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KR100870671B1 - 무선통신 시스템의 신호 대 간섭 잡음비 추정 방법 및 장치 - Google Patents

무선통신 시스템의 신호 대 간섭 잡음비 추정 방법 및 장치 Download PDF

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KR100870671B1
KR100870671B1 KR1020060138925A KR20060138925A KR100870671B1 KR 100870671 B1 KR100870671 B1 KR 100870671B1 KR 1020060138925 A KR1020060138925 A KR 1020060138925A KR 20060138925 A KR20060138925 A KR 20060138925A KR 100870671 B1 KR100870671 B1 KR 100870671B1
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South Korea
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channel
cinr
pilot
autocorrelation
signal
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이동관
김정주
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포스데이타 주식회사
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Abstract

본 발명은 무선통신 시스템의 신호 대 간섭 잡음비(CINR) 추정 방법 및 장치에 관한 것이다. 그 신호 대 간섭 잡음비(CINR) 추정 장치는 추정된 채널 값에 대한 파워를 계산하는 채널파워 추정부; 수신된 파일럿과 추정된 채널 값의 차에 대한 파워를 구하는 채널파워 차분 계산부; 채널의 신호 대 잡음 비가 소정의 임계값보다 작으면, 그 채널파워 추정부에서 계산된 채널파워와, 상기 채널파워 차분 계산부에서 구해진 채널파워 차의 비를 이용하여 채널의 CINR을 추정하는 제1 CINR 계산부; 및 채널의 신호 대 잡음 비가 소정의 임계값보다 크면, 그 채널파워 추정부에서 계산된 채널파워와, 상기 채널파워 차분 계산부에서 계산된 채널파워를 자기상관함수를 이용한 잔차값(res)으로 보정한 값의 비를 이용하여 채널의 CINR을 추정하는 제2 CINR 계산부를 포함함을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, CINR 추정 시 채널 상관 계수를 이용하여 남아있는 잡음(noise) 성분을 제거하여 CINR을 보다 정확하게 추정할 수 있다. 즉 페이딩 채널에서 인접 파일롯의 변이(variation)을 정량화하여 정확한 CINR 추정이 가능하다.

Description

무선통신 시스템의 신호 대 간섭 잡음비 추정 방법 및 장치{Method and apparatus for estimating carrier to interference and noise ratio}
도 1은 일반적인 OFDM 또는 OFDMA 시스템에서 CINR 추정기를 구비한 수신기의 구성을 블록도로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 의한 무선통신 시스템의 신호 대 간섭 잡음 비(CINR) 추정 장치의 일 실시예에 대한 구성을 블록도로 도시한 것이다.
도 3은 채널추정 시 N=3 을 가지는 대칭성을 유지할 때
Figure 112006098557857-pat00001
값을 최소화시키는 방법을 도시하고 있다.
도 4는 본 발명에 의한 무선통신 시스템의 신호 대 간섭 잡음 비(CINR) 추정 장치의 다른 실시예에 대한 구성을 블록도로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 의한 무선통신 시스템의 신호 대 간섭 잡음 비(CINR) 추정 방법을 흐름도로 도시한 것이다.
본 발명은 무선 휴대 인터넷 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 채널 상관 계수를 이용하여 잡음성분을 제거하여 정확한 신호 대 간섭 잡음비(CINR)를 추정하는 무선통신 시스템의 신호 대 간섭 잡음비(CINR) 추정 방법 및 장치에 관한 것이다.
직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 또는 직교 주파수 분할 다중화 접속(OFDMA) 방식을 사용하는 시스템은 직교성을 가지는 다수의 부반송파들(subcarriers)을 이용하여 데이터를 고속으로 전송할 수 있는 시스템이다. 상기 OFDM 또는 OFDMA 방식의 시스템에서는 고속 데이터 전송이 요구된다. 이와 같이 고속 데이터 전송을 위해서는 고차의 변조방식이 필요하다. 변조방식은 BPSK 또는 QPSK 방식의 저차 변조(low modulation order)방식과 16-QAM 또는 64-QAM 등의 고차 변조(high modulation order) 방식으로 구분된다. 이러한 고차 변조 방식을 사용하는 전송방법은 채널의 상태에 따라 성능이 크게 좌우된다. 즉 채널 상태가 양호한 경우에는 매우 높은 전송률을 가질 수 있으나 채널 상태가 불량한 경우 많은 재전송이 요구되기 때문에 저차 변조 방식을 사용하는 경우보다 고차 변조 방식을 사용하는 것이 오히려 성능의 저하를 가져올 수 있다. 따라서 무선 통신 시스템에서는 채널의 상태를 정확히 검출하여 그에 맞는 변조방식을 사용하는 것이 중요하다.
이와 같이 무선 통신 시스템의 송신기가 채널의 상태를 파악하는 방법은 송신기로부터 전송되어온 특정 신호의 CINR을 수신기가 추정하고, 추정된 CINR을 소정 피드백 채널(feedback channel)을 통해 송신기에 전송함으로써 채널 상태를 알 수 있게 된다. 여기서 상기 특정 신호는 해당 사용자에게 전송되는 신호를 의미한다.
또한 송신기는 상기 피드백 채널을 통해 수신된 정보를 이용하여 데이터의 전송률을 결정하기도 한다. 이와 같이 피드백 채널을 통해 수신된 정보는 매우 다양한 용도로 사용된다. 일반적으로 OFDM 또는 OFDMA 방식의 무선통신 시스템에서 신호 대 간섭 잡음비(CINR)를 추정하는 방법은 다음과 같다.
도 1은 일반적인 OFDM 또는 OFDMA 시스템에서 CINR 추정기를 구비한 수신기의 구성을 블록도로 도시한 것이다.
안테나(ANT)로부터 수신된 신호는 무선부(110)에서 전송을 위해 대역 상승변환된 신호로부터 기저 대역의 아날로그 신호를 추출하여 출력한다. 이와 같이 무선부(110)에서 기저 대역의 신호로 변환된 아날로그 신호는 아날로그-디지털 변환부(ADC)(120)에서 디지털 신호로 변환되고 필터(130)에서 필터링된 후 CP(cyclic prefix) 제거 및 직/병렬 변환부(140)로 입력된다. 상기 CP 제거 및 직/병렬 변환부(140)는 다중 전송경로에 의해 오염된 CP를 제거한 후 직렬의 디지털 신호를 병렬의 아날로그 신호로 변환하여 출력한다. 상기 병렬로 변환된 신호는 N-pt(point) 고속 푸리에 변환기(150)에서 고속 푸리에 변환됨으로써 시간 대역의 신호가 주파수 영역의 신호로 변환되어 신호 합성기(170)로 입력된다.
한편, 각 사용자마다 할당된 고유의 PN 코드를 생성하기 위한 PN 사용자 코드 발생기(160)는 자신에게 할당된 고유의 PN 코드를 생성하여 상기 신호합성기(170)로 출력한다. 이와 같이 해당 사용자에게 할당된 PN 코드와 주파수 영역으로 변환된 신호가 합성되어 자신에게 수신된 신호만을 추출할 수 있게 된다. 상기 신호 합성기(170)에서 추출된 신호는 둘로 분기되어 그 중 하나는 CINR 추정부(180)로 입력되며, 다른 하나는 채널 추정부(190)로 입력된다. 상기 CINR 추정 부(180)는 수신된 신호에서 원하는 신호와 전송 시에 포함된 의도하지 않은 잡음 성분의 비를 추정하여 출력한다. 그리고 채널 추정부(180)는 채널의 변화 상태 및 채널 상태를 추정하여 출력한다.
상술한 바와 같이 수신기는 추정된 CINR을 소정 피드백 채널을 통해 송신기로 전송한다. 송신기는 이와 같이 피드백된 정보를 이용하여 변조 차수를 결정하여 데이터를 변조한 후 수신기로 전송한다. 이 때, 페이딩 채널에서 인접 파일럿의 변이(variation)를 정량화하여 정확한 CINR을 추정하는 것이 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 채널 상관 계수를 이용하여 잡음성분을 제거하여 정확한 신호 대 간섭 잡음비(CINR)를 추정할 수 있는, 무선통신 시스템의 신호 대 간섭 잡음비(CINR) 추정 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 무선통신 시스템의 신호 대 간섭 잡음비(CINR) 추정 장치는, 무선통신 시스템의 수신단에서 채널에 대한 신호 대 간섭 잡음비(CINR)를 추정하는 장치에 있어서, 추정된 채널 값에 대한 파워를 계산하는 채널파워 추정부; 수신된 파일럿과 상기 추정된 채널 값의 차에 대한 파워를 구하는 채널파워 차분 계산부; 채널의 신호 대 잡음 비가 소정의 임계값보다 작으면, 상기 채널파워 추정부에서 계산된 채널파워와, 상기 채널파워 차분 계산부에서 구해진 채널파워 차의 비를 이용하여 채널의 CINR을 추정하는 제1 CINR 계산부; 및 채널의 신호 대 잡음 비가 소정의 임계값보다 크면, 상기 채널파워 추 정부에서 계산된 채널파워와, 상기 채널파워 차분 계산부에서 계산된 채널파워를 자기상관함수를 이용한 잔차값(res)으로 보정한 값의 비를 이용하여 채널의 CINR을 추정하는 제2 CINR 계산부를 포함함을 특징으로 한다.
상기 파일럿은 프리앰블의 제1 파일럿 및 상기 제1 파일럿 외의 파일럿인 제2 파일럿 중 적어도 하나인 것이 바람직하다. 상기 본 발명에 의한 무선통신 시스템의 신호 대 간섭 잡음비(CINR) 추정 장치는 상기 수신 파일럿과 추정채널값의 차에 대한 파워의 차이를 자기상관을 이용하여 잔차값(res)를 계산하는 잔차 계산부를 더 구비함이 바람직하다. 상기 잔차 계산부는 채널신호 자신에 대한 자기상관을 AR(0)라 할 때, 상기 AR(0)을 테일러 시리즈를 이용하여 주파수 축상으로 배치된 상기 제1 파일럿의 자기상관을 계산하는 제1 파일럿 자기상관 계산부; 및 채널신호 자신에 대한 자기상관을 AR(0)라 할 때, 상기 AR(0)을 테일러 시리즈를 이용하여 시간 축 또는 주파수 축 상으로 배치된 상기 제2 파일럿의 자기상관을 계산하는 제2 파일럿 자기상관 계산부; 중 적어도 하나를 포함함이 바람직하다. 상기 제2 CINR부는 상기 제1 파일럿의 자기상관함수 및 상기 제2 파일럿의 자기상관함수 중 적어도 하나의 자기상관함수로 계산된 잔차값을 이용하여 채널의 CINR을 추정하는 것이 바람직하다. 상기 잔차값은 서로 대칭인 파일럿들의 상관을 이용하여 지연없는 자기상관값을 계산한 값인 것이 바람직하다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 무선통신 시스템의 신호 대 간섭 잡음비(CINR) 추정 장치는, 무선통신 시스템의 수신단에서 채널에 대한 신호 대 간섭 잡음비(CINR)를 추정하는 장치에 있어서, 추정된 채널 값에 대한 파워 를 계산하는 채널파워 추정부; 수신된 파일럿과 상기 추정된 채널 값의 차에 대한 파워를 구하는 채널파워 차분 계산부; 상기 채널파워 추정부에서 계산된 채널파워와, 상기 채널파워 차분 계산부에서 구해진 채널파워 차의 비를 이용하여 채널의 CINR을 추정하는 제1 CINR 계산부; 상기 채널파워 추정부에서 계산된 채널파워와, 상기 채널파워 차분 계산부에서 계산된 채널파워를 자기상관함수를 이용한 잔차값(res)으로 보정한 값의 비를 이용하여 채널의 CINR을 추정하는 제2 CINR 계산부; 및 소정의 임계값을 기준으로 상기 제1 CINR계산부 및 상기 제2 CINR계산부 중 적어도 하나를 선택하여 채널의 CINR을 추정하여 출력하는 CINR 선택부를 포함함을 특징으로 한다.
상기 파일럿은 프리앰블의 제1 파일럿 및 상기 제1 파일럿 외의 파일럿인 제2 파일럿 중 적어도 하나인 것이 바람직하다. 상기 본 발명에 의한 무선통신 시스템의 신호 대 간섭 잡음비(CINR) 추정 장치는 상기 수신 파일럿과 추정채널값의 차에 대한 파워의 차이를 자기상관을 이용하여 잔차값(res)를 계산하는 잔차 계산부를 더 구비함이 바람직하다. 상기 잔차 계산부는 채널신호 자신에 대한 자기상관을 AR(0)라 할 때, 상기 AR(0)을 테일러 시리즈를 이용하여 주파수 축상으로 배치된 상기 제1 파일럿의 자기상관을 계산하는 제1 파일럿 자기상관 계산부; 및 채널신호 자신에 대한 자기상관을 AR(0)라 할 때, 상기 AR(0)을 테일러 시리즈를 이용하여 시간 축 또는 주파수 축 상으로 배치된 상기 제2 파일럿의 자기상관을 계산하는 제2 파일럿 자기상관 계산부; 중 적어도 하나의 자기상관 계산부를 포함함이 바람직하다. 상기 제2 CINR부는 상기 제1 파일럿의 자기상관함수 및 상기 제2 파일럿의 자기상관함수 중 적어도 하나의 자기상관함수로 계산된 잔차값을 이용하여 채널의 CINR을 추정하는 것이 바람직하다. 상기 잔차값은 서로 대칭인 파일럿들의 상관을 이용하여 지연없는 자기상관값을 계산한 값인 것이 바람직하다. 상기 CINR 선택부의 임계값은 신호 대 잡음 비에 대한 임계값임이 바람직하다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 무선통신 시스템의 신호 대 간섭 잡음비(CINR) 추정 방법은, 무선통신 시스템의 수신단에서 채널에 대한 신호 대 간섭 잡음비(CINR)를 추정하는 방법에 있어서, (a) 추정된 채널 값의 파워를 계산하는 단계; (b) 수신된 파일럿과 상기 추정된 채널 값의 차에 대한 파워를 구하는 단계; (c) 상기 (a)단계에서 계산된 채널파워와, 상기 (b)단계에서 계산된 채널파워를 자기상관함수를 이용한 잔차값(res)으로 보정한 값의 비를 이용하여 채널의 제2 CINR을 추정하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.
상기 (c)단계는 수신된 파일럿과 추정된 채널 값의 차에 대한 파워의 차이를 자기상관을 이용하여 계산하는 단계; 및 상기 (a)단계에서 계산된 채널파워와, 상기 (b)단계에서 계산된 채널파워를 상기 잔차값(res)으로 보정한 값의 비를 이용하여 채널의 CINR을 추정하는 단계를 포함함이 바람직하다. 상기 잔차값 계산은 채널신호 자신에 대한 자기상관을 AR(0)라 할 때, 상기 AR(0)을 테일러 시리즈를 이용하여 주파수 축상으로 배치된 프리앰블의 자기상관을 계산하는 단계; 및 채널신호 자신에 대한 자기상관을 AR(0)라 할 때, 상기 AR(0)을 테일러 시리즈를 이용하여 시간 축 또는 주파수 축 상으로 배치된 파일럿의 자기상관을 계산하는 단계 중 적어도 하나의 단계를 수행함으로써 계산되는 것이 바람직하다. 상기 (c)단계는 상 기 (a) 단계에서 계산된 채널파워와 상기 (b)단계에서 구해진 채널파워 차의 비를 이용하여 채널의 제1 CINR을 추정하는 것을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 (c) 단계 후에, (d) 신호대 잡음비가 소정의 임계값보다 작으면 제1 CINR을 선택하고, 신호대 잡음비가 소정의 임계값보다 크면 제2 CINR을 선택하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이하에서는 첨부 도면 및 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 무선통신 시스템의 신호 대 간섭 잡음비(CINR) 추정 방법 및 장치을 상세히 설명한다. 참고로, 하기 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 중요 개념은 다른 사용자의 간섭 및 AWGN(additive white Gaussian noise) 외에 채널 페이딩(channel fading)에 의해 남아 있는 잔차(residual) 성분을 채널의 자기상관(Autocorrelation) 계수(coefficient)를 이용하여 계산하고 CINR 추정시 상기 잔차성분을 이용하여 보정함으로써 CINR 추정을 보다 정확하게 하는 것이다.
도 2는 본 발명에 의한 무선통신 시스템의 신호 대 간섭 잡음비(CINR) 추정 장치의 일 실시예에 대한 구성을 블록도로 도시한 것으로서, 채널파워 추정부(210), 채널파워 차분 계산부(220), 제1 CINR계산부(260) 및 제2 CINR계산부(270)를 포함하여 이루어지며, 잔차 계산부(230)를 더 구비함이 바람직하다.
상기 채널파워 추정부(210)는 추정된 채널 값에 대한 파워를 계산한다. 일반적으로 수신된 프리앰블 파일럿(Preamble Pilots)은 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112006098557857-pat00002
여기서, 상기 수학식 1 에서 각 요소의 설명은 다음과 같다. 여기서 P(k)는 한 프레임 내에서 인덱스 k를 갖는 수신된 프리앰블(preamble)이며, s는 프리앰블 이득(
Figure 112006098557857-pat00003
= 9 dB), h(k)는 타겟 사용자의 채널 응답, hi(k)는 간섭기(interferer)의 채널 응답, bi(k)는 이진수(간섭기의 마스크가 타겟 사용자의 마스크와 같으면 1, 그렇지 않으면 -1), n(k)는 분산(variance)
Figure 112006098557857-pat00004
을 갖는 복소 가우시안 잡음을 나타낸다.
수학식 1에서 수신된 프리앰블 P(k)를 포함하는 주변의 N 개의 제1 파일럿(톤)들에 대하여 평균을 취한 추정된 채널 값은 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112006098557857-pat00005
추정된 채널 값의 파워(power)는 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112006098557857-pat00006
상기 채널파워 차분 계산부(220)는 수신된 파일럿과 상기 추정된 채널 값의 차에 대한 파워(차분파워; differential power)를 구한다. 상기 파일럿은 프리앰블의 제1 파일럿(톤) 또는 상기 프리앰블 파일럿을 제외한 파일럿인 제2 파일럿을 나타낸다.
상기 수신된 제1 파일럿과 추정된 채널 값의 차이에 대한 파워는 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다. 수학식 4에서 P(k), Pi(k), bi(k) 및 n(k)는 상호 간의 상관관계가 없고, l≠k 관계가 성립한다면, bi(k)와 bi(l) 또한 상호 상관관계가 없다.
Figure 112006098557857-pat00007
상기 제1 CINR계산부(260)는 채널의 신호 대 잡음 비가 소정의 임계값보다 작으면, 상기 채널파워 추정부(210)에서 계산된 채널파워와, 상기 채널파워 차분 계산부(220)에서 구해진 채널파워 차의 비를 이용하여 채널의 CINR을 추정한다.
h(k)=h(l) 와 hi(k)≠hi(l) 라고 가정할 때, 즉 플랫 페이딩(flat fading) 환경일 때, 수학식 3 과 수학식 4를 다시 정리하면, 수학식 5와 수학식 6과 같이 된다.
Figure 112006098557857-pat00008
Figure 112006098557857-pat00009
수학식 5와 수학식 6을 이용하여 프리앰블을 이용한 신호 대 간섭 잡음 비(CINR)를 추정한 것을 식으로 나타내면 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112006098557857-pat00010
그런데 낮은 신호 대 잡음 비(SNR)에서 수학식 7은 정확히 CINR을 추정할 수 있지만, 높은 SNR 에서는 수학식 8에 나타난 잔차항(residual term)에 크게 의존하기 때문에 부정확한 추정이 된다.
Figure 112006098557857-pat00011
수학식 7은 수학식 8에 나타난 잔차항(res)를 0으로 가정하여 프리앰블을 이용한 신호 대 간섭 잡음 비(CINR)을 추정한 것을 나타낸 것이다. 만약 상기 res가 0 이 아니면 채널추정을 위하여 사용된 채널계수는 상수가 아니다. 높은 SNR 에서는 상기 res는 잡음 간섭 파워(noise interference power)와 비교하여 간과할 수 없다.
상기 제2 CINR 계산부(270)는 채널의 신호 대 잡음 비가 소정의 임계값보다 크면, 상기 채널파워 추정부(210)에서 계산된 채널파워와, 상기 채널파워 차분 계산부(220)에서 계산된 채널파워를 자기상관함수를 이용한 잔차값(res)으로 보정한 값의 비를 이용하여 채널의 CINR을 추정한다.
상기 res 으로 보정한, 프리앰블을 이용한 채널의 CINR은 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112006098557857-pat00012
상기 잔차 계산부(230)는 수신 파일럿과 추정채널값의 차에 대한 파워의 차이를 자기상관을 이용하여 잔차값(res)를 계산한다.
상기 잔차 계산부(230)는 제1 파일럿 자기상관 계산부(240) 및 제2 파일럿 자기상관 계산부(250) 중 적어도 하나의 파일럿 자기상관 계산부를 포함한다. 상기 프리앰블 자기상관 계산부(240)는 채널신호 자신에 대한 자기상관을 AR(0)라 할 때, 상기 AR(0)을 테일러 시리즈를 이용하여 주파수 축상으로 배치된 프리앰블의 자기상관을 계산한다. 상기 파일럿 자기상관 계산부(240)는 채널신호 자신에 대한 자기상관을 AR(0)라 할 때, 상기 AR(0)을 테일러 시리즈를 이용하여 시간 축 또는 주파수 축 상으로 배치된 파일럿의 자기상관을 계산한다.
상기 잔차값(res)는 상술한 바와 같이 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다. 도 3은 채널추정 시 N=3 을 가지는 대칭성을 유지할 때 res 값을 최소화시키는 방법을 도시하고 있다.
프로세스의 평균(1차 평균)과 자기 상관함수(2차 평균)가 시간 축에 무관한 경우(wide sense stationary)와 N=3 을 가정하고 res를 유도하면 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112006098557857-pat00013
수학식 11은 자기상관(autocorrelation)을 정의한 것이다.
Figure 112006098557857-pat00014
수학식 11을 이용하여 수학식 10을 다시 쓰면 수학식 12와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112006098557857-pat00015
수학식 13은 이웃한 제1 파일럿들 간의 상관(correlation)을 구한 것으로서, 지연없음(non-zero delay)를 가지는 채널 응답의 자기상관을 구할 수 있다.
Figure 112006098557857-pat00016
수학식 11을 이용하여 수학식 13에 나타난 AR(1)과 AR(2)를 구할 수 있다. 다만, AR(0)는 0 근처의 자기상관(autocorrelation)을 이용하여 추론한다.
수학식 14는 0 값 주변의 채널 응답의 자기상관 함수를 구하기 위하여 지연시간이 심볼의 구간에 비하여 작은 임의의 지연 파워 프로파일(delay power profile)을 가지는 페이딩 채널의 주파수 응답을 고려한 식을 나타낸다.
Figure 112006098557857-pat00017
수학식 15는 각 경로(path)에서 오는 페이딩은 서로간에 상관(correlation) 이 없는 독립성
Figure 112006098557857-pat00018
을 가진다는 가정 하에 채널의 상관을 구한 식을 나타낸다.
Figure 112006098557857-pat00019
수학식 15 에서 n 이 NFFT 에 비하여 매우 작을 때만 ht(n)은 0 값이 아니다.
테일러 시리즈(Taylor series)
Figure 112006098557857-pat00020
를 이용하여 자기상관 함수를 이 용하여 AR(0)를 구하면, 수학식 16과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112006098557857-pat00021
수학식 17은 수학식 16을 이용하여 수학식 13을 정리한 식으로, 잔차항(residual term)을 통계적으로 구한 것이다. 하지만, 정확한 res 를 구하기 위해서는 많은 수의 제1 파일럿 샘플(pilot sample)을 필요로 한다.
수학식 14에서 테일러 시리즈 4차까지 유도하여 잔차항(residual term)을 구하면 더 정확한 잔차항을 구할 수 있다.
Figure 112006098557857-pat00022
상술한 내용은 프리앰블의 제1파일럿 기반 CINR 추정을 설명한 것이다. 상기 제1 파일럿을 제외한 제2 파일럿 기반 CINR 추정은 수학식 1부터 수학식 9까지 파 일럿 서브캐리어 이득이 2.5dB이고, 주파수 영역 또는 시간 영역에서의 평균값을 사용한다는 것을 제외하고는 프리앰블 기반 CINR 추정과 동일한 방법으로 이루어진다.
파일럿 서브캐리어를 이용한 CINR 추정은 수학식 18과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112006098557857-pat00023
파일럿 서브캐리어를 이용한 CINR 추정은 프리앰블(Preamble) 서브캐리어를 이용하여 CINR 을 추정하였을 때와 마찬가지로 수학식 8에 나타난 잔차항(residual term)에 더욱 의존한다.
수학식 19는 수학식 8에 표현된 잔차항을 고려한 파일럿 서브캐리어 기반의 신호 대 간섭 잡음비를 추정한 식을 나타낸다.
Figure 112006098557857-pat00024
수학식 20은 수학식 16과 수학식 17을 이용하여 파일럿 서브캐리어 기반의 신호 대 잡음 비 추정에 맞게 다시 쓴 식을 나타낸다.
Figure 112006098557857-pat00025
수학식 21은 레일리(Rayleigh) 페이딩 채널의 자기상관 함수는 zero-th order 1종 베셀(Bessel) 함수인 관계를 이용하여 나타낸 것이다.
Figure 112006098557857-pat00026
수학식 22는 AR(0)를 구하여 최종적으로 잔차항을 통계적으로 구한 수학식을 나타낸다.
Figure 112006098557857-pat00027
정확한 잔차항을 구하여 CINR을 추정하기 위해서는 많은 수의 제2 파일럿 샘플이 필요하다.
도 4는 본 발명에 의한 무선통신 시스템의 신호 대 간섭 잡음비(CINR) 추정 장치의 다른 실시예에 대한 구성을 블록도로 도시한 것으로서, 채널파워 추정부(410), 채널파워 차분 계산부(420), 제1 CINR 계산부(460), 제2 CINR 계산부(470) 및 CINR 선택부(480)를 포함하여 이루어지며, 잔차 계산부(430)를 더 구비함이 바람직하다.
상기 채널파워 추정부(410), 채널파워 차분 계산부(420) 및 잔차 계산부(430)는 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예의 채널파워 추정부(210), 채널파워 차분 계산부(220) 및 잔차 계산부(230)와 동일하다.
상기 제1 CINR 계산부(460)는 상기 채널파워 추정부(410)에서 계산된 채널파워와, 상기 채널파워 차분 계산부(420)에서 구해진 채널파워 차의 비를 이용하여 채널의 CINR을 추정한다. 상기 제2 CINR 계산부(470)는 상기 채널파워 추정부(410)에서 계산된 채널파워와, 상기 채널파워 차분 계산부(420)에서 계산된 채널파워를 자기상관함수를 이용한 잔차값(res)으로 보정한 값의 비를 이용하여 채널의 CINR을 추정한다. 상기 CINR 선택부(480)는 소정의 임계값 바람직하게는 채널의 신호대 잡음비(SNR)을 기준으로 상기 제1 CINR 계산부(460) 또는 상기 제2 CINR 계산부(470)를 선택하여 채널의 CINR을 추정하여 출력한다.
도 5는 본 발명에 의한 무선통신 시스템의 신호 대 간섭 잡음비(CINR) 추정 방법을 흐름도로 도시한 것이다. 먼저, 무선통신 시스템의 수신단에서 채널에 대한 신호 대 간섭 잡음비(CINR)를 추정을 위해, 채널파워 추정부(210)에서 추정채널 값의 파워를 계산한다.(S510단계) 이는 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다. 또한 채널파워 차분 계산부(220)에 의해 플랫 페이딩 환경에서의 수신된 파일럿과 상기 추정된 채널 값의 차에 대한 파워를 구한다.(S520단계) 즉 h(k)=h(l)와 hi(k)=hi(l)라고 가정할 때, 수학식 4를 정리하면, 수학식 6과 같이 된다.
신호대 잡음비가 소정의 임계값보다 작으면(S530단계), 예를 들어 신호대 잡 음비가 30dB보다 작거나 채널이 빨리 변한다면, 제1 CINR 계산부(260)에 의해 상기 S510 단계에서 계산된 채널파워와 상기 S520단계에서 구해진 채널파워 차의 비를 이용하여 채널의 CINR을 추정한다.(S540단계) 상기 제1 CINR 계산부(260)에서 추정된 CINR에 있어서, 프리앰블의 제1파일럿에 기반한 CINR 추정은 수학식 7과 같이 표현되고, 제2 파일럿에 기반한 CINR은 수학식 18와 같이 나타낼 수 있다.
신호대 잡음비가 소정의 임계값보다 크면(S530단계), 제2 CINR 계산부(270)에 의해 상기 S510 단계에서 계산된 채널파워와, 상기 S520 단계에서 계산된 채널파워를 자기상관함수를 이용한 잔차값(res)으로 보정한 값의 비를 이용하여 채널의 CINR을 추정한다.(S550단계) 상기 제2 CINR추정부(270)에 의해 추정된 CINR에 있어서, 프리앰블의 제1 파일럿에 기반한 CINR 추정은 수학식 9와 같이 표현되고, 제2 파일럿에 기반한 CINR은 수학식 19와 같이 나타낼 수 있다.
상기 잔차값(res)은 수학식 8과 같이 표현할 수 있으며, 수신된 파일럿과 추정된 채널 값의 차에 대한 파워의 차이를 자기상관을 이용하여 계산한다. 특히 상기 잔차값(res)은 채널신호 자신에 대한 자기상관을 AR(0)라 할 때, 상기 AR(0)을 테일러 시리즈를 이용하여, 주파수 축상으로 배치된 제1 파일럿의 자기상관과 시간 축 또는 주파수 축 상으로 배치된 제2 파일럿의 자기상관을 계산하여 이를 이용하여 구한다.
한편, 상기한 본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장 치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기테이프,플로피 디스크, 하드 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
지금까지 본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.
그리고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 특정되는 것이며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명에 따르면, CINR 추정 시 채널 상관 계수를 이용하여 남아있는 잡음(noise) 성분을 제거하여 CINR을 보다 정확하게 추정할 수 있다. 즉 인접 파일롯의 변이(variation)을 정량화하여 정확한 CINR 추정이 가능하다. 그리고 본 발명 은 현재 WiBro/WiMAX 시스템 및 OFDM 시스템에 적용할 수 있다.

Claims (18)

  1. 무선통신 시스템의 수신단에서 채널에 대한 신호 대 간섭 잡음비(CINR)를 추정하는 장치에 있어서,
    추정된 채널 값에 대한 파워를 계산하는 채널파워 추정부;
    수신된 파일럿과 상기 추정된 채널 값의 차에 대한 파워를 구하는 채널파워 차분 계산부;
    채널의 신호 대 잡음 비가 소정의 임계값보다 작으면, 상기 채널파워 추정부에서 계산된 채널파워와, 상기 채널파워 차분 계산부에서 구해진 채널파워 차의 비를 이용하여 채널의 CINR을 추정하는 제1 CINR 계산부; 및
    채널의 신호 대 잡음 비가 소정의 임계값보다 크면, 상기 채널파워 추정부에서 계산된 채널파워와, 상기 채널파워 차분 계산부에서 계산된 채널파워를 자기상관함수를 이용한 잔차값(res)으로 보정한 값의 비를 이용하여 채널의 CINR을 추정하는 제2 CINR 계산부를 포함함을 특징으로 하는 무선통신 시스템의 신호 대 간섭 잡음비(CINR) 추정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파일럿은 프리앰블의 제1 파일럿 및 상기 제1 파일럿 외의 파일럿인 제2 파일럿 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템의 신호 대 간섭 잡음비(CINR) 추정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 수신 파일럿과 추정채널값의 차에 대한 파워의 차이를 자기상관을 이용하여 잔차값(res)를 계산하는 잔차 계산부를 더 구비함을 특징으로 하는 무선통신 시스템의 신호 대 간섭 잡음비(CINR) 추정 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 잔차 계산부는
    채널신호 자신에 대한 자기상관을 AR(0)라 할 때, 상기 AR(0)을 테일러 시리즈를 이용하여 주파수 축상으로 배치된 상기 제1 파일럿의 자기상관을 계산하는 제1 파일럿 자기상관 계산부; 및
    채널신호 자신에 대한 자기상관을 AR(0)라 할 때, 상기 AR(0)을 테일러 시리즈를 이용하여 시간 축 또는 주파수 축 상으로 배치된 상기 제2 파일럿의 자기상관을 계산하는 제2 파일럿 자기상관 계산부; 중
    적어도 하나의 자기상관 계산부를 포함함을 특징으로 하는 무선통신 시스템의 신호 대 간섭 잡음비(CINR) 추정 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2 CINR부는 상기 제1 파일럿의 자기상관함수 및 상기 제2 파일럿의 자기상관함수 중 적어도 하나의 자기상관함수로 계산된 잔차값을 이용하여 채널의 CINR을 추정하는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템의 신호 대 간섭 잡음 비(CINR) 추정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 잔차값은 서로 대칭인 파일럿들의 상관을 이용하여 지연없는 자기상관값을 계산한 값인 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템의 신호 대 간섭 잡음비(CINR) 추정 장치.
  7. 무선통신 시스템의 수신단에서 채널에 대한 신호 대 간섭 잡음비(CINR)를 추정하는 장치에 있어서,
    추정된 채널 값에 대한 파워를 계산하는 채널파워 추정부;
    수신된 파일럿과 상기 추정된 채널 값의 차에 대한 파워를 구하는 채널파워 차분 계산부;
    상기 채널파워 추정부에서 계산된 채널파워와, 상기 채널파워 차분 계산부에서 구해진 채널파워 차의 비를 이용하여 채널의 CINR을 추정하는 제1 CINR 계산부;
    상기 채널파워 추정부에서 계산된 채널파워와, 상기 채널파워 차분 계산부에서 계산된 채널파워를 자기상관함수를 이용한 잔차값(res)으로 보정한 값의 비를 이용하여 채널의 CINR을 추정하는 제2 CINR 계산부; 및
    소정의 임계값을 기준으로 상기 제1 CINR계산부 및 상기 제2 CINR계산부 중 적어도 하나를 선택하여 채널의 CINR을 추정하여 출력하는 CINR 선택부를 포함함을 특징으로 하는 무선통신 시스템의 신호 대 간섭 잡음비(CINR) 추정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 파일럿은 프리앰블의 제1 파일럿 및 상기 제1 파일럿 외의 파일럿인 제2 파일럿 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템의 신호 대 간섭 잡음비(CINR) 추정 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 수신 파일럿과 추정채널값의 차에 대한 파워의 차이를 자기상관을 이용하여 잔차값(res)를 계산하는 잔차 계산부를 더 구비함을 특징으로 하는 무선통신 시스템의 신호 대 간섭 잡음비(CINR) 추정 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 잔차 계산부는
    채널신호 자신에 대한 자기상관을 AR(0)라 할 때, 상기 AR(0)을 테일러 시리즈를 이용하여 주파수 축상으로 배치된 상기 제1 파일럿의 자기상관을 계산하는 제1 파일럿 자기상관 계산부; 및
    채널신호 자신에 대한 자기상관을 AR(0)라 할 때, 상기 AR(0)을 테일러 시리즈를 이용하여 시간 축 또는 주파수 축 상으로 배치된 상기 제2 파일럿의 자기상관을 계산하는 제2 파일럿 자기상관 계산부; 중
    적어도 하나의 자기상관 계산부를 포함함을 특징으로 하는 무선통신 시스템의 신호 대 간섭 잡음비(CINR) 추정 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제2 CINR부는 상기 제1 파일럿의 자기상관함수 및 상기 제2 파일럿의 자기상관함수 중 적어도 하나의 자기상관함수로 계산된 잔차값을 이용하여 채널의 CINR을 추정하는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템의 신호 대 간섭 잡음비(CINR) 추정 장치.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 잔차값은 서로 대칭인 파일럿들의 상관을 이용하여 지연없는 자기상관값을 계산한 값인 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템의 신호 대 간섭 잡음비(CINR) 추정 장치.
  13. 제7항에 있어서, 상기 CINR 선택부의 임계값은
    신호 대 잡음 비에 대한 임계값 임을 특징으로 하는 무선통신 시스템의 신호 대 간섭 잡음 비(CINR) 추정 장치
  14. 무선통신 시스템의 수신단에서 채널에 대한 신호 대 간섭 잡음비(CINR)를 추정하는 방법에 있어서,
    (a) 추정된 채널 값에 대한 채널파워를 계산하는 단계;
    (b) 수신된 파일럿과 상기 추정된 채널 값의 차에 대한 차분파워(differential power)를 계산하는 단계; 및
    (c) 상기 (a)단계에서 계산된 채널파워 및 상기 (b)단계에서 계산된 차분파워 비를 이용하여 채널의 제1 CINR을 추정하고, 상기 (a)단계에서 계산된 채널파워 및 상기 (b)단계에서 계산된 차분파워를 자기상관함수를 이용한 잔차값(res)으로 보정한 보정된 차분파워의 비를 이용하여 채널의 제2 CINR을 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템의 신호 대 간섭 잡음비(CINR) 추정 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 (c)단계의 제2 CINR을 추정하는 과정은,
    수신된 파일럿과 추정된 채널 값의 차에 대한 차분파워를 자기상관을 이용하여 계산하는 과정; 및
    상기 (a)단계에서 계산된 채널파워 및, 상기 (b)단계에서 계산된 차분파워를 상기 잔차값(res)으로 보정한 보정된 차분파워의 비를 이용하여 채널의 제2 CINR을 추정하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 무선통신 시스템의 신호 대 간섭 잡음비(CINR) 추정 방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 잔차값 계산은
    채널신호 자신에 대한 자기상관을 AR(0)라 할 때, 상기 AR(0)을 테일러 시리즈를 이용하여 주파수 축상으로 배치된 프리앰블의 자기상관을 계산하는 과정; 및
    채널신호 자신에 대한 자기상관을 AR(0)라 할 때, 상기 AR(0)을 테일러 시리즈를 이용하여 시간 축 또는 주파수 축 상으로 배치된 파일럿의 자기상관을 계산하는 과정 중 적어도 하나의 과정을 수행함으로써 계산되는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템의 신호 대 간섭 잡음비(CINR) 추정 방법.
  17. 삭제
  18. 제14항에 있어서, 상기 (c) 단계 후에,
    (d) 신호대 잡음비가 소정의 임계값보다 작으면 제1 CINR을 선택하고, 신호대 잡음비가 소정의 임계값보다 크면 제2 CINR을 선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템의 신호 대 간섭 잡음비(CINR) 추정 방법.
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