KR100212480B1

KR100212480B1 - Fading estimating method

Info

Publication number: KR100212480B1
Application number: KR1019960054850A
Authority: KR
Inventors: 김영수; 김창주; 정구영; 문재경
Original assignee: 정선종; 한국전자통신연구원
Priority date: 1996-11-18
Filing date: 1996-11-18
Publication date: 1999-08-02
Also published as: KR19980036292A

Abstract

본 발명은 무선 이동통신에서 페이딩 보상 방법에 관한 것으로, PSAM 페이딩 추정 방법에서 가우시안 내삽법은 파일롯 심볼 사이의 페이딩 왜곡의 추정을 위해 파일롯 심볼을 자주 삽입해야 하는 단점이 있고, 또한 이론적으로 최고의 성능을 보이지만 채널 이득의 자기상관 함수, 도플러 주파수와 SNR을 알아야 하는 위너 필터 방법은 실상황에서 사용하기에 부적당한 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 싱크 함수를 이용한 내삽법을 적용하여 가우시안 내삽법보다 뛰어난 성능을 갖고, 위너 필터 방법과 거의 유사한 성능을 갖는 싱크 함수를 이용한 페이딩 추정 방법이 제시된다.The present invention relates to a fading compensation method in wireless mobile communication. In the PSAM fading estimation method, Gaussian interpolation has a disadvantage of frequently inserting pilot symbols for estimation of fading distortion between pilot symbols, However, the Wiener filter method which needs to know the autocorrelation function of the channel gain, the Doppler frequency and the SNR has a problem inadequate for use in a real situation. In order to solve this problem, a fading estimation method using a sync function having a performance comparable to that of the Wiener filter method, which is superior to Gaussian interpolation by applying an interpolation method using a sync function, is presented.

Description

Fading estimation method using sink function

PSAM 방법에서 파일롯 심볼은 채널의 페이딩 왜곡을 샘플링하는 역할을 하므로 단위 시간당 파일롯 심볼의 전송율은 나이키스트 샘플링 이론에 의해 최대 도플러 주파수의 2배로 하면 된다. PSAM 방법에서 사용한 기존의 가우시안 내삽법 방법은 간단하다는 장점이 있으나 파일롯 심볼 삽입 주기가 나이키스트 샘플링률(Nyqusit sampling rate)에 근접할수록 성능이 급격히 저하되는 단점이 있다. 이를 보완하기 위해서는 파일롯 심볼 전송률이 나이키스트 샘플링률보다 충분히 크도록 파일롯 심볼의 삽입 주기가 짧아야 한다. 그러나 삽입 주기가 짧으면 정보를 갖고 있지 않은 파일롯 심볼의 전송률이 증가하게 되므로 시스템의 정보 전송률이 저하된다. 위너 필터(wiener filter)를 이용한 방법은 최적의 성능을 가진 방법으로서 파일롯 심볼 전송률이 나이키스트 샘플링률에 근접해도 성능의 저하가 없는 장점이 있으므로 가우시안 내삽법 방법에 비해서 파일롯 심볼 삽입 주기를 길게 할 수 있는 장점이 있다. 그러나 위너 필터를 사용한 방법은 신호가 채널을 통과하면서 실제로 겪은 페이딩 왜곡을 수신단에서 알고 있다는 가정하에서 유도된 최적의 필터 계수를 이용하는 방법이므로 채널 이득의 자기상관 함수, 도플러 주파수 그리고 SNR을 알아야 할 필요가 없고 기존의 가우시안 내삽법보다 훨씬 우수한 성능의 싱크 함수(sinc function)를 이용한 페이딩 추정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In the PSAM method, since the pilot symbol serves to sample the fading distortion of the channel, the transmission rate of the pilot symbol per unit time can be doubled by the maximum Doppler frequency according to the Nyquist sampling theory. The conventional Gaussian interpolation method used in the PSAM method is advantageous in that it has a merit that the performance is rapidly deteriorated as the pilot symbol insertion period approaches the Nyquist sampling rate. In order to compensate this, the insertion period of the pilot symbol must be short so that the pilot symbol transmission rate is sufficiently larger than the Nyquist sampling rate. However, if the insertion period is short, the data rate of the system decreases because the data rate of the pilot symbol having no information increases. The method using the Wiener filter is an optimal performance method. As the pilot symbol transmission rate approaches the Nyquist sampling rate, there is no deterioration in performance. Therefore, the pilot symbol insertion period can be longer than the Gaussian interpolation method There is an advantage. However, it is necessary to know the autocorrelation function, the Doppler frequency and the SNR of the channel gain since the method using the Wiener filter is a method using the optimum filter coefficient derived under the assumption that the receiver knows the fading distortion actually experienced while passing through the channel And to provide a fading estimation method using a sinc function with a much higher performance than the conventional Gaussian interpolation method.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 파일롯 심볼의 삽입 주기를 길게하여 정보를 담지 않은 파일롯 심볼을 적게 보내고, 파일롯 심볼의 왜곡 정도를 측정한 후 파일롯 심볼 사이의 페이딩 왜곡을 싱크 함수를 이용하여 추정하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for estimating fading distortion between pilot symbols by using a sync function, estimating a degree of distortion of the pilot symbol by sending less pilot symbols, .

제1도는 본 발명이 적용되는 PSAM 통신 시스템의 구조도.FIG. 1 is a structural view of a PSAM communication system to which the present invention is applied.

제2도는 본 발명이 적용되는 PSAM 트레임의 구조도.FIG. 2 is a structural view of the PSAM Trees according to the present invention. FIG.

제3도는 종래의 가우시안 내삽법의 개요도.FIG. 3 is a schematic diagram of a conventional Gaussian interpolation. FIG.

제4도는 본 발명에 따른 싱크 인터폴레이터의 개념도.FIG. 4 is a conceptual view of a sync interpolator according to the present invention; FIG.

제5도는 프레임 길이에 따른 성능을 비교한 그래프도.FIG. 5 is a graph comparing the performance according to the frame length. FIG.

제6도는 각 방법에 따른 16QAM 시스템의 성능을 비교한 그래프도.FIG. 6 is a graph comparing the performance of the 16QAM system according to each method.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명DESCRIPTION OF THE REFERENCE NUMERALS

11 : 송신부 12 : 채널부11: Transmission unit 12: Channel unit

13 : 수신부 101 : 데이터 블록13: Receiver 101: Data block

102 : 16QAM 블록 103 : 파일롯 심볼 삽입 블록102: 16 QAM block 103: pilot symbol insertion block

104 : 펄스 성형 블록 105 : 레일레이 페이딩 블록104: Pulse shaping block 105: Rayleigh fading block

106 : 백색 가우스 잡음 블록 107 : 정합 필터 블록106: white Gaussian noise block 107: matched filter block

108 : 페이딩 추정 및 보정 블록 108 : 복조기 블록108: Fading estimation and correction block 108: Demodulator block

110 : 에러 계산 블록110: Error calculation block

IV. 본 특허에서 제한한 싱크 내삽법을 이용한 페이딩 추정방법IV. The fading estimation method using the sink interpolation method limited by the present patent

가우시안 내삽법은 부드러운 2차곡선을 이용하는데 반해서 싱크 내삽법은 싱크 함수(sinc)를 이용하여 파일롯 심볼의 왜곡치 사이를 연결한다. 싱크 함수는 다음과 같은 [수학식 1]으로 표된다.The Gaussian interpolation uses a smooth quadratic curve, whereas the Sink interpolation uses the Sinc function to connect the distortion values of the pilot symbols. The sink function is expressed by the following equation (1).

제4도는 본 발명에 따른 싱크 인터폴레이션의 개념도이다. 도시된 바와 같이 각각의 파일롯 심볼 왜곡치에 sinc(x)를 곱하여 이를 더하면 파일롯 심볼 사이의 페이딩 왜곡 추정치 u(mt)를 구할 수 있다. 이를 수식으로 나타내면 (수학식 2)와 같다.FIG. 4 is a conceptual diagram of the sync interpolation according to the present invention. As shown, the syst (x) is multiplied by each pilot symbol distortion value, and the result is added to obtain the fading distortion estimate u (mt) between the pilot symbols. This can be expressed by Equation (2).

여기서 T는 송신 심볼의 주기, N은 프레임 길이, r((k+i)NT)는 (k+i)번째 파일롯 심볼의 왜곡치, L은 싱크 내삽법에 사용되는 파일롯 심볼 왜곡치의 개수를 나타낸다. 제1도에 설명된 페이딩 판단 및 보정 블록에 본 제안 방법이 들어간다.Where T is the period of the transmission symbol, N is the frame length, r ((k + i) NT) is the distortion value of the (k + i) th pilot symbol, and L is the number of pilot symbol distortion values used in the sink interpolation . The proposed method is included in the fading determination and correction block described in FIG.

제5도는 프레임 길이에 따른 성능을 비교한 그래프도로서, 프레임 길이 N에 따른 가우시안 내삽법, 위너 필터 방법, 싱크 내삽법의 심볼 오율 성능을 비교하였다. 도시된 바와 같이 N5이면 가우시안 내삽법의 성능은 현저하게 나빠지지만 위너 필터 방법과 싱크 내삽법은 N15이면 성능 저하가 없는 것을 알 수 있다. 따라서 싱크 내삽법은 가우시안 내삽법에 비해 3배정도 파일롯 심볼을 적게 보내도 된다는 것을 알 수 있다.FIG. 5 is a graph comparing the performance according to the frame length. The symbol rate performance of the Gaussian interpolation method, the Wiener filter method and the sink interpolation method according to the frame length N is compared. As shown in the figure, the performance of the Gaussian interpolation is remarkably deteriorated in the case of N5, but the Wiener filter method and the sink interpolation method do not deteriorate in the case of N15. Therefore, it can be seen that the sink interpolation method can reduce the pilot symbol by three times as much as the Gaussian interpolation method.

제6도는 각 방법에 따른 16QAM 시스템의 성능을 비교한 그래프도로서, N=7일때 Eb/No(신호대 잡음비)의 변화에 다른 심볼 오율 성능을 비교한 그래프이다. 도시된 바와 같이 Eb/No가 증가해도 가우시안 내삽법의 성능은 크게 좋아지지 않지만 위너 필터 방법과 싱크 내삽법은 성능이 크게 좋아지는 것을 알 수 있다.FIG. 6 is a graph comparing the performance of the 16QAM system according to each method. FIG. 6 is a graph comparing the symbol error rate performance with the change in Eb / No (signal-to-noise ratio) at N = 7. As shown in the figure, the performance of the Gaussian interpolation does not improve greatly even if Eb / No increases, but the performance of the Wiener filter method and the sink interpolation method is remarkably improved.

본 발명에서 제안한 싱크 내삽법을 이용한 페이딩 추정 방법은 파일롯 심볼의 삽입 주기를 가우시안 내삽법 방법보다 약 3배정도 길게할 수 있어서 정보를 담고 있지 않은 파일롯 심볼을 가우시안 내삽법 방법보다 적게보내도 되므로 그만큼 많은 정보 심볼을 전송할 수 있으며, 또한 최적의 성능을 갖고 있지만 실환경에 적용할 수 없는 위너 필터 방법에 필적하는 성능을 갖고 있다.The fading estimation method using the sync interpolation proposed in the present invention can increase the insertion period of the pilot symbol by about three times longer than the Gaussian interpolation method so that the pilot symbols not containing the information can be sent less than the Gaussian interpolation method, Information symbols, and has performance comparable to a Wiener filter method that has optimal performance but is not applicable to a real environment.

본 발명은 무선 이동통신에서 페이딩 보상 방법에 관한 것으로, 특히 싱크 함수를 이용한 페이딩 보상 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a fading compensation method in wireless mobile communication, and more particularly, to a fading compensation method using a sync function.

육상 이동통신에서 제한된 주파수 대역내에 보다 많은 가입자를 수용하기 위해서는 주파수 이용효율이 높은 직교 진폭 변조(quadrature amplitude modulation: 이하 QAM이라 함)와 같은 방법을 사용해야 한다. 그러나 육상 이동통신에서 나타나는 페이딩 현상은 신호의 위상과 진폭을 변화시키기 때문에 QAM을 사용하기 위해서는 아주 정밀하게 페이딩을 보정할 필요가 있다.In order to accommodate more subscribers within a limited frequency band in land mobile communication, a method such as quadrature amplitude modulation (hereinafter referred to as QAM) with high frequency utilization efficiency should be used. However, since the fading phenomenon in the terrestrial mobile communication changes the phase and amplitude of the signal, it is necessary to calibrate the fading very precisely in order to use the QAM.

이러한 문제점을 해소하기 위해서는 파일롯 심볼 원조 변조(pilot symbol assisted modulation: 이하 PSAM라 함) 방법과 같은 페이딩 추정 방법을 사용해야 한다. 이 방법에서는 미리 정한 파일롯 심볼(pilot symbol)을 일정한 주기마다 전송하며 수신단에서는 송신한 파일롯 심볼과 수신한 파일롯 심볼의 차이로 파일롯 심볼이 채널을 거쳐오면서 왜곡된 정도를 측정한다. 파일롯 심볼이 왜곡된 정도를 측정한 후에는 파일롯 심볼 사이의 페이딩 왜곡을 가우시안 내삽법 등의 인터폴레이션 방법을 이용하여 추정하게 된다. 이렇게 추정한 페이딩 왜곡을 이용하여 송신된 정보 심볼의 페이딩 왜곡을 보상하게 된다. 종래의 페이딩 추정 방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.In order to solve this problem, a fading estimation method such as a pilot symbol assisted modulation (PSAM) method should be used. In this method, a predetermined pilot symbol is transmitted every predetermined period, and the receiving end measures the degree of distortion of the pilot symbol passing through the channel due to the difference between the transmitted pilot symbol and the received pilot symbol. After the degree of distortion of the pilot symbol is measured, the fading distortion between the pilot symbols is estimated using an interpolation method such as Gaussian interpolation. The estimated fading distortion is used to compensate for the fading distortion of the transmitted information symbol. A conventional fading estimation method will be described with reference to the accompanying drawings.

I. PSAM 방법I. PSAM Method

제1도는 본 발명의 적용되는 PSAM 시스템의 개요도이다. 도시된 바와 같이 전송부(11), 채널부(12), 수신부(13)으로 나눌 수 있으며, 각 부분의 구성 요소는 다음과 같다. 전송부(11)의 데이터(Data) 블록(101)은 송신할 데이터를 생성하고, 16 QAM 블록(102)은 데이터를 16 QAM 신호로 바꾸어준다. 파일롯 심볼 삽입(Pilot symbol Insert) 블록(103)에서는 일정한 주기마다 파일롯 심볼을 삽입하고 펄스 성형(Pulse Shaping) 블록(104)에서는 신호의 파형을 정형한다. 또한 채널(Channel)부(12) 레일리 페이딩(Rayleigh fading) 블록(105)은 실제 전파가 전송되면서 왜곡되는 현상을 만들어주고, 백색 가우시안 잡음(Additive White Gaussian Noise; AWGN) 블록(106)은 잡음을 첨가한다. 수신(Reiver)부(13)는 전파를 수신하여 송신정보를 복조하는 부분이다. 정합 필터(Matched Filter) 블록(107)은 수신 신호를 필터링하고, 페이딩 추정 및 보정(Fading Estimation Compensation) 블록(108)은 페이딩에 의해 왜곡된 신호를 파일롯 심볼을 이용하여 보정하는 부분이다. 복조기(Demodulator) 블록(109)은 보정된 신호를 복조하여 송신된 신호를 복원한다. 에러계산(Compute BER) 블록(110)은 송신 신호와 복조된 신호를 비교하여 에러를 계산하는 부분이다.FIG. 1 is a schematic diagram of a PSAM system to which the present invention is applied. A channel unit 12, and a receiving unit 13, and the components of each unit are as follows. The data block 101 of the transmission unit 11 generates data to be transmitted and the 16 QAM block 102 converts the data into a 16 QAM signal. The pilot symbol insertion block 103 inserts the pilot symbol every predetermined period, and the pulse shaping block 104 shapes the waveform of the signal. In addition, the channel unit 12 Rayleigh fading block 105 generates a phenomenon in which actual radio waves are transmitted while being distorted, and a white additive white Gaussian noise (AWGN) block 106 generates noise . A reverberation section 13 is a section for receiving radio waves and demodulating transmission information. A matched filter block 107 filters the received signal, and a fading estimation and correction (FAD) block 108 is a part for correcting a signal distorted by fading using a pilot symbol. A demodulator block 109 demodulates the corrected signal and restores the transmitted signal. The Compute BER block 110 compares the transmitted signal with the demodulated signal to compute an error.

제2도는 PSAM 프레임의 구조도이다. 파일롯 심볼은 도시된 바와 같이 프레임의 맨 앞에 위치해 있고 1개의 프레임은 N개의 심볼로 구성된다.2 is a structure diagram of a PSAM frame. The pilot symbol is located at the front of the frame as shown and one frame is composed of N symbols.

PSAM 방법은 이와같이 미리 정한 파일롯 심볼(piolt symbol)을 일정한 주기마다 전송하며 수신단에서는 송신한 파일롯 심볼과 수신한 파일롯 심볼의 차이로 파일롯 심볼이 채널을 거쳐오면서 왜곡된 정도를 측정한다.The PSAM method transmits a predetermined pilot symbol every predetermined period and measures the degree of distortion of the pilot symbol passing through the channel due to the difference between the transmitted pilot symbol and the received pilot symbol.

II. 가우시안 내삽법을 이용한 페이딩 추정 방법II. Fading estimation method using Gaussian interpolation

제3도는 가우시안 내삽법의 개요도로서 제1도의 페이딩 추정 및 보정 블록에 이 기능이 들어간다. 가우시안 내삽법은 기존에 사용되던 방법으로서 수신된 파일롯 심볼이 왜곡된 정도를 측정하고 이 측정치 사이를 부드러운 2차곡선으로 연결하여 파일롯 심볼 사이의 페이딩 왜곡을 추정한다. 이렇게 추정한 페이딩 왜곡을 이용하여 파일롯 심볼 사이에 있는 송신된 정보 심볼의 페이딩 왜곡을 보정한다.FIG. 3 is a schematic diagram of a Gaussian interpolation. This function is included in the fading estimation and correction block of FIG. Gaussian interpolation is a method that has been used in the past to measure the degree to which a received pilot symbol has been distorted and to connect a smooth quadratic curve between the measured values to estimate the fading distortion between the pilot symbols. The estimated fading distortion is used to correct the fading distortion of the transmitted information symbols between the pilot symbols.

III. 위너 필터를 이용한 페이딩 추정 방법III. Fading estimation method using Wiener filter

위너 필터 방법은 성능은 가우시안 내삽법보다 우수하지만 채널 이득의 자기상관 함수, 도플러 주파수와 신호대 잡음비(Signal to Noise Ratio; 이하 SNR이라 함)를 알아야 사용할 수 있다. 그러나 실제로는 이러한 값들을 알 수 없기 때문에 실환경에 적용하기에는 부적합한 방법이다. 제1도의 페이딩 추정 및 보정 블록에 이 기능이 들어간다.The Wiener filter method is superior in performance to Gaussian interpolation, but it needs to know the autocorrelation function of the channel gain, the Doppler frequency and the signal to noise ratio (SNR). However, since these values are not known in practice, this method is not suitable for real environment. This function is included in the fading estimation and correction block of FIG.

Claims

The fading estimation method estimates the fading distortion between the pilot symbols by measuring the degree of distortion of the pilot symbol by increasing the insertion period of the pilot symbol and decreasing the number of pilot symbols not carrying information, Fading Estimation Method Using Sync Function.