KR20100047975A - 이동통신 시스템의 채널 추정 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동통신 시스템에서 채널 추정 과정을 수행할 경우, 초기 전송에서 에러가 발생하지 않은 데이터 값을 채널 추정에 필요한 파일럿으로 사용함으로써 파일럿의 밀도를 높임으로 채널 추정 성능을 향상시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 채널 추정 과정 수행시 채널 상태가 좋지 않다고 판단하여 하이브리드 자동 재전송 요청(HARQ ; Hybrid Automatic Retransmit reQuest)을 수행한 후, 데이터 가운데 에러가 발생하지 않는 유효한 일부 데이터를 파일럿 신호의 역할을 수행하도록 하는 샘플 신호를 생성하는 샘플 신호 생성기와, 재전송 신호를 수신하여 상기 샘플 신호를 파일럿 신호로 이용하여 채널을 추정하는 채널 추정기를 포함하여 기존의 수신 장치의 채널 추정 과정보다 파일럿의 밀도를 높임으로 채널 추정 성능을 향상시킬 수 있다

채널 추정, 하이브리드 자동 재전송, HARQ, 파일럿, 채널 상태

Description

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

본 발명은 이동통신 시스템의 하이브리드 자동 재전송 요청(HARQ ; Hybrid Automatic Retransmit reQuest)에 관한 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 이동통신 시스템에서 채널 추정 과정을 수행할 경우, 초기 전송에서 에러가 발생하지 않은 데이터 값을 채널 추정에 필요한 파일럿으로 사용함으로써 파일럿의 밀도를 높임으로 채널 추정 성능을 향상시키기 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 따 라 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 하 여 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.

상기와 같은 채널 추정 기술은 채널 상태가 급격히 변하는 상황일 때, 주파수 영역의 페이딩이 심해서 반송파간 채널값의 변화가 심한 경우에는 채널 보간을 통한 데이터 반송파의 채널 추정 에러값이 커지게 된다는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점은 파일럿의 거리가 멀면 이러한 채널 에러 값이 커지게 되어 채널 추정 성능이 떨어지게 됨에 따라 발생하는 것으로 상기와 같은 채널 에러값을 줄이기 위하여 파일럿을 촘촘히 위치시킬 수 있으나 상기와 같은 방법은 파일럿 오버헤드가 늘어나게 되어 데이터 전송률이 저하 시킨다는 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 시스템에서 파일럿의 밀도를 높임으로써 채널 추정 성능을 향상시키기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 이동통신 시스템에서 채널 추정 과정을 수행할 경우, 초기 전송에서 에러가 발생하지 않은 데이터 값을 채널 추정에 필요한 파일럿으로 사용하여 파일럿의 밀도를 높이기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 이동통신 시스템의 채널 추정 장치는 채널 추정 과정 수행시 채널 상태가 좋지 않다고 판단하여 하이브리드 자동 재전송 요청(HARQ ; Hybrid Automatic Retransmit reQuest)을 수행한 후, 데이터 가운데 에러가 발생하지 않는 유효한 일부 데이터를 파일럿 신호의 역할을 수행하도록 하는 샘플 신호를 생성하는 샘플 신호 생성기와, 재전송 신호를 수신하여 상기 샘플 신호를 파일럿 신호로 이용하여 채널을 추정하는 채널 추정기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 이동통신 시 스템의 채널 추정 방법은 채널 추정 과정 수행시 채널 상태가 좋지 않다고 판단할 경우, 하이브리드 자동 재전송 요청(HARQ ; Hybrid Automatic Retransmit reQuest)을 수행하는 과정과, 데이터 가운데 에러가 발생하지 않는 유효한 일부 데이터를 파일럿 신호의 역할을 수행하도록 하는 샘플 신호를 생성한 후, 재전송 신호를 수신하여 상기 샘플 신호를 파일럿 신호로 이용하여 채널을 추정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 이동통신 시스템에서 채널 추정 과정을 수행할 경우, 초기 전송에서 에러가 발생하지 않은 데이터 값을 채널 추정에 필요한 파일럿으로 사용함으로써 기존의 수신 장치의 채널 추정 과정보다 파일럿의 밀도를 높임으로 채널 추정 성능을 향상시킬 수 있다.

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 시스템에서 채널 추정 과정을 수행할 경우, 초기 전송에서 에러가 발생하지 않은 데이터 값을 채널 추정에 필요한 파일럿으로 사용 함으로써 파일럿의 밀도를 높임으로 채널 추정 성능을 향상시키기 위한 장치 및 방법에 관하여 설명할 것이다.

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

상기 도 1을 참조하면, 상기 수신 장치는 아날로그 디지털 컨버터(ADC ; Analog/Digital Converter)(101), 고속 퓨리에 변환기(FFT ; Fast Fourier Transform)(103), 디맵퍼(105), 전송률 디매핑기(107), 채널 복호기(109), CRC 검사기(111), 샘플 심벌 생성기(113), 샘플 심벌 버퍼(115) 및 채널 추정기(117)를 포함하여 구성한다.

먼저, 상기 수신 장치는 전처리기(front end unit)와 필터(filter) 등의 구성들을 포함하는 RF처리기를 통해 무선 채널을 통과한 고주파 대역의 신호를 기저대역 신호로 변환하여 출력한다. 상기 아날로그 디지털 변환기(101)는 상기 RF처리기로부터의 아날로그 기저대역 신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 고속 푸리에 변환부(103)로 출력한다.

상기 고속 푸리에 변환부(103)는 상기 아날로그 디지털 변환기(ADC)(103)로부터의 데이터를 고속 푸리에 변환(FFT)연산하여 주파수 영역의 데이터를 출력한다.

상기 채널 추정기(117)는 송수신 시 발생하는 채널 열화로 인한 주파수 영역에서의 위상 및 진폭의 일그러짐에 따른 채널을 추정하는 채널 추정 과정을 수행 하며 본 발명에 따라 상기 채널 추정 과정 수행시 본 발명에 따라 생성된 샘플 신호를 파일럿 신호로 사용하여 채널을 추정하도록 처리한다.

상기 전송률 디매칭기(107)는 물리 채널로 전송된 비트열을 재전송 여부에 따라 해당되는 전송률에 맞게 연성 결합하는 기능을 수행하며, 상기 채널 복호기(109)는 부호화된 비트열을 복호하여 복호된 데이터를 출력하는 기능을 수행한다.

상기 CRC 검사기(CRC Checker)(111)는 상기 복호된 데이터의 복호 결과에 대해 CRC 검사를 수행하여 수신 성공 여부를 판단한다.

상기 샘플 심벌 생성기(113)는 상기 CRC 검사기(111)에 의해 에러가 발생할 경우, HARQ 과정에서 초기 전송 후 재전송 시 일부 초기 전송된 데이터 가운데 에러가 발생하지 않는 유효한 일부 데이터를 파일럿 신호의 역할을 수행하도록 하는 신호인 샘플 신호를 생성하여 상기 샘플 신호 버퍼(115)에 저장하도록 처리한다.

상기와 같은 본원 발명에 따른 샘플 신호는 데이터 부반송파 자체의 채널 값을 추정해 낼 수 있어 OFDM 부반송파 중 파일럿만 사용하여 보간을 통해 데이터의 채널값을 추정하는 방식보다 성능 향상시킬 수 있다.

상기 샘플 심벌 버퍼(115)는 상기 샘플 신호 생성기에 의해 생성된 샘플 신호를 저장하는 버퍼를 말한다.

이에 따라 상기 수신 장치는 HARQ 과정에 따라 송신 장치로부터 재전송 신호를 수신할 경우, 상기 샘플 신호 버퍼(115)에 저장된 샘플 신호를 파일럿 신호로 사용하여 채널 추정 과정을 수행한다.

여기에서, 상기 수신 장치는 상기 샘플 버퍼(115)에 저장된 샘플 신호가 채널 추정에 필요한 파일럿 신호로 사용 가능한지 확인한 후, 상기 송신 장치로부터 수신하는 재전송 신호에 대하여 채널 추정 과정을 수행하는데 상기 CRC 검사 과정에서 에러가 발생하지 않은 신호인 샘플 신호를 파일럿 신호로 사용함으로써 채널 추정 성능을 향상시킨다.

이상은 이동통신 시스템에서 채널 추정 과정을 수행할 경우, 초기 전송에서 에러가 발생하지 않은 데이터 값을 채널 추정에 필요한 파일럿으로 사용함으로써 파일럿의 밀도를 높임으로 채널 추정 성능을 향상시키기 위한 장치에 관하여 설명하였고, 이하 설명에서는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 상기 장치를 이용하여 채널 추정 과정을 수행할 경우, 초기 전송에서 에러가 발생하지 않은 데이터 값을 채널 추정에 필요한 파일럿으로 사용함으로써 파일럿의 밀도를 높임으로 채널 추정 성능을 향상시키기 위한 방법에 관하여 설명할 것이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 수신 장치의 하이브리드 자동 재전송 요청(HARQ ; Hybrid Automatic Retransmit reQuest) 과정을 도시한 흐름도이다.

상기 도 2를 참조하면, 먼저 상기 수신 장치는 201단계에서 수신 신호에 대한 채널 추정 과정을 수행한 후, 203단계로 진행하여 CRC 에러 검사를 수행한다.

이후, 상기 수신 장치는 205단계로 진행하여 상기 203단계의 CRC 에러 검사 과정에서 CRC 에러가 발생하는지 확인한다.

만일, 상기 205단계에서 CRC 에러가 발생하지 않음을 확인할 경우, 상기 수신 장치는 217단계로 진행하여 채널 상태가 좋다고 판단하여 데이터 수신하는 과정을 수행한다.

한편, 상기 205단계에서 CRC 에러가 발생함을 확인할 경우, 상기 수신 장치는 207단계로 진행하여 HARQ 과정을 수행한다.

이후, 상기 수신 장치는 209단계로 진행하여 샘플 신호를 생성한다.

여기에서, 상기 샘플 신호는 채널 추정 성능 및 HARQ 재전송 성능을 향상 시키기 위하여 HARQ 과정에서 초기 전송 후 재전송 시 일부 초기 전송된 데이터 가운데 에러가 발생하지 않는 유효한 일부 데이터를 파일럿 신호의 역할을 수행하도록 하는 신호를 말하한다. 상기와 같은 본원 발명에 따른 샘플 신호는 데이터 부반송파 자체의 채널 값을 추정해 낼 수 있어 OFDM 부반송파 중 파일럿만 사용하여 보간을 통해 데이터의 채널값을 추정하는 방식보다 성능 향상시킬 수 있다.

이후, 상기 수신 장치는 211단계로 진행하여 상기 209단계에서 생성한 샘플 신호를 샘플 신호 버퍼에 저장한다. 이때, 상기 수신 장치는 상기 샘플 신호를 채널 추정에 필요한 파일럿 신호로 사용할 것인지를 나타내는 정보를 설정하도록 처리한다.

여기에서, 상기 샘플 신호 버퍼는 상기 수신 장치에서 생성한 샘플 신호 즉, 부반송파별 샘플 신호를 결정 지향적 샘플로 저장하는 버퍼이다.

이후, 상기 수신 장치는 213단계로 진행하여 상기 HARQ 과정에 따라 송신 장치로부터 재전송 신호를 수신하는지 검사한다.

만일, 상기 송신 장치로부터 재전송 신호를 수신하지 않을 경우, 상기 수신 장치는 상기 213단계의 과정을 반복 수행한다.

한편, 상기 송신 장치로부터 재전송 신호를 수신할 경우, 상기 수신 장치는 215단계로 진행하여 샘플 신호 버퍼에 저장된 샘플 신호를 파일럿 신호로 사용하여 채널 추정 과정을 수행한다.

여기에서, 상기 수신 장치는 상기 샘플 버퍼에 저장된 샘플 신호가 채널 추정에 필요한 파일럿 신호로 사용 가능한지 확인한 후, 상기 송신 장치로부터 수신하는 재전송 신호에 대하여 채널 추정 과정을 수행하는데 상기 CRC 검사 과정에서 에러가 발생하지 않은 신호인 샘플 신호를 파일럿 신호로 사용함으로써 채널 추정 성능을 향상시킨다.

이후, 상기 수신 장치는 상기 201단계의 과정을 반복 수행한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 수신 장치의 채널 추정 에러 값과 일반적인 수신 장치의 채널 추정 에러 값을 비교한 그래프이다.

도 3(a)는 일반적인 수신 장치의 채널 추정 에러 값을 도시한 그래프이다.

상기 도 3(a)를 참조하면, 일반적인 수신 장치는 채널 추정 과정 수행시 채널 상태가 급격히 변하는 상황이 발생할 경우, 주파수 영역의 페이딩이 심해서 반송파간 채널값의 변화가 심할 때에는 보간을 통한 데이터 반송파의 채널 추정 에러값이 커지게 된다.

이에 따라 파일럿의 거리가 멀수록 채널 추정 에러 값이 커지게 되어 채널 추정 성능이 떨어진다는 문제점이 발생한다.

도 3(b)는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 수신 장치의 채널 추정 에러 값을 도시한 그래프이다.

상기 도 3(b)를 참조하면, 본 발명을 적용한 수신 장치를 이용하여 채널 추정 과정을 수행할 경우, 초기 전송에서 에러가 발생하지 않은 데이터 값을 채널 추정에 필요한 파일럿으로 사용함으로써 파일럿의 밀도를 높일 수 있다.

이에 따라 상기 수신 장치의 채널 추정 성능은 향상되고 초기 전송된 데이터를 파일럿 신호로 사용함으로써, 일반적인 수신 장치에서 발생하는 파일럿 추가로 인한 오버헤드 발생을 줄일 수 있다.

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 1은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 수신 장치의 구성을 도시한 블록도,

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 수신 장치의 하이브리드 자동 재전송 요청(HARQ ; Hybrid Automatic Retransmit reQuest) 과정을 도시한 흐름도,

도 3(a)는 일반적인 수신 장치의 채널 추정 에러 값을 도시한 그래프 및,

도 3(b)는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 수신 장치의 채널 추정 에러 값을 도시한 그래프.

Claims (2)

1. 이동통신 시스템의 채널 추정 장치에 있어서,

   채널 추정 과정 수행시 채널 상태가 좋지 않다고 판단하여 하이브리드 자동 재전송 요청(HARQ ; Hybrid Automatic Retransmit reQuest)을 수행한 후, 초기 전송된 데이터 가운데 에러가 발생하지 않는 유효한 일부 데이터를 파일럿 신호의 역할을 수행하도록 하는 샘플 신호를 생성하는 샘플 신호 생성기와,

   재전송 신호를 수신하여 상기 샘플 신호를 파일럿 신호로 이용하여 채널을 추정하는 채널 추정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
2. 이동통신 시스템의 채널 추정 방법에 있어서,

   채널 추정 과정 수행시 채널 상태가 좋지 않다고 판단할 경우, 하이브리드 자동 재전송 요청(HARQ ; Hybrid Automatic Retransmit reQuest)을 수행하는 과정과,

   초기 전송된 데이터 가운데 에러가 발생하지 않는 유효한 일부 데이터를 파일럿 신호의 역할을 수행하도록 하는 샘플 신호를 생성한 후,

   재전송 신호를 수신하여 상기 샘플 신호를 파일럿 신호로 이용하여 채널을 추정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

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