WO2016175609A1 - 무선 통신 시스템에서 하향링크 채널 추정 장치 및 방법 - Google Patents

무선 통신 시스템에서 하향링크 채널 추정 장치 및 방법 Download PDF

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WO2016175609A1
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user
reference signal
channel
received
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PCT/KR2016/004541
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이건국
박선호
심병효
김태영
설지윤
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삼성전자 주식회사
서울대학교산학협력단
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for estimating a downlink channel in a multi-user (MU) -multi-input multiple-output (MIMO) system.
  • MU multi-user
  • MIMO multi-input multiple-output
  • a 5G communication system or a pre-5G communication system is called a system after a 4G network (Beyond 4G Network) or a system after an LTE system (Post LTE).
  • 5G communication systems are being considered for implementation in the ultra-high frequency (mmWave) band (e.g., 60 gigabyte (60 GHz) band).
  • mmWave ultra-high frequency
  • MMO massive multi-input multi-output
  • FD-MIMO Full Dimensional MIMO
  • 5G communication systems have advanced small cells, advanced small cells, cloud radio access network (cloud RAN), ultra-dense network (ultra-dense network) , Device to device communication (D2D), wireless backhaul, moving network, cooperative communication, Coordinated Multi-Points (CoMP), and interference cancellation
  • cloud RAN cloud radio access network
  • ultra-dense network ultra-dense network
  • D2D Device to device communication
  • wireless backhaul moving network
  • cooperative communication Coordinated Multi-Points
  • CoMP Coordinated Multi-Points
  • ACM advanced coding modulation
  • FQAM Hybrid FSK and QAM Modulation
  • SWSC sliding window superposition coding
  • FBMC Filter Bank Multi Carrier
  • SAP Non orthogonal multiple access
  • SCMA sparse code multiple access
  • the same resource is allocated to a plurality of users by using downlink channel information, and beam forming is applied to prevent interference between users assigned the same resource.
  • the channel information is accurate, the application of beam shaping does not affect the interference of one user's signal at all by the user, so that it is the same as in a single-input single-output (SISO) system.
  • SISO single-input single-output
  • the receiver is designed, the reception performance can be improved.
  • due to an error in channel estimation and loss of information due to quantization in the process of transmitting downlink channel information through the uplink it is very difficult to deliver accurate channel information to the transmitter. In such a situation, a beam formed by using incorrect channel information does not completely perform interference control, which causes a problem of poor reception performance.
  • a reference signal is transmitted in an orthogonal pattern. That is, the reference signal of one user and the reference signal of another user are transmitted in an orthogonal pattern having the same signal but different signs.
  • the user can use the orthogonal pattern to estimate the channel by receiving his signal without being affected by the signal of the other user.
  • it is difficult for the user to properly reflect the frequency change or the channel change over time which makes it difficult to estimate accurate channel information.
  • the MU-MIMO system processes the received signal under the assumption that interference is completely eliminated, inaccurate channel information causes deterioration in reception performance.
  • the performance of the receiver in the MU-MIMO system depends on the accuracy of the beam formed at the transmitting end.
  • the MU-MIMO system only the processing of the received signal under the assumption that the interference of other users has been eliminated by the beamforming of the transmitter is included. Therefore, due to quantization or channel estimation error in the process of transmitting channel information through the uplink, There is a problem in that it is vulnerable to interference by incompletely formed beams. Therefore, a multi-user signal detection process that needs to deal with interference caused by incompletely formed beams is required, but this also has an effect of limiting the increase in performance due to incomplete channel estimation.
  • An embodiment of the present invention proposes an apparatus and method for estimating a downlink channel in an MU-MIMO system.
  • an embodiment of the present invention proposes an apparatus and method for estimating a downlink channel using a virtual reference signal in a MU-MIMO system.
  • an embodiment of the present invention proposes an apparatus and method for estimating a downlink channel using a virtual reference signal selected based on the accuracy of the recovered data in the MU-MIMO system and the correlation between the received signal and the reference signal.
  • an embodiment of the present invention proposes an apparatus and method for estimating a downlink channel using a virtual reference signal selected based on an average error of a channel in an MU-MIMO system.
  • a method of estimating a downlink channel by a receiver in a wireless communication system comprising: estimating a downlink channel based on a reference signal among received signals to recover information bits; and if the information bits are not successfully recovered, Accuracy of data restored at the resource location where each of the received signals is received, Correlation between the resource location where each of the received signals is received and the resource location where the reference signal is received, and the resource location where each of the received signals is received And selecting the virtual reference signal based on at least one of the average errors of the estimated channels, and estimating the downlink channel based on the selected virtual reference signal.
  • a receiver for estimating a downlink channel in a wireless communication system comprising: a decoder for estimating a downlink channel based on a reference signal among received signals and recovering information bits; and if the recovery of the information bits is not successful, The accuracy of the data reconstructed at the resource location at which each of the signals is received, the correlation between the resource location at which each of the received signals is received and the resource location at which the reference signal is received, and the resource location at which each of the received signals is received And a channel estimator selecting a virtual reference signal based on at least one of the average errors of the selected channels, and estimating the downlink channel based on the selected virtual reference signal.
  • the phrases “associated with” and “associated therewith” and their derivatives include, be included within, and interconnected with (interconnect with), contain, be contained within, connect to or with, connect to or connect with or with, be communicable with, cooperate with, interleave, juxtapose, be proximate to, Something that is likely or be bound to or with, have, have a property of, etc .;
  • controller means any device, system, or portion thereof that controls at least one operation, wherein the device is hardware, firmware or software, or some combination of at least two of the hardware, firmware or software.
  • a receiver detects the signal of the multi-user in the MU-MIMO system to generate a virtual reference signal and performs channel estimation based on the virtual reference signal, thereby improving receiver performance through an iterative detection technique.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a receiver structure for estimating a downlink channel in a general MU-MIMO system
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of estimating a downlink channel in a general MU-MIMO system
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a reference signal position and a data signal position in a resource block of a general MU-MIMO system
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a receiver structure for estimating a downlink channel in an MU-MIMO system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a block diagram illustrating a channel estimator structure for estimating a downlink channel in an MU-MIMO system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a view showing an example of the position of the reference signal position and the virtual reference signal in the resource block of the MU-MIMO system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating an operation of estimating a downlink channel by a receiver in an MU-MIMO system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a graph showing the performance of a receiver using a single user detection method and a receiver using a multi-user detection method in an MU-MIMO system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is another graph illustrating the performance of a receiver using a single user detection method and a receiver using a multi-user detection method in an MU-MIMO system according to an embodiment of the present invention.
  • a “component surface” includes one or more component representations.
  • first and second may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a receiver structure for estimating a downlink channel in an MU-MIMO system.
  • the illustrated receiver includes a Fast Fourier Transform (FFT) 102, a Resource Demapping 104, and a Log Likelihood Ratio (LLR) Generator 106. ), A decoder (108), and a channel estimation (110).
  • FFT Fast Fourier Transform
  • RLR Log Likelihood Ratio
  • the transmitter has N t antennas, while the receiver has one antenna.
  • the received signal received through one antenna is input to the FFT unit 102, and the FFT unit 102 outputs the received signal on which the FFT is performed and transmits the received signal to the resource demapper 104 and the channel estimator 110. .
  • the resource demapper 104 detects a reception signal mapped to a related resource region among the input reception signals, and transmits the detected reception signal y to the LLR generator 106.
  • the resource demapper 104 may include a physical resource demapper and a logical resource demapper.
  • the physical resource demapper may detect a received signal mapped to a physical resource region among input signals
  • the logical resource demapping unit detects a received signal mapped to a logical resource region among the input received signals.
  • the LLR generator 106 calculates LLR values for the symbols to recover from the detected received signal y, and passes the calculated LLR value L e to the decoder 108.
  • the decoder 108 recovers the information bits by performing channel decoding according to the code rate used in the encoder of the transmitter based on the calculated LLR value L e .
  • the signal output from the decoder 108 is transmitted to the LLR generator 106 as prior probability information L a for repetitive decoding.
  • the channel estimator 110 estimates a downlink channel based on the received received signal and estimates the estimated channel value. Is passed to the LLR generator 106.
  • the signal y i received to a specific i-th user in the MU-MIMO system may be represented by Equation 1 below.
  • Equation 1 p denotes the power of the transmission signal, h i denotes the channel of the i-th user, w i denotes the precoding vector of the i-th user, s i denotes the symbol of the i-th user, w j Denotes a precoding vector of the j th user, s j denotes a symbol of the j th user, and n i denotes a Gaussian noise of the i th user.
  • the transmitting end needs to know accurate channel information of all users.
  • the transmitter knows the exact channel information of all users. It is not easy to be, and it is also not easy to completely remove other users' interference from the received signal.
  • FIG. 2 illustrates an example of estimating a downlink channel in a general MU-MIMO system.
  • the signal received by the first user may be represented by Equation 2 below.
  • Equation 2 ⁇ represents the power of the transmission signal, h 1 represents the channel of the first user, w 1 represents the precoding vector of the first user, p 1 represents the reference signal assigned to the first resource element W 2 represents the precoding vector of the second user, p 2 represents the reference signal assigned to the second resource element, and n 1 represents the Gaussian noise of the first user.
  • the reference signals transmitted to two users are transmitted in an orthogonal pattern having the same signal but different signs.
  • the channel estimation using the signal received by the first user may be represented by Equation 3. Represents channel estimation using the signal received at the resource element 202, Represents channel estimation using the signal received at the resource element 204.
  • Equation 3 ⁇ represents the power of the transmission signal, h 1 represents the channel of the first user, w 1 represents the precoding vector of the first user, p 1 represents the reference signal assigned to the first resource , w 2 represents the precoding vector of the second user, p 2 represents the reference signal assigned to the second resource, n 1 represents the Gaussian noise of the first user.
  • the reference signal of the first user may be expressed as Equation 4 below.
  • Equation 4 ⁇ represents the power of the transmission signal, h 1 represents the channel of the first user, w 1 represents the precoding vector of the first user, p 1 represents the reference signal assigned to the first resource , p 2 represents the reference signal allocated to the second resource, y 1 represents the received signal of the first user.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a reference signal position and a data signal position in a resource block of a general MU-MIMO system.
  • each resource block includes a plurality of resource elements.
  • each resource block includes seven orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) symbols, the vertical axis includes 12 subcarriers, and in each of the resource elements a cell-specific cell.
  • a signal of any one of 308 is transmitted.
  • the first demodulation RS 304 means the first demodulation RS group and the second demodulation RS 305 is the second group.
  • Demodulation means RS group.
  • the downlink channel is estimated based on the first and second demodulated RSs 304 and 305, and the channel estimation based on the first demodulated RS 304 is described as follows.
  • the receiver estimates a channel based on the first demodulation RS 304 received at the first location 310 and uses the channel information estimated at the first location 310 to determine the second location 312 and the third location. 314, estimate channel information at the fourth position 316. That is, the receiver applies interpolation or linear interpolation to the channel information estimated at the first location 310 based on the frequency axis, and thus the second location 312 and the third location ( The channel information at 314 is estimated, and the channel information at the fourth position 316 is estimated by applying interpolation or linear interpolation based on a time-axis to the channel information estimated at the first position 310.
  • the receiver estimates the channel information of the fifth position 318 by applying interpolation or linear interpolation based on the time axis to the estimated channel information of the second position 312.
  • the receiver estimates the channel information of the fifth position 318 by applying interpolation or linear interpolation based on the frequency axis to the estimated channel information of the fourth position 316.
  • the receiver estimates the channel information of the sixth position 320 by applying interpolation or linear interpolation based on the time axis to the estimated channel information of the third position 314. In another method, the receiver estimates the channel information of the sixth position 320 by applying interpolation or linear interpolation based on the frequency axis to the estimated channel information of the fourth position 316.
  • the channel estimation for the second demodulation RS 305 may also be performed in the same manner as that applied in the channel estimation for the first demodulation RS 304. That is, the channel is estimated based on the second demodulated RS 305 received at a specific position, and the channel information for the second demodulated RS 305 at another position is estimated using the channel information estimated at the measurement position. Can be.
  • the receiver obtains the LLR value of the data signal based on the estimated channel information, performs channel decoding through the decoder, restores the information bits, and if the restoration of the information bits fails, reconfigures the channel using the output value of the decoder.
  • Estimate the re-estimating of the channel may be repeatedly performed until the information bit recovery is successful, or the channel re-estimation operation may be performed only for a predetermined number of repetitive decoding times by setting the number of repetitive decoding in advance.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a receiver structure for estimating a downlink channel in an MU-MIMO system according to an embodiment of the present invention.
  • the illustrated receiver includes an FFT 402, a resource demapper 404, an LLR generator 406, a decoder 408, and a channel estimator 410.
  • the transmitter has N t antennas, while the receiver has one antenna.
  • the received signal received through one antenna is input to the FFT unit 402, and the FFT unit 402 outputs the received signal on which the FFT is performed and transmits the received signal to the resource demapper 404 and the channel estimator 410. .
  • the resource demapper 404 detects a reception signal mapped to a related resource region among the input reception signals, and transmits the detected reception signal y to the LLR generator 406.
  • a received signal mapped to a related resource region is a reference signal.
  • the resource demapper 404 may include a physical resource demapper and a logical resource demapper.
  • the physical resource demapper detects a received signal mapped to a physical resource region among input signals.
  • the logical resource demapping unit detects a received signal mapped to a logical resource region among the input received signals.
  • the LLR generator 406 calculates the LLR values for the symbols to recover from the detected reference signal y and passes the calculated LLR value L e to the decoder 408.
  • the LLR value L e delivered to the decoder 408 is calculated as shown in Equation 5 below.
  • L a represents an LLR value generated from a decoder in a previous channel estimation process
  • Is Indicates a data signal when Is Indicates a data signal when Denotes the remaining information bits except the i-th information bit.
  • the decoder 408 performs channel decoding and recovers information bits according to a decoding scheme corresponding to the coding scheme used in the encoder of the transmitter based on the calculated LLR value L e .
  • the decoder 408 also transfers the LLR value L a generated in the channel estimation process to the channel estimator 410.
  • the channel estimator 410 estimates a downlink channel based on the received received signal and estimates the estimated channel value. Is passed to the LLR generator 406. In this case, the channel estimator may select and generate a virtual reference signal using the output of the decoder 408, and then obtain more accurate channel information by re-estimating a channel based on the virtual reference signal.
  • the LLR generator 406 also estimates the data signal channels received from the other users together and calculates the LLR values accordingly to process the interference signals received from the other users.
  • the interference signal may be, for example, an interference stream
  • the data signal may be, for example, a desired stream.
  • the virtual reference signal of another user generated when re-estimating the channel is generated from the calculated LLR value.
  • FIG. 5 is a block diagram illustrating a channel estimator structure for estimating a downlink channel in an MU-MIMO system according to an embodiment of the present invention.
  • the illustrated channel estimator includes a soft-symbol generation unit 502, a resource mapping unit 504, a virtual pilot signal (VPS) selection unit 506, and a channel estimation unit. 508.
  • a soft-symbol generation unit 502 the resource mapping unit 504
  • a virtual pilot signal (VPS) selection unit 506 the channel estimation unit. 508.
  • the LLR value L a generated from the decoder is input to the soft symbol generation unit 502, and the soft symbol generation unit 502 generates a soft symbol based on the LLR value L a according to Equation 6 below.
  • Equation 6 ⁇ represents one of the symbols belonging to the symbol set ⁇ , Represents the number of information bits belonging to one symbol.
  • the second moment may be calculated as shown in Equation 7 below.
  • Equation 7 ⁇ represents one of the symbols belonging to the symbol set ⁇ , Represents the number of information bits belonging to one symbol.
  • the received signal y and the soft symbol output from the soft symbol generation unit 502 are input to the resource mapping unit 504, and the resource mapping unit 504 rearranges the value of the input soft symbol to select the VPS selection unit 506. ).
  • the VPS selection unit 506 considers the accuracy of the data restored at the related resource location based on the location of the resource where each of the downlink signals is received, the correlation between the related resource location and the resource location at which the reference signal is received, and the like. To select the virtual reference signal. That is, the VPS selection unit 506 selects a signal received at the location of the highly correlated resource with high accuracy of the restored data as a virtual reference signal, and transmits the selected virtual reference signal to the channel estimation unit 508. In this case, the accuracy of the restored data and the correlation may be calculated by Equation 18 to be described later.
  • the channel estimation unit 508 re-estimates the channel based on the virtual reference signal input from the VPS selection unit 506.
  • FIG. 6 illustrates an example of a reference signal position and a position of a virtual reference signal in a resource block of the MU-MIMO system according to an embodiment of the present invention.
  • the MU-MIMO system includes a base station having four antennas and four users, and that two antennas are configured in one group for the four antennas.
  • four users are allocated four resources to receive a reference signal.
  • the received signal y 1 of the first user may be expressed as Equation 8 below.
  • Equation 8 p 1 represents a reference signal allocated to the first resource, p 2 represents a reference signal allocated to the second resource, p 3 represents a reference signal allocated to the third resource, and p 4 represents four.
  • the reference signal assigned to the first resource d 1 represents the data signal of the first user, d 2 represents the data signal of the second user, d 3 represents the data signal of the third user, d 4 is four Represents the data signal of the first user, h 1 represents the channel of the first user, w 1 represents the precoding vector of the first user, w 2 represents the precoding vector of the second user, and w 3 represents the third It indicates the user of the precoding vector, w 4 represents a fourth user of the precoding vector, n 1 denotes a first user Gaussian noise, n 2 is a second user It represents a cyan noise, n 3 represents a Gaussian noise of the third user, n 4 represents a Gaussian noise of the fourth user.
  • the channel estimation using the received signal of the first user may be represented by Equation 9. Represents channel estimation using the signal received at the resource element 202 of FIG. Represents channel estimation using the signal received at the resource element 204 of FIG.
  • Equation 9 y denotes a signal output from the resource demapper 404 of FIG. 4, Denotes a signal output from the channel estimator 410 of FIG. 4, where to be.
  • the channel estimation method has an advantage of estimating channels of several users at once, but when the number of virtual reference signals increases, the complexity of inverse matrix calculation for channel estimation is exponentially increased. It may increase, making implementation difficult.
  • an embodiment of the present invention uses a method of estimating a channel after removing an orthogonal pattern from a reference signal in advance.
  • the received signal with orthogonal pattern is removed can be expressed as in Equation 10 below.
  • Equation 10 p 1 represents a reference signal assigned to the first resource, p 2 represents a reference signal assigned to the second resource, y 1 represents a received signal of the first user, ⁇ represents the power of the transmission signal
  • h 1 represents the channel of the first user
  • w 1 represents the precoding vector of the first user
  • n 1 represents the Gaussian noise of the first user.
  • the channel estimation of the received signal as shown in Equation 10 may be expressed as Equation 11 after vectorizing a plurality of reference signals included in the reference signal group.
  • Equation 11 p represents the power of the transmission signal, ⁇ represents the power of the noise signal. Meanwhile, the i-th virtual reference signal generated from the data signal may be represented by Equation 12 below.
  • Equation 12 ⁇ represents the power of the transmission signal, g 1 represents the channel of the resource location associated with the virtual reference signal of the first user, d 1 represents the data signal of the first user, N t is the Represents a number, j represents a user index, W 1 represents a precoding vector of the first user, and v 1 represents a noise signal at a location relative to the virtual reference signal.
  • Equation 13 Equation 13
  • Equation 13 d 1 represents the data signal of the first user, ⁇ represents the power of the transmission signal, g 1 represents the channel of the position related to the virtual reference signal of the first user, w 1 represents the first user Represents a precoding vector, j represents a user index and v 1 represents a noise signal at a location relative to the virtual reference signal.
  • Equation 14 Unlike the reference signal from which the orthogonal pattern is removed, in the virtual reference signal of Equation 13, since interference signals and data signals of other users remain, a refinement process as shown in Equation 14 is performed.
  • Equation 14 ⁇ represents the power of the transmission signal, j represents the user index, Denotes the signal of another user, eg j-th, detected through the multi-user detector, Represents the effective channel g 1 w 1 , Denotes a channel value of another user, eg, j-th, obtained in the previous channel estimation process, and v 1 denotes a noise signal at a position related to the virtual reference signal.
  • Equation 15 ⁇ represents the power of the transmission signal, j represents the user index, Denotes the signal of another user, eg j-th, detected through the multi-user detector, Represents the effective channel g 1 w 1 , Denotes the channel value of another user, e.g., the j-th user, obtained in the previous iteration process, and v 1 denotes a noise signal at a position related to the virtual reference signal.
  • Channel estimation using the virtual reference signal based on the refined received signal may be represented by Equation 16 below.
  • the accuracy of the data reconstructed based on the virtual reference signal is also important, but the virtual reference signal must have a strong association with the original reference signal.
  • the virtual reference signal since there is interference by other users, a signal of a resource location where interference of other users is relatively well removed should be used as the virtual reference signal. Therefore, in order to obtain the maximum effect of channel estimation using the virtual reference signal, the virtual reference signal should be selected based on the signal having the smallest average error of the estimated channel as follows.
  • the location of the resource having the smallest mean error value of the estimated channel may be represented by Equation 17 below.
  • Equation 17 p represents the power of the transmission signal, h 1 represents the channel of the first user, g 1 represents the channel of the resource location associated with the virtual reference signal of the first user.
  • Equation 17 the position of the resource having the smallest mean error value shown in Equation 17 is the same as the position of the resource having the high value shown in Equation 18 below.
  • Equation 18 p denotes the power of a transmission signal, i denotes a user index, d 1 denotes a data signal of the first user, and ⁇ i denotes an i-th user.
  • the first term represents the accuracy of the data reconstructed at the related resource position
  • the second term represents the correlation between the related resource position and the resource position of the reference signal.
  • the correlation may indicate how closely the associated resource and the resource of the reference signal are located on a frequency axis or a time axis. Also Has a value between 0 and 1 The closer the value is to 1, the higher the correlation.
  • Equation 6 and Equation 18 illustrate an example in which the reference signal is a demodulation RS of a long term evolution (LTE) system.
  • LTE long term evolution
  • the embodiment of Equation 6 and Equation 8 to Equation 18 may be applied to the demodulation RS as well as other structure RS.
  • the embodiment of FIG. 6 may be applied regardless of the principle of generating a reference signal group based on the antenna structure, the number of users included in the related system, and the antennas.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating an operation of estimating a downlink channel by a receiver in an MU-MIMO system according to an embodiment of the present invention.
  • a receiver receives a signal and performs an FFT on the received signal.
  • the receiver detects a reception signal mapped to a related resource region from the reception signal on which the FFT is performed.
  • a received signal mapped to a related resource region is a reference signal.
  • step 706 the receiver estimates a downlink channel based on the detected reference signal.
  • step 708 the receiver calculates an LLR value for a symbol to be recovered from the detected reference signal.
  • step 710 the receiver recovers the information bits by performing channel decoding on the basis of the LLR value.
  • step 712 the receiver checks whether the information bits are successfully recovered.
  • a decoding scheme corresponding to the coding scheme used in the encoder is used for the channel decoding, and it is assumed here that the turbo decoding scheme is used as an example.
  • various error detection methods may be used for the checking operation of step 712.
  • CRC cyclic redundancy check
  • the receiver terminates the channel estimation operation when the information bit recovery succeeds.
  • the receiver generates a soft symbol based on the LLR value.
  • the receiver rearranges the soft symbol values.
  • the receiver selects a virtual reference signal.
  • the virtual reference signal is selected based on the accuracy of the data reconstructed at the associated resource position and the correlation between the related resource position and the resource position at which the reference signal is received. The signal received at the high resource location is selected as the virtual reference signal.
  • the receiver proceeds to step 706 and re-estimates the downlink channel based on the virtual reference signal selected in step 718.
  • the channel estimation operation is repeatedly performed until the information bit recovery is successful.
  • the receiver may predetermine the number of repetitive decoding times. In this case, the receiver may perform the channel estimation operation only for the predetermined number of repetitive decoding times and terminate the channel estimation operation regardless of whether information bit recovery is successful.
  • FIG. 8 is a graph illustrating performance of a receiver using a single user detection method and a receiver using a multi-user detection method in an MU-MIMO system according to an embodiment of the present invention.
  • the MU-MIMO system includes a base station having four antennas and four users, and that two antennas are configured in one group for the four antennas.
  • four users are allocated four resources to receive a reference signal.
  • the channel environment uses the Extended Vehicular A (EVA) model, the Doppler effect is assumed to be 70 Hz, and the minimum mean square error (MMSE) -partial interference cancellation (PIC) method is used for the LLR calculation.
  • EVA Extended Vehicular A
  • MMSE minimum mean square error
  • PIC partial interference cancellation
  • the horizontal axis represents energy per bit to noise spectral density ratio (Eb / No), and the vertical axis represents BLER (block error rate).
  • Perfect CSI (channel state information) with SUD is a graph showing the performance of a receiver that knows the channel information correctly and uses single user detection (SUD)
  • Conventional MMSE with SUD is the conventional MMSE method and SUD.
  • This is a graph showing the performance of the receiver using the method
  • Perfect CSI with MUD is a graph showing the performance of the receiver using the multi user detection (MUD) method, knowing the channel information accurately
  • MMSE with MUD is MMSE
  • the graph shows the performance of a receiver using the MUD method and the interference channel estimation method.
  • the proposed with MUD is a graph showing the performance of a receiver using a virtual reference signal.
  • the receiver using the virtual reference signal has a 4 dB performance improvement over the SUD receiver and a 0.5 dB performance improvement over the MUD receiver.
  • FIG. 9 is another graph illustrating the performance of a receiver using a single user detection method and a receiver using a multi-user detection method in an MU-MIMO system according to an embodiment of the present invention.
  • the MU-MIMO system includes a base station having four antennas and four users, and two antennas are configured in one group for the four antennas.
  • four users are allocated four resources to receive a reference signal.
  • the channel environment uses an EVA model, the Doppler effect is assumed to be 70 hz, the LLR calculation method uses the MMSE-PIC method, and the virtual reference signal is assumed to select 32 symbols per one resource block.
  • the modulation method uses 16 quadrature amplitude modulation (QAM), and that the total power of the interference is equivalent to -3dB of the specified user power.
  • the horizontal axis means Eb / No
  • the vertical axis means BLER.
  • Perfect CSI with SUD is a graph showing the performance of the receiver using the SUD method and knowing the channel information accurately
  • Conventional MMSE with SUD is a graph showing the performance of the receiver using the conventional MMSE method and SUD method
  • Perfect CSI with MUD is a graph showing the performance of a receiver that knows the channel information correctly and uses the MUD method
  • MMSE with MUD is a graph showing the performance of a receiver using the MUD method and estimating the interference channel
  • Proposed with MUD Is a graph showing the performance of a receiver using a virtual reference signal.
  • the receiver using the virtual reference signal has a 3 dB performance improvement over the SUD receiver and a 1 dB performance improvement over the MUD receiver.
  • the downlink channel estimation apparatus and method according to an embodiment of the present invention may be realized in the form of hardware, software, or a combination of hardware and software.
  • Any such software may be, for example, volatile or nonvolatile storage, such as a storage device such as a ROM, whether or not removable or rewritable, or a memory such as, for example, a RAM, a memory chip, a device or an integrated circuit.
  • a storage medium such as a ROM, whether or not removable or rewritable
  • a memory such as, for example, a RAM, a memory chip, a device or an integrated circuit.
  • CD or DVD, magnetic disk or magnetic tape and the like can be stored in a storage medium that is optically or magnetically recordable and simultaneously readable by a machine (eg computer).
  • the graphic screen updating method of the present invention may be implemented by a computer or a portable terminal including a control unit and a memory, wherein the memory is a machine suitable for storing a program or programs including instructions for implementing embodiments of the present invention. It will be appreciated that this is an example of a readable storage medium.
  • the present invention includes a program comprising code for implementing the apparatus or method described in any claim herein and a storage medium readable by a machine (such as a computer) storing such a program.
  • a machine such as a computer
  • such a program can be transferred electronically through any medium, such as a communication signal transmitted over a wired or wireless connection, and the invention suitably includes equivalents thereof.
  • the program can be received and stored from the downlink channel estimation apparatus.
  • the program providing apparatus may perform a wired or wireless communication with a program for storing a program including instructions for causing the graphic processing apparatus to perform a preset content protection method, information necessary for the content protection method, and the like. And a controller for transmitting the program to the transceiver device automatically or at the request of the graphic processing device.

Landscapes

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Abstract

본 개시는 LTE와 같은 4G 통신 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 제공될 5G 또는 pre-5G 통신 시스템에 관련된 것이다. 본 발명은 무선 통신 시스템에서 수신기가 하향링크 채널을 추정하는 방법에 있어서, 기준 신호를 기반으로 하향링크 채널을 추정하여 정보 비트를 복구하고, 상기 정보 비트 복구에 성공하였는지 여부를 검사하고, 상기 정보 비트 복구에 성공하지 못한 경우, 관련 자원 위치에서 복원된 데이터의 정확도 및 상 관련 자원 위치와 상기 기준 신호에 관련된 자원 위치 간의 상관도를 기반으로, 수신 신호들 중 적어도 하나를 가상 기준 신호로서 선택하고, 상기 적어도 하나의 가상 기준 신호를 기반으로 상기 하향링크 채널을 추정한다.

Description

무선 통신 시스템에서 하향링크 채널 추정 장치 및 방법
본 발명은 다중 사용자(MU: multi user)-다중 입력 다중 출력(MIMO: multiple-input multiple-output) 시스템에서 하향링크 채널을 추정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
4G (4th-Generation) 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G (5th-Generation) 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후 (Beyond 4G Network) 통신 시스템 또는 LTE 시스템 이후 (Post LTE) 이후의 시스템이라 불리고 있다.
높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파 (mmWave) 대역 (예를 들어, 60기가 (60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로 손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍 (beamforming), 거대 배열 다중 입출력 (massive MIMO: massive multi-input multi-output:), 전차원 다중입출력 (Full Dimensional MIMO: FD-MIMO), 어레이 안테나 (array antenna), 아날로그 빔형성 (analog beam-forming), 및 대규모 안테나 (large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다.
또한 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀 (advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크 (cloud radio access network: cloud RAN), 초고밀도 네트워크 (ultra-dense network), 기기 간 통신 (D2D: Device to Device communication), 무선 백홀 (wireless backhaul), 이동 네트워크 (moving network), 협력 통신 (cooperative communication), CoMP (Coordinated Multi-Points), 및 수신 간섭제거 (interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다.
이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조 (ACM: Advanced Coding Modulation) 방식인 FQAM (Hybrid FSK and QAM Modulation) 및 SWSC (Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC (Filter Bank Multi Carrier), NOMA (non orthogonal multiple access), 및 SCMA (sparse code multiple access) 등이 개발되고 있다.
한편, MU-MIMO 시스템에서는 하향링크의 채널 정보를 이용하여 복수의 사용자들에게 동일한 자원을 할당하고, 상기 동일한 자원이 할당된 사용자들 간에 간섭이 발생하지 않도록 빔 형성(beam forming)을 적용하여 합용량(sum rate)을 높이도록 하고 있다. 이때 채널 정보가 정확할 경우에는 빔 형성의 적용으로 한 사용자에게 다른 사용자의 신호로 인한 간섭이 전혀 영향을 미치지 않게 되며, 따라서 단일 입력 단일 출력(SISO: single-input single-output) 시스템에서와 동일하게 수신기를 설계하더라도 수신성능의 향상을 도모할 수 있다. 그러나 채널 추정의 오차와 하향링크의 채널 정보를 상향링크를 통해 전달하는 과정에서의 양자화(quantization)로 인한 정보 손실로 인하여, 정확한 채널 정보를 송신 단에 전달하기란 매우 어렵다. 이러한 상황에서 정확하지 않은 채널 정보를 이용하여 형성된 빔은 간섭 제어를 완벽하게 수행하지 못하게 되고, 이는 수신성능 저하의 문제를 발생시키게 된다.
한편, MU-MIMO 시스템에서 기준 신호(reference signal)는 직교 패턴으로 전송된다. 즉 한 사용자의 기준 신호와 다른 사용자의 기준 신호는 신호 자체는 같으나 부호가 상이한 직교 패턴으로 전송된다. 물론 이상적인 경우를 가정하면 상기 한 사용자는 이러한 직교 패턴을 이용하여 상기 다른 사용자의 신호에 영향 받지 않고 자신의 신호를 수신하여 채널을 추정할 수 있다. 그러나 대부분의 경우 사용자는 채널 추정 시 주파수 변화나 시간의 흐름에 따른 채널의 변화 량을 제대로 반영하기 어려우며 이로 인해 정확한 채널 정보의 추정 또한 쉽지 않다. 또한 MU-MIMO 시스템에서는 간섭이 완벽히 제거되었다는 가정하에 수신 신호를 처리하기 때문에 정확하지 않은 채널 정보는 수신성능 저하를 일으키는 요인이 된다.
또한 MU-MIMO 시스템에서 수신기의 성능은 전송 단에서 형성된 빔의 정확성에 의존한다. 그러나 MU-MIMO 시스템에서는 다른 사용자의 간섭이 전송 단의 빔 형성으로 제거되었다는 가정하에 수신 신호를 처리하는 과정만을 포함하므로, 채널 정보를 상향링크를 통해 전달하는 과정에서의 양자화나 채널 추정 오차로 인해 불완전하게 형성된 빔에 의한 간섭에 취약하다는 문제가 있다. 따라서 불완전하게 형성된 빔에 의한 간섭을 처리해야 하는 다중 사용자 신호 검출 과정이 필요로 하나 이 역시 불완전한 채널 추정으로 인하여 성능의 증가폭이 제한되는 영향이 있다.
따라서 MU-MIMO 시스템에서 하향링크 채널을 정확하게 추정하기 위한 방안이 필요하다.
한편, 상기와 같은 데이터는 본 발명의 이해를 돕기 위한 백그라운드(background) 데이터로서만 제시될 뿐이다. 상기 내용 중 어느 것이라도 본 발명에 관한 종래 기술로서 적용 가능할지 여부에 관해, 어떤 결정도 이루어지지 않았고, 또한 어떤 주장도 이루어지지 않는다.
본 발명의 일 실시예는 MU-MIMO 시스템에서 하향링크 채널을 추정하는 장치 및 방법을 제안한다.
또한 본 발명의 일 실시예는 MU-MIMO 시스템에서 가상 기준 신호를 이용하여 하향링크 채널을 추정하는 장치 및 방법을 제안한다.
또한 본 발명의 일 실시예는 MU-MIMO 시스템에서 복원된 데이터의 정확도와 수신 신호와 기준 신호 간의 상관도를 기반으로 선택된 가상 기준 신호를 이용하여 하향링크 채널을 추정하는 장치 및 방법을 제안한다.
또한 본 발명의 일 실시예는 MU-MIMO 시스템에서 채널의 평균 오차를 기반으로 선택된 가상 기준 신호를 이용하여 하향링크 채널을 추정하는 장치 및 방법을 제안한다.
본 발명의 일 실시예에서 제안하는 방법은; 무선 통신 시스템에서 수신기가 하향링크 채널을 추정하는 방법에 있어서, 수신 신호들 중 기준 신호를 기반으로 하향링크 채널을 추정하여 정보 비트를 복구하는 과정과, 상기 정보 비트의 복구에 성공하지 못한 경우, 상기 수신 신호들 각각이 수신되는 자원 위치에서 복원된 데이터의 정확도, 상기 수신 신호들 각각이 수신되는 자원 위치와 상기 기준 신호가 수신되는 자원 위치 간의 상관도 및 상기 수신 신호들 각각이 수신되는 자원 위치에서 추정된 채널의 평균 오차 중 적어도 하나를 기반으로 가상 기준 신호를 선택하는 과정과, 상기 선택된 가상 기준 신호를 기반으로 상기 하향링크 채널을 추정하는 과정을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서 제안하는 장치는; 무선 통신 시스템에서 하향링크 채널을 추정하는 수신기에 있어서, 수신 신호들 중 기준 신호를 기반으로 하향링크 채널을 추정하여 정보 비트를 복구하는 복호기와, 상기 정보 비트의 복구에 성공하지 못한 경우, 상기 수신 신호들 각각이 수신되는 자원 위치에서 복원된 데이터의 정확도, 상기 수신 신호들 각각이 수신되는 자원 위치와 상기 기준 신호가 수신되는 자원 위치 간의 상관도 및 상기 수신 신호들 각각이 수신되는 자원 위치에서 추정된 채널의 평균 오차 중 적어도 하나를 기반으로 가상 기준 신호를 선택하고, 상기 선택된 가상 기준 신호를 기반으로 상기 하향링크 채널을 추정하는 채널 추정기를 포함한다.
본 발명의 다른 측면들과, 이득들 및 핵심적인 특징들은 부가 도면들과 함께 처리되고, 본 발명의 바람직한 실시예들을 게시하는, 하기의 구체적인 설명으로부터 해당 기술 분야의 당업자에게 자명할 것이다.
하기의 본 게시의 구체적인 설명 부분을 처리하기 전에, 이 특허 문서를 통해 사용되는 특정 단어들 및 구문들에 대한 정의들을 설정하는 것이 효과적일 수 있다: 상기 용어들 “포함하다(include)” 및 “포함하다(comprise)”과 그 파생어들은 한정없는 포함을 의미하며; 상기 용어 “혹은(or)”은 포괄적이고 '및/또는'을 의미하고; 상기 구문들 “~와 연관되는(associated with)” 및 ““~와 연관되는(associated therewith)”과 그 파생어들은 포함하고(include), ~내에 포함되고(be included within), ~와 서로 연결되고(interconnect with), 포함하고(contain), ~내에 포함되고(be contained within), ~에 연결하거나 혹은 ~와 연결하고(connect to or with), ~에 연결하거나 혹은 ~와 연결하고(couple to or with), ~와 통신 가능하고(be communicable with), ~와 협조하고(cooperate with), 인터리빙하고(interleave), 병치하고(juxtapose), ~로 가장 근접하고(be proximate to), ~로 ~할 가능성이 크거나 혹은 ~와 ~할 가능성이 크고(be bound to or with), 가지고(have), 소유하고(have a property of) 등과 같은 것을 의미하고; 상기 용어 “제어기”는 적어도 하나의 동작을 제어하는 임의의 디바이스, 시스템, 혹은 그 부분을 의미하고, 상기와 같은 디바이스는 하드웨어, 펌웨어 혹은 소프트웨어, 혹은 상기 하드웨어, 펌웨어 혹은 소프트웨어 중 적어도 2개의 몇몇 조합에서 구현될 수 있다. 어떤 특정 제어기와 연관되는 기능성이라도 집중화되거나 혹은 분산될 수 있으며, 국부적이거나 원격적일 수도 있다는 것에 주의해야만 할 것이다. 특정 단어들 및 구문들에 대한 정의들은 이 특허 문서에 걸쳐 제공되고, 해당 기술 분야의 당업자는 많은 경우, 대부분의 경우가 아니라고 해도, 상기와 같은 정의들이 종래 뿐만 아니라 상기와 같이 정의된 단어들 및 구문들의 미래의 사용들에도 적용된다는 것을 이해해야만 할 것이다.
본 발명은 MU-MIMO 시스템에서 수신기가 상기 다중 사용자의 신호를 검출하여 가상 기준 신호를 생성하고 상기 가상 기준 신호를 기반으로 채널 추정을 수행함으로써, 반복적인 검출 기법을 통해 수신단 성능을 향상시키는 효과가 있다.
본 발명의 특정한 바람직한 실시예들의 상기에서 설명한 바와 같은 또한 다른 측면들과, 특징들 및 이득들은 첨부 도면들과 함께 처리되는 하기의 설명으로부터 보다 명백하게 될 것이다:
도 1은 일반적인 MU-MIMO 시스템에서 하향링크 채널을 추정하는 수신기 구조를 도시한 블록도,
도 2는 일반적인 MU-MIMO 시스템에서 하향링크 채널을 추정하는 예를 나타낸 도면,
도 3는 일반적인 MU-MIMO 시스템의 자원 블록에서 기준 신호 위치와 데이터 신호 위치를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 MU-MIMO 시스템에서 하향링크 채널을 추정하는 수신기 구조를 도시한 블록도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 MU-MIMO 시스템에서 하향링크 채널을 추정하는 채널 추정기 구조를 도시한 블록도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 MU-MIMO 시스템의 자원 블록에서 기준 신호 위치와 가상기준 신호의 위치의 예를 나타낸 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 MU-MIMO 시스템에서 수신기가 하향링크 채널을 추정하는 동작을 나타낸 순서도,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 MU-MIMO 시스템에서 단일 사용자 검출 방식을 사용하는 수신기와 다중 사용자 검출 방식을 사용하는 수신기의 성능을 나타낸 그래프,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 MU-MIMO 시스템에서 단일 사용자 검출 방식을 사용하는수신기와 다중 사용자 검출 방식을 사용하는 수신기의 성능을 나타낸 또 다른 그래프.
상기 도면들을 통해, 유사 참조 번호들은 동일한 혹은 유사한 엘리먼트들과, 특징들 및 구조들을 도시하기 위해 사용된다는 것에 유의해야만 한다.
이하, 본 발명의 실시 예들을 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고, 하기에서는 본 발명의 실시예들에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외의 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예들에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예들을 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면들에 예시하여 상세하게 설명한다. 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.
또한, 본 명세서에서 명백하게 다른 내용을 지시하지 않는 “한”과, “상기”와 같은 단수 표현들은 복수 표현들을 포함한다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 따라서, 일 예로, “컴포넌트 표면(component surface)”은 하나 혹은 그 이상의 컴포넌트 표현들을 포함한다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 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.
또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "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.
또한, 본 발명의 실시예들에서, 별도로 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 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 실시예에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 MU-MIMO 시스템에서 하향링크 채널을 추정하는 수신기 구조를 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 도시된 수신기는 고속 퓨리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform)기(102), 자원 디맵핑(resource demapping)기(104), 로그 우도 비(LLR: Log Likelihood Ratio) 생성기(106), 복호기(decoder)(108), 및 채널 추정(channel estimation)기(110)를 포함한다.
MU-MIMO 시스템에서 송신기는 Nt개의 안테나를 가지는 반면, 수신기는 1개의 안테나를 가지고 있다. 1개의 안테나를 통해 수신된 수신 신호는 FFT기(102)로 입력되고, FFT기(102)는 FFT가 수행된 수신 신호를 출력하여 자원 디매핑기(104)와 채널 추정기(110)로 전달한다.
자원 디매핑기(104)는 입력된 수신 신호 중 관련 자원 영역에 매핑되는 수신 신호를 검출하고, 검출된 수신 신호 y를 LLR 생성기(106)로 전달한다. 도시하지는 않았으나 상기 자원 디매핑기(104)는 물리 자원 디매핑기와 논리 자원 디매핑기를 포함할 수 있으며, 상기 물리 자원 디매핑기는 입력된 수신 신호 중 물리 자원 영역에 매핑된 수신 신호를 검출하고, 상기 논리 자원 디매핑기는 입력된 수신 신호 중 논리 자원 영역에 매핑된 수신 신호를 검출한다.
LLR 생성기(106)는 검출된 수신 신호 y로부터 복구하고자 하는 심볼들에 대한 LLR 값들을 계산하고, 계산된 LLR 값 Le를 복호기(108)로 전달한다. 복호기(108)는 계산된 LLR 값 Le를 기반으로 송신기의 부호기에서 사용된 부호율에 따라 채널 복호를 수행하여 정보 비트들을 복구한다. 또한 복호기(108)에서 출력된 신호는 반복적인 복호를 위해 사전 확률정보 La로서 LLR 생성기(106)에 전달된다.
한편, 채널 추정기(110)는 입력된 수신 신호를 기반으로 하향링크 채널을 추정하고, 추정된 채널 값
Figure PCTKR2016004541-appb-I000001
를 LLR 생성기(106)로 전달한다.
MU-MIMO 시스템에서 특정 i번째 사용자에게 수신된 신호 yi는 하기 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2016004541-appb-M000001
수학식 1에서 ρ는 전송 신호의 전력을 나타내고, hi는 i번째 사용자의 채널을 나타내고, wi는 i번째 사용자의 프리코딩 벡터를 나타내고, si는 i번째 사용자의 심볼을 나타내고, wj는 j번째 사용자의 프리코딩 벡터를 나타내고, sj는 j번째 사용자의 심볼을 나타내고, ni는 i번째 사용자의 가우시안 잡음을 나타낸다.
정확한 채널 정보로 형성된 빔을 가정하면, i번째 사용자의 채널 hi와 j번째 사용자의 프리코딩 벡터 wj의 곱은 0이 되므로, 즉
Figure PCTKR2016004541-appb-I000002
이므로 i번째 사용자는 j번째 사용자에 의한 간섭이 제거되고 가우시안 잡음만 남은 신호를 수신하게 된다. 이렇게 완벽한 간섭 제거를 위해서는 전송 단이 모든 사용자들의 정확한 채널 정보를 알고 있어야 한다.
그러나 수신 단에서 채널을 추정할 때 발생하는 추정 오차와 전송 단으로 채널 정보를 피드백(feedback)하는 과정에서의 양자화로 인한 정보 손실이 필연적으로 발생하기 때문에 전송 단이 모든 사용자들의 정확한 채널 정보를 알고 있기란 쉽지 않으며, 이로 인해 수신 신호에서 다른 사용자의 간섭 신호를 완벽하게 제거하는 것 역시 쉽지 않다.
도 2는 일반적인 MU-MIMO 시스템에서 하향링크 채널을 추정하는 예를 나타낸 도면이다.
도 2에서는 두 명의 사용자가 2개의 자원 요소(element)를 할당 받아 기준 신호를 수신하는 경우를 가정하며, 이 경우 첫 번째 사용자에게 수신되는 신호는 하기 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다. 수신 신호
Figure PCTKR2016004541-appb-I000003
는 자원 요소 202에서 수신되는 신호를 나타내고, 수신 신호
Figure PCTKR2016004541-appb-I000004
는 자원 요소 204에서 수신되는 신호를 나타낸다.
Figure PCTKR2016004541-appb-M000002
수학식 2에서 ρ는 전송 신호의 전력을 나타내고, h1은 첫 번째 사용자의 채널을 나타내고, w1은 첫 번째 사용자의 프리코딩 벡터를 나타내고, p1은 첫 번째 자원 요소에 할당된 기준 신호를 나타내고, w2는 두 번째 사용자의 프리코딩 벡터를 나타내고, p2는 두 번째 자원 요소에 할당된 기준 신호를 나타내고, n1은 첫 번째 사용자의 가우시안 잡음을 나타낸다. 수학식 2에 나타낸 바와 같이 두 명의 사용자에게 전송되는 기준 신호는 신호 자체는 같으나 부호가 상이한 직교 패턴으로 전송된다.
첫 번째 사용자에게 수신되는 신호를 이용한 채널 추정은 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2016004541-appb-I000005
는 자원 요소 202에서 수신되는 신호를 이용한 채널 추정을 나타내고,
Figure PCTKR2016004541-appb-I000006
는 자원 요소 204에서 수신되는 신호를 이용한 채널 추정을 나타낸다.
Figure PCTKR2016004541-appb-M000003
수학식 3에서 ρ는 전송 신호의 전력을 나타내고, h1은 첫 번째 사용자의 채널을 나타내고, w1은 첫 번째 사용자의 프리코딩 벡터를 나타내고, p1은 첫 번째 자원에 할당된 기준 신호를 나타내고, w2는 두 번째 사용자의 프리코딩 벡터를 나타내고, p2는 두 번째 자원에 할당된 기준 신호를 나타내고, n1은 첫 번째 사용자의 가우시안 잡음을 나타낸다.
또한 첫 번째 사용자의 채널이 기준 신호가 있는 위치에서 변화하지 않았다고 가정하면 첫 번째 사용자의 기준 신호는 하기 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2016004541-appb-M000004
수학식 4에서 ρ는 전송 신호의 전력을 나타내고, h1은 첫 번째 사용자의 채널을 나타내고, w1은 첫 번째 사용자의 프리코딩 벡터를 나타내고, p1은 첫 번째 자원에 할당된 기준 신호를 나타내고, p2는 두 번째 자원에 할당된 기준 신호를 나타내고, y1은 첫 번째 사용자의 수신 신호를 나타낸다.
도 3는 일반적인 MU-MIMO 시스템의 자원 블록에서 기준 신호 위치와 데이터 신호 위치를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 두 개의 자원 블록을 도시하고 있으며, 각 자원 블록은 복수개의 자원 요소들을 포함한다고 가정한다.
각 자원 블록의 가로축은 7개의 직교 주파수 분할 다중(OFDM: orthogonal frequency division multiplexing) 심볼(symbol)들을 포함하고, 세로축은 12개의 부반송파(subcarrier)들을 포함하며, 자원 요소들 각각에서는 셀-특정(cell-specific) 기준 신호(RS: reference signal)(302), 제1 복조(demodulation) RS(304), 제2 복조 RS(305), 제어 신호(control signals)(306), 데이터 신호(data signals)(308) 중 어느 하나의 신호가 전송된다. 도 3에서는 4개의 안테나에 대해서 2개의 안테나를 하나의 그룹으로 구성할 경우를 가정하며, 따라서 제1 복조 RS(304)는 제1 복조 RS 그룹을 의미하고 제2 복조 RS(305)는 제2 복조 RS 그룹을 의미한다.
하향링크 채널은 제1 및 제2 복조 RS(304, 305)를 기반으로 추정되고, 제1 복조 RS(304)를 기반으로 하는 채널 추정을 예를 들어 설명하면 다음과 같다.
수신기는 제1 위치(310)에서 수신되는 제1 복조 RS(304)를 기반으로 채널을 추정하고, 제1 위치(310)에서 추정된 채널 정보를 이용하여 제2 위치(312), 제3 위치(314), 제4 위치(316)에서의 채널 정보를 추정한다. 즉 수신기는 제1 위치(310)에서 추정된 채널 정보에 주파수축(frequency-axis)을 기반으로 보간법(interpolation) 또는 선형 보간법(linear interpolation)을 적용하여 제2 위치(312)와 제3 위치(314)의 채널 정보를 추정하고, 제1 위치(310)에서 추정된 채널 정보에 시간축(time-axis)을 기반으로 보간법 또는 선형 보간법을 적용하여 제4 위치(316)의 채널 정보를 추정한다.
또한 수신기는 상기 추정된 제2 위치(312)의 채널 정보에 시간축을 기반으로 보간법 또는 선형 보간법을 적용하여 제5 위치(318)의 채널 정보를 추정한다. 또 다른 방법으로 수신기는 상기 추정된 제4 위치(316)의 채널 정보에 주파수축을 기반으로 보간법 또는 선형 보간법을 적용하여 제5 위치(318)의 채널 정보를 추정한다.
또한 수신기는 상기 추정된 제3 위치(314)의 채널 정보에 시간축을 기반으로 보간법 또는 선형 보간법을 적용하여 제6 위치(320)의 채널 정보를 추정한다. 또 다른 방법으로 수신기는 상기 추정된 제4 위치(316)의 채널 정보에 주파수축을 기반으로 보간법 또는 선형 보간법을 적용하여 제6 위치(320)의 채널 정보를 추정한다.
도 3에서는 설명하지 않았으나 제2 복조 RS(305)에 대한 채널 추정도 제1 복조 RS(304)에 대한 채널 추정에서 적용되는 방식과 동일한 방식으로 수행될 수 있음은 물론이다. 즉 특정 위치에서 수신되는 제2 복조 RS(305)를 기반으로 채널을 추정하고, 상기 측정 위치에서 추정된 채널 정보를 이용하여 다른 위치에서의 제2 복조 RS(305)에 대한 채널 정보를 추정할 수 있다.
한편, 수신기는 추정된 채널 정보를 기반으로 데이터 신호의 LLR 값을 구한 뒤 복호기를 통해 채널 복호를 수행하여 정보 비트들을 복원하고, 정보 비트들의 복원에 실패할 경우 복호기의 출력값을 이용하여 채널을 재 추정한다. 여기서 상기 채널을 재 추정하는 동작은 정보 비트 복원에 성공할 때까지 반복하여 수행되며, 또는 반복 복호 회수를 미리 정해놓고 정해진 반복 복호 회수만큼만 채널 재 추정 동작을 수행할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 MU-MIMO 시스템에서 하향링크 채널을 추정하는 수신기 구조를 도시한 블록도이다.
도 4를 참조하면, 도시된 수신기는 FFT기(402), 자원 디맵핑기(404), LLR 생성기(406), 복호기(408), 및 채널 추정기(410)를 포함한다.
MU-MIMO 시스템에서 송신기는 Nt개의 안테나를 가지는 반면, 수신기는 1개의 안테나를 가지고 있다. 1개의 안테나를 통해 수신된 수신 신호는 FFT기(402)로 입력되고, FFT기(402)는 FFT가 수행된 수신 신호를 출력하여 자원 디매핑기(404)와 채널 추정기(410)로 전달한다.
자원 디매핑기(404)는 입력된 수신 신호 중 관련 자원 영역에 매핑되는 수신 신호를 검출하고, 검출된 수신 신호 y를 LLR 생성기(406)로 전달한다. 여기서는 관련 자원 영역에 매핑된 수신 신호가 기준 신호라 가정한다. 또한 도시하지는 않았으나 상기 자원 디매핑기(404)는 물리 자원 디매핑기와 논리 자원 디매핑기를 포함할 수 있으며, 상기 물리 자원 디매핑기는 입력된 수신 신호 중 물리 자원 영역에 매핑된 수신 신호를 검출하고, 상기 논리 자원 디매핑기는 입력된 수신 신호 중 논리 자원 영역에 매핑된 수신 신호를 검출한다.
LLR 생성기(406)는 검출된 기준 신호 y로부터 복구하고자 하는 심볼들에 대한 LLR 값들을 계산하고, 계산된 LLR 값 Le를 복호기(408)로 전달한다. 여기서 복호기(408)로 전달되는 LLR 값 Le는 하기 수학식 5와 같이 계산된다.
Figure PCTKR2016004541-appb-M000005
수학식 5에서 La는 이전 채널 추정 과정에서 복호기로부터 생성된 LLR 값을 나타내고,
Figure PCTKR2016004541-appb-I000007
는 첫 번째 사용자의 정보 비트 중 i번째 정보 비트의 논리 값이 1인 경우를 나타내고,
Figure PCTKR2016004541-appb-I000008
는 첫 번째 사용자의 정보 비트 중 i번째 정보 비트의 논리 값이 0인 경우를 나타내고,
Figure PCTKR2016004541-appb-I000009
는
Figure PCTKR2016004541-appb-I000010
인 경우의 데이터 신호를 나타내고,
Figure PCTKR2016004541-appb-I000011
는
Figure PCTKR2016004541-appb-I000012
인 경우의 데이터 신호를 나타내고,
Figure PCTKR2016004541-appb-I000013
은 i번째 정보 비트를 제외한 나머지 정보 비트를 나타낸다.
복호기(408)는 계산된 LLR 값 Le를 기반으로 송신기의 부호기에서 사용된 부호 방식에 대응되는 복호 방식에 따라 채널 복호를 수행하고 정보 비트들을 복구한다. 또한 복호기(408)는 채널 추정 과정에서 생성된 LLR 값 La를 채널 추정기(410)로 전달한다.
한편, 채널 추정기(410)는 입력된 수신 신호를 기반으로 하향링크 채널을 추정하고, 추정된 채널 값
Figure PCTKR2016004541-appb-I000014
를 LLR 생성기(406)로 전달한다. 이때 채널 추정기는 복호기(408)의 출력을 이용하여 가상 기준 신호를 선별 및 생성한 뒤 상기 가상 기준 신호를 기반으로 채널을 재 추정함으로써 좀더 정확한 채널 정보를 얻을 수 있다.
또한 LLR 생성기(406)는 다른 사용자로부터 수신되는 간섭 신호를 처리하기 위해 다른 사용자로부터 수신되는 데이터 신호 채널을 함께 추정하고 이에 따른 LLR 값을 계산한다. 여기서 상기 간섭 신호는 일례로 간섭 스트림(interference stream)이 될 수 있고, 상기 데이터 신호는 일례로 희망 스트림(desired stream)이 될 수 있다. 그러나 다른 사용자의 데이터 신호를 복호하는 것은 매우 어렵기 때문에 채널을 재 추정할 때 생성되는 다른 사용자의 가상 기준 신호는 계산된 LLR 값으로부터 생성하도록 한다.
도 5에서는 도 4에 도시된 채널 추정기(410)의 동작을 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 MU-MIMO 시스템에서 하향링크 채널을 추정하는 채널 추정기 구조를 도시한 블록도이다.
도 5를 참조하면, 도시된 채널 추정기는 소프트 심볼(soft-symbol) 생성 유닛(502), 자원 매핑 유닛(504), 가상 기준 신호(VPS: virtual pilot signal) 선택 유닛(506), 채널 추정 유닛(508)을 포함한다.
복호기로부터 생성된 LLR 값 La는 소프트 심볼 생성 유닛(502)에 입력되고, 소프트 심볼 생성 유닛(502)은 하기 수학식 6에 따라 상기 LLR 값 La를 기반으로 소프트 심볼을 생성한다.
Figure PCTKR2016004541-appb-M000006
수학식 6에서 θ는 심볼셋 Θ에 속하는 심볼들 중 하나를 나타내고,
Figure PCTKR2016004541-appb-I000015
는 한 심볼에 속한 정보비트의 수를 나타낸다.
변조 방식으로 QPSK(quadrature phase shift keying) 방식을 사용한다고 가정할 때, 2차 모멘트의 경우 하기 수학식 7과 같이 계산할 수 있다.
Figure PCTKR2016004541-appb-M000007
수학식 7에서 θ는 심볼셋 Θ에 속하는 심볼들 중 하나를 나타내고,
Figure PCTKR2016004541-appb-I000016
는 한 심볼에 속한 정보비트의 수를 나타낸다.
자원 매핑 유닛(504)에는 수신 신호 y와 소프트 심볼 생성 유닛(502)으로부터 출력된 소프트 심볼이 입력되고, 상기 자원 매핑 유닛(504)은 상기 입력된 소프트 심볼의 값을 재배치하여 VPS 선택 유닛(506)으로 전달한다. VPS 선택 유닛(506)은 하향링크 신호들 각각이 수신되는 자원의 위치를 기반으로 관련 자원 위치에서 복원된 데이터의 정확도와, 상기 관련 자원 위치와 기준 신호가 수신되는 자원 위치의 상관도 등을 고려하여 가상 기준 신호를 선택한다. 즉 VPS 선택 유닛(506)은 상기 복원된 데이터의 정확도가 높으면서 상기 상관도가 높은 자원의 위치에서 수신되는 신호를 가상 기준 신호로써 선택하고 선택된 가상 기준 신호를 채널 추정 유닛(508)으로 전달한다. 여기서 상기 복원된 데이터의 정확도와 상기 상관도는 이후에 설명할 수학식 18에 의해 계산될 수 있다.
채널 추정 유닛(508)은 VPS 선택 유닛(506)으로부터 입력된 가상 기준 신호를 기반으로 채널을 재 추정한다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 MU-MIMO 시스템의 자원 블록에서 기준 신호 위치와 가상기준 신호의 위치의 예를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 상기 MU-MIMO 시스템은 4개의 안테나를 가지는 기지국과 4명의 사용자를 포함한다고 가정하고, 상기 4개의 안테나에 대해 2개의 안테나를 하나의 그룹으로 구성할 경우를 가정한다. 또한 상기 4명의 사용자가 4개의 자원을 할당 받아 기준 신호를 수신하는 경우를 가정한다.
이 경우 첫 번째 사용자의 수신 신호 y1을 벡터화하여 나타내면 하기 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2016004541-appb-M000008
수학식 8에서 p1은 첫 번째 자원에 할당된 기준 신호를 나타내고, p2는 두 번째 자원에 할당된 기준 신호를 나타내고, p3는 세 번째 자원에 할당된 기준 신호를 나타내고, p4는 네 번째 자원에 할당된 기준 신호를 나타내고, d1은 첫 번째 사용자의 데이터 신호를 나타내고, d2는 두 번째 사용자의 데이터 신호를 나타내고, d3는 세 번째 사용자의 데이터 신호를 나타내고, d4는 네 번째 사용자의 데이터 신호를 나타내고, h1은 첫 번째 사용자의 채널을 나타내고, w1은 첫 번째 사용자의 프리코딩 벡터를 나타내고, w2는 두 번째 사용자의 프리코딩 벡터를 나타내고, w3는 세 번째 사용자의 프리코딩 벡터를 나타내고, w4는 네 번째 사용자의 프리코딩 벡터를 나타내고, n1은 첫 번째 사용자의 가우시안 잡음을 나타내고, n2는 두 번째 사용자의 가우시안 잡음을 나타내고, n3는 세 번째 사용자의 가우시안 잡음을 나타내고, n4는 네 번째 사용자의 가우시안 잡음을 나타낸다.
첫 번째 사용자의 수신 신호를 이용한 채널 추정은 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2016004541-appb-I000017
는 도 2의 자원 요소 202에서 수신되는 신호를 이용한 채널 추정을 나타내고,
Figure PCTKR2016004541-appb-I000018
는 도 2의 자원 요소 204에서 수신되는 신호를 이용한 채널 추정을 나타낸다.
Figure PCTKR2016004541-appb-M000009
수학식 9에서 y는 도 4의 자원 디매핑기(404)에서 출력되는 신호를 의미하고,
Figure PCTKR2016004541-appb-I000019
는 도 4의 채널 추정기(410)에서 출력되는 신호를 의미하고, 여기에서
Figure PCTKR2016004541-appb-I000020
이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 채널 추정 방법은 한 번에 여러 명의 사용자들의 채널을 추정할 수 있는 장점이 있지만, 가상 기준 신호의 숫자가 증가하게 되면 채널 추정을 위한 역행렬 계산의 복잡도가 기하 급수적으로 증가하여 구현이 어려워질 수도 있다.
따라서 이러한 계산 복잡도를 감소시키기 위해, 본 발명의 일 실시예에서는 기준 신호에서 직교 패턴을 미리 제거한 뒤 채널을 추정을 하는 방법을 이용한다. 두 명의 사용자가 두 개의 자원 요소를 이용하여 두 개의 기준 신호를 포함하는 기준 신호 그룹으로 채널을 추정할 경우, 직교 패턴이 제거된 수신 신호
Figure PCTKR2016004541-appb-I000021
는 하기 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2016004541-appb-M000010
수학식 10에서 p1은 첫 번째 자원에 할당된 기준 신호를 나타내고, p2는 두 번째 자원에 할당된 기준 신호를 나타내고, y1은 첫 번째 사용자의 수신 신호를 나타내고, ρ는 전송 신호의 전력을 나타내고, h1은 첫 번째 사용자의 채널을 나타내고, w1은 첫 번째 사용자의 프리코딩 벡터를 나타내고, n1은 첫 번째 사용자의 가우시안 잡음을 나타낸다.
수학식 10과 같은 수신 신호의 채널 추정은 기준 신호 그룹에 포함되는 복수개의 기준 신호들을 벡터화한 뒤 하기 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2016004541-appb-M000011
수학식 11에서 ρ는 전송 신호의 전력을 나타내고, σ는 잡음 신호의 전력 나타낸다. 한편, 데이터 신호로부터 생성된 i번째 가상 기준 신호는 하기 수학식 12와 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2016004541-appb-M000012
수학식 12에서 ρ는 전송 신호의 전력을 나타내고, g1은 첫 번째 사용자의 가상 기준 신호에 관련된 자원 위치의 채널을 나타내고, d1은 첫 번째 사용자의 데이터 신호를 나타내고, Nt는 전송 안테나의 수를 나타내고, j는 사용자 인덱스를 나타내고, W1은 첫 번째 사용자의 프리코딩 벡터를 나타내고, v1은 가상 기준 신호에 관련된 위치에서의 잡음 신호를 나타낸다.
수학식 12에 나타낸 가상 기준 신호 z1을 벡터화하여 나타내면 하기 수학식 13과 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2016004541-appb-M000013
수학식 13에서 d1은 첫 번째 사용자의 데이터 신호를 나타내고, ρ는 전송 신호의 전력을 나타내고, g1은 첫 번째 사용자의 가상 기준 신호에 관련된 위치의 채널을 나타내고, w1은 첫 번째 사용자의 프리코딩 벡터를 나타내고, j는 사용자 인덱스를 나타내고, v1은 가상 기준 신호에 관련된 위치에서의 잡음 신호를 나타낸다.
직교 패턴을 제거한 기준 신호와 달리 수학식 13의 가상 기준 신호에서는 다른 사용자의 간섭 신호와 데이터 신호가 남아있기 때문에 수학식 14에 나타낸 바와 같은 정제 과정을 거친다.
Figure PCTKR2016004541-appb-M000014
수학식 14에서 ρ는 전송 신호의 전력을 나타내고, j는 사용자 인덱스를 나타내고,
Figure PCTKR2016004541-appb-I000022
는 다중 사용자 검출기를 통해 검출된 다른 사용자, 일례로 j번째 사용자의 신호를 나타내고,
Figure PCTKR2016004541-appb-I000023
는 유효 채널 g1w1를 나타내고,
Figure PCTKR2016004541-appb-I000024
는 이전 채널 추정 과정에서 얻어진 다른 사용자, 일례로 j번째 사용자의 채널 값을 나타내고, v1은 가상 기준 신호에 관련된 위치에서의 잡음 신호를 나타낸다.
결국 기준 신호와 가상 기준 신호를 벡터화하여 나타내면 하기 수학식 15와 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2016004541-appb-M000015
수학식 15에서 ρ는 전송 신호의 전력을 나타내고, j는 사용자 인덱스를 나타내고,
Figure PCTKR2016004541-appb-I000025
는 다중 사용자 검출기를 통해 검출된 다른 사용자, 일례로 j번째 사용자의 신호를 나타내고,
Figure PCTKR2016004541-appb-I000026
는 유효 채널 g1w1를 나타내고,
Figure PCTKR2016004541-appb-I000027
는 이전 반복 과정에서 얻어진 다른 사용자, 일례로 j번째 사용자의 채널 값을 나타내고, v1은 가상 기준 신호에 관련된 위치에서의 잡음 신호를 나타낸다.
정제된 수신 신호에 기반한 가상 기준 신호를 이용한 채널 추정은 하기 수학식 16과 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2016004541-appb-M000016
수학식 16에서
Figure PCTKR2016004541-appb-I000028
이고,
Figure PCTKR2016004541-appb-I000029
이고,
Figure PCTKR2016004541-appb-I000030
이고,
Figure PCTKR2016004541-appb-I000031
이다.
가상 기준 신호로 인한 성능을 향상시키기 위해서는 가상 기준 신호를 기반으로 복원된 데이터의 정확도도 중요하지만, 상기 가상 기준 신호는 원래의 기준 신호와 반드시 강한 연관성을 가지고 있어야만 한다. 또한 다른 사용자에 의한 간섭이 존재하기 때문에 다른 사용자의 간섭이 비교적 잘 제거된 자원 위치의 신호를 상기 가상 기준 신호로 사용하여야 한다. 따라서 가상 기준 신호를 이용한 채널 추정이 최대 효과를 얻기 위해서는, 다음과 같이 추정된 채널의 평균 오차가 가장 작은 신호를 기준으로 가상 기준 신호가 선택되어야 한다.
상기 추정된 채널의 평균 오차 값이 가장 작은 자원의 위치는 하기 수학식 17와 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2016004541-appb-M000017
수학식 17에서 ρ는 전송 신호의 전력을 나타내고, h1은 첫 번째 사용자의 채널을 나타내고, g1은 첫 번째 사용자의 가상 기준 신호에 관련된 자원 위치의 채널을 나타낸다.
여러 과정의 계산을 거치고 나면, 수학식 17에 나타낸 평균 오차 값이 가장 작은 자원의 위치는 하기 수학식 18에 나타낸 식의 계산 값이 큰 값을 가지는 자원의 위치와 동일함을 알 수 있다.
Figure PCTKR2016004541-appb-M000018
수학식 18에서 ρ는 전송 신호의 전력을 나타내고, i는 사용자 인덱스를 나타내고, d1은 첫 번째 사용자의 데이터 신호를 나타내고, λi는 i번째 사용자의
Figure PCTKR2016004541-appb-I000032
를 나타낸다. 또한 수학식 18에서 첫 번째 항(term)은 관련 자원 위치에서 복원된 데이터의 정확도를 나타내고, 두 번째 항은 관련 자원 위치와 기준 신호의 자원 위치 간의 상관도를 나타낸다. 상기 상관도는 상기 관련 자원과 상기 기준 신호의 자원이 주파수 축 또는 시간 축 상에서 얼마나 가까이 위치하는지를 나타낼 수 있다. 또한 는 0 내지 1 사이의 값을 가지며 상기
Figure PCTKR2016004541-appb-I000034
값이 1에 가까워질수록 상관도는 높아진다.
도 6 및 수학식 8 내지 수학식 18은 기준 신호가 LTE(long term evolution) 시스템의 복조 RS인 경우를 일례로 설명하였다. 그러나 도 6의 실시예 및 수학식 8 내지 수학식 18은 복조 RS 뿐만 아니라 다른 구조의 RS에도 얼마든지 적용될 수 있음은 물론이다. 또한 도 6의 실시예는 안테나 구조, 관련 시스템이 포함하는 사용자 수, 안테나들을 기반으로 기준 신호 그룹을 생성하는 원리와 무관하게 적용될 수 있음은 물론이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 MU-MIMO 시스템에서 수신기가 하향링크 채널을 추정하는 동작을 나타낸 순서도이다.
도 7을 참조하면, 702단계에서 수신기는 신호를 수신하고 수신된 신호에 대해 FFT를 수행한다. 704단계에서 수신기는 FFT가 수행된 수신 신호로부터 관련 자원 영역에 매핑되는 수신 신호를 검출한다. 여기서는 관련 자원 영역에 매핑되는 수신 신호가 기준 신호라 가정한다.
706단계에서 수신기는 검출된 기준 신호를 기반으로 하향링크 채널을 추정하고, 708단계로 진행하여 상기 검출된 기준 신호로부터 복구하고자 하는 심볼에 대한 LLR 값을 계산한다.
710단계에서 수신기는 LLR 값을 기반으로 채널 복호를 수행하여 정보 비트를 복구하고, 712단계로 진행하여 정보 비트의 복구에 성공하였는지 여부를 검사한다. 상기 채널 복호에는 부호기에서 사용된 부호 방식에 대응하는 복호 방식이 사용되며, 여기서는 일례로 터보 복호 방식을 사용한다고 가정한다. 또한 712단계의 검사 동작에는 다양한 오류 검출 방식이 사용될 수 있으며, 여기서는 일례로 순환 중복 검사(CRC: cyclic redundancy check) 방식을 사용한다고 가정한다.
712단계 검사 결과 수신기는 상기 정보 비트 복구에 성공한 경우 채널 추정 동작을 종료하고, 상기 정보 비트 복구에 성공하지 못한 경우 714단계로 진행하여 LLR 값을 기반으로 소프트 심볼을 생성한다. 716단계에서 수신기는 소프트 심볼 값들을 재배치하고, 718단계로 진행하여 가상 기준 신호를 선택한다. 이때 상기 가상 기준 신호는 관련 자원 위치에서 복원된 데이터의 정확도와, 상기 관련 자원 위치와 기준 신호가 수신되는 자원 위치의 상관도를 기반으로 선택되며, 상기 복원된 데이터의 정확도가 높으면서 상기 상관도가 높은 자원 위치에서 수신되는 신호는 상기 가상 기준 신호로서 선택된다.
이후 수신기는 706단계로 진행하고, 718단계에서 선택한 가상 기준 신호를 기반으로 하향링크 채널을 재 추정한다.
한편 도 7에서는 정보 비트 복구에 성공할 때까지 채널 추정 동작을 반복하여 수행하는 경우를 일례로 설명하였다. 그러나 수신기는 반복 복호 회수를 미리 결정할 수도 있으며, 이 경우 수신기는 미리 결정된 반복 복호 회수만큼만 채널 추정 동작을 수행하고 정보 비트 복구의 성공 여부와 관계 없이 채널 추정 동작을 종료할 수도 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 MU-MIMO 시스템에서 단일 사용자 검출 방식을 사용하는 수신기와 다중 사용자 검출 방식을 사용하는 수신기의 성능을 나타낸 그래프이다.
도 8을 참조하면, 상기 MU-MIMO 시스템은 4개의 안테나를 가지는 기지국과 4명의 사용자를 포함한다고 가정하고, 상기 4개의 안테나에 대해 2개의 안테나를 하나의 그룹으로 구성할 경우를 가정한다. 또한 상기 4명의 사용자가 4개의 자원을 할당 받아 기준 신호를 수신하는 경우를 가정한다.
채널 환경은 EVA(Extended Vehicular A) 모델을 사용하고, 도플러 효과는 70hz를 가정하며, LLR 계산 방식으로 최소 평균 제곱 에러(MMSE: minimum mean square error)-부분 간섭 제거(PIC: partial interference cancellation) 방식을 사용하고, 가상 기준 신호의 경우 하나의 자원 블록당 32개의 심볼을 선택한다고 가정한다. 또한 변조 방식으로 QPSK 1/2을 사용하고 간섭의 합계 전력이 지정된 사용자 전력 대비 -2dB에 상당한다고 가정한다.
도시된 그래프의 가로축은 Eb/No(energy per bit to noise spectral density ratio)를 의미하고 세로축은 BLER(block error rate)을 의미한다.
또한 Perfect CSI(channel state information) with SUD는 채널 정보를 정확히 알고 있고 단일 사용자 검출(SUD: single user detection) 방식을 사용하는 수신기의 성능을 나타낸 그래프이고, Conventional MMSE with SUD는 기존의 MMSE 방식과 SUD 방식을 사용하는 수신기의 성능을 나타낸 그래프이고, Perfect CSI with MUD는 채널 정보를 정확히 알고 있고 다중 사용자 검출(MUD: multi user detection) 방식을 사용하는 수신기의 성능을 나타낸 그래프이고, MMSE with MUD는 MMSE 방식으로 간섭 채널을 추정하고 MUD 방식을 사용하는 수신기의 성능을 나타낸 그래프이고, Proposed with MUD는 가상 기준 신호를 사용하는 수신기의 성능을 나타낸 그래프이다.
도 8의 그래프를 통해 가상 기준 신호를 사용하는 수신기는 SUD 방식의 수신기 대비 4dB의 성능 향상이 있음을 확인할 수 있고, MUD 방식의 수신기 대비 0.5dB의 성능 향상이 있음을 확인할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 MU-MIMO 시스템에서 단일 사용자 검출 방식을 사용하는수신기와 다중 사용자 검출 방식을 사용하는 수신기의 성능을 나타낸 또 다른 그래프이다.
도 9를 참조하면, 상기 MU-MIMO 시스템은 4개의 안테나를 가지는 기지국과 4명의 사용자를 포함한다고 가정하고, 상기 4개의 안테나에 대해 2개의 안테나를 하나의 그룹으로 구성할 경우를 가정한다. 또한 상기 4명의 사용자가 4개의 자원을 할당 받아 기준 신호를 수신하는 경우를 가정한다.
채널 환경은 EVA 모델을 사용하고, 도플러 효과는 70hz를 가정하며, LLR 계산 방식으로 MMSE-PIC 방식을 사용하고, 가상 기준 신호의 경우 하나의 자원 블록당 32개의 심볼을 선택한다고 가정한다. 또한 변조 방식으로 16 QAM(quadrature amplitude modulation) 방식을 사용하고 간섭의 합계 전력이 지정된 사용자 전력 대비 -3dB에 상당한다고 가정한다.
도시된 그래프의 가로축은 Eb/No를 의미하고 세로축은 BLER을 의미한다.
또한 Perfect CSI with SUD는 채널 정보를 정확히 알고 있고 SUD 방식을 사용하는 수신기의 성능을 나타낸 그래프이고, Conventional MMSE with SUD는 기존의 MMSE 방식과 SUD 방식을 사용하는 수신기의 성능을 나타낸 그래프이고, Perfect CSI with MUD는 채널 정보를 정확히 알고 있고 MUD 방식을 사용하는 수신기의 성능을 나타낸 그래프이고, MMSE with MUD는 MMSE 방식으로 간섭 채널을 추정하고 MUD 방식을 사용하는 수신기의 성능을 나타낸 그래프이고, Proposed with MUD는 가상 기준 신호를 사용하는 수신기의 성능을 나타낸 그래프이다.
도 9의 그래프를 통해 가상 기준 신호를 사용하는 수신기는 SUD 방식의 수신기 대비 3dB의 성능 향상이 있음을 확인할 수 있고, MUD 방식의 수신기 대비 1dB의 성능 향상이 있음을 확인할 수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 하향링크 채널 추정 장치 및 방법은 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 조합의 형태로 실현 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 이러한 임의의 소프트웨어는 예를 들어, 삭제 가능 또는 재기록 가능 여부와 상관없이, ROM 등의 저장 장치와 같은 휘발성 또는 비휘발성 저장 장치, 또는 예를 들어, RAM, 메모리 칩, 장치 또는 집적 회로와 같은 메모리, 또는 예를 들어 CD, DVD, 자기 디스크 또는 자기 테이프 등과 같은 광학 또는 자기적으로 기록 가능함과 동시에 기계(예를 들어, 컴퓨터)로 읽을 수 있는 저장 매체에 저장될 수 있다. 본 발명의 그래픽 화면 갱신 방법은 제어부 및 메모리를 포함하는 컴퓨터 또는 휴대 단말에 의해 구현될 수 있고, 상기 메모리는 본 발명의 실시 예들을 구현하는 지시들을 포함하는 프로그램 또는 프로그램들을 저장하기에 적합한 기계로 읽을 수 있는 저장 매체의 한 예임을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명은 본 명세서의 임의의 청구항에 기재된 장치 또는 방법을 구현하기 위한 코드를 포함하는 프로그램 및 이러한 프로그램을 저장하는 기계(컴퓨터 등)로 읽을 수 있는 저장 매체를 포함한다. 또한, 이러한 프로그램은 유선 또는 무선 연결을 통해 전달되는 통신 신호와 같은 임의의 매체를 통해 전자적으로 이송될 수 있고, 본 발명은 이와 균등한 것을 적절하게 포함한다
또한 본 발명의 실시예에서는 하향링크 채널 추정 장치로부터 상기 프로그램을 수신하여 저장할 수 있다. 상기 프로그램 제공 장치는 그래픽 처리 장치가 기 설정된 컨텐츠 보호 방법을 수행하도록 하는 지시들을 포함하는 프로그램, 컨텐츠 보호 방법에 필요한 정보 등을 저장하기 위한 메모리와, 상기 그래픽 처리 장치와의 유선 또는 무선 통신을 수행하기 위한 통신부와, 상기 그래픽 처리 장치의 요청 또는 자동으로 해당 프로그램을 상기 송수신 장치로 전송하는 제어부를 포함할 수 있다.

Claims (14)

  1. 무선 통신 시스템에서 수신기가 하향링크 채널을 추정하는 방법에 있어서,
    수신 신호들 중 기준 신호를 기반으로 하향링크 채널을 추정하여 정보 비트를 복구하는 과정과,
    상기 정보 비트의 복구에 성공하지 못한 경우, 상기 수신 신호들 각각이 수신되는 자원 위치에서 복원된 데이터의 정확도, 상기 수신 신호들 각각이 수신되는 자원 위치와 상기 기준 신호가 수신되는 자원 위치 간의 상관도 및 상기 수신 신호들 각각이 수신되는 자원 위치에서 추정된 채널의 평균 오차 중 적어도 하나를 기반으로 가상 기준 신호를 선택하는 과정과,
    상기 선택된 가상 기준 신호를 기반으로 상기 하향링크 채널을 추정하는 과정을 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가상 기준 신호를 선택하는 과정은, 상기 수신 신호들 중 상기 복원된 데이터의 정확도와 상기 상관도가 가장 높은 신호를 선택하는 과정임을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복원된 데이터의 정확도와 상기 상관도가 가장 높은 신호가 수신되는 자원 위치는 하기 수학식에 의해 결정됨을 특징으로 하는 방법.
    Figure PCTKR2016004541-appb-I000035
    상기 첫 번째 항(term)은 상기 복원된 데이터의 정확도를 나타내고, 상기 두 번째 항은 상기 상관도를 나타내고, 상기 ρ는 전송 신호의 전력을 나타내고, i는 사용자 인덱스를 나타내고, d1은 첫 번째 사용자의 데이터 신호를 나타내고, λi는 i번째 사용자의
    Figure PCTKR2016004541-appb-I000036
    를 나타냄.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가상 기준 신호를 선택하는 과정은, 상기 수신 신호들 중 상기 추정된 채널의 평균 오차가 가장 작은 신호를 선택하는 과정임을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 추정된 채널의 평균 오차가 가장 작은 신호가 수신되는 자원 위치는 하기 수학식에 의해 결정됨을 특징으로 하는 방법.
    Figure PCTKR2016004541-appb-I000037
    상기 ρ는 전송 신호의 전력을 나타내고, h1은 첫 번째 사용자의 채널을 나타내고, g1은 첫 번째 사용자의 가상 기준 신호에 관련된 자원 위치의 채널을 나타냄.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기준 신호의 직교 패턴을 제거하는 과정을 더 포함하며,
    상기 직교 패턴이 제거된 기준 신호
    Figure PCTKR2016004541-appb-I000038
    는 하기 수학식과 같이 나타냄을 특징으로 하는 방법.
    Figure PCTKR2016004541-appb-I000039
    상기 p1은 첫 번째 자원에 할당된 기준 신호를 나타내고, 상기 p2는 두 번째 자원에 할당된 기준 신호를 나타내고, 상기 y1은 첫 번째 사용자의 수신 신호를 나타내고, 상기 ρ는 전송 신호의 전력을 나타내고, 상기 h1은 첫 번째 사용자의 채널을 나타내고, 상기 w1은 첫 번째 사용자의 프리코딩 벡터를 나타내고, 상기 n1은 첫 번째 사용자의 가우시안 잡음을 나타냄.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가상 기준 신호로부터 다른 사용자의 간섭 신호 및 데이터 신호를 제거하는 과정을 더 포함하며,
    상기 다른 사용자의 간섭 신호 및 데이터 신호가 제거된 가상 기준 신호
    Figure PCTKR2016004541-appb-I000040
    은 하기 수학식과 같이 나타냄을 특징으로 하는 방법.
    Figure PCTKR2016004541-appb-I000041
    상기 ρ는 전송 신호의 전력을 나타내고, 상기 j는 사용자 인덱스를 나타내고, 상기
    Figure PCTKR2016004541-appb-I000042
    는 다중 사용자 검출기를 통해 검출된 다른 사용자, 일례로 j번째 사용자의 신호를 나타내고, 상기
    Figure PCTKR2016004541-appb-I000043
    는 유효 채널 giwi를 나타내고, 상기
    Figure PCTKR2016004541-appb-I000044
    는 이전 채널 추정 과정에서 얻어진 다른 사용자, 일례로 j번째 사용자의 채널 값을 나타내고, 상기 v1은 가상 기준 신호에 관련된 위치에서의 잡음 신호를 나타냄.
  8. 무선 통신 시스템에서 하향링크 채널을 추정하는 수신기에 있어서,
    수신 신호들 중 기준 신호를 기반으로 하향링크 채널을 추정하여 정보 비트를 복구하는 복호기와,
    상기 정보 비트의 복구에 성공하지 못한 경우, 상기 수신 신호들 각각이 수신되는 자원 위치에서 복원된 데이터의 정확도, 상기 수신 신호들 각각이 수신되는 자원 위치와 상기 기준 신호가 수신되는 자원 위치 간의 상관도 및 상기 수신 신호들 각각이 수신되는 자원 위치에서 추정된 채널의 평균 오차 중 적어도 하나를 기반으로 가상 기준 신호를 선택하고, 상기 선택된 가상 기준 신호를 기반으로 상기 하향링크 채널을 추정하는 채널 추정기를 포함하는 수신기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 채널 추정기는 상기 수신 신호들 중 상기 복원된 데이터의 정확도와 상기 상관도가 가장 높은 수신 신호를 상기 가상 기준 신호로서 선택함을 특징으로 하는 수신기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 복원된 데이터의 정확도와 상기 상관도가 가장 높은 신호가 수신되는 자원 위치는 하기 수학식에 의해 결정됨을 특징으로 하는 수신기.
    Figure PCTKR2016004541-appb-I000045
    상기 첫 번째 항(term)은 상기 복원된 데이터의 정확도를 나타내고, 상기 두 번째 항은 상기 상관도를 나타내고, 상기 ρ는 전송 신호의 전력을 나타내고, i는 사용자 인덱스를 나타내고, d1은 첫 번째 사용자의 데이터 신호를 나타내고, λi는 i번째 사용자의
    Figure PCTKR2016004541-appb-I000046
    를 나타냄.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 채널 추정기는 상기 수신 신호들 중 추정된 채널의 평균 오차가 가장 작은 수신 신호를 상기 가상 기준 신호로서 선택함을 특징으로 하는 수신기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 추정된 채널의 평균 오차가 가장 작은 신호가 수신되는 자원 위치는 하기 수학식에 의해 결정됨을 특징으로 하는 수신기.
    Figure PCTKR2016004541-appb-I000047
    상기 ρ는 전송 신호의 전력을 나타내고, h1은 첫 번째 사용자의 채널을 나타내고, g1은 첫 번째 사용자의 가상 기준 신호에 관련된 자원 위치의 채널을 나타냄.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 채널 추정기는 상기 기준 신호의 직교 패턴을 제거하고, 상기 직교 패턴이 제거된 기준 신호
    Figure PCTKR2016004541-appb-I000048
    는 하기 수학식과 같이 나타냄을 특징으로 하는 수신기.
    Figure PCTKR2016004541-appb-I000049
    상기 p1은 첫 번째 자원에 할당된 기준 신호를 나타내고, 상기 p2는 두 번째 자원에 할당된 기준 신호를 나타내고, 상기 y1은 첫 번째 사용자의 수신 신호를 나타내고, 상기 ρ는 전송 신호의 전력을 나타내고, 상기 h1은 첫 번째 사용자의 채널을 나타내고, 상기 w1은 첫 번째 사용자의 프리코딩 벡터를 나타내고, 상기 n1은 첫 번째 사용자의 가우시안 잡음을 나타냄.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 채널 추정기는 상기 가상 기준 신호로부터 다른 사용자의 간섭 신호 및 데이터 신호를 제거하고, 상기 다른 사용자의 간섭 신호 및 데이터 신호가 제거된 가상 기준 신호
    Figure PCTKR2016004541-appb-I000050
    은 하기 수학식과 같이 나타냄을 특징으로 하는 수신기.
    Figure PCTKR2016004541-appb-I000051
    상기 ρ는 전송 신호의 전력을 나타내고, 상기 j는 사용자 인덱스를 나타내고, 상기
    Figure PCTKR2016004541-appb-I000052
    는 다중 사용자 검출기를 통해 검출된 다른 사용자, 일례로 j번째 사용자의 신호를 나타내고, 상기
    Figure PCTKR2016004541-appb-I000053
    는 유효 채널 giwi를 나타내고, 상기
    Figure PCTKR2016004541-appb-I000054
    는 이전 채널 추정 과정에서 얻어진 다른 사용자, 일례로 j번째 사용자의 채널 값을 나타내고, 상기 v1은 가상 기준 신호에 관련된 위치에서의 잡음 신호를 나타냄.
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