KR102149610B1 - Ofdm 시스템에서의 mrc 기반 채널추정장치 및 그 채널추정방법 - Google Patents

Ofdm 시스템에서의 mrc 기반 채널추정장치 및 그 채널추정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 MRC 기반 채널추정장치 및 그 채널추정방법에 제안한다. 본 발명은 채널 추정 방법에 있어 가중합 과정 수행시, 미리 제공된 특정 조건을 만족하는 경우에 WSUM 기법과 TDA 기법을 순서대로 적용하면서 주파수 축 및 시간 축에서 평균을 취하여 신뢰성 테스트를 수행하는 것이다. 따라서 무선 통신시스템에서 고속 이동 중에 전송되는 신호의 전송 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

OFDM 시스템에서의 MRC 기반 채널추정장치 및 그 채널추정방법{Channel Estimation Method based on MRC for OFDM Systems and Apparatus using same}
본 발명은 채널추정장치 및 그 채널추정방법에 관한 것으로, 특히 다중 수신 안테나 환경에서 WSUM(Weight Sum using Update Matric) 기법과 TDA(Time Domain Averageing) 기법을 순서대로 적용하면서 특정 조건을 만족시킬 경우에만 주파수 축 및 시간 축에서 평균을 취하여 신뢰성 테스트를 수행함으로써, 무선 통신시스템에서 고속 이동 중에 전송되는 신호의 전송 성능을 향상시킬 수 있는 MRC 기반 채널추정장치 및 그 채널추정방법에 관한 것이다.
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. 특히 시속 100km/h 이상의 고속이동 환경에서 차량 간 전송되는 데이터는 신뢰성과 함께 안정적인 통신이 필수적이어야 한다.
이에 WAVE(Wireless Access for Vehicle Environment) 통신의 물리계층 및 매체접근제어 계층을 정의한 IEEE 802.11p가 정립되었다. 즉 운전자는 원하는 정보를 고속으로 송수신하기 위해서는 고정밀의 채널 추정이 반드시 수행되어야 하는데, 이를 위해 IEEE 802.11p의 물리계층에서 제안하는 채널추정방법이 이용되는 것이다.
채널추정방법은 다양하다. 예를 들면 주파수축 및 시간 축에서 무조건 평균을 취하여 신뢰성 테스트를 수행하는 STA(Spectral Temporal Averaging) 방법이나 주파수축 또는 시간 축에서 평균을 취하지 않으면서 신뢰성 테스트를 수행하는 CDP(Constructed Data Pilots) 방법이 있다. 또한, 상기 CDP와 동일하게 신뢰성 테스트를 수행하면서 주파수 축에서 선택적으로 평균을 취하는 WSUM 방법도 있다.
그러나 이러한 방법들은 차량의 고속 이동에 따른 채널 변화를 추적하는 것이 어려웠고, 만족할만한 채널 추정 성능을 기대할 수 없었다.
따라서 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 특정 조건을 만족하는 조건에서 주파수 축과 시간 축을 대상으로 선택적으로 평균을 취하여 채널 추정을 수행함으로써, 향상된 채널 추정 성능을 기대할 수 있는 MRC를 이용한 채널추정장치 및 그 채널추정방법을 제공하는 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, LS 기법에 의한 초기 채널 추정 값을 추정하는 초기 LS 추정부; 초기 채널 추정 값을 가중 합 처리하는 제1 가중합 수행부; 가중 합 수행된 초기 채널 추정 값에 MRC를 이용하여 데이터 파일럿 심벌을 생성하는 제1 데이터 파일럿 심벌 생성부; 상기 생성된 데이터 파일럿 심벌과 i번째 수신신호를 이용한 등화과정을 수행하여 i번째 채널 추정 값을 추정하는 LS 추정부; 상기 추정된 i번째 채널 추정 값의 신뢰도 평가를 위해 수신안테나별 데이터 파일럿 2개와 MRC를 이용한 데이터 파일럿 2개의 총 4개의 데이터 파일럿을 생성하는 제2 데이터 파일럿 심벌 생성부; 상기 4개의 데이터 파일럿을 이용하여 i번째 채널 추정 값의 신뢰도 평가를 수행하는 신뢰도 평가부; 상기 신뢰도 평가를 이용해 도출된 채널 추정 값과 그 채널 추정 값의 업데이트 매트릭스 정보를 이용하여 주파수 영역에서 가중합 과정을 수행하되, 특정 경우에만 인접한 채널 값에 가중치를 부여하여 채널 값의 평균을 수행하는 제2 가중합 수행부; 및 상기 가중합 과정을 수행한 채널 추정 값과 그 채널 추정 값의 가중 합 업데이트 매트릭스 정보를 이용하여 시간 영역에서 평균화 과정을 수행하여 최종 채널 추정 값을 제공하는 TDA(Time Domain Average)부를 포함하여 구성되는 채널 추정장치를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 특정 조건은
Figure 112019087663824-pat00001
이고, 상기 W는 가중합 조건을 만족하는 계수로 2의 값을 갖는다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 제1 데이터 파일럿 심벌 생성부는 R개의 수신 안테나의 (i - 1) 번째 최종채널 추정값
Figure 112019087663824-pat00002
와 R개의 수신 안테나의 i번째 수신신호
Figure 112019087663824-pat00003
를 이용하여 MRC로 등화한 다음 디맵핑 과정을 수행하여 상기 데이터 파일럿 심벌
Figure 112019087663824-pat00004
을 생성하고, 상기
Figure 112019087663824-pat00005
는 하기 수학식으로 나타낸다.
Figure 112019087663824-pat00006
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 제2 데이터 파일럿 심벌 생성부는
Figure 112019087663824-pat00007
,
Figure 112019087663824-pat00008
,
Figure 112019087663824-pat00009
,
Figure 112019087663824-pat00010
의 4개의 데이터 파일럿을 생성한다.
여기서 상기
Figure 112019087663824-pat00011
데이터 파일럿 심벌은
Figure 112019087663824-pat00012
와 (i - 1) 번째 수신신호
Figure 112019087663824-pat00013
를 이용하여 등화 및 디맵핑 과정에 의해 생성되고 하기 수학식과 같다.
Figure 112019087663824-pat00014
여기서 상기
Figure 112019087663824-pat00015
데이터 파일럿 심벌은
Figure 112019087663824-pat00016
와 (i - 1) 번째 수신신호
Figure 112019087663824-pat00017
를 이용하여 등화 및 디맵핑 과정에 의해 생성되고 하기 수학식과 같다.
Figure 112019087663824-pat00018
여기서 상기
Figure 112019087663824-pat00019
데이터 파일럿 심벌은
Figure 112019087663824-pat00020
와
Figure 112019087663824-pat00021
를 이용하여 등화 및 디맵핑 과정에 의해 생성되고 하기 수학식과 같다.
Figure 112019087663824-pat00022
여기서 상기
Figure 112019087663824-pat00023
데이터 파일럿 심벌은
Figure 112019087663824-pat00024
와
Figure 112019087663824-pat00025
를 이용하여 등화 및 디맵핑 과정에 의해 생성되고 하기 수학식과 같다.
Figure 112019087663824-pat00026
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 신뢰도 평가부는 상기 4개의 데이터 파일럿 심벌을 이용하여 i번째 수신 신호에 대한 채널 추정값의 신뢰도를 평가한다.
여기서 상기
Figure 112019087663824-pat00027
와
Figure 112019087663824-pat00028
가 동일(
Figure 112019087663824-pat00029
)하면 상기 i번째 채널 추정 값의 신뢰도가 높다고 판단하고, 서로 상이(
Figure 112019087663824-pat00030
)하면 각 수신 안테나별로 생성된 데이터 파일럿
Figure 112019087663824-pat00031
와
Figure 112019087663824-pat00032
를 비교하여 동일한 경우 상기 i번째 채널 추정 값의 신뢰도가 높다고 판단한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 주파수 영역에서 가중합 과정을 수행한 채널 추정 값은 하기 수학식과 같고, 상기
Figure 112019087663824-pat00033
를 만족하지 못하면 (i - 1)번째 채널
Figure 112019087663824-pat00034
을 사용한다. 여기서 상기 W는 2이다.
Figure 112019087663824-pat00035
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 최종 채널 추정 값은 하기 수학식과 같다.
Figure 112019087663824-pat00036
본 발명의 다른 특징에 따르면, OFDM 시스템의 채널을 추정하는 방법에 있어서, 4개의 데이터 파일럿을 이용하여 LS 기법으로 추정한 채널 추정 값의 신뢰도를 평가하는 신뢰도 평가단계; 상기 신뢰도 평가단계에 따라 도출된 채널 추정 값에 대하여 소정 조건을 만족할 경우에 인접 채널 값에 가중치를 부여하여 채널 값의 평균을 수행하는 가중합 수행단계; 상기 가중합 된 채널 추정 값에 대하여 시간 영역에서 평균화과정을 수행하여 최종 채널 추정 값을 제공하는 시간영역 평균화 수행단계를 포함하고,
상기 특정 조건은
Figure 112019087663824-pat00037
를 만족하는 것을 특징으로 하는 채널 추정방법을 제공한다.
그리고 상기 W는 가중합 조건을 만족하는 계수이다.
여기서, 상기 특정 조건을 만족하지 못하면, 상기 가중합 수행단계에서는 (i-1)번째 가중합 과정을 수행한 채널 추정값을 제공한다.
또한, 본 실시 예에 따르면 상기 신뢰도 평가단계 이전에, MRC를 이용하여 상기 신뢰도 평가를 위해 필요한 수신안테나별 데이터 파일럿 심볼을 생성하여 제공하는 단계를 더 포함한다.
이상과 같은 본 발명의 MRC를 이용한 채널추정장치 및 그 채널추정방법에 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.
도 1은 IEEE 802.11p WAVE 패킷 구조
도 2는 IEEE 802.11p WAVE 주파수, 시간 영역에서의 패킷 구조
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 MRC를 이용한 채널추정장치를 보인 구성도
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 MRC를 이용한 채널추정방법을 보인 흐름도
도 5 내지 도 14는 Cohda channel에서 기존 채널추정방법과 본 발명의 채널추정방법의 성능비교 그래프
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.
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.
본 발명은 OFDM 시스템의 다중 수신안테나 환경에서 WSUM 기법과 TDA 기법을 적용한 새로운 방법의 MRC 기반 채널추정방안을 제안하는 것이고, 이하에서는 도면에 도시한 실시 예에 기초하면서 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 IEEE 802.11p WAVE 패킷 구조, 도 2는 IEEE 802.11p WAVE 주파수, 시간 영역에서의 패킷 구조이다. 본 발명에서 제안하는 기법은 이러한 IEEE 802.11p 표준의 프레임 구조를 변화시키지 않으면서도 특정 조건에서 전체적으로 향상된 채널 추정 성능을 제공할 수 있는 것이다. 또한 본 발명에서 제안하는 기법은 일반적인 OFDM 시스템에도 적용이 가능하며 IEEE 802.11p 표준과 같이 채널 추정을 위한 파일럿 심벌의 수가 적은 OFDM 시스템에서 더욱 우수한 성능을 나타낸다.
이를 위한 채널 추정장치(100)는 도 3에 도시하고 있다. LS(Least Square) 기법으로 채널 추정을 수행하는 초기 LS 추정부(Initial LS Estimation)(110), 상기 초기 채널 추정값에 대한 가중 합 과정을 수행하는 제1 가중 합 수행부(Weighted SUM)(120), 가중합 과정을 수행한 초기 채널 추정값을 이용하여 데이터 파일럿 심벌을 생성하는 제1 데이터 파일럿 심벌 생성부(Equalization w/ MRC & Contructing Data Pilot)(130), 생성된 데이터 파일럿 심벌을 이용하여 i번째 채널 추정값을 추정하는 LS 추정부(LS Estimation)(140), 신뢰도 평가를 위한 4개의 데이터 파일럿 심벌을 생성하는 제2 데이터 파일럿 심벌 생성부(Equalization w/,w/o MRC & Contructing Data Pilot)(150), 4개의 데이터 파일럿 심벌을 이용한 신뢰도 평가부(Realiability test)(160), 가중 합 과정을 수행하는 제2 가중 합 수행부(Weighted SUM)(170), 시간 영역에서 인접한 채널의 높은 상관관계를 이용하여 평균화 과정을 수행하여 최종 채널 추정값을 제공하는 TDA(Time Domain Averageing)부(180)를 포함하여 구성된다.
LS 추정부(110)는 주파수 영역에서 수신된 두 개의 롱 트레이닝 심벌
Figure 112019087663824-pat00038
와 송수신기에서 약속된 롱 트레이닝 심벌
Figure 112019087663824-pat00039
를 이용하여 채널 추정값인
Figure 112019087663824-pat00040
을 도출한다. 상기
Figure 112019087663824-pat00041
는 다음 수학식 1과 같다.
Figure 112019087663824-pat00042
수학식 1에서 SD는 주파수축 데이터 심벌 인덱스를 원소로 갖는 집합을 의미하고, SP는 주파수축 파일럿 심벌 인덱스를 원소로 갖는 집합을 의미한다.
상기 제1 가중 합 수행부(120)는 초기 채널 추정값에 대한 가중 합 과정을 수행하는데, 여기서 가중합 과정에 사용되는 업데이트 매트릭스 정보
Figure 112019087663824-pat00043
는 상기
Figure 112019087663824-pat00044
가 약속된 롱 트레이닝 심벌
Figure 112019087663824-pat00045
를 통해 추정된 채널 값이기 때문에, 상기
Figure 112019087663824-pat00046
는 하기 수학식 2로 표현된다.
Figure 112019087663824-pat00047
여기서, 상기
Figure 112019087663824-pat00048
는 업데이트 된 정보만을 저장하기 때문에, 상기 제1 가중 합 수행부(120)가 가중 합 과정을 수행하여 얻어진 초기채널 추정 값
Figure 112019087663824-pat00049
은 다음 수학식 3과 같다.
Figure 112019087663824-pat00050
여기서, β는 주파수 영역에서의 평균화를 위한 계수이고, 본 실시 예는 β=1로 한다. 또한
Figure 112019087663824-pat00051
는 가중치 계수로, 본 실시 예는
Figure 112019087663824-pat00052
로 한다.
본 실시 예에 따른 제1 데이터 파일럿 심벌 생성부(130)는 MRC 기법을 이용하여 하나의 데이터 파일럿 심벌
Figure 112019087663824-pat00053
을 생성하고 있다. 제1 데이터 파일럿 심벌 생성부(130)는 등화 및 디맵핑 기능을 수행한다. 즉 R개의 수신 안테나의 (i - 1) 번째 최종채널 추정값
Figure 112019087663824-pat00054
와 R개의 수신 안테나의 i번째 수신신호
Figure 112019087663824-pat00055
를 이용하여 MRC로 등화한 다음 디맵핑 과정을 수행하여 상기 데이터 파일럿 심벌
Figure 112019087663824-pat00056
을 생성하는 것이다. 여기서 변수 R은 수신 안테나 수를 의미한다.
제1 데이터 파일럿 심벌 생성부(130)가 생성한 추정된 데이터 파일럿 심벌은 다음 수학식 4와 같다.
Figure 112019087663824-pat00057
여기서
Figure 112019087663824-pat00058
는
Figure 112019087663824-pat00059
의 k번째 원소이고,
Figure 112019087663824-pat00060
는 주파수 영역에서 r번째 수신 안테나의 i번째 수신 신호 벡터값을 의미한다. 여기서,
Figure 112019087663824-pat00061
에서 i = 1일 경우에는 상기 수학식 3에서 구해진 초기채널 추정값
Figure 112019087663824-pat00062
을 사용한다. 즉, 수학식 4에서
Figure 112019087663824-pat00063
를 사용한다. 또한, 부반송파의 위치가 파일럿 위치일 경우, 즉
Figure 112019087663824-pat00064
인 경우에는 송수신기에서 약속된 파일럿 심벌
Figure 112019087663824-pat00065
를 할당한다.
i번째 초기 채널 추정값
Figure 112019087663824-pat00066
을 추정하는 LS 추정부(140)는 생성된 데이터 파일럿 심벌
Figure 112019087663824-pat00067
와
Figure 112019087663824-pat00068
을 이용해 등화과정을 수행하여 추정한다.
추정된
Figure 112019087663824-pat00069
는 다음 수학식 5와 같다.
Figure 112019087663824-pat00070
제2 데이터 파일럿 심벌 생성부(150)는 i번째 채널 추정값
Figure 112019087663824-pat00071
에 대한 신뢰도 평가 과정을 수행하는데, 이를 위하여 수신 안테나별 데이터 파일럿과 MRC를 이용한 데이터 파일럿의 총 4개의 데이터 파일럿 심벌을 생성한다.
4개의 데이터 파일럿 심벌은
Figure 112019087663824-pat00072
,
Figure 112019087663824-pat00073
,
Figure 112019087663824-pat00074
,
Figure 112019087663824-pat00075
이다.
첫 번째, 상기
Figure 112019087663824-pat00076
데이터 파일럿 심벌은
Figure 112019087663824-pat00077
와 (i - 1) 번째 수신신호
Figure 112019087663824-pat00078
를 이용하여 등화 및 디맵핑 과정에 의해 생성되고, 수학식 6으로 표현된다.
Figure 112019087663824-pat00079
여기서 부반송파의 위치가 파일럿 위치일 경우 즉,
Figure 112019087663824-pat00080
인 경우에는 송수신기에서 약속된 파일럿 심벌 정보
Figure 112019087663824-pat00081
를 할당하게 된다.
두 번째, 상기
Figure 112019087663824-pat00082
데이터 파일럿 심벌은
Figure 112019087663824-pat00083
와 (i - 1) 번째 수신신호
Figure 112019087663824-pat00084
를 이용하여 등화 및 디맵핑 과정에 의해 생성되고, 수학식 7로 표현된다. 상기
Figure 112019087663824-pat00085
는 시간영역에서 평균화 과정을 수행한 최종채널 추정값을 말한다.
Figure 112019087663824-pat00086
여기서 부반송파의 위치가 파일럿 위치일 경우 즉,
Figure 112019087663824-pat00087
인 경우에는 송수신기에서 약속된 파일럿 심벌
Figure 112019087663824-pat00088
를 할당하게 된다.
세 번째, 상기
Figure 112019087663824-pat00089
데이터 파일럿 심벌은
Figure 112019087663824-pat00090
와
Figure 112019087663824-pat00091
를 이용하여 등화 및 디맵핑 과정에 의해 생성되고 하기 수학식 8과 같다. 여기서
Figure 112019087663824-pat00092
는
Figure 112019087663824-pat00093
와
Figure 112019087663824-pat00094
를 이용하여 LS 기법으로 추정한 채널 추정 값이고,
Figure 112019087663824-pat00095
는 주파수 영역에서 MRC를 이용하여 생성된 데이터 파일럿 심벌이다.
Figure 112019087663824-pat00096
여기서 부반송파의 위치가 파일럿 위치일 경우 즉,
Figure 112019087663824-pat00097
인 경우에는 송수신기에서 약속된 파일럿 심벌
Figure 112019087663824-pat00098
를 할당하게 된다.
네 번째, 상기
Figure 112019087663824-pat00099
데이터 파일럿 심벌은
Figure 112019087663824-pat00100
와
Figure 112019087663824-pat00101
를 이용하여 등화 및 디맵핑 과정에 의해 생성되고 하기 수학식 9와 같다.
Figure 112019087663824-pat00102
여기서 부반송파의 위치가 파일럿 위치일 경우 즉,
Figure 112019087663824-pat00103
인 경우에는 송수신기에서 약속된 파일럿 심벌
Figure 112019087663824-pat00104
를 할당하게 된다.
상기 신뢰도 평가부(160)는 상기 4개의 데이터 파일럿 심벌을 이용하여 신뢰도 평가 방식을 제안한다. 신뢰도 평가는 상기
Figure 112019087663824-pat00105
와
Figure 112019087663824-pat00106
가 동일(
Figure 112019087663824-pat00107
)할 때, i번째 채널 추정 값
Figure 112019087663824-pat00108
의 신뢰도가 높다고 판단하여 i번째 수신신호에 대한 채널 추정값
Figure 112019087663824-pat00109
으로 판정한다.
Figure 112019087663824-pat00110
는 신뢰도 평가를 이용해 도출된 채널 추정값이다.
상기 신뢰도 평가에서 상기
Figure 112019087663824-pat00111
와
Figure 112019087663824-pat00112
가 상이(
Figure 112019087663824-pat00113
)하면 기존의 각 수신 안테나별로 생성된 데이터 파일럿을 이용하여 다시 신뢰도 평가를 수행하게 된다. 이때는
Figure 112019087663824-pat00114
와
Figure 112019087663824-pat00115
를 이용한다. 상기 2개의 값이 동일할 경우 채널 추정 값
Figure 112019087663824-pat00116
의 신뢰도가 높다고 판단하여 r 번째 수신 안테나의 i번째 수신신호에 대한 채널 추정값
Figure 112019087663824-pat00117
으로 판정하고, 동일하지 않으면 채널 추정 값
Figure 112019087663824-pat00118
의 신뢰도가 낮다고 판단하여 r 번째 수신 안테나의 (i - 1) 번째 수신신호에 대한 채널 추정 값
Figure 112019087663824-pat00119
을 i 번째 수신 신호에 대한 채널 추정 값으로 판정한다.
따라서 신뢰도 평가부(160)에서 i번째 수신신호에 대한 채널 추정값
Figure 112019087663824-pat00120
은 다음 수학식 10과 같이 표현할 수 있다. 또한, 신뢰도 평가부(160)는 후단의 제2 가중 합 수행부(170)가 가중합 과정을 수행하도록 하기 수학식 11과 같은 업데이트 매트릭스 정보
Figure 112019087663824-pat00121
를 제공한다. 상기
Figure 112019087663824-pat00122
는 상기
Figure 112019087663824-pat00123
의 업데이트 매트릭스 정보이다.
Figure 112019087663824-pat00124
Figure 112019087663824-pat00125
본 실시 예에 따르면 신뢰도 평가 이후 주파수 축 및 시간 축에서 각각 선택적으로 평균을 취하여 최종 채널 추정 값을 제공한다.
제2 가중 합 수행부(170)는, 주파수 영역에서 인접한 부반송파끼리의 높은 상관관계를 이용하여 가중 합 과정을 수행한다. 이때 가중 합의 판단 기준은
Figure 112019087663824-pat00126
를 기초로 수행된다.
가중 합 과정은, 인접한 부반송파에 윈도우 구간 (2β + 1)를 설정하고 윈도우 구간 내에 특정 조건을 만족할 경우 인접한 채널 값에 가중치를 부여하여 채널 값의 평균을 수행하고, 반면 특정 조건을 만족하지 못하면 (i - 1) 번째 채널
Figure 112019087663824-pat00127
를 사용한다.
Figure 112019087663824-pat00128
는 가중 합 과정을 수행한 채널 추정 값으로, 수학식 12와 같다.
Figure 112019087663824-pat00129
그리고 제2 가중 합 수행부(170)는, 시간 영역에서 평균화 과정을 수행하도록 가중 합 업데이트의 매트릭스 정보
Figure 112019087663824-pat00130
를 제공한다. 상기
Figure 112019087663824-pat00131
는 다음 수학식 13과 같다.
Figure 112019087663824-pat00132
TDA(Time Domain Averaging)부(180)는 상기
Figure 112019087663824-pat00133
를 기준으로 시간영역에서 인접한 채널의 높은 상관관계를 이용하여 평균화 과정을 수행하여 하기 수학식 14의 최종채널 추정 값
Figure 112019087663824-pat00134
을 제공한다.
Figure 112019087663824-pat00135
다음에는 이와 같이 구성된 채널추정장치를 이용한 채널추정방법에 대해 살펴본다. 초기 LS 추정부(110)는 채널 추정값인
Figure 112019087663824-pat00136
[수학식 1]과 가중합 과정에 사용되는 업데이트 매트릭스 정보
Figure 112019087663824-pat00137
[수학식 2]을 출력한다(s100).
그러면 제1 가중 합 수행부(120)는 상기
Figure 112019087663824-pat00138
및
Figure 112019087663824-pat00139
를 입력받게 되며, 이에 가중 합 과정을 수행하여 초기 채널 추정 값인
Figure 112019087663824-pat00140
[수학식 3]을 출력한다(s102). 여기서 본 실시 예는 상기
Figure 112019087663824-pat00141
의 β를 1로 하며, 가중치 계수인
Figure 112019087663824-pat00142
을
Figure 112019087663824-pat00143
로 하는데, 이는 시변 채널을 고려하여 k번째 채널추정 값에 높은 가중치를 부여하기 위한 것이라 할 것이다.
이와 같이 가중 합 수행이 완료되면 제1 데이터 파일럿 심벌 추정부(130)는 데이터 파일럿 심벌
Figure 112019087663824-pat00144
[수학식 4]을 생성하게 되는데, 이때 본 실시 예는 안테나별로 독립적으로 수행하지 않고 MRC 기법을 이용하여 채널을 추정하고 있다(s104). 채널 추정은 R개의 수신 안테나의 (i - 1) 번째 최종채널 추정값
Figure 112019087663824-pat00145
와 R개의 수신 안테나의 i번째 수신신호
Figure 112019087663824-pat00146
를 이용하여 MRC로 등화한 다음 디맵핑 과정에 의해 이루어진다.
그러면 LS 추정부(140)는 상기 데이터 파일럿 심벌
Figure 112019087663824-pat00147
와
Figure 112019087663824-pat00148
을 이용해 등화과정을 수행하여 i번째 채널 추정값
Figure 112019087663824-pat00149
을 추정한다(s106).
이후, 제2 데이터 파일럿 심벌 생성부는 i번째 채널 추정값
Figure 112019087663824-pat00150
의 신뢰도 평가를 위해 데이터 파일럿을 생성한다(s108). 데이터 파일럿은 총 4개이며, 각각의 수신안테나별 데이터 파일럿 2개와 MRC를 이용한 데이터 파일럿 2개를 말한다.
4개의 데이터 파일럿 심벌은
Figure 112019087663824-pat00151
,
Figure 112019087663824-pat00152
,
Figure 112019087663824-pat00153
,
Figure 112019087663824-pat00154
이고, 상기 수학식 6 내지 수학식 9에 나타내고 있다.
이처럼 4개의 데이터 파일럿 심벌이 생성되면 신뢰도 평가부(160)는 i번째 채널 추정값
Figure 112019087663824-pat00155
에 대한 신뢰도를 평가한다(s110). 평가방법은, 상기 데이터 파일럿 심벌 중
Figure 112019087663824-pat00156
와
Figure 112019087663824-pat00157
가 동일할 때,
Figure 112019087663824-pat00158
의 신뢰도가 높다고 판단하여 i번째 수신신호에 대한 채널 추정값
Figure 112019087663824-pat00159
으로 판정한다.
반면 서로 상이하면 기존의 각 수신 안테나별로 생성된 데이터 파일럿을 이용하여 다시 신뢰도 평가를 수행한다. 즉
Figure 112019087663824-pat00160
와
Figure 112019087663824-pat00161
가 동일하면
Figure 112019087663824-pat00162
의 신뢰도가 높다고 판단하여 r 번째 수신 안테나의 i번째 수신신호에 대한 채널 추정값
Figure 112019087663824-pat00163
으로 판정하고, 동일하지 않으면
Figure 112019087663824-pat00164
의 신뢰도가 낮다고 판단하여 r 번째 수신 안테나의 (i - 1) 번째 수신신호에 대한 채널 추정 값
Figure 112019087663824-pat00165
을 i 번째 수신 신호에 대한 채널 추정 값으로 판정한다.
따라서 신뢰도 평가부(160)의 상기 신뢰도 평가 방식에 따라 i번째 수신신호에 대한 채널 추정값
Figure 112019087663824-pat00166
은 상기 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.
한편, 본 발명은 이와 같은 신뢰도 평가 수행 이후에 주파수 영역 및 시간 영역에서의 가중합 과정을 더 수행하여 최종 채널 추정 값
Figure 112019087663824-pat00167
을 추정한다. 따라서 상기 신뢰도 평가부(160)는, 상기
Figure 112019087663824-pat00168
과 함께 업데이트 매트릭스 정보
Figure 112019087663824-pat00169
를 제2 가중 합 수행부(170)로 제공하게 된다.
이때, 제2 가중 합 수행부(170)는, (2β + 1)로 설정된 윈도우 구간 내에서 특정 조건, 즉
Figure 112019087663824-pat00170
을 만족할 경우에만(s112), 인접한 채널 값에 가중치를 부여하여 채널 값의 평균을 수행하고(s114), 상기 특정 조건을 만족하지 못하면
Figure 112019087663824-pat00171
을 사용한다(s113). 여기서 상기 W는 가중합 조건을 만족하기 위한 계수로서, 본 실시 예는 2로 셋팅된다.
이처럼 주파수 영역에서 채널 값의 평균을 수행한 다음에는 시간영역에서도 채널 값의 평균을 수행하도록 TDA부(180)는 상기 제2 가중합 수행부(170)가 제공한
Figure 112019087663824-pat00172
을 이용하여 평균화 과정을 수행한다(s116). 이러한 평균화 과정에 의해 최종 채널 추정 값
Figure 112019087663824-pat00173
[수학식 14]을 출력하게 된다(s118).
이와 같이 본 발명은 신뢰도 평가단계에 따라 도출된 채널 추정 값에 대하여
Figure 112019087663824-pat00174
을 만족하는 경우에 주파수 영역에서 인접 채널 값에 가중치를 부여하여 채널 값의 평균을 수행하고, 이후 가중합 된 채널 추정 값에 대하여 시간 영역에서 다시 평균화과정을 수행함으로써 최종 채널 추정 값을 제공함을 알 수 있다. 그러기 때문에 기존의 채널 추정방법에 비하여 IEEE 802.11p 표준의 프레임 구조를 변화시키지 않으면서 채널 추정 성능을 향상시킬 수 있어 WAVE 장치의 성능을 개선할 수 있는 것이다. 또한 제안된 기법은 일반적인 OFDM 시스템에 적용이 가능하며 IEEE 802.11p 표준과 같이 채널 추정을 위한 파일럿 심벌의 수가 적은 경우에 보다 우수한 성능을 나타낸다.
이러한 채널 추정성능의 예는 도 5 내지 도 14를 통해 확인할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 도시된 실시 예를 참고하여 설명하고 있으나, 이는 예시적인 것들에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 요지 및 범위에 벗어나지 않으면서도 다양한 변형, 변경 및 균등한 타 실시 예들이 가능하다는 것을 명백하게 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적인 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
110: 초기 LS 추정부(Initial LS Estimation)
120: 제1 가중 합 수행부(Weighted SUM)
130: 제1 데이터 파일럿 심벌 생성부(Equalization w/ MRC & Contructing Data Pilot)
140: LS 추정부(LS Estimation)
150: 제2 데이터 파일럿 심벌 생성부(Equalization w/,w/o MRC & Contructing Data Pilot)
160: 신뢰도 평가부(Realiability test)
170: 제2 가중 합 수행부(Weighted SUM)
180: TDA(Time Domain Averageing)

Claims (11)

  1. LS 기법에 의한 초기 채널 추정 값을 추정하는 초기 LS 추정부;
    초기 채널 추정 값을 가중 합 처리하는 제1 가중합 수행부;
    가중 합 수행된 초기 채널 추정 값에 MRC를 이용하여 데이터 파일럿 심벌을 생성하는 제1 데이터 파일럿 심벌 생성부;
    상기 생성된 데이터 파일럿 심벌과 i번째 수신신호를 이용한 등화과정을 수행하여 i번째 채널 추정 값을 추정하는 LS 추정부;
    상기 추정된 i번째 채널 추정 값의 신뢰도 평가를 위해 수신안테나별 데이터 파일럿 2개와 MRC를 이용한 데이터 파일럿 2개의 총 4개의 데이터 파일럿을 생성하는 제2 데이터 파일럿 심벌 생성부;
    상기 4개의 데이터 파일럿을 이용하여 i번째 채널 추정 값의 신뢰도 평가를 수행하는 신뢰도 평가부;
    상기 신뢰도 평가를 이용해 도출된 채널 추정 값과 그 채널 추정 값의 업데이트 매트릭스 정보를 이용하여 주파수 영역에서 가중합 과정을 수행하되, 특정 조건을 만족한 경우에 인접한 채널 값에 가중치를 부여하여 채널 값의 평균을 수행하는 제2 가중합 수행부; 및
    상기 가중합 과정을 수행한 채널 추정 값과 그 채널 추정 값의 가중 합 업데이트 매트릭스 정보를 이용하여 시간 영역에서 평균화 과정을 수행하고 최종 채널 추정 값을 제공하는 TDA(Time Domain Average)부를 포함하여 구성되는 OFDM 시스템에서의 MRC 기반 채널추정장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 데이터 파일럿 심벌 생성부는,
    R개의 수신 안테나의 (i - 1) 번째 최종채널 추정값
    Figure 112019087663824-pat00175
    와 R개의 수신 안테나의 i번째 수신신호
    Figure 112019087663824-pat00176
    를 이용하여 MRC로 등화한 다음 디맵핑 과정을 수행하여 상기 데이터 파일럿 심벌
    Figure 112019087663824-pat00177
    을 생성하고,
    상기
    Figure 112019087663824-pat00178
    는 하기 수학식으로 나타내는 OFDM 시스템에서의 MRC 기반 채널추정장치.
    Figure 112019087663824-pat00179
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 데이터 파일럿 심벌 생성부는,
    Figure 112019087663824-pat00180
    ,
    Figure 112019087663824-pat00181
    ,
    Figure 112019087663824-pat00182
    ,
    Figure 112019087663824-pat00183
    의 4개의 데이터 파일럿을 생성하는 OFDM 시스템에서의 MRC 기반 채널추정장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기
    Figure 112019087663824-pat00184
    데이터 파일럿 심벌은,
    Figure 112019087663824-pat00185
    와 (i - 1) 번째 수신신호
    Figure 112019087663824-pat00186
    를 이용하여 등화 및 디맵핑 과정에 의해 생성되고,
    하기 수학식으로 나타내는 OFDM 시스템에서의 MRC 기반 채널추정장치.
    Figure 112019087663824-pat00187
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기
    Figure 112019087663824-pat00188
    데이터 파일럿 심벌은,
    Figure 112019087663824-pat00189
    와
    Figure 112019087663824-pat00190
    를 이용하여 등화 및 디맵핑 과정에 의해 생성되고,
    하기 수학식으로 나타내는 OFDM 시스템에서의 MRC 기반 채널추정장치.
    Figure 112019087663824-pat00191
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기
    Figure 112019087663824-pat00192
    데이터 파일럿 심벌은,
    Figure 112019087663824-pat00193
    와
    Figure 112019087663824-pat00194
    를 이용하여 등화 및 디맵핑 과정에 의해 생성되고,
    하기 수학식으로 나타내는 OFDM 시스템에서의 MRC 기반 채널추정장치.
    Figure 112019087663824-pat00195
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 신뢰도 평가부는,
    상기 4개의 데이터 파일럿 심벌을 이용하여 i번째 수신 신호에 대한 채널 추정값의 신뢰도를 평가하고,
    상기
    Figure 112019087663824-pat00196
    와
    Figure 112019087663824-pat00197
    가 동일(
    Figure 112019087663824-pat00198
    )하면 상기 i번째 채널 추정 값의 신뢰도가 높다고 판단하고,
    서로 상이(
    Figure 112019087663824-pat00199
    )하면 각 수신 안테나별로 생성된 데이터 파일럿
    Figure 112019087663824-pat00200
    와
    Figure 112019087663824-pat00201
    를 비교하여 동일한 경우 상기 i번째 채널 추정 값의 신뢰도가 높다고 판단하는 OFDM 시스템에서의 MRC 기반 채널추정장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 최종 채널 추정 값은 하기 수학식으로 나타내는 OFDM 시스템에서의 MRC 기반 채널추정장치.
    Figure 112019087663824-pat00202
  9. OFDM 시스템의 채널을 추정하는 방법에 있어서,
    4개의 데이터 파일럿을 이용하여 LS 기법으로 추정한 채널 추정 값의 신뢰도를 평가하는 신뢰도 평가단계;
    상기 신뢰도 평가단계에 따라 도출된 채널 추정 값에 대하여 특정 조건을 만족할 경우에 인접 채널 값에 가중치를 부여하여 채널 값의 평균을 수행하는 가중합 수행단계; 및
    상기 가중합 된 채널 추정 값에 대하여 시간 영역에서 평균화과정을 수행하여 최종 채널 추정 값을 제공하는 시간영역 평균화 수행단계를 포함하고,
    상기 특정 조건은
    Figure 112020082582450-pat00203
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 OFDM 시스템에서의 MRC 기반 채널 추정방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 특정 조건을 만족하지 못하면, 상기 가중합 수행단계에서는 (i-1)번째 가중합 과정을 수행한 채널 추정값을 제공하는 OFDM 시스템에서의 MRC 기반 채널 추정방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 신뢰도 평가단계 이전에, MRC를 이용하여 상기 신뢰도 평가를 위해 필요한 수신안테나별 데이터 파일럿 심볼을 생성하여 제공하는 단계를 더 포함하는 OFDM 시스템에서의 MRC 기반 채널 추정방법.
KR1020190104676A 2019-08-26 2019-08-26 Ofdm 시스템에서의 mrc 기반 채널추정장치 및 그 채널추정방법 KR102149610B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20080054410A (ko) * 2005-09-28 2008-06-17 엘지전자 주식회사 채널추정 방법 및 장치
KR20160073656A (ko) * 2014-12-17 2016-06-27 한국교통대학교산학협력단 시간과 주파수 영역 채널 추정 방법 및 이를 이용하는 추정 시스템
KR20180059133A (ko) * 2016-11-25 2018-06-04 연세대학교 산학협력단 Fbmc 시스템에서 신호 레벨의 채널 추정을 위한 송신기 및 수신기

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