KR20090119582A - A method and apparatus for channel estimation - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 무선통신에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 변조 및 코딩 방식을 고려하여 채널을 추정하는 채널 추정 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to wireless communication, and more particularly, to a channel estimation method and apparatus for estimating a channel in consideration of a modulation and coding scheme.
음성이나 패킷 데이터와 같은 다양한 형태의 통신을 제공하기 위해 디지털 유/무선 통신 시스템이 널리 사용되고 있다.Digital wired / wireless communication systems are widely used to provide various types of communication such as voice and packet data.
디지털 통신에서 정보는 비트 단위의 디지털 데이터로 변환된다. 송신기는 입력 비트 스트림을 전송을 위한 신호로 변조하고, 수신기는 수신된 신호를 비트들로 복조하여, 정보를 복구한다. 송신기에서 수신기로의 통신 데이터 전송시 신호의 위상 및 진폭이 변화한다. 채널(channel)은 주파수 선택적(frequency-selective)이고 시변(time-varying)의 성질을 가지기 때문이다. 송신기가 원래의 데이터를 복원하기 위해서는 상기의 변화를 고려해야 한다.In digital communication, information is converted into digital data in bits. The transmitter modulates the input bit stream into a signal for transmission, and the receiver demodulates the received signal into bits to recover information. The phase and amplitude of the signal change in the transmission of communication data from the transmitter to the receiver. This is because channels are frequency-selective and time-varying. The transmitter must take these changes into account to recover the original data.
신호가 채널을 따라 전파하면서 발생하는 위상 및 진폭의 변화를 채널 응답이라 한다. 채널 응답은 일반적으로 주파수와 시간에 의존한다. 수신기가 채널 응답을 결정할 수 있으면, 수신된 신호를 정정하여 채널 장애(degradation)를 보상할 수 있다. 수신기에서 채널 응답을 결정하는 것을 채널 추정(channel estimation)이 라 한다. The change in phase and amplitude that occurs as a signal propagates along a channel is called the channel response. Channel response generally depends on frequency and time. If the receiver can determine the channel response, the received signal can be corrected to compensate for channel degradation. Determining the channel response at the receiver is called channel estimation.
변화하는 채널 환경에서 수신기가 수행한 채널 추정의 정확도는 시스템 성능에 큰 영향을 준다. 따라서, 최근에 다수의 부반송파를 이용한 멀티 캐리어 통신 시스템이 개발됨에 따라 채널 추정의 정확도를 높일 필요성이 대두되고 있다. 멀티 캐리어 통신 시스템의 경우 각 부반송파들에 대한 채널 특성이 각각 다르며, 큰 페이딩을 겪는 부반송파는 상대적으로 높은 오류율을 가지기 때문이다. 페이딩 채널 환경에서 수신기가 전송 신호를 복조하기 위해서는 송수신기간에 서로 약속된 파일럿(pilot)을 이용하여 채널 정보를 추정할 수 있다.The accuracy of the channel estimation performed by the receiver in a changing channel environment greatly affects system performance. Therefore, as a multi-carrier communication system using a plurality of subcarriers has recently been developed, there is a need for increasing the accuracy of channel estimation. In the multi-carrier communication system, the channel characteristics of each subcarrier are different, and the subcarriers undergoing large fading have a relatively high error rate. In order to demodulate a transmission signal in a fading channel environment, the receiver may estimate channel information using pilots promised to each other during a transmission and reception period.
채널 추정의 정확도를 높이기 위해서는 수신신호에 포함된 잡음을 효율적으로 제거할 수 있어야하며, 잡음의 제거시 발생할 수 있는 채널의 왜곡 현상을 줄일 수 있어야 한다. 그러나, 종래의 주파수 영역에서 얻어진 채널 정보를 다시 시간 영역의 신호로 매핑하여 잡음을 제거한 후 다시 주파수 영역으로 변환하는 채널 추정방법은 수신신호의 신호대 잡음비(Signal to Noise Ratio; SNR)에 관계없이 시간영역에서 일정한 시간구간 내에 포함되는 샘플들만을 채널 추정에 이용하기 때문에 정확도 높은 채널 추정의 요소인 잡음처리와 채널 정보 왜곡의 감소라는 2가지 요소를 모두 만족시킬 수 없는 문제점이 있다. 이는 일정 시간구간에 포함되지 않는 샘플들도 원신호의 성분을 가지고 있기 때문이다. 이러한 채널 정보의 왜곡은 결국 데이터 복원의 열화를 야기하며, 데이터 수율(throughput)의 저하를 가져온다.In order to improve the accuracy of channel estimation, the noise included in the received signal must be efficiently removed, and the distortion of the channel that may occur when the noise is removed should be reduced. However, in the conventional channel estimation method of mapping the channel information obtained in the frequency domain to a signal in the time domain to remove noise and converting it back to the frequency domain, the channel estimation method is performed regardless of the signal to noise ratio (SNR) of the received signal. Since only samples included in a certain time period in the region are used for channel estimation, there is a problem in that it is impossible to satisfy both factors, such as noise processing and reduction of channel information distortion, which are factors of accurate channel estimation. This is because samples that are not included in a certain time period also have components of the original signal. This distortion of channel information eventually leads to deterioration of data restoration and leads to a decrease in data throughput.
따라서, 수신신호의 신호대 잡음비를 고려하여 정확한 채널 추정을 수행할 수 있는 방법 및 장치가 요구된다.Accordingly, there is a need for a method and apparatus capable of performing accurate channel estimation in consideration of the signal-to-noise ratio of a received signal.
본 발명의 기술적 과제는 변조 및 코딩 방식을 고려하여 채널을 추정하는 채널 추정 방법 및 장치를 제공함에 있다.An object of the present invention is to provide a channel estimation method and apparatus for estimating a channel in consideration of a modulation and coding scheme.
본 발명의 일 양태에 따르면, 채널 추정 방법을 제공한다. 상기 방법은 데이터 또는 파일럿이 맵핑된 복수의 부반송파를 포함하는 수신신호에서 추출된 상기 파일럿을 기초로 주파수 영역에서의 채널 추정값을 구하는 단계, 및 상기 채널 추정값을 시간영역으로 맵핑하여 얻어진 시간영역 신호를 상기 수신신호의 변조 및 코딩 방식에 따라 설정된 유효구간만큼 취하여 주파수 영역에서 보정된 채널 추정값을 구하는 단계를 포함한다.According to one aspect of the present invention, a channel estimation method is provided. The method includes obtaining a channel estimate in a frequency domain based on the pilot extracted from a received signal including a plurality of subcarriers to which data or pilot is mapped, and mapping a time domain signal obtained by mapping the channel estimate to the time domain. And obtaining a channel estimate corrected in the frequency domain by taking an effective period set according to the modulation and coding scheme of the received signal.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 채널 추정 방법을 제공한다. 상기 방법은 데이터 또는 파일럿이 맵핑된 복수의 부반송파를 포함하는 신호를 수신하는 단계, 상기 수신된 신호에서 추출된 상기 파일럿을 기초로 주파수 영역에서의 채널 추정값을 구하는 단계, 상기 채널 추정값을 시간영역으로 맵핑하여 얻어진 시간영역 신호를 상기 수신신호의 변조 및 코딩 방식에 따라 설정된 유효구간만큼 취하여 주파수 영역에서 보정된 채널 추정값을 구하는 단계, 및 상기 보정된 채널 추정값을 이용하여 상기 데이터를 복원하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, a channel estimation method is provided. The method includes receiving a signal including a plurality of subcarriers to which data or pilots are mapped, obtaining a channel estimate in a frequency domain based on the pilot extracted from the received signal, and converting the channel estimate into a time domain. Obtaining the corrected channel estimate in the frequency domain by taking the time-domain signal obtained by mapping according to a valid period set according to the modulation and coding scheme of the received signal, and restoring the data using the corrected channel estimate. do.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 채널 추정 장치를 제공한다. 상기 장치는데이터 또는 파일럿이 맵핑된 복수의 부반송파를 포함하는 수신신호에서 추출된 상 기 파일럿을 기초로 주파수 영역에서의 채널 추정값을 구하는 제1 채널 추정기, 상기 채널 추정값을 시간영역으로 맵핑하여 얻어진 시간영역 신호를 상기 수신신호의 변조 및 코딩 방식에 따라 유효구간을 설정하는 유효구간 설정기, 및 상기 유효구간에 속한 상기 시간영역 신호를 주파수 영역으로 맵핑하여 보정된 채널 추정값을 구하는 제2 채널 추정기를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a channel estimating apparatus. The apparatus includes a first channel estimator obtaining a channel estimate in a frequency domain based on the pilot extracted from a received signal including a plurality of subcarriers to which data or pilots are mapped, and a time obtained by mapping the channel estimate to a time domain. An effective section setter for setting an effective section according to a modulation and coding scheme of the received signal, and a second channel estimator for obtaining a corrected channel estimate by mapping the time domain signal belonging to the valid section to a frequency domain Include.
신호대 잡음비를 고려하여 적응적으로 채널 추정을 함으로써 채널 왜곡 현상과 잡음을 줄인 높은 품질의 채널 추정값을 얻을 수 있다.By taking into account the signal-to-noise ratio, adaptive channel estimation can provide high-quality channel estimation with reduced channel distortion and noise.
도 1은 무선통신 시스템을 나타낸 블록도이다. 무선통신 시스템은 음성, 패킷 데이터 등과 같은 다양한 통신 서비스를 제공하기 위해 널리 배치된다. 1 is a block diagram illustrating a wireless communication system. Wireless communication systems are widely deployed to provide various communication services such as voice and packet data.
도 1을 참조하면, 무선통신 시스템은 기지국(20; Base Station, BS) 및 단말(10; User Equipment, UE)을 포함한다. 기지국(20)은 일반적으로 단말(10)과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, 노드-B(Node-B), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 하나의 기지국(20)에는 하나 이상의 셀이 존재할 수 있다. 단말(10)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, MS(Mobile Station), UT(User Terminal), SS(Subscriber Station), 무선기기(wireless device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. Referring to FIG. 1, a wireless communication system includes a base station 20 (BS) and a user equipment (UE) 10. The
이하에서 하향링크(downlink)는 기지국(20)에서 단말(10)로의 통신을 의미하며, 상향링크(uplink)는 단말(10)에서 기지국(20)으로의 통신을 의미한다. 하향링 크에서 송신기는 기지국(20)의 일부분일 수 있고, 수신기는 단말(10)의 일부분일 수 있다. 상향링크에서 송신기는 단말(10)의 일부분일 수 있고, 수신기는 기지국(20)의 일부분일 수 있다.Hereinafter, downlink means communication from the
하향링크와 상향링크 전송을 위한 다중 접속 방식은 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 하향링크는 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)를 사용하고, 상향링크는 SC-FDMA(Single Carrier-Frequency Division Multiple Access)를 사용할 수 있다. Multiple access schemes for downlink and uplink transmission may be different. For example, downlink may use Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) and uplink may use Single Carrier-Frequency Division Multiple Access (SC-FDMA).
무선통신 시스템에 적용되는 다중 접속 기법에는 제한이 없다. CDMA(Code Division Multiple Access), TDMA(Time Division Multiple Access), FDMA(Frequency Division Multiple Access), SC-FDMA(Single-Carrier FDMA), OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 또는 공지된 다른 변조 기술들과 같은 다중 접속 기법들에 기초할 수 있다. 이들 변조 기법들은 통신 시스템의 다중 사용자들로부터 수신된 신호들을 복조하여 통신 시스템의 용량을 증가시킨다.There is no limitation on the multiple access scheme applied to the wireless communication system. Code Division Multiple Access (CDMA), Time Division Multiple Access (TDMA), Frequency Division Multiple Access (FDMA), Single-Carrier FDMA (SC-FDMA), Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA), or other known modulation techniques. It can be based on the same multiple access techniques. These modulation techniques demodulate signals received from multiple users of a communication system to increase the capacity of the communication system.
무선 통신 시스템은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) /OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 기반 시스템일 수 있다. OFDM 기법은 고속 전송률(high-rate)을 갖는 데이터 열(data stream)을 낮은 전송률(slow-rate)를 갖는 많은 수의 데이터 열로 나누고, 이들을 다수의 반송파를 사용하여 동시에 전송하는 것이다. 상기 다수의 반송파 각각을 부반송파(subcarrier)라 한다. The wireless communication system may be an Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) / Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) based system. The OFDM technique divides a high-rate data stream into a large number of low-rate data streams and transmits them simultaneously using multiple carriers. Each of the plurality of carriers is called a subcarrier.
다수의 반송파 사이에 직교성(orthogonality)이 존재하기 때문에, 부반송파의 주파수 성분이 상호 중첩되어도 수신기는 신호의 검출이 가능하다. 상기 고속 전송률을 갖는 데이터 열은, 직/병렬 변환부(Serial to Parallel converter)를 통해 다수의 낮은 전송률의 데이터 열로 변환되고, 상기 병렬로 변환된 다수의 데이터 열에 각각의 부반송파가 곱해진다. 각각의 부반송파는 역 이산 푸리에 변환 IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform)에 의하여 시간영역의 OFDM 심벌로 변환되어 전송될 수 있다. 상기 IDFT는 역 고속 푸리에 변환(IFFT; Inverse Fast Fourier Transform)을 사용하여 효율적으로 구현될 수 있다.Since orthogonality exists between a plurality of carriers, the receiver can detect a signal even if frequency components of subcarriers overlap each other. The data stream having the high data rate is converted into a plurality of low data rate data streams through a serial to parallel converter, and each subcarrier is multiplied by the data streams converted in parallel. Each subcarrier may be converted into an OFDM symbol in a time domain by an inverse discrete fourier transform (IDFT) and transmitted. The IDFT can be efficiently implemented using an Inverse Fast Fourier Transform (IFFT).
낮은 전송률을 갖는 부반송파의 심벌 구간(symbol duration)은 증가하게 되므로 다중경로 지연확산에 의해 발생하는 시간상에서의 상대적인 신호 퍼짐(dispersion)이 감소한다. OFDM 심벌 사이에 채널의 지연 확산보다 긴 보호구간(guard interval)을 삽입하여 심벌간 간섭(Inter-Symbol Interference)을 줄일 수 있다. 또한, 보호구간에 OFDM 신호의 일부를 복사하여 심벌의 시작부분에 배치하면 OFDM 심벌은 순환적으로 확장(cyclically extended)되어 보호될 수 있다.Since the symbol duration of the low carrier subcarrier is increased, relative signal dispersion in time caused by multipath delay spread is reduced. Inter-symbol interference can be reduced by inserting a guard interval longer than the delay spread of the channel between OFDM symbols. In addition, if a part of the OFDM signal is copied to the guard period and placed at the beginning of the symbol, the OFDM symbol may be protected by being cyclically extended.
도 2는 송신기의 일 예를 나타내는 블록도이다. 송신기는 SC-FDMA(Single Carrier-FDMA) 시스템에 기반한다. SC-FDMA는 상향링크 전송에 주로 적용되는 기법으로 OFDM 신호를 생성하기 전에 주파수 영역에서 DFT 행렬로 분산(spreading)을 먼저 적용한 후 OFDM 방식으로 변조하여 전송하는 기법이다.2 is a block diagram illustrating an example of a transmitter. The transmitter is based on a Single Carrier-FDMA (SC-FDMA) system. SC-FDMA is a technique that is mainly applied to uplink transmission, and prior to generating an OFDM signal, spreading is first applied to a DFT matrix in a frequency domain and then modulated and transmitted using the OFDM scheme.
도 2를 참조하면, 송신기(100)는 송신 처리부(transmit processor; 110), 직/병렬 변환부(Serial to Parallel converter, 120), DFT 확산부(130), 부반송파 맵 퍼(subcarrier mapper, 140), IDFT부(150), 병/직렬 변환부(Parallel to Serial converter, 160), CP 삽입부(cyclic prefix inserting unit, 170), 송신 유닛(180) 및 송신 안테나(190-1,..., 190-NNt)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the
송신 프로세서(110)는 음성이나 패킷 데이터 등과 같은 데이터를 입력받는다. 송신 프로세서(110)는 입력된 데이터를 처리(소스 코딩, 채널 코딩, 맵핑)하여 고속의 전송률을 가지는 복수의 직렬 데이터 심벌을 발생시킨다.The
직/병렬 변환부(120)는 상기 복수의 직렬 데이터 심벌을 낮은 전송률의 병렬 데이터 스트림(data stream)으로 변환한다.The serial /
DFT 확산부(130)는 상기 병렬 데이터 스트림을 DFT 행렬을 이용하여 수학식 1과 같이 분산시킨다.The
여기서, x는 주파수 영역에서 데이터 스트림이 분산된 벡터를 나타내고, Nb는 임의의 사용자를 위한 부반송파의 개수를 나타내고, s는 데이터 심벌 벡터를 나타낸다. 는 데이터 심벌 벡터 s를 분산시키기 위해서 사용된 Nb 크기의 DFT 행렬이다. Here, x represents a vector in which the data stream is distributed in the frequency domain, N b represents the number of subcarriers for any user, and s represents a data symbol vector. Is the N b used to spread the data symbol vector s DFT matrix of magnitude.
부반송파 맵퍼(subcarrier mapper, 140)는 분산된 벡터 x를 부반송파에 맵핑한다.The
IDFT부(150)는 벡터 x가 맵핑된 부반송파를 시간영역으로 변환하여 수학식 2와 같이 OFDM 심벌을 생성한다.The
여기서 y는 시간영역에서 전송되는 OFDM 심벌 벡터를 나타내고, N은 OFDM 심벌에 포함되는 부반송파의 개수를 나타낸다. 는 주파수 영역의 신호를 시간 영역의 신호로 변환하기 위해 사용되는 크기 N의 DFT 행렬이다. DFT 행렬의 크기는 특정한 목적을 위해 다양하게 제어될 수 있다.Here, y represents an OFDM symbol vector transmitted in the time domain, and N represents the number of subcarriers included in the OFDM symbol. Is a DFT matrix of size N that is used to convert a signal in the frequency domain into a signal in the time domain. The size of the DFT matrix can be variously controlled for a specific purpose.
병/직렬 변환부(160)는 병렬의 부반송파 열을 포함하는 OFDM 심벌을 직렬로 변환한다. CP 삽입부(170)는 직렬 변환된 OFDM 심벌에 CP를 삽입한다. CP는 심벌간 간섭(inter-symbol interference; ISI)를 제거하여 주파수 선택적 채널(frequency-selective channel)을 플랫 페이딩 채널(flat-fading channel)로 바꾸기 위해 송신기에서 부가되며, 보호 구간(guard interval)이라고도 한다. The parallel /
송신 유닛(180)은 CP 삽입부(170)에서 출력된 샘플 신호를 아날로그 신호로 변환하여 송신 안테나(190-1,..., 190-Nt)를 통해 전송한다.The transmitting
도 3은 본 발명의 일 예에 따른 수신기를 나타내는 블록도이다.3 is a block diagram illustrating a receiver according to an example of the present invention.
도 3을 참조하면, 수신기(200)는 수신 안테나(210-1,...,210-Nr), 수신유닛(220), OFDM 복조부(230), 수신 처리부(240) 및 채널 추정 장치(300)을 포함한 다.Referring to FIG. 3, the
수신 안테나(210-1,...,210-Nr)는 송신기로부터 신호를 수신한다. 송신기(100)가 신호 X를 수신기(200)로 전송하면, 수신기(200)는 채널 H와 잡음 N에 의해 변화된 신호 Y를 수신한다. 전송신호 X=[X1, X2,..., XNt], 수신신호 Y=[Y1, Y2,..., YNr], 잡음 N=[N1, N2,..., NNr]이라 하면, X와 Y간에는 다음의 수학식 3과 같은 관계가 성립한다.Receive antennas 210-1,..., 210 -N r receive signals from the transmitter. When the
여기서, Nt는 송신 안테나(110-1,...,110-NNt)의 개수, Nr은 수신 안테나(210-1,...,210-Nr)의 개수, XNt는 송신 안테나 Nt에서 전송되는 신호, YNr는 수신 안테나 Nr에서 수신되는 신호, HNrNt는 송신 안테나 Nt에서 전송된 신호가 수신 안테나 Nr에 도달하는데 거쳐가는 채널이다. 수신기(200)는 채널 H를 정확히 알아야 수신신호 Y로부터 실제 전송된 신호 X를 구할 수 있다. 채널 H는 송신기(100)와 수신기(200)가 서로 알고 있는 파일럿을 이용함으로서 추정될 수 있는데, 이렇게 추정 된 채널 H의 값을 채널 추정값(Channel Estimation Value)이라 한다. 파일럿은 기준신호(reference signal; RS)라고도 한다. Where N t is the number of transmit antennas 110-1, ..., 110-N Nt , N r is the number of receive antennas 210-1, ..., 210-N r , and X Nt is the transmit The signal transmitted from the antenna N t , Y Nr is a signal received from the receiving antenna N r , and H NrNt is a channel through which the signal transmitted from the transmitting antenna N t reaches the receiving antenna N r . The
수신유닛(220)은 상기 수신된 신호로부터 OFDM 심벌(symbol)을 출력한다. OFDM 복조부(230)는 OFDM 심벌에 부가된 CP(cyclic prefix)를 제거하고 FFT(Fast Fourier Transform)하여 주파수 영역의 신호를 얻는다. 상기 주파수 영역의 신호는 복수의 부반송파를 포함한다. 각 부반송파에는 데이터 또는 파일럿이 맵핑되어 있다. 다만, 보호 구간에 해당하는 부반송파에는 데이터 또는 파일럿이 맵핑되지 않을 수 있다.The receiving
채널 추정 장치(300)는 제1 채널 추정기(310), 제2 채널 추정기(320) 및 유효구간 설정부(330)를 포함한다. 제1 채널 추정기(310)는 상기 주파수 영역의 신호로부터 파일럿을 추출하고, 추출된 파일럿을 기초로 기초 채널값(base channel value)을 구한다. 신호대 잡음비(SNR)가 상대적으로 크면, 백색 잡음(White Noise)의 영향이 작으므로 기초 채널값을 신뢰할 수 있다. 그러나, 신호대 잡음비가 상대적으로 작으면 기초 채널값은 백색 잡음에 의해 지배적인 영향을 받을 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 제2 채널 추정기(320) 및 유효구간 설정부(330)는 신호대 잡음비에 따라 적응적으로 기초 채널값의 잡음을 처리하여 채널 추정값을 구한다.The
제2 채널 추정기(320)는 상기 기초 채널값을 다시 IFFT에 의해 시간영역으로 맵핑하여 시간영역 신호로 변환한다. 제2 채널 추정기(320)는 상기 시간영역 신호 중 유효구간 설정부(330)에 의해 설정된 유효구간을 제외한 나머지 부분을 모두 0 으로 대체(zero-replace)하고, 유효구간의 신호만을 취하여 FFT함으로써 주파수 영역에서의 잡음처리된 채널 추정값을 구한다.The
유효구간 설정부(330)는 상기 시간영역 신호의 유효구간(valid section)을 설정한다. 유효구간은 시간 윈도우(time window)라고도 한다. 상기 시간영역 신호는 일반적으로 잡음을 포함하는데, 유효구간은 제2 채널 추정기(320)가 채널 추정값을 구함에 있어서 어느 시간 지연 지점의 신호까지만을 유효하게 허용할지를 결정하는 구간이다. 전술된 바와 같이, 유효구간외의 신호는 제2 채널 추정기(320)에 의해 모두 0으로 대체된다. 왜냐하면, 일정한 시간지연 지점 이후부터는 원신호는 거의 사라지고 잡음만이 남는데, 이러한 잡음은 채널 추정값을 구하는데 고려할 필요가 없기 때문이다.The valid
다만, 유효구간외의 신호라고 하더라도 잡음의 크기가 상대적으로 큰 것이고 원신호도 미미하지만 존재할 수 있다. 이렇게 미미하게나마 남은 원신호가 제2 채널 추정기(320)에 의해 0으로 대체되면, 잡음 감소의 긍정적인 효과이외에 채널 정보가 왜곡되는 부정적인 효과가 발생될 수 있다. 이러한 부정적인 효과를 줄이기 위해 유효구간 설정부(330)는 변조 및 코딩 방식(Modulation and Coding Scheme, MCS)에 따라 유효구간의 크기를 적응적으로 조절한다. 이는 채널 상황에 따라 신호대 잡음비가 변하므로, 이러한 변화를 채널 추정값의 계산에 반영하여 왜곡을 줄이기 위함이다.However, even if the signal outside the effective period, the noise is relatively large and the original signal may be small, but may exist. When such a small amount of the original signal is replaced with zero by the
수신 처리부(240)는 채널 추정 장치(300)로부터 입력되는 채널 추정값을 이용하여 상기 주파수 영역의 신호로부터 데이터 심벌을 추출 및 복원하고, 상기 복 원된 데이터 심벌을 복조(demodulation) 및 복호화(decoding)하여 데이터 스트림을 출력한다.The
도 4는 본 발명의 일 예에 따른 유효구간 설정부가 유효구간을 설정하는 방법을 설명하는 설명도이다.4 is an explanatory diagram illustrating a method of setting an effective section by the valid section setting unit according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 시간영역 신호는 잡음이 없는 이상적인 경우 임펄스 형태의 피크값(peak value)를 가진다. 즉, t1 내지 t5까지 매 시간지연마다 측정되는 피크값은 실선과 같이 불연속적이어야 한다. 그러나, 실제의 시간영역 신호는 각 피크값 간에 보간이 되어 있으며 이에 잡음을 포함하므로, 점선과 같이 각 피크값간에 보간(interpolation)이 된 후 잡음이 인가된 연속적인 형태를 가진다.Referring to FIG. 4, the time-domain signal has an impulse peak value in an ideal case where there is no noise. That is, the peak value measured every time delay from t1 to t5 should be discontinuous as in the solid line. However, since the actual time-domain signal is interpolated between each peak value and includes noise, it has a continuous form in which noise is applied after interpolation between each peak value as shown by a dotted line.
유효구간 설정부(330)가 유효구간을 짧게 잡을수록 원신호의 많은 부분이 0으로 대체될 것이므로 채널 추정값의 왜곡이 더 심해질 수 있는 반면, 잡음의 영향을 줄일 수 있다. 즉, 왜곡의 최소화 및 잡음의 최소화는 트레이드-오프(trade-off)관계에 있다고 할 수 있다. 따라서, 유효구간 설정부(330)는 신호대 잡음비와 같은 수신신호의 품질을 고려하여 유효구간의 크기를 적응적으로 조절해야 한다. 만약, 채널 상태가 변함에도 불구하고 고정된 유효구간의 크기에 따라 획일적으로 잡음을 처리하게 되면 채널 추정의 신뢰도가 떨어지며, 이는 데이터 복원의 열화를 야기할 수 있다.As the effective
신호대 잡음비가 낮다고 가정하면, 시간영역 신호에 잡음이 상대적으로 많이 포함된다. 따라서, 유효구간 설정부(330)는 왜곡으로 인한 영향보다는 잡음의 영향 을 최대한 줄이기 위해 유효구간 1(valid section; VS1)을 상대적으로 짧게 설정한다.Assuming a low signal-to-noise ratio, the time-domain signal contains more noise. Therefore, the effective
도 5는 본 발명의 다른 예에 따른 유효구간 설정부가 유효구간을 설정하는 방법을 설명하는 설명도이다.5 is an explanatory diagram for explaining a method for setting an effective section by an effective section setting unit according to another example of the present invention.
도 5를 참조하면, 신호대 잡음비가 높다고 가정하면, 시간영역 신호에 잡음이 상대적으로 적게 포함된다. 따라서, 유효구간 설정부(330)는 잡음의 영향보다는 채널 추정값의 왜곡을 줄이기 위해 유효구간 2(VS2)를 상대적으로 길게 설정한다. 즉, 도 4에서의 유효구간과 비교할 때, VS1 < VS2 이다.Referring to FIG. 5, assuming that the signal-to-noise ratio is high, relatively little noise is included in the time-domain signal. Therefore, the effective
이와 같이 유효구간 설정부(330)가 유효구간의 크기를 채널 상태에 따라 가변적으로 설정하면 채널 추정의 신뢰도를 높일 수 있다. 유효구간 설정부(330)는 변조 및 코딩 방식을 고려하여 유효구간의 크기를 설정할 수 있다. 적응적 변조 및 코딩(Adaptive Modulation and Coding; AMC)을 이용하는 시스템에 있어서, 변조 및 코딩 방식은 피드백되는 채널 품질 정보(Channel Quality Information; CQI)에 따라 변경된다. 예를 들어, 송신기는 수신 신호의 품질이 좋은 채널 환경에서는 높은 변조와 코딩률을 적용하여 전송률을 높이고, 수신 신호의 품질이 낮은 채널 환경에서는 낮은 변조와 코딩률을 적용하여 전송율을 낮춤으로써 수신 오류율을 낮춘다. 송신기는 수신 신호의 품질에 따라 결정된 변조 및 코딩 방식을 제어채널을 통해 수신기에 알려준다.In this way, if the effective
도 6은 본 발명의 일 예에 따른 제1 채널 추정기를 나타내는 블록도이다.6 is a block diagram illustrating a first channel estimator according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 제1 채널 추정기(310)는 파일럿 추출부(311)와 LS(least square) 추정기(312)를 포함한다. 파일럿 추출부(311)는 주파수 영역의 신호에서 파일럿 R[0], R[1],..., R[N-1]을 추출한다.Referring to FIG. 6, the
LS 추정기(312)는 상기 추출된 파일럿 R[0], R[1],..., R[N-1]과 송수신기간에 약속된 파일럿 P[0], P[1],...P[N-1]을 가지고 최소제곱(Least Square) 추정기법을 이용하여 주파수 영역에서 기초 채널값 H'[0], H'[1],..., H'[N-1]을 구한다. 최소제곱 추정기법은 MMSE(Minimum Mean sqaure) 기법에 비하여 채널추정 성능이 떨어지나, 구현이 간편하고 복잡도가 낮은 장점이 있다. 상기 추출된 파일럿은 수학식 4와 같이 주파수 영역에서 채널과 송수신기간에 약속된 파일럿의 곱의 형태를 가진다.The
여기서 k(0≤k≤N-1)는 주파수 영역에서의 부반송파 인덱스, R[k]는 수신기(200)가 실제 수신한 인덱스 k의 부반송파에 맵핑된 파일럿, H[k]는 수신기(200)가 추정해야할 인덱스 k의 부반송파의 기초 채널값, P[k]는 송신기(100)와 수신기(200)간에 약속된 파일럿, N[k]는 잡음신호를 의미한다.Where k (0≤k≤N-1) is the subcarrier index in the frequency domain, R [k] is the pilot mapped to the subcarrier at index k actually received by the
LS 추정기(212)는 수학식 5와 같이 실제로 수신된 파일럿을 송신기(100)와 수신기(200)가 이미 알고 있는 파일럿으로 나눔으로서 기초 채널값(H')을 구한다.The LS estimator 212 obtains the base channel value H 'by dividing the pilot actually received by the
수학식 5에 의하여 구해진 기초 채널값은 제2 채널 추정기(320)으로 입력된다.The base channel value obtained by Equation 5 is input to the
도 7은 본 발명의 일 예에 따른 제2 채널 추정기를 나타내는 블록도이다.7 is a block diagram illustrating a second channel estimator according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 제2 채널 추정기(320)는 IDFT부(321), 제로-대체(zero-replace)부(322) 및 DFT부(323)를 포함한다.Referring to FIG. 7, the
IDFT부(321)는 기초 채널값 H'[0], H'[1],..., H'[N-1]을 시간영역의 신호로 맵핑하여 각 샘플의 채널값 h[0], h[1],..., h[N-1]을 구한다. 제로-대체부(322)는 유효구간 이후의 신호부분을 모두 0으로 대체한 각 샘플의 채널값 h_zero[0], h_zero[1],...h_zero[N-1]을 구한다.The
DFT부(323)는 채널값 h_zero[0], h_zero[1],...h_zero[N-1]을 DFT하여 다시 주파수 영역에서의 채널 추정값 H[0], H[1],..., H[N-1]을 구한다.The
이와 같이 제2 채널 추정기(320)는 파일럿 수신 구간 동안 푸리에 변환을 통해서 얻은 주파수 영역에서의 채널값을 역 푸리에 변환하여 채널의 임펄스 응답으로 변환한 후, 잡음 및 간섭 신호를 제거하고 다시 푸리에 변환하여 주파수 응답을 얻음으로써 잡음 및 간섭 신호의 성분을 제거하여 보다 우수한 채널 추정값을 얻는다.As described above, the
도 8은 본 발명에 따른 채널 추정 장치 및 방법을 이용하여 채널 추정을 수 행한 경우 성능을 나타내는 시뮬레이션 그래프이다. 도 8의 시뮬레이션 환경은 표 1과 같다.8 is a simulation graph showing performance when channel estimation is performed using the channel estimation apparatus and method according to the present invention. The simulation environment of FIG. 8 is shown in Table 1.
상향링크의 MCS를 신호대 잡음비 16dB 이하에서는 16QAM를, 16dB 이상에서는 64QAM 을 사용하고, 16dB 이하에서 종래기술과 본 발명의 유효구간은 동일하다고 가정한다.It is assumed that the uplink MCS uses 16QAM at a signal-to-noise ratio of 16 dB or less, and 64 QAM at 16 dB or more, and the effective period of the prior art and the present invention is equal to 16 dB or less.
도 8을 참조하면, 유효구간이 고정된 종래기술과 본 발명은 16QAM일 경우에는 동일한 유효구간을 이용하므로 두 채널 추정 기법이 동일한 성능을 가짐을 알 수 있다. 하지만 16dB 이상에서 적용되는 64QAM의 경우 본 발명은 유효구간을 더 길게 설정함으로서 채널 왜곡 현상을 줄여 성능 개선효과를 얻을 수 있음을 확인할 수 있다. 이와 같이 채널상태에 따라 적응적으로 조절 가능한 유효구간을 이용함으로써 종래기술의 문제점이었던 채널 왜곡 현상을 보완하여 높은 품질의 채널 추정값을 얻을 수 있다.Referring to FIG. 8, it can be seen that the prior art in which the effective period is fixed and the present invention use the same valid period in the case of 16QAM, so that the two channel estimation techniques have the same performance. However, in the case of 64QAM applied at 16dB or more, the present invention can confirm that the performance improvement effect can be obtained by reducing the channel distortion phenomenon by setting the effective period longer. As such, by using an effective period that can be adaptively adjusted according to the channel state, a high quality channel estimation value can be obtained by supplementing a channel distortion phenomenon, which has been a problem of the prior art.
상술한 채널 추정 기술은 다양한 수단으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 채널 추정기는 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 하드웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하기 위해 디자인된 ASIC(application specific integrated circuit), DSP(digital signal processing), PLD(programmable logic device), FPGA(field programmable gate array), 프로세서, 제어기, 마이크로 프로세서, 다른 전자 유닛 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어 구현에 있어, 채널 추정기는 상술한 기능을 수행하는 모듈로 구현될 수 있다. 소프트웨어는 메모리 유닛에 저장될 수 있고, 프로세서에 의해 실행된다. 메모리 유닛이나 프로세서는 당업자에게 잘 알려진 다양한 수단을 채용할 수 있다.The channel estimation technique described above may be implemented by various means. For example, the channel estimator may be implemented in hardware, software or a combination thereof. In hardware implementation, an application specific integrated circuit (ASIC), a digital signal processing (DSP), a programmable logic device (PLD), a field programmable gate array (FPGA), a processor, a controller, and a microprocessor are designed to perform the above functions. , Other electronic units, or a combination thereof. In a software implementation, the channel estimator may be implemented as a module that performs the functions described above. The software may be stored in a memory unit and executed by a processor. The memory unit or processor may employ various means well known to those skilled in the art.
이상 본 발명에 대하여 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시켜 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the present invention has been described above with reference to the embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be modified and changed in various ways without departing from the spirit and scope of the present invention. I can understand.
도 1은 무선통신 시스템을 나타낸 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a wireless communication system.
도 2는 송신기의 일 예를 나타내는 블록도이다.2 is a block diagram illustrating an example of a transmitter.
도 3은 본 발명의 일 예에 따른 수신기를 나타내는 블록도이다.3 is a block diagram illustrating a receiver according to an example of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 예에 따른 유효구간 설정부가 유효구간을 설정하는 방법을 설명하는 설명도이다.4 is an explanatory diagram illustrating a method of setting an effective section by the valid section setting unit according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 다른 예에 따른 유효구간 설정부가 유효구간을 설정하는 방법을 설명하는 설명도이다.5 is an explanatory diagram for explaining a method for setting an effective section by an effective section setting unit according to another example of the present invention.
도 6은 본 발명의 일 예에 따른 제1 채널 추정기를 나타내는 블록도이다.6 is a block diagram illustrating a first channel estimator according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 일 예에 따른 제2 채널 추정기를 나타내는 블록도이다.7 is a block diagram illustrating a second channel estimator according to an embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명에 따른 채널 추정 장치 및 방법을 이용하여 채널 추정을 수행한 경우 성능을 나타내는 시뮬레이션 그래프이다.8 is a simulation graph showing performance when channel estimation is performed using the channel estimation apparatus and method according to the present invention.
Claims (8)
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KR1020080045708A KR20090119582A (en) | 2008-05-16 | 2008-05-16 | A method and apparatus for channel estimation |
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Cited By (3)
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