KR20080107551A - 가상 부반송파 환경에서의 채널 추정 방법 - Google Patents

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KR20080107551A
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Abstract

본 발명은 가상 부반송파 환경에서의 채널 추정 방법에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 가상 부반송파 안의 채널 응답을 얻기 위하여 가상 부반송파 외부에 추가적인 파일롯을 일정한 규칙에 의해 배치함하여 채널을 추정함으로써, 채널의 통계적 특성 없이 채널을 추정할 수 있으며, 파일롯의 수를 적게 사용하고, 데이터 효율성을 향상시키는 채널 추정 방법에 대한 것이다.
이를 위해,
가상 부반송파의 위치를 파악하는 단계;
기존의 등간격 파일롯의 위치를 파악하는 단계;
상기 가상 부반송파의 위치에 가장 근접하며, 이와 동시에 상기 등간격 파일롯간 사이의 정중앙에 가장 근접한 위치에 추가적인 파일롯을 배치하는 단계;
상기 추가적인 파일롯을 이용하여 채널을 추정하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가상 부반송파 환경에서의 채널 추정 방법을 제공한다.
가상 부반송파(virtual subcarrier), OFDM(orthogonal frequency devision multiplexing), 채널 추정(channel estimation), 파일롯(pilot)

Description

가상 부반송파 환경에서의 채널 추정 방법{Method For Channel Estimation In Virtual Subcarrier Environment}
도 1은 본 발명에 따른 수신기에서의 채널 추정 순서를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 채널 누수 및 유색 잡음을 제거하는 과정을 나타낸 도면,
도 3은 SNR 값에 따른 MSE 값을 종래 기술과 비교한 그래프,
도 4는 Eb/No값에 따른 BER 값을 종래 기술과 비교한 그래프,
도 5는 가상 부반송파 수에 따른 MSE 값을 종래 기술과 비교한 그래프이다.
OFDM은 통신 세션을 위해 할당된 주파수 대역폭을 복수의 협대역 주파수 부대역으로 분할하는 광대역 변조 방식으로서, 각 부대역은 무선 주파수(RF) 부반송파를 포함하며, 각 부반송파는 다른 부채널들 각각에 포함된 RF 부반송파에 대해 수학적으로 직교한다. 상기 부반송파들의 직교성은 그들의 개별 스펙트럼들이 다른 반송파들과의 간섭없이 중첩됨을 허용한다. 주파수 대역폭을 복수의 직교 부대역들로 분할함으로 말미암아 OFDM 방식은 높은 데이터 전송 속도와 매우 효율적인 대역폭 사용이 가능하다.
OFDM 방식은 전송하고자 하는 데이터를 먼저 M-QAM (M-ary quadrature amplitude modulation) 형태의 복소심벌 (complex symbol)로 변환하고 복소심벌의 수열인 복소심벌열(complex symbol sequence)을 직병렬전환을 통해 다수의 병렬 복소심벌로 전환한 후 병렬 복소심벌들 각각을 구형파성형화(rectangular pulseshaping)하고 부반송파(subcarrier) 변조하는 다중반송파변조(Multi-Carrier Modulation) 방식이다. 다중반송파변조 방식에서는 부반송파변조된 (sub-carrier modulated) 모든 병렬 복소 심볼들이 서로 직교 (orthogonal)하도록 부반송파 사이의 주파수 간격이 설정된다.
OFDM 방식을 사용하지 않고 무선 페이딩(fading) 채널을 통해 M-QAM 변조신호를 전송할 경우, 다중경로지연 (multipath delay)에 의해 발생하는 채널의 지연확산(delay spread)이 변조신호의 심벌주기보다 크면, 심벌간상호간섭 (inter-symbol interference) 이 발생하여 수신단에서 올바른 신호복원이 불가능해진다. 따라서 랜덤한 지연확산을 보상하는 등화기(equalizer)를 사용해야 하지만, 등화기의 구현이 매우 복잡할 뿐만 아니라 수신단에서 입력잡음에 의한 전송 성능의 열화가 커지는 단점이 있다.
반면, OFDM 방식을 이용하면 각 병렬 복소 심볼의 심벌 주기를 채널의 지연확산보다 훨씬 길게 할 수 있으므로 심벌간 상호간섭을 상대적으로 매우 작게 할 수 있다. 특히 보호구간(guard interval)을 지연확산보다 길게 설정함으로써 심벌간 상호간섭을 완전히 제거할 수 있는 장점이 있다. 물론 다중경로지연에 의한 랜덤한 지연확산을 보상하는 등화기를 구현할 필요가 없다. 따라서, OFDM 방식은 무선 페이딩 채널을 통한 데이터 전송에 매우 효과적이므로 현재 유럽의 지상파 (terrestrial) 디지털 텔레비전 및 오디오 방송시스템에 대한 표준 전송방식으로 채택되어 있다. 또한 디지털가입자망 (digital subscriber loop, DSL) 및 전력선통신(powerline communication) 등의 유선 채널을 통한 데이터 전송시스템 등에서도 선로망 환경에서 발생하는 다중경로 반사(multipath reflection)에 의한 전송성능 열화를 제거하는 데 많이 사용되고 있다.
OFDM 방식을 이용한 데이터 전송시스템의 송신단은 전송하고자 하는 데이터를 먼저 부호화데이터(coded data)로 바꾸는 채널부호화(channel encoding) 수단, 부호화데이터를 매핑기(mapper)를 통해 M-QAM, PSK(phase shift keying) 및DPSK(differential PSK) 등 형태의 복소심벌로 변환하고 이를 직병렬전환을 통해 다수의 병렬 복소심벌로 전환한 후 각각의 병렬 복소심벌을 구형파성형화하고 부반송파변조한 후 부반송파변조된 모든 신호들의 합을 반송파변조하는 변조 수단, 그리고 무선 및 유선 채널을 통해 반송파변조된 신호를 전송하기 위해 증폭기 및 안테나 등으로 구성되는 송신단채널정합 수단 등으로 구성된다. 수신단은 송신단과는 반대로 수신단채널정합 수단, 복조 수단 및 채널복호화(channel decoding) 수단 등으로 구성된다.
상기한 채널부호화 수단으로는 길쌈부호화(convolutional encoding), 블록부 호화(block encoding), 터보부호화(turbo encoding) 등을 포함하는 다수의 방법 또는 그들의 적절한 조합이 이용된다. 상기한 송신단 변조 수단 중 다수의 병렬 복소심벌들의 구형파성형화 및 부반송파변조 수단은 표본화이론(sampling theorem)에 근거하여 IFFT(inverse fast Fourier transform)신호처리 수단으로 구현하며, 수신단에서의 역신호처리는 FFT(fast Fourier transform)신호처리 수단을 이용한다.
OFDM 방식을 이용한 데이터 전송시스템의 송신단에서 부호화데이터는 매핑기를 거쳐 복소심벌로 전환되며, 복소심벌은 주파수교직기(frequency interleaver) 및 수신단의 주파수역교직화기(frequency deinterleaver)에 의해 인접하는 복소심벌들이 서로 독립적인 페이딩 영향을 받게 된다. 따라서 수신단에서 복원된 부호화데이터는 군집성(burst) 형태의 손실로 인한 심각한 성능열화가 방지된다. 그러나, 페이딩에 의한 정보의 손실확률이 여전히 매우 높아 비페이딩 채널(unfaded channel)을 통한 데이터 전송에 비해 전송성능의 열화가 심한 단점이 있다.
한편, 단말기가 고속으로 이동하는 등과 같은 환경에서는 채널의 왜곡으로 인한 심볼간 간섭의 발생 문제가 심각하게 작용하여 이로 인하여 수신기의 등화기가 복잡하게 된다. 따라서, 근래의 시스템들은 심볼간 간섭 문제를 일으키지 않는CDMA 방식이나 OFDM 방식을 선호하고 있다. CDMA 방식은 딜레이 스프레드(delay spread)에 존재하는 다경로를 구분해 낼 수 있으며 OFDM 방식은 하나의 반송파를 여러 개의 부반송파로 나누어 심볼 구간이 딜레이 스프레드에 비해 길도록 함으로써 심볼간 간섭을 회피한다. 그러나, CDMA 나 OFDM 을 사용하는 경우라도 복잡한 등화기는 필요하지 않지만 채널에 의해서 신호가 왜곡되는 것을 보상해주는 단일 탭 등화기 형태의 채널추정(channel estimation) 및 채널보상 (channel compensation)이 필요하다.
상기와 같은 필요성에 의해, OFDM 시스템의 채널추정기법으로 많은 방식이 제안되었다. 채널 추정 알고리즘은 파일럿 심볼 이용 채널추정방법(pilotsymbol-aided channel estimation)과 결정지향 채널추정 방법 (decision-directed channel estimation) 의 두 종류로 대별할 수 있다. 파일럿 심볼 이용 채널추정방법은 데이터의 중간에 주기적으로 파일럿(pilot)이라고 불리는 약정된 신호를 보내어 이를 이용해서 채널추정을 하는 방법이고, 결정지향 채널추정 방법은 파일럿 심볼뿐만 아니라 일반 데이터를 같이 이용하여 채널추정 값의 잡음분산을 줄이는 방법이다. 두 알고리즘 모두 채널 추정 값의 잡음분산을 줄이기 위해서 상관관계가 높은 인접한 채널 값들을 이용하여 필터를 통과시켜 양질의 채널 추정 값을 얻는 데 유용하다.
상기 파일럿 톤을 이용하면서 MMSE 기준을 적용한 채널추정방식은 우수한 추정성능으로 시변채널의 변화를 추적 (tracking)할 수 있는 장점이 있으나, 계산량이 과도하여 부반송파의 수가 많은 경우에는 구현이 어려운 문제가 있다.
이와같은 문제는 채널추정 과정을 주파수 영역과 시간 영역을 모두 사용하여 처리하는 DFT(Discrete-Time Fourier Transform) 기반의 채널 추정방식을 사용하여 해결할 수 있다. 그러나, 이 방식은 기본적으로 파일럿 톤이 전체 주파수 대역에 걸쳐 할당되었다는 가정하에 설계된 방식이기 때문에, 특정 주파수 대역에 부반송파를 할당하지 않는 가상 부반송파 (virtual subcarrier)를 사용하는 OFDM 시스템 에 이 방식을 적용할 경우 시간 영역에서 다중경로 채널의 각 경로 사이에 간섭이 발생하여 추정성능이 크게 열화된다. 가상 부반송파의 삽입은 특정 채널의 대역밖 (out-of-band) 전력 스펙트럼 밀도 (power spectrum density) 를 제한시켜 채널간 간섭을 방지하는 가장 간단한 방법이다.
상기와 같은 기존의 OFDM의 채널 추정은 크게 시간 영역에서와 주파수 영역 채널의 추정으로 나뉠 수 있는데, 시간영역에서의 채널 추정이 보다 적은 파일롯을 이용하면서도 좋은 성능을 보인다. 그러나 이런 시간 영역에서의 채널 임펄스 응답을 이용한 채널 추정은 보호대역으로 사용되는 가상부반송파로 인해 파일롯 간의 거리가 등간격이어야 하는 조건을 위배하게 만든다. 따라서, 가상부반송파의 수가 늘어날수록 시간 영역에서의 추정 성능은 심각하게 열화된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 채널의 통계적 특성을 이용하여 가상부반송파내의 등간격 채널 응답을 추정하여 등간격 조건을 만족시키는 방법이 있다. 하지만 이는 채널의 통계적 특성을 요구할 뿐만 아니라 이를 얻기 위해서 많은 파일롯이 필요하다는 단점이 있었다.
또한, 다른 방법으로 등간격을 만족시키지 못함으로 인한 추정 성능 열화가 주로 가상부반송파 영역 주변에서 크게 일어나므로 이를 줄이기 위한 윈도우(windowing) 기법도 제안되었다. 하지만 이 역시 가상부반송파에 의한 역할을 없애는 것이 아니기 때문에 근본적인 해결책이 되지 못했다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 채널의 통계적 특성을 요구하지 않고, 시간 영역에서 채널 임펄스 응답을 추정함으로써 주파수 영역에서의 채널 추정에 비해 적은 수의 파일롯을 사용하며, 채널 추정의 성능을 향상시켜 데이터 효율성을 극대화시킬 수 있는 채널 추정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 본 발명 가상 부반송파 환경에서의 채널 추정 방법은,
가상 부반송파의 위치를 파악하는 단계;
기존의 등간격 파일롯의 위치를 파악하는 단계;
상기 가상 부반송파의 위치에 가장 근접하며, 이와 동시에 상기 등간격 파일롯간 사이의 정중앙에 가장 근접한 위치에 추가적인 파일롯을 배치하는 단계;
상기 추가적인 파일롯을 이용하여 채널을 추정하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 추가적인 파일롯의 수는, 등간격 파일롯이 가상 부반송파를 무시하고 배치된 경우 가상 부반송파 내에 포함된 파일롯 수 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가상 부반송파의 위치에 가장 근접하며, 이와 동시에 상기 등간격 파일롯간 사이의 정중앙에 가장 근접한 위치에 추가적인 파일롯을 배치하는 단계는,
상기 가상 부반송파에 가장 근접한 위치와 상기 등간격 파일롯의 정중간 위치의 정중간 위치인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 추가적인 파일롯을 이용하여 채널을 추정하는 단계는,
전송 신호를 받아 FFT(fast fourier transform)을 수행하는 단계;
LS (least square) 채널 추정하는 단계;
DFT 기반 채널 추정하는 단계;
채널의 누수를 제거하는 단계;
유색(colored) 노이즈 효과를 줄이는 백색화(whitening) 단계;
DFT 기반 채널 추정하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 채널의 누수를 제거하는 단계는,
채널의 누수는
Figure 112007041298050-PAT00001
으로 나타나며, 상기에서 F와 G는 등간격 파일롯에 대한 DFT와 IDFT 행렬이고, A는 F와 G 행렬의 곱이며, WLS는 주파수 영역에서 파일롯 위치에서 LS 추정에 의한 노이즈 벡터이고, Ileak는 채널의 누수량을 나타내는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 채널의 누수를 제거하는 단계는,
파일롯을 배치할 수 없는 가상 부반송파 내에 존재하는 등간격 파일롯 위치에서의 채널 추정HVC은
Figure 112007041298050-PAT00002
과 같이 나타나고, 상기 L은 DFT-IDFT 과정을 통해서 발생하는 누수를 모델링한 행렬이고,
Figure 112007041298050-PAT00003
,
Figure 112007041298050-PAT00004
,
Figure 112007041298050-PAT00005
는 각각 누수 추정을 위해 추가적으로 배치한 파일롯 위치에서의 주파수 축에서 LS 추정기법을 통해서 누수 없이 추정한 채널 응답, 등간격 파일롯만을 이용해서 DFT-IDFT 과정을 통해 발생한 누수를 포함한 채널 응답, LS 채널 추정 결과 발생하는 잡음을 나타내며, 상기 L은 상기에서 F와 G는 DFT와 IDFT 행렬의 부분행렬로서, F는 DFT 행렬의 누수 추정을 위해 사용되는 부반송파 위치에서의 행(row)을 모은 행렬이며, G는 IDFT 행렬의 등간격 부반송파 위치중에서 가상 부반송파에 포함된 부분의 열(column)들을 모은 행렬임을 특징으로 한다.
또한, 상기 L은
Figure 112007041298050-PAT00006
로 나타나는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유색(colored) 노이즈 효과를 줄이는 백색화(whitening) 단계는,
다음과 같은 식
Figure 112007041298050-PAT00007
을 통해 이루어지며, 상기
Figure 112007041298050-PAT00008
는 가상 부반송파 내부의 파일롯을 위치시킬수 없었던 등간격 파 일롯 위치를 포함한 채널 응답이고, 백색화 행렬
Figure 112007041298050-PAT00009
로 나타나는 것을 특징으로 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 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.
이하, 본 발명을 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명은 크게 두 부분으로 나누어 제안한다. 첫 번째는 가상 부반송파 내의 채널을 추정하기 위한 추가적인 파일롯의 위치 및 그 수를 제안하는 것이고, 두 번째는 수신단에서 이를 이용한 채널 추정 방법을 제안한다.
일반적으로, 채널 추정에 사용되는 파일롯은 두 개의 타입으로 나눠진다. 하나는 기존의 DFT기반의 채널 추정을 위해 사용되는 등간격 부반송파 위치에서의 파일롯들이며, 다른 하나는 채널 누수를 위해 사용되는 등간격 위치가 아닌 위치에서의 파일롯이다. 등간격 파일롯의 위치는
Figure 112007041298050-PAT00010
으로 나타나며 채널 누수를 추정하기 위해서 등간격이 아닌 파일롯의 위치는
Figure 112007041298050-PAT00011
로 나타낸다. 그리고 가상부반송파의 존재로 인해 등간격 파일롯을 위치시킬 수 없으며 그로 인해 누수(leakage)를 일으키는 위치를
Figure 112007041298050-PAT00012
으로 나타낸다.
이하, 가상 부반송파 내의 채널을 추정하기 위한 추가적인 파일롯의 위치 및 그 수의 결정에 대하여 설명한다.
일반적으로, 시간영역에서의 채널 임펄스 응답을 이용한 주파수 영역의 전체 채널 응답을 얻는 방법은 다음의 수학식 1로 나타난다.
Figure 112007041298050-PAT00013
여기서, F 와 G 는 등간격 파일롯에 대한 DFT(Discrete Fourier Transform)와 IDFT(Inverse Descrete Fourier Transform) 행렬이고, A는 이들 행렬의 곱을 표현한 것이다. 그리고 HLS와 WLS는 각각 LS 추정에 의한 주파수 영역에서 파일롯 위치의 채널과 노이즈 벡터이다.
그런데, 가상 부반송파가 존재하는 경우 아러한 가상 부반송파의 존재로 인햐여 파일롯이 등간격으로 배치되지 못하고, 따라서 파일롯간의 등간격 조건을 만족하지 못게 되어 채널의 누수가 발생한다. 이러한 누수는 다음의 수학식 2로 표현할 수 있다.
Figure 112007041298050-PAT00014
이때, 채널의 k번째 부반송파에서 채널의 누수,
Figure 112007041298050-PAT00015
는 다음의 수학식 3으로 나타난다.
Figure 112007041298050-PAT00016
여기서,
Figure 112007041298050-PAT00017
는 파일롯 간의 간격이고,
Figure 112007041298050-PAT00018
는 등간격 부반송파의 위치를 나타낸다. 그리고,
Figure 112007041298050-PAT00019
는 등간격 부반송파 위치중에 가상 부반송파내에 파일롯을 배치할 수 없는 위치를 나타낸다. 또한, NP L는 가상부반송파를 전체 대역의 중앙에 위치시켰을때 가상부반송파 왼편에 위치한 등간격 파일롯의 수를 나타내고, NP I 는 등간격 파일롯이 가상 부반송파를 무시하고 배치된 경우 가상 부반송파 내에 포함된 파일롯의 수를 나타낸다.
수학식 3을 보면, k가 등간격 파일롯 위치 값인 경우,
Figure 112007041298050-PAT00020
의 값 이
Figure 112007041298050-PAT00021
의 정수배가 되므로,
Figure 112007041298050-PAT00022
값이 0 이 되고 이러한 이유로 채널의 누수에 의한 영향을 기존의 등간격 파일롯 위치에서는 찾을 수 없다.
따라서, 채널의 누수가 최대가 되는 지점은
Figure 112007041298050-PAT00023
의 값이 최대가 되는 지점으로서 등간격 파일롯 사이의 정중앙 부분이 됨을 알 수 있다.
따라서, DFT-IDFT에 의한 누수가 가상 부반송파 가까울수록 크므로, 가상 부반송파내 채널 추정을 위한 부가적인 파일롯의 위치는 ⅰ) 가상 부반송파에 최대한 가까우면서, ⅱ) 등간격 파일롯의 정중간 위치가 되어야 한다.
또한, ⅲ) 부가적인 파일롯의 수는 수학식 3이 해를 가져야 하므로 등간격 파일롯이 가상 부반송파를 무시하고 배치된 경우 가상 부반송파 내에 포함된 파일롯의 수보다 적어도 작지 않아야 하고, 따라서 구하고자 하는
Figure 112007041298050-PAT00024
개 이상은 되어야 한다.
이하, 상기와 같은 파일롯을 이용한 수신단에서의 채널 추정 방법에 대하여 설명한다.
수신단에서의 채널 추정 방법은 크게 세 부분으로 나누어 설명할 수 있다. 일단 DFT 기반의 누수를 포함한 채널을 추정한 후(10), 상기에서 발생한 누수를 제거(20)하고, 백색화(whitening) 과정을 거친 후 DFT 기반의 누수 없는 채널을 추정(30)한다.
먼저, DFT 기반의 누수를 포함한 채널 추정 단계(10)는, 입력 신호를 FFT(Fast Fourier Transform) 한 후, 시간 영역에서 채널 추정을 통해 누수가 발생한 채널을 구하고, 주파수 영역에서의 채널추정을 통한 누수 없는 채널을 구한다. 본 발명에서는 간단하게 구현이 가능하면서도 성능이 좋은 LS(least square) 방식을 사용하였다.
그 다음 단계인 누수 제거 단계(20)에서는, 상기에서 구해진 채널을 이용하여 가상 부반송파 내에 존재하여 파일롯을 배치할 수 없는 등간격 파일롯 위치에서 채널을 추정하며, 이는 수학식 4와 같이 나타난다.
Figure 112007041298050-PAT00025
위의 식에서, HVC는 가상 부반송파 내에 존재하여 파일롯을 배치할 수 없는 등간격 파일롯 위치에서의 채널 주파수 응답이며, L은 DFT-IDFT 과정을 통해서 발생하는 누수를 모델링한 행렬이다. 그리고
Figure 112007041298050-PAT00026
,
Figure 112007041298050-PAT00027
,
Figure 112007041298050-PAT00028
는 각각 누수 추정을 위해 추가적으로 배치한 파일롯 위치에서의 ⅰ) 주파수 축에서 LS 추정기법을 통해서 누수 없이 추정한 채널 응답, ⅱ) 등간격 파일롯만을 이용해서 DFT-IDFT 과정을 통해 발생한 누수를 포함한 채널 응답, ⅲ) LS 채널 추정 결과 발생하는 잡음을 나타낸다.
또한, 수학식 4에서 사용되는 L은 다음 수학식 5와 같이 정의된다.
Figure 112007041298050-PAT00029
상기에서 F와 G는 DFT와 IDFT 행렬의 부분행렬로서, F는 DFT 행렬의 누수 추정을 위해 사용되는 부반송파 위치에서의 행(row)을 모은 행렬이며, G는 IDFT 행렬의 등간격 부반송파 위치중에서 가상 부반송파에 포함된 부분의 열(column)들을 모은 행렬이다.
이하, 수신기에서의 백색화(whitening) 단계에 대하여 설명한다.
수학식 4와 같은 과정을 통하면, 백색(white) 노이즈를 유색(colored) 노이즈로 변화시킨다. 따라서, 이를 막기 위해서는 백색화(whitening) 과정이 필요하고, 다음의 수학식 6을 통하여 백색화 과정을 실시하여 유색 노이즈의 효과를 줄인다.
Figure 112007041298050-PAT00030
상기에서, HLS는 가상 부반송파 내부의 파일롯을 위치시킬 수 없었던 등간격 파일롯 위치를 포함한 채널 응답이고, 상기 백색화 행렬 Rw는 다음과 같은 수학식 7로 표현된다.
Figure 112007041298050-PAT00031
마지막으로, 구해진 등간격 부반송파 위치에서의 채널 응답으로 DFT 기반 채널 추정을 수행하여 전체 채널 응답을 추정한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
실험 환경은 10MHz대역을 사용하며 채널 모델은 ITU-R 의 vehicular-A을 사용한다. 전체 부반송파 수는 1024개, 그리고 가상 부반송파의 수는 158개이고 파일롯 간 간격은 32로 정해진 경우이다.
도 3을 보면, 점선은 가상부반송파가 없는, 다시 말해 누수가 일어나지 않는 환경에서의 실험이며, 네모 표시가 된 실선은 채널 누수가 발생한 경우의 시간영역의 채널 임펄스 응답을 이용하여 추정된 주파수 영역의 채널의 MSE(mean square error)이고, 원 표시가 된 실선은 채널 누수가 일어난 동일한 상황에서 제안된 채널 추정 방법에 의한 MSE 결과이다.
제안된 채널 추정은 채널누수가 일어날 수 있는 상황에서도 MSE결과가 누수가 없는 상황의 그것과 거의 차이가 없을 뿐만 아니라 기존의 방법에 비해 큰 MSE 성능 향상을 갖는 것을 알 수 있다.
도 4를 보면, 실선은 이상적인 채널 추정을 나타낸 것이고, 점선은 가상 부반송파가 0개인 DFT 추정기, 네모 점선은 가상 부반송파가 158개인 DFT 추정기, 그리고 마지막으로 원 실선은 가상 부반송파가 158개인 경우에 있어서 제안된 추정 방법 사용한 결과를 나타낸다.
도 4에서 확인할 수 있듯이 누수제거로 인해 BER(bit error rate) 성능이 향상됨을 알 수 있다.
또한, 도 5는 제안된 채널 추정 방법이 가상 부반송파 수의 증가에도 강인한 성능을 유지하고 있음을 보인다. 이는 가상 부반송파가 늘어날수록 채널 누수의 영향이 커지므로 채널의 누수가 커진 환경에서도 좋은 성능을 보임을 보장한다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.
상기와 같은 본 발명 가상 부반송파 환경에서의 채널 추정 방법에 의하면,
첫째, 주파수 영역의 채널 추정시 발생하는 채널 누수를 시간 영역에서의 채널 임펄스 응답 추정을 이용하여 효과적으로 제거할 수 있고,
둘째, 채널의 통계적 특성이 없는 상황에서도 효과적인 채널 추정이 가능하 며,
셋째, 주파수 영역에서의 채널 추정에 비해 적은 수의 파일롯이 요구되므로 다중 안테나 사용 또는 시변 환경처럼 파일롯의 증가가 요구되는 환경에서 큰 이득이 있으며,
넷째, 채널의 효과적 추정에 의해 데이터 효율성이 상승하는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 가상 부반송파의 위치를 파악하는 단계;
    기존의 등간격 파일롯의 위치를 파악하는 단계;
    상기 가상 부반송파의 위치에 가장 근접하며, 이와 동시에 상기 등간격 파일롯간 사이의 정중앙에 가장 근접한 위치에 추가적인 파일롯을 배치하는 단계;
    상기 추가적인 파일롯을 이용하여 채널을 추정하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가상 부반송파 환경에서의 채널 추정 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 추가적인 파일롯의 개수는, 등간격 파일롯이 가상 부반송파를 무시하고 배치된 경우 가상 부반송파 내에 포함된 파일롯 수 이상인 것을 특징으로 하는 가상 부반송파 환경에서의 채널 추정 방법.
  3. 청구항 1 에 있어서,
    상기 가상 부반송파의 위치에 가장 근접하며, 이와 동시에 상기 등간격 파일롯간 사이의 정중앙에 가장 근접한 위치에 추가적인 파일롯을 배치하는 단계는,
    상기 가상 부반송파에 가장 근접한 위치와 상기 등간격 파일롯의 정중간 위 치의 정중간 위치인 것을 특징으로 하는 가상 부반송파 환경에서의 채널 추정 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 추가적인 파일롯을 이용하여 채널을 추정하는 단계는,
    전송 신호를 받아 FFT(fast fourier transform)을 수행하는 단계;
    LS (least square) 채널 추정하는 단계;
    DFT 기반 채널 추정하는 단계;
    채널의 누수를 제거하는 단계;
    유색(colored) 노이즈 효과를 줄이는 백색화(whitening) 단계;
    DFT 기반 채널 추정하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가상 부반송파 환경에서의 채널 추정 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 채널의 누수를 제거하는 단계는,
    채널의 누수는
    Figure 112007041298050-PAT00032
    으 로 나타나며, 상기에서 F와 G는 등간격 파일롯에 대한 DFT와 IDFT 행렬이고, A는 F와 G 행렬의 곱이며, WLS는 주파수 영역에서 파일롯 위치에서 LS 추정에 의한 노이즈 벡터이고, Ileak는 채널의 누수량을 나타내는 것을 특징으로 하는 가상 부반송파 환경에서의 채널 추정 방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 채널의 누수를 제거하는 단계는,
    파일롯을 배치할 수 없는 가상 부반송파 내에 존재하는 등간격 파일롯 위치에서의 채널 추정 HVC은
    Figure 112007041298050-PAT00033
    과 같이 나타나고, 상기 L은 DFT-IDFT 과정을 통해서 발생하는 누수를 모델링한 행렬이고, 상기
    Figure 112007041298050-PAT00034
    ,
    Figure 112007041298050-PAT00035
    ,
    Figure 112007041298050-PAT00036
    는 각각 누수 추정을 위해 추가적으로 배치한 파일롯 위치에서의 주파수 축에서 LS 추정기법을 통해서 누수 없이 추정한 채널 응답, 등간격 파일롯만을 이용해서 DFT-IDFT 과정을 통해 발생한 누수를 포함한 채널 응답, LS 채널 추정 결과 발생하는 잡음을 나타내며, 상기 L은 상기에서 F와 G는 DFT와 IDFT 행렬의 부분행렬로서, F는 DFT 행렬의 누수 추정을 위해 사용되는 부반송파 위치에서의 행(row)을 모은 행렬이며, G는 IDFT 행렬의 등간격 부반송파 위치중에서 가상 부반송파에 포함된 부분의 열(column)들을 모은 행렬임을 특징으로 하는 가상 부반송파 환경에서의 채널 추정 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 L은
    Figure 112007041298050-PAT00037
    로 나타나는 것을 특징으로 하는 가상 부반송파 환경에서의 채널 추정 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 유색(colored) 노이즈 효과를 줄이는 백색화(whitening) 단계는,
    다음과 같은 식
    Figure 112007041298050-PAT00038
    을 통해 이루어지며, 상기
    Figure 112007041298050-PAT00039
    는 가상 부반송파 내부의 파일롯을 위치시킬수 없었던 등간격 파일롯 위치를 포함한 채널 응답이고, 상기 백색화 행렬
    Figure 112007041298050-PAT00040
    로 나타나는 것을 특징으로 하는 가상 부반송파 환경에서의 채널 추정 방법.
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