KR100820618B1

KR100820618B1 - 스펙트럼 추정을 이용한 통신 시스템에 대한 채널 추정

Info

Publication number: KR100820618B1
Application number: KR1020067017397A
Authority: KR
Inventors: 아빈드 비제이 케어시
Original assignee: 퀄컴 인코포레이티드
Priority date: 2004-01-28
Filing date: 2005-01-26
Publication date: 2008-04-08
Also published as: CA2554415A1; JP5149347B2; WO2005074218A1; JP2012114930A; CN1939016A; US7609786B2; AR047472A1; KR20060125876A; US20050163257A1; JP2011019259A; JP2014212540A; JP2007520175A; CN1939016B; EP2797271A1; JP5602773B2; EP1709774A1; TW200601754A

Abstract

멀티-캐리어 시스템에서 채널 추정을 수행하는 기술이 설명된다. 먼저, 상이한 심볼 주기에서 서브밴드의 상이한 세트를 통해 송신된 협대역 파일럿 또는 그 시스템에서의 대부분의 서브밴드 또는 모든 서브밴드를 통해 송신된 광대역 파일럿에 기초하여, 주파수 응답 추정치가 무선 채널에 대해 획득된다. 주파수 채널 추정치의 하나 이상의 주파수 성분을 결정하기 위하여, 주파수 응답 추정치에 대해 스펙트럼 추정이 수행되며, 각각의 주파수 성분은 무선 채널에 대한 임펄스 응답 추정치에서의 채널 탭에 대한 지연을 나타낸다. 그 후, 스펙트럼 추정에 의해 결정된 주파수 성분(들)에 기초하여, 무선 채널에 대한 채널 추정치가 획득된다. 이러한 채널 추정치는 채널 프로파일, 임펄스 응답 추정치, 개선된 주파수 응답 추정치, 신호 도달 시간, 또는 무선 채널에 관한 기타 다른 적절한 정보일 수도 있다.

스펙트럼 추정, 채널 추정

Description

스펙트럼 추정을 이용한 통신 시스템에 대한 채널 추정{CHANNEL ESTIMATION FOR A COMMUNICATION SYSTEM USING SPECTRAL ESTIMATION}

35 U.S.C.§119 에 따른 우선권 주장

본 특허출원은, "스펙트럼 추정을 이용한 시간-동기화 및 채널 사운딩 (TIME-SYNCHRONIZATION AND CHANNEL SOUNDING USING SPECTRAL ESTIMATION)" 의 명칭으로 2004년 1월 28일자로 출원되어 본 발명의 양수인에게 양도되었으며, 여기에서 참조로 명백히 포함되는 가출원 제 60/540,088 호를 우선권 주장한다.

배경

기술분야

본 발명은 일반적으로 통신에 관한 것으로, 좀더 상세하게는, 통신 시스템에 대한 채널 추정에 관한 것이다.

배경기술

무선 통신 시스템에서, 무선 주파수 (RF) 변조 신호는 다수의 신호 경로를 통하여 송신기로부터 수신기까지 이동할 수도 있다. 만약 신호 경로가 상이한 지연을 가지면, 수신기에서의 수신 신호는 송신 신호의 다중의 인스턴스를 상이한 이득 및 지연으로 포함한다. 무선 채널에서의 이러한 시간 분산은 주파수 선택적 페이딩을 야기하며, 이는 시스템 대역폭에 걸쳐 크기 및 위상에서 변하는 주파수 응답에 의해 특징을 나타낸다.

일반적으로, 송신기에 의해 송신된 데이터 송신물을 효과적으로 수신하기 위하여, 송신기와 수신기 사이의 무선 채널의 정확한 추정이 요구된다. 통상적으로, 채널 추정은, 송신기로부터 파일럿을 송신하고 그 파일럿을 수신기에서 측정함으로써 수행된다. 파일럿은 수신기에 의해 사전에 (a priori) 공지되는 변조 심볼들로 이루어지기 때문에, 채널 응답은 송신 파일럿 심볼에 대한 수신 파일럿 신호의 비율로서 추정될 수도 있다.

파일럿 송신은 시스템에서의 오버헤드를 나타낸다. 따라서, 파일럿 송신을 가능하면 최소화시키는 것이 바람직하다. 이것은, 시스템 대역폭의 적은 부분을 통해 "협대역" 파일럿을 송신하고 이 파일럿을 이용하여 무선 채널에 대한 채널 추정치 (예를 들어, 주파수 응답 추정치 또는 임펄스 응답 추정치) 를 획득함으로써 달성될 수도 있다. 채널 추정치가 시간 도메인에 있는지 또는 주파수 도메인에 있는지에 무관하게, 일반적으로, 채널 추정치의 레졸루션 (resolution) 은 채널 추정용으로 사용되는 파일럿의 대역폭에 의해 제한된다. 따라서, 오직 코오스 (coarse) 레졸루션을 갖는 채널 추정치는 협대역 파일럿의 단일의 송신/인스턴스로부터 획득될 수도 있다. 데이터 송신물을 복원하기 위하여 수신기에 의해 사용된다면, 이러한 코오스 채널 추정치는 열등한 성능을 제공할 수도 있다.

따라서, 당업계에서는, 협대역 파일럿에 기초하여 우수한 레졸루션을 갖는 채널 추정치를 유도하기 위한 기술이 필요하다.

개요

협대역 파일럿 또는 광대역 파일럿에 기초하여 고 레졸루션을 갖는 개선된 채널 추정치를 획득하는 기술이 여기에서 개시된다. 이들 기술은 무선 통신 시스템 또는 무선 멀티-캐리어 통신 시스템 (예를 들어, OFDM-기반 시스템) 에 대해 사용될 수도 있으며, 또한, 역방향 링크 (또는 업링크) 뿐아니라 순방향 링크 (또는 다운링크) 에 대해 사용될 수도 있다.

채널 추정을 수행하는 일 실시형태에서, 먼저, 제 1 채널 추정치가 통신 채널 (예를 들어, 무선 채널) 에 대해 획득된다. 이 제 1 채널 추정치는, (1) 상이한 심볼 주기에서 서브밴드의 상이한 세트를 통해 송신되는 협대역 파일럿, 또는 (2) 시스템에서의 다수의 서브밴드 또는 모든 서브밴드를 통해 송신되는 광대역 파일럿으로부터 획득되는 주파수 응답 추정치일 수도 있다. 그 후, 스펙트럼 추정이 제 1 채널 추정치에 대해 수행되어, 이 채널 추정치의 하나 이상의 주파수 성분이 결정된다. 만약 제 1 채널 추정치가 주파수 응답 추정치이면, 스펙트럼 추정은 상이한 서브밴드에 대한 채널 이득에 대해 수행될 수도 있다. 주파수 응답 추정치의 각각의 주파수 성분은 무선 채널에 대한 임펄스 응답 추정치에서의 채널 탭에 대한 지연을 나타낸다. 하술되는 바와 같이, 스펙트럼 추정은 다양한 기술을 이용하여 수행될 수도 있다. 그 후, 무선 채널에 대한 제 2 채널 추정치가, 스펙트럼 추정에 의해 결정되는 주파수 성분(들)에 기초하여 획득된다.

제 2 채널 추정치는 (1) L

1 인 L 개의 채널 탭을 갖는 무선 채널에 대한 임펄스 응답 추정치, (2) 최대 N 개의 전체 서브밴드에 대한 채널 이득을 갖는 무선 채널의 개선된 주파수 응답 추정치, (3) 무선 채널에 대한 임펄스 응답 추정치에 있어서 채널 탭의 장기 (long-term) 시간-평균화 에너지를 나타내는 채널 프로 파일, (4) 무선 채널을 통해 송신된 신호의 도달 시간을 나타내는 지연값, 또는 (5) 무선 채널에 관한 기타 다른 적절한 정보를 포함할 수도 있다. 제 2 채널 추정치는 다양한 방식으로 사용될 수도 있다. 예를 들어, 개선된 주파수 응답 추정치의 채널 이득은 무선 채널을 통하여 수신된 데이터 송신물의 정합 필터링 또는 이퀄라이제이션 (equalization) 용으로 사용될 수도 있다. 도달 시간에 대한 지연값은 데이터 송신물의 시간 동기화용으로 사용될 수도 있다.

이하, 본 발명의 다양한 양태 및 실시형태를 더 상세히 설명한다.

도면의 간단한 설명

본 발명의 특징 및 특성은 도면과 함께 다음에 제시되는 상세한 설명으로부터 더 명백해질 것이며, 도면에서, 동일한 참조부호는 도면 전반에 걸쳐 동일한 대상을 나타낸다.

도 1a 및 1b 는 2 개의 예시적인 송신 방식을 나타낸 것이다.

도 2 는 무선 채널의 임펄스 응답을 나타낸 것이다.

도 3 은 채널 추정을 수행하는 특정 프로세스를 나타낸 것이다.

도 4 는 스펙트럼 추정을 이용하여 채널 추정을 수행하는 프로세스를 나타낸 것이다.

도 5 는 단말기 및 기지국의 블록도를 도시한 것이다.

도 6 은 OFDM 복조기 및 채널 추정기를 도시한 것이다.

상세한 설명

여기에서, "예시적인" 이라는 단어는 "예, 예증, 또는 예시로서 제공되는" 을 의미하도록 사용된다. "예시적인" 것으로서 여기에서 설명되는 임의의 실시형태 또는 설계는 다른 실시형태 또는 설계에 비하여 반드시 바람직하거나 유리한 것으로서 해석할 필요는 없다.

여기에서 설명되는 채널 추정 기술들은 다양한 무선 및 유선 멀티-캐리어 통신 시스템에 대해 사용될 수도 있다. 다중의 캐리어는 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 (OFDM), 이산 멀티 톤 (DMT), 기타 다른 멀티-캐리어 변조 기술, 또는 기타 다른 구조로 획득될 수도 있다. OFDM 은 전체 시스템 대역폭을 다중의 (N 개의) 직교 서브밴드로 효과적으로 파티션하며, 그 직교 서브밴드는 톤, 서브캐리어, 빈 (bins), 및 주파수 채널로도 지칭된다. OFDM 에 있어서, 각각의 서브밴드는, 데이터로 변조될 수도 있는 각각의 서브캐리어와 관련된다.

명료화를 위하여, 이하, 채널 추정 기술은 무선 OFDM-기반 시스템에 대해 설명된다. 그러한 시스템 중 하나는, 다중의 무선 단말기에 대한 통신을 동시에 지원할 수 있는 직교 주파수 분할 다중 접속 (OFDMA) 시스템이다. OFDM 에 있어서, (예를 들어, 데이터 및/또는 파일럿에 대한) 최대 N 개의 변조 심볼은 각각의 OFDM 심볼 주기 (또는 간단히, "심볼 주기") 에서 N 개의 전체 서브밴드를 통해 송신될 수도 있다. 이들 변조 심볼은, N 개의 시간-도메인 샘플 또는 칩을 포함하는 "변환된" 심볼을 획득하기 위해 N-포인트 인버스 고속 푸리에 변환 (IFFT) 에 의해 시간-도메인으로 변환된다. 주파수 선택적 페이딩에 의해 야기되는 인터-심볼 간섭 (ISI) 에 대항하기 위하여, N+C 개의 칩을 포함하는 OFDM 심볼을 형성하기 위해 그 변환된 심볼의 C 개의 칩이 반복되며, 여기서, C 는 통상적으로 N 의 일부 (예를 들어, 1/4 또는 1/8) 이다. C 개의 반복된 칩은 종종 사이클릭 프리픽스라고도 지칭되며, C 는 사이클릭 프리픽스 길이이다.

데이터 및 파일럿은 OFDM-기반 시스템에서 다양한 방식으로 송신될 수도 있다. 이하, 수개의 예시적인 송신 방식을 설명한다.

도 1a 는 OFDM-기반 시스템에 대하여 사용될 수도 있는 주파수 호핑 (FH) 송신 방식 (110) 을 나타낸 것이다. 주파수 호핑은 유해한 경로 효과에 대한 주파수 다이버시티 및 간섭의 랜덤화를 제공할 수 있다. 주파수 호핑에 있어서, 각각의 단말기 (또는 사용자) 는, 각각의 "홉" 주기에서 사용하기 위한 특정 서브밴드(들)를 나타내는 상이한 FH 시퀀스를 할당받을 수도 있다. 각각의 FH 시퀀스는, 할당된 단말기에 대한 서브밴드를 랜덤하게 선택하는 의사-랜덤 시퀀스일 수도 있다. 동일한 기지국과 통신하는 상이한 단말기에 대한 FH 시퀀스는, 어떠한 2 개의 단말기도 임의의 소정 홉 주기에서 동일한 서브밴드를 사용하지 않도록 서로 직교한다. 이것은, 동일한 기지국과 통신하는 단말기들 사이의 ("인트라-섹터") 간섭을 회피시킨다. 각각의 기지국에 대한 FH 시퀀스는 인접한 기지국에 대한 FH 시퀀스에 대하여 의사-랜덤이다. 2 개의 상이한 기지국과 통신하는 2 개의 단말기 간의 간섭은, 이들 단말기에 대한 FH 시퀀스가 동일한 홉 주기에서 동일한 서브밴드를 선택할 때마다 발생한다. 하지만, 이러한 ("인터-섹터") 간섭은 FH 시퀀스의 의사-랜덤 특성에 기인하여 랜덤화된다.

도 1a 에 도시된 바와 같이, 각각의 홉 주기는 다중의 심볼 주기에 걸쳐 있을 수도 있다. 각각의 단말기는 각각의 홉 주기에서 M 개의 서브밴드의 세트를 할당받을 수도 있으며, 여기서, M 은 1보다 클 수도 있다. (데이터에 대한 변조 심볼인) 데이터 심볼은 (파일럿에 대한 변조 심볼인) 파일럿 심볼과 시분할 멀티플렉싱 (TDM) 될 수도 있다. M 개의 서브밴드는 (도 1a 에 도시된 바와 같이) 연속적일 수도 있고, 또는, 비-연속적 (예를 들어, S 개의 서브밴드만큼 균일하게 이격됨) 일 수도 있다. 송신 방식 (110) 은, 예를 들어, OFDMA 시스템의 역방향 링크에 대해 사용될 수도 있다.

도 1b 는 OFDM-기반 시스템에 대해 사용될 수도 있는 "인터레이싱 (interlaced)" 송신 방식 (120) 을 나타낸 것이다. 도 1b 에 도시된 예에 있어서, 파일럿 서브밴드의 S 개의 상이한 세트가 형성되며, 각각의 세트는 파일럿 송신용으로 사용되는 M = N/S 개의 서브밴드 (또는 "파일럿 서브밴드") 를 포함한다. 성능을 개선시키기 위하여, 각각의 세트에서의 파일럿 서브밴드는 S 개의 서브밴드만큼 균일하게 이격될 수도 있으며, S 개의 파일럿 서브밴드 세트는 도 1b 에 도시된 바와 같이 인터레이싱될 수도 있다. 데이터 심볼은 파일럿 송신용으로 사용되지 않는 다른 서브밴드를 통해 송신될 수도 있다. 일반적으로, 임의의 수의 파일럿 서브밴드 세트가 형성될 수도 있으며, 각각의 세트는 임의의 수의 서브밴드를 포함할 수도 있다. 송신 방식 (120) 은, 예를 들어, OFDMA 시스템의 순방향 링크에 대해 사용될 수도 있다.

여기에서 설명되는 채널 추정 기술들은 다양한 송신 방식과 함께 사용될 수도 있다. 이들 기술은, 도 1a 또는 도 1b 에 도시된 바와 같이 또는 기타 다른 방식으로 송신될 수도 있는 협대역 파일럿에 대해 사용될 수도 있다. 또한, 이 들 기술은, 데이터와의 TDM 방식으로, N 개의 전체 서브밴드의 다수 또는 그 모두를 통해 송신될 수도 있는 광대역 파일럿에 대해 사용될 수도 있다.

OFDM-기반 시스템에서의 무선 채널은 시간-도메인 채널 임펄스 응답 또는 대응하는 주파수-도메인 채널 주파수 응답에 의해 특징을 나타낼 수도 있다. 여기에서 사용되고 종래의 용어와 일치하는 바와 같이, "채널 임펄스 응답" 은 채널의 시간-도메인 응답이며, "채널 주파수 응답" 은 채널의 주파수-도메인 응답이다. 샘플링-데이터 시스템에서, 채널 주파수 응답은 채널 임펄스 응답의 이산 푸리에 변환 (DFT) 이다. 명료화를 위하여, 다음의 설명에서, 채널 임펄스 응답은 "채널 탭" 의 시퀀스로 이루어지며, 각각의 채널 탭은 채널 탭 이득 (또는, 간단히 "탭 이득") 및 채널 탭 지연 (또는, 간단히 "탭 지연") 에 의해 정의된다. 채널 주파수 응답은 "채널 이득" 의 세트로 이루어지며, 각각의 채널 이득은 특정 서브밴드에 대한 것이다.

도 2 는 무선 채널의 임펄스 응답 (210) 을 나타낸 것이다. 채널 임펄스 응답 (210) 은 (예를 들어, 충분한 세기의) 관심있는 L 개의 채널 탭을 포함한다. 각각의 채널 탭은 h_i 인 복소 이득을 가지며, d_i 인 지연에 위치된다. 일반적으로, 각각의 채널 탭은 1 과 N (또는 1≤d_i≤N) 사이의 임의의 위치에 위치될 수도 있으며, 여기서, N 또한 무선 채널의 길이 또는 시간 범위이다. L 개의 탭 이득은 {h_i} 또는 h_i 로서 나타내며, 여기서, i = 1, 2, …, L 이다. L 개의 탭 지연은 {d_i} 또는 d_i 로서 나타내며, 여기서, i = 1, 2, …, L 이다. 탭 이득 {h_i} 은, 무선 채널의 도플러 확산에 의해 결정되는 레이트에서 변하는 상관된 랜덤 변수이다. L 개의 탭 이득 {h_i} 뿐아니라 L 개의 탭 지연 {d_i} 은 알려지지 않으며, 하술되는 바와 같이 추정될 수도 있다.

채널 임펄스 응답은 다음과 같이 L-탭 유한 임펄스 응답 (FIR) 필터 H(z) 에 의해 z-도메인에서 표현될 수도 있으며,

여기서, z^-1 은 일 샘플 (또는 칩) 주기의 지연을 나타내고,

은 i-번째 채널 탭의 지연을 나타낸다. 또한, 채널 임펄스 응답은 다음과 같이 탭 지연 {d_i} 에 대한 명시적인 참조없이 L×1 벡터

에 의해 표현될 수도 있으며,

여기서, "^T" 는 전치 (transpose) 를 나타낸다.

채널 프로파일은,

와 같이 정의될 수도 있으며, 여기서,〈〉는 시간-평균화 동작을 나타내고, diag

은 행렬

의 대각 원소를 갖는 대각 행렬이며,

는 채널 프로파일에 대한 L×L 대각 행렬이다.

대각 행렬은 대각선을 따라 가능한 넌-제로 (non-zero) 값을 포함하고 다른 곳에서는 제로를 포함한다.

의 대각 원소는

에 의해 정의된 채널 프로파일을 나타낸다. 채널 프로파일은 채널 임펄스 응답에서 채널 탭의 장기 시간-평균화 에너지를 나타낸다. 채널 프로파일은 페이딩, 도플러 등과 같은 단기 효과를 포함하진 않는다. 따라서, 채널 프로파일은, 신호가 이동할 수도 있는 매체의 반사율/투과율을 나타낸다.

주파수-도메인 채널 이득은 다음과 같이 파일럿 송신용으로 사용되는 각각의 서브밴드에 대하여 추정될 수도 있으며,

여기서, y_k 는 서브밴드 k 에 대한 수신 파일럿 심볼이고, p_k 는 서브밴드 k 를 통해 송신되는 파일럿 심볼이며, H_k 는 서브밴드 k 에 대한 채널 이득 추정치이다.

수학식 4 에 나타낸 바와 같이, 파일럿 송신용으로 사용되는 M 개의 서브밴드에 대한 M 개의 채널 이득 {H_k} 은 이들 서브밴드를 통해 수신된 파일럿 심볼에 기초하여 추정될 수도 있다. 그 채널 이득은 주파수-도메인 값이다. 각각 의 채널 이득은 다음과 같이 L 개의 (미지의) 시간-도메인 채널 탭의 푸리에 변환으로서 표현될 수도 있으며,

여기서, ω_i = 2πd_i/N 은 i-번째 채널 탭에 대한 각 주파수 (라디안 단위) 이고, n_i 는 i-번째 채널 탭에 대한 잡음이다.

i = 1, 2, …, L 에 대하여, 각 주파수 ω_i 는 채널 이득 {H_k} 의 주파수 성분이며, 무선 채널의 임펄스 응답에 대해 미지의 탭 지연에 직접 관련된다. 따라서, 탭 지연은 하술되는 바와 같이, 채널 이득 {H_k} 에 대해 스펙트럼 (또는 톤) 추정을 수행함으로써 추정될 수도 있다.

수학식 5 는 다음과 같이 행렬 형태로 표현될 수도 있으며,

또는,

여기서,

는 수학식 6 에 나타낸 원소를 포함하는 M×L "푸리에-타입" 행렬이며,

은 L×1 잡음 벡터이다.

파일럿은 (도 1a 또는 도 1b 에 도시된 바와 같이) 상이한 시간 간격에서 M 개의 서브밴드의 상이한 세트를 통하여 송신될 수도 있다. 예를 들어, 파일럿은 일 시간 간격에서 서브밴드 k = 1, 2, …, M 을 통해 송신될 수도 있고, 그 후, 그 다음 시간 간격에서 서브밴드 k = 1+b, 2+b, …, M+b 를 통해 송신되는 등일 수도 있으며, 여기서, b 는 어떠한 임의의 오프셋 값일 수도 있다. 서브밴드 k = 1+b, 2+b, …, M+b 를 통해 송신된 파일럿에 대한 채널 이득은,

와 같이 표현될 수도 있으며, 여기서,

는

에 의해 주어진 L×L 대각 행렬이다.

의 M×M 상관 (또는 외적) 행렬은

로서 정의될 수도 있으며, 여기서, "^H" 는 공액 전치를 나타낸다.

로서 나타내는,

의 상관 행렬의 장기 시간-평균은,

와 같이 표현될 수도 있다.

수학식 9 는 수학식 3, 7 및 8 에 기초하여 획득된다. b 개의 오프셋 값은, 상이한 오프셋 값의 앙상블 (ensemble) 에 대한

행렬이 제로로 평균화되도록 (예를 들어, 도 1a 에 도시된 바와 같은 의사-랜덤 방식으로 또는 도 1b 에 도시된 바와 같은 결정론적 방식으로) 적절히 선택될 수도 있다. 이 경우, 상이한 시간 간격에 대해 획득된 상관 행렬에 대해 충분한 양의 평균화가 수행되면,

행렬은 소거되고

에 나타나지 않는다. 또한, 수학식 9 는, 채널 잡음이 제로 평균, σ² 인 분산, 및

인 자기 공분산 (autocovariance) 행렬을 갖는 가산적 백색 가우시안 잡음 (AWGN) 인 것으로 가정하며, 여기서,

는 대각선을 따라 1 을 갖고 다른 곳에서는 제로를 갖는 단위 행렬이다.

아이겐 값 분해가 다음과 같이 행렬

에 대해 수행될 수도 있으며,

여기서,

는

의 아이겐 벡터의 M×M 유니터리 행렬이고,

는

의 아이겐 값의 M×M 대각 행렬이다.

유니터리 행렬

은 특성

에 의해 특징을 나타낸다. 유니터리 행렬의 컬럼은 서로 직교하며, 각각의 컬럼은 단위 전력을 갖는다. 아이겐 값 분해는 1980년 아카데미 출판사의 "선형 대수 및 그 애플리케이션", 제2판이라는 명칭의 서적에서 길버트 스트랭에 의해 설명된다.

의 M 개의 대각 원소는

의 아이겐 값으로 지칭된다.

의 M 개의 컬럼은

의 아이겐 벡터로서 지칭된다.

의 각각의 컬럼은

에서의 하나의 아이겐 값에 대응한다. 따라서,

의 제 1 또는 최좌측 컬럼은

의 제 1 컬럼에서의 대각 원소에 대응하며,

의 제 2 컬럼은

의 제 2 컬럼에서의 대각 원소에 대응하는 등이다.

에서의 M 개의 아이겐 값은 최소부터 최대까지 정렬되며, 정렬화 이후에 {λ₁, λ₂, …, λ_M} 으로서 나타낼 수도 있으며, 여기서, λ₁ 은 최소의 아이겐 값이고, λ_M 은 최대의 아이겐 값이다.

에서의 아이겐 값이 정렬될 경우,

에서의 아이겐 벡터도 대응하여 정렬된다.

에서의 M-L 개의 최소의 아이겐 값들 (즉, λ₁ 내지 λ_M-L) 은 잡음 분산 σ² 과 같으며, "잡음" 아이겐 값이라고 지칭된다. M-L 개의 잡음 아이겐 값들에 대응하는

에서의 M-L 개의 아이겐 벡터들 (즉, 정렬화 이후

의 M-L 개의 최좌측 컬럼) 은

의 "잡음" 아이겐 벡터라고 지칭되며,

로서 나타낸다. 잡음 아이겐 벡터는

의 컬럼에 직교이다.

L 개의 탭 이득/전력은 행렬

에 포함되며, L 개의 탭 지연은 행렬

에 포함된다.

의 L 개의 컬럼 각각은 다음의 형태, 즉,

을 가지며, 여기서,

은 미지의 탭 지연을 나타내는 인덱스이며, 1 내지 N 의 범위 내에 있거나

∈{1, 2, …, N} 이다.

비용함수 (cost function) 은 다음과 같이,

로서 정의될 수도 있다.

L 개의 미지의 탭 지연은 다음과 같이 비용함수 C(

) 에 기초하여 획득될 수도 있다. 비용함수는

의 N 개의 가능한 값 각각, 즉,

= 1, 2, …, N 에 대해 평가된다.

의 각 값은 채널 탭에 대한 가정된 (hypothesized) 지연 값 을 나타낸다.

의 각 값에 대하여, 벡터

이 수학식 11 에 나타낸 바와 같이 먼저 결정되며, M-L 개의 잡음 아이겐 벡터 각각과 승산되어, M-L 개의 내적, 즉, k = 1, 2, …, M-L 에 대해

가 획득된다. 각각의 내적의 전력은

로서 계산되며, 여기서, "*" 는 복소 공액을 나타낸다. 그 후, M-L 내적의 전력이 합산되고, 합산된 전력의 인버스는

의 이 값에 대한 비용 값

로서 제공된다.

= 1, 2, …, N 에 대한 N 개의 비용 값,

이

의 N 개의 가능한 값에 대해 획득된다.

의 컬럼이 잡음 아이겐 벡터에 직교하기 때문에,

의 임의의 컬럼의 임의의 잡음 아이겐 벡터와의 내적은 작거나 제로이다. 따라서,

의 각각의 컬럼에 대한 M-L 개의 내적의 합산된 전력은 작고, 이 합산된 전력의 인버스는 크다. 그 후, N 개의 비용 값 중에서 L 개의 최대 값이 식별된다. 이들 L 개의 최대 비용 값에 대응하는

의 L 개의 값은 채널 임펄스 응답에 대한 L 개의 미지의 탭 지연을 나타낸다.

의 이들 L 개의 식별된 값들은 행렬

를 형성하기 위해 사용될 수도 있다. 그 후, L 개의 탭 이득은,

와 같이 유도될 수도 있으며, 여기서,

는 M 개의 파일럿 서브밴드의 일 세트의 주파수 응답 추정치에 대한 M×1 벡터이고,

는 L 개의 탭을 갖는 채널 임펄스 응답 추정치에 대한 L×1 벡터이다.

임펄스 응답 추정치

는 파일럿 서브밴드의 각 세트에 대한 주파수 응답 추정치

에 대해 획득될 수도 있다. 파일럿 서브밴드의 상이한 세트에 대한 임펄스 응답 추정치는 L 개의 탭을 갖는 평균화된 임펄스 응답 추정치 (벡터

로 나타냄) 를 획득하기 위해 평균화될 수도 있다.

N 개의 탭을 갖는 "풀 (full)" 채널 임펄스 응답 추정치 (벡터

으로 나타냄) 는 L 개의 탭을 갖는 평균화된 채널 임펄스 응답 추정치

에 기초하여 형성될 수도 있다. N×1 벡터

은 적절한 탭 인덱스에서 L×1 벡터

의 모든 L 개의 원소 (L 개의 최대 비용 값에 대응하는

의 L 개의 값에 의해 결정됨) 및 다른 모든 탭 인덱스에서 N-L 개의 제로를 포함한다. 모든 N 개의 서브밴드에 대한 "풀" 채널 주파수 응답 추정치 (

으로 나타냄) 는 다음과 같이 풀 채널 임펄스 응답 추정치

에 대해 N-포인트 고속 푸리에 변환 (FFT) 을 수행함으로써 획득될 수도 있으며,

여기서,

는 (i,j)번째 엔트리 w_i,j 가

로서 주어지도록 정의되는 N×N 푸리에 행렬이며, i 는 로우 인덱스이고 j 는 컬럼 인덱스이다. 풀 채널 주파수 응답 추정치

은 무선 채널을 통해 수신된 데이터 송신물의 정합 필터링, 이퀄라이제이션 등을 위해 사용될 수도 있다.

상기 설명에서, L 은 추정될 채널 탭의 수를 나타낸다. 일반적으로, L 은 무선 채널의 실제 임펄스 응답에서 채널 탭의 수 (L_act) 와 동일하거나 동일하지 않을 수도 있다. L = L_act < M 이면, L_act 개의 채널 탭이 상술한 바와 같이 추정될 수도 있다. 만약 L ≠ L_act 이고 L < M 이면, 무선 채널에 대한 채널 프로파일을 나타내는 L 개의 채널 탭이 상술한 바와 같이 획득될 수도 있다. L = 1 일 경우, M 이 1보다 크면, 채널 프로파일의 중심에 위치한 단일 채널 탭 (L_act 의 길이임) 이 획득될 수도 있다. 이러한 단일 채널 탭에 대응하는 탭 지연 (d_s 로 나타냄) 은 무선 채널을 통해 송신된 신호의 도달 시간의 추정치로서 사용될 수도 있다. 일반적으로, M 이 증가함에 따라, 우수한 정확도 및 높은 레졸루션을 갖는 더 많은 채널 탭이 추정될 수도 있다. N 과 같거나 N 에 근접하는 M 을 갖는 광대역 파일럿에 있어서, 최대 N 개의 탭을 갖는 풀 채널 임펄스 응답이 광대역 파일럿에 기초하여 추정될 수도 있다.

여기에서 설명되는 기술들은 개선된 채널 추정치를 획득하기 위해 사용될 수도 있다. 여기에서 사용되는 바와 같이, "채널 추정치" 는 무선 채널에 대한 정보의 임의의 타입 및 그 정보의 임의의 조합을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 채널 추정치는 채널 프로파일, 주파수 응답 추정치에 대한 채널 이득의 세트, 임펄스 응답 추정치에 대한 채널 탭의 시퀀스, 단일 채널 탭, 무선 채널을 통해 송신된 신호에 대한 도달 시간, 및/또는 무선 채널에 대한 기타 다른 적절한 정보를 포함할 수도 있다.

도 3 은 채널 추정을 수행하기 위한 프로세스 (300) 의 흐름도를 도시한 것이다. 먼저, 시간-평균화 상관 행렬

이 제로로 설정된다 (블록 312). 수신 OFDM 심볼이 무선 채널로부터 획득되고, M 개의 파일럿 서브밴드에 대한 M 개의 수신 파일럿 심볼을 획득하기 위해 프로세싱 (예를 들어, OFDM 복조) 된다 (블록 314). 도 1a 및 도 1b 에 도시된 바와 같이, 서브밴드의 상이한 세트가 상이한 심볼 주기에서 파일럿을 송신하기 위해 사용될 수도 있다. 협대역 파일럿에 있어서, 수학식 4 에 나타낸 바와 같이, 수신 파일럿 심볼이 부분 주파수 응답 추정치 (벡터

로 나타냄) 를 획득하기 위해 사용된다 (또한, 블록 314). 그 후, 행렬

이 벡터

에 기초하여 다음과 같이 업데이트되며 (블록 316),

여기서,

은 m-번째 업데이트 간격에 대한 상관 행렬이다.

그 후, 행렬

이 파일럿을 갖는 충분한 수의 OFDM 심볼에 대해 평균화되었는지를 판정한다 (블록 318). 만약 응답이 "아니오" 라면, 프로세스는 블록 312 로 리턴하여, 파일럿을 갖는 또 다른 OFDM 심볼을 수신 및 프로세싱한다. 그렇지 않으면, 행렬

의 잡음 아이겐 벡터가 상술한 바와 같이 획득된다 (블록 320). 그 후, 예를 들어, 수학식 12 에 나타낸 바와 같이, 비용 함수 C(

) 가 잡음 아이겐 벡터에 기초하여, 그리고

의 N 개의 가능한 값에 대해 계산된다 (블록 322). 그 후, 상술한 바와 같이, 비용 함수 C(

) 에 대해 획득된 비용 값에 기초하여, 채널 프로파일이 식별된다 (블록 324). 그 후, 식별된 채널 프로파일에 기초하여, 채널 추정치가 유도될 수도 있다 (블록 326). 예를 들어, 채널 임펄스 응답 추정치는 수학식 13 에 나타낸 바와 같이 획득될 수도 있으며, 채널 주파수 응답 추정치는 수학식 14 에 나타낸 바와 같이 획득될 수도 있다. 그 후, 프로세스는 또 다른 채널 추정치를 획득하기 위하여 블록 312 로 리턴한다.

또한, 채널 추정치는 행렬

의 이동 평균 (running average) 에 기초하여 획득될 수도 있다. 예를 들어, 행렬

은 다음과 같이 무한 임펄스 응답 (IIR) 필터에 기초하여 블록 316 에서 업데이트될 수도 있으며,

여기서,

는 평균화의 양을 결정하는 계수이다.

에 대한 더 큰 값은 더 많은 평균화에 대응한다. 그 후, 프로세스 (300) 는 블록 326 으로부터 (블록 312 대신) 블록 314 로 천이하도록 변경될 수도 있다. 그 후, 예를 들어, 파일럿을 갖는 OFDM 심볼이 수신될 때마다, 업데이트된 채널 프로파일 및 채널 추정치가 획득될 수도 있다.

상술한 바와 같은 채널 추정은, 확인될 미지의 탭 지연 (i = 1, 2, …, L 에 대한 d_i) 이 가용 주파수-도메인 채널 이득의 미지의 주파수 성분 (i = 1, 2, …, L 에 대한 ω_i) 이라는 인식에 기초한다. 그 후, 스펙트럼 추정 (또는 스펙트럼 분석) 이 채널 이득의 미지의 주파수 성분을 결정하기 위해 사용된다. 일단 결정되면, 이들 주파수 성분은 채널 임펄스 응답 추정치에 대한 미지의 탭 지연의 추정치로서 기능한다.

명료화를 위하여, 다중의 신호 분류 (MUSIC) 기술로서도 종종 지칭되는 특정 스펙트럼 추정 기술이 상술되어 있다. 또한, 다른 스펙트럼 추정 기술들이 주파수 응답 추정치의 주파수 성분 (및 이에 따른 임펄스 응답 추정치에 대한 탭 지연) 을 확인하기 위해 사용될 수도 있으며, 이것은 본 발명의 범위 내에 있다. 예를 들어, 스펙트럼 추정은 주기도 (periodogram) 기술, 프로니 (Prony) 추정기, 피사렌코 (Pisarenko) 고조파 분해 기술 등에 기초하여 수행될 수도 있다. MUSIC 기술을 포함하여, 이들 다양한 스펙트럼 추정 기술은 "현대 스펙트럼 추정의 튜토리얼 개관" Proc.IEEE, 1989년, pp.2152~2157 에서 S.L.Marple Jr. 에 의해, 그리고, "신호의 모델 기반 프로세싱: 상태 공간 접근" Proc.IEEE, Vol.80, No.2, 1992년 2월, pp.283~309 에서 B.D.Kao 및 K.S.Arun 에 의해 설명되어 있다.

도 4 는 스펙트럼 추정을 사용하여 채널 추정을 수행하기 위한 프로세스 (400) 의 흐름도를 도시한 것이다. 수신 OFDM 심볼이 통신 채널로부터 획득되고, 부분 또는 풀 주파수 응답 추정치를 획득하기 위해 프로세싱된다 (블록 412). 통신 채널은 무선 채널 또는 유선 채널일 수도 있다. 협대역 파일럿에 있어서, 파일럿을 갖는 각각의 OFDM 심볼에서 N 개의 전체 서브밴드의 작은 서브세트에 대해 부분 주파수 응답 추정치가 획득될 수도 있다. 광대역 파일럿에 있어서, 파일럿을 갖는 각각의 OFDM 심볼에서 N 개의 전체 서브밴드의 다수 또는 그 서브밴드의 모두에 대해 풀 주파수 응답 추정치가 획득될 수도 있다.

그 후, 현재의 수신 OFDM 심볼에 대한 주파수 응답 추정치 및 가능하게는 이전의 수신 OFDM 심볼에 대한 주파수 응답 추정치에 대해, 스펙트럼 추정이 수행되어, 주파수 응답 추정치(들)의 하나 이상의 주파수 성분이 결정된다 (블록 414). 스펙트럼 추정은 MUSIC, 주기도, 프로니 추정기, 피사렌코 고조파 분해, 또는 기타 다른 기술에 기초할 수도 있다. 통상적으로, 각각의 스펙트럼 추정 기술은 일부 타입의 평균화를 이용하여, 탐색되는 주파수 성분(들)의 우수한 추정치를 획득한다. 그 후, 스펙트럼 추정을 종결할 지를 판정한다 (블록 416). 스펙트럼 추정은, 예를 들어, 파일럿을 갖는 소정 수의 OFDM 심볼이 프로세싱된 이후, 계산된 에러 기준이 소정의 임계값 미만인 경우 등과 같이 다양한 기준에 기초하여 종결될 수도 있다. 종결 기준은, 사용을 위해 선택된 스펙트럼 추정 기술에 의 존할 수도 있다. 블록 416 에서 판정될 때, 스펙트럼 추정이 계속된다면, 프로세스는 블록 412 로 리턴하여, 파일럿을 갖는 또 다른 OFDM 심볼을 프로세싱한다. 그렇지 않으면, 스펙트럼 추정에 의해 결정된 주파수 성분(들)에 기초하여 채널 추정치가 획득된다 (블록 418). 예를 들어, 채널 추정치는 채널 임펄스 응답 추정치에 대한 L 개의 채널 탭 및/또는 L 개의 탭 지연 (여기서, L

1), 채널 주파수 응답 추정치에 대한 채널 이득, 신호 도달 시간, 채널 프로파일 등을 포함할 수도 있다.

여기에서 설명되는 기술들은, 시스템 대역폭의 오직 작은 부분이 임의의 소정 시간에 관측가능하도록 파일럿이 송신될지라도 우수한 레졸루션을 갖는 채널 추정치를 획득하기 위해 사용될 수도 있다. 만약 파일럿이 한번에 오직 M 개의 서브밴드를 통해 송신되고, 여기서 M 은 N 보다 훨씬 작을 수도 있다면, 수신기는, 이들 M 개의 서브밴드를 통해 수신된 파일럿에 기초하여 오직 상대적으로 협대역을 통해 무선 채널을 관측할 수 있다. 따라서, 1/M 의 지연 레졸루션은 M 개의 서브밴드의 각 세트에 대한 협대역 파일럿에 기초하여 획득될 수도 있으며, 여기서, M 이 N 보다 훨씬 작다면, 1/M 은 1/N 보다 훨씬 더 코오스 (coarse) 하다. 여기에서 설명된 기술들은, 임의의 하나의 협대역 파일럿 송신으로 가능한 것보다 훨씬 우수한 레졸루션일 수도 있는 1/N 의 지연 레졸루션을 갖는 채널 탭을 제공할 수 있다.

또한, 여기에서 설명되는 기술들은 과도한 지연 확산을 취급하기 위해 사용될 수도 있다. OFDM-기반 시스템은, 사이클릭 프리픽스 길이와 같거나 작은 지연 확산에 대한 내성을 가질 수 있다. 무선 채널의 지연 확산은 무선 채널에 대한 임펄스 응답의 시간 범위 (또는 지속기간) 이며, 이는 d_last-d₁ 이며, d₁ 은 가장 이른 채널 탭이며, d_last 는 가장 늦은 채널 탭이다. 만약 지연 확산이 사이클릭 프리픽스 길이와 같거나 작으면, N 개의 서브밴드는 서로 직교이다. 만약 지연 확산이 사이클릭 프리픽스 길이보다 크다면, 과도한 지연 확산이 발생한다. 이 경우, C 보다 큰 지연을 갖는 채널 탭 (즉, 채널 임펄스 응답의 "과도한" 부분) 은, 시스템 성능을 열화시킬 수 있는 ISI 및 채널 추정 에러와 같은 다양한 유해한 효과를 야기할 수 있다. 여기에서 설명되는 기술들을 이용하여, 탭 지연이 확인될 수도 있으며, 채널 임펄스 응답의 과도한 부분이 식별될 수도 있다. 과도한 지연 확산의 존재에 대한 이러한 정보는 더 우수한 성능을 위해 "매우 신속하게 (on the fly)" 수신기를 최적화하도록 사용될 수도 있다. 예를 들어, 2004 년 1 월 21 일자 출원된 미국 가출원 번호 60/538,210 을 우선권 주장하며, "과도한 지연 확산을 갖는 OFDM 시스템에 대한 파일럿 송신 및 채널 추정" 이라는 명칭으로 2004 년 4 월 9 일자로 출원되고 공동 양수된 미국 특허출원 번호 제 10/821,706 호에 설명된 바와 같이, 과도한 부분을 캡쳐할 수 있는 더 긴 임펄스 응답 추정치를 획득하기 위하여, 서브밴드의 다중의 세트 (서브밴드의 각 세트 대신에) 를 통해 수신된 파일럿 심볼에 기초하여 수신기는 채널 추정을 수행할 수도 있다.

또한, 여기에서 설명되는 기술들은, 수신기에서 신호의 도달 시간의 결정을 수반하는 시간-동기화를 달성하기 위해 수신기에 의해 이용될 수도 있다. 통상적으로, 송신기가 임의의 시간 순간에 송신할 수도 있고 무선 채널이 미지의 지연 을 도입할 수도 있기 때문에, 수신기는 신호의 도달 시간을 사전에 알지 못한다. 신호의 도달 시간이 결정될 수 있는 레졸루션은 채널 관측의 대역폭에 의해 제한된다. 따라서, 만약 M 이 N 보다 훨씬 작다면, M 개의 서브밴드의 임의의 일 세트를 통해 수신된 파일럿에 기초하여, 오직 코오스한 도달 시간만이 추정될 수도 있다. 여기에서 설명되는 기술들은 무선 채널을 통해 송신된 신호의 더 정확한 도달 시간을 제공할 수 있다 (상술한 바와 같이, L=1 인 경우). 신호가 수신되는 시간에 대한 정확한 정보는, 많은 수신기 프로세싱 (예를 들어, 복조 및 디코딩) 이 통상적으로 이 정보에 기초하여 수행되기 때문에 중요하다.

도 5 는 OFDM-기반 시스템 (예를 들어, OFDMA 시스템) 에서 단말기 (500) 및 기지국 (550) 의 블록도를 도시한 것이다. 역방향 링크를 통해, 단말기 (500) 에서, 송신 (TX) 데이터 프로세서 (510) 는 트래픽 및 제어 데이터를 수신, 포매팅, 코딩, 인터리빙, 및 변조 (즉, 심볼 매핑) 하고, 변조 심볼 (또는 데이터 심볼) 을 제공한다. OFDM 변조기 (520) 는 데이터 심볼 및 파일럿 심볼을 수신하고, 상술한 바와 같이 OFDM 변조를 수행하며, OFDM 심볼의 스트림을 제공한다. 파일럿 및 데이터 심볼은 (예를 들어, 도 1a 및 도 1b 에 도시된 바와 같이) 다양한 방식으로 송신될 수도 있다. OFDMA 시스템에 있어서, 데이터 및 파일럿 심볼은 (예를 들어, 도 1a 에 도시된 바와 같이) 단말기 (500) 에 할당된 M 개의 서브밴드를 통해 송신될 수도 있다. 송신기 유닛 (TMTR; 522) 은 OFDM 심볼의 스트림을 수신 및 컨디셔닝 (예를 들어, 아날로그로의 변환, 증폭, 필터링, 및 주파수 상향변환) 하여, 안테나 (524) 를 통해 기지국 (550) 으로 송신되는 역방향 링 크 신호를 생성한다.

기지국 (550) 에서, 안테나 (552) 는 역방향 링크 신호를 수신하고, 수신 신호를 수신기 유닛 (RCVR; 554) 에 제공한다. 수신기 유닛 (554) 은 수신 신호를 컨디셔닝 (예를 들어, 필터링, 증폭, 및 주파수 하향변환) 하고, 컨디셔닝된 신호를 디지털화하며, 수신 칩을 OFDM 복조기 (556) 에 제공한다.

도 6 은 OFDM 복조기 (556) 및 채널 추정기 (568) 의 일 실시형태를 도시한 것이다. OFDM 복조기 (556) 내에서, 사이클릭 프리픽스 제거 유닛 (612) 은 각각의 OFDM 심볼에 부가된 사이클릭 프리픽스를 제거한다. 그 후, FFT 유닛 (614) 은 각각의 수신된 변환 심볼을 N-포인트 FFT 를 사용하여 주파수 도메인으로 변환하고, N 개의 서브밴드에 대한 N 개의 수신 심볼을 획득한다. FFT 유닛 (614) 은 수신된 파일럿 심볼을 채널 추정기 (568) 에 제공하고, 수신된 데이터 심볼을 데이터 검출기 (616) 에 제공한다. 또한, 데이터 검출기 (616) 는 채널 추정기 (568) 로부터 역방향 링크에 대한 주파수 응답 추정치를 수신하고, 이 주파수 응답 추정치로, 수신 데이터 심볼에 대한 검출 (예를 들어, 정합 필터링 또는 이퀄라이제이션) 을 수행하며, 검출된 데이터 심볼 (송신된 데이터 심볼의 추정치임) 을 수신 (RX) 데이터 프로세서 (558) 에 제공한다.

채널 추정기 (568) 는 수신된 파일럿 심볼을 획득하고 채널 추정을 수행한다. 채널 추정기 (568) 내에서, 파일럿 검출기 (622) 는 수신된 파일럿 심볼에 대한 변조를 제거하여, 단말기 (500) 에 대한 역방향 링크의 주파수 응답 추정치를 획득한다. 스펙트럼 추정기 (624) 는 스펙트럼 추정을 수행하여, 주파수 응답 추정치의 하나 이상의 주파수 성분을 획득한다. 스펙트럼 추정기 (624) 는 도 3 의 프로세스 (300) 을 수행할 수도 있고, 또는, 기타 다른 스펙트럼 추정 기술을 채용할 수도 있다. 사후 프로세서 (post processor; 626) 는 스펙트럼 추정기 (624) 로부터 주파수 성분(들)을 수신 및 이용하여 단말기 (500) 에 대한 역방향 링크의 채널 추정치를 유도한다. 사후 프로세서 (626) 는 풀 채널 임펄스 응답 추정치, 풀 채널 주파수 응답 추정치 등을 유도할 수도 있다. OFDMA 시스템에 있어서, 다중의 단말기는 자신의 할당된 서브밴드를 통해 역방향 링크 상에서 파일럿을 동시에 송신할 수도 있다. 그 후, 채널 추정기 (568) 는 단말기로부터 수신된 파일럿 심볼에 기초하여 각각의 단말기에 대한 주파수 응답 추정치를 획득하고, 이 주파수 응답 추정치의 하나 이상의 주파수 성분을 결정하며, 단말기에 대한 채널 추정치를 유도한다.

타이밍 루프 (628) 는 스펙트럼 추정기 (624) 로부터 단말기 (500) 에 대한 신호 도달 시간을 수신하고, 시간-동기화를 수행한다. 예를 들어, 타이밍 루프 (628) 는 단말기 (500) 에 의해 송신된 송신물의 타이밍을 조정하는데 사용되는 타이밍 제어를 생성하여, 그 송신물이 기지국 (550) 에서 적절히 시간-정렬되게 할 수도 있다. 시간-동기화는, 다중의 단말기로부터의 송신물이 기지국에서 서로 간섭이 없거나 최소로 간섭한다는 것을 다중접속 시스템이 보장하기 위해 중요하다. 또 다른 방법으로 또는 부가적으로, 타이밍 루프 (628) 는 OFDM 복조기 (556) 의 타이밍을 조정하기 위해 제어 신호 이용을 생성할 수도 있다. (예를 들어, 단일-오더 루프를 구현할 수도 있는) 타이밍 루프 (628) 는, 단말기 (500) 로부터의 송신물이 기준 시간에 비해 이른지 또는 늦은지를 검출할 수도 있으며, 그 송신물이 기지국 (550) 에서 기준 시간에 도달하도록 단말기 (500) 로 하여금 자신의 타이밍을 전진 또는 지연시키게 명령하는데 이용되는 전진/지연 제어를 생성할 수도 있다.

도 5 를 다시 참조하면, RX 데이터 프로세서 (558) 는 검출된 데이터 심볼을 복조 (즉, 심볼 디-매핑), 디-인터리빙, 및 디코딩하여 송신 데이터를 복원한다. OFDM 복조기 (556) 및 RX 데이터 프로세서 (558) 에 의한 프로세싱은 각각 단말기 (500) 에서의 OFDM 변조기 (520) 및 TX 데이터 프로세서 (510) 에 의한 프로세싱에 상보적이다.

순방향 링크를 통하여, TX 데이터 프로세서 (582) 는 트래픽 및 제어 데이터를 프로세싱하고 데이터 심볼을 제공한다. OFDM 변조기 (584) 는 데이터 심볼을 수신하여 파일럿 심볼과 멀티플렉싱하고, OFDM 변조를 수행하며, OFDM 심볼의 스트림을 제공한다. 동일하거나 상이한 송신 방식이 순방향 링크 및 역방향 링크에 대해 사용될 수도 있다. 예를 들어, 도 1a 에 도시된 송신 방식은 역방향 링크에 대해 사용될 수도 있으며, 도 1b 에 도시된 송신 방식은 순방향 링크에 대해 사용될 수도 있다. 동일하거나 상이한 수의 서브밴드가 순방향 링크 및 역방향 링크를 통한 파일럿 송신을 위해 사용될 수도 있다. 어떠한 경우라도, 송신기 유닛 (586) 은 OFDM 심볼의 스트림을 수신 및 프로세싱하여, 안테나 (552) 를 통해 단말기로 송신되는 순방향 링크 신호를 생성한다.

단말기 (500) 에서, 기지국 (550) 으로부터의 순방향 링크 신호는 안테나 (524) 에 의해 수신되고 수신기 유닛 (542) 에 의해 프로세싱되어 수신 칩이 획득된다. 그 후, OFDM 복조기 (544) 는 수신 칩을 프로세싱하고, 수신 파일럿 심볼을 채널 추정기 (528) 에 제공하고, 검출된 데이터 심볼을 RX 데이터 프로세서 (546) 에 제공한다. 채널 추정기 (528) 는, 예를 들어, 도 3 에 도시된 것과 같은 스펙트럼 추정 기술을 이용하여 순방향 링크에 대한 채널 추정을 수행한다. 또한, 채널 추정기 (528) 는 도 6 에 도시된 바와 같이 구현될 수도 있다. RX 데이터 프로세서 (546) 는 검출된 데이터 심볼을 프로세싱하여, 기지국 (550) 에 의해 송신된 트래픽 데이터를 복원한다.

프로세서 (530 및 570) 는 각각 단말기 (500) 및 기지국 (550) 에서의 동작을 명령한다. 메모리 유닛 (532 및 572) 은 각각 프로세서 (530 및 570) 에 의해 사용되는 프로그램 코드 및 데이터를 저장한다. 또한, 프로세서 (530 및 570) 는 각각 채널 추정기 (528 및 568) 를 구현할 수도 있으며, 각각 순방향 링크 및 역방향 링크에 대한 채널 추정을 수행할 수도 있다.

여기에서 설명되는 채널 추정 기술들은 다양한 수단에 의해 구현될 수도 있다. 예를 들어, 이들 기술들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 조합물로 구현될 수도 있다. 하드웨어 구현에 있어서, 채널 추정을 수행하는데 이용되는 프로세싱 유닛은 하나 이상의 주문형 집적회로 (ASIC), 디지털 신호 프로세서 (DSP), 디지털 신호 프로세싱 디바이스 (DSPD), 프로그래머블 로직 디바이스 (PLD), 필드 프로그래머블 게이트 어레이 (FPGA), 프로세서, 제어기, 마이크로-제어기, 마이크로 프로세서, 여기에서 설명된 기능들을 수행하도록 설계된 다른 전자 유닛, 또는 이들의 조합물 내에서 구현될 수도 있다.

소프트웨어 구현에 있어서, 채널 추정 기술은, 여기에서 설명된 기능들을 수행하는 모듈 (예를 들어, 절차, 함수 등) 로 구현될 수도 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛 (예를 들어, 도 5 에서의 메모리 유닛 (532 또는 572)) 에 저장될 수도 있으며, 프로세서 (예를 들어, 제어기 (530 또는 570)) 에 의해 실행될 수도 있다. 메모리 유닛은 프로세서 내부 또는 프로세서 외부에 구현될 수도 있으며, 외부에 구현될 경우에는, 당업계에 공지된 바와 같은 다양한 수단을 통해 프로세서에 통신적으로 커플링될 수 있다.

개시된 실시형태에 대한 상기 설명은 당업자로 하여금 본 발명을 제조 또는 이용할 수 있도록 제공된다. 이들 실시형태에 대한 다양한 변형은 당업자에게 명백하며, 여기에서 정의된 일반적인 원리는 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어남없이 다른 실시형태에 적용될 수도 있다. 따라서, 본 발명은 여기에서 설명된 실시형태들에 제한되려는 것이 아니며, 여기에서 개시된 원리 및 신규한 특징과 부합하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.

Claims

이동국을 이용하여 무선 통신 시스템에서 통신 채널에 대한 채널 추정을 수행하는 방법으로서,

상기 통신 채널에 대한 제 1 채널 추정치를 획득하는 단계;

상기 제 1 채널 추정치의, 채널 탭에 대한 지연을 지시하는 하나 이상의 주파수 성분을 결정하기 위하여, 상기 제 1 채널 추정치에 대해 스펙트럼 추정을 수행하는 단계; 및

상기 제 1 채널 추정치의 결정된 하나 이상의 주파수 성분에 기초하여, 상기 통신 채널에 대한 제 2 채널 추정치를 획득하는 단계를 포함하는, 채널 추정 수행 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 채널 추정치는 상기 통신 채널에 대한 주파수 응답 추정치를 결정하는 단계를 포함하며,

스펙트럼 추정이 상기 주파수 응답 추정치에 대해 수행되는, 채널 추정 수행 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 하나 이상의 주파수 성분 각각은 상기 통신 채널에 대한 임펄스 응답 추정치에 있어서 채널 탭에 대한 지연을 나타내는, 채널 추정 수행 방법.
제 2 항에 있어서,

서브밴드의 복수의 상이한 세트에 대한 복수의 부분 주파수 응답 추정치를 획득하는 단계를 더 포함하며,

각각의 부분 주파수 응답 추정치는 상기 시스템에 대한 전체 대역폭의 일부를 위한 것이고 서브밴드의 일 세트로부터 획득되며,

상기 스펙트럼 추정은, 상기 하나 이상의 주파수 성분을 결정하기 위하여 상기 복수의 부분 주파수 응답 추정치에 대해 수행되는, 채널 추정 수행 방법.
제 4 항에 있어서,

서브밴드의 각 세트는 상기 시스템에 대한 N 개의 전체 서브밴드의 서브세트를 포함하며,

N 은 1 보다 큰 정수인, 채널 추정 수행 방법.
제 4 항에 있어서,

서브밴드의 각 세트는 상기 시스템에서의 M 개의 연속적인 서브밴드를 포함하며,

M 은 1 보다 큰 정수인, 채널 추정 수행 방법.
제 4 항에 있어서,

서브밴드의 각 세트는, 상기 시스템에 대한 N 개의 전체 서브밴드 전반에 균 등하게 분배되는 M 개의 서브밴드를 포함하며,

M 과 N 은 1 보다 큰 정수이며, M 은 N 보다 작은, 채널 추정 수행 방법.
제 4 항에 있어서,

서브밴드의 상이한 세트는 주파수 호핑용으로 사용되는 의사-랜덤 시퀀스에 의해 결정되는, 채널 추정 수행 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 주파수 응답 추정치를 결정하는 단계는, 광대역 파일럿에 기초하여 획득되며, 상기 시스템에 대한 다수의 서브밴드 또는 상기 시스템에 대한 모든 서브밴드의 채널 이득 추정치를 포함하는, 채널 추정 수행 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제 2 채널 추정치를 획득하는 단계는 상기 통신 채널에 대한 임펄스 응답 추정치의 하나 이상의 채널 탭 지연을 포함하는, 채널 추정 수행 방법.
제 10 항에 있어서,

상기 제 2 채널 추정치를 획득하는 단계는 상기 하나 이상의 채널 탭 지연에서의 하나 이상의 채널 탭 이득을 더 포함하는, 채널 추정 수행 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제 2 채널 추정치를 획득하는 단계는 상기 통신 채널의 복수의 서브밴드에 대한 복수의 채널 이득을 포함하는, 채널 추정 수행 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제 2 채널 추정치를 획득하는 단계는, 상기 통신 채널을 통하여 송신된 신호의 도달 시간을 나타내는 지연 값을 포함하는, 채널 추정 수행 방법.
제 13 항에 있어서,

상기 통신 채널을 통하여 수신된 데이터 송신물의 시간 동기화를 위해 상기 지연 값을 이용하는 단계를 더 포함하는, 채널 추정 수행 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 스펙트럼 추정을 수행하는 단계는 다중 신호 분류 (MUSIC) 기술에 기초하여 수행하는 단계를 포함하는, 채널 추정 수행 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 스펙트럼 추정을 수행하는 단계는 주기도 기술, 프로니 추정기, 또는 피사렌코 고조파 분해 기술에 기초하여 수행하는 단계를 포함하는, 채널 추정 수행 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 통신 시스템은 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 (OFDM) 을 이용하는, 채널 추정 수행 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 통신 시스템은 직교 주파수 분할 다중 접속 (OFDMA) 시스템인, 채널 추정 수행 방법.
이동국을 이용하여 무선 통신 시스템에서 통신 채널에 대한 채널 추정을 수행하도록 동작가능한 장치로서,

상기 통신 채널에 대한 제 1 채널 추정치를 획득하도록 동작하는 검출기;

상기 제 1 채널 추정치의, 채널 탭에 대한 지연을 지시하는 하나 이상의 주파수 성분을 결정하기 위하여, 상기 제 1 채널 추정치에 대해 스펙트럼 추정을 수행하도록 동작하는 스펙트럼 추정기; 및

상기 제 1 채널 추정치의 결정된 하나 이상의 주파수 성분에 기초하여, 상기 통신 채널에 대한 제 2 채널 추정치를 획득하도록 동작하는 프로세서를 구비하는, 채널 추정 수행 장치.
제 19 항에 있어서,

상기 제 1 채널 추정치는 상기 통신 채널에 대한 주파수 응답 추정치를 포함하며,

상기 하나 이상의 주파수 성분 각각은 상기 통신 채널에 대한 임펄스 응답 추정치에서의 채널 탭에 대한 지연을 나타내며,

상기 제 2 채널 추정치는 상기 임펄스 응답 추정치에 대한 하나 이상의 채널 탭 지연을 포함하는, 채널 추정 수행 장치.
제 19 항에 있어서,

상기 검출기는 서브밴드의 복수의 상이한 세트에 대한 복수의 부분 주파수 응답 추정치를 획득하도록 동작하며,

상기 스펙트럼 추정기는 상기 하나 이상의 주파수 성분을 결정하기 위하여, 상기 복수의 부분 주파수 응답 추정치에 대해 스펙트럼 추정을 수행하도록 동작하는, 채널 추정 수행 장치.
제 20 항에 있어서,

상기 스펙트럼 추정기로부터, 상기 통신 채널을 통하여 송신된 신호의 도달 시간을 나타내는 지연 값을 획득하고, 상기 통신 채널을 통하여 수신된 데이터 송신물의 시간 동기화를 위해 상기 지연 값을 이용하도록 동작하는 타이밍 유닛을 더 구비하는, 채널 추정 수행 장치.
이동국을 이용하여 무선 통신 시스템에서 통신 채널에 대한 채널 추정을 수행하도록 동작가능한 장치로서,

상기 통신 채널에 대한 제 1 채널 추정치를 획득하는 수단;

상기 제 1 채널 추정치의, 채널 탭에 대한 지연을 지시하는 하나 이상의 주파수 성분을 결정하기 위하여, 상기 제 1 채널 추정치에 대해 스펙트럼 추정을 수행하는 수단; 및

상기 제 1 채널 추정치의 결정된 하나 이상의 주파수 성분에 기초하여, 상기 통신 채널에 대한 제 2 채널 추정치를 획득하는 수단을 구비하는, 채널 추정 수행 장치.
제 23 항에 있어서,

상기 제 1 채널 추정치는 상기 통신 채널에 대한 주파수 응답 추정치를 포함하며,

상기 하나 이상의 주파수 성분 각각은 상기 통신 채널에 대한 임펄스 응답 추정치에서의 채널 탭에 대한 지연을 나타내며,

상기 제 2 채널 추정치는 상기 임펄스 응답 추정치에 대한 하나 이상의 채널 탭 지연을 포함하는, 채널 추정 수행 장치.
이동국을 이용하여 무선 통신 시스템에서 통신 채널에 대한 채널 추정을 수행하는 방법으로서,

상기 통신 채널에 대한 주파수 응답 추정치를 획득하는 단계;

상기 주파수 응답 추정치에 기초하여 상관 행렬을 유도하는 단계;

상기 상관 행렬에 기초하여, 1 보다 큰 정수인 T 개의 잡음 아이겐 벡터를 획득하는 단계; 및

상기 T 개의 잡음 아이겐 벡터에 기초하여 상기 통신 채널에 대한 채널 추정치를 획득하는 단계를 포함하는, 채널 추정 수행 방법.
제 25 항에 있어서,

서브밴드의 복수의 상이한 세트에 대한 복수의 부분 주파수 응답 추정치를 획득하는 단계를 더 포함하며,

각각의 부분 주파수 응답 추정치는 상기 시스템에 대한 전체 대역폭의 일부를 위한 것이고 서브밴드의 일 세트로부터 획득되며,

상기 통신 채널에 대한 주파수 응답 추정치는 상기 복수의 부분 주파수 응답 추정치를 포함하는, 채널 추정 수행 방법.
제 26 항에 있어서,

상관 행렬을 유도하는 상기 단계는,

상기 복수의 부분 주파수 응답 추정치 각각에 대한 외적 행렬을 계산하는 단계; 및

상기 상관 행렬을 획득하기 위하여, 상기 복수의 부분 주파수 응답 추정치에 대해 계산된 복수의 외적 행렬을 평균화하는 단계를 포함하는, 채널 추정 수행 방법.
제 25 항에 있어서,

T 개의 잡음 아이겐 벡터를 획득하는 상기 단계는,

상기 상관 행렬의 아이겐 값 분해를 수행하여 아이겐 값의 대각 행렬 및 아이겐 벡터의 유니터리 행렬을 획득하는 단계를 포함하며,

상기 T 개의 잡음 아이겐 벡터는, 상기 대각 행렬에서의 T 개의 최소 아이겐 값에 대응하는 상기 유니터리 행렬에서의 T 개의 아이겐 벡터인, 채널 추정 수행 방법.
제 25 항에 있어서,

상기 통신 채널에 대한 채널 추정치를 획득하는 상기 단계는,

N 개의 가정된 지연 값 각각에 대한 비용 값을, 상기 T 개의 잡음 아이겐 벡터 및 상기 가정된 지연 값의 비용 함수에 기초하여 계산하는 단계로서, N 은 T 보다 큰 정수이고 N 개의 비용 값은 상기 N 개의 가정된 지연 값에 대해 계산되는, 상기 계산 단계;

상기 N 개의 비용 값 중에서 L 개의 최대 비용 값을 식별하는 단계로서, L 은 1 보다 큰 정수인, 상기 식별 단계; 및

상기 L 개의 최대 비용 값에 대한 L 개의 가정된 지연 값을 상기 통신 채널에 대한 임펄스 응답 추정치에서의 L 개의 채널 탭의 지연으로서 제공하는 단계로서, 상기 통신 채널에 대한 채널 추정치는 L 개의 채널 탭 지연을 포함하는, 상기 제공 단계를 포함하는, 채널 추정 수행 방법.
제 29 항에 있어서,

상기 통신 채널에 대한 채널 추정치를 획득하는 상기 단계는,

상기 L 개의 탭 지연 및 상기 주파수 응답 추정치에 기초하여 상기 임펄스 응답 추정치에서의 상기 L 개의 채널 탭의 이득을 유도하는 단계를 더 포함하며,

상기 통신 채널에 대한 채널 추정치는 L 개의 채널 탭 이득을 더 포함하는, 채널 추정 수행 방법.
제 30 항에 있어서,

상기 통신 채널에 대한 채널 추정치를 획득하는 상기 단계는,

상기 임펄스 응답 추정치에 기초하여, 상기 통신 채널의 N 개의 전체 서브밴드에 대한 풀 주파수 응답 추정치를 획득하는 단계를 더 포함하는, 채널 추정 수행 방법.
이동국을 이용하여 무선 통신 시스템에서 통신 채널에 대한 채널 추정을 수행하도록 동작가능한 장치로서,

상기 통신 채널에 대한 주파수 응답 추정치를 획득하도록 동작하는 검출기; 및

상기 주파수 응답 추정치에 기초하여 상관 행렬을 유도하고, 상기 상관 행렬에 기초하여, 1 보다 큰 정수인 T 개의 잡음 아이겐 벡터를 획득하며, 상기 T 개의 잡음 아이겐 벡터에 기초하여 상기 통신 채널에 대한 채널 추정치를 획득하도록 동작하는 스펙트럼 추정기를 구비하는, 채널 추정 수행 장치.
제 32 항에 있어서,

상기 검출기는 서브밴드의 복수의 상이한 세트에 대한 복수의 부분 주파수 응답 추정치를 획득하도록 동작하며,

각각의 부분 주파수 응답 추정치는 상기 시스템에 대한 전체 대역폭의 일부를 위한 것이고 서브밴드의 일 세트로부터 획득되며,

상기 스펙트럼 추정기는 상기 복수의 부분 주파수 응답 추정치에 기초하여 상기 상관 행렬을 유도하도록 동작하는, 채널 추정 수행 장치.
이동국을 이용하여 무선 통신 시스템에서 통신 채널에 대한 채널 추정을 수행하도록 동작가능한 장치로서,

상기 통신 채널에 대한 주파수 응답 추정치를 획득하는 수단;

상기 주파수 응답 추정치에 기초하여 상관 행렬을 유도하는 수단;

상기 상관 행렬에 기초하여, 1 보다 큰 정수인 T 개의 잡음 아이겐 벡터를 획득하는 수단; 및

상기 T 개의 잡음 아이겐 벡터에 기초하여 상기 통신 채널에 대한 채널 추정치를 획득하는 수단을 구비하는, 채널 추정 수행 장치.
제 34 항에 있어서,

서브밴드의 복수의 상이한 세트에 대한 복수의 부분 주파수 응답 추정치를 획득하는 수단을 더 구비하며,

각각의 부분 주파수 응답 추정치는 상기 시스템에 대한 전체 대역폭의 일부를 위한 것이고 서브밴드의 일 세트로부터 획득되며,

상기 통신 채널에 대한 주파수 응답 추정치는 상기 복수의 부분 주파수 응답 추정치를 포함하는, 채널 추정 수행 장치.
이동국을 이용하여 무선 통신 시스템에서 통신 채널에 대한 채널 추정을 수행하도록 하는 명령을 저장하는 컴퓨터 판독가능 매체로서, 상기 명령은,

상기 통신 채널에 대한 제 1 채널 추정치를 획득하는 명령;

상기 제 1 채널 추정치의, 채널 탭에 대한 지연을 지시하는 하나 이상의 주파수 성분을 결정하기 위하여, 상기 제 1 채널 추정치에 대해 스펙트럼 추정을 수행하는 명령; 및

상기 제 1 채널 추정치의 결정된 하나 이상의 주파수 성분에 기초하여, 상기 통신 채널에 대한 제 2 채널 추정치를 획득하는 명령을 포함하는, 컴퓨터 판독가능 매체.