KR20200082815A - 케이블 네트워크 시스템에서 파일럿 신호를 이용하여 채널을 추정하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

케이블 네트워크 시스템에서 파일럿 신호를 이용하여 채널을 추정하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

케이블 네트워크 시스템에서 수신 노드의 동작 방법이 개시된다. 상기 수신 노드의 동작 방법은, 송신 노드로부터 채널을 통해 전송 신호를 수신하는 단계; 상기 전송 신호에 기초하여 파일럿 심볼 및 보상 파일럿 심볼을 확인하는 단계; 상기 파일럿 심볼에 기초하여 상기 채널에 대한 채널 상태 추정 값을 결정하는 단계; 상기 채널 상태 추정 값이 미리 정해진 임계 값을 초과하는지 여부를 결정하는 단계; 상기 제1 채널 상태 추정 값이 미리 정해진 임계 값을 초과할 경우, 상기 파일럿 심볼 및 상기 보상 파일럿 심볼에 기초하여 상기 전송 신호에 대한 추정 값을 결정하는 단계;를 포함한다.

Description

케이블 네트워크 시스템에서 파일럿 신호를 이용하여 채널을 추정하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ESTIMATING CHANNEL USING PILOT SIGNAL IN CABLE NETWORK SYSTEM}
본 발명은 케이블 네트워크 시스템에 관한 것으로, 구체적으로 케이블 네트워크 시스템에서 파일럿 신호를 이용하여 채널을 추정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
케이블 방송 서비스 기술은 90년대 후반에 아날로그에서 디지털로 전환되고 네트워크의 대역폭이 확장되기 시작하였다. 또한, 케이블 방송 서비스 제공 업체들은 새로운 디지털 장비에 대한 제조를 규제하고 다른 제조사의 제품과의 상호 운용성을 보장하기 위한 비영리 단체를 구성하였다. 예를 들어, 케이블 방송 서비스 비영리 단체인 케이블 랩스(Cable Labs)는 1997년에 최초로 DOCSIS(Data over Cable Service Interface Specifications) 표준을 발표하였다.
DOCSIS 표준은 해당 시기에 요구되는 서비스 수준에 따라 표준의 버전이 DOCSIS 1.0에서 부터 DOCSIS 3.1까지 지속적으로 발전해 왔다. DOCSIS 표준은 가입자들에게 기가 비트(Giga bit) 및 멀티(multi) 기가 비트의 광대역 서비스를 제공하기 위한 고정 액세스 기술들을 채택하였다.
특히, HFC(Hybrid Fiber-Coaxial) 네트워크는 DOCSIS 표준에 적용되는 대표적인 고정 액세스 기술이다. DOCSIS 표준에 적용되는 HFC 네트워크는 상향(uplink) 전송에서 넓은 대역폭과 빠른 전송 속도에 대한 소비자의 요구에 따라 지속적으로 업그레이드(upgrade)되어 왔다.
현재, 케이블 방송 서비스를 통한 클라우드(cloud) 서비스, 고화질 비디오 업로드 서비스, 실시간 게임 서비스, 실시간 스트리밍(streaming) 비디오 서비스, 및 가상-증강 현실 서비스에 대한 수요가 증가하고 있다. 이에 따라, 케이블 방송 서비스 기술은 상술한 서비스에 대한 수요를 충족시킬 수 있는 초고속 상향 전송을 위한 기술적인 문제에 직면해 있다.
상술한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 케이블 네트워크 시스템에서 상향링크 전송 신호가 전송되는 채널 상태에 기초하여 서로 다른 종류의 파일럿 심볼을 가변적으로 이용하여 채널을 추정하는 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는 케이블 네트워크 시스템에서 수신 노드의 동작 방법이 개시된다. 상기 수신 노드의 동작 방법은, 송신 노드로부터 채널을 통해 전송 신호를 수신하는 단계; 상기 전송 신호에 기초하여 파일럿 심볼 및 보상 파일럿 심볼을 확인하는 단계; 상기 파일럿 심볼에 기초하여 상기 채널에 대한 채널 상태 추정 값을 결정하는 단계; 상기 채널 상태 추정 값이 미리 정해진 임계 값을 초과하는지 여부를 결정하는 단계; 상기 제1 채널 상태 추정 값이 미리 정해진 임계 값을 초과할 경우, 상기 파일럿 심볼 및 상기 보상 파일럿 심볼에 기초하여 상기 전송 신호에 대한 추정 값을 결정하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 수신 노드는 채널 상태가 양호한 경우, 보상 파일럿 심볼을 제외한 파일럿 심볼만을 이용하여 채널을 추정하여, 보상 파일럿 심볼에 대한 추가적인 연산을 수행하지 않음으로써 연산량을 감소시킬 수 있다. 또한, 수신 노드는 채널 상태가 불량한 경우, 파일럿 심볼과 보상 파일럿 심볼을 이용하여, 즉 더 많은 파일럿 신호를 이용하여 채널을 추정함으로써 채널 추정 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 케이블 네트워크 시스템을 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 케이블 네트워크 시스템에서 통신 노드의 구조를 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 케이블 네트워크 시스템의 송신 노드 및 수신 노드를 도시한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 케이블 네트워크 시스템에서 상향링크 전송에 사용되는 OFDM 전송 프레임을 도시한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 케이블 네트워크 시스템에서 수신 노드의 구조를 도시한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 케이블 네트워크 시스템에서 수신 노드의 동작 순서를 도시한 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 케이블 네트워크 시스템을 도시한 개념도이다.
도 1을 참고하면, 케이블 네트워크 시스템은 헤드엔드(102)를 포함할 수 있다. 여기서, 케이블 방송 시스템은 HFC(Hybrid Fiber-Coaxial) 케이블 네트워크 시스템으로 지칭될 수 있다.
헤드엔드(102)는 CMTS(Cable Modem Termination System)(104)를 포함할 수 있다. CMTS(104)는 외부 소스(100)로부터 신호를 수신하여 케이블 네트워크를 통해 전송될 RF 신호로 변환할 수 있다. CMTS(104)는 케이블 네트워크에 의해 수신되고 송신되는 스트림에 대한 MAC(Medium Access Control) 계층을 제공할 수 있다. CMTS(104)는 케이블 네트워크에 의해 수신되고 송신되는 스트림에 대한 변조/복조를 수행할 수 있다.
헤드엔드(102)는 광섬유 라인(106)을 통해 광 노드(108)와 연결될 수 있다. 각 광 노드(108)는 동축 케이블(110)을 통해 증폭기(112)와 연결될 수 있다. 증폭기(112)는 중계선(tunk line)을 통해 분배 증폭기(disribution amplifier)(114)와 연결될 수 있다. 광 노드(103), 동축 케이블(110), 증폭기(112), 분배 증폭기(114) 및 브랜치 라인(branch line)(118)이 HFC 네트워크의 분배 시스템을 구성할 수 있다. 브랜치 라인(118)은 케이블 모뎀(120)과 연결될 수 있다. 케이블 모뎀(120)은 가입자 단말(122)과 연결될 수 있다.
케이블 모뎀(120) 및/또는 가입자 단말(122)이 가입자 장치(subscriber device)가 될 수 있다.
이하에서, 헤드엔드(102)에서 가입자 장치로 전송되는 스트림은 하향 스트림(downstream)으로 지칭될 수 있다. 가입자 장치에서 헤드엔드(102)로 전송되는 스트림은 상향 스트림(upstream)으로 지칭될 수 있다.
하향링크는 헤드엔드(102)에서 가입자 장치로의 통신을 의미할 수 있다. 상향링크는 가입자 장치에서 헤드엔드(102)로의 통신을 의미할 수 있다.
하향링크 채널은 헤드엔드(102)에서 가입자 장치로의 채널을 의미할 수 있다. 상향링크 채널은 가입자 장치에서 헤드엔드(102)로의 채널을 의미할 수 있다.
헤드엔드(102)는 복수의 가입자 장치에게 서비스를 제공할 수 있다. 헤드엔드(102)와 복수의 가입자 장치 각각 간의 하향링크 채널 상태는 각 가입자 장치로의 전송 경로, 하향링크 채널이 사용하는 주파수 등에 따라 달라질 수 있다.
한편, HFC 케이블 네트워크 시스템이 적용되는 DOCSIS 3.1 표준은 하향링크 전송 속도 및 상향링크 전송 속도의 비율이 10:1인 비대칭 서비스를 제공할 수 있다. 예를 들어, DOCSIS 3.1 표준에 따른 HFC 케이블 네트워크 시스템은 10Gbps의 하향링크 전송 속도 및 1Gbps의 상향링크 전송 속도를 제공할 수 있다. 이에 따라, HFC 케이블 네트워크 시스템은 수백 내지 수천 개의 사용자 단말들로 하향링크 서비스를 제공할 수 있다. 또한, HFC 케이블 네트워크 시스템은 단일 광섬유 노드에 연결된 수많은 사용자 단말들로 1Gbps의 상향링크 전송 속도를 제공할 수 있다.
HFC 케이블 네트워크 시스템은 상향링크 전송을 위해 사용되는 대역폭이 특정 대역으로 제한되어 있는 로우-스플릿(low-split) 방식을 사용할 수 있다. 예를 들어, 미국에서는 5 내지 42MHz 대역으로, 유럽에서는 5 내지 65Mhz 대역으로 상향링크 전송을 위한 대역폭이 제한될 수 있다. 또한, HFC 케이블 네트워크 시스템에서 하향링크 전송을 위한 대역폭은 상향링크 전송을 위해 사용되지 않는 나머지 대역폭이 사용될 수 있다. 예를 들어, 미국에서는 54MHz 이상의 대역폭이, 유럽에서는 85MHz 이상의 대역폭이 하향링크를 위한 대역폭으로 사용될 수 있다.
DOCSIS 3.1 표준은 기존의 DOCSIS 3.0 표준의 사양을 기반으로 한다. 그러나, DOCSIS 3.1 표준은 물리계층에 대한 알고리즘을 기존의 DOCSIS 3.0 표준과 다르게 사용하여 스펙트럼 효율을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, DOCSIS 3.0 표준은 물리계층에서 SC-QAM(Single Carrier Quadrature Amplitude Modulation) 방식을 사용할 수 있다. 이에 반하여, DOCSIS 3.1 표준은 물리계층에서 직교 주파수 분할 다중화(orthogonal frequency-division multiplexing; OFDM) 방식으로 하향링크 신호 및 상향링크 신호를 송수신할 수 있다.
또한, DOCSIS 3.1 표준의 채널 추정 방식은 기존의 DOCSIS 3.0 표준의 채널 추정 방식과 상이할 수 있다. 여기서, 채널 추정은 수신된 신호에서 왜곡된 신호를 보상하여 수신 성능을 향상시키기 위한 신호 처리 방법을 의미할 수 있다. 예를 들어, 기존의 DOCSIS 3.0 표준에서는 채널 추정을 위해 파일럿 신호만을 사용하였다. 그러나, DOCSIS 3.1 표준에서는 채널 추정을 위해 파일럿 신호뿐만 아니라 보상 파일럿(complementary pilot; CP) 신호를 사용할 수 있다.
한편, 케이블 네트워크 시스템에서 통신 노드의 구조는 아래의 도 2를 통해 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 케이블 네트워크 시스템에서 통신 노드의 구조를 도시한 개념도이다.
도 2를 참고하면, 통신 노드(200)는 통신 노드(200)는 적어도 하나의 프로세서(210), 메모리(220) 및 네트워크와 연결되어 통신을 수행하는 송수신 장치(230)를 포함할 수 있다. 또한, 통신 노드(200)는 입력 인터페이스 장치(240), 출력 인터페이스 장치(250), 저장 장치(260) 등을 더 포함할 수 있다. 통신 노드(200)에 포함된 각각의 구성 요소들은 버스(bus)(270)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.
다만, 통신 노드(200)에 포함된 각각의 구성요소들은 공통 버스(270)가 아니라, 프로세서(210)를 중심으로 개별 인터페이스 또는 개별 버스를 통하여 연결될 수도 있다. 예를 들어, 프로세서(210)는 메모리(220), 송수신 장치(230), 입력 인터페이스 장치(240), 출력 인터페이스 장치(250) 및 저장 장치(260) 중에서 적어도 하나와 전용 인터페이스를 통하여 연결될 수도 있다.
프로세서(210)는 메모리(220) 및 저장 장치(260) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(210)는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), 또는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 메모리(220) 및 저장 장치(260) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(220)는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 케이블 네트워크 시스템의 송신 노드 및 수신 노드를 도시한 개념도이다.
도 3을 참고하면, 케이블 네트워크 시스템은 송신 노드, 채널, 및 수신 노드를 포함할 수 있다. 여기서, 케이블 네트워크 시스템은 도 1의 케이블 네트워크 시스템과 동일 또는 유사할 수 있다. 또한, 송신 노드 및 수신 노드는 도 2의 통신 노드(200)와 동일 또는 유사할 수 있다.
송신 노드는 FEC(forward error correction) 패딩(padding) 블록(311), LDPC(low density parity check code) 부호화 블록(312), 인터리빙(interleaving) 및 매핑(mapping) 블록(313), 파일럿 생성 블록(314), MUX(multiplexer) 블록(315), IFFT(inverse fast fourier tramsform) 블록(316), CP(cyclic prefix) 추가(add) 블록(317), 및 송신단(318)을 포함할 수 있다.
여기서, 인터리빙 및 매핑 블록(313), 파일럿 생성 블록(314), MUX 블록(315), IFFT 블록(316), 추가 CP 블록(317)은 하나의 다중반송파 변조 블록으로 구성될 수 있다.
FEC 패딩 블록(311)은 데이터 심볼의 오류를 정정할 수 있다. FEC 패딩 블록(311)은 오류가 정정된 데이터 심볼을 LDPC 부호화 블록(312)으로 전달할 수 있다.
LDPC 부호화 블록(312)은 FEC 패딩 블록(311)으로부터 데이터 심볼을 전달받을 수 있다. LDPC 부호화 블록(312)은 데이터 심볼에 대한 저밀도 패리티 점검을 수행할 수 있다. LDPC 부호화 블록(312)은 저밀도 패리티 점검이 완료된 데이터 심볼을 인터리빙 및 매핑 블록(313)으로 전달할 수 있다.
인터리빙 및 매핑 블록(313)은 LDPC 부호화 블록(312)으로부터 데이터 심볼을 전달받을 수 있다. 인터리빙 및 매핑 블록(313)은 데이터 심볼에 대한 인터리빙 및 매핑을 수행할 수 있다. 또한, 인터리빙 및 매핑 블록(313)은 정보가 포함된 보상 파일럿 심볼에 대한 매핑을 수행할 수 있다. 인터리빙 및 매핑 블록(313)은 인터리빙 및 매핑이 완료된 데이터 심볼을 MUX 블록(315)으로 전달할 수 있다.
한편, 파일럿 생성 블록(314)은 파일럿 심볼을 생성할 수 있다. 파일럿 심볼은 IFFT 연산을 위해 사용될 수 있다. 파일럿 생성 블록(314)은 생성된 파일럿 심볼을 MUX 블록(315)으로 전달할 수 있다.
MUX 블록(315)은 인터리빙 및 매핑이 완료된 데이터 심볼을 인터리빙 및 매핑 블록(313)으로부터 전달받을 수 있다. 또한, MUX 블록(315)은 파일럿 심볼을 파일럿 생성 블록(314)으로부터 전달받을 수 있다. MUX 블록(315)은 인터리빙 및 매핑 블록(313)으로부터 전달받은 데이터 심볼, 및 파일럿 생성 블록(314)으로부터 전달받은 파일럿 심볼을 다중화할 수 있다. 예를 들어, MUX 블록(315)은 데이터 심볼 및 파일럿 심볼에 보상 파일럿 심볼을 추가하여 OFDM 전송 프레임을 생성할 수 있다. MUX 블록(315)에 의해 생성되는 OFDM 전송 프레임은 도 4를 통해 설명한다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 케이블 네트워크 시스템에서 상향링크 전송에 사용되는 OFDM 전송 프레임을 도시한 개념도이다.
도 4를 참고하면, OFDM 전송 프레임은 시간 축으로 배치되는 OFDM 심볼들, 및 주파수 축으로 배치되는 서브캐리어들을 포함할 수 있다. DOCSIS 3.1 상향링크 전송 표준 규격에는 14개의 파일럿 심볼들에 대한 패턴이 규정되어 있다. 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 전송 프레임은 파일럿 심볼 및 데이터 심볼에 더하여 보상 파일럿(complementary pilot; CP) 심볼들을 포함할 수 있다.
예를 들어, 파일럿 심볼은 BPSK(Binary Phase Shift Keying) 변조 방식으로 생성될 수 있다. 또한, 데이터 심볼은 최대 변조 차수가 212 인 4096 QAM 변조 방식으로 생성될 수 있다. 이때, 보상 파일럿 심볼은 최대 변조 차수가 2M- 4 인, 즉, 212-4 = 28 인 256 QAM 변조 방식으로 생성될 수 있다. 여기서, 파일럿 심볼은 정보를 전송하지 않지만, 보상 파일럿 심볼은 정보를 전송할 수 있다.
다시 도 3을 참고하면, MUX 블록(315)은 OFDM 전송 프레임을 IFFT 블록(316)으로 전달할 수 있다. 한편, IFFT 블록(316)으로 전달되는 OFDM 전송 프레임은 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00001
여기서, X(k)는 k번째 부반송파 신호를 의미할 수 있다. P(t)는 t번째 파일럿 심볼을 의미할 수 있다. L은 FFT 크기를 의미할 수 있다. Xn은 n번째 전송되는 OFDM 전송 프레임의 주파수축의 신호를 의미할 수 있다.
IFFT 블록(316)은 MUX블록(315)으로부터 OFDM 전송 프레임을 전달받을 수 있다. IFFT 블록(316)은 OFDM 전송 프레임을 IFFT 처리할 수 있다. 예를 들어, IFFT 블록(316)은 아래의 수학식 2에 기초하여 OFDM 전송 프레임을 IFFT 처리할 수 있다.
Figure pat00002
IFFT 블록(316)은 수학식 2와 같이 OFDM 전송 프레임 Xn을 IFFT 처리하여 시간축으로 변조된 OFDM 신호 xn을 생성할 수 있다. IFFT 블록(316)은 IFFT 처리된 OFDM 신호 xn을 CP 추가 블록(317)으로 전달할 수 있다.
CP 추가 블록(317)은 IFFT 블록(316)으로부터 OFDM 신호 xn을 전달받을 수 있다. CP 추가 블록(317)은 OFDM 신호 xn에 CP를 추가할 수 있다. 예를 들어, CP 추가 블록(317)은 아래의 수학식 3에 기초하여 OFDM 신호 xn에 CP를 추가할 수 있다.
Figure pat00003
여기서, Sn은 CP가 추가된 OFDM 신호를 의미할 수 있다. CP 추가 블록(317)은 수학식 3과 같이 OFDM 신호 xn의 마지막 부분의 v 길이의 신호를 CP 역할을 수행하도록 OFDM 신호 xn의 앞부분에 추가할 수 있다. CP 추가 블록(317)은 CP가 추가된 OFDM 신호 Sn을 송신단(318)으로 전달할 수 있다.
송신단(318)은 CP 추가 블록(317)으로부터 OFDM 신호 Sn을 전달받을 수 있다. 송신단(318)은 DAC(Digital to Analog Converter)를 포함할 수 있다. 송신단(318)은 DAC를 이용하여 디지털 신호인 OFDM 신호 Sn을 아날로그 신호로 변환할 수 있다. 송신단(318)은 아날로그로 변환된 OFDM 신호를 채널(330)을 통해 수신단(321)으로 전송할 수 있다.
수신 노드는 수신단(321), 동기화(synchronization) 블록(322), CP 제거 및 FFT 블록(323), 채널 추정 블록(324), 채널 보상 블록(325), 디인터리빙 및 디매핑 블록(326), 및 LDPC 복호화 블록(327)을 포함할 수 있다.
여기서, 동기화 블록(322), CP 제거 및 FFT 블록(323), 채널 추정 블록(324), 채널 보상 블록(325), 디인터리빙 및 디매핑 블록(326)은 하나의 다중반송파 복조 블록으로 구성될 수 있다.
수신단(321)은 채널을 통해 송신단(318)으로부터 전송되는 OFDM 신호를 수신할 수 있다. 수신단(321)은 ADC(Analog to Digital Converter)를 포함할 수 있다. 수신단(321)은 ADC를 이용하여 OFDM 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 예를 들어, 수신단(321)은 아래의 수학식 4에 기초하여 OFDM 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다.
Figure pat00004
여기서, rn은 디지털 신호로 변환된 OFDM 신호를 의미할 수 있다. n은 샘플 인덱스를 의미할 수 있다. Sn은 수신된 OFDM 신호를 의미할 수 있다. wn은 부가적인 백색 가우시안 잡음(additive white gaussian noise; AWGN)을 의미할 수 있다. h는 송신단(318) 및 수신단(321) 사이의 채널(330)을 의미할 수 있다. *은 컨볼루션 연산자를 의미할 수 있다. 수신단(321)은 디지털 신호로 변환된 OFDM 신호 rn을 동기화 블록(322)으로 전달할 수 있다.
동기화 블록(322)은 수신단(321)으로부터 OFDM 신호 rn을 전달받을 수 있다. 동기화 블록(322)은 수신단(321)으로부터 전달받은 OFDM 신호 rn을 동기화할 수 있다. 동기화 블록(322)은 동기화된 OFDM 신호를 CP 제거 및 FFT 블록(323)으로 전달할 수 있다.
CP 제거 및 FFT 블록(323)은 동기화 블록(322)으로부터 동기화된 OFDM 신호를 전달받을 수 있다. CP 제거 및 FFT 블록(323)은 OFDM 신호에서 CP를 제거할 수 있다. CP 제거 및 FFT 블록(323)은 OFDM 신호를 FFT 처리하여 주파수축 신호로 변환할 수 있다. 예를 들어, CP 제거 및 FFT 블록(323)은 아래의 수학식 5에 기초하여 OFDM 신호를 주파수축 신호로 변환할 수 있다.
Figure pat00005
여기서, R(k)는 k번째로 수신된 부반송파 신호를 의미할 수 있다. RP(t)는 t번째로 수신된 파일럿 심볼을 의미할 수 있다. Rn은 n번째 수신된 OFDM 심볼의 주파수축 신호를 의미할 수 있다. 다중 반송파 전송 시스템에서 주파수축의 파일럿 심볼은 채널을 추정하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 파일럿 심볼은 데이터 심볼들의 평균 전력 보다 높은 전력으로 특정 위치에 배치될 수 있다.
한편, 수학식 5를 주파수축에 관한 수학식으로 변환할 경우, 아래의 수학식 6과 같이 표시될 수 있다.
Figure pat00006
여기서, H는 채널 h의 주파수 응답을 의미할 수 있다. Wn은 주파수로 변환된 AWGN을 의미할 수 있다. Xn은 OFDM 전송 프레임을 의미할 수 있다. 예를 들어, Xn은 수학식 1의 Xn과 동일할 수 있다.
CP 제거 및 FFT 블록(323)은 주파수축 신호로 변환된 OFDM 신호 Rn을 채널 추정 블록(324) 및 채널 보상 블록(325)으로 전달할 수 있다.
채널 추정 블록(324)은 CP 제거 및 FFT 블록(323)으로부터 OFDM 신호 Rn을 전달받을 수 있다. 채널 추정 블록(324)은 아래의 수학식 7과 같이 수신된 주파수축 신호 Rn을 OFDM 전송 프레임 Xn으로 나누어 채널 h의 주파수 응답 H에 대한 채널 추정 값
Figure pat00007
를 결정할 수 있다.
Figure pat00008
채널 추정 블록(324)은 채널 추정 값
Figure pat00009
를 채널 보상 블록(325)으로 전달할 수 있다.
채널 보상 블록(325)은 채널 추정 블록(324)으로부터 채널 추정 값
Figure pat00010
를 전달받을 수 있다. 또한, 채널 보상 블록(325)은 CP 제거 및 FFT 블록(323)으로부터 OFDM 신호 Rn을 전달받을 수 있다.
채널 보상 블록(325)은 아래의 수학식 8에 기초하여 OFDM 전송 프레임 Xn에 대한 전송 신호 추정 값
Figure pat00011
를 결정할 수 있다.
Figure pat00012
채널 보상 블록(325)은 전송 신호 추정 값
Figure pat00013
을 디인터리빙 및 디매핑 블록(326)으로 전달할 수 있다.
디인터리빙 및 디매핑 블록(326)은 채널 보상 블록(325)으로부터 전송 신호 추정 값
Figure pat00014
을 전달받을 수 있다. 디인터리빙 및 디매핑 블록(326)은 전송 신호 추정 값
Figure pat00015
에 대한 디인터리빙 및 디매핑을 수행할 수 있다. 디인터리빙 및 디매핑 블록(326)은 디인터리빙 및 디매핑된 전송 신호 추정 값
Figure pat00016
을 LDPC 복호화 블록(327)으로 전달할 수 있다.
LDPC 복호화 블록(327)은 디인터리빙 및 디매핑 블록(326)으로부터 디인터리빙 및 디매핑된 전송 신호 추정 값
Figure pat00017
을 전달받을 수 있다. LDPC 복호화 블록(327)은 전송 신호 추정 값
Figure pat00018
을 복호하여 원신호인 OFDM 전송 프레임 Xn을 획득할 수 있다.
상술한 채널 추정 방법은 파일럿 심볼만을 이용하는 방식이다. 케이블 네트워크 시스템에서 상향링크 전송 프레임은 도 4와 같이 파일럿 심볼뿐만 아니라 보상 파일럿 심볼을 포함할 수 있다. 이때, 수신 노드는 파일럿 심볼 및 보상 파일럿 심볼을 이용하는 채널 추정 방법을 사용할 경우, 파일럿 심볼만을 이용한 채널 추정 방법 보다 더 향상된 채널 추정 성능을 기대할 수 있다.
다만, 파일럿 심볼 및 보상 파일럿 심볼을 이용한 채널 추정 방법은 채널 환경이 열악한 경우에 더 큰 효과를 기대할 수 있다. 파일럿 심볼 및 보상 파일럿 심볼을 이용한 채널 추정 방법은 채널 환경이 양호한 경우, 보상 파일럿 심볼에 대한 추가적인 연산으로 인한 부하가 발생할 수 있다. 따라서, 수신 노드는 채널 추정 성능을 향상시키기 위해 파일럿 심볼 및 보상 파일럿 심볼을 효율적으로 사용할 필요가 있다. 예를 들어, 수신 노드는 아래의 도 5와 같은 구조를 통해 채널 추정을 수행할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 케이블 네트워크 시스템에서 수신 노드의 구조를 도시한 개념도이다.
도 5를 참고하면, 수신 노드(500)는 수신단(501), 동기화 블록(502), CP 제거 및 FFT 블록(503), 제1 채널 추정 블록(504), 제1 채널 보상 블록(505), 채널 상태 비교 블록(506), 스위치(507), 보상 파일럿 사용 결정 블록(508), 제2 채널 추정 블록(509), 제2 채널 보상 블록(510), 및 디인터리빙 및 디매핑 블록(511)을 포함할 수 있다.
여기서, 수신단(501)은 도 3의 수신단(321)과 동일 또는 유사하게 동작할 수 있다. 동기화 블록(502)은 도 3의 동기화 블록(322)과 동일 또는 유사하게 동작할 수 있다. CP 제거 및 FFT 블록(503)은 도 3의 CP 제거 및 FFT 블록(323)과 동일 또는 유사하게 동작할 수 있다. 제1 채널 추정 블록(504)은 도 3의 채널 추정 블록(324)과 동일 또는 유사하게 동작할 수 있다. 제1 채널 보상 블록(505)은 도 3의 채널 보상 블록(325)과 동일 또는 유사하게 동작할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 케이블 네트워크 시스템에서 수신 노드의 동작 순서를 도시한 흐름도이다.
도 6을 참고하면, 수신 노드는 CP 제거 및 FFT 동작을 수행할 수 있다(S601). 여기서, 수신 노드는 도 5의 수신 노드와 동일 또는 유사할 수 있다. 예를 들어, 수신 노드는 도 5의 CP 제거 및 FFT 블록(503)을 통해 수신 신호에 대하여 CP 제거 및 FFT 처리 동작을 수행할 수 있다. CP 제거 및 FFT 블록(503)은 도 3의 CP 제거 및 FFT 블록(323)과 동일 또는 유사하게 동작할 수 있다.
수신 노드는 제1 채널 추정 동작을 수행할 수 있다(S602). 예를 들어, 수신 도는 도 5의 제1 채널 추정 블록(504)을 통해 FFT 처리된 수신 신호에 기초하여 채널을 추정할 수 있다. 제1 채널 추정 블록(504)은 도 3의 채널 추정 블록(324)과 동일 또는 유사하게 동작할 수 있다.
수신 노드는 제1 채널 보상 동작을 수행할 수 있다(S603). 예를 들어, 수신 노드는 도 5의 제1 채널 보상 블록(505)을 통해 제1 채널 보상 동작을 수행할 수 있다. 제1 채널 보상 블록(505)은 도 3의 채널 보상 블록(325)과 동일 또는 유사하게 동작할 수 있다. 예를 들어, 제1 채널 보상 블록(505)은 수신 신호에 기초하여 채널 상태 값을 결정할 수 있다.
수신 노드는 채널 상태 값이 미리 정해진 임계 값을 초과하는지 여부를 결정할 수 있다(S604). 예를 들어, 수신 노드는 도 5의 채널 상태 비교 블록(506)을 이용하여 채널 상태 값이 미리 정해진 임계 값을 초과하는지 여부를 결정할 수 있다.
채널 상태 비교 블록(506)은 제1 채널 보상 블록(505)으로부터 OFDM 전송 프레임 Xn에 대한 전송 신호 추정 값
Figure pat00019
을 전달받을 수 있다. 여기서, 전송 신호 추정 값
Figure pat00020
은 아래의 수학식 9와 같이 표시될 수 있다.
Figure pat00021
채널 상태 비교 블록(506)은 수학식 1의 파일럿 심볼
Figure pat00022
와 제1 채널 보상 블록(505)으로부터 전달받은 전송 신호 추정 값
Figure pat00023
의 파일럿 심볼
Figure pat00024
의 차의 평균 전력을 결정할 수 있다. 채널 상태 비교 블록(506)은 파일럿 심볼
Figure pat00025
와 파일럿 심볼
Figure pat00026
의 차의 평균 전력 값과 미리 정의된 계수(factor)
Figure pat00027
의 곱이 미리 정의된 임계값 C를 초과하는지 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 채널 상태 비교 블록(506)은 아래의 수학식 10에 기초하여 파일럿 심볼
Figure pat00028
와 파일럿 심볼
Figure pat00029
의 차의 평균 전력 값과 미리 정의된 계수(factor)
Figure pat00030
의 곱이 미리 정의된 임계값 C를 초과하는지 여부를 결정할 수 있다.
Figure pat00031
예를 들어, 수신 노드는 도 5의 채널 상태 비교 블록(506)을 이용하여, 파일럿 심볼
Figure pat00032
와 파일럿 심볼
Figure pat00033
의 차의 평균 전력 값과 미리 정의된 계수(factor)
Figure pat00034
의 곱이 미리 정의된 임계값 C 미만인 경우, 출력 값 1을 스위치(507)로 출력할 수 있다. 반면, 수신 노드는 도 5의 채널 상태 비교 블록(506)을 이용하여, 파일럿 심볼
Figure pat00035
와 파일럿 심볼
Figure pat00036
의 차의 평균 전력 값과 미리 정의된 계수(factor)
Figure pat00037
의 곱이 미리 정의된 임계값 C를 초과할 경우, 출력 값 0을 스위치(507)로 출력할 수 있다. 여기서 출력 값 1은 채널 상태가 양호함을 의미할 수 있다. 반면, 출력 값 0은 채널 상태가 불량함을 의미할 수 있다.
스위치(507)는 채널 상태 비교 블록(506)으로부터 1 또는 0의 출력 값을 전달받을 수 있다. 스위치(507)는 오프(off) 상태에서 보상파일럿 사용 결정 블록(508)과 연결될 수 있다. 스위치(507)는 온(on) 상태에서 제1 채널 보상 블록(505)과 디인터리빙 및 디매핑 블록(511)을 연결시킬 수 있다.
수신 노드는 채널 상태 값이 미리 정해진 임계 값 미만인 경우, S605 단계로 진행하여 채널 보상 값을 출력할 수 있다. 예를 들어, 수신 노드는 도 5의 스위치(507)를 이용하여 채널 상태 값이 미리 정해진 임계 값 미만일 경우, 채널 상태가 양호하다고 판단할 수 있다. 이에 따라, 스위치(507)는 온 상태로 전환하여 제1 채널 보상 블록(505)과 디인터리빙 및 디매핑 블록(511)을 연결할 수 있다. 제1 채널 보상 블록(505)은 스위치(507)가 온 상태인 경우, 채널 보상 값인 전송 신호 추정 값
Figure pat00038
을 디인터리빙 및 디매핑 블록(511)으로 전달할 수 있다.
반면, 수신 노드는 채널 상태 값이 미리 정해진 임계 값을 초과할 경우, S606 단계로 진행하여 보상 파일럿을 사용할 것을 결정할 수 있다. 예를 들어, 수신 노드는 채널 상태 값이 미리 정해진 임계 값을 초과할 경우, 수신 노드는 도 5의 스위치(507)를 오프 상태로 전환하여 스위치(507)를 보상 파일럿 사용 결정 블록(508)과 연결할 수 있다.
보상 파일럿 사용 결정 블록(508)은 스위치(507)가 오프 상태로 전환된 경우, 보상 파일럿 심볼에 대한 사용을 결정할 수 있다. 보상 파일럿 사용 결정 블록(508)은 보상 파일럿 심볼에 대한 사용을 지시하는 메시지를 제2 채널 추정 블록(509)으로 전달할 수 있다.
수신 노드는 제2 채널 추정 동작을 수행할 수 있다(S607). 예를 들어, 수신 노드는 도 5의 제2 채널 추정 블록(509)을 이용하여 보상 파일럿 사용 결정 블록(508)으로부터 보상 파일럿 심볼에 대한 사용을 지시하는 메시지를 전달받을 수 있다. 제2 채널 추정 블록(509)은 제1 채널 추정 블록(504)과 동일 또는 유사하게 동작할 수 있다. 다만, 제2 채널 추정 블록(509)은 파일럿 심볼뿐만 아니라 보상 파일럿 심볼까지 고려하여 채널 추정 동작을 수행할 수 있다. 제2 채널 추정 블록(509)은 채널 추정 값을 제2 채널 보상 블록(510)로 전달할 수 있다.
수신 노드는 채널 보상 동작을 수행할 수 있다(S608). 예를 들어, 수신 노드는 도 5의 제2 채널 보상 블록(510)을 이용하여 채널 보상 동작을 수행할 수 있다. 제2 채널 보상 블록(510)은 제1 채널 보상 블록(505)과 동일 또는 유사하게 동작할 수 있다. 예를 들어, 제2 채널 보상 블록(510)은 제2 채널 추정 블록(509)으로부터 채널 추정 값을 전달받을 수 있다. 또한, 제2 채널 보상 블록(510)은 CP 제거 및 FFT 블록(503)으로부터 주파수축 신호로 변환된 OFDM 신호를 전달받을 수 있다. 제2 채널 보상 블록(510)은 채널 추정 값 및 OFDM 신호에 기초하여 전송 신호 추정 값을 결정할 수 있다. 제2 채널 보상 블록(510)은 전송 신호 추정 값을 디인터리빙 및 디매핑 블록(511)으로 전달할 수 있다.
수신 노드는 디인터리빙 및 디매핑 동작을 수행할 수 있다(S609). 예를 들어, 수신 노드는 도 5의 디인터리빙 및 디매핑 블록(511)을 이용하여 전송 신호 추정 값에 대한 디인터리빙 및 디매핑 동작을 수행할 수 있다. 디인터리빙 및 디매핑 블록(511)은 도 3의 디인터리빙 및 디매핑 블록(326)과 동일 또는 유사하게 동작할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 수신 노드는 채널 상태에 기초하여 파일럿 심볼 및 보상 파일럿 심볼을 가변적으로 사용하여 채널을 추정할 수 있다. 이에 따라, 수신 노드는 채널 상태가 양호한 경우, 보상 파일럿 심볼을 제외한 파일럿 심볼만을 이용하여 채널을 추정함으로써, 보상 파일럿 심볼에 대한 추가적인 연산을 수행하지 않음으로써 연산량을 감소시킬 수 있다. 또한, 수신 노드는 채널 상태가 불량한 경우, 파일럿 심볼과 보상 파일럿 심볼을 이용하여, 즉 더 많은 파일럿 신호를 이용하여 채널을 추정함으로써 채널 추정 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위해 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터 판독 가능 매체의 예에는 롬(rom), 램(ram), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (1)

  1. 케이블 네트워크 시스템에서 수신 노드의 동작 방법에 있어서,
    송신 노드로부터 채널을 통해 전송 신호를 수신하는 단계;
    상기 전송 신호에 기초하여 파일럿 심볼 및 보상 파일럿 심볼을 확인하는 단계;
    상기 파일럿 심볼에 기초하여 상기 채널에 대한 채널 상태 추정 값을 결정하는 단계;
    상기 채널 상태 추정 값이 미리 정해진 임계 값을 초과하는지 여부를 결정하는 단계;
    상기 제1 채널 상태 추정 값이 미리 정해진 임계 값을 초과할 경우, 상기 파일럿 심볼 및 상기 보상 파일럿 심볼에 기초하여 상기 전송 신호에 대한 추정 값을 결정하는 단계;를 포함하는, 수신 노드의 동작 방법.
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