KR20090125252A - 주파수 옵셋 보상 방법 - Google Patents

주파수 옵셋 보상 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복수의 사용자들에 의해 전송된 사용자 신호들을 포함하는 베이스밴드(baseband) 신호를 처리하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 베이스밴드 신호에 주파수 옵셋 보상(frequency offset compensation)을 적용하는 단계를 포함하며, 그에 의해 각각의 주파수-시프트 베이스밴드 신호를 형성한다. 각각의 주파수 보상은 복수의 선택된 주파수 옵셋만큼 베이스밴드 신호를 시프트하며 각각의 결과적인 주파수-시프트 베이스밴드 신호는 주파수-시프트 사용자 신호를 포함한다. 상기 방법은 또한 주파수-시프트 사용 신호들 중 적어도 몇몇을 그룹에 할당하는 단계를 포함한다. 각각의 그룹은 주파수 보상들 중 하나에 대응하며, 상기 할당은 각각의 그룹이 대응하는 주파수 보상에 의해 결정되는 범위내에 놓이는 추정된(estimated) 주파수 옵셋을 갖는 주파수-시프트 사용자 신호들을 포함하도록 수행된다. 상기 방법은 주파수-시프트 사용자 신호에 기초한 각각의 사용자 신호의 주파수 옵셋 및 주파수-시프트 사용자 신호를 포함하는 그룹의 주파수 보상을 추정하는 단계를 더 포함한다.
Figure P1020097019127
주파수 옵셋 보상, 주파수-시프트 베이스밴드 신호, 고속 푸리에 변환, 피크 검출, 단일 탭 필터, FDMA, 도플러 시프트, 블록 에러 레이트(BLER), RACH 프리앰 블 신호

Description

주파수 옵셋 보상 방법{METHOD OF FREQUENCY OFFSET COMPENSATION}
본 출원은 2007년 3월 19일 출원된 미합중국 가특허출원 제 60/918,825 호의 우선권을 주장한다.
본 발명은 일반적으로 통신 시스템에 관한 것으로, 특히, 무선 통신 시스템에 관한 것이다.
종래의 무선 통신 시스템들은 셀로서 일반적으로 지칭되는 연관된 지리적 영역에 걸쳐서 무선 접속을 제공하기 위한 복수의 기지국들 또는 다른 디바이스들을 포함한다. 기지국(base station)에 연관된 셀(cell)내 또는 그 근처에 위치된 모바일 유닛(mobile unit)은 모바일 유닛과 기지국간의 공중 인터페이스(air interface)를 통해 무선 통신 링크(wireless communication links)를 설정할 수 있다. 모바일 유닛과 기지국간의 공중 인터페이스의 속성은 산업전체의 합의된 표준 및 프로토콜에 의해 전형적으로 정의된다. 표준 및/또는 프로토콜의 한 예시적인 세트는 직교 주파수 분할 복수 액세스(orthogonal frequency division multiple access:OFDMA)로서 지칭된다. OFDMA 시스템에서, 공중 인터페이스는 복수의 서브-캐리어 주파수 밴드들(sub-carrier frequency bands)을 둘러싸는 캐리어 주파수 밴드내에 형성된다. 각각의 서브-캐리어는 모든 다른 서브-캐리어 주파수들에 직교인 서브-캐리 주파수에 중심하는 좁은 주파수 밴드에서 전송된다. 서브-캐리어 주파수의 직교성은 복수 모바일 유닛들이 최소의 캐리어 간의 간섭을 가지고 각각의 기지국과 동시 무선 통신 링크들을 설정하는 것을 허용한다. 복수 서브-캐리어들을 이용함으로써 모바일 유닛과 기지국간의 전송의 복수경로 주파수 선택 페이딩(multipath frequency selective fading)을 감소시키는데 또한 도움을 줄 수 있다.
도 1은 복수-사용자 중첩 베이스밴드 신호(multi-user super-positioned baseband signal)로부터 개별적인 사용자 신호를 추출하기 위한 종래의 처리 플로우(100)를 개념적으로 예시한다. 예시된 실시예에서, 복수 사용자 신호의 중첩을 포함하는 베이스밴드 신호는 기지국에서 수신된다. 수신된 심볼들 내의 CP(cyclic prefix)가 베이스밴드 신호로부터 (105에서)제거된 다음에 (110에서)고속 푸리에 변환(fast Fourier transform)이 수행되어 베이스밴드 신호(baseband signal)를 주파수 도메인(frequency domain)으로 변환한다. 리소스 블록 디맵핑과 디멀티플렉싱(resource block demapping and demultiplexing)이 (115에서) 수행되어 각각의 사용자, 업링크 제어 채널, 그리고 랜덤 액세스(RACH) 채널을 위한 데이터 트래픽 신호들을 분리한다. RACH 검출 처리는 또한 (120에서) 베이스밴드 신호에 대해 수행되며 RACH 검출 처리에 의해 제공된 정보는 다운링크 제어를 위해 사용된다.
도 2는 RACH 검출을 수행하기 위한 종래의 처리 플로우(200)를 개념적으로 예시한다. 예시된 실시예에서, 긴 고속 푸리에 변환이 (205에서) 수신된 베이스밴드 신호에 대해 수행되어 수신된 신호를 주파수 도메인으로 변환한다. RACH 신호는 주파수 도메인 신호로부터 (210에서) 추출된다. 이산 푸리에 변환은 예상된 RACH 신호에 대응하는 시퀀스를 Zadoff-Chu 기준에 대해서 (215)에서 수행된다. 변환된 Zadoff-Chu 시퀀스는 추출된 RACH 신호와 (220에서) 조합되며 인버스 이산 푸리에 변환은 조합된 신호들에 따라서 (225에서) 수행된다. 이어 조합된 신호들의 인버스 이산 푸리에 변환(inverse discrete Fourier transform)의 결과는 피크 검출(peak detection) 알고리즘으로 제공되어 비동기화된 RACH 채널로부터 초기 액세스 신호의 타이밍을 추출할 수 있다. 단일 FFT 프로세서는 데이터 처리와 RACH 검출 모두를 위해 공통적으로 사용된다. 이러한 해결책은 복수-사용자 중첩 신호들이 완벽하게 시간 정렬된다는 것을 가정하지만, 이러한 가정이 실제에 있어서 항상 유효한 것은 아니다.
다양한 요인들이 모바일 유닛에 의해 전송된 신호의 서브-캐리어 주파수와 기지국에서 수신된 신호간의 주파수 오정합(mismatch)을 야기할 수 있다. 예를 들어, 모바일 유닛과 기지국의 상대적인 이동에 의해 야기되는 도플러 시프트(Doppler shift)는 기지국에서 수신된 신호의 서브-캐리어 주파수와 서브-캐리어 주파수의 예상 값 사이의 주파수 옵셋(offset)을 유도할 수 있다. 다른 예를 들어, 모바일 유닛에 의해 전송된 신호를 발생하기 위해 사용된 오실레이터들과 기지국에서 기준 신호를 발생하기 위해 사용된 오실레이터 내의 부정확성들이 주파수 옵셋을 유도할 수 있다. 주파수 옵셋은 서브캐리어 중심 주파수와 수신된 신호를 처리하기 위해 사용된 고속 푸리에 변환 커널들 간의 오정렬을 야기한다. 더욱이, 주파수 옵셋은 전형적으로 각각의 유닛에 대해 다르다. 결론적으로, 로컬 기준 오실레 이터를 이용하여 베이스밴드로 다운컨버트되는(down converted) 수신된 신호에 대해서 동작하는 베이스밴드 신호 상에서 고속 푸리에 변환 처리는 상이한 서브-캐리어 주파수들 상에서 전송된 신호들을 콘벌브(convolve)하여 캐리어 간의 간섭을 발생할 수 있다.
도 3은 2명의 사용자들과 연관된 서브캐리어 주파수들을 개념적으로 예시한다. 예시된 실시예에서, 각각의 주파수 밴드는 5개의 서브캐리어 주파수 밴드들(300, 305)을 포함한다. 첫번째 사용자와 연관된 서브캐리어 주파수 밴드들(300)은 실선으로 표시되고 두번째 사용자와 연관된 서브캐리어 주파수 밴드들(305)은 점선으로 표시된다. 서브캐리어 주파수 밴드들과 연관된 다양한 푸리에 변환들을 수행하기 위해 수신기에 의해 활용되는 기준 주파수들은 굵은 화살표들(310)로 표시된다. 제 1 캐리어 주파수 밴드의 중심 주파수(315)는 주파수 옵셋(Δf1)만큼 기준 주파수들(310)로부터의 옵셋이며 제 2 캐리어 주파수 밴드의 중심 주파수(320)는 주파수 옵셋(Δf2)만큼 기준 주파수들(310)로부터의 옵셋이다. 각각의 사용자를 위한 이들 주파수 옵셋들(frequency offsets)은 고속 푸리에 변환 프로세싱에 있어서 콘벌빙 효과(convolving effect)를 생성하며, 이것은 캐리어/서브캐리어 주파수 밴드들(300, 305) 간의 캐리어 간의 간섭(inter-carrier interference)을 발생한다. 캐리어 간의 간섭은 주파수 옵셋의 정도에 거의 비례한다.
다시 도 1을 참조하면, 상이한 서브캐리어 주파수 밴드들에서 신호들의 콘볼루션(convolution)에 의해 발생된 캐리어 간의 간섭은 주로 고속 푸리에 변환 프로 세싱(110)에 이은 리소스 블록(115)에서 발생한다. 결론적으로, 주파수 옵셋 추정(estimation)은 통상적으로 리소스 블록 디맵핑과 사용자 디멀티플렉싱(115) 후에 각각의 사용자에 대한 추출된 파일럿 심볼을 이용하여 수행된다. 예를 들어, 멀티-탭 필터(multi-tap filter)는 캐리어 간의 간섭을 감소시키기 위해 주파수 옵셋들의 콘벌빙 효과를 보상하기 위해 사용될 수 있다. 각각의 파일럿과 데이터 서브캐리어를 위한 주파수 옵셋 보상은 채널 추정 및 등화(equalization) 전에 수행되며, 이것은 FFT 프로세싱(110)후 캐리어 간의 간섭을 제거하기 위해 (멀티-탭 필터링과 같은) 매우 복잡한 디콘볼루션(deconvolution) 동작을 요구한다. 따라서, 디콘볼루션 동작이 주파수 옵셋의 효과를 보상하기 위해 필요할 때, 캐리어 간의 간섭을 제거하기 위한 종래의 기법은 OFDMA 베이스밴드 프로세싱의 복잡도를 상당히 증가시킨다. 보다 큰 주파수 옵셋들이 보다 많은 서브캐리어 주파수들을 커버하기 위해 다수의 탭들을 증가시키는 단계를 필요로 하며 따라서 이들 동작들을 수행하기 위해 요구된 프로세싱의 복잡도를 증가시킨다. 더욱이, 멀티탭 필터는 고속 푸리에 변환 프로세싱(110)후 각각의 사용자와 연관된 신호에 적용되어야 한다.
본 발명은 전술한 하나 이상의 문제들의 영향들을 해결하는 것에 관한 것이다. 다음은 본 발명의 몇몇 양태들의 기본적인 이해를 제공하기 위해 본 발명의 단순화된 개요를 제공한다. 이러한 개요는 본 발명의 포괄적(exhaustive) 개관이 아니다. 이것은 본 발명의 핵심 또는 중요한 소자들을 식별하거나 본 발명의 범주를 제한하고자 하는 것이 아니다. 본원의 유일한 목적은 이하 논의되는 보다 상세한 설명에 대한 서두로서 단순화된 형태의 몇몇 개념들을 제공하기 위함이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 방법은 복수의 사용자들에 의해 전송된 사용자 신호들을 포함하는 베이스밴드 신호를 처리하기 위해 제공된다. 상기 방법은 각각의 주파수-시프트 베이스밴드 신호들(frequency-shifted baseband signals)을 형성하기 위해 베이스밴드 신호로 주파수 옵셋 보상들을 적용하는 단계를 포함한다. 각각의 주파수 보상은 복수의 선택된 주파수 옵셋만큼 베이스밴드 신호를 시프트하며 각각의 결과적인 주파수-시프트 베이스밴드 신호는 주파수-시프트 사용자 신호들을 포함한다. 상기 방법은 또한 그룹들에 주파수-시프트 사용자 신호들의 적어도 몇몇을 할당하는 단계를 포함한다. 각각의 그룹은 주파수 보상들 중 하나에 대응하고 할당은 각각의 그룹이 대응하는 주파수 보상에 의해 결정된 범위 내에 놓이는 추정된 주파수 옵셋을 갖는 주파수-시프트 사용자 신호들을 포함하도록 수행된다. 상기 방법은 주파수-시프트 사용자 신호에 기초한 각각의 사용자 신호의 주파수 옵셋과 주파수-시프트 사용자 신호를 포함하는 그룹의 주파수 보상을 추정하는 단계를 추가로 포함한다.
본 발명은 유사한 참조번호들이 유사한 소자들을 식별하는 첨부된 도면들과 함께 다음의 상세한 설명을 참조하여 이해될 것이다.
도 1은 복수-사용자 중첩 베이스밴드 신호로부터 개별적인 사용자 신호들을 추출하기 위한 종래의 처리 흐름을 개념적으로 예시하는 도면;
도 2는 RACH 검출을 수행하기 위한 종래의 처리 흐름을 개념적으로 예시하는 도면;
도 3은 2명의 사용자들과 연관된 서브캐리어 주파수들을 개념적으로 예시하는 도면;
도 4는 본 발명에 따라서 무선 통신 시스템의 일 예시적인 실시예를 개념적으로 예시하는 도면;
도 5는 주파수 옵셋 에러들에 대해 캐리어 간의 간섭으로 인한 블록 에러 레이트(block error rate:BLER) 성능 저하의 한 예를 도시하는 도면;
도 6은 주파수 옵셋 보상의 단일 탭, 3 탭, 그리고 11 탭 콘볼루션에 의해 BLER 성능 향상을 예시하는 도면;
도 7은 본 발명에 따라서 주파수 옵셋 추정 유닛의 일 예시적인 실시예를 개념적으로 예시하는 도면;
도 8은 본 발명에 따라서 RACH 피크 검출 소자의 일 예시적인 실시예를 개념적으로 예시하는 도면.
비록 본 발명의 다양한 변경들 및 대안적인 형태들이 가능하지만, 이들의 특정한 실시예들은 도면들에 예로서 도시되었으며 본 명세서에 상세히 기술된다. 그러나, 특정한 실시예들의 본 명세서에서의 설명이 개시된 특별한 형태들로 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니라, 그와 반대로, 첨부된 청구항들에 의해 정의된 바와 같이 본 발명의 범주내에서 모든 변경들, 등가물들, 및 대안들을 망라하고자 함을 이해해야 한다.
본 발명의 예시적인 실시예들이 이하 기술된다. 명확히 하기 위해, 실제적인 구현의 모든 특징들이 본 명세서에 기술되지는 않는다. 물론 임의 이러한 실제적인 실시예의 개발에 있어서, 수많은 구현-특정한 결정들이 구현마다 다를 수 있는 시스템-관련 및 비지니스-관련 제약들에 부응하는 것과 같이 개발자들의 특정한 목적들을 달성하기 위해 이루어져야 함이 이해될 것이다. 더욱이, 이와 같은 개발 노력이 복잡할 수 있으며 시간 소모적일 수 있지만, 그럼에도 불구하고 본 발명의 개시의 이익을 얻는 당업자가 일상적으로 수행하는 것이라는 것이 이해될 것이다.
본 발명의 부분들 및 대응하는 상세한 설명이 소프트웨어, 또는 알고리즘 및 컴퓨터 메모리 내의 데이터 비트들 상의 연산들의 심볼 표현들로 제공된다. 이들 설명 및 표현은 당업자가 자신의 작업의 내용을 다른 당업자들에게 효과적으로 전달하는 것들이다. 본 명세서에서 사용된 용어로서, 그리고 일반적으로 사용되는 바와 같이 알고리즘은 원하는 결과를 유도하는 단계들의 자체-일관적인 시퀀스인 것으로 생각된다. 상기 단계들은 물리적인 양들의 물리적인 조작들을 필요로 한다. 통상적으로, 필수적이지는 않지만, 이들 양들은 저장, 전달, 조합, 비교, 및 기타 조작될 수 있는 광학, 전기, 또는 자기 신호들의 형태를 취한다. 이것은 주로 통상적인 이용의 이유로 인해 비트, 값, 소자, 심볼, 문자, 용어, 숫자 등으로서 이들 신호들을 참조하기에 종종 편리하다는 것이 입증되었다.
그러나, 이들 모두 및 유사한 용어들이 적절한 물리적 양들과 연관될 것이며 단지 편리를 위해 이들 양들에 붙여진 라벨들이라는 것을 명심해야 한다. 달리 특별하게 언급하지 않거나, 논의로부터 분명한 바와 같이, "프로세싱" 또는 "컴퓨팅" 또는 "계산" 또는 "판단" 또는 "디스플레잉" 등과 같은 용어들은 컴퓨터 시스템의 레지스터 및 메모리내에 물리적, 전자적 양으로서 표시되는 데이터를 컴퓨터 시스템, 또는 컴퓨터 시스템 메모리 또는 레지스터 또는 다른 이러한 정보 스토리지, 전송 또는 디스플레이 디바이스 내에 물리적인 양으로서 유사하게 표시되는 다른 데이터로 조작하고 변환하는 컴퓨터 시스템, 또는 유사한 전자 컴퓨팅 디바이스의 액션 및 처리를 지칭한다.
또한 주목해야 할 것은 본 발명의 소프트웨어 구현 양태들이 전형적으로 프로그램 저장 매체의 일부 형태로 인코드되거나 전송 매체의 일부 유형에 걸쳐서 구현된다는 점이다. 프로그램 저장 매체는 자기(예를 들어, 플로피 디스크 또는 하드 드라이브) 또는 광(예를 들어, 컴팩트 디스크 독출 전용 디스크 또는 CD ROM)일 수 있으며, 독출 전용 또는 랜덤 액세스일 수 있다. 유사하게, 전송 매체는 트위스트 유선 쌍(twisted wire pairs), 동축케이블, 광섬유, 또는 종래 기술에 알려진 어떤 다른 적절한 전송 매체일 수 있다. 본 발명은 임의 소정의 구현의 이들 양태들에 제한되지는 않는다.
본 발명은 첨부된 도면들을 참조하여 이하 기술될 것이다. 다양한 구조, 시스템 및 디바이스가 설명만을 위해 도면들에 개략적으로 도시되어, 당업자에 잘 알려진 세부사항들에 의해 본 발명이 모호하지 않도록 한다. 그럼에도 불구하고, 첨부된 도면들은 본 발명의 예시적인 예들을 기술하고 설명하기 위해 포함된다. 본 명세서에 사용된 단어와 문구는 당업자에 의한 단어와 문구의 이해와 일관적인 의미를 갖는 것으로 이해되고 해석되어야 한다. 용어 또는 문구의 특별한 정의, 즉, 당업자에 의해 이해되는 통상적이고 관습적인 의미와 다른 정의는 본 명세서에서 용어 또는 문구의 일관적인 사용에 의해 내포되도록 의도되지 않는다. 용어 또는 문구가 특별한 의미, 즉, 당업자에 의해 이해되는 것과 다른 의미를 갖고자 하는 정도까지, 이러한 특별한 정의는 용어 또는 문구를 위한 특별한 정의를 직접적이고 명백히 제공하는 정의된 방식으로 본 명세서에 명백히 설명될 것이다.
도 4는 무선 통신 시스템(400)의 일 예시적인 실시예를 개념적으로 예시한다. 예시된 실시예에서, 무선 통신 시스템(400)은 연관된 지리적 영역 또는 셀에 무선 접속을 제공하기 위한 하나 이상의 기지국들(405)을 포함한다. 기지국들(405)은 복수-사용자 단일 채널 주파수 분할 복수 액세스 및/또는 직교 주파수 분할 복수 액세스(SC-FDMA/OFDMA) 표준들 및/또는 프로토콜들에 따라서 무선 접속을 제공한다. 그러나, 본 발명의 개시의 이익을 얻는 당업자는 본 발명이 SC-FDMA/OFDMA 표준 및/또는 프로토콜에 따라서 동작하는 기지국들(405)에 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 대안적인 실시예들에서, 다른 표준들 및/또는 프로토콜들이 무선 접속을 제공하기 위해 사용될 것이다. 더욱이, 본 발명은 무선 접속을 제공하기 위해 기지국들(405)을 사용하는 것에 제한되지는 않는다. 대안적인 실시예들에서, 액세스 네트워크, 액세스 포인트, 기지국 라우터, 또는 다른 디바이스가 무선 접속을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
(사용자들로서 또한 지칭될 수 있는) 모바일 유닛들(410)(1 내지 3)은 기지국들(405)과 무선 통신 링크들(415)(1 내지 3)을 설정함으로써 무선 통신 시스템(400)을 액세스할 수 있다. 구별 색인들(1 내지 3)은 모바일 유닛들(410) 및/또 는 무선 통신 링크들(415)을 집합적으로 지칭할 때 생략될 수 있다. 이러한 관례는 도면들에 도시된 다른 소자들에 적용될 수 있으며 식별 번호 및 하나 이상의 구별 색인들을 이용하여 지칭될 수 있다. 무선 통신 링크(415)는 SC-FDMA/OFDMA에 따라서 동작하며 따라서 선택된 캐리어 주파수 중심에 위치되는 주파수의 범위 내에서 채널들을 지원한다. 상기 채널들은 캐리어 주파수 밴드 내의 직교 서브캐리어들로 할당된다. SC-FDMA/OFDMA(또는 공중 인터페이스를 통해 통신 채널들을 정의하기 위해 직교 캐리어/서브캐리어 주파수들을 이용하는 임의 다른 표준들 및/또는 프로토콜들의 세트)에 따라서 무선 통신 링크(415)를 설정, 동작, 및/또는 분해하기 위한 기법들이 잘 알려져 있으며 명확히 하기 위해 본 발명에 관련된 무선 통신 링크(415)를 설정, 동작 및/또는 분해하는 양태들만이 본 명세서에서 논의될 것이다.
이상적인 환경들에서, 예를 들어, 정확히 특정된 캐리어/서브캐리어 주파수들에서 전송하는 완벽히 고정된 모바일 유닛들(410) 하에서, 서브캐리어들에 의해 지원되는 채널들은 완전히 직교이다. 그러나, 이들 이상적인 환경들은 실제로 (있다고 하더라도)거의 달성할 수 없다. 예시된 실시예에서, 모바일 유닛들(410)은 화살표들(420)로 표시된 속도로 이동한다. 속도(420)(1)는 속도(420)(2)보다 크며 이들 속도들(420(1 내지 2)) 모두는 기지국들(405)로부터 떨어져 향하는 반면에, 속도(420(3))는 기지국들(405)로 직접 향한다. 결론적으로, 공중 인터페이스(415)를 통한 전송은 상이한 양만큼 시프트된 도플러이며, 이것은 공중 인터페이스(415)를 통해 수신된 신호의 주파수가 신호의 전송 주파수와 다르도록 야기한다. 기지국들(405)과 모바일 유닛들(410) 모두는 사전결정된 서브캐리어 주파수들에서 신호들 을 전송 및 수신하기를 기대하며, 따라서 도플러 시프팅은 예상된 서브캐리어 주파수와 실제 수신된 서브캐리어 주파수간의 주파수 옵셋들을 유도한다. 더욱이, 모바일 유닛들(410) 및/또는 기지국들(405)의 환경 조건들 및/또는 내부 회로 차이가 또한 주파수 옵셋들을 발생할 수 있다.
주파수 옵셋은 성능 저하를 가져올 수 있으며, 이는 주로 캐리어 간의 간섭에 의해 야기된다. 캐리어 간의 간섭에 의해 야기된 성능 저하는 각각의 모바일 유닛들(410)에 대한 주파수 옵셋 에러의 함수이다. 도 5는 주파수 옵셋 에러에 관해서 캐리어 간의 간섭으로 인한 블록 에러 레이트(BLER) 성능 저하의 한 예를 도시한다. 성능 저하는 주파수 옵셋이 2000Hz일 때 BLER=10-2에서 2dB까지 상승하며 BLER 성능 저하는 주파수 옵셋이 500Hz 미만에서 무시할 수 있다. 도 6은 주파수 옵셋 보상의 단일 탭, 3 탭, 그리고 11 탭 콘볼루션에 의한 BLER 성능 향상을 예시한다. BLER 성능은 보다 긴 탭이 사용될 때 향상된다. 그러나, 구현의 복잡성 또한 콘볼루션 동작의 탭들의 수가 증가함에 따라서 증가한다. 도 5 및 도 6은 단일 탭 주파수 옵셋 보상이 ±500Hz 범위에서 주파수 옵셋을 위한 무시할 수 있는 레벨까지 BLER 성능 저하를 감소시키기에 충분하다. 그러나, 본 발명의 개시의 이익을 얻는 당업자는 이러한 특별한 주파수 옵셋 범위가 예시적인 것이며 본 발명을 제한하기 위함이 아니라는 것을 이해할 것이다. 무선 통신 시스템(400)의 소자들의 구성에 따라서, 단일 탭 주파수 옵셋 보상에 의해 충분히 보상될 수 있는 주파수 옵셋들의 범위는 ±500Hz의 예시적인 범위로부터 변할 수 있다.
예시된 실시예에서, 기지국들(405)은 주파수 옵셋 추정 유닛(425)을 포함한다. 공중 인터페이스(415)를 통해 수신된 복수-사용자 데이터 스트림은 주파수 옵셋 추정 유닛(425)으로 제공되며, 이어 이것은 데이터 스트림을 복수의 병렬 데이터 스트림들로 분할한다. 이어 상이한 주파수 보상이 복수의 병렬 데이터 스트림들 각각에 적용된다. 예를 들어, 복수-사용자 데이터 스트림은 3개의 병렬 데이터 스트림들로 분할될 수 있으며 병렬 데이터 스트림들 중 하나는 어떠한 주파수 보상없이 처리될 수 있다. 다른 2개의 병렬 데이터 스트림들은 ±1000Hz의 주파수만큼 시프트될 수 있다. 병렬 데이터 스트림들의 각각에 적용된 주파수 보상은 모바일 유닛들로부터 수신된 신호들의 주파수 옵셋의 일부를 보상할 수 있다. 예를 들어, 주파수 보상 후, 1300Hz의 주파수 옵셋을 갖는 모바일 유닛들(410)로부터 수신된 신호들의 순 주파수 옵셋은 주파수 보상을 갖지 않는 1300Hz, 1000Hz의 주파수 보상을 갖는 300Hz, 그리고 -1300Hz의 주파수 보상을 갖는 2300Hz일 것이다.
전술한 바와 같이, 주파수 옵셋 추정의 복잡성은 예상된 주파수 옵셋이 제한된 범위, 예를 들어, ±500Hz내에 존재할 때 상당히 감소될 수 있다. 따라서, 주파수 옵셋 추정 유닛(425)은 상이한 주파수 보상들을 갖는 상이한 병렬 데이터 스트림들을 형성할 수 있다. 예를 들어, 모바일 유닛(410(2))이 ±500Hz내에 앞서 결정된 주파수 옵셋을 갖는다면, 주파수 옵셋 추정 유닛(425)은 주파수 보상을 수신하지 않는 병렬 데이터 스트림으로부터 모바일 유닛(410(2))을 위한 신호들을 선택할 수 있다. 다른 예를 들어, 모바일 유닛(410(1))이 약 -1300Hz의 앞서 결정된 주파수 옵셋을 갖는다면, 주파수 옵셋 추정 유닛(425)은 -1000Hz의 주파수 보상을 수신 한 병렬 데이터 스트림으로부터 모바일 유닛(410(1))을 위한 신호를 선택할 수 있으며, 따라서 순 주파수 옵셋은 약 -300Hz일 것으로 예상된다. 또 다른 예를 들어, 모바일 유닛(410(3))이 약 1300Hz의 앞서 결정된 주파수 옵셋을 갖는다면, 주파수 옵셋 추정 유닛(425)은 1000Hz의 주파수 보상을 수신한 병렬 데이터 스트림으로부터 모바일 유닛(410(3))을 위한 신호를 선택할 수 있으며, 따라서 순 주파수 옵셋은 약 300Hz일 것으로 예상된다.
모든 모바일 유닛들에 대해 주파수 옵셋들이 약 ±1500Hz의 범위내에 존재하면, 주파수 옵셋 추정 유닛(425)은 단일 탭 필터를 이용해 처리될 수 있는 제한된 범위내의 순 주파수 옵셋으로 모든 모바일 유닛들(410)을 위한 신호들을 시프트할 수 있다. 일 실시예에서, 주파수 옵셋 추정 유닛(425)은 수신된 신호를 처리하기 위해 사용되는 다수의 병렬 데이터 스트림들을 선택할 수 있다. 예를 들어, 주파수 옵셋 추정 유닛(425)이 모바일 유닛들(410)이 매우 넓은 범위의 주파수 옵셋을 갖는 것을 결정하면 보다 넓은 범위의 주파수 보상을 갖는 추가적인 병렬 데이터 스트림들이 수신된 신호를 처리하기 위해 포함될 수 있다. 유사하게, 모바일 유닛들(410)이 상대적으로 작은 범위의 주파수 옵셋을 가질 것으로 예상되면 주파수 옵셋 추정 유닛(425)이 병렬 데이터 스트림들의 수를 감소시킬 수 있다. 주파수 옵셋 추정 유닛(425)은 또한 병렬 데이터 스트림들, 예를 들어, 모바일 유닛들(410)을 위한 예상된 범위의 주파수 옵셋을 나타내는 정보에 기초하여 주파수 보상의 값들을 조절할 수 있다. 일 실시예에서, FFT 프로세서들의 수는 주파수 옵셋 그룹 및 예상된 주파수 옵셋 범위의 수에 의해 동적으로 결정된다. 예를 들어, FFT 프로세 싱 전에 허용가능한 주파수 옵셋이 ±500Hz이면, 3개의 FFT 프로세서들은 주파수 옵셋의 ±1500Hz까지 커버하기 위해 사용될 수 있다. 3개의 FFT 프로세서들은 제로 보상을 위한 하나의 그룹, +1000Hz를 위한 다른 그룹 그리고 -1000Hz 주파수 옵셋 보상을 위한 또 다른 그룹을 포함한다. 대안으로, 대부분의 주파수 옵셋들이 ±500Hz내에 존재하면, 주파수 옵셋들이 ±500Hz내에 존재하는 한 하나의 FFT 프로세서가 필요할 것이다.
기지국들(405)은 또한 모바일 유닛들(410)로부터 수신된 파일럿 신호들과 연관된 지연 시간에서 피크를 추정하기 위해 사용되는 랜덤 액세스 채널(RACH) 피크 검출 유닛(430)을 포함한다. 피크 검출 유닛(430)의 성능은 높은 이동성이 있는 모바일 유닛들(410)의 도플러 시프트들에 의해 생성되는 큰 주파수 옵셋에 의해 저하될 수 있다. 따라서, 피크 검출 유닛(430)은 수신된 파일럿 신호들을 복수 병렬 파일럿 신호 데이터 스트림들로 분할될 수 있다. 주파수 보상은 복수 병렬 파일럿 신호 데이터 스트림들 상에서 수행된다. 일 실시예에서, 주파수 옵셋 보상은 주파수 옵셋 추정 유닛(425)에서 복수 병렬 데이터 스트림들 상에서 주파수 옵셋 보상을 수행하기 위해 사용되는 동일한 기능을 이용한 병렬 파일럿 신호 데이터 스트림들 상에서 수행될 수 있다. 이어 피크 검출이 각각의 병렬 RACH 프리앰블 신호 데이터 스트림들 내 각각의 모바일 유닛들(410)에 의해 제공된 RACH 프리앰블 신호들을 위해 수행될 수 있으며 각각의 모바일 유닛들(410)을 위한 가장 강한 피크가 모바일 유닛들(410)과 연관된 지연 시간의 최상의 추정치로서 식별된다.
가장 강한 피크는 또한 대응하는 모바일 유닛들(410)을 위한 주파수 옵셋 보 상의 바람직한 값에 대응할 수 있다. 예를 들어, 3개의 병렬 파일럿 신호 데이터 스트림들이 형성될 수 있으며 0 및 ±1000Hz의 주파수 옵셋 보상들이 적용될 수 있다. 지연 시간내 가장 강한 피크 추정이 1000Hz의 주파수 보상에 대응하면, 이것은 연관된 모바일 유닛들(410)이 1000Hz에 상대적으로 가까운 주파수 옵셋을 갖는 것을 표시할 수 있다. 이러한 정보는 주파수 옵셋 추정 유닛(425)내 적절한 데이터 스트림을 선택하기 위해 사용될 수 있다.
도 7은 주파수 옵셋 추정 유닛(700)의 일 예시적인 실시예를 개념적으로 예시한다. 본 발명의 개시의 이익을 얻는 당업자는 유닛(700)의 소자와 마찬가지로 주파수 옵셋 추정 유닛(700)이 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 어떠한 조합으로 구현될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 더욱이, 도 7에 도시된 다양한 기능적 엔터티가 도시된 바와 같이 구현될 수 있으며 다른 소자와 또는 소자들 내에 조합될 수 있다. 예시된 실시예에서, 수신된 베이스밴드 신호는 복수 병렬 베이스밴드 데이터 스트림들로 분할되고 병렬 베이스밴드 데이터 스트림의 각각은 주파수 옵셋 소자(705)에 제공된다. 각각의 주파수 옵셋 소자(705)는 주파수-시프트 데이터 스트림을 형성하기 위해 데이터 스트림에 주파수 보상(Δf1, Δfk)을 적용한다. 각각의 주파수 옵셋 보상은 수신된 베이스밴드 신호에 존재하는 하나 이상의 사용자 신호들과 연관된 주파수 옵셋들의 범위에 관한 상이한 가설을 나타낸다.
주파수 옵셋 스토리지와 조절 계산 소자(710)는 주파수 보상의 값을 결정 및/또는 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 소자(710)는 주파수 옵셋들을 선택하는 단 계, 주파수 옵셋들의 수를 선택하는 단계, 주파수 옵셋들의 범위를 선택하는 단계 등을 포함하는 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 소자(710)는 스케줄된 사용자들의 주파수 옵셋에 기초한 각각의 서브-프레임과 주파수 옵셋의 범위에 의해 야기된 사전-설정된 허용가능한 성능 저하를 위해 사용될 FFT 프로세서들의 수를 결정할 수 있다. 소자(710)는 상이한 사용자들을 위해 사전결정된 주파수 옵셋을 표시하는 정보를 수신하고 주파수 보상 정보를 결정하기 위해 이러한 정보를 이용할 수 있다.
이어 각각의 주파수-시프트된 데이터 스트림이 CP 제거 소자(715)에 제공되어 데이터 스트림으로부터 CP들을 제거한 후 데이터 스트림이 고속 푸리에 변환(FFT) 소자(720)에 제공된다. 고속 푸리에 변환 소자(720)는 시간 도메인으로부터의 병렬 베이스밴드 신호들을 주파수 도메인으로 변환한 후 리소스 블록 디맵핑 및 복수-사용자 디멀티플렉싱 소자(725)에 주파수 도메인 병렬 베이스밴드 신호들을 제공한다. 소자(725)에서 수신된 병렬 베이스밴드 신호들은 각각의 사용자 및 각각의 주파수 보상 값에 대응하는 신호들을 포함한다. 따라서, 일단 고속 푸리에 변환 소자(720)에 의해 제공된 병렬 데이터 스트림들 내 리소스 블록들이 디맵되고 복수-사용자 신호들이 디멀티플렉스 되면, 소자(720)는 주파수-시프트 사용자 신호들 중 하나를 선택할 수 있으며 따라서 선택된 주파수-시프트 사용자 신호의 순 주파수 옵셋은 사전결정된 범위내에 존재한다. 일 실시예에서, 소자(720)는 적절한 주파수-시프트 사용자 신호를 선택하기 위해 소자(710)에 의해 제공된 사전 결정된 주파수 옵셋들을 활용한다. 예를 들어, 한 사용자의 주파수 옵셋이 1200Hz로 사전 결정되었다면(사전 주파수 옵셋 추정에서 또는 RACH 피크 검출 처리의 일부로서), 소자(720)는 1000Hz의 주파수 옵셋 보상이 수신된 데이터 스트림으로부터 사용자와 연관된 신호들을 선택할 수 있다.
이어 선택된 주파수-시프트 사용자 신호들은 주파수 보상의 연관된 값에 의해 그룹화되어 파일럿 심볼 복조 소자(730)와 주파수 옵셋 추정 소자(735)에 제공된다. 일 실시예에서, 주파수 옵셋 추정 소자(735)는 그룹내 사용자들의 각각을 위한 순 주파수 옵셋을 추정하기 위한 단일 탭 필터를 구현한다. 일단 순 주파수 옵셋이 결정되면, 주파수 보상의 값이 순 주파수 옵셋과 조합되어 각각의 사용자들을 위한 주파수 옵셋을 결정할 수 있다. 예를 들어, 한 명의 사용자를 위한 순 주파수 옵셋이 200Hz이고 사용자가 1000Hz 주파수 보상 그룹의 일부이면, 이러한 사용자를 위한 주파수 옵셋은 약 1200Hz이다. 이어 결정된 주파수 옵셋은 저장을 위해 또는 소자(725)내 적절한 데이터 스트림들을 사용 및/또는 선택함으로써 후속적인 주파수 보상 선택시 사용하기 위해 소자(710)에 제공될 수 있다.
도 8은 RACH 피크 검출 소자(800)의 일 예시적인 실시예를 개념적으로 예시한다. 본 발명의 개시의 이익을 얻는 당업자는 소자(800)의 소자들과 마찬가지로 RACH 피크 검출 소자(800)가 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 어떠한 조합으로 구현될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 더욱이, 도 8에 도시된 다양한 기능적 엔터티들이 도시된 바와 같이 구현될 수 있거나 다른 소자들 내에 통합될 수 있다. 예시된 실시예에서, (하나 이상의 사용자들에 의해 전송된 파일럿 신호들을 포함하는)수신된 신호는 복수 병렬 파일럿 신호 데이터 스트림들로 분할되며 병렬 파일럿 신호 데이터 스트림들의 각각이 주파수 옵셋(FO) 소자(805)에 제공된다. 주파수 옵셋 소자들(805)의 각각은 주파수-시프트 데이터 스트림을 형성하기 위해 데이터 스트림에 주파수 옵셋 보상(Δf1, Δfk)을 적용한다. 각각의 주파수 보상들은 수신된 신호에 존재하는 하나 이상의 파일럿 신호들과 연관된 주파수 옵셋들의 범위에 관련된 상이한 가설을 나타낸다. 일 실시예에서, 주파수 옵셋 소자들(805)은 주파수 보상 소자(700)와 같은 주파수 옵셋 보상 소자들에 의해 공유될 수 있다. 그러나, 이것은 본 발명의 실시를 위해 필요하지 않다.
긴 고속 푸리에 변환 소자(810)가 시간 도메인에서 주파수 도메인으로 주파수-시프트 파일럿 신호 데이터 스트림들의 각각을 변환하기 위해 사용된다. 이어 RACH 신호 추출이 추출 소자(815)에서 수행되며 파일럿 시퀀스들은 RACH 신호와 이산 푸리에 변환(DFT) 소자(820)에 의해 제공될 수 있는 Zadoff-Chu 시퀀스들과 같은 하나 이상의 기준 시퀀스들의 이산 푸리에 변환을 조합함으로써 식별된다. 인버스 이산 푸리에 변환(IDFT) 소자(825)는 주파수 도메인에서 시간 도메인으로 다시 추출된 파일럿 신호 시퀀스들을 변환하기 위해 사용된 후 피크 검출 소자(830)가 각각의 사용자 신호들을 위한 시간 지연의 피크 값을 결정하기 위해 사용된다. 각각의 사용자는 상이한 병렬 프리앰블 신호 데이터 스트림들을 이용해 결정되는 복수 피크 값들을 가질 것이며 가장 강한 피크가 이들 복수 피크 값들로부터 선택될 것이다. 더욱이, 선택된 피크는 또한 주파수 옵셋 또는 주파수 보상 값에 대응할 것이다. 이어 이러한 값은 이러한 사용자를 위해 주파수 옵셋의 추정치로서, 예를 들어, 도 7에 도시된 주파수 보상 소자(700)와 같은 주파수 보상 소자에 의해 사용될 것이다.
본 명세서에 기술된 기법들의 실시예들은 종래의 실시에 비해 다수의 장점들을 가질 수 있다. 본 명세서에 기술된 복수 FFT 프로세싱 체계는 상당히 보다 단순한 구조를 이용한 넓은 범위의 주파수에 걸쳐서 데이터 및 RACH 프로세싱을 위한 시간-도메인 주파수 옵셋 보상을 허용할 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 기술된 체계에서 수행된 동작들은 단일 탭 필터들에 의해 이루어질 수 있으며, 이것은 종래의 실시에서 요구되는 복수 탭 필터들을 이용한 콘볼루션 동작들보다 상당히 단순하다. 따라서 제안된 체계는 각각의 사용자를 위한 콘볼루션 동작들을 수행할 필요없이 허용가능한 범위까지 주파수 옵셋에 의해 야기된 성능 저하를 제한한다. RACH 검출을 위해 제안된 체계는 또한 높은 이동성을 갖는 사용자들을 위한 검출 성능을 개선한다.
전술한 특별한 실시예들은 단지 예시적인 것이며, 본 발명은 본 명세서의 기술들의 이익을 얻는 당업자에게 분명한 상이하지만 등가적인 방법으로 수정되고 실행될 수 있다. 더욱이, 이하 기술된 청구항들 이외에, 본 명세서에 도시된 구성 또는 설계의 상세함들에 더 이상의 제한을 하고자 하지는 않는다. 따라서, 전술한 특별한 실시예들은 변경 및 수정될 수 있으며 모든 이러한 변경들은 본 발명의 범주 내인 것으로 간주되는 것이 분명하다. 따라서, 본 명세서에 보호되는 범위는 이하 청구항들에 설명된 것이다.

Claims (9)

  1. 복수의 사용자들에 의해 전송되는 사용자 신호들을 포함하는 베이스밴드(baseband) 신호를 처리하는 방법에 있어서,
    각각의 주파수-시프트(frequency-shifted) 베이스밴드 신호들을 형성하기 위해 상기 베이스밴드 신호에 주파수 옵셋 보상들(frequency offset compensations)을 적용하는 단계로서, 각각의 주파수 보상은 복수의 선택된 주파수 옵셋만큼 상기 베이스밴드 신호를 시프트하고, 각 결과적 주파수-시프트 베이스밴드 신호는 주파수-시프트 사용자 신호들을 포함하는, 상기 주파수 옵셋 보상들을 적용하는 단계;
    상기 주파수-시프트 사용자 신호들의 적어도 일부를 그룹들에 할당하는 단계로서, 각 그룹은 상기 주파수 보상들 중 하나에 대응하고, 상기 할당은 각 그룹이 상기 대응하는 주파수 보상에 의해 결정된 범위 내에 있는 추정된(estimated) 주파수 옵셋을 갖는 주파수-시프트 사용자 신호들을 포함하도록 수행되는, 상기 주파수-시프트 사용자 신호들의 적어도 일부를 그룹들에 할당하는 단계; 및
    상기 주파수-시프트 사용자 신호에 기초하여 상기 사용자 신호들의 각각의 주파수 옵셋 그리고 상기 주파수-시프트 사용자 신호를 포함하는 상기 그룹의 상기 주파수 보상을 추정하는 단계를 포함하는, 베이스밴드 신호를 처리하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 주파수 보상들 및 상기 주파수 옵셋을 선택하는 단계를 포함하는, 베이스밴드 신호를 처리하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 주파수 보상들을 선택하는 단계는 제로(zero) 주파수 보상을 선택하는 단계를 포함하고, 적어도 하나의 양의 주파수 보상은 상기 선택된 주파수 옵셋의 정수배인 크기를 갖고, 적어도 하나의 음의 주파수 보상은 상기 선택된 주파수 옵셋의 정수배의 크기를 갖는, 베이스밴드 신호를 처리하는 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 주파수 보상들 및 상기 주파수 옵셋을 선택하는 단계는 사용자 신호의 사전 결정된 주파수 옵셋과 상기 주파수 옵셋의 사전-설정된 허용가능 범위 중 적어도 하나에 기초하여 상기 주파수 보상들 및 상기 주파수 옵셋을 선택하는 단계를 포함하는, 베이스밴드 신호를 처리하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 주파수-시프트 사용자 신호들의 적어도 일부를 그룹들에 할당하는 단계는 상기 사용자들의 각각과 연관된 사전 결정된 주파수 옵셋들에 기초하여 상기 그룹들 중 하나에 상기 주파수-시프트 사용자 신호들의 각각을 할당하는 단계를 포함하는, 베이스밴드 신호를 처리하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 그룹들 중 하나에 상기 주파수-시프트 사용자 신호들의 각각을 할당하는 단계는, 상기 주파수-시프트 베이스밴드 신호의 고속 푸리에 변환 처리(fast Fourier transform) 후에, 파일럿 신호를 사용하여 결정된 주파수 옵셋 또는 이전 주파수-시프트 사용자 신호를 사용하여 사전 결정된 주파수 옵셋 그리고 상기 이전 주파수-시프트 사용자 신호를 포함하는 그룹의 주파수 보상 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 그룹들 중 하나에 상기 주파수-시프트 사용자 신호들의 각각을 할당하는 단계를 포함하는, 베이스밴드 신호를 처리하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 사용자들의 각각에 의해 제공된 상기 파일럿 신호들을 사용하여 상기 사용자들의 각각에 대한 주파수 옵셋들을 추정하는 단계로서, 상기 사용자들의 각각에 대해 상기 주파수 옵셋들을 추정하는 단계는 대응하는 복수의 주파수-시프트 파일럿 신호들을 형성하기 위해 상기 파일럿 신호에 상기 주파수 보상들을 적용하는 단계를 포함하는, 상기 주파수 옵셋들을 추정하는 단계; 및
    상기 주파수-시프트 파일럿 신호들의 각각에 대해 피크(peak) 시간을 결정하는 단계로서, 상기 사용자들의 각각에 대한 상기 주파수 옵셋을 추정하는 단계는 상기 주파수-시프트 파일럿 신호들의 각각에 대한 상기 피크 시간과 상기 파일럿 신호들의 각각에 대한 상기 주파수 보상을 조합하는 단계를 포함하는, 상기 피크 시간을 결정하는 단계를 포함하는, 베이스밴드 신호를 처리하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 사용자 신호들의 각각의 상기 주파수 옵셋을 추정하는 단계는 상기 대응하는 그룹의 주파수 보상에 관련된 상기 주파수 보상을 나타내는 관련 주파수 옵셋을 결정하기 위해 상기 주파수-시프트 사용자 신호에 단일 탭 필터(single tap filter)를 적용하는 단계를 포함하는, 베이스밴드 신호를 처리하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 사용자 신호들의 각각의 상기 주파수 옵셋을 추정하는 단계는 상기 주파수-시프트 사용자 신호를 포함하는 상기 그룹의 주파수 보상 및 상기 관련 주파수 옵셋을 조합하는 단계를 포함하는, 베이스밴드 신호를 처리하는 방법.
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