KR100651432B1 - 다중 안테나를 사용하는 이동통신 시스템에서 간섭신호 제거 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 MIMO 통신 시스템에서 오류 전파의 영향에 대응한 따른 오류 정정 부호의 성능을 향상시키는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 복수의 송신 안테나들과 복수의 수신 안테나들을 사용하여 고속의 데이터를 송수신하는 이동통신 시스템의 수신단은, 복수의 수신 안테나들 각각을 통해 수신된 제1 수신신호로부터 기 설정된 기준에 따라 특정 경로의 송신신호를 추정하고, 상기 추정한 송신신호의 심볼들 각각에 대하여 오류성분을 측정하고, 상기 심볼들 중 해당 오류성분이 미리 정해진 설정값을 초과하는 심볼들에 대하여 오류정정을 수행하고, 상기 오류정정된 심볼들을 포함하는 모든 심볼들 로부터 소정 신호 역처리 절차를 통해 송신 데이터를 검출하고, 상기 송신 데이터로부터 소정 신호 처리 절차를 통해 송신신호를 재생하고, 상기 제1 수신신호로부터 상기 재생된 송신신호를 감산하여 제2 수신신호를 생성하는 동작을, 상기 제2 수신신호에 대하여 모든 경로의 송신데이터를 검출할 때까지 반복한다. 이러한 본 발명은, 수신된 신호에 대한 신뢰도를 높여 뛰어난 오류 개선 효과를 가질 수 있다.

SIC 수신기, MMSE, MIMO, 오류검출, SINR

Description

다중 안테나를 사용하는 이동통신 시스템에서 간섭신호 제거 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CANCELING AN INTERFERENCE SIGNAL IN A MOBILE COMMUNICATION SYSTEM USING MULTIPLE ANTENNAS}

도 1은 일반적인 다중입력다중출력 이동통신 시스템의 구조를 도시한 도면.

도 2는 다중입력다중출력 이동통신 시스템의 송신단의 구조를 도시한 도면.

도 3은 다중입력다중출력 이동통신 시스템의 수신단의 구조를 도시한 도면.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중입력다중출력 이동통신 시스템의 수신단의 구조를 도시한 도면.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중입력다중출력 이동통신 시스템의 수신단에서의 동작을 도시한 도면.

도 6은 본 발명에 의해 제안된 방식과 종래 방식을 비교한 도면.

도 7은 본 발명에 의해 제안된 방식과 종래 방식을 비교한 다른 도면.

본 발명은 다중 입력 다중 출력(다중 안테나)(Multi-Input Multi-Output) 이동통신 시스템에 관한 것으로서 특히, 오류 전파의 영향에 대응하여 오류 정정 부호의 성능을 향상시키는 장치 및 방법에 관한 것이다.

기존의 이동통신 시스템은 음성 서비스 위주이며, 열악한 채널 상황을 극복하기 위해 주로 채널 코딩에 의존하였다. 그러나 고품질의 멀티미디어 서비스가 요구됨에 따라 더 많은 데이터를 더 빨리 더 낮은 오류확률로 전송하기 위한 차세대 무선 전송기술이 요구된다. 특히 데이터 전송량이 많은 순방향 링크에서의 고속 데이터 전송은 더욱 중요하다. 그러나 이동통신 시스템의 환경 하에서 페이딩 효과, 음영효과, 전파 감쇠, 잡음 및 간섭 등에 의해 신호의 신뢰성이 크게 낮아진다. 다중경로에 의한 특히 페이딩 효과는 서로 다른 경로를 거쳐 수신되는 서로 다른 위상과 크기를 가지는 신호들에 합에 의한 심각한 신호 왜곡 현상을 초래한다. 상기 페이딩 효과는 고속 데이터 통신을 지원하기 위해 극복해야 할 과제이므로 이에 대한 많은 연구가 수행되어 오고 있다. 이에 다수의 송수신 안테나를 사용하는 다중 입력 다중 출력(Multi Input Multi Output: MIMO) 기술이 제안되었다. 상기 MIMO는 송신기와 수신기에 다중 안테나를 사용하여 데이터들을 동시에 전송함으로서 전송대역폭을 증가시키지 않고 많은 데이터를 전송한다.

도 1은 일반적인 MIMO 시스템의 구조를 도시하고 있는 것으로서, 도시한 바와 같이 송신단은 역다중화기(100)와 신호 처리부(102)와 송신 안테나들(104, 106, 108)로 구성되며, 수신단은 수신 안테나들(110, 112, 114)과 신호 처리부(116)로 구성된다. 여기에서는 MIMO 시스템의 원리를 설명하는데 필요한 구성만을 도시하였다. 송신 안테나들(104 내지 108)과 수신 안테나들(110 내지 114) 사이에는 복수의 안테나간 채널들이 형성된다.

상기 도 1을 참조하면, 역다중화기(100)는 전달된 데이터 스트림을 송신 안테나들(104 내지 108)의 개수와 동일한 개수의 데이터 스트림들로 다중화하여 출력한다. 즉, 상기 역다중화기(100)는 전달된 하나의 사용자 데이터 스트림을 송신 안테나의 개수와 동일한 개수의 데이터 스트림들로 복제한다. 이와 같이 하나의 사용자 데이터 스트림을 다중안테나를 통해 중첩적으로 전송하는 경우 상기 사용자 데이터 스트림에 대한 오류확률을 감소시킴으로서 수신된 사용자 데이터 스트림에 대한 신뢰도를 높일 수 있다. 다른 경우, 상기 역다중화기(100)는 안테나의 개수와 동일한 개수의 데이터를 전달받고, 상기 전달받은 각 사용자 데이터 스트림을 각 송신 안테나에 대응하게 출력할 수 있다.

상기 역다중화기(100)로부터 전달된 사용자 데이터 스트림들은 신호처리부(102)에서 소정 처리 과정을 거친 후 송신 안테나들(104 내지 108)로 전달된다. 상기 송신 안테나들(104 내지 108)은 전달받은 각 사용자 데이터 스트림을 수신안테나들(110 내지 112)로 전송한다. 상기 수신안테나들(110 내지 114)은 송신 안테나들(104 내지 108)이 전송한 사용자 데이터 스트림들을 수신한다. 즉, 수신안테나(110)는 송신 안테나(104) 내지 송신 안테나(108)가 전송한 사용자 데이터 스트림을 수신하며, 수신안테나(112)는 송신 안테나(104) 내지 송신 안테나(108)가 전송한 사용자 데이터 스트림을 수신한다. 마찬가지로 수신안테나(114)는 송신 안테나(104) 내지 송신 안테나(108)가 전송한 사용자 데이터 스트림을 수신한다. 상기 수신안테나들(110 내지 114)은 전달받은 사용자 데이터 스트림들을 신호처리부(116)로 전달한다. 상기 신호처리부(116)는 전달받은 사용자 데이터 스트림들에 대해 부호화 및 변조 등과 같은 소정 처리 과정을 수행한다.

MIMO 시스템은 크게 BLAST(Bell Labs Layered Space-Time)와 PARC(Per-Antenna Rate Control) 방식으로 나눌 수 있다. 이하, 먼저 상기 BLAST 방식에 대해 알아본다.

BLAST방식의 송신단은 사용자 데이터 스트림을 송신 안테나들의 개수와 동일한 개수의 데이터 스트림들로 역다중화한다. 또한, 상기 송신 안테나들은 동일한 데이터 레이트를 이용한다. BLAST 방식은 DBLAST(Diagonal BLAST), VBLAST(Vertical BLAST), HBLAST(Horizontal BLAST)로 구분된다. DBLAST 방식은 각 송신 안테나에서 전송되는 사용자 데이터 스트림에 대하여 특정한 블록 코딩방식을 사용함으로서, 효율은 높으나 구현의 복잡도가 높다. VBLAST 방식은 각 송신 안테나에서 전송되는 사용자 데이터 스트림에 대해 독립적인 코딩방식을 사용한다. 이러한 VBLAST 방식은 수신안테나의 수가 송신 안테나의 수보다 같거나 많아야 한다. VBLAST 방식의 수신단은 최대우도검출(Maximum Likelihood Detection: ML)방식을 이용한다. ML 방식은 모든 송신 안테나에서 송신 가능한 심볼들을 모두 대입해서 최소 에러를 가지는 심볼을 선택함으로 성능을 크게 향상시키는 방식이다. 하지만, 송신 안테나의 수가 증가됨에 따라 계산량의 증가로 인해 구현의 복잡도가 증가한다는 단점을 가지고 있다.

상기 PARC 방식은 각 송신 안테나가 겪는 채널 상태에 따라 데이터 전송률을 다르게 할당하는 방식이다. 상기 채널상태는 신호대잡음비(Signal-to-Interference and Noise Ratio: 이하 SINR이라 칭함)로 표현될 수 있다.

도 2는 PARC 방식을 사용하는 MIMO 시스템의 송신단 구조를 도시하고 있다. 도 2는 J개의 확산 코드와 M개의 송신 안테나를 사용하여 동시에 J× M 개의 사용자 데이터 스트림들을 전송할 수 있는 시스템을 도시하고 있다.
사용자 데이터 스트림은 역다중화기(200)로 전달된다. 상기 역다중화기(200)는 송신 안테나의 개수에 따라 J개씩의 데이터 단위로 상기 사용자 데이터 스트림을 분할하고, 분할된 각 사용자 데이터 스트림들을 신호 처리부들(210, 212, 214)로 전달한다. 상기 신호 처리부들(210, 212, 214)은 전달받은 사용자 데이터 스트림에 대해 소정의 신호 처리를 수행한다.

상기 신호 처리부들(210, 212, 214)은 각각 설정되는 데이터 레이트를 이용하여 상기 전달받은 사용자 데이터 스트림들에 대해 부호화와 인터리빙과 변조 등을 수행한다. 상기 신호 처리부들(210, 212, 214)은 처리된 사용자 데이터 스트림들을 확산부들(220, 222, 224)로 전달한다. 이때 신호처리부(210)에서 처리된 J개의 출력 데이터 스트림들은 각각 확산부 1(220) 내지 확산부 J(224)로 전달된다. 마찬가지로 신호처리부(212) 내지 신호처리부(214)는 J개의 출력 스트림들들 각각 확산부 1(220) 내지 확산부 J(224)로 전달한다.

상기 확산부들(220 내지 224)은 서로 다른 확산 코드를 사용한다. 상기 확산부(220)는 상기 신호 처리부들(210 내지 214)로부터 전달된 사용자 데이터 스트림들에 대해 동일한 확산 코드 1을 사용하여 확산 과정을 수행한다. 상기 확산부(222)는 상기 신호 처리부들(210 내지 214)로부터 전달된 사용자 데이터 스트림에 대해 동일한 확산 코드 2를 사용하여 확산 과정을 수행한다. 상기 확산부 J(224)는 상기 신호 처리부들(210 내지 214)로부터 전달된 사용자 데이터 스트림에 대해 동일한 확산 코드 J를 사용하여 확산 과정을 수행한다.

상기 확산부들(220, 222, 224)에 의해 확산 과정을 거친 사용자 데이터 스트림은 가산기들(230, 232, 234)로 전달된다. 이때, 동일한 신호 처리부에서 처리된, 즉 부호화/인터리빙/변조를 거친 사용자 데이터 스트림들은 동일한 가산기로 전달된다. 구체적으로, 신호 처리부(210)에서 처리된 사용자 데이터 스트림은 가산기(230)로 전달되고, 신호 처리부(212)에서 처리된 상기 사용자 데이터 스트림은 가산기(232)로 전달된다. 상기 신호 처리부(214)에서 처리된 상기 사용자 데이터 스트림은 가산기(234)로 전달된다.

가산기(230)에서 안테나별로 가산된 데이터 스트림은 송신단의 추가적인 신호처리 과정, 즉 주파수 상승변환 등을 거쳐 S₁(t)로서 제1 송신 안테나(240)에 의해 무선채널로 송신된다. 여기서 상기 추가적인 신호처리 과정은 본 발명의 핵심적인 내용과 직접적인 관련이 없으므로 그 상세한 설명을 생략하도록 한다. 또한 가산기(232)에서 안테나별로 가산된 데이터 스트림은 송신단의 추가적인 신호처리 과정을 거쳐 S₂(t)로서 제2 송신 안테나(242)에 의해 무선채널로 송신된다. 마지막으로 가산기(234)에서 안테나별로 가산된 데이터 스트림은 송신단의 추가적인 신호처리 과정을 거쳐 S_M(t)로서 제M 송신 안테나(244)에 의해 무선채널로 송신된다.

도 3은 PARC 방식을 사용하는 MIMO 시스템의 수신단 구조를 도시하고 있다. 여기에 나타낸 수신단 구조는 상기 도 2에 도시한 송신단 구조에 대응하는 것이다.

상기 도 3을 참조하면, 수신안테나(300)는 송신 안테나들(240, 242, 244)로 부터 전송된 사용자 데이터 스트림들을 수신한다. 상기 도 2에 의하면 상기 수신안테나(300)는 송신 안테나(240) 내지 송신 안테나(244)가 전송한 신호를 수신한다. 수신안테나(302)는 상기 송신 안테나(240) 내지 송신 안테나(244)가 전송한 신호를 수신한다. 상기 수신안테나(304)는 송신 안테나(240) 내지 송신 안테나(244)가 전송한 신호를 수신한다.

상기 수신안테나(300)는 수신한 신호를 역확산기들(320 내지 322)로 전달한다. 상기 수신안테나(302)는 수신한 신호를 역확산기들(323 내지 325)로 전달한다. 상기 수신안테나(304)는 수신한 신호를 역확산기들(326 내지 328)로 전달한다. 상기 역확산기들(320 내지 328)에서 사용하는 확산코드들은 송신단의 확산기들(220 내지 224)에서 사용하는 확산코드들과 동일하다. 즉, 역확산기(320)와 역확산기(323), 역확산기(326)와 송신단의 확산기(220)는 동일한 확산코드들을 사용한다. 또한 역확산기(321)와 역확산기(324), 역확산기(327)와 송신단의 확산기(222)는 동일한 확산코드들을 사용한다. 마찬가지로 역확산기(322)와 역확산기(325), 역확산기(328)와 송신단의 확산기(224)는 동일한 확산코드들을 사용한다.

상기 역확산기(320)에 의해 역확산된 신호는 최소평균제곱오차(mean minimum square error: MMSE) 수신기(330)로 전달된다. 상기 역확산기(321)에 의해 역확산된 신호는 MMSE 수신기(332)로 전달된다. 상기 역확산기(322)에 의해 역확산된 신호를 MMSE 수신기(334)로 전달된다. 상기 역확산기(323)에 의해 역확산된 신호는 MMSE 수신기(330)로 전달된다. 상기 역확산기(324)에 의해 역확산된 신호는 MMSE 수신기(332)로 전달된다. 상기 역확산기(325)에 의해 역확산된 신호는 MMSE 수신기(334)로 전달된다. 상기 역확산기(326)에 의해 역확산된 신호는 MMSE 수신기(330)로 전달된다. 상기 역확산기(327)에 의해 역확산된 신호는 MMSE 수신기(332)로 전달된다. 상기 역확산기(328)에 의해 역확산된 신호는 MMSE 수신기(334)로 전달된다.

상기 MMSE 수신기들(330 내지 334)은 특정 송신 안테나의 확산 코드에 따라 설정된 규칙에 의해 사용자 데이터 스트림을 검출한다. 상기 검출된 특정 송신 안테나의 사용자 데이터 스트림들은 다중화기(340)로 전달된다. 상기 다중화기(340)는 전달받은 특정 송신 안테나의 사용자 데이터 스트림들을 다중화하고 신호 역처리부(350)로 전달한다. 상기 신호 역처리부(350)는 전달받은 데이터 스트림들을 미리 설정된, 예를 들어 안테나 인덱스 순서에 따라서 검출하여 복조, 디인터리빙 및 복호 등의 소정 신호 역처리를 수행한다. 여기서는 제1 송신 안테나(240)로부터 제J 송신 안테나(244) 순으로 데이터 스트림들을 검출하는 것으로 가정한다. 따라서 첫 번째 단계에서는 제1송신 안테나(240)의 송신신호를 검출하게 된다.

상기 신호 역처리부(350)에서 역처리된 제1 송신 안테나(240)의 데이터 스트림을 다음 단(370)으로 전달한다. 더불어 상기 역처리된 상기 제1송신 안테나(240)의 데이터 스트림은 신호 처리부(360)로 전달된다. 상기 신호 처리부(360)는 상기 신호 역처리부(350)가 전달한 제1 송신 안테나(240)의 데이터 스트림에 대해 송신단에서와 동일한 신호 처리 과정을 수행한다. 상기 신호 처리 과정은 부호화 과정, 인터리빙 과정, 변조 과정으로 이루어진다. 상기 신호 처리 과정을 수행함으로서 상기 제1 송신 안테나(240)가 송신했을 것으로 추정되는 송신 신호가 재생(reconstruct)된다.
상기 재생된 제1송신 안테나(240)의 송신신호는 감산기들(310 내지 314)로 전달된다. 상기 감산기들(310 내지 314)은 수신 안테나들(300 내지 304)로 수신된 신호에서, 상기 재생된 제1 송신 안테나(240)의 송신신호를 감산하여 역확산기들(320 내지 328)로 제공하는 기능을 수행한다. 상기한 과정을 J번째 송신 안테나의 송신 신호까지 반복적으로 수행함으로서 수신단은 다중 송신 안테나들에 대한 영향을 순차적으로 감소시키면서 송신단에서 송신한 송신신호를 더욱 정확하게 수신할 수 있다.

상기한 바와 같은 종래의 MIMO 통신 시스템에서는, 추정된 (m-1)번째 송신 안테나의 송신신호를 이용하여 (m)번째 송신 안테나의 송신신호를 추정한다. 이와 같이 송신 안테나의 송신신호를 추정하는 방식을 연속간섭소거(Successive Interference Cancellation :SIC) 방식이라 한다. 그런데, 상기 (m-1)번째 송신 안테나의 송신신호를 추정함에 있어 오류가 발생한 경우 (m)번째 송신신호의 송신신호와 (m)번째 송신 안테나의 송신신호를 이용해 추정하는 이후의 모든 송신신호에 역시 오류가 발생하게 된다. 따라서 이러한 SIC 수신 방식의 특성으로 인해 발생되는 상기한 문제점을 해결하기 위한 방안이 요구되었다.

따라서 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 이전 단계에서 탐색된 정보를 이용하여 다음 단계의 정보를 탐색하는 시스템에서 다음 단계 정보를 탐색함에 있어 이전 단계에서 발생된 오류에 대한 영향을 감소시키는 장치 및 방법을 제안함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 이전 단계에서 탐색된 정보를 효율적으로 사용하여 무선채널 상에서 발생하는 오류를 최소화하는 장치 및 방법을 제안함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 MIMO 기술을 사용하는 이동통신 시스템에서 오류 검증 및 수정기능을 가지는 순차적 간섭제거 장치 및 방법을 제안함에 있다.

상기 본 발명의 목적들을 이루기 위해 창안된 본 발명의 바람직한 실시예는, 복수의 송신 안테나들과 복수의 수신 안테나들을 사용하여 고속의 데이터를 송수신하는 이동통신 시스템에서 상기 송신 안테나들로부터 상기 수신 안테나들로의 복수의 경로들을 통과한 복수의 신호들을 수신하는 방법에 있어서,

상기 복수의 수신 안테나들 각각을 통해 수신된 제1 수신신호로부터 기 설정된 기준에 따라 특정 경로의 송신신호를 추정하는 제1 과정과,

상기 추정한 송신신호의 심볼들 각각에 대하여 오류성분을 측정하는 제2 과정과,

상기 심볼들 중 해당 오류성분이 미리 정해진 설정값을 초과하는 심볼들에 대하여 오류정정을 수행하는 제3 과정과,

상기 오류정정된 심볼들을 포함하는 모든 심볼들로부터 소정 신호 역처리 절차를 통해 송신 데이터를 검출하는 제4 과정과,

상기 송신 데이터로부터 소정 신호 처리 절차를 통해 송신신호를 재생하는 제5 과정과,

상기 제1 수신신호로부터 상기 재생된 송신신호를 감산하여 제2 수신신호를 생성하는 제6 과정을 포함하며,

상기 제2 수신신호에 대하여 모든 경로의 송신데이터를 검출할 때까지 상기 제1 과정 내지 상기 제6 과정을 반복하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

본 명세서에서의 MIMO 시스템은 송신단이 M개의 송신 안테나와 J개의 확산코드를 사용하여 데이터를 송신하고 수신단은 N개의 수신안테나를 사용하여 데이터를 수신한다.

이하 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 MMSE-SIC(minimum mean square error successive interference cancellation) 수신기의 구조에 대해 알아본다. 여기에서는 설명의 편의를 위해 각 블록을 거친 수신 신호에 대한 상세한 설명과 공지 기술인 MMSE 수신부의 동작에 대한 구체적인 설명은 생략할 것이다.

상기 도 4를 참조하면, 어떤 송신 안테나의 송신신호도 제거되지 않은 상태에서 제1 수신안테나(400)를 통해 수신되는 신호를 r⁽⁰⁾(1)라 칭하고, 제2 수신안테나(402)를 통해 수신되는 신호를 r⁽⁰⁾(2)라 칭하며, 제N 수신안테나(404)를 통해 수신되는 신호를 r⁽⁰⁾(N)라 칭한다. 여기서 r⁽⁰⁾(N)은 M개의 송신 안테나들(240 내지 244)과 특정 수신안테나 사이의 채널을 경험한 신호들 s₁ 내지 s_M의 조합으로 표현 됨은 자명하다. 여기서 s_m은 m번째 송신 안테나에서 보내는 신호를 나타낸다. 마찬가지로 (i-1)번째 간섭 제거 단계가 지난 후 N번째 수신안테나를 통해 수신되는 신호는 r⁽ⁱ⁾(N)이라 칭한다.

상기 제1 수신안테나(400)는 상기 수신한 신호를 역확산기들(420 내지 422)로 전달한다. 상기 제2 수신안테나(402)는 상기 수신한 신호를 역확산기들(423 내지 425)로 전달한다. 상기 제N 수신안테나(404)는 상기 수신한 신호를 역확산기들(426 내지 428)로 전달한다. 상기 역확산기들(420 내지 428)에서 사용하는 확산코드들은 송신단의 확산기들(220 내지 224)에서 사용하는 확산코드들과 동일하다. 즉, 역확산기(420)와 역확산기(423), 역확산기(426)와 송신단의 확산기(420)는 동일한 확산코드들을 사용한다. 역확산기(421)와 역확산기(424), 역확산기(427)와 송신단의 확산기(422)는 동일한 확산코드를 사용한다. 역확산기(422)와 역확산기(425), 역확산기(428)와 송신단의 확산기(424)는 동일한 확산코드를 사용한다.

상기 역확산기(420)에 의해 역확산된 신호는 제1 최소평균제곱오차(mean minimum square error: MMSE) 수신기(430)로 전달된다. 상기 역확산기(421)에 의해 역확산된 신호는 제2 MMSE 수신기(432)로 전달된다. 상기 역확산기(422)에 의해 역확산된 신호는 제J MMSE 수신기(434)로 전달된다. 상기 역확산기(423)에 의해 역확산된 신호는 제1 MMSE 수신기(430)로 전달된다. 상기 역확산기(424)에 의해 역확산된 신호는 제2 MMSE 수신기(432)로 전달된다. 상기 역확산기(425)에 의해 역확산된 신호는 제J MMSE 수신기(434)로 전달된다. 마찬가지로, 상기 역확산기(426)에 의해 역확산된 신호는 제1 번째 MMSE 수신기(330)로 전달된다. 상기 역확산기(427)에 의해 역확산된 신호는 제2 MMSE 수신기(432)로 전달된다. 상기 역확산기(428)에 의해 역확산된 신호는 제J MMSE 수신기(434)로 전달된다.

상기 MMSE 수신기들(430 내지 434)은 미리 설정된 규칙에 의해 각 송신 안테나의 사용자 데이터 스트림을 검출한다. 이하 MMSE 수신기들(430 내지 434)의 기능을 간략히 설명하면 다음과 같다.

하기 <수학식 1>은 전체 수신안테나에서 수신된 K번째 신호를 나타낸다.

상기 α²는 수신신호 파워를 정규화한 값이며, c(j)는 j번째 확산코드들 의미한다. b(j)는 j번째 확산부로 입력되는 신호를 의미한다. 또한 n은 무선채널상의 잡음(noise)을 의미하며, 상기 s는 s=[s(1),s(2),...,s(M)]이며 여기서 s(m)는 m번째 송신 안테나에서 송신되는 신호를 나타낸다. 상기 채널 행렬 H는 모든 송수신 안테나들 사이의 채널 특성을 나타내며, m번째 송신 안테나와 n번째 수신안테나 사이의 채널 특성은 H_mn이다.

상기 수신신호 r이 역확산된 후의 신호는 하기 <수학식 2>와 같이 나타낸다.

상기 <수학식 2>의 z(j)는 전체 수신안테나의 수신신호가 j번째 역확산기에 의해 역확산된 신호를 나타낸다. 상기 c^*(j)는 j번째 확산코드의 컨쥬게이트를 의미한다. 여기서 역확산된 신호 z는 송신 신호에 포함된 확산코드 성분이 제거된 신호이므로 송신측이 전송한 정확한 데이터를 얻기 위해서는 채널성분 H를 제거하여야만 한다. 따라서 복수의 MMSE 수신기들(430 내지 434)로 구성되는 MMSE 수신부는 H 성분을 제거하고 송신신호와의 오류를 최소화하기 위해 MMSE 선형전환행렬 W를 하기의 <수학식 3>과 같이 계산한다.

상기 계산된 W는 N×M의 크기를 가지는 행렬이며 이를 이용하여 전체 송신신호 s의 추정치

을 계산하고 다중화기로 출력하게 된다.

여기서 z는 [z(1),z(2),...,z(J)]를 나타내며 N×J의 크기를 가지는 행렬이다. 상기 MMSE 수신부는 확산코드 개수 J개와 동일한 개수로 구비되며, j번째 MMSE 수신부는 N×1 크기의 z(j) 벡터에 대하여 송신 안테나와 N개의 수신 안테나 사이의 채널 성분을 나타내는 W^*의 M개의 행과 연산이 이루어진다.

i번째 순차적 간섭제거단계에서의 연성 결정(soft decision)된 MMSE 결과값 을

라 했을 때 첫 번째 간섭제거단계에서 다중화기(440)는 상기 전달받은 J개의 MMSE 결과 값들을 다중화하여 추정값

을 생성한다. 상기 추정값

은 신호 역처리부(450)로 전달된다.

이하 신호 역처리부(450)의 구성과 동작을 설명한다.

상기 신호 역처리부(450)는 상기 전달받은 추정값에 대해 변조와 디인터리빙 및 복호 등의 신호 역처리를 수행한 후 경판정(hard decision) 결과 신호를 생성하여 오류 검출부(460)로 전달한다. 하기 <수학식 4>는 경판정을 수행하는 과정을 나타내고 있다.

상기 오류 검출부(460)는 전달받은 경판정 결과 신호에 대한 오류 성분을 검출한다. 하기 <수학식 5>은 상기 오류 검출부(460)에 의해서 검출하는 오류 성분을 나타낸다.

상기 e(j)는 확산코드j에 의한 확산된 신호가 무선 채널 상에서 발생된 오류성분의 크기를 나타낸다. 따라서 송신안테나 m의 송신신호에 대한 오류성분의 크기는 하기 <수학식 6>과 같이 나타낼 수 있다.

상기 Z=[z(1)z(2) ... z(J)]이고, 상기

이다. 상기 E를 이용하여 j번째 확산신호에 대한 오류에 대한 절대치를 구하면 하기 <수학식 7>과 같이 나타낼 수 있다.

만일 j번째 확산코드에 대한 오류가 기준값(k)보다 클 경우 상기 j번째 확산코드에서 MMSE 결과값에 대한 오류가 발생하였음을 인식할 수 있다.

이하 간섭제거를 위한 본 발명의 구성과 동작을 설명한다.

상기 간섭 제거를 위해서 먼저 각 송신안테나의 신호대간섭비(signal to interference noise ratio: SINR)를 구하고, 상기 SINR이 높은 송신안테나로부터 상기 SINR이 낮은 송신안테나 순으로 데이터를 검출하여 간섭을 제거한다. 각 송신안테나의 송신신호파워가 동일하다고 가정하면 SINR은 하기 <수학식 8>와 같이 구할 수 있다.

각 송신 안테나의 송신 심벌들 중 가장 높은 SINR을 갖는 송신 안테나 심벌열이 검출되고 상기 검출된 심벌열에는 최대우도(Maximum Likehood: ML) 방식이 적용된다. 이때, 상기 ML방식을 상기 검출된 송신안테나의 모든 송신 심벌에 대해 수행하는 것이 아니라, 상기 <수학식 6>에서 나타낸 수신된 심볼에 대한 오류성분의 크기가 설정치를 초과하는 심볼에 대해서만 수행한다.

예를 들어, 상기 <수학식 6>에서 나타낸 수신된 심볼에 대한 오류성분의 크기 중 첫 번째 코드심벌에 대한 오류성분크기 e(1)만이 설정치를 초과하고 나머지는 초과하지 않았다면, 첫 번째 코드심벌에 대해서만 상기 ML 방식을 수행한다.

만일 QPSK(Quaternary Phase Shift Keying) 변조방식이 쓰였다면 상기 첫 번째 코드심벌이 가질 수 있는 심벌 조합 F = { v₁, v₂, ..., v_q }는 F = { 00, 01, 11, 10 }이 될 것이다. 즉 수신단은 첫 번째 코드심벌에 대하여 상기 가능성 있는 모든 심벌을 대입하여 최적인 심벌을 찾고, 상기 첫 번째 코드심벌을 상기 최적값으로 대체한 후, 상기 가장 높은 SINR을 갖는 송신 안테나 심벌열을 검출하여 출력한다. 이하 j번째 확산코드로 확산된 데이터가 제1송신안테나를 통해 전송된 심볼을 b_1j라 하고 상기 추정된 송신심볼은 v_q라 한다.

상기 추정된 송신심볼을 이용한 제1 송신안테나로부터 전송된 신호의 추정치는

가 된다. 상기 ML 방식에 의해 b_1j를 v_q로 추정했을 경우 상기 추정된 심볼에 대한 오류성분의 크기는 하기 <수학식 9>과 같이 나타낼 수 있다.

하기 <수학식 10>은 송신안테나 M=4이고, 확산코드 J=8 인 시스템에서 송신안테나 인덱스 순으로 송신신호의 SINR 크기가 정렬되는 상황에서 오류성분의 크기가 설정치를 초과하는 3개의 수신 심벌이 3개 존재하는 경우를 보이고 있다. 즉 e(2), e(3), e(6)는 상기 설정치보다 크다.

상기 <수학식 10>에서 보이고 있는 바와 같이 제1 송신안테나의 SINR이 가장 크므로 상기 제1송신안테나의 송신심볼에 대한 ML 과정을 수행한다. 따라서 수신측은 b₁₂, b₁₃, b₁₆에 대한 ML 과정을 수행한다. ML 과정의 수행을 통해 상기 b₁₂, b₁₃, b₁₆ 각각을 최적의 v_q로 대체한 제1송신안테나의 송신 심벌열을 신호재생부(470)로 전달한다.

상기 신호재생부(470)는 상기 오류검출부(460)가 전달한 송신심볼에 대한 소정 신호 처리 과정을 수행하여, 특정 송신안테나로부터 전송된 것으로 추정되는 송신신호를 재생(reconstruct)한다. 상기 신호 처리 과정은 송신단에서 상기 제1송신 안테나의 송신 심벌열에 수행한 신호처리과정과 동일하며 부호화, 인터리빙 및 변조 등으로 이루어진다.

상기 신호 처리과정을 거친 심볼들은 감산기들(410 내지 414)로 전달된다. 상기 감산기들(410 내지 414)은 수신안테나들을 통해 수신된 사용자 데이터 스트림에서 상기 신호 처리과정을 수행한 심볼들을 제거하는 기능을 수행한다. 상기 감산기들(410 내지 414)로부터 출력된 신호들은 역확산기들(420 내지 428)로 전달된다.

이상에서는 첫 번째 경로, 즉 최상위 SINR값을 가지는 송신안테나의 심벌열에 대하여만 ML 과정을 적용하는 예를 설명하였으나 선택에 따라서 ML과정을 적용하는 경로 즉 송신안테나의 개수는 가변될 수 있다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수신단에서의 동작을 나타내고 있다.

상기 도 5를 참조하면, 500단계에서 상기 수신단은 송신안테나의 송신신호 검색횟수 i를 0으로 초기화하고, ML과정을 적용할 송신안테나의 수 M과 오류성분의 설정치 t를 설정한다. 502단계에서 각 송신안테나가 송신한 신호가 수신된다. 상기 수신단은 적어도 2개 이상의 수신안테나들로 구성되어 있으며, 각 수신안테나는 송신안테나들의 송신신호들을 수신한다. 504단계에서 모든 송신안테나의 송신신호에 대하여 송신데이터를 추출하였는지 판단하여 그렇지 않을 경우 506단계로 진행하고, 모든 송신안테나의 송신신호에 대하여 송신데이터를 추출하였다고 판단된다면 모든 절차를 종료한다.

506단계에서 상기 수신단은 각 수신안테나의 수신신호에 대한 역확산 과정을 수행한다. 상기 역확산 과정에서 사용되는 확산코드들은 송신단에서 사용한 확산코 드들과 동일한 것이다. 즉, 상기 확산코드들은 확산코드 1 내지 확산코드 J로 구성되며, 각 수신안테나의 수신신호는 확산코드 1 내지 확산코드 J에 의해 역확산 과정을 수행한다.

508단계에서 상기 수신단은 동일한 확산코드에 의해 역확산된 신호들에 대해 확산코드와 동일한 회수만큼의 MMSE 과정을 수행한다. 즉, 상기 확산코드 1에 의해 역확산된 수신신호들에 대해 MMSE 과정이 수행되며, 상기 확산코드 2에 의해 역확산된 수신신호들에 대해 MMSE과정이 수행된다. 510단계에서 상기 수신단은 상기 각 송신안테나의 SINR을 측정하고 512단계로 진행한다. 512단계에서 상기 전달받은 각 송신안테나별 SINR들 중에서 최상위 SINR부터 미리 설정된 개수만큼의 송신안테나들에 대응하는 송신신호들을 검색한다.

514단계에서 송신안테나의 송신신호 검색횟수 i를 카운트하고 516단계로 진행한다. 516단계에서 상기 i가 ML과정을 적용할 송신안테나의 수 M보다 클 경우 524단계로 진행하고 그렇지 않을 경우 518단계로 진행한다. 518단계에서 송신신호의 오류성분을 측정하고 520단계로 진행한다. 520단계에서 상기 검색된 송신안테나 송신심벌열의 심벌들 중 오류성분 측정결과가 설정치 t를 초과하는 심벌들을 검출한다. 상기 오류성분 측정결과가 설정치 t를 초과하는 심벌들이 있을 경우 522단계로 진행하고 그렇지 않을 경우 524단계로 진행한다.

522단계에서는 ML 방식에 따라 오류성분 측정결과가 설정치 t를 초과하는 심벌들에 대해 오류정정을 수행하고 524단계로 진행한다. 상기 524단계에서는 상기 오류정정된 심벌열로부터 상기 검색된 송신안테나가 전송한 송신데이터를 추출하고 526단계로 진행한다. 이때, 이전 시점에서 기 저장된 심벌열을 이용할 수도 있다. 526단계에서 상기 선택된 송신안테나의 송신데이터로부터 송신신호를 재생하고 528단계로 진행한다. 이때 송신신호를 재생하는 방법은 송신단에서 사용한 신호처리 방법을 추출한 송신데이터에 적용함으로써 얻어질 수 있다. 528단계에서는 이전횟수의 안테나 수신신호로부터 상기 재생한 송신안테나의 송신신호를 제거하고 504단계로 진행한다. 이하 504단계에서 모든 송신안테나의 송신신호에 대하여 송신데이터를 추출하였는지 판단하여 상기에서 설명한 과정을 반복 진행한다.

상기 제시한 방법에 따라서 오류가 정정된 정확한 신호를 제거하는 과정을 순차적으로 수행함으로서 모든 송신안테나들에 대한 수신신호 추정 과정을 수행한다.

도 6 내지 도 7은 본 발명에 따른 효과를 종래 기술과 비교하여 도시하고 있다. 여기에서는 신호대 잡음비(Singnal to Noise)에 대한 비트 오율(Bit Error Rate: BER) 상기 도 6은 BPSK(Binary Phase Shift Key) 변조방식을 사용한 경우를 나타내며, 상기 도 7은 QPSK 변조방식을 사용한 경우를 도시하고 있다. 상기 도 6 내지 도 7은 MMSE 방식에 의한 경우, MMSE 방식에 의한 경우, MMSE-SIC 방식에 의한 경우, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 개선된(Enhanced) MMSE-SIC(EMMSE-SIC) 방식에 의한 경우, ML 방식에 의한 경우를 각각 도시하고 있다. 상기 도 6 내지 도 7에 의하면 본 발명에 따른 EMMSE-SIC 방식은 ML 방식을 제외하면 가장 낮은 비트 오율(BER)이 나타남을 알 수 있다. ML 방식에 매우 큰 복잡도를 가짐을 고려하면 본 발명에 따른 EMMSE-SIC 방식은 가장 큰 효율을 얻을 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.

전술한 바와 같이 본 발명은 수신된 신호에 대한 오류성분의 크기가 설정치보다 높을 경우 상기 수신신호에 대한 오류를 일정 부분 제거함으로서 수신된 신호에 대한 신뢰도를 높일 수 있다. 또한, 상기 일정부분 신뢰도가 향상된 신호를 이용하여 다른 신호를 추정함으로서 뛰어난 오류 개선 효과를 가질 수 있다.

Claims (13)

1. 복수의 송신 안테나들과 복수의 수신 안테나들을 사용하여 고속의 데이터를 송수신하는 이동통신 시스템에서 상기 송신 안테나들로부터 상기 송신 안테나들로의 복수의 경로들을 통과한 복수의 신호들을 수신하는 방법에 있어서,

   상기 복수의 수신 안테나들 각각을 통해 수신된 제1 수신신호로부터 기 설정된 기준에 따라 특정 경로의 송신신호를 추정하는 제1 과정과,

   상기 추정한 송신신호의 심볼들 각각에 대하여 오류성분을 측정하는 제2 과정과,

   상기 심볼들 중 해당 오류성분이 미리 정해진 설정값을 초과하는 심볼들에 대하여 오류정정을 수행하는 제3 과정과,

   상기 오류정정된 심볼들을 포함하는 모든 심볼들 로부터 소정 신호 역처리 절차를 통해 송신 데이터를 검출하는 제4 과정과,

   상기 송신 데이터로부터 소정 신호 처리 절차를 통해 송신신호를 재생하는 제5 과정과,

   상기 제1 수신신호로부터 상기 재생된 송신신호를 감산하여 제2 수신신호를 생성하는 제6 과정을 포함하며,

   상기 제2 수신신호에 대하여 모든 경로의 송신데이터를 검출할 때까지 상기 제1 과정 내지 상기 제6 과정을 반복하는 것을 특징으로 하는 복수의 신호들을 수신하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 추정하는 과정은,

   상기 복수의 경로들 중 가장 큰 신호대 잡음비(SINR)를 가지는 적어도 한 경로의 송신신호를 추정하는 것을 특징으로 하는 복수의 신호들을 수신하는 방법.
3. 부호화비트들의 열을 입력하여 정보비트들을 출력하는 이동통신 시스템에서, 복수의 안테나들을 통해 신호를 수신하는 장치에 있어서,

   상기 복수의 안테나들을 통해 수신된 변조 심벌들의 열들 각각을 송신 장치에서 사용한 확산코드와 동일한 코드에 의해 역확산하는 역확산기들과,

   상기 역확산된 변조 심벌들에 대한 오류성분을 검출하는 최소평균제곱오차(MMSE) 수신기와,

   미리 정해진 설정치보다 높은 오류성분을 갖는 변조심벌들에 대한 송신심벌을 추정하는 오류 검출기로 구성됨을 특징으로 하는 복수의 신호들을 수신하는 방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 MMSE 수신기는 하나의 심볼주기동안 송신안테나들의 개수와 동일 개수의 심볼들을 수신함을 특징으로 하는 복수의 신호들을 수신하는 방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 MMSE 수신기는,

   상기 수신심볼들 중에서 가장 높은 신호대잡음비를 갖는 송신안테나의 변조심볼에 대응하는 수신심볼의 오류성분을 검출하고, 상기 검출된 수신심볼을 출력함을 특징으로 하는 복수의 신호들을 수신하는 방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 MMSE 수신기의 출력심볼에 대해 복조와 디인터리빙 및 복호화를 수행하는 신호 역처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 신호들을 수신하는 방법.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 오류 검출기에 의해 추정된 송신심볼에 대해 부호화와 인터리빙 및 변조를 수행하여 재생하는 신호 재생부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 신호들을 수신하는 방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 복수의 안테나를 통해 수신된 변조심볼들에서 상기 재생된 변조심볼을 감산하는 감산기들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 신호들을 수신하는 방법.
9. 부호화비트들의 열을 입력하여 정보비트들을 출력하는 이동통신 시스템에서, 복수의 안테나들을 통해 신호를 수신하는 방법에 있어서,

   상기 복수의 안테나들을 통해 수신된 변조 심벌들의 열들 각각을 송신 장치에서 사용한 확산코드와 동일한 확산코드에 의해 역확산하는 과정과,

   상기 역확산된 변조 심벌들에 대한 오류성분을 검출하는 과정과,

   미리 정해진 설정치보다 높은 오류성분을 갖는 변조심벌들에 대한 송신심벌을 추정하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 복수의 신호들을 수신하는 방법.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 오류성분을 검출하는 과정은,

    하나의 심볼주기동안 송신안테나들의 개수와 동일한 개수의 심볼들을 수신하고, 상기 수신심볼들 중에서 가장 높은 신호대잡음비를 갖는 송신안테나의 변조심볼에 대응하는 수신심볼의 오류성분을 검출함과 동시에 상기 검출된 수신심볼을 출력함을 특징으로 하는 복수의 신호들을 수신하는 방법.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 검출된 수신심볼에 대해 복조와 디인터리빙 및 복호화를 수행하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 신호들을 수신하는 방법.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 추정한 송신심볼에 대해 부호화와 인터리빙 및 변조를 수행하여 재생하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 신호들을 수신하는 방법.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 복수의 안테나를 통해 수신된 변조심볼들에서 상기 재생된 변조심볼을 감산하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 신호들을 수신하는 방법.

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