KR100883348B1 - 계층변조 기반 수신 시스템에서의 채널 추정 장치 및 그방법 - Google Patents

계층변조 기반 수신 시스템에서의 채널 추정 장치 및 그방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 계층변조 기반 수신 시스템에서의 채널 추정 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주파수 영역의 신호와 선순위 송신신호 및 후순위 송신신호를 이용하여 채널을 추정하되, 상기 선순위 송신신호와 후순위 송신신호에 각각 가중치를 부여하여 채널을 추정함으로써, 훈련신호(훈련심볼) 없이 채널을 추정하기 위한, 계층변조 기반 수신 시스템에서의 채널 추정 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 계층변조 기반 수신 시스템에서의 채널 추정 장치에 있어서, 수신신호를 주파수 영역의 신호로 변환하기 위한 복조 수단; 상기 복조 수단에서 복조한 주파수 영역의 신호와 이전에 추정된 추정채널을 이용하여 채널 등화를 수행하기 위한 채널 등화 수단; 상기 채널 등화 수단에서 채널 등화된 신호로부터 선순위 송신신호 및 후순위 송신신호를 추정하기 위한 송신신호 추정 수단; 및 상기 복조 수단에서 복조한 주파수 영역의 신호와 상기 송신신호 추정 수단에서 추정한 선순위 송신신호 및 후순위 송신신호를 이용하여 채널을 추정하되, 상기 송신신호 추정 수단에서 추정한 선순위 송신신호 및 후순위 송신신호에 각각 가중치를 부여하여 채널을 추정하기 위한 채널 추정 수단을 포함한다.
Figure R1020070070190
지상파 DMB, 수신장치, 채널 추정, 채널 등화, 디지털 방송, 계층변조

Description

계층변조 기반 수신 시스템에서의 채널 추정 장치 및 그 방법{Apparatus and method for estimating channel in receiving system based on hierarchical modulation}
본 발명은 계층변조 기반 수신 시스템에서의 채널 추정 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주파수 영역의 신호와 선순위 송신신호 및 후순위 송신신호를 이용하여 채널을 추정하되, 상기 선순위 송신신호와 후순위 송신신호에 각각 가중치를 부여하여 채널을 추정함으로써, 훈련신호(훈련심볼) 없이 채널을 추정하기 위한, 계층변조 기반 수신 시스템에서의 채널 추정 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT신성장동력핵심기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2006-S-017-01, 과제명: 지상파 DMB 전송 고도화 기술].
일반적으로, 파일롯을 전송하지 않는 OFDM 방식 시스템에서의 채널 추정 방 법은 하기와 같다.
OFDM 변조방식에서 n 번째 OFDM 심볼의 k 번째 부반송파의 송신심볼을 X(n,k)라 하고, OFDM 복조 후 수신심볼을 Y(n,k)라 할 때, k 번째 부채널인 H(n,k)의 추정값(
Figure 112007050914640-pat00001
)은 하기의 [수학식 1]과 같다.
Figure 112007050914640-pat00002
여기서, 파일롯을 전송하지 않는 경우 송신심볼(X(n,k))을 알 수 없으므로, 수신기에서 하기의 [수학식 2]를 이용하여 수신심볼을 판정하여 추정한다.
Figure 112007050914640-pat00003
여기서, Dec[ ]는 판정치(decision value)를 의미한다.
이하, 도 1을 참조하여 종래의 계층변조 기반 지상파 DMB 수신 시스템에서의 채널 추정 방법에 대해 살펴보기로 한다.
도 1 은 일반적인 계층변조 기반 지상파 DMB 수신 시스템에서의 16-QAM 계층변조에 따른 신호점에 대한 일예시도로서, (a)는 홀수 번째 OFDM 심볼의 심호점 위 치를 나타내고, (b)는 짝수 번째 OFDM 심볼의 신호점 위치를 나타낸다.
도 1에 도시된 바와 같이, 계층변조 기반 지상파 DMB 수신 시스템에서 16-QAM 계층변조에 따른 신호점은 16개이다. 이때, 각 신호점을 하기의 [수학식 3]과 같이 선순위 신호(XHP(n,k))와 후순위 신호(XLP(n,k))의 합으로 나타낸다.
X(n,k) = XHP(n,k) + XLP(n,k)
계층변조의 경우, XHP(n,k)와 XLP(n,k)를 각각 추정한 값인
Figure 112007050914640-pat00004
와
Figure 112007050914640-pat00005
는 서로 다른 정확도를 갖는다.
즉, 선순위 신호는 DQPSK 변조된 신호로서, 신호점 간의 거리가 후순위 신호에 비해 멀기 때문에 후순위 신호에 비해 훨씬 큰 신호대잡음비(Signal-to-Noise Ratio, SNR)를 갖는다.
또한, 후순위 신호는 선순위 신호가 완벽하게 오류 없이 수신되는 환경에서 추가적으로 데이터를 수신하는 것이므로, 선순위 신호는 수신기에서 채널 복호화 과정을 끝냈을 때 오류 없이 전송된다고 가정할 수 있다.
복호를 끝낸 선순위 데이터인
Figure 112007050914640-pat00006
으로부터 다시 재생한 송신신호를
Figure 112007050914640-pat00007
라 할 때, 하기의 [수학식 4]를 이용하여 k 번째 부채널을 추정한다.
Figure 112007050914640-pat00008
여기서,
Figure 112007050914640-pat00009
는 채널등화기 출력에서 후순위 신호를 복조하여 판정한 값을 나타낸다.
이러한 종래의 계층변조 기반 지상파 DMB 수신 시스템에서의 채널 추정 방법은, XHP(n,k)와 XLP(n,k)를 각각 추정한 값인
Figure 112007050914640-pat00010
와
Figure 112007050914640-pat00011
를 단순히 합산하여 채널을 추정하기 때문에 정확한 채널 추정이 불가능한 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 주파수 영역의 신호와 선순위 송신신호 및 후순위 송신신호를 이용하여 채널을 추정하되, 상기 선순위 송신신호와 후순위 송신신호에 각각 가중치를 부여하여 채널을 추정함으로써, 훈련신호(훈련심볼) 없이 채널을 추정하기 위한, 계층변조 기반 수신 시스템에서의 채널 추정 장치 및 그 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 과제 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 과제 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 장치는, 계층변조 기반 수신 시스템에서의 채널 추정 장치에 있어서, 수신신호를 주파수 영역의 신호로 변환하기 위한 복조 수단; 상기 복조 수단에서 복조한 주파수 영역의 신호와 이전에 추정된 추정채널을 이용하여 채널 등화를 수행하기 위한 채널 등화 수단; 상기 채널 등화 수단에서 채널 등화된 신호로부터 선순위 송신신호 및 후순위 송신신호를 추정하기 위한 송신신호 추정 수단; 및 상기 복조 수단에서 복조한 주파수 영역의 신호와 상기 송신신호 추정 수단에서 추정한 선순위 송신신호 및 후순위 송신신호를 이용하여 채널을 추정하되, 상기 송신신호 추정 수단에서 추정한 선순위 송신신호 및 후순위 송신신호에 각각 가중치를 부여하여 채널을 추정하기 위한 채널 추정 수단을 포함한다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 방법은, 계층변조 기반 수신 시스템에서의 채널 추정 방법에 있어서, 수신신호를 주파수 영역의 신호로 복조하는 단계; 상기 복조한 주파수 영역의 신호와 이전에 추정된 추정채널을 이용하여 채널 등화를 수행하는 채널 등화단계; 상기 채널 등화된 신호로부터 선순위 송신신호 및 후순위 송신신호를 추정하는 송신신호 추정단계; 및 상기 복조한 주파수 영역의 신호와 상기 추정한 선순위 송신신호 및 후순위 송신신호를 이용하여 채널을 추정하되, 상기 추정한 선순위 송신신호 및 후순위 송신신호에 각각 가중치를 부여하여 채널을 추정하는 채널 추정단계를 포함한다.
상술한 과제, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 하기의 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 쉽게 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.
본 발명은, 주파수 영역의 신호와 선순위 송신신호 및 후순위 송신신호를 이용하여 채널을 추정하되, 상기 선순위 송신신호와 후순위 송신신호에 각각 가중치를 부여하여 채널을 추정함으로써, 훈련신호(훈련심볼) 없이 채널을 추정할 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일실시 예에서는 지상파 DMB 수신 시스템을 예로 들어 설명하기로 한다.
도 2 는 본 발명에 따른 계층변조 기반 수신 시스템에서의 채널 추정 장치에 대한 일실시예 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 계층변조 기반 수신 시스템에서의 채널 추정 장치는, n 번째 OFDM 심볼에 해당하는 계층변조 지상파 DMB 신호를 주파수 영역의 신호(Y(n,k))로 변환(복조)하기 위한 OFDM 복조기(21), 상기 OFDM 복조기(21)에서 복조한 주파수 영역의 신호(Y(n,k))와 이전 OFDM 심볼로부터 추정된 추정채널(
Figure 112007050914640-pat00012
)을 이용하여 채널 등화를 수행한 후 그 결과(
Figure 112007050914640-pat00013
)를 출력하기 위한 채널 등화기(22), 상기 채널 등화기(22)에서 채널 등화된 신호로부터 선순위 송신신호(
Figure 112007050914640-pat00014
) 및 후순위 송신신호(
Figure 112007050914640-pat00015
)를 추정하기 위한 송신신호 추정부(23), 및 상기 OFDM 복조기(21)에서 복조한 주파수 영역의 신호와 상기 송신신호 추정부(23)에서 추정한 두 송신신호를 이용하여 채널을 추정하되, 상기 두 송신신호에 가중치(
Figure 112007050914640-pat00016
)를 부여하여 채널을 추정하기 위한 채널 추정기(24)를 포함한다.
여기서, 상기 채널 추정기(24)는 하기의 [수학식 5]를 이용하여 전력이 본래의 송신신호(X(n,k) = XHP(n,k) + XLP(n,k))와 동일하게 유지되도록
Figure 112007050914640-pat00017
를 결 정한다.
Figure 112007050914640-pat00018
즉, X(n,k) = XHP(n,k) + XLP(n,k)로 표시되는 본래의 심볼과
Figure 112007050914640-pat00019
로 표시한 심볼의 평균전력이 동일하도록
Figure 112007050914640-pat00020
를 결정한다.
결국, 도 1에서 신호점(심볼점) 간의 길이 비를
Figure 112007050914640-pat00021
라 할 때,
Figure 112007050914640-pat00022
는, 하기의 [수학식 6]을 만족시키도록 결정한다.
여기서, a값은 신호점 집단 간의 최소 간격을 의미하며, b값은 신호점 집단 내에서 각 신호점 간의 최소 간격을 의미한다.
Figure 112007050914640-pat00023
이때, 선순위 신호의 신뢰도가 크므로,
Figure 112007050914640-pat00024
가 되도록 하면 보다 정 확하게 채널을 추정할 수 있다.
또한, 상기 채널 등화기(22)는, 하기의 [수학식 7]를 이용하여 채널을 등화한다.
Figure 112007050914640-pat00025
여기서, n = 1인 경우 채널 추정치의 초기치(
Figure 112007050914640-pat00026
)는 지상파 DMB의 프레임을 이루는 PRS(Phase Reference Symbol)와 FIC(Fast Information Channel) 신호를 복호한 후 재생한 값을 훈련신호로 보고 추정한다.
부가적으로, 상기 채널 추정기(24)가 채널을 추정할 때 이용하는 [수학식 5]에는 선순위 송신신호(
Figure 112007050914640-pat00027
) 및 후순위 송신신호(
Figure 112007050914640-pat00028
)로 기재한 반면, 도 2에서 지연기(236)의 출력을
Figure 112007050914640-pat00029
,
Figure 112007050914640-pat00030
로 표현한 이유는 채널 등화기(22)는 현재의 주파수 영역의 신호(X(n,k))와 이전에 추정한 채널을 이용하기 때문이다.
만약, 상기 [수학식 5]에
Figure 112007050914640-pat00031
,
Figure 112007050914640-pat00032
를 적용하면, 상기 채널 추정기(24)는 n이 현재라고 했을 때 n-1에서의 채널을 추정하게 되는 것이다.
따라서 일반화하면 상기 [수학식 5]가 된다.
또한, 송신신호 추정부(23)는, 상기 채널 등화기(22)에서 채널 등화된 신호(
Figure 112007050914640-pat00033
)를 복조 및 복호화하여 선순위 데이터(
Figure 112007050914640-pat00034
)를 출력하기 위한 선순위 신호 복조 및 복호기(231), 상기 선순위 신호 복조 및 복호기(231)에서 출력한 선순위 데이터(
Figure 112007050914640-pat00035
)를 이용하여 선순위 송신심볼(
Figure 112007050914640-pat00036
)을 재생하기 위한 선순위 송신심볼 재생기(232), 상기 채널 등화기(22)에서 채널 등화된 신호(
Figure 112007050914640-pat00037
)를 복조하기 위한 후순위 신호 복조기(233), 상기 후순위 신호 복조기에서 복조한 신호를 판정하여 후순위 송신심볼(
Figure 112007050914640-pat00038
)을 출력하기 위한 판정기(234), 상기 선순위 송신심볼 재생기(232)에서 재생한 송신심볼과 상기 후순위 신호 복조기(233)에서 복조한 신호를 이용하여 후순위 데이터(
Figure 112007050914640-pat00039
)를 출력하기 위한 후순위 신호 복호기(235), 및 상기 선순위 송신심볼 재생기(232)에서 재생한 선순위 송신심볼과 상기 판정기(234)에서 출력한 후순위 송신심볼을 1개의 OFDM 심볼만큼 각각 지연시키기 위한 지연기(236)를 포함한다.
도 3 은 본 발명에 따른 계층변조 기반 수신 시스템에서의 채널 추정 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
먼저, 수신신호를 주파수 영역의 신호로 복조한다(301).
이후, 상기 복조한 주파수 영역의 신호와 이전에 추정된 추정채널을 이용하여 채널 등화를 수행한다(302).
이후, 상기 채널 등화된 신호로부터 선순위 송신신호 및 후순위 송신신호를 추정한다(303).
이후, 상기 복조한 주파수 영역의 신호와 상기 추정한 선순위 송신신호 및 후순위 송신신호를 이용하여 채널을 추정하되, 상기 선순위 송신신호와 후순위 송신신호에 각각 가중치를 부여하여 채널을 추정한다(304).
여기서, 상기 "303" 과정은 하기의 과정을 포함한다.
먼저, 상기 채널 등화된 신호를 복조 및 복호화하여 선순위 데이터를 출력한다.
그리고 상기 출력한 선순위 데이터를 이용하여 선순위 송신심볼을 재생한다.
그리고 상기 채널 등화된 신호를 복조한다(복조 단계).
그리고 상기 복조 단계에서 복조한 신호를 판정하여 후순위 송신심볼을 출력한다.
그리고 상기 재생한 송신심볼과 상기 복조 단계에서 복조한 신호를 이용하여 후순위 데이터를 출력한다.
그리고 상기 재생한 선순위 송신심볼과 상기 출력한 후순위 송신심볼을 1개의 심볼만큼 각각 지연시킨다.
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 쉽게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
도 1 은 일반적인 계층변조 기반 지상파 DMB 수신 시스템에서의 16-QAM 계층변조에 따른 신호점에 대한 일예시도,
도 2 는 본 발명에 따른 계층변조 기반 수신 시스템에서의 채널 추정 장치에 대한 일실시예 구성도,
도 3 은 본 발명에 따른 계층변조 기반 수신 시스템에서의 채널 추정 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
21 : OFDM 복조기 22 : 채널 등화기
23 : 송신신호 추정부 24 : 채널 추정기
231 : 선순위 신호 복조 및 복호기 232 : 선순위 송신심볼 재생기
233 : 후순위 신호 복조기 234 : 판정기
235 : 후순위 신호 복호기 236 : 지연기

Claims (6)

  1. 계층변조 기반 수신 시스템에서의 채널 추정 장치에 있어서,
    현재 OFDM 심볼에 해당하는 수신신호를 주파수 영역의 신호로 변환하기 위한 복조 수단;
    상기 현재 OFDM 심볼 이전의 OFDM 심볼을 이용하여 추정된 추정채널과 상기 복조 수단에서 복조한 주파수 영역의 신호를 이용하여 채널 등화를 수행하기 위한 채널 등화 수단;
    상기 채널 등화 수단에서 채널 등화된 신호로부터 선순위 송신신호 및 후순위 송신신호를 추정하기 위한 송신신호 추정 수단; 및
    상기 복조 수단에서 복조한 주파수 영역의 신호와 상기 송신신호 추정 수단에서 추정한 선순위 송신신호 및 후순위 송신신호를 이용하여 채널을 추정하되, 상기 송신신호 추정 수단에서 추정한 선순위 송신신호 및 후순위 송신신호에 각각 가중치를 부여하여 채널을 추정하기 위한 채널 추정 수단
    을 포함하는 계층변조 기반 수신 시스템에서의 채널 추정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신신호 추정 수단은,
    상기 채널 등화 수단에서 채널 등화된 신호를 복조 및 복호화하여 선순위 데이터를 출력하기 위한 선순위 신호 복조 및 복호 수단;
    상기 선순위 신호 복조 및 복호 수단에서 출력한 선순위 데이터를 이용하여 선순위 송신심볼을 재생하기 위한 선순위 송신심볼 재생 수단;
    상기 채널 등화 수단에서 채널 등화된 신호를 복조하기 위한 후순위 신호 복조 수단;
    상기 후순위 신호 복조 수단에서 복조한 신호를 판정하여 후순위 송신심볼을 출력하기 위한 판정 수단;
    상기 선순위 송신심볼 재생 수단에서 재생한 송신심볼과 상기 후순위 신호 복조 수단에서 복조한 신호를 이용하여 후순위 데이터를 출력하기 위한 후순위 신호 복호 수단; 및
    상기 선순위 송신심볼 재생 수단에서 재생한 선순위 송신심볼과 상기 판정 수단에서 출력한 후순위 송신심볼을 1개의 심볼만큼 각각 지연시키기 위한 지연 수단
    을 포함하는 계층변조 기반 수신 시스템에서의 채널 추정 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 채널 추정 수단은,
    신호점 집단 간의 최소 간격과 신호점 집단 내에서 각 신호점 간의 최소 간격을 이용하여 상기 가중치를 산출하는 것을 특징으로 하는 계층변조 기반 수신 시스템에서의 채널 추정 장치.
  4. 계층변조 기반 수신 시스템에서의 채널 추정 방법에 있어서,
    현재 OFDM 심볼에 해당하는 수신신호를 주파수 영역의 신호로 복조하는 단계;
    상기 현재 OFDM 심볼 이전의 OFDM 심볼을 이용하여 추정된 추정채널과 상기 복조한 주파수 영역의 신호를 이용하여 채널 등화를 수행하는 채널 등화단계;
    상기 채널 등화된 신호로부터 선순위 송신신호 및 후순위 송신신호를 추정하는 송신신호 추정단계; 및
    상기 복조한 주파수 영역의 신호와 상기 추정한 선순위 송신신호 및 후순위 송신신호를 이용하여 채널을 추정하되, 상기 추정한 선순위 송신신호 및 후순위 송신신호에 각각 가중치를 부여하여 채널을 추정하는 채널 추정단계
    를 포함하는 계층변조 기반 수신 시스템에서의 채널 추정 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 송신신호 추정단계는,
    상기 채널 등화된 신호를 복조 및 복호화하여 선순위 데이터를 출력하는 단계;
    상기 출력한 선순위 데이터를 이용하여 선순위 송신심볼을 재생하는 단계;
    상기 채널 등화된 신호를 복조하는 복조 단계;
    상기 복조 단계에서 복조한 신호를 판정하여 후순위 송신심볼을 출력하는 단 계;
    상기 재생한 송신심볼과 상기 복조 단계에서 복조한 신호를 이용하여 후순위 데이터를 출력하는 단계; 및
    상기 재생한 선순위 송신심볼과 상기 출력한 후순위 송신심볼을 1개의 심볼만큼 각각 지연시키는 단계
    를 포함하는 계층변조 기반 수신 시스템에서의 채널 추정 방법.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 채널 추정단계는,
    신호점 집단 간의 최소 간격과 신호점 집단 내에서 각 신호점 간의 최소 간격을 이용하여 상기 가중치를 산출하는 단계
    를 포함하는 계층변조 기반 수신 시스템에서의 채널 추정 장치.
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