KR102469314B1 - 편파 분할 듀플렉스 시스템에서의 채널 정보 획득 방법 및 그 장치 - Google Patents
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Abstract
편파 분할 듀플렉스 시스템에서의 채널 정보 획득 방법 및 그 장치가 제공된다. 단말로부터 송신되는 상향 링크 신호―상기 상향 링크 신호에서 하향링크 파일럿 신호를 포함하고 있는 서브캐리어와 겹치는 해당 서브캐리어에 널(null) 서브캐리어가 배치되어 있음―을 수신하고, 널 서브캐리어에서 수신되는 신호를 이용하여 자기 간섭 채널을 추정한다. 그리고 상향링크 신호에서 널 서브캐리어에 해당하는 신호를 제거하고, 널 서브캐리어가 제거된 상향링크 신호에 포함된 파일럿 신호와 자기 간섭 채널의 추정 결과를 토대로 상향링크 채널을 추정하여 채널 정보를 획득한다.
Description
본 발명은 동일한 주파수 대역을 이용하여 하향링크(Downlink)와 상향링크(Uplink) 데이터 전송을 동시에 수행하는 편파 분할 듀플렉스 시스템에서, 채널 정보를 획득하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
현재의 이동 통신 시스템은 주어진 주파수 대역에 대하여 하향링크 혹은 상향링크의 한 방향으로만 데이터를 전송한다. 이러한 시스템에서는 각 방향에서 전송되는 파일럿 신호를 이용하여 간섭 없이 채널 정보를 정확하게 획득하는 것이 가능하다.
그러나 편파 분할 듀플렉스 시스템과 같이 동일한 주파수 대역을 이용하여 양방향의 통신을 수행하는 시스템이 있다. 셀룰러 이동 통신에서는 기지국으로부터 단말까지의 하향 링크와 단말로부터 기지국까지의 상향링크의 동시 지원을 위해 듀플렉스 즉, 이중화를 한다. 이중화를 위하여, 주파수 자원을 나누어서 이중화를 하는 주파수 분할 이중화(Frequency-Division Duplex; FDD)와, 시간 자원을 나누어서 이중화를 하는 시간 분할 이중화(Time-Division Duplex; TDD)의 두 방식이 가장 많이 사용되고 있다.
동일한 주파수 대역을 이용하여 양방향의 데이터 전송을 동시에 수행하는 경우, 양방향의 채널 정보를 간섭 없이 동시에 정확하게 획득하는 것이 어렵다는 문제점이 존재한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 동일한 주파수 대역을 이용하여 양방향의 데이터 전송을 동시에 수행하는 시스템에서, 간섭 없이 채널 정보를 정확하게 획득할 수 있는 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 특징에 따른 채널 정보 획득 방법은, 편파 분할 듀플렉스 시스템에서 채널 정보를 획득하는 방법에서, 단말로부터 송신되는 상향 링크 신호―상기 상향 링크 신호에서 하향링크 파일럿 신호를 포함하고 있는 서브캐리어와 겹치는 해당 서브캐리어에 널(null) 서브캐리어가 배치되어 있음―을 수신하는 단계; 상기 널 서브캐리어에서 수신되는 신호를 이용하여 자기 간섭 채널을 추정하는 단계; 상기 상향링크 신호에서 상기 널 서브캐리어에 해당하는 신호를 제거하는 단계; 및 상기 널 서브캐리어가 제거된 상기 상향링크 신호에 포함된 파일럿 신호와 상기 자기 간섭 채널의 추정 결과를 토대로 상향링크 채널을 추정하여 채널 정보를 획득하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 널(null) 서브캐리어에 "0"의 값이 배치될 수 있다.
상기 하향링크 파일럿 신호를 포함하고 있는 서브캐리어와 겹치는 서브캐리어를 중심으로 양쪽에 설정 개수의 널 서브캐리어가 추가적으로 배치되어 있을 수 있다. 또한 상기 양쪽에 각각 1개의 널 서브캐리어가 추가적으로 배치될 수 있다.
자기 간섭 채널의 주파수 선택성이 설정값보다 크고 자기 간섭 채널의 시간적 변화량이 설정량보다 작은 경우, 상기 널 서브캐리어가 배치된 심볼에 다른 널 서브캐리어가 추가 배치될 수 있다. 자기 간섭 채널의 주파수 선택성이 설정값보다 작고 자기 간섭 채널의 시간적 변화량이 설정량보다 큰 경우, 상기 널 서브캐리어가 배치된 심볼과는 다른 심볼에 다른 널 서브캐리어가 추가 배치될 수 있다. 자기 간섭 채널의 주파수 선택성이 설정값보다 크고 자기 간섭 채널의 시간적 변화량이 설정량보다 큰 경우, 상기 널 서브캐리어가 배치된 심볼 및 상기 널 서브캐리어가 배치된 심볼과는 다른 심볼에 다른 널 서브캐리어가 각각 추가적으로 배치될 수 있다.
시간 영역에서 상기 자기 간섭 채널의 길이가 미리 설정된 최대 길이를 초과하지 않으며, 상기 최대 길이는 상기 상향링크 신호에 추가되는 CP(cyclic prefix) 보다 작거나 동일한 값을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른, 편파 분할 듀플렉스 시스템에서 채널 정보를 획득하는 방법에서, 단말로부터 수신되는 상향 링크 신호를 토대로 자기 간섭 채널을 추정하는 단계; 및 채널 추정 회수가 미리 설정된 회수이거나 상기 자기 간섭 채널의 추정치가 미리 설정된 값보다 작은 경우에, 자기 간섭 채널의 최종 추정치와 알려진 상향링크 파일럿 신호를 이용하여 상향링크 채널을 추정하여 상향링크 채널 정보를 획득하는 단계를 포함한다.
상기 추정하는 단계는, 설정된 크기를 가지는 윈도우를 상기 상향링크 신호에 적용시켜, 상기 윈도우에 해당하는 서브캐리어들에 대하여 자기 간섭 채널과 상기 상향링크 채널을 평균 추정치를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 추정하는 단계는, 상기 자기 간섭 채널의 길이가 미리 설정된 길이를 초과하지 않는다는 조건을 토대로, 상기 평균 추정치를 토대로 설정 번째 자기 간섭 채널의 추정치를 획득하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 상향링크 채널 정보를 획득하는 단계는, 상기 설정 번째 자기 간섭 채널의 추정치가 설정된 값보다 작은 경우 또는 상기 채널 추정 회수가 미리 설정된 회수인 경우, 자기 간섭 채널의 최종 추정치와 알려진 상향링크 파일럿 신호를 이용하여 상향링크 채널을 추정하여 상향링크 채널 정보를 획득할 수 있다.
상향링크의 자원 블록 내에서 파일럿 신호가 존재하는 설정 번째 심볼과 동일한 시간 및 주파수 대역을 점유하고 있는 하향링크의 자원 블록 내의 설정 번째 심볼을 이용하여 자기 간섭 채널 및 상향링크 채널 추정을 수행할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 편파 분할 듀플렉스 시스템에서 채널 정보를 획득하는 수신 장치에서, 송신 장치로부터 송신되는 상향 링크 신호―상기 상향 링크 신호에서 하향링크 파일럿 신호를 포함하고 있는 서브캐리어와 겹치는 해당 서브캐리어에 널(null) 서브캐리어가 배치되어 있음―을 수신하는 신호 수신 처리부; 상기 널 서브캐리어에서 수신되는 신호를 이용하여 자기 간섭 채널을 추정하는 자기 간섭 채널 추정부; 상기 상향링크 신호에서 상기 널 서브캐리어에 해당하는 신호를 제거하는 널 서브캐리어 제거부; 및 상기 널 서브캐리어가 제거된 상기 상향링크 신호에 포함된 파일럿 신호와 상기 자기 간섭 채널의 추정 결과를 토대로 상향링크 채널을 추정하여 채널 정보를 획득하는 채널 추정 및 등화부를 포함한다.
상기 하향링크 파일럿 신호를 포함하고 있는 서브캐리어와 겹치는 서브캐리어를 중심으로 양쪽에 설정 개수의 널 서브캐리어가 추가적으로 배치될 수 있다.
상기 신호 수신 처리부는, 수신 안테나를 통해 상향링크 신호들을 수신하는 RF(radio frequency)부; 상기 수신된 신호들을 디지털 신호로 변환하는 제1 신호 변환부; 상기 디지털 신호로부터 CP(cyclic prefix)를 제거하는 CP 제거부; 상기 CP가 제거된 신호들을 병렬 신호들로 변환하는 제2 신호 변환부; 및 상기 CP가 제거된 디지털 신호를 DFT(discrete Fourier transform)를 통해 주파수 영역의 신호로 변환하고, 상기 주파수 영역의 신호로 변환된 상향링크 신호 중 널 서브캐리어에 해당하는 신호를 상기 자기 간섭 채널 추정부로 전달하는 DFT부를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 송신 장치는, 편파 분할 듀플렉스 시스템에서 채널 정보 획득을 위하여 상향링크 신호를 송신하는 송신 장치에서, 전송하고자 하는 데이터에 대하여 DFT(discrete Fourier transform)를 수행하여 데이터를 주파수 영역의 데이터 신호로 변환하고, 서브캐리어에 전송할 데이터의 주파수 변환된 신호를 매핑하는 DFT부; 하향링크 파일럿 신호가 존재하는 서브캐리어와 겹치는 서브캐리어를 널 서브캐리어로 처리하는 널 서브캐리어 삽입부; 전체 서브캐리어에 신호가 할당되면, IDFT(Inverse DFT)를 수행하여 전송할 신호를 시간 영역 신호로 변환하는 IDFT부; 및 상기 시간 영역 신호를 안테나를 통하여 송신하는 신호 송신 처리부를 포함한다.
상기 하향링크 파일럿 신호를 포함하고 있는 서브캐리어와 겹치는 서브캐리어를 중심으로 양쪽에 설정 개수의 널 서브캐리어가 추가적으로 배치될 수 있다.
자기 간섭 채널의 주파수 선택성이 설정값보다 크고 자기 간섭 채널의 시간적 변화량이 설정량보다 작은 경우, 상기 널 서브캐리어가 배치된 심볼에 다른 널 서브캐리어가 추가 배치되며, 자기 간섭 채널의 주파수 선택성이 설정값보다 작고 자기 간섭 채널의 시간적 변화량이 설정량보다 큰 경우, 상기 널 서브캐리어가 배치된 심볼과는 다른 심볼에 다른 널 서브캐리어가 추가 배치될 수 있다. 또한, 자기 간섭 채널의 주파수 선택성이 설정값보다 크고 자기 간섭 채널의 시간적 변화량이 설정량보다 큰 경우, 상기 널 서브캐리어가 배치된 심볼 및 상기 널 서브캐리어가 배치된 심볼과는 다른 심볼에 다른 널 서브캐리어가 각각 추가적으로 배치될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 편파 분할 듀플렉스 통신 시스템과 같이 동일한 주파수 대역을 이용하여 양방향 전송을 동시에 수행하는 시스템에서, 자기 간섭 신호가 존재하더라도 이것에 구애 받지 않고 원하는 수신 채널 정보를 정밀하게 추정할 수 있다. 따라서, 주파수 중첩 사용을 가능하게 하여 주파수 이용 효율을 증진함으로써 통신 시스템의 총 전송 용량을 획기적으로 향상할 수 있을 뿐만 아니라, 정밀한 양방향 채널 정보 획득을 통해 수신 정보 오율을 크게 줄일 수 있다.
도 1은 편파 분할 듀플렉스 시스템의 네트워크 환경을 나타낸 도이다.
도 2는 하향 링크의 파일럿 신호 배치를 나타낸 예시도이다.
도 3은 상향링크의 파일럿 신호 배치를 나타낸 예시도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 상향링크의 널 서브캐리어 배치를 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 송신 장치의 구조를 나타낸 도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 수신 장치의 구조를 나타낸 도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 하향 링크 및 상향링크의 심볼 구조를 나타낸 도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 따라 획득된 자기 간섭 채널 및 하향링크 채널의 평균화를 나타낸 예시도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 채널 정보 획득 방법의 흐름도이다.
도 2는 하향 링크의 파일럿 신호 배치를 나타낸 예시도이다.
도 3은 상향링크의 파일럿 신호 배치를 나타낸 예시도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 상향링크의 널 서브캐리어 배치를 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 송신 장치의 구조를 나타낸 도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 수신 장치의 구조를 나타낸 도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 하향 링크 및 상향링크의 심볼 구조를 나타낸 도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 따라 획득된 자기 간섭 채널 및 하향링크 채널의 평균화를 나타낸 예시도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 채널 정보 획득 방법의 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서 전체에서, 단말(terminal)은 이동 단말(mobile terminal, MT), 이동국(mobile station, MS), 진보된 이동국(advanced mobile station, AMS), 고신뢰성 이동국(high reliability mobile station, HR-MS), 가입자국(subscriber station, SS), 휴대 가입자국(portable subscriber station, PSS), 접근 단말(access terminal, AT), 사용자 장비(user equipment, UE) 등을 지칭할 수도 있고, MT, MS, AMS, HR-MS, SS, PSS, AT, UE 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
또한, 기지국(base station, BS)은 진보된 기지국(advanced base station, ABS), 고신뢰성 기지국(high reliability base station, HR-BS), 노드B(node B), 고도화 노드B(evolved node B, eNodeB), 접근점(access point, AP), 무선 접근국(radio access station, RAS), 송수신 기지국(base transceiver station, BTS), MMR(mobile multihop relay)-BS, 기지국 역할을 수행하는 중계기(relay station, RS), 기지국 역할을 수행하는 중계 노드(relay node, RN), 기지국 역할을 수행하는 진보된 중계기(advanced relay station,ARS), 기지국 역할을 수행하는 고신뢰성 중계기(high reliability relay station, HR-RS), 소형 기지국[펨토 기지국(femoto BS), 홈 노드B(home node B, HNB), 홈 eNodeB(HeNB), 피코 기지국(pico BS), 메트로 기지국(metro BS), 마이크로 기지국(micro BS) 등] 등을 지칭할 수도 있고, ABS, 노드B, eNodeB, AP, RAS, BTS, MMR-BS, RS, RN, ARS, HR-RS, 소형 기지국 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 채널 정보 획득 방법 및 그 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 편파 분할 듀플렉스 시스템의 네트워크 환경을 나타낸 도이다.
편파 분할 듀플렉스 시스템에서 기지국(BS)이 이중 편파 안테나를 이용하고, 하나의 편파를 이용하여 하향링크 데이터 전송을 수행하고 또 다른 편파를 사용하여 상향링크 데이터 수신을 동시에 수행한다. 즉, 첨부한 도 1에서와 같이, 기지국(BS)은 제1 편파를 이용하여 단말들(UE Rx1 ~ UE RxM)과 하향링크 데이터 전송을 수행하고, 제2 편파를 이용하여 단말들(UE Tx1 ~ UE TxN)과 상향링크 데이터 수신을 수행한다.
이 때 하향링크 데이터 통신과 상향링크 데이터 통신은 하나의 주파수 대역을 공유하여 동시에 수행된다. 특히, LTE(Long term evolution) 및 LTE-A(LTE-Advanced)와 양립 가능하도록 하향링크는 OFDMA((Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 방식을 이용하고, 상향링크는 SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access) 방식을 이용할 수 있다.
도 2는 하향 링크의 파일럿 신호 배치를 나타낸 예시도이다.
하향링크의 경우, 도 2에서와 같이, 파일럿 신호가 배치될 수 있다. 구체적으로, 하나의 자원 블록(resource block)은 시간적으로 7개의 심볼들을 포함하고, 주파수 측면에서 각 심볼에 대해 12개의 서브캐리어 (subcarrier)를 포함한다. 파일럿 신호는 자원 블록의 심볼들(OFDMA 심볼들) 중에서 첫 번째 심볼(OFDMA 심볼)과 다섯 번째 심볼에서 6개의 연속하는 서브캐리어 마다 1개씩 배치된다.
도 3은 상향링크의 파일럿 신호 배치를 나타낸 예시도이다.
상향링크의 경우, 도 3에서와 같이, 파일럿 신호가 배치될 수 있다. 구체적으로, 자원 블록은 하향링크의 경우와 동일한 구조로 이루어지고, 파일럿 신호가 자원 블록의 심볼들(SC-FDMA 심볼들) 중에서 네 번째 심볼의 12개 서브캐리어 전체에 배치될 수 있다.
여기서, 는 n번째 자원 블록 동안 기지국의 송신기에서 수신기로의 자기 간섭(self-interference) 채널을 나타내고, 는 n번째 자원 블록의 i번째 심볼의 k번째 서브캐리어상에 전송되는 하향링크 신호를 나타낸다. 는 n번째 자원 블록 동안 단말로부터 기지국으로의 상향링크 채널을 나타내고, 는 n번째 자원 블록의 i번째 심볼의 k번째 서브캐리어상에 전송되는 상향링크 신호를 나타낸다. 는 n번째 자원 블록의 i번째 심볼의 k번째 서브캐리어상의 수신 잡음을 나타낸다.
이 경우, 편파 분할을 통해 자기 간섭 신호의 가시선 성분을 상당 부분 제거하였을지라도, 일반적으로 잔류하는 자기 간섭 신호에 해당하는 의 수신 전력이 사용자 송신 신호에 해당하는 의 수신 전력보다 월등히 크다.
본 발명의 실시 예에서는 자기 간섭 등의 간섭 없이, 채널 정보를 획득한다.
먼저, 본 발명의 제1 실시 예에 대하여 설명한다. 본 발명의 제1 실시 예에서는 상향링크 널 서브캐리어 (null subcarrier)를 이용하는 채널 추정 방식을 사용하여, 자기 간섭 채널 정보를 획득한다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 상향링크의 널 서브캐리어 배치를 나타낸 예시도이다.
본 발명의 제1 실시 예에서는, 상향링크 신호에 의한 간섭 없이 자기 간섭 채널을 정밀하게 추정하여 자기 간섭 채널 정보를 획득한다. 그 다음에 추정된 자기 간섭 채널 정보를 이용하여 수신된 신호에서 자기 간섭 신호를 제거한 후, 자기 간섭 신호가 제거된 신호로부터 이미 알려진 상향링크의 파일럿 신호를 이용하여 상향링크 채널 정보를 획득한다.
이를 위하여, 첨부한 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상향링크 신호 전송 시에 해당 자원 블록 내에서, 하향링크 파일럿 신호를 포함하고 있는 서브캐리어와 겹치는 해당 서브캐리어에 어떠한 데이터도 실지 않고 비어둔 채 전송한다. 위와 같이 상향링크 신호 전송 시 아무 정보도 실지 않고 비어둔 채 전송하는 서브캐리어를 "상향링크 널 서브캐리어(uplink null subcarrier)"라고 정의한다. 이 경우, 하향링크 파일럿 신호의 서브캐리어와 겹치는 상향링크의 서브 캐리어를 널 서브캐리어로 배치한다.
이때, 캐리어 주파수 오프셋(carrier frequency offset: CFO)이 큰 경우, 서브캐리어 간 직교성이 파괴되어 서브캐리어 간 간섭 (intercarrier interference)이 발생하게 된다. 이 경우 정확한 채널 추정을 위해서는 인접 서브캐리어 상의 신호 정보 역시 필요하게 된다. 그러나 이러한 정보를 획득하기 위해 많은 인접 서브캐리어들까지 비워둔 채 상향링크 신호를 전송하는 것은 심각한 무선 자원의 낭비를 초래한다. 따라서 무선 자원 이용 효율과 정밀한 자기 간섭 채널의 추정, 그리고 CFO에 의한 서브캐리어 간 간섭을 고려하여, 본 발명의 실시 예에서는 하향링크의 파일럿이 전송되는 서브캐리어를 중심으로 양쪽으로 인접한 설정 개수 예를 들어 소수의 서브캐리어만 비워서 전송한다. 예를 들어, 첨부한 도 4 및 도 5에 예시된 바와 같이, 진한 "x"로 표시된 바와 같이 하향링크의 파일럿이 전송되는 서브캐리어를 널 서브캐리어로 배치하고, 이 서브캐리어를 중심으로 양쪽의 인접한 각 한 개의 서브캐리어만 옅은 "x"로 표시된 바와 같이, 추가로 비워둔 채 전송할 수 있다.
자기 간섭 채널의 추정 정밀도를 향상하면서 동시에 무선 자원의 이용 효율을 증대하기 위해 자기 간섭 채널의 주파수 선택성과 시간적 변화가 모두 적을 때에는, 도 4의 (a)에서와 같이, 진한 ‘x’로 표시된 것 같이 상향링크 널 서브캐리어를 배치할 수 있다. 그러나 자기 간섭 신호 혹은 상향링크 신호의 CFO가 큰 경우에는, 도 4의 (a)에서와 같이, 옅은 ‘x’로 표시된 상향링크 널 서브캐리어를 추가적으로 배치할 수 있다.
반면에 자기 간섭 채널의 시간적 변화는 적으나 주파수 선택성이 클 때에는 도 4의 (b)에서와 같이, 진한 ‘x’로 표시된 것 같이 상향링크 널 서브캐리어를 배치한다. 이 경우 자기 간섭 신호 혹은 상향링크 신호의 CFO 역시 큰 경우 도 4의 (b)에서와 같이, 옅은 ‘x’로 표시된 상향링크 널 서브캐리어를 추가적으로 배치한다.
자기 간섭 채널의 주파수 선택성은 적으나 시간적 변화가 클 때에는 도 5의 (a)에서와 같이, 진한 ‘x’로 표시된 것 같이 상향링크 널 서브캐리어를 배치할 수 있다. 여기서 자기 간섭 신호 혹은 상향링크 신호의 CFO 또한 큰 경우에는, 도 5의 (a)와 같이, 옅은 ‘x’로 표시된 상향링크 널 서브캐리어를 추가적으로 배치할 수 있다.
또한, 자기 간섭 채널의 주파수 선택성과 시간적 변화 모두가 클 때에는 도 5의 (b)와 같이, 진한 ‘x’로 표시된 것 같이 상향링크 널 서브캐리어를 배치하는 것이 가능하다. 뿐만 아니라 이 경우 자기 간섭 신호 혹은 상향링크 신호의 CFO 또한 크다면 도 5의 (b)와 같이, 옅은 ‘x’로 표시된 상향링크 널 서브캐리어를 추가적으로 배치하는 것이 가능하다.
즉, 자기 간섭 채널의 주파수 선택성이 설정값보다 크고 자기 간섭 채널의 시간적 변화량이 설정량보다 작은 경우, 널 서브캐리어가 배치된 심볼(도 4의 (a))에 다른 널 서브캐리어가 추가 배치된다(도 4의 (b)). 또한, 자기 간섭 채널의 주파수 선택성이 설정값보다 작고 자기 간섭 채널의 시간적 변화량이 설정량보다 큰 경우, 널 서브캐리어가 배치된 심볼(도 4의 (a))과는 다른 심볼에 다른 널 서브캐리어가 추가 배치된다(도 5의 (a)). 자기 간섭 채널의 주파수 선택성이 설정값보다 크고 자기 간섭 채널의 시간적 변화량이 설정량보다 큰 경우, 널 서브캐리어가 배치된 심볼(도 4의 (a)) 및 널 서브캐리어가 배치된 심볼과는 다른 심볼에 다른 널 서브캐리어가 각각 추가적으로 배치된다(도 5의 (b)).
이와 같은 상향링크 널 서브캐리어를 이용하는 경우의 송수신 장치의 구조가 도 6 및 도 7에 나타나 있다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 송신 장치의 구조를 나타낸 도이고, 도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 수신 장치의 구조를 나타낸 도이다.
여기서는 각 사용자 즉, 단말에 연속하는 서브캐리어를 할당하는 방식(localized allocation)에 대한 장치의 구조를 보여주고 있으나, 단말에 분산된 서브캐리어를 할당하는 방식(distributed allocation)에 대해서도 단순히 서브캐리어 인덱스를 변경하여 사용한다면 동일한 장치 구조의 적용이 가능하다. 본 발명의 실시 예에서는 단말에 연속하는 서브캐리어를 할당하는 방식을 중심으로 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 실시 예에 따른 송신 장치(예를 들어, 단말)(1)는 도 6에서와 같이, DFT (discrete Fourier transform)부(11), 널 서브캐리어 삽입부(12), IDFT((Inverse DFT)부(13), CP(cyclic prefix) 추가부(14), 신호 변환부(D/A: digital to analog converter) (15) 및 RF(Radio Frequency)부(16)를 포함한다.
DFT부(11)는 전송하고자 하는 데이터에 대하여 DFT를 수행하여 데이터를 주파수 영역의 데이터 신호로 변환하고, 서브캐리어에 전송할 데이터의 주파수 변환된 신호를 매핑한다.
널 서브캐리어 삽입부(12)는 하향링크 파일럿 신호가 존재하는 서브캐리어와 겹치는 서브캐리어(이하, 설명의 편의를 위하여 하향링크 파일럿이 전송되는 상향링크 서브캐리어라고 명명함)를 널 서브캐리어로 처리한다. 즉, 하향링크의 파일럿이 전송되는 상향링크 서브캐리어에 0의 값을 할당한다. 또한, 널 서브캐리어 삽입부(12)는 하향링크의 파일럿이 전송되는 상향링크 서브캐리어를 중심으로 양쪽으로 인접한 소수의 서브캐리어에 0을 할당할 수 있다.
IDFT부(13)는 전체 서브캐리어에 신호가 할당되면, IDFT를 수행하여 전송할 신호를 시간 영역 신호로 변환한다. CP 추가부(14)는 IDFT부(13)로부터 출력되는 신호에 CP를 추가한다. 신호 변환부(15)는 CP가 추가된 신호를 아날로그 신호로 변환하며, RF부(16)는 아날로그 신호를 무선 주파수 신호로 처리하여 안테나를 통해 전송한다. 여기서, IDFT부(13), CP 추가부(14), 신호 변환부(15), RF부(16)를 통합하여 "신호 송신 처리부"라고 명명할 수도 있다.
이러한 구조로 이루어지는 송신 장치(1)의 동작에 대하여 설명하면 다음과 같다.
n번째 사용자 즉 단말은 K개의 서브캐리어를 이용하여 데이터를 전송한다. 이때 이 단말에 할당된 서브캐리어 대역에 J개의 관심 있는 하향링크 파일럿이 존재하는 서브캐리어가 있다고 가정하면 그 J개의 하향링크 파일럿에 해당하는 서브캐리어를 비워두어야 하므로 개의 서브캐리어만을 이용하여 데이터를 전송한다. 따라서 개의 데이터에 대하여 포인트 DFT를 수행하여 개의 데이터를 주파수 영역의 데이터 신호로 변환하고, 전체 N개의 서브캐리어 중 n번째 단말에 할당된 M+1에서 M+K 번째 서브캐리어에, 전송할 데이터의 주파수 변환된 신호를 매핑한다.
이때, 단말에 할당된 서브캐리어 대역내의 J개의 하향링크 파일럿 신호가 존재하는 서브캐리어와 겹치는 서브캐리어 즉, 하향링크의 파일럿이 전송되는 상향링크 서브캐리어에 0의 값이 할당되고, 나머지 서브캐리어에는 전송할 데이터의 주파수 변환된 신호가 순차적으로 할당된다. 또한, 전체 N개의 서브캐리어 중 이 단말에 할당되지 않은 나머지 서브캐리어에도 0의 값이 할당된다.
이렇게 전체 서브캐리어에 신호가 할당되면 N 포인트 IDFT(Inverse DFT)를 수행하여 전송할 신호를 시간 영역 신호로 변환한다. 그리고 나서 이 신호에 CP를 추가하고 아날로그 신호로 변환한 후 안테나를 통해 전송한다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 수신 장치(예를 들어, 기지국)(2)는 도 7에서와 같이, RF부(21), 제1 신호 변환부(22), CP 제거부(23), 제2 신호 변환부(24), DFT부(25), 널 서브캐리어 제거부(26), 자기 간섭 채널 추정 (self-interference channel estimation)부(27), 상향링크 채널 추정 및 등화(uplink channel estimation and equalization)부 (28), IDFT부(29)를 포함한다.
수신 장치(2)의 RF부(21)는 수신 안테나를 통해 각 단말로부터 전송되는 상향링크 신호들을 동시에 수신하며, 제1 신호 변환부(22)는 수신된 신호들을 디지털 신호로 변환하며, CP 제거부(23)는 디지털 신호로부터 CP를 제거한다. 제2 신호 변환부(24)는 CP가 제거된 신호들을 병렬 신호들로 변환하여 DFT부(25)로 출력한다.
DFT부(25)는 CP가 제거된 디지털 신호를 DFT를 통해 주파수 영역의 신호로 변환하며, 각 단말의 상향링크 신호 중 널 서브캐리어에 해당하는 신호를 자기 간섭 채널 추정부(27)로 전달된다. 여기서, RF부(21), 제1 신호 변환부(22), CP 제거부(23), 제2 신호 변환부(24), DFT부(25)를 통합하여 "신호 수신 처리부"라고 명명할 수 있다.
자기 간섭 채널 추정부(27)는 널 서브캐리어에 해당하는 신호를 토대로 자기 간섭 채널을 추정하고 추정된 자기 간섭 채널 정보를 상향링크 채널 추정 및 등화부(28)로 전달한다.
한편, 널 서브캐리어 제거부(26)는 DFT부(25)로부터 출력되는 주파수 영역의 상향링크 신호 중 널 서브캐리어를 제거하여 역시 상향링크 채널 추정 및 등화부(28)로 출력한다. 구체적으로, 주파수 영역으로 변환된 신호 중 각 단말의 J개의 상향링크 널 서브캐리어에 해당하는 신호를 제거하고 나머지 서브캐리어에 해당하는 신호를 순차대로 모아서 크기의 주파수 영역의 신호 블록을 형성하여 상향링크 채널 추정 및 등화부(28)로 전달한다. 여기서, 해당 심볼 구간 동안 동일한 주파수 대역을 이용하여 전송되어 자기 간섭 신호로 작용하는 전송된 하향링크 심볼 역시 상향링크 채널 추정 및 등화부(28)로 전달된다.
상향링크 채널 추정 및 등화부(28)는 자기 간섭 채널 추정부(27)로부터 전달되는 자기 간섭 채널 정보, 자기 간섭 신호 정로부터 전달되는 전송된 하향링크 심볼 정보, 그리고 DFT부(25)로부터 출력되는 상향링크 신호로부터 획득되는 이미 알려진 상향링크 파일럿 신호를 이용하여 상향링크 채널을 추정하여 상향링크 채널 정보를 획득한다. 그리고 상향링크 채널 정보를 이용하여 주파수 영역에서 수신된 상향링크 신호의 등화를 수행한다.
IDFT부(19)는 상향링크 채널 추정 및 등화부(28)로부터 출력되는 등화된 신호를 IDFT 처리하여 각 단말의 전송된 데이터를 복원한다. 특히, 등화된 신호를 포인트 IDFT 처리하여 데이터를 복원한다.
이러한 구조로 이루어지는 수신 장치(2)의 동작에 대하여 설명하면 다음과 같다.
설명의 편의상, 각 단말에 1개의 상향링크 자원 블록이 할당되고 (즉, n번째 단말에 n번째 자원 블록을 할당), 자기 간섭 채널은 주파수 선택성 및 시간적 변화, 그리고 CFO가 모두 작아서, 자원 블록당 첫 번째 심볼에 존재하는 1개의 상향링크 널 서브캐리어를 이용한다고 가정한다.
위의 수학식 1을 고려하여 첫 번째 심볼 상에 존재하는 널 서브캐리어에 해당하는 서브캐리어에서 수신된 신호를 다음과 같이 나타낼 수 있다.
시간 영역에서 자기 간섭 채널의 길이가 최대 L을 초과하지 않는다고 가정하면 시간 영역에서의 추정된 자기 간섭 채널 은 다음과 같이 나타낼 수 있다. 특히, 실제 시스템에서 자기 간섭 채널 길이의 상한인 L은 CP의 길이와 같거나 작게 설정할 수 있다. 따라서 최종적으로 추정된 주파수 영역의 자기 간섭 채널 는 하기와 같이 주어질 수 있다.
위의 수학식 7의 로부터 의 추정치를 획득할 수 있고, 기지국 자신이 전송한 신호인 또한 알려진다. 따라서 알려진 상향링크 파일럿 와 제로 포싱 기법을 이용하여 상향링크 채널의 주파수 영역의 추정치 는 다음과 같이 획득된다.
다음에는 본 발명의 제2 실시 예에 대하여 설명한다. 본 발명의 제2 실시 예에서는 반복적인 채널 추정 방식을 사용하여, 하향 링크 채널 정보를 획득한다.
상향링크 널 서브캐리어를 이용하는 경우, 자기 간섭 채널 및 상향링크 채널 추정 성능은 향상되나 상향링크 무선 자원의 낭비가 발생할 수 있다. 따라서 본 발명의 제2 실시 예에서는 채널 추정 정밀도를 유지하면서 무선 자원 낭비를 방지할 수 있는 기법으로 반복적인 채널 추정 방식을 사용하여 채널 정보를 획득한다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 하향 링크 및 상향링크의 심볼 구조를 나타낸 도이다.
첨부한 도 8에서와 같이, 상향링크의 자원 블록 내에서 파일럿 신호가 존재하는 4번째 심볼과, 동일한 시간 및 주파수 대역을 점유하고 있는 하향링크의 자원 블록 내의 4번째 심볼을 이용하여 자기 간섭 채널 및 상향링크 채널 추정을 수행한다. 여기서는 반복 채널 추정을 수행하는 동안 각 채널의 주파수 선택성이 크지 않아 도 8에서, 굵은 선의 사각형으로 표시된 심볼내의 W개의 서브캐리어에 대해 각 채널이 일정하게 유지되는 것으로 고려한다. 즉, n번째 자원 블록의 k번째 서브캐리어에서 i번째 반복 채널 추정이 수행되고 있는 자기 간섭 채널 과 상향링크 채널 에 대해 하기와 같은 조건이 성립하는 것으로 가정한다.
이러한 수학식 12 및 수학식 13에 따른 조건이 성립하는 것으로 고려할 때, 해당 서브캐리어에서 수신된 신호는 다음과 같은 수학식 14 및 수학식 15를 이용하여, 수학식 16과 같이 나타낼 수 있다.
즉, 이러한 수학식 14 및 수학식 15를 이용하여, 해당 서브캐리어에서 수신된 신호는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
이 경우, 위의 수학식 16을 다음과 같이 나타낼 수 있다.
도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 따라 획득된 자기 간섭 채널 및 하향링크 채널의 평균화를 나타낸 예시도이다.
예를 들어, 첨부한 도 9에서와 같이, 만일 하나의 단말에 할당된 하향링크의 자원 블록내 4 번째 심볼이 에서번째 서브캐리어에 해당한다면, 크기 W의 윈도우가 에서 까지 지나가게 된다. 또한 각 서브캐리어는 최대 W회 만큼 윈도우가 지나가게 된다.
다음에, 위에서 획득된 채널 벡터 로부터 다음과 같이 평균된 자기 간섭 채널 벡터 를 구성하고, 시간 영역에서 자기 간섭 채널의 길이가 최대 L을 초과하지 않는다고 가정하면, 시간 영역에서 추정된 i번째 자기 간섭 채널 은 다음 수학식 24와 같이 나타낼 수 있다. 또한 실제 시스템에서 자기 간섭 채널 길이의 상한인 L은 CP의 길이와 같거나 작게 설정할 수 있다.
여기서 행렬 B는 위의 수학식 8에서 주어진 것과 동일하다.
도 10은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 채널 정보 획득 방법의 흐름도이다.
먼저, 자기 간섭 채널의 초기 추정 값 을 0으로 설정한다(S100). 그리고 각 서브캐리어에서 수신된 신호를 구한다(S110). 이 경우 위의 수학식 10과 수학식 14를 이용하여 각 서브캐리어에서 수신된 신호를 구할 수 있다.
다음, 설정된 크기 W인 윈도우 내의 모든 서브캐리어에서 i번째 자기 간섭 채널과 상향링크 채널이 각각 동일하다고 가정하고, 해당 서브캐리어에서 수신된 신호를 구한다(S110). 이 경우, 위에서 살펴본 바와 같이, 수학식 15부터 수학식 20까지를 이용하여 수학식 21에 따라 수신된 신호를 구할 수 있다.
이후, 제로 포싱 기법을 포함한 다양한 채널 추정 기법을 이용하여 해당 윈도우 내의 i번째 자기 간섭 채널과 상향링크 채널의 추정치를 구한다(S120). 제로 포싱 기법을 적용하는 경우, 위의 수학식 22를 토대로 윈도우 내의 i번째 자기 간섭 채널과 상향링크 채널의 추정치를 구할 수 있다.
각 서브캐리어에 대해, 크기 W인 윈도우를 순차적으로 이동하면서 위의 단계(S110)에서 구해진 채널 추정치를 토대로, 해당 서브캐리어의 i번째 자기 간섭 채널과 상향링크 채널의 평균 추정치 를 획득한다(S130). 이 경우, 위의 단계에서 구해진 채널 추정치를 수학식 23에 주어진 것처럼 계산하여 해당 서브캐리어의 i번째 자기 간섭 채널과 상향링크 채널의 평균 추정치 를 획득할 수 있다.
다음, 자기 간섭 채널 길이가 L를 초과하지 않는다는 조건을 이용하여, 잡음이 감소한 전체 서브캐리어 대한 i번째 자기 간섭 채널 추정치 를 구한다(S140). 이 경우, 수학식 26을 토대로 자기 간섭 채널 추정치 를 구할 수 있다.
이후, 현재 상태가 미리 설정된 조건을 만족하면(S150), 자기 간섭 채널의 최종 추정치를 결정한다(S160). 구체적으로, 채널 추정 회수가 미리 설정된 반복 회수 I회인 조건을 만족하거나 또는 의 조건이 만족된다면, 위의 수학식 27과 같이 자기 간섭 채널의 최종 추정치를 결정한다. 현재 상태가 미리 설정된 조건을 만족하지 않는 경우 채널 추정 회수 I를 1만큼 증가시키고(S180) 단계(S110)로 복귀하여 채널 추정을 반복 수행한다.
자기 간섭 채널의 최종 추정치가 결정되면, 자기 간섭 채널의 최종 추정치와 알려진 상향링크 파일럿 신호를 이용하여 상향링크 채널을 추정하여 상향링크 채널 정보를 획득한다(S180). 이때, 위의 수학식 28을 토대로 각 서브캐리어에서의 상향링크의 채널 추정치를 획득할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
Claims (16)
- 편파 분할 듀플렉스 시스템에서 채널 정보를 획득하는 방법에서,
단말로부터 송신되는 상향 링크 신호―상기 상향 링크 신호에서 하향링크 파일럿 신호를 포함하고 있는 서브캐리어와 겹치는 해당 서브캐리어에 널(null) 서브캐리어가 배치되어 있음―을 수신하는 단계;
상기 널 서브캐리어에서 수신되는 신호를 이용하여 자기 간섭 채널을 추정하는 단계;
상기 상향링크 신호에서 상기 널 서브캐리어에 해당하는 신호를 제거하는 단계; 및
상기 널 서브캐리어가 제거된 상기 상향링크 신호에 포함된 파일럿 신호와 상기 자기 간섭 채널의 추정 결과를 토대로 상향링크 채널을 추정하여 채널 정보를 획득하는 단계
를 포함하는, 채널 정보 획득 방법. - 제1항에 있어서
상기 널(null) 서브캐리어에 "0"의 값이 배치되는, 채널 정보 획득 방법. - 제1항에 있어서
상기 하향링크 파일럿 신호를 포함하고 있는 서브캐리어와 겹치는 서브캐리어를 중심으로 양쪽에 설정 개수의 널 서브캐리어가 추가적으로 배치되어 있는, 채널 정보 획득 방법. - 제3항에 있어서
상기 양쪽에 각각 1개의 널 서브캐리어가 추가적으로 배치되는, 채널 정보 획득 방법. - 제3항에 있어서
자기 간섭 채널의 주파수 선택성이 설정값보다 크고 자기 간섭 채널의 시간적 변화량이 설정량보다 작은 경우, 상기 널 서브캐리어가 배치된 심볼에 다른 널 서브캐리어가 추가 배치되며,
자기 간섭 채널의 주파수 선택성이 설정값보다 작고 자기 간섭 채널의 시간적 변화량이 설정량보다 큰 경우, 상기 널 서브캐리어가 배치된 심볼과는 다른 심볼에 다른 널 서브캐리어가 추가 배치되고,
자기 간섭 채널의 주파수 선택성이 설정값보다 크고 자기 간섭 채널의 시간적 변화량이 설정량보다 큰 경우, 상기 널 서브캐리어가 배치된 심볼 및 상기 널 서브캐리어가 배치된 심볼과는 다른 심볼에 다른 널 서브캐리어가 각각 추가적으로 배치되는, 채널 정보 획득 방법. - 제1항에 있어서
시간 영역에서 상기 자기 간섭 채널의 길이가 미리 설정된 최대 길이를 초과하지 않으며, 상기 최대 길이는 상기 상향링크 신호에 추가되는 CP(cyclic prefix) 보다 작거나 동일한 값을 가지는, 채널 정보 획득 방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 편파 분할 듀플렉스 시스템에서 채널 정보를 획득하는 수신 장치에서,
송신 장치로부터 송신되는 상향 링크 신호―상기 상향 링크 신호에서 하향링크 파일럿 신호를 포함하고 있는 서브캐리어와 겹치는 해당 서브캐리어에 널(null) 서브캐리어가 배치되어 있음―을 수신하는 신호 수신 처리부;
상기 널 서브캐리어에서 수신되는 신호를 이용하여 자기 간섭 채널을 추정하는 자기 간섭 채널 추정부;
상기 상향링크 신호에서 상기 널 서브캐리어에 해당하는 신호를 제거하는 널 서브캐리어 제거부; 및
상기 널 서브캐리어가 제거된 상기 상향링크 신호에 포함된 파일럿 신호와 상기 자기 간섭 채널의 추정 결과를 토대로 상향링크 채널을 추정하여 채널 정보를 획득하는 채널 추정 및 등화부
를 포함하는, 수신 장치. - 제11항에 있어서
상기 하향링크 파일럿 신호를 포함하고 있는 서브캐리어와 겹치는 서브캐리어를 중심으로 양쪽에 설정 개수의 널 서브캐리어가 추가적으로 배치되어 있는, 수신 장치. - 제11항에 있어서,
상기 신호 수신 처리부는
수신 안테나를 통해 상향링크 신호들을 수신하는 RF(radio frequency)부;
상기 수신된 신호들을 디지털 신호로 변환하는 제1 신호 변환부;
상기 디지털 신호로부터 CP(cyclic prefix)를 제거하는 CP 제거부;
상기 CP가 제거된 신호들을 병렬 신호들로 변환하는 제2 신호 변환부; 및
상기 CP가 제거된 디지털 신호를 DFT(discrete Fourier transform)를 통해 주파수 영역의 신호로 변환하고, 상기 주파수 영역의 신호로 변환된 상향링크 신호 중 널 서브캐리어에 해당하는 신호를 상기 자기 간섭 채널 추정부로 전달하는 DFT부
를 포함하는, 수신 장치. - 삭제
- 삭제
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