KR101943983B1 - 차량 간 통신에서 채널 추정을 위한 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량 간 통신에서 채널 추정 방법에 관한 것으로서, 파일럿 심볼에서 QS(Quadratic Smoothing) 기법으로 초기 채널 추정을 수행하고, 데이터 심볼에서 평활화(Smoothing) 및 간섭 제거 기법으로 채널을 추정한다.
본 발명은 종래의 채널 추정 방법에 비하여, QS 기법 적용에 따라 주파수 선택적 페이딩 영향을 낮추고, Smoothing 기법을 적용하여 데이터 결정 오류를 줄이며, Sliding Averaging 기법을 통해 인접 부반송파의 간섭을 제거하여 보다 신뢰성 있는 채널 추정을 수행할 수 있다.

Description

차량 간 통신에서 채널 추정을 위한 방법 및 이를 위한 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR ESTIMATING CHANNEL IN V2V COMMUNICATION}

본 발명은 차량 간 통신에서 채널 추정 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 파일럿 심볼에서 QS(Quadratic Smoothing) 기법으로 초기 채널 추정을 수행하고, 데이터 심볼에서 평활화(Smoothing) 및 간섭 제거 기법으로 채널을 추정하는 차량 간 통신에서 채널 추정을 위한 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시 예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

지금까지의 통신 기술은 사람과 사람 사이의 의사소통이나 정보 전달을 목적으로 활용되었지만, 최근에는 사람과 사물, 사물과 사물 간의 통신으로 영역이 확대되고 있다. 사람 간의 통신이 아닌 사람 대 사물, 사물 대 사물 간의 통신은 다양한 응용 사례 및 시나리오로 제시되고 있으며, 그 중 일부는 사업화 및 표준화로 추진되어 현실화 단계에 있다.

한편, 차량 및 도로 첨단화 서비스는 향후 ITS(Intelligent Transport System) 관련 기술 및 서비스로 구축 및 상용화될 것으로 예상되는데, 보다 발전된 ITS 기술을 제공하기 위해서는 사물 인터넷과 모바일 인터넷이 어우러지는 V2V(Vehicle to Vehicle), V2P(Vehicle to Pedestrian), V2I(Vehicle to Infrastructure)와 같은 V2X(Vehicle to Everything)를 형성하려는 움직임이 빠르게 이루어지고 있다.

이 중에서, V2V의 경우 송수신단이 서로 움직이게 되며, 이동 산란체와 고정 산란체로 인해 짧은 상관 시간을 갖게 되고, 다중 경로의 최대 지연 확산이 큰 값을 가지며 좁은 상관 대역폭을 가지기 때문에 정확한 채널 추정이 어렵다는 문제가 있다.

최근 3GPP에서는 LTE 사이드링크 시스템에서 차량 통신에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만, 차량의 속도는 매우 빠르기 때문에 무선 채널이 시간에 따라 빠르게 변화하여 정확한 채널 추정이 어렵다는 문제가 있다.

따라서, LTE 기반 사이드링크 시스템에서 매우 빠르게 변화되는 채널을 정확하고 효율적으로 추정할 수 있는 기법의 개발이 필요하다.

한국등록특허 제10-1143242호 2012년 04월 27일 등록(명칭: 무선 통신을 위한 채널 추정)

본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 특히 LTE 기반 사이드링크 시스템에서, 파일럿 심볼에서는 QS 기법을 이용하여 초기 채널 추정을 수행하고, 데이터 심볼에서는 초기 채널 추정 값 또는 이전의 데이터 심볼에 대한 채널 추정 값을 기반으로 Smoothing 방식의 채널 추정 및 Sliding averaging 기법을 이용한 인접 부반송파에 대한 간섭 제거를 통해 전체 채널 주파수 응답을 획득할 때까지 수신한 신호에 대한 데이터 심볼에 대하여 반복적으로 채널 업데이트를 수행하여 채널을 추정하는 차량 간 통신에서 채널 추정을 위한 방법 및 이를 위한 장치를 제공하는데 목적이 있다.

특히, 본 발명은 종래의 채널 추정 방법에 비하여, QS 기법 적용에 따라 주파수 선택적 페이딩 영향을 낮추고, Smoothing 기법을 적용하여 데이터 결정 오류를 줄이며, Sliding Averaging 기법을 통해 인접 부반송파의 간섭을 제거하여 보다 신뢰성 있게 채널을 추정할 수 있는 차량 간 통신에서 채널 추정을 위한 방법 및 이를 위한 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

그러나, 본 발명의 목적은 상기의 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 채널 추정 방법은 수신기가 송신기로부터 파일럿 심볼 및 데이터 심볼을 포함하는 신호를 수신하는 단계; 상기 파일럿 심볼을 이용하여 QS(Quadratic Smoothing) 기법으로 초기 채널 추정하는 채널 초기화 단계; 및 상기 데이터 심볼을 이용하여 Smoothing(평활화) 기법 및 Sliding averaging 기법에 따라 채널 추정하는 채널 업데이트 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 데이터 심볼을 이용한 채널 업데이트 단계는, 초기 채널 추정된 값 또는 이전 데이터 심볼에 대한 채널 추정된 값을 기반으로 데이터 심볼을 ZF(Zero Forcing) 등화하여 등화된 심볼을 획득하는 단계; 및 상기 등화된 심볼을 디매핑하여 디매핑된 심볼을 획득하는 단계를 포함하고, 상기 디매핑된 심볼을 이용하여 채널을 추정할 수 있다.

또한, 상기 데이터 심볼을 이용한 채널 업데이트 단계는, 상기 디매핑된 심볼을 기반으로 Smoothing 기법에 따라 시간 영역의 채널을 추정하고, 상기 추정된 시간 영역의 채널을 기반으로 주파수 영역의 채널을 추정하는 단계; 및 상기 추정된 주파수 영역의 채널에 대하여 Sliding averaging 기법에 따라 인접 부반송파에 대한 간섭을 제거하여 채널을 추정하는 단계를 포함할 수 있다.

아울러, 상기 데이터 심볼을 이용한 채널 업데이트 단계 이후에, 전체 채널 주파수 응답을 획득하였는지를 판단하는 단계를 더 포함하고, 판단 결과 전체 채널 주파수 응답을 획득하지 못한 경우, 상기 데이터 심볼을 이용한 채널 업데이트 단계를 재 수행할 수 있다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 채널 추정기는 송신기로부터 파일럿 심볼 및 데이터 심볼을 포함하는 신호가 수신되면, 상기 파일럿 심볼을 이용하여 QS 기법으로 초기 채널 추정하는 채널 초기화부; 및 상기 데이터 심볼을 이용하여 Smoothing 기법 및 Sliding averaging 기법에 따라 채널을 추정하는 채널 업데이트부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 채널 업데이트부는, 파일럿 심볼을 이용한 초기 채널 추정된 값 또는 이전 데이터 심볼에 대한 채널 추정된 값을 기반으로 데이터 심볼을 ZF 등화하여 등화된 심볼을 획득하고, 상기 등화된 심볼을 디매핑하는 등화부; 상기 디매핑된 심볼을 기반으로 Smoothing 기법에 따라 시간 영역의 채널을 추정하고, 상기 추정된 시간 영역의 채널을 기반으로 주파수 영역의 채널을 추정하는 평활화 수행부; 및 상기 추정된 주파수 영역의 채널에 대하여 Sliding averaging 기법에 따라 인접 부반송파에 대한 간섭을 제거하여 채널을 추정하는 간섭 제거부를 포함할 수 있다.

아울러, 상기 채널 업데이트부는 전체 채널 주파수 응답을 획득하였는지를 판단하여, 판단 결과, 전체 주파수 응답을 획득하지 못한 경우, 상기 데이터 심볼을 이용한 채널 추정을 재 수행할 수 있다.

추가로 본 발명은 상술한 바와 같은 채널 추정 방법을 실행하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 제공할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 채널 추정 방법을 5G, B5G 및 차량 통신 시스템에 적용한다면, 기존의 이동통신 시스템 또는 차량 통신 시스템에서 사용된 채널 추정 기법과 비교하여 더 높은 성능 이득을 가져올 수 있다.

이는 사용자들의 QoS(Quality of Service)의 향상을 보여주는 SNR(Signal to Noise Ratio) 성능 향상을 통하여 최종적으로 NMSE(Normalized Mean Square Error) 및 BER(Bit Error Rate)의 성능 향상을 가져올 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 채널 추정 방법을 5G, B5G 및 차량 통신 시스템에 적용한다면 차량 간 통신 환경 하에서 정확한 채널 추정을 통해 신뢰성 있는 데이터 검출이 가능하며, 차량 통신에서 안전성 효과를 얻을 수 있다.

아울러, 상술한 효과 이외의 다양한 효과들이 후술될 본 발명의 실시 예에 따른 상세한 설명에서 직접 또는 암시적으로 개시될 수 있다.

도 1은 기존의 채널 추정 기법인 DDCE의 흐름을 도시한 블록도이다.
도 2는 기존의 채널 추정 기법인 STA의 흐름을 도시한 블록도이다.
도 3은 기존의 채널 추정 기법인 Smoothing의 흐름을 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 채널 추정기를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 채널 추정 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 채널 추정 방법의 흐름을 도시한 블록도이다.
도 7은 단위 원 상의 인접 부반송파 간 간섭을 예시한 도면이다.
도 8은 도심지에서의 NMSE를 나타낸 도면이다.
도 9는 도심지에서의 BER을 나타낸 도면이다.
도 10은 고속도로에서의 NMSE를 나타낸 도면이다.
도 11은 고속도로에서의 BER을 나타낸 도면이다.

본 발명의 과제 해결 수단의 특징 및 이점을 보다 명확히 하기 위하여, 첨부된 도면에 도시된 본 발명의 특정 실시 예를 참조하여 본 발명을 더 상세하게 설명한다.

다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위한 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하기 위해 사용하는 것으로, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 뿐, 상기 구성요소들을 한정하기 위해 사용되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.

더하여, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급할 경우, 이는 논리적 또는 물리적으로 연결되거나, 접속될 수 있음을 의미한다. 다시 말해, 구성요소가 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속되어 있을 수 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있으며, 간접적으로 연결되거나 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

또한, 본 명세서에서 기술되는 "포함 한다" 또는 "가지다"등의 용어는 명세서상에서 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 명세서에 기재된 "부", "기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

또한, "일(a 또는 an)", "하나(one)", "그(the)" 및 유사어는 본 발명을 기술하는 문맥에 있어서(특히, 이하의 청구항의 문맥에서) 본 명세서에 달리 지시되거나 문맥에 의해 분명하게 반박되지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.

아울러, 본 발명의 범위 내의 실시예들은 컴퓨터 실행가능 명령어 또는 컴퓨터 판독가능 매체에 저장된 데이터 구조를 가지거나 전달하는 컴퓨터 판독가능 매체를 포함한다. 이러한 컴퓨터 판독가능 매체는, 범용 또는 특수 목적의 컴퓨터 시스템에 의해 액세스 가능한 임의의 이용 가능한 매체일 수 있다. 예로서, 이러한 컴퓨터 판독가능 매체는 RAM, ROM, EPROM, CD-ROM 또는 기타 광 디스크 저장장치, 자기 디스크 저장장치 또는 기타 자기 저장장치, 또는 컴퓨터 실행가능 명령어, 컴퓨터 판독가능 명령어 또는 데이터 구조의 형태로 된 소정의 프로그램 코드 수단을 저장하거나 전달하는 데에 이용될 수 있고, 범용 또는 특수 목적 컴퓨터 시스템에 의해 액세스 될 수 있는 임의의 기타 매체와 같은 물리적 저장 매체를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.

이제, 본 발명의 실시 예에 따른 차량 간 통신에서 채널 추정을 위한 방법 및 이를 위한 장치에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 차량 간 통신에서의 채널 추정 방법은 LTE 사이드링크 시스템 모델을 기반에 두고 설명하도록 한다.

LTE 사이드링크 시스템은 PSSCH(Physical Sidelink Shared Channel)를 기반으로 하며, 사이드링크는 ProSe(Proximity Services) 통신을 위해 사용된다. 사이드링크는 LTE 상향링크를 기반으로 설계하며, 신호 생성 과정은 다음과 같다.

송신단의 physical channel에서 전송되는 각각의 코드 워드는 채널 코딩을 통과한 후, 비트 단위로 scrambling되며, scrambled bits를 modulation하여 complexed-valued 심볼을 생성한다. 이후 modulation 된 심볼에 transform precoding을 수행하고, 각 레이어의 심볼을 precoding한다. 각 안테나 포트의 리소스 요소에 매핑한 후 SC-FDMA(Single Carrier-Frequency Division Multiple Access)의 높은 PAPR(Peak to Average Power Ratio)을 줄이기 위해 DFT-Spreading 방식을 사용하는 SC-FDMA를 기반으로 한다.

수신단의 SC-FDMA 복조 후 수신된 데이터는 채널에 의해 크기와 위상이 왜곡되어 있으므로 참조 신호를 사용하여 채널 추정 후 등화기를 거쳐 채널 보상이 이루어진다.

사이드링크 시스템에서 수신된 신호는 다음의 수학식 1과 같다.

여기서, Z _i,j 는 수신된 파일럿 심볼, S _i,j 는 송신된 파일럿 심볼, H _i,j 는 채널 계수, 그리고 N _i,j 는 가우시안 잡음을 의미한다. i와 j는 각각 OFDM 심볼과 부반송파 인덱스를 나타낸다.

이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 채널 추정 방법에 대해 설명하기에 앞서, 도 1 내지 도 3을 참조하여 기존의 채널 추정 방법에 대해 설명하도록 한다.

기존의 채널 추정 방법에는 DDCE(Decision Directed Channel Estimation), STA(Spectral Temporal Averaging), Smoothing 기법 등이 있다.

먼저, 도 1의 DDCE는 데이터 신호를 파일럿 심볼처럼 사용해서 채널을 추정하는 기법으로, 시간적으로 천천히 변화하는 채널에서 주로 사용하는 채널 추정 방법이다.

이러한 DDCE는 초기 채널 추정(S 10), 등화(S 11 ~ S 12) 및 LS(Least Square) 채널 추정(S 13) 단계로 이뤄질 수 있는데, 수신한 파일럿 심볼을 이용하여 LS로 초기 채널 추정하고, 초기 LS 추정한 채널을 이용하여 수신한 첫번째 데이터 심볼을 등화한다.

S 10 단계에서 LS로부터 얻어진 초기 추정 채널을

이라 할 때,

은 다음의 수학식 2와 같다.

여기서, Z _i,j 는 수신된 파일럿 심볼, S _i,j 는 송신한 파일럿 심볼이다.

이렇게 파일럿 심볼을 이용하여 초기 채널 추정 후에 첫번째 데이터 심볼을 등화하고 등화한 심볼을 디매핑하며, 디매핑한 심볼을 이용해서 LS 채널 추정으로 다음 채널을 추정한다.

등화(S 11), 디매핑(S 12), 다음 채널 추정(S 13)은 전체 채널 추정 값을 획득할 때까지 반복되며(Feedback loop), 첫번째 데이터 심볼 등화 단계에서는 파일럿 심볼을 이용한 초기 채널 추정 값

을 이용하며, 이후의 두번째 데이터 심볼을 이용한 채널 추정부터는 바로 이전의 채널 추정값

을 이용하게 된다.

데이터 심볼의 등화(S 11)는 수학식 3을 따르며, 디매핑 심볼을 구하는 과정(S 12)은 수학식 4에 의한다.

는 등화한 심볼이고,

는 이전 심볼에서 추정한 채널이다. 초기 채널 추정 단계를 제외하고, Z _i,j 는 데이터 심볼을 의미한다. 전술한 바와 같이 첫번째 데이터 심볼의 경우에는 이전 심볼에서 추정한 채널값이 없으므로 파일럿 심볼을 이용한 초기 채널 추정값

을 이용하여 등화한다.

채널을 추정하기 위해 등화한 심볼

을 디매핑하여

를 구한다. 여기서 기호 Q 는 디매핑을 의미한다.

수학식 5에 따라

를 이용해서 LS 채널 추정으로 다음 채널을 추정한다(S 13).

DDCE 기법은 낮은 SNR(Signal to Noise Ratio)의 경우, 잘못된 결정으로 인한 오류 전파의 단점이 있다.

다음으로, 도 2의 STA는 데이터 심볼로 추정한 채널 값을 이용해 주파수 영역과 시간 영역에서 평균을 취하는 기법이다.

우선 초기 LS로 추정(S 20)한 채널을 이용해서 수신한 첫번째 데이터 심볼을 등화하여

를 얻으며(S 21), 이에 대한 과정은 DDCE 기법의 수학식 2, 3과 같다.

채널을 추정하기 위해 등화한 심볼

을 디매핑하여

를 구하고(S 22), 이를 이용해서 LS 채널 추정으로 다음 채널을 추정한다(S 23). 이에 대한 과정은 DDCE 기법의 수학식 4, 5와 같다.

이후 추정된 채널의 주파수 영역에서 평균을 취하며(S 24) 이는 다음의 수학식 6과 같다.

여기서 s 는 주파수 영역에서 평균을 취할 부반송파 영역을 나타내는 값이며, m _r 은 가중치 계수로 m _r =

이다.

주파수 영역에서 평균을 취한 후, 시간 영역에서 평균을 취하며(S 25), 이는 다음의 수학식 7과 같다.

여기서 f 는 f≥ 1 의 값을 가진다. f 값이 크면 시불변 채널에 적합하고, 작으면 시변 채널에 적합하다. 또한 s 값이 크면 평탄 페이딩 채널에 적합하고, 작으면 주파수 선택적 페이딩 채널에 적합하다.

DDCE 기법과 마찬가지로, 파일럿 심볼을 이용한 초기 채널 추정 이후에 데이터 심볼을 이용하여 전체 채널 추정값 획득할 때까지 S 21 내지 S 25 단계는 반복적으로 수행된다(Feedback loop).

다음으로, 도 3의 Smoothing 기법은 데이터 결정 오류의 최대치를 줄여 줌으로써 DDCE 기법과 결합 시 낮은 SNR에서도 좋은 성능을 보인다.

수신된 파일럿 심볼은 수학식 8과 같이 표현될 수 있다.

여기서, D _i,j 는 파일럿 심볼을 입력으로 받는 대각 행렬이며, F 는 FFT(Fast Fourier Transform) 행렬이다. 그리고, h _i,j 는 시간 영역 채널이며, n _i,j 는 잡음이다. F _K 는 K 의 길이에 맞게 축소된 FFT 행렬이며, F 행렬로부터 K 의 열을 선택한 것이다. 또한

도 K 의 길이에 맞기 축소된 시간 영역 채널이며, h _i,j 로부터 K 의 열을 선택한 것이다.

우선 초기 LS로 추정한 채널(S 30)을 이용해서 수신한 첫번째 데이터 심볼을 등화하여

를 얻으며(S 31), 이에 대한 과정은 DDCE 기법의 수학식 2, 3과 같다.

채널을 추정하기 위해 등화한 심볼

를 디매핑하여

를 구하고(S 32), 이를 이용해서 LS 채널 추정으로 다음 채널을 추정한다(S 33). 이에 대한 과정은 DDCE 기법의 수학식 4, 5와 같다.

이 때, 시간 영역에서 추정된(S 34) 채널

는 수학식 9와 같다.

기호 +와 ·은 각각 의사역행렬과 곱을 의미한다.

주파수 영역에서 추정된(S 35) 채널

는 시간 영역의 채널

로부터 다음의 수학식 10과 같이 얻어질 수 있다.

이상으로 기존의 채널 추정 방법 3가지에 대해 설명하였으며, 이하에서는 도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명에서 제안하는 채널 추정 방법에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.

본 발명은 3GPP 표준화를 기반으로 하여 LTE 사이드링크 시스템을 대상으로 동작을 수행할 수 있다. 따라서 사이드링크 시스템의 송수신단 구조는 3GPP LTE를 기반으로 동작할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에서 제안하는 채널 추정 방법을 NICCE(Novel Interference Cancellation of Channel Estimation) 기법으로 지칭하도록 한다. 본 발명에서 제안하는 NICCE 기법은 기존의 채널 추정 방법들과는 달리, 파일럿 심볼에서 QS(Quadratic Smoothing) 채널 추정을 하고, 데이터의 각 심볼에서 Smoothing과 Sliding Averaging을 취하여 채널을 업데이트하며, 전체 채널 주파수 응답을 획득할 때까지 데이터 심볼에서의 채널 추정 과정을 반복한다.

NICCE 기법에 따르면, QS로 채널 추정을 하여 주파수 선택적 페이딩의 영향을 감소시켜 초기 채널 추정에 대한 오류를 줄일 수 있고, Smoothing을 통해 데이터 결정 오류를 줄이며, Sliding Averaging을 통해 인접 부반송파 간의 간섭을 제거하여 더욱 정확히 채널을 추정할 수 있다.

도 4는 수신기에서 채널 추정을 위한 장치인 채널 추정기에 대해 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 NICCE 기법의 개략적인 순서도를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 채널 추정기(100)는 채널 초기화부(110)와 채널 업데이트부(120)를 포함하여 구성될 수 있고, 채널 업데이트부(120)는 등화부(122), 평활화 수행부(124), 간섭 제거부(126)을 포함할 수 있다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 수신기가 송신기로부터 파일럿 심볼 및 데이터 심볼을 포함하는 신호를 서브프레임 단위로 수신하면(S 50), 채널 초기화부(110)는 파일럿 심볼을 이용하여 초기 채널 추정을 수행한다(S 51). 파일럿 심볼은 송, 수신단 모두 알고 있는 기준이 되는 심볼로, 첫번째 데이터 심볼을 이용하여 채널 추정을 하기 위해서 기준이 되는 초기 채널 추정 값이 없으므로, 이를 산출하기 위하여 파일럿 심볼을 이용한 초기 채널 추정값을 산출한다.

이후에, 채널 업데이트(120)는 등화부(122)에서 데이터 심볼 등화 및 디매핑, 평활화 수행부(124)에서 Smoothing(평활화) 기법에 따라 시간 영역의 채널을 추정하고, 상기 추정된 시간 영역의 채널을 기반으로 주파수 영역의 채널을 추정하며, 간섭 제거부(126)에서 상기 추정된 주파수 영역의 채널에 대하여 Sliding averaging 기법에 따라 인접 부반송파에 대한 간섭을 제거하여 채널을 추정하는 채널 업데이트를 수행한다(S 52).

채널 업데이트부(120)는 전체 채널 주파수 응답을 획득하였는지를 판단하여(S 53), 판단 결과 전체 채널 주파수 응답을 획득하지 못한 경우에는, 데이터 심볼을 이용한 채널 업데이트 단계를 재 수행한다(S 52).

한편, 데이터 심볼을 이용한 채널 업데이트 관련하여, 첫번째 데이터 심볼의 경우에는 파일럿 심볼을 이용한 초기 채널 추정값

을 이용하며, 두번째 데이터 심볼부터는 이전 데이터 심볼에 대한 채널 추정값

을 이용하고, 전체 채널 주파수 응답을 획득할 때까지, 서브프레임 신호에 포함된 각 데이터 심볼에 대하여 채널 업데이트 과정을 반복하여 채널 추정을 수행한다.

도 6은 NICCE의 전반적인 흐름을 나타낸 것이며, 수학식과 함께 NICCE 기법에 대해 더 구체적으로 설명하도록 한다.

먼저 S 60에서는 송, 수신단에서 모두 알고 있는 파일럿 심볼을 이용하여 QS 채널 추정을 한다. QS 기법은 convex minimization을 토대로 수식적으로 표현할 수 있으며, 주파수 선택적 페이딩의 영향을 감소시켜 채널 추정의 오류를 줄일 수 있다. convex minimization을 수식화 하면 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.

이 때, d 는 주파수 선택적 특성을 반영하는 인자이며, Q 행렬은 수학식 12와 같이 나타낼 수 있다.

결과적으로 QS 기법을 통한 채널 추정은 다음의 수학식 13과 같이 나타낼 수 있다.

이때 I 는 단위행렬을 나타낸다.

다음으로, 파일럿 심볼을 통해 추정한 채널

를 이용하여 데이터 심볼을 ZF(Zero Forcing) 등화한다(S 61). 등화를 통해 얻은 심볼

는 수학식 14와 같이 나타내고,

심볼을 수학식 15와 같이 디매핑(S 62)하여

심볼을 얻는다.

여기서 기호 Q 는 디매핑을 의미한다.

디매핑된 데이터 심볼을 이용해 Smoothing 채널 추정을 한다(S 63). 이에 대한 과정은 기존의 채널 추정 방법인 Smoothing 기법의 수학식 9, 10과 같다.

이후, averaging window의 크기

만큼 이동시키며, 수신한 서브프레임 신호에 대한 모든 인접 부반송파에 대하여 Sliding averaging을 취한다(S 64). 인접 부반송파 간 간섭은 도 7과 같이 복소평면 위 단위 원에 표현할 수 있다.

인접한 두 점 사이의 위상 이동은

로 표현할 수 있으며, 단위 원 상의 모든 점의 개수는

로 주어진다. 단위 원 상의 연속적인

개의 점을 모두 더하여 인접 부반송파 간 모든 간섭을 제거할 수 있다.

Sliding averaging을 통해 얻은 채널

를 다음의 수학식 16과 같이 나타낼 수 있다.

이 때,

는 averaging window 크기이며,

의 조건을 갖는다. N _sc 는 부반송파의 개수를 의미한다.

전체 채널 주파수 응답을 구할 때까지, 데이터 심볼에서의 채널 업데이트 과정을 반복한다(S 65 ~ S 68)(Feedback loop).

이러한 본 발명의 실시 예에 따른 NICCE 기법을 적용한 결과에 대해 설명하도록 한다.

도 8 내지 도 11은 NICCE 기법에 따른 채널 추정 결과에 따른 성능을 설명하기 위한 도면이다.

설명에 앞서, 본 발명은 LTE 사이드링크 시스템을 기반으로 동작할 수 있으며, 속도와 도플러 주파수의 관계는 하기의 표 1과 같다.

	Urban	Freeway
Vehicle velocity	15 km/h	140 km/h
Vehicle relative velocity	30 km/h	280 km/h
Doppler frequency	166 Hz	1555 Hz

시스템 파라미터는 하기의 표 2와 같다.

Parameter	Value
Carrier frequency	6 GHz
Bandwidth	10 MHz
Sample frequency	15.36 MHz
Subframe duration	1 ms
Subcarrier spacing	15 kHz
FFT size	1024
Occupied subcarriers	600
No. of subcarriers/PRB	12
Cyclic Prefix (CP)	Normal CP
No. of OFDM symbols/subframe	14 (Normal CP)
Modulation scheme	QPSK
Noise	AWGN
f, s	2, 2
K	150
d	8
	2
Velocity	Urban: 15 km/h f_D = 166 Hz	Freeway: 140 km/h f_D = 1555 Hz
Channel Model	Urban: UMi LoS	Freeway: Uma NLos
MIMO Configuration	1 x 1
Channel Estimation	DDCE, STA, Smoothing, NICCE
Advanced Receiver	ZF

도 8과 도 9는 도심지에서의 NMSE와 BER을 나타낸다. 성능은 DDCE, STA, Smoothing 및 본 발명의 제안 기법인 NICCE 순으로 좋아진다. DDCE는 낮은 SNR일 경우 잘못된 결정으로 인한 오류 전파가 발생하며, 높은 SNR에서는 좋은 성능을 보인다. STA는 DDCE를 기반으로 하며 주파수 영역과 시간 영역에서 평균을 취하기 때문에 DDCE보다 더 나은 성능을 보인다. Smoothing의 경우 데이터 결정 오류의 최대치를 줄여 좋은 성능을 갖는다. 하지만 기존 채널 추정 기법들보다도 NICCE가 낮은 SNR과 높은 SNR에서 모두 좋은 성능을 보이는 것을 확인할 수 있다. BER의 경우 10^-1 값 기준 SNR 측면에서 Ideal 채널과 약 1 dB 차이로 NICCE가 가장 성능이 좋은 것을 볼 수 있다.

도 10, 11은 고속도로에서의 NMSE와 BER을 나타낸다. 도심지에서와 같이 DDCE, STA, Smoothing 그리고 제안 기법인 NICCE 순으로 성능이 우수한 것을 확인할 수 있다. BER의 경우 10^-1 값 기준 SNR 측면에서 Ideal 채널과 약 9dB 차이로 NICCE가 가장 성능이 좋은 것을 확인할 수 있다.

이상으로 본 발명의 실시 예에 따른 차량 간 통신에서 채널 추정 방법에 대해 설명하였다.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 채널 추정 방법은 컴퓨터 프로그램 명령어와 데이터를 저장하기에 적합한 컴퓨터로 판독 가능한 매체의 형태로 제공될 수 있다.

이 때, 기록매체에 기록된 프로그램은 컴퓨터에서 읽혀 설치되고 실행됨으로써 전술한 기능들을 실행할 수 있다.

여기서, 컴퓨터가 기록매체에 기록된 프로그램을 읽어 들여 프로그램으로 구현된 기능들을 실행시키기 위하여, 전술한 프로그램은 컴퓨터의 프로세서(CPU)가 컴퓨터의 장치 인터페이스(Interface)를 통해 읽힐 수 있는 C, C++, JAVA, 기계어 등의 컴퓨터 언어로 코드화된 코드(Code)를 포함할 수 있다.

이러한 코드는 전술한 기능들을 정의한 함수 등과 관련된 기능적인 코드(Function Code)를 포함할 수 있고, 전술한 기능들을 컴퓨터의 프로세서가 소정의 절차대로 실행시키는데 필요한 실행 절차 관련 제어 코드를 포함할 수도 있다. 또한, 이러한 코드는 전술한 기능들을 컴퓨터의 프로세서가 실행시키는데 필요한 추가 정보나 미디어가 컴퓨터의 내부 또는 외부 메모리의 어느 위치(주소 번지)에서 참조 되어야 하는지에 대한 메모리 참조 관련 코드를 더 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨터의 프로세서가 전술한 기능들을 실행시키기 위하여 원격(Remote)에 있는 어떠한 다른 컴퓨터나 서버 등과 통신이 필요한 경우, 코드는 컴퓨터의 프로세서가 컴퓨터의 통신 모듈을 이용하여 원격(Remote)에 있는 어떠한 다른 컴퓨터나 서버 등과 어떻게 통신해야만 하는지, 통신 시 어떠한 정보나 미디어를 송수신해야 하는지 등에 대한 통신 관련 코드를 더 포함할 수도 있다.

이러한, 컴퓨터 프로그램 명령어와 데이터를 저장하기에 적합한 컴퓨터로 판독 가능한 매체는, 예컨대 기록매체는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(Magnetic Media), CD-ROM(Compact Disk Read Only Memory), DVD(Digital Video Disk)와 같은 광 기록 매체(Optical Media), 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 같은 자기-광 매체(Magneto-Optical Media), 및 롬(ROM, Read Only Memory), 램(RAM, Random Access Memory), 플래시 메모리, EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM)과 같은 반도체 메모리를 포함한다. 프로세서와 메모리는 특수 목적의 논리 회로에 의해 보충되거나, 그것에 통합될 수 있다.

또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(Functional) 프로그램과 이와 관련된 코드 및 코드 세그먼트 등은, 기록매체를 읽어서 프로그램을 실행시키는 컴퓨터의 시스템 환경 등을 고려하여, 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론되거나 변경될 수도 있다.

이러한 본 발명의 실시예들에 따른 각 단계는, 컴퓨터로 실행 가능한 명령어로 구현되어 컴퓨팅 시스템에 의해 실행될 수 있다. 여기서, "컴퓨팅 시스템"은 전자 데이터 상의 동작의 수행과 함께 동작하는 하나 이상의 소프트웨어 모듈, 하나 이상의 하드웨어 모듈, 또는 그 조합으로서 정의된다. 예를 들면, 컴퓨터 시스템의 정의는 퍼스널 컴퓨터의 오퍼레이팅 시스템과 같은 소프트웨어 모듈 및 퍼스널 컴퓨터의 하드웨어 컴포넌트를 포함한다. 모듈의 물리적인 레이아웃(layout)은 중요하지 않다. 컴퓨터 시스템은 네트워크를 통하여 연결된 하나 이상의 컴퓨터를 포함할 수 있다.

마찬가지로, 컴퓨팅 시스템은 메모리 및 프로세서와 같은 내부 모듈이 전자 데이터 상의 동작의 수행과 함께 동작하는 하나의 물리적 장치로 구현될 수 있다.

본 명세서는 다수의 특정한 구현물의 세부사항들을 포함하지만, 이들은 어떠한 발명이나 청구 가능한 것의 범위에 대해서도 제한적인 것으로서 이해되어서는 안되며, 오히려 특정한 발명의 특정한 실시 형태에 특유할 수 있는 특징들에 대한 설명으로서 이해되어야 한다.

개별적인 실시 형태의 문맥에서 본 명세서에 기술된 특정한 특징들은 단일 실시 형태에서 조합하여 구현될 수도 있다. 반대로, 단일 실시 형태의 문맥에서 기술한 다양한 특징들 역시 개별적으로 혹은 어떠한 적절한 하위 조합으로도 복수의 실시 형태에서 구현 가능하다.

나아가, 특징들이 특정한 조합으로 동작하고 초기에 그와 같이 청구된 바와 같이 묘사될 수 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징들은 일부 경우에 그 조합으로부터 배제될 수 있으며, 그 청구된 조합은 하위 조합이나 하위 조합의 변형물로 변경될 수 있다.

마찬가지로, 특정한 순서로 도면에서 동작들을 묘사하고 있지만, 이는 바람직한 결과를 얻기 위하여 도시된 그 특정한 순서나 순차적인 순서대로 그러한 동작들을 수행하여야 한다거나 모든 도시된 동작들이 수행되어야 하는 것으로 이해되어서는 안 된다.

본 명세서에서 설명한 주제의 특정한 실시 형태를 설명하였다. 기타의 실시 형태들은 이하의 청구항의 범위 내에 속한다.

예컨대, 청구항에서 인용된 동작들은 상이한 순서로 수행되면서도 여전히 바람직한 결과를 성취할 수 있다. 일 예로서, 첨부도면에 도시한 프로세스는 바람직한 결과를 얻기 위하여 반드시 그 특정한 도시된 순서나 순차적인 순서를 요구하지 않는다.

본 기술한 설명은 본 발명의 최상의 모드를 제시하고 있으며, 본 발명을 설명하기 위하여, 그리고 당업자가 본 발명을 제작 및 이용할 수 있도록 하기 위한 예를 제공하고 있다. 이렇게 작성된 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

본 발명은 차량 간 통신에서 채널 추정 방법에 관한 것으로서, 파일럿 심볼에서 QS(Quadratic Smoothing) 기법으로 초기 채널 추정을 수행하고, 데이터 심볼에서 평활화(Smoothing) 및 간섭 제거 기법으로 채널을 추정하는 차량 간 통신에서 채널 추정을 위한 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.

본 발명은 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있다.

100: 채널 추정기
110: 채널 초기화부
120: 채널 업데이트부

Claims (8)

1. 수신기가 송신기로부터 파일럿 심볼 및 데이터 심볼을 포함하는 신호를 수신하는 단계;
   상기 파일럿 심볼을 이용하여 QS(Quadratic Smoothing) 기법으로 초기 채널 추정하는 채널 초기화 단계;
   상기 데이터 심볼을 이용하여 Smoothing(평활화) 기법 및 Sliding averaging 기법에 따라 채널 추정하는 채널 업데이트 단계; 및
   전체 채널 주파수 응답을 획득하였는지 판단하는 단계;를 포함하되,
   상기 판단하는 단계는,
   상기 판단된 결과가 전체 채널 주파수 응답을 획득하지 못하였다고 판단하면 상기 데이터 심볼을 이용한 채널 업데이트 단계를 재수행하는 것을 특징으로 하는 채널 추정 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 데이터 심볼을 이용한 채널 업데이트 단계는,
   초기 채널 추정된 값 또는 이전 데이터 심볼에 대한 채널 추정된 값을 기반으로 데이터 심볼을 ZF(Zero Forcing) 등화하여 등화된 심볼을 획득하는 단계; 및
   상기 등화된 심볼을 디매핑하여 디매핑된 심볼을 획득하는 단계;
   를 포함하고,
   상기 디매핑된 심볼을 이용하여 채널을 추정하는 것을 특징으로 하는 채널 추정 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 데이터 심볼을 이용한 채널 업데이트 단계는,
   상기 디매핑된 심볼을 기반으로 Smoothing 기법에 따라 시간 영역의 채널을 추정하고, 상기 추정된 시간 영역의 채널을 기반으로 주파수 영역의 채널을 추정하는 단계; 및
   상기 추정된 주파수 영역의 채널에 대하여 Sliding averaging 기법에 따라 인접 부반송파에 대한 간섭을 제거하여 채널을 추정하는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 추정 방법.
4. 삭제
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 기재된 채널 추정 방법을 실행하는 컴퓨터 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
6. 송신기로부터 파일럿 심볼 및 데이터 심볼을 포함하는 신호가 수신되면, 상기 파일럿 심볼을 이용하여 QS 기법으로 초기 채널 추정하는 채널 초기화부; 및
   상기 데이터 심볼을 이용하여 Smoothing 기법 및 Sliding averaging 기법에 따라 채널을 추정하는 채널 업데이트부;를 포함하되,
   상기 채널 업데이트부는,
   상기 데이터 심볼을 이용한 채널 업데이트 이후에 전체 채널 주파수 응답을 획득하였는지 판단하고, 상기 판단된 결과가 전체 주파수 응답을 획득하지 못하였다고 판단하면 데이터 심볼을 이용한 채널 추정을 재수행하는 것을 특징으로 하는 채널 추정기.
7. 제6항에 있어서, 상기 채널 업데이트부는,
   파일럿 심볼을 이용한 초기 채널 추정된 값 또는 이전 데이터 심볼에 대한 채널 추정된 값을 기반으로 데이터 심볼을 ZF 등화하여 등화된 심볼을 획득하고, 상기 등화된 심볼을 디매핑하는 등화부;
   상기 디매핑된 심볼을 기반으로 Smoothing 기법에 따라 시간 영역의 채널을 추정하고, 상기 추정된 시간 영역의 채널을 기반으로 주파수 영역의 채널을 추정하는 평활화 수행부; 및
   상기 추정된 주파수 영역의 채널에 대하여 Sliding averaging 기법에 따라 인접 부반송파에 대한 간섭을 제거하여 채널을 추정하는 간섭 제거부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 추정기.
8. 삭제

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