저번 포스트에서 안테나를 여러개 + 신호 처리로 송수신 성능을 향상할 수 있다고 했는데, 수업 시간에 배운 3가지 기술 중 첫번째인 Diversity에 관해 정리하겠다. Diversity는 송신측에 여러 안테나를 사용하는 transmit diversity와 수신측에서 여러 안테나를 사용하는 receive diversity가 있다. diversity를 위해 낮은 correlation이 필요하다고 했는데, 왜 그런지에 대한 이유도 생각을 해보겠다.
Receive Diversity
위의 그림에서 Tx가 특정 신호 S를 보내면 여러 채널을 통해 h1, h2 등의 신호가 Rx측으로 전송이 된다. 수신기에서는 각 안테나들에 전송 받은 신호에 특정 w를 곱해주고 모든 신호들을 더하면 Ŝ가 나오는데, 이 Ŝ은 기존 S에 추가적인 gain이 붙어 신호의 품질이 향상이 된다.(data rate, SNR 증가) 위 그림만 보면 잘 이해가 안되니 추가적인 다른 그림을 보자.
S(t)가 송신측이 보낸 신호이고, h1, h2가 수신기가 받은 신호라고 한다면 위 두 신호는 진폭, 위상은 다르지만 주파수가 같은 신호라고 할 수 있다. receive diversity는 위 두 신호를 잘 활용해서 gain을 얻어내는 것인데, 두 신호의 위상을 맞춰주고 합해줌으로 gain을 얻을 수 있다. 위상을 맞추는 방법을 보기 전에 h1을 먼저 까보면 아래와 같다.
위에서 a는 진폭을 나타내고, e 부분은 위상을 나타낸다. 위상을 맞추기 위해 complex conjugate를 활용을 하는데
위 둘을 곱하면 a^2 + b^2이 되면서 허수 부분이 사라지기 때문에 위상이 0이 된다.
추가로, receive diversity를 구현하는 scheme이 MRC(Maximum Ratio Combining)인데 좋은 채널을 통해 수신된 신호가 큰 비중을 차지하는 것을 말한다. 위에서 위상을 없애 주면서 각 채널로 수신된 신호들에 제곱이 되니, 좋은 채널을 통해 들어온 신호가 제곱이 되면서 Ŝ에 훨씬 더 많은 비중을 차지하게 된다.
Transmit Diversity
예전에는 mobile terminal에 low correlation을 만족시키는 안테나 배치가 어렵기 때문에 여러 안테나를 기지국에서만 활용할 수 있었다. 그래서 down link 경우에는 receive diversity를 활용하기 어려웠는데 그래서 나온 것이 transmit diversity이다. 이 transmit diversity scheme 중 2가지는 아래와 같다.
- STTD : Space-Time Transmit Diversity(using STBC)
- SFTD : Space-Frequency Transmit Diversity(using SFBC)
STTD
STTD에서 사용하는 STBC(space-time block coding)은 Alamouti's code라고도 하는데 송신 측에서 여러 안테나를 사용해서 신호를 전송하는데, 각 신호에 특정 signal processing을 진행하여 수신 측에서 gain을 얻게 하는 방법이다.
위의 그림처럼 송신측에서 하나의 안테나에선 신호를 그대로 보내고, 다른 하나의 안테나에서는 complex conjugate를 교차로 전송하는데, 이렇게 보내면 수신측에서는 MRC와 마찬가지로 a^2 + b^2 의 효과를 볼 수 있다고 한다.
⚡️같은 a^2 + b^2 의 효과를 보지만 MRC와 STBC의 차이는 MRC에서는 하나의 신호만을 전송하기 때문에 안테나가 여러개더라도 사용하는 power가 동일한 반면에, Alamouti's code 요구되는 power가 사용하는 안테나의 수에 따라 proportional하게 증가된다.
SFTD
STTD는 사용하는 carrier가 한 개이기 때문에 여러 carrier를 사용하는 OFDM에서 사용하기 적합하지 않아 사용하는 것이 SFTD이다.
