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KR100939738B1 - 다중안테나 무선통신 시스템에서 순환 지연 다이버시티장치 및 방법 - Google Patents

다중안테나 무선통신 시스템에서 순환 지연 다이버시티장치 및 방법 Download PDF

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KR100939738B1
KR100939738B1 KR1020060131583A KR20060131583A KR100939738B1 KR 100939738 B1 KR100939738 B1 KR 100939738B1 KR 1020060131583 A KR1020060131583 A KR 1020060131583A KR 20060131583 A KR20060131583 A KR 20060131583A KR 100939738 B1 KR100939738 B1 KR 100939738B1
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cyclic delay
delay diversity
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이재혁
전재호
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Abstract

본 발명은 다중안테나 광대역 무선통신 시스템에서 순환 지연 다이버시티(CDD : Cyclic Delay Diversity) 기법에 관한 것으로, 순환 지연 다이버시티(CDD : Cyclic Delay Diversity) 기법을 적용할 적어도 하나의 부반송파를 선택하는 제어기와, 선택된 적어도 하나의 부반송파에 매핑된 신호의 위상을 천이시키는 적어도 하나의 천이기와, 상기 선택된 적어도 하나의 부반송파에 매핑되어 위상 천이된 신호 및 나머지 부반송파에 매핑된 신호들을 시간영역 심벌로 변환하는 연산기를 포함하여, 부반송파 선택적으로 순환 지연 다이버시티 기법을 적용함으로써, 상기 순환 지연 다이버시티의 적용이 불필요한 수신단의 성능 열화를 방지할 수 있다.
Figure R1020060131583
광대역, 무선통신 시스템, CDD(Cyclic Delay Diversity), 다중 안테나, 다중 접속

Description

다중안테나 무선통신 시스템에서 순환 지연 다이버시티 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CYCLIC DELAY DIVERSITY IN MULTIPLE ACCESS BROAD BAND WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
도 1은 다중안테나 무선통신 시스템에서 안테나 다이버시티 수행 시 음영지역 발생을 도시하는 도면,
도 2는 종래 기술에 다중안테나 무선통신 시스템에서 송신단의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 다중안테나 무선통신 시스템에서 송신단의 블록 구성을 도시하는 도면, 및
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다중안테나 무선통신 시스템에서 송신단의 신호 송신 절차를 도시하는 도면.
본 발명은 다중안테나 무선통신 시스템에 관한 것으로, 특히 다중안테나 무 선통신 시스템에서 다중 접속을 고려한 순환 지연 다이버시티(CDD : Cyclic Delay Diversity)를 수행하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
고속의 통신을 수행하기 위한 방안의 하나로 다수의 안테나들을 사용하는 기술이 있다. 예를 들어, 다수의 안테나들로 인해 공간적으로 증가한 채널을 이용하여 통신을 수행하는 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 기법, 안테나별 위상 및 크기 가중치를 부과하여 특정 방향에 대해 수신 신호 이득을 높이는 빔포밍(BF : Beam Forming) 기법 등이 있다.
상기 다수의 안테나를 사용하는 통신 시스템에서 안테나 다이버시티 효과를 위해 모든 안테나가 동일한 신호를 송신하는 경우, 예를 들어, 방송(Broadcasting) 메시지와 같은 경우에는 도 1에 도시된 바와 같이 전파 음영지역의 발생 가능성이 있다. 상기 도 1을 참조하면, 전파 음영지역(100)과 두 송신 안테나들(110, 120) 각각과의 거리 차이는 반파장(λ/2)이다. 이때, 안테나A(110)와 안테나B(120)에서 수신단(130)으로 동일한 신호를 송신하면, 상기 전파 음영지역(100)에 위치한 수신단(130)은 180°위상 차가 있는 2개의 신호들을 수신하게 된다. 하지만, 상기 2개의 신호들은 각각 수신되는 것이 아니라 합하여져 수신되므로, 상기 수신단(130)은 상기 2개의 신호들이 상쇄된 널(Null) 신호를 수신하게 된다.
상기 전파 음영지역에 위치한 수신단이 신호를 수신하도록 하기 위해서 순환 지연 다이버시티 기법이 사용된다. 상기 순환 지연 다이버시티 기법을 적용한 송신단의 구조는 하기 도 2와 같다.
도 2는 종래 기술에 다중안테나 무선통신 시스템에서 송신단의 블록 구성을 도시하고 있다. 상기 도 2는 하나의 안테나에 대한 송신 경로만을 도시하고 있으며, 각 안테나에 대한 송신 경로는 모두 동일하다.
상기 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 송신단은 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 연산기(201), 심벌 순환기(203), CP(Cyclic Prefix) 삽입기(205), 디지털 아날로그 변환기(DAC : Digital to Analog Converter)(207) 및 RF(Radio Frequency) 송신기(209)를 포함하여 구성된다.
상기 IFFT 연산기(201)는 IFFT 연산을 통해 부반송파 개수만큼 병렬로 입력되는 신호들을 시간영역 송신심벌로 변환한다.
상기 심벌 순환기(203)는 상기 IFFT 연산기(201) 시간영역 송신심벌을 해당 샘플 수만큼 시간 영역에서 순환 쉬프트(Shift)한다. 상기 시간 영역에서의 순환 쉬프트는 하기 <수학식 1>에 나타난 바와 같이 주파수 영역에서의 위상 천이와 동일한 의미이다.
Figure 112006094827853-pat00001
Figure 112006094827853-pat00002
상기 <수학식 1>에서, 좌측 항은 시간영역 신호, 우측 항은 주파수영역 신호를 나타낸다. 또한, 상기 x(n)은 시간영역에서 n번째 샘플 값, 상기 X(k)는 주파수영역에서 k번째 부반송파 값, 상기 m은 시간영역에서 쉬프트된 샘플 수, 상기 N은 FFT(Fast Fourier Tranform) 개수를 나타낸다.
즉, 상기 심벌 순환기(203)는 수신단에서의 상대적 위상 변화를 보상할 수 있도록 송신 심벌의 위상을 천이시킨다.
상기 CP 삽입기(205)는 상기 심벌 순환기(203)로부터 순환 쉬프트된 송신심벌을 제공받아 다중 경로 전파 지연을 극복하기 위해 CP를 삽입한다. 다시 말해, 상기 CP 삽입기(205)는 심벌의 뒷 부분을 복사하여 심벌의 앞 부분에 삽입한다. 상기 디지털 아날로그 변환기(207)는 상기 CP 삽입기(205)로부터 디지털 신호를 제공받아 아날로그 신호로 변환한다. 상기 RF 송신기(209)는 상기 디지털 아날로그 변환기(207)로부터 기저대역 신호를 제공받아 RF 대역 신호로의 변환 및 증폭한 후, 안테나를 통해 송신한다.
삭제
상술한 구성을 통해 다중안테나 통신 시스템의 송신단은 전파 음영지역의 발생을 방지할 수 있다. 이때, 상술한 바와 같이 시간 영역의 순환 쉬프트를 수행하는 경우, 모든 부반송파들에 대한 신호들의 위상이 천이된다. 만일, 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA : Orthgonal Frequency Division Multiple Access) 시스템과 같이 다중 접속을 지원하는 통신 시스템의 경우, 하나의 심벌은 다수의 수신단들에게 부반송파 단위로 나뉘어 사용된다. 즉, 상기 순환 지연 다이버시티가 필요한 수신단과 상기 순환 지연 다이버시티가 필요하지 않은 수신단이 하나의 심벌로 동시에 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 다중안테나 기법(예 : 시공간부호화, 공간 다중화)을 사용하는 수신단이 존재할 수 있다. 이 경우, 상술한 순환 지연 다이버 시티 기법에 따른 송신단은 상기 순환 지연 다이버시티를 적용해서는 아니되는 부반송파에 대한 신호의 위상을 천이시킴으로써, 해당 수신단의 수신 성능 열화가 발생할 가능성이 있다. 따라서, 상기 다중 접속 통신 시스템에 적절한 순환 지연 다이버시티 기법의 제안이 요구된다.
따라서, 본 발명의 목적은 다중안테나 무선통신 시스템에서 부반송파 선택적으로 순환 지연 다이버시티(CDD : Cyclic Delay Diversity) 기법을 적용하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 다중안테나 무선통신 시스템에서 다중 안테나 기술을 적용하지 않는 사용자에게 선택적으로 순환 지연 다이버시티 기법을 적용하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 다중안테나 무선통신 시스템에서 주파수 영역 순환 지연 다이버시티 기법을 적용하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 순환 지연 다이버시티 기법을 적용할 적어도 하나의 부반송파를 선택하는 제어기와, 선택된 적어도 하나의 부반송파에 매핑된 신호의 위상을 천이시키는 적어도 하나의 천이기와, 상기 선택된 적어도 하나의 부반송파에 매핑되어 위상 천이된 신호 및 나머지 부반송파에 매핑된 신호들을 시간영역 심벌로 변환하는 연산기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 다중안테나 광대역 무선통신 시스템에서 송신 방법은, 순환 지연 다이버시티 기법을 적용할 적어도 하나의 부반송파를 선택하는 과정과, 선택된 적어도 하나의 부반송파에 매핑된 신호의 위상을 천이시키는 과정과, 상기 선택된 적어도 하나의 부반송파에 매핑되어 위상 천이된 신호 및 나머지 부반송파에 매핑된 신호들을 시간영역 심벌로 변환하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단 된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하 본 발명은 다중안테나 광대역 무선통신 시스템에서 부반송파 선택적으로 순환 지연 다이버시티(CDD : Cyclic Delay Diversity) 기법을 적용하기 위한 기술에 대해 설명한다. 본 발명은 직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Divison Multiple Access, 이하 'OFDMA'라 칭함) 기반의 시스템을 예로 들어 설명하며, 다중 반송파 및 다중 접속 방식의 무선통신 시스템이라면 동일하게 적용할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 다중안테나 무선통신 시스템에서 송신단의 블록 구성을 도시하고 있다. 상기 도 3는 하나의 안테나에 대한 송신 경로만을 도시하고 있으나, 다수의 안테나들 각각에 대응되는 송신 경로들이 존재하며, 각 안테나에 대한 송신 경로의 구성은 모두 동일하다.
상기 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 송신단은 부호화기(301), 변조기(303), 부반송파 매핑기(305), 순환 지연 다이버시티 제어기(307), 다수의 위상 천이기들(309-1 내지 309-N), IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 연산기(311), CP(Cyclic Prefix) 삽입기(313), 디지털 아날로그 변환기(DAC : Digital Analog Converter)(315) 및 RF(Radio Frequency) 송신기(317)를 포함하여 구성된다.
상기 부호화기(301)는 상위단으로부터 제공되는 비트열을 해당 방식에 따라 부호화한다. 상기 변조기(303)는 상기 부호화기(301)로부터 부호화된 비트열을 제공받아 해당 성상도에 따라 복소 심벌로 변환한다. 상기 부반송파 매핑기(305)는 상기 변조기(303)로부터 제공되는 복소 심벌들을 스케줄링 정보에 따라 해당 부반송파에 매핑한다.
상기 순환 지연 다이버시티 제어기(307)는 스케줄링 정보를 통해 상기 순환 지연 다이버시티 기법이 필요한 수신단에게 할당된 부반송파들을 선택하고, 해당 부반송파들을 통해 송신되는 신호의 위상을 천이시키도록 적어도 하나의 위상 천이기(309)를 제어한다. 예를 들어, 순환 지연 다이버시티 제어기(307)는 빔포밍(beamforming)을 적용하지 않는 부반송파를 상기 순환 지연 다이버시티 기법을 적용할 부반송파로 선택한다. 이때, 상기 순환 지연 다이버시티 제어기(307)는 상기 위상 천이기(309)로 해당 부반송파에 대해 천이되어야 하는 위상의 크기를 제공한다. 여기서, 상기 위상의 크기는 미리 설정 및 저장된 테이블을 참조하거나, 또는 순환 지연을 원하는 시간 영역 샘플 수에 따라 계산될 수 있다. 상기 계산을 통한 경우, 상기 위상의 크기는 하기 <수학식 2>와 같이 산출된다.
Figure 112006094827853-pat00003
상기 <수학식 2>에서, 상기 θk은 k번째 부반송파에 대한 위상 천이 값, 상기 m은 순환 지연을 원하는 시간 영역 샘플 수, 상기 N은 IFFT 크기, 즉, 부반송파 개수를 나타낸다.
상기 다수의 위상 천이기들(309-1 내지 309-N)은 각 부반송파별 경로마다 위치하며 상기 순환 지연 다이버시티 제어기(307)의 제어에 따라 해당 부반송파에 대한 신호의 위상을 천이시킨다. 즉, 상기 다수의 위상 천이기들(309-1 내지 309-N)은 전파 음영지역에서의 상대적 위상 차이를 보상할 수 있도록 해당 부반송파에 매핑된 신호의 위상을 천이시킨다.
상기 IFFT 연산기(311)는 IFFT 연산을 통해 부반송파 개수만큼 병렬로 입력되는 신호들을 시간영역 OFDM 심벌로 변환한다. 상기 CP 삽입기(313)는 상기 IFFT 연산기(303)로부터 상기 OFDM 심벌을 제공받아 다중 경로 전파 지연을 극복하기 위해 CP를 삽입한다. 즉, 상기 CP 삽입기(313)는 심벌의 뒷 부분을 복사하여 심벌의 앞 부분에 삽입한다. 상기 디지털 아날로그 변환기(315)는 상기 CP 삽입기(313)로부터 제공되는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환한다. 상기 RF 송신기(317)는 상기 디지털 아날로그 변환기(315)로부터 기저대역 신호를 제공받아 RF 대역 신호로의 변환 및 증폭한 후, 안테나를 통해 송신한다.
상술한 구성에서, 상기 위상 천이기(309)는 부반송파 개수만큼 존재하여, 각 부반송파에 매핑되는 신호의 위상을 천이시킨다. 하지만, 실제로 구성하는 경우, 상기 다수의 위상 천이기들(309-1 내지 309-N)은 다수의 입력단들 및 다수의 출력단들을 구비하는 하나의 블록으로 구성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다중안테나 무선통신 시스템에서 송신단의 신호 송신 절차를 도시하고 있다.
상기 도 4를 참조하면, 상기 송신단은 401단계에서 상기 순환 지연 다이버시티 기법이 적용될 부반송파를 선택한다. 예를 들어, 빔포밍을 적용하지 않는 부반송파가 상기 순환 지연 다이버시티 기법이 적용될 부반송파로 선택된다. 즉, 상기 송신단은 스케줄링 정보를 참조하여 상기 순환 지연 다이버시티 기법이 필요한 수신단에 할당된 부반송파를 확인한다.
상기 순환 지연 다이버시티 기법이 적용되는 부반송파를 확인한 후, 상기 송신단은 403단계에서 상기 확인된 부반송파로 매핑되는 신호의 위상을 천이시킨다. 즉, 상기 송신단은 수신단에서의 상대적 위상 변화를 보상할 수 있도록 상기 부반송파로 매핑되는 신호의 위상을 천이시킨다. 이때, 상기 천이되는 위상의 크기는 미리 설정 및 저장된 테이블을 참조하거나, 또는 순환 지연을 원하는 시간 영역 샘플 수에 따라 계산될 수 있다. 상기 계산을 통한 경우, 상기 위상의 크기는 상기 <수학식 2>와 같이 산출된다.
이후, 상기 송신단은 405단계로 진행하여 IFFT 연산을 통해 OFDM 심벌을 생성하고, CP 삽입, 아날로그 변환 및 RF 대역 상향 변환 후 안테나를 통해 전송한다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 된 며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같이, 다중안테나 광대역 무선통신 시스템에서 부반송파 선택적으로 순환 지연 다이버시티 기법을 적용함으로써, 상기 순환 지연 다이버시티의 적용이 불필요한 수신단의 성능 열화를 방지할 수 있다.

Claims (15)

  1. 다중안테나 광대역 무선통신 시스템에서 송신 장치에 있어서,
    순환 지연 다이버시티(CDD : Cyclic Delay Diversity) 기법을 적용할 적어도 하나의 부반송파를 선택하고, 선택된 적어도 하나의 부반송파에 대한 부반송파 별 위상 천이 값을 결정하는 제어기와,
    상기 선택된 적어도 하나의 부반송파에 매핑된 신호의 위상을 천이시키는 적어도 하나의 천이기와,
    상기 선택된 적어도 하나의 부반송파에 매핑되어 위상 천이된 신호 및 나머지 부반송파에 매핑된 신호들을 포함하는 주파수영역의 신호들을 시간영역 심벌로 변환하는 연산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 적어도 하나의 천이기로 상기 위상 천이 값을 제공하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 위상 천이 값을 저장된 테이블을 통해 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제어기는, 하기 수식에 따라 상기 위상 천이 값을 결정하는 것을 특징으로 하는 장치,
    Figure 112009059357631-pat00004
    여기서, 상기 θk은 k번째 부반송파에 대한 위상 천이 값, 상기 m은 순환 지연을 원하는 시간 영역 샘플 수, 상기 N은 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 크기, 즉, 부반송파 개수를 나타냄.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제어기는, 빔포밍(beamforming)을 적용하지 않는 부반송파를 상기 순환 지연 다이버시티 기법을 적용할 적어도 하나의 부반송파로 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 천이기는, 전체 부반송파 개수만큼 존재하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 연산기는, 부반송파에 매핑된 신호들을 IFFT 연산을 통해 시간영역 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심벌로 변환하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 OFDM 심벌에 CP(Cyclic Prefix)를 삽입하는 삽입기와,
    상기 CP가 삽입된 OFDM 심벌을 아날로그 신호로 변환하는 변환기와,
    상기 아날로그 신호를 RF(Radio Frequency) 대역 신호로 변환하여 안테나를 통해 송신하는 송신기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 다중안테나 광대역 무선통신 시스템에서 송신 방법에 있어서,
    순환 지연 다이버시티(CDD : Cyclic Delay Diversity) 기법을 적용할 적어도 하나의 부반송파를 선택하는 과정과,
    선택된 적어도 하나의 부반송파에 대한 부반송파 별 위상 천이 값을 결정하는 과정과,
    상기 선택된 적어도 하나의 부반송파에 매핑된 신호의 위상을 천이시키는 과정과,
    상기 선택된 적어도 하나의 부반송파에 매핑되어 위상 천이된 신호 및 나머지 부반송파에 매핑된 신호들을 포함하는 주파수영역의 신호들을 시간영역 심벌로 변환하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 삭제
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 위상 천이 값은, 저장된 테이블을 통해 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 위상 천이 값은, 하기 수식에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 방법,
    Figure 112009059357631-pat00010
    여기서, 상기 θk은 k번째 부반송파에 대한 위상 천이 값, 상기 m은 순환 지연을 원하는 시간 영역 샘플 수, 상기 N은 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 크기, 즉, 부반송파 개수를 나타냄.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 순환 지연 다이버시티 기법을 적용할 적어도 하나의 부반송파를 선택하는 과정은,
    빔포밍(beamforming)을 적용하지 않는 부반송파를 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 9항에 있어서,
    상기 시간영역 심벌로 변환하는 과정은,
    IFFT 연산을 통해 시간영역 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심벌로 변환하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 OFDM 심벌에 CP(Cyclic Prefix)를 삽입하는 과정과,
    상기 CP가 삽입된 OFDM 심벌을 아날로그 신호로 변환하는 과정과,
    상기 아날로그 신호를 RF(Radio Frequency) 대역 신호로 변환하여 안테나를 통해 송신하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
KR1020060131583A 2006-12-21 2006-12-21 다중안테나 무선통신 시스템에서 순환 지연 다이버시티장치 및 방법 KR100939738B1 (ko)

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