KR101481100B1 - 차세대 이동통신 소형 셀 ｍｉｍｏ ｌｔｅ 네트워크를 위한 채널 추정 방법 및 이를 적용한 이동 통신 시스템 - Google Patents

차세대 이동통신 소형 셀 ｍｉｍｏ ｌｔｅ 네트워크를 위한 채널 추정 방법 및 이를 적용한 이동 통신 시스템 Download PDF

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Abstract

차세대 이동통신 소형 셀 MIMO LTE 네트워크를 위한 채널 추정 방법이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 채널 추정 방법은, 하다마드 패턴으로 변환한 파일럿 심볼을 이용하여 채널을 추정한다. 이에 의해, 대규모의 MIMO 채널에 대한 쉽고 빠르면서도 우수한 성능의 채널 추정이 가능하여, 궁극적으로는 채널 추정을 위한 로드 경감 효과를 제공할 수 있다.

Description

차세대 이동통신 소형 셀 ＭＩＭＯ ＬＴＥ 네트워크를 위한 채널 추정 방법 및 이를 적용한 이동 통신 시스템{Channel Estimation Method for Small Cell MIMO LTE Next Generation Mobile Networks and Mobile Communication System}
본 발명은 채널 추정에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LTE 네트워크를 위한 채널 추정 방법 및 이를 적용한 이동 통신 시스템에 관한 것이다.
최근 몇 년 동안, 소형 셀 네트워크는 펨토(femto), 마이크로(micro), 피코(pico) 셀과 같은 무선 셀의 모든 종류의 특성을 도입하였다. 소형 셀 네트워크의 채널 추정은 전 세계적으로 중요한 문제가 되었다. 그리고, 채널 추정은 이동 무선 채널의 중요한 부분 중 하나이다.
채널 추정은, 특히 4G LTE(Long Term Evolution) 시스템의 성능 향상을 위한 주요 방법이다. 이러한 LTE와 함께 많은 국가에 도입된 4세대 무선 표준(4G) 시스템은 현대 모바일 무선 통신 시스템에서 높은 데이터 레이트를 제공하기 위한 채널 추정 기법을 사용한다.
이에, 우수한 성능을 유지하면서도 간단한 연산을 통해 수행할 수 있는 채널 추정 기법을 연구 및 개발하는 것이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 채널 추정의 성능을 유지하면서도 연산을 간소화하기 위한 방안으로, 하다마드 변환 기법을 이용한 채널 추정 방법 및 이를 적용한 이동 통신 시스템을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 채널 추정 방법은, 하다마드 패턴(Hadamard Pattern)으로 변환한 파일럿 심볼을 수신하는 단계; 및 상기 수신단계에서 수신된 파일럿 심볼을 이용하여, 채널을 추정하는 단계;를 포함한다.
그리고, 상기 수신단계에서 수신된 상기 파일럿 심볼은, 아래와 같이
Figure 112013056659986-pat00001
과
Figure 112013056659986-pat00002
로 표현되고,
Figure 112013056659986-pat00003
Figure 112013056659986-pat00004
여기서, α는 상기 하다마드 패턴의 실수 부분일 수 있다.
또한, 상기 하다마드 패턴은, 아래의 행렬로 표현될 수 있다.
Figure 112013056659986-pat00005
그리고, 상기 채널 추정단계는, 잡음 부분을 무시한다면, 채널을 아래와 같이 추정할 수 있다.
Figure 112013056659986-pat00006
또한, 상기 채널 추정단계는, 채널을 아래와 같이 추정할 수 있다.
Figure 112013056659986-pat00007
그리고, 상기 채널은, 소형 셀 네트워크들로부터 신호가 전달되는 채널일 수 있다.
또한, 상기 소형 셀 네트워크는, 펨토-셀(femto-cell), 마이크로-셀(micro-cell) 및 피코-셀(pico-cell) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 신호 전송 방법은, 파일럿 심볼을 하다마드 패턴(Hadamard Pattern)으로 변환하는 단계; 및 상기 변환단계에서 변환된 파일럿 심볼을 전송하는 단계;를 포함한다.
그리고, 상기 전송단계에서 전송되어 수신단에 수신되는 파일럿 심볼은, 아래와 같이
Figure 112013056659986-pat00008
과
Figure 112013056659986-pat00009
로 표현되고,
Figure 112013056659986-pat00010
Figure 112013056659986-pat00011
여기서, α는 상기 하다마드 패턴의 실수 부분일 수 있다.
또한, 상기 하다마드 패턴은, 아래의 행렬로 표현될 수 있다.
Figure 112013056659986-pat00012
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 대규모의 MIMO 채널에 대한 쉽고 빠르면서도 우수한 성능의 채널 추정이 가능하여, 궁극적으로는 채널 추정을 위한 로드 경감 효과를 제공할 수 있다.
도 1은 소형 셀 네트워크의 시스템 모델을 도시한 도면,
도 2는, 도 1에 도시된 사용자 모바일 단말의 블럭도, 그리고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 채널 추정 방법의 성능 평가 결과를 나타낸 그래프이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
1. 시스템 모델
도 1은 본 발명이 적용가능한 하향 링크 무선 통신 시스템을 예시한 도면이다. 도 1에서, 모바일 사용자 단말(100)은 펨토-셀 eNB(femto-cell eNode B)(20)와 마이크로-셀 eNB(micro-cell eNode B)(10) 모두에서 신호를 수신하는 것을 상정한다. 여기서, 모바일 사용자 단말(100)는 펨토-셀 eNB(20)에 가까이 위치한다.
i번째 타임 슬롯에서 모바일 사용자 단말(100)에 수신된 신호는 Alamouti 기법을 이용하여 아래와 같이 표현할 수 있다.
Figure 112013056659986-pat00013
(1)
Figure 112013056659986-pat00014
(2)
여기서
Figure 112013056659986-pat00015
과
Figure 112013056659986-pat00016
은 타임 슬롯
Figure 112013056659986-pat00017
와
Figure 112013056659986-pat00018
에서 수신된 신호이다.
2. 채널 추정(Cha nnel Estimation )
2.1 본 발명의 실시예에 따른 하다마드 변환을 이용한 채널 추정 방법
모바일 사용자 단말(100)는 CSI(Channel State Information : 채널 상태 정보)를 모르기 때문에, 채널 추정을 위해 하다마드 패턴(Hadamard Pattern)으로 변환한 파일럿 심볼이 전송된다. 모바일 사용자 단말(100)에 수신된 파일럿 심볼은 다음과 같이 계산된다.
Figure 112013056659986-pat00019
(3)
Figure 112013056659986-pat00020
(4)
여기서,
Figure 112013056659986-pat00021
과
Figure 112013056659986-pat00022
은 파일럿 심볼들이고, m은 메시지 성분, I는 간섭 성분, Zm는 잡음을 나타내며,
Figure 112013056659986-pat00023
는 하다마드 패턴
Figure 112013056659986-pat00024
의 실수 부분이다. 파일럿 시퀀스로 아래의 하다마드 패턴을 사용하였다.
Figure 112013056659986-pat00025
(5)
잡음 부분을 무시한다면, 채널을 아래와 같이 추정할 수 있다.
Figure 112013056659986-pat00026
(6)
추정된 채널은 아래와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013056659986-pat00027
(7)
유사한 방법으로, 추정된 채널은 다음과 같다.
Figure 112013056659986-pat00028
(8)
2.2 LS 추정( Least Square Estimation )
펨토-셀(20)과 마이크로-셀(10) 모두로부터 간섭 신호를 고려한다면, 모바일 사용자 단말(100)에 수신된 신호는 다음과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112013056659986-pat00029
(9)
LS(Least Square) 채널 추정은 다음과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112013056659986-pat00030
(10)
LS 추정의 평균 제곱 오차(Mean Square Error)는 다음과 같이 계산된다.
Figure 112013056659986-pat00031
(11)
일반화된 LS 추정은 가중 LS(weighted LS : WLS)이다. WLS 추정은, LS 추정에 대칭적으로 양의 값을 갖는 가중치 행렬을 곱하는 것이다.
2.3 MMSE ( Minimum Mean Square Error ) 추정
펨토-셀(20)과 마이크로-셀(10) 모두로부터 간섭 신호를 고려한다면, 모바일 사용자 단말(100)에 수신된 신호는 다음과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112013056659986-pat00032
(12)
MMSE 추정은 다음과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112013056659986-pat00033
(13)
여기서, MSE 코스트는 L의 함수이다. 선형 MMSE는 다음과 같다.
Figure 112013056659986-pat00034
(14)
MMSE 추정기는 다음과 같다.
Figure 112013056659986-pat00035
(15)
여기서,
Figure 112013056659986-pat00036
와
Figure 112013056659986-pat00037
는 자기 상관 행렬과 상호 상관 행렬이다.
3. 사용자 모바일 단말
도 2는, 도 1에 도시된 사용자 모바일 단말(100)의 블럭도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 사용자 모바일 단말(100)은 통신부(110), 신호 처리부(120) 및 프로세서(130)를 포함한다.
통신부(110)는 펨토-셀 eNB(20) 및 마이크로-셀 eNB(10)와 신호를 송수신하고, 신호 처리부(120)는 채널 추정 및 그 결과를 이용한 신호 처리를 수행하며, 프로세서(130)는 수신된 신호를 처리하는 어플리케이션을 실행한다.
신호 처리부(120)에 의해 수행되는 채널 추정은 간섭 효과 없이 소형 셀 네트워크에 대한 채널 추정으로, 하다마드 패턴을 이용한 변환을 통해 수행하며, 이는 상세하게 전술한 바 있다.
4. 시뮬레이션
이미 잘 알려진 몇 가지 채널 추정 기법과 비교 본 발명의 실시예에 따른 채널 추정 기법의 성능을 비교하기 위한 몬테카를로 시뮬레이션(monte-carlo simulation) 결과가 도 3에 나타나 있다.
도 2를 통해 본 발명의 실시예에 따른 채널 추정 기법은 간단한 연산에도 불구하고 동일한 성능을 보이고 있음을 확인할 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
10 : 마이크로-셀 eNB 20 : 펨토-셀 eNB
100 : 모바일 사용자 단말 110 : 통신부
120 : 신호 처리부 130 : 프로세서

Claims (10)

  1. 하다마드 패턴(Hadamard Pattern)으로 변환한 파일럿 심볼을 수신하는 단계; 및
    상기 수신단계에서 수신된 파일럿 심볼을 이용하여, 채널을 추정하는 단계;를 포함하고,
    상기 수신단계에서 수신된 상기 파일럿 심볼은, 아래와 같이
    Figure 112014066005433-pat00038
    과
    Figure 112014066005433-pat00039
    로 표현되고,
    Figure 112014066005433-pat00040

    Figure 112014066005433-pat00041

    여기서, α는 상기 하다마드 패턴의 실수 부분인 것을 특징으로 하는 채널 추정 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 하다마드 패턴은, 아래의 행렬로 표현되는 것을 특징으로 하는 채널 추정 방법.
    Figure 112014066005433-pat00042

  4. 제 1항에 있어서,
    상기 채널 추정단계는,
    잡음 부분을 무시한다면, 채널을 아래와 같이 추정하는 것을 특징으로 하는 채널 추정 방법.
    Figure 112014066005433-pat00043

  5. 제 1항에 있어서,
    상기 채널 추정단계는,
    채널을 아래와 같이 추정하는 것을 특징으로 하는 채널 추정 방법.
    Figure 112014066005433-pat00044

  6. 제 1항에 있어서,
    상기 채널은,
    소형 셀 네트워크들로부터 신호가 전달되는 채널인 것을 특징으로 하는 채널 추정 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 소형 셀 네트워크는,
    펨토-셀(femto-cell), 마이크로-셀(micro-cell) 및 피코-셀(pico-cell) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 추정 방법.
  8. 파일럿 심볼을 하다마드 패턴(Hadamard Pattern)으로 변환하는 단계; 및
    상기 변환단계에서 변환된 파일럿 심볼을 전송하는 단계;를 포함하고,
    상기 전송단계에서 전송되어 수신단에 수신되는 파일럿 심볼은, 아래와 같이
    Figure 112014066005433-pat00045
    과
    Figure 112014066005433-pat00046
    로 표현되고,
    Figure 112014066005433-pat00047

    Figure 112014066005433-pat00048

    여기서, α는 상기 하다마드 패턴의 실수 부분인 것을 특징으로 하는 신호 전송 방법.
  9. 삭제
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 하다마드 패턴은, 아래의 행렬로 표현되는 것을 특징으로 하는 신호 전송 방법.
    Figure 112014066005433-pat00049

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