KR20060100960A

KR20060100960A - 공간분할 다중 접속 방식을 지원하는 직교주파수다중 분할시스템에서 잡음전력 추정 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20060100960A
Application number: KR1020050021939A
Authority: KR
Inventors: 성상훈; 최은선
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-03-16
Filing date: 2005-03-16
Publication date: 2006-09-22

Abstract

적어도 하나의 공간 채널(spatial channel)을 지원하는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)시스템에서 프리앰블을 이용하여 잡음전력을 추정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 수신신호를 고속 푸리에 변환하여 주파수 영역 신호로 변환하는 FFT(Fast Fourier Transform)와, 상기 FFT로부터 제공받은 주파수 영역 신호 중, SDMA(Space Division Multiplexing Access) 사용자에게 할당된 영역의 프리앰블(preamble)을 추출하는 프리앰블 추출기와, 상기 프리앰블을 이용하여 잡음전력을 추정하는 잡음전력 추정기를 포함하여, 파일럿을 이용하여 잡음전력을 추정할 경우 빔형성 및 복호화 과정에서 발생하던 프로세서 상의 시간 지연을 제거할 수 있는 이점이 있다.

AAS 프리앰블, 잡음전력 추정, 사용자 고유신호(user signature), 동일채널 간섭, 채널 정보

Description

공간분할 다중 접속 방식을 지원하는 직교주파수다중 분할 시스템에서 잡음전력 추정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR NOISE POWER ESTIMATION IN SDMA-OFDM SYSTEMS}

도 1은 통상적인 공간 분할 다중 접속(SDMA) 방식을 지원하는 셀룰러 시스템을 도시하는 도면,

도 2는 IEEE 802.16 OFDMA 시스템의 하향링크 및 상향링크 프레임 구조를 도시하는 도면,

도 3은 IEEE 802.16 OFDMA 규격의 1×6 타입 AMC 부채널의 구조를 도시하는 도면,

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 SDMA를 지원하는 IEEE 802.16e OFDMA 시스템의 기지국에서 프리앰블을 이용한 잡음전력추정하기 위한 구성을 도시하는 도면,

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 SDMA 사용자 고유신호를 이용하여 잡음전력을 추정하기 위한 절차를 도시하는 도면,

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 인접 주파수 신호들 간의 채널값 차이를 이용하여 잡음전력을 추정하기 위한 절차를 도시하는 도면, 및

도 7은 본 발명에 따른 성능 개선을 도시하는 도면.

본 발명은 공간 분할 다중 접속(Space Division Multiplexing Access : 이하, SDMA라 칭함)방식을 지원하는 직교주파수 분할 다중 방식(Orthogonal Frequency Division Multiplexing : 이하, OFDM라 칭함) 시스템의 잡음 전력 추정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 스마트 안테나를 사용하는 상기 SDMA-OFDMA시스템에서 AAS 프리앰블을 이용하여 잡음을 추정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

최근 무선 멀티미디어 시대를 맞이하여 대용량의 데이터를 무선채널을 이용하여 고속으로 전송해야하는 필요성이 급격히 증대되면서, 이동 채널 및 무선 채널을 통한 인터넷 서비스를 지원하기 위해 무선·고속 데이터 전송 시스템에 대하여 전 세계적으로 활발하게 연구되고 있다.

제 3세대(3rd Generation)통신 시스템의 최대 전송속도는 정지 상태에서 2Mbps이지만 제 4세대(4rd Generation)통신 시스템에서는 무선 LAN(Local Area Network)환경에서 정지 또는 보행 중일 때 1Gbps를 목표로 하고, 매트로 이동 셀룰러 환경(무선 MAN(Metropolitan Area Network))에서 차량으로 움직일 때는 100Mbps를 목표로 한다. 하지만, 무선채널에서 데이터를 고속으로 전송할 경우 무선채널의 다중경로 간섭으로 인한 높은 에러율 때문에 무선 채널에 적합한 무선접속방식이 요구된다.

상기 무선 MAN 시스템의 물리 채널(Physical channel)에 직교주파수 분할 다중(OFDM : Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식 및 직교주파수분할 다중접속(OFDMA : Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access) 방식을 적용한 것이 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16 시스템이다. 즉, 상기 IEEE 802.16 시스템은 다수의 서브캐리어(sub-carrier)들을 사용하여 물리채널 신호를 송신함으로써 고속 데이터 전송을 실현한다.

한편, 상기 IEEE 802.16e 시스템은 AAS(Adaptive Antenna System : 적응 안테나 시스템)모드와 non - AAS모드를 한 프레임 내에서 지원하기 위한 규격장치들이 마련되어 있다. 상기 AAS모드를 시스템에 적용하는 이유는 크게 두 가지로 나누어진다. 첫째는 셀 용량의 증대이고, 두 번째는 셀 커버리지(coverage) 증가이다.

상기 적응 안테나 시스템은 어레이 안테나를 이용하여, 커버리지 영역을 지속적으로 탐지하여 변화하는 무선 채널 환경에 적응적으로 빔 패턴(beam pattern)을 형성하는 시스템이다. 예를 들어, 단말이 한 개이고, 간섭이 존재하지 않는 경우, 상기 적응 안테나 시스템은 상기 단말의 움직임을 따라가는 효과적인 안테나 패턴을 생성함으로써 상기 단말의 움직임에 적응적으로 대응한다. 이때, 상기 안테나 패턴은 상기 단말의 방향으로 언제나 최고의 이득을 보이는 패턴이 된다. 이러한 적응 안테나 시스템을 이용하여 상기 SDMA를 구현할 수 있다. 즉, N개의 단말이 존재한다면 각각 단말 방향의 N개의 빔을 동일 주파수 대역 내에 생성하여 주파수 및 시간을 공유할 수 있다.

도 1은 통상적인 공간 분할 다중 접속(SDMA)방식을 지원하는 셀룰러 시스템을 도시하는 있다.

상기 도 1에 도시된 바와 같이 기지국(101)은 서로 다른 단말기들이 같은 주파수 및 시간 자원을 1번 빔(102)으로 전송되는 1번 공간채널과 2번 빔(103)으로 전송되는 2번 공간 채널에서 동시에 사용하도록 한다. 이와 같이 공간적으로 구분되는 복수의 빔을 형성해야하고, 하향링크에서 상기 복수의 빔을 형성하기 위해서는 상향링크 채널 정보를 필요로 한다. 따라서, 기존의 802.16e OFDMA시스템에서 AAS모드를 지원하기 위해 상기 하향링크와 상향링크에 프리앰블 심볼(preamble symbol)을 추가하였다.

도 2는 802.16e OFDMA 시스템의 하향링크 및 상향링크 프레임 구조를 도시하고 있다.

상기 도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 하향링크 버스트와 상향링크 버스트의 앞에 AAS 프리앰블이 전송된다. 상기 도 1의 기지국(101)은 하향링크 빔 형성을 위해서 상향링크 AAS 프리앰블을 통해 채널을 추정하고 추정된 채널 정보를 이용하여 빔 계수를 추정한 후, 빔을 형성한다. 이때, 상기 빔에 의해 형성된 공간 채널은 상기 도 1에 도시된 바와 같이 서로 공간적으로 분리되어 있기 때문에, 동일한 주파수 및 시간 자원을 공유해도 서로 간섭이 크지 않다. 따라서, 공간 채널마다 시스템이 허용하는 주파수 및 시간 자원을 모두 활용할 수 있다.

도 3은 IEEE 802.16 OFDMA 규격의 1×6 타입 AMC 부채널의 구조를 도시하고 있다. 여기서 가로축은 시간 즉, 심볼(symbol)을 나타내고, 세로축은 주파수 즉, 톤(tone)을 나타낸다.

상기 도 3에 도시된 바와 같이 하나의 AMC 부채널내에는 파일럿(pilot)(P₁~P₆)들이 존재하며, 데이터 채널에 존재하는 상기 파일럿들을 이용한 잡음 전력 추정은 동일 톤 주파수에 위치하고 세 개의 심볼 간격으로 떨어져 있는 두 개의 파일럿들( 예 : P₁(301), P₂(303))간에는 시간채널상관(temporal channel correlation)이 크다는 사실을 이용한다.

상술한 바와 같이 상기 AMC 빈(bin) 내에서 동일 주파수에 위치하는 파일럿들간의 시간채널상관이 크다는 점을 이용하여 즉, 시간 영역에서 채널의 변화가 적다는 점을 이용하여 하기 수학식 1과 같이 잡음 전력을 추정하였다.

하기 수학식 1은 종래 기술에 따른 파일럿을 이용하여 잡음전력(

)을 추정하기 위한 수식이다.

여기서, N_subch은 빈(bin)(또는, 타일(tile))으로 구성된 부채널(sub channel)의 수를 나타내며, P_k,l은 k번째 부채널에 위치한 l번째 파일럿 심볼을 나타낸다. 예를 들어, P₁(301)은 P_2,1 즉, 두 번째 부채널에 위치한 첫 번째 파일럿 심볼을 나타낸다.

상기 수학식 1에서 상기 잡음전력(

)은 동일 주파수에 존재하는 파일럿( 예 : P₁과 P₂, P₃과 P₄, P₅와 P₆)들의 차를 이용하여 추정한다.

상기 추정된 잡음전력 정보는 상기 스마트 안테나의 빔 형성(beam-forming)과 수신신호의 복호화 과정에 필요하다. 즉, 수신단의 프로세스(process)는 프리앰블(preamble)을 이용하여 추정된 채널 정보와 상기 파일럿을 이용하여 추정된 잡음전력 정보를 이용하여 빔계수를 추정하고, 상기 추정된 빔계수를 이용하여 빔을 형성하는 과정으로 이루어진다.

상술한 바와 같이 파일럿들을 이용하여 잡음전력을 추정할 경우, 상기 프리앰블을 이용하여 채널 정보의 추정이 이루어지더라도 상기 데이터 영역을 모두 수신하여 상기 데이터 영역에 포함된 상기 파일럿을 모두 확인해야 하므로 버스트(burst) 전체를 수신할 때까지 빔계수 추정이 이루어질 수 없다. 그 결과, 상기 프로세스 상에 시간 지연이 발생하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 공간분할 다중접속 방식을 지원하는 직교 주파수 다중 분할 시스템에서 AAS 프리앰블을 이용하여 잡음전력을 추정하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 공간분할 다중접속 방식을 지원하는 직교 주파수 다중 분할 시스템에서 사용자를 구분하기 위한 특정 벡터값을 이용하여 잡음전력을 추정하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 공간분할 다중접속 방식을 지원하는 직교 주파수 다중 분할 시스템에서 인접 주파수의 채널 값 차이를 이용하여 잡음전력을 추정하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1견지에 따르면, 소정 코드와 사용자 고유의 위상 회전 벡터를 곱한 후 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)하여 프리앰블(preamble)을 생성하는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)시스템에서 잡음전력을 추정하기 위한 장치는, 수신신호를 고속 푸리에 변환한 주파수 영역의 신호 중, 소정 SDMA(Space Division Multiplexing Access)사용자의 상기 프리앰블 신호를 추출하는 프리앰블 추출기와, 상기 프리앰블 추출기에서 제공받은 상기 프리앰블 신호와 SDMA사용자들에게 할당되지 않은 상기 위상 회전 벡터를 이용하여 잡음전력을 추정하는 잡음전력 추정기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 2견지에 따르면, 적어도 하나의 공간채널(spatial channel)들을 지원하는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)시스템에서 잡음 전력을 추정하기 위한 장치는, 수신신호를 고속 푸리에 변환한 주파수 영역의 신호 중, 소정 SDMA(Space Division Multiplexing Access)사용자의 프리앰블(preamble) 신호를 추출하는 프리앰블 추출기와, 상기 프리앰블 추출기에서 제공받은 상기 프리앰블 신호를 이용하여 상기 SDMA사용자에게 할당된 영역의 채널 정보를 추정하는 채널 추정기와, 상기 프리앰블 추출기에서 제공받은 프리앰블 신호와 상기 추정한 채널 정보를 이용하여 각 톤들의 채널 값을 산출하고, 상기 산출된 각 톤의 채널 값을 이용하여 인접한 두 개의 톤 신호들의 채널 값 차이를 누적하여 잡음전력을 추정하는 잡음전력 추정기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 3견지에 따르면, 소정 코드와 사용자 고유의 위상 회전 벡터를 곱한 후 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)하여 프리앰블(preamble)을 생성하는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)시스템에서 잡음전력을 추정하기 위한 방법은, SDMA(Space Division Multiplexing Access)신호를 수신한 후, SDMA 사용자들에게 할당되지 않은 위상 회전 인덱스를 선택하는 과정과, 상기 선택된 위상 회전 인덱스를 이용하여 상기 위상 회전 벡터를 산출하는 과정과, 상기 산출된 위상 회전 벡터를 이용하여 잡음 전력을 추정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 4견지에 따르면, 적어도 하나의 공간 채널(spatial channel)을 지원하는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템에서 잡음전력을 추정하기 위한 방법은, SDMA(Space Division Multiplexing Access) 수신신호의 프리앰블(preamble)을 이용하여 채널 정보를 추정하는 과정과, 상기 프리앰블 신호에서 상기 추정된 채널 정보를 이용하여 각 톤들에 대하여 동일 채널 간섭을 제거하는 과정과, 상기 동일 채널 간섭을 제거한 톤 신호들에서 위상 회전 벡터를 제거하여 상기 각 톤들의 채널 값을 산출하는 과정과, 상기 산출된 각 톤들의 채널 값을 이용하여 인접한 두 개의 톤 신호들의 채널 값 차이를 누적하여 잡음전력을 추정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단 된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하 설명은 공간 분할 다중접속(SDMA : Space Division Multiplexing Access)방식을 지원하는 직교주파수 다중 분할(OFDM : Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템에서 AAS프리앰블(Adaptive Antenna System preamble)을 이용하여 잡음전력을 추정하기 위한 기술에 대해 설명할 것이다.

이하, 본 발명의 실시 예에서는 상기 AAS 프리앰블을 이용하는 잡음전력 추정 방식을 두 가지 제안한다. 첫 번째 방법은 상기 AAS 프리앰블 신호의 특성인 상기 SDMA사용자 고유의 주파수영역 직교 시그너쳐 벡터(orthogonal signature vector)(이하, "사용자 고유신호" 이라 칭함)를 이용하여 잡음정보를 추정하는 방식과 두 번째 방법은 인접 주파수의 채널 값 차이를 이용하여 잡음전력을 추정하는 방식을 사용하여 시간 지연 없이 잡음전력을 추정하는 기술에 대해 설명할 것이다.

IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16e OFDMA 시스템의 물리계층 규격에서 SDMA 사용자에게 할당되는 AAS 프리앰블은 동일한 특정 PN(Pseudo Noise)코드로 구성되기 때문에 상기 프리앰블을 이용하여 상기 SDMA 사용자를 구분하기 위하여 다음과 같은 두 가지 방법을 이용한다.

먼저, 주파수 영역에서 상기 PN코드와 사용자를 구분하기 위한 사용자 고유신호를 곱한 후 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)를 수행하여 상기 프리앰블을 생성함으로써 상기 SDMA사용자를 구분한다. 여기서 상기 사용자 고유신호는 하기 수학식 2를 이용하여 산출한다.

하기 수학식 2는 SDMA 사용자의 고유신호를 구하기 위한 수식이다.

여기서, N_{tile(bin)_size}는 타일(tile) 또는 빈(bin)을 구성하는 톤(tone) 수(AMC 빈(bin)은 9, PUSC 타일(tile)은 4)를 나타내고, m은 상기 SDMA 사용자의 순환 시간 쉬프트 인덱스(cyclic time shift index)(0, 1, …, N_{tile(bin)_size}-1)를 나타내며, f(k)는 상기 AAS 프리앰블의 k번째 톤 인덱스를 나타낸다. 즉,

는 상기 m에 의해 결정되는 상기 f(k)의 톤 인덱스를 갖는 톤의 위상 회전을 나타낸다.

두 번째는 상기 PN코드를 IFFT한 후 생성된 프리앰블을 소정 크기 순환 시간 쉬프트(cyclic time shift)시켜 상기 SDMA 사용자를 구분한다.

즉, 상기 사용자 고유신호는 주파수 영역에서 특정한 PN코드를 사용자 당 선형 위상 회전(linear phase rotation)을 발생시키며, 이는 시간 영역에서 소정 크 기 순환 시간 쉬프트(cyclic time shift)하는 형태와 동일한 기능을 수행한다. 또한, clustered 톤(tones)으로 구성된 PUSC(Partial Usage Sub-Channel) 또는. AMC(Adaptive Modulation and Coding)채널의 경우에는 상기 SDMA 사용자간 고유의 orthonormal 커널(kernel)을 할당하는 효과를 가져온다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 SDMA를 지원하는 IEEE 802.16e OFDMA 시스템의 기지국에서 프리앰블을 이용하여 잡음전력을 추정하기 위한 구성을 도시하고 있다.

상기 도 4를 참조하면, M개의 안테나(401, 402)를 통해 수신되는 라디오 신호(radio signal)를 기저대역신호(baseband signal)로 변환한 후, 상기 아날로그 기저대역신호를 디지털 신호로 변환하여 CP(Cyclic Prefix)제거기(403, 404)에 제공한다. 상기 CP제거기(403, 404)는 제공받은 상기 디지털 신호에서 OFDM 심볼간 간섭을 제거하기 위해 삽입된 CP(보호구간)을 제거하여 FFT(405, 406)에 제공한다.

상기 FFT(Fast Fourier Transform)(405, 406)는 상기 CP제거기(403, 404)로부터 제공받은 신호를 N-포인트(point) 고속 푸리에 변환을 수행하여 주파수 영역 신호로 변환하여 프리앰블 추출기(407, 408)에 제공한다.

상기 프리앰블 추출기(407, 408)는 상기 FFT(405, 406)로부터 상기 주파수 영역 신호를 제공받아, 상기 주파수 영역의 신호 중 상기 SDMA 사용자에게 할당된 영역의 AAS프리앰블 신호를 추출한 후, 하기 수학식 3을 이용하여 상기 추출된 프리앰블 신호의 각 톤에 곱해진 PN코드를 제거하여 채널 추정기(411, 412)와 잡음전력 추정기(409)에 제공한다.

하기 수학식 3은 프리앰블 PN코드를 제거하기 위한 수식이다.

여기서, y는 상기 FFT(405, 406)의 출력신호를 나타내고, c는 AAS 프리앰블 PN코드 벡터를 나타내며,

은 코드 벡터를 곱한 후의 n번째 AMC 빈(bin)(또는 PUSC 타일(tile))을 나타낸다.

상기 수학식 3에서 상기 FFT(405, 406)의 출력신호에 상기 AAS 프리앰블의 PN코드 벡터를 곱하여 상기 수신신호에 포함되어있는 PN코드를 제거한다. 즉, 상기 SDMA 사용자에게 해당하는 위상 회전만이 남게 된다.

상기 채널 추정기(411, 412)는 상기 프리앰블 추출기(407, 408)에서 제공받은 신호를 이용하여 상기 SDMA 사용자에게 할당된 주파수 영역의 각 톤들의 채널 정보(H(f_M,k), M번째 안테나의 k번째 톤의 채널 정보)를 추정하여 빔계수 산출기(415)에 제공한다. 더욱이 본 발명에 따라 인접 주파수의 채널 값 차이를 이용하여 잡음전력을 추정할 경우 상기 잡음전력 추정기(409)로 상기 채널 추정 정보를 제공하는 기능(413)을 수행한다.

상기 잡음전력 추정기(409)는 상기 프리앰블 추출기(407, 408)에서 제공받은 신호를 이용하여 제안된 잡음전력 추정 방식에 따라 잡음 전력을 추정하여 상기 추정한 잡음전력을 상기 빔계수 산출기(415)에 제공한다. 여기서, 상기 제안된 잡음 전력 추정 방식은, 사용자 고유신호를 이용한 잡음전력 추정방식(하기 도 5에서 상세히 설명한다)과, 인접 주파수 신호의 채널 값 차이를 이용한 잡음전력 추정방식(하기 도 6에서 상세히 설명한다)이다.

상기 빔계수 산출기(415)는 상기 채널추정기(411, 412)에서 추정한 채널 정보와 상기 잡음전력 추정기(409)에서 추정한 잡음전력 정보를 이용하여 빔계수를 산출하는 기능을 수행한다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 SDMA 사용자 고유신호를 이용하여 잡음전력을 추정하기 위한 절차를 도시하고 있다.

상기 도 5를 참조하면, SDMA 수신 신호를 수신한 후, 기지국은 501단계에서 상기 SDMA 사용자들에게 할당되지 않은 순환 시간 쉬프트 인덱스(cyclic time shift index)를 선택한다.

이후, 상기 기지국은 503단계로 진행하여 상기 501단계에서 선택된 상기 순환 시간 쉬프트 인덱스(P)를 상기 수학식 2에 적용하여 사용자 고유신호(a(P))를 생성한다.

상기 사용자 고유신호를 생성한 후, 상기 기지국은 505단계로 진행하여 상기 생성한 사용자 고유신호(a(P))를 하기 수학식 4에 적용하여 잡음전력을 추정한다.

하기 수학식 4는 사용자 고유신호(a(P))를 이용하여 잡음전력(σ²)을 추정하기 위한 수식이다.

여기서, N_{tile(bin)_size}는 타일(tile) 또는 빈(bin)을 구성하는 톤(tone) 수(AMC bin은 9, PUSC tile은 4)를 나타내고,

는 PN코드 벡터를 곱한 후의 n번째 AMC 빈(bin)(또는 PUSC 타일(tile))의 신호 벡터(vecter)를 나타내며, P는 사용되지 않은 순환 시간 쉬프트(cyclic time shift) 인덱스를 나타내므로, a^H(P)는 상기 503단계에서 생성한 사용하지 않은 순환 시간 쉬프트 인덱스에 의해 결정된 사용자 고유신호(a(P))의 공액전치(Hermition)를 나타낸다.

상기 수학식 4에서는 AAS프리앰블이 상기 SDMA 사용자간 고유의 orthonormal 커널(kernel)로 구성되기 때문에 상기

는 잡음만 남게 된다.

이후, 기지국은 상기 사용자 고유신호를 이용한 잡음전력 추정 알고리즘을 종료한다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 인접 주파수 신호의 채널 값 차이를 이용하여 잡음전력을 추정하기 위한 절차를 도시하고 있다. 이하 설명은 주파수 영역에서 인접 톤 간 채널변화가 적다고 가정한다. 즉, 상기 주파수 영역의 인점 톤 간 채널 변화가 적다고 가정하고 각 톤들의 채널 값 차이를 이용하여 잡음전력을 추정한다.

상기 도 6을 참조하면, 기지국은 601단계에서 상기 도 4의 채널추정기(411) 에서 제공된 SDMA 사용자의 각 톤들의 채널정보를 하기 수학식 5에 적용하여 각 톤 신호들에 대하여 동일 채널 간섭을 제거한다.

하기 수학식 5는 상향링크를 통해 수신되는 신호로부터 사용자 u를 제외한 동일 채널 간섭을 제거하기 위한 수식이다.

여기서,

는 PN코드 벡터를 제거한 k번째 톤의 신호 벡터를 나타내고, U는 전체 SDMA 사용자의 수를 나타내며, H_P(f_k)는 상기 채널 추정기(411)에서 추정한 k번째 톤의 추정된 채널 정보를 나타내고, a(P)는 사용자 P의 사용자 고유신호를 나타내며,

는 동일 채널 간섭을 제거한 사용자 u의 신호 벡터를 나타낸다. 즉, 상기

는 상기 사용자 u의 신호와 잡음성분(thermal-noise)만을 포함한다.

상기 동일 채널 간섭을 제거한 후, 상기 기지국은 603단계로 진행하여 상기 동일 채널 간섭이 제거된 각 톤 신호들에서 하기 수학식 6을 이용하여 상기 사용자 u의 사용자 고유신호를 제거하여 상기 각 톤들의 채널 값을 산출한다.

하기 수학식 6은 상기 사용자 u의 수신신호에서 사용자 고유신호를 제거하기 위한 수식이다.

여기서, N_{tile(bin)_size}는 빈(bin)(또는, 타일(tile))을 구성하는 톤 수(AMC 빈(bin)은 9, PUSC 타일(tile)은 4)를 나타내고, a^H(u)는 상기 사용자 u의 사용자 고유신호의 공액 전치를 나타내며,

는 수신된 k번째 톤의 동일 채널 간섭을 제거한 신호를 나타내고,

는 상기 사용자 u의 수신신호에서 상기 사용자 u의 사용자 고유신호를 제거한 신호를 나타낸다.

이후, 상기 기지국은 605단계로 진행하여 상기 603단계에서 산출한 각 톤들의 채널 값을 하기 수학식 7에 적용하여 인접한 두 개의 톤 신호들의 채널 값의 차(arithmetic difference)를 이용하여 잡음전력을 추정한다.

하기 수학식 7은 상기 수학식 6에서 산출한 각 톤들의 채널 값을 이용하여 잡음전력을 추정하기 위한 수식이다.

여기서, N_ant는 안테나의 수를 나타내며,

는 상기 수학식 6의 결과로써 u번째 사용자의 n+l번째의 톤의 신호(n은 빈 인덱스를 나타냄)를 나타낸다. 즉, n번째 빈에서 시작하여 l번째 위치하는 각 톤의 신호를 나타낸다.

상기 수학식 7은 주파수 영역에서 인접 톤간의 채널의 변화가 적다고 가정하고, 각 톤들의 채널 값 차이를 이용하여 잡음전력을 추정한다.

이후, 상기 기지국은 인접주파수의 채널 값 차이를 이용한 잡음전력 추정 알 고리즘을 종료한다.

상술한 바와 같이 상기 AAS 프리앰블을 이용한 잡음전력 추정방식에서 상기 SDMA 사용자에게 할당된 AMC 빈(bin)(또는, PUSC 타일(tile))이 많을 수록 평균 샘플(sample)이 증가하여 상기 잡음전력 추정성능은 더 향상된다. 그리고 상기 도 6에서 제안한 인접주파수의 채널 값 차이를 이용한 잡음전력 추정방식은 복잡도를 줄이기 위해 한 명의 사용자에 대해 잡음전력을 추정한 후, 모든 사용자의 빔형성에 이용할 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 성능 개선을 도시하고 있다. 이하 설명에서, 상기 도 7에 도시된 그래프의 가로축은 잡음신호의 세기(Noise Variance)를 나타내고, 세로축은 잡음전력이 추정된 횟수를 나타낸다. 또한, CNR(Carrier to Noise Ratio)이 0㏈(실제 잡음신호의 세기 : 3.16)이고 8개의 부채널을 사용한 상태에서 성능을 평가한다.

상기 도 7을 참조하면, 상기 도 7a는 종래 기술에 따른 파일럿을 이용하여 잡음전력을 추정한 그래프를 나타내고, 상기 도 7b는 상술한 인접한 주파수의 채널 값 차이를 이용하여 잡음전력을 추정한 그래프를 나타낸다.

상기 도 7에 도시된 바와 같이 상기 도 7a의 그래프에 도시된 상기 파일럿을 이용하여 추정한 잡음 전력보다 상기 도 7b의 그래프에 도시된 인접한 주파수의 채널 값 차이를 이용하여 추정한 잡음전력이 실제 잡음신호근처에 많이 분포함으로 상기 프리앰블을 이용하여 잡음 전력을 추정한 본 발명의 성능이 우수한 것을 확인 할 수 있다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같이, SDMA를 지원하는 IEEE 802.16e OFDMA시스템에서 AAS 프리앰블을 이용하여 잡음전력을 추정함으로써 파일럿을 이용하여 잡음전력을 추정할 경우 빔형성 및 복호화 과정에서 발생하던 프로세서 상의 시간 지연을 제거할 수 있는 이점이 있다.

Claims

소정 코드와 사용자 고유의 위상 회전 벡터를 곱한 후 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)하여 프리앰블(preamble)을 생성하는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)시스템에서 잡음전력을 추정하기 위한 장치에 있어서,

수신신호를 고속 푸리에 변환한 주파수 영역의 신호 중, 소정 SDMA(Space Division Multiplexing Access)사용자의 상기 프리앰블 신호를 추출하는 프리앰블 추출기와,

상기 프리앰블 추출기에서 제공받은 상기 프리앰블 신호와 SDMA사용자들에게 할당되지 않은 상기 위상 회전 벡터를 이용하여 잡음전력을 추정하는 잡음전력 추정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1항에 있어서,

상기 프리앰블 추출기는.

상기 고속 푸리에 변환한 신호 중, 상기 프리앰블 신호를 추출하는 프리앰블 톤 분리기와,

상기 추출된 프리앰블 신호에서 PN코드를 제거하는 프리앰블 곱셈기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1항에 있어서,

상기 위상 회전 벡터는, 소정 코드의 원소들 각각을 주파수 영역에서 선형 위상 회전(linear phase rotation)하기 위한 값들로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1항에 있어서,

상기 소정 코드는, 특정 PN(Pseudo Noise)코드인 것을 특징으로 하는 장치.
제 1항에 있어서,

상기 잡음전력 추정기는, 하기 수학식 8과 같이 잡음전력(σ²)을 산출하는 것을 특징으로 하는 장치.

여기서, N_{tile(bin)_size}는 빈(bin)(또는 타일(tile))을 구성하는 톤 수 (AMC(Automatic Modulation and Coding) 빈(bin)은 9, PUSC(Partial Usage Sub-Channel) 타일(tile)은 4),
는 PN(Pseudo Noise)코드 벡터를 곱한 후의 n번째 AMC 빈(bin)(또는 PUSC 타일(tile)) 벡터(vecter), P는 사용되지 않은 순환 시간 쉬프트 인덱스(cyclic time shift index), a^H(P)는 사용하지 않은 순환 시간 쉬프트 인덱스에 의해 결정된 상기 사용자를 구분하기 위한 특정 벡터의 공액전치(Hermition)를 나타냄.
적어도 하나의 공간채널(spatial channel)들을 지원하는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)시스템에서 잡음 전력을 추정하기 위한 장치에 있어서,

수신신호를 고속 푸리에 변환한 주파수 영역의 신호 중, 소정 SDMA(Space Division Multiplexing Access)사용자의 프리앰블(preamble) 신호를 추출하는 프리앰블 추출기와,

상기 프리앰블 추출기에서 제공받은 상기 프리앰블 신호를 이용하여 상기 SDMA사용자에게 할당된 영역의 채널 정보를 추정하는 채널 추정기와,

상기 프리앰블 추출기에서 제공받은 프리앰블 신호와 상기 추정한 채널 정보를 이용하여 각 톤들의 채널 값을 산출하고, 상기 산출된 각 톤의 채널 값을 이용하여 인접한 두 개의 톤 신호들의 채널 값 차이를 누적하여 잡음전력을 추정하는 잡음전력 추정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 6항에 있어서,

상기 프리앰블 추출기는.

상기 고속 푸리에 변환한 신호 중, 상기 프리앰블 신호를 추출하는 프리앰블 톤 분리기와,

상기 추출된 프리앰블 신호에서 PN코드를 제거하는 프리앰블 곱셈기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 6항에 있어서,

상기 잡음 추정기는,

상기 프리앰블 신호에서 상기 추정된 채널 정보를 이용하여 각 톤에 대하여 동일 채널 간섭을 제거하고, 상기 동일 채널 간섭을 제거한 톤 신호에서 위상 회전 벡터를 제거하여 각 톤들의 채널 값을 산출하고, 상기 산출된 각 톤의 채널 값을 이용하여 인접한 두 개의 톤 신호들의 채널 값 차이를 누적하여 잡음 전력을 추정하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 8항에 있어서,

상기 위상 회전 벡터값은, 상기 SDMA 사용자를 구분하기 위해 소정 코드의 원소들 각각을 주파수 영역에서 선형 위상 회전(linear phase rotation)을 하기 위한 값들로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 9항에 있어서,

상기 소정 코드는, 특정 PN(Pseudo Noise)코드인 것을 특징으로 하는 장치.
제 8항에 있어서,

상기 동일 채널 간섭을 제거한 톤 신호(
)는 하기 수학식 9를 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 장치.

여기서,
는 PN코드 벡터를 제거한 k번째 톤의 수신 신호 벡터, U는 전체 SDMA 사용자의 수, N_{tile(bin)_size}는 빈(bin)(또는 타일(tile))을 구성하는 톤 수 (AMC(Automatic Modulation and Coding) 빈(bin)은 9, PUSC(Partial Usage Sub-Channel) 타일(tile)은 4), H_P(f_k)는 k번째 톤의 추정된 채널 정보, P는 사용되지 않은 순환 시간 쉬프트 인덱스(cyclic time shift index), a(P)는 사용하지 않은 순환 시간 쉬프트 인덱스에 의해 결정된 상기 사용자를 구분하기 위한 특정 벡터를 나타냄.
제 8항에 있어서,

상기 위상 회전 벡터를 제거한 톤 신호(
)는 하기 수학식 10을 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 장치.

여기서, N_{tile(bin)_size}는 빈(bin)(또는, 타일(tile))을 구성하는 톤 수(AMC(Automatic Modulation and Coding) 빈(bin)은 9, PUSC(Partial Usage Sub-Channel) 타일(tile)은 4), a^H(u)는 상기 사용자 u를 구분하기 위한 상기 특정 벡터 값의 공액 전치,
는 수신된 k번째 톤의 동일 채널 간섭을 제거한 신호를 나타냄.
제 8항에 있어서,

상기 잡음 전력(σ²)은 하기 수학식 11을 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 장치.

여기서, N_{tile(bin)_size}는 빈(bin)(또는, 타일(tile))을 구성하는 톤 수(AMC(Automatic Modulation and Coding) 빈(bin)은 9, PUSC(Partial Usage Sub-Channel) 타일(tile)은 4), N_ant는 안테나의 수,
는 동일채널간섭과 상기 특정 벡터값를 제거한 u번째 사용자의 n+l번째의 톤의 신호, n은 빈(bin)(또는, 타일(tile))을 나타냄
소정 코드와 사용자 고유의 위상 회전 벡터를 곱한 후 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)하여 프리앰블(preamble)을 생성하는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)시스템에서 잡음전력을 추정하기 위한 방법에 있어서,

SDMA(Space Division Multiplexing Access)신호를 수신한 후, SDMA 사용자들에게 할당되지 않은 위상 회전 인덱스를 선택하는 과정과,

상기 선택된 위상 회전 인덱스를 이용하여 상기 위상 회전 벡터를 산출하는 과정과,

상기 산출된 위상 회전 벡터를 이용하여 잡음 전력을 추정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 14항에 있어서,

상기 위상 회전 인덱스는, 상기 위상 회전 벡터를 산출하기 위한 설정된 값인 것을 특징으로 하는 방법.
제 14항에 있어서,

상기 위상 회전 벡터는, 상기 소정코드의 원소 각각을 주파수 영역에서 선형 위상 회전(linear phase rotation)하기 위한 값들로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 14항에 있어서,

상기 소정 코드는, 특정 PN(Pseudo Noise)코드인 것을 특징으로 하는 방법.
제 14항에 있어서,

상기 잡음전력(σ²)은 하기 수학식 12를 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 방법.

여기서, N_{tile(bin)_size}는 빈(bin)(또는 타일(tile))을 구성하는 톤 수 (AMC(Automatic Modulation and Coding) 빈(bin)은 9, PUSC(Partial Usage Sub-Channel) 타일(tile)은 4),
는 PN(Pseudo Noise)코드 벡터를 곱한 후의 n번째 AMC 빈(bin)(또는 PUSC 타일(tile)) 벡터(vecter), P는 사용되지 않은 순환 시간 쉬프트 인덱스(cyclic time shift index), a^H(P)는 사용하지 않은 순환 시간 쉬프트 인덱스에 의해 결정된 상기 사용자를 구분하기 위한 특정 벡터의 공액전치(Hermition)를 나타냄.
적어도 하나의 공간 채널(spatial channel)을 지원하는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템에서 잡음전력을 추정하기 위한 방법에 있어서,

SDMA(Space Division Multiplexing Access) 수신신호의 프리앰블(preamble) 을 이용하여 채널 정보를 추정하는 과정과,

상기 프리앰블 신호에서 상기 추정된 채널 정보를 이용하여 각 톤들에 대하여 동일 채널 간섭을 제거하는 과정과,

상기 동일 채널 간섭을 제거한 톤 신호들에서 위상 회전 벡터를 제거하여 상기 각 톤들의 채널 값을 산출하는 과정과,

상기 산출된 각 톤들의 채널 값을 이용하여 인접한 두 개의 톤 신호들의 채널 값 차이를 누적하여 잡음전력을 추정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 19항에 있어서,

상기 위상 회전 벡터는, 상기 SDMA 사용자를 구분하기 위해 소정 코드의 원소 각각을 주파수 영역에서 선형 위상 회전(linear phase rotation)을 하기 위한 값들로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 20항에 있어서,

상기 소정 코드는, 특정 PN(Pseudo Noise)코드인 것을 특징으로 하는 방법.
제 19항에 있어서,

상기 동일 채널 간섭을 제거한 톤 신호(
)는 하기 수학식 13을 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 방법.

여기서,
는 PN코드 벡터를 제거한 k번째 톤의 수신 신호 벡터, U는 전체 SDMA 사용자의 수, N_{tile(bin)_size}는 빈(bin)(또는 타일(tile))을 구성하는 톤 수 (AMC(Automatic Modulation and Coding) 빈(bin)은 9, PUSC(Partial Usage Sub-Channel) 타일(tile)은 4), H_P(f_k)는 k번째 톤의 추정된 채널 정보, P는 사용되지 않은 순환 시간 쉬프트 인덱스(cyclic time shift index), a(P)는 사용하지 않은 순환 시간 쉬프트 인덱스에 의해 결정된 상기 사용자를 구분하기 위한 특정 벡터를 나타냄.
제 19항에 있어서,

상기 특정 벡터 값을 제거한 신호(
)는 하기 수학식 14를 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 방법.

여기서, N_{tile(bin)_size}는 빈(bin)(또는, 타일(tile))을 구성하는 톤 수(AMC(Automatic Modulation and Coding) 빈(bin)은 9, PUSC(Partial Usage Sub-Channel) 타일(tile)은 4), a^H(u)는 상기 사용자 u를 구분하기 위한 상기 특정 벡터 값의 공액 전치,
는 수신된 k번째 톤의 동일 채널 간섭을 제거한 신호를 나타냄.
제 19항에 있어서,

상기 잡음전력(σ²)은 하기 수학식 15를 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 방법.

여기서, N_{tile(bin)_size}는 빈(bin)(또는, 타일(tile))을 구성하는 톤 수(AMC(Automatic Modulation and Coding) 빈(bin)은 9, PUSC(Partial Usage Sub-Channel) 타일(tile)은 4), N_ant는 안테나의 수,
는 동일채널간섭과 상기 특 정 벡터값를 제거한 u번째 사용자의 n+l번째의 톤의 신호, n은 빈(bin)(또는, 타일(tile))을 나타냄