KR100812684B1 - 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 레인징 검출을 위한안테나 선택 방법 및 장치 - Google Patents

직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 레인징 검출을 위한안테나 선택 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 직교 주파수 분할 다중 접속 방식의 이동통신 시스템에 적용되는 레인징 검출을 위한 안테나 선택 방법에 관한 것으로서, 복수의 안테나 각각으로부터 적어도 하나 이상의 레인징 심벌을 수신하는 단계, 수신된 레인징 심벌의 시간 영역 신호를 상관 연산하여 안테나의 선택 여부를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 수신 신호에 대응하는 채널의 신뢰도 정보에 기초하여 안테나를 선택함으로써, 단순하면서도 확장성 있는 안테나 선택 방법을 구성할 수 있도록 하며, 나아가 다중 경로 페이딩 채널 환경에서 채널 적합도를 판단함으로써 안테나 선택에 개입하는 오류를 방지할 수 있다.

Description

직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 레인징 검출을 위한 안테나 선택 방법 및 장치{METHOD AND Apparatus for SELECTING AN ANTENNA FOR RANGING DETECTION IN An ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLE ACCESS SYSTEM}
도 1은 파일럿 심벌을 이용하는 종래의 안테나 선택 방법을 단계별로 도시한 흐름도이다.
도 2는 파일럿 심벌을 이용하여 계산된 신호대 간섭잡음비를 이용하여 안테나를 선택하는 종래의 방법을 구현한 장치의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 도 1의 방법을 복수의 안테나에 대하여 각각 수행하는 종래의 안테나 선택 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 안테나 선택 방법을 단계별로 도시한 흐름도이다.
도 5는 본 발명에 따른 안테나 선택 방법을 구성하는 각 단계 중 신뢰도를 계산하는 단계를 보다 구체적으로 도시한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 안테나 선택 방법에 이용되는 레인징 심벌의 구성을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 안테나 선택 방법에 이용되는 레인징 심벌 및 상기 레인징 심벌의 구성을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 안테나 선택 방법에서 레인징 심벌을 수 신하는 단계에 의해 수신된 레인징 심벌의 시간 영역 신호를 도시한 도면이다.
도 9는 도 8에 도시된 레인징 심벌의 시간 영역 신호 중 본 발명에 따른 안테나 선택 방법에 이용되는 레인징 심벌 및 상기 레인징 심벌로부터 샘플링한 제1 샘플 신호 및 제2 샘플 신호의 구성을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 안테나 선택 방법을 단계별로 도시한 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예 따른 안테나 선택 장치의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 12는 도 11 가운데 상관값 계산부, 편차값 계산부, 및 신뢰도 계산부의 내부 구성을 구체적으로 도시한 블록도이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 안테나 선택 장치의 동작을 복수의 안테나에 대하여 간략히 도시한 블록도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
211: 평균값 계산부 213: 에너지 계산부
234: 안테나 선택부 1101: 레인징 심벌 저장부
1102: 제1 샘플링부 1103: 제2 샘플링부
1104: 상관값 계산부 1105: 편차값 계산부
1106: 신뢰도 계산부 1107: 안테나 선택부
1201: 공액기 1202: 절대값 연산기
1203: 상관값 연산기 1204: 절대값 제곱 연산기
1205: 편차값 연산기
본 발명은 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 방식의 이동통신 시스템에 있어서, 이동통신 단말기의 레인징 검출을 보다 효율적으로 수행하기 위한 안테나 선택 방법 및 장치에 관한 것이다.
무선 채널을 통한 전자기파의 전파 원리에 기초한 이동통신 시스템은 송신단과 수신단에 각각 설치된 안테나를 이용하여 신호를 송수신한다. 특히 수신단의 경우, 무선 신호의 수신에서부터 심벌 획득과 데이터 추출에 이르기까지의 모든 과정이 시작되는 곳이 바로 안테나이기 때문에, 안테나의 성능이 전체 시스템의 성능에 미치는 영향은 실로 크다고 할 수 있다.
따라서 종종 수신단은 복수의 안테나를 구비하고 송신단과 신호를 주고 받기 위해 특정 안테나를 선택하는 기능을 갖고 있기도 하다. 특히, 복수의 송신단과 통신하는 경우, 각각의 송신단에 대해 최적의 통신 채널을 보장하기 위한 안테나의 선택이 매우 중요하다. 이동통신 시스템의 경우, 기지국과 단말기가 송신과 수신을 겸하는 양방향 통신 방식이므로, 기지국과 단말기로 대표되는 양 송수신단 중 어느 한 쪽이 안테나를 선택하게 된다. 일반적으로, 이러한 안테나 선택 과정은 복수의 안테나를 보유한 기지국 측에서 이루어진다.
이와 같은 안테나 선택 과정은 특히 이동통신 단말기(이하 "단말기"와 기지국 간의 초기 연결 설정에 있어서 매우 중요한 역할을 한다. OFDM/OFDMA 방식의 이동통신 시스템에서는 이와 같은 초기 연결 설정 과정을 가리키는 것으로서 "레인징(Ranging)"이라는 용어를 사용한다. 이동통신 단말기의 기지국 액세스 과정인 레인징은 구체적으로 레인징 신호를 검출하는 과정을 통해 구현되기 때문에, 레인징 검출(Ranging Detection)이라고 불리우기도 한다. 본 명세서에서 사용되는 "레인징" 또는 "레인징 검출"은 복수의 단말기로부터 제각기 다른 전파 지연(Propagation Delay)을 갖는 신호들이 수신되었을 때 수행되는 타이밍 동기화 과정을 포함하며, OFDM/OFDMA 이동통신 시스템에서 기지국과 단말기 간의 무선 통신 연결 품질을 유지하기 위한 일련의 프로세스를 총칭하는 개념으로 해석될 수 있다. 또한, 이 과정의 효율적인 사용은 기지국의 단말기 지원 성능의 지표가 되는 중요한 요인이기도 하다.
그런데 만약 이와 같은 레인징 검출에 앞서 레인징 검출에 이용될 안테나를 선택하지 않을 경우, 모든 안테나 또는 안테나 경로(Antenna Path)에 대해 레인징 검출을 수행하게 된다. 이에 따라 안테나 수에 비례하여 레인징 검출에 이용되는 하드웨어 및 소프트웨어 자원의 양이 증가하게 되고, 제한된 양의 하드웨어 소프트웨어 자원을 이용할 경우 레인징 검출 성능이 저하될 수밖에 없다. 따라서 레인징 검출을 위한 시스템의 복잡도를 경감시키고 자원을 효율적으로 활용하기 위해서는 안테나 선택이 레인징 검출에 반드시 선행해야 한다.
코드 분할 다중 접속(CDMA: Code Division Multiple Access) 기반의 종래의 이동통신 시스템의 경우, 단말기와 기지국 간의 연결 설정을 위한 안테나 선택 과정은 주로 파일럿 심벌을 이용하는 방법에 기초한다.
도 1은 파일럿 심벌을 이용하는 종래의 안테나 선택 방법을 단계별로 도시한 흐름도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 안테나 선택 방법은, 송신단 또는 단말기로부터 전송된 파일럿 심벌을 수신하는 단계(S101), 파일럿 심벌의 샘플 평균값 및 샘플 에너지를 각각 계산하는 단계(S102, S103), 단계(S102) 및 단계(S103)에서 구한 평균값과 에너지를 이용하여 파일럿 심벌의 분산값을 계산하는 단계(S104), 앞에서 구한 분산값 및 평균값을 이용하여 수신 신호의 신호대 간섭잡음비(SINR: Signal to Interference and Noise Ratio)를 계산하는 단계(S105), 및 단계(S105)를 통해 구해진 신호대 간섭잡음비가 최대인 경우의 안테나를 선택하는 단계(S106)를 포함하여 구성된다.
수신된 파일럿 심벌에 대한 신호대 간섭잡음비는 다음 수학식 1과 같이 계산된다. 먼저, 수신된 파일럿 심벌
Figure 112006098583441-pat00001
과 미리 알려진 파일럿 심벌 시퀀스
Figure 112006098583441-pat00002
를 곱하여
Figure 112006098583441-pat00003
를 얻고,
Figure 112006098583441-pat00004
의 샘플 평균값 m sample 및 샘플 에너지 E sample 을 구한다. 계산된 샘플 평균값과 샘플 에너지로부터
Figure 112006098583441-pat00005
의 분산
Figure 112006098583441-pat00006
을 구하고, 앞서 구한 샘플 평균값과 분산의 비로부터 신호대 간섭잡음비를 구할 수 있다. 다음 수학식 1은 이와 같은 신호대 잡음간섭비의 계산 과정을 나타낸 것이다.
Figure 112006098583441-pat00007
참고로, 수학식 1에서 N pilot 은 파일럿 심벌을 구성하는 신호 샘플의 개수를, SINR sample 은 상기 파일럿 심벌에 대한 샘플 신호대 간섭잡음비를 의미한다. 이처럼 구해진 신호대 잡음간섭비의 값 중 최대값에 해당하는 안테나가 초기 연결 설정에 이용된다.
도 2는 도 1에 도시된 종래 방법의 각 단계를 구현하기 위한 장치의 구성을 도시한 블록도이다. 도 2는 앞서 설명한 수학식 1에 따른 계산 결과를 얻기 위한 구체적인 장치의 구성을 도시하고 있다. 도 2를 참조하면, 수신된 파일럿 심벌(201)과 미리 저장된 파일럿 시퀀스의 복소공액(202)을 곱셈 연산한 곱셈 결과(203)가 평균값 계산부(211)와 에너지 계산부(213)에 입력된다. 평균값 계산 부(211)는 입력된 곱셈 결과(203)에 대한 샘플 평균값(204)를 계산한다. 도 2의 장치는 제곱 연산기(212)를 통해 얻어진 샘플 평균값의 제곱을 에너지 계산부(213)의 계산 결과인 샘플 에너지(206)와 감산 연산하여 분산값(207)을 얻는다. 이처럼 구해진 샘플 평균값(205)과 분산값(207)의 비로서 얻어지는 신호대 간섭잡음비(208)는 안테나 선택부(214)에 입력되어 안테나를 선택하는 기준으로서 이용된다.
도 3은 도 1의 방법을 복수의 안테나에 대하여 각각 수행하는 종래의 안테나 선택 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 3을 참조하면, 종래의 안테나 선택 장치는 복수의 안테나 각각에 대하여 계산된 신호대 간섭잡음비에 기초하여 안테나를 선택한다.
제1 안테나(301)를 기준으로 그 과정을 상세히 설명하면, 먼저 제1 안테나(301)를 통해 수신된 시간 영역의 파일럿 심벌 신호를 FFT(Fast Fourier Transform)부(311)를 통해 주파수 영역 신호로 변환한 뒤에, 이를 이용하여 신호대 간섭잡음비 계산부(321)를 통해 제1 안테나로부터 수신한 파일럿 심벌 신호에 대한 신호대 간섭잡음비를 계산한다. 이와 같은 과정을 제2 안테나(302) 및 제3 안테나(303)에 대하여 반복하여, 각 안테나에 해당하는 신호대 잡음간섭비 값 중 최대값에 해당하는 안테나를 안테나 선택부(330)를 통해 선택하게 된다.
요컨대, 종래의 안테나 선택 방법은, 단말기로부터 수신된 파일럿 심벌의 간섭잡음 대비 신호의 강도(SINR)를 이용하여, 강도가 가장 큰 신호를 수신한 안테나를 선택하는 것을 특징으로 한다.
그러나 이처럼 파일럿 심벌을 이용한 종래의 안테나 선택 방법은 OFDM/OFDMA 방식의 이동통신 시스템에 적용하는 데 있어서 몇 가지 문제점을 안고 있다.
일례로서, OFDM/OFDMA 방식의 통신 시스템에 대한 국제 표준인 IEEE802.16d/e 가 지원하는 레인징 신호는 CDMA 코드 방식을 지원하므로 파일럿 심벌 정보를 포함하지 않는다. 따라서 파일럿 심벌을 이용하여 신호대 간섭잡음비를 계산하는 종래의 방법을 그대로 적용할 수 없다.
더욱이, 만약 주파수 영역 신호에 기초하여 신호대 간섭잡음비 값을 계산하는 경우라면, 이를 위해 전체 안테나 수 만큼의 FFT부가 요구된다. 이는 많은 연산 자원 및 메모리 자원을 요구하는 주파수 영역 연산의 양이 안테나 수에 비례하여 증가할 경우, 시스템 자원을 매우 비효율적으로 사용하게 하는 원인이 될 수 있다.
나아가, 안테나 선택에 이은 레인징 검출 방법이 시간 영역 신호의 연산에 기반한 것이라면, 안테나 선택 과정에서 푸리에 변환을 통해 주파수 영역으로 변환한 레인징 신호를 다시 시간 영역으로 역푸리에 변환하는 추가적인 부담까지 안게 되어 그 비효율성은 더욱 커진다.
또 다른 문제점으로서, 수신 신호의 강도를 비교하여 안테나를 선택하는 종래의 방법은 다중 경로 페이딩(Multi-path Fading) 채널 환경에서 채널 품질에 대한 정보를 제공하지 못한다는 한계를 가지고 있다. 서로 다른 경로를 따라 수신된 전파들이 여러 물체에 의해 다중 반사되어 이들 간의 상호작용으로 말미암아 상기 전파를 수신하는 측에서 전파의 진폭 및 위상이 불규칙적으로 변하는 다중 경로 페 이딩 채널 환경에서는, 간섭 신호(Interference User Signal)가 본래의 신호(Desired User Signal)보다 오히려 더 강할 수 있다. 따라서 신호의 품질 척도 없이 단지 신호의 강도만을 비교할 경우 본래의 신호가 전송된 채널을 간섭이 발생한 채널과 구별할 수 없게 되고, 이에 따라 잘못된 안테나를 선택하여 시스템 전체의 성능을 저하시키게 될 수 있다. 특히, 이와 같은 문제는 복수의 단말기로부터 동시에 신호를 수신하는 레인징 구간에서 더욱 심각하게 나타난다.
이에 따라, 다중 경로 페이딩 채널 환경에 보다 적합한 안테나 선택 방법의 필요성이 제기되고 있다. 따라서, 본 발명에서는 OFDM/OFDMA 방식의 이동통신 시스템에 적용될 수 있는, 시간 영역 연산에 기초한 단순하고 확장성 있는 안테나 선택 방법과 관련된 새로운 기술을 제안하고자 한다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 안테나를 통하여 수신된 신호의 품질을 반영하는 신뢰도 정보에 기초하여 안테나를 선택함으로써, 다중 경로 페이딩 채널 환경에 보다 적합한 안테나 선택 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 수신된 레인징 심벌의 시간 영역 신호를 이용하여 상기 신뢰도를 계산함으로써, 단순하고 확장성 있는 안테나 선택 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 신뢰도를 계산함에 있어서 파일럿 심벌을 이용하지 않음으로써, IEEE802.16d/e OFDM/OFDMA 표준에 배치됨 없이 안테나를 선택하도록 하 는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 수신된 레인징 심벌 가운데 동일한 패턴의 신호를 포함하고 있는 순환전치 구간과 보호 구간을 참조함으로써 채널 특성이 반영된 안테나 선택을 가능하게 하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 수신된 복수의 레인징 심벌 가운데 두 번째 이후로 수신된 레인징 심벌의 순환전치 구간 및 보호 구간을 이용함으로써, 다중 경로 페이딩 채널 환경 하에서도 신뢰도 계산의 정확도를 유지할 수 있는 안테나 선택 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 시간 영역 레인징 심벌의 순환전치 구간과 보호 구간을 이용한 신뢰도 계산부를 포함하는 안테나 선택 장치의 내부 구성을 구체적으로 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 시간 영역 레인징 심벌의 순환전치 구간과 보호 구간을 이용하여 계산된 신뢰도 값에 기초하여 안테나를 선택하는 장치를 포함하는 기지국 장치의 구체적인 구성을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하고, 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 안테나 선택 방법은 복수의 안테나 각각을 통하여 적어도 하나 이상의 레인징 심벌을 수신하는 단계, 시간 영역에서 수신된 레인징 심벌을 상관 연산하여 안테나의 선택 여부를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 레인징 검출 방법은 복수의 안테나로부터 수신한 각각 의 레인징 심벌을 시간 영역에서 상관 연산하여 상기 복수의 안테나에 대한 신뢰도를 각각 계산하고, 계산된 신뢰도에 기초하여 안테나를 선택하는 단계, 및 위의 단계를 통해 선택된 안테나로부터 수신된 레인징 심벌에 대하여, 시간 영역 또는 주파수 영역의 연산에 기초하여 레인징을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 안테나 선택 장치는 복수의 안테나 각각으로부터 시간 영역에서 수신된 레인징 심벌을 저장하는 레인징 심벌 저장부, 저장된 레인징 심벌로부터 제1 샘플 신호를 샘플링하는 제1 샘플링부, 저장된 레인징 심벌로부터 제2 샘플 신호를 샘플링하는 제2 샘플링부, 저장된 제1 샘플 신호 및 제2 샘플 신호의 상관값을 계산하는 상관값 계산부, 저장된 제1 샘플 신호 및 제2 샘플 신호의 편차값을 계산하는 편차값 계산부, 계산된 상관값과 편차값을 이용하여 복수의 안테나 각각의 신뢰도를 계산하는 신뢰도 계산부, 및 계산된 복수의 신뢰도 값 중 최대값에 해당하는 안테나를 선택하는 안테나 선택부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
나아가, 본 발명에 따른 이동통신 기지국 장치는 단말기로부터 레인징 심벌을 수신하기 위한 복수의 안테나, 복수의 안테나로부터 수신한 각각의 레인징 심벌의 시간 영역 신호의 상관 연산을 통해 계산된 신뢰도에 기초하여 복수의 안테나 중 적어도 하나 이상의 안테나를 선택하는 안테나 선택 장치, 및 위의 단계에 의해 선택된 안테나를 이용하여 단말기와 기지국 장치 간의 상향 링크 레인징을 검출하는 레인징 검출 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
참고로, 본 명세서에서 사용되는 "레인징 심벌"이라는 용어는, 레인징 검출 요청과 함께 한 쪽의 송수신단, 예컨대 단말기 측에서 전송한 일련의 부반송파 데이터를 의미하는 것으로 해석될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 "레인징 심벌"은 무선 채널을 통해 시간 영역에서 수신된 신호를 의미한다. 따라서, 별 다른 언급이 없는 한 본 명세서에서 사용되는 "레인징 심벌", "레인징 신호", "레인징" 등의 용어는 모두 시간 영역에서 수신된 레인징 심벌을 의미하는 것으로 해석된다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 OFDM/OFDMA 시스템의 레인징 검출을 위한 안테나 선택 방법 및 장치에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 안테나 선택 방법을 단계별로 도시한 흐름도이다. 이하, 도 4를 참고로 하여, 각 단계별로 상술하기로 한다. 참고로, 도 4는 개별 안테나의 선택 여부를 결정하는 방법의 관점에서 도시되었으나, 이하의 설명에 적용되는 "안테나 선택"이라는 용어는 각각의 개별 안테나의 사용 여부를 결정하는 것 뿐 아니라 복수의 안테나 가운데 하나 또는 하나 이상의 안테나를 선택하는 것까지 모두 포괄하는 개념이다.
먼저, 단계(S401)에서는 복수의 안테나 각각을 통하여 적어도 하나 이상의 레인징 심벌을 수신한다. 본 단계(S401)에 의해 수신되는 레인징 심벌은 시간 영역의 신호로 표현되는 레인징 심벌이다. 이처럼 본 발명에 따른 안테나 선택 방법은 레인징 심벌의 시간 영역 신호를 이용한다는 특징을 갖고 있다. 이와 같이 시간 영역 연산을 이용하는 안테나 선택 방법을 적용할 경우, 안테나 선택을 위한 방법 및 장치의 구성이 단순화되어 시스템 자원을 효율적으로 활용할 수 있고, 나아 가 확장성 있는 구현이 가능하게 된다.
다음으로, 단계(S402)에서는 수신된 레인징 심벌의 시간 영역 신호를 상관 연산하여 안테나의 신뢰도를 계산하게 된다.
도 5는 도 4에 도시된 단계들 중 안테나의 신뢰도를 계산하는 단계(S402)를 보다 구체적으로 도시한 흐름도이다. 이하, 도 5를 참조하여, 각 단계별로 신뢰도 계산 방법을 상술하기로 한다.
먼저, 단계(S501)에서는 안테나를 통하여 수신된 레인징 신호에서 레인징 심벌의 시간 영역 신호로부터 제1 샘플 신호 및 제2 샘플 신호를 샘플링하게 된다.
단계(S501)를 통해 샘플링되는 제1 샘플 신호와 제2 샘플 신호의 길이는, 본 발명의 일실시예에 따르면 수신된 레인징 심벌의 순환전치의 길이에 기초하여 결정될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 샘플 신호는 레인징 심벌의 순환전치 구간을 포함하고, 제2 샘플 신호는 레인징 심벌의 보호 구간을 포함할 수 있다. 이와 같은 구성은 OFDM/OFDMA 심벌의 시간 영역에서의 반복 특성에 기인한다.
도 6은 OFDM/OFDMA 심벌의 시간 영역 신호의 구성을 간략히 나타낸 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 하나의 OFDM/OFDMA 심벌은 유의미한 신호를 담고 있는 유효 심벌 구간(Valid Symbol Duration)(602, 603)과 유효 심벌 구간 말단부에 위치한 보호 구간(Guard Interval)(603)을 유효 심벌 구간 앞으로 복사하여 삽입한 순환전치(CP: Cyclic Prefix) 구간(601)을 포함하여 구성된다. 이와 같은 보호 구간(603) 및 순환전치 구간(601)은 부반송파 간의 직교성의 파괴를 방지하는 역할을 한다.
따라서, 순환전치 구간(601)과 보호 구간(603)의 신호는, 신호의 간섭, 지연 또는 왜곡을 고려하지 않을 경우 완전히 동일한 패턴을 가지게 된다. 또한 어느 정도의 잡음에 의한 효과를 고려하더라도, 이 두 구간의 신호는 여전히 유사한 패턴을 유지할 것이라고 예측할 수 있다. 본 발명에서는 순환전치 구간(601) 및 보호 구간(603)의 신호 패턴을 비교하여 안테나의 성능을 판단하는 것을 특징으로 한다. 상기 두 구간의 신호를 비교하기 위해, 본 실시예에 따른 안테나 선택 방법은, 수신된 레인징 심벌의 시간 영역 신호로부터 제1 샘플 신호 및 제2 샘플 신호를 샘플링한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 제1 샘플 신호는 도 6에 도시된 레인징 심벌의 순환전치 구간(601)으로부터 샘플링되고, 제2 샘플 신호는 보호 구간(603)으로부터 샘플링될 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이 제1 샘플 신호 및 제2 샘플 신호의 길이는 레인징 심볼의 시간 영역 신호의 순환전치 구간의 길이에 기초하여 결정될 수 있다. 이하에서는 제1 샘플 신호 및 제2 샘플 신호의 길이가 순환전치 구간의 길이와 같은 경우를 통해 발명의 내용을 예시할 것이지만, 본 발명의 기술적 사상은 상기한 실시예에 따라 제한되지 않는다. 예컨대, 상기 두 샘플 신호의 길이는, 메모리와 연산 자원의 제약을 고려하여 순환전치 구간의 길이보다 짧게 결정되거나, 특정 유형의 레인징 심벌에 대하여는 순환전치 구간의 길이보다 길게 결정될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에게는 자명하다.
이와 같이 제1 샘플 신호 및 제2 샘플 신호의 샘플링 대상이 되는 레인징 심 벌은 복수 회에 걸쳐 전송될 수 있으며, 참고로 IEEE802.16d/e 표준은 2 회 전송되는 경우와 4 회 전송되는 경우를 나누어 규정하고 있다.
OFDM/OFDMA 통신 시스템에서, 순환전치 구간은 심벌 간에 발생하는 다중 경로 페이딩 채널의 영향을 받아 그 신호가 왜곡될 우려가 있다. 특히, 첫 번째로 수신된 레인징 심벌의 경우, 다중 경로 페이딩 채널에 의한 영향을 측정하기 어려울 뿐더러, 경우에 따라서는 상기 레인징 심벌 직전에 위치한 다른 심벌로 인해 신호가 왜곡되어 순환전치 구간 전체를 사용하기 어려울 수 있다.
반면에, 두 번째 이후로 수신된 레인징 심벌의 경우, 다중 경로 페이딩 채널의 지역 확산(Delay Spread) 구간이 지정된 순환전치 구간의 길이보다 작다면, 두번째 레인징 심벌의 반복 특성이 보장되므로, 신뢰도 계산의 정확도를 높이기 위해서는 적어도 두 번째 이후로 수신된 레인징 심벌의 시간 영역 신호로부터 제1 샘플 신호 및 제2 샘플 신호를 샘플링하여 이로부터 신뢰도를 계산하는 것이 바람직하다.
도 7 내지 도 9는 상기한 레인징 심벌의 선택 과정의 일례를 예시하고. 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 안테나 선택 방법에 적용되는 레인징 심벌 및 상기 레인징 심벌의 구성을 도시한 도면이다. 도 7에 도시된 첫 번째 레인징 심벌의 순환전치 구간(701)은 앞서 설명한 바와 같이 직전 심벌과의 간섭으로 인해 신호가 왜곡될 수 있다. 그러나 첫 번째 레인징 심벌에 시간적으로 연속하여 수신된 두 번째 레인징 심벌은 첫 번째 레인징 심벌과 시간 영역과 주파수 영역에 서 모두 동일한 신호이어서 심벌간 간섭(ISI: Inter-symbol Interference)이 크게 일어나지 않는다. 즉, 두 번째 레인징 심벌의 순환전치 구간(704)은 상대적으로 신호가 왜곡되지 않아 보호 구간(706)과 유사한 패턴의 신호를 포함한다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 안테나 선택 방법에서 레인징 심벌을 수신하는 단계에 의해 수신된 레인징 심벌의 시간 영역 신호를 도시한 도면이다. 도 8은 시간축에 대한 레인징 심벌의 시간 영역 신호의 실제 파형을 예로서 도시한 것이다. 도시된 바와 같이 연속하여 수신된 복수의 레인징 심벌은 반복되는 유사한 신호 패턴을 갖는다.
도 9는 도 8에 도시된 레인징 심벌의 시간 영역 신호 중 본 발명에 따른 안테나 선택 방법에 이용되는 레인징 심벌 및 상기 레인징 심벌로부터 샘플링한 제1 샘플 신호 및 제2 샘플 신호의 구성을 도시한 도면이다.
레인징 심벌을 포함한 OFDM/OFDMA 심벌은 프레임 타이밍을 기준으로 그 시작 위치가 식별된다. 도 9는 일례로서 각각의 단말기로부터 기지국으로 전송되는 상향 부프레임 타이밍(Up-link Subframe Timing)에 의해 그 시작 위치가 식별되는 첫 번째 레인징 심벌과, 그에 이어 수신된 두 번째 레인징 심벌의 구성을 도시하고 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 첫 번째 레인징 심벌의 순환전치 구간(901)은 동일 레인징 심벌의 보호 구간(903)과 신호의 패턴이 일치하지 않음을 확인할 수 있다. 즉, 첫 번째 레인징 심벌 직전에 수신된 다른 심벌에 의해 순환전치 구간의 패턴이 왜곡된 것이다. 반면, 두 번째 레인징 심벌의 순환전치 구간(904)은 동일 심벌의 보호 구간(906)과 유사한 신호 패턴을 가지는 것을 확인할 수 있다. 이는, 동일한 패턴이 연속하여 전송됨에 따라 앞서 언급한 심벌간 간섭이 크게 발생하지 않기 때문이다. 따라서, 안테나 선택의 정확도를 높이기 위해 적어도 두 번째 이후로 수신된 레인징 심벌을 이용하여 신뢰도를 계산할 수 있다.
한편, 도 5의 단계(S502)에서는 이처럼 특정 레인징 심벌로부터 샘플링된 제1 샘플 신호와 제2 샘플 신호를 소정 길이의 상관 구간 내에서 상관 연산하여 상관값을 구한다.
또한, 단계(S503)에서는 제1 샘플 신호와 제2 샘플 신호의 편차값을 상기 상관 구간 내에서 계산하는데, 단계(S502) 및 단계(S503)은 순차적으로 또는 동시에 수행될 수 있다.
단계(S502) 및 단계(S503)에 의해 수행되는 상관값 및 편차값 계산은 각각 다음과 같은 방법을 따를 수 있다. 한 가지 방법은, 상관값의 경우, 제1 샘플 신호의 복소공액과 제2 샘플 신호의 값을 샘플별로 곱하여 누적 합산함으로써 계산하는 것이다. 또는 반대로 제2 샘플 신호의 복소 공액과 제1 샘플 신호의 곱셈 및 누적 합산 연산을 통하여 계산하는 방법도 가능하다.
한편, 편차값의 경우, 제1 샘플 신호와 제2 샘플 신호의 샘플별 차의 절대값의 제곱을 누적 합산함으로써 계산할 수 있다. 상관값과 편차값의 누적 합산은 소정 길이의 상관 구간 내에서 이루어지는데, 그 길이는 앞서 설명한 제1 샘플 신호 및 제2 샘플 신호의 길이와 동일하거나, 그와 연관된 길이일 수 있다. 즉, 상관 구간의 길이 역시 수신된 레인징 심벌의 시간 영역 신호의 순환전치 구간의 길이에 기초하여 결정될 수 있다.
이처럼 계산된 제1 샘플 신호와 제2 샘플 신호 간의 상관값 및 편차값은 단계(S504)를 통해 안테나의 신뢰도를 계산하는 데에 이용된다. 보다 구체적으로 신뢰도는 상관값과 편차값의 비로써 구해진다. 제1 샘플 신호와 제2 샘플 신호의 패턴이 유사할수록 상관값의 크기는 커지고 편차값의 크기는 작아진다. 상기 레인징 심벌을 수신한 안테나의 신뢰도는 수신된 레인징 심벌의 시간 영역 신호가 덜 왜곡되었을수록 큰 값으로 결정되어야 하므로, 상관값에 비례하고 편차값에 반비례하도록 정의할 수 있다.
위에서 설명한 신뢰도 계산 방법을 수학식을 이용하여 표현하면 아래 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112006098583441-pat00008
수학식 2의 Reliability ant k 는 k 번째 안테나에 대한 신뢰도를 의미하며, L 는 상관 구간의 길이, r 1(i) 는 제1 샘플 신호, r 2(i) 는 제2 샘플 신호를 각각 의미한다. 참고로, 수학식 2의 분자는 제1 샘플 신호와 제2 샘플 신호 간 상관값에 해당하고, 수학식 2의 분모는 제1 샘플 신호와 제2 샘플 신호 간 편차값에 해당한다. 이처럼, 안테나의 신뢰도는 제1 샘플 신호와 제2 샘플 신호의 상관값 및 편차 값의 비로써 구해진다.
참고로, 수학식 2의 분자와 분모에 공통적으로 포함된 상관 구간 길이 L 로의 나눗셈 연산은, 상관값과 편차값에 대한 이해를 돕기 위해 표시했을 뿐, 실제 구현시에는 이용되지 않을 수 있다. 주지하는 바와 같이, 나눗셈 연산을 구현하기 위해서는 타 연산에 비해 더 많은 소프트웨어 또는 하드웨어 자원이 요구되며, 연산에 많은 시간이 소요된다. 따라서 특별한 경우, 이를테면 위의 신뢰도 계산 방법을 구현하기 위해 사용되는 누적 합산기가 다룰 수 있는 수치 범위에 커다란 제약이 있는 경우 등을 제외하고, 나눗셈 연산은 상관값 및 편차값 계산 단계에 포함되지 않을 수 있다.
지금까지 안테나 선택 방법 중 레인징 심벌의 시간 영역 신호를 이용하여 신뢰도를 계산하는 단계(S402)에 대하여 살펴 보았다. 다시 도 4를 참조하면, 안테나 선택 방법의 마지막 단계로서 단계(S403)는 앞서 상세히 설명한 단계(S402)를 통해 계산된 신뢰도에 기초하여 안테나의 선택 여부를 결정한다.
본 발명은 레인징 심벌의 시간 영역 신호 패턴을 이용하여 계산된 신뢰도라는 새로운 기준에 의하여 안테나 선택 여부를 결정한다는 점에서, 신호의 간섭과 지연, 그리고 이에 따른 왜곡이 매우 다양한 패턴으로 발생하는 다중 경로 페이딩 채널 환경에서도 안테나를 정확히 선택할 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 안테나 선택 방법을 단계별로 도시한 흐름도이다.
도 10에 도시된 바와 같이 단계(S1001)에서는 각 안테나로부터 적어도 하나 이상의 레인징 심벌을 수신한다. 앞선 실시예들을 통해 설명한 바와 같이, 각 안테나로부터 수신된 하나 이상의 레인징 심벌 가운데 특정 레인징 심벌로부터 샘플링된 시간 영역 신호들은, 안테나 선택의 기준이 되는 신뢰도를 계산하는 데에 이용된다.
단계(S1002)는 이와 같이 수신한 레인징 심벌의 시간 영역 신호를 이용하여 신뢰도를 계산하는 단계로서, 도 5와 관련된 실시예에 대하여 설명한 신뢰도 계산 방법이 그대로 적용된다.
다음으로, 단계(S1003)는 단계(S1001) 및 단계(S1002)를 복수의 안테나에 대하여 반복하여 수행하는 단계(S1003)이다.
참고로 복수의 안테나에 대하여 반복하여 신뢰도를 계산하는 단계(S1003)는 시간적으로 반복하여 수행될 수 있을 뿐만 아니라, 복수의 장치에 의해 동시에 수행될 수도 있다.
이어지는 단계(S1004)에서는 복수의 안테나 각각에 대하여 계산된 신뢰도 중에서 최대값을 선택하고, 상기 최대값에 해당하는 안테나를 최적의 안테나로서 선택하게 된다.
이 때, 복수의 안테나 각각에 대하여 계산된 신뢰도는 위의 실시예에서처럼 최대값 연산을 통해 안테나 선택에 이용될 수도 있지만, 소정의 임계치(Threshold Value)를 기준으로 안테나 선택 여부를 결정하는 방식을 채택하는 것도 가능하다. 이 경우, 하나 이상의 안테나가 선택될 수 있는데, 이처럼 선택된 복수의 안테나는 예비적 목적을 위해 이용되거나, 또는 보유하고 있는 안테나의 수가 많다는 등의 이유로 안테나 선택 과정을 계층화할 경우 중간 단계의 안테나 선택 결과물로서 이용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 안테나 선택을 위해 앞서 설명한 바와 같이 계산된 신뢰도 정보를 이용하는 것 외에 레인징 심벌의 시간 영역 신호의 강도를 더 참조할 수 있다. 이와 같이 여러 가지 정보에 기초한 복합적인 기준을 사용할 때 안테나 선택의 정확도를 높일 수 있다. 참고로, 본 명세서에서 사용되는 신호의 "강도(Strength)"라는 용어는 무선 채널을 통해 전파되는 무선 신호의 크기, 전력, 또는 에너지의 척도를 나타내는 용어로서, 무선 신호의 품질 척도는 고려되지 않는다. 강도의 단위는 밀리와트(mW), 데시벨 밀리와트(dBm), IEEE802.11 표준에 정의된 RSSI(Received Signal Strength Indication), 및 기타 신호의 전력 또는 에너지를 표시하기 위해 사용되는 모든 단위를 포함한다.
안테나 선택 여부 결정에 추가로 이용되는 수신 레인징 심벌의 강도는, 예컨대 종래의 안테나 선택 방법에 이용되는 신호대 간섭잡음비 값을 포함할 수 있다.
이와 같은 안테나 선택 방법은 궁극적으로 레인징 검출을 수행할 안테나를 선택하기 위한 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 사상은 OFDM/OFDMA 시스템의 레인징 검출 방법에도 그대로 적용된다. 본 발명의 일실시예에 따른 레인징 검출 방법은 복수의 안테나로부터 수신한 각각의 레인징 심벌을 시간 영역에서 상관 연산하여 복수의 안테나 각각에 대한 신뢰도를 계산하고, 계산된 신뢰도에 기초하여 안테나를 선택하는 단계, 및 선택된 안테나로부터 수신된 레인징 심벌에 대하여, 시간 영역 또는 주파수 영역의 연산에 기초하여 상기 레인징을 검출하는 단계를 포함 하는 것을 특징으로 한다.
선택된 안테나를 통하여 수행되는 레인징 검출 단계는 시간 영역 또는 주파수 영역의 연산에 기초하여 레인징 신호를 검출할 수 있다. 그러나 특히 레인징 검출 단계가 시간 영역에서 수행될 경우에 본 발명이 가지는 이점이 뚜렷이 드러난다. 즉, 이 경우 종래의 방법은 주파수 영역에서 선택된 안테나를 이용하여 레인징 신호를 검출하기 위해 다시 시간 영역으로 레인징 심벌을 변환해야 하지만, 본 발명의 경우, 주파수 영역 신호로의 변환과 주파수 영역 신호로부터 시간 영역 신호로의 역변환을 위한 하드웨어 및 소프트웨어 자원의 낭비를 막을 수 있기 때문이다.
이처럼 본 발명에 따른 레인징 검출 방법은 시간 영역에서의 연산을 기초로 안테나를 선택함으로써 안테나 선택 장치와 레인징 검출 장치를 구성 요소로 하는 전체 시스템의 확장성을 증대시키는 역할을 한다.
본 발명에 따른 안테나 선택 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(Magnetic Media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(Optical Media), 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 같은 자기-광 매체(Magneto-optical Media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 상기 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
도 11은 본 발명의 일실시예 따른 안테나 선택 장치의 내부 구성을 도시한 블록도이다. 도 11을 참조하면 본 실시예에 따른 안테나 선택 장치는, 레인징 심벌 저장부(1101), 제1 샘플링부(1102), 제2 샘플링부(1103), 상관값 계산부(1104), 편차값 계산부(1105), 신뢰도 계산부(1106), 및 안테나 선택부(1107)를 포함한다.
레인징 심벌 저장부(1101)는 복수의 안테나 각각으로부터 수신된 레인징 심벌의 시간 영역 신호를 저장한다. 일례로서, 안테나 선택 장치를 구성하는 레인징 심벌 저장부(1101)는 복수의 안테나 각각에 대하여 적어도 하나 이상의 레인징 심벌을 수신하여, 수신한 레인징 심벌 각각의 시간 영역 신호를 저장할 수 있다. 또한, 상기 제1 샘플 신호(1112) 및 제2 샘플 신호(1113)는 저장된 레인징 심벌 중 적어도 두 번째 이후로 수신되어 저장된 레인징 심벌로부터 샘플링될 수 있다.
제1 샘플링부(1102) 및 제2 샘플링부(1103)는 각각 상기 저장된 레인징 심벌(1111)로부터 제1 샘플 신호 및 제2 샘플 신호를 샘플링하는 역할을 한다. 제1 샘플 신호(1112) 및 제2 샘플 신호(1113)의 샘플수는 상기 레인징 심벌(1111)에 포함된 순환 전치 구간의 길이에 기초하여 결정되며, 일례로서 제1 샘플 신호 및 제2 샘플 신호는 레인징 심벌(1111)의 순환 전치 구간 및 보호 구간을 각각 포함할 수 있다. 제1 샘플 신호(1112)와 제2 샘플 신호(1113)는 순차적으로 또는 동시에 샘플링될 수 있다.
도 11에 도시된 상관값 계산부(1104)와 편차값 계산부(1105)는 각각 제1 샘플 신호(1112) 및 제2 샘플 신호(1113)의 상관값(1114) 및 편차값(1115)을 계산하고, 이 두 계산값(1114, 1115)에 기초하여 신뢰도 계산부(1106)는 안테나 선택을 위한 신뢰도를 계산하게 된다.
도 12는 도 11 가운데 상관값 계산부(1104), 편차값 계산부(1105), 및 신뢰도 계산부(1106)의 내부 구성을 구체적으로 도시한 블록도이다.
도 12를 참조하면, 상관값 계산부(1104)는 제2 샘플 신호(1113)의 복소 공액을 계산하여 출력하는 공액기(1201), 출력된 제2 샘플 신호의 복소 공액과 제1 샘플 신호(1112)를 샘플별로 곱셈 연산하는 곱셈기, 샘플별 곱셈 결과의 절대값을 계산하는 절대값 연산기(1202), 및 샘플별 곱셈 결과의 절대값을 소정 상관 구간에 대하여 누적 합산하는 상관값 연산기(1203)을 포함할 수 있다.
또한, 편차값 계산부(1105)는 제1 샘플 신호(1112)와 제2 샘플 신호(1113)의 샘플별 차를 계산하는 감산기, 감산 결과의 절대값의 제곱을 계산하는 절대값 제곱 연산기(1204), 및 계산된 샘플별 차의 절대값 제곱을 소정 상관 구간에 대하여 누적 합산하는 편차값 연산기(1205)를 포함할 수 있다.
나아가, 도 11의 신뢰도 계산부(1106)는, 도 12에 도시된 것처럼, 상관값 계산부(1104)에 의해 계산된 상관값을 편차값 계산부에 의해 계산된 편차값(1105)으로 나누는 나눗셈기를 포함하여 구성될 수 있다.
위에 언급된 제1 샘플 신호(1112)와 제2 샘플 신호(1113)의 길이, 상관값 연산기(1203)와 편차값 연산기(1205)가 샘플별 계산 결과를 누적 합산하는 상관 구간의 길이는, 각각 사용된 레인징 심벌의 순환전치 구간의 길이에 기초하여 결정될 수 있음은 이미 설명한 바이다.
마지막으로 안테나 선택부(1107)는 계산된 복수의 신뢰도 값(1116) 중 최대값에 해당하는 안테나를 선택한다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 안테나 선택은 최대값 연산 대신 신뢰도와 소정의 임계치를 비교하는 과정을 통해 이루어질 수도 있다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 안테나 선택 장치의 동작을 도 3과 대비하여 복수의 안테나에 대하여 간략히 도시한 블록도이다. 도 13을 참조하면, 본 발명에 따른 안테나 선택 장치는 제1 안테나(1301)를 통해 레인징 심벌을 수신하고(1311), 수신된 레인징 심벌을 이용하여 제1 안테나의 신뢰도를 계산한다(1321). 안테나 선택 장치는 이와 같은 신뢰도 계산 과정을 제1 안테나(1301), 제2 안테나(1302), 및 제3 안테나(1303), 즉 복수의 안테나 전체에 대하여 수행하여 얻어진 복수의 신뢰도 값 중 최대의 신뢰도에 해당하는 안테나를 최적의 안테나로 선택한다(1330).
도 3에 따른 종래의 안테나 선택 장치가 하나의 안테나마다 하나씩의 고속 푸리에 변환기(311, 312, 313) 및 주파수 영역 연산에 기초한 신호대 잡음간섭비 계산부(321, 322, 323)를 구비하고 있는 것과 달리, 도 13에 도시된 본 발명에 따른 안테나 선택 장치는 시간 영역 신호의 연산을 수행하는 신뢰도 계산부(1321) 만을 복수 개의 안테나에 대해 각각 하나씩 구비하고 있다.
본 발명은 특히 기지국 장치를 통해 구현되는 안테나 선택 및 레인징 검출에 적용된다. 위에서 언급한 것처럼 기지국은 흔히 복수의 안테나를 보유하고, 복수의 안테나를 이용하여 복수의 단말기와 무선 채널을 통해 신호를 주고 받는다.
기지국이 서로 다른 채널 지연을 갖는 복수의 단말기로부터 레인징 요청을 수신할 경우, 기지국은 해당 단말기의 레인징 검출을 수행하기 위하여 먼저 안테나를 선택해야 할 필요가 있다.
따라서, 본 발명에 따른 기지국 장치는, 단말기로부터 레인징 심벌을 수신하기 위한 복수의 안테나, 복수의 안테나로부터 수신한 각각의 레인징 심벌의 시간 영역 신호의 상관 연산을 통해 계산된 신뢰도에 기초하여 복수의 안테나 중 적어도 하나 이상의 안테나를 선택하는 안테나 선택 장치, 및 선택된 안테나를 이용하여 상기 이동 통신 단말기와 상기 기지국 장치 간의 상향 링크 레인징을 검출하는 레인징 검출 장치를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 기지국 장치는 안테나 선택 장치에 의해 선택된 안테나를 이용하여 레인징 검출을 수행하는 레인징 검출 장치가 시간 영역의 연산을 이용할 때는 물론이고 주파수 영역의 연산을 이용할 때에도 전체 시스템의 자원 이용 효율을 향상시킬 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 기지국 장치를 구성하는 안테나 선택 장치가 시간 영역 신호를 이용하여 신뢰도 계산을 수행하므로 그 결과를 이용하는 레인징 검출 장치가 시간 영역 연산에 기반한 경우 고속 푸리에 변환 및 고속 푸리에 역변환을 위한 추가의 하드웨어 소프트웨어 장치가 불필요하게 된다.
또한, 레인징 검출 장치가 주파수 영역 연산에 기초한 경우에도, 고속 푸리에 변환 연산기를 복수의 안테나에 대하여 각각 구비하는 것이 아니라 선택된 안테나에 대하여만 구비하면 되므로 하드웨어 및 소프트웨어 자원 이용 효율이 향상되는 것이다.
지금까지 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 선택 장치 및 이동통신 기지국 장치에 대하여 설명하였고, 앞서 도 4 내지 도 10의 실시예를 통하여 언급한 사항들이 본 실시예에도 그대로 적용될 수 있으므로, 이하 상세한 내용은 생략하기로 한다.
이상과 같이 본 발명은 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
본 발명에 따른 안테나 선택 방법에 의하면, 소정의 계산 방법에 의해 얻어진 안테나 경로의 신뢰도에 기초함으로써, 다중 경로 페이딩 채널 환경에서 보다 정확하게 안테나를 선택할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 안테나 선택 방법에 의하면, 수신된 레인징 심벌의 시간 영역 신호를 이용하여 상기 신뢰도를 계산함으로써, 종래의 주파수 영역의 안테나 선택 방법에 비하여 단순하고 확장성 있는 안테나 선택 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 안테나 선택 방법에 의하면, 상기 신뢰도를 계산함에 있어서 파일럿 심벌을 이용하지 않음으로써, IEEE802.16d/e OFDM/OFDMA 표준에 배치됨 없이 안테나 선택 방법을 구성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 안테나 선택 방법에 의하면, 수신된 레인징 심벌 가운데 동일한 패턴의 신호를 포함하고 있는 순환전치 구간과 보호 구간을 참조함으로써 채널 특성을 충분히 반영하여 정확한 안테나 선택을 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 안테나 선택 방법에 의하면, 수신된 복수의 레인징 심벌 가운데 두 번째 이후로 수신된 레인징 심벌의 순환전치 구간 및 보호 구간을 이용함으로써, 다중 경로 페이딩에 의한 레인징 신호의 왜곡에 최소한의 영향만을 받게 되어 정확한 안테나 선택이 가능하게 된다.
또한, 본 발명에 따른 레인징 검출 방법에 의하면, 시간 영역 연산을 이용하여 안테나 선택에 이용되는 신뢰도 값을 계산함으로써, 레인징 검출 단계를 시간 영역 연산 또는 주파수 영역 연산으로 보다 자유롭게 구성할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 안테나 선택 장치에 의하면, 복수의 안테나에 대하여 고속 푸리에 연산기를 구비할 필요가 없게 되어 전체적으로 장치의 하드웨어 및 소프트웨어의 구성이 단순해지고, 이에 따라 장치 생산 비용 절감 및 안테나 선택 속도의 향상을 꾀할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이동통신 기지국 장치에 의하면, 복수의 단말기로부터 수신된 레인징 요청에 대하여 레인징 검출을 위한 최적의 안테나를 빠르고 효과적으로 선택함으로써, 적은 시간과 비용으로 복수의 단말기에 대한 레인징 검출을 제공할 수 있다.

Claims (14)

  1. 직교 주파수 분할 다중 접속 방식의 시스템에서 레인징 검출을 위하여 안테나를 선택하는 방법에 있어서,
    상기 안테나를 통하여 적어도 하나 이상의 레인징 심벌을 수신하는 단계;
    시간 영역에서 상기 수신된 레인징 심벌을 상관 연산하여 상기 안테나의 선택 여부를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 선택 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 안테나의 선택 여부를 결정하는 단계는 상기 안테나의 신뢰도를 계산하는 단계를 포함하고,
    상기 신뢰도를 계산하는 단계는
    상기 레인징 심벌로부터 제1 샘플 신호 및 제2 샘플 신호를 샘플링하는 단계;
    상기 제1 샘플 신호와 상기 제2 샘플 신호를 소정 길이의 상관 구간 내에서 상관 연산하여 상관값을 구하는 단계;
    상기 제1 샘플 신호와 상기 제2 샘플 신호의 편차값을 상기 상관 구간 내에서 계산하는 단계; 및
    상기 상관값과 상기 편차값의 비를 이용하여 상기 신뢰도를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 선택 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 샘플 신호 및 상기 제2 샘플 신호의 길이는 상기 레인징 심벌의 순환전치의 길이에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 안테나 선택 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 샘플 신호 및 상기 제2 샘플 신호는 상기 레인징 심벌을 포함하는 프레임의 타이밍을 기준으로 적어도 두 번째 이후로 수신된 상기 레인징 심벌에 포함되는 신호인 것을 특징으로 하는 안테나 선택 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1 샘플 신호는 상기 레인징 심벌의 순환전치 구간을 포함하고, 상기 제2 샘플 신호는 상기 레인징 심벌의 보호 구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 선택 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 상관 구간의 길이는 상기 레인징 심벌의 순환전치의 길이에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 안테나 선택 방법.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 편차값은 상기 제1 샘플 신호와 상기 제2 샘플 신호의 샘플별 차의 절대값의 제곱을 상기 상관 구간 내에서 누적 합산하여 계산되는 것을 특징으로 하는 안테나 선택 방법.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 신뢰도는 다음 수학식에 의해 표현되는 것을 특징으로 하는 안테나 선택 방법.
    [수학식]
    Figure 112006098583441-pat00009
    단,
    Reliability ant k 는 k 번째 안테나에 대한 신뢰도,
    L 는 상관 구간의 길이,
    r 1(i) 는 제1 샘플 신호 중 i 번째 샘플의 신호값,
    r 2(i) 는 제2 샘플 신호 중 i 번째 샘플의 신호값
    을 각각 의미함.
  9. 제2항에 있어서,
    복수의 안테나에 대하여 상기 신뢰도를 각각 계산하고,
    상기 계산된 신뢰도 값 중 최대값에 해당하는 안테나를 선택하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 선택 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 안테나의 선택 여부를 결정하는 단계는 상기 레인징 심벌의 시간 영역 신호의 강도를 참조하는 것을 특징으로 하는 안테나 선택 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 따른 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
  12. 직교 주파수 분할 다중 접속 방식의 시스템에서 레인징 검출을 위하여 안테나를 선택하는 장치에 있어서,
    복수의 안테나 각각으로부터 시간 영역에서 수신한 레인징 심벌을 저장하는 레인징 심벌 저장부;
    상기 저장된 레인징 심벌로부터 제1 샘플 신호를 샘플링하는 제1 샘플링부;
    상기 저장된 레인징 심벌로부터 제2 샘플 신호를 샘플링하는 제2 샘플링부;
    상기 제1 샘플 신호 및 상기 제2 샘플 신호의 상관값을 계산하는 상관값 계산부;
    상기 제1 샘플 신호 및 상기 제2 샘플 신호의 편차값을 계산하는 편차값 계 산부;
    상기 상관값과 상기 편차값을 이용하여 상기 복수의 안테나 각각의 신뢰도를 계산하는 신뢰도 계산부; 및
    상기 계산된 복수의 신뢰도 값 중 최대값에 해당하는 안테나를 선택하는 안테나 선택부를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 선택 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 레인징 심벌 저장부는 상기 복수의 안테나 각각에 대하여 적어도 하나 이상의 레인징 심벌을 수신하여 저장하고,
    상기 제1 샘플 신호 및 상기 제2 샘플 신호는 적어도 두 번째 이후로 수신하여 저장된 상기 레인징 심벌로부터 샘플링된 것을 특징으로 하는 안테나 선택 장치.
  14. 직교 주파수 분할 다중 접속 방식의 이동통신 기지국 장치에 있어서,
    이동통신 단말기로부터 레인징 심벌을 수신하기 위한 복수의 안테나; 및
    상기 복수의 안테나로부터 시간영역에서 수신한 각각의 레인징 심벌의 상관 연산을 통해 계산된 신뢰도에 기초하여 상기 복수의 안테나 중 적어도 하나 이상의 안테나를 선택하는 안테나 선택 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신 기지국 장치.
KR1020060139050A 2006-05-30 2006-12-29 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 레인징 검출을 위한안테나 선택 방법 및 장치 KR100812684B1 (ko)

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