KR20110028111A - 셀 탐색 및 입사각 추정 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

셀 탐색 및 입사각 추정 장치 및 그 방법이 개시된다. 셀 탐색 및 입사각 추정 장치는 복수의 안테나 소자로 구성되고, 복수의 기지국으로부터 각각 전송된 OFDM(Orthogonal Frequency Division Modulation) 신호를 수신하는 평면 어레이(array) 안테나; 및 미리 알고 있는 파일럿(pilot) 신호와 상기 수신된 OFDM 신호에 대해 상호상관 연산을 수행하여 상호상관 값을 도출하고, 상기 상호상관 값에 기초하여 상기 복수의 기지국 중에서 목표 기지국을 선택하고 상기 목표 기지국에서 전송된 OFDM 신호의 입사각을 추정하는 추정부를 포함한다. 본 발명에 따른 셀 탐색 및 입사각 추정 장치는 반송파 주파수 옵셋 및 심볼 타이밍 옵셋에 강건하다는 장점을 가진다.
OFDM, 셀 탐색, 입사각 추정, 상호상관, 파일럿 신호

Description

셀 탐색 및 입사각 추정 장치 및 그 방법{Apparatus and Method for searching cell and estimating degree of arrival}
본 발명의 일실시예들은 셀 탐색 및 입사각 추정 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 셀 탐색 및 입사각 추정의 복잡도 및 수행 시간을 줄일 수 있는 셀 탐색 및 입사각 추정 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
무선 통신 기술의 발전에 따라, 운행중인 차량 내에서 GPS(Global Positioning System)를 통해 교통 정보를 수신하고, DMB(Digital Multimedia Broadcasting)를 통해 오디오/비디오 서비스를 수신하는데 그치지 않고, WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access), WiBro(Wireless Broadband) 등의 무선 인터넷 서비스를 통해 고용량의 정보를 수신하고자 하는 사용자의 요구가 점차 증대되고 있다.
이러한 요구에 따라 송신단(일례로, 기지국)과 수신단(일례로, 이동 단말) 사이에 릴레이를 설치하여 대역 효율성의 극대화, 신호 대 잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio)의 향상, 및 커버리지(coverage)의 확장이 가능한 다중 홉 릴레이(multi-hop relay)에 관한 연구가 진행되고 있다. 특히 차량에 탑승한 사용자에 게 신뢰성 있는 정보 전달을 위하여 차량용 이동 릴레이에 대한 연구 및 표준화 작업이 활발하게 이루어지고 있다.
도 1은 등간격 원형 어레이(UCA: Uniform Circular Array) 안테나를 구비하고, 셀룰러(cellular) 환경에서 이동하는 차량의 일실시예를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 사용자는 차량(110)의 일부에 설치된 등간격 원형 어레이 안테나(111)를 이용하여 WCDMA, WiBro 등의 무선 인터넷 서비스를 이용할 수 있게 된다.
그런데, 차량(110)이 셀(cell) 간의 경계 지역에 위치하는 경우에 있어서, 차량(110)이 하드 핸드오버(hard handover)를 이용하고 셀룰러 시스템의 주파수 재사용 계수(Frequency Reuse Factor)가 1인 경우에는 신호를 수신하고자 하는 목표 기지국(121)과 인접한 인접 기지국(122)에서 전송된 신호(
Figure 112009056151382-PAT00001
)는 목표 기지국에서 전송된 신호(
Figure 112009056151382-PAT00002
)에 대해 간섭으로 작용하게 된다.
따라서, 차량(110)은 등간격 원형 어레이 안테나(111)의 수신 빔 패턴(beam pattern)을 적절히 조절하여 목표 기지국에서 전송된 신호를 선택적으로 수신한다. 일례로, 등간격 원형 어레이 안테나(111)는 목표 기지국으로 빔(beam)을 형성하고 인접 기지국으로는 널 빔(null-beam)을 형성함으로써 인접 기지국에서 전송된 신호(
Figure 112009056151382-PAT00003
)에 의한 간섭 현상을 상쇄시키고 목표 기지국에서 전송된 신호(
Figure 112009056151382-PAT00004
)만을 수신할 수 있다.
이를 위해서는 목표 기지국(121)에서 전송된 신호(
Figure 112009056151382-PAT00005
)의 입사각 정보
Figure 112009056151382-PAT00006
및 인접 기지국(122)에서 전송된 신호(
Figure 112009056151382-PAT00007
)의 입사각 정보
Figure 112009056151382-PAT00008
를 모두 알고 있어야 한다.
또한, 입사각이 목표 기지국(121)의 신호(
Figure 112009056151382-PAT00009
)의 입사각인지 인접 기지국(122)의 신호(
Figure 112009056151382-PAT00010
)의 입사각인지를 구분하기 위해서는 등간격 원형 어레이 안테나(111)는 차량(110)과 인접한 지역에 위치하는 기지국(또는 셀)을 탐색하고, 탐색된 기지국의 셀 아이디(ID: identification)와 입사각을 대응시켜야 한다.
종래의 경우, 셀 탐색과 입사각 추정이 순차적으로("셀 탐색 후 입사각 추정" 또는 "입사각 추정 후 셀 탐색") 수행되었고, 이에 따라 셀 아이디와 입사각을 대응시키는 데에는 많은 시간이 소요되고, 연산의 복잡도가 증가하는 문제점이 존재하였다.
상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 셀 탐색 및 입사각 추정의 복잡도 및 수행 시간을 줄일 수 있는 셀 탐색 및 입사각 추정 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 반송파 주파수 옵셋 및 심볼 타이밍 옵셋에 강건한 셀 탐색 및 입사각 추정 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 복수의 안테나 소자로 구성되고, 복수의 기지국으로부터 각각 전송된 OFDM 신호를 수신하는 평면 어레이 안테나; 및 미리 알고 있는 파일럿 신호와 상기 수신된 OFDM 신호에 대해 상호상관 연산을 수행하여 상호상관 값을 도출하고, 상기 상호상관 값에 기초하여 상기 복수의 기지국 중에서 목표 기지국을 선택하고 상기 목표 기지국에서 전송된 OFDM 신호의 입사각을 추정하는 추정부를 포함하는 셀 탐색 및 입사각 추정 장치가 제공된다.
이 때, 상기 평면 어레이 안테나는 상기 복수의 안테나 소자들이 등간격으로 원형 배열된 등간격 원형 어레이 안테나일 수 있다.
또한, 상기 상호상관 값은 상기 미리 알고 있는 파일럿 신호에 포함된 셀 아이디를 변수로 하는 함수이고, 상기 셀 아이디는 복수의 셀 아이디 값 중 어느 하나의 값을 가지고, 상기 추정부는 상기 상호상관 값의 절대값을 최대로 하는 셀 아 이디 값을 도출하고, 상기 도출된 셀 아이디 값과 동일한 셀 아이디 값을 갖는 기지국을 상기 목표 기지국으로 선택하고, 상기 최대의 절대값을 갖는 상호상관 값을 이용하여 상기 목표 기지국에서 전송된 OFDM 신호의 입사각을 추정할 수 있다.
또한, 상기 상호상관 값은 상기 복수의 안테나 소자 별 상호상관 값을 원소로 하는 상호상관 벡터이고, 상기 추정부는 상기
Figure 112009056151382-PAT00011
번째 안테나 소자에서 수신되고,
Figure 112009056151382-PAT00012
번째 부반송파에 위치하는 OFDM 신호의 심볼들, 상기
Figure 112009056151382-PAT00013
번째 부반송파에 위치하는 상기 미리 알고 있는 파일럿 신호의 심볼들의 공액, 상기
Figure 112009056151382-PAT00014
번째 안테나 소자와 인접한 안테나 소자에서 수신되고 상기
Figure 112009056151382-PAT00015
번째 부반송파의 코히어런스 대역폭 내에의 어느 하나의 부반송파에 위치하는 OFDM 신호의 심볼들의 공액들, 및 상기 어느 하나의 부반송파에 위치하는 상기 미리 알고 있는 파일럿 신호의 심볼들 간의 곱 연산을 통해 상기
Figure 112009056151382-PAT00016
번째 안테나 소자의 상호상관 값을 도출할 수 있다.
또한, 상기 상호상관 값은 상기 복수의 안테나 소자 별 상호상관 값을 원소로 하는 상호상관 벡터이고, 상기 입사각은 방위각 및 고도각을 포함하고, 상기 추정부는 상기 복수의 안테나 소자 별 상호상관 값의 위상 값을 연산하고, 서로 인접하는 2개의 안테나 소자 별 상호상관 값의 위상 값의 비(ratio)를 연산하여 상기 복수의 안테나 소자의 개수만큼의 위상 값의 비들을 연산하고, 상기 복수의 안테나 소자의 개수만큼의 위상 값의 비들을 이용하여 상기 방위각을 추정할 수 있다. 이 때, 상기 추정부는 상기 복수의 안테나 소자 별 상호상관 값의 위상 값 및 상기 추정된 방위각을 이용하여 상기 고도각을 추정할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 복수의 안테나 소자로 구성된 평명 어레이 안테나를 통해 복수의 기지국으로부터 각각 전송된 OFDM 신호를 수신하는 단계; 미리 알고 있는 파일럿 신호와 상기 수신된 OFDM 신호에 대해 상호상관 연산을 수행하여 상호상관 값을 도출하는 단계; 상기 상호상관 값에 기초하여 상기 복수의 기지국 중에서 목표 기지국을 선택하는 단계; 및 상기 목표 기지국에서 전송된 OFDM 신호의 입사각을 추정하는 단계를 포함하는 셀 탐색 및 입사각 추정 방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면, 복수의 안테나 소자로 구성되고, 복수의 기지국으로부터 각각 전송된 신호를 수신하는 평면 어레이 안테나 - 상기 신호는 복수의 부반송파 신호를 포함함 - ; 및 미리 알고 있는 파일럿 신호와 상기 수신된 신호에 대해 상호상관 연산을 수행하여 상호상관 값을 도출하고, 상기 상호상관 값에 기초하여 상기 복수의 기지국 중에서 목표 기지국을 선택하고 상기 목표 기지국에서 전송된 신호의 입사각을 추정하는 추정부를 포함하는 셀 탐색 및 입사각 추정 장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 셀 탐색 및 입사각 추정의 복잡도 및 수행 시간을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 심볼 타이밍 옵셋 또는 주파수 옵셋이 존재하는 경우에도 셀 탐색 및 입사각 추정을 수행할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 셀 탐색 및 입사각 추정 장치(210)를 포함하는 신호 수신 장치(200)의 일례를 도시한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 신호 수신 장치(200)는 차량, 이동 단말 등과 같이 이동하는 객체에 설치될 수 있다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 셀 탐색 및 입사각 추정 장치(210)는 평면 어레이 안테나(211) 및 추정부(212)를 포함한다. 이 때, 셀 탐색 및 입사각 추정 장치(210)는 빔 패턴 결정부(220)와 함께 신호 수신 장치(200)를 구성할 수 있다. 이하, 각 구성 요소 별로 그 기능을 상술하기로 한다.
평면 어레이 안테나(211)는 복수의 안테나 소자를 포함하고, 복수의 기지국에서 전송된 신호를 수신한다. 즉, 평면 어레이 안테나(211)를 구성하는 복수의 안테나 소자 각각은 복수의 기지국 각각에서 전송된 신호를 수신한다.
이 때, 평면 어레이 안테나(211)에서 수신되는 신호는 복수의 부반송파 신호를 포함할 수 있다. 즉, 평면 어레이 안테나(211)는 FDM(Frequency Division Modulation) 신호를 수신할 수 있다. 일례로, FDM 신호는 부반송파들이 직교 특성을 갖는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Modulation) 신호일 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해, 평면 어레이 안테나(211)를 통해 수신되는 신호를 OFDM 신호로 가정하여 설명하기로 한다.
이 때, 평면 어레이 안테나(211)는 특정한 수신 빔 패턴을 형성하여 전송된 OFDM 신호를 수신한다. 평면 어레이 안테나(211)의 수신 빔 패턴은 빔 패턴 결정부(220)에서 결정될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 평면 어레이 안테나(211)는 복수의 안테나 소자들이 등간격으로 원형 배열된 등간격 원형 어레이(UCA: Uniform Circular Array) 안테나일 수 있다.
일반적으로 특정한 방향으로 빔을 형성하는 방법에 대한 연구는 선형 등간격 어레이(ULA: Uniform Linear Array) 안테나에 대해 이루어졌다. 그러나, 선형 등간격 어레이 안테나를 이용하여 신호를 수신하는 경우, 전 방향에 대한 입사각 추정이 어렵고, 입사각 추정이 완료된다 하더라도, 전 방향에 대한 빔 형성이 어렵다는 단점이 있었다. 반면에 원형 등간격 어레이 안테나의 경우, 전 방향에 대한 입사각 추정 및 빔 형성이 가능하고 전 방향에 대해 빔폭 변화 및 인접 로브(side lobe)의 크기 변화가 크지 않은 장점이 있다.
추정부(212)는 미리 알고 있는 파일럿 신호와 평면 어레이 안테나(211)를 통해 수신된 OFDM 신호에 대해 상호상관 연산을 수행하여 상호상관 값을 도출하고, 도출된 상호상관 값에 기초하여 복수의 기지국 중에서 목표 기지국을 선택하고 목표 기지국에서 전송된 신호의 입사각을 추정한다.
즉, 추정부(212)는 상호상관 값을 이용하여 셀 탐색 수행 및 탐색된 셀을 관할하는 기지국으로부터 전송된 OFDM 신호의 입사각의 추정을 수행한다. 따라서, 본 발명의 일실시예에 따르면, 셀 아이디와 입사각을 일치시키기 위해 추정된 입사각으로 빔을 형성하는 과정을 생략할 수 있게 되어 셀 탐색 및 입사각 추정 시 소요되는 시간을 절감하고 연산의 복잡도를 줄일 수 있게 된다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 도출된 상호상관 값은 상기 복수의 안테나 소자 별 상호상관 값을 원소로 하는 상호상관 벡터일 수 있다. 이 때, 상호상관 벡터는 하기의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112009056151382-PAT00017
여기서,
Figure 112009056151382-PAT00018
는 상호상관 벡터,
Figure 112009056151382-PAT00019
은 복수의 안테나 소자의 개수,
Figure 112009056151382-PAT00020
은
Figure 112009056151382-PAT00021
개의 안테나 소자 중
Figure 112009056151382-PAT00022
번째 안테나 소자의 상호상관 값을 각각 의미한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 추정부(212)는 시간 영역 또는 주파수 영역에서 상호 상관 연산을 수행할 수 있다.
차량 또는 이동 단말에 신호 수신 장치(200)가 설치되는 경우, 수신되는 OFDM 신호는 셀룰러 시스템을 구성하는 셀의 크기 및 신호 수신 장치(200)의 셀룰러 시스템 상에서의 위치에 따라 서로 다른 심볼 타이밍 옵셋(STO: Symbol Timing Offset)을 가질 수 있고, 기지국과 신호 수신 장치(200) 간의 오실레이 터(oscillator) 차이에 의해 서로 다른 반송파 주파수 옵셋(CFO: Carrier Frequency Offset)을 가질 수 있는데, 만약 추정부(212)가 시간 영역에서 상호상관 연산을 수행하는 경우, 반송파 타이밍 옵셋에 강건한 장점이 있고, 추정부(212)가 주파수 영역에서 상호상관을 수행하는 경우, 심볼 타이밍 옵셋에 강건한 장점이 있다.
또한, 추정부(212)는 도출된 상호상관 값에 기초하여 복수의 기지국 중에서 목표 기지국과 인접하여 위치하는 적어도 하나의 인접 기지국을 선택하고, 적어도 하나의 인접 기지국에서 전송된 OFDM 신호의 입사각을 추정할 수도 있다. 이 때, 적어도 하나의 인접 기지국의 선택 및 인접 기지국의 입사각 추정은 목표 기지국의 선택 및 목표 기지국의 입사각 추정과 동일한 방법에 따라 수행될 수 있다. 이에 대해서는 아래에서 보다 상세히 설명하기로 한다.
빔 패턴 결정부(220)는 추정된 목표 기지국에서 전송된 OFDM 신호의 입사각 및 인접 기지국에서 전송된 OFDM 신호의 입사각에 기초하여 평면 어레이 안테나(211)의 수신 빔 패턴을 결정한다.
본 발명의 일실시예에 따른 셀 탐색 및 입사각 추정 장치는 모든 형태의 평면 어레이 안테나에 적용될 수 있는바, 이하에서는 설명의 편의를 위해 등간격 원형 어레이 안테나를 구비한 셀 탐색 및 입사각 추정 장치를 중심으로 하여 설명하기로 한다.
셀 탐색 및 입사각 추정 장치(200)가 인접한 위치에 존재하는 셀을 탐색하 고, 인접한 셀에서 전송된 OFDM 신호의 입사각을 추정하기 위해서는 먼저, 등간격 원형 어레이 안테나에 구비된 복수의 안테나 소자를 통해 복수의 기지국에서 각각 전송된 OFDM 신호를 수신하는데, 수신된 OFDM 신호에는 복수의 기지국 각각의 셀 아이디를 포함하는 파일럿 신호가 포함된다. 일례로서, 복수의 안테나 소자 각각에서 수신된 OFDM 신호는 하기의 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112009056151382-PAT00023
여기서,
Figure 112009056151382-PAT00024
은
Figure 112009056151382-PAT00025
번째 안테나 소자에서 수신되는 시간 영역에서의 OFDM 신호의
Figure 112009056151382-PAT00026
번째 샘플,
Figure 112009056151382-PAT00027
는
Figure 112009056151382-PAT00028
번째 안테나 소자에서 수신되고 상기
Figure 112009056151382-PAT00029
번째 부반송파에 위치하는 주파수 영역에서의 상기 수신된 OFDM 신호의 심볼,
Figure 112009056151382-PAT00030
는 복수의 기지국의 개수,
Figure 112009056151382-PAT00031
는
Figure 112009056151382-PAT00032
번째 기지국에서 전송되어
Figure 112009056151382-PAT00033
번째 안테나 소자에서 수신되는 시간 영역에서의 OFDM 신호의
Figure 112009056151382-PAT00034
번째 샘플,
Figure 112009056151382-PAT00035
는
Figure 112009056151382-PAT00036
번째 기지국에서 전송되어
Figure 112009056151382-PAT00037
번째 안테나 소자에서 수신되고 상기
Figure 112009056151382-PAT00038
번째 부반송파에 위치하는 주파수 영역에서의 상기 수신된 OFDM 신호의 심볼,
Figure 112009056151382-PAT00039
는
Figure 112009056151382-PAT00040
번째 샘플에서의
Figure 112009056151382-PAT00041
번째 기지국과
Figure 112009056151382-PAT00042
번째 안테나 사이의 채널 임펄스 응답,
Figure 112009056151382-PAT00043
는
Figure 112009056151382-PAT00044
번째 부반송파에서의
Figure 112009056151382-PAT00045
번째 기지국과
Figure 112009056151382-PAT00046
번째 안테나 소자 사이의 채널 주파수 응답,
Figure 112009056151382-PAT00047
는
Figure 112009056151382-PAT00048
번째 샘플에 위치하고
Figure 112009056151382-PAT00049
를 셀 아이디로 갖는
Figure 112009056151382-PAT00050
에 포함된 파일럿 신호의 심볼,
Figure 112009056151382-PAT00051
는
Figure 112009056151382-PAT00052
번째 부반송파에 위치하고
Figure 112009056151382-PAT00053
를 셀 아이디로 갖는
Figure 112009056151382-PAT00054
에 포함된 파일럿 신호의 심볼,
Figure 112009056151382-PAT00055
는
Figure 112009056151382-PAT00056
번째 기지국에 대한
Figure 112009056151382-PAT00057
번째 안테나 소자의 조향(steering) 값,
Figure 112009056151382-PAT00058
는 OFDM 신호의 파장 ,
Figure 112009056151382-PAT00059
은 복수의 안테나 소자에 의해 형성되는 등간격 원형 어레이의 반지름,
Figure 112009056151382-PAT00060
는
Figure 112009056151382-PAT00061
번째 기지국으로부터 전송된 OFDM 신호의
Figure 112009056151382-PAT00062
번째 안테나 소자로의 입사 고도각,
Figure 112009056151382-PAT00063
는
Figure 112009056151382-PAT00064
번째 기지국으로부터 전송된 OFDM 신호의
Figure 112009056151382-PAT00065
번째 안테나 소자로의 입사 방위각,
Figure 112009056151382-PAT00066
은
Figure 112009056151382-PAT00067
번째 샘플에서의
Figure 112009056151382-PAT00068
번째 안테나 소자에서 수신되는 시간 영역에서의 가산 백색 가우시안 잡음(AWGN: Additive White Gaussian Noise)
Figure 112009056151382-PAT00069
는
Figure 112009056151382-PAT00070
번째 부반송파에서의 상기
Figure 112009056151382-PAT00071
번째 안테나 소자에서 수신되는 주파수 영역에서의 가산 백색 가우시안 잡음,
Figure 112009056151382-PAT00072
는 공액(conjugation),
Figure 112009056151382-PAT00073
은 파일럿 신호의 부반송파의 개수를 각각 의미한다. 이 때,
Figure 112009056151382-PAT00074
및
Figure 112009056151382-PAT00075
는 평균이 0이고, 분산이
Figure 112009056151382-PAT00076
의 값을 갖는다.
상기의 수학식 1과 같은 OFDM 신호를 수신한 셀 탐색 및 입사각 추정 장치(210)는 시간 영역 또는 주파수 영역에서, 미리 알고 있는 파일럿 신호와 수신된 OFDM 신호에 대해 상호상관 연산을 수행하여 상호상관 값을 도출하고, 도출된 상호상관 값을 이용하여 목표 기지국을 선택하고, 목표 기지국에서 전송된 OFDM 신호의 입사각을 추정한다.
시간 영역에서의 셀 탐색 및 입사각 추정 기법은 주파수 영역에서의 셀 탐색 및 입사각 추정 기법에서 부반송파(
Figure 112009056151382-PAT00077
) 단위로 수행되는 것을 샘플(
Figure 112009056151382-PAT00078
) 단위로 변환하면 되므로, 이하에서는 주파수 영역에서의 셀 탐색 및 입사각 추정 기법에 대해서만 설명하기로 한다.
앞서 설명한 바와 같이, 셀 탐색 및 입사각 추정 장치(210)는 셀 탐색 및 입사각 추정을 위해 상호상관 값을 도출하는데, 본 발명의 일실시예에 따르면, 추정부(212)는
Figure 112009056151382-PAT00079
번째 안테나 소자에서 수신되고
Figure 112009056151382-PAT00080
번째 부반송파에 위치하는 OFDM 신호의 심볼들 및
Figure 112009056151382-PAT00081
번째 부반송파에 위치하는 미리 알고 있는 파일럿 신호의 심볼들의 공액(conjugation)들 간의 곱(product) 연산을 통해
Figure 112009056151382-PAT00082
번째 안테나 소자의 상호상관 값을 도출할 수 있다.
즉, 추정부(212)는 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 미리 알고 있는 파일럿 신호(pilot signal)의 심볼들 및
Figure 112009056151382-PAT00083
번째 안테나 소자에서 수신된 OFDM 신호(Received signal at
Figure 112009056151382-PAT00084
-th antenna)의 심볼들의 공액에 대해, 동일한 부반송파에 위치하는 심볼들끼리의 곱하고, 상기 곱의 결과를 이용하여
Figure 112009056151382-PAT00085
번째 안테나 소자에 대한 상호상관 값을 도출할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 상기와 같은 상호상관 연산을 "단순 상호상관 연산"이라 칭하기로 한다.
일례로서, 추정부(212)는 하기의 수학식 3에 따라서 단순 상호상관 연산을 수행하여 상호상관 벡터를 도출할 수 있다.
Figure 112009056151382-PAT00086
여기서,
Figure 112009056151382-PAT00087
는 상기
Figure 112009056151382-PAT00088
번째 기지국으로부터 전송된 OFDM 신호의 심볼 타이밍 옵셋(STO: Symbol Timing Offset,
Figure 112009056151382-PAT00089
)에 의해 발생하는 위상 회전,
Figure 112009056151382-PAT00090
는 가상 캐리어(virtual carrier)를 포함하는 전체 부반송파의 수를 각각 의미한다.
또한, 본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 추정부(212)는
Figure 112009056151382-PAT00091
번째 안테나 소자에서 수신되고,
Figure 112009056151382-PAT00092
번째 부반송파에 위치하는 OFDM 신호의 심볼들,
Figure 112009056151382-PAT00093
번째 부반송파에 위치하는 미리 알고 있는 파일럿 신호의 심볼들의 공액,
Figure 112009056151382-PAT00094
번째 안테나 소자와 인접한 안테나 소자에서 수신되고
Figure 112009056151382-PAT00095
번째 부반송파의 코히어런스 대역폭 내에의 어느 하나의 부반송파(이하, "
Figure 112009056151382-PAT00096
번째 부반송파"라고 함)에 위치하는 OFDM 신호의 심볼들의 공액들, 및
Figure 112009056151382-PAT00097
번째 부반송파에 위치하는 미리 알고 있는 파일럿 신호의 심볼들 간의 곱 연산을 통해
Figure 112009056151382-PAT00098
번째 안테나 소자의 상호상관 값을 도출할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면,
Figure 112009056151382-PAT00099
번째 부반송파는
Figure 112009056151382-PAT00100
+1 번째 부반송파일 수 있다.
즉, 추정부(212)는 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 미리 알고 있는 파일럿 신호(pilot signal)의 심볼들의 공액 및
Figure 112009056151382-PAT00101
번째 안테나 소자에서 수신된 OFDM 신 호(Received signal at
Figure 112009056151382-PAT00102
-th antenna)의 심볼들에 대해, 동일한 부반송파에 위치하는 심볼들끼리의 곱하여 제1 곱 결과를 도출하고, 미리 알고 있는 파일럿 신호(pilot signal)의 심볼들 및
Figure 112009056151382-PAT00103
번째 안테나 소자와 인접한 안테나 소자에서 수신된 OFDM 신호(Received signal at
Figure 112009056151382-PAT00104
-th antenna)의 심볼들의 공액에 대해, 동일한 부반송파에 위치하는 심볼들끼리의 곱하여 제2 곱 결과를 도출하고, 상기 제2 곱 결과를 1 인덱스 만큼 이동한 후 제1 곱 결과와 곱하여 제3 곱 결과를 도출하고, 상기 제3 곱 결과를 이용하여
Figure 112009056151382-PAT00105
번째 안테나 소자에 대한 상호상관 값을 도출할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 상기와 같은 상호상관 연산을 "교차 상호상관 연산"이라 칭하기로 한다.
일례로서, 추정부(212)는 하기의 수학식 4에 따라서 교차 상호상관 연산을 수행하여 상호상관 벡터를 도출할 수 있다.
Figure 112009056151382-PAT00106
여기서,
Figure 112009056151382-PAT00107
는 L - 모듈로(modulo) 연산을 의미한다.
일반적으로 OFDM 통신 방식에 있어서, 인접한 부반송파 채널은 높은 상관 관계를 갖고, 안테나 소자 간의 간격이 0.5
Figure 112009056151382-PAT00108
이하인 경우, 인접한 안테나 소자 간에는 높은 상관 관계가 존재하므로, 하기의 수학식 5와 같은 가정이 성립될 수 있다.
Figure 112009056151382-PAT00109
또한, 일반적으로, 심볼 타이밍 옵셋은 전체 부반송파 수 보다 작으로므로 하기의 수학식 6과 같은 가정이 성립될 수 있다.
Figure 112009056151382-PAT00110
따라서, 수학식 5 및 수학식 6을 수학식 3 및 수학식 4에 대입하면, 수학식 3은 하기의 수학식 7로, 수학식 4는 하기의 수학식 8로 각각 근사화될 수 있다.
Figure 112009056151382-PAT00111
Figure 112009056151382-PAT00112
여기서,
Figure 112009056151382-PAT00113
는 상기
Figure 112009056151382-PAT00114
번째 안테나 소자의 변형된 조향값으로서,
Figure 112009056151382-PAT00115
의 관계를 가지고,
Figure 112009056151382-PAT00116
는 복수의 안테나 소자 간의 간격을 의미한다.
이 후, 추정부(212)는 도출된 상호상관 값을 이용하여 셀 탐색 및 입사각 추정을 수행하는데, 본 발명의 일실시예에 따르면, 추정부(212)는 하기의 4 단계를 통해 셀 탐색 및 입사각 추정을 수행할 수 있다.
먼저, 제1 번째 단계에서, 추정부(212)는 도출된 상호상관 값을 이용하여 셀 탐색을 수행한다.
이 경우, 도출된 상호상관 값은 미리 알고 있는 파일럿 신호에 포함된 셀 아이디를 변수로 하는 함수이고, 셀 아이디는 복수의 셀 아이디 값 중 어느 하나의 값을 가질 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 추정부(212)는 복수의 셀 아이디 값 중에서 도출된 상호상관 값의 절대값을 최대로 하는 셀 아이디 값을 도출하고, 도출된 셀 아이디 값과 동일한 셀 아이디 값을 갖는 기지국을 목표 기지국으로 선택할 수 있다.
일례로서, 상호상관 값이 상기의 수학식 3 또는 상기의 수학식 4에 의해 상호상관 벡터로서 도출되는 경우, 추정부(212)는 하기의 수학식 9에 따라서 상호상관 값을 최대로 하는 셀 아이디를 도출할 수 있다.
Figure 112009056151382-PAT00117
여기서,
Figure 112009056151382-PAT00118
는 도출된 셀 아이디를 의미한다.
앞서 설명한 바와 같이, 추정부(212)는 목표 기지국 외에 목표 기지국과 인접한 적어도 하나의 인접 기지국을 탐색하여 선택할 수도 있는데, 이 경우, 추정부(212)는 복수의 셀 아이디의 값에 따른 복수의 상호상관 값을 도출하고, 도출된 복수의 상호상관 값 중에서 두번째로 큰 절대값을 갖는 상호상관 값으로부터 크기가 작아지는 순서대로 적어도 하나의 인접 기지국의 개수만큼의 상호상관 값을 선 택하고, 선택된 적어도 하나의 인접 기지국의 개수만큼의 상호상관 값을 도출시킨 셀 아이디 값과 동일한 셀 아이디 값을 갖는 기지국을 적어도 하나의 인접 기지국으로 선택할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 추정부(212)는 상호상관 값과 대응되는 신호 대 간섭 잡음 비(SINR: Signal to Interference plus Noise Ratio) 값을 최대로 하는 셀 아이디를 추정하고, 추정된 셀 아이디와 동일한 셀 아이디를 갖는 기지국을 목표 기지국으로 선택할 수 있다.
만약, 추정부(212)가 목표 기지국과 인접한 적어도 하나의 인접 기지국을 탐색하여 선택하고자 한다면, 추정부(212)는 복수의 셀 아이디의 값에 따른 복수의 상호상관 값과 대응되는 복수의 SINR 값을 도출하고, 복수의 SINR 값 중에서 두번째로 큰 값을 갖는 SINR 값으로부터 크기가 작아지는 순서대로 적어도 하나의 인접 기지국의 개수만큼의 SINR 값을 선택하고, 선택된 적어도 하나의 인접 기지국의 개수만큼의 SINR 값을 도출시킨 셀 아이디 값과 동일한 셀 아이디 값을 갖는 기지국을 적어도 하나의 인접 기지국으로 선택할 수 있다.
다음으로, 제2 단계 내지 제4 단계에서는 제1 단계에서 도출된 상호상관 값을 이용하여 방위각(azimuth angle) 및 고도각(elevation angle)을 포함하는 입사각을 추정한다.
여기서, 목표 기지국에서 전송된 OFDM 신호의 입사각 추정은 목표 기지국과 대응되는 상호상관 값을 이용하여 수행되고, 적어도 하나의 인접 기지국에서 전송된 OFDM 신호의 입사각 추정은 적어도 하나의 인접 기지국과 대응되는 상호상관 값 을 이용하여 수행된다.
제2 단계에서, 추정부(212)는 제1 단계에서 도출된 상호상관 값을 이용하여 방위각을 먼저 추정한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 추정부(212)는 복수의 안테나 소자 별 상호상관 값의 위상 값을 연산하고, 서로 인접하는 2개의 안테나 소자 별 상호상관 값의 위상 값의 비(ratio)를 연산하여 복수의 안테나 소자의 개수만큼의 위상 값의 비들을 연산하고, 연산된 복수의 안테나 소자의 개수만큼의 위상 값의 비들을 이용하여 방위각을 추정할 수 있다.
이 때, 추정부(212)는 등간격 원형 어레이를 구성하는 복수의 안테나 소자에서의 고도각을 동일한 성질을 이용하여 하기의 수학식 10에 따라서 방위각을 추정할 수 있다.
Figure 112009056151382-PAT00119
여기서,
Figure 112009056151382-PAT00120
는 추정된 방위각,
Figure 112009056151382-PAT00121
는 선택된 목표 기지국 또는 적어도 하나의 인접 기지국의 의 셀 아이디를 의미한다.
Figure 112009056151382-PAT00122
는 매
Figure 112009056151382-PAT00123
를 주기로 반복되는 특성을 가지므로, 추정부(212)는 수학식 10을 통해 두 개의 방위각
Figure 112009056151382-PAT00124
을 추정할 수 있다.
이 후, 제3 단계에서, 추정부(212)는 입사각의 다른 일 구성 요소인 고도각을 추정한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 추정부(212)는 복수의 안테나 소자 별 상호상관 값의 위상 값 및 추정된 방위각을 이용하여 고도각을 추정할 수 있다.
일례로서, 추정부(212)는 하기의 수학식 11에 기초하여 고도각을 추정할 수 있다.
Figure 112009056151382-PAT00125
여기서,
Figure 112009056151382-PAT00126
는 추정된 고도각을 의미한다.
마지막으로, 제 4단계에서, 추정부(212)는 제2 단계 및 제3 단계에 추정된 방위각과 고도각을 이용하여 최종적인 입사각을 추정한다.
이 때, 고도각은 음의 각도를 가질 수 없으므로, 추정부(212)는 하기의 수학식 12에 따라서 최종적인 입사각을 추정할 수 있다.
Figure 112009056151382-PAT00127
이에 따라, 셀 탐색 및 입사각의 추정이 완료된다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 셀 탐색 및 입사각 추정 장치의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따라서, 심볼 타이밍 옵셋이 없을 때 등간격 어레이 안테나에서의 셀 탐색 확률을 도시한 도면이다.
도 4의 (a)에서는 단순 상호상관 값을 사용하였을 때의 셀 탐색 성능을, 도 4의 (b)에서는 교차 상호상관 값을 사용하였을 때의 셀 탐색 성능을 각각 도시하고 있다.
도 4를 참고하면, 심볼 타이밍 옵셋이 존재하지 않으면 두 경우 모두 신호 대 간섭 비(SIR: Signal to Interference Ratio)가 증가함에 따라 목표 기지국의 셀 탐색 확률이 증가함을 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라서, 심볼 타이밍 옵셋이 있을 때 등간격 어레이 안테나에서의 셀 탐색 확률을 도시한 도면이다.
도 5의 (a)에서는 단순 상호상관 값을 사용하였을 때의 셀 탐색 성능을, 도 5의 (b)에서는 교차 상호상관 값을 사용하였을 때의 셀 탐색 성능을 각각 도시하고 있다.
도 5를 참고하면, 심볼 타이밍 옵셋이 존재하면 단순 상호상관 값을 사용한 셀 탐색 성능은 신호 대 간섭 비에 무관하게 정확한 셀 탐색을 수행하지 못하지만, 교차 상호상관 값을 사용한 셀 탐색 성능은 신호 대 간섭 비가 증가함에 따라서 목표 기지국의 셀 탐색 확률이 점차 증가함을 확인할 수 있다. 이는 심볼 타이밍 옵셋이 없는 도 4의 (b)에 도시된 셀 탐색 확률과 유사함을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라서, 등간격 원형 어레이 안테나에서의 입사각 추정 성능을 도시한 도면이다.
도 6의 (a)에서는 방위각 추정 성능을, 도 6의 (b)에서는 고도각 추정 성능을 각각 도시하고 있다.
도 6을 참고하면, 신호 대 잡음 비가 증가할수록 입사각 추정 성능이 점차 증가함을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 추정부(212)는 하기의 2 단계를 통해 셀 탐색 및 입사각 추정을 수행할 수도 있다.
먼저, 제a 단계에서, 추정부(212)는 도출된 상호상관 값을 이용하여 셀 탐색을 수행한다. 이는 앞서 설명한 제1 단계와 동일하므로, 보다 상세한 설명은 생략한다.
다음으로, 제b 단계에서, 추정부(212)는 안테나 소자의 인덱스(index)의 크기 순서대로 정렬된 안테나 소자의 상호상관 값으로 구성된 벡터(즉, 상호상관 벡 터)와 등간격 원형 어레이 안테나의 조향값을 이용하여 지연 합(Delay and Sum) 입사각 추정 방법, MVDR(Minimum Variance Distortionless Response) 입사각 추정방법, MUSIC(MUltiple SIgnal Classification) 입사각 추정방법, UCA-ESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques) 등 기존의 등간격 원형 어레이 안테나의 입사각 추정 방법을 이용하여 입사각을 추정한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 셀 탐색 및 입사각 추정 장치(210)는 모바일 와이맥스(WiMAX: Worldwide Interoperability for Microwave Access) 시스템과 3GPP-LTE(3rd Generation Partnership Project - Long Term Evolution) 시스템에 적용될 수 있다. 이하에서는 도 7 및 도 8을 참고하여 모바일 와이맥스 시스템 및 3GPP-LTE 시스템에서의 적용례를 설명한다.
먼저, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 셀 탐색 및 입사각 추정 장치(210)를 모바일 와이맥스 시스템에 적용한 일례를 설명하기 위한 도면이다.
모바일 와이맥스 시스템은 상향링크 전송 구간과 하향링크 전송 구간이 시간으로 구분되어 있으며, 셀 탐색은 매 프레임의 첫 심볼인 프리앰블(preamble) 신호를 이용하여 수행된다. 여기서 프리앰블 신호는 앞서 설명한 파일럿 신호와 대응된다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 셀 탐색 및 입사각 추정 장치(210)가 모바일 와이맥스 시스템에 적용되는 경우, 셀 탐색 및 입사각 추정 장치(210)는 등간 격 원형 어레이 안테나를 통해 수신된 OFDM 신호 내의 프리앰블 신호를 패스트 퓨리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform)하여 주파수 영역 신호로 변환하고, 변환된 주파수 영역에서의 프리앰블 신호와 미리 알고 있는 프리앰블 신호에 대해 상호상관 연산을 수행하여 CINR(Carrier to Interference plus Noise Ratio)을 측정하여 최대값을 갖는 프리앰블 신호를 찾고, 프리앰블 신호의 셀 아이디와 동일한 셀 아이디를 갖는 기지국을 목표 기지국으로 선택하고, 이를 이용하여 입사각을 추정한다.
다음으로, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 셀 탐색 및 입사각 추정 장치(210)를 3GPP-LTE 시스템에 적용한 일례를 설명하기 위한 도면이다.
3GPP-LTE 시스템은 FDD(frequency division duplex)와 TDD(time division duplex) 모드 두 가지가 있으며 두 모드의 프레임 구조는 서로 다르다. 셀 탐색은 PSS(Primary Synchronization Symbol)와 SSS(Secondary Synchronization Symbol)을 이용하여 수행된다. 여기서 PSS가 앞서 설명한 파일럿 신호와 대응된다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 셀 탐색 및 입사각 추정 장치(210)가 3GPP-LTE 시스템에 적용되는 경우, 셀 탐색 및 입사각 추정 장치(210)는 먼저, PSS를 이용하여 슬롯 동기를 맞추고, 셀 아이덴티티(cell identity) 검출을 수행하고, PSS 검출 시 발생하는 상호상관 값으로부터 입사각을 추정한다. 한다. 그 후, 셀 탐색 및 입사각 추정 장치(210)는 그리고 추정된 입사각을 이용하여 SSS 신호에 대해 목표 기지국으로 빔을 형성하여 셀 아이덴티티 그룹(cell identity group) 검출을 수행하고, 검출된 셀 아이덴티티와 셀 아이덴티티 그룹을 이용하여 최종적으로 목표 기지국의 선택 및 입사각 추정을 수행한다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 셀 탐색 및 입사각 추정 방법의 전체적인 흐름을 도시한 도면이다. 이하, 도 9를 참고하여 각 단계별로 수행되는 과정을 설명한다.
먼저, 단계(S910)에서는 복수의 안테나 소자로 구성된 평명 어레이 안테나를 통해 복수의 기지국으로부터 각각 전송된 OFDM 신호를 수신한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 평면 어레이 안테나는 복수의 안테나 소자들이 등간격으로 원형 배열된 등간격 원형 어레이 안테나일 수 있다.
단계(S920)에서는 미리 알고 있는 파일럿 신호와 수신된 OFDM 신호에 대해 상호상관 연산을 수행하여 상호상관 값을 도출한다.
이 때, 단계(S920)에서는 앞서 설명한 단순 상호상관 연산 및 교차 상호상관 연산 중에서 어느 하나를 이용하여 상호상관 값을 도출할 수 있다.
단계(S930)에서는 도출된 상호상관 값에 기초하여 복수의 기지국 중에서 목표 기지국을 선택한다.
이 때, 단계(S930)에서는 상호상관 값의 절대값을 이용하여 목표 기지국을 선택할 수도 있고, SINR 값을 이용하여 목표 기지국을 선택할 수도 있다.
단계(S940)에서는 목표 기지국에서 전송된 OFDM 신호의 입사각을 추정한다.
일례로서, 단계(S940)에서는 복수의 안테나 소자 별 상호상관 값의 위상 값을 연산하고, 서로 인접하는 2개의 안테나 소자 별 상호상관 값의 위상 값의 비를 연산하여 복수의 안테나 소자의 개수만큼의 위상 값의 비들을 연산하고, 연산된 복수의 안테나 소자의 개수만큼의 위상 값의 비들을 이용하여 방위각을 추정하고, 복수의 안테나 소자 별 상호상관 값의 위상 값 및 추정된 방위각을 이용하여 고도각을 추정할 수 있다.
또한, 다른 일례로서, 단계(S940)에서는 지연 합 입사각 추정 방법, MVDR 입사각 추정방법, MUSIC 입사각 추정방법, UCA-ESPRIT 등 기존의 등간격 원형 어레이 안테나의 입사각 추정 방법을 이용하여 입사각을 추정할 수도 있다.
지금까지 본 발명에 따른 셀 탐색 및 입사각 추정 방법의 실시예들에 대하여 설명하였고, 앞서 도 2 내지 도 8에서 설명한 셀 탐색 및 입사각 추정 장치에 관한 구성이 본 실시예에도 그대로 적용 가능하다. 이에, 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 일실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
도 1은 등간격 원형 어레이(UCA: Uniform Circular Array) 안테나를 구비하고, 셀룰러(cellular) 환경에서 이동하는 차량의 일실시예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 셀 탐색 및 입사각 추정 장치를 포함하는 신호 수신 장치(200)의 일례를 도시한 도면이다.
도 3은 도 2는 주파수 영역에서 수행되는 단순 상호상관 연산과 교차 상호상관 연산을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라서, 심볼 타이밍 옵셋이 없을 때 등간격 어레이 안테나에서의 셀 탐색 확률을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라서, 심볼 타이밍 옵셋이 있을 때 등간격 어레이 안테나에서의 셀 탐색 확률을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라서, 등간격 원형 어레이 안테나에서의 입사각 추정 성능을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 셀 탐색 및 입사각 추정 장치를 모바일 와이맥스 시스템에 적용한 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 셀 탐색 및 입사각 추정 장치를 3GPP-LTE 시스템에 적용한 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 셀 탐색 및 입사각 추정 방법의 전체적인 흐름을 도시한 도면이다.

Claims (23)

  1. 복수의 안테나 소자로 구성되고, 복수의 기지국으로부터 각각 전송된 OFDM 신호를 수신하는 평면 어레이 안테나; 및
    미리 알고 있는 파일럿 신호와 상기 수신된 OFDM 신호에 대해 상호상관 연산을 수행하여 상호상관 값을 도출하고, 상기 상호상관 값에 기초하여 상기 복수의 기지국 중에서 목표 기지국을 선택하고 상기 목표 기지국에서 전송된 OFDM 신호의 입사각을 추정하는 추정부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 탐색 및 입사각 추정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 추정부는 시간 영역 또는 주파수 영역에서 상기 상호 상관 연산을 수행하는 것을 특징으로 하는 셀 탐색 및 입사각 추정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 평면 어레이 안테나는 상기 복수의 안테나 소자들이 등간격으로 원형 배열된 등간격 원형 어레이 안테나인 것을 특징으로 하는 셀 탐색 및 입사각 추정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상호상관 값은 상기 미리 알고 있는 파일럿 신호에 포함된 셀 아이디를 변수로 하는 함수이고, 상기 셀 아이디는 복수의 셀 아이디 값 중 어느 하나의 값을 가지고,
    상기 추정부는
    상기 상호상관 값의 절대값을 최대로 하는 셀 아이디 값을 도출하고, 상기 도출된 셀 아이디 값과 동일한 셀 아이디 값을 갖는 기지국을 상기 목표 기지국으로 선택하고,
    상기 최대의 절대값을 갖는 상호상관 값을 이용하여 상기 목표 기지국에서 전송된 OFDM 신호의 입사각을 추정하는 것을 특징으로 하는 셀 탐색 및 입사각 추정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 상호상관 값은 상기 복수의 안테나 소자 별 상호상관 값을 원소로 하는 상호상관 벡터이고,
    상기 추정부는 아래의 수학식에 따라서 상기 상호상관 값을 최대로 하는 셀 아이디를 도출하는 것을 특징으로 하는 셀 탐색 및 입사각 추정 장치.
    Figure 112009056151382-PAT00128
    여기서,
    Figure 112009056151382-PAT00129
    는 상기 도출된 셀 아이디,
    Figure 112009056151382-PAT00130
    은 상기 복수의 안테나 소자의 개수,
    Figure 112009056151382-PAT00131
    은 상기 복수의 안테나 소자 별 상호상관 값을 각각 의미함.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 기지국은 상기 목표 기지국과 인접하여 위치하는 적어도 하나의 인접 기지국을 포함하고,
    상기 추정부는
    상기 복수의 셀 아이디의 값에 따른 복수의 상호상관 값을 도출하고,
    상기 복수의 상호상관 값 중에서 두번째로 큰 절대값을 갖는 상호상관 값으로부터 크기가 작아지는 순서대로 상기 적어도 하나의 인접 기지국의 개수만큼의 상호상관 값을 선택하고,
    상기 선택된 적어도 하나의 인접 기지국의 개수만큼의 상호상관 값을 도출시킨 셀 아이디 값과 동일한 셀 아이디 값을 갖는 기지국을 상기 적어도 하나의 인접 기지국으로 선택하고,
    상기 선택된 적어도 하나의 인접 기지국의 개수만큼의 상호상관 값을 이용하여 상기 적어도 하나의 인접 기지국에서 전송된 OFDM 신호의 입사각을 추정하는 것을 특징으로 하는 셀 탐색 및 입사각 추정 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 상호상관 값은 상기 미리 알고 있는 파일럿 신호에 포함된 셀 아이디를 변수로 하는 함수이고,
    상기 추정부는
    상기 상호상관 값과 대응되는 신호 대 간섭 잡음 비(SINR: Signal to Interference plus Noise Ratio) 값을 최대로 하는 셀 아이디를 도출하고, 상기 도출된 셀 아이디와 동일한 셀 아이디를 갖는 기지국을 상기 목표 기지국으로 선택하고,
    상기 최대의 신호 대 간섭 잡음 비 값과 대응되는 상호상관 값을 이용하여 상기 목표 기지국에서 전송된 OFDM 신호의 입사각을 추정하는 것을 특징으로 하는 셀 탐색 및 입사각 추정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 기지국은 상기 목표 기지국과 인접하여 위치하는 적어도 하나의 인접 기지국을 포함하고,
    상기 추정부는
    상기 복수의 셀 아이디의 값에 따른 복수의 상호상관 값과 대응되는 복수의 SINR 값을 도출하고,
    상기 복수의 SINR 값 중에서 두번째로 큰 값을 갖는 SINR 값으로부터 크기가 작아지는 순서대로 상기 적어도 하나의 인접 기지국의 개수만큼의 SINR 값을 선택 하고,
    상기 선택된 적어도 하나의 인접 기지국의 개수만큼의 SINR 값을 도출시킨 셀 아이디 값과 동일한 셀 아이디 값을 갖는 기지국을 상기 적어도 하나의 인접 기지국으로 선택하고,
    상기 선택된 적어도 하나의 인접 기지국의 개수만큼의 SINR 값과 대응되는 상호상관 값을 이용하여 상기 적어도 하나의 인접 기지국에서 전송된 OFDM 신호의 입사각을 추정하는 것을 특징으로 하는 셀 탐색 및 입사각 추정 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 상호상관 값은 상기 복수의 안테나 소자 별 상호상관 값을 원소로 하는 상호상관 벡터이고,
    상기 추정부는
    상기
    Figure 112009056151382-PAT00132
    번째 안테나 소자에서 수신되고
    Figure 112009056151382-PAT00133
    번째 부반송파에 위치하는 OFDM 신호의 심볼들 및 상기
    Figure 112009056151382-PAT00134
    번째 부반송파에 위치하는 상기 미리 알고 있는 파일럿 신호의 심볼들의 공액(conjugation)들 간의 곱(product) 연산을 통해 상기
    Figure 112009056151382-PAT00135
    번째 안테나 소자의 상호상관 값을 도출하는 것을 특징으로 하는 셀 탐색 및 입사각 추정 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 평면 어레이 안테나는 상기 복수의 안테나 소자들이 등간격으로 원형 배열된 등간격 원형 어레이 안테나이고,
    상기 추정부는 아래의 수학식에 기초하여 상기 상호상관 벡터를 도출하는 것을 특징으로 하는 셀 탐색 및 입사각 추정 장치.
    Figure 112009056151382-PAT00136
    여기서,
    Figure 112009056151382-PAT00137
    는 상기 상호상관 벡터,
    Figure 112009056151382-PAT00138
    은 상기 복수의 안테나 소자의 개수,
    Figure 112009056151382-PAT00139
    상기
    Figure 112009056151382-PAT00140
    개의 안테나 소자 중
    Figure 112009056151382-PAT00141
    번째 안테나 소자의 상호상관 값,
    Figure 112009056151382-PAT00142
    는 상기 복수의 기지국의 개수,
    Figure 112009056151382-PAT00143
    는
    Figure 112009056151382-PAT00144
    번째 안테나 소자에서 수신되고 상기
    Figure 112009056151382-PAT00145
    번째 부반송파에 위치하는 주파수 영역에서의 상기 수신된 OFDM 신호의 심볼,
    Figure 112009056151382-PAT00146
    는 상기
    Figure 112009056151382-PAT00147
    번째 부반송파에 위치하는 주파수 영역에서의 상기 미리 알고 있는 파일럿 신호의 심볼,
    Figure 112009056151382-PAT00148
    는 상기
    Figure 112009056151382-PAT00149
    번째 부반송파에 위치하고
    Figure 112009056151382-PAT00150
    를 셀 아이디로 갖는 상기
    Figure 112009056151382-PAT00151
    에 포함된 파일럿 신호의 심볼, 상기
    Figure 112009056151382-PAT00152
    는 상기
    Figure 112009056151382-PAT00153
    개의 기지국 중
    Figure 112009056151382-PAT00154
    번째 기지국의 셀 아이디,
    Figure 112009056151382-PAT00155
    는 공액(conjugation),
    Figure 112009056151382-PAT00156
    은 상기 미리 알고 있는 파일럿 신호의 부반송파의 개수,
    Figure 112009056151382-PAT00157
    는 상기
    Figure 112009056151382-PAT00158
    번째 부반송파에서의 상기
    Figure 112009056151382-PAT00159
    번째 기지국과 상기
    Figure 112009056151382-PAT00160
    번째 안테나 소자 사이의 채널 주파수 응답,
    Figure 112009056151382-PAT00161
    는 상기
    Figure 112009056151382-PAT00162
    번째 기지국으로부터 전송된 OFDM 신호의 심볼 타이밍 옵셋(STO: Symbol Timing Offset,
    Figure 112009056151382-PAT00163
    )에 의해 발생하는 위상 회전,
    Figure 112009056151382-PAT00164
    는 가상 캐리어(virtual carrier)를 포함하는 전체 부반송파의 수,
    Figure 112009056151382-PAT00165
    는 상기
    Figure 112009056151382-PAT00166
    번째 기지국에 대한 상기
    Figure 112009056151382-PAT00167
    번째 안테나 소자의 조향(steering) 값,
    Figure 112009056151382-PAT00168
    는 상기 OFDM 신호의 파장,
    Figure 112009056151382-PAT00169
    은 상기 복수의 안테나 소자에 의해 형성되는 상기 등간격 원형 어레이의 반지름,
    Figure 112009056151382-PAT00170
    는 상기
    Figure 112009056151382-PAT00171
    번째 기지국으로부터 전송된 OFDM 신호의 상기
    Figure 112009056151382-PAT00172
    번째 안테나 소자로의 입사 고도각,
    Figure 112009056151382-PAT00173
    는 상기
    Figure 112009056151382-PAT00174
    번째 기지국으로부터 전송된 OFDM 신호의 상기
    Figure 112009056151382-PAT00175
    번째 안테나 소자로의 입사 방위각,
    Figure 112009056151382-PAT00176
    는
    Figure 112009056151382-PAT00177
    번째 부반송파에서의 상기
    Figure 112009056151382-PAT00178
    번째 안테나 소자에서 수신되는 주파수 영역에서의 가산 백색 가우시안 잡음(AWGN: Additive White Gaussian Noise)을 각각 의미함.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 추정부는 아래의 수학식에 기초하여 상기 상호상관 벡터를 도출하는 것을 특징으로 하는 셀 탐색 및 입사각 추정 장치.
    Figure 112009056151382-PAT00179
  12. 제1항에 있어서,
    상기 상호상관 값은 상기 복수의 안테나 소자 별 상호상관 값을 원소로 하는 상호상관 벡터이고,
    상기 추정부는
    상기
    Figure 112009056151382-PAT00180
    번째 안테나 소자에서 수신되고,
    Figure 112009056151382-PAT00181
    번째 부반송파에 위치하는 OFDM 신호의 심볼들, 상기
    Figure 112009056151382-PAT00182
    번째 부반송파에 위치하는 상기 미리 알고 있는 파일럿 신호의 심볼들의 공액, 상기
    Figure 112009056151382-PAT00183
    번째 안테나 소자와 인접한 안테나 소자에서 수신되고 상기
    Figure 112009056151382-PAT00184
    번째 부반송파의 코히어런스 대역폭 내에의 어느 하나의 부반송파에 위치하 는 OFDM 신호의 심볼들의 공액들, 및 상기 어느 하나의 부반송파에 위치하는 상기 미리 알고 있는 파일럿 신호의 심볼들 간의 곱 연산을 통해 상기
    Figure 112009056151382-PAT00185
    번째 안테나 소자의 상호상관 값을 도출하는 것을 특징으로 하는 셀 탐색 및 입사각 추정 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 어느 하나의 부반송파는
    Figure 112009056151382-PAT00186
    +1 번째 부반송파인 것을 특징으로 하는 셀 탐색 및 입사각 추정 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 평면 어레이 안테나는 상기 복수의 안테나 소자들이 등간격으로 원형 배열된 등간격 원형 어레이 안테나이고,
    상기 추정부는 아래의 수학식에 기초하여 상기 상호상관 벡터를 도출하는 것을 특징으로 하는 셀 탐색 및 입사각 추정 장치.
    Figure 112009056151382-PAT00187
    여기서,
    Figure 112009056151382-PAT00188
    는 상기 상호상관 벡터,
    Figure 112009056151382-PAT00189
    은 상기 복수의 안테나 소자의 개수,
    Figure 112009056151382-PAT00190
    상기
    Figure 112009056151382-PAT00191
    개의 안테나 소자 중
    Figure 112009056151382-PAT00192
    번째 안테나 소자의 상호상관 값,
    Figure 112009056151382-PAT00193
    는 상기 복수의 기지국의 개수,
    Figure 112009056151382-PAT00194
    는
    Figure 112009056151382-PAT00195
    번째 안테나 소자에서 수신되고
    Figure 112009056151382-PAT00196
    번째 부반송파에 위치하는 주파수 영역에서의 상기 수신된 OFDM 신호의 심볼,
    Figure 112009056151382-PAT00197
    는
    Figure 112009056151382-PAT00198
    번째 부반송파에 위치하는 주파수 영역에서의 상기 미리 알고 있는 파일럿 신호의 심볼,
    Figure 112009056151382-PAT00199
    는
    Figure 112009056151382-PAT00200
    번째 부반송파에 위치하고
    Figure 112009056151382-PAT00201
    를 셀 아이디로 갖는 상기
    Figure 112009056151382-PAT00202
    에 포함된 파일럿 신호의 심볼, 상기
    Figure 112009056151382-PAT00203
    는 상기
    Figure 112009056151382-PAT00204
    개의 기지국 중
    Figure 112009056151382-PAT00205
    번째 기지국의 셀 아이디,
    Figure 112009056151382-PAT00206
    는 공액,
    Figure 112009056151382-PAT00207
    은 상기 미리 알고 있는 파일럿 신호의 부반송파의 개수,
    Figure 112009056151382-PAT00208
    는
    Figure 112009056151382-PAT00209
    번째 부반송파에서의 상기
    Figure 112009056151382-PAT00210
    번째 기지국과 상기
    Figure 112009056151382-PAT00211
    번째 안테나 소자 사이의 채널 주파수 응답,
    Figure 112009056151382-PAT00212
    는 L - 모듈로(modulo) 연산,
    Figure 112009056151382-PAT00213
    는 상기
    Figure 112009056151382-PAT00214
    번째 기지국으로부터 전송된 OFDM 신호의 심볼 타이밍 옵셋(
    Figure 112009056151382-PAT00215
    )에 의해 발생하는 위상 회전,
    Figure 112009056151382-PAT00216
    는 가상 캐리어를 포함하는 전체 부반송파의 수,
    Figure 112009056151382-PAT00217
    는 상기
    Figure 112009056151382-PAT00218
    번째 기지국에 대한 상기
    Figure 112009056151382-PAT00219
    번째 안테나 소자의 조향값,
    Figure 112009056151382-PAT00220
    는 상기 OFDM 신호의 파장,
    Figure 112009056151382-PAT00221
    은 상기 복수의 안테나 소자에 의해 형성되는 상기 등간격 원형 어레이의 반지름,
    Figure 112009056151382-PAT00222
    는 상기
    Figure 112009056151382-PAT00223
    번째 기지국으로부터 전송된 OFDM 신호의 상기
    Figure 112009056151382-PAT00224
    번째 안테나 소자로의 입사 고도각,
    Figure 112009056151382-PAT00225
    는 상기
    Figure 112009056151382-PAT00226
    번째 기지국으로부터 전송된 OFDM 신호의 상기
    Figure 112009056151382-PAT00227
    번째 안테나 소자로의 입사 방위각,
    Figure 112009056151382-PAT00228
    는
    Figure 112009056151382-PAT00229
    번째 부반송파에서의 상기
    Figure 112009056151382-PAT00230
    번째 안테나 소자에서 수신되는 주파수 영역에서의 가산 백색 가우시안 잡음을 각각 의미함.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 추정부는 아래의 수학식에 기초하여 상기 상호상관 벡터를 도출하는 것을 특징으로 하는 셀 탐색 및 입사각 추정 장치.
    Figure 112009056151382-PAT00231
    여기서,
    Figure 112009056151382-PAT00232
    는 상기
    Figure 112009056151382-PAT00233
    번째 안테나 소자의 변형된 조향값으로서,
    Figure 112009056151382-PAT00234
    이고,
    Figure 112009056151382-PAT00235
    는 복수의 안테나 소자 간의 간격을 의미함.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 상호상관 값은 상기 복수의 안테나 소자 별 상호상관 값을 원소로 하는 상호상관 벡터이고,
    상기 입사각은 방위각 및 고도각을 포함하고,
    상기 추정부는
    상기 복수의 안테나 소자 별 상호상관 값의 위상 값을 연산하고,
    서로 인접하는 2개의 안테나 소자 별 상호상관 값의 위상 값의 비(ratio)를 연산하여 상기 복수의 안테나 소자의 개수만큼의 위상 값의 비들을 연산하고,
    상기 복수의 안테나 소자의 개수만큼의 위상 값의 비들을 이용하여 상기 방 위각을 추정하는 것을 특징으로 하는 셀 탐색 및 입사각 추정 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 추정부는
    상기 복수의 안테나 소자 별 상호상관 값의 위상 값 및 상기 추정된 방위각을 이용하여 상기 고도각을 추정하는 것을 특징으로 하는 셀 탐색 및 입사각 추정 장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 평면 어레이 안테나는 상기 복수의 안테나 소자들이 등간격으로 원형 배열된 등간격 원형 어레이 안테나이고,
    상기 추정부는 아래의 수학식에 기초하여 상기 방위각을 추정하는 것을 특징으로 하는 셀 탐색 및 입사각 추정 장치.
    Figure 112009056151382-PAT00236
    여기서,
    Figure 112009056151382-PAT00237
    는 상기 추정된 방위각,
    Figure 112009056151382-PAT00238
    은 상기 복수의 안테나 소자의 개수,
    Figure 112009056151382-PAT00239
    은 상기 복수의 안테나 소자의 인덱스,
    Figure 112009056151382-PAT00240
    는 상기 선택된 목표 기지국의 셀 아이디,
    Figure 112009056151382-PAT00241
    는 상기 선택된 목표 기지국의 셀 아이디 값에 따른
    Figure 112009056151382-PAT00242
    번째 안테나 소자의 상호상관 값,
    Figure 112009056151382-PAT00243
    는 L - 모듈로 연산을 각각 의미함.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 추정부는 아래의 수학식에 기초하여 상기 고도각을 추정하는 것을 특징으로 하는 셀 탐색 및 입사각 추정 장치.
    Figure 112009056151382-PAT00244
    여기서,
    Figure 112009056151382-PAT00245
    는 상기 추정된 고도각,
    Figure 112009056151382-PAT00246
    는 복수의 안테나 소자 간의 간격,
    Figure 112009056151382-PAT00247
    는 상기 OFDM 신호의 파장을 의미함.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 평면 어레이 안테나는 모바일 와이맥스(WiMAX) 통신을 통해 상기 OFDM 신호를 수신하고,
    상기 미리 알고 있는 파일럿 신호는 상기 모바일 와이맥스 통신에 이용되는 프리앰블 신호인 것을 특징으로 하는 셀 탐색 및 입사각 추정 장치.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 평면 어레이 안테나는 3GPP-LTE(3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution) 통신을 통해 상기 OFDM 신호를 수신하고,
    상기 미리 알고 있는 파일럿 신호는 상기 3GPP-LTE 통신에 이용되는 PSS(Primary Synchronization Symbol)인 것을 특징으로 하는 셀 탐색 및 입사각 추정 장치.
  22. 복수의 안테나 소자로 구성된 평명 어레이 안테나를 통해 복수의 기지국으로부터 각각 전송된 OFDM 신호를 수신하는 단계;
    미리 알고 있는 파일럿 신호와 상기 수신된 OFDM 신호에 대해 상호상관 연산을 수행하여 상호상관 값을 도출하는 단계;
    상기 상호상관 값에 기초하여 상기 복수의 기지국 중에서 목표 기지국을 선택하는 단계; 및
    상기 목표 기지국에서 전송된 OFDM 신호의 입사각을 추정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 탐색 및 입사각 추정 방법.
  23. 복수의 안테나 소자로 구성되고, 복수의 기지국으로부터 각각 전송된 신호를 수신하는 평면 어레이 안테나 - 상기 신호는 복수의 부반송파 신호를 포함함 - ; 및
    미리 알고 있는 파일럿 신호와 상기 수신된 신호에 대해 상호상관 연산을 수행하여 상호상관 값을 도출하고, 상기 상호상관 값에 기초하여 상기 복수의 기지국 중에서 목표 기지국을 선택하고 상기 목표 기지국에서 전송된 신호의 입사각을 추정하는 추정부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 탐색 및 입사각 추정 장치.
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