KR20120056510A - 무선 통신 시스템에서 수신 신호 검출 방법 및 장치 - Google Patents

무선 통신 시스템에서 수신 신호 검출 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 통신 시스템에서 기지국이 수신 신호를 검출하는 방법에 있어서, 랜덤 액세스 채널을 통해서 단말들 각각으로부터 대역폭 요청 지시자를 수신하는 과정과, 상기 수신한 대역폭 요청 지시자의 수에 상응하는 대역폭 요청 메시지를 나타내는 간섭 신호열을 결정하는 과정과, 상기 결정된 간섭 신호열들 중 적어도 하나의 간섭 신호열이 널 상태인 경우, 상기 널 상태인 간섭 신호열을 제외한 나머지 간섭 신호열들 각각에 대해 해당 간섭 신호열을 구성하는 해당 비트값이 1인 경우와 0인 경우 각각에 대한 제1최대 우도 매트릭을 결정하는 과정과, 상기 해당 비트값이 1인 경우와 0인 경우 각각의 제1최대 우도 매트릭을 미리 결정된 널 상태 확률을 사용하여 결정된 오프셋으로 보정하는 과정과, 상기 보정된 제1최대 우도 매트릭을 사용하여 상기 단말들 각각으로부터 수신한 대역폭 요청 메시지의 로그 우도비를 결정하는 과정을 포함한다.

Description

무선 통신 시스템에서 수신 신호 검출 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR TRANSMITTING AND RECEIVING SIGNAL IN A RADIO COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선 통신 시스템에서 수신한 신호를 검출하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적인 셀룰라(cellular) 통신 시스템은 시간, 주파수, 코드 및 공간 등의 자원을 기지국(BS: Base Station, 이하, 'BS'라 칭하기로 함)이 복수의 이동 단말(MS: Mobile Station, 이하, 'MS'라 칭하기로 함)들에게 할당하는 방식으로, 다수개의 MS들의 동시 접속을 지원한다. 이때, MS들의 동시 접속으로 상향 링크(UL: UpLink, 이하, 'UL이라 칭하기로 함) 자원 요청 채널에서 발생할 수 있는 지연(Latency)을 감소시키기 위해서, 특정 시간 및 주파수가 할당된 랜덤 액세스 채널(random access channel)이 사용된다.
이러한 랜덤 액세스 채널은, 다수개의 MS들이 동시에 접속을 시도할 경우, 경쟁(contention)이 발생할 수 있기 때문에 수신 성능을 높이기 위해서 BS는 여러 개의 수신 안테나(antenna)들을 사용하여 MS와 통신한다. 따라서 BS와 MS들간에는 다중 사용자 멀티 입력 멀티 아웃(MU-MIMO: Multiple User-Multiple Input Multiple Output) 채널이 이미 형성되어 있으므로, 상기 랜덤 엑세스 채널에 공간 분할 기능을 추가함으로써, 경쟁 확률을 낮출 수 있으며, 상기 랜덤 액세스 채널을 통한 데이터 전송량을 증가시킬 수 있다.
일반적인 랜덤 엑세스 채널은 MS 별로 공간 채널 구분을 포함하지 않기 때문에, 경쟁이 발생할 확률이 높다. 또한, 이러한 랜덤 액세스 채널에 MIMO 수신 기능을 포함해서 공간 채널 구분 능력을 포함하고자 하는 경우에도, MS의 데이터 전송 유무 자체를 사전에 알 수 없는 상기 랜덤 엑세스 채널의 특성으로 인해서, MIMO 수신기에서 최적의 성능을 보이는 것으로 알려진 최대우도 검출(ML 검출: maximum likelihood detection, 이하 'ML 검출'이라 칭함) 기법을 사용할 수 없고, 검출 성능에서 허위 경보(false alarm)가 발생할 확률이 높아진다.
그러므로, 상기한 랜덤 액세스 채널의 특성을 고려한 랜덤 엑세스 채널에서의 MIMO ML 검출 방식이 요구되어진다.
본 발명의 목적은, 랜덤 액세스 채널의 특성을 고려한 MIMO ML 검출 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은, BS가 랜덤 액세스 채널을 통해서 BW REQ 지시자를 수신한 경우, 상기 BW REQ 지시자에 대응하는 BW REQ 메시지 중 상기 BW REQ 메시지가 수신되지 않는 확률을 사용하여 BW REQ 지시자 메시지에 대한 ML 검출 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에서 제안하는 방법은, 통신 시스템에서 기지국이 수신 신호를 검출하는 방법에 있어서, 랜덤 액세스 채널을 통해서 단말들 각각으로부터 대역폭 요청 지시자를 수신하는 과정과, 상기 수신한 대역폭 요청 지시자의 수에 상응하는 대역폭 요청 메시지를 나타내는 간섭 신호열을 결정하는 과정과, 상기 결정된 간섭 신호열들 중 적어도 하나의 간섭 신호열이 널 상태인 경우, 상기 널 상태인 간섭 신호열을 제외한 나머지 간섭 신호열들 각각에 대해 해당 간섭 신호열을 구성하는 해당 비트값이 1인 경우와 0인 경우 각각에 대한 제1최대 우도 매트릭을 결정하는 과정과, 상기 해당 비트값이 1인 경우와 0인 경우 각각의 제1최대 우도 매트릭을 미리 결정된 널 상태 확률을 사용하여 결정된 오프셋으로 보정하는 과정과, 상기 보정된 제1최대 우도 매트릭을 사용하여 상기 단말들 각각으로부터 수신한 대역폭 요청 메시지의 로그 우도비를 결정하는 과정을 포함한다.
본 발명에서 제안하는 장치는, 통신 시스템에서 수신 신호를 검출하는 장치에 있어서, 랜덤 액세스 채널을 통해서 단말들 각각으로부터 대역폭 요청 지시자를 수신하는 수신부와, 상기 수신한 대역폭 요청 지시자의 수에 상응하는 대역폭 요청 메시지를 나타내는 간섭 신호열을 결정하고, 상기 결정된 간섭 신호열들 중 적어도 하나의 간섭 신호열이 널 상태인 경우, 상기 널 상태인 간섭 신호열을 제외한 나머지 간섭 신호열들 각각에 대해 해당 간섭 신호열을 구성하는 해당 비트값이 1인 경우와 0인 경우 각각에 대한 제1최대 우도 매트릭을 결정하고, 상기 해당 비트값이 1인 경우와 0인 경우 각각의 제1최대 우도 매트릭을 미리 결정된 널 상태 확률을 사용하여 결정된 오프셋으로 보정하고, 상기 보정된 제1최대 우도 매트릭을 사용하여 상기 단말들 각각으로부터 수신한 대역폭 요청 메시지의 로그 우도비를 결정하는 검출부를 포함한다.
본 발명은 랜덤 액세스 방식으로 접속이 허용되는 무선 통신 시스템에서, 사전 자원 할당 절차 없이 데이터를 송수신할 수 있는 효과가 있으며, 동시에 송신된 데이터의 스트림 또는 상기 데이터의 스트림을 송신한 MS의 개수를 미리 알 수 없는 환경에서, 확률적인 가정에 의해서 검출 성능을 유지시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 BW REQ 채널의 자원 구조를 도시한 도면.
도 2는 BW REQ 지시자만을 사용하여 UL 자원 할당을 요청하는 과정을 도시한 흐름도.
도 3은 BW REQ 지시자와 BW REQ 메시지를 동시에 송신하여 UL 자원 할당을 요청하는 과정을 도시한 흐름도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 BS 구성도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 ML 검출부(410)의 상세 구성도.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 ML 검출부의 동작 흐름도.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하, 본 발명의 실시 예에서는 무선 통신 시스템에서 랜덤 액세스 채널의 특성을 고려한 MIMO ML 검출 방법 및 장치를 설명하며, 랜덤 액세스 채널의 일 예로서, IEEE 802. 16m 시스템에서의 대역폭 요청(BW REQ: BandWidth REQuest, 이하, 'BW REQ'라 칭하기로 함) 채널을 고려하여 설명하지만, 반드시 BW REQ 채널에만 적용되는 것이 아님은 물론이다. BW REQ 채널은 MS가 UL 자원 요청 시 사용되는 물리 채널이다.
도 1은 일반적인 BW REQ 채널의 자원 구조를 도시한 도면이다.
Figure pat00001
도 1을 참조하면, 한 개의 BW REQ 채널은 동일한 크기를 갖도록 분할된 3개의 주파수-시간 자원 타일(tile)로 구성되어, 주파수 다이버시티(diversity) 효과를 얻을 수 있으며, 전체 주파수-시간 자원 타일들은 BW REQ 지시자들을 위한 BW REQ 지시자 부분(100)과 BW REQ 메시지들을 위한 BW REQ 메시지 부분(110)으로 구분된다.
하나의 BW REQ 지시자(indicator)는 길이 24인 직교 신호열 {Pr0, Pr1, Pr2, …, Pr23}의 형태로 각 주파수-시간 자원 타일에 대해서 반복적으로 송신될 수 있다. 그리고, 하나의 BW REQ 메시지는 상기 3개의 주파수-시간 자원 타일 각각의 가운데 주파수 영역에서 채널 코딩(channel coding)을 거친 직교 위상 편이 방식(QPSK: Quadrature Phase Shift Keying, 이하, 'QPSK'라 칭하기로 함) 변조 신호열 {M0, M1, M2, …, M35}의 형태로 송신된다.
임의의 MS가 상향링크 자원을 할당받고자 하는 경우, 상기 MS는 해당 BW REQ 채널을 통해서 BW REQ 지시자만을 BS로 송신할 수도 있고, 아니면 BW REQ 지시자와 BW REQ 메시지를 모두 송신할 수도 있다. 두 가지 경우의 차이는 상향링크 자원 요청 및 할당 절차가 달라지는 효과를 가져온다.
도 2는 BW REQ 지시자만을 사용하여 UL 자원 할당을 요청하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 210단계에서 BS(200)는 MS(205)로부터 BW REQ 지시자를 수신함으로써, BW REQ 요청이 발생했음을 인지한다. 이때, 상기 BS(200)는 상향링크 자원을 어느 MS에게 어느 정도의 크기로 할당해야 하는지 등에 대한 BW REQ에 대한 상세 정보를 파악하고 있지 못하고 있는 상태이다. 그러므로, 상기 BS(200)는 215단계에서 BW REQ에 대한 상세 정보를 포함하는 BW REQ 메시지를 위한 UL 자원을 할당하고, 이를 나타내는 UL grant 를 상기 MS(205)에게 송신한다.
상기 UL grant를 수신한 MS(205)는 자신의 식별(identification) 정보(예를 들어, station ID, caller ID 등이 해당함)과 요청 자원 크기 등의 정보로 구성되는 BW REQ 메시지를 포함하는 BW 요청 헤더(request header)를 생성하고, 225단계에서 상기 BW 요청 헤더를 허용된 UL 자원(resource)을 사용하여 상기 BS(200)으로 송신한다.
상기 BW 요청 헤더를 수신한 상기 BS(200)는 상기 BW 요청 헤더에 포함된 BW REQ 메시지로부터 획득한 정보를 고려하여 스케쥴러(scheduler)에 반영하고, 230단계에서 상기 획득한 정보에 상응하는 요청 자원을 상기 MS(205)에게 허용함을 나타내는 UL grant를 상기 MS(205)에게 송신한다. 235단계에서 상기 MS(205)는 상기 UL grant에 상응하는 UL 자원을 사용하여 UL 데이터를 상기 BS(200)에게 송신한다.
도 2와 같은 UL 자원 요청 절차는 MS와 BS간에 최소 5번의 시그널링(signaling) 교환을 필요로 하기 때문에, 해당 MS가 실시간 트래픽(real-time traffic)이나 기타 긴급 송신(urgent transmission)이 요구되는 지연에 민감한 UL 자원 요청에서는 개선이 요구되어진다. 따라서, 도 1의 BW REQ 메시지 부분(110)을 위한 자원 영역을 단말이 활용하여 상기 시그널링 절차를 하기 도 3과 같이 단순화시킬 수 있다.
도 3은 BW REQ 지시자와 BW REQ 메시지를 동시에 송신하여 UL 자원 할당을 요청하는 과정을 도시한 흐름도이다. 여기서, MS(305)는 긴급하게 UL 자원을 할당받아야 하는 경우임을 가정한다.
도 3을 참조하면, 310단계에서 상기 MS(305)는 BW 요청 지시자와 BW REQ 메시지를 동시에 BS(300)로 전송한다. 이때, 상기 BW REQ 메시지에는 단말의 식별 identification 정보(station ID, caller ID 등)와 요청 자원 크기 등의 상향링크 자원 요청과 관련된 최소한의 상세 정보가 포함된다.
BW 요청 지시자와 BW REQ 메시지를 수신한 상기 BS(300)는 도 2의 215단계 내지 225단계를 생략하고, 315단계에서 BW REQ 메시지로부터 획득한 정보를 고려하여 스케쥴러(scheduler)에 반영하고, 320단계에서 상기 획득한 정보에 상응하는 요청 자원을 상기 MS(305)에게 허용함을 나타내는 UL grant를 상기 MS(305)에게 송신한다.
결과적으로, 상기 MS(305)는 BW REQ 지시자와 BW REQ 메시지를 동시에 송신함으로써, BW 지시자만을 송신한 경우에 비해서 시그널링 절차가 3단계로 줄어 들게 되어 지연을 감소시킬 수 있다.
그러나, BW REQ 지시자와는 달리 BW REQ 메시지는 UL 요청 자원을 추가 검증 과정이 없이 직접 할당하기 때문에, 수신 오류가 발생할 경우 UL 자원이 필요하지 않은 MS에게 할당되거나 해당 MS에게 불필요한 크기의 UL 자원을 할당하게 되어 UL 시스템 전체의 성능에 열화가 발생할 수 있다.
또한, IEEE 802.16m 시스템의 BW REQ 채널을 예로 들어 설명하면, BW REQ 지시자는 MS가 임의로 선택한 총 24개의 직교 신호열로 구성된다. 따라서, 임의의 MS들 각각이 자신의 BW REQ 지시자를 구성하는 직교 신호열을 서로 다르게 선택하면, 상기 MS들은 동일한 BW REQ 채널을 통해서 자신의 BW REQ 지시자를 송신하더라도, BS는 해당 단말의 BW REQ 지시자를 구분하여 수신할 수 있다.
반면, BW REQ 메시지는 QPSK 변조 신호열의 형태로 수신되므로, 다수의 MS들이 동시에 BW REQ 메시지를 송신하게 되면, 서로 간섭을 일으키기 때문에 BS의 수신 성능이 나빠지는 문제점이 발생한다.
상기한 문제를 해결하기 위해서 동일 BW REQ 채널을 통해서 BW REQ 메시지를 송신하는 단말의 개수를 기지국에서 제한하는 방법을 고려할 수 있다. 구체적으로, 최초 콜 셋 업(call set up)하거나 특정한 서비스 플로우(service flow)를 개시하는 MS들과 같이 긴급하게 UL 자원을 할당받아야 하는 MS들의 수를 BS가 선별한다. 이에 따라, 상기 BS는 선별된 MS들에 한해서 BW REQ 지시자와 BW REQ 메시지를 동시에 송신하도록 허용하고, 이를 나타내는 BW REQ 메시지 송신에 대한 승인 메시지를 상기 선별된 MS들에게 송신한다. 이 경우, 상기 BS로부터 상기 승인 메시지를 수신하지 못한 MS는 UL 자원 요청을 위해 BW REQ 지시자와 BW REQ 메시지를 동시에 송신할 수 없으므로, 도 2의 절차를 통해서 UL 자원 요청 절차를 수행한다.
그러나, 상기 승인 메시지를 송신한 MS로부터 BW REQ 지시자를 수신했더라도, 반드시 BW REQ 메시지가 함께 수신되었음을 보장할 수 없기 때문에, 해당 MS별로 상기 BW REQ 메시지의 수신 여부 또는 신뢰도를 추가로 판단하여야 한다.
그러므로, 이하에서는, BS가 긴급하게 UL 자원을 할당받아야 하는 MS들의 수를 선별하고, 상기 선별된 MS들과 도 3과 같이 간소화된 UL 자원 할당 절차를 수행하기 위해서 상기 선별된 MS들에게 승인 메시지를 송신한다. 이후, 상기 선별된 MS들 중 임의의 MS들로부터 BW REQ 지시자가 수신되면, 상기 BW REQ 지시자를 송신한 MS들로부터 BW REQ 메시지가 함께 수신되었는 지 여부 또는 신뢰도를 판단하는 방법 및 장치를 제안한다.
이하, 본 발명의 실시 예에서는, BS가 BW REQ 채널을 통해서 1개 이상의 BW REQ 메시지를 동시에 수신할 수 있도록 허용하기 위해서, MIMO 최대 우도(ML: Maximum Likelihood, 이하, 'ML'이라 칭하기로 함) 검출 방식을 사용하여 BW REQ 메시지의 수신 여부를 검출하는 방법을 설명한다.
일반적인 MIMO ML 검출 방식은 하기 <수학식 1>과 같이 나타내어 진다.
Figure pat00002
여기서, r은 수신 안테나의 지시자를 나타내고, t는 해당 MS로부터 송신되는 데이터 스트림(stream)의 지시자(또는 BW REQ 메시지의 지시자)를 나타내고,
Figure pat00003
은 r번째 지시자에 대응하는 수신 안테나로부터 수신된 데이터를 나타내고,
Figure pat00004
는 t번째 지시자에 대응하는 MS가 송신하는, BW REQ 메시지의 QPSK 변조 신호를 나타내고,
Figure pat00005
는 t번째 지시자에 대응하는 MS와 r번째 지시자에 대응하는 BS의 수신안테나 간의 무선채널 복소 응답을 나타낸다.
상기 <수학식 1>은 벡터-행렬을 이용하여 등가적으로 하기 <수학식 2>와 같이 나타내어진다.
Figure pat00006
여기서, y는
Figure pat00007
를 각 원소로 하는 열벡터를 나타내고, s는
Figure pat00008
를 원소로 하는 열벡터를 나타내고, H는 r째 행과 t째 열의
Figure pat00009
를 원소로 하는
Figure pat00010
크기의 행렬을 나타낸다. 여기서, BS에 의한 BW REQ 메시지의 검출 능력을 보장하기 위해서
Figure pat00011
을 가정하며, R은 수신 안테나의 개수를 T는 MS로부터 송신되는 데이터 스트림의 개수를 각각 나타낸다.
상기한 바와 같은 일반적인 MIMO ML 검출 방식은, 모든 MS들이 송신한 각 변조 신호 즉, BW REQ 메시지를 나타내는 QPSK 변조 신호의 모든 가능한 조합별로 재구성된 QPSK 변조 신호와의 에러 거리(distance)가 최소값에 가까운 확률이 가장 높은 QPSK 변조 신호들의 조합을 찾도록 구현된다. 따라서, 일반적인 MIMO ML 검출 방식은 MS들이 송신한 QPSK 변조 신호의 개수를 정확하게 알고 있어야만 동작이 가능하다. 만약, BS가 2개의 데이터 스트림을 기준으로 수신기를 동작시키고 있지만, 실제로는 1개의 데이터 스트림만이 송신된 경우, 수신된 데이터 스트림에 대한 ML 검출의 수신 성능이 현저히 나빠진다. 이러한 문제점을 상기 수신기가 BW REQ 메시지를 수신하는 경우에 적용하여 설명하기 위해서, 상기 수신기가 해당 MS로부터 송신된 BW REQ 지시자를 2개 검출한 경우를 가정하자. 이 경우, 상기 BS가 BW REQ 메시지가 해당 MS로부터 2개 수신되었음을 보장할 수 없다. 따라서 실질적으로, 일부 MS들은 BW REQ 절차를 도 3과 같이 단순화할 필요가 없어서 상기 BS로부터 승인 메시지를 수신하지 않은 상태이거나, UL 커버리지(coverage) 등의 문제로 인해 송신 전력이 부족하여 BW REQ 지시자만을 송신해야 할 수도 있다. 그러므로, BS는 MS들로부터 송신된 BW REQ 메시지의 개수를 정확히 계산할 수 없고, 다만, 상기 BS에 의해서 검출된 BW REQ 지시자의 개수(N_ ind)보다 작거나 같다는 정도만을 가정할 수 있다. 이로 인해, BS는 BW REQ 메시지 검출 시, 일반적인 MIMO 검출 방식을 직접 적용하기 어렵다.
한편, ML 검출 결과를 채널 디코더(channel decoder)를 통해서 부호화 이득까지 획득하기 위해서는, 소프트 디시젼(soft decision) 결과를 추출해서 상기 채널 디코더로 입력되어야 하며, 이때 요구되는 소프트 디시젼은 일반적으로 하기 <수학식 3>과 같이 나타내어지는 로그 우도 비(LLR:Log Likelihood Ratio, 이하, 'LLR'라 칭함)의 형태로 표현된다.
Figure pat00012
여기서, b i 는 해당 QPSK 변조 신호열이 포함하고 있는 비트(bit)를 나타내고, BS가 수신한 BW REQ 메시지들은 QPSK 변조 신호이므로, 각 BW REQ 메시지당 2비트
Figure pat00013
를 각각 포함한다. 또한,
Figure pat00014
은 모든 발생 가능한 s의 집합 중에서
Figure pat00015
의 값이 '1'
Figure pat00016
인 절반의 QPSK 변조 신호열 s 1의 집합을 나타내고,
Figure pat00017
은 b i 의 값이 '0'
Figure pat00018
인 나머지 절반의 QPSK 변조 신호열 s 0의 집합을 각각 의미한다.
일 예로, BS가 2개의 QPSK 변조 신호열을 수신한 경우, 상기 2개의 QPSK 변조 신호에 대한 열벡터 s = [s 0, s 1]는 총 16개의 조합이 발생 가능하고, 그 중 특정 i번째 비트에 대한 변조 신호열 집합
Figure pat00019
,
Figure pat00020
의 크기는 각각 8이다. 이 경우, 하기 <수학식 4>를 사용하여 LLR을 계산할 수 있다.
Figure pat00021
여기서,
Figure pat00022
는 부가 잡음의 표준편차를 나타낸다.
즉, 각 QPSK 변조 신호열 집합과 채널간의 곱에 의해 수신된 BW REQ 메시지를 재구성하고, 재구성된 BW REQ 메시지와 실제 수신된 BW REQ 메시지간의 최소 거리의 차를 이용해서 LLR을 연산할 수 있다.
다만, BS는 실제로 MS로부터 송신된 BW REQ 메시지들의 개수를 알 수 없으므로, 이하에서는 BS가 수신한 BW REQ 지시자의 개수에 대응하는, 수신 여부가 불확실한 BW REQ 메시지들의 QPSK 변조 신호열들을 간섭 신호열들로 정의하고, 상기 간섭 신호열들의 후보 QPSK 심볼 셋(symbol set)에 해당 BW REQ 메시지가 수신되지 않은 상태에 대응하는 즉, 해당 심볼의 실수부와 허수부의 값을 각각 '0'으로 설정한 즉, 널 상태(NULL state)를 추가하여 ML 검출 방식을 구현한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 BS 구성도이다.
도 4를 참조하면, BS(400)는 수신부(405)와, ML 검출부(410) 및 송신부(415)를 포함한다. 상기 수신부(405)는 MS들로부터 데이터 스트림을 일 예로, BW REQ 지시자와 BW REQ 메시지 등을 함께 또는 따로 수신하여 상기 ML 검출부(410)로 전달한다. 상기 ML 검출부(410)는 상기 수신부(405)가 수신한 BW REQ 지시자의 수에 대응하는 간섭 신호열들에 대한 널 상태를 사용하여 ML 매트릭을 검출한다. 상기 송신부(415)는 미리 알고 있는, 긴급하게 UL 자원을 할당받아야 하는 MS들에게 BW REQ 메시지 송신에 대한 승인 메시지를 송신한다.
상기 ML 검출부(410)는 상기 수신부(405)로부터 BW REQ 지시자를 획득하면, 상기 BW REQ 지시자의 개수 이하에 상응하는 BW REQ 메시지를 수신하였다고 가정한다. 일 예로, 상기 수신부(405)가 2개의 BW REQ 지시자를 수신한 경우, 상기 BW REQ 메시지는 상기 BW REQ 메시지의 개수에 대응하는 '2개' 이하로 수신되었음을 가정한다. 그리고, 상기 ML 검출부(410)는 상기 BS가 수신 가능한 2개의 BW REQ 메시지의 QPSK 변조 신호열 각각을 간섭 신호열로 정의한다. 상기 2개의 간섭 신호열들 (s 0, s 1) 중 첫 번째 QPSK 변조 신호열의 s 0에 대해 LLR을 연산하는 경우, 나머지 간섭 신호열 s 1이 전송되지 않는 널(NULL) 상태 확률을 고려하여, 상기 <수학식 3>을 하기 <수학식 5>의 형태로 재정의한다.
Figure pat00023
여기서,
Figure pat00024
는 BS가 수신한 BW REQ 지시자의 수에 대응하는 BW REQ 메시지 중 해당 BW REQ 메시지가 수신되지 않는 즉, 널 상태가 발생할 확률을 나타내고, 상기
Figure pat00025
는 각 MS별 호 설정(call set up) 과정에서 해당 MS와 BS 사이의 협상(negotiation)을 통해서 결정된다. 즉, BS는 전체 활성화(active) MS들 중 대한 BW REQ 지시자만을 송신할 수 있는 단말의 비율을 부하 상태(load condition) 등에 따라서 미리 가정하고, 제어할 수 있다.
Figure pat00026
또한,
Figure pat00027
와
Figure pat00028
는 상기 BS가 상기 수신한 BW REQ 메시지들 모두 널 상태가 아닌 경우, 상기 BW REQ 메시지들의 열벡터 s = [s 0, s 1]의 집합 중에서
Figure pat00029
가 '1'의 값을 갖는 경우와 '0'의 값을 갖는 경우의 후보 집합을 의미하며, 각 집합의 크기는 8을 갖는다. 이와 유사하게
Figure pat00030
와
Figure pat00031
는, 상기 BS가 상기 수신한 BW REQ 메시지들 중 s 1이 널 상태인 경우를 가정하여, s 0의 후보 집합들 중에서
Figure pat00032
가 '1'의 값을 갖는 경우와, '0'의 값을 갖는 경우의 후보 집합을 의미하며, 각 부분 집합의 크기는 2를 갖는다.
상기 <수학식 5>를 간략히 정리하기 위해서, 새로운 변수
Figure pat00033
를 하기 <수학식 6>과 같이 정의한다.
Figure pat00034
상기
Figure pat00035
를 사용하여 상기 <수학식 5>를 근사화하면, 하기 <수학식 7>과 같이 나타내어진다.
Figure pat00036
상기 <수학식 7>의 물리적인 의미는 BS가 각각 2개의 BW REQ 메시지가 수신되는 경우와 1개의 BW REQ 메시지가 수신되는 경우에 대한 에러 거리(error distance)를 계산하는 것이다. 이때, 상기 1개의 BW REQ 메시지가 수신되는 경우의 에러 거리는 널 상태에 따라
Figure pat00037
만큼의 오프셋(offset)을 적용하여 최소 에러 거리를 결정하는 것을 의미한다. 그리고, 상기 <수학식 7>에서
Figure pat00038
로 인하여 각 ML 매트릭(metric)에 음수가 발생하는 경우, 0으로 처리하기로 한다.
BS의 BW REQ 메시지 수신 확률에 의해서 결정되는
Figure pat00039
는 예측이 불가능하다. 그러므로, 본 발명의 실시 예에서는 미리 정해지는 수의 q 값을 기준으로, 결정된 를 나타낸 매핑 테이블(mapping table)을 사용하여 BS가 수신한 BW REQ 메시지의 ML을 검출한다.
하기 <표 1>은 일 예로 미리 정해지는 6개의 널 상태 확률에 따른
Figure pat00040
를 나타낸 표이다.
index q(Null probability)
Figure pat00041
(ML Metric bias)
0 1/16 1.32
1 1/8 0.56
2 3/16 0.08
3 1/4 -0.29
4 3/8 -0.88
5 1/2 -1.39
6 3/4 -2.48
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 ML 검출부(410)의 상세 구성도이다. 여기서도, 설명의 편의상 상기 수신부(405)가 2개의 BW REQ 메시지의 QPSK 변조 신호열을 수신한 경우를 가정한다.
도 5를 참조하면, 상기 ML 검출부(410)는 채널 추정기(500)와, BW REQ 지시자 정보 추출기(505)와, 채널 응답 추정기(510)와, 1 스트림 MIMO ML 매트릭 연산기(515)와, 2 스트림 MIMO ML 연산기(520)와, 1 스트림 바이어스 덧셈기(525)와, ML 매트릭 비교기(530) 및 LLR 연산기(535)를 포함한다. 상기 채널 추정기(500)는 상기 BW REQ 지시자를 수신하면, 상기 BW REQ 지시자가 송신된 채널을 추정한다. 상기 BW REQ 지시자 정보 추출기(505)는 상기 BW REQ 지시자를 통해서 BW REQ이 발생하였음을 인지하고, 상기 채널 응답 추정기(510)는 상기 채널 추정기(500)로부터 추정된 채널 응답을 계산하여, 상기 제1스트림 매트릭 연산기(515) 및 상기 제2스트림 매트릭 연산기(520)로 전달한다.
Figure pat00042
Figure pat00043
상기 제1스트림 매트릭 연산기(515)는 BW REQ 메시지의 QPSK 변조 신호열 각각을 간섭 신호열로 정의하고, 상기 간섭 신호열들 중 하나의 간섭 신호열이 널 상태인 경우, 상기 채널 응답 추정기(510)로부터 획득한 추정 채널 응답을 이용하여 상기 간섭 신호열들 중 널 상태가 아닌 간섭 신호열의 해당 비트의 값이 '1'을 갖는 경우와 '0'을 갖는 경우 각각의 ML 매트릭(이하, '제1매트릭'이라 칭함)들을 계산하고, 상기 1스트림 바이어스 덧셈기(525)에게 전달한다. 상기 1스트림 바이어스 덧셈기(525)는 상기 간섭 신호열들 중 널 상태가 발생할 확률을 계산하고, 상기 널 상태가 발생할 확률을 사용하여 상기 <수학식 6>과 같이 정의되는
Figure pat00044
를 계산한 후, 상기 제1매트릭들 각각에 상기
Figure pat00045
를 덧셈하여 상기 ML 매트릭 비교기(530)로 전달한다. 이때, 상기
Figure pat00046
는 상기 <표 1>과 같이 정해지는 미리 결정된 널 상태가 발생할 확률에 따라 결정되는 값들을 사용한다.
상기 제2스트림 매트릭 연산기(520)는 BW REQ 메시지의 QPSK 변조 신호열 각각을 간섭 신호열로 정의하고, 상기 간섭 신호열들이 모두 널 상태가 아닌 경우, 상기 채널 응답 추정기(510)로부터 획득한 추정 채널 응답을 이용하여 상기 간섭 신호열들 각각의 해당 비트의 값이 '1'을 갖는 경우와 '0'을 갖는 경우 각각의 ML 매트릭(이하, '제2매트릭'이라 칭함)들을 계산하고, 상기 ML 비교기(530)에게 전달한다.
상기 ML 비교기(530)는 해당 비트의 값이 '1'을 갖는 경우의 제1매트릭과 제2매트릭을 비교하여 제1최소값을 획득하고, 해당 비트 값이 '0'을 갖는 경우의 제1매트릭과 제2매트릭을 비교하여 제2최소값을 획득한 후, 상기 LLR 연산기(535)로 전달한다. 상기 LLR 연산기(535)는 상기 제1최소값과 상기 제2최소값간의 차이인 LLR을 획득한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 ML 검출부의 동작 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 600단계에서 ML 검출부는 MS들로부터 BW REQ 지시자를 수신하고, 605단계로 진행한다. 605단계에서 ML 검출부는 상기 수신한 BW REQ 지시자의 수에 대응하는 BW REQ 메시지를 나타내는 간섭 신호들을 결정하고, 610단계로 진행한다.
610단계에서 상기 ML 검출부는, 상기 결정된 간섭 신호들 중 적어도 하나의 간섭 신호열이 널 상태인 경우가 존재하는 지 검사한다.
상기 검사 결과 상기 간섭 신호열들 중 적어도 하나의 간섭 신호열이 널 상태인 경우, 상기 널 상태인 간섭 신호열을 제외한 나머지 간섭 신호열들 각각을 구성하는 해당 비트값이 '1'인 경우와 '0'인 경우 각각에 대한 제1ML 매트릭을 결정하고, 620단계로 진행한다. 620단계에서 상기 ML 검출부는 상기 결정된 제1ML 매트릭들을 미리 결정된 널 상태 확률을 사용하여 결정된 오프셋으로 보정하고 635단계로 진행한다.
상기 검사 결과 상기 간섭 신호열들 중 널 상태인 간섭 신호열이 존재하지 않는 경우, 630단계에서 상기 ML 검출부는 상기 결정된 간섭 신호열들 각각을 구성하는 해당 비트값이 '1'인 경우와 '0'인 경우 각각에 대한 제2ML 매트릭을 결정하고, 635단계로 진행한다. 635단계에서 상기 ML 검출부는 상기 보정된 제1ML 매트릭과, 제2ML매트릭을 사용하여 상기 MS들로부터 수신한 BW REQ 메시지의 LLR을 계산한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시 예에서는 MS들로부터 수신된 BW REQ 메시지의 개수를 정확히 알 수 없는 상황에서도, 미리 결정된 널 상태 확률 즉, BW REQ 메시지가 수신되지 않은 확률을 사용함으로써, 검출 성능을 유지시킬 수 있는 효과가 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 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (12)

  1. 통신 시스템에서 기지국이 수신 신호를 검출하는 방법에 있어서,
    랜덤 액세스 채널을 통해서 단말들 각각으로부터 대역폭 요청 지시자를 수신하는 과정과,
    상기 수신한 대역폭 요청 지시자의 수에 상응하는 대역폭 요청 메시지를 나타내는 간섭 신호열을 결정하는 과정과,
    상기 결정된 간섭 신호열들 중 적어도 하나의 간섭 신호열이 널 상태인 경우, 상기 널 상태인 간섭 신호열을 제외한 나머지 간섭 신호열들 각각에 대해 해당 간섭 신호열을 구성하는 해당 비트값이 1인 경우와 0인 경우 각각에 대한 제1최대 우도 매트릭을 결정하는 과정과,
    상기 해당 비트값이 1인 경우와 0인 경우 각각의 제1최대 우도 매트릭을 미리 결정된 널 상태 확률을 사용하여 결정된 오프셋으로 보정하는 과정과,
    상기 보정된 제1최대 우도 매트릭을 사용하여 상기 단말들 각각으로부터 수신한 대역폭 요청 메시지의 로그 우도비를 결정하는 과정을 포함하는 수신 신호 검출 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 미리 결정된 널 상태 확률은, 상기 수신한 대역폭 요청 지시자의 수에 상응하는 대역폭 요청 메시지를 나타내는 간섭 신호열의 수가 상기 수신한 대역폭 요청 지시자의 수 미만일 확률을 나타내고, 상기 단말들 각각의 호 설정 과정에서 해당 단말과 기지국 간의 협상을 통해서 미리 정해지는 수로 결정됨을 특징으로 하는 수신 신호 검출 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 로그 우도비를 결정하는 과정은,
    상기 결정된 간섭 신호열들 중 널 상태인 간섭 신호열이 존재하지 않는 경우, 상기 결정된 간섭 신호열들 각각에 대해 해당 간섭 신호열을 구성하는 해당 비트값이 1인 경우와 0인 경우 각각에 대한 제2최대 우도 매트릭을 결정하는 과정과,
    상기 보정된 제1최대 우도 매트릭과 상기 제2최대 우도 매트릭을 사용하여 상기 단말들로부터 수신한 대역폭 요청 메시지의 최소 에러 거리를 계산하는 과정을 포함하는 수신 신호 검출 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 오프셋은,
    하기 수학식에 의해서 결정됨을 특징으로 하는 수신 신호 검출 방법.
    <수학식>
    Figure pat00047
    Figure pat00048

    여기서,
    Figure pat00049
    는 상기 오프셋을 나타내고, q는 상기 미리 결정된 널 상태 확률을 나타냄.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 대역폭 요청 메시지는 직교 위상 편이 방식 변조 신호열의 형태로 송신되고, 해당 단말의 식별자, 발신자 식별자 및 요청 자원 크기를 포함함을 특징으로 하는 수신 신호 검출 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 랜덤 액세스 채널을 통해서 단말들로부터 대역폭 요청 지시자를 수신하는 과정은,
    해당 단말로부터 상기 대역폭 요청 지시자와 동시에 송신된 대역폭 요청 메시지를 수신하는 과정을 더 포함하며,
    상기 대역폭 요청 지시자와 동시에 송신된 대역폭 요청 메시지를 수신한 단말은, 상기 기지국에 의해서 지연에 민감한 단말로 선별되어, 상기 기지국으로부터 상기 대역폭 요청 지시자와 상기 대역폭 요청 메시지를 동시에 송신 가능함을 나타내는 승인 메시지를 미리 수신한 상태임을 특징으로 하는 수신 신호 검출 방법.
  7. 통신 시스템에서 수신 신호를 검출하는 장치에 있어서,
    랜덤 액세스 채널을 통해서 단말들 각각으로부터 대역폭 요청 지시자를 수신하는 수신부와,
    상기 수신한 대역폭 요청 지시자의 수에 상응하는 대역폭 요청 메시지를 나타내는 간섭 신호열을 결정하고, 상기 결정된 간섭 신호열들 중 적어도 하나의 간섭 신호열이 널 상태인 경우, 상기 널 상태인 간섭 신호열을 제외한 나머지 간섭 신호열들 각각에 대해 해당 간섭 신호열을 구성하는 해당 비트값이 1인 경우와 0인 경우 각각에 대한 제1최대 우도 매트릭을 결정하고, 상기 해당 비트값이 1인 경우와 0인 경우 각각의 제1최대 우도 매트릭을 미리 결정된 널 상태 확률을 사용하여 결정된 오프셋으로 보정하고, 상기 보정된 제1최대 우도 매트릭을 사용하여 상기 단말들 각각으로부터 수신한 대역폭 요청 메시지의 로그 우도비를 결정하는 검출부를 포함하는 수신 신호 검출 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 미리 결정된 널 상태 확률은, 상기 수신한 대역폭 요청 지시자의 수에 상응하는 대역폭 요청 메시지를 나타내는 간섭 신호열의 수가 상기 수신한 대역폭 요청 지시자의 수 미만일 확률을 나타내고, 상기 단말들 각각의 호 설정 과정에서 해당 단말과 기지국간의 협상을 통해서 미리 정해지는 수로 결정됨을 특징으로 하는 수신 신호 검출 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 검출부는,
    상기 결정된 간섭 신호열들 중 널 상태인 간섭 신호열이 존재하지 않는 경우, 상기 결정된 간섭 산호열들 각각에 대해 해당 간섭 신호열을 구성하는 해당 비트값이 1인 경우와 0인 경우 각각에 대한 제2최대 우도 매트릭을 결정하고, 상기 보정된 제1최대 우도 매트릭과 상기 제2최대 우도 매트릭을 사용하여 상기 단말들로부터 수신한 대역폭 요청 메시지의 최소 에러 거리를 계산함으로써, 상기 로그 우도비를 결정함을 특징으로 하는 수신 신호 검출 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 오프셋은,
    하기 수학식에 의해서 결정됨을 특징으로 하는 수신 신호 검출 장치.
    <수학식>
    Figure pat00050
    Figure pat00051

    여기서,
    Figure pat00052
    는 상기 오프셋을 나타내고, q는 상기 미리 결정된 널 상태 확률을 나타냄.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 대역폭 요청 메시지는 직교 위상 편이 방식 변조 신호열의 형태로 송신되고, 해당 단말의 식별자, 발신자 식별자 및 요청 자원 크기를 포함함을 특징으로 하는 수신 신호 검출 장치.
  12. 제7항에 있어서,
    미리 선별된, 지연에 민감한 단말들에게 대역폭 요청을 위한 자원 요청 시, 상기 대역폭 요청 지시자와 상기 대역폭 요청 메시지를 동시에 송신 가능함을 나타내는 승인 메시지를 송신하는 송신부를 더 포함하며,
    상기 수신부는, 상기 지연에 민감한 단말들 중 임의의 단말로부터 상기 대역폭 요청 지시자와 동시에 송신된 대역폭 요청 메시지를 수신함을 특징으로 하는 신호 검출 장치.
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