KR20100083903A - 주파수 영역 피드백 신호 제거를 수행하는 전이중 릴레이에서의 동기화 장치 및 방법 - Google Patents

주파수 영역 피드백 신호 제거를 수행하는 전이중 릴레이에서의 동기화 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 피드백 간섭 제거 및 이를 이용한 동기화 기법에 관한 것으로 풀 듀플렉스 릴레이에서 피드백 간섭 제거를 통한 하향 링크 동기화 방법에 있어서 기지국과 하향 링크 초기 동기화를 수행하는 과정과 상기 기지국으로부터 전송된 신호와 수신된 피드백 간섭 신호 사이의 시간 동기의 불일치에 의한 간섭을 최소화하기 위해 수신 신호에 대한 FFT 수행구간을 재설정하는 과정과 재설정한 FFT 수행구간에 따라 상기 수신 신호에 대해 FFT를 수행하는 과정과 FFT를 수행한 수신 신호에 대해 피드백 간섭 채널을 추정하여 상기 피드백 간섭 신호를 제거하는 과정과 상기 간섭을 제거한 수신 신호에 대해 전파 지연을 측정하여 상기 FFT 수행구간을 재설정하는 과정을 매 수신 신호에 대해 반복하는 과정을 포함하는 것으로 본 발명의 풀 듀플렉스 릴레이는 피드백 간섭을 고려한 동기화 절차를 통해 피드백 간섭에 의한 인접 심볼간 간섭과 인접 부 반송파의 간섭을 최소화할 수 있는 이점이 있다.
Feedback, FDR, HDR, OFDM, Interference.

Description

주파수 영역 피드백 신호 제거를 수행하는 전이중 릴레이에서의 동기화 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SYNCHRONIZATION IN FULL DUPLEX RELAY WTIH FREQUENCY-DOMAIN FEEDBACK INTERFERNECE CANCELLATION}
본 발명은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 기반의 FDR(Full Duplex Relay)에서 피드백 간섭을 고려한 동기화 기법에 관한 것으로서, 피드백 간섭을 제거할 때 발생하는 인접 심볼간 간섭과 인접 부 반송파의 간섭을 줄이기 위한 동기화 장치 및 방법에 관한 것이다.
릴레이(Realy, 또는 중계국)는 송신단과 수신단 사이에 분산적으로 존재하는 한 개 또는 다수 개의 노드를 이용하여 전송 신뢰도를 높이거나 다중화 이득을 확보함으로써 대역 효율성을 극대화하기 위한 무선 통신시스템의 한 유형이다.
이동통신 시스템에서 기지국과 단말 사이의 직접 통신도 가능하지만, 셀 경계에 있거나 전파 음영지역에 있는 단말들은 특정 위치에 존재하는 릴레이의 중계를 거쳐 기지국과 통신하게 된다.
이와 같은 릴레이의 중계 기능을 통해 서비스 불능 지역 또는 셀 경계까지 서비스 영역을 확대할 수 있을 뿐만 아니라, 인접 셀 간의 간섭을 완화함으로서 수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 기지국과 릴레이는 무선으로 연결되고, 이들 장치에 어떤 단말이 접속되어 있는지를 인지하여 공간적으로 주파수 재사용이 가능하며, 기지국은 릴레이에 접속된 단말들에 대한 자원 관리를 중앙 집중적으로 수행하게 된다.
릴레이의 종류는 데이터 전달 방식에 따라 AF(Amplify and Forward)방식과 DF(Decoding and Forward)방식의 릴레이로 나뉠 수 있다.
AF 방식의 릴레이는 수신 신호를 단순히 증폭하여 전송하며, DF 방식의 릴레이는 수신 신호를 디코딩(Decoding)한 후 릴레이에서 송신할 신호를 만들어 전송한다. 이러한 방식의 차이로 AF 방식의 릴레이에서는 잡음이 전파되는 반면에 DF 방식의 릴레이에서는 디코딩에 의한 오류가 전파될 수 있다.
또한, 릴레이는 듀플렉스(duplex) 방식에 따라 HD(Half Duplex), FD(Full Duplex) 방식의 릴레이로 나뉠 수 있다. FD 방식의 릴레이는 HD 방식에 비해 전송효율이 우수하지만 전송한 신호가 피드백되어 수신단에 간섭으로 작용하기 때문에 현재 대부분의 릴레이에서 듀플렉스 방식으로 HD를 고려하고 있다.
HDR(Half Duplex Relay)에서 하향 링크 구간은 억세스 존과 릴레이 존으로 나뉜다. 억세스 존은 기지국과 릴레이가 단말에 신호를 전송하는 구간이며, 릴레이 존은 릴레이가 기지국으로부터 신호를 수신하는 구간을 의미한다.
하지만, 억세스 존과 릴레이 존 사이에 트랜지션 갭(Transition Gap)이 필요 하며 릴레이가 기지국과의 동기를 위해 추가적으로 R-amble이 전송되어야 한다. 이와 같이 억세스 존과 릴레이 존이 구분됨에 따라 HD 방식의 릴레이는 FD 방식의 릴레이에 비해 전송효율이 낮다.
FDR(Full Duplex Relay)에서 하향 링크 프레임 구간은 억세스 존 과 릴레이 존를 구분하지 않기 대문에 HD 방식의 릴레이에 비해 전송효율이 증가할 수 있다.
하지만, 기지국과 릴레이가 동일한 자원을 사용하므로 인접 채널간 간섭이 HD 방식의 릴레이에 비해 증가하는 단점이 있다. 또한, 릴레이가 전송한 신호가 수신단에 피드백되어 간섭으로 작용하는 문제점이 있다.
도 1은 FDR에서 피드백 간섭을 고려하였을 때 수신단에 입력되는 신호를 나타내는 도면이다.
상기 도 1을 참조하면, FDR의 수신기(120, 160)는 기지국(110, 150)으로부터 전송된 신호와 피드백 간섭을 동시에 수신한다. 도 1(a)는 동기(Synchronous) 타입에서의 수신기(120)를 나타내며, 도 1(b)는 비동기(Asynchronous) 타입에서의 수신기를(160)를 나타낸다.
상기 도 1(a)에서, 같이 동기 타입에서는 피드백 간섭이 기지국(110)으로부터 전송된 신호보다 앞서 수신되므로, FDR수신기(120)에서는 기지국(110)과 동기를 획득한 상태임에도 불구하고 FFT를 수행하는 경우, FDR 전송기(130)에 의한 피드백 간섭에 의해 인접 심볼간 간섭 및 인접 부 반송파간의 간섭이 발생함을 알 수 있다..
상기 도 1(b)에서, 비동기 타입에서는 일반적으로 FDR 전송기(170)의 피드백 간섭신호가 기지국(150)으로부터 전송된 신호에 비해 늦게 FDR 수신기(160)에 수신되므로 FFT구간에서 신호의 직교성이 파괴되지 않아 피드백 간섭에 의한 인접 심볼간 간섭 및 인접 부 반송파간의 간섭이 발생하지 않음을 알 수 있다.
도 2는 비동기 타입의 릴레이에서 시간 동기 오차가 발생하였을 경우에 피드백 신호에 의하여 인접 심볼간 간섭 및 인접 부 반송파간의 간섭이 약간 발생하는 경우를 도시하는 도면이다.
상기 도 2를 참조하면, 시간 동기 오차에 의해 FDR 전송기(230)으로부터의 피드백 간섭이 기지국(210)으로부터 전송된 신호에 비해 한 샘플 이상 앞서 FDR 수신기(220)에 수신되는 경우가 발생할 수 있다.
이러한 경우 피드백 간섭에 의한 인접 심볼간 간섭 및 인접 부 반송파간의 간섭이 발생한다.
도 3은 상향 링크 전송시 피드백 신호에 의한 인접 심볼간 간섭 및 인접 부 반송파 간섭이 발생하는 경우를 도시하는 도면이다.
상기 도 3을 참조하면, FDR의 영역에 속한 단말이 전송하는 신호들은 모두 동일한 시각에 FDR 수신기(320)에 수신되지만, FDR은 기지국 수신단에서 시간 동기 불일치가 발생하지 않도록 타이밍에 앞서(Timing Advance) 신호를 전송하기 때문에 피드백 간섭은 단말들로부터 전송된 신호에 비해 앞서 수신된다.
따라서, 하향 링크 동기 타입과 동일하게 FDR 전송기(330)으로부터 FDR ㅜ신기(320)에 대한 피드백 간섭에 의한 인접 심볼간 간섭 및 인접 부 반송파 간섭이 발생한다.
전술한 바와 같이, 릴레이가 기지국과의 동기를 획득한 이후에 수신 신호를 주파수 영역에서 처리하면 피드백된 간섭의 직교성이 파괴될 수 있다. 피드백 간섭에 의한 인접 심볼간 간섭과 인접 부 반송파간 간섭의 영향 때문에 피드백 신호의 채널 추정을 비롯하여 간섭 제거가 올바르게 이루어질 수 없으므로 성능이 매우 감소하는 문제점이 있다.
일반적으로, 필요한 신호대 피드백 간섭비(SFIR:Signal-to-Feedback-Interference-Ratio)는 -40dB ~ 10dB이며, SFIR이 -20dB이하인 경우에는 기지국으로부터 전송된 신호의 복조가 불가능하다.
따라서, OFDM 기반의 FDR에서는 피드백 간섭에 의한 인접 심볼간 간섭과 인접 부 반송파 간섭을 최소화하기 위한 장치 및 방법이 필요하다.
본 발명의 목적은 주파수 영역 피드백 신호 제거를 수행하는 전이중 릴레이에서 동기화 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 OFDM 기반의 FDR에서 피드백 간섭에 의한 인접 심볼 간 간섭과 인접 부 반송파 간섭을 최소화하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 풀 듀플렉스 릴레이에서 피드백 간섭 제거를 통한 하향 링크 동기화 방법에 있어서 기지국과 하향 링크 초기 동기화를 수행하는 과정과 상기 기지국으로부터 전송된 신호와 수신된 피드백 간섭 신호 사이의 시간 동기의 불일치에 의한 간섭을 최소화하기 위해 수신 신호에 대한 FFT 수행구간을 재설정하는 과정과 재설정한 FFT 수행구간에 따라 상기 수신 신호에 대해 FFT를 수행하는 과정과 FFT를 수행한 수신 신호에 대해 피드백 간섭 채널을 추정하여 상기 피드백 간섭 신호를 제거하는 과정과 상기 간섭을 제거한 수신 신호에 대해 전파 지연을 측정하여 상기 FFT 수행구간을 재설정하는 과정을 매 수신 신호에 대해 반복하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 풀 듀플렉스 릴레이에서 피드백 간섭 제거를 통한 하향 링크 동기화를 위한 장치에 있어서 기지국과 하향 링크 초기 동기화를 수행하는 주파수 동기화기와 상기 기지국으로부터 전송된 신호와 수신된 피드백 간섭 신호 사이의 시간 동기의 불일치에 의한 간섭을 최소화하기 위해 수신 신호에 대한 FFT 수행 구간을 재설정하고 간섭을 제거한 수신 신호에 대해 전파 지연을 측정하여 FFT 수행 구간을 재설정하는 과정을 매 수신 신호에 대해 반복하는 FFT 구간 갱신기와 재설정한 FFT 수행 구간에 따라 상기 수신 신호에 대해 FFT를 수행하는 FFT와 FFT를 수행한 수신 신호에 대해 피드백 간섭 채널을 추정하여 상기 피드백 간섭 신호를 제거하는 채널 추정기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 3 견지에 따르면, 풀 듀플렉스 릴레이에서 피드백 간섭 제거를 통한 상향 링크 동기화 방법에 있어서 단말과 상향 링크 초기 동기화를 수행하는 과정과 상기 단말로부터 전송된 신호와 수신된 피드백 간섭 신호 사이의 시간 동기의 불일치에 의한 간섭을 최소화하기 위해 수신 신호에 대한 FFT 수행구간을 재설정하는 과정과 재설정한 FFT 수행구간에 따라 상기 수신 신호에 대해 FFT를 수행하는 과정과 FFT를 수행한 수신 신호에 대해 피드백 간섭 채널을 추정하여 상기 피드백 간섭 신호를 제거하는 과정과 상기 간섭을 제거한 수신 신호에 대해 전파 지연을 측정하여 상기 FFT 수행구간을 재설정하는 과정을 매 수신 신호에 대해 반복하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 4 견지에 따르면, 풀 듀플렉스 릴레이에서 피드백 간섭 제거를 통한 상향 링크 동기화를 위한 장치에 있어서 단말과 상향 링크 초기 동기화를 수행하는 주파수 동기화기와 상기 단말로부터 전송된 신호와 수신된 피드백 간섭 신호 사이의 시간 동기의 불일치에 의한 간섭을 최소화하기 위해 수신 신호에 대한 FFT 수행 구간을 재설정하고, 간섭을 제거한 수신 신호에 대해 전파 지연을 측정하여 FFT 수행 구간을 재설정하는 과정을 매 수신 신호에 대해 반복하는 FFT 구간 갱신기와 재설정한 FFT 수행 구간에 따라 상기 수신 신호에 대해 FFT를 수행하는 FFT와 FFT를 수행한 수신 신호에 대해 피드백 간섭 채널을 추정하여 상기 피드백 간섭 신호를 제거하는 채널 추정기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 OFDM 기반의 FDR은 피드백 간섭을 고려한 동기화 절차를 통해 피드백 간섭에 의한 인접 심볼간 간섭과 인접 부 반송파의 간섭을 최소화할 수 있는 이점이 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.
본 발명에서는 OFDM 기반의 DF 방식의 FDR을 고려한다. DF 방식의 릴레이는 기지국과 트랜스패런트한 전송을 필요로 하지 않는다. 즉, 릴레이는 n-번째 프레임에서 기지국으로부터 수신한 신호를 (n+1)-번째 프레임에서 단말에게 전송한다.
DF 방식의 릴레이에서는 수신 신호로부터 피드백 간섭 신호의 제거, 디코딩 및 포워딩의 과정이 1 프레임이내에 완료되면 된다. 따라서, DF 방식에서는 기존의 릴레이에서 가장 중요한 요소인 피드백 간섭 신호의 제거를 위한 처리시간은 크게 문제되지 않는다.
OFDM에서 직렬로 입력되는 심볼열을 N개의 심볼로 구성된 블록 단위의 병렬 형태로 변환된다. 각 부채널을 통해 전송되는 신호는 주파수 비선택적 채널 특성 때문에 수신단에서 각 부채널 별로 복잡도가 낮은 단일탭 곱셈을 통해 피드백 간섭 신호의 생성이 가능하다. 그러므로, OFDM 기반 DF 방식의 FDR에서의 피드백 간섭 신호 제거 방식은 주파수 영역에서 처리하는 것이 효율적이다.
하지만, OFDM 기반의 FDR에서 피드백 간섭 신호 제거 및 디코딩을 주파수 영역에서 수행하는 경우, 피드백 간섭 신호와 기지국으로부터 전송된 신호의 시간 동기 불일치에 의하여 인접 심볼간 간섭 및 인접 부반송파 간섭이 발생한다. 본 발명은 이러한 간섭의 발생을 막기 위해 OFDM 기반의 FDR에 적합한 동기화 장치 및 방법을 제안한다.
이하, 본 발명은 주파수 영역 피드백 신호 제거를 수행하는 전이중 릴레이에서 동기화 장치 및 방법에 대해 설명할 것이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 FDR의 수신단에서 초기 동기 과정, 하향 링크에서 피드백 간섭 제거 과정, 상향 링크 피드백 간섭을 제거하는 과정을 걔략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 4를 참조하면, 100단계는 FDR(420)에 전원이 인가된 후의 초기 동기화 과정을 나타낸다. 상기 FDR(420)은 기지국(430)이 전송하는 하향 링크 동기 신호를 이용하여 상기 기지국(430)과 상기 FDR(420) 사이의 시간 동기, 주파수 동기, 셀 탐색을 수행한다.
상기 기지국(430)의 셀 탐색이 완료되면, 상기 FDR(420)은 상기 기지국(430) 에 초기 레인징 신호를 전송한다. 상기 기지국(430)은 상기 FDR(420)로부터 전송된 초기 레인징 신호를 이용하여 상향 링크 전송을 위한 시간 동기, 전력 등을 추정하여 전 보상(pre-compensation)에 대한 정보를 상기 FDR(420)로 알린다.
200단계는 하향 링크에서 상기 FDR(420)이 FFT를 수행하기 전의 시간 영역의 단계로서, 상기 FDR(420)의 수신기에 수신된 피드백 간섭과 상기 기지국(430)으로부터 전송된 신호의 시간 동기의 불일치에 의한 간섭을 최소화하기 위해 FFT 수행구간을 재설정하는 과정을 나타낸다.
상기 FDR(420)은 하향 링크 동기 신호를 이용하여 피드백 간섭 채널의 최대 지연 및 피드백 간섭의 전파 지연을 추정한다. 추정한 정보를 바탕으로 FFT 수행구간을 재설정하여 FFT를 수행한다. 이는 기준 신호(예를 들어, 파일롯)에 대해 수행된다.
300단계는 상기 FDR(420)의 하향 링크 피드백 간섭 제거 과정을 나타낸다. 상기 FDR(420)은 피드백 간섭 채널을 추정한 후, 피드백 간섭 신호를 생성한다. 생성된 피드백 간섭 신호는 수신 신호와 비교하여 같은 간섭 신호는 수신 신호로부터 제거된다. 피드백 간섭이 제거된 수신 신호는 하향 링크 동기화를 위한 프리앰블 또는 데이터 신호로 구분된다.
상기 FDR(420)은 수신 신호가 하향 링크 동기 신호이면 심볼 타이밍 옵셋을 추정(이하 트랙킹 과정이라 칭한다)하고, 데이터 신호이면 디코딩(복조화) 과정을 수행한다.
트랙킹 과정을 통해 추정된 심볼 타이밍 옵셋은 200단계에서의 FFT 수행 범 위 갱신 과정에 입력되어, FFT 수행구간이 재설정된다. 상기 200단계 및 300단계의 과정은 하향 링크에서 매 프레임마다 반복적으로 이루어진다.
400단계는 상향 링크에서 FFT를 수행하기 전인 시간 영역 단계로서, 상기 FDR(420)의 수신기에 수신된 피드백 간섭과 단말(410)로부터 전송된 신호의 시간 동기의 불일치에 의한 간섭을 최소화하기 위해 FFT 수행구간을 재설정하는 과정을 나타낸다.
상기 FDR(420)은 상향 링크 동기화를 위한 신호를 이용하여 피드백 간섭 채널의 최대 지연 및 전파 지연을 추정한다. 그리고, 추정한 정보를 바탕으로 FFT 수행구간을 재설정하여 FFT를 수행한다.
500단계는 상향 링크 피드백 간섭 제거 과정을 나타낸다. 상기 FDR(420)은 피드백 간섭 채널을 추정한 후, 피드백 간섭 신호를 생성한다. 생성된 피드백 간섭신호는 수신 신호로부터 제거된다. 피드백 간섭이 제거된 수신 신호는 상향 링크 동기화를 위한 신호(예를 들어, 레인징, 파일럿) 또는 데이터 신호로 구분된다.
상기 FDR(420)은 수신 신호가 상향 링크 동기화를 위한 신호이면 트랙킹을 수행하고, 데이터 신호이면 복조화 과정을 수행한다. 트랙킹 과정을 통해 추정된 심볼 타이밍 옵셋은 400 단계에서의 FFT 수행범위 갱신 과정에 입력되어 FFT 수행구간이 재설정된다. 이제, 상기 도 4를 바탕으로 상기 FDR(420)에 적합한 동기화 과정에 대한 보다 자세히 설명이 있을 것이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 FDR에서의 초기 동기화 과정을 자세히 설 명하는 흐름도이다.
상기 도 5를 참조하면, 초기 동기화 과정에서는 기지국과 FDR사이의 전파 지연을 추정하는 전파 지연 추정 과정(510 단계), 기지국과 FDR간의 반송파 주파수 옵셋을 획득 및 보상하는 주파수 동기화 수행 과정(520 단계)이 수행된다.
이후, 해당 신호에 대해 CP를 제거하는 CP 제거 과정(530) 및 CP를 제거한 신호에 대한 FFT 수행 과정(540) 및 셀 탐색 수행 과정(550)이 수행된다. 상기 FDR에 수신되는 신호는 하기 수식과 같다.
Figure 112009002595712-PAT00001
여기서, 심볼 길이 n 개의 원소를 갖는
Figure 112009002595712-PAT00002
는 l-번째 시간영역 수신 신호 벡터를 나타낸다. 또한 n 개의 원소를 갖는
Figure 112009002595712-PAT00003
,
Figure 112009002595712-PAT00004
는 기지국으로부터 전송된 신호의 벡터, 잡음 벡터를 각각 나타낸다. h d 는 n 개의 열과 행으로 이루어진 기지국과 FDR간의 채널 행렬을 의미한다. 기지국과 FDR간의 전파 지연은 전파 지연 추정 과정(510 단계)에서 추정되며, 일 실시예로서 프리앰블의 반복패턴을 이용하여 하기 수식과 같이 추정될 수 있다.
Figure 112009002595712-PAT00005
여기서,
Figure 112009002595712-PAT00006
는 자기상관 연산을 수행하는 윈도우의 크기, 윈도우간의 거리, 추정된 기지국과 FDR간의 전파 지연을 나타낸다. 주파수 동기화 과정(520) 및 CP 제거 과정(530)이 수행된 후, FFT 수행 과정(540)에서는 인접 심볼간 간섭과 인접 부 반송파간의 간섭이 발생하지 않도록 다음과 같은 범위내에서 FFT가 수행된다.
Figure 112009002595712-PAT00007
여기서,
Figure 112009002595712-PAT00008
와 Ng 는 샘플 단위로 표시된 기지국과 FDR간 채널의 최대 지연과 OFDM 심볼의 CP 길이를 나타낸다. 주파수 영역 신호로 변환된 수신 신호에 대해, 셀 탐색 과정(550 단계)을 수행하여 기지국과의 하향 링크 동기를 완료한다. FDR과 기지국과의 동기화 과정이 완료되면 FDR는 단말에게 신호를 전송한다.
이때부터 FDR의 수신단은 피드백 간섭과 기지국으로부터 전송한 신호를 동시에 수신한다. 피드백 간섭이 수신되기 시작하면, 낮은 SFIR 환경에 존재하는 FDR는 기지국과 FDR간의 전파 지연을 트랙킹 할 수 없다. 따라서 FDR가 트랙킹을 수행하기 위해서는 피드백 간섭의 제거가 선행되어야 한다.
피드백 간섭 신호가 수신되면 동기 타입과 비동기 타입의 FDR에서 FFT 수행 구간에 따라 피드백 신호에 의한 인접 심볼간 간섭과 인접 부 반송파간 간섭이 발생할 수 있다.
이하에서는, FFT 시작점에 따른 인접 심볼간 간섭 및 인접 부 반송파간의 영향을 보다 자세히 살펴본다. 일 실시예로서 동기 타입에서 FFT 수행 구간에 따라 피드백 신호의 인접 심볼간 간섭 또는 인접 부 반송파간의 간섭이 발생하는 경우를 기술한다. 먼저 직교성이 파괴되지 않은 경우, FDR에 수신되는 l-번째 시간영역 신호는 다음과 같이 주어진다.
Figure 112009002595712-PAT00009
여기서, n 개의 원소를 갖는
Figure 112009002595712-PAT00010
는 피드백 간섭, h f는 n 개의 열과 행을 갖는 FDR의 송신단과 수신단사이의 피드백 간섭 채널 행렬을 나타낸다. FFT의 수행구간을 상기 <수학식 3>과 같이 설정하였을 경우 피드백 신호에 의한 인접 심볼간 간섭과 인접 부 반송파간의 간섭이 발생하여 피드백 간섭의 채널 추정 및 제거를 수행할 수 없다. 피드백 간섭으로 인한 인접 심볼간 간섭 또는 인접 부 반송파간의 간섭이 발생한 경우, 수신 신호는 하기 수식과 같다.
Figure 112009002595712-PAT00011
여기서, n 개의 열과 행을 갖는 A, B 는 피드백 간섭에 의한 인접 부 반송파간의 간섭을 나타내는 채널 행렬, 인접 심볼간의 간섭을 나타내는 채널 행렬, n 개의 원소를 갖는
Figure 112009002595712-PAT00012
는 l+1 번째 피드백 간섭을 나타낸다. h f, A, B는 하기 수식과 같다.
Figure 112009002595712-PAT00013
여기서, h, L, M은 다중경로 피드백 채널 이득, OFDM 심볼의 CP 길이, 피드백 간섭 채널의 최대 지연을 나타낸다. 상기 <수학식 5>에 나타난 수신 신호를 주파수 영역 신호로 표현하면 하기 수식과 같다.
Figure 112009002595712-PAT00014
여기서,
Figure 112009002595712-PAT00015
로 주어진다. 인접 심볼간 간섭 및 인접 부 반송파간의 간섭이 발생하면 채널 h f의 추정은 어려워지는 경향이 있다. 피드백 간섭이 제거된 수신 신호는 다음과 같이 주어진다.
Figure 112009002595712-PAT00016
여기서 피드백 채널이 올바르게 추정되었다고 가정하여
Figure 112009002595712-PAT00017
으로 근사화하면 상기 <수학식 8> 하기 수식과 같이 간략화된다.
Y 3, Y 4 는 FDR 수신단에서 피드백 간섭과 기지국으로부터 전송된 신호의 시간 동기의 불일치에 의해 발생되는 간섭이다. 신호대 시간 동기의 불일치로 인해 발생하는 간섭의 비(SISR:Signal to Interference due to Synchronization error Ratio)는 하기 수식과 같다.
Figure 112009002595712-PAT00019
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 성능을 도시한 도면이다.
상기 도 6을 참조하면, 상기 <수학식 9>에서 SFIR = -40dB인 경우에 수신 신호의 BER 성능을 도시하는 도면이다. 모의 실험은 FDR의 송신단과 수신단 사이는 ITU-R PedB 채널, 기지국과 FDR 수신단 사이는 ITU-R Ped A 채널, SNR = -20 ~ 10dB 인 환경에서 수행되었다.
상기 도 6에서 원으로 표시된 성능 곡선은 피드백 간섭이 없는 상황에서의 BER 성능을 나타낸다. 수신 신호의 BER 성능은 시간 동기의 불일치로 인해 발생하는 간섭의 영향으로 크게 열화되는 것을 확인할 수 있다.
전술한 바와 같이, OFDM 기반의 FDR에서 피드백 간섭을 주파수 영역에서 제거하기 위해서는 추가로 FFT 수행 구간을 재조정하는 과정이 필요하다. 하기는 FDR의 동기화 과정 중에서 본 발명에서 제안하는 FFT 수행 구간을 재설정하는 방식에 대해 설명할 것이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 FFT 수행구간을 재설정하는 과정을 도시하는 도면이다.
상기 도 7을 참조하면, FFT 수행구간 재설정 과정에는 채널 지연 추정과정(710 단계), FFT 수행구간 갱신 과정(720 단계)이 포함된다.
시간 도메인에서의 수신 신호 기준 신호인 경우(705 단계), 전술한 채널 지연 추정과정(710 단계) 및 FFT 수행구간 갱신 과정(720 단계)이 수행되고, 이후 갱신된 구간에 따른 FFT 과정이 수행된다(730 단계).
시간 도메인에서의 수신 신호 기준 신호가 아닌 경우(705 단계), 전술한 채널 지연 추정과정(710 단계) 및 FFT 수행구간 갱신 과정(720 단계)이 수행되지 않고, 바로 FFT 과정이 수행된다(730 단계).
상기 채널 지연 추정 과정(710 단계)에서는 기지국과 FDR간 채널의 최대 지연, FDR의 송신단과 수신단간 채널의 최대 지연을 추정한다. FFT 수행 구간 갱신 과정(720 단계)에서는 기지국과 FDR간의 전파 지연, FDR의 송신단과 수신단 간의 전파 지연, 기지국과 FDR간 채널의 최대 지연, FDR의 송신단과 수신단간 채널의 최대 지연을 고려하여 FFT 수행구간이 결정된다.
FFT 수행 과정(730 단계)에서는 피드백 신호에 의한 인접 심볼간 간섭과 인접 부 반송파간의 간섭이 최소화되도록 수행되어야 한다. 즉, 하기와 같이 SISR이 최소화되는 구간에서 FFT를 수행한다.
Figure 112009002595712-PAT00020
여기서 제약조건은 복조해야하는 신호가 인접 심볼간 간섭이 발생하지 않도록 FFT가 수행될 수 있는 범위를 의미한다.
Figure 112009002595712-PAT00021
는 채널 지연 추정 과정(710 단계)에서 추정된 샘플 단위로 표시된 기지국과 FDR간 채널의 최대 지연, 보호구간의 길이, FFT 시작점을 나타낸다.
상기 <수학식 11>에 주어진 FFT 수행구간 범위내에서 피드백 신호에 의한 간섭이 발생하지 않는 FFT 수행구간 범위를 추정해야한다. 채널 지연 추정 과정(710 단계)에서는 릴레이의 송신단과 수신단간 채널의 최대 지연을 추정하는데, 수신 신호와 프리앰블의 상호상관 연산을 통해 하기 수식과 같이 추정할 수 있다.
Figure 112009002595712-PAT00022
여기서,
Figure 112009002595712-PAT00023
는 시간영역의 프리앰블 시퀀스, 상호상관 수행 윈도우의 크기, 연산된 상호상관 결과, 릴레이의 송신단과 수신단 사이의 전파 지연을 나 타낸다.
채널의 최대 지연은 연산된 상호상관 결과를 이용하여 추정할 수 있다. 즉, 상호상관 결과값 중 최대 값 대비 상관값이 일정 문턱값 이상인 인덱스를 추정하고, 추정된 인덱스 중 최대값을 피드백 간섭 채널의 최대 지연으로 간주한다.
추정된 피드백 간섭의 최대 지연은 기지국과 릴레이 사이의 전파 지연을 포함하고 있기 때문에, 실제 고려하는 피드백 간섭의 최대 지연
Figure 112009002595712-PAT00024
는 기지국과 릴레이 사이의 전파 지연만큼 앞당겨 얻어진다.
상기 기술한 과정을 통해 획득한
Figure 112009002595712-PAT00025
을 이용하여 SISR을 최소화하기 위한 FFT의 수행 구간은 동기 타입의 경우 하기 수식과 같은 범위를 얻을 수 있다.
Figure 112009002595712-PAT00026
여기서
Figure 112009002595712-PAT00027
는 SISR을 최소화하는 FFT의 시작점을 나타낸다. 또한 비동기 타입의 경우에 FFT 수행 구간은 하기 수식과 같은 범위를 갖는다.
Figure 112009002595712-PAT00028
<수학식 13> 및 <수학식 14>에 나타난
Figure 112009002595712-PAT00029
는 하기 기술하는 트랙킹 과정을 통해 갱신된다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 FFT를 수행한 후, 피드백 간섭 제거 과정 및 트랙킹 과정을 도시한 흐름도이다.
상기 도 8을 참조하면, 피드백 간섭 제거 및 트랙킹 과정은 피드백 간섭 채널 추정 과정(810 단계), 피드백 간섭 신호 생성 과정(820 단계), 피드백 간섭 신호 제거 과정(830 단계), 전파 지연 추정 과정(840 단계), 채널 추정 과정(850 단계) 및 복조 과정(860 단계)이 포함된다.
수신신호에 대해 전술한 피드백 간섭 채널 추정 과정(810 단계), 피드백 간섭 신호 생성 과정(820 단계) 및 피드백 간섭 신호 제거 과정(830 단계)이 수행되고, 처리한 신호가 기준 신호인 경우에는(835 단계), 처리한 신호에 대해 전파 지연 추정 과정(840 단계) 및 FFT 수행 구간 갱신 과정(870 단계)이 수행된다.
만약, 처리한 신호가 기준 신호가 아닌 경우에는(835 단계), 처리한 신호에 대해 채널 추정(850 단계) 및 복조 과정(860 단계)이 수행된다.
하향 링크에서 피드백 신호에 의한 인접 심볼간 간섭과 인접 부 반송파 간섭이 발생하지 않도록 수신 신호에 FFT가 수행된 경우 주파수 영역 수신 신호는 하기와 같다.
피드백 간섭 제거 및 트랙킹 과정을 설명하기 위한 일 실시예로서 FFT 수행구간은 피드백 간섭에 맞추어 수행하며, 이때 피드백 간섭에 의한 인접 심볼간 간섭과 인접 부 반송파간 간섭은 발생하지 않는 상황을 가정한다.
Figure 112009002595712-PAT00030
여기서, N 개의 원소를 갖는
Figure 112009002595712-PAT00031
는 피드백 간섭 신호와 기지국으로부터 전송된 신호의 시간동기 불일치에 의한 위상회전이다. 채널 추정 과정(810 단계)을 통해 피드백 간섭 채널
Figure 112009002595712-PAT00032
을 추정한다.
피드백 간섭 신호 생성 과정(820 단계)은 추정된 피드백 간섭 채널과 전송한 신호를 이용하여 피드백 간섭을 생성한다. 생성된 피드백 간섭은 피드백 간섭 신호 제거 과정(830 단계)을 통해 제거된다. 피드백 간섭 신호가 제거된 수신 신호는 하기 수식과 같다.
Figure 112009002595712-PAT00033
여기서
Figure 112009002595712-PAT00034
는 피드백 간섭이 제거된 수신 신호를 나타낸다. 피드백 간섭이 제거된 수신 신호는 동기화 과정을 위해 전송된 프리앰블 또는 데이터 신호로 구분된다. 수신 신호가 데이터 신호이면 복조화 과정을 수행하고, 프리앰블이면 전파 지연 추정 과정(840 단계)를 통해 기지국로부터 전송된 신호와 피드백 간섭사이의 전파 지연의 차를 추정한다. 기지국로부터 전송된 신호와 피드백 간섭간의 전파 지연의 차는 다음과 같은 과정을 통해 추정된다.
Figure 112009002595712-PAT00035
여기서,
Figure 112009002595712-PAT00036
는 기지국에서 전송한 프리앰블, 추정된 전파 지연의 차를 나타낸다. 추정된 전파 지연의 차를 이용하여 기지국과 릴레이 수신단 사이의 전파 지연은 다음과 같이 갱신된다.
Figure 112009002595712-PAT00037
여기서,
Figure 112009002595712-PAT00038
는 t-번째 프레임에 적용되는 기지국과 릴레이 수신단 사이의 전파 지연, t-1번째 프레임에서 추정된 전파 지연을 나타낸다.
하향 링크와 마찬가지로 상향 링크 구간에서도 피드백 간섭에 의한 인접 심볼간 간섭과 인접 부 반송파간의 간섭이 발생할 수 있다. 상향 링크 구간에서 릴레이 수신단에서는 릴레이에 속한 단말이 전송하는 신호가 모두 동일한 시각에 수신된다.
하지만, 릴레이는 기지국 수신단에서 시간 동기 불일치가 발생하지 않도록 기지국으로부터 전송된 상향 링크 제어채널의 정보를 바탕으로 신호를 전송한다. 이러한 경우 피드백 간섭은 단말들로부터 전송된 신호에 비해 앞서 릴레이 수신단에 수신된다.
따라서, 상향 링크에서 발생하는 피드백 간섭의 제거 및 FFT 수행구간의 재설정 과정은 상기 실시예로서 설명한 하향 링크 동기 에서의 과정과 동일하게 수행된다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 FDR의 블록 구성을 도시한 도면이다.
상기 도 9를 참조하면, 상기 도 9는 FDR의 수신 단의 블록 구성을 도시한 도면으로, 송신 과정은 수신 과정의 역과정을 통해 전송된다. 상기 FDR 수신단은 RF처리기(910), 주파수 동기화부(920), CP 제거기(930), FFT(940), FFT 구간 갱신기(945), 채널추정기(950) 및 디코딩기(960)를 포함하여 구성된다.
수신한 신호는 상기 RF처리기(910)를 거쳐 기저대역 처리를 거친 후 주파수동기부(920)에 입력된다. 상기 주파수 동기부(920)는 입력받은 신호에 대해 해당 링크의 동기 신호를 이용하여 피드백 간섭 채널의 최대 지연 및 피드백 간섭 채널의 전파 지연을 추정하고 주파수 동기화 과정을 수행한다. 그리고, 추정한 정보는 상기 FFT 구간 갱신기(945)에 입력되고, 상기 FFT 구간 갱신기(945)는 이를 바탕으로 FFT 수행구간을 재설정하고, 재설정된 구간에 따라 FFT(940)가 FFT를 수행하게 한다. 동기화가 끝난 신호는 상기 CP 제거기(930)에 입력되어 CP가 제거된다.
즉, 상기 주파수 동기부(920)는 기지국과 릴레이간 채널의 최대 지연, 릴레이의 송신단과 수신단간 채널의 최대 지연을 추정하고, 이를 상기 FFT 구간 갱신기(945)에 입력한다.
상기 FFT 구간 갱신기(945)는 기지국과 FDR 사이의 전파 지연, FDR의 송신단과 수신단 간의 전파 지연, 기지국과 FDR 상이의 채널의 최대 지연, FDR의 송신단과 수신단간 채널의 최대 지연을 고려하여 FFT 수행구간을 결정한다. 이러한 과정은 기준 신호에 대해 수행된다.
상기 FFT(940)는 상기 FFT 구간 갱신기(945)의 제어하에 피드백 신호에 의한 인접 심볼간 간섭과 인접 부반송파 간섭이 발생하지 않도록 수신신호에 대해 FFT를 수행한다.
상기 채널 추정부(950)는 피드백 간섭 채널 및 기준 신호가 아닌 신호에 대한 채널 추정을 수행한다. 그리고, 추정한 피드백 채널 채널의 신호를 생성하고, 이 신호와 같은 신호를 수신 신호에서 제거한다. 제거된 신호는 상기 디코딩 부(960)에 입력되고, 디코딩(복호, 인터리빙 등)의 과정 후에 상위 해당 계층으로 입력된다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 비동기 타입 FDR에서 FFT 재설정 과정을 통해 피드백 간섭에 의한 인접 심볼간 간섭과 인접 부 반송파간의 간섭을 최소화한 경우와 FFT 재설정 과정을 수행하지 않은 경우의 성능을 나타낸 도면이다.
상기 도 10을 참조하면, 도 9(a)는 채널 지연에 의해 (n-1) 번째 피드백 간섭 심볼이 n-번째 심볼에 미치는 간섭의 영향을 살펴보기 위한 그림이고, 도 9(b)는 다음 피드백 간섭 심볼에 의한 인접 심볼간 간섭의 영향을 살펴보기 위한 그림이다.
모의 실험 환경은 기지국과 릴레이 수신단 사이는 ITU-R Ped A 채널, 릴레이의 송신단과 수신단 사이는 ITU-R Ped B 채널, 신호 대 피드백 간섭비는 -40 ~ 0 dB, 잡음은 -20 ~ 10dB 을 고려하였다.
도 10(a)에 나타난 바와 같이 FFT가 보호구간 내에서 시작하는 경우에도 불구하고 채널 지연의 영향에 따라 인접 심볼간 간섭 및 인접 부 반송파 간섭이 발생하여 피드백 신호의 제거가 원활히 이루어지지 않음을 확인할 수 있다.
도 10(b)는 (n+1) 번째 피드백 간섭 심볼이 n-번째 심볼에 미치는 간섭의 영향을 살펴보기 위한 것이다. 여기서 나타난 바와 같이 시간 동기 오차로 인해 다음 심볼에 의한 간섭이 작용하는 경우 그 간섭의 영향이 더욱 큰 것을 확인할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 동기 타입 FDR에서 FFT 재설정 과정을 통해 피드백 간섭에 의한 인접 심볼간 간섭과 인접 부 반송파간의 간섭을 최소화한 경우와 FFT 재설정 과정을 수행하지 않은 경우의 성능 곡선을 도시하는 도면이다.
상기 도 11을 참조하면, 릴레이 수신단에서 피드백 간섭이 기지국으로부터 전송된 신호에 비해 5 샘플 앞서 수신되는 상황을 가정한 것으로 도면 나타난 바와 같이 동기 타입에서는 상기 FFT 재설정 과정을 수행하지 않은 경우 (n+1) 번째 피드백 간섭 심볼이 n-번째 심볼에 미치는 영향이 매우 커서 BER 성능이 크게 열화됨을 확인할 수 있다.
상기 도 10과 도 11을 비교하면, 동기 타입의 경우에는 비동기 타입에 비해 피드백 간섭에 의한 인접 심볼간 간섭과 인접 부 반송파간의 간섭이 더욱 크게 영향을 미치는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 동기화 과정을 통해서 피드백 간섭에 의한 인접 심볼간 간섭 및 인접 부 반송파간의 간섭이 최소화되도록 FFT의 수행구간을 재설정하는 과정이 효과적임을 알 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 FDR에서 피드백 간섭을 고려하였을 때 수신단에 입력되는 신호를 나타내는 도면,
도 2는 비동기 타입의 릴레이에서 시간 동기 오차가 발생하였을 경우에 피드백 신호에 의하여 인접 심볼간 간섭 및 인접 부 반송파간의 간섭이 약간 발생하는 경우를 도시하는 도면,
도 3은 상향 링크 전송시 피드백 신호에 의한 인접 심볼간 간섭 및 인접 부 반송파 간섭이 발생하는 경우를 도시하는 도면,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 FDR의 수신단에서 초기 동기 과정, 하향 링크에서 피드백 간섭 제거 과정, 상향 링크 피드백 간섭을 제거하는 과정을 걔략적으로 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 FDR에서의 초기 동기화 과정을 자세히 설명하는 흐름도,
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 성능을 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 FFT 수행구간을 재설정하는 과정을 도시하는 흐름도,
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 FFT를 수행한 후 피드백 간섭 제거 과정 및 트랙킹 과정을 도시한 흐름도,
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 FDR의 블록 구서을 도시한 도면,
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 비동기 타입 FDR에서 FFT 재설정 과정을 통해 피드백 간섭에 의한 인접 심볼간 간섭과 인접 부 반송파간의 간섭을 최소화한 경우와 FFT 재설정 과정을 수행하지 않은 경우의 성능을 나타낸 도면, 및,
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 동기 타입 FDR에서 FFT 재설정 과정을 통해 피드백 간섭에 의한 인접 심볼간 간섭과 인접 부 반송파간의 간섭을 최소화한 경우와 FFT 재설정 과정을 수행하지 않은 경우의 성능 곡선을 도시하는 도면.

Claims (4)

  1. 풀 듀플렉스 릴레이에서 피드백 간섭 제거를 통한 하향 링크 동기화 방법에 있어서,
    기지국과 하향 링크 초기 동기화를 수행하는 과정과,
    상기 기지국으로부터 전송된 신호와 수신된 피드백 간섭 신호 사이의 시간 동기의 불일치에 의한 간섭을 최소화하기 위해 수신 신호에 대한 FFT 수행구간을 재설정하는 과정과,
    재설정한 FFT 수행구간에 따라 상기 수신 신호에 대해 FFT를 수행하는 과정과,
    FFT를 수행한 수신 신호에 대해 피드백 간섭 채널을 추정하여 상기 피드백 간섭 신호를 제거하는 과정과,
    상기 간섭을 제거한 수신 신호에 대해 전파 지연을 측정하여 상기 FFT 수행구간을 재설정하는 과정을 매 수신 신호에 대해 반복하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 풀 듀플렉스 릴레이에서 피드백 간섭 제거를 통한 하향 링크 동기화를 위한 장치에 있어서,
    기지국과 하향 링크 초기 동기화를 수행하는 주파수 동기화기와,
    상기 기지국으로부터 전송된 신호와 수신된 피드백 간섭 신호 사이의 시간 동기의 불일치에 의한 간섭을 최소화하기 위해 수신 신호에 대한 FFT 수행 구간을 재설정하고, 간섭을 제거한 수신 신호에 대해 전파 지연을 측정하여 FFT 수행 구간을 재설정하는 과정을 매 수신 신호에 대해 반복하는 FFT 구간 갱신기와,
    재설정한 FFT 수행 구간에 따라 상기 수신 신호에 대해 FFT를 수행하는 FFT와,
    FFT를 수행한 수신 신호에 대해 피드백 간섭 채널을 추정하여 상기 피드백 간섭 신호를 제거하는 채널 추정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 풀 듀플렉스 릴레이에서 피드백 간섭 제거를 통한 상향 링크 동기화 방법에 있어서,
    단말과 상향 링크 초기 동기화를 수행하는 과정과,
    상기 단말로부터 전송된 신호와 수신된 피드백 간섭 신호 사이의 시간 동기의 불일치에 의한 간섭을 최소화하기 위해 수신 신호에 대한 FFT 수행구간을 재설정하는 과정과,
    재설정한 FFT 수행구간에 따라 상기 수신 신호에 대해 FFT를 수행하는 과정과,
    FFT를 수행한 수신 신호에 대해 피드백 간섭 채널을 추정하여 상기 피드백 간섭 신호를 제거하는 과정과,
    상기 간섭을 제거한 수신 신호에 대해 전파 지연을 측정하여 상기 FFT 수행구간을 재설정하는 과정을 매 수신 신호에 대해 반복하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 풀 듀플렉스 릴레이에서 피드백 간섭 제거를 통한 상향 링크 동기화를 위한 장치에 있어서,
    단말과 상향 링크 초기 동기화를 수행하는 주파수 동기화기와,
    상기 단말로부터 전송된 신호와 수신된 피드백 간섭 신호 사이의 시간 동기의 불일치에 의한 간섭을 최소화하기 위해 수신 신호에 대한 FFT 수행 구간을 재설정하고, 간섭을 제거한 수신 신호에 대해 전파 지연을 측정하여 FFT 수행 구간을 재설정하는 과정을 매 수신 신호에 대해 반복하는 FFT 구간 갱신기와,
    재설정한 FFT 수행 구간에 따라 상기 수신 신호에 대해 FFT를 수행하는 FFT와,
    FFT를 수행한 수신 신호에 대해 피드백 간섭 채널을 추정하여 상기 피드백 간섭 신호를 제거하는 채널 추정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
KR20090003229A 2009-01-15 2009-01-15 주파수 영역 피드백 신호 제거를 수행하는 전이중 릴레이에서의 동기화 장치 및 방법 KR101488469B1 (ko)

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KR20090003229A KR101488469B1 (ko) 2009-01-15 2009-01-15 주파수 영역 피드백 신호 제거를 수행하는 전이중 릴레이에서의 동기화 장치 및 방법

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