KR100781044B1 - 무선통신시스템을 위한 채널추정장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 무선통신망에서의 채널추정장치 및 그 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은, 무선통신망에서 채널추정시에 있어서 최소자승채널추정기의 출력인 순시채널추정치에 대해 참조데이터심볼을 고려한 가중평균필터링을 이용하고 또한 시간영역에서의 채널임펄스응답의 각 성분에 대해 가중평균필터링을 적용함으로써 64-직교 진폭 변조(QAM) 등과 같은 다중레벨변조방식에서도 매우 정확한 채널추정치를 얻기위한 채널추정장치 및 그 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공함.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 무선통신시스템을 위한 채널추정장치에 있어서, 입력된 수신신호와 참조테이터심볼을 이용하여 채널이득을 추정하기 위한 최소자승채널추정수단; 상기 최소자승채널추정수단에 의해 추정된 채널이득과 참조데이터심볼에 대해 각각 두개의 샘플을 취하여 하나의 그룹으로 묶어 가중평균을 취하여 필터링하기 위한 가중평균필터수단; 상기 가중평균필터수단에 의해 필터링된 값들을 시간영역의 값들로 변환시키기 위한 역 고속 푸리에 변환 (IFFT : Inverse Fast Fourier Transform)수단; 상기 역 고속 푸리에 변환 수단에 의해 얻어진 시간영역의 값들 중에서 에너지를 갖는 값들은 가중평균시키고, 에너지를 갖지 않는 값들을 제거하기 위한 유한 임펄스 응답(FIR : Finite Impulse Response)필터링 수단; 및 상기 유한 임펄스 응답 필터링 수단에 의해 필터링된 값들을 채널주파수응답으로 변환시키기 위한 고속 푸리에 변환(FFT : Fast Fourier Transform)수단을 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 무선통신망에서의 채널추정장치 등에 이용됨.
유한 임펄스 응답(FIR), 역 고속 푸리에 변환(IFFT), 고속 푸리에 변환(FFT), 순시채널추정치, 최소자승채널장치

Description

무선통신시스템을 위한 채널추정장치 및 그 방법{The aparatus and method for Channel Estimation For Wirelss Telecommnunication System}
도 1 은 일반적인 동기복조를 적용하는 무선통신시스템을 위한 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 시스템의 구성예시도.
도 2 는 종래기술에 따른 채널추정장치의 구성도.
도 3 은 본 발명에 따른 무선통신시스템을 위한 채널추정장치의 일실시예 전체 구성도.
도 4 는 본 발명에 따른 무선통신시스템을 위한 채널추정장치중 유한 임펄스 응답(FIR) 일실시예 상세 구성도.
도 5 는 본 발명에 따른 무선통신시스템을 위한 채널추정방법에 대한 일실시예 흐름도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
11 : 채널부호화 및 인터리빙부 12 : 데이터심볼사상부
13 : 직병렬변환부 14 : 역 고속 푸리에 변환(IFFT)부
15 : 병직렬변환부 16 : 보호구간 삽입부
17 : D/A 변환부 18 : RF 송신기
19 : 역인터리빙 및 채널디코딩부 20 : 데이터심볼역사상부
21 : 병직렬변환부 22 : 채널등화부
23 : 채널추정부 24 : 고속 푸리에 변환(FFT)부
25 : 직병렬변환부 26 : RF 수신기
27 : A/D 변환부 28 : 타이밍/주파수부
29 : 보호구간 제거부
본 발명은, 무선통신시스템을 위한 채널추정장치 및 그 방법과 상기 방법을 실현하기 위한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한으로서, 보다 상세하게는 다중 레벨 데이터 변조방식을 사용하는 이동무선 직교 주파수 분할 다중화(0FDM : Orthogonal Frequency Division Multiplexing)시스템에서 동기복조를 위한 것이다.
현재, 이동무선채널환경은 두루 산재된 다양한 크기와 재질의 전파방해물 때문에 기지국과 단말기 사이에 다중경로 특성이 존재하고, 또한 단말기나 전파방해물이 이동하기 때문에 수신신호의 시변(Time Invariant) 특성을 나타낸다. 그리고, 기지국과 단말기간의 다중경로는 서로 다른 길이의 경로를 가지고 있기 때문에 수신신호가 길게 늘어지는 지연확산 특성을 나타낸다. 이들 특성으로 인해, 이동무선 채널은 시간에 따라 변화하는 시간 선택성 페이딩과 다양한 길이를 갖는 다중경로를 통한 지연수신으로 서로 다른 크기와 위상의 주파수성분을 갖는 주파수선택성 페이딩을 각각 나타내고, 전송신호에 손상, 즉 왜곡을 야기시킨다. 이러한 채널특성은 시간에 따라 또한 각 경로별로 다른 크기와 위상을 갖기 때문에 수신신호로부터 원래의 전송신호를 얻기 위해서, 동기복조 수신기는 전송신호의 왜곡원, 즉 채널주파수응답 또는 채널임펄스응답인 채널상태정보를 이용한다. 즉, 수신된 신호를 채널응답으로 나누어 줌으로써 본래의 전송신호를 얻을 수 있다. 한편, 채널의 지연확산특성은 인접된 데이터심볼이 서로 겹쳐지는 심볼간 간섭을 일으키고 심할 경우 여러 구간 떨어진 심볼간에도 서로 겹치게 만들기 때문에 도저히 극복할 수 없는 이동무선시스템의 전송성능 열화를 가져온다. 따라서, 초고속전송을 지원하는 광대역 멀티미디어서비스를 위한 이동무선시스템에서는 신뢰성있는 시스템 성능을 보장하기 위해 심볼간 간섭에 대한 대책을 필요로 한다.
광대역 멀티미디어서비스를 위한 이동무선 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 시스템은 이러한 심볼간 간섭을 극복하기 위해 직병렬변환을 이용한다. 먼저 시스템을 위해 배정된 광대역의 전송대역이 여러 개의 협대역채널로 분할된다. 동일한 개념으로 고속의 직렬데이터스트림이 여러 개의 저속데이터스트림으로 변환되므로 심볼구간은 N개의 병렬스트림인 경우 직렬스트림의 N배가 된다. 그리고, 각 저속스트림에는 캐리어변조를 위해 협대역채널의 중심주파수인 부캐리어가 할당된다.
도 1 은 일반적인 동기복조를 적용하는 무선통신시스템을 위한 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 시스템의 구성예시도이다.
도 1에서 도시된 바와 같이, 정보비트는 원천데이터부호화에 의해 압축된 음성 및 데이터파일 동영상 등 멀티미디어 데이터 정보로서 통신채널을 통해 전송되어야 할 이진비트시퀀스이며 OFDM 송신기(100)으로 입력된다. 상기 입력되는 정보비트는 채널부호화 및 인터리빙부(11)를 통해 채널부호화시 이전에 입력된 비트들 사이에 정해진 상관관계를 통해 생성된 패러티 비트와 함께 출력된다. 통상, 컨볼루셔널 코드나 터보코드에 의해 부호화되며, 입력된 1 비트에 대하여 2개 이상의 비트가 출력된다.
상기 채널부호화 및 인터리빙부(11)에 동반되는 레이트정합은 입력된 데이터블럭에 대하여 정해진 규칙에 따라 특정비트를 반복하거나 제거함으로써 일정한 비트레이트를 출력한다. 결과적으로, 부호화된 임의의 비트레이트가 전송하고자 하는 정해진 비트레이트에 정합되는 것이다.
채널부호화 및 인터리빙부(11)에서의 인터리빙 과정은 채널에서 발생되는 군집오류를 분산시키기 위한 것이며, 일정한 규칙으로 기록하고 읽어냄으로써 입력된 시퀀스와 다른 출력시퀀스를 만들어낸다.
데이터심볼사상부(12)는 입력된 상기 비트 시퀀스에 대하여 Sm 비트 단위로 묶은 다음 복소수로 표현되는 데이터심볼로 변환한다. 이때, 데이터 심볼 변환시, 복소수 직교 진폭 변조(QAM : Quadrature Amplitude modulation)의 경우 2비트가 하나의 데이터심볼을 구성하고, 비트쌍 "00, 01, 10, 11"은 각각 "1+j, 1-j, -1+j, -1-j"으로 변환된다. 또한, 16-직교 진폭 변조(QAM) 심볼과 64-직교 진폭 변조(QAM)심볼을 위해서는 Sm 비트에 각각 4비트와 6비트가 할당된다.
직병렬변환부(13)는 입력되는 데이터심볼시퀀스를 저속의 병렬시퀀스로 변환한다. 따라서, N개의 부캐리어를 사용하는 OFDM 시스템의 경우 N개의 병렬시퀀스가 만들어지고, N심볼 구간마다 한번씩 병렬 시퀀스를 출력한다. 이과정을 통해 출력심볼의 구간은 입력심볼 구간의 N배로 늘어난다.
역 고속 푸리에 변환(IFFT : Inverse Fast Fourier Transform)부(14)는 병렬의 데이터심볼 각각을 서로 다른 부캐리어에 변조시킨다. 이때, 병렬로 입력된 심볼들이 [a0 a1, a2, a3,...aN-1]T이라면, 역 고속 푸리에 변환(IFFT)부(14)의 출력신호인 OFDM 심볼은 하기의 (수학식 1)과 같은 연속적신호로 얻어진다.
상기 입력된 심볼들 [a0, a1, a2, a3,...aN-1]T 에서 T는 행렬에서 행과 열을 바뀐다는 표시이고, ak은 심볼구간 NTs(Ts는 직병렬 변환전 데이터 심볼구간)을 가지며 k 번째 부캐리어를 변조할 k 번째 데이터 심볼이다
Figure 112001030288455-pat00001
상기 (수학식1)에서, exp(j2πkt/N)은 k번째 부캐리어이다. 역 고속 푸리에 변환(IFFT) 과정은 기저대역에서 신호처리를 용이하게 하기 위해 1/N간격으로 샘플링된 이산신호를 사용한다. 따라서, 역 고속 푸리에 변환(IFFT)부(14)는 OFDM 심볼을 하기의 (수학식 2)와 같은 이산신호로 출력한다.
Figure 112001030288455-pat00002
보호구간 삽입부(16)는 이동무선채널의 특성인 지연확산으로 인한 OFDM 심볼간 간섭을 제거하기 위한 것으로서, OFDM 심볼의 후반부 일정구간(즉, 역 고속 푸리에 변환(IFFT)심볼 끝에 있는 L 샘플구간)을 OFDM 심볼앞에 추가한다.
병직렬변환부(14)는 역 고속 푸리에 변환(IFFT)의 출력의 하나인 OFDM심볼에 해당하는 병렬 N샘플을 직렬로 출력한다.
D/A변환부(Digital-Analog Converter)(17)는 기저대역의 디지털신호를 아날로그 신호로 변환한다. 이후 변환된 신호는 RF 송신기(18)에 의해 평형변조후, 중간주파수와 캐리어주파수로 각각 변환되고, 전력증폭기와 안테나를 통해 방사된다.
상기 RF 송신기(18)에서 방사한 신호를 OFDM 수신기(200)에서 받아 처리한다.
OFDM 수신기(200)는 상기 OFDM 송신기(100) 해당 블럭들의 기능에 대해 역의 기능을 갖는 신호처리블럭으로 구성된다. 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.
수신된 RF신호는 RF 수신기(26)에서의 주파수 동기에 의한 단계적인 주파수 하향화를 통해 저주파수로 변환된 후, 다시 A/D변환부(Analog-Digital Converter)(27)를 통해 이산신호로 변환된다.
타이밍/주파수부(28)는 변환된 이산신호를 가지고 RF 수신기(26)를 통해서도 동기되지 않은 OFDM 심볼의 정확한 구간을 찾고, 옵셋주파수를 추정하여 제거함으로써 각 부캐리어 주파수 동기를 획득한다.
보호구간제거부(29)는 OFDM 송신기(100)에서 OFDM 심볼에 삽입한 보호구간을 제거한다. 여기서, 보호구간은 이동무선채널을 전송하는 과정에서 다경로지연확산에 의해 OFDM 심볼 경계지점에서 간섭을 일으키는 인접심볼성분이 들어있는 구간이다. 따라서, OFDM 심볼당 N개의 샘플이 얻어지고 직병렬변환부(25)를 통해 고속 푸리에 변환(FFT)부(24)로 입력된다.
여기서의 병직렬변환부(21)는 상기 OFDM 송신기(100)의 직병렬변환부(13)와는 달리 입력되는 하나의 샘플을 동일한 N개의 샘플로 만들어 병렬로 출력한다. 그러므로, 하나의 OFDM 심볼을 구성하는 하나의 샘플시퀀스가 동일한 N개의 병렬시퀀스로 만들어진다.
고속 푸리에 변환(FFT)부(24)는 전송된 병렬의 데이터심볼들을 각 부캐리어로부터 복조한다. 임의의 OFDM 심볼, 즉 N 샘플 [r0, r1 r2 ... rN-1 ]이 입력된다고 가정하자. 여기서, N 샘플값인 각각의 rN값은 하기의 (수학식 3)으로부터 얻어진다.
Figure 112001030288455-pat00003
상기 (수학식 3)에서, g R 는 L개의 샘플로 구성된 이동무선채널의 채널임펄스응답이고, 샘플 gR(m)은 채널임펄스응답의 m번째 성분이다. 고속 푸리에 변환(FFT)부(24)의 출력은 이들 입력샘플시퀀스와 OFDM 송신기(100)에서 사용된 주파수와 동일한 부캐리어 주파수와의 동기에 의해서 각각 얻어진다. k번째 데이터심볼의 경우, 하기의 (수학식 4)와 같이 수신신호 yk는 상기 입력 N개의 샘플과 k번째 캐리어의 이산신호에 해당하는 N개의 샘플과의 곱의 합이지만, 부캐리어간 직교성에 의해 k와 k´가 같은 경우만 존재하기 때문에, 결과적으로 송신테이터심볼이 채널응답과 잡음에 의해 손상된 것으로서 얻어진다.
Figure 112001030288455-pat00004
상기 (수학식 4)에서, nK는 잡음성분이고, hf K는 주파수 변환된 채널임퍼스응답, 즉 채널주파수응답의 k번째 성분이다.
상기 수신신호 yk는 채널추정부(23)를 통해 정확히 추정된 채널응답 성분과 나눗셈연산을 이용함으로써 채널등화부(22)에서 동기복조된다. 이후의 신호처리는 병직렬변환부(21), 데이터심볼역사상부(20), 역인터리빙 및 채널복호화부(19)를 거쳐 이루어지는데, 그 각각의 기능들은 송신기(200)에 해당되는 역기능이다.
이동무선 OFDM 시스템에서 동기복조를 위한 종래의 채널추정방법은 수신신호로부터 순시 채널추정치를 만들어내는 과정과 상기 순시채널추정치에 포함된 잡음성분을 제거하는 저역필터링과정으로 이루어져 있다. 상기 순시채널추정치는 수신신호와 참조심볼로부터 바로 얻어진다. 상기 저역필터링 과정은 역 고속 푸리에 변환(IFFT)을 이용하여 순시채널추정치인 채널주파수응답으로부터 채널임펄스응답을 얻은 다음, 다경로 지연확산에 해당하는 상기 보호구간을 제외한 나머지 구간의 성분을 0으로 대체한 상기 채널임펄스응답을 고속 푸리에 변환(FFT)으로 주파수변환함으로써 간섭 및 잡음을 제거할 수 있다. 따라서, 상기 채널주파수응답에 대한 정확한 추정치를 얻기 위해 최소자승채널추정, 역 고속 푸리에 변환(IFFT)과정, 고속 푸리에 변환(FFT)과정, 그리고 시간영역에서 순시 채널임펄스응답에 대한 필터링이 이용된다.
도 2 는 종래기술에 따른 채널추정장치의 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 최소자승채널추정기(201)는 입력된 수신신호 y = [y0 y1 y2 y3 ... yN-1 ]와 상기 입력된 수신신호의 전송심볼에 해당하는 참조데이터심볼 X=[X0, X1, X2,....XN-1]을 이용하여 채널주파수응답인 채널이득 h=[h0, h1, h2, ... hN-1]을 각각 추정한다. 여기서, 상기 참조데이터심볼은 OFDM 수신기가 알고 있는 파일럿 심볼이거나 또는 별도의 심볼검출과정을 통해 복원된 전송심볼이다. 상기 참조데이터심볼의 예로서 채널주파수응답의 k번째 성분에 해당하는 채널추정치는 hk = yk/Xk 으로 얻어진다. 이 채널추정치는 잡음 및 간섭성분을 포함하고 있어서 보다 정확한 채널추정치를 얻기 위해서 잡음 및 간섭성분이 제거되어야 한다.
역 고속 푸리에 변환(IFFT)블럭(202)은 상기 채널추정치를 채널임펄스응답인 시간영역의 채널추정과 g로 변환시킨다. 상기 채널추정치는 본래의 채널추파수응답에 잡음 및 간섭성분이 부가된 신호이기 때문에, 역 고속 푸리에 변환(IFFT)블럭(202)에 의해 채널주파수응답은 채널임펄스응답으로 변환되고, 주파수 영역의 잡음 및 간섭은 시간영역의 잡음 및 간섭으로 변환된다. 따라서, 역 고속 푸리에 변환(IFFT)블럭(202)의 결과 g 는 이상적인 채널임펄스응답 g R 에 시간영역의 잡음 및 간섭이 추가된 형태를 갖는다. 잡음 및 간섭을 갖지 않는 이상적인 채널임펄스응답 g R 는 그 길이가 보호구간과 같기 때문에 보호구간을 벗어난 구간의 성분은 모두 잡음 및 간섭으로 간주될 수 있다.
채널임펄스응답의 필터링은 상기 보호구간이외의 채널임펄스응답 성분을 모두 제거하는 과정이다. 이 과정은 다경로전파에 의한 지연신호성분중 일정한 값 이 상의 에너지를 갖는 성분만을 고려하기 위해 에너지가 거의 없거나 잡음 및 간섭만을 갖는 제거되어야 할 해당 성분을 모두 0으로 설정하는 것과 같이 간단하게 이루어진다. 그러므로, 고속 푸리에 변환(FTT)블럭(203)에 입력되는 채널임펄스응답은 g´= [g0´, g1´, gL-1´,0....0]와 같이 구성된다.
고속 푸리에 변환(FFT)블럭(203)은 상기 채널임펄스응답 g´을 다시 채널주파수 영역으로 환원시킨다. 상기 시간영역에서의 잡음 및 간섭제거과정과 고속 푸리에 변환(FFT)블럭(203)에서의 주파수 응답은 하나의 신호처리과정으로서 저역필터와 같은 기능을 수행한다. 따라서, 고속 푸리에 변환(FFT)의 출력 h´은 상기 최소자승채널추정기(201)의 출력으로 얻어진 순시채널추정치, 즉 채널주파수응답 h = [h0, h1, h2, h3..... hN-1]으로부터 잡음 및 간섭을 제거시킨 채널주파수 응답으로 얻어진다.
그러나, 종래의 기술에서는 역 고속 푸리에 변환(IFFT)블럭(202)에서 잡음 및 간섭성분을 갖는 순시채널추정치가 별다른 여과없이 그대로 사용되기 때문에, 상기 잡음 및 간섭성분이 역 고속 푸리에 변환(IFFT)블럭(202)의 출력인 채널임펄스응답에 그대로 존재하고, 또한 채널임펄스응답의 필터링 과정에서 보호구간, 즉 에너지를 갖지 않은 성분에 대해서만 여과처리되고 에너지를 갖는 성분들에 대해서는 별다른 여과과정이 이루어지지 않기 때문에 다중레벨의 데이터변조방식에서는 잡음 및 간섭전력의 편차가 심하고, 또한 주파수영역으로 변환된 상기 에너지 성분에 포함된 잡음 및 간섭으로 인해 정확한 채널추정치 h를 얻을 수 없어 채널추정성 능을 열화시키는 문제점이 있다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 무선통신망에서 채널추정시에 있어서 최소자승채널추정기의 출력인 순시채널추정치에 대해 참조데이터심볼을 고려한 가중평균필터링을 이용하고 또한 시간영역에서의 채널임펄스응답의 각 성분에 대해 가중평균필터링을 적용함으로써 64-직교 진폭 변조(QAM) 등과 같은 다중레벨변조방식에서도 매우 정확한 채널 추정치를 얻기 위한채널추정장치 및 그 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 무선통신시스템을 위한 채널추정장치에 있어서, 입력된 수신신호와 참조테이터심볼을 이용하여 채널이득을 추정하기 위한 최소자승채널추정수단; 상기 최소자승채널추정수단에 의해 추정된 채널이득과 참조데이터심볼에 대해 각각 두개의 샘플을 취하여 하나의 그룹으로 묶어 가중평균을 취하여 필터링하기 위한 가중평균필터수단; 상기 가중평균필터수단에 의해 필터링된 값들을 시간영역의 값들로 변환시키기 위한 역 고속 푸리에 변환 (IFFT : Inverse Fast Fourier Transform)수단; 상기 역 고속 푸리에 변환 수단에 의해 얻어진 시간영역의 값들 중에서 에너지를 갖는 값들은 가중평균시키고, 에너지를 갖 지 않는 값들을 제거하기 위한 유한 임펄스 응답(FIR : Finite Impulse Response)필터링 수단; 및 상기 유한 임펄스 응답 필터링 수단에 의해 필터링된 값들을 채널주파수응답으로 변환시키기 위한 고속 푸리에 변환(FFT : Fast Fourier Transform)수단을 포함하는 것을 특징으로한다.
또한, 본 발명의 방법은, 무선통신시스템을 위한 채널추정방법에 있어서, 수신신호와 참조데이터심볼을 이용하여 순시채널추정치를 산출하는 제 1 단계; 상기 순시채널추정치를 그룹핑하는 제 2 단계; 상기 그룹내의 순시채널추정치에 대해 가중평균을 취하여 필터링하는 제 3 단계; 상기 가중평균을 취하여 필터링된 가중평균 필터링 출력값들을 시간영역의 샘플들로 변환하는 제 4 단계; 및 상기 시간영역의 샘플들을 필터링 하여 채널주파수 응답으로 변환하는 제 5 단계를 포함하는 것을 특징으로한다.
한편, 본 발명은, 채널추정을 위하여, 대용량 프로세서를 구비한 무선시스템에, 수신신호와 참조데이터심볼을 이용하여 순시채널추정치를 산출하는 제 1 기능; 상기 순시채널추정치를 그룹핑하는 제 2 기능; 상기 그룹내의 순시채널추정치에 대해 가중평균을 취하여 필터링하는 제 3 기능; 상기 가중평균을 취하여 필터링된 가중평균 필터링 출력값들을 시간영역의 샘플들로 변환하는 제 4 기능; 및 상기 시간영역의 샘플들을 필터링 하여 채널주파수 응답으로 변환하는 제 5 기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바 람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 3 은 본 발명에 따른 무선통신시스템을 위한 채널추정장치의 일실시예 전체 구성도이다.
채널추정부(23)는 입력된 수신신호와 참조테이터심볼을 이용하여 채널이득을 추정하는 최소자승추정채널추정기(301), 상기 추정된 채널이득과 참조데이터심볼을 각각 두개의 샘플을 취하여 하나의 그룹으로 묶어 가중평균을 취하여 필터링하는 가중평균필터(302), 상기 필터링된 값들을 시간영역의 값들로 변환시키는 역 고속 푸리에 변환(IFFT)블럭(303), 상기 시간영역의 값들 중에서 에너지를 갖는 값들은 가중평균시키고, 에너지를 갖지않는 값들은 제거된 후 " 0 "으로 만드는 유한 임펄스 응답(FIR : Finit Impulse Response)필터(304), 상기 필터링된 값들을 채널주파수응답으로 변환시키는 고속 푸리에 변환 블럭(FFT : Fast Fourier Transform)(305)를 포함한다.
최소자승채널추정기(301)는 입력된 수신신호 y = [y0 y1 y2 y 3 ... yN-1 ]와 상기 입력된 수신신호의 전송심볼에 해당하는 참조데이터심볼 X=[X0, X1, X 2,....XN-1]을 이용하여 채널주파수응답인 채널이득, 즉 순시채널추정치 h=[h0, h1, h2, ... hN-1]를 각각 추정한다. 여기서, 참조데이터심볼은 OFDM 수신기가 알고있는 파일럿 심볼이거나 또는 별도의 심볼검출과정을 통해 복원된 전송심볼이다. 상기 참조데이터심볼의 예로서, 채널주파수응답의 k번째 성분에 해당하는 순시채널추정치는 hk = yk/Xk 로 얻어진다.
가중평균필터(302)는 최소 자승 채널 추정기(201)에서 구한 순시채널추정치에 대해 참조데이터심볼을 바탕으로 구간별 가중신호처리를 한다. 입력되는 순시채널추정치가 h = [h0, h1, h2, h3..... hN-1]이고 이에 대한 참조데이터테이블 심볼 시퀀스는 X = [X0, X1, X2, X3, ..... XN-1]이라고 가정한다. 여기에서 참조테이터심볼은 최소자승채널추정기에서 사용된 것과 동일한 것으로서, 수신신호 y = [y0, y1, y2, ... yn-1]에 대한 송신심볼이며 OFDM 수신기가 알고있는 파일럿심볼 또는 별도의 심볼검출과정을 통해 복원된 원래의 전송심볼이다. 따라서, 순시채널추정치는 참조데이터심볼이 전송될 때의 채널이득으로서, 잡음 및 간섭성분을 포함한 것이다. 2개의 샘플을 하나의 그룹으로 처리하는 경우, 상기 순시채널추정치와 참조테이블심볼은 각각 다음과 같이 묶여진다.
[h0 h1] [h1 h2] [h2 h3]....[hN-2 , hN-1], [x0, x1][x1 x2][x3 x4] ... [xN-2 xN-1]
각 그룹에 대한 가중평균필터링은 히기의 (수학식 5)와 같이 이루어진다.
Figure 112001030288455-pat00005
상기 (수학식 5)에서, k=N-1인 경우 가장자리 영향을 받지 않도록 hk W = hN-2 W 로 대체한다. 이와같은 가중평균은 참조데이터심볼을 고려한 가중치를 사용하기 때문에 참조데이터심볼의 에너지에 비례하여 잡음 및 간섭성분을 감소시킬 수 있고 데이터변조방식에 상관없이 사용될 수 있다. 상기의 내용들을 다시 정리하면, 가중평균필터(302)에서 수행되는 가중필터과정은, 일정한 구간, 즉 추정치그룹별로 해당 참조데이터심볼의 에너지를 이용하여 가중치를 산출하고 상기 가중치를 필터계수로 하여 그룹내 각 추정치에 대하여 가중평균함으로써 이루어진다.
역 고속 푸리에 변환(IFFT)블럭(303)은 상기 순시채널추정치들을 채널임펄스응답인 시간영역의 가중평균필터 입력값 g로 변환시킨다. 상기 채널추정치는 본래의 채널추파수응답에 잡음 및 간섭성분이 부가된 신호이기 때문에, 역 고속 푸리에 변환(IFFT)블럭(303)에 의해 채널주파수응답은 채널임펄스응답으로 변환되고, 주파수 영역의 잡음은 시간영역의 잡음 및 간섭으로 변환된다. 잡음 및 간섭을 갖지 않는 이상적인 채널임펄스응답 g R 는 그 길이가 보호구간과 같기 때문에 보호구간을 벗어난 구간의 성분은 모두 잡음 및 간섭으로 간주될 수 있다.
유한 임펄스 응답(FIR) 필터(304)는 역 고속 푸리에 변환(IFFT)블럭(303)에 의해 변환된 채널임펄스응답 샘플중에서 에너지를 갖는 샘플들에 대해 이전 샘플을 고려하여 가중평균을 취한다. 가중치는 출력을 위해 이전 샘플의 비중를 고려하기 위한 것으로서, 현재의 샘플을 기준으로 순차적인 크기를 갖도록 정의된다. 즉, 유한 임펄스 응답(FIR) 필터의 기능은 에너지를 갖는 채널임펄스응답 샘플에 대해 각 경로성분의 현재 샘플과 이전 샘플들을 대상으로 한 가중평균을 하되 그 가중치인 필터계수는 현재샘플성분부터 과거 샘플순으로 점차 낮은 비율을 갖는 것으로 이루어진다. 이와같은 가중치의 설정은 채널임펄스응답의 각 샘플성분이 시간에 따라 변하는 페이딩의 경우 현재의 샘플의 에너지를 최대화하고 이전 샘플의 영향을 최소화하면서 잡음 및 간섭성분을 제거하는데 효과가 있다.
상기 고속 푸리에 변환(FFT)블럭(305)은 유한 임펄스 응답(FIR)필터(304)에 의해서 필터링된 채널임펄스응답 g´을 다시 채널주파수 영역으로 환원시킨다. 상기 시간영역에서의 잡음제거과정과 고속 푸리에 변환(FFT)과정은 하나의 신호처리과정으로서, 저역필터와 같은 기능을 수행한다. 따라서, 고속 푸리에 변환(FFT)블럭(305)의 출력 h´는 최소자승채널추정기(301)의 출력으로 얻어진 순시채널추정치, 즉 채널주파수응답 h = [h0, h1, h2, h3..... h N-1]로부터 잡음 및 간섭을 제거시킨 채널주파수 응답으로 얻어진다.
도 4 는 본 발명에 따른 무선통신시스템을 위한 채널추정장치중 유한 임펄스 응답(FIR)필터의 일실시예 상세 구성도이다.
도 4에서, " 401"은 유한탭필터(401)이고, W0(402), W1(403), W2(404)은 전체합이 1인 가중치로서 필터계수이며 예로서 다음과 같이 설정될 수 있다.
[W0, W1, W2] = [0.6, 0.3, 0.1]
도 3에서 유한 임펄스 응답(FIR)필터(304) 각각은 동일한 것이며, 각각 해당 샘플성분만을 처리한다.
역 고속 푸리에 변환(IFFT)블럭(303)의 출력인 채널임펄스응답의 현재의 샘플시퀀스가 g = [g0, g1, g2, ...gN-1]이라면 전술한 바와 같이 에너지를 갖지 않는 샘플은 0으로 설정한다. 즉, g = [g0, g1, g2, ....gL-1 0....0]. 여기서, L은 다경로전파에 의해 지연된 성분의 갯수이며, 보호구간의 길이와 동일하다. 그리고 에너지를 갖는 채널임펄스응답의 샘플들을 각각의 유한탭필터에서 처리되고. n번째 샘플에 대한 유한 임펄스 응답(FIR)필터(304)의 출력은 하기의 (수학식 6)과 같다.
Figure 112001030288455-pat00006
상기 (수학식 6)에서, gn(0)는 현재의 입력 샘플이고, gn(1), gn(2)은 각각 자연탭에 저장된 이전샘플들이다. 따라서, 유한 임펄스 응답(FIR)필터(304)의 출력은 각 샘플들에 대한 가중평균이기 때문에 각 샘플들이 가지고 있는 잡음 및 간섭성분이 일정한 비율로 평균화되어 효과적으로 감소되었음을 알 수 있다.
도 5 는 본 발명에 따른 무선통신시스템을 위한 채널추정방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
도 5를 통해서, 채널추정부(23)에 적용되는 채널추정과정은 다음과 같이 기술된다.
먼저, 수신신호, 즉 고속 푸리에 변환(FFT)과정의 출력과 참조데이터심볼(306)로부터 최소자승채널추정에 의해 순시채널추정치를 산출하고(501), 상기 순시채널추정치를 일정한 길이, 즉 갯수로 그룹핑한 후(502), 각 그룹내 순시채널추정치에 대해 가중평균을 취하여 필터링을 한다(503). 가중평균필터(302)는 그룹단위로 출력한다. 그리고, 하나의 그룹은 인접그룹의 일부를 중첩하여 구성된다. 가중평균필터의 출력은 역 고속 푸리에 변환(IFFT)(303)을 통해 채널임펄스응답에 해당하는 시간영역의 샘플들로 변환된다(504). 상기 시간영역의 샘플들이 유한 임펄스 응답(FIR)필터(304)에 의해 여과되는데, 이중 채널임펄스응답의 각 샘플중에서 에너지를 갖는 샘플은 유한탭을 갖는 유한 임펄스 응답(FIR)필터(304)에 의해 가중평균되고 에너지를 갖지 않는 샘플은 제거된 후 " 0 "으로 설정된다(505). 마지막으로 상기 유한 임펄스 응답(FIR)필터에 의해 여과된 값이 고속 푸리에 변환블럭(FFT)(305)을 통해 채널주파수응답으로 변환됨으로써 상기 순시채널추정치에 대한 2단필터링의 결과인 잡음 및 간섭을 최소화한 정확한 채널추정치가 얻어진다.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크등)에 저장될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가 진 자에게 있어 명백할 것이다
상술한 바와 같이 본 발명은, 이동무선 OFDM 시스템에서의 동기복조를 위한 채널추정에 있어서 역 고속 푸리에 변환(IFFT)블럭의 입력신호인 순시채널추정치에 대해 참조데이터심볼의 에너지를 고려한 가중치, 즉 필터계수를 갖는 필터를 통해 이웃하는 채널추정치간에 가중평균필터링을 하기 때문에 데이터심볼의 에너지에 상관없이 각 채널추정치에 부가된 잡음 및 간섭성분을 최소로 감소시키면서 고루 분산시킬 수 있고, 또한 역 고속 푸리에 변환(IFFT)블럭을 통해 얻어진 채널임펄스응답 샘플에 대해서는 에너지를 갖는 샘플성분의 경우 이전 샘플성분들을 고려한 유한탭 가중평균필터링을 적용하고 에너지를 갖지 않는 샘플성분의 경우 제거, 즉 " 0 " 처리를 한 다음 고속 푸리에 변환과정을 수행하기 때문에 채널임펄스응답의 에너지성분만을 추출하는 저역필터링을 할 수 있어서 64-직교 진폭 변조(QAM)같은 다중레벨변조방식에서도 매우 정확한 채널추정치를 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 무선통신시스템을 위한 채널추정장치에 있어서,
    입력된 수신신호와 참조테이터심볼을 이용하여 채널이득을 추정하기 위한 최소자승채널추정수단;
    상기 최소자승채널추정수단에 의해 추정된 채널이득과 참조데이터심볼에 대해 각각 두개의 샘플을 취하여 하나의 그룹으로 묶어 가중평균을 취하여 필터링하기 위한 가중평균필터수단;
    상기 가중평균필터수단에 의해 필터링된 값들을 시간영역의 값들로 변환시키기 위한 역 고속 푸리에 변환 (IFFT : Inverse Fast Fourier Transform)수단;
    상기 역 고속 푸리에 변환 수단에 의해 얻어진 시간영역의 값들 중에서 에너지를 갖는 값들은 가중평균시키고, 에너지를 갖지 않는 값들을 제거하기 위한 유한 임펄스 응답(FIR : Finite Impulse Response)필터링 수단; 및
    상기 유한 임펄스 응답 필터링 수단에 의해 필터링된 값들을 채널주파수응답으로 변환시키기 위한 고속 푸리에 변환(FFT : Fast Fourier Transform)수단
    을 포함하는 무선통신시스템을 위한 채널추정장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가중평균필터수단은,
    일정한 구간, 즉 추정치그룹별로 해당 참조데이터심볼의 에너지를 이용하여 가중치를 산출하고, 상기 가중치를 필터계수로 하여 그룹내 각 추정치에 대하여 가중평균하는 것을 특징으로하는 무선통신시스템을 위한 채널추정장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유한 임펄스 응답(FIR : Finit Impulse Response)필터링 수단은,
    에너지를 갖는 채널임펄스응답 샘플에 대해 각 경로성분의 현재 샘플과 이전 샘플들을 대상으로 한 가중평균을 하되, 그 가중치인 필터계수는 현재샘플성분부터 과거 샘플순으로 점차 낮은 비율을 갖는 것을 특징으로하는 무선통신시스템을 위한 채널추정장치.
  4. 무선통신시스템을 위한 채널추정방법에 있어서,
    수신신호와 참조데이터심볼을 이용하여 순시채널추정치를 산출하는 제 1 단계;
    상기 순시채널추정치를 그룹핑하는 제 2 단계;
    상기 그룹내의 순시채널추정치에 대해 가중평균을 취하여 필터링하는 제 3 단계;
    상기 가중평균을 취하여 필터링된 가중평균 필터링 출력값들을 시간영역의 샘플들로 변환하는 제 4 단계; 및
    상기 시간영역의 샘플들을 필터링 하여 채널주파수 응답으로 변환하는 제 5 단계
    를 포함하는 무선통신시스템을 위한 채널추정방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 5 단계의 필터링 과정은,
    시간영역의 샘플들 중에서 에너지를 갖는 샘플은 유한탭을 갖는 유한 임펄스 응답(FIR)필터에 의해서 가중평균되고, 에너지를 갖지 않는 샘플은 제거된후, "0"으로 설정되는 것을 특징으로하는 무선통신시스템을 위한 채널추정방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 3 단계에의 필터링 과정은,
    일정한 구간, 즉 추정치그룹별로 해당 참조데이터심볼의 에너지를 이용하여 가중치를 산출하고, 상기 가중치를 필터계수로 하여 그룹내 각 추정치에 대하여 가중평균하는 것을 특징으로 하는 무선통신시스템을 위한 채널추정방법.
  7. 채널추정을 위하여, 대용량 프로세서를 구비한 무선시스템에,
    수신신호와 참조데이터심볼을 이용하여 순시채널추정치를 산출하는 제 1 기능;
    상기 순시채널추정치를 그룹핑하는 제 2 기능;
    상기 그룹내의 순시채널추정치에 대해 가중평균을 취하여 필터링하는 제 3 기능;
    상기 가중평균을 취하여 필터링된 가중평균 필터링 출력값들을 시간영역의 샘플들로 변환하는 제 4 기능; 및
    상기 시간영역의 샘플들을 필터링 하여 채널주파수 응답으로 변환하는 제 5 기능
    을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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