KR20050027683A - 이동통신 시스템에서 이동단말의 속도 추정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 이동통신 시스템에서 이동단말의 속도를 추정하기 위한 기지국 장치에 있어서, 속도 대역에 따라 구별되며, 상기 이동단말로부터 수신되는 무선 채널의 신호를 수신하여 상기 속도 대역에 대해 최적화된 채널 추정 계수를 이용하여 채널 추정을 수행하는 채널 추정기와, 상기 속도 대역을 소정의 부 도플러 대역으로 구분하고, 구분된 부 도플러 대역들 중 최대 주파수 응답을 갖는 주파수 인덱스를 포함하는 부 도플러 대역을 검출하고, 상기 검출된 부 도플러 대역의 정보를 상기 채널 추정기로 전송하여 상기 정보에 상응하는 상기 채널 추정기 계수로 전송하는 속도 추정기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

이동통신 시스템에서 이동단말의 속도 추정 장치 및 방법{ESTIMATING APPARATUS AND METHOD OF MOBILE STATION SPEED IN A MOBILE COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 이동단말의 속도를 추정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 이동통신 시스템에서 이동단말의 속도를 추정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
통상적으로 이동통신 시스템은 단말기의 이동성을 제공하기 위해 개발되었다. 이와 같이 단말기의 이동성을 확보하기 위해 이동통신 시스템에서는 무선 채널을 통해 기지국과 단말기간 채널을 형성하고, 형성된 채널을 통해 음성 및 데이터 통신을 수행한다. 또한 이동통신 단말기는 상기한 바와 같이 이동성을 제공하므로 단말기로부터 출력되는 무선 신호는 항상 고정된 위치에서 송신이 이루어지지 않는다. 즉, 항상 다른 위치에서 무선 신호를 송신할 수 있다. 따라서 무선 채널의 환경 및 경로는 수시로 변화하게 된다. 이와 더불어 이동통신 단말기는 사용자와 함께 이동하므로, 정지하여 무선 신호를 송신하기도 하지만, 저속 또는 고속으로 이동하면서 무선 신호를 송신하기도 한다.
이와 같이 이동통신 시스템에서는 채널의 환경이 변화하고, 위치 이동으로 인한 무선 신호의 송신 경로가 변화하며, 또한 이동단말의 속도 등을 고려하여 데이터를 수신하여야 한다. 즉, 이동통신 시스템에서는 이동단말의 송신 채널을 추정하고, 추정된 결과에 따라 데이터를 추출하게 된다. 따라서 만일 이동단말의 채널 추정이 정확히 이루어지지 못한 경우라면, 올바른 데이터를 추출할 수 없게 된다. 즉, 이동통신 시스템에서 채널을 정확히 추정하지 못하는 경우에는 데이터를 추출할 수 없게 된다.
그러면 이동통신 시스템에서 채널 추정에 대하여 살펴본다. 이동통신 시스템은 기지국으로부터 이동단말로 송신되는 순방향(Forward) 링크를 통해 이동단말로 데이터를 송신한다. 이때에 이동단말이 채널을 추정할 수 있도록 하기 위해 트래픽 채널과 함께 파일럿 신호를 포함하여 송신이 이루어진다. 또한 이동단말은 기지국으로 송신되는 역방향(Reverse) 링크를 통해 기지국으로 데이터를 송신한다. 이때에도 전술한 바와 같이 기지국이 역방향 채널을 추정할 수 있도록 역방향 파일럿 신호를 송신한다. 기지국은 이동단말이 역방향으로 송신한 파일럿 신호를 수신하면, 이를 바탕으로 채널을 추정한다. 그리고 기지국은 상기 채널 추정된 값을 바탕으로 해당 이동단말로부터 수신되는 트래픽의 복호를 수행한다. 이와 같이 복호가 이루어짐으로 데이터 수신 성능 향상이 이루어진다.
그런데, 이동단말의 이동 속도에 따라 역방향 파일럿 채널과 역방향 트래픽 채널은 도플러 천이(doppler shift)가 발생한다. 이러한 도플러 천이 효과로 인하여 실제 채널 추정에 성능 열화를 가져올 수 있다. 이는 수신된 신호가 얼마나 천이가 이루어졌는가에 따라 다른 값을 가지는 것이다. 또한 도플러 천이는 이동단말의 속도에 따라 항상 다른 값을 가진다. 따라서 기지국에서 도플러 천이 효과를 완벽히 제거하기 위해서는 단말기가 이동할 수 있는 모든 속도마다 도플러 천이 효과를 제거해야만 한다. 따라서 기지국은 이동단말의 모든 속도에 따라 도플러 천이 효과를 제거하고 채널 추정을 해야 하므로, 2가지를 모두 수행하기 위해서는 각 속도마다 채널 추정기가 필요하게 된다.
따라서 실제로 설치되는 이동통신 시스템에서 이동단말의 속도를 추정하기 위해 사용되는 방식은 하기와 같다. 실제 시스템에서는 단말의 이동 속도를 수 개의 영역으로 나누어 해당 속도 영역에서 최적의 채널 추정 성능을 내는 채널 추정기를 미리 설계한다. 미리 설계된 채널 추정기는 단말의 이동 속도에 따라 여러 개가 존재하므로, 어떤 채널 추정기를 사용할 것인지를 결정해야 한다. 이와 같이 채널 추정기를 선택하기 위해서는 수신된 신호를 바탕으로 단말의 이동 속도를 추정하는 속도 추정기(Velocity estimator)가 반드시 필요하다. 속도 추정기를 구현하는 방법에는 시간 영역에서 수신 신호의 자기 상관 함수를 이용하는 방법과 주파수 영역에서 이산 퓨리에 변환( Discrete Fourier Transform 이하, DFT라 칭함)를 이용하는 방법이 있다.
상기 방법에서 주파수 영역에서 DFT를 이용하여 구현되는 속도 추정기는 Mdft-포인트 DFT를 이용하여 도플러 스펙트럼을 추정하는 과정이 필요하다. 그러나 도플러 스펙트럼의 형태를 추정하기 위해 Mdft-포인트 DFT를 모두 구하는 것은 자원을 낭비하게 된다. 게다가 단말의 이동 속도가 고속이 될수록 도플러 스펙트럼의 대역폭은 넓어지게 되는데, 넓어진 도플러 대역폭에 따라 사용되는 채널 추정 계수의 개수와 도플러 스펙트럼 추정을 위해 계산해야 할 주파수 인덱스의 개수도 증가하게 된다.
따라서 본 발명의 목적은 이동통신 시스템에서 단말의 이동 속도에 구애받지 않고 정확한 채널 추정을 통해 데이터 복조 및 복호를 효율적으로 수행할 수 있는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 고속으로 이동하는 이동 단말의 이동 속도를 측정하는 속도 측정기를 최소 개수의 주파수 인덱스에 대해 이산 퓨리에 변환을 수행하도록 구현하여 효율적으로 자원 관리를 수행할 수 있는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 이동통신 시스템에서 이동단말의 속도를 추정하기 위한 기지국 장치에 있어서, 속도 대역에 따라 구별되며, 상기 이동단말로부터 수신되는 무선 채널의 신호를 수신하여 상기 속도 대역에 대해 최적화된 채널 추정 계수를 이용하여 채널 추정을 수행하는 채널 추정기와, 상기 속도 대역을 소정의 부 도플러 대역으로 구분하고, 구분된 부 도플러 대역들 중 최대 주파수 응답을 갖는 주파수 인덱스를 포함하는 부 도플러 대역을 검출하고, 상기 검출된 부 도플러 대역의 정보를 상기 채널 추정기로 전송하여 상기 정보에 상응하는 상기 채널 추정기 계수로 전송하는 속도 추정기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 이동통신 시스템의 기지국 장치에서 이동단말의 속도를 추정하기 위한 방법에 있어서, 속도 대역에 따라 구별되며, 상기 이동단말로부터 수신되는 무선 채널의 신호를 수신하여 상기 속도 대역에 대해 최적화된 채널 추정 계수를 이용하여 채널 추정을 수행하는 채널 추정 과정과, 상기 속도 대역을 소정의 부 도플러 대역으로 구분하여 미리 설정된 주기동안 구분된 부 도플러 대역들 중 최대 주파수 응답을 갖는 주파수 인덱스를 포함하는 부 도플러 대역에서 상기 추정 계수에 상응하는 부 도플러 대역 정보를 검출하고, 상기 이동 단말의 이동 속도에 따라 상기 최대 주파수 응답을 갖는 주파수 인덱스를 포함하는 부 도플러 대역의 검출 위치를 변경하는 속도 추정 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 하기 설명에서는 구체적인 인덱스 값 등과 같은 많은 특정(特定) 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명에 따른 속도 추정 장치에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기지국에 구비되는 속도 추정 장치의 구조를 도시한 블록도이다.
속도 추정 장치는, 상기 도 1에 도시된 바와 같이, 채널 추정기(Channel Estimator)(110)와 속도 추정기(Velocity Estimator)(120)로 구성되며, 상기 속도 추정기(120)는 단말의 이동 속도를 추정하여 채널 추정기(110)를 제어한다.
상기 채널 추정기(110)는 속도 대역에 따라 구별되며 각 속도 대역에 대해 최적화된 추정 계수를 가지고 채널을 추정한다. 채널 추정 계수는 총 Mvel개의 속도 대역에 상응하는 (Mvel)개의 도플러 주파수 대역에 대하여 최적화되며, 이는 off-line으로 설계될 수 있다. 각각의 채널 계수를 사용할 도플러 주파수 대역에 대한 검출은 이산 퓨리에 변환(Discrete Fourier Transform 이하, DFT라 칭함)을 이용하여 수행된다. 상기 도플러 대역 검출을 위한 DFT는 Mdft개의 입력 신호 샘플을 수집한 후 Mvel개의 도플러 대역을 구분할 수 있는 최소 개수(q)의 주파수 인덱스(ni)(i=0~q-1)에 대해 수행된다. 여기서 DFT가 수행되는 주파수 인덱스(ni)는 Mvel개의 도플러 대역을 구분할 수 있도록 설정되며, 최종 검출을 위해 하기 <수학식 1>과 같이 Mvel개의 검출 집합(Si, I=0~Mvel-1)으로 묶여진다.
상기 <수학식 1>에서 각 변수들은 0<i<j<k<q-1 순이다.
도플러 대역을 검출하기 위해 속도 추정기(110)는 모든 주파수 인덱스(ni)에 대해 DFT를 이용하여 전력 스펙트럼(P(ni))을 추정한 후, 최대 전력 스펙트럼 크기가 관찰되는 주파수 인덱스(nmax)를 검출한다. 이러한 최대 주파수 인덱스(nmax)를 식으로 표현하면 하기 <수학식 2>와 같다.
상기 검출된 최대 주파수 인덱스(nmax)가 속하는 집합은 Smax(Smax ∈{S 0,S1, ..., SMvel-1})로 나타낼 수 있으며, 이에 따라 최종적으로 속도 추정기(110)는 Smax에 상응하는 도플러 대역을 위해 설계된 채널 추정 계수 COEFmax(COEFmax ∈{COEF0 , COEF1,..., COEFMvel-1})를 채널 추정기(120)가 사용하도록 제어한다. 이러한 제어 동작을 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 채널 추정 계수를 선택하기 위한 일예를 나타낸 도면이다.
도 2의 그래프에서 X축은 주파수 인덱스(Frequency Index ; n0,...,ni, ni+1,...,nj,...,nk,...,nq-1)를 나타내며, Y축은 전력 스펙트럼(Power Spectrum)을 나타낸다. 그리고 전체 도플러 대역은 주파수 인덱스에 따라 부 도플러 대역(Band 0~Mvel-1)으로 세분화된다. 각 부 도플러 대역내의 주파수 인덱스의 집합을 S0, S1 , ..., SMvel-1로 나타내며, 각 주파수 인덱스의 집합에 상응하여 채널 추정 계수를 COEF0, COEF1,..., COEFMvel-1로 나타내었다.
이동 단말의 이동 속도가 증가하면, 검출해야 할 도플러 대역의 대역폭은 이동 속도에 비례하여 넓어진다. 즉, 고속의 이동 속도를 검출하기 위해서는 채널 추정 계수의 개수 Mvel가 증가되어야 한다. 이에 따라 도플러 대역 검출을 위한 주파수 인덱스(ni)의 개수 q도 증가하게 되는데, 이러한 주파수 인덱스 개수 q의 증가는 속도 추정기 구현을 위한 자원을 증가하게 한다. 그러므로 도플러 대역의 전력 스펙트럼 추정을 위한 최소 개수 q개의 주파수 인덱스만을 이용하여 필요한 자원의 증가 없이 고속의 이동 속도를 검출하여야 한다.
속도 추정기(110)는 최소 주파수 인덱스 개수 q를 유지하기 위해 검출해야 될 전체 도플러 대역을 도 2에 도시된 바와 같이, 부 도플러 대역(Band 0~Mvel-1)으로 세분화하여 부 도플러 대역 중 일부 도플러 대역의 전력 스펙트럼을 추정한다. 상기 도 2의 그래프에서는 최대 전력 스펙트럼 크기가 관찰되는 주파수 인덱스(nmax)가 Band 1내의 주파수 인덱스 nj+2임을 알 수 있다. 그런 다음 검출 결과에 따라 주파수 인덱스의 위치를 동적으로 변경함으로써 전력 스펙트럼을 측정해야 할 부 도플러 대역을 변경한다. 즉, Smax를 지시하는 검출 결과를 vindx라고 한다면, vindx에 따라 전력 스펙트럼을 측정하는 주파수 인덱스를 다르게 설정할 수 있다. 이러한 부 토플러 대역을 변경하는 동작의 일 예를 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에 따라 이동 단말의 이동 속도가 감소하는 경우의 도플러 대역을 검출하여 도플러 스펙트럼을 측정하기 위한 주파수 인덱스 변경 예를 도시한 도면이다.
도 3a 내지 도 3b에서는 도플러 대역 검출을 위한 주파수 인덱스 개수 q가 6이고, 모든 Si(i=0~Mvel-1)의 요소 개수가 2개 즉, 하나의 도플러 대역 검출을 위해 필요한 주파수 인덱스의 개수는 2이다.
도 3a에 도시된 바와 같이, t 시점에서 측정한 전력 스펙트럼의 최대치는 n2,v에서 측정되었다. 이때의 vindx 는 v로 설정된다. 여기서 ni,j는 v indx=j(j=0~Mvel-1)일 때 주파수 인덱스 i(i=0~5)를 나타낸다. 그리고 vindx=v일 때의 전력 스펙트럼 측정을 위한 주파수 인덱스 ni,v는 vindx=v에 상응하는 도플러 대역과 상기 도플러 대역에 대해 가장 근접한 저주파 대역(vindx=v-1)과 고주파 대역(vindx=v+1)을 검출할 수 있도록 설정된다. 이때 부 도플러 대역의 방향성을 지시하는 검출 집합은 (SCENTER)t={n2,v, n3,v}, (SLOW)t={n 0,v, n1,v} 및 (SHIGH)t={n4,v, n5,v}로 주어진다.
도 3b에 도시된 바와 같이, t+△t 시점에서 도플러 스펙트럼 최대치가 vindx=v-1((SLOW)t)인 도플러 대역 내의 n1,v에서 관측된다면 속도 추정기(110)는 vindx=v-1의 새로운 속도 검출을 수행한다. 이와 동시에 속도 추정기(110)는 도플러 스펙트럼 추정을 위한 주파수 인덱스를 ni,v에서 ni,v-1로 변경한다. 그러면 도 3c에 도시된 바와 같이, vindx=v-1에서의 주파수 인덱스 ni,v-1는 ni,v와 같이 vindx=v-2와 vindx=v에 상응하는 도플러 대역을 검출하도록 설정한다. 이 경우 t+△t 시점에서 방향성을 지시하는 검출 집합은 (SCENTER)t+△t={n2,v-1, n3,v-1}, (SLOW)t+△t={n0,v-1, n1,v-1} 및 (SHIGH)t={n4,v-1, n5,v-1}로 주어진다.
반면, 이동 단말의 이동 속도가 증가하는 경우의 도플러 스펙트럼 추정을 위한 주파수 인덱스 변경에 대해 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예에 따라 이동 단말의 이동 속도가 증가하는 경우의 도플러 대역을 검출하여 도플러 스펙트럼을 측정하기 위한 주파수 인덱스 변경 예를 도시한 도면이다.
도 4a에 도시된 바와 같이, t시점에서 측정한 전력 스펙트럼의 최대치는 n2,v에서 측정되며, 이때의 검출 결과를 vindx=v라고 나타내었다. 이동 단말이 속도가 감소한다면, 도 4b에 도시된 바와 같이, t+△t에서 도플러 스펙트럼 최대치가 vindx=v-1((SHIGH)t)인 도플러 대역 내의 n4,v에서 관측된다면 속도 추정기(110)는 vindx =v+1의 새로운 속도 검출을 수행한다. 이와 동시에 속도 추정기(110)는 도플러 스펙트럼 추정을 위한 주파수 인덱스를 ni,v에서 n1,v+1로 변경한다. 그러면 도 4c에 도시된 바와 같이, vindx=v+1에서의 주파수 인덱스 ni,v+1는 ni,v, n i,v-1과 같이 vindx=v와 vindx=v+2에 상응하는 도플러 대역을 검출할 수 있도록 설정된다.
이와 같이 속도 추정기(110)는 검출할 전체 도플러 대역을 여러개의 도플러 대역으로 세분화한 후 전력 스펙트럼 추정에 필요한 주파수 인덱스를 동적으로 변경함으로써 넓은 대역폭을 갖는 도플러 스펙트럼 즉, 고속의 속도 대역 범위에서도 단말의 속도를 검출한다.
이와 같은 주파수 인덱스 변동을 통해, 속도 추정기(110)에서 도플러 전력 스펙트럼을 측정하는 주파수 인덱스는 속도 대역에 따라 다른 값을 가지고, 일반화하여 하기 <수학식 3>과 같은 행렬로 표현된다.
상기 <수학식 3>에 나타난 주파수 인덱스의 주파수 축에서의 상대적 위치 설계 예는 도 5에 도시되어 있다. 여기서, 검출된 도플러 대역이 vindx = 0과 vindx = Mvel-1인 경우에는 각각 주파수의 양수 제한 조건과 검출하고자 하는 최대 목표 도플러 대역폭에 의해, 실제 사용되도록 제어된 채널 추정 계수에 상응하는 도플러 대역이 중앙 즉, SCENTER에 위치하지 않는 예외적인 경우임을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 초기 속도 검출에서 도플러 스펙트럼을 측정하기 위한 주파수 인덱스 설정 예를 도시한 도면이다.
초기 속도 검출에서는 각각의 도플러 대역을 1개의 주파수 인덱스만을 이용하여 도플러 스펙트럼을 측정하기 위한 주파수 인덱스를 설정한다. q=Mvel일 경우 도 6a에 도시된 바와 같이, 각 주파수 인덱스들은 하기 <수학식 4>와 같이 Mvel개의 검출 집합으로 묶여진다.
q=Mvel-1인 경우 도 6b에 도시된 바와 같이, 각 주파수 인덱스들은 하기 <수학식 5>와 같이 Mvel-1개의 검출 집합으로 묶어진다.
상기 <수학식 5>로부터 검출할 수 없는 속도 대역 vindx =Mvel-1(SMvel-1 )은 초기 속도 검출에서 vindx =Mvel-2 검출을 수행한 후 상기 <수학식 3>과 도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같은 검출 동작을 통해 vindx =Mvel-1로 검출한다.
q<Mvel-1인 경우 도 6b에 도시된 바와 같이, 각 주파수 인덱스들은 시분할 검출 방법으로 설정되며, 일반적으로 이동 단말의 이동 속도의 변화량, 즉 가속도는 속도 추정기의 속도 검출 주기에 비해 매우 느리다. 속도 검출기의 동작 주기를 Tavg라고 하면, 초기 속도 검출에서 시간(t)에 따라 속도 추정기는 하기 <수학식 6>에 나타낸 바와 같은 도플러 스펙트럼을 측정한다.
여기서 P(a)(b)는 속도 추정기 동작 주기 b에서 주파수 인덱스 a에서 측정한 도플러 전력 스펙트럼을 나타내며, c = 「Mvel/q」, 「·」는 정수 올림 연산자를 나타낸다. 상기 <수학식 6>에서의 검출 집합은 하기 <수학식 7>과 같다.
상기 <수학식 7>을 바탕으로 최종적인 속도 대역 검출은 다음과 같이 <수학식 6>에서 구해진 전체 도플러 전력 스펙트럼의 크기 비교를 통해 수행된다.
이와 같이 초기 검출에서 각각의 대역폭을 검출하기 위해 사용하는 주파수 인덱스의 갯수, 즉 각각의 검출 집합 S의 원소 갯수는 상기 <수학식 1>에 표현된 정상 동작 시의 집합 S의 원소 갯수보다 작다. 이로 인해 초기 검출 시에 측정되는 도플러 전력 스펙트럼은 정상 동작 시에 비해 잡음에 더 많이 영향을 받으며, 오차 요인이 커질 수 있다. 이를 방지하기 위해 초기 검출 시의 속도 검출기 동작 주기 Tavg는 정상 동작 시에 비해 길게 설정하는 것이 안정적 도플러 대역 검출에 유리하다.
또한 속도 추정기의 초기 속도 검출이 수행되기 이전에 채널 추정기에서 사용할 채널 추정 계수는 미리 주어지는 채널 정보나 속도 추정기의 검출 정보가 전혀 없으므로 가장 넓은 대역폭을 갖는 COEFMvel-1으로 사용하는 것이 채널 추정기의 초기 속도 검출 시점에서의 성능 악화를 방지하기 위해 적합하다. 이러한 초기 속도 검출을 포함한 속도 추정기의 전체 동작을 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 속도 추정기의 동작을 도시한 흐름도이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 검출 위치 변경 동작을 도시한 흐름도이다.
701단계에서 속도 추정기는 초기 속도 추정 주기 Tavg(= INIT_N_OF_AVG > N_OF_AVG:정상 동작 시의 속도 추정 주기), 초기 주파수 인덱스 선택을 위한 vindx, 그리고 ni,INIT를 설정한다. 이때, 초기 검출 이전에 채널 추정기는 vindx = Mvel-1 (SMvel-1)의 초기값을 설정한다.
상기 초기값 설정이 완료되면, 702단계에서 속도 추정기는 검출 결과로서 주어진 vindx에 해당하는 주파수 인덱스 ni, Vindx를 선택한다. 그리고 703단계에서 속도 추정기는 Tavg 주기 동안 주파수 인덱스 ni, Vindx에 해당하는 도플러 전력 스펙트럼 P(ni, Vindx)을 측정하고, 704단계에서 최대 도플러 전력 스펙트럼이 관찰되는 주파수 인덱스 nmax를 검출한다.
이후, 705단계에서 속도 추정기는 현재 상태가 초기 검출 상태인지 정상 검출 상태인지를 판단한다. 판단 결과, 현재 상태가 초기 검출 상태이면, 다음 동작 주기부터는 정상 속도 검출을 수행하기 위해 710단계에서 속도 추정기는 정상 동작 시의 속도 추정 주기(N_OF_AVG)를 설정한다. 그리고 711단계에서 검출된 주파수 인덱스 nmax를 상기 <수학식 4>, 상기 <수학식 5> 및 상기 <수학식 7>의 검출 집합에 적용하여 도플러 대역 vindx를 검출한다. 그런 다음 최종적으로 도 5에 도시한 바와 같이 예외적으로 주파수 인덱스가 설정되는 vindx=0과 vindx=Mvel-1인 경우를 구분하기 위해 712단계에서 속도 추정기는 vindx가 0인지를 판단한다. 판단결과, 0인 경우, 713단계에서 SLOW를 Smax로 설정한 후 730단계로 진행한다. 반면, 0이 아닌 경우, 714단계에서 속도 추정기는 vindx가 Mvel-1인지를 판단하여 Mvel-1이면, 715단계에서 SHIGH를 Smax로 설정한 후 730단계로 진행한다. 그렇지 않으면, 716단계에서 속도 추정기는 SSENTER를 Smax로 설정한 후 730단계로 진행한다.
반면, 705단계에서 정상 검출 상태로 판단되면, 720단계에서 속도 추정기는 Smax를 실제로 최대 주파수 인덱스 nmax가 검출된 도플러 대역에 상응하는 집합으로 구분한다. 즉, 이전 동작 주기에서 검출한 vindx에 비해 고주파 대역에서 검출됐을 경우 SHIGH로, 저주파 대역에서 검출됐을 경우 SLOW로, 변화가 없을 경우 SCENTER 로 구분한다. 단 vinsx=0과 vindx=Mvel-1의 예외 경우 각각 SLOW와 SHIGH로 구분한다. 이러한 속도 추정기의 동작 상태 구분 및 대역 검출 구분이 완료되면, 730단계에서 속도 추정기는 이동 단말의 이동 속도에 따라 검출 위치 변경 동작을 수행한 후 740단계에서 변경된 부 도플러 대역의 vindx를 검출한 후 검출된 vindx를 채널 추정기로 전송한 후 동작을 종료한다. 상기 730단계에서의 검출 위치 변경 동작을 상기 도 8을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
800단계에서 속도 추정기는 세분화된 부 도플러 대역의 검출 위치 변경 여부를 판단한다. 이때, 검출 위치가 변경되지 않았으면, 그대로 동작을 종료한다. 반면, 변경된 경우에는 810단계에서 Smax=SLOW인지를 판단하여 SLOW이면, 현재 도플러 스펙트럼을 측정한 부 도플러 대역이 중심 위치에서 검출될 수 있도록 한 단계 낮은 부 도플러 대역으로 검출 위치를 하강해야 하는 경우이다. 이때, 811단계에서 속도 추정기는 부 도플러 대역의 vindx가 0인지를 확인하여 0인 경우에는 그대로 동작을 종료하고, 0이 아니면, 812단계에서 속도 추정기는 상기 vindx를 감소 즉, 검출 위치를 하강시킨다. 그런 다음 813단계에서 측정된 도플러 전력 스펙트럼을 초기화한다.
반면, 810단계에서 SLOW가 아니라고 판단되면, 820단계에서 Smax=SHIGH인지를 판단하여 SHIGH이면, 한 단계 높은 부 도플러 대역으로 검출 위치를 상승시켜야 하는 경우이다. 821단계에서 vindx가 Mvel-1인지를 판단하여 Mvel-1이 아니면 그대로 동작을 종료하고, Mvel-1이면, 822단계에서 vindx를 증가 즉, 검출 위치를 상승시키고, 823단계에서 측정된 도플러 스펙트럼을 초기화한다.
반면, 상기 820단계에서 SHIGH가 아니라면, 830단계에서 속도 추정기는 Smax를 SCENTER라고 판단한다. 이에 따라 831단계에서 속도 추정기는 vindx가 0인지를 판단하여 vindx가 0이면, 832단계에서 vindx=1에 상응하는 부 도플러 대역으로 검출 위치를 상승시킨 후 동작을 종료한다. 반면, vindx가 0이 아니면, 833단계에서 속도 추정기는 vindx=Mvel-1인지를 확인한다. 이때, vindx=Mvel-1이면, 834단계에서 vindx=Mvel-2에 상응하는 도플러 대역으로 검출 위치를 하강시킨 후 동작을 종료한다. 반면, vindx=Mvel-1이 아닌 경우, 즉 나머지 vindx=0~ Mvel-2 경우는 부 도플러 대역의 검출 위치가 고정 즉, 단말의 이동 속도가 변하지 않는 경우로서, 속도 추정기는 검출 위치를 갱신하지 않고 그대로 동작을 종료한다. 이러한 검출 위치 변경 동작을 통해 속도 추정기는 최종적으로 검출 및 갱신된 속도 대역 vindx정보를 채널 추정기에 전달하여 채널 추정기에서 상응하는 채널 추정 계수 COEFvindx를 사용하도록 제어한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 전체 도플러 대역을 부 도플러 대역으로 세분화하고, 이동 단말의 이동 속도에 따라 부 도플러 대역의 검출 위치를 변경함으로써, 최소 자원을 유지하면서 고속으로 이동하는 단말의 속도를 동적이고 안정적으로 검출할 수 있으며, 결과적으로 수신 신호의 디코딩 성능을 전체적으로 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기지국에 구비되는 속도 추정 장치의 구조를 도시한 블록도,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 채널 추정 계수를 선택하기 위한 일예를 나타낸 도면,
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에 따라 이동 단말의 이동 속도가 감소하는 경우의 도플러 대역을 검출하여 도플러 스펙트럼을 측정하기 위한 주파수 인덱스 변경 예를 도시한 도면,
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예에 따라 이동 단말의 이동 속도가 증가하는 경우의 도플러 대역을 검출하여 도플러 스펙트럼을 측정하기 위한 주파수 인덱스 변경 예를 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 <수학식 3>의 주파수 인덱스의 주파수 축에서의 상대적 위치를 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 초기 속도 검출에서 도플러 스펙트럼을 측정하기 위한 주파수 인덱스 설정 예를 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 속도 추정기의 동작을 도시한 흐름도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 검출 위치 변경 동작을 도시한 흐름도.

Claims (15)

  1. 이동통신 시스템에서 이동단말의 속도를 추정하기 위한 기지국 장치에 있어서,
    속도 대역에 따라 구별되며, 상기 이동단말로부터 수신되는 무선 채널의 신호를 수신하여 상기 속도 대역에 대해 최적화된 채널 추정 계수를 이용하여 채널 추정을 수행하는 채널 추정기와,
    상기 속도 대역을 소정의 부 도플러 대역으로 구분하고, 구분된 부 도플러 대역들 중 최대 주파수 응답을 갖는 주파수 인덱스를 포함하는 부 도플러 대역을 검출하고, 상기 검출된 부 도플러 대역의 정보를 상기 채널 추정기로 전송하여 상기 정보에 상응하는 상기 채널 추정기 계수로 전송하는 속도 추정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 속도 추정기는 상기 이동 단말에 따라 상기 최대 주파수 응답을 갖는 주파수 인덱스를 포함하는 부 도플러 대역의 검출 위치를 변경함을 특징으로 하는 상기 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 검출 위치는 상기 이동 단말의 이동 속도가 감소하는 경우, 상기 최대 주파수 응답을 갖는 주파수 인덱스를 포함하는 부 도플러 대역이 중심 위치에서 검출될 수 있도록 한 단계 낮은 부 도플러 대역으로 변경됨을 특징으로 하는 상기 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 검출위치는 상기 이동 단말의 이동 속도가 증가하는 경우, 상기 최대 주파수 응답을 갖는 주파수 인덱스를 포함하는 부 도플러 대역이 중심 위치에서 검출될 수 있도록 한 단계 높은 부 도플러 대역으로 변경됨을 특징으로 하는 상기 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 최대 주파수 응답을 갖는 주파수 인덱스는 미리 설정된 주기동안 상기 속도 대역에 해당하는 주파수 인덱스를 선택하고, 상기 주파수 인덱스에 해당하는 부 도플러 대역들의 전력 스펙트럼을 측정하여 최대 전력 스펙트럼이 측정되는 주파수 인덱스임을 특징으로 하는 상기 장치.
  6. 이동통신 시스템의 기지국 장치에서 이동단말의 속도를 추정하기 위한 방법에 있어서,
    속도 대역에 따라 구별되며, 상기 이동단말로부터 수신되는 무선 채널의 신호를 수신하여 상기 속도 대역에 대해 최적화된 채널 추정 계수를 이용하여 채널 추정을 수행하는 채널 추정 과정과,
    상기 속도 대역을 소정의 부 도플러 대역으로 구분하여 미리 설정된 주기동안 구분된 부 도플러 대역들 중 최대 주파수 응답을 갖는 주파수 인덱스를 포함하는 부 도플러 대역에서 상기 추정 계수에 상응하는 부 도플러 대역 정보를 검출하고, 상기 이동 단말의 이동 속도에 따라 상기 최대 주파수 응답을 갖는 주파수 인덱스를 포함하는 부 도플러 대역의 검출 위치를 변경하는 속도 추정 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 최대 주파수 응답을 갖는 주파수 인덱스는 미리 설정된 주기동안 상기 속도 대역에 해당하는 주파수 인덱스를 선택하고, 상기 주파수 인덱스에 해당하는 부 도플러 대역들의 전력 스펙트럼을 측정하여 최대 전력 스펙트럼이 측정되는 주파수 인덱스임을 특징으로 하는 상기 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 속도 추정 과정은,
    상기 속도 대역을 소정의 부 도플러 대역으로 구분하는 단계와,
    미리 설정된 주기동안 상기 구분된 부 도플러 대역들 중 최대 주파수 응답을 갖는 주파수 인덱스를 포함하는 부 도플러 대역을 검출하는 단계와,
    상기 검출된 부 도플러 대역에서 상기 추정 계수에 상응하는 부 도플러 대역 정보를 검출하는 단계와,
    상기 부 도플러 대역 정보를 검출 시의 동작 상태를 판단하는 단계와,
    상기 동작 상태에 따라 상기 검출된 부 도플러 대역 정보가 이전에 검출된 부 도플러 대역 정보와 비교하여 검출 집합을 구분하는 단계와,
    상기 이동 단말의 이동 속도에 따라 상기 부 도플러 대역 정보를 검출하는 위치를 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 검출 위치는 상기 이동 단말의 이동 속도가 감소하는 경우, 상기 최대 주파수 응답을 갖는 주파수 인덱스를 포함하는 부 도플러 대역이 중심 위치에서 검출될 수 있도록 한 단계 낮은 부 도플러 대역으로 변경됨을 특징으로 하는 상기 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 검출위치는, 상기 이동 단말의 이동 속도가 증가하는 경우, 상기 최대 주파수 응답을 갖는 주파수 인덱스를 포함하는 부 도플러 대역이 중심 위치에서 검출될 수 있도록 한 단계 높은 부 도플러 대역으로 변경됨을 특징으로 하는 상기 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 동작 상태가 정상 검출 상태인 경우, 상기 검출 집합은 상기 도플러 대역 정보가 이전에 검출된 부 도플러 대역 정보보다 고주파 대역, 저주파 대역에서 검출된 경우 및 변화가 없는 경우로 구분됨을 특징으로 하는 상기 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 동작 상태가 초기 검출 상태인 경우, 별도의 검출 집합으로 검출함을 특징으로 하는 상기 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 초기 검출 상태에서 상기 주파수 인덱스의 총 개수와 상기 부 도플러 대역의 총 개수가 같을 경우 상기 부 도플러 대역 당 하나의 주파수 인덱스로 주파수 응답 크기를 구함을 특징으로 하는 상기 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 초기 검출 상태에서 상기 주파수 인덱스의 총 개수가 상기 부 도플러 대역의 총 개수보다 하나 작을 경우 상기 부 도플러 대역들 중 최대 고주파 대역의 부 도플러 대역을 제외한 나머지 부 도플러 대역들 당 하나의 주파수 인덱스로 주파수 응답을 구함을 특징으로 하는 상기 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 주파수 인덱스의 총 개수가 상기 부 도플러 대역의 총 개수보다 적어도 둘 이상 작을 경우, 시분할 측정을 통해 상기 모든 부 도플러 대역 당 하나의 주파수 인덱스로 주파수 응답을 구함을 특징으로 하는 상기 방법.
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