KR20080048660A

KR20080048660A - 통신 시스템에서 잡음 추정 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20080048660A
Application number: KR1020060118891A
Authority: KR
Inventors: 변명광; 오정태; 전재호; 맹승주
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-11-29
Filing date: 2006-11-29
Publication date: 2008-06-03
Also published as: EP1928140A2; US20080125052A1

Abstract

본 발명은 통신 시스템의 신호 수신 장치에서, 다수의 셀들로부터 수신된 수신 벡터에 대해 채널을 추정하고, 상기 수신 신호 벡터와, 상기 셀들의 개수와, 상기 채널 추정에 사용된 파일럿 서브 캐리어의 개수와, 상기 셀들에서 사용하는 파일럿 패턴들을 고려하여 잡음을 추정한다.

잡음 추정, 채널 추정, 파일럿 패턴 행렬, 수정 파일럿 패턴 행렬, 간섭

Description

통신 시스템에서 잡음 추정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ESTIMATING NOISE IN A COMMUNICATION SYSTEM}

도 1은 일반적인 통신 시스템에서 간섭 신호가 발생하는 예를 도시한 도면

도 2는 일반적인 IEEE 802.16e 통신 시스템의 신호 수신 장치의 내부 구조를 도시한 도면

도 3은 일반적인 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 PUSC 방식의 타일 구조를 도시한 도면

도 4는 일반적인 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 AMC 방식의 슬럿 구조를 도시한 도면

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 IEEE 802.16e 통신 시스템의 신호 수신 장치의 내부 구조를 도시한 도면

본 발명은 통신 시스템의 잡음 추정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 통신 시스템에서 간섭을 고려하여 잡음을 추정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 셀룰라(cellular) 구조를 가지는 통신 시스템(이하 '셀룰라 통신 시스템'이라 칭하기로 한다)은 한정된 자원, 즉 주파수(frequency) 자원과, 코드(code) 자원과, 타임 슬럿(time slot) 자원 등을 상기 셀룰라 통신 시스템을 구성하는 다수의 셀들이 분할하여 사용함으로 인해 셀간 간섭(ICI: Inter Cell Interference, 이하 'ICI'라 칭하기로 한다)이 발생하게 된다.

상기 셀룰라 통신 시스템에서 상기 주파수 자원을 상기 다수의 셀들이 분할하여 사용하게 되면 상기 ICI로 인해 성능 저하가 발생하게 되지만, 상기 셀룰라 통신 시스템의 전체 용량을 증가시키기 위해 상기 주파수 자원을 재사용하는 경우가 발생하게 된다. 여기서, 상기 주파수 자원을 재사용하는 비율을 '주파수 재사용 계수(frequency reuse factor)'이라고 칭하기로 하며, 상기 주파수 재사용 계수는 동일한 주파수 자원을 사용하지 않는 셀들의 개수에 의해 결정된다. 상기 주파수 재사용 계수가

라고 가정할 경우, 동일한 주파수 자원을 사용하지 않는 셀들의 개수는 K개가 된다.

상기 주파수 재사용 계수가 작을수록, 즉 상기 주파수 재사용 계수가 1미만일 경우 ICI는 감소하지만, 1개의 셀에서 사용 가능한 주파수 자원의 양이 감소하여 상기 셀룰라 통신 시스템의 전체 용량 역시 함께 감소하게 된다. 이와는 반대로, 상기 주파수 재사용 계수가 1일 경우, 즉 상기 셀룰라 통신 시스템을 구성하는 모든 셀들이 동일한 주파수 자원을 사용할 경우 ICI는 증가하지만, 1개의 셀에서 사용 가능한 주파수 자원의 양 역시 증가하여 상기 셀룰라 통신 시스템의 전체 용 량 역시 함께 증가하게 된다.

한편, 차세대 통신 시스템은 이동 단말기(MS: Mobile Station, 이하 'MS'라 칭하기로 한다)들에게 고속의 대용량 데이터 송수신이 가능한 서비스를 제공하기 위한 형태로 발전해나가고 있다. 차세대 통신 시스템의 대표적인 예가 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16e 통신 시스템이다. 상기 IEEE 802.16e 통신 시스템은 직교 주파수 분할 다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 'OFDM'이라 칭하기로 한다) 방식 및 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 'OFDMA'이라 칭하기로 한다) 방식을 사용하는 대표적인 통신 시스템이다. 그러면 여기서 도 1을 참조하여 상기 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 ICI가 발생되는 경우에 대해서 설명하기로 한다.

상기 도 1은 일반적인 통신 시스템에서 간섭신호가 발생하는 예를 도시한 도면이다.

상기 도 1을 참조하면, 상기 IEEE 802.16e 통신 시스템은 셀#1(110)과, 셀#2(120)과, 셀#3(130)과, 상기 셀#3(130)을 관장하는 기지국(BS: Base Station)#1(111)과, 상기 셀#2(120)를 관장하는 기지국#2(121)와, 상기 셀#3(130)을 관장하는 기지국#3(131)과, 상기 기지국#1(111)로부터 서비스를 제공받는 MS#1(113)과, 상기 기지국#2(121)로부터 서비스를 제공받는 MS#2(123)과, 상기 기지국#3(131)로부터 서비스를 제공받는 MS#3(133)을 포함한다. 그리고, 상기 기지국#1(111)과, 기지국#2(121)와 기지국#3(131)은 동일한 주파수 자원을 사용하여 서비 스를 제공한다. 상기에서도 설명한 바와 같이 상기 기지국#1(111)과, 기지국#2(121)와 기지국#3(131)이 동일한 주파수 자원을 사용하여 서비스를 제공할 경우에는 ICI로 인해 업링크(uplink) 및 다운링크(downlink) 모두에서 치명적인 성능 열화가 발생할 수 있다.

일 예로, 상기 도 1에서 상기 기지국#1(111)로부터 서비스를 제공받고 있는 MS#1(113)을 고려하면, 인접 셀의 기지국#2(121)로부터 서비스를 제공받고 있는 MS#2(123)이 송신하는 신호와, 또 다른 인접 셀의 기지국#3(131)로부터 서비스를 제공받고 있는 MS#3(133)이 송신하는 신호가 상기 MS#1(113)이 송신하는 신호에 대해서 간섭으로 작용하게 된다. 따라서, 상기 기지국#1(111)은 상기 MS#1(113)가 송신한 신호(115) 뿐만 아니라 간섭 신호인 상기 MS#2(123)가 송신한 신호(117)와, 상기 MS#3(133)이 송신한 신호(119)를 함께 수신하게 되어, 결과적으로는 업링크 상의 성능 열화를 초래하게 된다.

그러면 여기서 도 2를 참조하여 일반적인 IEEE 802.16e 통신 시스템의 신호 수신 장치의 내부 구조에 대해서 설명하기로 한다.

상기 도 2는 일반적인 IEEE 802.16e 통신 시스템의 신호 수신 장치의 내부 구조를 도시한 도면이다.

상기 도 2를 설명하기에 앞서, 상기 신호 수신 장치는 기지국 혹은 이동 단말기(MS: Mobile Station, 이하 'MS'라 칭하기로 한다) 어디에도 적용 가능함은 물론이며, 여기서는 일 예로 상기 신호 수신 장치가 기지국이라고 가정하기로 한다.

상기 도 2를 참조하면, 상기 신호 수신 장치는 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform, 이하 'FFT'라 칭하기로 한다) 유닛(211)과, 디스크램블러(de-scrambler)(213)와, 역 서브 채널화 유닛(de-subchannelization unit)(215)과, 채널 보상기(channel compensator)(217)와, 복조기(de-modulator)(219)와, 디코더(decoder)(221)를 포함한다.

먼저, 수신 신호는 상기 FFT 유닛(211)으로 전달되며, 상기 FFT 유닛(211)은 상기 수신 신호에 대해서 N-포인트(point) FFT 연산을 수행한 후 상기 디스크램블러(213)로 출력한다. 상기 디스크램블러(213)는 상기 FFT 유닛(211)에서 출력한 신호를 상기 신호 수신 장치에 대응하는 신호 송신 장치에서 사용한 스크램블링(scrambling) 방식에 상응하는 디스크램블링(de-scrambling) 방식에 상응하게 디스크램블링한 후 상기 역 서브 채널화 유닛(215)으로 출력한다.

상기 역 서브 채널화 유닛(215)은 상기 디스크램블러(213)에서 출력한 신호, 일 예로 버스트(burst)에서 실제 데이터가 송신된 데이터 서브 캐리어(data sub-carrier)들과 기준 신호(reference signal), 일 예로 파일럿 신호(pilot signal)가 송신된 파일럿 서브 캐리어(pilot sub-carrier)들을 검출하여 정렬한 후 상기 채널 보상기(217)로 출력한다. 상기 채널 보상기(217)는 상기 역 서브 채널화 유닛(215)에서 출력한 신호를 입력한 후 상기 파일럿 신호를 사용하여 채널 및 잡음을 추정하고, 상기 추정한 채널 및 잡음을 사용하여 상기 데이터를 채널 보상한 후 상기 복조기(219)로 출력한다.

상기 복조기(219)는 상기 채널 보상기(217)에서 출력한 신호를 입력하여 상기 신호 송신 장치에서 사용한 변조 방식에 상응하는 복조 방식에 상응하게 복조한 후 상기 디코더(221)로 출력한다. 상기 디코더(221)는 상기 복조기(219)에서 출력한 신호를 입력하여 상기 신호 송신 장치에서 사용한 인코딩(encoding) 방식에 상응하는 디코딩(decoding) 방식에 상응하게 디코딩하여 버스트 디코딩 비트들로 생성한 후 출력한다.

그런데, 상기 도 2에서 설명한 바와 같은 신호 수신 장치는 잡음을 추정함에 있어 간섭을 전혀 고려하지 않고 잡음을 추정하고 있다. 이렇게 간섭을 전혀 고려하지 않은 잡음 추정은 상기 신호 수신 장치의 복호 성능을 저하시키게 되고, 결과적으로 이는 셀 용량을 감소시키게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 통신 시스템에서 잡음 추정 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 통신 시스템에서 간섭을 고려하여 잡음을 추정하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 간섭과 잡음을 따로 추정함으로써, 특정 간섭에 대해 간섭 제거 기술을 적용할지 여부의 결정과 부분적인 간섭 제거의 가중치 계산에 필요한 자료를 제공하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는; 통신 시스템에서 신호 수신 장치의 잡음 추정 장치에 있어서, 다수의 셀들로부터 수신된 수신 벡터에 대해 채널을 추정하는 채널 추정기와, 상기 수신 신호 벡터와, 상기 셀들의 개수와, 상기 채널 추정에 사용된 파일럿 서브 캐리어의 개수와, 상기 셀들에서 사용하는 파일럿 패턴들을 고려하여 잡음을 추정하는 잡음 추정기를 포함한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은; 통신 시스템의 신호 수신 장치에서 잡음 추정 방법에 있어서, 다수의 셀들로부터 수신된 수신 벡터에 대해 채널을 추정하는 과정과, 상기 수신 신호 벡터와, 상기 셀들의 개수와, 상기 채널 추정에 사용된 파일럿 서브 캐리어의 개수와, 상기 셀들에서 사용하는 파일럿 패턴들을 고려하여 잡음을 추정하는 과정을 포함한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

본 발명은 통신 시스템에서 간섭에 상응하게 잡음을 추정하는 장치 및 방법을 제안한다. 이하, 설명의 편의상 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16e 통신 시스템을 상기 통신 시스템의 일 예로 하여 설명하기로 하며, 본 발명에서 제안하는 잡음 추정 장치 및 방법은 상기 IEEE 802.16e 통신 시스템뿐만 아니라 다른 통신 시스템에도 적용 가능함은 물론이다.

한편, 본 발명을 설명함에 있어 셀과 기지국(BS: Base Station)을 동일한 개념으로 혼용하여 사용하기로 한다. 물론, 1개의 기지국이 다수개의 셀들을 관리할 수도 있으나, 이하의 설명에서는 1개의 기지국이 1개의 셀만을 관리한다고 가정하여 상기 셀과 기지국을 동일한 개념으로 사용하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 간섭을 고려할 때 인접 셀을 고려하는 경우를 일 예로 하여 설명하기로 하나, 인접 셀뿐만이 아니라 동일 셀 내의 인접 섹터(sector)를 동일하게 고려할 수도 있음은 물론이며, 다만 설명의 편의상 상기 인접 셀만을 고려하는 경우를 일 예로 하여 설명하기로 한다.

본 발명을 설명하기에 앞서, 도 3 및 도 4를 참조하여 IEEE 802/16e 통신 시스템의 타일(tile) 구조와 슬럿(slot) 구조에 대해서 설명하기로 한다.

먼저, 도 3을 참조하여 일반적인 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 서브 채널 방식으로 PUSC(Partial Usage of Subchannels) 방식을 사용할 경우, 상기 PUSC 방식의 타일 구조에 대해서 설명하기로 한다.

상기 도 3은 일반적인 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 PUSC 방식의 타일 구조를 도시한 도면이다.

상기 도 3을 참조하면, 1개의 타일(300)은 시간 영역(time domain)에서 3개의 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogoal Frequency Division Multiple Access, 이하 'OFDMA'라 칭하기로 한다) 심벌(symbol) 구간을 점유하며, 주파수 영역(frequency domain)에서 4개의 서브 캐리어(sub-carrier) 구간을 점유한다. 상기 타일(300)은 4개의 파일럿 서브 캐리어(pilot sub-carrier)들(P(0),P(1),P(2),P(3))과 8개의 데이터 서브 캐리어(data sub-carrier)들을 포함한다. 여기서, 상기 4개의 파일럿 서브 캐리어들(P(0),P(1),P(2),P(3))은 상기 8개 의 데이터 서브 캐리어들에 대한 채널 추정을 위해 삽입된다.

다음으로, 도 4를 참조하여 일반적인 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 서브 채널 방식으로 적응적 변조 및 코딩(AMC: Adaptive Modulation and Coding, 이하 'AMC'라 칭하기로 한다) 방식을 사용할 경우, 상기 AMC 방식의 슬럿(slot) 구조에 대해서 설명하기로 한다.

상기 도 4는 일반적인 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 AMC 방식의 슬럿 구조를 도시한 도면이다.

상기 도 4를 참조하면, 1개의 슬럿(400)은 시간 영역에서 3개의 OFDMA 심벌 구간과 주파수 영역에서 18개의 서브 캐리어 구간을 점유한다. 상기 슬럿(400)은 6개의 파일럿 서브 캐리어들(P(0),P(1),P(2),P(3),P(4),P(5))과 48개의 데이터 서브 캐리어들을 포함한다. 여기서, 상기 6개의 파일럿 서브 캐리어들(P(0),P(1),P(2),P(3),P(4),P(5))은 상기 48개의 데이터 서브 캐리어들에 대한 채널 추정을 위해 삽입된다.

그러면 여기서, 본 발명에서 제안하는 잡음 추정 방식에 대해서 설명하면 다음과 같다.

먼저, 파일럿 서브 캐리어를 통해 수신한 신호는 하기 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.

상기 수학식 1에서, r은 파일럿 서브 캐리어를 통해 수신한 수신 신호 벡터(vector)를 나타내며, P는 해당 셀 및 인접 셀의 파일럿 패턴(pilot pattern) 행렬을 나타내며, h는 채널 벡터를 나타내며, n은 잡음 벡터를 나타낸다. 상기 수학식 1에서 파일럿 패턴 행렬 P에 고려되는 인접 셀들은 해당 셀에 간섭을 줄 수 있는 인접 셀들을 나타낸다. 즉, 인접 셀들중 해당 셀에 간섭을 주지 않는 인접 셀의 파일럿 패턴은 상기 파일럿 패턴 행렬 P에 고려되지 않는다. 상기 수학식 1을 행렬의 엘리먼트(element) 단위까지 세분화시킬 경우 하기 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.

상기 수학식 2에서, r_m은 m번째 파일럿 서브 캐리어를 통해 수신한 신호를 나타내며, p_m(k)은 k번째 셀의 m번째 파일럿 서브 캐리어에 적용되는 파일럿 패턴을 나타낸다. 여기서, p_m(1)이 해당 셀의 m번째 파일럿 서브 캐리어에 적용되는 파일럿 패턴을 나타내는 것이다. 또한, 상기 수학식 2에서, h(k)는 k번째 셀의 채널을 나타내며, n_m은 m번째 파일럿 서브 캐리어의 잡음을 나타내며, N은 채널 추정 영 역이 포함하는 파일럿 서브 캐리어의 개수를 나타내며, K는 신호가 수신되는 셀의 개수를 나타낸다. 여기서, 상기 채널 추정 영역은 타일 혹은 슬럿 등이 될 수 있으며, 상기 채널 추정 영역의 범위는 상기 통신 시스템에서 설정하기에 따라 상이해질 수 있음은 물론이다.

한편, 상기 통신 시스템의 신호 수신 장치에서의 채널 추정 및 잡음 추정 동작은

의 역행렬(inverse matrix) 존재 여부에 따라 크게 달라진다. 여기서, 상기 신호 수신 장치는 기지국 혹은 이동 단말기(MS: Mobile Station, 이하 'MS'라 칭하기로 한다) 어디에도 적용 가능함은 물론이며, 여기서는 일 예로 상기 신호 수신 장치가 기지국이라고 가정하기로 한다. 또한,

는 행렬의 컨쥬게이트 트랜스포즈(conjugate transpose)를 나타내는 연산자이다.

그러면 여기서 상기

의 역행렬이 존재할 경우와 상기

의 역행렬이 존재하지 않을 경우의 채널 추정 및 잡음 추정 동작에 대해서 설명하면 다음과 같다.

첫 번째로, 상기

의 역행렬이 존재할 경우의 채널 추정 동작에 대해서 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기

의 역행렬이 존재할 경우, 채널 추정 동작은 하기 수학식 3에 상응하게 수행된다.

상기 수학식 3에 나타낸 바와 같이, 수신 신호 벡터 r및 파일럿 패턴 행렬 P의 의사(pseudo)-역행렬

을 곱합으로써 K개의 채널들이 동시에 추정되는 것이 가능하게 된다.

또한, 잡음은 수신 신호로부터 복원된 송신 신호를 감산하면 되므로 하기 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.

상기 수학식 4에서,

는 추정 잡음 값을 나타내며,

는 벡터의 각 엘리먼트의 절대값 제곱의 합을 나타내는 연산자이다. 만약, 채널 추정을 수행함에 있어 전혀 오차가 존재하지 않는다면, 상기 수학식 4에 나타낸 바와 같은 방식으로 정확하게 잡음을 추정하는 것이 가능하다. 그러나, 채널 추정을 수행함에 있어 오차가 존재한다면 상기 수학식 4에 나타낸 바와 같은 방식으로 정확하게 잡음을 추정하는 것은 불가능하며, 그 이유에 대해서 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 수학식 4는 하기 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.

상기 수학식 5에서, I_N은

항등 행렬(identity martrix)을 나타내며, 상기 수학식 5를 사용하여 상기 수학식 4의 기대값을 계산하면 하기 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.

상기 수학식 6에서,

은 랜덤(random) 변수의 기대값을 나타내며,

는 정사각 행렬의 주대각선(main diagonal)상에 존재하는 엘리먼트들의 합을 나타내며, N₀는 잡음 전력을 나타낸다. 상기 수학식 6에 나타낸 바와 같이 상기 수 학식 4와 같이 잡음을 추정할 경우 실제 잡음보다

배 작은 값을 가지는 잡음을 추정 잡음값으로 생성하게 된다.

따라서, 본 발명에서는 하기 수학식 7에 나타낸 바와 같은 방식으로 잡음을 추정한다.

두 번째로, 상기

의 역행렬이 존재하지 않을 경우의 채널 추정 동작에 대해서 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기

의 역행렬이 존재하지 않을 경우, 파일럿 패턴 행렬 P의 열공간(column space)은 파일럿 패턴 행렬 P의 열(column) 벡터중 독립적인 K'개를 사용하여 스팬(span) 가능하다(K'<K). 여기서, 벡터들이 독립적이라 함은 해당 벡터들의 모든 선형 결합(linear combination)들 중 0(zero) 벡터가 생성되는 경우는 오직 모든 선형 계수들이 0일 경우만임을 나타낸다. 또한, 열 공간이라 함은 벡터공간(vector space)의 일종으로 열 벡터의 모든 선형 결합들의 집합을 나타낸다. 상기 열 공간은 몇 개의 벡터들의 선형 결합의 집합과 동일하게 되는데, 이 최소한의 벡터들의 집합이 상기 열 공간의 '기저(basis)'가 된다. 상기 기저는 K'개의 벡터들을 포함한다. 상기 기저는 Gram-Schmidt 직교화 방식을 사용하여 생성할 수 있 으며, 상기 Gram-Schmidt 직교화 방식은 이미 널리 알려진 기술이므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

일 예로, 상기 파일럿 패턴 행렬 P가

일 경우, 첫 번째 열 벡터와 두 번째 열 벡터는 서로 독립적이지 않다. 따라서, 열 공간의 기저는 서로 독립적인 첫 번째 열 벡터와 세 번째 열 벡터의 집합이 되고, 상기 첫 번째 열 벡터와 세 번째 열 벡터만을 포함하는 수정된 파일럿 패턴 행렬 P'을 생성할 수 있다. 여기서, 상기 수정된 파일럿 패턴 행렬 P'을 '수정 파일럿 패턴 행렬 P''이라 칭하기로 하며, 상기 파일럿 패턴 행렬 P의 수정 파일럿 패턴 행렬 P'은

이 된다. 여기서, 상기 수정 파일럿 패턴 행렬 P'의 열 공간과 상기 파일럿 패턴 행렬 P의 열 공간은 동일하다.

따라서, 상기 파일럿 패턴 행렬 P에서 독립적인 K'개의 열 벡터들만을 추출하고, 상기 추출한 독립적인 K'개의 열 벡터들만을 포함하는 수정 파일럿 패턴 행렬 P'를 사용하면, 상기 수학식 2를 하기 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.

따라서, 상기 수학식 3에 나타낸 바와 같은 방식으로 채널을 추정하고, 상기 수학식 7에 나타낸 바와 같은 방식으로 잡음을 추정할 경우, 그 잡음 추정의 정확도가 향상된다. 이 경우, 상기

의 역행렬이 존재하지 않으므로, 상기 수학식 3 및 수학식 7에 상기 파일럿 패턴 행렬 P가 아닌 수정 파일럿 패턴 행렬 P'를 적용하고, K가 아닌 K'을 적용해야만 함은 물론이다. 즉, 상기 수학식 3은 하기 수학식 9와 같이 나타낼 수 있으며, 상기 수학식 7은 하기 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.

다음으로 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 IEEE 802.16e 통신 시스템의 신호 수신 장치 내부 구조에 대해서 설명하기로 한다.

상기 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 IEEE 802.16e 통신 시스템의 신호 수신 장치의 내부 구조를 도시한 도면이다.

상기 도 5를 참조하면, 상기 신호 수신 장치는 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform, 이하 'FFT'라 칭하기로 한다) 유닛(511)과, 채널 추정기(channel estimator)(513)와, 잡음 추정기(noise estimator)(515)를 포함한다.

먼저, 수신 신호는 상기 FFT 유닛(511)으로 전달되며, 상기 FFT 유닛(511)은 상기 수신 신호에 대해서 N-포인트(point) FFT 연산을 수행한 후 상기 채널 추정기(513)로 출력한다. 여기서, 상기 FFT 유닛(511)에서 출력한 신호가 수신 신호 벡터 r이다. 상기 채널 추정기(513)는 상기 FFT 유닛(511)에서 출력한 신호를 입력하여 상기 수학식 3에 나타낸 바와 같은 방식으로 채널을 추정한 후, 그 채널 추정값

를 상기 잡음 추정기(515)로 출력한다. 상기 잡음 추정기(515)는 상기 채널 추정기(513)에서 출력한 채널 추정값

를 사용하여 상기 수학식 7에 나타낸 바와 같은 방식으로 잡음을 추정한 후, 그 잡음 추정값

을 출력한다.

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

상술한 바와 같은 본 발명은, 통신 시스템의 신호 수신 장치에서 간섭을 고려하여 잡음을 추정하도록 함으로써 정확한 잡음 추정을 가능하게 한다는 이점을 가진다. 이렇게, 잡음을 정확하게 추정하도록 함으로써 상기 신호 수신 장치의 복호 성능이 향상되며, 결과적으로 이는 셀 용량을 증가시키게 된다는 이점을 가진다. 또 간섭과 잡음을 따로 추정함으로써, 특정 간섭에 대해 간섭 제거 기술을 적용할지 여부의 결정과 부분적인 간섭 제거의 가중치 계산에도 큰 도움을 줄 수 있다.

Claims

통신 시스템의 신호 수신 장치에서 잡음 추정 방법에 있어서,

다수의 셀들로부터 수신된 수신 벡터에 대해 채널을 추정하는 과정과,

상기 수신 신호 벡터와, 상기 셀들의 개수와, 상기 채널 추정에 사용된 파일럿 서브 캐리어의 개수와, 상기 셀들에서 사용하는 파일럿 패턴들을 고려하여 잡음을 추정하는 과정을 포함하는 신호 수신 장치에서 잡음 추정 방법.
제1항에 있어서,

상기 채널 추정 과정은 상기 수신 벡터와 상기 셀들에서 사용하는 파일럿 패턴들을 고려하여 채널을 추정하는 것임을 특징으로 하는 신호 수신 장치에서 잡음 추정 방법.
제1항에 있어서,

상기 채널 추정 과정은 하기 수학식 11에 상응하게 채널을 추정하는 것임을 특징으로 하는 신호 수신 장치에서 잡음 추정 방법.

상기 수학식 11에서,
는 추정 채널 벡터를 나타내며, r은 상기 수신 신호 벡터를 나타내며, P는 상기 셀들에서 사용하는 파일럿 패턴들을 나타내는 파일럿 패턴 행렬이며,
는 행렬의 컨쥬게이트 트랜스포즈(conjugate transpose)를 나타내는 연산자임.
제1항에 있어서,

P는 상기 셀들에서 사용하는 파일럿 패턴들을 나타내는 파일럿 패턴 행렬이고,
는 행렬의 컨쥬게이트 트랜스포즈(conjugate transpose)를 나타내는 연산자이고,
의 역행렬이 존재할 경우,

상기 잡음 추정 과정은 하기 수학식 12에 상응하게 잡음을 추정하는 것임을 특징으로 하는 신호 수신 장치에서 잡음 추정 방법.

상기 수학식 12에서,
은 추정 잡음을 나타내며,
는 추정 채널 벡터를 나타내며, r은 상기 수신 신호 벡터를 나타내며, K는 상기 셀들의 개수를 나타내며, N은 상기 채널 추정에 사용된 파일럿 서브 캐리어의 개수를 나타냄.
제1항에 있어서,

P는 상기 셀들에서 사용하는 파일럿 패턴들을 나타내는 파일럿 패턴 행렬이고,
는 행렬의 컨쥬게이트 트랜스포즈(conjugate transpose)를 나타내는 연산자이고,
의 역행렬이 존재하지 않을 경우,

상기 잡음 추정 과정은 하기 수학식 13에 상응하게 잡음을 추정하는 것임을 특징으로 하는 신호 수신 장치에서 잡음 추정 방법.

상기 수학식 13에서,
은 추정 잡음을 나타내며, r은 상기 수신 신호 벡터를 나타내며, P'은 상기 파일럿 패턴 행렬 P의 열 벡터들중 독립적인 K'개의 열 벡터들만을 포함하는 수정 파일럿 패턴 행렬을 나타내며,
는 이 수정 파일럿 패턴 행렬에 해당하는 추정 채널 벡터를 나타내며, K'은 상기 셀들의 개수를 나타내며, N은 상기 채널 추정에 사용된 파일럿 서브 캐리어의 개수를 나타냄.
제5항에 있어서,

상기 독립적인 K'개의 열 벡터들은 해당 벡터들의 모든 선형 결합들중 0(zero) 벡터가 생성되는 경우가 모든 엘리먼트들이 0일 경우만 존재하는 열 벡터들임을 특징으로 하는 신호 수신 장치에서 잡음 추정 방법.
통신 시스템에서 신호 수신 장치의 잡음 추정 장치에 있어서,

다수의 셀들로부터 수신된 수신 벡터에 대해 채널을 추정하는 채널 추정기와,

상기 수신 신호 벡터와, 상기 셀들의 개수와, 상기 채널 추정에 사용된 파일럿 서브 캐리어의 개수와, 상기 셀들에서 사용하는 파일럿 패턴들을 고려하여 잡음을 추정하는 잡음 추정기를 포함하는 신호 수신 장치의 잡음 추정 장치.
제7항에 있어서,

상기 채널 추정기는 상기 수신 벡터와 상기 셀들에서 사용하는 파일럿 패턴 들을 고려하여 채널을 추정함을 특징으로 하는 신호 수신 장치의 잡음 추정 장치.
제7항에 있어서,

상기 채널 추정기는 하기 수학식 14에 상응하게 채널을 추정함을 특징으로 하는 신호 수신 장치의 잡음 추정 장치.

상기 수학식 14에서,
는 추정 채널 벡터를 나타내며, r은 상기 수신 신호 벡터를 나타내며, P는 상기 셀들에서 사용하는 파일럿 패턴들을 나타내는 파일럿 패턴 행렬이며,
는 행렬의 컨쥬게이트 트랜스포즈(conjugate transpose)를 나타내는 연산자임.
제7항에 있어서,

P는 상기 셀들에서 사용하는 파일럿 패턴들을 나타내는 파일럿 패턴 행렬이고,
는 행렬의 컨쥬게이트 트랜스포즈(conjugate transpose)를 나타내는 연산 자이고,
의 역행렬이 존재할 경우,

상기 잡음 추정기는 하기 수학식 15에 상응하게 잡음을 추정함을 특징으로 하는 신호 수신 장치의 잡음 추정 장치.

상기 수학식 15에서,
은 추정 잡음을 나타내며,
는 추정 채널 벡터를 나타내며, r은 상기 수신 신호 벡터를 나타내며, K는 상기 셀들의 개수를 나타내며, N은 상기 채널 추정에 사용된 파일럿 서브 캐리어의 개수를 나타냄.
제7항에 있어서,

P는 상기 셀들에서 사용하는 파일럿 패턴들을 나타내는 파일럿 패턴 행렬이고,
는 행렬의 컨쥬게이트 트랜스포즈(conjugate transpose)를 나타내는 연산자이고,
의 역행렬이 존재하지 않을 경우,

상기 잡음 추정기는 하기 수학식 16에 상응하게 잡음을 추정함을 특징으로 하는 신호 수신 장치의 잡음 추정 장치.

상기 수학식 16에서,
은 추정 잡음을 나타내며, r은 상기 수신 신호 벡터를 나타내며, P'은 상기 파일럿 패턴 행렬 P의 열 벡터들중 독립적인 K'개의 열 벡터들만을 포함하는 수정 파일럿 패턴 행렬을 나타내며,
는 이 수정 파일럿 패턴 행렬에 해당하는 추정 채널 벡터를 나타내며, K'는 상기 셀들의 개수를 나타내며, N은 상기 채널 추정에 사용된 파일럿 서브 캐리어의 개수를 나타냄.
제11항에 있어서,

상기 독립적인 K'개의 열 벡터들은 해당 벡터들의 모든 선형 결합들중 0(zero) 벡터가 생성되는 경우가 모든 엘리먼트들이 0일 경우만 존재하는 열 벡터들임을 특징으로 하는 신호 수신 장치의 잡음 추정 장치.