KR101072805B1 - 채널추정장치 및 채널추정방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 채널추정장치 및 채널추정방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 채널추정장치는 복수의 부반송파를 입력 받아 저장하며, 복수의 부반송파 중 파일럿 부반송파는 일정 개수의 심볼마다 할당하고, 데이터 부반송파는 시간 및 주파수 축 상에서 인접한 파일럿 부반송파 사이에 위치시키는 입력 버퍼부, 입력 버퍼부에 저장된 파일럿 부반송파를 주파수 축으로 추출하고, 추출된 파일럿 부반송파에 대한 채널 추정을 수행하는 파일럿 채널추정부, 파일럿 채널추정부를 통해 얻은 파일럿 부반송파의 채널 추정값을 저장하는 내부 버퍼부, 내부 버퍼부에 저장된 파일럿 부반송파의 채널 추정값을 이용하여 시간 축으로 보간을 수행하고, 그 결과로 얻은 채널 추정값을 내부 버퍼부로 출력하는 시간 축 보간부, 시간 축 보간부의 보간 수행 이후 내부 버퍼부에 저장된 채널 추정값을 이용하여 주파수 축으로 보간을 수행하는 주파수 축 보간부, 및 시간 축 보간부의 보간 수행 후 내부 버퍼부에 저장된 채널 추정값과, 주파수 축 보간부를 통해 얻은 채널 추정값을 입력 받아 저장하는 출력 버퍼부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 시간 및 주파수 축 채널 추정 시 메모리 접근 거리를 줄일 수 있게 되며, 이에 따라 메모리 접근 오류인 캐시 미스를 줄일 수 있다.
WiMAX, 채널추정, 인터폴레이션(interpolation), 메모리 최적화, DSP

Description

채널추정장치 및 채널추정방법{APPARATUS AND METHOD FOR CHANNEL ESTIMATION}
본 발명은 채널추정장치 및 채널추정방법에 관한 것이다.
OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)은 넓은 대역의 단일 반송파(carrier) 대신 서로 직교성을 갖는 다수의 부반송파(subcarrier)를 이용하여 데이터를 병렬로 보내는 다중 반송파 변조 방식이다. OFDM 시스템은 단일 반송파를 사용하는 통신 시스템에 비해 높은 주파수 효율성과 전송률을 갖는다. OFDM 시스템의 수신측에서는 수신된 OFDM 심볼(symbol)에 대해 채널 환경에 따른 왜곡 보상을 필요로 한다. OFDM 시스템의 수신측은 신호가 전송되어온 채널의 특성을 추정하여 심볼에 대한 채널 왜곡을 보상한다.
특히, OFDM 시스템이 휴대 인터넷 서비스처럼 이동성(movility)을 보장하는 시스템인 경우에는 무선 채널 환경이 시변(time-varying)하는 특징을 가지고 있다. 이에 따라 채널 추정도 변하는 채널을 계속 추적(tracking)하도록 설계되어야 한다. 시변 채널에 대한 채널 추정을 위해, 송신측은 심볼 내의 일부 부반송파에 할당되는 파일럿 부반송파에 수신측이 이미 알고 있는 파일럿(pilot) 신호를 전송한 다. 그러면 수신측은 실제로 데이터가 전송되는 부반송파에 관한 채널 추정을 파일럿을 이용한 보간(interpolation)에 의해 채널 추정이 이루어진다.
도 1은 일반적인 WiMAX 단말 물리계층의 구조(100)를 나타낸 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 부반송파에 대한 채널 추정은 채널 추정 블록(163)을 통해 이루어진다.
도 2a는 종래의 채널 추정 구현 시 메모리 사용 방식의 개념을 나타낸 도면이다. 도 2에 도시된 “P”는 파일럿 부반송파(혹은 파일럿 부반송파의 채널 추정값)을 의미하고, “D”는 데이터 부반송파를 의미하고, “Ct”는 데이터 부반송파(D)에 대한 시간 축 보간 수행을 통해 얻어진 채널 추정값을 의미하고, “Cf”는 데이터 부반송파(D)에 대한 주파수 축 보간을 통해 얻어진 채널 추정값을 의미한다.
도 2a를 참조하면, 종래의 보간 방식을 이용한 채널 추정 시 메모리 시스템은, 채널 추정 입력 메모리 버퍼(10)와 채널 추정 출력 버퍼(20)로만 구성되며, 내부 버퍼 없이 파일럿 부반송파(P)의 위치와 데이터 부반송파(D)의 위치에 부합하는 채널 추정값(Ct, Cf)를 생성한다. 채널 추정을 위해 채널 추정 입력 메모리 버퍼(10)로 입력되는 데이터는 FFT(Fast Fourier Transform)한 출력이다. 각 버퍼(10, 20)는 NxM(N행 M열) 행렬을 갖는다. 여기서 M은 OFDM 심볼의 개수를 의미하고, N은 순열(permutation) 방식에 따른 부반송파(used subcarrier) 개수를 의미한다.
이하에는, 종래의 채널 추정 방식과 메모리 사용 방식을 설명한다.
먼저, 채널 추정을 위하여 채널 추정 입력 메모리 버퍼(10)로 입력된 파일럿 부반송파(P)를 추출한다. 추출된 신호는 채널 추정 입력 메모리 버퍼(10)와 동일한 크기를 갖는 채널 추정 출력 버퍼(20)의 동일한 위치에 복사된다. 데이터 부반송파(D)에 대한 채널 추정에 앞서, 파일럿 부반송파(P)의 채널 추정이 이루어질 수 있다. 다음, 채널 추정 출력 버퍼(20)로 추출한 파일럿 부반송파(P)를 이용하여 시간 축 채널 추정을 위한 보간을 수행하며, 파일럿이 존재하는 행(시간 축)에 대해서만 횡적으로 채널 추정값을 보간한다. 보다 구체적으로, 파일럿 부반송파(P)가 존재하지 않는 위치(Ct가 채워질 공간)를 기준으로 양 옆에 존재하는 파일럿 부반송파(P)를 이용하여 채널 추정값(Ct)를 보간한다. 마지막으로, 주파수 축 채널 추정을 위한 보간을 수행한다. 이때, 종적으로 즉, OFDM 심볼 단위로 채널 추정값이 채워지지 않은 공간에 대하여 가장 근접한 양 옆의 채널 추정값(Ct 또는 P)를 이용해 채널 추정값(Cf)를 보간한다.
도 2b는 종래의 채널 추정 메모리 사용 방식의 문제점을 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
도 2b를 참조하면, 시간 축 보간을 수행하기 위해서는 2개의 채널 추정값(P)를 채널 추정 출력 버퍼(20)로부터 읽어와야 한다. PUSC(Partial Usage SubChannel) 모드의 경우, 메모리 접근 거리는 N의 2배에 해당한다. 또한, 부반송파의 개수 N은 840이며, 이때 물리적 메모리 거리는 약 6.6Kb에 해당한다. TI(Texas Instrument)사의 DSP TMSC3206416 CPU를 예로 들면, 데이터 캐시 메모리는 최대 16KB이며, 메모리 거리는 약 41%에 해당한다. 캐시 메모리는 다양한 데이터를 저장하고 있기 때문에, 이러한 데이터 양은 큰 데이터로 작용하여 캐시 공간에서 데이터를 읽을 수 없을 확률이 높아지게 된다. 이러한 경우를 캐시 미스(cache miss)라고 한다. 데이터 읽기에 실패할 경우, 내부 메모리(internal memory) 캐시에서 데이터를 검색하게 된다. 이러한 과정을 통해서도 데이터 읽기에 실패할 경우, 원 데이터 주소로 이동하여 데이터를 검색하게 된다. 이와 같이, 데이터 검색 거리가 멀수록 캐시 미스가 발생할 확률이 높아지게 되며, 작업 수행 시간 또한 증가하게 된다. 이러한 문제점들은 결과적으로 단말의 작업 처리량(throughput)을 저하시키는 요인이 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 최적화된 메모리 사용 방식을 통해 효율적인 채널 추정을 실시함으로써, 캐시 미스의 발생 횟수를 줄이고 작업 수행시간을 단축시켜 WiMAX 단말의 작업 처리량(throughput)을 높을 수 있는 채널추정장치 및 채널추정방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 채널추정장치는 멀티 캐리어 통신 시스템에서 시간 및 주파수 축 보간 방식을 사용하는 메모리 기반의 채널추정장치로서, 복수의 부반송파를 입력 받아 저장하며, 상기 복수의 부반송파 중 파일럿 부반송파는 일정 개수의 심볼마다 할당하고, 데이터 부반송파는 시간 및 주파수 축 상에서 인접한 파일럿 부반송파 사이에 위치시키는 입력 버퍼부, 상기 입력 버퍼부에 저장된 파일럿 부반송파를 주파수 축으로 추출하고, 상기 추출된 파일럿 부반송파에 대한 채널 추정을 수행하는 파일럿 채널추정부, 상기 파일럿 채널추정부를 통해 얻은 상기 파일럿 부반송파의 채널 추정값을 저장하는 내부 버퍼부, 상기 내부 버퍼부에 저장된 파일럿 부반송파의 채널 추정값을 이용하여 시간 축으로 보간을 수행하고, 그 결과로 얻은 채널 추정값을 상기 내부 버퍼부로 출력하는 시간 축 보간부, 상기 시간 축 보간부의 보간 수행 이후 상기 내부 버퍼부에 저장된 채널 추정값을 이용하여 주파수 축으로 보간을 수행하는 주파수 축 보간부, 및 상기 시간 축 보간부의 보간 수행 후 상기 내부 버퍼부에 저장된 채널 추정값과, 상기 주파수 축 보간부를 통해 얻은 채널 추정값을 입력 받아 저장하는 출력 버퍼부를 포함한다.
상기 입력 버퍼부는,
PUSC(Partial Usage SubChannel), FUSC(Full Usage SubChannel) 및 AMC(Adaptive Modulation & Coding) 모드 중 하나의 모드에 따라 파일럿 부반송파를 할당하고, 데이터 부반송파를 위치시키는 것이 바람직하다.
상기 시간 축 보간부는,
상기 내부 버퍼부에 저장된 파일럿 부반송파의 채널 추정값이, 시간 축 상에서 데이터 부반송파의 채널 추정값이 위치할 메모리 공간의 양 쪽에 존재할 경우, 상기 양 쪽에 존재하는 파일럿 부반송파의 채널 추정값을 이용하여 해당 데이터 부반송파의 채널 추정값을 얻기 위한 보간을 수행하고,
상기 내부 버퍼부에 저장된 파일럿 부반송파의 채널 추정값이, 시간 축 상에서 데이터 부반송파의 채널 추정값이 위치할 메모리 공간의 양 쪽 중 어느 한 쪽에만 위치하는 경우, 상기 한 쪽에 존재하는 파일럿 부반송파의 채널 추정값을 복사하여 해당 데이터 부반송파의 채널 추정값을 얻는 것이 바람직하다.
상기 주파수 축 보간부는,
상기 내부 버퍼부의 주파수 축 상에서 서로 인접한 채널 추정값을 이용하여 보간을 수행하고, 그 수행 결과로 얻어진 채널 추정값을 상기 출력 버퍼부로 출력하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 채널추정방법은 멀티 캐리어 통신 시스템에서 시간 및 주파수 축 보간 방식을 이용하여 채널을 추정하는 방법에 관한 것으로, (a) 입력 버퍼부를 통해 복수의 부반송파를 입력 받고 저장하는 단계, (b) 상기 입력 버퍼부에 저장된 상기 복수의 부반송파 중 파일럿 부반송파를 주파수 축에 대하여 추출하고, 상기 추출된 파일럿 부반송파에 대한 채널 추정을 수행하는 단계, (c) 상기 (b) 단계를 통해 얻은 파일럿 부반송파의 채널 추정값을 내부 버퍼부에 저장하는 단계, (d) 상기 내부 버퍼부에 저장된 파일럿 부반송파의 채널 추정값을 이용하여 시간 축으로 보간을 수행하고, 그 결과로 얻은 채널 추정값을 상기 내부 버퍼부에 저장하는 단계, (e) 상기 (d) 단계 이후 상기 내부 버퍼부에 저장된 채널 추정값을 이용하여 주파수 축으로 보간을 수행하는 단계, 및 (f) 상기 (d) 단계 이후 상기 내부 버퍼부에 저장된 채널 추정값과, 상기 (e) 단계를 통해 얻은 채널 추정값을 출력 버퍼부에 저장하는 단계를 포함한다.
상기 (a) 단계에서,
상기 복수의 부반송파 중 파일럿 부반송파는 일정 개수의 심볼마다 할당하고, 데이터 부반송파는 시간 및 주파수 축 상에서 인접한 파일럿 부반송파 사이에 위치시키는 것이 바람직하다.
상기 (a) 단계에서는,
PUSC(Partial Usage SubChannel), FUSC(Full Usage SubChannel) 및 AMC(Adaptive Modulation & Coding) 모드 중 하나의 모드에 따라 파일럿 부반송파를 할당하고 데이터 부반송파를 위치시키는 것이 바람직하다.
상기 (d) 단계에서는,
상기 내부 버퍼부에 저장된 파일럿 부반송파의 채널 추정값이, 시간 축 상에서 데이터 부반송파의 채널 추정값이 위치할 메모리 공간의 양 쪽에 존재할 경우, 상기 양 쪽에 존재하는 파일럿 부반송파의 채널 추정값을 이용하여 해당 데이터 부반송파의 채널 추정값을 얻기 위한 보간을 수행하고,
상기 내부 버퍼부에 저장된 파일럿 부반송파의 채널 추정값이, 시간 축 상에서 데이터 부반송파의 채널 추정값이 위치할 메모리 공간의 양 쪽 중 어느 한 쪽에만 위치하는 경우, 상기 한 쪽에 존재하는 파일럿 부반송파의 채널 추정값을 복사하여 해당 데이터 부반송파의 채널 추정값을 얻는 것이 바람직하다.
상기 (f) 단계에서는,
상기 내부 버퍼부의 주파수 축 상에서 서로 인접한 채널 추정값을 이용하여 보간을 수행하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 시간 축 주파수 축 채널 추정 시 메모리 접근 거리를 줄일 수 있게 되며, 이에 따라 메모리 접근 오류인 캐시 미스를 줄일 수 있게 되어 mobile WiMAX 단말 구현 시 실제 수행되는 작업시간을 최소화 시킬 수 있으며, 단말의 작업 처리량(throughput)을 증가시킬 수 있게 된다.
이하에는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 채널추정장치 및 채널추정방법에 대하여 상세히 설명한다.
[채널추정장치]
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 모드에서의 채널추정장치(300)의 구성과 메모리 사용 방식을 설명하기 위해 나타낸 도면이다. 도 3a에 도시된 채널추정장치(300)는 도 1에 도시된 채널추정블록(163)에 해당한다.
도 3a에 도시된“P”는 파일럿 부반송파(혹은 파일럿 부반송파의 채널 추정값)를 의미하고, “D”는 데이터 부반송파를 의미하고, “Ct”는 데이터 부반송파(D)에 대한 시간 축 보간을 통해 얻어진 채널 추정값을 의미하며, “Cf” 는 데이터 부반송파(D)에 대한 주파수 축 보간을 통해 얻어진 채널 추정값을 의미한다.
도 3a를 참조하면, 본 발명에 따른 채널추정장치는 입력 버퍼부(310), 파일럿 채널추정부(320), 내부 버퍼부(330), 시간 축 보간부(340), 주파수 축 보간 부(350), 및 출력 버퍼부(360)를 포함한다.
<입력 버퍼부(310)>
입력 버퍼부(310)는 채널추정을 위한 복수의 부반송파(subcarrier)를 입력 받고 저장한다. 입력 버퍼부(310)로 입력되는 데이터는 주파수 동기화된 신호를 FFT(Fast Fourier Transform)한 출력일 수 있다. 입력 버퍼부(310)는 NxM(N행 M열) 행렬을 가지며, 이는 메모리 크기를 의미한다. 여기서 M은 OFDM 심볼의 개수를 의미하고, N은 순열(permutation) 방식에 따른 부반송파(subcarrier) 개수를 의미한다.
입력 버퍼부(310)는 파일럿 부반송파(P)와 데이터 부반송파(D)를 논리 메모리 공간 상에 저장하게 되는데, 이때, 파일럿 부반송파(P)는 논리 메모리 공간 상에 일정 개수의 심볼마다 할당되며, 데이터 부반송파(D)는 시간 및 주파수 축 상에서 인접한 파일럿 부반송파 사이에 위치할 수 있다.
입력 버퍼부(310)는 WiMAX 다운링크(downlink)에서 존(zone)에 따라 부반송파를 사용하는 구조 및 크기가 다를 수 있다. 부반송파를 사용 방식으로는 대표적으로 PUSC(Partial Usage SubChannel), FUSC(Full Usage SubChannel), 및 AMC(Adaptive Modulation & Coding)의 3가지 방식이 있다. 이는, 존(zone)에 따라 파일럿 부반송파를 위치시키는 규칙이 상이하다는 것을 의미한다.
이하에는, 상술한 3가지 모드(PUSC, FUSC, AMC)의 버퍼 사용방식에 따른 채 널추정장치에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
1) PUSC(Partial Usage SubChannel)
도 3b는 WiMAX 802,.16e 규격에서 PUSC(Partial Usage SubChannel) 모드에 따른 파일럿 부반송파의 위치를 나타낸 개념도이다.
PUSC 모드에서 파일럿 부반송파(P)의 위치는 도 3b에 도시된 바와 같이, 슬롯(slot)을 기본 단위로 한다. 여기서 슬롯은 2개의 OFDM 심볼을 한 쌍으로 하여 14개의 부반송파가 2개의 심볼에 걸친 직사각형 형태를 가질 수 있다. 또한 도 3b에 도시된 바와 같이, 하나의 슬롯에는 4개의 파일럿 부반송파(P)가 존재할 수 있다. 입력 버퍼부(310)에 저장된 PUSC 모드에서 부반송파의 총 개수는 DC 반송파를 제외하면 840개가 되며, 파일럿 부반송파(P)의 개수는 한 OFDM 심볼 당 120개((840/14)*2)가 된다.
<파일럿 채널추정부(320)>
파일럿 채널추정부(320)는 입력 버퍼부(310)에 저장된 파일럿 부반송파(P)를 주파수 축에 대하여 추출할 수 있다. 또한, 데이터 부반송파(D)에 대한 채널추정에 앞서, 파일럿 부반송파(P)에 대한 채널추정이 이루어져야 하므로, 파일럿 채널추정부(320)는 입력 버퍼부(310)에서 추출한 파일럿 부반송파(P)의 채널 추정을 수행할 수 있다. 또한, 파일럿 채널추정부(320)는 파일럿 부반송파(P)의 채널 추정값을 내부 버퍼부(330) 상에 적재할 수 있다.
<내부 버퍼부(330)>
도 3c 본 발명의 실시예에 따른 PUSC 모드에서 내부 버퍼부(330)의 메모리 사용 방식을 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
먼저, 내부 버퍼부(330)는 시간 축 채널추정을 위한 버퍼로, 먼저, 파일럿 채널추정부(320)를 통해 채널 추정된 파일럿 부반송파(P)의 채널 추정값 저장할 수 있다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 내부 버퍼부(330)는 입력 버퍼부(310)와 비교하여 시간 축 상으로 데이터 부반송파(D)만 위치하는 행을 제외한 형태를 가지며, 파일럿 부반송파(P)의 위치는 동일하다는 것을 알 수 있다.
내부 버퍼부(330)의 메모리 크기는 파일럿 부반송파의 채널 추정값(P)을 입력 버퍼부(310)에 위치시키는 방식에 따라 결정된다. 상술한 바와 같이 PUSC 모드의 경우 파일럿 부반송파(P)의 개수는 120개이므로, 내부 버퍼부(330)에는 120개의 채널 추정값(P)이 저장될 수 있다. 또한, 시간 축 채널추정은 시간 축으로 인접한 부반송파의 채널을 추정하는 것이므로, 내부 버퍼부(330)에는 시간 축 보간부(340)를 통한 시간 축 채널 추정 후 OFDM 심볼 당 240개의 채널 추정값(P, Ct)이 생성될 수 있다. 시간 축 보간부(320)에 관한 보다 구체적인 설명은 후술하도록 한다.
따라서, 내부 버퍼부(330)는 시간 축 채널추정을 위하여 (N/F)xM(N/F행 M열)의 메모리 크기를 갖게 된다. 여기서, F는 슬롯 당 부반송파 개수 대비 파일럿 부반송파 개수를 의미하며, N/F는 시간 축 채널추정 이후 OFDM 심볼 당 생성된 채널 추정값의 개수를 의미한다. 따라서, N/F는 240이 된다.
<시간 축 보간부(340)>
시간 축 보간부(340)는 내부 버퍼부(330)에 저장된 파일럿 부반송파(P)에 대한 채널 추정값(P)를 이용하여 시간 축(행)으로 데이터 부반송파(D)의 채널 추정값을 얻기 위해 보간을 수행할 수 있으며, 그 수행 결과로 얻어진 채널 추정값(Ct)을 내부 버퍼부(330)로 출력할 수 있다.
시간 축 보간부(340)는 내부 버퍼부(330)의 시간 축 상에서 데이터 부반송파(D)의 채널 추정값(Ct)이 위치할 논리 공간을 기준으로 파일럿 부반송파의 채널 추정값(P)이 양 옆에 존재하는 경우 보간을 수행할 수 있다. 입력 버퍼부(310)를 예로 하여 설명하면, 입력 버퍼부(330)의 시간 축 상에서 파일럿 부반송파(P)가 데이터 부반송파(D)의 양 옆에 존재할 경우, 그 양 옆에 존재하는 파일럿 부반송파(P)의 채널 추정값(P)을 이용하여, 해당 데이터 부반송파(D)의 채널 추정값(Ct)를 얻기 위한 보간을 수행할 수 있다. 이에 따라 시간 축 상에서 인접한 파일럿 부반송파(P)들 사이에 위치하는 데이터 부반송파(D)의 채널 전달함수인 채널 추정값을 얻을 수 있다.
반면, 파일럿 부반송파의 채널 추정값(P)이 어느 한 쪽에만 위치하는 경우, 그 한 쪽에 존재하는 채널 추정값(P)을 복사하여 해당 논리 공간에 저장할 수 있다. 여기서 해당 논리 공간은 채널 추정값(Ct)이 채워질 위치 즉 논리 메모리 공간을 의미할 수 있다. 입력 버퍼부(310)를 예로 하여 설명하면, 파일럿 부반송파(P) 가 데이터 부반송파(D)의 어느 한 쪽만 위치하는 경우, 그 한 쪽에 존재하는 파일럿 부반송파(P)의 채널 추정값(P)을 복사함으로써 해당 채널 추정값(Ct)을 얻을 수 있다. 이러한 경우, 해당 채널 추정값(Ct)는 그와 인접한 파일럿 부반송파(P)의 채널 추정값(P)일 수 있다.
도 3d는 도 3c에 도시된 내부 버퍼부(330)를 이용한 시간 축 보간 시 메모리 사용 방식을 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
도 3c 및 도 3d에 도시된 바와 같이, 본 발명의 내부 버퍼부(330)는 하나의 서브 채널을 파일럿 부반송파(P)가 있는 영역만 가지도록 하여 시간 축 채널추정을 위한 메모리 크기를 줄일 수 있다. 이는 시간 축 채널추정 시 메모리 접근 거리(D1)를 줄일 수 있음을 의미한다.
<주파수 축 보간부(350)>
주파수 축 보간부(350)는 내부 버퍼부(330)에 저장된 채널 추정값(P, Ct)를 이용하여 주파수 축으로(OFDM 심볼 단위로) 데이터 부반송파(D)에 대한 보간을 수행할 수 있다. 즉, 입력 버퍼부(310) 상에서 데이터 부반송파(D)만 위치하는 행에 대하여 보간을 수행함으로써 채널 추정값(Cf)을 구할 수 있다. 이때, 주파수 축 보간부(350)는 시간 축 채널추정이 완료된 후 내부 버퍼부(330)에 저장된 채널 추정값(P, Ct)을 이용할 수 있다. 여기서 채널 추정값(P, Ct)은 파일럿 부반송파의 채널 추정값(P)과 시간 축 보간을 통해 얻은 데이터 부반송파의 채널 추정값(Ct)일 수 있다. 또한, 주파수 축 채널추정 시, 인접한 채널 추정값(P 또는 Ct)을 이용하여 그 사이에 존재하는 채널 추정값(Cf)을 구할 수 있다. 주파수 축 보간부(350)는 구해진 채널 추정값(Cf)을 출력 버퍼부(360)로 출력할 수 있다. 또한, 주파수 축 채널추정을 위해 이용한 채널 추정값(P 또는 Ct)을 복사하여 출력 버퍼부(360)로 출력할 수 있다.
도 3e는 도 3c에 도시된 내부 버퍼부(330)를 이용한 주파수 축 보간 시 메모리 사용 방식을 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
상술한 바와 같이, 시간 축 채널추정 시 메모리 접근 거리(D1)를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 주파수 축 채널 추정을 위한 메모리 접근 거리를 줄일 수 있다. 예를 들어 도 3e에 도시된 바와 같이, 주파수 축 채널추정을 위한 2개의 입력 채널 추정값(C)의 거리(D1)가 1로서 최소가 되므로 이러한 경우, 캐시 미스(cache miss)가 발생할 확률이 없어지게 된다.
<출력 버퍼부(360)>
출력 버퍼부(360)는 주파수 축 보간부(350)를 통한 보간 수행 후, 주파수 축 보간부(350)의 수행 결과로 얻어진 채널 추정값을 입력 받아 저장할 수 있다. 도 3a 또는 도 3b에 도시된 바와 같이, 채널 추정값(P 또는 Ct) 간 부반송파의 개수가 3개 혹은 1개인 경우가 존재하므로, 출력 버퍼부(360)는 각 경우에 일치하는 개수로 보간 결과를 얻고 그 위치에 적재할 수 있다.
2) FUSC(Full Usage SubChannel)
도 4a는 WiMAX 802,.16e 규격에서 FUSC(Full Usage SubChannel) 모드에 따른 파일럿 부반송파의 위치를 나타낸 개념도이다.
FUSC 모드에서 파일럿 부반송파(PV, PC)의 위치는 도 4a에 도시된 바와 같이, 슬롯(slot)을 기본 단위로 한다. FUSC 모드의 경우, 상술한 PUSC 모드의 경우와 전체적인 흐름은 동일하며, 단, 시간 축 채널 추정값의 설계 내용에 대한 차이점이 있다. 이하에는, 이러한 차이점에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
FUSC 모드에서 파일럿 부반송파는 2가지 종류가 존재한다. 즉, FUSC 모드에서는 Variable set 71개와 Constant set 11개로 하나의 OFDM 심볼 당 총 82개가 존재한다. 여기서, Variable set를 구성하는 파일럿 채널 추정값은 PV로 도시하였으며, Constant set를 구성하는 파일럿 채널 추정값은 PC로 도시하였다. Constant set(PC)는 시간 축 상으로 고정된 위치에 존재한다. 따라서 Constant set(PC)는 시간 축 채널추정이 필요하지 않다. Constant set(PC)는 OFDM 심볼 인덱스가 홀수 혹은 짝수이냐에 따라 그 위치가 다를 수 있다. 짝수 번째 OFDM 심볼은, 홀수 번째 OFDM 심볼에서의 파일롯 부반송파 위치에서 전체적으로 6 인덱스가 이동한 공간에 위치할 수 있다.
FUSC 모드는 2가지 메모리 사용 방법이 가능하다.
도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 FUSC 모드에서 내부 버퍼부(330)의 첫 번째 메모리 사용 방식을 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
도 4b를 참조하면, 첫 번째 메모리 사용 방식은 Constant set(PC)와 Variable set(PV)를 미리 정해진 서로 다른 공간에 위치시키는 것이 중요하다. 이러한 경우, 시간 축 보간이 필요 없는 Constant set(PC)가 빠짐으로 인하여 종래의 메모리 사용 방식과 비교하면, 시간 축 채널추정 시 물리적 메모리 접근 거리가 짧아지게 된다.
도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 FUSC 모드에서의 내부 버퍼부의 두 번째 메모리 사용 방식을 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
도 4c를 참조하면, 두 번째 메모리 사용 방식은 FUSC 모드의 파일럿 부반송파 위치에서 시간 축으로 데이터 부반송파만 존재하는 행을 제외한 경우와 동일하다. 이러한 경우, 시간 축 채널추정 후 주파수 축 채널 추정시 물리적 메모리 거리가 최소가 될 수 있다.
이러한 메모리 사용 방식들 모두 내부 버퍼부(330)에 적용할 경우, 메모리 사이즈는 153xM이 된다. Variable set(PV)의 경우에 대해서만 시간 축 보간을 수행하므로, N은 153개(71*2+11)가 된다.
3) AMC(Adaptive Modulation & Coding)
도 5a는 WiMAX 802,.16e 규격에서 AMC(Adaptive Modulation & Coding) 모드에 따른 파일럿 부반송파의 위치를 나타낸 개념도이다.
AMC 모드의 경우, 상술한 PUSC 모드의 경우와 전체적인 흐름은 동일하며, 단 시간 축 채널 추정값의 설계 내용에 대한 차이점이 있다. 이하에는, 이러한 차이점에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
AMC 모드는 도 5b에 도시된 바와 같이, 빈(이하 bin이라 함) 구조를 기본으로 한다. AMC 모드는 1x6, 2x3 및 3x2의 3가지를 지원한다. 본 실시예에서는 2x3을 표본으로 하여 설명하도록 한다. 3가지 AMC 방식에 대한 bin 구조는 동일하다.
2x3 AMC일 경우, 2bin x 3symbol 구조는 도 5a에 도시된 구조와 같다. 3개의 OFDM 심볼 단위로 하고, 3개의 오프셋(offset) 차이의 규칙으로 번갈아 가며 파일럿 부반송파(P)가 존재하게 된다. 이때, 입력 버퍼부(310)의 부반송파는 864개가 되며, 이때 파일럿 부반송파(P)의 개수는 96개가 된다. 시간 축 보간 결과는 288개(96*3symbol)이므로, 내부 버퍼부(330)는 288xM의 이차원 배열 구조를 갖게 된다. 내부 버퍼부(330)의 메모리 사이즈는 AMC 모드인 경우와 같이 최대 288이 되며, 이러한 경우 다른 모드의 경우와 비교하여 보다 큰 메모리 버퍼를 갖게 된다. 이에 따라 하나의 메모리 버퍼를 여러 모드로 적용하여 사용할 수 있다.
[채널추정방법]
이하에는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 따른 채널추정방법에 대해 상세히 설명한다. 본 발명에 따른 채널추정방법은 상술한 채널추정장치(300)를 이용 하여 채널을 추정하는 방법으로서, 보다 구체적으로 채널추정 시 메모리 사용방법에 관한 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 채널추정방법을 설명하기 위해 나타낸 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 채널추정방법은 부반송파 입력 및 저장단계(S600), 파일럿 부반송파 추출 및 채널추정 단계(S610), 채널 추정값 제1 저장 단계(S620), 시간 축 보간 수행 단계(S630), 채널 추정값 제2 저장 단계(S640), 주파수 축 보간 수행 단계(S650), 및 채널 추정값 제3 저장 단계(S660)를 포함한다.
<부반송파 입력 및 저장단계(S600)>
부반송파 입력 및 저장단계(S600)에서는 입력 버퍼부(310)를 통해 복수의 부반송파(subcarrier)를 입력 받고 저장할 수 있다. 이때, 입력되는 데이터는 주파수 동기화된 신호를 FFT(Fast Fourier Transform)한 출력일 수 있다. 입력 버퍼부(310)를 통해 입력된 복수의 부반송파 중 파일럿 부반송파(P)는 일정 개수의 심볼마다 할당하고, 데이터 부반송파(D)는 시간 및 주파수 축 상에서 인접한 파일럿 부반송파(P) 사이에 위치시킬 수 있다.
WiMAX 다운링크(downlink)에서 존(zone)에 따라 부반송파를 사용하는 메모리의 구조 및 크기가 다를 수 있다. 부반송파를 사용 방식으로는 대표적으로 PUSC(Partial Usage SubChannel), FUSC(Full Usage SubChannel), 및 AMC(Adaptive Modulation & Coding)의 3가지 방식이 있다. 이는, 존(zone)에 따라 파일럿 부반송 파를 위치시키는 규칙이 상이하다는 것을 의미한다. 이러한 3가지 모드(PUSC, FUSC, AMC)의 버퍼 사용방식에 대해서는 상술한 채널추정장치를 통하여 설명하였으므로 생략하도록 한다.
<파일럿 부반송파 추출 및 채널추정 단계(S610)>
파일럿 부반송파 추출 및 보간 수행 단계(s610)에서는 입력 버퍼부(310)에 저장된 복수의 부반송파 중 파일럿 부반송파(P)를 주파수 축에 대하여 추출하고, 추출된 파일럿 부반송파에 대한 채널추정 수행할 수 있다. 여기서 파일럿 부반송파의 채널추정은 파일럿 부반송파(P)에 대한 채널 추정은 LS(Least-square) 기법 혹은 LMMSE(Linear Mimimum Mean Square Estimation) 기법 등을 이용할 수 있다. 이러한 파일럿 부반송파(P)의 추출 및 채널추정은 파일럿 채널추정부(320)를 통해 수행될 수 있다.
<채널 추정값 제1 저장 단계(S620)>
채널 추정값 제1 저장 단계(S620)에서는 S610 단계를 통해 보간 된 파일럿 부반송파(P)의 채널 추정값(P)을 내부 버퍼부(330)에 저장할 수 있다. 채널 추정값 제1 저장 단계(S620)에 대해서는 상술한 채널추정장치의 <내부 버퍼부(330)>를 통해 설명하였으므로 생략하도록 한다.
<시간 축 보간 수행 단계(S630)>
시간 축 보간 수행 단계(S630)에서는 S620 단계를 통해 내부 버퍼부(330)에 저장된 파일럿 부반송파(P)의 채널 추정값(P)을 이용하여 시간 축 보간을 수행하여 데이터 부반송파(D)의 채널 추정값을 구할 수 있다.
내부 버퍼부(330)의 시간 축 상에서 데이터 부반송파(D)의 채널 추정값(Ct)이 위치할 논리 공간을 기준으로 파일럿 부반송파의 채널 추정값(P)이 양 옆에 존재하는 경우 보간을 수행할 수 있다. 입력 버퍼부(310)를 예로 하여 설명하면, 입력 버퍼부(330)의 시간 축 상에서 파일럿 부반송파(P)가 데이터 부반송파(D)의 양 옆에 존재할 경우, 그 양 옆에 존재하는 파일럿 부반송파(P)의 채널 추정값(P)을 이용하여, 해당 데이터 부반송파(D)의 채널 추정값(Ct)를 얻기 위한 보간을 수행할 수 있다. 이에 따라 시간 축 상에서 인접한 파일럿 부반송파(P)들 사이에 위치하는 데이터 부반송파(D)의 채널 전달함수인 채널 추정값을 얻을 수 있다.
반면, 파일럿 부반송파의 채널 추정값(P)이 어느 한 쪽에만 위치하는 경우, 그 한 쪽에 존재하는 채널 추정값(P)을 복사하여 해당 논리 공간에 저장할 수 있다. 여기서 해당 논리 공간은 채널 추정값(Ct)이 채워질 위치 즉 논리 메모리 공간을 의미할 수 있다. 입력 버퍼부(310)를 예로 하여 설명하면, 파일럿 부반송파(P)가 데이터 부반송파(D)의 어느 한 쪽만 위치하는 경우, 그 한 쪽에 존재하는 파일럿 부반송파(P)의 채널 추정값(P)을 복사함으로써 해당 채널 추정값(Ct)을 얻을 수 있다. 이러한 경우, 해당 채널 추정값(Ct)는 그와 인접한 파일럿 부반송파(P)의 채널 추정값(P)일 수 있다.
<채널 추정값 제2 저장 단계(S640)>
채널 추정값 제2 저장 단계(S640)에서는 S630 단계를 통해 얻어진 채널 추정값(Ct)을 내부 버퍼부(330)에 저장할 수 있다. 채널 추정값 제2 저장 단계(S640)에 대해서는 상술한 채널추정장치의 <내부 버퍼부(330)>를 통해 설명하였으므로 생략하도록 한다.
<주파수 축 보간 수행 단계(S650)>
주파수 축 보간 수행 단계(S650)에서는 S620 및 S640 단계를 통해 내부 버퍼부(330)에 저장된 채널 추정값(P, Ct)을 이용하여 주파수 축 보간을 통해 데이터 부반송파(D)의 채널 추정값을 구할 수 있다. 이때, 내부 버퍼부(330)의 주파수 축 상에서 서로 인접한 채널 추정값(P 또는 Ct)를 이용하여 보간을 수행할 수 있다. 주파수 축 보간 수행 단계(S650)에 대한 보다 구체적인 설명은 상술한 채널추정장치의 <주파수 축 보간부(350)>를 통해 설명하였으므로 생략하도록 한다.
<채널 추정값 제3 저장 단계(S660)>
채널 추정값 제3 저장 단계(S660)에서는 S640 단계 이후 내부 버퍼부(330)에 저장된 채널 추정값(P) 및 S650 단계를 통해 얻어진 채널 추정값(Ct)를 출력 버퍼부(360)에 저장할 수 있다.
본 발명에 따르면, 시간 축 주파수 축 채널 추정 시 메모리 접근 거리를 줄일 수 있게 되며, 이에 따라 메모리 접근 오류인 캐시 미스를 줄일 수 있게 되어 mobile WiMAX 단말 구현 시 실제 수행되는 작업시간을 최소화 시킬 수 있으며, 단말의 작업 처리량(throughput)을 증가시킬 수 있게 된다.
이상에서 보는 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시 될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로, 이상에서 기술한 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 일반적인 WiMAX 단말 물리계층의 구조를 나타낸 블록도.
도 2a는 종래의 채널 추정 구현 시 메모리 사용 방식의 개념을 나타낸 도면.
도 2b는 종래의 채널 추정 메모리 사용 방식의 문제점을 설명하기 위해 나타낸 도면.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 모드에서의 채널추정장치의 구성과 메모리 사용 방식을 설명하기 위해 나타낸 도면.
도 3b는 WiMAX 802,.16e 규격에서 PUSC(Partial Usage SubChannel) 모드에 따른 파일럿 부반송파의 위치를 나타낸 개념도.
도 3c 본 발명의 실시예에 따른 PUSC 모드에서의 내부 버퍼부의 메모리 사용 방식을 설명하기 위해 나타낸 도면.
도 3d는 본 발명의 실시예에 따른 PUSC 모드에서의 시간 축 보간 시 메모리 사용 방식을 설명하기 위해 나타낸 도면.
도 3e는 본 발명의 실시예에 따른 PUSC 모드에서의 주파수 축 보간 시 메모리 사용 방식을 설명하기 위해 나타낸 도면.
도 4a는 WiMAX 802,.16e 규격에서 FUSC(Full Usage SubChannel) 모드에 따른 파일럿 부반송파의 위치를 나타낸 개념도.
도 4b 및 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 FUSC 모드에서의 내부 버퍼부의 메모리 사용 방식을 설명하기 위해 나타낸 도면.
도 5a는 WiMAX 802,.16e 규격에서 AMC(Adaptive Modulation & Coding) 모드 에 따른 파일럿 부반송파의 위치를 나타낸 개념도.
도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 AMC 모드에서의 빈(bin) 구조를 나타낸 개념도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 채널추정방법을 설명하기 위해 나타낸 흐름도.
********* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *********
300: 채널추정장치
310: 입력 버퍼부
320: 파일럿 채널추정부
330: 내부 버퍼부
340: 시간 축 보간부
350: 주파수 축 보간부
360: 출력 버퍼부

Claims (9)

  1. 멀티 캐리어 통신 시스템에서 시간 및 주파수 축 보간 방식을 사용하는 메모리 기반의 채널추정장치에 관한 것으로,
    복수의 부반송파를 입력 받아 저장하며, 상기 복수의 부반송파 중 파일럿 부반송파는 일정 개수의 심볼마다 할당하고, 데이터 부반송파는 시간 및 주파수 축 상에서 인접한 파일럿 부반송파 사이에 위치시키는 입력 버퍼부;
    상기 입력 버퍼부에 저장된 파일럿 부반송파를 주파수 축으로 추출하고, 상기 추출된 파일럿 부반송파에 대한 채널 추정을 수행하는 파일럿 채널추정부;
    상기 파일럿 채널추정부를 통해 얻은 상기 파일럿 부반송파의 채널 추정값을 저장하는 내부 버퍼부;
    상기 내부 버퍼부에 저장된 파일럿 부반송파의 채널 추정값을 이용하여 시간 축으로 보간을 수행하고, 그 결과로 얻은 채널 추정값을 상기 내부 버퍼부로 출력하는 시간 축 보간부;
    상기 시간 축 보간부의 보간 수행 이후 상기 내부 버퍼부에 저장된 채널 추정값을 이용하여 주파수 축으로 보간을 수행하는 주파수 축 보간부; 및
    상기 시간 축 보간부의 보간 수행 후 상기 내부 버퍼부에 저장된 채널 추정값과, 상기 주파수 축 보간부를 통해 얻은 채널 추정값을 입력 받아 저장하는 출력 버퍼부를 포함하는 채널추정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입력 버퍼부는,
    PUSC(Partial Usage SubChannel), FUSC(Full Usage SubChannel) 및 AMC(Adaptive Modulation & Coding) 모드 중 하나의 모드에 따라 파일럿 부반송파를 할당하고, 데이터 부반송파를 위치시키는, 채널추정장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 시간 축 보간부는,
    상기 내부 버퍼부에 저장된 파일럿 부반송파의 채널 추정값이, 시간 축 상에서 데이터 부반송파의 채널 추정값이 위치할 메모리 공간의 양 쪽에 존재할 경우, 상기 양 쪽에 존재하는 파일럿 부반송파의 채널 추정값을 이용하여 해당 데이터 부반송파의 채널 추정값을 얻기 위한 보간을 수행하고,
    상기 내부 버퍼부에 저장된 파일럿 부반송파의 채널 추정값이, 시간 축 상에서 데이터 부반송파의 채널 추정값이 위치할 메모리 공간의 양 쪽 중 어느 한 쪽에만 위치하는 경우, 상기 한 쪽에 존재하는 파일럿 부반송파의 채널 추정값을 복사하여 해당 데이터 부반송파의 채널 추정값을 얻는, 채널추정장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 주파수 축 보간부는,
    상기 내부 버퍼부의 주파수 축 상에서 서로 인접한 채널 추정값을 이용하여 보간을 수행하고, 그 수행 결과로 얻어진 채널 추정값을 상기 출력 버퍼부로 출력하는, 채널추정장치.
  5. 멀티 캐리어 통신 시스템에서 시간 및 주파수 축 보간 방식을 이용하여 채널을 추정하는 방법에 관한 것으로,
    (a) 입력 버퍼부를 통해 복수의 부반송파를 입력 받고 저장하는 단계;
    (b) 상기 입력 버퍼부에 저장된 상기 복수의 부반송파 중 파일럿 부반송파를 주파수 축에 대하여 추출하고, 상기 추출된 파일럿 부반송파에 대한 채널 추정을 수행하는 단계;
    (c) 상기 (b) 단계를 통해 얻은 파일럿 부반송파의 채널 추정값을 내부 버퍼부에 저장하는 단계;
    (d) 상기 내부 버퍼부에 저장된 파일럿 부반송파의 채널 추정값을 이용하여 시간 축으로 보간을 수행하고, 그 결과로 얻은 채널 추정값을 상기 내부 버퍼부에 저장하는 단계;
    (e) 상기 (d) 단계 이후 상기 내부 버퍼부에 저장된 채널 추정값을 이용하여 주파수 축으로 보간을 수행하는 단계; 및
    (f) 상기 (d) 단계 이후 상기 내부 버퍼부에 저장된 채널 추정값과, 상기 (e) 단계를 통해 얻은 채널 추정값을 출력 버퍼부에 저장하는 단계를 포함하는 채널추정방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서,
    상기 복수의 부반송파 중 파일럿 부반송파는 일정 개수의 심볼마다 할당하고, 데이터 부반송파는 시간 및 주파수 축 상에서 인접한 파일럿 부반송파 사이에 위치시키는, 채널추정방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서는,
    PUSC(Partial Usage SubChannel), FUSC(Full Usage SubChannel) 및 AMC(Adaptive Modulation & Coding) 모드 중 하나의 모드에 따라 파일럿 부반송파를 할당하고 데이터 부반송파를 위치시키는, 채널추정방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서는,
    상기 내부 버퍼부에 저장된 파일럿 부반송파의 채널 추정값이, 시간 축 상에서 데이터 부반송파의 채널 추정값이 위치할 메모리 공간의 양 쪽에 존재할 경우, 상기 양 쪽에 존재하는 파일럿 부반송파의 채널 추정값을 이용하여 해당 데이터 부반송파의 채널 추정값을 얻기 위한 보간을 수행하고,
    상기 내부 버퍼부에 저장된 파일럿 부반송파의 채널 추정값이, 시간 축 상에서 데이터 부반송파의 채널 추정값이 위치할 메모리 공간의 양 쪽 중 어느 한 쪽에 만 위치하는 경우, 상기 한 쪽에 존재하는 파일럿 부반송파의 채널 추정값을 복사하여 해당 데이터 부반송파의 채널 추정값을 얻는, 채널추정방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 (f) 단계에서는,
    상기 내부 버퍼부의 주파수 축 상에서 서로 인접한 채널 추정값을 이용하여 보간을 수행하는, 채널추정방법.
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