KR101425742B1 - 릴레이 네트워크에서 채널 추정을 위한 트레이닝 시퀀스 생성, 프리코딩 방법과 그 장치 - Google Patents

릴레이 네트워크에서 채널 추정을 위한 트레이닝 시퀀스 생성, 프리코딩 방법과 그 장치 Download PDF

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Abstract

릴레이 네트워크에서 채널 추정을 위한 트레이닝 시퀀스 생성, 프리코딩 방법과 그 장치가 개시된다. 릴레이 네트워크의 송신기에서 채널 추정을 위한 트레이닝 시퀀스를 생성하는 방법은, 채널 추정을 위한 정보를 포함하는 제1 시퀀스를 생성하는 단계; 상기 제1 시퀀스와 동일한 제2 시퀀스를 생성하는 단계; 상기 제1 시퀀스 및 상기 제2 시퀀스를 하나의 기본 블록으로 구성하는 단계; 및 적어도 하나의 기본 블록을 포함하는 트레이닝 시퀀스를 생성하는 단계를 포함한다.

Description

릴레이 네트워크에서 채널 추정을 위한 트레이닝 시퀀스 생성, 프리코딩 방법과 그 장치{Method and apparatus for design of training sequence and precoding for channel estimation in relay network}
본 발명은 채널 추정에 관한 것으로, 보다 상세하게 릴레이 통신 시스템에서 송신기와 수신기 사이의 개별 채널을 정확하게 추정할 수 있는 릴레이 네트워크에서 채널 추정을 위한 트레이닝 시퀀스 생성, 프리코딩 방법과 그 장치에 관한 것이다.
최근 이동 통신 시스템에서는 서비스 영역을 확장하거나, 수신된 신호의 성능을 개선하기 위한 목적으로 릴레이를 이용한 이동 통신 방식이 널리 연구되고 있다.
릴레이는 중계 전송 방식으로서, 무선 통신에서 전송 전력의 제약과 신호 감쇄로 인하여 제한되는 신호의 도달 거리를 늘이고 채널 용량을 향상시키는 장점을 갖는다.
이러한 릴레이 기반의 시스템은 릴레이의 동작 방식에 따라, 송신기로부터 수신된 신호를 단순히 증폭하여 재전송하는 AF(Amplify-and-Forward) 방식과 수신된 신호를 복원하고 복원된 신호를 수신기로 재전송하는 DF(decode-and-forward) 방식으로 구분될 수 있다.
또한, 릴레이 기반의 시스템은 릴레이의 개수에 따라, 여러 가지 전송 방식으로 정의될 수 있으며 수신기에서의 성능 이득을 얻을 수 있는 다중 릴레이 시스템에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다.
일반적으로, 릴레이 시스템에서 송신기와 릴레이 사이, 그리고 릴레이와 수신기 사이의 채널을 개별적으로 추정하기 위해서는 릴레이 노드 및 수신기에서 각각 개별적으로 채널 추정 작업이 이루어지게 되며, 릴레이 노드에서 추정된 채널 정보를 수신기로 전송하기 위한 별도의 링크가 요구된다.
그러나, AF 방식의 릴레이 시스템에서는 릴레이 노드에서의 복호화가 수행되지 않으므로 릴레이 시스템의 구조를 간소화하여 비용을 낮출 수 있음에도 불구하고, 채널 추정을 위한 별도의 장치를 추가하여 비용을 높이는 문제점이 존재한다.
또한, 릴레이 노드에서의 채널 추정이 이루어지게 되면, 추정된 채널 정보를 수신기로 전송하기 위한 추가 링크 또한 필요하다는 점에서, AF 방식의 릴레이 시스템의 장점인 구조의 간소화 및 저비용의 실현을 저해하게 되는 문제점이 존재한다.
한국공개특허 10-2010-0034460호(2010.04.01)
본 발명은 릴레이 통신 시스템에서 송신기와 수신기 사이의 개별 채널을 정확하게 추정할 수 있는 릴레이 네트워크에서 채널 추정을 위한 트레이닝 시퀀스 생성, 프리코딩 방법과 그 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 송신기, 릴레이 및 수신기가 존재하는 릴레이 통신 시스템에서 송신기와 수신기 사이의 개별 채널들을 개별적으로 추정할 수 있는 트레이닝 시퀀스 생성, 프리코딩 방법 및 채널 추정 방법 및 이를 수행하기 위한 프로그램을 기록한 기록매체가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 릴레이 네트워크의 송신기에서 채널 추정을 위한 트레이닝 시퀀스를 생성하는 방법에 있어서, 채널 추정을 위한 정보를 포함하는 제1 시퀀스를 생성하는 단계; 상기 제1 시퀀스와 동일한 제2 시퀀스를 생성하는 단계; 상기 제1 시퀀스 및 상기 제2 시퀀스를 하나의 기본 블록으로 구성하는 단계; 및 적어도 하나의 기본 블록을 포함하는 트레이닝 시퀀스를 생성하는 단계를 포함하는 트레이닝 시퀀스 생성 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 릴레이 네트워크의 릴레이에서 채널 추정을 위한 프리코딩 방법에 있어서, 송신기에서 트레이닝 시퀀스를 수신하는 단계-상기 트레이닝 시퀀스는 적어도 하나의 기본 블록을 포함하되, 상기 기본 블록은 제1 시퀀스와 제2 시퀀스를 포함함; 상기 트레이닝 시퀀스에서 상기 제2 시퀀스를 제거하는 단계; 상기 제2 시퀀스가 제거된 상기 트레이닝 시퀀스에 전치 행렬을 곱하는 단계; 상기 제1 시퀀스와 동일한 제3 시퀀스를 생성하는 단계; 상기 제1 시퀀스와 상기 제3 시퀀스를 하나의 기본 블록으로 구성하는 단계; 및 적어도 하나의 기본 블록을 포함하는 트레이닝 시퀀스를 재생성하는 단계를 포함하는 릴레이에서의 채널 추정을 위한 프리코딩 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 다중 안테나 다중 릴레이 네트워크에서 채널을 추정하는 방법에 있어서, 송신기로부터 제1 트레이닝 시퀀스를 수신하는 단계-상기 제1 트레이닝 시퀀스는 적어도 하나의 기본 블록을 포함하고, 상기 기본 블록은 제1 시퀀스와 제2 시퀀스를 포함함; 릴레이에서 상기 제1 트레이닝 시퀀스를 프리코딩하여 제2 트레이닝 시퀀스를 생성하는 단계-상기 제2 트레이닝 시퀀스는 적어도 하나의 기본 블록을 포함하고, 상기 기본 블록은 제1 시퀀스 및 제3 시퀀스를 포함함; 및 수신기에서 상기 릴레이로부터 수신된 상기 제2 트레이닝 시퀀스에서 상기 제3 시퀀스를 제거한 후 LS(Least-square) 채널 추정 방법을 이용하여 상기 송신기에서 상기 수신기까지의 개별 채널을 추정하는 단계를 포함하는 채널 추정 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 송신기, 릴레이 및 수신기가 존재하는 릴레이 통신 시스템에서 송신기와 수신기 사이의 개별 채널들을 개별적으로 추정할 수 있도록 프리코딩을 수행하는 릴레이가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 멀티 안테나 멀티 릴레이 네트워크에서 채널 추정을 위해 트레이닝 시퀀스를 프리코딩하는 릴레이에 있어서- 상기 트레이닝 시퀀스는 적어도 하나의 기본 블록을 포함하되, 상기 기본 블록은 제1 시퀀스와 제2 시퀀스를 포함함, 송신기에서 수신된 상기 트레이닝 시퀀스에서 상기 제2 시퀀스를 제거하는 제거부; 상기 제2 시퀀스가 제거된 상기 트레이닝 시퀀스에 전치 행렬을 곱하는 곱셈기; 및 상기 제1 시퀀스와 동일한 제3 시퀀스를 생성하고, 상기 제1 시퀀스와 상기 제3 시퀀스를 하나의 기본 블록으로 구성하며, 적어도 하나의 기본 블록을 포함하는 트레이닝 시퀀스를 재생성하는 복제부를 포함하는 릴레이가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 네트워크에서 채널 추정을 위한 트레이닝 시퀀스 생성, 프리코딩 방법과 그 장치를 제공함으로써, 다중 릴레이 통신 시스템에서 송신기와 수신기 사이의 개별 채널을 정확하게 추정할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 릴레이 통신 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 트레이닝 시퀀스 구조를 나타낸 도면.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 추정을 위한 트레이닝 시퀀스를 프리코딩하는 릴레이의 구성을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 트레이닝 시퀀스 프리코딩 과정을 설명하기 위해 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이에 의해 재생성된 트레이닝 시퀀스의 구조를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 안테나 다중 릴레이 네트워크의 릴레이에서 채널 추정을 위한 트레이닝 시퀀스를 프리코딩하는 방법을 나타낸 순서도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 안테나 다중 릴레이 네트워크의 수신기에서의 트레이닝 시퀀스를 이용하여 채널을 추정하는 방법을 나타낸 순서도.
도 8은 종래 방법과 본 발명의 일 실시예에 따른 트레이닝 시퀀스를 이용한 채널 추정 성능을 비교한 그래프.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 송신기, 릴레이 및 수신기가 존재하는 릴레이 통신 시스템에서 송신기와 수신기 사이의 개별 채널들을 개별적으로 추정하기 위한 것으로, 개별 채널을 추정하기 위해 채널들의 수에 해당하는 기본 블록들을 생성하고, 기본 블록들을 포함하는 트레이닝 시퀀스(training sequence)를 릴레이로 전송하며, 릴레이에서는 수신기에서 채널 개별 추정이 가능하도록 프리코딩(pre-coding)을 수행한다.
즉, 본 발명의 송신기는 채널의 개별 추정이 가능하도록 하는 기본 블록들을 포함하는 트레이닝 시퀀스를 생성하며, 릴레이는 채널의 개별 추정이 가능하도록 프리 코딩을 수행한다. 특히, 본 발명은 멀티 패스(multi path)로 인한 간섭으로 인하여 수신기에서 채널이 정확이 추정되지 못하는 현상을 방지할 수 있는 기본 블록의 구조를 제시한다.
이하, 이러한 특징을 가지는 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상술하겠다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 릴레이 통신 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 트레이닝 시퀀스 구조를 나타낸 도면이고, 도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 추정을 위한 트레이닝 시퀀스를 프리코딩하는 릴레이의 구성을 나타낸 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 트레이닝 시퀀스 프리코딩 과정을 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이에 의해 재생성된 트레이닝 시퀀스의 구조를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 릴레이 통신 시스템은 송신기(110), 복수의 릴레이(120) 및 수신기(130)을 포함하여 구성된다. 본 명세서에서는 이해와 설명의 편의를 도모하기 위해 송신기(110) 및 릴레이(120)는 적어도 하나의 안테나를 구비하며, 수신기(130)는 하나의 안테나를 구비한 것을 가정하여 이를 중심으로 설명하기로 한다. 또한, 송신기(110)와 수신기(130)는 완벽하게 동기되는 것을 가정하며, 릴레이(120)는 동시에 신호를 송신하거나 수신하지 않는 것을 가정하기로 한다.
송신기(110)는 채널 추정을 위한 트레이닝 시퀀스(training sequence)를 생성하여 각 채널을 통해 릴레이(120)로 전송한다. 여기서, 송신기(110)는 안테나가 하나일 수도 있으며, 복수일 수도 있다. 물론, 본 발명은 다중 안테나 시스템에도 적용될 수 있음은 당연하다.
이해와 설명의 편의를 도모하기 위해, 송신기(110)에서 트레이닝 시퀀스를 생성하는 방법에 대해 우선 상세히 설명하기로 하자.
트레이닝 시퀀스는 자기상관(auto-correlation) 특성이 우수하고, 시간과 주파수 영역에서 일정한 크기를 갖는 잘 알려진 Chu sequence로 구성될 수 있다. Chu sequence의 길이는 K인 것을 가정하기로 한다. 여기서, K는 적어도 멀티패스(multi-path) 채널의 최대 탭(maximum tap) 이상의 수를 가져야 한다.
트레이닝 시퀀스는 도 2에 도시된 바와 같이, 2개의 Chu sequence가 하나의 그룹(기본 블록)으로 정의될 수 있다.
송신기(110)는 채널 상태 정보를 Chu sequence를 사용하여 포스트 시퀀스를 구성한다. 여기서, 채널 정보는 송신기(110) 및 수신기(130)에 대한 정보일 수 있다.
예를 들어, 송신기(110)는 하기 수학식 1을 이용하여 Chu sequence를 구성할 수 있다.
Figure 112013004839035-pat00001
송신기(110)는 포스트 시퀀스를 구성한 후, 포스트 시퀀스(post-sequence)를 복사하여 프리 시퀀스(pre-sequence)를 구성한다. 이어, 송신기(110)는 포스트 시퀀스에 선행하도록 프리 시퀀스를 위치시켜 기본 블록을 구성할 수 있다. 즉, 기본 블록은 하나의 프리 시퀀스와 하나의 포스트 시퀀스로 구성되며, 프리 시퀀스와 포스트 시퀀스를 실질적으로 동일하다. Chu sequence는 당업자에게는 자명한 사항이며, 본 발명의 논지가 Chu sequence 자체와는 무관하므로 이외의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이때, 송신기(110)는 전송할 채널의 개수만큼 기본 블록을 구성할 수 있으며, 더불어 송신기(110)의 안테나가 복수인 경우, 기본 블록은 안테나 개수에 비례하여 증가될 수 있다. 예를 들어, 하나의 안테나를 가지는 송신기(110)가 각기 하나의 안테나를 가지는 3개의 릴레이들(120)로 신호를 전송하고자 하는 경우, 송신기(110)는 송신기(110)와 릴레이들(120) 사이에 3개의 채널이 존재하므로 3개의 기본 블록을 생성한다. 이 경우, 기본 블록들은 동일한 정보를 포함할 수도 있고 다른 정보를 포함할 수도 있다. 다른 예로, 2개의 안테나들을 가지는 송신기(110)가 각기 하나의 안테나를 가지는 3개의 릴레이들(120)로 신호를 전송하고자 하는 경우, 송신기(110)는 송신기(110)와 릴레이들(120) 사이에 6개의 채널이 존재하므로 6개의 기본 블록을 생성한다.
결과적으로 송신기(110)는 안테나 및 릴레이 개수에 상응하도록 기본 블록을 구성한 후 기본 블록을 이용하오 도 2에 도시된 바와 같이 트레이닝 시퀀스를 구성할 수 있다.
이와 같은 트레이닝 시퀀스는 하기 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112013004839035-pat00002
Figure 112013004839035-pat00003
는 제k 타임슬롯에서 제j 안테나에 의해 전송되는 기본 블록을 나타내고,
Figure 112013004839035-pat00004
는 유니터리 프리코딩 메트릭스(unitary precoding matrix)를 나타낸다. 또한,
Figure 112013004839035-pat00005
는 송신기와 수신기에 이미 잘 알려진 시퀀스, 즉 Chu sequence일 수 있으며, 길이는 K이다.
각 릴레이(120)는 송신기(110)를 통해 수신된 트레이닝 시퀀스를 프리코딩하여 트레이닝 시퀀스를 재구성한 후 수신기(130)로 전송하기 위한 수단이다.
릴레이(120)는 이미 전술한 바와 같이, 송신과 수신을 동시에 수행하지 않은 반이중 방식(half-duplex)으로 동작하며, 별도의 데이터 검출 없이 간단한 선형 연산만을 수행하여 재전송하는 증폭 후 재전송(Amplify-and-forward, AF) 방식으로 동작되는 것을 가정하여 설명하기로 한다.
릴레이(120)는 도 3에 도시된 바와 같이, 제거부(310), 곱셈기(320) 및 복제부(330)를 포함하여 구성된다.
제거부(310)는 수신 안테나를 통해 송신기(110)로부터 수신된 트레이닝 시퀀스에서 이전 심볼(이전 시퀀스)의 간섭에 영향을 받은 프리 시퀀스 블록을 제거하기 위한 수단이다.
예를 들어, 제m 릴레이가 송신기(110)를 통해 수신한 트레이닝 시퀀스를
Figure 112013004839035-pat00006
이라 가정하면, 은 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013004839035-pat00008
여기서,
Figure 112013004839035-pat00009
는 송신기로부터 제m 릴레이와 송신기간의 평균 신호 세기(power)를 나타내고,
Figure 112013004839035-pat00010
는 송신기로부터 제m 릴레이로의 링크를 통한 신호 전송 과정에서 추가된 백색 잡음(white Gaussian noise) 벡터(평균이 0이고
Figure 112013004839035-pat00011
의 분산을 갖는 원소를 포함함)를 나타낸다. 또한,
Figure 112013004839035-pat00012
는 송신기와 제m 릴레이사이의 채널 매트릭스로 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112013004839035-pat00013
여기서,
Figure 112013004839035-pat00014
는 송신기의 제j 안테나에서 제m 릴레이의 제i 안테나로의 페이딩 채널(fading channel)을 나타내며,
Figure 112013004839035-pat00015
크기의 테플리츠 메트릭스(Toeplitz matrix)로 표현될 수 있다.
Figure 112013004839035-pat00016
, 즉 테플리츠 메트릭스,에서 제1 칼럼(column)의 제1
Figure 112013004839035-pat00017
엘리먼트는
Figure 112013004839035-pat00018
로 나타낼 수 있으며, 그외 나머지 엘리먼트는 모두 제로(0)로 표현된다. 따라서, 제m 릴레이의 제i 안테나를 통해 수신된 트레이닝 시퀀스는 하기 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112013004839035-pat00019
즉, 수학식 6과 같이 표현된 트레이닝 시퀀스에서 릴레이(120)는 채널 전송에 따른 이전 시퀀스에 의해 간섭을 받은 기본 블록의 홀수 시퀀스 블록을 제거할 수 있다. 즉, 릴레이(120)는 멀티 패스(multi path)로 인한 간섭을 고려하여 프리시퀀스 블록을 제거할 수 있다.
도 4의 410에 릴레이에서 홀수 시퀀스 블록(즉, 프리 시퀀스 블록)을 제거한 일 예가 도시되어 있다.
곱셈기(320)는 프리 시퀀스 블록이 제거된 트레이닝 시퀀스에 전치 행렬을 곱하기 위한 수단이다. 여기서, 여기서, 전치 행렬은 부호화된 항등 행렬(signed identity matrix)일 수 있으며, 전치 행렬은 하기 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013004839035-pat00020
또한, 전치 행렬의 상수는
Figure 112013004839035-pat00021
과 같으며, 상수값은 하다마드 메트릭스(Hadamard matrix)의 원소로 결정될 수 있다. 여기서, 전치 행렬의 크기는 릴레이개수 및 안테나 개수에 상응하여 결정될 수 있다.
이어, 복제부(330)는 전치 행렬이 곱해진 트레이닝 시퀀스에 프리 시퀀스 블록을 재생성하여 트레이닝 시퀀스를 재건하기 위한 수단이다.
예를 들어, 복제부(330)는 트레이닝 시퀀스(기본 블록)의 포스트 시퀀스 블록을 복사하여 프리 시퀀스 블록을 재생성하고, 프리 시퀀스 블록을 포스트 시퀀스 블록에 선행하도록 위치시켜 기본 블록을 재건할 수 있다.
본 명세서에서는 이해와 설명의 편의를 도모하기 위해 트레이닝 시퀀스가 하나의 기본 블록으로 구성되는 것을 가정하였으나, 릴레이와 수신기 사이의 채널수만큼 기본 블록이 구성될 수 있으며, 트레이닝 시퀀스는 기본 블록을 통합하여 구성될 수 있음은 당연하다.
하기 수학식 7은 릴레이에 의해 재생성된 트레이닝 시퀀스를 나타낸 것이다.
Figure 112013004839035-pat00022
트레이닝 시퀀스의 기본 블록이 반복되는 순환 특성을 이용하여 제k 기본 블록(
Figure 112013004839035-pat00023
)은 하기 수학식 8과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112013004839035-pat00024
여기서,
Figure 112013004839035-pat00025
는 제(k,l) 원소가
Figure 112013004839035-pat00026
인 K X K 순환 메트릭스로,
Figure 112013004839035-pat00027
의 순환 속성에 따라
Figure 112013004839035-pat00028
의 길이가 k인 시퀀스를
Figure 112013004839035-pat00029
와 같이 나타낼 수 있다.
도 4의 430에 기본 블록에 포스트 시퀀스 블록을 이용하여 프리 시퀀스 블록을 재건하는 과정이 도시되어 있으며, 도 5에는 릴레이에 의해 재생성된 트레이닝 시퀀스 구조가 도시되어 있다.
수신기(130)는 릴레이(120)를 통해 수신된 트레이닝 시퀀스에서 이전 시퀀스에 의해 간섭받은 프리 시퀀스 블록을 제거한 후 LS 채널 추정 방법 등을 이용하여 송신기, 릴레이 및 수신기로의 복합 채널을 추정하기 위한 수단이다.
예를 들어, 수신기(130)가 릴레이를 통해 수신한 트레이닝 시퀀스는 하기 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013004839035-pat00030
여기서,
Figure 112013004839035-pat00031
은 각 릴레이에서 수신기까지의 평균 전력을 나타내고,
Figure 112013004839035-pat00032
은 각 릴레이와 수신기간의 멀티 입력 싱글 출력 채널 메트릭스를 나타내며, 수학식 10와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013004839035-pat00033
Figure 112013004839035-pat00034
은 릴레이의 제i 안테나로부터 수신기까지의 페이딩 채널 메트릭스를 나타내며, 크기는
Figure 112013004839035-pat00035
일 수 있다.
이어, 릴레이에 의해 수신된 트레이닝 시퀀스(
Figure 112013004839035-pat00036
)에서 이전 시퀀스에 의해 간섭받은 프리 시퀀스 블록이 제거된 트레이닝 시퀀스는 하기 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013004839035-pat00037
여기서, 각 기본 블록,
Figure 112013004839035-pat00038
,는 수학식 12과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013004839035-pat00039
여기서,
Figure 112013004839035-pat00040
와
Figure 112013004839035-pat00041
는 수학식 13과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013004839035-pat00042
또한,
Figure 112013004839035-pat00043
는 화이트 노이즈 벡터이며, 수학식 14과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013004839035-pat00044
여기서,
Figure 112013004839035-pat00045
조건을 만족한다.
수신기(130)는 수학식 12에 의해 표현된 기본 블록을
Figure 112013004839035-pat00046
펙터에 의해 정규화할 수 있으며, 이는 수학식 15와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112013004839035-pat00047
여기서,
Figure 112013004839035-pat00048
는 하기 수학식 16과 같다.
Figure 112013004839035-pat00049
다시, 수학식 15는 릴레이가 별도의 다른 연산 없이 프리 코딩만을 수행하고, 프리코딩 행렬(
Figure 112013004839035-pat00050
,
Figure 112013004839035-pat00051
)이 대각 행렬(diagonal matrix)이고, 프리코딩 행렬은 부호화된 단위 행렬인 것을 가정하며,
Figure 112013004839035-pat00052
이고,
Figure 112013004839035-pat00053
와 같이 나타낼 수 있다. 이에 따라,
Figure 112013004839035-pat00054
와 같이 나타낼 수 있고, 상수
Figure 112013004839035-pat00055
,
Figure 112013004839035-pat00056
으로 나타낼 수 있다. 이에 따라, 기본 블록은 다시 수학식 17과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013004839035-pat00057
여기서,
Figure 112013004839035-pat00058
는
Figure 112013004839035-pat00059
로, 송신기와 수신기간의 복합 채널로, K X K 크기의 순환 메트릭스이고,
Figure 112013004839035-pat00060
이며, 각각의 원소
Figure 112013004839035-pat00061
는,
Figure 112013004839035-pat00062
과
Figure 112013004839035-pat00063
의 컨볼루션에 의해 획득될 수 있다. 이에 따라,
Figure 112013004839035-pat00064
가 된다.
수학식 17은 다시, 수학식 18과 같이도 나타낼 수 있다.
Figure 112013004839035-pat00065
여기서, U는 K X K 순환 메트릭스이고,
Figure 112013004839035-pat00066
과 같이 나타낼 수 있다.
수학식 18과 같은 기본 블록은 이산퓨리에 연산(DFT)에 의해 도메인 영역으로 주파수 변환될 수 있으며, 이와 같은 경우, 도메인 영역으로 변환된 각 기본 블록(즉, 각 채널)은 하기 수학식 19와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013004839035-pat00067
여기서,
Figure 112013004839035-pat00068
는 K X K의 항등 행렬이다. 수학식 19를 행렬 형태로 나타내면, 수학식 20과 같다.
Figure 112013004839035-pat00069
수신기(130)는 이와 같이 이산퓨리에 연산을 통해 주파수 도메인으로 변환된 트레이닝 시퀀스를 LS 채널 추정 방법을 이용하여 복합 채널을 추정할 수 있으며, 채널 추정 결과는 수학식 21과 같다.
Figure 112013004839035-pat00070
채널 추정
Figure 112013004839035-pat00071
의 MSE는 하기 수학식 22와 같다.
Figure 112013004839035-pat00072
여기서,
Figure 112013004839035-pat00073
이다. 등호는
Figure 112013004839035-pat00074
이 대각 행렬인 경우에 성립된다. 이에 따라, 결과적으로
Figure 112013004839035-pat00075
임을 알 수 잇으며, 이는 릴레이의 전치 행렬이 이를 만족하는 것을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 안테나 다중 릴레이 네트워크의 릴레이에서 채널 추정을 위한 트레이닝 시퀀스를 프리코딩하는 방법을 나타낸 순서도이다.
단계 610에서 릴레이(120)는 송신기로부터 트레이닝 시퀀스를 수신한다. 전술한 바와 같이, 트레이닝 시퀀스는 채널수만큼의 기본 블록을 포함하며, 기본 블록은 각각 프리 시퀀스 블록과 포스트 시퀀스 블록을 포함할 수 있다. 즉, 기본 블록은 각 채널에 대한 채널 상태 정보를 포함하는 Chu sequence로 구성되며, 중복 시퀀스를 포함할 수 있다.
단계 615에서 릴레이(120)는 수신된 트레이닝 시퀀스의 각 기본 블록에서 인접 블록에 의해 간섭받은 프리 시퀀스 블록을 제거한다. 즉, 릴레이는 인접 채널에 의해 영향받은 시퀀스를 제거한다.
단계 620에서 릴레이(120)는 릴레이와 수신기 사이의 채널 수만큼 프리 시퀀스 블록이 제거된 기본 블록을 복사한다.
이어, 단계 625에서 릴레이(120)는 채널 수만큼 기본 블록이 복사된 트레이닝 시퀀스에 전치행렬을 곱한다. 이는 이미 도 3에서 설명한 바와 동일하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
단계 630에서 릴레이(120)는 포스트 시퀀스 블록을 복사하여 신규 프리 시퀀스 블록을 각각 생성하고, 포스트 시퀀스 블록과 신규 프리 시퀀스 블록을 합하여 기본 블록을 각각 재구성함으로써 트레이닝 시퀀스를 재구성한다. 이와 같이 재구성된 트레이닝 시퀀스를 수신기(130)로 전송한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 안테나 다중 릴레이 네트워크의 수신기에서의 트레이닝 시퀀스를 이용하여 채널을 추정하는 방법을 나타낸 순서도이고, 도 8은 종래 방법과 본 발명의 일 실시예에 따른 트레이닝 시퀀스를 이용한 채널 추정 성능을 비교한 그래프이다.
단계 710에서 수신기(130)는 릴레이로부터 트레이닝 시퀀스를 수신한다. 전술한 바와 같이, 트레이닝 시퀀스는 채널수만큼의 기본 블록을 포함하고, 본 블록은 각각 프리 시퀀스 블록과 포스트 시퀀스 블록을 포함할 수 있다.
단계 715에서 수신기(130)는 트레이닝 시퀀스에서 인접 채널에 의해 간섭받은 프리 시퀀스 블록을 제거한다.
단계 720에서 수신기(130)는 프리 시퀀스 블록이 제거된 트레이닝 시퀀스를 이산퓨리에 변환을 통해 주파수 도메인으로 변환한 후 전치 행렬 특성(직교 코드 특성)을 이용하여 LS 채널 추정 방식을 이용하여 각 채널을 추정한다. LS 채널 추정 방법은 이미 당업자에게는 자명한 사항이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 8의 810은 본 발명의 일 실시예에 따른 트레이닝 시퀀스를 이용한 채널 추정에 따른 성능을 나타내고, 820은 랜덤 시퀀스를 이용한 채널 추정에 따른 성능을 나타낸 것이며, 830은 시분할 방식에 따른 채널 추정에 따른 성능을 나타낸 것이다. 도 8에서 보여지는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 Chu sequence 기반의 트레이닝 시퀀스에 의한 채널 추정 성능이 월등이 좋은 것을 알 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 멀티 안테나 멀티 릴레이 네트워크에서 채널을 추정하는 방법, 채널 추정을 위한 트레이닝 시퀀스를 생성하여 프리코딩(precoding)하는 방법은 다양한 전자적으로 정보를 처리하는 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 저장 매체에 기록될 수 있다. 저장 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
저장 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 소프트웨어 분야 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 저장 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 전자적으로 정보를 처리하는 장치, 예를 들어, 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110: 송신기
120: 릴레이
130: 수신기

Claims (13)

  1. 릴레이 네트워크의 송신기에서 채널 추정을 위한 트레이닝 시퀀스를 생성하는 방법에 있어서,
    채널 추정을 위한 정보를 포함하는 제1 시퀀스를 생성하는 단계;
    상기 제1 시퀀스와 동일한 제2 시퀀스를 생성하는 단계;
    상기 제1 시퀀스 및 상기 제2 시퀀스를 하나의 기본 블록으로 구성하는 단계; 및
    적어도 하나의 기본 블록을 포함하는 트레이닝 시퀀스를 생성하는 단계를 포함하는 트레이닝 시퀀스 생성 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 트레이닝 시퀀스는,
    상기 송신기와 릴레이 사이의 채널수만큼의 기본 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 트레이닝 시퀀스 생성 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 시퀀스에 포함되는 정보는 채널 상태 정보(CSI: channel state information)인 것을 특징으로 하는 트레이닝 시퀀스 생성 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 기본 블록은,
    상기 제1 시퀀스에 선행하여 상기 제2 시퀀스를 위치시켜 상기 기본 블록을 구성하는 것을 특징으로 하는 트레이닝 시퀀스 생성 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 시퀀스는 Chu sequence를 이용하여 생성되는 것을 특징으로 하는 트레이닝 시퀀스 생성 방법.
  6. 릴레이 네트워크의 릴레이에서 채널 추정을 위한 프리코딩 방법에 있어서,
    송신기에서 트레이닝 시퀀스를 수신하는 단계-상기 트레이닝 시퀀스는 적어도 하나의 기본 블록을 포함하되, 상기 기본 블록은 제1 시퀀스와 제2 시퀀스를 포함함;
    상기 트레이닝 시퀀스에서 상기 제2 시퀀스를 제거하는 단계;
    상기 제2 시퀀스가 제거된 상기 트레이닝 시퀀스에 전치 행렬을 곱하는 단계;
    상기 제1 시퀀스와 동일한 제3 시퀀스를 생성하는 단계;
    상기 제1 시퀀스와 상기 제3 시퀀스를 하나의 기본 블록으로 구성하는 단계; 및
    적어도 하나의 기본 블록을 포함하는 트레이닝 시퀀스를 재생성하는 단계를 포함하는 릴레이에서의 채널 추정을 위한 프리코딩 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 재생성된 트레이닝 시퀀스는,
    상기 릴레이와 수신기 사이의 채널 수만큼의 기본 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 릴레이에서의 채널 추정을 위한 프리코딩 방법.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 전치 행렬은 직교 행렬이되,
    하기 수학식과 같이 나타내는 것을 특징으로 하는 릴레이에서 채널 추정을 위한 프리코딩 방법.
    Figure 112014014219893-pat00076

    여기서,
    Figure 112014014219893-pat00077
    은 상수이며, 상수값은
    Figure 112014014219893-pat00078
    이고, 하다마드 행렬(Hadamard matrix)의 원소에 의해 결정되며, IK는 전치 행렬로 부호화된 항등행렬을 나타내고, K는 상기 제1 또는 제2 시퀀스의 길이를 나타냄.
  9. 제6 항에 있어서,
    상기 트레이닝 시퀀스에 전치 행렬을 곱하는 단계 이전에,
    상기 제2 시퀀스가 제거된 트레이닝 시퀀스를 상기 릴레이와 수신기 사이의 채널수만큼 생성하는 단계를 선행하는 것을 특징으로 하는 릴레이에서 채널 추정을 위한 프리코딩 방법.
  10. 다중 안테나 다중 릴레이 네트워크에서 채널을 추정하는 방법에 있어서,
    송신기로부터 제1 트레이닝 시퀀스를 수신하는 단계-상기 제1 트레이닝 시퀀스는 적어도 하나의 기본 블록을 포함하고, 상기 기본 블록은 제1 시퀀스와 제2 시퀀스를 포함함;
    릴레이에서 상기 제1 트레이닝 시퀀스를 프리코딩(pre-coding)하여 제2 트레이닝 시퀀스를 생성하는 단계-상기 제2 트레이닝 시퀀스는 적어도 하나의 기본 블록을 포함하고, 상기 기본 블록은 제1 시퀀스 및 제3 시퀀스를 포함함; 및
    수신기에서 상기 릴레이로부터 수신된 상기 제2 트레이닝 시퀀스에서 상기 제3 시퀀스를 제거한 후 LS(Least-square) 채널 추정 방법을 이용하여 상기 송신기에서 상기 수신기까지의 개별 채널을 추정하는 단계를 포함하는 채널 추정 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 트레이닝 시퀀스는 상기 송신기와 상기 릴레이 사이의 채널수만큼의 기본 블록을 포함하며,
    상기 제2 트레이닝 시퀀스는 상기 릴레이와 상기 수신기 사이의 채널수만큼의 기본 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 추정 방법.
  12. 제1 항 내지 제11 항 중 어느 하나의 항에 따른 방법을 수행하기 위한 프로그램을 기록한 기록 매체.
  13. 멀티 안테나 멀티 릴레이 네트워크에서 채널 추정을 위해 트레이닝 시퀀스를 프리코딩하는 릴레이에 있어서- 상기 트레이닝 시퀀스는 적어도 하나의 기본 블록을 포함하되, 상기 기본 블록은 제1 시퀀스와 제2 시퀀스를 포함함,
    송신기에서 수신된 상기 트레이닝 시퀀스에서 상기 제2 시퀀스를 제거하는 제거부;
    상기 제2 시퀀스가 제거된 상기 트레이닝 시퀀스에 전치 행렬을 곱하는 곱셈기; 및
    상기 제1 시퀀스와 동일한 제3 시퀀스를 생성하고, 상기 제1 시퀀스와 상기 제3 시퀀스를 하나의 기본 블록으로 구성하며, 적어도 하나의 기본 블록을 포함하는 트레이닝 시퀀스를 재생성하는 복제부를 포함하는 릴레이.
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