KR101005860B1 - 무선중계네트워크의 채널정보 전달 장치 및 방법 - Google Patents

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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/24—Radio transmission systems, i.e. using radiation field for communication between two or more posts
    • H04B7/26—Radio transmission systems, i.e. using radiation field for communication between two or more posts at least one of which is mobile
    • H04B7/2603—Arrangements for wireless physical layer control
    • H04B7/2606—Arrangements for base station coverage control, e.g. by using relays in tunnels

Abstract

본 발명은 중계기를 사용하는 이동통신 시스템에서 단말기와 중계기 간의 채널품질정보를 교환하기 위해 별도의 물리적 채널을 구축하거나 추가적으로 신호를 전송하지 않고도 기지국에서 중계기와 기지국 간의 채널품질정보는 물론 단말기와 중계기 간의 채널품질정보를 획득할 수 있도록 한 기술에 관한 것이다. 이러한 본 발명은 단말기로부터 수신된 파일럿신호를 근거로 단말기와 중계기 간의 채널값을 추정하여 채널품질정보로 변환출력하는 채널 추정장치와; 상기 단말기와 중계기 간의 채널품질정보와 중계기에서 중계기와 기지국 간의 채널 품질 측정을 위해 전송하는 파일럿신호를 네트워크 부호화하여 기지국 측으로 전송하는 네트워크 부호화기와; 상기 중계기의 네트워크 부호화기로부터 수신된 신호와 파일럿신호를 복호화하여 상기 채널품질정보를 획득하는 네트워크 복호화기와; 상기 네트워크 복호화기의 출력신호에 대해 선형 예측을 수행하여 단말기와 중계기 간의 채널품질정보를 획득하는 채널품질정보 추정기와; 상기 단말기와 중계기 간의 채널품질정보와 중계기로부터의 수신신호를 이용하여 중계기와 기지국 간의 채널품질정보를 추정하는 채널 추정기를 포함하여 구성하는 것에 의해 달성된다.
중계기, 채널품질정보, 네트워크부호화

Description

무선중계네트워크의 채널정보 전달 장치 및 방법{CQI FEEDBACK REDUCTION APPARATUS AND METHOD IN WIRELESS RELAYING NETWORK}
본 발명은 중계기를 사용하는 이동통신 시스템에서 채널품질정보를 효율적으로 전달하는 기술에 관한 것으로, 특히 단말기와 중계기 간의 채널품질정보를 교환하기 위해 별도의 물리적 채널을 구축하거나 추가적으로 신호를 전송하지 않고도 기지국에서 중계기와 기지국 간의 채널품질정보와 단말기와 중계기 간의 채널품질정보를 모두 획득할 수 있도록 한 무선중계네트워크의 채널정보 전달 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이동통신 시스템에서는 휴대폰 단말기(이하, "단말기"라 칭함)는 중계기를 포함하는 소정의 네트워크의 기지국과 무선 채널을 통해 통신을 수행하는 장치를 의미한다. 이와 같이 중계기를 사용하는 이동통신 시스템에서 기지국은 단말기와 중계기 간의 채널 품질 정보를 인지하고, 그 인지된 채널 품질에 따라 단말기 선택, 무선자원 할당 등의 스케쥴링(scheduling)을 수행한다.
제1문헌[H.Yumo and E.de Carvalho, "A CSI Estimation Method for Wireless Relay Network", IEEE Communications Letters, Vol.11,No.6,June 2007]에서와 같 은 종래의 기술에서는 고정된 중계기의 경우 기지국과 중계기 간의 채널 품질의 변화가 적다는 점을 감안하여, 고정된 증폭계수 및 기지국과 중계기 간의 채널 품질 정보를 사전에 정의하거나 교환하고, 이를 통해 단말기와 중계기 간의 채널 품질 정보를 추가적인 신호 없이 기지국으로 전달하게 되어 있다.
그러나, 이와 같은 종래의 채널 품질 정보 전달 기술은 고정된 중계기의 사용시에만 적용이 가능하므로 이동형 중계기 또는 협력 중계 네트워크(Cooperative relay network) 등으로의 확장성이 떨어지는 문제점이 있고,
기지국과 중계기 간의 고정된 채널 품질을 가정하여 사용하기 때문에 실용성과 정확성이 저하되는 문제점이 있으며,
더욱이 중계기의 높은 증폭계수와 기지국과 중계기 간의 높은 채널 품질이 보장되었을 때에 한하여 정확한 채널 품질 정보의 전달이 가능하게 되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 중계기를 사용하는 이동통신 시스템 및 협력 중계 시스템 등에서 중계기에서 중계기와 기지국간의 채널 품질 정보 측정을 위해 사전에 정의 된 파일럿 신호와 획득된 중계기와 단말기간의 채널 품질 정보를 네트워크 부호화하여 전송하고, 이를 수신한 기지국에서 정의 된 파일럿 신호 및 존재하는 모든 채널 품질 정보값 등을 이용하여 중계기와 기지국 간의 채널품질정보는 물론 단말기와 중계기 간의 채널품질정보를 추가적인 신호의 전달 없이 동시에 획득할 수 있도록 하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 단말기로부터 수신된 파일럿신호를 근거로 단말기와 중계기 간의 채널값을 추정하여 채널품질정보로 변환출력하는 채널 추정장치와; 상기 채널품질정보와 중계기에서 중계기와 기지국 간의 채널 품질 측정을 위해 전송하는 파일럿신호를 네트워크 부호화하여 기지국 측으로 전송하는 네트워크 부호화기와; 상기 중계기의 네트워크 부호화기로부터 수신된 신호와 파일럿신호를 복호화하여 상기 채널품질정보를 획득하는 네트워크 복호화기와; 상기 네트워크 복호화기의 출력신호에 대해 선형 예측을 수행하여 단말기와 중계기 간의 채널품질정보를 획득하는 채널품질정보 추정기를 포함하여 구성함을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 다른 본 발명은, 단말기로부터 수신된 파일럿신호를 근거로 단말기와 중계기 간의 채널값을 추정하여 채널품질정보로 변환출력하는 채널 추정장치와; 상기 채널품질정보와 중계기에서 중계기와 기지국 간의 채널 품질 측정을 위해 전송하는 파일럿신호를 네트워크 부호화하여 기지국 측으로 전송하는 네트워크 부호화기와; 상기 중계기 측으로부터 수신된 신호와, 중계기와 기지국간에 정의된 파일럿 신호와 각각의 모든 채널품질신호들이 네트워크 부호화 된 신호들과의 상관값을 각기 구하는 복수의 상관값 계산기와; 상기 복수의 상관값 계산기들에서 각기 출력되는 채널품질값 중에서 가장 큰 상관값을 갖는 채널품질값을 선택하여 단말기와 중계기 간의 채널품질값으로 출력하는 채널품질값 선택기와; 상기 중계기 측으로부터 수신되는 신호와 상기 채널품질값 선택기에서 출력되는 단말기와 중계기 간의 채널품질값을 이용하여 중계기와 기지국 간의 채널품질정보를 추정하는 채널 추정기를 포함하여 구성함을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 또 다른 본 발명은, 중계기와 기지국간의 사전에 정의된 파일럿신호와, 측정된 단말기와 중계기 간의 채널품질정보를 중계기에서 네트워크 부호화하여 기지국으로 전송하는 제1과정과; 상기 기지국에서 상기 네트워크 부호화된 신호를 수신한 후 이를 상기 중계기에서 사전에 정의된 상기 파일럿신호와 네트워크 복호화하여, 단말기와 중계기 간의 채널품질정보를 획득하는 제2과정과; 상기 획득된 채널품질정보에 대해 선형 예측을 수행하여 단말기와 중계기 간의 채널품질정보를 획득하는 제3과정과; 상기 단말기와 중계기 간의 채널품질정보와 중계기로부터의 수신신호를 이용하여 중계기와 기지국 간의 채널품질정보를 추정하는 제4과정으로 이루어짐을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 또 다른 본 발명은, 중계기와 기지국간의 사전에 정의된 파일럿신호와, 측정된 단말기와 중계기 간의 채널품질정보를 중계기에서 네트워크 부호화하여 기지국으로 전송하는 제1과정과; 상기 기지국에서, 사전에 정의된 파일럿신호와 존재하는 모든 채널품질정보값 각각을 네트워크 부호화하여, 상기의 수신신호와의 상관값을 분석하는 제2과정과; 상기 분석결과를 근거로 단말기와 중계기 간의 채널품질정보를 획득하는 제3과정과; 무선네트워크를 통해 상기 중계기로부터 수신되는 신호와 상기 획득된 단말기와 중계기 간의 채널품질정보를 근거로 중계기와 기지국 간의 채널품질정보를 추정하는 제4과정으로 이루어짐을 특 징으로 한다.
본 발명은 중계기에서 단말기와 중계기 간의 채널품질정보를 중계기와 기지국의 채널품질 추정에 사용되는 파일럿신호와 네트워크 부호화하여 기지국 측으로 전송하고, 기지국에서는 수신된 신호로부터 중계기와 기지국 간의 채널품질신호는 물론 단말기와 중계기 간의 채널품질신호를 동시에 획득할 수 있도록 함으로써, 협력중계 시스템 및 중계기를 이용하는 시스템에서 단말기와 중계기 간의 채널 교환을 위한 별도의 채널이나 추가적인 신호전송과정이 불필요하게 되어 시스템 수율 향상 등의 효율적인 중계기의 운용이 가능하게 되는 효과가 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명이 적용되는 무선중계네트워크의 개략도이다. 단말기(100)가 중계기(200) 또는 기지국(300)과 무선통신을 수행한다. 또한, 상기 중계기(200)는 한편으로는 상기 단말기(100)와 무선통신을 수행하고 다른 한편으로는 상기 기지국(300)과 무선통신을 수행한다.
도 2는 상기 중계기(200)와 기지국(300)의 블록도이다. 상기 중계기(200)는 채널 추정장치(210), 네트워크 부호화기(220) 및 이진 변조장치(230)를 포함하여 구성한다. 그리고, 상기 기지국(300)은 이진 변조장치(310), 네트워크 복호화기(320), 채널품질정보 추정기(330) 및 채널 추정기(340)로 구성한다. 그리고, 상 기 중계기(200)와 기지국(300)은 무선네트워크(NET)를 통해 무선통신을 수행한다.
중계기(200)와 기지국(300)간의 사전에 정의된 파일럿신호(
Figure 112008064948250-pat00001
)와, 측정된 단말기(100)와 중계기(200) 간의 채널품질정보를 중계기(200)에서 네트워크 부호화하여 기지국(300)으로 전송하는데 이 과정(S1,S2)에 대해 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기 중계기(200)의 채널 추정장치(210)는 단말기(100)로부터 수신된 파일럿신호(
Figure 112008064948250-pat00002
)를 근거로 단말기와 중계기 간의 채널값을 추정한다. 이때, 상기 중계기(200)에서 수신하는 수신신호()는 아래의 [수학식1]로 표현된다. 이후의 설명에서 기호 'A'는 기지국(300)을 의미하고, 'B'는 중계기(200)를 의미하며, 'C'는 단말기(100)를 의미한다.
Figure 112008064948250-pat00004
상기 [수학식1]에서
Figure 112008064948250-pat00005
는 단말기(100)와 중계기(200) 간의 채널값이고,
Figure 112008064948250-pat00006
는 평균 0, 분산
Figure 112008064948250-pat00007
인 가우시안 잡음(Gaussian noise)이다. 또한, 각 기지국(300)과 중계기(200), 중계기(200)와 단말기(100), 기지국(300)과 단말기(100) 사이의 채널은 중계기(200)와 기지국(300), 단말기(100)와 중계기(200), 단말기(100)와 기지국(300) 사이의 채널과 동일하다고 가정한다. 다시 말해서,
Figure 112008064948250-pat00008
,
Figure 112008064948250-pat00009
,
Figure 112008064948250-pat00010
이다.
상기 채널 추정장치(210)는 채널 추정 알고리즘을 이용하여 단말기(100)와 중계기(200) 사이의 채널값(
Figure 112008064948250-pat00011
)을 추정하게 되는데, 이 채널 추정 알고리즘은 널리 알려진 기술이므로 상세한 설명은 생략한다. 상기 채널 추정장치(210)는 추정한 채널 값을 전송 가능한 비트들로 변환하게 되는데, 이렇게 변환된 정보를 채널품질정보(Channel Quality Indicator:CQI)라 칭한다. 그런데, 표현 가능한 채널 품질값은 CQI 시퀀스의 길이로 한정되어 있기 때문에, 일정 범위 내에서 측정된 실제 채널값은 특정 CQI 값으로 양자화 된다. 다시 말해서, 상기 중계기(200)의 채널 추정장치(210)는 단말기(100)와 중계기(200) 간의 채널값(
Figure 112008064948250-pat00012
)을 추정하고 그 추정된 결과를 특정 CQI 값으로 변환한다. 이때의 채널품질값(CQI)은 각 시스템 마다 다르게 설정할 수 있으나, 단말기(100), 기지국(300) 및 중계기(200)에서 동일한 값으로 설정되는 것이 바람직하다.
네트워크 부호화기(220)는 상기 채널 추정장치(210)에서 상기와 같은 과정을 통해 획득된 단말기(100)와 중계기(200) 간의 채널품질정보와 중계기(200)에서 중계기(200)와 기지국(300) 간의 채널 품질 측정을 위해 전송하는 파일럿신호(
Figure 112008064948250-pat00013
)를 대상으로 네트워크 부호화 연산을 수행한다. 예를 들어, 상기에서 획득한 단말기(100)와 중계기(200) 간의 채널품질정보가
Figure 112008064948250-pat00014
번째 CQI(
Figure 112008064948250-pat00015
)라고 가정하면, 상기 네트워크 부호화기(220)는 그 채널품질정보(
Figure 112008064948250-pat00016
)와 중계기(200)와 기지국(300) 간 채널 품질 측정을 위해 기지국(300) 측으로 전송하는 파일럿신호(
Figure 112008064948250-pat00017
)를 네트워크 부호화 연산하여 아래의 [수학식2]와 같은 신호를 출력한다.
Figure 112008064948250-pat00018
이때, 상기 네트워크 부호화기(220)에서의 네트워크 부호화 방식은 시스템 또는 사업자마다 다르게 정의될 수 있지만, 상기 기지국(300), 중계기(200) 및 단말기(100)는 서로 사용된 네트워크 부호화 방식에 대해서 알고 있어야 한다.
상기 [수학식2]와 같은 신호가 이진 변조장치(230)에 의해 이진 부호 형태로 변환된 후 무선네트워크(NET)를 통해 기지국(300) 측으로 전송된다.
이후, 상기 기지국(300)은 상기 중계기(200)로부터 아래의 [수학식3]과 같은 신호(
Figure 112008064948250-pat00019
)를 수신한다.
Figure 112008064948250-pat00020
여기서,
Figure 112008064948250-pat00021
는 기지국(300)과 중계기(200) 간의 채널 값이고,
Figure 112008064948250-pat00022
는 평균 0, 분산
Figure 112008064948250-pat00023
인 가우시안 잡음이다. 그리고,
Figure 112008064948250-pat00024
=
Figure 112008064948250-pat00025
=
Figure 112008064948250-pat00026
=
Figure 112008064948250-pat00027
로 가정한다.
상기 기지국(300)이 상기 수신신호(
Figure 112008064948250-pat00028
)와 파일럿신호()
Figure 112008064948250-pat00029
로부터 단말기(100)와 중계기(200) 간의 채널품질정보(
Figure 112008064948250-pat00030
)를 획득하는 방법에는 두 가지가 있다.
먼저, 첫 번째 방법은 상기 기지국(300)이 상기 [수학식3]과 같은 신호(
Figure 112008064948250-pat00031
)를 수신한 후 상기 중계기(200)와 사전에 정의된 상기 파일럿신호(
Figure 112008064948250-pat00032
)와 네트워크 복호화하여, 제1과정에서 네트워크 부호화되어 전송된 단말기(100)와 중계기(200) 간 의 채널품질정보(
Figure 112008064948250-pat00033
)를 획득하는 것으로, 이 과정(S3,S4)에 대해 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기 중계기(200)의 파일럿신호(
Figure 112008064948250-pat00034
)와 단말기(100)와 중계기(200) 간의 채널품질정보(
Figure 112008064948250-pat00035
)가 상기 네트워크 부호화기(220)를 통해 네트워크 부호화 되고, 다시 상기 이진 변조장치(230)를 통해 이진위상천이변조(BPSK; Binary Phase Shift Keying) 방식으로 변조되어 기지국(300) 측으로 전송된 다음, 무선네트워크(NET)를 통해 전송되는 과정에서 채널의 특성 및 잡음의 영향을 받게 된다.
따라서, 상기 기지국(300)의 네트워크 복호화기(320)가 상기 무선네트워크(NET)를 통해 상기 중계기(200)로부터 수신한 상기 수신신호(
Figure 112008064948250-pat00036
)와 상기 중계기(200)와 같은 이진 변조장치(310)를 통해 이진신호로 변조된 파일럿신호(
Figure 112008064948250-pat00037
)를 대상으로 아래의 [수학식4]와 같이 복호화 연산처리하여 상기 채널품질정보(
Figure 112008064948250-pat00038
)를 얻게 된다.
Figure 112008064948250-pat00039
상기 [수학식4]의 연산 예로써, 배타적 논리합 연산(XOR)을 이용하는 경우 상기 채널품질정보
Figure 112008064948250-pat00040
=(
Figure 112008064948250-pat00041
XOR
Figure 112008064948250-pat00042
) XOR
Figure 112008064948250-pat00043
의 연산으로 얻어진다.
상기 기지국에서 채널품질정보 추정기(330)는 상기 네트워크 복호화기(320)의 출력신호에 대해 최소 자승법 등으로 선형 예측을 수행하여 보다 정확한 단말 기(100)와 중계기(200) 간의 채널품질정보(
Figure 112008064948250-pat00044
)를 획득할 수 있게 된다.
만일, 상기 중계기(200)와 기지국(300) 간의 채널 품질이 양호할 경우(
Figure 112008064948250-pat00045
:1) 상기의 [수학식 4]와 같이 올바른 채널품질정보를 획득하는 것이 가능하다. 왜냐하면, 중계기(200)의 사용 환경은 중계기(200)와 기지국(300) 간의 조준선(line-of-sight)이 존재하고, 파일럿신호의 전송 전력을 다른 신호보다 2∼3dB 높여 전송하기 때문이다. 하지만, 실질적으로 무선환경에서 중계기(200)와 기지국(300) 사이의 채널 품질이 떨어지는 경우가 종종 발생하는데, 이때의 채널 품질 추정 오류 확률은 실제 채널 품질값에 반비례하여 증가하게 된다.
상기와 같이 기지국(300)에서 단말기(100)와 중계기(200) 간의 채널품질정보
Figure 112008064948250-pat00046
를 획득한 후, 채널 추정기(340)는 상기 채널품질정보(
Figure 112008064948250-pat00047
)와 중계기(200)로부터의 수신신호(
Figure 112008064948250-pat00048
)를 이용하여 중계기(200)와 기지국(300) 간의 채널품질정보를 추정한다.(S5)
다시 말해서, 상기와 같은 과정을 통해 기지국(300)에서는 중계기(200)가 전송한 네트워크 부호화된 파일럿신호를 정확히 알고 있으므로, 그 네트워크 부호화된 파일럿신호를 통상의 파일럿신호로 간주하여 중계기(200)와 기지국(300) 간의 채널품질정보를 획득할 수 있게 된다. 이때의 채널 추정 알고리즘은 널리 알려진 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.
두 번째 방법은 상기 기지국(300)에서 사전에 정의된 파일럿신호(
Figure 112008064948250-pat00049
)와 존재하는 모든 채널품질정보값들(
Figure 112008064948250-pat00050
for all i)을 각각 네트워크 부호화하여, 이들 각각 의 네트워크 부호화 된 신호와 수신신호와의 상관값을 분석하고, 이를 이용하여 단말기(100)와 중계기(200) 간의 채널품질정보(
Figure 112008064948250-pat00051
)를 획득하는 것으로 이 과정(S6,S7)에 대하여 도 3 및 [수학식5] 내지 [수학식 6]과 [수학식9]를 참조하여 이를 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
예를 들어, 총 4개의 채널품질정보를 사용하기로 약속하였다고 가정할 경우, 만약 상기 제1과정에서 중계기(200)가 단말기(100)와 중계기(200) 간의 채널품질로 CQI3을 측정하였다면 이를 파일럿신호(
Figure 112008064948250-pat00052
)와 네트워크 부호화하여, 예를 들어 베타적 논리합 (XOR)을 사용한 경우에는 (
Figure 112008064948250-pat00053
XOR CQI3 ) 형태로 상기 기지국(300)에 전송한다.
이렇게 전송된 신호는 전송 과정에서 무선 채널 환경 및 잡음의 영향을 받게 되므로, 상기 기지국(300)에서 수신한 신호는 상기 [수학식3]과 같이 된다.
이때, 상기 기지국(300)에서는 상기와 같이 수신된 신호와 조합 가능한 모든 신호 (
Figure 112008064948250-pat00054
XOR CQI1), (
Figure 112008064948250-pat00055
XOR CQI2), (
Figure 112008064948250-pat00056
XOR CQI3), ( XOR CQI4)들과의 각각의 상관값을 구한다.
즉, 이진변조장치(351A-351N)는 파일럿신호(
Figure 112008064948250-pat00058
)와 각각의 채널품질신호(CQI1),(CQI2),(CQI3),(CQI4)가 네트워크 부호화 된 신호 각각을 입력받아 이진신호로 변조하여 출력한다. 그리고, 상관값 계산기(352A-352N)는 상기 이진변조장치(351A-351N)에서 출력되는 각각의 네트워크 부호화 된 신호들과 수신신호와의 상 관값을 각기 구한다.
상기 기지국(300)에서 사전에 정의된 파일럿신호(
Figure 112008064948250-pat00059
)와 존재하는 모든 채널품질정보값들(
Figure 112008064948250-pat00060
for all i)을 [수학식 2]와 같이 각각 네트워크 부호화 하고, 이들 각각의 네트워크 부호화 된 신호들과 상기 [수학식3]과 같은 수신신호(
Figure 112008064948250-pat00061
)와의 각각의 상관값을 분석하여, 중계기(200)가 전송한 단말기(100)와 중계기(200) 간의 채널품질정보를 획득하게 되는데 이는 아래의 [수학식5]로 표현된다.
Figure 112008064948250-pat00062
여기서,
Figure 112008064948250-pat00063
는 수신신호와
Figure 112008064948250-pat00064
번째 CQI 값이 파일럿신호와 네트워크 부호화된 신호와 수신신호와의 상관값을 의미하고,
Figure 112008064948250-pat00065
은 파일럿신호의 길이이다. 만약 상기의 네트워크 부호화 과정 후의 신호(
Figure 112008064948250-pat00066
)들이 서로 직교(orthogonal)할 경우, 상기 [수학식5]에서
Figure 112008064948250-pat00067
를 제외한 부분은 다음의 [수학식6]과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112008064948250-pat00068
상기 [수학식6]과 같이 네트워크 부호화된 신호들이 서로 직교할 경우에는
Figure 112008064948250-pat00069
번째 품질정보값 CQI와 파일럿신호가 네트워크부호화된 신호와,
Figure 112008064948250-pat00070
가 아닌 다른 품질정보값 CQI와 네트워크 부호화된 신호와의 상관값은 0이 되며, 같은 신호와의 상관값은 파일럿신호의 길이인
Figure 112008064948250-pat00071
을 갖는다. 그리고, 잡음의 항목은 제2문헌[F, TSUZUKI and T. OHTSUKI,"Channel Estimation with Selective Superimposed Pilot Sequences under Fast Fading Environments", IEICE Trans. Commun., Vol. E89-B,No.2,Feb.2006]에 의해 다음의 [수학식7]과 같이 표현된다.
Figure 112008064948250-pat00072
여기서,
Figure 112008064948250-pat00073
는 평균 0, 분산 1을 갖는 독립된 복소 임의의 수(Independent complex-valued random number)이다.
이후, 상기와 같은 수신신호와의 상관값 비교를 통해 아래의 [수학식8]과 같이 가장 큰 상관값을 갖는 CQI를 찾고 이를 근거로 중계기(200)와 단말기(100) 간의 채널품질값을
Figure 112008064948250-pat00074
추정한다. 다시 말해서, 채널품질값 선택기(353)는 상기 상관값 계산기(352A-352N)에서 각기 출력되는 채널품질값 중에서 가장 큰 상관값을 갖는 채널 품질값(
Figure 112008064948250-pat00075
)을 선택하여 출력하게 되는데, 이 채널품질값(
Figure 112008064948250-pat00076
)이 단말기(100)와 중계기(200) 간의 채널품질값이다.
채널 추정기(360)는 무선네트워크(NET)를 통해 상기 중계기(200)로부터 수신되는 신호와 상기 채널품질값 선택기(353)에서 선택 출력되는 단말기(100)와 중계기(200) 간의 채널품질값(
Figure 112008064948250-pat00077
)을 이용하여 중계기(200)와 기지국(300) 간의 채널품질정보를 추정한다.(S8)
예를 들어, 상기 과정(S6,S7)에서 구해진 상관값들 중에서 (
Figure 112008064948250-pat00078
XOR CQI3 )와의 상관값이 가장 큰 경우 상기 채널 추정기(360)는 상기 과정(S1,S2)에서 CQI3 이 단말기(100)와 중계기(200) 간의 채널품질값으로 네트워크 부호화되었을 것으로 추정한다.
Figure 112008064948250-pat00079
상기의 과정 후, 기지국에서는 (
Figure 112008064948250-pat00080
XOR CQI3 )를 중계기와 기지국간의 파일럿 신호로 간주하여 중계기와 기지국간의 채널 품질 정보를 측정한다.
만일, 상기의 네트워크 부호화 과정 후의 신호들이 서로 직교하지 않을 경우(non-orthogonal)에도 상기의 과정이 적용될 수 있는데, 이 때의 [수학식5]의 상관값을 상기 제2문헌에 의해 표현하면 다음의 [수학식9]와 같다.
Figure 112008064948250-pat00081
상기 [수학식9]에서
Figure 112008064948250-pat00082
,
Figure 112008064948250-pat00083
는 상기 제2문헌에 의해 평균 0, 분산 1인 독립된 가우시안 임의의 수(Independent Gaussian number)이다. 잡음에 관한 수학식은 상기 [수학식7]과 동일하다. 상기 [수학식9]에서 만일
Figure 112008064948250-pat00084
번째 CQI와 네트워크 부호화된 신호
Figure 112008064948250-pat00085
가 아닌 다른 CQI와 네트워크 부호화된 신호와의 상관값은
Figure 112008064948250-pat00086
로 표현되는 임의의 값을 갖는다. 하지만, 아래의 [수학식10]에서 볼 수 있듯이 상기 값은 항상
Figure 112008064948250-pat00087
보다 작기 때문에 네트워크 부호화된 신호의 직교성과 관계없이 상관값 비교를 통해 단말기(100)와 중계기(200) 간의 채널품질정보를 얻을 수 있게 된다.
Figure 112008064948250-pat00088
도 4는 네트워크 부호화된 신호들 간의 상관값이 0(orthogonal)일 경우 파일럿 신호의 길이의 변화(L=8,L=32)에 따른 채널품질 추정 오류를 도시한 것이고, 도 5는 신호의 길이가 일정할 때(L=8) 네트워크 부호화된 신호들 간의 상관값의 변화에 따른 A1과 A2 방식의 성능 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4 및 도 5에서 A1은 상기 도 2에서와 같이 채널품질정보 획득과정을 나타낸 그래프이고, A2는 도 3에서와 같이 여러 개의 상관값 비교를 통해 채널품질정보를 획득하는 것을 나타낸 그래프이다. A3는 상기 A1,A2와 비교를 위해 네트워크 부호화를 수행하지 않고 단말기(100)와 중계기(200) 간의 채널품질정보를 전송하는 것을 나타낸 그래프로서, 이와 같은 경우에는 별도의 채널이나 무선자원을 이용하여 단말기(100)와 중계기(200) 간의 채널품질정보를 기지국(300)에 알려주어야 한다.
도 4에서는 네트워크 부호화된 신호들 간의 상관값이 0일 경우 파일럿신호의 길이 변화(L=8, L=32)에 따른 채널품질 추정오류율을 나타낸 것으로, 기지국(300)에서 단말기(100)와 중계기(200) 사이의 채널품질정보값
Figure 112008064948250-pat00089
를 추정할 때 발생하는 오류율을 나타낸 것이다. 도 4에 나타난 바와 같이 A1의 경우에는 수신신호와 전송된 파일럿신호와의 네트워크 부호화를 수행하기 때문에 중계기(200)와 기지국(300) 간의 낮은 채널품질값 영역에서는 높은 오류확률이 나타나는 것을 알 수 있다. 반면에, 수신신호와 각각의 네트워크 부호화된
Figure 112008064948250-pat00090
와의 상관값을 이용하는 A2의 경우, 네트워크 부호화과정 없이 채널정보를 전송하는 A3와 거의 비슷한 성능을 나타내는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명을 이용할 경우 A3와 같은 추가적인 데이터 전송과정을 생략하고도 기지국(300)에게 단말기(100)와 중계기(200) 간의 채널품질정보를 전달할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 신호의 길이가 길어질 경우 추정된 CQI 값들 간의 상관값 차이가 커지기 때문에 성능이 향상되는 것을 알 수 있다.
도 5에서 볼 수 있듯이 신호들 간의 상관값이 증가함에 따라 오류율이 높아지는 것을 알 수 있다. 그 이유는 신호들 간의 상관값이 증가하게 되면 기지국(300)에서 상관값 비교를 통해 CQI값을 획득할 때에도 서로 간의 상관값의 변화가 적어져 상관값을 통한 구별이 어렵기 때문이다. 따라서, 파일럿신호와 CQI 신호와의 네트워크 부호화된 신호들 간의 상관값이 낮게 되도록 파일럿신호열과 CQI 신호열을 적절히 구성하면, 본 발명에서 제안하는 채널품질정보 전달방식을 이용할 때 별도의 신호전송과정을 생략하고도 단말기(100)와 중계기(200), 중계기(200)와 기지국(300) 간의 채널품질정보를 획득할 수 있게 된다.
상기의 설명에서는 중계기와 단말기 간의 채널품질정보 획득을 위해 전송하는 파일럿신호와, 단말기와 중계기 간의 채널품질정보를 네트워크 부호화하여 기지국으로 전송함으로써, 별도의 물리적인 채널이나 신호전송 없이 단말기와 중계기 간의 채널품질정보 및 중계기와 기지국 간의 채널품질정보를 획득할 수 있음을 예시적으로 보인 것이다. 그런데, 상기 설명에서 네트워크 부호화되는 신호는 상기의 채널품질정보로 한정되는 것이 아니라 다른 제어신호들을 사용하는 것도 가능하다. 이 제어신호들은 사용자의 데이터 신호와 같이 독립적인 신호가 아닌, 송신측과 수신측 사이에서 사전에 정의된 예측 가능한 신호들이다. 예를 들어, 상기 채널품질정보는 가능한 모든 채널품질정보의 총 개수가 유한하고, 각각의 채널품질정보 값들은 송수신측 사이에 정의된 값이다. 따라서, 응답신호(ACK),(NACK) 등과 같이 사전에 정의가 가능하고, 유한한 개수를 갖는 신호들은 상기 채널품질정보 대신 사용할 수 있다.
또한, 중계기를 사용하는 이동통신 네트워크 환경에 적용된 상기의 실시예를 중 계기 없이 단말기와 기지국이 직접 통신하는 이동통신 환경에도 적용할 수 있다. 이와 같은 경우 기지국으로부터 단말기로 전송하는 하향링크의 채널품질 값을 단말기가 기지국으로 상향링크를 통해 전달할 때 상기 실시예에서의 중계기를 단말기로 대신 적용할 수 있다.
다시 말해서, 단말기가 측정한 기지국과 단말기 간의 하향링크 채널품질정보를 단말기와 기지국 간의 상향링크 채널품질 측정 등을 위해 전송하는 파일럿 신호와 함께 상기와 같이 네트워크 부호화하여 전송하고, 상기 기지국에서는 상기 설명에서와 같은 복호화 기술을 사용하면 중계기가 없는 이동통신 환경에서도 별도의 물리적인 채널이나 신호전송 없이 하향링크 채널품질정보를 기지국으로 전송할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니라 다음의 청구범위에서 정의하는 본 발명의 기본 개념을 바탕으로 보다 다양한 실시예로 구현될 수 있으며, 이러한 실시예들 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 기지국, 중계기 및 단말기로 이루어진 무선 중계 네트워크의 예시도.
도 2는 본 발명에 의한 무선중계네트워크의 채널정보 전달 장치의 블록도.
도 3은 본 발명에 의한 무선중계네트워크의 채널정보 전달 장치의 다른 블록도.
도 4는 본 발명에 의한 채널품질정보 전달 방식의 전송신호 길이의 변화에 따른 추정 오류 확률의 실시예를 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명에 의한 채널품질정보 전달 방식의 전송신호 간의 상관값의 변화에 따른 추정 오류 확률의 실시예를 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명에 의한 무선중계네트워크의 채널정보 전달 방법의 플로우차트.
***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***
100 : 단말기 200 : 중계기
210 : 채널 추정장치 220 : 네트워크 부호화기
230,310 : 이진 변조장치 300 : 기지국
320 : 네트워크 복호화기 330 : 채널품질정보 추정기
340,360 : 채널 추정기 351A-351N : 이진변조장치
352A-352N : 상관값 계산기 353 : 채널품질값 선택기

Claims (13)

  1. 단말기로부터 수신된 파일럿신호를 근거로 단말기와 중계기 간의 채널값을 추정하여 채널품질정보로 변환출력하는 채널 추정장치와;
    상기 단말기와 중계기 간의 채널품질정보와 중계기에서 중계기와 기지국 간의 채널 품질 측정을 위해 전송하는 파일럿신호를 데이터 결합하는 과정인 네트워크 부호화하여 기지국 측으로 전송하는 네트워크 부호화기와;
    상기 중계기로부터 수신된 신호를 파일럿 신호를 이용하여 복호화하여 상기 채널품질정보를 획득하는 네트워크 복호화기와;
    상기 네트워크 복호화기의 출력신호에 대해 선형 예측을 수행하여 단말기와 중계기 간의 채널품질정보를 획득하는 채널품질정보 추정기와;
    상기 단말기와 중계기 간의 채널품질정보와 중계기로부터의 수신신호를 이용하여 중계기와 기지국 간의 채널품질정보를 추정하는 채널 추정기를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 무선중계네트워크의 채널정보 전달 장치.
  2. 제1항에 있어서, 네트워크 부호화기에 의해 네트워크 부호화된 신호는 아래의 [수학식]으로 표현되는 것을 특징으로 하는 무선중계네트워크의 채널정보 전달 장치.
    Figure 112008064948250-pat00091
    여기서,
    Figure 112008064948250-pat00092
    는 중계기와 기지국 간 채널 품질 측정을 위해 기지국 측으로 전송하는 파일럿신호,
    Figure 112008064948250-pat00093
    는 단말기와 중계기 간의
    Figure 112008064948250-pat00094
    번째 채널품질정보
  3. 제1항에 있어서, 네트워크 부호화기의 출력신호를 소정의 형식으로 변조하여 출력하는 변조장치를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 무선중계네트워크의 채널정보 전달 장치.
  4. 제3항에 있어서, 변조장치는 이진 변조장치인 것을 특징으로 하는 무선중계네트워크의 채널정보 전달 장치.
  5. 제1항에 있어서, 기지국에서 수신되는 신호(
    Figure 112008064948250-pat00095
    )는 아래의 [수학식]으로 표현되는 것을 특징으로 하는 무선중계네트워크의 채널정보 전달 장치.
    Figure 112008064948250-pat00096
    여기서,
    Figure 112008064948250-pat00097
    는 기지국과 중계기 간의 채널 값이고,
    Figure 112008064948250-pat00098
    는 평균 0, 분산
    Figure 112008064948250-pat00099
    인 가우시안 잡음이고,
    Figure 112008064948250-pat00100
    =
    Figure 112008064948250-pat00101
    =
    Figure 112008064948250-pat00102
    =
    Figure 112008064948250-pat00103
    .
  6. 제1항에 있어서, 네트워크 복호화기는 아래의 [수학식]으로 복호화 연산하는 것을 특징으로 하는 무선중계네트워크의 채널정보 전달 장치.
    Figure 112008064948250-pat00104
    여기서,
    Figure 112008064948250-pat00105
    는 중계기와 기지국 간 채널 품질 측정을 위해 기지국 측으로 전송하는 파일럿신호,
    Figure 112008064948250-pat00106
    는 기지국과 중계기 간의 채널 값이고,
    Figure 112008064948250-pat00107
    는 평균 0, 분산
    Figure 112008064948250-pat00108
    인 가우시안 잡음.
  7. 제6항에 있어서, 네트워크 복호화 연산은 배타적 논리합 연산인 것을 특징으로 하는 무선중계네트워크의 채널정보 전달 장치.
  8. 제1항에 있어서, 채널품질정보 추정기의 선형 예측은 최소 자승법을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선중계네트워크의 채널정보 전달 장치.
  9. 단말기로부터 수신된 파일럿신호를 근거로 단말기와 중계기 간의 채널값을 추정하여 채널품질정보로 변환출력하는 채널 추정장치와;
    상기 단말기와 중계기 간의 채널품질정보와 중계기에서 중계기와 기지국 간의 채널 품질 측정을 위해 전송하는 파일럿신호를 데이터 결합하는 과정인 네트워크 부호화하여 기지국 측으로 전송하는 네트워크 부호화기와;
    파일럿신호와 복수의 채널품질신호들 각각을 네트워크 부호화한 신호들과 수신신호와의 상관값을 각기 구하는 복수의 상관값 계산기와;
    상기 복수의 상관값 계산기들에서 각기 출력되는 채널품질값 중에서 가장 큰 상관값을 갖는 채널품질값을 선택하여 단말기와 중계기 간의 채널품질값으로 출력하는 채널품질값 선택기와;
    상기 중계기 측으로부터 수신되는 신호와 상기 채널품질값 선택기에서 출력되는 단말기와 중계기 간의 채널품질값을 이용하여 중계기와 기지국 간의 채널품질정보를 추정하는 채널 추정기를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 무선중계네트워크의 채널정보 전달 장치.
  10. 제9항에 있어서, 파일럿신호와 복수의 채널품질신호들을 네트워크 부호화하여 이들 각각을 이진신호로 변조하여 공급하기 위한 복수의 이진변조장치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 무선중계네트워크의 채널정보 전달 장치.
  11. 중계기와 기지국간에 사전에 정의된 파일럿신호와, 측정된 단말기와 중계기 간의 채널품질정보를 중계기에서 데이터 결합하는 과정인 네트워크 부호화하여 기지국으로 전송하는 제1과정과;
    상기 네트워크 부호화된 신호를 수신한 후 이를 상기 중계기에서 사전에 정의된 상기 파일럿신호를 이용하여 데이터 분리하는 과정인 네트워크 복호화하여, 단말기와 중계기 간의 채널품질정보를 획득하는 제2과정과;
    상기 획득된 채널품질정보에 대해 선형 예측을 수행하여 단말기와 중계기 간의 채널품질정보를 획득하는 제3과정과;
    상기 단말기와 중계기 간의 채널품질정보와 중계기로부터의 수신신호를 이용하여 중계기와 기지국 간의 채널품질정보를 추정하는 제4과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무선중계네트워크의 채널정보 전달 방법.
  12. 제11항에 있어서, 제1과정은 네트워크 부호화된 신호를 이진신호로 변환하여 무선네트워크를 통해 기지국 측으로 전송하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무선중계네트워크의 채널정보 전달 방법.
  13. 중계기 혹은 단말기에서 기지국과 사전에 정의된 파일럿신호와, 측정된 단말기와 중계기 간의 채널품질정보를 중계기에서 데이터 결합하는 과정인 네트워크 부호화하여 기지국으로 전송하는 제1과정과;
    상기 기지국에서 사전에 정의된 파일럿신호와 복수의 채널품질신호들을 네트워크 부호화하여 이들 각각의 신호들과 수신신호와의 상관값을 분석하는 제2과정과;
    상기 분석결과를 근거로 단말기와 중계기 간의 채널품질정보를 획득하는 제3과정과;
    상기 중계기로부터 수신되는 신호와 상기 획득된 단말기와 중계기 간의 채널품질정보를 근거로 중계기와 기지국 간의 채널품질정보를 추정하는 제4과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무선중계네트워크의 채널정보 전달 방법.
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