KR101265587B1

KR101265587B1 - 다중 반송파를 사용한 다중 접속 방식 시스템에서의 신호수신 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101265587B1
Application number: KR1020050036862A
Authority: KR
Inventors: 김학성; 김봉회; 안준기; 노동욱; 서동연
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2005-05-02
Filing date: 2005-05-02
Publication date: 2013-05-22
Also published as: WO2006118412A2; KR20060114590A; WO2006118412A3; US8422576B2; EP1878136B1; EP1878136A2; CN101171766A; EP1878136A4; US8483326B2; US20120300745A1; US20110149902A1; US20080247474A1; US7924931B2

Abstract

본 발명은 적어도 하나의 기지국으로부터, 기지국 구별 정보를 포함하는 신호를 수신하는 단계와, 상기 신호를 이용하여 각 기지국별로 채널 추정(Channel Estimation)을 수행하는 단계와, 상기 채널 추정 정보를 이용하여, 각 기지국으로부터 전송된 신호를 결합하는 단계 및 상기 결합된 신호를 디코딩 하는 단계를 포함하여 이루어지는 다중 반송파를 사용한 다중 접속 방식 시스템에서의 신호 수신 방법 및 이를 이용한 수신 장치에 관한 것으로써, 다중 반송파 다중접속기술을 사용하는 이동통신 시스템에 있어서, 핸드오버중인 이동국이 보다 효율적으로 수신 신호를 결합하여 디코딩할 수 있도록 하는 효과가 있다.

확산코드, 최대 비율 결합(MRC), 매크로다이버시티, OFDMA, 채널추정

Description

다중 반송파를 사용한 다중 접속 방식 시스템에서의 신호 수신 방법 및 장치{Method and Apparatus for Receiving signal in Multiple Access System Using Multple Carriers}

도 1 은 핸드오버 중인 이동국에서 데이터를 수신하는 방법을 나타낸 일실시예 설명도.

도 2 는 핸드오버 중인 이동국에서 데이터를 수신하는 방법을 나타낸 다른 실시예 설명도.

도 3 은 핸드오버 상황에서 기지국 구분을 위한 코드 생성 방법을 나타낸 일실시예 설명도.

도 4 는 핸드오버 상태에서 K 개의 기지국으로부터 전송되는 신호를 결합하여 디코딩하기 위한 수신장치를 나타낸 일실시예 구성도.

본 발명은 다중 반송파를 사용한 다중 접속 방식 시스템에서의 신호 수신 방법 및 장치 방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는, 핸드오버 중인 이동국이 각 기지국과 이동국의 무선 링크별로 무선 채널을 추정하고 이를 이용하여 수신 신호 를 결합할 수 있도록 하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

다중 반송파(Multiple Carrier)를 이용한 다중 접속(Multiple Access) 기술이 사용된 셀룰라 이동통신 시스템에 있어서, 하향링크 핸드오버 상황에 있는 이동국은 매크로 다이버시티(Macro Diversity) 이득을 얻는다. 즉, 핸드오버 상태의 이동국은 2 이상의 주변 기지국으로부터 동일한 데이터를 수신하되, 서로 다른 무선 채널을 통해 혼합된 형태로 수신하고, 이를 결합하여 디코딩 함으로써, 디코딩 이득을 얻게 된다.

매크로 다이버시티를 얻는 기술에 있어서, 수신신호를 결합하는 방법의 일례로, 등가 이득 결합(Equal Gain Combining; 이하 'EGC') 방식 및 최대 비율 결합(Maximum Ratio Combining; 이하 'MRC') 방식이 있다. EGC 방식에 있어서는, 진폭에 대한 정확한 보상은 이루어지지 않고 단지 위상(Phase) 왜곡에 대한 보상만을 수행한다. 즉, 진폭 이득(Amplitude Gain) 값은 1 이 된다. 따라서, 진폭 및 위상 보상을 통한 채널 추정을 수행 할 수 없다. 한편, MRC 방식은 진폭 및 위상을 보상하여 채널 추정을 수행하므로, 대부분의 채널 환경에 있어서, EGC 방식보다 좋은 성능을 가진다.

일반적으로, 핸드오버시 동일한 데이터를 전송하는 셀들간에 동기가 유지되는 경우에는, 부가적인 신호 처리 없이도 EGC 를 이용하여 수신 신호를 효율적으로 디코딩 할 수 있으나, 각 셀로부터 전송되는 데이터 파일럿의 전송방식, 패턴, 위치 등 수신 신호의 형식이 일치하여야 매크로 다이버시티 이득을 얻을 수 있다.

따라서, 결합 이득을 높이기 위해서는 MRC 를 사용해야 하는데, 다중 반송파 다중 접속기술의 특성상, 각 기지국과 이동국 사이의 무선 링크별로 채널 추정(Channel Estimation)을 할 수 없으므로, 매크로 다이버시티 이득을 증가시킬 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 다중 반송파 다중 접속기술을 기반으로 한 이동통신 시스템에 있어서, 핸드오버중인 이동국이 각 기지국과의 링크별로 채널을 추정할 수 있도록 함으로써, 디코딩에 있어서 다이버시티 이득을 높이는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 다중 반송파를 사용한 다중 접속 방식을 사용하는 이동통신 시스템에서, 핸드오버 중인 이동국의 신호 수신 방법에 있어서, 적어도 하나의 기지국으로부터, 기지국 구별 정보를 포함하는 신호를 수신하는 단계와, 상기 신호를 이용하여 각 기지국별로 채널 추정(Channel Estimation)을 수행하는 단계와, 상기 채널 추정 정보를 이용하여, 각 기지국으로부터 전송된 신호를 결합하는 단계 및 상기 결합된 신호를 디코딩 하는 단계를 포함하여 이루어진다.

또한, 본 발명은 적어도 하나의 기지국으로부터 수신된, 기지국 구별 정보를 포함하는 신호를 병렬 신호로 전환하는 직병렬변환부와, 상기 병렬 신호에 대하여 고속 푸리에 변환(FFT; Fast Fourier Transform)을 수행하는 푸리에 변환부와, 상기 푸리에 변환된 주파수 영역 신호를 직렬 신호로 변환하는 병직렬변환부와, 상기 기지국 구별 정보를 이용하여 상기 주파수 영역 신호를 역확산하는 역확산처리부와, 상기 역확산된 신호를 이용하여 상기 각 기지국과 이동국간의 채널 추정을 수행하는 채널 추정부와, 상기 채널 추정 정보에 따라, 각 기지국으로부터 전송된 상기 신호를 결합하는 신호 결합부 및 상기 결합된 신호를 디코딩 하는 디코딩부를 포함하여 이루어진다.

상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

이하 본 발명의 설명에 있어서는 다중 반송파를 이용한 다중 접속 기술 중에서 직교 주파수 분할 다중접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access; 이하 'OFDMA')를 일례로 하여 설명하기로 한다.

도 1 은 핸드오버 중인 이동국에서 데이터를 수신하는 방법을 나타낸 일실시예 설명도이다. 도 1 을 참조하면, 핸드오버 중인 이동국은, K 개의 기지국으로부터 동일한 프레임 형식에 따라 데이터를 수신한다. 즉, 이동국에 수신되는 데이터는 각 기지국의 구별 없이, 혼합된 형태로 전송되는 데이터들을 수신하게 되므로, 각 기지국으로부터 전송되는 데이터들은 동일한 프레임 형식을 가진다.

또한, 각 기지국별로 채널 추정을 수행할 수 없으므로, EGC 방식을 사용하여 수신 데이터를 디코딩 한다. EGC 방식을 이용하여 매크로 다이버시티 이득을 얻기 위해서는, 각 기지국으부터의 전송 시간 지연이 보호구간(GI; Guard Interval) 내에 위치할 수 있도록 기지국간 동기를 유지하거나, 보호구간의 크기를 제어할 필요 가 있다. 상기 보호 구간은, 앨리아싱 효과(Aliasing Effect)를 막기 위한 것으로서, 전송되는 데이터의 일정 부분을 반복함으로서 구성될 수 있다.

또한, 도 1 에 도시된 바와 같이, 다중반송파 다중접속 시스템을 적용한 셀룰라 이동통신시스템의 핸드오버 상황에 있는 사용자에게 전송되는 하향링크 데이터는 항상 기지국간 동기가 유지 되지 않을 수 있다. 또한, 동기를 유지시키기 위해서는 추가적인 비용이 소요되므로, 기지국간 동기가 정확히 유지되지 않더라도, 매크로 다이버시티 이득을 얻을 수 있도록 할 필요가 있다.

도 2 는 핸드오버 중인 이동국에서 데이터를 수신하는 방법을 나타낸 다른 실시예 설명도이다. 도 1 을 참조하면, 핸드오버 중인 이동국은, K 개의 기지국으로부터 동일한 데이터를 수신한다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 각 기지국으로부터 전송된 데이터들은 정확히 동기가 맞지 않고, 수신 시간 차이를 두고 이동국에 수신될 수 있다.

이러한 경우, 각 기지국들이 상기 데이터를 전송함에 있어서, 기지국을 구별할 수 있는 코드를 사용하여 데이터를 전송할 수 있다. 즉, 다중 반송파 다중 접속기술이 사용된 셀룰라 이동통신시스템에 있어서, 하향링크의 소프트 핸드오버 중에, 각 기지국으로부터 전송되는 데이터를 각 기지국을 기준으로 구분할 수 있도록, 직교코드나 유사 직교코드를 적용할 수 있다.

이 때 사용되는 코드의 예로서, PN(Pseudo Noise) 코드, 직교 가변 확산 인자(Orthogonal Variable Spreading Factor; 이하 'OVSF') 코드, 왈쉬 코드(Walsh Code) 같은 직교코드가 있다. 한편, 골드코드(Gold Code)와 같은 유사 직교코드를 사용할 수도 있다. 특히, 기지국간 동기가 보장되는 상황에서 보다 좋은 성능을 나타내는 OVSF 코드를 사용할 수 있다. 또한, 기지국간 동기가 유지가 되지 않을 경우에는, 직교코드 대신 유사직교코드를 사용하여 각 기지국을 구별할 수도 있다.

기지국 구분에 사용되는 코드는, 구현의 용이성을 고려하여 고정된 확산인자(Spreading Factor; 이하 'SF')를 가지도록 할 수 있다. 그러나, 가변적인 SF 사용할 수도 있다.

도 3 은 핸드오버 상황에서 기지국 구분을 위한 코드 생성 방법을 나타낸 일실시예 설명도이다. 기지국을 구별하기 위한 코드 및 SF 가 결정되면, 전송할 각 심볼(symbol)에 대하여 상기 SF 만큼 반복하여 확산코드와 동일한 길이를 가지도록 하고, 확산코드와 일대일로 곱하여 이동국에 전송한다. 이때, 도 3 에 도시된 바와 같이, 각 기지국을 구분하기 위한 코드에 있어서, 주파수-시간 확산 코드를 할당할 수 있다. 주파수-시간 코드에 있어서, 주파수 영역의 기본 단위는 부반송파(sub-carrier)이며, 시간영역의 기본 단위는 심볼구간(symbol duration)이다.

도 3 은 SF 가 8 인 경우의 일례이다. SF 가 8 인 경우에는, 시간 영역으로 심볼을 4 번 반복하고, 주파수 영역으로 2 회 반복한 후, 8 개의 주파수-시간 확산 코드( C = {C1, C2, …, C8} )를 곱하여 이동국에 전송할 수 있다. 상기 주파수-시간 SF 는 수학식 1 에 결정된다.

SF = SF_time * SF_freq

수학식 1 에서, SF 는 전체 SF 를 나타내고, SF_time는 시간 영역에서의 확산 인자를 나타내고, SF_freq 는 주파수 영역에서의 확산 인자를 나타낸다. 도 3 은 SF_time이 4 이고, SF_freq 가 2 인 경우의 일례이다. 한편, SF 가 8 인 주파수-시간 코드를 생성하기 위해서, SF_time및 SF_freq를 다양하게 선택할 수 있다. 예를 들어, SF 가 8 인 경우, SF_time이 2 이고, SF_freq 가 4 인 경우도 가능하다. 따라서, SF 가 결정된 경우, 채널 상태에 따라, SF_time및 SF_freq값을 가변하여 정해줄 수 있다.

이동국에서 수신된 데이터를 각 송신 기지국별로 구분할 수 있게 되면, 수신된 데이터들의 파일럿의 전송방식, 패턴, 위치가 반드시 일치하지 않아도 적용 가능하다. 즉, 모든 기지국이 동일한 프레임 형식을 사용하지 않는 경우에도, 이동국은 수신 데이터들을 송신 기지국을 기준으로 구별할 수 있게 된다. 또한, 수신된 데이터들에 대해 채널 추정을 수행하고, 이를 이용하여 MRC 를 이용한 디코딩을 수행할 수 있다.

즉, 이동국에서는 각 기지국 별로 전송되는 파일럿 신호를 이용하여 채널 추정을 수행하고, 기지국-이동국 간 개별 링크 단위로 채널 왜곡을 보상하고, 이 신호를 결합(combining)하는 MRC 방식을 적용할 수 있다. 이에 따라, EGC 기법보다 더 증대된 매크로 다이버시티 이득을 얻을 수 있다.

본 실시예에 따르면, 각 기지국으로부터 전송되는 신호의 동기가 정확히 일치할 필요는 없지만, 최대 지연 시간이 보호구간 이내인 것이 바람직하다. 즉, OFDM 수신기는 먼저 OFDM 심볼구간에 걸쳐 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform; 이하 'FFT') 과정 수행해야 하므로, 최대 지연 시간이 보호구간 이내인 것이 바람직하다.

도 4 는 핸드오버 상태에서 K 개의 기지국으로부터 전송되는 신호를 결합하여 디코딩하기 위한 수신장치를 나타낸 일실시예 구성도이다. 도 4 를 참조하면, 이동국이 핸드오버 중에 K 개의 기지국으로부터, 각 무선 채널을 통해 동일한 데이터에 상응하는 신호를 수신한다. 상기 무선 채널을 통해 각 기지국으로부터 수신된 신호는, 기지국 인덱스를 i 라고 하면, r₁~ r_K로 나타낼 수 있다. r_i는 수학식 2 와 같이 표현할 수 있다.

수학식 2 에서, d_i는 기지국 i 로부터 전송되는 데이터를 의미하고, s_i는 기지국 i 에 할당된 기지국 구분 코드를 의미한다. 코드 s_i 의 길이는 SF 에 의해 결정되며, SF 값에 따라 시간영역 및 주파수 영역에서 동시에 확산을 할 수 있도록 설계되었으며, 셀 구분이 주 목적이다.

한편,

는 기지국 i 와 이동국 수신기간의 무선 채널 이득을 의미한다. 이동국에서는, r₁~ r_K신호가 혼합되고, 시간 지연이 일어난 형태인 신호 r 로 수신된다. 수신된 신호 r 은 수학식 3 과 같이 표현할 수 있다.

이동국의 수신기에 구비된 직병렬 변환부(41)에서는 상기 수신 신호 r 을 병렬 신호로 변환한다. 그리고, 푸리에 변환부(42)에서는 상기 병렬로 변환된 신호들에 대해서 FFT 를 수행하며, 병직렬 변환부(43)에서는 상기 병렬 신호들을 직렬 신호로 변환한다.

역환산 처리부(44)에서는, 기지국마다 할당된 확산 코드를 이용하여, 상기 직렬로 변환된 신호들에서, 기지국으로부터 전송된 각 신호를 구별한다. 채널 추정부(45)는 구별된 각 신호에 대해 채널 추정을 수행하고, 신호 결합부(46)는 추정된 채널정보를 이용하여 MRC 를 수행하여, 채널의 위상 성분 뿐만 아니라 진폭 성분까지 보상함으로써, 신호대 간섭잡음비(SNIR; Signal to Noise Interference Ratio)를 최대로 하도록 결합할 수 있다. 그리고, 디코딩부(47)에서는 상기 결합된 신호에 대해서 디코딩을 수행한다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

다중 반송파 다중접속기술을 사용하는 이동통신 시스템에 있어서, 핸드오버 중인 이동국이, 보다 효율적으로 수신 신호를 결합하여 디코딩할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims

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이동통신 시스템에서 이동국의 신호 수신 방법에 있어서,

복수의 기지국으로부터 수신된 기지국 구별 정보를 포함하는 데이터 신호를 병렬 신호로 변환하는 단계;

상기 병렬 신호에 대하여 고속 푸리에 변환 (FFT; Fast Fourier Transform) 을 수행하는 단계;

상기 고속 푸리에 변환된 주파수 영역 신호를 직렬 신호로 변환하는 단계;

상기 기지국 구별 정보를 이용하여 상기 직렬 신호로 변환된 주파수 영역 신호를 역확산하는 단계;

상기 역확산된 신호를 이용하여 각 기지국과 상기 이동국간의 채널 추정을 수행하는 단계;

상기 채널 추정에 따라 각 기지국으로부터 전송된 상기 데이터 신호를 결합하는 단계; 및

상기 결합된 신호를 디코딩하는 단계를 포함하는, 방법.
제 17 항에 있어서,

상기 각 기지국으로부터 전송된 데이터 신호는 최대 비율 결합(MRC; Maximum Ratio Combining) 방식을 이용하여 결합되는 방법.
복수의 기지국으로부터 수신된, 기지국 구별 정보를 포함하는 데이터 신호를 병렬 신호로 전환하는 직병렬변환부;

상기 병렬 신호에 대하여 고속 푸리에 변환(FFT; Fast Fourier Transform)을 수행하는 푸리에 변환부;

상기 고속 푸리에 변환된 주파수 영역 신호를 직렬 신호로 변환하는 병직렬변환부;

상기 기지국 구별 정보를 이용하여 상기 직렬 신호로 변환된 주파수 영역 신호를 역확산하는 역확산처리부;

상기 역확산된 신호를 이용하여 상기 각 기지국과 이동국간의 채널 추정을 수행하는 채널 추정부;

상기 채널 추정 정보에 따라, 각 기지국으로부터 전송된 상기 데이터 신호를 결합하는 신호 결합부; 및

상기 결합된 신호를 디코딩 하는 디코딩부를 포함하는,

이동통신 시스템의 수신 장치.
제 19 항에 있어서,

상기 신호 결합부는, 최대 비율 결합(MRC; Maximum Ratio Combining) 방식에 따라 신호를 결합하는 이동통신 시스템의 수신 장치.