KR20090054358A - 이동통신시스템에서의 채널추정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동통신시스템에서의 채널추정 방법에 관한 것이다.

본 발명에서, 단말은 하나의 클러스터를 2개의 부-클러스터로 구성하고, 각 부-클러스터 내의 파일럿 부반송파를 이용하여 채널 추정을 위한 파일럿 행렬을 생성한다. 그리고, 생성된 파일럿 행렬의 역행렬이 존재하지 않는 경우, 동일 클러스터 내의 인접 부-클러스터에 있는 파일럿 부반송파 또는 인접한 클러스터 내의 부-클러스터 내에 있는 파일럿 부반송파를 이용하여 채널 추정을 위한 파일럿 행렬을 재구성한다.

간섭(Interference), 채널추정(Channel Estimation), PUSC, OFDM

Description

이동통신시스템에서의 채널추정 방법{Method for estimating a channel in mobile communication system}

본 발명은 이동통신시스템에서의 채널추정 방법에 관한 것이다. 특히, 인접하는 기지국에 의한 간섭이 존재하는 채널환경에서의 채널추정 방법에 관한 것이다.

최근 이동통신시스템에서는 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 방식이 활발하게 연구 및 활용되고 있다. OFDM 방식은 멀티-캐리어(Multi-Carrier)를 사용하여 데이터를 전송하는 방식으로서, 직렬로 입력되는 심벌(Symbol)열을 병렬 변환하고, 병렬 변환된 이들 각각을 상호 직교성을 갖는 다수의 서브 캐리어(sub-carrier)들, 즉 다수의 부반송파 채널(sub-carrier channel)들로 변조하여 전송하는 멀티캐리어 변조(Multi Carrier Modulation, MCM) 방식의 일종이다.

직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access, OFDMA)방식은 전술한 OFDM 방식에 주파수 영역을 다수의 부반송파로 이루어진 부채널로 구분하고, 시간영역을 다수의 타임슬롯으로 구분한 후 부채널을 사 용자 별로 할당한다. 따라서 시간 및 주파수 영역을 모두 고려한 자원 할당을 수행하는 것이 가능하여 제한된 주파수 자원으로 다수의 사용자를 수용할 수 있으며, 또한 블록 단위로 데이터를 전송한다.

종래에 OFDMA 방식을 사용하는 시스템에서 2개의 기지국(서비스 기지국 및 간섭 기지국)으로부터 전송되는 신호를 단말에서 수신하는 경우, 서비스 기지국 및 간섭 기지국에서 전송되는 부분 사용 서브 채널(Partial Usage of Sub-channels, PUSC) 클러스터(Cluster)에 포함되어 있는 파일럿 부반송파 신호들에 대하여 단말에서 수신되는 파일럿 부반송파 신호를 표현하면 다음의 수학식1과 같이 주어진다.

여기서, Y _i 는 단말에 수신된 신호를 각각 나타내며, P _ij 는 j번째 기지국에서 전송되는 i번째 파일럿 부반송파 신호, h _i 는 i번째 기지국에서 전송되는 신호가 겪는 무선경로 이득, 그리고 n _i 는 i번째 수신 신호에 더해지는 백색 잡음을 나타낸다.

위의 수학식 1의 수신 신호에 대하여 비교적 구현이 용이하고 우수한 성능을 제공하는 최대우도(Maximum Likelihood) 채널추정 방식을 다음의 수학식 2와 같이 적용할 수 있다.

여기에서, P ^H 는 P행렬의 Hermitian, ()^{- 1}는 행렬의 역행렬(Inversion)을 나타낸다. 이와 같은 최대 우도 채널추정 방식을 사용하기 위해서는 ( P ^H · P) ^-1가 존재하여야 한다.

그러나, 전술한 방식으로 채널추정을 하는 경우, 채널추정에 사용되는 파일럿 부반송파는 "1" 또는 "-1"로 변조되어 전송되므로, 채널추정을 위하여 사용되는 수학식 2에 기술된 ( P ^H · P) ^-1가 존재하지 않을 확률이 매우 높아진다는 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 인접 기지국의 간섭이 존재하는 채널 환경에서 채널추정의 성능을 향상시키기 위한 이동통신망에서의 채널추정 방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 이동통신시스템에서의 채널추정 방법은,

제1 클러스터에 포함된 파일럿 부반송파를 이용하여 상기 제1 클러스터에 해 당하는 채널에 대한 채널추정을 위한 파일럿 행렬을 구성하는 단계; 상기 파일럿 행렬의 역행렬이 존재하지 않으면, 상기 파일럿 행렬을 재구성하는 단계; 상기 파일럿 행렬 및 상기 재구성한 파일럿 행렬 중 역행렬이 존재하는 파일럿 행렬을 이용하여 채널추정을 수행하는 단계; 및 상기 재구성한 파일럿 행렬의 역행렬이 존재하지 않는 경우, 상기 채널에 인접하는 채널의 채널추정 값을 이용한 보간을 통해 채널추정을 수행하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면, 하나의 클러스터를 2개의 부-클러스터로 구성하고, 각 부-클러스터 내의 파일럿 부반송파를 이용하여 채널 추정을 위한 파일럿 행렬을 생성한 후, 생성된 파일럿 행렬의 역행렬이 존재하지 않는 경우, 동일 클러스터 내에서 인접하는 부-클러스터의 파일럿 부반송파 또는 인접한 클러스터 내의 파일럿 부반송파를 이용하여 채널 추정을 위한 파일럿 행렬을 생성하는 방법은 파일럿 행렬의 역행렬이 존재할 확률을 높임으로써, 채널추정에 사용되는 파일럿의 정보를 많이 획득하는 것이 가능하여 채널추정 성능을 향상시키는 효과가 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 유사 한 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.

본 명세서에서 단말(terminal)은 이동국(Mobile Station, MS), 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, 단말, 이동 단말, 가입자국, 휴대 가입자 국, 사용자 장치, 접근 단말 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), eNB(Evolved Node-B), 송수신 기지국(Base Transceiver Station, BTS), MMR(Mobile Multihop Relay)-BS 등을 지칭할 수도 있고, 접근점, 무선 접근국, 노드B, eNB, 송수신 기지국, MMR-BS 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.

이제 아래에서는 본 발명의 실시 예에 따른 이동통신시스템 특히, 직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access, OFDMA) 시스템에서의 채널추정 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

한편, 본 발명의 실시 예에서는 단말에 신호를 송신하는 기지국을 "서비스 기지국"이라 명명하고, 서비스 기지국과 인접하여 서비스 기지국이 단말로 전송하 는 신호에 간섭을 발생시키는 기지국을 "간섭 기지국"이라 명명하여 사용한다.

도 1은 이동통신시스템에서 기지국이 단말로 전송하는 하나의 클러스터(Cluster)의 일 예를 도시한 것으로서, 하나의 부분 사용 서브 채널(Partial Usage of Sub-channels, PUSC) 클러스터를 나타낸다. 또한, 도 2는 이동통신시스템에서 단말이 두 개의 기지국으로부터 수신하는 신호의 일 예를 도시한 것으로서, 도 1의 구성을 가진 하나의 클러스터를 사용하여 채널을 추정하는 경우를 나타낸다.

OFDMA 방식을 사용하는 시스템에서 기지국으로부터 단말로 신호를 전송하기 위해 사용되는 자원영역은 다수의 클러스터로 구성된다. 도 1을 보면, 하나의 PUSC 클러스터는 14개의 부반송파(Sub-carrier)와 2개의 심볼로 구성되며, 부반송파는 다시 24개의 데이터 부반송파와 채널추정의 용도로 사용되기 위한 4개의 파일럿 부반송파로 분류된다.

도 2를 보면, 도 1과 같이 서비스 기지국 및 간섭 기지국에서 전송되는 하나의 PUSC 클러스터에 포함된 파일럿 부반송파 신호를 이용하여 다음의 수학식 3과 같은 파일럿 행렬을 산출할 수 있다.

한편, 이러한 파일럿 행렬에 대한 역행렬이 존재하지 않는 경우, 단말은 해당 클러스터에 포함되어 있는 파일럿에 대한 정보를 얻을 수 없게 되어 파일럿 정보를 채널 추정에 사용할 수 없게 된다. 따라서 파일럿에 대한 정보를 획득할 확률을 높이기 위하여, 본 발명의 실시 예에서는 클러스터를 2개의 부-클러스터로 구성한다.

다음, 도 3 내지 도 6을 참고로 본 발명의 실시 예에 따른 이동통신시스템에서 단말의 채널추정 방법에 대하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 이동통신시스템에서의 채널추정 방법을 도시한 흐름도이다. 또한, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 단말이 하나의 PUSC 클러스터 내에 포함되는 파일럿 부반송파를 이용하여 파일럿 행렬을 구성하는 일 예를 도시한 것이고, 도 5는 도 4의 파일럿 행렬의 역행렬이 존재하지 않는 경우, 동일 PUSC 클러스터 내에서 파일럿 행렬을 재구성하는 일 예를 도시한 것이다. 또한, 도 6은 도 5에서 재구성된 파일럿 행렬의 역행렬이 존재하지 않는 경우, 인접하는 PUSC 클러스터에 포함된 파일럿 부반송파를 이용하여 파일럿 행렬을 재구성하는 일 예를 도시한 것이다.

도 3을 보면, 단말은 우선, 채널추정을 위한 파일럿 행렬을 생성하기 위해 하나의 PUSC 클러스터를 두 개의 부-클러스터(sub-cluster)로 분리한다. 그리고, 각 부-클러스터에 포함된 파일럿 부반송파를 이용하여 두 개의 파일럿 행렬을 생성한다(S101).

도 4는 단말이 하나의 PUSC 클러스터에 포함된 파일럿 부반송파를 이용하여 파일럿 행렬을 구성하는 경우의 일 예를 도시한 것이다.

도 4를 보면, 우선, 하나의 PUSC 클러스터는 두 개의 부-클러스터(sub-cluster)로 분류된다. 예를 들어, 도 4의 서비스 기지국으로부터 전송되는 신호와 간섭 기지국으로부터 전송되는 신호에 포함된 클러스터 #n은 제1 부-클러스터(클러스터 #n_1) 및 제2 부-클러스터(클러스터 #n_2)로 분류된다. 이때, 하나의 부-클러스터는 두 개의 OFDM 심볼 내에 포함된 12개의 데이터 부반송파 신호와 2개의 파일럿 부반송파 신호를 포함한다.

한편, 단말은 클러스터를 두 개의 제1 부-클러스터 및 제2 부-클러스터로 분류한 후, 제1 부-클러스터 및 제2 부-클러스터 각각에 포함된 파일럿 부반송파를 이용하여 각 부-클러스터에 대응하는 파일럿 행렬들을 생성한다. 예를 들어, 도 4의 클러스터 #n의 경우, 제1 부-클러스터(클러스터 #n_1)에 포함된 파일럿 부반송파들(P₁₁, P₂₁, P₁₂, P₂₂)을 이용하여 제1 파일럿 행렬(P₁)을 생성하고, 제2 부-클러스터(클러스터 #n_2)에 포함된 파일럿 부반송파들(P₃₁, P₄₁, P₃₂, P₄₂)을 이용하여 제2 파일럿 행렬(P₂)을 생성한다.

다시, 도 3을 보면, 단말은 전술한 방법을 통해 파일럿 행렬들이 생성되면, 생성된 파일럿 행렬들의 역행렬이 존재하는지 판단한다(S102).

판단 결과, 역행렬이 존재한다고 판단되는 파일럿 행렬은 전술한 수학식 2에 적용하여 채널추정에 사용한다(S103). 반면에, 역행렬이 존재하지 않는 파일럿 행렬은 동일한 PUSC 클러스터 내의 파일럿 부반송파를 이용하여 재구성한다(S104).

이때, 파일럿 행렬의 역행렬이 존재하는지 판단하는 기술은 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가에게는 자명하게 알 수 있는 사항이므로 이에 대한 상세한 설명을 생략한다.

도 5는 S101 단계에서 생성된 파일럿 행렬의 역행렬이 존재하지 않을 경우, 동일 PUSC 클러스터 내의 파일럿 부반송파를 이용하여 해당 파일럿 행렬을 재구성하는 방법의 일 예를 도시한 것이다.

도 5를 보면, 단말은 생성된 파일럿 행렬의 역행렬이 존재하지 않는 경우, 동일 PUSC 클러스터 내의 파일럿 부반송파를 이용하여 해당 파일럿 행렬을 재구성한다. 예를 들어, 도 4의 제2 파일럿 행렬의 역행렬이 존재하지 않는다고 가정할 경우, 단말은 클러스터 #n에 포함된 파일럿 부반송파(P₃₁, P₂₁, P₃₂, P₂₂)를 이용하여 제2 파일럿 행렬을 재구성한다.

다시, 도 3을 보면, 이후 단말은 전술한 S104 단계에서 재구성한 파일럿 행렬에 대해서 역행렬이 존재하는지 확인한다(S105). 그리고, 재구성한 파일럿 행렬의 역행렬이 존재하는 경우에는 해당 파일럿 행렬을 전술한 수학식 2에 적용하여 채널 추정을 수행한다(S103). 반면에, 재구성한 파일럿 행렬의 역행렬이 존재하지 않으면, 동일 PUSC 클러스터 내의 파일럿 부반송파와 인접하는 클러스터 내의 파일럿 부반송파를 이용하여 파일럿 행렬을 재구성한다(S106).

도 6은 S106 단계에서 재구성한 파일럿 행렬의 역행렬이 존재하지 않는 경우, 동일 PUSC 클러스터 내의 파일럿 부반송파와 인접하는 PUSC 클러스터 내의 파 일럿 부반송파를 이용하여 파일럿 행렬을 재구성하는 일 예를 도시한 것이다.

도 6을 보면, 단말은 재구성한 파일럿 행렬의 역행렬이 존재하지 않는 경우, 동일 PUSC 클러스터의 파일럿 부반송파와 인접하는 PUSC 클러스터의 파일럿 부반송파를 이용하여 파일럿 행렬을 재구성한다. 예를 들어, 도 5에서 재구성한 제2 파일럿 행렬의 역행렬이 존재하지 않는다고 가정할 경우, 단말은 클러스터 #n과 클러스터 #n+1에 포함된 파일럿 부반송파(P₃₁, P₈₁, P₃₂, P₈₂)들을 이용하여 파일럿 행렬을 다시 재구성한다.

다시, 도 3을 보면, 이후, 단말은 인접하는 PUSC 클러스터 내의 파일럿 부반송파를 포함하여 재구성한 파일럿 행렬의 역행렬이 존재하는지 확인한다(S107). 그리고, 재구성한 파일럿 행렬의 역행렬이 존재하는 경우에는 해당 파일럿 행렬을 전술한 수학식 2에 적용하여 채널 추정을 수행한다(S103). 반면에, 전술한 S107 단계까지 수행하고도 역행렬이 존재하지 않는 경우에는, 역행렬이 존재하는 것이 불가능하다고 판단한다(S108). 그리고, 해당 PUSC 클러스터가 포함된 심볼에 대한 채널추정이 완료될 때까지 대기한 후, 인접한 채널의 추정 결과를 이용한 보간을 통해 최종적인 채널추정 값을 산출한다(S109).

이때, 인접한 채널의 채널추정 결과를 이용한 보간을 통해 소정 채널의 채널추정 값을 산출하는 기술은 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가에게는 자명하게 알 수 있는 사항이므로 이에 대한 상세한 설명을 생략한다.

위에 기술된 바와 같이 파일럿 부반송파를 이용하여 생성된 파일럿 행렬의 역행렬이 존재하지 않는 경우에도, 동일 클러스터 내의 파일럿 부반송파 또는 인접한 클러스터 내의 파일럿 부반송파를 이용하여 채널 추정을 위한 파일럿 행렬을 생성하여 사용함으로써, 파일럿 행렬의 역행렬이 존재할 확률을 높일 수 있다. 역행렬이 존재할 확률이 증가됨에 따라, 비교적 구현이 용이하고 우수한 성능을 제공하는 최대우도 채널추정 방식을 사용할 수 있다. 그 결과 채널추정 성능이 향상된다.

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 이동통신시스템에서 기지국이 단말로 전송하는 하나의 클러스터의 일 예를 도시한 것이다.

도 2는 이동통신시스템에서 단말이 두 개의 기지국으로부터 수신하는 신호의 일 예를 도시한 것이다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 이동통신시스템에서의 채널추정 방법을 도시한 흐름도이다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 이동통신시스템에서 하나의 PUSC 클러스터 내에 포함되는 파일럿 부반송파를 이용하여 파일럿 행렬을 구성하는 일 예를 도시한 것이다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 이동통신시스템에서 동일 클러스터 내의 파일럿 부반송파를 이용하여 파일럿 행렬을 재구성하는 일 예를 도시한 것이다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 이동통신시스템에서 인접하는 PUSC 클러스터에 포함된 파일럿 부반송파를 이용하여 파일럿 행렬을 재구성하는 일 예를 도시한 것이다.

Claims (7)

1. 이동통신시스템에서의 채널추정 방법에 있어서,

   제1 클러스터에 포함된 파일럿 부반송파를 이용하여 상기 제1 클러스터에 해당하는 채널에 대한 채널추정을 위한 파일럿 행렬을 구성하는 단계;

   상기 파일럿 행렬의 역행렬이 존재하지 않으면, 상기 파일럿 행렬을 재구성하는 단계;

   상기 파일럿 행렬 및 상기 재구성한 파일럿 행렬 중 역행렬이 존재하는 파일럿 행렬을 이용하여 채널추정을 수행하는 단계; 및

   상기 재구성한 파일럿 행렬의 역행렬이 존재하지 않는 경우, 상기 채널에 인접하는 채널의 채널추정 값을 이용한 보간을 통해 채널추정을 수행하는 단계

   를 포함하는 채널추정 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제1 클러스터를 복수의 부-클러스터로 분리하는 단계

   를 더 포함하고,

   상기 구성하는 단계는,

   각 부-클러스터에 포함된 파일럿 부반송파를 이용하여 상기 각 부-클러스터 별로 상기 파일럿 행렬을 구성하는 단계인 채널추정 방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 재구성하는 단계는,

   상기 파일럿 행렬의 역행렬이 존재하지 않으면, 상기 제1 클러스터 내의 파일럿 부반송파를 이용하여 상기 파일럿 행렬을 재구성하는 채널추정 방법.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 재구성하는 단계는,

   상기 제1 클러스터 내의 파일럿 부반송파를 이용하여 재구성한 파일럿 행렬의 역행렬이 존재하지 않으면, 상기 제1 클러스터와 인접한 클러스터 내의 파일럿 부반송파를 이용하여 상기 파일럿 행렬을 재구성하는 단계

   를 더 포함하는 채널추정 방법.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 보간을 통해 채널추정을 수행하는 단계는,

   상기 제1 클러스터가 포함된 심볼의 채널추정이 완료되면, 상기 인접한 채널의 채널 추정 값을 획득하는 단계; 및

   상기 인접한 채널추정 값을 이용한 보간을 통해 채널추정을 수행하는 단계

   인 채널추정 방법.
6. 제 1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제1 클러스터는 부분 사용 서브 채널 클러스터인 채널추정 방법.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 제1 클러스터는 서비스 기지국 및 간섭 기지국으로부터 전송되는 파일럿 부반송파를 포함하는 채널추정 방법.

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