KR100801284B1 - 셀룰러 시스템의 하향 링크 신호 생성 장치와 데이터 복원방법 및 장치 - Google Patents

셀룰러 시스템의 하향 링크 신호 생성 장치와 데이터 복원방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

직교 주파수 분할 다중(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM) 방식 기반의 셀룰러 시스템의 이동국이 수신된 신호로부터 데이터를 복원하는 방법을 제공한다. 이동국은 수신 신호를 푸리에 변환, 등화하고, 수신 신호에 포함된 상기 이동국과 무선 접속된 셀 내의 페이딩으로 인한 간섭 성분 - 자기셀 페이딩 성분 - 과 인접 셀의 페이딩으로 인한 간섭 성분 - 타셀 페이딩 성분 - 이 포함된 채널 계수를 검출한다. 그리고 이동국은 수신 신호에 포함된 잡음 성분을 검출하여, 등화된 수신 시호, 채널 계수와 상기 수신 신호에 포함된 잡음 성분을 이용하여 로그 가능도비를 계산한 후 연판정을 수행하여 수신된 신호를 결정한다.
OFDM, 간섭, 로그 가능도비

Description

셀룰러 시스템의 하향 링크 신호 생성 장치와 데이터 복원 방법 및 장치 {APPARATUS FOR GENERATING DOWN LINK SIGNAL, AND METHOD AND APPARATUS FOR DETERMINING THE LOG-LIKELIHOOD RATIO IN CELLULAR SYSTEM}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 셀룰러 시스템의 하향 링크 신호 생성 장치의 개략적인 블록도이다.
도 2a 내지 도 2j는 도 1의 하향 링크 신호 생성 장치에서 생성되는 하향 링크 프레임 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 셀룰러 시스템의 데이터 복원 장치의 개략적인 블록도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 로그 가능도비 결정기의 개략적인 블록도이다.
도 5은 본 발명의 제1 실시예에 따른 페이딩 성분 검출부의 개략적인 블록도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 페이딩 성분 검출부의 개략적인 블록이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 가산 백색 잡음의 분산 성분을 검출하기 위하여 사용되는 하향 링크 프레임 구조를 나타내는 도면이다.
도 8는 본 발명의 실시예에 따른 데이터 복원을 위한 로그 가능도비 결정 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명은 셀룰러 시스템의 하향 링크 신호 생성 장치와 데이터 복원 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 직교 주파수 분할 다중(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM) 방식 기반의 셀룰러 시스템에서 수신 신호의 데이터 복원 방법에 관한 것이다.
다중 경로 페이딩 무선 채널을 통해 높은 스펙트럼 효율을 갖도록 높은 데이터 레이트로 데이터를 전송하기 위하여 셀룰러 시스템에서는 직교 주파수 분할 다중(orthogonal frequency division multiplexing, 이하 OFDM이라 함) 방식이 변조 기술로 채택되어 이용되고 있다. 그러나, OFDM 변조 신호의 진폭은 가우시안 분리되는 특성을 가지며, OFDM 신호의 높은 피크 대 평균 전력 비율은 신호 피크들이 전력 증폭기의 포화 영역에 종종 들어갈 수 있기 때문에, 신호의 송신단에서 비선형 왜곡(nonlinear distortion) 또는 클리핑 왜곡(clipping distortion)이 발생할 수 있다. 이와 같이 왜곡되어 전송된 신호의 전달 과정에서 비트 에러 레이트(BER) 열화, 및 인접 채널 간섭이 발생하게 되며, 이로 인하여 이동국에서의 수신 신호의 복조 과정에서 오류가 발생한다.
특히, 종래에는 연판정(soft decision)을 이용한 터보 디코딩 방법을 이용하 는 채널 디코딩(channel decoding) 과정에서 사용되는 로그 가능도비(log-likelihood ratio, 이하 LLR이라 함)의 계산에 있어서, 타셀의 간섭 신호가 존재하지 않는 이상적인 경우의 LLR을 이용하여 디코딩이 수행되었으므로, 타셀로 인하여 발생된 간섭 신호의 페이딩 성분이 반영되지 않음으로써 발생되는 LLR 값 자체의 오류로 인하여 채널 디코더(channel decoder)의 성능이 저하되는 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 OFDM 기반의 셀룰러 시스템에서 타셀의 간섭 성분과 잡음 성분을 제거한 채널 디코딩이 가능하게 하는 로그 가능도비 결정 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 한 특징에 따르면, 직교 주파수 분할 다중(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM) 방식 기반의 셀룰러 시스템의 하향 링크 신호 생성 장치가 제공되며, 이 송신 장치는 파일럿 패턴 생성기, 시간-주파수 매핑기를 포함한다. 파일럿 패턴 생성기는 하향 링크 신호의 한 프레임을 형성하는 복수의 부프레임에 각각 해당하는 파일럿 패턴을 생성하며, 상기 파일럿 패턴은 셀 별로 할당된 직교 시퀀스가 삽입하고, 시간-주파수 매핑기는 파일럿 패턴을 시간-주파수 영역으로 매핑하여 상기 하향 링크 신호를 생성한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 직교 주파수 분할 다중(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM) 방식 기반의 셀룰러 시스템의 수신된 신호로부터 데이터를 복원하는 장치가 제공된다. 이 데이터 복원 장치는 등화부, 분 산 검출부 및 LLR 계산부를 포함한다. 등화부는 수신 신호를 등화하여 출력하고, 분산 검출부는 상기 수신 신호에 포함된 페이딩 성분 및 AWGN(additive white Gaussian noise)을 포함하는 잡음 성분의 분산을 추출한다. 그리고 LLR 계산부는 등화부에서 출력된 신호와 상기 분산 검출부에서 추출된 잡음 성분의 분산을 이용하여 상기 수신 신호의 로그 가능도비를 결정한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 직교 주파수 분할 다중(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM) 방식 기반의 셀룰러 시스템의 이동국이 수신된 신호로부터 데이터를 복원하는 방법이 제공된다. 먼저, 이동국은 푸리에 변환된 상기 수신 신호를 등화하고, 수신 신호에 포함된 상기 이동국과 무선 접속된 셀 내의 페이딩으로 인한 간섭 성분 - 자기셀 페이딩 성분 - 과 인접 셀의 페이딩으로 인한 간섭 성분 - 타셀 페이딩 성분 - 이 포함된 채널 계수를 검출한다. 그리고 이동국은 수신 신호에 포함된 잡음 성분을 검출하고, 등화된 수신 신호, 채널 계수와 잡음 성분을 이용하여 로그 가능도비를 결정한다. 마지막으로, 계산된 로그 가능도비를 이용하여 연판정을 수행함으로써 수신된 신호를 판별한다.
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, 명세서에서 기술한 모듈(module)이란, "하드웨어 또는 소프트웨어의 시스템을 변경이나 플러그인 가능하도록 구성한 블록"을 의미하는 것으로서, 즉 하드웨어나 소프트웨어에 있어 특정 기능을 수행하는 하나의 단위 또는 블록을 의미한다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 셀룰러 시스템의 로그 가능도비 결정 방법 및 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 셀룰러 시스템의 로그 가능도비 결정을 위한 하향 링크 신호 생성 장치의 개략적인 블록도이며, 도 2a 내지 도 2j는 본 발명의 실시예에 따른 셀룰러 시스템의 하향 링크 프레임 구조를 나타내는 도면이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 하향 링크 신호 생성 장치(100)는 파일럿 패턴 생성기(110), 시간-주파수 매핑기(120), OFDM 송신기(131) 및 송신 안테나(132)를 포함하며, 이러한 하향 링크 신호 생성 장치는 셀룰러 시스템의 기지국(도시하지 않음)에 형성된다.
파일럿 패턴 생성기(110)는 하향링크 신호의 파일롯 채널 심볼에 직교 시퀀스를 삽입하여 파일롯 패턴을 생성하며, 파일롯 패턴의 생성에는 셀 번호 정보와 하나의 하향링크 프레임에 삽입될 직교 시퀀스의 정보가 이용된다. 파일럿 패턴 생성기(110)는 기지국 내의 각 셀별로 다른 직교 시퀀스들을 파일롯 심볼로 할당할 수 있으며, 식별 가능한 셀의 수는 직교 시퀀스의 최대 길이에 대응될 수 있다. 여기서, 하향링크 프레임에 삽입되는 직교 시퀀스로 GCL 시퀀스(generalized chirp sequence sequence), KAZAC 시퀀스 또는 하다마드 시퀀스(Hadamard sequence)를 비롯한 직교 시퀀스들이 할당될 수 있다. GCL 시퀀스가 파일롯 심볼로서 하향 링크 신호에 삽입되어 전송될 경우, 파일롯 패턴 생성기(110)는 아래의 수학식 1과 같이 정의되는 심볼들의 파일롯 채널 구간 내의 삽입 위치를 결정한다.
Figure 112006065174306-pat00001
여기서, c는 기지국 내의 각 셀 인덱스를 지칭하고, n은 n번째 코드 엘리먼트를 의미하고, N은 주파수 영역에 삽입된 전체 시퀀스의 길이를 의미하고,
Figure 112006065174306-pat00002
은 자기셀을 포함한 총 셀 수를 의미하며, 수학식 1을 적용하는 경우
Figure 112006065174306-pat00003
=N-1에 해당한다. 파일롯 패턴 생성기(110)는 수학식 1에 의하여 정의되는 직교 시퀀스에 대하여 도 2a 내지 도 2i에 도시된 바와 같은 파일롯 패턴을 결정하여 하향 링크 프레임을 생성한다.
시간-주파수 매핑기(120)는 파일럿 패턴 생성기(110)에서 생성된 파일럿 패턴과 외부로부터 프레임 구조 정보 및 전송 트래픽 데이터를 수신하고, 이 데이터를 시간 및 주파수 영역으로 매핑하여 하량 링크 신호의 프레임을 형성한다. 시간-주파수 매핑기(120)는 하향 링크 신호 생성 장치(100)와 연관된 전송 안테나를 통해 데이터를 전송하는 데 사용될 미리 설정된 개수의 주파수 서브 채널에 대한 변 조 심볼들에 파일롯 패턴 생성기(110)에서 결정된 파일롯 패턴 정보에 따라 코딩된 비트들을 매핑시킨다. 시간-주파수 매핑기(120)에 의해 구현될 특정 변조 방식은 하향 링크 신호 생성 장치(100)에 의해 제공되는 변조 제어에 의해서 결정된다. OFDM에서, 비이진 심볼들을 형성하기 위해 q개의 코딩된 비트들의 세트들을 그룹화하고 각각의 비이진 심볼을 선택된 변조 방식(예를 들어, M-PSK, M-QAM 등)에 상응하는 신호 배열의 특정 포인트에 매핑시킴으로써 변조가 이루어진다. 각각의 심볼들이 매핑된 포인트는 M-ary 변조 심볼에 상응하며, 여기서 M=2q이다. 그리고 시간-주파수 매핑기(120)는 각각의 전송 심볼 구간 동안에 주파수 서브 채널의 수에 상응하는 수의 변조 심볼들의 벡터를 제공한다.
그리고 OFDM 송신기(131)는 시간-주파수 매핑기(120)로부터 하향 링크 신호를 수신하고, 이 신호를 송신 안테나(132)를 통하여 송신한다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 하향 링크 신호 생성 장치(100)에서 결정된 파일럿 패턴과 심볼 매핑 정보는 기지국과 해당 기지국과 무선 접속되어 데이터 통신이 이루어지는 복수의 이동국이 공유할 수 있다.
도 2a 내지 도 2j를 보면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 셀룰러 시스템에서 하향 링크 신호의 한 프레임(200a~200i)은 Nsub개의 부프레임으로 이루어지며, Δf의 주파수 폭을 갖는 Nt개의 부반송파를 사용한다. 그리고 각 부프레임(210a~210j)은 L개의 OFDM 심볼(211a~211j)로 이루어지며, 파일롯 패턴 생성기(110)에서 결정된 파일롯 패턴에 따라서, 각 부프레임 내의 복수의 부반송파에 미리 설정된 간격 으로 복수의 파일롯 심볼 데이터가 삽입되어 파일럿 패턴이 형성된다. 도면에서 세로축은 주파수 축으로 부반송파를 의미하고, 가로축은 시간 축으로 심볼을 의미한다. 도 2a 내지 도 2j에 도시된 하향링크 프레임에서 하나의 부프레임(210a~210j)은 0.5msec이고, 7개의 OFDM 심볼(211a~211i)을 포함하여 구성된다.
이하, 본 발명의 제1 실시예에 따른 하향링크 신호 생성 장치(100)에서 생성되는 하향링크 신호의 프레임 구성에 대하여 상세히 설명한다.
도 2a 내지 도 2i는 파일롯 채널의 주파수 영역에서 전대역에 걸쳐 N1개의 심볼을 포함하는 직교 시퀀스를 삽입하여 형성한 하향 링크 프레임 신호를 나타낸 것이고, 도 2j는 일정 부반송파 대역에 N개의 심볼을 포함하는 직교 시퀀스를 삽입하고, 나머지 부반송파 대역에 동일한 직교 시퀀스를 반복 삽입하여 형성된 하향 링크 프레임 신호를 나타낸 것이다.
도 2a 내지 도 2d는 N1개의 직교 시퀀스를 파일롯 데이터로 삽입하여 형성된 하향링크 프레임을 나타낸 것이다. 도 2a와 도 2c에 나타낸 바와 같이, 기지국은 각 셀에 대하여 N1개의 심볼을 포함하는 직교 시퀀스
Figure 112006065174306-pat00004
를 할당하고, 주파수 축상에서 홀수번째 또는 짝수번째 부반송파(subcarrier)의 시간축 상의 미리 설정된 구간에 해당하는 OFDM 심볼에 이들 직교 시퀀스는 첫번째 파일롯 심볼로 삽입하고, 동일 시간축 상의 파일롯 심볼이 할당되지 않은 OFDM 심볼은 널링(nulling) 심볼로 할당하여 하향링크 프레임을 형성한다. 이때, c는 셀 인덱스를 나타내며, 각 셀에 대하여 할당된 직교 시퀀스 정보는 이동국과 공유된다. 이 하, 이동국이 속하는 셀(자기셀)에 할당된 직교 시퀀스는 g i (0) 로, 자기셀을 제외한 인접셀들에 할당된 직교 시퀀스는 g i (c) (c=1, …, N-1)로 기재한다.
도 2a와 도 2c에 나타낸 바와 같이, 하나의 프레임에서 각 부반송파에서 첫번째 파일롯 심볼이 삽입된 시간으로부터 Tps간격을 두고, 동일한 N1개의 심볼을 포함하는 직교 시퀀스,
Figure 112006065174306-pat00005
가 두번째 파일롯 심볼로 삽입될 수 있다. 그리고, 도 2b와 도 2d는 각각 도 2a와 도 2c에 도시된 바와 같이 형성되는 하향링크 프레임 신호에 있어서, 첫번째 파일롯 심볼들과 두번째 파일롯 심볼들 사이의 OFDM 심볼들을 널링 심볼로 이용하지 않고, 이동국으로 송신할 전송 트래픽 데이터를 할당하여 형성되는 하향 링크 프레임 신호를 나타낸 것이다.
도 2e 내지 도 2h는 N1개의 직교 시퀀스를 파일롯 데이터로 삽입하여 형성된 하향 링크 프레임의 구조를 나타낸 것이다. 도 2e 내지 도 2h에 나타낸 하향링크 프레임은 첫번째 파일롯 심볼들은 도 2a 내지 도 2d에 나타낸 하향링크 프레임과 동일하게 형성되지만, 두번째 파일롯 심볼들은 첫번째 파일롯 심볼들이 할당되지 않은 부반송파에 할당되어 프레임이 형성된다.
그리고 도 2i에 나타낸 하향링크 신호의 프레임은 하나의 서브 프레임 내의 모든 시간 구간에 N1개의 심볼을 포함하는 직교 시퀀스,
Figure 112006065174306-pat00006
가 할당되어 형성되며, 각 파일롯 심볼들과 데이터 심볼들은 서로 인접하지 않도록 할당 된다.
마지막으로, 도 2j에 나타낸 하향 링크 신호의 프레임은 주파수 축 상에서 주파수 선택적 페이딩이 발생하지 않는 부반송파 대역을 분할하고, 부반송파 대역 전역에 걸쳐 N2개의 심볼을 포함하는 직교 시퀀스를 삽입하고, 나머지 부반송파 대역에 동일한 직교 시퀀스를 반복 삽입하여 형성된다. 도 2j와 같은 파일롯 패턴의 형성시에는 동일한 시간 구간의 파일롯 심볼들 사이에는 널링 심볼이 존재하지 않는다. 그리고 동일한 심볼 구간에 반복적으로 삽입되는 직교 시퀀스들은 일정 시간 이후의 심볼 구간에 다시 삽입될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라 생성되는 도 2a 내지 도 2j에 도시된 바와 같은 하향 링크 신호의 프레임에서, N개의 직교 시퀀스
Figure 112006065174306-pat00007
가 한 번씩만 삽입되어 형성되는 즉 첫번째 공통 파일롯 심볼만이 삽입되어 형성되는 경우에는 시분할 다중화 접속(time division multiplexing access, TDMA) 방식으로 운용될 수 있다. 그리고, 도 2a 내지 도 2j에 도시된 바와 같이 동일한 파일롯 심볼들이 반복적으로 삽입되는 경우에는 TDMA 방식 또는 분산 분배 다중 접속(scattered division multiplexing access, SDMA) 방식으로 운용될 수 있다. 그리고 본 발명의 실시예에서는 복수의 심볼을 포함하는 직교 시퀀스를 순차적으로 삽입하는 것으로 설명하였지만, 하향 링크 프레임에 삽입되는 직교 시퀀스들을 순환 자리 이동(cyclic shift)시켜 삽입함으로써 동일한 수의 직교 시퀀스를 이용하여 다양한 파일롯 패턴들을 생성할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 셀룰러 시스템의 데이터 복원 장치의 개략적인 블록도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 로그 가능도비 결정기의 개략적인 블록도이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 셀룰러 시스템의 데이터 복원 장치(300)는 채널 복조기(channel demodulator)(310), LLR 결정기(400) 및 채널 디코더(channel decoder)(320)를 포함하며, 이러한 데이터 복원 장치(300)는 셀룰러 시스템의 이동국(도시하지 않음)에 형성된다. 그리고 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 LLR 결정기(400)는 등화부(410), 페이딩 성분 검출부(420), 잡음 검출부(430), 분산 검출부(440) 및 LLR 계산부(450)를 포함한다.
채널 복조기(310)는 하향 링크 신호 생성 장치(100)로부터 송신 안테나(132)를 통하여 전송되어 수신된 도 2a 내지 도 2j에 도시된 바와 같은 파일롯 패턴을 갖는 하향 링크 신호를 푸리에 변환한다. 채널 복조기(310)에서 변환된 매 서브 프레임의 p번째 복소 심볼 구간의 i번째 부반송파의 주파수 영역 수신 신호는 아래의 수학식 2와 같은 형태로 나타낼 수 있다.
Figure 112006065174306-pat00008
Figure 112006065174306-pat00009
여기서,
Figure 112006065174306-pat00010
와
Figure 112006065174306-pat00011
는 각각 자기셀과 타셀의 복조된 복소 정보 데이터 신호를 나타낸다. 즉, 도 2a 내지 도 2i에 도시된 바와 같이 각 셀별로 할당된 직교 기퀀스들이 삽입된 파일롯 심볼 구간에 해당하는 신호 r i [p] 에 있어서는,
Figure 112006065174306-pat00012
와
Figure 112006065174306-pat00013
는 각각 파일롯 심볼로 삽입된 자기셀과 인접셀의 직교 시퀀스들 g i (1) 와 g i (c) 를 나타낸다. 그리고 E S (p) 와 E 0 (p) 는 각각 p번째 심볼 구간에 각 부반송파별로 유입되는 자기셀 평균 수신 전력과 타셀에 의한 간섭 평균 수신 전력을 의미하고, G i (1)(p) 와 G i (c)(p) (c=2, 3, ...,
Figure 112006065174306-pat00014
)는 각각 자기셀 페이딩 성분과 타셀 페이딩 성분을 의미하는 것으로, 이들 성분을 함께 고려하여 채널 계수 Hi로 나타낼 수 있다. 또한, w i [p] 는 분산이 N0인 가산 백색 가우시안 잡음(additive white Gaussian noise, 이하 AWGN이라 함) 성분을,
Figure 112006065174306-pat00015
는 수신 신호에 간섭을 일으키는 인접셀의 총수를 의미한다.
LLR 결정기(320)의 등화부(410)는 채널 복조기(310)에서 푸리에 변환된 수신 신호에 포함된 각 주파수에 대한 감쇠와 전파 시간 지연 편차를 보상하기 위하여, 수신 신호 r i [p] 에 대하여 제로 포싱등화(zero-forcing equalization)를 수행한다. 등화부(410)의 출력 신호 y i [p] 는 아래의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112006065174306-pat00016
수학식 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 등화된 수신 신호에 포함된 모든 잡음 성분 n i [p] 는 AWGN과 타셀 간섭으로 인하여 발생되는 페이딩 성분의 총합과 자기셀 내에서의 페이딩 성분의 비로 나타낼 수 있다. 그리고, 등화된 수신 신호 y i [p] 는 동위상(in-phase) 성분과 직교 위상(quadrature-phase) 성분으로 나뉘어 표현될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 따른 LLR 결정기(320)에서는 이와 같이 분류된 동위상 성분과 직교 위상 성분에 대하여 각각 LLR이 계산되어 채널 디코더(320)의 입력으로 전송된다.
페이딩 성분 검출부(420)는 자기셀 페이딩 성분이 포함된 채널 계수
Figure 112006065174306-pat00017
와 인접셀들의 페이딩 성분이 포함된 인접셀들의 채널 계수
Figure 112006065174306-pat00018
을 계산하여, 계산된 값을 분산 검출부(440)로 전송하고, 잡음 성분 검출부(430)는 AWGN의 분산 N0을 계산하여 분산 검출부(440)로 전송한다.
분산 검출부(440)는 페이딩 성분 검출부(420)로부터 수신한
Figure 112006065174306-pat00019
와
Figure 112006065174306-pat00020
및 잡음 성분 검출부(430)로부터 수신한 N0를 이용하여, 수신 신호 r i [p] 에 포함된 전체 잡음 신호 즉, 페이딩으로 인한 간섭 성분과 AWGN으로 인하여 발생되는 잡음 성분의 분산
Figure 112006065174306-pat00021
을 아래의 수학식 4를 이용하여 검출한다.
Figure 112006065174306-pat00022
여기서, 우변의 첫 항은 타셀 페이딩 간섭으로 인한 잡음 성분을 고려한 분산 성분을 우변의 둘째항은 AWGN으로 인하여 발생되는 잡음 성분을 나타낸다. 이때, 두 성분은 모두 제로 포싱된 상태이다.
LLR 계산부(450)는 등화부(410)의 출력 신호 y i [p] 와 분산 검출부의 출력 신호
Figure 112006065174306-pat00023
를 이용하여 수신된 모든 신호에 대한 로그 가능도비를 계산하여 채널 디코더(320)에서의 연판정에 이용되도록 전송한다. LLR 계산부(450)는 변조 방식별로 아래의 수학식 5 내지 수학식 8을 이용하여 로그 가능도비를 계산한다. 아래의 수학식들에서 로그 가능도비는 ΔMod, n, i로 정의되며, 여기서 Mod는 변조방식을 나타내는 인덱스이며, n은 변조 및 매핑되기 이전의 비트 위치를 나타낸다. 아래의 수학식 5 내지 수학식 8은 간섭 성분과 잡음 성분을 합한 전체 잡음 성분이 가우시안 분포를 갖는 경우에 적용할 수 있다.
Figure 112006065174306-pat00024
Figure 112006065174306-pat00025
Figure 112006065174306-pat00026
Figure 112006065174306-pat00027
수학식 5 내지 수학식 8은 변조 방식에 따라 미리 설정되어 있는 로그 가능도비 계산을 위한 식으로, 본 발명의 실시예에 따른 하향 링크 신호 생성 장 치(100)가 BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM 방식 중 어느 하나의 방식을 채택하여 변조를 수행한 경우에 각각 사용될 수 있다. 이외에도 본 발명의 실시예에 따른 데이터 복원 장치(300)에서는, 하향 링크 신호 생성 장치(100)에서 채택한 M-ary 변조 방식 중 하나의 방식에 따라서 일반적으로 사용되는 로그 가능도비 계산식이 이용될 수 있다.
채널 디코더(320)는 위의 수학식을 이용하여 계산된 로그 가능도비를 이용하여 연판정(soft decision)을 통하여 수신된 신호를 결정한다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 페이딩 성분 검출부의 개략적인 블록도이다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 페이딩 성분 검출부(420)는 시퀀스 저장 모듈(421), 상관 모듈(422), 역푸리에 변환 모듈(423), 윈도윙 모듈(424) 및 페이딩 성분 계산 모듈(425)을 포함한다. 페이딩 성분 검출부(420)는 하향 링크 프레임에 삽입된 파일롯 심볼 데이터들의 직교성을 이용하여, 매 파일롯 복소 심볼 구간마다 자기셀의 페이딩 성분 및 타셀의 간섭 신호로 인하여 생성되는 페이딩 성분을 포함하는 채널 계수를 추출한다.
시퀀스 저장 모듈(421)은 하향 링크 신호 생성 장치(100)가 각 셀별로 할당한 직교 시퀀스들을 저장하여 두었다가, 상관 모듈(421)에서의 계산 수행을 위하여 상관 모듈(421)로 전송한다.
상관 모듈(422)은 자기셀 페이딩 성분, 타셀 페이딩 성분 및 AWGN 성분이 포 함되어 수신된 신호의 고속 푸리에 변환 신호인 r i [p] 에 대하여 시퀀스 저장 모듈(421)에 저장된 직교 시퀀스들을 추출하여 주파수 영역 자기 상관(autocorrelation)을 수행한다.
이하, 표현의 편의상 전송 심볼 구간을 나타내는 인덱스 'p'를 생략한다.
상관 모듈(422)은 수학식 9와 같이 표현되는 수신 신호 r i [p] 에 대하여 매 파일롯 복소 심볼마다 자기 상관을 수행하며, 이러한 자기 상관은 아래의 수학식 9과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112006065174306-pat00028
수학식 9는 g i (1) 가 삽입된 파일롯 심볼에 대하여 수행된 자기 상관 결과를 나타낸 것으로서, 하향 링크 신호의 모든 파일롯 심볼에 대해 수학식 9와 같은 방법으로 자기 상관을 수행하면, 파일롯 심볼로 삽입된 직교 시퀀스가 갖는 직교성으로 인하여 수학식 9의 우변의 제2항 및 제3항의 값은 0에 근사한 값을 갖게 되므로, 자기 상관 이후의 데이터 처리를 통하여 자기셀 및 타셀 내에 형성된 무선 통신 채널에 대한 채널 계수들을 구할 수 있다.
역 푸리에 변환 모듈(423)은 상관 모듈(422)에서 계산된 모든 OFDM 심볼 들에 대한 자기 상관 결과값을 역 푸리에 변환(inverse fast Fourier transform)하여 시간 영역의 신호를 생성한다.
윈도윙 모듈(424)은 역 푸리에 변환을 통하여 시간 영역으로 변환된 자기 상관 결과 중 그 크기가 미리 설정된 기준값 이상이 되는 부분의 값들만을 취하고, 나머지 부분의 값들은 모두 제거하기 위해 윈도윙(windowing) 또는 게이팅(gating)을 수행한다. 윈도윙 모듈(424)에서의 데이터 처리를 통하여 수학식 9의 우변의 제2항 및 제3항의 값이 제거될 수 있다.
페이딩 성분 계산 모듈(425)은 윈도윙되어 선택된 값들에 대하여 다시 푸리에 변환을 수행하여 주파수 영역의 채널 계수값을 얻는다. 그리고 페이딩 성분 계산 모듈(425)은 얻어진 채널 계수값들에 대해 절대치의 제곱을 취함으로써, 수신 신호에 포함된 잡음 성분의 분산을 구하기 위한, 모든 셀에 대한
Figure 112006065174306-pat00029
들을 얻는다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 페이딩 성분 검출부의 개략적인 블록이다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 페이딩 성분 검출부(420)는 시퀀스 저장 모듈(421'), 상관 모듈(422') 및 필터링 모듈(426)을 포함하며, 기지국으로부터 도 2j에 도시된 바와 같은 하향 링크 프레임이 수신되는 경우에 이용될 수 있다.
시퀀스 저장 모듈(421')은 하향 링크 신호 생성 장치(100)가 각 셀별로 할당한 직교 시퀀스들을 저장하여 두고, 상관 모듈(422')에서의 계산 수행을 위하여 상관 모듈(421)로 전송한다.
상관 모듈(422')은 자기셀 페이딩 성분, 타셀 페이딩 성분 및 AWGN 성분이 포함되어 수신된 신호의 고속 푸리에 변환 신호인 r i [p] 에 대하여 시퀀스 저장 모듈(421'에 저장된 직교 시퀀스들을 추출하여 수학식 9에 기재된 방법으로 주파수 영역 자기 상관(autocorrelation)을 수행한다. 이때, 상관 모듈(422')은 선택적 페이딩을 고려하여 결정된 직교 시퀀스의 길이에 해당하는 만큼의 부반송파 대역마다 할당되어 있는 직교 시퀀스를 추출하여 자기 상관을 수행한다. 즉, 상관 모듈(422')은 셀 구별을 위하여 할당되어 있는 직교 시퀀스와 수신 신호와의 자기 상관을 통하여 각 셀별로 페이딩 성분을 계산해 낸다.
필터링 모듈(426)은 상관 모듈(422')의 자기 상관 결과 값에 포함되어 있는 채널 계수 이외의 성분들을 필터링을 통하여 제거한 후, 필터링 결과값의 절대치에 제곱을 취하여 모든 셀에 대한
Figure 112006065174306-pat00030
를 얻는다. 즉, 필터링을 통하여 수학식 9의 우변의 제2항 및 제3항이 제거된다. 여기서, 필터링 모듈(426)은 저역 통과 필터(lowpass filter), 위너 필터(Wiener filter)를 비롯한 필터 수단을 이용하거나, 주파수 영역 보간(interpolation)을 통하여 파일롯 심볼 데이터가 삽입되어 있지 않은 영역에서의 채널 계수를 얻는다.
수학식 5 내지 수학식 8을 이용하여 로그 가능도비를 구하기 위해서는 셀룰러 시스템에서 기지국으로부터 전송되어 이동국이 수신한 신호에 포함된 잡음 성분 중 자기셀 및 타셀 페이딩 성분으로 인한 잡음외에 채널 자체에 존재하는 AWGN 성분의 분산을 검출하여야 한다. 본 발명의 실시예에 따른 잡음 성분 검출부(430)에 서는 세 가지 방법으로 AWGN의 잡음 성분 검출될 수 있며, 이하 이들 방법에 대하여 설명한다.
이동국이 전원을 켜거나, 새로운 기지국의 커버리지 영역 내에 진입하면 기지국과의 통신을 위하여 초기 동기를 추정한다. 이때, 도 7에 도시된 바와 같이 초기 동기 추정을 위한 하향 링크 프레임에는 동기 채널 구간(810)이 할당되며, 한 프레임에 할당된 전체 부반송파 대역 중 일정 구간만이 동기 채널 심볼이 할당되는 동기 채널 점유 대역(820)으로 운용된다. 본 발명의 실시예에서는 이러한 동기 채널 점유 대역(820) 중 동기 채널 심볼이 할당되지 않는 부반송파인 널링 부반송파(nulling subcarrier)를 이용하여 아래의 수학식 10을 통하여 AWGN의 분산을 구한다.
Figure 112006065174306-pat00031
여기서, M은 동기 채널 점유 대역(820) 내의 널링 부반송파의 총수를 의미하고, w2m, w2m+1은 홀수번째 또는 짝수번째 널링 부반송파의 잡음 신호를 의미한다. 이와 같이 계산된 AWGN 성분은 분산 검출부(440)로 전송된다. 3GPP 시스템에서는 1.25MHz를 기본으로 하고 있으며, 1.25MHz 밴드에서는 최대 널링 부반송파수가 38개 밖에 되지 않기 때문에 통계적인 특성을 가지기 위해서 약 27개의 동기채널 심볼들을 이용해야 한다. 이때, 분산을 구하는 평균 방법은 블록 평균 방법을 이용 하여 27개 동기 채널 심볼 구간마다 하나의 잡음 신호의 분산을 구하거나, 이동 평균(moving average) 방법과 같이, 1000개의 샘플 길이에 해당하는 슬라이딩 윈도우를 이용하여 분산을 구할 수 있다.
그리고, 잡음 성분 검출부(430)는 도 2a, 도 2c, 도 2e 및 도 2g에 도시된 바와 같은 하향 링크 프레임에서 파일롯 심볼 구간에 해당하는 OFDM 심볼 중 파일롯 심볼이 할당되지 않은 널링 심볼이 존재하는 경우에는, 이들 널링 심볼을 이용하여, 수학식 10을 통하여 AWGN의 분산 성분을 검출한다.
또한, 잡음 성분 검출부(430)는 도 2b, 도 2d, 도 2f 및 도 2h 내지 도 2j에 도시된 바와 같이, 파일롯 채널 구간에 널링 부반송파가 존재하지 않는 하향 링크 신호가 수신되는 경우에는 페이딩 성분 검출부(420)에서 계산한 자기셀 및 타셀의 페이딩 성분을 이용하여 아래의 수학식 11과 같이 잡음 신호를 도출할 수 있다.
Figure 112006065174306-pat00032
잡음 성분 검출부(430)는 수학식 11을 통하여 얻어지는 잡음 신호의 분산을 구하여 분산 검출부(440)로 전송한다.
도 8는 본 발명의 실시예에 따른 데이터 복원을 위한 로그 가능도비 결정 방법을 나타내는 흐름도이다.
기지국과 무선 접속된 이동국은 기지국이 관할하는 특정한 하나의 셀 내에 위치할 수 있으며, 기지국으로부터 전송된 도 2a 내지 도 2j와 같은 하향 링크 신호를 수신하여, 푸리에 변환한 후 변환된 수신 신호에 포함된 각 주파수에 대한 감쇠와 전파 시간 지연 편차를 보상하기 위하여 등화를 수행한다(S110). 등화된 수신 신호는 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.
이동국은 수학식 9에 기재된 방법을 이용하여 자기 상관을 수행한 후, 수신 신호에 포함된 셀 내의 페이딩으로 인한 간섭 성분과 인접셀로 인하여 발생되는 페이딩 성분이 포함된 채널 계수들을 검출한다(S120). 그리고 전술한 바와 같은 방법들을 통하여 수신 신호에 포함된 AWGN 성분의 분산을 검출한다(S130).
검출된 페이딩 성분들과 AWGN 성분을 수학식 4에 적용하여, 페이딩 성분 및 AWGN이 고려된 전체 잡음 성분의 분산
Figure 112006065174306-pat00033
를 계산한다(S140). 이때, 수신 신호에 포함된 전체 잡음 성분이 가우시안 분포를 갖지 않는 경우에는, 분산 검출부(440)는 페이딩 성분 검출부(420)에서 계산된 값들을 아래의 수학식 12에 적용하여
Figure 112006065174306-pat00034
를 구할 수 있다.
Figure 112006065174306-pat00035
여기서, N1은 하향 링크 프레임에 삽입되어 전송된 파일롯 심볼의 수, 즉 직교 시퀀스의 길이를 의미한다.
이동국은 이와 같이 얻어진 전체 잡음 성분의 분산
Figure 112006065174306-pat00036
와 등화된 수신 신호 y i [p] 를 이용하여 변조 방식에 따라 결정되어 있는 방식을 통하여 즉, 수학식 5 내지 수학식 8 중 어느 하나의 방법을 선택하여 해당 수신 신호에 대한 LLR을 계산한다(S150). 그리고 이동국은 이와 같이 얻어진 LLR을 이용하여 연판정을 수행함으로써, 수신 신호를 결정한다(S160).
이상, 본 발명의 실시예에서 설명한 구성요소는 적어도 하나의 DSP(digital signal processor), 프로세서, 컨트롤러, ASIC(application specific integrated circuit), FPGA(field programmable gate array) 등의 프로그램 가능한 논리 소자, 기타 전자 장치 또는 이들의 결합으로 이루어지는 하드웨어로 구현될 수 있다. 그리고 본 발명의 실시예에서 설명한 기능이나 처리 절차 중 적어도 일부는 소프트웨어로 구현될 수 있으며, 이러한 소프트웨어는 기록 매체에 기록되어 있을 수 있다. 또한 본 발명의 실시예에서 설명한 구성요소, 기능 및 처리 절차는 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수도 있다
이상에서 본 발명의 실시예에 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.
이와 같이 본 발명의 실시예에 의하면, 하향 링크 신호의 파일롯 채널에 포 함된 직교 시퀀스 정보를 이용하여 간섭 페이딩 성분과 잡음 성분을 구할 수 있으므로, 연판정을 위한 로그 가능도비 계산 효율이 향상된다.

Claims (20)

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  7. 직교 주파수 분할 다중(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM) 방식 기반의 셀룰러 시스템의 수신된 신호로부터 데이터를 복원하는 장치에 있어서,
    상기 수신 신호를 등화하여 출력하는 등화부;
    상기 수신 신호에 포함된 페이딩 성분 및 AWGN(additive white Gaussian noise)을 포함하는 잡음 성분의 분산을 추출하는 분산 검출부; 및
    상기 등화부에서 출력된 신호와 상기 분산 검출부에서 추출된 잡음 성분의 분산을 이용하여 상기 수신 신호의 로그 가능도비를 결정하는 LLR 계산부
    를 포함하는 데이터 복원 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 수신 신호에 포함된 셀 내 간섭으로 인한 다중 경로 페이딩 성분과 인접셀의 간섭으로 인한 다중 경로 페이딩 성분이 포함된 채널 계수를 추출하는 페이딩 성분 검출부; 및
    상기 수신 신호에 포함된 AWGN 성분의 분산을 추출하는 잡음 검출부
    를 더 포함하고,
    상기 페이딩 성분 검출부 및 상기 잡음 검출부의 출력 신호는 상기 분산 검출부로 입력되는 데이터 복원 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 페이딩 성분 검출부는,
    상기 수신 신호와 상기 수신 신호에 포함되어 있는 직교 시퀀스와의 자기 상관을 수행하는 데이터 복원 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 페이딩 성분 검출부는,
    상기 자기 상관의 결과값을 필터링한 후 필터링된 값들의 절대치의 제곱을 구하여, 상기 분산 검출부로 전송하는 데이터 복원 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 페이딩 성분 검출부는,
    상기 자기 상관의 결과값을 역푸리에 변환하여, 미리 설정된 기준값 이상의 값을 선택한 후, 선택된 값들의 절대치의 제곱을 구하여 상기 분산 검출부로 전송하는 데이터 복원 장치.
  12. 직교 주파수 분할 다중(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM) 방식 기반의 셀룰러 시스템의 이동국이 수신된 신호로부터 데이터를 복원하는 방법에 있어서,
    푸리에 변환된 상기 수신 신호를 등화하여 출력하는 단계;
    상기 수신 신호에 포함된 상기 이동국과 무선 접속된 셀 내의 페이딩으로 인한 간섭 성분 - 자기셀 페이딩 성분 - 과 인접 셀의 페이딩으로 인한 간섭 성분 - 타셀 페이딩 성분 - 이 포함된 채널 계수를 검출하는 단계;
    상기 수신 신호에 포함된 잡음 성분을 검출하는 단계;
    상기 등화된 수신 신호, 상기 채널 계수와 상기 잡음 성분을 이용하여 로그 가능도비를 결정하는 단계; 및
    상기 로그 가능도비를 이용하여 연판정을 수행하는 단계
    를 포함하는 데이터 복원 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 다중 경로 페이딩 성분 검출 단계는,
    상기 수신 신호와 복수의 셀 - 이동국과 무선 접속된 셀과 복수의 인접셀을 포함함 - 각각에 대하여 할당되어 있는 직교 시퀀스와의 자기 상관을 수행하는 단계;
    상기 자기 상관값을 역푸리에 변환하여 시간 영역 신호로 변환하는 단계;
    윈도윙을 수행하여 상기 변환된 시간 영역 신호 중 미리 설정된 기준값 이상의 신호를 선택하는 단계;
    상기 선택된 시간 영역 신호를 푸리에 변환하여 주파수 영역의 채널 계수를검출하는 단계; 및
    상기 채널 계수의 절대치를 제곱하는 단계
    를 포함하는 데이터 복원 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 자기 상관 단계는,
    파일롯 심볼 구간마다 반복되어 수행되는 데이터 복원 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 다중 경로 페이딩 성분 검출 단계는,
    상기 수신 신호와 복수의 셀 - 이동국과 무선 접속된 셀과 복수의 인접셀을 포함함 - 각각에 대하여 할당되어 있는 직교 시퀀스와의 자기 상관을 수행하는 단계; 및
    상기 자기 상관의 결과값을 각각 필터링한 후 필터링된 결과값의 절대치를 제곱하여 채널 계수를 계산하는 단계
    를 포함하는 데이터 복원 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 필터링 단계는,
    저역 통과 필터 또는 위너 필터(Wiener filter)를 이용하여 페이딩 성분을 검출하는 데이터 복원 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 잡음 성분 검출 단계는,
    상기 수신 신호 중 동기 채널에 포함된 널링 심볼을 이용하여 가산 백색 가우시안 잡음의 분산을 계산하는 데이터 복원 방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 잡음 성분 검출 단계는,
    상기 수신 신호 중 파일롯 채널에 포함된 널링 심볼을 이용하여 가산 백색 가우시안 잡음의 분산을 계산하는 데이터 복원 방법.
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