KR20090052657A - Apparatus and method for eliminating frequency synchronization error in relay wireless commnication system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 분산적 시공간 블록 부호화(DSTBC : Distributed Space Time Block Coding)를 적용한 중계 방식의 무선통신 시스템에 관한 것으로, 각 중계국과의 채널을 추정하고, 시공간 블록 부호화 코드를 고려하여 등가 채널 행렬을 구성하는 추정기와, 상기 등가 채널 행렬을 QR 분해(QR decomposition)하고, 상기 QR 분해 결과를 이용하여 등화 행렬을 구성하는 분해기와, 수신된 부반송파별 신호에 상기 등화 행렬을 곱합으로써, 수신 신호를 등화하는 등화기와, 등화된 수신 신호 및 QR 분해 결과 얻어지는 R행렬을 이용하여 부반송파별 송신 신호를 검출하는 검출기를 포함하여, 주파수 오프셋 추정으로 인한 오버헤드를 감소시키고, 주파수 동기 오차 제거 성능을 향상시킬 수 있다.The present invention relates to a wireless communication system of a relay method using Distributed Space Time Block Coding (DSTBC), which estimates a channel with each relay station and constructs an equivalent channel matrix in consideration of a space-time block coding code. An estimator to perform QR decomposition on the equivalent channel matrix, and a decomposer constituting an equalization matrix using the QR decomposition result, and equalizing the received signal by multiplying the received subcarrier-specific signal by the equalization matrix. Including an equalizer and a detector for detecting a subcarrier transmission signal using the equalized received signal and the R matrix obtained as a result of QR decomposition, it is possible to reduce overhead due to frequency offset estimation and improve frequency synchronization error cancellation performance. .
중계국(relay station), 분산적 시공간 블록 부호화(DSTBC : Distributed Space Time Block Coding), QR 분해(QR decomposition), DFE(Decision Feedback Equalizer) Relay station, Distributed Space Time Block Coding (DSTBC), QR decomposition, Decision Feedback Equalizer (DFE)
Description
본 발명은 중계 방식의 무선통신 시스템에 관한 것으로, 특히, 중계국들을 이용한 분산적 시공간 블록 부호화(DSTBC : Distributed Space Time Block Coding)을 수행하는 중계 방식의 무선통신 시스템에서 주파수 동기 오차를 제거하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a relay type wireless communication system, and more particularly, to an apparatus for removing frequency synchronization error in a relay type wireless communication system that performs distributed space time block coding (DSTBC) using relay stations. And to a method.
무선통신 시스템을 이용한 고속 및 대용량의 서비스에 대한 요구가 증가함에 따라, 기지국과 단말 간의 신호를 중계하는 중계국의 도입이 고려되고 있다. 상기 중계국을 사용함으로 인해, 기지국의 커버리지(Coverage) 증대, 전송률(Throughput) 개선 등의 효과가 발생한다. 즉, 시스템은 열악한 채널 환경을 가지는 특정 지역에 중계국을 위치시켜 전송률을 향상시키고, 셀 경계 부근에 중계국을 위치시켜 기지국의 커버리지 밖에 있는 단말과 기지국이 통신할 수 있도록 서비 스할 수 있다.As demand for high-speed and high-capacity services using a wireless communication system increases, introduction of a relay station for relaying signals between a base station and a terminal is being considered. By using the relay station, an effect of increasing coverage of the base station and improving throughput is generated. That is, the system can improve the transmission rate by placing the relay station in a specific area having a poor channel environment, and can be located so that the terminal and the base station can communicate with the terminal outside the coverage of the base station by placing the relay station near the cell boundary.
이에 따라, 현재 상기 중계국을 활용하기 위한 다양한 기술이 연구되고 있다. 그중 하나의 기술로서, 이동형 중계국을 이용한 분산적 시공간 블록 부호화(DSTBC : Distributed Space Time Block Coding) 기법이 있다. 도 1은 이동형 중계국을 이용한 분산적 시공간 블록 부호화 기법을 적용한 통신 방식을 도시하고 있다. 상기 도 1은 상향링크 송신의 경우를 도시하고 있다. 상기 도 1을 참조하면, 단말(110)은 다수의 이동형 중계국들(120-1 내지 120-4)로 신호를 송신하고, 상기 다수의 이동형 중계국들(120-1 내지 120-4)은 상기 단말(110)로부터의 신호를 기지국(130)으로 송신한다. 단, 상기 다수의 이동형 중계국들(120-1 내지 120-4)은 가상의 다중 안테나 그룹을 역할을 수행함으로써, 다중 입출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 기술에 적용되는 시공간 블록 부호화 기법을 사용한다. 이때, 상기 다수의 중계국들(120-1 내지 120-4)에 의해 사용되는 시공간 블록 부호화 기법은 상기 다수의 이동형 중계국들(120-1 내지 120-4)의 안테나 개수 총합에 따라 달라진다. 예를 들어, 총 2개의 안테나들이 사용되는 경우, 알라무티(Alamouti) 코드가 사용될 수 있다. Accordingly, various techniques for utilizing the relay station are currently being studied. One technique is distributed space time block coding (DSTBC) using a mobile relay station. 1 illustrates a communication scheme using a distributed space-time block coding technique using a mobile relay station. 1 illustrates a case of uplink transmission. Referring to FIG. 1, a terminal 110 transmits a signal to a plurality of mobile relay stations 120-1 to 120-4, and the plurality of mobile relay stations 120-1 to 120-4 are connected to the terminal. The signal from 110 is transmitted to the base station 130. However, the plurality of mobile relay stations 120-1 to 120-4 use a space-time block coding technique applied to a multiple input multiple output (MIMO) technique by serving as a virtual multiple antenna group. . In this case, the space-time block coding scheme used by the plurality of relay stations 120-1 through 120-4 depends on the total number of antennas of the plurality of mobile relay stations 120-1 through 120-4. For example, if a total of two antennas are used, an Alamouti code may be used.
특히, 상기 도 1에 도시된 바와 같은 분산적 시공간 블록 부호화 기법을 사용하는 시스템이 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 기반의 시스템인 경우, 분산된 다수의 중계국들 간 시간 축 및 주파수 축의 완벽한 동기화가 필수적이다. 다수의 중계국들은 송신단 및 수신단과 서로 다른 전송 거리를 갖음으로 인해 전송 지연에 따른 시간 동기 오차가 발생하지만, 상기 시간 동기 오차는 OFDM 기반 시스템의 특성으로 인해 간단히 해결된다. 하지만, 주파수 동기 오차의 경우, 시스템은 상기 주파수 동기 오차를 제거하기 위한 별도의 대안을 준비해야 한다. 일반적인 다중 입출력 시스템의 경우, 하나의 송신단이 다수의 안테나들을 사용하기 때문에, 안테나들 간 주파수 오프셋은 동일하다. 하지만, 상술한 바와 같이 다수의 중계국들이 모여 하나의 다중 안테나 그룹을 구성하는 경우, 상기 다수의 중계국들 각각의 주파수 오프셋은 서로 다르다. 수신단에서 다수의 중계국들 각각과 주파수 동기화를 수행하는 대안도 유효하지만, 이는 매우 큰 오버헤드(overhead)를 유발시키게 된다. 따라서, 오버헤드를 감수하지 않기 위해, 수신단에서 다수의 중계국들의 주파수 오프셋 차이를 허용하고, 주파수 오프셋 차이를 극복하기 위한 대안이 필요하다.In particular, when a system using a distributed space-time block coding scheme as shown in FIG. 1 is an Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) -based system, perfect synchronization of time and frequency axes between a plurality of distributed RSs is essential. to be. Although a plurality of relay stations have different transmission distances from the transmitting end and the receiving end, a time synchronization error due to a transmission delay occurs, but the time synchronization error is simply solved due to characteristics of an OFDM based system. However, in the case of frequency synchronization error, the system must prepare a separate alternative to eliminate the frequency synchronization error. In a typical multiple input / output system, since one transmitter uses multiple antennas, the frequency offset between the antennas is the same. However, as described above, when a plurality of relay stations are gathered to form one multi-antenna group, frequency offsets of the plurality of relay stations are different from each other. An alternative to performing frequency synchronization with each of the plurality of relay stations at the receiving end is also valid, but this leads to very large overhead. Therefore, in order not to bear the overhead, there is a need for an alternative to allow the frequency offset difference of multiple relay stations at the receiving end and to overcome the frequency offset difference.
따라서, 본 발명의 목적은 중계 방식의 무선통신 시스템에서 주파수 동기 오차를 제거하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an apparatus and method for removing frequency synchronization error in a relay type wireless communication system.
본 발명의 다른 목적은 중계 방식의 무선통신 시스템에서 QR 분해(QR decomposition)을 이용하여 수신 신호를 등화하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide an apparatus and method for equalizing a received signal using QR decomposition in a relay type wireless communication system.
본 발명의 또 다른 목적은 중계 방식의 무선통신 시스템에서Another object of the present invention in a relay wireless communication system
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 분산적 시공간 블록 부호화(DSTBC : Distributed Space Time Block Coding)를 적용한 중계 방식의 무선통신 시스템에서 수신단 장치는, 각 중계국과의 채널을 추정하고, 시공간 블록 부호화 코드를 고려하여 등가 채널 행렬을 구성하는 추정기와, 상기 등가 채널 행렬을 QR 분해(QR decomposition)하고, 상기 QR 분해 결과를 이용하여 등화 행렬을 구성하는 분해기와, 수신된 부반송파별 신호에 상기 등화 행렬을 곱합으로써, 수신 신호를 등화하는 등화기와, 등화된 수신 신호 및 QR 분해 결과 얻어지는 R행렬을 이용하여 부반송파별 송신 신호를 검출하는 검출기를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to a first aspect of the present invention for achieving the above object, in a wireless communication system of a relay method using Distributed Space Time Block Coding (DSTBC), the receiving end apparatus estimates a channel with each relay station. An estimator constituting an equivalent channel matrix in consideration of a space-time block coding code, a QR decomposition of the equivalent channel matrix, and an equalizer constituting an equalization matrix using the QR decomposition result, and a received subcarrier signal And an equalizer for equalizing a received signal by multiplying by the equalization matrix, and a detector for detecting a subcarrier transmission signal using the equalized received signal and an R matrix obtained as a result of QR decomposition.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 분산적 시공간 블록 부호화를 적용한 중계 방식의 무선통신 시스템에서 수신단의 신호 검출 방법은, 각 중계국과의 채널을 추정하고, 시공간 블록 부호화 코드를 고려하여 등가 채널 행렬을 구성하는 과정과, 상기 등가 채널 행렬을 QR 분해하고, 상기 QR 분해 결과를 이용하여 등화 행렬을 구성하는 과정과, 수신된 부반송파별 신호에 상기 등화 행렬을 곱합으로써, 수신 신호를 등화하는 과정과, 등화된 수신 신호 및 QR 분해 결과 얻어지는 R행렬을 이용하여 부반송파별 송신 신호를 검출하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to a second aspect of the present invention for achieving the above object, a signal detection method of a receiving end in a relay type wireless communication system using distributed space-time block coding, estimates a channel with each relay station, A process of constructing an equivalent channel matrix in consideration, QR decomposition of the equivalent channel matrix, constructing an equalization matrix using the QR decomposition result, and multiplying the equalization matrix by a received subcarrier signal, thereby receiving a received signal. And a step of detecting the transmission signal for each subcarrier by using the equalized received signal and the R matrix obtained as a result of QR decomposition.
중계 방식의 무선통신 시스템에서 QR 분해(QR decomposition) 및 DFE(Decision Feedback Equalizer)를 이용하여 신호를 검출함으로써, 주파수 오프셋 추정으로 인한 오버헤드를 감소시키고, 주파수 동기 오차 제거 성능을 향상시킬 수 있다.By detecting signals using QR decomposition and Decision Feedback Equalizer (DFE) in a relay wireless communication system, overhead due to frequency offset estimation can be reduced and frequency synchronization error cancellation performance can be improved.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우, 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
이하 본 발명은 중계 방식의 무선통신 시스템에서 주파수 동기 오차를 제거하기 위한 기술에 대해 설명한다. 특히, 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing : 이하 'OFDM'이라 칭함) 방식에 따르는 중계 방식의 무선통신 시스템에서 주파수 동기 오차를 제거하기 위한 기술에 대해 설명한다. 이하 본 발명은 1개의 안테나를 갖는 2개의 중계국들을 사용하고, 알라무티(Alamouti) 코드를 사용하는 경우를 예로 들어 설명하며, 다른 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.Hereinafter, a description will be given of a technique for removing frequency synchronization error in a relay wireless communication system. In particular, a description will be given of a technique for eliminating frequency synchronization error in a wireless communication system of a relay method according to Orthogonal Frequency Division Multiplexing (hereinafter, referred to as 'OFDM'). Hereinafter, the present invention will be described using two relay stations having one antenna and using an Alamouti code as an example, and may be equally applicable to other cases.
본 발명에서 고려하는 분산적 시공간 블록 부호화(DSTBC : Distributed Space Time Block Coding)에 따르는 경우, 송신단, 중계국A, 중계국B의 송신 신호는 하기 <수학식 1>과 같다.According to the distributed space time block coding (DSTBC) considered in the present invention, the transmission signals of the transmitting end, the relay station A, and the relay station B are represented by
상기 <수학식 1>에서, 상기 는 송신단에서 송신된 t번째 OFDM 심벌을 의미한다. In
즉, 중계국A 및 중계국B는 송신단로부터 2개의 OFDM 심벌들을 수신하고, 수 신된 OFDM 심벌들을 알라무티 코드에 따라 시공간 블록 부호화하여 송신한다. 만일, 주파수 동기가 일치한 경우, 중계국들과 수신단 간의 등가 채널 행렬은 하기 <수학식 2>와 같이 표현된다.That is, relay station A and relay station B receive two OFDM symbols from a transmitter, and transmits received OFDM symbols by space-time block encoding according to an Alamouti code. If the frequency synchronization coincides, the equivalent channel matrix between the relay stations and the receiving end is expressed by
상기 <수학식 2>에서, 상기 는 등가 채널 행렬, 상기 는 시공간 블록 부호화된 t번째 OFDM 심벌에서 n번째 부반송파에 대응되는 신호에 대한 채널, 상기 은 하나의 OFDM 심벌에 포함되는 신호 개수, 즉, 부반송파 개수를 의미한다.In
하지만, 주파수 동기가 일치하지 않은 경우, 상기 <수학식 2>에 나타난 등가 채널 행렬에서 0인 원소들은 주파수 동기 오차로 인해 0이 아닌 값이 된다. 또한, 상기 등가 채널 행렬의 각 부분 행렬의 대각 성분들도 변화된다. 이로 인해, 수신단은 각 부반송파에 매핑된 신호들을 서로 섞여진 형태로 수신한다.However, if the frequency synchronization does not match,
따라서, 주파수 동기 오차로 인해 서로 섞여진 부반송파별 신호들을 분리해내기 위해, 본 발명에 따르는 수신단은 등가 채널 행렬을 추정하고, 상기 등가 채널 행렬을 부분 행렬별로 QR 분해(QR decomposition)한 후, 순차적으로 모든 부반송파별 신호들을 분리한다. 여기서, 상기 QR 분해는 하나의 행렬을 Q행렬과 R행렬의 곱으로 분해하는 연산으로서, 상기 R행렬은 상 삼각행렬(upper triangular matrix)이다. 상기 수신단의 동작을 수식을 참조하여 순차적으로 설명하면 다음과 같다.Accordingly, in order to separate signals for subcarriers mixed with each other due to frequency synchronization error, the receiver according to the present invention estimates an equivalent channel matrix, performs QR decomposition on the equivalent channel matrix for each partial matrix, and then sequentially Separates all subcarrier-specific signals. Here, the QR decomposition is an operation of decomposing one matrix into a product of a Q matrix and an R matrix, and the R matrix is an upper triangular matrix. The operation of the receiver will be described sequentially with reference to a formula.
먼저, 수신단은 중계국들 각각과의 채널을 추정하고, 하기 <수학식 3>과 같은 형태의 등가 채널 행렬을 구성한다.First, the receiving end estimates a channel with each of the relay stations, and constructs an equivalent channel matrix having a form as shown in Equation 3 below.
상기 <수학식 3>에서, 상기 는 등가 채널 행렬, 상기 는 중계국A로부터 수신된 첫 번째 OFDM 심벌에 대한 등가 채널 부분 행렬, 상기 는 중계국B로부터 수신된 첫 번째 OFDM 심벌에 대한 등가 채널 부분 행렬, 상기 는 중계국B로부터 수신된 두 번째 OFDM 심벌에 대한 등가 채널 부분 행렬, 상기 는 중계국A로부터 수신된 두 번째 OFDM 심벌에 대한 등가 채널 부분 행렬을 의미한다.In Equation 3, Is the equivalent channel matrix, Is an equivalent channel partial matrix for the first OFDM symbol received from RS A, Is an equivalent channel partial matrix for the first OFDM symbol received from RS B, Equivalent channel submatrix for the second OFDM symbol received from RS B, Denotes an equivalent channel partial matrix for the second OFDM symbol received from RS A.
그리고, 수신단은 상기 등가 채널 행렬의 각 부분 행렬을 QR 등화 행렬 하기 <수학식 4>와 같은 등화 채널을 생성한다.The receiver generates an equalization channel as shown in Equation 4 below by performing a QR equalization matrix on each partial matrix of the equivalent channel matrix.
상기 <수학식 4>에서, 상기 은 등화 채널, 즉, 등가 채널 행렬의 각 부분 행렬을 QR 분해한 결과 얻어지는 R행렬들을 부분 채널로 갖는 행렬, 상기 는 등가 채널 행렬의 부분 행렬 X를 QR 분해한 결과 얻어지는 R행렬의 i행j열 원소를 의미한다.In Equation 4, Is an equalization channel, i.e., a matrix having R matrices as partial channels obtained by QR decomposition of each partial matrix of the equivalent channel matrix, Denotes an i-row j-column element of the R matrix obtained by QR decomposition of the partial matrix X of the equivalent channel matrix.
그리고, 수신단은 상기 등화 채널을 이용하여 수신 신호를 등화하기 위한 등화 행렬를 생성한다. 상기 등화 행렬는 하기 <수학식 5>와 같은 특성을 이용하여 생성되며, 각 부분 행렬별 Q행렬의 역행렬을 부분 행렬로 갖는 행렬이다.The receiver generates an equalization matrix for equalizing the received signal using the equalization channel. The equalization matrix is generated using a property such as
상기 <수학식 5>에서, 상기 는 채널 행렬, 상기 은 QR 분해 결과 얻 어지는 Q행렬, 상기 은 QR 분해 결과 얻어지는 R행렬을 의미한다. In
이후, 수신단은 2회에 걸쳐 2개의 중계국들로부터 수신되는 OFDM 심벌들을 FFT(Fast Fourier Transform) 연산하여 부반송파별 신호로 변환한 후, 상기 등화 행렬를 곱함으로써, 수신 신호를 하기 <수학식 6>과 같이 등화한다.Subsequently, the receiving end converts OFDM symbols received from two relay stations into two subcarrier signals by performing Fast Fourier Transform (FFT) operation, and multiplies the equalization matrix to multiply the received signal by
상기 <수학식 6>에서, 상기 은 등화 행렬, 상기 는 2회에 걸쳐 2개의 중계국들로부터 수신된 신호 벡터, 상기 는 등가 채널 행렬, 상기 는 송신 신호 벡터, 상기 는 잡음, 상기 은 등화 채널을 의미한다.In
등화된 수신 신호에서 N번째 부반송파에 대응되는 수신 신호는 간섭의 영향을 받지 않고, N번째 부반송파에 대응되는 송신 신호 성분만을 포함한다. 따라서, 수신단은 각 부분 행렬에서 N번째 부반송파에 대응되는 송신 신호를 검출하고, 부분 행렬별로 검출된 4개의 신호들을 알라무티 코드에 따라 디코딩하여 N번째 부반송파에 대응되는 2개의 송신 신호들을 검출한다.The received signal corresponding to the Nth subcarrier in the equalized received signal is not affected by the interference and includes only a transmission signal component corresponding to the Nth subcarrier. Accordingly, the receiving end detects a transmission signal corresponding to the Nth subcarrier in each submatrix, and decodes four signals detected for each submatrix according to an Alamouti code to detect two transmission signals corresponding to the Nth subcarrier.
그리고, 수신단은 N-1번째 부반송파에 대응되는 수신 신호에서 N번째 부반송파에 대응되는 2개의 송신 신호들의 간섭을 제거한다. 이를 수식으로 표현하면 하기 <수학식 7>과 같다.The receiver removes interference of two transmission signals corresponding to the Nth subcarrier from the received signal corresponding to the N−1th subcarrier. If this is expressed as an equation, Equation 7 is obtained.
상기 <수학식 7>에서, 상기 는 등화된 t번째 OFDM 심벌의 k번째 부반송파에 대응되는 신호에서 다른 부반송파의 신호들로부터의 간섭을 제거한 신호, 상기 는 등화된 t번째 OFDM 심벌의 k번째 부반송파에 대응되는 신호, 상기 은 부반송파 개수, 상기 은 중계국A에 대응되는 부분 행렬의 등화 채널의 k행n열 원소, 상기 은 중계국B에 대응되는 부분 행렬의 등화 채널의 k행n열 원소, 상기 는 t번째 OFDM 심벌의 n번째 부반송파에 대응되는 송신 신호의 검출 값을 의미한다.In Equation 7, Is a signal which removes interference from signals of other subcarriers in a signal corresponding to a kth subcarrier of an equalized t-th OFDM symbol, Is a signal corresponding to k th subcarrier of an equalized t th OFDM symbol, Is the number of subcarriers, Is the k-row n-column element of the equalization channel of the partial matrix corresponding to relay station A, Is the k-row n-column element of the equalization channel of the partial matrix corresponding to relay station B, Denotes a detection value of a transmission signal corresponding to the n th subcarrier of the t th OFDM symbol.
상기 <수학식 7>과 같이 간섭을 제거한 후, 수신단은 간섭 제거된 신호로부터 송신 신호를 검출한다. 수신단은 상술한 간섭 제거 및 송신 신호 검출을 부반송파 개수만큼 반복함으로써, 모든 부반송파들에 대응되는 송신 신호들을 검출한다.After the interference is removed as shown in Equation 7, the receiving end detects the transmission signal from the interference canceled signal. The receiver detects transmission signals corresponding to all subcarriers by repeating the aforementioned interference cancellation and transmission signal detection by the number of subcarriers.
이하 본 발명은 상술한 방식에 따라 신호를 검출하는 수신단의 구성 및 동작 절차를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings the configuration and operation of the receiving end for detecting a signal in the above-described manner.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 중계 방식의 무선통신 시스템에서 수신단의 블록 구성을 도시하고 있다.2 is a block diagram of a receiver in a relay wireless communication system according to an exemplary embodiment of the present invention.
상기 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 수신단은 RF(Radio Frequency)수신기(202), OFDM복조기(204), 부반송파디매핑기(206), 채널추정기(208), QR분해기(210), 등화기(212), DFE(Decision Feedback Equalizer)검출기(214), 복조 및 복호화기(216)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 2, the receiver includes a radio frequency (RF)
상기 RF수신기(202)는 안테나를 통해 수신되는 RF대역 신호를 기저대역 신호로 변환한다. 여기서, 상기 안테나를 통해 수신되는 RF대역 신호는 다수의 중계국들에서 분산적 시공간 블록 부호화된 후 송신된 OFDM 심벌들을 합한 신호이다. 상기 OFDM복조기(204)는 상기 RF수신기(202)로부터의 신호를 OFDM 심벌 단위로 구분한 후, CP(Cyclic Prefix)를 제거하고, FFT 연산을 통해 부반송파별 신호들로 변환한다. 상기 부반송파디매핑기(206)는 상기 부반송파별 신호들을 처리 절차에 따라 분류한다. 즉, 상기 부반송파디매핑기(206)는 채널 추정에 사용될 신호를 추출하여 상기 채널추정기(208)로 제공하고, 등화 및 복조될 신호를 추출하여 상기 등화기(212)로 제공한다.The
상기 채널추정기(208)는 상기 부반송파디매핑기(206)로부터 제공되는 채널 추정을 위한 미리 약속된 신호, 즉, 파일럿(pilot) 신호를 이용하여 각 중계국과의 부반송파별 채널을 추정한다. 특히, 본 발명에 따라, 상기 채널추정기(208)는 시공간 블록 부호화 코드를 고려한 등가 채널 행렬을 구성한다. 여기서, 상기 등가 채 널 행렬은 각 중계국에서 송신된 OFDM 심벌 개수만큼의 부분 행렬들로 구성된다. 예를 들어, 알라무티 코드의 경우, 상기 등가 채널 행렬은, 상기 <수학식 3>과 같이, 4개의 부분 행렬들로 구성된다.The
상기 QR분해기(210)는 상기 등가 채널 행렬의 각 부분 행렬을 QR 분해하고, 각 부분행렬의 Q행렬의 역행렬들로 구성되는 등화 행렬를 생성한다. 상기 QR분해기(210)는 상기 등화 행렬를 상기 등화기(212)로 제공하고, 각 부분행렬의 R행렬들로 구성되는 행렬을 상기 DFE검출기(214)로 제공한다. 상기 등화기(212)는 부반송파별 수신 신호에 상기 등화 행렬를 곱함으로써, 수신 신호를 등화한다.The
상기 DFE검출기(214)는 등화된 수신 신호와 등가 채널 행렬의 각 부분 행렬을 QR 분해 결과 얻어지는 R행렬들을 이용하여 부반송파별 송신 신호를 검출한다. 상세히 말하면, 상기 DFE검출기(214)는 각 부분 행렬에서 N번째 부반송파에 대응되는 신호, 즉, R행렬의 마지막 행 마지막 열의 원소와 곱해진 신호를 최초 검출하고, 부분 행렬별로 검출된 신호들을 시공간 블록 부호화 코드에 따라 디코딩하여 N번째 부반송파에 대응되는 송신 신호들을 검출한다. 그리고, 상기 DFE검출기(214)는, 상기 <수학식 7>과 같이, N-1번째 부반송파에 대응되는 수신 신호에서 N번째 부반송파에 대응되는 2개의 송신 신호들의 간섭을 제거한 후, 간섭 제거된 신호로부터 송신 신호를 검출한다. 상기 DFE검출기(214)는 상술한 간섭 제거 및 송신 신호 검출을 부반송파 개수만큼 반복함으로써, 모든 부반송파들에 대응되는 송신 신호들을 검출한다.The
상기 복조 및 복호화기(216)는 상기 DFE검출기(214)에 의해 검출된 신호들을 복조하여 부호화 비트열로 변환하고, 상기 부호화 비트열을 복호화하여 정보 비트열로 변환한다.The demodulator and
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 중계 방식의 무선통신 시스템에서 수신단의 신호 검출 절차를 도시하고 있다.3 illustrates a signal detection procedure of a receiver in a relay wireless communication system according to an exemplary embodiment of the present invention.
상기 도 3을 참조하면, 상기 수신단은 301단계에서 수신된 OFDM 심벌, 즉, 다수의 중계국들에서 분산적 시공간 블록 부호화된 후 송신된 OFDM 심벌들을 합한 신호를 부반송파별 신호들로 변환한다.Referring to FIG. 3, the receiving end converts the OFDM symbols received in
이어, 상기 수신단은 303단계로 진행하여 채널 추정을 위한 미리 약속된 신호, 즉, 파일럿 신호를 이용하여 각 중계국과의 부반송파별 채널을 추정한다. 또한, 상기 수신단은 시공간 블록 부호화 코드를 고려한 등가 채널 행렬을 구성한다. 여기서, 상기 등가 채널 행렬은 각 중계국에서 송신된 OFDM 심벌 개수만큼의 부분 행렬들로 구성된다. 예를 들어, 알라무티 코드의 경우, 상기 등가 채널 행렬은, 상기 <수학식 3>과 같이, 4개의 부분 행렬들로 구성된다.In
상기 등가 채널 행렬을 구성한 후, 상기 수신단은 305단계로 진행하여 상기 등가 채널 행렬의 각 부분 행렬을 QR 분해한다. 즉, 상기 수신단은 상기 등가 채널 행렬의 각 부분 행렬을 QR 분해함으로써, 각 부분 행렬의 Q행렬 및 R행렬을 획득한다.After constructing the equivalent channel matrix, the receiver proceeds to step 305 to QR decompose each partial matrix of the equivalent channel matrix. That is, the receiving end obtains the Q matrix and the R matrix of each partial matrix by QR decomposition of each partial matrix of the equivalent channel matrix.
이어, 상기 수신단은 307단계로 진행하여 각 부분행렬의 Q행렬의 역행렬들로 구성되는 등화 행렬를 생성한다. 다시 말해, 상기 수신단은 상기 Q행렬들의 역행렬 들을 부분 행렬들로 갖는 등화 행렬를 생성한다.In
상기 등화 행렬를 생성한 후, 상기 수신단은 309단계로 진행하여 부반송파별 수신 신호에 상기 등화 행렬를 곱함으로써, 수신 신호를 등화한다.After generating the equalization matrix, the receiver proceeds to step 309 to equalize the received signal by multiplying the equalized matrix by the received signal for each subcarrier.
상기 수신 신호를 등화한 후, 상기 수신단은 311단계로 진행하여 n번째 부반송파에 대응되는 송신 신호를 검출한다. 이때, 상기 n은 N으로 초기화되어 있으며, N번째 부반송파는 마지막 부반송파로서, 등화된 수신 신호에서 상기 N번째 부반송파에 대응되는 수신 신호는 다른 부반송파에 대응되는 송신 신호로부터 간섭의 영향을 받지않다.After equalizing the received signal, the receiver proceeds to step 311 and detects a transmission signal corresponding to the nth subcarrier. In this case, n is initialized to N, and the Nth subcarrier is the last subcarrier, and a received signal corresponding to the Nth subcarrier in an equalized received signal is not affected by interference from a transmission signal corresponding to another subcarrier.
상기 n번째 부반송파에 대응되는 송신 신호를 검출한 후, 상기 수신단은 313단계로 진행하여 n-1번째 부반송파에 대응되는 수신 신호에서 상기 n번째 부반송파에 대응되는 신호로 인한 간섭을 제거한다.After detecting the transmission signal corresponding to the nth subcarrier, the receiver proceeds to step 313 to remove interference due to the signal corresponding to the nth subcarrier from the received signal corresponding to the n-1th subcarrier.
이어, 상기 수신단은 315단계로 진행하여 n-1번째 부반송파에 대응되는 송신 신호를 검출한다.In
상기 n-1번째 부반송파에 대응되는 송신 신호를 검출한 후, 상기 수신단은 317단계로 진행하여 상기 n-1이 1인지 확인한다. 다시 말해, 상기 수신단은 모든 부반송파들 각각에 대응되는 신호들을 검출하였는지 확인한다.After detecting the transmission signal corresponding to the n-th subcarrier, the receiver proceeds to step 317 and checks whether n-1 is 1. In other words, the receiver checks whether signals corresponding to each of all subcarriers have been detected.
만일, 상기 n-1이 1이 아니면, 즉, 검출되지 않은 신호가 존재하면, 상기 수신단은 319단계로 진행하여 n을 1 감소시킨 후, 상기 313단계로 진행한다. 반면, 상기 n-1이 1이면, 즉, 모든 신호들을 검출하였으면, 상기 수신단은 본 절차를 종료한다.If n-1 is not 1, that is, if there is an undetected signal, the receiver proceeds to step 319 to decrease n by 1 and then proceeds to step 313. On the other hand, if n-1 is 1, i.e., all signals are detected, the receiving end terminates this procedure.
등화된 수신 신호와 등가 채널 행렬의 각 부분 행렬을 QR 분해 결과 얻어지는 R행렬들을 이용하여 부반송파별 송신 신호를 검출한다. 즉, 상기 DFE검출기(214)는 각 부분 행렬에서 N번째 부반송파에 대응되는 신호를 검출하고, 부분 행렬별로 검출된 신호들을 시공간 블록 부호화 코드에 따라 디코딩하여 N번째 부반송파에 대응되는 송신 신호들을 검출한다. 그리고, 상기 DFE검출기(214)는, 상기 <수학식 7>과 같이, N-1번째 부반송파에 대응되는 수신 신호에서 N번째 부반송파에 대응되는 2개의 송신 신호들의 간섭을 제거한 후, 간섭 제거된 신호로부터 송신 신호를 검출한다. 상기 DFE검출기(214)는 상술한 간섭 제거 및 송신 신호 검출을 부반송파 개수만큼 반복함으로써, 모든 부반송파들에 대응되는 송신 신호들을 검출한다.Each sub-matrix of the equalized received signal and the equivalent channel matrix is detected using sub-carrier transmission signals using R matrices obtained by QR decomposition. That is, the
도 4는 본 발명에 따른 검출 방식의 성능을 도시하고 있다. 상기 도 4는 본 발명에 따른 검출 방식을 적용한 시스템의 모의 실험 결과를 도시하고 있으며, 상기 모의 실험에서 가정한 통신 환경은 하기 <표 1>과 같다.4 shows the performance of a detection scheme according to the invention. 4 illustrates a simulation result of the system to which the detection method according to the present invention is applied, and the communication environment assumed in the simulation is as shown in Table 1 below.
상기 도 4에서, 가로 축은 비트 에너지대 잡음 전력(Eb/No)을 나타내고, 세로축은 비트 에러율(BER : Bit Error Rate)를 나타낸다. 또한, 상기 도 4의 범례에서, Δε는 주파수 동기 오차 정도를 나타내는 모의 실험 변수로서, 주파수 오프셋 대 부반송파 주파수 간격 비(Δf/fs)를 의미한다. 그리고, εk는 중계국k와 수신단간 주파수 오프셋을 의미한다. Δε이 0인 경우는 2개의 중계국들과 수신단 간 주파수 동기가 정확히 일치하는 경우이다. 즉, Δε이 0인 경우의 성능은 주파수 오차 제거 성능의 최대 한계이다. 상기 도 4를 참조하면, Δε이 0.1 이하인 경우, 본 발명에 따른 검출 방식은 완벽하게 동기화된 시스템의 성능에 근접하고 있으며, 이 경우의 성능 손실은 약 0.5dB 이하이다. 그리고, Δε이 0.2인 경우, 비트 에러율이 10- 4일때, 본 발명에 따른 검출 방식의 성능 손실은 약 3dB이다. 이는, 주파수 오프셋이 커짐에 따라, 간섭의 영향이 커지기 때문이며, 본 발명에 따른 검출 방식은 Δε이 0.2 이하인 경우에 간섭 제거 효과를 보인다. 일반적으로, 전송 다이버시티 차수는 비트 에러율 그래프의 기울기로 평가되는데, 상기 도 4에서 Δε이 0.2 이하인 경우에, 완벽하게 동기화된 시스템과 동일한 전송 다이버시티 차수가 획득됨을 확인할 수 있다.In FIG. 4, the horizontal axis represents bit energy to noise power (Eb / No), and the vertical axis represents bit error rate (BER). In addition, in the legend of FIG. 4, Δε is a simulation variable representing the degree of frequency synchronization error, and means a frequency offset to subcarrier frequency interval ratio Δf / f s . And ε k means the frequency offset between the relay station k and the receiving end. When Δε is 0, frequency synchronization between two relay stations and a receiver is exactly matched. In other words, the performance when Δε is 0 is the maximum limit of the frequency error cancellation performance. Referring to FIG. 4, when Δε is 0.1 or less, the detection scheme according to the present invention is close to the performance of a perfectly synchronized system, and the performance loss in this case is about 0.5 dB or less. And, in the case of Δε of 0.2, the bit error rate is 10-4 when, the performance loss of the detection method according to the invention is about 3dB. This is because the influence of interference increases as the frequency offset increases, and the detection scheme according to the present invention exhibits an interference cancellation effect when Δε is 0.2 or less. In general, the transmit diversity order is evaluated as the slope of the bit error rate graph. When Δε is 0.2 or less in FIG. 4, it can be confirmed that the same transmit diversity order as that of a perfectly synchronized system is obtained.
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 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Meanwhile, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the scope of the following claims, but also by the equivalents of the claims.
도 1은 중계 방식의 무선통신 시스템에서 이동형 중계국을 이용한 분산적 시공간 블록 부호화(DSTBC : Distributed Space Time Block Coding) 기법을 적용한 통신 방식을 도시하는 도면,1 is a diagram illustrating a communication scheme using Distributed Space Time Block Coding (DSTBC) technique using a mobile relay station in a relay communication system;
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 중계 방식의 무선통신 시스템에서 수신단의 블록 구성을 도시하는 도면,2 is a block diagram of a receiver in a relay wireless communication system according to an embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 중계 방식의 무선통신 시스템에서 수신단의 신호 검출 절차를 도시하는 도면,3 is a diagram illustrating a signal detection procedure of a receiver in a relay wireless communication system according to an embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명에 따른 검출 방식의 성능을 도시하는 도면.4 shows the performance of a detection scheme according to the invention.
Claims (14)
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2007
- 2007-11-21 KR KR1020070119273A patent/KR101375732B1/en not_active IP Right Cessation
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