KR100664600B1

KR100664600B1 - Ofdm 시스템의 곡선접합 채널추정 방법

Info

Publication number: KR100664600B1
Application number: KR1020040062983A
Authority: KR
Inventors: 오성근
Original assignee: 오성근
Priority date: 2004-07-31
Filing date: 2004-07-31
Publication date: 2007-01-04
Also published as: KR20060011758A

Abstract

본 발명은 시변 주파수 선택적 페이딩 환경에서의 채널추정을 위한 효율적인 방법과 그 방법을 사용한 OFDM 시스템에 관한 것으로, 특히 수신기에서의 채널추정을 위해 부반송파들 중 전송되는 신호의 일부에 삽입되는 파일럿 신호들을 사용하여 채널상태정보 추정치를 얻고, 채널추정 정확도를 높이기 위하여 그 얻어진 채널상태정보 추정치를 사용하여 파일럿 신호의 밀도가 높고 인접한 채널 추정치들 간의 변화의 정도가 적은 영역(시간영역 또는 주파수영역)에서부터 최소 자승오차 기준으로 적절한 차수의 다항식으로 곡선접합(Curve-fitting)을 수행하여, 해당하는 영역에서 스무딩(Smoothing)과 보간(Interpolation) 및 예측(Prediction)을 수행하여 하나의 영역(시간영역 또는 주파수영역)에서 모든 가능한 채널상태정보의 추정치들을 구하고, 상기 하나의 영역에서 얻어진 채널추정치들을 이용하여 다른 영역(주파수영역 또는 시간영역)에서 다시 곡선접합을 통하여 적절한 차수의 다항식으로 근사화를 통해 스무딩과 보간 및 예측을 수행하여 모든 영역(시간영역과 주파수영역)에서 채널을 추정할 수 있도록 하는 곡선접합을 이용한 채널추정 방법 및 그 채널추정 방법을 사용하는 OFDM 시스템을 제공한다.

채널추정, 곡선접합, 곡선접합 채널추정, 다항식 근사화, OFDM 시스템

Description

OFDM 시스템의 곡선접합 채널추정 방법{A Curve-Fitting Channel Estimation Method of OFDM System}

도1은 종래의 OFDM 시스템의 송수신부를 나타낸 블록도.

도2는 본 발명에 따른 곡선접합 채널추정방법에 적용되는 Comb-형 파일럿 구조를 나타낸 도면.

도3은 도2의 Comb-형 파일럿 구조에서 본 발명에 따른 곡선접합 채널추정 방법을 적용하는 과정을 순차적으로 나타낸 도면.

도4는 본 발명에 따른 곡선접합 채널추정방법에 적용되는 Rectangular-형 파일럿 구조를 나타낸 도면.

도5는 본 발명에 따른 곡선접합 채널추정방법에 적용되는 Block-형 파일럿 구조를 나타낸 도면.

도6은 본 발명에 따른 곡선접합 채널추정기를 갖는 OFDM 시스템을 나타낸 블록도.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

1 : 신호 매핑기 2, 9 : 직병렬 변환기

3 : 파일럿 신호 삽입기 4 : IFFT기

5, 13 : 병직렬 변환기

6 : 시변 주파수 선택적 페이딩 채널

7 : 덧셈기 8 : 가우시안 잡음

10 : FFT기 11 : 채널추정기

11': 곡선접합 채널추정기

12 : 채널등화기 14 : 신호 디매핑기

본 발명은 시변 주파수 선택적 페이딩 환경에서의 채널추정을 위한 방법과 그 방법을 사용한 OFDM 시스템에 관한 것으로, 특히 수신기에서의 채널추정을 위한 목적으로 부반송파들 중에서 한정된 부분에 일정한 규칙을 갖는 파일럿들을 삽입하여 전송하고, 수신기에서는 파일럿 신호들을 이용하여 파일럿을 포함하는 부반송파들에서 채널추정을 하여 파일럿을 포함하지 않는 데이터 전송을 위한 모든 부반송파들에서의 채널상태정보와 그들의 시간에 따른 채널특성 변화를 추정하여 이를 이용하여 OFDM 신호를 수신한다.

일반적으로 OFDM 전송방식은 고속 데이터 스트림을 다수의 저속 데이터 스트림으로 분할하여, 대역이 겹치는 상호 직교하는 부반송파들을 사용하여 병렬로 전송함으로써 대역효율을 높이며, 지연확산에 따른 인접 신호간의 간섭을 효과적으로 줄임으로써 주파수 선택적 채널 환경에서도 고속 데이터 전송이 가능하게 하는 전 송방식이다.

또한, 상기 OFDM 전송방식은 FFT(Fast Fourier Transform)를 이용한 고속 구현이 가능하며, 매 신호마다 지연확산 길이보다 긴 순환접두부로서 하나의 OFDM 심벌의 마지막부분 신호 중에서 보호구간 길이에 해당하는 신호를 그 OFDM 심벌의 앞부분에 삽입함으로써 인접신호간 간섭으로 인하여 발생하는 부반송파간 간섭을 줄여 부채널간의 직교성을 유지하고, 주어진 대역폭 내에서 부반송파 개수를 조정함으로써 각각의 부반송파 대역에서 채널의 변화를 무시할 수 있도록 설계하여 부반송파별 단일 탭 등화기를 사용할 수 있도록 할 수 있다.

도1은 상술한 OFDM 전송방식을 사용한 OFDM 시스템을 나타낸 것으로, 상기 OFDM 시스템은 입력되는 데이터 신호를 복소 전송심벌의 형태로 매핑하기 위한 신호 매핑기(1)와, 상기 매핑된 신호들을 각각의 부반송파 채널별로 할당하는 직병렬 변환기(2)와, 상기 부반송파 채널들 중에서 일정부분의 부반송파 채널들에 채널추정을 위하여 수신부에 미리 알려진 위치에 파일럿 신호를 채우는 파일럿 신호 삽입기(3)와, 상기 파일럿 신호를 포함하는 주파수영역의 OFDM 신호들을 시간영역의 OFDM 신호로 변환하는 IFFT기(4)와, 상기 시간영역의 OFDM 신호로 변환된 전송신호를 시간에 따라 순차적으로 전송하기 위한 병직렬 변환기(5)로 구성된 송신단과; 상기 전송된 신호가 채널을 통과하여 시간에 따라 순차적으로 들어오는 신호들 중 OFDM 신호의 길이에 해당하는 블록을 선택하여 병렬로 정렬하는 직병렬 변환기(9)와, 상기 시간영역의 수신된 OFDM 신호를 주파수 영역의 OFDM 신호로 변환하는 FFT기(10)와; 주파수영역에서 파일럿 신호를 이용하여 채널상태정보를 추정하는 채널 추정기(11)와; 상기 채널추정치들을 사용하여 부반송파별로 왜곡된 채널특성을 보상함으로써 주파수 선택적 채널에 의한 영향을 제거하기 위한 채널등화기(12)와; 상기 채널 등화된 주파수 영역의 신호를 전송 순서의 역순으로 정렬시키는 병직렬 변환기(13)와; 상기 신호를 디매핑하여 출력 데이터를 생성하는 신호 디매핑기(14)로 구성된 수신단으로 이루어진다. 이때, 상기 송신단에서 전송된 OFDM 신호는 시변 주파수 선택적 페이딩 채널(6)을 통과하고, 가우시안 잡음(8) 등의 잡음이 덧셈기(7)를 통해 더해져 수신단으로 수신된다.

상기와 같이 구성된 OFDM 시스템에서는 시변 주파수 선택적 채널의 채널추정을 위하여 전체 부반송파 채널들 중 수신부에 알려진 일정 부분에 파일럿 신호를 삽입하여 전송한다. 예를 들면, 도 2에서와 같은 comb-형 파일럿 구조를 사용하는 경우, 매 OFDM 신호마다 N _P 개의 파일럿을 일정한 부반송파 간격 (L=N/N _P )으로 삽입한다. 이때, N개의 모든 부반송파들은 L개의 연속적인 부반송파 그룹으로 나누어지며, 각 그룹의 첫번째 부반송파에 파일럿이 삽입된다 (첫번째 파일럿 부반송파 위치는 필요에 따라 조정이 가능하다.). 따라서, 매 OFDM 신호의 k-번째 부반송파의 전송신호는 다음과 같이 표현할 수 있다.

여기서, X _P (m)는 주파수영역에서의( m-1)-번째 파일럿 신호를 나타낸다.

이때, 파일럿 신호를 포함한 하나의 OFDM 심벌에 해당하는 정보신호들인 {X(k),0≤k≤N-1}는 IFFT (inverse fast Fourier transform) 변환을 통하여 다음과 같은 시간영역의 OFDM 신호 x(n)로 변환된다.

일반적으로 IFFT 변환을 통하여 얻어진 OFDM 신호는 지연확산에 의한 ISI(Inter-Symbol Interference) 및 ICI(Inter-Carrier Interference)를 극복하기 위하여 시간영역에서 하나의 OFDM 심벌의 마지막 부분을 보호구간의 길이에 해당하는 만큼 복사하여 그 자체의 OFDM 심벌의 앞부분에 삽입하여 붙인 순환접두부를 포함한다. 순환접두부의 길이는 CIR(Channel Impulse Response)의 최대 지연확산 구간보다 길어야 한다. 본 발명은 순환접두부에 관한 것이 아니므로 순환접두부에 관한 더 이상의 설명은 생략하기로 한다.

다음으로, 송신단에서 전송된 OFDM 신호는 시변 주파수 선택적 채널을 통과하고 잡음성분이 더해져서 수신기에 도착한다. 따라서, 수신된 신호는 수학식 3와 같이 표현할 수 있다.

여기서, M은 다중경로의 수를 나타내며, τ _α 는 α-번째 경로의 지연시간으 로 샘플링 주기 (T _s )로 정규화된 값이다. w(n)는 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 이다. 시변 주파수 선택적 채널의 임펄스응답 h(n,τ)는 수학식 4과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, δ(ㆍ)는 크로넥터 델타(Kronecker Delta) 함수이다.

상기 수신된 OFDM 신호 y(n)은 FFT기를 통과하면서 주파수영역 신호로 변환되며 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.

여기서, W(k)는 w(n)의 FFT 변환을 나타내며, H _α (k)는 채널 임펄스응답 h _α (n)의 FFT 변환으로 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.

상기 H(k)는 k-번째 부반송파 채널의 전송신호에 곱해지는 채널의 주파수 특성이며, 유효 OFDM 신호 주기에 해당하는 CIR의 각 다중경로별 평균값을 FFT 변환한 값을 나타낸다. 만약, 유효 OFDM 신호 주기 내에서 CIR이 시간에 따라 선형적이라고 가정하면, n=N/2에 해당하는 CIR을 FFT 변환한 것과 같게 된다. 또한, 상기 I(k)는 도플러 현상에 의한 부채널간의 간섭으로 시스템의 성능저하를 유발한다. 상기 도플러 현상을 통한 성능저하는 채널의 시간변화를 정확히 추정하여 채널등화를 수행함으로써 어느 정도 극복이 가능하나, 채널추정이 부정확한 경우에는 불완전한 채널등화로 인하여 성능열화가 더욱 심각하게 된다는 문제점이 있다.

상기와 같이 FFT 변환을 통해 변환된 주파수 영역 신호는 채널추정기를 통해 채널추정을 수행하고, 채널추정이 완료되면 채널추정치들을 이용하여 각 부반송파별로 채널등화를 수행함으로써 각 부반송파에 실려오는 신호들을 복원하며, 주파수 영역의 신호들을 원래의 시간 순서대로 나열하고 신호 디매핑을 통하여 원래의 비트계열을 복원한다.

상기 채널추정기를 통해 실시될 수 있는 채널추정 방법으로는 선형 보간법(Linear Interpolation), 가우시안 보간법 (Gaussian Interpolation), 큐빅- 스플라인 보간법 (Cubic-spline Interpolation), 위너 필터링 (Wiener Filtering)방법 등이 있으며, 상기 방법들을 구현하기 위한 채널추정기들이 별개로 사용되고 있다. 상기와 같은 채널추정 방법들은 파일럿을 전송하는 부반송파들에서의 LS(Least Square) 채널추정치를 바탕으로 구현이 가능하다.

상기와 같이 채널추정을 위하여 파일럿 신호를 사용하는 경우, 상기 파일럿 신호를 포함하는 부반송파에서의 수신된 파일럿 신호벡터는 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.

또한, 수학식 8과 같이 분해하여 나타낼 수 있다.

여기서, X _p =diag[ X _p (0), X _p (1),…, X _p ( N _p -1)]이며 전송된 N _p 개의 파일럿 신호들을 나타낸다, diag[...]는 [...]내의 요소들을 대각선 성분으로 갖는 대각선 행렬을 나타낸다.

상기와 같은 수신된 파일럿 신호에 의한 LS 채널추정치는 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.

여기서, H(k) 는 가우시안 잡음성분과 도플러 현상에 따른 ICI 성분을 포함하고 있는 LS 채널추정치이다.

상기 LS 채널추정치를 바탕으로 실제로 데이터를 전송하는 부반송파 채널들에서의 채널을 추정하는 방법 중 하나인 선형 보간법(Linear Interpolation)은 두 개의 인접한 파일럿 사이에 위치하는 부반송파, 즉 부반송파의 위치가 [mL≤k＜(m+1)L] 범위에 해당하는 채널추정치 값들을 구하기 위하여 두개의 인접한 파일럿 위치에서 LS 채널추정치들을 선형으로 연결하여 보간하는 방법이다.

또한, 가우시안 보간법은 n-차 다항식 추정이라고도 부르며, (n+1)개의 파일럿 신호들을 사용하여 m-번째 파일럿과 -1≤l/L≤1 범위에 있는 부반송파들에 대한 채널추정치 값들을 추정하는 것이다.

그러나 상기와 같은 선형 보간법이나 가우시안 보간법은 복잡도는 적지만 채널특성의 변화정도가 커짐에 따라 성능이 급격히 저하된다는 문제점이 있다.

또한, 상기 큐빅-스플라인 보간법은 각 부반송파에 해당하는 채널 전달 함수인 3차 다항식으로 근사화되는 것으로, 채널추정은 4개의 인접한 파일럿 신호와 그것들의 2차 미분에 의한 계수로 이루어진다. 그러나 상기 큐빅-스플라인 보간법은 채널변화에 상대적으로 잘 적응하는 방법으로서 채널추정 정확도 면에서 위너 필터 링 방법에 미치지는 못하나, 복잡도 면에서는 위너 필터링 방법 보다 매우 낮아 많이 이용되고 있다.

또한, 상기 위너 필터링 방법은 위너 필터를 사용하는 것으로, 위너 필터는 입력신호와 출력신호의 MSE를 최소화하는 필터로 알려져 있으며, MMSE(Minimum Mean Square Error) 필터라고도 불리운다. 즉, 상기 필터를 이용하여 우선 시간 영역 또는 주파수 영역으로 파일럿에 의한 채널 정보를 필터링 한 후, 주파수 영역 또는 시간 영역으로 한번 더 필터링을 수행하여 채널을 추정하는 방법이다.

그러나 상기 위너 필터링 방법은 최고의 채널추정 정확도를 갖고 있으나, 복잡도가 매우 높아 실제 사용이 어렵다는 문제점이 있다.

또한 상술한 방법들은 송신단의 파일럿 신호 삽입기에서 삽입되는 파일럿 신호의 개수가 적을 경우 채널추정의 정확도가 크게 저하되어 시스템의 성능 저하를 유발한다는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위하여 상기 파일럿을 이용한 OFDM 시스템의 채널추정 방법에 있어서, 수신단의 FFT기와 채널등화기 사이에 파일럿 신호를 사용하여 얻은 LS 채널추정치를 사용하여 파일럿 신호의 밀도가 높은 영역에서부터 최소 자승오차 방식으로 적절한 차수의 다항식으로 곡선접합을 시간 영역과 주파수 영역에서 순차적으로 수행하는 방법을 제공함으로써 채널추정 방법의 성능을 개선하고, 적은 파일럿 개수를 이용하여 우수한 채널추정 성능을 얻음으로써 파일럿 삽입에 따른 전송효율의 감소를 최대한 억제할 수 있도록 하는 것을 목 적으로 한다.

또한, 상기 곡선접합 채널추정 방법을 구현하는 곡선접합 채널추정기를 포함하여 구성함으로써 복잡도를 크게 낮추고 데이터의 전송효율이 우수한 OFDM 시스템을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 시변 주파수 선택적 페이딩 채널에서 직교 주파수 분할 다중화를 통하여 전체 주파수 대역을 다수의 직교하는 협대역 부반송파들로 분할하고, 상기 부반송파들 중의 일부에는 수신기에서의 채널추정을 위하여 파일럿 신호들을 송신하고, 그 이외의 부반송파들에는 데이터 신호를 송신하는 OFDM 시스템의 채널추정 방법에 있어서, 상기 채널을 추정하기 위해 수신기에서 먼저 파일럿 신호들을 포함하는 부반송파들에서 파일럿 신호들을 이용하여 채널상태정보의 LS 추정치를 구하는 단계와; 상기 얻어진 채널추정치들을 이용하여 파일럿 신호의 밀도가 높고 LS 추정치들간의 변화의 정도가 느린 영역(시간영역 또는 주파수영역)에서부터 최소자승오차 기준으로 적절한 차수의 다항식으로 곡선접합을 수행하는 단계와; 상기 파일럿 신호를 포함하는 부반송파들에서는 채널추정치들을 스무딩하는 단계와; 데이터 전송을 위한 부반송파들에 대해서는 보간과 예측을 수행하는 단계와; 하나의 영역(시간영역 또는 주파수영역)에서 얻어진 채널추정치들을 이용하여 나머지 영역(주파수영역 또는 시간영역)에서 다시 곡선접합을 이용하여 적절한 차수의 다항식으로 곡선접합을 수행하는 단계와; 상기 파일럿 신호를 포함하는 부반송파들에서는 채널추정치들을 스무딩하는 단계와; 데이터 전송을 위한 부반송파들에 대해서는 보간과 예측을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하 는 곡선접합 채널추정방법을 제공한다.

또한, OFDM 방식 통신시스템에 있어서, 상기 곡선접합 채널추정방법을 수행하는 곡선접합 채널추정기를 사용하는 것을 특징으로 하는 곡선접합 채널추정기를 갖는 OFDM 이동통신 시스템을 제공한다.

본 발명에서는 실제로 데이터 전송이 이루어지는 부반송파들에서의 채널상태 정보 값들을 구하기 위하여 파일럿 위치에서의 LS (Least Square) 채널추정치들을 이용하여 시간영역과 주파수영역에서 순차적인 곡선접합을 통하여 스무딩과 보간을 수행한다. 곡선접합 방법은 채널상태정보의 시간과 주파수에 따른 변화를 일정한 차수의 다항식으로 근사화하는 것이 가능하다는 점을 이용한다.

상기와 같이 곡선접합을 통해 채널추정이 가능한 파일럿 구조로는 Comb-형, Block-형, Rectangular-형, 다이아몬드-형 등을 사용할 수 있다.

먼저, 도2는 Comb-형 파일럿 구조를 나타낸 것으로, 상기 Comb-형 파일럿 구조는 매 OFDM 신호마다 동일한 부반송파 위치에 주파수영역에서 일정한 간격으로 파일럿이 삽입된다. 따라서, 먼저 파일럿의 밀도가 상대적으로 높으며 연속적으로 분포되어 있는 시간영역에서 파일럿 위치에서의 LS 추정치들을 시간영역 다항식으로 근사화하여 도3에 도시된 1단계에서와 같이 스무딩을 실시하여 파일럿 위치에서의 LS 채널추정치들에 포함되어 있는 추정오류를 크게 줄일 수 있다. 다음으로 시간영역에서 스무딩된 파일럿 위치에서의 채널추정치들을 이용하여 주파수영역에서 도3의 2단계에 도시된 바와 같이 곡선접합을 수행하여 적절한 차수의 주파수영역 다항식으로 근사화하여 스무딩과 보간 및 예측을 수행함으로써, 데이터 전송이 이루어지는 모든 부반송파에 해당하는 채널상태정보 값들을 얻는다.

우선 파일럿으로부터 얻은 LS 채널추정치를 사용하여 시간영역에서 1단계 다항식 곡선접합을 수행함으로써 시간영역으로 스무딩을 수행한다. 이때 n-차 곡선접합 다항식은 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.

여기서,

은 k-번째 부반송파의

-번째 다항식 계수이다. 다항식 계수

는 수학식11과 같은 MSE (Mean Squared Error)를 최소화 하는 값이다.

여기서

+1은 채널추정을 하려는 곡선접합 구간의 파일럿 신호 개수로서 최소한(n+1) 보다는 같거나 커야 하며, 채널의 주파수 선택성, 도플러 주파수 정도와 잡음성분의 전력에 따라 근사화 구간의 길이는 달라진다.

다음에는, 1단계 시간영역 다항식 곡선접합을 통하여 얻은 향상된 채널추정치를 사용하여 주파수영역에서 2단계 다항식 곡선접합을 수행함으로써 주파수영역 스무딩과 보간 및 예측을 수행한다. 이때, 수학식 10을 주파수영역으로 적용하면 n-차 곡선접합 다항식은 수학식 12와 같이 나타낼 수 있다.

여기서, k는 전체 부반송파 중 다항식으로 근사화하는 구간의 부반송파를 나타낸다. 근사화된 다항식인 수학식 12를 사용하여 모든 부반송파별 채널추정치를 얻는다. 주파수영역 근사화 구간은 채널의 주파수 선택도와 파일럿의 간격 등에 따라 달라진다.

다음에, 도4는 본 발명에 적용되는 Rectangular-형 파일럿 구조를 나타낸 것으로, 상기 Rectangular-형 파일럿 구조는 일정한 시간 간격과 주파수 간격으로 배치되어 격자모양을 갖는다. 따라서, 시간과 주파수 영역 모두를 곡선접합 방법을 사용하여 스무딩과 보간 및 예측을 수행하여야 한다. 이때, 주파수 영역과 시간영역 중 어느 영역을 먼저 스무딩과 보간을 수행하느냐는 채널의 시간에 따른 변화 정도, 채널의 주파수 선택도 등에 따라서 달라질 수 있으며, 채널의 오류를 더 크게 줄일 수 있는 영역을 먼저 수행하는 것이 성능 개선에 더 크게 기여할 수 있다. 즉, 곡선접합 다항식 근사화에 사용되는 파일럿 신호의 수가 많거나 파일럿 신호의 변화가 느린 영역을 먼저 수행하는 것이 바람직하다.

다음에, 도5는 본 발명에 적용되는 Block-형 파일럿 구조를 나타낸 것으로, 상기 Block-형 파일럿 구조는 파일럿 OFDM 심벌이 일정한 시간 간격으로 삽입된다.따라서, 파일럿 심벌을 사용하여 모든 부반송파의 LS 채널추정치를 구하고 주파수 영역에서 다항식으로 주파수 영역 스무딩을 수행하여 LS 채널추정치에 포함되어 있는 추정 오류를 크게 감소시킬 수 있다. 상기 주파수영역 다항식으로는 수학식 12를 사용하게 되며, 근사화 구간은 채널의 주파수 선택도와 파일럿 신호의 오류 정도에 따라 설정한다. 다음에, 주파수 영역 스무딩을 통해 얻어진 파일럿 심벌에서의 채널상태정보를 수학식 10을 사용하여 시간 영역 다항식으로 근사화하여 스무딩과 보간 및 예측을 수행함으로써 모든 OFDM 심벌들에 해당하는 채널상태정보를 얻을 수 있다.

상술한 바와 같이 곡선접합 채널추정방법을 수행하기 위해서는 곡선접합 추정기가 필요하며, 기존의 채널추정 방식을 사용하는 채널추정기 대신에 곡선접합 채널추정기를 도6에 도시된 바와 같이 OFDM 시스템에 포함해야 한다.

상기 곡선접합 채널추정기를 포함하는 OFDM 이동통신 시스템은 도1에 도시한 종래의 OFDM 이동통신 시스템과 같이, 신호매핑기(1), 직병렬변환기(2), 파일럿 신호 삽입기(3), IFF기(4) 및 직병렬 변환기(5)로 구성된 송신단과; 시변 주파수 선택적 페이딩 채널을 통과하고 잡음 포함된 신호를 수신하며, 직병릴 변환기(9), FFT기(10), 채널추정기(11), 채널등화기(12), 병직렬 변환기(13) 및 신호 디매핑기(14)로 구성된 수신단을 포함한다.

다만, 본 발명에서는 수신단의 채널추정기(11)가 FFT기에서 주파수 신호로 변환된 OFDM 신호의 채널별로 포함되어 있는 파일럿 신호를 이용하여 곡선접합에 의해 채널을 추정하고, 그 추정된 채널 값을 채널등화기로 전송하는 곡선접합 채널추정기(11' )로 대체된다. 즉 FFT기에서 각 부반송파별로 FFT 변환된 신호들을 곡 선접합 채널추정기를 통해 채널을 추정하고, 그 채널추정치를 이용하여 채널등화기에서 채널등화를 실시하는 것이다.

이상과 같이 본 발명을 도면에 도시한 실시 예를 참고하여 설명하였으나, 이는 발명을 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 상세한 설명으로부터 다양한 변형 또는 균등한 실시예가 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 권리범위는 청구범위의 기술적 사상에 의해 결정되어야 한다.

본 발명은 시변 주파수 선택적 채널에서 직교 주파수 분할 다중화 시스템을 이용하는 OFDM 시스템에서 곡선접합 채널추정 방법과 그 방법을 수행하는 곡선접합 채널추정기를 수신단에 구비함으로써, 적은 개수의 파일럿 신호를 사용하고, 간단한 채널추정기를 사용하여도 우수한 채널추정치를 얻을 수 있다.

따라서, 파일럿의 개수를 줄일 수 있고, 데이터를 전송하는 부반송파의 개수를 늘림으로써 데이터 전송효율을 높일 수 있으며, 동시에 시스템의 복잡도 증가에 대한 부담이 없이 채널추정 성능을 크게 향상시킬 수 있다.

Claims

시변 주파수 선택적 페이딩 채널에서 직교 주파수 분할 다중화를 통하여 전체 주파수 대역을 다수의 직교하는 협대역 부반송파들로 분할하고, 상기 부반송파들 중의 일부에서는 수신기에서의 채널추정을 위하여 파일럿 신호들을 송신하고, 그 이외의 부반송파들에서는 데이터 신호를 송신하는 OFDM 시스템의 채널추정 방법에 있어서,

상기 채널을 추정하기 위해 수신기에서는 먼저 파일럿 신호들을 포함하는 심벌이나 부반송파들에서 파일럿 신호들을 이용하여 채널상태정보의 LS 추정치를 구하는 단계와;

상기 얻어진 채널상태정보 추정치들을 이용하여 파일럿 신호의 밀도가 높고 파일럿 위치에서의 LS 추정치들 간의 변화의 정도가 느린 영역(시간영역 또는 주파수영역)에서 최소 자승오차 기준으로 n-차수의 시간영역 또는 주파수영역 다항식 곡선접합을 수행하여 그 영역의 채널추정치를 구하고, 상기 선택된 영역에서 파일럿 신호를 포함하는 심벌이나 부반송파들에서는 채널추정치들을 스무딩하는 것과 데이터 전송을 위한 심벌이나 부반송파들에는 보간과 예측을 동시에 수행하는 단계(1단계 다항식 곡선접합)와;

상기 곡선접합에 의해 하나의 영역(시간영역 또는 주파수영역)에서 얻어진 채널추정치들을 이용하여 다른 영역 (주파수영역 또는 시간영역)에서 동일한 과정의 최소 자승오차 기준으로 m-차수의 주파수 영역 다항식 또는 시간영역 다항식 곡선접합을 수행하여 그 영역의 채널추정치를 구하는 단계(2단계 다항식 곡선접합)를 포함하는 것을 특징으로 하는 곡선접합 채널추정방법.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 1단계 n-차수 다항식 곡선접합을 수행하여 채널추정치를 구하지 않는 다른 영역에서의 2단계 m-차수 다항식 근사화를 통한 채널추정치를 구하는 단계는,

상기 1단계 다항식 곡선접합을 통하여 향상된 채널추정치들을 포함하는 부반송파나 심벌에서는 2단계 다항식 곡선접합을 위하여 선택된 영역에서 채널추정치들을 스무딩하는 것과 나머지 부반송파나 심벌에서는 보간과 예측을 수행하는 것을 특징으로 하는 곡선접합 채널추정방법.
제 1 항에 있어서,

상기 곡선 접합을 수행하여 채널추정치를 구하는 영역의 선택은,

파일럿 신호의 밀도가 높은 영역부터 곡선접합을 수행하는 것을 특징으로 하는 곡선접합 채널추정방법.
제 1 항에 있어서,

상기 파일럿 신호의 밀도가 높은 영역에서 곡선접합을 위한 수단으로 m-차수 다항식
을 사용하며, 상기 나머지 영역에서 곡선접합을 위하여 또 다른 n-차수 다항식
을 사용하는 것을 특징으로 하는 곡선접합 채널추정방법.
제 5 항에 있어서,

상기 n-차 또는 m-차 다항식 곡선접합에 있어서 각 영역별 근사화 구간의 길이는,

주파수 선택성, 도플러 주파수 정도, 및 잡음성분의 전력에 따라 영역별 다항식 근사화 구간의 길이를 다르게 적용하여 곡선접합을 수행하는 것을 특징으로 하는 곡선접합 채널추정방법.
제 1 항에 있어서,

상기 곡선접합 채널추정 방법에 사용되는 파일럿 구조 알고리즘은 Comb-형, Rectangular-형, Block-형 또는 다이아몬드형 파일럿 구조 알고리즘 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 곡선접합 채널추정방법.
제 7 항에 있어서,

상기 Comb-형 파일럿 구조 알고리즘의 채널추정방법은,

파일럿 신호가 연속적인 시간영역에서 곡선접합을 이용하여 시간영역 스무딩을 수행하고, 시간영역 스무딩을 통해 향상된 파일럿 부반송파에서의 채널상태정보들을 이용하여 주파수영역 곡선접합을 이용하여 주파수영역 다항식으로 근사화하여 스무딩과 보간, 예측을 수행함으로써 채널추정을 수행하는 것을 특징으로 하는 곡선접합 채널추정방법.
제 7 항에 있어서,

상기 Block-형 파일럿 구조 알고리즘의 채널추정방법은,

주파수영역 곡선접합을 이용하여 주파수영역 스무딩을 수행하고 주파수영역 스무딩을 통해 향상된 파일럿 신호에서의 채널상태정보를 시간영역 곡선접합을 이용하여 시간영역 다항식으로 근사화하여 스무딩과 보간, 예측을 수행함으로써 채널추정을 수행하는 것을 특징으로 하는 곡선접합 채널추정방법.
제 7 항에 있어서,

상기 Rectangular-형 파일럿 구조 알고리즘의 채널추정방법은,

시간 영역과 주파수 영역 중 1단계 곡선접합을 수행하는 영역은 채널의 시간에 따른 변화 정도, 채널의 주파수 선택도 따라 결정하는 것을 특징으로 하는 곡선 접합 채널추정방법.
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