KR20050116010A - 이동 통신 환경에서의 속도 추정 장치 - Google Patents

이동 통신 환경에서의 속도 추정 장치 Download PDF

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Abstract

셀룰러 이동 통신 환경에는 대표적인 두 가지 환경인 직접파가 존재하는 라이시안 페이딩 환경과 직접파가 존재하지 않는 레일리 페이딩 환경이 존재한다. 일반적으로 레일리 페이딩 환경에서 이동국의 속도 추정에 있어서 많은 방법이 알려져 있지만 직접파가 존재하는 라이시안 페이딩 환경에서는 라이시안 계수 K 와 직접파의 입사각 추정의 어려움에 따라 많은 이동국의 속도 추정에 있어서 많은 오차가 발생한다. 하지만 본 발명에서는 라이시안 계수 K 와 직접파의 입사각

Description

이동 통신 환경에서의 속도 추정 장치{VELOCITY ESTIMATOR IN MOBILE COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 이동 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 직접파가 존재하는 라이시안 페이딩 채널(Rician Fading Channel)에서 이동국의 속도 추정 장치 및 방법에 관한 것이다.
차세대 무선 통신에서 한정된 주파수 및 채널 자원 내에서 대용량의 멀티미디어 패킷 서비스를 지원하기 위해서는 정확한 채널 정보를 바탕으로 한 시스템 자원 할당이 중요한 역할을 한다.
이동 통신 채널과 같은 시변 채널에서는 채널에 대한 정보로서 속도에 대한 요소가 매우 중요하며, 상기 속도 정보는 사용자의 채널 상태를 나타내는 정보로서 시스템 자원의 효율적 운용을 위해서는 반드시 필요한 요소이다.
통상적으로 이동 통신 환경에서 많은 적응형 알고리즘들이 이동국의 속도 정보를 채널 트랙커 길이나 인터리버 크기 같은 적응형 수신기의 계수를 결정하는데 사용되고 있다. 특히, 속도 정보는 셀룰러 통신 시스템에서 근원간섭(Near-Far)문제를 해결하기 위해 파워를 콘트롤하는 전력 제어(power control)와 셀과 셀 사이의 경계지점을 통과할 때 발생하는 핸드오프(hand-off)처리에 있어 매우 중요한 정보이다.
한편, 이동국은 움직임에 따라 수신 신호의 도플러 편이를 격게 되는데 도플러 편이는 기지국에 대한 이동국의 이동 속도에 비례하여 수신 신호의 주파수 오차를 발생시킨다.
이와 같이, 도플러 편이에 의한 수신 신호의 주파수 오차가 이동국의 이동 속도에 비례하는 특성을 이용하면 이동국의 속도를 추정하는 것이 가능하다. 따라서, 이동 통신 시스템에서 이동국의 속도 추정은 수신 신호의 최대 도플러 주파수(Maximum Doppler Frequency)를 검출함으로서 가능하다.
최대 도플러 주파수를 추정하기 위한 연구는 채널 계수 추정의 주요한 부분으로서 여러 가지 알고리즘들이 알려져 있다.
종래의 최대 도플러 주파수 추정 기법으로서 랜덤 신호의 level crossing rate(LCR)와 zero crossing rate(ZCR) 특성을 유도하는 방법과 수신 신호의 자기 상관 함수 (ACF) 값을 이용하는 방법, 그리고 수신 신호 크기의 제곱 값의 공분산 (COV)을 이용하는 방법들이 알려져 있다.
상기 종래 기술들은 직접파 성분이 없는 레일리 페이딩(Rayleigh fading) 환경에서는 정확한 속도 추정값을 구할 수 있다. 하지만, 직접파가 존재하는 라이시안 페이딩(Rician Fading) 환경에서는 직접파 성분과 산란파 성분의 전력비를 나타내는 라이시안 계수 K와 직접파의 입사각 의 정보가 있어야 이동체의 정확한 속도를 추정할 수 있다.
라이시안 계수 K를 추정하는 방법은 이미 많이 알려져있다. 그러나 단일 안테나를 사용하는 시스템에서 직접파 성분의 입사각 정보를 추정하는 방법은 아직 알려진 바가 없다.
그러므로 이동 통신 환경에서와 같이 직접파가 존재하는 라이시안 환경에서는 종래 기술를 적용하는 것은 어려운 일이다.
일반적으로 직접파 성분을 고려하지 않고 종래 기술를 적용하는 경우 LCR이나 COV 값을 이용하는 방법이 ZCR이나 ACF 값을 이용하는 경우보다 직접파가 존재하는 라이시안 페이딩 환경에서는 강한 특성을 가진다. 하지만 LCR이나 COV 값을 이용하는 상기 방법은 직접파를 고려하지 않으므로 그로 인한 왜곡은 추정값의 20%내지 40%에 이르는 매우 심각한 문제가 발생한다.
이러한 단점을 보완하기 위한 방법으로 페이딩 채널의 자기 회귀 모델(Auto-Regressive model, 이하 'AR모델'이라 칭함)의 계수를 이용하는 방법이 있다. 상기 AR모델의 계수를 이용하는 방법은 라이시안 페이딩에서 왜곡이 적은 특성을 보이나 특정 입사각에 대하여 여전히 20% 정도의 왜곡을 가지며 AR모델의 계수를 추정하는 과정은 부가 잡음에 민감한 단점이 있다.
따라서 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 최대 도플러 주파수 추정시에 직접파가 존재하는 라이시안 페이딩 채널에서 직접파 성분의 정보 없이 추정가능하고 잡음에도 강한 특성을 보일 수 있는 효율적인 속도 추정 방법 및 장치을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 단일 안테나를 사용하는 이동국에 있어서, 수신 신호의 직접파 입사각 정보를 추정하는 방법을 제공함에 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제 1 국면에 있어서, 최대 도플러 주파수 추정방법은 수신 파일럿 신호의 소정의 시간 차를 갖는 자기공분산 연산을 수행하는 과정과, 상기 수신 파일럿 신호의 시간 차가 없는 자기공분산 연산을 수행하는 과정과, 상기 수신 파일럿 신호의 제곱값에 대한 시간 차가 없는 자기공분산 연산을 수행하는 과정과, 상기 수신 파일럿 신호의 제곱값의 소정 시간 차를 갖는 자기공분산 연산을 수행하는 과정과, 각 과정에서 출력된 신호를 이용하여 최대 도플러 주파수를 추정함을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 속도추정장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 속도 추정 장치(100)를 나타낸 블록도이다.
도1 을 참조하여 설명하면, 상기 속도 추정 장치(100)은 소정의 무선 채널을 통해 수신된 신호를 기저대역의 신호로 변환시키는 RF처리부(101), 상기 변환된 신호로부터 데이터 신호로 변환시키는 샘플링부(103), 상기 수신 데이터 신호로부터 파일럿 신호를 분리하는 파일럿 신호 분리부(107), 상기 파일럿 신호로부터 최대 도플러 주파수를 추정하는 최대 도플러 주파수 추정부(109), 상기 추정된 도플러 주파수 정보를 속도 정보로 변환하는 속도 정보 변환부(110)로 구성되어 있다.
도2 는 상기 도1의 상기 최대 도플러 주파수 추정부(109)를 상세하게 나타낸 블럭도이다.
도2에서 보는 바와 같이, 최대 도플러 주파수 추정부(109)는 상기 도1의 파일럿 신호 분리부(107)로부터 출력된 수신 파일럿 신호 샘플간의 소정 시간차를 갖는 자기공분산 연산을 수행하는 제1자기공분산부, 상기 수신 파일럿 신호의 시간차가 없는 자기공분산 연산을 수행하는 제 2자기공분산부, 상기 수신 파일럿 신호의 제곱값에 대해 시간차가 없는 자기공분산 연산을 수행하는 제 3자기공분산부, 상기 파일럿 신호의 제곱값에 소정 시간 차를 갖는 자기공분산 연산을 수행하는 제4자기공분산부, 그리고 상기 각각 자기공분산부의 출력값들에 의해 수신 파일럿 신호의 최대 도플러 주파수를 계산하는 최대 도플러 주파수 계산부(215)로 구성되어 있다.
상기 제 1자기공분산부는 상기 수신 파일럿 신호에 대해 소정의 시간 차를 갖는 자기공분산 연산을 수행하여 제 1자기공분산값을 출력하는 제 1자기공분산계산부(203)로 구성되어 있다.
상기 제 2자기공분산부는 상기 수신 파일럿 신호의 순시 전력을 계산하는 순시 전력 계산부(201)와 상기 순시 전력 계산부 (201)의 출력값을 미리 정해진 횟수 만큼 누적시키는 제 1누적기(205)로 구성되어 있다.
상기 제 3자기공분산부는 상기 순시 전력 계산부(201), 상기 순시 전력 계산부(201)의 출력값의 제곱을 미리 정해진 횟수 만큼 누적시키는 제 2누적기(207), 그리고 상기 제2누적기(207)의 출력값과 상기 제1누적기(205)의 출력값에 대해 자기공분산 연산을 수행하여 제 3자기공분산값을 출력하는 제 3자기공분산계산부(211)로 구성되어 있다.
상기 제 4자기공분산부는 상기 순시 젼력 계산부(201), 상기 순시 전력 계산부(201)의 출력값과 상기 순시 전력 계산부(201)의 출력값의 소정의 시간차를 갖는 출력값의 차이를 제곱한 값을 구하여 미리 정해진 횟수 만큼 누적시키는 제 3 누적기(209),그리고 상기 제3누적기(209)의 출력값과 상기 제 3자기공분산계산부(211)의 출력값으로부터 제 4공분산값을 출력하는 제 4자기공분산계산부(213)로 구성되어 있다.
일반적으로 이동 통신 환경의, 직접파가 존재하지 않는 레일리 페이딩 환경(Rayleigh fading)에서 ACF 및 COV 기반의 최대 도플러 주파수는 각각 다음의 <수학식1>과 <수학식2>을 이용하여 얻을 수 있다.
상기 <수학식1>에서 은 최대 도플러 주파수, 는 파일럿 신호의 주기 시간, 는 k번째 샘플링 시간 만큼 떨어진 수신 신호간의 자기 상관 함수(ACF)값이다. 상기 <수학식2>에서 Cov[ㅇ]와 Var[ㅇ]는 각각 공분산과 자기 분산값, 는 1종의 0차 베셀 함수를 나타낸다. 상기 <수학식1>과 상기 <수학식2>는 레일리 페이딩 환경에서 유도된 결과이며, 직접파가 존재하는 라이시안 페이딩 환경(Rician Fading)에서는 다음<수학식3>과 <수학식4>으로 재구성 할 수 있다.
상기 <수학식3>과 <수학식4>는 직접파 성분과 산란파 성분비를 나타내는 라이시안 계수 K와 직접파의 입사각 를 포함하는 매우 복잡한 수학식이다.
통상적으로 빠르게 변화하는 페이딩 환경에서 직접파 성분에 대한 정보를 추정하는 것은 매우 어렵다. 그러므로 최대 도플러 주파수 추정은 직접파의 영향을 고려하지 않은 상기 <수학식1>과 <수학식2>를 이용하여 추정되는 것이 일반적이다. 그러나 일반적인 셀룰러 이동통신 환경은 직접파가 존재할 수 있는 환경이므로 직접파를 무시한 최대 주파수 추정은 추정값에 심각한 왜곡을 초래하게 된다.
본 발명에 따른 속도 추정 방법에서는 개선된 공분산 기반의 최대 도플러 주파수 추정기법이 이용된다.
상기 개선된 공분산 기반의 최대 도플러 주파수 추정 방법에서 수신 신호 X(t)의 시간 지연 τ를 갖는 자기공분산(auto-covariance)함수는 하기 <수학식5>와 같이 나타낼 수 있다.
상기 <수학식5>에서 는 X의 공액 복소수이고, 는 의 평균값이다. 가 0인 경우 자기 공분산 함수는 자기 상관 함수와 동일하게 된다. 그리고 가 실수값이면, 와 는 동일하다.
라이시안 페이딩 환경에서 수신된 파일럿 신호 의 정규화된 자기 공분산 함수와 수신된 파일럿 신호의 제곱인 의 정규화된 자기 공분산 함수는 각각 하기의 <수학식6>과 <수학식7>과 같이 나타낼 수 있다
상기 <수학식 6>과 <수학식7>을 이용하여 최대 도플러 주파수를 추정하기 위해서는 라이시안 계수 K와 입사각 에 대한 정보가 필요하게 된다. 직접파의 입사각 를 소거하기 위하여 <수학식 6>과 <수학식 7>을 결합하여 재구성하면 하기 <수학식 8>과 같이 에 독립적인 수식이 유도된다.
상기 수학식 8은 이미 알려진 라이시안 계수 K를 구하는 방법을이용하여 하기 <수학식 9>와 같이 나타낼 수 있다.
그리고, 상기 <수학식 8>과 <수학식 9>를 <수학식 6>에 대입하면 하기 <수학식 10>과 같이 구해 진다.
본 발명에서는 상기 <수학식10>에 보는 바와 같이, 라이시안 계수 K와 입사각 를 알지 못해도 수신 파일럿 신호의 자기공분산값을 알면 최대 도플러 주파수를 추정할 수 있음을 알 수 있다.
이제 도2를 참조하여, 상기 도1의 최대 도플러 주파수 추정부(109)를 상세하게 설명할 것이다.
상기 최대 도플러 주파수 계산부(215)는 상기 <수학식 10>에 의해 연산이 되므로 제 1자기공분산값 , 제 2자기공분산값 , 제 3자기공분산값 , 제 4 자기공분산값 값을 알아야 최대 도플러 주파수를 추정할 수 있다.
첫 번째로, 제 1자기공분산값 은 다음과 같은 방법으로 구할 수 있다.
제1 자기공분산계산부(203)는 실수부 와 허수부 로 구성되어 있는 수신 파일럿 신호로부터 상기 수신 파일럿 신호의 소정의 시간 차를 갖는 자기공분산 연산을 수행함으로서 제 1자기공분산값 을 얻을 수 있다.
두 번째로, 제 2자기공분산값 는 다음과 같은 방법으로 구할 수 있다.
순시전력계산부(201)는 수신 파일럿 신호로부터 순시전력을 계산하고, 제 1누적기(205)는 상기 수신 파일럿 신호의 전력값을 미리 정해진 만큼 누적시키는 연산을 수행함으로서 상기 수신 파일럿 신호의 시간차가 없는 자기공분산값인 제 2자기공분산 값 을 구할 수 있다.
세 번째로, 제 3자기공분산값 는 다음과 같은 방법으로 구할 수 있다.
순시전력계산부(201)는 수신 파일럿 신호로부터 순시전력을 계산하고, 제 2누적기(207)는 상기 수신 파일럿 신호의 순시 전력값의 제곱을 미리 정해진 만큼 누적시키는 연산을 수행한다. 그리고 제 3자기공분산계산부(211)는 상기 제 1누적기(205)와 제 2누적기(207)에서 출력된 신호로부터 제 자기2공분산값을 계산하는 연산을 수행함으로서 상기 수신 파일럿 신호의 제곱값에 시간차가 없는 자기공분산값인 제 3자기공분산값 를 구하게 된다.
네 번째로, 제 자기4공분산값 는 다음과 같은 방법으로 구할 수 있다.
제 3누적기(209)는 상기 순시 전력 계산부(201)에서 계산된 순시 전력값과 상기 순시 전력값의 소정의 시간차를 갖는 전력값의 차이를 제곱한 값을 미리 정한 만큼 누적연산을 수행한다. 그리고 제 4자기공분산계산부(213)는 상기 제 3자기공분산계산부(211)와 제 3누적기(209)의 출력값으로 제 4자기공분산값을 계산하는 연산을 수행함으로서 상기 수신 파일럿 신호의 제곱값에 소정의 시간차를 갖는 자기공분산값인 제 4자기공분산값 를 구하게 된다.
마지막으로, 최대 도플러 주파수 계산부(215)는 상기 각 계산부에서 나온 제 1자기공분산값, 제 2자기공분산값, 제 3자기공분산값, 제 4자기공분산값으로부터 <수학식 10>의 연산을 수행함으로서 최대 도플러 주파수를 구하게 된다.
이하, 본 발명의 1 실시예에 따라 수신 파일럿 신호의 시간 지연 τ가 상기 수신 파일럿 신호의 샘플간 간격이 인 경우를 통하여 보다 상세히 설명할 것이다.
상기 도2에서 보는 바와 같이 실수부 허수부 인 신호 파일럿 신호가 최대 도플러 주파수 추정부에 들어오게 되면 일때 본 발명에 따른 최대 도플러 주파수를 구하는 방법은 하기 <수학식11>과 같다.
그러므로 상기 <수학식 11>에서 제 1자기공분산값 , 제 2자기공분산값 , 제 3자기공분산값 와 제 4자기공분산값 을 각각 알아야 한다.
우선 제 1자기공분산값 은 수신 파일럿 신호의 샘플간 시간 차 를 갖는 자기공분산값으로 상기 수신된 파일럿 신호가 하기 <수학식 12>와 같은 방법을 사용하는 제 1자기공분산계산부(201)에 의해 연산된다..
상기 <수학식 12>에서 N은 상기 시스템에서 추정하기 위해 미리 설정하는 샘플수를 말한다.
두 번째로, 제 2자기공분산값 은 상기 수신 파일럿 신호가 시간차가 없는 자기공분산값으로 다음과 같은 방법으로 구한다.
순시전력계산부(201)은 상기 수신 파일럿 신호의 전력을 하기 <수학식 13>의 방법에 의해 순시 전력값 를 출력한다. 그리고 상기 제 1누적기(205)는 상기 출력값 이 N번의 샘플만큼 누적시키는 하기 <수학식 14>와 같은 연산을 수행함으로서 제 2자기공분산값 을 구하게 된다.
세 번째로, 제 3자기공분산값 는 상기 수신 파일럿 신호의 제곱의 값에 시간차가 없는 자기공분산값으로 다음과 같은 방법으로 구하여 진다.
제 2누적기(207)는 상기 순시 전력값 의 제곱값을 N번의 샘플만큼 누적시키는 하기 <수학식 15>에 의한 연산을 수행함으로서 순시 전력의 제곱값 를 출력하게 된다. 그리고 상기 제 3자기공분산계산부(211)는 상기 제 1누적기(205)에서 출력된 제 2자기공분산값 과 상기 제 2누적기(207)의 출력값 로부터 하기 <수학식 16>에 의한 연산을 수행함으로서 제 3자기공분산값 을 구하게 된다.
네 번째로, 제 4자기공분산값 는 상기 수신 파일럿 신호의 제곱의 값을 시간차 를 갖는 자기공분산값으로 다음과 같은 방법으로 구하여 진다.
제 3누적기(209)는 상기 순시 전력값 로부터 하기 <수학식 17>연산 방법에 의해 상기 순시 전력값과 시간차 의 순시 전력값 차이의 제곱값를 N-1번의 누적시킴으로서 신호값 V를 출력한다. 그리고 제 4자기공분산계산부(213)는 상기 제 3자기공분산계산부(211)의 출력값 와 상기 제 3누적기(209)의 출력값 V으로부터 하기 <수학식 18>에 의해 제 4자기공분산값 를 구하게 된다.
마지막으로, 최대 도플러 주파수 계산부(215)는 상기 각각의 자기공분산 값, , , 를 입력으로 하여 상기 <수학식11>에 의해 최대 도플러 주파수 추정하게 된다.
상기 실시예에서 상기 제 1자기공분산계산부(203)와 제 3누적기(209)는 상기 시스템에서 N-1번의 연산을 수행할 하였지만, 다른 실시 예에서는 사용할 시스템에 따라 바뀔 수 있음을 유념해야 한다.
도3a 및 도3b는 각각 라이시안 계수가 K=1과 K=10인 라이시안 페이딩 환경에서 종래의 최대도플러주파수 추정 방법들과 본 발명에 따른 최대도플러주파수 추정방법의 성능 비교 실험 결과를 보인 그래프들이다.
도3a에서 보는 것과 같이, 라이시안 계수가 K=1인 경우 종래의 ZCR, LCR, ACF, COV 기반의 최대 도플러 추정 방법에 의한 추정 평균값은 최소 +15% ~ ­19%, 최대 +30% ~ ­35% 까지 왜곡을 발생시키는 반면 본 발명에 따른 M-COV를 이용한 최대 도플러 주파수 추정 방법에서는 전혀 왜곡을 발생하지 않았음을 알 수 있다.
또한 도3b에서 보는 바와 같이, 라이시안 계수가 K=10 경우에도 종래의 ZCR, LCR, ACF, COV 기반의 최대 도플러 추정 방법에 의한 추정 평균값들은 최소 +20% 내지 ­25%, 최대 40% 내지 ­80% 까지 심각한 왜곡을 발생시키지만 본 발명에 따른 M-COV를 이용한 경우 추정 최대 도플러주파수값에 전혀 왜곡이 발생하지 않았음을 알수 있다.
도 4a 내지 도4c는 종래의 최대주파수 추정 방법들과 본 발명에 따른 최대주파수 추정 방법을 이용한 이동체의 속도 추정 성능 실험을 위해 각각 수신 신호의 입사각, 라이시안 계수, 그리고 수신 신호의 입사각과 라이시안 계수가 변하는 환경을 보인 예시도들이다.
모의 실험에서는 WCDMA 방식이 사용하고 있는 2 GHz 대역의 반송파 주파수와 3GPP 규격의 슬롯 전송율에 대항하는 파일럿 심볼 전송률 1.5 kbaud를 적용하였다. 이때 한번의 최대 도플러 주파수는 학습율 0.3 으로 갱신하였다.
도4a는 라이시안 계수 K는 고정시키고 직접파의 입사각이 변화하는 경우를 고려한 라이시안 페이딩(Rician fading)환경을 나타낸다. 이동국이 이동하는 동안 직접파의 입사각은 π/6에서 5π/6까지 변화하게 되며 라이시안 계수 K는 5로 고정시키고 이동국의 속도는 80 km/h 이다.
도4b는 라이시안 페이딩 환경에서 입사각을 고정시키고, 라이시안 계수 K를 변화하는 경우를 고려한 환경을 나타낸다. 직접파가 존재하는 라이시안 페이딩의 경우 입사각은 π/2이며, 라이시안 계수 K는 직접파가 존재하는 경우에는 5로, 직접파가 존재하지 않는 경우에는 0으로 고정하였고 이동국의 속도는 상기 도4a와 동일하게 80 k/m이다.
도4c는 라이시안 계수 K와 입사각이 동시에 변화하는 환경을 고려하였다. 라이시안 계수가 변화는 조건은 도4b에서 고려한 가정을 사용하였고, 입사각이 변화하는 조건은 도4a의 가정을 사용하였다.
도5a 내지 도5c는 각각 상기 도4a 내지 도4c의 환경에서 상기 모의 실험의 결과를 나타낸 그래프들이다.
도5a는 도4a에 대한 모의 실험 결과이다. 상기 실험의 측정시간은 50 sec로 잡았다. 도4a에서 알 수 있듯이 직접파가 있는 라이시안 페이딩(Rician fading)환경만이 존재한다. 그 결과 도5a에서 보는 바와 같이 직접파가 있는 라이시안 페이딩(Rician fading)환경에서 종래 기술은 이동국의 속도 추정에 있어서 종래 기술의 추정 방법의 경우 π/2 근처 일때 (즉 25 sec 근처) 이동체의 속도를 대략 22 km/h에서 60 km/h로 추정됨으로서 오차가 최대 60 km/h 까지 차이가 나는 것을 볼 수 있다. 그러나 본 발명은 전 구간에 걸쳐 2km/h 내지 3km/h의 오차가 남으로서 종래 기술에 비해 거의 오차가 나지 않음을 알 수 있다.
도5b는 도4b에 대한 모의 실험 결과로서 도5b에서 보듯이 레일리 페이딩 환경(B,D 지역)에서는 종래 기술과 본 발명에서의 속도 추정이 거의 나지 않음을 볼 수 있다. 그러나 도5a와 마찬가지로 라이시안 페이딩 환경(A, C, E지역)에서는 종래 기술을 이용한 속도 추정 방법의 경우 이동국의 속도를 대략 35km/h에서 60 km/h로 추정함으로서 오차가 최대 45 km/h의 차이가 있음을 알 수 있다. 그러나 본 발명에서는 전 구간에 걸쳐 오차가 거의 나지 않음을 알 수 있다.
도5c는 도4c에 대한 모의 실험 결과로서 도5c에서 라이시안 페이딩 환경(B 지역)에서는 종래 기술을 이용한 속도 추정 방법의 경우는 대략 25 sec 에서 25 km/h에서 60 km/h로 추정함으로서 오차가 최대 55 km/h의 차이가 있음을 알 수 있다.
결국, 상기 모의 실험에서 종래 기술과 본 발명은 라이시안 페이딩 환경에서 많은 차이가 남을 알 수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다, 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 M-COV 방식을 이용한 최대 도플러 주파수를 추정하는 방법으로서 셀룰러 이동 통신 환경에서 이동체의 속도 추정시, 직접파가 존재하는 라이시안 페이딩 환경에서 왜곡 없는 추정값을 제공하는 방법이다. 본 발명에 따른 효과는 다음과 같다.
1. 직접파가 존재하는 라이시안 페이딩 환경에서 종래 기술에서는 왜곡 없는 추정을 위하여 직접파와 산란파의 전력비인 라이시안 계수 K와 직접파의 입사각 에 대한 정보가 필요하지만 본 발명에 따른 최대 도플러 주파수를 추정하는 방법은 라이시안 계수와 입사각 의 정보를 추정할 필요가 없으므로 거의 왜곡 없는 추정값을 가지는 효과가 있다.
2. AR계수를 이용하여 속도를 추정하는 종래 기술은 라이시안 페이딩 환경에서는 왜곡이 적은 특성을 보이나 특정 입사각에 대하여 여전히 20% 정도의 왜곡을 가지며 특히 부가 잡음에 민감한 단점이 있다. 한지만 본 발명에서는 부가 잡음에 대하여서는 종래 ACF와 COV를 이용한 방법정도의 성능을 보이므로 잡음에 대하여 덜 민감한 특성을 보이면서도 왜곡이 발생하지 않는 효과가 있다.
도1은 본 발명에 따른 속도 추정 장치를 보인 구성도.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 최대 도플러 주파수를 추정하는 방법을 나타내는 구성도.
도3a는 라이시안 계수 K=1.0 일때 종래 기술과 본 발명의 차이를 나타내는 그래프.
도3b는 라이시안 계수 K=10.0 일때 종래 기술과 본 발명의 차이를 나타내는 그래프.
도4a 내지 도4c는 본 발명의 실시예에 따른 환경을 나타내는 도면.
도5a 내지 도5c는 상기 도4a내지 도4c에 따른 결과를 나타내는 그래프.

Claims (17)

  1. 무선 채널을 통해 신호를 전송하는 송신기와 상기 신호를 수신하여 데이터를 복원하는 수신기로 이루어지는 통신 시스템에 있어서,
    상기 수신된 신호로부터 파일럿 신호를 분리하는 파일럿 분리부; 그리고
    상기 파일럿 분리부로부터 출력되는 파일럿 신호를 이용하여 최대 도플러 주파수를 추정하는 최대 도플러 주파수 추정부; 그리고
    상기 최대 도플러 주파수 추정부에 의해 추정된 최대 도플러 주파수 추정치를 속도 정보로 변환하는 속도 정보 생성부로 이루어지는 속도 추정 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 최대 도플러 주파수 추정부는:
    상기 파일럿 신호를 이용해서 자기공분산값들을 출력하는 자기공부산 계산부; 그리고
    상기 자기공분산 계산부로부터 출력된 자기공분산값들을 이용하여 최대 도플러 주파수를 산출하는 최대 도플러 주파수 계산부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 속도 추정 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 자기공분산 계산부는:
    상기 파일럿 신호의 소정의 시간차를 갖는 자기공분산 연산을 수행하여 제 1자기공분산값을 출력하는 제 1자기공분산 모듈;
    상기 파일럿 신호의 시간차가 없는 자기공분산 연산을 수행하여 제 2자기공분산값을 출력하는 제 2자기공분산 모듈;
    상기 파일럿 신호의 제곱값에 대해 시간차가 없는 자기공분산 연산을 수행하여 제 3자기공분산값을 출력하는 제 3자기공분산 모듈;
    상기 파일럿 신호의 제곱값에 소정 시간 차를 갖는 자기공분산 연산을 수행하여 제 4자기공분산값을 출력하는 제 4자기공분산 모듈로 이루어지는 것을 특징으로 하는 속도 추정 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 제 2자기공분산 모듈은
    상기 파일럿 신호의 순시 전력값을 계산하는 순시 전력 계산부;
    상기 순시 전력 계산부의 출력값을 미리 설정된 횟수 만큼 누적시키는 연산을 하여제 2자기공분산값을 출력하는 제 1누적기로 구성됨을 특징으로 하는 속도 추정 장치.
  5. 제 3항에 있어서, 제 3자기공분산 모듈은
    상기 파일럿 신호의 순시 전력값을 계산하는 순시 전력 계산부;
    상기 순시 전력 계산부의 출력값의 제곱 값을 미리 설정된 횟수 만큼 누적시키는 제 2누적기;
    상기 제 2자기공분산값과 상기 제 2누적기의 출력값을 이용하여 제3 자기공분산값을 출력하는 제 3자기공분산계산부로 구성됨을 특징으로 하는 속도 추정 장치.
  6. 제 3항에 있어서, 제 4자기공분산 모듈은
    상기 파일럿 신호의 순시 전력값을 계산하는 순시 전력 계산부;
    상기 순시 전력 계산부의 출력값와 상기 출력값의 소정의 시간 차를 갖는 출력값의 차이값에 대한 제곱값을 미리 정해진 횟수 만큼 누적시키는 연산을 수행하는 제 3누적기;
    상기 제 3누적기의 출력값과 상기 제 3자기공분산값을 이용하여 제 4자기 공분산값을 구하는 제 4자기공분산계산부로 구성됨을 특징으로 하는 속도 추정 장치.
  7. 제 2항에 있어서, 상기 자기공분산계산부는:
    상기 파일럿 신호의 소정의 시간 차를 갖는 자기공분산 연산을 수행하여 제 1자기공분산값을 출력하는 제 1자기공분산 모듈;
    상기 파일럿 신호의 순시 전력값을 계산하는 순시 전력 계산부와 상기 순시 전력 계산부의 출력값을 미리 설정된 횟수만큼 누적시키는 연산을 수행하여 제 2자기공분산값을 출력하는 제 1누적기로 구성되는 제 2자기공분산 모듈;
    상기 파일럿 신호의 순시 전력값을 계산하는 순시 전력 계산부와 상기 순시 전력 계산부의 출력값의 제곱 값을 미리 설정된 횟수만큼 누적시키는 연산을 수행하는 제 2누적기;상기 제 2자기공분산값과 상기 제 2누적기의 출력값을 이용하여 제 3자기공분산값을 출력하는 제 3자기공분산계산부로 구성되는 제 3자기공분산 모듈; 그리고
    상기 순시 전력 계산부로부터 나온 출력값과 상기 출력값의 소정의 시간 차를 갖는 출력값의 차이값에 대한 제곱값을 미리 정해진 횟수 만큼 누적시키는 연산을 수행하는 제 3누적기, 상기 제 3누적기의 출력값과 상기 제 3자기공분산값을 이용하여 제 4자기공분산값을 구하는 제 4자기공분산계산부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 속도 추정 장치.
  8. 무선 채널을 통해 신호를 전송하는 송신기와 상기 신호를 수신하여 데이터를 복원하는 수신기로 이루어지는 통신 시스템에 있어서,
    상기 수신된 신호로부터 파일럿 신호를 분리하고;
    상기 분리된 파일럿 신호를 이용하여 상기 수신기의 이동 속도를 계산하는 속도 추정 방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 파일럿 신호를 이용하여 이동 속도를 계산하는 과정은
    상기 파일럿 신호를 이용해서 최대 도플러 주파수를 추정하고,
    상기 추정된 최대 도플러 주파수를 속도 정보로 변환하는 것을 특징으로 하는 속도 추정 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 최대 도플러 주파수를 추정하는 과정은
    상기 파일럿 신호에 대해 자기공분산 연산을 수행하고;
    상기 자기공분산 연산을 통해 얻어진 자기공분산값들을 이용하여 최대 도플러 주파수값을 산출하는 것을 특징으로 하는 속도 추정 방법.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 자기공분산 값을 계산하는 과정은
    상기 파일럿 신호의 소정 시간 차를 갖는 자기공분산 연산을 수행하여 제 1자기공분산값을 계산하고;
    상기 파일럿 신호의 시간차가 없는 자기공분산 연산을 수행하여 제 2자기공분산값을 계산하고;
    상기 파일럿 신호의 제곱값에 대해 시간차가 없는 자기공분산 연산을 수행하여 제 3자기공분산값을 계산하고;
    상기 파일럿 신호의 제곱값에 소정 시간 차를 갖는 자기공분산 연산을 수행하여 제 4자기공분산값을 계산하는 속도 추정 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 제 1자기공분산값을 계산하는 과정은
    상기 파일럿 신호의 실수부와 허수부를 이용하는 속도 추정 방법.
  13. 제 11항에 있어서, 제 2자기공분산값을 계산하는 과정은
    상기 파일럿 신호의 순시 전력값을 계산하고;
    상기 파일럿 신호의 순시 전력값을 미리 정해진 횟수만큼 누적연산을 하여 상기 파일럿 신호의 시간차가 없는 자기공분산값을 계산하는 속도 추정 방법.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 제 3자기공분산값을 계산하는 과정은
    상기 파일럿 신호의 순시 전력값을 계산하고;
    상기 파일럿 신호의 순시 전력값의 제곱값을 미리 정해진 횟수만큼 누적연산을 수행하고;
    상기 제 2자기공분산값과 상기 누적연산에 의한 결과값를 이용하여 상기 파일럿 신호 제곱값의 시간차가 없는 자기공분산 값인 것을 특징으로 하는 속도 추정 방법.
  15. 제 11항에 있어서, 제 4자기공분산값을 계산하는 과정은
    상기 파일럿 신호의 순시 전력값을 계산하고;
    상기 파일럿 신호의 순시 전력값과 상기 순시 전력값의 소정의 시간차가 나는 전력값의 차이에 대한 제곱의 값을 미리 설정된 횟수만큼 누적연산을 수행하고;
    상기 제 3자기공분산값과 상기 누적연산에 의한 결과값을 이용하여 상기 파일럿 신호의 제곱값의 소정의 시간 차를 갖는 자기공분산값인 것을 특징으로 하는 속도 추정 방법.
  16. 제 10항에 있어서, 상기 자기공분산 값들을 계산하는 과정은
    상기 파일럿 신호의 실수부와 허수부를 이용하여 소정의 시간 차를 갖는 자기공분산 연산을 수행하여 제1자기공분산값을 계산하는 과정;
    상기 파일럿 신호의 순시 전력값을 계산하고, 상기 파일럿 신호의 수신 전력값을 미리 정해진 횟수 만큼 누적연산을 하여 상기 파일럿 신호의 시간차가 없는 자기공분산값인 제 2자기공분산값을 계산하는 과정;
    상기 파일럿 신호의 순시 전력값의 제곱의 값을 미리 정해진 횟수만큼 누적연산을 하고, 상기 제 2자기공분산값과 상기 누적연산에 의한 출력값을 이용하여 상기 파일럿 신호 제곱값의 시간차가 없는 자기공분산값인 제 3자기공분산값을 계산하는 과정;
    상기 파일럿 신호의 순시 전력값과 상기 파일럿 신호의 순시 전력값의 소정의 시간 차를 갖는 전력값의 차이에 대한 제곱의 값을 미리 설정된 횟수 만큼 누적연산을 하고, 상기 제 3자기공분산값과 상기 누적연산에 의한 출력값을 이용하여 상기 파일럿 신호 제곱값의 소정 시간 차를 갖는 자기공분산값인 제 4자기공분산값을 계산하는 과정으로 이루어진 속도 추정 방법.
  17. 제 9항에 있어서, 상기 최대 도플러 주파수 값은 다음 수학식:
    에 의해 산출되며,
    여기서, 은 최대 도플러 주파수, 는 1종의 0차 베셀 함수, 는 수신 신호의 시간차가 없는 자기공분산값, 는 수신 신호의 시간 차 τ를 갖는 자기 공분산값, 는 수신 신호 제곱값의 시간차가 없는 자기 공분산값, 는 수신 신호의 제곱의 값에 시간 지연 τ를 갖는 자기 공분산값임을 특징으로 하는 속도 추정 방법.
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