무선 통신 시스템에서 코드셋 인덱스 전송 방법 document_id A220623070264

최근 활발하게 연구되고 있는 차세대 멀티미디어 무선 통신 시스템은 초기의 음성 위주의 서비스를 벗어나 영상, 무선 데이터 등의 다양한 정보를 처리하여 전송할 수 있는 시스템이 요구되고 있다. 무선 통신 시스템의 목적은 다수의 사용자가 위치와 이동성에 관계없이 신뢰할 수 있는(reliable)한 통신을 할 수 있도록 하는 것이다. 그런데, 무선 채널(wireless channel)은 경로 손실(path loss), 잡음(noise), 다중 경로(multipath)로 인한 심벌간 간섭(ISI, intersymbol interference) 또는 단말의 이동성으로 인한 도플러 효과(Doppler effect) 등의 비이상적인 특성이 있다. 무선 채널의 비이상적 특성을 극복하고, 무선 통신의 신뢰도(reliability)을 높이기 위해 다양한 기술이 개발되고 있다. MIMO(Multiple Input Multiple Output Antennas) 기술은 다중 송신 안테나와 다중 수신 안테나를 사용하여 데이터의 송수신 효율을 향상시킨다. MIMO 기술은 공간 다중화(Spatial multiplexing) 기법과 공간 다이버시티(Spatial diversity) 기법로 나눌 수 있다. 공간 다중화 기법에 의하면 서로 다른 데이터를 동시에 전송함으로써 시스템의 대역폭을 증가시키지 않고 고속의 데이터를 전송한다. 공간 다이버시티 기법에 의하면 다중 송신 안테나에서 동일한 데이터를 전송하여 다이버시티를 얻음으로써 데이터의 신뢰도을 증가시킨다. MIMO 시스템은 송신 안테나의 수와 수신 안테나의 수에 따라 다수의 독립 채널로 분해될 수 있다. 각각의 독립 채널은 공간 계층(spatial layer) 또는 스트림(stream)이라 할 수 있다. MIMO 기법이 가지는 특성들은 결합되어 적용될 수 있다. 공간 다이버시티와 공간 다중화가 결합된 MIMO 기법으로 공간-주파수 블록 코드(space-frequency block code; SFBC), 공간-시간 블록 코드(space-time block code; STBC)와 같은 시공간 부호화(Space-Time Coding; STC) 등이 있다. SFBC는 공간 영역과 주파수 영역에서의 선택성을 효율적으로 적용하여 해당 차원에서의 다이버시티 이득과 다중 사용자 스케줄링 이득까지 모두 확보할 수 있는 기법이다. STBC는 공간 영역과 시간 영역에서 선택성을 적용하는 기법이다. 도 1은 STC를 적용한 데이터 전송 방법의 일 예를 나타낸 것이다. 도 1의 데이터 전송 방법은 널리 알려진 알라무티 코드(Alamouti code)를 적용한 것이다. 도 1을 참조하면, 2개의 송신 안테나를 통해 전송되는 데이터는 데이터 심벌 s1, s2의 형태이다. 송신기는 제1 타임 슬롯(time slot 1) 동안, 제1 송신 안테나(11)를 통해 제1 데이터 심벌 s1을 전송하고, 제2 송신 안테나(12)를 통해 제2 데이터 심벌 s2를 전송한다. 또, 제2 타임 슬롯(time slot 2) 동안, 제1 송신 안테나(11)를 통해 데이터 심벌 -s2*를 전송하고, 제2 송신 안테나(12)를 통해 데이터 심벌 s1*을 전송한다. 여기서, (ㆍ)*는 복소 켤레(complex conjugate)이다. 수신기가 제1 타임 슬롯 동안 수신하는 제1 수신 심벌 r1, 제2 타임 슬롯 동안 수신하는 제2 수신 심벌 r2는 다음 수학식과 같이 나타낼 수 있다. 여기서, h1은 제1 송신 안테나(11)로부터 수신 안테나(13)까지 제1 채널 응답(channel response)이고, h2는 제2 송신 안테나(12)로부터 수신 안테나(13)까지 제2 채널 응답이고, n1은 제1 채널의 잡음(noise)이고, n2는 제2 채널의 잡음이다. 다음 수학식은 수학식 1을 변형하여, 제1 데이터 심벌 s1, 제2 데이터 심벌 s2에 관한 등가 채널(equivalent channel) 행렬을 구성하여 표현한 것이다. 등가 채널 행렬 H 에 대해 다음 수학식을 고려한다. 여기서, (ㆍ)H는 허미션(Hermitian) 행렬이다. 제1 채널 응답 h1, 제2 채널 응답 h2는 연속된 타임 슬롯 동안 변화율이 적을수록, H H H 행렬의 비대각 요소(non-diagonal element)가 0에 가까워진다. 즉, 채널의 준정적(quasi static) 특성이 클수록, 등가 채널의 직교성이 커진다. 등가 채널의 직교성이 커지면, 제1 데이터 심벌 s1에 대한 채널과 제2 데이터 심벌 s2에 관한 채널이 완전히 분리(decoupling)될 수 있다. 즉, 등가 채널의 직교성이 클수록, 수신기가 송신 심벌을 추정하는 계산 과정의 복잡도가 낮아지고, 전체 전송 다이버시티(full transmit diversity)를 얻을 수 있다. 이와 같이 2개의 송신 안테나를 통해 데이터를 전송할 경우, 알라무티 코드를 적용한 송신 포맷(transmission format)으로 등가 채널의 직교성을 크게 할 수 있다. 그런데, 3개 이상의 송신 안테나를 통해 데이터를 전송할 경우, STC를 적용한 다양한 송신 포맷이 가능하다. 데이터 전송에 사용하는 송신 안테나, 부반송파 또는 타임 슬롯 등에 따라 STC를 적용한 데이터 송신 포맷은 여러 가지 경우가 가능하다. 3개 이상의 송신 안테나를 통해 데이터를 전송할 경우, 복수의 송신 포맷 각각을 행렬로 나타낼 수 있고, 상기 행렬을 코드셋(code set)이라 할 수 있다. 또한, 복수의 코드셋을 묶어 코드북(code book)이라 할 수 있다. 송신기와 수신기간 원활한 통신을 위해, 송신기 및 수신기는 코드북과 상기 코드북에 포함된 코드셋에 대한 정보를 보유할 수 있다. 송신기가 코드북에 포함된 코드셋을 이용해 데이터를 전송할 경우, 수신기가 상기 코드셋을 선택하여, 선택된 코드셋의 인덱스를 송신기에게 전송할 수 있다. 이 경우, 수신기는 채널 환경을 고려하여 최상의 성능을 갖는 코드셋 인덱스를 전송하는 것이 바람직하다. 등가 채널의 직교성이 클수록, 수신기가 송신 심벌을 추정하는 계산 과정의 복잡도가 낮아므로, 등가 채널의 직교성이 가장 큰 코드셋을 선택하는 것이 효율적이다. 그런데, 채널 환경에 시간에 따라 변할 수 있으므로, 채널에 적응적(adaptive)으로 등가 채널의 직교성이 가장 큰 코드셋을 선택하고, 선택된 코드셋을 전송하는 방법이 필요하다.