KR20070074708A

KR20070074708A - 무선 통신 시스템에서 채널 상태 추정 장치 및 방법

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Publication number: KR20070074708A
Application number: KR1020060002578A
Authority: KR
Inventors: 한기영; 윤순영; 황근철; 황성수; 이주현; 문준
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-01-10
Filing date: 2006-01-10
Publication date: 2007-07-18

Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에서, 인접 셀의 간섭 제거 후 CINR을 측정하여 기지국으로 보고함으로써, 높은 MCS를 통한 시스템 처리율을 높일 수 있도록 하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 이러한 본 발명은 무선 통신 시스템에서 채널 추정 방법에 있어서, 입력되는 소정 수신신호로부터 인접 셀의 간섭을 제거하는 과정과, 상기 간섭이 제거된 수신신호에 대한 채널 상태를 추정하는 과정과, 상기 추정된 채널 상태를 기지국으로 보고하는 과정을 포함한다.

CINR, 채널 추정, 간섭 제거, 프레임, 타일, 셀 경계, MCS, 부반송파

Description

무선 통신 시스템에서 채널 상태 추정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CHANNEL STATE ESTIMATE IN A WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

도 1은 일반적인 무선 통신 시스템에서 간섭 제거 기법을 사용하는 수신기의 구성을 개략적으로 도시한 도면,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 인접 셀의 간섭 제거 및 CINR 측정을 위한 장치 구성을 개략적으로 도시한 도면,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기능을 설명하기 위한 시간-주파수 자원을 개략적으로 도시한 도면,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 CINR 추정기의 동작 과정을 설명하기 위해 도시한 도면.

본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 본 발명은 무선 통신 시스템에서 인접 셀의 간섭 제거 및 캐리어대 간섭 잡음비(Carrier to Interference and Noise Ratio, 이하 'CINR'이라 칭하기로 한다) 값 추정을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

현재의 무선 통신 환경에서 사용자에게 데이터 서비스를 제공하기 위해서 일반적으로 사용되는 기술로는, CDMA2000 1xEVDO(Code Division Multiple Access 2000 1x Evolution Data Optimized), GPRS(General Packet Radio Services) 및 UMTS(Universal Mobile Telecommunication Service)와 같은 2.5세대 또는 3세대 셀룰러 이동통신 기술과, IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11 무선(Wireless) 근거리 통신 네트워크(Local Area Network, 이하 'LAN'이라 칭하기로 한다) 등의 무선 LAN 기술로 나누어진다.

상기와 같이 회선 망을 통한 음성 서비스 위주의 3세대 셀룰러 이동통신 기술에서 가장 두드러지는 특징은, 사용자들이 광범위한 무선 통신 환경에서 인터넷(internet)에 접속할 수 있는 패킷 데이터 서비스(Packet Data Services)를 제공한다는 것이다.

이러한 이동통신 기술들의 진화와 병행하여 IEEE 802.16 기반의 무선 LAN 등과 같은 다양한 근거리 무선 접속 기술들이 등장하고 있다. 이러한 기술들은 셀룰러 이동통신 시스템에서와 동등한 수준의 이동성(mobility)을 보장하지 못한다. 하지만, 상기 근거리 무선 접속 기술들은 공공장소나 학교 등과 같은 핫 스팟(Hot Spot) 지역이나 홈 네트워크(Home Network) 환경에서 케이블 모뎀(cable modem) 또는 xDSL(Digital Subscriber Line)과 같은 유선 통신 망을 대체하면서, 무선 환경에서 고속 데이터 서비스를 제공하기 위한 대안으로서 제시되고 있다.

하지만, 상기에서 설명하는 무선 LAN으로 고속 데이터 서비스를 제공할 경 우, 극히 제한된 이동성과 좁은 서비스 영역뿐만 아니라 전파 간섭 등으로 인해 사용자에게 공중망 서비스를 제공하는데 한계가 있다.

따라서, 상기와 같은 한계를 극복하기 위한 노력들이 다각도로 이루어지고 있다. 예를 들면, 셀룰러 이동통신 시스템과 무선 LAN의 장단점을 보완한 휴대 인터넷 기술에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 현재 표준화 및 개발이 진행 중인 상기 휴대 인터넷 기술의 대표적인 예로서, 무선 광대역 인터넷(WiBro, Wireless Broadband Internet, 이하 '와이브로'라 칭하기로 한다) 시스템에 대한 연구들이 활발히 진행 중에 있다. 상기 와이브로 시스템은 다양한 형태의 이동 단말기(MS, Mobile Station)를 이용해 실내외의 정지 환경, 보행 속도 및 중/저속(60Km/h 내외) 등의 이동 환경에서 고속의 데이터 서비스를 제공할 수 있다.

한편, 상기한 바와 같은 무선 통신 시스템에서는 다양한 서비스 품질(Quality of Service, 이하 'QoS'라 칭하기로 한다)을 사용자들에게 제공하기 위한 활발한 연구가 진행되고 있다. 또한 음성 위주의 서비스를 벗어나 영상, 무선 데이터 등의 다양한 정보를 처리하고 전송할 수 있는 고속 대용량 통신 시스템이 요구됨에 따라 시스템 전송 효율을 높임으로써, 시스템 성능을 향상시킬 수 있는 적절한 채널 부호화(channel coding) 방식이 필수적인 요소로 요구되고 있다.

그런데, 무선 통신 시스템에 존재하는 무선 채널 환경은 유선 채널 환경과는 달리 다중 경로 간섭(multipath interference)과, 쉐도잉(shadowing)과, 전파 감쇠와, 시변 잡음 및 간섭 및 페이딩(fading) 등과 같은 여러 요인들로 인해 불가피한 오류 및 상기 오류로 인한 정보 손실이 발생한다. 상기 정보 손실은 실제 송신 신 호에 심한 왜곡을 발생시켜 상기 무선 통신 시스템 전체 성능을 저하시키는 요인으로 작용하게 된다.

상기에서 살펴본 바와 같은 무선 통신 시스템 예컨대, 셀룰러 이동통신 시스템에서는 한정된 시간(time), 주파수(frequency) 자원을 이용하여 최대의 처리율(throughput)을 얻도록 발전해 왔다. 또한 음성 통화를 대신하여 데이터 통신이 중심이 되는 차세대 이동통신 시스템에서는 기지국(BS, Base Station)과 이동 단말기(MS, Mobile Station)의 링크(link) 상황에 따라 여러 변조 및 코딩 방식(Modulation and Coding Scheme, 이하 'MCS'라 칭하기로 한다) 레벨을 정의하고 있다. 즉, 링크 환경이 좋은 경우 높은 MCS 레벨 즉, 높은 부호화율 또는 높은 변조 차수를 사용하여 시스템 용량을 증가시키고 있다.

예를 들어 살펴보면, IEEE 802.16, 또는 3GPP LTE(Long Term Evolution) 시스템에서는 16QAM(Quadrature Amplitude Shift Keying) 뿐만 아니라 64QAM까지 사용 또는 고려하고 있다. 따라서 이동 단말기는 기지국과 이동 단말기 사이의 링크 상황을 기지국에게 보고함으로써, 링크 상황에 맞는 MCS 레벨을 사용할 수 있다.

이를 위해 링크 상황을 소정의 값으로 나타낼 수 있어야 하는데, 이는 통상적으로 신호대 간섭 잡음비(Signal to Interference and Noise Ratio, 이하 'SINR'이라 칭하기로 한다)를 사용한다. 하지만, 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 'OFDM'이라 칭하기로 한다) 시스템에서는 캐리어대 간섭 잡음비(Carrier to Interference and Noise Ratio, 이하 'CINR'이라 칭하기로 한다)이 사용된다.

이는 광대역 시스템에서 채널 상태가 좋은 일부 대역만을 사용하는 밴드(band) 적응적 변조 및 코딩(Adaptive Modulation and Coding, 이하 'AMC'라 칭하기로 한다) 방식을 사용하는 경우에, 전 대역의 SINR이 아닌 일부 대역의 SINR 즉, CINR이 필요하기 때문이다. 통상적으로, 프레임(frame)의 첫 심볼(symbol)에 위치하는 프리앰블(preamble) 혹은 데이터에 삽입되어 있는 파일럿(pilot)을 CINR 추정에 이용한다.

한편, 셀룰러 이동통신 시스템에서는 주파수 재사용 계수(Frequency Reuse Factor)를 이용하여, 셀 경계 지역에서의 SINR 값을 조절한다. 상기 주파수 재사용 계수는 특정 기지국에서 사용하는 주파수 대역이 지리적으로 얼마나 떨어진 곳에서 재사용 되는가를 나타내는 지표를 의미한다.

상기 주파수 재사용 계수가 증가할수록, 셀 경계 지역에서의 SINR이 증가하여 셀 경계 지역에서의 수신 성능을 확보할 수 있다. 하지만, 이러한 경우에는 인접 기지국에서 동일 주파수 자원을 사용하지 못하기 때문에 주파수 사용 효율이 저하되는 단점이 있다.

이와는 반대로 주파수 재사용 계수가 1인 경우에는, 인접 기지국이 모두 동일한 주파수 대역을 사용하기 때문에 주파수 사용 효율을 최대로 할 수 있다. 하지만, 이러한 경우에는 셀 경계 지역에서의 간섭 파워(interference power) 증가로 인하여 SINR이 감소하게 된다. 이를 극복하기 위해 코드 분할 다중 접속(Code Division Multiple Access, 이하 'CDMA'라 칭하기로 한다) 시스템의 경우 확산/역확산 과정을 이용한다. 그러나, 이러한 경우 역시도 전체 로딩(full loading)인 상 황에서는 확산/역확산 이득이 존재하지 않아 인접 셀 간섭을 줄이지 못한다.

상기한 OFDM 시스템에서는 부분 로딩(partial loading), 부분 주파수 재사용(fractional frequency reuse) 등의 기법이 제안되고 있다. 그러나, 상기 두 기법 모두 사용 주파수 자원을 모두 사용하지 않기 때문에 주파수 사용 효율이 떨어진다. 따라서, 최근에는 상기와 같이 인접 셀에 의한 간섭을 줄이기 위한 방안들에 활발히 연구되고 있다.

예를 들면, 인접 기지국이 서로 다른 인터리버(interleaver)를 사용하면서, 반복 검출 및 디코딩(iterative detection & decoding)을 적용시켜 인접 셀 간섭을 제거하는 IDMA(Interleave Division Multiple Access) 기법이 제안되었다. 또한, 다중입력 다중출력(Multi Input Multi Output, 이하 'MIMO'라 칭하기로 한다) 수신 기법을 이용하여 인접 셀 간섭을 제거하는 방법이 제안되었다. 또한 근래에는 무선 통신 시스템에서 인접 셀 간섭을 제거하는 방법으로 상기 이동 단말기에서 인접 셀 간섭을 제거하는 기법이 제안되고 있다.

도 1은 일반적인 무선 통신 시스템에서 간섭 제거 기법을 사용하는 수신기의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

먼저, 상기 도 1에서는 간섭 신호가 1개일 경우를 예로 나타낸 것이다. 상기 도 1에 도시한 바와 같이, 다수개의 송신기(Transmitter)(101)(103)와, 간섭 제거기(111)와, 혼합기(113)와, 채널 추정기(Channel Estimator)(115)와, 등화기(Equalizer)(117)와, 심볼 디매퍼(Symbol Demapper)(119) 및 디코더(Decoder)(121)를 포함한다.

상기 도 1을 참조하면, 상기 수신기(110)는 상기 송신기(101) 예컨대, 서빙 기지국(Serving BS)의 타겟 신호(S1)와, 상기 송신기(103) 예컨대, 인접 기지국의 간섭 신호(S2)가 중첩된 신호를 수신하게 된다. 그러면 상기 수신기(110)는 먼저, 상기 간섭 제거기(111)를 통해 간섭 신호(S2)에 대한 채널 추정 및 등화(equalization)를 수행한 후 상기 간섭 제거기 내의 심볼 디매퍼를 통해 성상도(constellation) 상의 신호점을 생성한다. 즉, 상기 심볼 디매퍼에서 입력으로 들어오는 복소값을 복소평면에 나타내어, 소정 개수로 이루어진 신호점들을 생성한다.

이어서, 상기 간섭 제거기(111)에서는 상기 생성된 신호점을 사용하여 다시 채널 추정치(h₂)을 곱하여 상기 간섭 신호를 재생성(regeneration)한다. 이후, 상기 혼합기(113)를 통해 상기 수신 신호에서 상기 간섭 신호(S2)를 빼줌으로써, 상기 수신 신호에서 간섭 신호(S2)를 제거한다.

그런 다음, 상기 수신기(110)는 상기 수신 신호에서 상기 간섭 신호(S2) 성분이 제거된 신호를 이용하여 상기 채널 추정기(115)에서 상기 타겟 신호(S1)에 대한 채널 추정, 상기 등화기(117)를 통한 등화, 상기 심볼 디매퍼(119)를 통한 타겟 신호 검출 및 상기 디코더(121)를 통한 디코딩을 통해 상기 타겟 신호를 복조하게 된다.

한편, 무선 통신 시스템 예컨대, OFDM 시스템에서 상기와 같은 수신기는, 간섭 신호를 복조하기 위해서, 상기 간섭 신호의 변조 레벨(modulation level) 예컨 대, 변조 및 부호화 방식(MCS, Modulation and Coding Scheme) 레벨과 간섭 신호의 유무를 사전에 알고 있어야 한다. 또한 상기 수신기는 상기 송신기(103) 예컨대, 인접 기지국 파일럿(pilot)을 통한 인접 기지국으로부터 수신되는 신호의 채널 추정이 가능해야 한다.

상기와 같이 채널 추정을 위해서는 이동 단말기가 사전에 인접 기지국에 대한 파일럿 패턴, 간섭 신호의 유무 등을 사전에 알아야 한다. 하지만 이러한 경우 이동 단말기의 복잡도가 증가하고 또한 시그널링 채널 자체를 수신할 때에는 간섭 제거 기법을 사용하기 용이하지 않다는 문제점이 있다. 또한 종래 기술에서는 상기와 같이 간섭 제거 후에 CINR 값을 추정하는 절차가 없었다. 즉, 간섭 제거 이후 CINR 값을 추정하여 기지국에 보고함에 따라, 높은 MCS 레벨을 사용하여 시스템의 처리율(throughput)을 높일 수 있으나, 종래 기술에서는 이러한 방안에 대하여 구체적으로 제안된 바가 없다.

따라서 본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 무선 통신 시스템에서 간섭 제거 후의 시스템 처리율을 높일 수 있는 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 무선 통신 시스템에서 인접 셀의 간섭을 제거한 후 CINR 값 추정을 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 무선 통신 시스템에서 간섭 제거 이후 CINR 값을 추정하여 기지국에 보고함으로써, 높은 MCS 레벨을 통한 시스템 처리율을 높일 수 있는 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 방법은; 무선 통신 시스템에서 채널 추정 방법에 있어서, 입력되는 소정 수신신호로부터 인접 셀의 간섭을 제거하는 과정과, 상기 간섭이 제거된 수신신호에 대한 채널 상태를 추정하는 과정과, 상기 추정된 채널 상태를 기지국으로 보고하는 과정을 포함한다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 장치는; 무선 통신 시스템에서 채널 추정 장치에 있어서, 입력되는 소정 수신신호에 대하여 간섭 제거 여부를 판단하고, 그에 상응하여 제어 값을 출력하는 간섭제거 제어기와, 상기 간섭제거 제어기의 제어에 상응하여 상기 수신신호에 대한 간섭을 제거하는 간섭 제거기와, 상기 간섭제거 제어기의 제어에 상응하여 상기 수신신호에 대한 채널을 추정하는 채널 추정기와, 상기 간섭제거 제어기의 제어에 상응하여 현재 프레임에 대한 캐리어대 간섭 잡음비(CINR)를 추정하는 CINR 추정기를 포함한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

제안하는 본 발명에서는 간섭 제거(IC, Interference Cancellation) 후의 캐리어대 간섭 잡음비(Carrier to Interference and Noise Ratio, 이하 'CINR'이라 칭하기로 한다) 값을 추정하는 방안에 관한 것이다. 즉, 본 발명의 실시예에서는 인접 셀 간섭을 제거한 후, CINR 값을 추정하여 기지국으로 보고하고, 이때 이전의 CINR 값을 일분 반영하여 기지국으로 보고할 수 있도록 하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

이를 통해 본 발명의 실시예에서는 인접 셀의 간섭 제거 이후 CINR 값을 추정하여 기지국에게 보고함으로써, 높은 변조 및 코딩 방식(Modulation and Coding Scheme, 이하 'MCS'라 칭하기로 한다) 레벨을 사용하여 시스템 처리율(throughput)을 증가시킬 수 있도록 한다.

한편, 광대역 무선 접속(BWA, Broadband Wireless Access) 통신 시스템 예컨대, IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16 시스템에서는 STC(Space Time Coding) 방식이 적용된 시스템인 경우, 이동 단말기(MS, Mobile Station)에서 후처리(post processing) 이후에 CINR 값을 측정하여 기지국(BS, Base Station)에게 보고한다고 언급하고 있다. 하지만, 이러한 방식은 다중입력 다중출력(Multi Input Multi Output, 이하 'MIMO'라 칭하기로 한다)의 멀티 스트림을 분리한 후의 CINR로서, 본 발명의 실시예에서와 같이 인접 셀의 간섭이 제거된 경우와는 그 기술적 사상이 다름을 알 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 인접 셀의 간섭 제거 및 CINR 측정을 위한 장치 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

상기 도 2를 참조하면, 간섭제거 제어기(IC Controller)(201)와, 채널 추정기(Channel Estimator)(203)와, CINR 추정기(CINR Estimator)(205)와, 간섭 제거기(209)와, 등화기(Equalizer)(211)와, 디코더(Decoder)(213) 및 매체 접속 제어(Medium Access Control, 이하 'MAC'이라 칭하기로 한다) 생성기(215)를 포함한다.

상기 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 간섭제거 제어기(201)는 소정의 수신신호를 입력하면, 상기 수신신호에 대하여 간섭 제거 여부를 판단하고 그에 상응하여 상기 간섭 제거기(209)를 제어하는 장치이다. 이때, 상기 간섭제거 제어기(201)는 상기 수신신호의 파워 레벨(power level)을 이용하여 간섭 제거 여부를 판단할 수 있다. 또는 상기 간섭제거 제어기(201)는 프리앰블(preamble)에서 간섭 제거 전의 CINR 값을 측정하거나, 혹은 이전 프레임(frame)에서 측정한 값(참조부호 210)을 이용하여, 현재 프레임에서 상기 간섭 제거기(209)를 사용할 것인지 혹은 사용하지 않은 것인지를 판단한다. 여기서, 상기 이전 프레임에서 측정한 참조부호 210의 CINR 값은 사용할 수도 있으며, 혹은 사용하지 않을 수도 있음은 물론이다. 즉, 채 널 또는 간섭 파워가 프레임마다 빠르게 변하는 경우 참조부호 210의 CINR을 사용하지 않는다. 반대의 경우에는 추정된 CINR의 정확도를 높이기 위해 참조부호 210을 사용한다.

한편, 상기 간섭제거 제어기(201)는 상기 판단결과에 상응하여 상기 간섭 제거기(209), 상기 채널 추정기(203), 상기 CINR 추정기(205) 및 상기 등화기(211)의 제어를 수행한다.

먼저, 상기 간섭제거 제어기(201)는 상기 판단결과 간섭 제거가 온(On)된 경우 즉, 간섭 제거를 수행하는 경우에는 상기 간섭 제거기(209)의 제어를 통해 간섭 제거를 수행하도록 제어한다. 또한 상기 채널 추정기(203)의 제어를 통해, 상기 채널 추정기(203)에서 서빙 기지국의 채널뿐만 아니라, 간섭을 발생하는 인접 기지국에서 송신한 신호의 채널을 추정하도록 제어한다.

다음으로, 상기 간섭제거 제어기(201)는 상기 판단결과 간섭 제거가 오프(Off)된 경우 즉, 간섭 제거를 수행하지 않는 경우에는 상기 간섭 제거기(209) 대신 상기 등화기(211)를 제어한다. 이때, 상기 등화기(211)는 수신 신호 검출을 위한 검출기의 역할을 수행한다. 또한 상기 간섭제거 제어기(201)는 상기 채널 추정기(203)의 제어를 통해, 상기 채널 추정기(203)에서 서빙 기지국의 채널만을 추정하도록 제어한다.

상기 CINR 추정기(205)는 상기 간섭제거 제어기(201)의 출력 결과 값에 따라, 예컨대, 상기 간섭제거 제어기(201)의 출력이 온(On)인 경우에는 간섭제거 후의 CINR, 그리고 오프(Off)인 경우에는 통상의 간섭 제거를 하지 않은 CINR 추정을 수행한다. 이어서, 상기 추정된 CINR 값을 상위 계층(layer)인 MAC 계층에 전달하여 송신장치를 통해 기지국으로 송신하게 된다.

그러면 이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 상기 채널 추정기(203) 및 CINR 추정기(205)의 바람직한 동작 실시예들에 대하여 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.

먼저, 상기 소정의 수신신호(Rx signal)는 하기 <수학식 1>과 같이 나타낼 수 있다.

상기 <수학식 1>에서, 상기 x_s는 서빙 기지국의 송신 신호를 나타내며, x_i는 i번째 기지국에서 송신하는 신호를 나타내며, 상기 r은 상기 간섭 제거기(209)가 제거할 수 있는 간섭 신호의 수를 나타내며, 상기 I는 상기 간섭 제거기(209)가 제거할 수 없는 간섭 신호로서, 중심 극한 정리(central limit theorem)에 의해 부가 백색 가우시안 잡음(Additive White Gaussian Noise, 이하 'AWGN'이라 칭하기로 한다)으로 모델링 된다. 상기 w는 열잡음을 나타내며, AWGN으로 모델링 한다. 상기 h_i는 각각의 경우 예컨대, 서빙 기지국 및 인접 기지국에 해당하는 채널을 나타낸다.

상기 <수학식 1>에 나타낸 바와 같이, 상기 이동 단말기는 자신이 현재 접속한 서빙 기지국의 신호뿐만 아니라, 인접한 인접 기지국들의 간섭 신호가 비슷한 전력(power)을 가지고 중첩된 수신신호를 수신한다. 따라서 상기 이동 단말기에서 는 상기 인접 기지국들에 의한 상호 간섭으로 인하여 링크(link) 성능이 심각하게 열화되는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 극복하기 위해 셀 경계 지역에 위치하는 이동 단말기에게 신호를 전송할 때, QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)와 같은 낮은 차수 변조(low-order modulation)와 낮은 부호율(code rate)을 사용한다. 예를 들면, 통상적으로 순방향 오류 정정(Forward Error Correction, 이하 'FEC'라 칭하기로 한다)과 반복 부호화(repetition coding)를 동시에 사용하여 전송할 수 있다. 하지만, 이러한 경우 주파수 효율이 지나치게 낮아지는 문제점이 있다.

다른 방법으로, 상기 이동 단말기에서 간섭 제거 기법을 사용하여 인접 기지국으로부터 수신되는 간섭 신호를 제거하여 타겟(target) 신호를 검출(detection)하는 기술이 있다. 이러한 경우 간섭 제거를 위해 인접 기지국의 신호까지 복조해야 함에 따라 이동 단말기의 복잡도가 증가하게 된다. 하지만 상기 기술은 주파수 효율을 떨어뜨리지 않으면서 링크 성능을 크게 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 상기에서 개략적으로 살펴본 간섭 제거 과정은 본 발명의 범위에서 벗어나는 것이므로 여기서는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 다만, 본 발명의 실시예에서는 상기 간섭 제거된 신호에 대한 채널 상태 즉, CINR 값을 측정하여 기지국에 보고하는 것에 관한 것이다.

한편, 제안하는 본 발명의 실시예에서는 상기와 같이 이동 단말기에서 인접 셀의 간섭을 제거한 후에는 CINR을 추정하게 된다. 이하에서는 OFDM 시스템에서 각 기지국이 동일한 부반송파(sub-carrier) 위치에 파일럿을 송신하고, 이동 단말기는 송신된 파일럿을 알 수 있다고 가정한다. 여기서, 상기 파일럿을 아는 방안은 여러 가지가 있을 수 있으나, 이는 본 발명의 범위에서 벗어나므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

다음으로, 상기 <수학식 1>에서 간섭 제거 후의 CINR은 하기 <수학식 2>와 같이 나타낼 수 있다.

상기 <수학식 2>에 나타낸 바와 같이, 상기 P_I는 상기 <수학식 1>에 나타낸 I의 평균 파워를 나타내며, 상기 N은 열잡음의 파워를 나타내며, 상기 x_s는 서빙 기지국의 송신 신호를 나타내며, 상기 h_s는 각각의 경우 예컨대, 서빙 기지국 및 인접 기지국에 해당하는 채널을 나타낸다.

한편, 상기한 바와 같은 파일럿은 타이밍 복원, 정밀한 동기 및 위상 잡음 추적을 위하여 도 3에 나타낸 바와 같이 분산 파일럿(scattered pilot)을 일반적으로 많이 사용한다. 상기 도 3에 나타낸 바와 같이 분산 파일럿을 사용하는 시스템의 경우, 일정 시간-주파수 영역에서 채널이 동일하다고 가정할 수 있다.

이때, 상기 도 3에 나타낸 바와 같이, 시간-주파수 영역은 소정 개수의 OFDM 심볼 구간동안 채널이 동일하다고 판단되는지를 나타내는 코히런스 타임(coherence time)과 소정 개수의 부반송파가 동일한 채널을 겪는다고 판단되는지를 나타내는 코히런스 대역폭(coherence bandwidth)에 따라서 다른 값을 가질 수 있다. 이하, 본 발명의 실시예에서는 상기 시간-주파수 영역을 타일(tile)이라 칭하기로 한다.

한편, 셀 경계 지역에서는 이동 단말기의 동작 SINR이 낮기 때문에, 상기 이동 단말기가 기지국 주변에 위치하는 경우에 비해 타일의 크기를 크게 하는 것이 가능하다. 따라서 기지국 주변과 셀 경계 지역에 동일한 파일럿 밀도를 가정하는 경우에는 좀더 많은 파일럿을 가지는 타일을 가정할 수 있다. 여기서, 상기 시간-주파수 타일 내에 존재하는 파일럿 수를 L이라고 가정하는 경우, 상기 수신 신호는 하기 <수학식 3>과 같이 나타낼 수 있다.

상기 <수학식 3>의 경우, 상기 h는 예컨대, LS(Least Square) 방법으로 구할 수 있으며, 그 예로서 하기 <수학식 4>와 같이 나타낼 수 있다.

따라서, 상기 <수학식 2>의 CINR은 하기 <수학식 5>와 같이 나타낼 수 있다.

상기 <수학식 5>에 나타낸 바와 같이, 상기 CINR_n은 시간-주파수 타일 1개에서 추정한 값으로, 현재 프레임에 이동 단말기가 여러 타일을 사용하고 있는 경우 각각의 타일에 대해 평균을 구할 수 있다. 이 값을 CINR(n)으로 표시하면, 상기 MAC 계층(215)에 전달하는 값 즉, 현재 프레임의 CINR 추정값

은 하기 <수학식 6>과 같이 이전 프레임에서 추정된 CINR과의 가중 평균 값으로 나타낼 수 있다.

상기 <수학식 6>에서, 상기

는 현재 프레임의 CINR 값을 나타내 며, 상기 알파(α)는 평균을 구하는 윈도우 크기(window size)로서, 이전에 저장된 CINR 값과 현재 프레임에서 구한 CINR 값을 가중 평균하는 비율을 나타내며, (0, 1)의 값을 가진다. 즉, 상기 알파가 클수록 현재 프레임에서 구한 CINR에 대해 적은 가중치를 주며, 반대로 상기 알파가 작을수록 현재 프레임에서 구한 CINR에 대해 큰 가중치를 주는 의미를 갖는다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 CINR 추정기의 동작 과정을 설명하기 위해 도시한 도면이다.

상기 도 4를 설명하기에 앞서, 상기 도 4에서는 상기 도 2에 나타낸 간섭제거 제어기(201)의 출력 값이 온(On) 즉, 간섭 제거를 수행하는 경우를 가정한다. 이는 간섭 제거를 수행하지 않는 경우에 대한 CINR 추정 기법은 일반적인 동작을 수행하기 때문이다.

상기 도 4를 참조하면, 먼저 상기와 같이 간섭 제거가 온(On)된 경우에는 401단계에서 상기 CINR 추정기(205)는 상기 채널 추정기(203)에서 상기 수신 신호(Rx signal)에서 추정하여 출력하는 채널 추정값을 이용하여 한 타일에 대해 CINR을 추정한 후 403단계로 진행한다. 이때, 상기 CINR 추정은 예컨대, SIC(Successive Interference Cancellation) 개념을 적용하여 추정할 수 있다.

다음으로, 상기 403단계에서 상기 CINR 추정기는 상기 추정된 CINR을 이용하여 여러 타일에 대한 평균 CINR을 추정한 후 405단계로 진행한다. 즉, 상기 CINR 추정기는 상기 401단계에서 추정된 CINR을 여러 타일에 대해 평균을 구하고, 이후 상기 405단계로 진행하여 상기 <수학식 6>에 나타낸 바와 같이 여러 프레임에 대한 가중 평균 CINR 값 즉, 상기

을 추정한다.

이후, 상기 CINR 추정기는 상기 구한

을 상기 도 2에 나타낸 바와 같이, MAC 계층(215)으로 전달하여 무선 주파수(Radio Frequency, 이하 'RF'라 칭하기로 한다) 처리되어 송신기를 통해 기지국으로 보고한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같이 제안하는 본 발명의 무선 통신 시스템에서 채널 추정 장치 및 방법에 따르면, 인접 셀 등의 간섭을 제거한 후 CINR을 추정하여 기지국으로 보고함으로써, 시스템 전체의 처리율(throughput)을 증가시킬 수 있다. 즉, 기지국에서는 간섭 제거 후의 CINR 추정값을 보고받음으로써, 그에 상응하여 높은 MCS 레벨을 사용하여 시스템 처리율을 증가시킬 수 있다.

Claims

무선 통신 시스템에서 채널 추정 방법에 있어서,

입력되는 소정 수신신호로부터 인접 셀의 간섭을 제거하는 과정과,

상기 간섭이 제거된 수신신호에 대한 채널 상태를 추정하는 과정과,

상기 추정된 채널 상태를 기지국으로 보고하는 과정을 포함하는 채널 추정 방법.
제1항에 있어서,

상기 채널 상태 추정은, 상기 인접 셀의 간섭을 제거한 후 캐리어대 간섭 잡음비(CINR, Carrier to Interference and Noise Ratio)를 추정하는 것을 특징으로 하는 채널 추정 방법.
제1항에 있어서,

상기 채널 상태 추정 과정은,

상기 수신신호에 대해 간섭이 제거된 경우, 상기 수신신호에서 채널을 추정하는 과정과,

상기 채널 추정 값을 이용하여 적어도 하나 이상의 부반송파들로 이루어진 하나의 그룹에 대한 제1 CINR 값을 추정하는 과정과,

상기 추정된 제1 CINR 값을 이용하여 여러 그룹에 대한 제2 CINR 값을 추정하는 과정과,

상기 여러 그룹에 대한 제2 CINR 값을 이용하여 여러 프레임에 대한 제3 CINR 값을 추정하는 과정을 포함하는 채널 추정 방법.
제3항에 있어서,

상기 적어도 하나 이상의 부반송파들로 이루어진 그룹은 타일(tile) 단위로 이루어짐을 특징으로 하는 채널 추정 방법.
제3항에 있어서,

상기 제1 CINR 값은 하기와 같이 구함을 특징으로 하는 채널 추정 방법.

P_I는 상기 제거할 수 없는 간섭 신호의 평균 파워를 나타내며, N은 열잡음의 파워를 나타내며, x_s는 서빙 기지국의 송신 신호를 나타내며, h_s는 서빙 기지국 및 인접 기지국에 해당하는 채널을 나타냄.
제3항에 있어서,

상기 제2 CINR 값은 하기와 같이 구함을 특징으로 하는 채널 추정 방법.

CINR_n은 현재 프레임에 이동 단말기가 여러 타일을 사용하고 있는 경우 각각의 타일에 대해 평균 CINR 값을 나타냄.
제3항에 있어서,

상기 제3 CINR 값은 현재 프레임에 대한 CINR 값을 포함하는 채널 추정 방법.
제3항에 있어서,

상기 제3 CINR 값은 하기와 같이 구함을 특징으로 하는 채널 추정 방법.

는 현재 프레임의 CINR 값을 나타내며, α는 이전에 저장된 CINR 값과 현재 프레임에서 구한 CINR 값을 가중 평균하는 비율을 나타냄.
제3항에 있어서,

상기 제3 CINR 값을 기지국으로 보고하는 과정을 더 포함하는 채널 추정 방법.
무선 통신 시스템에서 채널 추정 장치에 있어서,

입력되는 소정 수신신호에 대하여 간섭 제거 여부를 판단하고, 그에 상응하여 제어 값을 출력하는 간섭제거 제어기와,

상기 간섭제거 제어기의 제어에 상응하여 상기 수신신호에 대한 간섭을 제거하는 간섭 제거기와,

상기 간섭제거 제어기의 제어에 상응하여 상기 수신신호에 대한 채널을 추정하는 채널 추정기와,

상기 간섭제거 제어기의 제어에 상응하여 현재 프레임에 대한 캐리어대 간섭 잡음비(CINR)를 추정하는 CINR 추정기를 포함하는 채널 추정 장치.
제10항에 있어서,

상기 CINR 추정기는, 상기 수신신호에 대해 간섭이 제거된 경우, 상기 수신신호에서 채널을 추정하고, 상기 채널 추정 값을 이용하여 적어도 하나 이상의 부반송파들로 이루어진 하나의 그룹에 대한 제1 CINR 값을 추정하고, 상기 추정된 제1 CINR 값을 이용하여 여러 그룹에 대한 제2 CINR 값을 추정하고, 상기 여러 그룹에 대한 제2 CINR 값을 이용하여 여러 프레임에 대한 제3 CINR 값을 추정하는 것을 특징으로 하는 채널 추정 장치.
제11항에 있어서,

상기 적어도 하나 이상의 부반송파들로 이루어진 그룹은 타일(tile) 단위로 이루어짐을 특징으로 하는 채널 추정 장치.
제11항에 있어서,

상기 CINR 추정기는 상기 제1 CINR 값을 하기와 같이 구함을 특징으로 하는 채널 추정 장치.

P_I는 상기 제거할 수 없는 간섭 신호의 평균 파워를 나타내며, N은 열잡음의 파워를 나타내며, x_s는 서빙 기지국의 송신 신호를 나타내며, h_s는 서빙 기지국 및 인접 기지국에 해당하는 채널을 나타냄.
제11항에 있어서,

상기 CINR 추정기는 상기 제2 CINR 값을 하기와 같이 구함을 특징으로 하는 채널 추정 장치.

CINR_n은 현재 프레임에 이동 단말기가 여러 타일을 사용하고 있는 경우 각각의 타일에 대해 평균 CINR 값을 나타냄.
제11항에 있어서,

상기 제3 CINR 값은 현재 프레임에 대한 CINR 값을 포함하는 채널 추정 장치.
제11항에 있어서,

상기 CINR 추정기는 상기 제3 CINR 값을 하기와 같이 구함을 특징으로 하는 채널 추정 장치.

는 현재 프레임의 CINR 값을 나타내며, α는 이전에 저장된 CINR 값과 현재 프레임에서 구한 CINR 값을 가중 평균하는 비율을 나타냄.
제10항에 있어서,

상기 간섭제거 제어기는 상기 수신신호의 파워 레벨(power level)을 이용하여 간섭 제거 여부를 판단함을 특징으로 하는 채널 추정 장치.
제10항에 있어서,

상기 간섭제거 제어기는 프리앰블에서 간섭 제거 전의 CINR 값 측정 또는 이전 프레임에서 측정한 값을 이용하여 현재 프레임에서의 간섭 제거 여부를 판단함을 특징으로 하는 채널 추정 장치.
제10항에 있어서,

상기 간섭제거 제어기의 제어에 상응하여 수신신호 검출을 위한 등화기를 더 포함하는 채널 추정 장치.
제10항에 있어서,

상기 채널 추정기는 상기 간섭제거 제어기의 제어값에 상응하여 서빙 기지국에 대한 채널 추정 또는 서빙 기지국 및 인접 기지국들에 대한 채널 추정을 수행함을 특징으로 하는 채널 추정 장치.