KR101368131B1

KR101368131B1 - 다중경로 채널의 지연 확산을 측정하기 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101368131B1
Application number: KR1020097024588A
Authority: KR
Inventors: 매그너스 닐스보; 타라카 라마헤와; 스콧 레욘헬름
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2007-04-26
Filing date: 2007-04-26
Publication date: 2014-02-27
Also published as: JP5347203B2; JP2010525731A; US7957481B2; US20100085865A1; EP2140561A1; KR20100017370A; EP2140561B1; WO2008133559A1; EP2140561A4

Abstract

전체적인 전력 소모를 낮추기 위해, 채널 추정을 사용하여 다중 경로 채널의 지연 확산 또는 RMS 지연 확산을 추정하는 낮은 복잡도의 알고리즘에 대해 개시한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 다중 경로 채널의 지연 확산 또는 RMS 지연 확산은 채널 추정의 함수로서 계산된 메트릭에 기초하여 결정된다. 다른 실시예에서, 지연 확산 또는 RMS 지연 확산을 추정하기 위해, 메트릭 외에, 평균 신호 대 노이즈 비도 고려된다. 추가의 실시예에서는, 다중 경로 채널의 지연 확산 또는 RMS 지연 확산을, 서브캐리어 채널 추정들 간의 기울기의 함수인 메트릭 및 평균 신호 대 노이즈 비에 기초하여 추정한다. 본 발명은 또한 다중 경로 채널의 지연 확산 또는 RMS 지연 확산을 추정하기 위한 장치에 관한 것이다.

Description

다중경로 채널의 지연 확산을 측정하기 위한 방법 및 장치{A METHOD AND AN APPARATUS FOR ESTIMATING A DELAY SPREAD OF A MULTIPATH CHANNEL}

본 발명은 일반적으로 디지털 통신 시스템 분야에 관한 것이며, 특히 다중경로 채널의 지연 확산을 측정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

유선, 무선 및 광통신 시스템과 같은 디지털 통신 시스템에서, 전송된 신호는 채널을 통해 전파된 후 수신기에 도달한다. 전파 채널에서, 전송된 신호는 매우 복잡한 방식으로 환경과 상호작용한다. 예를 들어, 무선 통신 채널을 통해 신호를 전파하면, 큰 방해물로부터의 반사, 그보다 작은 대상물 및 가장자리 주위의 회절, 및 매체 및 신호 분산을 통한 굴절로 인해, 수신된 신호에 다양한 유형의 손상이 유발하게 된다. ADSL과 같은 유선 채널에서, 수신된 신호의 손상은 케이블 미스매칭 및 불완전한 종료로 인해 반사에 의해 유발될 수 있다. 광섬유 시스템에서, 수신된 신호의 손상은 커넥터 및 스플라이스(splice)에서의 복수의 반사로 인해 유발된다. 이러한 복잡한 상호작용은 다중 경로를 통해 전송된 신호의 다중 지연 버전 또는 복사를 수신하게 되는데, 각각의 버전 또는 복사는 진폭 및 위상이 무작위로 분포되어 있다. 일반적으로, 다중 경로로 인한 지연 확산(시간 분산)을 경험하게 되는 채널이 알려져 있으며 이를 다중 경로 페이딩 채널(multi-path fading channel)이라 언급한다.

다중 경로 페이딩은 심볼간 간섭(inter-symbol interference; ISI)신호 디코딩에 에러를 유발할 수 있으며, 통신 시스템의 성능에 더욱 영향을 미칠 수 있다. 그러므로 지연 확산은 통신 시스템의 성능에 영향을 미치기 때문에 전파 채널의 가장 중요한 특성 중 하나로 고려된다. 그러므로 채널의 지연 확산에 관한 지식은, 채널의 지연 확산에 관한 지식은, 기본적인 채널의 변환 속성(changing nature)을 다루는 데 그 자체가 적용되는 동시에 사용자 경험을 향상시키는 성능을 개선하는 수신기 구조를 더욱 좋게 설계하는 데 사용될 수 있다. 지연 확산 추정 기술은 종래 기술에 많이 존재한다.

미국특허 No. 7,027,527에서, 수신된 신호 내에 과도한 지연 확산이 있는 지를 검출하는 방법이 개시되어 있다. 이 종래 기술에서, 수신된 신호의 두 개의 세그먼트의 유사성에 대한 양적 추정(quantitative estimation)이 계산된다. 두 개의 세그먼트가 동기화 데이터로부터 선택되는데, 제1 세그먼트는 우수의 OFDM(orthogonal frequency domain multiplexing) 서브캐리어에 대한 데이터에 대응하고, 제2 세그먼트는 기수의 OFDM 서브캐리어에 대한 데이터에 대응한다. 과도한 지연 확산의 존재를 검출 시에, 양적 추정이 검출 임계치와 비교된다. 이 종래 기술에 개시된 지연 확산 추정 기술에서의 단점은, 수신된 신호에서의 과도한 지연 확산을 검출할 뿐, 채널에서의 지연 확산량을 정량화하지 않는다는 점이다.

미국특허 No. US 6,028,901에서, 등화기를 선택하고 선택해제하는 방법이 채널에서 추정된 지연 확산에 기초하여 수행된다. 이 종래 기술에서는, 1차 경로의 전력 진폭(power amplitude)과 2차 경로의 전력 진폭 간의 비율인 경로 비율(path's ratio)이, 수신된 신호에서의 지연 확산량을 나타낸다. 채널을 추정하고 그 채널의 임펄스 응답을 추출하는 데 매칭 필터링 연산(matched filtering operating)이 추가로 된다. 또한, 임계치 지연 확산이 결정되고 그 추정된 지연 확산을 임계치와 비교함으로써 등화기를 선택할 지의 여부를 결정한다. 이 종래 기술에 개시된 방법의 단점은, 지연 확산 추정 프로세스가 계산상 집중되어 있어서 수신기 전력 소모가 높게 된다는 점이다.

본 발명은 다중 경로의 지연 확산을 추정하기 위한 방법 및 장치를 제공함으로써 전술된 요구뿐만 아니라 다른 요구도 해결한다.

본 발명의 제1 관점에 따르면, 전술한 문제는 다중 경로 채널의 지연 확산을 추정하기 위한 방법에 의해 해결되며, 상기 다중 채널은 멀티캐리어 신호의 연속적인 패킷으로 형성되고, 각각의 패킷은 복수의 서브캐리어 반송 데이터로 이루어져 있다. 본 발명의 방법에 따르면, 각각의 서브캐리어의 채널 추정의 진폭값은, 각각의 수신된 채널에서, 널 서브캐리어(null subcarrier)를 배제하여 추정된다. 그 후, 채널 추정의 그 추정된 진폭값들의 평균 진폭값을 각각의 수신된 패킷에 대해 계산하고 그 후 미리 결정된 수의 패킷이 수신되며; 다중 경로 채널의 지연 확산이 메트릭(metric)에 기초하여 추정된다. 이 메트릭은, 채널 추정의 그 추정된 진폭값들과, 각각의 수신된 패킷에 대해 결정된 평균 진폭값과의 함수로서 계산된 본 발명에 따른다.

본 발명의 제2 관점에 따르면, 전술한 문제는 다중 경로 채널의 지연 확산을 추정하기 위한 장치에 의해 해결되며, 상기 다중 채널은 멀티캐리어 신호의 연속적인 패킷으로 형성되고, 각각의 패킷은 복수의 서브캐리어 반송 데이터로 이루어져 있다. 본 발명의 장치는, 각각의 수신된 패킷에 대해, 널 서브캐리어를 배제한 상태에서 각각의 서브캐리어의 채널 추정의 진폭값을 추정하도록 구성되어 있는 수신기; 및 각각의 수신된 패킷에 대해, 채널 추정의 그 추정된 진폭값들의 평균 진폭값을 계산하고, 또한 미리 결정된 수의 패킷이 수신된 후, 채널 추정의 그 추정된 진폭값들과 평균 진폭값과의 함수로서 계산되는 메트릭에 적어도 기초하여, 다중 경로 패널의 지연 확산 또는 제곱 평균 제곱근(root mean square) 지연 확산을 추정하도록 구성되어 있는 지연 확산 추정기를 포함한다.

본 발명에서는, 지연 확산 추정이, 채널 추정의 그 추정된 진폭값들과 각각의 수신된 패킷에 대해 결정되는 평균 진폭값과의 함수로서 계산된 메트릭에 기초하기 때문에, 장치의 전력 소비가 전체적으로 낮아지는 덜 복잡한 지연 확산 추정 기술을 사용하여 충분한 정확성을 달성한다.

바람직한 실시예 및 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명할 것이며, 이하의 도면은 도해일 뿐이며, 첨부된 청구의 범위의 범주 내에서 도해되어 설명된 특정의 실시예에서 변경이 이루어질 수 있다는 사실에 주목하라.

도 1은 일반적인 기저대역 OFDM 시스템의 예를 나타내는 블록도이다.

도 2는 널 서브캐리어를 배제한 상태에서 OFDM 패킷의 56 서브캐리어의 채널 추정의 진폭값들에 대한 예시도이다.

도 3은 본 발명의 제1 예시적 실시예에 따라 다중 경로의 지연 확산(또는 RMS 지연 확산)을 추정하기 위한 방법에 대한 흐름도이다.

도 4a는 본 발명의 제1 예시적 실시예와 결합하여 사용하기에 적절한 지연 확산 특성 곡선에 대한 그래프이다.

도 4b는 도 4a에 도시된 곡선에 대응하는 룩업 테이블이다.

도 5는 본 발명의 제2 예시적 실시예에 따라 다중 경로의 지연 확산(또는 RMS 지연 확산)을 추정하기 위한 방법에 대한 흐름도이다.

도 6a는 본 발명의 제2 예시적 실시예와 결합하여 사용하기에 적절한 지연 확산 특성 곡선에 대한 그래프이다.

도 6b는 도 6a에 도시된 곡선에 대응하는 룩업 테이블이다.

도 7은 본 발명의 제3 예시적 실시예에 따라 다중 경로의 지연 확산(또는 RMS 지연 확산)을 추정하기 위한 방법에 대한 흐름도이다.

도 8은 본 발명의 제3 예시적 실시예와 결합하여 사용하기에 적절한 지연 확산 특성 곡선에 대한 그래프이다.

도 9는 본 발명에 따른 장치의 예시적 실시예의 개략 블록도이다.

본 발명은 통신 데이터를 위한 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 기반의 시스템과 같은 멀티캐리어 통신 시스템과 관련해서 일반적인 문맥으로 서술된다. 예를 들어, 본 발명은 WLAN(Wireless Local Area Network) 시 스템, IEEE 802.11(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 시스템, WiFi(Wireless Fidelity), WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access) 시스템, ADSL(Asymmetric Digital Subscirber Line) 시스템 또는 OFDM에 기반한 임의의 다른 시스템에 적용될 수 있다.

당기술분야에 잘 알려진 바와 같이, 채널은 실시간으로 변하고 종종 주파수 선택적이기 때문에, 채널의 추정은 OFDM 신호의 복조 이전에 필요하다. OFDM 채널 추정은, 서두에서 공지된 바와 같이, 예를 들어, 미리 정해진 트레이닝 심볼, 또는 데이터 심볼에 삽입되는 파일럿 서브캐리어를 사용해서 계산될 수 있다.

도 1은 파일럿 채널 추정에 기초한 OFDM 시스템의 예를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 이진 데이터가 일렬로 먼저 그룹화된 후, 신호 매퍼(signal mapper)(1) 내의 미리 정해진 변조에 따라 매핑된다. 매퍼에서 사용되는 미리 정해진 변조의 예는 BPSK, QPSK, QAM, 16QAM, 64QAM 등이다. 직렬 데이터가 직렬/병렬 변환기(S/P)(2)에 연속해서 병렬 데이터로 추가로 변환되고 파일럿 삽입 모듈(3)에서 일부의 서브캐리어에 파일럿이 삽입된다. 이어서 N-포인트 역 고속 푸리에 변환(IFFT) 또는 역 이산 고속 푸리에 변환(IDFT) 모듈(4)을 사용하여 길이 N의 데이터 시퀀스를 시간-도메인 신호로 변환한다. IFFT/IDFT 모듈(4)에 이어, 채널의 예상된 지연 확산보다 더 크게 선택되는 가드 시간(guard time)이 가드 삽입 모듈(5)에 삽입되어 심볼간 간섭(ISI)을 방지한다. 이 가드 구간은 ISI를 제거하기 위해 OFDM 심볼의 주기적으로 연장된 부분을 포함한다. 가드 구간을 포함하는 신호는 또한 부가 화이트 가우스 노이즈(additive white Gaussian noise; AWGN)로 흔히 표시되는 부가 노이즈를 가진 다중 경로 채널(7)을 통과한다. 수신기에서 그리고 아날로그/디지털(A/D) 변환기 및 로우 패스 필터를 통해 이산 도메인을 통과한 후, 가드 구간은 가드 제어 모듈(8)에서 제거되고 그 수신된 신호는 N-포인트(FFT/DFT) 모듈(8)에 보내지고 이 모듈(8)은 시간 불연속 수신 신호를 주파수 도메인 멀티캐리어 신호로 변환한다. FFT/DFT 모듈(9)에 이어서, 데이터 심볼에 삽입되는 미리 정해진 프리앰블 또는 파일럿 서브캐리어가 추출되고, 데이터 서브-채널에 대한 채널 추정이 채널 추정 모듈(10)에서 추정된다. 그런 다음, 주파수 도메인 멀티캐리어 데이터 심볼을 채널 추정으로 등화(보정)시킴으로써, 전송된 신호가 추정된다. 이어서, 신호 디매퍼/디인터리버(demapper/deinterleaver) 및 비터비 디코딩 모듈(12)에서 이진 정보 데이터가 다시 얻어진다. 도 1의 OFDM 시스템은 파일럿 채널 추정에 기반한 OFDM 시스템의 원리를 이해하기 위해 서술된 것에 지나지 않는다는 것에 유의하라. 그러므로 본 발명은 데이터 심볼에 삽입된 미리 정해진 프리앰블 신호 또는 파일럿 서브캐리어에 기초하는 채널 추정 방법 및/또는 시스템을 제한하는 것이 아니며, 즉 임의의 적절한 종래 기술 채널 추정 방법(예를 들어, 블라인드(blind) 또는 적응형(adaptive) 채널 추정 방법)도 사용될 수 있다.

전술한 바와 같이, 채널의 지연 확산에 관한 지식은, 기본적인 채널의 변환 속성을 다루는 데 그 자체가 적용되는 동시에 사용자 경험을 향상시키는 성능을 개선하는 수신기 구조를 더욱 좋게 설계하는 데 사용될 수 있다.

이하, 다중 경로 채널의 지연 확산 또는 제곱 평균 제곱근(RMS) 지연 확산을 추정하기 위한 방법을 본 발명의 실시예에 따라 설명한다.

다중 경로 채널의 지연 확산(또는 RMS 지연 확산)의 추정은 CEk로 표시되는, 채널 추정의 크기 값에 기초하고 있으며, k는 널 서브캐리어를 배제한 상태에서, OFDM 신호의 서브캐리어 수를 나타낸다. 일례로, 도 2는 널 서브캐리어를 배제한 상태에서, 멀티캐리어 신호의 데이터 패킷의 채널 추정의 크기 CEk를 나타내며, IEEE 802.11n OFDM 무선 시스템의 56 하이-스루풋(high-throughput) 데이터 서브캐리어로 이루어져 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 예시적 실시예에 따른 다중 경로 채널의 지연 확산(또는 RMS 지연 확산)을 추정하기 위한 방법에 대한 흐름도가 도시되어 있다. 단계 1에서, 널 서브캐리어를 배제한 각각의 서브캐리어 k의 채널 추정의 크기 값 CEk,n은 멀티캐리어 신호의 각각의 수신된 패킷 n에 대해 추정된다. 단계 2에서는, 채널 추정의 최대값 CEmax,n; 최소값 CKmin,n 및 평균값 CEmean,n이 각각의 수신된 패킷 n에 대해 계산되고 저장된다. CEmax,n, CEmin,n 및 CEmean,n은 이하의 식으로 주어진다:

여기서, n은 수신된 패킷의 수이고, k는 서브캐리어의 수이며, N은 널 서브캐리어를 배제한 모든 서브캐리어의 수이다. CEmax,n, CEmin,n 및 CEmean,n의 예시적 값이 도 2에 도시되어 있다.

도 3의 단계 3에서, 미리 결정된 수 L의 패킷이 수신되었는 지에 대한 검사가 수행된다. 미리 결정된 수 L의 패킷은 설계 파라미터이며 예를 들어 3, 4, 5, 10일 수 있거나 또는 다른 수가 될 수도 있다. L의 값이 높을수록 채널 추정 정확성이 높아짐은 물론이다.

도 3의 단계 3을 다시 참조하면, 모든 패킷 L이 수신된 경우에, CEmax,ave, CEmin,ave 및 CEmean,ave로 각각 표시되는 CEmax,n, CEmin,n 및 CEmean,n의 평균은, 이하의 식에 따라 계산된다:

모든 패킷 L이 수신되지 않은 경우, 모든 L 패킷이 수신될 때까지 단계 1 내지 단계 3이 반복된다는 점에 주의하라.

단계 4에서, 메트릭 M은 본 발명의 제1 예시적 실시예에 따르며, 채널 추정의 그 추정된 크기 값 CEk,n과 평균 크기 값 CEmean,n과의 함수로서 계산된다. 메트릭 M은 다음과 같이 주어진다:

메트릭 M은 또한 위의 식에서 인자

을 제거함으로써 다음과 같이 간단하게 될 수 있다:

또는 마찬가지로 다음과 같이 더욱 간소한 형태로 될 수 있다.

본 발명의 이러한 제1 예시적 실시예에서, 메트릭 M은 추정 채널의 지연 확산 또는 RMS 지연 확산을 추정하는 데도 사용된다.

본 발명에 따르면, 메트릭 M에 대응하는, 다중 경로 채널의 지연 확산(또는 RMS 지연 확산)의 추정은 이하의 식으로 주어진 바와 같은 선형 보간 함수를 사용하여 수행/계산될 수 있다:

여기서 RMSa 및 RMSb는 룩업 테이블에서의 미리 결정된 제곱 평균 제곱근 지연 확산 값(또는 지연 확산 값)이고 Ma 및 Mb는 룩업 테이블에서의 미리 결정된 메트릭 값이다. RMSa, RMSb, Ma 및 Mb는 결정된 메트릭 M에 기초하여 선택된 본 발명에 따른다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 미리 결정된 룩업 테이블은 메트릭 값과 매칭 RMS 지연 확산 값의 목록으로 이루어져 있고, 매칭 RMS 지연 확산 값은 채널 모델을 사용하는 시뮬레이션을 통해 또는 채널 측정을 통해 발생될 수 있다.

대안으로, 본 발명의 실시예에 따르면, 결정된 메트릭 M에 대응하는 RMS 지연 확산은 결정된 메트릭 M에서, 범위(degree) R의 미리 결정된 다항 함수를 제거 함으로써 추정될 수 있으며 다음과 같이 주어진다:

이 다항 함수 방식은, 결정된 메트릭 M을 RMS 지연 확산에 맞추는, 범위 R의 다항의 계수 c_i를 최소 제곱 방식(a least square sense)으로 찾아내는 것을 필요로 한다.

이하의 표 1은 좌측 컬럼에서, 채널 모델을 사용하는 시뮬레이션을 통해 룩업 테이블에서 지연 확산 값 및 메트릭 값을 구축하는 데 필요한 단계들을 나타낸다. 표 1의 우측 컬럼에는, 시뮬레이션을 통한 다항 계수 또는 채널 요건을 결정하는 데 필요한 단계들을 나타내고 있다.

룩업 테이블

다항 계수

1. 채널의 RMS 지연 확산을 t ns에 설정

2. 패킷이 수신되면, 변수 CEmax, CEmin 및 CEmean을 계산하고 저장

3. 패킷의 수 L(예를 들어, L=5000)에 대해 단계 2를 반복

4. 패킷의 수 L을 수신한 후, 단계 2에서 저장된 각각의 변수의 평균을 계산하고,
메트릭
Mt=(CEmax,ave - CEmin,ave)/CEmean,ave
를 형성

그런 다음 엔트리(t,Mt)를 룩업 테이블에 저장

5. 수 개의 RMS 지연 확산 값(예를 들어, t=[5,10,15,25,50,75,100,150,200,250])에 대해 단계1-4를 반복

1. 채널의 RMS 지연 확산을 t ns에 설정

2. 패킷이 수신되면, 변수 CEmax, CEmin 및 CEmean을 계산하고 저장

3. 패킷의 수 L(예를 들어, L=5000)에 대해 단계 2를 반복

4. 패킷의 수 L을 수신한 후, 단계 2에서 저장된 각각의 변수의 평균을 계산하고,
메트릭
Mt=(CEmax,ave - CEmin,ave)/CEmean,ave
를 형성

5. 수 개의 RMS 지연 확산 값(예를 들어, t=[5,10,15,25,50,75,100,150,200,250])에 대해 단계1-4를 반복

6. 다항 곡선 맞춤: 최소 제곱 방식으로 RMS 지연 확산에 데이터 메트릭 포인트를 맞추는 범위 R의 다항 RMS(M)의 계수 찾기

표 1에 표시된 바와 같이 그리고 본 발명의 제1 예시적 실시예에 따라, 룩업 테이블에서의 메트릭 값 및 다항 함수의 계수도 또한 수학식(8)에 나타난 메트릭의 식을 사용하여 계산될 수 있다. 그렇지만, RMS 지연 확산 값은 선택된 채널 모델에 의존하는 일부의 통상적인 값에 사전 설정되어 있기 때문에(표 1의 단계 1을 참조), RMS 프리셋 값 및 대응하는 메트릭 값(표 1의 단계 4 참조)은, 다중 채널의 실제의 실시간 RMS 지연 확산이 도 3에 도시된 흐름도에 따라 결정될 때, 미리 결정된 값으로서 고려된다.

예를 들어, 도 4a는 IEEE 802.11a 채널이 채널 모델로서 사용될 때, 표 1에 주어진 단계들에 따라 발생된 지연 확산 특성 곡선을 도시하고 있다. 도 4b에는, 도 4a에 도시된 곡선에 대응하는 룩업 테이블이, 본 발명의 실시예들에 따라 RMS 지연 확산을 결정하는 데 사용될 수 있는 미리 결정된 메트릭 값 및 미리 결정된 RMS 확산 값으로 채워져 있다. 본 발명은 IEEE 802.11a 채널 모델에 제한되지 않는다는 점에 유의하라. 대신, 본 발명은 OFDM 시스템 또는 실제의 채널 측정에 기초하는 임의의 다른 채널 모델에 적용될 수 있다.

본 발명에 따라 RMS 지연 확산을 결정하기 위해 다항 함수를 사용하는 제2 방식과 관련해서, 이하의 표 2는 도 4a에 도시된 RMS 지연 확산 특성 곡선에 대응하는 다항 계수의 예를 나타내고 있다.

표 2에 따르면, 미리 결정된 메트릭 값을 도 4a의 곡선에 의해 주어진 RMS 지연 확산 값에 맞추는 4차 다항 함수가 표 2에서의 계수를 사용하여 이하의 식으로 표시된다:

이하의 예에서, 본 발명의 전술된 예시적 실시예에 따라 결정되는 메트릭 M 은 1과 같으며, 즉 M=1이다.

도 4b에 도시된 룩업 테이블과 결합하여 수학식(9)에 주어진 선형 보간 함수를 이용하면, 미리 결정된 RMS 지연 확산 값 및 대응하는 메트릭 값들은 (Ma,RMSa) = (0.9733, 10); (Mb,RMSb) = (1,1957, 25)에 대응하고, 이것은 RMS 지연 확산 값의 추정을 제공한다: RMS(M=1)

12ns.

대신 수학식(10)에 의해 주어진 다항 함수를 하고 결정된 측정 기준 M=1을 가정하고 다항 함수가 범위 4인 것으로 가정하면, 다중 경로 채널의 RMS 지연 확산 값은 이하의 식에 따라 주어진다:

룩업 테이블 방식에 포함된 복잡도(complexity)는 다항 보간 방식에 덜 비교된다는 점을 유의하라. 이것은 다항 보간 방식이 4개의 가산/감산 연산 및 10개의 복합 연산을 필요로 하는 반면, 룩업 테이블 방식은 4개의 가산/감산 연산, 1개의 복합 연산 및 1개의 제산 연산을 필요로 하기 때문이다. 전체적으로, 다항 보간 방식은 룩업 테이블 방식에 비해 9개의 복합 연산이 더 필요하다. 한편, 룩업 테이블 방식은 1개의 제한 연산을 필요로 한다. 그렇지만, 9개의 복합 연산의 시간 복잡도는 1개의 제한 연산보다 더 크게 고려될 수 있으며; 그러므로 룩업 테이블 방식은 덜 복잡하다. 그렇지만, 다항 보간 방식은 룩업 테이블 방식에 비해 정확성이 더 높다.

본 발명의 전술한 예시적 실시예에서, 지연 확산 또는 RMS 지연 확산을 추정 하는 성능은 수신된 신호의 신호 대 노이즈 비(signal to noise ratio)에 따라 변한다. 환언하면, 도 3과 관련해서 설명된 방법은 높은 SNR에서는 정확성이 충분히 높지만 낮은 SNR에서는 정확성이 낮다.

본 발명의 제2 예시적 실시예에 따르면, 다중 경로 채널의 지연 확산 또는 RMS 지연 확산에 대한 추정은, 메트릭 M 외에, 추정된 SNR에도 의존한다.

도 5는 본 발명의 제2 예시적 실시예에 따른 방법에 대한 흐름도이다.

제1 실시예와 마찬가지로, 여기서 메트릭 M도 수학식(7) 및 수학식(8)에 의해 이미 주어진 바와 같이 채널 추정의 추정된 크기 값 CEk,n 및 평균 크기 값 CEmean,n과의 함수로서 결정/계산된다.

그렇지만, 다중 경로 채널의 지연 확산 또는 RMS 지연 확산을 추정하는 데 사용되는 계산된 메트릭 M 외에, 본 예시적 실시예에 따른 방법도 다중 경로의 지연 확산을 추정할 때, SNRave로 표시되는 평균 SNR을 고려한다.

평균 SNR, 즉 SNRave를 계산하기 위해, 각각의 수신된 패킷 n에 대한 SNR, 즉, SNRn이, 도 5의 단계 2에 설명된 바와 같이, 추정되고 저장된다. 예를 들어, 각각의 수신된 패킷 n에 대한 SNR은, 패킷 n의 데이터 심볼에 삽입되는 미리 정해진 트레이닝 심볼을 사용해서 계산/추정될 수 있다.

도 5를 다시 참조하면, L개의 패킷이 수신된 후(도 5의 단계 3을 참조), 평균 SNR은 다음의 식(11)에 따라 계산된다:

본 발명의 이 제2 예시적 실시예에서, 메트릭 M은, 이전의 실시예와 마찬가지로, 다중 경로 채널의 지연 확산 또는 RMS 지연 확산을 추정하는 데 사용된다. RMS 지연 확산은 수학식(9)에 이미 제공된 선형 보간 함수를 사용하거나 또는 수학식(10)에 이미 제공된 다항 함수를 사용함으로써 추정된다. 그렇지만, 본 발명의 이 제2 예시적 실시예에서, 룩업 테이블에 메트릭 값 및 RMS 지연 확산 값을 구축할 때 그리고 채널 모델을 사용하여 다항 계수를 구축할 때도 필요한 단계들은, SNR도 고려되는 이전에 설명된 예시적 실시예의 단계들과는 다르다. 메트릭 값 및 RMS 지연 확산 값을 구축하는 데 필요한 단계들이 이하의 표 3에 설명되어 있다.

룩업 테이블

다항 계수

1. 타겟 SNR을 x dB에 설정

2. 채널의 RMS 지연 확산을 t ns에 설정

3. 패킷이 수신되면, 변수 CEmax, CEmin 및 CEmean을 계산하고 저장

4. 패킷의 수 L(예를 들어, L=5000)에 대해 단계 3을 반복

5. 패킷의 수 L을 수신한 후, 단계 3에서 저장된 각각의 변수의 평균을 계산하고,
메트릭
Mt=(CEmax,ave - CEmin,ave)/CEmean,ave
를 형성

그런 다음 엔트리 (x,t,Mt)를 룩업 테이블에 저장

6. 수 개의 RMS 지연 확산 값(예를 들어, t=[5,10,15,25,50,75,100,150,200,250])에 대해 단계2-5를 반복

7. 수 개의 SNR(예를 들어, SNR=[5,10,15,20,25,30])에 대해 단계2-5를 반복

1. 타겟 SNR을 x dB에 설정

2. 채널의 RMS 지연 확산을 t ns에 설정

3. 패킷이 수신되면, 변수 CEmax, CEmin 및 CEmean을 계산하고 저장

4. 패킷의 수 L(예를 들어, L=5000)에 대해 단계 3을 반복

5.패킷의 수 L을 수신한 후, 단계 3에서 저장된 각각의 변수의 평균을 계산하고,
메트릭
Mt=(CEmax,ave - CEmin,ave)/CEmean,ave
를 형성

6. 수 개의 RMS 지연 확산 값(예를 들어, t=[5,10,15,25,50,75,100,150,200,250])에 대해 단계2-5를 반복

7. 다항 곡선 맞춤: 최소 제곱 방식으로 RMS 지연 확산에 데이터 메트릭 포인트를 맞추는 범위 R의 다항 RMS(M)의 계수 찾기

수 개의 SNR에 대해 단계1-7을 반복

도 6a는 표 3에 주어진 단계들에 따라 그리고 채널 모델로서 IEEE 802.11a를 사용하여 발생되는 예시적 지연 확산 특성 곡선을 나타낸다. 도 6b에서, 도 6a에 도시된 곡선에 대응하는 룩업 테이블에는, 본 발명의 제2 예시적 실시예에 따라 RMS 지연 확산을 추정하는 데 사용되는 미리 결정된 메트릭 값 및 미리 결정된 RMS 지연 확산이 나타나 있다. RMS 지연 확산 값 및 메트릭 값은 각각의 SNR 값에 대해 결정된다는 점에 유의하라. 다시, 본 발명은 IEEE 802.11a 채널 모델에 제한되지 않는다. 대신, 본 발명은 실제의 채널 측정에 기초하는 임의의 다른 채널 모델에 적용될 수 있다.

도 6a 및 도 6b에서는, 완만하면서 높은 SNR 값들에서, 단지 하나의 특성 곡선만이 다중 경로 채널의 RMS 지연 확산의 추정을 얻기에 충분하다는 것이 관찰된다.

본 발명의 제2 예시적 실시예에 따른 방법을 사용하여 다중 경로 채널의 RMS 지연 확산을 결정하기 위해, 도 6a에서의 곡선 또는 도 6b에서의 컬럼 중 어느 것이 선택되어야만 하는 지를 결정하는 데 평균 SNR이 사용된다. 일례로, 평균 SNR, 즉 SNRave가 7.5 dB보다 작으면, 도 6b에서 제2 컬럼(5 dB 컬럼)에 대응하는 메트릭 값 및 미리 결정된 지연 확산 값이 선택되고, 이에 따라 다중 경로 채널의 RMS 지연 확산 값이, 수학식(7) 및 수학식(8)을 사용하여 계산된 메트릭 M과 결합하여 이러한 미리 결정된 값에 기초하여 추정된다.

SNRave가 7.5 dB보다 크거나 같지만 12.5 dB보다 작은 것으로 추정되는 경우에는, 10 dB와 같은 SNR에 대응하는 컬럼 내의 엔트리를 수학식(7) 및 수학식(8)에 주어진 메트릭 M과 함께 사용하여 다중 경로 채널의 RMS 지연 확산을 계산할 수 있다. 그러므로 도 6에서 선택된 특성 곡선은 그 추정된 평균 SNR, 즉 SNRave에 의존한다. 다시, 다중 경로 채널의 RMS 지연 확산은 수학식(9) 및 수학식(10)을 사용하여 추정될 수도 있다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 제3 예시적 실시예에 따른 방법에 대한 흐름도가 도시되어 있다. 본 발명의 이전에 서술된 제1 실시예 및 제2 실시예와 마찬가지로, 여기서 다중 경로 채널의 지연 확산 및 RMS 지연 확산도 채널 추정의 그 추정된 크기 값 CEk,n 및 평균 크기 값 CEmean,n의 함수인 기준측정 M에 기초하여 추정된다. 그렇지만, 본 발명의 제3 예시적 실시예에서는, 기준측정 Mn이, 각각의 패킷 n에 대한 SNR, 즉 SNRn 외에, 각각의 수신된 패킷 n에 대해 결정된다(도 7에서의 단계 1 참조). 본 발명의 이 예시적 실시예에 따르면, 기준측정 Mn은 이하의 수학식(12)에 의해 다음과 같이 주어진다:

여기서, N은 널 서브캐리어를 배제한 서브캐리어의 수이고, d는 상기 서브캐리어들 사이의 거리를 나타내는 정수이며; (d+1)j는 서브캐리어 k에 대응하고(즉, k=(d+1)j);

는 수학적 플로어 연산자(floor operator)이고

는 절대값 연산자 이다. 설계 파라미터인 거리 d는 예를 들어 1, 2, 4, 6 등과 같을 수 있다.

도 7을 다시 참조하면, 단계 2에서, L(예를 들어 L = 3, 5, 10, 20, ...)개의 패킷이 수신되었는 지에 대한 검사가 수행된다. L개의 패킷이 수신되었다면, 메트릭 M은 이하에 수학식(13)에 의해 주어진 바와 같이 평균 크기 값 CEmean,n의 평균에 의해 나누어진 메트릭 Mn의 평균을 취하여 결정된다:

본 발명의 이전에 서술된 제2 실시예에서와 같이, 다중 경로 채널의 RMS 지연 확산 및 지연 확산은 메트릭 M 및 평균 SNR, 즉 SNRave에 기초하여 추정될 수 있다. 룩업 테이블 방식(수학식(9)를 참조) 또는 다항 보간 함수(수학식(10) 참조)는 다중 경로 채널의 지연 확산의 값을 추정하는 데 추가로 사용될 수 있다.

다시, 룩업 테이블 내의 미리 결정된 측정 기준 값 및 미리 결정된 RMS 지연 값은 채널 모델 또는 채널 측정을 사용하는 시뮬레이션을 통해 발생될 수 있다. 표 3에 나타난 단계들을 사용하여 룩업 테이블 내의 엔트리 및 다항 계수를 결정할 수 있다는 것에 유의하라. 그렇지만, CEmax 및 CEmin을 결정하는 대신에, 표 3에서의 메트릭 값(단계 3-5를 참조)은 위에서 주어진 수학식(12) 및 수학식(13)을 사용함으로써, 즉, 표 3에서의 단계 3의 수학식(12) 및 단계 5의 수학식(13)을 사용 함으로써 계산될 수 있다.

도 8을 참조하면, IEEE 802.11a 채널을 채널 모델로서 사용하여 발생되는 지연 확산 특성 곡선이 도시되어 있다. 이러한 곡선을 발생함에 있어서, 수학식(12) 및 수학식(13)이 표 3에 사용되어 상이한 SNR 값에 대한 메트릭 갑을 결정할 수 있었으며, 여기서 d=2이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 이 예시적 실시예는 기울기 방법(slope method)이라 언급되는 데, 왜냐하면 서브캐리어 채널 추정의 크기 값들 사이의 기울기가 수학식(12)에 의해 주어진 메트릭을 계산할 때 고려되기 때문이다.

이전의 실시예와 마찬가지로, 완만하고 높은 SNR 값들에서, 단지 하나의 특성 곡선만이 다중 경로 채널의 RMS 지연 확산 및 지연 확산의 추정을 얻기에 충분하다는 것이 관찰된다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 경로 채널의 지연 확산 또는 RMS 지연 확산을 추정하기 위한 장치를 설명하기 전에, 본 발명의 이전에 서술된 예시적 실시예의 추정 성능이 각각 15 dB 및 25 dB와 같은 SNR에서의 50 ns와 같은 추정된 RMS 지연 확산에 대한 IEEE 802.11n OFDM 무선 시스템을 사용해서 비교된다. 이 시뮬레이션에서, 기본적인 채널은 IEEE 802.11a 채널 모델을 사용해서 모델링되고, L=10 독립적인 패킷을 사용해서 50 ns의 RMS 지연 확산 값이 추정되었으며, 시뮬레이션 길이는 SNR 값 당 10000 패킷에 설정되었다(각각의 15 dB 및 25 dB).

아래의 표 4는 여기서 Emb-1, Emb-2, Emb-3로 각각 표시된, 본 발명의 전술한 실시예를 사용해서 다중 경로 채널의 RMS 지연 확산이 추정될 때, 20%, 30% 및 40% 에러 내에 얼마의 추정치의 백분율이 있는 있는지를 나타내고 있다.

본 발명은 위에 주어진 설계 파라미터에 제한되지 않는다는 것에 유의하라.

표 4로부터 Emb-3를 사용하는 추정 성능이 Emb-1 및 Emb-2와 비교하여 가장 높은 성능을 제공한다는 것을 확실하게 관찰할 수 있다. 예를 들어 위의 표 4를 참조하면, 15 dB의 동일한 SNR 값에 대해 각각 46% 및 55%인 Emb-1 및 Emb-2에 대한 추정치의 백분율과 비교하여, 15 dB와 동일한 SNR에 대한 (Emb-3에 있어서) 20% 에러(즉 40ns와 60ns 사이) 내에 추정의 75%가 있다. 25 dB와 동일한 SNR에 있어서, Emb-3를 사용하는 추정 성능은 여전히 Emb-1 및 Emb-2의 추정 성능보다 우수하게 수행한다. 즉, 추정의 백분율이 높을수록 성능도 좋다.

예시적 실시예 Emb-1, Emb-2, 및 Emb-3 간의 계산적 복잡도 비교와 관련해서, 이 3개의 실시예에 대한 필요한 연산 수는, 다중 경로 채널의 RMS 지연 확산 또는 지연 확산을 결정할 때, 이전의 기술의 연산 수보다 작은 것으로 관찰되었다.

본 발명의 예시적 실시예 Emb-2와 Emb-3 간의 계산적 복잡도 비교와 관련해서, 표 5는 다중 경로 채널의 RMS 지연 확산 또는 지연 확산의 추정에 필요한 연산 수를 나타내고 있다. 지연 확산(또는 RMS 지연 확산)의 결정을 위해 필요한 예시적 시스템 파라미터는, 널 서브캐리어를 배제한 56 서브캐리어; L=10 독립적인 패킷을 평균화함으로써 추정되는 지연 확산; Emb-2에 있어서, 범위 4의 다항 함수의 계수를 찾아내는 데 알맞은 다항 곡선을 사용하는 다항 보간; Emb-3에 있어서, 범위 4, 및 d=2(Emb-3에 있어서)의 다항 함수의 계수를 찾아내는 데 알맞은 다항 곡선을 사용하는 다항 보간을 포함한다.

연산 유형	Emb-2 연산 수	Emb-3 연산 수
가산 및 감산	582	913
승산(역 승산을 포함)	15	15
제산	1	1
비교(max/min)	1020	0

표 5로부터, 지연 확산의 추정을 얻기 위해 Emb-2를 사용하는 경우, Emb-3를 사용할 때의 비교에 비해 추가의 1020개의 비교가 필요하다는 것을 관찰할 수 있다. Emb-3는 Emb-2와 비교하여 313개의 가산/감산 연산이 더 필요하다는 것에 유의하라. 그렇지만, 비교기를 포함하는 논리는 가산기의 논리와 유사하기 때문에, 비교 연산의 계산적 복잡도는 가산/감산 연산의 복잡도와 같다고 가정하는 것이 합리적이다. 그러므로 이러한 가정에 따르면, Emb-2는 Emb-3보다 689(=1020-331)개의 가산/감산 연산이 더 필요하다. 결과적으로, Emb-3가 Emb-2에 비해 계산적인 면에서 덜 집중적이다.

일반적으로, 가산, 감산, 승산 등의 다른 수학적 연산에 비해 제산 연산이 가장 높은 계산 복잡도(즉, 성능 계산의 시간 복잡도)를 가진다. 그렇지만, 제산 연산은 이 제산 연산을 LOG2 도메인으로 변환시킴으로써 완전히 회피될 수 있는데, 즉, 제산 연산은 LOG(대수) 도메인에서의 감산 연산과 동등하다. LOG2 도메인을 적용하는 것은 예를 들어 수학식(7), (8), 또는 (13)을 사용하여 메트릭 M을 계산할 때 사용하는 데 바람직하다. 그렇지만, 예를 들어 수학식(3) 및 수학식(11)을 이용하여 상수(예를 들어, N 또는 L에 의해)로 제산할 때는, 이러한 상수들의 역으로 승산하는 것이 바람직하며, 즉, N으로 제산하는 것은 N^-1로 승산하는 것과 유사하다.

도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 다중 경로 채널의 RMS 지연 확산 또는 지연 확산을 추정하기 위한 장치(100)의 예시적 실시예를 도시하고 있다. 장치(100)는 멀티캐리어 신호(예를 들어, OFDM 신호)를 송수신할 수 있는 어떠한 무선/유선 통신 디바이스로도 구현될 수 있다는 것에 유의하라. 또한, 장치(100)는 어떠한 통신 시스템 상에서도 구현될 수 있다. 일례로, 멀티캐리어 신호(예를 들어, WiFi 및/또는 WiMAX) 다룰 수 있는 통신 시스템은 SISO 시스템으로도 알려져 있는 신호 안테나(단일의 입력 신호 출력)를 구비할 수 있거나, 또는 MIMO 시스템으로도 알려져 있는 복수의 안테나(복수의 입력 및 복수의 출력 안테나)를 구비할 수 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, 장치(100)는 연속적인 패킷으로 이루어진 멀티캐리어 신호를 수신할 수 있는 신호 수신기(110)를 포함하며, 각각의 상기 패킷은 복수의 서브캐리어 반송 데이터를 포함한다. 수신기(110)는 또한 주파수 도메인에서 채널을 추정할 수 있다. 채널의 추정은, 데이터 심볼에 삽입될 수 있는, 또는 블라인드 또는 적응형 채널 추정 방법과 같이 임의의 다른 종래 기술의 채널 추정 방법에 기초하는, 예를 들어 미리 정해진 프리앰블 신호 또는 파일럿 서브캐리어를 사용하여 수행될 수 있다. 본 발명에 따르면, 수신기(110)는 각각의 수신된 패킷 n에 있어서, 널 서브캐리어를 배제한 상태의 각각의 서브캐리어의 채널 추정의 크기 값 CEk,n을 추정하도록 구성되어 있다. 본 발명에 따르면, 장치(100)는 수신기(110)에 연결되어 있는 지연 확산 추정기(또는 RMS 지연 확산 추정기)(120)를 더 포함한다. 지연 확산 추정기(120)는 각각의 수신된 패킷에 대해서, 채널 추정의 그 추정된 크기 값 CEk,n의 평균 크기 값 CEmean,n을 결정 또는 계산하도록 구성되어 있다.

본 발명에 따르면, 지연 확산 추정기(120)는 채널 추정의 그 추정된 크기 값 CEk,n 및 각각의 수신된 패킷에 대해 결정된 평균 크기 값 CEmean,n의 함수인 메트릭 M을 결정하는 데 적합하다. 메트릭 M에 기초하여, 지연 확산 추정기(120)는 또한 그 수신된 신호/패킷이 횡단한 다중 경로 채널의 지연 확산(또는 RMS 지연 확산)을 추정한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 수신기(110)는 또한 각각의 수신된 패킷 n에 대해서, 지연 확산 추정기(120)에 대한 추가의 입력으로서 사용되는 신호 대 노이즈 SNRn을 결정하도록 구성되어 있다. 지연 확산 추정기(120)는 또한 각각의 수신된 패킷 n에 대한 최대 크기 값 CEmax,n 및 각각의 수신된 패킷 n에 대한 최소 크기 값 CEmin,n을 계산하고 저장하도록 구성되어 있다. 미리 결정된 수 L의 패킷이 수신기(110)에 의해 수신된 후, 지연 확산 추정기(120)는 또한 L 패킷에 대한 평균 SNR, 즉 SNRave, L 패킷에 대한 평균 크기 값의 평균 CEmean,ave, L 패킷에 대한 평균 최대값 CEmax,ave 및 L 패킷에 대한 평균 최소값 CEmin,ave를 계산하도록 구성되어 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 지연 확산 추정기(120)는 수학식(7) 및 수학식(8)에 의해 주어진 바와 같이, CEmax,n, CEmin,n, 및 CEmean,ave의 함수로서 메트릭 M을 계산한다.

대안으로, 지연 확산 추정기(120)는 수신기(110)에 의해 수신된 각각의 패킷 n에 대한 메트릭 값 Mn을 계산하고 저장하도록 구성되어 있다. 각각의 수신된 패킷 n에 대한 메트릭 Mn은 이미 수학식(12)에 서 표현되어 있다. 지연 확산 추정기(120)는 또한 L 패킷에 대한 Mn의 평균을 결정하도록 구성되어 있다. 이 경우, 지연 확산 추정기(120)는 수학식(13)에 의해 주어진 바와 같이, Mn 및 CEmean,ave의 함수로서 메트릭 M을 계산하도록 구성되어 있다.

본 발명에 따르면, 지연 확산 추정기(120)는 다중 경로 채널의 지연 확산을 결정하는 데 사용되는 메트릭 값 및 지연 확산 값으로 이루어지는 룩업 테이블을 결정하고 저장하도록 구성되어 있다. 대안으로, 지연 확산 추정기(120)는 다항 함수의 계수를 결정하고 저장하도록 구성될 수 있다. 룩업 테이블 내의 메트릭 값 및 지연 확산 값 및/또는 다항 함수의 계수를 결정하는 데 필요한 단계들은 표 1 및 표 3에 이미 제공되어 있다. 수학식(7) 및 수학식(13)에 의해 주어진 그 결정된 메트릭 M에 기초하여 다중 경로의 RMS 지연 확산 및 지연 확산을 결정함에 있어서, 지연 확산 추정기(120)는 선형 보간(수학식(9)을 참조) 또는 다항 보간(수학식(10)을 참조)을 수행하도록 구성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 장치(100)는 또한, 지연 확산 추정기(120)에 의해 추정된 RMS 지연 확산 또는 지연 확산에 기초하여 구현되는 장비 또는 시스템의 모드를 변경 및/또는 채용하도록 구성되어 있다. 장치 또는 시스템의 모드 구성은 이하의 목록을 포함할 수 있으나, 이 목록이 완전히 총망라된 것은 아니다:

- WLAN 및 WiMAX와 같은 OFDM 시스템에 대한 가드 구간 선택(짧은 구간 대 넓은 구간): 가드 구간은 다중 경로 채널에서의 지연 확산으로 인한 악영향을 감소시키기 위한 수단이다. 연속적인 OFDM 심볼들 간의 시간 지연(가드 구간)을 삽입하고 이 가드 구간 동안 심볼의 유용한 데이터를 주기적으로 반복함으로써, 채널의 최대 지연 확산이 가드 구간의 길이보다 짧을 때 원하는 심볼을 효과적으로 디코딩할 수 있다. 채널의 지연 확산이 작은 경우, 긴 가드 구간 대신 짧은 가드 구간이 삽입될 수 있으며 결과적으로 유용한 스루풋이 더 높아진다.

- 속도 적응성(rate adaptation): 링크의 데이터 속도를 결정된 지연 확산의 함수로서 개선하기. 채널 지연 확산이 증가할수록 시스템의 패킷 에러 레이트도 증가한다. 이를 고려해 볼 때, 레이트 적응성 알고리즘은 데이터-레이트를 더욱 낮추어 긴 지연 확산 채널에서 신뢰할만한 통신을 보장할 수 있다. 대안으로, 낮은 지연 확산을 가지는 것으로 채널이 추정되는 경우, 데이터-레이트는 증가될 수 있다.

- 지연 확산의 함수로서 채널 평활화 필터 계수를 최적화하기: 채널 평활화 필터는 지연 확산 추정에 의존하여 가동될 수 있거나 가동되지 않을 수 있다. 큰 지연 확산 채널에서, 채널 평활화 필터는 ISI에 의해 왜곡된 채널 추정들의 혼합을 금지하도록 가동되지 않을 수 있다.

- 시간 추정의 정확성을 높이기 위해 동기화 알고리즘 최적화하기: 예를 들어, 채널 지연 확산이 샘플링 구간보다 큰 것으로 발견되면, 복수의 피크 및 이에 따라 동기화 불명료를 회피하기 위해, (타이밍 동기화 범위 함수로서 통상적으로 사용되는) 교차-상관 메트릭이 그 추정된 채널 지연 확산에 걸쳐 평균화되어야 한다. 또한, 자동/교차-상관에 대한 지연은 지연 확산 추정에 비례하여 증가/감소될 수 있다.

- 적응형 등화기 구조를 포함하는 최적의 등화기 계수: 시간 도메인 등화기는 그 결정된 지연 확산 추정을 사용하여 등화기의 탭 게인 계수(tap gain coefficients)의 수 및 값을 변경할 수 있다.

전술한 바와 같이, 장치(100)는 멀티캐리어 신호를 다룰 수 있는 통신 시스템(예를 들어 WiFi/WLAN 및/또는 WiMAX)에서 구현될 수 있다. 장치(100)가 구현될 수 있는 통신 시스템은 단일의 안테나(SISO 시스템)를 구비하거나 복수의 안테나(MIMO 시스템)을 구비할 수 있다는 것에 대해서도 전술하였다.

일례로, 장치(100)가 MIMO 시스템에서 구현되어 있는 경우, 수신기(110)는 nR 수신 안테나를 구비하고 MIMO 시스템의 전송기는 nT 전송 안테나를 구비한다. 그러므로 nR x nT 송수신 경로 쌍이 존재하며, nR x nT 채널 추정이 수신된 패킷마다 설정된다. 그러므로 MIMO 시스템에서는, 본 발명에 따라 지연 확산을 결정할 때, SISO 시스템이 사용될 때보다 패킷의 수가 덜 필요하게 된다. 장치(100)가 SISO 시스템에서 구현될 때, nR 및 nT는 1가 같게 될 것이고 채널 추정을 구성하는 단지 하나의 세트만이 각각의 수신된 패킷에 사용되어 채널의 지연 확산을 추정한다. 채널의 지연 확산을 추정하는 데 사용되고 SISO 시스템을 위해 발생되는 룩업 테이블 및/또는 다항 계수는 어떠한 변형 없이도 MIMO 시스템에서 직접 사용될 수 있다.

이하의 표 6은 MIMO 안테나 시스템을 사용하는 OFDM 시스템에 구현된 장치(100)의 추정 성능의 예를 나타내며, 본 발명의 이전에 설명된 예시적 실시예(Emb-1, Emb-2, Emb-3)는 IEEE 802.11n OFDM 무선 시스템을 사용해서 SNR 15 dB 및 SNR 25 dB에서 nT = 2 전송 안테나 및 nR = 2 수신 안테나와 비교된다. 시뮬레이션에서, 기본적인 채널은 IEEE 802.11n 채널-E(100 ns의 RMS 지연 확산)를 사용해서 모델화되었고; 지연 확산은 L=12 채널 추정 세트(즉, 3 패킷)를 평균화함으로써 추정되었으며; 시뮬레이션 길이는 SNR 값 당 5000 패킷에 설정되었다.

표 6으로부터, Emb-3(d=2를 가짐)를 사용하는 추정 성능이 여전히 Emb-1 및 Emb-2에 의해 주어지는 추정 성능보다 높은 성능을 제공한다는 것을 관찰할 수 있다. 일례로 그리고 위의 표 6을 참조하면, 15 dB의 동일한 SNR 값에 있어서 모두 25%인 Emb-1 및 Emb-2에서의 추정 백분율과 비교해서, (Emb-3인 경우) 15 dB와 같은 SNR에 있어서 추정의 68%가 10% 에러 내에 있다.

25 dB와 같은 SNR에 있어서, Emb-3를 사용하는 추정 성능은 여전히 Emb-1 및 Emb-2의 추정 성능보다 더 우수하게 수행한다. 또한, Emb-1 및 Emb-2의 성능은 장치(100)가 구현될 수 있는 MIMO 시스템에서 매우 유사하다는 것을 관찰할 수 있다. MIMO 시스템에서, 본 발명의 전술한 실시예(Emb-1, Emb-2, Emb-3)는 SISO 시스템에서보다 평균 프로세스 면에서 더 적은 수의 패킷을 필요로 한다는 것을 강조해야만 한다.

당업자는 본 발명이 많은 방식으로 구현될 수 있다는 것을 이해한다. 장치는 디지털 회로를 가진 하드웨어로 구현되거나 신호 처리 회로에서의 소프트웨어로 구현될 수 있다. 또한, 장치(100)의 수신기(110) 및 채널 지연 추정기(120)는 분리될 필요가 없이 단일의 블록 내에 포함될 수 있고 또한 다른 수단에 연결될 수도 있다.

수 개의 바람직한 실시예와 관련해서 본 발명을 서술하였으나, 본 발명의 변형, 수정, 및 치환 및 등가물이 명세서를 읽고 도면을 연구하여 당업자에게 자명하게 될 것임이 예상된다. 그러므로 본 발명의 범주 내에 있을 때 이하의 첨부된 청구의 범위가 이러한 대안, 변형, 치환 및 등가물을 포함하는 것을 의도한다.

Claims

데이터를 반송하는 복수의 서브캐리어를 각각 포함하는 멀티캐리어 신호의 연속적인 패킷에 의해 형성되는 다중 경로 채널의 지연 확산을 추정하는 추정 방법에 있어서,

각각의 수신된 패킷(n)에 대해, 널(null) 서브캐리어를 배제한 각각의 서브캐리어(k)의 채널 추정의 크기 값(CEk,n)을 추정하는 단계;

각각의 수신된 패킷(n)에 대해, 상기 채널 추정의 상기 추정된 크기 값(CEk,n)의 평균 크기 값(CEmean,n)을 계산하는 단계; 및

미리 결정된 수(L)의 패킷이 수신된 후, 적어도 메트릭(metric; M)에 기초하여 상기 다중경로 채널의 지연 확산 또는 제곱 평균 제곱근(root mean square; RMS) 지연 확산을 추정하는 단계

를 포함하며,

상기 메트릭(M)은, 상기 채널 추정의 상기 추정된 크기 값(CEk,n)과 상기 평균 크기 값(CEmean,n)과의 함수로서 계산되는, 추정 방법.
제1항에 있어서,

상기 채널 추정의 상기 평균 크기 값(CEmean,n)은, 각각의 수신된 패킷(n)에 대해,

에 따라 계산되며,

여기서 N은 널 서브캐리어를 배제한 서브캐리어의 수인, 추정 방법.
제1항에 있어서,

각각의 수신된 패킷(n)에 대해 신호 대 노이즈 비(SNRn)를 추정하는 단계; 및

상기 미리 결정된 수(L)의 패킷이 수신된 후 평균 신호 대 노이즈 비(SNRave)를 계산하고 상기 계산된 메트릭(M)과 상기 평균 신호 대 노이즈 비(SNRave)에 기초하여 상기 다중 경로 채널의 지연 확산 또는 RMS 지연 확산을 추정하는 단계를 더 포함하는, 추정 방법.
제1항에 있어서,

각각의 서브캐리어(k)의 채널 추정의 상기 크기 값(CEk,n)을 추정하는 단계는,

각각의 수신된 패킷(n)에 대해, 상기 채널 추정의 상기 추정된 크기 값(CEk,n)의 최대 크기 값(CEmax,n) 및 최소 크기 값(CEmin,n)을 결정하는 단계를 포함하는, 추정 방법.
제4항에 있어서,

상기 미리 결정된 수 (L)의 패킷이 수신된 후, 평균 최대 크기 값(CEmax,ave), 평균 최소 크기 값(CEmin,ave) 및 평균 크기 값의 평균(CEmean,ave)이,

에 따라 결정되는 단계를 더 포함하는 추정 방법.
제5항에 있어서,

상기 메트릭(M)은, 상기 평균 최대 크기 값(CEmax,ave), 상기 평균 최소 크기 값(CEmin,ave) 및 상기 평균 크기 값의 평균(CEmean,ave)의 함수로서 계산되고,

에 의해 주어지는, 추정 방법.
제1항에 있어서,

각각의 서브캐리어(k)의 채널 추정의 상기 크기 값(CEk,n)을 추정하는 단계는,

각각의 수신된 패킷(n)에 대해, 메트릭(Mn)을,

에 따라 계산하는 단계를 더 포함하며,

여기서 N은 널 서브캐리어를 배제한 서브캐리어의 수이고, d는 상기 서브캐리어들 사이의 거리를 나타내는 정수이고, (d+1)j는 서브캐리어 k에 대응하고,
는 수학적 플로어(floor) 연산자이며,
는 절대값 연산자인, 추정 방법.
제7항에 있어서,

상기 미리 결정된 수(L)의 패킷이 수신된 후, 상기 메트릭(M)을, 각각의 수신된 패킷(n)에 대해 결정된 메트릭(Mn)과 상기 평균 크기 값(CEmean,n)과의 함수로서,

에 따라 계산하는 단계를 더 포함하는 추정 방법.
제1항에 있어서,

상기 다중 경로 채널의 지연 확산 또는 RMS 지연 확산의 추정은 선형 보간을 사용해서,

에 따라 계산되며,

(RMSa,RMSb)는 룩업 테이블에서 미리 결정된 지연 확산 값이고 (Ma,Mb)는 상기 룩업 테이블에서 미리 결정된 메트릭 값이며,

상기 미리 결정된 지연 확산 값 및 상기 미리 결정된 메트릭 값은 적어도 상기 계산된 메트릭(M)에 기초하여 선택되는, 추정 방법.
제9항에 있어서,

상기 룩업 테이블에서의 상기 미리 결정된 지연 확산 값(RMSa,RMSb) 및 상기 미리 결정된 메트릭 값(Ma,Mb)은, 상기 계산된 메트릭(M) 및 상기 평균 신호 대 노 이즈 비(SNRave)에 기초하여 추가로 선택되는, 추정 방법.
제1항에 있어서,

상기 다중 경로 채널의 지연 확산 또는 RMS 지연 확산의 추정은,

에 의해 주어진 다항 보간 함수를 사용하여 계산되고,

여기서 M은 상기 계산된 메트릭이고, c_i는 적어도 상기 미리 결정된 메트릭 값 및 미리 결정된 지연 확산 값에 기초하여 결정되는 미리 결정된 다항 계수이고 (R)은 상기 보간 함수 RMS(M)의 범위인, 추정 방법.
제11항에 있어서,

상기 지연 확산 또는 상기 RMS 지연 확산은, 상기 평균 신호 대 노이즈 비(SNRave)에 추가로 의존하는, 추정 방법.
제1항에 있어서,

상기 멀티캐리어 신호는 OFDM(orthogonal frequency domain multiplexing) 멀티캐리어 신호이고, 상기 채널 추정(CEk,n)은 주파수 도메인에서 추정되는, 추정 방법.
데이터를 반송하는 복수의 서브캐리어를 각각 포함하는 멀티캐리어 신호의 연속적인 패킷에 의해 형성되는 다중 경로 채널의 지연 확산을 추정하는 추정 장치(100)에 있어서,

각각의 수신된 패킷(n)에 대해, 널(null) 서브캐리어를 배제한 각각의 서브캐리어(k)의 채널 추정의 크기 값(CEk,n)을 추정하도록 구성되어 있는 수신기(110); 및

각각의 수신된 패킷(n)에 대해, 상기 채널 추정의 상기 추정된 크기 값(CEk,n)의 평균 크기 값(CEmean,n)을 계산하며, 미리 결정된 수(L)의 패킷이 수신된 후, 적어도 메트릭(metric; M)에 기초하여 상기 다중경로 채널의 지연 확산 또는 제곱 평균 제곱근(root mean square; RMS) 지연 확산을 추정하도록 구성되어 있는 지연 확산 추정기(120)

를 포함하며,

상기 메트릭(M)은, 상기 채널 추정의 상기 추정된 크기 값(CEk,n)과 상기 평균 크기 값(CEmean,n)과의 함수로서 계산되는, 추정 장치.
제14항에 있어서,

상기 지연 확산 추정기(120)는, 각각의 수신된 패킷(n)에 대해, 상기 채널 추정의 상기 평균 크기 값(CEmean,n)을,

에 따라 계산하도록 구성되어 있으며,

여기서 N은 널 서브캐리어를 배제한 서브캐리어의 수인, 추정 장치.
제14항에 있어서,

상기 수신기(110)는, 각각의 수신된 패킷(n)에 대해 신호 대 노이즈 비(SNRn)를 추정하고, 상기 미리 결정된 수(L)의 패킷이 수신된 후 평균 신호 대 노이즈 비(SNRave)를 계산하며, 상기 계산된 메트릭(M)과 상기 평균 신호 대 노이즈 비(SNRave)에 기초하여 상기 다중 경로 채널의 지연 확산 또는 RMS 지연 확산을 추가로 추정하도록 구성되어 있는, 추정 장치.
제14항에 있어서,

상기 지연 확산 추정기(120)는, 상기 채널 추정의 상기 추정된 크기 값(CEk,n)의 최대 크기 값(CEmax,n) 및 최소 크기 값(CEmin,n)을 추가로 결정하도록 구성되어 있는, 추정 장치.
제17항에 있어서,

상기 지연 확산 추정기(120)는, 상기 미리 결정된 수 (L)의 패킷이 수신된 후, 평균 최대 크기 값(CEmax,ave), 평균 최소 크기 값(CEmin,ave) 및 평균 크기 값의 평균(CEmean,ave)을,

에 따라 결정하도록 구성되어 있는, 추정 장치.
제18항에 있어서,

상기 지연 확산 추정기(120)는, 상기 메트릭(M)을, 상기 평균 최대 크기 값(CEmax,ave), 상기 평균 최소 크기 값(CEmin,ave) 및 상기 평균 크기 값의 평균(CEmean,ave)의 함수로서 계산하도록 구성되어 있고,

상기 메트릭(M)은,

에 의해 주어지는, 추정 장치.
제14항에 있어서,

상기 지연 확산 추정기(120)는, 각각의 수신된 패킷(n)에 대해, 메트릭(Mn)을,

에 따라 계산하고 저장하도록 구성되어 있으며,

여기서 N은 널 서브캐리어를 배제한 서브캐리어의 수이고, d는 상기 서브캐리어들 사이의 거리를 나타내는 정수이고, (d+1)j는 서브캐리어 k에 대응하고,
는 수학적 플로어(floor) 연산자이며,
는 절대값 연산자인, 추정 장치.
제20항에 있어서,

상기 지연 확산 추정기(120)는, 상기 미리 결정된 수(L)의 패킷이 수신된 후, 상기 메트릭(M)을, 각각의 수신된 패킷(n)에 대해 결정된 메트릭(Mn)과 상기 평균 크기 값(CEmean,n)과의 함수로서,

에 따라 계산하도록 구성되어 있는, 추정 장치.
제14항에 있어서,

상기 다중 경로 채널의 지연 확산을 상기 계산된 메트릭(M)의 함수로서

에 따라 계산하기 위해, 상기 지연 확산 추정기(120)에 의해 추가로 사용되는 지연 확산 값 및 메트릭 값으로 이루어지는 룩업 테이블을 결정하고 저장하도록 추가로 구성되어 있으며,

(RMSa,RMSb)는 룩업 테이블에서 미리 결정된 지연 확산 값이고 (Ma,Mb)는 상기 룩업 테이블에서 미리 결정된 메트릭 값이며,

상기 미리 결정된 지연 확산 값 및 상기 미리 결정된 메트릭 값은 적어도 상기 계산된 메트릭(M)에 기초하여 선택되는, 추정 장치.
제22항에 있어서,

상기 선택된 지연 확산 값(RMSa,RMSb) 및 상기 선택된 메트릭 값(Ma,Mb)은 상기 신호 대 노이즈 비(SNRave)에 기초하여 추가로 선택되는, 추정 장치.
제14항에 있어서,

상기 지연 확산 추정기(120)는, 상기 다중 경로 채널의 지연 확산 또는 RMS 지연 확산을,

에 의해 주어진 다항 보간 함수를 사용하여 추정하도록 구성되어 있고,

여기서 M은 상기 계산된 메트릭이고, c_i는 적어도 상기 미리 결정된 메트릭 값 및 미리 결정된 지연 확산 값에 기초하여 결정되는 미리 결정된 다항 계수이고 (R)은 상기 보간 함수 RMS(M)의 범위인, 추정 장치.
제24항에 있어서,

상기 지연 확산 또는 상기 RMS 지연 확산은, 상기 평균 신호 대 노이즈 비(SNRave)에 추가로 의존하는, 추정 장치.
제14항 내지 제25항 중 어느 한 항에 따른 장치(100)를 포함하는 통신 OFDM 시스템에 있어서,

복수 입력 복수 출력(MIMO) 안테나 시스템 및/또는 단일 입력 단일 출력(SISO) 안테나 시스템을 포함하는 통신 OFDM 시스템.
제26항에 있어서,

WiFi 시스템 및/또는 WiMAX 시스템인 통신 OFDM 시스템.