KR20080074685A - 역확산 기반 신호 검출 방법 및 이를 위한 신호 송신 방법 - Google Patents

Abstract

역확산 기반 신호 검출 방법 및 이를 위한 신호 송신 방법이 개시된다. 구체적으로 통신 시스템에서 주파수 대역별 상관도를 고려하여 결정된 하나 이상의 확산 대역 각각의 크기에 맞추어 신호를 확산하고, 이 신호를 수신한 수신단에서는 수신 신호 중 소정 레벨 이상의 상관도를 가지는 주파수 대역을 확산 대역으로 하여 확산된 신호의 경우, 역확산을 수행한 후 신호를 검출함으로써 검출 신호의 차원(dimension)을 감소시킬 수 있다.

확산 대역

Description

역확산 기반 신호 검출 방법 및 이를 위한 신호 송신 방법{Method For Detecting Signals Based On Despreading And Method For Transmitting Signals For The Same}

도 1은 송신 신호를 확산하여 송신하는 통신 시스템의 블록도를 도시한 도면.

도 2는 DFT 확산을 수행하는 개념을 설명하기 위한 도면.

도 3은 SISO 시스템에서 DFT 크기를 2로 설정하는 경우의 예를 도시한 도면.

도 4는 가상 MIMO 시스템에서의 송신 개념을 나타내는 도면.

도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따라 신호를 송신하고, 검출하는 방법을 설명하기 위한 순서도.

도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따라 할당되는 부반송파 영역과 확산 대역 간의 관계를 설명하기 위한 도면.

도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따라 2개의 안테나를 이용하는 송신단에서 각 안테나별로 주파수 상관도가 다른 경우, 상관도가 높은 대역을 가지는 안테나만을 이용하여 신호를 송신하는 방법을 설명하기 위한 도면.

이하의 설명은 역확산 기반 신호 검출 방법 및 이를 위한 신호 송신 방법에 관한 것이다.

이를 위해 먼저 일반적인 통신 시스템에 대해 설명하고, 이러한 통신 시스템 중 DFT 확산을 이용하는 통신 시스템에서의 문제점을 설명한다.

먼저, OFDM(Orthogonal Frequency Division Mulpiplexing) 방식은 다중 사용자의 접속을 위해 TDMA(Time Division Multiple Access), CDMA(Code Division Multiple Access), FDMA(Frequency Division Multiple Access) 등의 접속 기법과 결합할 수 있다. OFDM가 각 방식과 결합할 때 각각 장단점이 있지만, FDMA 방식을 적용할 때 주파수 자원 할당의 유연성과 시스템의 대역폭 효율이 우수하고 채널에 따른 적응변복조 기법을 적용할 수 있는 장점이 있기 때문에 OFDM-FDMA(이하 "OFDMA")가 선호되고 있다.

한편, OFDM 방식은 높은 대역폭 효율과 단일 탭 채널 보상이 가능한 장점 때문에 고속 데이터 전송에 많이 적용되고 있지만, 동기화 문제, PAPR 등 해결해야 하는 문제들이 있다.

이러한 여러 가지 문제 중 PAPR(Peak to Average Power Ratio) 문제는 단말의 증폭기(Amplifier)가 신호를 선형적으로 증폭을 허용할 수 있는 구간의 최대값이 제한적이기 때문에 발생한다. OFDM 방식은 다수 반송파들이 중첩되기 때문에 상대적으로 높은 PAPR이 발생하는데, 최대 전력의 값이 선형구간을 넘어서는 경우 전송신호의 왜곡이 발생하게 되고 성능 열화를 가져온다.

이하에서는 이러한 PAPR 문제를 감소시키는 다양한 방법 중 DFT를 이용하여 확산(Spreading)을 수행하는 기법을 소개한다.

도 1은 송신 신호를 확산하여 송신하는 통신 시스템의 블록도를 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이 송신 신호 확산을 이용하는 통신 시스템은 송신 신호를 인코딩(111)한 후, 변조(112)를 거쳐 소정 주파수 대역에 확산(113)을 수행한다. 상술한 SC-FDMA 방식의 경우 이러한 확산에 DFT 확산이 이용된다. 그 후, 확산된 신호는 FDMA 매핑(114)을 거쳐, OFDM 변조(115)가 수행되고, DAC(Digital-Analoge Converter; 116)를 통해 아날로그 신호로 변환된다. 그 후, 지역 발진기(LO; 117)에 의해 소정 주파수 대역으로 이동하여, 전력 증폭기(PA ;118)를 거쳐 안테나(119)를 통해 송신된다.

이와 같이 송신된 신호는 채널(120)을 거쳐 수신단에 의해 상기 송신단에서의 과정의 역과정이 수행된다. 즉, 안테나(131)를 통해 수신된 신호는 지역 발진기(132)에 의해 기저대역 신호로 이동하고, ADC(Analog-Digital Converter; 133)에 의해 디지털 신호로 변환된다. 그 후, OFDM 복조(134)를 거쳐 FDMA 디매핑(135)이 수행되며, 등화 및 신호 검출(136) 단계를 거쳐 복조(137) 및 디코딩(138)이 수행된다.

한편, 상술한 바와 같은 확산 기반 시스템에서 상기 확산(113)에 DFT 확산을 이용하는 SC-FDMA 방식에 대해 설명하면 다음과 같다.

OFDM 변조에서 IFFT를 할 때 발생하는 신호의 중첩에 대한 효과를 감쇄시키 기 위해 IFFT와 반대 개념인 DFT를 사용하여 확산한 신호들을 이용함으로써, IFFT할 때 PAPR 문제를 해결할 수 있다는 것이 상술한 DFT 확산의 기본 개념이며, 이러한 성질 때문에 DFT 확산 방식에 SC(Single Carrier)-FDM 이라는 이름을 사용하기도 한다. 또한, SC-FDM 방식에 FDMA를 결합하여 사용하는 방식을 SC-FDMA라고 한다.

이와 같은 DFT 확산 개념에 대해 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 2는 DFT 확산을 수행하는 개념을 설명하기 위한 도면이다.

구체적으로, 도 2는 DFT 확산 대역의 크기가 8(N=8)인 경우, 입력 데이터열(x[0] 내지 x[7])을 각 부반송파 영역(k)으로 확산하여, 확산된 데이터 열(X[0] 내지 X[7])을 획득하는 과정을 의미하며, 이와 같은 DFT 확산 및 이의 역과정인 IDFT를 수행하는 행렬은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, N은 DFT 또는 IDFT를 수행하는 데이터의 크기를 나타내며,

를 나타낼 경우, W는 DFT 행렬을,

를 나타낼 경우, W는 IDFT 행렬을 나타냄을 알 수 있다.

이와 같은 확산 기반 시스템에서는 상술한 바와 같이 PAPR 문제를 효율적으로 해결할 수 있는 장점을 가지는 반면, 수신 신호를 검출함에 있어 송신단에서 수행하는 확산을 추가적으로 고려하여 수행함에 따라 신호 검출의 복잡도가 증가하게 된다.

특히, 다중 안테나를 이용하는 통신 시스템에서 가상(Virtual) MIMO 기법을 이용하는 경우에는 사용자의 수뿐만 아니라 DFT 확산된 신호의 수만큼 신호의 차원이 증가하기 때문에, 신호 검출에 있어서의 복잡도는 더욱 증가하게 된다.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해서 본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 확산 기반 시스템에서도 간단하게 신호를 검출할 수 있는 방법 및 이를 위한 신호 송신 방법을 제공하는 데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시형태에 따른 통신 시스템에서 수신단의 신호 검출 방법은, 주파수 대역별 상관도를 고려하여 결정된 하나 이상의 확산(spreading) 대역 각각의 크기에 맞추어 송신단에서 확산된 신호를 포함하는 신호를 수신하는 단계, 및 상기 수신 신호 중 소정 레벨 이상의 상관도를 가지는 주파수 대역을 확산 대역으로 하여 확산된 신호의 경우, 역확산을 수행한 후 신호를 검출하는 단계를 포함한다.

이때, 상기 신호 검출 단계는, 상기 역확산을 수행한 후 ML(Maximum Likelihood) 검출 기법에 따라 신호를 검출하는 단계일 수 있으며, 상기 수신 신호 중 상기 소정 레벨 미만의 상관도를 가지는 주파수 대역을 확산 대역으로 하여 확산된 신호의 경우, 선형 검출 기법에 따라 검출하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

또한, 상기 하나 이상의 확산 대역의 크기는 상기 수신단에서 주파수 대역별 상관 대역폭(coherence bandwidth) 크기를 고려하여 결정할 수 있으며, 이 경우 상기 신호 수신 단계 이전에 상기 하나 이상의 확산 대역 각각의 크기 정보를 상기 송신단에 송신하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 하나 이상의 확산 대역 각각의 크기는 전력 증폭기의 최대 허용 전력 및 상기 송신단에게 할당되는 평균 전력 중 어느 하나 이상을 추가적으로 고려하여 결정하는 것이 바람직할 수 있다.

아울러, 상기 통신 시스템은 SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access) 방식 및 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 방식 중 어느 한 통신 방식을 이용할 수 있으며, 상기 통신 시스템이 OFDMA 방식을 이용하는 경우, 상기 하나 이상의 확산 대역의 크기는 모두 1 부반송파 대역으로 결정되어 이용되는 것일 수 있다. 이때, 상기 통신 시스템이 이용하는 통신 방식에 대한 정보를 상기 송신단에 송신하는 단계를 더 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 일 실시형태에 따른 통신 시스템에서 송신단의 신호 송신 방법은, 주파수 대역별 상관도를 고려하여 결정된 하나 이상의 확산(spreading) 대역의 크기 정보를 획득하는 단계, 및 상기 하나 이상의 확산 대역 각각의 크기에 맞추어 송신 신호를 확산하여 송신하는 단계를 포함한다.

이때, 상기 하나 이상의 확산 대역의 크기는 상기 수신단에서 주파수 대역별 상관 대역폭(coherence bandwidth) 크기를 고려하여 결정될 수 있으며, 상기 하나 이상의 확산 대역의 크기 정보는 수신단으로부터 수신되어 획득될 수도 있다.

아울러, 상기 수신단에서 이용되는 검출 기법에 따라, 변조 및 코딩 방식(Modulation and Coding Scheme: MCS) 레벨을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 송신 신호는 상기 결정된 MCS 레벨 정보를 포함할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.

이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다. 몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시된다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 확산 기반 시스템에서도 간단하게 신호를 검출할 수 있는 방법을 제공하고자 한다. 이를 위해 이하에서는 먼저 확산 기반 시스템으로서 SC-FDMA 방식에 의할 경우, SISO(Single Input Single Output) 시스템 또는 가상 MIMO(Multi Input Multi Output) 시스템에서 각각 수신단이 신호를 검출하는 방식에 대해 설명한다.

도 3은 SISO 시스템에서 DFT 크기를 2로 설정하는 경우의 예를 도시한 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이 SISO-OFDM 시스템에서의 송신단(310)은 송신하려는 전체 데이터 심볼 중 DFT 길이의 데이터 심볼씩 DFT 확산(311)을 수행한 후, FDMA 매핑(312) 및 OFDM 변조(313)를 수행하여 채널(320)을 통해 송신한다.

이와 같은 과정을 거쳐 수신단에 수신되는 수신 신호 벡터(Y)는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, 벡터 S는 도 3의 2개의 DFT 확산 모듈(311) 중 상단의 DFT확산 모듈에 입력되는 데이터 심볼 S₁ 및 S₂를 나타내며, D는 DFT 행렬을, N은 잡음을 나타낸다. 또한, H는 데이터 벡터(S)가 DFT 확산을 거친 후 송신 과정에서의 채널 응답을 대각 행렬로 나타낸 것이다.

한편, 수신단(330)에서는 도 3에 도시된 바와 같이 수신신호에 OFDM 복조(331), FDMA 디매핑(332)을 수행한 후, 검출 모듈(333)을 통해 수신 신호로부터 송신 데이터 신호를 검출한다. 이때, ZF(Zero Forcing) 방식, MMSE(Minimun Mean Square Error) 방식 등의 선형 검출기를 사용한다면 다음과 같이 채널 보상을 수행한 후, 역확산(334)을 통해 데이터 심볼을 검출할 수 있다.

여기서, D'은 IDFT 행렬을 나타낸다.

또한, 비선형 검출 방법으로서 ML(Maximum Likelihood) 방식을 사용하여 검출하는 경우에는 다음과 같은 방식으로 역확산 이전 단계에서의 수신 신호를 이용하여 신호 검출을 수행할 수 있다.

한편, 가상 MIMO 시스템에서 SC-FDMA를 이용하는 경우에 대해 설명하면 다음과 같다.

도 4는 가상 MIMO 시스템에서의 송신 개념을 나타내는 도면이다.

구체적으로, 도 4는 Nr개의 안테나를 가지는 기지국(또는, 노드 B)이 Nu개의 사용자 기기(UE)로부터 신호를 수신하는 개념을 도시하고 있다. 이 경우, 기지국은 수신되는 Nr개의 스트림을 분리할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같은 시스템에서 상향 링크로 송신 시 UE가 DFT 확산 없이 1개의 스트림만을 송신한다고 할 때, 기지국은 상술한 선형 검출 기법(예를 들어, ZF, MMSE)/비선형 검출 기법(예를 들어, ML)을 이용하여 Nr개의 UE 신호를 검출할 수 있다. 다시 말해, UE가 OFDMA 방식으로 신호를 송신한다면 기지국은 SM(Spatial Multiplexing) 방식과 유사한 방식으로 신호를 검출할 수 있다.

그러나, 도 4에 도시된 바와 같은 시스템에서 SC-FDMA를 사용하는 경우, 기지국의 신호 검출은 DFT 확산에 대한 효과를 고려하여 검출해야 한다. 이와 같이, Ns개의 부반송파 별로 DFT 확산을 하여 송신하는 UE의 수가 Nu이고, 기지국은 Nr개의 안테나를 통해 신호를 수신하는 시스템에 대하여 수신신호는 다음과 같이 모델링할 수 있다.

여기서, 벡터 X는 송신 신호 벡터 S가 DFT 행렬 D에 의해 확산된 결과를 나타낸다.

구체적으로, 상기 수학식 5에서 수신 신호 Y는 Y ₁ 내지 Y _Nr 의 수신 신호 벡터를 포함하며, 각 수신 신호 벡터는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, Y_r(s)는 기지국의 r번째 안테나에서 s번째 부반송파로 수신된 신호를 나타낸다.

또한, 상기 수학식 5에서 채널 응답 H는 Nu개의 UE로부터의 신호가 Nr개의 수신 안테나로 수신되면서 겪는 채널 응답 벡터를 포함하며, 각 채널 응답 벡터는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, H_ru(s)는 u번째 UE로부터 s번째 부반송파를 통해 송신된 송신 신호 가 r번째 안테나로 수신되면서 겪는 채널 응답을 나타낸다.

또한, 상기 수학식 5에서 송신 신호 S는 Nu개의 UE로부터의 송신 신호 벡터를 포함하며, 각 송신 신호 벡터는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, S_u(s)는 u번째 UE로부터 s번째 부 반송파를 통해 송신되는 송신 신호를 나타낸다.

또한, 상기 수학식 5의 D _F 는 Ns * Ns의 DFT 행렬을 나타내며, N은 기지국의 각 수신 안테나에서의 AWGN을 나타낸다.

한편, 상기 수학식 5는 채널 응답과 DFT 행렬을 하나로 나타내어 다음과 같이 나타낼 수도 있다.

여기서,

를 각각 나타낸다.

또한, 상기 수학식 5와 같이 모델링된 수신 신호 중 s번째 부반송파로 수신되는 수신 신호를 특정하여 나타내면 다음과 같다.

여기서,

는 행렬 D _F 의 s번째 열 벡터를 나타낸다.

또한, 상기 수학식 10을 상기 수학식 9에서와 같이 채널 응답과 DFT 행렬을 하나로 나타내면 다음과 같이 나타낼 수 있다.

여기서,

를 나타낸다.

상기 수학식 10 및 수학식 11과 같이 나타나는 수신 신호의 경우 다음과 같은 선형 검출 기법을 통해 검출할 수 있다.

다만, 상술한 바와 같은 MIMO-OFDM에서 확산을 사용하는 가상 MIMO 기법은, 검출해야 하는 신호의 차원(Demension)이 사용자의 수(Nu)뿐만 아니라 DFT 확산된 신호의 수(Ns) 만큼으로 증가하기 때문에 상기 수학식 4에서와 같은 ML 검출이 어려운 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시형태에서는 상술한 바와 같은 DFT 확산 등에 의해 신호의 차원이 증가하는 것을 방지하기 위해, 높은 상관도를 가지는 주파수 대역 신호의 경우 역확산을 먼저 수행하여 신호의 차원을 감소시킨 후, 신호 검출을 수행할 것을 제안한다. 또한, 신호는 상관(Coherence) 대역폭 내에서 확산되는 것이 바람직하며, 상관 대역폭을 고려하여 결정되는 DFT 확산 대역의 크기는 기지국에 의해 결정되어 UE에게 통보될 수 있다. 이와 같은 실시형태에 대해 이하에서 보다 구체적으로 살펴본다.

도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따라 신호를 송신하고, 검출하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서 송신단은 UE일 수도, 기지국일 수도 있으며, 마찬가지로 수신단 역시 기지국일 수도, UE일 수도 있다. 즉, 본 실시형태는 UE로부터 기지국으로의 상향링크 송신에 관한 것일 수도, 기기국으로부터 UE로의 하향링크 송신에 관한 것일 수도 있다. 다만, 이하의 설명에서는 설명의 편의를 위해 송신단이 UE이고, 수신단이 기지국인 상향링크의 예를 가정하여 설명한다.

먼저 단계 S501에서, 송신단(예를 들어, UE)은 하나 이상의 확산 대역의 크기 정보를 획득한다. 이 확산 대역의 크기 정보는 주파수 대역별 상관도를 고려하여 수신단(예를 들어, 기지국)에 의해 결정된 것일 수 있으며, 각 확산 대역은 이하에서 후술하는 바와 같이 상관 대역폭(coherence bandwidth) 이내인 것이 바람직하다. 이와 같이 확산 대역 정보를 획득한 후, 단계 S502에서, 송신단은 신호를 확산하여 송신한다.

한편, 이와 같이 송신된 신호는 단계 S503에서 수신단에 의해 수신되며, 단계 S504에서는 수신 신호 중 수신 신호가 확산된 대역의 상관도가 소정 임계치(Tc) 이상인 경우와 미만인 경우를 구분한다.

수신 신호 중 소정 레벨 이상의 상관도를 가지는 주파수 대역을 확산 대역으로 하여 확산된 신호의 경우, 단계 S505를 통해 먼저 역확산이 수행된 후, 단계 S506을 통해 신호 검출이 수행된다. 이와 같이 소정 레벨 이상의 상관도를 가지는 주파수 대역에서 확산된 신호의 경우, 해당 대역 내의 신호가 경험하는 채널이 유사하기 때문에 수신 신호에 역확산이 수행되는 경우, 해당 수신 신호는 확산되지 않은 수신 신호와 같이 신호의 차수가 감소하게 되며, 이를 통해 단계 S506에서의 신호 검출에서는 ML(Maximum Likelihood) 검출 기법에 따라 신호를 검출할 수 있다. 즉, 본 실시형태에 있어서 주파수 상관도의 크고 작음을 판정하는 "소정 레벨"은 신호가 확산된 대역 내의 수신 신호가 경험하는 채널이 유사하여, 수신 신호 자체에 역확산을 수행시 확산되지 이전의 신호를 획득할 수 있을 정도의 레벨을 의미하며, 이는 이하에서 후술하는 바와 같이 "상관 대역"을 고려하여 결정하는 것이 바람직하다.

이와 달리 단계 S504의 판정 결과 수신 신호 중 소정 레벨 미만의 상관도를 가지는 주파수 대역을 확산 대역으로 하여 확산된 신호의 경우, 단계 S507에서 선형 검출 기법에 따라 신호 검출이 수행되며, 그 후 단계 S508을 거쳐 신호의 역확산이 수행될 수 있다. 즉, 수신 신호 중 소정 레벨 미만의 상관도를 가지는 주파수 대역을 확산 대역으로 하여 확산된 신호의 경우 해당 확산 대역 내에서 채널 응답이 서로 다르기 때문에 상관도가 소정 레벨 이상인 대역에서 확산된 신호와 달리 역확산을 통해 손쉽게 확산 이전의 신호를 획득하기 어렵기 때문에, 선형 검출 기법에 따라 신호 검출을 수행하는 것이 바람직하다.

상술한 본 실시형태와 관련하여, 일반적으로 "상관 대역폭"은 채널이 "플랫(flat)"한 것으로 간주될 수 있는 주파수 범위를, 다시 말해, 2개의 주파수 신호가 상관 진폭 페이딩(correlated amplitude fading)을 겪을 수 있는 최대 대역폭 또는 주파수 간격을 의미한다. 즉, 본 실시형태에서는 송신 신호를 이와 같은 상관 대역폭 이내의 DFT 크기를 통해 확산함으로써, 이후 수신단에서 신호 검출시 IDFT를 손쉽게 수행할 수 있으며, 이와 같은 역확산을 통해 수신 신호가 확산되지 않은 것과 동일하게 되기 때문에 수신 신호의 차원을 감소시킬 수 있다.

이하에서는 상술한 실시형태에서 채널 상관도가 높은 대역 내에서 확산된 신호에 대해 신호 검출을 수행하는 과정을 보다 구체적으로 설명한다.

부 반송파 사이의 채널 상관도가 높은 경우, 구체적으로 상관 대역폭 이내에서의 채널 응답은 다음과 같이 표현할 수 있다.

즉,

는 Nr개의 수신 안테나와 Nu개의 송신 신호가 있는 경우 DFT 확산된 채널 응답을 나타내며, 또한, 채널 상관도가 높은 상관 대역폭 내인 경우 해당 채널 응답은 Ns개의 확산 영역 내에서 동일하게 취급되어 나타낼 수 있다.

이러한 가정 하에서 수신 신호에 IDFT를 통해 역확산을 수행하는 과정은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

즉, 채널 상관도가 높은 상관 대역폭 내에서 확산된 수신 신호의 경우, 해당 대역 내에서 채널 응답이 확산 대역 내의 부반송파에 관계없이 상수로 취급될 수 있음에 따라, 역확산을 통해 확산되기 이전의 신호를 간단하게 획득할 수 있으며, 이에 따라 검출해야 하는 신호의 차원을 감소시킬 수 있다.

이와 같이 역확산된 수신 신호는 다음과 같이 간단하게 표현될 수 있다.

따라서, 상기 수학식 15와 같은 수신 신호에는 검출 기법에 관계없이 ZF 기법, MMSE 기법 등의 선형 검출 기법뿐만 아니라 ML 기법 등의 비선형 검출 기법을 통해서도 신호를 검출할 수 있다.

이하에서는 상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시형태에 따른 방법의 다양한 응용예에 대해 설명한다.

상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시형태는 상관 대역을 고려하여 하나 이상의 확산 대역을 결정하고, 수신단에서 확산 대역 내의 상관도가 소정 레벨 이상인 경우에는 역확산을 먼저 수행한 후 신호 검출을 수행함으로써 수신 신호의 검출 차원을 감소시킬 수 있다. 이때, 주파수 대역별 상관도를 고려하여 결정되는 하나 이상의 확산 대역 크기는 송신단과 수신단 중 어느 일측에서 결정되어 다른 일측으로 송신될 수 있으며, 바람직하게는 기지국에 의해 결정되어 UE에 통보될 수 있다. 또한, 이와 같은 정보는 공통 제어 채널, L1/L2 채널, 고속 피드백 채널(Fast Feedback Channel) 등을 통해 전달될 수도 있다.

한편, 수신단, 예를 들어 기지국이 송신단, 예를 들어 UE에게 부반송파 자원을 할당하는 과정과 연관하여 본 발명의 실시형태를 설명하면 다음과 같다.

도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따라 할당되는 부반송파 영역과 확산 대역 간의 관계를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 일 실시형태에서 기지국은 UE에게 부 반송파 자원을 할당함에 있어 상술한 바와 같은 채널 상관도를 고려하여 할당할 수도 있다. 예를 들어, 채널의 상관도가 높은 부반송파를 묶어 특정 UE에게 할당할 수도 있으며, 이 경우 해당 UE는 할당된 부반송파 영역 내에서 신호를 확산하여 송신함으로써 상술한 바와 같은 효과를 획득할 수 있다. 한편, 본 발명의 다른 일 실시형태에서는 기지국이 UE에게 부반송파 자원을 할당함에 있어서 채널의 상관도에 상관없이 부반송파를 각 UE에게 할당할 수 있다. 이 경우, 할당된 부반송파 영역 내에서 채널 상관도가 높 은 대역 내에서 확산 대역을 설정함으로써 상술한 바와 동등한 효과를 획득할 수도 있다.

즉, 본 발명의 실시형태에서는 도 6에 도시된 바와 같이 각 UE에 할당된 부반송파 대역 내에 다양한 확산 대역이 다양한 크기로 존재할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시형태에서 수신단은 채널 상관도가 높은 대역에서 확산된 수신 신호와 채널 상관도가 낮은 대역에서 확산된 수신 신호에 서로 다른 검출 기법을 적용할 수도, 동일한 검출 기법을 적용할 수도 있다. 예를 들어, 상관도가 높은 대역 내에서 확산된 수신 신호의 경우 상술한 바와 같이 역확산을 먼저 수행한 후 ML 기법이나 선형검출 기법을 모두 적용할 수 있으며, 상관도가 낮은 대역 내에서 확산된 수신 신호의 경우, 특히 이러한 수신 신호가 가상 MIMO를 이용하는 시스템에서의 수신 신호인 경우에는 상술한 바와 같이 ML 검출에 있어서 사용자의 수뿐만 아니라 확산 대역 내의 부반송파의 수까지 고려하여야 하므로 ML 검출이 어려운바 선형 검출 기법을 적용하는 것이 바람직하다. 즉, 본 실시형태에서 수신단은 모든 수신 신호를 선형 검출 기법을 통해 검출할 수도, 이와 달리 상관도가 높은 대역에서 확산된 수신 신호는 ML 검출 기법을 통해 검출하고 상관도가 낮은 대역에서 확산된 수신 신호는 선형 검출 기법을 통해 검출하는 등 서로 다른 검출 기법을 통해 검출할 수도 있다.

한편, 본 발명의 상술한 실시형태는 MIMO 통신 시스템에서 각 안테나별로 주파수 상관도가 다른 경우 다음과 같이 적용될 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따라 2개의 안테나를 이용하는 송신단에서 각 안테나별로 주파수 상관도가 다른 경우, 상관도가 높은 대역을 가지는 안테나만을 이용하여 신호를 송신하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

일반적으로, 다중안테나를 사용하여 신호를 송신할 때 프리코딩(Precoding)을 사용하여 송신할 수 있다. 이 경우, 기지국은 UE의 채널을 판단할 때 프리코딩된 채널을 사용한다.

예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이 2개의 안테나를 가지는 두 UE로부터 신호를 수신하는 경우, UE1의 안테나 중 안테나 1, UE2의 안테나 중 안테나 2에 따른 채널이 주파수 상관도가 높다면, 각 UE의 안테나 중 채널 상관도가 높은 안테나만을 선택하여 신호를 송신하고, 기지국은 랭크(Rank) 1인 코드북을 사용하는 두 UE로부터 신호를 수신함으로써, 가상 MIMO를 구현할 수 있다.

이 경우, UE는 SC-FDMA한 후 프리코딩을 수행하여 신호를 송신할 수 있으며, 이에 따라 기지국이 상향링크 채널 상태를 측정할 때는 추정된 채널에 코드북을 적용하여 변환시킨 채널을 사용하게 된다.

한편, 본 발명의 바람직한 일 실시형태에서는 송신 전력을 고려하여 확산 대역의 크기를 결정할 수 있다.

구체적으로, 통신 시스템에서 이용되는 SC-FDMA 방식과 OFDMA 방식은 DFT 확산을 제외하고는 서로 동일한 방식에 의하므로, SC-FDMA에 있어서 확산 대역의 크기가 1로 설정되는 경우를 OFDMA로 볼 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시형태에서의 통신 시스템은 SC-FDMA 방식 및 OFDMA 방식 중 어느 한 통신 방식을 이용할 수 있으며, 통신 시스템이 OFDMA 방식을 이용하는 경우는 상술한 바와 같은 방식에 따라 결정되는 DFT 확산 대역의 크기가 1 부반송파 대역으로 결정되는 경우로 볼 수 있다. 이와 같이 통신 시스템에서 이용되는 통신 방식에 대한 정보는 수신단으로부터 송신단에 전달될 수 있다.

구체적으로, 통신 시스템에서 이용되는 통신 방식에 대한 정보는 안테나 기법에 따라 가변적으로 적용될 수 있다.

예를 들어, SISO와 MIMO 방식이 모두 SC-FDMA와 OFDMA를 지원하는 경우에는 SISO에서 어떤 모드를 이용하고, MIMO에서 어떤 모드를 이용하는 지에 대한 정보가 시그널링될 수 있으며, 이와 달리 SISO는 SC-FDMA, OFDDMA 중 하나를 지원하고 MIMO는 2가지 방식을 모두 지원하는 경우에는 SISO에서 MIMO로 바뀔 때 SC-FDMA와 OFDMA에 대한 확인 정보가 시그널링될 수 있다. 또한, SISO는 2가지 방식 모두를, MIMO는 SC-FDMA와 OFDMA 중 어느 한 방식을 지원하는 경우에는 MIMO에서 SISO로 바뀔 때 SC-FDMA 및 OFDMA에 대한 확인 정보가 시그널링 될 수 있다. 이와 같이 이용되는 통신 방식은 기지국마다 다를 수 있으며, 예를 들어 가상 MIMO를 이용하는 시스템에서 일부 기지국은 SC-FDMA를 이용하고, 일부 기지국은 OFDMA 방식을 이용할 수도 있다.

또한, 상술한 바와 같이 통신 시스템이 이용하는 통신 방식에 대한 정보는 본 발명의 상술한 일 실시형태에 있어서 하나 이상의 확산 대역에 대한 정보와 함께 또는 별도로 시그널링될 수 있다. 예를 들어, 시스템이 시작할때 기지국은 지원하는 통신 방식 및/또는 확산 대역의 크기 정보를 각 UE에게 알려 줄 수 있으며, 또한 시스템 파라미터를 통해 주기적으로 또는 변경이 있을 때마다 알려 줄 수도 있다. 또한, 이러한 정보는 L1/L2 시그널링을 통해 전달될 수도 있다.

또한, 상술한 바와 같이 이용되는 통신 방식은 기지국의 성능에 따라 결정될 수 있다, 즉, 기지국이 지원하는 MIMO 수신기(예를 들어, ML 방식, MMSE 방식, MMSE-SIC 방식 등의 수신기)에 따라 이용할 수 있는 검출 방식 및 이용되는 통신 방식이 결정될 수도 있다.

아울러, 상술한 바와 같은 통신 방식은 변조 방식에 따라서도 결정될 수 있다. 예를 들어, SC-FDMA 방식에서 OFDMA 방식으로 전환되는 경우 이용되는 변조 방식이 QPSK인 경우 채널 품질값에 2.4 dB의 손실이 발생할 수 있으며, 16QAM을 사용하는 경우 1.3 dB의 손실이 발생할 수 있다. 또한, MMSE 기법에서 ML 기법으로 검출 기법을 변경하는 경우 변조 방식으로서 QPSK를 이용하는 경우 2 dB의 채널 품질 이득이 발생할 수 있으며, 16 QAM을 이용하는 경우 4 dB의 이득이 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명의 바람직한 일 실시형태에서는 상술한 바와 같은 점을 고려하여 시스템에서 이용되는 변조 방식에 따라 통신 방식 및 수신 신호 검출 방식을 선택할 수 있다.

아울러, 본 발명의 다른 일 실시형태에서는 상술한 바와 반대로, 수신단에서 이용되는 검출 기법을 고려하여 변조 및 코딩 방식(Modulation and Coding Scheme: MCS) 레벨을 결정할 수 있다. 즉, 검출 기법이 ML 기법인지, MMSE 기법인지 여부에 따라 계산되는 CQI 값은 다를 수 있다. 이에 따라, 송신단에서 신호를 확산하는 범위에서 수신단에서의 검출 방식이 ML 검출 방식인 경우, 송신단은 ML에 따른 CQI를 계산하여 송신할 수 있다.

한편, SC-FDMA에서는 확산 대역의 크기가 작아 질수록 PAPR이 높아질 수 있다. 따라서, 이러한 확산 대역의 크기는 전력 증폭기가 가지고 있는 최대 허용 전력 범위와 전력 제어에 의해 결정된 전력 레벨을 추가적으로 고려하여 결정할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서는 전력 증폭기의 최대 허용 전력이 20 mW이고, UE에게 할당된 평균 전력이 10 mW라고 할 때, 주파수 대역별 상관도에 따라 결정되는 확산 대역의 크기가 상술한 평균전력 10 mW와 최대 허용전력 20 mW를 만족하는 범위에서 확산 대역의 크기를 결정할 수 있다.

상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시형태에 대한 상술한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 형태를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.

상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 확산 기반 시스템에서도 역확산을 통해 간단하게 신호를 검출할 수 있으며, 다양한 통신 방식, 검출 기법과 접목시켜 효율적으로 구현할 수 있다.

Claims (11)

1. 통신 시스템에서 수신단의 신호 검출 방법에 있어서,

   주파수 대역별 상관도를 고려하여 결정된 하나 이상의 확산(spreading) 대역 각각의 크기에 맞추어 송신단에서 확산된 신호를 포함하는 신호를 수신하는 단계; 및

   상기 수신 신호 중 소정 레벨 이상의 상관도를 가지는 주파수 대역을 확산 대역으로 하여 확산된 신호의 경우, 역확산을 수행한 후 신호를 검출하는 단계를 포함하는, 신호 검출 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 신호 검출 단계는,

   상기 역확산을 수행한 후 ML(Maximum Likelihood) 검출 기법에 따라 신호를 검출하는 단계인, 신호 검출 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 수신 신호 중 상기 소정 레벨 미만의 상관도를 가지는 주파수 대역을 확산 대역으로 하여 확산된 신호의 경우, 선형 검출 기법에 따라 검출하는 단계를 더 포함하는, 신호 검출 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 하나 이상의 확산 대역의 크기는 상기 수신단에서 주파수 대역별 상관 대역폭(coherence bandwidth) 크기를 고려하여 결정하며,

   상기 신호 수신 단계 이전에,

   상기 하나 이상의 확산 대역 각각의 크기 정보를 상기 송신단에 송신하는 단계를 더 포함하는, 신호 검출 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 하나 이상의 확산 대역 각각의 크기는 전력 증폭기의 최대 허용 전력 및 상기 송신단에게 할당되는 평균 전력 중 어느 하나 이상을 추가적으로 고려하여 결정하는, 신호 검출 방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 통신 시스템은 SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access) 방식 및 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 방식 중 어느 한 통신 방식을 이용하며,

   상기 통신 시스템이 OFDMA 방식을 이용하는 경우, 상기 하나 이상의 확산 대역의 크기는 모두 1 부반송파 대역으로 결정되어 이용되는, 신호 검출 방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 통신 시스템이 이용하는 통신 방식에 대한 정보를 상기 송신단에 송신하는 단계를 더 포함하는, 신호 검출 방법.
8. 통신 시스템에서 송신단의 신호 송신 방법에 있어서,

   주파수 대역별 상관도를 고려하여 결정된 하나 이상의 확산(spreading) 대역의 크기 정보를 획득하는 단계; 및

   상기 하나 이상의 확산 대역 각각의 크기에 맞추어 송신 신호를 확산하여 송신하는 단계를 포함하는, 신호 송신 방법.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 하나 이상의 확산 대역의 크기는 상기 수신단에서 주파수 대역별 상관 대역폭(coherence bandwidth) 크기를 고려하여 결정되는, 신호 송신 방법.
10. 제 8 항에 있어서,

    상기 하나 이상의 확산 대역의 크기 정보는 수신단으로부터 수신되어 획득되는, 신호 송신 방법.
11. 제 8 항에 있어서,

    상기 수신단에서 이용되는 검출 기법에 따라, 변조 및 코딩 방식(Modulation and Coding Scheme: MCS) 레벨을 결정하는 단계를 더 포함하며,

    상기 송신 신호는 상기 결정된 MCS 레벨 정보를 포함하는, 신호 송신 방법.

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