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KR100938091B1 - 직교주파수다중분할 이동통신시스템에서 블록 부호화기법과 순환 지연 다이버시티 기법을 사용하는 기지국송신 장치 및 방법 - Google Patents

직교주파수다중분할 이동통신시스템에서 블록 부호화기법과 순환 지연 다이버시티 기법을 사용하는 기지국송신 장치 및 방법 Download PDF

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KR100938091B1 KR20040081713A KR20040081713A KR100938091B1 KR 100938091 B1 KR100938091 B1 KR 100938091B1 KR 20040081713 A KR20040081713 A KR 20040081713A KR 20040081713 A KR20040081713 A KR 20040081713A KR 100938091 B1 KR100938091 B1 KR 100938091B1
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Abstract

본 발명은 직교주파수부호분할다중/부호분할다중접속 통신시스템에서 송신 다이버시티를 지원하는 것으로, 특히 적어도 2개 이상의 기지국들로부터 전송되는 동일한 방송 신호에 대하여 송신 다이버시티를 효율적으로 지원하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
이러한 본 발명은 무선망 제어기가 이동 단말이 위치한 무선 채널의 상황을 고려하여 적어도 2개 이상의 송신 안테나들을 구비하며 적어도 세 개의 섹터들로 구성된 하나의 셀 내에 위치한 다수의 기지국들에게 다이버시티를 구현하기 위한 정보를 전송하고, 상기 셀 내의 기지국들이 상기 정보에 따라 전송하고자 하는 데이터를 시공간 블록 부호화하고 서로 다른 순환 지연을 적용하여 적어도 2개 이상의 송신 안테나들을 통해 이동단말로 전송하는 것을 특징으로 한다.
Figure R1020040081713
시공간 블록 부호화, 주파수 공간 블록 부호화, 순환 지연, 매크로 다이버시티

Description

직교주파수다중분할 이동통신시스템에서 블록 부호화 기법과 순환 지연 다이버시티 기법을 사용하는 기지국 송신 장치 및 방법{Apparatus and method for providing efficient transmission using block coding and cyclic delay diversities in the OFDM based cellular systems}
도 1은 본 발명이 적용되는 셀 구조를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따라 시공간 블록 부호화 기법과 순환 지연 다이버시티 기법을 사용하는 기지국의 송신 구조를 도시한 도면.
도 3은 상기 도 2에 도시한 순환 지연 다이버시티 기법을 보다 구체적으로 설명한 도면.
도 4는 상기 도 2에 도시한 시공간 블록 부호화 기법을 보다 구체적으로 설명한 도면.
도 5는 본 발명의 제2실시 예에 따라 주파수 공간 블록 부호화 기법과 순환 지연 다이버시티 기법을 사용하는 기지국의 송신 구조를 도시한 도면.
도 6은 상기 도 5에 도시한 주파수 공간 블록 부호화 기법을 보다 구체적으로 설명한 도면.
도 7은 본 발명에 따라 무선망 제어기가 기지국의 송신 동작을 제어하는 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 8은 본 발명에 따른 시스템 성능과 종래 기술에 따른 시스템 성능을 비교한 도면.
본 발명은 직교주파수부호분할다중/부호분할다중접속 통신시스템에서 송신 다이버시티를 지원하는 것으로, 특히 적어도 2개 이상의 안테나를 구비한 기지국들로부터 전송되는 동일한 방송 신호에 대하여 송신 다이버시티를 효율적으로 지원하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 이동통신 서비스에 대한 형태는 다양한 콘텐츠의 개발에 따라 음성서비스 이외에도 비디오, 오디오, 텍스트, 디지털 방송 등과 같은 형태의 멀티미디어에 대한 사용자의 요구가 폭발적으로 증가하고 있다. 이러한 요구를 수용하기 위하여 고속 데이터를 효율적으로 전송하기 위한 방법 중의 하나로서 직교주파수분할다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 'OFDM'라 한다) 방식이 최근 활발한 연구개발 되고 있으며 이는 4세대 이동통신 및 차세대 이동통신방식의 대표적인 방식으로도 각광받고 있다. 또한, 전 세계적으로는 초고속 패킷전송 기술개발과 병행하여 표준화 작업도 추진되고 있다.
이러한 이동통신의 발전과 더불어 현재 이동통신시스템에서 이동단말은 자신 이 위치한 해당 셀로부터 전송되는 신호를 수신하여 통신을 수신한다. 이때, 송신 신호가 열악한 난청지역이나 반대로 이동단말이 군집하는 핫 스팟(hot spot)지역, 또는 이동 단말이 아주 간간이 나타나는 변두리 지역 등의 경우를 고려하여 적합한 신호 전송방식이 필요하다.
기지국은 자기 셀에 위치한 이동단말의 송신 신호를 보장하고자 송신 다이버시티를 적용하여 자기 셀의 송신 신호를 보장한다. 이는 상기 자기셀과 인접한 주변 셀로부터 전송되는 신호가 상기 이동단말의 통신 성능을 감소시키는 원인으로 작용하기 때문이다.
이때, 상기 자기셀과 상기 인접 셀이 방송 서비스의 지원에 따라 동일한 방송 신호를 송신하는 경우, 해당 셀에서 매크로 다이버시티를 지원하고, 상기 셀 내의 기지국들이 다중 안테나를 사용하여 보다 적절한 다이버시티를 지원하기 위한 송신 구조가 필요하다.
따라서 상기한 바와 같이 동작되는 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 본 발명의 목적은, 직교주파수부호분할다중/부호분할다중접속 통신시스템에서 송신 다이버시티를 지원하는 기지국의 송신 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 것으로, 직교주파수부호분할다중/부호분할다중접속 통신시스템에서 적어도 2개 이상의 안테나를 구비한 기지국들로부터 전송되는 동일한 방송 신호에 대하여 송신 다이버시티를 효율적으로 지원하는 기지국 장치 및 방 법을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 창안된 본 발명의 실시예는, 직교주파수다중 분할 이동통신시스템에서, 기지국이 블록 부호화 기법과 순환 지연 다이버시티 기법을 사용하는 방법에 있어서, 무선망 제어기가 이동 단말이 위치한 무선 채널의 상황을 평가하는 과정과, 상기 평가된 무선 채널 상황에 따라, 각각 적어도 2개 이상의 송신 안테나들을 구비하며 적어도 세 개의 섹터들로 구성된 하나의 셀 내에 위치한 다수의 기지국들에게 다이버시티를 구현하기 위한 정보를 전송하는 과정과, 상기 기지국들이 상기 정보에 따라 전송하고자 하는 데이터를 시공간 블록 부호화하는 과정과, 상기 시공간 블록 부호화된 데이터에 상기 기지국별로 서로 다른 순환 지연을 적용하는 과정과, 상기 지연된 데이터를 상기 각 기지국에 구비된 적어도 2개 이상의 송신 안테나들을 통해 이동단말로 전송하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 창안된 본 발명의 다른 실시예는, 직교주파수다중 분할 이동통신시스템에서, 기지국이 블록 부호화 기법과 순환 지연 다이버시티 기법을 사용하는 방법에 있어서, 무선망 제어기가 이동 단말이 위치한 무선 채널의 상황을 평가하는 과정과, 상기 평가된 무선 채널 상황에 따라, 각각 적어도 2개 이상의 송신 안테나들을 구비하며 적어도 세 개의 섹터들로 구성된 하나의 셀 내에 위치한 다수의 기지국들에게 다이버시티를 구현하기 위한 정보를 전송하는 과정과, 상기 기지국들은 상기 정보에 따라 전송하고자 하는 데이터를 주파수 공간 블록 부호화하는 과정과, 상기 주파수 공간 블록 부호화된 데이터에 상기 기지국별로 서로 다른 순환 지연을 적용하는 과정과, 상기 지연된 데이터를 상기 각 기지국에 구비된 적어도 2개 이상의 송신 안테나들을 통해 이동단말로 전송하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 창안된 본 발명의 또 다른 실시예는, 직교주파수다중 분할 이동통신시스템에서, 블록 부호화 기법과 순환 지연 다이버시티 기법을 사용하는 기지국 장치에 있어서, N길이의 제1데이터열과 N길이의 제2데이터열을 순차적으로 입력하여 정해진 시공간 부호에 따라 N길이의 심볼 벡터로 부호화를 수행하여 병렬로 출력하는 시공간 부호화 블록과, 상기 N길이의 심볼 벡터를 N개의 시간 영역에 따라 다중 반송파 심볼들로 출력하는 송신 안테나들의 수에 대응하는 역변환기들과, 상기 역변환기들로부터 각각 출력되는 상기 N길이의 다중 반송파 심볼들을 정해진 크기의 지연을 가지도록 지연하여 출력하는 지연기들을 포함함을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 창안된 본 발명의 또 다른 실시예는, 직교주파수다중 분할 이동통신시스템에서, 블록 부호화 기법과 순환 지연 다이버시티 기법을 사용하는 기지국 장치에 있어서, N길이의 제1데이터열과 N길이의 제2데이터열을 전달받아 N/2길이의 제1데이터열과 N/2길이의 제2데이터를 순차적으로 입력하고, 상기 두 개의 데이터열을 조합하여 주파수 공간 부호에 따라 N길이의 심볼 벡터를 병렬로 출력하는 주파수 공간 부호화 블록과, 상기 N길이의 심볼 벡터를 N개의 시간 영역에 따라 다중 반송파 심볼들로 출력하는 송신 안테나들의 수에 대응하는 역변환기들과, 상기 역변환기들로부터 각각 출력되는 상기 N길이의 다중 반송파 심볼들을 정해진 크기의 지연을 가지도록 각각 지연하여 출력하는 지연기들을 포함함을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 후술되는 용어들의 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명은 OFDM/HSDPA를 지원하는 이동통신시스템에서 보다 적절한 송신 다이버시티를 제공하기 위한 기지국의 송신 장치 및 방법을 제안한다.
이와 관련하여 본 발명에서는 제1실시 예에 따라 시공간 블록 부호화 기법과 순환 지연 다이버시티 기법을 사용한 기지국의 송신 구조를 설명한다. 또한, 제 2실시 예에 따라 주파수 공간 블록 부호화 기법과 순환 지연 다이버시티 기법을 사용한 기지국의 송신 구조를 설명한다. 이때, 상기 기지국은 적어도 2개 이상의 안테나를 구비하고, 각 안테나에서 서로 다른 지연을 고려하여 동일한 신호를 전송함으로 이동 단말로 하여금 성능 이득을 보장하도록 한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 셀 구조를 간략히 도시한 도면이다.
상기 도 1을 참조하면, 이동통신시스템에서 이동 단말(100)은 방송 채널을 통해 방송 서비스를 지원받는 단말이다. 상기 이동 단말(100)은 지리적으로 도심지의 핫 스팟(hot spot) 지역을 이동 중이거나, 또는 신호가 미비한 변두리 지역 또는 산악지역을 통과할 수도 있다. 이러한 각각이 지리적 위치에 따라 다중 경로 채널의 특성은 서로 상이하게 나타난다.
일 예로, 이동 단말(100)이 셀 사이의 거리도 가깝고 근접 셀이 많은 도심의 핫 스팟에 위치한 경우, 순환 지연을 통한 다이버시티가 존재하지 않더라도 다중 경로를 통해 충분한 다중 경로 채널을 수신하게 된다. 반면에, 이동 단말(100)이 한적한 변두리 지역이나 외딴 산악 지역으로 이동한 경우, 상기 셀의 간격도 멀어지고 다중 경로 채널도 충분하지 않다. 따라서, 이동 단말(100)은 각 셀들로부터 전송되는 신호에 대하여 순환 다이버시티 변조 방식을 적용하여 상기 각 셀의 기지국들로부터 전송되는 다중 채널 경로로부터 페이딩 이득을 얻을 수 있다.
즉, 상기 도 1에서 이동 단말(100)은 셀 주변에 서로 다른 세 기지국에 속한 세 개의 섹터 사이의 교차지역에 존재하고 있다. 이 경우에 세 개의 섹터에 존재하는 각 기지국은 적어도 하나 이상의 송신 안테나를 가지고 셀 주변의 이동 단말(100)에 방송 채널을 전송한다. 상기 각 기지국은 시공간 블록 부호를 이용하거나, 주파수 공간 부호화한 신호를 다중 안테나(111, 112, 121, 122, 131, 132)를 통해 전송하고, 이동 단말(100)은 상기 세 기지국(BS1, BS2, BS3)으로부터 같은 주파수를 통해 전송되는 데이터를 수신한다. 이때, 상기 세 기지국(BS1, BS2, BS3)으로부터 전송되는 데이터는 서로 다른 순환 지연을 가지고 전송된다. 따라서, 상기 이동 단말(100)은 상기 다른 경로를 가지고, 서로 다른 지연을 가지고 수신되는 상기 데이터를 수신하여 매크로(macro) 다이버시티 효과를 얻게 된다.
도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따른 기지국의 송신 구조를 도시한 도면이다. 여기서, 상기 제1실시 예는 적어도 두 개의 OFDM 심볼 구간동안 채널의 변화가 없는 것은 가정하여 설명한다.
도 2를 참조하면, 전송하고자 하는 N 개의 데이터 스트림(200)은 세 개의 기지국(BS1(211) BS2(221), BS3(231))로 전달된다. 이때, 입력되는 상기 X1, X2의 데이트 스트림 X1, X1=[X1(0), X1(1),...,X1(N/2-1)]T 와 X2, X2=[X2(0), X2(1),...,X2(N/2-1)]T 은 상기 X1이 먼저 입력되고, 그 후에 X2가 입력된다. 이때, 상기 기지국은 상기 입력 데이터 X1, X2는 OFDM의 다중 반송파(multi-carrier)를 이용한 병렬 송신구조를 가진다. 이때, 상기 기지국들(BS1(211), BS2(221), BS3(231))에 구비된 각각의 시공간 부호화 블록(213, 223, 233)에서는 상기 입력된 데이터열을 N 길이의 벡터 단위로 시공간 블록 부호화를 수행한 후 출력한다.
그 후, 각 시공간 부호화(STBC) 블록(213, 223, 233)은 순서대로 입력된 상기 X1, X2의 데이트 스트림(200)에 대하여 시공간 부호화한 후, 역 고속 푸리에 변환부들(Inverse Fast Fourier Transform: 이하 'IFFT'라 한다. 214, 215, 224, 225, 234, 235)로 출력한다. 상기 IFFT(214, 215, 224, 225, 234, 235)에서 상기 순차적으로 입력된 데이터 스트림은 다중 분할된 상기 N개의 부반송파들(multi-carrier)로 역 고속 푸리에 변환, 즉 OFDM 변조를 수행하여 OFDM 변조된 N개의 병렬 OFDM 신호를 시간영역 신호로 변환한다.
상기 IFFT(214, 215, 224, 225, 234, 235)를 통해 출력된 시간영역의 신호는 순환 지연 다이버시티를 얻기 위하여 지연기(d11(216), d12(217), d21(226), d22(227), d31(236), d32(237))에 의하여 인위적인 지연을 가지고 출력된다. 즉, 상기 각각의 안테나에서의 순환 지연의 정도는 최대의 다이버시티를 얻을 수 있도록 제어되며, 상기 안테나의 수에 대응하여 지연기(d11(216), d12(217), d21(226), d22(227), d31(236), d32(237))는 d1, d2, d3의 지연값을 가지도록 제어된다. 상기 지연기들(216, 217, 226, 227, 236, 237)은 각각 지연된 시간 영역 신호들을 보호 구간 삽입기들(218, 219, 228, 229, 238, 239)로 출력한다.
보호구간 삽입기(218, 219, 228, 229, 238, 239)는 이전에 위치한 각각의 지연기(d11(216), d12(217), d21(226), d22(227), d31(236), d32(237))로부터 출력되는 상기 N개의 OFDM 샘플 데이터들 중에서 순환접두부호의 위치에 있는 시간영역의 신호들을 검출하고, 상기 검출된 순환접두부호의 신호들을 일정한 크기의 순환접두부호의 값과 뺄셈 연산을 수행하여 시간축 상의 정해진 위치에 배치되도록 한다. 즉, 상기 순환접두부호를 G개의 샘플로 이루어진 보호 구간으로 설정하여 상기 OFDM 샘플 데이터의 앞단에 삽입하여 출력한다(이하 OFDM 심볼에 보호구간이 삽입된 것을 "OFDM 전송 심볼"이라 한다). 따라서, 상기 각 기지국은 구비된 적어도 하나 이상의 안테나를 통해 상기 생성된 OFDM 전송 심볼을 전송한다.
상기 도 1과 상기 도 2를 참조하여 전술한 바와 같이, 상기 제1실시 예는 세 개의 기지국이 세 쌍의 세 안테나들(111 내지 132)을 통해 두 심볼 구간동안 N길이의 부반송파를 통해 동일한 신호가 전송한다. 또한, 상기 기지국에 있는 각 안테나에 순환 지연을 적용한다. 또한, 하나의 부 채널에 두 개의 심볼 구간동안에 시공간 블록 부호가 형성된다. 이때, 각각의 안테나에서의 순환 지연 정도는 최대의 다이버시티를 얻을 수 있도록 순환 지연 제어기가 제어하며 한 기지국 내에서는 d11= d12 와 같이 지연을 일치시킬 수 있다.
수신측인 이동 단말은 2개의 송신 안테나가 존재하는 것처럼 2개의 채널을 추정하고, 시공간 블록 부호 수신 방법을 이용하면 시공간 다이버시티를 얻게 된 다. 또한 3개씩의 안테나로부터 송신되는 신호에 의하여 순환 지연 다이버시티를 얻는다.
도 3은 상기 도 2에 도시한 순환 지연 다이버시티 기법을 보다 구체적으로 설명한 도면이다.
상기 도 3은 하나의 셀 내에 3개의 기지국들(BS1, BS2, BS3)이 존재하는 경우, 상기 기지국들이 동일한 데이터 스트림(300)을 전송하는 구조를 도시한다.
데이터 스트림(300)은 3개의 기지국들(BS1, BS2, BS3)로 동시에 전달된다. 상기 기지국1(BS1, 311)에서 IFFT(312)는 상기 순차적으로 입력된 데이터 스트림(300)을 N개의 OFDM 샘플 데이터들로 병렬 출력한다. 상기 병렬 출력된 OFDM 샘플 데이터들은 제1 지연기(313)에서 d1만큼의 지연값을 가지고 지연되어 보호구간 삽입기(314)로 출력된다. 상기 보호구간 삽입기(314)는 상기 N개의 OFDM 샘플데이터들로 구성되는 OFDM 심볼에서 상기 OFDM 샘플 데이터들 중 마지막 G길이의 OFDM 샘플 데이터를 복사하여 상기 OFDM 심볼의 앞단에 삽입하여 출력한다. 상기 보호구간 삽입기(314)에서 출력되는 OFDM 전송 심볼은 안테나를 통해 전송된다.
또한, 기지국2(BS2, 321)에서 IFFT(322)는 상기 순차적으로 입력된 데이터 스트림(300)을 N개의 OFDM 샘플 데이터들로 병렬 출력한다. 상기 병렬 출력된 OFDM 샘플 데이터들은 제2 지연기(323)에서 d2만큼의 지연값을 가지고 지연되어 보호구간 삽입기(324)로 출력된다. 여기서, 상기 d2는 상기 제1지연기(313)의 d1값과 상이한 값이다. 상기 보호구간 삽입기(324)는 상기 N개의 OFDM 샘플데이터들로 구성되는 OFDM 심볼에서 상기 OFDM 샘플 데이터들 중 마지막 G개의 OFDM 샘플 데이터를 복사하여 상기 OFDM 심볼의 앞단에 삽입하여 출력한다. 상기 보호구간 삽입기(324)에서 출력되는 OFDM 전송 심볼은 안테나를 통해 전송된다.
상기 기지국3(BS1, 331)에서 IFFT(332)는 상기 순차적으로 입력된 데이터 스트림(300)을 N개의 OFDM 샘플 데이터들로 병렬 출력한다. 상기 병렬 출력된 OFDM 샘플 데이터들은 제3 지연기(333)에서 d3만큼의 지연값을 가지고 지연되어 출력된다. 상기 d3은 상기 제1 지연기(313)의 d1값 및 제2 지연기(323)의 d2값과는 상이한 값이다. 상기 보호구간 삽입기(334)는 상기 N개의 OFDM 샘플데이터들로 구성되는 OFDM 심볼에서 상기 OFDM 샘플 데이터들 중 마지막 G길이의 OFDM 샘플 데이터를 복사하여 상기 OFDM 심볼의 앞단에 삽입하여 출력한다. 상기 보호구간 삽입기(334)에서 출력되는 OFDM 전송 심볼은 안테나를 통해 전송된다.
여기서, 상기 각 기지국들(BS1, BS2, BS3)은 각각 하나의 안테나를 구비하며, 상기 안테나를 통해 전송된 데이터 스트림(300)은 서로 다른 경로를 통해 이동단말로 전송된다. 따라서, 수신측인 이동단말은 상기 동일한 데이터 스트림(300)에 대하여 서로 다른 경로를 통해 전송된 데이터 스트림(300)에 대하여 소프트 컴바이닝을 수행함으로 수신 데이터 스트림(300)을 보장하게 된다.
도 4는 상기 도 2에 도시한 시공간 블록 부호화 기법을 보다 구체적으로 설명한 도면이다.
상기 도 4를 참조하면, 하나의 기지국에서 2개의 안테나를 사용하여 다중 경로를 통해 데이터를 전송한다. 즉, 하기와 같은 상기 2개의 OFDM 심볼에 존재하는 2N개의 변조된 심볼들을 시공간 부호화하고, 각각 OFDM 변조를 거친 후, 두 개의 안테나로 출력한다 .
우선, 시공간 부호화 블록(401)은 상기 OFDM 심볼 X1, X1=[X1(0), X1(1),...,X1(N-1)]T 와 X2, X2=[X2(0), X2(1),...,X2(N-1)]T를 순서대로 순차적으로 입력받아 병렬로 부호화를 수행하여 2N개의 시공간 블록 부호화된 벡터 데이터를 동시에 출력한다.
즉, 상기 시공간 부호화 블록(401)은 제1 안테나에 대응하여 X1, X2의 순서대로 입력되는 데이터에 대하여 X1, -X2 *의 순서로 부호화를 수행하여 출력한다. 또한, 상기 시공간 부호화 블록(401)은 상기 제2 안테나에 대응하여 X2, X1 *의 순서로 부호화를 수행하여 제1 IFFT부(403)로 출력한다.
제1 S/P 블록(402)은 상기 시공간 부호화 블록(401)을 통해 출력되는 N개 단위의 X1, -X2 * 의 벡터 데이터를 순차적으로 입력하여 N개의 병렬 데이터를 출력한다. 상기 병렬 출력된 데이터는 제1 IFFT부(403)에서 N개의 OFDM 샘플 데이터 [X1(0), X1(1),...,X1(N-1)]들이 병렬로 출력된다. 제1 P/S 변환기(404)는 상기 제1 IFFT(403)에서 출력되는 OFDM 샘플데이터들을 병렬로 입력받아 직렬로 변환하여 제1 순환지연기(405)로 출력한다. 제1 순환지연기(405)는 상기 N개의 OFDM 샘플데이터에 대하여 순환지연 d1을 적용하여 제1 보호구간 삽입기(406)로 출력한다. 상기 제1 보호구간 삽입기(406)는 상기 N개의 OFDM 샘플데이터들로 구성되는 OFDM 심볼에서 상기 OFDM 샘플 데이터들 중 마지막 G길이의 OFDM 샘플 데이터를 복사하여 상기 OFDM 심볼의 앞단에 삽입하여 [x1(d1-g), x1(d1-1), x1(d1-2) ／ x1(d1), x1(d1+1), x1(d1-1)] 신호를 출력한다. 상기 d1의 지연을 가지는 OFDM 전송 심볼은 제1안테나를 통해 전송된다.
또한, 제2 S/P 블록(412)은 상기 시공간 부호화 블록(401)을 통해 출력되는 N개 단위의 X2, X1 *의 벡터 데이터를 순차적으로 입력하여 N개의 병렬 데이터를 제2 IFFT부(413)로 출력한다. 상기 병렬 출력된 데이터는 제2 IFFT부(413)에서 N개의 OFDM 샘플 데이터들로 변환되어 출력된다. 제2 P/S 변환기(414)는 상기 제2 IFFT(413)에서 출력되는 OFDM 샘플데이터들을 병렬로 입력받아 직렬로 변환하여 제2 순환지연기(415)로 출력한다. 제2 순환지연기(415)는 상기 N개의 OFDM 샘플데이터에 대하여 순환지연 d2를 적용하여 제2 보호구간 삽입기(416)로 출력한다. 상기 제2 보호구간 삽입기(416)는 상기 N개의 OFDM 샘플데이터들로 구성되는 OFDM 심볼에서 상기 OFDM 샘플 데이터들 중 마지막 G길이의 OFDM 샘플 데이터를 복사하여 상기 OFDM 심볼의 앞단에 삽입하여 [x1(d2-g), x1(d2-1), x1(d2-2) ／ x1(d2), x1(d2+1), x1(d2-1)] 신호를 출력한다. 상기 d2의 지연을 가지는 OFDM 전송 심볼은 제2안테나를 통해 전송된다.
도 5는 본 발명의 제2실시 예에 따라 주파수 공간 블록 부호화 기법과 순환 지연 다이버시티 기법을 사용하는 기지국의 송신 구조를 도시한 도면이다.
상기 도 5를 참조하면, 도 5는 OFDM 심볼에 존재하는 N개의 변조된 심볼을 주파수 공간 블록 부호화하고, OFDM 변조를 거친 후, 두 개의 안테나로 출력하는 구조이다. 주파수 공간 부호화 블록의 입력으로는 하기의 N/2길이의 벡터가 순차적으로 들어간다.
도 5를 참조하면, 전송하고자 하는 N개의 데이터 스트림(500)은 세 개의 기지국(BS1(511), BS2(521), BS3(531))으로 전달된다. 이때, 입력되는 상기 X1, X2의 데이트 스트림은 X1은 X1=[X1(0), X1(1),...,X1(N/2-1)]T 이고, X2는 X2=[X2(0), X2(1),...,X2(N/2-1)]T의 순으로 순차적으로 입력된다.
주파수 공간 블록 부호화(SFBC) 블록(512, 522, 532)에서는 두개의 벡터 입력을 조합하여 주파수상에서 시공간 블록 부호를 적용하여, 한 개의 OFDM 심볼에 N/2개의 Y1, Y2 블록이 병렬로 부호화하여 출력한다. 역 고속 푸리에 변환부들(Inverse Fast Fourier Transform: 이하 'IFFT'라 한다. 513, 514, 523, 524, 533, 534)로 출력한다. 상기 IFFT들(513, 514, 523, 524, 533, 534)은 상기 Y1, Y2에 대하여 역 고속 푸리에 변환, 즉 OFDM 변조를 수행하여 OFDM 변조된 N개의 병렬 OFDM 신호를 시간영역 신호로 변환한다. 상기 IFFT들(513, 514, 523, 524, 533, 534)을 통해 출력된 시간영역의 신호는 순환 지연 다이버시티를 얻기 위하여 지연기(d11(515), d12(516), d21(525), d22(526), d31(535), d32(536))에 의하여 인위적인 지연을 가지고 출력된다.
보호구간 삽입기(517, 518, 527, 528, 537, 538)는 이전에 위치한 각각의 지연기(d11(515), d12(516), d21(525), d22(526), d31(535), d32(536))로부터 출력되는 상기 N개의 OFDM 샘플 데이터들 중에서 순환접두부호의 위치에 있는 시간영역의 신호들을 검출하고, 상기 검출된 순환접두부호의 신호들을 일정한 크기의 순환접두부호의 값과 뺄셈 연산을 수행하여 시간축 상의 정해진 위치에 배치되도록 한다. 즉, 상기 순환접두부호를 G길이의 보호 구간으로 설정하여 상기 OFDM 샘플 데이터의 앞단에 삽입하여 출력한다(이하 OFDM 심볼에 보호구간이 삽입된 것을 "OFDM 전송 심볼"이라 한다). 따라서, 상기 각 기지국은 구비된 적어도 하나 이상의 안테나를 통해 상기 생성된 OFDM 전송 심볼을 전송한다.
상기 전술한 바와 같이 제2실시 예는 인접한 두 반송파에 해당하는 심볼들을 묶어서 주파수 공간 블록 부호를 구성하고, 상기 IFFT부(513, 514, 523, 524, 533, 534)를 통과한 후에는 순환 지연을 적용하여 매크로 다이버시티를 구한다. 이때, 기지국 내에서 d11= d12, d21= d22, d31= d32로 순환 지연을 적용하여 주파수 공간 블록 부호의 직교성이 깨지지 않도록 한다.
도 6은 상기 도 5에 도시한 주파수 공간 블록 부호화 기법을 보다 구체적으로 설명한 도면이다.
상기 도 6을 참조하면, 도 6은 2개의 N/2길이의 벡터를 입력으로 받아 주파수 공간 블록 부호화된 OFDM 심볼을 출력하는 구조이다.
주파수 공간 블록 부호화(SFBC) 블록(601)은 상기 X1, X2 의 순서로 입력한다. 이때, 상기 X1은 X1=[X1(0), X1(1),...,X1(N/2-1)]T의 순으로 순차적으로 입력된다. 또한 X2는 X2=[X2(0), X2(1),...,X2(N/2-1)]T의 순으로 순차적으로 입력된다. 이때, 상기 주파수 공간 부호화 블록(601)은 상기 입력에 대하여 N길이의 Y1, Y2 벡터를 각각 출력한다. 상기 Y1은 Y1=[X1(0), -X* 2(0), X1(1), -X* 2(1), ... , X1(N/2-1), -X* 2(N/2-1)]T이다. Y2는 Y2=[X2(0), X* 1(0), ... , X2(N/2-1), X* 1(N/2-1)]T이다. 즉, 상기 주파수 공간 부호화 블록(601)은 상기 Y1 및 Y2 들의 원소들이 2개씩 묶여서 하나의 주파수 공간 블록 부호의 블록을 이루는 것을 알 수 있다.
제1 S/P 블록(602)은 상기 주파수 공간 부호화 블록(601)을 통해 출력되는 N길이의 [X1(0), -X* 2(0), X1(1), -X* 2(1), ... , X1(N/2-1), -X* 2(N/2-1)]T벡터 데이터를 순차적으로 입력하여 N개의 병렬 데이터를 출력한다. 상기 병렬 출력된 데이터는 제1 IFFT부(603)에서 N개의 OFDM 샘플 데이터, y1(0)들로 변환되어 출력된다.
제1 P/S 변환기(604)는 상기 제1 IFFT부(603)에서 출력되는 OFDM 샘플데이터들을 병렬로 입력받아 직렬로 변환하여 출력한다. 제1 순환지연기(605)는 상기 N개의 OFDM 샘플데이터에 대하여 순환지연 d1을 적용하여 출력한다.
제1 보호구간 삽입기(606)는 상기 N개의 OFDM 샘플데이터들로 구성되는 OFDM 심볼에서 상기 OFDM 샘플 데이터들 중 마지막 G길이의 OFDM 샘플 데이터를 복사하여 상기 OFDM 심볼의 앞단에 삽입하여 [y1(d1-g), y1(d1-1), y1(d1-2) ／ y1(d1), y1(d1+1), y1(d1-1)] 신호를 출력한다. 상기 OFDM 전송 심볼은 제1안테나를 통해 전송된다.
제2 S/P 블록(612)은 상기 주파수 공간 블록 부호화 블록(601)을 통해 출력되는 N길이의 [X2(0), X* 1(0), ... , X2(N/2-1), X* 1(N/2-1)]T 벡터 데이터를 순차적으로 입력하여 N개의 병렬 데이터를 출력한다. 상기 병렬 출력된 데이터는 제2 IFFT부(613)에서 N개의 OFDM 샘플 데이터, y1(N-1)들로 변환되어 출력된다.
제2 P/S 변환기(614)는 상기 제2 IFFT부(613)에서 출력되는 OFDM 샘플데이터들을 병렬로 입력받아 직렬로 변환하여 출력한다. 제2 순환지연기(615)는 상기 N개의 OFDM 샘플데이터에 대하여 순환지연 d2를 적용하여 출력한다. 제2 보호구간 삽입기(616)는 상기 N개의 OFDM 샘플데이터들로 구성되는 OFDM 심볼에서 상기 OFDM 샘플 데이터들 중 마지막 G길이의 OFDM 샘플 데이터를 복사하여 상기 OFDM 심볼의 앞단에 삽입하여 [y1(d2-g), y1(d2-1), y1(d2-2) ／ y1(d2), y1(d2+1), y1(d2-1)] 신호를 출력한다. 상기 OFDM 전송 심볼은 제2안테나를 통해 전송된다.
도 7은 본 발명에 따라 무선망 제어기가 기지국의 송신 동작을 제어하는 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 7을 참조하면, 무선망 제어기(RNC: radio network controller, 750)는 자신의 제어하에 있는 모든 기지국들이 동일한 데이터를 동시에 송신하도록 제어하여 이동단말로 하여금 매크로 다이버시티를 제공하고자 한다.
이때, 상기 무선망 제어기(750)는 상기 이동 단말이 위치한 지형과 지역, 또는 상기 셀을 구성하는 해당 섹터들 내의 이동 단말의 수 및 위치, 또는 이동 단말들의 수신 상태 등을 고려하여 상기 셀과 각 섹터의 기지국들이 가장 적합한 송신 안테나 기법 및 순환지연 기법을 제공하도록 제어한다. 상기 무선망 제어기(750)는 다수의 안테나들을 구비하고, 상기 안테나들이 지연 제어기(752)의 제어에 따라 서로 다른 지연값을 가지고 동일한 데이터를 전송하도록 제어한다. 상기 제어는 일정기간마다 갱신될 수도 있고, 때에 따라 고정시킬 수도 있다. 이때, 순환지연의 크기는 다중 경로 채널에서 최대 지연 확산보다 커야 최대의 다이버시티 효과를 얻을 수 있다.
이와 관련하여 상기 무선망 제어기(750)는 부호화 블록(701)에 제어 신호를 인가하여 데이터 스트림(700)을 시공간 부호 및 주파수 공간 블록 부호화 한다. 또는 다양한 송신 다이버시티 혹은 MIMO구조로 구현하도록 제어한다. 즉, 다이버시티에 따른 송신 구현 방법은 각 기지국에서 독립적으로 행해질 수도 있고, 또는 상기 무선망 제어기(750)의 제어 신호에 따라 행해질 수 있다. 이때, 상기 무선망 제어기(750)는 상기 서비스 가능한 송신 기법을 몇 모드로 정의하여 저장하고, 해당 모드를 소정의 비트에 할당하여 상기 비트를 상기 각 기지국들에 전송함으로 상기 송신 구조를 제어할 수 있다.
BS1, BS2 및 BS3 각각에서 IFFT부들(711, 712, 721, 722, 731, 732)과 지연기들(713, 714, 723, 724, 733, 734)과 지연 제어기(752) 및 보호구간 삽입기들(715, 716, 725, 726, 735, 736)은 도 5에 이미 도시한 바와 유사하게 동작하므로 상세한 설명을 생략한다.
또한, 상기 도 7에서는 각 기지국이 2개의 송신 안테나를 갖고 있는 예를 보였으나, 보다 많은 수의 안테나로 일반화 시킬 수 있다. 일 예로, 방송 채널을 공 유하는 기지국은 적어도 2개 또는 4개 이상의 송신 안테나를 구비 가능하다.
도 8은 본 발명에 따른 시스템 성능과 종래 기술에 따른 시스템 성능을 비교한 도면이다.
상기 도 8을 참조하면, 이동 단말이 세 기지국에 속한 세 섹터 사이에 존재하며, 기지국은 각 섹터를 위해 2개의 송신안테나를 갖고 있다고 가정한다, 이때, 인접한 세 개의 섹터에서는 동일한 신호를 송신하며, 각각 순환 지연을 주어 다이버시티를 얻는 구조를 가정한다.
하기의 <표 1>은 OFDM시스템에서 고려된 변수들을 나타낸다. 이때, FFT 크기는 N = 64이고, 채널 길이와 순환 접두 길이는 4 샘플이다. 인터리빙 방식은 (16x4) 심볼 인터리빙 방식이 적용하며, 채널부호는 길쌈 부호(constraint length)가 7임을 나타낸다.
Parameters Values
FFT size (points) 64
Channel length 4 samples
Cyclic Prefix 4 samples
Channel Profiles exponentially decaying power with 4 multipath
Coding Scheme 64 states, 1/2 rate convolutional coding with Soft Viterbi Decoding
Interleaving 16 by 4 symbol interleaving
Modulation QPSK

이와 관련하여, Case 1은 각 기지국이 한 개의 송신 안테나를 갖고 있는 경우에 동일한 신호를 출력하는 경우이고, Case 2는 각 기지국이 한 개의 송신 안테나를 갖고 있는 경우, 동일한 신호에 대하여 순환 지연(0, 16, 32) 다이버시티를 적용한 경우이다. Case 3은 각 기지국이 2개의 송신 안테나를 갖고 있는 경우에 동일한 신호를 송신하는 경우를 출력하는 경우이고, Case 4는 상기 Case 3에 순환 지연(0, 8, 16, 24, 32, 40) 다이버시티를 적용한 것이다.
그리고, Case 5는 본 발명에 따라 시공간 부호를 적용하고 각 기지국이 2개의 송신 안테나를 갖고 있는 경우에 각 기지국간에 순환 지연을 적용한 예이다. 이때, 상기 기지국내에서 송신 안테나간에는 동일한 순환 지연을 적용하고, 동일한 신호를 송신하는 경우이다.
반면에, Case 6은 본 발명에 따라 시공간 부호를 적용하고 각 기지국이 2개의 송신 안테나를 갖고 있는 경우에 각 기지국간에 순환 지연을 적용한 예이다. 이때, 상기 기지국내에서 송신 안테나간에 서로 다른 순환 지연을 적용하여 동일한 신호를 송신하는 경우이다.
상기 도 8에 도시된 바와 같이 본 발명에 따라 시공간 부화를 적용한 후, 상기 부호화된 신호에 대하여 순환 지연을 적용함으로써 다이버시티의 성능이 증가함을 확인 할 수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 동작하는 본 발명에 있어서, 개시되는 발 명 중 대표적인 것에 의하여 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 다중 반송파를 사용하는 이동통신시스템에서 방송 채널을 전송하는 경우, 기지국간의 매크로 다이버시티와 기지국내의 다중 안테나를 이용한 다이버시티를 보장함으로 셀 주변의 이동단말의 전송 효율을 극대화하는 효과를 가진다. 또한, 다중 경로 페이딩 채널에 의하여 충분한 이득을 얻지 못하는 지형에서 주파수 다이버시티 이득을 얻을 수 있는 효과를 가진다.

Claims (11)

  1. 직교주파수다중 분할 이동통신시스템에서, 기지국이 블록 부호화 기법과 순환 지연 다이버시티 기법을 사용하는 방법에 있어서,
    무선망 제어기가 이동 단말이 위치한 무선 채널의 상황을 평가하는 과정과,
    상기 평가된 무선 채널 상황에 따라, 각각 적어도 2개 이상의 송신 안테나들을 구비하며 적어도 세 개의 섹터들로 구성된 하나의 셀 내에 위치한 다수의 기지국들에게 다이버시티를 구현하기 위한 정보를 전송하는 과정과,
    상기 기지국들이 상기 정보에 따라 전송하고자 하는 데이터를 시공간 블록 부호화하는 과정과,
    상기 시공간 블록 부호화된 데이터에 상기 기지국별로 서로 다른 순환 지연을 적용하는 과정과,
    상기 지연된 데이터를 상기 각 기지국에 구비된 적어도 2개 이상의 송신 안테나들을 통해 이동단말로 전송하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 블록 부호화 기법과 순환 지연 다이버시티 기법 사용 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이동단말은 각 섹터별로 전송된 제1송신 안테나의 신호들과, 제2송신 안테나의 신호들로 그룹화하여 채널 추정을 수행하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 블록 부호화 기법과 순환 지연 다이버시티 기법 사용 방법.
  3. 직교주파수다중 분할 이동통신시스템에서, 기지국이 블록 부호화 기법과 순환 지연 다이버시티 기법을 사용하는 방법에 있어서,
    무선망 제어기가 이동 단말이 위치한 무선 채널의 상황을 평가하는 과정과,
    상기 평가된 무선 채널 상황에 따라, 각각 적어도 2개 이상의 송신 안테나들을 구비하며 적어도 세 개의 섹터들로 구성된 하나의 셀 내에 위치한 다수의 기지국들에게 다이버시티를 구현하기 위한 정보를 전송하는 과정과,
    상기 기지국들은 상기 정보에 따라 전송하고자 하는 데이터를 주파수 공간 블록 부호화하는 과정과,
    상기 주파수 공간 블록 부호화된 데이터에 상기 기지국별로 서로 다른 순환 지연을 적용하는 과정과,
    상기 지연된 데이터를 상기 각 기지국에 구비된 적어도 2개 이상의 송신 안테나들을 통해 이동단말로 전송하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 블록 부호화 기법과 순환 지연 다이버시티 기법 사용 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 각 섹터마다 위치한 기지국은 상기 정보에 따라 주파수 공간 블록 부호화를 수행한 다중 반송파 신호에 동일한 순환 지연을 적용하여 적어도 2개 이상의 송신 안테나들을 통해 이동단말로 전송하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 블록 부호화 기법과 순환 지연 다이버시티 기법 사용 방법.
  5. 직교주파수다중 분할 이동통신시스템에서, 블록 부호화 기법과 순환 지연 다이버시티 기법을 사용하는 기지국 장치에 있어서,
    N길이의 제1데이터열과 N길이의 제2데이터열을 순차적으로 입력하여 정해진 시공간 부호에 따라 N길이의 심볼 벡터로 부호화를 수행하여 병렬로 출력하는 시공간 부호화 블록과,
    상기 N길이의 심볼 벡터를 N개의 시간 영역에 따라 다중 반송파 심볼들로 출력하는 송신 안테나들의 수에 대응하는 역변환기들과,
    상기 역변환기들로부터 각각 출력되는 상기 N길이의 다중 반송파 심볼들을 정해진 크기의 지연을 가지도록 지연하여 출력하는 지연기들을 포함함을 특징으로 하는 기지국 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 송신 안테나들은 적어도 2개 이상으로 구성됨을 특징으로 하는 기지국 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 시공간 부호화 블록은 무선망제어기로부터 인가된 제어 정보에 따라 상기 N길이의 제1데이터열과 N길이의 제2데이터열을 상기 송신 안테나들의 수에 대응하여 병렬로 시공간 부호화를 수행함을 특징으로 하는 기지국 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 지연기들은, 상기 N개의 다중 반송파 심볼들에 대하여 기지국내의 송신 안테나별로 서로 동일한 지연을 가지고, 섹터간의 송신 안테나별로 서로 다른 지연을 가지도록 출력함을 특징으로 하는 기지국 장치.
  9. 직교주파수다중 분할 이동통신시스템에서, 블록 부호화 기법과 순환 지연 다이버시티 기법을 사용하는 기지국 장치에 있어서,
    N길이의 제1데이터열과 N길이의 제2데이터열을 전달받아 N/2길이의 제1데이터열과 N/2길이의 제2데이터열을 순차적으로 입력하고, 상기 두 개의 데이터열을 조합하여 주파수 공간 부호에 따라 N길이의 심볼 벡터를 병렬로 출력하는 주파수 공간 부호화 블록과,
    상기 N길이의 심볼 벡터를 N개의 시간 영역에 따라 다중 반송파 심볼들로 출력하는 송신 안테나들의 수에 대응하는 역변환기들과,
    상기 역변환기들로부터 각각 출력되는 상기 N길이의 다중 반송파 심볼들을 정해진 크기의 지연을 가지도록 지연하여 각각 출력하는 지연기들을 포함함을 특징으로 하는 기지국 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 주파수 공간 부호화 블록은 무선망제어기로부터 인가된 제어 정보에 따라 상기 N길이의 제1데이터열과 N길이의 제2데이터열을 전달받아 상기 기지국의 송신 안테나의 수에 따라 N/2길이로 주파수 블록 부호화를 병렬로 수행한 후, N길이의 심볼 벡터를 출력함을 특징으로 하는 기지국 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 지연기들은, 상기 N개의 다중 반송파 심볼들에 대하여 기지국내의 송신 안테나별로 서로 동일한 지연을 가지고, 섹터간의 송신 안테나별로 서로 다른 지연을 가지도록 출력함을 특징으로 하는 기지국 장치.
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