KR20110073071A

KR20110073071A - 이동 통신 시스템에서 채널 추정 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20110073071A
Application number: KR1020090130232A
Authority: KR
Inventors: 곽효철; 변명광; 윤유석; 조성권
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2009-12-23
Filing date: 2009-12-23
Publication date: 2011-06-29
Also published as: US20110151802A1; US8554152B2; KR101643952B1

Abstract

본 발명은 이동 통신 시스템에서 채널 추정 장치 및 방법에 관한 것으로, 이동 통신 시스템에서 채널 추정 장치는 각 핑거 별 채널 파워를 이용하여 채널 추정값을 결정하는 채널 추정부; 및 채널 환경에 따라서 열 잡음 파워 추정값을 결정하는 방식을 선택하고, 상기 선택된 방식으로 상기 채널 추정값을 이용하여 잡음을 추정하는 잡음 추정부를 포함한다.이동 통신 시스템에서 채널 추정 장치는 포함한다.

코드 분할 다중 접속 시스템, CDMA, 채널 추정, 잡음 추정

Description

이동 통신 시스템에서 채널 추정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ESTIMATING THE CHANNEL IN MOBILE COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 이동 통신 시스템에 관한 것으로, 특히, 이동 통신 시스템에서 채널을 추정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것입니다.

이동 통신 시스템에서 잡음 파워를 정확히 추정하는 것은 시스템의 성능을 결정하는 중요한 요인이다. 때문에 수신단에서 성능을 향상시키기 위해서는 채널을 얼마나 정확하게 추정하느냐, 잡음 파워를 어떠한 방식으로 추정하여 그 정확성을 높이는가에 대한 연구가 꾸준히 이루어지고 있는 추세이다.

도 1은 일반적인 이동 통신 시스템에서 수신기의 구성을 나타낸 도면이다.

수신기는 무선부(101), 변환부(103), 제1 역확산부(105), 제2 역확산부(107), 제3 역확산부(109), 채널 추정부(111) 및 누적부(113)를 포함한다.

먼저, 상기 무선부(101)는 RF 안테나를 통해 수신된 입력 신호를 반송파 주파수로 혼합(mixing)하여 다운 컨버젼(down conversion)한 후, 상기 변환부(103)로 전송한다. 상기 변환부(103)는 상기 무선부(101)로부터 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 모뎀의 동작 범위에 맞도록 상기 변환된 디지털 신호의 파워를 조정한다. 상기 조정된 신호는 다중 경로의 각 경로의 지연에 해당하는 복수의 핑거로 전송된다.

각 핑거는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제1 내지 제3 역확산부(105 내지 109)를 구비한다.

상기 제1 역확산부(105)는 파일럿 심볼을 복원하고, 상기 제2 역확산부(107)는 잡음 파워를 추정하고, 상기 제3 역확산부(109)는 데이터 심볼을 복원한다. 상기 제1 내지 제3 역확산부(105 내지 109) 각각에서는 송신 시에 사용한 각 채널 별 직교 코드들을 사용하여 수신 신호를 역확산한다.

일반적으로 데이터의 SF(Spreading Factor)는 파일럿이 실린 코드(code)의 SF보다 작다. 만약 파일럿의 SF가 256 칩(chip)이고, 데이터의 SF가 4일 경우, 데이터는 64 심볼 구간 동안 동일한 채널 보상을 적용 받는다.

한편, 잡음 파워 추정은 구현 방식에 따라 일정 시간 단위로 측정해서 추정할 수 있는데, 제2 역확산부(107)는 종래의 기술에 해당하는 미사용 OVSF(Orthogonal Variables Spreading Factor)를 이용하여 역확산하는 방식을 이용하고 있다. 미사용 OVSF를 이용하기 때문에 역확산 된 후에는 원신호 성분이 남아있지 않고, 열 잡음 및 다중 경로에 의한 타경로 간섭이 남는다. 잡음의 파워를 얻기 위해 I/Q(In-phase/Quadrature) 각각을 제곱하여 합산하는데, 이를 통해 얻은 잡음 파워 추정값은 DSP(Digital Signal Processor)에 SNR(Signal to Noise Ratio) 을 보고하는 용도는 물론 채널 보상을 위해서도 사용된다. 그러므로 잡음 파워를 얼마나 정확하게 추정하느냐는 모뎀 성능에 큰 영향을 끼치는 요소라 할 수 있다.

그러나 일반적인 채널 추정 장치를 이용하여 추정한 잡음 파워 추정값은 열 잡음 성분 뿐만 아니라, 다중 경로에 의한 타경로 성분의 간섭 파워도 포함한다. 때문에 신호의 파워가 높을수록 타경로 간섭의 영향이 커지기 때문에 등화(equalization)를 위한 잡음 파워 추정값으로는 적합하지 않게 된다. 따라서 이퀄라이저(equalizer)를 이용하는 모뎀 시스템에서는 종래에서와 같이 미사용 OVSF를 이용하여 잡음 파워를 추정할 경우 수신기의 성능을 저하시킬 수 있다.

따라서 본 발명은 잡음 파워를 추출하여 정확한 채널을 추정할 수 있도록 한다.

또한 본 발명은 기존의 핑거 컴바이닝 기법을 이용할 때 뿐만 아니라, 이퀄라이저 기법을 이용할 시에도 수신기 성능을 향상시킬 수 있도록 한다.

본 발명에 따른 이동 통신 시스템에서 채널 추정 장치는 각 핑거 별 채널 파워를 이용하여 채널 추정값을 결정하는 채널 추정부; 및 채널 환경에 따라서 열 잡음 파워 추정값을 결정하는 방식을 선택하고, 상기 선택된 방식으로 상기 채널 추정값을 이용하여 잡음을 추정하는 잡음 추정부를 포함한다.

본 발명에 따른 이동 통신 시스템에서 채널 추정 방법은 채널 환경에 따라 잡음 파워를 추정하는 다수의 특정 방식 중 어느 하나를 선택하는 과정; 및 상기 선택된 특정 방식을 이용하여 잡음 파워를 추정하는 과정을 포함한다.

본 발명에 의하면 잡음 파워만을 추출하여 정확한 채널을 추정할 수 있고, 기존의 핑거 컴바이닝 기법을 이용할 때 뿐만 아니라, 이퀄라이저 기법을 이용할 시에도 수신기 성능을 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 하기 설명에서는 구체적인 특정 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.

본 발명은 잡음 파워를 추정하는데 있어서, 다중 경로에 의한 채널 간섭을 최소화시켜 추정값의 정확성을 높이기 위한 것이다. 이를 위해 시간축에서의 핑거 별 채널 파워 추정값과 미사용 OVSF 파워 및 RSSI(Received Signal Strength Indication) 값을 잡음 파워 추정에 이용한다.

도 2는 본 발명에 따른 수신기를 이용하여 채널을 추정하는 개략적인 과정을 나타낸 도면이다.

수신기는 201단계에서 무선부(301)를 통해 입력 신호를 수신한다. 이후 수신기는 203단계에서 채널 환경에 따라 특정 방식들 중 어느 하나의 잡음 추정 방식을 선택한 후, 205단계에서 상기 선택된 잡음 추정 방식을 이용하여 열 잡음 파워를 추정한다. 상기 203단계에서 잡음 추정 방식의 선택은 최종 수신 성능이 가장 높은 방식을 선택하는 것이다.

도 3은 본 발명에 따라 이동 통신 시스템에서 채널을 추정하기 위한 수신기의 구성을 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 수신기는 무선부(301), 변환부(303), 제1 역확산부(305), 제2 역확산부(307), RSSI 처리부(309), 채널 추정부(311), 잡음 추정부(313) 및 복조부(315)를 포함한다. 이때, 본 발명에서의 제1 역확산부(305)는 상기한 종래 기술의 제1 역확산부(105)와 그 기능이 유사하다. 또한 본 발명에서의 제2 역확산부(307)는 종래 기술의 제2 역확산부(107)와 그 기능적인 면에서는 유사하나, 종래 기술의 제2 역확산부(107)는 각 핑거별 잡음 추정을 위해 사용되고, 본 발명에서의 제2 역확산부(307)는 추가적으로 잡음 추정부(313)에서 정확한 열잡음을 추정하기 위해 사용된다는 점에서 상이하다.

먼저, 상기 무선부(301)는 기지국 안테나로부터 아날로그 신호를 수신한다.

상기 변환부(303)는 상기 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 모뎀의 동작 범위에 맞도록 상기 변환된 신호의 파워를 조정한다.

상기 제1 역확산기(305)는 파일럿 혹은 보조(auxiliary) 파일럿이 실린 코드를 역확산한다.

상기 제2 역확산기(307)는 파일럿 혹은 보조(auxiliary) 파일럿이 실린 코드를 미사용 OVSF로 역확산하여 각 핑거별 잡음 및 간섭 파워를 추정한다.

상기 RSSI 처리부(309)는 수신신호의 파워인 RSSI를 계산한다. 이때, RSSI는 다중 경로 채널을 통한 송신 신호의 파워와 열 잡음 파워가 공존한다.

상기 채널 추정부(311)는 상기 제1 역확산부(305)에서 출력된 파일럿 신호를 이용하여 각 핑거 별 채널 파워를 추정한다.

상기 잡음 추정부(313)는 상기 채널 추정부(311)에서 출력된 각 핑거 별 채 널 파워와 상기 제2 역확산부(307)에서 출력된 미사용 OVSF 파워 및 RSSI 처리부(309)에서 출력된 RSSI를 이용하여 열 잡음 파워를 추정한다. 이때, 안테나별 열 잡음 파워는 사용되는 이퀄라이저가 시간축에서 수행되든, 주파수축에서 수행되든 상관없이 이용될 수 있다.

상기 복조부(315)는 이퀄라이저(미도시)를 포함하도록 구성되어, 상기 채널 추정부(311)에서 추정된 채널 파워와 상기 잡음 추정부(313)에서 추정된 열 잡음 파워를 입력으로 하여, 채널 환경에 따른 다중 경로에 의해 입력되는 수신 신호를 하나의 경로로 간주할 수 있도록 등화를 수행한다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 상기 잡음 추정부(313)는 미사용 OVSF 파워 뿐만 아니라, 수신신호의 파워인 RSSI 및 채널 추정기에서 추정한 각 핑거 별 채널 파워를 각각 이용하여 잡음을 추정한다. 이하에서 상기한 세가지 잡음 추정 방식, 즉 각 핑거 별 채널 파워를 이용하는 방식, 미사용 OVSF 파워를 이용하는 방식 및 RSSI를 이용하는 방식에 대해 구체적으로 설명한다.

먼저 각 핑거 별 채널 파워를 이용하는 첫 번째 방식은 종래에 사용되는 잡음 파워 추정 방식과 유사한 방식으로, 열 잡음 파워와 타경로 간섭에 의한 파워를 포함하게 되는 방식이다. 하지만 종래에 사용되는 잡음 파워 추정 방식은 핑거 별로 잡음 파워를 추정하는 방식이었던 반면에, 본 발명에서는 핑거에 따른 잡음 파워 추정값 중 최소(minimum) 값을 선택하여 해당 안테나의 잡음 파워의 대표값으로 이용한다. 이 같은 방식은 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 채널과 같이 타경로 간섭이 거의 없을 때 이용하기에 적합하다.

한편, 두 번째 방식은 OVSF 파워값이 해당 핑거를 제외한 나머지 핑거의 채널 성분과 잡음 성분을 포함하고 있음을 이용한다. 즉, 각 핑거의 미사용 OVSF 파워는 아래의 <수학식 1>과 같이 나타낼 수 있다.

그러므로, 미사용 OVSF 파워를 모두 합산하면, 아래의 <수학식 2>와 같이 나타낼 수 있다.

상기한 <수학식 2>에서 N₀는 열 잡음 파워를 의미하고, L은 핑거의 총 개수를 의미하는 것으로,

은 각 핑거 별 채널 파워를 의미한다.

따라서 열 잡음 파워는 아래의 <수학식 3>으로 나타낼 수 있다.

마지막으로 세 번째 방식은 다중 경로 채널의 성분과 열 잡음 성분을 포함한 수신 신호 파워인 RSSI에 각 다중 경로의 채널 파워 추정값을 제외하는 방식이다. 이때, RSSI는 아래의 <수학식 4>로 나타낼 수 있다.

상기한 <수학식 4>에서 N₀는 열 잡음 파워를 의미하고, L은 핑거의 총 개수를 의미하는 것으로,

은 각 핑거 별 채널 파워를 의미한다.

상기한 <수학식 4>에서 볼 수 있듯이, 잡음 파워 성분만을 추출하기 위해서는 타경로 간섭의 영향을 제거하면 된다. 이것은 채널 추정기(311)에서 시간축을 기준으로 추정한 각 핑거 별 채널 파워를 이용하여 제거할 수 있다. 잡음 파워의 적용 구간에 해당하는 모든 경로 채널의 추정 파워값을 합산한 뒤, 모든 해당 핑거 들의 채널 파워를 합산하면, 채널에 의한 파워를 측정할 수 있다. 따라서 RSSI에서 채널에 의한 파워를 빼주면 열 잡음 파워만 남게 되어, 다중 경로에 의한 간섭 영향을 제거할 수 있다. 이것은 아래의 <수학식 5>로 나타낼 수 있다.

상기에서 살펴본 바와 같이, OVSF 파워를 이용하는 방식은 타경로 간섭이 거의 없는 AWGN 채널 환경에서 적합하며, 미사용 OVSF 파워를 이용하는 방식 및 RSSI를 이용하는 방식은 다중 경로 채널 환경에서 송신 파워가 높을 경우에 적합하다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 채널을 추정하는 과정을 나타낸 도면이다.

401단계에서 무선부(301)는 아날로그 신호를 수신하고, 403단계에서 변환부(303)는 상기 수신된 아날로그 신호를 변환하고, 405단계에서 변환된 신호의 자동 이득 조정 즉, 모뎀의 동작 범위에 맞게 신호의 파워를 조정한다. 407단계에서 제어부(미도시)는 채널 환경에 따라 모드 1, 모드 2 및 모드 3 중 하나를 잡음 파워 추정 방식으로 선택한다.

만약 모드 1이 선택된 경우, 409단계에서 채널 추정부(311)는 각 핑거별 채널 파워 추정값을 계산한다. 411단계에서 잡음 추정부(313)는 상기 계산된 각 핑거별 채널 파워 추정값 중 최소값을 해당 안테나의 잡음 파워 추정값으로 선택한다.

한편 모드 2가 선택된 경우, 413단계에서 RSSI 처리부(309)는 RSSI를 계산하 고, 415단계에서 채널 추정부(311)에서 출력된 각 핑거별 채널 파워 추정값을 모두 합산한다. 417단계에서 잡음 추정부(313)는 상기 제2 역확산부에서 계산된 RSSI 값에서 상기 채널 추정부(311)에서 합산된 각 핑거별 채널 파워 추정값을 제거 즉, 원신호 채널 성분을 제거한다.

만약 모드 3이 선택된 경우, 419단계에서 제2 역확산부(307)는 각 핑거별 미사용 OVSF 파워를 합산한다. 419단계에서 잡음 추정부(313)는 상기 합산된 각 핑거별 미사용 OVSF 파워에서 원신호 채널 성분을 제거한다. 이때, 원신호 채널 성분은 핑거의 총 개수를 L개라 가정한다면, RSSI에 (L-1)배한 것을 의미한다.

이하의 <표 1>은 아이디얼(ideal) 잡음 추정 방식 대비 상기에서 제안하고 있는 잡음 추정 방식 중 모드 2를 적용했을 경우의 성능 손실(Degradation)을 나타낸 것이다. 데이터 레이트(data rate) 관점에서 동일한 성능을 내기 위해 아이디얼(ideal) 잡음 추정 방식에서의 Ec/No와 모드 2를 적용했을 경우의 Ec/No를 측정하여 그 차이를 나타낸 것으로, 시뮬레이션은 Fixed point로 설계한 것을 고려한 것이다.

처리량(Throughput)	손실(Degradation)
5000 kbps	0.14 dB
6000 kbps	0.29 dB
7000 kbps	0.27 dB

상기에 나타난 바와 같이, 처리량 성능 5000 kbps를 얻기 위해서는 아이디얼(ideal) 잡음 추정 방식 대비 0.14 dB 범위에서 성능 유지가 가능하다. 아울러 6000 kbps와 7000 kbps에서도 마찬가지로 각각 0.29 dB과 0.27 dB 범위에서 성능 유지가 가능하다.

따라서 본 발명에서 제안하고 있는 잡음 추정 방식은 아이디얼 잡음 추정 방식을 적용했을 경우와 비교할 때, 그 열화의 정도가 0.3 dB 내로 한정될 수 있으므로 모뎀 설계에서 잡음 추정의 정확성이 보장되는 것이다.

상기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 그 범위를 코드 분할 다중 접속 시스템으로 한정하여 기술하고 있으나, HSPA(High-Speed Packet Access)+ 시스템에도 적용 가능하다. 다만 HSPA+ 시스템에 적용할 경우, 파일럿과 보조 파일럿은 각각 DPCCH(Dedicated Physical Control CHannel)와 E-DPCCH(Enhanced Dedicated Physical Control Channel)에 대응된다.

도 1은 일반적인 이동 통신 시스템에서 채널을 추정하기 위한 수신기의 구성을 나타낸 도면,

도 2는 본 발명에 따른 수신기를 이용하여 채널을 추정하는 개략적인 과정을 나타낸 도면,

도 3은 본 발명에 따라 이동 통신 시스템에서 채널을 추정하기 위한 수신기의 구성을 나타낸 도면,

도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 채널을 추정하는 과정을 나타낸 도면.

Claims

이동 통신 시스템에서 채널 추정 장치에 있어서,

각 핑거 별 채널 파워를 이용하여 채널 추정값을 결정하는 채널 추정부; 및

채널 환경에 따라서 열 잡음 파워 추정값을 결정하는 방식을 선택하고, 상기 선택된 방식으로 상기 채널 추정값을 이용하여 잡음을 추정하는 잡음 추정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템에서 채널 추정 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 잡음 추정부는,

상기 각 핑거별 채널 파워 중 가장 작은 값을 갖는 채널 파워를 잡음 파워로 이용하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템에서 채널 추정 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 잡음 추정부는,

아래의 <수학식 6>을 이용하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템에서 채널 추정 장치,

<수학식 6>

여기서, N₀ 및 L은 각각 열 잡음 파워 및 핑거의 총 개수를 나타내는 것으로,
는 각 핑거 별 채널 파워를 나타내는 것임.
제 1 항에 있어서, 상기 잡음 추정부는,

아래의 <수학식 7>을 이용하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템에서 채널 추정 장치,

<수학식 7>

여기서, N₀ 및 L은 각각 열 잡음 파워 및 핑거의 총 개수를 나타내는 것으로,
는 각 핑거 별 채널 파워를 나타내는 것임.
이동 통신 시스템에서 채널 추정 방법에 있어서,

각 핑거 별 채널 파워를 이용하여 채널을 추정하는 과정; 및

채널 환경에 따라 열 잡음 파워 추정값을 결정하는 방식을 선택하고, 상기 선택된 방식을 이용하여 잡음을 추정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템에서 채널 추정 방법.
제 5 항에 있어서, 상기 열잡음 파워 추정값을 결정하는 방식은,

상기 각 핑거별 채널 파워를 이용하여 잡음 파워를 추정하는 방식, 각 핑거별 미사용 OVSF 파워를 이용하여 잡음 파워를 추정하는 방식 및 RSSI 값을 이용하여 잡음 파워를 추정하는 방식 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템에서 채널 추정 방법.
제 5 항에 있어서, 상기 선택된 방식은,

상기 각 핑거별 채널 파워 중 가장 작은 값을 갖는 채널 파워를 잡음 파워로 이용하는 방식인 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템에서 채널 추정 방법.
제 5 항에 있어서, 상기 선택된 방식은,

아래의 <수학식 8>를 이용하는 것임을 특징으로 하는 이동 통신 시스템에서 채널 추정 방법,

<수학식 8>

여기서, N₀ 및 L은 각각 열 잡음 파워 및 핑거의 총 개수를 나타내는 것으로,
는 각 핑거 별 채널 파워를 나타내는 것임.
제 5 항에 있어서, 상기 선택된 방식은,

아래의 <수학식 9>를 이용하는 것임을 특징으로 하는 이동 통신 시스템에서 채널 추정 방법,

<수학식 9>

여기서, N₀ 및 L은 각각 열 잡음 파워 및 핑거의 총 개수를 나타내는 것으로,
는 각 핑거 별 채널 파워를 나타내는 것임.