여기서 φ_i(ψ)와 φ_j(ψ)는 서로 유사직교 특성일 수 있으며, 이런 경우 빔 패턴 φ_i(ψ)와 φ_j(ψ)의 관계는 아래 [수학식 2]와 같이 나타낼 수 있다.

일 예로, 상호 직교하는 4 개의 빔 패턴의 선형 조합으로 표현되는 방사 패턴은 도 2와 같이 나타낼 수 있다.

도 2에 도시한 실시예는 상호 직교하는 4 개의 빔 패턴, 즉, F₁(ψ)와 F₂(ψ), F₃(ψ)와 F₄(ψ)의 합으로 표현되는 방사 패턴을 도시하였으나, 이는 일 실시예일뿐 상호 직교하는 빔 패턴은 다양한 형태로 표현될 수 있음은 당연한 것이다.

[수학식 1]에서와 같이 상호 직교하는 N개의 빔 패턴의 합으로 표현되는 방사 패턴을 방사하는 수신 안테나 모듈(110)은 ESPAR(Electrically Steerable Parasitic Array) 또는 페이즈드 어레이(Phased Array) 구조 안테나로 구성 될 수 있다.

여기서, ESPAR 구조 안테나는 하나의 능동 안테나와 능동 안테나 주위에 가변 리액턴스를 갖는 한 개 이상의 기생 소자를 배치하여 구성할 수 있으며, 빔 패턴 제어부(120)는 빔 패턴 제어신호를 이용하여 기생 소자의 리액턴스(reactance)를 변경함으로써 빔 패턴을 제어할 수 있다.

한편, 페이즈드 어레이 구조 안테나는 다수의 능동 안테나를 구비하고 각 능동 안테나에 페이즈 시프터(phase shifter)를 인가하여 각각의 페이즈 시프터의 위상을 조절함으로써 빔 패턴을 제어할 수 있다. 이러한 위상 조절은 빔 패턴 제어부(120)를 통해 이루어진다.

이에, 빔 패턴 제어부(120)는 심볼 구간을 N 개의 시간 슬롯으로 나누고, 각 슬롯의 시작점에서 안테나 빔 패턴을 변경함으로써, N 개의 상호 직교하는 빔 패턴의 합으로 주어지는 안테나 방사 패턴을 제공하는 수신 안테나 모듈(110)과 단일 RF 체인(130)을 이용하여 수신 신호를 다중화하도록 한다.

각 시간 슬롯에서의 i 번째 직교 빔 패턴은 해당 빔 패턴에 할당된 코드워드(codeword)에 따라 결정된다. 일 예로 i 번째 직교 빔 패턴은 해당 빔 패턴에 할당된 코드워드(codeword)에 따라 그 위상이 결정될 수 있다.

이때, 각 직교 빔 패턴에 할당되는 길이 N을 갖는 코드워드는 월쉬 코드(walsh code)와 같이 상호 직교 특성을 갖는다. 여기서 빔 패턴에 할당되는 코드워드는 상호 유사직교 특성일 수 있다.

이에, i 번째 직교 빔 패턴의 d 번째 시간 슬롯에서의 안테나 방사 패턴은 아래 [수학식 3]과 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 3]에서, c_i,d는 i 번째 직교 빔 패턴의 d 번째 시간 슬롯에서의 코드 값을 의미하며, φ_i는 i 번째 빔 패턴, ψ는 방위각(azimuth angle)을 의미한다. 따라서 d 번째 시간 슬롯에서의 안테나 방사 패턴은 아래 [수학식 4]와 같이 나타낼 수 있다.

일 예로, 도 2에서와 같이 4 개의 직교 빔 패턴인 경우, 각 직교 빔 패턴에는 아래 [수학식 5]와 같은 월쉬 코드를 할당할 수 있다.

여기서, c_i(i = 1, 2, 3, 4)는 i 번째 직교 빔 패턴에 할당된 코드워드이며, 각 직교 빔 패턴에 할당된 코드워드에 따른 각 시간 슬롯별 빔 방사 패턴 φ_T,1(ψ)와 φ_T,2(ψ), φ_T,3(ψ)와 φ_T,4(ψ)은 아래와 같다.

수신 안테나 모듈(110)을 통해 수신된 신호는 단일 RF 체인(130)의 입력으로 주어진다.

여기서, 단일 RF 체인(130)은 아날로그 대역통과 필터(Bandpass Filter, BPF), 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier, LNA) 및 주파수 다운 컨버터(frequency down-converter) 등으로 구성된다. 단일 RF 체인(130)은 수신 안테나 모듈(110)로부터 입력된 신호에 대응하는 아날로그 기저대역신호를 출력한다. 단일 RF 체인(130)으로부터 출력된 아날로그 기저대역신호는 A/D 컨버터(140)를 통해 디지털 신호로 변환된다.

A/D 컨버터(140)에 의해 디지털 변환된 수신 신호는 신호 성분 추출부(150)로 입력된다.

만일, 심볼 구간 동안 채널이 변하지 않는다고 가정하면, A/D 컨버터(140)를 통해 디지털 변환된 d 번째 시간 슬롯에서의 수신 신호는 아래 [수학식 6]과 같이 나타낼 수 있다.

이때, [수학식 6]에서 c_i,d는 i 번째 직교 빔 패턴의 d 번째 시간 슬롯에서의 코드 값, h_ij은 j 번째 송신 안테나와 i 번째 수신 직교 빔 패턴 간의 채널 이득을 나타내며, s_j은 j 번째 송신 안테나를 통해 전송된 심볼을 의미한다. 그리고 n_d는 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 성분을 의미한다.

신호 성분 추출부(150)는 디지털 변환된 수신 신호로부터 상호 직교하는 각 빔 패턴으로 수신한 신호 성분을 추출한다. 이에, 신호 성분 추출부(150)의 세부 구성은 도 3을 참조하여 더욱 상세히 설명하도록 한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 신호 성분 추출부(150)는 N 개의 각 빔 패턴 φ₁(ψ), φ₂(ψ), ..., φ_N(ψ)에 대응하는 N 개의 상관기 및 룩업테이블을 포함한다.

이때, 룩업테이블에는 상호 직교하는 각 빔 패턴에 할당된 코드워드의 공액 복소수(complex conjugate) 값이 저장될 수 있다.

상관기는 룩업테이블에 저장된 각 코드 값의 공액 복소수 값을 통해 디지털 변환된 수신 신호와 각 빔 패턴에 할당된 코드워드 간의 상관 값을 계산하여 해당 빔 패턴의 수신 신호 성분을 추출할 수 있다.

여기서, N 개의 상호 직교하는 빔 패턴 φ₁(ψ), φ₂(ψ), ..., φ_N(ψ) 중 i 번째 빔 패턴의 수신 신호 성분은 아래 [수학식 7]과 같이 주어지는 상호상관 계산을 통해 추출할 수 있다.

[수학식 7]에서, r_d는 d 번째 시간 슬롯에서의 수신 신호, c^* _i,d는 c_i,d의 공액 복소수를 의미한다.

이때, 각 상관기는 [수학식 6]을 [수학식 7]에 적용하여 계산하며, i 번째 빔 패턴의 수신 신호 성분, 즉, φ₁(ψ), φ₂(ψ), ..., φ_N(ψ) 각각에 대한 수신 신호 성분 r₁, r₂, ..., r_N을 쉽게 산출할 수 있다.

일 예로, 첫 번째 빔 패턴 φ₁(ψ)에 대응하는 상관기는 룩업테이블로부터 첫 번째 빔 패턴에 할당된 코드값 c_1,d에 대한 공액 복소수 c^* _1,d를 추출하고, 추출한 c^* _1,d를 통해 디지털 변환된 수신 신호 r_d와 φ₁(ψ)에 할당된 c_1,d 간의 상관 값을 계산하여 φ₁(ψ)에 대한 수신 신호 성분 r₁을 산출할 수 있다.

이와 같은 방식으로, N 번째 빔 패턴 φ_N(ψ)에 대응하는 상관기는 룩업테이블로부터 N 번째 빔 패턴에 할당된 코드값 c_N,d에 대한 공액 복소수 c^* _N,d를 추출하고, 추출한 c^* _N,d를 통해 디지털 변환된 수신 신호 r_d와 φ_N(ψ)에 할당된 c_N,d 간의 상관 값을 계산하여 φ_N(ψ)에 대한 수신 신호 성분 r_N을 산출할 수 있다.

이와 같은 방식으로 산출한, φ₁(ψ), φ₂(ψ), ..., φ_N(ψ) 각각에 대한 수신 신호 성분 r₁, r₂, ..., r_N을 아래 [수학식 8]과 같이 나타낼 수 있다.

이렇게 산출한 r₁, r₂, ..., r_N을 매트릭스 형식으로 정리하면, 수신 신호(r)는 아래 [수학식 9]와 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 9]에서, H는 N x M 채널 이득 매트릭스, s는 M x 1 송신 심볼 매트릭스, n은 N x 1 AWGN 성분 매트릭스를 의미한다.

채널 추정부(160)는 일반적으로 이용되는 채널 추정 알고리즘을 통해 채널 이득을 추정한다. 따라서, 채널 추정부(160)는 [수학식 9]의 채널 이득 H를 추정하여 복호화부(170)로 제공한다.

채널 추정부(160)에 의해 채널 이득 H가 추정되면, 복호화부(170)는 채널 이득 H를 이용하여 제로 포싱(zero-forcing), 최소 평균 제곱 에러(Minimum Mean Square Error, MMSE) 등의 기존 디지털 빔포밍 알고리즘을 통해 복호할 수 있다.

한편, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 단일 RF 체인을 이용한 수신 장치의 구성을 도시한 도면이다.

여기서, 도 4에 도시된 실시예는 다이버시티 이득을 제공하는 수신 장치(400)와 송신 장치(40)의 구조를 나타낸 것으로, 여기서 송신 장치(40)는 단일 송신 안테나를 갖는 다중 입출력 송신 장치인 것으로 가정하여 설명하도록 한다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 단일 RF 체인을 이용한 수신 장치(400)는 수신 안테나 모듈(410), 빔 패턴 제어부(420), 단일 RF 체인(430), A/D 컨버터(440), 신호 성분 추출부(450), 채널 추정부(460) 및 복호화부(470)를 포함할 수 있다.

도 4에 도시한 다시버시티 이득을 제공하는 수신 장치(400)는 도 1에 도시한 다중화 이득을 제공하는 수신 장치(100)와 동일한 구조로 구성되며, 동일 기능을 수행하는 동일 구성요소에 대한 중복 설명을 생략하도록 한다.

먼저, 수신 안테나 모듈(410)은 방사 패턴이 N 개의 상호 직교하는 빔 패턴의 합으로 표현되는 경우, 단일 RF 체인(430)을 이용하여 다이버시트 이득을 획득할 수 있다. 이때, N 개의 상호 직교하는 빔 패턴은 빔 패턴 제어부(420)에 의해 제어될 수 있다.

빔 패턴 제어부(420)에 의해 N 개의 상호 직교하는 빔 패턴에 의해 구현되는 방사 패턴은 앞서 설명한 [수학식 1]과 같은 관계를 가질 수 있다.

빔 패턴 제어부(420)는 수신 안테나 모듈(410) 및 단일 RF 체인(430)을 이용하여 다이버시티 컴바이닝을 위해, 심볼 구간을 N 개의 시간 슬롯으로 나누고, 각 슬롯의 시작점에서 안테나 빔 패턴을 변경하도록 한다.

각 시간 슬롯에서의 i 번째 직교 빔 패턴은 해당 빔 패턴에 할당된 코드워드(codeword)에 따라 결정된다. 일 예로 i 번째 직교 빔 패턴은 해당 빔 패턴에 할당된 코드워드(codeword)에 따라 그 위상이 결정될 수 있다. 여기서, i 번째 직교 빔 패턴의 d 번째 시간 슬롯에서의 안테나 방사 패턴은 앞서 설명한 [수학식 3]과 같이 나타낼 수 있으며, d 번째 시간 슬롯에서의 안테나 방사 패턴은 앞서 설명한 [수학식 4]와 같이 나타낼 수 있다.

일 예로, 각 직교 빔 패턴에 할당된 코드워드가 [수학식 5]와 같은 경우, 각 직교 빔 패턴에 할당된 코드워드에 따른 각 시간 슬롯별 빔 방사 패턴을 [수학식 4]로부터 쉽게 산출할 수 있다.

수신 안테나 모듈(410), 단일 RF 체인(430)을 통해 수신된 신호는 A/D 컨버터(440)에 의해 디지털 신호로 변환되고, A/D 컨버터(440)에 의해 디지털 변환된 수신 신호는 신호 성분 추출부(450)로 입력된다.

만일, 심볼 구간 동안 채널이 변하지 않는다고 가정하면, A/D 컨버터(440)를 통해 디지털 변환된 d 번째 시간 슬롯에서의 수신 신호는 아래 [수학식 10]과 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 10]에서, c_i,d는 i 번째 직교 빔 패턴의 d 번째 시간 슬롯에서의 코드 값을, h_i은 송신 안테나와 i 번째 수신 직교 빔 패턴 간의 채널 이득을 의미하고, s는 송신 안테나를 통해 전송된 심볼을 의미한다. 그리고 n_d는 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 성분을 의미한다.

이때, [수학식 10]은 [수학식 6]에 대응되는 수식으로, 도 4의 경우 송신 장치(40)가 단일 송신 안테나를 구비하고 있기 때문에 [수학식 6]과는 다른 수식이 적용된다.

신호 성분 추출부(450)는 디지털 변환된 수신 신호에 포함된 상호 직교하는 각 빔 패턴으로부터 수신 신호 성분을 추출한다. 이에, 신호 성분 추출부(450)의 세부 구성은 도 3과 같다.

N 개의 상호 직교하는 빔 패턴 φ₁(ψ), φ₂(ψ), ..., φ_N(ψ) 중 i 번째 빔 패턴의 수신 신호 성분은 앞서 설명한 [수학식 7]과 같이 나타낼 수 있다.

이때, 신호 성분 추출부(450)는 [수힉식 10]을 [수학식 7]에 적용하여 N 개의 빔 패턴에 대한 수신 신호 성분, 즉, φ₁(ψ), φ₂(ψ), ..., φ_N(ψ) 각각에 대한 수신 신호 성분 r₁, r₂, ..., r_N을 쉽게 산출할 수 있으며, [수학식 11]과 같이 나타낼 수 있다.

이렇게 산출한 수신 신호 성분 r₁, r₂, ..., r_N을 매트릭스 형식으로 정리하면, 수신 신호(r)는 [수학식 11]과 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 12]는 [수학식 9]와 같은 형식을 가지나, [수학식 12]에서 H는 N x 1 채널 이득 매트릭스, s는 송신 심볼, n은 N x 1 AWGN 성분 매트릭스를 의미한다.

채널 추정부(460)는 일반적으로 이용되는 채널 추정 알고리즘을 통해 채널을 추정하도록 한다. 따라서, 채널 추정부(460)는 [수학식 12]의 H를 추정하여 복호화부(470)로 제공하도록 한다.

채널 추정부(460)에 의해 H가 추정되면, 복호화부(470)는 추정된 H를 기반으로 기존의 선택적 합성(selective combining, SC), 동일 이득 합성(Equal Gain Combining, EGC) 및 최대비 합성(Maximal Ratio Combining, MRC) 등의 다이버시티 컴버이닝 기법을 이용하여 다이버시티 이득을 갖는 심볼을 획득할 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 단일 RF 체인을 이용한 수신 장치의 동작 흐름을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 단일 RF 체인을 이용한 수신 방법에 대한 동작 흐름을 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 단일 RF 체인을 이용한 수신 장치는 단일 RF 체인을 통해 다중화 이득 및/또는 다이버시티 이득을 제공하기 위해 안테나 빔 패턴을 변경하여(S110), 송신 장치로부터 송신된 신호를 수신하도록 한다(S120).

수신 장치는 수신 안테나 모듈을 통해 수신되어 단일 RF 체인을 통해 출력된 아날로그 기저대역신호를 A/D 컨버터를 통해 디지털 신호로 변환한다(S130). 이때, 수신 장치는 'S130' 과정에서 디지털 변환된 수신 신호에 포함된 각 빔 패턴으로부터 수신 신호 성분을 추출하도록 한다(S140).

여기서, 수신 장치는 수신 신호에 포함된 각 빔 패턴으로부터 수신 신호 성분을 추출하기 이전에, 도 6과 같이 i 번째 직교 빔 패턴의 d 번째 시간 슬롯에 대한 코드 값을 공액 복소수 값을 계산하고(S210), 'S210' 과정에서 계산된 공액 복소수 값을 룩업테이블에 저장하는 과정(S220)을 추가로 수행할 수 있다.

이에, 수신 장치가 'S140' 과정을 수행하는 경우, 도 7에서와 같이 룩업테이블에 저장된 공액 복소수 값을 추출하고(S141), 'S141' 과정에서 추출한 공액 복소수 값을 통해 디지털 변환된 수신 신호와 직교 빔 패턴에 할당된 코드 값의 상관값을 계산하여(S145), 해당 빔 패턴에 대한 수신 신호 성분을 추출할 수 있다.

이후, 수신 장치는 'S140' 과정에서 추출된 각 빔 패턴에 대응하는 수신 신호 성분으로부터 채널 이득을 추정하고(S150), 추정된 채널 이득을 이용하여 수신 신호를 복호화하도록 한다(S160). 이에, 수신 장치는 'S160' 과정에서 획득한 신호를 출력하도록 한다.

여기서, 수신 장치는 추정된 채널 이득을 이용하여 수신 신호를 디지털 빔포밍 알고리즘에 적용하여 다중화 이득을 제공하는 신호를 획득하거나, 다이버시티 컴버이닝 기법을 통해 다이버시티 이득을 제공하는 신호를 획득할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10, 40: 송신 장치 100, 400: 수신 장치
110, 410: 수신 안테나 모듈 120, 420: 빔 패턴 제어부
130, 430: 단일 RF 체인 140, 440: A/D 컨버터
150, 450: 신호 성분 추출부 160, 460: 채널 추정부
170, 470: 복호화부

Claims

직교하는 다수 개의 빔 패턴을 방사하여 신호를 수신하는 수신 안테나 모듈;
상기 수신 안테나 모듈의 수신신호를 처리하는 단일 RF 체인;
상기 수신 안테나 모듈 및 단일 RF 체인을 통해 수신된 수신신호와 사전에 다수 개의 빔 패턴에 할당된 코드값을 이용하여 각 빔 패턴에 대응하는 수신 신호 성분을 각각 추출하는 신호 성분 추출부; 및
상기 수신 안테나 모듈에 의해 방사되는 빔 패턴을 제어하는 빔 패턴 제어부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 RF 체인을 이용한 수신 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 빔 패턴 제어부는,
수신신호의 심볼 구간을 다수 개의 시간 슬롯으로 나누고, 각 시간 슬롯의 시작점에서 상기 수신 안테나 모듈의 빔 패턴을 변경하는 것을 특징으로 하는 단일 RF 체인을 이용한 수신 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 빔 패턴 제어부는,
각 빔 패턴에 할당된 코드워드(codeword)에 대응되도록 빔 패턴을 제어하는 것을 특징으로 하는 단일 RF 체인을 이용한 수신 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 빔 패턴 제어부는,
각 빔 패턴에 할당된 코드워드(codeword)에 따라 해당 빔 패턴의 위상을 결정하는 것을 특징으로 하는 단일 RF 체인을 이용한 수신 장치.
청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
상기 코드워드는,
직교 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 단일 RF 체인을 이용한 수신 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 신호 성분 추출부는,
다수 개의 각 빔 패턴에 할당된 코드 값의 공액 복소수(complex conjugate)이 값이 저장되는 룩업테이블; 및
상기 룩업테이블에 저장된 공액 복소수 값을 통해 수신신호와 해당 빔 패턴에 할당된 코드값 간의 상관 값을 계산하여 해당 빔 패턴의 수신 신호 성분을 추출하는 상관기
를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 RF 체인을 이용한 수신 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 룩업테이블 및 상기 상관기는,
다수 개의 빔 패턴에 각각 대응되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 단일 RF 체인을 이용한 수신 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 단일 RF 체인을 이용한 수신 장치는,
상기 신호 성분 추출부에 의해 추출된 각 수신 신호 성분을 채널 추정 알고리즘에 적용하여 수신신호의 채널 정보를 추정하는 채널 추정부; 및
상기 채널 정보를 적용하여 수신신호를 복호화하는 복호화부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 RF 체인을 이용한 수신 장치.
청구항 8에 있어서,
상기 복호화부는,
디지털 빔포밍 알고리즘을 이용하여 상기 수신신호를 복호화하는 것을 특징으로 하는 단일 RF 체인을 이용한 수신 장치.
청구항 8에 있어서,
상기 복호화부는,
선택적 합성(selective combining, SC), 동일 이득 합성(Equal Gain Combining, EGC) 및 최대비 합성(Maximal Ratio Combining, MRC) 중 어느 하나의 다이버시티 컴버이닝 기법을 이용하여 상기 수신신호를 복호화하는 것을 특징으로 하는 단일 RF 체인을 이용한 수신 장치.
수신 안테나 모듈에 의해 방사되는 빔 패턴을 제어하는 단계;
상기 수신 안테나 모듈이 직교하는 다수 개의 빔 패턴을 방사하여 신호를 수신하는 단계; 및
상기 수신 안테나 모듈 및 단일 RF 체인을 통해 수신된 수신신호와 사전에 다수 개의 빔 패턴에 할당된 코드값을 이용하여 각 빔 패턴에 대응하는 수신 신호 성분을 각각 추출하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 RF 체인을 이용한 수신 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 수신 안테나 모듈의 빔 패턴을 제어하는 단계는,
수신신호의 심볼 구간을 다수 개의 시간 슬롯으로 나누는 단계; 및
각 시간 슬롯의 시작점에서 상기 수신 안테나 모듈의 빔 패턴을 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 RF 체인을 이용한 수신 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 수신 안테나 모듈의 빔 패턴을 제어하는 단계는,
상기 직교하는 다수 개의 빔 패턴에 각각 할당된 코드워드(codeword)에 대응되도록 빔 패턴을 제어하는 것을 특징으로 하는 단일 RF 체인을 이용한 수신 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 수신 안테나 모듈의 빔 패턴을 제어하는 단계는,
상기 직교하는 다수 개의 빔 패턴에 각각 할당된 코드워드(codeword)에 따라 해당 빔 패턴의 위상을 결정하는 것을 특징으로 하는 단일 RF 체인을 이용한 수신 방법.
청구항 14 또는 청구항 15에 있어서,
상기 코드워드는,
직교 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 단일 RF 체인을 이용한 수신 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 수신 신호 성분을 각각 추출하는 단계는,
다수 개의 빔 패턴에 각각 할당된 코드 값의 공액 복소수(complex conjugate)이 값을 룩업테이블에 저장하는 단계; 및
상기 룩업테이블에 저장된 공액 복소수 값을 통해 수신신호와 해당 빔 패턴에 할당된 코드값 간의 상관 값을 계산하여 해당 빔 패턴의 수신 신호 성분을 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 RF 체인을 이용한 수신 방법.