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KR100663571B1 - 주파수도약 직교주파수분할다중화 기반의 다중입출력 통신시스템을 위한 기지국 식별 방법 - Google Patents

주파수도약 직교주파수분할다중화 기반의 다중입출력 통신시스템을 위한 기지국 식별 방법 Download PDF

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KR100663571B1
KR100663571B1 KR1020040104126A KR20040104126A KR100663571B1 KR 100663571 B1 KR100663571 B1 KR 100663571B1 KR 1020040104126 A KR1020040104126 A KR 1020040104126A KR 20040104126 A KR20040104126 A KR 20040104126A KR 100663571 B1 KR100663571 B1 KR 100663571B1
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pilot
base station
pattern
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pilot signal
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정영호
정재학
황찬수
남승훈
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명의 주파수 도약 직교주파수분할다중접속 기반의 다중 입출력 통신 시스템을 위한 기지국 식별 방법에서는 기지국들에 대해 프레임 단위로 프리앰블과 파일럿 배열 패턴 및 파일럿 신호 패턴이 할당되고, 단말이 상기 프리앰블, 파일럿 배열 패턴, 그리고 상기 파일럿 신호 패턴 중 적어도 하나를 이용하여 기지국을 식별한다. 상기 기지국들은 다수의 프리앰블 그룹들로 나뉘고 각 프리엠블 그룹에 속한 기지국들에 동일한 프리앰블이 할당된다. 본 발명의 기지국 식별 방법에서는 작은 수의 프리앰블을 이용하여 기지국 그룹을 식별하고, 파일럿 패턴을 추정하여 해당 기지국 그룹 내의 기지국을 최종 검출해 내는 2단계 기지국 검출 방식을 이용함으로써 적은 수의 상관기만이 필요하며 계산 복잡도를 상당히 줄일 수 있다.
주파수도약 직교주파수분할다중접속 (FH-OFDMA), 다중입출력 (MIMO), 프리앰블(preamble), 파일럿(pilot), 부반송파

Description

주파수도약 직교주파수분할다중화 기반의 다중입출력 통신 시스템을 위한 기지국 식별 방법{BASE STATION IDENTIFICATION METHOD FOR FH-OFDMA MIMO SYSTEM}
도 1은 본 발명의 기지국 식별 방법에서 파일럿 위치(배열) 설계를 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명의 기지국 식별 방법에서 단일 송신 안테나 시스템을 위한 기본 파일럿 패턴 설계를 설명하기 위한 도면,
도 3a 및 도 3b는 도 2의 기본 파일럿 패턴을 다중 송신 안테나 시스템을 위한 다중 안테나 파일럿 패턴으로 확장시키는 방법을 설명하기 위한 도면,
도 4a 및 도 4b는 4개의 안테나를 이용할 경우의 상기 기본 파일럿 패턴을 다중 안테나 시스템을 위한 다중 안테나 파일럿 패턴으로 확장시키는 방법을 설명하기 위한 도면,
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기지국 식별방법에서 기본 파일럿 패턴을 다중 안테나를 위한 파일럿 패턴으로 확장시키는 방법을 일반화한 도면; 그리고,
도 6은 상기한 본 발명의 각 실시예에 다른 기지국 식별 방법들과 프리앰블 만을 이용한 기존의 기지국 식별 방법의 성능 비교 실험결과를 보인 도면이다.
본 발명은 무선통신 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주파수도약 직교주파수분할다중화 기반의 다중입출력 통신 시스템을 위한 기지국 식별 방법에 관한 것이다.
일반적인 주파수 도약 직교주파수분할다중접속 (frequency hopping orthogonal frequency division multiple access: FH-OFDMA) 통신시스템의 경우 각 사용자의 전송 데이터를 기지국 고유의 주파수 도약 수열(frequency hopping sequence)에 따라 도약시키면서 송신한다. 따라서, 단말이 전원을 켜고 기지국과 통신이 가능하기 위해서는 현재 단말이 속한 기지국이 사용하고 있는 주파수 도약 수열의 패턴을 알아내야 하고 추가적으로 시간 (심볼, 프레임) 및 주파수 (주파수 옵셋 추정) 동기를 획득하여야 한다. 이러한 일련의 과정을 기지국 식별 (base station identification)이라고 하며, 기지국 식별 과정은 단말이 전원을 켠 직후 또는 단말이 이동하여 새로운 기지국과 통신하는 핸드오프가 발생할 경우 수행된다. 기지국을 구별하는데 있어 중요한 점은, 단말이 서비스를 받는 기지국의 정보를, 낮은 계산량과 높은 신뢰도를 유지하면서, 얼마나 빨리 획득하는가에 있다. FH-OFDMA 시스템을 위한 기지국 구별 방법에는 라틴 스퀘어 (Latin-square) 주파수도약 수열의 기울기를 직접 추정하는 방식과, 일반적인 주파수 수열에 대하여 프레임에서의 파일럿 전송 위치와 신호 수열의 조합으로 기지국에서 사용하는 주파수 도약 수열의 종류를 추정하는 방식이 제안된 바 있다. 그러나 이와 같은 기지국 구별 방법들은 모두 단일 송신 안테나를 사용하는 경우에만 적용이 가능하다.
현재 고려되고 있는 무선 통신 시스템들은 채널 용량 향상을 위하여 수신기 뿐만 아니라 송신기에서도 두 개 이상의 안테나를 적용하는 것이 대부분이다. 그러나 상기 종래의 기지국 구별 방법들은 송신 안테나를 1개만 사용하는 시스템 (또는 여러 개의 송신 안테나 중 하나만을 선택하여 송신하는 시스템)에만 적용 가능하다는 한계가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로 본 발명의 목적은 다수의 송신 안테나를 사용하는 다중 안테나 FH-OFDMA 시스템에 적용 가능한 기지국 식별 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 작은 수의 프리앰블을 이용하여 기지국 그룹을 식별하고, 파일럿 패턴을 추정하여 해당 기지국 그룹 내의 기지국을 최종 검출해 내는 2단계 기지국 검출 방식을 이용함으로써 프리앰블을 검출하기 위한 상관기의 수를 줄일 수 잇는 기지국 식별 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 적은 수의 프리앰블로 기지국을 식별함으로써 프리앰블을 위한 계산 복잡도를 줄일 수 잇는 기지국 식별 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 파일럿 패턴 설계 및 검출 방식을 개선하여 다중 안테나 FH-OFDMA 시스템에 적용 가능한 기지국 식별 방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 기지국 식별 방법은, 각각의 단말에 대해 적어도 두 개의 송신 안테나를 이용하여 신호를 전송하는 기지국들로 구성되는 주파수 도약 직교주파수분할다중접속 기반의 다중 입출력 통신 시스템에서, 상기 기지국들에 대해 프레임 단위로 프리앰블과 파일럿 배열 패턴 및 파일럿 신호 패턴을 할당하고, 단말에 의해 상기 프리앰블, 파일럿 배열 패턴, 그리고 상기 파일럿 신호 패턴 중 적어도 하나를 이용하여 기지국을 식별한다.
바람직하게는, 상기 프리앰블 할당 단계는 상기 기지국들을 다수의 프리앰블 그룹들로 나누고, 각 프리엠블 그룹에 속한 기지국들에 동일한 프리앰블을 할당하는 것을 포함한다.
바람직하게는, 상기 기지국을 식별하는 단계는 수신된 프레임의 프리앰블을 이용하여 상기 기지국의 프리앰블 그룹을 확인하고, 상기 프레임의 파일럿 배열 패턴을 검출하여 상기 프리앰블 그룹에 속한 기지국들 중 해당 파일럿 배열 패턴을 할당 받은 기지국을 확인하는 것을 포함한다.
바람직하게는, 상기 기지국을 식별하는 단계는 수신된 프레임으리 프리앰블을 이용하여 상기 기지국의 프리앰블 그룹을 확인하고, 상기 프레임의 파일럿 신호 패턴을 검출하여 상기 프리앰블 그룹에 속한 기지국들 중 해당 파일럿 신호 패턴을 할당 받은 기지국을 확인하는 것을 포함한다.
바람직하게는, 상기 파일럿 배열 패턴 할당 단계는 상기 기지국들을 다수의 파일럿 배열 패턴 그룹으로 나누고, 각 파일럿 배열 패턴 그룹에 속한 기지국들에 동일한 파일럿 배열 패턴을 할당하는 것을 포함한다.
바람직하게는, 상기 기지국을 식별하는 단계는 수신된 프레임의 파일럿 배열 패턴을 이용하여 상기 기지국의 파일럿 배열 패턴 그룹을 검출하고, 상기 프레임의 프리엠블을 검출하여 상기 파일럿 배열 패턴 그룹에 속한 기지국들 중 해당 프리엠블을 할당 받은 기지국을 확인하는 것을 포함한다.
바람직하게는, 상기 기지국을 식별하는 단계는 수신된 프레임의 파일럿 배열 패턴을 이용하여 상기 기지국의 파일럿 배열 패턴 그룹을 검출하고, 상기 프레임의 파일럿 신호 패턴을 검출하여 상기 파일럿 배열 패턴 그룹에 속한 기지국들 중 해당 파일럿 배열 패턴을 할당 받은 기지국을 확인하는 것을 포함한다.
바람직하게는, 상기 파일럿 신호 패턴 할당 단계는 상기 기지국들을 다수의 파일럿 신호 패턴 그룹으로 나누고, 각 파일럿 신호 패턴 그룹에 속한 기지국들에 동일한 프리앰블을 할당하는 것을 포함한다.
바람직하게는, 상기 기지국을 식별하는 단계는, 수신될 프레임의 파일럿 신호 패턴을 이용하여 상기 기지국의 파일럿 신호 패턴 그룹을 검출하고, 상기 프레임의 프리엠블을 검출하여 상기 파일럿 신호 패턴 그룹에 속한 기지국들 중 해당 프리엠블을 할당 받은 기지국을 확인하는 것을 포함한다.
바람직하게는,상기 기지국을 식별하는 단계는 수신될 프레임의 파일럿 신호 패턴을 이용하여 상기 기지국의 파일럿 신호 패턴 그룹을 검출하고, 상기 프레임의 파일럿 배열 패턴을 검출하여 상기 파일럿 신호 패턴 그룹에 속한 기지국들 중 행당 파일럿 배열 패턴을 할당 받은 기지국을 확인하는 것을 포함한다.
바람직하게는, 상기 파일럿 배열 패턴은 파일럿 신호가 전송될 부채널들의 배열 패턴이다.
바람직하게는, 상기 파일럿 신호 패턴은 NTX X NTX 크기의 하다마드 행렬(Hadamard Matrix)
Figure 112004058269480-pat00001
(NTX: 송신 안테나의 수)로 표시되며, 신호 값 "1"에 대해
Figure 112004058269480-pat00002
의 패턴이 전송되고 신호값 "-1"에 대해
Figure 112004058269480-pat00003
이 전송된다.
바람직하게는, 상기 파일럿 신호 패턴은 수학식:
Figure 112004058269480-pat00004
,
Figure 112004058269480-pat00005
에 의해 추정된다.
바람직하게는, 신호 값 "1"에 대해
Figure 112004058269480-pat00006
(NTX X NTX 크기의 항등행렬)를 전송하고 신호 값 "-1"에 대해
Figure 112004058269480-pat00007
이 전송된다.
바람직하게는, 상기 파일럿 신호 패턴은 수학식:
Figure 112004058269480-pat00008
,
Figure 112004058269480-pat00009
에 의해 추정된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 안테나 FH-OFDMA 시스템을 위 한 기지국 식별 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 다중 안테나 FH-OFDMA 시스템을 위한 기지국 식별 방법에서는 프리앰블(preamble), 파일럿 전송 위치, 그리고 파일럿 패턴의 조합을 이용하여 기지국을 식별한다.
프리앰블은 여러 개의 OFDM 데이터 심볼로 구성된 프레임 앞에 전송되며 단말기가 알고 있는 주파수 영역 또는 시간 영역 수열로서 각각의 기지국에 고유의 프리앰블이 할당된다. 프리앰블은 채널 추정, 주파수 옵셋 추정, 프레임 동기, 기지국 식별 등에 이용된다. 다중 안테나 시스템을 위한 프리앰블 설계에 대해서는 많은 방법이 알려져 있으며 및 프리앰블 검출은 다수의 상관기를 이용하여 쉽게 구현이 가능하므로 본 발명에서는 설명을 생략한다.
OFDM 기반의 시스템에서는 채널 추정을 위하여 파일럿 심볼을 일부 반송파를 통해 전송하는데, 인접 셀들이 같은 부 반송파를 이용하여 파일럿을 전송하면 파일럿 사이에 충돌이 발생하여 파일럿에 대한 셀간 간섭 (inter-cell interference)이 커진다. 따라서, 이와 같은 충돌을 회피하기 위한 파일럿 설계가 요구된다.
도 1은 본 발명의 기지국 식별 방법에서 파일럿 위치(배열) 설계를 설명하기 위한 도면이다.
도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명에서는 일정 수의 기지국에 대해 동일한 부채널에 파일럿을 할당하고 나머지 부채널에 대해 주파수 도약을 통해 데이터가 전송된다. 이 경우 인접 셀간의 간섭을 회피하기 위해 서로 다른 주파수 옵셋을 갖는 파일럿 그룹을 주파수 재사용한다.
도 2는 본 발명의 기지국 식별 방법에서 단일 송신 안테나 시스템을 위한 기본 파일럿 패턴 설계를 설명하기 위한 도면이다.
도 2에서 보는 바와 같이, 주파수 영역에서의 파일럿 샘플의 배열을 통해 파일럿 패턴을 다수 개 설계한 후 각각의 기지국에 고유의 파일럿 패턴을 할당한다. 수신기에서는 해당 기지국이 사용하는 파일럿 패턴을 추정하여 기지국을 식별하고 해당 기지국의 파일럿을 이용하여 채널을 추정한다.
도 2는 단일 송신 안테나 시스템에서의 기지국 식별을 위한 파일럿 패턴 설계의 예로서 파일럿을 위한 홀수 번째 OFDM 심볼 구간에서는 모든 파일럿 부채널에서 파일럿 패턴의 종류와 관계없이 1을 전송하고 짝수 번째 OFDM 심볼 구간에서는 파일럿 패턴 별로 고유한 신호열을 파일럿 신호로 송신한다. 이때 파일럿 패턴은 파일럿 패턴 검출 성능을 최대화 하도록 정해진다. 파일럿 부반송파의 수(Npilot)와 식별해야 할 파일럿 패턴의 수 (Npattern)가 정해지면 코드간의 헤밍거리(Hamming distance)를 최대화 할 수 있는 (Npilot, log2 Npattern) 블록 코드가 정해진다. l 번째 파일럿 패턴에 대응하는 신호열을
Figure 112004058269480-pat00010
라 할 때
Figure 112004058269480-pat00011
는 v 번째 파일럿 부채널에 대응되는 파일럿 신호이다. 도 2에서,
Figure 112004058269480-pat00012
,
Figure 112004058269480-pat00013
, … ,
Figure 112004058269480-pat00014
와 같다.
다중 안테나 시스템의 경우 다수의 송신 안테나에 대한 채널을 추정해야 하므로 각 송신 안테나로부터 송신되는 신호의 채널 추정 성능을 최적으로 유지하면서 파일럿 패턴 검출 확률을 최대화 하도록 파일럿 패턴을 설계해야 한다.
본 발명에서는 상기와 같은 방법으로 기본 파일럿 패턴이 설계된 후 이 기본 파일럿 패턴을 다수의 송신 안테나 시스템을 위한 파일럿 패턴으로 확장시킨다.
도 3a 및 도 3b는 도 2의 기본 파일럿 패턴을 다중 송신 안테나 시스템을 위한 다중 안테나 파일럿 패턴으로 확장시키는 방법을 설명하기 위한 표들로서 두 개의 송신 안테나를 이용하여 신호를 전송할 경우의 파일럿 설계를 보여주고 있다.
도 3a에서, 제1송신안테나는 홀수 시간에 제1 및 제2 부채널을 통해 각각 1과 -1을 전송하고 짝수 시간에 상기 제1 및 제2 부채널을 통해 각각 1과 -1을 전송한다. 또한, 제2송신안테나는 홀수 시간에 제1 및 제2부채널에 통해 1과 -1을 전송하고 짝수 시간에 제1및 제2부채널을 통해 -1과 1을 전송한다.
한편, 도 3b에서, 제1송신안테나는 홀수 시간에 제1 및 제 2 부채널을 통해 각각 1과 -1을 전송하고 짝수시간에는 신호를 전송하지 않는다. 또한, 제2송신안테나는 홀수 시간에 신호를 전송하지 않고 짝수 시간에 제1 및 제2부채널을 통해 각각 1과 -1을 전송한다.
도 4a 및 도 4b는 4개의 안테나를 이용할 경우의 상기 기본 파일럿 패턴을 다중 안테나 시스템을 위한 다중 안테나 파일럿 패턴으로 확장시키는 방법을 설명하기 위한 표들이다.
도 4a에서, 제1 송신안테나는 제1 파일럿부채널을 통해 4개의 연속된 심볼 구간에 모두 1을 전송하고 제2 파일럿부채널을 통해 4개의 연속된 심볼 구간에 모두 -1을 전송한다. 또한, 제2송신안테나는 제1파일럿부채널을 통해 4개의 연속된 심볼 구간에 [1 -1 1 -1]을 전송하고 제2 파일럿부채널을 통해 4개의 연속된 심볼구간에 [-1 1 -1 1]을 전송한다. 또한, 제3송신안테나는 제1파일럿부채널을 통해 4개의 연속된 심볼 구간에 [1 1 -1 -1]을 전송하고 제2 파일럿부채널을 통해 4개의 연속된 심볼구간에 [-1 -1 1 1]을 전송한다. 또한, 제4송신안테나는 제1파일럿부채널을 통해 4개의 연속된 심볼 구간에 [1 -1 1 -1]을 전송하고 제2파일럿부채널을 통해 4개의 연속된 심볼구간에 [-1 1 -1 1]을 전송한다.
한편, 도3b에서, 제1 내지 제4송신안테나는 제1 및 제2파일럿부채널을 통해 각기 다른 심벌구간에 각각 1과 -1을 전송한다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기지국 식별방법에서 기본 파일럿 패턴을 다중 안테나를 위한 파일럿 패턴으로 확장시키는 방법을 일반화한 표이다.
도 5a 에서, 안테나의 수가 2의 자승으로 증가함에 따라 안테나의 수와 동일한 수의 심볼구간이 이용되며 안테나 마다 서로 다른 파일럿 신호가 전송된다.
한편, 도 5b에서는 각각의 안테나들이 서로 다른 심벌구간에 두 파일럿 부채널을 통해 1과 -1을 전송한다.
기본적으로 NTX 개의 송신안테나를 사용하는 시스템의 경우 2 NTX 개의 OFDM 심볼 단위로 파일럿 패턴이 반복되며 연속된 제1파일럿심볼구간과 제2파일럿심볼구 간은 차등부호화 (differential encoding)되어 있는 형태이다.
Figure 112004058269480-pat00015
는 NTX X NTX 크기의 하다마드 행렬(Hadamard Matrix)이고
Figure 112004058269480-pat00016
는 NTX X NTX 크기의 항등행렬이다. 따라서,
Figure 112004058269480-pat00017
이고
Figure 112004058269480-pat00018
와 같다.
상기 도 3a와 도 3b와 같은 방식으로 파일럿 패턴이 설계되어 있을 경우 파일럿 신호 추정은 각각 수학식 1 및 수학식 2를 통해 구할 수 있다.
Figure 112004058269480-pat00019
Figure 112004058269480-pat00020
Figure 112004058269480-pat00021
수학식 1과 수학식 2를
Figure 112004058269480-pat00022
를 이용하여 일반적인 송신 안테나에 대한 파일럿 패턴 추정 방법으로 일반화 하면 수학식 3 및 수학식 4와 같다.
Figure 112006045197882-pat00023
Figure 112006045197882-pat00024
Figure 112006045197882-pat00048
Figure 112006045197882-pat00049
Figure 112006045197882-pat00050
Figure 112006045197882-pat00051
Figure 112006045197882-pat00052
Figure 112006045197882-pat00053
, (여기서, 는 하다마르 행렬 의 i번째 행이고, 는 (p,i) 원소로 하는 Npilot x Ns 크기의 행렬 에 대한 조건부 확률 밀도 이며, 은 파일럿 패턴 행렬 의 (p,i)번째 원소)
Figure 112004058269480-pat00025
Figure 112004058269480-pat00026
,
여기서,
Figure 112006045197882-pat00027
는
Figure 112006045197882-pat00028
의 i번째 행이고,
Figure 112006045197882-pat00029
이고,
Figure 112006045197882-pat00054
는 (p,i) 원소로 하는 Npilot x Ns 크기의 행렬
Figure 112006045197882-pat00055
에 대한 조건부 확률 밀도 이며,
Figure 112006045197882-pat00056
은 파일럿 패턴 행렬
Figure 112006045197882-pat00057
의 (p,i)번째 원소다.
이하, 상기와 같이 설계된 파일럿 패턴과 프리앰블 및 파일럿 위치를 이용하여 기지국을 식별하는 방법을 설명한다.
먼저, 본 발명의 제1실시예에 따른 기지국 식별 방법에서는 프리앰블과 파일럿 패턴 조합을 이용한다.
본 발명의 제1실시예에 따른 기지국 식별 방법에서, 단말은 OFDM의 순환 전치부 (cyclic prefix)와 OFDM 심볼 끝 부분의 반복 특성을 이용하여 주파수 옵셋을 추정하고 OFDM 심볼 동기를 획득한다. 계속해서, 상관기를 통해 프리엠블을 이용하여 프레임 동기를 획득하고 전송 프리앰블을 검출한다 (기지국 그룹 추정). 또한 프리앰블을 이용하여 주파수 옵셋 미세 조정을 수행하고 경우에 따라 채널을 추정한다. 마지막으로, 파일럿 패턴 추정을 통해 기지국을 확인한다.
본 발명의 제2실시예에 따른 기지국 식별 방법에서는 프리엠블과 파일럿 위치의 조합을 이용하여 기지국을 식별한다.
제1실시예에서와 마찬가지로 프리앰블을 이용하여 기지국 그룹을 추정하고, 기지국 그룹 내의 기지국 최종 식별을 파일럿 위치를 이용하여 추정하는 방법이다.
먼저 단말은 OFDM의 순환 전치부 (cyclic prefix)와 OFDM 심볼 끝 부분의 반복 특성을 이용하여 주파수 옵셋을 추정하고 OFDM 심볼 동기를 획득한다. 계속해서, 상관기를 통해 프리엠블을 이용하여 프레임 동기를 획득하고 전송 프리앰블을 검출한다 (기지국 그룹 추정). 또한 프리앰블을 이용하여 주파수 옵셋 미세 조정을 수행하고 경우에 따라 채널을 추정한다. 마지막으로, 파일럿 위치 추정을 통해 기지국을 확인한다.
본 발명의 제3실시예에 따른 기지국 식별 방법에서는 파일럿 위치와 파일럿 패턴의 조합을 이용하여 기지국을 식별한다.
상기 제1 및 제2실시예는 기지국 식별에 프리앰블을 직접 이용하는 방법이며, 제3실시에에서는 파일럿의 위치를 이용하여 기지국 그룹을 추정한 후 파일럿 패턴을 추정하여 그룹 내에 속한 기지국 후보 중 최종적으로 기지국을 결정하는 방법이다. 이 경우 파일럿 위치나 패턴을 이용하여 프레임의 시작점을 추정할 수 없으므로 별도의 프리앰블을 이용하여 프레임 동기를 획득한다. 이때 프리앰블은 기지국에 상관없이 동일한 프리앰블을 사용하여도 관계 없다. 하지만 기지국 그룹에 대응되는 프리앰블을 사용할 경우에는 핸드오프를 위한 인접 셀 검색 시 프리앰블을 이용한 기지국 그룹 검색만으로 인접 셀 기지국 검색이 가능한 장점을 얻을 수 있다.
먼저 단말은 OFDM의 순환 전치부 (cyclic prefix)와 OFDM 심볼 끝 부분의 반복 특성을 이용하여 주파수 옵셋을 추정하고 OFDM 심볼 동기를 획득한다. 계속해서 파일럿 위치 검출을 통한 기지국 그룹을 추정하고, 파일럿 패턴을 추정을 통해 기지국을 최종적으로 추정한다. 이후, 프리앰블을 이용한 프레임 동기 획득, 주파수 옵셋 미세 추정, 그리고 채널 추정을 수행한다.
상기 프레임 동기 획득, 주파수 오셋 미세추정, 및 채널 추정은 주파수 옵셋 추정 및 OFDM 심볼 추정 후 어제든지 수행 가능하다.
도 6은 상기한 본 발명의 각 실시예에 다른 기지국 식별 방법들과 프리앰블 만을 이용한 기존의 기지국 식별 방법의 성능 비교 실험결과를 보인 표이다.
기지국 수 만큼의 서로 다른 프리앰블을 두고 각 기지국 마다 서로 다른 프리앰블을 할당하여 기지국을 식별하는 종래의 방식과 본 발명의 2가지 기준의 조합을 이용한 기지국 식별 방법들 모두 기지국 성능에서 충분히 우수한 성능을 보인다 (Eb/N0 = 0dB 이상에서 모든 기지국 식별 방법 기지국 식별 오류율 10-5 미만). 성능 실험 환경은 다음과 같다.
<실험 환경>
부채널 수 (N) = 1024
CP 길이 (Ncp) = 128
사용 부채널 수 (Nused) = 864
파일럿 수 (Npilot) = 108
채널 길이 (L) = 96 (exponentially decaying channel model)
반송주파수 = 2GHz, band width= 10MHz
이동속도 = 250km/h 이하
프리앰블 수 (Npreamble)= 8 or 16
NPG= 8
NPP= 8 or 16
송신 안테나 2개, 수신 안테나 1개
파일럿과 함께 240개의 라틴 스퀘어 주파수 도약수열 이용 데이터 동시 전송
파일럿 심볼 에너지 대 데이터 심볼 에너지 비 = 2:1 (파일럿이 2배 큼)
Ns = 8
도 6에서 보는 바와 같이, 상기와 같은 환경에서의 각 기지국 식별 방식에 따른 계산량을 비교해 보면, 기본적으로 프리앰블을 이용한 상관 연산에 비하여 파일럿 위치 및 패턴 컴출에 필요한 연산량은 무시할 수 있으므로 대략적인 계산량을 비교하면 프리앰블만을 이용한 기지국 식별 방법의 연산량을 1 이라고 할 때 본 발명의 각 실시예에 따른 기지국 식별 방법들이 상대적으로 낮은 계산량을 갖고 있음을 알 수 있다.
삭제
상기한 바와 같이, 본 발명의 기지국 식별 방법에서는 작은 수의 프리앰블을 이용하여 기지국 그룹을 식별하고, 파일럿 패턴을 추정하여 해당 기지국 그룹 내의 기지국을 최종 검출해 내는 2단계 기지국 검출 방식을 이용함으로써 적은 수의 상관기만이 필요하며 계산 복잡도를 상당히 줄일 수 있다.

Claims (16)

  1. 각각의 단말에 대해 적어도 두 개의 송신 안테나를 이용하여 신호를 전송하는 기지국들로 구성되는 주파수 도약 직교주파수분할다중접속 기반의 다중 입출력 통신 시스템에 있어서,
    상기 기지국들에 대해 프레임 단위로 프리앰블과 파일럿 배열 패턴 및 파일럿 신호 패턴을 할당하는 단계; 및
    단말에 의해 상기 프리앰블, 파일럿 배열 패턴, 그리고 상기 파일럿 신호 패턴 중 적어도 하나를 이용하여 기지국을 식별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국 식별 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 프리앰블 할당 단계는:
    상기 기지국들을 다수의 프리앰블 그룹들로 나누는 단계; 및
    각 프리앰블 그룹에 속한 기지국들에 동일한 프리앰블을 할당하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국 식별 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 기지국을 식별하는 단계는:
    수신된 프레임의 프리앰블을 이용하여 상기 기지국의 프리앰블 그룹을 확인하는 단계; 및
    상기 프레임의 파일럿 배열 패턴을 검출하여 상기 프리앰블 그룹에 속한 기지국들 중 해당 파일럿 배열 패턴을 할당 받은 기지국을 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국 식별 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 기지국을 식별하는 단계는:
    수신된 프레임으리 프리앰블을 이용하여 상기 기지국의 프리앰블 그룹을 확인하는 단계; 및
    상기 프레임의 파일럿 신호 패턴을 검출하여 상기 프리앰블 그룹에 속한 기지국들 중 해당 파일럿 신호 패턴을 할당 받은 기지국을 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국 식별 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 파일럿 배열 패턴 할당 단계는:
    상기 기지국들을 다수의 파일럿 배열 패턴 그룹으로 나누는 단계; 및
    각 파일럿 배열 패턴 그룹에 속한 기지국들에 동일한 파일럿 배열 패턴을 할당하는 단계를 포함하는 기지국 식별 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 기지국을 식별하는 단계는:
    수신된 프레임의 파일럿 배열 패턴을 이용하여 상기 기지국의 파일럿 배열 패턴 그룹을 검출하는 단계; 및
    상기 프레임의 프리엠블을 검출하여 상기 파일럿 배열 패턴 그룹에 속한 기지국들 중 해당 프리엠블을 할당받은 기지국을 확인하는 단계를 포함하는 기지국 식별 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 기지국을 식별하는 단계는:
    수신된 프레임의 파일럿 배열 패턴을 이용하여 상기 기지국의 파일럿 배열 패턴 그룹을 검출하는 단계; 및
    상기 프레임의 파일럿 신호 패턴을 검출하여 상기 파일럿 배열 패턴 그룹에 속한 기지국들 중 해당 파일럿 배열 패턴을 할당 받은 기지국을 확인하는 단계를 포함하는 기지국 식별 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 파일럿 신호 패턴 할당 단계는:
    상기 기지국들을 다수의 파일럿 신호 패턴 그룹으로 나누는 단계; 및
    각 파일럿 신호 패턴 그룹에 속한 기지국들에 동일한 프리앰블을 할당하는 단계를 포함하는 기지국 식별 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 기지국을 식별하는 단계는:
    수신될 프레임의 파일럿 신호 패턴을 이용하여 상기 기지국의 파일럿 신호 패턴 그룹을 검출하는 단계; 및
    상기 프레임의 프리엠블을 검출하여 상기 파일럿 신호 패턴 그룹에 속한 기지국들 중 해당 프리엠블을 할당받은 기지국을 확인하는 단계를 포함하는 기지국 식별 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 기지국을 식별하는 단계는:
    수신될 프레임의 파일럿 신호 패턴을 이용하여 상기 기지국의 파일럿 신호 패턴 그룹을 검출하는 단계; 및
    상기 프레임의 파일럿 배열 패턴을 검출하여 상기 파일럿 신호 패턴 그룹에 속한 기지국들 중 행당 파일럿 배열 패턴을 할당받은 기지국을 확인하는 단계를 포함하는 기지국 식별 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 파일럿 배열 패턴은 파일럿 신호가 전송될 부채널들의위치에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 기지국 식별 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 파일럿 신호 패턴은 NTX X NTX 크기의 하다마드 행렬(Hadamard Matrix)
    Figure 112006045197882-pat00058
    (NTX: 송신 안테나의 수)로 표시되는 것을 특징으로 하는 기지국 식별 방법.
  13. 제12항에 있어서, 파일럿 신호 값 "1"에 대해
    Figure 112006045197882-pat00059
    의 패턴을 전송하고 파일럿 신호 값 "-1"에 대해
    Figure 112006045197882-pat00060
    를 전송하는 것을 특징으로 하는 기지국 식별 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 파일럿 신호 패턴은 수학식:
    Figure 112006045197882-pat00061
    Figure 112006045197882-pat00062
    (여기서,
    Figure 112006045197882-pat00063
    는 하다마르 행렬
    Figure 112006045197882-pat00064
    의 i번째 행이고,
    Figure 112006045197882-pat00065
    는 (p,i) 원소로 하는 Npilot x Ns 크기의 행렬
    Figure 112006045197882-pat00066
    에 대한 조건부 확률 밀도 이며,
    Figure 112006045197882-pat00067
    은 파일럿 패턴 행렬
    Figure 112006045197882-pat00068
    의 (p,i)번째 원소)에 의해 추정되는 것을 특징으로 하는 기지국 식별 방법.
  15. 제12항에 있어서, 파일럿 신호 값 "1"에 대해
    Figure 112006045197882-pat00035
    (NTX X NTX 크기의 항등행렬)를 전송하고 파일럿 신호 값 "-1"에 대해
    Figure 112006045197882-pat00036
    을 전송하는 것을 특징으로 하는 기지국 식별 방법.
  16. 제12항에 있어서, 상기 파일럿 신호 패턴은 수학식:
    Figure 112006045197882-pat00037
    ,
    Figure 112006045197882-pat00038
    ( 여기서,
    Figure 112006045197882-pat00069
    는 하다마르 행렬
    Figure 112006045197882-pat00070
    의 i번째 행이고,
    Figure 112006045197882-pat00071
    이고,
    Figure 112006045197882-pat00072
    는 (p,i) 원소로 하는 Npilot x Ns 크기의 행렬
    Figure 112006045197882-pat00073
    에 대한 조건부 확률 밀도 이며,
    Figure 112006045197882-pat00074
    은 파일럿 패턴 행렬
    Figure 112006045197882-pat00075
    의 (p,i)번째 원소)에 의해 추정되는 것을 특징으로 하는 기지국 식별 방법.
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