KR20090026448A - 다중 안테나 통신 시스템에서 파일럿 배치 방법 - Google Patents

다중 안테나 통신 시스템에서 파일럿 배치 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중 안테나 통신 시스템에서 파일럿 배치 방법에 관한 것이다.
추정된 채널 추정 정보를 이용하여 수신 신호를 복호하는 통신 시스템에서 전체 무선 자원을 데이터 전송을 위한 부분과 파일럿 전송을 위한 부분으로 나눈다. 이와 같은 시스템에서 4개의 송신 안테나를 이용한다 가정하고, 무선 자원을 데이터 전송 부분과 파일럿 전송 부분으로 적절하게 배분하면 총 데이터 전송 속도를 최대화할 수 있다.
직교주파수분할다중화, 다중 안테나, 파일럿 배치

Description

다중 안테나 통신 시스템에서 파일럿 배치 방법{Method for pilot allocation in multiple antenna communication systems}
본 발명은 직교주파수분할다중화 다중 안테나 통신 시스템에서 파일럿을 배치하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 통신 시스템은 송신단에서 채널을 통해 신호가 송신되면, 수신단에서는 신호가 송신된 채널의 채널 추정 정보를 이용하여 수신 신호를 복조한다. 이와 같은 통신 시스템을 통해 신호를 송수신할 때, 전체 무선 자원은 데이터 전송을 위한 부분과 파일럿 전송을 위한 부분으로 나뉘어 사용된다.
이때, 파일럿 전송을 위해 많은 무선 자원을 할당하게 되면, 단위 데이터 전송 무선 자원의 품질은 향상되지만 총 데이터 전송 무선 자원의 양은 줄어든다. 여기서 총 데이터 전송 무선 자원의 양이 줄어든다 함은 총 데이터 전송 속도가 떨어짐을 의미한다.
반대로 파일럿 전송을 위해 너무 적은 무선 자원을 할당한다면, 총 데이터 전송 무선 자원의 양은 늘어난다. 그러나 단위 데이터 전송 무선 자원의 품질은 낮아지기 때문에 오류 없이 수신단에 도달하는 총 데이터 전송 속도가 낮아지는 문제 점이 있다.
따라서, 본 발명은 총 데이터 전송 속도를 최대화시킬 수 있도록 무선 자원을 데이터 전송 부분과 파일럿 전송 부분으로 적절하게 배분할 수 있는 파일럿 배치 방법에 대하여 제안한다.
상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징인 파일럿을 배치하는 방법은,
복수의 송신 안테나를 각각 적어도 2개의 송신 안테나를 포함하는 복수의 그룹으로 나누어 각각의 송신 안테나에서 전송할 복수의 파일럿 칩의 쌍을 생성하는 단계; 상기 복수의 그룹 중 제1 그룹의 각 송신 안테나에 할당되는 제1 시간 영역의 심볼에서, 상기 각 송신 안테나를 통해 전송할 제1 파일럿 칩 쌍을 제1 주파수 영역에 배치하는 단계; 및 상기 복수의 그룹 중 제2 그룹에 대한 제2 파일럿 칩 쌍을 상기 배치된 제1 파일럿 칩 쌍의 상기 제1 주파수 영역과 동일하며 상기 제1 시간 영역과 상이한 제2 시간 영역에 배치하는 단계를 포함한다.
전술한 실시예에 따르면, 무선 자원을 데이터 전송 부분과 파일럿 전송 부분으로 적절하게 배분하여 총 데이터 전송 속도를 최대화할 수 있다. 또한, 펑처링(puncturing)이나 트렁케이션(truncation)을 수행할 필요가 없기 때문에, 시스템의 복잡도를 줄일 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 명세서에서 이동국(Mobile Station, MS)은 단말(terminal), 이동 단말(Mobile Terminal, MT), 가입자국(Subscriber Station, SS), 휴대 가입자국(Portable Subscriber Station, PSS), 사용자 장치(User Equipment, UE), 접근 단말(Access Terminal, AT) 등을 지칭할 수도 있고, 이동 단말, 가입자국, 휴대 가입자 국, 사용자 장치 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
본 명세서에서 기지국(Base Station, BS)은 접근점(Access Point, AP), 무선 접근국(Radio Access Station, RAS), 노드B(Node B), 송수신 기지국(Base Transceiver Station, BTS), MMR(Mobile Multihop Relay)-BS 등을 지칭할 수도 있고, 접근점, 무선 접근국, 노드B, 송수신 기지국, MMR-BS 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 파일럿 배치 방법에 대하여 설명하기 앞서, 송신 안테나 수가 2개와 4개인 경우의 일반적인 파일럿 배치 방법에 대하여 도 1 및 도 2를 참조로 설명하기로 한다.
도 1은 일반적인 직교주파수분할다중화 다중안테나 시스템에서 송신 안테나 수가 2개인 경우의 파일럿 배치의 예시도이며, 도 2는 일반적인 직교주파수분할다중화 다중안테나 시스템에서 송신 안테나 수가 4개인 경우의 파일럿 배치의 예시도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 각각의 직사각형은 특정 부반송파 및 특정 OFDM 심볼을 나타내는 자원의 기본단위로, 이를 "칩"이라 정의한다. 또한, P1, P2, P3, P4는 각각 송신 안테나 1, 송신 안테나 2, 송신 안테나 3 및 송신 안테나 4를 위한 파일럿이 배치되는 칩을 나타낸다. 그 외에는 데이터가 전송되는 칩을 나타낸다. 여기서 파일럿이 배치되는 위치는 수신단에서도 이미 알고 있으며, 파일럿을 이미 알려진 위치에 배치하는 방법 또한 이미 알려진 사항이다.
그러므로, 본 발명의 실시예에서는 일반적인 방법에 비해 더 많은 개수의 데이터 칩을 갖고 적은 개수의 파일럿 칩을 가지면서도 일반적인 파일럿 구조에 비해 개선된 성능을 보일 수 있도록 하는 파일럿 배치 방법에 대하여 도 3 내지 도 6을 참조로 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예에서는 4개의 송신 안테나를 통해 신호가 송수신되는 경우를 예로 하여 설명하나, 반드시 이와 같이 송신 안테나 수가 한정되는 것은 아니다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다중안테나 시스템에서 파일럿을 배치하는 방법에 대한 흐름도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 기지국은 먼저 단말로 전송할 파일럿 칩의 쌍을 생성한다(S100). 본 발명의 실시예에서는 (P1, P2) 및 (P3, P4)으로 파일럿 칩의 쌍을 생성하나, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다.
파일럿 칩 쌍을 생성한 후, 기지국은 파일럿 배치 방법을 결정한다(S110). 다시 말해, 본 발명의 실시예에서는 기지국은 3가지 방법으로 파일럿 칩 쌍(제1 파일럿 칩 쌍(P1, P2), 제2 파일럿 칩 쌍(P3, P4))을 배치할 수 있으며 기지국이 3가지 방법 중 어느 하나를 선택하는 것을 예로 설명하나, 기지국이 설치될 때 하나의 방법으로 고정되어 파일럿 칩 쌍을 배치할 수 있는 등 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다. 또한, 도 3에는 파일럿 배치가 순차적으로 이루어지는 것으로 도시하였으나, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다.
만약 기지국이 제1 실시예에 따른 파일럿 배치 방법을 선택하는 경우, 먼저 제1 파일럿 칩 쌍(T1-T2-F2에 위치한 (P1, P2))을 이미 결정된 위치에 배치한다(S120). 그 다음 배치된 제1 파일럿 칩 쌍과 동일한 주파수에 제2 파일럿 칩 쌍(T7-T8-F2에 위치한 (P3, P4)을 인접하도록 배치하고(S130), S120 단계에서 배치된 제1 파일럿 칩 쌍과 동일한 시간에 제1 파일럿 칩 쌍(T1-T2-F11에 위치한 (P1, P2))을 인접하도록 배치한다(S140).
그 다음 S120 단계에서 배치된 제1 파일럿 칩 쌍에 인접하도록 제1 파일럿 칩 쌍(T5-T6-F5에 위치한 (P1, P2))및 제2 파일럿 칩 쌍(T3-T4-F8에 위치한 (P3, P4))을 배치한다(S150). 결국 S120 단계에서 배치된 제1 파일럿 칩 쌍을 기준으로 살펴보면 제1 파일럿 칩 쌍과 제2 파일럿 칩 쌍이 번갈아가며 인접하게 배치된다. 이와 같은 배치 방법의 실시예는 다음 도 4와 같다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중안테나 시스템에서 파일럿 배치의 예시도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 파일럿 배치는 4k+1, 4k+2, 4k+3 및 4k+4번째(여기서, k = 0, 1, …, n) 심볼에 각각 송신 안테나 1, 송신 안테나 2, 송신 안테나 3 및 송신 안테나 4를 위한 파일럿이 전송된다. 여기서 데이터 칩의 위치는 일반적인 배치 방법과 동일하게, 이미 알려진 위치에 삽입된다.
이때, 배치되는 파일럿은 (P1, P2) 파일럿 쌍과 (P3, P4) 파일럿 쌍이 번갈아 가며 특정 위치에 삽입된다. 다시 말해, (P1, P2)와 (P3, P4)의 두 종류의 파일럿 칩 상이 같은 시간에 대해 주파수 흐름에 따라서는 같은 쌍만 나타나며, 같은 주파수 쌍에 대해서는 시간의 변화에 따라 번갈아 나타나는 특징이 있다. 도 4에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 파일럿 배치 방법은 사용자가 도보와 같이 천천히 움직이며, 사용자 수가 많은 도심 지역에서의 통신을 위해 적합하다.
도 4에서와 같이 송신 안테나가 9개의 칩 마다 8개의 데이터 칩이 있는 경우 가, 상기 도 2에 도시된 바와 같이 9개의 칩 마다 7개의 데이터 칩이 있는 경우보다 데이터 칩의 개수가 7/8배로 늘어남을 알 수 있다. 이와 같이 데이터 칩의 개수가 증가하면, 총 데이터 전송 속도는 높아지게 된다. 그러므로, 본 발명의 실시예에 따라 데이터를 전송할 경우, 전송 속도를 향상시킬 수 있다.
다음 상기 도 3에서 기지국이 제2 실시예에 따른 파일럿 배치 방법을 선택하는 경우, 기지국은 제1 파일럿 칩 쌍(T1-T2-F2에 위치한 (P1, P2))을 이미 결정된 위치에 배치한다(S160). 그 다음 S160 단계에서 배치된 제1 파일럿 칩 쌍과 동일한 시간에 제2 파일럿 칩 쌍(T1-T2-F11에 위치한 (P3, P4))을 인접하도록 배치하고(S170), S160 단계에서 배치된 제1 파일럿 칩 쌍과 동일한 주파수에 제1 파일럿 칩 쌍(T7-T8-F2에 위치한 (P1, P2))을 인접하도록 배치한다(S180).
그 다음 S160 단계에서 배치된 제1 파일럿 칩 쌍에 인접하도록 제1 파일럿 칩 쌍(T3-T4-F8에 위치한 (P1, P2)) 및 제2 파일럿 칩 쌍(T5-T6-F5에 위치한 (P3, P4))을 배치한다(S190). 결국 S160 단계에서 배치된 제1 파일럿 칩 쌍을 기준으로 살펴보면 제1 파일럿 칩 쌍과 제2 파일럿 칩 쌍이 번갈아가며 인접하게 배치된다. 이와 같은 배치 방법의 실시예는 다음 도 5와 같다.
다음은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파일럿 배치 방법에 대하여 도 5를 참조로 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 다중안테나 시스템에서 파일럿 배치의 예시도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 파일럿 배치는 주파 수적으로 채널이 심하게 변하지 않는다고 가정한다. 이와 같은 가정 하에 (P1, P2)와 (P3, P4)의 두 종류의 파일럿 칩 쌍이 같은 주파수에 대해 시간적 흐름에 따라서는 같은 쌍만 나타난다. 또한 같은 시간 쌍에 대해서는 주파수의 변화에 따라 번갈아 나타나는 특징을 갖는다.
도 5에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따른 파일럿 배치는 사용자가 매우 빠르게 움직이는 고속도로와 같은 환경에서의 통신에 적합하다. 다시 말해 사용자가 빠르게 다른 영역으로 옮겨갈 때 같은 주파수에서 시간적으로 채널 상태는 자주 변경되나, 같은 시간에서 주파수적으로 채널 상태는 심하게 변하지 않기 때문에 주파수적으로 파일럿 신호를 자주 삽입하여 주지 않아도 된다.
다음은 상기 도 4 및 도 5의 경우가 적절히 혼합되어 나타나는 경우 즉, 상기 도 3에서 기지국이 기지국이 제3 실시예에 따른 파일럿 배치 방법을 선택하는 경우, 기지국은 제1 파일럿 칩 쌍을 이미 결정된 위치에 배치한다(S200). 그 다음 S200 단계에서 배치된 제1 파일럿 칩 쌍의 시간 또는 주파수에 인접하여 제2 파일럿 칩 쌍을 배치한다(S210). 그 다음 S210 단계에서 배치된 제2 파일럿 칩 쌍의 시간축 또는 주파수 축에 인접하여 제1 파일럿 칩 쌍을 배치한다(S220).
결국 S200 단계에서 배치된 제1 파일럿 칩 쌍을 기준으로 살펴보면 제2 파일럿 칩 쌍이 시간축과 주파수 축에 인접하게 배치된다. 이와 같은 배치 방법의 실시예는 다음 도 6과 같다.
시간과 주파수에서 채널이 적절히 변경될 경우 파일럿을 배치하는 방법에 대하여 도 6을 참조로 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 다중안테나 시스템에서 파일럿 배치의 예시도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 파일럿 배치는 (P1, P2)와 (P3, P4)의 두 종류의 파일럿 칩 쌍이, 시간적 흐름에 따라 같은 주파수에서 번갈아 가며 삽입된다. 또한, 같은 시간 쌍(예를 들어, (4k+1, 4k+2))에 대해서는 주파수의 변화에 따라서도 번갈아 가며 나타난다.
다음은 본 발명의 실시예에 따라 파일럿을 배치하는 경우와 일반적인 방법에 따라 파일럿을 배치할 때의 성능을 도 7을 참조로 비교하기로 한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 다중안테나 시스템에서 파일럿 배치에 따른 성능과 일반적인 파일럿 배치에 따른 성능의 비교 예시도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, Ideal은 채널 추정 오차가 없는 가상의 경우에 해당하는 성능을 나타낸 것이며, 6/7과 3/4는 터보 코드의 부호화율 값을 의미한다. 만약 일반적인 파일럿 배치 방법을 이용하여 6/7(여기서 6/7은 펑처링이나 트렁케이션이 반영된 값임) 부호화율로 데이터를 전송한다면, 본 발명의 실시예에 따른 파일럿 배치 방법을 이용하여 데이터를 전송할 경우 데이터 칩의 개수가 더 많기 때문에 3/4 부호화율로 전송할 수 있다.
이때 채널 추정은 파일럿이 위치한 부반송파에서는 최소 자승((lesat square, 또는 averaging) 방법을 사용하며, 파일럿이 위치하지 않은 부반송파에서는 선형 보간(interpolation) 방법(도 7에 "Interp"라 표기)을 사용하는 것을 실시예로 하였다. 최소 자승 방식을 위해서 본 발명의 실시예에서는 12심볼(12 symbols 라 표기함) 내의 같은 부반송파에 위치한 파일럿 칩을 사용하는 방법과 24 심볼(24 symbols라 표기함) 내의 같은 부반송파에 위치한 파일럿 칩을 사용하였다.
또한, 사용자 속도는 0으로 가정하며, 3/4 부호율 보간 방식이 제안된 파일럿 방법 중 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 파일럿 배치 방법에 대한 성능이며, 6/7 부호율 보간 방식이 일반적인 파일럿 배치 방법에 대한 성능이다. y축은 codeword BLER(block error rate, 블록 오류율)를, x축은 SNR(Signal-to-Noise Ratio, 신호대 잡음비)을 나타낸다.
또한, 일반적인 방법에 따라 4개의 송신 안테나의 파일럿을 배치하는 경우 2개의 송신 안테나 파일럿 배치에 비해 줄어든 데이터 칩의 개수 때문에, 부호화된 신호를 펑처링(puncturing)이나 트렁케이션(truncation)을 수행하여야 한다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따라 파일럿을 배치할 경우 펑처링이나 트렁케이션을 수행할 필요가 없기 때문에 시스템의 복잡도를 줄일 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 일반적인 직교주파수분할다중화 다중안테나 시스템에서 송신 안테나 수가 2개인 경우의 파일럿 배치의 예시도이다.
도 2는 일반적인 직교주파수분할다중화 다중안테나 시스템에서 송신 안테나 수가 4개인 경우의 파일럿 배치의 예시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 다른 다중안테나 시스템에서 파일럿을 배치하는 방법에 대한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중안테나 시스템에서 파일럿 배치의 예시도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 다중안테나 시스템에서 파일럿 배치의 예시도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 다중안테나 시스템에서 파일럿 배치의 예시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 다중안테나 시스템에서 파일럿 배치에 따른 성능과 일반적인 파일럿 배치에 따른 성능의 비교 예시도이다.

Claims (8)

  1. 복수의 송신 안테나를 각각 적어도 2개의 송신 안테나를 포함하는 복수의 그룹으로 나누어 각각의 송신 안테나에서 전송할 복수의 파일럿 칩의 쌍을 생성하는 단계;
    상기 복수의 그룹 중 제1 그룹의 각 송신 안테나에 할당되는 제1 시간 영역의 심볼에서, 상기 각 송신 안테나를 통해 전송할 제1 파일럿 칩 쌍을 제1 주파수 영역에 배치하는 단계; 및
    상기 복수의 그룹 중 제2 그룹에 대한 제2 파일럿 칩 쌍을 상기 배치된 제1 파일럿 칩 쌍의 상기 제1 주파수 영역과 동일하며 상기 제1 시간 영역과 상이한 제2 시간 영역에 배치하는 단계
    를 포함하는 파일럿 배치 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배치된 제1 파일럿 칩 쌍의 제1 시간 영역과 동일하고 상기 제1 주파수 영역과는 상이한 제2 주파수 영역에 상기 제1 파일럿 칩 쌍을 배치하는 단계
    를 더 포함하는 파일럿 배치 방법.
  3. 복수의 송신 안테나를 각각 적어도 2개의 송신 안테나를 포함하는 복수의 그룹으로 나누어 각각의 송신 안테나에서 전송할 복수의 파일럿 칩의 쌍을 생성하는 단계;
    상기 복수의 그룹 중 제1 그룹의 각 송신 안테나에 할당되는 제1 시간 영역의 심볼에서, 상기 각 송신 안테나를 통해 전송할 제1 파일럿 칩 쌍을 제1 주파수 영역에 배치하는 단계; 및
    상기 복수의 그룹 중 제2 그룹에 대한 제2 파일럿 칩 쌍을 상기 배치된 제1 파일럿 칩 쌍의 상기 제1 시간 영역과 동일하고 상기 제1 주파수 영역과 상이한 상기 제2 주파수 영역에 배치하는 단계
    를 포함하는 파일럿 배치 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 배치된 제1 파일럿 칩 쌍의 제1 주파수 영역에 동일하고 상기 제1 시간 영역과 상이한 상기 제2 시간 영역에 상기 제1 파일럿 칩 쌍을 배치하는 단계
    를 더 포함하는 파일럿 배치 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 파일럿 칩 쌍과 상기 제2 파일럿 칩 상은 동일한 시간에 대하여 주파수에 따라 교대로 배치되는 파일럿 배치 방법.
  6. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제2 시간 영역에 배치하는 단계는,
    상기 복수의 그룹 중 제2 그룹에 대한 제2 파일럿 칩 쌍을, 상기 배치된 제1 파일럿 칩 쌍의 상기 제1 주파수 영역 및 상기 제1 시간 영역 중 어느 하나와 동일한 제1 주파수 영역 및 제1 시간 영역 중 어느 하나의 위치에 배치하는 단계
    를 포함하는 파일럿 배치 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 배치된 제2 파일럿 칩 쌍의 상기 제1 주파수 영역 및 상기 제1 시간 영역 중 어느 하나와 상이한 제2 주파수 영역 및 제2 시간 영역 중 어느 하나의 위치에 상기 제1 파일럿 칩 쌍을 배치하는 단계
    를 더 포함하는 파일럿 배치 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 파일럿 칩 쌍과 상기 제2 파일럿 칩 상은 동일한 주파수에 대하여 시간에 따라 교대로 배치되는 파일럿 배치 방법.
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