KR20060047917A - 잡음 전력 추정 장치, 잡음 전력 추정 방법 및 신호 검출장치 - Google Patents

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KR20060047917A
KR20060047917A KR20050040338A KR20050040338A KR20060047917A KR 20060047917 A KR20060047917 A KR 20060047917A KR 20050040338 A KR20050040338 A KR 20050040338A KR 20050040338 A KR20050040338 A KR 20050040338A KR 20060047917 A KR20060047917 A KR 20060047917A
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켄이치 히구치
마모루 사와하시
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가부시키가이샤 엔티티 도코모
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Abstract

본 발명은 MMSE 등화기 등의 웨이트 계산에 사용되는 칩 잡음 전력을 고정밀도로 추정하는 것이 가능한 잡음 전력 추정 장치를 얻는 것을 목적으로 한다. 잡음 전력 추정 장치는 수신 신호와 파일럿 신호의 상관을 계산하여, 패스마다의 파일럿 신호의 수신 전력을 구하는 수단(404), 파일럿 신호 및 데이터 신호의 소정의 전력 비율을 이용하여, 패스마다의 파일럿 신호의 수신 전력으로부터 멀티패스 간섭 성분을 제거하고, 패스마다의 파일럿 신호의 수정된 수신 전력을 구하는 수단(406, 408), 복수의 패스에 관한 수정된 수신 전력 및 소정의 전력 비율에 기초하여, 수신 신호에 포함되는 파일럿 신호 및 데이터 신호의 총전력을 추정하는 수단(410) 및 추정된 총전력을, 수신 신호의 총전력으로부터 감산하여, 잡음 전력을 구하는 수단(412)을 구비한다.
잡음 전력, 수신 웨이트

Description

잡음 전력 추정 장치, 잡음 전력 추정 방법 및 신호 검출 장치{Noise power estimation apparatus, noise power estimation method and signal detection apparatus}
도 1은 MIM0 방식의 무선 통신 시스템의 개념도.
도 2는 종래의 2차원 주파수 영역의 MMSE 등화장치를 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 주파수 영역의 MMSE 등화장치를 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 잡음 추정부의 상세한 블록도.
도 5는 송신 신호, 수신 신호 및 멀티패스 간섭 성분의 관계를 설명하기 위한 개념도.
도 6은 파일럿 신호와 데이터 신호의 전력비의 관계를 도시하는 도면.
도 7은 롤오프 필터의 임펄스 응답 특성을 도시하는 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 잡음 추정부의 상세한 블록도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 구성의 신호 검출 장치의 개념도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
102: 송신기 104: 수신기
106-1 내지 N: 송신 안테나 108-1 내지 N: 수신 안테나
202: 채널 추정부 204, 210: 고속 퓨리에 변환부
206: 웨이트 생성부 208: MMSE 등화부
212: 역고속 퓨리에 변환부 302: 채널 추정부
304: 잡음 추정부 306, 308: 고속 퓨리에 변환부
310: 웨이트 생성부 312: MMSE 등화부
314: 고속 역퓨리에 변환부 402: 총수신 신호 측정부
404: 파일럿 수신 전력 추정부 406: 멀티패스 간섭 생성부
408: 멀티패스 간섭 제거부 410: 총수신 신호 추정부
412: 감산부 414: 평균화부
802-1 내지 m: 잡음 전력 추정부 804: 평균화부
806: 역확산부 808: 총잡음 전력 추정부
810: 파일럿 수신 전력 추정부 812: 멀티패스 간섭 제거부
814: 평균화부 902: 2차원 MMSE 등화부
910: 칩 잡음 추정부 912: 2차원 MMSE 웨이트 계산부
914: 웨이트 승산부
본 발명은 무선 통신의 기술분야에 관한 것으로, 특히 무선 수신기에서 사용되는 신호 검출 장치 및 신호 검출에 사용되는 잡음 전력을 추정하는 장치 및 방법 에 관련된 것이다.
이러한 종류의 기술분야에서는 현재 및 차세대 이후의 대용량 고속 정보 통신을 실현하기 위한 연구개발이 진행되고 있다. 그 중에서도, 통신 용량을 늘리는 다입력 다출력(MIM0: Multi Input Multi Output) 방식이 주목되고 있다.
도 1은 송신기(102) 및 수신기(104)를 포함하는 MIMO 방식의 통신 시스템의 개요를 도시한다. MIMO 방식에서는 복수의 송신 안테나(106-1 내지 N)로부터 각각의 신호가, 동시에 동일한 주파수로 송신된다. 이들의 송신 신호는 복수의 수신 안테나(108-1 내지 N)에서 수신된다. 간단하게 하기 위해서, 송신 안테나수 및 수신 안테나수는 모두 N개로 되어 있지만, 다른 안테나수라도 좋다.
도 2는 수신기(104)에 있어서의 신호 분리에 관련되는 부분을 도시한다. 대체로, 수신기는 복수의 송신 안테나로부터 송신된 신호를 복수의 수신 안테나에서 수신하고, 신호 검출부에서 송신 신호를 검출하고, 송신 안테나마다의 신호로 분리한다. 신호 분리는 최소 자승 오차법(MMSE: Minimum Mean Square Error)에 의한 2차원 주파수 영역의 신호 처리에 의해서 행하여진다. 각 수신 안테나에서 수신된 수신 신호 r은 채널 추정부(202)에 입력된다. 채널 추정부(202)는 수신 신호 및 파일럿 신호에 기초하여, 송신 안테나 및 수신 안테나간의 채널 임펄스 응답치(CIR: channel impluse response) 또는 채널 추정치를 구한다. 채널 추정 결과는 고속 퓨리에 변환부(FFT; 204)에 주어지고, 주파수 영역의 정보로 변환되어, 웨이트 생성부(206)에 주어진다. 웨이트 생성부(206)에서 생성된 웨이트 W는 예를 들면 다음 식으로 표현된다.
W=(HHH+ σ2I) -1H … (1)
여기에서, H는 채널 임펄스 응답치를 행렬 요소로 하는 채널 행렬을 나타내고, I는 단위 행렬을 나타내고, σ2는 수신기 내에서 생기는 잡음 전력을 나타낸다. 위에 붙은 문자인 「H」는 공액전치(transposed conjugate)를 나타낸다.
한편, 수신 신호 r은 고속 퓨리에 변환부(210)에도 주어져, 주파수 영역의 신호로 변환되고, MMSE 등화부(208)에 주어진다. MMSE 등화부(208)는 주파수 영역의 수신 신호에 웨이트 WH를 승산함으로써, 주파수 영역에서 신호 분리를 실질적으로 행한다. 분리된 신호는 고속 역퓨리에 변환부(212)에 주어지고, 시간 영역의 신호로 변환되며, 송신 안테나마다 분리된 추정된 송신 신호 t로서 출력된다.
또, MIM0 방식에 있어서의 신호대 잡음 전력비를 취급하는 것에 대해서는 예를 들면, 특허문헌 1에 기재되어 있다.
[특허문헌 1]일본 공개특허공보 2003-124907호
송신 신호를 정확하게 추정하기 위해서는 신호 검출부에서의 신호 분리를 고정밀도로 하는 것을 요하고, 그것을 위해서는 웨이트 W를 정확하게 구할 필요가 있다. 식 1에 제시하는 바와 같이, 웨이트 W는 채널 행렬에 크게 영향받기 때문에, 채널 추정부(202)에 있어서의 채널 추정이 정확하게 행하여질 필요가 있다. 또한, 식 1에 따르면, 웨이트 W는 잡음 전력의 영향도 받기 때문에, 잡음 전력이 정확하게 평가될 필요가 있다. 그러나, 이러한 종류의 기술 분야에서의 종래의 기술에서 는 그 잡음 전력을 정확하게 구하고자 하는 시도는 이루어져 있지 않은 듯하다. 그러나, 대용량 고속 정보 전송이 의도되는 금후의 제품 용도로서는 잡음 전력의 추정 정밀도가 충분하지 않는 것에 기인하여, 신호 분리가 적절하게 행하여지지 않게 되는 것도 우려된다.
본 발명은 위에서 기술한 문제점의 최소한 하나에 대처하기 위해서 이루어진 것으로, 그 과제는 MMSE 등화기 등의 웨이트 계산에 사용되는 칩 잡음 전력을 고정밀도로 추정하는 것이 가능한 잡음 전력 추정 장치, 잡음 전력 추정 방법 및 신호 검출 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면,
수신 신호와 파일럿 신호의 상관을 계산하여, 패스마다의 파일럿 신호의 수신 전력을 구하는 수단,
파일럿 신호 및 데이터 신호의 소정의 전력 비율을 이용하여, 패스마다의 파일럿 신호의 수신 전력으로부터 멀티패스 간섭 성분을 제거하여, 패스마다의 파일럿 신호의 수정된 수신 전력을 구하는 수단,
복수의 패스에 관한 수정된 수신 전력 및 소정의 전력 비율에 기초하여, 수신 신호에 포함되는 파일럿 신호 및 데이터 신호의 총전력을 추정하는 수단 및
추정된 총전력을 상기 수신 신호의 총전력으로부터 감산하여, 잡음 전력을 구하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 잡음 전력 추정 장치가 제공된다.
발명을 실시하기 위한 최량의 형태
이하, 본 발명에 따른 복수의 실시예가 설명된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 멀티패스 간섭의 영향이 제거되도록 잡음 전력이 추정되기 때문에, 종래보다도 정확하게 잡음 전력이 추정된다. 이 때문에, 신호 분리에 사용되는 웨이트를 고정밀도로 구할 수 있고, 나아가서는 신호 분리 정밀도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 잡음 전력이, 망각계수를 포함하는 반복 공식(recurrence formula)에 의해 반복적으로 갱신된다. 이 때문에, 잡음 전력을 통신 환경에 따라서 적절하게 갱신시켜, 웨이트의 계산 정밀도 및 신호 분리 정밀도를 더욱 향상시키는 것이 가능해진다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 멀티패스 간섭 성분이, 패스마다의 파일럿 신호의 수신 전력과, 상기 소정의 전력 비율을 포함하는 정수와의 곱을, 복수의 패스 및 복수의 송신 안테나에 걸쳐 가산함으로써 구해진다. 이 때문에, 멀티패스 간섭 성분을 간이하고 또한 확실하게 평가할 수 있다.
실시예 1
도 3은 수신기(104)의 신호 검출 장치에 관련되는 부분을 도시한다. 대체로 수신기는 N개의 송신 안테나로부터 송신된 신호를 N개의 수신 안테나에서 수신하고, 송신 신호를 검출하여, 송신 안테나마다의 신호로 분리한다. 신호 분리는 최소 자승 오차법(MMSE)에 의한 2차원 주파수 영역의 신호 처리에 의해서 행하여진다. 주파수 영역이 아닌 시간 영역에서 MMSE에 의한 등화를 하는 것도 가능하지만, 연산 간편화의 관점에서는 본 실시예와 같이 주파수 영역에서 신호처리를 하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 송신 안테나수 및 수신 안테나수는 모두 N개이지만, 각각의 개수를 채용하는 것도 당연히 가능하다.
수신기는 채널 추정부(302)와, 잡음 추정부(304)와, 고속 퓨리에 변환부(FFT; 306, 308)와, 웨이트 생성부(310)와, MMSE 등화부(312)와, 역고속 퓨리에 변환부(IFFT; 314)를 갖는다.
채널 추정부(302)는 각 수신 안테나에서 수신된 수신 신호 r=(r1, . . . , rN)을 수신한다. 채널 추정부(302)는 수신 신호 및 파일럿 신호에 기초하여, 송신 안테나 및 수신 안테나간의 채널 임펄스 응답치(CIR) 또는 채널 추정치를 구한다.
잡음 추정부(304)는 각 수신 안테나에서 수신된 수신 신호에 기초하여, 잡음 전력 또는 칩 잡음 전력 σ2을 추정한다. 또한 잡음 추정부(304)의 구성 및 동작에 대해서는 뒤에 기술한다.
고속 퓨리에 변환부(306, 308)는 입력된 신호를 고속 퓨리에 변환하여, 그것들을 주파수 영역의 신호로 변환한다. 반대로, 고속 퓨리에 역변환부(314)는 입력된 신호를 고속 역퓨리에 변환하여, 그것들을 시간 영역의 신호로 변환한다.
웨이트 생성부(310)는 채널 추정 결과 및 잡음 전력에 기초하여, MMSE 등화부(312)에서 사용되는 웨이트 W를 구한다. 웨이트 W는 예를 들면 다음 식으로 표현된다.
W=(HHH+σ2I)-1H … (2)
여기에서, H는 채널 임펄스 응답치를 행렬 요소로 하는 채널 행렬을 나타내고, 위에 붙은 문자인 「H」는 공액전치를 나타내고, I는 단위 행렬을 나타내고, σ2는 수신기 내에서 생기는 잡음 전력을 나타낸다. 이 잡음 전력은 이상적으로는 수신기 내에서 생기는 잡음만을 포함하며, 수신기 외에서 도입되는 잡음(예를 들면, 전파로에서 도입되는 신호간섭 등)을 포함하지 않는다. 그러나, 실제로는 잡음 전력에, 수신기 외에서 도입되는 잡음도 포함되어 버리기 때문에, 이하에 설명하는 수법에 의해서, 잡음 전력이 정확하게 추정된다. 본 실시예에서는 송신 안테나수 및 수신 안테나수는 모두 N개이기 때문에, 채널 행렬 H 및 웨이트 행렬은 모두 N행 N열의 정방행열이 된다. 채널 행렬이 M행 N열인 경우는 HHH는 M행 M열의 정방 행열이 되고, 웨이트 행렬 W는 M행 N열의 행렬이 된다. 이 경우, N은 송신 안테나수를 나타내고, M은 수신 안테나수를 나타낸다.
MMSE 등화부(312)는 주파수 영역으로 변환된 수신 신호에 웨이트 WH를 승산함으로써, 신호 분리를 실질적으로 한다(tf=WHrf). 단, rf는 수신 신호 r의 주파수 영역으로 변환된 후의 신호를 나타내고, tf는 분리된 신호의 주파수 영역에서의 신호를 나타낸다. 분리된 신호는 고속 역퓨리에 변환부(314)에 주어지고, 시간 영역의 신호로 변환되어, 송신 안테나마다 분리된 추정된 송신 신호 t=(t1, ···, tN)로서 출력된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 잡음 추정부(304)의 블록도를 도시한다. 잡음 추정부(304)는 총수신 신호 전력 측정부(402)와, 파일럿 수신 전력 추정부(404)와, 멀티패스 간섭 생성부(406)와, 멀티패스 간섭 제거부(408)와, 총수신 신호 전력 추정부(410)와, 감산부(412)와, 평균화부(414)를 갖는다.
총수신 신호 전력 측정부(402)는 1개의 수신 안테나 rm에서 수신된 신호의 총수신 전력 Rm을 측정한다.
Rm=E(｜rm(t)｜2),
단, E(·)는 괄호 내의 양의 평균치 또는 기대치를 구하는 처리를 나타낸다. m은 수신 안테나를 지정하는 파라미터이고(1≤m≤M), 아래의 예에서는 수신 안테나수 M 및 송신 안테나수 N은 동일하다. 총수신 신호 전력 측정부(402)는 수신 안테나마다 총수신 전력을 구한다.
파일럿 수신 전력 추정부(404)는 1개의 수신 안테나에서 수신된 신호 rm에 기초하여, 패스마다의 파일럿 신호의 수신 전력 Pnml을 다음 식에 따라서 구한다.
Figure 112005025260611-PAT00001
단, n은 송신 안테나를 지정하는 파라미터를 나타낸다. l은 상정되는 L개의 패스 중의 1개의 패스를 지정하는 파라미터를 나타낸다. τl은 l번째의 패스의 지연량을 나타낸다. *는 복소공액(complex conjugate)을 나타낸다. Nc는 1프레임의 칩수를 나타내고, 상관 계산이 행하여지는 범위의 칩수 또는 윈도우의 크기를 정한다. cn(t)은 n번째의 송신 안테나에 관한 파일럿 신호를 나타내는 부호계열이다.
멀티패스 간섭 생성부(406)는 패스마다의 파일럿 신호에 포함되는 멀티패스 간섭 성분을 구한다. 도 5는 송신 신호, 수신 신호 및 멀티패스 간섭 성분의 관계를 설명하기 위한 개념도이다. 간단하게 하기 위해서, 2개의 송신 안테나 Tx1, Tx2로부터 각각의 파일럿 신호 c1, c2가 송신되고, 멀티패스 전파환경하에서 전송되고, 1개의 수신 안테나 Rx1에서 수신되는 것으로 한다. 또한, 패스 1 및 패스 2의 2개의 패스가 상정되어 있다. 더욱 많은 송신 또는 수신 안테나수 및 패스수를 상정하는 것도 당연히 가능하다. 이 경우에, 수신 안테나 Rx1에서 수신된 신호와 파일럿 신호 c1과의 상관에 기초하여 구해진 전력에는 Tx1의 패스 1에 관한 전력에 더하여, Tx1의 패스 2로부터의 멀티패스 간섭 성분과, Tx2의 패스 2로부터의 멀티패스 간섭 성분이 포함된다. 보다 많은 패스가 상정되면, 패스수에 따른 멀티패스 간섭 성분이 생긴다. 송신 안테나수가 늘어나면, 늘어난 송신 안테나수에 따른 멀티파 간섭 성분이 생긴다.
멀티패스 간섭에 기여하는 신호는 파일럿 신호 뿐만 아니라, 파일럿 신호와 함께 송신된 데이터 신호도 간섭의 원인이 된다. 송신 안테나로부터 신호가 송신되는 경우에, 파일럿 신호와 데이터 신호의 전력 비율은 미리 정해져 있고, 예를 들면, 파일럿 신호에 대한 데이터 신호의 전력 비율이 α이도록 정해진다(도 6 참조). 따라서, 파일럿 신호에 관한 전력이 판명되면, 그것에 기초하여 데이터 신호의 전력도 판명된다. 이상과 같은 고찰에 기초하여, 도 4의 멀티패스 간섭 성분 생성부(406)는 패스마다의 멀티패스 간섭 성분을 구한다.
멀티패스 간섭 제거부(408)는 파일럿 수신 전력 추정부(404)에서 추정된 패스마다의 파일럿 신호의 수신 전력으로부터, 멀티패스 간섭 성분을 다음 식에 기초하여 감산하여, 패스마다의 수정된 파일럿 신호의 수신 전력 P'nml을 구한다.
Figure 112005025260611-PAT00002
(1+α)Pn'ml'는 n'번째의 송신 안테나로부터의 신호 중 l'번째의 패스의 전체 전력(파일럿 신호와 데이터 신호의 전력)을 나타낸다. l'에 관한 합은 자신(l번째) 이외의 패스 전체에 걸쳐 가산하는 것을 의미한다. n'에 관한 합은 모든 송신 안테나에 대하여 가산하는 것을 의미한다. Nc는 1프레임의 칩수이고, 칩당의 멀티패스 간섭을 구하기 위해서, 1/Nc가, 멀티패스 간섭 성분을 나타내는 항에 도입되어 있 다.
총수신 신호 전력 추정부(410)는 수정된 패스마다의 파일럿 신호의 수신 전력을 더욱 수정함으로써, m번째의 수신 안테나에서 수신되는 파일럿 신호의 총수신 전력을 추정한다. m번째의 수신 안테나에서 수신되는 파일럿 신호의 총수신 전력은 위의 수정된 패스마다의 파일럿 신호의 수신 전력 P'nml을, 모든 패스 및 모든 송신 안테나에 대하여 가산함으로써, 대략 구할 수 있다. 그러나, 고정밀도화의 관점에서는 더욱 수정이 행하여지는 것이 바람직하다. 일반적으로, 각 수신 안테나에서 수신된 신호는 롤오프 필터(roll-off filter: 대역제한 필터)를 통과하는 것에 기인하여, 메인 로브(main lobe)에 더하여 슬라이드 로브(side lobe) 성분도 포함하고 있다. 이 때문에, 파일럿 신호의 수신 전력 등의 양에도, 그와 같은 슬라이드 로브 성분이 포함되어 있고, 예를 들면 실제의 신호 내용보다도 약간 크게 평가되어 있다. 롤오프 필터의 임펄스 응답 특성은 이미 알고 있으므로, 그 응답 특성에 기초하여, 슬라이드 로브 성분을 보상하는 것이 가능하다. 롤오프 필터의 임펄스 응답 특성 hRC(t)는 예를 들면, 도 7과 같이 도시되고, 다음 식과 같이 표현된다.
Figure 112005025260611-PAT00003
단, 이 식에 등장하는 α는 롤오프 팩터(roll-off factor)이고, 도시한 예에 서는 α=0.22에 설정되어 있다. Tc는 칩주기를 나타낸다. 일반적으로, 1칩 주기의 범위(｜t｜≤Tc)는 메인 로브(패스의 참된 신호 성분)에 대응시킬 수 있고, 그 이외의 범위(｜t｜>Tc)는 슬라이드 로브에 대응시킬 수 있다.
도 4의 총수신 신호 전력 추정부(410)는 다음 식에 따라서, 패스마다의 파일럿 신호의 수정된 수신 전력 P'nml을 더욱 수정하여, m번째의 수신 안테나에서 수신되는 파일럿 신호의 총수신 전력 Pall,m을 추정한다.
Figure 112005025260611-PAT00004
여기에서, Nos는 오버 샘플링수이고, 본 실시예에서는 Nos=4이다. θ(n, m, l)는 n번째의 송신 안테나와 m번째의 수신 안테나간에서의 l번째의 패스에 관한 위상 회전량을 나타낸다(단, 전력에는 기여하지 않는다.). 슬라이드 로브 성분에 관한 수정 내용은 주로, 파라미터 t, c에 관한 가산에 관련된다. 모든 패스(파라미터 l) 및 안테나수(파라미터 n)에 대하여 가산함으로써, m번째의 수신 안테나에서 수신되는 파일럿 신호의 총수신 전력 Pall,m이 추정된다.
감산부(412)는 총수신 신호 전력 측정부(402)에서 측정된 m번째의 안테나에서 수신된 파일럿 신호의 총수신 전력 Rm으로부터, 추정된 총수신 전력 Pall,m을 감산 함으로써, m번째의 수신 안테나에서 수신된 신호에 관한 잡음 전력(칩 잡음 전력) σm 2을 구한다.
σm 2= Rm-Pall,m
이러한 처리가, 수신 안테나마다 행하여진다.
평균화부(414)는 수신 안테나마다 구해진 잡음 전력 σm 2을, 모든 수신 안테나에 걸쳐 평균화함으로써, 수신기의 잡음 전력 σ2를 구한다. 이렇게 하여 구해진 잡음 전력에서는 멀티패스 간섭의 영향이 제거되어 있기 때문에, 종래보다도 잡음 전력이 정확하게 추정되어 있다. 따라서, 도 3의 웨이트 생성부(310)에 있어서의 웨이트를 적절하게 구할 수 있게 된다. 또한, 평균화부(414)는 더욱 고정밀도화의 관점에서, 망각계수 a를 이용하여, 잡음 전력을 반복적으로 갱신하는 것도 가능하다. 즉,
σk+1 2=a·σk 2+(1-a)σk-1 2
에 따라서, 잡음 전력을 갱신하는 것이 가능하다. 잡음 전력의 갱신수법은 망각계수를 이용하는 것에 한정되지 않고, 임의의 반복 공식에 따라서 갱신하는 것이 가능하다. 또한, 수신 안테나간에서 평균화할 때의 무게 계수를 적절하게 조정하는 것도 가능하다.
실시예 2
실시예 1에서는 역확산되기 전의 수신 신호에 기초하여 잡음 전력 σ2이 추정되어 있었다. 이하에 설명되는 실시예 2에서는 역확산된 후의 수신 신호에 기초하여 잡음 전력 σ2이 추정된다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 잡음 추정부의 블록도를 도시한다. 잡음 추정부는 수신 안테나의 각각에 대응하여 설치된 M개의 잡음 전력 추정부(802-1 ~ M)와, 안테나간 평균화부(804)를 갖는다. 간단하게 하기 위해서, 도면에는 2개의 잡음 전력 추정부(802-1, 802-m)만이 도시되어 있다. 잡음 전력 추정부의 각각은 동일한 구성 및 동작을 하기 때문에, 802-1에 대하여 설명이 이루어진다.
잡음 전력 추정부(802-1)는 역확산부(806)와, 총잡음 전력 추정부(808)와, 파일럿 수신 전력 추정부(810)와, 멀티패스 간섭 제거부(812)와, 평균화부(814)를 갖는다.
역확산부(806)는 1개의 수신 안테나에서 수신한 신호를 역확산하여, 송신 안테나마다 또한 패스마다 역확산된 파일럿 신호 Znml(s)를 출력한다. n은 송신 안테나를 지정하는 파라미터이고, m은 수신 안테나를 나타내는 파라미터이고{잡음 전력 추정부(802-1)에 대해서는 m=1}, l은 패스를 지정하는 파라미터이고, s는 심벌 번호를 지정하는 파라미터이다.
총잡음 전력 추정부(808)는 패스마다의 역확산 후의 파일럿 신호의 분산에 비례하는 총잡음 전력 Inml을 다음 식에 따라서 구한다:
Figure 112005025260611-PAT00005
단, Z'nml은 다음 식에 따라서 산출되는 양이고:
Figure 112005025260611-PAT00006
이것은 역확산 후의 파일럿 신호 Znml(s)의 S개의 심벌에 걸친 평균치를 의미한다. 상기 총잡음 전력 Inml을 나타내는 식의 우변의 괄호 내는 역확산 후의 파일럿 신호 Znml의 분산을 나타내는 양이다. 따라서, 총잡음 전력 Inml은 수신기 내에서 생기는 잡음이나, 전파로에서 도입된 간섭 그 밖의 잡음을 포함하는 전력을 나타낸다.
파일럿 수신 전력 추정부(810)는 다음 식에 따라서, 패스마다의 파일럿 신호의 수신 전력 Pnml을 구한다:
Figure 112005025260611-PAT00007
우변 제 2 항은 평균화된 파일럿 신호의 수신 전력 ｜Z'nml｜2에 포함되는 간섭 성분을 나타낸다. 평균화전의 파일럿 신호의 수신 전력 ｜Znml｜2의 간섭 성분은 상기 총잡음 전력 Inml로 평가된다. S개의 심벌에 걸쳐 평균화된 파일럿 신호의 수신 전력 ｜Z'nml｜2에 포함되는 간섭 성분은 그 평균화에 기인하여 1/S로 감소한다. 이 때문에, 우변 제 2 항에 1/S이 도입되어 있다. 위의 식을 이용함으로써, 패스마다의 파일럿 신호의 수신 전력 Pnml을 정확하게 구할 수 있다.
멀티패스 간섭 제거부(812)는 다음 식에 따라서, 총잡음 전력 Inml으로부터 멀티패스 간섭 성분을 제거함으로써, 잡음 전력(칩 잡음 전력) σnml 2을 추정한다.
Figure 112005025260611-PAT00008
여기에서, α는 파일럿 신호 및 데이터 신호 사이의 소정의 전력비를 나타낸다(도 6 참조). 우변 괄호 내의 (1+α)Pn' ml'는 n'번째의 송신 안테나로부터의 신호중 l'번째의 패스의 전전력(파일럿 신호와 데이터 신호의 전력)을 나타낸다. l'에 관한 합은 자신(l번째) 이외의 패스 모두에 걸쳐 가산하는 것을 의미한다. n'에 관한 합은 모든 송신 안테나에 대하여 가산하는 것을 의미한다. NSF는 파일럿 신호의 확산율 또는 칩 레이트이고, 예를 들면 256과 같은 값을 갖는다. DS-CDMA 방식에서는 전파하는 신호의 간섭 성분은 확산율분의 1로 억제되기 때문에, 우변 괄호 내의 제 2 항(멀티패스 간섭을 나타내는 항)에 1/NSF가 도입되어 있다. 또한, 우변 전체에 NSF가 승산되어 있는 것은 칩 잡음 전력을 추정하기 위해서이다.
평균화부(814)는 복수의 송신 안테나(n) 및 패스(l)의 전체에 걸쳐서 잡음 전력 σnml 2을 평균화한다. 또한, 평균화부(804)는 복수의 수신 안테나(m) 전체에 걸쳐 잡음 전력을 평균화하여, 최종적으로 소망의 잡음 전력 σ2을 추정한다. 이렇게 하여 구해진 잡음 전력에서는 멀티패스 간섭의 영향이 제거되어 있기 때문에, 종래보다도 잡음 전력이 정확하게 추정되어 있다. 따라서, 도 3의 웨이트 생성부(310)에 있어서의 웨이트를 적절하게 구할 수 있게 된다. 또한, 평균화부(814) 또는 평균화부(804)는 더욱 고정밀도화의 관점에서, 망각계수 a를 이용하여, 잡음 전력을 반복적으로 갱신하는 것도 가능하다. 즉,
σk+ 12= a·σk2+(1-a)σk-12
에 따라서, 잡음 전력을 갱신하는 것이 가능하다. 잡음 전력의 갱신 수법은 망각계수를 이용하는 것에 한정되지 않고, 임의의 점화식에 따라서 갱신하는 것이 가능하다. 또한, 안테나간에서 평균화할 때의 무게 계수를 적절하게 조정하는 것도 가능하다.
실시예 3
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 구성의 신호 검출 장치의 개념도를 도시한다. 신호 검출 장치에서는 2차원 MMSE 등화부(902)와, 멀티패스 간섭(MPI)레플리카 생성부(904)와, 감산부(906)를 갖는 블록을 1 단위로 하고, 이 블록이 복수 준비되고, 그것들이 직렬적으로 접속된다. 개개의 2차원 MMSE 등화부(902)는 채널 추정부(908)와, 칩 잡음 추정부(910)와, 2차원 MMSE 웨이트 계산부(912)와, 웨이트 승산부(914)를 갖는다. 2차원 MMSE(902)내의 이들 요소는 도 3의 채널 추정부(302), 잡음 추정부(304), 웨이트 생성부(310) 및 MMSE 등화부(312)에 각각 대응시킬 수 있기 때문에, 추가되는 설명은 생략된다. 또한, 칩 잡음 추정부(910)에서 사 용되는 잡음 추정 수법은 실시예 1 및 실시예 2의 어느 수법이라도 좋다.
MPI 레플리카 생성부(904)는 채널 추정 결과와 신호 분리된 송신 신호에 기초하여, 멀티패스 성분을 재생한다. 예를 들면, 대상으로 하는 패스 이외의 모든 패스의 신호 성분(도 5의 예에서는 패스 2에 상당하는 신호 성분)이 재생된다. 재생된 신호 성분은 MPI 레플리카라고 불린다. 감산부(906)는 수신 신호로부터 MPI 레플리카를 감산한다. 감산 후의 신호 중에서는 대상으로 하는 패스가 차지하는 비율이 커지고 있다. 따라서, 이 감산 후의 신호에 기초하여 다시 채널 추정 및 신호 분리를 하면, 추정 정밀도 및 분리 정밀도는 향상된다. 이하 동일하게 하여, 전단의 감산 후의 신호에 기초하여, 채널을 추정하여, 신호 분리를 행하고, MPI 레플리카를 생성하고, 수신 신호로부터 MPI 레플리카를 감산하여, 그것을 후단의 채널 추정부에 준다. 이로써, 채널 추정 정밀도 및 신호 분리 정밀도를 크게 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, MMSE 등화기 등의 웨이트 계산에 사용되는 잡음 전력을 고정밀도로 추정하는 것이 가능하게 된다.

Claims (10)

  1. 잡음 전력 추정 장치로서,
    수신 신호와 파일럿 신호의 상관을 계산하여, 각 패스에 관한 파일럿 신호의 수신 전력을 구하는 수단;
    상기 파일럿 신호 및 데이터 신호간의 소정의 전력 비율을 이용하여, 상기 파일럿 신호의 수신 전력으로부터 멀티패스 간섭 성분을 제거하여, 상기 파일럿 신호의 수정된 수신 전력을 구하는 수단;
    수정된 수신 전력 및 상기 소정의 전력 비율에 기초하여, 수신 신호에 포함된 상기 파일럿 신호 및 상기 데이터 신호의 추정된 총전력을 추정하는 수단; 및
    추정된 총전력을, 상기 수신 신호의 총전력으로부터 감산하여, 잡음 전력을 구하는 수단을 구비하는 것인 잡음 전력 추정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 추정된 총전력이, 각 패스에 대한 수정된 수신 전력, 상기 소정의 전력 비율 및 대역제한(roll-off) 필터의 임펄스 응답에 기초하여 계산되는 잡음 전력 추정 장치.
  3. 잡음 전력 추정 장치에 있어서,
    역확산된 파일럿 신호들의 분산에 비례하는 총잡음 전력을 구하는 수단;
    상기 역확산된 파일럿 신호들의 평균 전력으로부터, 상기 총잡음 전력에 비 례하는 양을 감산하여, 각 패스에 대하여 파일럿 신호의 수신 전력을 구하는 수단;
    각 패스에 대하여 상기 파일럿 신호의 수신 전력과, 상기 파일럿 신호 및 데이터 신호간의 소정의 전력 비율에 기초하여, 멀티패스 간섭 성분을 구하는 수단; 및
    상기 멀티패스 간섭 성분을, 상기 총잡음 전력으로부터 감산하여, 잡음 전력을 구하는 수단을 구비하는 잡음 전력 추정 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 잡음 전력이, 망각계수를 포함하는 반복 공식을 이용하여 반복적으로 갱신되는 것인 잡음 전력 추정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 멀티패스 간섭 성분이, 상기 파일럿 신호의 상기 수신 전력과, 상기 소정의 전력 비율을 포함하는 상수와의 곱을, 복수의 패스들에 대해서 가산함으로써 구해지는 것인 잡음 전력 추정 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 멀티패스 간섭 성분이, 상기 파일럿 신호의 상기 수신 전력과, 상기 소정의 전력 비율을 포함하는 상수와의 곱을, 복수의 패스들 및 복수의 송신 안테나들에 대해서 가산함으로써 구해지는 것인 잡음 전력 추정 장치.
  7. 복수의 송신 안테나들로부터 송신되고 1 이상의 수신 안테나들에서 수신된 수신 신호들이 수신 웨이트들에 의해 승산되어, 상기 수신 신호들을 각 송신 안테 나에 대한 신호들로 분리하는 최소 자승 오차(MMSE) 방식의 신호 검출 장치로서, 상기 신호 검출 장치는 잡음 추정 장치를 포함하고, 상기 신호 검출 장치는 상기 잡음 전력 추정 장치에 의해 추정된 잡음 전력을 이용하여 상기 수신 웨이트들을 계산하고, 상기 잡음 전력 추정 장치는,
    수신 신호와 파일럿 신호의 상관을 계산하여, 각 패스에 관한 파일럿 신호의 수신 전력을 구하는 수단;
    상기 파일럿 신호 및 데이터 신호간의 소정의 전력 비율을 이용하여, 상기 파일럿 신호의 수신 전력으로부터 멀티패스 간섭 성분을 제거하여, 상기 파일럿 신호의 수정된 수신 전력을 구하는 수단;
    수정된 수신 전력 및 상기 소정의 전력 비율에 기초하여, 수신 신호에 포함된 상기 파일럿 신호 및 상기 데이터 신호의 추정된 총전력을 추정하는 수단; 및
    추정된 총전력을, 상기 수신 신호의 총전력으로부터 감산하여, 잡음 전력을 구하는 수단을 구비하는 것인 신호 검출 장치.
  8. 복수의 송신 안테나들로부터 송신되고 1 이상의 수신 안테나들에서 수신된 수신 신호들이 수신 웨이트들에 의해 승산되어, 상기 수신 신호들을 각 송신 안테나에 대한 신호들로 분리하는 최소 자승 오차(MMSE) 방식의 신호 검출 장치로서, 상기 신호 검출 장치는 잡음 추정 장치를 포함하고, 상기 신호 검출 장치는 상기 잡음 전력 추정 장치에 의해 추정된 잡음 전력을 이용하여 상기 수신 웨이트들을 계산하고, 상기 잡음 전력 추정 장치는,
    역확산된 파일럿 신호들의 분산에 비례하는 총잡음 전력을 구하는 수단;
    역확산된 파일럿 신호들의 평균 전력으로부터, 상기 총잡음 전력에 비례하는 양을 감산하여, 각 패스에 대하여 상기 파일럿 신호의 수신 전력을 구하는 수단;
    상기 각 패스에 대하여 파일럿 신호의 상기 수신 전력과, 상기 파일럿 신호 및 데이터 신호간의 소정의 전력 비율에 기초하여, 멀티패스 간섭 성분을 구하는 수단; 및
    멀티패스 간섭 성분을 상기 총잡음 전력으로부터 감산하여, 잡음 전력을 구하는 수단을 구비하는 것인 신호 검출 장치.
  9. 잡음 전력 추정 방법으로서,
    수신 신호와 파일럿 신호의 상관을 계산하여, 각 패스에 대하여 상기 파일럿 신호의 수신 전력을 구하는 단계;
    상기 파일럿 신호 및 데이터 신호간의 소정의 전력 비율을 이용하여, 상기 파일럿 신호의 수신 전력으로부터 멀티패스 간섭 성분을 제거하여, 상기 파일럿 신호의 수정된 수신 전력을 구하는 단계;
    상기 수정된 수신 전력 및 소정의 전력 비율에 기초하여, 상기 수신 신호에 포함되는 상기 파일럿 신호 및 상기 데이터 신호의 추정된 총전력을 추정하는 단계; 및
    상기 추정된 총전력을, 상기 수신 신호의 총전력으로부터 감산하여, 잡음 전력을 구하는 단계를 포함하는 잡음 전력 추정 방법.
  10. 잡음 전력 추정 방법으로서,
    역확산된 파일럿 신호들의 분산에 비례하는 총잡음 전력을 구하는 단계;
    역확산된 파일럿 신호들의 평균 전력으로부터, 상기 총잡음 전력에 비례하는 양을 감산하여, 각 패스에 대한 상기 파일럿 신호의 수신 전력을 구하는 단계;
    상기 각 패스에 대한 상기 파일럿 신호의 상기 수신 전력과, 상기 파일럿 신호 및 데이터 신호간의 소정의 전력 비율에 기초하여, 멀티패스 간섭 성분을 구하는 단계; 및
    상기 멀티패스 간섭 성분을 상기 총잡음 전력으로부터 감산하여, 잡음 전력을 구하는 단계를 포함하는 잡음 전력 추정 방법.
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