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KR101625244B1 - 이동 통신 시스템의 오프셋 추정 방법 및 그 장치 - Google Patents

이동 통신 시스템의 오프셋 추정 방법 및 그 장치 Download PDF

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KR101625244B1
KR101625244B1 KR1020110013692A KR20110013692A KR101625244B1 KR 101625244 B1 KR101625244 B1 KR 101625244B1 KR 1020110013692 A KR1020110013692 A KR 1020110013692A KR 20110013692 A KR20110013692 A KR 20110013692A KR 101625244 B1 KR101625244 B1 KR 101625244B1
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Abstract

본 발명은 수신 장치에서 오프셋을 추정하는 방법에 있어서, 수신 신호로부터 검출된 파일럿 심볼들에 대하여 주파수 오프셋 및 타이밍 오프셋 중 하나를 선택하는 과정과, 상기 선택에 따라 상기 파일럿 심볼들에 대해 상기 주파수 오프셋 및 상기 타이밍 오프셋 중 하나를 추정하는 과정과, 상기 추정된 오프셋을 이용하여 상기 파일럿 심볼들에 대해 오프셋을 보상하는 과정, 및 상기 오프셋 보상된 파일럿 심볼들을 이용하여 추정되지 않은 오프셋을 추정하는 과정을 포함하는 오프셋 추정 방법을 제안함으로써, 정확하게 오프셋을 추정할 수 있고, 그 결과로 우수한 링크 성능을 얻을 수 있다.

Description

이동 통신 시스템의 오프셋 추정 방법 및 그 장치{METHOD AND APPARATUS FOR OFFSET ESTIMATION IN MOBILE COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 오프셋의 추정 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 이동 통신 시스템에서 채널 추정을 위해 구현되는 주파수 오프셋 및 타이밍 오프셋의 추정 방법 및 장치에 관한 것에 관한 것이다.
이동 통신 시스템의 수신기 장치는 수신되는 신호를 이용하여 원신호를 복원하는 과정에서 채널 추정(channel estimation)을 수행한다.
OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 기법이 표준 규격으로 사용되는 통신 시스템(예를 들어, IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16 계열의 통신 시스템)의 수신기 장치는 채널 추정 성능을 향상시키기 위하여 주파수 오프셋(frequency offset)이나 타이밍 오프셋(timing offset)과 같은 정보들을 필요로 한다. 수신기 장치는 획득한 주파수 오프셋과 타이밍 오프셋에 대한 정보를 채널 추정 과정에서 이용하여 이러한 오프셋을 보상함으로써, 채널 추정 성능을 향상시킬 수 있다.
먼저, 주파수 오프셋 추정 방법에 대하여 설명한다.
수신기 장치는 수신한 신호에 대하여 FFT(fast Fourier Transform)를 수행하여 주파수 심볼들을 획득한 후, 획득한 주파수 심볼들에서 파일럿 심볼들을 추출하고, 추출된 파일럿 심볼들 중 동일 주파수축상에 존재하는 한 쌍의 파일럿 심볼을 이용하여 주파수 오프셋을 추정한다. 구체적으로, 수신기 장치는 두 개의 파일럿 심볼간의 위상(phase) 차이를 계산하고, 계산된 위상 차이를 두 파일럿 심볼간의 심볼 간격(즉, 시간 간격)으로 나누어서 단위 심볼마다의 시간축상 위상 변화를 추정한다.
이어서, 타이밍 오프셋 추정 방법에 대하여 설명한다.
수신기 장치는 수신한 신호에 대하여 FFT를 수행하여 주파수 심볼들을 획득한 후, 획득한 주파수 심볼들에서 파일럿 심볼들을 추출하고, 추출된 파일럿 심볼들 중 동일 시간축상에 존재하는 한 쌍의 파일럿을 이용하여 타이밍 오프셋을 추정한다. 구체적으로, 수신기 장치는 두 개의 파일럿 심볼의 위상 차이를 계산하고, 계산된 위상 차이를 두 파일럿 심볼간의 주파수 간격으로 나누어서 단위 주파수마다의 주파수축상 위상 변화를 추정한다.
이와 같이, 주파수 오프셋 추정과 타이밍 오프셋 추정은 개별적으로 수행되는데, IEEE 802.16e 규격에서는 파일럿 심볼들이 단위 자원 영역에서 동일 주파수축 및 동일 시간축(또는, 심볼축)위에 겹치는 형태로 배치되는 격자형 패턴(이하, ‘파일럿 패턴’이라 함)을 갖기 때문에, 타이밍 오프셋 및 주파수 오프셋 추정을 별도로 수행하더라도 오프셋 추정상의 오류가 적어 정확한 오프셋 추정이 가능하다. 즉, IEEE 802.16e 통신 시스템의 파일럿 패턴과 같이 동일 주파수와 동일 시간에 파일럿이 겹치는 격자 형태의 파일럿 패턴일 경우에 개별적인 주파수 오프셋 추정과 타이밍 추정은 문제가 없다.
하지만, IEEE 802.16m 시스템의 파일럿 패턴과 같이 LRU 구조에서 동일 주파수축과 동일 시간축에 파일럿 심볼들이 겹치지 않는 파일럿 패턴일 경우에, 주파수 오프셋과 타이밍 오프셋을 개별적으로 추정하여 이용하는 방법은 추정상의 모호성(ambiguity) 문제를 갖는다. 즉, 시간축상 및 주파수축상 모두에서 간격이 떨어진(즉, 동일 주파수축 및 시간축상에 위치하지 않는) 한 쌍의 파일럿 심볼을 이용하여 위상 추정을 할 경우, 타이밍 오프셋과 주파수 오프셋이 합쳐져서 추정되므로 오프셋 추정을 정확하게 수행할 수 없다.
그리고, 오프셋 추정이 정확히 수행되지 않으면, 채널 추정의 MSE(Mean Square Error) 성능이 열화되고, 결국 SNR(Signal to Noise Ratio)이 높은 영역에서 링크(link) 성능의 열화가 발생하게 된다.
본 발명은 개별적인 주파수 오프셋 추정 및 타이밍 추정 방법의 추정상 모호성 문제를 해결하는 오프셋 추정 방법 및 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 IEEE 802.16m 통신 시스템의 파일럿 배치 구조에서 발생할 수 있는 채널 추정 및 링크 성능의 열화를 극복하는 주파수 및 타이밍 오프셋 추정 방법 및 장치를 제공한다.
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본 발명은 수신 장치에서 오프셋을 추정하는 방법에 있어서, 수신 신호로부터 검출된 파일럿 심볼들에 대하여 주파수 오프셋 및 타이밍 오프셋 중 하나를 선택하는 과정과, 상기 선택에 따라 상기 파일럿 심볼들에 대해 상기 주파수 오프셋 및 상기 타이밍 오프셋 중 하나를 추정하는 과정과, 상기 추정된 오프셋을 이용하여 상기 파일럿 심볼들에 대해 오프셋을 보상하는 과정, 및 상기 오프셋 보상된 파일럿 심볼들을 이용하여 추정되지 않은 오프셋을 추정하는 과정을 포함하는 오프셋 추정 방법을 제안한다.
또한, 본 발명은 수신 장치에 있어서, 수신 신호로부터 검출된 파일럿 심볼들에 대하여 주파수 오프셋 및 타이밍 오프셋 중 하나를 선택하는 추정 순위 선택기와, 상기 추정 순위 선택기의 선택에 따라 상기 파일럿 심볼들에 대해 상기 주파수 오프셋 및 상기 타이밍 오프셋 중 하나를 추정하는 제1 오프셋 추정기와, 상기 추정된 오프셋을 이용하여 상기 파일럿 심볼들에 대한 오프셋을 보상하는 오프셋 보상기, 및 상기 오프셋 보상된 파일럿 심볼들을 이용하여 추정하지 않은 오프셋을 추정하는 제2 오프셋 추정기를 포함하는 수신 장치를 제안한다.
본 발명의 바람직한 실시에에 따르면, 파일럿 심볼들이 시간축 및 주파수축 중 어느 하나에서 동일한 위치에 존재하지 않는 파일럿 패턴에 대해서 추정상의 모호성 없이 순차적으로 타이밍 오프셋 및 주파수 오프셋 추정이 가능하다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 파일럿 심볼들이 시간축 및 주파수축 어느 하나에서도 동일한 위치에 존재하지 않는 파일럿 패턴에 대해서 최소한의 성능열화로 타이밍 오프셋 및 주파수 오프셋 추정이 가능하다.
이로써, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 방법 및 장치를 이용하면, 파일럿 심볼들이 시간축 및 주파수축 중 적어도 하나에서 동일한 위치에 존재하지 않는 IEEE 802.16m 와 같은 통신 시스템에서도 정확하게 오프셋을 추정할 수 있고, 그 결과 우수한 링크 성능을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오프셋 추정 장치의 구성을 설명하는 블록도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 IEEE 802.16m 통신 시스템에서 스트림이 1인 경우 CRU 영역의 파일럿 패턴을 설명하는 도면,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 IEEE 802.16m 통신 시스템에서 스트림이 2인 경우의 CRU 영역의 파일럿 패턴을 설명하는 도면,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 IEEE 802.16m 통신 시스템에서 스트림이 3인 경우의 CRU 영역의 파일럿 패턴을 설명하는 도면,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오프셋 추정 방법을 설명하는 도면,
도 6은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 수신기 장치의 구성을 설명하는 블록도이다.
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 용어들로써 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하에서는, 수신기 장치의 오프셋 추정에 관하여 설명한다. 수신기 장치는 오프셋 추정을 위한 구성 외에도 여러 추가적인 구성(예를 들어, 무선 신호의 수신, 채널 추정, 채널 등화 등을 위한 구성요소를)을 더 포함할 수 있으나, 이러한 추가적인 구성에 대한 자세한 설명은 본 발명의 본질을 흐릴 수 있으므로 생략한다.
본 발명의 바람직한 실시예는 타이밍 오프셋과 주파수 오프셋을 별도로 추정하지 않고, 순차적으로 추정하는 방법을 사용하며, 오프셋 추정기 내에 오프셋 보상기를 추가하여 오프셋 추정상의 모호성(ambiguity)을 해결한다.
보다 구체적으로, 본 발명의 바람직한 실시예는 수신 신호를 FFT(fast Fourier Transform)하여 추출한 파일럿 심볼들이 동일 시간축상 및 주파수축상에 위치하지 않는 경우에, 시간축상에서 또는 주파수축상에서 보다 가까이에 위치한 파일럿 심볼 쌍들에 대하여 오프셋을 추정하며, 상기 파일럿 심볼 쌍들이 시간축상에서 또는 주파수축상에서 상대적으로 덜 이격된 축상의 오프셋을 먼저 추정한다. 이어서, 타이밍 오프셋과 주파수 오프셋 중 먼저 추정된 오프셋 정보를 이용하여 파일럿 심볼에 위상 보정을 수행하고 나머지 오프셋 정보를 추정한다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수신기 장치가 통신 시스템상에 존재하는 기지국 수신기 장치임을 가정하여 설명하나, 본 발명의 본질을 해치지 않는 범위 내에서 사용자 단말 수신기 장치, 및 중계국 수신기 장치 등에도 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오프셋 추정 장치의 구성을 설명하는 블록도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오프셋 추정 장치는, 수신 신호를 입력받아 주파수 신호로 변환하여 주파수 심볼을 출력하는 FFT기(100), 상기 주파수 심볼 중에서 파일럿 심볼을 선택하는 파일럿 추출기(102), 주파수 오프셋과 타이밍 오프셋 중에 어느 오프셋을 먼저 추정할 것인지를 결정하는 추정 순서 판단기(104), 상기 추출된 파일럿 심볼 쌍을 이용하여 상기 추정 순서 판단기에 의해 타이밍 오프셋과 주파수 오프셋 중 먼저 추정할 것으로 선택된 오프셋을 추정하는 제1 오프셋 추정기(106), 상기 추정된 오프셋으로 파일럿 심볼에 오프셋 보상을하여 위상 보정을 수행하는 오프셋 보상기(108), 상기 오프셋이 보상된 파일럿 심볼을 이용하여 타이밍 오프셋과 주파수 오프셋 중 추정되지 않은 나머지 오프셋을 추정하는 제2 오프셋 추정기(110)을 포함한다.
상기 FFT기(100)는 수신 신호를 주파수 신호로 변환하여 주파수 심볼들을 획득하고 상기 파일럿 추출기(102)로 출력한다.
상기 파일럿 추출기(102)는 오프셋 추정에 사용할 파일럿 심볼들을 선택해서 메모리 버퍼(미도시)에 저장하는 기능을 수행한다. 상기 메모리 버퍼는 도 1에 도시되지는 않았으나, 오프셋 추정 장치에 별도의 구성부로 배치될 수 있고, 상기 파일럿 추출기(102)의 내부에 구비될 수도 있다. 상기 파일럿 추출기(102)는 채널 추정 단위의 모든 심볼에 대해서 파일럿 추출을 수행하며, 파일럿의 주파수축상의 위치 및 심볼 위치(즉, 시간축상의 위치)를 메모리 버퍼에 함께 저장하여 추정 순서 판단기(104)가 사용할 수 있도록 한다.
상기 추정 순서 판단기(104)는 주파수 오프셋을 먼저 추정할 것인지 타이밍 오프셋을 먼저 추정할 것인지를 결정한다. 구체적으로, 상기 추정 순서 판단기(104)는 파일럿의 패턴을 관찰하여 시간적으로 동일한 위치의 파일럿 심볼 쌍이 존재할 경우에는 타이밍 오프셋을 우선 추정하고, 주파수에서 동일한 위치의 파일럿 심볼 쌍이 존재할 경우에는 주파수 오프셋을 우선 추정할 것으로 결정할 수 있다.
시간축상 또는 주파수축상에서 동일한 위치의 파일럿 심볼 쌍이 존재하지 않을 경우, 상기 추정 순서 판단기(104)는 파일럿 심볼 쌍의 두 파일럿 심볼간의 이격(distance)이 짧은 축에 해당하는 오프셋을 먼저 추정할 것으로 결정한다. 즉, 두 파일럿 심볼의 최소 주파수 이격보다 최소 시간 이격이 더 작을 경우 타이밍 오프셋을 먼저 추정하고, 반대의 경우에는 주파수 오프셋을 먼저 추정한다고 결정한다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 IEEE 802.16m 통신 시스템에서 전송되는 데이터 스트림의 수에 따른 상향링크 파일럿 패턴을 설명하는 도면이다. IEEE 802.16m과 같은 통신 시스템에서는, 하나의 자원 영역 내에서 복수의 데이터 스트림들이 전송될 수 있으며, 상기 데이터 스트림들은 서로 다른 파일럿 패턴들에 의해 다중화된다. 따라서 스트림의 수에 비례하여 각각의 파일럿을 위한 파일럿 패턴이 존재한다.
도 2 내지 도 4에서는 단위 자원 영역의 예로서 CRU(Contiguous Resource Unit)를 예시하고 있다. 단위 자원 영역의 가능한 예로서는, LRU(Logical Resource Unit) 및 PRU(Physical Resource Unit)등이 있으며, 여기서 LRU는 주파수 및 심볼의 2차원 구조로 표현한 자원 영역으로서, 파일럿 패턴의 자원 할당 단위가 될 수 있고, DRU(Distributed Resource Unit) 또는 CRU(Contiguous Resource Unit)로 구성할 수 있다.
도 2는 스트림(stream)이 1개인 경우 자원 할당을 위한 CRU 영역의 파일럿 패턴을 예시하며, 도 3은 스트림이 2개인 경우의 CRU 영역의 파일럿 패턴을, 도 4는 스트림이 3개인 경우의 CRU 영역의 파일럿 패턴을 예시한다.
도 2 내지 도 4에서 가로축은 심볼축(즉, 시간축)이고 세로축은 주파수 축이다.
도 2에서 빗금이 채워진 타원(200)은 주파수 오프셋의 추정을 위한 파일럿 쌍들을 표시하며, 굵은 실선의 타원(210)은 타이밍 오프셋을 추정을 위한 파일럿 쌍들을 표시한다.
도 2와 같이 스트림이 1개인 경우에는 동일 주파수축 상에 위치하는 파일럿 쌍 (222,224), (226,228), 및 (230,232)가 존재하고, 동일 심볼축 상에 위치하는 파일럿 쌍은 존재하지 않고, 타이밍 오프셋 추정을 위한 파일럿 쌍 간에 1 단위 심볼만큼의 이격(예를 들어, 심볼 224 와 심볼 226간의 이격) 또는 2 단위 심볼만큼의 이격(예를 들어, 심볼 222와 심볼 226간의 이격)이 존재함을 알 수 있다.
따라서, 상기 추정 순서 판단기(104)는 동일 주파수축상에 존재하는 파일럿 쌍들(222,224), (226,228), 및 (230,232)을 이용하여 주파수 오프셋을 먼저 추정하도록 결정할 수 있다.
도 3은 스트림이 2개인 경우의 CRU 영역의 파일럿 패턴을 예시한다.
도 3에서 오프셋 추정을 위해 사용되는 파일럿 심볼들은 1로 표시되는 파일럿(예를 들어, 300 및 302)과 2로 표시되는 파일럿 (예를 들어, 304 및 306) 두 가지이다(즉, 스트림이 2개 이다). CRU 영역의 격자 구조에서 “X”로 표시되는 심볼은 타 스트림의 파일럿에 의해 점유되고 있음을 의미한다. 일 예로서, 도 3의 (a)에서 심볼 300의 밑에 표시된 “X”는 해당 심볼 위치들이 도 3의 (b)에서 심볼 304에 의해 점유되고 있음을 의미한다.
스트림이 2개인 도 3의 경우에서도 스트림이 1개인 도 2의 경우와 마찬가지로 동일 주파수축 상에 위치하는 파일럿 쌍들(예를 들어, (300, 302) 및 (304, 306))이 존재한다. 따라서, 상기 추정 순서 판단기(104)는 동일 추파수축상에 존재하는 파일럿 쌍들 (300, 302) 및 (304, 306) 등을 이용하여 주파수 오프셋을 먼저 추정하도록 결정할 수 있다.
도 4는 스트림이 3인 경우의 CRU 영역의 파일럿 패턴을 예시한다.
도 4에서 오프셋 추정을 위해 사용되는 파일럿들은 1로 표시되는 파일럿(예를 들어, 400 및 402), 2로 표시되는 파일럿(예를 들어, 404 및 406), 및 3으로 표시되는 파일럿(예를 들어, 408 및 410)의 세 가지이다(즉, 스트림이 3개이다). CRU 영역의 격자 구조에서 “X”로 표시되는 심볼은 도 3에서 설명된 바와 같다. 이 밖에도 도 4는 점선으로 표시되는 타원(420,430,440)들도 표시하고 있는데, 상기 점선으로 표시되는 타원(420,430,440)들은 스트림이 3개인 경우에 파일럿 쌍 (400,402) 외에 주파수 오프셋 추정(FOE; Frequency Offset Estimation)을 위해 추가로 사용될 수 있는 파일럿 쌍을 나타낸다.
스트림이 3개인 도 4의 경우에는, 스트림이 1 또는 2개인 도 2 및 도3의 경우와 달리, 동일 주파수축 상에 위치하는 파일럿 쌍이나 동일 시간축(즉, 심볼축)상에 위치하는 파일럿 쌍이 존재하지 않는다. 따라서, 상기 추정 순서 판단기(104)는 파일럿 쌍에 포함되는 두 파일럿 심볼 간의 축상 이격이 짧은 축에 대한 오프셋 추정을 먼저 하도록 결정하는데, 심볼 400 과 심볼 402 간의 주파수축상 이격은 5 단위 주파수임에 비해 심볼 400과 심볼 412 간의 시간축상 이격은 1단위 심볼으로 더 작으므로, 타이밍 오프셋을 먼저 추정하도록 결정할 수 있다.
따라서, 도 2 내지 도 4에 도시한 파일럿 패턴들이 사용되는 통신 시스템에서는 스트림의 수에 따라서, 스트림의 총 개수가 2 이하일 경우 주파수 오프셋을 우선 추정하고, 스트림의 총 개수가 3 이상일 경우에는 타이밍 오프셋을 우선 추정할 수 있다.
상기 제1 오프셋 추정기(106)는 상기 추정 순서 판단기(104)의 판단 결과에 따라서, 각 파일럿 심볼 쌍의 위상(phase) 차이로부터 주파수 오프셋 또는 타이밍 오프셋을 추정한다.
상기 제1 오프셋 추정기(106)는 주파수 오프셋 또는 타이밍 오프셋의 추정을 위하여, 수신기 장치가 구비하는 각 수신 안테나마다 단말에게 할당된 모든 LRU(Logical Resource Unit)에서 상기 단말에 해당하는 스트림의 파일럿 심볼들을 이용한다.
단말 u 의 n번째 LRU, 수신 안테나 r 에서 수신된 2i 번째의 파일럿 톤(tone)의 채널 LS(Least Square) 추정치를
Figure 112011011065559-pat00001
라고 하면, 같은 서브캐리어(subcarrier)의 파일럿 신호(pilot signal)의 상관도(correlation)는 다음의 수학식 1과 같다.
Figure 112011011065559-pat00002
여기서, uth user’s LRU(=N)은 단말 u가 할당된 LRU의 개수이고, Np는 각 LRU에 포함된 파일럿 심볼의 개수이고, Np/2는 파일럿 심볼 쌍의 개수이다. 그리고, lp는 파일럿(p) 심볼의 심볼 인덱스이고, kp는 파일럿(p) 심볼의 주파수 인덱스이다. 따라서,
Figure 112011011065559-pat00003
는 2i 에 의해 표시되는 파일럿 심볼과 2i-1 에 의해 표시되는 파일럿 심볼을 포함하는 파일럿 심볼 쌍에 대한 상관 추정치를 이용하는 연산을 의미한다.
상기 수학식 1에 의해 획득한 상관도
Figure 112015020972820-pat00004
를 역 탄젠트(tangent) 연산(이하 "angle"이라 표기함)하여 위상을 구하고, 상기 구한 위상을 파일럿의 심볼 간격(
Figure 112015020972820-pat00005
) 또는 주파수 간격(
Figure 112015020972820-pat00006
)으로 나누어 타이밍 오프셋(
Figure 112015020972820-pat00036
) 또는 주파수 오프셋(
Figure 112015020972820-pat00037
)을 다음 수학식 2와 같이 계산한다.
Figure 112011011065559-pat00009
Figure 112011011065559-pat00010
상기 제1 오프셋 추정기(106)는 상기 추정된 오프셋 정보를 채널 추정기(미도시)로 출력하여 수신기 장치가 채널 추정 과정에서 사용할 수 있도록 한다.
상기 오프셋 보상기(108)는 상기 제1 오프셋 추정기(106)로부터 타이밍 오프셋 또는 주파수 오프셋에 대한 정보를 전달받는다. 상기 오프셋 보상기(108)는 전달받은 상기 오프셋에 대한 정보를 이용하여 모든 수신 안테나의 파일럿 심볼들에 대한 보상을 수행한다.
Figure 112011011065559-pat00011
를 단말 u 가 할당된 LRU의 r 번째 안테나의 i 번째 파일럿 톤(tone)에서의 수신 신호에 대한 채널 값이라고 하면, 주파수 오프셋(FO)을 보상한 채널 추정치(
Figure 112011011065559-pat00012
)와 타이밍 오프셋(TO)을 보상한 채널 추정치(
Figure 112011011065559-pat00013
)는 다음 수학식 3과 같이 표현된다.
Figure 112011011065559-pat00014
Figure 112011011065559-pat00015
여기서,
Figure 112011011065559-pat00016
로 표시되는 것은 추정에 의해 획득되는
Figure 112011011065559-pat00017
의 추정치 임을 나타낸다.
상기 제2 오프셋 추정기(110)는 상기 오프셋 보상기(108)에 의해 오프셋이 보상된 신호 추정치를 이용하여, 상기 제1 오프셋 추정기(106)에 의해 추정되지 않은 나머지 오프셋을 추정한다. 즉, 상기 제1 오프셋 추정기(106)가 타이밍 오프셋을 추정한 경우 상기 제2 오프셋 추정기(110)는 주파수 오프셋을 추정하고, 상기 제1 오프셋 추정기(106)가 주파수 오프셋을 추정한 경우 상기 제2 오프셋 추정기(110)는 타이밍 오프셋을 추정한다.
상기 제2 오프셋 추정기(110)는, 상기 제1 오프셋 추정기(106)과 마찬가지로, 각 수신 안테나마다 단말에게 할당된 모든 LRU에서 상기 단말에 해당하는 스트림의 파일럿 심볼 쌍들을 이용한다.
단말 u 의 n번째 LRU, 수신 안테나 r 에서 주파수 오프셋 보상된 파일럿 심볼들과 타이밍 오프셋 보상된 파일럿 심볼들에 대한 파일럿 신호(pilot signal)의 상관도(correlation)는 다음의 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112011011065559-pat00018
Figure 112011011065559-pat00019
여기서,
Figure 112011011065559-pat00020
는 2i 에 의해 표시되는 주파수 오프셋 보상된 파일럿 심볼과 2i-1 에 의해 표시되는 주파수 오프셋 보상된 파일럿 심볼을 포함하는 파일럿 심볼 쌍에 대한 추정치를 이용하는 연산을 의미하고,
Figure 112011011065559-pat00021
는 2i 에 의해 표시되는 타이밍 오프셋 보상된 파일럿 심볼과 2i-1 에 의해 표시되는 타이밍 오프셋 보상된 파일럿 심볼을 포함하는 파일럿 심볼 쌍에 대한 추정치를 이용하는 연산을 의미한다.
상기 수학식 4에 의해 획득한 타이밍 상관도(
Figure 112015020972820-pat00022
)와, 주파수 상관도(
Figure 112015020972820-pat00023
)를 역 탄젠트 연산하여 위상을 구하고, 상기 구한 위상을 각각 파일럿의 심볼 간격(
Figure 112015020972820-pat00024
) 또는 주파수 간격(
Figure 112015020972820-pat00025
)으로 나누어서, 타이밍 오프셋(
Figure 112015020972820-pat00038
) 또는 주파수 오프셋(
Figure 112015020972820-pat00039
)을 다음 수학식 5와 같이 계산한다.
Figure 112011011065559-pat00028
Figure 112011011065559-pat00029
상기 제2 오프셋 추정기(110)은 상기 추정된 오프셋 정보를 채널 추정기(미도시)로 출력하여 수신기 장치가 채널 추정과정에서 사용될 수 있도록 한다.
이와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오프셋 추정기는 주파수 오프셋과 타이밍 오프셋을 개별적으로 구하지 않고, 타이밍 오프셋과 주파수 오프셋 중에서 순차적으로 먼저 구한 오프셋 추정의 결과를 나머지 오프셋의 추정과정에 오프셋 보상 과정을 통해 반영함으로써, IEEE 802.16m 통신 시스템과 같이 하나의 주파수축 또는 시간축상에 한 쌍의 파일럿 심볼들이 배치되지 않는 파일럿 패턴을 갖는 시스템에서도 정확한 오프셋의 추정이 가능하다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오프셋 추정 장치의 동작을 설명하는 도면이다.
오프셋 추정 장치는 수신된 신호를 FFT 처리하여 주파수 심볼을 획득한다(500).
상기 오프셋 추정 장치는 상기 획득된 주파수 심볼들 중에서 파일럿 심볼들을 선택(또는 추출)한다(510).
상기 오프셋 추정 장치는 상기 추출한 파일럿 심볼들과, 상기 파일럿 심볼들의 주파수축상 및 시간축상의 위치 정보를 이용하여, 주파수 오프셋과 타이밍 오프셋 중에서 어느 오프셋을 먼저 추정할 것인지 여부를 결정한다(520).
바람직하게는, 상기 오프셋 추정 장치는 상기 추출한 파일럿 심볼들로 구성될 수 있는 각 파일럿 심볼 쌍 중 두 파일럿 심볼간의 이격(distance)이 짧은 축에 해당하는 오프셋을 먼저 추정할 것으로 결정한다. 파일럿 심볼 쌍들의 이격 거리는 파일럿 패턴에 의해 미리 알려질 수 있고, 각 파일럿 심볼 쌍의 주파수축 혹은 시간축상 이격 거리를 확인하는 대신, 해당하는 파일럿 패턴에 따라 주파수 오프셋을 먼저 추정할지 혹은 타이밍 오프셋을 먼저 추정할지에 대한 정보가 사전에 미리 저장될 수 있다. 일 예로서 도 2 내지 도 4의 파일럿 패턴이 사용되는 경우, 상기 추정 순서 판단기(104)는 스트림의 총 개수가 2 이하일 경우 주파수 오프셋을 우선 추정하고, 스트림의 총 개수가 3 이상일 경우에는 타이밍 오프셋을 우선 추정하도록 결정할 수도 있다.
상기 오프셋 추정 장치는 상기 520 단계의 결정에 따라서, 먼저 추정하기로 결정된 제1 오프셋(주파수 오프셋 및 타이밍 오프셋 중의 하나)을 추정한다(530). 여기서, 상기 오프셋 추정 장치는 상기 추정된 제1 오프셋에 대한 정보(이하 제1 오프셋 정보라 칭함)를 채널 추정 장치(미도시)로 전달하여, 상기 채널 추정 장치가 채널 추정과정에서 사용할 수 있도록 한다.
상기 오프셋 추정 장치는 상기 추정된 제1 오프셋을 이용하여 파일럿 심볼들을 오프셋 보상하는 과정을 수행한다(540).
상기 오프셋 추정 장치는 상기 오프셋 보상된 파일럿 심볼들을 이용하여, 추정되지 않은 나머지 오프셋(제2 오프셋이라 칭함)을 추정한다(550). 상기 오프셋 추정 장치는 상기 추정된 제2 오프셋에 대한 정보(이하 제2 오프셋 정보라 칭함)를 상기 채널 추정 장치(미도시)로 전달하여, 상기 채널 추정 장치가 채널 추정과정에서 사용할 수 있도록 한다.
수신기 장치에 별도로 구비되는 채널 추정 장치는 상기 전달받은 제1 오프셋 정보 및 상기 제2 오프셋 정보를 이용하여 채널 추정을 수행한다.
도 6은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 수신기 장치의 구성을 설명하는 블록도이다.
FFT기(100), 및 파일럿 추출기(102)의 기능은 상기 설명한 도 1에서의 구성과 동일하므로 생략한다.
추정 순서 판단기(620)는 먼저 추정할 것으로 결정한 오프셋에 따라서, 주파수 오프셋을 먼저 추정할 것으로 결정한 경우 주파수 오프셋 전(pre) 추정기(600)가 주파수 오프셋을 추정하도록 제어하고, 타이밍 오프셋을 먼저 추정할 것으로 결정한 경우 타이밍 오프셋 전(pre) 추정기(606)가 타이밍 오프셋을 추정하도록 제어한다.
상기 추정 순서 판단기(620)는 상기 파일럿 추출기(102)가 추출한 파일럿 심볼들과, 상기 파일럿 심볼들의 주파수축상 및 시간축상의 위치 정보를 이용하여, 주파수 오프셋과 타이밍 오프셋 중에서 어느 오프셋을 먼저 추정할 것인지 여부를 결정한다. 바람직하게는, 상기 추정 순서 판단기(620)는 각 파일럿 심볼 쌍의 두 파일럿 심볼간의 이격(distance)이 짧은 축에 해당하는 오프셋을 먼저 추정할 것으로 결정한다. 일 예로서 도 2 내지 도 4의 파일럿 패턴이 사용되는 경우, 상기 추정 순서 판단기(620)는 스트림의 총 개수가 2 이하일 경우 주파수 오프셋을 우선 추정하고, 스트림의 총 개수가 3 이상일 경우에는 타이밍 오프셋을 우선 추정하도록 결정할 수도 있다.
먼저, 상기 추정 순서 판단기(620)가 주파수 오프셋을 먼저 추정할 것으로 결정한 경우를 설명한다.
상기 주파수 오프셋 전 추정기(600)는 주파수 오프셋을 추정하여, 추정 결과를 채널 추정기(미도시)에 전달하여 채널 추정과정에 사용할 수 있도록 한다. 또한 상기 주파수 오프셋 전 추정기(600)는 상기 추정 결과를 주파수 오프셋 보상기(602)에 전달한다.
상기 주파수 오프셋 보상기(602)는 상기 주파수 오프셋 전 추정기(600)로부터 입력 받은 주파수 오프셋을 이용하여, 파일럿 심볼들에 대해 오프셋 보상을 수행하고 오프셋 보상된 파일럿 심볼들을 타이밍 오프셋 후(post) 추정기(604)에 전달한다.
타이밍 오프셋 후 추정기(604)는 상기 오프셋 보상된 파일럿 심볼들을 이용하여 타이밍 오프셋을 추정하고 추정 결과를 채널 추정기(미도시)로 전달한다.
두 번째로, 상기 추정 순서 판단기(620)가 타이밍 오프셋을 먼저 추정할 것으로 결정한 경우를 설명한다.
상기 타이밍 오프셋 전 추정기(606)는 타이밍 오프셋을 추정하여, 추정 결과를 채널 추정기(미도시)에 전달하여 채널 추정 과정에 사용할 수 있도록 한다. 또한 상기 타이밍 오프셋 전 추정기(606)는 상기 추정 결과를 타이밍 오프셋 보상기(608)에 전달한다.
상기 타이밍 오프셋 보상기(608)는 상기 타이밍 오프셋 전 추정기(606)로부터 입력 받은 타이밍 오프셋을 이용하여, 파일럿 심볼들에 대해 오프셋 보상을 수행하고 오프셋 보상된 파일럿 심볼들을 주파수 오프셋 후(post) 추정기(610)에 전달한다.
주파수 오프셋 후 추정기(610)는 상기 오프셋 보상된 파일럿 심볼을 이용하여 주파수 오프셋 추정하고 추정된 오프셋을 채널 추정기(미도시)로 전달한다.
상기 도 1 내지 도 6이 예시하는 기능 구성과 동작의 흐름은 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 목적이 아님을 유의해야 한다.
즉, 상기 도 1과 도 6이 설명하는 추정 장치의 구성은 예시를 위한 것일 뿐, 반드시 모든 구성요소가 포함되어야 함을 한정하거나, 각각 별개의 구성 블록에서 구현되어야 함을 한정하지 않는다. 구체적으로, 도 1과 도 6에서 예시된 FFT기(100)와 파일럿 추출기(102)가 반드시 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 추정 장치에 포함되어야만 하지 않으며, 동일한 동작을 수행하는 수신기 장치의 타 구성 장치에 의해 해당 동작이 구현될 경우에는 포함되지 않을 수도 있다.
또한, 도 5에서 설명되는 동작들은 각기 장치의 제어부에서 동작하는 구성을 예시하는 것일 뿐이며, 반드시 모든 과정이 포함되어야 구현 가능함을 한정하거나, 특정 연산 또는 알고리즘에 의해 개별적으로 수행되어야만 함을 한정하지 않는다. 즉, 도 5의 500 단계, 510 단계는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오프셋 추정 방법에 포함되지 않을 수도 있다.
앞서 설명한 동작들은 해당 프로그램 코드를 저장한 메모리 장치를 수신기 장치 또는 오프셋 추정 장치 내의 임의의 구성부에 구비함으로써 실현될 수 있다. 즉, 수신기 장치 또는 오프셋 추정 장치의 각 구성부는 메모리 장치 내에 저장된 프로그램 코드를 프로세서 혹은 CPU(Central Processing Unit)에 의해 읽어내어 실행함으로써 앞서 설명한 동작 또는 기능들을 구현할 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 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (21)

  1. 수신 장치에서 오프셋을 추정하는 방법에 있어서,
    수신 신호로부터 검출된 파일럿 심볼들에 대하여 주파수 오프셋 및 타이밍 오프셋 중 하나를 선택하는 과정과,
    상기 선택에 따라 상기 파일럿 심볼들에 대해 상기 주파수 오프셋 및 상기 타이밍 오프셋 중 하나를 추정하는 과정과,
    상기 추정된 오프셋을 이용하여 상기 파일럿 심볼들에 대해 오프셋을 보상하는 과정, 및
    상기 오프셋 보상된 파일럿 심볼들을 이용하여 추정되지 않은 오프셋을 추정하는 과정을 포함하고,
    상기 선택하는 과정은,
    단위 자원 영역의 주파수축 또는 시간축 상에서, 상기 파일럿 심볼들 간의 이격 거리가 미리 설정된 값 이하인지 여부에 따라 상기 주파수 오프셋 및 상기 타이밍 오프셋 중 하나를 선택하는 과정,
    상기 단위 자원 영역에서의 상기 파일럿 심볼들의 배치 패턴을 근거로 상기 주파수 오프셋 및 상기 타이밍 오프셋 중 하나를 선택하는 과정,
    상기 단위 자원 영역의 주파수축 상에서의 상기 파일럿 심볼들 간의 이격 거리와 상기 단위 자원 영역의 시간축 상에서의 상기 파일럿 심볼들 간의 이격 거리를 비교하고 상기 비교 결과를 근거로 상기 주파수 오프셋 및 상기 타이밍 오프셋 중 하나를 선택하는 과정, 및
    스트림이 2개 이하인 경우 상기 주파수 오프셋으로 선택하고, 상기 스트림이 3개 이상인 경우 상기 타이밍 오프셋으로 선택하는 과정 중 어느 하나를 더 포함하는 오프셋 추정 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 주파수 오프셋 및 상기 타이밍 오프셋 중 하나를 추정하는 과정은,
    상기 파일럿 심볼들에 포함되는 각 파일럿 심볼 쌍의 위상 차이를 근거로 상기 주파수 오프셋 및 상기 타이밍 오프셋 중 하나를 추정하는 과정임을 특징으로 하는 오프셋 추정 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 주파수 오프셋 및 상기 타이밍 오프셋 중 하나를 추정하는 과정은,
    상기 파일럿 심볼들에 대한 상관값을 산출하는 과정과,
    상기 산출된 상관값을 사용하여 위상을 검출하는 과정과,
    상기 검출된 위상을 심볼 간격 또는 주파수 간격으로 나누어 상기 주파수 오프셋 및 상기 타이밍 오프셋 중 하나를 추정하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 오프셋 추정 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 파일럿 심볼들에 대해 오프셋을 보상하는 과정은,
    상기 추정된 오프셋과 함께 상기 파일럿 심볼들 각각에 대한 채널 값을 이용하여 상기 파일럿 심볼들에 대한 오프셋을 보상하는 과정임을 특징으로 하는 오프셋 추정 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 파일럿 심볼들에 대한 오프셋을 보상하는 과정은,
    Figure 112015020972820-pat00040

    Figure 112015020972820-pat00041

    을 이용하여 상기 파일럿 심볼들에 대한 오프셋을 보상함을 특징으로 하며,
    여기서,
    Figure 112015020972820-pat00042
    는 송신기 장치 u 가 할당된 단위 자원 영역의 r 번째 안테나의 i 번째 파일럿 톤(tone)에서의 수신 신호에 대한 채널 값,
    Figure 112015020972820-pat00043
    는
    Figure 112015020972820-pat00044
    의 추정 값, lp는 파일럿 심볼(p)의 심볼 인덱스, kp는 상기 파일럿 심볼(p)의 주파수 인덱스,
    Figure 112015020972820-pat00045
    는 상기 주파수 오프셋,
    Figure 112015020972820-pat00046
    는 상기 타이밍 오프셋,
    Figure 112015020972820-pat00047
    는 상기 주파수 오프셋을 보상한 채널 추정치, 및
    Figure 112015020972820-pat00048
    는 상기 타이밍 오프셋을 보상한 채널 추정치를 나타내는 오프셋 추정 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 추정된 오프셋 및 상기 추정된 나머지 오프셋을 이용하여 채널 추정을 수행하는 과정을 더 포함하는 오프셋 추정 방법.
  11. 수신 장치에 있어서,
    수신 신호로부터 검출된 파일럿 심볼들에 대하여 주파수 오프셋 및 타이밍 오프셋 중 하나를 선택하는 추정 순위 선택기와,
    상기 추정 순위 선택기의 선택에 따라 상기 파일럿 심볼들에 대해 상기 주파수 오프셋 및 상기 타이밍 오프셋 중 하나를 추정하는 제1 오프셋 추정기와,
    상기 추정된 오프셋을 이용하여 상기 파일럿 심볼들에 대한 오프셋을 보상하는 오프셋 보상기, 및
    상기 오프셋 보상된 파일럿 심볼들을 이용하여 추정하지 않은 오프셋을 추정하는 제2 오프셋 추정기를 포함하고,
    상기 추정 순위 선택기는,
    단위 자원 영역의 주파수축 또는 시간축 상에서, 상기 파일럿 심볼들 간의 이격 거리가 미리 설정된 값 이하인지 여부에 따라 상기 주파수 오프셋 및 상기 타이밍 오프셋 중 하나를 선택하거나,
    상기 단위 자원 영역에서의 상기 파일럿 심볼들의 배치 패턴을 근거로 상기 주파수 오프셋 및 상기 타이밍 오프셋 중 하나를 선택하거나,
    상기 단위 자원 영역의 주파수축 상에서의 상기 파일럿 심볼들 간의 이격 거리와 상기 단위 자원 영역의 시간축 상에서의 상기 파일럿 심볼들 간의 이격 거리를 비교하고 상기 비교 결과를 근거로 상기 주파수 오프셋 및 상기 타이밍 오프셋 중 하나를 선택하거나, 또는
    스트림이 2개 이하인 경우 상기 주파수 오프셋으로 선택하고, 상기 스트림이 3개 이상인 경우 상기 타이밍 오프셋으로 선택하는 수신 장치.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제11항에 있어서, 상기 제1 오프셋 추정기는,
    상기 파일럿 심볼들에 포함되는 각 파일럿 심볼 쌍의 위상 차이를 근거로 상기 주파수 오프셋 및 상기 타이밍 오프셋 중 하나를 추정함을 특징으로 하는 수신 장치.
  17. 제11항에 있어서, 상기 제1 오프셋 추정기는,
    상기 파일럿 심볼들에 대한 상관값을 산출하고, 상기 산출된 상관값을 사용하여 위상을 검출하고, 상기 검출된 위상을 심볼 간격 또는 주파수 간격으로 나누어 상기 주파수 오프셋 및 상기 타이밍 오프셋 중 하나를 추정함을 특징으로 하는 수신 장치.
  18. 제11항에 있어서, 상기 오프셋 보상기는,
    상기 추정된 오프셋과 함께 상기 파일럿 심볼들 각각에 대한 채널 값을 이용하여 상기 파일럿 심볼들에 대한 오프셋을 보상함을 특징으로 하는 수신 장치.
  19. 제11항에 있어서, 상기 오프셋 보상기는,
    Figure 112015020972820-pat00049

    Figure 112015020972820-pat00050

    을 이용하여 상기 파일럿 심볼들에 대한 오프셋을 보상함을 특징으로 하며,
    여기서,
    Figure 112015020972820-pat00051
    는 송신기 장치 u 가 할당된 단위 자원 영역의 r 번째 안테나의 i 번째 파일럿 톤(tone)에서의 수신 신호에 대한 채널 값,
    Figure 112015020972820-pat00052
    는
    Figure 112015020972820-pat00053
    의 추정 값, lp는 파일럿 심볼(p)의 심볼 인덱스, kp는 상기 파일럿 심볼(p)의 주파수 인덱스,
    Figure 112015020972820-pat00054
    는 상기 주파수 오프셋,
    Figure 112015020972820-pat00055
    는 상기 타이밍 오프셋,
    Figure 112015020972820-pat00056
    는 상기 주파수 오프셋을 보상한 채널 추정치, 및
    Figure 112015020972820-pat00057
    는 상기 타이밍 오프셋을 보상한 채널 추정치를 나타내는 수신 장치.
  20. 제11항에 있어서,
    상기 추정된 오프셋 및 상기 나머지 오프셋을 이용하여 채널 추정을 수행하는 채널 추정기를 더 포함하는 수신 장치.
  21. 수신 장치에 있어서,
    신호를 수신하는 수신기와,
    상기 수신한 신호에 대하여 FFT를 수행하는 FFT기와,
    상기 FFT가 수행된 신호로부터 다수의 파일럿 심볼을 검출하는 파일럿 추출기와,
    파일럿 심볼 쌍의 타이밍 이격의 최소값이 파일럿 심볼 쌍의 주파수 이격의 최소값보다 작은지에 따라 상기 파일럿 심볼들에 대하여 주파수 오프셋 및 타이밍 오프셋 중 하나를 선택하는 추정 순위 선택기와,
    상기 추정 순위 선택기가 주파수 오프셋으로 결정한 경우, 상기 파일럿 심볼들의 주파수 오프셋을 추정하는 제1 주파수 오프셋 추정기와,
    상기 추정 순위 선택기가 주파수 오프셋으로 결정한 경우, 상기 제1 주파수 오프셋 추정기에 의해 추정된 오프셋을 이용하여 상기 파일럿 심볼들에 대한 주파수 오프셋을 보상하는 주파수 오프셋 보상기와,
    상기 주파수 오프셋 보상된 파일럿 심볼들에 대해 타이밍 오프셋을 추정하는 제1 타이밍 오프셋 추정기와,
    상기 추정 순위 결정기가 타이밍 오프셋으로 결정한 경우, 상기 파일럿 심볼들의 타이밍 오프셋을 추정하는 제2 타이밍 오프셋 추정기와,
    상기 추정 순위 결정기가 타이밍 오프셋으로 결정한 경우, 상기 제2 타이밍 오프셋 추정기에 의해 추정된 오프셋을 이용하여 상기 파일럿 심볼들에 대한 타이밍 오프셋을 보상하는 타이밍 오프셋 보상기와,
    상기 타이밍 오프셋 보상된 파일럿 심볼들에 대해 주파수 오프셋을 추정하는 제2 주파수 오프셋 추정기를 포함하는 수신 장치.



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