KR101003891B1 - 기지국 및 그 ｍｉｍｏ－ｏｆｄｍ 통신 방법 - Google Patents

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Abstract

기지국은 MIMO-OFDM 통신에 의해 이동국과 통신할 때, 이동국의 통신 환경이 좋으면 멀티 데이터 스트림 전송인 다입력 다출력(MIMO) 통신 방식에 의해, 또한 이동국의 통신 환경이 나쁘면 1데이터 스트림 전송인 1입력 다출력(SIMO) 통신 방식에 의해, 데이터 및 파일럿 신호를 송신한다. 이러한 MIMO-OFDM 통신 시에, 기지국은, 소정 셀의 1데이터 스트림 전송 시에서 채널 추정에 사용하는 파일럿 신호와, 인접 셀의 1데이터 스트림 전송 시에서 채널 추정에 사용하는 파일럿 신호가 주파수 방향 및/또는 시간축 방향에서 겹치지 않도록 제어한다.

Description

기지국 및 그 ＭＩＭＯ－ＯＦＤＭ 통신 방법{BASE STATION AND ITS MIMO-OFDM COMMUNICATION METHOD}
본 발명은, 기지국 및 그 MIMO-OFDM 통신 방법에 관한 것으로, 특히 복수의 OFDM 송신 장치를 이용하여 복수의 안테나로부터 다입력 다출력(Multiple Input Multiple Output : MIMO) 통신 방식에 의해 데이터와 함께 파일럿 신호를 이동국에 송신하는 기지국 및 그 MIMO-OFDM 통신 방법에 관한 것이다.
대부분의 디지털 이동 통신 시스템에서는, 페이징 채널에서의 데이터 신호의 왜곡을 보상하기 위해 송신측으로부터 파일럿 신호를 데이터 신호에 다중하여 송신한다. 수신측에서는 송신측으로부터 송신된 파일럿 신호를 수신하고, 그 수신 파일럿 신호와 기지의 파일럿 신호를 비교하여 채널 왜곡의 추정(채널 추정)을 행하고, 수신한 데이터 신호에 그 채널 추정값에 기초하여 채널 보상을 실시하도록 하고 있다. 데이터 신호와 파일럿 신호의 다중 방법에는 다양한 종류가 있지만, 이하에서 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex) 방식의 경우에 대해 설명한다.
도 11은 OFDM 통신 시스템에서의 송신 장치의 구성도로서, 데이터 변조부(1)는 송신 데이터(유저 데이터나 제어 데이터)를 예를 들면 QPSK 데이터 변조하고, 동상 성분과 직교 성분을 갖는 복소 베이스 밴드 신호(심볼)로 변환한다. 시분할 다중부(2)는 복수 심볼의 파일럿을 데이터 심볼에 시간 다중한다. 시리얼 패러럴 변환부(3)는 입력 데이터를 M심볼의 병렬 데이터로 변환하고, M개의 서브 캐리어 샘플 S0∼SM-1을 출력한다. IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)부(4)는 병렬 입력되는 서브 캐리어 샘플 S0∼SM-1에 IFFT(역푸리에 변환) 처리를 실시하여 합성하고, 이산 시간 신호(OFDM 신호)로 하여 출력한다. 가드 인터벌 삽입부(5)는, IFFT부로부터 입력되는 M심볼분의 OFDM 신호에 가드 인터벌을 삽입하고, 송신부(TX)(6)는 가드 인터벌이 삽입된 OFDM 신호를 DA 변환하고, 다음으로 OFDM 신호의 주파수를 베이스 밴드로부터 무선 대역으로 변환하고, 고주파 증폭하여 안테나(7)로부터 송신한다.
도 12는 시리얼 패러럴 변환 설명도로서, 1프레임의 송신 데이터의 전방에 공통 파일럿 P가 시간 다중되어 있는 예를 도시하고 있다. 1프레임당 공통 파일럿이 예를 들면 4×M심볼(=4OFDM 심볼), 송신 데이터가 28×M심볼(=28OFDM 심볼)인 것으로 하면, 시리얼 패러럴 변환부(3)로부터 병렬 데이터로서 최초의 4회까지 파일럿의 M심볼이 출력되고, 이후 병렬 데이터로서 28회 송신 데이터의 M심볼이 출력된다. 이 결과, 1프레임 기간에서 파일럿을 모든 서브 캐리어에 시간 다중하여 4회 전송할 수 있고, 수신측에서 그 파일럿을 이용하여 서브 캐리어마다 채널을 추정하여 채널 보상(페이징 보상)이 가능하게 된다. 또한, M심볼로 1개의 OFDM 심볼이 구성된다.
도 13은 가드 인터벌 삽입 설명도이다. 가드 인터벌 삽입이란, M개의 서브 캐리어 샘플(=1OFDM 심볼)에 따른 IFFT 출력 신호를 1단위로 할 때, 그 선두부에 말미 부분을 카피하는 것이다. 가드 인터벌 GI를 삽입함으로써 멀티패스에 의한 부호간 간섭의 영향을 없애는 것이 가능하게 된다.
도 14는 OFDM 수신 장치의 구성도이다. 송신 안테나(7)로부터 출력된 신호는 페이징 채널(전파로)을 거쳐, 수신 장치의 수신 안테나(8)에 의해 수신되고, 수신 회로(Rx)(9)는 안테나에 의해 수신된 RF 신호를 베이스 밴드 신호로 변환하고, 그 베이스 밴드 신호를 디지털로 AD 변환하여 출력한다. FFT 타이밍 동기 회로(10)는, 수신 회로(9)로부터 출력되는 시간 영역 신호로부터 FFT 타이밍을 검출하고, 심볼 잘라내기부(11)는 GI를 삭제함과 함께 그 FFT 타이밍에서 OFDM 심볼을 잘라내어 FFT부(12)에 입력한다. FFT부(12)는 잘라내어진 OFDM 심볼마다 FFT 처리를 행하여, 주파수 영역의 서브 캐리어 샘플 S0'∼SM-1'로 변환한다. 채널 추정 회로(13)는, 일정 간격으로 수신하는 파일럿 심볼과 기지의 파일럿 패턴의 상관을 계산함으로써, 서브 캐리어마다의 채널 추정을 행하고, 채널 보상 회로(14)는 채널 추정값을 이용하여, 데이터 심볼의 채널 변동을 보상한다. 이상의 처리에 의해, 각 서브 캐리어에 배분된 송신 데이터의 복조가 행해진다. 이후, 도시하지 않지만, 복조된 서브 캐리어 신호는 시리얼 데이터로 변환된 후, 복호된다.
이상은, 파일럿 신호를 주파수 방향으로 밀하게 배치한 경우이지만, 데이터 신호의 전송 효율, 채널 변동으로의 추종성 등의 관점에서, 파일럿 신호를 시간 혹은 주파수 방향으로 성기게 배치하는 스캐터드 배치가 잘 알려져 있다. 도 15는 특정한 서브 캐리어에서, 인접한 4OFDM 심볼에 걸쳐, 파일럿 신호 P가 데이터 신호 DT에 매립되어 있는 스캐터드 배치예이다. 스캐터드 배치의 파일럿 신호를 이용한 채널 추정은 이하와 같이 행해진다.
수신 장치는, FFT 후에 얻어지는 수신 파일럿 신호에 기지의 파일럿 신호의 복소 공액을 곱함으로써, 그 수신 파일럿 신호가 매립된 서브 캐리어의 채널 추정값을 계산한다. 다음으로, 이 채널 추정값을, 인접하는 복수의 심볼간에서 시간 평균함으로써, 잡음이나 간섭 성분을 어느 정도 억압한다. 그러한 후, 그 파일럿 신호가 매립되어 있는 서브 캐리어의 채널 추정값을 이용하여, 파일럿 신호가 매립되어 있지 않은 서브 캐리어의 채널 추정값을 주파수 방향에서 내삽 보간 혹은 외삽 보간하여 구한다. 마찬가지로 파일럿 신호가 매립되어 있지 않은 OFDM 심볼에 대해서는, 파일럿 신호가 매립된 OFDM 심볼에서의 채널 추정값을 이용하여 시간 방향에서 보간함으로써 구한다. 상기의 보간 처리에서는, 예를 들면 보간에 이용하는 파일럿 신호가 매립된 서브 캐리어 혹은 OFDM 심볼 사이에서, 채널 왜곡이 직선적으로 변동하고 있다고 상정하여, 선형 보간이 행해진다. 그러나, 실제의 채널 왜곡은, 엄밀하게는 직선적으로 변동하지 않고, 시간 방향으로는 이동국의 고속 이동에 기인하고, 주파수 방향으로는 멀티패스 채널의 지연 분산에 기인하여, 복잡하게 변동하므로, 보간 처리 후의 채널 추정값에 오차가 생긴다.
따라서, 스캐터드 배치예에서는, 파일럿 신호의 삽입 간격이 넓을수록, 데이터 신호의 전송 효율이 향상되지만, 이동국의 고속 이동 등에 기인하여 생기는 채널의 급격한 변동에 채널 추정이 추종하기 어려워져, 수신 특성이 열화된다. 한편, 파일럿 신호의 삽입 간격이 좁을수록, 데이터 신호의 전송 효율은 저하되지만, 채널의 급격한 변동에도 채널 추정이 추종하기 쉽기 때문에, 수신 특성의 열화는 생기기 어렵다. 그 때문에, 파일럿 신호의 배치는, 디지털 이동 통신 시스템이 운용되는 지리적인 환경이나, 상정되는 이동국의 이동 속도를 고려하여 설계할 필요가 있다.
여기서, 도 16에 도시한 바와 같은 멀티 셀 환경에서, 셀 A, B, C의 경계 부근에 위치하는 이동국 MS가, 셀 A의 기지국 BSA와 통신을 행하고 있는 상황을 생각한다. 이동국 MS는, 셀 A의 기지국 BSA로부터의 하향 링크의 신호 SA를 수신할 때, 인접 셀 B, C의 기지국 BSB, BSC로부터의 간섭 신호 IB, IC도 수신한다.
1셀 반복 시스템의 경우, 이들의 간섭 신호는 다음과 같이 억압된다. 즉, 송신 장치는 확산 부호(채널라이제이션 코드)를 이용하여 확산하거나, 혹은 레피티션에 의해 1심볼의 데이터 정보를 복수의 심볼에 카피하고, 그러한 후 셀 고유의 스크램블 코드를 승산하여 송신한다. 수신 장치는, 송신 장치와 동일한 스크램블 코드를 수신 신호에 승산한 후에, 확산 부호에 의한 역확산, 혹은 동상 가산을 행하여 복조함으로써, 인접 셀로부터의 간섭 신호를 어느 정도 억압한다.
그러나, 파일럿 신호는 데이터 신호로부터 고전력으로 송신되기 때문에, 상기의 처리를 행하였다고 하여도, 여전히 인접 셀에 미치는 영향은 크다. 특히, 기지국간 동기 시스템에서는, 도 17에 도시한 바와 같이 각 셀 A, B, C의 파일럿 신호 PA, PB, PC의 배치가 공통이다. 이 때문에, 항상, 각 셀의 파일럿 신호가 서로 간섭하여, 채널 추정 정밀도가 열화된다. 또한, 기지국간 비동기 시스템에서도, 시간적으로 어느 정도의 비율로, 각 셀의 파일럿 신호가 서로 간섭하여, 채널 추정 정밀도가 열화된다.
상기의 문제의 회피책으로서는, 파일럿 신호의 배치가 각 셀에서 겹치지 않도록 하면 된다. 도 18에 도시한 예에서는, 인접하는 3셀의 파일럿 신호가 겹치지 않도록, 주파수 방향으로 어긋나게 하여 배치하고 있다. 이 경우, 특정한 셀에서의 파일럿 신호의 주파수 방향의 간격을 n서브 캐리어(n=셀수-1)보다도 작게 할 수는 없다. 도 18의 예에서는 n=2이다.
MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) 다중 전송의 경우, 송신 안테나마다의 채널 추정값을 얻을 필요가 있으므로 송신 안테나마다 직교 파일럿 신호를 송신한다. 이들 파일럿 신호의 배치는, 싱글 안테나 송신의 경우와 마찬가지로, 각 셀에서 겹치지 않도록 하면 된다. 도 19는 각 셀 A, B, C에서 기지국 BSA, BSB, BSC가 4개의 안테나 1∼4를 이용하여 MIMO 다중 전송하는 멀티 셀 환경 설명도이며, 도 20은 각 셀 A, B, C의 안테나 1∼4의 파일럿 신호 배치예이다. 이 예에서는, 각 셀 A, B, C에서의 4송신 안테나용의 파일럿 신호 PA0∼PA3, PB0∼PB3, PC0∼PC3이 인접하는 3셀간에서 서로 겹치지 않도록, 주파수 방향으로 어긋나게 하여 배치하고 있다.
그러나, 도 20의 파일럿 배치예에서는, 임의의 셀에서의 임의의 안테나에서의 파일럿 신호의 주파수 방향의 간격을 11(=3셀×4안테나-1) 서브 캐리어보다도 작게 할 수는 없다. 따라서, 채널 변동이 큰 상황에서, 보간에 의한 채널 추정의 정밀도가 열화되게 된다.
복수의 안테나로부터 OFDM 신호를 송신하는 경우에 파일럿 신호의 전파로 상에서의 간섭을 저지하는 종래 기술이 있다(특허 문헌 1 참조). 이 종래 기술에서는, 한쪽의 안테나로부터 특정한 서브 캐리어로 파일럿 신호를 송신하고, 다른 쪽의 안테나로부터 파일럿 캐리어를 출력하지 않고, 또한 한쪽의 안테나의 파일럿 캐리어와 동일 주파수의 서브 캐리어를 널 신호로 하는 것이다. 그러나, 이 종래 기술은 타셀 혹은 타섹터로부터의 파일럿 신호의 간섭을 방지하는 것은 아니다. 또한, 종래 기술은 타셀 혹은 타섹터로부터의 파일럿 신호의 간섭을 방지하면서, 정밀도가 높은 채널 추정을 가능하게 하는 것은 아니다.
이상으로부터, 본 발명의 목적은 이동국이 통신 중이 아닌 타셀 혹은 타섹터로부터의 파일럿 신호의 간섭을 방지하면서, 정밀도가 높은 채널 추정을 가능하게 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 이동국이 셀 경계 혹은 섹터 경계에 존재하는 경우, 파일럿 신호끼리의 간섭을 충분히 작게 할 수 있고, 또한 급격한 채널 변동에 추종 가능한 채널 추정을 가능하게 하는 것이다.
특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 제2003-304216호 공보
<발명의 개시>
ㆍ제1 MIMO-OFDM 통신 방법
본 발명은, 복수의 OFDM 송신 장치를 이용하여 복수의 안테나로부터 다입력 다출력(MIMO) 통신 방식에 의해 데이터와 함께 파일럿 신호를 이동국에 송신하는 MIMO-OFDM 통신 방법으로서, 이동국의 통신 환경에 기초하여, 멀티 데이터 스트림 전송인 MIMO 통신 방식에 의해, 혹은 1데이터 스트림 전송인 1입력 다출력(Single Input Multiple 0utput:SIMO) 통신 방식에 의해 데이터 및 파일럿 신호를 송신하는 스텝, 소정 셀에서 1데이터 스트림 전송 시에 채널 추정에 사용하는 파일럿 신호와 인접 셀에서 1데이터 스트림 전송 시에 채널 추정에 사용하는 파일럿 신호가 서로 주파수 방향 및/또는 시간축 방향에서 겹치지 않도록 그 파일럿 신호를 배치하는 스텝을 구비하고 있다.
상기 본 발명의 제1 MIMO-OFDM 통신 방법은, 또한 상기 1데이터 스트림 전송 시에 소정의 안테나로부터 송신되는 채널 추정에 사용하는 파일럿 신호의 전력을, 다른 안테나로부터 송신하는 파일럿 신호의 전력보다 크게 하는 스텝을 구비하고 있다.
상기 본 발명의 제1 MIMO-OFDM 통신 방법은, 또한 이동국에서 기지국으로부터 송신되는 파일럿 신호를 수신하여 통신 환경을 측정하고, 그 통신 환경을 특정하는 데이터를 기지국에 피드백하는 스텝, 기지국에서 상기 통신 환경 특정 데이터에 기초하여 멀티 데이터 스트림 전송할지, 1데이터 스트림 전송할지 결정하는 스텝을 구비하고 있다.
상기 본 발명의 제1 MIMO-OFDM 통신 방법은, 또한 이동국에서 기지국으로부터 송신되는 파일럿 신호를 수신하여 통신 환경을 측정하고, 그 통신 환경을 특정하는 데이터를 기지국에 피드백하는 스텝, 기지국에서 상기 통신 환경 특정 데이터에 기초하여 멀티 데이터 스트림 전송에서의 데이터 스트림수를 제어하는 스텝을 구비하고 있다.
ㆍ제2 MIMO-OFDM 통신 방법
본 발명은, 셀을 섹터화하고, 섹터마다 복수의 OFDM 송신 장치를 이용하여 복수의 안테나로부터 다입력 다출력(MIMO) 통신 방식에 의해 데이터와 함께 파일럿 신호를 이동국에 송신하는 기지국의 MIMO-OFDM 통신 방법으로서, 섹터 내의 이동국의 통신 환경에 기초하여, 멀티 데이터 스트림 전송인 MIMO 통신 방식에 의해, 혹은 1데이터 스트림 전송인 1입력 다출력(SIMO) 통신 방식에 의해 데이터 및 파일럿 신호를 송신하는 스텝, 소정 섹터에서 1데이터 스트림 전송 시에 채널 추정에 사용하는 파일럿 신호와 인접 섹터에서 1데이터 스트림 전송 시에 채널 추정에 사용하는 파일럿 신호가 서로 주파수 방향 및/또는 시간축 방향에서 겹치지 않도록 그 파일럿 신호를 배치하는 스텝을 구비하고 있다.
상기 본 발명의 제2 MIMO-OFDM 통신 방법은, 또한 상기 1데이터 스트림 전송 시에 소정의 안테나로부터 송신되는 채널 추정에 사용하는 파일럿 신호의 전력을, 다른 안테나로부터 송신하는 파일럿 신호의 전력보다 크게 하는 스텝을 구비하고 있다.
상기 본 발명의 제2 MIMO-OFDM 통신 방법은, 각 섹터의 섹터 안테나로부터의 수신 전력을 이동국에 의해 측정하고, 인접 섹터간의 그 수신 전력의 차에 기초하여 멀티 데이터 스트림 전송할지, 1데이터 스트림 전송할지 결정하는 스텝을 구비하고 있다.
상기 본 발명의 제2 MIMO-OFDM 통신 방법은, 상기 멀티 데이터 스트림 전송하는 경우, 섹터 내의 이동국의 통신 환경에 기초하여 멀티 데이터 스트림 전송에서의 데이터 스트림수를 제어하는 스텝을 구비하고 있다.
ㆍ기지국
본 발명의 기지국은 상기 제1, 제2 MIMO-OFDM 통신 방법을 실행하는 구성을 구비하고 있다. 즉, 본 발명의 제1 기지국은, 이동국의 통신 환경에 의해 멀티 데이터 스트림 전송인 MIMO 통신 방식에 의해 통신할지, 1데이터 스트림 전송인 1입력 다출력(SIMO) 통신 방식에 의해 통신할지 결정하는 통신 방식 결정부, 소정 셀에서 1데이터 스트림 전송 시에 채널 추정에 사용하는 파일럿 신호와 인접 셀에서 1데이터 스트림 전송 시에 채널 추정에 사용하는 파일럿 신호가 서로 주파수 방향 및/또는 시간축 방향에서 겹치지 않도록 그 파일럿 신호의 위치를 제어하는 파일럿 위치 제어부를 구비하고 있다.
본 발명의 제2 기지국은, 상기 제2 MIMO-OFDM 통신 방법을 실행하는 구성을 구비하고 있다. 즉, 제2 기지국은, 섹터 내의 이동국의 통신 환경에 의해, 멀티 데이터 스트림 전송인 MIMO 통신 방식에 의해 통신할지, 1데이터 스트림 전송인 1입력 다출력(SIMO) 통신 방식에 의해 통신할지 결정하는 통신 방식 결정부, 소정 섹터에서 1데이터 스트림 전송 시에 채널 추정에 사용하는 파일럿 신호와 인접 섹터에서 1데이터 스트림 전송 시에 채널 추정에 사용하는 파일럿 신호가 서로 주파수 방향 및/또는 시간축 방향에서 겹치지 않도록 그 파일럿 신호의 위치를 제어하는 파일럿 위치 제어부를 구비하고 있다.
도 1은 본 발명의 개략 설명도.
도 2는 이동국의 통신 환경, 예를 들면 SIR에 따라서 멀티 데이터 스트림수를 제어하는 경우의 수신 안테나수, 데이터 스트림수, 사용 안테나의 대응 테이블.
도 3은 본 발명의 MIMO-OFDM 통신 시스템의 구성도.
도 4는 기지국의 상세 구성도.
도 5는 이동국의 상세 구성도.
도 6은 각 셀의 파일럿 P1이 주파수 방향 및 시간 방향으로 동시에 겹치지 않도록 한 파일럿 신호 배치예.
도 7은 섹터 구성 설명도.
도 8은 제2 실시예에서의 파일럿 신호 배치예.
도 9는 제2 실시예의 기지국의 구성도.
도 10은 제2 실시예의 이동국의 구성도.
도 11은 OFDM 통신 시스템에서의 송신 장치의 구성도.
도 12는 시리얼 패러럴 변환 설명도.
도 13은 가드 인터벌 삽입 설명도.
도 14는 OFDM 수신 장치의 구성도.
도 15는 특정의 서브 캐리어에서, 인접한 4OFDM 심볼에 걸쳐, 파일럿 신호 P가 데이터 DT에 매립되어 있는 스캐터드 배치예.
도 16은 멀티 셀 환경 설명도.
도 17은 종래의 제1 파일럿 신호 배치예.
도 18은 종래의 제2 파일럿 신호 배치예.
도 19는 MIMO-OFDM 통신에서의 멀티 셀 환경 설명도.
도 20은 MIMO-OFDM 통신에서의 종래의 파일럿 신호 배치예.
<발명을 실시하기 위한 최량의 형태>
(A) 본 발명의 개략
ㆍ셀 구성 및 파일럿 배치
도 1은 본 발명의 개략 설명도로, (A)에 도시한 바와 같이 셀 A, B, C에서 기지국 BSA, BSB, BSC가 4개의 안테나 1∼4를 이용하여 이동국과 MIMO-OFDM 통신한다. 각 기지국 A, B, C의 안테나 1∼4의 파일럿 신호 배치는 도 1의 (B)에 도시한 바와 같이, 주파수축 방향에서 밀하게 배치되고, 또한 시간 방향에서(프레임 최초의 4OFDM 심볼분에서) 겹쳐서 배치되어 있다. 각 기지국의 안테나 1∼4의 파일럿 신호는 모양에 의해 구별하고 있고, 도 1의 (C)에 도시한 바와 같이, P1은 안테나 1용의 파일럿 신호, P2는 안테나 2용의 파일럿 신호, P3은 안테나 3용의 파일럿 신호, P4는 안테나 4용의 파일럿 신호이며, 파일럿 신호 전력은 P1>P2>P3>P4로 설정되어 있다. 주목할 것은, 각 셀의 기지국 BSA, BSB, BSC의 제1 안테나 1로부터 송신되는 파일럿 P1이 주파수 방향에서 겹치지 않도록 배치되어 있는 점이다.
ㆍ멀티 데이터 스트림 전송과 1데이터 스트림 전송의 절환 제어
본 발명에서, 기지국은 이동국의 통신 환경이 나빠지면 멀티 데이터 스트림 전송인 MIMO 통신 방식으로부터 1데이터 스트림 전송인 1입력 다출력(SIMO) 통신 방식으로 절환한다. 예를 들면, 이동국 MS가 기지국 BSA와 통신하면서 이동하고 있을 때, 그 이동국 MS가 기지국 BSA에 가까운 에리어 AR1에 존재하고, SIR(신호 대 간섭 전력비)이 커서 통신 환경이 양호하면, 기지국 BSA는 4개의 안테나 1∼4로부터 데이터 및 파일럿 신호를 이동국에 송신하고, MIMO-OFDM 통신한다(멀티 데이터 스트림 전송).
그런데, 이동국 MS가 셀 경계 에리어로 이동하고, 인접 셀로부터의 간섭을 받아 SIR이 작아지면, MIMO-OFDM 통신을 행하여도 BER이 증대된다. 따라서, 이러한 경우, 기지국 BSA는 1개의 안테나로부터 데이터 및 파일럿 신호를 이동국에 송신하는 1입력 다출력(SIMO) 통신 방식으로 절환한다(1데이터 스트림 전송).
이러한 1데이터 스트림 전송 시에 각 셀의 기지국 BSA, BSB, BSC는 제1 안테나 1로부터 데이터 및 파일럿 신호를 이동국에 송신하지만, 도 1의 (B)로부터 명백한 바와 같이, 각 셀 A, B, C에서 1데이터 스트림 전송 시에 안테나 1로부터 송신되는 파일럿 P1은 주파수 방향에서 겹치지 않도록 배치되어 있다. 즉, 각 셀에서 1데이터 스트림 전송 시에 채널 추정에 사용하는 파일럿 신호 P1과 인접 셀에서 1데이터 스트림 전송 시에 채널 추정에 사용하는 파일럿 신호 P1이 서로 주파수 방향에서 겹치지 않도록 그 파일럿 신호가 배치된다.
이 결과, 1데이터 스트림 전송 시에 각 셀의 채널 추정용 파일럿 신호 P1이 인접 셀의 파일럿 신호 P1과 간섭하는 일이 없으므로, 셀 경계에서도 파일럿 신호의 SIR이 향상되어, 양호한 채널 추정이 가능하게 된다. 또한, 도 1의 (B)의 예에서는 소정 안테나로부터 송신하는 파일럿 신호 Pi(i=1∼4)를 3서브 캐리어 간격으로 배치할 수 있으므로, MIMO-OFDM 통신 시에 보간 처리에 기인하여 생기는 채널 추정의 오차가 작아져, 양호한 채널 추정이 가능하게 된다.
또한, 1데이터 스트림 전송 시에 각 셀의 채널 추정용 파일럿 신호 P1은 인접 셀의 파일럿 P2∼P4와 주파수 방향에서 겹치지만 간섭의 영향은 작다. 특히, 도 1의 (B)의 배치예에서는, 1데이터 스트림 전송 시에 안테나 1로부터 송신되는 파일럿 P1의 전력을, 다른 안테나 2∼4로부터 송신하는 파일럿 신호 P2∼P4의 전력보다 크게 하고 있기 때문에, 그 파일럿 P1 이외의 파일럿 신호 P2∼P4는 셀 경계에서, 충분히 감쇠하여 도달하므로, 인접 셀의 파일럿 P2∼P4의 간섭을 경미하게 할 수 있다.
ㆍ멀티 데이터 스트림수의 제어
이상에서는, 이동국의 통신 환경, 예를 들면 SIR에 기초하여 멀티 데이터 스트림 전송과 1데이터 스트림 전송의 절환 제어를 행한 경우이다. 이러한 절환 제어의 경우, 파일럿 신호 전력 P1의 전력만을 다른 파일럿 신호 P2, P3, P4의 전력보다 크게 하는 것만으로 되고, 다른 파일럿 신호 전력에 차를 부여할 필요는 없다. 그러나, 통신 환경, 예를 들면 SIR값에 따라서 멀티 데이터 스트림수를 제어하는 경우에는, 각 파일럿 신호의 전력에 차를 부여하여 P1>P2>P3>P4로 하는 것이 좋다.
MIMO 다중 전송에서는, 각 송신 안테나의 신호점이 무선 채널에서 중첩되어 수신기에 도달하기 때문에, 데이터 스트림수가 많을수록 수신 신호점의 신호점간 거리가 짧아져, 일정한 비트 오류율 BER을 달성하기 위한 소요 수신 SNR은 증대한다. 바꿔 말하면, 데이터 스트림수가 적을수록 수신 SIR이 적어도 일정한 비트 오류율을 달성할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 통신 환경, 예를 들면 SIR값에 따라서 멀티 데이터 스트림수를 제어한다. 예를 들면, 도 2에 도시한 바와 같이 통신 환경을 4단계로 나누어, 최악의 환경(통신 환경 1)에서는 데이터 스트림수를 1로 하고, 사용하는 안테나 번호를 1로 한다. 통신 환경 2에서는 데이터 스트림수를 2로 하고, 사용하는 안테나 번호를 1, 2로 하고, 통신 환경 3에서는 데이터 스트림수를 3으로 하고, 사용하는 안테나 번호를 1, 2, 3으로 하고, 최량의 통신 환경 4에서는 데이터 스트림수를 4로 하고, 사용하는 안테나 번호를 1, 2, 3, 4로 한다.
이상과 같이 통신 환경에 의해 멀티 데이터 스트림수를 제어함으로써, 가능한 한 MIMO-OFDM 통신의 이점을 이용하는 것이 가능하게 된다.
ㆍ다른 파일럿 배치예
도 1의 (B)의 파일럿 배치예에서는, 1데이터 스트림 전송 시에 각 셀의 안테나 1로부터 송신하는 파일럿 P1이 주파수 방향에서 겹치지 않도록 배치되어 있지만, 동시에 시간축 방향에서 겹치지 않도록 배치하거나, 시간축 방향에서만 겹치지 않도록 배치하거나 할 수 있다.
이상, 본 발명에 따르면, 1데이터 스트림 전송을 행하는 이동국이 채널 추정에 이용하는 파일럿 신호는, 서로 인접하는 셀에서, 시간 및/또는 주파수 방향에서 겹치지 않도록 할 수 있어, 그 1데이터 스트림 전송을 행하는 이동국은 셀 경계에서도, 인접 셀로부터의 간섭 신호의 영향을 받지 않고, 희망 신호를 수신할 수 있다.
(B) 제1 실시예
(a) MIMO-OFDM 통신 시스템의 구성
도 3은 본 발명의 MIMO-OFDM 통신 시스템의 구성도로, BS는 기지국, MS는 이동국이다. 기지국 BS는 도 1의 (A)에 도시한 셀 A∼C 중, 예를 들면 셀 A의 기지국이다. 각 셀 A∼C에서의 기지국은 동일한 구성을 구비하고 있다.
기지국 BS에서, 송신 안테나수 M과 동일한 수의 데이터 스트림 D0∼DM-1이 각각 OFDM 송신 장치(110∼11M-1)에서 소정의 처리를 거쳐, 각 송신 안테나(120∼12M-1)로부터 송신된다. OFDM 송신 장치(110∼11M-1)에서의 처리로서는 오류 정정, 데이터 변조, 데이터/제어 신호/파일럿 다중, 스크램블, IFFT 변환, GI 삽입 등이 있다.
서로 무상관으로 되도록 배치된 안테나(120∼12M-1)로부터 송신된 신호는, 독립의 페이징 채널 hnm(m=0∼M-1, n=0∼N-1)을 통해, 공간에서 다중된 후, N개의 수신 안테나(310∼31N-1)에서 수신된다. 각 수신 안테나에서 수신된 신호는, OFDM 수신 장치(320∼32N-1)에서 주파수 다운 컨버트, AD 변환, FFT 타이밍 검출, GI 삭제, FFT 변환, 디스크램블, 데이터/제어 신호/파일럿 분리 등의 처리를 거쳐, y0∼yN -1의 수신 데이터 스트림이 생성된다. 각 수신 데이터 스트림은, M개의 송신 데이터 스트림이 다중된 형태로 되어 있기 때문에, 데이터 처리부(33)는 모든 수신 데이터 스트림에 대해 신호 처리를 행함으로써, 송신 데이터 스트림 D0∼DM-1을 분리ㆍ재생한다.
수신 신호로부터 송신 데이터 스트림 D0∼DM-1을 분리하는 신호 처리의 알고리즘에는, 다양한 방법이 제안되어 있지만, MLD(Maximum Likelihood Decoding) 알고리즘에 대해 설명한다. 지금, 송신 데이터 스트림을 M차원의 복소 행렬로, 수신 데이터 스트림을 N차원의 복소 행렬로 나타내면, 다음 식의 관계가 있다.
Figure 112010040045413-pat00001
MLD 알고리즘은, 다음 식에 의해 송신 데이터 스트림(송신 벡터) D를 추정한다.
Figure 112010040045413-pat00002
여기서, M개의 각 안테나에 입력하는 변조 데이터의 신호점 배치수를 Q로 하면 송신 벡터 D의 조합은 QM개 존재한다. QPSK에서 Q=4이다. MLD 알고리즘에서는 QM개의 송신 벡터의 후보(레플리카)를 발생하여 상기 식의 연산을 행하고, 결과가 최소로 되는 레플리카가 입력 데이터인 것으로 추정한다.
(b) 기지국 BS의 구성
도 4는 M=4로 한 경우에서의 기지국 BS의 상세 구성도로, 통신 환경에 의해 멀티 데이터 스트림수를 제어하는 실시예이다. 또한, 도 3과 동일 부분에는 동일 부호를 붙이고 있다.
데이터 스트림수 결정부(13)는 후술하는 바와 같이 이동국 MS의 통신 환경에 기초하여 데이터 스트림수를 결정하여 제어 정보 맵핑부(14)와 데이터 스트림 분할부(15)에 입력한다. 제어 정보 맵핑부(14)는, 입력된 데이터 스트림수를 제어 정보로서 소정의 위치에 맵핑하고, 오류 정정 부호기(16)는 제어 정보에 오류 정정 부호화 처리를 실시하고, 데이터 변조부(17)는 그 제어 정보를 데이터 변조한다.
데이터 스트림 분할부(15)는, 데이터 신호를 데이터 스트림수에 따라서 S/P 변환하여 OFDM 송신 장치(110∼113)에 입력한다. OFDM 송신 장치(110∼113)는 각 데이터 스트림 D0∼D3으로부터 각 송신 안테나(120∼123)의 송신 신호를 생성하고, 그 송신 안테나(120∼123)로부터 송신한다. 송신 안테나(120∼123)의 안테나 번호를 1∼4로 하면, 데이터 스트림수와 사용하는 송신 안테나 번호는, 도 2에 도시한 바와 같이 된다. OFDM 송신 장치(110∼113)는 거의 동일한 구성을 구비하고 있고, OFDM 송신 장치(110)가 제어 신호를 송신하고, 다른 OFDM 송신 장치(111∼113)가 제어 신호를 송신하지 않는 점에서 상위하다.
OFDM 송신 장치(110)에서, 오류 정정 부호기(21)는 입력되는 제1 데이터 스트림의 데이터 D0에 오류 정정 부호화 처리를 실시하고, 데이터 변조부(22)는 입력 데이터에 데이터 변조를 실시한다. 파일럿 신호 발생부(23a)는 파일럿 신호 P1을 발생하고, 게인 조정부(23b)는 그 파일럿 신호 P1의 진폭을 조정한다. 파일럿 신호의 진폭 조정법은 후술한다.
다음으로, 데이터/파일럿/제어 신호 다중부(24)는, 데이터 신호와 제어 신호와 파일럿 신호를 다중하고, N샘플의 서브 캐리어 성분을 병렬 출력한다. 또한, 데이터/파일럿/제어 신호 다중부(24)는 파일럿 신호 P1을 도 1의 (B)에 도시한 바와 같이 소정 OFDM 심볼의 소정 서브 캐리어에 맵핑한다. 스크램블부(25)는 N샘플의 서브 캐리어 성분에 셀 고유의 스크램블 코드를 승산하고, IFFT부(26)는 N샘플의 서브 캐리어 성분에 IFFT 변환 처리를 실시하여 주파수 영역의 신호를 시간 영역의 신호로 변환한다. GI 삽입부(27)는 가드 인터벌(GI)을 삽입하고, 송신 RF부(28)는 D/A 변환 후, 베이스 밴드로부터 무선 주파수에 주파수 변환을 행하고, 증폭하여 송신 안테나(120)로부터 송신한다.
이상과 병행하여, 수신 RF부(18)는 수신 안테나(19)에 의해 이동국 MS로부터 송신되어 오는 신호를 수신하고, 무선 주파수로부터 베이스 밴드로 주파수 변환을 행하고, AD 변환하여 제어 신호 복조부(20)에 입력한다. 제어 신호 복조부(20)는 복조 처리를 행하여 이동국 MS로부터 피드백된 제어 신호를 복조하고, 그 제어 신호에 포함되는 하향 링크 수신 SIR의 정보를 추출한다. 하향 링크 수신 SIR은 이동국 MS의 통신 환경을 나타내는 것으로, 이동국 MS가 기지국 BS로부터 송신되는 파일럿 신호를 수신하고, 그 파일럿 신호를 이용하여 측정한 수신 SIR이다. 데이터 스트림수 결정부(13)는, 하향 링크 수신 SIR 정보에 기초하여 도 2의 표에 따라서 송신하는 데이터 스트림수를 결정하고, 제어 정보 맵핑부(14)와 데이터 스트림 분할부(15)에 입력한다.
(c) 데이터 스트림수의 결정법
MIMO 다중 전송의 기본적인 성질에 대해 고찰한다. MIMO 다중 전송에서는, 각 송신 안테나로부터 송신되는 신호가 무선 채널에서 중첩되어 이동국 MS에 도달한다. 이 때문에, 데이터 스트림수가 많을수록 수신 신호의 신호점간 거리가 짧아져, 일정한 비트 오류율 BER을 달성하기 위한 소요 수신 SIR이 증대된다. 바꿔 말하면, 데이터 스트림수가 적을수록 수신 SIR이 적어도 일정한 비트 오류율 BER을 달성할 수 있다.
또한, 수신 SIR은, 일반적으로 기지국, 이동국간의 거리가 길어짐에 따라서 감소한다. 따라서, 데이터 신호의 스루풋을 최대로 하기 위해서는, 수신 SIR을 측정하고, 그 수신 SIR을 규정의 임계값과 대조함으로써, 수신 SIR이 높은 경우(이동국이 기지국 근방에 있는 경우)에는 데이터 스트림수를 증가하고, 수신 SIR이 낮은 경우(이동국이 셀 경계 근방에 있는 경우)는 데이터 스트림을 줄이도록 제어하면 된다.
이를 위해, 데이터 스트림수 결정부(13)는, 수신 SIR값에 따라서 멀티 데이터 스트림수를 제어한다. 예를 들면, 도 2에 도시한 바와 같이 수신 SIR(통신 환경)을 4단계로 나누어, 최악의 환경(통신 환경 1)에서는 데이터 스트림수를 1로 하고, 사용하는 안테나 번호를 1로 한다. 통신 환경 2에서는 데이터 스트림수를 2로 하고, 사용하는 안테나 번호를 1, 2로 하고, 통신 환경 3에서는 데이터 스트림수를 3으로 하고, 사용하는 안테나 번호를 1, 2, 3으로 하고, 최량의 통신 환경 4에서는 데이터 스트림수를 4로 하고, 사용하는 안테나 번호를 1, 2, 3, 4로 한다.
(d) 파일럿 신호 진폭
다음으로, 데이터/파일럿/제어 신호 다중부(24)에서의 파일럿 신호의 맵핑 위치와 파일럿 신호의 진폭 조정에 대해 설명한다.
이동국이 셀 경계 근방에 존재하는 경우, 데이터 신호의 수신 SIR은 비교적 낮기 때문에, 데이터 스트림수 결정부(13)는, 1데이터 스트림 전송을 행하도록 데이터 스트림수를 결정한다. 따라서, 셀 경계에 존재하는 이동국 MS의 입장에서는, 1데이터 스트림 전송용의 채널 추정값만이, 어느 정도의 품질로 얻어지면 충분하다. 따라서, 1데이터 스트림 전송에 이용하는 송신 안테나(120)으로부터 송신하는 파일럿 신호 P1의 전력을 충분히 높게 하여 송신한다. 즉, OFDM 송신 장치(110)의 게인 조정부(23b)에서 파일럿 신호 P1의 진폭을 크게 하여 송신 안테나(120)로부터 송신하고, 다른 송신 안테나(121, 122, 123)로부터 송신하는 파일럿 신호 P2, P3, P4의 전력은 파일럿 신호 P1의 전력보다 낮게 하여 송신한다. 도 2에 도시한 바와 같이 데이터 스트림수를 통신 환경에 기초하여 제어하는 경우에는 파일럿 신호 전력을 P1>P2>P3>P4로 설정한다.
이와 같이 전력차를 부여하여도, 기지국 근방의 이동국 MS의 입장에서부터는, 무선 채널에서의 파일럿 신호의 감쇠량이 비교적 작기 때문에, 채널 추정 정밀도에의 영향은 작다고 생각된다.
(e) 파일럿 배치법
도 1의 (B)는 3개의 셀 A, B, C에서의 파일럿 신호 배치예로서, 프레임 최초의 4OFDM 심볼분에 파일럿 신호가 배치되고, 또한 주파수축 방향에서 밀하게 배치되어 있는 예이다.
1데이터 스트림 전송 시에 각 셀의 기지국 BSA, BSB, BSC는 제1 안테나(120)로부터 데이터 및 파일럿 신호 P1을 이동국에 송신하지만, 상기 파일럿 신호 배치예에 따르면, 각 셀 A, B, C의 파일럿 P1은 주파수 방향에서 겹치지 않도록 되어 있다. 즉, 각 셀에서 1데이터 스트림 전송 시에 채널 추정에 사용하는 파일럿 신호 P1과 인접 셀에서 1데이터 스트림 전송 시에 채널 추정에 사용하는 파일럿 신호 P1이 서로 주파수 방향에서 겹치지 않도록 그 파일럿 신호가 배치되어 있다.
셀 경계의 이동국 MS에 있어서, 타셀로부터의 파일럿 신호 P1만이 전력이 크기 때문 간섭으로서 지배적이다. 따라서, 파일럿 신호 P1에 의한 타셀에의 간섭이 생기지 않도록 할 필요가 있다. 셀 경계의 이동국 MS에는 1데이터 스트림 전송하기 위해, 그 1데이터 스트림 전송에서 송신하는 파일럿 신호 P1이 타셀의 파일럿 신호 P1의 간섭을 받지 않도록 하면 된다. 이를 위해서는, 각 셀 A, B, C의 파일럿 신호 P1의 위치가 서로 다르면 되고, 그 파일럿 신호 P1이 타셀의 송신 안테나(121∼123) 중 어느 하나의 파일럿 신호 P2∼P4와 동일 위치에 배치되어 있어도 지장은 없다.
도 1의 (B)의 파일럿 배치에 따르면, 1데이터 스트림 전송 시에 각 셀 A, B, C의 채널 추정용 파일럿 신호 P1이 인접 셀의 파일럿 신호 P1과 간섭하는 일이 없기 때문에, 셀 경계에서도 파일럿 신호의 SIR이 향상되어, 양호한 채널 추정이 가능하게 된다. 또한, 도 1의 (B)의 예에서는 소정 안테나로부터 송신하는 파일럿 신호 Pi(i=1∼4)를 3서브 캐리어 간격으로 배치할 수 있으므로, 멀티 데이터 스트림 전송인 MIMO-OFDM 통신하고 있을 때에 보간 처리에 기인하여 생기는 채널 추정의 오차가 작아져, 양호한 채널 추정이 가능하게 된다. 즉, 임의의 셀에서의 임의의 안테나의 파일럿 신호의 서브 캐리어 간격을 작게 유지할 수 있으므로, 보간 정밀도를 향상시킬 수 있어, 급격한 채널 변동에 추종 가능한 채널 추정을 실현할 수 있다.
(f) 이동국의 구성
도 5는 N=4로 한 경우에서의 이동국 MS의 상세 구성도이며, 도 3과 동일 부분에는 동일 부호를 붙이고 있다.
각 수신 안테나(310∼313)의 수신 신호는 OFDM 수신 장치(320∼323)에 입력된다. 각 OFDM 수신 장치(320∼323)는 동일한 구성을 구비하고 있고, 수신 RF부(41)는 수신 신호의 주파수를 무선 주파수로부터 베이스 밴드로 주파수 변환하고, A/D 변환하여 FFT 타이밍 검출부(42)와 GI 삭제부(43)에 입력한다. FFT 타이밍 검출부(42)는 FFT 타이밍을 검출하고, GI 삭제부(43)는 그 FFT 타이밍에 따라서 GI를 삭제하고, N샘플링의 병렬 데이터로 하여 FFT부(44)에 입력한다. FFT부(44)는 시간 영역의 N샘플 신호를 주파수 영역의 N개의 서브 캐리어 신호 성분으로 변환하고, 디스크램블부(45)는 그 N개의 서브 캐리어 신호 성분에 기지국 BS의 스크램블 코드와 동일한 코드를 승산하여 그 기지국으로부터 수신한 신호를 추출하여 출력한다. 데이터/파일럿/제어 신호 분리부(46)는, 소정의 위치에 맵핑된 데이터 신호, 파일럿 신호, 제어 신호를 분리하고, 데이터 신호를 데이터 처리 장치(33)의 MIMO 복조부(51)에 입력하고, 파일럿 신호를 채널 추정부(52)에 입력하고, 제어 신호를 제어 신호 복조부(53)에 입력한다.
채널 추정부(52)는, 우선 파일럿 신호가 매립된 OFDM 심볼의 서브 캐리어에 대해 채널 추정값을 얻는다. 즉, 각 수신 안테나(310∼313)로부터의 수신 파일럿 신호와 기지의 송신 파일럿 신호의 상관 연산을 행하고, 또한 얻어진 상관값을 4 심볼간에서 동상 가산하고, 이에 의해 인접 셀로부터의 간섭 신호를 어느 정도 억압한 채널 추정값을 얻는다. 다음으로, 채널 추정부(52)는, 이들 안테나마다 채널 추정값을, 시간 혹은 주파수 방향에서, 내삽 혹은 외상 보간함으로써, 파일럿 신호가 매립되어 있지 않은 OFDM 심볼의 서브 캐리어에서의 채널 추정값을 얻는다. 그러한 후, 채널 추정부(52)는 안테나마다, 각 OFDM 심볼의 각 서브 캐리어에서의 채널 추정값을 MIMO 복조부(51)와 제어 신호 복조부(53)에 입력한다.
제어 신호 복조부(53)는, 1개의 송신 안테나(120)로부터 송신되어, 4개의 수신 안테나(310∼313)에서 수신된 제어 신호에 채널 추정값을 이용하여 채널 보상을 실시하고, 수신 안테나간에서 다이버서티 합성을 행하여 제어 정보를 복조하고, 그 제어 신호의 소정 위치에 맵핑된 데이터 스트림수의 정보를 추출하여 MIMO 복조부(51)에 입력한다.
MIMO 복조부(51)는 데이터 스트림수에 기초하여, 각 수신 안테나의 수신 데이터 신호와 채널 추정값을 이용하여 주지의 MIMO 채널 분리를 행하고, 그 MIMO 채널 분리 연산에 의해 얻어진 각 데이터 스트림을 P/S 변환하여 출력함으로써, 데이터 신호를 복원한다.
또한, SIR 추정부(34)는 채널 추정부(52)에서 추정된 채널 추정값을 이용하여 수신 SIR을 추정한다. 구체적으로는, 특정의 송신 안테나, 수신 안테나간의 채널 추정값(복소)의 실수부와 허수부의 각각의 제곱의 합을 희망 신호 전력 S로 간주하고, 복수의 심볼에서의 분산값을 간섭 신호 전력 I로 간주하고, S와 I의 비를 수신 SIR의 추정값으로 한다. 제어 정보 맵핑부(35)는 SIR 추정값을 제어 정보로서 소정의 위치에 맵핑하고, 제어 신호 변조부(36)는 오류 정정 부호화나 데이터 변조 등의 처리에 의해 제어 신호를 생성하고 도시하지 않은 데이터, 파일럿 신호와 다중하여 송신 안테나(37)로부터 기지국 BS에 송신한다.
(g) 다른 파일럿 배치예
도 1의 (B)의 파일럿 신호 배치예에서는, 각 셀의 파일럿 P1이 주파수 방향에서 겹치지 않도록 한 예이지만, 각 셀의 파일럿 P1이 주파수 방향 및 시간 방향으로 동시에 겹치지 않도록 할 수도 있다.
도 6은 각 셀의 파일럿 P1이 주파수 방향 및 시간 방향으로 동시에 겹치지 않도록 한 파일럿 신호 배치예이다. 이 파일럿 신호 배치예에서는, 선두의 4OFDM 심볼과 다음의 4OFDM 심볼에서 1개 걸러 파일럿 신호를 배치하고, 또한 파일럿 신호를 배치하는 서브 캐리어를 서로 다르게 하고 있다. 또한, 각 셀 A, B, C의 파일럿 신호 P1을 주파수 방향에서 겹치지 않도록 하고, 또한 셀 B의 파일럿 신호 P1은 셀 A, C의 파일럿 신호 P1과 시간 방향에서도 겹치지 않도록 하고 있다.
또한, 기지국간 동기 시스템의 경우에는, 각 셀의 파일럿 P1이 시간 방향에서만 겹치지 않는 파일럿 신호 배치를 채용할 수도 있다.
(h) 변형예
제1 실시예는, 이동국의 통신 환경(수신 SIR)에 기초하여 데이터 스트림수를 1∼4 중 어느 하나로 제어하는 것이지만, 이동국의 통신 환경(수신 SIR)에 기초하여 멀티 데이터 스트림 전송인 MIMO 통신 방식과 1데이터 스트림 전송인 1입력 다출력(SIMO) 통신 방식 중 어느 하나로 절환하여 데이터 및 파일럿 신호를 송신하도록 구성할 수도 있다.
(C) 제2 실시예
제1 실시예에서는, 셀 경계의 이동국 MS가 인접 셀로부터 받는 간섭 신호의 영향을 작게 하기 위한 방법을 설명하였다. 마찬가지의 방법을 이용하여, 1개의 셀이 복수의 섹터로 구성되는 경우에, 섹터 경계의 이동국이 인접 섹터로부터 받는 간섭 신호의 영향을 작게 할 수도 있다.
(a) 섹터 구성 및 파일럿 신호 배치
도 7은 전제로 하는 섹터 구성을 도시한다. 셀을 중심각 120°씩의 3개의 서브 영역으로 분할하고, 각각의 서브 영역을 커버하는 지향성을 갖는 안테나 A1∼A4, B1∼B4, C1∼C4에 의해, 섹터 A, B, C를 형성한다. 이동국 MS가 섹터 A의 중앙부근 CAR에 있는 경우에는, 기지국 BS로부터는 섹터 안테나 A1∼A4의 신호만을 수신하지만, 섹터 A, B의 경계 부근으로 이동한 경우에는, 섹터 안테나 B1∼B4로부터의 신호를 간섭 신호로서 수신한다.
통상적으로, 이들 간섭 신호는 다음과 같이 억압된다. 즉, 기지국 BS에서는, 확산 부호에 의한 확산, 혹은 레피티션에 의해, 1심볼의 정보를 복수의 심볼에 카피한 후에, 섹터 고유의 스크램블 코드를 승산하여 송신한다. 이동국 MS에서는, 기지국 BS와 동일한 스크램블 코드를 승산한 후에, 확산 부호에 의한 역확산, 혹은 동상 가산을 행함으로써, 인접 섹터로부터의 간섭 신호를 어느 정도 억압한다. 그러나, 파일럿 신호에 관해서는, 비교적 높은 전력으로 송신되기 때문에, 상기의 처리를 행하였다고 하여도, 여전히 인접 섹터에 대한 간섭으로 되어, 그 인접 섹터에 미치는 영향은 크다. 특히, 각 섹터의 파일럿 신호의 배치가 공통인 경우, 각 섹터의 파일럿 신호가 서로 간섭하기 때문에, 채널 추정 정밀도가 열화된다.
제2 실시예에서는, 제1 실시예와 마찬가지로, 1스트림 전송에 이용하는 송신 안테나 A1, B1, C1의 파일럿 신호 P1은 충분히 높은 전력으로 송신하고, 송신 안테나 A2∼A4, B2∼B4, C2∼C4의 파일럿 신호 P2, P3, P4는 송신 안테나 A1, B1, C1의 파일럿 신호보다도 낮은 전력으로 송신한다. 즉, 파일럿 신호 P1, P2, P3, P4의 송신 전력은 P1>P2, P3>P4로 되도록 설정된다. 또한, 파일럿 신호 배치에 대해서는, 제1 실시예와 마찬가지로 도 8에 도시한 바와 같이, 섹터 A, B, C에서의 송신 안테나 A1, B1, C1의 파일럿 신호 P1의 위치가 서로 다르도록 배치한다.
이와 같이 하면, 섹터 경계의 이동국은 1스트림 전송을 행하는 한, 채널 추정에서의 타섹터의 파일럿 신호의 영향이 경미하므로, 안정된 수신을 행할 수 있다. 따라서, 이동국 MS는 섹터 경계에 위치하는 경우에, 전송하는 데이터 스트림수를 1로 절환하도록 하면, 섹터 내의 위치에 상관없이, 항상 안정된 수신을 행할 수 있다.
(b) 기지국의 구성
도 9는 제2 실시예의 기지국 BS의 구성도이며, 도 4의 제1 실시예와 상이한 점은, 이동국 MS로부터 피드백된 제어 신호에 하향 링크 수신 SIR 정보와 섹터 경계 판정 비트가 맵핑되어 있는 점이며, 동일 부분에는 동일 부호를 붙이고 있다.
제어 신호 복조부(20)는 이동국 MS로부터 보내어져 온 제어 정보를 복조하고, 하향 링크 수신 SIR 정보와 섹터 경계 판정 비트를 데이터 스트림수 결정부(13)에 입력한다. 섹터 경계 판정 비트는 "0"이면 이동국 MS가 섹터 중앙에 있는 것을 나타내고, "1"이면, 이동국 MS가 섹터 경계에 있는 것을 나타내고 있다. 데이터 스트림수 결정부(13)는 수신 SIR 정보와 섹터 경계 판정 비트에 기초하여, 데이터 스트림수를 결정한다. 구체적으로는, 우선 섹터 경계 판정 비트가 "1 "이면, 데이터 스트림수를 1로 결정한다. 한편, 섹터 경계 판정 비트가 "0"이면, 제1 실시예와 마찬가지로, 수신 SIR 정보를 규정의 임계값과 대조함으로써, 데이터 스트림수를 결정한다.
(c) 이동국의 구성
도 10은 제2 실시예의 이동국의 구성도이며, FFT부(44) 이후의 처리가 제1 실시예와 상이하다. 또한, OFDM 수신부(320∼323), 데이터 처리부(33)의 구성이 상이하다. 즉, OFDM 수신부(320∼323)는 수신 RF부(41), FFT 타이밍 검출부(42), GI 삭제부(43), FFT부(44)로 구성되어 있다. 데이터 처리 장치(33)는 제1 섹터 신호 처리부(33a), 제2 섹터 신호 처리부(33b), 제3 섹터 신호 처리부(33c)를 구비하고 있다.
제1 섹터 처리부(33a)에서, OFDM 수신부(320∼323)에 대응하는 각 디스크램프부(45)는 각 FFT부(44)로부터 출력되는 N개의 서브 캐리어 신호 성분에 섹터 A의 스크램블 코드와 동일한 코드를 승산하여 그 섹터 A로부터 수신한 신호를 추출하여 출력한다. 다음으로, 각 데이터/파일럿/제어 신호 분리부(46)는, 소정의 위치에 맵핑된 데이터 신호, 파일럿 신호, 제어 신호를 분리하고, 각각 데이터 신호를 데이터 처리 장치(33)의 MIMO 복조부(51)에 입력하고, 파일럿 신호를 채널 추정부(52)에 입력하고, 제어 신호를 제어 신호 복조부(53)에 입력한다. 이후, 제1 실시예와 마찬가지로 채널 추정부(52)는 이동국 MS가 존재하는 섹터 A에서의 채널을 추정하고, 제어 신호 복조부(53)는 제어 신호를 복조하여 데이터 스트림수를 MIMO 복조부(51)에 입력하고, MIMO 복조부(51)는 데이터 신호를 복조하여 출력한다.
한편, 제2 섹터 처리부(33b)는, OFDM 수신부(320∼323)의 FFT부(44)로부터 출력되는 N개의 서브 캐리어 신호 성분에 섹터 B의 스크램블 코드와 동일한 코드를 승산하여 그 섹터 B로부터 수신한 신호를 추출하여 출력한다. 다음으로, 제2 섹터 처리부(33b)는, 소정의 위치에 맵핑된 파일럿 신호를 분리하고, 제1 실시예와 마찬가지로 섹터 B에서의 채널을 추정한다. 마찬가지로, 제3 섹터 처리부(33c)는 섹터 C의 채널 추정을 행한다.
SIR 추정부(34)는, 채널 추정부(52)에서 추정된 채널 추정값을 이용하여 제1 실시예와 마찬가지의 방법으로 섹터 A로부터의 하향 링크 수신 SIR을 추정한다. 섹터 경계 판정부(38)는, 제1∼제3 섹터 신호 처리부(33a∼33c)의 채널 추정값을 이용하여, 섹터 경계 판정 비트를 생성한다. 구체적으로는 채널 추정값(복소)의 실수부와 허수부의 각각의 제곱의 합을 희망 신호 전력으로 간주하고, 제1, 제2 섹터 신호 처리부(33a, 33b)간의 희망 신호 전력차, 혹은 제1, 제3 섹터 신호 처리부(33a, 33c)간의 희망 신호 전력차가, 규정의 임계값을 하회한 경우에, 이동국이 섹터 경계 근방에 위치한다고 판정하고, 섹터 경계 판정 비트를 "1"로 한다. 그 밖의 경우에는, 섹터 경계 판정 비트를 "0"으로 한다. 제어 정보 맵핑부(35)는 SIR 추정값과 섹터 경계 판정 비트를 제어 정보로서 맵핑하고, 제어 신호 변조부(36)는 오류 정정 부호화나 데이터 변조 등의 처리에 의해 제어 신호를 생성하고, 도시하지 않은 데이터, 파일럿 신호와 다중하여 송신 안테나(37)로부터 송신한다.
ㆍ효과
본 발명에 따르면, 소정 셀에서 1데이터 스트림 전송 시에 채널 추정에 사용하는 파일럿 신호와 인접 셀에서 1데이터 스트림 전송 시에 채널 추정에 사용하는 파일럿 신호가 서로 주파수 방향 및/또는 시간축 방향에서 겹치지 않도록 하였기 때문에, 이동국이 통신 중이 아닌 타셀로부터의 파일럿 신호의 간섭을 방지하면서, 정밀도가 높은 채널 추정을 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 소정 셀에서 1데이터 스트림 전송 시에 채널 추정에 사용하는 파일럿 신호와 인접 셀에서 1데이터 스트림 전송 시에 채널 추정에 사용하는 파일럿 신호가 서로 주파수 방향 및/또는 시간축 방향에서 겹치지 않도록 하고, 또한 상기 1데이터 스트림 전송 시에 소정의 안테나로부터 송신되는 채널 추정에 사용하는 파일럿 신호의 전력을, 다른 안테나로부터 송신하는 파일럿 신호의 전력보다 크게 하였기 때문에, 이동국이 셀 경계에 존재하는 경우, 파일럿 신호끼리의 간섭을 충분히 작게 할 수 있고, 또한 급격한 채널 변동에 추종 가능한 채널 추정을 할 수 있다. 또한, 이상의 효과가 섹터화한 경우에도 발생한다.
또한, 본 발명에 따르면, 소정 안테나의 파일럿 삽입 서브 캐리어 간격을 짧게 할 수 있으므로, MIMO-OFDM 통신하고 있는 경우에서 급격한 채널 변동이 발생하여도 그 변동에 추종 가능한 채널 추정을 실현할 수 있다.

Claims (9)

  1. 복수의 OFDM 송신 장치를 이용하여 복수의 안테나로부터 다입력 다출력(MIMO) 통신 방식에 의해 데이터와 함께 파일럿 신호를 이동국에 송신하는 기지국의 MIMO-OFDM 통신 방법에 있어서,
    이동국에 대하여, 멀티 데이터 스트림 전송인 MIMO 통신 방식에 의해, 혹은 1데이터 스트림 전송인 1입력 다출력 통신 방식에 의해, 데이터 및 파일럿 신호를 송신할지를 결정하고,
    소정 셀에서 1데이터 스트림 전송 시에 사용하는 파일럿 신호와 인접 셀에서 1데이터 스트림 전송 시에 사용하는 파일럿 신호가 서로 주파수 방향에서 겹치지 않도록 그 파일럿 신호를 배치하고,
    상기 이동국에 대하여, 상기 멀티 데이터 스트림 전송 또는 상기 1데이터 스트림 전송 중 어느 것으로 송신을 행할지를 나타내는 제어 정보와, 상기 데이터 및 파일럿 신호를 송신하는 것을 특징으로 하는 MIMO-OFDM 통신 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    이동국에서, 기지국으로부터 송신된 파일럿 신호를 수신하여 통신 환경을 측정하고, 그 통신 환경을 특정하는 데이터를 기지국에 피드백하고,
    기지국에서, 멀티 데이터 스트림 전송할지, 1데이터 스트림 전송할지를 결정하는 것을 특징으로 하는 MIMO-OFDM 통신 방법.
  3. 셀을 섹터화하고, 섹터마다 복수의 OFDM 송신 장치를 이용하여 복수의 안테나로부터 다입력 다출력(MIMO) 통신 방식에 의해 데이터와 함께 파일럿 신호를 이동국에 송신하는 기지국의 MIMO-OFDM 통신 방법에 있어서,
    섹터 내의 이동국에 대하여, 멀티 데이터 스트림 전송인 MIMO 통신 방식에 의해, 혹은 1데이터 스트림 전송인 1입력 다출력 통신 방식에 의해, 데이터 및 파일럿 신호를 송신할지를 결정하고,
    소정 섹터에서 1데이터 스트림 전송에 사용하는 파일럿 신호와 인접 섹터에서 1데이터 스트림 전송에 사용하는 파일럿 신호가 서로 주파수 방향에서 겹치지 않도록 그 파일럿 신호를 배치하고,
    상기 이동국에 대하여, 상기 멀티 데이터 스트림 전송 또는 상기 1데이터 스트림 전송 중 어느 것으로 송신을 행할지를 나타내는 제어 정보와, 상기 데이터 및 파일럿 신호를 송신하는 것을 특징으로 하는 MIMO-OFDM 통신 방법.
  4. 복수의 OFDM 송신 장치를 이용하여 복수의 안테나로부터 다입력 다출력(MIMO) 통신 방식에 의해 데이터와 함께 파일럿 신호를 이동국에 송신하는 기지국의 MIMO-OFDM 통신 방법에 있어서,
    이동국에 대하여, 멀티 데이터 스트림 전송인 MIMO 통신 방식에 의해, 혹은 1데이터 스트림 전송인 1입력 다출력 통신 방식에 의해, 데이터 및 파일럿 신호를 송신할지를 결정하고,
    제1의 이동국에 대하여 사용하는 파일럿 신호와 제2의 이동국에 대하여 사용하는 파일럿 신호가 서로 주파수 방향에서 겹치지 않도록 그 파일럿 신호를 배치하는 것을 특징으로 하는 MIMO-OFDM 통신 방법.
  5. 복수의 OFDM 송신 장치를 이용하여 복수의 안테나로부터 다입력 다출력(MIMO) 통신 방식에 의해 데이터와 함께 파일럿 신호를 이동국에 송신하는 기지국에 있어서,
    멀티 데이터 스트림 전송인 MIMO 통신 방식에 의해 통신할지, 1데이터 스트림 전송인 1입력 다출력 통신 방식에 의해 통신할지 결정하는 통신 방식 결정부와,
    소정 셀에서 1데이터 스트림 전송에 사용하는 파일럿 신호와 인접 셀에서 1데이터 스트림 전송에 사용하는 파일럿 신호가 서로 주파수 방향 및/또는 시간축 방향에서 겹치지 않도록 그 파일럿 신호의 위치를 제어하는 파일럿 위치 제어부와,
    상기 이동국에 대하여, 상기 멀티 데이터 스트림 전송 또는 상기 1데이터 스트림 전송 중 어느 것으로 송신을 행할지를 나타내는 제어 정보와, 상기 데이터 및 파일럿 신호를 송신하는 송신부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  6. 셀을 섹터화하고, 섹터마다 복수의 OFDM 송신 장치를 이용하여 복수의 안테나로부터 다입력 다출력(MIMO) 통신 방식에 의해 데이터와 함께 파일럿 신호를 이동국에 송신하는 기지국에 있어서,
    멀티 데이터 스트림 전송인 MIMO 통신 방식에 의해 통신할지, 1데이터 스트림 전송인 1입력 다출력 통신 방식에 의해 통신할지 결정하는 통신 방식 결정부와,
    소정 섹터에서 1데이터 스트림 전송에 사용하는 파일럿 신호와 인접 섹터에서 1데이터 스트림 전송에 사용하는 파일럿 신호가 서로 주파수 방향 및/또는 시간축 방향에서 겹치지 않도록 그 파일럿 신호의 위치를 제어하는 파일럿 위치 제어부와,
    상기 이동국에 대하여, 상기 멀티 데이터 스트림 전송 또는 상기 1데이터 스트림 전송 중 어느 것으로 송신을 행할지를 나타내는 제어 정보와, 상기 데이터 및 파일럿 신호를 송신하는 송신부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  7. 복수의 OFDM 송신 장치를 이용하여 복수의 안테나로부터 다입력 다출력(MIMO) 통신 방식에 의해 데이터와 함께 파일럿 신호를 이동국에 송신하는 기지국에 있어서,
    이동국에 대하여, 멀티 데이터 스트림 전송인 MIMO 통신 방식에 의해, 혹은 1데이터 스트림 전송인 1입력 다출력 통신 방식에 의해, 데이터 및 파일럿 신호를 송신할지를 결정하는 통신 방식 결정부와,
    제1의 이동국에 대하여 사용하는 파일럿 신호와 제2의 이동국에 대하여 사용하는 파일럿 신호가 서로 주파수 방향 및/또는 시간축 방향에서 겹치지 않도록 그 파일럿 신호를 배치하는 파일럿 위치 제어부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  8. 복수의 OFDM 송신 장치로부터 복수의 안테나에 의해 다입력 다출력(MIMO) 통신 방식에 의해 데이터와 함께 파일럿 신호를 수신하는 이동국의 MIMO-OFDM 통신 방법에 있어서,
    선택적으로, 멀티 데이터 스트림 전송인 MIMO 통신 방식에 의해, 혹은 1데이터 스트림 전송인 1입력 다출력 통신 방식에 의해, 기지국으로부터 송신된 데이터 및 파일럿 신호를 수신하고,
    기지국으로부터 자국(自局)에 상기 멀티 데이터 스트림 전송 또는 상기 1데이터 스트림 전송 중 어느 것으로 송신이 행해지는지를 나타내는 제어 정보를 수신하고,
    소정 셀에서 1데이터 스트림 전송에 사용하는 파일럿 신호와 인접 셀에서 1데이터 스트림 전송에 사용하는 파일럿 신호가 서로 주파수 방향 및/또는 시간축 방향에서 겹치지 않도록 배치된 그 파일럿 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 MIMO-OFDM 통신 방법.
  9. 복수의 OFDM 송신 장치로부터 복수의 안테나에 의해 다입력 다출력(MIMO) 통신 방식에 의해 데이터와 함께 파일럿 신호를 수신하는 이동국에 있어서,
    선택적으로, 멀티 데이터 스트림 전송인 MIMO 통신 방식에 의해, 혹은 1데이터 스트림 전송인 1입력 다출력 통신 방식에 의해, 기지국으로부터 송신된 데이터 및 파일럿 신호를 수신하는 수신부와,
    상기 수신부에서 수신한 데이터와 파일럿 신호를 분리하는 분리부
    를 구비하고,
    상기 수신부는, 기지국으로부터 자국에 상기 멀티 데이터 스트림 전송 또는 상기 1 데이터 스트림 전송 중 어느 것으로 송신이 행해지는지를 나타내는 제어 정보와, 소정 셀에서 1데이터 스트림 전송에 사용하는 파일럿 신호와 인접 셀에서 1데이터 스트림 전송에 사용하는 파일럿 신호가 서로 주파수 방향 및/또는 시간축 방향에서 겹치지 않도록 배치된 그 파일럿 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 이동국.
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