ＴＤ-ＳＣＤＭＡ에서의 다중 셀 결합 채널 추정 방법과 이를 위한 결합 채널 추정 단말기 document_id A220623111829

시분할 동기 코드분할 다중접속 방식(Time Division Synchronous Code Division Multiple Access, 이하 TD-SCDMA) 시스템에서, 데이터 검출 방식으로 결합 검출(JD : joint detection)을 적용한다. 상술한 방식은 각 액티브(active) 사용자의 코드와 채널 임펄스 응답(CIR : channel impulse response)을 완전히 알고 있거나 추정할 수 있다면, 기준 셀(사용자가 속한 셀) 내에서 발생하는 모든 간섭을 제거할 수 있는 방식이다. 그렇지만, 셀의 가장자리에 위치한 사용자들에게는 인접 셀들의 간섭이 여전히 심각하다는 문제점이 존재한다. 따라서, 셀 가장자리에 위치한 사용자들의 데이터 검출 성능을 향상시키기 위해서, 인접 셀로부터 액티브 사용자들의 코드들과 채널 임펄스 응답(CIR)을 수신하여 인접 셀 간섭을 제거하는 다중 셀 결합 검출(JD)을 적용한다. 한편, 각각의 셀에서 개별적으로 동작하는 인접 셀 간섭 제거(IIC : inter-cell interference cancellation) 방식이 적용되고 있는 데, 이는 결합 검출의 또 다른 방식이며, 이 방식을 통해 인접 셀로부터의 간섭이 완전히 또는 부분적으로 제거되는 것이 가능하다. 모든 데이터 검출 알고리즘에서 미리 필요한 정보는 모든 관련된 사용자들로부터 얻어진 확실한 채널 임펄스 응답(CIR) 들이다. 특히, 다중 셀 결합 검출(JD)과 인접 셀 간섭 제거(IIC)를 위해서는 데이터 검출 성능을 보장하기 위해서 인접 셀들의 채널 임펄스 응답(CIR)이 정확해야 한다. 먼저, 도 1은 TD-SCDMA 시스템에서 다중 셀 환경의 하향링크 모델을 나타내는 것이다. 만약, 한 사용자(도 1의 User)가 셀 가장자리에 위치한다면, 해당 사용자는 인접 셀로부터 기준 셀 신호의 전력과 비슷한 크기의 간섭 신호들을 수신할 것이다. 예를 들어, 도 1에서 도시하는 것과 같이, 사용자(User)는 기준 셀인 Cell 0로부터 수신하는 신호(Home Cell Signal)의 전력 크기가 인접 셀인 Cell 1과 Cell 2로부터 수신하는 신호(Adjacent Cell Interference Signal)의 전력 크기와 유사할 것이다. 그렇기 때문에 이 사용자가 확실한 데이터 검출을 위해서는 다중 셀 결합 검출(JD)과 인접 셀 간섭 제거(IIC)를 사용하는 것이 유익하다. 또한, 정확한 채널 추정은 데이터 검출에서 중요한 역할을 한다. 일반적으로, 사용자는 비컨 채널(beacon channel)들을 검출하면서 각 셀 안의 액티브(Active) 코드 정보를 알 수 있다. TD-SCDMA 시스템에서는 채널 추정을 위해서 도 2에서 도시하는 것과 같이 미드엠블이 각 시간슬롯마다 전송된다. 도 2는 시간 슬롯 구조를 나타내는 도면이다. 도 2에서 미드엠블은 시간 슬롯 안의 두 개의 데이터 블록들 사이에 위치한다. 모든 셀은 각 셀마다 별개의 기본 미드엠블 코드를 가지고 있다. 하향 링크에서, 같은 셀 안에 위치하는 모든 사용자들에게는 공통 미드엠블이 전송된다. 여기에서, 공통 미드엠블은 길이 L인 기본 셀 구분 미드엠블 코드에서 파생되었고, W만큼 길이만큼 위치가 이동되었다. 예를 들면, 전송된 미드엠블은 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다. 여기에서, L chips(m1 ~ mL)은 기본 미드엠블 코드이고, L chips(m1 ~ mL) 이후의 W chips(mL+1 ~ mL+W)은 기본 미드엠블 코드 중에서 처음의 W의 길이만큼 반복한다. 사용자가 수신한 신호의 채널 임펄스 응답(CIR)은 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다. 여기에서, W는 CIR의 길이이다. 수신된 미드엠블들의 처음의 (W-1) chips은 먼저 보내진 미드엠블의 데이터 파트와 혼합된다. 그렇기 때문에, 그 이후의 L chips이 채널 추정을 위해서 선택된다. 이는, 이 부분이 데이터 파트의 영향이 없이 미드엠블 만으로 채널 추정이 결정되기 때문이다. 만약, 사용자가 K 개의 셀로부터 하향링크의 신호들을 수신한다면, 이에 상응하는 수신 미드엠블 파트는 수학식 3과 같이 나타낸다. 여기에서, mk와 hk는 각각 k번째 셀로부터의 미드엠블과 수신신호의 CIR을 의미한다. nm은 미드엠블 파트를 저해하는 잡음 벡터를 의미한다. Mk는 k번째 셀의 미드엠블 행렬을 나타내는 것으로 수학식 4와 같다. 이는 공통 미드엠블과 CIR 사이의 컨볼루션 동작을 통해서 얻어진다. 여기에서, 상술한 행렬은 L X W의 크기를 갖는다. 후술하는 두 채널 보상 방식은 다중 셀들의 CIR을 보상하는 데 적용되는 방식이다. 먼저, 순차 단일 셀 채널 추정(Sequential Single Cell Channel Estimation)은 스타이너 보상기(Steiner Estimator)를 통해 각 셀의 CIR을 순차적으로 보상하는 것이 가능한 방식이다. 스타이너 보상기는 각 셀들의 기본 미드엠블 코드에 기초한 순환상관(cyclic correlation) 동작을 수행한다. 스타이너 보상기는 고속 푸리에 변환(FFT: fast Fourier transform)을 적용하는 것이 가능하다. 그러나, 순차 단일 셀 채널 추정 방안은 모든 인접 셀 간섭 신호들이 잡음으로 간주되기 때문에 채널 보상의 정확성에 심각한 저해를 가져온다는 문제점이 발생한다. 두 번째로, 다중 셀 결합 채널 추정(Multi-cell JCE: multi-cell joint channel estimation)은 수학식 3을 수학식 5와 같이 나타내는 것이 가능하다. 여기에서, 는 수학식 6과 같은 구조를 갖는 다중 셀 미드엠블 행렬로 나타낸다. 한편, 수학식 5의 hMC는 K개의 셀의 CIR을 결합하여 수학식 7과 같이 나타낸다. 다중 셀 JCE는 MMC의 의사 역행렬(pseudo-inverse)과 최소자승법(LS: least square)을 가지고 수학식 8과 같이 동작한다. 상술한 과정을 통해서 다중 셀 결합 채널 추정 방안은 어떠한 간섭도 없이 각 셀의 CIR을 순차적으로 산출하는 것이 가능하다. 이렇게 추정된 CIR들은 잡음에만 영향을 받으며, 순차 단일 셀 채널 추정 방안 보다 더 정확한 결과를 도출하는 것이 가능하다. 그러나, 다중 셀 결합 채널 추정 방안은 KW * KW의 크기를 갖는 의 역행렬 연산 때문에 다중 셀 결합 채널 추정 방안의 실행 복잡도가 눈에 띄게 증가한다. 역행렬 연산을 위해서 Choleasky 알고리즘이 사용되고, 이 연산의 계산량은 가 요구되기 때문이다.