KR20110045215A - 직교주파수 분할다중 방식 통신 시스템의 채널 추정 방법 및 장치 - Google Patents

직교주파수 분할다중 방식 통신 시스템의 채널 추정 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 직교주파수 분할다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식 통신 시스템의 채널 추정 기술에 관한 것이다. DQPSK(Differential Quadrature Phase Shift Keying) 변조를 사용하는 시스템의 경우, 모든 변조 신호가 동일한 진폭을 갖기 때문에, 오류 전달은, 데이터 균형의 오류를 발생시키고 시스템 성능에 심각한 결함을 발생시킬 수 있는 부반송파 오류 상의 위상 로테이션(phase rotation)으로 존재할 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예에서는, 비 주요 시변화 채널(non-significant time-varying channel) 하의 직교주파수 분할다중 시스템용 결정 피드백(decision feedback)에 기반하여 채널을 추정함으로써 신호 결정 오류를 최소화하고, 위상 보정 기법(phase correction procedure)을 채널 추정 프로세스에 사용하여 추정 채널 응답의 위상 오류 전달을 효율적으로 방지함으로써 간단한 구성으로 채널 추정 정확도를 개선할 수 있는 방안을 제시하고자 한다.
Figure P1020090101669
OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing), channel estimation, DQPSK(Differential Quadrature Phase Shift Keying)

Description

직교주파수 분할다중 방식 통신 시스템의 채널 추정 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PROVIDING CHANNEL ESTIMATION OF ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING SYSTEM}
본 발명은 직교주파수 분할다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 비 주요 시변화 채널(non-significant time-varying channel) 하의 직교주파수 분할다중 시스템용 결정 피드백(decision feedback)에 기반하여 채널을 추정함으로써 신호 결정 오류를 최소화하고, 위상 보정 기법(phase correction procedure)을 채널 추정 프로세스에 사용하여 추정 채널 응답의 위상 오류 전달을 효율적으로 방지하는데 적합한 직교주파수 분할다중 방식 통신 시스템의 채널 추정 방법 및 장치에 관한 것이다.
직교주파수 분할다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식 통신 시스템에서는, 채널 추정(channel estimation) 정확도가 주파수 도메인 신호에 대한 균형 효과(equilibrium effect)에 직접적인 영향을 끼치며, 나아가 직교주파수 분할다중 방식 통신 시스템의 전체 성능에 영향을 끼칠 수 있다.
직교주파수 분할다중 방식 통신 시스템에서는, 결정 피드백(decision feedback) 기반의 채널 추정 기법을 통상적으로 사용하는데, 이에 대해 간략히 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 신호 결정 이후의 바이너리 데이터(binary data)를 변조하고, 변조된 데이터(symbol)를 채널 추정기로 전달한다.
채널 추정기에서는, 수신 신호와 변조 데이터 간의 분할 작동을 통해 변조 정보를 제거하여 추정된 채널 응답을 획득한다.
이러한 기존의 결정 피드백 기반의 채널 추정 기법은 다음과 같은 문제점이 존재할 수 있다.
첫째, 추정된 채널 응답이 신호 결정 정확도에 매우 크게 좌우될 수 있다.
둘째, 낮은 신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio)를 갖는 채널 환경의 경우, 많은 추정 오류를 야기할 수 있는 신호 결정 오류(decision error)가 빈번하게 발생될 수 있다.
일부 버스트(burst) 직교주파수 분할다중 방식 통신 시스템은 채널 추정 및 프로브 프레임(probe frame)용 데이터 변조를 완료하기 위한 DQPSK(Differential Quadrature Phase Shift Keying) 변조가 사용될 수 있다.
추정된 채널 응답은 데이터 프레임의 균형(equilibrium)을 위해 사용될 수 있으며, 복조된 신호는 센터 스테이션(center station)과 서브 스테이션(substation) 간의 변경된 정보를 전송하는데 사용될 수 있다. 이 경우, 피드백 루프(feedback loop)를 결정하는데 사용되는 차동 변조로 인해, 임의의 부반송 파(subcarrier) 상의 신호 결정 오류가 그에 후행하는 모든 부반송파의 결정 오류를 야기할 수 있다.
따라서, 추정 채널 응답의 전달 오류가 발생할 수 있다.
DQPSK 변조를 사용하는 시스템의 경우, 모든 변조 신호가 동일한 진폭을 가지기 때문에, 오류 전달은, 데이터 균형의 오류를 발생시키고 시스템 성능에 심각한 결함을 발생시킬 수 있는 부반송파 오류 상의 위상 로테이션(phase rotation)으로 존재할 수 있다.
이에 본 발명의 실시예에서는, 비 주요 시변화 채널(non-significant time-varying channel) 하의 직교주파수 분할다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템용 결정 피드백(decision feedback)에 기반하여 채널을 추정함으로써 신호 결정 오류를 최소화할 수 있는 직교주파수 분할다중 방식 통신 시스템의 채널 추정 방법 및 장치를 제안하고자 한다.
또한 본 발명의 실시예에서는, 위상 보정 기법(phase correction procedure)을 채널 추정 프로세스에 사용하여 추정 채널 응답의 위상 오류 전달을 효율적으로 방지함으로써 간단한 구성으로 채널 추정 정확도를 개선할 수 있는 직교주파수 분할다중 방식 통신 시스템의 채널 추정 방법 및 장치를 제안하고자 한다.
본 발명의 과제를 해결하기 위한 일 관점에 따르면, 주파수-도메인 심볼 시퀀스(frequency-domain symbol sequence)를 역 푸리에 변환(Inverse Fourier Transform)하여 획득되는 시간-도메인 수신 시퀀스(time-domain received sequence)를 푸리에 변환하여 주파수-도메인 수신 시퀀스를 획득하는 푸리에 변환부와, 상기 주파수-도메인 수신 시퀀스를 차동 4 위상 시프트 키잉(Differential Quadrature Phase-Shift Keying) 복조하여 바이너리 결정 시퀀스(judged binary sequence)를 획득하는 복조부와, 상기 바이너리 결정 시퀀스를 차동 4 위상 시프트 키잉 변조하여 주파수-도메인 결정 심볼 시퀀스(judged frequency-domain symbol sequence)를 획득하는 변조부와, 상기 주파수-도메인 수신 시퀀스를 상기 주파수-도메인 결정 심볼 시퀀스로 분할하여 주파수-도메인 시퀀스를 획득하는 시퀀스 분할부와, 상기 주파수-도메인 시퀀스의 진폭 및 위상을 연산하여 진폭 시퀀스 및 위상 시퀀스를 획득하는 진폭/위상 연산부를 포함하는 직교주파수 분할다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식 통신 시스템의 채널 추정 장치를 제공할 수 있다..
여기서, 채널 추정 장치는, 상기 진폭/위상 연산부로부터 획득되는 위상 시퀀스에 대해 위상 보정하여 위상 보정 시퀀스를 획득하는 위상 보정 시퀀스 획득부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 위상 보정 시퀀스 획득부는, 현재 주파수 포인트와 이전 주파수 포인트 간의 위상 차를 계산한 후 최종 주파수 포인트가 종료될 때까지 점핑 위상 검출 및 위상 보정을 반복 수행할 수 있다.
또한, 상기 푸리에 변환부는, 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform) 방식, 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform) 방식 중 어느 하나의 방식이 적용될 수 있다.
또한, 상기 시퀀스 분할부는, 상기 주파수-도메인 시퀀스를 획득하면서 변조 정보를 제거하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 과제를 해결하기 위한 다른 관점에 따르면, 바이너리 시퀀스에 대해 차동 4 위상 시프트 키잉 변조를 적용하여 주파수-도메인 심볼 시퀀스를 획득하는 차동 4 위상 시프트 키잉 변조부와, 상기 차동 4 위상 시프트 키잉 변조부를 통해 획득되는 상기 주파수-도메인 심볼 시퀀스를 역 푸리에 변환(Inverse Fourier Transform)하여 시간-도메인 전송 시퀀스를 획득하는 역 푸리에 변환부를 포함하는 직교주파수 분할다중 방식 통신 시스템의 채널 추정 장치를 제공할 수 있다.
여기서, 상기 역 푸리에 변환부는, 역 고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform) 방식, 역 이산 푸리에 변환(Inverse Discrete Fourier Transform) 방식 중 어느 하나의 방식이 적용될 수 있다.
본 발명의 과제를 해결하기 위한 또 다른 관점에 따르면, 주파수-도메인 심볼 시퀀스를 역 푸리에 변환하여 획득되는 시간-도메인 수신 시퀀스를 푸리에 변환하여 주파수-도메인 수신 시퀀스를 획득하는 과정과, 획득되는 상기 주파수-도메인 수신 시퀀스를 차동 4 위상 시프트 키잉 복조하여 바이너리 결정 시퀀스를 획득하는 과정과, 획득되는 상기 바이너리 결정 시퀀스를 차동 4 위상 시프트 키잉 변조 하여 주파수-도메인 결정 심볼 시퀀스를 획득하는 과정과, 획득되는 상기 주파수-도메인 수신 시퀀스를 상기 주파수-도메인 결정 심볼 시퀀스로 분할하여 주파수-도메인 시퀀스를 획득하는 과정과, 상기 주파수-도메인 시퀀스의 진폭 및 위상을 연산하여 진폭 시퀀스 및 위상 시퀀스를 획득하는 과정과, 획득되는 상기 위상 시퀀스에 대해 위상 보정하여 위상 보정 시퀀스를 획득하는 과정을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 위상 보정 시퀀스를 획득하는 과정은, 상기 점핑 위상 검출 및 위상 보정을 수행하는 과정의 최종 주파수 포인트가 종료될 때까지 현재 주파수 포인트와 이전 주파수 포인트 간의 위상 차를 계산하는 과정과, 계산되는 상기 위상 차에 따라 점핑 위상 검출 및 위상 보정을 반복 수행하는 과정을 포함할 수 있다.
또한, 상기 점핑 위상 검출 및 위상 보정을 수행하는 과정은, 상기 위상 차가 기 설정값 이상인 경우에 기 설정된 위상 보정값을 상기 현재 주파수 포인트에 더하는 과정과, 상기 위상 차가 상기 기 설정값 미만인 경우에 상기 위상 차의 인덱스에 1을 더하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명의 과제를 해결하기 위한 또 다른 관점에 따르면, 바이너리 시퀀스에 대해 차동 4 위상 시프트 키잉 변조를 적용하여 주파수-도메인 심볼 시퀀스를 획득하는 과정과, 획득되는 상기 주파수-도메인 심볼 시퀀스에 대해 역 푸리에 변환 기법을 적용하여 시간-도메인 전송 시퀀스를 획득하여 수신측으로 송신하는 과정을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 역 푸리에 변환 기법은, 역 고속 푸리에 변환 방식, 역 이산 푸리에 변환 방식 중 어느 하나의 방식이 적용될 수 있다.
본 발명에 의하면, 전송 및 수신 데이터에 대해 DQPSK(Differential Quadrature Phase-Shift Keying) 변조를 적용함으로써, 부반송파 위상 동기화 과정 없이도 채널 추정 및 데이터 변조를 동시에 획득할 수 있다. 또한, 기존의 결정 피드백 기반 채널 추정 기법에 위상 보정 기술을 추가함으로써, 채널 위상 추정에 있어 오류 전달 문제를 효율적으로 극복하고 채널 추정 정확도를 개선할 수 있다. 본 발명에서의 위상 보정 기술은 점핑 위상 검출(jumping phase detection) 및 위상 보정 과정(phase correction procedures)을 실행하기 위해 단지 비교 및 가산 작업만 요구되므로, 간단하면서 복잡하지 않는 작업환경 구현이 가능하다.
본 발명의 실시예에 따른 채널 추정 기술은,
a) 송신부에서, 바이너리 시퀀스(Bt(m))를 DQPSK 변조에 적용하여 주파수-도메인 심볼 시퀀스(Xt(k))를 획득하며,
b) 획득된 주파수-도메인 심볼 시퀀스(Xt(k))를 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 또는 IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform)에 적용하여 시간-도메인 전송 시퀀스(xt(n))를 획득하여 수신단으로 송신하고,
c) 수신부에서, 시간-도메인 수신 시퀀스(yr(n))를 FFT(Fast Fourier Transform) 또는 DFT(Discrete Fourier Transform)에 적용하여 주파수-도메인 수신 시퀀스(Yr(k))를 획득하며,
d) 획득된 주파수-도메인 수신 시퀀스(Yr(k))를 DQPSK 복조에 적용하여 바이너리 결정 시퀀스(Br(m))를 획득하고,
e) 획득되는 바이너리 결정 시퀀스(Br(m))를 DQPSK 변조에 적용하여 주파수-도메인 결정 심볼 시퀀스(X*(k))를 획득하며,
f) 주파수-도메인 수신 시퀀스(Yr(k))를 주파수-도메인 결정 심볼 시퀀스(X*(k))로 분할하여 주파수-도메인 시퀀스(Hr(k))를 획득하고(이때, 변조 정보는 제거됨.),
g) 주파수-도메인 시퀀스(Hr(k))의 진폭 및 위상을 연산하여 진폭 시퀀스(AH(k))(추정 채널 응답의 진폭) 및 위상 시퀀스(θH 0(k))를 획득하며,
h) 위상 보정 기법을 위상 시퀀스(θH 0(k))에 적용하여 위상 보정 시퀀스(θH(k))를 획득하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 기술된 과정에서, 과정 a), b), c), d), e), 및 f)가 요구되며, 특히 과정 g) 및 h)는 본 실시예에 부가적으로 적용될 수 있다.
더욱이, 상술한 위상 보정 시퀀스(θH(k))를 획득하는 과정 h)에서, 위상 시퀀스(θH 0(k))에 적용되는 위상 보정 기법은 다음과 같은 과정들로 기술될 수 있다. 이때, 임계값 T를 설정하고, 위상 시퀀스(θH 0(k))의 제2 주파수 포인트로부터 차례대로 시작되는 아래의 과정들이 포함될 수 있다.
(1) 현재 주파수 포인트(θH 0(k0))와 이전 주파수 포인트(θH 0(k0-1)) 간의 위상 차(Δθ=θH 0(k0)-θH 0(k0-1))를 계산한다.
(2) 위상 검출에서 위상 보정으로 점핑하는 다음 절차들을 수행한다. 먼저, |Δθ|≥T 인 경우에는 임의의 위상 보정값을 현재 주파수 포인트(θH 0(k0))에 더하는데, 상기 위상 보정값은 -Δθ 또는 임의의 고정된 값일 수 있다. 부가적으로, 위상 보정 절차는 각각의 주파수 포인트에 적용되거나, 점핑 위상이 k0의 주파수 포인트로 감지될 때와 동일하게 인덱스가 동일한 보정값으로 k≥k0에 접근하는 모든 주파수 포인트에 적용될 수 있다. 반면, |Δθ|<T 인 경우에는 현재 인덱스에 1을 더한다. 즉, k0=k0+1이 될 수 있다.
(3) 최종 주파수 포인트의 점핑 위상 검출과 위상 보정 절차가 종료될 때까지 과정 (1) 및 과정 (2)를 반복한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 도면부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 과정의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 과정에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도 각 과정에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 과정들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 및 흐름도의 각 과정에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 과정들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록 또는 각 과정은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시예들에서는 블록들 또는 과정들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 과정들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 과정들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 결정 피드 백(decision feedback)에 기반한 직교주파수 분할다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 OFDM이라 함) 방식 통신 시스템의 채널 추정 방법 및 장치에 대해 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 도 1은 본 실시예에 따른 결정 피드백 기반의 OFDM 방식 통신 시스템의 채널 추정 장치, 구체적으로 OFDM 방식 통신 시스템의 송신 구조를 예시한 것이다.
도 1에 예시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 OFDM 방식 통신 시스템의 송신부(100)는, 차동 4 위상 시프트 키잉(Differential Quadrature Phase-Shift Keying, 이하 DQPSK라 함) 변조부(102) 및 역 고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform, 이하 IFFT라 함)부(104)를 포함할 수 있다.
여기서, DQPSK 변조부(102)는 입력되는 바이너리 시퀀스(Bt(m))를 DQPSK 변조하여 주파수-도메인 심볼 시퀀스(frequency-domain symbol sequence)(Xt(k))를 획득할 수 있다.
IFFT부(104)는 DQPSK 변조부(102)를 통해 획득된 주파수-도메인 심볼 시퀀스(Xt(k))를 IFFT 적용하여 시간-도메인 전송 시퀀스(time-domain transmitted sequence)(xt(n))를 획득할 수 있다. 이때, 송신부(100)에는 IFFT부(104) 대신에 역 이산 푸리에 변환(Inverse Discrete Fourier Transform, 이하 IDFT라 함)부가 적용될 수도 있다.
이와 같이 송신부(100)의 IFFT부(104)에 의해 획득된 시간-도메인 전송 시퀀 스(time-domain transmitted sequence)(xt(n))는 시간-도메인 수신 시퀀스(time-domain received sequence)(yr(n)) 형태로 수신부(200)에 전달될 수 있다.
도 2는 본 실시예에 따른 결정 피드백 기반의 OFDM 방식 통신 시스템의 채널 추정 장치, 구체적으로 OFDM 방식 통신 시스템의 수신 구조를 예시한 것이다.
도 2에 예시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 OFDM 방식 통신 시스템의 수신부(200)는, 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, 이하 FFT라 함)부(202), DQPSK 복조부(204), DQPSK 변조부(206), 시퀀스 분할부(208), 진폭/위상 연산부(210), 위상 보정 시퀀스 획득부(212)를 포함할 수 있다.
여기서, FFT부(202)는 수신되는 시간-도메인 수신 시퀀스(time-domain received sequence)(yr(n))를 FFT 적용하여 주파수-도메인 수신 시퀀스(frequency-domain received sequence)(Yr(k))를 획득할 수 있다. 이때, 수신부(200)에는 FFT부(202) 대신에 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform, 이하 DFT라 함)부가 적용될 수도 있다.
DQPSK 복조부(204)는 FFT부(202)로부터 획득된 주파수-도메인 수신 시퀀스(Yr(k))를 DQPSK 복조에 적용하여 바이너리 결정 시퀀스(judged binary sequence)(Br(m))를 획득할 수 있다.
DQPSK 변조부(206)는 DQPSK 복조부(204)로부터 획득된 바이너리 결정 시퀀스(Br(m))를 DQPSK 변조에 적용하여 주파수-도메인 결정 심볼 시퀀스(judged frequency-domain symbol sequence)(X*(k))를 획득할 수 있다.
시퀀스 분할부(208)는 FFT부(202)를 통해 획득된 주파수-도메인 수신 시퀀스(Yr(k))를 DQPSK 변조부(206)를 통해 획득된 주파수-도메인 결정 심볼 시퀀스(X*(k))로 분할하여 주파수-도메인 시퀀스(Hr(k))를 획득할 수 있다. 이때, 이러한 주파수-도메인 시퀀스(Hr(k)) 획득 과정을 통해 변조 정보가 제거될 수 있다.
진폭/위상 연산부(210)는 시퀀스 분할부(208)를 통해 획득되는 주파수-도메인 시퀀스(Hr(k))의 진폭 및 위상을 연산하여 진폭 시퀀스(amplitude sequence)(AH(k)) 및 위상 시퀀스(phase sequence)(θH 0(k))를 획득할 수 있다. 여기서, 진폭 시퀀스(AH(k))는 추정 채널 응답(estimated channel response)의 진폭을 의미할 수 있다.
위상 보정 시퀀스 획득부(212)는 진폭/위상 연산부(210)를 통해 획득되는 위상 시퀀스(θH 0(k))에 대해 위상 보정 기법을 적용하여 위상 보정 시퀀스(phase corrected sequence)(θH(k))를 획득할 수 있다.
도 3은 이러한 위상 보정 기법을 적용하기 위한 위상 보정 시퀀스 획득부(212)의 상세 구성을 예시한 블록도이다.
위상 보정 시퀀스 획득부(212)는, 점핑 위상 검출부(212a)와, 위상 보정 부(212b)를 포함할 수 있다.
이러한 위상 보정 시퀀스 획득부(212)는, 예컨대 다음과 같은 처리 과정을 수행할 수 있다.
(1) 현재 주파수 포인트(θH 0(k0))와 이전 주파수 포인트(θH 0(k0-1)) 간의 위상 차(Δθ=θH 0(k0)-θH 0(k0-1))를 계산한다.
(2) 다음과 같은 점핑 위상 검출 및 위상 보정과 관련된 절차를 수행한다. 먼저, |Δθ|≥T 인 경우에는 임의의 위상 보정값을 현재 주파수 포인트(θH 0(k0))에 더하는데, 상기 위상 보정값은 -Δθ 또는 임의의 고정된 값일 수 있다. 부가적으로, 위상 보정 절차는 각각의 주파수 포인트에 적용되거나, 점핑 위상이 k0의 주파수 포인트로 감지될 때와 동일하게 인덱스가 동일한 보정값으로 k≥k0에 접근하는 모든 주파수 포인트에 적용될 수 있다. 반면, |Δθ|<T 인 경우에는 현재 인덱스에 1을 더한다. 즉, k0=k0+1이 될 수 있다.
(3) 점핑 위상 검출 절차와 위상 보정 절차의 최종 주파수 포인트가 종료될 때까지 과정 (1) 및 과정 (2)를 반복한다.
이하, 상술한 구성과 함께, 본 실시예에 따른 OFDM 방식 통신 시스템의 채널 추정 방법, 구체적으로 OFDM 방식 통신 시스템의 송신부(100)를 통한 채널 추정 과정을 첨부한 도 4의 흐름도를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 입력되는 바이너리 시퀀스(Bt(m))를 DQPSK 변조부(102)로 인가하여(S100), DQPSK 변조가 수행되도록 한다(S102).
DQPSK 변조가 수행되면 과정(S104)에서는 주파수-도메인 심볼 시퀀스(Xt(k))가 획득될 수 있다.
획득되는 주파수-도메인 심볼 시퀀스(Xt(k))를 IFFT부(104)에 제공하여 역 고속 푸리에 변환을 적용할 수 있다(S106). 이때, 송신부(100)에는 이러한 IFFT부(104) 외에 IDFT가 가능한 IDFT부가 제공될 수 있으며, IDFT부에 의해 역 이산 푸리에 변환이 적용될 수 있을 것이다.
이와 같은 역 고속 푸리에 변환 또는 역 이산 푸리에 변환이 적용되면, 시간-도메인 전송 시퀀스(time-domain transmitted sequence)(xt(n))가 획득될 수 있으며(S108), 획득되는 시간-도메인 전송 시퀀스(xt(n))는 수신부(200)로 송신될 수 있다.
한편, 도 5는 본 실시예에 따른 OFDM 방식 통신 시스템의 채널 추정 방법, 구체적으로 OFDM 방식 통신 시스템의 수신부(200)를 통한 채널 추정 과정의 흐름도를 예시한 것이다.
도 5에 예시한 바와 같이, 수신부(200)는, 송신부(100)를 통해 획득된 시간-도메인 수신 시퀀스(yr(n))에 대해 FFT부(202)에 의한 FFT(또는 DFT부에 의한 DFT)를 적용하여 주파수-도메인 수신 시퀀스(Yr(k))를 획득할 수 있다(S200)(S202).
이후, 획득된 주파수-도메인 수신 시퀀스(Yr(k))는 DQPSK 복조부(204)로 제공될 수 있으며, DQPSK 복조부(204)에서는 DQPSK 복조 과정을 수행하여 바이너리 결정 시퀀스(Br(m))를 획득할 수 있다(S204).
이러한 바이너리 결정 시퀀스(Br(m))는 DQPSK 변조부(206)로 제공될 수 있으며, DQPSK 변조부(206)에서는 DQPSK 변조 과정을 수행하여 주파수-도메인 결정 심볼 시퀀스(X*(k))를 획득할 수 있다(S206).
그리고, 과정(S208)에서는, FFT부(202)를 통해 획득된 주파수-도메인 수신 시퀀스(Yr(k))를 시퀀스 분할부(208)에서 주파수-도메인 결정 심볼 시퀀스(X*(k))로 분할하여 주파수-도메인 시퀀스(Hr(k))를 획득할 수 있다. 이때, 이러한 주파수-도메인 시퀀스(Hr(k)) 획득 과정에서 변조 정보가 제거될 수 있다.
그리고, 과정(S210)에서는, 획득되는 주파수-도메인 시퀀스(Hr(k))의 진폭 및 위상을 진폭/위상 연산부(210)에서 연산하여 진폭 시퀀스(AH(k))(추정 채널 응답의 진폭) 및 위상 시퀀스(θH 0(k))를 획득하는데, 이때, 위상 보정 기법을 위상 시퀀스(θH 0(k))에 적용하여 위상 보정 시퀀스(θH(k))를 획득할 수 있다(S212).
상술한 위상 보정 시퀀스(θH(k))를 획득하는 과정에서, 위상 시퀀스(θ H 0(k))에 적용되는 위상 보정 기법은 다음과 같은 과정들로 구체화될 수 있다(이때, 임계값 T를 설정하고, 위상 시퀀스(θH 0(k))의 두 번째 주파수 포인트부터 순차적으로 시작될 수 있다.).
(1) 현재 주파수 포인트(θH 0(k0))와 이전 주파수 포인트(θH 0(k0-1)) 간의 위상 차(Δθ=θH 0(k0)-θH 0(k0-1))를 계산한다.
(2) 다음과 같은 점핑 위상 검출 및 위상 보정과 관련된 절차를 수행한다. 먼저, |Δθ|≥T 인 경우에는 임의의 위상 보정값을 현재 주파수 포인트(θH 0(k0))에 더하는데, 상기 위상 보정값은 -Δθ 또는 임의의 고정된 값일 수 있다. 부가적으로, 위상 보정 절차는 각각의 주파수 포인트에 적용되거나, 점핑 위상이 k0의 주파수 포인트로 감지될 때와 동일하게 인덱스가 동일한 보정값으로 k≥k0에 접근하는 모든 주파수 포인트에 적용될 수 있다. 반면, |Δθ|<T 인 경우에는 현재 인덱스에 1을 더한다. 즉, k0=k0+1이 될 수 있다.
(3) 점핑 위상 검출 절차와 위상 보정 절차의 최종 주파수 포인트가 종료될 때까지 과정 (1) 및 과정 (2)를 반복한다.
이하에서는, 본 실시예에 따른 OFDM 방식 통신 시스템의 채널 추정 기술이 적용될 수 있는 구체적인 적용 예에 대해 살펴보기로 한다.
먼저, OFDM 시스템의 전체 부반송파(subcarrier)의 개수가 256개, 유효 부반송파의 개수가 210개라고 가정하기로 한다. 또한, 네 개의 DQPSK 변조 심볼(+1, +j, -1, -j)이 좌표 축(coordinate axes) 상의 네 개의 포인트에 각각 매핑될 수 있다고 가정하기로 한다. 네 개의 포인트의 위상은, 예컨대 0, π/2, π, 3π/2로 설정될 수 있다. 또한, 초기 위상 변조 심볼이 0이라고 가정하고, 송신부(100)가 현재의 주파수-도메인 심볼 시퀀스(Xt(k))를 사용하여 매 두 개의 인접하는 입력 비트(Bt(m)Bt(m-1))를 하나의 주파수-도메인 심볼 시퀀스(Xt(k+1))로 맵핑한다고 가정하기로 한다. 이때, 구체적인 매핑 모드는 다음 [표 1]과 같이 예시될 수 있다.
Figure 112009065353948-PAT00001
이에 따라, 송신부(100)는 주파수-도메인 심볼 시퀀스(Xt(k))에 대해 IFFT, 예컨대 256-포인트의 IFFT를 적용하여 시간-도메인 전송 시퀀스(xt(n))를 획득할 수 있다.
이후, 수신부(200)는 시간-도메인 수신 시퀀스(yr(n))에 대해 FFT, 예컨대 256-포인트의 FFT를 적용하여 주파수-도메인 수신 시퀀스(Yr(k))를 획득할 수 있다. 이러한 주파수-도메인 수신 시퀀스(Yr(k))를 DQPSK 복조부(204)와 DQPSK 변조부(206)에서 순차적으로 처리하여 주파수-도메인 결정 심볼 시퀀스(X*(k))를 획득할 수 있다.
그런 다음, 획득된 주파수-도메인 수신 시퀀스(Yr(k))를 주파수-도메인 결정 심볼 시퀀스(X*(k))로 분할하여 주파수-도메인 시퀀스(Hr(k))를 획득한다. 이러한 분할 과정을 통해 변조 정보가 제거될 수 있다.
그런 다음, 획득되는 주파수-도메인 시퀀스(Hr(k))의 진폭 및 위상을 연산하여 진폭 시퀀스(AH(k))(추정 채널 응답의 진폭) 및 위상 시퀀스(θH 0(k))를 획득할 수 있다.
최종적으로, 위상 보정 기법을 위상 시퀀스(θH 0(k))에 적용하여 다음과 같은 위상 보정 시퀀스(θH(k))를 획득할 수 있다(이때, 임계값으로 T, 예를 들어 T=π/8를 설정하고, 위상 시퀀스(θH 0(k))의 두 번째 주파수 포인트부터 순차적으로 시작될 수 있다.).
(1) 현재 주파수 포인트(θH 0(k0))와 이전 주파수 포인트(θH 0(k0-1)) 간의 위상 차(Δθ=θH 0(k0)-θH 0(k0-1))를 계산한다.
(2) 다음과 같은 점핑 위상 검출 및 위상 보정과 관련된 절차를 수행한다.
먼저, |Δθ|≥T 인 경우에는 임의의 위상 보정값(-Δθ)을 현재 주파수 포인트(θH 0(k0))에 더하는데, 여기서 인덱스 k는 k≥k0 조건에 대응한다. 반면, |Δθ|<T 인 경우에는 현재 인덱스에 1을 더한다. 예를 들어, k0=k0+1이 될 수 있다.
(3) 점핑 위상 검출 절차와 위상 보정 절차의 최종 주파수 포인트가 종료될 때까지 상술한 과정 (1) 및 과정 (2)를 반복한다.
도 6은, 예를 들어 31dB의 신호 대 잡음비(SNR)를 갖는 가우시안 채널(Gaussian channel) 하의 위상 시퀀스를 비교한 그래프로서, 도 6a는 위상 보정 전의 위상 시퀀스(θH 0(k))의 곡선 그래프, 도 6b는 위상 보정 후의 위상 보정 시퀀스(θH(k))의 곡선 그래프를 각각 예시한 것이다.
먼저, 위상 보정 전의 도 6a에서는, 강인한 단일 주파수 간섭으로 인해 부반송파 인덱스 50에서 결정 오류(decision error)가 발생함을 알 수 있으며, 이후 도 6b의 위상 보정을 거친 후에는 채널 추정이 연속되는 위상 곡선, 즉 가우시안 채널 하의 이상적인 위상 곡선에 근접함을 확인할 수 있다.
도 7은 부반송파 인덱스 50에서 결정 오류가 발생했을 때, 전형적인 결정 피드백 기반 채널 추정 기법을 적용하여 평형화한 후의 256 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 분포도를 예시한 것이다.
도 8은 본 실시예에 따른 채널 추정 기법을 적용한 경우의 256 QAM 분포도를 예시한 것이다.
도 7 및 도 8로부터, 본 실시예에 따른 채널 추정 기법이 채널 위상 추정에 있어 오류 전달 문제를 효율적으로 극복할 수 있으며, 이에 따라 OFDM 시스템의 비트 오류 성능이 크게 개선될 수 있음을 확인할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 의하면, 비 주요 시변화 채널(non-significant time-varying channel) 하의 OFDM 시스템용 결정 피드백에 기반하여 채널을 추정함으로써 신호 결정 오류를 최소화할 수 있으며, 위상 보정 기법을 채널 추정 프로세스에 사용하여 추정 채널 응답의 위상 오류 전달을 효율적으로 방지함으로써 간단한 구성으로 채널 추정 정확도를 개선할 수 있다.
본 발명으로 인해, 비 주요 시간 변화 채널(non-significant time-varying channel) 하의 직교주파수 분할다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 OFDM이라 함) 시스템용 결정 피드백(decision feedback)에 기반하여 채널을 추정함으로써 신호 결정 오류를 최소화할 수 있으며, 위상 보정 기법(phase correction procedure)을 채널 추정 프로세스에 사용하여 추정 채널 응답의 위상 오류 전달을 효율적으로 방지함으로써 간단한 구성으로 채널 추정 정확도를 개선할 수 있는 바, OFDM 통신 기술과 관련된 디지털 통신 분야에서 기술적 우위를 확보할 수 있을 것으로 예상된다.
도 1은 본 실시예에 따른 직교주파수 분할다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 OFDM이라 함) 방식 통신 시스템의 채널 추정 장치, 구체적으로 OFDM 방식 통신 시스템의 송신부에 대한 구성 블록도,
도 2는 본 실시예에 따른 OFDM 방식 통신 시스템의 채널 추정 장치, 구체적으로 OFDM 방식 통신 시스템의 수신부에 대한 구성 블록도,
도 3은 도 2의 위상 보정 시퀀스 획득부(212)의 상세 구성 블록도,
도 4는 본 실시예에 따른 OFDM 방식 통신 시스템의 채널 추정 방법, 구체적으로 OFDM 방식 통신 시스템의 송신부를 통한 채널 추정 과정의 흐름도,
도 5는 본 실시예에 따른 OFDM 방식 통신 시스템의 채널 추정 방법, 구체적으로 OFDM 방식 통신 시스템의 수신부를 통한 채널 추정 과정의 흐름도,
도 6a는 위상 보정 전의 위상 시퀀스의 곡선 그래프,
도 6b는 위상 보정 후의 위상 보정 시퀀스의 곡선 그래프,
도 7은 전형적인 채널 추정 기법을 적용한 경우의 256 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 분포도,
도 8은 본 실시예에 따른 채널 추정 기법을 적용한 경우의 256 QAM 분포도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 송신부
102 : 변조부
104 : 역 고속 푸리에 변환부(Inverse Fast Fourier Transform)
200 : 수신부
202 : 고속 푸리에 변환부
204 : DQPSK(Differential Quadrature Phase-Shift Keying) 복조부
206 : DQPSK 변조부
208 : 시퀀스 분할부
210 : 진폭/위상 연산부
212 : 위상 보정 시퀀스 획득부
212a : 점핑 위상 검출부
212b : 위상 보정부

Claims (12)

  1. 주파수-도메인 심볼 시퀀스(frequency-domain symbol sequence)를 역 푸리에 변환(Inverse Fourier Transform)하여 획득되는 시간-도메인 수신 시퀀스(time-domain received sequence)를 푸리에 변환하여 주파수-도메인 수신 시퀀스를 획득하는 푸리에 변환부와,
    상기 주파수-도메인 수신 시퀀스를 차동 4 위상 시프트 키잉(Differential Quadrature Phase-Shift Keying) 복조하여 바이너리 결정 시퀀스(judged binary sequence)를 획득하는 복조부와,
    상기 바이너리 결정 시퀀스를 차동 4 위상 시프트 키잉 변조하여 주파수-도메인 결정 심볼 시퀀스(judged frequency-domain symbol sequence)를 획득하는 변조부와,
    상기 주파수-도메인 수신 시퀀스를 상기 주파수-도메인 결정 심볼 시퀀스로 분할하여 주파수-도메인 시퀀스를 획득하는 시퀀스 분할부와,
    상기 주파수-도메인 시퀀스의 진폭 및 위상을 연산하여 진폭 시퀀스 및 위상 시퀀스를 획득하는 진폭/위상 연산부를 포함하는
    직교주파수 분할다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식 통신 시스템의 채널 추정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    채널 추정 장치는,
    상기 진폭/위상 연산부로부터 획득되는 위상 시퀀스에 대해 위상 보정하여 위상 보정 시퀀스를 획득하는 위상 보정 시퀀스 획득부를 더 포함하는
    직교주파수 분할다중 방식 통신 시스템의 채널 추정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 위상 보정 시퀀스 획득부는 현재 주파수 포인트와 이전 주파수 포인트 간의 위상 차를 계산한 후 최종 주파수 포인트가 종료될 때까지 점핑 위상 검출 및 위상 보정을 반복 수행하는 직교주파수 분할다중 방식 통신 시스템의 채널 추정 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 푸리에 변환부는 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform) 방식, 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform) 방식 중 어느 하나의 방식이 적용되는 직교주파수 분할다중 방식 통신 시스템의 채널 추정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 시퀀스 분할부는 상기 주파수-도메인 시퀀스를 획득하면서 변조 정보를 제거하는 것을 특징으로 하는 직교주파수 분할다중 방식 통신 시스템의 채널 추정 장치.
  6. 바이너리 시퀀스에 대해 차동 4 위상 시프트 키잉 변조를 적용하여 주파수-도메인 심볼 시퀀스를 획득하는 차동 4 위상 시프트 키잉 변조부와,
    상기 차동 4 위상 시프트 키잉 변조부를 통해 획득되는 상기 주파수-도메인 심볼 시퀀스를 역 푸리에 변환(Inverse Fourier Transform)하여 시간-도메인 전송 시퀀스를 획득하는 역 푸리에 변환부를 포함하는
    직교주파수 분할다중 방식 통신 시스템의 채널 추정 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 역 푸리에 변환부는 역 고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform) 방식, 역 이산 푸리에 변환(Inverse Discrete Fourier Transform) 방식 중 어느 하나의 방식이 적용되는 직교주파수 분할다중 방식 통신 시스템의 채널 추정 장치.
  8. 주파수-도메인 심볼 시퀀스를 역 푸리에 변환하여 획득되는 시간-도메인 수신 시퀀스를 푸리에 변환하여 주파수-도메인 수신 시퀀스를 획득하는 과정과,
    획득되는 상기 주파수-도메인 수신 시퀀스를 차동 4 위상 시프트 키잉 복조하여 바이너리 결정 시퀀스를 획득하는 과정과,
    획득되는 상기 바이너리 결정 시퀀스를 차동 4 위상 시프트 키잉 변조하여 주파수-도메인 결정 심볼 시퀀스를 획득하는 과정과,
    획득되는 상기 주파수-도메인 수신 시퀀스를 상기 주파수-도메인 결정 심볼 시퀀스로 분할하여 주파수-도메인 시퀀스를 획득하는 과정과,
    상기 주파수-도메인 시퀀스의 진폭 및 위상을 연산하여 진폭 시퀀스 및 위상 시퀀스를 획득하는 과정과,
    획득되는 상기 위상 시퀀스에 대해 위상 보정하여 위상 보정 시퀀스를 획득하는 과정을 포함하는
    직교주파수 분할다중 방식 통신 시스템의 채널 추정 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 위상 보정 시퀀스를 획득하는 과정은,
    점핑 위상 검출 및 위상 보정을 수행하는 과정의 최종 주파수 포인트가 종료될 때까지 현재 주파수 포인트와 이전 주파수 포인트 간의 위상 차를 계산하는 과 정과,
    계산되는 상기 위상 차에 따라 점핑 위상 검출 및 위상 보정을 반복 수행하는 과정을 포함하는
    직교주파수 분할다중 방식 통신 시스템의 채널 추정 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 점핑 위상 검출 및 위상 보정을 수행하는 과정은,
    상기 위상 차가 기 설정값 이상인 경우에 기 설정된 위상 보정값을 상기 현재 주파수 포인트에 더하는 과정과,
    상기 위상 차가 상기 기 설정값 미만인 경우에 상기 위상 차의 인덱스에 1을 더하는 과정을 포함하는 직교주파수 분할다중 방식 통신 시스템의 채널 추정 방법.
  11. 바이너리 시퀀스에 대해 차동 4 위상 시프트 키잉 변조를 적용하여 주파수-도메인 심볼 시퀀스를 획득하는 과정과,
    획득되는 상기 주파수-도메인 심볼 시퀀스에 대해 역 푸리에 변환 기법을 적용하여 시간-도메인 전송 시퀀스를 획득하여 수신측으로 송신하는 과정을 포함하는
    직교주파수 분할다중 방식 통신 시스템의 채널 추정 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 역 푸리에 변환 기법은 역 고속 푸리에 변환 방식, 역 이산 푸리에 변환 방식 중 어느 하나의 방식이 적용되는 직교주파수 분할다중 방식 통신 시스템의 채널 추정 방법.
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