KR20130047688A - 주파수 의존 iq 불균형 추정 - Google Patents

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Abstract

주파수 의존 IQ 불균형을 포함하는 RF 손상 파라미터들은 서브 대역(또는 서브 대역 쌍)마다 광대역 수신 신호에서 추정된다. 일 실시예에서, 예를 들어 SCH 상에서 블록 타입 파일럿 신호들이 수신되며, IQ 불균형 및 반송파 주파수 오프셋이 블록 타입 파일럿 신호들로부터 추정된다. 데이터 및 코움 타입 파일럿 신호들은 모든 서브 대역들 상에서 수신된다. 제1 서브 대역에 대해 위상 잡음 및 채널 계수들이 IQ 불균형 및 반송파 주파수 오프셋 추정치들에 기초하여 추정된다. IQ 불균형은 코움 타임 파일럿 신호들, 앞서 추정된 반송파 주파수 오프셋 추정치, 및 이전의 서브 대역들(또는 쌍들)로부터의 위상 잡음 및 IQ 불균형 추정치들에 기초하여 서브 대역마다(또는 서브 대역 쌍마다) 연속적으로 추정된다. 이는 판단 피드백에 기초한 반복적 추정을 포함할 수 있다.

Description

주파수 의존 IQ 불균형 추정{FREQUENCY-DEPENDENT IQ IMBALANCE ESTIMATION}
본 발명은 일반적으로 무선 통신 시스템 수신기에 관한 것으로서, 더 상세하게는 수신 무선 통신 신호에서 주파수 의존 IQ 불균형을 추정하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
현재 무선 통신 시스템들은 데이터를 무선 주파수(RF) 반송파 상으로 변조함으로써 무선 인터페이스를 통해 (디지털화된 음성 신호를 포함하는) 디지털 데이터를 송신한다. RF 신호는 수신기에 의해 수신되고 프로세싱되어 데이터를 복원한다. 수신 신호는 데이터뿐 아니라 정량화(또는 추정)되어 제거되어야 하는 간섭 및 잡음과 같은 손상(impairment) 또한 포함한다. 이들 손상은 무선 인터페이스를 통한 송신으로부터(예를 들어, 다중 경로 간섭, 다른 신호로부터의 간섭, 채널로부터의 잡음), 및 수신 신호를 프로세싱하는 RF 및 아날로그 수신기 회로에서 일어날 수 있다. 대상이 되는 RF 및 아날로그 회로 손상(이하, RF 손상이라고 지칭함)은 위상 잡음, 반송파 주파수 오프셋, 및 특히 IQ 불균형을 포함한다.
수신기가 채널 유도 간섭을 제거하기 위해 채널 조건을 평가하는 것을 보조하기 위해, 파일럿이라고 알려진 공지의 기준 신호들을 송신하는 방법이 알려져 있다. 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 시스템에서는, 도 1에 도시된 바와 같이 2개의 타입의 파일럿 구조가 정의되어 있다. 소위 블록 타입 파일럿 배열은 특정 구간 내에 OFDM 심볼의 부반송파마다 삽입된 파일럿 톤(pilot tone)들을 포함한다. 이로 인해, 블록 타입 파일럿들은 주파수 연속이고, 시간 이격되어 있다. 블록 타입 파일럿들은 느린 페이딩 채널 하에서 유용하고, 채널의 추정은 예를 들어, 최소 자승(least squares; LS) 알고리즘 또는 최소 평균 자승 오차 (MMSE) 알고리즘에 기반할 수 있다.
소위 코움 타입(comb-type) 파일럿 신호는 각각의 OFDM 심볼의 특정 부반송파 내에 균일하게 삽입된 파일럿 톤들을 포함하는데, 부반송파들은 (시간 및 주파수에서) 서로 이격되어 있다. 코움 타입 파일럿 배열은 하나의 OFDM 블록에서도 상당한 변화들을 등화하는 것(equalizing)에 대한 필요성을 충족시키기 위해 도입되었다. 데이터 부반송파의 채널 조건들을 추정하기 위해 (시간 및 주파수 모두에서의) 보간이 요구된다.
IQ 불균형은 수신 신호의 동위상(I) 성분 및 직교 위상(Q) 성분에서의 이득 및/또는 위상차이다. IQ 불균형은 주파수 의존적인데, 특히 광대역폭 채널에 대한 것이다. 주파수 의존 IQ 불균형은 제로-IF 수신기에서 주로 아날로그 채널 선택 필터들로부터 생긴다. 이러한 필터의 전달 함수(transfer function)는 많은 폴(pole) 및 제로(zero)에 의해 정의된다. 성분 값 불일치에 대한 민감도는 Q값이 높은 이러한 폴 및 제로들에 대해 가장 현저하다.
RF 손상 추정 및 보상은 WLAN, 특히 IEEE 802.11a에 대해 연구되고 있다. 무선 프로토콜의 특징들에 의존함에 따라 이들 해결책은 종종 제한적이다. 예를 들어, WLAN의 다중 경로 페이딩 채널은 프레임 내에서 상당히 정적이라고 가정되는데, 이러한 가정이 수많은 다른 시스템들에 대해 유지되는 것은 아니다. 추가적으로, 프리엠블(preamble)이라고 지칭되는 블록 타입 파일럿 신호는 RF 손상 추정을 위해 송신된다. 다중 경로 페이딩이 프레임 내에서 고정적으로 유지된다면, 앞서 추정된 채널 계수들을 활용할 수 있으며, 이로써 RF 손상 평가를 용이하게 할 수 있다. 또한, 블록 타입 파일럿 신호가 데이터 송신 중에 이용 가능하면, 판단 피드백 추정에 의존하지 않고 요구된 추정 정확도를 충족시키는 것이 더 쉽다. 마지막으로, 종전 기술들의 대부분은 주파수 의존 IQ 불균형만을 취급하고, 단지 손상 파라미터들, 예를 들어 IQ 불균형, 반송파 주파수 오프셋, 및 채널 계수들(위상 잡음 제외)의 서브 세트들만에 초점을 맞추고 있다.
디지털 베이스밴드 FIR 필터를 사용하여 주파수 의존 IQ 불균형 추정은 저자가 G. Xing, M. Shen 및 H. Liu이고, 제목이 “직접 변환 수신기를 위한 주파수 오프셋 및 I/Q 불균형 보상(Frequency offset and I/Q imbalance compensation for direct-conversion receivers)”이고, IEEE Trans. on Wireless Commun., vol. 4, vol. 673-680, Mar. 2005에 게재된 논문에서 제안되었으며, 이들은 참조로서 그 전체가 여기에 통합되어 있다. 그러나, 이 해결책은 WLAN을 목표로 하고 있으며, 채널이 시간에 따라 급속하게 변하며, RF 손상 추정이 데이터 송신 동안 코움 타입 파일럿 신호들에 의존하는 (LTE, LTE-Advanced, 등의) 다른 시스템들에 대해서는 제한적인 이용 가능성을 갖는다. 더구나, Xing 등에 의해 제안된 해결책은 위상 잡음을 고려하지 않았다. 위상 잡음이 주파수 의존 IQ 불균형과 함께 고려된다면, 최종 신호 모델은 Xing 등에 의해 제안된 것보다 상당히 더 복잡하다.
여기에서 개시되고 주장되는 하나 이상의 실시예에 따르면, 주파수 의존 IQ 불균형을 포함하는 RF 손상 파라미터들은 서브 대역마다(또는 서브 대역 쌍마다) 추정된다. 일 실시예에서, 예를 들어 동기화 채널(SCH)로 블록 타입 파일럿 신호들이 수신되며, IQ 불균형 및 반송파 주파수 오프셋은 블록 타입 파일럿 신호들로부터 추정된다. 블록 타입 파일럿 신호들은 서브 대역들의 크기에 따라 SCH의 대역폭을 커버하는 단 하나의 또는 몇몇 서브 대역들에서 수신될 수 있다. 데이터 및 코움 타입 파일럿 신호들은 모든 서브 대역들 상에서 수신된다. 위상 잡음 및 채널 계수들은 IQ 불균형 및 반송파 주파수 오프셋 추정치들에 기초하여 제1 서브 대역에 대해 추정된다. IQ 불균형은 코움 타입 파일럿 신호들, 앞서 추정된 반송파 주파수 오프셋 추정치, 및 이전의 서브 대역들(또는 쌍들)로부터의 위상 잡음 및 IQ 불균형 추정치들에 기초하여 서브 대역마다(또는 서브 대역 쌍마다) 연속적으로 추정된다. 이는 판단 피드백에 기초한 반복적 추정을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, RF 불균형 추정은 수신 신호 대역폭의 중심 주파수에서 제1 서브 대역에서 시작하여, 서브 대역마다(서브 대역 쌍마다) 더 높고/낮은 주파수들로 연속적이고 외측으로 진행된다.
일 실시예는 무선 통신 네트워크에 있는 수신기가 소정의 대역폭을 갖는 수신 무선 통신 신호에서 IQ 불균형을 추정하는 방법에 관한 것이다. 수신 신호가 복수의 서브 대역들로 주파수 분할된다. IQ 불균형 및 반송파 주파수 오프셋은 수신 신호의 제1 서브 대역에서 추정된다. 위상 잡음 및 채널 계수들은 수신 신호의 제1 서브 대역에서 추정된다. IQ 불균형은 반송파 주파수 오프셋 추정치 및 이전의 서브 대역들로부터의 위상 잡음 및 IQ 불균형 추정치들에 기초하여 수신된 신호의 연속적인 서브 대역들에서 반복적으로 추정된다.
다른 실시예들은 무선 통신 네트워크에서 동작하는 수신 장치에 관한 것이다. 수신 장치는 하나 이상의 안테나 및 안테나로부터 무선 통신 신호를 수신하도록 동작하는 수신기를 포함한다. 수신 장치는 수신기를 제어하도록 동작하며 수신 신호를 복수의 서브 대역들로 주파수 분할하고; 수신 신호의 제1 서브 대역에서 IQ 불균형 및 반송파 주파수 오프셋을 추정하고; 수신 신호의 제1 서브 대역에서 위상 잡음 및 채널 계수들을 추정하고; 그리고 반송파 주파수 오프셋 추정치, 및 이전 서브 대역들로부터의 위상 잡음 및 IQ 불균형 추정치들에 기초하여 수신 신호의 연속적인 서브 대역들에서 IQ 불균형을 반복적으로 추정하도록 더 구성된 제어기를 더 포함한다.
도 1은 OFDM에서 블록 타입 파일럿 배열 및 코움 타입 파일럿 배열의 종래 기술의 그래프를 도시한다.
도 2는 수신 신호의 실제 주파수 응답 및 실제 주파수 응답에 대한 계단식 근사치를 나타내는 대표적인 주파수 그래프이다.
도 3은 제1의 중심 서브 대역에 외측으로 인접한 쌍으로 표시되어 있는 복수의 서브 대역들로 광대역 신호를 분할하는 것을 나타내는 대표적인 주파수 그래프이다.
도 4는 광대역 신호에서 IQ 불균형을 추정하는 방법의 흐름도이다.
도 5는 6개의 리소스 블록들을 통한 동기화 채널에서 블록 타입 파일럿 신호들의 수신을 나타내는 대표적인 주파수 그래프이다.
도 6은 다른 서브 대역으로부터의 위상 잡음으로 인한 도 3의 제1 서브 대역에서의 채널간 간섭을 나타내는 대표적인 주파수 그래프이다.
도 7은 도 4의 방법을 구현하도록 동작하는 UE의 기능 블록도이다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 소정의 대역폭을 갖는 수신 신호를 복수의 서브 대역으로 분할하고, 각각의 서브 대역으로 IQ 불균형을 추정함으로써 주파수 의존 IQ 불균형이 추정된다. 이들 서브 대역당 IQ 불균형 추정 동작들은 앞서 추정된 IQ 불균형, 및 반송파 주파수 오프셋 및 위상 잡음과 같은 다른 RF 손상 파라미터들을 이용한다.
도 2는 대표적인 수신 광대역 신호, 및 수신 신호의 실제 주파수 응답에 대한 계단식 근사치를 나타낸다. 도 3에 도시된 바와 같이, 계단식 근사치는 수신 신호를 복수의 서브 대역으로 분할하게 한다. 0이라고 번호가 붙여진 제1 서브 대역은 수신 신호 대역폭의 중심 주파수 fc에 위치한다(예를 들어, 중심에 위치한다). +/-1이라고 번호가 붙여진 한 쌍의 제2 서브 대역은 제1 서브 대역 0에 인접한 측면에 위치한다. 도 3에서 +/-2라고 번호가 붙여진 것과 같은 연속적인 서브 대역 쌍들 각각은 이전 쌍의 서브 대역들에 주파수 인접하며, (주파수에서) 외측으로 연장하여 완전히 수신된 신호 대역폭을 커버한다. 각각의 서브 대역은 하나 이상의 리소스 블록들을 포함할 수 있으며, 이로써 많은 부반송파 주파수들을 포괄한다.
완전하고, 완벽하고, 이용 가능한 개시물을 제공하기 위해, 주파수 의존 IQ 불균형 추정의 실시예들은 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)에 대한 롱 텀 에볼루션(LTE 또는 LTE Advanced)의 다운링크 문맥에서 여기에 설명한다. 그러나, 본 발명이 이로 제한되는 것은 아니며, IQ 불균형이 주파수 의존적인 임의의 무선 통신 시스템에 유리하게 적용될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, LTE 다운링크는 파일럿이라고 지칭되는 2개의 상이한 종류의 기준 신호들을 채용한다. 주파수 계속적이고 시간 이격적인(블록 타입) 파일럿 할당이 1차 동기화 채널(P-SCH) 또는 2차 동기화 채널(S-SCH)로 송신된다. 시간 및 주파수 이격적인(코움 타입) 파일럿 기준 시퀀스(RS)가 시스템 데이터와 함께 송신된다. 3GPP TS 36.211를 참조한다. SCH의 일 목적은 채널 계수 및 반송파 주파수 오프셋의 추정을 보조하는 것이기 때문에, IQ 불균형은 블록 타입 파일럿들과 함께 추정되거나, 판단 피드백에 반복적으로 기초하여 추정될 수 있다. 반송파 주파수 오프셋 및 IQ 불균형이 시간에 따라 통상적으로 너무 느리게 변하여, 여러 프레임에 걸쳐 거의 고정적으로 남겨진다. 예를 들어, 저자가 Q. Zou, A. Tarighat 및 A. H. Sayed이고, 제목이 “OFDM 무선 시스템에서 IQ 불균형 및 위상 잡음의 결합 보상(JOINT COMPENSATION OF IQ IMBALANCE AND PHASE NOISE IN OFDM WIRELESS SYSTEMS)”이고, IEEE Trans. On Communications, vol. 57, pp. 404-414, Feb. 2009에 게재된 논문(이하, “Zou-I”의 논문)으로서, 그 내용이 전체적으로 참조로서 여기에 통합되어 있는 논문을 참조한다. SCH를 사용한 추정이 실제 데이터 수신을 항상 앞서기 때문에, SCH로부터 획득되는 추정치들, 예를 들어, (제1 서브 대역의) 반송파 주파수 오프셋 및 IQ 불균형은 RF 손상 파라미터들이 후속 데이터 수신 중에 추정되는 경우에 활용될 수 있다. 데이터 부반송파의 모호성이 없고, 판단 피드백 추정에 의존할 필요가 없기 때문에 블록 타입 파일럿이 코움 타입 파일럿보다 (느린 페이딩 채널에서의) RF 손상 파라미터들의 추정 측면에서 더 선호된다는 추가적인 이유로 인해 바람직할 수 있다.
그러나, 특히 광대역 채널들을 위해 IQ 불균형이 반드시 주파수 독립적이지 않고, Xing 등 참조, SCH가 중심의 6개의 리소스 블록(RB)을 통해서만 송신되기 때문에(도 3 참조), IQ 불균형은 실제 데이터 송신 중에서도 추정되어야 한다(적어도, 중심의 6개의 RB들의 외부에서). 코움 타입 파일럿인 RS는 데이터 송신 중에 RF 불균형 파라미터들을 추정하는 것을 보조한다.
주파수 의존 IQ 불균형 및 위상 잡음이 존재하면, Xing 등과는 달리, 신호 모델은 수학적으로 다루기 어려워진다. 상세히 설명하면, 수신 신호 r(t)는 다음과 같이 표현된다.
Figure pct00001
여기서, hi(t) 및 hq(t)는 동위상(I) 및 직교 위상(Q) 필터(이득 불균형 포함)를 각각 나타내며, φ는 위상 불균형을 나타내며, sk는
Figure pct00002
라고 주어진 k번째 샘플에서 송신된 OFDM 심볼을 나타내며(Sn은 n번째 부반송파에서의 변조 심볼임), c(t)는 다중 경로 페이딩 채널을 나타내며, θ(t)는 위상 잡음(반송파 주파수 오프셋 포함)을 나타낸다.
소위 반송파 잡음이라고 하는 위상 잡음 eθ(t) 또는 e-θ(t)의 지수는 위상 잡음의 측정으로서 고려되는데, 그 이유는 위상 잡음이 항상 지수항을 통해 수신 신호에 영향을 미치기 때문이다. hi(t) 및 hq(t)는 아날로그 필터, 베이스밴드 증폭기, 아날로그-투-디지털 변환기(ADC), 동위상(I) 및 직교 위상(Q) 브랜치의 데시메이션 체인(decimation chain)을 각각 커버한다.
분석을 간단히 하기 위해, 동위상 및 직교 위상 필터들은 인접한 RB들 세트 내에서 주파수 편평하도록 가정되며, 이는 주파수 응답의 계단식 근사치를 정당화한다 (도 2 참조). 따라서, 주파수 의존 IQ 불균형 또한 (이하 서브 대역이라고 지칭되는) 인접 RB들의 세트 내에서 주파수 플랫(frequency-flat)하다고 가정할 수 있다(도 3 참조). 주파수 의존 IQ 불균형이 통상적으로 아날로그 채널 선택 필터들에 의해 일어나면, 이러한 계단식 근사치가 합리적일 수 있다.
도 4는 소정의 대역폭을 갖는 수신된 무선 통신 신호에서 IQ 불균형을 추정하는 방법(100)을 나타낸다. 수신 신호의 전체 시스템 대역폭은 다수의 서브 대역으로 분할되며, 중심 서브 대역으로부터 에지 서브 대역으로 번호가 매겨진다(도 4, 블록(102) 참조). 예를 들어, 서브 대역 0은 중심 서브 대역이며, 서브 대역 m은 m번째 높은 서브 대역이며, 서브 대역 (-m)은 m번째 낮은 서브 대역이다. 그러므로, 서브 대역 m은 서브 대역 (-m)의 미러 이미지(mirror image)이다. 도 3을 참조한다.
IQ 불균형이 서브 대역 내에서 주파수 독립적이라고 가정되기 때문에, 서브 대역 m 내의 수신 신호인 rm(t)는 다음과 같이 표현된다.
Figure pct00003
여기서 hi ,m 및 hq ,m는 서브 대역 m의 동위상 이득 및 직교 위상 이득을 각각 표현한다. 여기서, uk ,m는 서브 대역 m의 k번째 샘플에서 송신 OFDM 심볼을 나타내며,
Figure pct00004
로서 주어지는데, 여기서 n번째 부반송파가 서브 대역 m 내에 있으면, Un ,m = Sn이며, n번째 부반송파가 서브 대역 m의 외부에 있으면 Un ,m = 0이다. 수학식 2에 도시된 바와 같이, rm(t)는 서브 대역 m으로부터의 신호 및 서브 대역 (-m)으로부터의 신호를 모두 포함한다는 점에 유의한다. 마찬가지로, 서브 대역 (-m) 내의 수신 신호 r-m(t)는 다음과 같이 표현된다.
Figure pct00005
r-m(t)는 서브 대역 m으로부터의 신호 및 서브 대역 (-m)으로부터의 신호를 모두 포함한다는 점에 유의한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 2개의 추정 단계가 수행된다. 제1 단계는 서브 대역 0의 RF 손상 파라미터들을 추정하는 단계이다(도 4, 블록(104 및 105)). 제2 단계는 나머지 서브 대역들의 RF 손상 파라미터들을 서브 대역마다(또는 서브 대역 쌍(sub-band pair)마다) 추정하는 단계이다(블록(106 내지 108)).
제1 추정 단계는 SCH 상에서 블록 타입 파일럿 신호들을 수신함으로써 시작된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 이들은 6개의 RB에서 송신된다. 일부 실시예에서, SCH 대역폭은 서브 대역 0에 대응한다(다른 실시예에서, 서브 대역이 어떻게 정의되는지에 따라 상이함). 이들 파일럿 신호로부터 IQ 불균형 및 반송파 주파수 오프셋이 추정된다(도 4, 블록(104)).
그 다음, 데이터가 모든 서브 대역에서 수신된다. 위상 잡음 및 채널 계수들은 SCH로부터 이미 추정된 IQ 불균형 및 반송파 주파수 오프셋을 사용하여, 서브 대역 0에서의 데이터 및 코움 타입 파일럿으로부터 추정된다. 이들은 서브 대역 0 내의 수신 신호의 모호성을 감소시킴으로써, 추정의 정확도를 개선한다(SCH의 블록 타입 특성으로 인해, IQ 불균형 및 반송파 주파수 오프셋의 추정치가 더 정확해지는 경향이 있다).
서브 대역 0의 IQ 불균형 및 반송파 주파수 오프셋이 수신기에 알려진 경우, 수신 신호로부터의 왜곡을 보상하기 쉽다. 예를 들어, 저자가 G. Fettweis, M. Lohning, D. Petrovic, M. Windisch, P. Zillmann 및 W. Rave이고, 제목이 “지저분한 RF: 새로운 패러다임(Dirty RF: a new paradigm)”이고, the IEEE PIMRC2005, vol. 4, pp. 2347-2355, Sept. 2005에 게재된 논문으로서, 그 내용이 전체적으로 참조로서 여기 및 Zou-I의 논문에 통합되어 있는 논문을 참조한다. IQ 불균형 및 반송파 주파수 오프셋이 완전히 제거되면, 나머지 RF 손상, 위상 잡음, 및 채널 계수는 상대적으로 추정하기 쉽다. 예를 들어, Zou-I의 논문을 참조한다. 그러나, 추정이 서브 대역 0, 즉 r0(t) 내의 관측에 기초해야 하며, 채널 계수들의 추정이 서브 대역 0만을 커버한다는 점에 유의한다.
위상 잡음의 추정의 경우, 실제 위상 잡음(또는, 등가적으로 모든 스펙트럼 성분들의 세트)은 다른 서브 대역으로부터의 반송파간 간섭(inter-carrier interference (ICI))을 고려하여 원칙적으로 추정될 필요가 있다. 도 6은 k번째 부반송파에서의 ICI를 나타내며, 여기서 Ak는 k번째 부반송파에서 반송파 잡음의 스펙트럼 성분을 나타내며, Hk는 k번째 부반송파에서 채널 응답을 나타낸다. 도 6에 도시된 바와 같이, 소정의 부반송파에서의 수신 신호가 자신의 서브 대역뿐 아니라 다른 모든 서브 대역들로부터의 ICI를 포함하기 때문에, 서브 대역으로부터 실제 위상 잡음을 추정하는 것은 불가능하다. 그러나, 저주파수 스펙트럼 성분들에 의해 반송파 잡음이 지배적이라고 가정하면, 즉
Figure pct00006
이면, 서브 대역 0으로부터의 저주파수 스펙트럼 성분들을 추정할 수 있다. 예를 들어, 저자가 S. A. Fechtel 및 H. Meyr이며, 제목이 “주파수 선택 페이딩 무선 채널들의 최적의 파라미터 피드포워드 추정(Optimal parametric feedforward estimation of frequency-selective fading radio channels)”이며, IEEE Trans. on Commun., vol. 42, pp. 1639-1650, Feb. 1994에 게재된 논문으로서 여기에 그 전체가 참조로서 통합되어 있는 논문에 설명되어 있는 바와 같이, 나머지 문제는 주파수 선택 채널에서의 채널 계수들의 추정과 동등하다는 점이 용이하게 이해된다.
채널 계수들 및 위상 잡음의 추정이 연구되고 있다. 예를 들어, Zou-I의 논문뿐 아니라, 저자가 J. Tubbax, B. Come, L. V. der Perre, S. Donnay, M. Engels, H. D. Man 및 M. Moonen이고, 제목이 “OFDM 시스템에서 IQ 불균형 및 위상 잡음 보상(Compensation of IQ imbalance and phase noise in OFDM systems)”이고, IEEE Trans. On Wireless Commun., vol. 4, pp. 872-877, May 2005에 게재된 논문으로서, 그 내용이 전체적으로 참조로서 여기 및 Xing 등의 논문에 통합되어 있는 논문을 참조한다. 파일럿들(RS)이 코움 타입 배열로 있기 때문에, 추정 정확도를 개선하기 위해 판단 피드백을 사용하여 이들 양을 반복적으로 추정하는 것이 합리적이다. 예를 들어, Zou-I의 논문뿐 아니라, 저자가 Q. Zou, A. Tarighat 및 A. H. Sayed이고, 제목이 “OFDM 무선 시스템에서의 위상 잡음의 보상(Compensation of phase noise in OFDM wireless systems)”이고, IEEE Trans. on Signal Proc., vol. 55, pp. 5407-5424, Nov. 2007에 게재된 논문(이하 “Zou-II”의 논문)으로서, 그 내용이 전체적으로 참조로서 여기에 통합되어 있는 논문을 참조한다.
Zou-II의 논문에서 초기 추정과의 차이점은 단지 본 발명의 실시예들이 코움 타입 파일럿을 갖는 채널 계수 및 위상 잡음 모두를 커버해야 한다는 점이다. 구현예는 ICI가 없는 위상 잡음(단지 일반 위상 오차만)으로 시작하고, 파일럿 부반송파(RS)에 기초하여 채널 계수들(일반 위상 오차 포함)을 추정하고 보간하며, (보간된 채널 계수들에 기초하여) 데이터 심볼을 검출하며, 마지막으로 판단 피드백을 사용하여 위상 잡음(및 채널 계수들)을 다시 추정한다. 이 경우, Zou-II의 논문에서의 초기 추정이 활용될 수 있는데, 즉 위상 잡음 및 채널 계수들이 판단 피드백에 기초하여 반복적으로 추정된다. 다른 서브 대역의 RF 손상 파라미터들이 추정될 수 있는 경우 추정된 위상 잡음이 이후 저장되고 이용된다.
제2 추정 단계(도 4, 블록(106 내지 108))는 나머지 서브 대역들, 즉 서브 대역 m(여기서, m은 0이 아닌 정수임)에서의 IQ 불균형 및 채널 계수들을 추정하는 단계이다. 이러한 추정은 SCH로부터의 반송파 주파수 오프셋 추정치를 활용하고(블록(104)) 및 제1 서브 대역으로부터의 위상 잡음 추정치를 활용한다(블록(105)). 이제, RF 손상 파라미터들의 추정은 제1의 더 높은 서브 대역인 서브 대역 1로 이동한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 서브 대역 1 및 서브 대역 (-1)은 서로 미러 이미지로서, 함께 커버된다. 외측으로 서브 대역 쌍마다 추정하는 것(outward, per-sub-band pair estimation)의 이점은 이전의 서브 대역(또는 서브 대역 쌍)의 IQ 불균형이 반복적인 추정으로의 초기 입력으로서 재사용될 수 있다는 것이다. 주파수가 필터의 컷오프 주파수의 영역을 향해 증가될수록, 통상의 저대역 통과 필터들은 정확도를 감소시킨다. 또한, 넓은 대역폭을 갖는 필터들의 경우(예를 들어, 수십 MHz 이상), 고주파수에서 또한 나타나는 회로 장치의 기생 요소들(주로 커패시턴스)로 인한 불확실성의 추가적인 기여가 존재한다. 따라서, 반복적인 IQ 불균형 추정을 수행하는 경우, 저주파수(DC)로부터 시작하여 초기 주파수로부터 (주파수에서) 외측으로 이동하는 것이 정당하다. 이러한 프로세스는 IQ 불균형이 모든 서브 대역들에서 추정될 때까지 계속되는데(블록(108)), 그 후 종료된다(블록(110)).
블록 타입 파일럿에 기초한 채널 계수들 및 IQ 불균형의 추정이 연구되고 있다. 예를 들어, Zou-I의 논문, Tubbax 등의 논문, Xing 등의 논문뿐 아니라, 저자가 A. Tarighat, R. Bagheri 및 A. H. Sayed이고, 제목이 “OFDM 수신기에서의 IQ 불균형의 보상 방식 및 성능 분석(Compensation schemes and performance analysis of IQ imbalances in OFDM receivers)”이고, IEEE Trans. On Signal Proc., vol. 53, pp. 3257-3268, Aug. 2005에 게재된 논문으로서, 그 내용이 전체적으로 참조로서 여기에 통합되어 있는 논문을 참조한다. RS가 코움 타입 파일럿이기 때문에, Zou-I의 논문 및 Tarighat 등의 논문들에서 설명되는 바와 같이, 추정 정확도를 개선하기 위해 판단 피드백을 사용하여 반복적으로 추정하는 것이 합리적이다. 본 발명의 실시예들은 초기 추정이 블록 타입 파일럿 신호가 아닌 코움 타입 파일럿 신호들을 갖는 채널 계수들 및 IQ 불균형 모두를 커버해야 한다는 점에서 Tarighat 등의 논문과 상이하다. 이전의 서브 대역들로부터 이미 추정되었음에도 불구하고, 다른 차이점은 수신 신호가 여전히 위상 잡음의 기여를 포함하고 있다는 점이다(IQ 불균형이 보상되기 전에 위상 잡음을 보상하는 것이 불가능하다는 점에 유의한다). 일 실시예에서, 이전의 서브 대역들로부터의 IQ 불균형으로 시작하고(또는 IQ 불균형 없이 시작하고), 이전의 서브 대역들로부터의 위상 잡음에 기초한 위상 잡음을 보상하고, 파일럿 부반송파(RS)에 기초하여 채널 계수들을 추정 및 보간하고, 데이터 심볼들을 검출하고, 판단 피드백을 다시 사용하여 IQ 불균형(및 채널 계수들)을 최종적으로 추정한다.
IQ 불균형(및 가능하게는 위상 잡음을 포함하는 채널 계수들)의 판단 피드백 추정이 연구되고 있다. Zou-I의 논문 및 Tarighat 등의 논문을 참조한다. 그러나, 2개의 상이한 세트의 IQ 불균형 파라미터들이 주파수 의존 IQ 불균형 추정에 포함된다는 점에 유의한다. IQ 불균형이 주파수에 의존하지 않는다면, IQ 불균형 추정은 2개의 파라미터, 즉 원하는 신호에 관한 파라미터 및 그 이미지(즉, 쌍을 형성하는 다른 서브 대역)에 관한 파라미터를 포함한다. 예를 들어, 서브 대역 1 및 서브 대역 (-1)과 같이 서브 대역들을 쌍으로 취급함으로써, 2개의 파라미터가 추정될 2개의 샘플 관측이 존재한다. 그러나, 주파수 의존 IQ 불균형에 의하면, 모든 파라미터들이 각각의 서브 대역에 대해 상이한 값들을 가짐으로써, 4개의 파라미터들, 즉 서브 대역 m 및 서브 대역 (-m) 각각에 관해 원하는 신호 및 그 이미지 모두를 산출한다(수학식 2 및 수학식 3을 참조). 이들 4개의 파라미터를 추정하기 위해, 4개의 서브 대역들로부터의 관측이 서브 대역들의 2개의 인접 쌍들(거의 동일한 IQ 불균형 및 채널 계수들을 경험함)로부터 또는 2개의 연속 OFDM 심볼들로부터 요구된다.
RF 손상 파라미터들의 추정이 시스템 대역폭의 에지로 진행함에 따라, (반송파 잡음의) 고주파수 스펙트럼 성분을 추가함으로써 위상 잡음의 추정 정확도를 개선할 수 있다. 일 실시예에서, 앞서 커버된 모든 서브 대역들이 통합되며, 위상 잡음이 그들에 대해 다시 추정된다.
(위상 잡음과 함께) 주파수 의존 IQ 불균형의 추정에 대한 서브 대역당(또는 서브 대역 쌍) 접근법은 높은 정확도의 RF 불균형 추정치들을 산출한다. (Fettweis 등의 논문, Zou-I 및 Zou-II의 논문, Tubbax 등의 논문, 및 Tarighat 등의 논문에 의해 설명한 바와 같이) 종래의 주파수 독립 IQ 불균형 추정에 비해, 본 발명의 실시예들은 특히, 광대역 사용자 대역폭(예를 들어, LTE를 위한 20MHz)을 위해 상당한 성능 이득을 제공한다. 주파수 의존 IQ 불균형이 적절히 고려되지 않는다면, Xing 등에 의해 개시된 바와 같이, 다음의 복조 동작은 높은 SNR 체제(20dB)에 대해 2dB의 SNR 손실을 경험하며, 매우 높은 SNR 체제(40dB)에 대해 15dB까지 경험한다.
도 7은 방법(100)을 구현하도록 동작하는 UE(10)를 도시한다. 광대역 신호가 하나 이상의 안테나(12)에서 수신되며, RF 수신기(14)에 의해 프로세싱된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제어기(16)는 수신 광대역 신호를 복수의 서브 대역들로 분할하도록 동작하는 주파수 분할기(18)를 포함한다. 제어기(16)는 또한 IQ 불균형 추정기(20)를 포함한다. IQ 불균형 추정기(20)는 SCH로부터 제1 서브 대역에서의 캐리어 주파수 오프셋 및 IQ 불균형과 같은 RF 손상을 추정하도록 동작하는 유닛(22)을 포함한다. IQ 불균형 추정기(20)는 코움 타입 파일럿들을 포함하는 데이터 채널로부터 채널 계수들 및 위상 잡음과 같은 RF 손상들을 추정하도록 동작하고, 반송파 주파수 오프셋 및 이전의 서브 대역들(또는 쌍들)로부터의 위상 잡음 추정치들 및 IQ 불균형 추정치에 기초하여 서브 대역들(또는 서브 대역 쌍들)에서 IQ 불균형을 연속적으로 추정하도록 더 동작하는 유닛(24)을 포함한다.
당업자는 제어기(16)가 메모리(17)에 저장된 적절한 제어 소프트웨어를 갖는 저장 프로그램 마이크로프로세서 또는 디지털 신호 프로세서(DSP)를 포함할 수 있다. 주파수 분할기(18) 및/또는 RF 손상 추정기(22, 24)는 메모리 17에 저장되고 제어기(16)에 의해 실행되어 요구되는 기능성을 제공하는 소프트웨어 모듈들을 포함할 수 있다. 일반적으로, 제어기(16), 주파수 분할기(18), 및 RF 손상 추정기(22, 24) 중 어느 하나 이상이 전용 하드웨어, 적절한 펌웨어를 갖는 프로그램 가능 로직, 소프트웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다.
SCH로부터 (IQ 불균형 및 반송파 주파수 오프셋과 같은) RF 손상 파라미터들을 추정하고, 이들 추정치를 사용하여 후속 데이터 송신 동안 (IQ 불균형, 위상 잡음, 및 채널 계수들과 같은) RF 손상 파라미터들을 추정함으로써 성능이 종래 기술에 비해 개선된다. LTE는 RF 손상 추정 측면에서 WLAN보다 더 많은 도전적인 환경을 제시한다. 예를 들어, 페이딩 채널이 시간에 따라 변하며, RS가 코움 타입 파일럿 신호(블록 타입이 아님)이다. 그러므로, 종래 기술을 사용한 반복적인 RF 손상 추정조차 심각한 부정확성을 경험할 수 있다. 따라서, 작은 부분의 모호성을 단순히 제거함으로써 성능이 극적으로 개선될 수 있다. LTE의 경우, SCH에서 중심의 6개의 RB들에 대한 반송파 주파수 오프셋 추정치 및 IQ 불균형에 대한 모호성이 감소된다. 소정의 요구되는 추정 정확성을 위해, 예를 들어 Zou-I의 논문 등의 종래 기술과 달리, 반복적인 추정에 IQ 불균형을 포함하는 것이 요구되지 않기 때문에, 본 발명의 실시예들은 복잡성이 낮은 구현에 기여한다.
이전의 서브 대역들로부터 (위상 잡음과 같은) RF 손상 파라미터들을 추정하고, 이들 추정치를 사용하여 후속 서브 대역들(또는 서브 대역 쌍들)에서 (IQ 불균형 및 채널 계수들과 같은) RF 손상 파라미터들을 추정함으로써 성능이 종래 기술에 비해 더 개선된다. 유사하게, 작은 부분의 모호성, 이 경우 위상 잡음, 또는 더 정확하게 중심이 아닌 RB들에 대한 저주파수 스펙트럼 성분들을 단순히 제거함으로써 반복적인 추정조차 상당히 개선될 수 있다. ICI에 관한 한, 통상적인 위상 잡음 특성은 수백 kHz의 양면 대역폭(two-sided bandwidth) 내에 전력의 대부분이 집중된다. 따라서, 추정을 위한 반송파 잡음에 대응하는 주파수 빈들의 개수(또는 등가적으로 FFT 인덱스들의 대응 개수)를 고려하는 것만이 필요할 것이다. LTE의 경우, 이는 대략 10 내지 20개의 스펙트럼 성분들만이 필요하며, 이로써 추정하는데 6개의 중심 RB들이면 충분하다는 것을 의미한다.
당연히, 본 발명은 본 발명의 필수적 특징들에서 벗어나지 않으면, 구체적으로 여기에 개시된 것과 다른 방식으로 수행될 수도 있다. 본 발명의 실시예들은 모든 관점에서 예시적인 것으로서 제한적이지 않은 것으로 고려되어야 하며, 첨부된 청구항의 의미 및 균등 범위 내에 있는 모든 변화를 포함하고자 한다.

Claims (23)

  1. 무선 통신 네트워크에서의 수신기가 미리결정된 대역폭을 갖는 수신된 무선 통신 신호에서 IQ 불균형을 추정하는 방법으로서,
    상기 수신된 신호를 복수의 서브 대역으로 주파수 분할하는 단계;
    상기 수신된 신호의 제1 서브 대역에서 IQ 불균형 및 반송파 주파수 오프셋을 추정하는 단계;
    상기 수신된 신호의 상기 제1 서브 대역에서 위상 잡음 및 채널 계수들을 추정하는 단계; 및
    상기 반송파 주파수 오프셋 추정치, 및 이전의 서브 대역들로부터의 위상 잡음 및 IQ 불균형 추정치들에 기초하여 상기 수신된 신호의 연속적인 서브 대역들에서 IQ 불균형을 반복적으로 추정하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수신된 신호를 복수의 서브 대역으로 주파수 분할하는 단계는, 상기 수신된 신호를 상기 신호의 대역폭의 중심 주파수에 위치한 제1 서브 대역, 상기 제1 서브 대역에 인접한 측면(flanking)에 위치한 한 쌍의 제2 서브 대역들, 및 각각 이전 쌍의 서브 대역들에 주파수 상에서 인접한 하나 이상의 연속적인 쌍의 서브 대역들로 분할하는 단계를 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 수신된 신호의 제1 서브 대역에서 IQ 불균형 및 반송파 주파수 오프셋을 추정하는 단계는
    상기 제1 서브 대역에서 주파수 연속적이고 시간 이격된(블록 타입(block-type)) 기준 신호들을 수신하는 단계; 및
    상기 블록 타입 기준 신호들에 기초하여 상기 제1 서브 대역에서 IQ 불균형 및 반송파 주파수 오프셋을 추정하는 단계
    를 포함하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 서브 대역에서 블록 타입 기준 신호들을 수신하는 단계는 동기화 채널 상에서 6개의 리소스 블록들을 통해 블록 타입 기준 신호들을 수신하는 단계를 포함하는 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 수신된 신호의 상기 제1 서브 대역에서 위상 잡음 및 채널 계수들을 추정하는 단계는
    모든 서브 대역에서 데이터 및 시간 이격되고 주파수 이격된 (코움 타입(comb-type)) 기준 신호들을 수신하는 단계; 및
    상기 제1 서브 대역에서 코움 타입 기준 심볼들에 기초하여 상기 제1 서브 대역에서 위상 잡음 및 채널 계수들을 추정하는 단계
    를 포함하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 모든 서브 대역에서 코움 타입 기준 신호들을 수신하는 단계는 데이터 채널 상에서 코움 타입 기준 신호들을 수신하는 단계를 포함하는 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 반송파 주파수 오프셋 추정치, 및 상기 이전의 서브 대역들로부터의 상기 위상 잡음 및 IQ 불균형 추정치들에 기초하여 상기 수신된 신호의 연속적인 서브 대역들에서 IQ 불균형을 추정하는 단계는, 이전의 서브 대역의 IQ 불균형을 무시하고, 상기 위상 잡음을 앞서 추정된 위상 잡음으로 보상하고, 상기 코움 타입 기준 신호들에 기초하여 현재 서브 대역에 대한 IQ 불균형 및 채널 계수들을 추정하는 단계를 포함하는 방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 반송파 주파수 오프셋 추정치, 및 상기 이전의 서브 대역들로부터의 상기 위상 잡음 및 IQ 불균형 추정치들에 기초하여 상기 수신된 신호의 연속적인 서브 대역들에서 IQ 불균형을 추정하는 단계는, 상기 IQ 불균형을 이전의 서브 대역의 IQ 불균형으로 보상하고, 상기 위상 잡음을 앞서 추정된 위상 잡음으로 보상하고, 및 상기 코움 타입 기준 신호들에 기초하여 현재 서브 대역에 대한 IQ 불균형 및 채널 계수들을 추정하는 단계를 포함하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 이전의 서브 대역들로부터의 상기 반송파 주파수 오프셋 추정치, 및 상기 위상 잡음 및 IQ 불균형 추정치들에 기초하여 상기 수신된 신호의 연속적인 서브 대역들에서 IQ 불균형을 추정하는 단계는 판단 피드백을 사용하여 상기 IQ 불균형을 추정하는 단계를 포함하는 방법.
  10. 제5항에 있어서, 상기 위상 잡음을 추정하는 단계는 위상 잡음의 저주파수 스펙트럼 성분들만을 추정하고, 상기 저주파수 스펙트럼 성분들을 사용하여 실제 위상 잡음의 근사치를 계산하는 단계를 포함하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 위상 잡음을 추정하는 단계는 연속적인 서브 대역들의 RF 손상 파라미터들이 추정됨에 따라 고주파수 스펙트럼 성분들을 추가함으로써 위상 잡음 추정치를 업데이트하는 단계를 더 포함하는 방법.
  12. 무선 통신 네트워크에서 동작하는 수신 장치로서,
    하나 이상의 안테나;
    상기 안테나로부터 무선 통신 신호를 수신하도록 동작하는 수신기; 및
    상기 수신기를 제어하도록 동작하는 제어기,
    를 포함하고, 상기 제어기는
    상기 수신된 신호의 제1 서브 대역에서 IQ 불균형 및 반송파 주파수 오프셋을 추정하고,
    상기 수신된 신호의 상기 제1 서브 대역에서 위상 잡음 및 채널 계수들을 추정하고,
    상기 반송파 주파수 오프셋 추정치, 및 이전의 서브 대역들로부터의 위상 잡음 및 IQ 불균형 추정치들에 기초하여 상기 수신 신호의 연속적인 서브 대역들에서 IQ 불균형을 반복적으로 추정하도록 더 동작하는, 수신 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제어기는 상기 수신된 신호를 상기 신호의 대역폭의 중심 주파수에 위치한 제1 서브 대역, 상기 제1 서브 대역에 인접한 측면에 위치한 한 쌍의 제2 서브 대역들, 및 각각 이전 쌍의 서브 대역들에 주파수 상에서 인접한 하나 이상의 연속적인 쌍의 서브 대역들로 분할함으로써 상기 수신된 신호를 복수의 서브 대역으로 주파수 분할하도록 동작하는 수신 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제어기는
    상기 제1 서브 대역에서 주파수 연속적이고 시간 이격된 (블록 타입) 파일럿 기준 신호들을 수신하도록 상기 수신기를 제어하고,
    상기 블록 타입 기준 신호들에 기초하여 상기 제1 서브 대역에서 IQ 불균형 및 반송파 주파수 오프셋을 추정하고,
    모든 서브 대역들에서 데이터 및 시간 이격되고 주파수 이격된 (코움 타입) 기준 신호들을 수신하도록 상기 수신기를 제어하고,
    상기 제1 서브 대역에서 상기 코움 타입 기준 심볼들에 기초하여 상기 제1 서브 대역에서 위상 잡음을 추정함으로써,
    상기 수신된 신호의 제1 서브 대역에서 위상 잡음 및 IQ 불균형을 추정하도록 동작하는 수신 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1 서브 대역에서 블록 타입 파일럿 기준 신호들을 수신하도록 상기 수신기를 제어하는 것은 동기화 채널 상에서 6개의 리소스 블록들을 통해 블록 타입 파일럿 기준 신호들을 수신하도록 상기 수신기를 제어하는 것을 포함하는 수신 장치.
  16. 제14항에 있어서, 상기 제어기는 앞서 추정된 위상 잡음에 기초하여 상기 수신된 신호의 연속적인 서브 대역들에서 RF 손상 파라미터들을 추정하도록 더 동작하는 수신 장치.
  17. 제14항에 있어서, 상기 수신된 신호의 연속적인 서브 대역들에서 RF 손상 파라미터들을 추정하는 것은 IQ 불균형이 없다고 가정하고, 상기 코움 타입 파일럿 신호들 및 앞서 추정된 위상 잡음에 기초하여 채널 계수들을 추정하고 보간하는 것을 포함하는 수신 장치.
  18. 제14항에 있어서, 상기 수신된 신호의 연속적인 서브 대역들에서 RF 손상 파라미터들을 추정하는 것은 판단 피드백을 사용하여 상기 RF 손상 파라미터들을 반복적으로 추정하는 것을 포함하는 수신 장치.
  19. 제14항에 있어서, 상기 위상 잡음을 추정하는 것은 위상 잡음의 저주파수 스펙트럼 성분들만을 추정하고, 상기 저주파수 스펙트럼 성분들을 사용하여 실제 위상 잡음의 근사치를 계산하는 것을 포함하는 수신 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 위상 잡음을 추정하는 것은 연속적인 서브 대역들의 RF 손상 파라미터들이 추정됨에 따라 고주파수 스펙트럼 성분들을 추가함으로써 위상 잡음 추정치를 업데이트하는 것을 더 포함하는 수신 장치.
  21. 제12항에 있어서, 상기 제어기는 상기 이전의 서브 대역들에서 추정된 IQ 불균형에 기초하여 상기 수신된 신호의 연속적인 서브 대역들에 RF 손상 파라미터들을 추정하도록 더 동작하는 수신 장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 제어기는 채널간 간섭 없는 위상 잡음을 초기에 가정하고 상기 코움 타입 파일럿 신호들에 기초하여 상기 채널 계수들을 일반 위상 오차로 추정하고 보간함으로써 상기 RF 손상 파라미터들을 추정하도록 동작하는 수신 장치.
  23. 제12항에 있어서, 상기 제어기는 판단 피드백을 사용하여 RF 손상 파라미터들을 반복적으로 추정하도록 동작하는 수신 장치.
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