KR100983126B1 - Ｏｆｄｍ 채널 등화 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 OFDM 채널 등화 장치에 관한 것으로, OFDM 수신기의 채널 등화시 자코비 반복에 의한 발산 억제를 위해서, 상기 OFDM 수신기의 채널 매트릭스로부터 추출된 대각 원소로 이루어진 대각 매트릭스와 기설정된 발산 억제값을 이용하여 대각행렬 형태의 보상값을 설정하는 보상값 설정부; 상기 OFDM 수신기의 FFT 처리된 신호와 상기 보상값 설정부로부터의 보상값을 이용하여 초기 추정값을 연산하는 초기 추정값 연산부; 상기 보상값 설정부로부터의 보상값, 상기 채널 매트릭스 및 대각 매트릭스를 이용하여 간섭 유발값을 구하고, 심볼 결정된 기등화 신호와 상기 간섭 유발값을 곱하여 간섭 제거 보상값을 구하고, 상기 초기 추정값에 상기 간섭 제거 보상값을 감산하여 수신신호에서 송신신호를 검출하는 등화부; 및 상기 등화부로부터 출력되는 복수의 신호중 처리대상인 기설정된 시점(r)의 이전시점(r-1)에서의 송신신호에 인접하는 이전 인접신호에 대한 심볼을 검출하고, 상기 심볼 검출된 이전 인접신호를 상기 등화부에 공급하는 심볼 결정부를 포함한다.
또한, 이러한 장치를 이용하는 OFDM 채널 등화 방법을 제안한다.
Figure R1020080130901
OFDM, 채널 추정, 채널 등화, 자코비 반복(Jacobi iteration)

Description

ＯＦＤＭ 채널 등화 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CHANNEL EQUALIZING OF OFDM}
본 발명은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템에 적용될 수 있는 OFDM 채널 등화 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 고속의 시변 페이딩 채널 환경에서의 OFDM 시스템에 적용되는 자코비 반복(Jacobi iteration) 등화 방식에서, 발산 방지, 수렴 속도 향상 및 분산(MSE:Mean Square Error) 성능을 개선할 수 있는 OFDM 채널 등화 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 고속의 시변 페이딩 채널 환경에서는 OFDM 신호의 한 심벌 내에서도 채널의 임펄스 응답이 변할 수 있기 때문에, FFT(Fast Fourier Transform) 이후 주파수 영역에서 부반송파간 간섭으로 인해 부반송파간의 직교성이 파괴되는 현상이 발생하는데, 이를 ICI(Inter Carrier Interference)라고 한다.
이러한 ICI는 대부분 인접한 부반송파 신호들에 의해 유발되며, 채널추정 및 보상과정에서 심각한 오류를 발생시키므로 단순한 단일 탭(tap) 등화 방식으로는 BER(Bit Error Rate) 성능 개선에 한계가 있다.
이에 따라, 고속 환경에서는 시간에 따른 채널의 변화율을 고려하여 주파수 영역 해당 부반송파 심벌뿐만 아니라 인접 부반송파 심벌들에 대한 채널의 영향을 동시에 고려하여 등화기를 설계해야 한다.
통상, OFDM 시스템의 FFT 사이즈를 N이라 하면, 고속 환경에서의 주파수 영역 등화 방식은 N × N 크기의 채널 매트릭스에 대하여 연립방정식의 해를 구하는 형태로 구성된다.
이때, 풀 탭(full tap)의 연립방정식의 해를 구하는 방식은 과도한 복잡도를 요구하므로 N보다 작은 밴드 매트릭스(band matrix)의 형태로 구성한 후 연립방정식의 해를 구하는 형태로 구성되는 경우도 있다.
그런데, 고속 환경에서는 채널의 임펄스 응답이 밴드 매트릭스(band matrix) 의 크기를 넘기 때문에, 밴드 매트릭스(band matrix) 형태의 등화 방식에서도 성능의 한계가 존재한다.
전술한 한계를 극복하기 위해서, 고속의 시변 페이딩 채널 환경에서, OFDM 시스템의 등화 방식으로서, 풀(full) 매트릭스를 이용한 반복(iteration) 방식중 역행렬(inverse matrix)의 복잡도를 대폭 줄여 줄 수 있는 자코비 반복(Jacobi iteration) 등화 방식이 이용된다.
한편, OFDM 시스템의 채널 등화에 적용되는 자코비 반복 방식을 간단히 설명 하면 다음과 같다.
먼저, OFDM 시스템의 송신신호(x[n])가 하기 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112008087727351-pat00001
여기서, N은 FFT 사이즈이고, x[n]은 송신신호이고, X[k]는 FFT 처리된 복수의 송신신호중에서의 탭 위치이며,
Figure 112008087727351-pat00002
는 송신신호의 위상성분이다.
이때, 멀티-경로 환경에서의 잡음을 제외한 시간 영역의 수신신호는 하기 수학식 2와 같고, OFDM 수신기의 FFT 이후의 신호는 하기 수학식 3과 같으며, 매트릭스 형태로 나타내면 하기 수학식 4와 같다.
Figure 112008087727351-pat00003
Figure 112008087727351-pat00004
Figure 112008087727351-pat00005
상기 수학식 4에서,
Figure 112008087727351-pat00006
는 하기 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112008087727351-pat00007
여기서, 채널 매트릭스
Figure 112008087727351-pat00008
는
Figure 112008087727351-pat00009
와 같으며, 즉,
Figure 112008087727351-pat00010
이다. 그리고, k는 H 매트릭스의 행이고, p는 H 매트릭스의 열이다.
도 1은 OFDM 채널 등화시의 채널 매트릭스의 파워 그래프이다.
도 1 및 상기 수학식 4를 참조하면, 채널 매트릭스(channel matrix, H)의 파 워는, 대각선(diagonal) 부분에 상대적으로 큰 값들이 분포하는 형태임을 확인 할 수 있으며, 이와 같은 채널 매트릭스 형태를 갖는 OFDM 시스템의 등화에 자코비 반복(Jacobi iteration) 방식이 적용할 수 있다.
상기 채널 매트릭스 'H'는 하기 수학식 6과 같이 대각선 매트릭스(diagonal matrix) 'D'와 오프-대각선 매트릭스(off-diagonal matrix) 'H-D'로 이루어질 수 있다.
Figure 112008087727351-pat00011
상기 수학식 4에 상기 수학식 6을 이용한 자코비 반복(Jacobi iteration) 형태의 등화 과정은, 하기 수학식 7과 같다.
Figure 112008087727351-pat00012
상기 수학식 7에서, r = 1, 2, 3, ··· 로서 반복(iteration) 횟수이고, X(0)는 초기 추정값으로서 하기 수학식 8과 같다. 그리고 M은 간섭 제거 행렬이고, D는 대각선 행렬이며, H는 채널 매트릭스이다.
Figure 112008087727351-pat00013
그런데, 종래 OFDM 채널 등화는 다음과 같은 문제점이 있으며, 이에 대해서는 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 종래 OFDM 채널 등화 방법에 의한 분산(MSE) 성능 그래프로서, 도 2를 참조하면, 정규화된 도플러 주파수(fd)가 '0.1'인 환경에서 종래 자코비 반복에 의한 등화 방식에 대해 모의실험을 수행한 결과, 상기 수학식 8에서, 분모인 '
Figure 112008087727351-pat00014
'가 영(zero)에 가까워지는 경우에는, 초기 추정값(X(0))이 발산하는 문제점이 존재하며, 이 경우에는 채널 등화가 정상적으로 이루어지지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로써, 그 목적은 고속의 시변 페이딩 채널 환경에서의 OFDM 시스템에 적용되는 자코비 반복(Jacobi iteration) 등화 방식에서, 발산 방지, 수렴 속도 향상 및 분산(MSE:Mean Square Error) 성능을 개선할 수 있는 OFDM 채널 등화 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 기술적인 측면은, OFDM 수신기의 채널 등화시 자코비 반복에 의한 발산 억제를 위해서, 상기 OFDM 수신기의 채널 매트릭스로부터 추출된 대각 원소로 이루어진 대각 매트릭스와 기설정된 발산 억제값을 이용하여 대각행렬 형태의 보상값을 설정하는 보상값 설정부; 상기 OFDM 수신기의 FFT 처리된 신호와 상기 보상값 설정부로부터의 보상값을 이용하여 초기 추정값을 연산하는 초기 추정값 연산부; 상기 보상값 설정부로부터의 보상값, 상기 채널 매트릭스 및 대각 매트릭스를 이용하여 간섭 유발값을 구하고, 심볼 결정된 기등화 신호와 상기 간섭 유발값을 곱하여 간섭 제거 보상값을 구하고, 상기 초기 추정값에 상기 간섭 제거 보상값을 감산하여 처리대상인 송신신호를 검출하는 등화부; 및 상기 등화부로부터 출력되는 복수의 신호중 처리대상인 기설정된 시점(r)의 이전시점(r-1)에서의 송신신호에 인접하는 이전 인접신호에 대한 심볼을 검출하고, 상기 심볼 검출된 이전 인접신호를 상기 등화부에 공급하는 심볼 결정부를 포함하는 OFDM 채널 등화 장치를 제안한다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에서, 상기 보상값 설정부는, 상기 대각 매트릭스에 포함된 원소의 절대값의 제곱값과 기설정된 발산 억제값의 제곱값을 더하여 분모로 하고, 상기 대각 매트릭스에 포함된 원소의 공액복소수를 분자로 하는 상기 보상값을 설정하는 것을 특징으로 한다.
상기 보상값 설정부는, 상기 기설정된 발산 억제값을 이미 획득된 사용 주파수 영역의 잡음 전력으로 설정하는 것을 특징으로 한다.
상기 초기 추정값 연산부는, 상기 OFDM 수신기의 FFT 처리된 신호와 상기 보상값 설정부로부터의 보상값을 곱하여 상기 초기 추정값을 구하는 것을 특징으로 한다.
상기 등화부는, 상기 간섭 유발값과 상기 심볼 결정된 기등화 신호중 일측 인접신호를 곱하여 제1 간섭 제거 보상값을 구하는 제1 연산부; 상기 보상값 설정부로부터의 보상값과 상기 심볼 결정된 기등화 신호중 타측 인접신호를 곱하여 제2 간섭 제거 보상값을 구하는 제2 연산부; 및 상기 초기 추정값에 상기 제1 간섭 제거 보상값 및 제2 간섭 제거 보상값을 감산하여 상기 처리대상인 송신신호를 검출하는 제3 연산부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 심볼 결정부는, 상기 등화부로부터 출력되는 복수의 신호중 처리대상인 송신신호의 양측 인접신호에 대한 심볼을 각각 결정하고, 상기 심볼 결정된 양측 인접신호를 상기 등화부에 공급하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 하나의 기술적인 측면은, OFDM 수신기의 채널 등화시 자코비 반복에 의한 발산 억제를 위해서, 상기 OFDM 수신기의 채널 매트릭스로부터 추출된 대각 원소로 이루어진 대각 매트릭스와 기설정된 발산 억제값을 이용하여 대각행렬 형태의 보상값을 설정하는 보상값 설정 단계; 상기 OFDM 수신기의 FFT 처리된 신호와 상기 보상값 설정단계로부터의 보상값을 이용하여 초기 추정값을 연산하는 초기 추정값 연산 단계; 상기 보상값 설정단계로부터의 보상값, 상기 채널 매트릭스 및 대각 매트릭스를 이용하여 간섭 유발값을 구하고, 심볼 결정된 기등화 신호와 상기 간섭 유발값을 곱하여 간섭 제거 보상값을 구하고, 상기 초기 추정값에 상기 간섭 제거 보상값을 감산하여 처리대상인 송신신호를 검출하는 등화단계; 및 상기 등화단계로부터 출력되는 복수의 신호중 처리대상인 기설정된 시점(r)의 이전시점(r-1)에서의 송신신호에 인접하는 이전 인접신호에 대한 심볼을 검출하고, 상기 심볼 검출된 이전 인접신호를 상기 등화단계에 공급하는 심볼 결정단계를 포함하는 OFDM 채널 등화 방법을 제안한다.
본 발명의 다른 하나의 기술적인 측면에서, 상기 보상값 설정단계는, 상기 대각 매트릭스에 포함된 원소의 절대값의 제곱값과 기설정된 발산 억제값의 제곱값을 더하여 분모로 하고, 상기 대각 매트릭스에 포함된 원소의 공액복소수를 분자로 하는 상기 보상값을 설정하는 것을 특징으로 한다.
상기 보상값 설정단계는, 상기 기설정된 발산 억제값을 이미 획득된 사용 주파수 영역의 잡음 전력으로 설정하는 것을 특징으로 한다.
상기 초기 추정값 연산단계는, 상기 OFDM 수신기의 FFT 처리된 신호와 상기 보상값 설정부로부터의 보상값을 곱하여 상기 초기 추정값을 구하는 것을 특징으로 한다.
상기 등화단계는, 상기 간섭 유발값과 상기 심볼 결정된 기등화 신호중 일측 인접신호를 곱하여 제1 간섭 제거 보상값을 구하는 제1 연산단계; 상기 보상값 설정단계로부터의 보상값과 상기 심볼 결정된 기등화 신호중 타측 인접신호를 곱하여 제2 간섭 제거 보상값을 구하는 제2 연산단계; 및 상기 초기 추정값에 상기 제1 간섭 제거 보상값 및 제2 간섭 제거 보상값을 감산하여 상기 처리대상인 송신신호를 검출하는 제3 연산단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 심볼 결정단계는, 상기 등화단계로부터 출력되는 복수의 신호중 처리대상인 송신신호의 양측 인접신호에 대한 심볼을 각각 결정하고, 상기 심볼 결정된 양측 인접신호를 상기 등화단계에 공급하는 것을 특징으로 한다.
이와같은 본 발명에 의하면, 고속의 시변 페이딩 채널 환경에서의 OFDM 시스템에 적용되는 자코비 반복(Jacobi iteration) 등화 방식에서, 발산 방지, 수렴 속도 향상 및 분산(MSE:Mean Square Error) 성능을 개선할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명은 설명되는 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상에 대한 이해를 돕기 위해서 사용된다. 본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 OFDM 채널 등화 장치의 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 OFDM 채널 등화 장치는, OFDM 수신기의 채널 등화시 자코비 반복에 의한 발산 억제를 위해서, 상기 OFDM 수신기의 채널 매트릭스(H)로부터 추출된 대각 원소로 이루어진 대각 매트릭스(D)와 기설정된 발산 억제값(σ)을 이용하여 대각행렬 형태의 보상값(Dm)을 설정하는 보상값 설정부(100)와, 상기 OFDM 수신기의 FFT 처리된 신호(Y(k))와 상기 보상값 설정부(100)로부터의 보상값(Dm)을 이용하여 초기 추정값(
Figure 112010018413608-pat00015
)을 연산하는 초기 추정값 연산부(200)와, 상기 보상값 설정부(100)로부터의 보상값(Dm), 상기 채널 매트릭스(H) 및 대각 매트릭스(D)를 이용하여 간섭 유발값(Mc)을 구하고, 심볼 결정된 기등화 신호(X(r-1))와 상기 간섭 유발값(Mc)을 곱하여 간섭 제거 보상값(V(r-1))을 구하고, 상기 초기 추정값(
Figure 112010018413608-pat00016
)에 상기 간섭 제거 보상값(V(r-1))을 감산하여 처리대상인 송신신호(X(r))를 검출하는 등화부(300)와, 상기 등화부(300)로부터 출력되는 복수의 신호중 처리대상인 기설정된 시점(r)의 송신신호(X(k)(r))에 인접(k±1)하는 인접신호(X(k±1)(r-1))에 대한 심볼을 결정하고, 상기 심볼 결정된 이전 인접신호(d(X(k±1)(r-1)))를 상기 등화부(300)에 공급하는 심볼 결정부(400)를 포함한다.
도 4는 도 3의 OFDM 채널 등화 장치의 상세도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 보상값 설정부(100)는, 상기 대각 매트릭스(D)에 포함된 원소(a)의 절대값의 제곱값(┃a┃2)과 기설정된 발산 억제값(σ)의 제곱값(σ2)을 더하여 분모로 하고, 상기 대각 매트릭스(D)에 포함된 원소(a)의 공액복소수(a*)를 분자로 하는 상기 보상값(Dm)을 설정한다.
상기 보상값 설정부(100)는, 상기 기설정된 발산 억제값(σ)을 이미 획득된 사용 주파수 영역의 잡음 전력으로 설정한다.
상기 초기 추정값 연산부(200)는, 상기 OFDM 수신기의 FFT 처리된 신호(Y(k))와 상기 보상값 설정부(100)로부터의 보상값(Dm)을 곱하여 상기 초기 추정값(
Figure 112008087727351-pat00017
)을 구한다.
상기 등화부(300)는, 상기 간섭 유발값(Mc)과 상기 심볼 결정된 기등화 신호(X(k±1)(r-1))중 일측 인접신호(X(k-1)(r-1))를 곱하여 제1 간섭 제거 보상값(V(k-1)(r-1))을 구하는 제1 연산부(310)와, 상기 보상값 설정부(100)로부터의 보상값(Dm)과 상기 심볼 결정된 기등화 신호(X(k±1)(r-1))중 타측 인접신호(X(k+1)(r-1))를 곱하여 제2 간섭 제거 보상값(V(k+1)(r-1))을 구하는 제2 연산부(320)와, 상기 초기 추정값(
Figure 112010018413608-pat00018
)에 상기 제1 간섭 제거 보상값(V(k-1)(r-1)) 및 제2 간섭 제거 보상값(V(k+1)(r-1))을 감산하여 상기 처리대상인 송신신호(X(k)(r))를 검출하는 제3 연산부(330)를 포함한다.
상기 심볼 결정부(400)는, 상기 등화부(300)로부터 출력되는 복수의 신호중 처리대상인 송신신호(X(k)(r))의 양측 인접신호(X(k-1)(r-1),X(k+1)(r-1))에 대한 심볼을 각각 결정하고, 상기 심볼 결정된 양측 인접신호(d(X(k-1)(r-1)),d(X(k+1)(r-1)))를 상기 등화부(300)에 공급한다.
도 5는 본 발명에 따른 OFDM 채널 등화 방법의 플로우챠트이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 OFDM 채널 등화 방법은, OFDM 수신기의 채널 등화시 자코비 반복에 의한 발산 억제를 위해서, 상기 OFDM 수신기의 채널 매트릭스(H)로부터 추출된 대각 원소로 이루어진 대각 매트릭스(D)와 기설정된 발산 억제값(σ)을 이용하여 대각행렬 형태의 보상값(Dm)을 설정하는 보상값 설정 단계(S100)와, 상기 OFDM 수신기의 FFT 처리된 신호(Y(k))와 상기 보상값 설정단계(S100)로부터의 보상값(Dm)을 이용하여 초기 추정값(
Figure 112010018413608-pat00019
)을 연산하는 초기 추정값 연산 단계(S200)와, 상기 보상값 설정단계(S100)로부터의 보상값(Dm), 상기 채널 매트릭스(H) 및 대각 매트릭스(D)를 이용하여 간섭 유발값(Mc)을 구하고, 심볼 결정된 기등화 신호(X(r-1))와 상기 간섭 유발값(Mc)을 곱하여 간섭 제거 보상값(V(r-1))을 구하고, 상기 초기 추정값(
Figure 112010018413608-pat00020
)에 상기 간섭 제거 보상값(V(r-1))을 감산하여 처리대상인 송신신호(X(r))를 검출하는 등화단계(S300)와, 상기 등화단계(S300)로부터 출력되는 복수의 신호중 처리대상인 기설정된 시점(r)의 송신신호(X(k)(r))에 대한 이전시점(r-1)에서의 송신신호에 인접(k±1)하는 이전 인접신호(X(k±1)(r-1))에 대한 심볼을 결정하고, 상기 심볼 결정된 이전 인접신호(d(X(k±1)(r-1)))를 상기 등화단계(S300)에 공급하는 심볼 결정단계(S400)를 포함한다.
상기 보상값 설정단계(S100)는, 상기 대각 매트릭스(D)에 포함된 원소(a)의 절대값의 제곱값(┃a┃2)과 기설정된 발산 억제값(σ)의 제곱값(σ2)을 더하여 분모로 하고, 상기 대각 매트릭스(D)에 포함된 원소(a)의 공액복소수(a*)를 분자로 하는 상기 보상값(Dm)을 설정한다.
상기 보상값 설정단계(S100)는, 상기 기설정된 발산 억제값(σ)을 이미 획득된 사용 주파수 영역의 잡음 전력으로 설정한다.
상기 초기 추정값 연산단계(S200)는, 상기 OFDM 수신기의 FFT 처리된 신호(Y(k))와 상기 보상값 설정부(100)로부터의 보상값(Dm)을 곱하여 상기 초기 추정값(
Figure 112008087727351-pat00021
)을 구한다.
도 6은 본 발명에 따른 등화 단계의 상세 플로우챠트이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 등화단계(S300)는, 상기 간섭 유발값(Mc)과 상기 심볼 결정된 기등화 신호(X(k±1)(r-1))중 일측 인접신호(X(k-1)(r-1))를 곱하여 제1 간섭 제거 보상값(V(k-1)(r-1))을 구하는 제1 연산단계(S310)와, 상기 보상값 설정단계(S100)로부터의 보상값(Dm)과 상기 심볼 결정된 기등화 신호(X(k±1)(r-1))중 타측 인접신호(X(k+1)(r-1))를 곱하여 제2 간섭 제거 보상값(V(k+1)(r-1))을 구하는 제2 연산단계(S320)와, 상기 초기 추정값(
Figure 112010018413608-pat00022
)에 상기 제1 간섭 제거 보상값(V(k-1)(r-1)) 및 제2 간섭 제거 보상값(V(k+1)(r-1))을 감산하여 상기 처리대상인 송신신호(X(k)(r))를 검출하는 제3 연산단계(S330)를 포함한다.
상기 심볼 결정단계(S400)는, 상기 등화단계(S300)로부터 출력되는 복수의 신호중 처리대상인 송신신호(X(k)(r))의 양측 인접신호(X(k-1)(r-1),X(k+1)(r-1))에 대한 심볼을 각각 결정하고, 상기 심볼 결정된 양측 인접신호(d(X(k-1)(r-1)),d(X(k+1)(r-1)))를 상기 등화단계(S300)에 공급한다.
도 7은 본 발명에 따른 OFDM 채널 등화에 의한 BER 성능 그래프이고, 도 7에서, FFT 사이즈는 256이고, 도플러 주파수는 0.1이고, 채널 모델은 'COST 207 TU6' 모델을 적용하였으며, 성능 비교를 위해, 종래기술, 본 발명에 의한 결과와, 이상적 채널 추정(ideal channel estimation)의 수행결과를 보이고 있다.
도 8은 본 발명에 따른 OFDM 채널 등화에 의한 MSE 성능 그래프이고, 도 8에서, 반복(Iteration) 횟수가 증가할수록 분산(MSE) 성능이 향상됨을 보이고 있다.
이하, 본 발명의 작용 및 효과를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
먼저, 도 3 및 도4를 참조하여 본 발명의 OFDM 채널 등화 장치에 대해 설명한다.
도 3에서, 본 발명에 따른 OFDM 채널 등화 장치는, 보상값 설정부(100)와, 초기 추정값 연산부(200)와, 등화부(300) 및 심볼 결정부(400)를 포함한다.
이때, 상기 보상값 설정부(100)는, OFDM 수신기의 채널 등화시 자코비 반복에 의한 발산 억제를 위해서, 상기 OFDM 수신기의 채널 매트릭스(H)로부터 추출된 대각 원소로 이루어진 대각 매트릭스(D)와 기설정된 발산 억제값(σ)을 이용하여 대각행렬 형태의 보상값(Dm)을 설정한다.
상기 초기 추정값 연산부(200)는, 상기 OFDM 수신기의 FFT 처리된 신호(Y(k))와 상기 보상값 설정부(100)로부터의 보상값(Dm)을 곱하여 상기 초기 추정값(
Figure 112008087727351-pat00023
)을 구한다.
상기 등화부(300)는, 상기 보상값 설정부(100)로부터의 보상값(Dm), 상기 채널 매트릭스(H) 및 대각 매트릭스(D)를 이용하여 간섭 유발값(Mc)을 구하고, 심볼 결정된 기등화 신호(d(X(r-1)))와 상기 간섭 유발값(Mc)을 곱하여 간섭 제거 보상값(V(r-1))을 구하며, 다음, 상기 초기 추정값(
Figure 112008087727351-pat00024
)에 상기 간섭 제거 보상값(V(r-1))을 감산하여 처리대상인 송신신호(X(r))를 검출한다.
이때, 상기 간섭 유발값(Mc), 간섭 제거 보상값(V(r-1)) 및 처리대상인 송신신호(X(r))는 하기 수학식 9와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112008087727351-pat00025
그리고, 상기 심볼 결정부(400)는, 상기 등화부(300)로부터 출력되는 복수의 신호중 처리대상인 송신신호(X(k)(r))의 이전 인접신호(X(k±1)(r-1))에 대한 심볼을 결정하고, 상기 심볼 결정된 이전의 인접신호(d(X(k±1)(r-1)))를 상기 등화부(300)에 공급한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 보상값 설정부(100)는, 상기 대각 매트릭스(D)에 포함된 원소(a)의 절대값의 제곱값(┃a┃2)과 기설정된 발산 억제값(σ)의 제곱값(σ2)을 더하여 분모로 하고, 상기 대각 매트릭스(D)에 포함된 원소(a)의 공액복소수(a*)를 분자로 하는 상기 보상값(Dm)을 설정한다.
여기서, 상기 보상값(Dm)은 하기 수학식 10과 같이 표현될 수 있고, *는 공액 복소수(complex conjugate)이다.
Figure 112008087727351-pat00026
이때, 상기 보상값 설정부(100)는, 상기 기설정된 발산 억제값(σ)을 이미 획득된 사용 주파수 영역의 잡음 전력으로 설정할 수 있다.
상기 초기 추정값 연산부(200)는, 상기 OFDM 수신기의 FFT 처리된 신호(Y(k))와 상기 보상값 설정부(100)로부터의 보상값(Dm)을 곱하여 상기 초기 추정값(
Figure 112008087727351-pat00027
)을 구한다.
보다 구체적으로 예를 들어, 상기 FFT의 3개의 탭 'k-1', 'k' 및 'k+1'에 대해서, 하나의 초기 추정값(
Figure 112008087727351-pat00028
) 및 그 양측 인접 초기 추정값(
Figure 112008087727351-pat00029
및
Figure 112008087727351-pat00030
)은 하기 수학식 11과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112008087727351-pat00031
또한, 상기 채널 매트릭스 'H'에서 추출된 대각 원소를 포함하는 대각선 매트릭스(diagonal matrix) 'D'가 상기 수학식 6과 같이 표현될 때, 상기 대각행렬 형태의 보상값(Dm)은 하기 수학식 12와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112008087727351-pat00032
또한, 상기 심볼 결정부(400)는, 상기 등화부(300)로부터 출력되는 복수의 신호중 처리대상인 송신신호(X(k)(r))의 양측의 이전 인접신호(X(k-1)(r-1),X(k+1)(r-1))에 대한 심볼을 각각 결정하고, 상기 심볼 결정된 양측 인접신호(d(X(k-1)(r-1)),d(X(k+1)(r-1)))를 상기 등화부(300)에 공급한다.
예를 들어, QPSK, 16QAM의 각각의 경우에, 복소수 'A'는 하기 수학식 14 및 수학식 15와 같이 심볼 결정이 각각 수행될 수 있다.
Figure 112008087727351-pat00033
Figure 112008087727351-pat00034
또한, 도 3 및 도 4를 참조하여 상기 등화부(300)에 대해 설명한다.
상기 등화부(300)는, 제1 연산부(310)와, 제2 연산부(320) 및 제3 연산부(330)를 포함하는 경우, 본 발명의 등화부(300)에서는 FFT 처리된 복수의 신호중 임의의 초기 추정값(
Figure 112008087727351-pat00035
)에 대해서, 양측 인접한 신호들을 이용하여 간섭에 의해 유발된 영향을 제거하여 처리대상인 송신신호(X(r))를 검출한다.
구체적으로 설명하면, 상기 제1 연산부(310)는, 상기 간섭 유발값(Mc)과 상기 심볼 결정된 기등화 신호(d(X(k±1)(r-1)))중 일측 인접신호(d(X(k-1)(r-1)))를 곱하여 제1 간섭 제거 보상값(V(k-1)(r-1))을 구한다.
상기 제2 연산부(320)는, 상기 보상값 설정부(100)로부터의 보상값(Dm)과 상기 심볼 결정된 기등화 신호(d(X(k±1)(r-1)))중 타측 인접신호(d(X(k+1)(r-1)))를 곱하여 제2 간섭 제거 보상값(V(k+1)(r-1))을 구한다.
그리고, 상기 제3 연산부(330)는, 상기 초기 추정값(
Figure 112008087727351-pat00036
)에 상기 제1 간섭 제거 보상값(V(k-1)(r-1)) 및 제2 간섭 제거 보상값(V(k+1)(r-1))을 감산하여 상기 처리대상인 송신신호(X(k)(r))를 검출한다.
이후, 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 OFDM 채널 등화 방법에 대해 설명한다.
도 5에서, 본 발명에 따른 OFDM 채널 등화 방법은, 보상값 설정 단계(S100)와, 초기 추정값 연산 단계(S200)와, 등화단계(S300) 및 심볼 결정단계(S400)를 포함한다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 상기 보상값 설정 단계(S100)에서는, OFDM 수신기의 채널 등화시 자코비 반복에 의한 발산 억제를 위해서, 상기 OFDM 수신기의 채널 매트릭스(H)로부터 추출된 대각 원소로 이루어진 대각 매트릭스(D)와 기설정된 발산 억제값(σ)을 이용하여 대각행렬 형태의 보상값(Dm)을 설정한다.
상기 초기 추정값 연산 단계(S200)는, 상기 OFDM 수신기의 FFT 처리된 신호(Y(k))와 상기 보상값 설정단계(S100)로부터의 보상값(Dm)을 이용하여 초기 추정값(
Figure 112008087727351-pat00037
)을 연산한다.
상기 등화단계(S300)에서는, 상기 보상값 설정단계(S100)로부터의 보상값(Dm), 상기 채널 매트릭스(H) 및 대각 매트릭스(D)를 이용하여 간섭 유발값(Mc)을 구하고, 심볼 결정된 기등화 신호(X(r-1))와 상기 간섭 유발값(Mc)을 곱하여 간섭 제거 보상값(V(r-1))을 구하고, 상기 초기 추정값(
Figure 112008087727351-pat00038
)에 상기 간섭 제거 보상값(V(r-1))을 감산하여 처리대상인 송신신호(X(r))를 검출한다(상기 수학식 9 참조).
그리고, 상기 심볼 결정단계(S400)에서는, 상기 등화단계(S300)로부터 출력되는 복수의 신호중 처리대상인 송신신호(X(k)(r))의 인접신호(X(k±1)(r-1))에 대한 심볼을 결정하고, 상기 심볼 결정된 이전의 인접신호(d(X(k±1)(r-1)))를 상기 등화단계(S300)에 공급한다.
또한, 상기 보상값 설정단계(S100)는, 상기 대각 매트릭스(D)에 포함된 원소(a)의 절대값의 제곱값(┃a┃2)과 기설정된 발산 억제값(σ)의 제곱값(σ2)을 더하여 분모로 하고, 상기 대각 매트릭스(D)에 포함된 원소(a)의 공액 복소수(a*)를 분자로 하는 상기 보상값(Dm)을 설정한다(상기 수학식 10 및 수학식 12 참조).
이때, 상기 보상값 설정단계(S100)는, 상기 기설정된 발산 억제값(σ)을 이미 획득된 사용 주파수 영역의 잡음 전력으로 설정한다.
상기 초기 추정값 연산단계(S200)는, 상기 OFDM 수신기의 FFT 처리된 신호(Y(k))와 상기 보상값 설정부(100)로부터의 보상값(Dm)을 곱하여 상기 초기 추정값(
Figure 112008087727351-pat00039
)을 구한다(상기 수학식 11 참조).
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 등화단계(S300)는, 제1 연산단계(S310)와, 제2 연산단계(S320) 및 제3 연산단계(S330)를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 제1 연산단계(S310)에서는, 상기 간섭 유발값(Mc)과 상기 심볼 결정된 기등화 신호(d(X(k±1)(r-1)))중 일측 인접신호(d(X(k-1)(r-1)))를 곱하여 제1 간섭 제거 보상값(V(k-1)(r-1))을 구한다.
상기 제2 연산단계(S320)에서는, 상기 보상값 설정단계(S100)로부터의 보상값(Dm)과 상기 심볼 결정된 기등화 신호(d(X(k±1)(r-1)))중 타측 인접신호(d(X(k+1)(r-1)))를 곱하여 제2 간섭 제거 보상값(V(k+1)(r-1))을 구한다.
상기 제3 연산단계(S330)에서는, 상기 초기 추정값(
Figure 112008087727351-pat00040
)에 상기 제1 간섭 제거 보상값(V(k-1)(r-1)) 및 제2 간섭 제거 보상값(V(k+1)(r-1))을 감산하여 상기 처리대상인 송신신호(X(k)(r))를 검출한다.
또한, 상기 심볼 결정단계(S400)는, 상기 등화단계(S300)로부터 출력되는 복수의 신호중 처리대상인 송신신호(X(k)(r))의 양측 인접신호(X(k-1)(r-1),X(k+1)(r-1))에 대한 심볼을 각각 결정하고, 상기 심볼 결정된 양측 인접신호(d(X(k-1)(r-1)),d(X(k+1)(r-1)))를 상기 등화단계(S300)에 공급한다.
도 7을 참조하면, FFT 사이즈는 256이고, 도플러 주파수는 0.1이고, 채널 모델은 'COST 207 TU6' 모델을 적용하였으며, 종래기술, 본 발명에 의한 결과와, 이상적 채널 추정(ideal channel estimation)의 수행결과를 참조하면, 본 발명에 의하면, 종래기술에 비해 비트 에러율(BER)이 개선되었음을 알 수 있다.
도 8을 참조하면, 반복(Iteration) 횟수가 증가할수록 분산(MSE) 성능이 향상됨을 확인 할 수 있으며, 반복(iteration) 횟수가 3회 이상에서는 성능 향상 정도가 미미하므로 반복(iteration) 횟수는 3회만으로도 충분할 것으로 판단된다.
도 1은 OFDM 채널 등화시의 채널 매트릭스의 파워 그래프.
도 2는 종래 OFDM 채널 등화 방법에 의한 MSE 성능 그래프.
도 3은 본 발명에 따른 OFDM 채널 등화 장치의 블록도.
도 4는 도 3의 OFDM 채널 등화 장치의 상세도.
도 5는 본 발명에 따른 OFDM 채널 등화 방법의 플로우챠트.
도 6은 본 발명에 따른 등화 단계의 상세 플로우챠트.
도 7은 본 발명에 따른 OFDM 채널 등화에 의한 BER 성능 그래프.
도 8은 본 발명에 따른 OFDM 채널 등화에 의한 MSE 성능 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 보상값 설정부 200 : 초기 추정값 연산부
300 : 등화부 310 : 제1 연산부
320 : 제2 연산부 330 : 제3 연산부
400 : 심볼 결정부 H : 채널 매트릭스
D : 대각 매트릭스 σ : 발산 억제값
Dm : 보상값
Figure 112008087727351-pat00041
: 초기 추정값
Mc : 간섭 유발값 V(r-1) : 간섭 제거 보상값
X(k±1)(r-1) : 인접신호
d(X(k±1)(r-1)) : 심볼 결정된 이전의 인접신호

Claims (12)

  1. OFDM 수신기의 채널 등화시 자코비 반복에 의한 발산 억제를 위해서, 상기 OFDM 수신기의 채널 매트릭스로부터 추출된 대각 원소로 이루어진 대각 매트릭스와 기설정된 발산 억제값을 이용하여 대각행렬 형태의 보상값을 설정하는 보상값 설정부;
    상기 OFDM 수신기의 FFT 처리된 신호와 상기 보상값 설정부로부터의 보상값을 이용하여 초기 추정값을 연산하는 초기 추정값 연산부;
    상기 보상값 설정부로부터의 보상값, 상기 채널 매트릭스 및 대각 매트릭스를 이용하여 간섭 유발값을 구하고, 심볼 결정된 기등화 신호와 상기 간섭 유발값을 곱하여 간섭 제거 보상값을 구하고, 상기 초기 추정값에 상기 간섭 제거 보상값을 감산하여 처리대상인 송신신호를 검출하는 등화부; 및
    상기 등화부로부터 출력되는 복수의 신호중 처리대상인 기설정된 시점(r)의 이전시점(r-1)에서의 송신신호에 인접하는 이전 인접신호에 대한 심볼을 검출하고, 상기 심볼 검출된 이전 인접신호를 상기 등화부에 공급하는 심볼 결정부
    를 포함하는 OFDM 채널 등화 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보상값 설정부는,
    상기 대각 매트릭스에 포함된 원소의 절대값의 제곱값과 기설정된 발산 억제값의 제곱값을 더하여 분모로 하고, 상기 대각 매트릭스에 포함된 원소의 공액 복 소수를 분자로 하는 상기 보상값을 설정하는 것을 특징으로 하는 OFDM 채널 등화 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 보상값 설정부는,
    상기 기설정된 발산 억제값을 이미 획득된 사용 주파수 영역의 잡음 전력으로 설정하는 것을 특징으로 하는 OFDM 채널 등화 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 초기 추정값 연산부는,
    상기 OFDM 수신기의 FFT 처리된 신호과 상기 보상값 설정부로부터의 보상값을 곱하여 상기 초기 추정값을 구하는 것을 특징으로 하는 OFDM 채널 등화 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 등화부는,
    상기 간섭 유발값과 상기 심볼 결정된 기등화 신호중 일측 인접신호를 곱하여 제1 간섭 제거 보상값을 구하는 제1 연산부;
    상기 보상값 설정부로부터의 보상값과 상기 심볼 결정된 기등화 신호중 타측 인접신호를 곱하여 제2 간섭 제거 보상값을 구하는 제2 연산부; 및
    상기 초기 추정값에 상기 제1 간섭 제거 보상값 및 제2 간섭 제거 보상값을 감산하여 상기 처리대상인 송신신호를 검출하는 제3 연산부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 OFDM 채널 등화 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 심볼 결정부는,
    상기 등화부로부터 출력되는 복수의 신호중 처리대상인 기설정된 시점(r)의 이전시점(r-1)의 송신신호에 양측에서 인접(k±1)하는 이전 인접신호에 대한 심볼을 각각 결정하고, 상기 심볼 결정된 이전 인접신호를 상기 등화부에 공급하는 것을 특징으로 하는 OFDM 채널 등화 장치.
  7. OFDM 수신기의 채널 등화시 자코비 반복에 의한 발산 억제를 위해서, 상기 OFDM 수신기의 채널 매트릭스로부터 추출된 대각 원소로 이루어진 대각 매트릭스와 기설정된 발산 억제값을 이용하여 대각행렬 형태의 보상값을 설정하는 보상값 설정 단계;
    상기 OFDM 수신기의 FFT 처리된 신호와 상기 보상값 설정단계로부터의 보상값을 이용하여 초기 추정값을 연산하는 초기 추정값 연산 단계;
    상기 보상값 설정단계로부터의 보상값, 상기 채널 매트릭스 및 대각 매트릭스를 이용하여 간섭 유발값을 구하고, 심볼 결정된 기등화 신호와 상기 간섭 유발값을 곱하여 간섭 제거 보상값을 구하고, 상기 초기 추정값에 상기 간섭 제거 보상값을 감산하여 처리대상인 송신신호를 검출하는 등화단계; 및
    상기 등화단계로부터 출력되는 복수의 신호중 처리대상인 기설정된 시점(r)의 이전시점(r-1)에서의 송신신호에 인접하는 이전 인접신호에 대한 심볼을 검출하고, 상기 심볼 검출된 이전 인접신호를 상기 등화단계에 공급하는 심볼 결정단계
    를 포함하는 OFDM 채널 등화 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 보상값 설정단계는,
    상기 대각 매트릭스에 포함된 원소의 절대값의 제곱값과 기설정된 발산 억제값의 제곱값을 더하여 분모로 하고, 상기 대각 매트릭스에 포함된 원소의 공액 복소수를 분자로 하는 상기 보상값을 설정하는 것을 특징으로 하는 OFDM 채널 등화 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 보상값 설정단계는,
    상기 기설정된 발산 억제값을 이미 획득된 사용 주파수 영역의 잡음 전력으로 설정하는 것을 특징으로 하는 OFDM 채널 등화 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 초기 추정값 연산단계는,
    상기 OFDM 수신기의 FFT 처리된 신호와 상기 보상값 설정부로부터의 보상값을 곱하여 상기 초기 추정값을 구하는 것을 특징으로 하는 OFDM 채널 등화 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 등화단계는,
    상기 간섭 유발값과 상기 심볼 결정된 기등화 신호중 일측 인접신호를 곱하여 제1 간섭 제거 보상값을 구하는 제1 연산단계;
    상기 보상값 설정단계로부터의 보상값과 상기 심볼 결정된 기등화 신호중 타측 인접신호를 곱하여 제2 간섭 제거 보상값을 구하는 제2 연산단계; 및
    상기 초기 추정값에 상기 제1 간섭 제거 보상값 및 제2 간섭 제거 보상값을 감산하여 상기 처리대상인 송신신호를 검출하는 제3 연산단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 OFDM 채널 등화 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 심볼 결정단계는,
    상기 등화단계로부터 출력되는 복수의 신호중 처리대상인 기설정된 시점(r)의 이전시점(r-1)의 송신신호에 양측에서 인접(k±1)하는 이전 인접신호에 대한 심볼을 각각 결정하고, 상기 심볼 결정된 이전 인접신호를 상기 등화단계에 공급하는 것을 특징으로 하는 OFDM 채널 등화 방법.
KR1020080130901A 2008-12-22 2008-12-22 Ｏｆｄｍ 채널 등화 장치 및 그 방법 KR100983126B1 (ko)

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