KR100865251B1

KR100865251B1 - 파일럿 신호 전송 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100865251B1
Application number: KR1020067020522A
Authority: KR
Inventors: 장양 쭈앙; 케빈 엘. 바움; 비제이 남지아; 프레드릭 더블유. 북
Original assignee: 모토로라 인코포레이티드
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2005-02-22
Publication date: 2008-10-27
Anticipated expiration: 2025-02-22
Also published as: US7426175B2; IL177171A; CN1934812B; EP1733494A4; IL177171A0; US20050226140A1; KR20060130706A; CN1934812A; EP1733494A1; WO2005104412A1

Abstract

파일럿 시퀀스들은 최적 상호-상관 특성들을 갖는 처프 시퀀스들의 별개의 "클래스들"로부터 구성된다. 파일럿 시퀀스를 위한 처프 시퀀스의 이용은 파일럿 시퀀스들이 최적 또는 거의 최적 상호-상관 및 자기-상관 특성들을 갖는 파일럿 시퀀스들을 얻는다.

파일럿 시퀀스, 최적 상호-상관, 최적 자기-상관

Description

파일럿 신호 전송 방법 및 장치{Method and apparatus for pilot signal transmission}

본 발명은 일반적으로 파일럿 신호 전송에 관한 것으로서, 특히 통신 시스템에서의 파일럿 신호 전송을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

수신기로 하여금 다수의 중요한 기능을 수행하도록 하는 통신 시스템들에는 파일럿 신호(또는 프리앰블(preamble))가 통상 사용되는데, 타이밍 및 주파수 동기화의 포착 및 추적, 정보 데이터의 후속 복조 및 디코딩을 위한 원하는 채널들의 추정 및 추적, 핸드오프를 위한 다른 채널들의 특성들의 추정 및 모니터링, 간섭 억제 등을 포함하고, 이들의 기능들에만 제한되지 않는다. 여러 파일럿 방식들(pilot schemes)은 통신 시스템들에 이용될 수 있고, 알려진 시간 간격들에서 알려진 시퀀스의 전송을 전형적으로 포함한다. 시퀀스 및 시간 간격을 미리 알고 있는 수신기는 그러한 정보를 상기에 언급된 기능들을 수행하는데 이용한다.

여러 기준은 통신 시스템을 위한 파일럿 시퀀스들을 결정할 때 중요하다. 이들 기준들 중에는 이용되는 파일럿 시퀀스들 각각에 대해 양호한 자기-상관을 갖고, 동시에 임의의 두 개의 상이한 파일럿 시퀀스들 사이에서 양호한 상호-상관을 가질 능력이 중요하다. 자기-상관 및 상호-상관은 상이한 시프트들에 대응하는 시퀀스들 자체이다. 시프트-d에서의 자기-상관은 d 엔트리들만큼 시프팅한 후 시퀀스의 컨쥬케이트된 복제와 시퀀스를 엘리먼트형으로 곱한 후 모든 엔트리들을 합한 결과로서 정의된다(d는 우측 시프트나 또는 왼쪽 시프트로 양 또는 음일 수 있다). 시프트-d에서의 상호-상관은 제 1 시퀀스에 대해 시퀀스와 d 엔트리들만큼 시프트되고 컨쥬게이트된 다른 시퀀스를 엘리먼트형으로 곱한 후 모든 엔트리들을 합한 결과로서 정의된다. "양호한" 자기-상관에 의해 관심 있는 모든 시프트들에서(즉, d=0을 제외한 d의 범위) 최소 자기-상관 값을 갖는 각각의 파일럿 시퀀스가 얻어진다. "양호한" 상호-상관에 의해 관심 있는 모든 시프트들에서 최소 상호-상관 값을 갖는 파일럿 시퀀스가 얻어진다. 자기-상관이 d=0을 제외한 모든 d에서 0일 때, 이것은 "이상적인" 자기-상관으로 불린다. 이상적인 자기-상관을 갖는 두 개의 시퀀스들의 상호-상관이 모든 d에서 0이 아닐 수 있으므로, 모든 d에서 상호-상관이 크기가 같을 때에만 모든 시프트들에서 최대 상호-상관 값들의 최저치에 도달할 수 있고, 이는 "최적" 상호-상관을 갖는 것으로 불린다.

전파 후에 수신된 신호는 몇몇의 스케일링 펙터들(scaling factors) 뒤에 지연된 파일럿 시퀀스의 복제들로 구성되기 때문에, 파일럿의 이상적인 자기-상관 특성은 다른 지연들이 가능한 곳에서 채널 스케일링 펙터들을 추정하는 것이다. 임의의 두 개의 파일럿 시퀀스들 사이의 최적 상호-상관 특성은 원하는 파일럿 시퀀스 이외의(즉, 수신기가 동조 되는 파일럿 시퀀스) 임의의 파일럿 시퀀스들에 의해 야기된 수신기에 나타나는 간섭 효과를 최소화할 것이다. 양호한 상호-상관은 원하는 파일럿 신호를 검출해, 보다 신뢰할 수 있는 원하는 채널 특성들을 추정하고, 이는 수신기가 더 신뢰할 수 있게 동기화 및 채널 추정을 수행하도록 한다.

다양한 기술들이 효율적인 파일럿 시퀀스들을 갖는 시스템들을 설계하기 위해 과거에 사용되었다. 예를 들어, 현재의 CDMA 기반의 셀룰러 시스템에 있어서, 셀에서의 파일럿 시퀀스는 셀-지정 스크램블링 코드에 의해 스크램블 되는 월시 코드이다(긴 코드). 이것은 셀에 대한 파일럿 시퀀스를 효과적으로 무작위화한다. 소프트 핸드오프 동안 필요할 때에, 이웃하는 기지국들의 채널 추정은 수신된 신호를 이웃하는 기지국의 긴 코드 스크램블된 파일럿 시퀀스들과 상관함으로써 간단히 수행된다. 그러나 두 랜덤 파일럿 시퀀스들의 상호-상관 특성이 최적이 아니어서, 더 큰 채널 추정 에러가 예상될 수 있다. 그러므로 각 파일럿 신호들의 자기-상관을 최적화하고 파일럿 신호들 사이의 상호-상관을 최적화하는 파일럿 신호 또는 프리앰블 전송을 위한 방법 및 장치가 필요하다.

상술된 필요성을 제기하기 위해, 파일럿 신호 전송을 위한 방법 및 장치가 본 명세서에 개시된다. 특히, 파일럿 시퀀스들은 이상적인 순환적(cyclic) 자기-상관 요건을 만족시키면서, 최적 순환적 상호-상관 특성을 갖는 처프 시퀀스들(chirp sequences)의 별개의 "클래스들"로부터 구성된다. 파일럿 시퀀스들을 위한 처프 시퀀스들의 이용에 의해 양호한 자기-상관을 가지며 양호한 상호-상관을 갖는 파일럿 채널들이 얻어진다.

본 발명은 통신 시스템 내에 파일럿 시퀀스를 통신 유닛들에 할당하는 방법을 포함한다. 상기 방법은 제 1 통신 유닛에 제 1 파일럿 시퀀스를 할당하는 단계로서, 상기 제 1 파일럿 시퀀스는 GCL(Generalized Chirp-Like)시퀀스들의 세트로부터 구성된 파일럿 시퀀스들의 그룹으로부터 선택되는, 상기 할당 단계와, 제 2 통신 유닛에 GCL 시퀀스들의 세트로부터 구성된 파일럿 시퀀스들의 그룹으로부터 얻은 제 2 파일럿 시퀀스를 할당하는 단계를 포함한다.

본 발명은 무선 전송의 일부로서 파일럿 시퀀스를 수신하는 단계로서, 상기 파일럿 시퀀스는 GCL 시퀀스들의 세트로부터 구성되는, 상기 수신 단계와, 적어도 타이밍 및 주파수 동기화의 포착 및 추적, 후속 복조 및 디코딩을 위한 원하는 채널들의 추정 및 추적, 핸드오프 목적들을 위한 다른 채널들의 특성들의 추정 및 모니터링, 및 간섭 억제를 위해 파일럿 시퀀스를 이용하는 단계들을 포함하는 방법을 부가적으로 포함한다.

최종적으로, 본 발명은 파일럿 채널 시퀀스를 전송 또는 수신하는 파일럿 채널 회로를 포함하며, 상기 파일럿 채널 시퀀스는 통신 유닛에 유일한 시퀀스를 포함하고, GCL 시퀀스로부터 구성되는, 통신 유닛을 포함한다.

도 1은 통신 시스템의 블랙 다이어그램.

도 2는 도 1의 통신 시스템에 대한 파일럿 신호 전송을 예시한 도면.

도 3은 도 1의 통신 시스템에 대한 파일럿 시퀀스 할당을 도시한 플로우 차트.

동일한 숫자는 동일한 구성 요소들을 나타내는 도면들로 이제 돌아가 보면, 도 1은 파일럿 전송들을 이용하는 통신 시스템(100)의 블럭 다이어그램이다. 통신 시스템은 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 프로토콜을 이용하나, 대안적인 실시예에 있어서, 통신 시스템(100)은 코드 분할 다중 접속(CDMA) 시스템 프로토콜, 주파수 분할 다중 접속(FDMA) 시스템 프로토콜, 공간 분할 다중 접속(SDMA) 시스템 프로토콜, 또는 시분할 다중 접속(TDMA) 시스템 프로토콜, 또는 이들의 다양한 조합들과 같이 다른 디지털 셀룰러 통신 시스템 프로토콜들을 이용할 수 있다.

도시된 바와 같이, 통신 시스템(100)은 베이스 유닛(101 및 102) 및 원격 유닛(103)을 포함한다. 베이스 유닛은 한 섹터 내의 다수의 원격 유닛들에 서비스하는 송수신 유닛을 포함한다. 본 기술분야에서 잘 알려진 것처럼, 통신 네트워크에 의해 서비스되는 전체 물리적인 영역은 셀들로 분할될 수 있고, 각 셀들은 하나 이상의 섹터들을 포함할 수 있다. 다중 안테나들이 각 섹터들이 다양한 진보된 통신 모드들(예를 들어, 적응형 빔형성, 다이버시티(diversity) 전송, SDMA 전송, 다중 스트림 전송 등)을 제공하도록 각 셀에 서비스를 제공하기 위해 사용되면, 다수의 베이스 유닛들이 배치될 수 있다. 한 섹터 내의 이러한 베이스 유닛들은 크게 통합될 수 있으며, 다양한 하드웨어 및 소프트웨어 구성 요소들을 공유할 수 있다. 예를 들어, 셀에 서비스를 제공함과 함께 같은 공간에 배치된 모든 베이스 유닛들은 전통적으로 기지국으로서 잘 알려진 것을 구성할 수 있다. 베이스 유닛들(101 및 102)은 적어도 동일한 자원들(resources)(시간, 주파수, 또는 둘 다)의 부분 상에서 원격 유닛들에 서비스하기 위해 다운링크 통신 신호들(104) 및 (105)을 전송한다. 원격 유닛(103)은 업링크 통신 신호(106)를 통하여 하나 이상의 베이스 유닛들(101 및 102)과 통신한다.

단지 두 개의 베이스 유닛들 및 단일의 원격 유닛이 도 1에 예시되어 있지만, 당업자는 전형적인 통신 시스템들이 다수의 원격 유닛들과 동시에 통신하는 다수의 베이스 유닛들을 포함함을 인식할 것임을 유의하여야 한다. 본 발명에는 단순성을 위해 다수의 베이스 유닛들로부터 다수의 원격 유닛들로의 다운링크 전송의 경우에 대하여 기술되고 있지만, 본 발명은 또한 다수의 원격 유닛들로부터 다수의 베이스 유닛들로의 업링크 전송에 적용할 수 있음을 유의하여야 한다. 베이스 유닛 또는 원격 유닛은 보다 통신 유닛으로 더 일반적으로 불릴 수 있다.

상술한 바와 같이, 파일럿 이용 변조(pilot assisted modulation)는 통상 전송된 신호들의 후속 복조를 위한 채널 추정과 같은 다수의 기능들을 지원하는데 사용된다. 이를 고려해 볼때, 베이스 유닛들(101 및 102)은 다운링크 전송들의 부분으로서 알려진 시간 간격들에서 알려진 시퀀스들을 전송한다. 시퀀스와 시간 간격을 알고 있는 원격 유닛(103)은 전송들을 복조하는/디코딩하는데 이러한 정보를 이용한다. 이러한 파일럿 전송 방식이 도 2에 예시된다. 도시된 바와 같이, 베이스 유닛들(101 및 102)로부터의 다운링크 전송들(200)은 전형적으로 파일럿 시퀀스(201)와 이에 뒤따르는 잔여 전송(remaining transmission (202))을 포함한다. 동일한 또는 다른 시퀀스는 잔여 전송(202) 동안 한번 또는 다수 번 나타날 수 있다. 따라서, 통신 시스템(100) 내의 각 베이스 유닛은 데이터를 전송하는 데이터 채널 회로(108)와 함께, 하나 이상의 파일럿 시퀀스들을 전송하는 파일럿 채널 회로(107)를 포함한다.

도 2가 전송의 시작에 존재하는 파일럿 시퀀스(201)를 나타내고 있지만, 본 발명의 다양한 실시예들에서, 파일럿 채널 회로는 다운링크 전송(200)내의 어느 곳에서도 파일럿 시퀀스(201)를 포함할 수 있고, 부가적으로 개별 채널 상에서 전송될 수 있음을 유의하여야 한다. 잔여 전송(202)은 전형적으로 수신기가 복조/디코딩 수행 전에 알 필요가 있는 정보(소위 제어 정보라고 부른다) 및 사용자(사용자 데이터)에게 목표가 되는 실제 정보를 보내는 것에 제한되지 않고, 이들을 포함하는 전송들을 포함한다.

상술된 바와 같이, 임의의 파일럿 시퀀스가 최적 상호-상관 및 이상적인 자기-상관을 갖는 것이 중요하다. 이를 고려해 볼 때, 통신 시스템(100)은 이상적인 순환적(cyclic) 자기-상관 및 최적 순환적 상호-상관을 가진 처프 시퀀스들의 별개의 "클래스들"로부터 구성된 파일럿 시퀀스들을 이용한다. 이러한 파일럿 시퀀스들의 구성은 이하에서 설명된다.

통신 시스템 내에서 사용하기 위한 파일럿 시퀀스들의 세트의 구성

파일럿 시퀀스들의 구성은 적어도 두 개의 인자들, 즉, 네트워크에서 필요한 원하는 파일럿 시퀀스들의 수(K) 및 원하는 파일럿 길이(N_P)에 의존한다(여기서 K는 N_P를 초과할 수 없다). 사실, 이상적인 순환적 자기-상관 및 최적 순환적 상호-상관을 갖는 이용가능한 파일럿 시퀀스들의 수는 P-1이다(여기서 P는 "1"을 포함하는 두 개 이상의 소수들(prime numbers)의 곱(product)으로 N_P를 인수 분해(factoring) 한 후 "1"를 제외한 N_P의 최소 소인수이다). 예를 들어, N_P가 소수일 때, P가 될 수 있는 최대값은 N_P-1이다. 그러나, N_P가 소수가 아닐 때, 파일럿 시퀀스들의 수는 종종 원하는 수 K보다 더 작을 것이다. 시퀀스들의 최대 수를 구하기 위해, 파일럿 시퀀스는 그 길이 N_G가 소수인 한 시퀀스에서 시작하여, 변경들을 수행함으로써 구성된다. 바람직한 실시예에 있어서, 다음의 두 변경들 중의 하나가 사용된다.

1. N_P보다 크며 시퀀스 세트를 발생시키는 최소의 소수가 되도록 N_G를 선택한다. 세트에서 시퀀스들을 N_P로 잘라버린다; 또는

2. N_P보다 작으며 시퀀스 세트를 발생시키는 최대의 소수가 되도록 N_G를 선택한다. 원하는 길이 N_P에 이르도록 세트에서의 각 시퀀스의 시작 요소들을 끝에 추가하는 것을 반복한다.

소수가 되기 위해 필요한 N_G의 상기 설계는 이상적인 자기 상관 및 최적 상호-상관을 갖는 N_G-1 시퀀스들의 세트를 제공할 것이다. 그러나, 만약 단지 더 작은 수의 시퀀스들이 필요하다면, N_G는 "1"을 제외한 N_G의 최소 소인수가 K보다 더 큰 한 소수가 될 필요가 없다.

잘라버리거나 또는 삽입하는 것과 같은 변경이 사용될 때, 자기-상관은 정확하게 이상적이지 않을 것이고 상호-상관도 더 이상 정확하게 최적은 아닐 것이다. 그러나, 자기 및 상호-상관 특성은 여전히 받아들일 수 있다. 변경된 파일럿 시퀀스는 최적 자기 및 상호-상관을 갖는 GCL 시퀀스들로부터 구성된 거의 최적화된 파일럿 시퀀스들이라고 칭할 수 있다. 잘라버리고/연장된 시퀀스들에 대한 변경도 그들에게 단위 변환을 적용하는 것처럼 적용될 수 있다.

단지 시퀀스 잘라버림 및 순환적 연장만이 상기에 설명되었지만, 본 발명의 대안적인 실시예들에 있어서, 원하는 길이의 최종 시퀀스들을 얻기 위해 GCL 시퀀스들을 변경하는 다양한 방법이 존재한다. 이러한 변경들은 임의의 심볼들을 연장, 펑처링(puncturing)에 의한 단축 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 또, 연장된/펑처링된 시퀀스들에 대한 변경들이 이들에게 단위 변환을 적용하는 것처럼 적용될 수 있다.

길이-N_P시퀀스들은 시간 영역 파일럿 시퀀스 또는 주파수 영역 파일럿 시퀀스(즉, 시퀀스의 엔트리들 또는 그것의 이산 IDFT가 주파수 영역에서 서브캐리어들의 세트 상에 할당될 것이다)로서 통신 시스템(100) 내의 베이스 유닛들에 할당된다. 만약, 얻어진 시퀀스들이 시간 영역 파일럿으로서 사용된다면, 크기-N_G 윈도우를 넘는 자기-상관이 여전히 이상적이기 때문에 옵션 2가 바람직할 것이다. 얻어진 시퀀스들이 주파수 영역 파일럿으로 사용되고 채널 추정이 주파수 영역에서 수행된다면, 자기-상관은 무의미하다(그러나, 시퀀스들의 상호-상관 특성들은 여전히 다수의 상황들에서 중요할 수 있다). 이 경우에, 변경 1 또는 2가 바람직하게 N_P에 가장 가까운 N_G를 선택하는 것을 적용할 수 있다.

순환적 연장이 전형적으로 채널의 예상되는 최대 지연 확산(L_D)보다 더 긴 경우, 시간 영역에서 전송된 최종 파일럿 시퀀스들은 순환적으로 연장될 수 있다. 이 경우에, 보내진 최종 시퀀스는 N_P 및 순환적 연장 길이의 합과 같은 길이를 갖는다. 순환적 연장은 프리픽스(prefix), 포스트픽스(postfix), 또는 프리픽스 및 포스트픽스의 조합을 포함할 수 있다. 순환적 연장은 또한 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 프로토콜과 같이 사용되는 통신 시스템의 고유 부분이 될 수 있다. 삽입된 순환적 프리픽스는 일반적인 자기 또는 상호-상관을 0부터 순환적 프리픽스 길이까지의 범위인 임의의 시프트에서의 순환적 상관으로 나타나게 한다. 만약 순환적 프리픽스가 삽입되지 않으면, 시프트가 파일럿 시퀀스 길이보다 훨씬 더 작다면, 일반적인 상관은 순환적 상관과 대략 동일하다.

상술된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, GCL 시퀀스들은 파일럿 시퀀스들을 구성하는데 이용된다. GCL 시퀀스들의 다수의 "클래스들"이 존재하고, 만약 상기 클래스들이 신중하게 선택된다면(아래 GCL 특성 3 참고), 이들 선택된 클래스들을 갖는 시퀀스들은 최적 상호-상관 및 이상적인 자기상호-상관을 가질 것이다. 길이 N_G의 클래스-u GCL 시퀀스(S)는 다음과 같이 정의된다:

(1)

여기서 b는 단위 크기의 임의의 복소 스칼라가 될 수 있고,

(2)

여기서,

u=1,...N_G-1은 상기 GCL 시퀀스의 "클래스"로서 알려져 있고,

k=0,1,...N_G-1은 한 시퀀스에서의 엔트리들의 인덱스들이고,

q=임의 정수.

GCL 시퀀스의 각 클래스는 q 및 b의 특별한 선택에 의존하는 무한한 수의 시퀀스들을 가지고 있지만, 각 클래스에서부터 단지 하나의 시퀀스만이 하나의 파일럿 시퀀스를 구성하는데 사용된다.

N_G-포인트 DFT(이산 푸리에 변환) 또는 IDFT(역 DFT)는 각각의 GCL 시퀀스 상에서 얻어지고, 새로운 세트의 멤버 시퀀스들은 또한 새로운 세트가 (1) 및 (2)의 형태로 나타낼 수 있는지 여부에 관계없이 최적 순환적 상호-상관 및 이상적인 자기-상관을 갖는 것에 유의하여야 한다. 사실, GCL 시퀀스들 상에서 행렬 변환을 적용하여 형성된 시퀀스들은 또한 상기 행렬 변환이 단위 변환인 한 최적의 순환적 상호-상관 및 이상적인 자기-상관을 갖는다. 예를 들어, N_G-포인트 DFT/IDFT 연산은 행렬이 N_G×N_G 단위 행렬인 곳에서 크기-N_G행렬 변환과 같다. 따라서, GCL 시퀀스들 상에서 수행된 단위 변환들에 기초하여 형성된 시퀀스들은 여전히 본 발명의 범위 내에 있다. 왜냐하면 최종 시퀀스들이 여전히 GCL 시퀀스들로부터 구성되기 때문이다. 현재, 최종 시퀀스들이 GCL 시퀀스들 상에 실질적으로 기반하고 있다(그러나 반드시 같을 필요는 없다).

만약 N_G가 소수이면, 별개의 "클래스"의 임의의 두 개 시퀀스들 간의 상호-상관은 최적이고, 세트내에 N_G-1 시퀀스들("클래스들")이 있을 것이다(이하에서의 특성들을 참조).

오리지널 GCL 시퀀스들은 다음과 같은 특성들을 갖는다.

특성 1: GCL 시퀀스는 일정한 크기를 가지고, N_G-포인트 DFT 또한 일정한 크기를 가진다.

시간 영역 및 주파수 영역 둘 다에서 일정한 크기가 파일럿 신호에 대해 바람직함을 유의한다. 시간적 파형의 일정한 크기는 클리핑을 야기하지 않고, 고 출력 전력에서 동작하기 위한 전력 증폭기에 대해 이상적이다. 주파수 영역에서의 일정한 크기는 서브캐리어들이 균등하게 야기되고, 따라서 채널 추정들이 바이어스되지 않을 것임을 의미한다. 그러나, OFDM과 같은 멀티캐리어 시스템에 대해, 여러 서브캐리어들은(전형적으로 대역의 에지에 있는 서브캐리어들) 보호 대역을 형성하기 위해 비워져 있다. 대응하는 시간-영역 파일럿 파형은 더 이상 일정한 계수가 아니지만, 시간 영역 인터폴레이팅(interpolating)의 결과로서 필수적이다. 즉, "sinc" 필터를 통하여 수행한 후 더 긴 시퀀스를 얻기 위해 시퀀스를 오버 샘플링한다(PAPR은 전형적으로 3dB보다 작다).

특성 2: 임의의 길이의 GCL 시퀀스들은 "이상적인" 순환적 자기-상관을 갖는다(즉, 그 자체의 순환적으로 시프트된 버전과의 상관은 델타 함수이다).

특성 3: ｜u₁-u₂｜, u₁및u₂가 N_G와 서로소일 때, 임의의 두 개의 GCL 시퀀스들 간의 순환적 상호 상관 함수의 절대값은 상수이고

와 같다.

통신 시스템 내에서 파일럿 시퀀스들의 할당

각각의 통신 유닛은 임의의 전송 간격에서 몇 번이든지 하나 또는 다수의 파일럿 시퀀스들을 이용할 수 있거나, 통신 유닛은 전송 프레임에서 다른 시간들에 다른 시퀀스들을 사용할 수 있다. 부가적으로, 각 통신 유닛은 거의 최적 자기-상관 및 상호-상관 특성들을 갖도록 설계된 K 파일럿 시퀀스들의 세트로부터 다른 파일럿 시퀀스를 할당받을 수 있다. 또한 하나 이상의 통신 유닛들은 동시에 한 파일럿 시퀀스를 사용할 수 있다. 예를 들어, 다중 통신 유닛들이 다중 안테나들에 사용되는 경우에, 동일한 시퀀스는 각 안테나로부터 전송된 각각의 신호를 위해 사용될 수 있다. 그러나, 실제의 신호들은 동일한 할당된 시퀀스의 다른 함수들로부터의 결과들이 될 수 있다. 적용되는 함수들의 예들에는 시퀀스의 순환 시프팅, 시퀀스 요소들의 위상을 회전시키는 등이 있다.

파일럿 설계로부터 이익을 얻을 수 있는 수신기 기능들

다수의 중요한 수신기 기능들은 상기 언급된 파일럿 설계로부터 이점을 얻을 수 있음을 기재하고 있다. 여기에 주어진 예들이 전부는 아니고, 당업자는 설계된 시퀀스의 양호한 자기 및/또는 상호-상관을 이용하려는 의도에서 벗어나지 않고, 다양한 형태의 변화들 및 세부사항들이 본 명세서에서 달성될 수 있음을 이해할 것이다.

1. 단일 채널 추정

본 단락은 채널 추정이 상기 파일럿 설계 전략으로부터 어떻게 이익을 얻을 수 있는지를 보여준다. 필수적으로, 채널 추정은 파일럿 시퀀스와 함께 수신된 데이터를 상관시킴으로써 쉽게 수행될 수 있다. GCL 시퀀스들의 이상적인 자기-상관으로 인하여, 상관의 출력은 채널 추정을 제공한다. 채널 추정은 바람직하다면 "탭 선택"(tap selection) 프로세스를 이용하여 개량할 수 있다. 탭 선택 프로세스의 예가 이하에서 제공된다. 또한 도착 경로가 쉽게 검출될 수 있기 때문에, 원하는 기지국(BS)과의 시간 동기화는 직접적으로 성취될 수 있다. 만약, 간섭 BS에 대한 채널 정보가 필요하다면, BS의 파일럿 시퀀스와 함께 도착된 데이터의 상관로부터 얻을 수 있다. 상호-상관 특성은, 본 명세서에서 설명되는 것처럼, 중요한 채널 탭들의 정확성 및 검출 신뢰도를 증가시키고 잘못된 검출들을 감소시킨다.

GCL 시퀀스는 GCL 시퀀스들의 상호-상관 특성들로 인하여 N_G탭들을 따라 간섭 채널의 각 탭의 전력을 효율적으로 고르게 확산한다. 그러므로, 원하는 시퀀스와 함께 상관한 후, 상기 간섭은 시간 영역에서 더 고르게 분배될 것이다. 원하는 채널의 중요한 탭은 더 작은 탭들 보다 더 잘 보존될 것이다. 비교해 볼 때, 만약 비-GCL 시퀀스들(non-GCL sequences)이 사용된다면, 간섭의 각 탭의 전력은 N_G 탭들을 따라 고르게 분배되지 않을 것이다. 원하는 채널 상에서의 왜곡 효과는 예상할 수 없는 형태로 탭으로부터 탭으로 변한다. 따라서, 비-GCL 시퀀스들과 함께 검출된 중요한 탭들은 간섭으로 인해 보다 많은 오류가 일어나거나, 진짜 중요한 탭들은 검출될 수 없을 정도로 많이 왜곡될 수 있다. 각 원하는 탭에서의 간섭 전력은 P_I/N_G 이고, P_I는 간섭 전력, 즉, 각 간섭 채널 탭에 대한 확산 펙터가 N_G인 간섭 전력이다.

상관은 전형적으로 시간 영역에서 수행된다. 그러나, 상관은 또한 아래에 설명될 것처럼 주파수 영역에서도 수행될 수 있다. 주파수 영역 추정은 FFT 동작 때문에 더 계산적으로 효율적이고, OFDM 시스템들과 같은 멀티캐리어 시스템들에 대해 더 바람직하다. 아래 예는 OFDM 시스템들에 대한 것이다.

먼저, m이 파일럿 서브캐리어인, 주파수 영역에 수신된 데이터가 Y(m)이라고 가정한다. m이 파일럿 서브캐리어이고, 그렇지 않으면 0(zero)일 때 S_G(m)을 파일럿이라고 가정하면, 파일럿 서브캐리어들에서의 "잡음" 채널 추정은 아래와 같이 얻을 수 있다.

(3)

잡음 추정들은 (4)와 같은 IDFT를 통하여 시간 영역으로 변환될 것이다.

(4)

여기서, w는 잡음 주파수 응답으로 인가된 웨이팅 윈도우(weighting window)이다. 상기 윈도우는 에지로부터 널 서브캐리어들(null subcarriers)까지 불연속성으로 인해 생긴 전력 누설 문제를 감소시킨다(IDFT 이전에 널 서브캐리어들을 대신하여 0들이 삽입되기 때문). 한닝 윈도우("Hanning" window)는 아래와 같이 사용될 수 있다.

(5)

여기서, 파라미터 Γ는 윈도우 모양을 제어한다(무한 Γ는 플랫 윈도우(flat window)를 의미한다).

그 후, 결과

는

를 얻기 위해 길이-L_D에서 잘라 버려진다. 게다가,

에서 단지 "중요한" 채널 탭들은 주파수 영역 응답을 얻기 위해 돌아가는 DFT'd 전에 포함되어야 한다. 즉,

(6)

탭 선택 절차는, 앞서 설명된 것처럼, 파일럿 시퀀스들의 상호-상관 특성들을 이용하기 위해 중요하다. 또한 탭 선택은 순간 채널 지연 프로파일에 따라 주파수 상관을 수행하도록 하는데, 이는 스파스 채널(sparse channel)의 경우에 특히 채널 추정을 개선할 수 있다.

탭 선택에 사용된 임계치는(

로 표시되어 있다) 이전에 추정된 잡음과 간섭 전력의 합에 따라 결정되어야 하고, 또는 사용된 대역폭을 통해 전체의 잡음과 간섭 전력의 합은 버려질

에서의(L_D+1 뒤에) 샘플들로부터 추정될 수 있다. 윈도우닝 효과에 대한 보상은 잡음 전력 추정 동안에 권장됨을 유의한다. 점유 대역폭을 통해 상기 잡음과 간섭 전력의 합에 기초하여, 각 탭(

으로표시됨)에서 대응하는 시간 영역 기준인 잡음과 간섭 전력의 합은 이들 널-서브캐리어 위치들에서 0들(zeros)을 계산한 후에 쉽게 유도될 수 있다.

최종적으로,

는 주파수 채널 응답을 얻기 위해 DFT에 의해 주파수 영역으로 역변환될 것이고, (5)의 윈도우닝 효과는 바람직하게 디-엠피시스("de-emphasized") 된다. 즉,

(7)

2. 다중 채널 추정

다른 파일럿 시퀀스들에 대응하는 다중 채널들이 필요할 때, 상기 단일 채널 추정 프로세스가 차례로 임의 시간 또는 동시에 다른 파일럿 시퀀스들을 위해 수행된다. 다른 채널들에 관해 학습한 특성들은 핸드오프의 속도 및 성능을 개선하고, 더 나은 복조 및 디코딩을 위해 수신기에서 간섭 억제를 수행하고, 간섭등을 피하기 위해 베이스 유닛으로 하여금 지능적으로 스케줄 전송할 수 있도록 하는데 유용할 수 있다.

3. 동기화 포착 및 추적

원하는 베이스 유닛에 대한 동기화의 양호한 초기 포착을 성취하는 한가지 방법은 먼저 수신된 신호를 파일럿 시퀀스 후보들과 상관시키는 것이다. 그 결과들은 원하는 베이스 유닛(예컨대 가장 강한 베이스 유닛)을 찾는 것으로 평가될 것이다. 원하는 파일럿 시퀀스와의 상관으로부터 학습한 특성들은 동기화를 하기 위해 수신기의 타이밍 및 주파수를 조정하는데 사용된다. 예를 들어, 채널 지식은 그들의 강도 및 전파 경로들의 도착시간의 양호한 지시를 제공할 것이고, 따라서, 샘플 타이밍은 적절히 조정될 수 있다. 또한 상관 결과들은 수신기의 주파수 오프셋을 조정하는데 사용된다. 예를 들어, 근처이지만 다른 시간들에 수신된 파일럿 시퀀스들로부터의 상관 결과들은 주파수 오프셋을 확인하기 위해 비교될 수 있다. 다른 예로서, 파일럿 시퀀스가 OFDM 서브캐리어들의 한 세트 상에 맵핑될 때, 주파수 영역 상관은 서브캐리어들의 가장 가까운 정수에서 주파수 오프셋들을 확인할 수 있다.

또한 원하는 신호에 대한 동기화의 추적은 단지 원하는 파일럿과의 상관만이 요구되는 경우에 상관 결과들을 통하여 달성될 수 있다. 타이밍 및 주파수 오프셋의 미세 조정은 초기 포착 단계에서 성취될 수 있다.

요구된 동기화의 다른 형태는 프레임 동기화이다. 프레임이 다수의 심볼들로 구성되어 있기 때문에, 한 프레임 내의 다른 위치들에서의 정보 컨텐트는 다를 수 있다. 프레임 경계를 검출하는 능력은 정보를 디코딩하기 위한 전제가 된다. 파일럿 시퀀스들은 또한 상기 기능을 지원하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 다수의 파일럿 시퀀스들이 한 프레임에 할당되고 프레임 경계에 관한 각 시퀀스의 위치가 고정되게 설계된 경우에, 임의의 파일럿 시퀀스가 검출될 때, 프레임 경계는 결정될 수 있다.

도 3은 통신 시스템(100) 내의 다양한 베이스 유닛들에 파일럿 코드들의 할당을 도시한 플로우 차트이다. 논리 흐름은 필요한 파일럿들 수(K), 원하는 파일럿 길이(N_P) 및 각 파일럿 시퀀스의 후보 길이(N_G)가 결정되는 단계(301)에서 시작한다. N_P및 N_G에 기초하여, 파일럿 시퀀스들은 계산된다(단계(303)). 상술한 바와 같이, 파일럿 시퀀스들은 방정식(1)에 나타난 바와 같이 정의되는 각 GCL 시퀀스와 함께, 길이 N_P의 일반화 처프-형(GCL) 시퀀스들로부터 구성되고, 각 GCL 시퀀스들은 방정식(1)에 도시한 바와 같이 정의된다. 최종적으로, 단계(305)에서, 파일럿 시퀀스들은 통신 시스템(100) 내의 베이스 유닛들에 할당된다. 각 베이스 유닛은 K 이용가능한 파일럿 시퀀스들로부터 하나 이상의 파일럿 시퀀스 수신할 수 있음을 유의하여야 한다. 그러나, 제 1 베이스 유닛은 GCL 시퀀스들의 그룹으로부터 얻은 제 1 파일럿 시퀀스를 할당받는 반면, 제 2 베이스 유닛은 GCL 시퀀스들의 그룹으로부터 다른 제 2 파일럿 시퀀스를 할당받는다. 동작하는 동안에, 각 베이스 유닛 내의 파일럿 채널 회로는 코히런트 복조(coherent demodulation)를 위한 전체적인 전략의 부분으로서 파일럿 시퀀스를 전송할 것이다. 특히, 베이스 유닛들과의 통신 내의 각 원격 유닛은 파일럿 시퀀스를 수신하고, 수신된 신호의 코히런트 복조를 위한 전략의 부분으로서 채널 추정과 같은 다수의 기능들을 위해 파일럿 시퀀스를 이용할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 파일럿 시퀀스들은 낮은 피크-평균비(PAPR)를 갖는다. 따라서, 본 발명의 파일럿 신호/시퀀스의 PAPR은 또한 통신 유닛에 의해 전송되는 데이터 신호들의 PAPR보다 낮다. 파일럿 신호의 낮은 PAPR 특성은 파일럿 채널 회로(107)로 하여금 다른 통신 유닛에 의해 수신된 파일럿 신호상의 개선된 신호-잡음/간섭 비를 제공하기 위해 상기 데이터보다 높은 전력으로 파일럿 시퀀스를 전송하도록 하고, 이에 의해, 개선된 채널 추정, 동기화 등을 제공한다.

본 발명은 특정 실시예를 참조하여 특히 도시 및 기술되었지만, 당업자는 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어나지 않고, 형태 및 세부사항들의 여러 변화들이 구성될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들면, 상기 설명이 베이스 유닛들에 파일럿 시퀀스들의 할당과 관련되어 있지만, 이러한 파일럿 시퀀스들은 전송기들/시스템들의 다른 형태들에 할당될 수 있고, 원격 유닛들에 한정되지 않는다는 것이 명백하고, 이 경우, 기지국은 원하는 원격 유닛을 검출하고 그 채널을 추정하도록 한다. 이러한 변화들은 아래 청구항들의 범위 내에 포함되도록 의도되었다.

Claims

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통신 시스템 내의 통신 유닛들에 파일럿 시퀀스를 할당하는 방법에 있어서,

제 1 통신 유닛에 제 1 파일럿 시퀀스를 할당하는 단계로서, 상기 제 1 파일럿 시퀀스는 일반화 처프-형(Generalized Chirp-Like)(GCL) 시퀀스들의 세트로부터 구성된 파일럿 시퀀스들의 그룹으로부터 선택되는, 상기 제 1 파일럿 시퀀스 할당 단계; 및

제 2 통신 유닛에 상기 GCL 시퀀스들의 세트로부터 구성된 상기 파일럿 시퀀스들의 그룹으로부터 얻은 제 2 파일럿 시퀀스를 할당하는 단계를 포함하고,

상기 제 1 및 상기 제 2 파일럿 시퀀스들은 상기 GCL 시퀀스들로부터 또는 상기 GCL 시퀀스들의 크기-N_G의 단위 변환을 하여 얻은 시퀀스들로부터 구성되고,

상기 GCL 시퀀스들은
로서 생성되고,

여기서, b는 단위 크기의 임의의 복소 스칼라이고
이며,

여기서,

u=1,...N_G-1은 상기 GCL 시퀀스의 "클래스"로 알려져 있고,

k=0,1,...N_G-1 이고,

q=임의 정수인, 파일럿 시퀀스 할당 방법.
통신 시스템 내의 통신 유닛들에 파일럿 시퀀스를 할당하는 방법에 있어서,

제 1 통신 유닛에 제 1 파일럿 시퀀스를 할당하는 단계로서, 상기 제 1 파일럿 시퀀스는 일반화 처프-형(GCL) 시퀀스들의 세트로부터 구성된 파일럿 시퀀스들의 그룹으로부터 선택되는, 상기 제 1 파일럿 시퀀스 할당 단계; 및

제 2 통신 유닛에 상기 GCL 시퀀스들의 세트로부터 구성된 상기 파일럿 시퀀스들의 그룹으로부터 얻은 제 2 파일럿 시퀀스를 할당하는 단계를 포함하고,

상기 제 1 및 상기 제 2 통신 유닛들에 상기 제 1 및 상기 제 2 파일럿 시퀀스들을 할당하기 전에, 상기 통신 시스템에 필요한 파일럿 시퀀스들의 수(K)에 기초한 상기 파일럿 시퀀스들의 길이(N_G)와 원하는 파일럿 시퀀스 길이(N_P)를 결정하는 단계를 수행하며,

N_P보다 크고 "1"을 제외한 최소 소인수가 K보다 큰 최소 정수가 되도록 N_G를 선택하고, 상기 GCL 시퀀스들의 세트내의 시퀀스들을 N_P로 잘라버림(truncating)으로써 상기 GCL 시퀀스들의 세트를 생성하는 단계; 또는

N_P보다 작고 "1"을 제외한 최소 소인수가 K보다 큰 최대 정수가 되도록 N_G를 선택하고, 상기 원하는 길이(N_P)에 도달하도록 상기 GCL 시퀀스들의 세트내의 각 시퀀스의 시작 요소들을 각 시퀀스의 끝에 부가하는 것을 반복함으로써 상기 GCL 시퀀스들의 세트를 생성하는 단계를 더 포함하는, 파일럿 시퀀스 할당 방법.
무선 전송의 부분으로서 파일럿 시퀀스를 수신하는 단계로서, 상기 파일럿 시퀀스는 일반화 처프-형(GCL) 시퀀스들의 세트로부터 구성되고, 베이스 유닛 또는 원격 유닛 중 하나에 할당되고, 상기 파일럿 시퀀스는 잘라버린 GCL 시퀀스 또는 순환적으로 연장된 GCL 시퀀스에 기초하는, 상기 파일럿 시퀀스 수신 단계; 및

타이밍 및 주파수 동기화의 포착 및 추적, 후속 복조 및 디코딩을 위한 원하는 채널들의 추정 및 추적, 핸드오프 목적들을 위한 다른 채널들의 특성들의 추정 및 모니터링, 및 간섭 억제 중 적어도 하나를 위해 상기 파일럿 시퀀스를 이용하는 단계를 포함하고,

상기 파일럿 시퀀스 수신 단계는 GCL 시퀀스들로부터 또는 상기 GCL 시퀀스들의 크기-N_G의 단위 변환을 하여 얻은 시퀀스들로부터 구성되는 상기 파일럿 시퀀스들을 수신하는 단계를 포함하고,

상기 GCL 시퀀스들은
로서 생성되고,

여기서, b는 단위 크기의 임의의 복소 스칼라이고
이며,

여기서,

u=1,...N_G-1은 상기 GCL 시퀀스의 "클래스"이고,

k=0,1,...N_G-1 이고,

q=임의 정수인, 방법.
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통신 유닛에 있어서,

제 1 파일럿 채널 시퀀스를 전송 또는 수신하는 파일럿 채널 회로를 포함하고,

상기 제 1 파일럿 채널 시퀀스는 일반화 처프-형(GCL) 시퀀스들의 세트로부터 구성된 파일럿 시퀀스들의 그룹으로부터의 시퀀스를 포함하고,

상기 파일럿 채널 회로는 상기 GCL 시퀀스들의 세트로부터 구성된 상기 파일럿 시퀀스들의 그룹으로부터 얻은 제 2 파일럿 시퀀스를 전송 또는 수신하도록 되고, 및

상기 GCL 시퀀스는
와 같고,

여기서, b는 단위 크기의 임의의 복소 스칼라이고
이며,

여기서,

u=1,...N_G-1은 상기 GCL 시퀀스의 "클래스"로 알려져 있고,

k=0,1,...N_G-1 이고,

q=임의 정수인, 통신 유닛.
제 19 항에 있어서,

데이터를 전송하는 데이터 채널 회로를 더 포함하고, 상기 제 1 파일럿 채널 시퀀스의 피크-평균 전력비(PAPR)는 상기 데이터 채널 회로를 통해 전송된 데이터의 PAPR보다 낮은, 통신 유닛.
제 20 항에 있어서,

상기 제 1 파일럿 채널 시퀀스는 상기 데이터보다 높은 전력으로 전송되는, 통신 유닛.
통신 시스템 내의 통신 유닛들에 파일럿 시퀀스를 할당하는 방법에 있어서,

제 1 통신 유닛에 제 1 파일럿 시퀀스를 할당하는 단계로서, 상기 제 1 파일럿 시퀀스는 일반화 처프-형(GCL) 시퀀스들의 세트로부터 구성된 파일럿 시퀀스들의 그룹으로부터 선택되는, 상기 제 1 파일럿 시퀀스 할당 단계; 및

제 2 통신 유닛에 상기 GCL 시퀀스들의 세트로부터 구성된 상기 파일럿 시퀀스들의 그룹으로부터 얻은 제 2 파일럿 시퀀스를 할당하는 단계를 포함하고,

다음의 특징들:

상기 제 1 파일럿 시퀀스는 제 1 클래스의 일반화 처프-형 시퀀스로부터 구성되고 상기 제 2 파일럿 시퀀스는 제 2 클래스의 일반화 처프-형 시퀀스로부터 구성되거나;

상기 제 2 파일럿 시퀀스는 상기 제 1 시퀀스의 함수에 기초하고 상기 제 1 시퀀스의 상기 함수는 상기 제 1 시퀀스의 순환 시프팅 및 상기 제 1 시퀀스의 요소들의 위상을 회전시키는 것 중 하나에 기초하거나;

상기 제 1 파일럿 시퀀스는 길이 N_p이고, 일반화 처프-형(GCL) 시퀀스의 길이 N_G의 잘라버림에 기초하고, N_G는 N_p보다 크고 최소인 소수이거나; 또는

상기 제 1 파일럿 시퀀스는 길이 N_p이고, 일반화 처프-형(GCL) 시퀀스의 길이 N_G의 연장에 기초하고, N_G는 N_p보다 작고 최대인 소수이며, 상기 연장은 상기 길이 N_P에 이르도록 상기 GCL 시퀀스의 시작 요소들의 반복을 끝에 추가하는 것에 기초하는, 상기 특징들 중 적어도 하나가 적용되는, 파일럿 시퀀스 할당 방법.
제 22 항에 있어서,

상기 제 1 통신 유닛에 상기 제 1 파일럿 시퀀스를 할당하는 단계는 원격 유닛의 제 1 안테나에 상기 제 1 파일럿 시퀀스를 할당하는 단계를 포함하고,

상기 제 2 통신 유닛에 상기 제 2 파일럿 시퀀스를 할당하는 단계는 상기 원격 유닛의 제 2 안테나에 상기 제 2 파일럿 시퀀스를 할당하는 단계를 포함하는, 파일럿 시퀀스 할당 방법.
제 22 항에 있어서,

상기 제 1 파일럿 시퀀스는 잘라버린 일반화 처프-형(GCL) 시퀀스에 기초하는, 파일럿 시퀀스 할당 방법.
제 22 항에 있어서,

상기 제 1 파일럿 시퀀스는 순환적으로 연장된 일반화 처프-형(GCL) 시퀀스에 기초하는, 파일럿 시퀀스 할당 방법.
제 22 항에 있어서,

상기 제 1 통신 유닛에 상기 제 1 파일럿 시퀀스를 할당하는 단계는 클래스-u₁ GCL 시퀀스로부터 구성된 파일럿 시퀀스를 상기 제 1 통신 유닛에 할당하는 단계를 포함하고,

상기 제 2 통신 유닛에 상기 제 2 파일럿 시퀀스를 할당하는 단계는 ｜u₁-u₂｜가 N_G와 서로소(relatively prime)인 요구를 충족시키는 클래스-u₂ GCL 시퀀스로부터 구성된 파일럿 시퀀스를 상기 제 2 통신 유닛에 할당하는 단계를 포함하고, N_G는 상기 제 1 파일럿 시퀀스가 구성되는 상기 GCL 시퀀스의 길이인, 파일럿 시퀀스 할당 방법.
통신 시스템 내의 통신 유닛들에 파일럿 시퀀스를 할당하는 방법에 있어서,

제 1 통신 유닛에 제 1 파일럿 시퀀스를 할당하는 단계로서, 상기 제 1 파일럿 시퀀스는 일반화 처프-형(GCL) 시퀀스들의 세트로부터 구성된 파일럿 시퀀스들의 그룹으로부터 선택되는, 상기 제 1 파일럿 시퀀스 할당 단계; 및

제 2 통신 유닛에 상기 GCL 시퀀스들의 세트로부터 구성된 상기 파일럿 시퀀스들의 그룹으로부터 얻은 제 2 파일럿 시퀀스를 할당하는 단계를 포함하고,

상기 제 1 파일럿 시퀀스는 순환적으로 연장된 일반화 처프-형(GCL) 시퀀스에 기초하고,

상기 제 1 통신 유닛에 상기 제 1 파일럿 시퀀스를 할당하는 단계는 클래스-u₁ GCL 시퀀스로부터 구성된 파일럿 시퀀스를 상기 제 1 통신 유닛에 할당하는 단계를 포함하고,

상기 제 2 통신 유닛에 상기 제 2 파일럿 시퀀스를 할당하는 단계는 ｜u₁-u₂｜가 N_G와 서로소인 요구를 충족시키는 클래스-u₂ GCL 시퀀스로부터 구성된 파일럿 시퀀스를 상기 제 2 통신 유닛에 할당하는 단계를 포함하고, N_G는 상기 제 1 파일럿 시퀀스가 구성되는 상기 GCL 시퀀스의 길이인, 파일럿 시퀀스 할당 방법.