KR101740567B1 - 다중 안테나 또는 다중 대역폭 전송 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

신호 송수신치 및 방법이 개시된다. 이 발명은 제1 모드로 변환되면 세그먼트 파서로 동작하고, 제2 모드로 변환되면 스트림 파서로 동작하는 스트림 및 세그먼트 파서; 상기 제1 모드로 변환되면 하나의 VHT-LTF 필드를 전송하고, 상기 제2 모드로 변환되면 복수개의 VHT-LTF 필드를 전송하는 프리앰블 발생기; 상기 제1 모드로 변환되면 소정의 대역폭 신호의 각 반송파 주파수를 반송파 주파수를 출력 주파수로 설정하고, 상기 제2 모드로 변환되면 동일한 반송파를 출력하는 PLL; 및 상기 제1 모드로 변환되면 입력되는 모든 신호를 합하여(combine) 하나의 안테나로 전송하고, 상기 제2 모드로 변환되면 입력되는 각 신호를 복수의 안테나 각각에서 전송하는 출력부를 포함한다. 본 발명에 따르면, 하나의 모뎀 구조를 통하여 다중 안테나 단일 대역폭 모드와 단일 안테나 다중 대역폭 모드를 모두 제공하거나 제공받을 수 있다.

Description

다중 안테나 또는 다중 대역폭 전송 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TRANSMITTING WITH MULTIPLE ANTENNA OR MULTIPLE BANDWIDTH}

본 발명은 무선 통신에 관한 것이며, 보다 자세하게는 다중 안테나 또는 다중 대역폭으로 전송하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

무선 LAN(Local Access Network) 시스템에서 전송 속도를 향상시키기 위하여, 다중 안테나 기술 및 다중 대역폭 기술을 채택하는 새로운 표준이 제시되고 있다. 그 대표적인 예가 IEEE(Institute Electrical and Electronics Engineers) 802.11n과 IEEE 802.11ac이다. IEEE 802.11n에서는 최대 40MHz 대역폭, 4개 송신 데이터 스트림이 정의되고, IEEE 802.11ac에서는 160MHz 대역폭, 8개의 송신 스트림이 정의된다.

최대 전송 속도를 실현하기 위해서 넓은 대역폭과 많은 수의 안테나를 활용하는 것이 요구된다. 하지만, 현실적으로 가용 대역폭 및 안테나 수에 제약이 있다. 따라서, 가용 대역폭과 안테나 수를 적절히 조합한 설정(configuration)을 갖는 시스템을 구성할 수 있다. 일 예로, 적은 수의 송신 안테나를 갖는 광대역 전송과 많은 수의 송신 안테나를 갖는 협대역 전송이 모두 가능한 하나의 모뎀이 구성될 수 있다.

한편, IEEE 802.11ac에서 80MHz 대역폭까지는 필수로 지원되고, 연속된 160MHz 대역폭 모드 또는 비연속적인 두 개의 80MHz 대역을 동시에 지원하는 80+80MHz 대역폭 모드가 선택적으로 지원된다. 이때, 160MHz 대역폭을 사용하는 모드와 80MHz 대역폭을 사용하면서 2개의 안테나를 통하여 송신 데이터 스트림의 수를 2개로 늘려 동일한 데이터 전송률을 얻는 모드는 각각의 장단점이 존재한다. 예를 들어, 공간적인 제약이 없는 단말의 경우에는 제한된 채널 자원 환경에서 160MHz의 넓은 대역폭을 사용하는 것보다 다중 안테나 기술을 활용하여 고속 데이터 서비스를 제공하는 것이 더 효과적일 수 있다. 이와 같은 두 가지의 환경을 위해서 모뎀 구조를 이전과 비슷하게 유지하면서 두 가지 모드를 모두 지원할 수 하나의 모뎀 구조를 설계한다면, 비용을 절감하는 효과가 있다.

따라서, 160MHz 대역폭에서 단일 안테나를 이용하여 전송하는 모드와 80Mhz 대역폭에서 2개의 송신 안테나를 이용하여 전송하는 모드를 하나의 모뎀 구조를 통하여 제공하여 통신 기기의 상황에 따라 전송 모드를 결정하는 방법 및 장치가 요구된다.

본 발명의 기술적 과제는 다중 안테나 모드와 다중 대역폭 모드를 지원하는 방법 및 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 기술적 과제는 다중 안테나 모드 또는 다중 대역폭 모드를 선택적으로 지원하는 방법 및 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 신호 송신 장치는 제1 모드에서 세그먼트 파서로 동작하고, 제2 모드에서 스트림 파서로 동작하는 스트림 및 세그먼트 파서; 상기 제2 모드에서 각 안테나에서 전송되는 신호가 서로 다른 위상 변화를 갖도록 상기 각 안테나마다 시간적 순환 지연을 발생시키는 CSD(cyclic shift diversity); 상기 제1 모드에서 미리 약속된 패턴의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심벌을 포함하는 VHT-LTF(very high throughput - long training field) 필드를 하나 전송하고, 상기 제2 모드에서 복수의 VHT-LTF 필드를 전송하는 프리앰블 발생기; 상기 제1 모드에서 소정의 대역폭 신호의 각 반송파 주파수를 출력 주파수로 설정하고, 상기 제2 모드에서 동일한 반송파를 출력 주파수로 설정하는 PLL(Phase Locked Loop); 및 상기 제1 모드에서 입력되는 모든 신호를 합하여(combine) 하나의 안테나로 전송하고, 상기 제2 모드에서 입력되는 각 신호를 복수의 안테나 각각에서 전송하는 출력부를 포함하며, 상기 제1 모드는 단일 안테나를 통하여 상기 소정의 대역폭의 정수배 크기의 대역폭의 신호를 전송하는 모드이고, 상기 제2 모드는 다중 안테나를 통하여 상기 소정의 대역폭의 신호를 전송하는 모드인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 양태에 따르면 신호 수신 장치는 제1 모드에서 입력되는 수신한 신호를 소정의 대역폭으로 나누어 각각의 반송파 주파수를 갖는 아날로그 RF 블록으로 입력하고, 제2 모드에서 수신한 신호를 상기 아날로그 RF 블록에 각각 입력하는 입력부; 및 상기 제2 모드에서 복수의 VHT-LTF를 수신하고, 수신한 상기 복수의 VHT-LTF의 조합을 통하여 각 부반송파 별로 4개의 채널 상수를 계산하는 채널 추정부를 포함하며, 상기 제1 모드는 단일 안테나를 통하여 상기 소정의 대역폭의 정수배 크기의 대역폭의 신호를 수신하는 모드이고, 상기 제2 모드는 다중 안테나를 통하여 상기 소정의 대역폭의 신호를 수신하는 모드인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 신호 송신 방법은 제1 모드에서 세그먼트 파서로 동작하고, 제2 모드에서 스트림 파서로 동작하는 단계; 상기 제2 모드에서 각 안테나에서 전송되는 신호가 서로 다른 위상 변화를 갖도록 상기 각 안테나마다 시간적 순환 지연을 발생시키는 단계; 상기 제1 모드에서 미리 약속된 패턴의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심벌을 포함하는 VHT-LTF(very high throughput - long training field) 필드를 하나 전송하고, 상기 제2 모드에서 복수의 VHT-LTF 필드를 전송하는 단계; 상기 제1 모드에서 소정의 대역폭 신호의 각 반송파 주파수를 출력 주파수로 설정하고, 상기 제2 모드에서 동일한 반송파를 출력 주파수로 설정하는 단계; 상기 제1 모드에서 입력되는 모든 신호를 합하여(combine) 하나의 안테나로 전송하고, 상기 제2 모드에서 입력되는 각 신호를 복수의 안테나 각각에서 전송하는 단계를 포함하며, 상기 제1 모드는 단일 안테나를 통하여 상기 소정의 대역폭의 정수배 크기의 대역폭의 신호를 전송하는 모드이고, 상기 제2 모드는 다중 안테나를 통하여 상기 소정의 대역폭의 신호를 전송하는 모드인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 신호 수신 방법은 제1 모드에서 입력되는 수신한 신호를 소정의 대역폭으로 나누어 각각의 반송파 주파수를 갖는 아날로그 RF블록으로 입력하고, 제2 모드에서 수신한 신호를 상기 아날로그 RF블록에 각각 입력하는 단계; 및 상기 제2 모드에서 복수의 VHT-LTF를 수신하고, 수신한 상기 복수의 VHT-LTF의 조합을 통하여 각 부반송파 별로 4개의 채널 상수를 계산하는 채널 추정 단계를 포함하며, 상기 제1 모드는 단일 안테나를 통하여 상기 소정의 대역폭의 정수배 크기의 대역폭의 신호를 수신하는 모드이고, 상기 제2 모드는 다중 안테나를 통하여 상기 소정의 대역폭의 신호를 수신하는 모드인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 하나의 모뎀 구조를 통하여 다중 안테나 단일 대역폭 모드와 단일 안테나 다중 대역폭 모드를 모두 제공하거나 제공받을 수 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 단일 안테나를 활용하여 160MHz 대역의 신호를 전송하는 시스템을 나타내는 일 예이다.
도 2는 본 발명에 따라서 생성된 아날로그 신호의 프레임의 구조의 일 예를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따라서 생성된 아날로그 신호의 스펙트럼의 일 예를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따라서 2개의 송신 안테나를 활용하여 80MHz 대역폭으로 2개의 2개의 독립된 데이터 스트림을 전송하는 송신단의 구조의 일 예를 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따라서 2개의 데이터 스트림을 전송하는 80MHz 대역폭 모드의 프레임 구조의 일 예를 나타낸다.
도 6은 본 발명에 따라서 2개의 데이터 스트림을 전송하는 80MHz 대역폭 모드의 신호 스펙트럼의 일 예를 나타낸다.
도 7은 본 발명에 따른 다중 안테나 다중 대역폭 송신 장치의 일 예를 나타낸다.
도 8은 본 발명에 따른 다중 안테나 다중 대역폭 수신 장치의 일 예를 나타낸다.
도 9는 본 발명에 따라서 단일 대역폭 2*2 MIMO 모드와 다중 대역폭 1*1 SISO(Single Input Single Output) 모드를 안테나 및 세그먼트 단위로 간략히 나타낸 블록도이다.
도 10은 다중 안테나를 사용하는 2*2 MIMO 모드에서 채널 추정부의 채널 상수들을 나타낸 도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않는다. 또한 도면에서 본 발명을 명확하게 개시하기 위해서 본 발명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 도면에서 동일하거나 유사한 부호들은 동일하거나 유사한 구성요소들을 나타낸다.

본 발명에서는 설명의 편의성을 위해서 80MHz 대역폭 모드에서 2개의 안테나를 사용하는 모드, 160MHz (연속된 160MHz 대역폭 모드와 비연속적인 80+80MHz 대역폭 모드를 포함) 대역폭 모드에서 1개의 안테나를 사용하는 모드를 예시로 설명한다. 하지만, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니고, 대역폭이 변경되거나 안테나 수가 변경되는 경우에 대하여도 확장하여 적용할 수 있다. 예를 들어 80MHz 대역폭 4개 안테나 모드 또는 160MHz 2개 안테나 모드로 확장이 가능하다. 또한, 80MHz 대역폭과 160MHz 대역폭은 본 발명의 일 예에 따른 것일 뿐이며, 50MHz 대역폭과 100MHz 대역폭, 10MHz 대역폭과 20MHz 대역폭 등 다양한 종류의 단일 안테나 광대역 모드와 다중 안테나 협대역 모드를 동시에 지원하는 송수신장치에는 본 발명이 동일하게 적용될 수 있다. 이하에서 제1 모드는 단일 안테나 광대역 모드, 제2 모드는 다중 안테나 협대역 모드를 의미한다.

도 1은 본 발명이 적용되는 단일 안테나를 활용하여 160MHz 대역의 신호를 전송하는 시스템을 나타내는 일 예이다. 일 예로, IEEE 802.11ac 표준 규격을 기초로 160MHz 대역폭(연속된 160MHz 대역폭 또는 비연속적인 2개의 80MHz 대역폭 전송 모두 포함)을 통해 전송하는 송신 장치일 수 있다.

도 1을 참조하면, MAC 계층(medium access control layer)에서 전달된 데이터는 스크램블러(scrambler)에서 스크램블링(scrambilng)되고, 인코더 파서(encoder parser)에서는 소정의 전송 데이터 레이트(data rate)에 따라 FEC(Forward Error Correction) 인코더(encoder)를 몇 개를 사용할지를 결정하여, 각 FEC 인코더에 비트를 배분한다.

FEC 인코더에서 인코딩된 데이터는 스트림 & 세그먼트 파서(stream & segment parser)에서 다시 분리된다.

이때, 단일 안테나를 통하여 대역폭 160MHz을 통해 전송을 수행하는 경우에스트림 & 세그먼트 파서는 스트림 파서 기능없이 세그먼트 파서의 기능만을 한다. 각 세그먼트(여기서, 세그먼트는 각 80MHz 대역폭을 의미한다)로 분리된 데이터는 인터리버(interleaver)에서 인터리빙되고, 컨스털레이션 매퍼(constellation mapper)에서 성상 매핑되고, 부반송파 할당부(subcarrier allocation unit)에서 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 부반송파 할당 규칙에 따라서 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)를 위한 형태로 구성된다. IFFT 부(IFFT unit)에서 IFFT를 수행하여 OFDM 심벌(symbol)을 생성한다.

생성된 OFDM 심벌에 보호 구간(guard interval)이 추가되고, 윈도윙(windowing)이 수행된 후, 프리앰블 제네레이션(Preamble generation)에서 미리 정의된 프리앰블이 각 패킷의 앞부분에 추가되고, 인터폴레이션(interpolation) 및 필터링(filtering)이 수행되고 DAC로 전달되어 아날로그 신호로 변환된다.

이렇게 구성된 아날로그 신호는 동일한 오실레이터(oscillator)에서 분주된 서로 다른 중심 주파수(center frequency : fc) f0와 f1으로 업-컨버젼(up-conversion)된 후, 컴바이너(combiner)에서 두 신호를 합쳐서 하나의 안테나를 통해서 전송한다.

만약, 상기 서로 다른 중심 주파수로 업-컨버젼된 아날로그 신호들이 컴바이너를 거치지 않으면 2개의 안테나를 통해서 전송될 수 있다.

도 2는 본 발명에 따라서 생성된 아날로그 신호의 프레임의 구조의 일 예를 나타낸다. 160MHz 대역폭, 단일 데이터 스트림 전송시의 프레임 구조이다

도 2를 참조하면, 시간의 흐름에 따라, 먼저 L-STF(legacy-short training field)가 전송되고, L-LTF(legacy-long training field), L-SIG(legacy-signal filed), VHT-SIG A(very high throughput-signal field A), VHT-STF(very high throughput-short training field), VHT-LTF 1(very high throughput-long training field), 데이터 필드(data field) 및 VHT-SIG B(very high throughput-signal field B)순으로 전송될 수 있다. 상기 필드들이 전송되는 순서는 변경될 수 있다.

L-STF에서는 초기 신호 검파 (signal detection), 자동 이득 조절, 대략적인 반소파 주파수 오차 추정, 프레임 동기 등을 위해서 0.8usec의 주기를 갖는 약속된 신호가 두 OFDM 심벌 주기 길이인 8us 동안 전송될 수 있고, L-LTF에서는 정확한 반송파 주파수 오차 추정 및 L-SIG와 VHT-SIG A 복조를 위해서 필요한 채널 추정을 위한 정해진 OFDM 심벌이 두 번 반복 전송된다. 또한, L-SIG에서는 IEEE 802.11ac 이전 규격의 단말들이 여기까지 복조를 하여 전체 IEEE 802.11ac 프레임 구간 동안 프레임이 전송된다는 사실을 알게 하는 기능을 위해서 전송 변조 방식, 부호률(L-SIG의 변조 방식과 부호율 즉 데이터 레이트 정보는 실제 복조에 쓰이는 것이 아니기 때문에 6Mb/s로 고정될 수 있다), 길이 정보(해당 프레임의 길이 정보가 아니라 전송된 전체 프레임 전송 시간을 6Mb/s 전송률로 계산했을 때 해당하는 길이가 계산되어 설정될 수 있다) 등이 전송된다. VHT-SIG A에서는 이 프레임을 수신할 단말(예, IEEE 802.11ac 단말)이 해당 프레임에 대한 전송률, 대역폭, 부분적 AID(Partial Association ID), 전송 스트림 수, 보호 구간 길이, 빔포밍 여부 등에 대한 정보들이 두 OFDM 심볼 동안 전송되고, VHT_STF에서는 이 이후부터 프레임의 수신 전력이 바뀌는 것을 고려하여 새롭게 자동 이득 조절을 할 수 있도록 0.8usec 주기의 정해진 신호 패턴이 한 OFDM 심볼 시간 동안(즉 4usec 동안) 전송되고, VHT_LTF 1(VHT-LTF에 해당하는 총 OFDM 심벌의 수는 전송 데이터 스트림의 수에 따라 가변이고, VHT-LTF 1은 그 중에서 첫 OFDM 심벌)에서는 VHT-SIG B와 데이터 필드의 복조를 위한 채널 추정을 위해서 미리 약속된 패턴의 한 OFDM 심벌이 전송되고, 데이터 필드에서는 실제 MAC에서 전달되는 데이터가 VHT-SIG A에 있는 프레임 정보에 따라 변조되어 다수 개의 OFDM 심볼이 전송된다. VHT-SIG B에서는 다중 사용자 MIMO 경우, 각 사용자 별 길이와 전송률 정보 등을 포함한 OFDM 심벌이 전송된다.

단일 데이터 스트림 만을 전송되면, OFDM 한 심볼에 해당하는 VHT-LTF1만 전송되지만, 만약, 전송 스트림의 수가 증가하면 VHT-LTF를 구성하는 OFDM 심볼의 수도 증가한다. 즉, 단일 스트림만 전송될 때는 하나의 OFDM 심벌에 해당하는 VHT-LTF1만 전송되고, 만약 N개의 전송 스트림이 전송될 때는 VHT-LTF1 내지 VHT-LTF_N까지 총 N개의 OFDM 심볼 길이 만큼의 VHT-LTF가 존재한다.

도 3은 본 발명에 따라서 생성된 아날로그 신호의 스펙트럼의 일 예를 나타낸다. 160MHz 대역폭 전송시의 송신 신호의 스펙트럼이다.

도 3을 참조하면, 대역폭이 160MHz일 때, 2개의 송신 세그먼트가 중심 주파수로 각각 f0와 f1를 가지며 각 중심 주파수에서 80Mhz의 대역폭의 스펙트럼으로 전송된다.

도 4는 본 발명에 따라서 2개의 송신 안테나를 활용하여 80MHz 대역폭으로 2개의 2개의 독립된 데이터 스트림을 전송하는 송신단의 구조의 일 예를 나타낸다. IEEE 802.11ac에서 규정된 송신단 구조의 일 예이다.

도 4를 참조하면, 2개의 송신 데이터 스트림을 전송하는 구조이며, 2개의 스트림이 전송되는 중심 주파수가 f0로 동일하다.

반면, 두 번째 스트림에는 CSD(cyclic shift diversity)가 적용된다. 여기서, CSD는 다중 안테나를 사용하여 프레임을 전송하는 경우(예를 들어 IEEE 802.11ac 규격), 각 안테나 마다 시간적 순환 지연을 시켜서 각 안테나에서 전송되는 신호에 각각 다른 위상(phase) 변화를 준다. 또한, 스트림 & 세그먼트 파서가 스트림 파서의 기능을 한다. 또한, 프리앰블의 구조가 80MHz 대역폭에 맞게 조정되며, 2개의 VHT-LTF가 전송되어 MIMO(Multiple Input Multiput Output 채널 추정이 가능하다.

도 5는 본 발명에 따라서 2개의 데이터 스트림을 전송하는 80MHz 대역폭 모드의 프레임 구조의 일 예를 나타낸다. 80MHz 대역폭, 2개의 데이터 스트림 전송시의 프레임 구조이다.

도 5를 참조하면, 시간의 흐름에 따라, 먼저 L-STF가 전송되고, L-LTF, L-SIG, VHT-SIG A, VHT-STF, VHT-LTF1, VHT-LTF 2, 데이터 필드 및 VHT-SIG B순으로 전송되게 된다.

전송 스트림이 2개이므로 VHT-LTF 2 필드를 더 포함한다. 전송 데이터 스트림 수가 2개로 증가하였기 때문에 이를 검파하기 위해서는 각 송신 안테나에서 수신 안테나까지의 채널을 각각 추정해야 한다. 그래서 VHT-LTF 1과 더불어 VHT-LTF 2를 추가적으로 전송하여 MIMO 채널 추정을 할 수 있도록 한다. VHT-LTF 2필드 역시 하나의 OFMD 심벌에 해당하는 정해진 패턴이 전송되는데, 그 패턴은 VHT-LTF1과 같고, 단지 안테나에 따라서 부호만 바뀌는 구조로 전송된다.

도 6은 본 발명에 따라서 2개의 데이터 스트림을 전송하는 80MHz 대역폭 모드의 신호 스펙트럼의 일 예를 나타낸다. 80MHz 대역폭 전송시의 송신 신호의 스펙트럼이다

도 6을 참조하면, 대역폭이 80MHz일 때, 2개의 송신 세그먼트가 중심 주파수로 각각 f0를 가지며 각 중심 주파수에서 80Mhz의 대역폭의 스펙트럼으로 전송된다.

이제, 본 발명에 따른 다중 안테나 다중 대역폭 송수신 장치 및 송수신 방법을 설명한다. 이하에서, 송신 장치 또는 수신 장치는 모뎀(modem)일 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 다중 안테나 다중 대역폭 송신 장치의 일 예를 나타낸다. 단일 데이터 스트림을 전송하는 160Mhz 대역폭 모드(제1 모드)와 2개의 데이터 스트림을 전송하는 80Mhz 대역폭 모드(제2 모드)를 모두 지원할 수 있는 송신단 구조이다.

도 7을 참조하면, 송신 장치(700)는 MAC(701), 스크램블러(703), 인코딩 파서(705), FEC 인코더(707,708), 스트림 및 세그먼트 파서(711), 인터리버(713,714), 성상 맵퍼(717,718), 부반송파 할당부(721,722), CSD(723), IFFT부(725,726), GI 윈도윙 삽입부(729,730), 프리앰블 발생기(733), 인터폴레이션 필터링부(735,736), PLL(phased locked loop), DAC(739,740), 아날로그 RF부(747,748), 출력부(751)를 포함한다.

스트림 및 세그먼트 파서는 별도의 입력부(도면미표시)의 입력에 따라, 또는 송신 장치 스스로 인식하여 상기 제1 모드 또는 상기 제2 모드 중 하나의 모드로 변환한다. 상기 제1 모드로 변환되면, 단일 안테나를 통하여 대역폭 160MHz을 통해 전송을 수행하는 경우이므로 스트림 파서 기능없이 세그먼트 파서의 기능만을 한다. 상기 제2 모드로 변환되면, 다중 안테나를 통하여 대역폭 80MHz를 통해 전송을 수행하는 경우이므로 스트림 & 세그먼트 파서가 스트림 파서의 기능을 한다.

CSD는 상기 제2 모드로 변환된 경우에만 동작한다.

프리앰블 발생기는 프리앰블을 전송하는데, 상기 제1 모드로 변환되면 VHT-LTF 하나만 전송한다. 프리앰블 발생기는 상기 제2 모드로 변환되면 2개의 VHT-LTF(VHT-LTF1 및 VHT-LTF2)를 전송한다. 2개의 스트림을 전송할 때에는 두 개의 안테나가 사용되고, 이때, 2개의 송신 안테나에서 수신 안테나까지의 채널 즉 2개의 채널을 추정해야 하기 때문에, 2개의 VHT-LTF가 전송되어 채널을 추정할 수 있도록 한다.

PLL은 다중 대역폭을 지원하는 제1 모드에서는 PLL 출력 주파수를 80MHz 대역폭 신호의 각 반송파 주파수로 설정한다. PLL은 단일 대역폭 및 다중 안테나를 지원하는 제2 모드에서는 두 PLL 출력 주파수를 동일한 반송파 주파수로 설정한다.

출력부는 제1 모드에서는 두 신호를 컴바이닝(combining)하여 하나의 안테나로 전송한다. 이때, 안테나부는 하나의 안테나만 포함하거나, 복수의 안테나 중 하나의 안테나만 동작한다. 출력부는 제2 모드에서는 두 신호를 각각 두 안테나로 전송한다. 이때, 안테나부는 적어도 두 안테나를 포함한다.

본 발명에 따른 다중 안테나 다중 대역폭 송신 장치는 다중 안테나 단일 대역폭 모드와 단일 안테나 다중 대역폭 모드를 모두 수용할 수 있다

도 8은 본 발명에 따른 다중 안테나 다중 대역폭 수신 장치의 일 예를 나타낸다. 단일 데이터 스트림을 수신하는 160Mhz 대역폭 모드(제1 모드)와 2개의 데이터 스트림을 수신하는 80Mhz 대역폭 모드(제2 모드)를 모두 지원할 수 있는 수신단 구조이다. 수신 장치는 송신 장치의 역과정을 수행한다.

도 8을 참조하면, 수신 장치는(800)는 입력부(801), 아날로그 RF(803,804), ADC(811,812), PLL(807,808), 데시메이션 필터링(815,816), 디지털 프론트 엔드(819,820), GI 삭제(823,824), FFT(827,828), 채널 추정부(831), 부반송파 분할(833,834), 디텍터(837), 디인터리버(839,840), 스트림 및 세그먼트 파서(843), FEC 디코더(845,846), 디코딩 파서(849), 디스크램블러(851), MAC(853)를 포함한다.

단말이 지원하고자 하는 모드에 따라 안테나의 수가 결정되면, 입력부 이전에 1개 또는 2개의 안테나를 설치된다.

만약 한 개의 안테나를 통해서 다중 대역폭 신호가 수신되면, 수신한 신호를 둘로 나누어 각각의 반송파 주파수를 갖는 아날로그 RF 블록으로 입력된다. 만약 두 개의 안테나를 통해서 단일 대역폭 신호가 수신되면, 수신한 신호를 두 개의 아날로그 RF 블록으로 각각 입력시킨다.

아날로그 RF 블록에서 ADC로 전달된 기저 대역 아날로그 신호는 ADC를 통하여 디지털 신호로 변환된다.

이어서, 데시메이션 필터링을 통하여 원하는 신호가 추출되고, 디지털 프론트 엔드 블록에서 패킷 검출 및 주파수 시간 동기가 수행된다.

GI 삭제를 통해 보호 구간이 제거된 신호는 FFT로 입력되어 주파수 영역 신호로 변환되고, 채널 추정부에서는 LTF를 이용하여 채널 추정이 수행되고, 디텍터 블록에서 MIMO 검파가 수행된다. 부반송파 분할부에서는 필요에 따라 부반송파로 분할된다. FFT 과정에서 나오는 전체 부반송파들 중에서 일부는 사용하지 않는 널 반송파(null carrier)이고, 일부는 위상(phase) 및 타이밍 트랙킹(timing tracking) 등의 위한 미리 정해진 파일롯 반송파(pilot carrier)이고, 나머지만 실제 데이터가 있는 데이터 반송파(data carrier)인데, 부반송파 분할부는 부반송파를 널 반송파, 파일롯 반송파 또는 데이터 반송파 중 하나 또는 그 이상으로 분리한다.

검파된 신호는 디인터리버, 스트림 및 세그먼트 파서, FEC 디코더, 디스크램블러를 거쳐서 복조된 후에 MAC으로 전달된다.

수신 장치에서 다중 대역폭 단일 스트림 수신과 단일 대역폭 다중 스트림 수신을 위하여 채널 추정부 및 디텍터 블록이 기존과 특히 구별되며, 단일 대역폭 다중 스트림 수신하는 경우가 다중 대역폭 단일 스트림 수신의 경우를 포함하도록 설계될 수 있다.

도 9는 본 발명에 따라서 단일 대역폭 2*2 MIMO 모드와 다중 대역폭 1*1 SISO(Single Input Single Output) 모드를 안테나 및 세그먼트 단위로 간략히 나타낸 블록도이다. 여기서, 2*2 MIMO 모드는 송신 안테나 2개와 수신 안테나 2개를 이용하여 2개의 데이터 스트림을 송수신하는 다중입력 다중출력(multi input multi output) 모드를 의미한다. 반면, 1*1 SISO 모드는 송신 안테나 1개와 수신 안테나 1개를 이용하여 1개의 데이터 스트림을 송수신하는 단일입력 단일출력(single input single output) 모드를 의미한다.

도 9를 참조하면, 2*2 MIMO 모드에서 4개의 채널이 형성되지만(a), 1*1 SISO 모드에는 각 세그먼트들 사이의 2개의 채널만 존재한다(b). 따라서, 다중 안테나를 사용하는 2*2 MIMO 모드가 1*1 SISO 모드를 포함하는 일반적 구조라고 할 수 있다.

상기 도 8의 채널 추정 및 디텍터를 다중 안테나를 사용하는 2*2 MIMO 모드를 지원하도록 설계하면, 그 중 일부의 채널을 사용하여 1*1 SISO 모드도 지원할 수 있다.

다중 안테나를 사용하는 2*2 MIMO 모드에서, 채널 추정부는 두 개의 VHT-LTF(VHT-LTF1 및 VHT-LTF2)를 수신하고, 수신한 VHT-LTF들의 조합을 통하여 각 부반송파 별로 4개의 채널 상수, H11, H12, H21, H22를 계산한다. 여기서, Hij는 j번째 송신 안테나(또는 세그먼트)와 i번째 수신 안테나(또는 세그먼트) 사이의 채널 상수를 의미한다.

도 10은 다중 안테나를 사용하는 2*2 MIMO 모드에서 채널 추정부의 채널 상수들을 나타낸 도이다.

도 10을 참조하면, 단일 안테나를 사용하는 1*1 SISO 모드에서 2개의 채널만 사용되므로 H12 및 H21를 영행렬로 설계할 수 있다(b).

이때, 2*2 MIMO를 지원하는 채널 추정부(a)가 1*1 SISO모드도 지원한다. 동일하게 2*2 MIMO 모드를 지원하는 디텍터가 1*1 SISO 모드에서 다중 대역폭 검파를 수행할 수 있다.

본 발명에 따르면 동일한 송수신 장치를 활용하여 채널 추정부 및 디텍터의 채널 상수를 변경하여 80MHz 대역폭 모드와 160MHz 대역폭 모드를 선택적으로 지원할 수 있다. 따라서, 단말의 특성이나 응용 서비스에 따라 하나의 송수신 장치에서 두 모드를 모두 구현할 수 있다.

상술한 예시적인 시스템에서, 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로써 순서도를 기초로 설명되고 있지만, 본 발명은 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당업자라면 순서도에 나타낸 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (16)

1. 신호 송신 장치에 있어서,
   제1 모드에서 스트림 파서의 기능 없이 세그먼트 파서로 동작하고, 제2 모드에서 세그먼트 파서의 기능 없이 스트림 파서로 동작하는 파서;
   상기 제2 모드에서 각 안테나에서 전송되는 신호가 서로 다른 위상 변화를 갖도록 상기 각 안테나마다 시간적 순환 지연을 발생시키는 CSD(cyclic shift diversity);
   상기 제1 모드에서 미리 약속된 패턴의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심벌을 포함하는 VHT-LTF(very high throughput - long training field) 필드를 하나 전송하고, 상기 제2 모드에서 복수의 VHT-LTF 필드를 전송하는 프리앰블 발생기;
   상기 제1 모드에서 서로 다른 복수의 반송파 주파수를 출력 주파수로 설정하고, 상기 제2 모드에서 단일 반송파 주파수를 출력 주파수로 설정하는 PLL(Phase Locked Loop); 및
   상기 제1 모드에서 입력되는 모든 신호를 합하여(combine) 하나의 안테나로 전송하고, 상기 제2 모드에서 입력되는 각 신호를 복수의 안테나 각각에서 전송하는 출력부를 포함하며,
   상기 제1 모드는 단일 안테나를 통하여 다중 대역폭의 신호를 전송하는 모드이고, 상기 제2 모드는 다중 안테나를 통하여 단일 대역폭의 신호를 전송하는 모드이고,
   상기 다중 대역폭의 크기는 상기 단일 대역폭의 크기의 정수배이고,
   상기 VHT-LTF 필드의 개수는 스트림의 개수에 기초하여 가변적으로 결정되고, 상기 스트림의 개수가 증가함에 따라 상기 복수의 VHT-LTF 필드의 개수가 증가하는,
   신호 송신 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 단일 대역폭은 80MHz이고, 상기 다중 안테나는 2개의 안테나인 것을 특징으로 하는 신호 송신 장치
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 모드 또는 상기 제2 모드 중 하나의 모드를 택일적으로 입력하는 입력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 송신 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 PLL에서 설정된 주파수를 기초로 상기 출력부에 아날로그 신호를 입력하는 아날로그 RF(Radio Frequency)부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 송신 장치.
5. 신호 수신 장치에 있어서,
   제1 모드에서 수신한 신호를 서로 다른 복수의 반송파 주파수를 갖는 복수의 아날로그 RF 블록으로 나누어 입력하고, 제2 모드에서 수신한 신호를 상기 복수의 아날로그 RF 블록에 각각 입력하는 입력부; 및
   상기 제2 모드에서 복수의 VHT-LTF를 수신하고, 수신한 상기 복수의 VHT-LTF의 조합을 통하여 각 부반송파 별로 4개의 채널 상수를 계산하는 채널 추정부를 포함하며,
   상기 제1 모드는 단일 안테나를 통하여 다중 대역폭의 신호를 수신하는 모드이고, 상기 제2 모드는 다중 안테나를 통하여 단일 대역폭의 신호를 수신하는 모드이고,
   상기 다중 대역폭의 크기는 상기 단일 대역폭의 크기의 정수배이고,
   VHT-LTF 필드의 개수는 스트림의 개수에 기초하여 가변적으로 결정되고, 상기 스트림의 개수가 증가함에 따라 상기 복수의 VHT-LTF 필드의 개수가 증가하는,
   신호 수신 장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 제1 모드에서,
   상기 채널 추정부는 상기 4개의 채널 상수 중 일부를 영행렬로 설정하는 것을 특징으로 하는 신호 수신 장치.
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 단일 대역폭은 80MHz이고, 상기 다중 안테나는 2개의 안테나인 것을 특징으로 하는 신호 수신 장치
8. 제 5 항에 있어서,
   상기 제1 모드 또는 상기 제2 모드 중 하나의 모드를 택일적으로 입력하는 입력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 수신 장치.
9. 신호 송신 방법에 있어서,
   제1 모드에서 스트림 파서의 기능 없이 세그먼트 파서로 동작하고, 제2 모드에서 세그먼트 파서의 기능 없이 스트림 파서로 동작하는 파싱 단계;
   상기 제2 모드에서 각 안테나에서 전송되는 신호가 서로 다른 위상 변화를 갖도록 상기 각 안테나마다 시간적 순환 지연을 발생시키는 단계;
   상기 제1 모드에서 미리 약속된 패턴의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심벌을 포함하는 VHT-LTF(very high throughput - long training field) 필드를 하나 전송하고, 상기 제2 모드에서 복수의 VHT-LTF 필드를 전송하는 단계;
   상기 제1 모드에서 서로 다른 복수의 복수의 반송파 주파수를 출력 주파수로 설정하고, 상기 제2 모드에서 단일 반송파 주파수를 출력 주파수로 설정하는 단계;
   상기 제1 모드에서 입력되는 모든 신호를 합하여(combine) 하나의 안테나로 전송하고, 상기 제2 모드에서 입력되는 각 신호를 복수의 안테나 각각에서 전송하는 단계를 포함하며,
   상기 제1 모드는 단일 안테나를 통하여 다중 대역폭의 신호를 전송하는 모드이고, 상기 제2 모드는 다중 안테나를 통하여 단일 대역폭의 신호를 전송하는 모드이고,
   상기 다중 대역폭의 크기는 상기 단일 대역폭의 크기의 정수배이고,
   상기 VHT-LTF 필드의 개수는 스트림의 개수에 기초하여 가변적으로 결정되고, 상기 스트림의 개수가 증가함에 따라 상기 복수의 VHT-LTF 필드의 개수가 증가하는,
   신호 송신 방법.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 단일 대역폭은 80MHz이고, 상기 다중 안테나는 2개의 안테나인 것을 특징으로 하는 신호 송신 방법.
11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1 모드 또는 상기 제2 모드 중 하나의 모드를 입력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 송신 방법.
12. 제 9 항에 있어서,
    상기 설정된 주파수를 기초로 아날로그 신호를 택일적으로 입력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 송신 방법.
13. 신호 수신 방법에 있어서,
    제1 모드에서 수신한 신호를 서로 다른 복수의 반송파 주파수를 갖는 복수의 아날로그 RF블록으로 나누어 입력하고, 제2 모드에서 수신한 신호를 상기 복수의 아날로그 RF블록에 각각 입력하는 단계; 및
    상기 제2 모드에서 복수의 VHT-LTF를 수신하고, 수신한 상기 복수의 VHT-LTF의 조합을 통하여 각 부반송파 별로 4개의 채널 상수를 계산하는 채널 추정 단계를 포함하며,
    상기 제1 모드는 단일 안테나를 통하여 다중 대역폭의 신호를 수신하는 모드이고, 상기 제2 모드는 다중 안테나를 통하여 단일 대역폭의 신호를 수신하는 모드이고,
    상기 다중 대역폭의 크기는 상기 단일 대역폭의 크기의 정수배이고,
    VHT-LTF 필드의 개수는 스트림의 개수에 기초하여 가변적으로 결정되고, 상기 스트림의 개수가 증가함에 따라 상기 복수의 VHT-LTF 필드의 개수가 증가하는,
    신호 수신 방법.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제1 모드에서,
    상기 채널 추정 단계는 상기 4개의 채널 상수 중 일부를 영행렬로 설정하여 채널을 추정하는 것을 특징으로 하는 신호 수신 방법.
15. 제 13 항에 있어서,
    상기 단일 대역폭은 80MHz이고, 상기 다중 안테나는 2개의 안테나인 것을 특징으로 하는 신호 수신 방법.
16. 제 13 항에 있어서,
    상기 제1 모드 또는 상기 제2 모드 중 하나의 모드를 택일적으로 입력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 수신 방법.

Images