KR101208794B1 - Ofdm system and channel estimation method using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 OFDM 시스템 및 그것을 이용한 채널 추정 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 OFDM 시스템은 null이 삽입되어 확장된 제1 CAZAC(Constant-amplitude Zero-autocorrelation) 시퀀스를 생성하고, 상기 제1 CAZAC 시퀀스를 포함하는 신호를 다중안테나를 통하여 전송하는 송신장치, 그리고 null이 삽입되어 확장된 제2 CAZAC 시퀀스를 생성하고, 상기 제2 CAZAC 시퀀스를 상기 송신장치로부터 수신된 신호와 자기 상관 처리하여, 상기 제1 CAZAC 시퀀스의 다중 경로 채널을 추정하는 수신장치를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따른 OFDM 시스템의 채널 추정 방법에 의하면, 확장된 CAZAC 시퀀스를 사용하여 각각의 MIMO 채널을 보다 효과적으로 추정함으로써, 다중 안테나를 사용하는 OFDM 기반의 통신 시스템에서 보다 정확하게 추정된 채널을 1-탭 등화를 통해 전송신호와 유사하게 복원할 수 있다. The present invention relates to an OFDM system and a channel estimation method using the same. The OFDM system according to the present invention generates a first constant-amplitude zero-autocorrelation (CAZAC) sequence in which nulls are inserted, and transmits a signal including the first CAZAC sequence through multiple antennas, and null. And a receiver configured to generate the inserted second extended CAZAC sequence, autocorrelate the second CAZAC sequence with a signal received from the transmitter, and estimate a multipath channel of the first CAZAC sequence.
Thus, according to the channel estimation method of the OFDM system according to the present invention, by effectively estimating each MIMO channel using the extended CAZAC sequence, the channel estimated more accurately in an OFDM-based communication system using multiple antennas 1 -Tap equalization can be restored similar to the transmission signal.

Description

ＯＦＤＭ 시스템 및 그것을 이용한 채널 추정 방법{OFDM SYSTEM AND CHANNEL ESTIMATION METHOD USING THE SAME} OPDM system and channel estimation method using the same {OFDM SYSTEM AND CHANNEL ESTIMATION METHOD USING THE SAME}

본 발명은 OFDM 시스템 및 그것을 이용한 채널 추정 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다중 안테나를 사용하는 OFDM 기반의 통신 시스템에서 최적의 CAZAC 시퀀스를 사용하는 채널을 추정하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an OFDM system and a method for estimating a channel using the same, and more particularly, to a method for estimating a channel using an optimal CAZAC sequence in an OFDM based communication system using multiple antennas.

점차 증가하는 다양한 멀티미디어 전송에 대한 요구를 만족시키기 위해 송?수신단 모두에 다수의 안테나를 사용하는 다중 안테나 기술은 추가적인 주파수 할당이나 전력증가 없이도 통신 용량 및 송수신 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 방법이다. 또한 차세대 무선 시스템 전송 기술인 다중 입출력 시스템(Multi-Input Multi-Output: MIMO system)은 송수신단에 설치된 여러 개의 안테나를 이용해 대역폭의 증가 없이 전송률을 증대시키고 수신 성능을 향상시킬 수 있다.Multi-antenna technology, which uses multiple antennas for both transmitters and receivers to meet the increasing demand for diverse multimedia transmissions, is a way to dramatically improve communication capacity and transmit / receive performance without additional frequency allocation or power increase. In addition, multi-input multi-output (MIMO system), a next-generation wireless system transmission technology, can increase transmission rate and improve reception performance without increasing bandwidth by using multiple antennas installed at a transceiver.

다중 송수신 안테나가 적용된 시공간 다이버시티 기법은 간단한 연산으로 전송 다이버시티 효과를 얻을 수 있어 성능개선으로 인한 안정성의 증가는 가능하지만, 다중 안테나의 사용으로 인해 현재의 채널 추정 시퀀스를 그대로 사용할 경우 방송 권역이 넓어 다수의 다중경로가 발생하는 디지털 방송 시스템 환경의 특성상 MIMO 채널을 효과적으로 추정할 수 없다는 문제점을 가지고 있다. Spatio-temporal diversity scheme with multiple transmit / receive antennas can achieve transmit diversity effect by simple calculation, which can increase stability due to performance improvement. Due to the nature of the digital broadcasting system environment in which a large number of multipaths occur, the MIMO channel cannot be effectively estimated.

더구나 채널 추정이 불가능해지면, OFDM 시스템의 장점인 1-탭 등화를 통해서도 전송신호를 복원할 수 없으므로 실제 다중 안테나의 시스템 적용이 매우 어렵다.In addition, when channel estimation becomes impossible, the transmission signal cannot be recovered even through 1-tap equalization, which is an advantage of the OFDM system, and thus it is very difficult to apply the system to the multi-antenna.

본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는, 다중 안테나를 사용하는 OFDM 기반의 통신 시스템에서 최적의 CAZAC 시퀀스를 사용하는 채널을 추정하는 방법을 제공하기 위한 것이다. The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a method for estimating a channel using an optimal CAZAC sequence in an OFDM-based communication system using multiple antennas.

이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 OFDM 시스템은, null이 삽입되어 확장된 제1 CAZAC(Constant-amplitude Zero-autocorrelation) 시퀀스를 생성하고, 상기 제1 CAZAC 시퀀스를 포함하는 신호를 다중안테나를 통하여 전송하는 송신장치, 그리고 null이 삽입되어 확장된 제2 CAZAC 시퀀스를 생성하고, 상기 제2 CAZAC 시퀀스를 상기 송신장치로부터 수신된 신호와 자기 상관 처리하여, 상기 제1 CAZAC 시퀀스의 다중 경로 채널을 추정하는 수신장치를 포함한다. An OFDM system according to an embodiment of the present invention for solving this problem generates a first constant-amplitude zero-autocorrelation (CAZAC) sequence inserted with nulls and extends a signal including the first CAZAC sequence. The transmitter transmits through the multi-antenna, and nulls are inserted to generate an extended second CAZAC sequence, and auto-correlate the second CAZAC sequence with a signal received from the transmitter, thereby multiplexing the first CAZAC sequence. And a receiver for estimating a path channel.

상기 제1 CAZAC 시퀀스 및 상기 제2 CAZAC 시퀀스는 다음의 수학식을 통하여 생성될 수 있다. The first CAZAC sequence and the second CAZAC sequence may be generated through the following equation.

Figure 112011002598910-pat00001
Figure 112011002598910-pat00001

여기서, e는 확장된 CAZAC 시퀀스를 구성하는 심볼이고, m∈0,1,2,3, …, T-1, n∈0,1, …,(L/T)-1이며, T는 다중안테나의 개수이고, L은 null이 추가된 시퀀스 길이를 나타낸다. Here, e is a symbol constituting the extended CAZAC sequence, m∈0,1,2,3,... , T-1, n∈0,1,... , (L / T) -1, T is the number of multiple antennas, and L is a sequence length in which null is added.

본 발명의 다른 실시예에 따른 OFDM 시스템의 채널 추정 방법은, 다중안테나를 가지는 송신장치로부터 null이 삽입되어 확장된 제1 CAZAC(Constant-amplitude Zero-autocorrelation) 시퀀스를 포함하는 신호를 수신하는 단계, null이 삽입되어 확장된 제2 CAZAC 시퀀스를 생성하는 단계, 그리고According to another aspect of the present invention, there is provided a method of estimating a channel in an OFDM system, the method including receiving a signal including a first constant-amplitude zero-autocorrelation (CAZAC) sequence inserted with nulls extended from a transmitter having multiple antennas, generating a second extended CAZAC sequence by inserting null; and

상기 제2 CAZAC 시퀀스를 상기 송신장치로부터 수신된 신호와 자기 상관 처리하여, 상기 제1 CAZAC 시퀀스의 다중 경로 채널을 추정하는 단계를 포함한다. Estimating the multipath channel of the first CAZAC sequence by autocorrelating the second CAZAC sequence with a signal received from the transmitting apparatus.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 상기 방법 중 하나를 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 포함한다. According to another embodiment of the present invention, a computer-readable recording medium having recorded thereon a program for executing one of the above methods is included.

이와 같이 본 발명에 따른 OFDM 시스템의 채널 추정 방법에 의하면, 확장된 CAZAC 시퀀스를 사용하여 각각의 MIMO 채널을 보다 효과적으로 추정함으로써, 다중 안테나를 사용하는 OFDM 시스템에서 보다 정확하게 추정된 채널을 1-탭 등화를 통해 전송신호와 유사하게 복원할 수 있다. As described above, according to the channel estimation method of the OFDM system according to the present invention, by effectively estimating each MIMO channel using an extended CAZAC sequence, 1-tap equalization of a channel more accurately estimated in an OFDM system using multiple antennas is performed. It can be restored similar to the transmission signal through.

도 1은 CAZAC 시퀀스의 자기 상관 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 다중경로가 3개인 경우 CAZAC 시퀀스의 자기 상관을 이용하여 채널 추정하는 방식을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 4개의 다중 안테나를 사용하는 경우의 CAZAC 시퀀스를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다중안테나를 사용하는 OFDM 기반의 통신 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 null이 삽입된 CAZAC 시퀀스를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 null이 삽입된 CAZAC 시퀀스의 채널 추정 성능을 실험한 결과 그래프이다. 1 is a diagram for explaining autocorrelation characteristics of a CAZAC sequence.
FIG. 2 is an exemplary diagram for describing a method of channel estimation using autocorrelation of a CAZAC sequence when there are three multipaths.
3 illustrates a CAZAC sequence when four multiple antennas are used.
4 is a diagram illustrating a configuration of an OFDM-based communication system using multiple antennas according to an embodiment of the present invention.
5 shows a null-inserted CAZAC sequence according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing the results of experiments on channel estimation performance of a null-inserted CAZAC sequence according to an embodiment of the present invention.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나를 사용하는 OFDM 기반의 디지털 방송 시스템에서 간섭을 최소화하는 채널 추정 방법의 실시 예를 첨부한 도면을 참조로 보다 구체적으로 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. Hereinafter, an embodiment of a channel estimation method for minimizing interference in an OFDM-based digital broadcasting system using multiple antennas according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 CAZAC 시퀀스의 자기 상관 특성을 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram for explaining autocorrelation characteristics of a CAZAC sequence.

일반적으로 CAZAC(Constant-amplitude Zero-autocorrelation) 시퀀스는 그 이름에서 알 수 있듯이, 일정 진폭(CA) 및 주기적인 자기 상관값(ZAC)을 갖는 특징이 있으며, 이러한 특징은 낮은 SNR의 상황에서도 빠르고 우수한 채널 추정 성능과 동기화를 제공하여, 4-위상 16-길이의 CAZAC 시퀀스는 다음의 수식을 이용하여 생성할 수 있다.In general, constant-amplitude zero-autocorrelation (CAZAC) sequences, as their name suggests, are characterized by constant amplitude (CA) and periodic autocorrelation (ZAC), which are fast and excellent in low SNR situations. By providing synchronization with channel estimation performance, a four-phase 16-length CAZAC sequence can be generated using the following equation.

Figure 112011002598910-pat00002
Figure 112011002598910-pat00002

여기서 O=P={0,1,2,3}이고, C={1,1,1,1,1,j,-1,-j,1,-1,1,-1,1,-j,-1,j}으로 나타낼 수 있다. 이 외에도 다양한 형태의 CAZAC 시퀀스를 생성할 수 있는데, 본 발명의 실시예에서는 수학식 2와 같은 Zadoff-Chu CAZAC 시퀀스 생성식을 나타낸다.Where O = P = {0,1,2,3} and C = {1,1,1,1,1, j, -1, -j, 1, -1,1, -1,1,- j, -1, j}. In addition, various types of CAZAC sequences may be generated. In an embodiment of the present invention, a Zadoff-Chu CAZAC sequence generation equation such as Equation 2 is represented.

Figure 112011002598910-pat00003
Figure 112011002598910-pat00003

여기서 N은 시퀀스의 길이이고, η와 N은 서로소인 정수이다. η을 1로 선택하면 생성된 시퀀스 Cn은 다음의 수학식 3 및 수학식 4와 같은 특성을 만족한다.Where N is the length of the sequence, and η and N are integers that are mutually different. If η is selected as 1, the generated sequence C n satisfies the following characteristics (3) and (4).

Figure 112011002598910-pat00004
Figure 112011002598910-pat00004

Figure 112011002598910-pat00005
Figure 112011002598910-pat00005

다시 말해서 CAZAC 시퀀스는 수학식 3과 같이 a0의 자기 상관 값을 갖고, 수학식 4와 같이 한 심벌이상 순환 이동시킨 시퀀스와의 상관 값은 ai=0이 된다. ai의 값이 0이 되는 것을 증명하기 위해 수학식 2를 수학식 4에 대입하면 다음의 수학식 5와 같다.In other words, the CAZAC sequence has an autocorrelation value of a 0 as shown in Equation 3, and a correlation value with a sequence cyclically shifted by one or more symbols as shown in Equation 4 is a i = 0. Substituting Equation 2 into Equation 4 to prove that the value of a i becomes 0 is equal to Equation 5 below.

Figure 112011002598910-pat00006
Figure 112011002598910-pat00006

그리고, 수학식 6을 수학식 5에 대입하면 수학식 7과 같다. Substituting Equation 6 into Equation 5 is the same as Equation 7.

Figure 112011002598910-pat00007
Figure 112011002598910-pat00007

Figure 112011002598910-pat00008
Figure 112011002598910-pat00008

결국 N - 길이 CAZAC 시퀀스의 자기 상관 함수는 도 1과 같이 나타난다. As a result, the autocorrelation function of the N-length CAZAC sequence is shown in FIG. 1.

한편, 이와 같은 CAZAC 시퀀스의 자기 상관 특징들을 이용하여 CAZAC 시퀀스를 채널 추정에 활용하면, 1≤N일 때 다양한 경로로 수신되는 신호들을 다음의 수학식 8 내지 10의 과정들과 같이 자기 상관을 통해 분리함으로써 다중 경로 채널을 추정할 수 있다.Meanwhile, when the CAZAC sequence is used for channel estimation by using the autocorrelation features of the CAZAC sequence, signals received through various paths when 1≤N are subjected to autocorrelation as shown in Equations 8 to 10 below. By separating, multipath channels can be estimated.

Figure 112011002598910-pat00009
Figure 112011002598910-pat00009

여기서 r(k)는 수신된 신호이고, w(k)는 가산 백색 가우시안 잡음을 나타낸다. 간단한 LS(Least Square) 추정 방식으로 채널 임펄스 응답을 추정하면 다음과 같이 나타낼 수 있다.Where r (k) is the received signal and w (k) represents the additive white Gaussian noise. If the channel impulse response is estimated by a simple least square (LS) estimation method, it can be expressed as follows.

Figure 112011002598910-pat00010
Figure 112011002598910-pat00010

여기서,

Figure 112011002598910-pat00011
는
Figure 112011002598910-pat00012
번째 채널 임펄스 응답을 나타내며, 가산 백색 가우시안 잡음(w(k))의 추정치는 다음의 수학식 10과 같다. here,
Figure 112011002598910-pat00011
The
Figure 112011002598910-pat00012
It represents the first channel impulse response, the estimate of the added white Gaussian noise (w (k)) is expressed by the following equation (10).

Figure 112011002598910-pat00013
Figure 112011002598910-pat00013

도 2는 다중경로가 3개인 경우 CAZAC 시퀀스의 자기 상관을 이용하여 채널 추정하는 방식을 설명하기 위한 예시도이고, 도 3은 4개의 다중 안테나를 사용하는 경우의 CAZAC 시퀀스를 나타내는 도면이다. FIG. 2 is an exemplary diagram for describing a method of estimating a channel using autocorrelation of a CAZAC sequence when there are three multipaths, and FIG. 3 is a diagram illustrating a CAZAC sequence when four multi-antennas are used.

앞에서 설명한 것처럼, Zadoff-Chu CAZAC 시퀀스의 경우 16개의 다중경로까지 시퀀스의 자기상관 특성을 깨뜨리지 않기 때문에, 단일 안테나를 사용하는 OFDM 시스템에서는 최대 16개의 다중경로 신호를 추정할 수 있다. 일반적으로 OFDM 기반의 디지털 방송 시스템의 채널 환경은 단일 주파수 방송망을 기준으로 8개의 다중경로를 가진다. 따라서 단일 안테나를 사용하는 OFDM 기반의 디지털 방송 시스템에서는 4-위상 16-길이의 CAZAC 시퀀스를 사용할 경우 간섭이 발생하지 않는다.As described above, since the Zadoff-Chu CAZAC sequence does not break the autocorrelation property of the sequence up to 16 multipaths, up to 16 multipath signals may be estimated in an OFDM system using a single antenna. In general, the channel environment of an OFDM-based digital broadcasting system has 8 multipaths based on a single frequency broadcasting network. Therefore, in an OFDM-based digital broadcasting system using a single antenna, interference does not occur when using a 4-phase 16-length CAZAC sequence.

하지만 도 3과 같이 4개의 다중 안테나를 사용하는 OFDM 기반의 통신 시스템에서는 독립적인 4개의 MIMO 채널을 추정해야 하기 때문에, 일반적으로 기존의 CAZAC 시퀀스를 각각의 안테나에서 간섭이 발생하지 않도록 4개의 전송 안테나에서 각각 4개의 위상만큼 이동시켜 4개의 MIMO 채널을 추정할 수 있다. 하지만 단일 안테나를 사용하는 경우와는 달리 4개 이하의 다중경로만 추정가능하기 때문에 일반적으로 8개의 다중 경로를 갖는 통신 시스템에서는 MIMO 채널의 추정이 불가능하다. However, in the OFDM-based communication system using four multiple antennas as shown in FIG. 3, four independent MIMO channels must be estimated. Therefore, four transmission antennas are used to prevent interference from the existing CAZAC sequences. Four MIMO channels can be estimated by shifting each of the four phases at. However, unlike the case of using a single antenna, since only four or less multipaths can be estimated, it is generally impossible to estimate a MIMO channel in a communication system having eight multipaths.

따라서 본 발명의 실시예에서는 CAZAC 시퀀스를 사용하는 OFDM 기반의 통신 시스템에서 4개의 안테나가 8개의 다중 경로를 가지는 채널을 간섭 없이 효과적으로 추정할 수 있도록, null 삽입을 이용한 확장된 CAZAC 시퀀스를 제안한다. 위와 같이 8개의 다중 경로를 갖는 방송 채널에서 기존의 CAZAC 시퀀스의 채널 추정을 위한 제약조건은 아래와 같다.Accordingly, an embodiment of the present invention proposes an extended CAZAC sequence using null insertion so that four antennas can effectively estimate a channel having eight multipaths without interference in an OFDM-based communication system using a CAZAC sequence. As described above, constraints for channel estimation of a conventional CAZAC sequence in a broadcast channel having 8 multipaths are as follows.

Figure 112011002598910-pat00014
Figure 112011002598910-pat00014

여기서 P는 다중 경로의 수, T는 안테나의 개수, L은 CAZAC 시퀀스의 심볼 길이를 나타낸다. 수학식 11에서 16개의 길이와 4개의 위상을 가지고 있는 CAZAC 시퀀스는 2개 이상의 안테나를 가지고 있는 시스템에서는 채널 추정이 불가능하다.Where P is the number of multipaths, T is the number of antennas, and L is the symbol length of the CAZAC sequence. In Equation 11, the CAZAC sequence having 16 lengths and 4 phases is impossible to estimate a channel in a system having two or more antennas.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다중안테나를 사용하는 OFDM 시스템의 구성을 나타낸 도면이다. 도 4와 같이 다중안테나를 사용하는 OFDM 기반의 통신 시스템은 다중안테나를 사용하는 송신장치(400)와 다중안테나를 사용하는 수신장치(500)를 포함하며, 송신장치(400)와 수신장치(500)는 CAZAC 시퀀스를 이용하여 데이터 통신을 수행한다. 4 is a diagram illustrating a configuration of an OFDM system using multiple antennas according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, an OFDM-based communication system using multiple antennas includes a transmitter 400 using multiple antennas and a receiver 500 using multiple antennas, and the transmitter 400 and the receiver 500. ) Performs data communication using the CAZAC sequence.

송신장치(400)는 null이 삽입되어 확장된 CAZAC(Constant-amplitude Zero-autocorrelation) 시퀀스를 생성하고, 확장된 CAZAC 시퀀스를 포함하는 신호를 다중안테나를 통하여 수신장치(500)로 전송한다. The transmitter 400 inserts nulls to generate an extended Constant-Amplitude Zero-autocorrelation (CAZAC) sequence, and transmits a signal including the extended CAZAC sequence to the receiver 500 through multiple antennas.

수신장치(500)는 null이 삽입되어 확장된 CAZAC 시퀀스를 생성하고, 확장된 CAZAC 시퀀스를 송신장치(400)로부터 수신된 신호와 자기 상관 처리하여, 수신장치(400)로부터 전송된 CAZAC 시퀀스의 다중 경로 채널을 추정한다. The receiver 500 inserts nulls to generate an extended CAZAC sequence, auto-correlates the extended CAZAC sequence with a signal received from the transmitter 400, and multiplexes the CAZAC sequence transmitted from the receiver 400. Estimate the path channel.

먼저 송신장치(400)는 변조부(410), CAZAC 시퀀스 생성부(420) 및 RF 송신부(430)를 포함한다. 변조부(410)는 전송하고자 하는 아날로그 형태의 신호를 디지털 형태의 신호로 변조한다. CAZAC 시퀀스 생성부(420)는 CAZAC 시퀀스 초기값이 미리 저장되어 있는 저장장치(일 예로 register, 미도시)와 시프트 레지스터(shift register, 미도시함)로 구성되며, 심벌주기 즉 CAZAC 심볼 신호를 입력받아 CAZAC 시퀀스를 발생시키고 시퀀스의 순환확장이 이루어지도록 한다. 특히 CAZAC 시퀀스 생성부(420)는 CAZAC 시퀀스 사이에 null을 삽입함으로써 기존의 CAZAC 시퀀스의 자기상관 특성을 유지하면서 손쉽게 시퀀스의 길이를 확장할 수 있다. First, the transmitter 400 includes a modulator 410, a CAZAC sequence generator 420, and an RF transmitter 430. The modulator 410 modulates an analog signal to be transmitted into a digital signal. The CAZAC sequence generator 420 includes a storage device (for example, a register, not shown) and a shift register (not shown), in which a CAZAC sequence initial value is stored in advance, and inputs a symbol period, that is, a CAZAC symbol signal. It generates a CAZAC sequence and allows circular expansion of the sequence. In particular, the CAZAC sequence generator 420 can easily extend the length of a sequence while inserting null between CAZAC sequences while maintaining autocorrelation characteristics of the existing CAZAC sequence.

RF 송신부(430)는 다중안테나에 의하여 다중경로를 통해 수신장치(500)로 신호를 전달한다. The RF transmitter 430 transmits a signal to the receiver 500 through a multipath by a multi-antenna.

수신장치(500)는 RF 수신부(510), CAZAC 시퀀스 생성부(520), 자기 상관부(530) 및 복조부(540)를 포함한다. RF 수신부(510)는 다중안테나를 통해 송신장치(400)로부터 디지털 형태의 신호를 수신한다. The receiver 500 includes an RF receiver 510, a CAZAC sequence generator 520, an autocorrelation unit 530, and a demodulator 540. The RF receiver 510 receives a digital signal from the transmitter 400 through multiple antennas.

CAZAC 시퀀스 생성부(520)는 CAZAC 시퀀스 사이에 null을 삽입함으로써 기존의 CAZAC 시퀀스의 자기상관 특성을 유지하면서 손쉽게 시퀀스의 길이를 확장할 수 있으며 다중안테나와 다중경로가 존재하는 환경에서 효과적으로 각각의 안테나 별로 독립된 MIMO 채널을 추정을 할 수 있도록 한다. 또한 CAZAC 시퀀스의 상수 크기와 자기 상관 값의 특징을 이용하여 대략적인 주파수와 시간동기를 추적할 수 있어 채널 추정뿐 아니라 동기화 기법도 적용이 가능하다. By inserting nulls between CAZAC sequences, the CAZAC sequence generator 520 can easily extend the length of a sequence while maintaining the autocorrelation characteristics of an existing CAZAC sequence. Each antenna effectively operates in an environment in which multiple antennas and multipaths exist. Independent MIMO channels can be estimated. In addition, the approximate frequency and time synchronization can be tracked using the constant magnitude and autocorrelation values of the CAZAC sequence, so that not only channel estimation but also synchronization techniques can be applied.

자기 상관부(530)는 null이 삽입되어 생성된 CAZAC 시퀀스를 수신된 신호와 자기 상관 처리하여, 신호가 전송된 다중 경로 채널을 추정하도록 한다. 자기 상관을 통하여 채널을 추정하는 방법에 대해서는 수학식 8 내지 10에서 설명한 바 중복되는 설명은 생략한다. 그리고 복조부(540)는 디지털 형태의 신호를 아날로그 형태의 신호로 복조시킨다. The autocorrelation unit 530 auto-correlates the CAZAC sequence generated by inserting null with the received signal to estimate the multipath channel through which the signal is transmitted. For the method of estimating the channel through autocorrelation, overlapping descriptions as described in Equations 8 to 10 will be omitted. The demodulator 540 demodulates the digital signal into an analog signal.

이하에서는 도 5를 CAZAC 시퀀스 생성부(420, 520)가 CAZAC 시퀀스를 생성하는 과정에 대하여 상세하게 설명한다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 null이 삽입된 CAZAC 시퀀스를 나타낸다. Hereinafter, a process of generating a CAZAC sequence by the CAZAC sequence generator 420 or 520 will be described in detail with reference to FIG. 5. 5 shows a null-inserted CAZAC sequence according to an embodiment of the present invention.

CAZAC 시퀀스 생성부(420, 520)는 다음의 수학식 12와 같이 Zero-Padded CAZAC 시퀀스를 생성한다. The CAZAC sequence generators 420 and 520 generate a zero-padded CAZAC sequence as shown in Equation 12 below.

Figure 112011002598910-pat00015
Figure 112011002598910-pat00015

여기서, e는 확장된 CAZAC 시퀀스를 구성하는 심볼이고, m∈0,1,2,3, …, T-1, n∈0,1, …,(L/T)-1이며, T는 다중안테나의 개수이고, L은 null이 추가된 시퀀스 길이를 나타낸다. 4-위상 16-길이의 CAZAC 시퀀스(L=16)를 사용하는 OFDM 통신 시스템에 4개의 다중 안테나(T=4)가 사용되는 경우를 예로 들면, 수학식 12는 수학식 13 및 도 5와 같이 나타낼 수 있다. 여기서 L은 위상의 배수로 설정되며, 아래의 예에서는 위상의 개수는 4개(1, -1, j, -j)이다. Here, e is a symbol constituting the extended CAZAC sequence, m∈0,1,2,3,... , T-1, n∈0,1,... , (L / T) -1, T is the number of multiple antennas, and L is a sequence length in which null is added. For example, when four multiple antennas (T = 4) are used in an OFDM communication system using a four-phase 16-length CAZAC sequence (L = 16), Equation 12 is represented by Equation 13 and FIG. Can be represented. Here, L is set as a multiple of the phase, and in the example below, the number of phases is four (1, -1, j, -j).

Figure 112011002598910-pat00016
Figure 112011002598910-pat00016

본 발명의 실시예에 따르면 수학식 13과 같이 오직 null만이 삽입되었기 때문에 자기 상관의 최대값은 16으로 고정될 수 있으며, 이에 따라 시퀀스의 길이를 용이하게 변화시킬 수 있다. 또한 계산상의 복잡도는 단지 16개만의 심볼들만 사용되기 때문에, 본 발명의 실시예에 따른 Zero-Padded CAZAC 시퀀스는 일반적인 CAZAC 시퀀스와 동일한 계산상의 복잡도를 가지게 된다.According to the exemplary embodiment of the present invention, since only null is inserted as shown in Equation 13, the maximum value of the autocorrelation may be fixed to 16, thereby easily changing the length of the sequence. In addition, since only 16 symbols are used in the computational complexity, the zero-padded CAZAC sequence according to the embodiment of the present invention has the same computational complexity as the general CAZAC sequence.

이하에서는 도 6을 통하여 본 발명의 실시예에 따른 채널 추정 성능에 대하여 설명한다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 null이 삽입된 CAZAC 시퀀스의 채널 추정 성능을 실험한 결과 그래프이다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 Zero-padded CAZAC 시퀀스의 LS(Least Square) 채널 임펄스 응답을 수학식 9를 통하여 추정함으로써, 채널 추정 성능을 평가한다. Hereinafter, channel estimation performance according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6. 6 is a graph showing the results of experiments on channel estimation performance of a null-inserted CAZAC sequence according to an embodiment of the present invention. That is, channel estimation performance is evaluated by estimating the LS (Least Square) channel impulse response of the zero-padded CAZAC sequence according to Equation (9).

모의실험에서는 성능 비교를 위해 8개의 다중경로 채널환경, 4-위상 32-길이 CAZAC 시퀀스, 4-위상 80-길이의 Zero-Padded CAZAC 시퀀스를 사용하였다. 즉, 일반적인 32-길이의 CAZAC 시퀀스와 수학식 12를 통한 80-길이의 Zero-Padded CAZAC 시퀀스가 성능 비교를 위해 사용된다. 도 6에서는 OFDM 기반의 통신 시스템에서 안테나의 수, 신호 대 잡음비 증가에 따른 MSE(Mean Square Error) 성능을 비교한다. In the simulation, 8 multipath channel environment, 4-phase 32-length CAZAC sequence and 4-phase 80-length Zero-Padded CAZAC sequence were used for performance comparison. That is, a general 32-length CAZAC sequence and an 80-length Zero-Padded CAZAC sequence through Equation 12 are used for performance comparison. FIG. 6 compares Mean Square Error (MSE) performance with an increase in the number of antennas and a signal-to-noise ratio in an OFDM-based communication system.

기존의 4-위상 32-길이 CAZAC 시퀀스는 안테나의 수가 증가할 경우 채널 추정이 불가능해지는 반면, 본 발명의 실시예에 따른 4-위상 80-길이 Zero-Padded CAZAC 시퀀스는 안테나의 증가에도 불구하고 간섭없이 MIMO 채널을 효과적으로 추정함을 알 수 있다.In the conventional 4-phase 32-length CAZAC sequence, channel estimation becomes impossible when the number of antennas increases, whereas the 4-phase 80-length Zero-Padded CAZAC sequence according to the embodiment of the present invention interferes with the increase of antennas. It can be seen that the MIMO channel is effectively estimated without

결과적으로, 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 기반의 통신 시스템에 따르면 다중 안테나를 사용할 경우 다중 경로의 수에 따라 기존에 사용되고 있는 CAZAC 시퀀스의 특성을 유지하고, 채널 환경에 따라 손쉽게 채널 추정 시퀀스의 길이를 확장할 수 있어, 기존 시스템의 복잡도의 증가 없이 구현이 용이하다.As a result, according to the OFDM-based communication system according to an embodiment of the present invention, when using multiple antennas, the characteristics of the CAZAC sequence that is being used are maintained according to the number of multipaths, and the length of the channel estimation sequence is easily changed according to the channel environment. It can be extended to facilitate implementation without increasing the complexity of the existing system.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 OFDM을 기반으로 하는 통신 시스템의 채널 추정 방법에 의하면, 확장된 CAZAC 시퀀스를 사용하여 각각의 MIMO 채널을 보다 효과적으로 추정함으로써, 다중 안테나를 사용하는 OFDM 기반의 통신 시스템에서 보다 정확하게 추정된 채널을 1-탭 등화를 통해 전송신호와 유사하게 복원할 수 있다.Thus, according to the channel estimation method of the OFDM-based communication system according to an embodiment of the present invention, by using the extended CAZAC sequence to estimate each MIMO channel more effectively, OFDM-based communication system using multiple antennas The more accurately estimated channel can be reconstructed similarly to the transmission signal through 1-tap equalization.

본 발명의 실시예는 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체를 포함한다. 이 매체는 지금까지 설명한 다중안테나를 사용하는 OFDM 기반의 통신 방법에서 초기 동기 획득 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한다. 이 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 이러한 매체의 예에는 하드디스크, 플로피디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 자기-광 매체, 롬, 램, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 구성된 하드웨어 장치 등이 있다. 또는 이러한 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.Embodiments of the present invention include a computer-readable medium having program instructions for performing various computer-implemented operations. This medium records a program for executing an initial synchronization acquisition method in an OFDM based communication method using multiple antennas described so far. The medium may include program instructions, data files, data structures, etc., alone or in combination. Examples of such media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape, optical recording media such as CD and DVD, programmed instructions such as floptical disk and magneto-optical media, ROM, RAM, And a hardware device configured to store and execute the program. Or such medium may be a transmission medium, such as optical or metal lines, waveguides, etc., including a carrier wave that transmits a signal specifying a program command, data structure, or the like. Examples of program instructions include not only machine code generated by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다. Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.

Claims (5)

null이 삽입되어 확장된 제1 CAZAC(Constant-amplitude Zero-autocorrelation) 시퀀스를 생성하고, 상기 제1 CAZAC 시퀀스를 포함하는 신호를 다중안테나를 통하여 전송하는 송신장치, 그리고
null이 삽입되어 확장된 제2 CAZAC 시퀀스를 생성하고, 상기 제2 CAZAC 시퀀스를 상기 송신장치로부터 수신된 신호와 자기 상관 처리하여, 상기 제1 CAZAC 시퀀스의 다중 경로 채널을 추정하는 수신장치를 포함하며,
상기 제1 CAZAC 시퀀스 및 상기 제2 CAZAC 시퀀스는 다음의 수학식을 통하여 생성되는 OFDM 시스템:
Figure 112012055078901-pat00025

여기서, e는 확장된 CAZAC 시퀀스를 구성하는 심볼이고, m∈0,1,2,3, …, T-1, n∈0,1, …,(L/T)-1이며, T는 다중안테나의 개수이고, L은 null이 추가된 시퀀스 길이를 나타낸다. a transmitter for generating an extended first constant-amplitude zero-autocorrelation (CAZAC) sequence by inserting nulls and transmitting a signal including the first CAZAC sequence through multiple antennas; and
and a receiver for generating an expanded second CAZAC sequence by inserting null, and autocorrelation the second CAZAC sequence with a signal received from the transmitting apparatus to estimate a multipath channel of the first CAZAC sequence. ,
An OFDM system in which the first CAZAC sequence and the second CAZAC sequence are generated through the following equation:
Figure 112012055078901-pat00025

Here, e is a symbol constituting the extended CAZAC sequence, m∈0,1,2,3,... , T-1, n∈0,1,... , (L / T) -1, T is the number of multiple antennas, and L is a sequence length in which null is added. 제1항에 있어서,
상기 다중안테나의 개수(T)가 4개이고, 위상의 개수(n)가 4개인 경우,
상기 제1 CAZAC 시퀀스와 제2 CAZAC 시퀀스는 다음과 같이 생성되는 OFDM 시스템.
Figure 112012055078901-pat00026
The method of claim 1,
When the number T of four antennas is four and the number n of phases is four,
The first CAZAC sequence and the second CAZAC sequence are generated as follows.
Figure 112012055078901-pat00026
 다중안테나를 가지는 송신장치로부터 null이 삽입되어 확장된 제1 CAZAC(Constant-amplitude Zero-autocorrelation) 시퀀스를 포함하는 신호를 수신하는 단계,
Null이 삽입되어 확장된 제2 CAZAC 시퀀스를 생성하는 단계, 그리고
상기 제2 CAZAC 시퀀스를 상기 송신장치로부터 수신된 신호와 자기 상관 처리하여, 상기 제1 CAZAC 시퀀스의 다중 경로 채널을 추정하는 단계를 포함하며,
상기 제1 CAZAC 시퀀스 및 상기 제2 CAZAC 시퀀스는 다음의 수학식을 통하여 생성되는 OFDM 시스템의 채널 추정 방법:
Figure 112012055078901-pat00027

여기서, e는 확장된 CAZAC 시퀀스를 구성하는 심볼이고, m∈0,1,2,3, …, T-1, n∈0,1, …,(L/T)-1이며, T는 다중안테나의 개수이고, L은 null이 추가된 시퀀스 길이를 나타낸다. Receiving a signal including a first constant-amplitude zero-autocorrelation (CAZAC) sequence inserted with null inserted from a transmitter having multiple antennas,
Generating a second extended CAZAC sequence by inserting a null; and
Estimating a multipath channel of the first CAZAC sequence by autocorrelating the second CAZAC sequence with a signal received from the transmitter,
A channel estimation method of an OFDM system in which the first CAZAC sequence and the second CAZAC sequence are generated by the following equation:
Figure 112012055078901-pat00027

Here, e is a symbol constituting the extended CAZAC sequence, m∈0,1,2,3,... , T-1, n∈0,1,... , (L / T) -1, T is the number of multiple antennas, and L is a sequence length in which null is added. 제3항에 있어서,
상기 다중안테나의 개수(T)가 4개이고, 위상의 개수(n)가 4개인 경우,
상기 제1 CAZAC 시퀀스와 제2 CAZAC 시퀀스는 다음과 같이 생성되는 OFDM 시스템의 채널 추정 방법.
Figure 112012055078901-pat00028
The method of claim 3,
When the number T of four antennas is four and the number n of phases is four,
Wherein the first CAZAC sequence and the second CAZAC sequence are generated as follows.
Figure 112012055078901-pat00028
 컴퓨터에 제3항 및 제4항 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체. A computer-readable recording medium having recorded thereon a program for executing the method of claim 3 on a computer.
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