KR101329145B1

KR101329145B1 - 반복적 다중 사용자 검파를 통한 공간 블록 부호화 신호송수신 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101329145B1
Application number: KR1020070100652A
Authority: KR
Inventors: 신창용; 김응선; 김영두; 임기홍; 임종부; 최찬호
Original assignee: 포항공과대학교 산학협력단; 삼성전자주식회사
Priority date: 2007-10-05
Filing date: 2007-10-05
Publication date: 2013-11-21
Also published as: US20090092182A1; KR20090035391A; US8391414B2

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 공간 블록 부호화 신호 수신 장치는 수신 신호에 대한 복원 신호를 이용하여 다중 사용자 간섭을 상쇄하는 다중 사용자 간섭 상쇄부와, 상기 다중 사용자 간섭이 상쇄된 신호 중 적어도 두 개의 다른 송신 안테나로부터 순차적으로 송신된 제1 신호 및 제2 신호를 선형 결합하는 선형 결합부 및 상기 선형 결합된 제1 신호 및 제2 신호에 두 개의 다른 등화 계수를 각각 적용하여 주파수 영역 등화하는 등화부를 포함한다.

SC-FDE, Interactive Mutiuser Detection, Frequency Domain Equalization

Description

반복적 다중 사용자 검파를 통한 공간 블록 부호화 신호 송수신 장치 및 방법{METHOD OF SPACE BLOCK CODING SIGNAL TRANSMISSION AND RECEIVE WITH INTERACTIVE MULTIUSER DETECTION, AND APARATUS USING THE SAME}

본 발명은 시공간 블록 부호화(STBC: Space Time Block Coding, 이하 'STBC'라 칭하기로 한다) 또는 주파수 공간 블록 부호화(SFBC: Space Frequency Block Coding, 이하 'SFBC'라 칭하기로 한다)를 이용하는 단일 반송파 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히, 단일 반송파 통신 시스템에서 주파수 영역 등화기(frequency domain equalizer)를 사용하는 반복적 다중 사용자 검파(Iterative Multiuser Detection)를 통한 공간 블록 부호화 신호 송수신 장치 및 방법에 관한 것이다.

주파수 영역 등화기(FDE: frequency domain equalizer, 이하 'FDE'라 칭하기로 한다)를 사용하는 단일 반송파(single-carrier) 통신 시스템은 직교 주파수 분할 다중화(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하'OFDM'라 칭하기로 한다) 시스템과 유사한 구조를 가지고 있으며 성능 면에서 비슷한 특성을 나타낸다. 그러나 OFDM 시스템은 높은 peak to average power ratio (PAPR)로 인한 비선형 왜곡이 생기며 이는 인접 밴드로의 스펙트럼 확산 및 신호의 품질 저하를 일으키게 된다.

주파수 영역 등화기를 사용하는 단일 반송파 시스템은 상기한 문제들의 대안으로서 차세대 무선 통신 시스템의 상향 링크 송신 기술로 주목을 받고 있다.

그러나, 동일한 시간 및 주파수 자원이 여러 명의 사용자에게 공유되는 다중 사용자 환경에서 다중 사용자간 간섭은 비트 오율 성능 및 셀 용량을 제한시키게 된다. 특히, 셀 간 동일한 자원을 사용하는 경우 셀 경계 지역의 사용자들은 이러한 다중 사용자간 간섭에 항상 노출되게 된다.

최근에는 다중 사용자 간섭을 해결하기 위하여, STBC 및 SFBC 시스템과 같이 여러 개의 송신 안테나를 공간적으로 배치하여 링크 신뢰도(Link Reliability)를 향상시킬 수 있는 송신 다이버시티 기술이 제안되었다. 그러나, 종래 기술은 각 사용자 단말에 단일 전송 안테나가 사용되기 때문에 여러 개의 송신 안테나를 공간적으로 배치하여 링크 신뢰도를 향상 시킬 수 있는 송신 다이버시티 이득을 얻을 수 없다.

따라서, 상기한 다중 사용자간 간섭을 검출하여 이를 제거 함으로써, 효율적으로 송신 다이버시티 이득을 얻을 수 있는 공간 블록 부호화 신호 송수신 장치 및 방법의 필요성이 요구된다.

본 발명은 반복적인 다중 사용자 검파를 통하여 다중 사용자 간섭을 검출하여 이를 제거할 수 있는 공간 블록 부호화 신호 송수신 장치 및 그 방법을 제공한다.

본 발명은 반복적인 다중 사용자 검파 및 주파수 영역 등화를 통하여 효율적으로 송신 다이버시티 이득을 얻을 수 있는 공간 블록 부호화 신호 송수신 장치 및 그 방법을 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따른 공간 블록 부호화 신호 수신 장치는 수신 신호에 대한 복원 신호를 이용하여 다중 사용자 간섭을 상쇄하는 다중 사용자 간섭 상쇄부와, 상기 다중 사용자 간섭이 상쇄된 신호 중 적어도 두 개의 다른 송신 안테나로부터 순차적으로 송신된 제1 신호 및 제2 신호를 선형 결합하는 선형 결합부 및 상기 선형 결합된 제1 신호 및 제2 신호에 두 개의 다른 등화 계수를 각각 적용하여 주파수 영역 등화하는 등화부를 포함한다.

본 발명의 다른 일 측면에 따른 공간 블록 부호화 신호 수신 장치는 수신 신호에 대한 복원 신호를 이용하여 다중 사용자 간섭을 상쇄하는 다중 사용자 간섭 상쇄부와, 상기 다중 사용자 간섭이 상쇄된 신호 중 적어도 두 개의 다른 송신 안테나로부터 송신된 짝수 번째 및 홀수 번째 주파수 성분을 선형 결합하는 선형 결합부 및 상기 선형 결합된 짝수 번째 및 홀수 번째 주파수 성분을 두 개의 다른 등 화 계수를 각각 적용하여 주파수 영역 등화하는 등화부를 포함한다.

본 발명의 또 다른 일 측면에 따른 공간 블록 부호화 신호 수신 장치는 상기 등화부 출력 신호를 사용하여 복원된 복원 신호를 시간 공간 블록 부호화하여 상기 다중 사용자 간섭 상쇄부로 제공하는 동작을 반복하는 재부호화부를 더 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 측면에 따른 공간 블록 부호화 신호 수신 방법은 적어도 두 개의 다른 송신 안테나로부터 단일 반송파를 통해 송신된 신호를 하나의 수신 안테나를 통해 수신하여 CP를 제거하는 단계와, 상기 CP가 제거된 신호에 대해 푸리에 변환을 수행하는 단계와, 상기 푸리에 변환된 신호에 복원 신호를 사용하여 다중 사용자 간섭을 상쇄하는 단계와, 상기 다중 사용자 간섭이 제거된 신호에 적어도 두 개의 다른 등화 계수를 적용하여 상기 적어도 두 개의 다른 송신 안테나에서 송신된 신호를 검출하는 단계 및 상기 검출된 적어도 두 개의 다른 송신 안테나에서 송신된 신호로부터 송신 신호를 복원하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 일 측면에 따르는 공간 블록 부호화 신호 수신 방법은 적어도 두 개의 다른 송신 안테나로부터 단일 반송파를 통해 송신된 신호를 하나의 수신 안테나를 통해 수신하여 CP를 제거하는 단계와, 상기 CP가 제거된 신호에 대해 푸리에 변환을 수행하는 단계와, 상기 푸리에 변환된 신호에 복원 신호를 사용하여 다중 사용자 간섭을 상쇄하는 단계와, 상기 다중 사용자 간섭이 제거된 신호에 두 개의 다른 등화 계수를 적용하여 짝수 번째 주파수 성분과 홀수 번째 주파수 성분을 검출하는 단계 및 상기 검출된 짝수 번째 주파수 성분과 홀수 번째 주파수 성분으로부터 송신 신호를 복원하는 단계를 포함한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 센서 네트워크를 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명은, 통신 시스템의 신호 송수신에 관한 것으로서, 적어도 두 개의 다른 송신 안테나를 갖는 송신 단말과 하나의 수신 안테나를 갖는 수신 단말간의 신호 송수신에 관한 것이다. 상기 송신 단말은 단일 반송파를 통해 신호를 송신한다. 따라서, 본 발명은 단일 송신 안테나를 갖는 통신 시스템과 비교하여 링크 신뢰도를 향상시킬 수 있는 다이버시티 이득을 제공한다.

하기의 설명에 있어서, 노테이션(Notation)의 정의는 다음과 같다. g 와 G는 각각 시간 영역과 주파수 영역에서의 가중치(weight) 벡터들이다.

와

는 각각 시간 영역과 주파수 영역에서의 추정치(estimate) 벡터들이다.

는 벡터

의 n번째 원소이다. 또한, (.)^*, (.)^T, (.)^H, (.)_N은 각각 복소수 켤레(conjugate), 전 치(transpose), 켤레 전치(conjugate transpose), 모듈로-N(modulo-N)을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 STBC 송신기 구조를 나타내는 블록도이다.

상기 도 1은 U 명의 사용자가 각각 2개의 송신 안테나를 갖는 STBC 송신기를 통하여 입력 데이터 시퀀스(1~U)를 STBC 코딩하여 송신하는 예를 나타낸다.

상기 도 1을 참조하면, STBC 송신기는 입력 데이터 시퀀스를 FEC(Forward Error Correction) 코딩 하는 FEC(101), FEC 코딩된 비트들을 확산 시키는 확산기(103), 확산된 비트들을 인터리빙하는 인터리버(π₁)(105), 인터리빙된 비트들을 심벌 매핑하는 심벌 맵핑기(107), 심벌 맵핑된 신호를 STBC 인코딩하는 STBC 인코더(109), 그리고 STBC 인코딩된 심벌에 순화 접두어(CP: Cyclic Prefix, 이하 'CP'라 칭하기로 한다)를 삽입하는 CP 삽입기(111,113)를 포함한다.

즉, 상기 입력 데이터 시퀀스는 FEC 코딩된 후, 길이가 S인 시퀀스 [1, -1, …, 1, 1]에 의해 확산(spreading)된다. 확산된 비트들은 길이가 N인 2^M-PSK 또는 2^M-QAM 심볼로 매핑된 후, STBC 인코더(109)에 의하여 STBC 성상도(constellations)에 관한 2개의 스트림으로 인코딩된다. 이때, N은 FFT (fast Fourier transform)의 크기이다. 하기의 설명에 있어서,

는 u번째 사용자의 i번째 안테나로부터 전송되는 m번째 심벌 블록을 나타낸다.

이때, m번째 심벌 블록

및

은 IS(Information Source)에 의하여 생성되고, m+1번째 심벌 블록

및

은 하기 수학식 1과 같이 디자인된다.

[수학식 1]

상기 CP 삽입기(111,113)는 인터 블록(interblock) 간섭을 피하기 위하여 길이 L 인 CP를 송신 블록의 앞 단에 삽입한다. 상기 CP가 삽입된 송신블록들은 2개의 안테나에서 채널을 통해 전송된다. 이때, 채널은 연속적인 2개의 블록에 대한 시간구간 동안 동일한 것으로 가정한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 STBC 수신기 구조를 나타내는 블록도이다.

상기 도 2를 참조하면, STBC 수신기는 수신신호로부터 CP를 제거하는 CP 제거기(201), 상기 CP가 제거된 신호를 고속 푸리에 변환하는 FFT(203), 상기 고속 푸리에 변환된 신호에서 다중 사용자 간섭을 제거하여 송신 신호를 검출하는 IMD-FDE 수행부(205), 상기 검출된 송신 신호에 대하여 역 고속 푸리에 변환을 수행하는 IFFT/FFT 수행부(215), 상기 역 고속 푸리에 변환된 신호로부터 심벌 맵핑을 검출하는 맵 검출기(217), 상기 맵 검출된 신호를 디인터리빙하는 디인터리버(π₁ ^-1)(219), 상기 디인터리버된 신호를 역확산하는 역확산기(221), 상기 역확산된 신호를 디코딩하여 수신신호에 대한 복원신호를 생성하는 디코더(223), 그리고 상기 복 원신호를 송신기와 동일한 과정으로 심벌을 발생시키는 심벌발생부(233)를 포함한다.

상기 IMD-FDE 수행부(205)는 적어도 두 개의 다른 송신 안테나를 갖는 복수의 송신기로부터 하나의 수신 안테나를 갖는 수신기로 수신된 수신 신호에 대한 복원 신호를 이용하여 다중 사용자 간섭을 상쇄하는 다중 사용자 간섭 상쇄부(207)와, 상기 다중 사용자 간섭이 상쇄된 신호 중 적어도 두 개의 다른 송신 안테나로부터 단일 반송파를 통해 순차적으로 송신된 m 번째 신호블럭 및 m+1 번째 신호 블록을 선형 결합하는 선형 결합부(STBC 컴바이너)(209) 및 상기 선형 결합된 m 번째 신호블럭 및 m+1 번째 신호 블록에 두 개의 다른 등화 계수를 적용하여 주파수 영역 등화하는 등화부(1-탭 MMSE 등화기)(213)를 포함한다.

상기 IMD-FDE 수행부(205)는 수신신호에 대한 복원 신호를 재부호화하는 재부호화부(211)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 상기 재부호화부(211)는 IMD-FDE 수행부(209)내에 구비되거나 IMD-FDE 수행부(209)와 독립적으로 구비될 수 있다.

상기 다중 사용자 간섭 상쇄부(207)는 주파수 영역 신호를 이용하여 다른 사용자에 의한 신호 기여분을 차감함으로써, 수신신호의 다중 사용자 간섭을 상쇄한다. 또한, 상기 다중 사용자 간섭 상쇄부(207)는 상기 재부호화부(211)의 출력 신호를 이용하여 반복적으로 다중 사용자 간섭을 상쇄한다.

상기 재부호화부(211)는 상기 심벌발생부(233)에서 발생된 심벌을 시간 공간 블록 부호화하여 상기 다중 사용자 간섭 상쇄부(207)로 제공하는 동작을 반복한다. 이때, 상기 IFFT/FFT 수행부(215)는 상기 심벌발생부(233)에서 발생된 심벌을 고속 푸리에 변환하여 재부호화부(211)로 제공한다.

상기 심벌발생부(233)는 재확산기(225), 재확산된 신호와 디인터리빙된 신호를 합산하는 합산기(227), 합산된 신호를 인터리빙하는 인터리버(229) 및 인터리빙된 신호를 맵핑하기 위한 소프트 맵퍼(Soft mapper)(231)을 포함하여 구성된다.

이하, 수학적인 유도에 의하여 STBC 수신기의 신호 처리 동작을 설명한다.

먼저, STBC 수신기에 순차적으로 수신되는 m번째 및 m+1번째 시퀀스는 하기 수학식 2와 같이 벡터형으로 나타난다.

[수학식 2]

여기서,

는 j번째 블록에서 u번째 송신기(user)의 i번째 송신 안테나와 수신안테나 사이에 형성되는 Circulant 채널 행렬이다.

상기 다중 사용자 간섭 상쇄부(207)의 출력 신호 중 u번째 사용자에 대한 시간 영역 수신 벡터인

와

는 하기 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 3]

여기서,

는 u번째 송신기에 대한 디코더(223)로부터 제공되는 mean 벡터,

는

을 STBC 인코더(211)에 의하여 STBC 인코딩 하면 구할 수 있다.

상기 FFT(203)은 N

N FFT 행렬

을 상기 수학식 3에 적용하여 하기 수학식 4와 같은 주파수 영역 심볼들을 생성한다.

[수학식 4]

여기서,

는

에 의하여 주어지는 대각(diagonal) 행렬이고,

이다.

상기 수학식 1로부터, k=0,1,....,N-1 과 m=0,2,4...에 대하여 하기 수학식 5와 같은 관계를 얻을 수 있다.

[수학식 5]

상기한 바와 같이, STBC 시스템은 인접한 블록들이 일정한 채널 값을 가지는 것으로 가정할 수 있기 때문에, 하기 수학식 6과 같은 관계를 얻을 수 있다.

[수학식 6]

여기서, H_m은 m번째 심벌 블록이 겪는 채널의 값을 의미한다.

상기 수학식 5 및 수학식 6에 의하여 상기 수학식 4는 하기 수학식 7과 같이 행렬 형태로 나타낼 수 있다.

[수학식 7]

상기 선형 결합부(209)는 상기 수학식 7로부터 최소 평균 자승 오차(MMSE) 기준에 의한 결합 기법을 이용하여 하기 수학식 8과 같은 선형 결합을 유도한다.

[수학식 8]

상기 수학식 8에서, 행렬의 요소는 하기 수학식 9와 같이 정의된다.

[수학식 9]

상기 수학식 8 및 수학식 9에서,

는 (k,k) 원소로

을 갖는 대각(diagonal) 행렬이다.

상기 다중 사용자 간섭 상쇄부(207)의 출력 신호는 여전히 다중 사용자 간섭이 존재하기 때문에, 단일 송신 안테나를 갖는 송수신 시스템에 적용되는 IMD-FDE(Interactive Multiuser Detection - Frequency Domain Equalization)기법은 본 발명과 같은 STBC SC-FDE 시스템에 직접적으로 사용될 수 없다.

따라서, 상기 등화부(213)는 후술하는 과정에 따라 등화기 계수를 계산한다.

먼저, 상기 다중 사용자 간섭 상쇄부(207) 출력 신호는 하기 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 10]

여기서,

이고

이다.

및

에 IFFT 행렬을 곱하면, 시간영역에서 decoupled 된 신호 벡터

및

는 하기 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 11]

여기서,

이고,

이다.

상기 수학식 10 및 수학식 11로부터

및

는 대각선 행렬임을 알 수 있기 때문에,

및

는 N

N circulant 행렬들이다. 또한,

및

는 각각 다중 사용자 간섭이 제거된 단일 전송 안테나 시스템의 수신 신호 벡터들로 볼 수 있다. 따라서, STBC 시스템의 주파수 영역 등화기의 계수를 유도하기 위하여, 단일 전송 안테나 시스템에서 사용되는 기법을 적용할 수 있다.

상기 등화부(213)는 하기 수학식 12에 나타낸 바와 같이, 송신단말에 대한 코우베리언스(covariance) 및 등가 채널에 의하여 등화 계수를 계산한다.

[수학식 12]

상기 수학식 12에서,

와

는 각각

와

의 (k,k)원소이다. 그리고,

이고

이다.

본 발명에 따른 STBC 송신기는 단일 사용자 STBC 시스템과는 달리,

와

에 각각 서로 다른 SC MMSE-FDE 계수

와

을 적용하여 등화를 수행한다.

상기 선형 결합부(209)와 등화부(213)에 의하여 수행되는 채널 등화는 주파수 영역에서 수행되지만 결정값들은 시간 영역에서 얻어지기 때문에, 주파수 영역 추정치

는 하기 수학식 13에 의하여 구할 수 있다.

[수학식 13]

상기 수학식 13에 나타난 바와 같이, 상기 등화부(213)는 상기 두 개의 다른 등화 계수를 이용하여 상기 m 번째 신호블럭으로부터 송신기의 제1 안테나에서 송신된 신호를 검출하고, 상기 m+1 번째 신호블럭으로부터 송신기의 제2 안테나에서 송신된 신호를 검출한다.

상기 수학식 13에서,

는 추정치

의 mean 값이다. 시간 영역 추정치

는 IFFT 연산을 이용하여 주파수 영역 추정치

으로부터 얻어 진다. 상기 추정치

에 대한 mean과 variance는 하기 수학식 14와 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 14]

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 STBC 신호 수신 방법을 나타내는 순서도이다.

도 3을 참조하면, STBC 신호 수신 방법은 적어도 두 개의 다른 송신 안테나로부터 단일 반송파를 통해 송신된 신호를 하나의 수신 안테나를 통해 수신하는 단 계(S310), 상기 수신된 신호로부터 CP를 제거하는 단계(S320), 상기 CP가 제거된 신호에 대해 푸리에 변환을 수행하는 단계(S330), 상기 푸리에 변환된 신호에 복원 신호를 사용하여 다중 사용자 간섭을 상쇄하고 상기 다중 사용자 간섭이 제거된 신호에 적어도 두 개의 다른 등화 계수를 적용하여 상기 적어도 두 개의 다른 송신 안테나에서 송신된 신호를 검출하는 단계(S340) 및 상기 검출된 적어도 두 개의 다른 송신 안테나에서 송신된 신호로부터 송신 신호를 복원하는 단계(S350)를 포함한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 STBC 신호 수신 방법은 반복적인 다중 사용자 검파를 수행한다. 즉, 상기 송신 신호를 복원하는 단계(S350)가 소정 횟수 반복 되었는지를 판단하여(S360) 소정 횟수 반복되지 않은 경우에는 상기 푸리에 변환된 신호에 복원 신호를 사용하여 다중 사용자 간섭을 상쇄하는 단계(S340)로 되돌아 간다.

상기 단계(S340)에서, IMD-FDE 수행부(205)는 다중 사용자 간섭이 제거된 신호를 최소 평균 자승 오차 기준을 이용하여 선형 결합하고, 상기 선형 결합된 주파수 성분에 대해 두 개의 다른 등화 계수를 적용하여 주파수 영역 등화한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 SFBC 송신기 구조를 나타내는 블록도이다.

상기 도 4는 U 명의 사용자가 각각 2개의 송신 안테나를 갖는 SFBC 송신기를 통하여 입력 데이터 시퀀스(1~U)를 SFBC 코딩하여 송신하는 예를 나타낸다.

상기 도 4를 참조하면, SFBC 송신기는 입력 데이터 시퀀스를 FEC(Forward Error Correction) 코딩 하는 FEC(401), FEC 코딩된 비트들을 확산 시키는 확산기(403), 확산된 비트들을 인터리빙하는 인터리버(π₁)(405), 인터리빙된 비트들을 심벌 매핑하는 심벌 맵핑기(407), 심벌 맵핑된 신호를 SFBC 인코딩하는 SFBC 인코더(409), 그리고 SFBC 인코딩된 심벌에 CP를 삽입하는 CP 삽입기(411,413)를 포함한다.

상기 입력 데이터 시퀀스는 FEC 코딩된 후, 길이가 S인 시퀀스 [1, -1, …, 1, -1]에 의해 확산(spreading)된다. 확산된 비트들은 최종적으로, SFBC 인코더(409)에 의하여 SFBC 성상도(constellations)에 관한 2개의 스트림으로 인코딩된다.

하기의 설명에 있어서,

는 u번째 송신기의 i번째 안테나로부터 송신되는 n번째 심벌을 나타낸다. 송신기의 제 1 안테나에서 송신되는 SFBC SC-FDE의 심볼들은 하기 수학식 15와 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 15]

상기 수학식 15에서,

이고

와

는 하기와 같이 나타낼 수 있다.

상기

와

는 주기 N/2로 주기적인 값이다.

송신기의 제 2 안테나에서 송신되는 심벌은 DFT symmetry 성질인

을 이용하여 하기 수학식 16과 같이 유도될 수 있다.

[수학식 16]

상기 CP 삽입기(41,43)는 인터 블록(interblock) 간섭을 피하기 위하여 길이 L 인 CP를 송신 블록의 앞 단에 삽입한다. 상기 CP가 삽입된 송신블록들은 2개의 안테나에서 채널을 통해 전송된다. 이때, 채널은 연속적인 2개의 블록에 대한 시간구간 동안 동일한 것으로 가정한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 SFBC 수신기의 구조를 나타내는 블록도이다.

도 5를 참조하면, SFBC 수신기는 수신신호로부터 CP를 제거하는 CP 제거기(501), 상기 CP가 제거된 신호를 고속 푸리에 변환하는 FFT(503), 상기 고속 푸리에 변환된 신호에서 다중 사용자 간섭을 제거하여 송신 신호를 검출하는 IMD-FDE 수행부(505), 상기 검출된 송신 신호에 대하여 역 고속 푸리에 변환을 수행하는 IFFT/FFT 수행부(515), 상기 역 고속 푸리에 변환된 신호로부터 심벌 맵핑을 검출하는 맵 검출기(517), 상기 맵 검출된 신호를 디인터리빙하는 디인터리버(π₁ ^{- 1})(519), 상기 디인터리버된 신호를 역확산하는 역확산기(521), 상기 역확산된 신호를 디코딩하여 수신신호에 대한 복원신호를 생성하는 디코더(523), 그리고 상기 복원신호를 송신기와 동일한 과정으로 심벌을 발생시키는 심벌발생부(533)를 포함한다.

상기 IMD-FDE 수행부(505)는 적어도 두 개의 다른 송신 안테나를 갖는 복수의 송신기로부터 하나의 수신 안테나를 갖는 수신기로 수신된 수신 신호에 대한 복원 신호를 이용하여 다중 사용자 간섭을 상쇄하는 다중 사용자 간섭 상쇄부(507)와, 상기 다중 사용자 간섭이 상쇄된 신호 중 적어도 두 개의 다른 송신 안테나로부터 송신된 짝수 번째 및 홀수 번째 주파수 성분을 선형 결합하는 선형 결합부(SFBC 컴바이너)(509) 및 상기 선형 결합된 짝수 번째 및 홀수 번째 주파수 성분을 두 개의 다른 등화 계수를 적용하여 주파수 영역 등화하는 등화부(1-탭 MMSE 등화기)(513)를 포함한다.

상기 IMD-FDE 수행부(505)는 수신신호에 대한 복원 신호를 재부호화하는 재부호화부(511)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 상기 재부호화부(511)는 IMD-FDE 수행부(509)내에 구비되거나 IMD-FDE 수행부(509)와 독립적으로 구비될 수 있다.

상기 다중 사용자 간섭 상쇄부(507)는 주파수 영역 신호를 이용하여 다른 사용자에 의한 신호 기여분을 차감함으로써, 수신신호의 다중 사용자 간섭을 상쇄한다. 또한, 상기 다중 사용자 간섭 상쇄부(507)는 상기 재부호화부(511)의 출력 신호를 이용하여 반복적으로 다중 사용자 간섭을 상쇄한다.

상기 재부호화부(511)는 상기 심벌발생부(533)에서 발생된 심벌을 주파수 공간 블록 부호화하여 상기 다중 사용자 간섭 상쇄부(507)로 제공하는 동작을 반복한다. 이때, 상기 IFFT/FFT 수행부(515)는 상기 심벌발생부(533)에서 발생된 심벌을 고속 푸리에 변환하여 재부호화부(511)로 제공한다.

상기 심벌발생부(533)는 재확산기(525), 재확산된 신호와 디인터리빙된 신호를 합산하는 합산기(527), 합산된 신호를 인터리빙하는 인터리버(529) 및 인터리빙된 신호를 맵핑하기 위한 소프트 맵퍼(Soft mapper)(531)을 포함하여 구성된다.

이하, 수학적인 유도에 의하여 SFBC 수신기의 신호 처리 동작을 설명한다.

상기 도 5에 도시된 SFBC 수신기에 수신된 수신 시퀀스는 하기 수학식 17과 같이 벡터형으로 나타낼 수 있다.

[수학식 17]

상기 수학식 17에서,

는 u번째 송신기의 i번째 송신 안테나와 수신 안테나 사이에 형성되는 circulant 채널 행렬이다.

상기 다중 사용자 간섭 상쇄부(507)의 출력 신호 중 u번째 사용자에 대한 시간 영역 수신 벡터는 하기 수학식 18과 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 18]

상기 수학식 18에서,

이고

은 N×N FFT 행렬이다.

는 상기 수학식 15 및 수학식 16에 따라서, u번째 송신기에 대한 디코더(523)의 출력값을 STBC 인코딩하여 얻어지는 mean 벡터이다.

상기 수학식 18에서,

는

에 의하여 주어지는 대각 행렬이고,

이다.

상기 수학식 15 및 수학식 16으로부터 k=0,1,...,N/(2-1)에 대하여 하기 수학식 19와 같은 관계를 얻을 수 있다.

[수학식 19]

SFBC 시스템은 인접한 서브캐리어들 사이의 채널 주파수 응답이 동일하다고 가정하면, 하기와 같은 관계가 성립한다.

따라서, 상기 수학식 18은 하기 수학식 20과 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 20]

상기 수학식 20에서,

이고,

, 그리고

이다.

상기 선형 결합부(509) 상기 수학식 20으로부터 최소 평균 자승 오차(MMSE) 기준에 의한 결합 기법을 이용하여 하기 수학식 21과 같은 선형 결합을 유도한다.

[수학식 21]

상기 수학식 21에서,

이고,

및

이다.

상기 수학식 21에서,

이다.

그리고,

는 송신기의 첫 번째 및 두 번째 송신 안테나의 채널 주파수 응답에 대한 (2k)번째 DFT 계수들을 제곱하여 더한 값이다.

또한, 상기 수학식 21에서,

는 하기 수학식 22와 같이, N×1 벡터 행렬로 나타낼 수 있다.

[수학식 22]

상기 수학식 22에서,

이고,

이다.

또한, 상기 수학식 22에서,

이고,

이다.

상기 다중 사용자 간섭 상쇄부(507)의 출력 신호

는 여전히 다중 사용자 간섭이 존재한다. 그리고, 행렬

가 off diagonal 항들을 가지고 있기 때문에, 단일 송신 안테나를 갖는 송수신 시스템에 적용되는 IMD-FDE 기법은 본 발명과 같은 SFBC SC-FDE 시스템에 직접적으로 사용될 수 없다.

따라서, 상기 등화부(513)는 후술하는 과정에 따라 등화기 계수를 계산한다.

먼저, 상기

는 하기와 같이 2개의 (N/2)×1 벡터로 나타낼 수 있다.

여기서,

이고,

이다.

상기

와

에IFFT 행렬

을 곱하면, 시간영역에서 decoupled 된 신호 벡터

및

는 하기 수학식 23과 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 23]

상기 수학식 23에서,

이고,

이다.

상기 수학식 23으로부터

와

는 대각 행렬들이기 때문에

와

는 N/2 N/2 circulant 행렬임을 알 수 있다. 또한,

및

는 각각 다중 사용자 간섭이 제거된 단일 전송 안테나 시스템의 수신 신호 벡터들로 볼 수 있다. 따라서, SFBC 시스템의 주파수 영역 등화기의 계수를 유도하기 위하여, 단일 전송 안테나 시스템에서 사용되는 기법을 적용할 수 있다.

상기 등화부(513)는 하기 수학식 24에 나타낸 바와 같이, 짝수 번째 및 홀수 번째 주파수 성분에 대한 대한 코우베리언스(covariance) 및 등가 채널에 의하여 등화 계수를 계산한다.

[수학식 24]

상기 수학식 24에서,

와

는 각각

와

의 (k,k)원소이다. 그리 고,

이고,

이다.

본 발명에 따른 SFBC 송신기는 단일 사용자 STBC 시스템과는 달리,

와

에 각각 서로 다른 SC MMSE-FDE 계수

와

을 적용하여 등화를 수행한다.

상기 선형 결합부(509)와 등화부(513)에 의하여 수행되는 채널 등화는 주파수 영역에서 수행되지만 결정값들은 시간 영역에서 얻어지기 때문에, 주파수 영역 추정치

는 하기 수학식 25에 의하여 구할 수 있다.

[수학식 25]

상기 수학식 25에 나타난 바와 같이, 상기 등화부(513)는 짝수 번째 주파수 성분으로부터 송신기의 제1 안테나에서 송신된 짝수 번째 주파수 성분을 검출하고, 상기 홀수 번째 주파수 성분으로부터 송신단말의 제2 안테나에서 송신된 홀수 번째 주파수 성분을 검출할 수 있다.

상기 수학식 25에서,

는 추정치

의 mean 값이다. 시간 영역 추정치

는 IFFT 연산을 이용하여 주파수 영역 추정치

로부터 얻어 진다. 상기 추정치

에 대한 mean과 variance는 하기 수학식 26와 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 26]

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 STBC 신호 수신 방법을 나타내는 순서도이다.

도 6을 참조하면, SFBC 신호 수신 방법은 적어도 두 개의 다른 송신 안테나로부터 단일 반송파를 통해 송신된 신호를 하나의 수신 안테나를 통해 수신하는 단계(S610), 상기 수신된 신호로부터 CP를 제거하는 단계(S620), 상기 CP가 제거된 신호에 대해 푸리에 변환을 수행하는 단계(S630), 상기 푸리에 변환된 신호에 복원 신호를 사용하여 다중 사용자 간섭을 상쇄하고 상기 다중 사용자 간섭이 제거된 신호에 두 개의 다른 등화 계수를 적용하여 짝수 번째 주파수 성분과 홀수 번째 주파수 성분을 검출하는 단계(S640) 및 상기 검출된 짝수 번째 주파수 성분과 홀수 번째 주파수 성분으로부터 송신 신호를 복원하는 단계(S650)를 포함한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 SFBC 신호 수신 방법은 반복적인 다중 사용자 검파를 수행한다. 즉, 상기 송신 신호를 복원하는 단계(S650)가 소정 횟수 반복 되었는지를 판단하여(S660) 소정 횟수 반복되지 않은 경우에는 상기 푸리에 변환된 신호에 복원 신호를 사용하여 다중 사용자 간섭을 상쇄하는 단계(S640)로 되돌아 간다.

상기 단계(S640)에서, IMD-FDE 수행부(505)는 다중 사용자 간섭이 제거된 신 호를 최소 평균 자승 오차 기준을 이용하여 선형 결합하고, 상기 선형 결합된 주파수 성분에 대해 두 개의 다른 등화 계수를 적용하여 주파수 영역 등화한다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims

수신 신호에 대한 복원 신호를 이용하여 다른 사용자에 의한 신호 기여분을 차감함으로써 수신 신호의 다중 사용자 간섭을 상쇄하는 다중 사용자 간섭 상쇄부;

상기 다중 사용자 간섭이 상쇄된 수신 신호 중 적어도 두 개의 다른 송신 안테나로부터 순차적으로 송신된 제1 신호 및 제2 신호를 선형 결합하는 선형 결합부; 및

상기 선형 결합된 제1 신호 및 제2 신호에 두 개의 다른 등화 계수를 각각 적용하여 주파수 영역 등화하는 등화부를 포함하는 공간 블록 부호화 신호 수신 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 등화부의 출력 신호를 복원하여 생성된 복원 신호를 시간 공간 블록 부호화하여 상기 다중 사용자 간섭 상쇄부로 제공하는 동작을 반복하는 재부호화부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공간 블록 부호화 신호 수신 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 등화부는,

상기 두 개의 다른 등화 계수를 이용하여 상기 제1 신호로부터 송신기의 제1 안테나에서 송신된 신호를 검출하고, 상기 제2 신호로부터 송신기의 제2 안테나에서 송신된 신호를 검출하는 것을 특징으로 하는 공간 블록 부호화 신호 수신 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 두 개의 다른 등화 계수는,

송신기에 대한 코우베리언스 및 등가 채널에 의하여 계산 되는 것을 특징으로 하는 공간 블록 부호화 신호 수신 장치.
수신 신호에 대한 복원 신호를 이용하여 다른 사용자에 의한 신호 기여분을 차감함으로써 수신 신호의 다중 사용자 간섭을 상쇄하는 다중 사용자 간섭 상쇄부;

상기 다중 사용자 간섭이 상쇄된 수신 신호 중 적어도 두 개의 다른 송신 안테나로부터 송신된 짝수 번째 및 홀수 번째 주파수 성분을 선형 결합하는 선형 결합부; 및

상기 선형 결합된 짝수 번째 및 홀수 번째 주파수 성분을 두 개의 다른 등화 계수를 적용하여 주파수 영역 등화하는 등화부를 포함하는 공간 블록 부호화 신호 수신 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 등화부의 출력 신호를 복원하여 생성된 복원 신호를 주파수 공간 블록 부호화하여 상기 다중 사용자 간섭 상쇄부로 제공하는 동작을 반복하는 재부호화부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공간 블록 부호화 신호 수신 장치.
제 5 항에 있어서, 상기 등화부는,

상기 두 개의 다른 등화 계수를 이용하여 상기 짝수 번째 주파수 성분으로부터 송신기의 제1 안테나에서 송신된 짝수 번째 주파수 성분을 검출하고, 상기 홀수 번째 주파수 성분으로부터 송신기의 제2 안테나에서 송신된 홀수 번째 주파수 성분을 검출하는 것을 특징으로 하는 공간 블록 부호화 신호 수신 장치.
제 5 항에 있어서, 상기 두 개의 다른 등화 계수는,

상기 짝수 번째 및 홀수 번째 주파수 성분에 대한 코우베리언스와 등가 채널에 의하여 계산 되는 것을 특징으로 하는 공간 블록 부호화 신호 수신 장치.
적어도 두 개의 다른 송신 안테나로부터 단일 반송파를 통해 송신된 신호를 하나의 수신 안테나를 통해 수신하여 CP를 제거하는 단계;

상기 CP가 제거된 신호에 대해 푸리에 변환을 수행하는 단계;

상기 푸리에 변환된 신호에 복원 신호를 사용하여 다른 사용자에 의한 신호 기여분을 차감함으로써 다중 사용자 간섭을 상쇄하는 단계;

상기 다중 사용자 간섭이 제거된 신호에 적어도 두 개의 다른 등화 계수를 적용하여 상기 적어도 두 개의 다른 송신 안테나에서 송신된 신호를 검출하는 단계; 및

상기 검출된 적어도 두 개의 다른 송신 안테나에서 송신된 신호로부터 송신 신호를 복원하는 단계를 포함하는 공간 블록 부호화 신호 수신 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 적어도 두 개의 다른 송신 안테나로부터 송신된 신호를 검출하는 단계는,

상기 다중 사용자 간섭이 제거된 신호를 최소 평균 자승 오차 기준을 이용하여 선형 결합하고;

상기 선형 결합된 주파수 성분에 대해 두 개의 다른 등화 계수를 적용하여 주파수 영역 등화하는 단계를 포함하는 공간 블록 부호화 신호 수신 방법.
제 9 항에 있어서,

상기 송신 신호를 복원하는 단계가 소정 횟수 반복 되었는지를 판단하여 소정 횟수 반복되지 않은 경우에는 상기 푸리에 변환된 신호에 복원 신호를 사용하여 다중 사용자 간섭을 상쇄하는 단계로 되돌아 가는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공간 블록 부호화 신호 수신 방법.
적어도 두 개의 다른 송신 안테나로부터 단일 반송파를 통해 송신된 신호를 하나의 수신 안테나를 통해 수신하여 CP를 제거하는 단계;

상기 CP가 제거된 신호에 대해 푸리에 변환을 수행하는 단계;

상기 푸리에 변환된 신호에 복원 신호를 사용하여 다른 사용자에 의한 신호 기여분을 차감함으로써 다중 사용자 간섭을 상쇄하는 단계;

상기 다중 사용자 간섭이 제거된 신호에 두 개의 다른 등화 계수를 적용하여 짝수 번째 주파수 성분과 홀수 번째 주파수 성분을 검출하는 단계; 및

상기 검출된 짝수 번째 주파수 성분과 홀수 번째 주파수 성분으로부터 송신 신호를 복원하는 단계를 포함하는 공간 블록 부호화 신호 수신 방법.
제 12 항에 있어서, 상기 짝수 번째 주파수 성분과 홀수 번째 주파수 성분을 검출하는 단계는,

상기 다중 사용자 간섭이 제거된 신호를 최소 평균 자승 오차 기준을 이용하여 선형 결합하고;

상기 선형 결합된 주파수 성분에 대해 두 개의 다른 등화 계수를 적용하여 주파수 영역 등화하는 단계를 포함하는 공간 블록 부호화 신호 수신 방법.
제 12 항에 있어서,

상기 송신 신호를 복원하는 단계가 소정 횟수 반복 되었는지를 판단하여 소정 횟수 반복되지 않은 경우에는 상기 푸리에 변환된 신호에 복원 신호를 사용하여 다중 사용자 간섭을 상쇄하는 단계로 되돌아 가는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공간 블록 부호화 신호 수신 방법.