KR100776678B1 - Apparatus and Method for Channel Coefficient Estimation in the Wireless Pico cell Communication Systems - Google Patents
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Abstract
1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야1. TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
본 발명은, 직접 시퀀스 대역 확산 방식의 무선 피코셀 통신 시스템에서의 채널계수 추정 장치 및 그 방법에 관한 것임.The present invention relates to an apparatus and method for estimating channel coefficients in a wireless picocell communication system of direct sequence spread spectrum.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제2. The technical problem to be solved by the invention
본 발명은, 첫 번째 심벌과 두 번째 심벌의 복소수 합/차 연산을 통해 산출한 합 연산 결과값과 차 연산 결과값을 비교하여 큰 값을 세 번째 심벌에 대한 참조값으로 설정한 후 세 번째 심벌부터 N개 심벌까지 상기 과정을 반복 수행하여 획득한 최종 결과값을 심벌 수(N)로 평균하여 채널계수를 추정함으로써, 높은 성능과 낮은 복잡도를 가지는 직접 시퀀스 대역 확산 방식의 무선 피코셀 통신 시스템에서의 채널계수 추정 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있음.The present invention compares the sum operation result calculated by the complex sum / difference operation of the first symbol with the second symbol and the difference operation result, and sets a large value as a reference value for the third symbol. In the wireless picocell communication system of the direct sequence spread spectrum method having high performance and low complexity, the channel coefficient is estimated by averaging the final result obtained by repeating the above process up to N symbols by the number of symbols (N). An object of the present invention is to provide an apparatus and method for estimating channel coefficients.
3. 발명의 해결방법의 요지3. Summary of Solution to Invention
본 발명은, 채널계수 추정 장치에 있어서, 첫 번째 심벌과 두 번째 심벌의 복소수 합/차 연산을 통해 산출한 합 연산 결과값과 차 연산 결과값을 비교하여 큰 값을 세 번째 심벌에 대한 참조값으로 결정하기 위한 초기 참조값 결정수단; 상기 초기 참조값 결정수단에서 결정한 초기 참조값 및 참조값 선택수단에서 선택한 참조값을 저장하기 위한 참조값 저장수단; 세 번째 이후 심벌의 프리엠블 구간에 대한 역확산을 수행하여 주파수 옵셋을 보상하기 위한 역확산수단; 상기 참조값 저장수단에 저장되어 있는 참조값과 상기 역확산수단에서 역확산한 심벌의 복소수 값을 합 연산하기 위한 합 연산수단; 상기 합 연산수단에서 연산한 결과의 제 1 크기값을 산출하기 위한 제 1 크기값 산출수단; 상기 참조값 저장수단에 저장되어 있는 참조값과 상기 역확산수단에서 역확산한 심벌의 복소수 값을 차 연산하기 위한 차 연산수단; 상기 차 연산수단에서 연산한 결과의 제 2 크기값을 산출하기 위한 제 2 크기값 산출수단; 상기 제 1 크기값과 상기 제 2 크기값을 비교하여 큰 값을 참조값으로 선택하기 위한 상기 참조값 선택수단; 및 상기 참조값 선택수단에서 선택한 최종 참조값을 전체 심벌 수로 나누어 해당 채널의 계수를 추정하기 위한 채널계수 추정수단을 포함함.In the present invention, in the channel coefficient estimating apparatus, a sum value obtained by a complex sum / difference operation of a first symbol and a second symbol is compared with a difference operation result, and a large value is referred to as a reference value for the third symbol. Initial reference value determining means for determining; Reference value storing means for storing an initial reference value determined by said initial reference value determining means and a reference value selected by said reference value selecting means; Despreading means for compensating for frequency offset by performing despreading on the preamble interval of the third symbol; Sum calculation means for adding up a reference value stored in the reference value storing means and a complex value of a symbol despread by the despreading means; First magnitude value calculating means for calculating a first magnitude value of a result calculated by the sum calculating means; Difference calculating means for difference calculating a complex value of a reference value stored in said reference value storing means and a symbol despread by said despreading means; Second magnitude value calculating means for calculating a second magnitude value of a result calculated by the difference calculating means; Reference value selecting means for comparing the first magnitude value with the second magnitude value and selecting a large value as a reference value; And channel coefficient estimating means for estimating the coefficient of the corresponding channel by dividing the final reference value selected by the reference value selecting means by the total number of symbols.
4. 발명의 중요한 용도4. Important uses of the invention
본 발명은 채널계수 추정 등에 이용됨.The present invention is used for channel coefficient estimation.
무선 피코셀 통신 시스템(Wireless Pico cell System), 채널계수 추정(Channel Estimation), 지연 확산(Delay Spread), 역확산, 참조값, 복소수 합/차 연산 Wireless Pico Cell System, Channel Estimation, Delay Spread, Despread, Reference Value, Complex Sum / Difference Calculation
Description
도 1 은 본 발명이 적용되는 직접 시퀀스 대역 확산 방식의 무선 피코셀 통신 시스템의 일실시예 설명도,1 is a diagram illustrating an embodiment of a wireless picocell communication system of a direct sequence spread spectrum method to which the present invention is applied;
도 2 는 본 발명이 적용되는 직접 시퀀스 대역 확산 방식의 무선 피코셀 통신 시스템에서의 페이딩 채널에 의한 수신신호 모델의 일실시예 설명도,2 is a diagram illustrating an embodiment of a received signal model based on a fading channel in a wireless picocell communication system of a direct sequence spread spectrum method to which the present invention is applied;
도 3 은 본 발명에 따른 직접 시퀀스 대역 확산 방식의 무선 피코셀 통신 시스템에서의 채널계수 추정 장치의 일실시예 구성도,3 is a configuration diagram of an apparatus for estimating channel coefficients in a wireless picocell communication system using a direct sequence spread spectrum method according to the present invention;
도 4 는 본 발명에 따른 직접 시퀀스 대역 확산 방식의 무선 피코셀 통신 시스템에서의 채널계수 추정 장치의 일실시예 성능 분석도,4 is a diagram illustrating an exemplary embodiment of an apparatus for estimating channel coefficients in a wireless picocell communication system using a direct sequence spread spectrum method according to the present invention;
도 5 는 본 발명에 따른 채널계수 추정 장치에서의 채널계수 추정 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating a channel coefficient estimating method in the apparatus for estimating channel coefficients according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
31 : 초기 참조값 결정부 32 : 참조값 저장부31: initial reference value determination unit 32: reference value storage unit
33 : 역확산부 34 : 합 연산부33 despreader 34 sum operation
35 : 제 1 크기값 산출부 36 : 차 연산부35: first size value calculator 36: difference calculator
37 : 제 2 크기값 산출부 38 : 참조값 선택부37: second size value calculator 38: reference value selector
39 : 채널계수 추정부39: channel coefficient estimation unit
본 발명은 직접 시퀀스 대역 확산 방식의 무선 피코셀 통신 시스템에서의 채널계수 추정 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 첫 번째 심벌과 두 번째 심벌의 복소수 합/차 연산을 통해 산출한 합 연산 결과값과 차 연산 결과값을 비교하여 큰 값을 세 번째 심벌에 대한 참조값으로 설정한 후 세 번째 심벌부터 N개 심벌까지 상기 과정을 반복 수행하여 획득한 최종 결과값을 심벌 수(N)로 평균하여 채널계수를 추정함으로써, 높은 성능과 낮은 복잡도를 가지는 직접 시퀀스 대역 확산 방식의 무선 피코셀 통신 시스템에서의 채널계수 추정 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for estimating channel coefficients in a wireless picocell communication system using a direct sequence spread spectrum method, and more particularly, a sum operation calculated through a complex sum / difference operation of a first symbol and a second symbol. Compares the result value with the difference value, sets the large value as the reference value for the third symbol, and then repeats the above process from the third symbol to N symbols and averages the final result value obtained by symbol number (N). The present invention relates to an apparatus and method for estimating a channel coefficient in a wireless picocell communication system of a direct sequence spread spectrum method having high performance and low complexity.
일반적으로, 직접 시퀀스 대역 확산(DSSS : Direct Sequence Spread Spectrum) 방식은 하나의 신호 심볼을 일정한 시퀀스로 확산시켜 통신하는 방식을 말한다.In general, the Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) method refers to a method in which one signal symbol is spread in a predetermined sequence for communication.
즉, 송신측에서 의사 잡음 시퀀스(pseudo-random noise sequence)에 송신하 고자 하는 신호를 입력시켜, 주파수당 전력 밀도가 낮아진 확산 대역 스펙트럼 신호를 획득한 후 이를 수신측으로 전송하면, 수신측에서는 동일한 의사 잡음 시퀀스를 이용하여 원 신호를 재생한다. That is, when the transmitting side inputs a signal to be transmitted to a pseudo-random noise sequence, acquires a spread spectrum signal having a low power density per frequency, and transmits it to the receiving side, the receiving side has the same pseudo noise. The original signal is reproduced using the sequence.
이러한 직접 시퀀스 대역 확산 방식은 변조의 효율성이 좋고, 신호의 동기가 빠르며, 낮아진 전력 밀도로 인하여 대역 내 간섭이 적은 장점이 있어, 부호 분할 다중 접속(CDMA)에 이용되고 왔으며, 최근 이슈화되고 있는 지그비 통신에도 이용되고 있다.This direct sequence spreading method has the advantages of good modulation efficiency, fast signal synchronization, and low in-band interference due to low power density, which has been used for code division multiple access (CDMA), and has recently been introduced in ZigBee. It is also used for communication.
한편, 시시각각으로 변화하는 페이딩(fading) 채널 환경에서 무선통신 네트워크(Wireless Communication Network)가 최적의 전송 효율로 동작하기 위해서는 데이터 전송이 이루어지는 통신 채널에 대한 정확한 정보가 요구된다. 즉, 수신기는 왜곡된 수신신호를 보정하기 위해 정확한 채널의 특성을 추정하는 과정이 필수적이다.On the other hand, in a fading channel environment that changes constantly, accurate information about a communication channel through which data is transmitted is required in order for a wireless communication network to operate at an optimal transmission efficiency. That is, the receiver needs to estimate the characteristics of the correct channel to correct the distorted received signal.
따라서, 채널 특성을 추정하는 알고리즘에 대한 설계가 필요하며, 추정 통해 얻어진 채널계수는 채널 정합 필터(Channel Matched Filter)나 등화기(Equalizer)를 동작시킬 수 있도록 하는 채널의 특성값이 된다.Therefore, a design of an algorithm for estimating channel characteristics is required, and the channel coefficient obtained through the estimation becomes a characteristic value of a channel for operating a channel matched filter or an equalizer.
결국, 채널 특성값의 정확한 추정은 시스템 성능에 중요한 요인으로 작용하므로, 만족할 만한 수신기 성능을 얻기 위해 정확한 채널 특성값을 추정할 수 있는 방안이 절실히 요구되고 있다.As a result, since accurate estimation of channel characteristic values is an important factor in system performance, a method for estimating accurate channel characteristic values is urgently needed to obtain satisfactory receiver performance.
본 발명은 상기 요구에 부응하기 위하여 제안된 것으로, 첫 번째 심벌과 두 번째 심벌의 복소수 합/차 연산을 통해 산출한 합 연산 결과값과 차 연산 결과값을 비교하여 큰 값을 세 번째 심벌에 대한 참조값으로 설정한 후 세 번째 심벌부터 N개 심벌까지 상기 과정을 반복 수행하여 획득한 최종 결과값을 심벌 수(N)로 평균하여 채널계수를 추정함으로써, 높은 성능과 낮은 복잡도를 가지는 직접 시퀀스 대역 확산 방식의 무선 피코셀 통신 시스템에서의 채널계수 추정 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to meet the above requirements, and compares the sum operation result calculated by the complex sum / difference operation of the first symbol and the second symbol with the difference operation result, and sets a large value for the third symbol. By setting the reference value and repeating the above process from the third symbol to N symbols, the final result obtained is averaged by the number of symbols (N) to estimate the channel coefficient, thereby spreading the direct sequence band with high performance and low complexity. An object of the present invention is to provide an apparatus and method for estimating channel coefficients in a wireless picocell communication system.
즉, 본 발명은 제 1 심벌과 제 2 심벌의 복소수 합/차 연산을 통해 산출한 합 연산 결과값과 차 연산 결과값을 비교하여 큰 값을 제 3 심벌에 대한 참조값으로 설정하고, 제 3 심벌에 대한 참조값과 제 3 심벌의 복소수 합/차 연산을 통해 산출한 합 연산 결과값과 차 연산 결과값을 비교하여 큰 값을 제 4 심벌에 대한 참조값으로 설정하는 방식으로 제 N 심벌까지 수행하여 획득한 최종 결과값을 심벌 수(N)로 평균하여 채널계수를 추정함으로써, 높은 성능과 낮은 복잡도를 가지는 직접 시퀀스 대역 확산 방식의 무선 피코셀 통신 시스템에서의 채널계수 추정 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.That is, the present invention compares the sum operation result calculated by the complex sum / difference operation between the first symbol and the second symbol with the difference operation result, and sets a large value as a reference value for the third symbol. Comparing the sum operation result calculated through the complex sum / difference operation of the reference value with respect to the third symbol with the difference operation result value, the large value is set as the reference value for the fourth symbol, and obtained by performing the Nth symbol. By estimating a channel coefficient by averaging a final result value by the number of symbols (N), an apparatus and method for estimating channel coefficients in a direct sequence spread spectrum wireless picocell communication system having high performance and low complexity are provided. There is a purpose.
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.Other objects and advantages of the present invention can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. Also, it will be readily appreciated that the objects and advantages of the present invention may be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 채널계수 추정 장치에 있어서, 첫 번째 심벌과 두 번째 심벌의 복소수 합/차 연산을 통해 산출한 합 연산 결과값과 차 연산 결과값을 비교하여 큰 값을 세 번째 심벌에 대한 참조값으로 결정하기 위한 초기 참조값 결정수단; 상기 초기 참조값 결정수단에서 결정한 초기 참조값 및 참조값 선택수단에서 선택한 참조값을 저장하기 위한 참조값 저장수단; 세 번째 이후 심벌의 프리엠블 구간에 대한 역확산을 수행하여 주파수 옵셋을 보상하기 위한 역확산수단; 상기 참조값 저장수단에 저장되어 있는 참조값과 상기 역확산수단에서 역확산한 심벌의 복소수 값을 합 연산하기 위한 합 연산수단; 상기 합 연산수단에서 연산한 결과의 제 1 크기값을 산출하기 위한 제 1 크기값 산출수단; 상기 참조값 저장수단에 저장되어 있는 참조값과 상기 역확산수단에서 역확산한 심벌의 복소수 값을 차 연산하기 위한 차 연산수단; 상기 차 연산수단에서 연산한 결과의 제 2 크기값을 산출하기 위한 제 2 크기값 산출수단; 상기 제 1 크기값과 상기 제 2 크기값을 비교하여 큰 값을 참조값으로 선택하기 위한 상기 참조값 선택수단; 및 상기 참조값 선택수단에서 선택한 최종 참조값을 전체 심벌 수로 나누어 해당 채널의 계수를 추정하기 위한 채널계수 추정수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.In the apparatus of the present invention for achieving the above object, in the channel coefficient estimating apparatus, a large value by comparing the sum operation result value and the difference operation result value calculated through the complex sum / difference operation of the first symbol and the second symbol Initial reference value determining means for determining a as a reference value for a third symbol; Reference value storing means for storing an initial reference value determined by said initial reference value determining means and a reference value selected by said reference value selecting means; Despreading means for compensating for frequency offset by performing despreading on the preamble interval of the third symbol; Sum calculation means for adding up a reference value stored in the reference value storing means and a complex value of a symbol despread by the despreading means; First magnitude value calculating means for calculating a first magnitude value of a result calculated by the sum calculating means; Difference calculating means for difference calculating a complex value of a reference value stored in said reference value storing means and a symbol despread by said despreading means; Second magnitude value calculating means for calculating a second magnitude value of a result calculated by the difference calculating means; Reference value selecting means for comparing the first magnitude value with the second magnitude value and selecting a large value as a reference value; And channel coefficient estimating means for estimating the coefficient of the corresponding channel by dividing the final reference value selected by the reference value selecting means by the total number of symbols.
한편, 본 발명의 방법은, 채널계수 추정 장치에서의 채널계수 추정 방법에 있어서, 첫 번째 심벌과 두 번째 심벌의 복소수 합/차 연산을 통해 산출한 합 연산 결과값과 차 연산 결과값을 비교하여 큰 값을 세 번째 심벌에 대한 참조값으로 저장하는 초기 참조값 결정단계; 세 번째 이후 심벌의 프리엠블 구간에 대한 역확산을 수행하여 주파수 옵셋을 보상하는 보상단계; 상기 저장한 참조값과 상기 확산한 심벌의 복소수 값을 합 연산하는 제 1 연산단계; 상기 합 연산한 결과의 제 1 크기값을 산출하는 제 1 산출단계; 상기 저장한 참조값과 상기 역확산한 심벌의 복소수 값을 차 연산하는 제 2 연산 단계; 상기 차 연산한 결과의 제 2 크기값을 산출하는 제 2 산출단계; 상기 제 1 크기값과 상기 제 2 크기값을 비교하여 큰 값을 다음 심벌의 참조값으로 선택하는 선택단계; 및 전체 심벌에 대해 상기 보상단계, 상기 제 1 연산단계, 상기 제 1 산출단계, 상기 제 2 연산단계, 상기 제 2 산출단계, 상기 선택단계를 반복 수행한 후 선택한 최종 참조값을 전체 심벌 수로 나누어 해당 채널의 계수를 추정하는 채널계수 추정단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Meanwhile, in the method of estimating a channel coefficient in an apparatus for estimating a channel coefficient, the method of the present invention compares the sum operation result calculated by the complex sum / difference operation of the first symbol and the second symbol with the difference operation result. An initial reference value determining step of storing a large value as a reference value for a third symbol; A compensation step of compensating for frequency offset by performing despreading on the preamble interval of the third symbol; A first calculating step of calculating the sum of the stored reference value and the complex value of the spread symbol; A first calculating step of calculating a first magnitude value of the result of the sum operation; A second operation step of calculating a difference between the stored reference value and the complex value of the despread symbol; A second calculating step of calculating a second magnitude value of the result of the difference calculation; Selecting a large value as a reference value of a next symbol by comparing the first magnitude value with the second magnitude value; And repeating the compensating step, the first calculating step, the first calculating step, the second calculating step, the second calculating step, and the selecting step with respect to all symbols, and dividing the selected final reference value by the total number of symbols. And a channel coefficient estimating step of estimating a coefficient of the channel.
또한, 본 발명은 주기적으로 반복되는 프리엠블의 심벌을 이용하여 교차상관(crosscorrelation) 기법을 통해 직접 시퀀스 대역 확산 방식의 무선 피코셀 통신 시스템의 성능을 향상시키고 구현의 복잡도를 간소화한다.In addition, the present invention improves the performance and simplifies the complexity of the direct sequence spread spectrum wireless picocell communication system through a crosscorrelation technique using symbols of a preamble that is periodically repeated.
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.The above objects, features and advantages will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, whereby those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. There will be. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 은 본 발명이 적용되는 직접 시퀀스 대역 확산 방식의 무선 피코셀 통신 시스템의 일실시예 설명도이다.1 is a diagram illustrating an embodiment of a wireless picocell communication system of a direct sequence spread spectrum method to which the present invention is applied.
일반적으로, 페이딩 채널에 의해 수신된 신호는 진폭이 불안정하게 변화되 고, 또한 도플러 효과(doppler shift)에 의한 주파수 오차를 갖는다. In general, a signal received by a fading channel varies in amplitude unstable and also has a frequency error due to the Doppler shift.
도 1에 도시된 바와 같이, 송신기가 송신한 패킷은 페이딩 채널에 의해 다중 경로를 통해 수신기로 전달되는데, 각 경로로 수신된 패킷들은 서로 다른 채널 특성을 갖게 되며, 이러한 다중 경로에 의한 패킷 수신은 수신기 성능면에서 비춰볼 때 신호 간 간섭을 일으키는 요인으로 작용한다.As shown in FIG. 1, a packet transmitted by a transmitter is delivered to a receiver through a multipath by a fading channel, and packets received in each path have different channel characteristics. In terms of receiver performance, it causes interference between signals.
따라서, 각 경로로 수신된 패킷이 갖는 채널 특성을 고려하여 간섭을 제거해 야 한다. 이를 위해, 수신 패킷에 포함된 지연 형태(delay profile)을 포착하고, 포착된 경로의 신호별로 채널 특성값을 추정한다. Therefore, the interference should be removed in consideration of the channel characteristics of the packet received in each path. To this end, the delay profile included in the received packet is captured, and the channel characteristic value is estimated for each signal of the captured path.
이때, 채널 특성값은 채널에 의한 신호 간섭 영향을 최소화시켜주는 CMF(Channel Matched Filter)의 계수(Coefficient) 값이 된다.In this case, the channel characteristic value is a coefficient value of a channel matched filter (CMF) which minimizes the influence of signal interference by the channel.
도 2 는 본 발명이 적용되는 직접 시퀀스 대역 확산 방식의 무선 피코셀 통신 시스템에서의 페이딩 채널에 의한 수신신호 모델의 일실시예 설명도이다.2 is a diagram illustrating an embodiment of a received signal model based on a fading channel in a wireless picocell communication system of a direct sequence spread spectrum method to which the present invention is applied.
먼저, 송신기(21)로부터의 송신신호 심볼(T[n])을 하기의 [수학식 1] 및 [수학식 2]와 같이 가정한다.First, it is assumed that the transmission signal symbol T [n] from the
이때, M개의 채널 경로를 통해 수신기에 수신된 패킷 신호, 즉 각 경로 간에 임의의 시간 지연(time delay)이 존재하는 페이딩(fading) 채널을 거친 신호는 하기의 [수학식 3]과 같다.In this case, a packet signal received at the receiver through M channel paths, that is, a signal passing through a fading channel having an arbitrary time delay between each path is represented by Equation 3 below.
여기서, M은 총 경로(패스) 개수를 나타내고, 는 첫 번째 수신된 패킷의 랜덤 시간 지연(random time delay)을 나타낸다.Where M represents the total number of paths (paths), Denotes a random time delay of the first received packet.
결국, 수신기(22)에서 수신한 패킷은 하기의 [수학식 4]와 같다.As a result, the packet received by the
여기서, W[n]은 AWGN(Additive White Gaussian Noise)을 의미한다.Here, W [n] means AWGN (Additive White Gaussian Noise).
한편, 다중 경로를 통해 수신된 신호에 대하여 각 경로별 채널 특성값을 추정하는 과정이 필수적인데, 이러한 과정은 주파수 옵셋(offset)에 의한 영향을 최 소화한 후에 수행하는 것이 바람직하다.On the other hand, the process of estimating the channel characteristic value for each path for the signal received through the multi-path is essential, this process is preferably performed after minimizing the effect of the frequency offset (offset).
채널계수 추정 장치는 수신신호의 각 경로별 채널 특성값을 추정하고, 이를 채널 정합 필터나 등화기에 제공한다. The channel coefficient estimating apparatus estimates channel characteristic values for each path of the received signal and provides them to a channel matching filter or equalizer.
도 3 은 본 발명에 따른 직접 시퀀스 대역 확산 방식의 무선 피코셀 통신 시스템에서의 채널계수 추정 장치의 일실시예 구성도이다.3 is a diagram illustrating an embodiment of an apparatus for estimating channel coefficients in a wireless picocell communication system using a direct sequence spread spectrum method according to the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 직접 시퀀스 대역 확산 방식의 무선 피코셀 통신 시스템에서의 채널계수 추정 장치는, 첫 번째 심벌과 두 번째 심벌의 복소수 합/차 연산을 통해 산출한 합 연산 결과값과 차 연산 결과값을 비교하여 큰 값을 세 번째 심벌에 대한 참조값으로 결정하기 위한 초기 참조값 결정부(31), 상기 초기 참조값 결정부(31)에서 결정한 초기 참조값 및 참조값 선택부(38)에서 선택한 참조값을 저장하기 위한 참조값 저장부(32), 세 번째 이후 심벌의 프리엠블 구간에 대한 역확산을 수행하여 주파수 옵셋을 보상하기 위한 역확산부(Despreader)(33), 상기 참조값 저장부(32)에 저장되어 있는 참조값과 상기 역확산부(33)에서 역확산한 심벌의 복소수 값을 합 연산하기 위한 합 연산부(34), 상기 합 연산부(34)에서 연산한 결과의 크기값을 산출하기 위한 제 1 크기값 산출부(35), 상기 참조값 저장부(32)에 저장되어 있는 참조값과 상기 역확산부(33)에서 역확산한 심벌의 복소수 값을 차 연산하기 위한 차 연산부(36), 상기 차 연산부(36)에서 연산한 결과의 크기값을 산출하기 위한 제 2 크기값 산출부(37), 상기 제 1 크기값 산출부(35)에서 산출한 크기값과 상기 제 2 크기값 산출부(37)에서 산출한 크기값을 비교하여 큰 값을 참조값으로 선택하기 위한 참조값 선택부(38), 및 상기 참조값 선택부(38)에서 선택한 최종 참조값을 전체 심벌 수로 나누어 채널계수를 추정하기 위한 채널계수 추정부(39)를 포함한다.As shown in FIG. 3, the channel coefficient estimator in the direct sequence spread spectrum wireless picocell communication system according to the present invention includes a sum operation calculated through a complex sum / difference operation of a first symbol and a second symbol. An initial reference value determiner 31 for determining a large value as a reference value for the third symbol by comparing a result value and a difference operation result value, and an initial reference value and
여기서, 상기 초기 참조값 결정부(31)는, 첫 번째 심벌(symbol 1)의 프리엠블 구간에 대한 역확산을 수행하여 주파수 옵셋을 보상하기 위한 제 1 역확산기(Despreader)(301), 두 번째 심벌(symbol 2)의 프리엠블 구간에 대한 역확산을 수행하여 주파수 옵셋을 보상하기 위한 제 2 역확산기(Despreader)(302), 상기 제 1 역확산기(301)에서 역확산한 첫 번째 심벌과 상기 제 2 역확산기(302)에서 역확산한 두 번째 심벌의 복소수 합 연산을 수행하기 위한 복소수 합 연산기(303), 상기 복소수 합 연산기(303)에서 연산한 결과의 크기값을 산출하기 위한 제 1 크기값 산출기(304), 상기 제 1 역확산기(301)에서 역확산한 첫 번째 심벌과 상기 제 2 역확산기(302)에서 역확산한 두 번째 심벌의 복소수 차 연산을 수행하기 위한 복소수 차 연산기(305), 상기 복소수 차 연산기(305)에서 연산한 결과의 크기값을 산출하기 위한 제 2 크기값 산출기(306), 및 상기 제 1 크기값 산출기(304)에서 산출한 크기값과 상기 제 2 크기값 산출기(306)에서 산출한 크기값을 비교하여 큰 값을 세 번째 심벌에 대한 참조값으로 선택하기 위한 참조값 선택기(307)를 포함한다.Here, the initial reference value determiner 31 performs a despreading on the preamble interval of the
본 발명에서는 이해를 돕기 위해 하나의 채널을 대상으로 채널계수를 추정하는 과정(path 1)을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않음을 밝힌다. 즉, 채널계수 추정 패스(path)의 수는 본 발명에 영향을 미치지 않는다.In the present invention, a process of estimating a channel coefficient for one channel for the purpose of understanding (path 1) has been described, but the present invention is not limited thereto. That is, the number of channel coefficient estimation paths does not affect the present invention.
이하, 상기와 같은 구성요소를 가지는 채널계수 추정 장치의 동작에 대해 좀 더 상세히 살펴보기로 한다.Hereinafter, the operation of the channel coefficient estimation apparatus having the above components will be described in more detail.
먼저, 채널계수 추정 장치는 주파수 옵셋(offset)에 의한 영향을 최소화하기 위해 수신 심벌(r(n))의 프리엠블 구간에 대한 역확산 과정을 우선적으로 수행한다. First, the channel coefficient estimating apparatus preferentially performs a despreading process for the preamble section of the reception symbol r (n) in order to minimize the influence of the frequency offset.
이렇게 주파수 옵셋이 보상된 심벌()은 하기의 [수학식 5]와 같이 복소수의 형태를 갖는다.This frequency offset compensated symbol ( ) Has the form of a complex number as shown in Equation 5 below.
여기서, 이고, 이때 는 일 구간(일예로 11-chip 구간 : 역확산을 위해 곱하는 11비트 데이터)에 해당되는 L개의 심볼 주기를 의미하고, 는 추정된 위상파 오프셋을 의미한다. here, , Where Denotes L symbol periods corresponding to one section (for example, 11-chip section: 11-bit data multiplied for despreading). Denotes the estimated phase wave offset.
이후, 하기의 [수학식 6]을 통해 k번째 경로의 심벌을 N개까지 추출한다.Then, up to N symbols of the k-th path are extracted through Equation 6 below.
여기서, 는 k번째 경로의 경로 지연을 의미하며, M은 chip의 길이에 해 당하는 심볼 주기를 의미한다. 이때, '11-chip'은 확산 또는 역확산인 경우 심볼당 11 chip 개수를 의미한다.here, Denotes a path delay of the k-th path, and M denotes a symbol period corresponding to the length of the chip. In this case, '11 -chip 'refers to the number of 11 chips per symbol in the case of spreading or despreading.
이후, 잡음의 영향을 최소화한 크기값을 산출하기 위해 상기 추출한 N개의 심벌에 대하여 합(Add), 차(Subtraction) 연산을 수행한다. 이때, 심벌은 복소수 값의 형태이며, 3번째 심볼 이후에 대한 연산을 위해 첫 번째 심벌과 두 번째 심벌의 복소수 합/차 연산 결과를 산출한다. 이는 하기의 [수학식 7]과 같다.Subsequently, add and subtraction operations are performed on the extracted N symbols in order to calculate a magnitude value that minimizes the influence of noise. In this case, the symbol is in the form of a complex value, and calculates the complex sum / difference result of the first symbol and the second symbol for the operation after the third symbol. This is shown in
이후, 상기 산출한 , 의 크기(Magnitude)값을 비교하여, 큰 값에 해당하는 연산 결과를 다음 심벌에 대한 참조값(Reference value)으로 선택한다. 이를 표현하면 하기의 [수학식 8]과 [수학식 9]와 같다.Since, calculated above , Magnitude values are compared, and the operation result corresponding to the large value is selected as a reference value for the next symbol. This is expressed as Equation 8 and
여기서, 는 두 연산 결과값 중 큰 값이 된다.here, Is the larger of the two result values.
이후, 하기의 [수학식 10]과 같이 와 세 번째 심벌의 복소수 합/차 연산을 수행한다. 이러한 과정은 N개 심벌까지 반복적으로 수행한다.Thereafter, as shown in Equation 10 below. Perform the complex sum / difference operation of and the third symbol. This process is performed repeatedly up to N symbols.
이후, 최종 값에 대하여 추정 심벌 수(N)로 평균을 취하여, 하기의 [수학식 11]과 같이 k번째 채널에 대한 채널 계수 추정값()을 구한다.After, final By taking the average as the estimated symbol number (N) with respect to the value, the channel coefficient estimation value for the k-th channel (Equation 11) )
이러한 방식으로 각 경로별(채널별)로 채널 계수 추정 값을 추정할 수 있다.In this way, the channel coefficient estimation value can be estimated for each path (per channel).
도 4 는 본 발명에 따른 직접 시퀀스 대역 확산 방식의 무선 피코셀 통신 시 스템에서의 채널계수 추정 장치의 일실시예 성능 분석도이다.4 is a diagram illustrating an exemplary embodiment of an apparatus for estimating channel coefficients in a wireless picocell communication system using a direct sequence spread spectrum method according to the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이, 성능 분석도는 경로가 하나인 페이딩 채널에 대하여 부여한 채널계수와 추정한 채널계수의 정규화된 채널계수 오류를 측정한 것이다. As shown in FIG. 4, the performance analysis diagram measures normalized channel coefficient error of the channel coefficient and the estimated channel coefficient given to the fading channel having one path.
정규화된 채널계수 오류를 측정하기 위해 다음과 같은 과정을 수행하였다. 즉, 채널에서 부여한 채널계수와 채널계수 추정 알고리즘을 통해 추정한 채널 계수와의 오류를 표현하면 하기의 [수학식 12] 및 [수학식 13]과 같다.In order to measure the normalized channel coefficient error, the following process was performed. That is, when the error between the channel coefficient given by the channel and the channel coefficient estimated by the channel coefficient estimation algorithm is expressed,
여기서, 는 채널에서 부여한 채널계수를 의미하고, 는 추정한 채널계수를 의미하며, L은 시뮬레이션에서의 패킷 반복 횟수를 의미한다.here, Means channel coefficient assigned by channel, Denotes the estimated channel coefficient, and L denotes the number of packet repetitions in the simulation.
이렇게 산출한 채널계수 오류를 채널에서 부여한 채널 계수의 크기 제곱으로 정규화하면 하기의 [수학식 14]와 같다.The normalized channel coefficient error is squared with the magnitude squared of the channel coefficient given by the channel as shown in Equation 14 below.
이를 통해 알 수 있듯이, 신호대잡음비(SNR)가 14dB에서 정규화된 채널계수 오류가 약 1% 이내로 감소함을 알 수 있다. As can be seen from this, the signal-to-noise ratio (SNR) is reduced to about 1% in normalized channel coefficient error at 14dB.
도 5 는 본 발명에 따른 채널계수 추정 장치에서의 채널계수 추정 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating a channel coefficient estimating method in the apparatus for estimating channel coefficients according to the present invention.
먼저, 초기 참조값 결정부(31)는, 첫 번째 심벌과 두 번째 심벌의 복소수 합/차 연산을 통해 산출한 합 연산 결과값과 차 연산 결과값을 비교하여 큰 값을 세 번째 심벌에 대한 참조값으로 결정하여 참조값 저장부(32)에 저장한다(501).First, the initial
이후, 역확산부(33)는 세 번째 이후 심벌의 프리엠블 구간에 대한 역확산을 수행하여 주파수 옵셋을 보상한다(502).Thereafter, the
이후, 합 연산부(34)는 상기 저장한 참조값과 상기 확산한 심벌의 복소수 값을 합 연산한다(503).Subsequently, the
이후, 제 1 크기값 산출부(35)는 상기 합 연산한 결과의 제 1 크기값을 산출한다(504).Thereafter, the first
이후, 차 연산부(36)는 상기 저장한 참조값과 상기 역확산한 심벌의 복소수 값을 차 연산한다(505).Subsequently, the
이후, 제 2 크기값 산출부(37)는 상기 차 연산한 결과의 제 2 크기값을 산출 한다(506).Thereafter, the second size value calculator 37 calculates a second size value of the result of the difference operation (506).
이후, 참조값 선택부(38)는 상기 제 1 크기값과 상기 제 2 크기값을 비교하여 큰 값을 다음 심벌의 참조값으로 선택한다(507).Thereafter, the
이후, 채널계수 추정부(39)는 전체 심벌에 대해 상기 과정(502 내지 507)을 반복 수행한 후 선택한 최종 참조값을 전체 심벌 수로 나누어 해당 채널의 계수를 추정한다(508).Subsequently, the
이러한 채널계수 추정 과정은 전체 채널에 대하여 수행한다.This channel coefficient estimation process is performed for all channels.
이하, 상기 초기 참조값 결정 과정에 대해 좀 더 상세히 살펴보기로 한다. Hereinafter, the initial reference value determination process will be described in more detail.
먼저, 첫 번째 심벌의 프리엠블 구간에 대한 역확산을 수행하여 주파수 옵셋을 보상한다.First, the frequency offset is compensated by performing despreading on the preamble section of the first symbol.
이후, 두 번째 심벌의 프리엠블 구간에 대한 역확산을 수행하여 주파수 옵셋을 보상한다.Thereafter, despreading is performed on the preamble section of the second symbol to compensate for the frequency offset.
이후, 상기 역확산한 첫 번째 심벌과 상기 역확산한 두 번째 심벌의 복소수 합 연산을 수행한다.Thereafter, a complex sum operation of the despread first symbol and the despread second symbol is performed.
이후, 상기 복소수 합 연산한 결과의 제 3 크기값을 산출한다.Thereafter, a third magnitude value of the result of the complex sum operation is calculated.
이후, 상기 역확산한 첫 번째 심벌과 상기 역확산한 두 번째 심벌의 복소수 차 연산을 수행한다.Thereafter, a complex difference operation of the despread first symbol and the despread second symbol is performed.
이후, 상기 복소수 차 연산한 결과의 제 4 크기값을 산출한다.Thereafter, a fourth magnitude value of the result of the complex difference calculation is calculated.
이후, 상기 산출한 제 3 크기값과 상기 산출한 제 4 크기값을 비교하여 큰 값을 세 번째 심벌에 대한 참조값으로 선택한다.
이러한 과정을 통해 초기 참조값을 결정한다.Thereafter, the calculated third magnitude value is compared with the calculated fourth magnitude value, and a large value is selected as a reference value for the third symbol.
This process determines the initial reference value.
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.As described above, the method of the present invention may be implemented as a program and stored in a recording medium (CD-ROM, RAM, ROM, floppy disk, hard disk, magneto-optical disk, etc.) in a computer-readable form. Since this process can be easily implemented by those skilled in the art will not be described in more detail.
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.The present invention described above is capable of various substitutions, modifications, and changes without departing from the technical spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains. It is not limited by the drawings.
상기와 같은 본 발명은, 첫 번째 심벌과 두 번째 심벌의 복소수 합/차 연산을 통해 산출한 합 연산 결과값과 차 연산 결과값을 비교하여 큰 값을 세 번째 심벌에 대한 참조값으로 설정한 후 세 번째 심벌부터 N개 심벌까지 상기 과정을 반복 수행하여 획득한 최종 결과값을 심벌 수(N)로 평균하여 채널계수를 추정함으로써, 시스템 성능을 향상시키고 낮은 복잡도를 가지는 시스템을 구현할 수 있도록 하는 효과가 있다.As described above, the present invention compares the sum operation result calculated by the complex sum / difference operation of the first symbol with the second symbol and the difference operation result, and sets a large value as a reference value for the third symbol. By repeating the above process from the first symbol to N symbols, the final result obtained is averaged by the number of symbols (N) to estimate the channel coefficient, thereby improving system performance and implementing a system having a low complexity. have.
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