KR100872043B1

KR100872043B1 - 광대역 무선접속 통신시스템에서 파일럿 패턴 결정 장치 및방법

Info

Publication number: KR100872043B1
Application number: KR1020050132859A
Authority: KR
Inventors: 백원규; 이종혁; 조면균; 서종수
Original assignee: 삼성전자주식회사; 연세대학교 산학협력단
Priority date: 2005-12-29
Filing date: 2005-12-29
Publication date: 2008-12-05
Anticipated expiration: 2025-12-29
Also published as: EP1804451A2; US7792201B2; EP1804451A3; KR20070070375A; US20070153931A1; EP1804451B1

Abstract

본 발명은 광대역 무선접속 통신시스템에서 파일럿 패턴 결정 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 파일럿 패턴 결정 방법은, 수신 신호를 FFT(Fast Fourier Transform) 연산하여 부반송파값들을 발생하는 과정과, 상기 부반송파값들을 이용하여 코히어런스 대역폭과 코히어런스 시간을 산출하는 과정과, 상기 코히어런스 대역폭과 코히어런스 시간의 비율에 근거해서 미리 정해진 파일럿 패턴들중 하나를 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 본 발명은 동일한 개수의 파일럿 심볼들을 링크 상황에 따라 다르게 배치함으로써, 채널 추정 오류를 줄일 수 있는 이점이 있다.

적응 파일럿 패턴, 코히어런스 대역폭, 코히어런스 시간

Description

광대역 무선접속 통신시스템에서 파일럿 패턴 결정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETERMINING PILOT PATTERN IN BROADBAND WIRELESS ACCESS COMMUNICATION SYSTEM}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광대역 무선접속 통신시스템에서 송신기의 구성을 도시하는 도면.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광대역 무선접속 통신시스템에서 수신기의 구성을 도시하는 도면.

도 3은 도 2의 구성에서 파일럿 패턴 결정기(200)의 상세 구성을 보여주는 도면.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광대역 무선접속 통신시스템에서 파일럿 패턴을 피드백하기 위한 수신기의 동작을 도시하는 도면.

도 5는 본 발명에 있어서 파일럿 패턴을 선택하는 방법의 일 예를 설명하는 도면.

도 6은 본 발명에 있어서 파일럿 패턴을 선택하는 방법의 다른 예를 설명하는 도면.

도 7은 적응 파일럿 패턴을 사용하는 본 발명과 고정 파일럿 패턴을 사용하 는 기존 방식을 비교한 성능 그래프.

본 발명은 광대역 무선접속 통신시스템에 관한 것으로, 특히 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 기반의 통신시스템에서 파일럿 패턴을 링크 적응적으로 변경하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

오늘날 고속의 이동통신을 위해서 많은 무선통신 기술들이 후보로 제안되고 있으며, 이 중에서 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 OFDM이라 칭함) 기법은 현재 가장 유력한 차세대 무선 통신 기술로 인정받고 있다. 2010년경으로 예상되는 대부분의 무선통신 기술에서는 상기 OFDM 기술이 사용될 것으로 예상되며, 현재 3.5세대 기술이라고 불리는 IEEE 802.16 계열의 WMAN(Wireless Metropolitan Area Network)에서도 상기 OFDM 기술을 표준규격으로 채택하고 있다.

통상적인 OFDM 기반의 통신시스템에서 송신기는 수신기로 정해진 패턴에 따라 파일럿 부반송파 신호들을 송신한다. 상기 송신기는 데이터 부반송파 신호들을 송신함과 동시에 상기 파일럿 채널 신호들을 동시에 송신한다. 그리고 상기 수신기는 상기 파일럿 부반송파 신호들을 이용해서 동기 획득(synchronization acquisition), 채널 추정(channel estimation) 및 기지국 구분을 수행한다. 이때 송신기에서 송신하는 파일럿 부반송파 신호의 송신 규칙을 "파일럿 패턴(pilot pattern)"이라 한다.

여기서, 상기 파일럿 패턴은 코히어런스 대역폭(coherence bandwidth)과 코히어런스 시간(coherence time)을 고려하여 결정되는 것이 바람직하다. 상기 코히어런스 대역폭은 주파수 영역(frequency domain)에서 채널(channel)이 동일하다고 가정(또는 채널이 변하지 않는다고 가정)할 수 있는 최대 대역을 나타낸다. 그리고 상기 코히어런스 시간은 시간 영역(time domain)에서 채널이 동일하다고 가정할 수 있는 최대 시간을 나타낸다. 이와 같이, 상기 코히어런스 대역폭과 코히어런스 시간에서는 채널이 동일하다고 가정할 수 있기 때문에 한 개의 파일럿 신호만 송신해도 동기 획득, 채널 추정 및 기지국 구분 등에 문제가 발생하지 않는다.

하지만, 종래기술에 따르면, 파일럿 패턴을 고정하여 사용하는 것이 일반적이다. 또한, 종래기술에 따른 적응적 파일럿 패턴 기법은 주로 파일럿 파워(power) 최적화와 전송효율(throughput) 최적화에 관심이 있었을 뿐, 링크상황(예 : 코히어런스 대역폭 및 코히어런스 시간)에 따라 파일럿 패턴을 적응적으로 변경하는 기술은 제안된 바 없다.

무선채널은 광범위한 랜덤 채널로 볼 수 있다. 이러한 랜덤 채널에서 기존 고정된 파일럿 패턴은 항상 최적의 성능을 보장하기가 어렵다. 또한, 동일한 파일럿 개수의 패턴을 사용한다고 가정하였을 때, 링크 상태에 따라 어떻게 파일럿 부반송파를 배치하느냐에 따라 성능에 영향을 준다. 이것은 결국 채널추정 성능과도 직접적인 연관이 있다. 즉, 파일럿 패턴을 어떻게 배치하느냐에 따라 채널추정 성 능을 증가시킬 수 있다. 한편, 채널추정 성능은 BER(Bit Error Rate) 성능에도 영향을 주기 때문에, 채널 추정 오류를 최소화할 수 있는 파일럿 패턴을 선택하는 것이 중요하다.

따라서 본 발명의 목적은 광대역 무선접속 통신시스템에서 파일럿 패턴을 링크 적응적으로 변경하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 광대역 무선접속 통신시스템에서 채널추정 오류를 최소화하는 파일럿 패턴을 선택하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 광대역 무선접속 통신시스템에서 상향링크의 파일럿 패턴을 링크 적응적으로 변경하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 광대역 무선접속 통신시스템에서 주파수 영역 데이터의 MSE(Mean Square Error)를 이용하여 파일럿 패턴을 선택하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 일 견지에 따르면, 광대역 무선접속 통신시스템에서 파일럿 패턴 결정 장치에 있어서, 수신 신호를 FFT(Fast Fourier Transform) 연산하여 주파수 영역의 데이터를 발생하는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)복조기와, 상기 OFDM복조기로부터의 부반송파값들을 이용하여 코히어런스 대역폭과 코히어런스 시간을 산출하고, 상기 코히어런스 대역폭과 코히어런스 시간의 비율에 근거해서 미리 정해진 파일럿 패턴들중 하나를 선택하는 파일럿 패턴 결정기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 견지에 따르면, 광대역 무선접속 통신시스템에서 파일럿 패턴 결정 방법에 있어서, 수신 신호를 FFT(Fast Fourier Transform) 연산하여 부반송파값들을 발생하는 과정과, 상기 부반송파값들을 이용하여 코히어런스 대역폭과 코히어런스 시간을 산출하는 과정과, 상기 코히어런스 대역폭과 코히어런스 시간의 비율에 근거해서 미리 정해진 파일럿 패턴들중 하나를 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하, 본 발명은 광대역 무선접속 통신시스템에서 파일럿 패턴을 링크 적응적으로 변경하기 위한 방안에 대해 살펴보기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광대역 무선접속 통신시스템에서 송신기의 구성을 도시하고 있다. 여기서, 상기 송신기는 상대적인 개념으로 상향링크를 가정 할 경우 단말기가 송신기가 되고, 하향링크를 가정할 경우 기지국이 송신기가 될 수 있다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 송신기는, 파일럿 패턴 생성기(100), 부호기(102), 변조기(104), 데이터 매핑기(106), 프레임 버퍼(108), OFDM변조기(110), 디지털/아날로그 변환기(112), 및 RF처리기(114)를 포함하여 구성된다.

도 1을 참조하면, 먼저 부호기(102)는 입력되는 정보비트열을 해당 부호율로 부호화하여 부호화 데이터(coded bits 또는 symbols)를 출력한다. 여기서, 입력되는 정보비트의 개수가 k이고, 부호율이 R이라 할 때, 출력되는 심볼의 개수는 k/R이 된다. 예를들어, 상기 부호기(101)는 길쌈부호기(convolutional encoder), 터보부호기(turbo encoder), LDPC(low density parity check) 부호기 등으로 구성될 수 있다.

변조기(104)는 상기 부호기(104)로부터의 심볼들을 해당 변조방식(변조레벨)에 의해 신호점 사상하여 복소심볼(complex symbols)들을 출력한다. 예를들어, 상기 변조방식에는 1개의 비트(s=1)를 하나의 신호점(복소심볼)에 사상하는 BPSK(Binary Phase Shift Keying), 2개의 비트(s=2)를 하나의 복소심볼에 사상하는 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying), 3개의 비트(s=3)를 하나의 복소심볼에 사상하는 8PSK(8-ary Phase Shift Keying), 4개의 비트(s=4)를 하나의 복소심볼에 사상하는 16QAM, 6개의 비트(s=6)를 하나의 복소심볼에 사상하는 64QAM 등이 있다.

데이터 매핑기(106)는 상기 변조기(403)로부터의 복소심볼들을 상위계층으로부터 제공되는 제어신호에 따라 부반송파 매핑하고, 상기 부반송파 매핑된 복소심 볼들 각각을 실제 프레임 크기에 대응되는 프레임 버퍼(108)의 해당 메모리 주소(address)로 출력한다.

파일럿 패턴 생성기(100)는 수신기로부터 수신되는 피드백 정보(파일럿 패턴 선택 정보)에 따라 해당 파일럿 패턴을 선택하고, 상기 선택된 파일럿 패턴에 따라 파일럿 심볼을 상기 프레임 버퍼(108)의 해당 주소들로 출력한다. 예를들어, 프레임 크기를 64×64이고, 하나의 프레임에 64개의 파일럿 심볼들이 전송된다고 가정할 때, 16×4의 제1파일럿 패턴과 4×16의 제2파일럿 패턴을 사용할 수 있다. 상기 제1파일럿 패턴은 주파수축으로 16 간격으로 파일럿 심볼을 매핑하고, 시간축으로 4 간격으로 파일럿 심볼을 매핑하는 경우로, 코히어런스 대역폭이 코히어런스 시간보다 큰 경우에 사용된다. 상기 제2파일럿 패턴은 주파수축으로 4 간격으로 파일럿 심볼을 매핑하고, 시간축으로 16간격으로 파일럿 심볼을 매핑하는 경우로, 코히어런스 시간이 코히어런스 대역폭보다 큰 경우에 사용된다.

상기 프레임 버퍼(107)는 OFDM변조기(110)로 제공되는 복소심볼들을 실제 순서에 맞게 정렬하기 위한 버퍼이다. 상기 프레임 버퍼(107)는 시간 동기에 근거해서 버퍼링되어 있는 복소심볼들을 OFDM심볼단위로 순차로 출력한다.

상기 OFDM변조기(110)는 상기 프레임 버퍼(107)로부터의 복소심볼들을 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 연산하여 시간영역의 샘플 데이터로 변환하고, 상기 샘플 데이터의 소정 뒷부분을 복사하여 상기 샘플데이터의 앞에 붙여 OFDM심볼을 출력한다.

디지털/아날로그 변환기(112)는 상기 OFDM변조기(110)로부터의 샘플 데이터 를 아날로그 신호로 변환하여 출력한다. RF처리기(114)는 필터(filter)와 전처리기(front end unit) 등의 구성들을 포함하며, 상기 디지털/아날로그 변환기(112)에서 출력한 신호를 실제 전송 가능하도록 RF처리한후 송신안테나(Tx antenna)를 통해 무선채널로 전송한다. 상기 송신기에서 송신하는 신호는 다중 경로 채널(multi channel)을 겪고 잡음이 가산된 형태로 수신기의 수신안테나(Rx Antenna)로 수신된다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광대역 무선접속 통신시스템에서 수신기의 구성을 도시하고 있다. 여기서, 상기 수신기는 상대적인 개념으로 상향링크를 가정할 경우 기지국이 송신기가 되고, 하향링크를 가정할 경우 단말기가 송신기가 될 수 있다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수신기는, 파일럿 패턴 결정기(200), RF처리기(202), 아날로그/디지털 변환기(204), OFDM복조기(206), 부반송파 디매핑기(208), 등화기(210), 복조기(212), 복호기(214) 및 채널추정기(216)를 포함하여 구성된다.

도 2를 참조하면, 먼저 RF처리기(202)는 전처리기(front end unit)와 필터(filter) 등의 구성들을 포함하며, 무선채널을 통과한 고주파 대역의 신호를 기저대역 신호로 변환하여 출력한다. 아날로그/디지털 변환기(204)는 상기 RF처리기(202)로부터의 아날로그 기저대역 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다.

OFDM복조기(206)는 상기 아날로그/디지털 변환기(204)로부터의 데이터에서 사이클릭 프리픽스(CP : Cyclic Prefix)를 제거하고, FFT(Fast Fourier Transform)연산하여 주파수 영역의 데이터를 출력한다.

부반송파 디매핑기(208)는 상기 OFDM복조기(206)로부터의 데이터에서 실제 데이터 심볼들을 추출하여 등화기(210)로 제공하고, 채널추정을 위한 미리 정해진 위치의 심볼(예 : 파일럿 심볼)들을 추출하여 채널추정기(216)로 제공한다.

상기 채널추정기(216)는 상기 부반송파 디매핑기(208)로부터의 파일럿 심볼들을 이용해 채널 추정을 수행하고, 상기 채널 추정 값들을 등화기(210)로 제공한다.

상기 등화기(equalizer)(210)는 상기 부반송파 디매핑기(208)에서 출력되는 데이터 심볼들을 상기 채널추정기(216)로부터의 채널 추정 값들을 이용해 채널보상(channel compensation)하여 출력한다. 즉, 무선채널에서 발생한 여러 잡음들을 보상하여 출력한다.

복조기(212)는 상기 등화기(210)로부터의 심볼들을 송신기의 변조방식에 따라 복조하여 부호화 데이터를 출력한다. 복호기(214)는 상기 복조기(212)로부터의 부호화 데이터를 송신기의 부호방식에 따라 복호하여 원래의 정보데이터로 복원한다.

파일럿 패턴 결정기(200)는 상기 등화기(210)로부터 출력되는 채널 보상된 부반송파 값들 각각에 대하여 평균오차제곱(MSE : Mean Square Error)을 산출하고, 상기 평균오차제곱 값들을 주파수축 및 시간축으로 누적하여 코히어런스 대역폭과 코히어런스 시간을 산출한다. 그리고, 상기 파일럿 패턴 결정기(200)는 상기 코히 어런스 대역폭과 상기 코히어런스 시간의 비율을 소정 기준과 비교하여 파일럿 패턴을 선택하고, 상기 선택된 파일럿 패턴을 지시하는 피드백 정보를 발생한다. 상기 피드백 정보는 피드백 채널을 통해 송신기로 전송된다.

여기서, 상기 코히어런스 대역폭이 상기 코히어런스 시간보다 클 경우 파일럿 심볼이 시간축으로 더 촘촘히 매핑되는 파일럿 패턴을 선택하고, 반대로 상기 코히어런스 시간이 상기 코히어런스 대역폭보다 크면 파일럿 심볼이 주파수축으로 더 촘촘히 매핑되는 파일럿 패턴을 선택한다. 상기 파일럿 패턴 결정기(200)에 대한 상세 구성은 이후 도면의 참조와 함께 상세히 살펴보기로 한다.

도 3은 도 2의 구성에서 파일럿 패턴 결정기(200)의 상세 구성을 보여준다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 파일럿 패턴 결정기(200)는, 프레임 버퍼(300), MSE산출기(302), 주파수축 누적기(304), 시간축 누적기(306), 제1정렬기(308), 제2정렬기(310), 제1선택기(312), 제2선택기(314), 제1가산기(316), 제2가산기(318), 비율계산기(320), 파일럿 패턴 선택기(322)를 포함하여 구성된다.

도 3을 참조하면, 먼저 프레임 버퍼(300)는 상기 등화기(210)로부터 출력되는 주파주 영역에서의 프레임 데이터를 버퍼링하였다가 출력한다. 여기서, 64×64 프레임 사이즈(40964개 부반송파 값들)를 가정하기로 한다. MSE 산출기(302)는 상기 프레임 버퍼(300)로부터 출력되는 부반송파 값들(수신 복소심볼들) 각각에 대한 평균오차제곱(MSE)을 산출하여 출력한다. 상기 평균오차제곱은 공지된 다양한 방식으로 산출할 수 있으며, 여기서는 자세한 설명을 생략하기로 한다.

주파수축 누적기(304)는 상기 MSE산출기(302)로부터 출력되는 64×64 크기의 MSE 값들을 주파수축(또는 열(column) 단위)으로 누적하여 64개의 누적값들을 발생한다. 시간축 누적기(306)는 상기 MSE 산출기(302)로부터 출력되는 64×64 크기의 MSE 값들을 시간축(또는 행(row) 단위)으로 누적하여 64개의 누적값들을 발생한다.

제1정렬기(308)는 상기 주파수축 누적기(304)로부터의 64개의 누적값들을 크기 순으로 정렬하여 출력한다. 제2정렬기(308)는 상기 시간축 누적기(304)로부터의 64개의 누적값들을 크기 순으로 정렬하여 출력한다.

제1선택기(312)는 상기 제1정렬기(308)로부터의 누적값들중 큰 순서로 소정 개수(예 : 32개)를 선택하여 출력한다. 제2선택기(314)는 상기 제2정렬기(310)로부터의 누적값들중 큰 순서로 소정 개수(예 : 32개)를 선택하여 출력한다.

제1가산기(316)는 상기 제1선택기(312)로부터의 누적값들을 가산하여 코히어런스 대역폭에 해당하는 값(Cb)을 출력한다. 제2가산기(318)는 상기 제2선택기(314)로부터의 누적값들을 가산하여 코히어런스 시간에 해당하는 값(Ct)을 출력한다.

비율 계산기(320)는 상기 제1가산기(316)로부터의 코히어런스 대역폭 값(Cb)을 상기 제2가산기(318)로부터의 코히어런스 시간 값(Ct)으로 나눈후 로그 함수(log 10)를 취해, 코히어런스 대역폭과 코히어런스 시간 사이의 비율(R)을 계산하여 출력한다.

파일럿 패턴 선택기(322)는 상기 비율 계산기(320)로부터의 비율 값을 소정 기준과 비교하여 링크에 적응적인 파일럿 패턴을 선택하고, 상기 선택된 파일럿 패 턴을 지시하는 피드백 정보를 발생한다.

만약, 전체 프레임의 MSE값이 너무 작으면 상기 비율 값이 부정확할 수 있으므로, 상기 제1가산기(316)에서 출력되는 코히어런스 대역폭 값과 상기 제2가산기(318)에서 출력되는 코히어런스 시간 값을 가산한 값이 소정 기준값보다 작으면, 과거 소정 윈도우에 해당하는 비율 평균값을 가지고 파일럿 패턴을 선택한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광대역 무선접속 통신시스템에서 파일럿 패턴을 피드백하기 위한 수신기의 동작을 도시하고 있다.

도 4를 참조하면, 먼저 수신기는 401단계에서 안테나를 통해 수신되는 신호를 기저대역 신호로 변환하고, 상기 기저대역 신호를 OFDM복조하여 주파수 영역의 데이터를 획득한다.

이후, 상기 수신기는 403단계에서 상기 주파수 영역의 데이터로부터 채널추정을 위한 미리 정해진 부반송파 위치의 심볼(예: 파일럿 심볼)들을 추출한다. 그리고, 상기 수신기는 405단계에서 상기 추출된 심볼들을 이용해서 채널 추정을 수행한다.

이와 같이, 채널 추정을 수행한후, 상기 수신기는 405단계에서 상기 주파수 영역의 데이터를 상기 채널 추정 값들을 이용해 채널 보상한다. 그리고, 상기 수신기는 407단계에서 상기 채널 보상된 부반송파 값들(복소심볼들) 각각에 대하여 평균오차제곱(MSE : Mean Square Error)을 계산한다.

상기 평균오차제곱을 계산한후, 상기 수신기는 409단계에서 상기 계산된 MSE 값들을 주파수축 단위로 누적하고, 상기 누적값들중 큰 순서로 소정 개수를 선택하여 가산한다. 이 값이 코히어런스 대역폭(Cb)이 된다. 또한, 상기 수신기는 411단계에서 상기 계산된 MSE 값들을 시간축 단위로 누적하고, 상기 누적값들중 큰 순서로 소정 개수를 선택하여 가산한다. 이 값이 코히어런스 시간(Ct)이 된다.

이후, 상기 수신기는 413단계에서 상기 코히어런스 대역폭(Cb)과 상기 코히어런스 시간(Ct)의 비율(R)을 계산한다. 여기서, 상기 코히어런스 대역폭을 상기 코히어런스 시간으로 나눈후 로그 함수(log 10)를 취해 비율을 계산할 수 있다.

그리고, 상기 수신기는 415단계에서 상기 계산된 비율이 '1'보다 작은지를 검사한다. 만일, 상기 비율이 '1'보다 작으면, 즉 코히어런스 대역폭이 코히어런스 시간보다 크면, 상기 수신기는 417단계로 진행하여 파일럿 심볼이 시간축으로 더 촘촘히 매핑되는 제1파일럿 패턴을 선택한후 421단계로 진행한다.

만일, 상기 비율이 '1'보다 크거나 같으면, 즉 코히어런스 시간이 코히어런스 대역폭보다 크면, 상기 수신기는 419단계로 진행하여 파일럿 심볼이 주파수축으로 더 촘촘히 매핑되는 제2파일럿 패턴을 선택한후 상기 421단계로 진행한다.

이와 같이, 파일럿 패턴을 선택한후, 상기 수신기는 상기 421단계에서 상기 선택된 파일럿 패턴을 지시하는 피드백 정보를 생성하고, 상기 피드백 정보를 소정 피드백 채널을 통해 송신기로 전송한다.

이하, 상기 파일럿 패턴을 선택하는 구체적인 방법을 설명하기로 한다. 프레임 사이즈는 64×64라 가정하고, 프레임당 64개의 파일럿 심볼들이 매핑된다고 가 정한다.

도 5는 본 발명에 있어서 파일럿 패턴을 선택하는 방법의 일 예를 설명하는 도면이다.

도시된 바와 같이, 코히어런스 대역폭(Cb)과 코히어런스 시간(Ct)의 비율(Cb/Ct)이 '1'로 수렴하는 파일럿 패턴을 선택한다. 만일, 코히어런스 대역폭이 코히어런스 대역폭보다 클 경우, 16×4의 제1 파일럿 패턴을 선택한다. 여기서, 상기 제1파일럿 패턴은 주파수축으로 16 간격으로 파일럿 심볼을 매핑하고, 시간축으로 4간격으로 파일럿 심볼을 매핑하는 패턴을 나타낸다. 만일, 코히어런스 시간이 코히어런스 대역폭보다 클 경우, 4×16의 제2파일럿 패턴을 선택한다. 여기서, 상기 제2파일럿 패턴은 주파수축으로 4 간격으로 파일럿 심볼을 매핑하고, 시간축으로 16간격으로 파일럿 심볼을 매핑하는 패턴을 나타낸다. 이와 같이, 본 발명은 하나의 프레임에 매핑되는 파일럿 심볼의 개수는 동일하지만, 그 배치를 링크 적응적으로 변경하는 것을 특징으로 한다.

도 6은 본 발명에 있어서 파일럿 패턴을 선택하는 방법의 다른 예를 설명하는 도면이다.

도시된 바와 같이, 파일럿 패턴을 스위칭하기 위한 기준값(threshold)이 2개이다. 코히어런스 대역폭(Cb)과 코히어런스 시간(Ct)의 비율이 제1기준값 보다 크면, 16×4의 제1파일럿 패턴을 선택한다. 상기 코히어런스 대역폭과 상기 코히어런스 시간의 비율이 제2기준값보다 크고 상기 제1기준값보다 작으면, 8×8의 제3파일럿 패턴을 선택한다. 여기서, 상기 제3파일럿 패턴은 주파수축으로 8 간격으로 파 일럿 심볼을 매핑하고, 시간축으로 8 간격으로 파일럿 심볼을 매핑하는 패턴을 나타낸다. 만일, 상기 코히어런스 대역폭과 상기 코히어런스 시간의 비율이 상기 제2기준값보다 작으면, 4×16의 제2파일럿 패턴을 선택한다. 이 방법은 트랜지션 패턴(smooth transitional pattern)을 사용함으로써, 갑작스런 채널의 변화라든지, 프레임 지연과 같은 요소들로부터 로버스트(robust)하게 동작할 수 있다. 여기서, 상기 제1 및 제2기준값은 실험을 통해 최적의 값으로 설정하는 것이 바람직하다.

본 발명의 성능을 입증하기 위한 시뮬레이션 결과를 살펴보면 다음과 같다.

우선, 시뮬레이션 파라미터를 살펴보면 하기 <표 1>과 같다.

carrier frequency	5 GHz
FFT size	1024(16 users)
Bandwidth	40MHz
Symbol length	25.6 us
Guard interval	3.2 us(T/8)
Max delay spread	5 ns, 10ns
Mobile Velocity	5km/h, 160 km/h
Modulation	QPSK
Channel estimator	Bilinear interpolation
Pilot patterns used	3 (4×16, 8×8, 16×4)
Pilot density	< 2%
User frame size	64×64
Channels	AWGN, 3-ray indoor, 3-ray equal power

도 7은 적응 파일럿 패턴을 사용하는 본 발명과 고정 파일럿 패턴을 사용하는 기존 방식을 비교한 성능 그래프이다.

도면에서 수평축은 수신세기(Eb/No)를 나타내고, 수직축은 BER(Bit Error Rate)를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 적응 파일럿 패턴(Adaptive pilot) 방식이 고정 파일럿(Fixed pilot) 방식보다 성능 이득이 있음을 알 수 있다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 동일한 개수의 파일럿 심볼들을 링크 상황에 따라 다르게 배치함으로써, 채널 추정 오류를 줄일 수 있는 이점이 있다. 이와 같이, 채널 추정 오류를 최소화함으로써 데이터 BER(Bit Error Rate)을 높일 수 있는 이점이 있다. 또한, 본 발명은 프레임 단위로 파일럿 패턴을 스위칭 함으로써, 시그널링 오버헤드를 줄일 수 있는 이점이 있다.

Claims

무선통신시스템에서 파일럿 패턴 결정 장치에 있어서,

수신 신호를 FFT(Fast Fourier Transform) 연산하여 주파수 영역의 데이터를 발생하는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)복조기와,

상기 OFDM복조기로부터의 부반송파값들 각각에 대하여 MSE(Mean Square Error)를 산출하는 MSE산출기와,

상기 산출된 MSE 값들을 주파수축으로 누적하여 코히어런스 대역폭을 산출하는 제1산출기와,

상기 산출된 MSE 값들을 시간축으로 누적하여 코히어런스 시간을 산출하는 제2산출기와,

상기 코히어런스 대역폭과 상기 코히어런스 시간의 비율을 이용해서 파일럿 패턴을 선택하는 패턴 선택기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,

상기 OFDM복조기로부터의 부반송파값들을 채널보상하여 상기 MSE산출기로 제공하는 등화기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
삭제
제1항에 있어서, 상기 제1산출기는,

상기 산출된 MSE값들을 주파수축으로 누적하는 주파수축 누적기와,

상기 누적기로부터의 누적값들중 큰 순서로 적어도 하나 선택하여 출력하는 선택기와,

상기 선택기로부터의 누적값들을 가산하여 상기 코히어런스 대역폭을 산출하는 가산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 제2산출기는,

상기 산출된 MSE값들을 시간축으로 누적하는 시간축 누적기와,

상기 누적기로부터의 누적값들중 큰 순서로 적어도 하나 선택하여 출력하는 선택기와,

상기 선택기로부터의 누적값들을 가산하여 상기 코히어런스 시간을 산출하는 가산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,

상기 패턴 선택기는, 상기 코히어런스 대역폭과 상기 코히어런스 시간의 비율이 '1'로 수렴하도록 파일럿 패턴을 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,

상기 패턴 선택기는, 상기 코히어런스 대역폭이 상기 코히어런스 시간보다 클 경우, 파일럿 심볼이 주파수축보다 시간축으로 더 많이 배치되는 파일럿 패턴을 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,

상기 패턴 선택기는, 상기 코히어런스 시간이 상기 코히어런스 대역폭보다 클 경우, 파일럿 심볼이 시간축보다 주파수축으로 더 많이 배치되는 파일럿 패턴을 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,

상기 패턴 선택기는, 상기 코히어런스 대역폭과 상기 코히어런스 대역폭의 합이 기준값보다 작을 경우, 이전 비율 평균값을 이용해서 파일럿 패턴을 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,

상기 선택된 파일럿 패턴을 지시하는 정보는 피드백채널을 통해 송신기로 전송되는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,

상기 패턴 선택기는 프레임 단위로 파일럿 패턴을 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.
무선통신시스템에서 파일럿 패턴 결정 방법에 있어서,

수신 신호를 FFT(Fast Fourier Transform) 연산하여 부반송파값들을 발생하는 과정과,

상기 부반송파값들 각각에 대하여 MSE(Mean Square Error)를 산출하는 과정과,

상기 산출된 MSE 값들을 주파수축으로 누적하여 코히어런스 대역폭을 산출하는 과정과,

상기 산출된 MSE 값들을 시간축으로 누적하여 코히어런스 시간을 산출하는 과정과,

상기 코히어런스 대역폭과 코히어런스 시간의 비율에 근거해서 복수의 파일럿 패턴들중 하나를 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제12항에 있어서,

상기 부반송파값들을 채널보상하여 상기 MSE 산출의 입력으로 제공하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
삭제
제12항에 있어서, 상기 코히어런스 대역폭 산출 과정은,

상기 산출된 MSE값들을 주파수축으로 누적하는 과정과,

상기 누적 값들중 큰 순서로 적어도 하나를 선택하여 과정과,

상기 선택된 누적값들을 가산하여 상기 코히어런스 대역폭을 산출하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제12항에 있어서, 상기 코히어런스 시간 산출 과정은,

상기 산출된 MSE값들을 시간축으로 누적하는 과정과,

상기 누적 값들중 큰 순서로 적어도 하나를 선택하여 과정과,

상기 선택된 누적값들을 가산하여 상기 코히어런스 시간을 산출하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제12항에 있어서, 상기 파일럿 패턴 선택 과정은,

상기 코히어런스 대역폭과 상기 코히어런스 시간의 비율이 '1'로 수렴하도록 파일럿 패턴을 선택하는 것을 특징으로 하는 방법.
제12항에 있어서, 상기 파일럿 패턴 선택 과정은,

상기 코히어런스 시간에 대한 상기 코히어런스 대역폭의 비율을 산출하는 과정과,

상기 비율이 제1기준값보다 보다 클 경우, 파일럿 심볼이 주파수축보다 시간축으로 더 많이 배치되는 파일럿 패턴을 선택하는 과정과,

상기 비율이 제2기준값보다 작을 경우, 파일럿 심볼이 시간축보다 주파수축으로 더 많이 배치되는 파일럿 패턴을 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제18항에 있어서,

상기 비율이 상기 제2기준값보다 크고 상기 제1기준값보다 작을 경우, 파일럿 심볼이 주파수축과 시간축으로 균등하게 배치되는 파일럿 패턴을 선택하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제18항에 있어서,

상기 코히어런스 시간과 상기 코히어런스 대역폭의 합이 제3기준값보다 작을 경우, 이전 비율 평균값을 이용해서 파일럿 패턴을 선택하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제12항에 있어서,

상기 선택된 파일럿 패턴을 지시하는 정보를 피드백채널을 통해 송신기로 전송하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제12항에 있어서,

상기 파일럿 패턴 선택 과정은, 프레임 단위로 파일럿 패턴을 선택하는 것을 특징으로 하는 방법.