KR101568717B1 - 다중 안테나 시스템에서 적응적인 화이트닝 장치 및 방법 - Google Patents

다중 안테나 시스템에서 적응적인 화이트닝 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중 안테나 시스템의 수신 단에서 화이트닝(Whitening) MRC(Maximum Ratio Combine)의 화이트닝 기능을 제어하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 적어도 하나의 인접 셀로부터 간섭의 영향을 받는지 확인하는 과정과, 간섭의 영향을 받는 경우, 프리화이트닝(Pre-Whitening) 역행렬을 이용하여 화이트닝 MRC의 가중치를 생성하는 과정과, 간섭의 영향이 없는 경우, 단위 행렬(Identity Matrix)을 이용하여 화이트닝 MRC의 가중치를 생성하는 과정을 포함하여 수신 단의 수신 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
다중안테나 시스템, 프리 화이트닝 필터(pre-whitening filter), 화이트닝 MRC(Maximum Ratio Combine), MMSE(Minimum Mean-Square Error)

Description

다중 안테나 시스템에서 적응적인 화이트닝 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ADAPTIVE WHITENING IN MULTI ANTENNA SYSTEM}
본 발명은 다중 안테나 시스템에서 수신 단의 프리 화이트닝 필터(pre-whitening filter)에 관한 것으로서, 특히 다중 안테나 시스템의 수신 단에서 셀간 간섭에 따라 MMSE(Minimum Mean Square Error) 방식과 MRC(Maximum Ratio Combine) 방식을 선택적으로 사용하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
무선 이동통신 시장의 급성장으로 인하여 무선 환경에서 다양한 멀티미디어 서비스가 요구된다. 따라서 최근에는 상기 멀티미디어 서비스를 제공하기 위해 전송 데이터의 대용량화 및 데이터 전송의 고속화가 진행되면서 한정된 주파수를 효율적으로 사용할 수 있는 다중 안테나 시스템의 연구가 진행되고 있다.
상기 다중 안테나 시스템은 안테나별로 서로 독립적인 채널을 이용하여 데이터를 전송하여 추가적인 주파수나 송신 전력 할당 없이도 단일 안테나 시스템에 비해 전송 신뢰도와 전송률을 증가시킬 수 있다.
다중 안테나 시스템에서 사용되는 대표적인 수신 방법은 MMSE 방식과 MRC 방식을 들 수 있다. 이때, MMSE 방식의 수신 단은 셀간 간섭이 존재하는 환경에서 MRC 방식의 수신 단보다 수신 성능이 우수하다. 하지만, 셀간 간섭이 존재하지 않는 경우, MMSE 방식의 수신 단은 MRC 방식의 수신 단보다 수신 성능이 열화된다. 즉, 셀간 간섭이 존재하지 않는 경우, MMSE방식의 수신 단은 MMSE 가중치를 산출하는데 필요한 Rnn - 1산출 시 비대각 성분(off-diagonal term)이 0으로 수렴하지 않으므로 수신 성능이 열화된다.
이에 따라, 다중 안테나 시스템의 수신 단은 수신 성능을 향상시키기 위해 셀간 간섭에 따라 MMSE 방식과 MRC방식을 선택적으로 사용하기 위한 방법을 필요로 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 다중 안테나 시스템의 수신 단에서 간섭의 존재 여부에 따라 MMSE 방식과 MRC 방식을 선택적으로 사용하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 다중 안테나 시스템의 수신 단에서 간섭의 존재 여부에 따라 화이트닝 MRC(Maximum Ratio Combine)의 화이트닝 기능을 제어하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 다중 안테나 시스템의 수신 단에서 신호대 간섭 및 잡음비에 따라 화이트닝 MRC의 화이트닝 기능을 제어하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 다중 안테나 시스템의 수신 단에서 화이트닝(Whitening) MRC(Maximum Ratio Combine)의 화이트닝 기능을 제어하기 위한 방법은, 적어도 하나의 인접 셀로부터 간섭의 영향을 받는지 확인하는 과정과, 간섭의 영향을 받는 경우, 프리화이트닝(Pre-Whitening) 역행렬을 이용하여 화이트닝 MRC의 가중치를 생성하는 과정과, 간섭의 영향이 없는 경우, 단위 행렬(Identity Matrix)을 이용하여 화이트닝 MRC의 가중치를 생성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 견지에 따르면, 다중 안테나 시스템의 수신 단에서 화이트닝 MRC의 화이트닝 기능을 제어하기 위한 방법은, 적어도 하나의 인접 셀로부터 간섭의 영향을 받는지 확인하는 과정과, 간섭의 영향을 고려하여 잡음과 간섭의 공분산 행렬(Covariance Matrix)에 대한 갱신 변수를 설정하는 과정과, 잡음과 간섭의 공분산 행렬을 산출하는 과정과, 상기 갱신 변수를 이용하여 상기 잡음과 간섭의 공분산 행렬을 갱신하는 과정과, 갱신한 잡음과 간섭의 공분산 행렬을 이용하여 프리화이트닝 역행렬을 산출하는 과정과, 상기 프리화이트닝 역행렬을 이용하여 화이트닝 MRC의 가중치를 생성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 3 견지에 따르면, 다중 안테나 시스템의 수신 단에서 화이트닝 MRC의 화이트닝 기능을 제어하기 위한 장치는, 적어도 하나의 안테나와, 각각의 안테나를 통해 수신되는 신호를 이용하여 적어도 하나의 인접 셀로부터 간섭의 영향을 받는지 확인하는 간섭 확인부와, 간섭의 영향을 받는 경우, 프리화이트닝 역행렬을 프리화이트닝 필터로 제공하고, 간섭의 영향이 없는 경우, 단위 행렬을 프리화이트닝 필터로 제공하는 필터 제어부와, 상기 필터 제어부로부터 제공받은 프리화이트닝 역행렬 또는 단위 행렬을 이용하여 화이트닝 MRC의 가중치를 생성하는 프리화이트닝 필터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 4 견지에 따르면, 다중 안테나 시스템의 수신 단에서 화이트닝 MRC의 화이트닝 기능을 제어하기 위한 장치는, 적어도 하나의 안테나와, 각각의 안테나를 통해 수신되는 신호를 이용하여 적어도 하나의 인접 셀로부터 간섭의 영향을 받는지 확인하는 간섭 확인부와, 간섭의 영향을 고려하여 설정한 잡음과 간섭의 공분산 행렬에 대한 갱신 변수를 이용하여 상기 잡음과 간섭의 공분산 행렬을 갱신하고, 상기 갱신한 잡음과 간섭의 공분산 행렬을 이용하여 산출한 프리화이트닝 역행렬을 프리화이트닝 필터로 전송하는 필터 제어부와, 상기 필터 제어부로부터 제공받은 프리화이트닝 역행렬을 이용하여 화이트닝 MRC의 가중치를 생성하는 프리화이트닝 필터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 다중 안테나 시스템의 수신 단에서 간섭에 따라 셀간 간섭에 따라 MMSE(Minimum Mean Square Error) 방식과 MRC(Maximum Ratio Combine) 방식을 선택적으로 사용함으로써, 수신 단의 수신 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하 본 발명은 다중 안테나 시스템의 수신 단에서 간섭에 따라 셀간 간섭에 따라 MMSE(Minimum Mean Square Error) 방식과 MRC(Maximum Ratio Combine) 방식을 선택적으로 사용하기 위한 기술에 대해 설명한다.
이하 설명에서 수신 단은 NR개의 안테나를 구비하는 것으로 가정한다. 하지만, 수신 단이 한 개의 안테나를 구비하는 경우에도 동일하게 적용할 수 있다.
또한, 이하 설명에서 다중 안테나시스템은 직교 주파수 분할 다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식을 사용하는 것으로 가정한다. 하지만, 다중 안테나 시스템이 다른 통신 방식을 사용하는 경우에도 동일하게 적용할 수 있다.
간섭이 존재하는 경우, 수신 단에서 수신받은 신호는 하기 <수학식 1>과 같이 나타낼 수 있다. 여기서, 하기 <수학식 1>은 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform)을 통해 주파수 영역의 신호로 변환한 수신신호를 나타낸다.
Figure 112009008036325-pat00001
여기서, 상기 Y는 수신 단에서 수신받은 신호를 나타내고, 상기 H는 송신 단과 수신 단 간의 채널을 나타내며, 상기 X는 송신 단에서 전송한 신호를 나타내고, 상기 HI는 간섭의 영향을 미치는 다른 송신 단과 수신 단 간의 채널을 나타내며, 상기 I는 인접 셀 간섭을 나타내고, 상기 N은 열잡음을 나타낸다.
이때, 수신 단에서 MMSE(Minimum Mean-Square Error) 방식으로 신호를 수신하는 경우, 상기 수신 단은 하기 <수학식 2>와 같은 MMSE 가중치를 생성한다.
Figure 112009008036325-pat00002
여기서, 상기 W는 MMSE 가중치를 나타내고, 상기 y는 수신신호를 나타내며, 상기 H는 송신 단과 수신 단 간의 채널을 나타내고, 상기 Rnn은 잡음과 간섭의 공분산 행렬(Covariance Matrix)을 나타낸다. 여기서,
Figure 112009008036325-pat00003
는 행렬 반전 정리(Matrix Inversion lemma)를 적용하여 증명할 수 있다.
상기 <수학식 2>에서 공분산 행렬은 촐레스키 분해(cholesky decomposition)를 이용하여 하기 <수학식 3>과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009008036325-pat00004
여기서, 상기 Rnn은 잡음과 간섭의 공분산 행렬을 나타내고, 상기 n은 잡음과 간섭의 합을 나타내며, 상기 L은 프리화이트닝 역행렬을 나타낸다.
상기 <수학식 3>을 상기 <수학식 2>에 적용하는 경우, MMSE 가중치는 하기 <수학식 4>와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009008036325-pat00005
여기서, 상기 W는 MMSE 가중치를 나타내고, 상기 H는 송신 단과 수신 단 간 의 채널을 나타내며, 상기 Rnn은 잡음과 간섭의 공분산 행렬을 나타내고, 상기 L은 프리화이트닝 역행렬을 나타낸다.
한편, 수신 단에서 MRC 방식으로 신호를 수신하는 경우, 상기 수신 단은 하기 <수학식 5>와 같은 MRC 가중치를 생성한다.
Figure 112009008036325-pat00006
여기서, 상기 WMRC는 MRC 가중치를 나타내고, 상기 H는 송신 단과 수신 단 간의 채널을 나타낸다.
상기 <수학식 4>와 상기 <수학식 5>를 비교하면, MMSE 가중치와 MRC 가중치는 프리화이트닝 역행렬(L)의 적용/미적용의 차이를 갖는다. 이에 따라, 수신 단은 MRC를 이용하여 MMSE 방식의 수신 성능을 낼 수 있도록 구성된 화이트닝 MRC를 이용하여 신호를 수신한다. 이때, 상기 수신 단은 하기 도 1에 도시된 바와 같이 간섭의 존재 여부에 따라 프리화이트닝 역행렬을 제어하여 화이트닝 MRC의 화이트닝 기능을 ON/OFF할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 화이트닝 MRC의 블록 구성을 도시하고 있다.
상기 도 1에 도시된 바와 같이 화이트닝 MRC는 MMSE 방식과 동일하게 신호를 수신받기 위해 가중치에 프리화이트닝 역행렬(L)을 곱한다. 이때, 수신 단은 간섭의 존재 여부에 따라 화이트닝 기능을 ON/OFF하기 위해 프리화이트닝 역행렬을 선택적으로 제공한다. 예를 들어, 간섭이 존재하는 경우, 수신 단은 프리화이트닝 역 행렬을 제공한다. 이에 따라, 수신 단은 상기 <수학식 4>와 같은 가중치를 생성하여 MMSE 방식과 동일하게 신호를 수신할 수 있다. 한편, 간섭이 존재하지 않는 경우, 수신 단은 프리화이트닝 역행렬이 아닌 단위 행렬(k·I)을 제공한다. 이에 따라, 수신 단은 상기 <수학식 5>와 같은 가중치를 생성하여 MRC 방식과 동일하게 신호를 수신할 수 있다.
이하 설명은 간섭의 존재 여부에 따라 프리화이트닝 역행렬을 선택적으로 제공하기 위한 수신 단의 구성에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템에서 수신 단의 블록 구성을 도시하고 있다.
상기 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 수신 단은 다수의 RF(Radio Frequency) 수신기들(201-1 내지 201-NR), 다수의 아날로그/디지털 변환기(ADC: Analog to Digital Converter들(203-1 내지 203-NR), 다수의 OFDM 복조기들(205-1 내지 205-NR), 다수의 간섭 측정부들(207-1 내지 207-NR), 다수의 필터 제어부들(209-1 내지 209-NR), 프리화이트닝 필터(211) 및 MIMO(Multi Input Multi Output)검출기(213)를 포함하여 구성된다.
상기 RF 수신기들(201-1 내지 201-NR)은 각각의 안테나를 통해 수신되는 신호들을 기저대역 신호로 변환한다.
상기 아날로그/디지털 변환기들(203-1 내지 203-NR)은 각각의 RF 수신기 들(201-1 내지 201-NR)로부터 제공받은 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다.
상기 OFDM 복조기들(205-1 내지 205-NR)은 FFT 연산을 통해 각각의 아날로그/디지털 변환기(203-1 내지 203-NR)로부터 제공받은 시간 영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변환한다.
상기 간섭 측정부들(207-1 내지 207-NR)은 각각은 OFDM 복조기들(205-1 내지 205-NR)로부터 제공받은 신호에서 간섭 전력을 측정한다. 예를 들어, 상기 간섭 측정부들(207-1 내지 207-NR)은 파일럿 신호를 이용하여 잡음과 간섭이 결합된 전력을 측정한다. 또한, 상기 간섭 측정부들(207-1 내지 207-NR)은 사용하지 않는 톤(Unused Tone)들의 전력을 측정한다. 이때, 상기 간섭 측정부들(207-1 내지 207-NR)은 사용하지 않는 톤들의 전력 합을 열 잡음으로 인식한다. 이에 따라, 상기 간섭 측정부들(207-1 내지 207-NR)은 잡음과 간섭이 결합된 전력에서 열 잡음을 제거하여 간섭 전력을 측정한다.
만일, 버스트 단위로 잡음과 간섭의 공분산 행렬(Rnn)을 측정하는 경우, 상기 간섭 측정부들(207-1 내지 207-NR)은 버스트 단위로 간섭 전력을 측정한다.
또한, AMC 부채널 구조의 경우, 상기 간섭 측정부들(207-1 내지 207-NR)은 밴드(Band) 단위로 간섭 전력을 측정한다.
상기 필터 제어부들(209-1 내지 209-NR)은 각각의 간섭 측정부들(207-1 내지 207-NR)로부터 제공받은 간섭 전력에 따라 간섭이 존재하는지 여부를 판단하여 프리화이트닝 역행렬을 선택적으로 제공한다. 예를 들어, 간섭이 존재하는 경우, 상기 필터 제어부들(209-1 내지 209-NR)은 상기 프리화이트닝 필터(211)로 프리화이트닝 역행렬(L)을 제공한다. 한편, 간섭이 존재하지 않는 경우, 상기 필터 제어부들(209-1 내지 209-NR)은 상기 프리화이트닝 필터(211)로 프리화이트닝 역행렬이 아닌 단위 행렬(k·I)을 제공한다.
상기 프리화이트닝 필터(211)는 상기 OFDM 복조기들(205-1 내지 205-NR)로부터 제공받은 수신 신호에서 간섭을 제거한다. 이때, 상기 프리화이트닝 핑터(211)는 화이트닝 MRC로 구성된다. 이에 따라, 상기 화이트닝 MRC는 상기 필터 제어부들(209-1 내지 209-NR)로부터 프리화이트닝 역행렬을 제공받는 경우, 상기 <수학식 4>와 같은 가중치를 생성하여 MMSE 방식과 동일하게 신호를 수신한다. 한편, 상기 화이트닝 MRC는 상기 필터 제어부들(209-1 내지 209-NR)로부터 단위 행렬(k·I)을 제공받은 경우, 상기 <수학식 5>와 같은 가중치를 생성하여 MRC 방식과 동일하게 신호를 수신한다.
상기 MIMO 검출기(213)는 상기 프리화이트닝 필터(211)에서 간섭이 제거된 수신 신호 및 채널정보를 이용하여 송신 신호를 판단한다.
상술한 실시 예에서 수신 단은 간섭 전력을 이용하여 간섭의 존재 여부를 판 단한다.
다른 실시 예에서 수신 단은 신호대 간섭 및 잡음비를 이용하여 간섭의 존재 여부를 판단할 수도 있다.
또한, 상술한 실시 예에서 수신 단은 간섭의 존재 여부에 따라 프리화이트닝 역행렬을 선택적으로 제공한다.
다른 실시 예에서 수신 단은 Rnn 갱신 변수를 조절하여 화이트닝 MRC의 화이트닝 기능을 ON/OF할 수도 있다. 예를 들어, 수신 단은 상기 <수학식 3>과 같이 촐레스키 분해를 통해 Rnn을 LLH 형태로 변환한다. 이때, 상기 수신 단은 Rnn에 대한 촐레스키 분해를 수행하기 이전에 하기 <수학식 6>과 같이 Rnn을 갱신한다.
Figure 112009008036325-pat00007
여기서, 상기
Figure 112009008036325-pat00008
은 갱신한 Rnn을 나타내고, 상기 Rnn은 잡음과 간섭의 공분산 행렬을 나타내며, 상기 k는 Rnn 갱신 변수를 나타내고, 상기 I는 단위 행렬(identity matrix)을 나타낸다.
상기 <수학식 6>과 같이 수신 단은 Rnn에 대한 촐레스키 분해를 통해 프리화이트닝 역행렬을 생성하기 이전에 Rnn을 갱신한다. 이에 따라, 수신 단은 k에 따라 화이트닝 MRC의 화이트닝 기능을 ON/OFF할 수 있다. 예를 들어, 간섭이 존재하는 경우, 수신 단은 k를 작게 설정하여 Rnn을 변화시키지 않는다. 한편, 간섭이 존재하지 않는 경우, 수신 단은 k를 크게 설정한다. 이 경우, Rnn의 대각 성분(diagonal term)이 비대각 성분(off-diagonal term)보다 상대적으로 커져 상기 Rnn은 단위 행렬처럼 된다. 상기 Rnn이 단위 행렬인 경우, 프리화이트닝 역행렬(L)도 단위 행렬이 되므로 화이트닝 기능을 OFF시킬 수 있다.
이 경우, 상기 필터 제어부들(209-1 내지 209-NR)은 간섭의 영향을 고려하여 잡음과 간섭의 공분산 행렬(Rnn)에 대한 갱신 변수를 설정한다. 이후, 상기 필터 제어부들(209-1 내지 209-NR)은 상기 설정한 갱신 변수를 이용하여 갱신한 Rnn을 이용하여 프리화이트닝(Pre-Whitening) 역행렬(L)을 산출한다. 이후, 상기 필터 제어부들(209-1 내지 209-NR)은 프리화이트닝 역행렬(L)을 프리 화이트닝 필터(211)로 전송한다.
이하 설명은 간섭 전력을 이용하여 확인한 간섭 존재 여부에 따라 화이트닝 기능을 제어하기 위한 방법에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 수신 단에서 간섭 량에 따라 화이트닝 기능을 제어하기 위한 절차를 도시하고 있다.
상기 도 3을 참조하면 먼저 수신 단은 301단계에서 송신 단으로부터 신호가 수신되는지 확인한다.
만일, 신호가 수신되는 경우, 상기 수신 단은 303단계에서 수신 신호에 포함 된 간섭의 전력을 측정한다. 예를 들어, 상기 수신 단은 수신 신호에 포함된 파일럿 신호를 이용하여 잡음과 간섭이 결합된 전력을 측정한다. 또한, 상기 수신 단은 사용하지 않는 톤(Unused Tone)들의 전력을 합하여 열 잡음으로 인식한다. 이에 따라, 상기 수신 단은 잡음과 간섭이 결합된 전력에서 열 잡음을 제거하여 간섭 전력을 측정한다.
간섭 전력을 측정한 후, 상기 수신 단은 305단계로 진행하여 간섭이 존재하는지 판단하기 위해 상기 303단계에서 측정한 간섭 전력과 기준 간섭 전력을 비교한다.
만일, 상기 303단계에서 측정한 간섭 전력이 기준 간섭 전력보다 큰 경우, 상기 수신 단은 간섭이 존재하는 것으로 인식한다. 이에 따라, 상기 수신 단은 307단계로 진행하여 화이트닝 제어 변수를 프리화이트닝 역행렬(L)로 선택한다. 즉, 상기 수신 단은 화이트닝 MRC의 화이트닝 기능을 ON 시켜 MMSE 방식과 동일하게 신호를 수신한다.
한편, 상기 303단계에서 측정한 간섭 전력이 기준 간섭 전력보다 작거나 같은 경우, 상기 수신 단은 간섭이 존재하지 않는 것으로 인식한다. 이에 따라 상기 수신 단은 309단계로 진행하여 화이트닝 제어 변수를 단위 행렬로 선택한다. 즉, 상기 수신 단은 화이트닝 MRC의 화이트닝 기능을 OFF 시켜 MRC 방식과 동일하게 신호를 수신한다.
이후, 상기 수신 단은 본 알고리즘을 종료한다.
상술한 실시 예에서 수신 단은 간섭의 존재 여부에 따라 프리화이트닝 역행 렬을 선택적으로 제공한다.
다른 실시 예에서 수신 단은 하기 도 4에 도시된 바와 같이 Rnn 갱신 변수를 조절하여 화이트닝 MRC의 화이트닝 기능을 ON/OF할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 수신 단에서 간섭 량에 따라 화이트닝 기능을 제어하기 위한 절차를 도시하고 있다.
상기 도 4를 참조하면 먼저 수신 단은 401단계에서 송신 단으로부터 신호가 수신되는지 확인한다.
만일, 신호가 수신되는 경우, 상기 수신 단은 403단계에서 수신 신호에 포함된 간섭의 전력을 측정한다. 예를 들어, 상기 수신 단은 수신 신호에 포함된 파일럿 신호를 이용하여 잡음과 간섭이 결합된 전력을 측정한다. 또한, 상기 수신 단은 사용하지 않는 톤(Unused Tone)들의 전력을 합하여 열 잡음으로 인식한다. 이에 따라, 상기 수신 단은 잡음과 간섭이 결합된 전력에서 열 잡음을 제거하여 간섭 전력을 측정한다.
간섭 전력을 측정한 후, 상기 수신 단은 405단계로 진행하여 간섭이 존재하는지 판단하기 위해 상기 403단계에서 측정한 간섭 전력과 기준 간섭 전력을 비교한다.
만일, 상기 403단계에서 측정한 간섭 전력이 기준 간섭 전력보다 큰 경우, 상기 수신 단은 간섭이 존재하는 것으로 인식한다. 이에 따라, 상기 수신 단은 407단계로 진행하여 Rnn 갱신 변수(k)를 작게 설정한다. 예를 들어, 상기 수신 단은 Rnn 갱신 변수를 기준 값보다 작게 설정한다.
한편, 상기 403단계에서 측정한 간섭 전력이 기준 간섭 전력보다 작거나 같은 경우, 상기 수신 단은 간섭이 존재하지 않는 것으로 인식한다. 이에 따라, 상기 수신 단은 415단계로 진행하여 Rnn 갱신 변수(k)를 크게 설정한다. 예를 들어, 상기 수신 단은 Rnn 갱신 변수를 기준 값보다 크게 설정한다.
상기 407단계 또는 상기 415단계에서 Rnn 갱신 변수를 설정한 후, 상기 수신 단은 409단계로 진행하여 잡음과 간섭의 공분산 행렬(Rnn)을 산출한다.
이후, 상기 수신 단은 411단계로 진행하여 상기 407단계 또는 상기 415단계에서 설정한 Rnn 갱신 변수를 이용하여 상기 409단계에서 산출한 Rnn을 갱신한다. 예를 들어, 상기 수신 단은 상기 <수학식 6>과 같이 Rnn을 갱신한다.
상기 Rnn을 갱신한 후, 상기 수신 단은 413단계로 진행하여 상기 411단계에서 갱신한 Rnn에 대한 촐레스키 분해를 통해 프리화이트닝 역행렬(L)을 산출한다. 예를 들어, 간섭이 존재하지 않아 Rnn 갱신 변수를 크게 설정한 경우, Rnn의 대각 성분(diagonal term)이 비대각 성분(off-diagonal term)보다 상대적으로 커져 상기 Rnn은 단위 행렬처럼 된다. 상기 Rnn이 단위 행렬인 경우, 프리화이트닝 역행렬(L)도 단위 행렬이 되므로 수신 단은 화이트닝 MRC의 화이트닝 기능을 OFF시킬 수 있다.
이후, 상기 수신 단은 본 알고리즘을 종료한다.
이하 설명은 신호대 간섭 및 잡음비를 이용하여 확인한 간섭 존재 여부에 따라 화이트닝 기능을 제어하기 위한 방법에 대해 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 수신 단에서 신호대 간섭 및 잡음비에 따라 화이트닝 기능을 제어하기 위한 절차를 도시하고 있다.
상기 도 5를 참조하면 먼저 수신 단은 501단계에서 송신 단으로부터 신호가 수신되는지 확인한다.
만일, 신호가 수신되는 경우, 상기 수신 단은 503단계에서 수신 신호에 대한 신호대 간섭 및 잡음비를 산출한다.
신호대 간섭 및 잡음비를 측정한 후, 상기 수신 단은 505단계로 진행하여 간섭이 존재하는지 판단하기 위해 상기 503단계에서 산출한 신호대 간섭 및 잡음비과 기준 신호대 간섭 및 잡음비를 비교한다.
만일, 상기 503단계에서 산출한 신호대 간섭 및 잡음비가 기준 신호대 간섭 및 잡음비보다 작거나 같은 경우, 상기 수신 단은 간섭이 존재하는 것으로 인식한다. 이에 따라, 상기 수신 단은 507단계로 진행하여 화이트닝 제어 변수를 프리화이트닝 역행렬(L)로 선택한다. 즉, 상기 수신 단은 화이트닝 MRC의 화이트닝 기능을 ON 시켜 MMSE 방식과 동일하게 신호를 수신한다.
한편, 상기 503단계에서 산출한 신호대 간섭 및 잡음비가 기준 신호대 간섭 및 잡음비보다 큰 경우, 상기 수신 단은 간섭이 존재하지 않는 것으로 인식한다. 이에 따라 상기 수신 단은 509단계로 진행하여 화이트닝 제어 변수를 단위 행렬로 선택한다. 즉, 상기 수신 단은 화이트닝 MRC의 화이트닝 기능을 OFF 시켜 MRC 방식 과 동일하게 신호를 수신한다.
이후, 상기 수신 단은 본 알고리즘을 종료한다.
상술한 실시 예에서 수신 단은 간섭의 존재 여부에 따라 프리화이트닝 역행렬을 선택적으로 제공한다.
다른 실시 예에서 수신 단은 하기 도 6에 도시된 바와 같이 Rnn 갱신 변수를 조절하여 화이트닝 MRC의 화이트닝 기능을 ON/OF할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 수신 단에서 신호대 간섭 및 잡음비에 따라 화이트닝 기능을 제어하기 위한 절차를 도시하고 있다.
상기 도 6을 참조하면 먼저 수신 단은 601단계에서 송신 단으로부터 신호가 수신되는지 확인한다.
만일, 신호가 수신되는 경우, 상기 수신 단은 603단계에서 수신 신호에 대한 신호대 간섭 및 잡음비를 산출한다.
신호대 간섭 및 잡음비를 측정한 후, 상기 수신 단은 605단계로 진행하여 간섭이 존재하는지 판단하기 위해 상기 603단계에서 산출한 신호대 간섭 및 잡음비과 기준 신호대 간섭 및 잡음비를 비교한다.
만일, 상기 603단계에서 산출한 신호대 간섭 및 잡음비가 기준 신호대 간섭 및 잡음비보다 작거나 같은 경우, 상기 수신 단은 간섭이 존재하는 것으로 인식한다. 이에 따라, 상기 수신 단은 607단계로 진행하여 Rnn 갱신 변수(k)를 작게 설정한다. 예를 들어, 상기 수신 단은 Rnn 갱신 변수를 기준 값보다 작게 설정한다.
한편, 상기 603단계에서 산출한 신호대 간섭 및 잡음비가 기준 신호대 간섭 및 잡음비보다 큰 경우, 상기 수신 단은 간섭이 존재하지 않는 것으로 인식한다. 이에 따라, 상기 수신 단은 615단계로 진행하여 Rnn 갱신 변수(k)를 크게 설정한다. 예를 들어, 상기 수신 단은 Rnn 갱신 변수를 기준 값보다 크게 설정한다.
상기 607단계 또는 상기 615단계에서 Rnn 갱신 변수를 설정한 후, 상기 수신 단은 609단계로 진행하여 잡음과 간섭의 공분산 행렬(Rnn)을 산출한다.
이후, 상기 수신 단은 611단계로 진행하여 상기 607단계 또는 상기 615단계에서 설정한 Rnn 갱신 변수를 이용하여 상기 609단계에서 산출한 Rnn을 갱신한다. 예를 들어, 상기 수신 단은 상기 <수학식 6>과 같이 Rnn을 갱신한다.
상기 Rnn을 갱신한 후, 상기 수신 단은 613단계로 진행하여 상기 611단계에서 갱신한 Rnn에 대한 촐레스키 분해를 통해 프리화이트닝 역행렬(L)을 산출한다. 예를 들어, 간섭이 존재하지 않아 Rnn 갱신 변수를 크게 설정한 경우, Rnn의 대각 성분(diagonal term)이 비대각 성분(off-diagonal term)보다 상대적으로 커져 상기 Rnn은 단위 행렬처럼 된다. 상기 Rnn이 단위 행렬인 경우, 프리화이트닝 역행렬(L)도 단위 행렬이 되므로 수신 단은 화이트닝 MRC의 화이트닝 기능을 OFF시킬 수 있다.
이후, 상기 수신 단은 본 알고리즘을 종료한다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 화이트닝 MRC의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템에서 수신 단의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 수신 단에서 간섭 량에 따라 화이트닝 기능을 제어하기 위한 절차를 도시하는 도면,
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 수신 단에서 간섭 량에 따라 화이트닝 기능을 제어하기 위한 절차를 도시하는 도면,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 수신 단에서 신호대 간섭 및 잡음비에 따라 화이트닝 기능을 제어하기 위한 절차를 도시하는 도면, 및
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 수신 단에서 신호대 간섭 및 잡음비에 따라 화이트닝 기능을 제어하기 위한 절차를 도시하는 도면.

Claims (22)

  1. 다중 안테나 시스템의 수신 단에서 화이트닝(Whitening) MRC(Maximum Ratio Combine)의 화이트닝 기능을 제어하기 위한 방법에 있어서,
    수신 신호를 이용하여 간섭 전력을 측정하는 과정과,
    상기 간섭 전력을 기준 간섭 전력과 비교하여 적어도 하나의 인접 셀로부터 간섭의 영향을 받는지 확인하는 과정과,
    간섭의 영향을 받는 경우, 프리화이트닝(Pre-Whitening) 역행렬을 이용하여 화이트닝 MRC의 가중치를 생성하는 과정과,
    간섭의 영향이 없는 경우, 단위 행렬(Identity Matrix)을 이용하여 화이트닝 MRC의 가중치를 생성하는 과정을 포함하는 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 간섭 전력을 측정하는 과정은,
    수신 신호에 포함된 파일럿을 이용하여 잡음과 간섭이 결합된 전력을 측정하는 과정과,
    적어도 하나의 사용하지 않는 톤(Unused Tone)의 전력을 측정하는 과정과,
    상기 잡음과 간섭이 결합된 전력에서 상기 적어도 하나의 사용하지 않는 톤의 전력을 제거하여 간섭 전력을 확인하는 과정을 포함하는 방법.
  4. 다중 안테나 시스템의 수신 단에서 화이트닝(Whitening) MRC(Maximum Ratio Combine)의 화이트닝 기능을 제어하기 위한 방법에 있어서,
    수신 신호를 이용하여 신호대 간섭 및 잡음 비(CINR: Carrier to Interference and Noise Ratio)를 산출하는 과정과,
    상기 신호대 간섭 및 잡음비를 기준 신호대 간섭 및 잡음비와 비교하여 적어도 하나의 인접 셀로부터 간섭의 영향을 받는지 확인하는 과정과,
    간섭의 영향을 받는 경우, 프리화이트닝(Pre-Whitening) 역행렬을 이용하여 화이트닝 MRC의 가중치를 생성하는 과정과,
    간섭의 영향이 없는 경우, 단위 행렬(Identity Matrix)을 이용하여 화이트닝 MRC의 가중치를 생성하는 과정을 포함하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 프리화이트닝 역행렬은, 잡음과 간섭의 공분산 행렬(Covariance Matrix)에 대한 촐레스키 분해(cholesky decomposition)를 통해 생성하는 방법.
  6. 다중 안테나 시스템의 수신 단에서 화이트닝(Whitening) MRC(Maximum Ratio Combine)의 화이트닝 기능을 제어하기 위한 방법에 있어서,
    수신 신호를 이용하여 간섭 전력을 측정하는 과정과,
    상기 간섭 전력을 기준 간섭 전력과 비교하여 적어도 하나의 인접 셀로부터 간섭의 영향을 받는지 확인하는 과정과,
    간섭의 영향을 고려하여 잡음과 간섭의 공분산 행렬(Covariance Matrix)에 대한 갱신 변수를 설정하는 과정과,
    잡음과 간섭의 공분산 행렬을 산출하는 과정과,
    상기 갱신 변수를 이용하여 상기 잡음과 간섭의 공분산 행렬을 갱신하는 과정과,
    갱신한 잡음과 간섭의 공분산 행렬을 이용하여 프리화이트닝(Pre-Whitening) 역행렬을 산출하는 과정과,
    상기 프리화이트닝 역행렬을 이용하여 화이트닝 MRC의 가중치를 생성하는 과정을 포함하는 방법.
  7. 삭제
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 간섭 전력을 측정하는 과정은,
    수신 신호에 포함된 파일럿을 이용하여 잡음과 간섭이 결합된 전력을 측정하는 과정과,
    적어도 하나의 사용하지 않는 톤(Unused Tone)의 전력을 측정하는 과정과,
    상기 잡음과 간섭이 결합된 전력에서 상기 적어도 하나의 사용하지 않는 톤의 전력을 제거하여 간섭 전력을 확인하는 과정을 포함하는 방법.
  9. 다중 안테나 시스템의 수신 단에서 화이트닝(Whitening) MRC(Maximum Ratio Combine)의 화이트닝 기능을 제어하기 위한 방법에 있어서,
    수신 신호를 이용하여 신호대 간섭 및 잡음 비(CINR: Carrier to Interference and Noise Ratio)를 산출하는 과정과,
    상기 신호대 간섭 및 잡음비를 기준 신호대 간섭 및 잡음비와 비교하여 적어도 하나의 인접 셀로부터 간섭의 영향을 받는지 확인하는 과정과,
    간섭의 영향을 고려하여 잡음과 간섭의 공분산 행렬(Covariance Matrix)에 대한 갱신 변수를 설정하는 과정과,
    잡음과 간섭의 공분산 행렬을 산출하는 과정과,
    상기 갱신 변수를 이용하여 상기 잡음과 간섭의 공분산 행렬을 갱신하는 과정과,
    갱신한 잡음과 간섭의 공분산 행렬을 이용하여 프리화이트닝(Pre-Whitening) 역행렬을 산출하는 과정과,
    상기 프리화이트닝 역행렬을 이용하여 화이트닝 MRC의 가중치를 생성하는 과정을 포함하는 방법.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 갱신 변수를 설정하는 과정은,
    간섭의 영향을 받는 경우, 상기 갱신 변수를 작게 설정하는 과정과,
    간섭의 영향이 없는 경우, 상기 갱신 변수를 크게 설정하는 과정을 포함하는 방법.
  11. 제 6항에 있어서,
    상기 프리화이트닝 역행렬을 산출하는 과정은,
    상기 갱신한 잡음과 간섭의 공분산 행렬에 대한 촐레스키 분해(cholesky decomposition)를 통해 프리화이트닝 역행렬을 산출하는 과정을 포함하는 방법.
  12. 다중 안테나 시스템의 수신 단에서 화이트닝(Whitening) MRC(Maximum Ratio Combine)의 화이트닝 기능을 제어하기 위한 장치에 있어서,
    적어도 하나의 안테나와,
    각각의 안테나를 통해 수신되는 신호를 이용하여 측정한 간섭 전력을 기준 전력과 비교하여 상기 적어도 하나의 인접 셀로부터 간섭의 영향을 받는지 확인하는 간섭 확인부와,
    간섭의 영향을 받는 경우, 프리화이트닝(Pre-Whitening) 역행렬을 프리화이트닝 필터로 제공하고, 간섭의 영향이 없는 경우, 단위 행렬(Identity Matrix)을 프리화이트닝 필터로 제공하는 필터 제어부와,
    상기 필터 제어부로부터 제공받은 프리화이트닝 역행렬 또는 단위 행렬을 이용하여 화이트닝 MRC의 가중치를 생성하는 프리화이트닝 필터를 포함하는 장치.
  13. 삭제
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 간섭 확인부는, 수신 신호에 포함된 파일럿을 이용하여 측정한 잡음과 간섭이 결합된 전력에서 적어도 하나의 사용하지 않는 톤(Unused Tone)의 전력을 제거하여 간섭 전력을 확인하는 장치.
  15. 다중 안테나 시스템의 수신 단에서 화이트닝(Whitening) MRC(Maximum Ratio Combine)의 화이트닝 기능을 제어하기 위한 장치에 있어서,
    적어도 하나의 안테나와,
    각각의 안테나를 통해 수신되는 신호를 이용하여 산출한 신호대 간섭 및 잡음 비(CINR: Carrier to Interference and Noise Ratio)를 기준 신호대 간섭 및 잡음비와 비교하여 적어도 하나의 인접 셀로부터 간섭의 영향을 받는지 확인하는 간섭 확인부와,
    간섭의 영향을 받는 경우, 프리화이트닝(Pre-Whitening) 역행렬을 프리화이트닝 필터로 제공하고, 간섭의 영향이 없는 경우, 단위 행렬(Identity Matrix)을 프리화이트닝 필터로 제공하는 필터 제어부와,
    상기 필터 제어부로부터 제공받은 프리화이트닝 역행렬 또는 단위 행렬을 이용하여 화이트닝 MRC의 가중치를 생성하는 프리화이트닝 필터를 포함하는 장치.
  16. 제 12항에 있어서,
    상기 필터 제어부는, 간섭이 존재하는 경우, 잡음과 간섭의 공분산 행렬(Covariance Matrix)에 대한 촐레스키 분해(cholesky decomposition)를 통해 생성한 프리화이트닝 역행렬을 프리화이트닝 필터로 제공하는 장치.
  17. 다중 안테나 시스템의 수신 단에서 화이트닝(Whitening) MRC(Maximum Ratio Combine)의 화이트닝 기능을 제어하기 위한 장치에 있어서,
    적어도 하나의 안테나와,
    각각의 안테나를 통해 수신되는 신호를 이용하여 측정한 간섭 전력을 기준 간섭 전력과 비교하여 적어도 하나의 인접 셀로부터 간섭의 영향을 받는지 확인하는 간섭 확인부와,
    간섭의 영향을 고려하여 설정한 잡음과 간섭의 공분산 행렬(Covariance Matrix)에 대한 갱신 변수를 이용하여 상기 잡음과 간섭의 공분산 행렬을 갱신하고, 상기 갱신한 잡음과 간섭의 공분산 행렬을 이용하여 산출한 프리화이트닝(Pre-Whitening) 역행렬을 프리화이트닝 필터로 전송하는 필터 제어부와,
    상기 필터 제어부로부터 제공받은 프리화이트닝 역행렬을 이용하여 화이트닝 MRC의 가중치를 생성하는 프리화이트닝 필터를 포함하는 장치.
  18. 삭제
  19. 제 17항에 있어서,
    상기 간섭 확인부는, 수신 신호에 포함된 파일럿을 이용하여 측정한 잡음과 간섭이 결합된 전력에서 적어도 하나의 사용하지 않는 톤(Unused Tone)의 전력을 제거하여 간섭 전력을 확인하는 장치.
  20. 다중 안테나 시스템의 수신 단에서 화이트닝(Whitening) MRC(Maximum Ratio Combine)의 화이트닝 기능을 제어하기 위한 장치에 있어서,
    적어도 하나의 안테나와,
    각각의 안테나를 통해 수신되는 신호를 이용하여 산출한 신호대 간섭 및 잡음 비(CINR: Carrier to Interference and Noise Ratio)를 기준 신호대 간섭 및 잡음비와 비교하여 적어도 하나의 인접 셀로부터 간섭의 영향을 받는지 확인하는 간섭 확인부와,
    간섭의 영향을 고려하여 설정한 잡음과 간섭의 공분산 행렬(Covariance Matrix)에 대한 갱신 변수를 이용하여 상기 잡음과 간섭의 공분산 행렬을 갱신하고, 상기 갱신한 잡음과 간섭의 공분산 행렬을 이용하여 산출한 프리화이트닝(Pre-Whitening) 역행렬을 프리화이트닝 필터로 전송하는 필터 제어부와,
    상기 필터 제어부로부터 제공받은 프리화이트닝 역행렬을 이용하여 화이트닝 MRC의 가중치를 생성하는 프리화이트닝 필터를 포함하는 장치.
  21. 제 17항에 있어서,
    상기 필터 제어부는, 간섭의 영향을 받는 경우, 상기 갱신 변수를 작게 설정하고, 간섭의 영향이 없는 경우, 상기 갱신 변수를 크게 설정하는 장치.
  22. 제 17항에 있어서,
    상기 필터 제어부는, 상기 갱신한 잡음과 간섭의 공분산 행렬에 대한 촐레스키 분해(cholesky decomposition)를 통해 프리화이트닝 역행렬을 산출하는 장치.
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