KR102007804B1 - 무선 통신 시스템을 위한 채널 추정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

무선 통신 시스템을 위한 채널 추정 방법 및 장치를 개시한다. 본 발명에 따른 방법은, 하향링크 슬롯에 포함된 미드앰블 시퀀스에 대한 채널 응답 값을 계산하는 과정과, 상기 미드앰블 시퀀스 중 사용자에게 할당된 윈도우에 대한 제1 채널 응답 값과, 적어도 하나의 다른 사용자에게 할당된 윈도우에 대한 제2 채널 응답 값을 검출하는 과정과, 상기 제1 및 제2 채널 응답 값들을 기반으로 현재 셀의 기지국이 빔포밍을 운용하는지 여부를 판단하는 과정과, 상기 기지국이 빔포밍을 운용하고 있지 않다고 판단되는 경우, 상기 제1 및 제2 채널 응답 값들을 결합하여 신호 검출에 사용하는 과정을 포함한다.

Description

무선 통신 시스템을 위한 채널 추정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CHANNEL ESTIMATION IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선 통신 시스템에서의 채널 추정에 관한 것으로서, 특히, 시분할 동기 코드 분할 다중 접속(Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access: TD-SCDMA) 시스템에서 채널 추정을 수행하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
TD-SCDMA (Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access) 시스템은 TDD(Time Division Duplex)와 CDMA를 결합한 기술로서 기지국들이 서로 간에 동기되어 동작한다. 이러한 TD-SCDMA는 중국에서 상용화되어 있으며 주로 음성 통화와 낮은 데이터율을 가진 데이터 통신에 이용된다. TD-SCDMA에서 내세우고 있는 두 가지 특징은 사용자에 전송 에너지를 집중할 수 있는 스마트 안테나 기술과 JD(Joint Detector)를 사용한다는 것이다.
스마트 안테나 기술은 빔포밍(Beamforming) 기술을 통해 사용자들 간의 간섭을 최소화시켜 줌으로서 각 사용자에게 양질의 데이터 전송 서비스를 제공할 수 있다. JD는 일종의 블록 등화기(Equalizer)로서 수신 데이터의 등화과정을 데이터 블록 단위로 수행한다. TD-SCDMA 시스템은 이러한 블록 등화기가 동작할 수 있도록 데이터 필드를 지원해 줌으로서 시스템의 수신 성능을 최대로 지원한다. JD는 성능 채널 추정기의 성능에 매우 민감하며, 그렇기 때문에 채널 추정 성능은 TD-SCDMA 시스템에서 매우 중요하다.
따라서 빔포밍을 지원하는 TD-SCDMA 시스템을 위해 채널 추정 성능을 향상시키기 위한 추가적인 기술을 필요로 하게 되었다.
본 발명은 무선 통신 시스템에서 채널 추정을 수행하기 위한 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명은 빔포밍(Beamforming)이 적용되는 TD-SCDMA 시스템을 위한 채널 추정 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명은 무선 통신 시스템에서 다른 사용자의 채널 응답 값을 이용하여 사용자의 채널 추정 성능을 향상시키기 위한 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명은 TD-SCDMA 시스템에서 기지국의 빔포밍 적용 여부를 검출하는 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는; 무선 통신 시스템을 위한 채널 추정 방법에 있어서, 하향링크 슬롯에 포함된 미드앰블 시퀀스에 대한 채널 응답 값을 계산하는 과정과, 상기 미드앰블 시퀀스 중 사용자에게 할당된 윈도우에 대한 제1 채널 응답 값과, 적어도 하나의 다른 사용자에게 할당된 윈도우에 대한 제2 채널 응답 값을 검출하는 과정과, 상기 제1 및 제2 채널 응답 값들을 기반으로 현재 셀의 기지국이 빔포밍을 운용하는지 여부를 판단하는 과정과, 상기 기지국이 빔포밍을 운용하고 있지 않다고 판단되는 경우, 상기 제1 및 제2 채널 응답 값들을 결합하여 신호 검출에 사용하는 과정을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예는; 무선 통신 시스템을 위한 채널 추정 장치에 있어서, 하향링크 슬롯에 포함된 미드앰블 시퀀스에 대한 채널 응답 값을 계산하는 채널 추정기와, 상기 미드앰블 시퀀스 중 사용자에게 할당된 윈도우에 대한 제1 채널 응답 값과, 적어도 하나의 다른 사용자에게 할당된 윈도우에 대한 제2 채널 응답 값을 검출하는 윈도우 검출기와, 상기 제1 및 제2 채널 응답 값들을 기반으로 현재 셀의 기지국이 빔포밍을 운용하는지 여부를 판단하는 빔포밍 검출기와, 상기 기지국이 빔포밍을 운용하고 있지 않다고 판단되는 경우, 상기 제1 및 제2 채널 응답 값들을 결합하여 신호 검출기로 전달하는 결합기를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예는; 무선 통신 시스템의 빔포밍 검출 방법에 있어서, 하향링크 슬롯에 포함된 미드앰블 시퀀스 중 사용자에게 할당된 윈도우에 대한 제1 채널 응답 값과, 적어도 하나의 다른 사용자에게 할당된 윈도우에 대한 제2 채널 응답 값을 검출하는 과정과, 상기 제1 및 제2 채널 응답 값들의 상호 상관 값을 계산하는 과정과, 상기 상호 상관 값이 미리 정해지는 제1 임계값보다 크면, 빔포밍 미적용이 검출된 슬롯 개수를 누적하기 위한 파라미터를 1만큼 증가시키는 과정과, 상기 파라미터가 미리 정해지는 제2 임계값보다 크면, 현재 셀의 기지국이 빔포밍을 운용하고 있지 않다고 판단하는 과정과, 상기 파라미터가 상기 제2 임계값보다 크지 않으면, 상기 기지국이 빔포밍을 운용하고 있다고 판단하는 과정을 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예는; 무선 통신 시스템의 빔포밍 검출 장치에 있어서, 하향링크 슬롯에 포함된 미드앰블 시퀀스 중 사용자에게 할당된 윈도우에 대한 제1 채널 응답 값과, 적어도 하나의 다른 사용자에게 할당된 윈도우에 대한 제2 채널 응답 값을 검출하는 윈도우 검출기와, 상기 제1 및 제2 채널 응답 값들의 상호 상관 값을 계산하고, 상기 상호 상관 값이 미리 정해지는 제1 임계값보다 크면, 빔포밍 미적용이 검출된 슬롯 개수를 누적하기 위한 파라미터를 1만큼 증가시키며, 상기 파라미터가 미리 정해지는 제2 임계값보다 크면, 현재 셀의 기지국이 빔포밍을 운용하고 있지 않다고 판단하는 빔포밍 검출기를 포함한다.
도 1은 TD-SCDMA 시스템의 프레임 및 서브프레임의 구조를 나타낸 것이다.
도 2는 TD-SCDMA 시스템에서의 미드앰블 시퀀스들의 발생에 대해 나타낸 것이다.
도 3은 두 명의 사용자에 대한 채널 추정 결과를 예시한 것이다.
도 4는 TD-SCDMA 시스템을 위한 채널 추정기의 간략화된 구조를 도시한 것이다.
도 5는 TD-SCDMA 시스템을 위한 윈도우 선택을 포함하는 채널 추정기의 구조를 도시한 것이다.
도 6은 빔포밍이 적용되는 상황에서의 채널 추정 결과들을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 빔포밍 적용을 검출하는 단말의 채널 추정기의 구조를 도시한 것이다.
도 8은 빔포밍이 적용되지 않는 상황에서의 채널 추정 결과들을 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말의 빔포밍 검출 동작을 나타낸 흐름도이다.
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 명세서에서는 TD-SCDMA 시스템을 기반으로 본 발명의 실시예들을 설명할 것이나, 본 발명이 이러한 특정 시스템 및 구조에 한정되는 것이 아님에 유의하여야 한다. 본 발명은 그 기술적 취지가 변경되지 않는 범위 내에서 유사한 채널 구조를 가지는 여타의 무선 통신 시스템에도 적용될 수 있음이 자명하다.
도 1은 TD-SCDMA 시스템의 프레임 및 서브프레임의 구조를 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 하나의 프레임(102)은 두 개의 서브프레임(104)으로 구성되어 있으며, 각 서브프레임(104)은 7개의 타임슬롯(Time Slot: TS)(106)로 구성되어있다. 각 TS(106)는 TD-SCDMA 시스템에서 하향링크(Downlink: DL) 혹은 상향링크(Uplink: UL)을 위해 사용된다. 도시된 예에서, TS0,TS3,TS4,TS5,TS6은 하향링크 타임슬롯이며, TS1,TS2는 상향링크 타임슬롯이다. 상향링크에서 하향링크로 전환되는 시점(116)은 전환 시점(Switching point)이라 칭한다. 각 서브프레임의 타임슬롯 구성은 기지국에 의해 지시되거나 시스템에서 미리 정해질 수 있다. 더불어, 서브프레임(104) 내의 특정 위치에서 DL 동기와 UL 동기를 위해 DwPTS(Downlink Pilot Time Slot)(110)와 UpPTS(Uplink Pilot Time Slot)(114)가 전송되며, DwPTS(110)와 UpPTS(114)는 GP(Guard Period)(112)에 의해 서로 이격된다.
TD-SCDMA 시스템에서는 매 타임슬롯마다 길이가 144칩(chips)이고, 주기가 128인 미드앰블 시퀀스(Midamble Sequence)를 전송하고, 수신기에서는 미드앰블 시퀀스를 이용하여 채널 추정을 수행한다. 각 채널에 할당되는 미드앰블 시퀀스는 기본 미드앰블 시퀀스를 소정 천이값(shift)만큼 천이시킨 것이다. 즉 특정 미드앰블 오프셋을 가지는 미드앰블 시퀀스가 각 채널에 할당된다.
도 2는 TD-SCDMA 시스템에서의 미드앰블 시퀀스들의 발생에 대해 나타낸 것이다. 여기에서는 K명의 사용자가 존재하는 경우의 미드앰블 시퀀스 구조를 도시하였다.
도 2를 참조하면, 하나의 타임슬롯(202)은 두 개의 데이터 필드(204,206)와 그 사이에 위치하는 하나의 미드앰블(Midamble: MID)(208)로 구성되며, 마지막에는 GP(210)가 전송된다. 미드앰블 시퀀스(208)는 144 칩으로 구성되며, 여기서 칩 레이트는 1.28Mcps이다. 현재 셀에 할당된 사용자(혹은 단말)가 K명인 경우, 현재 타임슬롯(202) 내에서 K개의 미드앰블 시퀀스(212,214,216)가 독립적으로 전송될 수 있다. 각 미드앰블 시퀀스(212,214,216)는 하나의 기본 미드앰블 시퀀스에 서로 다른 미드앰블 천이값들을 적용하여 순환 천이(cyclic-shift)시킴으로써 생성된다. 즉 K는 하나의 셀 내에서 서로 다른 미드앰블 천이값들의 최대 개수가 된다.
도시한 예에서 사용자 K에 대해 할당되는 미드앰블 시퀀스(216)는 하기와 같다.
m0, m1, ..., m127, m0, m1, ..., m15
사용자 K-1에 대해 할당되는 미드앰블 시퀀스(214)는 하기와 같다.
mW, mW+1, ..., mW+143
사용자 1에 대해 할당되는 미드앰블 시퀀스(216)는 하기와 같다.
m0+(K-1)W, m1+(K-1)W, ..., m143+(K-1)W
여기서 W는 미드앰블 시퀀스들 간의 시간 차, 즉 시간 오프셋으로서, 구별 가능한 다중 경로의 최대 개수를 의미하며, 또한 각 사용자의 윈도우 사이즈를 의미한다. 기지국의 미드앰블 시퀀스는 Kcell개의 윈도우들로 분할되며, 기지국의 셀 내에 위치하는 각 사용자에게는 서로 다른 하나 혹은 그 이상의 윈도우에 각각 대응하는 시퀀스가 할당된다.
각각의 미드앰블 시퀀스가 서로 다른 사용자에게 할당되므로, 각각의 미드앰블 시퀀스는 해당 TS의 데이터 필드들을 통해 전송되는 데이터용 채널 코드(Channelization code)들과 연계된다.
서로 다른 시간차를 가지는 미디앰블 시퀀스들은 상호간에 낮은 상호 상관(Cross-correlation)을 갖기 때문에, 서로 다른 사용자들의 채널들을 구별하고 추정하는데 사용될 수 있다. TD-SCDMA 시스템은 사용자에게 독립적인 미드앰블 시퀀스를 할당해 줌으로서 빔포밍을 통한 데이터 전송이 가능하게 된다. 이러한 독립적인 미드앰블 시퀀스는 안테나 별로 서로 다르게 할당되어, SCTD(Space Code Transmit Diversity)를 지원하기 위해서도 사용될 수 있다.
TD-SCDMA 시스템에서 해당 기지국의 성능 혹은 운영자의 설정에 따라 각 셀 내에서 빔포밍이 지원되거나 혹은 지원되지 않을 수 있다. 빔포밍이 지원되지 않는 셀 내에서 모든 사용자는 하나의 넓은 빔의 범위에 포함된다. 빔포밍이 지원되는 셀 내에서 복수의 사용자들은 동일하거나 서로 다른 빔들을 할당받을 수 있다. 복수의 사용자들에게 서로 다른 빔들이 할당되는 경우, 각 사용자는 서로 다른 채널 환경을 겪게 된다.
도 3은 두 명의 사용자에 대한 채널 추정 결과를 예시한 것이다. 여기에서는 최대 지원할 수 있는 미디앰블 시퀀스들의 개수 또는 윈도우 개수들을 나타내는 파라미터 KCell이 8인 경우를 도시하였으며, 아울러 각 사용자에게는 하나 이상의 미드앰블 시퀀스들이 할당될 수 있다.
도 3을 참조하면, 두 명의 사용자 user 0 및 user 1에게는 각각 4개의 미드앰블 시퀀스가 할당되어 있다. 구체적으로 user 0에게는 W0,W1,W2,W3의 미드앰블 시퀀스들이 할당되어 있으며, user 1에게는 W4,W5,W6,W7의 미드앰블 시퀀스들이 할당되어 있다. 참조번호 310 및 320은 각 사용자에게 빔포밍이 적용되지 않은 경우와 빔포밍이 적용된 경우의 채널 추정 결과 얻어진 반송파대 간섭비(Carrier to Interference Ratio: CIR)를 나타낸 것이다. 도시한 바와 같이 빔포밍이 적용되어 있지 않은 경우(310) 두 명의 사용자들의 채널 추정 결과가 거의 유사한 특성을 보인다. 반면 빔포밍이 적용된 경우(320), 즉 두 명의 사용자에게 서로 다른 빔이 할당되어 있는 경우에는 서로 상이한 채널 추정 결과가 나타난다.
도 4는 TD-SCDMA 시스템을 위한 채널 추정기(400)의 간략화된 구조를 도시한 것이다. 여기에서는 싱글 셀을 위한 스타이너(Steiner) 방식의 채널 추정 방식을 사용하는 구조를 도시하였다.
도 4를 참조하면, 무선 주파수(Radio Frequency: RF) 처리부와 아날로그 디지털 변환기(Analog to Digital Converter: ADC)를 통해 입력되는 수신 신호 y(n)은 고속 퓨리에 변환기(Fast Fourier Transformation: FFT)(410)로 입력되어 FFT 변환되며, 기지국의 미드앰블 시퀀스 m(n)은 마찬가지로 FFT(425)에 의해 FFT 변환된다. 여기서 y(n)은 144칩의 수신 신호에서 16 칩의 GP 구간을 제외한 128칩으로 구성된 신호이며, 단말 수신기에서는 채널 추정 성능을 높이기 위해 상기 128칩의 수신 신호를 오버샘플링(Oversampling)하여 FFT(410)의 입력으로서 사용할 수 있다. 여기서 16 칩의 GP 구간을 제외하는 이유는, 앞서서 수신되는 데이터 필드에 의한 간섭성분을 제거하기 위함이다. 아울러 m(n)은 기지국의 128칩 미드앰블 시퀀스를 나타낸다.
나눗셈기(Divider)(415)는 수신 신호 y(n)의 FFT 결과를 미드앰블 시퀀스 m(n)의 FFT 결과로 나누어주며, 역고속 퓨리에 변환기(Inverse FFT: IFFT)(420)는 나눗셈기(415)의 출력을 IFFT 변환하여 채널 임펄스 응답 H(n)을 생성한다.
상기 채널 임펄스 응답 H(n)은 모든 사용자에 대한 채널 임펄스 응답을 포함하므로, 사용자는 추가적인 알고리즘을 사용하여 자신에게 할당된 윈도우에 대응하는 채널 임펄스 응답을 추출한다.
도 5는 TD-SCDMA 시스템을 위한 윈도우 선택을 포함하는 채널 추정기(500)의 구조를 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, RF 처리부와 ADC(도시하지 않음)를 통해 입력되는 수신 신호 y(n)은 FFT(510)에 의해 FFT 변환되며, 기지국의 미드앰블 시퀀스 m(n)은 마찬가지로 FFT(525)에 의해 FFT 변환된다. 나눗셈기(515)는 수신 신호 y(n)의 FFT 결과를 미드앰블 시퀀스 m(n)의 FFT 결과로 나누어주며, IFFT(520)는 나눗셈기(515)의 출력을 IFFT 변환하여 채널 임펄스 응답 H(n)을 생성한다. 상기 채널 임펄스 응답 H(n)은 윈도우 선택기(535)와 활성 윈도우 검출기(Active Window Detection unit: AWD)(540)로 구성되는 윈도우 선택 블록(530)으로 입력된다.
AWD(540)는 상위계층 시그널링을 통해 기지국으로부터 수신한 윈도우 정보를 기반으로, 상기 채널 임펄스 응답 H(n)을 시간 영역에서 분할한 KCell개의 윈도우들 중에서 사용자에게 할당된 시간 구간(즉 윈도우)에서 AWD 동작을 수행한다. 구체적으로 AWD(540)는 각 윈도우 상에서 채널 응답 값의 전력을 구하고 상기 전력의 레벨을 소정의 임계값과 비교하여, 사용자에게 할당된 미드앰블 시퀀스가 전송되는 적어도 하나의 윈도우의 위치를 검출한다. 윈도우 선택기(535)는 AWD(540)에서 검출된 적어도 하나의 윈도우에서 얻어진 채널 응답 값들을 조인트 검출기(Joint Detector: JD)(도시하지 않음)에 전달하게 된다. 일 예로서 검출된 윈도우 위치가 W1과 W2라면 조인트 검출기에 전달되는 채널 응답 값은 h1(n)과 h2(n)이 된다. 조인트 검출기는 사용자의 채널을 복조할 때 자신의 사용자의 채널 응답 값과 다른 사용자의 채널 응답 값을 함께 사용하여 다른 사용자의 간섭 성분을 제거함으로써, 검출 성능을 향상시킨다.
앞서 설명한 바와 같이, TD-SCDMA 시스템에서 채널 추정의 신뢰도를 높이는 것은 매우 중요하다. 빔포밍이 적용되지 않는 경우, 하나의 셀 내에서 사용자들이 겪는 채널은 유사한 것으로 간주될 수 있다. 따라서 각 사용자의 채널 추정기는 자신에게 할당된 윈도우의 채널 응답 값과 다른 사용자에게 할당된 윈도우의 채널 응답 값을 결합하여, 채널 추정 성능을 향상시킬 수 있다.
그러나 빔포밍이 적용되는 경우, 사용자간 채널 환경이 매우 상이하게 되며, 따라서 채널 응답 값들이 결합되어서는 안 된다.
도 6은 빔포밍이 적용되는 상황에서 단말의 채널 추정 결과들을 나타낸 것이다.
도 6을 참조하면, 채널 추정기(610)는 수신 신호 y(n)에 대한 채널 추정을 통해 W3(617)과 W4(627)의 채널 응답 값을 얻는다. AWD는 각 윈도우에 대한 채널 응답 값의 전력 레벨이 미리 정해지는 임계값보다 클 경우, 해당 윈도우의 채널 응답 값을 검출하여 출력한다. 자신에게 할당된 윈도우를 나타내는 윈도우 정보는 상위 계층 시그널링을 통해 단말에게로 전달되며, 윈도우 선택기는 상기 윈도우 정보에 근거하여, 상기 검출된 윈도우들 중 사용자에게 할당된 윈도우를 식별할 수 있다. AWD에 의해 선택된 윈도우들의 채널 응답 값 h1(n)과 h2(n)은 윈도우 선택기에 의해 다음 단인 조인트 검출기에 전달된다. 만일 기지국이 빔포밍을 운용하여 사용자들에게 서로 다른 빔을 적용할 경우, 도시한 바와 같이 각 사용자 별로 매우 상이한 채널 응답 값 h1(n), h2(n)이 나타난다.
빔포밍은 특정 사용자에게 전송 에너지를 집중시켜 사용자의 수신 성능을 최대화시키는 기술이지만, 실제 환경에 있어서 기지국에 따라 지원되지 않을 수 있다. 미드앰블 시퀀스가 전송되는 전체구간에서의 전송 전력의 총 합은 항상 일정하므로, 기지국이 셀 내에 존재하는 다수의 사용자에게 미드앰블 시퀀스를 할당하게 되면 각각의 미드앰블 시퀀스에 대한 전송 전력이 전력 제어(Power control)에 따라 나누어지게 되므로, 그 만큼 성능저하가 발생하게 된다.
만일, 기지국이 빔포밍을 지원하지 않는다면, 단말은 다른 사용자에게 할당된 미드앰블 시퀀스를 이용하여 다른 사용자의 채널 응답 값을 얻을 수 있으며, 이를 이용하여 채널 추정 성능을 높일 수 있다. 그러나, TD-SCDMA 시스템에서 기지국은 빔포밍을 지원하고 있는지 여부를 현재 셀의 단말들에게 알려주지 않고 있다. 따라서 단말이 후술되는 실시예에 따라 기지국이 빔포밍을 운용하고 있는지의 여부를 판단할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 빔포밍 적용(Beamforming adaption)을 검출하는 단말의 채널 추정기(700)의 구조를 도시한 것이다.
도 7을 참조하면, RF 처리부와 ADC(도시하지 않음)를 통해 입력되는 수신 신호 y(n)은 FFT(710)에 의해 FFT 변환되며, 기지국의 미드앰블 시퀀스 m(n)은 마찬가지로 FFT(725)에 의해 FFT 변환된다. 나눗셈기(715)는 수신 신호 y(n)의 FFT 결과를 미드앰블 시퀀스 m(n)의 FFT 결과로 나누어주며, IFFT(720)는 나눗셈기(715)의 출력을 IFFT 변환하여 채널 임펄스 응답 H(n)을 생성한다. 상기 채널 임펄스 응답 H(n)은 윈도우 선택기(735)와 AWD(740)와 빔포밍 검출기(Beamforming Detecter)(750) 및 결합기(Combiner)(745)로 구성되는 윈도우 선택 블록(730)으로 입력된다.
AWD(740)는 상위계층 시그널링을 통해 기지국으로부터 수신한 윈도우 정보를 기반으로, 상기 채널 임펄스 응답 H(n)을 시간 영역에서 분할한 KCell개의 윈도우들 중에서 사용자에게 할당된 시간 구간(즉 윈도우)에서 AWD 동작을 수행한다. 구체적으로 AWD(740)는 각 윈도우 상에서 채널 응답 값의 전력을 구하고 상기 전력의 레벨을 소정의 임계값과 비교하여, 실제 미드앰블 시퀀스가 전송되는 윈도우의 위치를 검출한다. 윈도우 선택기(735)는 상위계층 시그널링을 통해 얻은 윈도우 정보와 AWD(740)에서 검출된 윈도우 위치를 기반으로 해당 윈도우의 채널 응답 값을 선택하여 결합기(745)로 제공한다.
추가적으로 윈도우 선택기(735)는 적어도 하나의 다른 사용자에게 할당된 적어도 하나의 윈도우에서 얻어진 채널 응답 값을 결합기(745)로 제공할 수 있다. 결합기(745)로는, 일 예로서 소정 기준값 이상의 에너지를 가지는 적어도 하나의 채널 응답 값이 제공될 수 있다. 다른 예로서 소정 개수의 상위 채널 응답 값이 결합기(745)로 제공될 수 있다. 일 예로서 자신(즉 사용자1)에게 할당된 윈도우의 채널 응답 값은 h1(n)이고, 추가적으로 제공되는 다른 사용자(즉 사용자2)의 채널 응답 값은 h2(n)이다.
빔포밍 검출기(750)는 본 발명의 일 실시예에 따른 알고리즘에 따라 현재 셀의 기지국이 빔포밍을 적용하는지의 여부를 판단한다. 구체적으로 빔포밍 검출기(750)는 자신(즉 사용자1)에게 할당된 윈도우의 채널 응답 값과 다른 사용자(사용자2)에게 할당된 윈도우의 채널 응답 값의 상호 상관값(cross correlation)을 계산하고, 상기 상호 상관값이 소정의 임계값보다 낮으면 기지국이 빔포밍을 지원할 가능성이 있다고 판단한다. 상기한 동작은 복수의 슬롯들 동안 반복되며, 최근 소정 주기 내에 빔포밍이 검출된 슬롯들의 개수가 소정 임계값보다 크면, 단말은 기지국이 빔포밍을 적용하고 있다고 최종적으로 결정할 수 있다.
기지국에 의해 빔포밍이 적용되고 있지 않다고 판단된 경우, 빔포밍 검출기(750)는 빔포밍이 검출되지 않았음을 결합기(745)에게 통보한다. 그러면 결합기(745)는 입력되는 모든 사용 가능한 채널 응답 값들을 결합하여, 사용자1의 개선된 채널 응답 값으로서 조인트 검출기(도시하지 않음)에게 제공한다. 일 예로 결합기(745)는 사용자1의 채널 응답 값과 사용자2의 채널 응답 값을 결합하여 조인트 검출기로 전달한다. 기지국에 의한 빔포밍 적용이 통보되지 않은 경우, 결합기(745)는 윈도우 선택기(735)를 통해 선택된 윈도우의 채널 응답 값을 그대로 조인트 검출기로 전달한다. 조인트 검출기는 알려진 조인트 검출 알고리즘에 따라, 상기 전달된 채널 응답 값을 기반으로 원하는 신호를 복구한다.
이상에서는 사용자에게 하나의 윈도우가 할당된 경우에 대하여 설명하였으나, 사용자에게 하나 이상의 윈도우들이 할당된 경우 결합기(745)는 기지국의 빔포밍 적용과 관계없이 사용자에게 할당된 윈도우들에 대해 검출된 채널 응답 값들을 결합할 수 있다. 만일 기지국이 빔포밍을 적용하는 경우 상기 결합된 채널 응답 값은 다른 사용자에게 할당된 윈도우의 채널 응답 값과 같이 조인트 결합기에게 그대로 전달된다. 반면 기지국이 빔포밍을 적용하지 않는 경우, 상기 결합된 채널 응답 값은 적어도 하나의 다른 사용자에게 할당된 윈도우에 대해 검출된 채널 응답 값과 다시 결합된 후 조인트 결합기에게 전달된다.
결합기(745)의 동작 순서를 구체적으로 설명하면 아래와 같다. 아래 설명에서 윈도우의 전력 레벨은 해당 윈도우에 포함된 채널 응답 값의 전력 레벨을 의미한다.
1. 상위계층 시그널링을 통해 얻은 윈도우 정보에 따라 AWD에서 검출된 윈도우들에 대한 전체 전력 Ptotal을 측정
2. 각 윈도우의 전력 Pwin을 전체 전력 Ptotal로 나눈 값의 제곱근Sqrt(Pwin/Ptotal)을 계산한 후, 상기 계산된 값을 해당 윈도우의 채널 추정 값에 곱하여 정규화를 수행한다.
3. 정규화된 각 윈도우의 채널 응답 값들을 모두 합산(결합)한다.
4. 결합된 채널 응답 값은 hcomb(n) 이고, 해당 윈도우에 포함된 채널의 수가 m개이면 해당 윈도우의 채널 응답 값은 hcomb(n) / sqrt(m)와 같은 수식으로 얻어지게 된다.
여기서 윈도우에 할당된 채널 개수(m)는 해당 윈도우로부터 각 채널 코드(일 예로 OVSF(Orthogonal Variable Spreading Factor) 코드)를 이용하여 검출된 에너지를 문턱값과 비교함으로써 계산한다. 각 윈도우에 할당될 수 있는 채널 코드들의 최대 개수는 Kcell에 의해 정해진다. 예를 들어 Kcell이 8이면 각 윈도우에 할당될 수 있는 최대 채널 개수는 2 * (16/8)가 된다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 빔포밍이 적용되지 않는 상황에서의 채널 추정 결과들을 나타낸 것이다.
도 8을 참조하면, 채널 추정기(810)는 수신 신호 y(n)에 대한 채널 추정을 통해 사용자에게 할당된 윈도우에 대한 채널 응답 값인 h1(n)과 다른 사용자에게 할당된 윈도우에 대한 채널 응답 값인 h2(n)을 얻게 된다. h1(n)은 윈도우 W3에서 얻어진 채널 응답 값이고, h2(n)은 윈도우 W4에서 얻어진 채널 응답 값이다. 기지국이 빔포밍을 운용하지 않고 있는 경우, 사용자들의 채널 응답 값들 h1(n)과 h2(n)는 매우 유사한 채널 특성을 가지게 된다.
채널 추정기(810)의 빔포밍 검출기는 윈도우 W3와 윈도우 W4의 채널 응답 값들에 근거하여, 기지국이 빔포밍을 지원하는지 여부를 판단하고, 그 결과를 결합기로 제공한다.
기지국이 빔포밍을 지원한다면 채널 추정기(810)는 도 6에서와 동일하게 동작하게 된다. 그러나, 만일 빔포밍 적용(Beamforming Adaptation)이 검출되지 않을 시에는 각 사용자를 위한 윈도우에서의 채널 특성은 서로 유사한 특성을 보이게 되며, 따라서 단말은 W3와 W4의 채널 응답 값들을 서로 결합하여 채널 추정 성능을 극대화할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말의 빔포밍 검출 동작을 나타낸 흐름도이다. 구체적으로 하기의 빔포밍 검출 동작은 도 7의 빔포밍 검출기에 의해 수행될 수 있다.
도 9를 참조하면, 과정 905에서 단말은 서브프레임 구성에 따라 할당된 하향링크 슬롯의 시작을 검출하고, 과정 910에서 빔포밍이 검출된 슬롯 개수를 누적하기 위한 파라미터 N을 초기화한다. 여기서 파라미터 N의 초기화 여부는, 일 예로서 현재 슬롯이 빔포밍 검출을 위해 미리 정해지는 주기의 시작인지에 따라 판단될 수 있다. 즉 현재 슬롯이 빔포밍 검출을 위해 미리 정해지는 주기의 시작이면, 과정 915로 진행하여 파라미터 N을 0으로 초기화하며, 그렇지 않으면 기존의 파라미터 N을 유지하고 과정 920으로 진행한다. 다른 실시예로서 단말은 이전 슬롯 혹은 이전 서브프레임에서 기지국이 빔포밍을 지원하는 것으로 판단한 경우에, 현재 슬롯에서 상기 파라미터 N을 초기화할 수 있다. 또 다른 실시예로서 단말은 미리 정해지는 이유에 따라 빔포밍 동작의 초기화가 필요할 시 파라미터 N을 초기화할 것으로 결정할 수 있다.
과정 920에서 단말은 기지국으로부터의 수신 신호와 미리 알고 있는 미드앰블 시퀀스를 이용하여 현재 슬롯에 대한 채널 추정을 수행하고, 과정 925에서 윈도우들의 개수를 나타내는 사용자 윈도우 정보를 기반으로 AWD 동작을 수행하여, 상기 채널 추정 결과 얻어진 전체 미드앰블 시퀀스의 채널 응답 값 중 각 윈도우의 채널 응답 값을 결정한다. 구체적으로 빔포밍 검출기는 자체적으로 AWD 동작을 수행하거나 혹은 별도의 AWD 블록에 의해 계산된 각 윈도우의 채널 응답 값을 독출할 수 있다. 상기 사용자 윈도우 정보는 상위계층 시그널링을 통해 기지국으로부터 단말로 통보된 것이다.
과정 930에서 단말은 상기 사용자 윈도우 정보에 의해 지시된, 자신의 사용자에게 할당된 윈도우(m)의 정보와 적어도 하나의 다른 사용자에게 할당된 윈도우(n)의 정보를 검출하고, 과정 935에서 상기 AWD 결과 얻어진 윈도우(m)의 채널 응답 값 Hm과 윈도우(n)의 채널 응답 값 Hn을 이용하여 윈도우(m)과 윈도우(n)의 상호 상관 값 P(m,n)을 계산한다. 일 예로서 상기 상호 상관 값은 하기 <수학식 1>과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112013023479058-pat00001
여기서 m은 사용자에게 할당된 윈도우를 나타내는 인덱스며, n은 다른 사용자에 할당된 윈도우를 나타내는 인덱스이다. H m 은 m번째 윈도우에서 추정된 채널 응답 값이며, H m 은 n번째 윈도우에서 추정된 채널 응답 값이다.
과정 940에서 상기와 같이 계산된 상호 상관 값 P(m,n)은 미리 정해지는 임계값 α와 비교되며, 상기 상호 상관 값이 상기 임계값보다 크면 과정 945에서 빔포밍 검출을 누적하기 위한 파라미터 N이 1만큼 증가된다.
과정 950에서 단말은 상기 파라미터 N을 소정 임계값 β와 비교하여, 만일 상기 파라미터 N이 상기 임계값보다 크면, 과정 955에서 현재 셀의 기지국이 빔포밍을 지원하지 않는 것으로 판단한다. 만일 상기 파라미터 N이 상기 임계값보다 크지 않으면, 단말은 다음 슬롯을 판정하기 위해 과정 905로 복귀한다. 과정 950에서 기지국이 빔포밍을 지원하고 있지 않다고 판단하기 이전까지, 단말은 기지국이 빔포밍을 지원하고 있다고 간주한다.
현재 셀의 기지국이 빔포밍을 지원하는 것으로 판단되는 경우, 단말은 자신의 사용자에 대한 채널 응답 값과 다른 사용자에 대한 채널 응답 값을 결합하여, 채널 추정 성능을 향상시킬 수 있다. 현재 셀의 기지국이 빔포밍을 지원하지 않는 것으로 판단되는 경우, 단말은 자신의 사용자에 대한 채널 응답 값과 다른 사용자에 대한 채널 응답 값에 대한 결합을 중단하고, 자신의 채널 응답 값과 다른 사용자의 채널 응답 값을 결합하지 않은 채 조인트 검출기로 함께 결정한다.
선택 가능한 실시예로서 단말은 기지국이 빔포밍을 적용하는지의 여부에 대한 정보를 저장하고, 추후 다중 기지국 채널 환경에서 각 기지국의 간섭을 제거하기 위해 다른 기지국의 채널 추정을 수행할 시 상기 저장된 빔포밍 적용 정보를 활용할 수 있다.
이상과 같이 동작하는 본 발명의 실시예는 단말이 기지국의 빔포밍 지원 여부를 판별할 수 있도록 함으로써, 수신단의 채널 추정 성능을 극대화시킨다. 만일 기지국이 빔포밍을 지원하지 않는 경우라면, 사용자는 다른 사용자를 위해 할당된 미드앰블 시퀀스의 채널 추정 결과를 사용할 수 있게 되며, 이를 통해 사용자의 채널 추정의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
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 아니되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (16)

  1. 무선 통신 시스템을 위한 채널 추정 방법에 있어서,
    하향링크 슬롯에 포함된 미드앰블 시퀀스에 대한 채널 응답 값을 계산하는 과정과,
    상기 미드앰블 시퀀스에 대한 상기 채널 응답 값에 기반하여, 단말에 할당된 윈도우에 대한 제1 채널 응답 값 및 적어도 하나의 다른 단말에 할당된 윈도우에 대한 제2 채널 응답 값을 검출하는 과정과,
    상기 제1 및 제2 채널 응답 값들을 기반으로 현재 셀의 기지국이 빔포밍을 운용하는지 여부를 판단하는 과정과,
    상기 기지국이 빔포밍을 운용하고 있지 않다고 판단되는 경우, 상기 제1 및 제2 채널 응답 값들을 결합하여 신호 검출에 사용하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 추정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 판단하는 과정은,
    상기 제1 및 제2 채널 응답 값들의 상호 상관 값이 미리 정해진 제1 임계값보다 크면, 현재 슬롯에 대하여 빔포밍 미적용으로 판단하는 과정과,
    최근 소정 주기 내에 빔포밍 미적용 슬롯으로 판단된 슬롯들의 개수가 미리 정해진 제2 임계값보다 크면, 상기 기지국이 빔포밍을 운용하고 있지 않다고 판단하는 과정과,
    상기 빔포밍 미적용 슬롯으로 판단된 슬롯들의 개수가 상기 제2 임계값과 같거나 상기 제2 임계값보다 작으면, 상기 기지국이 빔포밍을 운용하고 있다고 판단하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 추정 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 빔포밍 미적용 슬롯으로 판단된 슬롯들의 개수는,
    미리 정해진 빔포밍 검출 주기의 시작시, 혹은 상기 기지국이 빔포밍을 운용하고 있지 않다고 판단한 경우에 초기화되는 것을 특징으로 하는 채널 추정 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 채널 응답 값들의 상호 상관 값은 하기의 수학식:
    Figure 112019037209364-pat00015

    에 의해 결정되는 것을 특징으로 하되,
    여기서, m은 상기 제1 채널 응답 값과 관련된 윈도우의 인덱스이고, n은 상기 제2 채널 응답 값과 관련된 윈도우의 인덱스이며, Hm은 상기 윈도우 m에서 추정된 채널 응답 값이고, 상기 Hn은 상기 윈도우 n에서 추정된 채널 응답 값임을 특징으로 하는 채널 추정 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 검출하는 과정은,
    상기 기지국으로부터 시그널링된 윈도우 정보를 기반으로 상기 제1 및 제2 채널 응답 값들을 검출하는 것을 특징으로 하는 채널 추정 방법.
  6. 무선 통신 시스템을 위한 채널 추정 장치에 있어서,
    하향링크 슬롯에 포함된 미드앰블 시퀀스에 대한 채널 응답 값을 계산하는 채널 추정기와,
    상기 미드앰블 시퀀스 에 대한 상기 채널 응답 값에 기반하여, 단말에 할당된 윈도우에 대한 제1 채널 응답 값 및 적어도 하나의 다른 단말에 할당된 윈도우에 대한 제2 채널 응답 값을 검출하는 윈도우 검출기와,
    상기 제1 및 제2 채널 응답 값들을 기반으로 현재 셀의 기지국이 빔포밍을 운용하는지 여부를 판단하는 빔포밍 검출기와,
    상기 기지국이 빔포밍을 운용하고 있지 않다고 판단되는 경우, 상기 제1 및 제2 채널 응답 값들을 결합하여 신호 검출기로 전달하는 결합기를 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 추정 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 빔포밍 검출기는,
    상기 제1 및 제2 채널 응답 값들의 상호 상관 값이 미리 정해진 제1 임계값보다 크면 현재 슬롯에 대하여 빔포밍 미적용으로 판단하며, 최근 소정 주기 내에 빔포밍 미적용 슬롯으로 판단된 슬롯들의 개수가 미리 정해진 제2 임계값보다 크면 상기 기지국이 빔포밍을 운용하고 있지 않다고 판단하고, 상기 빔포밍 미적용 슬롯으로 판단된 슬롯들의 개수가 상기 제2 임계값과 같거나 상기 제2 임계값보다 작으면 상기 기지국이 빔포밍을 운용하고 있다고 판단하는 것을 특징으로 하는 채널 추정 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 빔포밍 미적용 슬롯으로 판단된 슬롯들의 개수는,
    미리 정해진 빔포밍 검출 주기의 시작시, 혹은 상기 기지국이 빔포밍을 운용하고 있지 않다고 판단한 경우에 초기화되는 것을 특징으로 하는 채널 추정 장치.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 채널 응답 값들의 상호 상관 값은 하기의 수학식:
    Figure 112019037209364-pat00016

    에 의해 결정되는 것을 특징으로 하되,
    여기서, m은 상기 제1 채널 응답 값과 관련된 윈도우의 인덱스이고, n은 상기 제2 채널 응답 값과 관련된 윈도우의 인덱스이며, Hm은 상기 윈도우 m에서 추정된 채널 응답 값이고, 상기 Hn은 상기 윈도우 n에서 추정된 채널 응답 값임을 특징으로 하는 채널 추정 장치.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 윈도우 검출기는,
    상기 기지국으로부터 시그널링된 윈도우 정보를 기반으로 상기 제1 및 제2 채널 응답 값들을 검출하는 것을 특징으로 하는 채널 추정 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 현재 셀의 기지국이 빔포밍을 운용하는지 여부를 판단하는 과정은,
    상기 제1 및 제2 채널 응답 값들의 상호 상관 값을 계산하는 과정과,
    상기 상호 상관 값이 미리 정해진 제1 임계값보다 크면, 빔포밍 미적용 슬롯의 개수를 지시하는 파라미터를 1만큼 증가시키는 과정과,
    상기 파라미터가 미리 정해진 제2 임계값보다 크면, 상기 현재 셀의 기지국이 빔포밍을 운용하고 있다고 판단하는 과정과,
    상기 파라미터가 상기 제2 임계값과 같거나 상기 제2 임계값보다 작으면, 상기 기지국이 빔포밍을 운용하고 있지 않다고 판단하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 추정 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 파라미터는,
    미리 정해진 빔포밍 검출 주기의 시작시, 혹은 상기 기지국이 빔포밍을 운용하지 않고 있다고 판단한 경우에 초기화되는 것을 특징으로 하는 채널 추정 방법.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 채널 응답 값들의 상호 상관 값은 하기의 수학식:
    Figure 112019502932218-pat00017

    에 의해 결정되는 것을 특징으로 하되,
    여기서, m은 상기 제1 채널 응답 값과 관련된 윈도우의 인덱스이고, n은 상기 제2 채널 응답 값과 관련된 윈도우의 인덱스이며, Hm은 상기 윈도우 m에서 추정된 채널 응답 값이고, 상기 Hn은 상기 윈도우 n에서 추정된 채널 응답 값임을 특징으로 하는 채널 추정 방법.
  14. 제 6 항에 있어서, 상기 빔포밍 검출기는,
    상기 제1 및 제2 채널 응답 값들의 상호 상관 값을 계산하고, 상기 상호 상관 값이 미리 정해진 제1 임계값보다 크면, 빔포밍 미적용 슬롯의 개수를 지시하는 파라미터를 1만큼 증가시키며, 상기 파라미터가 미리 정해진 제2 임계값보다 크면, 상기 현재 셀의 기지국이 빔포밍을 운용하고 있다고 판단하고, 상기 파라미터가 상기 제2 임계값과 같거나 상기 제2 임계값보다 작으면, 상기 기지국이 빔포밍을 운용하고 있지 않다고 판단하는 것을 특징으로 하는 채널 추정 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 파라미터는,
    미리 정해진 빔포밍 검출 주기의 시작시, 혹은 상기 기지국이 빔포밍을 운용하지 않고 있다고 판단한 경우에 초기화되는 것을 특징으로 하는 채널 추정 장치.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 채널 응답 값들의 상호 상관 값은 하기의 수학식:
    Figure 112019502932218-pat00018

    에 의해 결정되는 것을 특징으로 하되,
    여기서, m은 상기 제1 채널 응답 값과 관련된 윈도우의 인덱스이고, n은 상기 제2 채널 응답 값과 관련된 윈도우의 인덱스이며, Hm은 상기 윈도우 m에서 추정된 채널 응답 값이고, 상기 Hn은 상기 윈도우 n에서 추정된 채널 응답 값임을 특징으로 하는 채널 추정 장치.
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