KR101579984B1

KR101579984B1 - 통신 시스템에서 이동 단말의 추정 속도 복원 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101579984B1
Application number: KR1020090100815A
Authority: KR
Inventors: 박민철; 김인형; 김태곤
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2009-10-22
Filing date: 2009-10-22
Publication date: 2016-01-04
Also published as: US20110098073A1; KR20110044023A; US8737543B2

Abstract

본원은 통신 시스템에서 추정 속도를 복원하는 이동 단말에 있어서, 일정 주기마다 수신되는 프리엠블 신호의 채널 임펄스응답을 사용하여, 상기 이동 단말의 추정 속도를 계산하는 검색부와, 상기 프리엠블 신호를 포함하는 프레임의 데이터 할당 영역에서 서브 캐리어 별로 상기 이동 단말을 위한 데이터가 할당된 심볼들의 채널 값들 간의 상관 비율들을 사용하여, 상기 추정 속도를 보상하기 위한 기준값을 계산하는 검출부와, 상기 기준값을 사용하여 상기 추정 속도에 대해 상기 추정 속도 및 상기 이동 단말의 실제 속도간의 차이값을 보상하는 보상부를 포함함을 특징으로 한다.

도플러 편이, 이동체의 추정 속도, 폴딩 현상, 알리아싱

Description

통신 시스템에서 이동 단말의 추정 속도 복원 방법 및 장치{method and apparatus for recovering estimated velocity of mobile terminal}

본 발명은 이동 통신 시스템에서 이동 단말의 추정 속도를 복원하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

차세대 무선 통신에서는 한정된 주파수 자원을 이용한 대용량의 멀티미디어 패킷 서비스의 지원이 요구되므로, 정확한 채널 정보를 기반으로 한 시스템 자원 할당이 중요한 문제로 다루어진다. 이동 단말의이동 속도 및 속도 정보는 이러한 자원 할당을 위한 채널 정보의 중요한 요소를 이루며, 셀룰러 통신시스템에서 전력 제어와 핸드오프 제어를 위한 중요한 정보로 활용된다.

보다 구체적으로, 이동 단말의 이동 속도 또는 도플러(Doppler) 정보는 여러 응용 분야에 이용될 수 있다. 예를 들어, 상기 이동 단말의 이동 속도 또는 도플러 정보는 채널 추정(estimation)의 코히런트 시간(coherent time)의 정보로 사용되거나, 빔-포밍(beam-forming) 또는 채널 프리 코딩(channel precoding)을 위한 피드 백 (feed-back) 정보로써 사용된다. 또한, 셀 내의 가용 자원을 늘리기 위해서 효과적으로 리소스를 할당하기 위한 측정치로 사용할 수 있다.

한편, 이동 단말은 수신되는 신호의 페이딩(fading) 현상과 도플러 편이(shift) 현상을 겪게 된다. 일반적으로 이동 통신 시스템에서 수신기의 안테나에 수신되는 순시 신호 전력은 송신기로부터 수신기로 전송되는 신호의 산란과 반사에 의해서 발생되는 다중 경로를 통해 수신되는신호들의 합이며 수신 신호는 슬로우(slow) 페이딩과 패스트(fast) 페이딩의 두 가지 성분으로 구분할 수 있다. 상기 슬로우 페이딩은송신기와 수신기 사이의 지형적 영향에 의해 발생하며 수신 전력은 측정 장소에 따라 변한다. 한편, 상기 패스트 페이딩은 레일리(Rayleigh) 페이딩이라고도 부르며, 빌딩, 나무, 자동차 등 전송 경로 상의 장애물에 의한 신호의 산란과 반사에 의해 발생한다. 이와 같이, 슬로우 페이딩과 패스트 페이딩의 영향으로 이동 단말이 수신하는 신호의 전력은 매 순간 변화하게 된다.

또한, 이동 단말은 기지국에 대한 상기 이동 단말의 이동 속도에 비례하여 수신 신호의 주파수 오차가 발생되는 상기 수신 신호의 도플러 편이 현상을 겪게 된다.

이와 같이, 도플러 편이 현상에 의한 수신 신호의 주파수 오차가 단말의 이동 속도에 비례하는 특성을 이용하면, 이동 단말의 속도를 추정할 수 있다. 따라서 이동 통신 시스템에서 이동 단말의 속도 추정은 기지국으로부터 수신되는 신호의 최대 도플러 주파수, 즉 도플러 편이(Doppler shift)를 검출해 냄으로써가능하다.

상기한 이동 단말의 이동 속도 또는 도플러 정보는 도1과 같은 일반적인 도 플러 전력 스펙트럼으로 나타낼 수 있다.

도 1을 참조하면, 이동 단말에 대해 주파수 영역에 따른 전력 스펙트럼 밀도(PSD: Power Spectral Density, 이하, 'PSD'라 칭하기로한다)가 도시되어 있다. 중심 주파수

를 기준으로 하여 좌우로 동일한 주파수 간격

(이하, '최대 도플러 편이(shift)'라 칭하기로 한다.)만큼 떨어진

+

로부터

-

까지 범위내의 PSD가 도시되어 있다. 상기 중심 주파수로부터 좌우로 거리가 멀어질수록 PSD가 급격히 증가함을 볼 수 있다.

상기 주파수 영역에 따른 PSD인

는 하기 <수학식1>과 같이 나타내어진다.

상기 주파수 영역에 따른PSD는 다시 하기 <수학식2>와 같이 채널 임펄스 응답(impulse response)을 이용하여 주파수 영역 값으로 계산할 수 있다.

여기서,

는 해당 채널의 자기-상관(auto-correlation) 값을 나타내고,

와

는 각각 시간과 주파수 영역의 채널 응답을 나타내고,

는 콘볼루션(convolution) 연산자를 나타내며, FFT는 고속 푸리에 변환(Fast Fourier transform)을 나타낸다.

상기 <수학식 1>과 <수학식 2>를 통해서 상기 최대 도플러 편이 값을 획득하면, 상기 획득한 최대 도플러 편이의 값을 사용하여 하기 <수학식3>과 같이 상기 이동 단말에 대한 속도 값을 계산할 수 있다.

여기서,

는 빛의 속도를 나타낸다.

이동 단말에 대한 속도값을 계산하기위해서 상기 이동 단말은 도 2와 같이 구성되는도플러 편이 계산부를 포함한다.

도 2는 일반적인 이동 단말에 구비되는 도플러 편이 계산부의블록 구성도이다.

도 2를 참조하면, 도플러 편이 계산부(200)와, 합산부(204)와, 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform, 이하, 'FFT'라 칭하기로 한다 )부(206)와, PSD 계산부(208)와, PSD 피크 검색부(210) 및 도플러/속도 계산부(212)를 포함한다.

상기 채널 임펄스 응답 계산부(200)는 채널 추정부(도시하지 않음)로부터 멀 티 패스 별 채널 임펄스 응답

값을 획득하여 상기 합산부(204)로 전달한다. 상기

는 수신되는 프리엠블 신호의 채널 임펄스 응답이다.

상기 합산부(204)는 상기 멀티 패스 별로 획득한 채널 임펄스 응답 값들 각각을 합한 합산값을 상기 FFT부(206)로 전달한다. 만약, 상기 멀티 패스 별로 각각의 PSD가 계산될 경우, 상기 합산부(204)의 합산 동작은 생략될 수 있다.

상기 FFT부(206)는 미리 정해져 있는 샘플링 포인트(sampling point)들 각각에서의 채널 임펄스 응답 값에 FFT(Fast Fourier Transformation) 연산을 수행하여

를 계산하고, 상기 PSD 계산부(208)로 전달한다. 상기 PSD 계산부(208)는 상기 샘플링 포인트들의 수에 상응하는 수의

들 각각을 제곱하여 PSD값들을 계산하고, PSD 피크 검색부(210)로 전달한다.

상기 PSD 피크 검색부(210)는 상기 샘플링 포인트들의 수에 상응하는 수의 PSD값들 중 최대 PSD값을 갖는 도플러 편이 인덱스를 검색하고, 상기 검색된 도플러 편이 인덱스에 대응하는 도플러 편이를 상기 도플러 편이/속도 값으로 변환한다. 상기 도플러 편이 인덱스에 대해서는 하기에서 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 일반적으로 이동 단말의 속도를 추정하는 방법에 따른 시뮬레이션 결과를 보여주는도면이다.

도 3을 참조하면, x 축은 실제 속도를 나타내고, y축은 추정된 속도를 나타낸다. 일 예로, 실제 속도가 대략 40km/h이상일 경우, 샘플링 레이트(sampling rate) 부족으로 인하여 알리아싱(aliasing)이 발생한다. 이에 따라 상기 40km/h이상의 실 제 속도에 대응하는 추정된 속도는 실제 속도에 미치지 못하여 특정 위치들에서 그래프가폴딩(folding)되는 형태로 나타낸다.

일반적으로, PSD를 계산하기위해서는, 프레임(frame) 단위로 할당되는 프리엠블(preamble) 신호의 채널을 추정하여 채널 임펄스 응답을 획득한다. 일 예로, 상기 프리엠블 신호의 할당 주기는 802.16e 또는 802.16m에 명시된 5msec이다.

이 경우, 하기 <수학식 4>와 같은 샘플링 이론을 적용하면, 주기가 5msec인 경우 도플러 편이가 100Hz 이상이 될 때, 알리아싱이 발생하게 된다.

여기서,

는 샘플링 주파수를 나타내고,

는 샘플링 주기를 나타내고,

는 도플러 편이를 나타낸다.

즉, 상기 도플러 편이가 상기 조건을 만족하지 못하는 경우, 알리아싱으로 인해 폴딩 현상이 발생하는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은, 서브 캐리어 별로 데이터가 할당되는 심볼들 간의 상관 비율들을 통해서 획득되는 기준 도플러 값을 사용하여 도플러 편이에서 폴딩 현상이 발생하는 주파수 구간을 보상하는 방법 및 장치를 제공한다.

본 발명의 다른 목적은, 도플러 편이의 추정 가능한 범위 즉, 폴딩 구간들을 획득하여 상기 폴딩 구간들 내에서 상기 도플러 편이를 보상함으로써, 실제 속도에 가까운 속도를 추정하는 방법 및 장치를 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따른 장치는, 통신 시스템에서 추정 속도를 복원하는 이동 단말에 있어서, 일정 주기마다 수신되는 프리엠블 신호의 채널 임펄스응답을 사용하여, 상기 이동 단말의 추정 속도를 계산하는 검색부와, 상기 프리엠블 신호를 포함하는 프레임의 데이터 할당 영역에서 서브 캐리어 별로 상기 이동 단말을 위한 데이터가 할당된 심볼들의 채널 값들 간의 상관 비율들을 사용하여, 상기 추정 속도를 보상하기 위한 기준값을 계산하는 검출부와, 상기 기준값을 사용하여 상기 추정 속도에 대해 상기 추정 속도 및 상기 이동 단말의 실제 속도간의 차이값을 보상하는 보상부를 포함함을 특징으로 하는 이동 단말.

본 발명의 실시 예에 따른 방법은, 통신 시스템에서 이동 단말의 추정 속도를 복원하는 방법에 있어서, 일정 주기마다 수신되는 프리엠블 신호의 채널 임펄스응답을 사용하여, 상기 이동 단말의 추정 속도를 계산하는 과정과, 상기 프리엠블 신호를 포함하는 프레임의 데이터 할당 영역에서 서브 캐리어별로 상기 이동 단말을 위한 데이터가 할당된 심볼들의 채널 값들 간의 상관 비율들을 사용하여, 상기 추 정 속도를 보상하기 위한 기준 값을 계산하는 과정과, 상기 기준값을 사용하여 상기 추정 속도에 대해 상기 추정 속도 및 상기 이동 단말의 실제 속도간의 차이값을을 보상하는 과정을 포함한다.

본 발명은 파워 스펙트럼에서 알리아싱이 발생하는주파수 위치를 검출하고, 서브 캐리어별로 데이터가 할당되는 심볼들 간의 상관 비율들을통해서 획득되는 기준 도플러 값을 사용하여 도플러 편이에서 폴딩 현상이 발생하는 주파수 구간을 보상함으로써, 속도의 추정 성능이 종래 기술보다 향상되는 효과가 있다. 또한, 이를 통해서 도플러 편이의 추정 가능한 범위 즉, 폴딩 구간들을획득하여 실제 속도에 가까운 속도를 추정할 수 있는 효과가 있다.

도 4는 본 발명에 따른 속도 추정 성능을 일반적인 속도 추정 성능과 비교한 그래프이다.

도 4를 참조하면, 일반적인 속도 추정 성능에서는 알리아싱이 발생함으로써, 실제 속도와 추정된 속도 간에 폴딩 현상이 발생하지만, 본 발명은 알리아싱이 발생하는주파수 부분을 추정하여 보상함으로써, 실제 속도값과 추정 속도값의 차이가 거의 나지 않게 된다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

본 발명의 바람직한실시예는 이동 단말이 이동하는 동안 수신되는 프리엠블을 통해서 도플러 주파수 편이를 계산하고, 폴딩 현상이 발생하는 구간을 보상함으로써, 이동 단말의 속도를 실제 속도에 가깝게 추정하기 위한 방법 및 장치를 제공한다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 이동 단말이 포함하는 도플러 편이 계산부의 블록 구성도이다. 여기서는, 본 발명과 관련되지 않은 이동 단말의 구성들은 본 발명의 요지를 흐릴 수 있으므로, 그에 대한 도시 및 설명은 생략하기로 한다.

도 5를 참조하면, 상기 도플러 편이 계산부(500)는 크게 PSD 검색부(510)와, 알리아싱 검출부(520) 및 분리(Piece-wise) 매핑부(530)로 구성된다. 여기에서는 PSD 검색부(510)와, 알리아싱 검출부(520)의 상세 구성을 도시하였으나, 본 발명이 이러한 상세 구성으로 한정되지 않음에 유의하여야 한다.

먼저, 상기 PSD 검색부(510)는 도 2의 도플러 편이 계산부와 거의 유사한 방식으로, 일정 주기마다 수신되는 프리엠블 신호의 채널 추정 결과인 채널 임펄스 응답들을 사용하여 PSD들을 계산하고, 상기 PSD들 중 최대 PSD 값을 갖는 도플러 편이

를 획득하여 상기 Piece-wise 매핑부(530)로 출력한다.

다음으로, 상기 알리아싱 검출부(520)는 상기 프리엠블 신호를 포함하는 프레임 내의 데이터 영역 신호에 대한 주파수 도메인 상의 채널값을 베셀 함수(bessel function)를 사용하여 근사화한 기준 도플러 값

를 상기 Piece-wise 매핑부(530)로 출력한다.

마지막으로, 상기 Piece-wise 매핑부(530)는 상기

을 기준으로, 상기 PSD 검색부(510)에서 계산된 도플러 편이

및 속도의 폴딩 현상이 일어나는 부분이 보상된

를 출력한다.

이하 도 5에 개시된 구성 예를 참조하여, 상기 PSD 검색부(510)와, 알리아싱 검출부(520) 및 Piece-wise 매핑부(530) 각각의 동작을 보다 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명이 도 5에 도시된 상세 구성들로 한정되지 않음에 유의하여야 한다.

첫 번째로, 상기 PSD 검색부(510)는 채널 임펄스 응답 계산부(511)와, 합산부(512)와, 제로 페딩(zero padding)부(513)와, FFT부(514)와, PSD 계산부(515) 및 PSD 피크 검색부(516)를 포함한다. 상기 채널 임펄스 응답 계산부(511)는 프리엠블 심볼 구간의 채널 추정 결과인 채널 임펄스 응답을 매 프레임 단위로 샘플링하여 상기 합산부(512)로 전달한다. 상기 샘플링된 채널 임펄스 응답

값은 하기 <수 학식 5>와 같이 나타내어진다.

여기서

,

는 각각

번째 멀티 패스의 크기 성분과 지연 성분을 나타내고,

는 멀티 패스의 식별자를 나타내고,

는 도플러 효과로 발생하는 위상 변화 값을 나타낸다.

상기 합산부(512)는 하기 <수학식 6>을 사용하여 멀티 패스별 크기 성분의 합산값을 계산하고, 상기 합산값을 상기 제로 패딩부(513)로 전달한다.

상기 제로 패딩부(513)는 상기 합산 값에서 상기 FFT부(514)의 FFT 크기와 미스 매치(mismatch)되는 성분은 제로 패딩하여 상기 FFT 블록(514)으로 전달한다. 단, 상기 샘플링된 채널 임펄스 응답의 크기가 상기 FFT 크기와 동일할 경우, 상기 제로 패딩부(513)의 동작은 생략될 수 있다.

도 6은 상기 제로 패딩부(513)에서 상기 합산값에 제로 패딩을 수행한 결과의 일 예를 보여주는 그래프이다. 여기서, 가로축은 FFT 입력 인덱스를 나타내고, 세 로축은 해당 FFT 입력 인덱스의 합산값을 나타낸다. 일 예로, FFT 크기가 512이고, 샘플링된 채널 임펄스 응답 값의 개수가 128개라 가정하면, 상기 FFT 크기에 상응하는 입력 인덱스들 중 0부터 127에는 각각 상기 샘플링된 채널 임펄스 응답 값이 매핑되고, 나머지 인덱스 128 내지 511에는 0인 채널 임펄스 응답 값이 매핑된다.

상기 FFT부(514)는 상기 제로 패딩된 합산값에 대해 FFT를 수행하여 PSD 계산부(515)로 전달한다. 상기 PSD 계산부(515)는 상기 FFT를 수행한 결과값

을 제곱하여

즉, PSD 값을 계산하여 상기 PSD 피크 검색부(516)로 전달한다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 별 최대 PSD값을 검색하는 방법을 보여주는 그래프이다.

도 7을 참조하면, 가로축은 도플러 편이가 매핑된 도플러 편이 인덱스를 나타내고, 세로축은 PSD값을 나타낸다.

상기 PSD 피크 검색부(516)는 상기 도플러 편이 인덱스와 그에 매핑되는 도플러 편이를 미리 인지하고 있다. 즉, 도 1과 같이 중심 주파수에 인덱스 0이 매핑되고, 상기 중심 주파수로부터 일정 간격으로 떨어진 도플러 편이들은 0 이후의 미리 정해진 개수의 도플러 편이 인덱스들에 매핑된다.

상기 PSD 피크 검색부(516)는 상기 FFT 크기에서 획득된 PSD 값들 중 최대 PSD 값을 갖는 도플러 편이 인덱스를 검색하고, 상기 도플러 편이 인덱스에 대응하는 도플러 편이

를 검색하여 상기 Piece-wise 매핑부(530)로 출력한다.

두 번째로, 상기 알리아싱 검출부(520)는 상관(correlation)부(521)와, 평균화부(522)와, 베셀 함수 근사부(523)와, 할당된 서브 프레임 정보 입력부(524) 및 룩-업 테이블(525)를 포함한다.

상기 상관부(521)는 상기 유효 서브 프레임 정보 입력부(524)를 통해서 유효 서브 캐리어(subcarrier)의 위치 정보를 입력받는다. 여기서 유효 서브 캐리어란 속도 추정을 위하여 사용될 수 있는 데이터가 할당된 심볼이 실린 자원 위치를 의미한다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 프레임에서 유효 서브 캐리어의 위치 정보의 일 예를 나타내는 도면이다.

도 8을 참조하면, 가로축은 심볼 축을 나타내고, 세로축은 서브 캐리어 축을 나타낸다. 음역 처리된 블록 영역은 해당 이동 단말을 위한 데이터가 할당된 구간을 위치를 의미한다. 즉, 유효 서브 캐리어의 위치 정보는 상기 이동 단말을 위한 데이터가 할당된 구간으로, 해당 심볼과 서브 캐리어 각각을 나타내는 인덱스 형태로 나타낼 수 있다. 그러나, 상기 유효 서브 캐리어의 위치 정보가 상기한 형태로만 한정되는 것은 아니라는 점에 유의하여야 한다. 도 8에서는 일 예로서, 데이터가 할당된 구간들이 심볼(symbol) 축과 서브 캐리어 축 각각에서 모두 불연속적으로 배치되어 있는 경우를 도시하였다. 그러나, 상기 데이터가 할당된 구간들은 서브 캐리어 축이나 심볼 축 모두에서 연속적으로 할당될 수 있음은 물론이다.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 프레임에서 유효 서브 캐리어의 위치 정보의 일 예를 구체화한 도면이다.

도 9를 참조하면, 세로축은 심볼 축을 나타내고, 가로축은 서브 캐리어 축을 나타낸다. 빗금 처리된 영역은 서브 프레임 대역 내에서 해당 이동 단말을 위한 데이터가 할당되지 않은 영역을 나타내고, 할당 영역(900)이 데이터가 할당되는 영역을 나타낸다. 이때, 음영 처리된 블록 영역은 데이터가 할당된 특정 자원 위치를 의미한다. N은 주파수 영역에서 데이터가 할당된 구간을 포함하는 유효 서브 캐리어들의 수를 나타내고, m은 해당 유효 서브 캐리어에서 데이터가 할당된 심볼간 거리를 나타내는 심볼 수를 나타내고, k는 서브 캐리어 인덱스를 나타내고, i는 심볼 인덱스를 나타낸다. 여기에서는, 일 예로, 서브 캐리어 축 상에서 데이터가 할당된 심볼간 거리가 m으로 모두 일정한 경우를 도시하였다. 그러므로, 해당 서브 캐리어에서 데이터가 할당된 첫번째 심볼을 i번째 심볼이라 정의하고, 데이터가 할당된 나머지 심볼을 i+m번째 심볼이라 정의하기로 한다.

여기서는, 서브 캐리어 축 상에서 데이터가 할당된 심볼간 거리가 동일한 경우를 일 예로서 설명하였으나, 상기 데이터가 할당된 심볼 간 거리가 상이한 경우에도 본 발명이 적용 가능함은 물론이다.

상기 상관부(521)는 상기 유효 서브 캐리어의 위치 정보를 사용하여 해당 유효 서브 캐리어에서 데이터가 할당된 심볼들 간의 상관 비율을 서브 프레임 단위로 계산하여 상기 평균화부(522)로 전달한다.

도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 상기 상관부(521)의 연산 블록도이다.

도 10을 참조하면, 상기 상관부(521)는 실수 획득부(1000)와, 인접 심볼 계산부(1001), 곱셈부(1002)와, 제곱부1(1003)과, 평균 함수부1(1004), 평균 함수부 2(1005) 및 역함수부(1006) 및 곱셈부2(1007)를 포함한다. 여기서, 상기 상관부(521)의 각 구성들은, 도면에 도시하지는 않았으나 상기 유효 서브 프레임 정보 입력부(524)를 통해서 획득한 유효 서브 캐리어 별로 하기 동작을 수행한다.

상기 상관부(521)는 상기 유효 서브 프레임 정보 입력부(524)를 통해서 도 10과 같이 도시된 유효 서브 캐리어의 위치 정보를 입력받으면, 해당 서브 캐리어 구간에서 데이터가 할당된 심볼들의 위치를 확인하고, 상기 데이터가 할당된 심볼들 간의 상관 비율을 하기 <수학식 7>을 사용하여 계산한다. 일 예로, 도 10에서는 서브 캐리어별로 데이터가 할당된 심볼이 2개인 경우를 설명하였으나, 상기 심볼의 개수가 2개 이상인 경우에도 본 발명이 적용 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명에서 제안하는 상관 비율이 하기 <수학식 7>만으로 한정되지 않음에 유의해야 한다.

여기서,

는 i번째 심볼과 k번째 서브 캐리어의 실수부 채널 값을 나타내고,

는 직교 주파수 다중 분할(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing)의 심볼 주기를 나타낸다.

보다 구체적으로, 상기 실수 획득부(1000)는 데이터가 할당된 k번째 서브 캐리어와 i번째 심볼 위치에서 주파수 영역의 채널값

으로부터 in-phase 성분 즉, 실수부인

를 분리하여 상기 인접 심볼 계산부(1001)와 곱셈부(1002) 및 제곱부(1003)로 출력한다.

상기 인접 심볼 계산부(1002)는 상기 데이터가 할당된 k번째 서브 캐리어와 i번째 심볼로부터 m개의 심볼만큼 떨어진 데이터가 할당된 심볼의 채널 값

을 상기

로부터 계산하여 상기 곱셈부1(1002)로 전달한다. 그러면, 상기 곱셈부는 상기

와,

를 곱하여 상기 평균 함수부1(1004)로 전달한다. 상기 평균 함수부1(1004)는 상기

와,

의 곱셈 값을 1부터 N까지 더한 후, N으로 나눈 평균값을 상기 <수학식 7>의 분자 항으로서 상기 곱셈부2(1007)로 전달한다.

상기 제곱부(1003)는 상기

를 제곱하여 상기 평균 함수부2(1005) 전달하면, 상기 평균 함수부2(1005)는 상기

를 1부터 N까지 더한 후, N으로 나눈 평균값을 상기 역함수부(1006)로 전달한다. 상기 역함수부(1006)는 상기

의 평균값에 역함수를 취하여 상기 <수학식 7>의 분모 항로서 상기 곱셈부2(1007)로 전달한다.

이후, 상기 곱셈부2(1007)에서는 상기 <수학식 7>과 같이 나타내어지는 해당 서브 캐리어에서 데이터가 할당된 심볼들 간의 상관 비율이 출력된다. 여기서는, 상관 비율 계산 시 주파수 도메인의 채널 값의 성분 중 실수부만을 사용하여 계산하는 경우를 일 예로서 설명하였으나, 허수부 역시 동일한 방식으로 상관 비율을 계산한 후, 실수부와 허수부 각각의 상관 비율의 평균값을 상관 비율로서 사용하는 방법 역시 가능하다.

상기 평균화부(522)는 도플러 편이의 변동성을 최소화하기 위해서 상기 상관부(521)로부터 입력되는 상관 비율들을 평균 윈도우 사이즈(averaging window size)만큼 입력받아 합산하여 평균을 취한다. 상기 평균 윈도우 사이즈는 변경될 수 있다.

도 11은 상기 평균화부(522)의 상세 구성을 나타내는 블록도이다.

도 11을 참조하면, 상기 평균화부(522)는 FIFO(First Input First Output) 메모리(1100)와, 합산부(1101)와, 버퍼(1102)와, 분할부(1103) 및 카운터(1104)를 포함한다.

상기 상관부(521)로부터 상기 <수학식 7>과 같이 계산된 해당 서브 캐리어에서 데이터가 할당된 심볼들 간의 상관 비율이 입력되면, 상기 입력된 상관 비율은 상기 합산부(1101)를 통해 누적되어 상기 버퍼(1102)로 전달된다. 이때, 상기 상관 비율은 상기 FIFO 메모리(1100)에도 전달된다.

상기 버퍼(1102)는 미리 설정되어 있는 평균 윈도우 사이즈만큼 상관 비율을 누적하여 저장한다. 이때, 상기 평균 윈도우 사이즈는 상기 FIFO 메모리(1100)의 크기 즉, 상관 비율들의 수인 M과 동일할 수 있다. 따라서 상기 FIFO 메모리(1100)는 상기 버퍼(1102)로 입력되는 상관 비율을 동일하게 입력받고, 현재 입력되는 상 관 비율을 이전 상관 비율들의 합에 누적시킨다. 상기 FIFO 메모리(1100)의 메모리 크기가 초과될 경우, 상기 FIFO 메모리 (1100)에 입력된 상관 비율들 중 가장 먼저 입력된 상관 비율에 감산 부호를 적용해서 상기 합산부(1101)로 전달한다. 이로써, 상기 합산부(1101)는 가장 최근에 입력된 M개의 상관 비율들만을 합산하여 상기 버퍼(1102)로 전달하게 된다.

이후, 상기 버퍼(1102)는 상기 M에 대응하는 수의 상관 비율들의 합이 채워지면, 상기 분할부(1103)로 출력한다. 이때, 상기 버퍼(1102)와 연결된 카운터(1104)는 상기 버퍼(1102)에 채워진 상관 비율들의 수 즉, M을 카운트하여 상기 M을 상기 분할부(1103)로 전달한다. 그러면, 상기 분할부(1103)는 상기 버퍼(1102)로부터 입력된 상관 비율들의 합에 대해 1/M을 취한 상관 비율들의 평균값을 출력한다.

상기 분할부(1103)으로부터 상관 비율들의 평균값이 출력되면, 상기 카운터(1104)는 상기 버퍼(1102)에 채워진 상관 비율들의 수를 M-1로 설정시키고, 다음 상관 비율이 상기 버퍼(1102)에 입력되기를 대기한다.

상기한 바와 같이 계산된 상관 비율들의 평균값이 상기 베셀 함수 근사부(523)로 전달된다.

상기 상관 비율들의 평균값이 상기 <수학식 7>과 같이 나타냄을 가정하면, 상기 베셀 함수 근사부(523)는 상기 상관 비율들의 평균값을 하기 <수학식 8>에 따라 베셀 함수(Bessel function)를 사용하여 나타낸다.

여기서,

는 1종 0차 베셀 함수를 나타내고,

는 상관 비율들의 평균을 베셀 함수를 사용하여 나타낸 값이고,

는

의 치환값을 나타낸다.

그러면, 상기 베셀 함수 근사부(523)는 상기

는 베셀 함수의 역함수를 사용하여 상기 상관 비율들의 평균의 근사화 한 기준 도플러 값

를 하기 <수학식9>와 같이 나타내어진다.

여기서,

는 1종 0차 베셀 함수의 역함수를 나타낸다.

상기 베셀 함수 근사부(523)는 상기 기준 도플러 값

를 상기 Piece-wise 매핑부(530)로 출력한다. 이때, 상기 베셀 함수 근사부(523)는 상기 기준 도플러 값과 함께 최대 허용 도플러 편이를 제한하는 제한값을 나타내는 인덱스 값들을 직접 계산하거나, 상기 룩-업 테이블(525)를 통해서 획득하여 상기 Piece-wise 매핑부(530)로 출력한다. 일 예로서, 상기 인덱스 값들은 하기 도 12와 같이 구성되는 데이터가 할당된 심볼 간의 상관 비율 즉,

의 값과, 상기

의 값이 입력된 베셀 역함수

의 값 및

과 매핑된다.

도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 룩 업 테이블의 일 예를 도시한 도면이다.

도 12를 참조하면, 세로축에는 데이터가 할당된 심볼 간의 상관 비율 즉,

의 값과, 상기

의 값이 입력된 베셀 역함수

의 값 및

가 존재하고, 상기

에 대응하는 가로축에는 1부터 시작하여 (

)까지의

값이 도시되어있고, 상기

에 대응하는 가로축 역시 1부터 시작하여 (

)까지의

값이 도시되어 있다. 마지막으로, 상기

에 대응하는 가로축에는 인덱스

에 대응하는

값이 도시되어 있다. 여기서,

는

으로 나타내어지며, 근사화를 위한 룩 업 테이블의 분해도(resolution)에 영향을 준다. 여기서,

는 하기 <수학식 11>과 같이 나타내어지는 샘플링 이론의 조건을 만족하지 못할 경우 알리아싱이 발생하여 실제 속도와 추정된 속도 간에 폴딩 현상이 일어나는 주파수 위치를 나타내는 폴딩 주파수를 나타낸다.

상기 인덱스

는 폴딩 주파수 단위로 상기 PSD 검색부(510)에서 계산된 도플러 편이

에서 이동 단말의 추정 속도와 상기 이동 단말의 실제 속도간의 차이를 나타내는 폴딩값을 보상하기 위한 주파수 축 상의 구간들의 인덱스로 정의될 수 있다.

구체적으로, 상기 인덱스

는

와

의 비교 결과에 따라 값이 결정된다. 예를 들어,

가

보다 작은 값에 해당하는 값이면

값을 0으로 설정하고,

가

보다 작은 값에 해당하면

값을 1로 설정한다. 마찬가지로, 상기

가

보다 작은 값에 해당하면

값을 N-2로 설정하고,

보다 크거나 같으면

값을 N-1로 설정한다.

상기한 바와 같이 상기 인덱스

의 매핑 값들은 상기 룩 업 테이블(525)로부터 미리 저장되어 있는 값들을 획득하는 대신 상기 베셀 함수 근사부(523)가 상기

와

의 비교 결과에 따라 도 12와 같이 설정하여 상기 Piece-wise 매핑부(530)로 출력할 수도 있다.

마지막으로, 상기 Piece-wise 매핑부(530)는 상기

가 폴딩 주파수 단위로 결정되는 폴딩 구간내에 포함될 경우

값을 하기 <수학식 10>을 사용하여보상한다. 이때, 폴딩 주파수

는 샘플링 이론에 따라 프리엠블 신호의 주기

를 사용하여 하기 <수학식 11>과 같이 계산된다. 이때, 상기 Piece-wise 매핑부(530)가 상기 상기 베셀 함수 근사부(523)로부터 인덱스

를 수신하면, 수신한

를 사용하여 하기 <수학식 10>을 계산한다.

여기서,

은 최대 허용 도플러 편이를 제한하기 위한 상기 인덱스

의 최대값으로, 사용자 혹은 설계자가 초기에 설정할 수 있다.

한편, 상기 Piece-wise 매핑부(530)가 상기 베셀 함수 근사부(523)로부터 인덱스

를 수신하지 않은 경우에는상기 Piece-wise 매핑부(530)가 인덱스

의 최대값을 설정하고, 상기

가 최대 값에 도달할 때까지 하기 도 13에 따른 동작을 수행한다.

도 13은 본 발명의 다른 실시 예에 따라 상기 Piece-wise 매핑부(530)가 추정된 속도를 보상하기 위한 동작 흐름도이다. 여기서는, 보상 동작을 미리 설정한 최대 N만큼 반복하여 비교함으로써 구간 인덱스

를 찾아 내어 보상한다.

도 13을 참조하면, 1300단계에서 상기 Piece-wise 매핑부(530)는 상기 제한값의 최대값 N을 설정하고, 1301단계로 진행한다. 1301단계에서 상기 Piece-wise 매핑부(530)는 프리엠블 신호의 주기

를 사용하여 하기 <수학식 11>에 따라 폴딩 주파수

를 계산하고, 보상 동작을 위한 단계들로 진행한다.

즉, 1302단계에서 상기 Piece-wise 매핑부(530)는 상기 최대 허용 도플러 편이의 제한값의 식별자

를 0으로 시작하여 1303단계로 진행한다. 1303단계에서 상기 Piece-wise 매핑부(530)는

값을 확인하고, 상기

가 N-1보다 작으면, 1304단계에서 상기 알리아싱 검출부(520)로부터 수신한 기준 도플러값

이 상기 확인된

와

를 사용하여 결정된 폴딩 구간 즉,

내에 포함되는 지 여부를 검사한다. 상기 검사 결과,

가 상기 폴딩 구간 내에 포함될 경우, 상기 <수학식 10>에 따라 도플러 편이

및 추정된 속도의 폴딩 현상이 일어나는 부분이 보상된

를 출력한다.

이후, 상기 Piece-wise 매핑부(530)는 상기 보상된

를 사용하여 이동 단말의 속도를 추정한다.

상기 검사 결과

가 상기 폴딩 구간 내에 포함되지 않을 경우, 1305단계에서 상기 Piece-wise 매핑부(530)는 상기

를 1만큼 증가시켜 1303단계 내지 1305단계를 반복한다.

상기 1303단계에서 상기

가 N-1보다 크거나 같으면, 1305단계로 진행한다.

상기한 바와 같이, 사용자가 미리 설정한 제한값 N만큼 상기 <수학식 10>을 사용하여 도플러 편이

및 추정된 속도의 폴딩 현상이 일어나는 부분을 보상하고, 상기 보상된 보상 주파수

를 사용하여 이동 단말의 속도를 추정함으로써, 실제 속도에 가까운 추정 속도를 획득할 수 있게 된다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도1은 일반적인 도플러 전력 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.

도 2는 일반적인 이동 단말이 포함하는 도플러 편이 계산부의 블록 구성도.

도 3은 일반적으로 이동 단말의 속도를 추정하는 방법에 따른 시뮬레이션 결과를 보여주는도면.

도 4는 본 발명에 따른 속도 추정 성능을 일반적인 속도 추정 성능과 비교한 그래프.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 이동 단말이 포함하는 도플러 편이 계산부의 블록 구성도.

도 6은 상기 제로 패딩부(513)에서 상기 합산값에 제로 패딩을 수행한 결과의 일 예를 보여주는 그래프.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 주파수별 최대 PSD값을 검색하는 방법을 보여주는 그래프.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 프레임에서 유효 서브 캐리어의 위치 정보의 일 예를 나타내는 도면.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 프레임에서 유효 서브 캐리어의 위치 정보의 일 예를 구체화한 도면.

도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 상관부의 연산 블록도.

도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 평균화부의 상세 구성을 나타내는 블록도.

도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 룩 업 테이블의 일 예를 도시한 도면.

도 13은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 Piece-wise 매핑부의 동작 흐름도.

Claims

통신 시스템에서 추정 속도를 복원하는 이동 단말에 있어서,

일정 주기마다 수신되는 프리엠블 신호의 채널 임펄스응답을 사용하여, 상기 이동 단말의 추정 속도를 계산하는 검색부와,

상기 프리엠블 신호를 포함하는 프레임의 데이터 할당 영역에서 서브 캐리어 별로 상기 이동 단말을 위한 데이터가 할당된 심볼들의 채널 값들 간의 상관 비율들을 사용하여, 상기 추정 속도를 보상하기 위한 기준값을 계산하는 검출부와,

상기 기준값을 사용하여 상기 추정 속도에 대해 상기 추정 속도 및 상기 이동 단말의 실제 속도간의 차이값을 보상하는 보상부를 포함함을 특징으로 하는 이동 단말.
제 1항에 있어서,

상기 보상부는, 알리아싱이 발생하는 주파수 위치를 나타내는 폴딩 주파수를 계산하고, 상기 폴딩 주파수 단위로 미리 설정된 상기 추정 속도의 최대 허용값의 범위 내에서 상기 차이값을 보상하는 주파수 축 상의 구간들을 결정하고, 상기 구간들 각각에 에 상기 기준값이 포함되는 지 여부에 따라 보상된 추정 속도를 계산함을 특징으로 하는 이동 단말.
제 2항에 있어서,

상기 보상부는,

해당 구간에 상기 기준값이 포함될 경우, 상기 폴딩 주파수와 상기 구간의 인덱스 및 상기 추정 속도를 이용하여 상기 보상된 추정 속도를 계산하며;상기 구간들은 각각 상기 폴딩 주파수와 해당 구간의 인덱스의 곱보다 크거나 같고 상기 폴딩 주파수와 상기 인덱스를 1만큼 증가한 수의 곱보다 작거나 같은 구간을 나타내며;

상기 폴딩 주파수는 상기 주기의 2배의 역수로 계산됨을 특징으로 하는 이동 단말.
제 3항에 있어서,

상기 보상된 추정속도는, 하기 수학식에 따라 계산됨을 특징으로 하는 이동 단말.

<수학식>

여기서,
는 상기 추정 속도를 나타내고,
는 상기 인덱스를 나타내고, N은 상기 최대 허용값을 나타내고,
는 상기 폴딩 주파수를 나타냄.
제 1항에 있어서,

상기 검출부는,

상기 서브 캐리어별로 상기 데이터가 할당된 심볼들의 채널 값들 간의 상관 비율을 각각 계산하는 상관부와,

상기 상관부로부터 출력된 상관 비율들의 제1평균값을 계산하는 평균화부와,

상기 제1평균값을 베셀 함수를사용하여 근사화한 근사값을 상기 기준값으로서 출력하는 근사부를 포함함을 특징으로 하는 이동 단말.
제 5항에 있어서,

상기 상관부는,

상기 서브 캐리어별로 상기 데이터가 할당된 심볼들 별로 주파수영역의 채널 값들을 획득하고, 상기 획득한 채널 값들 중 기준 심볼의 채널 값과, 상기 기준 심볼들을 제외한 나머지 심볼들의 채널 값들을 곱한 값을 평균화한 제2평균값을 획득하고, 상기 제2평균값을 상기 기준 심볼의 채널 값의 제곱을 평균화한 제3평균값으로 나누어 상기 상관 비율을 계산함을 특징으로 하는 이동 단말.
제 5항에 있어서,

상기 평균화부는,

상기 추정 속도의 변동성을 최소화하기 위해서 미리 설정된평균 윈도우 사이즈에 상응하여 상기 상관 비율들을 입력받고, 상기 입력된 상관 비율들의 평균값을 계산하며,

상기 평균 윈도우 사이즈에 상응하는 상관 비율들은 마지막으로 입력된 순서로 결정됨을 특징으로 하는 이동 단말.
제 1항에 있어서,

알리아싱이 발생하는 주파수 위치를 나타내는 폴딩 주파수 단위로 미리 설정된 상기 추정 속도의 최대 허용 값의 범위 내에서 상기 차이값 보상하는 주파수 축 상의 구간들의 인덱스들의 값들과, 상기 인덱스 들의 값들 각각에 매핑되는 상관 비율들과, 상기 상관 비율들 각각에 베셀 역함수를 적용한 값들 및, 상기 베셀 역함수를 적용한 값들에 매핑되는
와 상기 폴딩 주파수 및 상기 인덱스들의 곱들을 저장하고 있는 매핑 테이블을 더 포함하는 이동 단말.
통신 시스템에서 이동 단말의 추정 속도를 복원하는 방법에 있어서,

일정 주기마다 수신되는 프리엠블 신호의 채널 임펄스응답을 사용하여, 상기 이동 단말의 추정 속도를 계산하는 과정과,

상기 프리엠블 신호를 포함하는 프레임의 데이터 할당 영역에서 서브 캐리어별로 상기 이동 단말을 위한 데이터가 할당된 심볼들의 채널 값들 간의 상관 비율들을 사용하여, 상기 추 정 속도를 보상하기 위한 기준 값을 계산하는 과정과,

상기 기준값을 사용하여 상기 추정 속도에 대해 상기 추정 속도 및 상기 이동 단말의 실제 속도간의 차이값을을 보상하는 과정을 포함하는 방법.
제9항에 있어서,

상기 보상된 도플러 편이 값을 계산하는 과정은,

알리아싱이 발생하는 주파수 위치를 나타내는 폴딩 주파수를 계산하는 과정과,

상기 폴딩 주파수 단위로 미리 설정된 상기 추정 속도의 최대 허용값 범위 내에서 상기 차이값을 보상하는 주파수 축 상의 구간들을 결정하는 과정과,

상기 구간들 각각에 상기 기준값이 포함되는지 여부에 따라 보상된 추정 속도를 계산함을 특징으로 하는 방법.
제10항에 있어서,

해당 구간에 상기 기준값이 포함될 경우, 상기 폴딩 주파수와 상기 구간의 인덱스 및 상기 추정 속도를 이용하여 상기 보상된 추정 속도를 계산하며;

상기 구간들은 각각 상기 폴딩 주파수와 해당 구간의 인덱스의 곱보다 크거나 같고 상기 폴딩 주파수와 상기 인덱스를 1만큼 증가한 수의 곱보다 작거나 같은 구간을 나타내며;

상기 폴딩 주파수는 상기 주기의 2배의 역수로 계산됨을 특징으로 하는 방법.
제11항에 있어서,

상기 보상된 추정 속도는, 하기 수학식에 따라 계산됨을 특징으로 하는 방법.

<수학식>

여기서,
는 상기 보상된 추정 속도를 나타내고,
는 상기 인덱스를 나타내고, N은 상기 최대 허용값을 나타내고,
는 상기 폴딩 주파수를 나타냄.
제 9항에 있어서,

상기 기준 값을 계산하는 과정은,

상기 서브 캐리어별로 상기 데이터가 할당된 심볼들의 채널 값들 간의 상관 비율을 각각 계산하는 과정과,

상기 계산된 상관 비율들의 제1평균값을 계산하는 과정과,

상기 제1평균값을 베셀 함수를 사용하여 근사화한 근사값을 상기 기준값으로서 출력하는 과정을 포함하는 방법.
제 13항에 있어서,

상기 상관 비율을 각각 계산하는 과정은,

상기 서브 캐리어 별로 상기 데이터가 할당된 심볼들 별로 주파수 영역의 채널 값들을 획득하는 과정과,

상기 획득한 채널 값들 중 기준 심볼의 채널 값과, 상기 기준 심볼들을 제외한 나머지 심볼들의 채널 값들을 곱한 값을 평균화한 제2평균값을 획득하는 과정과,

상기 제2평균값을 상기 기준 심볼의 채널 값의 제곱을 평균화한 제3평균값으로 나누어 상기 상관 비율을 계산하는 과정을 포함하는 방법.
제 13항에 있어서,

상기 추정 속도의 변동성을 최소화하기 위해서 미리 설정된 평균 윈도우 사이즈에 상응하여 상기 상관 비율들을 입력받는 과정과, 상기 입력된상관 비율들의 평균값을 계산하는 과정을 더 포함하며,

상기 평균 윈도우 사이즈에 상응하는 상관 비율들은 마지막으로 입력된 순서로 결정됨을 특징으로 하는 방법.
제 12항에 있어서,

알리아싱이 발생하는 주파수 위치를 나타내는 폴딩 주파수 단위로 미리 설정된 상기 추정 속도의 최대 허용값의 범위 내에서 상기 차이값을 보상하는 주파수 축 상의 구간들의 인덱스들의 값들과, 상기 인덱스들의 값들 각각에 매핑되는 상관 비율들과, 상기 상관 비율들 각각에 베셀 역함수를 적용한 값들 및, 상기 베셀 역함수를 적용한 값들에 매핑되는
와 상기 폴딩 주파수 및 상기 구간의 인덱스의 곱들을 저장하고 있는 매핑 테이블을 통해서, 상기 구간의 인덱스를 획득하는 과정을 포함하는 방법.