KR100557877B1 - Apparatus and method for channel estimating and ofdm system for the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 전송 방식을 사용하는 디지털 지상파 텔레비젼 방송의 수신을 위한 채널 추정 장치 및 방법 그리고 그것을 이용한 OFDM 시스템에 관한 것으로서, 특히 수신 신호에서 추출한 파일롯 신호로부터 이동성 분산을 계산한 후 사전 채널 보상을 거친 잡음 분산과 비교하여 채널의 시변 특성 영향이 무시될 수 있는 심볼의 수를 결정하고 결정된 심볼내에 있는 파일롯 신호의 샘플 평균을 선형 보간하여 신호 보상을 함으로써, 잡음의 영향을 줄여 채널 보상 이후의 출력 SNR이 최대가 되도록 한다.The present invention relates to a channel estimation apparatus and method for receiving digital terrestrial television broadcasting using an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) transmission method, and to an OFDM system using the same. In particular, a mobility variance is calculated from a pilot signal extracted from a received signal. The effect of noise is reduced by determining the number of symbols whose time-varying characteristics of the channel can be ignored compared to the noise variance after pre-channel compensation, and compensating the signal by linearly interpolating the sample average of the pilot signal within the determined symbol. The output SNR after channel compensation is maximized.
OFDM OFDM
Description
도 1은 일반적인 DVB-T 수신기의 전체 구성 블록도 1 is a block diagram showing the overall configuration of a typical DVB-T receiver
도 2는 DVB-T 표준의 2k 모드 프레임 구조에서 액티브 캐리어에 삽입되는 파일롯 신호의 전송 상태를 보인 도면2 is a diagram illustrating a transmission state of a pilot signal inserted into an active carrier in a 2k mode frame structure of the DVB-T standard.
도 3은 본 발명에 따른 OFDM 시스템의 채널 추정 장치의 구성 블록도3 is a block diagram of an apparatus for estimating a channel of an OFDM system according to the present invention;
도 4는 본 발명의 실시예인 Rayleigh 채널 모델에서 구한 이동성 분산과 잡음 분산과의 관계를 보인 그래프4 is a graph showing the relationship between the mobility variance and the noise variance obtained from the Rayleigh channel model according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 실시예인 Rayleigh 채널 모델에서 심볼 수에 따른 출력 SNR을 나타낸 그래프5 is a graph showing an output SNR according to the number of symbols in a Rayleigh channel model according to an embodiment of the present invention.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for main parts of the drawings
204 : FFT부 206 : 신호 정정부204: FFT unit 206: signal correction unit
301 : 파일롯 추출부 302 : 이동성 추정부301: pilot extractor 302: mobility estimation unit
302-1 : 잡음 분산 계산부 302-2 : 이동성 분산 계산부302-1: noise variance calculator 302-2: mobility variance calculator
302-3 : 비교기 303 : 파일롯 신호 샘플 평균부302-3: Comparator 303: Pilot signal sample average
304 : 리니어 보간부304: linear interpolation unit
본 발명은 다중 캐리어를 사용하는 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing ; OFDM) 시스템에 관한 것으로서, 특히 OFDM 전송 방식의 디지털 TV 수신체에서 이동성 정도 또는, 채널의 변화 정도를 추정해내는 채널 추정 장치 및 방법 그리고 그것을 이용한 OFDM 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
일반적으로, OFDM 전송 시스템은 하나의 캐리어를 이용하여 데이터를 전송하는 싱글 캐리어 방식과는 달리 서로 직교성을 갖는 여러 개의 캐리어를 이용하여 데이터를 전송하는 멀티 캐리어 전송 방식이다. 즉, 각각의 데이터 심볼의 주파수 스펙트럼이 전체 유효 대역폭을 전부 차지하는 전통적인 직렬 데이터 전송 시스템과는 달리 OFDM 전송 방식은 전체 신호 주파수 대역을 N 개의 중첩되지 않는 부채널로 나누어 병렬로 동시에 데이터를 전송한다. 이때, 각 캐리어는 밴드폭(Bandwidth)이 매우 적어서 채널의 변화에 의한 영향을 받지만 전체 주파수 대역으로 보면 다중 간섭 채널의 경우 전송되는 각각의 캐리어들은 채널의 영향을 받아 진폭만 줄어들 뿐이어서 충분히 복구 가능하다. 그 특징으로 인하여 지상파의 채널 특성 중 크게 문제가 되는 다중 경로 채널 등에 강한 장점이 있다.In general, the OFDM transmission system is a multi-carrier transmission scheme in which data is transmitted using a plurality of carriers having orthogonality to each other, unlike a single carrier scheme in which data is transmitted using one carrier. That is, unlike the conventional serial data transmission system in which the frequency spectrum of each data symbol occupies the entire effective bandwidth, the OFDM transmission scheme transmits data in parallel by dividing the entire signal frequency band into N non-overlapping subchannels. In this case, each carrier has a very small bandwidth and is affected by the channel change. However, in the case of the entire frequency band, in the case of the multi-interference channel, each carrier transmitted is only affected by the channel and only the amplitude is reduced, so that it can be sufficiently recovered. Do. Due to its characteristics, there is a strong advantage in the multipath channel, which is a major problem among the characteristics of the terrestrial channel.
또한, 데이터 전송의 시간 영역에서 채널의 지연 확산을 초과하는 유효 심볼 주기의 뒷단을 해당 유효 심볼의 앞단에 반복 삽입(cyclic prefix)하여 보호구간(Guard Interval)으로 사용하면 채널 상에서 겪게 되는 심볼간 간섭(inter symbol interference ; ISI)을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 수신단에서 단일 탭 등 화기로 간단하게 채널 등화를 할 수 있다.In addition, when the rear end of the effective symbol period exceeding the delay spread of the channel in the time domain of data transmission is used as a guard interval by cyclic prefixing to the front end of the valid symbol, inter-symbol interference experienced on the channel In addition to preventing inter symbol interference (ISI), channel equalization can be performed simply by a single tap equalizer at the receiving end.
이러한 OFDM 전송 방식은 최근에 고속 무선 데이터 전송 방식으로 높은 관심 속에서 연구되고 있다.Recently, the OFDM transmission scheme has been studied with high interest as a high speed wireless data transmission scheme.
그리고, 디지털 지상파 방송뿐만 아니라 멀티미디어 무선 서비스와 같이 이동 무선 채널을 통한 고속의 데이터 전송 속도를 요구하는 OFDM 시스템에서는 QAM(quadrature amplitude modulation)과 같은 다중 진폭 변조 구조를 사용한다.In addition, OFDM systems that require high data rates through mobile radio channels, such as multimedia terrestrial broadcasting and multimedia wireless services, use multiple amplitude modulation schemes such as quadrature amplitude modulation (QAM).
이때, 이동 무선 채널에서의 다중 진폭 변조 구조는 동적인 채널 추정을 통한 채널 왜곡의 보상을 필요로 한다.At this time, the multi-amplitude modulation structure in the mobile radio channel requires compensation of channel distortion through dynamic channel estimation.
따라서, 데이터 전송율을 높게 유지하면서 효율적으로 OFDM 채널 추정을 수행하기 위한 파일롯 신호의 선택에 대한 연구뿐만 아니라, 파일롯 신호를 시간 영역에서 샘플 평균을 취하여 채널 전달 함수를 구하는 방법, 파일롯 신호의 평균 제곱 오차(MMSE/LMMSE)를 이용하여 주파수 영역에서 채널의 특성을 추정하여 신호의 보상에 적용하는 방법 등 OFDM 채널 추정 기법에 대한 다양한 연구 결과가 제안되고 있다.Therefore, as well as a study on selecting a pilot signal for efficiently performing OFDM channel estimation while maintaining a high data rate, a method of obtaining a channel transfer function by taking a sample average of a pilot signal in a time domain, and a mean square error of a pilot signal Various researches on OFDM channel estimation techniques have been proposed, such as a method of estimating channel characteristics in the frequency domain using (MMSE / LMMSE) and applying them to signal compensation.
그러나, 이러한 연구 결과는 채널 환경의 고려에 있어 시간 불변이거나 아주 느린 페이딩 채널만을 염두에 둔 것이다.However, these findings are based on time-varying or very slow fading channels in consideration of the channel environment.
즉, 시간 불변 또는 아주 느린 페이딩(fading) 채널에서는 연속적인 다수의 심볼내에 존재하는 파일롯 신호들을 시간 영역에서 평균하면 잡음의 영향을 현저하게 줄일 수 있는 반면, 시간적인 변화가 많은 빠른 페이딩 채널에서는 다수의 심볼을 사용하면 채널의 시변 특성으로 인하여 심각한 채널 추정 오류가 발생된다.That is, averaging the pilot signals that exist in multiple consecutive symbols in the time domain in time-invariant or very slow fading channels can significantly reduce the effects of noise, whereas in fast fading channels with many temporal changes, Using the symbol of, serious channel estimation error occurs due to the time-varying nature of the channel.
그러므로, 실제적인 다양한 조건의 채널 환경에 따라 적응적으로 최적의 채널 추정을 수행하기 위해서는 해당 채널의 시변 특성을 정확히 판단해 내는 구조가 요구된다.Therefore, in order to adaptively perform optimal channel estimation according to a channel environment having various practical conditions, a structure for accurately determining time-varying characteristics of a corresponding channel is required.
예를 들어, VHF(54~216MHz) 또는 UHF(470~890MHz)의 주파수 영역을 사용하는 디지털 지상파 방송 시스템의 경우 이동체 수신(일 예로, 차안에 설치된 TV)을 고려할 때 실질적인 방송 채널은 시간 변화적이다. 그리고, 이러한 시간 변화적인 채널은 OFDM 심볼에 캐리어간 간섭(intercarrier interference ; ICI)에 의한 왜곡을 주게 된다.For example, in the case of digital terrestrial broadcasting systems using the frequency range of VHF (54-216 MHz) or UHF (470-890 MHz), the actual broadcast channel is time-varying when considering mobile reception (eg, a TV installed in a car). to be. In addition, such a time-varying channel gives an OFDM symbol distortion due to intercarrier interference (ICI).
즉, 파일롯 신호를 이용하는 채널 추정에 있어 상기 ICI와 부가성 백색 가우시안 잡음(additive white gaussian noise ; AWGN)은 정확한 채널 추정을 방해하는 심각한 요인으로 작용한다.In other words, in channel estimation using a pilot signal, the ICI and additive white gaussian noise (AWGN) act as serious factors that hinder accurate channel estimation.
따라서, 채널의 시변 특성에 의한 간섭과 잡음이 어느 정도인지를 알아내면 좀 더 정확한 채널 추정을 할 수 있다.Therefore, more accurate channel estimation can be achieved by finding out how much interference and noise are caused by the time-varying characteristics of the channel.
도 1은 일반적인 OFDM 송수신 시스템의 구성 블록도로서, 유럽 디지털 지상파 텔레비젼의 표준인 DVB-T(digital video broadcasting-terrestrial) 규격의 서브캐리어(subcarrier) 개수가 1705개인 2k 모드를 기준으로 설명하는데 이는 서브캐리어 개수가 6817개인 8k 모드에서도 그대로 적용될 수 있다.FIG. 1 is a block diagram illustrating a general OFDM transmission / reception system, based on a 2k mode of 1705 subcarriers in the digital video broadcasting-terrestrial (DVB-T) standard, which is a standard for European digital terrestrial television. The same applies to the 8k mode in which the number of carriers is 6817.
즉, 송신측의 신호 매핑부(101)는 바이너리 소스가 발생하면 변조 방법에 따라 전송할 데이터(즉, 바이너리 소스)를 매핑하는데, 통상 QAM(Quadrature Amplitude Modulation)이라는 방식으로 매핑하며, 이때 주로 사용되는 변조 방식은 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying), 16-QAM, 64-QAM 등이 있다.In other words, when a binary source occurs, the
그리고, 상기 신호 매핑부(101)에서 매핑된 데이터는 직/병렬(Serial/Parallel ; S/P) 변환부(102)에서 병렬로 변환되고 파일롯 삽입부(103)에서 파일롯이 삽입된다. The data mapped by the
즉, OFDM 전송 시스템의 송신측에서는 수신측의 복조를 돕기 위해 수신측에 알려진 값을 갖는 파일롯 신호를 전송하려는 데이터 사이사이에 삽입하여 전송한다. 이때, 유럽 DVB-T 표준에 따르면 2K 모드의 경우 OFDM 심볼당 45개의 연속형 파일롯(continual pilot)이 모든 심볼마다 즉, 시간축상으로는 동일 서브캐리어 위치에 존재한다. 그러나, 주파수 축상으로의 간격은 규칙성이 없이 랜덤하다. 그리고, 분산형 파일롯(scattered pilot)의 위치는 주파수 축상에서 보면 12개의 캐리어마다 삽입이 되어 있고 시간축상으로는 4개의 심볼마다 삽입되어 있다. 즉, 4개 심볼을 주기로 삽입의 규칙성이 반복된다.That is, the transmitting side of the OFDM transmission system inserts and transmits a pilot signal having a value known to the receiving side between data to be transmitted to assist the demodulation of the receiving side. In this case, according to the European DVB-T standard, in the 2K mode, 45 continuous pilots per OFDM symbol exist in every symbol, that is, in the same subcarrier position on the time axis. However, the spacing on the frequency axis is random without regularity. The scattered pilot positions are inserted every 12 carriers on the frequency axis and every four symbols on the time axis. That is, the regularity of insertion is repeated every four symbols.
이때, 파일롯 삽입 위치 선정에 대한 다양한 연구 결과가 있는데, 도 2는 그중 한 예를 나타낸 DVB-T의 OFDM 프레임 구조로서, 검은 부분은 연속형 파일롯의 위치를 나타내고, 빗금친 부분은 분산형 파일롯의 위치를 나타내며, 흰 부분은 액티브 캐리어 즉, 전송하려는 데이터 부분을 나타낸다. 여기서, 상기 검은 부분은 연속형 파일롯과 분산형 파일롯이 겹칠수도 있다.At this time, there are various research results on the pilot insertion position selection, Figure 2 is a DVB-T OFDM frame structure showing an example of which, the black portion represents the position of the continuous pilot, the hatched portion of the distributed pilot The white portion represents the active carrier, that is, the portion of data to be transmitted. Here, the black portion may overlap the continuous pilot and the distributed pilot.
그리고, 상기와 같이 파일롯이 삽입된 데이터는 역 고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform ; IFFT)부(104)로 출력되어 IFFT되는데, 이때 시간 영역 샘플 x(n)은 다음의 수학식 1과 같다.As described above, the pilot-inserted data is output to the inverse fast Fourier transform (IFFT)
여기서, N은 서브캐리어의 개수이다.Where N is the number of subcarriers.
그리고, IFFT된 데이터는 심볼간 간섭을 방지하기 위하여 보호구간 삽입부(105)로 입력되어 채널상의 지연 확산보다 길게 보호구간(guard interval)이 삽입된 후에 P/S부(106)에서 직렬로 변환되고 아날로그/디지털(Analog/Digital ; D/A) 변환부(107)에서 아날로그로 변환된 후 다중경로 페이딩 채널을 통해 전송된다.In order to prevent intersymbol interference, the IFFT data is inputted to the guard
상기와 같이 전송 채널을 통과한 데이터는 수신측의 A/D 변환부(201)에서 디지털로 변환되고 다시 S/P부(202)에서 병렬로 변환된 후 하기의 수학식 2와 같이 보호 구간 제거부(203)로 출력된다. The data passing through the transmission channel as described above is converted to digital in the A /
여기서, h(n)은 전송 채널의 임펄스 응답이고, w(n)은 전송 채널을 통해 수신되는 신호에 포함되는 AWGN이며, *는 리니어(linear) 콘볼루션을 의미하고, 아래첨자 g는 보호구간을 포함하고 있음을 나타낸다.Where h (n) is the impulse response of the transmission channel, w (n) is the AWGN included in the signal received through the transmission channel, * denotes linear convolution, and subscript g denotes the guard interval. Indicates that it contains.
따라서, 상기 보호 구간 제거부(203)에서 보호구간을 제거하면 하기의 수학식 3과 같은 형태가 된다.Therefore, when the guard section is removed by the
이때, 채널의 영향을 파악하는 채널 추정 기법을 위해서는 전송 채널의 임펄스 응답을 자세히 살펴 볼 필요가 있다.At this time, it is necessary to examine the impulse response of the transmission channel in detail for the channel estimation technique to determine the influence of the channel.
즉, 채널의 임펄스 응답은 다음과 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.That is, the impulse response of the channel may be expressed as Equation 4 below.
여기서, M은 전파 경로의 수이고, hm은 진폭 감쇠를 나타내며, τm은 m 번째 전파 경로의 시간 지연, 그리고 θm은 위상천이를 나타낸다.Where M is the number of propagation paths, h m is amplitude attenuation, tau m is the time delay of the m th propagation path, and θ m is the phase shift.
따라서, 송신측에서의 보호구간의 삽입은 τm중에 최대 시간 지연을 갖는 τmax보다 길게 삽입되어야 한다. Therefore, the guard interval at the transmitting side should be inserted longer than τ max with the maximum time delay in τ m .
그리고, 상기 보호 구간 제거부(203)에서 보호 구간이 제거된 데이터는 FFT부(204)에서 FFT 변환 작용을 거쳐 채널 추정부(205)와 신호 정정부(206)로 출력된다.In addition, the data from which the guard interval is removed by the
이때, 보호구간이 제거된 수신 신호 y(n)에서 FFT 변환 작용을 거친 l번째 OFDM 심볼의 신호열은 상기 수학식 3의 주파수 영역 특성으로 나타낼 수 있기 때문에 이는 다시 하기의 수학식 5와 같이 표현할 수 있다.In this case, since the signal sequence of the l-th OFDM symbol that has undergone the FFT transform in the received signal y (n) from which the guard interval is removed may be represented by the frequency domain characteristic of Equation 3, this may be expressed as Equation 5 below. have.
여기서, (l, k)는 l번째 OFDM 심볼의 k번째 서브캐리어를 나타낸다.Here, (l, k) represents the k-th subcarrier of the l-th OFDM symbol.
따라서, 유럽 DVB-T 표준에서와 같은 OFDM 프레임 구조에서는 상기 수학식 5를 이용하여 주파수 영역에서의 간단한 채널 보상을 수행할 수 있다.Therefore, in the OFDM frame structure as in the European DVB-T standard, simple channel compensation in the frequency domain may be performed using Equation 5 above.
즉, 상기와 같은 프레임 구조의 전송에서 채널 추정부(205)는 FFT된 신호로부터 알려진 서브 캐리어 위치에 존재하는 파일롯 신호를 추출한 후 이미 알고 있는 기준 파일롯 신호와의 비교를 통해 파일롯 신호에 대한 채널 전달 함수를 구할 수 있다.That is, in the transmission of the frame structure as described above, the
그리고 나서, 전송된 정보 데이터에 대한 채널의 영향을 파악하기 위해서는 파일롯 신호의 채널 전달 함수에 주파수 축으로 선형 보간 방법을 수행하여 전체 데이터에 대한 채널 전달 함수()를 추정한다.Then, in order to determine the influence of the channel on the transmitted information data, a linear interpolation method on the frequency axis is performed on the channel transfer function of the pilot signal. Estimate).
따라서, 신호 정정부(206)는 수신된 신호열 즉, FFT된 데이터(Y(k))를 추정된 채널 전달 함수로 나누어줌으로써 전송된 데이터 샘플을 복원해 낼 수 있다. 즉, 상기 FFT된 신호를 채널 임펄스 응답으로 나누어 채널에 의해 왜곡된 캐리어를 보상할 수 있다.Accordingly, the
그리고, 그 관계는 하기의 수학식 6과 같다.The relationship is as shown in Equation 6 below.
여기서 (l, k)는 H(l,k)에 대해 추정된 채널 전달 함수이다.here (l, k) is the estimated channel transfer function for H (l, k).
이렇게 상기 신호 정정부(206)에서 보상된 신호는 P/S부(207)를 거쳐 신호 디매핑부(208)에서 디맵핑된 후에 이진 데이터의 형태로 복호화된다.The signal compensated by the
이때, 상기 수학식 6에서 보면(l, k)가 분모에 있기 때문에 보다 정확한 채널 전달 함수의 추정이 실제 전송된 신호열에 근접한 값을 구하는데 중요한 역할을 한다는 것을 알 수 있다.At this time, in Equation 6 Since (l, k) is in the denominator, it can be seen that a more accurate estimate of the channel transfer function plays an important role in obtaining a value close to the actual transmitted signal sequence.
즉, 도 2의 OFDM 프레임 구조에서 보듯이 유럽 DVB-T 표준에서는 각 심볼마다 파일롯 신호의 삽입 위치가 다르면서 4개 심볼을 주기로 규칙성이 반복되기 때문에 채널의 시변 특성이 작은 느린 페이딩 채널의 경우 즉, 시간에 따른 채널 환경의 변화가 없는 경우에는 상기된 도 1과 같이 해당 심볼 앞뒤에 있는 여러개 심볼내에 있는 파일롯 신호들의 샘플 평균을 구함에 의해 잡음 영향이 크게 줄어든 더욱 정확한 채널 영향을 추정할 수 있다.That is, in the European DVB-T standard, as shown in the OFDM frame structure of FIG. 2, since the regularity is repeated every four symbols while the insertion position of the pilot signal is different for each symbol, a slow fading channel having small time-varying characteristics of the channel is used. In other words, when there is no change in the channel environment over time, as shown in FIG. 1, a more accurate channel effect can be estimated, which is significantly reduced in noise effect, by obtaining a sample average of pilot signals in several symbols before and after the corresponding symbol. have.
그러나, 이동체 수신의 경우 수신체의 이동에 따른 채널 환경의 시변 특성 때문에 다수의 심볼을 사용한 채널 보상은 오히려 복조기의 SNR 성능을 저하시킨다. 즉, 이동체 수신과 같은 시간적인 변화가 많은 빠른 페이딩 채널에서는 다수의 심볼을 사용하면 잡음의 영향은 줄어들지만 시변 채널 영향이 오히려 크게 증가해 채널 추정이 잘못되게 된다. However, in case of mobile reception, channel compensation using a plurality of symbols deteriorates the SNR performance of the demodulator due to the time-varying characteristics of the channel environment according to the movement of the receiver. In other words, in a fast fading channel such as moving object reception, the use of multiple symbols reduces the influence of noise, but the time-varying channel effect increases rather than the channel estimation.
이와 같이 전송 채널상의 다중 경로가 시간 변화적인 특성을 가진다면 상기된 도 1의 고정적인 채널 추정 방식을 적용해서는 안된다. As described above, if the multipath on the transmission channel has a time varying characteristic, the fixed channel estimation scheme of FIG. 1 should not be applied.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 시간 변화적인 채널 특성을 추적할 수 있는 동적인 채널 추정 장치 및 방법 그리고 그것을 이용한 OFDM 시스템을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a dynamic channel estimation apparatus and method for tracking time-varying channel characteristics and an OFDM system using the same.
본 발명의 다른 목적은 채널의 시변 특성을 파악하여 채널의 시변 특성을 무시할 수 있는 심볼의 수를 결정하고 결정된 심볼내에 있는 파일롯 신호로부터 채널 전달 함수를 추정함으로써, 잡음의 영향을 줄여 채널 보상 이후의 출력 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio ; SNR)가 최대가 되도록 하는 채널 추정 장치 및 방법 그리고 그것을 이용한 OFDM 시스템을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to determine the time-varying characteristics of the channel to determine the number of symbols that can ignore the time-varying characteristics of the channel, and to estimate the channel transfer function from the pilot signal within the determined symbols, thereby reducing the effects of noise and reducing A channel estimation apparatus and method for maximizing an output signal to noise ratio (SNR) and an OFDM system using the same are provided.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 OFDM 시스템의 채널 추정 장치는, 이동성 추정부를 이용하여 추출된 파일롯 신호의 분산 정도를 판단함에 의해 채널의 시변 특성의 영향을 무시할 수 있는 심볼의 수를 결정하고 결정된 심볼 내에 있는 파일롯 신호들의 샘플 평균을 리니어 보간하여 신호 보상을 하는데 있다.The channel estimation apparatus of the OFDM system according to the present invention for achieving the above object, the number of symbols that can ignore the influence of the time-varying characteristics of the channel by determining the degree of dispersion of the extracted pilot signal using the mobility estimation unit The signal compensation is performed by linearly interpolating a sample average of the pilot signals within the determined symbol.
상기 이동성 추정부는 상기 파일롯 신호 중에서 연속형 파일롯의 분산을 계산하는 이동성 분산 계산부와, 상기 파일롯 신호 중에서 분산형 파일롯만을 선택하여 리니어 보간을 통한 사전 채널 보상을 수행한 후 보상된 신호로부터 연속형 파일롯에 섞인 잡음의 분산을 계산하는 잡음 분산 계산부와, 상기 이동성 분산 계산부에서 구한 이동성 분산과 잡음 분산 계산부에서 구한 잡음 분산과의 비교를 통해 채널의 시변 특성을 무시할 수 있는 심볼들의 수를 결정하는 비교부로 구성되는 것 을 특징으로 한다.The mobility estimator includes a mobility variance calculator that calculates a variance of the continuous pilot from the pilot signal, and selects only a distributed pilot from the pilot signal to perform pre-channel compensation through linear interpolation, and then performs a continuous pilot from the compensated signal. The noise variance calculator which calculates the variance of the noise mixed with the variance and the variance variance obtained by the mobility variance calculator and the noise variance obtained by the noise variance calculator determine the number of symbols that can ignore the time-varying characteristics of the channel. It is characterized by consisting of a comparison unit.
상기 이동성 분산 계산부는 하나의 OFDM 심볼내에 포함된 연속형 파일롯 각각에 대해 시간 영역에서 분산을 구한 후에 평균을 취하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 채널 추정 방법은,
(a) FFT된 신호와 파일롯 신호를 입력받아 파일롯 위치에서의 잡음 분산과 이동성 분산을 각각 계산한 후 두 분산의 비교를 통해 채널의 시변 특성을 무시할 수 있는 심볼의 수를 결정하는 단계;
(b) 상기 (a) 단계에서 결정된 수만큼의 심볼 내에 존재하는 파일롯 신호의 샘플 평균을 구하는 단계;
(c) 상기 파일롯 신호의 샘플 평균을 시간축과 주파수축으로 각각 리니어 보간하는 단계; 그리고
(d) 상기 FFT된 신호를 상기 (c) 단계에서 리니어 보간된 신호로 나누어 채널에 의해 왜곡된 캐리어를 보상하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 (a) 단계는 하나의 OFDM 심볼내에 포함된 모든 연속형 파일롯 각각에 대해 시간 영역에서 분산을 구한 후에 평균을 취하여 파일롯 신호의 이동성 분산을 계산하는 단계와, 상기 파일롯 신호 중에서 분산형 파일롯만을 선택하여 리니어 보간을 통한 사전 채널 보상을 수행한 후 보상된 신호로부터 연속형 파일롯에 섞인 잡음의 분산을 계산하는 단계와, 상기 단계에서 구한 이동성 분산과 잡음 분산과의 비교를 통해 채널의 시변 특성을 무시할 수 있는 심볼들의 수를 결정하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 OFDM 시스템은, 전송 채널을 통해 수신된 직교 주파수 분할 다중(OFDM)된 신호에 대해 디지털화하고 송신측에서 삽입한 보호 구간을 제거한 후 FFT 변환하는 수신 신호 처리부; 상기 FFT된 신호로부터 알려진 서브 캐리어 위치에 존재하는 파일롯 신호를 추출하는 파일롯 추출부; 상기 FFT된 신호와 파일롯 신호를 입력받아 파일롯 위치에서의 잡음 분산과 이동성 분산을 각각 계산한 후 두 분산의 비교를 통해 채널의 시변 특성을 무시할 수 있는 심볼의 수를 결정하는 이동성 추정부; 상기 이동성 추정부에서 결정된 수만큼의 심볼내에 존재하는 파일롯 신호의 샘플 평균을 리니어 보간하여 신호 보상하는 신호 보상부; 그리고 상기 FFT된 신호를 상기 신호 보상부의 출력으로 나누어 채널에 의해 왜곡된 캐리어를 보상하는 신호 정정부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.The mobility variance calculator calculates the variance in the time domain for each continuous pilot included in one OFDM symbol and takes an average.
In the channel estimation method according to the present invention,
(a) receiving the FFT signal and the pilot signal, calculating noise variance and mobility variance at the pilot position, respectively, and determining the number of symbols that can ignore time-varying characteristics of the channel by comparing the two variances;
(b) obtaining a sample average of pilot signals present in the number of symbols determined in step (a);
(c) linearly interpolating a sample average of the pilot signal on a time axis and a frequency axis, respectively; And
(d) dividing the FFT signal by the linear interpolated signal in step (c) to compensate for carriers distorted by the channel.
In the step (a), the variance in the time domain is obtained for each continuous pilot included in one OFDM symbol, and then the average is calculated to calculate the mobility variance of the pilot signal, and only the distributed pilot is selected from the pilot signals. Calculating the variance of the noise mixed in the continuous pilot from the compensated signal after performing the pre-channel compensation through linear interpolation, and ignoring the time-varying characteristics of the channel by comparing the mobility variance with the noise variance obtained in the step. Determining a number of possible symbols.
An OFDM system according to the present invention includes: a received signal processor for digitizing an Orthogonal Frequency Division Multiplexed (OFDM) signal received through a transmission channel and performing FFT conversion after removing a guard interval inserted at a transmitting side; A pilot extractor for extracting a pilot signal present at a known subcarrier position from the FFT signal; A mobility estimator which receives the FFT signal and the pilot signal, calculates noise variance and mobility variance at a pilot position, and determines the number of symbols that can ignore time-varying characteristics of the channel by comparing the two variances; A signal compensator for linearly interpolating a sample average of pilot signals existing in the number of symbols determined by the mobility estimator to compensate for the signal; And a signal correction unit for dividing the FFT signal by the output of the signal compensation unit to compensate carriers distorted by the channel.
Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings.
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이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 채널의 시변 특성을 적응적으로 판단하여 최대 출력 SNR을 유지할 수 있도록 채널 추정에 사용하는 심볼의 수를 결정하는데 있다.The present invention is to determine the number of symbols used for channel estimation to adaptively determine the time-varying characteristics of the channel to maintain the maximum output SNR.
이를 실현하기 위한 본 발명에 따른 OFDM 시스템의 채널 추정 장치는 도 3에 도시되어 있다.The channel estimation apparatus of the OFDM system according to the present invention for realizing this is shown in FIG.
도 3을 보면, FFT된 데이터로부터 파일롯 신호를 추출하는 파일롯 추출부(301), 상기 추출된 파일롯 신호로부터 이동성 분산(mobility variance)을 계산한 후 사전 채널 보상을 거친 잡음 분산(noise variance)과의 비교를 통해 최종 채널보상에 적용할 심볼의 수를 결정하는 이동성 추정부(302), 상기 이동성 추정부(302)에서 결정된 심볼들 내에 있는 파일롯 신호를 샘플 평균하는 파일롯 신호 샘플 평균부(303), 및 상기 샘플 평균된 신호를 리니어 보간하여 신호 정정부(206)로 출력하는 리니어 보간부(304)로 구성된다.Referring to FIG. 3, a
상기 이동성 추정부(302)는 추출된 파일롯 신호중에서 분산형 파일롯만을 선택하여 선형 보간을 통한 사전 채널 보상을 수행한 후 보상된 신호로부터 연속형 파일롯에 섞인 잡음의 분산을 계산하는 잡음 분산 계산부(302-1), 상기 추출된 파 일롯 신호 중에서 매 심볼마다 같은 서브캐리어 위치에 삽입되어 있는 연속형 파일롯의 분산을 계산하는 이동성 분산 계산부(302-2), 및 상기 잡음 분산 계산부(302-1)에서 구한 잡음 분산과 이동성 분산 계산부(302-2)에서 구한 이동성 분산과의 비교를 통해 채널의 시변 특성을 무시할 수 있는 심볼들의 수를 결정하는 비교기(302-3)로 구성된다.The
이와 같이 구성된 본 발명에서 파일롯 추출부(301)는 FFT 변환을 거친 수신 신호열 즉, FFT된 신호에 포함된 파일롯 신호를 추출하여 잡음 분산 계산부(302-1)와 이동성 분산 계산부(302-2)로 출력한다.In the present invention configured as described above, the
상기 이동성 분산 계산부(302-2)에서는 추출된 파일롯 신호 중에서 매 심볼마다 같은 서브캐리어 위치에 삽입되어 있는 연속형 파일롯의 분산을 계산한다.The mobility variance calculator 302-2 calculates the variance of the continuous pilot inserted in the same subcarrier position for every symbol among the extracted pilot signals.
만일, 고정 수신체의 경우 채널이 시간 불변적이므로 채널의 영향이 AWGN에 의한 잡음 성분만 고려되기 때문에 이동성 분산은 거의 일정한 값을 갖게 된다. 이동선 분산이 일정한 값을 갖게 되는 경우, 즉 고정 안테나의 경우 채널 추정에 사용할 심볼의 수를 많이 사용하면 많이 사용할수록 잡음의 영향을 대폭적으로 줄일 수 있다. In the case of the fixed receiver, since the channel is invariant in time, the mobility variance is almost constant since the influence of the channel is considered only by the noise component due to AWGN. If the moving line variance has a constant value, i.e., in the case of a fixed antenna, the larger the number of symbols to be used for channel estimation, the larger the use of the symbol, the greater the effect of noise.
그러나, 수신체가 이동하는 경우 채널의 시변 특성으로 인해 이동성 분산 계산에 사용되는 심볼의 수가 많아질수록 잡음의 영향은 줄어들지만 이동성 분산은 커지게 된다. 분산이 크다는 것은 채널의 왜곡의 정도가 크다는 것을 의미한다.However, when the receiver moves, the larger the number of symbols used for the mobility variance calculation due to the time-varying characteristics of the channel, the smaller the effect of noise but the greater the mobility variance. High variance means that the degree of distortion of the channel is large.
본 발명에서는 보다 더 정확한 이동성 분산의 계산을 위하여 45개의 연속형 파일롯 각각을 시간 영역에서 분산을 구한 후에 다시 45개에 대해 평균을 취하는 구조를 사용한다. In the present invention, a more accurate calculation of mobility variance uses a structure in which each of the 45 continuous pilots is averaged over 45 again after obtaining a variance in the time domain.
이동성 분산을 으로 정의하고 다음의 수학식 7과 같이 표현할 수 있다.Mobility distribution It can be defined as Equation 7 below.
여기서, Y(l, kc)는 l번째 심볼의 kc번째 서브캐리어 위치에서 수신된 연속형 파일롯 신호이고, μk는 Y(l, kc)의 평균값이다.Here, Y (l, k c ) is a continuous pilot signal received at the k c subcarrier position of the l th symbol, and μ k is an average value of Y (l, k c ).
또한, 연속형 파일롯 만을 고려하기 때문에 kc는 45개의 정해진 위치만을 나타내고, Nl은 사용되는 심볼의 수인데 수학식 7은 시간 영역에서의 분산을 구하는 연산을 선행하기 때문에 하나의 심볼에 대한 분산은 의미가 없다.In addition, since only the continuous pilot is considered, k c represents only 45 fixed positions, and N 1 is the number of symbols used. Since Equation 7 precedes an operation for obtaining a variance in the time domain, variance is calculated for one symbol. Has no meaning.
따라서, Nl은 두 개 이상의 심볼에 대한 연산부터 고려하며, lmax는 실제 구현의 복잡도와 채널의 시변 특성 파악의 정확성 사이의 절충을 만족하도록 선택되어져야 한다.Therefore, N l is considered from the operation on two or more symbols, and l max should be selected to satisfy the tradeoff between the complexity of the actual implementation and the accuracy of time-varying characteristics of the channel.
여기서, 상기 이동성 분산 계산부(302-2)는 다른 예로, 연속형 파일롯과 분산형 파일롯으로부터 이동성 분산을 계산할 수도 있다.For example, the mobility variance calculator 302-2 may calculate the mobility variance from the continuous pilot and the distributed pilot.
이때, 이동성 분산이 포함하는 시변 다중 경로에 의한 잡음 성분의 정도를 판단하기 위하여 잡음 분산 계산부(302-1)는 판단 기준에 해당하는 잡음 분산을 계산한다.In this case, the noise variance calculator 302-1 calculates a noise variance corresponding to the criterion to determine the degree of the noise component due to the time-varying multipath included in the mobility variance.
이를 위해 상기 잡음 분산 계산부(302-1)는 먼저 추출된 파일롯 신호 중에서 분산형 파일롯만을 선택하여 선형 보간을 통한 사전채널 전달 함수를 구하여 사전 채널 보상을 수행한다.To this end, the noise variance calculator 302-1 first selects only a distributed pilot from the extracted pilot signals to obtain a prechannel transfer function through linear interpolation to perform prechannel compensation.
여기서 구한 보상된 신호로부터 연속형 파일롯에 섞인 잡음의 분산을 구할 수 있는데, 으로 표현하면 다음의 수학식 8과 같다. From the compensated signal obtained here, we can find the variance of the noise mixed in the continuous pilot. When expressed as shown in Equation 8 below.
여기서, N(l, kc)는 사전 채널 보상된 연속형 파일롯에 섞인 잡음이고, μN은 N(l, kc)의 평균값이며 여기서의 kc 역시 45개의 연속형 파일롯의 정해진 위치만을 나타낸다.Where N (l, k c ) is the noise mixed in the pre-channel compensated continuous pilot, μ N is the mean value of N (l, k c ), where k c also represents only a fixed position of 45 continuous pilots .
이때, 상기 잡음 성분 N(l, kc)는 다음의 수학식 9와 같다.In this case, the noise component N (l, k c ) is represented by the following equation (9).
여기서는 분산형 파일롯만을 선택하여 선형보간을 통해 추정한 채널 전달 함수이고, Pc는 송신단에서 미리 삽입한 알려진 연속형 파일롯 값이다.here Is a channel transfer function estimated through linear interpolation by selecting only a distributed pilot, and P c is a known continuous pilot value previously inserted by a transmitter.
상기 수학식 9에서에서 추정 오류가 없다면 N(l, kc)는 순수한 잡음만을 나타낸다.In Equation 9 If there is no estimation error in, N (l, k c ) represents pure noise only.
이때, 상기 잡음 분산 계산부(302-1)에서 사전 채널 보상을 수행한 후 보상된 신호로부터 연속형 파일롯에 섞인 잡음의 분산을 계산하는 것은 시스템의 신뢰도를 높이기 위한 것이며, 다른 예로 사전 채널 보상을 거치지 않은 연속형 파일롯 또는 연속형 파일롯과 분산형 파일롯으로부터 잡음 분산을 계산할 수도 있다.In this case, after the pre-channel compensation is performed in the noise variance calculator 302-1, calculating the variance of the noise mixed in the continuous pilot from the compensated signal is to increase the reliability of the system. The noise variance may be calculated from a continuous pilot or from a continuous pilot and a distributed pilot.
그리고, 상기 수학식 8과 9로부터 구한 잡음 분산은 채널의 시변 영향을 무시하고 샘플 평균을 취할 수 있는 심볼의 수를 찾아내는 기준이 되며, 비교기(302-3)는 상기 이동성 분산( )과 잡음 분산( )을 비교하여 해당 채널 환경에 적합한 최적의 심볼 수를 판단한다.The noise variances obtained from Equations 8 and 9 serve as a criterion for ignoring the time-varying effects of the channel and finding the number of symbols that can take a sample average, and the comparator 302-3 calculates the mobility variance ( ) And noise variance ( ) To determine the optimal number of symbols for the channel environment.
따라서, 상기 이동성 추정부(302)가 결정한 수만큼의 심볼내에 존재하는 파일롯 신호의 샘플 평균을 취한 후 선형 보간하여 신호 보상을 하게 되면 출력 SNR이 해당 채널 환경에서의 최대 출력 SNR이다.Accordingly, when the
즉, 상기 파일롯 신호 샘플 평균부(303)는 이동성 추정부(302)가 결정한 수만큼의 심볼내에 존재하는 파일롯 신호의 샘플 평균을 취하여 주파수 특성을 추출한 후 리니어 보간부(304)로 출력하고, 상기 리니어 보간부(304)는 이를 시간축과 주파수축으로 각각 리니어 보간하여 전(total) 서브캐리어에서의 주파수 특성을 추출한다. 즉, 상기 파일롯 신호 샘플 평균부(303)의 출력은 파일롯 위치에서의 주파수 특성이므로 실제 데이터 위치에서의 주파수 특성도 구해야 한다. 이를 위해 상 기 리니어 보간부(304)는 이미 알고있는 파일롯 신호로부터 보간에 의해 우리가 실제 알고자 하는 필요한 액티브 캐리어의 채널 특성을 유추한다.That is, the pilot signal
이때, 상기 리니어 보간부(304)는 일 예로, 우선 시간축상으로 보간을 행한 후 다시 주파수 축상으로 보간을 행할 수 있다. 여기서, 먼저 시간축 상으로 보간을 행하는 이유는 시간축 상으로 먼저 보간을 행하게 되면 주파수축 상으로는 파일롯이 12개 캐리어마다 존재하는 것이 아니라 3개마다 존재하는 결과가 되므로 주파수 축상의 파일롯 캐리어 거리가 3분의 1로 줄어드는 효과를 기대할 수 있다.In this case, the
그리고, 신호 정정부(206)는 FFT된 신호에 상기 리니어 보간부(304)의 출력을 적용하여 채널에 의해 왜곡된 캐리어를 보상한다. 일 예로, FFT된 신호를 상기 리니어 보간부(304)의 출력으로 나누어 채널에 의해 왜곡된 캐리어를 보상할 수 있다.The
이때, 상기 이동성 추정부(302)가 이동성 분산과 잡음 분산을 비교하여 해당 채널 환경에 적합한 최적의 심볼 수를 판단하는 과정은 다음과 같다.In this case, the process of the
즉, 본 발명에 따른 채널 추정 장치를 시변 다중 경로에 적용한 컴퓨터 전산 모의 실험 결과를 통해 해당 채널 환경에 적합한 최적의 심볼 수를 판단하는 과정을 설명한다.That is, the process of determining the optimal number of symbols suitable for the channel environment through the computer simulation results of applying the channel estimation apparatus according to the present invention to time-varying multipath will be described.
이를 위해 본 발명은 DVB-T 표준의 2k 모드 프레임 구조를 사용하고, 변조 방식은 64-QAM을 사용하며, 파일롯 신호의 삽입 위치는 도 2와 같다.To this end, the present invention uses the 2k mode frame structure of the DVB-T standard, the modulation scheme uses 64-QAM, and the insertion position of the pilot signal is shown in FIG.
그리고, 데이터 흐름을 10비트로 할당하고, 송신단과 수신단에서의 반송파와 심볼 타이밍은 동기가 이루어졌다고 가정한다.Then, it is assumed that the data flow is allocated to 10 bits, and the carrier and symbol timing at the transmitter and the receiver are synchronized.
이때, 모의 실험에 사용한 채널 모델은 GSM 권고안 05.05의 Rayleigh 채널이며, 하기의 표 1에 채널 모델에 해당하는 주요 특징을 나타내고 있다.In this case, the channel model used in the simulation is the Rayleigh channel of GSM Recommendation 05.05, and the main characteristics corresponding to the channel model are shown in Table 1 below.
본 발명에서는 표 1에서 보듯이 시간 변화량 항목을 추가하여 위상의 변화를 통한 시간 변화적인 채널 환경을 구현하고 있다. In the present invention, as shown in Table 1, a time-varying channel environment is realized by changing a phase by adding a time-varying amount item.
그리고, 상기된 표 1의 rayleigh 채널 모델에서 최대 시간 변화량을 가지는 경로 5의 경우는 초당 278°의 위상 변화를 일으키는데, 이것은 100개의 OFDM 심볼당 70°의 위상 변화를 가져오는 비율이다. 또한, 전송 채널상에 부가한 백색 가우시안 잡음은 C/N이 20.1 dB가 되도록 하였다.In the rayleigh channel model of Table 1, the path 5 having the maximum amount of time variation causes a phase shift of 278 ° per second, which is a rate of bringing a phase shift of 70 ° per 100 OFDM symbols. In addition, the white Gaussian noise added on the transmission channel was such that the C / N was 20.1 dB.
이때, 시간에 따른 변화가 없는 다중 경로 채널에서는 이동성 분산이 거의 일정한 값을 갖게 되고, 이때 채널 추정에 사용될 심볼의 수는 평균을 취함에 따른 잡음 제거 효과와 메모리 크기를 고려하여 대략 한 프레임인 68개 정도로 결정될 수 있다.In this case, the mobility variance has a substantially constant value in a multipath channel having no change over time, and the number of symbols to be used for channel estimation is approximately one frame, considering the noise reduction effect and the memory size. Can be determined.
따라서, 시변 다중 경로 채널에서는 대략 50개 이내의 심볼이 사용되는데, 여기서는 이동성 분산과 잡음 분산을 구하기 위해 하나의 프레임에 해당하는 68개 심볼까지 사용하고 있다. 즉, 상기 수학식 7과 8에서의 lmax를 68로 고려한다는 의 미이며. 이것은 채널의 시변 특성을 파악하는데 충분한 심볼 개수이다.Accordingly, approximately 50 symbols are used in the time-varying multipath channel, and up to 68 symbols corresponding to one frame are used to obtain mobility and noise variance. That is, it means that l max in Equations 7 and 8 is considered as 68. This is a sufficient number of symbols to understand the time varying characteristics of the channel.
상기와 같은 조건에서 모의 실험을 수행한 결과로 얻어낸 이동성 분산과 잡음 분산을 도 4에 도시하고 있다. 이때, 본 발명에서 제안하는 채널 추정 기법의 성능 평가를 위한 판단 기준으로 채널의 영향을 보상한 신호의 출력 SNR을 적용한다.4 shows the mobility variance and the noise variance obtained as a result of the simulation under the above conditions. At this time, the output SNR of the signal compensated for the influence of the channel is applied as a criterion for evaluating the performance of the channel estimation scheme proposed by the present invention.
도 5는 Rayleigh 채널 모델에 대하여 출력 SNR을 나타낸 것이며, 여기서 가로축은 파일롯 신호에 대해 샘플 평균을 취하는 심볼의 수를 나타낸다.5 shows the output SNR for the Rayleigh channel model, where the horizontal axis represents the number of symbols that take a sample average over the pilot signal.
즉, 도 4를 보면 시간에 따른 채널의 변화 특성은 동일한 값으로 전송된 연속형 파일롯 신호에 왜곡을 주기 때문에 분산을 구하는데 사용하는 심볼의 수가 증가할수록 이동성 분산의 값은 계속적으로 커지게 되는 반면, 잡음 분산은 사전 채널 보상을 거친 신호에서 연속형 파일롯에 섞인 작음에 대한 분산이므로 시간 변화적인 요소가 미치는 영향이 감소되어 AWGN에 의한 잡음의 영향에 기인한 값만을 나타낸다.That is, as shown in FIG. 4, since the channel change characteristic with time distorts the continuous pilot signal transmitted with the same value, the value of mobility variance continues to increase as the number of symbols used to obtain variance increases. Since the noise variance is the variance of the small mixed in the continuous pilot in the pre-channel compensated signal, the influence of the time-varying factor is reduced, indicating only the value due to the noise effect by the AWGN.
따라서, 이동성 분산과 잡음 분산이 만나는 지점에서 해당하는 심볼의 수가 채널의 시변 특성 영향이 무시될 수 있는 시간 구간이다.Therefore, the number of corresponding symbols at the point where the mobility variance and the noise variance meet is a time interval in which the influence of the time-varying characteristics of the channel can be ignored.
그러므로, 상기 이동성 추정부(302)의 비교기(302-3)는 Rayleigh 채널에 대해 20개 심볼이 채널의 시변 특성을 무시할 수 있는 최대 심볼 개수임을 판단하여 20개 심볼을 사용하여 파일롯 신호의 샘플 평균을 취하도록 결정한다.Therefore, the comparator 302-3 of the
즉, 도 4, 도 5에서 보면 이동성 분산과 잡음 분산이 만나는 지점에 해당하는 20개 심볼을 적용하여 채널 전달 함수를 추정한 후 보상된 신호가 출력 SNR 14.8dB로써 가장 우수함을 보이고 있다. 이는 채널의 시변 특성 영향이 무시될 수 있는 시간 영역 내에 해당하는 심볼까지는 그 심볼의 수 만큼에 존재하는 파일롯 신호의 샘플 평균을 취하여 보상 신호의 출력 SNR을 높일 수 있음을 의미한다.That is, in FIG. 4 and FIG. 5, after applying the 20 symbols corresponding to the point where the mobility variance and the noise variance are applied, the channel transfer function is estimated and the compensated signal is the best as the output SNR of 14.8 dB. This means that the output SNR of the compensation signal can be increased by taking the sample average of the pilot signal present in the number of symbols up to the corresponding symbol in the time domain where the influence of the time-varying characteristics of the channel can be ignored.
그러나 그 보다 더 많은 수의 심볼은 사용하면 채널의 시변 특성 때문에 오히려 수신 신호의 왜곡이 커져서 출력 SNR의 성능 저하를 가져온다. 즉, 파일롯 신호의 샘플 평균을 이용하는 채널 추정 알고리즘에서는 채널 전달 함수를 추정해 내기 위해 사용하는 심볼의 수를 채널 환경에 맞게 선택하는 것이 가장 중요하다.However, the use of a larger number of symbols results in greater distortion of the received signal due to the time-varying nature of the channel, resulting in poor performance of the output SNR. That is, in the channel estimation algorithm using the sample average of the pilot signal, it is most important to select the number of symbols used to estimate the channel transfer function according to the channel environment.
따라서, 고속의 이동체가 겪게되는 다양한 시변 다중 경로 페이딩 채널에 대해서 제안된 본 발명의 채널 추정 장치가 해당 채널 환경에 적합한 최적의 채널 전달 함수를 추정하여 채널 보상 이후의 복조기 SNR 성능을 최대로 유지함을 전산 모의 실험을 통해 확인할 수 있다.Therefore, the proposed channel estimator for the various time-varying multipath fading channels experienced by a high-speed mobile object estimates an optimal channel transfer function suitable for the channel environment to maintain demodulator SNR performance after channel compensation to the maximum. This can be confirmed by computer simulation.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 OFDM 전송 방식을 사용하는 디지털 지상파 텔레비젼 방송의 수신을 위한 디지털 TV 수신기의 채널 추정 장치 및 방법 그리고 그것을 이용한 OFDM 시스템에 의하면, 수신신호에서 추출한 파일롯 신호로부터 이동성 분산를 찾아 사전 채널 보상을 거친 잡음 분산과 비교함에 의해 채널의 시변 특성의 영향이 무시될 수 있는 심볼의 수를 결정하고 결정된 심볼내에 있는 파일롯 신호로부터 채널 전달 함수를 추정해 냄으로써, 잡음의 영향을 줄여 채널 보상 이후의 출력 SNR이 최대가 되므로 최적의 채널 추정이 이루어지는 효과가 있다.As described above, according to the channel estimation apparatus and method of the digital TV receiver for receiving digital terrestrial television broadcasting using the OFDM transmission method according to the present invention, and the OFDM system using the same, the mobility variance is found from the pilot signal extracted from the received signal. By comparing the channel variance with the noise compensation over the channel compensation, the number of symbols that can be ignored by the time-varying nature of the channel can be neglected, and the channel transfer function can be estimated from the pilot signal within the determined symbol, thereby reducing the effect of noise and then after channel compensation. Since the output SNR of is maximized, there is an effect that an optimal channel estimation is made.
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