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KR20030074812A - 변화하는 기준 패턴의 추출방법 - Google Patents

변화하는 기준 패턴의 추출방법 Download PDF

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KR20030074812A
KR20030074812A KR10-2003-7010498A KR20037010498A KR20030074812A KR 20030074812 A KR20030074812 A KR 20030074812A KR 20037010498 A KR20037010498 A KR 20037010498A KR 20030074812 A KR20030074812 A KR 20030074812A
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South Korea
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channel
wireless communication
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transmission
pilot
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KR10-2003-7010498A
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알라드미쉘
고우다르드나탈리
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웨이브콤
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Abstract

본 발명은, 기준 패턴을 무선 통신 장치에 전달하는 원격 스테이션이 적어도 하나의 무선 통신 장치와 통신하는데 사용되는 전송 채널의 전달함수를 예측 가능하게 하는 파일럿 심벌의 시퀀스를 추출하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은, 상기 전송 채널의 적어도 하나의 특성에 따라 상기 기준 패턴이 변화한다는데 특징이 있다.

Description

변화하는 기준 패턴의 추출방법{METHOD FOR EXTRACTING A VARIABLE REFERENCE PATTERN}
종래의 디지털 통신 시스템에서, 수신기에 알려진 기준 심벌(reference symbol) 또는 파일럿 심벌(pilot symbol)이라 불리는 기준 심벌의 시퀀스는 송신기에 의해 전송되는 데이터 스트림에 사용된다. 상기 기준 심벌은 수신기가 적절하게 전송 채널을 예측할 수 있게 하며, 수신되는 신호가 적절하게 복조되는 것을 보장한다.
시간에 따라 변화하는 전송 채널을 포함하는 통신 시스템에서, 추출되는 데이터 스트림 내의 다른 위치로 기준 심벌을 분산시키는 것이 시도되어왔다.
이러한 다양한 통신 시스템에서, 무선 통신 장치의 기준 심벌의 구조(기준구조) 및 특성은 최악으로 전달되는 경우에서의 함수로서 결정된다. 이러한 형태의 제약은 전달 조건에 상관없이 올바른 채널을 예측하기 위해 필수적이다.
최초의 동기화 단계가 완료될 때, 제공되는 리소스(resource)는 무선 통신 단말에 할당될 것이며, 필요한 경우 상기 무선 통신 단말은 동기화 유지 단계를 실행하고 전송 채널을 예측할 것이다.
이러한 종래의 기술에 따르면, 상기 기준 구조는 모든 경우, 심지어는 최악의 통신인 경우 즉, 최대 다중 경로 수준 및 해당 통신 단말의 최대속도인 경우에 대해서도 올바른 채널을 예측할 수 있도록 선택된다.
다시 말하면, 상기 기준 구조는 최악의 도플러(Doppler) 경우 및 최악의 지연 확산에 적용될 수 있는 크기이다.
전송 채널의 특성이 양호한 경우에, 최악의 경우에 대해 상기 기준 구조의 크기를 맞추는 것은 사용할 수 있는 전송 용량 및/또는 오류에 대한 보호의 통계적인 손실을 가져온다.
본 발명자는 상기와 같은 문제점을 간파하고 분석하였다. 본 발명자는 상기의 종래 기술에 따른 문제점이, 상기 기준 구조가 주어진 물리적 전송 채널에 대해 고정된다는데 있다고 판단하였다.
결과적으로, 종래 기술에 따른 다른 문제점은 선택되는 기준 심벌의 시퀀스가, 해당 전송 단말의 환경에 부분적으로 의존하는 전송 채널의 특성 및 상기 단말의 변위 속도에 따라 변화하지 않는다는 점이다.
본 발명은 디지털 데이터 전송 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전송 채널의 전달함수의 예측 및 원격 스테이션(remote station)을 이용하여 디지털 데이터를 교환하기 위해 상기 채널을 사용하는 무선 통신 장치의 동기화(synchronization)의 유지에 관한 것이다.
도 1은 고정된 송신기 및 이동하는 무선통신 단말 사이의 다중경로 데이터의 전송을 도시한 예시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 통신 형식에 대한 기준 패턴을 할당하는 단계를 도시한 블록도이다.
도 3은 전송 채널의 특성 함수에 따라 블록의 지속시간 및 그에 관련된 기준 패턴을 적용하기 위해 데이터 전송이 진행되는 동안 사용되는 단계를 도시한 블록도이다.
도 4는 다중 반송파 변조의 경우에, 도 1에 도시된 전송 채널의 "최악의 경우"에 적용되는 기준 패턴을 도시한 예시도이다.
도 5는 시간-주파수 공간에서 파일럿이 평행사변형을 형성하는 다중 반송파 통신 시스템의 기준 패턴을 도시한 예시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 송신기의 간략화된 블록도이다.
최악으로 신호가 전달되는 경우에 적용되므로 양호한 채널의 측정을 위해 상기 기준 구조는 고정되고 단일한 것이어야 한다고 최근까지 생각되어왔기 때문에, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 상기한 문제점을 제시하는 것은 새롭고 발명성을 갖는 것이다.
그러므로, 본 발명의 목적은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하는 것이다.
보다 상세하게는, 무선 통신 장치와 원격 스테이션 사이에서, 특히 다중 반송파 시스템에서 유효한 디지털 데이터 전송 플로우를 최적화하는데 본 발명의 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 고 스펙트럼 효율(spectral efficiency)로 통신 시스템, 특히 무선 통신 시스템을 실행시키는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 디지털 데이터의 품질과 전송 속도 사이의 양호한 절충을 통신 시스템에 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 채널의 특성이 양호할 때 유효한 전송 용량의 손실을 제한하여 무선 통신 시스템을 실행하는데 있다.
본 발명의 제2 목적은 전송 채널이 분산된 경우라도 상기 채널의 전달함수를 양호하게 예측 가능하도록 하는데 있다.
상기한 목적 및 이 후에 설명되는 다른 목적들은 전송 채널의 전달함수를 예측하는데 필수적인 파일럿 심벌의 시퀀스를 추출하는 방법을 사용하여 달성된다. 적어도 하나의 무선 통신 장치가 원격 스테이션을 사용하여 상기 채널을 통해 통신하며, 상기 스테이션은 통상적으로 상기 무선 통신 장치로 기준 패턴을 출력한다.
본 발명에 따르면, 기준 패턴에 대한 구조는 상기 전송 채널의 적어도 하나의 특성 함수에 따라 변화한다.
따라서, 본 발명은 전송 채널의 전달함수를 예측하기 위해 완벽하게 새롭고 발명성을 갖는 접근 방식에 기반을 둔다. 특히, 본 발명은 상기 전송 채널의 하나 이상의 특성 함수로서 적절한 기준 구조의 사용에 기반을 둔다. 그러므로, 본 발명은, 채널 예측에 사용되는 기준 심벌이 최악으로 전달되는 경우에 고정되어야 한다는 생각을 갖는 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들의 선입견에 상반된다.
상기 전송 채널의 특성은 최대 도플러 주파수 및/또는 상기 채널의 최대 지연 확산을 포함하는 것이 바람직하다.
이러한 특성은 특히 상기 통신 장치의 변위 속도 및 이동하는 환경에 관련된 것이다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 전송 채널의 전달함수를 예측 가능하게 하는 파일럿 심벌의 시퀀스의 추출을 위한 방법은, 통신에 적어도 하나의 채널을 할당하는 단계를 포함한다. 상기 할당된 채널은 기능적으로 동일하지만, 상기 전송 채널의 특성 함수로서, 동기화에 대해 구별되는 파형에 기반을 둔다.
채널 예측 품질 및 데이터 전송 용량 사이의 최선의 절충을 가능하게 하는 가장 바람직한 기준 구조는 상기 전송 채널의 특성 함수에 따라 선택된다.
바람직하게는, 상기 무선 통신 장치 및 상기 원격 스테이션 사이에서 통신에 트래픽 채널을 할당하는 상기 단계는, 상기 전송 채널의 특성을 나타내는 데이터를교환하는 단계를 포함한다.
이러한 데이터가 교환될 때, 상기 원격 스테이션 또는 관련된 무선 통신 네트워크에서 엔티티를 생성하는 임의의 다른 결정은, 상기 무선 통신 장치 및 원격 스테이션 사이에서 설정되는 통신에 가장 적합한 기준 구조를 선택할 수 있다.
바람직하게는, 상기 교환 단계는 또한 신호화된 데이터의 전송 및/또는 상기 통신에 대한 제어 데이터를 생성한다.
본 발명의 바람직한 방법에 따르면, 전송 채널의 전달함수를 예측 가능하게 하는 파일럿 심벌의 시퀀스를 추출하는 상기 방법은, 다중 반송파 시스템에 사용된다. 상기 다중 반송파 심벌을 형성하는 심벌들의 지속시간(duration)은 상기 전송 채널의 특성 함수에 따라 변화한다.
다중 반송파 변조 시스템은, 강한 페이딩(fading) 및 다중 경로에 의해 영향을 받는 전송 채널인 경우에 특히 이롭다. 이러한 형식의 다중 반송파 통신 시스템에서, 높은 주파수로 선택되는 광대역 채널은, 협대역(narrow band)의 채널을 다중화 시킨 많은 수의 비선택 주파수로 변환된다. 상기 전송 채널의 예측은 파일럿이라 불리는 기준 반송파의 네트워크에 의해 이루어진다. 다중 반송파 변조는, 모든 기준 반송파 및 유효 반송파를 포함하는 부 반송파(sub-carrier) 네트워크의 밀도에 의해 특징 지워진다. 상기 밀도는(τ0: 심벌 시간, υ0: 부 반송파 사이의 간격)으로 정의된다. 그러므로, 본 발명에 따르면, 상기 심벌 시간은 상기 전송 채널의 하나 이상의 특성 함수에 의해 최적화될 수 있다.
바람직하게는, 상기 심벌의 지속시간은 표준 유닛에서 대략적으로 동일한 최대 도플러 주파수 및 최대 지연 확산을 이룰 수 있도록 선택된다.
이러한 형식의 심벌 지속시간은 최적 심벌 지속시간에 해당한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 파일럿 심벌들의 시퀀스의 추출을 위한 방법은, 하나의 영구 신호화 채널과 버스트(burst) 모드에서 작동하는 하나의 채널의 두 개의 채널을 사용한 시스템에 적용되는 전송 채널의 전달함수를 예측하는데 사용된다. 상기 전송 채널의 특성은 상기 영구 채널에서 측정되고, 상기 버스트 모드에서 작동하는 채널은 직접적으로 최적 기준 패턴을 사용하여 시작된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 영구 채널은 CDMA(코드 분할 다중 접속) 변조를 사용하며, 상기 버스트 모드에서 작동하는 채널은 다중 반송파 변조(OFDM/IOTA)를 사용한다.
즉, 3GPP(3세대 공동 프로젝트)에 의해 표준으로 결정된 UMTS(범용 이동통신 시스템)에 기반한 본 발명의 실시예에서, WCDMA(광대역 코드 분할 다중 접속) 형식의 채널로부터 얻을 수 있는 이동 단말의 동기화가 IOTA 형식의 채널용으로 사용되고, 최적 기준 네트워크가 시작에서부터 직접 사용될 수 있도록 상기 전송 채널(최대 도플러 확산 및 최대 시간 확산)을 특징짓는 정보가 알려질 것이다. 예를 들어, 프랑스 특허번호 FR 2 733 869에 기재된 것과 같은 IOTA 원형(prototype) 함수는 빠른 시간 및 주파수 감쇄를 가지며 그것의 푸리에 변환과 동일하다.
상기 두 개의 채널의 프레임 구조가 동기화되므로, 이동 단말의 동기화는 상기 WCDMA 채널로부터 검색된다. 이러한 방법의 이점은, 상기 WCDMA 채널이 예를 들어, 프랑스 특허번호 FR 2 777 407에 기재된 바와 같은 동기화의 빠르고 간단한 회복을 가능하게 하는 방법을 실행한다는데 있다.
바람직하게는 상기 전송 채널의 특성이 변화할 때, 상기 기준 패턴 구조는 통신이 진행되는 동안 수정될 수 있다.
그러므로, 이러한 기준 패턴 구조는 블록의 지속시간동안 변화하지 않으며, 하나의 블록에서 다른 블록으로 변화할 수 있다.
본 발명의 다른 이점은, 상기 기준 패턴 구조가 셀룰러 네트워크에 사용되는 "인트라 핸드오버(intra handover)" 형식을 사용하여 수정된다.
이동 전화에 사용되는 셀룰러 무선 통신 시스템에서 상기 "핸드오버"라는 용어는 통신의 중단 없이 통신에 의해 사용되는 전송의 전환 수단을 나타낸다. 그러므로, 상기와 같은 과정에 의해, 채널 형식이 무선 통신 장치 및 원격 스테이션 사이에서 통신이 이루어지는 동안 실시간으로 수정될 수 있다.
바람직하게는, 상기 기준 패턴은 전송되는 신호의 포락선 변동(envelope fluctuation)을 제한하도록 형성된다.
다중 반송파 변조 시스템의 경우에, 기준 반송파들과 유효 반송파 사이의 에너지 비대칭은 전송되는 신호의 평균 전력 프로파일(profile)의 큰 변동을 가져온다. 이러한 에너지 비대칭은, 상기 전송 채널을 보다 잘 예측 가능하게 하기 위해 기준 반송파들에서 전송되는 심벌들이 유효 심벌들 보다 훨씬 높은 에너지를 갖는다는 사실의 결과이다. 그러므로, 신호가 전송될 때 사용되는 전력 증폭기의 비대칭성에 기인한 성능저하를 제한하기 위해, 파일럿 네트워크의 구조를 신호의 포락선 변동의 감소에 대한 제약 함수에 따라 변화시키는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 기준 패턴이, 상기 통신 장치에 알려져 있으며 시간-주파수 공간에서 균일하게 분배되는 시간-주파수 공간에서의 값 및 위치를 갖는 파일럿으로부터 형성된다.
본 발명에 따른 방법의 이점에 따르면, 상기 파일럿은 시간-주파수 공간에서 평행사변형으로 정의된다.
다중 반송파 변조 시스템에서, 시간-주파수 공간에서 평행사변형으로 정의된 파일럿의 사용은 제한된 공간 및/또는 전송 전력의 주파수 변동의 수단이다.
바람직하게는, 블록에 의한 전송이, 상기 통신 장치 및 상기 원격 스테이션 사이의 적어도 소정의 데이터를 전송하기 위해 사용된다.
본 발명의 다른 이점에 따르면, 상기한 방법은, 상기 파일럿에 관련된 에너지와 전송되는 신호의 정보를 제공하는 반송파 주파수에 관련된 에너지의 비교를 실행하여 상기 원격 스테이션에 대한 상기 통신 장치의 동기화를 유지하는 단계를 포함한다.
이러한 방법은 상기 기준 심벌 네트워크가 직사각형일 때 실행된다.
본 발명의 특정 실시예에 따르면, 전송 채널에 대한 전달함수를 예측하는 수단을 제공하는 파일럿 심벌의 시퀀스를 추출하는 방법은, 상기 채널이 지속시간 동안 고정화 기준을 따르도록, 지속시간 동안 상기 전송 채널의 특성 함수에 따라 상기 블록의 지속 시간을 적용하는 단계를 포함한다.
상기 채널의 특성 함수에 따라 블록의 지속시간을 적용하는 것은, 예를 들어WCDMA 형식의 채널을 통해 얻어지는 것과 같은 최초 동기화가 블록 지속시간 동안 유효하게 한다.
블록에 의한 전송이 진행되는 동안, 블록의 지속 시간이 너무 길기 때문에 상기 채널이 전체 블록에 대해 준고정화된(quasi-stationary) 것으로 고려될 수 있게 하며, 그 결과 수신기를 충분하게 동기화하고 전체 블록에 대해 양호한 채널 예측을 가능하게 한다. 따라서, 전송되는 블록의 크기는 상기 채널이 블록의 지속 시간동안 고정화 기준을 만족하도록 적용될 수 있다. 이러한 것은 주파수 리소스에 따라 가능하다면, 부블록(sub-block)으로 블록을 분할하거나 블록의 크기를 수정함으로써 이루어질 수 있다. 이러한 블록의 크기에 대한 수정은, 상기 블록에 의해 전송되는 정보의 양을 감소시키지 않고서 보다 짧은 블록을 얻기 위해 주파수에서 블록의 크기를 증가시키고 블록의 지속시간을 감소시키는 것으로 이루어진다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 기준 패턴의 구조는 블록의 지속시간의 함수에 따라 변화한다.
각각의 전송되는 블록에 대해 적용되는 기준 패턴 구조를 결정하는 것이 가능하다. 이러한 형식의 기본 구조는 블록의 지속시간동안 변동하는 것이 아니라 하나의 블록에서 다른 블록으로 변동될 수 있다.
바람직하게는, 상기 블록은 시간-주파수 공간에서 적어도 하나의 변 및/또는 적어도 하나의 꼭지점이 상기 파일럿 중의 하나와 동일하게 되는 평행사변형을 형성한다.
바람직하게는, 상기 평행사변형의 변 전체가 상기 파일럿에 의해 정의된다.
본 발명의 이점에 따르면, 전송 채널의 전달함수를 예측하기 위해 파일럿 신호의 시퀀스를 추출하는 방법은, 상기 전송 채널의 특성 함수에 따라 상기 파일럿의 시간 및/또는 주파수 밀도를 적용하는 단계를 또한 포함한다.
또한, 본 발명은 원격 스테이션 및 무선 통신 장치 사이에 교환되는 무선 통신 신호에 관한 것이다. 상기 무선 통신 신호는 상기 전송 채널의 적어도 하나의 특성 함수에 따라 변화되는 구조를 갖는 기준 패턴을 포함한다.
또한 본 발명은 수신기, 베이스(base) 스테이션, 전송 시스템 및 상술한 것과 같은 무선 통신 신호의 동기화, 전송 및 수신 과정에 관한 것이다.
본 발명의 다른 특성 및 이점은, 이하에서 한정되지 않는 보기로서 설명되는 바람직한 실시예 및 첨부된 도면을 통해 보다 명확해질 것이다.
본 발명의 일반적인 원리는 전송 채널의 특성 함수에 따라 무선 통신 장치와 원격 스테이션 사이에서 교환되는 신호의 기준 구조의 적용성에 기반한다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 고정된 송신기와 이동 무선 통신 단말 사이의 다중 경로 데이터의 전송의 일례 및 상기 전송에 적용되는 기준 구조의 할당에 대한 메커니즘을 설명하기로 한다.
송신기(스테이션)(1)는 이동 무선 통신 단말(2)에 데이터를 전송한다. 예를 들어, 상기 단말(2)은 사용자의 이동하는 차량에 설치될 수 있다. 상기 스테이션(1)에 의해 전송되는 신호는 단말에 이르기 전에 다른 경로들을 따른다. 특히, 일부 반사체(3, 4, 5)에 의해 반사된다. 또한 장애물(7)에 의해 회절되며, 단말에 근접한 영역(6)에서 국지적인 분산이 발생한다. 따라서, 상기 이동 단말(2)은 고정된 상기 스테이션(1)에 의해 전송되는 몇몇의 동일한 신호를 수신하지만, 상기 이동 단말(2)에 도달하는 경로의 함수에 따라 다른 시간에서 옵셋(offset)도 수신한다.
상기 송신기(1)와 단말(2) 사이에 설정된 상기 전송 채널은 특히 최대 "지연확산"에 의한 특성을 갖는다. 즉, 상기 최대 "지연 확산"은 송신기(1)와 단말(2) 사이에서 도 1에 도시된 최장 경로에 대한 전달 시간에서 최대 확산에 해당한다.
상기 전송 채널은 또한 단말(2)의 속도에 대한 최대 도플러 주파수에 의한 특성을 갖는다.
도 2를 참조하면, 상기 전송 채널의 특성(최대 도플러 및 최대 지연 확산)은 상기 무선 통신 장치(2) 와 원격 스테이션(1) 사이에서 단계(20)가 진행되는 동안 메시지의 형태로 교환된다.
교환되는 정보에 따라, 해당 무선 통신 네트워크 내의 상기 스테이션(1)은, 상기 전송 채널의 특성에 적용되는 기준 패턴을 이용하여 상기 장치(2)와 스테이션(1) 사이의 통신에 대한 주파수 채널을 할당한다. 할당될 수 있는 다양한 주파수 채널은 기능적으로 동일하지만, 기준 심벌의 분배에 관련하여 다른 파형을 갖는다. 따라서, 상기 전송 채널의 특성이 개선됨에 따라(다시 말하면, 전송 환경이 개선됨에 따라), 전송 시스템은 전송 채널의 전달함수를 예측하고 동기화를 유지하기 위해 채널의 용량을 보다 적게 소비하며, 상기 전송 용량 및/또는 오류 보호 용량이 동반하여 개선될 수 있다.
주변 환경 내에서 상기 단말(2)이 이동 또는 예를 들어 그 이동 속도의 변화 때문에, 상기 전송 채널이 시간에 따라 변동한다(22).
이어, 상기 스테이션(1)은 단계(23)가 진행되는 동안, 포함된 기준 구조를 수정하기 위해 상기 장치(2)와 협동할 수 있다. 이러한 형식의 기준 구조는 블록의 지속 시간동안 변화하지 않고, 하나의 블록에서 다른 블록으로 변화할 수 있다. 예를 들어, 이러한 형식의 수정은 "인트라 핸드오버(intra handover)" 절차를 이용하여 실시간에 이루어질 수 있다. 이동하는 무선 통신 셀룰러 시스템에서 "핸드오버"라는 용어는 통신의 중단 없이 통신에 의해 사용되는 전송 수단의 전환을 의미한다.
블록에 의한 전송의 경우에, 상기 전송 채널이 부블록(sub-block)의 지속 시간동안 준고정화(quasi-stationary)된 것으로 고려될 수 있도록, 블록을 몇몇의 부블록으로 분할을 실행하는 것을 고려할 수 있다. 즉, 블록의 지속 시간이 너무 길어서, 예를 들면 WCDMA 채널을 통해 얻어지는 최초 동기화가 블록의 지속 시간을 통해 유효한 것으로 고려될 수 없다면, 상기 블록은 일반적으로 기준 패턴이 다른 부블록으로 분할하는 것이 가능하다. 이어, 성공적으로 전송된 각각의 부블록에 관한 기준 패턴은 양호한 채널의 예측이 가능하도록 결정된다. 보다 일반적으로, 상기 블록의 크기는 임의의 적절한 방법을 사용하고 특히 채널의 고정화를 고려하여 적용된다.
특히 유효 부반송파(sub-carrier)와 기준 부반송파 사이의 에너지 비대칭을 사용함으로써, 상기 스테이션(1)과 장치(2) 사이의 동기화 추적 메커니즘의 사용을 또한 고려할 수 있다.
도 3을 참조하면, 채널 예측 단계(30)는 전송 특성의 결정을 실행한다. 상기 전송 채널이 준고정화 상태로 간주될 수 있는 최대 지속시간에 임의의 변동(31)이 존재하면, WCDMA 형식의 채널을 사용하여 얻어지는 최초 동기화가 블록의 전체 지속시간 동안 유효하도록 전송되는 데이터 블록의 지속 시간을 수정(32)하는 것을시도하는 것이 가능하다.
상기 전송 채널의 특성의 변화(33)(예를 들어, 통신 환경에서의 변동에 대한 함수)에 따라, 다음 단계(34)는 각 데이터 블록에 적용되는 기준 패턴의 구조를 결정한다.
이하, 도 3 내지 도 5를 참조하여, OFDM/OQAM/IOTA 형식의 변조를 사용하는 전송 시스템의 프레임워크(framework) 내에서 본 발명에 따른 전송 채널의 전달함수를 예측하기 위한 파일럿 심벌의 시퀀스를 추출하는 방법의 실시예를 설명하기로 한다. 본 발명은 채널 측정이 필요한 다른 데이터 전송 시스템, 특히 단일 반송파 형식의 변조를 사용하는 전송 시스템에 적용될 수 있음은 자명하다.
특히, 본 발명은, 본 발명과 동일한 출원인에 의해 제출되고, "하부로 할당되는 보충 채널을 갖는 셀룰러 무선 전화 신호 및 그 방법, 시스템, 이동 및 베이스 스테이션"에 관한 프랑스 특허번호 FR 2 777 407에 기재된 전송 시스템의 일부로서 사용될 수 있다.
특히, 오류 수정 코드 및 인터레이싱(interlacing)에 관련될 때, 다중 반송파 시스템은 페이딩(fading) 경로 및 다중 경로에 의해 영향을 받는 전송에 대해 유용하다.
OFDM 변조의 주된 특성은 반송파 네트워크의 밀도이다. 상기 밀도는 IOTA와 같은 OFDM/OQAM("직교 주파수 분할 다중화/옵셋 구상 증폭 변조") 형식의 변조의 2배이다. 또한, 반송파 네트워크의 밀도는( τ0: 심벌 시간, υ0: 부반송파 사이의 간격)으로 정의된다.
도플러 주파수 및 지연 확산 파라미터에 의해 특징 지워지는 채널에 대해, 전송되는 신호에서 전송 채널의 영향은 대칭적이다. 도플러 확산 및 지연 확산에 의한 성능저하는 직접적인 공간에서 콘볼루션(convolution)과 필터링에 상당하며, 역공간(reciprocal space)에서는 증가(multiplication) 또는 감쇄(attenuation)에 상당하다. 게다가, 상기 IOTA 원형(prototype) 함수는 표준화된 변수및에 대해 완벽한 시간-주파수 대칭을 갖는다.
상기 전송 채널 및 상기 원형 함수는 대칭성을 가지므로, 시간 및 주파수에서 인식되는 베이스 신호는 채널에 따라 동일한 시간-주파수 스케일로 사용될 수 있다. 그러므로, 최대 도풀러 및 최대 지연 확산은 표준 유닛에서 심벌의 지속시간을 최적화함으로써 동일하게 된다.
이러한 조건은, 전송되는 신호가 가능한 적게 오류를 일으키도록 전송이 진행되는 동안 시간 및 주파수 차원에 우선권이 주어지지 않는 것을 보장한다.
Ⅰ.1 파일럿 네트워크 구조
Nt를 두 개의 파일럿 사이의 시간에서의 간격이라 두고, Nf를 두 개가 파일럿 사이의 주파수에서의 간격이라 두자. τ0, υ0, Nt, Nf의 파라미터 집합은 물리적 채널을 정의한다. 그러므로, 전달 채널은 단일 물리적 채널에 대응한다.
전달 채널 파라미터의 함수로서 파일럿의 삽입은 역학적으로 관리된다. 이하에 기술되는 본 발명의 특정 실시예에 따르면, 전송되는 블록은 인접하는 전송되는 블록들 사이의 간섭을 감소시키고 증폭 증가 시간을 고려하기 위해 보호간격(guard interval)에 의해 경계가 형성된다.
기준 심벌은, 특징 지워지는 윈도우를 예측하는 채널에 균일하게 분배되며, 주요 채널 변화의 최선의 예측을 제공한다. 이러한 심벌들은, 유효 처리량을 최대화하는 과정에서 최대 정보를 이끌어내기 위해 가능한 많이 서로 분리된다.
Ⅰ.2 기준 반송파 네트워크 및 심벌 시간의 적용
Ⅰ.2.1 심벌 시간의 적용
이하, 3GPP에 의해 정의되는 UMTS 표준에 기반을 둔 본 발명의 특정 실시예에 대해 설명하기로 한다. WCDMA 형식의 채널로부터 얻어지는 동기화를 사용하고, 얻어지는 전달 채널의 형식에 대한 정보를 가정할 것이다. 이어 OFDM/IOTA 변조를 사용한 채널로 변환할 것이다. 채널을 모델링하는 필터의 지원비가 하기 식 2와 같은 τ0과 υ0의 비에 비례하도록 심벌 시간 및 부반송파들 사이의 간격을 결정하기 위해, 네트워크 밀도가 2(하기 식 1)에서 고정된다는 점을 고려하여, 각 전달 채널 형식에 대한 최대 도플러 및 초대 지연에 대한 정보를 사용할 것이다.
심벌 시간은 시스템 프레임 구조(하기 식 3)를 고려하여야 한다.
(p는 정수, Tslot은 슬롯의 지속시간)
ETSI(예를 들어, TR 101 112 v3.2.0, 부록 B.1을 참조하여)에 의해 명시된 UMTS 형식 채널의 분석으로부터 도출되는 다른 값의 τ0과 υ0은 하기의 표 1에서 주어진다.
다른 명시된 전달 환경(10ms 프레임)에 대한 유효 심벌 시간 및 부반송파들 사이의 간격
환경(km/h 단위의 속도) τ0(㎛) υ0(㎛) 수 칩/τ0 수 심벌/슬롯 수 심벌/프레임
실내 A(3)실내 B(3, 10)실외-실내 A(3)실외-실내 B(3, 50)차량 B(50, 120, 250) 133.33 3.75 512 5 75
실내 A(10)실외-실내 B(120)차량 A(50, 120)차량 B(500) 66.67 7.5 256 10 150
실외-실내 A(50)차량 A(250, 500) 33.33 15 128 20 300
실외-실내 A(120) 16.67 30 64 40 600
심벌 시간의 상기와 같은 형식의 적용은 전형적인 OFDM 변조에 기반한 전송 시스템에 대한 형태로 파악되는 것은 아니다.
Ⅰ.2.2 파일럿 분배의 결정
N t 의 결정:
N t 를 시간 차원에 따른 파일럿 샘플링 단계에 두자.
샘플링 이론(샤논의 이론)에 따르면, 시간 차원에 따른 상기 파일럿 샘플링 시간N t τ0은 하기 식을 만족한다:
상기 식에서 BD는 도플러 주파수 대역[-FD, +FD]이고, FD는 최대 도플러 주파수이며, BD=2FD이다.
N f 의 결정:
Nf를 주파수 차원에 따른 파일럿 샘플링 단계에 두자.
주파수 차원에 따른 상기 파일럿 샘플링 시간 Nfυ0은 하기 식 4를 만족한다:
상기 식 4에서 Tmax는 최대 지연 확장이다.
그러므로, 상기에 정의된 두 개의 식을 만족시키도록 파라미터 Nt와 Nf및 이러한 파라미터로부터 결정되는 반송파 네트워크 내의 파일럿 분포를 결정한다.
Ⅰ.2.3 예측 윈도우의 크기의 결정
본 발명의 특정 실시예에서 나타나는 전송 시스템은 몇몇 사용자들 사이에서 고속의 전송 리소스를 공유한다. 특히, 패킷 전송을 사용하는 전송시스템을 고려한다. 따라서, 이러한 형식의 시스템은 주어진 주파수 대역에 대한 임의의 크기를 갖는 패킷의 전송을 가능하게 한다. 특히, 전송되는 블록의 크기의 이러한 다양성은 데이터 블록의 최소 크기를 고정시키는 작은 예측 윈도우를 사용하게 한다.
도 4는 예측 윈도우 내의 파일럿의 분포를 도시한 것이다. 기준 심벌(41)은 시간 간격 Nf및 주파수 간격 Nt를 고려하여 반송파 네트워크(40) 내에 균일하게 분포된다.
예측 윈도우 내에서 평행사변형 형태의 파일럿 분포는 도 5에 도시된 바와 같이 고려될 수 있다.
기준 반송파와 유효 반송파 사이의 에너지 비대칭은 전송되는 신호의 평균 전력 프로파일(profile)의 큰 차이를 가져온다. 그러므로, 파일럿 네트워크의 구조는, 전송이 진행되는 동안 전력 증폭기의 비 선형성에 기인한 성능저하를 제한하기 위해 신호의 포락선 변동의 감소에 대한 제약에 따른다.
도 5는 시간-주파수 공간에서 정보 심벌 네트워크(50)의 일례를 도시하고 있다. 시간-주파수 공간에서 기준 심벌(51)은 평행사변형 형태의 패턴(52)을 형성하기 위해 균일하게 분포된다.
Ⅰ.3 송신기의 원리
도 6은 본 발명에 따른 신호 송신기의 간략한 블록도이다.
고속의 이진 소스(source)(60)인 경우를 고려한다. 이진 소스는 임의의 형식(소리, 영상, 데이터)의 디지털 또는 아날로그 신호를 샘플링한 하나 이상의 소스에 해당하는 일련의 데이터를 나타낸다. 이러한 이진 데이터는 페이딩(fading)을 통해 채널에 적용되는 이진 대 이진 채널 부호화(61)를 필요로 한다. 예를 들어, 리드-솔로몬(Reed-Solomon) 부호와 연결 가능한 격자 부호가 사용될 수 있다. 또는 터보 코드가 사용될 수 있다.
마지막으로, 이러한 데이터는, 필요한 변화를 제공하고, 전송되는 심벌에 영향을 미치는 레일리(Rayleigh) 페이딩을 관련시키기 위한 시간-주파수 공간에 분포된다(62).
보다 일반적으로, 제1 이진 대 이진 부호화가, 시간과 주파수 인터레이싱 및 팩터를 이용한 이진 부호화(매핑)와 함께 실행된다.
이러한 부호화가 이루어진 후, 전송되는 실수형(real)심벌 am,n이 이용 가능하며, 이어 상기 심벌은 OFDM/OQAM/IOTA 변조기(64)를 이용하여 변조된다.
프레임을 형성하는 단계(63)가 반송파 네트워크에 삽입된다. 상기 파일럿 삽입 패턴(시간 및 주파수에서 파일럿의 수, 파일럿들 사이의 간격)은 수신기에 알려진 파라미터인 채널 특성과 전송되는 블록 크기에 따른다.
이어, 상기 변조기(64)에서의 출력에서 생성되는 복소수형 신호가 아날로그 형태로 변환되고, 구상(quadrature)(I 및 Q)에서 두 개의 채널을 사용한 변조기(66)에 의해 최종 주파수로 전환되고, 전송(68)되기 이전에 최종적으로 증폭된다(67).
Ⅰ.4 수신기의 원리
본 발명에 따른 신호 수신기는 전형적인 수신기와 유사한 구조를 갖는다. 특히 본 발명에 따른 신호 수신기는 수신되는 샘플과 상기 수신기에 알려진 시퀀스로부터의 샘플 사이의 상관 문턱(threshold)의 오버슈트(overshoot)를 감지하는 수단 및 전송 채널의 전달함수를 예측하는 수단을 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 수신기는, 기준 패턴의 변화하는 구조에 적용하는 수단을 포함한다. 특히, 상기 수신기는 이하에 설명되는 모드 중의 하나에 따라 작동한다:
- 제1 작동모드에 따르면, 상기 수신기는 신호화 채널을 통해 통신이 진행되는 동안 사용되는 기준 패턴의 구조에 관한 정보를 수신하는 수단을 사용한다.
- 제2 작동모드에 따르면, 상기 수신기는, 이전에 측정된 전송 특성 함수에 따라 통신이 진행되는 동안 사용되는 필수 기준 패턴의 구조를 결정한다.
다른 접근법에 의하면, 제1 작동모드에서는 신호화 및 제어 정보(및 특히 시간-주파수 블록 식별 정보)가 WCDMA 형식의 채널 상에서 전송된다. 제2 작동모드에서는 블록 전송시간 동안 이러한 정보가 IOTA 채널로 변환된다. 모든 경우에서, WCDMA 형식 채널로부터 얻어지는 동기화가 사용되고 최대 주파수 및 시간 확산이 알려진다.
본 발명은 무선 통신 장치와 원격 스테이션 사이에서, 특히 다중 반송파 시스템에서 유효한 디지털 데이터 전송 플로우를 최적화하는데 이용될 수 있다. 또한, 본 발명은 고 스펙트럼 효율(spectral efficiency)로 통신 시스템, 특히 무선 통신 시스템을 실행시키는데 이용할 수 있다. 또한, 본 발명은, 디지털 데이터의 품질과 전송 속도 사이의 양호한 절충을 통신 시스템에 제공하는데 사용할 수 있다. 또한, 본 발명은, 채널의 특성이 양호할 때 유효한 전송 용량의 손실을 제한하여 무선 통신 시스템을 실행하는데 사용할 수 있다. 본 발명은 전송 채널이 분산된 경우라도 상기 채널의 전달함수를 양호하게 예측하는데 사용할 수 있다.

Claims (26)

  1. 적어도 하나의 무선 통신장치가 상기 무선 통신 장치에 기준 패턴을 출력하는 원격 스테이션과 통신하는데 사용되는 전송 채널의 전달함수를 예측하게 하는 파일럿 심벌의 시퀀스 추출방법에 있어서,
    상기 채널의 최대 도플러 주파수 및/또는 최대 지연 확산을 포함하는 그룹에 속하는 적어도 하나의 전송 채널의 특성 함수에 따라, 상기 기준 패턴의 구조가 변화함을 특징으로 하는 파일럿 심벌의 시퀀스 추출방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 파일럿 심벌의 시퀀스 추출방법은,
    통신에서 적어도 하나의 채널을 추출하는 단계를 포함하며, 상기 추출되는 채널들은 기능적으로 동일하지만, 상기 전송 채널의 특성 함수에 따라 상기 기준 패턴의 구조에 대해 구별되는 파형에 기반함을 특징으로 하는 파일럿 심벌의 시퀀스 추출 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 채널을 추출하는 단계는,
    상기 전송 채널의 특성을 나타내는 데이터를 교환하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 파일럿 심벌의 시퀀스 추출방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 교환하는 단계는,
    상기 통신에 대해 신호화 데이터 및/또는 제어 데이터의 전송을 가능하게 함을 특징으로 하는 파일럿 심벌의 시퀀스 추출방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전송 채널은,
    복수개의 반송파 주파수를 각각 형성하는 심벌의 시퀀스를 포함하는 다중 반송파 신호의 전송 채널이며,
    두 개의 연속되는 반송파 주파수 사이의 시간 간격 및/또는 주파수 간격이, 상기 채널의 특성 함수에 따라 변화함을 특징으로 하는 파일럿 심벌의 시퀀스 추출 방법.
  6. 제5항에 있어서, 두 개의 연속되는 반송파 주파수 사이의 시간 간격은,
    초대 도플러 주파수 및 최대 지연 확장이 동일하게 되도록 선택됨을 특징으로 하는 파일럿 심벌의 시퀀스 추출방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 파일럿 심벌의 시퀀스 추출방법은,
    하나의 영구 신호화 채널 및 버스트 모드에서 작동하는 하나의 채널로 이루어진 두 개의 채널을 갖는 시스템에 적용될 때, 상기 전송 채널의 특성은 상기 영구 신호화 채널에서 측정되고, 상기 버스트 모드에서 작동하는 채널은 최적 기준 패턴을 이용하여 직접 시작됨을 특징으로 하는 파일럿 심벌의 시퀀스 추출방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 영구 신호화 채널은,
    CDMA 변조를 사용하고, 상기 버스트 모드에서 작동하는 채널은 다중 반송파 변조를 사용함을 특징으로 하는 파일럿 심벌의 시퀀스 추출방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기준 패턴의 구조에 대한 수정이, 셀룰러 네트워크에 사용되는 "인트라 핸드오버" 형식의 절차를 이용하여 이루어짐을 특징으로 하는 파일럿 심벌의 시퀀스 추출방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기준 패턴은,
    전송되는 신호의 포락선 변동을 제한하도록 형성됨을 특징으로 하는 파일럿 심벌의 시퀀스 추출방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기준 패턴은,
    파일럿이라 불리는 기준 반송파 주파수로부터 형성되고, 상기 파일럿에 대한 시간-주파수 공간에서의 값 및 위치가 상기 무선 통신 장치에 알려지며 상기 시간-주파수 공간에서 균일하게 분포함을 특징으로 하는 파일럿 심벌의 시퀀스 추출방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 파일럿은,
    시간-주파수 공간에서 평행사변형으로 정의됨을 특징으로 하는 파일럿 심벌의 시퀀스 추출방법.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무선 통신 장치 및 상기 원격 스테이션 사이의 적어도 소정의 데이터의 전송은 블록에 의해 이루어짐을 특징으로 하는 파일럿 심벌의 시퀀스 추출방법.
  14. 제5항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 파일럿 심벌의 시퀀스 추출방법은,
    상기 파일럿에 관한 에너지와 전송되는 신호의 정보를 제공하는 반송파 주파수에 관한 에너지를 비교하여 상기 원격 스테이션에 대한 상기 무선 통신 장치의 동기화를 유지하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 파일럿 심벌의 시퀀스 추출방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 파일럿 심벌의 시퀀스 추출방법은,
    상기 블록의 지속시간 동안 상기 채널이 고정화 기준을 따르도록, 상기 전송 채널의 특성 함수에 따라 상기 블록의 지속시간이 적용됨을 특징으로 하는 파일럿 심벌의 시퀀스 추출방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 기준 패턴의 구조는 블록의 지속시간의 함수에 따라 변화함을 특징으로 하는 파일럿 심벌의 시퀀스 추출방법.
  17. 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 블록은,
    시간-주파수 공간에서 적어도 한 변 및/또는 한 꼭지점이 상기 파일럿의 하나와 동일한 평행사변형을 형성함을 특징으로 하는 파일럿 심벌의 시퀀스 추출방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 평행사변형의 변들은,
    상기 파일럿에 의해 전체적으로 정의됨을 특징으로 하는 파일럿 심벌의 시퀀스 추출방법.
  19. 제12항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 파일럿 심벌의 시퀀스 추출방법은,
    상기 전송 채널의 특성 함수에 따라 상기 파일럿의 시간 및/또는 주파수 밀도를 적용하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 파일럿 심벌의 시퀀스 추출방법.
  20. 적어도 하나의 무선 통신 장치와, 상기 무선 통신 장치에 기준 패턴을 전송하는 원격 스테이션을 동기화하는 방법에 있어서,
    전송 채널의 최대 도플러 주파수 및/또는 최대 지연 확산을 포함하는 그룹에속하는 적어도 하나의 상기 전송 채널의 특성 함수에 따라, 통신이 진행되는 동안 상기 기준 패턴의 구조가 변화함을 특징으로 하는 동기화 방법.
  21. 원격 스테이션 및 무선 통신 장치 사이에서 교환되는 무선 통신 신호에 있어서,
    전송 채널의 최대 도플러 주파수 및/또는 최대 지연 확산을 포함하는 그룹에 속하는 적어도 하나의 상기 전송 채널의 특성 함수에 따라 통신이 진행되는 동안 변화하는 구조의 기준 패턴을 포함함을 특징으로 하는 무선 통신 신호.
  22. 제21항에 기재된 무선 통신 신호의 수신기에 있어서,
    전송 채널의 전달 함수를 예측하는 수단을 포함하며,
    상기 예측하는 수단은, 전송 채널의 최대 도플러 주파수 및/또는 최대 지연 확산을 포함하는 그룹에 속하는 적어도 하나의 상기 전송 채널의 특성 함수에 따라 통신이 진행되는 동안 변화하는 구조의 기준 패턴을 처리할 수 있음을 특징으로 하는 무선 통신 신호의 수신기.
  23. 제21항에 기재된 무선 통신 신호를 전송하는 베이스 스테이션에 있어서,
    전송 채널의 최대 도플러 주파수 및/또는 최대 지연 확산을 포함하는 그룹에 속하는 적어도 하나의 상기 전송 채널의 특성 함수에 따라, 통신이 진행되는 기준 패턴의 구조를 수정하는 수단을 포함함을 특징으로 하는 베이스 스테이션.
  24. 제21항에 기재된 무선 통신 신호를 송신하는 방법.
  25. 제21항에 기재된 무선 통신 신호를 수신하는 방법.
  26. 제21항에 기재된 무선 통신 신호를, 적어도 하나의 송신기와 적어도 하나의 수신기 사이에서 전송하는 시스템.
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