KR100977557B1 - Channel estimation apparatus and method of ofdm system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing: OFDM) 시스템을 위한 시변 다중경로채널 추정에 관한 것으로서, OFDM 시스템의 수신단에서 OFDM 심볼 주기의 임의의 샘플링 시간(sampling time)에서 관찰한 다중경로채널의 각 경로의 시간지연, 크기 및 위상 응답인 순시 임펄스 응답(instantaneous impulse response)을 임의의 수만큼 추정하고 이들을 보간(interpolation)함으로써 OFDM 심볼주기 동안의 모든 채널변화를 추정할 수 있는 OFDM 시스템의 시변 채널 추정 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a time-varying multipath channel estimation for an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) system, wherein a multipath channel observed at an arbitrary sampling time of an OFDM symbol period at a receiving end of an OFDM system Time-varying OFDM system capable of estimating all channel changes during an OFDM symbol period by estimating an arbitrary number of instantaneous impulse responses, which are the time delay, magnitude, and phase response of each path, and interpolating them. A channel estimation apparatus and method.
본 발명에 따른 OFDM 시스템의 시변 채널 추정 장치는 임의의 시간 영역 패턴을 갖는 파일럿 심볼을 포함하는 수신 신호를 수신하여 임의의 길이를 갖는 시간 영역 파일럿 신호와 수신 신호 간 상호상관을 취하여 임의의 샘플링 시간에서 채널의 임펄스 응답을 추정하여 출력한다. The time-varying channel estimating apparatus of the OFDM system according to the present invention receives a received signal including a pilot symbol having an arbitrary time-domain pattern, takes a correlation between the time-domain pilot signal having an arbitrary length and the received signal, and selects an arbitrary sampling time. Estimate and output the impulse response of the channel at.
이에 따라 본 발명에 따른 OFDM 시스템의 시변 채널 추정 장치 및 방법은 임의의 채널 추정 위치에서 임의의 블록 길이를 사용하여 한 OFDM 심볼구간 내에서 다수의 임펄스 응답을 자유롭게 추정할 수 있으므로 다중경로 채널의 시변 특성에 관계없이 선형 근사화가 가능하여 채널의 시변에 효과적으로 대처할 수 있는 장점을 갖는다. Accordingly, the apparatus and method for time-varying channel estimation of an OFDM system according to the present invention can freely estimate a plurality of impulse responses within an OFDM symbol interval by using an arbitrary block length at an arbitrary channel estimation position. Regardless of characteristics, linear approximation is possible to effectively cope with time-varying channels.
Description
본 발명은 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing: OFDM) 시스템을 위한 시변 다중경로채널(time-varying multipath channel) 추정에 관한 것으로서, OFDM 시스템의 수신단에서 OFDM 심볼 주기의 임의의 샘플링 시간(sampling time)에서 관찰한 다중경로채널의 각 경로의 시간지연, 크기 및 위상 응답인 순시 임펄스 응답(instantaneous impulse response)을 임의의 수만큼 추정하고 이들을 보간(interpolation)함으로써 OFDM 심볼주기 동안의 모든 채널변화를 추정할 수 있는 OFDM 시스템의 시변 채널 추정 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a time-varying multipath channel estimation for an Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) system, wherein an arbitrary sampling time of an OFDM symbol period is received at a receiving end of an OFDM system. Estimate any number of instantaneous impulse responses, which are the time delay, magnitude, and phase response of each path of the multipath channel observed in Fig. 9), and estimate all channel changes during the OFDM symbol period by interpolating them. The present invention relates to a time-varying channel estimation apparatus and method of an OFDM system.
OFDM은 전체 주파수 대역을 다수의 협대역 부채널(subchannel)로 분할하여 병렬 전송하는 직교 다채널 전송(orthogonal multichannel transmission) 방식으로, 다중경로채널(multipath channel)의 최대지연확산(maximum delay spread)보다 긴 CP(Cyclic Prefix)를 보호구간(guard interval)으로 OFDM 심볼 사이에 삽입함으로써 무선 광대역 전송시에 발생하는 다중경로에 의한 주파수 선택적 페이 딩(frequency selective fading)을 단일탭 등화기(one tap equalizer)를 사용하여 효과적으로 극복할 수 있는 방식이다. OFDM is an orthogonal multichannel transmission method in which the entire frequency band is divided into a plurality of narrowband subchannels and transmitted in parallel, rather than the maximum delay spread of the multipath channel. By inserting a long CP (Cyclic Prefix) between OFDM symbols at guard intervals, one-tap equalizer eliminates frequency selective fading due to multipath, which occurs during wireless broadband transmission. This can be effectively overcome using.
그러나 OFDM 방식은 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)와 FFT(Fast Fourier Transform)를 통해 각각 변조와 복조를 수행하는 선형 직교 변환 방식으로 OFDM 심볼주기 동안의 채널 특성이 변하지 않는 시불변 채널을 가정하여 개발된 방식이므로 송수신기의 상대적인 이동으로 인해 채널의 특성이 OFDM 심볼주기 내에서 변하는 경우에는 FFT 과정에서 부반송파(subcarrier) 사이의 직교성이 파괴되어 복조 신호에 채널간 간섭(Inter-Channel Interference: ICI)이 발생하게 된다.However, the OFDM scheme is a linear orthogonal transformation scheme that modulates and demodulates through Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) and Fast Fourier Transform (FFT), respectively. In this case, if the characteristics of the channel are changed within the OFDM symbol period due to the relative movement of the transceiver, the orthogonality between subcarriers is broken during the FFT process so that inter-channel interference (ICI) occurs in the demodulated signal. do.
ICI는 수신단의 데이터 검출시 잡음과 유사한 형태로 영향을 미쳐 OFDM 시스템의 수신성능을 저하하므로 이에 대처하기 위해서는 ICI 제거 또는 등화 등의 보상기법이 사용되어야 한다. ICI를 효과적으로 보상하기 위해서는 먼저 ICI를 추정해야 하며, ICI는 다중경로 채널의 시간에 따른 변화를 모두 포함하고 있으므로 정확한 ICI 보상을 위해서는 기본적으로 모든 샘플링 시간에서의 임펄스 응답을 추정하는 샘플링 주기 단위의 채널 추정기법이 필요하다. Since ICI affects the receiver in the form of noise-like data, reducing the reception performance of the OFDM system. To cope with this, compensation techniques such as ICI removal or equalization should be used. In order to effectively compensate for ICI, ICI must be estimated first. Since ICI includes all the changes over time of a multipath channel, for accurate ICI compensation, a channel in a sampling period unit that basically estimates an impulse response at all sampling times. Estimation techniques are needed.
기존의 파일럿을 이용한 주파수 영역 LS(Least Square) 기준의 채널추정 기법이나 시간영역 상관 기법들은 OFDM 심볼주기 동안의 모든 임펄스 응답을 구하는 것이 아니라 각 경로의 변화에 대한 평균값만을 구하는 심볼주기 단위 채널 추정방식이다. 특히, OFDM 심볼주기 내에서의 모든 경로 변화가 선형인 경우에는 각 OFDM 심볼주기의 1/2 위치에 해당하는 샘플링 시간에서의 임펄스 응답을 구하는 것과 동일한 결과를 제공하므로 이들 기법들만을 사용해서는 시변 채널을 정확히 추 정할 수 없다.Channel estimation or time-domain correlation techniques based on the frequency-domain LS (Least Square) criterion using conventional pilots do not calculate all the impulse responses during the OFDM symbol period, but instead obtain the average value for each path change. to be. In particular, when all path changes in an OFDM symbol period are linear, the same results are obtained as obtaining an impulse response at a sampling time corresponding to one-half position of each OFDM symbol period. Cannot be estimated accurately.
이와 같은 문제를 해결하기 위한 방법으로 도 1에서는 인접한 두 OFDM 심볼 사이의 채널 변화가 1차 선형 방정식으로 모델링된다는 부분 선형 근사화 가정하에 기존의 파일럿을 이용한 심볼주기 단위의 채널 추정 기법에 선형 보간을 결합한 새로운 추정기법이 제안하였다. In order to solve such a problem, in FIG. 1, linear interpolation is combined with a conventional channel estimation method of symbol periods using a pilot under partial linear approximation that a channel change between two adjacent OFDM symbols is modeled as a linear linear equation. A new estimation technique is proposed.
상술한 방법에서는 먼저 파일럿 심볼을 이용한 주파수 영역 LS 추정기법을 통해 각 OFDM 심볼 주기의 1/2에서의 임펄스 응답을 추정한 후 인접한 두 OFDM 심볼의 임펄스 응답을 샘플링 시간단위로 선형 보간하여 전체 시변 채널을 추정한다. 이 방법은 연속된 두 OFDM 심볼 사이의 채널 변화가 선형인 경우에 간단한 방법으로 우수한 추정성능을 제공하지만 채널의 시변율이 증가하여 OFDM 심볼주기 내에서의 경로 변화가 비선형이 되는 고속 시변 채널의 경우에는 추정 오차가 증가하게 되는 단점이 있다.In the above-described method, first, the impulse response is estimated at 1/2 of each OFDM symbol period by using a frequency domain LS estimation technique using pilot symbols, and then the total time-varying channel is performed by linearly interpolating the impulse responses of two adjacent OFDM symbols in units of sampling time. Estimate This method provides good estimation performance in a simple way when the channel change between two consecutive OFDM symbols is linear, but in the case of a fast time-varying channel in which the path change in the OFDM symbol period becomes nonlinear due to an increase in the time-varying rate of the channel. There is a disadvantage that the estimation error increases.
이와 같이 채널 시변율 증가에 따른 추정오차 증가에 대처하기 위해 도 2에서는 하나의 OFDM 심볼구간을 다수개의 부블록(subblock)으로 분할한 후 각 부블록에서 채널의 임펄스 응답을 추정한 후 인접한 두 임펄스 응답을 선형 보간하여 전체 시변 채널을 추정하는 새로운 추정기법을 제안하였다. In order to cope with an increase in estimation error due to an increase in channel time-varying rate, in FIG. 2, one OFDM symbol section is divided into a plurality of subblocks, and then an impulse response of the channel is estimated in each subblock, and then two adjacent impulses are estimated. A new estimation method is proposed to estimate the entire time-varying channel by linearly interpolating the response.
상술한 방법은 각 부블록에서의 임펄스 응답 추정을 위해 먼저 부블록의 수와 동일한 시간영역에서의 반복적 패턴을 갖는 파일럿 심볼을 삽입하여 전송한다. 수신단에서는 반복패턴의 기본패턴을 이용하여 수신 신호와 시간 영역의 상관을 취하여 각 부블록 주기의 1/2 위치에서의 임펄스 응답을 추정한다. In the above-described method, a pilot symbol having a repetitive pattern in a time domain equal to the number of subblocks is first inserted and transmitted for impulse response estimation in each subblock. The receiving end estimates an impulse response at a
그러나 상술한 방법은 부블록의 수가 증가할수록 부블록의 주기가 짧아져 채널추정에 사용되는 샘플수가 감소하여 잡음에 의한 채널 추정의 성능 저하가 발생하며 특히, DVB 시스템이나 와이브로 시스템과 같이 파일럿 심볼이 시간영역에서 반복적 패턴을 가지는 않는 일반적인 상황에서는 적용이 불가능하다는 단점이 있다.However, in the above-described method, as the number of subblocks increases, the period of the subblocks becomes shorter, and thus the number of samples used for channel estimation decreases, resulting in performance degradation of channel estimation due to noise. The disadvantage is that it is not applicable in the general situation that does not have a repetitive pattern in the time domain.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로 그 목적은 임의의 채널 추정 위치에서 임의의 블록 길이를 사용하여 한 OFDM 심볼구간 내에서 다수의 임펄스 응답을 자유롭게 추정할 수 있으므로 다중경로 채널의 시변 특성에 관계없이 선형 근사화가 가능한 채널 추정 장치 및 방법을 제공하는 데 있다. The present invention has been devised to solve this problem, and its object is to provide a time-varying characteristic of a multipath channel because it is possible to freely estimate a number of impulse responses within an OFDM symbol interval using an arbitrary block length at an arbitrary channel estimation position. The present invention provides a channel estimation apparatus and method capable of linear approximation regardless of the above.
나아가, 채널의 변화율에 따라 채널 추정 위치에서의 최적의 블록 길이를 산출하여 채널 추정함으로써 비선형 시변 채널을 효과적으로 선형 근사화할 수 있고 이를 통해 기존의 반복적 패턴의 파일럿 방식보다 우수한 추정성능을 갖는 OFDM 시스템의 시변 채널 추정 장치 및 방법을 제공하는 데 있다. Furthermore, the linear block approximation of the nonlinear time-varying channel can be effectively performed by calculating the optimal block length at the channel estimation position according to the rate of change of the channel. An apparatus and method for time-varying channel estimation are provided.
상술한 본 발명의 일 양상에 따른 OFDM 시스템의 시변 채널 추정 장치는 임의의 시간 영역 패턴을 갖는 파일럿 심볼을 포함하는 수신 신호를 수신하여 임의의 길이를 갖는 구간동안의 시간 영역 파일럿 신호와 수신 신호 간 상호상관을 취하여 임의의 샘플링 시간에서 채널의 임펄스 응답을 추정하여 출력하되, 수신된 수신 신 호에서 하나 이상의 임의의 샘플링 시간을 선정하는 샘플링 시간 선정부와, 샘플링 시간 선정부에 의해 선정된 시간을 중심으로 채널 값 추정을 위한 추정 범위를 설정하고 수신 신호에서 설정된 추정 범위 내의 신호를 추출하여 출력하는 추정 범위 설정부와, 추정 범위 설정부에 의해 추출된 추정 범위 신호와 추정 범위 파일럿 신호를 이용하여 상관 관계를 통해 임의의 샘플링 시간에서 채널 추정 값을 산출하여 출력하는 채널 추정부를 포함한다. An apparatus for estimating time-varying channels in an OFDM system according to an aspect of the present invention described above receives a received signal including a pilot symbol having an arbitrary time-domain pattern, and thus receives a signal between the time-domain pilot signal and the received signal during an interval having an arbitrary length. Taking the cross-correlation and estimating the impulse response of the channel at an arbitrary sampling time, the sampling time selection unit for selecting one or more arbitrary sampling times from the received signal and the time selected by the sampling time selection unit An estimation range setting unit which sets an estimation range for channel value estimation as a center and extracts and outputs a signal within the estimation range set from the received signal, and using the estimation range signal and the estimation range pilot signal extracted by the estimation range setting unit Channel that calculates and outputs the channel estimate value at any sampling time through correlation It includes an estimator.
본 발명의 특징적인 양상에 따라 본 발명에 따른 채널 추정부는 추정 범위 설정부에 의해 추출된 추정 범위 신호와 해당 추정 범위 구간동안의 추정 범위 파일럿 신호를 이용하여 상호 상관 기법을 통한 상관 결과를 출력하는 상관기와, 추정 범위 파일럿 간의 상관 결과를 산출하고 산출된 상관 결과의 인버스 값을 출력하는 파일럿 상관기와, 상관기로부터 출력되는 상관 처리 결과와 파일럿 상관기를 통해 출력되는 파일럿들 간의 상관 결과의 인버스 값을 곱셈 연산하여 출력하는 곱셈기를 포함한다. According to a characteristic aspect of the present invention, the channel estimator according to the present invention outputs a correlation result through a cross-correlation technique using an estimated range signal extracted by an estimated range setting unit and an estimated range pilot signal during a corresponding estimated range interval. A correlator, a pilot correlator for calculating a correlation result between the estimated range pilots and outputting an inverse value of the calculated correlation result, and multiplying the inverse value of the correlation result between the correlation processing result output from the correlator and the pilot outputs through the pilot correlator It includes a multiplier for calculating and outputting.
아울러 본 발명의 일 양상에 따른 OFDM 시스템의 시변 채널 추정 방법은 임의의 시간 영역 패턴을 갖는 파일럿 심볼을 포함하는 수신 신호를 수신하여 임의의 길이를 갖는 구간동안의 시간 영역 파일럿 신호와 수신 신호 간 상호상관을 취하여 임의의 샘플링 시간에서 채널의 임펄스 응답을 추정하여 출력하되, 수신된 신호에서 하나 이상의 임의의 샘플링 시간을 선정하는 a) 단계와, a) 단계로부터 선정된 시간을 중심으로 채널의 임펄스 응답 추정을 위한 추정 범위를 설정하고 수신 신호에서 설정된 추정 범위 내의 신호를 추출하여 출력하는 b) 단계와, 추정 범위 신호 와 추정 범위 파일럿 신호를 이용하여 상관 관계를 통해 임의의 샘플링 시간에서 채널 추정 값을 산출하여 출력하는 단계를 포함한다. In addition, a time-varying channel estimation method of an OFDM system according to an aspect of the present invention receives a received signal including a pilot symbol having an arbitrary time-domain pattern and mutually intersects the time-domain pilot signal and the received signal during an interval having an arbitrary length. A method of estimating and outputting an impulse response of a channel at an arbitrary sampling time by taking a correlation, wherein the impulse response of the channel is selected based on a time selected from step a) and selecting one or more arbitrary sampling times from the received signal. B) setting an estimation range for estimation, extracting and outputting a signal within the estimated estimation range from the received signal, and using the estimated range signal and the estimated range pilot signal to correlate the channel estimated value at an arbitrary sampling time. Calculating and outputting.
본 발명의 특징적인 양상에 따라 본 발명에 따른 c) 단계는 추정 범위 신호와 해당 추정 범위 구간동안의 추정 범위 파일럿 신호를 이용하여 상호 상관 기법을 통해 상관 결과를 출력하는 c1) 단계와, 추정 범위 파일럿 간의 상관 결과를 산출하고 산출된 상관 결과의 인버스 값을 출력하는 c2) 단계와, c1) 단계로부터 출력되는 상관 처리 결과와 c2) 단계로부터 출력되는 파일럿들 간의 상관 결과의 인버스 값을 곱셈 연산하여 출력하는 c3) 단계를 포함한다. According to a characteristic aspect of the present invention, step c) according to the present invention comprises: step c1) of outputting a correlation result through a cross-correlation method using an estimated range signal and an estimated range pilot signal during a corresponding estimated range section, and an estimated range Calculating a correlation result between pilots and outputting the inverse value of the calculated correlation result, and multiplying the inverse value of the correlation result between the correlation processing result output from step c1) and the pilot outputs from step c2) Outputting step c3).
본 발명의 또 다른 양상에 따라 본 발명에 따른 OFDM 시스템의 시변 채널 추정 장치 및 방법은 수신 신호에서 데이터를 제거하거나 이용하여, 데이터 또는 채널의 간섭에 의해 발생하는 노이즈를 제거하여 더욱 정확한 채널 추정을 할 수 있다. According to another aspect of the present invention, an apparatus and method for time-varying channel estimation in an OFDM system according to the present invention removes or uses data from a received signal, thereby removing noise generated by interference of data or channels, thereby obtaining more accurate channel estimation. can do.
본 발명에 따른 OFDM 시스템의 시변 채널 추정 장치 및 방법은 임의의 채널 추정 위치에서 임의의 블록 길이를 사용하여 한 OFDM 심볼구간 내에서 다수의 임펄스 응답을 자유롭게 추정할 수 있으므로 다중경로 채널의 시변특성에 관계없이 선형 근사화가 가능하여 채널의 시변에 효과적으로 대처할 수 있는 장점을 갖는다. The apparatus and method for time-varying channel estimation of an OFDM system according to the present invention can freely estimate a number of impulse responses within an OFDM symbol interval using an arbitrary block length at an arbitrary channel estimation position. Irrespective of the linear approximation, it is possible to effectively cope with the time-varying channel.
또한, 본 발명에 따른 OFDM 시스템의 시변 채널 추정 장치 및 방법은 채널의 변화율에 따라 채널 추정 위치에서의 최적의 블록 길이를 산출하여 채널 추정함으로써 비선형 시변 채널을 효과적으로 선형 근사화할 수 있으므로 우수한 추정성능 을 갖는 장점을 갖는다. In addition, the apparatus and method for time-varying channel estimation of the OFDM system according to the present invention can calculate the optimal block length at the channel estimation position according to the rate of change of the channel, thereby effectively linearly approximating the nonlinear time-varying channel, thereby providing excellent estimation performance. Has the advantage of having.
전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시 예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명을 이러한 실시 예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. The foregoing and further aspects of the present invention will become more apparent through the preferred embodiments described with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, the present invention will be described in detail to enable those skilled in the art to easily understand and reproduce the present invention.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 OFDM 시스템의 시변 채널 추정을 개략적으로 도시한 개요도이며, 도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 OFDM 시스템의 시변 채널 추정 장치를 개략적으로 도시한 블럭도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 OFDM 시스템의 시변 채널 추정 장치는 임의의 시간 영역 패턴을 갖는 파일럿 심볼을 포함하는 수신 신호를 수신하여 임의의 길이를 갖는 구간동안의 시간 영역 파일럿 신호와 수신 신호 간 상호상관을 취하여 임의의 샘플링 시간에서 채널의 임펄스 응답을 추정하여 출력하되, 수신된 수신 신호에서 하나 이상의 임의의 샘플링 시간을 선정하는 샘플링 시간 선정부(101)와, 샘플링 시간 선정부(101)에 의해 선정된 시간을 중심으로 채널 값 추정을 위한 추정 범위를 설정하고 수신 신호에서 설정된 추정 범위 내의 신호를 추출하여 출력하는 추정 범위 설정부(103)와, 추정 범위 설정부(103)에 의해 추출된 추정 범위 신호와 추정 범위 파일럿 신호를 이용하여 상관 관계를 통해 임의의 샘플링 시간에서 채널 추정 값을 산출하여 출력하는 채널 추정부(105)를 포함한다. 3 is a schematic diagram illustrating time-varying channel estimation of an OFDM system according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 4 schematically illustrates an apparatus of time-varying channel estimation of an OFDM system according to an exemplary embodiment of the present invention. It is a block diagram. As shown, the time-varying channel estimating apparatus of the OFDM system according to the present invention receives a received signal including a pilot symbol having an arbitrary time-domain pattern and between the time-domain pilot signal and the received signal during an interval having an arbitrary length.
본 발명의 특징적인 양상에 따라 본 발명에 따른 채널 추정부(105)는 추정 범위 설정부(103)에 의해 추출된 추정 범위 신호와 해당 추정 범위 구간동안의 추정 범위 파일럿 신호를 이용하여 상호 상관 기법을 통한 상관 결과를 출력하는 상관기(1051)와, 추정 범위 파일럿 간의 상관 결과를 산출하고 산출된 상관 결과의 인버스(inverse, 역행렬) 값을 출력하는 파일럿 상관기(1053)와, 상관기(1051)로부터 출력되는 상관 처리 결과와 파일럿 상관기(1053)를 통해 출력되는 파일럿들 간의 상관 결과의 인버스 값을 곱셈 연산하여 출력하는 제 1곱셈기(1055)를 포함하여 구성된다. According to a characteristic aspect of the present invention, the
일반적으로 번째 OFDM 심볼의 번째 샘플링 시간에서의 시간영역 OFDM 심볼은 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.Generally Of the first OFDM symbol The time-domain OFDM symbol at the first sampling time may be represented by
여기서, 는 번째 부채널로 전송되는 주파수 영역 심볼을 나타내며, 은 전체 부반송파 수를 나타낸다. 본 발명에서는 개의 부반송파가 개의 데이터, 개의 파일럿, 그리고 1개의 DC 부반송파로 구성된다고 가정한다. 따라서, 이며, 데이터 심볼과 파일럿 심볼은 중첩되지 않는 서로 다른 부채널로 전송된다. here, Is Represents a frequency domain symbol transmitted on the first subchannel, Represents the total number of subcarriers. In the present invention Subcarriers Data, Assume that it consists of pilots and one DC subcarrier. therefore, Data symbols and pilot symbols are transmitted on different subchannels that do not overlap.
또한, 는 OFDM 심볼주기에 포함된 시간영역 OFDM 신호의 샘플의 수를 나타내며, 유효 OFDM 심볼주기와 CP에 포함된 신호 샘플의 합인 이 된다. 번째 OFDM 심볼 주기 동안 전송된 신호는 시변 다중경로 채널을 통과한 후 잡음이 포함되어 수신되며, 수신 신호는 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다. Also, Denotes the number of samples of the time-domain OFDM signal included in the OFDM symbol period, which is the sum of the effective OFDM symbol period and the signal samples included in the CP. Becomes The signal transmitted during the first OFDM symbol period is received after passing through a time-varying multipath channel and including noise, and the received signal may be represented by
임의의 샘플링 시간에서 다중경로 채널의 임펄스 응답은 개의 탭을 갖는 FIR(Finite Impulse Response) 필터로 모델링 되므로 는 기저대역(baseband)에서 샘플링된 다중경로 채널의 이산시간(discrete-time) 임펄스 응답을 나타내며, 번째 OFDM 심볼의 번째 샘플링 시간에서의 번째 탭 계수를 의미한다. 는 평균이 '0'이며 분산이 인 가산성 백색 가우스 잡음(Additive White Gaussian Noise: AWGN)을 나타낸다.At any sampling time, the impulse response of a multipath channel Modeled as a finite impulse response (FIR) filter with Denotes the discrete-time impulse response of a multipath channel sampled at baseband, Of the first OFDM symbol At the first sampling time Means the first tap coefficient. Has an average of '0' and its variance Phosphorus Additive White Gaussian Noise (AWGN).
본 발명에서는 임의의 샘플링 시간에서의 채널 추정을 위해 추정 위치를 중심으로 구간 동안의 수신 신호 및 파일럿 신호를 이용하며, 이러한 추정 위치와 추정 범위 즉, 구간은 샘플링 시간 선정부(101)와 추정 범위 설정 부(103)에 의해 설정된다. In the present invention, centering on the estimated position for channel estimation at any sampling time The received signal and the pilot signal during the interval are used, and this estimated position and estimated range, The section is set by the sampling
샘플링 시간 선정부(101)는 예를 들면, 안테나로부터 수신 신호를 수신하여 채널 추정을 위한 샘플링 시간을 설정하는데, 이때 비선형적 채널 변경을 선형적으로 근사화하기 위하여 추정 범위 설정부(103)에 의해 설정된 추정 범위 내에서 하나 이상 설정될 수 있다. 부가적으로 샘플링 시간 선정부(101)는 시변 채널을 감지하여 변화율이 낮거나 선형으로 변화하는 영역의 끝과 시작점으로 설정하는 것이 바람직하다. For example, the sampling
추정 범위 설정부(103)는 샘플링 시간 선정부(101)에 의해 추정 위치 즉, 샘플링 시간이 설정되면, 해당 샘플링 시간을 중심으로 채널 값 추정을 위한 추정 범위 구간을 설정한다. When the estimated position, that is, the sampling time is set by the sampling
추정 범위 설정부(103)에 의해 추정 범위 즉 구간이 설정되면, 채널 추정부(105)는 해당 추정 범위 내에 있는 수신 신호와 파일럿 신호를 이용하여 상관 관계를 통해 에서의 채널 값을 추정할 수 있다. Estimated range set by the estimation
이를 도 3을 통해 상세히 설명하면, 번째 OFDM 심볼에서 추정하고자 하는 위치 이 보다 작거나, 가 보다 클 경우, 구간 내에 두 개의 OFDM 심볼이 포함된다. 즉 번째 OFDM 심볼에서의 채 널 임펄스 응답을 추정하기 위해서는 번째 OFDM 심볼 뿐만 아니라 번째와 번째 OFDM 심볼도 필요하다. This will be described in detail with reference to FIG. 3. Position to estimate in the first OFDM symbol this Is less than, end If greater than Two OFDM symbols are included in the interval. In other words To estimate the channel impulse response in the first OFDM symbol As well as the first OFDM symbol Th and The first OFDM symbol is also required.
번째 OFDM 심볼에서 채널 임펄스 응답의 추정을 위해 번째와 번째 OFDM 심볼을 포함한 수신 신호를 수학식 3과 같이 정의할 수 있다. To estimate the channel impulse response in the first OFDM symbol Th and The received signal including the first OFDM symbol may be defined as in
여기서 는 번째 OFDM 심볼주기 동안 수신된 신호를 나타내며 수학식 4와 같다.here Is Represents a signal received during the first OFDM symbol period and is represented by Equation 4.
수학식 3에서 정의된 수신 신호와 마찬가지로 인접 심볼들로 구성된 송신 신호 와 AWGN 및 번째 다중경로 채널의 임펄스 응답 를 수학식 5 내지 수학식 7과 같이 정의할 수 있다.Similar to the received signal defined in
여기서 , , 와 는 수학식 8 내지 수학식 10과 같다.here , , Wow Is the same as Equation 8 to Equation 10.
또한, 수신 신호 는 데이터 신호 와 파일럿 신호 로 구성되어 있으며 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.In addition, the received signal Data signal And pilot signal It can be represented as shown in Equation (11).
여기서 와 는 수학식 12와 수학식 13과 같다.here Wow Is the same as
여기서 와 는 수학식 14와 수학식 15로 정의된다. here Wow Is defined by equations (14) and (15).
여기서 와 은 번째 OFDM 심볼의 번째 샘플링 시간에서의 데이터 신호와 파일럿 신호를 나타낸다.here Wow silver Of the first OFDM symbol The data signal and the pilot signal at the first sampling time are shown.
데이터 신호와 파일럿 신호를 상술한 수학식을 통해 산출하면, 채널 추정부(105)의 상관기(1051)는 샘플링 시간 선정부(101)에 의해 선정된 샘플링 시간에서의 채널 추정을 위하여 수신신호와 파일럿 신호의 상호 상관 신호를 출력한다. When the data signal and the pilot signal are calculated through the above equation, the
즉, 상관기(1051)는 상술한 임의의 샘플링 시간 에서의 채널 추정을 위해 수신 신호 와 샘플 지연된 파일럿 신호 와의 상호상관 신호 를 수학식 16과 같이 정의한다.In other words, the
여기서 는 신호 와 의 상관 함수를 의미하며 수학식 17과 같이 나타낼 수 있다. here Signal Wow It means the correlation function of and can be expressed as shown in Equation 17.
또한, 는 번째 샘플링 시간에서 번째 다중경로 채널의 구간 평균값을 나타내며, 의 값은 채널의 시변 특성에 따라 가변적으로 선택할 수 있다. Also, Is At the first sampling time Of the first multipath channel Represents the mean of the interval, The value of can be variably selected according to the time varying characteristics of the channel.
추정 범위 설정부(103)는 수신 신호의 채널 시변율에 따라 추정 범위를 조정하되, 시변율이 작을 경우 추정 범위를 증가시키고, 시변율이 클 경우 추정 범위를 감소시킨다. 이러한 추정 범위 설정부(103)의 범위 조절은 예를 들면, 수신 신호의 프리앰블을 통해 수신 신호의 전체 시변율을 예측하고, 예측된 시변율을 참조하여 이루어질 수 있다. 프리앰블은 파일럿만으로 이루어지며, 파일럿은 송수신단 모두 규약을 통해 알고 있는 신호이다. 이에 따라 대략적인 수신 신호의 전체 시변율을 예측할 수 있는 것이다. 본 명세서에서는 프리앰블을 이용한 추정 방법을 예를 들어 설명하였으나, 상술한 프리앰블을 이용한 방법 이외에도 다양한 방법의 채널 시변율을 통한 추정 범위의 조절이 가능할 것이다. The estimation
즉, 채널의 시변율이 작을 경우 선형으로 변하는 구간이 길어지게 되어 값을 크게 선택할 수 있으며, 반대로 채널의 시변율이 큰 경우 채널의 변화가 선형인 구간이 짧아지게 되어 값 또한 작게 선택하여야 한다. In other words, if the time-varying rate of the channel is small, the interval that changes linearly becomes long. A large value can be selected. On the contrary, if the channel's time-varying rate is large, the section where the channel change is linear will be shortened. The value should also be chosen small.
임의의 샘플링 시간 에서 각각의 다중경로 채널을 추정하기 위해 수학식 16에서 구한 를 행렬 형태로 나타내면 수학식 18과 같다.Random sampling time From Eq. (16) to estimate each multipath channel in In the form of a matrix is expressed by Equation 18.
여기서 , , 와 은 수학식 19 내지 수학식 22와 같다. here , , Wow Is the same as Equation 19 to Equation 22.
여기서 구간 동안 채널의 변화가 선형으로 근사화될 경우, 는 번째 샘플링 시간에서의 채널 임펄스 응답과 같게 된다. here If the change in the channel is linearly approximated during the interval, Th It will be equal to the channel impulse response at the sampling time.
임의의 샘플링 시간 에서의 다중경로 채널은 수학식 23과 같이 구할 수 있으며, 채널 추정부(105)의 파일럿 상관기(1053)는 추정 범위 파일럿 간의 상관 결과 산출하여 출력하고, 제 1곱셈기(1055)는 상관기(1051)로부터 출력되는 상관 처리 결과 즉, 수학식 16에 의해 산출되는 와 파일럿 상관기(1053)를 통해 출력되는 파일럿 간의 상관 결과의 인버스 값 을 곱셈 연산하여 채널 추정 값을 출력한다. 이러한 연산은 수학식 23과 같다. Random sampling time The multipath channel in may be obtained as shown in Equation 23, and the
따라서, 에서의 다중경로 채널은 수학식 23과 같이 얻을 수 있으며 도 4에 이를 나타내었다. 도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 OFDM 시스템의 시변 채널 추정 장치를 개략적으로 도시한 블럭도이다. therefore, The multipath channel in can be obtained as shown in Equation 23, which is shown in FIG. 4 is a block diagram schematically illustrating an apparatus for estimating time-varying channels in an OFDM system according to an exemplary embodiment of the present invention.
여기서 는 샘플링 시간 에서 추정된 다중경로 채널을 나타내며 수학식 24와 같다.here Sampling time It represents the multipath channel estimated from Equation (24).
수학식 23으로부터 추정된 채널에는 과 에 의한 잡음이 포함되어 있어 OFDM 시스템의 성능이 저하된다. 는 데이터 심볼과 파일럿 심볼, 는 AWGN과 파일럿 심볼간의 상호 상관을 의미하며, 의 길이에 따라 상호 상관에 의한 잡음의 전력이 증가 또는 감소하게 된다. 의 값이 증가하게 되면 채널추정에 사용되는 샘플수가 많아지게 되어 상호상관 잡음의 전력이 감소하게 되며, 이에 따라 상호 상관 잡음에 의한 채널 추정 오차는 감소한다. The channel estimated from Equation 23 and Noise is included, which degrades the performance of the OFDM system. Is a data symbol and a pilot symbol, Denotes cross correlation between AWGN and pilot symbol, Depending on the length of the power of the noise due to cross-correlation increases or decreases. As the value of is increased, the number of samples used for channel estimation increases, thereby reducing the power of cross-correlation noise. Accordingly, the channel estimation error due to cross-correlation noise is reduced.
이하에서는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 OFDM 시스템의 시변 채널 추정 과정을 개략적으로 설명한다. 본 발명에 따른 OFDM 시스템의 시변 채널 추정 방법은 수신된 신호에서 하나 이상의 임의의 샘플링 시간을 선정하는 a) 단계와, a) 단계로부터 선정된 시간을 중심으로 채널의 임펄스 응답 추정을 위한 추정 범위를 설정하고 수신 신호에서 설정된 추정 범위 내의 신호를 추출하여 출력하는 b) 단계와, 추정 범위 신호와 추정 범위 파일럿 신호를 이용하여 상관 관계를 통해 임의의 샘플링 시간에서 채널 추정 값을 산출하여 출력하는 c) 단계를 포함한다. Hereinafter, a time-varying channel estimation process of an OFDM system according to an exemplary embodiment of the present invention will be described schematically. The time-varying channel estimation method of the OFDM system according to the present invention comprises a) selecting at least one arbitrary sampling time from a received signal, and an estimation range for estimating the impulse response of the channel based on the time selected from the step a). B) extracting and outputting a signal within a set estimated range from the received signal, and c) calculating and outputting a channel estimated value at an arbitrary sampling time through correlation using the estimated range signal and the estimated range pilot signal. Steps.
송신단으로부터 수신 신호가 전송되면, 샘플링 시간 선정부(101)는 수신된 신호에서 하나 이상의 임의의 샘플링 시간을 선정한다. 이때 선정되는 샘플링 시간은 비선형 시변 채널 구간중에서 그 변화율이 선형인 구간의 시작과 끝 시점일 수 있다. When the received signal is transmitted from the transmitting end, the
샘플링 시간이 선정되면, 추정 범위 설정부(103)는 샘플링 시간 선정부(101)에 의해 선정된 샘플링 시간을 중심으로 지정된 시간 내의 이전 및 이후 신호를 추정 범위로 설정하고, 수신 신호에서 추정 범위 신호를 추출하여 추정 범위 파일럿 신호와 함께 채널 추정부(105)로 출력한다. When the sampling time is selected, the estimation
채널 추정부(105)의 상관기(1051)는 추정 범위 설정부(103)에 의해 추출되어 출력되는 추정 범위 신호와 해당 추정 범위 구간동안의 추정 범위 파일럿 신호를 이용하여 상호 상관 기법을 통해 상관 결과를 출력한다. 이러한 상호 상관 기법은 이미 시간영역 파일럿을 이용한 채널 추정 기법에서 사용하는 일반적인 상관기(1051)를 사용할 수 있다. 파일럿 상관기(1053)는 추정 범위 파일럿 간의 상관 결과를 산출하고, 산출된 상관 결과의 인버스 값을 출력한다. The
추정 범위 설정부(103)에 의해 추출되어 출력되는 추정 범위 신호와 해당 추정 범위 구간동안의 추정 범위 파일럿 신호의 상관 결과와 추정 범위 파일럿 간의 상관 결과가 출력되면, 제 1곱셈기(1055)는 두 상관 결과를 곱셈 연산하여 출력함으로써, 해당 샘플링 시간의 채널 추정 값을 출력한다. When a correlation result between the estimated range signal extracted and estimated by the estimated
그러나 고속 이동 채널에서 값이 증가하게 되면 채널 추정 구간 내에서 채널이 비선형으로 변하게 되고, 이에 따라 도 5에 나타낸 바와 같이 추정 위치에서의 채널 임펄스 응답이 수학식 23에서 구한 채널의 평균값과 일치하지 않게 된다. 이와 같이 비선형에 의한 추정 오차가 발생하였을 경우, 상호 상관 잡음의 감소에도 채널 추정 성능이 향상되지 않는 결과를 초래한다. But in the fast moving channel If the value is increased, the channel is changed non-linearly within the channel estimation interval, so that the channel impulse response at the estimated position does not coincide with the average value of the channel obtained from Equation 23, as shown in FIG. As such, when an estimation error due to nonlinearity occurs, channel estimation performance does not improve even when cross-correlation noise is reduced.
임의의 샘플링 시간에서의 정확한 채널 값을 추정하기 위해서는 평균값을 구하는 구간 동안 채널의 변화가 선형으로 근사화될 수 있어야 하며, 이를 위해서는 구간 내의 채널 변화가 선형으로 근사화될 수 있도록 값의 크기를 줄여야 한다. 따라서 값의 크기를 줄이면서 상호 상관 잡음에 의한 채널 추정 오차도 줄일 수 있는 기법이 필요하다.In order to estimate the correct channel value at any sampling time, the channel change should be linearly approximated during the average period, so that the channel change in the interval can be approximated linearly. You need to reduce the size of the value. Therefore, there is a need for a method that can reduce the channel estimation error due to cross-correlation noise while reducing the magnitude of the value.
도 6은 본 발명의 또 다른 양상에 따른 OFDM 시스템의 시변 채널 추정 장치를 개략적으로 도시한 블럭도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 양상에 따라 본 발명에 따른 OFDM 시스템의 채널 추정 장치는 수신 신호에서 데이터를 제거하여 데이터와 파일럿 간의 상호 상관 잡음에 의한 채널 추정 오차를 줄일 수 있 도록 한다. 이에 따라 OFDM 시스템의 채널 추정 장치는 임의의 시간 영역 패턴을 갖는 파일럿 심볼이 삽입된 수신 신호를 수신하여 임의의 길이를 갖는 구간동안의 시간 영역 파일럿 신호와 수신 신호에서 데이터 신호를 제거한 데이터 제거 신호 간의 상호 상관을 이용하여 임의의 샘플링 시간에서 채널의 임펄스 응답을 추정하여 출력하되, 수신된 수신 신호에서 하나 이상의 임의의 샘플링 시간을 선정하는 샘플링 시간 선정부(101)와, 샘플링 시간 선정부(101)에 의해 선정된 시간을 중심으로 채널 값 추정을 위한 추정 범위를 설정하고 수신 신호에서 설정된 추정 범위 내의 신호를 추출하여 출력하는 추정 범위 설정부(103)와, 추정 범위 설정부(103)에 의해 설정된 범위의 추정 범위 신호에서 데이터 영역을 제거하여 출력하는 노이즈 감쇄부(107)와, 노이즈 감쇄부(107)에 의해 추정 범위 신호에서 데이터 영역이 제거된 데이터 제거 신호와 추정 범위 파일럿 신호를 이용하여 상호 상관을 통해 임의의 샘플링 시간에서 해당 추정 범위의 채널 평균 값을 산출하여 출력하는 채널 추정부(105)를 포함한다. 6 is a block diagram schematically illustrating a time-varying channel estimation apparatus of an OFDM system according to another aspect of the present invention. As shown, according to another aspect of the present invention, the channel estimating apparatus of the OFDM system according to the present invention can remove the data from the received signal to reduce the channel estimation error due to cross-correlation noise between the data and the pilot. Accordingly, the channel estimating apparatus of the OFDM system receives a received signal with a pilot symbol having an arbitrary time domain pattern inserted therebetween. A sampling
상술한 샘플링 시간 선정부(101), 추정 범위 설정부(103)는 도 3 내지 도 4를 통해 설명하였으므로 그 상세한 설명은 생략한다. Since the sampling
노이즈 감쇄부(107)는 추정 범위 설정부(103)에 의해 설정된 추정 범위 신호를 패스트 푸리에 변환하여 데이터 신호와 파일럿 신호로 각각 출력하는 FFT부(1071)와, FFT부(1071)로부터 출력되는 파일럿 신호를 주파수 영역 채널 추정 방법을 통해 채널 값을 추정하여 출력하는 주파수 영역 채널 추정부(1072)와, FFT부(1071)로부터 출력되는 데이터 신호와 주파수 영역 채널 추정부(1072)로부터 출 력되는 채널 추정 값을 통해 데이터를 추출하고 이를 출력하는 데이터 추출부(1073)와, 데이터 추출부(1073)로부터 출력되는 데이터와 주파수 영역 채널 추정부(1072)로부터 출력되는 채널 추정 값을 곱셈 연산하여 출력하는 제 2곱셈기(1074)와, FFT부(1071)로부터 출력되는 변환된 신호에서 제 2곱셈기(1074)로부터 출력되는 곱셈 결과값을 감산 연산하여 데이터가 제거된 데이터 제거 신호를 출력하는 감산기(1075)와, 감산기(1075)로부터 출력되는 데이터 제거 신호를 역 패스트 푸리에 변환하여 채널 추정부(105)로 출력하는 IFFT부(1076)를 포함한다. The
AWGN 잡음의 전력이 데이터 신호의 전력보다 작다고 가정하면, 데이터와 파일럿 간의 상호상관 에 의한 잡음의 전력이 AWGN과 파일럿 간의 상호상관에 의한 잡음의 전력보다 크게 된다. 그러므로 에 의한 잡음의 영향을 감소시키게 되면, 채널 추정 오차에 의한 성능 저하를 감소시킬 수 있다.Assuming that the power of the AWGN noise is less than the power of the data signal, cross-correlation between data and pilot Power of noise due to cross-correlation between AWGN and pilot This is greater than the power of noise. therefore By reducing the effect of the noise due to, it is possible to reduce the performance degradation due to the channel estimation error.
에 의한 잡음의 영향을 제거하기 위해서는 임시 데이터 심볼을 검출하여야 하며, 이를 위해 먼저 OFDM 심볼 주기 단위의 채널 추정을 수행하여야 한다. Temporary data symbols must be detected in order to remove the effects of noise. For this purpose, channel estimation must be performed in units of OFDM symbol periods.
심볼 주기 단위의 채널 추정은 기존에 발명된 다양한 기법들을 사용할 수 있으며, 본 발명에서는 주파수 영역 채널 추정 기법을 사용하였다. 수신 신호를 FFT 부(1071)를 통해 복조하면 수학식 25와 같이 나타낼 수 있다.The channel estimation in the symbol period unit can use various conventionally invented techniques, and the present invention uses a frequency domain channel estimation technique. Demodulation of the received signal through the
여기서 과 은 각각 번째 부채널의 복조 심볼과 AWGN의 주파수 응답을 나타내며, 는 번째 부채널의 주파수 응답을 나타낸다. 은 ICI를 나타내며 수학식 26과 같다.here and Are each Demodulation symbol of the first subchannel and the frequency response of the AWGN. Is Frequency response of the first subchannel. Represents ICI and is represented by Equation 26.
여기서 는 수학식 27과 같이 정의된다. here Is defined as in Equation 27.
주파수 영역 채널 추정부(1072)는 수학식 25로부터 파일럿 심볼을 사용하여 파일럿 부반송파에서의 채널 주파수 응답을 추정하며, 이는 수학식 28과 같다.The frequency
여기서 는 번째 OFDM 심볼에서 파일럿 부반송파인 번째 부채널로 전송되는 주파수 영역 파일럿 심볼을 나타낸다. 데이터 부반송파에서의 주파수 응답 는 주파수 영역 보간 기법을 이용하거나 DFT-based 채널 추정 기법 등을 사용하여 추정할 수 있다. 데이터 추출부(1073)는 이와 같이 추정된 채널의 주파수 응답을 이용하여 수신 신호의 데이터 신호를 수학식 29와 같이 검출한다.here Is The pilot subcarrier in the first OFDM symbol A frequency domain pilot symbol transmitted on the first subchannel is shown. Frequency Response on Data Subcarriers Can be estimated using frequency-domain interpolation or DFT-based channel estimation. The
수학식 29에서 검출된 데이터 심볼과 주파수 영역에서 추정된 채널을 이용하여 수신 신호에서 제 2곱셈기(1074)와 감산기(1075)를 통해 데이터 심볼을 제거한 후 IFFT부(1076)를 통해 시간영역으로 변환하면 수학식 30과 같다. Using the data symbols detected in Equation 29 and the channel estimated in the frequency domain, data symbols are removed from the received signal through the
채널 추정부(105)의 상관기(1051)는 IFFT부(1076)를 통해 시간영역으로 변환 하여 출력된 데이터 제거 신호와 해당 추정 범위 파일럿 신호를 수신하여 상호 상관 기법을 이용하여 상관 결과를 출력한다. The
수학식 30으로부터 번째 OFDM 심볼에서의 채널 추정 신호 및 번째와 번째 OFDM 심볼에서의 채널 추정 신호는 수학식 31과 같이 나타낼 수 있다.From equation (30) Channel estimation signal in the first OFDM symbol and Th and The channel estimation signal in the first OFDM symbol may be represented by Equation 31.
여기서 는 번째 OFDM 심볼구간 에서의 채널 추정 신호를 나타내며 이를 수학식으로 표현하면 수학식 32와 같다. here Is The channel estimation signal in the first OFDM symbol interval is represented by Equation 32.
수학식 31의 채널 추정 신호와 파일럿 신호를 이용하여 번째 샘플링 시 간에서의 상호 상관 신호 를 다음과 같이 구할 수 있다.By using the channel estimation signal and the pilot signal of Equation 31 Crosscorrelation Signal at First Sampling Time Can be obtained as
여기서 는 를 이용한 채널 추정시 포함되는 간섭을 나타내며 수학식 34와 같이 나타낼 수 있다.here Is Represents interference included in channel estimation using Equation (34).
여기서 는 번째 OFDM 심볼에서의 간섭을 나타내며 이러한 간섭은 수학식 35와 같다.here Is Interference in the first OFDM symbol is shown and this interference is expressed by Equation 35.
여기서 은 번째 샘플링 시간에서의 간섭을 의미하며 수학식 36과 같이 나타낼 수 있다.here silver Interference at the first sampling time may be expressed as Equation 36.
임의의 샘플링 시간 에서 각각의 다중경로 채널을 추정하기 위해 수학식 33을 행렬 형태로 나타내면 수학식 37과 같다.Random sampling time In order to estimate each multipath channel in Equation 33 is expressed in matrix form, Equation 37 is obtained.
임의의 샘플링 시간 에서의 다중경로 채널은 수학식 38과 같이 구할 수 있으며, 채널 추정부(105)의 파일럿 상관기(1053)는 추정 범위 파일럿 간의 상관 결과 산출하여 출력하고, 제 1곱셈기(1055)는 상관기(1051)로부터 출력되는 상관 처리 결과 즉, 수학식 33에 의해 산출되는 와 파일럿 상관기(1053)를 통해 출력되는 파일럿 간의 상관 결과의 인버스 값 을 곱셈 연산하여 채널 추정 값을 출력한다. 이러한 연산은 수학식 38과 같다. Random sampling time The multipath channel in can be obtained as shown in Equation 38. The
이하에서는 본 발명의 또 다른 양상에 따른 OFDM 시스템의 시변 채널 추정 과정을 개략적으로 설명하기로 한다. 본 발명의 본 발명의 또 다른 양상에 따른 OFDM 시스템의 시변 채널 추정 방법은 수신된 신호에서 하나 이상의 임의의 샘플링 시간을 선정하는 a) 단계와, a) 단계로부터 선정된 시간을 중심으로 채널의 임펄스 응답 추정을 위한 추정 범위를 설정하고 수신 신호에서 설정된 추정 범위 내의 신호를 추출하여 출력하는 b) 단계와, b) 단계로부터 설정된 범위의 추정 범위 신호에서 데이터 영역을 제거하여 출력하는 c) 단계와, c) 단계로부터 추정 범위 신호에서 데이터 영역이 제거된 데이터 제거 신호와 추정 범위 파일럿 신호를 이용하여 상호 상관을 통해 임의의 샘플링 시간에서 해당 추정 범위의 평균 채널 값을 산출하여 출력하는 d) 단계를 포함한다. Hereinafter, a time-varying channel estimation process of an OFDM system according to another aspect of the present invention will be described schematically. A time-varying channel estimation method of an OFDM system according to another aspect of the present invention comprises the steps of a) selecting at least one arbitrary sampling time from a received signal, and impulse of the channel around the time selected from a) B) setting an estimated range for response estimation and extracting and outputting a signal within the set estimated range from the received signal; c) removing and outputting a data region from the estimated range signal of the set range from b); c) calculating and outputting an average channel value of a corresponding estimated range at an arbitrary sampling time through cross-correlation using the data removing signal and the estimated range pilot signal from which the data region is removed from the estimated range signal from step c). do.
송신단으로부터 수신 신호가 전송되면, 샘플링 시간 선정부(101)는 수신된 신호에서 하나 이상의 임의의 샘플링 시간을 선정한다. 이때 선정되는 샘플링 시간은 비선형 시변 채널 구간중에서 그 변화율이 선형인 구간의 시작과 끝 시점일 수 있다. When the received signal is transmitted from the transmitting end, the
샘플링 시간이 선정되면, 추정 범위 설정부(103)는 샘플링 시간 선정부(101)에 의해 선정된 샘플링 시간을 중심으로 지정된 시간 내의 이전 및 이후 신호를 추 정 범위로 설정하고, 수신 신호에서 추정 범위 신호를 추출하여 노이즈 감쇄부(107)로 출력한다. When the sampling time is selected, the estimation
노이즈 감쇄부(107)의 FFT부(1071)는 수신된 추정 범위 신호를 패스트 푸리에 변환하여 데이터 신호와 파일럿 신호로 각각 출력하고, 주파수 영역 채널 추정부(1072)는 패스트 푸리에 변환된 파일럿 신호를 수신하여 수신 신호의 임시 채널 값을 추정하여 출력한다. 이러한 주파수 영역 채널 추정부(1072)는 일반적으로 사용되는 주파수 영역 채널 추정 방법을 이용할 수 있다. FFT부(1071)로부터 출력되는 데이터 신호와 주파수 영역 채널 추정부(1072)를 통해 출력되는 임시 채널 값을 통해 데이터를 추출한다. The
제 2곱셈기(1074)는 데이터 추출부(1073)에 의해 추출된 데이터와 주파수 영역 채널 추정부(1072)로부터 출력되는 채널 추정 값을 곱셈 연산하고, 다시 제 2곱셈기(1074)를 통과한 신호를 수신 신호에서 감산기(1075)를 통해 감산하도록 함으로써, FFT부(1071)로부터 출력되는 수신 신호에서 데이터가 제거된다. 감산기(1075)를 통과한 데이터가 제거된 데이터 제거 신호는 IFFT부(1076)를 통해 역 패스트 푸리에 변환되어 채널 추정부(105)의 상관기(1051)로 출력된다. The
채널 추정부(105)의 상관기(1051)는 데이터 제거기를 통해 출력되는 데이터 제거 신호와 해당 추정 구간동안의 추정 범위 파일럿 신호를 이용하여 상호 상관 기법을 통해 상관 결과를 출력한다. 이러한 상호 상관 기법은 이미 시간영역 파일럿을 이용한 채널 추정 기법에서 사용하는 일반적인 상관기(1051)를 사용할 수 있다. 파일럿 상관기(1053)는 추정 범위 파일럿 간의 상관 결과 산출하고, 산출된 상관 결과의 인버스 값을 출력한다. The
데이터 제거기를 통해 출력되는 데이터 제거 신호와 해당 추정 범위 구간동안의 추정 범위 파일럿 신호의 상관 결과와 추정 범위 파일럿 간의 상관 결과의 인버스가 출력되면, 제 1곱셈기(1055)는 두 상관 결과를 곱셈 연산하여 출력함으로써, 해당 샘플링 시간의 채널 추정 값을 출력한다. When the inverse of the correlation result between the data removal signal output through the data remover and the estimated range pilot signal during the estimated range interval and the estimated range pilot is output, the
수학식 38에서도 수학식 22에서와 마찬가지로 와 에 의한 잡음의 영향으로 채널 추정 오차가 발생한다. 일반적으로 오차에 의한 잡음의 전력이 데이터 심볼의 전력보다 작기 때문에, 에 의한 잡음의 전력이 에 의한 잡음의 전력보다 작게 되어, 수학식 23을 이용한 채널 추정 기법보다 우수한 성능을 나타낸다.In Equation 38, the same as in Equation 22. Wow The channel estimation error occurs due to the influence of noise. In general, because the power of noise due to errors is smaller than that of data symbols, Power of noise caused by It is smaller than the power of the noise, and shows better performance than the channel estimation method using Equation (23).
그러나 에는 검출된 데이터 심볼 오차 이외에 주파수 영역 채널 추정 오차 및 ICI에 의한 잡음이 포함되어 있다. 따라서 이와 같은 추가적인 잡음을 제거하면 채널 추정 오차를 감소시킬 수 있으며, 이를 위해 본 발명의 또 다른 양상에 따른 OFDM 시스템의 시변 채널 추정 장치는 검출된 데이터 심볼과 파일럿 심볼을 이용하여 시변 채널을 추정한다. 즉, 데이터를 포함한 파일럿 생성부(109)를 통해 생성되는 데이터를 포함한 파일럿 신호에는 ICI가 포함되어 있지 않으므로써, 노이즈를 감쇄시키고 이를 통해 더욱 정확한 채널 추정이 가능하다. But In addition to the detected data symbol error, includes the frequency domain channel estimation error and the noise due to ICI. Therefore, by removing such additional noise, the channel estimation error can be reduced. To this end, the time-varying channel estimation apparatus of the OFDM system according to another aspect of the present invention estimates the time-varying channel using the detected data symbols and the pilot symbols. . That is, since the ICI is not included in the pilot signal including the data generated by the
도 7은 본 발명의 또 다른 양상에 따른 OFDM 시스템의 시변 채널 추정 장치를 개략적으로 도시한 블럭도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 양상에 따른 OFDM 시스템의 시변 채널 추정 장치는 임의의 시간 영역 패턴을 갖는 파일럿 심볼이 삽입된 수신 신호를 수신하여 수신 신호에서 임시로 검출된 데이터 신호와 파일럿 신호를 이용하여 생성된 데이터를 포함한 파일럿 신호와, 수신 신호의 상호 상관을 이용하여 임의의 샘플링 시간에서 채널의 임펄스 응답을 추정하여 출력하되, 수신된 수신 신호에서 하나 이상의 임의의 샘플링 시간을 선정하는 샘플링 시간 선정부(101)와, 샘플링 시간 선정부(101)에 의해 선정된 시간을 중심으로 채널 값 추정을 위한 추정 범위를 설정하고 수신 신호에서 설정된 추정 범위 내의 신호를 추출하여 출력하는 추정 범위 설정부(103)와, 추정 범위 설정부(103)에 의해 설정된 범위의 수신 신호에서 데이터 심볼을 검출하여 데이터가 포함된 파일럿 신호를 생성하는 파일럿 생성부(109)와, 파일럿 생성부(109)로부터 생성된 데이터가 포함된 파일럿 신호와 추정 범위 신호를 수신하여 상호 상관을 통해 임의의 샘플링 시간에서 해당 추정 범위의 평균 채널 값을 산출하여 출력하는 채널 추정부(105)를 포함한다. 7 is a block diagram schematically illustrating an apparatus for estimating time-varying channels in an OFDM system according to another aspect of the present invention. As shown, a time-varying channel estimation apparatus of an OFDM system according to another aspect of the present invention receives a received signal with a pilot symbol having an arbitrary time domain pattern and temporarily detects a data signal and a pilot signal from the received signal. Sampling that estimates and outputs an impulse response of a channel at an arbitrary sampling time using a cross-correlation between a pilot signal including data generated by using and a received signal, and selects one or more arbitrary sampling times from the received received signal. Estimation range setting unit for setting the estimation range for channel value estimation based on the
본 발명의 특징적인 양상에 따라 파일럿 생성부(109)는 추정 범위 설정부(103)에 의해 설정된 추정 범위 신호를 패스트 푸리에 변환하여 데이터 신호와 파일럿 신호로 각각 출력하는 FFT부(1091)와, FFT부(1091)로부터 출력되는 파일럿 신호를 이용하여 주파수 영역 채널 추정 방법을 통해 채널 값을 추정하여 출력하는 주파수 영역 채널 추정부(1092)와, FFT부(1091)로부터 출력되는 데이터 신호와 주 파수 영역 채널 추정부(1092)로부터 출력되는 채널 추정 값을 수신하여 데이터를 추출하고 이를 출력하는 데이터 추출부(1093)와, 데이터 추출부(1093)로부터 출력되는 데이터 신호를 역 패스트 푸리에 변환하여 출력하는 IFFT부(1094)와, IFFT부(1094)로부터 출력되는 변환 신호와 추정 범위 파일럿 신호를 가산하여 출력하는 가산기를 포함한다. According to a characteristic aspect of the present invention, the
주파수 영역 채널 추정부(1092)는 FFT부(1091)로부터 출력되는 파일럿 신호를 이용하여 주파수 영역 채널 추정 방법을 통해 채널 값을 추정하여 출력하고, 데이터 추출부(1093)는 주파수 영역 채널 추정부(1092)로부터 출력되는 채널 추정 값을 수신하여 데이터를 추출한다. The frequency
IFFT부(1094)는 데이터 추출부(1093)로부터 출력되는 데이터 신호를 역 패스트 푸리에 변환하여 출력한다. 즉, IFFT부(1094)는 검출된 데이터 심볼과 파일럿 심볼을 이용하여 수학식 39를 통해 채널 추정 신호를 생성한다.The
가산기는 수학식 39를 이용하여 IFFT부(1094)로부터 출력된 변환 신호와 추정 범위 파일럿 신호를 가산하여 출력하며, 가산기로부터 출력되는 신호는 데이터가 포함된 파일럿 신호이다. The adder adds the converted signal and the estimated range pilot signal output from the
이에 따라 채널 추정부(105)의 상관기(1051)는 가산기로부터 출력되는 데이터가 포함된 파일럿 신호와 추정 범위 신호를 수신하여 상호 상관 기법을 이용하여 상관 결과를 출력한다, Accordingly, the
인접한 3개의 OFDM 심볼 구간의 채널 추정 신호는 수학식 40과 같이 나타낼 수 있다.A channel estimation signal of three adjacent OFDM symbol intervals may be represented by Equation 40.
여기서 는 번째 OFDM 심볼 구간에서의 채널 추정 신호를 나타내며 수학식 41과 같다.here Is The channel estimation signal in the first OFDM symbol interval is represented by Equation 41.
수학식 42를 통해 산출된 채널 추정 신호를 이용하여 상호상관 신호 를 수학식 42를 통해 얻을 수 있다.Cross-correlation signal using the channel estimation signal calculated through Equation 42 Can be obtained through Equation 42.
여기서 은 검출된 심볼과 전송된 심볼의 오차를 나타내며 수학식 43과 같이 나타낼 수 있다.here Denotes an error between the detected symbol and the transmitted symbol and may be represented by Equation 43.
각각의 다중경로 채널을 추정하기 위해 수학식 42를 행렬 형태로 나타내면 수학식 44와 같다.In order to estimate each multipath channel, Equation 42 is expressed in a matrix form.
임의의 채널 추정 위치 에서의 다중 경로 채널은 수학식 45를 통해 산출할 수 있으며, 채널 추정부(105)의 파일럿 상관기(1053)는 파일럿 생성기(109)에서 출력된 데이터가 포함된 파일럿 간의 상관 결과 산출하고, 제 1곱셈기(1055)는 산 출된 상관 결과의 인버스 값 을 곱셈 연산하여 채널 추정 값을 출력한다. Arbitrary channel estimation position The multipath channel in Equation 45 may be calculated through Equation 45. The
이하에서는 본 발명의 또 다른 양상에 따른 OFDM 시스템의 시변 채널 추정 과정을 개략적으로 설명하기로 한다. 본 발명에 따른 OFDM 시스템의 시변 채널 추정 방법은 수신된 수신 신호에서 하나 이상의 임의의 샘플링 시간을 선정하는 a) 단계와, a) 단계에 의해 선정된 시간을 중심으로 채널 값 추정을 위한 추정 범위를 설정하고 수신 신호에서 설정된 추정 범위 내의 신호를 추출하여 출력하는 b) 단계와, b) 단계에 의해 설정된 범위의 수신 신호에서 임시 데이터 심볼을 결정하여 데이터가 포함된 파일럿 신호를 출력하는 c) 단계와, c) 단계로부터 생성된 데이터가 포함된 파일럿 신호와 추정 범위 신호를 수신하여 상호 상관을 통해 임의의 샘플링 시간에서 해당 추정 범위의 평균 채널 값을 산출하여 출력하는 d) 단계를 포함한다. Hereinafter, a time-varying channel estimation process of an OFDM system according to another aspect of the present invention will be described schematically. In the time-varying channel estimation method of the OFDM system according to the present invention, a step of selecting one or more arbitrary sampling times in the received received signal, and an estimation range for channel value estimation based on the time selected by step a) B) extracting and outputting a signal within an estimated range set by the received signal, and c) outputting a pilot signal including data by determining a temporary data symbol from the received signal of the range set by b); and d) receiving a pilot signal including the data generated from step c) and an estimated range signal, and calculating and outputting an average channel value of the corresponding estimated range at an arbitrary sampling time through cross correlation.
송신단으로부터 수신 신호가 전송되면, 샘플링 시간 선정부(101)는 수신된 신호에서 하나 이상의 임의의 샘플링 시간을 선정한다. 이때 선정되는 샘플링 시간은 비선형 시변 채널 구간중에서 그 변화율이 선형인 구간의 시작과 끝 시점일 수 있다. When the received signal is transmitted from the transmitting end, the
샘플링 시간이 선정되면, 추정 범위 설정부(103)는 샘플링 시간 선정부(101)에 의해 선정된 샘플링 시간을 중심으로 지정된 시간 내의 이전 및 이후 신호를 추정 범위로 설정하고, 수신 신호를파일럿 생성부(109)로 출력한다. When the sampling time is selected, the estimation
파일럿 생성부(109)의 FFT부(1091)는 수신된 추정 범위 신호를 패스트 푸리에 변환하여 데이터 신호와 파일럿 신호로 각각 출력하고, 주파수 영역 채널 추정부(1092)는 패스트 푸리에 변환된 파일럿 신호를 수신하여 수신 신호의 임시 채널 값을 추정하여 출력한다. 이러한 주파수 영역 채널 추정부(1092)는 일반적으로 사용되는 주파수 영역 채널 추정 방법을 이용할 수 있다. FFT부(1091)로부터 출력되는 데이터 신호와 주파수 영역 채널 추정부(1092)를 통해 출력되는 임시 채널 값을 통해 데이터를 추출한다. The
IFFT부(1094)는 데이터 추출부(1093)에 의해 추출된 데이터 신호를 역 패스트 푸리에 변환하여 가산기로 출력하고, 가산기는 IFFT부(1094)에 의해 역 패스트 푸리에 변환된 데이터 신호와 수신 신호의 파일럿 신호를 가산함으로써, 데이터가 포함된 파일럿 신호를 채널 추정부(105)의 상관기(1051)로 출력한다. The
채널 추정부(105)의 상관기(1051)는 파일럿 생성기(109)를 통해 출력되는 데이터가 포함된 파일럿 신호와 해당 추정 범위 신호를 수신하여 상호 상관 기법을 이용하여 상관 결과를 출력한다. 이러한 상호 상관 기법은 이미 시간영역 파일럿을 이용한 채널 추정 기법에서 사용하는 일반적인 상관기(1051)를 사용할 수 있다. 파일럿 상관기(1053)는 데이터가 포함된 파일럿 신호 간의 상관 결과 산출하고, 산 출된 상관 결과의 인버스 값을 출력한다. The
수신 신호에서 추출된 추정 범위 신호와 데이터가 포함된 파일럿 신호의 상관 결과와 데이터가 포함된 파일럿 신호 간의 상관 결과가 수신되면, 제 1곱셈기(1055)는 두 상관 결과를 곱셈 연산하여 출력함으로써, 해당 샘플링 시간의 채널 추정 값을 출력한다. When a correlation result between the estimated range signal extracted from the received signal and the pilot signal including the data and the correlation result between the pilot signal including the data is received, the
이와 같이 추정된 채널에도 역시 검출된 심볼에 의한 오차가 포함되어 있다. 그러나 주파수 영역 채널 추정 오차 및 ICI에 의한 오차가 포함되어 있지 않기 때문에, 수학식 38을 이용한 채널 추정보다 우수한 성능을 얻을 수 있다.The estimated channel also includes an error due to the detected symbol. However, since the error due to the frequency domain channel estimation error and ICI is not included, better performance can be obtained than the channel estimation using Equation 38.
이와 같이 임의의 채널 추정 위치에서 추정된 채널을 이용하여 전체 시변 채널에 대한 추정 값을 선형 보간 기법을 통해 구할 수 있다. 번째 OFDM 심볼 주기 동안의 시변 채널은 각 구간별 선형 보간 기법을 사용하여 추정할 수 있으며, 각 구간에 대한 선형 보간을 위해 구간별 채널 변화율을 수학식 46과 같이 추정할 수 있다.In this way, an estimated value for the entire time-varying channel can be obtained by using a channel estimated at an arbitrary channel estimation position through a linear interpolation technique. The time-varying channel during the first OFDM symbol period may be estimated using a linear interpolation technique for each section, and the channel change rate for each section may be estimated as shown in Equation 46 for linear interpolation for each section.
여기서 는 번째 OFDM 심볼을 개의 구간으로 나누었을 때, 각 구간 경계에서의 샘플 위치를 나타내며, 는 번째 구간의 샘플 수를 나타낸다. 따라 서 번째 OFDM 심볼의 전체 시변 채널에 대한 추정은 각 구간별 선형 보간 기법을 사용하여 수학식 47을 통해 산출할 수 있으며, 도 8은 이에 대한 개요도이다. here Is When the first OFDM symbol is divided into intervals, it represents a sample position at each boundary boundary. Is The number of samples in the first interval is shown. therefore Estimation of the entire time-varying channel of the first OFDM symbol can be calculated using Equation 47 using a linear interpolation technique for each section, and FIG. 8 is a schematic diagram thereof.
상기 OFDM 시스템의 시변 채널 추정 장치 및 방법은 단일 송/수신 안테나 (Single Input Single Output: SISO) OFDM 시스템 기반으로 설명하였으나, 이에 국한되지 않고 SISO 단일 반송파 주파수 (Single Carrier: SC)를 사용하는 시스템에 쉽게 변형하여 사용할 수 있으며, 또한 다중 송/수신 안테나 (Multiple Input Multiple Output: MIMO) OFDM 또는 MIMO-SC에 적용하여 사용할 수 있다. The apparatus and method for time-varying channel estimation of the OFDM system has been described based on a single input / output antenna (SISO) OFDM system, but the present invention is not limited thereto, and is used in a system using a SISO single carrier frequency (SC). It can be easily modified and used, and it can be applied to multiple input multiple output (MIMO) OFDM or MIMO-SC.
도 1은 종래의 OFDM 시스템에서 시변 채널 추정 방법을 개략적으로 도시한 개요도이다. 1 is a schematic diagram illustrating a time-varying channel estimation method in a conventional OFDM system.
도 2는 종래의 OFDM 시스템에서 또 다른 시변 채널 추정 방법을 개략적으로 도시한 개요도이다. 2 is a schematic diagram schematically showing another time-varying channel estimation method in a conventional OFDM system.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 OFDM 시스템의 시변 채널 추정 방법을 개략적으로 도시한 개요도이다. 3 is a schematic diagram illustrating a time-varying channel estimation method of an OFDM system according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 OFDM 시스템의 시변 채널 추정 장치를 개략적으로 도시한 블럭도이다. 4 is a block diagram schematically illustrating an apparatus for estimating time-varying channels in an OFDM system according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 5는 채널 추정 구간별 채널 추정 값과 실제 시변 채널의 값을 비교한 비교도이다. 5 is a comparison diagram comparing a channel estimation value for each channel estimation interval and a value of an actual time-varying channel.
도 6은 본 발명의 또 다른 양상에 따른 OFDM 시스템의 시변 채널 추정 장치를 개략적으로 도시한 블럭도이다. 6 is a block diagram schematically illustrating a time-varying channel estimation apparatus of an OFDM system according to another aspect of the present invention.
도 7은 본 발명의 또 다른 양상에 따른 OFDM 시스템의 시변 채널 추정 장치를 개략적으로 도시한 블럭도이다. 7 is a block diagram schematically illustrating an apparatus for estimating time-varying channels in an OFDM system according to another aspect of the present invention.
도 8은 본 발명에 따른 OFDM 심볼의 전체 시변 채널에 대한 추정 방법을 개략적으로 도시한 개요도이다. 8 is a schematic diagram schematically showing a method for estimating an entire time-varying channel of an OFDM symbol according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
101. 샘플링 시간 선정부 103. 추정 범위 설정부101. Sampling
105. 채널 추정부 1051. 상관기105.
1053. 파일럿 상관기 1055. 제 1곱셈기 1053.
107. 노이즈 감쇄부 190. 파일럿 생성부107. Noise reduction unit 190. Pilot generation unit
1071, 1091. FFT부 1072, 1092. 주파수 영역 채널 추정부 1073, 1093. 데이터 추출부 1074. 제 2곱셈기1071, 1091.
1075. 감산기 1076, 1094. IFFT부1075.
1096. 가산기1096. Adder
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