KR100747889B1 - 주파수 영역 및 시간 영역의 상호 변환을 이용한 채널 추정장치 및 그 방법 - Google Patents

주파수 영역 및 시간 영역의 상호 변환을 이용한 채널 추정장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 주파수 영역 및 시간 영역의 상호 변환을 이용한 채널 추정 장치 및 그 방법에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은 주파수 영역과 시간 영역의 상호 변환을 이용함으로써, 복잡도를 증가시키지 않고 빠른 동기 획득 및 효율적인 대역폭 사용을 가능하게 하는 주파수 영역 및 시간 영역의 상호 변환을 이용한 이동통신시스템의 채널 추정 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있음.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 이동통신시스템의 채널 특성을 추정하는 장치에 있어서, 데이터 심볼을 제공하기 위한 데이터심볼참조수단; 상기 데이터 심볼을 이용하여 수신 신호의 최소평균자승오류를 추정하여 평균자승오류로 매핑하고, 주파수 영역의 채널 추정값을 출력하고, 잡음과 간섭 성분을 제거하기 위한 MMSE(Minimum Mean Square Error)채널추정수단; 상기 채널 추정값을 시간영역의 채널 추정용 임펄스 응답으로 변환하고, 시간 영역에서의 채널 추정을 하기 위한 역고속퓨리에변환수단; 및 상기 시간영역의 채널 추정용 임펄스 응답을 주파수 영역 신호로 환원하고, 주파수 영역에서의 채널 추정을 하기 위한 고속퓨리에변환수단을 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 이동통신시스템 채널 추정부 등에 이용됨.
채널 추정, 최소평균자승오류, MMSE(Minimum Mean Square Error), FFT, IFFT

Description

주파수 영역 및 시간 영역의 상호 변환을 이용한 채널 추정 장치 및 그 방법{Channel Estimation Apparatus using Conversion of Frequency Domain and Time Domain}
도 1a 및 도 1b는 본 발명이 적용되는 이동통신 시스템의 송신부 및 수신부의 일실시예 전체 구성도,
도 2는 본 발명에서 이용하는 채널 임펄스 응답 측정용 자기상관함수의 특성 그래프,
도 3은 본 발명에 따른 채널 추정 장치의 일실시예 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 채널 추정 과정에 대한 일실시예 흐름도,
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 채널 추정 시 시퀀스의 BER(Bit Error Ratio)의 변화를 나타내는 도면,
도 6 및 도 7은 각각 N=12인 경우와 N=15인 경우의 주파수 영과 시간 영역에 대한 성능을 비교한 그래프,
도 8은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따라 채널 추정된 시퀀스의 채널 왜곡을 나타내는 도면이다.
*도면 주요 부분에 대한 설명*
100 : 채널 추정 장치 110 : MMSE 채널 추정부
120 : 데이터심볼참조부 130 : 역고속퓨리에변환기
140 : 고속퓨리에변환기
본 발명은 주파수 영역 및 시간 영역의 상호 변환을 이용한 채널 추정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주파수 영역에서의 채널 추정과 시간 영역에서의 채널 추정을 모두 이용한 이동통신시스템에서의 채널 추정 장치 및 방법에 관한 것이다.
채널 추정 기술은 IMT-2000 및 CDMA 방식과 같은 이동통신시스템에서 빠른 동기 획득과 효율적인 대역폭 사용을 위해 적용된다.
이러한 이동통신시스템에서의 채널 추정은 주파수 영역(FD : Frequency Domain) 또는 시간 영역(Time Domain)에서 이루어진다.
일반적으로 시간 영역 방식이 주파수 영역 방식에 비하여 채널의 평균자승오류(MSE : Mean Square Error)는 더 우수하지만 복잡도가 증가하는 문제점이 있다.
또한, 주파수 영역과 시간 영역의 GLF(Gain Loss Factor)가 동일하게 되면 주파수 영역 방식은 거의 시간 영역 방식의 특성과 유사하게 되며, 탐색의 복잡도가 감소한다.
종래의 주파수 영역에서의 채널 추정 방식은 이동통신 환경에 있어서 고정통신 환경과 달리 다중경로에 의한 페이딩으로 인해 성능 열화를 가져오며 이에 대한 보상이 필요하게 된다.
또한, 이러한 페이딩 현상 때문에 채널의 임펄스 응답 특성이 시간에 따라 변하므로 페이딩 채널을 보상해 주기 위하여 각 순간의 채널 임펄스 응답의 특성값을 구하여야 한다.
채널 추정에 관한 종래 기술로서 삼성전자(주)에서 특허 출원한(출원번호 : 10-1996-43260) OFDM 전송시스템의 채널 특성 추정 장치가 있다.
상기 OFDM 전송시스템의 채널 특성 추정 장치는 채널 추정에서 송신 시 전송할 데이터에 에러정정부호를 부과하여 역 고속 퓨리에 변환을 수행하며, 수신 시 등화, 고속 퓨리에 변환, 채널 추정 및 에러정정코드로 동기검출을 수행한다.
이 때, 송신과 수신에서 에러정정코드를 사용하여 채널을 추정한다. 따라서, OFDM 시스템에서 서브 캐리어로 인한 에러정정코드의 삽입으로 인해 각각의 채널에서 전송대역폭을 확보할 수 있어 전송 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
한편 또 다른 종래 기술로서, 케이티(주)에서 특허 출원(출원번호 : 10-2001-72619)한 무선통신시스템을 위한 채널추정장치가 있다.
상기 무선통신시스템을 위한 채널추정장치는 참조 테이블에 의한 최소 자승(Least Square) 채널 추정 방법을 기반으로 각 성분에 대해 가중평균필터와 유한 임펄스응답(FIR)의 유한탭필터를 이용하여 채널을 추정하는 방식이다.
즉, 상기 또 다른 종래 기술로서의 무선통신시스템을 위한 채널추정장치는 기존의 최소 자승 채널 추정기에서 각 심볼에 대한 가중 평균 필터링과 유한 탭 필터 계소의 가중치로 각 샘플 성분을 처리한 것에 불과하다.
이러한 상기 무선통신시스템을 위한 채널추정장치는 LS 채널 추정을 위한 장치 구조가 단순한 이점이 있는 반면, 채널의 통계적 특성을 이용하지 않으므로 잡음에 민감한 단점이 있어 FIR 필터의 유한 탭을 3중으로 구현하여야 하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 주파수 영역과 시간 영역의 상호 변환을 이용함으로써, 복잡도를 증가시키지 않고 빠른 동기 획득 및 효율적인 대역폭 사용을 가능하게 하는 주파수 영역 및 시간 영역의 상호 변환을 이용한 이동통신시스템의 채널 추정 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 이동통신시스템의 채널 특성을 추정하는 장치에 있어서, 데이터 심볼을 제공하기 위한 데이터심볼참조수단; 상기 데이터 심볼을 이용하여 수신 신호의 최소평균자승오류를 추정하여 평균자승오류로 매핑하고, 주파수 영역의 채널 추정값을 출력하고, 잡음과 간섭 성분을 제거하기 위한 MMSE(Minimum Mean Square Error)채널추정수단; 상기 채널 추정값을 시간영역의 채널 추정용 임펄스 응답으로 변환하고, 시간 영역에서의 채널 추정을 하기 위한 역고속퓨리에변환수단; 및 상기 시간영역의 채널 추정용 임펄스 응답을 주파수 영역 신호로 환원하고, 주파수 영역에서의 채널 추정을 하기 위한 고속퓨리에변환수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 이동통신시스템의 채널 특성을 추정하는 방법에 있어서, 수신 신호로부터 참조용 데이터 심볼을 이용하여 주파수 영역의 채널 추정값을 산출하는 채널 추정값 산출 단계; 상기 채널 추정값을 평균자승오류(MSE)로 매핑하는 MSE 매핑 단계; 역고속퓨리에변환을 통해 상기 매핑된 채널 추정값을 채널 추정용 임펄스 응답으로 변환하고, 시간 영역에서의 채널 추정을 하는 시간 영역 채널 추정 단계; 및 상기 채널 추정용 임펄스 응답에 대한 자기 상관함수 특성을 이용해 주파수 영역의 주파수 응답으로 변환하고 주파수 영역에서의 채널 추정을 하기 위한 주파수 영역 채널 추정 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명이 적용되는 이동통신 시스템의 송신부 및 수신부의 일실시예 전체 구성도이다.
도 1a를 참조한 본 발명이 적용되는 이동통신 시스템 송신부의 설명은 다음과 같다.
채널부호화부(Channel Encoder)(11)는 채널을 통해 전송해야할 시퀀스인 데이터 비트(Data Bit)를 입력받아 시퀀스에 따른 비트를 반복과 제거를 통해 전송 채널에 맞추는 기능을 수행하고, 에러정정부(ECC)(12)는 상기 데이터 비트의 시퀀스의 리던던시(Redundancy)를 부여한다. 예를 들어, 해당 에러정정부(ECC)(12)는 순환잉여검사(Cycle Redundancy Check, CRC) 기능을 수행한다.
데이터심볼부(Data Symbolization)(13)는 직교변조를 하기 위해 상기 비트를 심볼로 변환하고, 직병렬변환부(SPC)(14)는 직렬로 입력되는 심볼을 데이터 레이트에 맞춰 병렬 시퀀스로 변환한다.
역고속퓨리에변환부(IFFT)(15)는 병렬로 출력된 심볼을 서로 다른 서브캐리 어(Subcarrier)로 변조하고, 채널추정발생부(16)는 송신 시 채널 추정에 필요한 심볼을 발생한다.
병직렬변환부(PSC)(17) 및 보호구간부(Guard Period)(18)는 지연확산을 통해 간섭을 제거한 디지털 신호를 출력한다.
디지털-아날로그 변환부(DAC)(19)는 기저대역 신호인 상기 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하고, 상기 아날로그 신호는 RF 송신부(RF Transmitter)(20)를 통해 RF 신호로 전송된다.
도 1b를 참조한 본 발명이 적용되는 이동통신 시스템의 송신부의 설명은 다음과 같다.
RF 수신부(RF Receiver)(31)는 RF 신호를 수신하고, 아날로그-디지털 변환부(ADC)(32)는 입력받은 연속신호를 이산신호로 변환하여 출력한다.
타이밍부(Timing)(33)는 통해 옵셋보정을 통해 주파수동기를 맞춘다.
보호구간부(Guard Period)(34)는 송신부의 보호구간부와 동일한 동작을 한다.
고속퓨리에 변환부(FFT)(36)는 직병렬변환부(SPC)(35)를 통해 입력받은 신호를 고속퓨리에 변환하여 출력한다.
채널 등화부(Channel Estimation)는 동기 복조를 위해 채널을 등화하고, 채널추정장치(100)는 상기 고속퓨리에변환(FFT) 출력 값을 재처리한다.
본 발명에 따른 채널추정장치(100)는 관련 도면을 참조하여 상세히 후술한 다.
동기 검출부(Synchronization Detection)(41)는 동기 획득을 위한 처리를 하고, 병직렬변환부(PSC)(38), 데이터심볼부(Data Symbol)(39), 에러정정부(ECC)(42) 및 채널복호화부(Channel Decoder)(40)는 전술한 송신부의 각각에 상응하는 구성 요소의 역기능을 수행한다.
도 2는 본 발명에서 이용하는 채널 임펄스 응답 측정용 자기상관함수의 특성 그래프이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 이용하는 채널 임펄스 응답 측정용 자기상관함수는 부호길이가 N이라고 하면 자기상관함수 값으로 지연이 0일 때 최대값 N을 갖고, 그 외의 지연에 대해서는 0을 갖는 이진부호이다.
도 3은 본 발명에 따른 채널 추정 장치의 일실시예 구성도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 채널 추정 장치는 최소 평균 자승 오류 채널을 추정하기 위한 MMSE(Minimum Mean Square Error)채널추정부(110), 데이터 심볼을 참조하기 위한 데이터심볼참조부(120), 주파수영역을 시간영역으로 변환하기 위한 역고속퓨리에변환기(130) 및 임펄스 응답인 시간영역 신호를 주파수 영역 신호로 환원키 위한 고속퓨리에변환기(140)를 포함한다.
MMSE(Minimum Mean Square Error)채널추정부(110)는 수신 신호(r)를 데이터심볼참조부(120)로부터 입력받은 참조 심볼을 이용하여 최소 평균 자승 오류를 추 정하여 평균자승오류로 매핑한 주파수 영역의 채널 추정값(hk)을 출력하고, 잡음과 간섭 성분을 제거한다.
역고속퓨리에변환기(130)는 상기 채널 추정값(hk)를 입력받아 채널임펄스응답인 시간영역의 채널추정을 하게된다. 즉, 역고속퓨리에변환기(130)는 상기 주파수 영역의 채널 추정값(hk)을 채널임펄스 응답인 시간영역의 임펄스 응답(h)으로 변환한다.
이상적인 채널임펄스 응답은 길이가 보호구간(Guard Period)와 같고 보호구간 밖에서는 잡음과 간섭으로 간주된다.
고속퓨리에변환기(140)는 시간응답(시간 영역)의 임펄스 응답인 h를 주파수 응답(주파수 영역) h'로 변환한다.
결국, 고속퓨리에변환기(140)의 출력 h'는 최소평균자승오류(MMSE)의 채널추정의 출력값인 hk로부터 얻어진 주파수 응답(주파수 영역)이다.
도 4는 본 발명에 따른 채널 추정 과정에 대한 일실시예 흐름도로서, 본 발명에 따른 채널추정장치에서, 수신 신호 비트열인 시퀀스에 대해 데이터 심볼참조부의 참조 심볼과 비교하여 채널을 추정하고 추정된 산출치를 바탕으로 평균자승오류(MSE)로의 매핑을 통해 최소평균 자승 오차(MMSE)를 이용 비트 스트림인 시퀀스를 시간응답에 대한 샘플로 변환하고, 변환된 값은 자기상관함수의 특성인 임펄스 응답 특성을 적용하여 주파수 응답으로 변환하는 채널 추정 과정의 각 단계를 나타 낸 것이다. 이하, 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 채널 추정 과정의 각 단계를 상술한다.
우선, 수신 신호로부터 데이터심볼참조부의 참조 심볼을 이용하여 주파수 영역의 채널 추정값을 산출한다(210). 이 때, 일반적인 수신 신호는 아래의 [수학식 1]과 같다.
r(t)=b(t)★h(t)
여기서, ★는 컨벌루션 연산을 의미하고, b(t)는 송신 신호를 의미하며, h(t)는 채널 임펄스 응답을 의미한다.
이어서, 상기 채널 추정값을 평균자승오류(MSE)로 매핑하고(220), 역고속퓨리에변환을 통해 시간 영역의 임펄스 응답으로 변환한다(230).
이어서, 상기 변환된 시간영역의 임펄스응답에 대한 자기 상관함수 특성을 통해 주파수 영역의 주파수 응답으로 변환한다(240).
이 때, 상기 수신신호를 송신신호로 상관시키면 아래의 [수학식 2]와 같다.
r(t)ⓧb(t)=b(t)★h(t)ⓧb(t)=R(τ)★h(τ)=δ(τ)★h(τ)=h(τ)
여기서, ★는 컨벌루션 연산을 의미하고, ⓧ는 수신신호(r(t))와 송신신호 (b(t))의 상관을 의미하며, R(τ)가 지연이 0일 때 임펄스이면 이를 상관시켜서 나온 출력이 h(t)가 된다.
이와 같이 임펄스 응답 측정용 이진 부호는 부호 길이를 N이라 하면 자기 상관 함수 값으로 지연이 0일 때 최대값을 갖고 그 외의 지연에 대해서는 0을 갖는 이진부호이다. 따라서, 채널의 완벽한 임펄스 응답을 얻고자 할 때, 이상적인 응답 측정을 위한 신호는 펄스, 즉 δ(t)이다. 가능한 한 낮은 자기 상관 함수 값을 갖는 이진부호가 동기용 이진부호로 사용된다.
한편, 채널 임펄스 응답 측정에서 이상적인 사운딩 시퀀스는 0 지연을 제외한 모든 지연에서 주기적인 자기상관함수 값이 0을 갖는다.m 시퀀스(maximum-length sequence)는 자기상관함수값이 0 지연일 때 1의 값을 갖고 다른 모든 지연에서 -1/N의 자기 상관함수 값을 갖는다. 여기서 N은 시퀀스의 주기이다.
상기 [수학식1]과 [수학식2]에서 송신신호의 비트열과 수신신호의 비트열을 통해 채널추정용 임펄스 응답(h(t))을 얻게 된다. 또한, 각각의 시퀀스(학습 시퀀스, m 시퀀스 , 옵티몰(optimal) 시퀀스)는 이진부호의 배열을 의미하며 동기신호용 검출과 채널 추정(Channel Estimation) 블럭에서 사용되어지는 것으로 일반적으로 비트 스트림(bit stream)이라고 한다. 여기서, 해당 옵티몰 시퀀스는 주어진 학습 시퀀스에 대응하는 최적의 시퀀스로서, 최적의 자기상관 특성을 갖는 주기성을 띄는 이진 시퀀스(이진 부호의 배열)를 의미한다. 이러한, 옵티몰 시퀀스는 주기적인 성질을 갖는 이진 시퀀스의 일종으로 길이 N의 블록으로 나누어진 무한 시퀀스로 구성된 비트 스트림(bit tream)을 의미하며, 상기 m 시퀀스보다 자기상관 특성이 우수한 특징이 있다. 그리고, 해당 학습 시퀀스는 송신된 신호의 복사본이 등화기 출력부에서 요구될 때 주기적으로 송신되는 시퀀스를 의미하며, 또한 등화기로 하여금 채널 특성에 관한 정보를 수집하는 것을 가능케 하는 시퀀스를 의미다.
주파수 영역(FD)와 시간영역(TD) 기법에 대한 성능차이에 대해 설명하면 다음과 같다.
길이가 N인 수신된 신호벡터 z= Bh+n 이고 B는 N x L 이라 할 때, 시간영역 방법에 대한 채널추정은 아래의 [수학식 3]과 같다.
Figure 112005010851420-pat00001
여기서, N은 길이, L은 채널 탭의 개수, h는 임펄스 응답이고 n은 잡음 성분이며, y는 시퀀스이다.
따라서, 시간 영역에 대한 MSE는 아래의 [수학식 4]와 같다.
MSETD = σ2Tr[(BTB)-1]
여기서, Tr(trace of the matrix)은 매트릭스의 트레이스이다.
또한, 주파수 영역 방법에 대한 채널 추정은 아래의 [수학식 5]와 같다.
Figure 112005010851420-pat00002
여기서, 상기 수학식 5는 시퀀스의 N점 FFT를 한 것이다. 상기 Yn은 Y의 n번째 시퀀스를 의미하는 변수이다. 이러한, 해당 Y는 상기 y 시퀀스의 N점 FFT를 의미한다. 예를 들어, 'Y = [Y1, Y2, ..., YN]T'으로 표현할 수 있다.
따라서, 주파수 영역에 대한 MSE는 아래의 [수학식 6]과 같다.
Figure 112005010851420-pat00003
본 발명에 따른 장치 및 시스템의 구성 및 흐름에 있어서 중요한 상기 수학식3, 수학식4, 수학식5 ,수학식6을 통해서 채널 추정 장치에서 각각의 시퀀스(“학습 시퀀스”, “m-sequence”, “optimal sequence”)인 비트열을 처리하게 되며 전체적인 시스템 구성도인 도1a와 도1b에서 데이터 비트(data bit)인 비트열을 송신부에서 전송하여 각각의 비트열을 직병렬변환부를 통해 채널추정발생을 하게 되고 역고속푸리에 변환을 하며 데이터를 송신하게 된다.
이에 따라 수신부에서는 송신된 데이터 비트(data bit)인 수신 비트열을 통해서 송신과정과 반대과정을 통해서 처리를 하게 된다. 여기서, 송수신 동기를 맞추게 되며 직병렬변환부를 통해서 상기 수학식3, 수학식4, 수학식5 ,수학식6을 채널 추정 장치에서 이용하여 하드웨어 및 소프트웨어의 일련의 처리과정을 거치게 된다. 즉, 주파수 ↔ 시간 영역간에 비트열의 변환 및 송수신 시퀀스인 비트열을 채널 추정을 통해서 추정을 하게 된다.
또한, 최소평균자승 오차의 GLF(gain loss factor)는 아래의 [수학식 7]과 같이 최적화되어 정의된다.
Figure 112005010851420-pat00004
따라서, 시간 영역과 주파수 영역에 대한 채널 추정에 있어서 중요한 수학식으로서 동기 신호의 비트 시퀀스에 대한 GLF는 각각 아래의 [수학식 8] 및 [수학식 9]와 같다. 여기서, 아래의 [수학식 8]의 S는 신호의 스펙트럼을 의미하는 변수이다.
Figure 112005010851420-pat00005
Figure 112005010851420-pat00006
결론적으로 MMSE를 통한 채널추정에 있어서 중요한 수학식7, 수학식8은 최소평균자승 오차(MMSE)를 적용한 주파수 ↔ 시간영역간의 채널추정 장치에서 하드웨어 및 소프트웨어적으로 처리가 되어지며, 이로 인해 결과적으로 GLF가 더욱 더 작으면 학습 시퀀스의 성능은 향상된다.
한편, {Bn}의 SMMR(spectral max-min ratio)는 아래의 [수학식 10]과 같이 정의된다.
Figure 112005010851420-pat00007
m시퀀스(m-sequence)는 주파수 도메인에서의 채널 추정 시퀀스보다 SER(Signal Error Ratio)성능이 후술하는 표 1에 제시된 것처럼 옵티몰 시퀀스 대비 3dB 저하된다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 채널 추정 시 시퀀스 종류별 BER(Bit Error Ratio)의 변화를 나타내는 도면으로, 송신된 신호 비트열에 대한 처리를 통해 채널 추정된 값의 수신신호가 각각의 시퀀스인 m 시퀀스 및 옵티몰(optimal) 시퀀스를 이상적인 시퀀스 대비 수신된 비트열의 오류율을 나타냄으로써 비트 오류율이 적은 시퀀스가 최적의 시퀀스인 비트열을 수신함을 나타낸다.
아래의 표 1은 컴퓨터 탐색을 통하여, m시퀀스 및 옵티몰 시퀀스(optimal sequence)의 성능을 비교한 도표이다.
즉, 도 5에 제시된 결과는 각각의 시퀀스인 m 시퀀스 및 옵티몰(optimal) 시퀀스에 대한 처리를 채널 등화부(Channel Equalization)와 채널 추정 장치를 통해서 상기 수신 신호에 대해 정확히 추정된 응답을 이용함으로써 동기복조를 하게 된 결과이다.
Figure 112005010851420-pat00008
도 5 및 표 1에 도시된 바와 같이, 옵티몰 시퀀스(optimal sequence)는 m 시퀀스(m-sequence)에 비해서 0.6~2.5 dB 향상된 성능을 갖는다. 따라서, 미지의 탭의 개수 L 이 주파수 영역 추정에서 M 과 비교되어져서 추정되어진다.
도 6 및 도 7은 각각 N=12인 경우와 N=15인 경우의 주파수 영역과 시간 영역에 대한 성능을 비교한 그래프이다.
또한, 도 6 및 도 7은 전술한 수학식3, 수학식4, 수학식5, 수학식6, 수학식7, 수학식8, 수학식9를 이용하여 채널 추정 장치에서 실행된 결과를 나타내는 그래프로서, 주파수 영역과 시간영역에 대한 길이 N의 변화에 대해 비트열인 시퀀스별로 채널 추정 장치의 채널 탭의 개수의 변화에 따라 발생할 수 있는 손실률(loss factor)이 주파수와 시간간의 변환에서 동일한 특성을 보이고 있음을 나타낸다.
도 6과 도 7에 도시된 손실률(loss factor)은 아래의 [수학식 11]과 같이 신호 대 채널추정비로 나타낼 수 있다.
Figure 112005010851420-pat00009
여기서, 주파수 영역과 시간 영역에 대한 완벽한 채널추정용 시퀀스는 0 dB의 손실률(loss factor)을 가짐을 알 수 있다.
m 시퀀스(m-sequence)를 기반으로 하는 채널 추정 장치는 곱셈계산에도 쉽게 적용될 수 있다.
또한, BER(Bit Error Ratio)이 낮으면 등화기 성능은 채널 추정에서 나타난 채널 왜곡에 의존하게 되며, 옵티몰 시퀀스(optimal sequence)를 기반으로 하는 추정 장치는 이 채널 왜곡을 최소로 감소시키며, 결과적으로 등화기는 이상적인 성능을 수행하게 된다.
도 8은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따라 채널 추정된 시퀀스의 채널 왜 곡을 나타내는 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따라 채널 추정된 옵티몰 시퀀스 및 m 시퀀스는 1 ~ 1.5 dB 향상된 성능을 가짐을 알 수 있다.
또한, 도 8은 채널 추정에 있어서 채널을 통해 전송된 비트열인 시퀀스에 대한 각각의 시퀀스인 m 시퀀스와 옵티몰(optimal) 시퀀스에 대해 길이 N의 변화에 따라 송신된 비트열이 무선채널을 통해서 간섭과 산란 등의 잡음성분의 영향으로 채널 추정 장치에서 처리한 결과가 채널추정에 있어서의 추정된 시퀀스에 나타나는 왜곡(Distortion) 현상으로 주파수 시간 영역 변환을 하는 m 시퀀스와 옵티몰(optimal) 시퀀스의 특성의 비교를 나타낸다.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
상기와 같은 본 발명은, 이동통신시스템의 채널 추정 장치에서 주파수 영역 및 시간 영역에서 채널 추정을 위한 탐색의 복잡도를 감소시켜 빠른 동기 획득을 가능하게 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 채널 추정 시 빠르게 동기를 회복할 수 있고, 효율적으로 대역폭을 사용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (18)

  1. 이동통신시스템의 채널 특성을 추정하는 장치에 있어서,
    데이터 심볼을 제공하기 위한 데이터심볼참조수단;
    상기 데이터 심볼을 이용하여 수신 신호의 최소평균자승오류를 추정하여 평균자승오류로 매핑하고, 주파수 영역의 채널 추정값을 출력하고, 잡음과 간섭 성분을 제거하기 위한 MMSE(Minimum Mean Square Error)채널추정수단;
    상기 채널 추정값을 시간영역의 채널 추정용 임펄스 응답으로 변환하고, 시간 영역에서의 채널 추정을 하기 위한 역고속퓨리에변환수단; 및
    상기 시간영역의 채널 추정용 임펄스 응답을 주파수 영역 신호로 환원하고, 주파수 영역에서의 채널 추정을 하기 위한 고속퓨리에변환수단
    을 포함하는 주파수 영역 및 시간 영역의 상호 변환을 이용한 채널 추정 장치
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 채널 추정용 임펄스 응답은,
    아래의 [수식 1]을 이용하여 수신신호를 송신신호를 상관시킨 값인 것을 특징으로 하는 주파수 영역 및 시간 영역의 상호 변환을 이용한 채널 추정 장치
    [수식 1]
    r(t)ⓧb(t)=b(t)★h(t)ⓧb(t)=R(τ)★h(τ)=δ(τ)★h(τ)=h(τ)
    (여기서, ★는 컨벌루션 연산을 의미하고, ⓧ는 수신신호(r(t))와 송신신호(b(t))의 상관을 의미하며, δ(τ)는 임펄스)
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 시간 영역에서의 채널 추정은,
    아래의 [수식 2]를 이용한 것을 특징으로 하는 주파수 영역 및 시간 영역의 상호 변환을 이용한 채널 추정 장치
    [수식 2]
    Figure 112007003309714-pat00010
    (여기서, B는 N*L이고, N은 길이, L은 채널 탭의 개수, h는 임펄스 응답이며 y는 시퀀스를 의미함)
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 시간 영역에서의 채널 추정은,
    아래의 [수식 3]을 이용하여 최소자승오류를 추정하는 것을 특징으로 하는 주파수 영역 및 시간 영역의 상호 변환을 이용한 채널 추정 장치
    [수식 3]
    MSETD = σ2Tr[(BTB)-1]
    (여기서, Tr(trace of the matrix)은 매트릭스의 트레이스임)
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 주파수 영역에서의 채널 추정은,
    아래의 [수식 4]를 이용하여 시퀀스의 N점 FFT하는 것을 특징으로 하는 주파수 영역 및 시간 영역의 상호 변환을 이용한 채널 추정 장치
    [수식 4]
    Figure 112007003309714-pat00011
    (여기서, B는 N*L이고, N은 길이, L은 채널 탭의 개수, h는 임펄스 응답, Yn은 y의 N점 FFT인 Y의 n번째 시퀀스를 의미함임)
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 주파수 영역에서의 채널 추정은,
    아래의 [수식 5]를 이용하여 최소자승오류를 추정하는 것을 특징으로 하는 주파수 영역 및 시간 영역의 상호 변환을 이용한 채널 추정 장치
    [수식 5]
    Figure 112005010851420-pat00012
  7. 제 4 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 최소자승오류의 GLF(Gain Loss Factor)는 아래의 [수식 6]과 같이 최적화되어 정의되는 것을 특징으로 하는 주파수 영역 및 시간 영역의 상호 변환을 이용한 채널 추정 장치
    [수식 6]
    Figure 112005010851420-pat00013
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 GLF의 시간 영역 값은 아래의 [수식 7]과 같은 것을 특징으로 하는 주파수 영역 및 시간 영역의 상호 변환을 이용한 채널 추정 장치
    [수식 7]
    Figure 112007003309714-pat00014
    (여기서, S는 신호의 스펙트럼을 의미함)
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 GLF의 주파수 영역 값은 아래의 [수식 8]과 같은 것을 특징으로 하는 주파수 영역 및 시간 영역의 상호 변환을 이용한 채널 추정 장치
    [수식 8]
    Figure 112007003309714-pat00015
  10. 이동통신시스템의 채널 특성을 추정하는 방법에 있어서,
    수신 신호로부터 참조용 데이터 심볼을 이용하여 주파수 영역의 채널 추정값을 산출하는 채널 추정값 산출 단계;
    상기 채널 추정값을 평균자승오류(MSE)로 매핑하는 MSE 매핑 단계;
    역고속퓨리에변환을 통해 상기 매핑된 채널 추정값을 채널 추정용 임펄스 응답으로 변환하고, 시간 영역에서의 채널 추정을 하는 시간 영역 채널 추정 단계; 및
    상기 채널 추정용 임펄스 응답에 대한 자기 상관함수 특성을 이용해 주파수 영역의 주파수 응답으로 변환하고 주파수 영역에서의 채널 추정을 하기 위한 주파수 영역 채널 추정 단계
    를 포함하는 주파수 영역 및 시간 영역의 상호 변환을 이용한 채널 추정 방법
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 채널 추정용 임펄스 응답은,
    아래의 [수식 1]을 이용하여 수신신호를 송신신호를 상관시킨 값인 것을 특징으로 하는 주파수 영역 및 시간 영역의 상호 변환을 이용한 채널 추정 방법
    [수식 1]
    r(t)ⓧb(t)=b(t)★h(t)ⓧb(t)=R(τ)★h(τ)=δ(τ)★h(τ)=h(τ)
    (여기서, ★는 컨벌루션 연산을 의미하고, ⓧ는 수신신호(r(t))와 송신신호(b(t))의 상관을 의미하며, δ(τ)는 임펄스임)
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 시간 영역 채널 추정 단계는,
    아래의 [수식 2]를 이용한 것을 특징으로 하는 주파수 영역 및 시간 영역의 상호 변환을 이용한 채널 추정 방법
    [수식 2]
    Figure 112007003309714-pat00016
    (여기서, B는 N*L이고, N은 길이, L은 채널 탭의 개수, h는 임펄스 응답, y는 시퀀스를 의미함)
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 시간 영역 채널 추정 단계는,
    아래의 [수식 3]을 이용하여 최소자승오류를 추정하는 것을 특징으로 하는 주파수 영역 및 시간 영역의 상호 변환을 이용한 채널 추정 방법
    [수식 3]
    MSETD = σ2Tr[(BTB)-1]
    (여기서, Tr(trace of the matrix)은 매트릭스의 트레이스임)
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 주파수 영역 채널 추정 단계는,
    아래의 [수식 4]를 이용하여 시퀀스의 N점 FFT하는 것을 특징으로 하는 주파수 영역 및 시간 영역의 상호 변환을 이용한 채널 추정 방법
    [수식 4]
    Figure 112007003309714-pat00017
    (여기서, B는 N*L이고, N은 길이, L은 채널 탭의 개수, h는 임펄스 응답, Yn은 y의 N점 FFT인 Y의 n번째 시퀀스를 의미함)
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 주파수 영역 채널 추정 단계는,
    아래의 [수식 5]를 이용하여 최소자승오류를 추정하는 것을 특징으로 하는 주파수 영역 및 시간 영역의 상호 변환을 이용한 채널 추정 방법
    [수식 5]
    Figure 112005010851420-pat00018
  16. 제 13 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 최소자승오류의 GLF(Gain Loss Factor)는 아래의 [수식 6]과 같이 최적화되어 정의되는 것을 특징으로 하는 주파수 영역 및 시간 영역의 상호 변환을 이용한 채널 추정 방법
    [수식 6]
    Figure 112005010851420-pat00019
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 GLF의 시간 영역 값은 아래의 [수식 7]과 같은 것을 특징으로 하는 주파수 영역 및 시간 영역의 상호 변환을 이용한 채널 추정 방법
    [수식 7]
    Figure 112007003309714-pat00020
    (여기서, S는 신호의 스펙트럼을 의미함)
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 GLF의 주파수 영역 값은 아래의 [수식 8]과 같은 것을 특징으로 하는 주파수 영역 및 시간 영역의 상호 변환을 이용한 채널 추정 방법
    [수식 8]
    Figure 112005010851420-pat00021
KR1020050016754A 2005-02-28 2005-02-28 주파수 영역 및 시간 영역의 상호 변환을 이용한 채널 추정장치 및 그 방법 KR100747889B1 (ko)

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