KR20130051629A - 무선 통신 시스템에서 채널 추정 방법 - Google Patents

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Abstract

무선 통신 시스템에서 수신기에 의한 채널 추정 방법이 제공된다. 이 방법은 부반송파의 신호에 오차를 보상한 오차 보상 신호를 송신기로부터 수신하는 단계, 수신한 상기 오차 보상 신호에 대하여 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform : FFT)을수행하는 단계 및 FFT를 수행한 상기 오차 보상 신호의 오차를 역으로 보상함으로써 상기 오차 보상 신호의 파일럿 부반송파로부터 상기 부반송파의 채널을 추정하는 단계를 포함하되, 상기 오차 보상 신호는 상기 송신기에서 오차를 미리 보상하였는지 여부를 지시하는 지시자를 포함한다. 이 방법에 따르면, 정확한 시작점에서 FFT 변환이 이루어지지 않더라도 CP이내의 시점에서 채널 추정이 된 경우, 채널 추정 및 보간에 있어서 최소한의 오차로 채널을 추정할 수 있다.

Description

무선 통신 시스템에서 채널 추정 방법{METHED FOR ESTIMATING CHANNEL IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 채널을 추정하는 방법에 관한 것이다.
3GPP(Generation Partnership Project) LTE(Long Term Evolution)는 현 이동통신망에서 진화되는 기술로서 전세계 무선 기술 표준화 단체 중 하나인 3GPP에 의하여 고품질의 다양한 서비스를 제공하는 새로운 이동통신 기술의 필요성을 인식하고, 낮은 전송 지연(low latency), 높은 전송률(high data rate), 시스템 용량과 커버리지를 개선하는 연구가 진행 중이다.
3GPP LTE 이동통신 시스템은 패킷 데이터 전송에 기반을 둔 다양한 서비스 지원을 목표로 하는 기술로서 최대 20MHz 대역폭 기준 다운링크 최대 전송속도 100Mbps, 업링크 50Mbps의 전송속도를 지원한다. 그리고 데이터 전송 효율 향상, 효율적인 주파수 자원 이용, 이동성, 낮은 전송 지연, 패킷 데이터 전송에 최적화된 기술과 서비스 품질 보장 등을 제공한다. 3GPP LTE 시스템은 기존 시스템에 비해 주파수 및 고속의 멀티미디어 서비스를 효율적으로 사용하는 IP 네트워크로 진화되는 이동통신 시스템이다. 3GPP LTE 이동 통신 시스템에서 다운 링크로 직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access : OFDMA) 방식을 사용하며, 업 링크로 단일 캐리어 주파수 분할 다중 접속(Single Carrier Frequency Division Multiple Access : SCFDMA) 방식을 사용한다.
OFDMA 방식은 다중 사용자가 서로 다른 부반송파를 통해 동시에 신호를 송신하는 방식으로, 주파수 선택적 페이딩 현상과 협대역 간섭에 강하며 사용자간 효율적인 자원분배 능력으로 인해 차세대 광대역 무선 다중 접속 방식으로 널리 제안되고 있다.
그러나 OFDMA 방식은 전파 지연, 송수신 발진기 오차에 의한 시간 및 주파수 동기 오차, 다중 부반송파 신호 사이의 간섭 등으로 인하여, 신호가 무선 통신 채널을 통해서 송신될 때 다양한 왜곡을 겪게 된다. 따라서 수신 성능을 향상시키기 위해서는 채널에서 발생한 크기/위상/간섭 등의 왜곡을 예측하여 수신 신호를 송신시의 형태로 복원하는 과정이 필요하다. 이와 같이, 수신 신호에서 발생한 왜곡을 예측하는 것을 채널 추정이라 한다.
OFDMA 방식의 무선 통신 시스템에서 채널 추정을 함에 있어서, 추정된 동기 시점에서 FFT(Fast Fourier Transform) 변환된 신호로부터 주파수 축에서 채널 추정 및 보간이 이루어진다. 이때, 정확한 시작점에서 FFT 되지 않으면 CP(cyclic prefix) 이내에서 FFT 시작 시점(starting point)이 설정되더라도 채널 추정 및 보간에 의하여 성능이 더 하락한다.
정확한 시작점에서 FFT 변환이 이루어지지 않더라도 CP이내의 시점에서 채널 추정이 됐을 때 채널 추정 및 보간에 따른 채널 추정 오차를 줄이는 채널 추정 방법이 요구된다.
본 발명의 기술적 과제는, 수신 시간 차이에 따른 오차를 최소화한 채널 추정 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 무선 통신 시스템에서 수신기에 의한 채널 추정 방법은 부반송파의 신호에 오차를 보상한 오차 보상 신호를 송신기로부터 수신하는 단계, 수신한 상기 오차 보상 신호를 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform : FFT)을 수행하는 단계 및 FFT를 수행한 상기 오차 보상 신호의 오차를 역으로 보상함으로써 상기 오차 보상 신호의 파일럿 부반송파로부터 상기 부반송파의 채널을 추정하는 단계를 포함하되, 상기 오차 보상 신호는 오차를 미리 보상하였는지 여부를 지시하는 지시자를 포함한다.
정확한 시작점에서 FFT 변환이 이루어지지 않더라도 CP이내의 시점에서 채널 추정이 된 경우, 채널 추정 및 보간에 있어서 최소한의 오차로 채널을 추정할 수 있다.
도 1은 무선통신 시스템을 나타낸다.
도 2는 시간 오차가 발생한 경우의 FFT 시작 시점을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 채널 추정 방법을 나타내는 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따라서 채널 추정을 수행하는 수신기를 나타낸 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않는다. 또한 도면에서 본 발명을 명확하게 개시하기 위해서 본 발명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 도면에서 동일하거나 유사한 부호들은 동일하거나 유사한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 무선통신 시스템을 나타낸다. 무선통신 시스템(10)은 적어도 하나의 기지국(11; Base Station, BS)을 포함한다. 각 기지국(11)은 특정한 지리적 영역(일반적으로 셀이라고 함)(15a, 15b, 15c)에 대해 통신 서비스를 제공한다. 셀은 다시 다수의 영역(섹터라고 함)으로 나누어질 수 있다. 단말(12; User Equipment, UE은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, MS(Mobile Station), MT(Mobile Terminal), UT(User Terminal), SS(Subscriber Station), 무선기기(wireless device), PDA(Personal Digital Assistant), 무선 모뎀(wireless modem), 휴대기기(handheld device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 기지국(11)은 일반적으로 단말(12)과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, eNB(evolved-NodeB), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.
이 기술은 하향링크(downlink) 또는 상향링크(uplink)에 사용될 수 있다. 일반적으로 하향링크는 기지국(11)에서 단말(12)로의 통신을 의미하며, 상향링크는 단말(12)에서 기지국(11)으로의 통신을 의미한다. 하향링크에서 송신기는 기지국(11)의 일부분이고, 수신기는 단말(12)의 일부분일 수 있다. 상향링크에서 송신기는 단말(12)의 일부분이고, 수신기는 기지국(11)의 일부분일 수 있다.
한편, 일반적인 OFDMA 신호를 수신함에 있어서, 주기적 전치 부호(cyclic prefix : CP) 이내의 시간 오차에도 불구하고 신호의 직교성을 유지하지만, 이러한 시간 오차를 가진 신호를 기초로 채널 추정을 하면 채널 추정 오차가 발생한다.
도 2는 시간 오차가 발생한 경우의 FFT 시작 시점을 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, CP의 종료시점에서 FFT를 시작하는 (a)와 달리 (b)에서는 시간축에서 FFT(Fast Fourier Transform) 시작 시점(starting point)이 CP내로 T0만큼 당겨져 T0만큼의 시간 오차를 가지는 경우, FFT를 수행한 후 주파수축에서 파일럿 부반송파에서의 채널 추정은 다음 수학식과 같다.
Figure pat00001
여기서 Hp는 p번째 부반송파에서의 채널을 나타내고, Wp는 부가 백색 가우스 잡음(Additive White Guassian Noise : AWGN)을 나타내고, N은 FFT 사이즈이다. p는 p번째 파일럿 부반송파임을 나타낸다.
파일럿 부반송파에서 잡음을 제외한 실제 채널값에
Figure pat00002
만큼 위상이 변경되었기 때문에 수신기는 각 파일럿 부반송파에서 얻은 채널 추정 값으로 파일럿 부반송파 사이의 데이터 부반송파에서의 채널 추정을 위한 보간을 할 때, 채널 추정 오차가 증가한다.
도 3은 본 발명에 따른 채널 추정 방법을 나타내는 순서도이다
도 3을 참조하면, 송신기에서 수신기의 FFT 시작점 정보 T0를 알고 있다면, 수신기는 다음 수학식과 같이 주파수축에서 p번째 부반송파의 신호에 오차를 미리 보상한 신호를 송신기로부터 수신한다(S300). 수신 신호는 이러한 오차를 미리 보상하였는지 여부를 지시하는 지시자를 포함할 수 있다.
Figure pat00003
여기서, xp는 p번째 부반송파에서의 데이터이고, N은 FFT 사이즈이다.
이에 따라서 추정된 채널 추정 값은 다음 수학식과 같다.
Figure pat00004
실제 수신된 파일럿으로부터 추정된 부반송파의 채널 추정 값은 송신기에서 미리 곱한 오차 보상 정보
Figure pat00005
로 인하여 발생한 채널 추정 오차를 줄이는 효과가 있다.
이어서, 수신기는 수신한 신호를 FFT한다(S305). 또한, 파일럿 부반송파의 채널 추정 값에서 보간 후 k번째 부반송파의 채널 추정 값이
Figure pat00006
일 경우, 다시 T0만큼 역으로 보상함으로써 최종 채널 추정 값을 얻는다(S310). 이는 다음 수학식과 같다.
Figure pat00007
k는 부반송파 인덱스이고, N은 FFT 사이즈이다.
이때, 보간 하는 방법은 선형 보간법, 지수 보간법, 로그-선형보간법, 단순 다항 보간법, 라그랑지(lagrange) 보간법, 스플라인(spline) 보간법 등 다양한 방식들이 있으며, 본 발명에서는 상기 보간법 중 하나를 이용할 수 있다.
본 발명에 다른 실시예로, 파일럿 부반송파뿐만 아니라 데이터 부반송파에도 전송단에서 상기 수학식 2와 같이 미리 오차 보상 정보를 이용하여 보상하여 전송할 수 있다. 이 경우 수신기에서는 파일럿 부반송파에서 상기 수학식 3의 값을 얻고 이를 보간함으로써 데이터 부반송파의 채널추정값을 구한다. 이때, 데이터 부반송파에도 미리 보상을 함으로써 수학식 4의 과정은 불필요한 것이 특징이다.
본 발명의 다른 실시예로, 수신기에서 채널 추정 오차를 줄일 수 있다.
파일럿 부반송파의 채널 추정 값에서 T0를 보상 후 보간을 하여 채널 추정 오차를 개선한다. 즉, 추정된 파일럿 부반송파의 채널 추정값
Figure pat00008
에 T0를 보상하기 위해
Figure pat00009
를 곱한다. 따라서, 상기 수학식 1로부터 다음 수학식을 얻는다.
Figure pat00010
그 다음,
Figure pat00011
를 이용하여 보간을 한다. 보간 후 k번째 부반송파의 채널 추정 값이
Figure pat00012
일 경우, 다시 T0만큼 역으로 보상 함으로써 최종 채널 추정 값을 추정한다.
Figure pat00013
이와 같이 FFT가 원래의 시작점보다 T0만큼 앞당겨 수행되더라도 채널 추정 및 보간에 따른 오차를 줄인다.
도 4는 본 발명에 따른 채널 추정을 수행하는 수신기를 나타낸 블록도이다.
도 4를 참조하면, 수신기(50)은 프로세서(processor, 51), 메모리(memory, 52) 및 RF부(RF(radio frequency) unit, 53)을 포함한다. 메모리(52)는 프로세서(51)와 연결되어, 프로세서(51)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. RF부(53)는 프로세서(51)와 연결되어, 무선 신호를 송신 및/또는 수신한다. 즉, 부반송파의 신호에 오차를 보상한 신호를 송신기로부터 수신한다.
프로세서(51)는 수신한 상기 신호를 FFT하는 FFT부 및 상기 오차를 역으로 보상함으로써 상기 신호의 파일럿으로부터 상기 부반송파의 채널을 추정하는 역보상부를 포함할 수 있다.
프로세서는 ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 메모리는 ROM(read-only memory), RAM(random access memory), 플래쉬 메모리, 메모리 카드, 저장 매체 및/또는 다른 저장 장치를 포함할 수 있다. RF부는 무선 신호를 처리하기 위한 베이스밴드 회로를 포함할 수 있다. 실시예가 소프트웨어로 구현될 때, 상술한 기법은 상술한 기능을 수행하는 모듈(과정, 기능 등)로 구현될 수 있다. 모듈은 메모리에 저장되고, 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 메모리는 프로세서 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서와 연결될 수 있다.
상술한 예시적인 시스템에서, 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로써 순서도를 기초로 설명되고 있지만, 본 발명은 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당업자라면 순서도에 나타낸 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (1)

  1. 무선 통신 시스템에서 수신기에 의한 채널 추정 방법에 있어서,
    부반송파의 신호에 오차를 보상한 오차 보상 신호를 송신기로부터 수신하는 단계;
    수신한 상기 오차 보상 신호에 대하여 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform : FFT)을수행하는 단계; 및
    FFT를 수행한 상기 오차 보상 신호의 오차를 역으로 보상함으로써 상기 오차 보상 신호의 파일럿 부반송파로부터 상기 부반송파의 채널을 추정하는 단계를 포함하되,상기 오차 보상 신호는 상기 송신기에서 오차를 미리 보상하였는지 여부를 지시하는 지시자를 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 추정 방법.
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