KR100719840B1

KR100719840B1 - 시공간 주파수 블록 부호화 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100719840B1
Application number: KR1020040089507A
Authority: KR
Inventors: 채찬병; 윤성렬; 노원일; 정재학; 정영호; 남승훈; 오정태; 고균병; 정홍실
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-11-04
Filing date: 2004-11-04
Publication date: 2007-05-18
Also published as: JP2006135990A; EP1655875A2; US20060093066A1; CN1770677A; KR20060040245A

Abstract

본 발명은 3 개의 송신 안테나들을 사용하고 데이터 전송 레이트를 2로 갖는 통신시스템의 송신기에서 관한 것으로, 특히 수신기로부터 피드백 받은 채널상태정보에 따라 입력되는 심볼열을 소정 규칙에 의해 복수개의 송신 안테나를 통해 전송하는 방식을 사용하여 코딩 이득을 최대화하는 3 개의 송신 안테나들을 사용하고 데이터 전송 레이트를 2로 갖는 통신시스템의 송신기에 관한 것이다.

시공간 주파수 블록 부호화, 다이버시티 이득, 데이터 레이트, 채널 궤환

Description

시공간 주파수 블록 부호화 장치 및 방법{Apparatus and method of time space frequency block coding}

도 1은 종래의 시공간 주파수 블록 부호화 방식을 사용하는 이동통신시스템에서 송신기의 구성을 도시하는 도면.

도 2는 종래의 시공간 주파수 블록 부호화 방식을 사용하는 이동통신시스템에서 수신기의 구성을 도시하는 도면.

도 3은 본 발명에서 제안하는 시공간 주파수 블록 부호화 방식을 사용하는 이동통신시스템에서 송신기를 도시하는 도면.

도 4는 본 발명에서 제안하는 시공간 주파수 블록 부호화 방식을 사용하는 이동통신시스템에서 송신기의 송신절차를 도시하는 도면.

본 발명은 3 개의 송신 안테나들을 사용하고 데이터 전송 레이트를 2로 갖는 통신시스템의 송신기에 관한 것으로, 특히 수신기로부터 피드백 받은 채널상태정보에 따라 입력되는 심볼열을 소정 규칙에 의해 복수개의 송신 안테나를 통해 전송하는 방식을 사용하여 코딩 이득을 최대화하는 3 개의 송신 안테나들을 사용하고 데이터 전송 레이트를 2로 갖는 통신시스템의 송신기에 관한 것이다.

즉, 고품질의 신뢰도 높은 통신 시스템을 구축하기 위하여 수신기로부터 채널에 관한 정보를 피드백(feedback)받고 피드백(feedback)받은 정보를 이용하여 시공간 주파수 블록 부호화(또는 시공간 블록부호화 또는 주파수 공간 블록부호화)하여 3개의 안테나를 통하여 송신하는 송신기를 구성한다.
여기에서 전송 레이트는 시공간 블록부호화의 경우에는 단위시간당 전송 데이터 수, 시공간 주파수 블록 부호화의 경우에는 단위 리소스(resource)(주파수 + 시간)당 전송 데이터 수, 주파수 공간 블록 부호화의 경우에는 (주파수+시간)당 전송 데이터 수를 의미한다. 즉, 4 단위 시간동안 8개의 데이터를 전송하는 시공간 부호화 방법을 시용하는 경우, 2 단위 시간동안 과 2 단위 주파수를 사용하여 8개의 데이터를 전송하는 경우 및 4 단위 주파수(1 단위 시간동안)를 사용하여 8개의 데이터를 전송하는 경우는 모두 레이트 2인 경우이다.

통신에서 가장 근본적인 문제는 채널(channel)을 통하여 얼마나 효율적이고 신뢰성 있게(reliably) 데이터(data)를 전송할 수 있느냐 하는 것이다. 최근에 활발하게 연구되고 있는 차세대 멀티미디어 이동 통신 시스템에서는 초기의 음성 위주의 서비스를 벗어나 영상, 무선 데이터 등의 다양한 정보를 처리하고 전송할 수 있는 고속 통신 시스템이 요구됨에 따라 시스템에 적절한 채널 부호화 방식을 사용하여 시스템의 효율을 높이는 것이 필수적이다.

일반적으로, 이동통신시스템에 존재하는 무선 채널 환경은 유선 채널 환경과 달리 다중 경로 간섭(multipath interference), 쉐도잉(shadowing), 전파 감쇠, 시변 잡음(time-varying noise) 및 페이딩(fading) 등과 같은 여러 요인들로 인해 불가피한 오류가 발생하여 정보의 손실이 생긴다.

상기 정보 손실은 실제 송신 신호에 심한 왜곡을 발생시켜 상기 이동 통신 시스템의 전체 성능을 저하시키는 요인으로 작용하게 된다. 일반적으로 이러한 정보의 손실을 감소시키기 위해 채널의 성격에 따라 다양한 에러 제어 기법(error-control technique)을 이용하여 시스템의 신뢰도를 높이는데, 이러한 에러 제어 기법 중에 가장 기본적인 방법은 에러 정정 부호(error-correcting code)를 사용하는 것이다.

또한, 무선통신 시스템에서 다중경로 페이딩을 완화시키기 위해 다이버시티 기술을 사용하는데, 예를 들어 시간 다이버시티(time diversity), 주파수 다이버시티(frequency diversity)와 안테나 다이버시티(antenna diversity) 등이 있다.

이 중에서 상기 안테나 다이버시티 방식은 다중 안테나(multiple antenna)를 사용하는 방식으로서, 상기 안테나 다이버시티 방식은 수신 안테나들을 다수개로 사용하는 수신 안테나 다이버시티 방식과 송신 안테나들을 다수개 사용하는 송신 안테나 다이버시티 방식 및 다수개의 송신 안테나들과 다수개의 수신 안테나들을 사용하는 다중 입력 다중 출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 방식으로 분류된다.

여기서, 상기 MIMO 방식은 일종의 시공간 부호화(STC : Space-Time Coding) 방식이며, 상기 시공간 부호화 방식은 미리 설정된 부호화 방식으로 부호화된 신호를 다수개의 송신 안테나들을 사용하여 송신함으로써 시간 영역(time domain)에서의 부호화 방식을 공간 영역(space domain)으로 확장하여 보다 낮은 에러율을 달성하는 방식이다.

한편, 상기 안테나 다이버시티 방식을 효율적으로 적용하기 위해서 제안된 방식들중의 하나인 시공간 블록 부호화(STBC : Space Time Block Coding) 방식은 "Vahid Tarokh" 등에 의해 제안되었으며(Vahid Tarokh, "Space time block coding from orthogonal design," IEEE Trans. on Info., Theory, Vol. 45, pp. 1456-1467, July 1999), 상기 시공간 블록 부호화 방식은 S.M.Alamouti, " A simple transmitter diversity scheme for wireless communication, " IEEE Journal on Selected Area in Communication, Vol. 16, pp.1451-1458, Oct.1998) 송신 안테나 다이버시티 방식을 2개 이상의 송신 안테나들에 적용할 수 있도록 확장한 방식이다.

상기 안테나 다이버시티 방식을 효율적으로 적용하기 위한 또 다른 방법으로 제안된 것은 시공간 주파수 블록 부호화 방식을 사용하는 것이다. 도 1은 이러한 종래의 시공간 주파수 블록 부호화 방식을 사용하는 이동통신시스템에서 송신기의 구성을 보여주고 있다. 송신기는, 도면에 나타난 바와 같이 부호기(100), 변조기(102), 직/병렬 변환기(Serial to Parallel Converter: S/P Converter)(104), 시공간 주파수 블록 부호화기(Encoder)(106) 및 3개의 송신 안테나들(108, 110 내지 112)로 구성된다.

도 1을 참조하여 송신기의 송신 방식으로 설명하면 다음과 같다. 우선, 송신할 정보 데이터를 부호기(100)에 의하여 부호화 한다. 상기 부호기는 다양한 채널 부호화기를 사용할 수 있으며, 신뢰도 높은 통신 시스템을 구축하기 위하여 사용한다. 상기 부호기(100)의 출력 데이터인 부호화 데이터는 상기 변조기(102)에 입력된다. 상기 변조기(102)는 입력되는 부호화 데이터를 미리 설정된 변조 방식으로 변조하여 변조 심볼들을 출력한다. 여기서, 상기 미리 설정된 변조 방식은 BPSK(Binary Phase Shift Keying), QPSK(Quadrature Phase Shift Keying), QAM(Quadrature Amplitude Modulation), PAM(Pulse Amplitude Modulation), PSK(Phase Shift Keying) 등과 같은 변조방식들 중 어느 한 방식이 될 수 있다.

직렬/병렬 변환기(104)는 상기 변조기(102)로부터의 직렬 데이터를 병렬 데이터로 변환하여 시공간 주파수 블록 부호기(부호화기)(106)로 출력한다. 여기서, 상기 변조기(100)에서 출력되는 직렬 변조 심볼들을 s_1,s_2,s_3,s_4,s_5,s_6,s_7,s₈이라고 가정하기로 한다. 상기 시공간 주파수 블록 부호기(106)는 상기 직렬/병렬 변환기(104)로부터 입력된 8개의 심볼들을 시공간 주파수 블록 부호화(STFBC)하여 3개의 송신 안테나들을 통해 송신한다. 이때 전송 레이트를 2로 하기 위하여 상기 조합들을 생성하기 위한 부호화 행렬은 하기 <수학식 1>과 같다.

여기서, A는 3개의 송신 안테나들을 통해 송신되는 심볼들의 부호화 행렬(matrix)을 나타내고, s₁, s₂, s₃, s_4,s₅, s ₆, s₇, s₈은 전송하고자 하는 8개의 입력 심볼들을 나타낸다.

상기 부호화 행렬에서 행(row)의 개수는 송신 안테나 개수에 대응되고, 열(column)의 개수는 상기 8개의 심볼들을 전송하는데 소요되는 시간과 주파수를 나타낸다. 여기에서 첫 번째 두 열은 주파수 f1에 나머지 두 열은 주파수 f2에 전송된다. f1을 통해 전송될 두 열 중 앞 열은 시간 t1에 뒤의 열은 시간 t2에 전송된다. 즉, 8개의 심볼들이 2개의 시간구간, 2개의 주파수 구간 동안 3개의 안테나들 을 통해 송신된다.

그러나 상기에서 언급한 바와 같이 시간과 주파수를 사용하는 것에 국한 시킬 필요가 없음은 자명하다. 4개의 열에 대하여 각 열의 성분들을 다른 시간간격으로 전송할 수 있다. 즉, 4개의 열 각각을 4개의 시간 구간(t1,t2,t3,t4) 동안 전송 함으로써 8개의 데이터를 3개의 안테나를 통하여 4시간 구간동안 전송하는 것도 레이트 2에 해당한다. 또한 다른 주파수 영역으로 전송할 수도 있다. 즉, 4개의 열 각각을 4개의 주파수( f1, f2, f3, f4)를 사용하여 전송함으로써 8개의 데이터를 3개의 안테나를 통하여 4개의 주파수를 사용하여 전송하는 것도 레이트 2에 해당한다.

이상 살펴본 바와 같이, 상기 시공간 주파수 블록 부호기(104)는 입력되는 8개의 심볼들에 대하여 2개의 시간구간, 2개의 주파수 구간 동안 3개의 안테나들(108, 110 내지 112)을 통해 송신한다. 또는 4개의 시간구간 이나 4개의 주파수 구간 동안 3개의 안테나들(108, 110 내지 112)을 통해 송신한다.

앞서 언급한 Alamouti의 시공간 주파수 블록 부호화 기술은 2개의 송신 안테나들을 통해 복소 심볼들(complex symbols)을 송신하더라도, 전송률(data rate)을 손실하지 않고 송신 안테나들의 개수와 동일한, 즉 최대의 다이버시티 차수(diversity order)를 얻을 수 있는 이점이 있다. 그러므로 알라모우티(Alamouti)방식을 이용하여 전송하는 s₁, s₂, s₃, s₄심볼들은 다이버시티 효과을 얻을 수 있으므로 효과적으로 복원이 될 수 있다. 그러나 알라모우티(Alamouti)방식을 사용하지 않는 s₅, s₆, s₇, s₈심볼들은 다이버시티 효과를 얻을 수 없으므로 효과적으로 복원이 되기 힘들며 s₁, s₂, s₃, s₄심볼들에 비하여 오류가 발생할 확률이 높다.

도 2는 종래의 시공간 주파수 블록 부호화 방식을 사용하는 이동통신시스템에서 수신기 구성을 도시하고 있다. 여기서 상기 도 2는 도 1의 송신기 구조에 대응하는 수신기 구조를 보여준다.

도시된 바와 같이, 상기 수신기는 복수의 수신 안테나들(200,202 내지 204), 시공간 주파수 블록 복호기(206), 채널 추정기(Channel Estimator)(208), 검출기(Detector)(210) 및 복호기(212)로 구성된다.

도 2를 참조하면, 먼저 도 1의 송신기에서 3개의 송신 안테나(108,110 내지 112)들을 통해 송신된 신호는 제1수신 안테나(200), 제2수신 안테나(202), 제 P수신 안테나(204) 각각을 통해 수신된다. 상기 제1수신 안테나(200), 제2수신 안테나(202) 내지 제P수신 안테나(204) 각각은 수신된 신호를 채널 추정기(208)와 시공간 주파수 블록 복호기(206)로 출력한다.

상기 채널 추정기(208)는 상기 제1수신안테나(200) 제2수신 안테나(202) 내지 제 P수신 안테나(204) 각각을 통해 수신된 신호를 입력하여 채널 이득(channel gain)을 나타내는 채널 계수들(channel coefficients)을 추정하여 시공간 주파수 블록 복호기(206)로 출력한다. 즉, 상기 채널 추정기(208)는 상기 도1의 송신 안테나들(108, 110, 112)로부터 상기 수신안테나들(200, 202 내지 204)로의 채널 이득들을 나타내는 채널 계수들(channel coefficients)을 추정한다.

상기 시공간 복호기(206)는 상기 송신 안테나(108, 110, 112)로부터 전송된 수신 신호를 기반으로 하여 상기 시공간 부호기(106)로 입력된 데이터를 추정한다. 상기 8개의 입력 데이터에 대하여 4개의 데이터는 알라모우티(alamouti)방법을 사용하여 전송하고 4개의 데이터는 3번째 안테나로 전송하는 시공간 부호화기에 상응하도록 시공간 복호를 실행한다.

상기 검출기(210)는 상기 시공간 복호화기(206)의 출력값과 채널 추정기 (208)로부터의 상기 채널 계수들을 기반으로 하여, 상기 송신 심볼들에 대한 추정값을 구한다. 이때 상기 추정(hypotheses) 심볼들은 상기 송신기에서 송신 가능한 모든 심볼들에 대한 결정 통계량(decision statistic)을 계산하여 구할 수 있다. 상기 검출기(210)의 출력 데이터인 상기 전송 심볼들의 추정값은 상기 복호기로(212) 입력된다.

상기 복호기(212)는 상기 심볼 추정값을 입력 값으로 하여 상기 송신기의 부호기(100)에 상응하도록 미리 설정된 복호 방식으로 복호하여 원래의 정보 데이터 비트들로 복원한다.

위에서 설명한 종래기술의 문제점은 8개의 입력 데이터 중에서 알라모우티(Alamouti)방식을 이용하여 전송하는 s₁, s₂, s₃, s₄심볼들은 다이버시티 효과을 얻을 수 있으므로 효과적으로 복원이 될 수 있는 반면에, 알라모우티(Alamouti)방식을 사용하지 않는 s₅, s₆, s₇, s₈심볼들은 다이버시티 효과를 얻을 수 없으므로 효과적으로 복원이 되기 힘들며 s₁, s₂, s₃, s₄심볼들에 비하여 오류가 발생할 확률이 높다는 점이다.

따라서 본 발명의 목적은 3개의 안테나를 사용하고 전송 레이트를 2로 갖는 이동통신시스템에서 성능이 개선된 송신장치 및 방법을 제공함에 있다.

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 3개의 송신 안테 나와 데이터 전송 레이트 2를 갖는 통신시스템의 송신기에 있어서, 변조된 직렬 데이터를 병렬 데이터로 변환하여 출력하는 직렬/병렬 변환기와, 수신기로부터 피드백 받은 각 안테나의 채널 이득값에 따라 데이터 전송 모드를 결정하는 시공간 주파수 블록 부호기 모드 결정기와, 상기 직렬/병렬 변환기에서 출력되는 데이터를 상기 시공간 주파수 블록 부호기 모드 결정기에서 결정한 데이터 전송 모드에 따라 대응되는 안테나를 통해 송신하는 시공간 주파수 블록 부호기를 포함하는 송신기를 제공한다.

또한, 본 발명은 3개의 송신 안테나와 데이터 전송 레이트 2를 갖는 통신시스템의 송신방법에 있어서, 변조된 직렬 데이터를 병렬 데이터로 변환하여 출력하는 직렬/병렬 변환단계와, 수신기로부터 피드백 받은 각 안테나의 채널 이득값에 따라 데이터 전송 모드를 결정하는 시공간 주파수 블록 부호기 모드 결정단계와, 상기 직렬/병렬 변환단계에서 출력되는 데이터를 상기 시공간 주파수 블록 부호기 모드 결정단계에서 결정한 데이터 전송 모드에 따라 대응되는 안테나를 통해 송신하는 시공간 주파수 블록 부호 단계를 포함하는 송신방법을 제공한다.

이외에 본 발명의 목적을 달성하기 위한 다양한 실시예들의 구현이 가능하다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설 명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하 본 발명은 3개의 안테나를 사용하고 데이터 전송 레이트를 2로 갖는 통신시스템의 송신기에서 시공간 주파수 블록 부호화 장치에 관한 것으로, 입력되는 심볼열을 소정 규칙에 의해 복수개의 송신 안테나를 통해 전송하는 방식에서 시공간 주파수 블록 부호의 코딩 이득을 최대화하기 위한 방법을 제안하고 이를 바탕으로 시공간 주파수 블록 부호를 갖는 장치를 제안한다.
여기에서 시공간 주파수 블록부호화 장치를 기준으로 설명하나, 데이터 전송 레이트 2를 구현하는 시공간 블록 부호화장치 또는 주파수 공간 블록 부호화장치를 사용하는 것도 가능함은 당연하다.

도 3은 본 발명에서 제안하는 시공간 주파수 블록 부호화 방식을 사용하는 이동통신시스템에서 송신기를 도시하는 도면이다. 본 발명의 구성은 상기 도1의 송신기 구조와 유사하나, 수신기로부터 피드백(feedback)을 받은 채널 값(CQI: Channel Quality Indicator)이나 이 채널 상태 값(CQI: Channel Quality Indicator)에 따라 알라모우티(alamouti) 방법으로 전송되지 않는 데이터(신호)들을 어느 안테나를 통하여 전송할 것인가를 나타내는 인덱스를 입력 받아 상기 알라모우티(alamouti) 방법으로 전송되지 않는 신호들을 채널 상태 값(CQI: Channel Quality Indicator)이 좋은 채널을 통하여 전송될 수 있게 함으로써 수신기에서의 복원이 효율적으로 될 수 있도록 하여 보다 신뢰도 높은 통신 시스템을 구축할 수 있도록 한다.

도 3을 참조하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다. 즉, 부호기(300), 변조기(302), 직/병렬 변환기(Serial to Parallel Converter: S/P Converter)(304), 시공간 주파수 블록 부호기(Encoder)(106) 및 3개의 송신 안테나들(308, 310 내지 312)과시공간 주파수 블록 부호기 모드 결정기(314)로 구성된다.

상기 시공간 주파수 블록 부호기 모드 결정기(314)를 제외한 다른 블록들에 애하여서는 상기 도1에서 설명한 바와 같이 같은 방식으로 동작한다. 본 발명에서는 상기 시공간 주파수 블록 부호기 모드 결정기(314)를 추가함으로써 성능이 개선 된 높은 통신 시스템을 구축하고자 한다.

우선, 상기에서 설명한 바와 같이 시공간 주파수 블록 부호화기의 부호화 행렬은 <수학식2>와 같이 구성되며 이와 같이 전송하는 경우를 전송 모드 3으로 설정한다.

상기 부호화 행렬에서 행(row)의 개수는 송신 안테나 개수에 대응되고, 열(column)의 개수는 상기 8개의 심볼들을 전송하는데 소요되는 시간과 주파수를 나타낸다.

여기에서 첫 번째 두 열의 데이터는 주파수 f1에 나머지 두 열의 데이터는 주파수 f2에 전송된다. f1을 통해 전송될 두 열의 데이터 중 앞 열의 데이터는 시간 t1에 뒤의 열의 데이터는 시간 t2에 전송된다. 즉, 첫 번째 열의 데이터는 주파수 f1과 시간 t1에 전송되며, 두 번째 열의 데이터는 주파수 f1과 시간 t2에 전송되며, 세 번째 열의 데이터는 주파수 f2과 시간 t1에 전송되고 네 번째 열의 데이터는 주파수 f2와 시간 t2에 전송된다. 그러므로 8개의 심볼들이 2개의 시간구간, 2개의 주파수 구간 동안 3개의 안테나들을 통해 송신된다.

이와 같은 맥락으로 첫 번째 두 열의 데이터는 시간 t1에 나머지 두 열의 데이터는 시간 t2에 전송된다. 시간 t1을 통해 전송될 두 열의 데이터 중 앞 열의 데이터는 주파수 f1에 뒤의 열의 데이터는 주파수 f2에 전송된다. 즉, 첫 번째 열의 데이터 는 주파수 f1과 시간 t1에 전송되며, 두 번째 열의 데이터는 주파수 f2과 시간 t1에 전송되며, 세 번째 열의 데이터는 주파수 f1과 시간 t2에 전송되고 네 번째 열의 데이터는 주파수 f2와 시간 t2에 전송된다.

그러나 상기에서 언급한 바와 같이 시간과 주파수를 함께 사용하는 것에 국한 시킬 필요가 없음은 자명하다.

즉, 4개의 열에 대하여 각 열의 성분들을 다른 시간간격으로 전송할 수 있다. 즉, 첫 번째 열의 데이터는 시간 t1에 전송되며, 두 번째 열의 데이터는 시간 t2에 전송되며, 세 번째 열의 데이터는 시간 t3에 전송되고 네 번째 열의 데이터는 시간 t4에 전송된다. 이 경우는 시공간 부호화기를 사용하는 경우이다.

또한 다른 주파수 영역으로 전송할 수도 있다. 즉, 첫 번째 열의 데이터는 주파수 f1에 전송되며, 두 번째 열의 데이터는 주파수 f2에 전송되며, 세 번째 열의 데이터는 주파수 f3에 전송되고 네 번째 열의 데이터는 주파수 f4에 전송된다. 이 경우는 주파수 공간 부호화기를 사용하는 경우이다.

그리고 여기에서 각 행(row)은 전송 안테나에 대응되므로 첫 번째 행의 데이터는 상기 도1의 첫 번째 안테나(108)로 전송되며, 두 번째 행의 데이터는 두 번째 안테나(110)로 전송되며 세 번째 행의 데이터는 세 번째 안테나(112)로 전송된다.

그러므로 3번째 행에 해당하는 신호들은 모두 3번째 안테나로 전송된다. 만약 3번째 안테나의 채널 이득이 나쁘다면

신호들은 수신기에서 복원하기 어렵다. 그러므로

는 3개의 안테나 중 가장 좋은 채널 이득을 갖는 안테나로 전송하도록 하면 성능이 개선될 수 있다.

만약, 첫 번째 안테나의 채널이득이 가장 좋을 경우 <수학식 3>과 같이 전송하는 것이 수신기에서 복원하기 용이하여 이득을 향상시킬 수 있으며, 이러한 <수학식 3>과 같이 전송하는 경우를 전송 모드1로 설정한다.

그러나 상기에서 언급한 바와 같이 시간과 주파수를 사용하는 것에 국한 시킬 필요가 없음은 자명하다.

또한 다른 주파수 영역으로 전송할 수도 있다. 즉, 첫 번째 열의 데이터는 주파수 f1에 전송되며, 두 번째 열의 데이터는 주파수 f2에 전송되며, 세 번째 열의 데이터는 주파수 f3에 전송되고 네 번째 열의 데이터는 주파수 f4에 전송된다. 이 경우는 주파수 공간 부호화기를 사용하는 것이다.

그리고 만약 2번째 안테나의 채널 이득이 가장 양호한 경우에는 <수학식 4>와 같이 전송하여야 하며 <수학식 4>와 같이 전송하는 경우를 전송 모드2로 설정한다.

상기에서 언급한 바와 같이 상기 부호화 행렬에서 행(row)의 개수는 송신 안테나 개수에 대응되고, 열(column)의 개수는 상기 8개의 심볼들을 전송하는데 소요되는 시간과 주파수를 나타낸다.

이와 같은 맥락으로 첫 번째 두 열의 데이터는 시간 t1에 나머지 두 열의 데이터는 시간 t2에 전송된다. 시간 t1을 통해 전송될 두 열의 데이터 중 앞 열의 데이터는 주파수 f1에 뒤의 열의 데이터는 주파수 f2에 전송된다. 즉, 첫 번째 열의 데이터는 주파수 f1과 시간 t1에 전송되며, 두 번째 열의 데이터는 주파수 f2과 시간 t1에 전송되며, 세 번째 열의 데이터는 주파수 f1과 시간 t2에 전송되고 네 번째 열 의 데이터는 주파수 f2와 시간 t2에 전송된다.

이 경우에도 시공간 부호화기를 사용하거나 주파수 공간 부호화기를 사용하는 것이 가능하며, 위의 <수학식 2>와 <수학식 3>의에 대한 설명에서 기술한 바와 동일하게 적용된다.

삭제

그리고 각 행은 전송 안테나에 대응되므로 첫 번째 행의 데이터는 상기 도1의 첫 번째 안테나(108)로 전송되며, 두 번째 해의 데이터는 두 번째 안테나(110)로 전송되며 세 번째 해의 데이터는 세 번째 안테나(112)로 전송된다.

그러므로 상기 시공간 주파수 블록 부호기 모드 결정기(314)에서는 수신기로부터 피드백(feedback)된 각 안테나의 채널 이득 값이나 전송 모드 값을 기반으로 하여 송신 안테나 3개 중에서 어느 안테나의 채널상태가 가장 양호한 지를 알아내어 이를 상기 시공간 주파수 블록 부호기(306)에 알려준다. 상기 시공간 주파수 블록 부호기(306)에서는 상기 시공간 주파수 블록 부호기 모드 결정기(314)로부터의 정보를 근거로 상기 <수학식2>, <수학식3>, <수학식4>중 어느 하나를 선택하여 실행하게 된다.

또는 수신기에서 각 안테나의 채널 이득 값이나 전송 모드 값을 기반으로 하여 송신 안테나 3개 중에서 어느 안테나의 채널상태가 가장 양호한 지를 알아내어 상기 시공간 주파수 블록 부호기에서 사용할 모드를 결정하여 결정한 모드를 나타내는 인덱스를 시공간 주파수 블록 부호기에 전송하는 것으로 수신기를 구현할 수도 있다. 즉, 수신기에서 채널 상태 값(CQI: Channel Quality Indicator)에 따라 알라모우티(alamouti) 방법으로 전송되지 않는 데이터(신호)들을 어느 안테나를 통하여 전송할 것인가를 나타내는 인덱스를 송신기의 시공간 주파수 블록 부호기에 전송하는 것도 가능하다.

도 4는 본 발명에서 제안하는 시공간 주파수 블록 부호화 방식을 사용하는 이동통신시스템에서 송신기의 송신절차를 도시하는 도면이다. 이하에서 도4의 순서도를 이용하여 본 발명을 설명하도록 한다.

우선, 전송해야할 정보 데이터를 입력 받는다(400). 다음에는 입력받은 정보데이터를 설정되어 있는 부호화 방식에 맞도록 부호화한다(402). 다음에는 부호화된 데이터를 변조한다(404). 상기에서 언급한 바와 같이 변조 방법은 BPSK나, QPSK, PAM, QAM 등 다양하게 사용할 수 있다. 변조된 신호들은 직렬 병렬 변환하여 시공간 주파수 블록 부호화기에 입력될 수 있도록 8개의 신호들을 출력한다(406). 다음에는 수신기로부터 feedback받은 신호를 기반으로 하여 3개의 송신 안테나에 대한 채널 이득값을 기반으로 하여 첫 번째 안테나의 채널 이득값이 가장 클 경우에는 상기 수학식 3과 같이 시공간 부호화 동작 모드 1로 결정하며, 두번째 안테나의 채널 이득 값이 가장 클 경우에는 상기 수학식 4와 같이 시공간 부호화 동작 모드 2로 결정하며, 세 번째 안테나의 채널 이득값이 가장 클 경우에는 상기 수학식 2와 같이 시공간 부호화 동작 모드 3으로 결정한다(408).

모드가 결정되면 결정된 시공간 부호화 동작 모드를 기반으로 하여 시공간 주파수 블록 부호화를 한다(410). 시공간 주파수 블록 부호화된 신호들은 3개의 송 신 안테나로 전송된다(412).

또는 수신기에서 각 안테나의 채널 이득 값이나 전송 모드 값을 기반으로 하여 송신 안테나 3개 중에서 어느 안테나의 채널상태가 가장 양호한 지를 알아내어 상기 시공간 주파수 블록 부호기에서 사용할 모드를 결정하여 결정한 모드를 나타내는 인덱스를 시공간 주파수 블록 부호기에 전송하는 것으로 수신기를 구현하는 경우에는 상기 408단계의 시공간 주파수 블록 부호기의 모드 결정 단계대신에 수신기로부터의 모드를 나타내는 인덱스 수신단계가 대신 할 수 있다.
또한, 수신기로부터 피드백 되는 채널 상태 정보에 따라 3개의 안테나를 통하여 데이터 전송 레이트 2를 구현하는 시공간 주파수 블록 부호화기(시공간 블록 부호기 또는 주파수 공간 블록 부호기)의 행렬은 여러가지가 있을 수 있다.
그 한 예로, 시공간 주파수 블록부호화기(시공간 블록 부호기 또는 주파수 공간 블록 부호기)에서 사용하는 행렬로 다음의 <수학식 5>, <수학식 6> 및 <수학식 7>을 사용할 수 있다.

여기에서 사용되는 행렬은 시공간 주파수 블록 부호화기에서 성상도 회전을 한 데이터를 복수 평면에서 재 그룹핑한 데이터들을 나타낸다.
수신기에서 전송모들 결정하여 그 인덱스를 송신기에 보내는 경우에 그 인덱스가 0b000, 또는 0b1010 또는 0b110001의 경우에는 위 <수학식 5>를 나타내고, 0b001, 또는 0b1011 또는 0b110010의 경우에는 위 <수학식 6>을 나타내고, 0b010, 또는 0b1100 또는 0b110011의 경우에는 위 <수학식 7>을 나타내는 것으로 할 수 있다.

본 발명은 3개의 송신 안테나들을 사용하여 송신 레이트를 2로 갖는 송신기의 시공간 블록 부호화 장치 및 방법에서, 수신기로부터 feedback되는 채널 계수들을 기반으로 하여 입력되는 심볼열을 소정 규칙에 의해 복수개의 송신 안테나를 통해 전송하는 방식에서 보다 신뢰도 높은 고속의 통신 시스템을 구축할 수 있다.

Claims

3개의 송신 안테나와 데이터 전송 레이트 2를 갖는 통신시스템의 송신기에 있어서,

변조된 직렬 데이터를 병렬 데이터로 변환하여 출력하는 직렬/병렬 변환기와;

수신기로부터 피드백 받은 각 안테나의 채널 상태 정보에 따라 데이터 전송 모드를 결정하는 시공간 블록 부호기(또는 주파수공간블록부호기 또는 시공간 주파수 블록 부호기)모드 결정기와;

상기 직렬/병렬 변환기에서 출력되는 데이터를 상기 시공간 블록 부호기(또는 주파수 공간블록 부호기 또는 시공간 주파수 블록 부호기) 모드 결정기에서 결정한 데이터 전송 모드에 따라 대응되는 안테나를 통해 송신하는 시공간 블록 부호기(또는 주파수공간블록부호기 또는 시공간 주파수 블록 부호기)를 포함하는 송신기.
제1항에 있어서,

상기 데이터 전송 모드는 하기 <수학식 8><수학식 9><수학식10>중의 하나를 선택하는 것을 특징으로 하는 송신기.

여기서, A는 3개의 송신 안테나들을 통해 송신되는 심볼들의 부호화 행렬(matrix)을 나타내고, s₁, s₂, s₃, s₄, s₅, s₆, s₇, s₈은 전송하고자 하는 8개의 입력 심볼들을 나타내며, 행(row)은 송신 안테나에 대응되고, 열(column)은 데이터를 전송하는데 소요되는 시간(또는 시간과 주파수 또는 주파수)를 나타낸다.
제 1항에 있어서,

상기 데이터 전송 모드는 하기 <수학식 11><수학식 12><수학식 13>중의 하나를 선택하는 것을 특징으로 하는 송신기.

여기서, A는 3개의 송신 안테나들을 통해 송신되는 심볼들의 부호화 행렬(matrix)을 나타내고, s₁, s₂, s₃, s₄, s₅, s₆, s₇, s₈은 전송하고자 하는 8개의 입력 심볼들을 나타내며, 행(row)은 송신 안테나에 대응되고, 열(column)은 데이터를 전송하는데 소요되는 시간(또는 시간과 주파수 또는 주파수)를 나타낸다.
3개의 송신 안테나와 데이터 전송 레이트 2를 갖는 통신시스템의 송신방법에 있어서,

변조된 직렬 데이터를 병렬 데이터로 변환하여 출력하는 직렬/병렬 변환단계와;

수신기로부터 수신기에서 결정한 데이터 전송 모드를 나타내는 인덱스를 피드백 받아 상기 직렬/병렬 변환기에서 출력되는 데이터를 상기 데이터 전송 모드에 따라 대응되는 안테나를 통해 송신하는 시공간 블록 부호기(또는 주파수공간블록부호기 또는 시공간 주파수 블록 부호기)를 포함하는 송신방법.
제4항에 있어서,

상기 데이터 전송 모드는 하기 <수학식 14><수학식 15><수학식 16>중의 하나를 선택하는 것을 특징으로 하는 송신방법.

여기서, A는 3개의 송신 안테나들을 통해 송신되는 심볼들의 부호화 행렬(matrix)을 나타내고, s₁, s₂, s₃, s₄, s₅, s₆, s₇, s₈은 전송하고자 하는 8개의 입력 심볼들을 나타내며, 행(row)은 송신 안테나에 대응되고, 열(column)은 데이터를 전송하는데 소요되는 시간(또는 시간과 주파수 또는 주파수)를 나타낸다.
제4항에 있어서,

상기 데이터 전송 모드는 하기 <수학식 17><수학식 18> <수학식19>중의 하나를 선택하는 것을 특징으로 하는 송신방법.

여기서, A는 3개의 송신 안테나들을 통해 송신되는 심볼들의 부호화 행렬(matrix)을 나타내고, s₁, s₂, s₃, s₄, s₅, s₆, s₇, s₈은 전송하고자 하는 8개의 입력 심볼들을 나타내며, 행(row)은 송신 안테나에 대응되고, 열(column)은 데이터를 전송하는데 소요되는 시간(또는 시간과 주파수 또는 주파수)를 나타낸다.
3개의 송신 안테나와 데이터 전송 레이트 2를 갖는 통신시스템의 송신방법에 있어서,

변조된 직렬 데이터를 병렬 데이터로 변환하여 출력하는 직렬/병렬 변환 단계와;

수신기로부터 피드백 받은 각 안테나의 채널 상태 정보에 따라 데이터 전송 모드를 결정하는 시공간 블록 부호(또는 주파수공간블록부호 또는 시공간 주파수 블록 부호) 모드 결정단계와;

상기 직렬/병렬 변환단계에서 출력되는 데이터를 상기 시공간 블록 부호(또는 주파수공간블록 부호 또는 시공간 주파수 블록 부호) 모드 결정단계에서 결정한 데이터 전송 모드에 따라 대응되는 안테나를 통해 송신하는 시공간 주파수 블록 부호 단계를 포함하는 송신방법.
제7항에 있어서,

상기 데이터 전송 모드는 하기 <수학식 20><수학식 21><수학식22>중의 하나를 선택하는 것을 특징으로 하는 송신방법.

여기서, A는 3개의 송신 안테나들을 통해 송신되는 심볼들의 부호화 행렬(matrix)을 나타내고, s₁, s₂, s₃, s₄, s₅, s₆, s₇, s₈은 전송하고자 하는 8개의 입력 심볼들을 나타내며, 행(row)은 송신 안테나에 대응되고, 열(column)은 데이터를 전송하는데 소요되는 시간(또는 시간과 주파수 또는 주파수)를 나타낸다.
제7항에 있어서,

상기 데이터 전송 모드는 하기 <수학식 23><수학식 24> <수학식25>중의 하나를 선택하는 것을 특징으로 하는 송신방법.

여기서, A는 3개의 송신 안테나들을 통해 송신되는 심볼들의 부호화 행렬(matrix)을 나타내고, s₁, s₂, s₃, s₄, s₅, s₆, s₇, s₈은 전송하고자 하는 8개의 입력 심볼들을 나타내며, 행(row)은 송신 안테나에 대응되고, 열(column)은 데이터를 전송하는데 소요되는 시간(또는 시간과 주파수 또는 주파수)를 나타낸다.
3개의 송신 안테나와 데이터 전송 레이트 2를 갖는 통신시스템의 송신방법에 있어서,

변조된 직렬 데이터를 병렬 데이터로 변환하여 출력하는 직렬/병렬 변환 단계와;

수신기로부터 수신기에서 결정한 데이터 전송 모드를 나타내는 인덱스를 피드백 받아 상기 직렬/병렬 변환단계에서 출력되는 데이터를 상기 데이터 전송 모드에 따라 대응되는 안테나를 통해 송신하는 시공간 블록 부호(또는 주파수공간블록부호 또는 시공간 주파수 블록 부호) 단계를 포함하는 송신방법.
제10항에 있어서,

상기 데이터 전송 모드는 하기 <수학식 26><수학식 27><수학식 28>중의 하나를 선택하는 것을 특징으로 하는 송신방법.

여기서, A는 3개의 송신 안테나들을 통해 송신되는 심볼들의 부호화 행렬(matrix)을 나타내고, s₁, s₂, s₃, s₄, s₅, s₆, s₇, s₈은 전송하고자 하는 8개의 입력 심볼들을 나타내며, 행(row)은 송신 안테나에 대응되고, 열(column)은 데이터를 전송하는데 소요되는 시간(또는 시간과 주파수 또는 주파수)를 나타낸다.
제10항에 있어서,

상기 데이터 전송 모드는 하기 <수학식 29><수학식 30> <수학식31>중의 하나를 선택하는 것을 특징으로 하는 송신방법.

여기서, A는 3개의 송신 안테나들을 통해 송신되는 심볼들의 부호화 행렬(matrix)을 나타내고, s₁, s₂, s₃, s₄, s₅, s₆, s₇, s₈은 전송하고자 하는 8개의 입력 심볼들을 나타내며, 행(row)은 송신 안테나에 대응되고, 열(column)은 데이터를 전송하는데 소요되는 시간(또는 시간과 주파수 또는 주파수)를 나타낸다.