KR100901760B1 - 최적의 순환 지연 값을 갖는 순환 지연 다이버시티 방법 및이를 적용한 송신 장치 - Google Patents

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Abstract

순환 지연 다이버시티(CDD, cyclic delay diversity)에 관한 것으로서, 특히 최적의 순환 지연 값을 갖는 순환 지연 다이버시티 방법 및 장치를 개시한다.
다이버시티 차수에 따른 신호대잡음간섭 함수를 결정하는 단계와, 채널 추정 오류 분산 함수를 결정하는 단계 및 상기 신호대잡음간섭 함수 및 채널 추정 오류 분산 함수에 따라서 시스템에 요구되는 SINR을 결정하는 단계를 포함하는 최적의 순환 지연 값을 결정하는 방법을 제공한다.
Figure R1020070113568
CDD(cyclic delay diversity), SINR, 순환 지연,

Description

최적의 순환 지연 값을 갖는 순환 지연 다이버시티 방법 및 이를 적용한 송신 장치{Method of Cyclic delay diversity with the Optimal Cyclic delay value, and Transmitter performing the same}
본 발명은 직교 주파수 분할 다중 반송파(OFDM, orthogonal frequency division multiplexing) 시스템의 다이버시티 효과를 향상시키는 순환 지연 다이버시티(CDD, cyclic delay diversity)에 관한 것으로서, 특히 최적의 순환 지연 값을 갖는 순환 지연 다이버시티 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2006-S-001-02, 과제명: 4세대 이동통신용 적응 무선접속 및 전송 기술개발].
순환 지연 다이버시티(CDD, cyclic delay diversity) 기법을 직교 주파수 분할 다중 반송파(OFDM, orthogonal frequency division multiplexing) 시스템에 적용하여 채널의 주파수 선택적 특성을 증가시키면 채널 부호화 기법을 통해 부호화 이득(coding gain)을 향상 할 수 있다.
순환 지연 다이버시티 기법에서 주파수 선택적 특성은 순환 지연 값에 따라 변화한다. 여러 개의 송신 안테나와 하나의 수신 안테나를 사용하는 OFDM 시스템에서 다중 경로 지연 채널을 통하여 신호를 송수신 하는 경우, 채널 추정이 완벽하다고 가정하면, 각 송신 안테나에서 전송된 신호 간의 상관 관계(correlation)를 없애기 위해서 순환 지연 값은 최대 지연 확산(maximum delay spread) 이상이어야 한다고 알려져 있다.
그러나, 채널 추정이 완벽하지 않은 경우에서는 다이버시티 효과로 인한 SINR 이득과 채널 추정 오류로 인한 SINR 손실 간에 상반 관계가 존재한다. 즉, 채널의 RMS(Root Mean Square) 지연 확산이 큰 경우에는 채널에서 이미 성능 개선에 필요한 다이버시티 효과를 충분히 얻었기 때문에 순환 지연 다이버시티 기법을 통해서는 추가적인 성능 개선을 기대하기 어렵다. 반면 순환 지연 다이버시티 기법을 적용했을 때에 다이버시티 효과를 얻지 못하지만 채널 추정의 성능은 저하될 수 있으므로 전체적인 성능이 저하될 수 있다.
따라서, 본 발명은 최적의 SINR 이득을 갖는 순환 지연 값이 최대 지연 확산보다 작을 수 있으므로, 최적의 순환 지연 값을 결정하는 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 최적의 순환 지연 값을 갖는 순환 지연 다이버시티 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 실시예는 다이버시티 차수에 따른 신호대잡음간섭 함수를 결정하는 단계와, 채널 추정 오류 분산 함수를 결정하는 단계 및 상기 신호대잡음간섭 함수 및 채널 추정 오류 분산 함수에 따라서 시스템에 요구되는 SINR을 결정하는 단계를 포함하는 최적의 순환 지연 값을 결정하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예는 송신 신호를 제1 안테나로 제공하는 단계와, 다이버시티 이득과 채널 추정 오류에 따라서 SINR을 구하고 상기 SINR이 최소가 되는 순환 지연값을 결정하는 단계 및 상기 결정된 순환 지연 시간 이후 상기 송신 신호를 제 2 안테나로 제공하는 단계를 포함하는 최적의 순환 지연 값을 갖는 순환 지연 다이버시티 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예는 다이버시티 차수에 따른 신호대잡음간섭 함수값을 제공하는 신호대잡음간섭 함수 제공부와, 채널 추정 오류 분산 함수값을 제공하는 채널추정오류 분산함수 제공부 및 상기 신호대잡음간섭 함수값 및 채널 채널 추정 오류 분산 함수값에 의하여 시스템에 요구되는 SINR값을 계산하여 최적의 순환 지연값을 결정하는 순환지연값 결정부를 포함하는 최적의 순환 지연 값 결정 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예는 송신 신호를 제1 안테나로 제공하는 역고속 푸리에 변환기와, 다이버시티 이득과 채널 추정 오류에 따라서 SINR을 구하고 상기 SINR이 최소가 되는 순환 지연값을 결정하는 순환 지연 제어부 및 상기 결정된 순환 지연 시간 이후 상기 송신 신호를 제 2 안테나로 제공하는 순환 지연기를 포함하는 다이버시티 송신 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, OFDM 시스템에 순환 지연 다이버시티 기법을 적용하는 경우 최적의 순환 지연 값을 구할 수 있다.
OFDM 시스템에 순환 지연 다이버시티 방법을 적용하는 경우 채널의 주파수 선택적 특성을 증가한다. 종래 기술에 따른 순환 지연 다이버시티 방법은 채널 추정이 완벽하다고 가정한 후, 각 송신 안테나에서 전송된 신호의 상관관계를 최소화하여 송수신 성능을 향상시키지 위하여 순환 지연 값이 채널의 최대 지연 확산보다 큰 것으로만 가정한다. 그러나 채널 추정이 완벽하지 않은 경우에서는 다이버시티 효과로 인한 SINR 이득과 채널 추정 오류로 인한 SINR 손실 간에 상반 관계가 존재 한다. 즉, 채널의 RMS 지연 확산이 큰 경우에는 채널에서 이미 성능 개선에 필요한 다이버시티 효과를 충분히 얻었기 때문에 순환 지연 다이버시티 기법을 통해서는 추가적인 성능 개선을 기대하기 어렵다. 반면 순환 지연 다이버시티 기법을 적용했을 때에 다이버시티 효과를 얻지 못해도 채널 추정의 성능은 저하될 수 있으므로 최적의 성능을 위해서는 적절한 순환 지연 값을 결정해야 한다.
다이버시티 효과와 채널 추정 오류의 상반 관계가 존재할 때 본 발명에서 제안한 방법으로 최적의 순환 지연 값을 구한 후 순환 지연 다이버시티 방법에 적용하면, 주어진 채널 환경에서 프레임 오류율(FER, frame error rate) 성능을 최대로 향상 시킬 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 최적의 순환 지연 값을 갖는 다이버시티 송신 장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 송신 장치는 인코더(110), 인터리버(120), 변조기(130), 역고속 푸리에 변환기(140), 보호구간 삽입기(150a,150b,150n), 순환지연기(160a,160n) 및 순환 지연 제어부(170)를 포함한다.
상기 인코더(110), 인터리버(120), 변조기(130) 및 역고속 푸리에 변환 기(140)를 거친 OFDM 송신 신호는 보호구간 삽입기(150a,150b,150n)에 의하여 보호구간이 삽입되고, 안테나를 통하여 전송된다.
순환 지연 다이버시티를 적용한 송신 장치는 OFDM 송신 신호를 일정 시간 지연 시켜 다중 안테나를 통해 전송한다.
즉, 본 발명에 따른 순환 지연 다이버시티는 상기 송신 신호를 제1 안테나로 제공하고, 최적의 순환 지연 시간 이후 상기 송신 신호를 제1 안테나 다음에 위치한 제2 안테나로 제공한다.
상기 순환 지연 제어부(170)는 후술하는 방법에 의하여 최적의 순환 지연값을 결정하고, 이를 각 순환지연기(160a,160n)로 제공한다.
각 순환지연기(160a,160n)는 상기 결정된 최적의 순환 지연 값에 따라서 송신 신호를 지연 시킨 후 안테나로 제공한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 최적의 순환 지연값 결정 장치(순환 지연 제어부)의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 최적의 순환 지연값 결정 장치는 다이버시티 차수에 따른 신호대잡음간섭 함수값을 제공하는 신호대잡음간섭 함수 제공부(210)와, 채널 추정 오류 분산 함수값을 제공하는 채널추정오류 분산함수 제공부(220) 및 상기 신호대잡음간섭 함수값 및 채널 채널 추정 오류 분산 함수값에 의하여 시스템에 요구되는 SINR값을 계산하여 최적의 순환 지연값을 결정하는 순환지연값 결정부(230)를 포함하여 구성된다.
이하, 수학식을 사용하여 본 발명의 원리를 설명하고, 본 발명의 실시예에 따른 순환 지연 결정 장치가 수행하는 동작을 설명하기로 한다.
먼저, 순환 지연 다이버시티 방법의 다이버시티 차수를 정의한다.
각각 한 개의 송신 안테나와 수신 안테나를 가지는 SISO(Single input single output) 시스템에서, 평균 크기가 1인 송신 신호 x를 단일 경로 페이딩 채널
Figure 112007080152287-pat00001
를 통하여 전송하는 경우에 수신 신호 r은 하기 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112007080152287-pat00002
상기 수학식 1에서, h는 간섭 및 잡음을 나타내고,
Figure 112007080152287-pat00003
의 분산을 갖는다. 이때, 단일 경로를 갖는 SISO 시스템의 SINR은 하기 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112007080152287-pat00004
그리고, L개의 경로를 가지는 다중 경로 지연 프로파일 채널은 하기 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다. 여기서 T는 샘플 구간을,
Figure 112007080152287-pat00005
은 채널의 경로 지연 프로파일을 나타낸다.
Figure 112007080152287-pat00006
은 복소 가우시안 확률 분포이고 서로 i.i.d. (independent and identically distributed)하다고 가정한다.
[수학식 3]
Figure 112007080152287-pat00007
만일, OFDM 시스템에서의 FFT크기가
Figure 112007080152287-pat00008
인 경우에 전력 지연 프로파일(Power delay profile)은 하기 수학식 4와 같이
Figure 112007080152287-pat00009
벡터
Figure 112007080152287-pat00010
로 나타낼 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112007080152287-pat00011
여기서 전력 지연 프로파일
Figure 112007080152287-pat00012
는 하기 수학식 5의 조건을 만족시키며, L개의 경로를 갖는 다중 경로 지연 프로파일 채널을 통하여 수신된 신호의 SINR은 하기 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112007080152287-pat00013
[수학식 6]
Figure 112007080152287-pat00014
이때, 본 발명의 실시예에서는 다중 경로 지연 프로파일 채널의 다이버시티 차수(Diversity order) M을 하기 수학식 7과 같이 정의한다.
[수학식 7]
Figure 112007080152287-pat00015
상기 수학식 7에 상기 수학식 2 및 6을 적용하면, 다이버시티 차수 M은 하기 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 8]
Figure 112007080152287-pat00016
상기 수학식 8에서, 다이버시티 차수 M은 전력 지연 프로파일
Figure 112007080152287-pat00017
에 의해서 결정된다. 또한, 상기 수학식 5의 조건과 라그랑지 승수법을 이용하면 다이버시티 차수 M의 최대값은 L이 된다.
Figure 112007080152287-pat00018
개의 송신 안테나에서
Figure 112007080152287-pat00019
번째 송신 안테나의 채널은 상기 수학식 3과 유사한 형태로 하기 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 9]
Figure 112007080152287-pat00020
채널
Figure 112007080152287-pat00021
를
Figure 112007080152287-pat00022
만큼 순환 지연 시키면 상기 수학식 9는 하기 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 10]
Figure 112007080152287-pat00023
Figure 112007080152287-pat00024
번째 송신 안테나에서의 순환 지연 값을
Figure 112007080152287-pat00025
로 선택하면, 순환 지연 다이버시티 기법의 채널은 하기 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 11]
Figure 112007080152287-pat00026
이산 시간에서 D만큼 지연된 채널의 전력 프로파일은 하기 수학식 12와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 12]
Figure 112007080152287-pat00027
이때, 순환 지연 다이버시티 기법에 의해 생성된 채널
Figure 112007080152287-pat00028
의 전력 프로파일
Figure 112007080152287-pat00029
은 하기 수학식 13과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 13]
Figure 112007080152287-pat00030
이때, 상기 수학식 8을 이용하면 다이버시티 차수 M 은 하기 수학식 14와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 14]
Figure 112007080152287-pat00031
상기 수학식 14를 참조하면, 다이버시티 차수 M은 송신 안테나의 개수
Figure 112007080152287-pat00032
, 채널의 전력 지연 프로파일
Figure 112007080152287-pat00033
, 순환 지연 값 D에 의해서 결정됨을 보여준다.
따라서, 송신 안테나의 개수와 채널의 전력 지연 프로파일이 고정되어 있는 경우에도 순환 지연 값 D를 선택해서 다이버시티 차수 M을 조절할 수 있음을 알 수 있다. D가 0일 때는
Figure 112007080152287-pat00034
개의 채널이 완전히 겹쳐지게 되어 송신 안테나가 한 개인 경우와 동일한 효과를 가지게 된다. 따라서, 이때의 다이버시티 차수는
Figure 112007080152287-pat00035
이 된다. D가 증가할수록 각 채널이 겹쳐지는 부분이 줄어들고 다이버시티 차수도 증가한다.
Figure 112007080152287-pat00036
이면, 각 채널 간의 상관 관계가 0이 되므로 다이버시티 차수는
Figure 112007080152287-pat00037
가 된다. 일단,
Figure 112007080152287-pat00038
이면 D가 더 커지더라도 다이버시티 차수는 더 이상 증가하지 않는다.
한편, 채널의 평균 초과 지연
Figure 112007080152287-pat00039
와 RMS 지연 확산
Figure 112007080152287-pat00040
는 하기 수학식 15와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 15]
Figure 112007080152287-pat00041
상기 수학식 15에서 초과 지연의 2차 모멘트
Figure 112007080152287-pat00042
은 하기 수학식 16과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 16]
Figure 112007080152287-pat00043
순환 지연 다이버시티 기법의 순환 지연 값 D가 증가할수록, 채널의 RMS 지연 확산은 증가하게 된다. 송신 안테나의 수가
Figure 112007080152287-pat00044
개인 순환 지연 다이버시티 기법 의 평균 초과 지연
Figure 112007080152287-pat00045
은 상기 수학식 13 및 15 를 이용하여 수학식 17과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 17]
Figure 112007080152287-pat00046
또한, 순환 지연 다이버시티 기법의 초과 지연 2차 모멘트인
Figure 112007080152287-pat00047
는 상기 수학식 13 및 16을 이용하여 수학식 18과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 18]
Figure 112007080152287-pat00048
상기 수학식 15에 상기 수학식 17 및 18을 대입하면, 순환 지연 다이버시티 기법의 RMS 지연 확산
Figure 112007080152287-pat00049
은 상기 수학식 19와 같이 나타낼 수 있다. 그리고, 상기 수학식 19로부터
Figure 112007080152287-pat00050
와 D가 커질수록 순환 지연 다이버시티 기법의 RMS지연 확산은 증가한다는 사실을 알 수 있다.
[수학식 19]
Figure 112007080152287-pat00051
여기서, 특정 채널, 예를 들어 채널에 2개의 송신 안테나를 사용하는 순환 지연 다이버시티 기법을 사용하는 전력 지연 프로파일
Figure 112007080152287-pat00052
을 살펴본다.
Figure 112007080152287-pat00053
a는 0 < a < 1,
Figure 112007080152287-pat00054
이므로
Figure 112007080152287-pat00055
의 조건을 만족시킨다.
이때, 다이버시티 차수 M은 상기 수학식 13을 이용하여 하기 수학식 20과 같이 정의 할 수 있다.
[수학식 20]
Figure 112007080152287-pat00056
상기 수학식 20을 참조하면, 순환 지연 값 D가 증가할수록 다이버시티 차수 M은 증가한다는 것을 알 수 있다.
도 3은 다양한 a값에 대하여 순환 지연 값 D에 따라서 정규화된 다이버시티 차수가 변화하는 그래프이다.
도 3에서, 정규화된 차수는 송신 안테나의 수가
Figure 112007080152287-pat00057
개인 경우 다이버시티 차수의 최대값이
Figure 112007080152287-pat00058
가 되도록 조정한 값을 의미하다. 그리고, a가 0에 가까울수록 채널의 RMS 지연 확산이 작아지고, 작은 D에서도 다이버시티 차수 M을 최대화할 수 있다. 반면에 a가 1에 가까워지면, 채널의 RMS　지연 확산이 커지고 다이버시티 차수 M을 최대화하기 위한 D도 커진다.
상기 수학식 15,16,19를 사용하면, 1개의 송신 안테나를 사용할 때의 RMS 지연 확산
Figure 112007080152287-pat00059
과 2개의 송신 안테나에 순환 지연 다이버시티 기법을 적용했을 때의 RMS 지연 확산
Figure 112007080152287-pat00060
는 하기 수학식 21과 같이 정의 할 수 있다.
[수학식 21]
Figure 112007080152287-pat00061
순환 지연 다이버시티 기법을 적용하면 채널 용량의 평균은 변하지 않지만, 분산은 작아짐으로써 불능률(outage) 성능이 개선된다.
따라서 수학식 7과 같이 정의된 다이버시티 차수가 증가할수록 채널의 분산이 감소하기 때문에 시스템의 불능률 성능이 개선된다고 설명 할 수 있다.
그러므로, 주어진 FER을 만족시키기 위한 SINR은 다이버시티 차수가 증가할수록 단조 감소한다. 주어진 FER을 만족시키기 위한 SINR을 하기 수학식 22와 같이 나타낼 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 신호대잡음간섭 함수 제공부(210)는 하기 수학식 22를 사용하여 구해지는 신호대간섭잡음 함수값을 제공할 수 있다.
[수학식 22]
Figure 112007080152287-pat00062
도 4는 채널 추정이 완벽한 경우 다이버시티 차수에 따른 SINR의 그래프로 수학식 22의
Figure 112007080152287-pat00063
(신호대잡음간섭 함수)에 해당한다.
한편, 다이버시티 차수가 일정 수준 이상으로 증가하면 페이딩 채널은 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 채널로 전환되기 때문에, 다이버시티 이득이 더 이상 증가할 수 없다. 또한, 일정 수준 이상의 다이버시티 차수에서는 SINR이 더 이상 감소하지 않을 것이다. 즉, 신호대잡음간섭 함수
Figure 112007080152287-pat00064
는
Figure 112007080152287-pat00065
이 증가함에 따라 단조 감소하다가, 일정 수준 이상의
Figure 112007080152287-pat00066
부터는 AWGN 채널의 SINR에 수렴할 것이다.
순환 지연 값이 증가하면, 다이버시티 차수가 증가할 뿐만 아니라, RMS 지연 확산도 증가한다. RMS 지연 확산이 증가하면 채널의 주파수 선택적 특성이 커지 게 되고, 주파수 선택적 특성이 커질수록 채널 추정을 위해 사용되는 파일럿(pilot) 신호 사이의 보간(interpolation) 과정에서 발생하는 채널 추정 오류도 증가하게 된다. 즉, 순환 지연 값이 증가하면 다이버시티 차수와 채널 추정 오류가 함께 증가하게 되는 것이다.
OFDM 시스템의 수신단에서 CP(Cyclic Prefix)를 제거한 후 FFT 를 거치고 나면 n번째 심볼 시간(symbol time)에서 k번째 부반송파(subcarrier)의 심볼은 수학식 23과 같이 정의 할 수 있다.
[수학식 23]
Figure 112007080152287-pat00067
여기서
Figure 112007080152287-pat00068
는 n 번째 심볼 시간의 k번째 부반송파에서의 채널의 주파수 응답이고,
Figure 112007080152287-pat00069
는 간섭 및 잡음에 의해 생성되는 성분으로서 분산이
Figure 112007080152287-pat00070
인 AWGN으로 근사화될 수 있으며, 이 후부터는 편의상
Figure 112007080152287-pat00071
는 생략한다.
이때, 채널 추정 계수
Figure 112007080152287-pat00072
는 수학식 24와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 24]
Figure 112007080152287-pat00073
상기 수학식 24에서,
Figure 112007080152287-pat00074
는 채널 추정 오류를 나타낼 때
Figure 112007080152287-pat00075
라고 가정하면, 채널 추정의 MSE(Mean Square Error)는
Figure 112007080152287-pat00076
의 분산이 된다.
Figure 112007080152287-pat00077
는
Figure 112007080152287-pat00078
의 함수이고, 이 함수는 단조 증가 함수임을 가정 할 수 있다. 따라서
Figure 112007080152287-pat00079
과
Figure 112007080152287-pat00080
의 관계는 하기 수학식 25와 같이 정의할 수 있다.
[수학식 25]
Figure 112007080152287-pat00081
도 5는 RMS 지연 확산
Figure 112007080152287-pat00082
와 채널 추정 오류의 분산인
Figure 112007080152287-pat00083
의 함수
Figure 112007080152287-pat00084
를 나타낸다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 채널추정오류 분산 함수 제공부(220)는 상기 수학식 25를 사용하여 구해지는 채널추정오류 분산 함수값을 제공할 수 있다.
이때, 수신 신호 Y를 MRC(Maximal Ratio Combining) 등화기에 통과시키면 하기 수학식 26과 같이 표현되는 신호
Figure 112007080152287-pat00085
를 얻을 수 있다.
[수학식 26]
Figure 112007080152287-pat00086
상기 수학식 26에서 신호에 해당되는 항은
Figure 112007080152287-pat00087
이고, 간섭 및 잡음을 나타내는 항은
Figure 112007080152287-pat00088
라고 정의 할 수 있다. 따라서 송신 신호의 전력을 1이라고 가정하면, 채널 추정 오차
Figure 112007080152287-pat00089
가 존재할 때의 SINR은 하기 수학식 27과 같이 정의할 수 있다.
[수학식 27]
Figure 112007080152287-pat00090
만일, 채널 추정 오차가 존재하지 않는다면
Figure 112007080152287-pat00091
이 되므로
Figure 112007080152287-pat00092
이고,
Figure 112007080152287-pat00093
이면,
Figure 112007080152287-pat00094
이 된다. 만약
Figure 112007080152287-pat00095
을 가정하면 수학식 27은 하기 수학식 28과 같이 근사화 하여 나타낼 수 있다.
[수학식 28]
Figure 112007080152287-pat00096
그리고,
Figure 112007080152287-pat00097
일 때 SINR의 평균인
Figure 112007080152287-pat00098
은 하기 수학식 29로 정의할 수 있다.
[수학식 29]
Figure 112007080152287-pat00099
상기 수학식 29에서,
Figure 112007080152287-pat00100
은 주어진 FER을 만족시키기 위해서 시스템에 요구되는 SINR(required SINR)이다.
Figure 112007080152287-pat00101
이기 때문에 채널 추정 오류의 영향이 없다면 주어진 FER을 만족시키기 위한
Figure 112007080152287-pat00102
지만, 채널 추정 오류가 존재할 때에는
Figure 112007080152287-pat00103
을 만족시키기는 SINRreq을 구해야 한다.
SINRreq은 상기 수학식 22, 25, 28을 이용해서 수학식 30과 같이 정의할 수 있다.
[수학식 30]
Figure 112007080152287-pat00104
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 순환 지연값 결정부(230)는 상기 수학식 30을 사용하여 시스템에 요구되는 SINR을 계산하고, 이로부터 최적의 순환 지연값을 결정 할 수 있다.
한편, 순환 지연 값
Figure 112007080152287-pat00105
가 증가할수록, 다이버시티 효과 면에서는 SINR 성능이 개선되고, 채널 추정 면에서는 SINR 성능이 저하된다. 즉, 다이버시티 효과와 채널 추정 오류로 인한 상반 관계가 성립하는 것이다. 따라서 이러한 관계를 고려하여 요구되는 SINRreq을 최소화하는 순환 지연 값
Figure 112007080152287-pat00106
를 최적의 순환 지연 값
Figure 112007080152287-pat00107
로 정의한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 순환 지연값 결정부(230)는 다이버시티 효과와 채널 추정 오류로 인한 상반 관계를 고려하여, 요구되는 SINRreq을 최소화하는 순환 지연 값을 최적의 순환 지연 값으로 결정한다.
상기 수학식 14 및 19에서 확인할 수 있듯이 다이버시티 차수와 RMS 지연 확산은 순환 지연 값의 함수이기 때문에,
Figure 112007080152287-pat00108
및
Figure 112007080152287-pat00109
는 순환 지연 값에 따라서 변화한다.
따라서 상기 수학식 30을 이용하면, SINRreq을 최소가 되게 하는 최적의 순환 지연 값
Figure 112007080152287-pat00110
를 구할 수 있으며, 이 과정에서 일반적으로는
Figure 112007080152287-pat00111
와
Figure 112007080152287-pat00112
를 사전에 생성하여 테이블로 저장한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 다이버시티 차수에 따른 신호대잡 음간섭 함수는 순환 지연 값을 순차적으로 증가시켜 각 순환 지연 값에 대한 다이버시티 차수를 계산하여 결정할 수 있다.
또한, 본발명의 실시예에 따르면, 상기 채널 추정 오류 분산 함수는 순환 지연 값을 순차적으로 증가시켜 각 순환 지연 값에 대한 지연 확산 값을 계산하여 결정할 수 있다.
순환 지연 기법에서 최적의 순환 지연 값을 결정하기 위한 본 발명의 유용성을 보이기 위하여, 모의실험을 하기 표 1과 같은 조건으로 수행 하였고, 전력 지연 프로파일은
Figure 112007080152287-pat00113
로 정의하였다.
[표 1]
Figure 112007080152287-pat00114
채널 추정이 완벽한 경우 다이버시티 차수가 증가하면 주어진
Figure 112007080152287-pat00115
을 만족시키기 위한 SINR은 감소한다. 이러한 관계를 나타내는 수학식 24의 단조 감소 함수
Figure 112007080152287-pat00116
는 도 4를 통해 확인할 수 있다.
또한,
Figure 112007080152287-pat00117
가 증가함에 따라 RMS 지연 확산은 증가하게 되고, 이로 인해 채널 추정 오류의 분산도 증가하게 된다. 도 5에서 RMS 지연 확산과 채널 추정 오류의 분산의 관계를 나타내는 그래프가 단조 증가함을 볼 수 있다. 상기 도 5에 도시된 그래프는 수학식 25에서
Figure 112007080152287-pat00118
에 해당한다.
또한,
Figure 112007080152287-pat00119
의 증가는 다이버시티 차수
Figure 112007080152287-pat00120
의 증가를 통한 SINR 개선과 함께, 채널 추정 오류의 분산
Figure 112007080152287-pat00121
의 증가로 인한 SINR 손실을 모두 가져온다. 다이버시티 효과와 채널 추정 오류를 함께 고려한 모의실험 결과는 도 6에서 확인할 수 있다.
도 6을 참조하면,
Figure 112007080152287-pat00122
가 증가할수록 특정 FER을 만족시키는 SINRreq이 다이버시티 효과에 의해 감소하다가 채널 추정 오류의 영향으로 인해 증가하는 것을 알 수 있다.
그리고, 상기 수학식 22, 25, 30을 이용하여 본 발명의 실시예에 따라서 SINRreq을 계산할 수 있다. 우선 채널 추정이 완벽하다고 가정하면, 모의실험을 통해 수학식 22에서 주어진 함수
Figure 112007080152287-pat00123
에 대한 테이블을 구할 수 있다.
또한, 주어진 채널에서 일정한 방식으로 채널 추정을 하는 경우 함수
Figure 112007080152287-pat00124
에 대한 테이블을 구할 수 있다. 그 후,
Figure 112007080152287-pat00125
과
Figure 112007080152287-pat00126
를 수학식 30에 대입하면 본 발명의 실시예에 따라 계산된
Figure 112007080152287-pat00127
를 구할 수 있다.
상기
Figure 112007080152287-pat00128
는 도 6에서 확인할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 모의실험 결과를 통해 최적의 순환 지연 값
Figure 112007080152287-pat00129
를 구할 수 있고,
Figure 112007080152287-pat00130
를 통해서도 최적의 순환 지연 값에 대한
Figure 112007080152287-pat00131
를 구할 수 있 다.
하기 표 2는 주어진 채널의 RMS 지연 확산
Figure 112007080152287-pat00132
(수학식 21)에 대한
Figure 112007080152287-pat00133
와
Figure 112007080152287-pat00134
를 보여준다.
[표 2]
Figure 112007080152287-pat00135
또한, 표 2에는
Figure 112007080152287-pat00136
를 적용했을 때의 SINR인 SINRreq과
Figure 112007080152287-pat00137
를 적용했을 때의 요구되는 SINR인
Figure 112007080152287-pat00138
가 비교되어 있다. 상기 표 2를 참조하면, SINR의 오차(
Figure 112007080152287-pat00139
)가 매우 작다는 것을 확인할 수 있다. 즉, 수학식 30을 이용해서 추정된
Figure 112007080152287-pat00140
을 최소화하는
Figure 112007080152287-pat00141
을 선택하면 순환 지연 다이버시티 시스템의 성능을 최적화할 수 있는 것이다.
도 7은 RMS 지연 확산
Figure 112007080152287-pat00142
와 최적의 순환 지연 값
Figure 112007080152287-pat00143
의 관계를 나타낸다.
상기한 모의실험 조건 하에서는 최적의 순환 지연 값이 FFT 크기에 비해서 상대적으로 작다는 것을 알 수 있다.
또한, RMS 지연 확산에 따른 최적의 순환 지연 값은 일정 값까지 증가하다가 감소하는 경향을 보임을 알 수 있다. 이러한 경향은 RMS 지연 확산이 일정 값 이상이면 추가적으로 얻을 수 있는 다이버시티 효과에 비해 채널 추정 오류로 인한 성능 열화의 영향이 더 크기 때문에 발생한다.
상기 도 7에서 음영 부분은 SINRreq이
Figure 112007080152287-pat00144
의 오차 이내에 있도록 하는 순환 지연 값
Figure 112007080152287-pat00145
의 범위를 나타낸다. 본 발명의 실시예에 따라서 계산된
Figure 112007080152287-pat00146
가 이러한 범위 내에 있음을 확인할 수 있다.
본 발명에 따른 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.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 최적의 순환 지연 값을 갖는 다이버시티 송신 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 최적의 순환 지연값 결정 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 순환 지연 값에 따라서 정규화된 다이버시티 차수가 변화하는 그래프이다.
도 4는 채널 추정이 완벽한 경우 다이버시티 차수에 따른 SINR의 그래프이다.
도 5는 RMS 지연 확산과 채널 추정 오류의 분산 그래프이다.
도 6은 순환 지연 다이버시티를 모의실험으로 계산한 SINR과 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 계산한 SINR의 비교한 그래프이다.
도 7은 모의 실험 결과와 본 발명의 실시예에 따른 방법을 비교한 그래프이다.

Claims (12)

  1. 다이버시티 차수에 따른 신호대잡음간섭 함수를 결정하는 단계;
    채널 추정 오류 분산 함수를 결정하는 단계; 및
    상기 신호대잡음간섭 함수 및 채널 추정 오류 분산 함수에 따라서 시스템에 요구되는 SINR을 결정하는 단계를 포함하는 최적의 순환 지연 값을 결정하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다이버시티 차수에 따른 신호대잡음간섭 함수를 결정하는 단계는,
    순환 지연 값을 순차적으로 증가시켜 각 순환 지연 값에 대한 다이버시티 차수를 계산하여 결정하는 것을 특징으로 하는 최적의 순환 지연 값을 결정하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 다이버시티 차수에 따른 신호대잡음간섭 함수는 미리 측정되어 저장된 값으로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 최적의 순환 지연 값을 결정하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 채널 추정 오류 분산 함수를 결정하는 단계는,
    순환 지연 값을 순차적으로 증가시켜 각 순환 지연 값에 대한 지연 확산 값을 계산하여 결정하는 것을 특징으로 하는 최적의 순환 지연 값을 결정하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 채널 추정 오류 분산 함수는 미리 측정되어 저장된 값으로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 최적의 순환 지연 값을 결정하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 시스템에 요구되는 SINR은,
    상기 신호대잡음간섭 함수를 [1 - 상기 신호대잡음간섭 함수와 채널 추정 오류 분산 함수의 곱]으로 나눈 값임을 특징으로 하는 최적의 순환 지연 값을 결정하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    최적의 순환 지연 값은,
    상기 시스템에 요구되는 SINR이 최소일 때의 순환 지연값임을 특징으로 하는 최적의 순환 지연 값을 결정하는 방법.
  8. 최적의 순환 지연 값을 갖는 순환 지연 다이버시티 방법으로서,
    송신 신호를 제1 안테나로 제공하는 단계;
    다이버시티 이득과 채널 추정 오류에 따라서 SINR을 구하고 상기 SINR이 최소가 되는 순환 지연값을 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 순환 지연 시간 이후 상기 송신 신호를 제 2 안테나로 제공하는 단계를 포함하는 최적의 순환 지연 값을 갖는 순환 지연 다이버시티 방법.
  9. 다이버시티 차수에 따른 신호대잡음간섭 함수값을 제공하는 신호대잡음간섭 함수 제공부;
    채널 추정 오류 분산 함수값을 제공하는 채널추정오류 분산함수 제공부; 및
    상기 신호대잡음간섭 함수값 및 채널 채널 추정 오류 분산 함수값에 의하여 시스템에 요구되는 SINR값을 계산하여 최적의 순환 지연값을 결정하는 순환지연값 결정부를 포함하는 최적의 순환 지연 값 결정 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 신호대잡음간섭 함수 제공부는,
    순환 지연 값을 순차적으로 증가시켜 각 순환 지연 값에 대한 다이버시티 차수를 미리 계산하여 생성한 테이블을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 최적의 순환 지연 값 결정 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 채널추정오류 분산함수 제공부는,
    순환 지연 값을 순차적으로 증가시켜 각 순환 지연 값에 대한 지연 확산 값을 미리 계산하여 생성한 테이블을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 최적의 순환 지연 값 결정 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 순환지연값 결정부는 상기 시스템에 요구되는 SINR이 최소일 때의 순환 지연값을 최적의 순환 지연 값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 최적의 순환 지연 값 결정 장치.
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