KR102473870B1

KR102473870B1 - 무선 통신 시스템에서 위상 잡음을 추정하는 방법 및 장치

Info

Publication number: KR102473870B1
Application number: KR1020190141489A
Authority: KR
Inventors: 문영진
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2019-11-07
Filing date: 2019-11-07
Publication date: 2022-12-06
Also published as: KR20210055250A

Abstract

위상 잡음(Phase Noise) 추정 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 제1 통신 노드에서 수행되는 위상 잡음 추정 방법은, 제2 통신 노드로부터 채널을 추정하기 위한 제1 참조 신호(reference signal) 및 위상 잡음을 추정하기 위한 제2 참조 신호를 수신하는 단계, 상기 제1 참조 신호에 기초하여 제1 위상을 추정하는 단계, 상기 제2 참조 신호에 기초하여 제2 위상 및 위상 가중치 벡터를 추정하는 단계, 상기 제2 위상 및 상기 위상 가중치 벡터에 기초하여 제3 위상을 추정하는 단계 및 상기 제1 위상과 상기 제3 위상의 차를 공통 위상 잡음(Common Phase Noise, CPE)으로 추정하는 단계를 포함한다. 따라서 통신 시스템의 성능이 향상될 수 있다.

Description

무선 통신 시스템에서 위상 잡음을 추정하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ESTIMATING PHASE NOISE IN A WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 무선 통신 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 직교 주파수 분할 다중 방식(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 통신 시스템에서 위상 잡음을 추정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

사용자는 서비스 제공자로부터 5G 이동 통신을 통해 일정한 공간에서 초고속 데이터 서비스를 제공받을 수 있다. 사용자에게 5G 이동 통신을 통한 초고속 데이터 서비스가 원활하게 제공되기 위해서는, 특정 지역(사무실, 캠퍼스, 주거 밀집 지역, 체육관, 공항 등)에서 발생하는 대규모 트래픽을 처리할 수 있는 기술이 필요하다. 예를 들어, 스몰셀을 이용한 고밀도 네트워크(Ultra Density Network, UDN) 기술이 필요할 수 있다.

고밀도 네트워크(UDN) 기술은 대용량 데이터 전송이 가능한 고정형 백홀 망(Backhaul Network)에서 필수적일 것으로 예측되고 있다. 한편, 무선 통신을 통한 대용량 데이터 전송이 가능하기 위해서는, 주파수 자원 문제가 해결되어야 한다. 현재 이를 해결하기 위한 수단으로 초고주파 대역의 주파수를 이용하는 방안이 논의되고 있다.

초고주파 대역의 주파수는 파장이 매우 짧아 안테나 및 송수신 장치의 소형화 및 경량화를 가능하게 할 수 있다. 또한 지향성이 뛰어난 빔을 생성할 수 있다. 이러한 초고주파 대역의 특성을 이용하여, 대용량 전송이 가능한 고정형 무선 통신시스템을 구현하는 것이 가능할 수 있다.

상술한 바와 같이, 초고주파 대역의 주파수를 사용하면 다수의 안테나 소자를 사용하여 지향성이 매우 뛰어난 초정밀 빔을 생성할 수 있다. 지향성이 뛰어난 빔을 통해, 송수신 안테나 간의 다중 경로(multipath) 또는 도플러 현상(Doppler effect)에 의해 발생하는 채널 변화가 발생하지 않는 무선 환경을 구현할 수 있다. 즉, 초고주파 대역의 주파수를 사용하는 경우, 고정형 무선통신시스템에서 요구하는 조건을 모두 충족할 수 있다. 그러나 사용되는 주파수가 높을수록 위상 잡음에 의한 영향이 더 커질 수 있다.

위상 잡음(Phase Noise, PHN)은 발진기의 불안정성 때문에 발생하는 잡음을 의미한다. 구체적으로, 위상 잡음은 시간에 따른 불안정성으로 인해, 파동의 위상이 짧은 시간단위 안에서 예측 불가능한 형태로 빠르게 출렁거리는 것을 말한다.

한편, 무선통신 방식의 한 가지로 직교 주파수 분할 다중 방식(OFDM)이 알려져 있다. OFDM 방식은 다중경로 환경에 강하고, 높은 주파수 효율을 가지는 특성 때문에 현재 디지털 통신 시스템에서 널리 채택되어 사용되고 있다. OFDM 시스템에서, 신호의 변복조를 위해 송신장치와 수신장치에 사용되는 국부 발진기(local oscillator, LO)의 주파수 흔들림은 수신 신호에서 위상잡음으로 나타난다.

OFDM 기반 시스템에서 위상 잡음에 의한 성능 열화를 발생 시키는 성분은 크게 두 가지 성분으로 구성된다. 하나는 한 심볼 안에 모든 부반송파들이 겪는 공통 위상 잡음(Common Phase Noise, CPE)성분이고, 다른 하나는 각 부반송파들의 직교성이 파괴되어 발생하는 부반송파 간 간섭(Inter Carrier Interference, ICI) 성분이다. 특히 ICI 성분은 백색 잡음과 같은 통계적 특성을 가지고 있다.

종래 위상 잡음을 보정하기 위한 방법으로, 다수개의 위상 잡음 추정용 참조 신호를 이용하여 추정된 위상 잡음의 평균값으로 공통 위상 잡음(CPE)을 보정하고, 나머지 ICI 성분으로 인해 발생하는 위상 잡음을 최소 평균자승오차(Minimum Mean Square Error, MMSE)방식과 판정 피드백 방식(Decision Feedback System)을 거쳐 보정을 수행하는 방식이 있다. 이러한 보정 방식은 최소 평균자승오차 방식(MMSE)과 판정 피드백 방식이 수행되는 동안 시스템 구현이 복잡해지고 응답 속도가 느려진다는 단점이 존재한다.

종래 위상 잡음을 보정하기 위한 또 다른 방법으로, 전단에서 공통 위상 잡음(CPE)을 측정하고 난 후 결과값을 선택하고, 선택된 결과값에 대해 후단에서 공통 위상 잡음(CPE)을 측정하고 난 후 전단 공통 위상 잡음(CPE)과 후단 공통 위상 잡음(CPE)의 차이에 대해 이동 평균(Moving Averaging)을 수행하는 방식이 있다. 이와 같은 방식 또한 피드백 과정을 통해 수행되기 때문에, 여전히 시스템을 구현하는 과정이 복잡해지고, 응답 속도가 느리다는 단점이 존재한다. 또한 종래의 위상 잡음을 보정하는 방법들은 완벽한 채널 추정을 가정하여, 단순히 위상 잡음만을 추정하고, 이를 보상하는 방법만을 제시하고 있는 실정이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 통신 노드가, 피드백 과정을 수행하지 않고 위상 잡음에 의해 발생되는 공통 위상 잡음(CPE) 성분과 부반송파 간 간섭(ICI) 성분을 보상할 수 있는 위상 잡음 추정 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 통신 노드에서 수행되는 위상 잡음 추정 방법은, 제2 통신 노드로부터 채널을 추정하기 위한 제1 참조 신호(reference signal) 및 위상 잡음을 추정하기 위한 제2 참조 신호를 수신하는 단계, 상기 제1 참조 신호에 기초하여 제1 위상을 추정하는 단계, 상기 제2 참조 신호에 기초하여 제2 위상 및 위상 가중치 벡터를 추정하는 단계, 상기 제2 위상 및 상기 위상 가중치 벡터에 기초하여 제3 위상을 추정하는 단계 및 상기 제1 위상과 상기 제3 위상의 차를 공통 위상 잡음(Common Phase Noise, CPE)으로 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 참조 신호는, 상기 제2 통신 노드로부터 수신되는 제1 프레임에서 첫 번째 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼로부터 제1 설정 개수의 OFDM 심볼들에 걸쳐서 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1 위상을 추정하는 단계는, 상기 제1 프레임에 포함되는 상기 제1 참조 신호에 기초하여, 상기 제1 통신 노드와 상기 제2 통신 노드 사이의 채널을 추정하는 단계, 및 상기 추정된 채널의 위상에 해당하는 상기 제1 위상을 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제2 참조 신호는, 상기 제2 통신 노드로부터 수신되는 제1 프레임 내에서 제1 설정 간격을 두고 적어도 하나 이상의 OFDM 심볼에 반복적으로 배치되고, 상기 제2 참조 신호가 배치되는 상기 적어도 하나 이상의 OFDM 심볼 각각 내에서 적어도 하나 이상의 부반송파에 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제2 위상 및 상기 위상 가중치 벡터를 추정하는 단계는, 상기 제2 참조 신호에 기초하여, 상기 제2 참조 신호가 배치되는 상기 적어도 하나 이상의 부반송파 각각의 위상에 해당하는 상기 제2 위상을 추정하는 단계, 및 상기 추정된 제2 위상에 기초하여, 상기 적어도 하나 이상의 부반송파 각각에 적용되는 상기 위상 가중치 벡터를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제3 위상을 추정하는 단계는, 상기 적어도 하나 이상의 부반송파 각각에 대한 상기 제2 위상에 상기 위상 가중치 벡터를 적용하여, 상기 제2 참조 신호가 배치되는 상기 적어도 하나 이상의 OFDM 심볼 각각에 대한 상기 제3 위상을 추정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따라 위상 잡음(phase noise) 추정을 수행하는 제1 통신 노드는, 프로세서(processor), 상기 프로세서와 전자적(electronic)으로 통신하는 메모리(memory), 및 상기 메모리에 저장되는 명령들(instructions)을 포함하며, 상기 명령들이 상기 프로세서에 의해 실행되는 경우, 상기 명령들은 상기 제1 통신 노드가, 제2 통신 노드로부터 채널을 추정하기 위한 제1 참조 신호(reference signal) 및 위상 잡음을 추정하기 위한 제2 참조 신호를 수신하고, 상기 제1 참조 신호에 기초하여 제1 위상을 추정하고, 상기 제2 참조 신호에 기초하여 제2 위상 및 위상 가중치 벡터를 추정하고, 상기 제2 위상 및 상기 위상 가중치 벡터에 기초하여 제3 위상을 추정하고, 그리고 상기 제1 위상과 상기 제3 위상의 차를 공통 위상 잡음(Common Phase Noise, CPE)으로 추정하는 것을 야기하도록 동작할 수 있다.
상기 명령들은 상기 제1 통신 노드가, 상기 제2 통신 노드로부터 수신되는 제1 프레임에 포함되는 상기 제1 참조 신호에 기초하여, 상기 제1 통신 노드와 상기 제2 통신 노드 사이의 채널을 추정하고, 그리고 상기 추정된 채널의 위상에 해당하는 제1 위상을 추정하는 것을 더 야기하도록 동작하며, 상기 제1 참조 신호는 상기 제1 프레임에서 첫 번째 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼로부터 제1 설정 개수의 OFDM 심볼들에 걸쳐서 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 명령들은 상기 제1 통신 노드가, 상기 제2 통신 노드로부터 수신되는 제1 프레임에 포함되는 적어도 하나 이상의 OFDM 심볼 내에서 적어도 하나 이상의 부반송파에 배치되는 상기 제2 참조 신호에 기초하여, 상기 제2 참조 신호가 배치되는 상기 적어도 하나 이상의 부반송파 각각의 위상에 해당하는 상기 제2 위상을 추정하고, 그리고 상기 추정된 제2 위상에 기초하여, 상기 적어도 하나 이상의 부반송파 각각에 적용되는 상기 위상 가중치 벡터를 추정하는 것을 더 야기하도록 동작하며, 상기 제2 참조 신호는, 상기 제1 프레임 내에서 제1 설정 간격을 가지고 반복적으로 배치되는 상기 적어도 하나 이상의 OFDM 심볼 각각 내에서 상기 적어도 하나 이상의 부반송파에 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 명령들은 상기 제1 통신 노드가, 상기 적어도 하나 이상의 부반송파 각각에 대한 상기 제2 위상에 상기 위상 가중치 벡터를 적용하여, 상기 제2 참조 신호가 배치되는 상기 적어도 하나 이상의 OFDM 심볼 각각에 대한 상기 제3 위상을 추정하는 것을 더 야기하도록 동작하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 의하면, 제1 통신 노드는 채널 추정용 참조 신호와 위상 잡음 추정용 참조 신호에 기초하여 추정된 위상 가중치 벡터를 이용하여 위상 잡음을 추정할 수 있다. 따라서 위상 잡음 오차를 현저히 줄일 수 있다.

또한 제1 통신 노드는 피드백(Feedback)과 같은 복잡한 구현 과정을 수행하지 않고, 위상 잡음에 의해 발생하는 공통 위상 잡음(CPE) 성분과 부반송파 간 간섭(ICI) 성분을 효과적으로 보상할 수 있다.

또한 제1 통신 노드는 가중치 벡터에 기초한 위상 잡음 추정 방법을 통해 수신 신호를 정확하게 디코딩(decoding)할 수 있다.

또한 제1 통신 노드가 피드백과 같은 복잡한 구현 과정을 수행하지 않는바, 제2 통신 노드는 전송하려는 신호의 오버헤드를 최소화 할 수 있다.

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 통신 네트워크를 도시한 개념도이다.
도 2는 통신 노드를 도시한 블록도이다.
도 3은 OFDM 통신 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 4는 제1 통신 노드의 일 구성요소인 복호부를 나타낸 블록도이다.
도 5는 통신 시스템에서 위상 잡음 추정 방법을 도시한 순서도이다.
도 6은 통신 시스템에서 위상 잡음 추정 방법을 도식화한 개념도이다.
도 7은 통신 시스템에서 제1 참조 신호 및 제2 참조 신호가 배치된 프레임 구조를 도시한 개념도이다.
도 8은 통신 시스템에서 위상 잡음 추정 참조 신호에 따른 오류 벡터치 (Error Vector Magnitude, EVM) 성능을 도시한 그래프이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

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. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

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.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서

사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

명세서 전체에서 망(network)은, 예를 들어, WiFi(wireless fidelity)와 같은 무선인터넷, WiBro(wireless broadband internet) 또는 WiMax(world interoperability for microwave access)와 같은 휴대인터넷, GSM(global system for mobile communication) 또는 CDMA(code division multiple access)와 같은 2G 이동통신망, WCDMA(wideband code division multiple access) 또는 CDMA2000과 같은 3G 이동통신망, HSDPA(high speed downlink packet access) 또는 HSUPA(high speed uplink packet access)와 같은 3.5G 이동통신망, LTE(long term evolution)망 또는 LTE-Advanced망과 같은 4G 이동통신망, 및 5G 이동통신망 등을 포함할 수 있다.

명세서 전체에서 단말(terminal)은 이동국(mobile station), 이동 단말(mobile terminal), 가입자국(subscriber station), 휴대 가입자국(portable subscriber station), 사용자 장치(user equipment), 접근 단말(access terminal) 등을 지칭할 수도 있고, 단말, 이동국, 이동 단말, 가입자국, 휴대 가입자 국, 사용자 장치, 접근 단말 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.

여기서, 단말로 통신이 가능한 데스크탑 컴퓨터(desktop computer), 랩탑 컴퓨터(laptop computer), 태블릿(tablet) PC, 무선전화기(wireless phone), 모바일폰(mobile phone), 스마트 폰(smart phone), 스마트 워치(smart watch), 스마트 글래스(smart glass), e-book 리더기, PMP(portable multimedia player), 휴대용 게임기, 네비게이션(navigation) 장치, 디지털 카메라(digital camera), DMB (digital multimedia broadcasting) 재생기, 디지털 음성 녹음기(digital audio recorder), 디지털 음성 재생기(digital audio player), 디지털 영상 녹화기(digital picture recorder), 디지털 영상 재생기(digital picture player), 디지털 동영상 녹화기(digital video recorder), 디지털 동영상 재생기(digital video player) 등을 사용할 수 있다.

명세서 전체에서 기지국(base station)은 접근점(access point), 무선 접근국(radio access station), 노드B(node B), 고도화 노드B(evolved nodeB), 송수신 기지국(base transceiver station), MMR(mobile multihop relay)-BS 등을 지칭할 수도 있고, 기지국, 접근점, 무선 접근국, 노드B, eNodeB, 송수신 기지국, MMR-BS 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 네트워크를 도시한 개념도이다.

도 2를 참조하면, 통신 네트워크(100)는 복수의 통신 노드들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2, 130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)로 구성될 수 있다. 복수의 통신 노드들 각각은 적어도 하나의 통신 프로토콜을 지원할 수 있다. 예를 들어, 복수의 통신 노드들 각각은 CDMA(code division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, WCDMA(wideband CDMA) 기반의 통신 프로토콜, TDMA(time division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, FDMA(frequency division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 기반의 통신 프로토콜, OFDMA(orthogonal frequency division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, SC(single carrier)-FDMA 기반의 통신 프로토콜, NOMA(non-orthogonal multiple access) 기반의 통신 프로토콜, SDMA(space division multiple access) 기반의 통신 프로토콜 등을 지원할 수 있다. 복수의 통신 노드들 각각은 다음과 같은 구조를 가질 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 노드를 도시한 블록도이다.

도 2를 참조하면, 통신 노드(200)는 적어도 하나의 프로세서(210), 메모리(220) 및 네트워크와 연결되어 통신을 수행하는 송수신 장치(230)를 포함할 수 있다. 또한, 통신 노드(200)는 입력 인터페이스 장치(240), 출력 인터페이스 장치(250), 저장 장치(260) 등을 더 포함할 수 있다. 통신 노드(200)에 포함된 각각의 구성 요소들은 버스(bus)(270)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.

프로세서(210)는 메모리(220) 및 저장 장치(260) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(210)는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), 또는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 메모리(220) 및 저장 장치(260) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(220)는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.

도 3은 OFDM 통신 시스템을 나타낸 블록도이고, 도 4는 제1 통신 노드(330)의 일 구성요소인 복호부를 나타낸 블록도이다.

도 3을 참조하면, OFDM 통신 시스템(300)은 OFDM 심볼들로 구성되는 메시지(예를 들어, 신호/채널)을 전송하는 제2 통신 노드(310)와, 채널(320)을 통해 전송된 OFDM 심볼들로 구성되는 메시지를 수신하는 제1 통신 노드(330)를 포함할 수 있다. 여기서 제2 통신 노드(310)는 OFDM 심볼들로 구성되는 메시지를 전송하는 장치일 수 있다. 예를 들어, 제2 통신 노드(310)는 기지국, 방송국 등일 수 있다. 제1 통신 노드(330)는 제2 통신 노드(310)로부터 전송된 OFDM 심볼들로 구성되는 메시지를 수신하는 장치일 수 있다. 예를 들어, 제1 통신 노드(330)는 통신 단말기(예컨대, 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털 방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션 단말기 등과 같은 이동형 단말기일 수 있다. 또는 제1 통신 노드(330)는 디지털 TV나 데스크탑 컴퓨터와 같은 고정형 단말기일 수 있다.

제2 통신 노드(310)는 이산 푸리에 역변환부(Inverse Discrete Fourier Transform unit, IDFT)(311), CP(Cycle Prefix) 삽입부(312), 병렬-직렬 변환부(Parallel to Serial Converting unit, PS 변환부)(313), 믹서(314), 국부 발진기(315)를 포함할 수 있다. 이산 푸리에 역변환부(311)는 정보어 심볼 벡터 X가 정규화 되도록 정보어 심볼 벡터 X를 N-point 이산 푸리에 역변환 할 수 있다. 이러한 역변환에 의해 정보어 심볼 벡터 X는 시간 영역 정보어 심볼 벡터로 변환될 수 있다. 역변환된 정보어 심볼 벡터 x는 CP 삽입부(312)로 제공될 수 있다. CP 삽입부(312)는 이산 푸리에 역변환부(311)로부터 입력된 각 정보어 심볼 벡터 x에 CP를 추가할 수 있다. CP가 추가된 정보어 심볼 벡터들은 병렬-직렬 변환부(313)에서 병렬-직렬 변환 과정을 거쳐 믹서(314)로 제공될 수 있다. 믹서(314)는 병렬-직렬 변환 과정을 거친 CP가 추가된 정보어 심볼 벡터들을 국부발진기(315)에서 제공되는 발진 신호와 믹싱하여 변조할 수 있다. 이후, 믹서(314)는 제1 통신 노드(330)와 제2 통신 노드(310)간에 설정된 채널(320)을 통해 제1 통신 노드(330)로 변조된 신호를 전송할 수 있다. 여기서, 채널(320)을 통해 제1 통신 노드(330)로 전송되는 심볼 벡터 x에는 위상 잡음 및/또는 백색 가우시안 잡음(additive white Gaussian noise, AWGN)과 같은 노이즈 w(t)가 발생할 수 있다.

제2 통신 노드(310)가 신호를 전송하는 과정을 구체적으로 설명한다. 이산 푸리에 역변환부(311)는 전송할 정보어 심볼 벡터(X)를 N-point 푸리에 역 변환하여 시간 영역 심볼 벡터(x)를 생성할 수 있다. 여기서, 하나의 OFDM 심볼 안에 실리는 정보어 벡터 심볼 벡터(X)는 부반송파에 실린 N개의 정보어 심볼을 포함할 수 있다. CP 삽입부(312)는 시간 영역 심볼 벡터(x)에 CP를 삽입할 수 있다. 병렬-직렬 변환부(313)는 CP가 삽입된 시간 영역 심볼 벡터(x)에 병렬-직렬 변환 과정을 수행할 수 있다. 믹서(314)는 병렬-직렬 과정을 거친 심볼 벡터(x)를 반송파에 실어 만들어진 아날로그 신호 x(t)를 제1 통신 노드(330)로 전송할 수 있다. 이때, 반송파의 주파수를 생성하는 국부 발진기(315)의 주파수 흔들림으로 인하여 제2 통신 노드(310)에서 위상 잡음이 발생할 수 있다. 즉, 제2 통신 노드(310)에서 전송된 아날로그 신호 x(t)는 채널(320)을 거치고, 노이즈 w(t)가 더해질 수 있다. 한편, 제2 통신 노드(310)는 제1 통신 노드(330)에 주파수 도메인의 채널을 추정할 수 있도록 하는 제1 참조 신호를 전송할 수 있다. 또한 제2 통신 노드(310)는 제1 통신 노드(330)에 수신 신호의 위상 잡음을 추정할 수 있도록 하는 제2 참조 신호를 전송할 수 있다.

제1 통신 노드(330)는 믹서(331), 국부 발진기(332), 직렬-병렬 변환부(Serial to Parallel Converting unit: SP 변환부)(333), CP 제거부(334), 이산 푸리에 변환부(DFT)(335) 및 복호부(336)를 포함할 수 있다. 제1 통신 노드(330)는 제2 통신 노드(310)에서 수행한 신호처리를 역으로 수행하여 전송된 심볼들을 복구할 수 있다.

제1 통신 노드(330)가 신호를 수신하는 과정을 구체적으로 설명한다. 제2 통신 노드(310)에서 전송된 아날로그 신호 x(t)는 채널(320)을 거치고, 노이즈 w(t)가 더해져 제1 통신 노드(330)에서 수신 신호 y(t)로 수신될 수 있다. 수신된 신호 y(t)는 제1 통신 노드(330)의 국부 발진기(332)의 발진 신호와 혼합되는 믹서(331)를 지나면서 기저대역 신호로 변경될 수 있다. 이 때, 제1 통신 노드(330)의 국부 발진기(332)의 주파수 흔들림으로 인하여 제1 통신 노드(330)에서 위상 잡음이 발생할 수 있다.

직렬-병렬 변환부(333)는 수신된 신호 y(t)에 직렬-병렬 변환을 수행할 수 있다. CP 제거부(334)는 직렬-병렬 변환이 수행된 신호 y(t)에서 CP를 제거하여 시간 영역 심볼 벡터(y)를 생성할 수 있다. 이산 푸리에 변환부(335)는 시간 영역 심볼 벡터(y)를 정보어 심볼 벡터(Y)로 변환할 수 있다. 정보어 심볼 벡터(Y)는 부반송파로 수신된 N개의 정보어 심볼을 포함할 수 있다. 한편, 정보어 심볼에는 모든 부반송파에 동일하게 곱해져 위상을 회전시키는 공통 위상 잡음(CPE)과 인접 부반송파에 간섭을 일으키는 부반송파 간 간섭(ICI)이 존재할 수 있다. 도 4를 참조하면, 복호부(336)는 위상 잡음 및 채널을 추정하는 추정 모듈(410)과 이를 보상하는 보상 모듈(420)을 포함할 수 있다. 추정 모듈(410) 및 보상 모듈(420)은 위상 잡음 및 채널 추정을 수행할 수 있다. 제1 통신 노드(330)에서 수행되는 위상 잡음 및 채널 추정 방법은 도 5를 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 5는 통신 시스템에서 위상 잡음 추정 방법을 도시한 순서도이고, 도 6은 통신 시스템에서 위상 잡음 추정 방법을 도식화한 것이다. 도 5 및 도 6을 함께 참조하여 위상 잡음 추정 방법을 구체적으로 설명한다.

제2 통신 노드(310)는 주파수 도메인의 채널을 추정할 수 있도록 하는 제1 참조 신호를 제1 통신 노드(330)에 전송할 수 있다. 또한 제2 통신 노드(310)는 수신 신호의 위상 잡음을 추정할 수 있도록 하는 제2 참조 신호를 제1 통신 노드(330)에 전송할 수 있다. 제1 통신 노드(330)는 제2 통신 노드(310)로부터 주파수 도메인의 채널을 추정할 수 있도록 하는 제1 참조 신호를 수신할 수 있다. 또한 제1 통신 노드(330)는 제2 통신 노드(310)로부터 수신 신호의 위상 잡음을 추정할 수 있도록 하는 제2 참조 신호를 수신할 수 있다(S510). 제2 통신 노드(310)로부터 제1 통신 노드(330)로 수신되는 제1 참조 신호 및 제2 참조 신호가 배치된 프레임의 구조는 도 7을 참조하여 상세히 설명한다.

도 7은 통신 시스템에서 제1 참조 신호 및 제2 참조 신호가 배치된 프레임 구조를 도시한 개념도이다. 도 7을 참조하면, 프레임에서 채널 추정용 참조 신호인 제1 참조 신호는 프레임 전단에 배치되고, 위상 잡음용 참조 신호인 제2 참조 신호는 프레임 내에 일정한 간격을 두고 반복적으로 배치된 것을 알 수 있다. 여기서 제1 참조 신호는 복조 참조 신호(Demodulation-RS, DM-RS)일 수 있고, 제2 참조 신호는 위상 추적 참조 신호(Phase Tracking, PT-RS)일 수 있다.

전송단 및 수신단은, 초고주파 대역에서 초정밀 빔을 형성하여 송수신함으로써, 다중 경로 및 도플러 효과에 의한 채널 변화가 거의 발생하지 않도록 할 수 있다. 그러나 초고주파 대역 환경에서는 국부 발진기의 위상 잡음은 더 큰 성능 열화 요인이 될 수 있다.

따라서 도 7에 도시된 바와 같이, 제2 통신 노드(310)는 채널 변화가 거의 없는 상황에서 무선 채널을 추정하기 위한 채널 추정용 참조 신호인 제1 참조 신호를 프레임 전단에 단독으로 배치시킬 수 있다. 즉, 제2 통신 노드(310)는 통계적 채널 추정 특성을 향상시키기 위하여, 제1 참조 신호를 다수개의 OFDM 심볼에 반복적으로 배치할 수 있다. 반면, 제2 통신 노드(310)는 위상 잡음 추정용 참조 신호인 제2 참조 신호를 일정한 간격을 두어 하나의 OFDM 심볼에 반복적으로 배치할 수 있다. 위상 잡음 추정용 참조 신호인 제2 참조 신호는 전체 프레임 내에 최대한 많이 할당되는 것이 바람직하지만, 자원의 오버헤드를 고려하여, 특정 간격을 두고 한 OFDM 심볼에 다수개의 캐리어가 반복적으로 할당될 수 있다. 따라서 하나의 OFDM 심볼 내에서 통계적 위상 추정 특성이 향상될 수 있다.

다시 도 5를 참조하면, 제1 통신 노드(330)는 채널 추정용 참조 신호인 제1 참조 신호에 기초하여 미리 채널(

)(또는 채널의 상태) 및 제1 위상(

)을 추정할 수 있다(S520). 즉, 제1 통신 노드(330)는 채널 추정용 참조 신호인 제1 참조 신호에 기초하여 전체 프레임에 반영될 채널(

)을 추정하고, 추정된 채널에 대한 제1 위상(

)을 계산할 수 있다.

제1 통신 노드(330)는 위상 잡음용 추정 참조 신호인 제2 참조 신호에 기초하여 제2 위상(

) 및 위상 가중치 벡터(

)를 추정할 수 있다(S530). 제1 통신 노드(330)는 위상 잡음 추정용 참조 신호인 제2 참조 신호에 기초하여 하나의 OFDM 심볼 내에서의 각 캐리어의 위상인 제2 위상(

)을 추정할 수 있다. 또한 제1 통신 노드(330)는 제2 참조 신호에 기초하여 각 캐리어의 위상 가중치 벡터(

)를 추정할 수 있다.

일 예로서, 위상 잡음 요소가 공통 위상 잡음(CPE) 성분과 부반송파 간 간섭(ICI) 성분으로 나타난다는 특성에 기초하여, 공통 위상 잡음(CPE) 성분은 전체 심볼에 동일한 위상 값으로 발생한다고 가정할 수 있다. 또한 부반송파 간 간섭(ICI) 성분은 OFDM 심볼 내에서 각 캐리어 성분의 랜덤 한 중첩 신호로 발생한다고 가정할 수 있다. 즉, 위상 잡음 추정용 참조 신호의 채널은 가우시안 분포 특성을 따른다고 가정할 수 있다. 따라서 일 예로서, 위상 가중치 벡터는, 하나의 OFDM 심볼 내에 할당된 다수의 위상 잡음 추정용 참조 신호들에 기초하여 계산된 채널 값들의 평균에 의하여 정해지는, 각 채널의 거리 값에 대한 분산 및 가우시안 분포를 따르는 거리 값을 변수로 하는 가중치 벡터일 수 있다.

제1 통신 노드(330)는 제2 위상(

) 및 위상 가중치 벡터(

)에 기초하여 제3 위상(

)을 추정할 수 있다(S540). 즉, 제1 통신 노드(330)는 제2 위상(

)과 위상 가중치 벡터(

)를 이용하여, 가중치가 반영된 제3 위상(

)을 추정할 수 있다.

제1 통신 노드(330)는 제1 위상(

)과 제3 위상(

)의 차를 공통 위상 잡음(CPE) (

)으로 추정할 수 있다(S550). 즉, 제1 통신 노드(330)는 채널 추정용 참조 신호인 제1 참조 신호에 기초하여 추정된 제1 위상(

)과 위상 잡음 추정용 참조 신호인 제2 참조 신호에 기초하여 추정된 제2 위상(

)에 가중치가 반영된 제3 위상(

)의 차를 공통 위상 잡음(CPE)으로 추정할 수 있다. 그리고 제1 통신 노드(330)는 추정된 각 OFDM 심볼들의 공통 위상 잡음(CPE)을 이용하여, 시간 축으로 보간을 수행하고, 모든 OFDM 심볼들의 CPE 값을 구할 수 있다(

).

제1 통신 노드(330)는 최종적으로 추정된 공통 위상 잡음(CPE) 값(

)에 기초하여, 채널 추정용 참조 신호인 제1 참조 신호에 기초하여 추정된 채널(

)을 보상하여, 기존 무선 채널 추정에 위상 잡음이 보정된 최종적인 각 심볼의 무선 채널 추정치(

)를 획득할 수 있다(S560).

도 8은 통신 시스템에서 위상 잡음 추정 참조 신호인 제2 참조 신호에 따른 오류 벡터치 (Error Vector Magnitude, EVM) 성능을 도시한 그래프이다.

도 8을 참조하면, 오류 벡터치(EVM) 성능에 대한 시뮬레이션 결과가 도시되어 있다. 시뮬레이션은, 프레임 전단에 채널 추정용 참조 신호인 제1 참조 신호가 8개의 OFDM 심볼에 거쳐 배치되고, 위상 잡음 추정용 참조 신호인 제2 참조 신호가 4개의 OFDM 심볼 간격으로 배치되는 조건에서 수행되었다. 또한 시뮬레이션은, 각 OFDM 심볼에서 위상 잡음 추정용 참조 신호인 제2 참조 신호가 1개, 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개인 각각의 경우에 대해 수행되었다. 한편, 백색 가우시안 잡음(AWGN) 환경하에서 캐리어 주파수 오프셋 대비 위상 잡음 전력은 아래 표 1과 같다.

[표 1]

도 8에 도시된 시뮬레이션은 위상 잡음 가중치 벡터를 거리에 따른 가우시안 가중치 방법을 적용하여 수행되었고, 시간 축으로 OFDM 심볼 간 공통 위상 잡음(CPE)은 선형 보간 방식을 적용하여 수행되었다. 도 8을 참조하면, 심볼 당 위상 잡음 추정 참조 신호수가 많을수록, 오류 벡터치(EVM) 성능이 향상되는 것을 알 수 있다.

이상 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 잡음 추정 방법에 대해 상세하게 설명하였다. 이하 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 잡음 추정 장치에 대해 상세하게 설명한다. 도 5에 도시된 단계 S510은 상기 제2 통신 노드(310)에서 수행될 수 있다. 한편, 도 5에 도시된 단계 S100, 단계 S520, 단계 S530, 단계 S540, 단계 S550 및 단계 S560은 상기 제1 통신 노드(330)에서 수행될 수 있다.

본 발명에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위해 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체의 예에는 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함될 수 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

또한, 상술한 방법 또는 장치는 그 구성이나 기능의 전부 또는 일부가 결합되어 구현되거나, 분리되어 구현될 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 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.

Claims

제1 통신 노드에서 수행되는 위상 잡음(phase noise) 추정 방법에 있어서,
제2 통신 노드로부터 채널을 추정하기 위한 제1 참조 신호(reference signal) 및 위상 잡음을 추정하기 위한 제2 참조 신호를 수신하는 단계;
상기 제1 참조 신호에 기초하여 제1 위상을 추정하는 단계;
상기 제2 참조 신호에 기초하여, 상기 제2 참조 신호가 배치되는 적어도 하나 이상의 부반송파 각각의 위상에 해당하는 제2 위상 및 상기 적어도 하나 이상의 부반송파 각각에 적용되는 위상 가중치 벡터를 추정하는 단계;
상기 제2 위상 및 상기 위상 가중치 벡터에 기초하여 제3 위상을 추정하는 단계; 및
상기 제1 위상과 상기 제3 위상의 차를 공통 위상 잡음(Common Phase Noise, CPE)으로 추정하는 단계를 포함하는, 위상 잡음 추정 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 참조 신호는,
상기 제2 통신 노드로부터 수신되는 제1 프레임에서 첫 번째 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼로부터 제1 설정 개수의 OFDM 심볼들에 걸쳐서 배치되는, 위상 잡음 추정 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 제1 위상을 추정하는 단계는,
상기 제1 프레임에 포함되는 상기 제1 참조 신호에 기초하여, 상기 제1 통신 노드와 상기 제2 통신 노드 사이의 채널을 추정하는 단계; 및
상기 추정된 채널의 위상에 해당하는 상기 제1 위상을 추정하는 단계를 포함하는, 위상 잡음 추정 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 참조 신호는, 상기 제2 통신 노드로부터 수신되는 제1 프레임 내에서 제1 설정 간격을 두고 적어도 하나 이상의 OFDM 심볼에 반복적으로 배치되고, 상기 제2 참조 신호가 배치되는 상기 적어도 하나 이상의 OFDM 심볼 각각 내에서 상기 적어도 하나 이상의 부반송파에 배치되는, 위상 잡음 추정 방법.
삭제
청구항 4에 있어서,
상기 제3 위상을 추정하는 단계는,
상기 적어도 하나 이상의 부반송파 각각에 대한 상기 제2 위상에 상기 위상 가중치 벡터를 적용하여, 상기 제2 참조 신호가 배치되는 상기 적어도 하나 이상의 OFDM 심볼 각각에 대한 상기 제3 위상을 추정하는, 위상 잡음 추정 방법.
위상 잡음(phase noise) 추정을 수행하는 제1 통신 노드로서,
프로세서(processor);
상기 프로세서와 전자적(electronic)으로 통신하는 메모리(memory); 및
상기 메모리에 저장되는 명령들(instructions)을 포함하며,
상기 명령들이 상기 프로세서에 의해 실행되는 경우, 상기 명령들은 상기 제1 통신 노드가,
제2 통신 노드로부터 채널을 추정하기 위한 제1 참조 신호(reference signal) 및 위상 잡음을 추정하기 위한 제2 참조 신호를 수신하고;
상기 제1 참조 신호에 기초하여 제1 위상을 추정하고;
상기 제2 참조 신호에 기초하여, 상기 제2 참조 신호가 배치되는 적어도 하나 이상의 부반송파 각각의 위상에 해당하는 제2 위상 및 상기 적어도 하나 이상의 부반송파 각각에 적용되는 위상 가중치 벡터를 추정하고;
상기 제2 위상 및 상기 위상 가중치 벡터에 기초하여 제3 위상을 추정하고; 그리고
상기 제1 위상과 상기 제3 위상의 차를 공통 위상 잡음(Common Phase Noise, CPE)으로 추정하는 것을 야기하도록 동작하는, 제1 통신 노드.
청구항 7에 있어서,
상기 명령들은 상기 제1 통신 노드가,
상기 제2 통신 노드로부터 수신되는 제1 프레임에 포함되는 상기 제1 참조 신호에 기초하여, 상기 제1 통신 노드와 상기 제2 통신 노드 사이의 채널을 추정하고; 그리고
상기 추정된 채널의 위상에 해당하는 제1 위상을 추정하는 것을 더 야기하도록 동작하며,
상기 제1 참조 신호는 상기 제1 프레임에서 첫 번째 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼로부터 제1 설정 개수의 OFDM 심볼들에 걸쳐서 배치되는, 제1 통신 노드.
청구항 7에 있어서,
상기 제2 참조 신호는, 상기 제2 통신 노드로부터 수신되는 제1 프레임 내에서 제1 설정 간격을 가지고 반복적으로 배치되는 상기 적어도 하나 이상의 OFDM 심볼 각각 내에서 상기 적어도 하나 이상의 부반송파에 배치되는, 제1 통신 노드.
청구항 9에 있어서,
상기 명령들은 상기 제1 통신 노드가,
상기 적어도 하나 이상의 부반송파 각각에 대한 상기 제2 위상에 상기 위상 가중치 벡터를 적용하여, 상기 제2 참조 신호가 배치되는 상기 적어도 하나 이상의 OFDM 심볼 각각에 대한 상기 제3 위상을 추정하는 것을 더 야기하도록 동작하는, 제1 통신 노드.