KR101159122B1 - 광대역 무선통신 시스템에서 채널 시간지연을 추정하기위한 장치 및 방법 - Google Patents

광대역 무선통신 시스템에서 채널 시간지연을 추정하기위한 장치 및 방법 Download PDF

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광대역 무선 통신시스템에서 채널을 추정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 수신된 신호를 고속 푸리에 변환(FFT : Fast Fourier Transform)하는 FFT연산기와, 상기 고속 푸리에 변환된 신호에서 프리앰블을 역 고속 푸리에 변환(IFFT : Inverse Fast Fourier Transform)하여, RMS(Root Mean Square) 시간지연 확산을 추정하는 시간지연 추정기와, 상기 시간지연 확산 추정치를 미리 정해진 기준값과 비교하여 채널 환경에 맞는 워너(Wiener) 계수를 선택하여 채널을 추정하는 채널 추정기와, 상기 고속 푸리에 변환된 신호를 상기 채널 추정값으로 보상하는 등화기를 포함하여, 상기 정확한 시간지연 확산을 추정하고, 채널 적응적으로 워너 계수 집합을 선택하므로 채널 추정하므로 채널 추정 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
시간지연 추정, 채널 추정, 워너 필터(Wiener filter), 다중경로 페이딩

Description

광대역 무선통신 시스템에서 채널 시간지연을 추정하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD ESTIMATING OF CHANNEL TIME DELAY IN BROADBAND WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
도 1은 본 발명에 따른 OFDM 기반의 무선 통신시스템에서 수신기의 블록구성을 도시하는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 OFDM 기반의 무선 통신시스템에서 시간지연 및 채널 추정기의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 OFDM 기반의 무선 통신시스템에서 시간 지연을 추정하기 위한 절차를 도시하는 도면,
도 4는 본 발명에 따른 채널별 시간지연 프로파일(Profile)을 나타내는 그래프,
도 5는 본 발명에 따른 시간지연 추정 방식을 적용하였을 경우의 채널별 PDF와 시간지연 추정 오류 확률 및 수신기 운영특징을 나타내는 그래프, 및
도 6은 본 발명에 따른 시간지연 추정 방식을 적용하여 채널추정을 수행하였을 경우 얻어지는 비트오율을 채널 신호대 잡음비의 함수로 나타낸 그래프.
본 발명은 광대역 무선통신 시스템에서 채널 시간지연을 추정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing : 이하, OFDM라 칭함) 방식을 사용하는 광대역 무선 통신시스템에서 프리앰블 또는 파일럿 정보를 이용하여 다중경로 페이딩 환경의 시간지연 확산을 추정하여 채널 추정 성능을 향상시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
각종 유무선 통신 시스템에서는 전송되는 페이로드(Payload) 데이터 이외에 전송 채널의 상태를 추정하기 위해 파일럿(Pilot) 심볼이라 칭하는 특정한 형태의 심볼을 부가적으로 전송된다. 상기 파일럿 심볼은 전송 데이터의 중간에 삽입되며, 송수신단에서 상기 파일럿 심볼 값을 서로 알고 있기 때문에 전송 채널 추정에 사용된다.
상기 파일럿 심볼은 배치 방법에 따라 다양한 형태로 설계되는데, 특히, 상기 OFDM 시스템의 하향링크 프레임에서 첫 OFDM 심볼 전체가 상기 파일럿으로 배치된 형태를 갖으며, 상기 배치된 형태를 프리앰블이라 칭한다.
상기 프리앰블은 수신기에서 채널 추정시 파일럿과 함께 채널 정보를 제공하는 역할을 수행하며, 송수신기간의 시간 및 주파수 동기를 맞추거나 주파수 오프셋 보정 등 여러가지 기능을 갖는다.
상기 수신기에서 채널 추정을 수행할 때에는 다중 경로 페이딩 환경에 관한 채널정보를 필요로 하며, 이를 위해 시간지연 추정이 먼저 이루어져야 한다. 종래기술에 따른 시간지연 추정 기법에는 순환 접두(Cyclic Prefix : 이하, CP라 칭함)를 활용하여 시간 영역에서 상기 CP의 상관 특성을 이용하는 방법과, 주파수 영역에서 상관 특성을 이용하는 방법이 존재한다. 여기서, 상기 CP는 상기 OFDM 전송 방식의 특징 중 하나로, 무선채널의 다중경로 페이딩 현상 때문에 발생하는 자기신호에 의한 잡음(Inter Symbol Interference : 이하 ISI라고 칭함)을 제거하기 위해 시간 영역의 OFDM 심볼의 마지막 일정 구간의 비트들이 복사되어 유효 OFDM심볼의 앞에 삽입되는 보호구간이다.
실제 채널 환경의 시간지연 프로파일(Profile)은 연속적인 분포를 가지므로 상기 수신기는 RMS(Root Mean Square) 시간지연 확산을 계산하여 채널 환경의 시간 지연을 추정한다. 하지만, 상기 RMS 시간지연 확산 추정을 이용할 경우, 상기 RMS 시간지연 확산이 부정확하게 추정될 경우, 상기 시간지연 확산을 이용하는 채널 추정의 성능 열화가 발생하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 OFDM 기반의 무선 통신시스템에서 채널 환경에 따라 적응적으로 채널을 추정하여 상기 채널 추정 성능을 향상시키기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 OFDM 기반의 무선 통신시스템에서 프리앰블을 역 푸리에 변환하여 추정된 시간지연 확산을 이용하여 채널 환경에 맞는 워너 계수를 선 택하여 상기 채널 추정 성능을 향상시키기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 OFDM 기반의 무선 통신시스템에서 프리앰블을 이용하여 정확한 시간 지연 확산을 추정하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1견지에 따르면, 광대역 무선 통신시스템에서 채널을 추정하기 위한 장치는, 수신된 신호를 고속 푸리에 변환(FFT : Fast Fourier Transform)하는 FFT연산기와, 상기 고속 푸리에 변환된 신호에서 프리앰블을 역 고속 푸리에 변환(IFFT : Inverse Fast Fourier Transform)하여, RMS(Root Mean Square) 시간지연 확산을 추정하는 시간지연 추정기와, 상기 시간지연 확산 추정치를 미리 정해진 기준값과 비교하여 채널 환경에 맞는 워너(Wiener) 계수를 선택하여 채널을 추정하는 채널 추정기와, 상기 고속 푸리에 변환된 신호를 상기 채널 추정값으로 보상하는 등화기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2견지에 따르면, 광대역 무선 통신시스템에서 채널을 추정하기 위한 장치는, 상기 수신신호에서 프리앰블을 역 고속 푸리에 변환(IFFT : Inverse Fast Fourier Transform)하여, RMS(Root Mean Square) 시간지연 확산을 추정하는 시간지연 추정기와, 상기 시간지연 확산 추정치를 미리 정해진 기준값과 비교하여 채널 환경에 맞는 워너(Wiener) 계수를 선택하는 계수 선택기와, 상기 선택된 워너 계수를 이용하여 채널을 추정하는 채널 추정기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 3견지에 따르면, 광대역 무선 통신시스템에서 채널을 추정하기 위한 방법은, 수신되는 프레임의 프리앰블을 이용하여 역고속 푸리에 변환(IFFT : Inverse Fast Fourier Transform)한 후, RMS(Root Mean Square) 시간지연 확산을 추정하는 과정과, 상기 시간지연 확산 추정치를 미리 정해진 기준값을 비교하여 채널 추정에 사용되는 계수를 선택하는 과정과, 상기 선택된 계수를 이용하여 채널을 추정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단 된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하 본 발명은 직교주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing : 이하, OFDM이라 칭함)기반의 무선 통신시스템에서 채널 환경에 맞게 효율적으로 채널을 추정하기 위한 기술에 대해 설명한다. 이하 설명은 워너 필터링(Wiener filtering)을 이용하여 채널을 추정하는 것을 예를 들어 설명한다. 즉, 프리앰블을 이용하여 다중경로 페이딩 환경의 시간지연 확산을 추정한 후, 상기 시간지연 확산 추정치에 따라 채널 환경에 맞는 워너(Wiener) 계수를 선택하여 채널을 추정하는 것을 예를 들어 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 OFDM 기반의 무선 통신시스템에서 수신기의 블록구성을 도시하고 있다.
상기 도 1에 도시된 바와 같이 수신기는 RF처리기(101), CP(Cyclic Prefix)제거기(103), 직/병렬 변환기(105), FFT(Fast Fourier Transform)연산기(107), 시 간지연 및 채널 추정기(109), 등화기(Equalizer)(111), 병/직렬 변환기(113), 복조기(Demodulator)(115), 및 복호기(Decoder)(117)를 포함하여 구성된다.
RF처리기(101)는 수신된 고주파 대역의 신호를 기저대역으로 변환하고, 상기 기저대역 아날로그 신호를 시간 샘플 데이터로 변환하여 출력한다. CP제거기(103)는 상기 RF처리기(101)로부터 제공되는 시간 샘플 데이터에서 보호구간(CP)을 제거하여 OFDM심볼의 유효 데이터를 출력한다. 직/병렬 변환기(105)는 상기 CP제거기(103)로부터 제공되는 OFDM 심볼의 유효 데이터를 FFT연산기(107)의 입력을 위한 병렬 데이터로 변환하여 출력한다. FFT연산기(107)는 상기 직/병렬 변환기(105)로부터 제공되는 병렬 데이터를 고속 푸리에 변환(FFT : Fast Fourier Transform)하여 주파수 영역의 데이터를 출력한다.
시간지연 및 채널 추정기(109)는 상기 FFT연산기(107)로부터 제공받은 신호 중 프리앰블을 이용하여 RMS(Root Mean Square)시간지연 확산을 추정한다. 이후, 상기 시간지연 및 채널 추정기(109)는 상기 RMS 시간지연 확산 추정치에 따라 워너 계수를 선택하여 채널을 추정한다.
등화기(111)는 상기 시간지연 및 채널 추정기(109)의 채널 추정값을 이용하여 상기 FFT연산기(107)에서 출력되는 데이터를 보상하여 출력한다. 병/직렬 변환기(113)는 상기 등화기(111)로부터 제공되는 데이터를 직렬 데이터로 변환하여 출력한다. 복조기(115)는 상기 병/직렬 변환기(113)로부터 제공되는 데이터를 해당 복조 방식으로 복조하여 출력한다. 복호기(117)는 상기 복조기(115)로부터 제공되는 데이터를 해당 부호율로 채널복호화(channel decoding)하여 정보 데이터를 복원한다.
도 2는 본 발명에 따른 OFDM 기반의 무선통신 시스템에서 시간지연 및 채널 추정기의 블록 구성을 도시하고 있다.
상기 도 2를 참조하면, 상기 시간지연 및 채널 추정기(109)는 LS(Least Square) 채널 추정기(201), IFFT연산기(203), 시간지연 추정기(205), 워너 계수 선택기(207), 및 채널 추정기(209)를 포함하여 구성된다.
LS 채널 추정기(201)는 상기 FFT연산기(127)에서 푸리에 변환된 신호 중 프리앰블에 대한 LS 채널 추정을 수행한다. 여기서, 상기 프리앰블에 대한 LS 채널 추정은 하기 <수학식 1>을 이용하여 수행된다.
하기 <수학식 1>은 프리앰블에 대한 LS 채널 추정을 수행하기 위한 수식이다.
Figure 112005044236941-pat00001
여기서, Y(k)은 x(k)H(k)+I(k)+W(k)로 k번째 수신된 신호를 나타내고, I(k)는 수신신호의 ICI(Inter Carrier Interference)를 나타내며, W(k)는 상기 수신신호의 백색 가우시안 잡음(Additive White Gaussian Noise)을 나타낸다. 또한, c는 프리앰블을 나타낸다.
IFFT연산기(203)는 상기 LS 채널 추정기(201)에서 LS 채널 추정을 수행한 프리앰블을 역 고속 푸리에 변환하여 도 4에 도시된 바와 같은 시간지연 프로파일을 추출한다. 즉, 상기 IFFT 연산기(203)는 LS 채널 추정을 수행한 프리앰블을 역 고속 푸리에 변환하여 상기 도 4에 도시된 바와 같은 실제 시간지연 프로파일과 유사한 정보를 추출할 수 있다.
시간지연 추정기(205)는 상기 IFFT연산기(203)에서 추출한 시간지연 프로파일을 하기 <수학식 2>에 적용하여 RMS(Root Mean Square) 시간지연 확산을 추정한다. 여기서, 상기 시간지연 추정기(205)는 상기 IFFT연산기(203)에서 추출한 시간지연 프로파일 중 낮은 전력을 갖는 프로파일에 포함된 잡음의 영향을 감소시키기 위해 일정 개수의 샘플만 활용할 수 있다.
하기 <수학식 2>는 RMS 시간지연 확산을 추정하기 위한 수식이다.
Figure 112005044236941-pat00002
여기서, τ는 시간지연 인덱스를 나타내고, ΨDe(τ)는 상기 시간지연 인덱스 τ에 해당하는 샘플의 전력을 나타낸다.
상기 <수학식 2>를 이용하여 추정된 RMS 시간지연 확산에 대한 평균값은 하기 <수학식 3>을 이용하여 산출한다. 하기 <수학식 3>은 k개의 프레임에 대한 RMS 시간지연 확산의 평균값을 산출하는 것으로 가정한다. 여기서, 상기 k개의 프레임은, 시간지연 추정오류 확률을 줄이기 위해 상기 시스템이 허용하는 프레임의 개수(k)를 나타낸다.
하기 <수학식 3>은 k개의 프레임의 RMS 시간지연 확산의 평균을 산출하는 수식이다.
Figure 112005044236941-pat00003
여기서, τ^ RMS 는 k개의 프레임들의 평균 RMS 시간지연 확산 추정치를 나타내고, τRMS(m)는 m번째 프레임의 추정 RMS 시간지연 확산을 나타낸다.
워너 계수 선택기(207)는 상기 시간지연 추정기(205)에서 추정된 RMS 시간지연 확산 추정치(τ^ RMS )와 문턱값(Γ)을 비교한다. 상기 τ^ RMS 가 문턱값보다 작을 경우( τ^ RMS < Γ), 상기 워너 계수 집합 A를 선택한다. 반면에 상기 τ^ RMS 가 문턱값보다 크거나 같을 경우( τ^ RMS ≥ Γ ), 상기 워너 계수 집합 B를 선택한다. 여기서, 상기 문턱값은, 각각의 채널들이 계수 A를 사용할 때와 계수 B를 사용할 때, 최소의 시간지연 추정 오류 확률을 갖는 지점(예 : 도 5의 501, 503)을 나타낸다.
채널 추정기(209)는 상기 워너 계수 선택기(207)에서 선택된 워너 계수와 수신신호의 파일럿 심볼을 이용하여 워너 필터링하여 채널을 추정한다. 여기서, 상기 워너 필터링은 주파수축과 심볼축으로 분산된 파일럿 심볼을 사용하여 MMSE(Minimum Mean Squared Error)보간법에 의해 채널을 추정한다. 상기 채널 추정값은 하기 <수학식 4>와 같이 상기 파일럿 심볼을 이용한 채널 추정값들의 선형 조합으로 나타낸다.
하기 수학식 4는 파일럿 심볼을 이용한 채널추정 값들의 선형 조합을 나타낸다.
Figure 112005044236941-pat00004
여기서, Wi (n,k)는 워너 계수 즉, 각 파일럿 부반송파의 채널 정보에 대한 가중치를 나타내고, n은 부반송파 인덱스를 나타내며, k는 심볼시간 인덱스를 나타낸다. 또한, Pi는 파일럿 심볼 위치에서의 채널 추정값을 의미하며, i는 채널 추정에 사용되는 파일럿 심볼의 인덱스를 나타내고, P는 채널 추정에 사용되는 파일럿 심볼(부반송파)의 개수를 나타낸다.
상기 워너 계수들의 벡터(W(n,k)=[W1 (n,k), W2 (n,k), W3 (n,k), …, Wp (n,k)]T)는 하기 수학식 5를 이용하여 산출한다.
Figure 112005044236941-pat00005
여기서, R은 파일럿 부반송파 위치의 파일럿 부반송파간 자기상관 행렬이고, d(n, k)는 채널추정 위치와 채널 추정에 사용되는 파일럿 부반송파의 위치간의 상호 상관 벡터이다. 즉, 상기 <수학식 5>에서 R과 d(n, k)의 값은 파일럿 부반송파의 위치에 따른 시간축, 주파수축의 채널 변화율을 반영하게 한다. 또한, 도플러 효과에 의해 시간적인 변화를 반영하는 fd ,max와 시간지연확산에 의한 주파수 선택적 변화를 반영하는 파라미터인 τmax의 두 가지 채널 변화율 파라미터를 반영하게 된다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 시간 지연을 추정하기 위한 절차를 도시하고 있다. 이하 설명에서 시간지연 추정에 사용되는 프레임의 개수를 k로 가정하고, 시간축 샘플 인덱스의 한계는 50으로 가정한다. 또한 현재 사용되는 프레임의 인덱스 m과 시간축 샘플 인덱스 index는 초기값을 0으로 가정한다.
상기 도 3을 참조하면, 상기 수신기는 301단계에서 프레임이 수신되면, 상기 수신된 프레임에 인덱스를 부여한다. 예를 들어, 상기 수신된 프레임이 처음 수신된 프레임이면, 상기 프레임의 인덱스(m)를 0으로 부여한다.
이후, 상기 수신기는 303단계로 진행하여 상기 수신된 프레임의 인덱스 m과 프레임의 총 사용 개수 k를 비교한다.
만일, 상기 수신 프레임의 인덱스가 상기 프레임의 총 사용 개수보다 작으면(m < k), 상기 수신기는 305단계로 진행하여 상기 수신 프레임의 프리앰블에 대한 LS 채널 추정을 수행한다. 예를 들어, 상기 수신기는 상기 <수학식 1>을 이용하여 상기 FFT연산기(127)에서 푸리에 변환된 프리앰블에 대한 LS 채널 추정을 수행한다.
이후, 상기 수신기는 307단계로 진행하여 상기 LS 채널 추정을 수행한 프리앰블을 고속 푸리에 변환하여 시간지연 프로파일을 추출한다.
상기 시간지연 프로파일 추출한 후, 상기 수신기는 309단계로 진행하여 RMS(Root Mean Square) 시간 지연 확산을 추정할 시간축 샘플 인덱스(index)가 상기 시간축 샘플 인덱스의 한계(50)를 넘는지 확인한다. 상기 시간축 샘플 인덱스(index)가 상기 시간축 샘플 인덱스의 한계(50)를 넘으면(index ≥ 50), 상기 수신기는 315단계로 진행하여 상기 m을 한 단계 증가시킨다. 이후, 상기 수신기는 상기 301단계로 되돌아간다. 즉, 상기 수신기는 다음 프레임을 수신하여 상술한 절차들을 반복 수행한다. 여기서, 상기 시간축 샘플 인덱스의 한계는 상기 시간축 샘플 인덱스들 중 신호의 크기가 작은 샘플에 포함된 잡음의 영향을 줄이기 위해 실험을 통해 결정된 시간지연 확산 추정에 사용된 샘플의 개수를 나타낸다.
만일, 상기 시간축 샘플 인덱스(index)가 상기 시간축 샘플 인덱스의 한계(50)를 넘지 않으면(indexx < 50), 상기 수신기는 311단계로 진행하여 상기 시간축 샘플 인덱스(index)에 해당하는 시간축 샘플을 상기 <수학식 2>에 적용하여 RMS 시간지연 확산을 추정한다.
이후, 상기 수신기는 313단계로 진행하여 상기 시간축 샘플 인덱스(index)를 한 단계 증가시킨 후, 상기 309단계로 진행한다. 즉, 상기 수신기는 상기 RMS 시간지연 확산을 추정한 시간축 샘플의 다음 시간축 샘플의 RMS 시간지연 확산을 추정하기 위해 상기 309단계로 되돌아간다.
한편, 상기 프레임의 인덱스(m)가 상기 프레임의 총 사용 개수보다 크거나 같으면(m ≥ k), 상기 수신기는 317단계로 진행하여 상기 RMS 시간지연 확산 추정치와 문턱값을 비교하여 채널환경에 맞는 워너 계수를 선택한다. 예를 들어, 상기 k개의 프레임의 평균 시간지연 확산 추정치가 상기 문턱값보다 작으면, 상기 수신기는 워너 계수 A를 선택한다. 한편, 상기 시간지연 확산 추정치가 상기 문턱값보다 크거나 같으면, 상기 수신기는 워너 계수B를 선택한다.
이후, 상기 수신기는 319단계로 진행하여 상기 선택된 워너 계수를 상기 <수학식 4>에 적용하여 워너 필터링을 수행하여 채널을 추정한다. 이후, 상기 수신기는 본 알고리즘을 종료한다.
상술한 바와 같이 수신기는 채널 추정 성능을 향상시키기 위해 프리앰블을 역 고속 푸리에 변환하여 RMS 시간지연 확산을 추정한다. 이후, 상기 수신기는 상기 RMS 시간지연 확산 추정치를 이용하여 워너 계수를 선택한다. 이후, 상기 선택된 워너 계수를 이용한 워너 필터링을 수행하여 채널을 추정한다.
이와 같이 채널 추정 성능을 향상시키는 방법을 하기 <표 1>과 같은 특징을 갖는 Ped-A, Ped-B, Veh-A, 및 SUI-5의 채널을 예를 들어 설명한다.
하기 <표 1>은 ODMA에 사용되는 채널들의 특징을 나타낸다.

Tap
 ITU Ped-A ITU Ped-B
Relative delay
(ns)		 Average power
(dB)		 Relative delay
(ns)		 Average power
(dB)
1 0 0 0 0
2 110 -9.7 200 -0.9
3 190 -19.2 800 -4.9
4 410 -22.8 1200 -8.0
5 - - 2300 -7.8
6 - - 3700 -23.9

Tap
 ITU Veh-A SUI-5
Relative delay
(ns)		 Average power
(dB)		 Relative delay
(ns)		 Average power
(dB)
1 0 0 0 0
2 310 -1.0 4000 -5
3 710 -9.0 100000 -10
4 1090 -10.0 - -
5 1730 -15.0 - -
6 2510 -20.0 - -
상기 <표 1>에 나타난 바와 같은 상관지연(Relative delay)과 평균 전력(Average power)의 특징을 갖는 각 채널들( Ped-A/B, Veh-A, SUI-5)은 하기 <표 2>와 같이 시간지연 확산 추정치를 이용하여 상기 채널들의 환경에 맞는 워너 계수를 선택해야 채널 추정 성능이 좋아진다.
하기 <표 2>는 시간지연 파라미터와 워너 계수 집합의 변화에 따른 채널 추정성능을 나타낸다.
채널 τmax(μs) τRMS(μs) 계수 A사용시 BER 계수 B 사용시 BER
Ped-A 0.4 0.046 6.798E-04 7.798E-04
Ped-B 3.7 0.633 6.796E-04 7.228E-04
Veh-A 2.5 0.370 7.228E-04 8.809E-04
SUI-5 10 2.865 3.704E-02 8.394E-04
계수 A : [fd ,max, τmax] =[128Hz, 2μs]
계수 B : [fd ,max, τmax] =[130Hz, 12μs]
상기 <표 2>에 나타난 바와 같이, Ped-A/B, Veh-A 환경은 RMS 시간지연 확산이 1μs미만으로, SUI-5 환경의 RMS 시간지연 확산과 큰 차이를 갖는다. 또한, 상기 Ped-A/B, Veh-A는 상기 워너 계수 A를 사용하고, 상기 SUI-5는 상기 워너 계수 B를 사용할 경우, 채널 추정 성능이 더 좋게 나타난다. 특히, 상기 SUI-5 환경에서는 계수 A와 계수 B의 선택에 따라 BER(Bit Error Rate) 성능 차이가 크므로 적절한 문턱값을 사용하여 시간 지연 추정오류확률이 최소화 되도록 상기 계수를 선택하여야 한다.
도 5는 본 발명에 따른 시간지연 추정 방식을 적용하였을 경우의 채널별 PDF와 시간지연 추정 오류 확률 및 수신기 운영특징을 나타내는 그래프이다. 이하 설명에서 도 5a와 도 5b는 채널별 PDF와 시간지연 추정 오류확률(Decision Error Probability)을 나타내고, 도 5c는 사용되는 프레임의 수에 따른 ROC(Receiver Operating Characteristic)를 나타낸다.
상기 도 5a와 도 5b의 좌측 그래프(a-1, b-1)의 가로축은 RMS 지연 확산을 나타내고, 세로축은 PDF를 나타낸다. 우측 그래프(a-2, b-2)는 가로축은 기준 RMS 지연 확산(문턱값)을 나타내고, 세로축은 시간지연 추정 오류 확률을 나타낸다.
상기 도 5a와 도 5b를 참조하면, 상기 도 5a는 신호대 잡음비가 10dB이고, 상기 도 5b는 신호대 잡음비가 -3.5dB를 나타낸다.
즉, 상기 도 5a와 도 5b는 신호대 잡음비가 다른 채널 환경에서 상기 도 5a-1와 도 5b-1은 20개 프레임(k=20)을 사용하여 산출한 RMS 시간지연 확산 추정치의 PDF를 도시하고, 상기 도 5a-2와 도 5b-2는 상기 Ped-A/B, Veh-A 채널은 계수 A를 사용하고, 상기 SUI-5 채널은 계수 B를 사용할 경우, 문턱값의 변화에 따른 각 채널의 PDF가 상기 문턱값을 벗어나는 면적을 계산한 시간지연추정 오류확률을 도시한다. 즉, 상기 도 5a-2와 도 5b-2에 도시된 바와 같이 실험을 통해 각 채널들의 환경에 맞는 계수를 사용하는 경우, 각 채널들의 시간 지연 추정 오류 확률이 가장 적은 지점(501, 503)을 문턱값으로 결정한다.
상기 도 5c를 참조하면, 가로축은 계수 A를 사용하는 채널들의 에러 확률을 나타내고, 세로축은 계수 B를 사용하는 채널들의 에러 확률을 나타낸다.
도 5 c-1는 신호대 잡음비가 10dB이고, 도 5 c-2는 신호대 잡음비가 -3.5dB인 환경에서 프레임의 사용횟수가 많을수록 ROC의 변화를 도시하고 있다.
즉, 상기 도 5 c-1와 도 5 c-2에 도시된 바와 같이 프레임의 사용횟수가 많을수록 ROC 원점(503)을 향하게 된다. 즉, 시간지연 추정 오류확률이 감소되어, 신뢰성 있는 시간지연 추정 성능을 얻을 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 시간지연 추정 방식을 적용하여 채널추정을 수행하였을 경우 얻어지는 비트오율을 채널 신호대 잡음비의 함수로 나타낸 그래프이다. 이하 설명은 문턱값을 신호대 잡음비가 10dB인 환경에서 1.3μs로 가정하고, Veh-A 채널과 SUI-5 채널을 예를 들어 설명한다. 또한, 가로축은 채널 심볼당 신호대 잡음비를 나타내고, 세로축은 BER을 나타낸다.
상기 도 6을 참조하면, 도 6a는 상기 Veh-A 채널을 나타낸다. 상기 Veh-A 채널은 계수 A를 사용하였을 경우, 계수 B를 사용하였을 경우의 성능에 비해 좋다. 또한, 도 6b는 시간지연 추정 오류에 가장 민감함 채널힌 SUI-5 채널을 나타낸다. 상기 SUI-5 채널은 상기 계수 B를 사용하였을 경우, 상기 계수 A를 사용하였을 경우의 성능에 비해 좋기 때문에 상기 도 5에 도시된 바와 같이 적절한 문턱값을 사용하여 각 채널에 적합한 계수를 선택하는 것이 중요하다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같이, OFDM 기반의 무선 통신시스템에서 수신 신호의 프리앰블을 역고속 푸리에 변환한 후, RMS 시간지연 확산 추정을 각 프레임 단위로 수행하여 RMS 시간지연 추정치의 평균하여 문턱값 판별을 수행하므로 상기 시간지연 추정의 정확도를 높이는 이점이 있다. 또한, 상기 시간지연 추정치와 문턱값을 비교하여 채널 적응적으로 워너 계수 집합을 선택하므로 채널 추정하므로 채널 추정 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (22)

  1. 광대역 무선 통신시스템에서 채널을 추정하기 위한 수신 장치에 있어서,
    수신된 신호를 고속 푸리에 변환(FFT : Fast Fourier Transform)하는 FFT연산기와,
    상기 고속 푸리에 변환된 신호에서 프리앰블을 역 고속 푸리에 변환(IFFT : Inverse Fast Fourier Transform)하여, 평균 제곱값(RMS : Root Mean Square) 시간지연 확산을 추정하는 시간지연 추정기와,
    상기 시간지연 확산 추정치를 미리 정해진 기준값과 비교하여 채널 환경에 맞는 워너(Wiener) 계수를 선택하여 채널을 추정하는 채널 추정기와,
    상기 고속 푸리에 변환된 신호를 상기 채널 추정값으로 보상하는 등화기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    수신신호를 주파수 하향시켜 기저대역신호로 변환하는 RF(Radio Frequency)부와,
    상기 기저대역신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 FFT연산기에 제공하는 아날로그/디지털 변환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 시간지연 추정기는,
    상기 프리앰블을 이용하여 채널을 추정하는 제 1채널 추정기와,
    상기 채널 추정된 프리앰블을 역 고속 푸리에 변환하여 시간지연 프로파일을 추출하는 IFFT연산기와
    상기 추출된 시간지연 프로파일을 이용하여 평균 제곱값(RMS : Root Mean Square) 시간지연 확산을 추정하는 평균 제곱값(RMS) 시간지연 추정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 RMS 시간지연 추정기는, 소정개수의 샘플만 사용하여 평균 제곱값(RMS) 시간지연 확산을 추정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 제 1채널 추정기는, LS(Least Square)채널 추정을 사용하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 시간지연 추정기는, 소정 개수의 프레임들의 평균 제곱값(RMS) 시간지연 확산 추정치의 평균값을 이용하여 상기 시간지연 확산을 추정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 채널 추정기는, 상기 시간지연 확산 추정치와 상기 기준값을 비교하여 채널 환경에 맞는 워너 계수를 선택하는 계수 선택기와,
    상기 선택된 워너 계수를 이용하여 워너 필터링을 통해 채널을 추정하는 워너 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 계수 선택부는, 상기 시간지연 확산 추정치가 상기 기준값보다 작을 경우, 제 1 워너 계수를 선택하고,
    상기 시간지연 확산 추정치가 상기 기준값보다 크거나 같을 경우, 제 2 워너 계수를 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 광대역 무선 통신시스템에서 채널을 추정하기 위한 장치에 있어서,
    수신신호에서 프리앰블을 역 고속 푸리에 변환(IFFT : Inverse Fast Fourier Transform)하여, 평균 제곱값(RMS : Root Mean Square) 시간지연 확산을 추정하는 시간지연 추정기와,
    상기 시간지연 확산 추정치를 미리 정해진 기준값과 비교하여 채널 환경에 맞는 워너(Wiener) 계수를 선택하는 계수 선택기와,
    상기 선택된 워너 계수를 이용하여 채널을 추정하는 채널 추정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 시간지연 추정기는,
    상기 프리앰블을 이용하여 채널을 추정하는 제 1채널 추정기와,
    상기 채널 추정된 프리앰블을 역 고속 푸리에 변환하여 시간지연 프로파일을 추출하는 IFFT연산기와
    상기 추출된 시간지연 프로파일을 이용하여 평균 제곱값(RMS : Root Mean Square) 시간지연 확산을 추정하는 평균 제곱값(RMS) 시간지연 추정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제 1채널 추정기는, LS(Least Square)채널 추정을 수행하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 평균 제곱값(RMS) 시간지연 추정기는, 소정개수의 샘플만 사용하여 평균 제곱값(RMS) 시간지연 확산을 추정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 시간지연 추정기는, 소정개수의 프레임들의 평균 제곱값(RMS) 시간지연 확산 추정치의 평균값을 이용하여 상기 시간지연 확산을 추정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 9항에 있어서,
    상기 계수 선택부는, 상기 시간지연 확산 추정치가 상기 기준값보다 작을 경우, 제 1 워너 계수를 선택하고,
    상기 시간지연 확산 추정치가 상기 기준값보다 크거나 같을 경우, 제 2 워너 계수를 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 광대역 무선 통신시스템에서 채널을 추정하기 위한 방법에 있어서,
    수신되는 프레임의 프리앰블을 이용하여 역고속 푸리에 변환(IFFT : Inverse Fast Fourier Transform)한 후, 평균 제곱값(RMS : Root Mean Square) 시간지연 확산을 추정하는 과정과,
    상기 시간지연 확산 추정치를 미리 정해진 기준값을 비교하여 채널 추정에 사용되는 계수를 선택하는 과정과,
    상기 선택된 계수를 이용하여 채널을 추정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 시간지연 추정치는, 시간 지연 추정 오류확률을 줄이기 위하여 상기 무선 통신시스템이 허용하는 개수의 프레임들의 평균 제곱값(RMS) 시간지연 확산 추정치들의 평균인 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 시간지연 확산을 추정하는 과정은,
    상기 프리앰블을 이용하여 채널을 추정하는 과정과,
    상기 추정된 프리앰블을 역 푸리에 변환하여 시간지연 프로파일(Profile)을 추출하는 과정과,
    상기 시간지연 프로파일을 이용하여 평균 제곱값(RMS) 시간지연 확산을 추정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 프리앰블은, LS(Least Square)채널 추정을 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 17항에 있어서,
    상기 시간지연 프로파일은, 불필요한 잡음 성부의 영향을 감소시키기 위해 소정개수의 샘플만 이용하여 평균 제곱값(RMS) 시간지연 확산을 추정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 15항에 있어서,
    상기 채널 추정에 사용되는 계수는, 워너(Wiener) 계수인 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 15항에 있어서,
    상기 채널 추정에 사용되는 계수의 선택은, 상기 시간지연 확산 추정치가 상기 기준값보다 작을 경우, 제 1워너 계수를 선택하는 과정과,
    상기 시간지연 확산 추정치가 상기 기준값보다 크거나 같을 경우, 제 2워너 계수를 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 15항에 있어서,
    상기 채널 추정은, 상기 추정된 계수를 이용하여 워너 필터링(Wiener Filing)을 이용하여 추정하는 것을 특징으로 하는 방법.
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