KR20120070055A - 채널 추정기 - Google Patents

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박기윤
조대순
황현구
김대호
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한국전자통신연구원
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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 채널 추정기는, 입력된 데이터 프레임으로부터 기준 신호를 추출하는 기준 신호 추출부, 상기 추출된 기준 신호로부터 셀특정 기준 신호를 추출하는 셀특정 기준 신호 추출부, 상기 추출된 기준 신호로부터 변조 기준 신호를 추출하는 변조 기준 신호 추출부, 상기 추출된 기준 신호로부터 도플러 스프레딩을 계산하는 도플러 스프레딩 계산부, 상기 추출된 셀특정 기준 신호 혹은 상기 추출된 변조 기준 신호를 최소 평균 제곱 에러 필터링하는 필터링부, 및 채널 추정 값을 얻기 위하여 상기 계산된 도플러 스프레딩에 근거로 하여 상기 필터링부의 출력 값들을 인터폴레이션하는 인터폴레이션부를 포함한다. 본 발명에 따른 채널 추정기는, 고속이동통신 시스템의 하향링크에 있어서 CRS와 DRS를 동시에 이용하여 복조함으로써, 최적으로 채널을 추정할 수 있다.

Description

채널 추정기{CHANNEL ESTIMATOR}
본 발명은 채널 추정기에 관한 것이다.
OFDM (Orthogonal Frequency Domain Multiplexing) 방식의 송신 신호를 수신하기 위해서 알려진 시퀀스(Sequence)로 구성된 기준 신호(Reference Singal; RS)를 이용하여 채널을 추정(Estimation)한다.
기준 신호(RS)는 셀(Cell) 전체에 방송되는 셀 특성 기준 신호(Cell-specific RS; CRS)와, 특정 단말(User Equipment)를 대상으로 하는 사용자 특정 기준 신호(UE-specific RS; UERS)로 구분할 수 있다.
셀특정 기준 신호(CRS)는 주로 제어 채널인 PCFICH(Physical Control Format Indicator Channel), PHICH(Physical Hybrid-ARQ Indicator Channel), PDCCH(Physical Data Control Channel) 혹은 방송 채널인 PBCH(Physical Broadcast Channel) 등의 복조에 사용된다. 경우에 따라서는 데이터 채널의 복조에도 사용될 수도 있다.
사용자 특정 기준 신호(UERS)로 구분되는 변조 기준 신호(Demodulation Reference Signal;DRS)은 주로 데이터 채널의 복조에 이용된다.
상술 된 두 가지의 기준 신호들(CRS, DRS)을 모두 송신하는 경우에는 데이터 복조를 위해서는 셀특정 기준 신호(CRS)와 변조 기준 신호(DRS)를 함께 사용하는 채널 추정기가 필요하다.
본 발명의 목적은 셀특정 기준 신호(CRS)와 변조 기준 신호(DRS)를 동시에 이용하는 채널 추정기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 채널 추정기는, 입력된 데이터 프레임으로부터 기준 신호를 추출하는 기준 신호 추출부, 상기 추출된 기준 신호로부터 셀특정 기준 신호를 추출하는 셀특정 기준 신호 추출부, 상기 추출된 기준 신호로부터 변조 기준 신호를 추출하는 변조 기준 신호 추출부, 상기 추출된 기준 신호로부터 도플러 스프레딩을 계산하는 도플러 스프레딩 계산부, 상기 추출된 셀특정 기준 신호 혹은 상기 추출된 변조 기준 신호를 최소 평균 제곱 에러 필터링하는 필터링부, 및 채널 추정 값을 얻기 위하여 상기 계산된 도플러 스프레딩에 근거로 하여 상기 필터링부의 출력 값들을 인터폴레이션하는 인터폴레이션부를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 채널 추정기는, 고속이동통신 시스템의 하향링크에 있어서 셀특정 기준 신호(CRS)와 변조 기준 신호(DRS)를 동시에 이용하여 복조함으로써, 최적으로 채널을 추정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 CRS와 DRS를 이용하여 채널 추정하는 채널 추정기를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 RS 추출부를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 CRS와 DRS의 시간 축의 배치를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 DRS 추출부를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 MMSE 계산부를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 CRS 시간 축 인터폴레이션을 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 CRS 시간 축 인터폴레이션을 구하는 식을 표이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 DRS 시간 축 인터폴레이션을 보여주는 도면이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명할 것이다.
LTE Advanced 규격은 3GPP(Third Generation Partnership Project)에서 표준화하는 이동통신 관련 규격 중에서 Release 10을 뜻한다. 이하에서 참고로 하는 규격은 주로 Release 10을 의미한다.
기준 신호(Reference Signal; RS)는 수신 데이터 복조를 위해서 필요한 신호이다. 예를 들어, 데이터 프레임을 1 ms의 시간을 서브프레임으로 규정하고 더 구분하여 14개의 OFDM 심볼로 구성된다고 가정할 때, 14개의 OFDM 심볼에 모두 기준 신호(RS)를 전송한다면 데이터를 보낼 자리가 그만큼 줄어든다. 따라서 꼭 필요한 OFDM 심볼에만 기준 신호(RS)를 전송함으로써 데이터를 충분히 전송할 자원을 확보해야 한다.
셀특정 기준 신호(CRS)는 셀에 공통되는 기준 신호(RS)이고, 다양한 제어 채널과 방송 채널 등의 복조에 필요하다. 규격에 따르면 송신 안테나가 1개인 경우에는 1 ms에 4 OFDM 심볼에 부분적으로 셀특정 기준 신호(CRS)가 전송된다. 송신 안테나가 증가하면 더 많은 심볼에 셀특정 기준 신호(CRS)가 전송되어야 한다.
변조 기준 신호(DRS)는 단말에 할당된 데이터의 일부에 기준 신호(RS)를 할당하기 때문에 셀특정 기준 신호(CRS)가 일정한 자원을 점유하는 것과 달리 필요할 경우에만 자원을 사용한다. LTE-Advanced 규격에서는 셀특정 기준 신호(CRS)와 변조 기준 신호(DRS)를 모두 사용하는 방식을 채택하고 있기 때문에, 이를 수신하는 수신기에서도 두 방식을 모두 지원하는 채널 추정기가 필요하다. 셀특정 기준 신호(CRS)와 변조 기준 신호(DRS)는 자원의 위치나 빈도, 그리고 할당하는 방식이 다르기 때문에 수신기에서 두 가지 모두를 이용하여 채널을 추정하기 위해서는 최적화된 구조가 필요하다.
아래에서는 본 발명에서 제안하는 셀특정 기준 신호(CRS) 및 변조 기준 신호(DRS) 모두를 이용하여 채널을 추정하는 채널 추정기를 설명하도록 하겠다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 CRS와 DRS를 이용하여 채널을 추정하는 채널 추정기(100)를 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 채널 추정기(100)는, RS 추출부(110), CRS 추출부(120), DRS 추출부(130), 도플러 스프레딩 계산부(140), MMSE(Minimum Mean-Squared Error) 필터링부(150) 및 인터폴레이션부(160)를 포함한다.
RS 추출부(110)는 데이터 프레임을 입력받아 기준 신호(RS)를 추출한다. 여기서 입력된 데이터 프레임은, OFDM 전송을 거친 수신 신호가 DFT(Discrete Fourier Transform) 과정을 통해서 주파수 축의 신호로 변환된 것이다.
CRS 추출부(120)는 RS 추출부(110)로부터 추출된 기준 신호(RS)로부터 셀특정 기준 신호(CRS)를 추출한다.
DRS 추출부(130)는 RS 추출부(110)로부터 추출된 기준 신호(RS)로부터 변조 기준 신호(DRS)를 추출한다.
도플러 스프레딩 계산부(140)는 RS 추출부(100)로부터 추출된 기준 신호(RS)로부터 도플러 스프레딩(doppler spreading)을 계산한다. 여기서 도플러 스프레딩은, 이동 단말에 의해 통신 채널이 시간에 따른 변화를 경험하고, 이로 인하여 주파수가 넓게 늘여지며 확산되는 현상을 말한다.
MMSE 필터링부(150)는 CRS 추출부(120)로부터 추출된 셀특정 기준 신호(CRS) 혹은 DRS 추출부(13)로부터 추출된 변조 기준 신호(DRS)를 각각 최소 평균 제곱 오차 필터링한다.
변조 기준 신호(DRS)는 셀특정 기준 신호(CRS)와 달리 단말에 할당한 주파수 자원 중의 일부에 전송된다. 이 때문에 해당 단말에 할당된 주파수를 찾는 동작이 동시에 수행되어야 한다. DRS 추출부(130)의 출력 값은, CRS 출력부(120)의 출력 값과 마찬가지로 MMSE 필터링이 수행되어야 한다.
셀특정 기준 신호(CRS)와 변조 기준 신호(DRS)는 모두 주파수 자원의 일부에 할당된다. 예를 들어, 셀특정 기준 신호(CRS)는 1200 개의 주파수 단위 중에서 200 개의 주파수 단위에 할당되고, 변조 기준 신호(DRS)는 1200 개의 주파수 단위 중에서 300 개를 주파수 단위에 할당될 수 있다. 게다가 부분적인 주파수가 연속적이 아니라 이산적일 수도 있기 때문에, 1200 개 전체에 대한 채널 값을 구하기 위해서 200 혹은 300 개의 주파수 단위에 해당하는 채널 값이 인터폴레이션 동작을 통하여 1200개 전체로 확장되어야 한다. 이러한 과정이 바로 MMSE 필터링이다. MMSE 필터링을 통해서 주파수 전체에 대한 채널 값이 얻어질 뿐만 아니라 잡음도 어느 정도 줄여준다.
인터폴레이션부(160)는 도플러 스프레딩 계산부(140)의 출력 값에 따라 MMSE 필터링부(150)의 출력 값들을 인터폴레이션한다.
본 발명의 실시 예에 따른 채널 추정기(100)는 셀특정 기준 신호(CRS) 및 변조 기준 신호(DRS)을 이용하여 채널 추정을 수행한다.
도 2는 도 1에 도시된 RS 추출부(110)의 기준 신호(RS) 추출과정을 보여주는 도면이다. 도 2를 참조하면, 기준 신호(RS) 추출 과정은, RS 수신신호(A)를 이미 알려진 RS 생성신호(B)로 구분하는 단계와, 구분된 신호(A/B)를 버퍼에 저장하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 셀특정 기준 신호(CRS) 및 변조 기준 신호(DRS)는 시간 축에서 분리될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 셀특정 기준 신호(CRS)와 변조 기준 신호(DRS)의 시간 축의 배치를 보여주는 도면이다. 도 3을 참조하면, 1 ms의 시간이 14 개의 구간들로 분리되고, 셀특정 기준 신호(CRS) 및 변조 기준 신호(DRS)가 포함된 구간이 존재한다.
도 4는 도 1에 도시된 DRS 추출부(130)의 동작을 설명하는 도면이다. 도 4를 참조하면, DRS 추출부(130)는 입력된 기준 신호(RS)에 대하여 디스크램블링 동작을 수행한다(D1+D2, D1-D2). 여기서 디스크램블링 동작은 DRS 송신부(도시되지 않음)서 동일한 안테나 신호를 같은 주파수 자원에 매핑해서 보내는 스크램블링을 복구하는 것이다.
도 5는 도 1에 도시된 MMSE 필터링부(150)를 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 5를 참조하면, MMSE 필터링부(150)는 주어진 주파수 자원과 성능을 고려하여 몇 개의 필터 계수를 사용할지 정하게 되면 CRS/DRS(E1~En)의 패턴에 맞는 계수를 미리 메모리에 저장해 두었다가 입력과의 곱과 합을 통해서 출력값을 구한다.
도 6은 셀특정 기준 신호(CRS)에 대한 시간 축 인터폴레이션 동작을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 6을 참조하면, 채널 값들(C1, C2, C3, C4)는 1ms 시간 구간 내에 있는 셀특정 기준 신호(CRS)의 위치를 도시한 것이고, 채널 값(C1')은 다음 1ms 시간 구간의 첫번째 셀특정 기준 신호(CRS)를 도시한 것이다. 셀특정 기준 신호(CRS)가 없는 구간의 채널 값들(C1a, C1b, C1c, C2a, C2b, C3a, C3b, C3c, C4a, C4b)을 채널 값들(C1, C2, C3, C4, C1')로부터 계산한다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 CRS 시간 축 인터폴레이션을 구하는 식을 표이다. 도 7을 참조하면, 채널 값들(C1a, C1b, C1c, C2a, C2b, C3a, C3b, C3c, C4a, C4b)은 선형 인터폴레이션을 통하여 계산된다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 변조 기준 신호(DRS) 시간 축 인터폴레이션을 보여주는 도면이다. 도 8을 참조하면, 1ms 구간 내의 변조 기준 신호(DRS)의 위치들(D1, D2, D3, D4)와 이것들로부터 계산한 채널 값들(D1a, D1b, D1c, D1d, D3a, D3b, D3c, D3d, D3e)이 도시된다.
셀특정 기준 신호(CRS)는 1 ms 구간에 비교적 고르게 분포되어 있다. 반면에, 변조 기준 신호(DRS)는 1 ms의 중간과 끝 부분에만 위치한다. 이때문에 채널 추정 값의 정확도가 떨어질 수 있다. 즉, 채널 값들(D3a, D3b, D3c, D3d, D3e)은 D1/2와 D3/4로부터 인터폴레이션을 하지만, 채널 값들(D1a, D1b, D1c, D1d)은 D1/2와 D3/4로부터 외삽법(extrapolation)을 이용하여 인터폴레이션을 한다. 이 때문에 채널 추정 값의 정확도가 떨어진다.
저속 이동의 경우에는, 채널 값이 시간에 따른 변화가 적기 때문에 문제가 없다. 하지만, 고속 이동의 경우에는 채널 값이 시간에 따라 변화가 심하기 때문에 문제가 될 수 있다. 이런 경우를 대비하여 도플러 스프레딩을 계산하여 그 결과에 따라 비선형 외삽법이 수행될 것이다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지로 변형할 수 있다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허 청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 채널 추정기
110: 기준 신호 추출부
120: 셀특정 기준 신호 추출부
130: 변조 기준 신호 추출부
140: 도플러 스프레딩 계산부
150: 필터링부
160: 인터폴레이션부

Claims (1)

  1. 입력된 데이터 프레임으로부터 기준 신호를 추출하는 기준 신호 추출부;
    상기 추출된 기준 신호로부터 셀특정 기준 신호를 추출하는 셀특정 기준 신호 추출부;
    상기 추출된 기준 신호로부터 변조 기준 신호를 추출하는 변조 기준 신호 추출부;
    상기 추출된 기준 신호로부터 도플러 스프레딩을 계산하는 도플러 스프레딩 계산부;
    상기 추출된 셀특정 기준 신호 혹은 상기 추출된 변조 기준 신호를 최소 평균 제곱 에러 필터링하는 필터링부; 및
    채널 추정 값을 얻기 위하여 상기 계산된 도플러 스프레딩에 근거로 하여 상기 필터링부의 출력 값들을 인터폴레이션하는 인터폴레이션부를 포함하는 채널 추정기.
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