단일 반송파 주파수 분할 다중접속 시스템에서의 주파수 도메인 채널 추정 document_id A220623109028

주파수 분할 다중접속(Frequency Division Multiple Access, FDMA) 또는 SC-FDMA와 결합된 단일 반송파(SC) 전송이 장래 무선통신 시스템의 핵심 다중접속방식으로서 떠오르고 있다. 예컨대, SC-FDMA 기술은 현재 범용 이동통신 시스템(Universal Mobile Telecommunications System, UMTS)의 진화로 생각되며, 주로 진화된 UTRA(E-UTRA) 또는 수퍼 3G(S3G) 시스템이라고 한다. 단일 반송파 무선 접속기술은 피크 대 평균 전력비(Peak-to- Average Power Ratio, PAPR)가 낮다는 이점이 있다. 이 특성은 이동 송수화기의 전력소비를 최소로 줄이고 (이동 단말기에서 기지국까지) 업링크 구역(uplink coverage)을 최대화하는데 중요하며, 이는 주로 이동 송수화기 전송전력에 의해 제한된다. SC-FDMA 기술은 셀내에 있는 사용자가 자신의 데이터 속도에 무관하게 동시에 전송하게 한다. 실제로, "단일 반송파(single carrier)" 기술이라고 하나, 이 전송방식은 다른 주파수 부대역(sub-bands)(부반송파)에 할당되어 "직교"를 이루는 다양한 사용자들을 고려하며, 이 특성은 심지어 시분산 채널(time-dispersive channels)에서도 유지된다. 수신기에서의 등화기술로 인해 검출성능 수준은 심지어 완전히 로드된 셀에서 그리고 시분산 채널에 걸쳐 결합된 정합필터에 더 가까이 다가 갈 수 있다. 장래 무선통신 시스템에 유망한 것으로 여겨지는 또 다른 신호처리방식은 글자로 주파수 도메인 등화(Frequency Domain Equalization, FDE)로서 표기된 주파수 도메인에서 채널응답의 등화이다. SC-FDMA와 주파수 도메인 등화의 조합으로 피크 대 평균 전력비(PAPR)가 낮고 기본적으로는 전반적으로 복잡도가 동일한 직교 주파수 분할 다중방식(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)과 유사한 성능 수준에 이르게 된다. 낮은 PAPR은 차례로 SC 송신기의 전력 증폭기가 소정의 평균전력을 지원하는데 더 작은 선형범위를 필요로 하거나, 다르게 말하면, 피크 전력 백오프(peak power back-off)를 덜 필요로 하는 것을 의미한다. 이로써, 이러한 접근은 비교할 수 있는 OFDM 시스템에 대해 더 저렴한 전력 증폭기의 사용을 가능하게 한다: 이것은 꽤 상당한 이점인데, 왜냐하면 전력증폭기가 사용자 장비(UE) 트랜시버에서 가장 값비싼 부품 중 하나이기 때문이다. 2가지 타입의 SC-FDMA 전송방식, 즉, "지역 SC-FDMA"(LFDMA) 및 "분산 SC-FDMA(DFDMA)"가 장래 광대역 무선 시스템의 애플케이션으로 현재 고려된다. LFDMA에서, 시스템 대역폭의 소정 부분에서 한 세트의 연속 주파수들이 각 사용자에 할당되고 다른 사용자들은 비중첩 주파수 대역을 통해 전송한다. 이러한 방식은 (소정 사용자의 전송 포맷이 채널 특성을 기초로 하여 선택되는) 주파수 스케쥴 전송에 적합하며 발진기 허용오차, 위상잡음 또는 도플러 효과로 인한 주파수 오프셋에 대하여 강건하다. 다른 한편으로, 지역 방식은 광대역 무선채널에 이용가능한 주파수 다이버시티(frequency diversity )를 이용하지 않는다. 반대로, DFDMA에서, 다중접속은 전체 시스템 대역에 걸쳐 확직교 부반송파를 다른 사용자에 할당함으로써 달성된다. DFDMA는 사용자 신호가 다른 상관없는 부반송파를 통해 전송되기 때문에 주파수 다이버시티가 달성된다. 그러나, 있을 수 있는 주파수 오프셋으로 인해 사용자 직교성이 상실되는 것을 방지하기 위해 몇몇 전략이 채택되어야 한다. 지역 및 분산 단일 반송파 신호 모두는 시간 도메인 또는 주파수 도메인 중 어느 하나에서 발생될 수 있다. 단일 반송파 신호의 시간 도메인 발생을 글자로 인터리브 FDMA(IFDMA)라 한다. IFDMA 전송기술의 상세한 설명은 유.솔저(U. Sorger), 아이. 브로엑(I. De Broek), 엠. 슈넬(M. Schnell)의 논문 "Interleaved FDMA - A new Spread-Spectrum Multiple-Access Scheme". ICC 1998 - IEEE International Conference on Communications, no. 1, 1998년 6월, pp. 1013- 1017에 기재되어 있다. 단일 반송파가 또한 주파수 도메인에서 발생될 수 있다. 상기 단일 반송파의 주파수 도메인 발생은 글자로 DFT 확산 OFDM(DFT-SOFDM) 또는 DFT 프리코딩 OFDM이라 한다. DFT-SOFDM 기술의 상세한 설명은 알. 디니스(R. Dinis), 디. 팔코너(D. Falconer)의 논문 "A Multiple Access Scheme for the Uplink of Broadband Wireless Systems". IEEE Communications Society, Globecom 2004, pp. 3808-3812에 기재되어 있다. 단일 반송파 신호의 시간 도메인 및 주파수 도메인 발생은 유사한 타입의 신호를 발생하므로, 유사한 수신기 구조들이 신호 복조에 이용될 수 있다. 복잡도가 낮기 때문에 특히 매력적인 수신기 구조는 주파수 도메인 등화를 이용한 SC 수신기(SC-FDE)이다. SC 시스템에서 주파수 도메인 등화는 단순히 종래 선형 시간 도메인 등화기에 의해 수행되는 주파수 도메인에서의 등화이다. 지연 확산(delay spread)이 상당한 채널들에 대해, 주파수 도메인 등화는 대응하는 시간 도메인 등화보다 계산상 더 간단한데, 이는 한꺼번에 데이터의 블록에 대해 등화가 수행되기 때문이며, 이 블록에서의 연산은 기본적으로 효율적인 FFT 연산 및 채널 역연산(inversion operation)을 포함한다. 주파수 도메인 등화는 시간 도메인 신호 발생(예컨대, IFDMA 전송) 및 주파수 도메인 신호 발생(예컨대, DFT-SOFDM 전송)의 경우 모두에 사용될 수 있다. 주파수 도메인 등화의 원리는 디. 팔코너(D. Falconer)의 논문 "Frequency Domain Equalization for Single-Carrier Broadband Wireless Systems". IEEE Communication Magazine, 2002년 4월에 기재되어 있다. 구체적으로 특허문헌을 참조하면, US-A-3,864,632는 고속 동기식 데이터 전송 시스템에 적합한 주파수 도메인 등화 시스템을 개시하고 있다. 임펄스 응답의 샘플은 이산 퓨리에 변환(FFT) 장치에 의해 주파수 도메인의 샘플로 변환된다. 이들 주파수 도메인 샘플의 역치(reciprocal values)는 역회로(reciprocal circuit)로부터 도출된 후, 역이산 고속 퓨리에 변환(inverse discrete Fast Fourier Transform, IFFT) 장치에 의해 횡시간 도메인 등화기에 적용되는 소정의 탭 이득(tap gains)인 시간 도메인 샘플로 변환되어 심볼간 간섭과 잡음에 의해 야기된 수신신호에서의 오류가 최소화된다. 반대로, US-A-2004/0125235는 디지털 텔레비전 수신기의 채널 등화기를 예시한 것이다. 채널 등화기는 채널 추정기(channel estimator), 채널 왜곡 보상기 및 잡음 소거기를 구비한다. 채널 추정기는 트레이닝 신호(training signal)를 이용해 시간 도메인에서의 전송채널 임펄스 응답( )을 추정한다. 채널 왜곡 보상기는 2개의 FFT 유닛과, ROM과, 주파수 도메인 등화기를 구비한다. 제 1 FFT 유닛은 시간 도메인으로부터 수신된 신호를 주파수 도메인으로 변환한다. 제 2 FFT 유닛은 시간 도메인으로부터 주파수 도메인으로 채널 추정기에 의해 추정된 전송채널 임펄스 응답( )을 변환시켜 채널 주파수 응답( )을 얻는다. ROM 메모리는 입력측에서 제 2 FFT로부터 전송채널의 추정된 주파수 응답( )을 수신하고 상기 채널 주파수 응답의 역( )을 출력한다. 초기 등화 계수로서 주파수 도메인 등화기는 ROM 메모리로부터 출력된 역채널 주파수 응답( )을 이용하고 수신된 데이터 심볼에 의해 트레이닝된 최소평균자승법(Least Mean Squares, LMS) 알고리즘을 이용해 채널을 적절히 등화한다.