KR20100003476A

KR20100003476A - 이동통신 시스템의 채널 추정 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20100003476A
Application number: KR1020080063394A
Authority: KR
Inventors: 김성수; 박정순; 조훼이치앙
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2008-07-01
Filing date: 2008-07-01
Publication date: 2010-01-11
Also published as: CN102037698A; KR101455273B1; WO2010002186A2; JP5645817B2; EP2291967A2; CN102037698B; US20100002574A1; EP2291967B1; JP2011526768A; EP2291967A4; US8045451B2; WO2010002186A3

Abstract

본 발명은 이동통신 시스템에서 채널 추정기의 성능을 향상시키기 위하여 채널의 파워가 존재하는 위치에 대하여서만 CIR을 추정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 채널 파워가 존재하는 지역을 선택하는 CIR 탐색부와, 상기 선택한 CIR 그룹에 대하여 CIR을 추정하는 CIR 추정부와. 상기 추정한 CIR에 대한 DFT 변환을 수행하는 DFT를 포함하여 일반적인 채널 추정기에서 발생하는 문제점인 GB로 인한 추정 성능 저하 문제, 낮은 SNR 영역에서 성능 저하 문제, 채널 특성에 따른 성능 차이 문제를 해결하여 채널 추정 성능을 향상시킨다.

채널 추정, DTF, CIR, 채널 임펄스 응답, 수신 장치, OFDM

Description

이동통신 시스템의 채널 추정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CHANNEL ESTIMATION IN MOBILE COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명의 이동통신 시스템의 채널 추정 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 채널 추정기의 성능을 향상시키기 위하여 채널의 파워가 존재하는 위치에 대하여서만 CIR을 추정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 통신시스템은 음성 서비스 위주로 발전해왔으며, 점차 음성뿐만 아니라 데이터 서비스 및 다양한 멀티미디어 서비스도 가능한 통신시스템으로 발전하고 있다. 그러나 음성 위주의 통신시스템은 전송 대역폭이 비교적 작고, 사용료가 비싸므로 급증하는 사용자들의 서비스 욕구를 충족시키지 못하였다. 게다가 통신 산업의 발달과 인터넷 서비스에 대한 사용자의 요구 증가로 인하여 인터넷 서비스를 효율적으로 제공할 수 있는 통신시스템에 대한 필요성이 증대되었다. 이에 따라 급증하는 사용자들의 요구를 충족시킬 정도의 광대역을 갖고 효율적으로 인터넷 서비스를 제공하기 위한 광대역 무선접속 시스템에 도입되었다.

상기 광대역 무선접속 시스템은 음성뿐만 아니라 저속 및 고속의 다양한 데이터 서비스, 고화질 동영상 등의 멀티미디어 응용 서비스를 통합 지원하기 위한 시스템이다. 이러한 광대역 무선접속 시스템은 2GHz, 5GHz, 26GHz 및 60GHz 등의 광대역을 이용한 무선 매체를 기반으로 이동 또는 고정 환경에서 PSTN(Public Switched Telephone Network), PSDN(Public Switched Data Network), 인터넷 망, IMT2000망, ATM(Asynchronous Transfer Mode)망 등을 접속할 수 있으며, 2Mbps급 이상의 채널 전송률을 지원할 수 있다. 상기 광대역 무선접속 시스템은 터미널의 이동성(고정 또는 이동), 통신 환경(실내 또는 실외) 및 채널 전송률에 따라 광대역 무선 가입자 망, 광대역 이동 액세스 망 및 고속 무선 LAN(Local Area Network)으로 분류할 수 있다.

상기 광대역 무선접속 시스템의 무선 접속 방식은 국제표준화 기구 중 하나인 전기 전자 공학자 협회(Institute of Electrical and Electronics Engineers)의 IEEE 802.16 표준화 그룹에서 표준화되고 있다.

IEEE 802.16 표준은 종래의 음성 서비스를 위한 무선 기술에 비하여, 데이터의 대역폭이 넓어 짧은 시간에 많은 데이터를 전송할 수 있으며, 모든 사용자들이 채널(또는 자원)을 공유하여 채널을 효율적으로 사용하는 것이 가능하다. 또한 서비스 품질(QoS : Quality of Service)이 보장되어 사용자는 서비스의 특성에 따라 서로 다른 품질의 서비스를 제공받을 수 있다.

상기 IEEE 802.16 통신 시스템은 물리 채널(physical channel)을 위해 상기 직교 주파수 분할 다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing)/직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 방식을 사용하고 있다. 즉, 상기 광대역 무선접속 시스템은 OFDM/OFDMA 방식을 사용하기 때문에 다수의 부반송파(sub-carrier)들을 사용하여 물리 채널 신호를 송신함으로써 고속 데이터 송신이 가능하다.

또한, 상기 광대역 무선접속 시스템은 다중셀(multi-cell) 구조를 통해 MS의 이동성을 지원하며, 주파수 사용의 효율성을 위해 모든 셀들이 동일한 주파수를 사용하다. 이러한 다중셀 기반의 시스템에서는 인접셀 간섭이 성능에 큰 영향을 미친다.

상기와 같은 무선접속 시스템의 송신 장치에서는 전송하고자 하는 정보 데이터를 인코딩한 후, 파일럿 신호를 생성한다. 이후, 상기 송신 장치에서는 데이터 심볼과 파일럿 심볼을 부반송파에 할당한 후, IFFT를 통과하여 시간 영역의 신호로 변환하여 전송한다.

이에 따라 수신 장치에서는 수신된 신호에서 Guard Interval을 제거한 후에, FFT을 통하여 주파수 영역의 신호로 변환한 후에, Pilot신호를 이용하여 채널 추정하고, 추정된 채널을 이용하여 단일 탭 채널 등화를 한다. 채널 등화된 수신 신호는LLR (Log Likelihood Ratio)을 계산하고, 이를 이용하여 채널 디코딩 과정을 수행하여 최종적인 정보 비트를 생성한다.

상기와 같은 수신 장치의 채널 추정기는 파일럿 위치에서의 채널 추정을 하여 IDFT를 통하여 시간영역으로 변환하고, 변환된 CIR을 이용하여 채널의 최대시간지연을 추정하여 시간지연에 맞는 적절한 time window를 적용하여 유효한 CIR만을 추출한 후, 최종적으로 추출된 유효 CIR에 DFT를 적용하여 주파수 영역으로 변환을 한다.

이 방식의 문제점은 가드 대역(guard band)의 비율이 사용 대역(used band)에 비하여 무시할 수 없을 정도로 클 경우, 스펙트럴 리키지(spectral leakage)에 의하여 band-edge에서 채널 추정 성능이 급격히 저하되는 문제가 있다.

또한 채널의 최대 시간 지연만을 이용하여 time window를 적용하므로, CIR이 시간축 상에서 분산(dispersion)이 매우 큰 경우 잡음 전력을 많이 포함시키게 되어 SNR(Signal to Noise Ratio)이 낮은 영역에서 성능이 저하되는 문제점도 발생하게 된다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 virtual pilot과 frequency domain window를 적용시키는 방법이 제안되었으나 상기와 같은 방법은 band-edge 성능저하를 어느 정도 줄일 수 있지만, virtual pilot 생성의 부정확성에 의한 성능 저하와, 주파수 윈도우(frequency window)에 의한 잡음(noise coloring)에 의하여 채널 디코딩 성능이 저하된다.

이에 따라 시간영역으로 최대 전력을 가지는 경로를 찾고, 찾은 경로에 의한 왜곡 성분을 제거하고, 그 다음 최대 경로를 찾는 등의 순차적 간섭제거 (Successive Interference Cancellation)방식이 제안되었으나, 순차적 간섭제거 방식을 사용하기 때문에, 순차적 간섭제거 방식의 근본적인 문제인 초기 추정 값의 정확도가 떨어지는 경우 간섭을 효과적으로 제거할 수 없다는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 이동통신 시스템의 채널 추정 성능을 향상시키기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 이동통신 시스템의 채널 추정 성능을 향상시키기 위하여 채널의 파워가 존재하는 그룹을 탐색하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 이동통신 시스템의 채널 추정 성능을 향상시키기 위하여 채널의 파워가 존재하는 그룹에 CIR을 추정하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 이동통신 시스템의 채널 추정 장치는 채널 파워가 존재하는 지역을 선택하는 CIR 탐색부와, 상기 선택한 CIR 그룹에 대하여 CIR을 추정하는 CIR 추정부와. 상기 추정한 CIR에 대한 DFT 변환을 수행하는 DFT를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 이동통신 시스템의 채널 추정 방법은 채널 파워가 존재하는 지역을 선택하는 과정과, 상기 선택한 CIR 그룹에 대하여 CIR을 추정하는 과정과, 상기 추정한 CIR에 대한 DFT 변환 을 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 채널 추정시 채널의 파워가 존재하는 위치에 대하여 CIR을 추정함으로써, 일반적인 채널 추정기에서 발생하는 문제점인 GB로 인한 추정 성능 저하 문제, 낮은 SNR 영역에서 성능 저하 문제, 채널 특성에 따른 성능 차이 문제를 해결하여 채널 추정 성능을 향상시킨다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하 설명에서는 이동통신 시스템의 채널 추정기의 성능을 향상시키기 위하여 채널의 파워가 존재하는 위치에 대하여서만 채널 임펄스 응답(CIR ; Channel Impulse Response)을 추정하기 위한 장치 및 방법에 관하여 설명할 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 수신 장치의 구성을 도시한 블록도이다.

도 1(a)는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따라 채널 임펄스 응답을 추정 하는 수신 장치의 구성을 도시한 블록도이다.

상기 도 1을 참조하면, 상기 수신 장치는 채널 추정기(100), IDFT(110), CIR 추정부(120), DFT(130) 및, CIR 그룹 탐색부(140)를 포함하여 구성할 수 있다.

먼저, 상기 수신 장치의 채널 추정기(100)는 FFT 이후에 수신한 신호에서 파일럿 위치에 해당하는 수신 신호만을 벡터로 만들고, 상기 파일럿 신호에 대한 LS 방법을 이용하여 초기 채널 추정 과정을 수행하여 초기 채널 추정 값을 확인한다.

상기 IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform)(110)는 상기 채널 추정기에 의해 추정된 초기 채널 추정 값을 시간 영역으로 변환하도록 처리한다.

상기 CIR 추정부(120)는 상기 CIR 그룹 탐색부(140)에 의해 탐색된 CIR 그룹 다시 말해서 채널의 파워가 존재하는 위치에 대하여 채널 임펄스 응답(CIR ; Channel Impulse Response) 추정을 수행한다.

이때, 상기 CIR 추정부(120)는 CIR 그룹 및 CIR 그룹별 가중치를 이용하여 상기 CIR을 추정할 수 있으며, 상기 채널의 파워가 존재하는 지역만을 확인하여 해당 지역의 CIR을 측정하는 방법과, 상기 채널의 파워가 존재하는 지역을 확인하고, 해당 지역 단위로 MMSE 과정을 반복 수행하여 상기 CIR을 추정할 수 있다.

상기 CIR 그룹 탐색부(140)는 상기 CIR을 추정하기 위한 CIR의 그룹을 검색하는 과정을 수행한다. 즉, 상기 채널의 파워가 존재하는 위치를 확인하고, 상기 확인한 채널이 존재하는 위치의 그룹과 상기 그룹의 가중치를 상기 CIR 추정부(120)로 제공한다.

상기 DFT(Discrete Fourier Transform)(130)는 상기 CIR 추정부(120)에 의해 추정된 CIR을 DTF을 통하여 주파수 영역으로 변환하도록 처리한다.

도 1(b)는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 CIR 추정부의 구성을 도시한 블록도이다.

상기 도 1(b)를 참조하면, 상기 CIR 추정부(120)는 CIR 추정기(122)와 간섭 제거기(124)를 포함하여 구성할 수 있다.

상기 CIR 추정기(122)는 상기 CIR 그룹 탐색부(140)로부터 제공받은 CIR 그룹의 정보와 해당 그룹의 가중치 정보를 이용하여 CIR을 추정하고, 상기 간섭 제거기(124)는 상기 추정한 CIR이 영향을 주는 간섭을 제거한다.

도 1(c)는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 CIR 그룹 탐색부의 구성을 도시한 블록도이다.

상기 도 1(c)를 참조하면, 상기 CIR 그룹 탐색부(140)는 CIR 전력 측정부(142)와 CIR 그룹별 가중치 버퍼(144)를 포함하여 구성한다.

먼저 상기 CIR 전력 측정부(142)는 이산 푸리에 변환 과정을 통하여 변환된 시간 영역의 CIR에 대한 전력을 측정하도록 처리한 후, 상기 측정한 CIR의 전력에 대한 평균을 계산하도록 처리한다. 이때 상기 수신 장치는 상기 CIR 전력 측정부(142)에 의해 계산된 전력의 평균에 따른 CIR 그룹을 정렬한다.

이때, 상기 수신 장치는 시간 평균된 CIR 전력으로부터 임계값을 넘지 않는 부분을 제거하고, 상기 CIR 추정 성능을 높이기 위하여 상기 채널의 파워가 존재하는 그룹의 전력이 높은 순서에서 낮은 순서로 CIR 그룹을 정렬하도록 처리한다.

상기 CIR 그룹별 가중치 버퍼(144)는 상기 CIR 그룹의 정보와 해당 그룹의 가중치를 저장한다.

이상은 이동통신 시스템의 채널 추정기의 성능을 향상시키기 위하여 채널의 파워가 존재하는 위치에 대하여서만 CIR을 추정하기 위한 장치에 관하여 설명하였고, 이하 설명에서는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 상기 장치를 이용하여 이동통신 시스템의 채널 추정기의 성능을 향상시키기 위하여 채널의 파워가 존재하는 위치에 대하여서만 CIR을 추정하기 위한 방법에 관하여 설명할 것이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 수신 장치에서 채널 임펄스 응답을 추정하기 위한 과정을 도시한 흐름도이다.

상기 도 2를 참조하면, 상기 수신 장치는 먼저 201단계에서 파일럿으로부터 파일럿 부반송파(subcarrier)의 초기 채널 추정 과정을 수행한 후, 203단계로 진행하여 상기 201단계에서 추정한 초기 채널 추정 값을 역 이산 푸리에 변환 과정을 통하여 시간 영역으로 변환하도록 처리한다.

여기에서, 상기 수신 장치는 가드 주기를 제거하고 FFT 이후에 수신한 신호에서 파일럿 위치에 해당하는 수신 신호만을 벡터로 만들고, 상기 파일럿 신호에 대한 LS 방법을 이용하여 초기 채널 추정 과정을 수행한다고 가정할 경우, 상기 수신 장치는 하기 <수학식 1>과 같은 벡터 행렬(vector-matrix) 형태의 채널 추정 값 을 얻을 수 있다.

여기에서, vector Y, H, h, N과 matrix F는,

이며, 상기 Y(k)는 k번째 서브 캐리어의 수신 신호, 상기 X(k)는 k번째 송신 신호, 상기 N(k)는 k번째 잡음 그리고 상기 H(k)는 k번째 채널의 주파수 응답, 상기 P는 파일럿의 갯 수이고, K_p는 p번째 pilot index, F 행렬(matrix)은 (N x N) Full FFT matrix에서, 파일럿 위치의 row와, 채널 임펄스 응답 위치의 column만을 골라 놓은 (P x L) FFT 행렬을 말한다.

또한, 상기 추정한 초기 채널 추정 값인 벡터 Y를 역 이산 푸리에 변환 과정을 통하여 하기 <수학식 2>와 같이 시간 영역으로 변환된다.

여기에서,

상기 <수학식 2>의 E 행렬은 파일럿 구조와 상관없이 대각(Diagonal)행렬 원소들이 동일한 허미션 토플리쯔(Hermitian Toeplitz) 특성을 가짐을 확인할 수 있다.

이후, 상기 수신 장치는 205단계로 진행하여 CIR 그룹 및 CIR 그룹별 가중치를 확인한 후, 207단계로 진행하여 상기 그룹별 가중치를 이용하여 채널 임펄스 응답(CIR ; Channel Impulse Response)을 추정하도록 처리한다.

여기에서, 상기 수신 장치는 다음과 같은 방법을 통하여 CIR을 추정할 수 있다.

먼저, 채널의 파워가 존재하는 지역만을 확인하여 해당 지역의 CIR을 측정하는 방법과, 상기 채널의 파워가 존재하는 지역을 확인하고, 해당 지역 단위로 MMSE 과정을 반복 수행하여 CIR을 추정하는 방법이 있다.

여기에서, 상기와 같은 방법은 특정 시간 축 상에 몇 개의 경로에만 큰 채널 파워가 존재하고 대부분의 나머지 부분에는 잡음(noise)와 간섭 신호로 채워지는 형태를 가지는 일반적인 이동통신 시스템에서 채널의 파워가 고정적임을 가정하여 생각할 경우, 실재 채널이 존재하는 부분에서 잡음과 간섭 신호가 포함되어 있기 때문에 채널 추정 저하가 발생하는 일반적인 DTF 기반의 채널 추정 방식의 문제점을 해결하기 위한 것이다.

상기 채널의 파워가 존재하는 지역만을 확인하여 해당 지역의 CIR을 측정하는 방법은 채널의 파워가 모여 있는 지역을 확인하고, 상기 확인한 지역에 대한 CIR만을 추정하고 나머지 부분 다시 말해서 잡음과 간섭 신호가 발생하는 부분을 제거("0" 값으로 할당)하는 방법이다.

이때 수신 장치는 하기 <수학식 3>을 이용하여 상기 CIR을 추정할 수 있다.

여기에서, 상기

각각의 경로의 채널 파워 값을 성분으로 하는 CIR 벡터 h의 자동 상관 행렬(auto correlation matrix)로 하기 <수학식 4>와 같이 정의할 수 있다.

여기에서, 상기 μ는 잡음 성분을 제거하기 위한 임계값으로, 가드 밴드(Guard Band)로 인한 CIR 간섭 성분을 고려하여 1보다 큰 적절한 값으로 설정할 수 있으며, 상기

는 잡음 성분의 전력을 말한다. 또한, 상기 I_l은 채널의 파워가 존재하는 l번째 위치를 나타낸다.

이때 채널의 파워가 존재한다고 확인한 그룹의 S라 정의하고, 추정된 경로(Path)의 수를 M이라고 정의하면, 상기 <수학식 3>은 하기 <수학식 5>와 같이 근사화된다.

또한, 상기 채널의 파워가 존재하는 지역을 확인하고, 해당 지역 단위인 CIR 그룹별로 MMSE 과정을 반복 수행하여 CIR을 추정할 경우, 상기 수신 장치는 하기 <수학식 7>을 이용하여 각 CIR 그룹별 MMSE 과정을 수행할 수 있다.

이때 상기 수신 장치는 MMSE 과정을 반복 수행하기 위하여 시간적으로 연속된 경로를 하나의 그룹으로 묶은 후, 집합 S를 하기 <수학식 6>과 같이 정의하여 상기 집합 S에 대한 그룹별 단위로 상기 MMSE를 반복적으로 수행하도록 한다.

여기에서, 상기 S _g는 g번째 시간적으로 연속된 CIR의 그룹 인덱스를 나타내고, M _g는 g번째 그룹에 해당하는 CIR 경로의 수, G는 그룹 수를 나타낸다.

여기에서, 상기

는 g번째 그룹(group)에 해당하는 가로와 열을 선택한 E 행렬(MxM 행렬)을 나타내고, I는 채널의 파워가 존재하는 그룹의 인덱스를 나타낸다.

상기 <수학식 7>은 파일럿 구조와 상관없이 대각(Diagonal)행렬 원소들이 동일한 허미션 토플리쯔(Hermitian Toeplitz) 특성을 가지는 E 행렬에 따라 각 CIR group의 시간적 위치와 상관없이, 각 그룹의 경로(path) 수가 동일하면 같은 결과를 가지게 된다. 이러한 특성을 이용하여 상기 <수학식 7>을 이용한 MMSE 과정을 매번 수행하지 않고 미리 계산하여 그 결과를 저장한 후, 상황에 맞는 결과 값을 적용하는 방법이 가능하다.

상기와 같은 수신 장치는 상기 CIR 추정 성능을 높이기 위하여 상기 채널의 파워가 존재하는 그룹의 전력이 높은 순서에서 낮은 순서로 CIR을 추정하여 간섭을 제거하도록 한다. 즉, 상기 수신 장치는 가장 높은 그룹의 CIR 추정을 먼저 수행하고, 상기 추정한 값을 이용하여 다른 그룹에 영향을 주는 간섭을 제거한다. 이후, 상기 수신 장치는 다음 순서로 전력이 높은 그룹의 CIR을 추정하는 방식으로 반복적인 추정 과정을 수행한다.

상기와 같은 수신 장치에서 다음과 같은 알고리즘을 이용하여 채널 전력이 높은 그룹의 순서에서 낮은 순서로의 CIR을 추정할 수 있다.

이후, 상기 수신 장치는 209단계로 진행하여 상기 추정한 CIR의 간섭을 제거한 후, 211단계로 진행하여 모든 그룹에 대한 CIR 추정 과정을 수행하였는지 검사한다.

만일, 상기 211단계에서 모든 그룹에 대한 CIR 추정 과정을 수행하지 않음을 확인할 경우, 상기 수신 장치는 상기 205단계의 과정을 반복 수행한다.

한편, 상기 212단계에서 모든 그룹에 대한 CIR 추정 과정을 수행함을 확인할 경우, 상기 수신 장치는 213단계로 진행하여 상기 추정한 CIR에 대한 DFT(Discrete Fourier Transform) 과정을 수행한다.

이후, 상기 수신 장치는 본 알고리즘을 종료한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 시 예에 따른 수신 장치에서 CIR 그룹을 확인하는 과정을 도시한 흐름도이다.

상기 도 3을 참조하면, 상기 수신 장치는 먼저, 이산 푸리에 변환 과정을 통하여 변환된 시간 영역의 채널 임펄스 응답(CIR ; Channel Impulse Response)에 대한 전력을 측정하도록 처리한다.

이후, 상기 송신 장치는 303단계로 진행하여 상기 측정한 CIR의 전력에 대한 평균을 계산한 후, 305단계로 진행하여 상기 CIR의 평균에 따른 CIR 그룹을 정렬하도록 처리한다.

이때 상기 수신 장치는 상기 CIR 추정 성능을 높이기 위하여 상기 채널의 파워가 존재하는 그룹의 전력이 높은 순서에서 낮은 순서로 CIR 그룹을 정렬하도록 처리한다.

이후, 상기 수신 장치는 307단계로 진행하여 상기 CIR 그룹의 정보와 해당 그룹의 가중치를 확인한 후, 상기 도 2의 207단계로 진행하여 CIR 그룹별 CIR를 추정하도록 처리한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 수신 장치에서 CIR 그룹을 탐색하는 과정을 나타내는 도면이다.

도 4(a)는 TU channel (Typical Urban Channel)에서 SNR에 따른 CIR 그룹의 탐색 과정을 나타내는 도면이다.

상기 도 4(a)를 참조하면, 상기 TU channel의 CIR은 크게 4개의 CIR 그룹으 로 나누어져 있다. 상기 수신 장치에서 초기 파일럿에 대한 채널 추정 과정을 수행한 후, IDFT 과정을 수행하면, 상기 CIR은 가드 밴드(Guard Band)에 의한 CIR 분산 및 잡음으로 인하여 CIR이 왜곡된다.

도 4(b)는 낮은 잡음 임계값을 이용하여 탐색한 CIR 그룹을 도시한 도면이다.

상기 도 4(b)를 참조하면, 상기 수신 장치의 SNR이 30dB 임에 따라 4개의 CIR 그룹(401), (403), (405), (407)을 모두 탐색하게 된다.

하지만, 상기 수신 장치의 SNR이 0dB인 경우 도 4(c)와 같이 잡음 임계값이 높아짐에 따라 상기 수신 장치는 가장 큰 전력을 가지는 하나의 CIR 그룹(411)을 탐색하게 된다. 즉, 상기 도 4(c)는 높은 잡음 임계값을 이용하여 탐색한 CIR 그룹을 도시한 도면을 말한다.

도 5는 본 발명의 바람 직한 일 실시 예에 따른 수신 장치의 채널 추정 성능을 도시한 도면이다.

상기 도 5를 참조하면, PA(Pedestrian-A) 채널에서 선형 보간 방식(linear interpolation)을 사용하는 종래의 수신 장치와 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 수신 장치의 MSE (mean squared error) 성능을 비교한 도면이다.

여기에서, 본 발명에 바람직한 일 실시 예에 다른 수신 장치는 채널의 파워가 존재하는 지역만을 확인하여 해당 지역의 CIR을 측정하는 방법인 localized MMSE 방식의 수신 장치와, 상기 채널의 파워가 존재하는 지역을 확인하고, 해당 지역 단위로 MMSE 과정을 반복 수행하여 CIR을 추정하는 하는 iterative localized MMSE 방식의 수신 장치를 말한다.

상기 PA 채널은 지역 확산(delay spread)은 비교적 작은 편이지만 CIR 경로(path)들이 서로 매우 가깝게 인접한 특징을 가지고 있다. 기존 DFT 기반의 수신 장치는 채널이 존재하는 부분을 선택적으로 처리함으로 하여 SNR이 낮은 영역에서는 성능이 비교적 우수한 편이지만, SIC 방식의 단점인 인접한 경로(path)들이 모여있는 특징을 가지는 PA 채널에서 높은 SNR영역에서는 선형 보간 방식보다 성능이 저하되는 문제점을 보여 준다. 하지만 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 수신 장치는 모든 SNR영역에서 성능이 우수하다. 이때 localized MMSE 방식의 수신 장치와, iterative localized MMSE 방식의 수신 장치의 성능이 동일한 것은 한 개의 CIR 그룹을 탐색하여 채널 추정을 수행하기 때문이다.

도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 수신 장치의 채널 추정 성능을 도시한 다른 도면이다.

상기 도 6을 참조하면, TU(Typical Urban) 채널에서의 선형 보간 방식(linear interpolation)을 사용하는 종래의 수신 장치와 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 수신 장치의 MSE (mean squared error) 성능을 비교한 도면이다.

종래의 수신 장치는 PA 채널에 비하여 성능이 우수한 편이지만, 높은 SNR영역에서 MSE가 집중(saturation) 됨을 알 수 있다.

하지만, 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 수신 장치는 모든 모든 SNR 영역에서 성능이 우수함을 볼 수 있다. 또한 iterative 방식과 localized MMSE 방식의 성능 차이는 localized MMSE를 반복적으로 수행한 근사화 오차로 인한 것으로, 비교적 높은 SNR영역에서만 차이가 날 뿐, 대부분의 영역에서는 안정된 성능을 보여 준다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1(a)는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따라 채널 임펄스 응답을 추정하는 수신 장치의 구성을 도시한 블록도,

도 1(b)는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 CIR 추정부의 구성을 도시한 블록도,

도 1(c)는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 CIR 그룹 탐색부의 구성을 도시한 블록도,

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 수신 장치에서 채널 임펄스 응답을 추정하기 위한 과정을 도시한 흐름도,

도 3은 본 발명의 바람직한 일 시 예에 따른 수신 장치에서 CIR 그룹을 확인하는 과정을 도시한 흐름도,

도 4(a)는 TU channel (Typical Urban Channel)에서 SNR에 따른 CIR 그룹의 탐색 과정을 나타내는 도면,

도 4(b)는 낮은 잡음 임계값을 이용하여 탐색한 CIR 그룹을 도시한 도면,

도 4(c)는 높은 잡음 임계값을 이용하여 탐색한 CIR 그룹을 도시한 도면,

도 5는 본 발명의 바람 직한 일 실시 예에 따른 수신 장치의 채널 추정 성능을 도시한 도면 및,

도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 수신 장치의 채널 추정 성능을 도시한 다른 도면.

Claims

이동통신 시스템의 채널 추정 장치에 있어서,

채널 파워가 존재하는 지역을 선택하는 CIR 탐색부와,

상기 선택한 CIR 그룹에 대하여 CIR을 추정하는 CIR 추정부와.

상기 추정한 CIR에 대한 DFT 변환을 수행하는 DFT를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1항에 있어서,

상기 CIR 추정부는,

상기 채널의 파워가 존재하는 지역만을 확인하여 해당 지역의 CIR을 측정하는 방법, 상기 채널의 파워가 존재하는 지역을 확인한 후, 해당 지역 단위로 MMSE 과정을 반복 수행하여 CIR을 추정하는 방법 가운데 적어도 어느 한 가지 방법을 이용하여 상기 CIR을 추정하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 2항에 있어서,

상기 CIR 추정부는,

하기 <수학식 8>을 이용하여

상기 채널의 파워가 존재하는 지역만을 확인하여 해당 지역의 CIR을 측정하는 것을 특징으로 하는 장치.

여기에서, 상기
각각의 경로의 채널 파워 값을 성분으로 하는 CIR 벡터 h의 자동 상관 행렬(auto correlation matrix)로 하기 <수학식 9>와 같이 정의할 수 있다.

여기에서, 상기 μ는 잡음 성분을 제거하기 위한 임계값으로, 가드 밴드(Guard Band)로 인한 CIR 간섭 성분을 고려하여 1보다 큰 적절한 값으로 설정할 수 있으며, 상기
는 잡음 성분의 전력을 말한다. 또한, 상기 I_l은 채널의 파워가 존재하는 l번째 위치를 나타낸다.
제 3항에 있어서,

상기 CIR 추정부는,

하기 <수학식 10>을 이용하여 상기 채널의 파워가 존재하는 지역만을 확인하여 해당 지역의 CIR을 측정하는 것을 특징으로 하는 장치.

여기에서, S는 채널의 파워가 존재한다고 확인한 그룹을 정의한 것이고, M은 추정된 경로(Path)의 수를 정의한 것이다.
제 2항에 있어서,

상기 CIR 추정부는,

하기 <수학식 11>을 이용하여 상기 채널의 파워가 존재하는 지역을 확인한 후, 해당 지역 단위로 MMSE 과정을 반복 수행하여 CIR을 추정하는 것을 특징으로 하는 장치.

여기에서, 상기
는 g번째 그룹(group)에 해당하는 가로와 열을 선택한 E 행렬(MxM 행렬)을 나타내고, I는 채널의 파워가 존재하는 그룹의 인덱스를 나타낸다.
제 1항에 있어서,

상기 CIR 그룹 탐색부는,

이산 푸리에 변환 과정을 통하여 변환된 시간 영역의 CIR에 대한 전력을 측정하여 상기 측정한 CIR의 전력에 대한 평균을 계산하고, 상기 CIR의 평균에 따른 CIR 그룹을 정렬하여 상기 채널 파워가 존재하는 지역을 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 6항에 있어서,

상기 CIR 탐색부는,

상기 CIR의 평균이 높은 순서에서 낮은 순서 순으로 상기 CIR 그룹을 정렬하는 것을 특징으로 하는 장치.
이동통신 시스템의 채널 추정 방법에 있어서,

채널 파워가 존재하는 지역을 선택하는 과정과,

상기 선택한 CIR 그룹에 대하여 CIR을 추정하는 과정과,

상기 추정한 CIR에 대한 DFT 변환을 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 8항에 있어서,

상기 CIR을 추정하는 과정은,

상기 채널의 파워가 존재하는 지역만을 확인하여 해당 지역의 CIR을 측정하는 방법, 상기 채널의 파워가 존재하는 지역을 확인한 후, 해당 지역 단위로 MMSE 과정을 반복 수행하여 CIR을 추정하는 방법 가운데 적어도 어느 한 가지 방법을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 9항에 있어서,

상기 채널의 파워가 존재하는 지역만을 확인하여 해당 지역의 CIR을 측정하는 방법은,

하기 <수학식 12>를 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.

여기에서, 상기
각각의 경로의 채널 파워 값을 성분으로 하는 CIR 벡터 h의 자동 상관 행렬(auto correlation matrix)로 하기 <수학식 13>과 같이 정의할 수 있다.

여기에서, 상기 μ는 잡음 성분을 제거하기 위한 임계값으로, 가드 밴드(Guard Band)로 인한 CIR 간섭 성분을 고려하여 1보다 큰 적절한 값으로 설정할 수 있으며, 상기
는 잡음 성분의 전력을 말한다. 또한, 상기 I_l은 채널의 파워가 존재하는 l번째 위치를 나타낸다.
제 10항에 있어서,

상기 채널의 파워가 존재하는 지역만을 확인하여 해당 지역의 CIR을 측정하는 방법은,

하기 <수학식 14>를 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.

여기에서, S는 채널의 파워가 존재한다고 확인한 그룹을 정의한 것이고, M은 추정된 경로(Path)의 수를 정의한 것이다.
제 9항에 있어서,

상기 채널의 파워가 존재하는 지역을 확인한 후, 해당 지역 단위로 MMSE 과정을 반복 수행하여 CIR을 추정하는 방법은,

하기 <수학식 15>를 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.

여기에서, 상기
는 g번째 그룹(group)에 해당하는 가로와 열을 선택한 E 행렬(MxM 행렬)을 나타내고, I는 채널의 파워가 존재하는 인덱스를 나타 낸다.
제 8항에 있어서,

상기 채널 파워가 존재하는 지역을 선택하는 과정은,

이산 푸리에 변환 과정을 통하여 변환된 시간 영역의 CIR에 대한 전력을 측정하여 상기 측정한 CIR의 전력에 대한 평균을 계산하는 과정과,

상기 CIR의 평균에 따른 CIR 그룹을 정렬하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 13항에 있어서,

상기 CIR 그룹을 정렬하는 과정은,

상기 CIR의 평균이 높은 순서에서 낮은 순서 순으로 정렬하는 과정임을 특징으로 하는 방법.