KR100794990B1 - 클러스터 단위로 통신하는 ｏｆｄｍａ 시스템에서 파일럿부반송파 신호를 이용하는 채널 추정기 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 IEEE 802.16e Wireless MAN-OFDMA 시스템의 하향링크 PUSC (partial usage of subchannels) 방식과 같은 클러스터 기반의 OFDMA 시스템에 특화된 채널 추정기 및 그 동작 방식을 제안한다. 발명된 채널 추정은 클러스터 단위로 다음의 3단계로 이루어진다. 1단계) 클러스터 내에 존재하는 파일럿 부반송파의 채널을 추정, 2단계) 이들 채널 추정치를 시간 영역으로 평균 (방식1) 혹은 선형 보간 (방식2), 3단계) 주파수 영역에서 앞서 구해진 채널 추정치들을 선형 보간 (방식1) 혹은 제안된 MMSE (minimum mean square error) 보간 행렬을 이용하여 보간 (방식2)하여 나머지 데이터 부반송파들의 채널을 추정한다. 여기서 제안된 MMSE 보간 행렬은 하향링크 프리앰블(preamble) 수신신호를 이용하여 구해내며, 간단한 계산 복잡도로 얻어낼 수 있어, 발명된 채널 추정 기법은 구현되는 실제 시스템에 적합하다.

OFDM시스템, 채널 추정기, 상관 추정기, PUSC, IEEE 802.16

Description

클러스터 단위로 통신하는 ＯＦＤＭＡ 시스템에서 파일럿 부반송파 신호를 이용하는 채널 추정기 및 그 방법 { The pilot subcarrier based channel estimation and operation method specialized for the cluster-based OFDMA system}

도 1은 본 발명에서의 클러스터를 나타낸 도면이다.

도 2는 본원 발명의 OFDMA 시스템 수신기의 블록도이다.

도 3에서 도시된 방식 1(MODE 1)은 낮은 MCS 레벨 용 추정 방법을 나타낸 도면이다.

도 4에서 도시된 방식 2(MODE 2)은 높은 MCS 레벨 용 추정 방법을 나타낸 도면이다.

도 5는 채널 추정기의 순서도를 나타낸 도면이다.

도 6은 본원 발명에서 제안한 채널 추정 기법과 선형 보간 기법을 SNR을 변화시키면서 MSE 성능을 비교한 결과를 나타낸 그래프이다.

도 7은 본원 발명에서 채널 추정 성능이 시스템의 링크 성능에 미치는 영향을 비교하기 위해 패킷 혹은 프레임 에러 오율을 모의실험한 환경을 나타낸 표이다.

도 8은 본원 발명의 도 7에서 사용된 MCS 레벨과 채널 코딩 파라미터들을 나 타낸 표이다.

도 9는 본원 발명에서 SNR을 변화시키면서 MCS 레벨 별로 FER 성능을 비교한 그래프이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

100 : OFDM 복조기 200 : 부반송파 분리기

300 : 채널 추정기 400 : 상관 추정기

500 : 등화기 & 소프트 복호기

OFDMA 시스템에서 파일럿 부반송파를 이용하여 채널을 추정하는 방식으로는 수없이 많은 방식이 제안되어 왔다. 이들은 최적 LMMSE(linear minimum mean square error) 방식, ML(maximum likelihood) 방식, 그리고 일반적인 선형 및 다항식 기반 보간 기법을 사용하는 추정 방식들로 크게 나뉠 수 있으며 여기서는 각각에 대한 장단점을 설명한다. 논문 Y. Li, L. J. Cimini Jr., and N. R. Sollenberger, Robust channel estimation for OFDM systems with rapid dispersive fading channels,IEEE Trans. Commun., vol. 46, pp. 902,15, July 1998.과 논문 Y. Le, Pilot-symbol-aided channel estimation for OFDM in wireless systems, IEEE Trans. Veh. Technol., vol. 48, pp. 1207,215, July 2000.과 논문 M. Morelli and U. Mengali, A Comparison of Pilot-Aided Channel Estimation Methods for OFDM Systems,IEEE Trans. Singal Proc., vol. 49, pp. 3065,073, Dec. 2001.에서는 상기의 방법들이 기재되어 있다.

ㄱ) 최적 LMMSE 채널 추정 기법

최적 LMMSE 채널 추정 기법은 채널의 통계적 특성을 이용하여 채널을 추정하는 기법이다. 본 기법은 채널 추정 오차를 최소화 하는 관점에서 가장 좋은 선형 채널 추정기 이지만 다음의 두가지 문제점을 가지고 있다.

　첫 번째로, OFDMA 시스템에서 파일럿 부반송파를 이용하여 최적 LMMSE 채널 추정을 수행하는 경우 필요한 정보는, 채널의 확산 지연 전력 특성 (power delay profile), 시변 채널의 자기상관 (autocorrelation) 정보, 그리고 신호 대 잡음 비(SNR: signal-to-noise-ratio)　 등인데, 이들 정보들을 OFDMA 수신기에서 정확하게 획득하는 것이 현실적이지 못하다. 이러한 이유로 최적 LMMSE 추정 기법을 실제 시스템에 적용하는 것 자체가 쉽지 않다.

두 번째로, 채널 추정 행렬을 구하는데 있어 필요한 계산 복잡도가 크다. 채널의 주파수 영역 채널이 채널의 시간 영역 임펄스 응답의 푸리에 변환 (Fourier transform)으로 이루어지기 때문에, 채널 추정기에서는 채널의 시간 영역 임펄스 응답을 고려해야 하고, 이는 채널의 확산 지연 전력 특성으로 고려되게 된다. 이때 채널의 시간 영역 임펄스 응답의 최대 길이를 L이라 하면 채널 추정 행렬을 구해내기 위해서 적어도 L-by-L 행렬의 역행렬 계산을 필요로 하게 된다. 예를 들어 10MHz 대역을 사용하는 와이브로(Specifications for 2.3GHz band Portable Internet Service, TTAS.KO-06.0082. 정보통신단체표준, June 2005)시스템의 경우 최대 L=100 정도 까지 고려하게 되어 이 역행렬 계산은 상당히 복잡한 계산이 되게 된다.

결론적으로 최적 LMMSE 채널 추정 기법은 높은 성능을 얻을 수 있지만 실제 시스템에 적용하는 데는 한계가 있어, 이를 그대로 사용하는 것은 쉽지 않고 실제적인 시스템에 사용할 수 있도록 하는 방안을 마련해야 한다. 한편, 본 발명의 설명에서는 이 추정기의 성능을 다른 실제적인 추정 기법들의 성능 평가를 위해 이용하도록 할 것이다.

ㄴ) ML 채널 추정 기법

ML 채널 추정 기법은 확률값을 최대로 하는 추정치, 즉 최우 추정치를 구해내는 방식으로 이 추정기를 도입하기 위해서는 추정해야하는 파라미터의 개수, 즉 여기서는 시간 영역 임펄스 응답의 최대 길이 L을 수신단에서 알고 있어야 한다. 최적 LMMSE 방식에 비해 필요로 하는 채널 정보가 적다는 점에서 장점을 가지고 있지만 그만큼 최적 LMMSE 방식에 비해 낮은 추정 성능을 보인다. 이때 수신단에서 L값을 정확히 알지 못하면 ML 추정기의 제 성능을 얻어 낼 수 없어 수신단에서의 L 값 파악이 실제적인 문제로 남는다. 또한, L 값이 변하지 않는 한은 추정기 행렬의 변화가 없기 때문에 비교적 낮은 복잡도를 가지게 된다. 한편, ML 추정기는 L개의 채널 파라미터를 추정하기 위해 관측 데이터의 개수가 L개보다 많아야 한다는 조건을 필요로 한다. 이 조건은 OFDMA 시스템의 주파수 영역에 L개 이상의 관측 가능한 파일럿 부반송파가 존재해야 함을 의미하는데, 본 발명에서 고려하는 클러스터 단위로 통신하는 OFDMA 시스템에서는 이 조건이 제대로 만족되지 않는 경우가 많아 ML 방식은 사용하기 힘들다.

ㄷ) 일반 보간 기법을 이용하는 채널 추정 기법

선형 보간 혹은 다항식 기반 보간 기법을 이용하는 방식들이 복잡도가 낮은 실제적인 기법들로 제안되어 왔다. OFDM 시스템의 경우 대역 효율성을 증대시키기 위해 FFT 크기가 시간 영역 임펄스 응답의 최대 길이 L보다 (즉, CP (Cyclic prefix)의 길이보다) 훨씬 크게 설정되는데, 이로 인해 단일 OFDM 심볼에 존재하는 인접한 부반송파들의 채널은 상당한 상관성을 가지게 된다. 그리고, 사용자의 이동 속도가 시스템에서 지원하는 영역 이내인 경우 인접한 OFDM 심볼의 같은 부반송파들의 채널 또한 높은 상관성을 가지게 된다. 일반 보간 기법들은 이러한 연관성에 기초하여 파일럿 부반송파들의 채널 추정을 선행한 후 이 추정된 채널 응답들에 인접 부반송파 방향, 인접 OFDM 심볼 방향으로 각각 선형 혹은 다항식기반 보간 기법을 적용하여 파일럿 부반송파 근처의 데이터 부반송파 채널들을 추정하게 된다. 이들 기법들은 채널의 통계적 특성들을 전혀 필요로 하지 않고 채널 추정에 필요한 계산복잡도가 낮아 실제 시스템에 도입하기 용이하다는 장점이 있으나, L 값이 커져 인접한 부반송파들 사이의 채널 상관성이 낮아지면 성능이 급격히 저하된다는 단점을 가지고 있다.

OFDM 시스템의 부반송파를 여러 사용자들에 나주어 주는 방식으로 다중 접속을 지원하는 OFDMA 방법이 자원 분배의 효율성과 다중 셀 기반 이동통신 시스템에의 적합성 때문에 널리 고려되고 있다. OFDMA 시스템은 사용자들에게 부반송파를 나누어주는 방식에 따라 여러 종류로 나뉘며, IEEE 802.16e WirelessMAN-OFDMA 하 향링크 시스템을 살펴보면, PUSC (partial usage of subchannels), FUSC (full usage of subchannels), 그리고 AMC (adaptive modulation and coding) 등의 여러 부반송파 분배 방식이 존재한다. 상기의 분배방식은 문서 Draft IEEE standard for local and metropolitan area networks, Part 16: air interface for fixed and mobile broadband wireless access systems, IEEE P802.16e/D12, October 2005.에 나와있다. 본 발명에서는 이들 중 가장 기본적으로 사용되는 PUSC 방식과 같은 클러스터단위 분배 시스템에서의 채널 추정 수행을 고려한다. 이 방식은 클러스터 단위로 분배되는 특성 때문에 기존의 OFDM 시스템이나 FUSC 기반 시스템과는 다른 채널 추정 방식을 필요로 하게 된다.

도 1의 (b)에서 보듯이 IEEE 802.16e WirelessMAN-OFDMA 시스템에서 전체 주파수 대역은 여러 개의 클러스터로 나뉘게 된다. 각 클러스터는 주파수 영역에서 14개의 인접한 부반송파와 시간 영역에서의 2개의 인접한 OFDM 심볼로 이루어지며, 하나의 클러스터에는 하나의 OFDM 심볼당 2 개씩, 총 4개의 파일럿 부반송파가 포함된다. 각 기지국 혹은 섹터에는 주파수 다양성과 간섭 회피를 위해 무작위성이 엿보이도록 주파수 대역에서 일련의 클러스터를 할당 받게 되는데 (시간 영역으로는 연속적으로 사용), 결과적으로 그들은 도 1(a)에서의 해칭된 클러스터들을 할당받는 형태가 된다. 따라서 각 기지국 혹은 섹터에 속하는 단말들은 OFDM 시스템과는 다르게 이들 클러스터에 포함되는 파일럿 부반송파들만을 채널 추정에 사용할 수 있게 된다. 게다가 사용하는 클러스터가 인접하지 않고 일반적으로 멀리 떨어져 있어 각 클러스터들의 채널들이 서로 거의 상관성이 없게 되어 단말은 주파수 영역 에서 각 클러스터별 채널이 독립적이라 가정하고 클러스터 별로 채널 추정을 각각 수행하는 것이 단말의 계산 복잡도를 고려하는 경우 더 나은 선택이 된다.

클러스터 별로 채널 추정을 수행하는 경우 파일럿 부반송파의 채널을 추정한 후, 이들 채널 추정치를 이용하여 시간 영역 보간을 먼저 수행하면, 주파수 영역으로 4개 부반송파에 파일럿이 존재하는 셈이된다. 이때 주파수 영역의 4 개 파일럿을 이용해 주파수 영역에서는 채널 추정기로 기존의 방법 중에 최적 LMMSE 기법이나 선형 혹은 다항식 기반의 보간 기법을 사용할 수 있다. 하지만, 최적 LMMSE 기법은 실제적인 시스템에서는 획득하기 힘든 채널의 여러 가지 통계적 특성을 요구하며 단말에서 필요로 하는 계산 복잡도가 높다는 단점을 가지고 있고, 선형 혹은 다항식 기반의 보간 기법을 사용하는 경우에는 채널의 다중 경로가 많아지는 환경에서 보간 기법들이 채널의 주파수 영역 변동에 효과적으로 대응하지 못하여 성능이 높은 SNR 영역에서 성능이 큰 폭으로 저하되는 단점을 가지고 있다.

즉, 최적 LMMSE 채널 추정기법은 채널의 통계적 특성을 이용하여 채널을 추정하는 방식이나 이 방식은 채널 추정 행렬을 구하는데 있어 복잡도가 높다는 단점이 있다. ML 채널 추정 기법은 확률값을 최대로 하는 추정치를 구해내는 방식이지만 클러스터 단위로 동작하는 OFDMA 시스템에서는 파일럿 개수가 충분치 않아 적용이 어렵다는 단점이 있다. 선형 보간 기법 혹은 다항식 보간 기법들은 구하고자 하는 부반송파의 채널을 보간을 통해 구해내는 방식으로서 채널의 통계적 특성들을 전혀 필요로 하지 않고 채널 추정에 필요한 계산 복잡도가 낮으나 채널 변화가 심해지면 성능이 급격히 저하되는 단점이 있다.

본원 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 이에 본 발명에서는 IEEE 802.16e Wireless MAN-OFDMA 시스템의 하향링크 PUSC (partial usage of subchannels) 방식과 같은 클러스터 기반의 OFDMA 시스템에 특화된 채널 추정기 및 그 동작 방식을 제안한다. 발명된 채널 추정은 클러스터 단위로 다음의 3단계로 이루어진다. 1단계) 클러스터 내에 존재하는 파일럿 부반송파의 채널을 추정, 2단계) 이들 채널 추정치를 시간 영역으로 평균 (방식1) 혹은 선형 보간 (방식2), 3단계) 주파수 영역에서 앞서 구해진 채널 추정치들을 선형 보간 (방식1) 혹은 제안된 MMSE (minimum mean square error) 보간 행렬을 이용하여 보간 (방식2)하여 나머지 데이터 부반송파들의 채널을 추정한다. 여기서 제안된 MMSE 보간 행렬은 하향링크 프리앰블(preamble) 수신신호를 이용하여 구해내며, 간단한 계산 복잡도로 얻어낼 수 있어, 발명된 채널 추정 기법은 구현되는 실제 시스템에 적합하다.

따라서, 본 발명에서는 클러스터 단위의 MMSE 보간 기법을 주파수 영역 채널 추정을 위해 제안하며 이는 채널의 다중 경로가 많은 환경에서도 강인한 성능을 보이며 낮은 계산 복잡도를 필요로 한다. 한편 시간 영역 보간과 주파수 영역 보간에 있어 계산 복잡도와 성능을 동시에 고려한 경우 SNR 영역별로 우월한 추정 알고리즘이 다르다. 이를 위해 MCS (modulation and coding scheme) 레벨별로 추정 알고리즘을 선택적으로 채용하는 방식을 제안한다.

본 발명은 채널 추정기는 상황에 따라 동작 방식이 변경되는 형태를 가진다. 도 2에서 채널 추정기(channel estimator)와 상관 추정기(correlation estimator) 라고 되어있는 블록이 본 발명에서 제시하는 블록이 된다. 채널 추정기의 입력은 수신단 FFT단 이후의 클러스터별 파일럿 부반송파 수신 신호가 되고 출력은 각 클러스터 내부의 데이터 부반송파에 대한 채널 추정치가 된다. 상관 추정기 입력은 프리앰블 수신 신호가 되고 출력은 채널의 주파수 영역 상관 추정치이다. 채널 추정기 블록은 MCS(modulation and coding scheme) 레벨에 따라 다음의 2가지 방식으로 동작한다.

도 3에서 도시된 방식 1(MODE 1)은 낮은 MCS 레벨 용 추정 기법이다.

도 3에서 보듯이 먼저, 1단계로 파일럿 부반송파의 채널 추정을 하며 2단계로 파일럿 부반송파가 존재하는 각 부반송파에서 2개의 시간적으로 연속된 클러스터에 존재하는 2개 파일럿 부반송파의 채널 추정치를 평균하여, 그 값이 해당 부반송파 색인의 4심볼 동안의 채널 추정치가 되도록 한다. 2단계에서는 시간적으로 연속한 2개의 클러스터 동안, 즉 4개 OFDM 심볼 구간 동안 채널이 변하지 않는다고 가정한다.

3단계에서는 2단계 추정 이후에 각 클러스터의 각 OFDM 심볼 별로 4개의 채널 추정치가 존재하게 된다. 각 심볼 별로 기 추정된 추정치를 선형 보간하여 아직 추정되지 않은 데이터 부반송파들의 채널을 추정한다.

도 4에서 도시된 방식 2(MODE 2)은 높은 MCS 레벨 용 추정 기법이다.

도 4에서 보듯이 먼저, 1단계로 파일럿 부반송파의 채널 추정을 하고 2단계로 파일럿 부반송파가 존재하는 각 부반송파에서 OFDM 심볼 축, 즉 시간 영역으로 선형 보간을 이용하여 파일럿 부반송파들 사이 데이터 부반송파의 채널 추정치를 구해낸다. 3단계로 2단계 추정 이후에 각 클러스터의 각 OFDM 심볼 별로 4개의 채널 추정치가 존재하게 된다. 각 심볼 별로 기 추정된 추정치에 발명된 MMSE 보간기를 사용하여 아직 추정되지 않은 데이터 부반송파들의 채널을 추정한다.

한편, 채널 추정기의 2가지 방식은 도 5의 순서도 방식으로 동작한다. 프레임의 햐향링크 MAP 정보를 단말에서 검파하는 경우에는 언제나 추정 방식 1을 사용한다. MAP 정보를 해석한 후 낮은 MCS 레벨이 해당 단말에 할당된 경우는 그대로 추정 방식 1을 사용하고 그렇지 않은 경우 추정 방식 2로 변경한다. 추정 방식 2를 적용하기에 앞서 채널의 주파수 영역 상관 정보가 추정되어 있는지, 혹은 너무 오래된 정보가 아닌지 등을 살펴 상관 정보의 신뢰성을 평가한다. 그 결과로 상관 정보 추정이 필요하면 이를 수행한 후 추정 방식 2를 적용하고 그렇지 않으면 이미 추정되어 있는 주파수 영역 상관 정보를 이용한 채널 추정기를 그대로 사용하여 추정 방식 2를 적용한다.

이하에서는 본원 발명의 동작을 설명한다. 본 발명에서 제안하는 채널 추정 기법은 3단계의 추정 과정을 가진다. 1단계는 파일럿 부반송파에 해당하는 채널의 추정이고, 2단계는 파일럿 부반송파 채널 추정치를 이용한 시간 영역 채널 응답 보간, 그리고 3단계는 앞선 채널 추정치들을 이용한 주파수 영역 채널 응답 보간이다. 1단계로서 파일럿 부반송파의 채널 추정시 OFDM 시스템은 부반송파들이 플랫-페이딩(flat-fading) 채널을 겪도록 다중 경로 채널을 변환해 주기 때문에 파일럿 부반송파에서의 채널 추정은 간단하다. 일반성을 잃지 않고 파일럿 부반송파에서의 수신 신호를 수학식 1로 나타낼 수 있다.

여기서

는 송신 파일럿 신호, h는 파일럿 부반송파에서의 채널, 그리고 n은 분산이

인 AWGN (additive white Gaussian noise)을 나타낸다. 파일럿 부반송파에서의 채널 추정치는 단말에서 신호 대 잡음 비 (SNR: signal-to-noise-ratio) 정보를 이용할 수 있으면 수학식 2와 같은 MMSE 채널 추정기를,

그렇지 않으면, 수학식 3과 같은 LS (least square) 추정기를, 사용하여 획득할 수 있다.

파일럿 부반송파의 채널 추정 시, MMSE 채널 추정치는 낮은 SNR 영역에서 LS 채널 추정치에 비해 더 높은 정확도를 가지지만, 높은 SNR 영역에서는 거의 같은 성능을 가진다. 본 발명에서는 LS 채널 추정기를 사용하는 것을 기본으로 한다.

2단계로서 시간 영역 채널 보간은 아래와 같다. 상기 1단계를 완료하면 도 2의 클러스터에서 해칭된 파일럿 부반송파 부분의 채널을 알 수 있게 된다. 2단계에서는 먼저 시간 영역으로 보간을 수행하여 파일럿 부반송파가 위치하는 주파수 영역에 존재하는 데이터 부반송파들의 채널 추정치를 먼저 구해낸다 (도 2의 step 2 참조).

시간 영역 채널 보간은 시스템에서 지원하는 단말의 최대 이동속도에 근간하여 이루어져야 하는데, 와이브로 시스템에서 일반적으로 고려하는 최대 시속 60 km/h의 단말 이동속도를 생각하면, 선형 보간기를 적용하는 것으로도 충분한 성능을 얻을 수 있다.

채널이 많이 변하지 않는 저속 이동 환경인 경우 시간적인 채널 변화가 없음을 가정하고 같은 부반송파에 위치하는 파일럿 부반송파 채널 추정치들의 평균을 수행하여 그들 사이 데이터 부반송파들의 채널 추정치를 구함으로 잡음의 영향을 줄일 수도 있다. 그러나 이 경우 예기치 않게 단말의 이동 속도가 높아지면 채널 시간적인 변화에 대한 가정이 어긋나 높은 SNR 영역에서 채널 추정 오차의 바닥 현상이 발생하고 그 결과 시스템 링크 성능이 크게 저하된다. 이에 본 발명에서 제안하는 바는 기지국이 단말에 할당하는 MCS (modulation and coding scheme) 레벨에 따라 시간 영역 채널 보간 방식을 달리하는 기법이다. 단말에서는 데이터 부분의 검파를 위해 데이터 부분의 부호화에 사용된 MCS를 반드시 파악해야 하며, 이러한 MCS 레벨이 QPSK-1/2과 같이 낮게 설정된 경우 원하는 성능을 얻기 위한 필요한 SNR이 낮고 MCS 레벨이 64QAM-2/3 같이 높게 설정된 경우 원하는 성능을 얻기 위해 필요한 동작 SNR이 높음을 이용한다. 다음은 MCS 레벨에 따른 보간 기법 선택 방식이다.

낮은 MCS 레벨 (낮은 SNR 영역): 잡음이 지배적인 영역이므로 부적당한 시간 영역 채널 모델링의 영향이 낮고 잡음의 영향이 크다. 그러므로 낮은 MCS 레벨에서는 시간 영역에서 채널 평균을 도입한다.

높은 MCS 레벨 (높은 SNR 영역): 잡음이 거의 없어 부적당한 시간 영역 채널 모델링의 영향이 크다. 따라서, 높은 MCS 레벨에서는 시간 영역 채널 보간에 있어 선형 보간기를 사용한다.
일반적으로 MCS 레벨은 기지국-단말 간의 링크 상황을 이용하여 기지국에서 결정하게 된다. 링크 상황은 보통 무선 채널의 이득 값으로 대변되는데, 기지국과 사용자간 무선 링크의 채널 이득이 큰 경우 해당 사용자에게 높은 MCS를 사용하여 많은 데이터를 전송하게 되고, 채널 이득이 낮은 경우에는 낮은 MCS 레벨을 이용하여 적은 데이터를 전송하게 된다. 이 경우 기지국에서 여러 사용자들에게 전송되는 데이터들의 MCS 레벨이 서로 달라지고, 기지국에서는 단말이 자신들에게 전송되는 데이터들의 검파를 할 수 있도록 데이터 전송에 사용된 MCS 레벨을 단말에게 알려줄 필요성이 생긴다. 이를 위하여 프레임 구조 내에 이를 알려줄 수 있는 자원을 할당하는 것이 일반적이며, 와이브로 휴대인터넷 시스템의 예를 살펴보면 각 프레임 앞부분에 각 사용자들로 할당된 데이터들의 MCS 레벨과 프레임 내에서의 위치를 포함하는 지도정보 (MAP)를 위치시키고 있다. 또한 이 MAP 부분의 MCS 레벨도 가변적이고, MAP의 MCS 레벨은 프레임 가장 앞의 프리앰블 바로 다음에 위치한 Frame Control Header (FCH)에 내포되어 있으며, FCH의 MCS 레벨은 QPSK-1/2에 데이터를 4번 반복을 하는 형태로 고정적이다. (이와 같은 경우 각 단말에서는 데이터 검파를 수행하는 상황을 살펴보기로 한다. 먼저 FCH를 검파하는데, 이때는 MCS가 QPSK-1/2에 4번 반복하는 것으로 고정이니, 이 MCS에 해당하는 채널 추정 기법을 선택하여 채널을 추정하고 검파를 수행하며, 이 경우 시간 영역에서는 일반적으로 평균 기반 기법을 사용하게 된다. FCH의 검파를 수행하면 MAP의 MCS를 알 수 있게 되고, 단말에서는 해당 MCS에 알맞은 채널 추정 기법을 사용하여 MAP 검파를 위한 채널 추정 기법을 결정하고, 채널 추정 후 검파를 수행한다. 그러면 MAP 검파 결과로 자신에게 전송된 데이터의 MCS를 파악하게 되고, 이에 알맞은 데이터 부분에 대한 채널 추정 기법을 선택, 채널을 추정하여 최종적으로 데이터 검파를 수행하게 된다.)

2단계를 완료하고 나면, 클러스터 내부에는 각 OFDM 심볼 별로 4개의 부반송파에 해당하는 채널 추정치를 획득할 수 있게 된다. 3단계 주파수 영역 채널 보간에서는 OFDM 심볼 별로 이들 4개의 채널 추정치를 이용하여 나머지 10개의 데이터 부반송파에 해당하는 채널 추정치들을 구해내게 된다.

채널 추정 오차를 최소화 하는 방식은 최적 LMMSE 기반 기법이지만 이를 도입하기 위해서는 채널의 확산 지연 전력 정보 (power delay profile)와 SNR 을 수신단에서 획득하고 있어야 한다. 그러나 이들 정보의 획득이 쉽지 않고, 이들 정보가 주어져 있다 하더라도 MMSE 추정 행렬을 구하는 계산 복잡도가 채널의 다중 경로가 많아지는 경우 크게 높아져 실제적인 시스템에 적합하지 못하다.

한편, 선형 보간기나 여러 다항식 기반 보간기로 주파수 영역 채널을 보간하는 경우 간단한 계산 복잡도로 효과적인 채널 추정이 가능하고 다양한 모의 실험 결과 이들 중 선형 보간기가 가장 만족할만한 성능을 보임을 확인할 수 있었다.

선형 보간기를 사용하면 낮은 SNR 영역에서는 채널의 주파수 영역 변동 성향에 선형 보간기가 제대로 대응하지 못함으로 생기는 영향에 비해 잡음의 영향이 지배적이므로 채널의 다중 경로 수에 상관 없이 만족할만한 성능을 얻을 수 있다.

그러나 높은 SNR 영역에서는 채널의 다중 경로가 많아지는 경우 선형 모델링이 채널의 주파수 영역 변동에 효과적으로 대응하지 못하여 성능이 큰 폭으로 저하되는 단점을 가지고 있다. 이에 본 발명에서는 높은 SNR 영역에서 사용할 수 있도록 다음의 클러스터 단위 주파수 영역 MMSE 보간 기법을 제안한다. 2단계의 결과로 각 OFDM 심볼의 클러스터 별로 수학식 4로 나타낼 수 있는 채널 추정치를 획득할 수 있다.

여기서 색인은 클러스터 내에서의 부반송파 색인이며 도 2를 살펴보면 가장 아래 위치한 부반송파의 색인이 0이다. 주파수 영역 채널 보간이 클러스터 단위로 이루어지기 때문에 수학식 1은 일반적인 상황을 표현한다. 또한 수학식 5로 u의 각 요소를 나타낼 수 있는데 여기서

는 실제 채널 응답 값을,

는 채널 추정 오차를 나타낸다.

수학식 1에서 잡음이 가우시안 분포를 가지고 있었고, 시간 영역 보간 기법이 선형성을 가지는 기법들이기 때문에 채널 추정 오차 또한 가우시안 분포를 가지게 된다. 한편, 각 부반송파에 존재하는 잡음들은 서로 독립이므로,

들 또한 서 로 독립이 되며

의 분산을

로 나타내기로 한다. 다음으로 14×4 크기를 가지는 선형 MMSE 보간 행렬 V를 도입하여 단일 OFDM 심볼 클러스터 전체의 채널 추정치를 얻어내게 되는데, 이는 수학식 6으로 나타낼 수 있다.

여기서 MMSE 보간은 관측 신호 u로부터 채널 추정치

를 구해내는 것으로 율-워커 등식 (Yule-Walker equation)을 사용하면 행렬 V가 수학식 7로 주어진다.

여기서 율-워커 등식 (Yule-Walker equation)은 S. Haykin, Adaptive Filter Theory, New Jersey: Prentice-Hall, 2002.에 나와 있다.

여기서

라 하면,

와

이다. 한편 채널이 WSSUS (wide sense stationary uncorrelated scattering)라 가정하면

와

으로 주어지고, 여기서

이다. V를 구하는데 있어서 4×4 행렬의 역행렬 계산을 수행해야 하긴 하지만 해당 행렬의 차원이 작고 토플리츠 (Toeplitz) 행렬이기 때문에 낮은 계산 복잡도로 수행이 가능하다.

한편, Φ를 구하기 위해서는

의 값을 필요로 하는데 이는 SNR과 1단계, 2단계 채널 추정 방식으로 결정된다. 모의 실험 결과 높은 SNR 영역에 알맞도록

값을 단일하게 지정하고 지속적으로 사용해도

값을 정확하게 제시하는 상황에 비하여 크게 성능 저하를 보이지 않음이 확인되었기 때문에,

값을 25dB~28dB 정도의 높은 SNR 값에 대응하는 값으로 단일하게 지정하였다.

V를 구하는데 있어서 수신단에서 필요한 마지막 정보는 채널 응답의 주파수 영역 자기 상관 값

이다. 이를 구하기 위해 도 1(a)의 프레임 구조에서 가장 앞에 존재하는 프리앰블 수신 신호를 이용하는 방식을 제안한다. 프리앰블은 동기 및 기지국 구분 등을 수행하는데 사용되며, 기지국 구분이 완료된 후에는 프리앰블 신호열을 단말에서 알 수 있게 됨으로, 프리앰블 수신 신호들에 해당하는 채널 추정치들을 간단히 구해낼 수 있게 된다.

프리앰블 신호는 IEEE 802.16e WirelessMAN-OFDMA 시스템의 경우 3개의 부반송파 마다 하나씩 전송되므로 먼저 프리앰블 신호가 존재하는 부반송파 들의 채널 추정치를 1단계의 파일럿 부반송파의 채널 추정 방식을 이용하여 구하고, 그들을 선형 보간 하여 프리앰블 신호가 없는 부반송파들의 채널 추정치들을 구해낸다. 그 다음 단계로 이들 채널 추정치를 이용하여 주파수 영역 자기 상관 값

을 추정한다. 기대값 계산은 표본 평균 방식을 이용하여 근사화되며, 여기에 추정된 프리앰블 채널의 표본 상관 계수를 구하여 근사화하는 방법을 이용하면 수학식 8과 같다.

기대값 추정 방식을 위해 여러 방식을 시도하여 그 결과로 이를 선택하였는데, 이유는 프리앰블 채널의 추정치에 추정 오차가 존재하고 수신단에서는 추정 오차의 크기를 알기 힘들며, 이 추정 오차의 영향에 따라 수치적인 안정도 (numerical stability)가 크게 좌우되기 때문이다. 다양한 모의 실험 결과 방법 이 방식이 가장 좋은 성능과 안정성을 보임을 확인하였다. 본 발명의 채널 추정기를 사용하는 경우 SNR 구간 별로 높은 성능을 간단한 계산 복잡도를 사용하여 획득할 수 있기 때문에 기존의 방식들을 사용하는 경우에 비해 같은 SNR 에서 패킷 에러 오율 (packet error rate) 혹은 프레임 에러 오율 (frame error rate)을 낮출 수 있고, 이는 최종적을 시스템의 효율을 증가시키게 된다. 발명의 효과는 다음의 실시 예를 통해서 확인하도록 한다.

높은 SNR 영역을 주안점으로 하는 채널 추정 방식 2의 성능을 (The propsed) 채널 추정 2단계, 3단계에서 모두 선형 보간기를 사용한 기존의 방식과 (Linear interp.) 비교한다. 모의 실험에 사용된 환경은 표 1과 같다. 채널의 확산 지연 전력 정보 모델은 ITU-R M.1225(Guidelines for Evaluation of Radio Transmission Technologies for IMT-2000, Rec. ITU-R.M1225)에 권고된 채널 모델 중 Vehicular B 모델을 사용하였고, 채널의 시간적인 변화는 제익스 모델 (Jakes model)(W. C. Jakes Jr., Microwave Mobile Communications, New York: Wiley, 1974)을 이용하여 모델링 하되, 단말의 이동속도는 60km/h로 설정하였다. 제안하는 채널 추정 방식을 도입하기 위해 1개의 프리앰블 수신신호를 관측하여 주파수 영역 자기 상관 정보를 추정하였다. 성능 비교의 잣대는 채널 전력에 정규화된 MSE (mean square error) 이다. 도 6은 SNR을 변화시키면서 두 채널 추정 기법의 MSE 성능을 비교한 결과이다. 채널의 다중 경로 수에 따른 추정 성능 변화를 관측하기 위해 Vehicular B 채널 모델을 표본화율을 달리하면서 표본화 하여, 다중 경로 수가 다른 여러 채널 확산 지연 전력 정보 모델을 만들어 낸 후 모의실험에 사용하였다. 도 6에서 확인할 수 있는 바와 같이 기존의 선형 보간기 기반 방식은 채널의 다중 경로 수, 즉 채널 탭 수가 증가하면서 주목할만한 성능 저하를 보이고 있지만, 제안된 방식은 미약한 성능 저하를 보이고 있음을 확인할 수 있다. 특히 제안하는 기법은 시스템이 실제로 동작하는 SNR 30dB 이하의 영역에서 MSE 바닥 현상을 거의 보이지 않고 있다.

한편, 채널 추정 성능이 시스템의 링크 성능에 미치는 영향을 비교하기 위해 패킷 혹은 프레임 에러 오율 (packet error rate [PER] or frame error rate [FER])을 실험하였다. 모의실험에 사용된 환경은 도 7과 같고 도 8의 MCS 레벨과 채널 코딩 파라미터들을 사용하되, 채널 부호로 길쌈 터보 부호 (convolutional turbo code)가 사용되었다. 채널은 Vehicular B 모델에서 101 탭으로 표본화 되었다. 기존의 채널 추정 기법에서는 채널 추정 2단계, 3단계 모두 선형 보간기를 사용하였고, 제안된 채널 추정기법에서는 MCS 레벨에 따라 제안된 채널 추정 방식 1과 채널 추정 방식 2를 선택하여 사용하였다. 도 9에서는 SNR을 변화시키면서 MCS 레벨 별로 FER 성능을 비교하였다. 도 9에서 확인할 수 있는 바와 같이 모든 MCS 레벨에서 제안된 채널 추정기를 사용한 경우가 더 높은 FER 성능을 보여 주고 있다. 특히 기존의 채널 추정 방식을 사용하면 MCS 레벨이 높은 경우 FER 성능 바닥 현상이 발생함을 확인할 수 있는데, 이는 기존 방식의 경우 높은 SNR 영역에서 채널 추정 오차 바닥 현상을 보이고 있기 때문이다. 이 실험 결과는 본 발명의 우수성을 입증하고 있다.

본원 발명에서 제안된 방식과 기존의 선형 보간 기반 방식의 복잡도를 비교하면 제안된 방식에 주요하게 추가되는 계산이 MMSE 보간 행렬을 구하는 계산과 채널의 주파수 영역 자기 상관 정보 추정에 필요한 계산이다. 여기서, MMSE 보간 행렬을 구하는데 필요한 계산량은 앞서 언급한 바와 같이 그리 크지 않고, 게다가 행렬 값이 채널의 주파수 영역 자기 상관 정보만으로 결정되어 자기 상관 정보가 변하지 않는 한 다시 계산할 필요가 없다. 채널의 주파수 영역 자기 상관은 채널의 통계적 정보이기 때문에 채널 응답 값과 달리 천천히 변화한다. 또한, 채널의 주파수 영역 자기 상관을 만족스러울 정도로 추정하기 위해서는 프리앰블 1개 정도의 관측 데이터면 충분함이 모의실험 결과로 밝혀져 이들을 계산하기 위해 필요한 단말기의 추가적인 계산 복잡도는 그리 크지 않음을 알 수 있다.

또한, 본 발명은 다중안테나 시스템에 그대로 적용할 수 있다. 다중안테나 시스템에 적용하는 경우는 송수신단 안테나 쌍 각각에 본 발명의 채널 추정 기법을 적용하면 된다.

본 발명에서 제안하는 클러스터 단위의 MMSE 채널 추정기법은 일반 보간 기법에 비해 성능이 우수하다. 또한 최적 LMMSE에 비해 낮은 복잡도로 구현이 가능하며, 채널 변화에 강인하다. 보간 기법과 MMSE 채널 추정을 MCS 레벨에 따라 선택적으로 사용함으로써 주어진 상황에 최적의 성능을 낼 수 있다.

또한, MCS 레벨에 따라 채널 추정기 동작 방식(보간 방식 혹은 제안된 MMSE 방식)을 선택 적용함으로써 채널 변화에 강인한 특성을 보이며, 채널 추정 성능이 향상되었다.

Claims (32)

1. 클러스터 단위로 통신하는 OFDMA 시스템에서 채널을 파일럿 부반송파 신호를 이용하는 추정하는 방법에 있어서,

   무선을 통해 수신된 신호에서 채널 추정기가 파일럿 부반송파에 해당되는 채널을 추정하는 제 1단계와,

   상기 제 1단계 후 시간 영역으로 보간을 수행하여 파일럿 부반송파가 위치하는 주파수 영역에 존재하는 데이터 부반송파들의 채널추정치를 구하는 제 2단계와,

   상기 제 2단계 후 구해진 OFDM 심볼별로 4개의 부반송파에 해당하는 채널을 이용하여 주파수 영역 채널 보간을 하여 나머지 10개의 데이터 부반송파에 해당하는 채널 추정치를 구해내는 제 3단계를 포함하는 클러스터 단위로 통신하는 OFDMA 시스템에서 파일럿 부반송파 신호를 이용하는 채널 추정 방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 클러스터는 주파수 영역에서 14개의 인접한 부반송파와 시간 영역에서의 2개의 인접한 OFDM 심볼로 이루어진 IEEE 802.16e WirelessMAN-OFDMA 시스템에서의 클러스터인 것을 특징으로 하는 클러스터 단위로 통신하는 OFDMA 시스템에서 파일럿 부반송파 신호를 이용하는 채널 추정 방법.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 제 1단계에서 파일럿 부반송파에서의 채널 추정치는 단말에서 SNR을 이용할 수 있으면 MMSE(Minimum Mean Square Error)채널 추정기를 사용하며 이용할 수 없으면 LS(Least Square) 추정기를 사용하는 것을 특징으로 하는 클러스터 단위로 통신하는 OFDMA 시스템에서 파일럿 부반송파 신호를 이용하는 채널 추정 방법.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 제 2단계에서 시간 영역 보간은 기지국이 단말에 할당하는 MCS 레벨에 따라 다른 보간 방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 클러스터 단위로 통신하는 OFDMA 시스템에서 파일럿 부반송파 신호를 이용하는 채널 추정 방법.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 제 2단계의 MCS 레벨에 따라 구분되는 시간 영역 보간 방식은 상기 MCS 레벨이 QPSK-1/2과 같이 낮은 경우는 파일럿 부반송파 위치의 채널 추정치를 시간영역에서 채널 평균하여 사용하는 시간 영역 보간 방식과, 상기 MCS 레벨이 64QAM-2/3 같이 높은 경우는 파일럿 부반송파 위치의 채널 추정치를 선형보간하여 사용하는 시간 영역 보간 방식을 포함하는 것을 특징으로 하는 클러스터 단위로 통신하는 OFDMA 시스템에서 파일럿 부반송파 신호를 이용하는 채널 추정 방법.
6. 삭제
7. 청구항 1에 있어서,

   상기 제 3단계에서 채널추정치를 구할시 채널 추정오차를 최소화하는 방식은 낮은 SNR에서는 선형 보간방법 또는 다항식 기반방법을 사용하며 높은 SNR에서는 클러스터 단위 MMSE 보간 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는 클러스터 단위로 통신하는 OFDMA 시스템에서 파일럿 부반송파 신호를 이용하는 채널 추정 방법.
8. 청구항 7에 있어서,

   상기 클러스터 단위 MMSE 보간 방법은 MMSE 보간 행렬을 구하여 채널 추정오차를 최소화하는 것을 특징으로 하는 클러스터 단위로 통신하는 OFDMA 시스템에서 파일럿 부반송파 신호를 이용하는 채널 추정 방법.
9. 청구항 8에 있어서,

   상기 MMSE 보간 행렬을 위해 필요한 채널의 주파수 영역 상관 정보를 프리앰블 수신신호를 이용하여 표본 상관 계수를 구하는 것을 특징으로 하는 클러스터 단위로 통신하는 OFDMA 시스템에서 파일럿 부반송파 신호를 이용하는 채널 추정 방법.
10. 청구항 1에 있어서,

    상기 채널 추정 방법을 다중안테나 시스템의 각각 안테나 쌍의 채널 추정에 사용하는 것을 특징으로 하는 클러스터 단위로 통신하는 OFDMA 시스템에서 파일럿 부반송파 신호를 이용하는 채널 추정 방법.
11. 클러스터 단위로 통신하는 OFDMA 시스템 수신기에서

    부반송파 분리기를 통해 전송된 신호에서 파일럿 부반송파에 해당되는 채널을 추정하는 파일럿 부반송파 채널 추정부와,

    상기 파일럿 부반송파에 해당되는 채널을 추정 후 시간 영역으로 보간을 수행하여 파일럿 부반송파가 위치하는 주파수 영역에 존재하는 데이터 부반송파들의 채널추정치를 구하는 시간영역 보간부와,

    상기 구해진 OFDM 심볼별로 4개의 부반송파에 해당하는 채널을 이용하여 주파수 영역 채널 보간을 하여 나머지 10개의 데이터 부반송파에 해당하는 채널 추정치를 구해내는 주파수 영역 보간부를 포함하는 클러스터 단위로 통신하는 OFDMA 시스템에서 파일럿 부반송파 신호를 이용하는 채널 추정기.
12. 청구항 11에 있어서,

    상기 클러스터는 주파수 영역에서 14개의 인접한 부반송파와 시간 영역에서의 2개의 인접한 OFDM 심볼로 이루어진 IEEE 802.16e WirelessMAN-OFDMA 시스템에서의 클러스터인 것을 특징으로 하는 클러스터 단위로 통신하는 OFDMA 시스템에서 파일럿 부반송파 신호를 이용하는 채널 추정기.
13. 청구항 11에 있어서,

    상기 파일럿 부반송파 채널 추정부에서의 채널 추정치는 단말에서 SNR을 이용할 수 있으면 MMSE(Minimum Mean Square Error)채널 추정기를 사용하며 이용할 수 없으면 LS(Least Square) 추정기를 사용하는 것을 특징으로 하는 클러스터 단위로 통신하는 OFDMA 시스템에서 파일럿 부반송파 신호를 이용하는 채널 추정기.
14. 청구항 11에 있어서,

    상기 시간영역 보간부는 기지국이 단말에 할당하는 MCS 레벨에 따라 다른 시간 영역 보간 방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 클러스터 단위로 통신하는 OFDMA 시스템에서 파일럿 부반송파 신호를 이용하는 채널 추정 방법.
15. 청구항 14에 있어서,

    상기 시간영역 보간부는 기지국에서 단말에게 해당 단말 데이터의 MCS를 알리도록 프레임 내에 포함시킨 MAP과 같은 영역을 살펴 단말은 데이터 부분의 MCS 레벨을 파악하고, 상기 MCS레벨이 낮은 경우는 파일럿 부반송파 위치의 채널 추정치를 시간영역에서 평균하여 사용하며, 높은 경우는 파일럿 부반송파 위치의 채널 추정치를 선형보간하여 사용하는 클러스터 단위로 통신하는 OFDMA 시스템에서 파일럿 부반송파 신호를 이용하는 채널 추정 방법.
16. 삭제
17. 청구항 11에 있어서,

    상기 주파수 영역 보간부에서 채널추정치를 구할시 채널 추정오차를 최소화하는 방식은 낮은 SNR에서는 선형 보간방법 또는 다항식 기반방법을 사용하며 높은 SNR에서는 클러스터 단위 MMSE 보간 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는 클러스터 단위로 통신하는 OFDMA 시스템에서 파일럿 부반송파 신호를 이용하는 채널 추정기.
18. 청구항 17에 있어서,

    상기 클러스터 단위 MMSE 보간 방법은 MMSE 보간 행렬을 구하여 채널 추정오차를 최소화하는 것을 특징으로 하는 클러스터 단위로 통신하는 OFDMA 시스템에서 파일럿 부반송파 신호를 이용하는 채널 추정기.
19. 청구항 18에 있어서,

    상기 MMSE 보간 행렬을 위해 필요한 채널의 주파수 영역 상관 정보를 프리앰블 수신신호를 이용하여 표본 상관 계수를 구하는 것을 특징으로 하는 클러스터 단위로 통신하는 OFDMA 시스템에서 파일럿 부반송파 신호를 이용하는 채널 추정기.
20. 청구항 11에 있어서,

    상기 채널 추정기는 다중안테나 시스템의 각 기지국 송신안테나와 단말기 수신 안테나의 쌍의 채널 추정에 사용하는 것을 특징으로 하는 클러스터 단위로 통신하는 OFDMA 시스템에서 파일럿 부반송파 신호를 이용하는 채널 추정기.
21. 클러스터 단위로 통신하는 OFDMA 시스템에서,

    무선으로 수신된 신호를 복조하는 OFDM복조기와,

    상기 복조된 신호에서 프리앰블 신호와 부반송파를 분리하는 부반송파 분리기와,

    상기 부반송파 분리기에서 분리된 부반송파를 이용하여 클러스터 별로 파일럿 부반송파 수신 신호를 입력받아 클러스터 별로 데이터 부반송파의 채널을 추정하는 채널추정기를 포함하는 클러스터 단위로 통신하는 OFDMA 시스템 수신기.
22. 청구항 21에 있어서,

    상기 부반송파 분리기로부터 분리된 프리앰블 신호를 이용하여 채널의 주파수 영역 상관 계수를 구하는 상관 추정기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 클러스터 단위로 통신하는 OFDMA 시스템 수신기.
23. 청구항 21에 있어서,

    상기 클러스터는 주파수 영역에서 14개의 인접한 부반송파와 시간 영역에서의 2개의 인접한 OFDM 심볼로 이루어진 IEEE 802.16e WirelessMAN-OFDMA 시스템에서의 클러스터인 것을 특징으로 하는 클러스터 단위로 통신하는 OFDMA 시스템 수신 기.
24. 청구항 21에 있어서,

    상기 채널 추정기는 부반송파 분리기를 통해 전송된 신호에서 파일럿 부반송파에 해당되는 채널을 추정하는 파일럿 부반송파 채널 추정부와,

    상기 파일럿 부반송파에 해당되는 채널을 추정 후 시간 영역으로 보간을 수행하여 파일럿 부반송파가 위치하는 주파수 영역에 존재하는 데이터 부반송파들의 채널추정치를 구하는 시간영역 보간부와,

    상기 구해진 OFDM 심볼별로 4개의 부반송파에 해당하는 채널을 이용하여 주파수 영역 채널 보간을 하여 10개의 데이터 부반송파에 해당하는 채널 추정치를 구해내는 주파수 영역 보간부를 포함하는 것을 특징으로 하는 클러스터 단위로 통신하는 OFDMA 시스템 수신기.
25. 청구항 24에 있어서,

    상기 파일럿 부반송파 채널 추정부에서의 채널 추정치는 단말에서 SNR을 이용할 수 있으면 MMSE(Minimum Mean Square Error)채널 추정 방법를 사용하며 이용할 수 없으면 LS(Least Square) 추정 방법를 사용하는 것을 특징으로 하는 클러스터 단위로 통신하는 OFDMA 시스템 수신기.
26. 청구항 24에 있어서,

    상기 시간영역 보간부에서의 시간 영역 보간은 기지국이 단말에 할당하는 MCS 레벨에 따라 다른 시간 영역 보간 방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 클러스터 단위로 통신하는 OFDMA 시스템에서 파일럿 부반송파 신호를 이용하는 채널 추정 방법.
27. 청구항 26에 있어서,

    상기 시간영역 보간부는 기지국에서 단말에게 해당 단말 데이터의 MCS를 알리도록 프레임 내에 포함시킨 MAP과 같은 영역을 살펴 단말은 데이터 부분의 MCS 레벨을 파악하고, 상기 MCS레벨이 낮은 경우는 파일럿 부반송파 위치의 채널 추정치를 시간영역에서 평균하여 사용하며, 높은 경우는 파일럿 부반송파 위치의 채널 추정치를 선형보간하여 사용하는 클러스터 단위로 통신하는 OFDMA 시스템에서 파일럿 부반송파 신호를 이용하는 채널 추정 방법.
28. 삭제
29. 청구항 24에 있어서,

    상기 주파수 영역 채널 보간부에서 채널추정치를 구할시 채널 추정오차를 최소화하는 방식은 낮은 SNR에서는 선형 보간방법 또는 다항식 기반방법을 사용하며 높은 SNR에서는 클러스터 단위 MMSE 보간 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는 클러스터 단위로 통신하는 OFDMA 시스템 수신기.
30. 청구항 29에 있어서,

    상기 클러스터 단위 MMSE 보간 방법은 MMSE 보간 행렬을 구하여 채널 추정오차를 최소화하는 것을 특징으로 하는 클러스터 단위로 통신하는 OFDMA 시스템 수신기.
31. 청구항 30에 있어서,

    상기 MMSE 보간 행렬을 위해 필요한 채널의 주파수 영역 상관 정보를 프리앰블 수신신호를 이용하여 표본 상관 계수를 구하는 것을 특징으로 하는 클러스터 단위로 통신하는 OFDMA 시스템 수신기.
32. 청구항 21에 있어서,

    상기 수신기를 다중안테나 시스템의 각 기지국 송신안테나와 단말기 수신 안테나의 쌍의 채널 추정에 사용하는 것을 특징으로 하는 클러스터 단위로 통신하는 OFDMA 시스템에서 파일럿 부반송파 신호를 이용하는 채널 추정기.

Images