KR20100014317A

KR20100014317A - Ｏｆｄｍ 시스템용 보간 방법과 채널 추정 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20100014317A
Application number: KR1020097014873A
Authority: KR
Inventors: 일링 우; 리 조우; 펭 리우
Original assignee: 톰슨 라이센싱
Priority date: 2007-01-19
Filing date: 2007-01-19
Publication date: 2010-02-10
Also published as: JP2010517338A; CN101611580B; EP2127169A1; WO2008089596A8; CN101611580A; US20100002788A1; WO2008089596A1

Abstract

본 발명은 OFDM 시스템용 보간 방법과, 채널 추정 방법 및 장치를 제공하며, 각 OFDM 심볼에는 분산 파일럿이 삽입되고, 상기 보간 방법은, 각 OFDM 심볼에서 첫번째 분산 파일럿 앞에 첫번째 분산 파일럿의 적어도 하나의 복사본을 버츄얼 파일럿들로서 삽입하고, 선형 필터링을 통해 OFDM 심볼 내 분산 파일럿을 전파시키는 서브채널의 채널 상태 정보를 획득한 후, 각 OFDM 심볼에서 마지막 분산 파일럿 뒤에 마지막 분산 파일럿의 적어도 하나의 복사본을 버츄얼 파일럿들로서 삽입하는 단계(S602); 및 상기 채널 상태 정보를 이용하여 FIR 필터를 통해 보간을 수행하는 단계(S604)를 포함한다.

OFDM 시스템, 보간 방법, 버츄얼 파일럿 삽입, 채널 추정 방법, 분산 파일럿

Description

ＯＦＤＭ 시스템용 보간 방법과 채널 추정 방법 및 장치{INTERPOLATING METHOD FOR AN OFDM SYSTEM AND CHANNEL ESTIMATION METHOD AND APPARATUS}

본 발명은 일반적으로 통신 기술에 관한 것으로, 특히, OFDM 시스템용 보간 방법과, 채널 추정 방법 및 장치에 관한 것이다.

OFDM 기술은 무선 광대역 통신에서 다중 경로 채널 상황(multi-path channel condition)에 대한 주요 솔루션 중 하나이다. 파일럿을 이용하는 많은 OFDM 기반 시스템에서, 채널 추정은 위너 필터(wiener filter)와 같은 주파수 도메인 필터링 기술("위너 필터링에 의한 2차원 파일럿 심볼 지원 채널 추정")을 이용하여 다중 경로 채널 상황을 극복한다. 채널 계수들을 정확하게 계산하기 위하여, 일반적으로 FIR 필터를 사용하여 채널 추정 장치를 구현한다. 주파수 도메인 보간기 장치(a frequency-domain interpolator apparatus)는 통상 OFDM 심볼들에 대해 세가지 부분, 즉, 시작부, 몸체부, 및 종단부별로 처리한다. 이들 부분에 적용된 보간 방법은 상이하다. 그러나, 많은 사이클에서 단지 한번 사용되는 이들 계수들을 저장하는데 많은 메모리 자원이 필요하므로 이와 같은 특수한 처리는 하드웨어 설계 비용을 높게 만든다. 또한, 필터 계수들을 캐시하는 레지스터들의 내용이 자주 리프레시되어야 하므로, 제어 로직을 복잡하게 하고 전력을 많이 소모시킨다.

전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 OFDM 시스템용 보간 방법과, 채널 추정 방법 및 장치가 제공된다.

본 발명에 따르면, OFDM 시스템용 보간 방법으로서, 각 OFDM 심볼에 분산 파일럿들(scattered pilots)이 삽입되며, 상기 보간 방법은 각 OFDM 심볼에서 첫번째 분산 파일럿 앞에 상기 첫번째 분산 파일럿의 적어도 하나의 복사본을 버츄얼 파일럿들(virtual pilots)로서 삽입하고, 선형 필터링을 통해 상기 OFDM 심볼 내 분산 파일럿을 전파시키는 서브채널들의 채널 상태 정보(CSI)를 획득한 후, 각 OFDM 심볼에서 마지막 분산 파일럿 뒤에 상기 마지막 분산 파일럿의 적어도 하나의 복사본을 버츄얼 파일럿들로서 삽입하는 단계(S602); 및 상기 채널 상태 정보를 이용하여 FIR 필터를 통해 보간을 수행하는 단계(S604)를 포함한다.

본 발명에 따르면, OFDM 시스템용 채널 추정 방법은 공지된 송신 분산 파일럿을 분할함으로써 OFDM 심볼 내 수신된 분산 파일럿의 CSI를 추정하는 단계(S702); 상기 OFDM 심볼에 대해 선형 필터링을 수행하여 상기 분산 파일럿을 전파시키는 서브채널의 채널 상태 정보를 획득하고 상기 채널 상태 정보를 저장하는 단계(S704); 및 각 OFDM 심볼에서 첫번째 분산 파일럿 앞에 상기 첫번째 분산 파일럿의 적어도 하나의 복사본을 버츄얼 파일럿들로서 삽입하고, 각 OFDM 심볼에서 마지막 분산 파일럿 뒤에 상기 마지막 분산 파일럿의 적어도 하나의 복사본을 버츄얼 파일럿들로서 삽입하며, 상기 채널 상태 정보를 이용하여 FIR 필터로 보간함으로써 채널 추정을 수행하는 단계(S706)를 포함한다.

본 발명에 따르면, 채널 추정 장치는 OFDM 심볼들 내 분산 파일럿의 채널 추정을 수행하는 전처리기; 상기 전처리기에 연결되어, 상기 OFDM 심볼에 선형 필터링을 수행하여 상기 분산 파일럿을 전파시키는 서브채널들의 채널 상태 정보를 획득하는 시간 도메인 보간 모듈; 및 상기 시간 도메인 보간 모듈에 연결되어, 각 OFDM 심볼에서 첫번째 분산 파일럿 앞에 상기 첫번째 분산 파일럿의 적어도 하나의 복사본을 버츄얼 파일럿들로서 삽입하고, 각 OFDM 심볼에서 마지막 분산 파일럿 뒤에 상기 마지막 분산 파일럿의 적어도 하나의 복사본을 버츄얼 파일럿들로서 삽입하며, 상기 채널 상태 정보를 이용하여 FIR 필터로 보간함으로써 채널 추정을 수행하는 주파수 도메인 보간 모듈을 포함한다.

본 발명에 따르면, 상기 보간은 다음 수학식에 따라 수행될 수 있다.

본 발명의 다른 목적, 이점 및 신규한 특징들은 첨부 도면과 함께 주어진 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명확해질 것이다.

전술한 일반적인 설명 및 후술하는 본 발명의 상세한 설명은 모두 예시적이고 설명적인 것으로 청구된 바와 같은 본 발명을 추가로 설명하는 것으로 의도됨을 이해하여야 할 것이다.

본 발명을 더 이해하기 위해 포함되며 본 출원에 포함되고 본 출원의 일부를 구성하는 첨부 도면은, 본 발명의 원리를 설명하는데 도움을 주는 상세 설명과 함 께, 본 발명의 실시예를 예시한다.

도 1은 분산 파일럿의 패턴을 도시한다.

도 2는 CSI가 공지된 서브캐리어들의 패턴을 도시한다.

도 3은 종래의 중간부의 주파수 도메인 보간을 도시한다.

도 4는 종래의 시작부의 주파수 도메인 보간을 도시한다.

도 5는 종래의 종단부의 주파수 도메인 보간을 도시한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 시스템용 보간 방법의 흐름도를 도시한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 채널 추정 방법의 흐름도를 도시한다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 채널 추정 장치를 도시한다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 시작부의 변형된 주파수 도메인 보간을 도시한다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 종단부의 변형된 주파수 도메인 보간을 도시한다.

본 발명의 기술적인 특징들은 실시예들을 참조하여 더욱 설명될 것이다. 이 실시예들은 본 발명을 제한하지 않으며 단지 바람직한 예에 불과하다. 이 실시예들은 본 기술 분야에서 숙련된 자가 첨부 도면과 함께 다음의 상세한 설명을 읽어 볼 때 더욱 잘 이해될 것이다.

파일럿 기반 OFDM 시스템에서, 채널 추정 과정은 통상 OFDM 신호에 포함된 분산 파일럿 정보에 의해 수행된다. 분산 파일럿은 OFDM 심볼당 모든 n개의 OFDM 서브캐리어 마다 크기 및 위상이 공지된 기준 신호를 제공한다. 채널 추정은 시간 도메인과 주파수 도메인 둘다에서 보간을 통해 성취될 수 있다. 통상, 필터링은 주파수 도메인 보간 방법으로서 사용된다.

DVB-T 시스템에서 주파수 도메인 보간 및 12탭 위너 필터가 예로써 취해질 수 있다. DVB-T 시스템에서 분산 파일럿의 패턴은 도 1을 참조해 알 수 있다. 여기서, 흑색점(black point)들은 분산 파일럿을 나타내고, 반면에 흰색점(white point)들은 수신 데이터, TPS 및 연속 파일럿들을 나타낸다.

도 2는 시간 도메인 보간 후에 CSI가 공지되는 서브캐리어들의 패턴을 도시한다. 이 서브캐리어들은 분산 파일럿 서브캐리어들 또는 시간 도메인에서 보간된 서브캐리어들이다.

OFDM 심볼의 중간부의 흰색점의 경우, 12탭 위너 필터는 보간을 위해 그 앞에 6개의 흑색점 그리고 그 후에 6개의 흑색점을 이용한다. 중간부의 흑색점의 경우, 위너 필터는 보간을 위해 그 앞에 6개의 흑색점 그리고 그 후에 5개의 흑색점과, 그 자체 흑색점을 이용한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 2개의 흰색점과 1개의 흑색점이 함께 그룹화되어 하나의 주파수 도메인 보간 기간(epoch)을 형성할 수 있다. 수학식 6 내지 8은 이들 서브캐리어들의 CSI를 계산하는 방법을 보여준다.

그러나, OFDM 심볼의 시작부 및 종단부는 특수하게 처리되어야 한다. 시작부에서, 위너 필터링을 하기에는 그들 앞에는 흑색점이 충분치 않다. 그래서, 처음의 모든 16개의 점들을 보간하기 위해 처음의 12개의 흑색점들이 사용된다. 그리고 각 점의 계수들이 별도로 계산되어야 한다. 이것은 종단부의 점들에 대해서도 마찬가지이다. 마지막 15개의 점들은 중간부의 점들과는 다르게 처리되어야 한다.

그러므로, 주파수 도메인 보간을 위해 34개의 위너 필터 계수 그룹이 계산되고 저장되어야 한다. 또한, OFDM 심볼의 헤드 및 테일(tail) 처리시 계수들을 리프레시하기 위해 약간의 제어 로직이 부가되어야 한다. 그 결과 단지 3개의 계수 그룹만이 자주 사용되고 또한 단지 몇 클럭 사이클 동안만 제어 로직이 동작하므로 디자인 효율이 낮다.

우리가 알고 있는 바로는, 주파수 도메인 보간 방법은 보통 OFDM 심볼의 시작부와 종단부를 특별하게 처리하였다. 메모리 및 전력 소모를 더 많이 줄이기 위하여, 본 발명은 처리되기 전의 더미 파일럿을 삽입하고, 이후 각 OFDM 심볼의 시작부 및 종단부에 대한 특정 처리를 제거하였다. OFDM 심볼의 헤드 및 테일에 버 츄얼 파일럿으로서 첫번째 파일럿 서브캐리어 및 마지막 파일럿 서브캐리어의 복사본을 추가함으로써, 시작부와 종단부의 서브캐리어들은 중간부의 서브캐리어들처럼 처리될 수 있다. 따라서, 필터 계수 그룹들의 개수가 상당히 감소될 수 있고, 그 결과 메모리 자원이 훨씬 덜 들고, 제어 로직이 더 간단하며, 전력 소모가 더 적게 된다.

전술한 문제를 해결하기 위하여, OFDM 시스템용 보간 방법이 제공된다. 도 6에 도시된 바와 같이, OFDM 시스템용 보간 방법으로서, 각 OFDM 심볼에 분산 파일럿이 삽입되며, 이 보간 방법은 각 OFDM 심볼에서 첫번째 분산 파일럿 앞에 상기 첫번째 분산 파일럿의 적어도 하나의 복사본을 버츄얼 파일럿들로서 삽입하고, 선형 필터링을 통해 상기 OFDM 심볼들 내 분산 파일럿을 전파시키는 서브채널들의 채널 상태 정보를 획득한 후, 각 OFDM 심볼에서 마지막 분산 파일럿 뒤에 상기 마지막 분산 파일럿의 적어도 하나의 복사본을 버츄얼 파일럿들로서 삽입하는 단계(S602); 및 상기 채널 상태 정보를 이용하여 FIR 필터를 통해 보간하는 단계(S604)를 포함한다.

도 7에 도시된 바와 같이, OFDM 시스템용 채널 추정 방법이 제공되며, 이 방법은 공지된 송신 분산 파일럿을 분할함으로써 OFDM 심볼들 내 수신된 분산 파일럿의 CSI를 추정하는 단계(S702)에서 시작하여; 상기 OFDM 심볼들에 대해 선형 필터링을 수행하여 상기 분산 파일럿을 전파시키는 서브채널의 채널 상태 정보를 획득하고 상기 채널 상태 정보를 저장하는 단계(S704); 및 각 OFDM 심볼에서 첫번째 분산 파일럿 앞에 상기 첫번째 분산 파일럿의 적어도 하나의 복사본을 버츄얼 파일럿 들로서 삽입하고, 각 OFDM 심볼에서 마지막 분산 파일럿 뒤에 상기 마지막 분산 파일럿의 적어도 하나의 복사본을 버츄얼 파일럿들로서 삽입하며, 상기 채널 상태 정보를 이용하여 FIR 필터로 보간함으로써 채널 추정을 수행하는 단계(S706)를 포함한다.

도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 채널 추정 장치가 도시된다. 주파수 도메인 채널 추정 장치는 전처리기(802), 시간 도메인 보간 모듈(804), 및 주파수 도메인 보간 모듈(806)을 포함한다.

전처리기(802)는 OFDM 심볼들 내 분산 파일럿의 채널 추정을 수행하도록 구성된다.

시간 도메인 보간 모듈(804)은 전처리기에 연결되고 OFDM 심볼들에 대해 선형 필터링을 수행하여 분산 파일럿을 전파시키는 서브채널들의 채널 상태 정보를 획득하도록 구성된다. 시간 도메인 보간 모듈에서, RAM이 FIFO로서 이용되어 수신된 데이터 및 계산된 CSI를 캐시한다. 선형 필터링은 시프터들 및 가산기들을 이용하여 간단히 구현될 수 있다.

주파수 도메인 보간 모듈(806)은 시간 도메인 보간 모듈에 연결되고 각 OFDM 심볼에서 첫번째 분산 파일럿 앞에 첫번째 분산 파일럿의 적어도 하나의 복사본을 버츄얼 파일럿들로서 삽입하고, 각 OFDM 심볼에서 마지막 분산 파일럿 뒤에 마지막 분산 파일럿의 적어도 하나의 복사본을 버츄얼 파일럿들로서 삽입하며, 채널 상태 정보를 이용하여 FIR 필터로 보간함으로써 채널 추정을 수행하도록 구성된다.

주파수 도메인 보간 모듈의 주요 유닛은 위너 필터이다. 또한, 이 모듈은 위너 필터의 계수들을 저장하는 ROM과 이 계수들을 캐시하는 레지스터들의 그룹을 필요로 한다.

전술한 방법 및 장치에서, 보간은 다음 수학식에 따라 수행될 수 있다.

삽입된 분산 파일럿 간의 간격은 나이퀴스트 샘플링 이론(Nyquist sampling theorem)을 만족한다. 버츄얼 파일럿의 개수는 FIR 필터의 절반 길이가 되도록 결정된다.

도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 시작부의 좌측 및 종단부의 우측에 몇개의 회색점(gray point)이 추가된다. 이들 회색점들은 첫번째 흑색점(도 4) 및 마지막 흑색점(도 5)의 복사본들을 나타낸다. 그런 다음 이들 점들은 모두 중간부의 점을 보간하는 것과 같은 방식으로 보간될 수 있다. 예를 들어, 필터링을 위해 첫번째 흰색점은 두번째 내지 여섯번째 회색점들, 그 앞에 흑색점과 그 뒤에 6개의 흑색점을 이용할 수 있다.

몇개의 버츄얼 파일럿을 추가함으로써, 단지 3개의 계수 그룹만 저장하면 된다. 또한, 제어 로직은 계수들의 리프레시가 주기적으로 이루어지므로 상당히 간단하게 된다.

BER(비트 에러율) 성능은 DVB-T 시스템에서 시뮬레이트된다. 아래의 표 1로부터, 본 발명에 의해 제안된 "버츄얼 파일럿" 방법은 전통적인 필터와 마찬가지로 작용함을 알 수가 있다.

세가지 방법 간 비교

	BER	하드웨어 자원 비용
전통적인 필터(위너)	1.2545e-004	4896 비트 RAM 제어 로직이 복잡
버츄얼 파일럿을 이용한 필터(위너)	1.4295e-004	432 비트 RAM 제어 로직이 간단

BER 성능 시뮬레이션은 DVB-T 시스템에서 수행된다. 시뮬레이션 파라미터는 표 2에 열거된다. 주파수 도메인 보간의 성능을 정확하게 알기 위해, 단지 주파수 도메인 보간 모듈만이 고정점(fixed-point) 시뮬레이션을 이용하고 다른 모듈들은 부동점(float-point) 시뮬레이션을 이용한다.

BER 성능 시뮬레이션에서의 파라미터 설정

코드 레이트	2/3
변조 방식	16QAM
SNR	12.2 dB
채널	레일리(Rayleigh)(ETSI)
FFT 길이	2K
워드길이	12 비트

본 발명에서 제안된 방법을 이용하면, 특히 보간을 위해 필터링을 사용하는 경우 OFDM 심볼의 시작부 및 종단부가 더 이상 특별하게 처리될 필요가 없다. 그래서, 필터 계수들을 저장하는데 훨씬 적은 메모리 자원이 필요하며 제어 로직 또한 상당히 간단하게 된다. 그 결과, 메모리 및 전력이 더 절약된다.

특정한 응용예로는, DVB-T 복조기 IP 코어, DVB-T 복조기 칩, DVB-H 복조기 IP 코어, DVB-H 복조기 칩, 802.16a 복조기 IP 코어, 802.16 복조기 칩 등과 같은 파일럿 기반 다중 캐리어 시스템의 수신기에서의 채널 추정 모듈이 될 수 있다. 다중 경로 채널을 취급하는 수신기의 복잡도는 크게 줄어들 것이다.

전술한 설명에서 본 발명의 바람직한 실시예 및 양태가 기술되었지만, 본 기술 분야에서 숙련된 자들은 본 발명을 일탈함이 없이 설계 또는 구성의 세부 사항에 있어 많은 변형이 있을 수 있음을 인식할 것이다. 본 발명은 개별적으로든 모든 가능한 치환 및 조합에 의해서든 개시된 모든 특징들로 확장된다.

Claims

각 OFDM 심볼에 분산 파일럿들(scattered pilots)이 삽입되는, OFDM 시스템용 보간 방법으로서,

각 OFDM 심볼에서 첫번째 분산 파일럿 앞에 첫번째 분산 파일럿의 적어도 하나의 복사본을 버츄얼 파일럿들(virtual pilots)로서 삽입하고, 선형 필터링을 통해 OFDM 심볼들 내에서 분산 파일럿을 전파시키는 서브채널들의 채널 상태 정보를 획득한 후, 각 OFDM 심볼에서 마지막 분산 파일럿 뒤에 마지막 분산 파일럿의 적어도 하나의 복사본을 버츄얼 파일럿들로서 삽입하는 단계(S602)와,

상기 채널 상태 정보를 이용하여 FIR 필터를 통해 보간을 수행하는 단계(S604)

를 포함하는 보간 방법.
제1항에 있어서,

상기 보간은 다음 수학식:

에 따라 수행될 수 있는 보간 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 삽입된 분산 파일럿들간 간격은 나이퀴스트 샘플링 이론(Nyquist sampling theorem)을 만족하는 보간 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 버츄얼 파일럿들의 개수는 상기 FIR 필터의 절반 길이가 되도록 결정되는 보간 방법.
OFDM 시스템용 채널 추정 방법으로서,

공지된 송신 분산 파일럿을 분할함으로써 OFDM 심볼들 내의 수신된 분산 파일럿들의 CSI를 추정하는 단계(S702)와,

OFDM 심볼들에 대해 선형 필터링을 수행하여 분산 파일럿들을 전파시키는 서브채널의 채널 상태 정보를 획득하고 상기 채널 상태 정보를 저장하는 단계(S704)와,

각 OFDM 심볼에서 첫번째 분산 파일럿 앞에 첫번째 분산 파일럿의 적어도 하나의 복사본을 버츄얼 파일럿들로서 삽입하고, 각 OFDM 심볼에서 마지막 분산 파일럿 뒤에 마지막 분산 파일럿의 적어도 하나의 복사본을 버츄얼 파일럿들로서 삽입하며, 채널 상태 정보를 이용하여 FIR 필터로 보간함으로써 채널 추정을 수행하는 단계(S706)

를 포함하는 채널 추정 방법.
제5항에 있어서,

상기 보간은 다음 수학식:

에 따라 수행될 수 있는 채널 추정 방법.
제5항 또는 제6항에 있어서,

상기 삽입된 분산 파일럿들간 간격은 나이퀴스트 샘플링 이론을 만족하는 채널 추정 방법.
제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 버츄얼 파일럿들의 개수는 상기 FIR 필터의 절반 길이가 되도록 결정되는 채널 추정 방법.
채널 추정 장치로서,

OFDM 심볼들 내의 분산 파일럿들의 채널 추정을 수행하는 전처리기와,

상기 전처리기에 연결되어, 상기 OFDM 심볼들에 대해 선형 필터링을 수행하여 분산 파일럿을 전파시키는 서브채널들의 채널 상태 정보를 획득하는 시간 도메인 보간 모듈과,

상기 시간 도메인 보간 모듈에 연결되어, 각 OFDM 심볼에서 첫번째 분산 파 일럿 앞에 첫번째 분산 파일럿의 적어도 하나의 복사본을 버츄얼 파일럿들로서 삽입하고, 각 OFDM 심볼에서 마지막 분산 파일럿 뒤에 마지막 분산 파일럿의 적어도 하나의 복사본을 버츄얼 파일럿들로서 삽입하며, 상기 채널 상태 정보를 이용하여 FIR 필터로 보간함으로써 채널 추정을 수행하는 주파수 도메인 보간 모듈

을 포함하는 채널 추정 장치.
제9항에 있어서,

상기 보간은 다음 수학식:

에 따라 수행될 수 있는 채널 추정 장치.
제9항 또는 제10항에 있어서,

상기 삽입된 분산 파일럿들간 간격은 나이퀴스트 샘플링 이론을 만족하는 채널 추정 장치.
제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 버츄얼 파일럿들의 개수는 FIR 필터의 절반 길이가 되도록 결정되는 채널 추정 장치.