KR101397814B1 - 통신 시스템에서 잡음 및 간섭 전력 추정 장치 및 방법 - Google Patents

통신 시스템에서 잡음 및 간섭 전력 추정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

통신 시스템의 레인징 코드 수신 장치에서 잡음 및 간섭(NI: Noise and Interference) 전력을 추정하는 방법에 있어서, 상기 레인징 코드 수신 장치가 수신한 L개의 레인징 서브 캐리어들과, 상기 레인징 코드 수신 장치에서 사용 가능한 S개의 레인징 코드들 각각이 포함하는 L개의 엘리먼트들을 상관하여 S개의 상관값들을 생성하는 과정과, 상기 S개의 상관값들을 사용하여, 상기 S개의 레인징 코드들 중 상기 레인징 코드 수신 장치가 수신하기를 희망하는 N개의 수신 희망 레인징 코드들을 검출하는 과정과, 상기 S개의 레인징 코드들 중 상기 N개의 수신 희망 레인징 코드들을 제외한 S-N개의 레인징 코드들 중 M개의 잔여 레인징 코드들을 선택하고, 상기 M개의 잔여 레인징 코드들에 대한 상관 값을 사용하여 NI 전력을 추정하는 과정을 포함하는 레인징 코드 수신 장치에서 NI 전력 추정 방법이다.
Figure R1020080009778
NI 전력, 상관 NI 전력, 잡음 전력, 레인징 코드

Description

통신 시스템에서 잡음 및 간섭 전력 추정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD TO EASTIMATE NOISE AND INTERFERENCE POWER IN A COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 통신 시스템에서 잡음 및 간섭(NI: Noise and Interference, 이하 'NI'라 칭하기로 한다) 전력을 추정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
차세대 통신 시스템에서는 이동 단말기(MS: Mobile Station)들에게 고속의 대용량 데이터 송수신이 가능한 서비스를 제공하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이러한 차세대 통신 시스템의 대표적인 예가 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16 표준을 사용하는 통신 시스템(이하, 'IEEE 802.16 통신 시스템'이라 칭하기로 한다)이다.
상기 IEEE 802.16 통신 시스템에서는 기지국(BS: Base Station)과 이동 단말기간의 시간 오프셋(time offset), 주파수 오프셋(frequency offset) 및 전력을 조정하기 위한 레인징 동작이 필수적으로 수행된다. 상기 레인징은 그 목적에 따라 초기 레인징(initial ranging)과, 주기적 레인징(periodic ranging)과, 대역폭 요구 레인징(bandwidth request ranging)과 핸드오버 레인징(handover ranging)으로 구분된다.
상기 IEEE 802.16 통신 시스템에서는 특히 초기 레인징 동작과 주기적 레인징 동작이 중요한데, 그 이유는 상기 초기 레인징 동작과 주기적 레인징 동작을 통해 상기 IEEE 802.16 통신 시스템의 전력 제어에 사용되는 신호대 간섭 잡음비(SINR: Signal to Interference Noise Ratio, 이하 'SINR'이라 칭하기로 한다)와 잡음 및 간섭(NI: Noise and Inteference, 이하 'NI'라 칭하기로 한다.)전력을 추정할 수 있기 때문이다.
그런데, 상기 주기적 레인징 동작을 사용하여 NI 전력을 추정하면 에러가 발생될 확률이 커지는데 이에 대해서 설명하면 다음과 같다.
첫 번째로, 상기 주기적 레인징 동작은 기준 신호(reference signal)가 존재하지 않을 경우, 일 예로 파일럿 심볼 등이 존재하지 않는 상태에서 수행된다. 이렇게, 기준 신호가 존재하지 않는 상태에서 상기 NI 전력을 추정하므로 오차가 발생될 확률이 증가된다.
두 번째로, 이동 단말기는 미리 할당된 주기적 레인징 코드들 중 랜덤하게 선택된 주기적 레인징 코드를 이용하여 상기 주기적 레인징 동작을 수행한다. 이렇게, 경쟁 기반(contention-based)방식을 사용하여 상기 주기적 레인징 동작을 수행하면, 서로 다른 이동 단말기들로부터 송신된 동일한 레인징 코드가 충돌하거나 서로 다른 레인징 코드들이 충돌할 수 있다. 상기 레인징 코드의 충돌은 결과적으로 NI 전력 추정의 에러 발생 확률을 증가시킨다.
이렇게, 상기 NI 전력 추정에 에러가 발생되면 전력 제어 역시 에러가 발생하게 되고, 상기 전력 제어 에러는 상기 IEEE 802.16e 통신 시스템의 시스템성능을 저하시키는 요인으로 작용한다.
따라서 본 발명은 통신 시스템에서 주기적 레인징 코드를 이용하여 NI 전력을 추정하는 장치 및 방법을 제안한다.
본 발명에서 제안하는 방법은; 통신 시스템의 레인징 코드 수신 장치에서 잡음 및 간섭(NI: Noise and Interference) 전력을 추정하는 방법에 있어서, 상기 레인징 코드 수신 장치가 수신한 L개의 레인징 서브 캐리어들과, 상기 레인징 코드 수신 장치에서 사용 가능한 S개의 레인징 코드들 각각이 포함하는 L개의 엘리먼트들을 상관하여 S개의 상관값들을 생성하는 과정과, 상기 S개의 상관값들을 사용하여, 상기 S개의 레인징 코드들 중 상기 레인징 코드 수신 장치가 수신하기를 희망하는 N개의 수신 희망 레인징 코드들을 검출하는 과정과, 상기 S개의 레인징 코드들 중 상기 N개의 수신 희망 레인징 코드들을 제외한 S-N개의 레인징 코드들 중 M개의 잔여 레인징 코드들을 선택하고, 상기 M개의 잔여 레인징 코드들에 대한 상관 값을 사용하여 NI 전력을 추정하는 과정을 포함하는 레인징 코드 수신 장치에서 NI 전력 추정 방법이다.
본 발명에서 제안하는 다른 방법은; 통신 시스템의 레인징 코드 수신 장치에서 잡음 및 간섭(NI: Noise and Interference) 전력을 추정하는 방법에 있어서, 제1안테나를 통해 수신한 L개의 레인징 서브 캐리어들에 대해서 제1 상관 NI 전력값을 M개 생성하고, 상기 생성된 M개의 제1 상관 NI 전력값을 사용하여 제1 NI 전력값을 생성하는 제1과정과, 제2안테나를 통해 수신한 L개의 레인징 서브 캐리어들에 대해서 제2 상관 NI 전력값을 M개 생성하고, 상기 생성된 M개의 제2 상관 NI 전력값을 사용하여 제2 NI 전력값을 생성하는 제2과정과, 상기 제1 NI 전력값과 상기 제2 NI 전력값을 결합하는 제3과정과, 상기 결합된 NI 전력값을 사용하여 제3 NI 전력을 추정하는 제4과정을 포함하며, 상기 제1과정과 제2과정 각각은; 상기 레인징 코드 수신 장치가 상기 제1 또는 제2 안테나를 통해 수신한 L개의 레인징 서브 캐리어들과, 상기 레인징 코드 수신 장치에서 사용 가능한 S개의 레인징 코드들 각각이 포함하는 L개의 엘리먼트들을 상관하여 S개의 상관값들을 생성하는 제1단계와, 상기 S개의 상관값들을 사용하여, 상기 S개의 레인징 코드들 중 상기 레인징 코드 수신 장치가 수신하기를 희망하는 N개의 수신 희망 레인징 코드들을 검출하는 제2단계와, 상기 S개의 레인징 코드들 중 상기 N개의 수신 희망 레인징 코드들을 제외한 S-N개의 레인징 코드들 중 M개의 잔여 레인징 코드들을 선택하고, 상기 M개의 잔여 레인징 코드들에 대한 상관값들을 사용하여 상기 제1 또는 제2 상관 NI 전력값을 M개 생성하는 제3단계와,상기 제1또는 제2 상관 NI 전력값들에 대한 평균 값을 계산하고, 상기 계산된 평균 값을 사용하여 상기 제1 또는 제2 NI 전력 값을 추정하는 제4단계를 포함하는 레인징 코드 수신 장치에서 NI 전력 추정 방법이다.
본 발명에서 제안하는 장치는; 통신 시스템의 레인징 코드 수신 장치에서 잡음 및 간섭(NI: Noise and Interference) 전력을 추정하는 장치에 있어서, 상기 레인징 코드 수신 장치가 수신한 L개의 레인징 서브 캐리어들과, 상기 레인징 코드 수신 장치에서 사용 가능한 S개의 레인징 코드들 각각이 포함하는 L개의 엘리먼트들을 상관하여 S개의 상관값들을 생성하는 곱셈기와, 상기 S개의 상관값들을 사용하여, 상기 S개의 레인징 코드들 중 상기 레인징 코드 수신 장치가 수신하기를 희망하는 N개의 수신 희망 레인징 코드들을 검출하는 수신 희망 레인징 코드 검출기와, 상기 S개의 레인징 코드들 중 상기 N개의 수신 희망 레인징 코드들을 제외한 S-N개의 레인징 코드들 중 M개의 잔여 레인징 코드들을 선택하는 잔여 레인징 코드 선택기와, 상기 M개의 잔여 레인징 코드들에 대한 상관값들을 사용하여 NI 전력을 추정하는 NI 전력 추정부를 포함하는 레인징 코드 수신 장치에서 NI 전력 추정 장치이다.
본 발명에서 제안하는 다른 장치는; 통신 시스템의 레인징 코드 수신 장치에서 잡음 및 간섭(NI: Noise and Interference) 전력을 추정하는 장치에 있어서, 제1안테나를 통해 수신한 L개의 레인징 서브 캐리어들에 대해서 제1 상관 NI 전력값을 M개 생성하고, 상기 생성된 M개의 제1 상관 NI 전력값을 사용하여 제1 NI 전력값을 생성하는 제1처리기와, 제2안테나를 통해 수신한 L개의 레인징 서브 캐리어들에 대해서 제2 상관 NI 전력값을 M개 생성하고, 상기 생성된 M개의 제2 상관 NI 전력값을 사용하여 제2 NI 전력값을 생성하는 제2처리기와, 상기 제1 NI 전력값과 상기 제2 NI 전력값을 결합하는 결합기와, 상기 결합된 NI 전력값을 사용하여 제3 NI 전력을 추정하는 누적 평균기를 포함하며, 상기 제1처리기와 제2처리기 각각은; 상기 레인징 코드 수신 장치가 상기 제1 또는 제2 안테나를 통해 수신한 L개의 레인징 서브 캐리어들과, 상기 레인징 코드 수신 장치에서 사용 가능한 S개의 레인징 코드들 각각이 포함하는 L개의 엘리먼트들을 상관하여 S개의 상관값들을 생성하는 곱셈기와, 상기 S개의 상관값들을 사용하여, 상기 S개의 레인징 코드들 중 상기 레인징 코드 수신 장치가 수신하기를 희망하는 N개의 수신 희망 레인징 코드들을 검출하는 수신 희망 레인징 코드 검출기와, 상기 S개의 레인징 코드들 중 상기 N개의 수신 희망 레인징 코드들을 제외한 S-N개의 레인징 코드들 중 M개의 잔여 레인징 코드들을 선택하고, 상기 M개의 잔여 레인징 코드들에 대한 상관값들을 출력하는 잔여 레인징 코드 선택기와, 상기 M개의 잔여 레인징 코드들에 대한 상관값들을 사용하여 상기 제1 또는 제2 상관 NI 전력값을 M개 생성하는 놈(Norm) 연산기와, 상기 제1 또는 제2 상관 NI 전력값들에 대한 평균 값을 계산하고, 상기 계산된 평균 값을 사용하여 상기 제1 또는 제2 NI전력값을 추정하는 평균 연산기를 포함하는 레인징 코드 수신 장치에서 NI 전력 추정 장치이다.
본 발명은 통신 시스템에서 주기적 레인징 코드를 사용하여 정확한 NI 전력을 추정함으로써, 통신 시스템 전체 성능을 향상시킨다는 이점을 가진다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명의 동작을 이해하는데 필요한 부분만을 설명하며 그 이외의 배경 기술은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략한다.
본 발명은 통신 시스템에서 레인징 코드를 사용하여 잡음 및 간섭(NI: Noise and Interference, 이하 'NI'라 칭하기로 한다) 전력을 추정하는 장치 및 방법을 제안한다. 본 발명에서는 설명의 편의상 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16 표준을 사용하는 통신 시스템(이하, 'IEEE 802.16 통신 시스템'이라 칭하기로 한다)을 통신 시스템의 일 예로 하여 NI 전력을 추정하는 장치 및 방법에 대해서 설명하지만, 본 발명에서 제안하는 NI 전력 추정 장치 및 방법은 상기 IEEE 802.16 통신 시스템 뿐만 아니라 다른 모든 통신 시스템들에도 적용될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 IEEE 802.16 통신 시스템에서 주기적 레인징(periodic ranging code) 코드를 송신하는 방법을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 주기적 레인징 코드는 주파수 영역(frequency domain)에서 V개, 일 예로 4개의 연속적인 서브 캐리어(sub-carrier)들을 포함하는 서브 캐리어 묶음을 통해 송신된다. 여기서는 상기 서브 캐리어 묶음을 W개, 일 예로 36개라 가정한다. 즉, 주기적 레인징 코드는 L(V*W)개, 일 예로 144개의 엘리먼트(element)들을 포함하며, 상기 144개의 엘리먼트들은 144개의 서브 캐리어들을 통해 송신된다. 즉 상기 144개의 엘리먼트들 각각은 상기 144개의 서브 캐리어들 각각에 일대일 대응되어 송신된다. 도 1에서는 상기 IEEE 802.16 통신 시스템의 기지국(base station)이 PUSC(Partial Usage of SubChannels) 순열(permutation) 방식을 사용할 경우를 일 예로 하여 상기 주기적 레인징 코드의 송신에 대해서 설명하기로 한다.
상기 IEEE 802.16 통신 시스템은 타일(tile) 구조를 지원하며, 상기 타일은 시간 영역(time domain)에서 3개의 심볼 구간을 점유하고, 주파수 영역에서 4개의 서브 캐리어 구간을 점유한다. 한편, 상기에서 설명한 바와 같이 상기 주기적 레인징 코드는 주파수 영역에서 4개의 연속적인 서브 캐리어들을 포함하는 서브 캐리어 묶음 36개를 사용하여 송신되므로, 도 1에서는 제1타일(w=1) 내지 제36타일(w=36)에 포함되는 36개의 타일들 각각에 대해 세 번째 심볼 구간에 해당되는 4개의 서브 캐리어들, 즉 144개의 서브 캐리어들을 사용하여 주기적 레인징 코드를 송신한다. 여기서 W는 타일 인덱스(Index)를 의미한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 NI 전력 추정 장치의 내부의 구조를 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 NI 전력 추정 장치는 IEEE 802.16 통신 시스템이 다중 입력 다중 출력(MIMO: Multiple Input Multiple Output, 이하 'MIMO'라 칭하기로 한다) 방식을 사용할 경우의 NI 전력 추정 장치이다. 상기 NI 전력 추정 장치는 레인징 코드 수신 장치, 일 예로 기지국에 포함되며, 상기 기지국은 일 예로 2개의 수신 안테나들을 사용한다고 가정한다.
도 2를 참조하면, 상기 NI 전력 추정 장치는 제1안테나(201)와, 제2안테나(202)와, 제1무선 주파수(RF: Radio Frequency, 이하 'RF'라 칭하기로 한다) 처리기(processor)(203)와, 제2 RF 처리기(204)와, 제1아날로그/디지털(A/D: Analog to Digital, 이하 'A/D'라 칭하기로 한다) 변환기(converter)(205)와, 제2 A/D 변환기(206)와, 제1자동 이득 제어(AGC: Automatic Gain Control, 이하 'AGC'라 칭하기로 한다)기(207)와, 제2 AGC기(208)와, 제1고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform，이하 'FFT'라 칭하기로 한다)기(209)와, 제2 FFT기(210)와, 제1레인징 서브 캐리어 신호 선택기(selector)(211)와, 제2레인징 서브 캐리어 신호 선택기(212)와, 제1곱셈기(multiplier)(213)와, 제2곱셈기(214)와, 레인징 코드 생성기(generator)(215)와, 수신 희망 레인징 코드 검출기(detector)(217)와, 잔여 레인징 코드 선택기(219)와, 제1놈(Norm, 이하 'Norm'이라 칭하기로 한다) 연산기(221)와, 제2 Norm 연산기(222)와, 제1평균 연산기(223)와, 제2평균 연산기(224)와, 제1 AGC 보상기(225)와, 제2 AGC 보상기(226)와, 결합기(227)와, 누적 평균기(229)를 포함한다. 여기서 제1 Norm 연산기(221)와, 제2 Norm 연산기(222)와, 제1평균 연산기(223)와, 제2평균 연산기(224)와, 제1 AGC 보상기(225)와, 제2 AGC 보상기(226)와, 결합기(227)와, 누적 평균기(229)는 NI 전력 추정부를 구성한다.
먼저, 상기 NI 전력 추정 장치는 상기 제1안테나(201) 및 제2안테나(202)를 통해 이동 단말기들로부터 백색 가산성 가우시안 잡음(AWGN: Additive White Gaussian Noise) 등과 같은 잡음이 포함된 신호를 수신한다. 상기 제1안테나(201)를 통해 수신된 신호는 상기 제1 RF 처리기(203)로 전달되고, 상기 제2안테나(202)를 통해 수신된 신호는 상기 제2 RF 처리기(204)로 전달된다.
상기 제1 RF 처리기(203)는 상기 제1안테나(201)로부터 수신된 RF 대역 신호를 입력하여 중간 주파수(IF: Intermediate Frequency) 대역으로 다운 컨버팅(down converting)하는 등의 RF 처리 동작을 수행한 후 상기 제1 A/D 변환기(205)로 출력한다. 상기 제1 A/D 변환기(205)는 상기 제1 RF 처리기(203)에서 출력한 아날로그 신호를 입력하여 디지털 신호로 변환한 후 상기 제1 AGC기(207)로 출력한다. 상기 제1 AGC기(207)는 상기 제1 A/D 변환기(205)가 출력한 디지털 신호를 입력하고 그 전력을 미리 설정되어 있는 전력으로 조정한 후 상기 제1 FFT기(209)로 출력한다. 상기 제1 FFT기(209)는 상기 제1 AGC기(207)에서 출력한 신호를 입력하여 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourler Transform)을 수행한 후 상기 제1레인징 서브 캐리어 신호 선택기(211)로 출력한다. 상기 제1 FFT기(209)는 K-포인트(point) 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourler Transform)을 수행한다고 가정하며, 상기 제1 FFT기(209)를 사용하여 상기 제1안테나(201)를 통해 수신된 신호의 주파수 영역 스펙트럼(frequency domain spectrum)을 검출할 수 있다.
상기 제1레인징 서브 캐리어 신호 선택기(211)는 상기 제1 FFT기(209)에서 출력한 신호를 입력하고, 상기 입력한 신호에서 레인징 서브 캐리어에 해당하는 L개의 레인징 서브 캐리어 신호를 선택하여 상기 제1곱셈기(213)로 출력한다. 상기, L개의 레인징 서브 캐리어 신호는 레인징 코드가 포함하는 L개의 엘리먼트들이 송신되는 L개의 서브 캐리어 신호들을 나타낸다. 이하, 설명의 편의상 레인징 코드가 포함하는 엘리먼트가 송신되는 서브 캐리어를 '레인징 서브 캐리어'라 칭하기로 한다. 상기 제1곱셈기(213)는 상기 제1레인징 서브 캐리어 신호 선택기(211)에서 출력한 L개의 레인징 서브 캐리어 신호와 상기 레인징 코드 생성기(215)가 출력하는 레인징 코드를 곱하여 상기 수신 희망 레인징 코드 검출기(217)로 출력한다.
여기서, 상기 제1곱셈기(213)는 상기 L개의 레인징 서브 캐리어 신호들 각각에 대해서 상기 레인징 코드에 포함되는 L개의 엘리먼트들 각각에 일대일로 대응시켜 곱하는 동작을 수행한다. 따라서 상기 제1곱셈기(213)는 상관기(correlator)로서 동작하게 된다. 상기 기지국에서 지원 가능한 레인징 코드들의 개수가 S개일 경우, 상기 레인징 코드 생성기(215)가 생성하는 레인징 코드들의 개수는 S개이다. 따라서 상기 L개의 레인징 서브 캐리어 신호들 각각은 상기 S개의 레인징 코드들 각각이 포함하는 L개의 엘리먼트들 각각과 일대일로 대응시켜 곱해지고, 이에 따라 상기 제1곱셈기(213)는 총 S개의 상관값을 출력한다. 한편, 상기 제2안테나(202)를 통해 수신된 신호에 대한 처리는 앞서 설명한 상기 제1안테나(201)를 통해 수신된 신호에 대한 처리 동작과 동일하므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
또한, 상기 수신 희망 레인징 코드 검출기(217)는 상기 제1곱셈기(213)가 출력하는 S개의 상관값 및 상기 제 2 곱셈기(214)가 출력하는 S개의 상관값을 입력하여 상기 기지국이 수신하기를 희망하는 N(단, N은 0 이상의 정수)개의 레인징 코드를 검출한다. 즉 수신하기를 희망하는 레인징 코드는 동시에 여러 개가 검출될 수 있으며, 본 발명의 실시 예에서는 N개의 레인징 코드가 동시에 검출되었다고 가정한다. 이하, 설명의 편의상 상기 기지국이 수신하기를 희망하는 레인징 코드를 '수신 희망 레인징 코드'라 칭하기로 한다. 그런 다음 상기 수신 희망 레인징 코드 검출기(217)는 상기 검출한 N개의 수신 희망 레인징 코드들을 제외한 나머지 레인징 코드들, 즉 S-N개의 레인징 코드들에 대한 상관값을 상기 잔여 레인징 코드 선택기(219)로 출력한다. 한편, 상기 수신희망 레인징 코드 검출기(217)가 검출한 N개의 수신 희망 레인징 코드들 중 i번째에 수신 희망 레인징 코드는 하기 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013008662022-pat00015
수학식 1에서,
Figure 112013008662022-pat00016
는 i번째 수신 희망 레인징 코드의 k번째 레인징 서브 캐리어 신호를 나타내고, Rk는
Figure 112013008662022-pat00017
와 같이 표현된다. 상기 RK는 레인징 코드 송신 장치에서 송신한 N개의 레인징 코드들 Cn이 무선 채널을 통해 레인징 코드 수신 장치에서 수신되고, 고속 푸리에 변환이 수행된 후의 k번째 레인징 서브 캐리어 신호를 나타내며, Hn,k은 채널 응답 성분을 나타내고, Uk은 상기 레인징 코드 송신 장치에서 송신한 신호를 제외한 모든 잡음 성분을 나타내고, k는 레인징 서브 캐리어 인덱스를 나타낸다.
한편, 상기 수신 희망 레인징 코드 검출기(217)는 다양한 방식을 사용하여 상기 N개의 수신 희망 레인징 코드들을 검출할 수 있다. 그러나 상기 수신 희망 레인징 코드 검출기(217)가 N개의 수신 희망 레인징 코드들을 검출하는 동작 자체는 본 발명과는 직접적인 연관이 없으므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
상기 잔여 레인징 코드 선택기(219)는 상기 S-N개의 레인징 코드들에 대한 상관값을 입력하고, 그 중 M개의 레인징 코드들을 선택한 다음 상기 선택한 레인징 코드들에 대한 상관값을 상기 제1 Norm 연산기(221) 및 제2 Norm 연산기(222)로 출력한다. 이하, 설명의 편의상 상기 잔여 레인징 코드 선택기(219)가 선택한 레인징 코드를 '잔여 레인징 코드'라 칭하기로 한다. 그리고 상기 잔여 레인징 코드 선택기(219)가 S-N개의 레인징 코드들 중 M개의 레인징 코드들을 검출하는 동작 자체는 본 발명과는 직접적인 연관이 없으므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 한편 상기 M개의 잔여 레인징 코드들을 기준으로 하여 상기 제1안테나(201)를 통해 수신된 신호의 처리에 대해서 설명하면 다음과 같다.
상기 잔여 레인징 코드 선택기(219)가 선택한 M개의 잔여 레인징 코드들 중 m번째 잔여 레인징 코드를 상기 Rk와 상관을 취하면, 하기 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
삭제
삭제
삭제
Figure 112013008662022-pat00018
수학식 2에서, ρm,N는 m번째 잔여 레인징 코드와 N개의 수신 희망 레인징 코드들에 대한 N개의 상관값들의 합을 나타낸다.
상기 제1 Norm 연산기(221)는 상기 M개의 잔여 레인징 코드들에 대한 상관값들 각각에 대해서 Norm 연산을 수행한다. 상기 Norm 연산은 전체 크기에 제곱을 취하는 연산이며, 상기 M개의 잔여 레인징 코드 상관값들중 m번째 잔여 레인징 코드 상관값의 Norm 연산은 하기 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013008662022-pat00019
수학식 3에서,
Figure 112013008662022-pat00020
은 전체 레인징 서브캐리어 신호에 대한 평균 잡음 전력을 나타낸다. 이와 같이, 상기 제1 Norm 연산기(221)는 m번째 잔여 레인징 코드와 수신 희망 레인징 코드들 각각에 대한 상관 NI 전력을 검출할 수 있으며, 상기 검출한 상관 NI 전력을 상기 제1평균 연산기(223)로 출력한다.
상기 제1평균 연산기(223)는 상기 제1 Norm 연산기(221)에서 출력한 M개의 잔여 레인징 코드들 각각에 대한 상관 NI 전력값을 입력하고, 상기 입력된 상관 NI 전력값들의 평균을 계산하며, 이는 하기 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
삭제
Figure 112013008662022-pat00021
수학식 4에서,
Figure 112013008662022-pat00022
은 N개의 수신 희망 레인징 코드들과 M개의 잔여 레인징 코드들간 상관 NI 전력들의 평균을 나타내며,
Figure 112013008662022-pat00023
은 잡음 전력의 평균치를 나타낸다.
수학식 4에 나타낸 바와 같이 순수 잡음 전력 외의 평균 상관 NI 전력을 포함하여 NI 전력을 추정함으로써, 기지국은 상향링크 채널 환경을 좀 더 정확히 반영하여 NI 전력을 추정할 수 있고, 이동 단말기는 송신하고자 하는 레인징 코드를 적절한 전력 레벨로 송신할 수 있게 된다. 따라서 기지국은 레인징 코드를 수신하는 빈도수와 상기 레인징 코드의 송신 전력에 대한 정보를 이동 단말기들에게 알려주기 위해, 사용 가능한 S개의 레인징 코드와 수신되는 레인징 코드 간의 상관을 통해 그 간섭량을 추정하고 이를 NI 전력에 포함시켜 이동 단말기에게 알려준다. 이때, 상기 수신 희망 레인징 코드 검출기(217)에서 검출된 N개의 수신 희망 레인징 코드는 실제 이동 단말기들이 송신한 레인징 코드들에 포함되므로 상관 NI 전력 계산에서는 제외하도록 한다.
상기 제1 AGC 보상기(225)는 상기 제1평균 연산기(223)가 출력한 신호를 입력하여 상기 제1 AGC기(207)에 의해 조정된 전력을 보상한 후 결합기(227)로 출력한다. 한편, 상기 제2 Norm 연산기(222), 제2평균 연산기(224), 및 제2 AGC 보상기(226)의 동작 역시 상기 제1 Norm 연산기(221), 제1 평균 연산기(223), 및 제1 AGC 보상기(225)의 동작과 동일하므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 결합기(227)는 상기 제1 AGC 보상기(225) 및 제2 AGC 보상기(226)가 출력하는 신호를 입력하여 각 안테나 별로 측정된 NI 전력값을 결합하여 상기 누적 평균기(229)로 출력한다. 상기 결합기(227)는 상기 각 안테나 별로 측정된 NI 전력값을 비교하여 특정 안테나의 NI 전력값을 선택하고, 상기 선택된 안테나의 NI 전력값을 상기 누적 평균기(229)로 출력할 수도 있다.
상기 누적 평균기(229)는 미리 설정한 시간 구간동안 상기 결합기(227)로부터 출력된 신호를 누적하여 NI 전력의 누적 평균값을 계산한다. 이와 같이 NI 전력을 누적하여 평균값을 계산함으로써, 전력 제어에 소요되는 지연시간을 고려하고 레인징 코드간의 평균 상관 NI 전력을 반영하여 안정적으로 NI 전력을 추정할 수 있게 된다. 상기 NI 전력의 누적 평균값은 하기 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013008662022-pat00024
한편, 도 2에서는 상기 IEEE 802.16 통신 시스템이 MIMO 방식을 사용하는 경우를 일 예로 하여 NI 전력 추정 장치에 대해서 설명하였으나, 본 발명에서 제안하는 NI 전력 추정 장치는 상기 IEEE 802.16 통신 시스템이 단일 입력 단일 출력(SISO: Single Input Single Output, 이하 'SISO'라 칭하기로 한다) 방식을 사용할 경우에도 사용될 수 있음은 물론이다. 이 경우, 도 2에 도시한 제1안테나(201)와 제2안테나(202)를 통해 수신된 신호 중 어느 한 신호에 대해서만 NI 전력을 추정한다. 일 예로, 제1안테나(201)를 통해 수신한 신호를 사용하여 NI 전력을 추정할 경우, 제1RF 처리기(203)와, 제1A/D 변환기(205)와, 제1AGC기(207)와, 제1FFT기(209)와, 제1레인징 서브 캐리어 신호 선택기(211)와, 제1곱셈기(213)와, 레인징 코드 생성기(215)와, 수신 희망 레인징 코드 검출기(217)와, 잔여 레인징 코드 선택기(219)와, 제1Norm 연산기(221)와, 제1평균 연산기(223)와, 제1AGC보상기(225)와, 누적 평균기(229)만을 포함한 NI 전력 추정 장치를 구동한다. 이 경우, 제1Norm연산기(221)와, 제1평균 연산기(223)와, 제1AGC보상기(225)와, 누적 평균기(229)를 'NI 전력 추정기'라 칭하기로 한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따라 기지국이 주기적 레인징 신호를 사용하여 NI 전력을 추정하는 과정을 도시한 순서도이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 301단계에서 기지국은 안테나로부터 수신된 RF 대역 신호들을 IF 대역으로 다운 컨버팅하는 등의 RF 처리 동작을 수행하고 303단계로 진행한다. 상기 303단계에서 기지국은 상기 RF 처리된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고 305단계로 진행한다. 상기 305단계에서 기지국은 상기 디지털 변환된 신호의 전력을 미리 설정되어 있는 전력으로 조정하고 307단계로 진행한다. 상기 307단계에서 기지국은 상기 전력 조정된 신호에 대해 고속 푸리에 변환을 수행하고 309단계로 진행한다. 상기 309단계에서 기지국은 상기 고속 푸리에 변환을 수행한 신호에서 레인징 서브 캐리어 신호를 선택하고 311단계로 진행한다. 상기 311단계에서 기지국은 상기 선택된 레인징 서브 캐리어 신호와 레인징 코드를 곱하고 313단계로 진행한다.
상기 313단계에서 기지국은 상기 레인징 코드가 곱해진 레인징 서브 캐리어 신호 중 기지국이 수신하기를 희망하는 레인징 코드인 수신 희망 레인징 코드를 검출하고 315단계로 진행한다. 상기 315단계에서 기지국은 상기 검출된 수신 희망 레인징 코드를 제외한 나머지 레인징 코드, 즉 M개의 잔여 레인징 코드를 선택하고 317단계로 진행한다. 상기 317단계에서 기지국은 상기 M개의 잔여 레인징 코드 중 i번째에 해당되는 레인징 코드에 대한 상관값을 추출하고 319단계로 진행한다. 상기 319단계에서 기지국은 상기 추출된 상관값을 놈 연산하고 321단계로 진행한다. 상기 321단계에서 기지국은 상기 315단계에서 검출된 잔여 레인징 코드들 모두에 대해서 상기 317단계 및 상기 319단계를 수행한 후, 놈 연산된 값들 전체에 대한 평균값을 계산하고 323단계로 진행한다.
상기 323단계에서 기지국은 상기 305단계에서 AGC에 의해 조정한 전력을 보 상하고 325단계로 진행한다. 상기 325단계에서 기지국은 자신이 포함하는 모든 안테나들을 통해 수신된 신호들에 대하여 상기 301단계 내지 상기 323단계를 수행하여 측정된 NI 전력값들을 결합하고 327단계로 진행한다. 상기 327단계에서 기지국은 미리 설정한 시간 구간동안 상기 결합된 NI 전력값들을 누적하여 평균을 계산한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 IEEE 802.16 통신 시스템에서 주기적 레인징 코드를 송신하는 방법을 도시한 도면
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 NI 전력 추정 장치 내부 구조를 도시한 도면
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따라 기지국이 주기적 레인징 신호를 사용하여 NI 전력을 추정하는 과정을 도시한 순서도

Claims (16)

  1. 통신 시스템의 레인징 코드 수신 장치에서 잡음 및 간섭(NI: Noise and Interference)전력을 추정하는 방법에 있어서,
    상기 레인징 코드 수신 장치가 수신한 L개의 레인징 서브 캐리어들과, 상기 레인징 코드 수신 장치에서 사용 가능한 S개의 레인징 코드들 각각이 포함하는 L개의 엘리먼트들을 상관하여 S개의 상관값들을 생성하는 과정과,
    상기 S개의 상관값들을 사용하여, 상기 S개의 레인징 코드들 중 상기 레인징 코드 수신 장치가 수신하기를 희망하는 N개의 수신 희망 레인징 코드들을 검출하는 과정과,
    상기 S개의 레인징 코드들 중 상기 N개의 수신 희망 레인징 코드들을 제외한 S-N개의 레인징 코드들 중 M개의 잔여 레인징 코드들을 선택하고, 상기 M개의 잔여 레인징 코드들에 대한 상관 값을 사용하여 NI 전력을 추정하는 과정을 포함하는 레인징 코드 수신 장치에서 NI 전력 추정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 NI 전력을 추정하는 과정은;
    상기 M개의 잔여 레인징 코드들에 대한 상관값들 각각을 놈(Norm) 연산함으로써 상기 M개의 상관 NI 전력값들을 검출하는 과정과,
    상기 M개의 상관 NI 전력 값들의 평균값을 계산하는 과정과,
    상기 상관 NI전력 값들의 평균값을 미리 설정한 시간 구간 동안 누적하여 그 평균을 계산하는 과정을 포함하는 레인징 코드 수신 장치에서 NI 전력 추정 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 상관 NI 전력 값들의 평균값은 상기 N개의 수신희망 레인징 코드와 상기 M개의 잔여 레인징 코드들의 평균값과 잡음 전력의 평균값을 포함하는 것을 특징으로 하는 레인징 코드 수신 장치에서 NI 전력 추정 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 M개의 잔여 레인징 코드들을 위한 상기 상관값들은 상기 M개의 잔여 레인징 코드들 각각에 포함되는 L개의 엘리먼트들과, 상기 L개의 레인징 서브캐리어들 간의 상관값들을 나타냄을 특징으로 하는 레인징 코드 수신 장치에서 NI 전력 추정 방법.
  5. 통신 시스템의 레인징 코드 수신 장치에서 잡음 및 간섭(NI: Noise and Interference)전력을 추정하는 장치에 있어서,
    상기 레인징 코드 수신 장치가 수신한 L개의 레인징 서브 캐리어들과, 상기 레인징 코드 수신 장치에서 사용 가능한 S개의 레인징 코드들 각각이 포함하는 L개의 엘리먼트들을 상관하여 S개의 상관값들을 생성하는 곱셈기와,
    상기 S개의 상관값들을 사용하여, 상기 S개의 레인징 코드들 중 상기 레인징 코드 수신 장치가 수신하기를 희망하는 N개의 수신 희망 레인징 코드들을 검출하는 수신 희망 레인징 코드 검출기와,
    상기 S개의 레인징 코드들 중 상기 N개의 수신 희망 레인징 코드들을 제외한 S-N개의 레인징 코드들 중 M개의 잔여 레인징 코드들을 선택하는 잔여 레인징 코드 선택기와,
    상기 M개의 잔여 레인징 코드들에 대한 상관값들을 사용하여 NI 전력을 추정하는 NI 전력 추정부를 포함하는 레인징 코드 수신 장치에서 NI 전력 추정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 NI 전력 추정부는;
    상기 M개의 잔여 레인징 코드들에 대한 상관값들 각각을 놈(Norm) 연산함으로써 상기 M개의 상관 NI 전력값들을 검출하는 놈 연산기와,
    상기 M개의 상관 NI 전력값들의 평균값을 계산하는 평균 연산기와,　　
    상기 상관 NI전력값들의 평균값을 미리 설정한 시간 구간동안 누적한 다음 그 평균을 계산하는 누적 평균기를 포함하는 레인징 코드 수신 장치에서 NI 전력 추정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 상관 NI 전력값들의 평균값은 상기 N 개의 수신희망 레인징 코드와 상기 M개의 잔여 레인징 코드들의 평균값과 잡음 전력의 평균값을 포함하는 것을 특징으로 하는 레인징 코드 수신 장치에서 NI 전력 추정 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 M개의 잔여 레인징 코드들에 대한 상관값들은 상기 M개의 잔여 레인징 코드들 각각에 포함되는 L개의 엘리먼트들과 상기 L개의 레인징 서브캐리어들 간의 상관값들을 나타냄을 특징으로 하는 레인징 코드 수신 장치에서 NI 전력 추정 장치.
  9. 통신 시스템의 레인징 코드 수신 장치에서 잡음 및 간섭(NI: Noise and Interference)전력을 추정하는 방법에 있어서,
    제1안테나를 통해 수신한 L개의 레인징 서브 캐리어들에 대해서 제1 상관 NI 전력값을 M개 생성하고, 상기 생성된 M개의 제1 상관 NI 전력값을 사용하여 제1 NI 전력값을 생성하는 제1과정과,
    제2안테나를 통해 수신한 L개의 레인징 서브 캐리어들에 대해서 제2 상관 NI 전력값을 M개 생성하고, 상기 생성된 M개의 제2 상관 NI 전력값을 사용하여 제2 NI 전력값을 생성하는 제2과정과,
    상기 제1 NI 전력값과 상기 제2 NI 전력값을 결합하는 제3과정과,
    상기 결합된 NI 전력값을 사용하여 제3 NI 전력을 추정하는 제4과정을 포함하며, 상기 제1과정과 제2과정 각각은 상기 레인징 코드 수신 장치가 상기 제1 또는 제2 안테나를 통해 수신한 L개의 레인징 서브 캐리어들과, 상기 레인징 코드 수신 장치에서 사용 가능한 S개의 레인징 코드들 각각이 포함하는 L개의 엘리먼트들을 상관하여 S개의 상관값들을 생성하는 제1단계와,
    상기 S개의 상관값들을 사용하여, 상기 S개의 레인징 코드들 중 상기 레인징 코드 수신 장치가 수신하기를 희망하는 N개의 수신 희망 레인징 코드들을 검출하는 제2단계와,
    상기 S개의 레인징 코드들 중 상기 N개의 수신 희망 레인징 코드들을 제외한 S-N개의 레인징 코드들 중 M개의 잔여 레인징 코드들을 선택하고, 상기 M개의 잔여 레인징 코드들에 대한 상관값들을 사용하여 상기 제1 또는 제2 상관 NI 전력값을 M개 생성하는 제3단계와,
    상기 제1또는 제2 상관 NI 전력값들에 대한 평균값을 계산하고, 상기 계산된 평균값을 사용하여 상기 제1 또는 제2 NI 전력 값을 추정하는 제4단계를 포함하는 레인징 코드 수신 장치에서 NI 전력 추정 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제3단계는 상기 M개의 잔여 레인징 코드들에 대한 상관값들 각각을 놈(Norm) 연산함으로써 상기 M개의 제1 또는 제2 상관 NI 전력값들을 생성하는 서브 단계를 포함하고,
    상기 제4단계는 상기 결합된 NI 전력값을 미리 설정한 시간 구간동안 누적한 다음 그 평균을 계산하는 서브 단계를 포함함을 특징으로 하는 레인징 코드 수신 장치에서 NI 전력 추정 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 계산된 평균값은 상기 M개의 잔여 레인징 코드들과 N개의 수신 희망 레인징 코드들의 평균값과 잡음 전력의 평균값을 포함함을 특징으로 하는 레인징 코드 수신 장치에서 NI 전력 추정 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 M개의 잔여 레인징 코드들에 대한 상관값들은 상기 M개의 잔여 레인징 코드들 각각에 포함되는 L개의 엘리먼트들과 상기 L개의 레인징 서브캐리어들 간의 상관값들을 나타냄을 특징으로 하는 레인징 코드 수신 장치에서 NI 전력 추정 방법.
  13. 통신 시스템의 레인징 코드 수신 장치에서 잡음 및 간섭(NI: Noise and Interference) 전력을 추정하는 장치에 있어서,
    제1안테나를 통해 수신한 L개의 레인징 서브 캐리어들에 대해서 제1 상관 NI 전력값을 M개 생성하고, 상기 생성된 M개의 제1 상관 NI 전력값을 사용하여 제1 NI 전력값을 생성하는 제1처리기와,
    제2안테나를 통해 수신한 L개의 레인징 서브 캐리어들에 대해서 제2 상관 NI 전력값을 M개 생성하고, 상기 생성된 M개의 제2 상관 NI 전력값을 사용하여 제2 NI 전력값을 생성하는 제2처리기와,
    상기 제1 NI 전력값과 상기 제2 NI 전력값을 결합하는 결합기와,
    상기 결합된 NI 전력값을 사용하여 제3 NI 전력을 추정하는 누적 평균기를 포함하며, 상기 제1처리기와 제2처리기 각각은, 상기 레인징 코드 수신 장치가 상기 제1 또는 제2 안테나를 통해 수신한 L개의 레인징 서브 캐리어들과, 상기 레인징 코드 수신 장치에서 사용 가능한 S개의 레인징 코드들 각각이 포함하는 L개의 엘리먼트들을 상관하여 S개의 상관값들을 생성하는 곱셈기와,
    상기 S개의 상관값들을 사용하여, 상기 S개의 레인징 코드들 중 상기 레인징 코드 수신 장치가 수신하기를 희망하는 N개의 수신 희망 레인징 코드들을 검출하는 수신 희망 레인징 코드 검출기와,
    상기 S개의 레인징 코드들 중 상기 N개의 수신 희망 레인징 코드들을 제외한 S-N개의 레인징 코드들 중 M개의 잔여 레인징 코드들을 선택하고, 상기 M개의 잔여 레인징 코드들에 대한 상관값들을 출력하는 잔여 레인징 코드 선택기와,
    상기 M개의 잔여 레인징 코드들에 대한 상관값들을 사용하여 상기 제1 또는 제2 상관 NI 전력값을 M개 생성하는 놈(Norm) 연산기와,
    상기 제1 또는 제2 상관 NI 전력값들에 대한 평균값을 계산하고, 상기 계산된 평균값을 사용하여 상기 제1 또는 제2 NI전력값을 추정하는 평균 연산기를 포함하는 레인징 코드 수신 장치에서 NI 전력 추정 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 놈 연산기는 상기 M개의 잔여 레인징 코드들에 대한 상관값들 각각을 놈(Norm)연산함으로써 상기 M개의 제1 또는 제2상관 NI 전력값들을 생성하고, 상기 누적 평균기는 상기 결합된 NI 전력값을 미리 설정한 시간 구간동안 누적한 다음 그 평균을 계산함을 특징으로 하는 레인징 코드 수신 장치에서 NI 전력 추정 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 계산된 평균값은 상기 M개의 잔여 레인징 코드들과 상기 N개의 수신 희망 레인징 코드들의 평균값과 잡음 전력의 평균값을 포함함을 특징으로 하는 레인징 코드 수신 장치에서 NI 전력 추정 장치.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 M개의 잔여 레인징 코드들을 위한 상기 상관값들은 상기 M개의 잔여 레인징 코드들 각각에 포함되는 L개의 엘리먼트들과, 상기 L개의 레인징 서브캐리어들 간의 상관값들을 나타냄을 특징으로 하는 레인징 코드 수신 장치에서 NI 전력 추정 장치.
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