KR20080070589A - 통신 시스템에서 신호 수신 방법 및 그 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 통신 시스템에서, 수신기의 데이터 수신 방법에 있어서, 신호를 수신하는 과정과, 수신한 신호에 포함된 기준 신호를 이용하여 제1잡음을 추정하는 과정과, 데이터 및 기준 신호 송신에 사용되지 않은 적어도 하나 이상의 서브캐리어를 이용하여 제2잡음을 추정하는 과정과, 상기 제1잡음의 추정값과 상기 제2잡음의 추정값간의 차이가 기준값을 초과하는 경우, 간섭 제거 알고리즘을 수행하여 데이터를 복조하는 과정을 포함한다.
보호 구간, 잡음, 간섭, LLR, 최대비 결합, 심볼, 타일, 파일럿

Description

통신 시스템에서 신호 수신 방법 및 그 시스템{METHOD FOR RECEIVING SIGNAL IN A COMMUNICATION SYSTEM AND SYSTEM THEREOF}
본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 통신 시스템에서 신호 수신 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.
차세대 통신 시스템에서는 고속의 다양한 서비스 품질(Quality of Service: 이하 'QoS' 칭하기로 함)을 가지는 서비스들을 사용자들에게 제공하기 위한 활발한 연구가 진행되고 있다. 차세대 통신 시스템의 대표적인 예가 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16 통신 시스템이다.
상기 IEEE 802.16 통신 시스템은 직교 주파수 분할 다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 'OFDM'이라 칭하기로 한다)/직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 'OFDMA'이라 칭하기로 함) 방식을 적용한 통신 시스템(이하 'OFDM/OFDMA 통신 시스템'이라 칭하기로 함)이다.
상기 OFDM/OFDMA 통신 시스템에서는 인접 대역간 신호 간섭을 방지하기 위해 보호 구간(guard interval)을 두어 신호의 왜곡을 방지한다. 여기서, 상기 보호 구간은 사업자들에 할당된 주파수 대역들간 신호 간섭을 방지하기 위해 사용되기도 한다. 또한, 상기 OFDM/OFDMA 통신 시스템에서 시분할 듀플렉싱 (Time Division Duplex, 이하 'TDMA'라 칭함) 방식을 지원하는 경우에는 상향링크 서브프레임(subframe)과 하향링크 서브프레임간에 송신 천이 구간(Transmit Transition Gap, 이하 'TTG'라 칭하기로 함) 및 수신 천이 구간(Receive Transition Gap, 이하 'RTG'라 칭하기로 함)이 존재한다. 상기 TTG 및 RTG는 상향링크와 하향링크간 전환(switching)을 위해 필요한 구간이다.주파수 대역간의 보호 구간은 대역만 점유하고 신호 전송에는 사용되지 않는 구간이므로, 상기 보호 구간에 사용되는 자원이 많아질수록 자원 활용율은 저하된다.
한편, 통신 시스템에 있어서 채널 추정을 통한 신호 간섭 제거는 시스템의 성능을 향상시키기 위해 중요하다. 상기 채널 추정은 기준 신호, 예컨대 프리앰블(preamble) 혹은 파일럿(pilot) 신호를 통해 이루어진다. 상기 채널 추정은 기준 신호의 양이 많아질수록 보다 정확한 채널 추정이 가능하게 된다. 하지만, 기준 신호의 양이 많아질수록 데이터 송신에 사용되는 자원의 양은 줄어들게 된다. 이는 통신 시스템에 오버헤드(overhead)로 작용한다. 따라서, 한정된 기준 신호를 이용하여 정확하게 채널을 추정하기 위한 방안 마련이 절실하다고 할 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 통신 시스템에서 채널 추정 성능 향상을 통해 신호를 수신하는 방법 및 시스템을 제공함에 있다.
또한 본 발명의 목적은 통신 시스템에서 신호 전송이 존재하지 않는 주파수 영역의 보호 구간에서 측정되는 열 잡음을 고려하여 채널 상황을 추정하는 신호 수신 방법 및 시스템을 제공함에 있다.
또한 본 발명의 목적은 통신 시스템이 TDD 방식을 지원하는 경우, 신호 전송이 존재하지 않는 상/하향 링크 전환 구간에서 측정되는 열 잡음을 고려하여 채널 상황을 추정하는 신호 수신 방법 및 시스템을 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 방법은, 통신 시스템에서, 수신기의 데이터 수신 방법에 있어서, 신호를 수신하는 과정과, 수신한 신호에 포함된 기준 신호를 이용하여 제1잡음값을 추정하는 과정과, 데이터 및 기준 신호 송신에 사용되지 않은 적어도 하나 이상의 서브캐리어를 이용하여 제2잡음값을 추정하는 과정과, 상기 제1잡음값과 상기 제2잡음값간의 차이가 기준값을 초과하는 경우, 간섭 제거 알고리즘을 수행하여 데이터를 복조하는 과정을 포함한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 방법은, 통신 시스템에서, 수신기의 데이터 수신 방법에 있어서, 신호를 수신하는 과정과, 수신한 신호에 포함된 각 타일(tile)별 기준 신호를 이용하여 제1잡음값을 추정하는 과정과, 데이터 및 기준 신호 송신에 사용되지 않은 적어도 하나 이상의 서브캐리어를 이용하여 제2잡음값을 추정하는 과정과, 상기 제1잡음값과 상기 제2잡음값간의 차이가 기준값을 초과하는 경우, 로그우도비(LLR)를 수행하여 데이터를 복호하는 과정을 포함한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 시스템은, 신호를 송신하는 기지국과, 신호를 수신하면, 수신한 신호에 포함된 기준 신호를 이용하여 제1잡음값을 추정하고, 데이터 및 기준 신호 송신에 사용되지 않은 적어도 하나 이상의 서브캐리어를 이용하여 제2잡음값을 추정하고, 상기 제1잡음값과 상기 제2잡음값간의 차이가 기준값을 초과하는 경우, 간섭 제거 알고리즘을 수행하여 데이터를 복조하는 이동국을 포함한다.
상술한 바와 같은 본 발명은, 데이터 전송시 사용되지 않는 자원을 이용하여 정확한 채널 정보를 획득할 수 있다. 이로 인해 수신기의 데이터 수신 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 데이터 전송시 사용되지 않는 자원을 이용함으로써 자원의 사용 효율을 향상시킬 수도 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설 명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
본 발명은, 통신 시스템에서 채널 추정 성능 향상을 통해 신호를 수신하는 방법 및 시스템을 제안한다. 본 발명은 다수의 서브캐리어(subcarrier)들을 사용하여 주파수 대역간 보호 구간 혹은 TTG 및 RTG를 형성하는 다른 통신 시스템들에도 적용될 수 있다.
본 발명에서 채널 추정 성능을 향상시키기 위한 방안으로, 수신기는 파일럿 신호를 이용하여 잡음 전력을 추정하고, 상기 파일럿 신호의 송신 및 데이터 송신에 사용되지 않는 서브캐리어들을 이용하여 열잡음(Thermal noise) 전력을 추정한 후, 상기 잡음 전력과 상기 열잡음 전력간의 차가 임계값을 초과하는지 여부에 따라 간섭 제거 알고리즘 혹은 최대비 결합 알고리즘을 수행하여 데이터를 복조한다.
만약, 통신 시스템에서 간섭 제거 알고리즘 혹은 최대비 결합 알고리즘이 미리 정해져 있는 경우, 상기 수신기는 타일(tile)별 잡음 전력과 상기 열잡음 전력간의 차가 임계값을 초과하는지 여부에 따라 로그우도비(Log Likelihood Ratio, 이하 'LLR'이라 칭함) 혹은 상기 타일별 잡음 전력의 평균이 반영된 LLR을 적용하여 데이터를 복호한다. 이하에서는 잡음 추정값, 잡음값, 잡음 전력을 모두 동일한 의미로 사용하기로 한다.
상기에서 파일럿 신호의 송신 및 데이터 송신에 사용되지 않는 서브캐리어들은 보호 구간을 구성하는 서브캐리어들이거나 혹은 TTG/RTG를 구성하는 일부의 서브캐리어들이다. 여기서, 상기 보호 구간은 사업자들의 주파수 대역들간 신호 간 섭을 방지하기 위한 보호 구간일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 송신기의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 송신기는 채널 부호기(Channel Encoder)(110)와, 채널 변조기(120) 및 역고속 퓨리에 변환(IFFT: Inverse Fast Fourier Transform, 이하 'IFFT'라 칭하기로 함) 기(130)를 포함한다.
상기 채널 부호기(110)는 수신기로 전송하고자 하는 정보 데이터 비트가 입력되면, 상기 정보 데이터 비트를 미리 설정되어 있는 부호화 방식을 사용하여 부호워드(codeword)를 생성하고, 상기 생성한 부호 워드를 상기 채널 변조기(120)로 출력한다. 상기 채널 변조기(120)는 상기 부호워드를 미리 설정되어 있는 변조 방식을 사용하여 변조하여 변조 심볼을 생성하고, 상기 생성한 변조 심볼을 상기 IFFT기(130)로 출력한다. 상기 IFFT기(130)는 상기 주파수 영역의 변조 심볼에 대한IFFT를 수행하여 시간 영역의 심볼로 변환한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 수신기의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 수신기는 고속 퓨리에 변환(Fast Fourier Transform, 이하 'FFT'라 칭하기로 함)기(230)와, 채널 복조기(220) 및 채널 복호기(210)를 포함한다.
상기 FFT기(230)는 수신 신호가 입력되면 상기 수신 신호에 대해 FFT를 수행한 후 상기 채널 복조기(220)로 출력한다. 상기 채널 복조기(220)는 상기 FFT 기(230)로부터 입력받은 신호를 미리 설정되어 있는 복조 방식을 사용하여 복조한 후 상기 채널 복호기(210)로 출력한다. 여기서, 상기 복조 방식은 상기 수신기에 대응하는 송신기의 채널 변조기에서 사용한 변조 방식에 대응한다. 상기 채널 복호기(210)는 상기 채널 복조기(220)에서 출력한 신호를 입력하여 미리 설정되어 있는 복호 방식을 사용하여 복호함으로써, 송신기로부터 송신된 정보 데이터를 복원한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 타일 구조의 일예를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 각 타일은 4×3개의 톤(tone)들로 이루어지며, 상기 12개의 톤들 중 8개의 톤에는 데이터들이 전송되고, 나머지 4개의 톤에는 파일럿 신호가 전송된다.
수신기는 상기 파일럿 신호들을 이용하여 주파수 옵셋과 타이밍 옵셋을 추정하여 보상하고 채널 추정을 수행한다. 상기 수신기는 채널 추정 결과를 고려하여 위상 및 크기를 보상한다. 상기 채널 추정 결과는 일 례로 신호대 잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio, 이하 'SNR'이라 칭하기로 함)로 나타낼 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서의 서브캐리어 할당 예를 보이고 있다. 즉 통신 시스템에서 1024개의 서브캐리어들 중 사용되는 서브캐리어들과 사용되지 않는 서브캐리어들의 일 예를 도시하고 있다.
도 4를 참조하면, 전체 주파수 대역은 사용되는 서브캐리어들(401)과 사용되지 않는 서브캐리어들(405 및 407)로 구분되며, 상기 사용되는 서브캐리어들(401) 은 DC 서브캐리어(409)와 파일럿 및 데이터 송신에 사용되는 서브캐리어들(403)을 포함한다. 그리고, 상기 사용되지 않는 서브캐리어들(405 및 407)은 보호 구간에 해당하는 서브캐리어들이다.
상기 수신기는 상기 보호 구간(405 및 407)으로 사용된 서브캐리어들을 이용하여 채널 상태를 추정할 수 있다. 여기서, 상기 1024개의 서브캐리어들로 이루어진 제1 주파수 대역을 통해 상기 제1 주파수 대역과는 상이한 제2 주파수 대역으로 인한 간섭 신호가 수신하지 않고, 상기 제1 주파수 대역내에서 서브캐리어간의 간섭이 존재한다고 가정하는 경우, 수신 신호는 하기 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112008006453190-PAT00001
상기 수학식 1에서, Yk는 k번째 서브캐리어의 수신 신호를 의미하고, Xk는 k번째 서브캐리어의 송신 신호를 의미하고, Hk는 k번째 서브캐리어의 채널 응답을 의미하고, Wk는 가우시안 잡음을 의미하고, N은 FFT 크기(size)를 의미하며, ε은 주파수 오프셋을 의미한다. 임의의 서브캐리어의 수신 신호에 포함된 인접한 서브캐리어의 수신 신호로 인해 발생한 간섭의 양은 서브캐리어들 간의 간격(subcarrier spacing)에 상응하게 결정된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 서브캐리어들 간격에 대응한 간섭의 정도를 보이고 있다.
도 5에서 보이는 바와 같이 주파수 오프셋이 0.1, 0.03 및 0.01인 모두의 경우에서 서브캐리어간의 거리(Subcarrier distance)과 간섭량(Interference power/Signal power(dB))이 반비례함을 확인할 수 있다. 즉 특정 서브캐리어의 수신 신호가 가까이 위치하는 서브캐리어의 수신 신호에 영향을 주는 간섭량에 비해 멀리 위치한 서브캐리어의 수신 신호에 영향을 주는 간섭량이 작음을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 서브캐리어들의 간격에 따른 전체 간섭의 합을 보이고 있다.
도 6을 참조하면, 주파수 오프셋(offset)이 서브캐리어 간격의 0.1, 0.03, 0.01인 경우, 측정하고자 하는 서브캐리어의 위치가 전송 채널이 할당된 서브캐리어들로부터 서브캐리어 간격의 수 배 이상 이격되면, 주파수 오프셋에 의해 상기 측정하고자 하는 서브캐리어에 발생하는 간섭은 -20㏈ 이하이다. 여기서, 상기 주파수 오프셋은 서브캐리어 간격의 0.1보다 작으므로 주파수 오프셋에 의한 간섭은 작다.
예를 들어, 통신 시스템이 2.5㎓ 주파수 대역에서 10㎒의 시스템 대역폭을 사용할 경우, 1024 FFT에 의한 서브캐리어의 간격은 약 10㎑가 되며, 주파수 오프셋은 약 1㎑가 된다. 즉, 송신기와 수신기 간의 주파수 오프셋이 약 1㎑이며, 예컨대 이동국의 이동 속도를 고려하면 상기 주파수 오프셋은 0.1보다 작아진다. 그러므로, 상기 주파수 오프셋에 의해 보호 구간의 서브캐리어들이 받는 간섭은 무시할 수준이 된다. 따라서 수신기는 상기 보호 구간으로 사용되는 서브캐리어들을 이용하여 채널 상태를 추정할 수 있다.
상기 수신기는 보호 구간 전체의 서브캐리어들을 이용하여 채널 상태를 추정할 수도 있고, 일부의 서브캐리어들을 이용하여 채널 상태를 추정할 수도 있다. 여기서, 상기 보호 구간의 채널 상태는 열잡음 전력으로 나타낼 수 있다. 한편, 본 발명에서는 주파수 대역간 스펙트럼 누수 현상, 즉 주파수 대역간에 간섭을 주는 현상은 발생하지 않는 것으로 가정한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 보호 구간에서의 열 잡음 전력 추정을 설명하기 위해 보호 구간을 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 수신기는 시간축상으로 인접한 톤간의 값 차이의 제곱, 주파수축상으로 인접한 톤간의 값 차이의 제곱으로 열잡음을 추정할 수있다. 또한 상기 두가지 방법을 모두 사용하여 열잡음을 추정할 수도 있다. 여기서, 톤은 도 7에서 가장 작은 단위 사각형(즉, null로 표시됨)을 의미한다. 추정된 열 잡음은 하기 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112008006453190-PAT00002
상기 수학식 2에서 N0는 추정된 열 잡음 전력을 의미하고, Ntotal는 보호 구간에 존재하는 모든 톤들의 쌍의 개수를 의미한다. 예를 들어, 도 7에 도시된 전체 톤들의 개수가 4
Figure 112008006453190-PAT00003
3개인 경우, 화살표의 개수인 쌍의 개수는 17개가 된다. rk는 k번째 톤의 수신 신호를 의미하며, rl은 l번째 톤의 수신 신호를 의미한다. (k, l)은 인접 톤들의 쌍을 의미한다. 여기서, 서브캐리어의 개수가 M개이고 심볼의 개수가 N개라고 하면, 열 잡음 추정에 사용되는 쌍의 개수는
Figure 112008006453190-PAT00004
이 되어
Figure 112008006453190-PAT00005
이 된다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 수신기의 동작의 일 예를 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 수신기는 801단계에서 신호를 수신한다. 상기 수신기는 803단계에서 상기 수신 신호에 대한 FFT를 수행하여 주파수 영역의 신호로 변환한 후 805단계 및 809단계로 진행한다. 상기 805단계에서 상기 수신기는 상기 주파수 영역으로 변환된 수신신호로부터 이동국을 구분한 후 807단계로 진행한다. 상기 807단계에서 상기 수신기는 파일럿 신호를 이용하여 잡음을 추정하고 811단계로 진행한다.
한편, 상기 809단계에서 상기 수신기는 사용하지 않는 서브캐리어 구간, 일 예로 보호 구간의 전부 혹은 일부를 이용하여 열 잡음을 추정하고 상기 811단계로 진행한다.
상기 811단계에서 상기 수신기는 807단계에서 추정한 잡음 추정값과 809단계에서 추정한 열 잡음 추정값간의 차이값이 임계 값을 초과하는지 판별한다. 상기 판별 결과, 잡음 추정값과 열잡음 추정값간의 차이가 임계값을 초과하는 경우 813 단계로 진행한다. 상기 813단계에서 상기 수신기는 간섭 제거 알고리즘을 수행하여 데이터를 복조한다.
한편, 상기 판별 결과, 잡음 추정값과 열잡음 추정값간의 차이가 임계값 이하이면 815단계로 진행한다. 상기 815단계에서 상기 수신기는 최대비 결합 알고리즘을 수행하여 데이터를 복조한다.
그러면, 도 9에서는 간섭 제거 알고리즘 혹은 최대비 결합 알고리즘이 미리 정해진 상태에서 타일별로 추정된 잡음 전력을 이용하여 신호를 복호하는 과정에 대해 설명하기로 한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 수신기의 동작의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 수신기는 901단계에서 신호를 수신하고 903단계로 진행한다. 상기 903단계에서 상기 수신기는 수신 신호에 대한 FFT를 수행하여 주파수 영역의 신호로 변환한 후 905단계 및 909단계로 진행한다. 상기 905단계에서 상기 수신기는 상기 주파수 영역으로 변환된 수신신호로부터 전송 타일들을 각각 구분하고 907단계로 진행한다.
상기 907단계에서 상기 수신기는 전송 타일별로 잡음을 추정하고 911단계로 진행한다. 한편, 909단계에서 상기 수신기는 사용하지 않는 서브캐리어 구간, 일 예로 보호 구간들 전부 혹은 일부를 이용하여 열 잡음을 추정하고 911단계로 진행한다.
상기 911단계에서 상기 수신기는 상기 907단계에서 추정한 전송 타일별 잡음 추정값과 909단계에서 추정한 열 잡음 추정값간의 차이값이 임계 값을 초과하는지 판별한다. 상기 판별 결과, 전송 타일별 잡음 추정값과 열잡음 추정값간의 차이가 임계값을 초과하는 경우 917단계로 진행한다.
한편, 상기 판별 결과, 상기 타일별 잡음 추정값과 열 잡음 추정 값간의 차이값이 임계값 이하이면 915단계로 진행한다. 상기 915단계에서 상기 수신기는 수신 신호에서의 잡음 전력의 평균을 산출하고 917단계로 진행한다.
상기 917단계에서 상기 수신기는 데이터 복호시 사용할 LLR을 산출하고, 상기 산출한 LLR을 이용하여 데이터를 복호한다. 상기 LLR은 하기 수학식 3을 이용하여 산출할 수 있다.
Figure 112008006453190-PAT00006
상기 수학식 3에서, Y는 수신된 신호를 SNR로 정규화(normalize)한 값을 의미하고, X는 신호 변조시의 성상도(constellation) 값을 의미하고, b는 전송 데이터의 비트 값을 의미하고, Ps는 전송 심볼의 전력을 의미하며,
Figure 112008006453190-PAT00007
는 잡음 전력을 의미한다.
도 10은 TDD 방식을 적용한 통신 시스템에서의 프레임 구조를 보이고 있으며, 상기 프레임 구조는 하향링크 서브프레임과 상향링크 서브프레임을 포함한다.
도 10을 참조하면, 전송 프레임(1000)은 하향링크 서브 프레임(1001) 및 상향링크 서브 프레임(1003)을 포함하며, 상기 각 서브 프레임은 데이터 전송을 위한 다수개의 심볼들을 포함한다. 상기 하향링크 서브 프레임(1001)에는 프레임 동기를 위한 프리앰블(Preamble)과 DL/UL MAP 등의 제어(Control) 정보 및 트래픽 채널(Traffic channel)에 하향링크 데이터 버스트들이 할당되고, 상기 상향링크 서브 프레임(1003)에는 전용 제어 채널(Dedicated Control Channel)에 접속을 위한 제어 정보들과 트래픽 채널에 상향링크 데이터 버스트들이 할당된다. 또한 상기 전송 프레임(1000)은 TTG (1011)과 RTG (1013)을 포함한다.
상기 TTG 구간(1011)은 하향링크의 심볼과 상향링크의 심볼간의 간격으로 정의되며, 기지국이 송신 모드에서 수신 모드로 전환하는 시간 구간에 해당한다. 상기 샘플에 대해 부연 설명하면, 하나의 심볼은 정보를 잃지 않는 범위 내에서 다수의 샘플값으로 표현된다.
일 예로 광대역 무선 접속 시스템은 서브캐리어(Subcarrier)에 신호를 싣고 이를 IFFT하여 시간축 샘플 신호로 실제 송수신하는데, 10MHZ 대역폭의 경우는 1024FFT를 사용하여 심볼당 샘플수가 1024개가 된다. 즉, 하나의 심볼은 1024개의 샘플로 구성된다.
상기 TTG 구간(1011) 동안 기지국은 데이터를 전송하지 않는 대신, 송신기의 파워를 낮추고 송수신(Tx/Rx) 안테나가 전환 동작하도록 스위칭하여 기지국 수신기가 동작하도록 한다.
한편, RTG 구간(1013)은 상향링크의 마지막 심볼과 하향링크의 첫번째 심볼 간의 간격으로, 기지국이 수신 모드에서 송신 모드로 전환하기 위한 시간 구간에 해당한다. 상기 RTG 구간(1013) 동안의 기지국 동작은 상기 TTG 구간(1011)에서와 반대로 동작한다.
상기 TTG 구간(1011)과 상기 RTG 구간(1013)은 기지국과 이동국간의 거리 차에 따른 왕복 지연(RTD: Round Trip Delay 이하 'RTD'라 칭하기로 함)과 이동국의 송수신 전환 간격에 의해 정해진다. 상기 이동국의 송수신 전환 간격은, 이동국이 수신 모드에서 송신 모드로 전환하는데 걸리는 시간(SSRTG: Subscriber Station Receive-Transmit Turnaround Gap, 이하 'SSRTG'라 칭하기로 함)과 이동국이 송신 모드에서 수신 모드로 전환하는데 걸리는 시간(SSTTG: Subscriber Station Transmit-Receive Turnaround Gap, 이하 'SSTTG'라 칭하기로 함)을 포함한다.
TDD 방식을 적용하기 위해서, 기지국은 이동국으로 전송하고자 하는 하향링크 정보를 상향링크 서브프레임에 최초 스케줄링된 상향링크 채널 할당이 시작되기 전보다 늦게 송신해서는 안된다. 즉, 상기 하향링크 정보는 SSRTG+RTD 구간이 시작되기 이전에 전송되어야 한다. 이는 이동국이 수신 신호를 모두 수신한 다음, 송신 모드로 전환할 시간이 부족해지는 상황을 방지하기 위한 것이다. 따라서 상기 TTG 구간(1011)은 SSRTG+RTD 보다 길게 정해진다.
또한 TDD 방식을 적용하기 위해서 기지국은 이동국으로 전송하고자 하는 하향링크 정보를 상향링크 서브프레임에 마지막 스케줄링된 상향링크 채널 할당이 끝난 시점보다 빨리 송신해서는 안된다. 즉, 상기 하향링크 정보는 SSTTG+RTD 구간이 시작되는 시점 보다 빨리 송신되어서는 안된다. 이는 기지국이 SSTTG+RTD보다 빨리 하향링크 신호를 전송하면 이동국이 송신 모드에서 수신 모드로 전환하기 전에 신호를 수신하게 되므로 수신이 불가능한 상황이 되는 것을 방지하기 위한 것이다. 따라서 상기 RTG 구간(1013)은 SSTTG+RTD 보다 길게 정해진다.
예를 들어 BWA 통신 시스템인 IEEE 802.16d/e 표준에서 채택하고 있는 최소 요구 사항은 SSTTG와 SSRTG 모두 50㎲ 이내를 만족하도록 정해놓고 있다.
하기의 표 1은 한 프레임 내의 하향링크와 상향링크 전환에 필요한 TTG/RTG 구간에 대해 IEEE 802.16d 및 e 표준에서 정해놓은 프로파일(profile)을 몇 가지의 대역폭에 대해 나타낸 표이다. 표 1은 한 프레임의 길이를 5ms로 둔 경우로써, TTG 구간(1011)과 RTG 구간(1013)에 할당한 시간은 전체 심볼 구간에 비해 약 3~4% 정도의 비율을 차지하고 있다.
Bandwidth FFT Sampling Frequency CP Duration Symbol Duration Number of Symbols TTG RTG Cell Radius Limit
10 MHz 1024 11.2 MHz 11.4 usec 128 samples 102.9 usec 1152 samples 47 105.7 usec 60 usec 8.4 km
8.75 MHz 1024 10 MHz 12.8 usec 128 samples 115.2 usec 1152 samples 42 87.2 usec 74.4 usec 5.6 km
7 MHz 1024 8 MHz 16 usec 128 samples 144 usec 1152 samples 33 188 usec 60 usec 20.7 km
상기에 기술한 바와 같이 표 1에서 TTG 구간(1011)은 SSRTG+RTD 로 이루어져 있으며, 지원하고자 하는 셀 반경 한계 값에 의해 RTD가 정해진다. 다시 말해, 셀 내 서비스 중인 모든 이동국에 대해 TDD 방식을 적용하기 위해서는 기지국과 이동국 간의 최대 거리 차에 해당하는 RTD를 적용해야 한다. 상기 표 1에 이동국의 최소 요구 사항인 50㎲ SSRTG를 적용한 경우 셀 반경을 계산한 값을 나타내었다. 상기의 표에서 8.75MHz를 대역폭으로 하는 무선 통신 시스템의 경우 최대 서비스 반경은 5.6km이며 나머지 다른 대역폭에서는 이보다 더 큰 서비스 반경을 커버하고 있다. 따라서, 통신 시스템이 서비스하고자 하는 일반적인 셀 영역에 비해 충분히 큰 RTD 시간을 할당한다.
상기와 같이 전송 프레임(1000)의 하향링크 서브 프레임(1001)과 상향링크 서브 프레임(1003) 전환에 충분한 TTG 구간(1011)과 RTG 구간(1013)을 할당하여, 간섭의 영향이 매우 작은 TTG 구간 혹은 RTG 구간 내 샘플들을 이용해서 복조 성능을 높일 수 있다. 즉, 주변으로부터의 간섭 영향이 작은 전환 구간에 무선 채널 정보를 주기 위한 특정 신호를 전송할 수 있다. 또한 추가적인 신호 전송 없이 샘플 자체를 측정함으로써 채널 정보를 얻을 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 TTG 구간 혹은 RTG 구간을 이용한 열 잡음(thermal noise) 추정의 일 예를 보이고 있다.
도 11을 참조하면, 수신기는 TTG 구간 혹은 RTG 구간들의 샘플들(1100)을 대상으로 관측 구간 (Observation interval)(1110)에서의 열 잡음 전력을 추정한다. 즉 수신기는 상기 TTG 구간 혹은 RTG 구간의 샘플들(1100) 중 상기 관측 구간 (Observation interval)(1110)에 존재하는 샘플들을 이용하여 열 잡음 전력을 추정한다.
예를 들어 8.75MHz의 대역폭을 사용하는 무선 통신 시스템에서 TTG 구간을 이용하고, 이동국의 SSRTG가 50㎲이고 셀 반경이 2km 라고 가정하면, 상기 표 1 에서 87.2㎲가 TTG 구간으로 주어져 있으므로 신호 전송과 Tx/Rx 전환에 사용되지 않는 샘플 구간은 sample time = 87.2 - 50 - 13.3 = 23.9㎲에서 239 samples 이 된다. 여기서 13.3은 셀 반경이 2km인 라운드 트립 지연(round trip delay)이 4km/(300000km/sec)= 13.3㎲ 가 됨을 의미한다. 도 11에서 참조번호 1100에 해당하는 샘플 수는 827개이고, 참조번호 1110에 해당하는 샘플 수는 239개이다. 관측 구간 내 인접 샘플간의 차의 제곱을 취하여 열 잡음 전력을 추정하는 방법은 상기 수학식 2를 이용할 수 있다.
도 11에서 열 잡음 추정에 사용되는 수신 샘플 쌍의 개수는 샘플 수가 N개라 하면 Ntotal = N-1 이 된다.
상기 수학식 2를 이용하여 열 잡음을 추정한 상기 수신기는 추정된 열 잡음 전력값과 파일럿 신호를 이용하여 추정된 잡음 전력값을 비교하고, 상기 비교 결과에 상응하여 수신된 데이터의 복조시 사용할 복조 알고리즘을 선택한다. 그리고 상기 선택한 복조 알고리즘을 이용하여 데이터를 복조한다. 이때, 상기 추정된 열 잡음 전력값이 상기 추정된 잡음 전력값보다 작으면, 수신 신호에는 열 잡음 외에 간섭 성분이 많이 포함되어 있다고 간주할 수 있다. 반면 상기 추정된 열 잡음 전력값이 상기 추정된 잡음 전력값과 유사하거나 크면, 수신 신호에는 간섭 성분이 적게 포함되어 있다고 간주할 수 있다.
한편 상기 수신기는 상기 추정된 열 잡음 전력값과 상기 추정된 잡음 전력값을 비교할 시, 임의의 임계값을 추가로 고려할 수 있다. 즉 상기 상기 추정된 열 잡음 전력값에 상기 임계값을 가산하더라도 상기 추정된 잡음 전력값보다 작은지를 판단하거나 상기 추정된 열 잡음 전력값에 상기 임계값을 가산하더라도 상기 추정된 잡음 전력값과 유사하거나 큰지를 판단하는 것도 가능하다.
따라서, 수신기는 전술한 바와 같이 수신 신호에 포함된 간섭량 정보를 이용하여 복조시 간섭 제거 알고리즘을 이용하여 데이터를 복조하거나, 가우시안 잡음에서 최적의 성능을 나타내는 최대비 결합 알고리즘을 이용하여 데이터를 복조한다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 수신기의 동작 예를 보이고 있다.
도 12를 참조하면, 수신기는 1201단계에서 신호를 수신하고 1203단계 및 1209단계로 진행한다. 상기 1203단계에서 상기 수신기는 시간 영역의 수신 신호에 대한 FFT를 수행하여 주파수 영역의 신호를 생성한 후 1205단계로 진행한다. 상기 1205단계에서 상기 수신기는 이동국을 구분하고 1207단계로 진행한다. 상기 1207단계에서 상기 수신기는 파일럿 신호를 이용하여 잡음을 추정하고 1211단계로 진행한다.
한편, 상기 1209단계에서 TTG와 RTG 구간내에 존재하는 서브캐리어들의 전부 혹은 일부의 서브캐리어들을 이용하여 열 잡음을 추정하고 1211단계로 진행한다.
상기 1211단계에서 상기 수신기는 상기 추정한 잡음 추정값과 상기 추정한 열 잡음 추정값간의 차와 임계 값을 비교한다. 상기 비교 결과, 상기 잡음 추정값과 상기 열잡음 추정값간의 차이가 임계값을 초과하면 1213단계로 진행하고, 상기 잡음 추정값과 상기 열잡음 추정값간의 차이가 임계값 이하이면 1215단계로 진행한다.
상기 1213단계에서 상기 수신기는 간섭 제거 알고리즘을 이용하여 상기 수신신호로터 데이터를 복조한다. 상기 1215단계에서 상기 수신기는 최대비 결합 알고리즘을 이용하여 상기 수신신호로부터 데이터를 복조한다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 수신기의 동작 다른 예를 보이고 있다.
도 13을 참조하면, 수신기는 1301단계에서 신호를 수신하고 1303단계 및 1309단계로 진행한다.
상기 1303단계에서 상기 수신기는 시간 영역의 수신 신호에 대한 FFT를 수행하여 주파수 영역의 신호를 생성한 후 1305단계로 진행한다. 상기 1305단계에서 상기 수신기는 상기 주파수 영역으로 변환된 수신신호로부터 전송 타일들을 구분하고 1307단계로 진행한다. 상기 1307단계에서 상기 수신기는 타일별 잡음을 추정하고 1311단계로 진행한다.
한편, 상기 수신기는 상기 1309단계에서 TTG/RTG 전환 구간내에 존재하는 서브캐리어들의 전부 혹은 일부의 서브캐리어들을 이용하여 열 잡음을 추정하고 1311단계로 진행한다.
상기 1311단계에서 상기 수신기는 타일별 잡음 추정값과 열잡음 추정값간의 차와 임계 값을 비교한다. 상기 비교 결과, 상기 타일별 잡음 추정값과 상기 열잡음 추정값간의 차이가 임계값을 초과하면 1317단계로 진행하고, 그렇지 않으면 1315단계로 진행한다. 상기 1315단계에서 상기 수신기는 수신 신호에서의 잡음 평균, 즉 잡음 전력의 평균을 산출한다. 상기 1317단계에서 상기 수신기는 데이터 복호시 사용할 LLR을 산출하고, 상기 산출한 LLR을 이용하여 상기 수신신호로부터 데이터를 복호한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 송신기의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 수신기의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 타일 구조의 일예를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서의 서브캐리어 할당 예를 보이고 있는 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 서브캐리어들 간격에 따른 간섭을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 서브캐리어들 간격에 따른 전체 간섭의 합을 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 수신기의 열 잡음 추정을 설명하기 위한 도면.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 수신기의 동작의 일 예를 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 수신기의 동작의 다른 예를 도시한 도면.
도 10은 시분할 듀플렉싱 방식을 적용한 통신 시스템에서 하향링크 서브프레 임과 상향링크 서브프레임을 포함하는 프레임 구조를 나타낸 도면.
도 11은 본 발명의 구체적인 예로 TTG 구간 혹은 RTG 구간을 이용한 열 잡음 추정 방법을 도시한 도면.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 수신기의 동작을 도시한 도면.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 수신기의 동작을 도시한 도면.

Claims (17)

  1. 통신 시스템에서, 수신기의 신호 수신 방법에 있어서,
    신호를 수신하는 과정과,
    수신한 신호에 포함된 기준 신호를 이용하여 제1잡음값을 추정하는 과정과,
    데이터 및 상기 기준 신호의 송신에 사용되지 않은 적어도 하나의 서브캐리어를 이용하여 제2잡음값을 추정하는 과정과,
    상기 추정된 제1잡음값과 상기 추정된 제2잡음값간의 차이가 기준값을 초과하는 경우, 간섭 제거 알고리즘을 이용하여 상기 수신한 신호로터 데이터를 복조하는 과정을 포함하는 수신기의 신호 수신 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기준 신호는 프리앰블(preamble) 혹은 파일럿 신호임을 특징으로 하는 수신기의 신호 수신 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 추정된 제1잡음값과 상기 추정된 제2잡음값간의 차이가 기준값 이하이면, 최대비 결합 알고리즘을 이용하여 상기 수신한 신호로부터 상기 데이터를 복조 하는 과정을 더 포함하는 수신기의 신호 수신 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 및 상기 기준신호의 송신에 사용되지 않은 적어도 하나의 서브캐리어는 주파수 대역간 보호 구간내에 존재하는 서브캐리어의 전부 혹은 일부의 서브캐리어임을 특징으로 하는 수신기의 신호 수신 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 및 상기 기준신호의 송신에 사용되지 않은 적어도 하나의 서브캐리어는 하향링크 서브프레임에서 상향링크 서브프레임으로 천이하는 구간 및 상향링크 서브프레임에서 하향링크 서브프레임으로 천이하는 구간내에 존재하는 서브캐리어의 전부 혹은 일부의 서브캐리어임을 특징으로 하는 수신기의 신호 수신 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2잡음값(No)은 하기 수학식 4에 의해 추정됨을 특징으로 하는 수신기 의 신호 수신 방법.
    Figure 112008006453190-PAT00008
    상기 수학식 4에서 Ntotal는 서브프레임 구간에 존재하는 모든 서브캐리어 쌍의 개수를 의미하고, rk는 k번째 서브캐리어의 수신 신호를 의미하며, rl은 l번째 서브캐리어의 수신 신호를 의미하며, (k, l)은 인접한 서브캐리어들의 쌍을 의미함.
  7. 통신 시스템에 있어서,
    신호를 송신하는 기지국과,
    상기 기지국으로부터 송신된 신호를 수신하면, 상기 수신한 신호에 포함된 기준 신호를 이용하여 제1잡음값을 추정하고, 데이터 및 상기 기준 신호의 송신에 사용되지 않은 적어도 하나의 서브캐리어를 이용하여 제2잡음값을 추정하고, 상기 추정된 제1잡음값과 상기 추정된 제2잡음값간의 차이가 기준값을 초과하는 경우, 간섭 제거 알고리즘을 이용하여 상기 수신한 신호로부터 데이터를 복조하는 이동국을 포함하는 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기준 신호는 파일럿 신호임을 특징으로 하는 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 이동국은 상기 추정된 제1잡음값과 상기 추정된 제2잡음값간의 차이가 기준값 이하이면, 최대비 결합 알고리즘을 이용하여 상기 수신한 신호로부터 상기 데이터를 복조함을 특징으로 하는 시스템.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 데이터 및 상기 기준신호의 송신에 사용되지 않은 적어도 하나의 서브캐리어는 주파수 대역간 보호 구간내에 존재하는 서브캐리어임을 특징으로 하는 시스템.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 데이터 및 상기 기준신호의 송신에 사용되지 않은 적어도 하나의 서브캐리어는 하향링크 서브프레임에서 상향링크 서브프레임으로 천이하는 구간 및 상 향링크 서브프레임에서 하향링크 서브프레임으로 천이하는 구간내에 존재하는 서브캐리어임을 특징으로 하는 시스템.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 제2잡음값의 추정은 하기 수학식 5를 이용함을 특징으로 하는 시스템.
    Figure 112008006453190-PAT00009
    상기 수학식 5에서 N0는 추정된 열 잡음 전력을 의미하고, Ntotal는 서브프레임 구간에 존재하는 모든 서브캐리어 쌍의 개수를 의미하고, rk는 k번째 서브캐리어의 수신 신호를 의미하며, rl은 l번째 서브캐리어의 수신 신호를 의미하며, (k, l)은 인접한 서브캐리어들의 쌍을 의미함.
  13. 통신 시스템에서, 수신기의 신호 수신 방법에 있어서,
    신호를 수신하는 과정과,
    수신한 신호에 포함된 각 타일(tile)별 기준 신호를 이용하여 제1잡음값을 추정하는 과정과,
    데이터 및 상기 기준 신호의 송신에 사용되지 않은 적어도 하나의 서브캐리어를 이용하여 제2잡음값을 추정하는 과정과,
    상기 추정된 제1잡음값과 상기 추정된 제2잡음값간의 차이가 기준값을 초과하는 경우, 로그우도비(LLR)를 이용하여 상기 수신한 신호로부터 데이터를 복호하는 과정을 포함하는 신호 수신 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 추정된 제1잡음값과 상기 추정된 제2잡음값간의 차이가 기준값 이하인 경우, 상기 타일별로 추정된 잡음 전력들의 평균을 연산하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 신호 수신 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 데이터 및 상기 기준신호의 송신에 사용되지 않은 적어도 하나의 서브캐리어는 주파수 대역간 보호 구간내에 존재하는 서브캐리어의 전부 혹은 일부의 서브캐리어임을 특징으로 하는 신호 수신 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 데이터 및 상기 기준신호의 송신에 사용되지 않은 적어도 하나의 서브캐리어는 하향링크 서브프레임에서 상향링크 서브프레임으로 천이하는 구간 및 상향링크 서브프레임에서 하향링크 서브프레임으로 천이하는 구간내에 존재하는 서브캐리어의 전부 혹은 일부의 서브캐리어임을 특징으로 하는 신호 수신 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 제2잡음값은 하기 수학식 6을 이용하여 추정함을 특징으로 하는 신호 수신 방법.
    Figure 112008006453190-PAT00010
    상기 수학식 6에서 Ntotal는 서브프레임 구간에 존재하는 모든 서브캐리어 쌍의 개수를 의미하고, rk는 k번째 서브캐리어의 수신 신호를 의미하며, (k, l)은 인접한 서브캐리어들의 쌍을 의미함.
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