KR102030921B1 - Channel Estimation Method based on Updated-Weight Matrix for OFDM Systems and System using same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 OFDM 시스템에서의 업데이트 가중치 매트릭스 기반의 채널 추정 방법 및 이를 이용하는 시스템에 관한 것으로서, 시간 영역에서 인접한 복수의 데이터 심볼의 상관관계를 이용한 신뢰도 테스트를 이용하여 패킷 내의 i번째(여기서, i는 1 이상의 자연수) OFDM데이터 심볼의 채널 추정값인 제i 채널 추정값 및 업데이트 매트릭스를 산출하는 단계와, 상기 업데이트 매트릭스의 벡터들 중 신뢰도 테스트를 통과한 값의 합이 기준값 미만인 경우, 상기 제i 채널 추정값을 새로운 채널 추정값으로 결정하는 단계와, 상기 업데이트 매트릭스의 벡터들 중 신뢰도 테스트를 통과한 값의 합이 기준값 이상인 경우, 상기 제i 채널 추정값 및 상기 업데이트 매트릭스에 포함된 가중합을 이용하여 가중합된 제i 채널 추정값을 새로운 채널 추정값으로 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 시간 및 주파수 영역의 채널 추정 방법이다.The present invention relates to a method for estimating a channel based on an update weight matrix in an OFDM system and a system using the same, wherein an i th in a packet is determined using a reliability test using correlation of a plurality of adjacent data symbols in a time domain. Calculating an i-th channel estimate and an update matrix, which are channel estimates of the OFDM data symbols, and when the sum of the values passed through the reliability test among the vectors of the update matrix is less than a reference value, the i-th channel estimate is calculated. Determining the new channel estimate value, and adding the weighted sum using the i-th channel estimate value and the weighted sum included in the update matrix when the sum of the values passed the reliability test among the vectors of the update matrix is equal to or greater than a reference value. determining the i-channel estimate as the new channel estimate The channel estimation method of the time and frequency domain characterized in that it comprises a.
Description
본 발명은 직교 주파수 분할 다중화(Othorgonal Frequency Division Multiplexing, 이하 ‘OFDM’이라 함) 시스템에서의 업데이트 가중치 매트릭스 기반의 채널 추정 방법 및 이를 이용하는 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무선 통신 시스템에서 고속 이동 중에 신호를 전송하는 경우 전송 성능을 향상시킬 수 있는 업데이트 매트릭스를 이용한 시간 및 주파수 영역 채널 추정 방법 및 이를 이용하는 추정 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a channel estimation method based on an update weight matrix in an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) system and a system using the same. The present invention relates to a time and frequency domain channel estimation method using an update matrix and an estimation system using the same that can improve transmission performance when transmitting a signal.
IEEE 802.11은 흔히 무선랜, 와이파이(Wi-Fi)라고 부르는 무선 근거리 통신망(Local Area Network)을 위한 컴퓨터 무선 네트워크에 사용되는 기술로, IEEE의 LAN/MAN 표준 위원회 (IEEE 802)의 11번째 워킹 그룹에서 개발된 표준 기술을 의미한다.IEEE 802.11 is a technology used in computer wireless networks for wireless local area networks, commonly referred to as Wi-Fi, and is the 11th working group of the IEEE's LAN / MAN Standards Committee (IEEE 802). Means the standard technology developed by.
802.11과 와이파이라는 용어가 번갈아 사용되기도 하지만 와이파이 얼라이언스는 "와이파이"라는 용어를 다른 집합의 표준으로 정의하고 있다. The terms 802.11 and Wi-Fi are sometimes used interchangeably, but the Wi-Fi Alliance defines the term "Wi-Fi" as another set of standards.
IEEE 802.11p는 차량 이동 환경에서의 무선 액세스(wireless access in vehicular environments, WAVE)를 추가한 IEEE 802.11 표준의 승인된 수정판이다.IEEE 802.11p is an approved revision of the IEEE 802.11 standard that adds wireless access in vehicular environments (WAVE).
최근 차량 및 정보통신의 발전으로 차세대 지능형 교통 시스템에 관한 연구가 활발히 진행되면서 차량 간 네트워크를 구성하여 운전자의 안정성을 향상시킬 수 있는 V2X(Vehicle to Everything)의 중요성이 대두되고 있다.Recently, with the development of vehicles and information communication, research on next-generation intelligent traffic systems is actively conducted, and the importance of V2X (Vehicle to Everything), which can improve driver stability by forming a network between vehicles, is emerging.
V2X는 자동차가 자율주행하기 위해 도로에 있는 다양한 요소와 소통하는 기술을 일컫는다. 전방 교통 상황과 차량 간 접근을 알리는 V2V(vehicle to vehicle) 통신, 신호등과 같은 교통 인프라와 소통하는 V2I(vehicle to infrastructure) 통신, 보행자 정보를 지원하는 V2P(vehicle to pedestrian) 통신 등으로 구성된다.V2X refers to the technology by which cars communicate with various elements on the road for autonomous driving. It is composed of V2V (vehicle to vehicle) communication to inform traffic conditions and vehicle-to-vehicle traffic, vehicle to infrastructure (V2I) communication to traffic infrastructure such as traffic lights, and vehicle to pedestrian (V2P) communication to support pedestrian information.
시속 100Km/h 이상의 고속도로 환경에서 차량 간 전송되는 데이터는 신뢰성이 있어야 하며, 이러한 교통 안전 서비스를 지원하기 위해서, WAVE통신의 물리 계층 및 매체접근제어 계층을 정의한 IEEE 802.11p가 표준화 되었다.In the highway environment of 100Km / h or more, the data transmitted between vehicles must be reliable, and IEEE 802.11p, which defines the physical layer and the media access control layer of WAVE communication, has been standardized to support such traffic safety services.
현재 IEEE 802.11p 표준을 변경하지 않고 시변 채널 변화를 추정하기 위한 채널 추정 기법들이 연구되었으며, 대표적으로 LS(Least Square) 기법, STA(Space-Time Averaging) 기법, CDP(Constructed Data Pilots) 기법, TRFI(Time domain Reliable test Frequency domain Interpolation) 기법들이 학술 논문으로 발표되었다. Currently, channel estimation techniques for estimating time-varying channel changes without changing the IEEE 802.11p standard have been studied. For example, LS (Least Square), Space-Time Averaging (STA), Constructed Data Pilots (CDP), and TRFI (Time domain Reliable test Frequency domain Interpolation) techniques have been published in an academic paper.
도 6 내지 도 16는 종래의 기술의 문제점으로, 채널 환경, 변조 지수, SNR에 따라 각각 다른 성능을 나타내는 문제점이 있다. 예를 들어 STA와 CDP(TRFI)를 비교하면 낮은 SNR에서 STA가 우수하나 높은 SNR에서 CDP(TRFI)가 우수한 성능을 나타낸다.6 to 16 are problems of the related art, and show a different performance according to channel environment, modulation index, and SNR. For example, when STA and CDP (TRFI) are compared, STA is superior in low SNR, but CDP (TRFI) is superior in high SNR.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 적은 복잡도의 증가를 통하여 모든 SNR영역에서 시간 및 주파수 영역의 채널 추정 기법의 우수한 성능을 나타내는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to show the excellent performance of the channel estimation technique in the time and frequency domain in all the SNR region through a small increase in complexity.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 시간 영역에서 인접한 복수의 데이터 심볼의 상관관계를 이용한 신뢰도 테스트를 이용하여 패킷 내의 i번째(여기서, i는 1 이상의 자연수) OFDM 데이터 심볼의 채널 추정값인 제i 채널 추정값 및 업데이트 매트릭스를 산출하는 단계, 상기 업데이트 매트릭스의 벡터들 중 신뢰도 테스트를 통과한 값의 합이 기준값 미만인 경우, 상기 제i 채널 추정값을 새로운 채널 추정값으로 결정하는 단계, 및 상기 업데이트 매트릭스의 벡터들 중 신뢰도 테스트를 통과한 값의 합이 기준값 이상인 경우, 상기 제i 채널 추정값 및 상기 업데이트 매트릭스에 포함된 가중합을 이용하여 가중합된 제i 채널 추정값을 새로운 채널 추정값으로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시간 및 주파수 영역의 채널 추정 방법이다.In order to achieve the above object, the present invention provides a channel estimation value of the i th (where i is a natural number of 1 or more) OFDM data symbols in a packet using a reliability test using correlation of a plurality of adjacent data symbols in the time domain. Calculating an i-th channel estimate and an update matrix; determining the i-th channel estimate as a new channel estimate when the sum of values passed through a reliability test among the vectors of the update matrix is less than a reference value; and Determining the weighted sum of the i-th channel estimate as a new channel estimate using the i-th channel estimate and the weighted sum included in the update matrix, when the sum of the values that pass the reliability test is greater than the reference value. Channel estimation method of the time and frequency domain, characterized in that it comprises The.
제i 채널 추정값 및 업데이트 매트릭스를 산출하는 단계는, 시간과 주파수 영역에서 인접한 복수의 심볼들의 채널이 유사한 특성과 주파수축 상의 파일럿들을 함께 이용하여 채널 추정치를 산출하는 것을 특징으로 한다.The calculating of the i-th channel estimate and the update matrix may include calculating a channel estimate by using a combination of pilots on a frequency axis with similar characteristics of channels of adjacent symbols in a time and frequency domain.
상기 업데이트 매트릭스의 벡터들 중 신뢰도 테스트를 통과한 값의 합이 기준값 이상인지 판단하는 방법은, 하기 수학식을 이용하고,The method of determining whether the sum of the values passed through the reliability test among the vectors of the update matrix is equal to or greater than a reference value is obtained by using the following equation,
여기서, m은 이상 이하에 해당하는 자연수, k는 부반송파의 차수 및 는 업데이트 매트릭스 값을 의미하고, 상기 수학식이 기준값 이상인지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 시간 및 주파수 영역의 채널 추정 방법이다.Where m is More than K is the order of subcarriers and Denotes an update matrix value and determines whether the equation is equal to or greater than a reference value.
상기 가중합은 하기 수학식과 같고,The weighted sum is equal to the following equation,
여기서 는 종래의 CDP 기법에 따른 i번째(여기서, i는 1 이상의 자연수) 채널 추정값, 는 업데이트 매트릭스 값, 및 k는 부반송파의 차수를 의미하며, 상기 업데이트 매트릭스의 벡터들 중 신뢰도 테스트를 통과한 값의 합이 기준값 이상인 경우 (즉, 을 만족할 경우), 상기 산출된 가중치 합으로 새로운 채널 추정값으로 결정하는 것을 특징으로 한다.here Is the i-th channel where i is a natural number of 1 or more according to the conventional CDP technique, Is an update matrix value, and k is an order of subcarriers, and when the sum of the values that pass the reliability test among the vectors of the update matrix is greater than or equal to the reference value (that is, If satisfactory), the new channel estimate is determined based on the calculated weighted sum.
본 발명에 따르면, 시간 영역에서 인접한 복수의 데이터 심볼의 상관관계를 이용한 신뢰도 테스트를 이용하여 패킷 내의 i번째(여기서, i는 1 이상의 자연수) OFDM 데이터 심볼의 채널 추정값인 제i 채널 추정값 및 업데이트 매트릭스를 결정하는 산출부, 상기 업데이트 매트릭스의 벡터들 중 신뢰도 테스트를 통과한 값의 합이 기준값 이상인지 여부를 판단하는 판단부 및 상기 판단부의 판단 결과에 따라, 새로운 채널 추정값으로 결정하는 결정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시간 및 주파수 영역의 채널 추정 시스템이다.According to the present invention, an i-th channel estimate and an update matrix, which are channel estimates of the i th (where i is a natural number of 1 or more) OFDM data symbols in a packet, using a reliability test using correlation of a plurality of adjacent data symbols in the time domain. A calculating unit for determining a value, a determining unit for determining whether a sum of values passed through a reliability test among the vectors of the update matrix is equal to or greater than a reference value, and a determining unit for determining a new channel estimate value according to a determination result of the determining unit. It is characterized in that the channel estimation system in the time and frequency domain.
산출부는, 시간과 주파수 영역에서 인접한 복수의 심볼들의 채널이 유사한 특성과, 주파수 상의 파일럿들을 이용하여 채널 추정치를 산출하는 것을 특징으로 한다.The calculator may be configured to calculate a channel estimate using similar characteristics of channels of a plurality of adjacent symbols in a time and frequency domain, and pilots on a frequency.
판단부는, 하기 수학식을 이용하고,The determination unit uses the following equation,
여기서, m은 이상 이하에 해당하는 자연수, k는 부반송파의 차수 및 는 업데이트 매트릭스 값을 의미하고, 상기 수학식이 기준값 이상인지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 시간 및 주파수 영역의 채널 추정 시스템이다.Where m is More than K is the order of subcarriers and Denotes an update matrix value and determines whether the equation is equal to or larger than a reference value.
또한 결정부에서 가중합은 하기 수학식과 같고,In addition, the weighted sum in the decision unit is equal to the following equation,
여기서 는 종래의 CDP 기법에 따른 i번째(여기서, i는 1 이상의 자연수) 채널 추정값, 는 업데이트 매트릭스 값 및 k는 부반송파의 차수를 의미하며, 상기 업데이트 매트릭스의 벡터들 중 신뢰도 테스트를 통과한 값의 합이 기준값 이상인 경우 (즉, 을 만족할 경우), 상기 산출된 가중치 합으로 새로운 채널 추정 값으로 결정하는 시스템이다. here Is the i-th channel where i is a natural number of 1 or more according to the conventional CDP technique, Is the update matrix value and k is the order of the subcarriers, and if the sum of the values that passed the reliability test among the vectors of the update matrix is greater than or equal to the reference value (that is, Is satisfied), a new channel estimate value is determined based on the calculated weight sum.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 시간과 주파수 영역 채널 추정 방법을 제안함으로써 IEEE 802.11p 표준의 경우 프레임 구조를 변화시키지 않으면서, WAVE 장치의 성능을 개선시킬 수 있는 채널 추정 성능을 향상시킬 수 있다. According to the present invention as described above, it is possible to improve the channel estimation performance that can improve the performance of the WAVE device without changing the frame structure in the IEEE 802.11p standard by proposing a time and frequency domain channel estimation method.
OFDM기반의 시스템에 적용 가능한 채널 추정 기법으로 IEEE 802.11p와 같이 채널 추정을 위한 파일럿 심벌의 개수가 적은 경우에 그 활용성이 크다.As a channel estimation technique applicable to an OFDM-based system, it is useful when the number of pilot symbols for channel estimation is small, such as IEEE 802.11p.
또한 기존의 기법인 TRFI에 적용이 가능하며 이에 대한 성능 향상을 얻을 수 있다.In addition, it can be applied to TRFI, which is an existing technique, and the performance improvement can be obtained.
또한 디코딩 정보를 이용한 채널 추정 기법에 적용이 가능하며 이에 대한 성능 향상을 얻을 수 있다.In addition, it can be applied to the channel estimation method using the decoding information, and the performance improvement can be obtained.
도 1은 본 발명에 따른 OFDM 시스템에서의 업데이트 가중치 매트릭스 기반의 시간 및 주파수 영역의 채널 추정 방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 OFDM 시스템에서의 업데이트 가중치 매트릭스 기반의 시간 및 주파수 영역의 채널 추정 방법을 이용한 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 시간 및 주파수 영역의 채널 추정기의 전체 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 시간 및 주파수 영역의 채널 추정기의 전체 구성도이다.
도 5는 IEEE 802.11p WAVE 패킷 구조이다.
도 6은 IEEE 802.11p WAVE 주파수, 시간 영역에서의 패킷 구조이다.
도 7은 IEEE 802.11p WAVE 통신 송수신기의 구조이다.
도 8 내지 도 16은 Cohda channel 에서 새로운 채널추정기법의 성능비교 그래프이다.1 is a flowchart illustrating a method of estimating a channel in a time and frequency domain based on an update weight matrix in an OFDM system according to the present invention.
2 is a block diagram of a system using a method for estimating a time and frequency domain based on an update weight matrix in an OFDM system according to the present invention.
3 is an overall configuration diagram of a channel estimator in time and frequency domain according to the present invention.
4 is an overall configuration diagram of a channel estimator in time and frequency domain according to the present invention.
5 is an IEEE 802.11p WAVE packet structure.
6 is a packet structure in the IEEE 802.11p WAVE frequency, time domain.
7 is a structure of an IEEE 802.11p WAVE communication transceiver.
8 through 16 are performance comparison graphs of a new channel estimation technique in a Cohda channel.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는 데 필요한 부분을 중심으로 상세히 설명한다. 본 발명의 실시 예를 설명하면서, 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려졌고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. It will be described in detail focusing on the parts necessary to understand the operation and action according to the present invention. In describing the embodiments of the present invention, descriptions of technical contents that are well known in the technical field to which the present invention belongs and are not directly related to the present invention will be omitted. This is to more clearly communicate without obscure the subject matter of the present invention by omitting unnecessary description.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 동일한 명칭의 구성 요소에 대하여 도면에 따라 다른 참조부호를 부여할 수도 있으며, 서로 다른 도면임에도 동일한 참조부호를 부여할 수도 있다. 그러나 이와 같은 경우라 하더라도 해당 구성 요소가 실시 예에 따라 서로 다른 기능을 갖는다는 것을 의미하거나, 서로 다른 실시 예에서 동일한 기능을 갖는다는 것을 의미하는 것은 아니며, 각각의 구성 요소의 기능은 해당 실시 예에서의 각각의 구성 요소에 대한 설명에 기초하여 판단하여야 할 것이다.In addition, in describing the components of the present invention, different reference numerals may be given to components having the same name according to the drawings, and the same reference numerals may be given to different drawings. However, even in such a case, it does not mean that the corresponding components have different functions according to embodiments, or does not mean that they have the same functions in different embodiments. Judgment should be made based on the description of each component in.
IEEE 802.11은 흔히 무선랜, 와이파이(Wi-Fi)라고 부르는 무선 근거리 통신망(Local Area Network)을 위한 컴퓨터 무선 네트워크에 사용되는 기술로, IEEE의 LAN/MAN 표준 위원회 (IEEE 802)의 11번째 워킹 그룹에서 개발된 표준 기술을 의미한다.IEEE 802.11 is a technology used in computer wireless networks for wireless local area networks, commonly referred to as Wi-Fi, and is the 11th working group of the IEEE's LAN / MAN Standards Committee (IEEE 802). Means the standard technology developed by.
802.11과 와이파이라는 용어가 번갈아 사용되기도 하지만 와이파이 얼라이언스는 "와이파이"라는 용어를 다른 집합의 표준으로 정의하고 있다. 따라서 802.11과 와이파이는 동의어가 아니다.The terms 802.11 and Wi-Fi are sometimes used interchangeably, but the Wi-Fi Alliance defines the term "Wi-Fi" as another set of standards. So 802.11 and Wi-Fi are not synonymous.
IEEE 802.11p는 차량 이동 환경에서의 무선 액세스(wireless access in vehicular environments, WAVE)를 추가한 IEEE 802.11 표준의 승인된 수정판이다.IEEE 802.11p is an approved revision of the IEEE 802.11 standard that adds wireless access in vehicular environments (WAVE).
최근 차량 및 정보통신의 발전으로 차세대 지능형 교통 시스템에 관한 연구가 활발히 진행되면서 차량 간 네트워크를 구성하여 운전자의 안정성을 향상시킬 수 있는 V2X(Vehicle to Everything)의 중요성이 대두되고 있다.Recently, with the development of vehicles and information communication, research on next-generation intelligent traffic systems is actively conducted, and the importance of V2X (Vehicle to Everything), which can improve driver stability by forming a network between vehicles, is emerging.
V2X는 자동차가 자율주행하기 위해 도로에 있는 다양한 요소와 소통하는 기술을 일컫는다. 전방 교통 상황과 차량 간 접근을 알리는 V2V(vehicle to vehicle) 통신, 신호등과 같은 교통 인프라와 소통하는 V2I(vehicle to infrastructure) 통신, 보행자 정보를 지원하는 V2P(vehicle to pedestrian) 통신 등으로 구성된다.V2X refers to the technology by which cars communicate with various elements on the road for autonomous driving. It is composed of V2V (vehicle to vehicle) communication to inform traffic conditions and vehicle-to-vehicle traffic, vehicle to infrastructure (V2I) communication to traffic infrastructure such as traffic lights, and vehicle to pedestrian (V2P) communication to support pedestrian information.
시속 100Km/h 이상의 고속도로 환경에서 차량 간 전송되는 데이터는 신뢰성이 있어야 하며, 이러한 교통 안전 서비스를 지원하기 위해서, WAVE통신의 물리 계층 및 매체접근제어 계층을 정의한 IEEE 802.11p가 표준화 되었다.In the highway environment of 100Km / h or more, the data transmitted between vehicles must be reliable, and IEEE 802.11p, which defines the physical layer and the media access control layer of WAVE communication, has been standardized to support such traffic safety services.
현재 IEEE 802.11p 표준을 변경하지 않고 시변 채널 변화를 추정하기 위한 채널 추정 기법들이 연구되었으며, 대표적으로 LS(Least Square) 기법, STA(Space-Time Averaging) 기법, CDP(Constructed Data Pilots) 기법, TRFI(Time domain Reliable test Frequency domain Interpolation) 기법들이 학술 논문으로 발표되었다. Currently, channel estimation techniques for estimating time-varying channel changes without changing the IEEE 802.11p standard have been studied. For example, LS (Least Square), Space-Time Averaging (STA), Constructed Data Pilots (CDP), and TRFI (Time domain Reliable test Frequency domain Interpolation) techniques have been published in an academic paper.
본 발명은 OFDM 시스템에서의 업데이트 가중치 매트릭스 기반의 채널 추정 방법 및 이를 이용하는 시스템이다.The present invention is an update weighting matrix based channel estimation method and system using the same in an OFDM system.
OFDM은 고속의 송신 신호를 다수의 직교(Orthogonal)하는 협대역 반송파로 다중화시키는 변조 방식을 말한다.OFDM refers to a modulation scheme for multiplexing a high-speed transmission signal into a plurality of orthogonal narrowband carriers.
여러 변조 방식에서는 각기 장단점이 있기 마련인데 OFDM의 큰 장점을 들 자면 대역확산 기술을 들 수 있다. 그것은 정확한 주파수에서 일정 간격 떨어져 있는 많은 수의 반송파에 데이터를 분산 시킨다. 바로 이 간격이, 복조기가 자기 자신의 것이 아닌 다른 주파수를 참조하는 것을 방지하는 기술 내에서 "직교성(Orthogonal)"을 제공한다.Many modulation schemes have advantages and disadvantages, and one of the great advantages of OFDM is spread spectrum technology. It distributes data over a large number of carriers at regular intervals away from the correct frequency. This spacing provides "Orthogonal" within the technique of preventing the demodulator from referring to a frequency other than its own.
고속의 전송률을 갖는 데이터열을 낮은 전송률을 갖는 많은 수의 데이터열로 나누고, 이들을 다수의 부반송파를 사용하여 동시에 전송하는 것이다. 즉, OFDM은 데이터열을 여러 개의 부채널(Sub-channel)로 동시에 나란히 전송하는 다중 반송파 전송방식의 특별한 형태로 본다. 따라서 OFDM 기법은, 1개 채널의 고속의 원천 데이터열을 다중의 채널로 동시에 전송한다는 측면에서는 "다중화 기술"이며, 다중의 반송파에 분할하여 실어 전송한다는 측면에서는 일종의 "변조 기술"이다. 각 부반송파의 파형은 시간축 상으로는 직교(Orthogonal)하나, 주파수축 상에서는 겹치게(Overlap)된다.It is to divide data streams having a high data rate into a large number of data streams having a low data rate and transmit them simultaneously using a plurality of subcarriers. That is, OFDM is regarded as a special form of a multi-carrier transmission method in which data streams are simultaneously transmitted side by side on a plurality of sub-channels. Therefore, the OFDM technique is a "multiplexing technique" in terms of simultaneously transmitting a high-speed source data stream of one channel in multiple channels, and is a kind of "modulation technique" in terms of splitting and transmitting the multiple carriers. The waveform of each subcarrier is orthogonal on the time axis, but overlaps on the frequency axis.
본 발명은 OFDM 시스템에 적용이 가능하고, IEEE 802.11p와 같이 파일럿이 적은 경우에 그 활용성이 크다.The present invention can be applied to an OFDM system, and its utility is great when there are few pilots such as IEEE 802.11p.
도 1은 본 발명에 따른 OFDM 시스템에서의 업데이트 가중치 매트릭스 기반의 시간 및 주파수 영역의 채널 추정 방법의 흐름도이다.1 is a flowchart illustrating a method of estimating a channel in a time and frequency domain based on an update weight matrix in an OFDM system according to the present invention.
시간 영역에서 인접한 복수의 데이터 심볼의 상관관계를 이용한 신뢰도 테스트를 이용하여 패킷 내의 i번째(여기서, i는 1 이상의 자연수) OFDM 데이터 심볼의 채널 추정값인 제i 채널 추정값(S110) 및 업데이트 매트릭스(S120)를 산출하는 단계(S100), 상기 업데이트 매트릭스의 벡터들 중 신뢰도 테스트를 통과한 값의 합이 기준값 미만인 경우(S200의 아니오), 상기 제i 채널 추정값을 새로운 채널 추정값으로 결정하는 단계(S400) 및 상기 업데이트 매트릭스의 벡터들 중 신뢰도 테스트를 통과한 값의 합이 기준값 이상인 경우(S200의 예), 상기 제i 추정값 및 상기 업데이트 매트릭스에 포함된 가중합을 이용하여 가중합된 제i 채널 추정값을 새로운 채널 추정값으로 결정하는 단계(S300)를 포함하는 것을 특징으로 하는 시간 및 주파수 영역의 채널 추정 방법이다.An i-th channel estimate S110 and an update matrix S120 which are channel estimates of the i th (where i is a natural number of 1 or more) OFDM data symbols in the packet using a reliability test using correlation of a plurality of adjacent data symbols in the time domain. (S100), if the sum of the values passed through the reliability test among the vectors of the update matrix is less than the reference value (NO in S200), determining the i-th channel estimate as a new channel estimate (S400). And a sum of the i-th channel estimates weighted using the i-th estimate and the weighted sum included in the update matrix when the sum of the values that pass the reliability test among the vectors of the update matrix is equal to or greater than a reference value (YES in S200). And a step S300 of determining a new channel estimate value.
데이터 심볼의 채널 추정값인 제i 채널 추정값(S110) 및 업데이트 매트릭스(S120)를 산출하는 단계는, 시간과 주파수 영역에서 인접한 복수의 심볼들의 채널이 유사한 특성과 주파수축 상의 파일럿들을 함께 이용하여 채널 추정치를 산출하는 것을 특징으로 하는 시간 및 주파수 영역의 채널 추정 방법이다.Computing the i-th channel estimate S110 and the update matrix S120, which are channel estimates of the data symbols, may be performed by using channels of adjacent symbols in the time and frequency domain with similar characteristics and pilots on the frequency axis. The channel estimation method of the time and frequency domain, characterized in that to calculate.
도 3은 본 발명에 따른 시간 및 주파수 영역의 채널 추정기의 전체 구성도이다. 3 is an overall configuration diagram of a channel estimator in time and frequency domain according to the present invention.
본 발명에서는 각 패킷의 롱 트레이닝 심볼(Long training symbols)등으로부터 초기 채널 추정치 를 얻을 수 있으며 이를 이용하여 패킷에 포함되어 있는 모든 데이터 심볼을 복구할 수 있는 OFDM 시스템을 다룬다. In the present invention, the initial channel estimate from the long training symbols of each packet. This paper deals with an OFDM system that can recover all the data symbols contained in the packet.
초기 채널 추정 값 혹은 과거 시간의 채널 추정 값 를 이용해 수신 신호를 다음과 같이 등화한다.Initial channel estimate Or channel estimate of past time Use E to equalize the received signal as
상기 수학식 1에서 Ri(k)는 패킷내 수신된 모든 데이터 심볼을 의미하고, Hi- 1(k)는 i-1번째(여기서, i는 1이상의 자연수를 의미함) 채널 추정값을, 는 복구된 i번째 송신 데이터 심볼을 의미한다.In
상기 수학식 2에서 는 등화된 신호 를 해당하는 변조 방식으로 디매핑하는 연산(D(x))을 수행한 변수로 디매핑된 변조 심볼을 의미하며 하기 수학식 3에서 사용되는 데이터 파일럿으로 간주될 수 있다. In
상기 수학식 3과 같이 LS 채널 추정 기법을 이용하여 업데이트된 i번째 채널 추정 후보값 을 구한다.I-th channel estimation candidate value updated using the LS channel estimation scheme as shown in
종래의 CDP 기법과 같이 수학식 3의 채널 추정 후보값()에 대한 신뢰도 테스트를 연속된 OFDM 심볼의 시간 영역의 높은 상관 특성을 이용하여 수행한다.Like the conventional CDP method, the channel estimation candidate value of
상기 채널 추정 후보값()과 이전 시간 심볼인 i-1번째 채널 추정값()을 이용하여 패킷내 i-1번째 수신 데이터 심볼(Ri-1(k))을 등화(Equalization)한다(수학식 4 및 수학식 5). 그리고 와 는 디매핑 연산(D(x))을 통해 와 로 디매핑 된다(수학식 6 및 수학식 7).The channel estimation candidate value ( ) And the i-1th channel estimate (the previous time symbol) ) Equalizes the i-1 th received data symbol Ri i (k) in the packet (
시간 영역에서 인접한 두 개의 데이터 심볼이 갖는 높은 상관 관계를 이용하여 다음과 같은 비교 과정을 거쳐 i번째 수신 심볼의 채널 추정 값(수학식 8)과 업데이트 매트릭스 값(수학식 9)을 결정할 수 있다.By using the high correlation of two adjacent data symbols in the time domain, the channel estimation value (Equation 8) and the update matrix value (Equation 9) of the i-th received symbol may be determined through the following comparison process.
의 경우, 현재 채널 추정 후보값 가 신뢰할만하기 때문에 가 되며, 의 경우, k번째 반송파의 채널 추정 후보값 가 부정확함을 의미한다. 따라서 상대적으로 이전 시간의 채널 추정 값이 신뢰할만한 채널 추정 값이라 판단하여 가 된다. , The current channel estimation candidate value Because it is reliable Becomes , The channel estimation candidate value of the k th carrier Implies inaccuracy. Therefore, it is determined that the channel estimation value of the previous time is a reliable channel estimation value. Becomes
또한 수학식 8과 9에서 ‘‘는 k번째 부반송파가 송수신기가 서로 알고 있는 파일럿 심볼임을 의미하고 이 경우 파일럿 심볼을 이용한 채널 추정 값을 신뢰할 수 있으므로 가 된다. Also in Equations 8 and 9 'Means that the k-th subcarrier is a pilot symbol that the transceiver knows from each other. In this case, we can trust the channel estimate using the pilot symbol. Becomes
동일한 조건으로 업데이트 메트릭스 값이 결정되며 은 k번째 부반송파의 채널 추정값이 이전 시간의 추정 값과 다르게 새로운 값으로 업데이트 되었다는 것을 의미한다.The same condition determines the value of the update metric. Means that the channel estimate of the k-th subcarrier is updated with a new value different from the previous time estimate.
종래의 CDP 기법은 수학식 8에서 끝나게 된다. The conventional CDP technique ends in (8).
다만 종래의 CDP 기법에서는 ‘‘의 조건을 사용하지 않는다. 즉, 파일럿 심벌을 사용하지 않는다. However, in the conventional CDP technique, Do not use the condition of '. That is, no pilot symbol is used.
본 발명에서 제안하고자 하는 방법은 하기 수학식 10과 같이 수학식 9의 업데이트 메트릭스 값을 이용하여 주파수 영역에서 가중치 합을 통해 새로운 채널 추정값을 얻는다.The method proposed in the present invention obtains a new channel estimate through a weighted sum in the frequency domain by using the update matrix value of Equation 9 as shown in
업데이트 매트릭스의 벡터들 중 신뢰도 테스트를 통과한 값의 합이 기준값 이상인지 판단하는 방법은, 상기 수학식 10의 조건식에 해당하는 를 이용하고, 여기서, m은 이상 이하에 해당하는 자연수, k는 부반송파의 차수, 은 주파수 축 가중치, 및 는 수학식 9의 업데이트 매트릭스 값을 의미하고, 기준값 N 이상인지 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다. The method of determining whether the sum of the values passing the reliability test among the vectors of the update matrix is equal to or greater than the reference value corresponds to the conditional expression of
여기서 본 발명의 일 실시 예에서는 , 및 로 설정되어 있다. 다만 이는 사용자가 채널 환경에 따라 다른 값으로 설정할 수 있다.Here in one embodiment of the present invention , And Is set to. However, this value can be set by the user according to the channel environment.
또한 본 발명의 일 실시 예 , 및 는 종래의 CDP 방법과 동일하다. 그러므로 수학식 10의 본 발명은 종래의 CDP 기법을 포함하는 일반화된 기법이라 할 수 있다.Also one embodiment of the present invention , And Is the same as the conventional CDP method. Therefore, the present invention of
또한 가중합은 상기 수학식 10에서 로, 여기서 는 종래의 CDP 기법에 따른 i번째(여기서, i는 1 이상의 자연수) 채널 추정값, 는 업데이트 매트릭스 값 및 k는 부반송파의 차수를 의미하며, 상기 업데이트 매트릭스의 벡터들 중 신뢰도 테스트를 통과한 값의 합이 기준값 이상인 경우 (즉, 을 만족할 경우), 상기 산출된 가중치 합으로 새로운 채널 추정값으로 결정하는 것을 특징으로 한다.In addition, the weighted sum is expressed by
보다 상세히 살펴보면 주파수 축 인접한 부반송파들 간의 상관관계를 이용하여 를 구한다(수학식 10). 수학식 10에서 이고 인 경우, 조건 를 만족할 때에만 k번째 채널 추정값인 와 주파수 도메인에서 인접한 두 개의 채널 추정 값의 가중치를 과 을 고려하여 를 결정한다. 반면에 를 만족하지 않는 경우는 주파수축 상에 새롭게 업데이트된 채널 추정값이 없다고 판단하여 과거에 추정된 채널값 를 사용한다.In more detail, the correlation between subcarriers adjacent to the frequency axis (Eq. 10). In equation (10) ego If is a condition The k-th channel estimate only when The weights of two adjacent channel estimates in the and and Considering Determine. On the other hand If does not satisfy, it is determined that there is no newly updated channel estimate on the frequency axis, Use
도 5는 IEEE 802.11p WAVE 패킷 구조이다.5 is an IEEE 802.11p WAVE packet structure.
도 2는 본 발명에 따른 OFDM 시스템에서의 업데이트 가중치 매트릭스 기반의 시간 및 주파수 영역의 채널 추정 방법을 이용한 시스템의 구성도이다.2 is a block diagram of a system using a method for estimating a time and frequency domain based on an update weight matrix in an OFDM system according to the present invention.
각각의 구성을 살펴보면, 시간 및 주파수 영역의 채널 추정 시스템에 관한 것으로, 시간 영역에서 인접한 복수의 데이터 심볼의 상관관계를 이용한 신뢰도 테스트를 이용하여 패킷 내의 i번째(여기서, i는 1 이상의 자연수) OFDM 데이터 심볼의 채널 추정값인 제i 채널 추정값 및 업데이트 매트릭스를 결정하는 산출부, 상기 신뢰도 테스트를 통과한 상기 업데이트 매트릭스를 합산한 값이 기준값 이상에 해당하는지 여부를 판단하는 판단부 및 상기 판단부의 판단 결과에 따라, 새로운 채널 추정값으로 결정하는 결정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시간 및 주파수 영역의 채널 추정 시스템이다.Each configuration relates to a channel estimation system in a time and frequency domain, and includes an i-th (where i is a natural number of 1 or more) OFDM in a packet using a reliability test using correlation of a plurality of adjacent data symbols in the time domain. A calculation unit for determining an i-th channel estimate value and an update matrix, which are channel estimates of the data symbols, a determination unit that determines whether the sum of the update matrix that has passed the reliability test corresponds to a reference value or more, and a determination result of the determination unit In accordance with the present invention, the channel estimation system of the time and frequency domain, characterized in that it comprises a decision unit for determining a new channel estimate value.
본 발명의 산출부(100)는, 시간과 주파수 영역에서 인접한 복수의 심볼들의 채널이 유사한 특성과 주파수축 상의 파일럿들을 함께 이용하여 채널 추정치를 산출하는 것을 특징으로 한다.The
본 발명에 따른 채널 추정 방법은 시간과 주파수 도메인에서 인접한 두 개의 심볼들의 채널이 비슷하다는 특성을과 주파수축 상의 파일럿들을 함께 이용하여 보다 정확한 채널 추정치를 활용할 수 있기 때문에 기존의 CDP 채널 추정 기법보다 우수한 성능을 보인다. 또한 신뢰할 수 있는 데이터 파일럿의 채널 추정치들을 업데이트 매트릭스를 이용하여 가중 합을 구하는 기법을 이용한다.The channel estimation method according to the present invention is superior to the conventional CDP channel estimation scheme because it can utilize more accurate channel estimates by using the similarity between the channels of two adjacent symbols in the time and frequency domain and the pilots on the frequency axis. Shows performance. In addition, a technique for weighting the channel estimates of reliable data pilots using an update matrix is used.
이를 이용하여 신뢰할 수 없는 데이터 파일럿에 대해 기존 채널 추정을 그대로 사용하는 CDP 보다 높은 성능을 보여준다. This results in higher performance than CDP, which uses the existing channel estimates for unreliable data pilots.
이상에서 설명한 실시 예들은 그 일 예로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The embodiments described above are just one example, and various modifications and changes may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited thereto. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
100: 산출부
200: 판단부
300: 결정부100: output unit
200: judgment
300: decision
Claims (8)
상기 업데이트 매트릭스의 벡터들 중 신뢰도 테스트를 통과한 값의 합이 기준값 미만인 경우, 상기 제i 채널 추정값을 새로운 채널 추정값으로 결정하는 단계; 및
상기 업데이트 매트릭스의 벡터들 중 신뢰도 테스트를 통과한 값의 합이 기준값 이상인 경우, 상기 제i 채널 추정값 및 상기 업데이트 매트릭스에 포함된 가중합을 이용하여 가중합된 제i 채널 추정값을 새로운 채널 추정값으로 결정하는 단계;를 포함하며,
상기 업데이트 매트릭스의 벡터들 중 신뢰도 테스트를 통과한 값의 합이 기준값 이상인지 판단하는 방법은,
하기 수학식을 이용하고,
여기서, m은 이상 이하에 해당하는 자연수, k는 부반송파의 차수 및 는 업데이트 매트릭스 값을 의미하고, 상기 수학식이 기준값 이상인지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 시간 및 주파수 영역의 채널 추정 방법.Calculating an i-th channel estimate and an update matrix, which are channel estimates of the i-th (where i is a natural number of 1 or more) OFDM data symbols in the packet using a reliability test using correlation of a plurality of adjacent data symbols in the time domain;
Determining the i-th channel estimate as a new channel estimate when the sum of values passed through a reliability test among the vectors of the update matrix is less than a reference value; And
When the sum of the values that pass the reliability test among the vectors of the update matrix is equal to or greater than a reference value, the weighted sum of the i-th channel estimate is determined as the new channel estimate using the i-th channel estimate and the weighted sum included in the update matrix. Comprising;
The method of determining whether the sum of the values passed through the reliability test among the vectors of the update matrix is equal to or greater than a reference value may include:
Using the following equation,
Where m is More than K is the order of subcarriers and Denotes an update matrix value, and determines whether the equation is equal to or greater than a reference value.
상기 제i 채널 추정값 및 업데이트 매트릭스를 산출하는 단계는,
시간과 주파수 영역에서 인접한 복수의 심볼들의 채널이 유사한 특성과 주파수축 상의 파일럿들을 함께 이용하여 채널 추정치를 산출하는 것을 특징으로 하는 시간 및 주파수 영역의 채널 추정 방법.The method of claim 1,
The calculating of the i th channel estimate value and the update matrix may include:
A channel estimation method in a time and frequency domain, wherein a channel of a plurality of adjacent symbols in the time and frequency domain uses a similar characteristic and pilots on the frequency axis together to calculate a channel estimate.
상기 가중합은 하기 수학식과 같고,
여기서 는 종래의 CDP 기법에 따른 i번째(여기서, i는 1 이상의 자연수) 채널 추정값, 는 업데이트 매트릭스 값, 및 k는 부반송파의 차수를 의미하며,
상기 업데이트 매트릭스의 벡터들 중 신뢰도 테스트를 통과한 값의 합이 기준값 이상인 경우 (즉, 을 만족할 경우), 상기 산출된 가중치 합으로 새로운 채널 추정값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 시간 및 주파수 영역의 채널 추정 방법.The method of claim 1,
The weighted sum is equal to the following equation,
here Is the i-th channel where i is a natural number of 1 or more according to the conventional CDP technique, Is the update matrix value, and k is the order of subcarriers,
If the sum of the values that pass the reliability test among the vectors of the update matrix is greater than or equal to the reference value (that is, If satisfied), the channel estimation method of the time and frequency domain characterized in that it is determined as a new channel estimate value using the calculated weighted sum.
상기 업데이트 매트릭스의 벡터들 중 신뢰도 테스트를 통과한 값의 합이 기준값 이상인지 여부를 판단하는 판단부; 및
상기 판단부의 판단 결과에 따라, 새로운 채널 추정값을 결정하는 결정부;를 포함하며,
상기 판단부는,
하기 수학식을 이용하고,
여기서, m은 이상 이하에 해당하는 자연수, k는 부반송파의 차수 및 는 업데이트 매트릭스 값을 의미하고, 상기 수학식이 기준값 이상인지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 시간 및 주파수 영역의 채널 추정 시스템.A calculation unit for determining an i-th channel estimate and an update matrix, which are channel estimates of the i-th (where i is a natural number of 1 or more) OFDM data symbols in a packet by using a reliability test using correlation of a plurality of adjacent data symbols in the time domain. ;
A determination unit that determines whether the sum of the values passing the reliability test among the vectors of the update matrix is equal to or greater than a reference value; And
And a determination unit determining a new channel estimate value according to the determination result of the determination unit.
The determination unit,
Using the following equation,
Where m is More than K is the order of subcarriers and Denotes an update matrix value and determines whether the equation is equal to or greater than a reference value.
상기 산출부는,
시간과 주파수 영역에서 인접한 복수의 심볼들의 채널이 유사한 특성과 주파수 상의 파일럿들을 이용하여 채널 추정치를 산출하는 것을 특징으로 하는 시간 및 주파수 영역의 채널 추정 시스템.The method of claim 5,
The calculation unit,
A channel estimation system in the time and frequency domain, wherein a channel of a plurality of adjacent symbols in the time and frequency domain calculates a channel estimate using similar characteristics and pilots on the frequency.
상기 결정부에서 가중합은 하기 수학식과 같고,
여기서 는 종래의 CDP 기법에 따른 i번째(여기서, i는 1 이상의 자연수) 채널 추정값, 는 업데이트 매트릭스 값 및 k는 부반송파의 차수를 의미하며, 상기 업데이트 매트릭스의 벡터들 중 신뢰도 테스트를 통과한 값의 합이 기준값 이상인 경우 (즉, 을 만족할 경우), 상기 산출된 가중치 합으로 새로운 채널 추정 값을 결정하는 것을 특징으로 하는 시간 및 주파수 영역의 채널 추정 시스템.The method of claim 5,
The weighted sum in the determination unit is equal to the following equation,
here Is the i-th channel where i is a natural number of 1 or more according to the conventional CDP technique, Is the update matrix value and k is the order of the subcarriers, and if the sum of the values that passed the reliability test among the vectors of the update matrix is greater than or equal to the reference value (that is, If satisfied, the new channel estimation value is determined by using the calculated weighted sum.
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