KR100909553B1 - 다중 수신 안테나를 이용한 채널 환경 적응 ｍｍｓｅ 수신방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동통신 시스템에서 다중 수신 안테나의 결합 계수를 채널 상태에 따라 제어함으로써, 데이터 복원의 성능을 향상시키는 방법 및 장치에 관한 것이다. 단말은 기지국으로부터 다중 수신 안테나를 통해 수신된 신호로부터 프리앰블과 파일럿과 데이터를 검출하고, 검출된 프리앰블로부터 채널 상관도를 측정하여 일정한 임계값을 초과하는 채널 상관도를 가지는 시간축/주파수축의 구간들을 각 계산 영역으로 구분한 후, 각 계산 영역에 대해 MMSE 계수를 계산한다. 이로써 다중 수신 안테나로 수신한 신호를 결합할 최적의 계수들을 찾아 수신 성능을 최적화한다.

채널 추정, 간섭제거, 보간, 상관도, 적응, MMSE

Description

다중 수신 안테나를 이용한 채널 환경 적응 ＭＭＳＥ 수신 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ADAPTIVE MMSE RECEIVING TO ADAPT VARIOUS CHANNEL CONDITION FOR MULTIPLE RECEIVE ANTENNA}

본 발명은 이동통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 다중 수신 안테나에 유입되는 간섭신호를 채널 상태에 따라 효율적으로 제거하여 데이터 복원 성능을 향상하기 위한 수신 장치 및 방법에 관한 것이다.

차세대 이동통신 시스템에서는 약 100Mbps의 전송 속도를 가지는 다양한 서비스 품질(Quality of Service : 이하 'QoS' 칭함)을 가지는 서비스들을 사용자들에게 제공하기 위한 활발한 연구가 진행되고 있다. 그 대표적인 시스템으로 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) IEEE 802.16e 시스템 및 3GPP(3rd Generation Partnership Project)/3GPP2 LTE(Long Term Evolution) 시스템 등이 있다.

IEEE 802.16e 시스템 및 LTE 시스템은 제한된 주파수에 고품질, 대용량의 멀티미디어 데이터 전송을 목표로 한다. 이를 위해 제한된 주파수를 사용해서 많은 용량의 데이터를 보내기 위한 방법으로 다중 송수신 안테나(Multiple Input Multiple Output : 이하 'MIMO'이라 칭함) 방식과 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing : 이하 'OFDM'이라 칭함)/직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access : 이하 'OFDMA'이라 칭함) 방식을 함께 사용할 수 있다.

MIMO 방식은 송수신을 위해 다중 안테나를 사용함으로써 독립적인 다수의 페이딩 채널들을 형성하고 송신 안테나마다 다른 신호를 전송함으로써 데이터 전송속도를 크게 향상시킬 수 있다. 따라서 주파수 채널의 개수를 더 늘리지 않고도 많은 양의 데이터를 보낼 수 있는 장점이 있다. OFDM 방식은 고속의 데이터를 병렬로 처리한 후 다수의 부반송파를 이용하여 병렬로 전송하는 것으로서, 고속의 데이터을 저속으로 분할하여 다수의 반송파를 통해 동시에 전송하는 것이다.

도 1은 일반적인 이동통신 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 이동통신 시스템은 이동 단말(102), 서비스 기지국(serving base station)(104), 주변의 기지국들(neighbor base stations)(106,108)로 구성된다. 서비스 기지국(104)에서 송신된 신호를 제외한 주변의 기지국들(106,108) 등으로부터의 송신 신호는 이동 단말(102)에게 간섭 신호로 작용하게 된다. 이러한 간섭 신호는 다중 안테나 수신기의 각 안테나 수신 신호간의 상관 오류를 발생시킨다.

이동통신 시스템에 접속 가능한 이동 단말이 다중 수신 안테나를 가지고 있을 때, 통상적으로 MRC(Maximal Ration Combining) 수신 방법을 통해 각 수신 안테 나간의 신호를 결합함으로써 최적의 신호 형태를 구성한다. MRC 수신 방법은 각 안테나에 수신된 신호의 잡음과 간섭성분이 서로 독립적인 경우에 최적의 성능을 얻을 수 있는 방법이다.

종래에는 각각의 안테나에 수신된 신호를 결합함에 있어 각 안테나의 채널 상태만을 개별적으로 추정하였으므로 각 안테나 사이의 상관도에 관한 정보를 잃게 되어 수신 성능의 저하가 발생한다. 또한, 개별적인 채널 추정은 간섭신호에 의한 채널 추정 오차를 발생시키기 때문에 이러한 종래의 MRC 결합 방법은 시스템의 성능 저하를 가져온다.

한편 OFDM 방식을 사용하는 시스템에서 다중 수신 안테나가 수신하는 신호들은 채널의 신호 왜곡 및 주파수 위상 오차로 인하여 직교성이 떨어지고 서로 상관관계를 지니고 있다. 따라서 종래기술에 의한 MRC 수신 방법을 서로 상관관계를 지니는 간섭성분들을 가지는 신호들에 적용하는 것은 적합하지 않았다.

따라서 상기한 바와 같이 동작되는 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 본 발명은, 다중 수신 안테나에 수신되는 간섭신호를 채널 상태에 따라 효과적으로 제거하여 데이터 복원 성능을 향상시키기 위한 수신 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명은, 이동통신 시스템에서 여러 기지국으로부터 이동 단말로 수신되는 신호의 시간적/주파수축 상관 특성을 이용하여 적응적으로 채널 추정을 수행하는 알고리즘을 포함한 수신 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명은, 채널상태를 추정하는 이동통신 시스템에서 다중 수신 안테나로 수신되는 신호로부터 채널상태의 시간축과 주파수축 상호 상관특성을 고려하여 MMSE(Minimum Mean-Squared Error) 방식을 통해 송신신호를 검출하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시예는, 다중 수신 안테나를 이용하는 직교주파수 분할 다중화(OFDM) 이동통신 시스템에서의 신호 수신 방법에 있어서,

상기 다중 수신 안테나를 통해 수신된 신호를, 각각 소정 임계값들을 초과하는 주파수축 채널 상관도 및 시간축 채널 상관도를 가지는 복수의 계산 영역들로 구분하는 단계;

상기 계산 영역들 내의 파일럿 신호를 이용하여 상기 계산 영역들에 대한 MMSE(Minimum Mean-Squared Error) 계수들을 계산하는 단계;

상기 계산된 MMSE 계수들을 이용하여 상기 수신된 신호에 대해 MMSE 검출을 수행함으로써 송신 신호를 복원하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예는, 다중 수신 안테나를 이용하는 직교주파수 분할 다중화(OFDM) 이동통신 시스템에서의 신호 수신 장치에 있어서,

상기 다중 수신 안테나를 통해 수신된 신호를, 각각 소정 임계값을 초과하는 주파수축 채널 상관도 및 시간축 채널 상관도를 가지는 복수의 계산 영역들로 구분하고, 상기 계산 영역들 내의 파일럿 신호를 이용하여 상기 계산 영역들에 대한 MMSE(Minimum Mean-Squared Error) 계수들을 각각 계산하는 제어기와,

상기 MMSE 계수들을 이용하여 상기 수신 신호에 대해 MMSE 검출을 수행함으로써 송신 신호를 복원하는 MMSE 검출기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서 개시되는 발명 중 대표적인 것에 의하여 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 OFDM/OFDMA 방식과 MIMO 방식을 결합하여 사용하는 이동통신 시스템에서 MMSE 수신 방법을 통해 각 안테나간 상관 특성을 고려하여 다중 수신 안테나의 신호들을 결합함으로써, 종래의 MRC 수신 방법에 비해 우수한 수신 성능을 얻을 수 있는 효과가 있다. 또한 본 발명에서는 MMSE 계산을 수행하는 단위인 MMSE 계산 영역의 크기를 주파수축과 시간축의 채널 상관도에 따라 가변적으로 결정함으로써, 채널 상태에 대해 적응적으로 최적의 MMSE 계산이 수행될 수 있도록 한다. 즉 본 발명은, 채널 상태에 따라 적응적으로 MMSE 계수들을 계산하여 다중 수신 안테나로부터의 신호 수신에 적용함으로써, 신호간 간섭을 효율적으로 제거하고 데이터 복호성능을 향상시키는 효과를 얻는다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

후술되는 본 발명의 주요한 요지는 다중 수신 안테나를 사용하는 이동통신 시스템에서 간섭을 효과적으로 제거하기 위한 것이다. 이하 설명은 설명의 편의를 위하여 IEEE802.16e 시스템을 예로 설명하지만, OFDM 혹은 OFDMA와 MIMO 방식을 사용하는 이동통신 시스템에 본 발명의 개념을 적용할 수 있다.

다중 수신 안테나를 통해 이동 단말에 수신되는 간섭신호성분들이 서로 상관관계를 가지는 OFDM(A)- MIMO 시스템에서는 MMSE(Minimum Mean-Squared Error) 수신 방법을 사용하면 상기 간섭신호성분들을 효과적으로 제거할 수 있다. 이동 단말의 수신기에서 MMSE 방법을 사용하여 간섭을 제거하기 위한 동작은 다음과 같다.

이동 단말은 수신 신호로부터 제어신호를 분리해 내어, 상기 프레임 내의 파일럿 신호와 데이터 신호의 위치를 알아내며, 상기 수신 신호의 채널 상태를 추정 하고, 상기 추정한 채널 상태를 통해 채널 상태의 상관도(이하 채널 상관도라 칭함)가 일정한 임계값을 초과하는 시간/주파수 영역을 각각 계산 영역으로서 구분한다. 이때 상기 채널 상관도는 주파수축(frequency domain)과 시간축(time domain)으로 구분하여 계산된다. 이후 이동 단말은 각 계산 영역에 포함되는 파일럿 신호로부터 각 계산 영역별로 MMSE 계수를 계산하고, 상기 계산된 MMSE 계수로부터 다중 수신 안테나를 통해 수신된 신호의 간섭성분을 효과적으로 제거한다.

구체적으로 본 발명의 주요한 요지는 수신된 신호를, 시간 및 주파수 자원을 채널 상관도가 상대적으로 높은 복수의 계산 영역들로 구분하고, 각 계산 영역에 대해 MMSE 계수를 계산하는 것이다.

이하에서는 IEEE802.16e 시스템에서 기지국과 이동 단말 사이의 하향링크(Downlink: DL) 동작의 예를 들어 본 발명의 실시예들을 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 OFDM(A) 방식의 이동통신 시스템에서 데이터 송신기 및 수신기의 블록 구성도이다.

도시한 바와 같이, 송신기는 채널 부호기(204), 심볼 배치부(206), IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 및 RF(Radio Frequency) 송신부(208), 파일럿 발생기(210)로 구성되어 있고, 수신기는 RF 수신 및 FFT부(214), MMSE 검출기(216), 채널 복호기(218), MMSE 계수 검출 제어기(232)로 구성된다. 여기서 MMSE 계수 검출 제어기(232)는 제어신호 검출기(222), 시간축/주파수축 상관도 측정기(224), 계산 영역 선정기(226), MMSE 계수 계산기(228), MMSE 계수 보간기(230)로 구성된다. 여기에서는 송수신에 관련된 주요한 구성요소들만을 도시하였음에 유 의하여야 한다.

데이터 정보 비트들(202)은 채널 부호기(204)를 거쳐 부호화 된다. 파일럿 발생기(210)에서 생성된 파일럿과 상기 채널 부호화된 데이터는 IFFT 및 RF 송신부(208)를 거쳐 OFDM(A) 심볼들로 변환된 후 각 부채널을 통하여 전송된다. 상기 송신된 신호는 무선채널(212)을 통해 주변 기지국의 간섭신호와 함께 수신기로 전달된다.

수신기의 RF 수신 및 FFT부(214)로 수신된 신호는 OFDM(A) 신호로 변환되고, 상기 변환된 OFDM(A) 신호는 MMSE 검출기(216)와 MMSE 계수 검출 제어기(232)로 입력된다. 상기 MMSE 계수 검출 제어기(232)는 수신신호의 복원을 위한 MMSE 계수들을 검출하여 MMSE 검출기(216)에 입력하고, 상기 MMSE 계수들을 입력받은 MMSE 검출기(216)는 상기 RF 수신 및 FFT부(214)로부터 입력받은 OFDM(A) 신호에서 MMSE 검출을 통해 간섭성분을 효과적으로 제거함으로써 송신 신호를 복원하고, 상기 복원된 송신 신호를 채널 복호기(218)로 입력한다. 채널 복호기(218)에서는 상기 복원된 송신 신호를 입력받아 채널 복호 및 에러 정정과정을 수행하여 데이터 정보비트들(220)을 검출한다.

상기 MMSE 계수 검출 제어기(232)의 동작을 상세히 살펴보면 다음과 같다.

상기 RF 수신 및 FFT부(214)로부터 출력된 수신 신호는 제어신호 검출기(222)와 시간축/주파수축 상관도 측정기(224)로 입력된다. 제어신호 검출기(222)는 상기 수신 신호 중 프리앰블 신호 및 제어신호를 검출하여 채널정보를 알아내고, 상기 제어신호를 통해 한 프레임(혹은 한 버스트) 내에서 데이터 신호 및 파일 럿 신호의 위치를 알아낸다. 일 예로서 상기 제어 신호는 OFDM(A) 시스템에서 사용되는 MAP(mapping) 정보가 될 수 있다. 시간축/주파수축 상관도 측정기(224)는 상기 수신 신호에서 검출된 상기 프리앰블 신호를 통해 주파수축과 시간축 상에서의 채널 상관도를 측정한다. 계산 영역 선정기(226)는 상기 측정된 채널 상관도가 일정 임계값을 초과하는 주파수/시간 구간들을 각각 하나 이상의 영역(이하 MMSE 계산 영역이라 칭함)으로 구분한다.

MMSE 계수 계산기(228)는 각 계산 영역내의 파일럿 신호들에 대한 채널 상태를 이용하여 해당 계산 영역에 대한 MMSE 계수를 계산한다. MMSE 계수의 계산은 도 3에 나타낸 바와 같이 MMSE 계산 영역이라 명칭된, 연속한 OFDM 심볼과 연속된 부반송파로 이루어진 영역단위로 이루어진다. 각 MMSE 계산 영역 내의 모든 채널 상태 값들은 상호간에 임계값을 초과하는 상관도를 갖는다. 각 계산 영역 내에서 계산된 MMSE 계수들은 MMSE 계수 보간기(230)에 제공되며, 보간기(230)는 상기 제공된 MMSE 계수들을 사용하여 상기 수신 신호의 데이터 신호들에 대한 MMSE 계수들을 선형 보간을 통해 구한다. 상기 데이터 신호들에 대한 MMSE 계수들은 MMSE 검출기(216)에 제공되고, MMSE 검출기(216)는 상기 MMSE 계수를 사용하여, 다중 수신 안테나로 수신된 신호에서 MMSE 검출을 통해 간섭신호 성분을 제거함으로써 송신 신호를 복원한다. 상기 복원된 송신 신호는 채널 복호기(218)에 입력되며, 채널 복호기(218)는 상기 복원된 송신 신호에 대한 에러 정정 및 복호동작을 통해 데이터 정보 비트(220)를 검출한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 MMSE 수신 방법의 설명에 앞서, MMSE 계 수 계산의 단위를 이루는 MMSE 계산 영역의 예를 도 3에 나타내었다.

도 3은 OFDM(A) 방식의 이동통신 시스템으로 전송되는 버스트에서 데이터와 파일럿의 위치의 일 예를 도시한 것이다. 도시한 구성은 IEEE802.16e 시스템에서 사용되는 UL(Uplink)/DL(Downlink) 버스트 내의 파일럿과 데이터의 위치를 나타낸 것 이며, 기지국마다 서로 다른 버스트 구성이 사용될 수 있다.

도 3을 참조하면, 하나의 OFDM(A) 버스트는 시간영역에서 구분된 다수의 OFDM(A) 심볼들로 구성된다. 상기 각 OFDM 심볼은 주파수영역에서 구분된 다수의 부반송파(subcarrier)들을 통해 전송되며, 상기 다수의 부반송파들은 각각 소정 개수의 부반송파들을 포함하는 부채널(subchannel)들로 그룹화 된다. 하나의 심볼과 하나의 부반송파를 통해 전송되는 각 빈(bin)은 그 위치에 따라 파일럿 신호(302) 혹은 데이터 신호(304)로 구분된다.

"Pilot"(302)이라 표기된 빈(bin)은 파일럿을 나타내며, 수신기에서는 상기 제어신호 검출기(222)에서 검출된 제어신호를 통해 파일럿의 배치를 알 수 있고, 상기 파일럿은 채널 추정의 용도로 사용된다. 데이터 영역은 데이터 신호(304)가 전송되는 구간이다. 상기 OFDM 프레임을 구성하는 빈들은 시간축/주파수축 상관도 측정기(224)에서 측정된 시간축 및 주파수축의 채널 상관도들에 따라 다양한 크기와 형태를 가질 수 있는 복수의 MMSE 계산 영역들(306, 608)로 구분된다.

MMSE 계수의 계산은, 연속한 OFDM 심볼들과 연속된 부반송파들로 이루어진 MMSE 계산 영역의 단위로 이루어진다. 각 계산 영역의 크기와 형태는 시간축의 채널 상관도와 주파수축의 채널 상관도에 따라 적응적으로 선택된다. 이에 대한 구체 적인 알고리즘은 후술될 것이다. 한 버스트 내의 데이터 및 파일럿 신호들은 다양하거나 동일한 형태의 계산 영역 내에 속하게 될 수 있다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 MMSE 수신에 대한 전체 동작을 나타낸 흐름도이다.

도 4를 참조하면, 402단계에서 한 프레임의 신호가 수신된 후, 404단계에서 이동 단말의 수신기는 상기 프레임에 포함된 제어 신호의 해석을 통해 상기 프레임의 구조를 파악한다. 구체적으로 수신기는 상기 프레임에 포함된 MAP(mapping) 정보로부터 상기 프레임내의 데이터와 파일럿의 위치를 파악한다. 406단계에서 수신기는 상기 프레임에 포함된 프리앰블을 기반으로 상기 프레임에 대해 MMSE 계산 영역들을 설정한다.

구체적으로 수신기는 상기 프레임에 대해 시간축과 주파수축에 대해 채널상태 값들의 상관도들, 즉 채널 상관도들을 측정하여, 상기 채널 상관도들이 미리 정해지는 일정 임계값을 초과하는 빈들을 하나의 계산 영역으로 정한다. 만일 이동 단말이 빠르게 움직일 경우, 시간축의 채널 상관도는 전체적으로 감소하게 된다. 따라서 MMSE 계산 영역의 시간축 길이는 이동 단말의 이동속도가 증가할수록 짧아진다. 또한, 많은 다중 경로를 가질수록 주파수축의 채널 상관도는 낮아지기 때문에, MMSE 계산 영역의 주파수축 길이는 송수신기 사이에 많은 다중 경로가 존재할수록 짧아진다.

406단계에서 MMSE 계산 영역들을 설정한 후, 408단계에서 각 MMSE 계산 영역에 포함된 파일럿들에 의해 MMSE 계수가 계산된다. 상기와 같은 계산을 통해 각 MMSE 계산 영역 별로 하나의 MMSE 계수가 생성된다. 상기 MMSE 계수들은 수신 안테나들로부터 수신 신호들을 조합하는 MMSE 검출기(216)에서 채널 보상(channel compensation) 및 송신 신호 복원을 위해 사용되는데, 파일럿을 통하여 구한 상기 MMSE 계수들로 수신 신호를 보상하기 위해, 410단계 및 412 단계에서 상기 MMSE 계수들을 시간축 및 주파수축에서 보간된다.

구체적으로 410단계에서 수신기는 상기 MMSE 계산 영역별로 계산된 MMSE 계수들을 시간축에서 보간하며, 412단계에서 상기 시간축 보간된 MMSE 계수들을 주파수축에서 보간한다. 상기 보간 기법에는 다양한 방식이 존재하며, 일 실시예로 선형 보간 방법이 있다. 상기 각 축에서의 보간을 통해 데이터 영역의 데이터 신호들에 대한 MMSE 계수들이 결정된다.

414단계에서는 각각의 데이터 신호에 대한 MMSE 계수는 복수의 수신 안테나들로부터 수신된 해당 데이터 신호들을 결합하는데 사용한다. 상기 결합된 데이터 신호는 416단계에서 채널 복호기를 거치면서 복호되며, 418단계에서 상기 프레임에 대해 복호 완료 여부를 체크하여 상기 프레임의 모든 데이터 신호들에 대한 복호가 완료되었다면 수신 과정을 종료하며, 완료가 되지 않았다면 상기 406단계로 복귀한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 MMSE 계산 영역의 설정에 대한 일 예를 나타낸 것이다.

도 5를 참조하면, 수신기는 502단계에서 현재 수신된 프레임으로부터 검출된 프리앰블을 사용하여 얻은 채널상태로부터 상기 프레임의 주파수축 채널 상관도를 측정하고, 504단계에서 이전 프레임과 현재 프레임의 프리앰블들을 사용하여 얻은 채널상태로부터 시간축 채널 상관도를 측정한다. 506단계에서는 상기 시간축/주파수축 채널 상관도들로부터 MMSE 계산 영역을 설정한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따라 프리앰블 신호를 통한 채널의 상관 특성을 측정하는 수신기의 구성을 나타낸 것이다. 여기에서는 MIMO 시스템에서 2개의 수신 안테나가 사용되는 경우의 구성을 도시하였다. 도 6에 도시된 구성요소들(604, 606, 608, 610)은 도 2에 도시한 MMSE 계수 검출 제어기(232)에 대응한다.

도 6을 참조하면, 수신 안테나 1,2를 통해 수신된 OFDM(A) 신호들은 프리앰블/파일럿/데이터 영역 선별기(602)의 제어에 의해 역다중화기들(622a, 622b)를 거치면서 프리앰블 신호(616)와 파일럿 신호(618)와 데이터 신호(620)로 구분된다. 상관도 측정기(604)는 프리앰블 신호(616)를 이용하여 시간축 및 주파수축 채널 상관도를 측정하며, MMSE 계산 영역 결정기(606)에서는 상기 시간축 및 주파수축 채널 상관도를 이용하여 MMSE 계산 영역들을 결정한다.

MMSE 계수 계산기(608)에서는 파일럿 신호(618)를 이용하여 상기 각 MMSE 계산 영역에 대한 MMSE 계수를 계산하며, MMSE 계수 보간기(610)는 상기 MMSE 계수들을 이용하여 시간축 및 주파수축 보간을 수행함으로써 데이터 구간에 대한 MMSE 계수들을 계산한다. 상기 데이터 구간에 대한 MMSE 계수들은 MMSE 결합기(612)에서 수신 안테나 1,2를 통해 수신된 데이터 신호(620)를 결합하여 송신 신호를 복원하는 데에 사용된다. 상기 MMSE 결합을 통해 복원된 송신 신호는 신호 복원부(614)를 통해 채널 복조 및 복호가 이루어진다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따라 MMSE 계산 영역의 주파수축 길이를 결정하는 흐름도를 나타낸 것이다.

도 7을 참조하면, 수신된 i번째 프레임에 대한 주파수축 채널 상관도를 측정하기 위해 704단계에서 수신기는 MMSE 계산 영역의 주파수축 길이를 계산하는데 사용되기 위한 변수 FC(Frequency Correlation)를 초기값 f_0으로 설정한다. 706단계에서 수신기는 i번째 프레임 내의 n번째 심볼에 대해 서로 FC만큼 떨어진 부반송파들의 프리앰블 신호들의 곱(두 프리앰블 신호들의 곱에 있어서, 높은 부반송파의 프리앰블 신호는 공액을 취한 후 낮은 부반송파의 프리앰블 신호와 곱해짐)을 계산한다.

708단계에서 수신기는 FC만큼 떨어진 모든 부반송파들에 대한 곱들의 평균을 구하여 주파수축 채널 상관도 값으로서 계산하며, 710단계에서 상기 계산된 상관도 값과 미리 정해지는 임계값을 비교하며, 상기 계산된 상관도 값이 임계값보다 크면 716단계로 진행하여

만큼 FC를 증가시킨 후 706단계로 복귀한다. 반면 상기 상관도 값이 상기 임계값보다 크지 않으면, 수신기는 712단계로 진행하여

만큼 감소된 FC를 MMSE 계산 영역의 주파수축 길이로 결정한다. 여기서 상기

의 값은 실험적으로 설정될 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따라 MMSE 계산 영역의 시간축 길이를 결정하는 흐름도이다. 도시한 바와 같이 수신기는 이전 프레임에서 추출된 프리앰블과 현재 수신된 프레임에서 추출된 프리앰블 간의 채널 상관도를 측정한다. 여기서

는 0이다.

도 8을 참조하면, 804단계에서 수신기는 현재 프레임을 수신하고 상기 프레임으로부터 추출된 프리앰블 신호를 저장하고, 806단계에서 상기 현재 프레임으로부터 이전 프레임과 상기 현재 프레임 중 각 부반송파에서 서로

만큼 떨어진 프리앰블 신호들의 곱(두 프리앰블 신호들의 곱에 있어서, 이전 프레임의 프리앰블 신호는 공액복소수를 취한 후 현재 프레임의 프리앰블 신호와 곱해짐)을 계산한다. 808단계에서 모든 부반송파들에 대한 상기 곱들의 평균이 시간축 채널 상관도 값으로서 계산된다.

810단계에서 상기 계산된 상관도 값과 임계값의 크기를 비교하며, 상기 계산된 상관도 값이 상기 임계값보다 크면 816단계로 진행하여 시간축 상관 길이

을

만큼 증가시킨 후, 상기 동일한 동작을 반복하기 위해 806단계로 복귀한다. 만약 상기 상관도 값이 상기 임계값보다 크지 않으면 812단계로 진행하여 MMSE 계산 영역의 시간축 길이는

로 결정된다. 여기서 상기

의 값은 실험적으로 설정될 수 있다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 MMSE 계산 영역의 시간축/주파수축 길이의 결정을 설명하기 위한 것이다. OFDM(A) 심볼들로 구성되어 송신되는 하나의 프레임은 가로축은 부반송파들, 세로축은 OFDM(A) 심볼들로 각각 구분된다. 주파수축의 상관도 측정을 위해 수신기는, 서로 다른 M개의 주파수축 상관 길이들마다 각 각 채널 상관도 값을 계산하고, 상기 채널 상관도 값이 임계값을 초과하는 최대 주파수축 상관 길이를 MMSE 계산 영역의 주파수축 길이로 선택한다.

시간축의 상관도 측정을 위해 수신기는, i번째 프레임과 i+1번째 프레임 간의 채널 상관도 값을 계산하고, 상기 채널 상관도 값이 임계값을 초과하는지의 여부에 따라 MMSE 계산 영역의 시간축 상관 길이를 결정한다. 상기 시간축 채널 상관도의 계산은 동일한 부반송파에 대해서 이루어진다. 도 9에서는 시간축에서 상관도 계산을 위한 단위로 프레임들을 사용하였지만, 시간축에서 상관도 계산을 위한 단위로 정해진 부반송파에 위치하는 파일럿 및 프리앰블을 포함하는 심볼들을 사용할 수도 있음은 물론이다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따라 MMSE 계산 영역의 크기를 설정하는 예를 나타낸 것이다. 여기에서는 M개의 주파수축 상관 길이들과 2개의 시간축 상관 길이를 이용한 MMSE 계산 영역의 크기 설정에 대한 예를 나타내었다.

도 10을 참조하면, 현재 프레임과 이전 프레임의 프리앰블 신호들에 대한 시간축 채널 상관도가 시간축 임계값인 0.6보다 큰지 그렇지 않은지 여부에 따라, MMSE 계산 영역의 시간축 길이는 각각 4 OFDM 심볼 혹은 8 OFDM 심볼로 설정된다. 42 부반송파에 대한 주파수축 채널 상관도가 주파수축 임계값인 0.9를 초과할 경우 MMSE 계산 영역의 주파수축 길이는 42 부반송파가 되나, 그렇지 않은 경우 MMSE 계산 영역의 주파수축 길이는 21 부반송파가 된다.

일 예로서 이동 단말이 거의 정지해 있는 경우(임계값 미만의 속도로 움직이는 경우를 포함함) MMSE 계산 영역의 시간축 길이가 8 OFDM 심볼이 되며, 이동 단 말이 이동할 경우 MMSE 계산 영역의 시간축 길이가 4 OFDM 심볼이 된다. 또한, 송수신기 사이에 형성된 다중 경로 채널의 개수가 적을 경우에는 42 부반송파가 MMSE 계산 영역의 주파수축 길이로 설정되나, 송수신기 사이에 다중 경로 채널이 많은 경우 주파수축 채널 상관도가 저하되므로, 21 부반송파가 MMSE 계산 영역의 주파수축 길이로 설정된다.

도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시간축과 주파수축에서 MMSE 계수들의 선형 보간을 수행하는 일 예를 도시한 것이다. 도시한 바와 같이 각 계산 영역 내에서 얻은 MMSE 계수들을 시간축과 주파수축에서 선형 보간하여 데이터 위치에서의 MMSE 계수들을 얻는다. 여기에서는 주파수축을 부반송파 단위로, 시간축을 심볼단위로 도시되었다.

도 11을 참조하면, 각 계산 영역(1102, 1114, 1116)은 앞서 설명한 바와 같이 주파축과 시간축 채널 상관도에 따라 설정된 것이며, 각 계산 영역(1102, 1114, 1116)에서 얻어진 MMSE 계수(이하 기준 MMSE 계수라 칭함)는 해당 계산 영역(1102, 1114, 1116)의 중심 위치(1108, 1104, 1106)에 대응하는 것으로 간주된다. 상기 중심 위치들(1108, 1104) 사이의 데이터 위치들 A, B에 대한 MMSE 계수들은 MMSE 계산 영역들(1102, 1114)에서 얻어진 기준 MMSE 계수들에 대한 시간축 선형 보간(1110)을 통해 얻어진다. 또한 상기 중심 위치들(1104, 1106) 사이의 데이터 위치들 A, C, E, F, H와 파일럿 위치들 D, G에 대한 MMSE 계수들은 MMSE 계산 영역들(1114, 1116)에서 얻어진 기준 MMSE 계수들에 대한 주파수축 선형 보간(1112)을 통해 얻어진다.

이와 같은 방법으로 얻어진 각 데이터 위치에서의 MMSE 계수는 복수의 수신 안테나들을 통해 수신된 데이터 신호들을 MMSE 결합하는데 적용된다. 상기 결합된 신호는 채널 복호기를 거치면서 복원처리 동작을 통해 데이터 정보비트로서 복원된다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1은 이동 통신 환경에서 서비스 및 간섭 기지국의 형태를 도시한 도면,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이동통신 시스템에서 OFDMA를 사용하는 데이터 송신 및 수신 장치의 구성을 나타낸 도면,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 방식을 사용하는 이동통신 시스템에서 전송되는 프레임 신호 중 파일럿 신호의 위치를 나타낸 도면,

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 MMSE 수신 방법에 대한 전체 동작을 나타낸 흐름도,

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 MMSE 계산 영역의 설정에 대한 일 예를 나타낸 흐름도,

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 프리앰블 신호를 통한 채널의 상관 특성을 측정하는 장치의 도면.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 MMSE 계산 영역의 주파수축 길이를 결정하는 동작을 보인 흐름도.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 MMSE 계산 영역의 시간축 길이를 결정하는 동작을 보인 흐름도.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 MMSE 계산 영역의 시간축/주파수축 길이의 결정을 설명하기 위한 도면.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따라 MMSE 계산 영역의 크기를 설정하는 예를 나타낸 도면,

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 시간축과 주파수축에서 MMSE 계수들의 선형 보간을 설명하기 위한 도면.

Claims (16)

1. 다중 수신 안테나를 이용하는 직교주파수 분할 다중화(OFDM) 이동통신 시스템에서의 신호 수신 방법에 있어서,

   상기 다중 수신 안테나를 통해 수신된 신호를, 각각 소정 임계값들을 초과하는 주파수축 채널 상관도 및 시간축 채널 상관도를 가지는 복수의 계산 영역들로 구분하는 과정과,

   상기 계산 영역들 내의 파일럿 신호를 이용하여 상기 계산 영역들에 대한 MMSE(Minimum Mean-Squared Error) 계수들을 각각 계산하는 과정과

   상기 MMSE 계수들을 이용하여 상기 수신 신호에 대해 MMSE 검출을 수행함으로써 송신 신호를 복원하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 수신 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 구분하는 과정은,

   상기 수신 신호 중 현재 프레임으로부터 검출된 프리앰블 신호로부터 주파수축 채널 상관도를 계산하고, 상기 주파수축 채널 상관도에 따라 상기 각 계산 영역의 주파수축 길이를 결정하는 과정과,

   상기 수신 신호 중 상기 현재 프레임과 이전 프레임으로부터 검출된 프리앰블 신호들로부터 시간축 채널 상관도를 계산하고, 상기 시간축 채널 상관도에 따라 상기 각 계산 영역의 시간축 길이를 결정하는 과정과,

   상기 결정된 주파수축 및 시간축 길이를 가지는 상기 각 계산 영역을 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 수신 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 주파수축 길이를 결정하는 과정은,

   주파수축 상관 길이를 미리 정해지는 소정 주파수 단위만큼씩 증가시키면서, 상기 현재 프레임 중 특정 심볼에 대해 주파수축으로 상기 주파수축 상관 길이만큼 떨어진 프리앰블 신호들 간의 채널 상관도 값을 계산하는 과정과,

   상기 계산된 채널 상관도 값이 미리 정해지는 임계값을 초과하면 상기 채널 상관도 값이 상기 임계값을 초과하기 이전의 주파수축 상관 길이를 상기 계산 영역의 상기 주파수축 길이로 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 수신 방법.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 주파수축 길이를 결정하는 과정은,

   상기 현재 프레임의 특정 심볼에서 미리 정해지는 복수의 주파수축 상관 길이들에 대한 채널 상관도 값들을 계산하는 과정과,

   상기 복수의 주파수축 상관 길이들 중 미리 정해지는 임계값을 초과하는 채널 상관도 값을 갖는 최대의 주파수축 상관 길이를 상기 계산 영역의 상기 주파수축 길이로 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 수신 방법.
5. 제 2 항에 있어서, 상기 시간축 길이를 결정하는 과정은,

   시간축 상관 길이를 미리 정해지는 소정 시간 단위만큼씩 증가시키면서, 상기 수신 신호 중 동일 부반송파에 위치하고 상기 시간축 상관 길이 만큼 떨어진 프리앰블 신호들 간의 채널 상관도 값을 계산하는 과정과,

   상기 계산된 채널 상관도 값이 미리 정해지는 임계값을 초과하면 상기 채널 상관도 값이 상기 임계값을 초과하기 이전의 시간축 상관 길이를 상기 계산 영역의 상기 시간축 길이로 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 수신 방법.
6. 제 2 항에 있어서, 상기 시간축 길이를 결정하는 과정은,

   상기 수신 신호 중 연속된 두 프레임들에 대한 채널 상관도 값을 계산하는 과정과,

   상기 계산된 채널 상관도 값이 미리 정해지는 임계값을 초과하면 미리 정해지는 2개의 시간축 상관 길이들 중 큰 값을 상기 계산 영역의 상기 시간축 길이로 결정하는 과정과,

   상기 계산된 채널 상관도 값이 미리 정해지는 임계값을 초과하지 않으면 상기 시간축 상관 길이들 중 작은 값을 상기 계산 영역의 상기 시간축 길이로 결정하 는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 수신 방법.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 송신 신호를 복원하는데 이용되기 위한 상기 수신 신호의 데이터 영역에 대한 MMSE 계수들을 구하기 위하여, 상기 계산된 MMSE 계수들을 시간축 및 주파수축에 대해 보간하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 수신 방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 보간하는 과정은,

   상기 계산 영역들에 대해 계산된 MMSE 계수들을 상기 계산 영역들 내의 미리 정해지는 위치들에 대한 기준 MMSE 계수들로 설정하는 과정과,

   상기 기준 MMSE 계수들에 대한 시간축 보간 및 주파수축 보간을 통해 상기 계산 영역들 내의 나머지 위치들에 대한 MMSE 계수들을 계산하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 수신 방법.
9. 다중 수신 안테나를 이용하는 직교주파수 분할 다중화(OFDM) 이동통신 시스템에서의 신호 수신 장치에 있어서,

   상기 다중 수신 안테나를 통해 수신된 신호를, 이 각각 소정 임계값들을 초 과하는 주파수축 채널 상관도 및 시간축 채널 상관도를 가지는 복수의 계산 영역들로 구분하고, 상기 계산 영역들 내의 파일럿 신호를 이용하여 상기 계산 영역들에 대한 MMSE(Minimum Mean-Squared Error) 계수들을 각각 계산하는 제어기와,

   상기 MMSE 계수들을 이용하여 상기 수신 신호에 대해 MMSE 검출을 수행함으로써 송신 신호를 복원하는 MMSE 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 수신 장치.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 제어기는,

    상기 수신 신호 중 현재 프레임으로부터 검출된 프리앰블 신호로부터 주파수축 채널 상관도를 계산하여, 상기 주파수축 채널 상관도에 따라 상기 각 계산 영역의 주파수축 길이를 결정하며,

    상기 수신 신호 중 상기 현재 프레임과 이전 프레임으로부터 검출된 프리앰블 신호들로부터 시간축 채널 상관도를 계산하여, 상기 시간축 채널 상관도에 따라 상기 각 계산 영역의 시간축 길이를 결정하고,

    상기 결정된 주파수축 및 시간축 길이를 가지는 상기 각 계산 영역을 결정하는 것을 특징으로 하는 신호 수신 장치.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 제어기는,

    주파수축 상관 길이를 미리 정해지는 소정 주파수 단위만큼씩 증가시키면서, 상기 현재 프레임 중 특정 심볼에 대해 주파수축으로 상기 주파수축 상관 길이만큼 떨어진 프리앰블 신호들 간의 채널 상관도 값을 계산하고,

    상기 계산된 채널 상관도 값이 미리 정해지는 임계값을 초과하면 상기 채널 상관도 값이 상기 임계값을 초과하기 이전의 주파수축 상관 길이를 상기 계산 영역의 상기 주파수축 길이로 결정하는 것을 특징으로 하는 신호 수신 장치.
12. 제 10 항에 있어서, 상기 제어기는,

    상기 현재 프레임의 특정 심볼에서 미리 정해지는 복수의 주파수축 상관 길이들에 대한 채널 상관도 값들을 계산하고,

    상기 복수의 주파수축 상관 길이들 중 미리 정해지는 임계값을 초과하는 채널 상관도 값을 갖는 최대의 주파수축 상관 길이를 상기 계산 영역의 상기 주파수축 길이로 결정하는 것을 특징으로 하는 신호 수신 장치.
13. 제 10 항에 있어서, 상기 제어기는,

    시간축 상관 길이를 미리 정해지는 소정 시간 단위만큼씩 증가시키면서, 상기 수신 신호 중 동일 부반송파에 위치하고 상기 시간축 상관 길이 만큼 떨어진 프리앰블 신호들 간의 채널 상관도 값을 계산하고,

    상기 계산된 채널 상관도 값이 미리 정해지는 임계값을 초과하면 상기 채널 상관도 값이 상기 임계값을 초과하기 이전의 시간축 상관 길이를 상기 계산 영역의 상기 시간축 길이로 결정하는 것을 특징으로 하는 신호 수신 장치.
14. 제 10 항에 있어서, 상기 제어기는,

    상기 수신 신호 중 연속된 두 프레임들에 대해 계산된 채널 상관도 값이 미리 정해지는 임계값을 초과하면 미리 정해지는 2개의 시간축 상관 길이들 중 큰 값을 상기 계산 영역의 상기 시간축 길이로 결정하고,

    상기 계산된 채널 상관도 값이 미리 정해지는 임계값을 초과하지 않으면 상기 시간축 상관 길이들 중 작은 값을 상기 계산 영역의 상기 시간축 길이로 결정하는 것을 특징으로 하는 신호 수신 장치.
15. 제 9 항에 있어서, 상기 제어기는,

    상기 송신 신호를 복원하는데 이용되기 위한 상기 수신 신호의 데이터 영역에 대한 MMSE 계수들을 구하기 위하여, 상기 계산된 MMSE 계수들을 시간축 및 주파수축에 대해 보간하는 보간기를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 수신 장치.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 보간기는,

    상기 계산 영역들에 대해 계산된 MMSE 계수들을 상기 계산 영역들 내의 미리 정해지는 위치들에 대한 기준 MMSE 계수들로 설정하고,

    상기 기준 MMSE 계수들에 대한 시간축 보간 및 주파수축 보간을 통해 상기 계산 영역들 내의 나머지 위치들에 대한 MMSE 계수들을 계산하는 것을 특징으로 하는 신호 수신 장치.

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