KR20110097021A - 무선통신 시스템에서의 파일럿 송수신 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에서의 파일럿 송수신 방법 및 장치에 대한 것이다. 기지국은, 각각 적어도 하나의 기지국을 포함하며 서로 다른 파일럿 패턴 조합들에 매핑되는 복수의 그룹들 중, 현재 기지국이 속한 그룹에 대응하는 파일럿 패턴 조합들 중 하나를 선택하며, 상기 선택된 파일럿 패턴 조합에 따라 파일럿 톤들, 널 톤들 및 데이터 톤들이 매핑된 하향링크 신호를 생성하여 셀 내의 단말들에게로 전송한다. 여기서 상기 복수의 파일럿 패턴 조합들 각각은, 상기 파일럿 톤들과 상기 널 톤들이 인접하고, 상기 파일럿 톤들의 위치가 서로 다른 파일럿 패턴 조합들 간에 중첩되지 않도록 구성된다.

Description

무선통신 시스템에서의 파일럿 송수신 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR TRANSMITTING AND RECEIVING PILOT IN WIRELESS TELECOMMUNICATIONS SYSTEM}
본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인접 셀로부터의 간섭을 줄이기 위한 파일럿 송수신 방법 및 장치에 관한 것이다.
유선 및 무선 채널에서 고속데이터 전송에 유용한 방식으로 사용되고 있는 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing: OFDM) 방식은 복수 반송파(Multi-Carrier)를 사용하여 데이터를 전송하는 방식으로서, 직렬로 입력되는 심볼열(Symbol stream)을 병렬 변환하여 이들 각각을 상호 직교성을 갖는 다수의 서브 캐리어들(sub-carriers), 즉 다수의 서브 채널들(sub-channels)에 실어 전송하는 다중 반송파 변조(Multi Carrier Modulation: MCM) 방식의 일종이다.
IEEE 802.16m이나 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(Long Term Evolution: LTE)-A와 같은 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing: OFDM) 기반의 광대역 무선 통신 시스템에서 셀 커버리지 효율은 상호채널 간섭(Co-Channel Interference: CCI)에 의해 현저하게 제한된다. 특히 셀 경계(Cell edge)에 위치하고 있는 단말의 경우, 다른 셀들로부터 심각한 CCI가 발생하여, 채널 디코딩을 위해 요구되는 적절한 수신 신호대 간섭 및 잡음비(Signal to Interference and Noise Ratio: SINR)를 확보하는데 어려움이 있다.
기본적으로 주파수 스펙트럼은 매우 한정된 자원이기 때문에, 주파수 재사용 기술이 사용될 수 있다. 따라서 주파수 재사용 지수(Frequency reuse factor)를 높이면 CCI를 다소 감소시킬 수 있음에도 불구하고 시스템에서는 주파수 효율을 향상시키기 위하여 주파수 재사용 지수 1을 사용하고 있다.
CCI를 완화시키기 위해 제안된 기존의 간섭 제거 기술들로는, 일 예로서 순환 지연 다이버시티(Cyclical Delay Diversity: CDD), 위상 옵셋 다이버시티(Phase Offset Diversity: POD), 공액 데이터 반복(Conjugate Data Repetition: CDR) 등이 있다. 이들 기술들은 공통적으로 수신기에서 개별 채널 관찰자(independent channel observation)를 추가함으로써 간섭 공분산(Interference Covariance: IC) 행렬의 차원을 증가시키고, 고정된 개수의 수신기 안테나들에 대한 간섭을 보다 억제한다.
그러나 이들 기술들은 간섭원들(interferers)이 많은 경우에 효율적이지 못하다. N개의 독립 채널 관찰자들(independent channel observations)이 존재하는 경우 각 수신기에서의 수신 심볼들은 원하는 신호와 간섭들이 합해진 형태가 된다. 이는 전체 신호 전력이 반복되는 톤들(즉 공액이 적용되거나 위상 천이된 톤들)에 의해 분산되는 경우, 원하는 신호가 각 반복시마다 간섭에 의해 영향받게 됨을 의미한다. 게다가 상기한 기술들은 구현이 매우 어렵다는 추가적인 문제점들을 가진다.
상기한 기술들을 위해서 채널 추정 및 각 개별 톤들에 대한 채널 관찰을 위해 공통 파일럿을 사용할 수 있다. 그러나 공통 파일럿을 사용하는 기술에서는, 특히 주파수 선택이 이루어지는 경우 인접한 톤들이 동일 채널 응답을 가진다고 가정하기 때문에 채널 추정 및 채널 관찰이 부정확하게 이루어질 수 있다는 문제점이 존재한다.
본 발명은 무선 통신 시스템에서 상호 채널 간섭(CCI)을 완화시키기 위한 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명은 무선 통신 시스템에서 인접 셀들로부터의 간섭을 줄이기 위한 파일럿 송수신 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 방법은; 무선 통신 시스템에서의 파일럿 송신 방법에 있어서,
각각 적어도 하나의 기지국을 포함하며 서로 다른 파일럿 패턴 조합들에 매핑되는 복수의 그룹들 중, 현재 기지국이 속한 그룹에 대응하는 파일럿 패턴 조합들 중 하나를 선택하는 과정과, 상기 선택된 파일럿 패턴 조합에 따라 파일럿 톤들, 널 톤들 및 데이터 톤들이 매핑된 하향링크 신호를 생성하여 셀 내의 단말들에게로 전송하는 과정을 포함한다. 여기서 상기 복수의 파일럿 패턴 조합들 각각은, 상기 파일럿 톤들과 상기 널 톤들이 인접하고, 상기 파일럿 톤들의 위치가 서로 다른 파일럿 패턴 조합들 간에 중첩되지 않도록 구성된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 장치는; 무선 통신 시스템에서 파일럿 송신을 위한 기지국 장치에 있어서,
각각 적어도 하나의 기지국을 포함하며 서로 다른 파일럿 패턴 조합들에 매핑되는 복수의 그룹들 중, 현재 기지국이 속한 그룹에 대응하는 파일럿 패턴 조합들 중 하나를 선택하는 파일럿 패턴 생성기와, 상기 선택된 파일럿 패턴 조합에 따라 파일럿 톤들, 널 톤들 및 데이터 톤들이 매핑된 하향링크 신호를 생성하여 셀 내의 단말들에게로 전송하는 송신기를 포함한다. 여기서 상기 복수의 파일럿 패턴 조합들 각각은, 상기 파일럿 톤들과 상기 널 톤들이 인접하고, 상기 파일럿 톤들의 위치가 서로 다른 파일럿 패턴 조합들 간에 중첩되지 않도록 구성된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 방법은; 무선 통신 시스템에서의 파일럿 수신 방법에 있어서,
각각 적어도 하나의 기지국을 포함하며 서로 다른 파일럿 패턴 조합들에 매핑되는 복수의 그룹들 중, 서빙 기지국이 속한 그룹에 대응하는 파일럿 패턴 조합들 중 하나를 선택하는 과정과, 상기 선택된 파일럿 패턴 조합에 따라 파일럿 톤들, 널 톤들 및 데이터 톤들이 매핑된 하향링크 신호를 상기 서빙 기지국으로부터 수신하는 과정을 포함한다. 여기서 상기 복수의 파일럿 패턴 조합들 각각은, 상기 파일럿 톤들과 상기 널 톤들이 인접하고, 상기 파일럿 톤들의 위치가 서로 다른 파일럿 패턴 조합들 간에 중첩되지 않도록 구성된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 장치는; 파일럿 톤들, 널 톤들 및 데이터 톤들이 매핑된 하향링크 신호를 상기 서빙 기지국으로부터 수신하는 수신기와,
각각 적어도 하나의 기지국을 포함하며 서로 다른 파일럿 패턴 조합들에 매핑되는 복수의 그룹들 중, 서빙 기지국이 속한 그룹에 대응하는 파일럿 패턴 조합들 중 하나를 선택하고, 상기 선택된 파일럿 패턴 조합에 따라 상기 하향링크 신호로부터 상기 파일럿 톤들을 추출하는 파일럿 추출기와, 상기 추출된 파일럿 톤들을 이용하여 상기 하향링크 신호로부터 상기 데이터 톤들을 검출하는 등화기를 포함한다. 여기서 상기 복수의 파일럿 패턴 조합들 각각은, 상기 파일럿 톤들과 상기 널 톤들이 인접하고, 상기 파일럿 톤들의 위치가 서로 다른 파일럿 패턴 조합들 간에 중첩되지 않도록 구성된다.
본 발명에서는 다른 셀들로부터의 전송들을 그룹화하고 각 그룹들에서 파일럿 톤들과 널 톤들이 인접하게 배치된 서로 다른 파일럿 패턴들을 사용하도록 함으로써 상호 채널 간섭을 제거한다. 특히 2개의 수신 안테나들이 사용되는 경우에 데이터율 1/2의 하향링크 전송시 최대 3개의 주요한 간섭원이 완전히 억제될 수 있다. 만일 가우시안 잡음과 같은 보다 많은 간섭원들이 존재하는 경우도, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 간섭 회피 기술은 다른 간섭 제거 기술들에 비해 보다 우수한 성능을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 셀 구조를 나타낸 도면.
도 2는 802.16m 시스템에서 사용되는 파일럿 패턴의 일 예를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파일럿 패턴 조합들을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파일럿 송수신 동작을 나타낸 흐름도.
도 5는 본 발명의 실시예에서의 기능을 수행하기 위한 OFDM 통신 시스템의 송신기를 개략적으로 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에서의 기능을 수행하기 위한 OFDM 통신 시스템의 수신기를 개략적으로 도시한 도면.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 본 발명의 동작을 이해하는데 필요한 부분만을 설명하며 그 이외의 배경 기술은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략한다.
본 명세서에서는 무선 통신 시스템에서의 파일럿 송수신 동작을 설명함에 있어서 IEEE 802.16m을 기반으로 하는 통신 표준을 참조할 것이다. 그러나 본 발명에 따른 동작이 특정 통신 프로토콜 혹은 시스템 구성에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능함은 당해 기술분야에서 숙련된 기술을 가진 당업자에게 있어서 자명한 사항임은 물론이다. 구체적으로 후술되는 본 발명의 실시예들은 무선 통신 시스템에서 인접 셀로부터의 간섭을 줄이기 위해 파일럿을 사용되는 경우에 적용 가능하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 셀 구조를 나타낸 것이다.
도시한 바와 같이, 무선 통신 시스템의 전체 서비스영역은 상호 인접하거나 일부 중첩되는 복수의 셀들(112,114,116)로 나뉘어지며, 각 셀(112,114,116)은 기지국(102,104,106)에 의해 커버된다. 각 셀(112,114,116) 내의 단말(120,122)은 해당 셀(112,114,116)을 커버하는 기지국(102,104,106)과 적어도 하나의 채널을 형성하고 통신을 수행하게 된다. 이때 셀(116) 내에서 기지국(106)과 가까이 위치하고 있는 단말(122)은 자신의 서빙 기지국(106)으로부터의 신호만을 강하게 수신하게 되므로, 인접한 다른 기지국들로부터의 신호는 거의 무시할 수 있다. 그러나 셀(112)의 경계에 위치하고 있는 단말(120)은 자신의 서빙 기지국(102)으로부터 원하는 신호(132)를 수신하는 한편, 인접한 셀(114) 내의 다른 기지국(104)으로부터 원치 않는 신호(134)을 수신하게 되며, 상기 원치 않는 신호(134)는 단말(120)에서 원하는 신호(120)에 대해 간섭으로 작용하게 된다.
단말(120)이 상기와 같은 상호 채널 간섭(CCI)을 제거하는데 사용하도록 하기 위하여 각 기지국(102,104,106)은 자신의 파일럿 패턴에 따른 파일럿 신호를 하향링크 신호에 포함시켜 전송하게 된다. 상기 파일럿 패턴은 시스템에서 정하는 자원 형태에 따라 정해진다.
일 예로 802.16m 시스템에서, 자원 할당을 위해 기본적으로 복수의 연속된 부반송파들과 복수의 OFDM 심볼들로 이루어진 물리 자원 단위(Physical Resource Unit: PRU)를 사용한다. 하향링크 서브프레임의 경우, 유효 주파수 스펙트럼은 4개 혹은 그 이하의 주파수 파티션(Partitioned Frequencies: PFs)로 나뉘어지며, 각 주파수 파티션은 하나의 서브프레임 내에서 유효한 심볼들에 대해 PRU들의 조합으로 이루어진다. 상기 주파수 파티션들은 분할 주파수 재사용(Fractional Frequency Reuse: FFR) 등과 같은 서로 다른 목적들을 위해 다중 섹터에 할당되며, 특정 섹터에 할당된 주파수 파티션 내의 PRU들은 논리 자원 유닛(Logical Resource Unit: LRU)에 논리적으로 혹은 분산적으로(distributedly) 매핑되어, 연속 LRU들(Consecutive LRU: CLRU) 혹은 분산 LRU(Distributed LRU: DLRU)을 형성한다.
특정 주파수 파티션, 즉 주파수 파티션 0는, 동일한 주파수 파티션을 가지는 많은 다른 셀들로부터의 CCI에 대항하여 해당 주파수 파티션 0에서의 하향링크 전송이 가능하도록 하기 위하여 셀 내의 모든 섹터에 할당된다. 일 예로서 개방 루프(Open Loop: OL) 영역 내의 하향링크 전송은 다른 셀들 내의 OL 영역으로부터 CCI에 의한 영향을 받게 된다.
LRU 매핑이 이루어진 이후의 부반송파는 톤(tone)이라 칭한다. 통상 하나의 LRU에 대해 3종류의 톤들, 즉 데이터 톤, 파일럿 톤, 널 톤(null tone)이 존재한다. 채널 추정 등을 위해 사용되는 파일럿 톤들은 미리 정해지는 파일럿 패턴에 따라 PRU 상에 배치된다. 통상적으로 채널 부호화 및 변조 이후의 변조된 심볼들은 데이터 톤들에 매핑된다. 수신기에서 적절한 기준 SINR을 획득하지 못한다면, 데이터 톤들에 실린 심볼들은 서로 다른 톤들 동안 여러 번 반복되는데, 상기 반복 횟수는 일 예로 최대 6번으로 정해질 수 있다.
도 2는 802.16m 시스템에서 사용되는 파일럿 패턴의 일 예를 나타낸 것이다. 여기에서는 18개의 부반송파들과 6개의 OFDM 심볼들로 이루어진 하나의 PRU 내에서 파일럿 톤들의 패턴을 나타내었다.
도시한 바와 같이, 하나의 PRU 내에서 하나의 심볼 구간(symbol duration) 동안 특정한 하나의 부반송파를 통하여 파일럿 톤이 전송된다. 하향링크 전송시, 모든 단말에 의해 사용될 수 있는 공통 파일럿(common pilots)과 특정한 자원 할당을 가지는 단말들에 관련된 전용 파일럿(dedicated pilots)에는 동일한 파일럿 패턴을 사용할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 파일럿은, 특히 단말에 수신되는 간섭 성분들이 서로 상관관계를 가지게 되는 OFDM 시스템에서는 상호 채널 간섭을 효과적으로 제거하기 위하여 최소 평균 제곱 오차(Minimum Mean-Squared Error: MMSE) 수신 방식을 위해 사용될 수 있다. MMSE 수신기는 원하는 신호의 검출을 위해 간섭 공분한(IC) 행렬을 사용하는데, 상기 IC 행렬의 성분들은 단말이 주변 기지국들로부터 수신한 파일럿 신호들로부터 획득한 채널 추정값을 이용하여 계산된다. 상기 IC 행렬의 랭크(rank)는 간섭원들(Interferers)의 개수 M과 개별 채널 관찰자들의 개수 N 중 최소값과 동일하다. MMSE 수신 이론에 근거하면, M이 N-1보다 크지 않은 경우 MMSE 수신기는 전체 M개의 간섭원들을 억제할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는 CCI를 완화시키기 위하여, 서로 다른 데이터 매핑 방식들과 해당 파일럿 패턴 조합을 사용함으로써 다른 셀들로부터의 간섭원들을 그룹화하고, 특정 그룹 내에서는 MMSE 수신기를 사용함으로써 CCI를 억제한다. 이는, 추가적인 가정 없이 공통 파일럿을 사용하는 간섭 회피(Interference Avoidance: IA) 방식을 의미한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파일럿 패턴 조합들을 도시한 것이다. 여기에서는 데이터 반복율(data repetition rate) 2가 적용되는 경우의 예를 도시하였다.
도시한 바와 같이, 랭크 1 전송을 위해서 6개의 파일럿 패턴 조합들(302 ~ 312)이 정의된다. 상단의 3개의 파일럿 패턴 조합들(302,304,306)은 #0, #2, #4로 인덱스되며, 그룹 1에 해당한다. 반면 하단의 3개의 파일럿 패턴 조합들은 #1, #3, #5로 인덱스되며 그룹 2에 해당한다. P는 파일럿 톤들의 위치를 나타내고, 0은 널 톤들의 위치를 나타내며, 각 파일럿 패턴 조합(302 ~ 312)에서 파일럿 톤들과 널 톤들은 인접하여 배치된다. 표시되지 않은 나머지 톤들은 데이터 톤들로 사용될 수 있다. 그룹 1로 분류된 셀들에 해당하는 기지국들 각각은, 미리 정해진 규칙에 따라 파일럿 패턴 조합들 #0, #2, #4 중 하나를 사용하여 파일럿 톤들을 전송한다. 일 예로서 각 기지국은 자신의 셀 식별자에 따라 하나의 파일럿 패턴 조합을 선택한다. 그룹 2에 속한 기지국들의 경우에도 마찬가지로 동작한다.
하나의 데이터를 복사하여 서로 다른 톤들을 통해 전송하는 다양한 데이터 반복 방식들을 공정하게 비교하기 위하여, 후술되는 간섭 회피 방식은 하나의 변조 데이터를 반복 전송하기 위하여 2개의 톤들을 사용하는 1/2 데이터율의 경우를 고려한다.
파일럿 심볼들은 홀수번째 톤들 혹은 짝수번째 톤들에 매핑되며, 변조된 데이터(즉 심볼들)은 파일럿과 동일한 방식으로 매핑된다. 그러면 각 셀 내에서의 간섭은 홀수번째 혹은 짝수번째 톤들을 사용하는지에 따라 그룹화된다. 일 예로, 파일럿 패턴 조합들 #0, #2, #4(302, 304, 306)에 나타낸 바와 같이 그룹 1에서는 홀수번째 톤들이 파일럿 및 데이터의 전송을 위해 사용되며, 기지국 송신기들은 짝수번째 톤들에서 어떠한 신호도 전송하지 않는다. 파일럿 패턴 조합들 #1, #3, #5(308, 310, 312)에 나타낸 바와 같이 그룹 2에서는 반대로, 짝수번째 톤들이 파일럿 및 데이터의 전송을 위해 사용되며, 기지국 송신기들은 홀수번째 톤들에서 어떠한 신호도 전송하지 않는다. 따라서 홀수번째 톤들이 전송을 위해 사용되는 특정 PRU 내에서 데이터 및 파일럿들은 다른 셀들에서 짝수번째 톤들을 통해 이루어지는 전송에 간섭을 일으키지 않게 되며, 반대의 경우도 마찬가지이다.
도 3에서는 1/2의 데이터율이 적용되는 경우 사용 가능한 파일럿 패턴 조합들의 예를 도시하였으나, 다른 데이터율이 적용되는 경우에도, 파일럿 패턴 조합들은, 파일럿의 전송을 위해 사용되는 톤들의 위치가 서로 다른 파일럿 패턴 조합들 간에 서로 중첩되지 않도록 구성된다. 일 예로서 1/D의 데이터율이 적용되는 경우, D개의 그룹들이 정의되며 상기 D개의 그룹들은 서로 다른 파일럿 패턴 조합들에 매핑된다. 그러면 d번째 그룹에 매핑되는 파일럿 패턴 조합은, 매 d번째 톤들이 파일럿 및 데이터의 전송을 위해 사용되며 나머지 톤들은 널 톤들로서 할당되도록 구성된다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파일럿 송수신 동작을 나타낸 흐름도이다. 도시된 흐름도는 각 셀 내에 위치한 기지국 혹은 단말에 의해 수행될 수 있다.
기지국에 의해 수행되는 경우, 과정 402에서 기지국은 파일럿 패턴 조합의 선택을 위해 필요한 그룹 소속 정보를 확인한다. 일 예로서 상기 그룹 소속 정보는 상기 기지국의 셀 식별자가 될 수 있다. 과정 404에서 기지국은 상기 그룹 소속 정보에 근거하여 자신이 속한 그룹을 판단한다. 일 예로서 상기한 판단은 상기 셀 식별자가 짝수인지 혹은 홀수인지에 따라 상기 기지국이 미리 정해지는 제1 그룹인지 혹은 제2 그룹인지를 확인함으로써 이루어질 수 있다.
상기 판단 결과 상기 기지국이 제1 그룹에 속하는 경우, 과정 406에서 기지국은 상기 제1 그룹에 대응하는 파일럿 패턴 조합들 중 하나를 선택한다. 반면 상기 기지국이 제2 그룹에 속하는 경우, 과정 408에서 기지국은 상기 제2 그룹에 대응하는 파일럿 패턴 조합들 중 하나를 선택한다. 구체적인 예로서, 셀 식별자 k를 가지는 기지국에서 사용되는 파일럿 패턴 조합의 인덱스는 하기 <수학식 1>과 같이 계산될 수 있다.
Figure pat00001
여기서 pk는 셀 식별자 k를 가지는 기지국에서 사용되는 파일럿 패턴 조합의 식별자이며, Ptotal은 사용되는 파일럿 패턴 조합들의 전체 개수이다.
상기 각 파일럿 패턴 조합은 파일럿 톤들과 널 톤들이 인접하여 위치하며 파일럿 톤들의 위치가 서로 다른 파일럿 패턴 조합들 간에 중첩되지 않도록 배치된다. 일 예로서 동일한 톤 위치는, 특정 파일럿 패턴 조합의 경우 파일럿 톤으로 할당되며, 다른 파일럿 패턴 조합의 경우 널 톤으로 할당된다.
과정 410에서 기지국은 상기 선택된 파일럿 패턴 조합에 따라 파일럿 톤들, 널 톤들 및 데이터 톤들이 매핑된 하향링크 신호를 생성하여 셀 내의 단말들에게로 전송한다. 구체적으로 제1 그룹인 경우 파일럿 심볼들 및 데이터 심볼들은 홀수번째 톤들을 사용하여 전송되며, 널 톤들은 짝수번째 톤들에 매핑된다. 반면 제2 그룹인 경우 파일럿 심볼들 및 데이터 심볼들은 짝수번째 톤들을 사용하여 전송되며, 널 톤들은 홀수번째 톤들에 매핑된다. 이때 상기 데이터 심볼들 중 적어도 일부는 해당 할당된 데이터 톤들을 사용하여 미리 정해지는 반복 회수 내에서 반복적으로 전송될 수 있다.
다음으로, 단말에 의해 수행되는 경우, 과정 402에서 단말은 파일럿 패턴 조합의 선택을 위해 필요한 그룹 소속 정보를 확인한다. 일 예로서 상기 그룹 소속 정보는 상기 단말이 접속한 서빙 기지국의 셀 식별자가 될 수 있다. 과정 404에서 단말은 상기 그룹 소속 정보에 근거하여 상기 서빙 기지국이 속한 그룹을 판단한다. 일 예로서 상기한 판단은 상기 셀 식별자가 짝수인지 혹은 홀수인지에 따라 상기 서빙 기지국이 미리 정해지는 제1 그룹인지 혹은 제2 그룹인지를 확인함으로써 이루어질 수 있다.
상기 판단 결과 상기 서빙 기지국이 제1 그룹에 속하는 경우, 과정 406에서 단말은 상기 제1 그룹에 대응하는 파일럿 패턴 조합들 중 하나를 선택한다. 반면 상기 서빙 기지국이 제2 그룹에 속하는 경우, 과정 408에서 단말은 상기 제2 그룹에 대응하는 파일럿 패턴 조합들 중 하나를 선택한다. 구체적인 예로서, 셀 식별자 k를 가지는 기지국에서 사용되는 파일럿 패턴 조합의 인덱스는 앞서 언급한 <수학식 1>과 같이 계산될 수 있으며, 상기 파일럿 패턴 조합들의 구성 및 파일럿 패턴 조합을 선택하는 규칙은 기지국과 단말 사이에 공유된다.
과정 410에서 단말은 수신된 하향링크 신호를 상기 선택된 파일럿 패턴 조합에 따라 파일럿 톤들, 널 톤들 및 데이터 톤들로 분리하고 상기 파일럿 톤들을 이용하여 채널 추정을 수행한다. 구체적으로 제1 그룹인 경우 파일럿 심볼들 및 데이터 심볼들은 홀수번째 톤들로부터 추출된다. 반면 제2 그룹인 경우 파일럿 심볼들 및 데이터 심볼들은 짝수번째 톤들로부터 추출된다.
한편, 동일 그룹 내에서 파일럿 패턴 조합들은 서로 간에 상호 혼합(interlace)될 수 있다. 즉, 파일럿 톤들의 위치들이 각 PRU 내에서 유효 OFDM 심볼들 간에 쉬프트된다. 이 경우 다른 셀로부터는 데이터에 의한 파일럿의 간섭 만이 존재하게 되며, 채널 추정의 효율을 높이기 위하여 파일럿 톤들의 전력, 즉 파일럿 전력이 증폭(boost)될 수 있다.
상기 파일럿 전력의 증폭은 파일럿 전력에 대한 데이터 전력의 비로서 정의된다. symidx로 인덱스된 OFDM 심볼 내에서 증폭된 데이터 톤들의 전력, 즉 증폭된 데이터 전력은 하기 <수학식 2>와 같이 계산될 수 있다.
Figure pat00002
여기서 Pdata는 증폭된 데이터 전력을 나타내며, Ptone은 미리 정의된 평균 톤 전력이며, NumSubinTile은 PRU 내의 부반송파 개수를 나타내며, PrePB는 미리 정의된 파일럿 전력 증폭 비율을 나타내며, NumPilotPerSym 및 NumNulltonePerSym은 각각 해당 OFDM 심볼 내에서의 파일럿 톤들과 널 톤들의 개수를 나타낸다.
일 예로서 PrePB를 6dB로 가정하면, 실제 파일럿 전력 증폭은 하기 <수학식 3>과 같이 이루어진다.
Figure pat00003
이하 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에서의 기능을 수행하기 위한 OFDM 통신 시스템의 송신기 및 수신기의 구조에 대해서 설명하기로 한다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에서의 기능을 수행하기 위한 OFDM 통신 시스템의 송신기 및 수신기를 개략적으로 도시한 도면이다. 즉, OFDM 통신 시스템은 송신기 장치, 즉 기지국 장치(500)와, 수신기 장치, 즉 단말 장치(600)로 구성된다.
도 5를 참조하면, 기지국 장치(500)는 심볼 매핑기(symbol mapper)(502)와, 직렬/병렬 변환기(serial to parallel converter)(504)와, 파일럿 패턴 생성기(pilot pattern generator)(506)와, 역고속 푸리에 변환기(Inverse Fast Fourier Transform unit: IFFT기)(508)와, 병렬/직렬 변환기(parallel to serial converter)(510)와, 보호 구간 삽입기(guard interval inserter)(512)와, 디지털/아날로그 변환기(digital to analog converter: DAC)(514)와, 무선 주파수(Radio Frequency: RF) 처리기(processor)(516)로 구성된다.
전송하고자 하는 정보 데이터 비트들(information data bits)이 발생하면, 상기 정보 데이터 비트는 심볼 매핑기(502)로 입력된다. 심볼 매핑기(502)는 상기 입력되는 정보 데이터 비트들을 미리 설정되어 있는 변조 방식으로 변조하여 심볼 변환한 뒤 직렬/병렬 변환기(504)로 출력한다. 여기서, 상기 변조 방식으로는 BPSK, QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 방식 혹은 16QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 방식 등이 사용될 수 있다. 직렬/병렬 변환기(504)는 심볼 매핑기(502)에서 출력하는 직렬 변조 심볼들을 입력하여 병렬 변환한 후 상기 파일럿 패턴 생성기(506)로 출력한다.
파일럿 패턴 생성기(506)는 상기 직렬/병렬 변환기(504)에서 출력한 병렬 변환된 변조된 심볼들, 즉 데이터 심볼들을 입력하고, 앞서 설명한 바와 같이 기지국이 속한 그룹에 할당되어 있는 파일럿 패턴 조합들 중 하나에 상응하게 파일럿 심볼들을 생성하여 상기 데이터 심볼들 사이에 삽입하여 IFFT기(508)로 출력한다. 상기 파일럿 패턴 조합에 상응하게 파일럿 심볼들을 삽입하는 동작은 본 발명의 실시예에서 설명한 바와 동일하므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
IFFT기(508)는 파일럿 패턴 생성기(515)에서 출력한 신호를 입력하여 N-포인트(N-point) IFFT를 수행한 후 상기 병렬/직렬 변환기(510)로 출력한다. 병렬/직렬 변환기(510)는 IFFT기(508)에서 출력한 신호를 입력하여 직렬 변환한 후 상기 보호 구간 삽입기(512)로 출력한다. 보호 구간 삽입기(512)는 병렬/직렬 변환기(510)에서 출력한 신호를 입력하여 보호 구간 신호를 삽입한 후 디지털/아날로그 변환기(514)로 출력한다. 여기서, 상기 보호 구간은 상기 OFDM 통신시스템에서 OFDM 심볼을 송신할 때 이전 OFDM 심볼 시간에 송신한 OFDM 심볼과 현재 OFDM 심볼 시간에 송신할 OFDM 심볼간의 간섭(interference)을 제거하기 위해서 삽입된다. 일 예로서, 상기 보호 구간은 시간 영역의 OFDM 심볼의 마지막 일정 샘플(sample)들을 복사하여 유효 OFDM 심볼에 삽입하는 형태의 "순환 프리픽스(Cyclic Prefix)" 방식이나 혹은 시간 영역의 OFDM 심볼의 처음 일정 샘플(sample)들을 복사하여 유효 OFDM 심볼에 삽입하는 "순환 포스트픽스(Cyclic Postfi)x" 방식으로 생성되고 있다.
디지털/아날로그 변환기(514)는 보호 구간 삽입기(521)에서 출력한 신호를 입력하여 아날로그 변환한 후 무선 주파수 처리기(516)로 출력한다. RF 처리기(516)는 주파수 필터(filter)와 전처리기(front end unit) 등의 구성 요소들을 포함하며, 디지털/아날로그 변환기(514)에서 출력한 신호를 에어(air)상에서 전송 가능하도록 RF 처리한 후 안테나(antenna)를 통해 에어 상으로 전송한다.
도 6을 참조하면, 단말기 장치(600)는 RF 처리기(602)와, 아날로그/디지털 변환기(analog/digital converter)(604)와, 보호 구간 제거기(guard interval remover)(606)와, 직렬/병렬 변환기(608)와, 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform unit: FFT기)(610)와, 등화기(Equalizer)(612)와, 파일럿 추출기(pilot extractor)(618)와, 병렬/직렬 변환기(614)와, 심볼 복조/복호기(symbol demodulator/decoder)(616)로 구성된다. 여기서 등화기(612)는 MMSE 수신기로 구성될 수 있다.
먼저, 기지국 장치(500)에서 송신한 신호는 다중 경로 채널(multipath channel)을 통해 잡음 및 간섭 성분이 가산된 형태로 단말기 장치(600)의 안테나를 통해 수신된다. 상기 수신된 신호는 RF 처리기(602)로 입력되고, RF 처리기(602)는 상기 수신된 신호를 중간 주파수(Intermediate Frequency: IF) 대역으로 다운 컨버팅(down converting)한 후 아날로그/디지털 변환기(604)로 출력한다. 아날로그/디지털 변환기(604)는 RF 처리기(602)에서 출력한 아날로그 신호를 디지털 변환한 후 상기 보호 구간 제거기(606)로 출력한다.
보호 구간 제거기(606)는 아날로그/디지털 변환기(604)에서 출력한 디지털 신호를 입력하여 보호 구간 신호를 제거한 후 직렬/병렬 변환기(608)로 출력한다. 직렬/병렬 변환기(608)는 보호 구간 제거기(606)에서 출력한 신호를 입력하여 병렬 변환한 후 FFT기(610)로 출력한다. FFT기(610)는 상기 직렬/병렬 변환기(557)에서 출력한 신호를 N-포인트 FFT를 수행한 후 등화기/MMSE 수신기(612) 및 파일럿 추출기(618)로 출력한다. 등화기/MMSE 수신기(612)는 FFT기(610)에서 출력한 신호를 입력하여 MMSE 방식을 통해 채널 등화(channel equalization)를 수행한 후 병렬/직렬 변환기(614)로 출력한다. 병렬/직렬 변환기(614)는 등화기/MMSE 수신기(612)에서 출력한 신호를 입력하여 직렬 변환한 후 심볼 복조/복호기(616)로 출력한다. 심볼 복조/복호기(616)는 병렬/직렬 변환기(614)에서 출력한 직렬 신호를 입력하여 기지국 장치(500)에서 적용한 변조 방식에 상응하는 복조 방식으로 복조하여 각 데이터 비트에 대한 LLR(Log Likelihood Ratio) 값들을 계산하며 상기 LLR 값들을 기반으로 채널 복호를 수행하여 정보 데이터 비트들을 출력한다.
한편, FFT기(610)에서 출력한 신호는 파일럿 추출기(618)로 입력되고, 파일럿 추출기(618)는 FFT기(610)에서 출력한 신호에서 파일럿 심볼들을 검출하고, 상기 검출한 파일럿 심볼들을 MMSE 수신기(612)로 출력한다. 여기서, 파일럿 추출기(618)는 앞서 설명한 바와 같이 OFDM 통신 시스템을 구성하는 기지국들 각각의 파일럿 패턴 조합들을 일종의 테이블 형태로 구비하고 있으며, 현재 접속한 기지국이 속한 그룹에 대응하는 파일럿 패턴 조합 중 기지국과의 사이에 약속된 하나의 파일럿 패턴 조합에 따라 상기 파일럿 심볼들을 검출한다.
MMSE 수신기(612)는 상기 파일럿 추출기(618)에서 출력한 파일럿 심볼들에 근거하여 2차원 MMSE 필터(도시하지 않음)를 이용하여 채널 추정을 수행함으로써 각 톤에 대한 채널 추정값을 생성한다. 상기 MMSE 필터를 위한 필터 계수들은 BPSK(Binary Phase Shift Keying) 변조되어 수신된 상기 파일럿 심볼들에 근거하여 계산된다. 여기서 각 추정은 하나의 PRU 내에서 이루어진다.
각 그룹에 대해 간섭을 제거하기 위하여 간접 MMSE 수신기가 사용될 수 있다. 간접 MMSE 수신기는 먼저 상기 수신 파일럿 심볼들과 채널 추정값들을 이용하여 IC 행렬을 하기 <수학식 4>와 같이 생성하고, 추가적으로 MMSE 필터에 의해 수신 데이터 심볼들을 필터링한다.
Figure pat00004
여기서
Figure pat00005
은 모든 수신 안테나들을 통한 수신 심볼들을 누적함으로써 얻어지는 i번째 파일럿 톤에서의 수신 심볼, 즉 수신 파일럿 심볼을 의미하는 벡터이며, hpilot ,i은 i번째 파일럿 톤을 통한 상기 수신 파일럿 심볼을 이용하여 구한 채널 추정값을 의미하는 벡터이며, R은 하나의 PRU 내에서의 파일럿 톤들에 대해 평균화된(averaged) IC 행렬이며,
Figure pat00006
는 검출된 심볼(detected symbol)이며, W는 MMSE 필터 계수들의 행렬이며,
Figure pat00007
와 hdata는 모든 수신 안테나들로부터의 수신 심볼들을 누적함으로써 얻어지는 데이터 톤들에서의 수신 심볼들, 즉 수신 데이터 심볼들의 벡터와, 상기 수신 데이터 심볼들을 이용하여 구한 채널 추정값들의 벡터를 각각 의미한다. 또한 i는 하나의 PRU 내에서의 각 파일럿 톤에 대한 인덱스이며, N은 수신 안테나들의 개수를 의미한다.
각 그룹에 대한 간섭들을 제거하기 위해서는 간접 MMSE 수신기가 사용되는데, 먼저 수신 파일럿 심볼들과 추정된 파일럿 채널을 이용하여 IC 행렬을 생성하며, 수신 심볼들을 MMSE 필터에 의해 필터링하고 나서 결정 심볼
Figure pat00008
을 각 비트에 대한 LLR 값들을 계산하는 전형적인 심볼 복조기에 의해 결정한다. postSINR은 LLR 계산기에 의해 주어진다.
상기 MMSE 수신기(612)에서 필터링을 통해 검출된 데이터 심볼들은 각 비트에 대한 LLR(Log Likelihood Ratio)을 계산하는데 사용되기 위하여 심볼 복조/복호기(616)로 제공된다. 또한 이후의(post) SINR이 LLR 계산을 위해 주어진다. 심볼 복조/복호기(616)는 상기 MMSE 수신기(612)에서 검출된 데이터 심볼들 및 요구되는 다른 정보들을 참조하여 복조 및 복호를 수행함으로써 정보 데이터 비트들을 복구한다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (20)

  1. 무선 통신 시스템에서의 파일럿 송신 방법에 있어서,
    각각 적어도 하나의 기지국을 포함하며 서로 다른 파일럿 패턴 조합들에 매핑되는 복수의 그룹들 중, 현재 기지국이 속한 그룹에 대응하는 파일럿 패턴 조합들 중 하나를 선택하는 과정과,
    상기 선택된 파일럿 패턴 조합에 따라 파일럿 톤들, 널 톤들 및 데이터 톤들이 매핑된 하향링크 신호를 생성하여 셀 내의 단말들에게로 전송하는 과정을 포함하며,
    상기 복수의 파일럿 패턴 조합들 각각은, 상기 파일럿 톤들과 상기 널 톤들이 인접하고, 상기 파일럿 톤들의 위치가 서로 다른 파일럿 패턴 조합들 간에 중첩되지 않도록 구성되는 것을 특징으로 하는 파일럿 전송 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전송하는 과정은,
    전송하고자 하는 적어도 하나의 데이터 심볼을 상기 데이터 톤들에 반복적으로 매핑하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 파일럿 전송 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 선택하는 과정은,
    상기 현재 기지국의 셀 식별자에 대응하는 인덱스를 가지는 파일럿 패턴 조합을 선택함을 특징으로 하는 파일럿 전송 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 파일럿 패턴 조합들은,
    동일한 그룹 내에서 서로 간에 상호 혼합되도록(interlaced) 구성됨을 특징으로 하는 파일럿 전송 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 파일럿 톤들은,
    채널 추정 효율을 향상시키기 위하여 미리 주어지는 전력 증폭 비율에 따라 증폭된 파일럿 전력을 가지고 전송됨을 특징으로 하는 파일럿 전송 방법.
  6. 무선 통신 시스템에서 파일럿 송신을 위한 기지국 장치에 있어서,
    각각 적어도 하나의 기지국을 포함하며 서로 다른 파일럿 패턴 조합들에 매핑되는 복수의 그룹들 중, 현재 기지국이 속한 그룹에 대응하는 파일럿 패턴 조합들 중 하나를 선택하는 파일럿 패턴 생성기와,
    상기 선택된 파일럿 패턴 조합에 따라 파일럿 톤들, 널 톤들 및 데이터 톤들이 매핑된 하향링크 신호를 생성하여 셀 내의 단말들에게로 전송하는 송신기를 포함하며,
    상기 복수의 파일럿 패턴 조합들 각각은, 상기 파일럿 톤들과 상기 널 톤들이 인접하고, 상기 파일럿 톤들의 위치가 서로 다른 파일럿 패턴 조합들 간에 중첩되지 않도록 구성되는 것을 특징으로 하는 기지국 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 송신기는,
    전송하고자 하는 적어도 하나의 데이터 심볼을 상기 데이터 톤들에 반복적으로 매핑하는 것을 특징으로 하는 기지국 장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 파일럿 패턴 생성기는,
    상기 현재 기지국의 셀 식별자에 대응하는 인덱스를 가지는 파일럿 패턴 조합을 선택함을 특징으로 하는 기지국 장치.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 파일럿 패턴 조합들은,
    동일한 그룹 내에서 서로 간에 상호 혼합되도록(interlaced) 구성됨을 특징으로 하는 기지국 장치.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 파일럿 톤들은,
    채널 추정 효율을 향상시키기 위하여 미리 주어지는 전력 증폭 비율에 따라 증폭된 파일럿 전력을 가지고 전송됨을 특징으로 하는 기지국 장치.
  11. 무선 통신 시스템에서의 파일럿 수신 방법에 있어서,
    각각 적어도 하나의 기지국을 포함하며 서로 다른 파일럿 패턴 조합들에 매핑되는 복수의 그룹들 중, 서빙 기지국이 속한 그룹에 대응하는 파일럿 패턴 조합들 중 하나를 선택하는 과정과,
    상기 선택된 파일럿 패턴 조합에 따라 파일럿 톤들, 널 톤들 및 데이터 톤들이 매핑된 하향링크 신호를 상기 서빙 기지국으로부터 수신하는 과정을 포함하며,
    상기 복수의 파일럿 패턴 조합들 각각은, 상기 파일럿 톤들과 상기 널 톤들이 인접하고, 상기 파일럿 톤들의 위치가 서로 다른 파일럿 패턴 조합들 간에 중첩되지 않도록 구성되는 것을 특징으로 하는 파일럿 수신 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 하항링크 신호는,
    상기 데이터 톤들에 반복적으로 매핑된, 적어도 하나의 데이터 심볼을 포함하는 것을 특징으로 하는 파일럿 수신 방법.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 선택하는 과정은,
    상기 서빙 기지국의 셀 식별자에 대응하는 인덱스를 가지는 파일럿 패턴 조합을 선택함을 특징으로 하는 파일럿 수신 방법.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 파일럿 패턴 조합들은,
    동일한 그룹 내에서 서로 간에 상호 혼합되도록(interlaced) 구성됨을 특징으로 하는 파일럿 수신 방법.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 파일럿 톤들은,
    채널 추정 효율을 향상시키기 위하여 미리 주어지는 전력 증폭 비율에 따라 증폭된 파일럿 전력을 가지고 수신됨을 특징으로 하는 파일럿 수신 방법.
  16. 무선 통신 시스템에서의 파일럿 수신을 위한 단말 장치에 있어서,
    파일럿 톤들, 널 톤들 및 데이터 톤들이 매핑된 하향링크 신호를 상기 서빙 기지국으로부터 수신하는 수신기와,
    각각 적어도 하나의 기지국을 포함하며 서로 다른 파일럿 패턴 조합들에 매핑되는 복수의 그룹들 중, 서빙 기지국이 속한 그룹에 대응하는 파일럿 패턴 조합들 중 하나를 선택하고, 상기 선택된 파일럿 패턴 조합에 따라 상기 하향링크 신호로부터 상기 파일럿 톤들을 추출하는 파일럿 추출기와,
    상기 추출된 파일럿 톤들을 이용하여 상기 하향링크 신호로부터 상기 데이터 톤들을 검출하는 등화기를 포함하며,
    상기 복수의 파일럿 패턴 조합들 각각은, 상기 파일럿 톤들과 상기 널 톤들이 인접하고, 상기 파일럿 톤들의 위치가 서로 다른 파일럿 패턴 조합들 간에 중첩되지 않도록 구성됨을 특징으로 하는 단말 장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 하항링크 신호는,
    상기 데이터 톤들에 반복적으로 매핑된, 적어도 하나의 데이터 심볼을 포함하는 것을 특징으로 하는 단말 장치.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 파일럿 추출기는,
    상기 서빙 기지국의 셀 식별자에 대응하는 인덱스를 가지는 파일럿 패턴 조합을 선택함을 특징으로 하는 단말 장치.
  19. 제 16 항에 있어서, 상기 파일럿 패턴 조합들은,
    동일한 그룹 내에서 서로 간에 상호 혼합되도록(interlaced) 구성됨을 특징으로 하는 단말 장치.
  20. 제 16 항에 있어서, 상기 파일럿 톤들은,
    채널 추정 효율을 향상시키기 위하여 미리 주어지는 전력 증폭 비율에 따라 증폭된 파일럿 전력을 가지고 수신됨을 특징으로 하는 단말 장치.
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