KR100669154B1

KR100669154B1 - 확산 전송 방식의 송신 장치

Info

Publication number: KR100669154B1
Application number: KR1020060026019A
Authority: KR
Inventors: 송영석; 권동승; 오종의
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2005-12-10
Filing date: 2006-03-22
Publication date: 2007-01-16
Anticipated expiration: 2026-03-22
Also published as: US20090022209A1

Abstract

본 발명은 확산 전송 방식의 송신 장치에 관한 것이다.

본 발명의 확산 전송 방식의 송신 장치는 데이터 신호에 대하여 제1 행렬과 대각행렬을 이용하여 프리코딩(Precoding)을 수행하는 부호 모듈을 포함한다. 프리코딩은 입력 되는 데이터에 제1 행렬과 대각행렬을 곱하여 출력 신호를 산출한다.

이러한 확산 전송 방식의 송신 장치는 높은 다이버시티 이득을 기대할 수 있는 효과가 있다.

프리코딩, 확산 전송 방식, DCT행렬, DST행렬, DHT행렬, FFT

Description

확산 전송 방식의 송신 장치{A TRANSMITTING APPARATUS IN SPREAD-SPECTRUM TRANSMISSION METHOD}

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 새로운 프리코딩(Precoding)을 이용하는 확산 전송 시스템의 송신장치를 도시한 블록도이다.

도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 부호 모듈의 프리 코딩 방식과 종래의 대수적(Algebraic) 방식을 이용한 데이터 전송의 SNR/BER(Bit Error Rate)을 비교한 그래프이다.

본 발명은 확산 전송 방식의 송신 장치에 관한 것으로, 확산 전송 방식의 전송 시스템에서 최적의 다이버시티 이득을 얻을 수 있는 새로운 프리코딩(Precoding)을 이용하는 송신 장치에 관한 것이다.

확산 전송 방식은 심벌 전송 시 여러 개의 칩 레벨(Chip Level)으로 분산시켜 이를 시간이나 주파수 영역에 확신시킴으로써, 수신단에서 심벌 검출(Dectecion)시에 다이버시티(Diversity) 이득을 얻는 방식이다.

대표적인 확산 전송 방식에는 MC-CDMA 방식이 있으며, 이에 대해 많은 양의 연구가 진행되어 왔다.

MC-CDMA는 왈시(Walsh) 행렬을 써서 심벌을 확산시키는 기술로, 프리코딩 모듈에서 왈시(Walsh) 행렬을 이용하여 행렬 연산을 수행하게 된다. 이러한, 왈시(Walsh)행렬을 이용한 출력 신호 생성은 다음의 수학식 1과 같다.

(수학식 1)

여기서, W는 Walsh행렬, c는 입력 소스(Source) 벡터로

, x는 출력 신호로

값을 갖는다.

하지만, 이러한 왈시(Walsh)행렬을 이용하여 높은 다이버시티(Diversity) 이득을 얻는 데는 한계가 있음이 연구를 통해 밝혀졌다. 이를 개선하기 위해 Walsh 행렬에 대각 행렬을 곱해서 다이버시트를 얻는 방법 등이 연구되었다.

또한, 최근에 유니터리(Unitary) 행렬의 일종인 FFT(Fast Fourier Transform) 행렬에 대각 행렬을 곱한 행렬을 프리코딩(Precoding) 행렬로 제안하는 방법이 발표되었다. 제안된 프리코딩(Precoding)을 이용한 출력 신호 생성은 다음의 수학식2와 같다.

(수학식2)

여기서, F는 FFT 행렬이며, D는 대각 행렬로,

이다.

수학식 2를 이용하는 프리코딩(Precoding) 행렬은 다양한 논문을 통해 확산 계수(factor)가 2의 지수승일 때 최적의 성능을 갖게 되고, 확산 계수(factor)가 2의 지수승이 아닐 때 최적의 성능을 갖지 못함이 증명되었다. 그에 따라, 이를 대체하기 위한 많은 연구가 이루어지고 있다.

이러한, 프리코딩(Precoding) 행렬을 대체하기 위하여 제안된 연구 중에 하나로 최근에 대수적(Algebraic) 방식의 행렬이 발표되었지만, 실험을 통한 검증에서 대수적(Algebraic) 방식의 행렬은 프리코딩(Precoding) 행렬과 유사한 다이버시티 이득과 코딩 게인(Coding Gain)을 얻는 것으로 알려져 최적의 다이버시티 이득과 코딩 게인(Coding Gain)을 얻을 수 없는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 확산 방식의 전송 시스템에서 최적의 다이버시티 이득를 얻을 수 있는 새로운 프리코딩(Precoding)을 이용하는 송신 장치를 제공하기 위한 것이다.

전술한 기술 과제를 해결하기 위한 본 발명의 첫 번째 특징에 따라서, 확산 전송 방식의 송신 장치는,

송신 데이터 신호에 대하여 DCT(Discrete Cosine Transform)행렬, DST(Discrete Sine Transform)행렬 또는 DHT(Discrete Hartley Transform)행렬 중 하나의 행렬을 포함하는 제1 행렬과 특정 대각행렬을 이용하여 프리코딩(Precoding)을 수행하고, 상기 수행에 따른 출력신호를 생성하는 부호 모듈을 포함한다.

여기서, 프리코딩은 상기 송신 데이터 신호에 대하여 상기 제1 행렬 및 대각행렬의 행렬곱의 연산을 통해 출력 신호를 생성한다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 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 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 본 명세서에서 기재한 모듈(Module)이란 용어는 특정한 기능이나 동작을 처리하는 하나의 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합을 구현할 수 있다.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 새로운 프리코딩을 제공하는 송신 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 송신 장치는 부호 모듈(Precoder)(100) 및 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)모듈(IFFT)(200)을 포함한다.

본 발명의 실시 예에서는 당업자라면 누구라도 쉽게 알 수 있는 송신 장치의 일부 구성을 생략하였다.

부호 모듈(Precoder)(100)은 소스 신호(Source Signal)에 대하여 프리코딩을 수행하며, 수행된 결과를 IFFT 모듈(IFFT 모듈)(200)로 전송한다.

부호모듈(100)이 수행하는 프리코딩(Precoding)은 x = P * D* r의 수식에 의해 계산되며, P는 DCT(Discrete Cosine Transform)행렬 값, DST(Discrete Sine Transform)행렬 값 또는 DHT(Discrete Hartley Transform)행렬 값을 갖는다. 여기서, x는 프리코딩된 출력 값이고, r은 원신호 값인 Source c(n)이고, D 는 대각 행렬이다.

DCT(Discrete Cosine Transform), DST(Discrete Sine Transform), DHT(Discrete Hartley Transform)는 각각 직교 변환 부호화 방식의 하나로, 시간축의 화상 신호를 주파수축으로 변환하며, 변환을 위한 계수로 각각 이산적 코사인 함수, 이산적 사인 함수, 이산적 하틀리 함수를 사용한다.

여기서, 본 발명의 실시 예에서 이용되는 P의 DCT행렬은 다음의 수학식 3과 수학식 4를 이용하여 계산된다.

(수학식 3)

여기서,

또는

(수학식 4)

여기서, S는 확산 계수(Spreading factor)이며, n=(0, 1, 2, ... ,s-1), k=(0, 1, 2, ... ,s-1)는 각각 행과 열의 인덱스(Index)이다.

또한, 본 발명의 실시 예에서 이용되는 P의 DST행렬은 다음의 수학식 5와 수학식 6을 이용하여 계산된다.

(수학식 5)

여기서,

또는

(수학식 6)

여기서, S는 확산 계수(factor)이며, n=(0, 1, 2, ... ,s-1), k=(0, 1, 2, ... ,s-1)는 각각 행과 열의 인덱스(Index)이다.

또한, 본 발명의 실시 예에서 이용되는 P의 DHT행렬은 다음의 수학식 7을 이용하여 계산된다.

(수학식 7)

이러한, 부호 모듈은 종래의 FFT 행렬을 DCT, DST 또는 DHT행렬을 대체하여 송신 데이터 신호에 대한 프리코딩을 수행함으로써, 하기의 도2 내지 도4에서 나타낸 DHT행렬을 이용한 성능 비교 그래프에서 알 수 있듯이 SNR(Signal to Noise Ratio) 및 BER(Bit Error Rate)을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 부호 모듈의 프리 코딩 방식과 종래의 대수적(Algebraic) 방식을 이용한 데이터 전송의 SNR(Signal to Noise Ratio)/BER(Bit Error Rate)을 비교한 그래프이다.

도 2 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 송신 장치의 프리코딩(Precoing) 방법은 종래의 대수적(Algebraic) 방식을 이용한 프리코딩 방법보다 더 좋은 SNR(Signal to Noise Ratio) 및 BER(Bit Error Rate)을 갖는다.

종래의 대수적(Algebraic)방식(대수적 방법을 이용하여 찾은 가장 우수하다 고 알려진 방법)과 부호 모듈의 프리 코딩(Precoding)방식 중에 DHT(Discrete Hartley Transform)행렬을 이용하여 확산계수(SF)가 3,5,7일 때 데이터 송신에 따른 수신호에 대한 SNR/BER(Bit Error Rate)을 비교하였다. 여기서, 대수적(Algebric)방식을 이용한 프리코딩 방법은 종래의 FFT행렬을 이용한 프리코딩 방법과 유사한 SNR/BER의 특성 그래프를 갖는다.

도2는 본 발명의 실시 예에 따른 송신 장치에서, 상기 도1에 도시한 프리코딩 모듈의 확산 계수(SF)가 3일 때, 대수적인 방식을 이용한 QPSK(610), 16QAM(611), 64QAM(612)의 변조방식과 상기 수학식 7에 기초하여 생성된 DHT행렬을 이용한 QPSK(710), 16QAM(711), 64QAM(712)의 변조방식에 따른 데이터 송수신을 통한 SNR/BER을 비교한 그래프이고,

도3은 확산 계수(SF)가 5일 때, 대수적인 방식을 이용한 QPSK(620), 16QAM(621), 64QAM(622)의 변조방식과 상기 수학식 7에 기초하여 생성된 DHT행렬을 이용한 QPSK(720), 16QAM(721), 64QAM(722)의 변조방식에 따른 데이터 송수신을 통한 SNR/BER을 비교한 그래프이고,

도4는 확산 계수(SF)가 7일 때, 대수적인 방식을 이용한 QPSK(630), 16QAM(631), 64QAM(632)의 변조방식과 상기 수학식 7에 기초하여 생성된 DHT행렬을 이용한 QPSK(730), 16QAM(731), 64QAM(732)의 변조방식에 따른 데이터 송수신을 통한 SNR/BER을 비교한 그래프이다.

이러한, 비교에 따른 그래프를 기초하여 본 발명의 실시 에에 따른 프리 코딩(Precoding)이 종래의 대수적(Algebraic) 방식을 이용한 프리코딩 방법과 FFT 행 렬을 이용한 프리코딩 방법(대수적 방식을 이용한 도2내지 도3과 유사한 SNR/BER을 가짐)보다 확산 계수(SF)가 높을수록 더 좋은 BER(Bit Error Rate) 및 SNR을 갖는 것을 알 수 있다. 즉, 확산 계수(SF)에 따라 종래의 기술보다 더 높은 다이버시티 이득 및 코딩 이득(Coding Gain)을 얻을 수 있다.

여기서, 데이터 송신을 위해 사용된 변조 방식은 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying), 16QAM(16 Quadrature Amplitude Modulation), 64QAM(64 Quadrature Amplitude Modulation)이다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시 예는 장치를 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현을 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

전술한 구성에 의하여 확산 전송 시스템의 송신 장치에서 새로운 프리코딩 방식을 이용하여 데이터를 송신함으로써 높은 다이버시티 이득 및 코딩 이득(Coding Gain)을 얻을 수 있는 효과를 기대할 수 있다.또한, 확산 계수가 높을수록 최적의 BER(Bit Error Rate)을 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims

확산 전송 방식의 송신 장치에 있어서,

송신 데이터 신호에 대하여 DCT(Discrete Cosine Transform)행렬, DST(Discrete Sine Transform)행렬 또는 DHT(Discrete Hartley Transform)행렬 중 하나의 행렬을 포함하는 제1 행렬과 대각행렬을 이용하여 프리코딩(Precoding)을 수행하고, 상기 수행에 따른 출력신호를 생성하는 부호 모듈을 포함하는 송신 장치.
제1항에 있어서,

상기 프리코딩은 상기 송신 데이터 신호에 대하여 상기 제1 행렬 및 대각행렬의 행렬 곱 연산을 통해 출력 신호를 생성하는 송신 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 DCT행렬은 다음의 수학식,

여기서,
또는
임.

또는,

여기서, S는 확산 계수(factor)이며, n=(0, 1, 2, ... ,s-1), k=(0, 1, 2, ... ,s-1)는 각각 행과 열의 인덱스(Index)임.

에 의해 생성되는 행렬인 것을 특징으로 하는 송신 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 DST행렬은 다음의 수학식

여기서,
또는
임.

또는,

여기서, S는 확산 계수(factor)이며, n=(0, 1, 2, ... ,s-1), k=(0, 1, 2, ... ,s-1)는 각각 행과 열의 인덱스(Index)임.

에 의해 생성되는 행렬인 것을 특징으로 하는 송신 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 DHT행렬은 다음의 수학식

여기서, S는 확산 계수(factor)이며, n=(0, 1, 2, ... ,s-1), k=(0, 1, 2, ... ,s-1)는 각각 행과 열의 인덱스(Index)임.

에 의해 생성되는 행렬인 것을 특징으로 하는 송신 장치.