KR20130113557A - 다중 채널 추정을 위한 프리앰블 전송 방법, 수신 방법 및 그 장치 - Google Patents

다중 채널 추정을 위한 프리앰블 전송 방법, 수신 방법 및 그 장치 Download PDF

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KR20130113557A
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Abstract

다중 채널 추정을 위한 프리앰블 전송 방법 및 장치가 제공된다. 상기 방법은 채널 추정 시퀀스를 생성하는 단계; 상기 채널 추정 시퀀스를 프리앰블이 전송되는 복수의 심벌들 중 일부의 심벌들에 할당하는 단계; 및 상기 프리앰블을 전송하는 단계를 포함하되, 상기 채널 추정 시퀀스는 길이 N을 가지는 시퀀스를 2등분하고, 2등분된 2개의 시퀀스의 마지막 부분에 제로값을 가지는 ZS(zero-padded suffix)를 추가하여 제1 시퀀스 및 제2 시퀀스를 생성하고, 상기 제1 시퀀스 및 상기 제2 시퀀스를 적어도 한번 복사하여 상기 일부의 심벌들에 할당되는 것을 특징으로 한다.

Description

다중 채널 추정을 위한 프리앰블 전송 방법, 수신 방법 및 그 장치{APPARATUS AND METHOD OF TRANSMITTING OR RECEIVING A PREAMBLE FOR MULTIPLE CHANNEL ESTIMATION}
본 발명은 무선 통신에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초광대역 무선 통신 시스템에서 다중 채널 추정을 위한 프리앰블 송수신 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
본 발명의 배경이 되는 기술로는 ‘초광대역 통신 시스템의 프리앰블 송수신 장치 및 방법’: 공개번호 10-2004-0077279이 있다.
멀티미디어 고속 데이터 무선 전송을 수행하기 위해서는 기존의 협대역 다중 접속 방식으로는 한계가 있다. 따라서, 초광대역(ultra-wideband : UWB) 통신이 많은 관심을 받고 있다. 초광대역 통신은 나노 초(nano second) 이하의 짧은 무선 주파수(radio frequency) 펄스를 이용하여 매우 넓은 광대역 신호를 전송하는 기술이다. 초광대역 통신 시스템은 주파수 대역이 중심 주파수의 20% 이상이거나 대역폭이 500MHz 이상인 시스템으로 규정하기도 한다.
초광대역 통신 시스템에는 채널 추정을 위한 프리앰블(preamble)이 사용될 수 있다. 프리앰블이란, 전송되는 데이터 구간 앞에 부가되어 전송되어 온 신호를 감지하고 신호의 크기 조절, 주파수 오차 보정, 시간 오차 보정을 수행하는데 사용되는 미리 약속된 신호이다. 프리앰블은 시간 영역에서 복수의 심벌 구간 예를 들면, 복수의 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 심벌들에서 전송될 수 있다. 이러한 복수의 심벌들 중 일부 심벌에서는 채널 추정 시퀀스가 전송된다.
초광대역 통신 시스템에서 사용되는 프리앰블 보다 구체적으로는 채널 추정 시퀀스는 매우 많은 수의 경로를 갖는 초광대역 채널의 추정을 가능하게 하면서 신뢰성 및 전송률 향상을 위해 단일 중계 단말의 다중 안테나로부터 혹은 동시에 여러 중계 단말로부터 중첩 수신된 신호를 분리해 낼 수 있는 구조가 요구된다. 이를 만족시키는 가장 간단한 방법은 단말 별로 시간 및 주파수 영역에서 겹치지 않도록 채널 추정 시퀀스를 구성하는 것이다. 그러나 이러한 방법은 채널 추정 시퀀스의 길이가 길어지게 되고 중계 단말의 수가 증가할수록 주파수 효율이 저하되므로 바람직하지 않다.
한편, 다중 안테나 시스템의 채널 추정에 사용 가능한 STBC(Space-Time Block Code)는 기본적으로 동시에 전송되는 신호를 분리해내기 위해 각 안테나 별로 전송되는 부호들이 서로 직교하도록 설계된다. 따라서, 다수의 중계 단말이 존재하는 협력 통신 환경에서도 STBC 기반의 채널 추정 시퀀스를 사용하여 주파수 낭비 없이 채널을 추정할 수 있다. 하지만, 이러한 일반적인 채널 추정 시퀀스는 초광대역(UWB) 채널과 같이 다중 경로의 수가 많은 경우 심벌 간에 간섭이 발생하여 채널 추정 성능이 저하되는 문제가 있다.
따라서 다중 안테나를 사용하는 하나의 중계 단말 또는 복수의 중계 단말이 협력하여 신호를 중계하는 환경 하에서 초고속 UWB 시스템과 같이 주파수 호핑(Hopping)을 하며 전송을 수행하는 시스템의 채널 추정 능력을 향상시킬 수 있는 채널 추정 시퀀스를 포함하는 프리앰블 전송 방법 및 장치가 필요하다.
초광대역(UWB) 무선 통신 시스템에서 다중 채널 추정을 가능하게 하는 프리앰블 전송 방법 및 그 장치를 제공하고자 한다.
일 측면에서 다중 채널 추정을 위한 프리앰블 전송 방법을 제공한다. 상기 방법은 채널 추정 시퀀스를 생성하는 단계; 상기 채널 추정 시퀀스를 프리앰블이 전송되는 복수의 심벌들 중 일부의 심벌들에 할당하는 단계; 및 상기 프리앰블을 전송하는 단계를 포함하되, 상기 채널 추정 시퀀스는 길이 N을 가지는 시퀀스를 2등분하고, 2등분된 2개의 시퀀스의 마지막 부분에 제로값을 가지는 ZS(zero-padded suffix)를 추가하여 제1 시퀀스 및 제2 시퀀스를 생성하고, 상기 제1 시퀀스 및 상기 제2 시퀀스를 적어도 한번 복사하여 상기 일부의 심벌들에 할당되는 것을 특징으로 한다.
상기 일부의 심벌은 6개의 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 심벌들일 수 있다. 상기 N은 256일 수 있다.
상기 일부의 심벌들은 6개이며, 상기 6개의 심벌들을 차례로 심벌 1, 심벌 2, 심벌 3, 심벌 4, 심벌 5, 심벌 6이라고 할 때, 상기 제1 시퀀스는 상기 심벌 1, 3, 5에 할당되며, 상기 제2 시퀀스는 상기 심벌 2, 4, 6에 할당되며, 낮은 주파수 대역부터 차례로 제1 주파수 대역, 제2 주파수 대역, 제3 주파수 대역이라고 할 때, 상기 제1 주파수 대역에서는 상기 심벌 1, 4가 전송되고, 상기 제2 주파수 대역에서는 상기 심벌 2, 5가 전송되고, 상기 제3 주파수 대역에서는 상기 심벌 3, 6이 전송될 수 있다.
상기 일부의 심벌들은 6개이며, 상기 6개의 심벌들을 차례로 심벌 1, 심벌 2, 심벌 3, 심벌 4, 심벌 5, 심벌 6이라고 할 때, 상기 제1 시퀀스는 상기 심벌 1, 3, 5에 할당되며, 상기 제2 시퀀스는 상기 심벌 2, 4, 6에 할당되며, 낮은 주파수 대역부터 차례로 제1 주파수 대역, 제2 주파수 대역, 제3 주파수 대역이라고 할 때, 상기 심벌 1, 4는 상기 제1 주파수 대역에서 전송되며, 상기 심벌 3, 6은 상기 제2 주파수 대역에서 전송되며, 상기 심벌 2, 5는 상기 제3 주파수 대역에서 전송될 수 있다.
상기 일부의 심벌들은 6개이며, 상기 6개의 심벌들을 차례로 심벌 1, 심벌 2, 심벌 3, 심벌 4, 심벌 5, 심벌 6이라고 할 때, 상기 제1 시퀀스는 상기 심벌 1, 3, 5에 할당되며, 상기 제2 시퀀스는 상기 심벌 2, 4, 6에 할당되며, 낮은 주파수 대역부터 차례로 제1 주파수 대역, 제2 주파수 대역, 제3 주파수 대역이라고 할 때, 상기 제1 주파수 대역에서는 상기 심벌 1, 2가 전송되고, 상기 제2 주파수 대역에서는 상기 심벌 3, 4가 전송되고, 상기 제3 주파수 대역에서는 상기 심벌 5, 6이 전송될 수 있다.
상기 일부의 심벌들은 6개이며, 상기 6개의 심벌들을 차례로 심벌 1, 심벌 2, 심벌 3, 심벌 4, 심벌 5, 심벌 6이라고 할 때, 상기 제1 시퀀스는 상기 심벌 1, 3, 5에 할당되며, 상기 제2 시퀀스는 상기 심벌 2, 4, 6에 할당되며, 낮은 주파수 대역부터 차례로 제1 주파수 대역, 제2 주파수 대역, 제3 주파수 대역이라고 할 때, 상기 심벌 1, 2는 상기 제1 주파수 대역에서 전송되며, 상기 심벌 3, 4는 상기 제3 주파수 대역에서 전송되며, 상기 심벌 5, 6는 상기 제2 주파수 대역에서 전송될 수 있다.
상기 일부의 심벌들은 6개이며, 상기 6개의 심벌들을 차례로 심벌 1, 심벌 2, 심벌 3, 심벌 4, 심벌 5, 심벌 6이라고 할 때, 상기 제1 시퀀스는 상기 심벌 1, 4에 할당되며, 상기 제2 시퀀스는 상기 심벌 2, 5에 할당되며, 상기 심벌 3, 6에는 제로값이 삽입되며, 낮은 주파수 대역부터 차례로 제1 주파수 대역, 제2 주파수 대역, 제3 주파수 대역이라고 할 때, 상기 심벌 1 내지 6은 상기 제1 주파수 대역, 상기 제2 주파수 대역, 상기 제3 주파수 대역 중 어느 하나의 주파수 대역에서 모두 전송될 수 있다.
상기 일부의 심벌들은 6개이며, 상기 6개의 심벌들을 차례로 심벌 1, 심벌 2, 심벌 3, 심벌 4, 심벌 5, 심벌 6이라고 할 때, 상기 제1 시퀀스는 상기 심벌 1, 2, 5, 6에 할당되며, 상기 제2 시퀀스는 상기 심벌 3, 4에 할당되며, 낮은 주파수 대역부터 차례로 제1 주파수 대역, 제2 주파수 대역, 제3 주파수 대역이라고 할 때, 상기 심벌 1, 3, 5는 상기 제1 주파수 대역에서 전송되며, 상기 심벌 2, 4, 6은 상기 제2 주파수 대역에서 전송될 수 있다.
상기 일부의 심벌들은 6개이며, 상기 6개의 심벌들을 차례로 심벌 1, 심벌 2, 심벌 3, 심벌 4, 심벌 5, 심벌 6이라고 할 때, 상기 제1 시퀀스는 상기 심벌 1, 2, 5, 6에 할당되며, 상기 제2 시퀀스는 상기 심벌 3, 4에 할당되며, 낮은 주파수 대역부터 차례로 제1 주파수 대역, 제2 주파수 대역, 제3 주파수 대역이라고 할 때, 상기 심벌 1, 3, 5는 상기 제1 주파수 대역에서 전송되며, 상기 심벌 2, 4, 6은 상기 제3 주파수 대역에서 전송될 수 있다.
상기 일부의 심벌들은 6개이며, 상기 6개의 심벌들을 차례로 심벌 1, 심벌 2, 심벌 3, 심벌 4, 심벌 5, 심벌 6이라고 할 때, 상기 제1 시퀀스는 상기 심벌 1, 2, 5, 6에 할당되며, 상기 제2 시퀀스는 상기 심벌 3, 4에 할당되며, 낮은 주파수 대역부터 차례로 제1 주파수 대역, 제2 주파수 대역, 제3 주파수 대역이라고 할 때, 상기 심벌 1, 3, 5는 상기 제2 주파수 대역에서 전송되며, 상기 심벌 2, 4, 6은 상기 제3 주파수 대역에서 전송될 수 있다.
상기 채널 추정 시퀀스는 CAZAC(constant amplitude and zero auto-correlation) 시퀀스일 수 있다.
다른 측면에서, 다중 채널 추정을 위한 프리앰블 수신 방법을 제공한다. 상기 방법은 프리앰블이 전송되는 복수의 심벌들 중 일부의 심벌들에서 채널 추정 시퀀스를 수신하는 단계; 및 상기 채널 추정 시퀀스를 복원하는 단계를 포함하되, 상기 채널 추정 시퀀스는 길이 N을 가지는 시퀀스를 2등분하고, 2등분된 2개의 시퀀스의 마지막 부분에 제로값을 가지는 ZS(zero-padded suffix)를 추가하여 제1 시퀀스 및 제2 시퀀스를 생성하고, 상기 제1 시퀀스 및 상기 제2 시퀀스를 적어도 한번 복사하여 상기 일부의 심벌들에 할당되고, 상기 채널 추정 시퀀스를 복원하는 단계는 상기 제1 시퀀스 및 상기 제2 시퀀스를 결합하여 생성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 시퀀스에 포함된 ZS는 상기 제2 시퀀스의 앞부분에 더해지고, 상기 제2 시퀀스에 포함된 ZS는 상기 제1 시퀀스의 앞부분에 더해질 수 있다.
또 다른 측면에서, 다중 채널 추정을 위한 프리앰블 전송 장치를 제공한다. 상기 장치는 무선 신호를 전송하는 RF(radio frequency) 유닛; 및 상기 RF 유닛과 결합하여 동작하는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는 채널 추정 시퀀스를 생성하고, 상기 채널 추정 시퀀스를 프리앰블이 전송되는 복수의 심벌들 중 일부의 심벌들에 할당하고, 상기 프리앰블을 상기 RF 유닛을 통해 전송하되, 상기 채널 추정 시퀀스는 길이 N을 가지는 시퀀스를 2등분하고, 2등분된 2개의 시퀀스의 마지막 부분에 제로값을 가지는 ZS(zero-padded suffix)를 추가하여 제1 시퀀스 및 제2 시퀀스를 생성하고, 상기 제1 시퀀스 및 상기 제2 시퀀스를 적어도 한번 복사하여 상기 일부의 심벌들에 할당되는 것을 특징으로 한다.
상기 일부의 심벌은 6개의 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 심벌들일 수 있다. 상기 N은 256일 수 있다.
상기 채널 추정 시퀀스는 CAZAC(constant amplitude and zero auto-correlation) 시퀀스일 수 있다.
또 다른 측면에서, 다중 채널 추정을 위한 프리앰블 수신 장치를 제공한다. 상기 장치는 무선 신호를 수신하는 RF(radio frequency) 유닛; 및 상기 RF 유닛과 결합하여 동작하는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는 프리앰블이 전송되는 복수의 심벌들 중 일부의 심벌들에서 채널 추정 시퀀스를 수신하고, 상기 채널 추정 시퀀스를 복원하되, 상기 채널 추정 시퀀스는 길이 N을 가지는 시퀀스를 2등분하고, 2등분된 2개의 시퀀스의 마지막 부분에 제로값을 가지는 ZS(zero-padded suffix)를 추가하여 제1 시퀀스 및 제2 시퀀스를 생성하고, 상기 제1 시퀀스 및 상기 제2 시퀀스를 적어도 한번 복사하여 상기 일부의 심벌들에 할당된 시퀀스이고, 상기 프로세서는 상기 제1 시퀀스 및 상기 제2 시퀀스를 결합하여 상기 채널 추정 시퀀스를 복원하는 것을 특징으로 한다.
상기 채널 추정 시퀀스는 상기 제1 시퀀스에 포함된 ZS를 상기 제2 시퀀스의 앞부분에 더하고, 상기 제2 시퀀스에 포함된 ZS를 상기 제1 시퀀스의 앞부분에 더한 후 결합하여 길이 N인 시퀀스로 복원될 수 있다.
초광대역 무선 통신 시스템에서 복수의 다중 경로가 존재하는 환경에서도 더 많은 안테나 혹은 중계 단말을 통해 신호를 수신하여도 효율적으로 채널 추정을 수행할 수 있다.
도 1은 중계 단말이 4개인 경우, 각 중계 단말에서 사용할 수 있는 CAZAC 시퀀스 구조의 일 예를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말의 구조를 예시한다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 추정 시퀀스를 생성하는 방법을 나타낸다.
도 4 내지 도 7은 호핑 패턴에 따른 채널 추정 시퀀스의 전송 방법을 예시한다.
도 8은 채널 추정 시퀀스의 수신단에서의 처리 과정을 나타낸다.
도 9 내지 도 11은 최대 다중 경로의 수가 약 120개인 UWB CM3에서 본 발명에 따른 CAZAC 시퀀스 기반의 프리앰블을 이용했을 때의 채널 추정 성능을 나타낸다.
초광대역(Ultra Wide Band : UWB) 무선 통신 시스템은 3.1 GHz에서 10.6GHz를 사용하여 높은 속도로 무선 연결을 지원하는 무선 통신 시스템이다. 초광대역 무선 통신 시스템에서 전송 단말이 신호를 전송하면 목적 단말이 신호를 수신한다. 이 때, 전송 단말이 전송한 신호는 다수의 중계 단말을 거쳐 목적 단말에게 전송될 수도 있다. 이러한 경우, 목적 단말은 다수의 중계 단말로부터의 신호를 분리하여 채널을 추정하는 것이 요구된다.
채널 추정을 위해서 프리앰블(preamble)이 사용된다. 프리앰블은 복수의 심벌 예를 들어, 30 또는 18개의 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 심벌을 통해 전송될 수 있다. 프리앰블을 구성하는 OFDM 심벌들 중에서 일부 OFDM 심벌들 예를 들면, 마지막 6개의 OFDM 심벌이 채널 추정을 위해 사용될 수 있다. 즉, 프리앰블을 구성하는 일부 OFDM 심벌에서는 직교성을 가지는 시퀀스(sequence)를 전송될 수 있는데, 이러한 시퀀스를 이용하여 목적 단말은 채널 추정을 수행할 수 있다. 이러한 의미에서 상기 시퀀스를 채널 추정 시퀀스라 칭한다. 채널 추정 시퀀스를 포함하는 각 OFDM 심벌의 FFT(fast Fourier transform) 크기는 128이며, ZS(Zero-padded Suffix) 방식의 보호 구간(guard interval) 크기는 32일 수 있다.
이하에서는 CAZAC(constant amplitude and zero auto-correlation) 시퀀스를 채널 추정 시퀀스로 이용하여 목적 단말이 다수의 중계 단말로부터의 신호를 분리하여 채널을 추정하는 방법에 대해 설명한다.
먼저, CAZAC 시퀀스는 다음 식 1과 같은 Zadoff-Chu 시퀀스를 사용할 수 있다.
[식 1]
Figure pat00001
상기 식 1에서 N은 시퀀스의 길이이고, η 는 N과 서로 소인 정수이다.
도 1은 중계 단말이 4개인 경우, 각 중계 단말에서 사용할 수 있는 CAZAC 시퀀스 구조의 일 예를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 중계 단말 #m은 CAZAC 시퀀스 #m(Rm 이라 표시, m은 1, 2, 3, 4 중 어느 하나)을 사용한다. 4개의 중계 단말들에서 사용되는 CAZAC 시퀀스들을 살펴보면, 전체 시퀀스를 단말의 수로 나눈 만큼 순환 쉬프트한 것임을 알 수 있다. 즉, R2는 R1을 4-위상 순환 쉬프트한 것이고, R3은 R2를 4-위상 순환 쉬프트한 것이며, R4는 R3을 4-위상 순환 쉬프트한 것이다.
다시 말해, 특정 CAZAC 시퀀스에 대해, 채널 추정을 위해 사용되는 시퀀스의 길이(=16)를 총 중계 단말의 개수(=4)로 나눈 만큼 순환 쉬프트시킴으로써 각 중계 단말에게 사용되는 채널 추정 시퀀스를 생성할 수 있다. 이러한 방법에 의하면, 추정이 가능한 경로의 수를 최대화할 수 있음이 알려져 있다.
이러한 방법을 일반적으로 확장하면, 채널 추정 시퀀스의 길이 N에 해당하는 CAZAC 시퀀스를 생성한 후, 시스템이 사용되는 채널 환경의 최대 다중 경로 L을 고려하여 m 번째 중계 단말이 (m-1)*L 만큼 순환 쉬프트된 CAZAC 시퀀스 기반의 채널 추정 시퀀스를 사용하도록 협력 통신 시작 시에 할당할 수 있다. 이러한 방법에 의하면, 협력에 참여하는 중계 단말의 수의 변화에 관계없이 항상 동일한 구조의 프리앰블을 사용하면서도 최적의 채널 추정 성능을 얻을 수 있다.
그런데, 중계 단말의 개수가 M인 경우, 중계 단말들에서 사용되는 프리앰블 간의 직교성 보장을 위해 다음과 같은 제한이 있다.
[식 2]
Figure pat00002
상기 식 2에서 N은 시퀀스의 길이, L은 최대 다중 경로를 나타낸다. 예를 들어, 시퀀스의 길이 N이 128이고, 최대 다중 경로가 120개인 경우, M은 1이 된다.
만약, 시퀀스가 충분히 길지 않고 다중 경로의 수가 많아 상기 식 2의 조건이 보장되지 않는다면, 다수의 중계 단말들로부터 전송된 프리앰블들이 다중 경로로 인해 겹치게 되면서 직교성이 깨어지게 된다. 그러면, 채널 추정 성능이 저하되거나 심한 경우 채널 추정 자체가 불가능하게 된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말의 구조를 예시한다.
도 2를 참조하면, 단말(100)은 프로세서(processor, 110), 메모리(memory, 120) 및 RF부(RF(radio frequency) unit, 130)를 포함한다.
프로세서(110)는 단말이 중계 단말로 동작하는 경우에는 이하에서 설명한 채널 추정 시퀀스를 생성하고, 전송한다. 또한, 단말이 목적 단말로 동작하는 경우에는 프로세서(110)는 채널 추정 시퀀스를 수신하고 복원하여 채널 추정을 수행한다.
메모리(120)는 프로세서(110)와 연결되어, 프로세서(110)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. RF부(130)는 프로세서(110)와 연결되어, 무선 신호를 전송 및/또는 수신한다.
이제 본 발명에 따른 채널 추정 시퀀스를 생성하는 방법에 대해 설명한다.
먼저, 초광대역 무선 통신 시스템에서는 채널 추정에 사용되는 6개의 OFDM 심벌이 다음 표와 같이 TFC(time-frequency code)에 따른 호핑(hopping) 패턴을 가지며 전송될 수 있다.
[표 1]
Figure pat00003
상기 표 1에서, 호핑 패턴이 5인 경우 6개의 OFDM 심벌이 모두 동일한 주파수 밴드(예컨대, 주파수 밴드 #1)로 전송된다. 호핑 패턴이 6, 7인 경우에도 마찬가지이다(즉, 주파수 밴드 #2, #3을 통해 전송). 즉, 다중 경로의 영향으로 인해 OFDM 심벌 간 간섭이 발생함을 고려하여 6개의 OFDM 심벌 모두 하나의 주파수 밴드의 채널 추정에 사용된다.
그 이외의 호핑 패턴의 경우에는 2개 또는 3개의 서로 다른 주파수 밴드 각각에서 3개 또는 2개의 OFDM 심벌씩 전송된다. 서로 다른 주파수 밴드에서 전송되기 때문에 상대적으로 OFDM 심벌 간 간섭이 적다는 점을 고려하여 각 주파수 밴드 당 3개 또는 2개의 OFDM 심벌만이 채널 추정을 위해 할당된다. 이 경우에도 채널 추정 오차는 시스템에서 정한 허용 범위 이내이다.
상술한 호핑 패턴 구조를 최대한 활용하면서, 채널 추정 성능을 최대화하기 위해서 다음과 같은 채널 추정 시퀀스를 생성할 수 있다. 이하의 방법은 2개의 중계 단말을 통해 목적 단말이 신호를 수신하는 경우를 가정하고, 최대 다중 경로가 120인 것을 가정한다. 제1 채널 추정 시퀀스는 제1 중계 단말이 사용할 수 있고, 제2 채널 추정 시퀀스는 제2 중계 단말이 사용할 수 있다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 추정 시퀀스를 생성하는 방법을 나타낸다.
도 3를 참조하면, 길이가 N 예컨대 N=256인 CAZAC 시퀀스를 생성한다(Step 1). CAZAC 시퀀스는 상기 식 1을 이용하여 생성될 수 있다. N은 시퀀스의 길이를 의미하며, FFT 수행 시 샘플링 개수를 나타낼 수 있다.
생성된 CAZAC 시퀀스를 2등분하고(Step 2), 각 분할된 시퀀스의 끝부분에 길이 32인 ZS(Zero-padded Suffix)를 삽입하여 2개의 시퀀스를 생성한다(Step 3). ZS는 널(null)이라 칭하기도 한다. 상기 2개의 시퀀스를 제1 시퀀스, 제2 시퀀스라 칭한다. 제1 시퀀스 및 제2 시퀀스는 각 심벌에 할당되는 단위가 된다. 따라서, 이 과정은 2개의 심벌을 생성하는 것으로 볼 수도 있다.
이후, 호핑 패턴에 따라 3가지 생성 방법이 가능하다. 먼저, 상기 표 1의 호핑 패턴이 1, 2, 3, 4인 경우에는 도 3의 Step 4A와 같이 Step 3에서 생성한 2개의 심벌을 두번 복사하여 6개의 심벌을 생성한다(Step 4A).
호핑 패턴이 5, 6, 7인 경우에는 상기 Step 3에서 생성한 2개의 심벌 뒤에 하나의 널(null) 심벌을 추가하여 3개의 심벌을 생성하고 생성된 3개의 심벌들 전체를 복사하여 6개의 심벌을 생성한다(Step 4B).
호핑 패턴이 8, 9, 10인 경우에는 상기 Step 3에서 생성한 2개의 심벌을 개별적으로 복사하여 6개의 심벌을 생성한다(Step 4C). Step 4A와 비교하여 차이점은 동일한 심벌이 2번 연속하여 생성된다는 차이가 있다.
상술한 방법에 의하여 제1 채널 추정 시퀀스를 생성한다. 즉, 제1 채널 추정 시퀀스를 생성하기 위해 상기 제1 시퀀스 및 상기 제2 시퀀스를 적어도 한번 복사하여 채널 추정 시퀀스가 전송되는 심벌들에 할당한다. 그리고 제2 채널 추정 시퀀스는 상기 Step 1에서 생성된 길이 256인 CAZAC 시퀀스를 128만큼 순환 쉬프트시킨 후, 제1 채널 추정 시퀀스를 생성하는 과정과 동일한 과정을 거쳐 생성한다.
본 발명에 따른 채널 추정 시퀀스는 종래와 달리 CAZAC 시퀀스를 사용한다는 차이가 있다.
이제 생성된 채널 추정 시퀀스를 전송하는 방법에 대해 설명한다.
도 4 내지 도 7은 호핑 패턴에 따른 채널 추정 시퀀스의 전송 방법을 예시한다.
도 4은 호핑 패턴이 1인 경우 각 채널 추정 시퀀스의 전송 방법을 나타낸다. 도 4을 참조하면, 각 주파수 밴드에서 길이 256을 가지는 2개의 CAZAC 시퀀스가 전송된다.
도 5는 호핑 패턴이 3인 경우, 각 채널 추정 시퀀스의 구조를 나타낸다. 도 5를 참조하면, 각 주파수 밴드에서 길이 256을 가지는 1개의 CAZAC 시퀀스가 전송된다.
도 6는 호핑 패턴이 6인 경우 각 채널 추정 시퀀스의 구조를 나타낸다. 도 6를 참조하면, 주파수 밴드 2에서 길이 256을 가지는 2개의 CAZAC 시퀀스가 전송된다.
도 7은 호핑 패턴이 8인 경우, 각 채널 추정 시퀀스의 구조를 나타낸다. 도 7을 참조하면, 주파수 밴드 1, 2에서 각각 길이 256을 가지는 CAZAC 시퀀스가 하나 반 전송된다.
도 4 내지 도 7에서 나타낸 바와 같이 어떠한 호핑 패턴에서도 적어도 하나의 주파수 밴드에서는 1개 이상의 CAZAC 시퀀스가 전송된다. 다만, 길이 256의 완전한 시퀀스가 연속하여 전송되는 것이 아니라 각 심벌에 ZS가 부가되고, 시간 또는 주파수 영역에서 분산되어 전송됨으로써 직교성이 깨어질 수 있는 문제가 있는데, 이 문제는 목적 단말에서 다음과 같은 처리 과정을 거침으로써 직교성을 회복할 수 있다.
도 8은 채널 추정 시퀀스의 수신단에서의 처리 과정을 나타낸다.
도 8을 참조하면, 수신단은 길이 256의 CAZAC 시퀀스에 대한 절반의 정보 및 ZS를 포함하는 제1 시퀀스 및 제2 시퀀스를 서로 다른 주파수 대역 및 시간에서 수신할 수 있다. 제1 시퀀스 및 제2 시퀀스는 수신단에서 합성되는데, 이 때, 제1 시퀀스의 ZS 구간에 생성된 다중 경로의 성분은 제2 시퀀스의 시작 부분에 더해지고, 제2 시퀀스의 ZS 구간에 생성된 다중 경로의 성분은 제1 시퀀스의 시작 부분에 더해진다.
상술한 합성 과정을 통해 제1 시퀀스 및 제2 시퀀스는 길이 256의 완전한 CAZAC 시퀀스로 복원된다.
종래 기술에서는 길이 128인 채널 추정 시퀀스를 각 OFDM 심벌마다 전송하기 때문에, 경우에 따라 하나의 OFDM 심벌만을 이용하여 채널 추정이 가능하다. 반면, 본 발명에서는 길이 256인 채널 추정 시퀀스를 적어도 2개의 OFDM 심벌을 통해 분산 전송하기 때문에 구간 연산이 필수적이다. 이것은 종래 기술에 비해 2배 많은 메모리가 요구된다는 것을 의미하나, 협력 전송을 위해서는 추가적인 메모리 부담은 피할 수 없는 문제이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 채널 추정 시퀀스를 전송하면, 동시에 2개의 중계 단말을 수용하면서도 최대 120개의 다중 경로가 존재하는 CM3 환경에서도 채널 추정을 효율적으로 수행할 수 있다. 여기서, CM3는 UWB 채널 모델(Channel Model) 중 하나이다. CM1은 가시거리 환경(line of sight: LOS)으로 0 ~ 4미터의 거리내의 채널모델이며, CM2는 비가시거리 환경(non-LOS: NLOS)으로 0~4미터의 거리 내의 채널 모델이며, CM3는 비가시거리 환경으로 4~10미터의 거리 내의 채널 모델이다.
종래 사용되던 채널 추정 시퀀스는 호핑 패턴 1, 2를 제외하면, 채널 환경이 가장 좋은 CM1 환경에서 단일 단말이 사용할 때에도 최대 다중 경로의 수가 보호 구간 크기보다 크기 때문에 채널 추정 시 열화가 생긴다.
이하에서는 본 발명에 따른 채널 추정 시퀀스를 사용하는 경우의 성능을 MSE(mean square error)를 통해 입증한다.
이하의 도 9 내지 도 11은 최대 다중 경로의 수가 약 120개인 UWB CM3에서 본 발명에 따른 CAZAC 시퀀스 기반의 프리앰블을 이용했을 때의 채널 추정 성능을 나타낸다. 모의 실험에 사용한 채널 모델은 IEEE(Institute of electrical and electronics engineers)에서 모델링한 것을 이용하였으며 매번 다른 임의의 다중 경로 수를 생성한다. 채널 추정에는 LS(least square) 방식이 사용되었으며, 각 목적 단말은 하나의 안테나를 탑재하고 있고, 각 중계 단말이 겪는 채널 SNR(signal to noise ratio)은 동일하며, 목적 단말에서 시간 및 주파수 동기는 완벽하다고 가정한다. 그리고, 전송 단말을 제외한 다수의 중계 단말이 동시에 목적 단말로 송신하는 경우를 가정한다.
채널 추정 시퀀스의 길이가 채널 응답 길이보다 긴 경우에는 다음 식을 만족한다.
[식 3]
Figure pat00004
상기 식 3에서 h(i)는 i 번째 채널의 임펄스 응답을 나타내고, h^(i)는 i 번째 채널의 추정된 임펄스 응답을 나타낸다. w(i)는 가산 백색 가우시안 잡음을 나타내고, N은 채널 추정 시퀀스의 길이이다. σ2 w는 백색 가우시안 잡음의 분산이다.
도 9는 호핑 패턴이 1~4인 경우의 MSE를 나타낸 그래프이다. 호핑 패턴이 1~4일 때에는 주파수 밴드당 256-길이의 CAZAC 시퀀스를 1개씩 사용하게 된다. 식 2에 의하면 제안된 256-길이의 채널 추정 시퀀스는 중계 단말을 최대 2개까지 수용할 수 있으며 모의실험의 MSE 결과는 식 3과 일치한다. 도 10은 호핑 패턴이 5~7인 경우 256-길이 CAZAC 시퀀스를 2개 사용하여, 호핑 패턴이 1~4인 경우 보다 3 dB 가량의 이득이 있음을 보이고 있다. 도 10 또한 식 3으로 분석한 값과 일치함을 알 수 있다. 도 11은 호핑 패턴이 8~10인 경우에 주파수 밴드당 256-길이 CAZAC 시퀀스를 1개 반을 사용하여 도 9과 도 10의 모의실험 결과값의 중간에 해당하는 MSE 성능을 보이는 것을 확인할 수 있다. 만약 호핑 패턴이 8~10인 경우에 부분 상관관계를 이용하여 뒤의 두 심벌을 채널 추정에 사용하지 않는다면, 도 8의 모의실험 결과와 동일한 결과가 나타날 것이다.
상술한 실시예들은 다양한 양태의 예시들을 포함한다. 다양한 양태들을 나타내기 위한 모든 가능한 조합을 기술할 수는 없지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 다른 조합이 가능함을 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 이하의 특허청구범위 내에 속하는 모든 다른 교체, 수정 및 변경을 포함한다고 할 것이다.

Claims (21)

  1. 다중 채널 추정을 위한 프리앰블 전송 방법에 있어서,
    채널 추정 시퀀스를 생성하는 단계;
    상기 채널 추정 시퀀스를 프리앰블이 전송되는 복수의 심벌들 중 일부의 심벌들에 할당하는 단계; 및
    상기 프리앰블을 전송하는 단계를 포함하되,
    상기 채널 추정 시퀀스는 길이 N을 가지는 시퀀스를 2등분하고, 2등분된 2개의 시퀀스의 마지막 부분에 제로값을 가지는 ZS(zero-padded suffix)를 추가하여 제1 시퀀스 및 제2 시퀀스를 생성하고, 상기 제1 시퀀스 및 상기 제2 시퀀스를 적어도 한번 복사하여 상기 일부의 심벌들에 할당되는 것을 특징으로 하는 프리앰블 전송 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 일부의 심벌은 6개의 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 심벌들인 것을 특징으로 하는 프리앰블 전송 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 N은 256인 것을 특징으로 하는 프리앰블 전송 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 일부의 심벌들은 6개이며, 상기 6개의 심벌들을 차례로 심벌 1, 심벌 2, 심벌 3, 심벌 4, 심벌 5, 심벌 6이라고 할 때,
    상기 제1 시퀀스는 상기 심벌 1, 3, 5에 할당되며, 상기 제2 시퀀스는 상기 심벌 2, 4, 6에 할당되며,
    낮은 주파수 대역부터 차례로 제1 주파수 대역, 제2 주파수 대역, 제3 주파수 대역이라고 할 때, 상기 제1 주파수 대역에서는 상기 심벌 1,4가 전송되고, 상기 제2 주파수 대역에서는 상기 심벌 2, 5가 전송되고, 상기 제3 주파수 대역에서는 상기 심벌 3, 6이 전송되는 것을 특징으로 하는 프리앰블 전송 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 일부의 심벌들은 6개이며, 상기 6개의 심벌들을 차례로 심벌 1, 심벌 2, 심벌 3, 심벌 4, 심벌 5, 심벌 6이라고 할 때,
    상기 제1 시퀀스는 상기 심벌 1, 3, 5에 할당되며, 상기 제2 시퀀스는 상기 심벌 2, 4, 6에 할당되며,
    낮은 주파수 대역부터 차례로 제1 주파수 대역, 제2 주파수 대역, 제3 주파수 대역이라고 할 때, 상기 심벌 1, 4는 상기 제1 주파수 대역에서 전송되며, 상기 심벌 3, 6은 상기 제2 주파수 대역에서 전송되며, 상기 심벌 2, 5는 상기 제3 주파수 대역에서 전송되는 것을 특징으로 하는 프리앰블 전송 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 일부의 심벌들은 6개이며, 상기 6개의 심벌들을 차례로 심벌 1, 심벌 2, 심벌 3, 심벌 4, 심벌 5, 심벌 6이라고 할 때,
    상기 제1 시퀀스는 상기 심벌 1, 3, 5에 할당되며, 상기 제2 시퀀스는 상기 심벌 2, 4, 6에 할당되며,
    낮은 주파수 대역부터 차례로 제1 주파수 대역, 제2 주파수 대역, 제3 주파수 대역이라고 할 때, 상기 제1 주파수 대역에서는 상기 심벌 1, 2가 전송되고, 상기 제2 주파수 대역에서는 상기 심벌 3, 4가 전송되고, 상기 제3 주파수 대역에서는 상기 심벌 5, 6이 전송되는 것을 특징으로 하는 프리앰블 전송 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 일부의 심벌들은 6개이며, 상기 6개의 심벌들을 차례로 심벌 1, 심벌 2, 심벌 3, 심벌 4, 심벌 5, 심벌 6이라고 할 때,
    상기 제1 시퀀스는 상기 심벌 1, 3, 5에 할당되며, 상기 제2 시퀀스는 상기 심벌 2, 4, 6에 할당되며,
    낮은 주파수 대역부터 차례로 제1 주파수 대역, 제2 주파수 대역, 제3 주파수 대역이라고 할 때, 상기 심벌 1, 2는 상기 제1 주파수 대역에서 전송되며, 상기 심벌 3, 4는 상기 제3 주파수 대역에서 전송되며, 상기 심벌 5, 6는 상기 제2 주파수 대역에서 전송되는 것을 특징으로 하는 프리앰블 전송 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 일부의 심벌들은 6개이며, 상기 6개의 심벌들을 차례로 심벌 1, 심벌 2, 심벌 3, 심벌 4, 심벌 5, 심벌 6이라고 할 때,
    상기 제1 시퀀스는 상기 심벌 1, 4에 할당되며, 상기 제2 시퀀스는 상기 심벌 2, 5에 할당되며, 상기 심벌 3, 6에는 제로값이 삽입되며,
    낮은 주파수 대역부터 차례로 제1 주파수 대역, 제2 주파수 대역, 제3 주파수 대역이라고 할 때, 상기 심벌 1 내지 6은 상기 제1 주파수 대역, 상기 제2 주파수 대역, 상기 제3 주파수 대역 중 어느 하나의 주파수 대역에서 모두 전송되는 것을 특징으로 하는 프리앰블 전송 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 일부의 심벌들은 6개이며, 상기 6개의 심벌들을 차례로 심벌 1, 심벌 2, 심벌 3, 심벌 4, 심벌 5, 심벌 6이라고 할 때,
    상기 제1 시퀀스는 상기 심벌 1, 2, 5, 6에 할당되며, 상기 제2 시퀀스는 상기 심벌 3, 4에 할당되며,
    낮은 주파수 대역부터 차례로 제1 주파수 대역, 제2 주파수 대역, 제3 주파수 대역이라고 할 때, 상기 심벌 1, 3, 5는 상기 제1 주파수 대역에서 전송되며, 상기 심벌 2, 4, 6은 상기 제2 주파수 대역에서 전송되는 것을 특징으로 하는 프리앰블 전송 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 일부의 심벌들은 6개이며, 상기 6개의 심벌들을 차례로 심벌 1, 심벌 2, 심벌 3, 심벌 4, 심벌 5, 심벌 6이라고 할 때,
    상기 제1 시퀀스는 상기 심벌 1, 2, 5, 6에 할당되며, 상기 제2 시퀀스는 상기 심벌 3, 4에 할당되며,
    낮은 주파수 대역부터 차례로 제1 주파수 대역, 제2 주파수 대역, 제3 주파수 대역이라고 할 때, 상기 심벌 1, 3, 5는 상기 제1 주파수 대역에서 전송되며, 상기 심벌 2, 4, 6은 상기 제3 주파수 대역에서 전송되는 것을 특징으로 하는 프리앰블 전송 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 일부의 심벌들은 6개이며, 상기 6개의 심벌들을 차례로 심벌 1, 심벌 2, 심벌 3, 심벌 4, 심벌 5, 심벌 6이라고 할 때,
    상기 제1 시퀀스는 상기 심벌 1, 2, 5, 6에 할당되며, 상기 제2 시퀀스는 상기 심벌 3, 4에 할당되며,
    낮은 주파수 대역부터 차례로 제1 주파수 대역, 제2 주파수 대역, 제3 주파수 대역이라고 할 때, 상기 심벌 1, 3, 5는 상기 제2 주파수 대역에서 전송되며, 상기 심벌 2, 4, 6은 상기 제3 주파수 대역에서 전송되는 것을 특징으로 하는 프리앰블 전송 방법.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 채널 추정 시퀀스는 CAZAC(constant amplitude and zero auto-correlation) 시퀀스인 것을 특징으로 하는 프리앰블 전송 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 CAZAC 시퀀스는 다음 식에 의하여 생성되는 것을 특징으로 하는 프리앰블 전송 방법.
    [식]
    Figure pat00005

    상기 식에서 N은 상기 CAZAC 시퀀스의 길이, η 는 N과 서로 소인 정수이다.
  14. 다중 채널 추정을 위한 프리앰블 수신 방법에 있어서,
    프리앰블이 전송되는 복수의 심벌들 중 일부의 심벌들에서 채널 추정 시퀀스를 수신하는 단계; 및
    상기 채널 추정 시퀀스를 복원하는 단계를 포함하되,
    상기 채널 추정 시퀀스는 길이 N을 가지는 시퀀스를 2등분하고, 2등분된 2개의 시퀀스의 마지막 부분에 제로값을 가지는 ZS(zero-padded suffix)를 추가하여 제1 시퀀스 및 제2 시퀀스를 생성하고, 상기 제1 시퀀스 및 상기 제2 시퀀스를 적어도 한번 복사하여 상기 일부의 심벌들에 할당되고,
    상기 채널 추정 시퀀스를 복원하는 단계는 상기 제1 시퀀스 및 상기 제2 시퀀스를 결합하여 생성되는 것을 특징으로 하는 프리앰블 수신 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 제1 시퀀스에 포함된 ZS는 상기 제2 시퀀스의 앞부분에 더해지고, 상기 제2 시퀀스에 포함된 ZS는 상기 제1 시퀀스의 앞부분에 더해지는 것을 특징으로 하는 프리앰블 수신 방법.
  16. 다중 채널 추정을 위한 프리앰블 전송 장치에 있어서,
    무선 신호를 전송하는 RF(radio frequency) 유닛; 및
    상기 RF 유닛과 결합하여 동작하는 프로세서를 포함하되,
    상기 프로세서는 채널 추정 시퀀스를 생성하고, 상기 채널 추정 시퀀스를 프리앰블이 전송되는 복수의 심벌들 중 일부의 심벌들에 할당하고, 상기 프리앰블을 상기 RF 유닛을 통해 전송하되,
    상기 채널 추정 시퀀스는 길이 N을 가지는 시퀀스를 2등분하고, 2등분된 2개의 시퀀스의 마지막 부분에 제로값을 가지는 ZS(zero-padded suffix)를 추가하여 제1 시퀀스 및 제2 시퀀스를 생성하고, 상기 제1 시퀀스 및 상기 제2 시퀀스를 적어도 한번 복사하여 상기 일부의 심벌들에 할당되는 것을 특징으로 하는 프리앰블 전송 장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 일부의 심벌은 6개의 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 심벌들인 것을 특징으로 하는 프리앰블 전송 장치.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 N은 256인 것을 특징으로 하는 프리앰블 전송 장치.
  19. 제 16 항에 있어서, 상기 채널 추정 시퀀스는 CAZAC(constant amplitude and zero auto-correlation) 시퀀스인 것을 특징으로 하는 프리앰블 전송 장치.
  20. 다중 채널 추정을 위한 프리앰블 수신 장치에 있어서,
    무선 신호를 수신하는 RF(radio frequency) 유닛; 및
    상기 RF 유닛과 결합하여 동작하는 프로세서를 포함하되,
    상기 프로세서는 프리앰블이 전송되는 복수의 심벌들 중 일부의 심벌들에서 채널 추정 시퀀스를 수신하고, 상기 채널 추정 시퀀스를 복원하되,
    상기 채널 추정 시퀀스는 길이 N을 가지는 시퀀스를 2등분하고, 2등분된 2개의 시퀀스의 마지막 부분에 제로값을 가지는 ZS(zero-padded suffix)를 추가하여 제1 시퀀스 및 제2 시퀀스를 생성하고, 상기 제1 시퀀스 및 상기 제2 시퀀스를 적어도 한번 복사하여 상기 일부의 심벌들에 할당된 시퀀스이고,
    상기 프로세서는 상기 제1 시퀀스 및 상기 제2 시퀀스를 결합하여 상기 채널 추정 시퀀스를 복원하는 것을 특징으로 하는 프리앰블 수신 장치.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 채널 추정 시퀀스는 상기 제1 시퀀스에 포함된 ZS를 상기 제2 시퀀스의 앞부분에 더하고, 상기 제2 시퀀스에 포함된 ZS를 상기 제1 시퀀스의 앞부분에 더한 후 결합하여 길이 N인 시퀀스로 복원되는 것을 특징으로 하는 프리앰블 수신 장치.
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