KR100943763B1 - 이동통신망에서 채널을 추정하는 방법 및 이를 수행하는장치 - Google Patents

이동통신망에서 채널을 추정하는 방법 및 이를 수행하는장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이동통신망에서 채널을 추정하는 방법 및 이를 수행하는 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 직교주파수다중분할(Orthogonal Frequency Division Multiplexing: OFDM)방식을 사용하는 이동통신망에서 인접 기지국의 간섭이 존재하는 채널 환경하에 대한 채널 추정 방법에 관한 것이다. 채널 추정을 위하여 하나의 클러스터를 2개의 부-클러스터로 분리하고 OFDM 심볼 방향으로 하나 이상의 부-클러스터(Cluster) 내에 포함되어 있는 파일럿 부반송파 신호를 사용한다.
따라서, 단일 클러스터 내에 포함되어 있는 파일럿 부반송파를 사용하여 채널을 추정하는 방법에 비하여 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
간섭(Interference), 채널 추정(Channel Estimaton)

Description

이동통신망에서 채널을 추정하는 방법 및 이를 수행하는 장치{Method for estimating a channel in mobile communication network and device thereof}
본 발명은 이동통신망에서 채널을 추정하는 방법 및 이를 수행하는 장치에 관한 것이다. 특히 본 발명은 직교주파수다중분할(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 'OFDM' 이라 기술함) 방식을 사용하는 이동통신망에서 인접 기지국의 간섭이 존재하는 채널 환경하에 대한 채널을 추정하는 방법 및 이를 수행하는 장치에 관한 것이다.
OFDM 방식은 직렬로 입력되는 심벌(Symbol) 열을 병렬 변환하여 이들 각각을 상호 직교성을 갖는 다수의 부반송파를 통해 변조하여 전송하는 방식이다.
OFDM 방식을 사용하는 시스템의 기지국으로부터 단말기로 전송되는 PUSC(partial uage subchannel) 영역은 다수의 클러스터(Cluster)로 구성된다. 그리고 하나의 클러스터는 14개의 부반송파(Sub-carrier)와 2개의 심볼(Symbol)로 구성된다.
도 1은 종래에 하나의 클러스터 구성을 나타낸 도면이다.
도 1에 보인 바와 같이, 하나의 클러스터는 24개의 데이터 부반송파 및 채널 추정의 용도로 사용하기 위한 4개의 파일럿 부반송파로 이루어진다.
도 2는 종래의 OFDM 시스템에서 두 개의 기지국으로부터 수신되는 신호에 대한 채널을 추정하는 경우를 나타낸다. 즉 도 1의 구성을 가진 하나의 클러스터를 사용하여 채널을 추정하는 경우를 나타낸다.
도 2에 보인 바와 같이, 기지국 1(BS 1) 및 기지국 2(BS 2)에서 전송되는 PUSC 클러스터에 포함되어 있는 파일럿 부반송파 신호들에 대하여 단말(MS)로부터 수신되는 두 개의 파일럿 부반송파 신호를 표현하면 아래 수학식 1과 같다.
Figure 112007089479053-pat00001
여기서,
Figure 112007089479053-pat00002
는 단말에 수신된 신호를 각각 나타내며,
Figure 112007089479053-pat00003
는
Figure 112007089479053-pat00004
-번째 기지국에서 전송되는
Figure 112007089479053-pat00005
-번째 파일럿 부반송파 신호,
Figure 112007089479053-pat00006
는
Figure 112007089479053-pat00007
-번째 기지국에서 전송되는 신호가 겪는 무선경로 이득, 그리고
Figure 112007089479053-pat00008
는
Figure 112007089479053-pat00009
-번째 수신 신호에 더해지는 백색 잡음을 나타낸다.
위의 수학식 1의 수신 신호에 대하여 비교적 구현이 용이하고 우수한 성능을 제공하는 최대우도(Maximum Likelihood) 채널 추정 방식을 사용하면 다음의 수학식 2와 같이 주어진다.
Figure 112007089479053-pat00010
여기에서,
Figure 112007089479053-pat00011
는
Figure 112007089479053-pat00012
행렬의 Hermitian,
Figure 112007089479053-pat00013
는 Matrix의 역행렬(Inversion)을 나타내며, 이와 같은 방식을 사용하기 위해서는
Figure 112007089479053-pat00014
가 존재하여야 한다.
또한, 채널 추정에 사용되는 파일럿 부반송파는 "1" 또는 "-1"로 변조되어 전송하므로 채널 추정을 위하여 사용되는 수학식 2의 Matrix 역행렬이 존재하지 않을 확률이 매우 높아진다는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 인접 기지국의 간섭이 존재하는 채널 환경에서 채널 추정의 성능을 향상시키기 위한 이동통신망에서 채널을 추정하는 방법 및 이를 수행하는 장치를 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징인 채널 추정 방법은,
인접 기지국의 간섭이 존재하는 채널 환경에 대한 채널을 추정하는 방법에 있어서, 데이터 부반송파 신호와 파일럿 부반송파 신호로 구성된 하나 이상의 부분 사용 서브채널 클러스터를 두 개의 부 클러스터로 각각 분리하는 단계; 분리된 상기 부 클러스터와 심볼 방향으로 인접한 부분 사용 서브채널 클러스터로부터 분리된 하나 이상의 부 클러스터를 채널 추정 그룹으로 형성하는 단계; 및 형성된 상기 채널 추정 그룹에 포함된 파일럿 부반송파 신호들을 사용하여 채널을 추정하는 단계를 포함한다.
상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징인 채널 추정 장치는,
인접 기지국의 간섭이 존재하는 채널 환경에서 채널을 추정하는 장치에 있어서, 데이터 부반송파 신호와 파일럿 부반송파 신호로 구성된 하나 이상의 부분 사용 서브채널 클러스터를 두 개의 부 클러스터로 각각 분리하고 상기 부 클러스터를 심볼 방향으로 인접한 부분 사용 서브채널 클러스터로부터 분리된 하나 이상의 부 클러스터들로 구성된 채널 추정 그룹을 형성하는 채널 추정 그룹 생성부; 및 상기 채널 추정 그룹에 포함된 파일럿 부반송파 신호들을 사용하여 채널을 추정하는 채널 추정부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 채널 추정을 위하여 하나의 클러스터를 2개의 부-클러스터로 분리하고 OFDM 심볼 방향으로 하나 이상의 부-클러스터내에 포함되어 있는 파 일럿 부반송파 신호를 사용하여 채널을 추정하므로, 단일 클러스터 내에 포함되어 있는 파일럿 부분송파를 사용하여 채널을 추정하는 방법에 비하여 성능을 향상시킬 수 있다.
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, 명세서에 기재된 "…부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 명세서에서 이동국(Mobile Station, MS)은 단말(terminal), 이동 단말(Mobile Terminal, MT), 가입자국(Subscriber Station, SS), 휴대 가입자국(Portable Subscriber Station, PSS), 사용자 장치(User Equipment, UE), 접근 단말(Access Terminal, AT) 등을 지칭할 수도 있고, 단말, 이동 단말, 가입자국, 휴대 가입자 국, 사용자 장치, 접근 단말 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수 도 있다.
본 명세서에서 기지국(Base Station, BS)은 접근점(Access Point, AP), 무선 접근국(Radio Access Station, RAS), 노드B(Node-B), eNB(Evolved Node-B)송수신 기지국(Base Transceiver Station, BTS), MMR(Mobile Multihop Relay)-BS 등을 지칭할 수도 있고, 접근점, 무선 접근국, 노드B, eNB, 송수신 기지국, MMR-BS 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 클러스터 구성을 나타낸 도면이다.
도 3에 보인 바와 같이, 하나의 부분 사용 서브채널(Partial Uage SubChannel, 이하 'PUSC'라 기술함) 클러스터를 두 개의 부 클러스터로 분리한다. 이때, 클러스터는 OFDM 심볼 내에 12개의 데이터 부반송파 신호 및 2개의 파일럿 부반송파 신호로 구성된 작은 단위의 2개의 부-클러스터(Sub-Cluster)로 분리된다. 분리된 각각의 부-클러스터는 OFDM 심볼의 방향으로 인접 클러스터에 있는 부-클러스터와 채널 추정 그룹을 이루어 채널 추정에 사용된다.
이때, 채널 추정에 사용되는 채널 추정 그룹 단위 별로 채널이 변하지 않는다고 가정한다.
따라서, OFDM 심볼 1~4를 이용하는 채널 추정 그룹에 의하여 얻은 채널 추정 결과는 OFDM 심볼 1~2에 적용하고, OFDM 심볼 3~6을 이용하여 얻은 채널 추정 결과를 OFDM 심볼 3~4에 적용하는 방식을 사용한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 시스템에서 두 개의 기지국으로부터 수신되는 신호에 대한 채널을 추정하는 경우를 나타내며, 도 5는 본 발명의 실시예 에 따른 채널 추정 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4 및 도 5에 보인 바와 같이, 기지국 1 및 기지국 1 각각으로부터 전송(S100)되는 데이터 부반송파 신호 및 파일럿 신호로 구성된 하나의 클러스터를 두 개의 부 클러스터로 분리한다(S200). 기지국 1 및 기지국 2로부터 전송되는 신호를 채널 추정 그룹으로 구성(S300)하여 식으로 표현하면 다음 수학식 3과 같다.
Figure 112007089479053-pat00015
여기에서,
Figure 112007089479053-pat00016
는 단말기에 수신된 신호를 각각 나타낸다.
Figure 112007089479053-pat00017
는
Figure 112007089479053-pat00018
-번째 기지국에서 전송되는
Figure 112007089479053-pat00019
-번째 파일럿 부반송파 신호이다.
Figure 112007089479053-pat00020
는
Figure 112007089479053-pat00021
-번째 기지국에서 전송되는 신호가 겪는 무선경로 이득, 그리고
Figure 112007089479053-pat00022
는
Figure 112007089479053-pat00023
-번째 수신신호에 더해지는 백색잡음을 나타낸다.
그러면, S300 단계에서 구성한 채널 추정 그룹에 포함된 파일럿 부반송파 신호를 사용하여 채널을 추정한다(S400). 즉 위의 수학식 3에 대한 최대우도 채널 추정에 대한 결과값은 다음의 수학식 4로 얻을 수 있다.
Figure 112007089479053-pat00024
여기에서,
Figure 112007089479053-pat00025
는 매트릭스(Matrix)(
Figure 112007089479053-pat00026
)의 의사 역행렬(Pseudo-Inversion)을 나타낸다.
Figure 112007089479053-pat00027
는
Figure 112007089479053-pat00028
행렬의 에르미트(Hermitian) 행렬이고,
Figure 112007089479053-pat00029
는 매트릭스(Matrix)(
Figure 112007089479053-pat00030
)의 역행렬(Inversion)을 나타낸다. 이와 같은 방식을 사용하기 위해서는
Figure 112007089479053-pat00031
가 존재하여야 한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 채널 추정 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 6에 보인 바와 같이, 채널 추정 장치(100)는 단말에 탑재되어 기지국 1 및 기지국 2로부터 수신되는 신호에 대한 채널을 추정한다.
채널 추정 장치(100)는 채널 추정 그룹 생성부(120) 및 채널 추정부(140)를 포함한다.
채널 추정 그룹 생성부(120)는 데이터 부반송파 신호와 파일럿 부반송파 신호로 구성된 하나 이상의 부분 사용 서브채널 클러스터를 두 개의 부 클러스터로 각각 분리한다. 그리고 부 클러스터를 심볼 방향으로 인접한 부분 사용 서브채널 클러스터로부터 분리된 하나 이상의 부 클러스터들로 구성된 채널 추정 그룹을 형성한다. 즉 OFDM 심볼 방향으로 하나 이상의 부 클러스터에 포함된 파일럿 부반송파 신호를 이용하여 매트릭스(Matrix)를 구성한다.
채널 추정부(140)는 채널 추정 그룹에 포함된 파일럿 부반송파 신호들을 사용하여 채널을 추정한다. 즉 채널 추정 그룹 생성부(120)가 구성한 매트릭스(Matrix)의 의사 역행렬(Pseudo-Inversion)을 이용하여 채널을 추정한다.
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.
도 1은 종래에 하나의 클러스터 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 종래의 OFDM 시스템에서 두 개의 기지국으로부터 수신되는 신호에 대한 채널을 추정하는 경우를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 클러스터 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 시스템에서 두 개의 기지국으로부터 수신되는 신호에 대한 채널을 추정하는 경우를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 채널 추정 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.

Claims (10)

  1. 인접 기지국의 간섭이 존재하는 채널 환경에 대한 채널을 추정하는 방법에 있어서,
    데이터 부반송파 신호와 파일럿 부반송파 신호로 구성된 하나 이상의 부분 사용 서브채널 클러스터를 두 개의 부 클러스터로 각각 분리하는 단계;
    분리된 상기 부 클러스터와 심볼 방향으로 인접한 부분 사용 서브채널 클러스터로부터 분리된 하나 이상의 부 클러스터를 채널 추정 그룹으로 형성하는 단계; 및
    형성된 상기 채널 추정 그룹에 포함된 파일럿 부반송파 신호들을 사용하여 채널을 추정하는 단계
    를 포함하는 채널 추정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분리하는 단계는,
    2개의 심볼 내에 12개의 데이터 부반송파 신호 및 2개의 파일럿 부반송파 신호로 구성된 부 클러스터로 분리하는 채널 추정 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 형성하는 단계는,
    채널 추정시 상기 채널 추정 그룹 별로 채널이 변하지 않는 상기 채널 추정 그룹을 형성하는 채널 추정 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 형성하는 단계는,
    제1 기지국으로부터 수신된 클러스터로부터 분리된 부 클러스터에 포함된 파일럿 부반송파 신호 및 인접한 제2 기지국으로부터 수신된 클러스터로부터 분리된 부 클러스터에 포함된 파일럿 부반송파 신호, 상기 제1 기지국과 상기 제2 기지국에서 전송되는 신호가 겪는 무선경로 이득 및 상기 제1 기지국과 상기 제2 기지국에서 전송되는 신호에 대한 백색잡음을 이용하여 상기 채널 추정 그룹을 형성하는 채널 추정 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 추정하는 단계는,
    상기 제1 기지국 및 상기 제2 기지국 각각의 부 클러스터에 포함된 파일럿 부반송파 신호 들로 구성된 파일럿 행렬 및 상기 파일럿 행렬의 에르미트 행렬에 기초하여 매트릭스를 구성하는 단계; 및
    상기 매트릭스에 대한 의사 역행렬을 이용하여 채널을 추정하는 단계
    를 포함하는 채널 추정 방법.
  6. 인접 기지국의 간섭이 존재하는 채널 환경에서 채널을 추정하는 장치에 있어서,
    데이터 부반송파 신호와 파일럿 부반송파 신호로 구성된 하나 이상의 부분 사용 서브채널 클러스터를 두 개의 부 클러스터로 각각 분리하고 상기 부 클러스터를 심볼 방향으로 인접한 부분 사용 서브채널 클러스터로부터 분리된 하나 이상의 부 클러스터들로 구성된 채널 추정 그룹을 형성하는 채널 추정 그룹 생성부; 및
    상기 채널 추정 그룹에 포함된 파일럿 부반송파 신호들을 사용하여 채널을 추정하는 채널 추정부
    를 포함하는 채널 추정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 채널 추정 그룹 생성부는,
    2개의 심볼 내에 12개의 데이터 부반송파 신호 및 2개의 파일럿 부반송파 신호로 구성된 부 클러스터로 분리하는 채널 추정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 채널 추정 그룹 생성부는,
    상기 채널 추정 그룹 각각은 각 그룹에 대해 변하지 않는 채널을 사용하여 채널을 추정하는 상기 채널 추정 그룹을 형성하는 채널 추정 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 채널 추정 그룹 생성부는,
    제1 기지국으로부터 수신된 클러스터로부터 분리된 부 클러스터에 포함된 파일럿 부반송파 신호 및 인접한 제2 기지국으로부터 수신된 클러스터로부터 분리된 부 클러스터에 포함된 파일럿 부반송파 신호, 상기 제1 기지국과 상기 제2 기지국에서 전송되는 신호가 겪는 무선경로 이득 및 상기 제1 기지국과 상기 제2 기지국에서 전송되는 신호에 대한 백색잡음을 이용하여 상기 채널 추정 그룹을 형성하는 채널 추정 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 채널 추정부는,
    상기 제1 기지국 및 상기 제2 기지국 각각의 부 클러스터에 포함된 파일럿 부반송파 신호 들로 구성된 파일럿 행렬 및 상기 파일럿 행렬의 에르미트 행렬에 기초하여 매트릭스를 구성하여 상기 매트릭스에 대한 의사 역행렬을 이용하여 채널을 추정하는 채널 추정 장치.
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