KR100918500B1

KR100918500B1 - 무선 통신 시스템에서의 채널 추정 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100918500B1
Application number: KR1020080020670A
Authority: KR
Inventors: 김상인; 오현서; 최현균; 채종석; 박종현; 최완식
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2007-12-03
Filing date: 2008-03-05
Publication date: 2009-09-24
Also published as: US20100098146A1; KR20090057862A

Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에서의 채널 추정 방법 및 장치에 관한 것이다.

수신 신호를 토대로 채널을 추정하는 채널 추정 장치는 수신 신호로부터 추출한 프리앰블을 이용하여 초기 채널 추정값을 생성하고, 프리앰블에 연속하여 나타나는 데이터 심볼 사이에 미드앰블이 있는지 판단한다. 미드앰블이 있으면, 채널 추정 장치는 미드앰블을 이용하여 제1 채널 추정값을 획득하고, 초기 채널 추정값과 제1 채널 추정값을 이용하여, 업데이트된 제2 채널 추정값을 획득한다. 그러면, 채널 추정 장치는 제2 채널 추정값으로 채널 등화를 수행하여 왜곡을 보상한다.

이로써 채널 추정 장치는 고속 이동 환경에서 효과적으로 채널 추정을 할 수 있다.

채널 추정, 프리앰블, 미드앰블

Description

무선 통신 시스템에서의 채널 추정 방법 및 장치{Method and apparatus of channel estimation}

본 발명은 무선통신시스템에서 채널 추정 방법 및 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 고속 이동 환경에서의 채널 추정 방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT원천기술개발의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2007-F-039-01, 과제명: VMC 기술 개발].

직교 주파수 분할(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 방식을 이용한 통신 시스템(이하, OFDM 시스템)은 전송 할 데이터를 상호 직교하는 복수개의 부반송파로 변조하여 동시에 전송한다. 때문에, OFDM 시스템은 이동 수신 환경에서 성능 저하를 유발시키는 다중 경로 간섭을 방지할 수 있다. 그러나 OFDM 시스템은 수신측이 이동함으로써 발생하는 도플러 효과 및 다중경로채널에서 데이터 복원에 있어 발생하는 취약점을 극복하기 위해 채널 추정 및 보상을 수행해야 한다.

종래의 채널 추정 방법에서는 채널이 시간의 흐름에 따라 천천히 변화하거나, 한 패킷 동안 시불변 채널이라는 가정하에 채널을 추정한다. 하지만, 고속 이동 환경에서는 시간이 흐름에 따라 채널의 변화가 발생한다. 또한, 고속 이동 환경에서 OFDM 심볼이 변화하는 채널을 통과하면서 크기와 위상의 왜곡이 발생한다.

따라서, 일반적으로 채널 추정시, 프리앰블로 추정된 채널값을 이용하여 전체 심볼의 채널을 보상하는 것에 어려운 단점이 있다. 프리앰블 다음에 오는 심볼과 마지막에 위치한 심볼의 채널 환경이 다른 경우에, 프리앰블을 이용하여 채널 추정한 채널값으로는 마지막 심볼에 대한 정확한 채널 보상이 이루어지지 않는다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 고속 이동 환경에서 정확하게 채널을 추정하는 채널 추정 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 한 특징에 따르면, 무선 통신 시스템에서 수신 신호를 토대로 채널을 추정하는 방법은 상기 수신 신호로부터 추출한 프리앰블을 이용하여 초기 채널 추정값을 생성하는 단계, 상기 프리앰블에 연속하여 나타나는 데이터 심볼 사이에 미드앰블이 있는지를 판단하는 단계, 상기 미드앰블이 있으면, 상기 미드앰블을 이용하여 제1 채널 추정값을 획득하는 단계, 상기 초기 채널 추정값과 상기 제1 채널 추정값을 이용하여, 업데이트된 제2 채널 추정값을 획득하는 단계 및 상기 제2 채널 추정값으로 채널 등화를 수행하여 왜곡을 보상하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 무선 통신 시스템에서 수신 신호를 토대로 채널을 추정하는 채널 추정 장치는 상기 수신 신호로부터 추출한 프리앰블을 이용하여 초기 채널 추정값을 생성하고, 상기 프리앰블에 연속하여 나타나는 데이터 심볼 사이의 미드앰블을 이용하여 제1 채널 추정값을 획득하여, 상기 초기 채널 추정값과 상기 제1 채널 추정값을 이용하여, 업데이트된 제2 채널 추정값을 획득하는 채널 추정부 및 상기 제2 채널 추정값으로 채널 등화를 수행하여 왜곡을 보상하는 등화부를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 무선 통신 시스템에서 미드앰블을 이용하여 채널을 추정하고 이를 토대로 소정 심볼이 채널을 통과하면서 겪는 크기와 위상의 왜곡을 보상할 수 있다. 그 결과, 고속 이동 환경에서도 효과적이면서 정확하게 채널 추정을 할 수 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 채널 추정 방법 및 장치에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, OFDM 시스템은 송신 장치(100)와 수신 장치(200)를 포함한다.

OFDM 시스템의 송신 장치(100)는 채널 코딩부(110), 변조부(120), 제1 변환부(130) 및 역고속 푸리에 변환부(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT)(140)를 포함한다.

채널 코딩부(110)는 전송 할 데이터를 채널 코딩하고, 변조부(120)는 채널 코딩 된 데이터를 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 또는 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 방식으로 변조하여 직렬 데이터를 생성한다. 제1 변환부(130)는 생성된 직렬 데이터를 병렬 데이터로 변환하고, IFFT(140)는 병렬 데이터를 역 고속 푸리에 변환한다.

OFDM 시스템의 수신 장치(200)는 고속 푸리에 변환부(Fast Four Transform, FFT)(210), 제2 변환부(220), 채널 추정부(230), 등화부(240), 복조부(250) 및 채널 디코딩부(260)를 포함한다.

FFT(210)는 수신한 데이터를 고속 푸리에 변환하고, 제2 변환부(220)는 고속 푸리에 변환된 데이터를 병렬 데이터에서 직렬 데이터로 변환한다. 채널 추정부(230) 및 등화부(240)는 채널을 추정하고 복원한다. 또한, 복조부(250)는 수신된 신호를 복조하고, 채널 디코딩부(260)는 원래의 데이터를 출력한다.

다음, 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 시스템에서 송신 장치(100)에서 수신 장치(200)로 전송되는 하나의 패킷 구조를 도 2를 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하나의 패킷 구조를 나타낸 것이다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 세로축은 OFDM 부반송파(OFDM Subcarrier), 가로축은 OFDM 심볼(OFDM symbol)을 나타낸다. 하나의 패킷은 두 개의 OFDM 심볼을 기준으로 시작하며, 두 개의 OFDM 심볼을 프리앰블이라고 명명한다. 데이터 심볼(Data symbol)은 프리앰블에 이어서 위치한다. 여기서 데이터 심볼은 파일럿 부반송파(Pilot subcarrier)를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 하나의 패킷 구조에서는 데이터 심볼들 사이에 미드앰블(Midamble)이 삽입되어 있다. 여기서, 미드앰블은 시변 채널 환경에서 데이터 전송을 위해 프리앰블과 동일한 기능을 한다.

다음, 하나의 패킷 구조에서 프리앰블 만을 이용한 채널 추정 방법을 도 3을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 프리앰블을 이용한 채널 추정 방법을 나타낸 블럭도이다.

먼저, 프리앰블을 이용한 채널 추정 방법에서는 하나의 패킷 동안 채널이 변하지 않는 것으로 가정한다.

OFDM 시스템은 프리앰블을 이용하여 패킷이 채널을 통과할 때 겪는 변화를 추정하고, 채널 추정 값으로 데이터 심볼을 등화하여 채널을 보상한다.

다음, 시변 채널 환경에서 미드앰블을 이용한 채널 추정 방법을 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 시변 채널 환경에서의 채널 추정 방법을 나타낸 블럭도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 채널 추정 방법을 나타낸 흐름 도이다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 패킷 구조에서는 프리앰블에 이어서 위치하는 데이터 심볼(Data symbol)들 사이에 적어도 하나의 미드앰블(Midamble)이 삽입되어 있다.

본 발명의 실시예에 따른 OFDM 시스템은 프리앰블을 이용하여 패킷이 초기 채널을 통과할 때 변화를 추정하고, 그에 따른 초기 채널 추정값으로 데이터 심볼을 등화하여 채널을 보상한다. 또한, OFDM 시스템은 미드앰블을 이용하여 패킷이 초기 채널과 다른 성격의 채널 환경을 통과할 때 변화를 추정하고, 그에 따른 제1 채널 추정값과 초기 채널 추정값을 이용하여 업데이트된 채널 추정값을 획득한다. 그리고 업데이트된 채널 추정값을 토대로 채널 등화를 수행하여 채널을 보상한다.

구체적으로, OFDM 시스템의 수신 장치(도 1의 200)는 미드앰블이 삽입되어 패킷에 대응하는 수신 신호(yn)를 송신 장치(도 1의 100)로부터 수신한다. 여기서, 수신 신호(yn)는 다음 수학식 1과 같다.

여기서, yn 는 수신 신호, xn 은 송신 신호, hn 은 채널의 임펄스 응답이며, wn 은 잡음 신호이다.

도 5에 나타낸 바와 같이, OFDM 시스템의 수신 장치(200)는 수신 신호(yn)를 수학식 2와 같이 고속 푸리에 변환하여 고속 푸리에 변환된 신호(Y(k))를 출력한다(S101).

채널 추정부(도 1의 230)는 고속 푸리에 변환된 신호(Y(k))에서 프리앰블(Preamble)을 추출하고, 추출된 프리앰블을 이용하여 초기 채널 추정 값(H(K))을 획득한다(S102). 여기서, 초기 채널 추정 값(

)은 다음 수학식 3과 같다.

등화부(240)는 초기 채널 추정 값(

)으로 데이터 심볼을 등화하여, 채널을 보상한다(S103). 여기서, 등화된 데이터 심볼(

)은 수학식 4와 같다.

초기 채널 추정 값(

)을 이용하여 채널을 보상한 후, 수신 장치(200)는 미드앰블이 있는지 여부를 판단한다(S104). 여기서, 하나의 패킷 구조에서 미드앰 블은 도 4에서와 같이, 프리앰블에 연속되어 위치하는 데이터 심볼들 사이에 삽입되어있다.

미드앰블이 있으면, 채널 추정부(230)는 미드앰블을 이용하여 새롭게 채널 추정 값을 획득한다(S105). 미드앰블이 없으면, 등화부(240)는 미드앰블이 나타나기 전까지의 데이터 심볼을 등화하여 채널을 보상한다.

S102 단계에서 획득한 초기 채널 추정값에 대응하는 OFDM 심볼의 채널 환경과 미드앰블을 이용하여 새롭게 획득한 채널 추정 값에 대응하는 OFDM 심볼의 채널 환경이 다르다. 때문에, 본 발명의 실시예에 따른 채널 추정 방법에 있어서, 미드앰블이 나타났을 때 마다 채널을 추정하고 이를 토대로 업데이트된 채널 추정 값을 생성하여 채널 환경에 대응하도록 채널 추정 및 보상을 수행한다.

채널 추정부(230)는 새롭게 획득한 채널 추정 값과 초기 채널 추정 값을 누적하여, 채널 추정 값의 평균값을 업데이트된 채널 추정 값으로 생성한다(S106).

등화부(240)는 업데이트된 채널 추정 값으로 데이터 심볼을 등화하여 채널을 보상한다(107). 복조부(250)는 채널 보상된 데이터 심볼을 복조한다.

따라서, 처음 OFDM 심볼과 마지막에 위치한 OFDM 심볼의 채널 환경이 다른 경우에도 OFDM 심볼이 채널을 통과하면서 겪는 크기 및 위상의 왜곡을 용이하게 보상할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전송되는 패킷 구조를 나타낸 것이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 시변 채널환경에서의 채널 추정 방법을 나타낸 블럭도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 채널 추정 방법을 나타낸 흐름도이다.

Claims

무선 통신 시스템에서 수신 신호를 토대로 채널을 추정하는 방법에서,

상기 수신 신호로부터 추출한 프리앰블을 이용하여 초기 채널 추정값을 생성하는 단계;

상기 프리앰블에 연속하여 나타나는 데이터 심볼 사이에 미드앰블이 있는지를 판단하는 단계;

상기 미드앰블이 있으면, 상기 미드앰블을 이용하여 제1 채널 추정값을 획득하는 단계;

상기 미드앰블이 없으면, 상기 초기 채널 추정값으로 채널 등화를 수행하여 왜곡을 보상하는 단계;

상기 초기 채널 추정값과 상기 제1 채널 추정값을 이용하여, 업데이트된 제2 채널 추정값을 획득하는 단계; 및

상기 제2 채널 추정값으로 채널 등화를 수행하여 왜곡을 보상하는 단계를 포함하는 채널 추정 방법.
삭제
제1항에 있어서,

상기 제1 채널 추정값을 획득하는 단계는

상기 데이터 심볼 사이에 나타나는 미드앰블에 따라 제1 채널 추정값을 획득하는 과정을 반복 수행하면서, 획득되는 초기 채널 추정값을 업데이트하는 단계를 포함하는 채널 추정 방법.
제3항에 있어서,

상기 제2 채널 추정값을 획득하는 단계는

상기 제1 채널 추정값과 초기 채널 추정을 추적하여, 누적한 채널 추정값의 평균값을 계산하는 단계; 및

상기 평균값을 상기 업데이트된 제2 채널 추정값으로 생성하는 단계를 포함하는 채널 추정 방법.
무선 통신 시스템에서 수신 신호를 토대로 채널을 추정하는 채널 추정 장치에 있어서,

상기 수신 신호로부터 추출한 프리앰블을 이용하여 초기 채널 추정값을 생성하고, 상기 프리앰블에 연속하여 나타나는 데이터 심볼 사이의 미드앰블을 이용하여 제1 채널 추정값을 획득하여, 상기 초기 채널 추정값과 상기 제1 채널 추정값을 이용하여, 업데이트된 제2 채널 추정값을 획득하는 채널 추정부; 및

상기 제2 채널 추정값으로 채널 등화를 수행하여 왜곡을 보상하고, 상기 프리앰블에 연속하여 나타나는 데이터 심볼 사이에 상기 미드앰블이 없으면, 상기 초기 채널 추정값으로 채널 등화를 수행하여 왜곡을 보상하는 등화부를 포함하는 채널 추정 장치.
삭제
제5항에 있어서,

상기 채널 추정부는

상기 데이터 심볼 사이에 나타나는 미드앰블이 있는 경우마다, 상기 미드앰블을 이용하여 제1 채널 추정값을 새롭게 획득하는 과정을 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 채널 추정 장치.
제7항에 있어서,

상기 채널 추정부는

상기 제1 채널 추정값과 초기 채널 추정값을 누적하여, 누적한 채널 추정값의 평균값을 계산하여, 상기 평균값을 상기 업데이트된 제2 채널 추정값으로 생성하는 채널 추정 장치.