KR100651837B1 - 채널 추정 장치 및 채널 추정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 채널 추정 장치 및 채널 추정 방법에 관한 것이다. 본 발명은 파일럿 심벌과 데이터 심벌이 시분할되어 송신되는 신호를 수신하여 채널을 추정하는 방법에 있어서, (a) 수신된 신호의 파일럿심벌 구간의 전송경로 특성치로 데이터심벌 구간을 가상 파일럿심벌로 추정하여 파일럿 심벌과 가상 파일럿심벌을 포함하는 가상 파일럿채널을 생성하는 단계; (b) 상기 가상 파일럿채널의 연속된 파일럿심벌과 데이터심벌을 각각 동일 개수로 포함하는 윈도우에 대한 적분 값을 하나의 심벌 값으로 대체하는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계의 윈도우에 대한 적분 과정을 가상 파일럿채널의 최초 심벌부터 한 심벌씩 늦게 수신한 심벌에 대해 적용하여 채널 추정의 오차를 감소시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 채널추정 방법과 상기 방법을 실시할 수 있는 장치를 제공한다. 본 발명에 따른 채널 추정 장치 및 방법에 따르면 높은 신뢰도를 갖는 채널의 전송 경로 특성치를 구하고, 이로 인해 최적의 최대비결합을 구할 수 있어 높은 SNR을 갖는 합성 출력을 얻을 수 있다.

채널추정, 슬라이딩윈도우

Description

채널 추정 장치 및 채널 추정 방법{channel estimator and method of channel estimating}

도 1은 파일럿 심벌과 데이터 심벌이 시분할되어 송신되는 위성 DMB의 파일럿 채널의 구조를 표현한 도면

도 2a는 수신된 데이터 심벌의 컨스텔레이션상의 위치(붉은색)를 나타낸 도면

도 2b는 도 2a의 심벌을-225도 위상 회전할 경우 컨스텔레이션 상의 위치(붉은색)와 위상오차(보라색)을 나타낸 도면

도 2c는 도 2b의 심벌을 위상보상한 결과를 나타낸 도면

도 2d는 도 2c의 심벌에 대해 deicision directed method로 디시전 과정을 수행하기 위한 컨스텔레이션의 위치를 나타낸 도면

도 2e는 도 2d의 심벌에 대해 디시전과정이 수행된 결과로서 위상이 회전한 데이터 심벌을 나타낸 도면

도 3은 컨스텔레이션상에서 심벌의 위치에 따라 deicision directed method로 디시전 과정을 수행하기 위해 사분면을 분할한 결과를 나타낸 도면

도 4는 파일럿 심벌 구간과 데이터 심벌 구간의 전송경로 특성치를 deicision directed method로 추정한 추정 파일럿 채널로 가상 파일럿 채널의 구조 를 나타낸 도면

도 5는 슬라이딩 윈도우 개념을 적용하여 가상 파일럿채널에 대해 본 발명에 의한 채널을 추정하는 방법을 나타낸 도면

도 6은 본 발명에 따른 채널 추정 장치의 구조를 나타낸 블럭도

< 도면 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 가상 파일럿채널 생성부

110 : 제 1 위상회전부 120 : 파일럿심벌제어부

130 : 위상보상부 140 : 디시전부

150 : 제 2 위상회전부 160 : 가상채널생성부

200 : 오차감소부(슬라이딩 윈도우부)

본 발명은 방송 수신기의 채널 추정(channel estimation) 장치 및 채널 추정 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 파일럿 신호(pilot signal)가 시간 분할 변조(TDM)되어 전송될 경우 신뢰도 높은 채널 추정(channel estimation) 결과를 얻을 수 있는 채널 추정 장치 및 채널 추정 방법에 관한 것이다.

DMB (Digital Multimedia Broadcasting: 디지털 멀티미디어 방송, 이하 DMB)는 크게 지상파 DMB와 위성 DMB로 나눌 수 있다. 지상파 DMB는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)을 기반으로 하여 수신자가 이동 중에 오디오 및 비디오 서비스를 제공받을 수 있도록 한다. 위성 DMB는 부호 분할 다중 방식(Code Division Multiplexing: 이하 CDM)을 기반으로 하고 위성체와 이를 보완하는 지상의 갭필러(gap filler)를 이용하여 이동 중에 오디오 및 비디오 서비스를 제공받을 수 있도록 한다. 현재 한국 및 일본에서 채택된 위성 DMB의 기술표준은 ITU에서 규정한 시스템-E 방식으로서 CDM 전송방식을 취하는 것으로, 위성 DMB는 다양한 채널을 이용한 CD급 음질의 음악방송이나 날씨, 교통, 비디오 정보 등을 방송하는 대표적인 통신, 방송 융합의 신개념 서비스이다.

위성 DMB는 상향 13.824 ~ 13.883 GHz 대역과 하향 2.630 ~ 2.655 GHz 및 12.21 ~ 12.23GHz 대역의 주파수를 사용하며, 최대 64채널(한국,일본 각 32채널)을 지원하고 전국방송으로서 커버리지(coverage)가 넓은 특징이 있다. 위성 DMB의 전송채널은 무선 이동수신 채널로서, 수신신호의 크기(amplitude)가 시변(time-varying)할 뿐만 아니라, 수신자의 이동 수신의 영향으로 수신신호 스펙트럼의 도플러 천이(doppler shift)가 발생한다. 이러한 채널환경 하에서의 송수신하기 위해서 위성 DMB 송신 방식은 CDM 전송방식을 채택하였고, 송신시에 신호에 대해 시간 영역에서 인터리빙(interleaving)을 수행하도록 하여 전송 채널에서 발생하는 에러를 정정할 수 있도록 하였다. CDM 전송방식은 전송하려는 데이터에 데이터보다 훨씬 빠른 전송률을 갖는 의사잡음(pseudo noise)신호를 곱함으로써 주파수를 확산 시켜 전송하는 방식으로, 이와 같은 방식이 수행된 신호는 넓은 대역에 걸쳐 존재하게 되므로 협대역 신호간섭(narrow-band interference)에 강한 특성을 가진다. 그리고, 레이크(rake) 구조의 수신기를 통해 상기 방식의 신호를 수신하면 다중 경 로에 의한 수신성능 열화를 줄일 수 있다.

유무선 수신 시스템이 수신한 신호를 정확하게 복조하기 위해서는 송신단에서 전송된 신호가 거쳐온 경로의 크기와 위상 특성을 알 필요가 있다. 이를 용이하게 하기 위해 송신단에서 정보를 송신할 때, 일정 대역을 파일럿 신호(pilot signal)로 할당하여 전송하며, 수신단에서는 파일럿 신호를 신호처리하여 수신된 신호가 거쳐온 전송 경로의 크기와 위상 특성을 파악해 낸다. 상기 과정에서 얼마나 신뢰성 높은 전송 경로의 크기와 위상 특성을 추정(estimation)하느냐는 복조된 신호의 정확성에 직접적 영향을 미치게 된다. 이와같이 전송 경로의 크기(Magnitude)와 위상(Phase)특성을 추정(Estimation)하는 것을 채널 추정 (Channel Estimation)이라고 한다. 파일럿 신호을 전송하는 방법에는 다양한 방법이 있으나 일반적으로 많이 쓰이는 방법들 중 하나가 파일럿 신호를 데이터 신호(data signal)와 시분할하여 전송하는 것이다. 파일럿 신호(pilot signal)와 데이터 신호(data signal)를 시분할하는 이유는 한정된 대역폭을 최대한 효율적으로 활용할 수 있기 때문이다. 시분할되어 전송된 파일럿 신호를 이용하여 채널을 추정(channel estimation)하기 위해서 유무선 송수신 시스템의 표준에서 지정한 파일럿 신호의 시분할 사양에 따라 다양한 방법이 사용된다.

도 1을 참조하여, 종래에 채널추정 방법에 사용되는 방법 중 일 예로서 위성 DMB 방식에 적용되는 방법을 설명하면 다음과 같다. 도 1은 파일럿 심벌과 데이터 심벌이 시분할되어 송신되는 위성 DMB의 파일럿 채널의 구조를 표현한 도면이다. 위성 DMB는 32개 방송 채널 중에 1개의 파일럿 채널을 할당하고 그 파일럿 채널에 파일럿 심벌(pilot symbol)과 데이터 심벌(data symbol)을 시분할하여 전송한다. 32 심벌 간격으로 파일럿 심벌(PS)과 데이터 심벌(D₁,D₂,D₃...)이 시분할된다. 각각의 시분할된 심벌에 포함되는 정보는 도 1 하단의 표와 같다. 채널 추정 장치(channel estimator)는 시분할된 랜덤한 데이터가 포함된 파일럿 채널의 데이터 심벌구간에 대해 전송 경로의 특성인 크기와 위상 특성을 추정한다. 이를 위해 일반적으로 쓰이는 방법이 선형 보간(linear interpolation)방법이다. 선형보간 방법은 주어진 두 점에 대해 두 점을 연결하는 1차 직선 방정식을 이용해 데이터 심벌구간의 전송 경로 크기와 위상 특성을 추정하는 것이다. 예를 들어 (1,3.5), (2,a), (3,b), (4,c), (5,5.8) 인 시퀀스(Sequence)가 있다고 할 때, 시퀀스를 (x,y)라 하면, x는 시간 인덱스(index)이고 y는 채널 특성치를 나타낸다고 가정한다. 시간 인덱스가 1과 5일 때 각각의 y값 3.5와 5.8은, 시간 인덱스 1과 5의 이미 알려진 심벌(known symbol)인 파일럿 심벌을 전송해서 알게 된 전송경로 특성치이다. 반면 시간 인덱스 2, 3, 4에 있는 a, b, c는 당해 시간 인덱스에서 전송신호가 이미 알려진 심벌(known symbol)인 파일럿 심벌이 아닌 랜덤 심벌인 데이터 심벌을 전송한 것으로서 수신측은 어떤 전송경로 특성이 있는지 알 수 없다. 상기한 예에서 a, b, c를 알아내는 것을 채널 추정라고 하고 채널 추정의 방법으로 선형 보간방법을 적용하면 다음과 같다. 먼저, 이미 알려진 심벌(known symbol)인 파일럿 심벌에 의해 알게 된 전송경로 특성치인 3.5와 5.8을 이용하면, (1,3.5)와 (5,5.8)을 지나는 1차 직선 방정식은 y=0.575x+2.925 이다. 그리고 시간 인덱스 2, 3, 4에 해당하는 전송경로 특성치를 1차 직선 방정식에 대입하면 (2,4.075) (3,4.65) (4,5.225)이 된다. 전송 경로 특성치인 a, b, c를 알아내어 채널을 추정하는 방법은 위와 같이 선형보간 방법 이외에 2차 포물선 함수를 이용하거나 3차 방정식 등을 이용한 보간(interpolation) 방법 등이 있으나, 이에 대한 설명은 상기의 보간 방식과 유사하므로 생략한다.

채널 추정 장치(channel estimator)의 성능은 얼마나 정확하게 데이터 심벌이 전송된 구간의 전송 경로 특성치인 신호의 크기, 위상를 추정하는가에 좌우된다. 위성 DMB 수신장치와 같은 레이크 수신기(rake receiver)구조를 사용하는 CDM 수신기는 수신신호의 최대비결합(Maximum Ratio Combining)을 구현하기 위해서 다중경로로 수신된 신호들이 거쳐온 각각의 독립적인 전송경로의 특성치를 필요로 한다. 이때 필요로 하는 전송경로의 특성치의 정확도가 합성한 최대비결합(Maximum Ratio Combining)을 수행한 뒤의 신호의 SNR에 큰 영향을 미쳐서 수신율을 좌우하기 때문에 CDM 수신기에서 채널 추정 장치(channel estimator)의 성능은 매우 중요하다. 그러나, 종래 방식을 위성 DMB 수신장치에 적용하면 추정 오차가 작지 않다는 문제점이 있다. 기존 방식의 경우에 파일럿 심벌과 데이터 심벌이 빈번하게 시분할된 경우는 오차가 크지 않지만, 도 1과 같이 위성 DMB의 파일럿 채널의 구성도처럼 32 심벌은 파일럿 신호만 보내고 그 다음 32 심벌은 데이터 심벌을 전송할 경우, 32 데이터 심벌 구간을 선형 보간 방법 등을 이용해 추정하게 되면 그 추정 오차가 너무 커지는 문제점이 있다. 추정 오차가 커지면, 신호의 SNR가 낮아져 수신성능이 떨어지는 문제점이 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 데이터 심벌 구간에서 오차가 적은 전송경로 특성치를 구할 수 있고, 이로 인해 높은 SNR을 갖는 수신신호를 얻을 수 있는 채널 추정 장치 및 채널 추정 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 파일럿 심벌과 데이터 심벌이 시분할되어 송신되는 신호를 수신하여 채널을 추정하는 방법에 있어서, (a) 수신된 신호의 파일럿심벌 구간의 전송경로 특성치를 이용해 데이터심벌 구간을 가상 파일럿심벌로 추정하여 파일럿 심벌과 가상 파일럿심벌을 포함하는 가상 파일럿채널을 생성하는 단계; (b) 상기 가상 파일럿채널의 연속된 파일럿심벌과 데이터심벌을 각각 동일 개수로 포함하는 윈도우에 대한 적분 값을 하나의 심벌 값으로 대체하는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계의 윈도우에 대한 적분 과정을 가상 파일럿채널의 최초 심벌부터 한 심벌씩 늦게 수신한 심벌에 대해 적용하여 채널 추정의 오차를 감소시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 채널추정 방법을 제공한다.

상기 (a) 단계는, (a1) 수신 채널에 포함된 파일럿심벌의 위상을 특정 위상만큼 회전시키는 단계; (a2) 상기 회전된 파일럿심벌 구간의 전송경로 특성치를 구하는 단계; (a3) 상기 (a2) 단계의 전송경로 특성치를 구한 파일럿심벌의 바로 뒤에 수신된 데이터심벌의 위상을 상기 (a2) 단계의 전송경로 특성치만큼 보상하는 단계; (a4) 상기 (a3) 단계의 보상된 데이터심벌을 이용한 디시전 과정을 통해 랜 덤한 값을 가지고 있는 데이터 심벌의 송신값을 추정하는 단계. 이 과정에서 QPSK와 같은 변조신호는 그 송신값을 위상값으로 반영하기 때문에 데이터 심벌의 위상값을 알게 된다.; (a5) 상기 (a1) 단계의 파일럿심벌의 바로 뒤에 수신한 데이터심벌의 위상을 상기 (a4) 단계에서 추정된 해당 데이터 심벌의 위상값만큼 보상하는 단계; 및 (a6) 상기 (a1) 단계의 파일럿심벌과 상기 (a5) 단계의 회전된 추정 데이터심벌로 가상 파일럿채널을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 이것을 수신한 데이터 심벌 구간을 추정하여 가상의 파일럿심벌로 만드는 하나의 방법이다.

또한 본 발명은 파일럿심벌과 데이터심벌이 시분할된 신호를 수신하여 채널을 추정하는 장치에 있어서, 수신된 신호의 파일럿심벌 구간의 전송경로 특성치를 이용하여 랜덤한 데이터심벌 구간의 전송값을 추정하여 가상 파일럿심벌로 만들고 데이터 심벌 구간값을 가상 파일럿 심벌값으로 대체하여 가상 파일럿채널을 생성하는 가상 파일럿채널 생성부; 및 상기 가상 파일럿채널을 입력받아 상기 가상 파일럿채널의 파일럿심벌과 가상 파이럿심벌을 각각 동일 개수로 포함하는 윈도우에 대한 적분값을 하나의 심벌값으로 하고, 상기 윈도우를 한 심벌씩 늦게 수신한 심벌들에 대해 적용하여 채널 추정의 오차를 감소시키는 추정오차감소부를 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 추정 장치를 제공한다.

상기 가상 파일럿채널 생성부는 수신 채널에 포함된 심벌의 위상을 특정 위상만큼 회전시키는 제1위상회전부; 상기 제1위상회전부에서 회전된 심벌을 입력받아 파일럿심벌 구간의 전송경로 특성치를 구하는 파일럿심벌제어부; 상기 파일럿심벌제어부에서 구한 전송경로 특성치로 상기 파일럿심벌의 바로 뒤에 수신한 데이터 심벌의 위상을 보상하는 위상보상부; 상기 위상 보상된 데이터심벌에 대해 디시전 과정을 통해 데이터 심벌의 전송 위상값을 추정하는 디시전부; 상기 디시전부에서 도출된 데이터심벌의 위상값을 이용하여 상기 수신된 신호의 데이터심벌 구간의 해당 데이터심벌의 위상을 보상하여 가상 파일럿심벌을 생성하는 제2위상회전부; 및 수신된 파일럿채널의 심벌 중 데이터 심벌구간을 상기 제2위상회전부에서 회전한 가상 파일럿 채널로 대체하여 가상 파일럿채널을 생성하는 가상채널생성부를 포함할 수도 있다.

본 발명에 의한 채널 추정 장치(channel estimator)는 결정지향법(Decision Directed Method)을 이용해 파일럿 심벌(pilot symbol) 구간의 전송경로 특성치를 구하여 데이터 심벌(data symbol) 구간의 위상정보를 보상한 뒤, 상기 보상된 데이터 심벌(data symbol)들의 컨스텔레이션(constellation)상의 위치정보로 전송경로 특성치를 추정한다. 본 발명에 사용되는 결정지향법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 채널 특성(channel characteristic)을 다음과 같이 표시한다.

여기서 α는 채널의 크기(channel magnitude)이고, Θ는 채널 위상(channel phase)이다. i는 심벌 인뎃스(symbol index)로 i번째 심벌이 겪게되는 채널 특성임을 의미한다.

정보를 포함하는 신호(information signal)는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

여기서 φ_i는 (±π/4, ±3π/4)의 값을 갖는다.

수학식 1과 같이 전송경로 특성을 전송경로의 크기와 위상으로 표기하며, 위성 DMB의 경우 수학식 2에서 보이는 것처럼 송신단에서 전송하는 신호는 위상에 전송정보를 담는 QPSK방식으로 전송하므로 송신신호의 전송정보 값이 무엇이냐에 따라 송신신호의 위상값인 φ_i 가 4개의 위상값 중 하나의 값을 가지게 된다. 전송경로에서 첨가되는 백색 잡음인 화이트 가우시안 노이즈(white gaussian noise)는 n으로 표시하고 복소수(complex)의 값을 갖는다. 상기와 같이 신호를 표시할 경우는 수신된 신호는 다음과 같이 표기될 수 있다.

수신된 신호를 컨스텔레이션(constellation)상에서 결정(decision)하기 위해위상을 -225도 만큼 위상을 회전시켜주면 -225도만큼 위상 회전된 심벌은 다음식으로 표현된다.

파일럿 심벌(pilot symbol) 구간에서는 전송단에서 이미 알려진 심벌(known symbol)을 전송하기 때문에 전송정보가 실려 있는 위상 항목인 φ_i의 값이 다음과 같다.

따라서 파일럿 심벌(pilot symbol) 구간에서의 수신 신호를 정리하면 다음과 같다.

파일럿 심벌(pilot symbol)구간 다음으로 송신되는 데이터 심벌(data symbol)들의 변화된 위상값을 보상하기 위해 수학식 6의 파일럿 심벌(pilot symbol) 구간의 32개의 심벌들을 적분하여 오류성분을 제거(integration 및 dump)하고, 그 결과로 파일럿 심벌(pilot symbol) 구간의 전송경로 특성치를 구한다. 수학식 7과 같이 32개의 파일럿 심벌(pilot symbol)들을 적분함(integration 및 dump)으로써 파일럿 심벌(pilot symbol)구간 동안의 전송경로 특성치의 평균값을 얻을 수 있다. 이렇게 얻은 값은 실제 전송경로 특성치값들의 변화가 아주 빠르지 않다고 가정할 경우 데이터 심벌(data symbol)들의 위상을 보상하는데 사용될 수 있다.

다음으로 데이터 심벌(data symbol) 구간에서 수신된 신호는 다음과 같다.

데이터 심벌의 경우 일반적으로는

이고, 따라서,

위상이 -225도만큼 회전된 신호는 다음과 같다.

데이터 심벌(data symbol)구간의 수신신호를 파일럿 심벌(pilot symbol) 구간에서 얻어진 전송경로 특성치의 평균값으로 보상하게 되면 다음과 같다.

파일럿 심벌(pilot symbol) 구간에서 얻어진 전송경로 특성치의 평균치가 데 이터 심벌(data symbol)구간의 전송경로 특성치와 무시할만한 오차범위 이내에서 있다고 가정하면,

이므로 수학식 10은 다음과 같이 쓸 수 있다.

파일럿 심벌(pilot symbol) 구간의 전송경로 특성치의 평균값으로 위상이 보정된 데이터 심벌(data symbol)값은 전송경로에서 위상 왜곡이 되었던 위상 항목 θ가 사라짐으로써 송신단에서 전송된 신호의 위상이 전송경로를 통해 왜곡되는 것을 제거할 수 있다. 이것은 컨스텔레이션(constellation) 상의 위상으로써 송신단에서 전송한 데이터 심벌(data symbol)값을 알 수 있다는 것을 의미한다. 이제 데이터 심벌(data symbol)구간의 심벌들이 수신단에서 알지 못하는 랜덤한 데이터(unknown data)가 아닌 알고 있는 데이터(known data)가 되었으므로 파일럿 심벌(pilot symbol) 구간에서처럼 전송경로의 특성치들을 알아낼 수 있다.

이하 상기 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 2을 참조하여 수식으로 표기한 결정지향법을 컨스텔레이션상의 위치로써 설명하면 다음과 같다. 도 2에서 붉은색 점은 결정지향법(decision directed method)을 적용하려는 데이터 심벌(data symbol)의 위치를 나타낸다. 네 개의 회색의 점은 데이터 심벌이 전송경로 상에서 위상왜곡되지 않을 경우 컨스텔레이션(constellation) 상에서 위치해야 할 위치를 나타낸다. 도 2a에서는 데이터 심벌은 전송경로상에서의 위상왜곡이 있다(보라색으로 표시). 도 2b는 디시전(decision)의 편의를 위해 상기 데이터 심벌의 위상을 -225도 만큼 회전시킬 경우의 결과를 나타낸다. 도 2c는 도 2b의 -225도 회전한 데이터 심벌(data symbol)에 대해 상기 데이터 심벌 바로 이전에 수신된 파일럿 심벌구간에서 추정된 전송 경로 특성치의 평균값을 컨쥬게이트 곱을 취하여(conjugate multiplication) 그 크기(amplitude) 및 위상(phase)을 보상한 결과를 나타낸다. 도 3c에서 데이터 심벌의 위상과 크기가 보상되더라도 보상된 데이터 심벌 바로 전에 수신된 파일럿 심벌구간의 전송경로 특성치와 상기 크기, 위상 보상된 데이터 심벌 구간의 전송경로 특성치는 오차가 있을 수 있기 때문에 데이터 심벌의 위상을 보상한다고 하더라도 그 오차가 완전히 소거되지 않는다. (보라색 부분이 여전히 존재) 그러나, 이미 설명한 바와 같이 그 정도의 오차는 그 이후에 있을 디시전 과정에서 큰 오류를 발생시키지 않는다고 가정된다. 즉, 전송경로 특성치의 변화가 파일럿 심벌구간이나 데이터 심벌구간에 걸쳐 아주 빠르게 일어나지 않음을 가정한다.

상기의 보상 과정에서 데이터 심벌의 위상만 보상되는 것이 아니라 그 크기도 보상된다(따라서, [수학식 11]에서 데이터 심벌의 수식이

이와 같 이 표현되었고, 여기에서 데이터 심벌의 크기(Magnitude)가

가 아닌

으로 표현되었다). 따라서, 도 2b와 도 2c의 심벌의 크기(심벌 크기는 컨스텔레이션(constellation)의 원점으로부터 심벌까지의 거리를 나타낸다)가 다르지만 디시전할 경우 필요로 하는 정보는 위상 정보이기 때문에 이를 무시할 수 있다. 도 2d는 디시전하는 과정을 나타낸다. 도 2d의 붉은 점으로 표현된 데이터 심벌(data symbol)은 +90도를 중심으로 하는 사분면에 위치한다. 따라서 전송된 데이터 심벌은 초기에 4사분면에 위치했음을 나타내는 것이다. 상기한 초기 위치는 도 2a을 통해서도 확인할 수 있다. 도 2e는 도 2d의 디시전 과정을 통해 추정된 데이터 심벌(data symbol)의 위상값에 따라 그에 해당하는 위상값만큼 도 2a의 신호를 회전시켜 가상 파일럿 채널을 구성하는 과정을 나타낸다.

도 3를 참조하여 상기 디시전 과정(decision process)을 상세히 설명하면 다음과 같다. 위상이 보상된 심벌의 위치가 +90을 중심으로 하는 사분면(Region 1)에 위치하는 경우 상기 심벌에 대해서는 위상을 -90도 회전시키는 과정을 수행한다. 위상이 보상된 심벌의 위치가 +180을 중심으로 하는 사분면(Region 2)에 위치하는 경우 상기 심벌에 대해서는 위상을 +180도 회전시키는 과정을 수행한다. 그리고, 위상이 보상된 심벌이 +270도를 중심으로 하는 사분면(Region 3)에 위치하면 +90도 회전시키고, 0도를 중심으로 하는 사분면(Region 4)에 위치하면 0도를 회전시키는 과정을 수행한다. 상기의 과정은 제1위상회전부에서 디시전 과정의 편의를 위해 위 상 회전시키는 특정값이 -225도 일 경우에 성립되는 과정이고 그 외의 다른 특정값을 사용할 경우에는 다른 디시전 기준과 보상위상값이 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 채널 추정 장치 및 채널 추정 방법은 파일럿 채널(estimated pilot channel)의 데이터심벌(Data Symbol)을 상기의 결정지향법에 따른 디시전 과정을 통해 추정된 가상 파일럿심벌(Virtual Pilot Symbol)로 대체하여 구성되는 가상 파일럿 채널(virtual pilot channel)을 만들고, 상기 가상 파일럿 채널에 대한 후처리과정(post processing)으로 슬라이딩 윈도우(sliding window)과정을 수행하여 채널을 추정한다.

도 4를 참조하여 가상 파일럿 채널의 구조의 일 예를 설명하면 다음과 같다.

가상 파일럿 채널(virtual pilot channel)은 이미 알고 있는 데이터(known data)를 전송한 파일럿 심벌과 미지의 랜덤 데이터(unknown random data)인 데이터 심벌이 시분할 되어 전송되는 파일럿 채널과는 다르게 데이터 심벌구간을 결정지향법에 의해 추정한 가상 파일럿 심벌(estimated pilot symbol)로 대체하여 마치 채널의 전 구간에서 모두 파일럿 심벌을 보낸 것처럼 구성한 채널을 의미한다. 따라서, 도 4의 예에서 전송된 신호는 파일럿 채널구간(PS1)이 32개의 심벌로 구성되고 추정된 파일럿 채널(EPS1)이 32개의 심벌로 구성되며, 같은 개수의 심벌로 파일럿 채널 구간과 추정된 파일럿 채널 구간이 반복된다.

결정지향법(decision directed method)은 미지의 심벌(known symbol)인 데이터 심벌(data symbol)의 값을, 이미 알려진 심벌(known symbol)인 파일럿 심벌(pilot symbol)과 같이 처리할 수 있게 할 수 있다. 그러나, 전송경로의 특성치의 변화가 클 경우 종래의 보간 방법등으로 파일럿 심벌구간의 전송경로 특성치의 평균을 바로 다음에 오는 데이터 심벌구간의 전송경로 특성치를 구하면 디시전(decision) 과정에서 오차가 커질 수 있다. 또한 오차가 큰 디시전 결과를 가상 파이럿 채널에 인가하면 수신성능을 저하의 결과를 초래할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 채널 추정 장치 및 채널 추정 방법은 상기한 수신성능의 저하를 보완하기 위해 슬라이딩 윈도우 방식으로 채널을 추정한다. 이하에서 슬라이딩 윈도우 방식을 설명한다.

도 5을 참조하여 도 4의 가상 파일럿 채널의 일 예에 대해 슬라이딩 윈도우 방식의 후처리 과정을 적용하여 채널을 추정하는 방법을 설명하면 다음과 같다. 종래의 데이터 심벌 구간을 보간하는 방식 등을 사용하는 것과는 달리 본 발명에 따른 채널 추정 장치 및 채널 추정 방법은 유효한 채널 값(도 5의 PS_i)구간을 최대한 사용하여 채널을 추정한다.

우선 결정지향법(decision directed method)를 통해 완성된 가상 파일럿 채널에 일정한 길이의 윈도우를 씌운 후, 윈도우내의 전송경로 특성치 값들을 평균한다. 상기 과정을 통해 추정된 파일럿 심벌(estimated pilot symbol)구간에서 존재할 수 있을 오차를 최소화할 수 있다. 그리고, 이 윈도우를 바로 다음 심벌로 슬라이딩해서 슬라이딩된 윈도위내의 전송경로 특성치 값을 평균한다. 그 이후에도 하나의 심벌씩 윈도우가 슬라이딩되면서 같은 과정이 반복된다. 도 4의 가상 파일럿 채널의 일 예는 알려진 심벌인 파일럿 심벌이 32개이고, 결정된 심벌인 추정된 파 일럿 심벌 32개이므로 64길이의 윈도우가 사용될 수 있다. 이것은 어떤 윈도우내에서도 알려진 심벌의 개수를 32개로 할 수 있어 오차가 각 윈도우내의 범위에 대해 균형을 이루도록 할 수 있다.

따라서, 도 5에서 첫번째 윈도우는 첫번째 파일럿 심벌 구간의 첫번째 파일럿 심벌인 PS(0)에서부터 시작하여 첫번째 데이터 심벌 구간의 마지막 추정된 파일럿 심벌인 EPS(31)까지 64개의 심벌을 포함한다. 그리고 상기 포함된 심벌에 대해서 전송경로 특성치의 값이 평균된다. 상기 윈도우내의 64개의 심벌들의 평균치는 첫번째 전송경로 특성치가 된다. 그 후에 윈도우는 하나의 심벌만큼 옆으로 슬라이딩되고, 그때 상기 윈도우는 첫번째 파일럿 심벌구간에서 두번째 파일럿 심벌인 PS(1)부터 시작하여 두번째 파일럿 심벌 구간의 첫번째 파일럿 심벌인 PS(0)까지 64 개의 심벌을 포함한다. 그리고 상기 윈도우안에 있는 64 개의 심벌들의 전송경로 평균치가 두번째 전송경로 특성치가 된다. 이후의 윈도우에 대해서도 동일한 과정이 반복된다. 상기의 슬라이딩 윈도우 과정은 결정지향법(decision directed method)으로 인한 오차를 줄일 수 있다.

도 6을 참고하여, 본 발명에 따른 채널 추정 장치의 일 실시예를 설명하면 다음과 같다. 본 발명에 따른 채널 추정 장치는 가상 파일럿채널 생성부(100)와 오차감소부(슬라이딩 윈도우부)(200)를 포함한다. 입력되는 신호가 위성 DMB의 파일럿 채널의 신호라고 하면 상기 입력신호에 대해 제1위상회전부(phase rotator)(110)에서 각 심벌의 위상을 -225도만큼 회전시킨다. -225도는 결정을 편하게 하기 위함이며, 반드시 -225도를 회전시킬 필요는 없고 회전각도에 따라 결정 을 달리할 수 있다. 본 실시예에서는 -225도를 회전시킨다. 제1위상회전부(110)는 복소수 곱셈(complex multiplication : 입력1 : a+jb, 입력2 : c+jd, 출력 : (a+jb)(c+jd)= (ac-bd)+j(ad+bc))을 수행하는 블럭이다. 파일럿심벌제어부(120)에서는 파일럿 심벌구간에 대해 연속된 파일럿 심벌들, 일 예로 32개에 대한 합산과정(intergration 및 dump)이 수행됨으로써 파일럿 심벌 구간에서의 전송경로 특성치의 평균값을 얻는다. 위상보상부(120)는 상기 전송 경로 특성치의 평균값을 입력받아 데이터 심벌 구간의 심벌과 복소수 곱셈 과정을 수행한다. 이 과정을 통해 데이터 심벌의 위상이 보상될 수 있다. 디시전부(140)는 위상이 보상된 데이터 심벌을 입력받아 디시전 과정을 수행하고, 상기 결과 디시전된 위상값을 출력한다. 상기 출력된 위상값은 제2위상회전부(150)에 입력되어 상기 입력된 위상값만큼 데이터 심벌을 회전시켜서 추정된 파일럿 심벌(estimated pilot symbol)을 출력한다. 가상채널생성부(160)은 파일럿 채널과 상기 추정된 파일럿 심벌을 입력받아 상기 채널을 포함하는 가상 파일럿 채널을 출력한다. 상기 가상 파일럿 채널은 오차감소부(슬라이딩 윈도우부)(200)로 입력되어 오차를 최소화시킨 추정 채널을 출력한다.

이상에서는 설명의 편의상 위성 DMB 전송방식에 적용된 실시예를 기술하였으나, 본 발명에 따른 채널 추정 장치 및 채널 추정 방법은 QPSK 전송방식과 같이 위상에 전송 정보가 실리고, WCDMA와 같이 파일럿 채널이 파일럿 심벌과 데이터 심벌이 시분할되어 송수신되는 어떠한 유, 무선 송수신 시스템에도 적용할 수 있다.

상기에서 설명한 본 발명에 따른 채널 추정 장치 및 채널 추정 방법의 효과 를 설명하면 다음과 같다.

첫째, 본 발명에 따르면 기존의 채널 추정 장치에서 사용했던 보간 방식에 비해 데이터 심벌 구간에서 수신 오차가 적은 전송경로 특성치를 구할 수 있다.

둘째, 본 발명에 따르면 결정지향법으로 발생하는 오차도 후처리 과정인 슬라이딩 윈도우에 의해 오차가 최소화된 전송경로 특성치를 구해낼 수 있다.

셋째, 본 발명에 따르면 기존의 레이크 합성기(rake combiner)에서 보다 높은 신뢰도를 갖는 전송경로 특성치를 구하고, 이로 인해 최적의 최대비결합을 구할 수 있어 높은 SNR을 갖는 합성 출력을 얻을 수 있다.

넷째, 본 발명에 따르면 실제 도심의 음영지역이나 낮은 수신신호 파워를 갖는 경우에 수신장치의 수신률을 높일 수 있다.

Claims (8)

1. 파일럿 심벌과 데이터 심벌이 시분할되어 송신되는 신호를 수신하여 채널을 추정하는 방법에 있어서,

   (a) 수신된 신호의 파일럿심벌 구간의 전송경로 특성치로 데이터심벌 구간을 가상 파일럿심벌로 추정하여 파일럿 심벌과 가상 파일럿심벌을 포함하는 가상 파일럿채널을 생성하는 단계;

   (b) 상기 가상 파일럿채널의 연속된 파일럿심벌과 데이터심벌을 각각 동일 개수로 포함하는 윈도우에 대한 적분 값을 하나의 심벌 값으로 대체하는 단계; 및

   (c) 상기 (b) 단계의 윈도우에 대한 적분 과정을 가상 파일럿채널의 최초 심벌부터 한 심벌씩 늦게 수신한 심벌에 대해 적용하여 채널 추정의 오차를 감소시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 채널추정 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 (a) 단계는,

   (a1) 수신 채널에 포함된 파일럿심벌의 위상을 특정 위상만큼 회전시키는 단계;

   (a2) 상기 회전된 파일럿심벌 구간의 전송경로 특성치를 구하는 단계;

   (a3) 상기 (a2) 단계의 전송경로 특성치를 구한 파일럿심벌의 바로 뒤에 수신한 데이터심벌의 위상을 상기 (a2) 단계의 전송경로 특성치만큼 보상하는 단계;

   (a4) 상기 (a3) 단계의 보상된 데이터심벌의 위상에 대해 디시전과정에 필요한 위상값을 도출하는 단계;

   (a5) 상기 (a1) 단계의 파일럿심벌의 바로 뒤에 수신한 데이터심벌의 위상을 상기 (a4) 단계의 위상값만큼 회전시키는 단계; 및

   (a6) 상기 (a1) 단계의 파일럿심벌과 상기 (a5) 단계의 회전된 추정 데이터심벌로 가상 파일럿채널을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 채널추정 방법.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 (a2) 단계의 전송경로 특성치는 한 구간의 파일럿심벌들을 적분하여 구하는 것을 특징으로 하는 채널추정 방법.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 (a1) 단계의 특정 위상은 -225도인 것을 특징으로 하는 채널추정 방법.
5. 파일럿심벌과 데이터심벌이 시분할된 신호를 수신하여 채널을 추정하는 장치에 있어서,

   수신된 신호의 파일럿심벌 구간의 전송경로 특성치로 데이터심벌 구간을 가상 파일럿심벌로 추정하여 가상 파일럿채널을 생성하는 가상 파일럿채널 생성부; 및

   상기 가상 파일럿채널을 입력받아 상기 가상 파일럿채널의 파일럿심벌과 데이터심벌을 각각 동일 개수로 포함하는 윈도우에 대한 적분값을 하나의 심벌값으로 하고, 상기 윈도우를 한 심벌씩 늦게 수신한 심벌들에 대해 적용하여 채널 추정의 오차를 감소시키는 추정오차감소부를 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 추정 장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 가상 파일럿채널 생성부는 수신 채널에 포함된 심벌의 위상을 특정 위상만큼 회전시키는 제1위상회전부;

   상기 제1위상회전부에서 회전된 심벌을 입력받아 파일럿심벌 구간의 전송경로 특성치를 구하는 파일럿심벌제어부;

   상기 파일럿심벌제어부에서 구한 전송경로 특성치로 상기 파일럿심벌의 바로 뒤에 수신한 데이터심벌의 위상을 보상하는 위상보상부;

   상기 보상된 데이터심벌의 위상에 대해 디시전과정에 필요한 위상값을 도출하는 디시전부;

   상기 디시전부에서 도출된 위상값만큼 상기 수신된 신호의 데이터심벌 구간의 데이터심벌의 위상을 회전시키는 제2위상회전부; 및

   수신된 채널의 심벌 중 데이터 심벌구간을 상기 제2위상회전부에서 회전한 가상 파일럿 채널로 대체하여 가상 파일럿채널을 생성하는 가상채널생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 채널추정 장치.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 파일럿심벌제어부에서 전송경로 특성치는 파일럿심벌 구간의 심벌을 적분하여 구하는 것을 특징으로 하는 채널추정 장치.
8. 제 6항에 있어서,

   상기 제1위상회전부에서 회전시킨 위상은 -225도 인것을 특징으로 하는 채널추정 장치.

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