KR20070065090A - 직교 주파수 분할 다중접속 시스템에서의 수신 장치 및방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access : OFDMA) 시스템에서수신 성능을 향상시키는 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명의 수신기는 적어도 하나의 수신 신호를 수신하고, 상기 수신된 신호들을 결합하는 다이버시티 수신기와, 소정 임계값 이상의 간섭 신호를 재생성한후 수신 신호에서 상기 재생성된 간섭 신호를 감산하는 간섭 제거기와, 수신 신호의 채널 상태에 따라 상기 다이버시티 수신기와 간섭 제거기를 연동하거나 선택적으로 동작하도록 제어하는 제어부를 포함함을 특징으로 한다. 본 발명의 수신기에서의 수신 방법은 서빙 기지국 주변에 간섭 신호가 존재하는지 주변 기지국을 스캔하는 제 1과정과, 상기 스캐닝된 기지국들의 신호에서 소정 파라미터를 측정하여 평균 신호 대 간섭 및 잡음 비(Carrier to Interference Noise Ratio : CINR)를 연산하는 제 2과정과, 상기 주변 기지국들의 평균 CINR이 소정 임계값과 비교하여 안테나 모드를 판단하는 제 3과정과, 상기 안테나 모드에 따라 수신 신호에서 생성된 간섭 신호를 감산하는 제 4과정을 포함함을 특징으로 한다.

OFDMA, 간섭 제거기, 다이버시티 수신기, CINR

Description

직교 주파수 분할 다중접속 시스템에서의 수신 장치 및 방법{METHOD AND APPARATUS FOR RECEIVING A SIGNAL IN ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLE ACCESS SYSTEM}

도 1은 OFDMA 시스템에서 3개의 기지국이 중첩된 지역에 위치한 단말의 예를 보여준 도면

도 2는 OFDMA 시스템에서의 송신기를 나타낸 블록도

도 3은 OFDMA 시스템에서의 수신기를 나타낸 블록도

도 4는 OFDMA 시스템에서 수신 다이버시티를 이용하여 수신 성능을 향상시키는 수신기를 나타낸 블록도

도 5는 OFDMA 시스템에서 간섭 신호를 제거하여 수신 성능을 향상시키는 수신기를 나타낸 블록도

도 6은 페이딩 채널에서 수신 다이버시티를 사용하는 방법과 간섭제거 방법을 사용하는 수신기에서의 비트오율(Bit Error Rate : BER)을 나타낸 그래프

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 OFDMA 수신기를 나타낸 블록도

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 OFDMA 수신기에서 데이터 수신 방법을 나타낸 순서도

도 9 및 도 10은 여러 종류의 수신기에 대해 간섭 정도에 따른 비트오률 (BER)을 나타낸 그래프

본 발명의 직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access : OFDMA) 시스템에서 수신 성능을 향상시키는 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 OFDMA에서 간섭 신호 제거 및 수신 다이버시티를 이용하여 수신 성능을 높이는 방법 및 그에 따른 수신 장치에 관한 것이다.

현재 IEEE 802.16 기반의 OFDMA 시스템인 와이브로(WiBro) 시스템은 주파수 재사용 계수(Frequency Reuse Factor) 1을 기본으로 하고 있다. 주파수 재사용 계수가 1인 경우, 주파수 효율(Frequency Efficiency)면에서는 뛰어난 장점이 있지만, 사용하는 모든 부 반송파가 인접 기지국의 부 반송파와 중첩이 되어 상호간에 간섭으로 작용하게 되는 단점이 있다. 이러한 인접 기지국의 간섭신호로 인하여, 셀의 경계 부근에 위치한 단말기는 수신 성능이 저하되고, 또한 핸드 오버시에 통신이 두절되는 현상들이 발생하게 된다.

도 1은 OFDMA 시스템에서 3개의 기지국이 중첩된 지역에 위치한 단말의 예를 보여준 도면이다. 상기 도 1에 도시된 바와 같이 셀 경계부근(101, 103, 105, 107)에서의 수신 성능이 떨어지는 문제를 극복하기 위해, IEEE802.16 규격에서는 기지국 송신 신호를 QPSK와 같은 낮은 변조 차수(Modulation Order)로 변조 하고, 낮은 순방향 에러 정정(Forward Error Correction : FEC) 부호율(Code Rate)을 적용하며, 또한 반복 부호(Repetition Coding)도 최대 6번을 사용할 수 있도록 되어있다. 하지만 이러한 노력에도 불구하고, 페이딩 채널(Fading channel)상에서 기존 단말 수신기로는 셀 경계부근에서의 호 회신율(Outage Probability)이 높게 나오며, 핸드 오버 성능 또한 나빠지는 현상이 발생된다. 이러한 문제를 근본적으로 극복하기 위해서는 주파수 재사용 계수(Frequency Reuse Factor)를 3으로 가져가야 하지만, 이 경우 주파수 재사용 계수 1에 비하여 주파수 효율이 1/3로 떨어지고 셀 계획(Cell Planning)이 복잡해지는 문제점이 발생한다.

따라서 본 발명의 목적은 직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access : OFDMA) 시스템에서 수신 성능을 향상시키는 위한 수신 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 OFDMA 시스템에서 채널 환경에 따라 수신 방식을 제어하는 수신 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access : OFDMA) 시스템에서 수신 장치에 있어서, 적어도 하나의 수신 신호를 수신하고, 상기 수신된 신호들을 결합하는 다이버시티 수신기와, 소정 임계값 이상의 간섭 신호를 재생성한후 수신 신호에서 상기 재생성된 간섭 신호를 감산하는 간섭 제거기와, 수신 신호의 채널 상태에 따 라 상기 다이버시티 수신기와 간섭 제거기를 연동하거나 선택적으로 동작하도록 제어하는 제어부를 포함함을 특징으로 한다.

상기 제어부는 수신 신호의 평균 상기 수신 신호의 신호 대 간섭 및 잡음 비(Carrier to Interference Noise Ratio : CINR)가 소정 임계값과 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 안테나 모드를 결정하여 안테나 모드에 따른 수신 신호를 처리함을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access : OFDMA) 시스템에서 적어도 하나의 수신 신호를 수신하고, 상기 수신된 신호들을 결합하는 다이버시티 수신기와, 간섭 신호를 재생성하여 수신 신호에서 상기 재생성된 간섭 신호를 감산하는 간섭 제거기를 포함하는 수신기의 수신 방법에 있어서, 서빙 기지국 주변에 간섭 신호가 존재하는지 주변 기지국을 스캔하는 제 1과정과, 상기 스캐닝된 기지국들의 신호에서 소정 파라미터를 측정하여 평균 신호 대 간섭 및 잡음 비(Carrier to Interference Noise Ratio : CINR)를 연산하는 제 2과정과, 상기 주변 기지국들의 평균 CINR이 소정 임계값과 비교하여 안테나 모드를 판단하는 제 3과정과, 상기 안테나 모드에 따라 수신 신호에서 생성된 간섭 신호를 감산하는 제 4과정을 포함함을 특징으로 한다.

상기 제 3과정은 상기 기지국들의 평균 CINR이 소정 임계값보다 크면 싱글 안테나모드로 동작함을 특징으로 한다.

또한 상기 제 3과정은 상기 기지국들의 평균 CINR이 소정 임계값보다 작으면 복수 안테나모드로 동작함을 특징으로 한다.

상기 제 4과정에서 복수 안테나 모드인 경우 상기 복수 안테나별로 수신된 신호를 결합하여 간섭 신호를 검출하는 과정과, 상기 검출된 간섭 신호를 재생성하는 과정과, 상기 재생성된 간섭 신호를 각 안테나별 채널 값과 곱셈연산을 수행하는 과정과, 상기 각 안테나별로 곱셈연산된 신호를 수신 신호에서 감산하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 동일한 구성들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들을 나타내고 있음을 유의하여야 한다. 하기 설명에서 구체적인 특정사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된 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.

본 발명은 OFDMA 시스템에서의 수신기에서 수신 성능을 높이기 위한 장치 및 방법으로서, 채널 상태에 따라 간섭 신호를 제거하거나 수신 다이버시티를 연동하여 이용함으로써 수신기의 수신 성능을 향상시킨다.

수신 성능이 떨어지게 되는 채널 환경의 원인은 크게 두 가지 형태로 볼 수 있다. 첫 번째는 잡음 및 페이딩에 의한 채널 환경이고, 두 번째는 간섭에 의한 채 널 환경이다. 잡음 및 페이딩은 심하지만 간섭에 의한 영향이 많지 않은 채널 환경에서는, 수신 다이버시티 방식을 사용하여 신호 대 잡음 비 이득 (SNR Gain) 및 수신 다이버시티 이득 (Receive Diversity Gain)을 통한 수신 성능을 올리는 것이 효과적이다. 반면 잡음 및 페이딩은 심하지 않지만 간섭이 매우 심한 채널 환경에서는, 간섭제거기방식을 사용하여 수신하는 것이 효과적이게 된다. 하지만 잡음 및 페이딩도 심하고 간섭도 심한 채널 환경에서는, 수신 다이버시티 방식이나 간섭제거 방식 어느 한가지 방식만으로는 원하는 수신 성능을 얻기가 힘들다.

그러면 본 발명의 이해를 돕기 위해 OFDMA의 송수신 방법 및 수신 성능을 높이기 위한 방법으로 간섭 신호 제거 방법과 수신 다이버시티를 이용하는 방법을 설명하기로 한다.

도 2는 OFDMA 시스템에서의 송신기(200)를 나타낸 블록도이다.

상기 도 2를 참조하면, FEC 인코더(201)에 의해 FEC 인코딩(Encoding)된 소스 데이터(Source Data)는 심볼 맵퍼(Symbol Mapper)(203)를 통과하여 QPSK/16QAM/64QAM등의 신호로 변조(Modulation) 된다. 상기 변조된 신호는 반복기(Repetition)(205)에 의해 기지국이 설정한 반복 수(Repetition Number)에 따라서 반복이 된다. 상기 반복된 신호는 기지국 마다 고유한 규칙을 가지는 부 반송파 순열기(Subcarrier Permutation)(207)에 의해 일정한 규칙으로 순서가 섞여서 부 반송파(Subcarrier)로 할당 된다. 상기 부 반송파들은 스크램블러(Scrambler)(209)에 의해 기지국 마다 고유한 값을 가지는 스크램블링 시퀀스(Scrambling Sequence)로 곱해 지고, 역 고속 퓨리에 변환기(Inverse Fast Fourier Transform : IFFT)(211) 를 거쳐서 송신 출력 신호가 만들어 진다.

단말기의 수신기 측에서는 현재 통신이 이루어지고 있는 기지국(Serving Cell) 이외에 인접 기지국의 간섭 신호(Neighbor Cell Interference Signal)도 같이 들어오게 된다. 하나의 간섭 신호만 가정 했을 때, 수신된 신호 y(k)는 잡음 신호(noise) n(k)가 더해져서 다음의 <수학식 1>과 같이 나타낸다.

여기서, 상기 K는 사용하는 부반송파(Used Subcarrier)의 개수이고, 상기 hs(k)는 서빙기지국과 단말기 사이의 k번째 부채널에 해당하는 채널 주파수 응답(Frequency Response of the Channel)이며, 상기 h_Ij(k)는 j번째 간섭기지국과 단말기 사이의 k번째 부채널에 해당하는 채널 주파수 응답이다.

이 때, 신호 x(k)의 전력을 1로 가정하고, x(k), h(k), 그리고 n(k)가 서로 독립적 (independent) 이라고 가정 하면, 서빙기지국신호의 전력 S, j번째 간섭 기지국들의 전력 Ij, 그리고 잡음의 전력 N을 다음의 <수학식 2> 내지 <수학식 4>과 같이 표현할 수 있다.

상기 <수학식 2> 내지 <수학식 4>로부터, 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio : SNR), 신호 대 간섭 비(Signal to Interference Ratio : SIR), 신호 대 간섭 및 잡음 비(Carrier to Interference Noise Ratio : CINR)는 다음의 <수학식 5> 내지 <수학식 7>과 같이 표현 될 수 있다.

도 3은 OFDMA 시스템에서의 수신기(300)를 나타낸 블록도이다.

상기 도 3을 참조하면, 상기 수신기(300)는 송신기(200) 구조의 역방향으로 신호처리를 하게 된다. 수신 신호를 처리하는 방법을 간략히 설명하면, 먼저 수신된 신호는 고속 푸리에 변환기(Fast Fourier Transformer : FFT)(301)에 의해 고속 푸리에 변환을 한 후에, 디스크램블러(303)에 의해 디스크램블링(Descrambling)이 수행된다. 그리고 채널 추정기(Channel Estimation)(305)는 상기 디스크램블링된 신호 중에서 파일럿(Pilot) 성분만을 추출하여 채널 추정을 수행하고, 채널 보상기(Channel Compensation)(307)는 추정된 채널(Channel)값을 이용하여 데이터(Data) 성분의 채널 보상(Channel Compensation)을 수행한다. 부채널 할당기(Subcarrier ordering)(309)는 상기 보상된 데이터 신호를 채널 할당하여 다시 부채널 (subchannel)단위로 정렬하고, 상기 정렬된 부채널들은 반복 결합기(Repetition Combiner)(311)를 통하여 결합된다. 심볼 디맵퍼(Symbol Demapper)(313) 및 FEC 디코더(315)는 상기 결합된 신호를 LLR을 계산하고 FEC 디코딩을 수행한다.이때, 상기 심볼 디맵퍼(313)에 입력되는 신호의 MSE(Mean Squared Error)와 CINR과의 관계는 AWGN 채널(Channel)을 가정할 경우 반복(Repetition)계수 R의 곱과 다음과 같은 관계를 가지고 있다.

다음으로 OFDMA 시스템에서 수신 성능을 높이기 위한 방법을 설명하기로 한다.

<수학식 9>는 두개의 수신안테나를 사용했을 경우에 각 안테나 별 수신 신호를 나타낸다. 상기 <수학식 9>에서 볼 수 있듯이, 서빙기지국 신호와 간섭기지국 신호는 각기 안테나 별로 서로 다른 채널 값이 곱해져서 수신됨을 알 수 있다. 또한, 수신 안테나 사이의 간격이 파장(Wavelength)의 수 정수배 이상 충분히 떨어져 있음을 가정했을 때는, 두 채널간의 독립성(Independence)은 어느 정도 보장할 수 있게 된다.

도 4는 OFDMA 시스템에서 수신 다이버시티를 이용하여 수신 성능을 향상시키는 수신기(400)를 나타낸 도면이다. 수신 다이버시티를 이용하는 방법에서는 복수개의 안테나를 이용하게 되지만, 본 발명의 수신기(400)는 두개의 수신 안테나를 구비함으로 가정한다.

상기 도 4를 참조하면, OFDMA 수신기(400)는 각 안테나 별로 수신된 신호는 부채널을 할당하기 전까지는 각각 독립적인 신호처리를 하게 된다. 이후에 두 신호 를 결합(Combining)하게 되는데, 결합(Combining) 방법으로는 선택적 다이버시티(Selection Diversity), 최대 비율 결합(Maximal Ratio Combining, MRC), 최소 평균 제곱 오차(Minimum Mean Squared Error : MMSE) 등의 방식이 있다. 일반적으로 성능은 MMSE, MRC, selection diversity 등으로 볼 수 있다. 만일 두 안테나간에 상관관계가 없고(Uncorrelated) 독립적 (Independent)이라면, MMSE방식과 MRC 방식은 결국 동일하다고 볼 수 있다. AWGN채널 환경에서 두 안테나가 서로 상관관계가 없다면, 다이버시티 수신기의 MSE는 다음의 <수학식 10>과 같다.

상기 <수학식 10>을 살펴보면, 기존 수신기대비 약 3dB 이득이 발생하게 됨을 알 수 있다.

도 5는 OFDMA 시스템에서 간섭 신호를 제거하여 수신 성능을 향상시키는 수신기(500)를 나타낸 도면이다. 상기 수신기(500)는 본원 출원인이 선출원 특허(한국 출원번호 P2005-113708)에 상세히 나타낸 것으로, 이하 설명에서는 간략히 나타내기로 한다.

이러한 방식은 순차적 간섭신호 제거(Successive Interference Cancellation :SIC) 방식의 간섭제거 수신기로, 잡음이 심한 지역보다는 간섭이 심한 지역에서 기존 수신기 대비 매우 높은 수신 성공률을 보여주는 특징이 있다. 상기 수신기에서의 간섭신호 제거 방법은 다음의 과정으로 이루어진다.

1. 주변 기지국 스케닝(Scanning)

2. 제거 대상 간섭 신호들을 수신 전력에 대한 내림차순으로 정렬

3. 간섭 신호 제거 대상 선정

4. 간섭신호 검출(interference detection)

5. 간섭신호 재생성(interference regeneration)

6. 간섭신호 제거(interference subtraction)

7. 4,5,6 단계를 모든 제거 대상 간섭들이 제거 될 때까지 반복

8. 서빙 기지국 신호 검출

본 발명에서 제안하는 OFDMA 수신기에서의 수신 방법은 상술한 수신 다이버시티 방법과 간섭 신호 제거 방법을 효율적으로 이용함을 특징으로 한다. 즉 채널 상황에 따라 수신 다이버시티 방법과 간섭 신호 제거 방법을 선택적으로 이용하게 된다.

그러면 다음의 도 6을 이용하여 채널 상황에 따라 더 효율적인 방법에 대해 설명하겠다.

상기 도 6은 페이딩 채널에서 수신 다이버시티를 사용하는 방법과 간섭 신호 제거 방법을 사용하는 수신기에서의 비트오율(Bit Error Rate : BER)을 나타낸 그래프로서, 가로축은 신호 대 간섭비(Signal to Interference Ratio : SIR)를 나타내며, 세로축은 BER을 나타낸다. 여기서 신호 대 잡음 비(Signal to Noise Ratio : SNR)는 각각 0dB, 3dB, 6dB 일 경우에 대하여, 그리고 신호 대 간섭 비(Signal to Interference Ratio : SIR)를 -6dB 에서 6dB로 변화 시키면서 비트오율 성능을 나 타낸 것이다.

상기 도 6을 참조하면, 전체적으로 다이버시티 수신기는 SIR이 커질수록 성능이 점차 개선됨을 볼 수 있다. 반면 간섭제거기는 간섭 신호가 제거된 상태에서 성능이 나오기 때문에, 신호 대 간섭비와 상관없이, 즉 간섭신호의 크기에 관계없이 일정한 비트오율 성능을 보여줌으로 비트오율 성능이 수평하게 나옴을 알 수 있다. 또한, 간섭제거기는 다이버시티 수신기에 비하여 신호 대 간섭 비가 낮은 곳, 즉 간섭신호의 세기가 센 곳에서 다이버시티 수신기에 비하여 성능이 우수하다.

주의해서 보아야 할 곳은 각 신호 대 잡음 비 0dB, 3dB, 6dB에 대하여, 다이버시티 수신기와 간섭제거기의 비트오율 성능이 교차하는 곳이다. 교차되는 지점을 기준으로 신호 대 간섭비가 커지면 다이버시티 수신기성능이 우수하고, 반대로 교차되는 지점을 기준으로 신호 대 간섭비가 작아지면 간섭제거기 성능이 우수하다. 그리고, 상기 도 6의 그래프에서 볼 수 있듯이, 신호 대 잡음비가 커질수록 교차되는 신호 대 간섭 비 지점도 커짐을 알 수 있다. 신호 대 간섭 비의 교차점을 기준으로 신호 대 간섭비가 낮은 영역에서 간섭제거기의 성능이 우수하므로, 신호 대 간섭 비의 교차점이 커진다는 것은 그만큼 다이버시티 수신기 대비 간섭제거기의 성능이 우수한 지점이 넓어진다는 의미가 된다. 다시 말하면, 다이버시티 수신기는 신호 대 잡음비가 낮은 채널, 즉 간섭보다는 잡음에 의한 영향이 큰 채널에서, 간섭제거기에 비하여 더 넓은 셀간 간섭지역에서 수신 성능이 좋게 된다. 반면, 간섭제거기는 신호 대 잡음비가 비교적 높은 채널, 즉 잡음보다는 간섭에 의한 영향이 큰 채널에서 다이버시티 수신기에 비하여 더 넓은 셀간 간섭지역에 걸쳐서 성능이 우수함을 알 수 있다.

본 발명에서는 상술한 다이버시티 수신 방법과 간섭 신호 제거 방법을 연동하여 사용함으로써 수신 성능을 향상시킨다. 그러면 다음의 도 7을 이용하여 본 발명에 따른 OFDMA 수신기에 대해 설명하기로 한다.

상기 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 OFDMA 수신기(700)를 나타낸 블록도이다.

상기 도 7을 참조하면, 본 발명의 OFDMA 수신기(700)는 상기 도 4의 수신 다이버시티 방식과 상기 도 5의 간섭 신호 제거 방식을 결합한 수신기로서 본 명세서에서는 수신 다이버시티 간섭 제거 수신기라 명명하기로 한다.

본 발명의 수신기(700)는 상기 도 5의 간섭 신호 제거 방식을 이용하는 수신기에서 신호를 검출하는 부분이 다이버시티 수신기로 대체되어 있고, 기존 간섭제거기와 동일한 간섭신호 재생성 부분을 거친 후에, 각 안테나 별 채널 값을 따로 곱하여, 각 FFT 출력 부분에서 간섭신호를 빼 주는 구조로 되어 있음을 알 수 있다.

본 발명의 수신기(700)는 단일안테나 수신기, 다이버시티 수신기, 단일 안테나 간섭제거기, 다이버시티 간섭제거기의 4가지 형태의 수신기를 채널 상황에 맞게 다양하게 구성할 수 있음을 특징으로 하고 있다. 4가지 수신기 중에서 수신 다이버시티 간섭제거기가 가장 우수한 성능을 보여주지만, 계산 량이 가장 많으므로 전력의 소모 또한 가장 심하게 된다. 그러므로, 단말기의 전력소모를 최소화하기 위해서는, 현재의 채널 상황에 맞는 가장 적절한 수신기 구조 형태로 가져가는 것이 중 요하다고 할 수 있다. 이에 따라 제어부(710)에서는 현재의 채널 상황을 보고 판단하여 4가지 수신기 중에서 가장 적절한 수신기 구조로 바꾸어 준다. 이에 따라 현재의 채널 상황을 가장 적절히 판단할 수 있도록 하는 기준이 필요하게 된다. 이러한 기준은 OFDMA 프레임에서 프리엠블(Preamble) 부분이나, 파일롯(Pilot) 부분을 통하여 측정된 서빙 기지국 신호 세기 S, j번째 간섭 기지국 신호세기 I_j, 잡음의 세기 N 등을 종합적으로 고려하여 미리 결정된 값이다. 그러면 상기 제어부(710)는 상기 파라미터를 고려하여 측정한 값과 상기 소정 임계값과 비교하여 단일 안테나 모드나 복수 안테나 모드로 동작하도록 제어하게 된다.

적어도 두 개의 안테나를 사용하는 다이버시티 수신기는 단말기의 전력을 최소화하기 위하여, 채널 상황에 따라 단일 안테나 혹은 복수 안테나를 사용하도록 동작을 설정할 수 있다. 하지만 수신 안테나 수를 제어하기 위해서는 또한 각 안테나 별RF 모듈을 제어해야 하는 문제가 있데, 이러한 RF 모듈들은 꺼짐 상태에서 켜짐 상태, 혹은 켜짐 상태에서 꺼짐 상태로 천이 될 때 일정한 과도시간(Transient Time)을 필요로 하며 또한 전력소모도 필요하게 된다. 따라서 안테나의 동작 제어가 자주 발생하도록 하는 것이 매우 비효율적이며, 장시간의 평균적인 채널 상황에 따라 안테나의 동작 결정을 하는 것이 필요하다. 평균적인 채널 상황을 측정하는 것은 다음의 <수학식 11>과 같이 할 수 있다.

여기서,

는 k번째 프레임의 평균 CINR을 나타내고, CINR(k)는 K번재 프레임으로부터 측정된 CINR이며,

는 평균화 파라미터(averaging parameter)로 0과 1사이의 값을 가지며 0에 가까울수록 평균율이 높아지며, 1에 가까울수록 현재 프레임의 CINR값에 가까워진다.

상기 제어부(710)는 다음의 <수학식 12>와 같이 평균 CINR 값인

값이 일정한 임계값을 넘으면 단일안테나, 그렇지 않으면 복수안테나를 설정한다.

그러면 본 발명의 OFDMA 수신기(700)에서 성능 향상을 위한 데이터 수신 방법을 다음의 도 8a 및 8b를 이용하여 설명하기로 한다.

상기 도 8a 및 도 8b를 참조하면, 우선 OFDMA 수신기(700)는 801단계에서 서빙 기지국 주변에 어떠한 간섭기지국들이 존재하는지를 파악하기 위해 주변 기지국을 스캔한다. 스캐닝된 기지국들을 대상으로 803단계에서 채널 상황에 따른 소정 파라미터를 측정한다. 여기서 상기 소정 파라미터는 상술한 바와 같이 서빙 기지국 신호 세기 S, j번째 간섭 기지국 신호세기 I_j, 잡음의 세기 N 등이 있다. 상기 파라미터를 모두 측정하면, OFDMA 수신기(700)는 805단계에서 평균 CINR을 계산한다. 여기서 상기 평균 CINR은 상기 <수학식 11>에서 나타낸

을 의미한다.

상기 평균 CINR을 측정하면 OFDMA 수신기(700)는 807단계에서 상기 <수학식 12>와 같이 상기 평균 CINR이 소정 임계값보다 큰지 확인한다. 여기서 상기 소정 임계값은 채널 상황에 따라 안테나 모드를 결정하기 위한 기준값으로, 채널 상황에 따라 고려되어 결정된 값이다.

상기 807단계에서 상기 평균 CINR이 소정 임계값보다 크면 809단계에서와 같이 단일 안테나 모드로 동작하고, 반대인 경우에는 811단계로 진행하여 복수 안테나 모드로 동작하게 한다. 이하 설명에서 본 발명의 OFDMA 수신기(700)는 설명의 편의상 듀얼 안테나로 나타내어 설명하기로 한다.

안테나 모드가 결정된 OFDMA 수신기(700)는 813단계에서 측정된 파라미터인 간섭기지국들의 신호 세기를 큰 순서부터 정렬한다. 여기서 간섭신호의 세기는 다음 <수학식 13>과 같다고 가정한다.

또한 제거 대상의 간섭 신호를 선별하기 위해서, 서빙 기지국 신호 전력 대비 임계값인

를 넘는 간섭 기지국의 개수인 J값을 구한다. 여기서 상기 J는 다음의 <수학식 14>와 같이 나타낸다.

따라서 본 발명의 OFDMA 수신기(700)는 815단계에서 상기 <수학식 14>을 만족하는 간섭 신호를 확인함으로써 소정 임계값이상의 간섭 신호가 존재하는지 확인 한다. 간섭 신호가 존재하는 경우 OFDMA 수신기(700)는 817단계에서와 j=1에서 간섭 신호 제거 과정을 시작하게 된다.

그러면 819단계에서는 807단계에서 결정된 안테나 모드에 따라 순차적으로 간섭 신호를 제거하게 된다. 상세히 설명하면, 듀얼 안테나인 경우 OFDMA 수신기(700)는 821단계에서 다이버시티 결합기(750)에서 안테나 별로 결합된 신호로부터 간섭 신호를 검출한다. 검출된 간섭신호는 823단계에서 간섭신호 재생성과정(761, 762, 763, 765, 767, 769, 771)을 통하여 재생성 된다. 재생성된 간섭신호는 각 안테나 별 채널 값이 다르기 때문에, 각 안테나 별 채널 추정기(719, 739)로부터 얻은 채널 값들과 재생성된 간섭신호는 곱셈기(717 ,737)에 의해 곱셈 연산을 수행한다. 그러면 OFDMA 수신기(700)의 감산기(713, 733)는 825단계에서 수신 신호에서 각 안테나 별로 감산을 수행한다. 상기 간섭 신호를 감산한 후 833단계에서 j = J 인지 확인한다. 즉 소정 임계값이상의 간섭 신호가 아직 남아 있는지 확인하는 것이다. 소정 임계값이상의 간섭 신호가 존재하는 경우 835단계에서와 같이 다음번 간섭 신호에 대해 상기 821단계 내지 825단계를 반복 수행한다.

반면 싱글 안테나인 경우 827단계 내지 831단계에서와 같이 싱글 안테나를 위한 간섭신호 검출, 재생성, FFT(710) 출력에서 간섭 신호를 감산하는 과정을 수행한다. 그런후 833단계에서 소정 임계값이상의 간섭 신호가 아직 남아 있는지 확인하여 간섭 신호가 존재하는 경우 835단계에서와 같이 다음번 간섭 신호에 대해 상기 827단계 내지 831단계를 반복 수행한다. 즉 j=1에서 시작하여, J개의 간섭신호를 제거할 때까지 간섭제거를 반복한다.

모든 간섭 신호를 제거하면 OFDMA 수신기(700)는 837단계에서 안테나 모드를 확인하여 그후 안테나 모드에 따라 서빙 신호를 검출한다. 즉 듀얼 안테나인 경우 839단계에서와 같이 다이버시티 결합된 서빙 신호를 검출하고, 싱글 안테나 모드인 경우 하나의 안테나로부터 서빙 신호를 검출한다. 여기서 상기 간섭 신호를 제거하는 방법은 상기 본 출원인이 선출원한 특허(한국 출원번호 P2005-113708)에 따라, FEC 방법과 슬라이서 방법이 가능하다. 이에 대한 설명은 상기 선출원을 참조하기 바란다.

한편, 815단계에서 소정 임계값이상의 간섭 신호가 존재하지 않은 경우 837단계로 가서 안테나 모드를 확인한후 상술한 바와 같이 안테나 모드에 따라 서빙 신호를 검출한다.

본 발명의 OFDMA 수신기(700)는 채널 상황에 따라 간섭 신호 방법과 수신 다이버시티 방법을 제어하여 효율적인 수신 성능을 향상시킴을 특징으로 한다. 이에 따라 채널 상황에 따른 소정 임계값이 설정하여야 하는데 이에 대한 성능 지표를 알아보기로 한다.

도 9는 여러 종류의 수신기에 대해 간섭 정도에 따른 비트오률(BER)을 나타낸 그래프로서, SNR = 0 dB일 때 AWGN 채널에서 간섭 기지국이 하나인 경우를 나타내었다. 여기서 여러 종류의 수신기는 단일안테나 수신기(901), 슬라이서(Slicer) 방식의 단일안테나 간섭제거기(903), FEC 방식의 단일안테나 간섭제거기(905), 다이버시티 수신기(907), 슬라이서(Slicer) 방식의 다이버시티 간섭제거기(907), 그리고 FEC방식의 다이버시티 간섭제거기(909)를 의미한다. 여기서 가로축은 신호대 간섭비(SIR)이고, 세로축은 비트오율(BER)로서 여러 수신기에 대한 비트오율(BER)성능을 신호 대 간섭 비 -6 dB에서 6 dB로 변화 시키며 도시 하였다.

상기 도 9를 참조하면, 다이버시티 수신기(907)와 슬라이서 방식의 단일안테나 간섭제거기(903)는 SIR = -1 dB에서 성능이 교차하고, FEC 방식의 단일안테나 간섭제거기(905)와는 SIR = -0.5 dB에서 성능이 교차함을 알 수 있다. 반면 다이버시티 수신기(907)와 슬라이서 방식의 다이버시티 간섭제거기(909)는 SIR=4dB에서 성능이 교차하고, FEC 방식의 다이버시티 간섭제거기(911)와는 SIR > 6dB에서 교차됨을 볼 수 있다.

도 10은 상기 나타낸 수신기에 대해 간섭 정도에 따른 비트오률(BER)을 나타낸 그래프로서, SNR = 0 dB일 때 페이딩(Fading) 채널에서 간섭 기지국이 하나인 경우를 나타내었다. 다른 조건은 상기 도 9와 동일하다.

상기 도 10을 참조하면, 다이버시티 수신기(907)와 슬라이서 방식(903) 혹은 FEC 방식의 단일안테나 간섭제거기(905)는 SIR = -3 dB에서 성능이 교차한다. 반면 다이버시티 수신기와 슬라이서 방식의 다이버시티 간섭제거기는 SIR = 4 dB에서 성능이 교차하고, FEC 방식의 다이버시티 간섭제거기와는 SIR=6dB에서 교차됨을 볼 수 있다.

전체적인 성능을 비교해 보면, 신호 대 잡음비가 비교적 낮은 SNR=0dB에서는, 단일안테나 수신기 < 단일안테나 간섭제거기 <= 다이버시티 수신기 < 다이버시티 간섭제거기 라고 볼 수 있다. 그렇지만 신호 대 잡음비가 높은 채널에서는 단일안테나 간섭제거기가 다이버시티 수신기에 비하여 우수한 성능을 보이게 된다. 다 이버시티 간섭신호제거기는 다이버시티 수신기와 단일안테나 간섭제거기의 장점을 모두 가지고 있으므로, 신호 대 잡음비가 낮은 채널이나 혹은 신호 대 간섭비가 낮은 채널 모두에서, 기존 수신기에 비해 우수한 성능을 보임을 알 수 있다. 따라서 본 발명의 OFDMA 수신기(700)에서 간섭 및 잡음 정도에 따라 수신 방법을 효율적으로 제어하여야 하므로 채널 상황에 따른 임계값을 적절하게 결정하여야 한다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해서 정해져야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 OFDMA 수신기는 간섭 신호 및 잡음등으로 인한 채널 상황을 고려하여 수신 방법을 결정하므로 수신 성능을 향상시키게 된다.

Claims (7)

1. 직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access : OFDMA) 시스템에서 수신 장치에 있어서,

   적어도 하나의 수신 신호를 수신하고, 상기 수신된 신호들을 결합하는 다이버시티 수신기와,

   소정 임계값 이상의 간섭 신호를 재생성한후 수신 신호에서 상기 재생성된 간섭 신호를 감산하는 간섭 제거기와,

   수신 신호의 채널 상태에 따라 상기 다이버시티 수신기와 간섭 제거기를 연동하거나 선택적으로 동작하도록 제어하는 제어부를 포함함을 특징으로 하는 수신 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는,

   수신 신호의 평균 상기 수신 신호의 신호 대 간섭 및 잡음 비(Carrier to Interference Noise Ratio : CINR)가 소정 임계값과 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 안테나 모드를 결정하여 안테나 모드에 따른 수신 신호를 처리함을 특징으로 하는 수신 장치.
3. 직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access : OFDMA) 시스템에서 적어도 하나의 수신 신호를 수신하고, 상기 수신된 신호들을 결합하는 다이버시티 수신기와, 간섭 신호를 재생성하여 수신 신호에서 상기 재생성된 간섭 신호를 감산하는 간섭 제거기를 포함하는 수신기의 수신 방법에 있어서,

   서빙 기지국 주변에 간섭 신호가 존재하는지 주변 기지국을 스캔하는 제 1과정과,

   상기 스캐닝된 기지국들의 신호에서 소정 파라미터를 측정하여 평균 신호 대 간섭 및 잡음 비(Carrier to Interference Noise Ratio : CINR)를 연산하는 제 2과정과,

   상기 주변 기지국들의 평균 CINR이 소정 임계값과 비교하여 안테나 모드를 판단하는 제 3과정과,

   상기 안테나 모드에 따라 수신 신호에서 생성된 간섭 신호를 감산하는 제 4과정을 포함함을 특징으로 하는 수신 방법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 제 2과정에서 평균 CINR은,

   다음의 <수학식 15>로 연산되며,

   

   여기서, 상기

   

   는 k번째 프레임의 평균 CINR을 나타내고, CINR(k)는 K번재 프레임으로부터 측정된 CINR이며,

   

   는 평균화 파라미터(averaging parameter)임을 특징으로 하는 수신 방법.
5. 제 3항에 있어서, 상기 제 3과정은,

   상기 기지국들의 평균 CINR이 소정 임계값보다 크면 싱글 안테나모드로 동작함을 특징으로 하는 수신 방법.
6. 제 3항에 있어서, 상기 제 3과정은,

   상기 기지국들의 평균 CINR이 소정 임계값보다 작으면 복수 안테나모드로 동작함을 특징으로 하는 수신 방법.
7. 제 3항에 있어서, 상기 제 4과정에서 복수 안테나 모드인 경우,

   상기 복수 안테나별로 수신된 신호를 결합하여 간섭 신호를 검출하는 과정 과,

   상기 검출된 간섭 신호를 재생성하는 과정과,

   상기 재생성된 간섭 신호를 각 안테나별 채널 값과 곱셈연산을 수행하는 과정과,

   상기 각 안테나별로 곱셈연산된 신호를 수신 신호에서 감산하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 수신 방법.

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