KR20070077709A

KR20070077709A - 무선 통신 시스템에서 셀 간섭 제거 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20070077709A
Application number: KR1020060007441A
Authority: KR
Inventors: 조성환; 한기영; 윤순영; 이주현
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-01-24
Filing date: 2006-01-24
Publication date: 2007-07-27

Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에서 인접 셀 간섭 제거를 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 이러한 본 발명은 무선 통신 시스템에서 간섭 제거 방법에 있어서, 소정 기지국들의 송신 신호들을 다수의 수신 안테나들을 통해 수신하는 과정과, 상기 수신 신호에 대한 평균 제곱 오차를 산출하는 과정과, 상기 산출하는 평균 제곱 오차에 상응하여 상기 간섭 기지국들의 간섭 신호에 대한 순차적 간섭 제거 수행 여부를 판단하는 과정과, 상기 판단 결과에 상응하여 평균 제곱 오차를 이용한 서빙 기지국의 송신 신호를 추정하는 과정을 포함한다.

MIMO, 인접 셀, 간섭 제거, MSE, SIC, 다중 수신 안테나

Description

무선 통신 시스템에서 셀 간섭 제거 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR INTERFERENCE CANCELLATION IN A WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

도 1은 본 발명의 실시예에 따라 고려되는 무선 통신 시스템의 예를 나타낸 도면,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 셀간 간섭 제거를 위한 수신 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 간섭 제거 과정을 도시한 도면,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 셀 간섭 제거를 통한 성능 그래프를 도시한 도면.

본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 다중 안테나(multi antenna) 통신 시스템에서 효율적인 셀 간섭 제거를 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 경우, 극히 제한된 이동성과 좁은 서비스 영역뿐만 아니라 전파 간섭 등으로 인해 사 용자에게 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 무선 통신 시스템에서는 음성 위주의 서비스를 벗어나 영상, 무선 데이터 등의 다양한 정보를 처리하고 전송할 수 있는 고속 대용량 통신 시스템이 요구되고 있다. 따라서, 시스템 전송 효율을 높임으로써, 시스템 성능을 향상시킬 수 있는 적절한 채널 부호화(channel coding) 방식이 필수적인 요소로 작용하게 되었다.

그런데, 무선 통신 시스템에 존재하는 무선 채널 환경은 유선 채널 환경과는 달리 다중 경로 간섭(multipath interference)과, 쉐도잉(shadowing)과, 전파 감쇠와, 시변 잡음과, 간섭 및 페이딩(fading) 등과 같은 여러 요인들로 인해 불가피한 오류가 발생하여 정보의 손실이 발생한다. 상기 정보 손실은 실제 송신 신호에 심 한 왜곡을 발생시켜 상기 무선 통신 시스템 전체 성능을 저하시키는 요인으로 작용하게 된다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 무선 통신 시스템에서는 간섭 신호가 발생하며, 이러한 간섭 신호는 시스템 성능에 큰 영향을 미치게 된다. 그 예로서, 주파수 재사용 계수(Frequency Reuse Factor)가 1인 시스템의 셀 경계(cell edge) 지역을 들 수 있다. 이러한 셀 경계 지역에서는 이동 단말기(MS, Mobile Station)가 접속되어 정보를 수신하고 있는 기지국(BS, Base Station) 예컨대, 서빙 기지국(Serving BS)으로부터의 수신 신호 이외에, 인접 기지국에서 동일한 주파수를 사용하여 다른 사용자에게 전송되는 신호가 존재하게 된다. 이러한 신호는 상기 이동 단말기에게 직접적인 간섭 신호로 작용하게 되며, 이로 인하여 상기 이동 단말기의 수신 성능 저하를 초래하게 된다.

통상적으로, 무선 통신 시스템 예컨대, 코드 분할 다중 접속(Code Division Multiple Access, 이하 'CDMA'라 칭하기로 한다) 또는 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 'OFDM'이라 칭하기로 한다) 기반 시스템에서 주파수 효율을 향상시키고, 셀 계획(cell planning)을 용이하게 하기 위해 주파수 재사용 계수 1을 사용한다. 그러나, 셀 경계 중첩 지역에서는 서빙 기지국의 신호와 인접 기지국의 간섭 신호가 비슷한 전력(power)을 가지고 중첩되어 이동 단말기에게 수신된다. 따라서 상기 이동 단말기에서는 상기 인접 기지국에 의한 상호 간섭으로 인하여 링크(link) 성능이 심각하게 열화되는 문제점이 있다.

상기와 같이 무선 통신 시스템에서는 주파수 재사용 계수(Frequency Reuse Factor)를 통해 주파수 자원의 사용 효율을 높이고 있다. 상기 주파수 재사용 계수는 동일 주파수 자원을 공간적으로 얼마나 떨어진 두 기지국(BS, Base Station)이 사용하는가를 나타내는 지표를 의미한다. 즉, 상기 주파수 재사용 계수는 특정 기지국에서 사용하는 주파수 대역이 지리적으로 얼마나 떨어진 곳에서 재사용 되는가를 나타내는 것으로서, 시스템에 따라 다른 값을 가질 수 있다.

통상적으로, 주파수 재사용 계수가 증가할수록 셀(cell)간 간섭이 줄어들지만, 주파수 사용 효율이 낮아지는 단점이 있다. 이와는 반대로, 주파수 재사용 계수가 작을수록 주파수 사용 효율이 높아지지만, 셀간 간섭이 증가하는 단점이 있다.

즉, 상기 주파수 재사용 계수가 증가할수록 셀 경계 지역에서의 신호대 간섭 잡음비(Signal to Interference & Noise Ratio, 이하 'SINR'이라 칭하기로 한다)이 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.

예를 들을 살펴보면, 상기한 CDMA 시스템에서는 확산/역확산 과정을 통해 인 접 기지국의 간섭에 대해 강인함을 가짐에 따라, 주파수 재사용 계수 1을 사용한다. 그러나, 이러한 경우 역시도 전체 로딩(full loading)인 상황에서는 확산/역확산 이득이 존재하지 않기 때문에 인접 셀간 간섭을 줄이지 못하는 단점이 있다.

또한, 높은 주파수 사용 효율을 위해 최근 채택되고 있는 상기 OFDM 시스템에서는 상기 CDMA 시스템에서 이용하는 확산/역확산 기법이 적용되지 않는다. 따라서 주파수 재사용 계수를 1로 하는 경우 특히, 셀 경계에서 인접 셀에서 수신되는 간섭 신호로 인해 성능 저하가 발생한다. 따라서, 이러한 환경에서 인접 셀 간섭을 제거할 수 있는 방안이 요구된다.

상기한 OFDM 시스템에서는 부분 로딩(partial loading), 부분 주파수 재사용(fractional frequency reuse) 등의 기법이 제안되고 있다. 그러나, 이러한 기법들은 사용 주파수 자원을 모두 사용하지 않기 때문에 주파수 사용 효율이 떨어진다. 또한 상기 부분 로딩, 부분 주파수 재사용과 같은 기법은 인접 셀간 조정이 필용한 방식이기 때문에 실제 시스템에 적용되기 어려운 단점이 있다.. 따라서, 최근에는 상기와 같이 인접 셀에 의한 간섭을 줄이기 위한 방안들이 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. 상기 IDMA 기법은 인접 기지국이 서로 다른 스크램블 코드(scramble code)를 사용하여 인접 셀 간섭을 줄이는 것으로, 반복적인 디코딩 과정이 수반되어야 한다. 이로 인해, 상기 IDMA 기법은 이동 단말기(MS, Mobile Station)의 복잡도가 매우 증가하는 단점이 있다.

따라서, 무선 통신 시스템에서 셀간 간섭을 제거하여 수신 성능을 높일 수 있는 효율적인 셀간 간섭 제거 방안의 필요성이 절실히 대두되고 있다.

따라서 본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 무선 통신 시스템에서 효율적인 셀간 간섭 제거 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 무선 통신 시스템에서 셀간 간섭 제거를 통해 수신 성능을 향상시킬 수 있는 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 무선 통신 시스템에서 다중 수신 안테나를 이용한 셀 간섭 제거 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 무선 통신 시스템에서 다중 안테나 기법을 변형하여 인접 셀간 간섭을 제거를 통해 수신 성능을 향상시킬 수 있는 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 MIMO 시스템에서 인접셀 간섭을 고려한 간섭 제거 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 방법은, 무선 통신 시스템에서 간섭 제거 방법에 있어서, 소정 기지국들의 송신 신호들을 다수의 수신 안테나들을 통해 수신하는 과정과, 상기 수신 신호에 대한 평균 제곱 오차를 산출하는 과정과, 상기 산출하는 평균 제곱 오차에 상응하여 상기 간섭 기지국들의 간섭 신호에 대한 순차적 간섭 제거 수행 여부를 판단하는 과정과, 상기 판단 결과에 상응하여 평균 제곱 오차를 이용한 서빙 기지국의 송신 신호를 추정하는 과정을 포함한다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 장치는, 무선 통신 시스템에서 간섭 제거 장치에 있어서, 소정 기지국들의 송신 신호들을 각각 수신하는 다수의 안테나들과, 상기 다수의 안테나들을 통해 수신하는 수신 신호에 대한 채널을 추정하는 채널 추정기와, 상기 추정된 수신 신호에서 평균 제곱 오차(MSE)를 검출하는 MSE 검출기와, 상기 MSE 검출기에서 검출하는 MSE에 상응하여 인접 기지국들의 간섭 신호에 대한 순차적 간섭 제거(SIC) 수행 여부를 판단하는 SIC 판단기와, 상기 SIC 판단기의 판단 결과에 상응하여 평균 제곱 오차를 이용한 서빙 기지국의 송신 신호를 추정하는 제1 및 제2 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 아니 되며, 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 발명은 무선 통신 시스템에서 셀 간섭 제거 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히 본 발명의 실시예에서는 다중 수신 안테나를 이용한 인접 셀간 간섭 제거 장치 및 방법에 관한 것이다. 즉, 본 발명의 실시예에 따르면 다중 안테나 기법의 변형을 통해 이동 단말기에서 인접 셀간 간섭을 효율적으로 제거할 수 있도록 함으로써, 수신 성능을 높일 수 있도록 한다.

즉, 본 발명의 실시예에서는 다중입력 다중출력(Multiple Input Multiple Output, 이하 'MIMO'라 칭하기로 한다) 시스템에서 인접 셀 간섭을 고려한 간섭 제거 장치 및 방법을 제공한다. 이를 위해 본 발명의 실시예에서는 인접 기지국들의 송신 신호를 수신하고, 상기 수신 신호에 대하여 순차적 간섭 제거(Successive Interference Cancellation, 이하 'SIC'라 칭하기로 한다) 기법 적용 여부를 판단하고, 그 결과에 상응하여 평균 제곱 오차(Mean Square Error, 이하 'MSE'라 칭하기로 한다) 값을 조절하여 수신 성능을 개선시킬 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 실시예에서는 인접 셀간 간섭 제거를 위한 수신 장치에 있어서 다중 수신 안테나와, 채널 추정기 및 간섭 제거기를 포함한다. 본 발명의 실시예에서 는 상기와 같은 수신 장치의 구성 중 특히, 상기 간섭 제거기에 관하여 제안한다. 그러면 이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 바람직한 동작 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 살펴보기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따라 고려되는 무선 통신 시스템의 예를 나타낸 것이다.

상기 도 1을 참조하면, 상기 도 1에서는 이동 단말기(MS, Mobile Station)(110)가 서빙 기지국(Serving BS) 예컨대, 기지국(BS, Base Station) BS1(131)과 통신하고 있는 상황을 나타낸다. 이때, 상기 이동 단말기(110)는 상기 서빙 기지국 BS1(131)의 신호뿐만 아니라, 인접 기지국(Neighbor BS)들인 BS2(133) 및 BS3(135)으로부터 전송되는 신호까지 함께 수신하게 된다. 이러한 경우 상기 인접 기지국들 BS2(133) 및 BS3(135)이 송신하는 신호는 상기 이동 단말기(110)의 수신 장치에서는 간섭으로 작용하게 된다.

상기 도 1에서 이동 단말기(110)가 소정의 수 예컨대, M_r개의 다중 수신 안테나를 가지며, 상기 서빙 기지국(131) 및 간섭으로 작용하는 인접 기지국들(133)(135)의 안테나가 M_t개 존재한다고 가정하면, 이는 통상의 다중 안테나 예컨대, MIMO 수신 기법을 적용할 수 있다. 상기 MIMO 기법은 비선형 기법인 최대 우도(ML, Maximum Likelihood) 계열과, 선형 기법으로 크게 나눌 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 상기 이동 단말기(110)의 복잡도를 고려하여 최소 평균 제곱 오차((Minimum Mean Square Error, 이하 'MMSE'라 칭하기로 한다) 계열 기법을 사용한다. 하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니므로, 상기 MMSE 기법 적용은 상기와 같이 이동 단말기의 복잡도를 고려하여 적용한 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예는 MIMO 방식에 따른 다양한 기법을 적용할 수 있음은 물론이다.

또한, 상기와 같이 MMSE 기법을 사용함에 따라 상기 이동 단말기(110) 다중 수신 안테나 수 즉, 상기 M_r이 기지국들의 안테나 수 즉, M_t보다 같거나 큰 경우(

)를 가정한다. 이러한 경우 상기 이동 단말기(110)가 수신하는 신호는 하기 <수학식 1>과 같이 나타낼 수 있다.

상기 <수학식 1>에 나타낸 바와 같이, 상기 y는 상기 이동 단말기(110)가 수신하는 수신 신호를 나타내며, 상기 H는 (M_r, M_t) 차원을 가지는 매트릭스(matrix)를 나타내며, 채널 추정기를 통해 추정된다. 상기 x는 각 기지국이 송신하는 신호 벡터를 나타내며, M_t 차원을 가진다. 상기 n은 열잡음을 나타내며, 상기 이동 단말기(110)에서 제거하지 못하는 타 기지국의 간섭 신호를 포함한다. 이때, 상기 n의 파워는

이고, M_r 차원을 가진다.

직교 원리(Orthogonal Principle)를 사용하고, 추정된 송신 신호를

라 할 때,

를 만족하는 MMSE 가중 행렬 G는 하기 <수학식 2>와 같이 나타낼 수 있다.

상기 <수학식 2>에 나타낸 바와 같이, 상기 G는 MMSE 가중 행렬를 나타내며, 상기 H는 채널 매트릭스를 나타내며, 상기

는 열잡음에 파워를 나타내며, 상기 위 첨자 H는 허미시안(Hermitian)을 나타내며, 상기 N은 열잡음을 나타내며, 상기 I는 단위 행렬을 나타낸다.

다음으로 이하에서는, 상기한 바와 같은 상황들을 고려하여 본 발명의 실시예에 따른 셀간 간섭 제거를 위한 수신 장치 및 방법에 대하여 살펴보기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 셀간 간섭 제거를 위한 수신 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

상기 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수신 장치는, 다수개의 수신 안테나들(201 내지 205)과, 다수개의 무선 주파수(Radio Frequency, 이하 'RF'라 칭하기로 한다) 처리기들(211 내지 215)과, 채널 추정기(220) 및 간섭 제거기(230)를 포함한다. 또한 본 발명의 실시예에 따른 상기 간섭 제거기(230)는 MSE 검출기(231)와, SIC 판단기(233)와, MMSE 추정기(235) 및 MMSE-SIC 추정기(237)를 포함한다.

상기 수신 장치는 상기 다중 안테나들(201 내지 205)을 통해 도 1에 나타낸 바와 같은 서빙 기지국(131)으로부터의 송신 신호와, 인접 기지국들(133)(135)로부터의 간섭 신호가 중첩된 신호를 각각 수신하여 상기 RF 처리기들(211 내지 215)로 전달한다. 상기 RF 처리기들(211 내지 215)은 상기 수신 신호들에 대하여 RF 처리한 후 상기 채널 추정기(220) 및 간섭 제거기(230)로 전달한다.

그러면 상기 채널 추정기(220)는 상기 수신 신호들에 대한 채널 추정을 수행하고, 그 결과를 상기 간섭 제거기(230)로 전달한다.

상기 간섭 제거기(230)는 먼저, 상기 MSE 검출기(231)를 통해 상기 추정된 송신 신호들로부터 MSE를 검출한다. 이때, 상기 MSE 검출은 상기 <수학식 2>에 나타낸 바와 같이 상기 추정된 송신 신호들을 구하기 위한 MMSE 가중 행렬 G에서 첫 번째 성분인

를 통해 구할 수 있다. 즉, 상기 <수학식 2>의 첫 번째 성분인

는 MSE를 나타내며, 상기 MSE 검출기(231)의 출력은 하기 <수학식 3>과 같이 나타낼 수 있다.

상기 <수학식 3>에서 tr(A)는 행렬 A 즉, MSE인

의 대각 성분(diagonal components)의 합을 나타낸다.

이어서, 상기 MSE 검출기(231)는 구해진 MSE를 상기 SIC 판단기(233)로 전달 한다. 그러면 상기 SIC 판단기(233)는 상기 MSE 검출기(231)로부터 전달되는 MSE를 이용하여 SIC 수행 여부를 판단하게 된다.

예를 들면, 먼저 MMSE 추정 전의 k 번째 기지국에서 송신된 신호에 대한 MSE_k는 k 번째 기지국에 대한 신호대 간섭 잡음비(Signal to Interference and Noise Ratio, 이하 'SINR'이라 칭하기로 한다)(SINR_k)와 하기 <수학식 4>와 같은 관계를 가진다.

따라서, MMSE에 SIC를 추가하여 수신 성능을 높이고자 할 때, SINR이 가장 큰 신호를 검출하여 이를 제거하는 경우, SINR 대신 MSE 즉,

의 대각 성분 값을 이용할 수 있다. 따라서, 서빙 기지국의 신호를 x₁이라 할 때, 행렬 A의 첫 번째 대각 성분과 나머지 대각 성분의 비교를 통해 SIC를 판단한다. 이때, a_k를 행렬 A의 k 번째 대각 성분이라 할 때, 상기 SIC 판단기(233)는 다음과 같이 SIC 판단을 수행할 수 있다.

먼저, 대각 성분 a₁ < min(a₂, a₃, ..., a_Rt)을 만족하는 경우, 상기 SIC 판단기(233)는 SIC를 수행하지 않는다. 즉, 상기와 같은 경우 서빙 기지국의 신호가 SINR 관점에서 가장 좋기 때문에 SIC를 수행하지 않는다. 여기서, 상기 a₁은 서빙 기지국 송신 신호와 추정값의 MSE를 나타내고, 상기 a₂, a₃, ..., a_Rt는 인접 기지국들의 송신 신호와 추정값의 MSE를 나타낸다.

다음으로, 대각 성분 a₁ > min(a₂, a₃, ..., a_Rt)을 만족하는 경우, 상기 SIC 판단기(233)는 SIC를 수행하게 된다.

한편, 상기 SIC 판단기(233)는 상기와 같은 절차를 통해 판단된 결과를 상기 MMSE 추정기(235) 또는 MMSE-SIC 추정기(237)로 전달한다. 즉, 상기 MMSE 추정기(235) 및 MMSE-SIC 추정기(237)는 상기 SIC 판단기(233)의 판단 결과에 상응하게 동작하게 된다.

상기 MMSE 추정기(235)에서는 상기 SIC 판단기(233)에서 SIC를 수행하지 않는 경우, MMSE 솔루션(solution)을 그대로 사용하여 서빙 기지국의 송신 신호를 판단하게 된다. 따라서, 상기와 같이 SIC를 수행하지 않는 경우는 서빙 기지국의 송신 신호를 하기 <수학식 5>와 같이 추정한다.

상기 <수학식 5>에 나타낸 바와 같이, 상기

은 서빙 기지국의 추정 송신 신호를 나타내며, 상기

는 MMSE 가중 행렬 G의 첫 번째 행 벡터(row vector)를 나타내며, 상기 y는 수신 신호를 나타낸다.

상기 MMSE-SIC 추정기(237)에서는 상기 SIC 판단기(233)에서 SIC를 수행하는 경우, MSE가 가장 작은 신호를 추정한 후, 소정의 슬라이서(slicer)를 통해 슬라이스(slice)되는 값을 이용하여 서빙 기지국의 송신 신호를 추정하게 된다. 이러한 과정을 간단히 설명하기 위해 M_r = M_t = 2인 경우를 예로 하여 살펴보면 다음과 같다. 여기서, 상기 슬라이서는 바람직하게는 상기 MMSE-SIC 추정기에 포함되어 슬라이스 기능을 수행할 수 있다. 또한 상기 슬라이서는 상기한 간섭 제거 장치에 별도로 포함하여 구성될 수도 있음은 물론이다.

먼저, 상기와 같이 M_r = M_t = 2인 경우에 SIC를 수행하는 경우는 간섭 기지국의 송신 신호를 하기 <수학식 6>과 같이 추정할 수 있다.

상기 <수학식 6>에 나타낸 바와 같이, 상기

은 간섭 기지국의 추정 송신 신호를 나타내며, 상기

는 MMSE 가중 행렬 G의 두 번째 행 벡터(row vector)를 나타내며, 상기 y는 수신 신호를 나타낸다.

다음으로, 상기 <수학식 6>과 같이 추정된 상기

를 상기한 바와 같이 소정의 슬라이서를 통과한 신호를

라 할 때, 상기 MMSE-SIC 추정기(237)에서는 상기 <수학식 1>에서 상기

에 해당하는 성분을 제거한다. 이를 표현하면 하기 <수 학식 7>과 같이 나타낼 수 있다.

상기 <수학식 7>에 나타낸 바와 같이, 상기 y_s는 수신 신호에서 슬라이스를 통과한

신호가 제거된 수신 신호를 나타내며, 상기 y는 수신 신호를 나타내며, 상기 h₂는 채널 행렬 H의 2번째 열 벡터(column vector)를 나타내며, 상기

은 간섭 기지국의 추정 송신 신호를 나타낸다.

이때, 상기 MMSE-SIC 추정기(237)는 상기 신호 y_s를 MRC(maximum ration combining)하여 서빙 기지국의 신호를 추정하게 된다. 이러한 과정을 수식으로 표현하면 하기 <수학식 8>과 같이 나타낼 수 있다.

상기 <수학식 8>에 나타낸 바와 같이, 상기

은 서빙 기지국의 추정 신호를 나타내며, 상기 h₁은 채널 행렬 H의 1번째 열 벡터를 나타내며, 상기 y_s는 수신 신호에서 슬라이스를 통과한

신호가 제거된 수신 신호를 나타내며, 상기 위 첨자 H는 허미시안(Hermitian)을 나타낸다.

한편, 상기에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 간섭 제거 장치는 상기한 인접 기지국들의 간섭 제거를 수행함에 있어서, 바람직하게는 특정 시구간에서의 소정 개수의 서브캐리어(subcarrier) 즉, 톤(tone)별로 수행함이 보다 바람직하다. 하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 그러면 이하에서는, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 간섭 제거 방법에 대하여 하기 도 3을 참조하여 살펴보기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 간섭 제거 과정을 도시한 도면이다.

상기 도 3을 참조하면, 먼저 301단계에서 본 발명의 실시예에 따른 수신 장치는 다수개의 다중 안테나들을 통해 적어도 하나 이상의 송신 신호들을 수신하면 303단계로 진행한다. 이때, 상기 송신 신호는 서빙 기지국으로부터의 송신 신호 또는 상기 서빙 기지국으로부터의 송신 신호와 인접 기지국들로부터의 간섭 신호가 중첩된 신호를 포함하며, 상기 수신 장치는 다수개의 수신 안테나들을 통해 상기 다수의 기지국들로부터 송신되는 신호를 각각 수신하게 된다. 상기 303단계에서 상기 수신 장치는 상기 수신 신호에 대하여 채널 추정을 수행한 후 305단계로 진행한다.

상기 305단계에서 상기 수신 장치는 상기 추정된 송신 신호로부터 MSE를 검출한 후 307단계로 진행한다. 상기 307단계에서는 상기 검출된 MSE를 이용하여 SIC 수행 여부를 판단한 후 그 결과에 따라 309단계 또는 311단계로 진행한다.

즉, 상기 307단계에서의 판단결과 SIC를 수행하지 않는 경우에는 상기 309단 계로 진행하여 MSE 최소값을 추정한다. 이때, 상기 MSE 추정은 상기 307단계에서 SIC를 수행하지 않는 경우, MMSE 솔루션을 그대로 적용하여 최소값을 가지는 MSE를 추정한 후 317단계로 진행한다. 상기 317단계에서는 상기 추정 값을 이용하여 서빙 기지국의 신호를 추정한다.

한편, 상기 307단계에서 SIC를 수행하는 경우, 최소값을 가지는 MSE를 추정한 후 313단계로 진행한다. 상기 313단계에서는 상기 MSE를 슬라이스한 후 315단계로 진행한다. 상기 315단계에서는 상기 313단계에서 슬라이스되는 값을 상기 수신 신호에서 제거한 후 317단계로 진행한다. 상기 317단계에서는 상기 315단계에서와 같이 슬라이스되는 값을 이용하여 서빙 기지국의 송신 신호를 추정한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 셀 간섭 제거를 통한 성능 그래프를 도시한 도면이다.

상기 도 4를 참조하면, 상기 도 4에서는 본 발명의 실시예에 상응하여 비트 에러율(BER, Bit Error Rate) 성능 그래프를 나타낸 것으로, M_r = M_t = 2이고, 2 셀(cell) 환경을 가정한 것이다. 또한, 채널은 레일리(Rayleigh) 페이딩 채널을 가정하며, 두 기지국 모두 BPSK(Binary Phase Shift Keying)를 사용하여 송신하는 경우를 가정한다. 또한, 채널은 수신기에서 완벽하게 알고 있다고 가정하였으며, 암호화하지 않은(uncoded) 상황을 가정한다.

또한, 상기 도 4에서는 다른 기법과의 비교를 위해 최대 비율 결합(Maximum Ratio Combing, 이하 'MRC'라 칭하기로 한다) 기법을 이용해 SIC를 하는 경우 및 MMSE를 사용하는 경우를 비교하였으며, 성능 바운드(bound)를 알기 위해 간섭(interference)을 완벽하게 제거한 경우, 상기 MRC한 경우를 고려하였다.

상기 도 4에서는 상기한 경우에 따른 성능 그래프를 나타낸 것으로, 상기 도 4에 나타낸 바와 같이 제안하는 방법이 인접 기지국 간섭을 효과적으로 제거하고 있음을 알 수 있다. 구체적으로 BER이

인 경우 본 발명에서 제안하는 방법은 성능 바운드를 의미하는 간섭이 없을 때, 상기 MRC한 경우와 비교하여 약 2dB의 성능 열화가 있다. 다른 기법과 비교하면 MMSE를 사용하는 경우에 비해 약 8dB 성능 이득이 있고, MRC 기법을 이용해 SIC를 하는 경우보다 현저히 우수한 성능 이득이 있음을 알 수 있다.

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 특허 청구범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같이 제안하는 본 발명의 무선 통신 시스템에서 셀 간섭 제거 장치 및 방법에 따르면, 무선 통신 시스템에서 인접 기지국의 간섭을 효과적으로 제거할 수 있으며, 이를 통해 수신 성능을 향상시킬 수 있는 이점을 가진다. 또한 상기 수신 성능 향상을 통해 더 높은 부호화율 또는 변조 차수 사용을 가능케 함으로써, 전체 시스템 처리율(throughput)을 향상시킬 수 있는 이점을 가진다.

Claims

무선 통신 시스템에서 간섭 제거 방법에 있어서,

소정 기지국들의 송신 신호들을 다수의 수신 안테나들을 통해 수신하는 과정과,

상기 수신 신호들에 대한 평균 제곱 오차를 산출하는 과정과,

상기 산출하는 평균 제곱 오차에 상응하여 상기 간섭 기지국들의 간섭 신호에 대한 순차적 간섭 제거 수행 여부를 판단하는 과정과,

상기 판단 결과에 상응하여 평균 제곱 오차를 이용한 서빙 기지국의 송신 신호를 추정하는 과정을 포함하는 간섭 제거 방법.
제1항에 있어서,

상기 판단 결과, 순차적 간섭 제거를 수행하지 않는 경우 최소 평균 제곱 오차를 이용한 서빙 기지국의 송신 신호를 추정하는 과정을 포함하는 간섭 제거 방법.
제2항에 있어서,

상기 서빙 기지국의 추정 송신 신호는 하기와 같이 나타냄을 특징으로 하는 간섭 제거 방법.

은 서빙 기지국의 추정 송신 신호를 나타내며,
는 최소 평균 제곱 오차(MMSE) 가중 행렬의 첫 번째 행 벡터(row vector)를 나타내며, y는 수신 신호를 나타냄.
제1항에 있어서,

상기 판단 결과, 순차적 간섭 제거를 수행하는 경우 최소 평균 제곱 오차를 가지는 인접 기지국의 간섭 신호를 추정하는 과정과,

상기 추정된 신호를 슬라이스(slice)한 후, 상기 슬라이스된 값을 이용하여 서빙 기지국의 송신 신호를 판단하는 과정을 포함하는 간섭 제거 방법.
제4항에 있어서,

상기 판단 과정은,

상기 기지국들로부터의 수신 신호에서 상기 슬라이스된 신호를 제거하는 과정과,

상기 슬라이스 신호가 제거된 수신 신호를 통해 상기 서빙 기지국의 송신 신 호를 추정하는 과정을 포함하는 간섭 제거 방법.
제5항에 있어서,

상기 간섭 기지국의 추정 신호는 하기와 같이 나타냄을 특징으로 하는 간섭 제거 방법.

은 간섭 기지국의 추정 송신 신호를 나타내며,
는 MMSE 가중 행렬의 두 번째 행 벡터(row vector)를 나타내며, 상기 y는 수신 신호를 나타냄.
제5항에 있어서,

상기 수신 신호에서 상기 슬라이스된 신호가 제거된 신호는 하기와 같이 나타냄을 특징으로 하는 간섭 제거 방법.

y_s는 수신 신호에서 슬라이스를 통과한
신호가 제거된 수신 신호를 나타내며, y는 수신 신호를 나타내며, h₂는 채널 행렬 H의 2번째 열 벡터(column vector)를 나타내며,
은 간섭 기지국의 추정 송신 신호를 나타냄.
제5항에 있어서,

상기 서빙 기지국의 추정 송신 신호는 하기와 같이 나타냄을 특징으로 하는 간섭 제거 방법.

은 서빙 기지국의 추정 신호를 나타내며, h₁은 채널 행렬 H의 1번째 열 벡터를 나타내며, y_s는 수신 신호에서 슬라이스를 통과한
신호가 제거된 수신 신호를 나타내며, 상기 위 첨자 H는 허미시안(Hermitian)을 나타냄.
제1항에 있어서,

상기 순차적 간섭 제거 여부 판단은, 상기 수신 신호에서 간섭 기지국으로부터 수신하는 간섭 신호와 상기 서빙 기지국으로부터 수신하는 수신 신호의 크기를 비교하여 판단하는 과정을 포함하는 간섭 제거 방법.
제9항에 있어서,

상기 신호의 크기는 신호대 간섭 잡음비(SINR)를 검출하여 판단함을 특징으로 하는 간섭 제거 방법.
제1항에 있어서,

상기 소정 기지국들의 송신 신호는, 서빙 기지국의 송신 신호 또는 상기 서빙 기지국의 송신 신호 및 인접 기지국들의 간섭 신호가 중첩된 신호를 포함하는 간섭 제거 방법.
무선 통신 시스템에서 간섭 제거 장치에 있어서,

소정 기지국들의 송신 신호들을 각각 수신하는 다수의 안테나들과,

상기 다수의 안테나들을 통해 수신하는 수신 신호들에 대한 채널을 추정하는 채널 추정기와,

상기 추정된 수신 신호들에 대하여 평균 제곱 오차(MSE)를 검출하는 MSE 검출기와,

상기 MSE 검출기에서 검출하는 MSE에 상응하여 인접 기지국들의 간섭 신호에 대한 순차적 간섭 제거(SIC) 수행 여부를 판단하는 SIC 판단기와,

상기 SIC 판단기의 판단 결과에 상응하여 평균 제곱 오차를 이용한 서빙 기지국의 송신 신호를 추정하는 제1 및 제2 추정기를 포함하는 간섭 제거 장치.
제12항에 있어서,

상기 제1 추정기는, 상기 SIC 판단기의 판단 결과 SIC를 수행하지 않는 경우 최소 평균 제곱 오차를 이용한 서빙 기지국의 송신 신호를 추정하는 MMSE 추정기를 포함하는 간섭 제거 장치.
제13항에 있어서,

상기 제1 추정기에서 추정하는 서빙 기지국의 추정 송신 신호는 하기와 같이 나타냄을 특징으로 하는 간섭 제거 장치.

은 서빙 기지국의 추정 송신 신호를 나타내며,
는 최소 평균 제곱 오차(MMSE) 가중 행렬의 첫 번째 행 벡터(row vector)를 나타내며, y는 수신 신호를 나타냄.
제12항에 있어서,

상기 제2 추정기는, 상기 SIC 판단기의 판단 결과 SIC를 수행하는 경우 최소 평균 제곱 오차를 가지는 인접 기지국의 간섭 신호를 추정하고, 상기 추정된 신호를 슬라이스(slice)한 후, 상기 슬라이스된 값을 이용하여 서빙 기지국의 송신 신호를 추정하는 MMSE-SIC 추정기를 포함하는 간섭 제거 장치.
제15항에 있어서,

상기 제2 추정기는, 상기 기지국들로부터의 수신 신호에서 상기 슬라이스된 신호를 제거하고, 상기 슬라이스 신호가 제거된 수신 신호를 통해 상기 서빙 기지국의 송신 신호를 추정함을 특징으로 하는 간섭 제거 장치.
제16항에 있어서,

상기 제2 추정기에서 추정하는 간섭 기지국의 추정 신호는 하기와 같이 나타냄을 특징으로 하는 간섭 제거 장치.

은 간섭 기지국의 추정 송신 신호를 나타내며,
는 MMSE 가중 행렬의 두 번째 행 벡터(row vector)를 나타내며, 상기 y는 수신 신호를 나타냄.
제16항에 있어서,

상기 제2 추정기에서 상기 슬라이스된 신호가 제거된 신호는 하기와 같이 나타냄을 특징으로 하는 간섭 제거 장치.

y_s는 수신 신호에서 슬라이스를 통과한
신호가 제거된 수신 신호를 나타내며, y는 수신 신호를 나타내며, h₂는 채널 행렬 H의 2번째 열 벡터(column vector)를 나타내며,
은 간섭 기지국의 추정 송신 신호를 나타냄.
제16항에 있어서,

상기 제2 추정기에서 추정하는 상기 서빙 기지국의 추정 송신 신호는 하기와 같이 나타냄을 특징으로 하는 간섭 제거 장치.

은 서빙 기지국의 추정 신호를 나타내며, h₁은 채널 행렬 H의 1번째 열 벡터를 나타내며, y_s는 수신 신호에서 슬라이스를 통과한
신호가 제거된 수신 신호를 나타내며, 상기 위 첨자 H는 허미시안(Hermitian)을 나타냄.
제16항에 있어서,

상기 제2 추정기는, 상기 기지국들로부터의 수신 신호에서 상기 슬라이스된 신호를 제거하는 슬라이서를 포함하는 상기 간섭 제거 장치.
제12항에 있어서,

상기 SIC 판단기의 SIC 여부 판단은, 상기 수신 신호에서 간섭 기지국으로부터 수신하는 간섭 신호와 상기 서빙 기지국으로부터 수신하는 수신 신호의 크기를 비교하여 판단함을 특징으로 하는 간섭 제거 장치.
제21항에 있어서,

상기 SIC 판단기는 신호대 간섭 잡음비(SINR)를 검출하여 상기 신호의 크기를 판단함을 특징으로 하는 간섭 제거 장치.
제12항에 있어서,

상기 간섭 제거 장치는 상기 기지국들로부터의 수신 신호에서 상기 슬라이스된 신호를 제거하는 슬라이서를 포함하는 상기 간섭 제거 장치.