KR100913870B1 - 직교 주파수 분할 시스템에서의 채널 추정 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 직교 주파수 분할(Orthogonal Frequency Division Multiple : OFDM) 시스템에 관한 것으로, 특히 OFDM 시스템 에서의 채널 추정 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 직교 주파수 분할(Orthogonal Frequency Division Multiple : OFDM) 시스템에서 파일럿을 이용하여 채널을 추정하는 방법은, 수신된 심볼의 파일럿 위치에서 채널 추정을 수행하여 제1 채널 추정값을 계산하는 과정과, 상기 제1 채널 추정값과, 상기 제1 채널 추정값과 다른 시간축 및 주파수축상의 파일럿 위치에 대한 채널 추정값간에 대각선 방향으로 보간을 수행하여 데이터 위치에 대한 제2 채널 추정값을 계산하는 과정과, 상기 제2 채널 추정값과, 상기 제2 채널 추정값과 동일한 시간축상의 파일럿 위치에 대한 채널 추정값간에 시간축 방향으로 보간을 수행하여 다른 데이터 위치에 대한 제3 채널 추정값을 계산하는 과정과, 상기 파일럿 위치에 대한 채널 추정값들과, 상기 제2 및 제3 채널 추정값들을 이용하여 주파수축 방향으로 보간을 수행하여 나머지 데이터 위치들에 대한 채널 추정값들을 계산하는 과정을 포함한다.
OFDM, 파일럿, 채널 추정, 보간

Description

직교 주파수 분할 시스템에서의 채널 추정 방법 및 장치{CHANNEL ESTIMATION METHOD AND APPARATUS IN ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLE SYSTEM}
도 1은 일반적인 DVB-T/H 시스템의 파일럿 배치의 일례를 나타낸 도면,
도 2는 종래 기술에 따른 DVB-T/H 시스템에서 2차원 채널 보간 방법을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 OFDM 시스템에서의 채널 추정 장치를 포함하는 수신기의 구조를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 OFDM 시스템에서 채널 추정 방법을 나타낸 순서도,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 대각선 보간 방법을 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 채널 추정 방법을 개략적으로 나타낸 순서도,
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 채널 추정 방법을 상세히 나타낸 순서도,
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 채널 추정 장치를 나타낸 구성도,
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 채널 추정 방법을 적용한 DVB-T/H에서의 수신 성능을 나타낸 그래프.
본 발명은 직교 주파수 분할(Orthogonal Frequency Division Multiple : OFDM) 시스템에 관한 것으로, 특히 OFDM 시스템 에서의 채널 추정 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 OFDM 시스템에서 채널을 추정하는 방법으로는 파일럿 신호를 기반으로 하는 방법과 결정 지시(decision directed) 방식으로 복호된 데이터를 사용하는 방법 등이 있다. 보통 통신 시스템에서 동기 복조를 가정하였다면 송신단에서 채널 추정을 위한 파일럿 신호를 전송하고, 동기 복조를 위한 수신단에서는 파일럿 신호를 기반으로 하는 채널 추정을 수행한다.
종래 OFDM 시스템에서 주파수-시간 평면 위에 파일럿을 배열하는 방법으로 빗 모양 타입(comb-type) 파일럿 배열 방식, 격자 타입(lattice-type) 파일럿 배열 방식등이 있다. 상기 빗 모양 타입 파일럿 배열 방식은 수신기의 이동성을 고려하지 않고 버스트(Burst) 단위의 송수신이 이루어지는 무선 LAN의 경우, 주파수 축 전체에 파일럿이 실려있는 훈련 심볼(training symbol)을 선두에 전송하고, 이어지는 데이터 심볼(data symbol)에는 특정한 부반송파에 일정하게 파일럿을 전송하는 시스템에서 사용된다. 이러한 빗 모양 타입 파일럿 배열에서는 일반적으로 훈련 심볼에서 추정한 채널값을 해당 버스트 구간 동안 그대로 사용하고 빗 모양 타입 파일럿을 주파수 추적(tracking)등의 목적으로 사용된다
반면, 상기 격자 타입 파일럿 배열 방식은 연속적으로 송수신이 지속되고 고속 이동 환경 하의 수신까지 고려하는 방송 시스템의 경우에 사용된다. 이러한 격자 타입 파일럿 배열에서는 주파수-시간 평면 위에 파일럿 부반송파들이 일정한 패턴에 따라 드문드문 배치되며, 그 간격은 채널의 동기 시간(coherence time) 및 동기 대역폭(coherence bandwidth) 내에 위치하여, 추정된 채널값들을 이용한 보간이 가능한 정도가 되어야 한다.
이에 따라 상기 빗 모양 타입 파일럿 배열 및 격자 타입 파일럿 배열과 같은 파일럿 배열을 통해 OFDM 수신기는 이동 수신에서도 시변하는 채널 응답을 끊임없이 추정하고 보상하여 안정적인 데이터 수신을 계속할 수 있게 된다.
그러면 임의의 알고리즘으로 추정된 파일럿 부반송파에서의 채널 추정값으로부터 다른 데이터 부반송파에서의 채널값을 추정하기 위한 2차원 보간 방법에 대하여 다음의 도면들을 이용하여 설명하기로 한다. 이하 설명에서는 설명의 편의상 OFDM 시스템을 이용하는 시스템 중 DVB-T/H 시스템을 일례로 들어 설명하겠다.
도 1은 일반적으로 DVB-T/H 시스템의 파일럿 배치의 일례를 나타낸 도면이다. 상기 도 1을 참고하면, DVB-T/H(Digital Multimedia Broadcasting-Terrestrial/Handheld) 시스템은 빗 모양 타입(Comb-type)과 격자 타입(Lattice-type)이 결합된 파일럿 배열을 사용한다. 여기서, 상기 빗 모양 타입으로 배열된 파일럿을 연속 파일럿(Continual pilot)이라고 하며, 상기 격자 타입으로 배열된 파일럿을 분산 파일럿(Scattered pilot)이라 한다. 또한 상기 파일럿 배열도에서 가로축은 주파수축을 나타내고, 세로축은 시간축을 나타낸다.
도 1과 같은 파일럿 배열 방식을 사용하는 DVB-T/H 시스템에서 격자 타입으로 배열된 파일럿 부반송파의 채널 추정값으로부터 보간을 수행한다. 보간 방법으로는, 매 심볼마다 동일 심볼 안에 포함된 파일럿 부반송파만을 사용하여 주파수 축 방향으로 1차원 보간하는 방법과, 여러 심볼의 지연을 감수하고 2차원 보간하는 방법이 있다.
상기 1차원 보간의 경우 지연이 발생하지 않으며 메모리도 가장 적게 필요하고 보간에 필요한 계산량도 적으나, 주파수 축 방향으로 파일럿 부반송파 간 간격이 넓기 때문에 지연 확산(Delay Spread)이 큰 경우 수신 성능이 떨어질 수 있다. 따라서 일반적으로 상기 1차원 보간의 문제를 해결하기 위해 2차원 보간 방법을 주로 사용한다.
종래의 2차원 보간 방법에서는 지연 확산(Delay Spread)이나 도플러 확산(Doppler Spread)의 영향을 최소화하기 위해 시간 축과 주파수 축의 파일럿 간격을 비교하여 간격이 좁은 쪽부터 선형 보간을 수행한다. 상기 간격이 좁은 축에 대한 선형 보간을 통해, 파일럿 간격이 넓은 다른 방향 축 상의 파일럿들의 사이 위치에 알려진(known) 값들이 얻어진다. 따라서 상기 파일럿 간격이 없은 다른 방향 축에 적용하는 보간에는 파일럿 부반송파들 뿐만 아니라 선형 보간으로부터 얻어진 known 값을 함께 사용할 수 있으므로 보간 간격이 최초의 파일럿 간격보다 짧아지는 효과를 얻을 수 있다.
도 2는 DVB-T/H 시스템에서 종래 기술에 따른 2차원 채널 보간 방법을 나타낸 도면이다. 여기서, 가로축과 세로축은 상기 도 1과 동일하게 각각 주파수축과 시간축을 나타내며, 심볼 n(Symbol n)은 현재 수신된 심볼을 의미한다. 따라서 심볼 n-1 내지 심볼 n-6은 이전 수신된 심볼을 의미한다.
도 2를 참고하면, DVB-T/H 시스템에서 시간 축 파일럿 간격은 4 심볼이고, 주파수 축의 파일럿 간격은 12개 부반송파이다. 따라서, 파일럿 부반송파의 채널 추정값들에 대해 우선 1차 보간으로 파일럿 간격이 짧은 시간 축을 따라 먼저 보간을 수행하여, 빗금친 부분(210)과 같이 부반송파의 채널 추정값을 얻는다. 현재 수신 심볼(Symbol n)에서 상기 시간 축 보간을 반복하면 심볼 n-3의 모든 3의 배수 부반송파 위치가 빗금친 부분(210)으로 결정된(known)값이 된다. 다음으로 심볼 n-3(204)에 대해서 주파수 축을 따라 2차 보간을 수행하여 또다른 빗금친 부분(220)인 나머지 채널 추정값을 계산할 수 있다.
상기한 종래의 2차원 보간 기술에서는 완전한 1 심볼 분량의 채널 추정값이 완성되어 보상에 사용할 수 있도록 준비되는 데까지 3 심볼의 지연이 소요되므로, 현재 심볼을 포함하여 과거 4 심볼 분량의 완전한 FFT 출력 전체를 저장할 만큼의 메모리 용량이 요구된다.
또한, 상기한 종래 보간 기술의 경우 단말이 고속으로 이동하는 무선 환경에서 성능을 보장하는데 한계가 있다. 상세히 설명하면, 수신기가 이동하면서 속도가 증가할수록 시변 페이딩 채널의 동기 시간(Coherence time)이 점점 짧아지게 되는데, 시간 축에 대한 파일럿 간격은 4 심볼로 고정된 상태에 있다. 저속에서는 4 심볼 간격의 시간 축 방향 보간에 큰 문제가 없지만, 고속에서는 동기 시간(Coherence time) 보다 심볼 간 보간의 간격이 커져 보간 에러(Interpolation Error)가 발생하게 된다. 또한 보간 에러가 포함된 부정확한 중간값들을 이용하여 주파수 축 방향 보간을 이어서 수행하게 되므로 나머지 부반송파에 대한 보간 결과도 신뢰할 수 없는 값이 되고, 결국 전체적인 수신 성능을 저하시키는 문제점이 발생한다.
본 발명은 OFDM 시스템에서 고속에서의 성능 저하를 낮추면서 수신 성능을 높일 수 있는 채널 추정 방법 및 장치를 제공한다.
또한 본 발명은 OFDM 시스템에서 메모리의 크기를 줄일 수 있는 채널 추정 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 직교 주파수 분할(Orthogonal Frequency Division Multiple : OFDM) 시스템에서 파일럿을 이용하여 채널을 추정하는 방법은, 수신된 심볼의 파일럿 위치에서 채널 추정을 수행하여 제1 채널 추정값을 계산하는 과정과, 상기 제1 채널 추정값으로부터 상기 제1 채널 추정값과 다른 시간축 및 주파수축상의 파일럿 위치에 대한 채널 추정값을 향하는 대각선 방향으로 보간을 수행하여 데이터 위치에 대한 제2 채널 추정값을 계산하는 과정과, 상기 제2 채널 추정값과, 상기 제2 채널 추정값과 동일한 시간축상의 파일럿 위치에 대한 채널 추정값간에 시간축 방향으로 보간을 수행하여 다른 데이터 위치에 대한 제3 채널 추정값을 계산하는 과정과, 상기 파일럿 위치에 대한 채널 추정값들과, 상기 제2 및 제3 채널 추정값들을 이용하여 주파수축 방향으로 보간을 수행하여 나머지 데이터 위치들에 대한 채널 추정값들을 계산하는 과정을 포함한다.
또한 본 발명에 따른 직교 주파수 분할(Orthogonal Frequency Division Multiple : OFDM) 시스템에서 파일럿을 이용하여 채널을 추정하는 장치는, 수신된 심볼의 파일럿 위치에서 채널 추정을 수행하여 채널 추정값들을 계산하는 채널 추정기와, 상기 채널 추정값들 중 제1 채널 추정값으로부터 상기 제1 채널 추정값과 다른 시간축 및 주파수축 상의 파일럿 위치에 대한 채널 추정값을 향하는 대각선 방향으로 보간을 수행하여 데이터 위치에 대한 제2 채널 추정값을 계산하고, 상기 제2 채널 추정값과, 상기 채널 추정값들 중 상기 제2 채널 추정값과 동일한 시간축에 위치하는 채널 추정값 간에 시간축 방향으로 보간을 수행하여 다른 데이터 위치에 대한 제3 채널 추정값을 계산하는 2차원 보간기와, 상기 채널 추정값들과, 상기 제2 및 제3 채널 추정값들을 이용하여 주파수축 방향으로 보간을 수행하여 나머지 데이터 위치들에 대한 채널 추정값들을 계산하는 1차원 보간기와, 상기 수신된 심볼을 저장하는 출력 버퍼와, 상기 제1 및 제2 채널 추정값을 저장하는 채널 추정 버퍼를 포함한다.
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이하 본 발명의 바람직한 실시 예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 동일한 구성들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들을 나타내고 있음을 유의하여야 한다. 하기 설명에서 구체적인 특정사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명은 고속 환경에서도 수신 성능을 높일 수 있는 채널 추정 방법 및 장치로서, 일정한 패턴으로 주파수-시간 평면 위에 배치된 파일럿 부반송파에 대한 채널 추정값을 2차원으로 보간하여 나머지 데이터 부반송파에서의 채널을 추정하는 방법 및 장치를 제안한다. 본 발명에서는 채널 추정된 정보를 이용하여 보간하는 방법으로써, 파일럿 부반송파에 대한 채널 추정 자체와 관련한 알고리즘은 요지가 아니므로 상세히 다루지 않음을 유의해야 한다.
우선 본 발명의 이해를 돕기 위해 OFDM 시스템에서의 채널 추정방법을 살펴보기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 OFDM 시스템에서의 채널 추정 장치를 포함하는 수신기의 구조를 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면, 채널 추정 장치(300)는 일반적 구성 요소로 안테나(301)를 통해 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변화기(Analog to Digital Converter : ADC)(303)와, 수신 신호로부터 서비스 대역의 신호만을 추출하여 필터링하는 수신(Rx) 필터(305)와, 시간 영역의 수신 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하는 고속 퓨리에 변환기(Fast Fourier Transform : FFT)(307)를 포함한다.
또한 상기 채널 추정 장치(300)는 상기 변환된 수신 신호의 파일럿에 대응되는 채널을 추정하는 채널 추정기(Pilot Channel Estimator)(309a)와, 본 발명의 실시 예에 따라 상기 추정된 파일럿 채널의 정보를 이용하여 데이터에 대응되는 채널을 추정하도록 시간축과 주파수축을 동시에 고려하는 후술할 선형 보간(이하, "대각선 보간"이라 칭함)을 수행하는 2차원 보간기(2-dimension interpolator)(309b)와, 상기 추정된 채널의 신호를 보상하는 채널 보상기(channel compensator)(311)와, 상기 보상된 채널의 신호를 원래 신호로 복호하는 복호기(313)를 포함한다. 여기서 상기 채널 추정기(309a)와, 2차원 보간기(309b)는 본 발명의 채널 추정부(309)를 구성하며, 상기 2차원 보간기(309b)는 추정된 채널값과, 추정된 채널값을 통해 보간된 채널 값을 저장하는 메모리(도시되지 않음)를 구비한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 OFDM 시스템에서 채널 추정 방법을 나타낸 순서도로서, 상기 도 3의 채널 추정 장치(300)에서의 동작을 나타낸 순서도이다.
우선 도 3의 채널 추정 장치(300)는 401단계에서 안테나(301)로부터 아날로그 신호의 무선(Radio Frequency : RF)신호를 수신한다. 이후 상기 ADC 변환기(303)는 403 단계에서 상기 아날로그 신호를 수신하여 디지털 신호로 양자화하여 수신 필터(305)에 전송한다. 상기 수신 필터(305)는 405 단계에서 상기 양자화된 신호를 필터링한 후 직렬-병렬 변환되어 FFT 변환기(307)로 입력된다. 상기 FFT 변환기(307)는 407 단계에서 상기 수신 필터(305)로부터 전송된 시간 영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하여 채널 추정부(309) 및 채널 보상기(311)로 출력한다.
한편, 채널 추정기(309a)는 409 단계에서 상기 FFT 변환기(307)의 출력 중 파일럿에 해당하는 부반송파의 복조 데이터를 이용하여 파일럿 부반송파 위치의 채널값을 추정한다. 그런 후 상기 2차원 보간기(309b)는 411 단계에서 2차원 보간을 수행하여 나머지 데이터 부반송파에서의 채널값을 계산한다. 여기서 상기 2차원 보상기(309b)는 본 발명에서 제안한 대각선 보간 방법을 이용하여 보간을 수행한다. 상기 대각선 보간 방법은 하기에서 상세히 설명하겠다.
이후 상기 채널 보상기(311)는 413 단계에서 상기 추정된 전체 부반송파의 채널값을 이용하여, 수신된 신호를 등화한다. 그런후 복호기(313)는 415 단계에서 채널 보상된 신호를 수신하여 복호 동작을 수행한다.
이하, 도면을 참고하여 상기 411 단계에서 본 발명의 실시 예에 따른 대각선 보간 방법을 상세히 설명하기로 한다.
기본적으로 본 발명에서는 파일럿 부반송파에서의 채널 추정값 간 대각선 방향 보간의 선수행을 통해 시간 축 방향으로 4 심볼 간격으로 배치된 파일럿 부반송파의 사이에 알려진(Known) 값을 획득하고, 상기 획득한 Known 값과 기존 파일럿 부반송파 사이를 다시 보간으로 계산하는 방식으로 시간 축 방향 보간의 간격을 축소시킨다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 대각선 보간 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하여 본 발명에 따른 보간 방법을 개략적으로 설명하면, 우선 현재 수신 심볼을 symbol n(501)이라하고 직접 채널 추정이 가능한 k번째 파일럿 부반송파에 대해 채널 추정값을 Hn,k라고 정의한다. 상기 Hn,k가 구해지면 첫번째로 ①방향으로 보간을 수행한다. 즉 2 심볼 이전의 symbol n-2(503)의 k+6번째 파일럿 부반송파에서 얻어진 채널 추정값인 Hn-2,k+6과의 중간점인 Hn-1,k+3을 대각선 방향의 보간을 통해 얻을 수 있다.
상기 대각선 방향(즉 ①방향)으로 주파수-시간 평면 위의 모든 파일럿 부반송파에 대해 보간을 수행하고 나면, 3의 배수에 해당하는 모든 부반송파에는 시간 축 방향으로 2 심볼 간격으로 known 값들(510)이 배열된다. 다음 단계로, 2 심볼 간격으로 배열된 상기 known 값들(510)의 사이 값(520)을 ②방향으로 시간 축 방향으로 보간을 통해 계산한다. 여기까지 수행하고 나면 주파수-시간 평면상에서 3의 배수에 해당하는 모든 부반송파에 대한 채널 추정값을 알 수 있게 되며, 마지막으로 3의 배수가 아닌 나머지 부반송파에 대해서 ③방향으로 주파수 축 방향 보간을 통해 채널의 추정값을 구한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 채널 추정 방법을 개략적으로 나타낸 순서도를 나타내었다. 도 6을 참조하면, 상기 채널 추정기(309a)는 601 단계에서 상기 FFT 변환기(307)로부터 출력된 1심볼의 FFT 출력을 입력하여 603 단계에서와 같이 파일럿 부반송파의 채널을 추정하게 된다. 그런후 2차원 보간기(309b)는 605 단계에서 609 단계까지에서는 상술한 바와 같이 각각 대각선, 시간, 주파수 방향으로 보간을 수행한다. 그런후 상기 채널 보상기(311)는 611 단계에서 상기 보간값을 이용하여 채널 보상 및 복호를 수행한다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 채널 추정 방법을 나타낸 순서도로서, 특히 본 발명의 실시 예에 따른 보간 방법을 상세히 나타내었다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 채널 추정기에서 채널 추정기(309a)는 701 단계에서 FFT 변환기(307)로부터 출력된 1심볼의 출력을 수신한다. 상기 FFT 변환기(307)는 심볼 단위로 데이터를 출력한다. 그리고 현재 수신된 심볼을 심볼 n(Symbol n)이라 하며, 상기 심볼 n에서의 파일럿 부반송파를 지시하는 부반송파 인덱스(Index)를 k로 칭하기로 한다.
상기 FFT 변환기(307)로부터 상기 심볼 n을 수신한 채널 추정기(309a)는 703 단계에서 현재 수신된 심볼 n의 파일럿 부반송파 k에서의 채널값 Hn ,k를 추정하여 채널 추정 버퍼에 저장한다. 그런후 2차원 보간기(309b)는 705 단계에서 상기 심볼 n-1의 채널값 Hn-1,k와 Hn-1,k+3를 하기의 <수학식 1>과 같은 보간을 통해 계산하고 채널 추정 버퍼에 저장한다. 여기서 상기 Hn-1,k은 시간 방향 보간을 통해 계산되며, Hn-1,k+3는 대각선 방향 보간을 통해 계산된다.
Hn-1,k = (Hn,k+Hn-2,k)/2 time interpolation
Hn-1,k+3 = (Hn,k+Hn-2,k+6)/2 diagonal interpolation
상기 심볼 n-1에 대한 보간을 완료하면, 상기 채널 추정기(309a)는 707 단계에서 다음의 <수학식 2>를 이용하여 심볼 n-2에 대한 보간을 수행한다.
Hn-2,k+3 = (Hn-1,k+3+Hn-3,k+3)/2 time interpolation
상기 705 단계에서 Hn,k는 703 단계를 수행함으로써 얻어지며, Hn-2,k는 이전 심볼에서의 705 단계를 수행한 결과로 채널 추정 버퍼에 저장되어 있는 값이다. 마찬가지로 Hn-2,k+6은 2 심볼 이전 심볼에서의 703 단계의 수행 결과로 채널 추정 버퍼에 저장되어 있던 값이다. 상기 707 단계에서 사용되는 Hn-1,k+3은 705 단계에서의 수행 결과로부터 얻어지며, Hn-3,k+3은 3 심볼 이전 심볼에서의 703 단계의 수행 결과로 채널 추정 버퍼에 저장되어 있던 값이다.
여기서 703 단계부터 707 단계까지를 심볼 n의 파일럿 부반송파인 모든 k번째 부반송파에 대해 반복 수행한다.
그리고 이에 더하여 맨 첫번째와 마지막 부반송파에서의 채널 추정값을 계산하여야 하는데, DVB-T/H 시스템의 경우에는 첫번째와 마지막 부반송파에 항상 빗 모양 타입의 연속 파일럿이 위치하므로 매 심볼마다 채널 추정기의 출력을 그대로 버퍼에 저장한다. 양끝에 빗 모양 타입의 연속 파일럿이 없는 OFDM 시스템의 경우에는 각각 첫번째와 마지막 부반송파가 파일럿 부반송파였던 가장 최근 심볼에서의 채널 추정값을 그대로 복사하거나 시간 축 방향 보간하여 버퍼에 저장하여 사용할 수 있다.
상기 703 단계부터 705 단계까지의 반복 수행이 완료되면 채널 추정 버퍼에 심볼 n-2의 모든 3의 배수 위치 부반송파에 대한 채널 추정값이 저장되어 있는 상태가 된다. 그런후 채널 추정기(309a)는 709 단계에서 상기 채널 추정 버퍼에 저장된 심벌 n-2의 3의 배수 위치 부반송파에 대한 채널 추정값들을 읽어내고 주파수 축 방향으로 보간하여 심볼 n-2의 전체 부반송파에 대한 채널 추정값을 계산한다.
상기 계산된 심볼 n-2의 채널 추정값을 이용하여 상기 채널 보상기(311)는 711 단계에서 별도의 FFT 출력 버퍼에 저장되어 있던 심볼 n-2의 FFT 변환기 출력에 대해 채널 보상을 수행하고 복호한다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 채널 추정 장치(800)를 구현한 일례를 나타낸 도면이다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 채널 추정 장치(800)는 FFT 변환기(801), 채널 추정기(803), 2차원 보간기(805), 1차원 보간기(807), 채널 보상기(813), FFT 출력 버퍼(809), 채널 추정 버퍼(811)를 포함한다. 여기서 본 발명에 따른 구성 장치를 위주로 설명하면, 상기 채널 추정기(803)는 상기 FFT 변환기(801)로부터 심볼 n을 수신한 후, 상기 703 단계에서와 같이 파일럿 부반송파 k에서의 채널값 Hn,k를 추정하여 상기 채널 추정 버퍼(811)에 저장한다.
상기 2차원 보간기(805)는 상기 채널 추정 버퍼(811)로부터 저장되어 있던 추정값 혹은 보간값 a, b를 수신하여 본 발명에 따른 대각선 방향 보간과 시간 방향 보간을 수행하여 c=(a+b)/2를 계산한 후 다시 상기 채널 추정 버퍼(811)에 저장한다. 여기서 c는 상기 <수학식 1>의 결과를 간략히 나타낸 계산값이다.
상기 1차원 보간기(807)는 상기 대각선 방향 보간과 시간 방향 보간을 통하여 계산한 심볼 n-2의 3의 배수 위치 부반송파에 대한 채널 추정값을 읽어내어 주파수축 방향으로 보간하여 심볼 n-2의 전체 부반송파에 대한 채널 추정값을 계산한다.
상기 채널 보상기(813)는 상기 1차원 보간기(807)로부터 계산된 상기 심볼 n-2의 전체 채널 추정값을 이용하여 FFT 출력 버퍼(809)에 저장되어 있는 심볼 n-2에 대한 채널 보상을 수행하고, 상기 복호기(815)에서는 상기 보상된 심볼 n-2에 대해 복호를 수행한다.
상기 FFT 출력 버퍼(809)는 현재 심볼을 포함하여 3심볼 분량의 전체 부반송파를 저장할 수 있는 버퍼로 구현된다.
상기 채널 추정 버퍼(811)는 2차원 보간을 위해 3심볼 분량의 채널 추정값을 보관할 수 있는 버퍼로 구현되어야 한다. 상기 채널 추정 버퍼(811)는 본 발명에 따른 2차원 보간을 위해 현재 심볼을 포함해 4 심볼 분량의 버퍼가 필요한 것처럼 보이나, 심볼 n과 심볼 n-3에서 사용하는 부반송파의 저장 공간이 중첩되지 않으므로 3 심볼 분량 버퍼로 운용 가능하다. 또한 상기 채널 추정 버퍼(811)는 3의 배수 위치의 부반송파만을 저장하여 전체 부반송파 개수의 1/3의 분량만을 각 심볼에 할당하므로 실제로는 (3심볼 x 전체부반송파/3) 크기의 버퍼를 구비하면 된다.
본 발명의 실시 예에 따른 채널 추정 방법은 종래의 채널 추정 방법에 비해 고속 환경에서의 수신 성능이 크게 개선된다.
상기 도 2에 나타낸 종래의 2차원 보간 방법에서 시간 축 방향으로의 보간 간격이 최대 4 심볼이었던데 반해, 본 발명에서의 시간 축 방향 혹은 대각선 방향으로 이뤄지는 심볼간 보간의 간격은 2 심볼에 불과하다. 시간 축 방향 보간의 간격이 1/2로 줄어들기 때문에 보간에 의한 에러가 감소하고 채널 추정값의 신뢰도가 향상되어 종래의 방법에 비해 보다 고속의 환경에서도 안정적인 수신 성능을 얻을 수 있게 된다.
수신 성능의 개선과 함께, 필요한 메모리 크기 및 지연 시간의 감소 효과 또한 얻을 수 있다. 종래의 방법에서는 1 심볼 분량의 완성된 채널 추정값을 얻기 위하여 3 심볼의 지연이 소요되었으나, 개선된 방법에서는 2 심볼의 지연만이 소요된다. 종래 방법의 경우 현재 심볼을 포함해서 4 심볼 분량의 과거 FFT 출력을 저장하는 버퍼가 필요하였으나, 지연 시간의 감소로 인하여, 개선된 방법에서는 필요한 버퍼의 크기가 3 심볼 분량으로 감소하게 된다.
그러면 본 발명의 채널 추정 방법을 적용한 OFDM 수신기의 수신 성능 결과를 다음의 도 9 및 도 10을 이용하여 설명한다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 채널 추정 방법을 적용한 DVB-T/H에서의 수신 성능을 나타낸 그래프로서, 각각 10 Hz와 340 Hz의 최대 도플러 주파수를 갖는 저속 및 고속 환경에서 실험 결과를 나타내었다. 본 발명의 실험 환경은 TU6(6 path의 typical urban)채널을 가정하였으며, FFT size는 2K mode, 보호 구간은 1/4 guard interval, 변조 방법은 16QAM, 부호화 률은 1/2 code rate, 인터리버는 native interleaver을 사용하였다.
도 9 및 도 10에서 가로축은 캐리어 대 잡음비(Carrier to Noise : C/N)를 나타내며, 세로축은 리드 솔로몬(Reed Solomon : RS) 디코더의 패킷 에러율(Packet Error Rate : PER)을 나타낸다.
상기 도 9에서 종래의 채널 추정 방법(901)과 본 발명의 실시 예에 따른 채널 추정 방법(903)을 비교하면, 본 발명의 실시 예에 따른 채널 추정 방법을 적용한 수신기는 전반적으로 S1(905)만큼 종래 방법보다 수신 성능이 개선됨을 알 수 있다. 이러한 수신 성능의 차이는 도 10에서 나타낸 바와 같이 고속의 환경으로 갈수록 S2(1005)의 차이가 남으로써, 고속에서 더욱 수신 성능이 개선됨을 알 수 있다. 고속 환경에서 종래 방법과 본 발명의 실시 예에 따른 성능을 비교해 보면 에러 커브의 기울기 자체가 크게 달라짐에 따라 크게 개선된 성능을 확인할 수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해서 정해져야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 채널 추정 방법을 적용하면, 대각선 보간 방법을 수행함으로써 시간 축 방향 보간의 간격이 1/2로 줄어들게 되므로 종래 방법보다 보간에 의한 에러율이 감소되어 수신 성능을 높일 수 있게 될 뿐만 아니라 필요한 메모리의 크기 및 지연 시간을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (12)

  1. 직교 주파수 분할(Orthogonal Frequency Division Multiple : OFDM) 시스템에서 파일럿을 이용하여 채널을 추정하는 방법에 있어서,
    수신된 심볼의 파일럿 위치에서 채널 추정을 수행하여 제1 채널 추정값을 계산하는 과정과,
    상기 제1 채널 추정값으로부터 상기 제1 채널 추정값과 다른 시간축 및 주파수축상의 파일럿 위치에 대한 채널 추정값을 향하는 대각선 방향으로 보간을 수행하여 데이터 위치에 대한 제2 채널 추정값을 계산하는 과정과,
    상기 제2 채널 추정값과, 상기 제2 채널 추정값과 동일한 시간축상의 파일럿 위치에 대한 채널 추정값간에 시간축 방향으로 보간을 수행하여 다른 데이터 위치에 대한 제3 채널 추정값을 계산하는 과정과,
    상기 파일럿 위치에 대한 채널 추정값들과, 상기 제2 및 제3 채널 추정값들을 이용하여 주파수축 방향으로 보간을 수행하여 나머지 데이터 위치들에 대한 채널 추정값들을 계산하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 채널 추정 방법.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 제2 채널 추정값은,
    다음의 <수학식 3>에 의해 계산되며,
    <수학식 3>
    Hn-1,k+3 = (Hn,k+Hn-2,k+6)/2
    여기서 상기 n은 상기 수신된 심볼의 인덱스이고, 상기 k는 상기 수신된 심볼의 상기 파일럿 위치에 대한 부반송파의 인덱스이고, 상기 H는 채널 추정값임을 특징으로 하는 채널 추정 방법.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 제3 채널 추정값은,
    다음의 <수학식 4>에 의해 계산됨을 특징으로 하는 채널 추정 방법.
    <수학식 4>
    Hn-2,k+3 = (Hn-1,k+3+Hn-3,k+3)/2
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 OFDM 시스템은,
    DVB-T(Digital Multimedia Broadcasting-Terrestrial) 및 DVB-H(Digital Multimedia Broadcasting-Handheld) 시스템 중 적어도 하나를 포함함을 특징으로 하는 채널 추정 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 파일럿 위치는,
    주파수-시간 평면 위에, 빗 모양 타입(comb-type) 파일럿 배열 방식 및 격자 타입(lattice-type) 파일럿 배열 방식 중 적어도 하나의 방식에 의해 결정됨을 특징으로 하는 채널 추정 방법.
  6. 직교 주파수 분할(Orthogonal Frequency Division Multiple : OFDM) 시스템에서 파일럿을 이용하여 채널을 추정하는 장치에 있어서,
    수신된 심볼의 파일럿 위치에서 채널 추정을 수행하여 채널 추정값들을 계산하는 채널 추정기와,
    상기 채널 추정값들 중 제1 채널 추정값으로부터 상기 제1 채널 추정값과 다른 시간축 및 주파수축 상의 파일럿 위치에 대한 채널 추정값을 향하는 대각선 방향으로 보간을 수행하여 데이터 위치에 대한 제2 채널 추정값을 계산하고, 상기 제2 채널 추정값과, 상기 채널 추정값들 중 상기 제2 채널 추정값과 동일한 시간축에 위치하는 채널 추정값 간에 시간축 방향으로 보간을 수행하여 다른 데이터 위치에 대한 제3 채널 추정값을 계산하는 2차원 보간기와,
    상기 채널 추정값들과, 상기 제2 및 제3 채널 추정값들을 이용하여 주파수축 방향으로 보간을 수행하여 나머지 데이터 위치들에 대한 채널 추정값들을 계산하는 1차원 보간기와,
    상기 수신된 심볼을 저장하는 출력 버퍼와,
    상기 제1 및 제2 채널 추정값을 저장하는 채널 추정 버퍼를 포함함을 특징으로 하는 채널 추정 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제2 채널 추정값은,
    다음의 <수학식 5>에 의해 계산되며,
    <수학식 5>
    Hn-1,k+3 = (Hn,k+Hn-2,k+6)/2
    여기서 상기 n은 상기 수신된 심볼의 인덱스이고, 상기 k는 상기 수신된 심볼의 상기 파일럿 위치에 대한 부반송파의 인덱스이고, 상기 H는 채널 추정값임을 특징으로 하는 채널 추정 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제3 채널 추정값은,
    다음의 <수학식 6>에 의해 계산됨을 특징으로 하는 채널 추정 장치.
    <수학식 6>
    Hn-2,k+3 = (Hn-1,k+3+Hn-3,k+3)/2
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 출력 버퍼는,
    적어도 전체부반송파를 포함하는 3심벌을 저장함을 특징으로 하는 채널 추정 장치.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 채널 추정 버퍼는,
    적어도 전체부반송파의 1/3을 포함하는 3심벌을 저장함을 특징으로 하는 채널 추정 장치.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 OFDM 시스템은,
    DVB-T(Digital Multimedia Broadcasting-Terrestrial) 및 DVB-H(Digital Multimedia Broadcasting-Handheld) 시스템 중 적어도 하나를 포함함을 특징으로 하는 채널 추정 장치.
  12. 제 6 항에 있어서,
    상기 파일럿 위치는,
    주파수-시간 평면 위에, 빗 모양 타입(comb-type) 파일럿 배열 방식 및 격자 타입(lattice-type) 파일럿 배열 방식 중 적어도 하나의 방식에 의해 결정됨을 특징으로 하는 채널 추정 장치.
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