KR20110059991A - 다중 경로 채널 추정 장치 및 그 방법 - Google Patents

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다중 경로 채널 추정 장치 및 그 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 경로 채널 추정 장치는 고유값(eigenvalue)을 이용하여 다중 경로 수를 추정하는 다중 경로 수 추정부; 다중 경로를 통해 수신된 수신 신호의 주파수 영역 채널 응답을 이용하여 상기 고유값을 획득하고, 획득된 상기 고유값을 상기 다중 경로 수 추정부로 제공하며, 상기 고유값과 추정된 상기 다중 경로 수를 이용하여 상기 다중 경로 각각에 대한 제1 시간지연 값을 추정하는 제1 시간지연 추정부; 상기 제1 시간지연 추정부에 의해 추정된 상기 제1 시간지연 값을 이용하여 상기 제1 시간지연 값의 오차를 계산하고, 이를 이용하여 제2 시간지연 값을 추정하는 제2 시간지연 추정부; 및 상기 수신 신호의 주파수 영역 채널 응답과 상기 제2 시간지연 추정부에 의해 추정된 상기 제2 시간지연 값을 이용하여 상기 다중 경로의 감쇄 팩터(attenuation factor)를 추정하는 감쇄 팩터 추정부를 포함할 수 있다.
다중 경로, 고유값(eigenvalue), 고유값 분해, GEESE, MUSIC, 시간지연, 채널 추정

Description

다중 경로 채널 추정 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR ESTIMATING MULTIPATH CHANNEL AND METHOD THEREOF}
본 발명은 다중 경로 채널 추정에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다중 경로를 통해 수신되는 수신 신호 각각에 대한 시간지연의 추정 오차를 개선하여 다중 경로 채널의 추정 성능을 개선하고, 신호 도달 시간(TOA) 정확도를 향상시킬 수 있는 다중 경로 채널 추정 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
통상적으로 무선 채널을 통한 신호의 전파(propagation)는 수신 신호에 여러 가지 손상(impairment)을 초래한다. 전송 손상의 중요한 한가지 타입으로서 다중 경로(multi-path)를 통해 전파되는 신호의 시간 지연에 의해 초래되는 지연 확산이 있다. 이처럼 다중 경로로 인한 지연 확산이 나타나는 채널을 다중 경로 페이딩 채널(이하, "다중 경로 채널"이라 함)이라 하는데, 무선 시스템에서 다중 경로 채널을 추정하는 것이 중요하다.
종래 다중 경로 채널을 추정하는 방식 중 역 푸리에 변환(Inverse Fourier Transform) 방식은 가장 큰 경로를 먼저 찾은 후 이를 기준으로 임계값(threshold)을 이용한 다중 경로의 지연과 진폭(amplitude)을 추정합니다.
하지만, 역 푸리에 변환 방식은 임계값에 따라 다중 경로의 지연과 진폭이 달라지는 문제로 인하여, 그 정확성이 떨어질 수 있다는 문제점이 있다.
또한, 종래 고유값 분해(eigenvalue decomposition) 중 MUSIC(Multiple signal classification) 방식만을 이용하여 다중 경로 채널을 추정하는 방식은 고유값을 얻기 위해 일정 식에 지연값을 대입하여 피크를 갖는 지연을 찾는 방식으로 구현되기 때문에 복잡도가 큰 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 본 발명의 실시예에 따른 목적은, 무선 시스템에서 신호가 수신되는 다중 경로 채널에 대한 추정 성능을 개선시키고, 이를 통해 수신 신호에 대한 신호 도달 시간(TOA) 정확도를 향상시킬 수 있는 다중 경로 채널 추정 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 목적은, 다중 경로 채널 추정 성능을 개선함으로써, 시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 다중 경로 채널 추정 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 또 다른 목적은, TOA 정확도를 향상시킴으로써, 송신기와 수신기 사이의 추정 거리 정확도를 향상시킬 수 있는 다중 경로 채널 추정 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 한 관점에 따른 다중 경로 추정 장치는 고유값(eigenvalue)을 이용하여 다중 경로 수를 추정하는 다중 경로 수 추정부; 다중 경로를 통해 수신된 수신 신호의 주파수 영역 채널 응답을 이용하여 상기 고유값을 획득하고, 획득된 상기 고유값을 상기 다중 경로 수 추정부로 제공하며, 상기 고유값과 추정된 상기 다중 경로 수를 이용하여 상기 다중 경로 각각에 대한 제1 시간지연 값을 추정하는 제1 시간지연 추정부; 상기 제1 시간지연 추정부에 의해 추정된 상기 제1 시간지연 값을 이용하여 상기 제1 시간지연 값의 오차를 계산하고, 이를 이용하여 제2 시간지연 값을 추정하는 제2 시간지연 추정부; 및 상기 수 신 신호의 주파수 영역 채널 응답과 상기 제2 시간지연 추정부에 의해 추정된 상기 제2 시간지연 값을 이용하여 상기 다중 경로의 감쇄 팩터(attenuation factor)를 추정하는 감쇄 팩터 추정부를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 다중 경로 수 추정부는 상기 고유값을 이용한 Akaike information theoretic criteria 방식을 통해 상기 다중 경로 수를 추정할 수도 있고, 상기 고유값을 이용한 MDL(Rissanen minimum descriptive length criteria) 방식을 통해 상기 다중 경로 수를 추정할 수도 있다.
바람직하게, 상기 제1 시간지연 추정부는 상기 수신 신호의 주파수 영역 채널 응답을 고유값 분해(eigenvalue decomposition) 방식을 이용하여 상기 고유값을 획득할 수 있다.
이때, 상기 제1 시간지연 추정부는 상기 수신 신호의 주파수 영역 채널 응답을 공간 평활화(spatial smoothing) 기법을 이용하여 정사각 행렬(square matrix)로 만들고, 상기 정사각 행렬을 상기 고유값 분해 방식을 이용하여 상기 고유값을 획득할 수 있으며, GEESE(generalized eigenvalues utilizing signal subspace eigenvectors) 방식을 이용하여 상기 고유값을 획득하거나 MUSIC(Multiple signal classification) 방식을 이용하여 상기 고유값을 획득할 수 있다.
바람직하게, 상기 제2 시간지연 추정부는 상기 감쇄 팩터가 실수인 특성을 이용하여 상기 제1 시간지연 값의 오차를 계산할 수 있고, 나아가 상기 제1 시간지연 값에 대한 함수의 위상에 대한 선형 특성을 이용하여 상기 제1 시간지연 값의 오차를 계산할 수 있다.
바람직하게, 상기 제2 시간지연 추정부는 상기 제2 시간지연 값들 중 최소값을 상기 수신신호의 도달 시간(TOA: time of arrival)으로 계산할 수 있다.
본 발명의 한 관점에 따른 다중 경로 추정 방법은 다중 경로를 통해 수신된 수신 신호의 주파수 영역 채널 응답을 이용하여 고유값(eigenvalue)을 획득하는 단계; 상기 고유값을 이용하여 다중 경로 수를 추정하는 단계; 상기 고유값과 상기 다중 경로 수를 이용하여 상기 다중 경로 각각에 대한 제1 시간지연 값을 추정하는 단계; 상기 제1 시간지연 값을 이용하여 상기 제1 시간지연 값의 오차를 계산하고, 이를 이용하여 제2 시간지연 값을 추정하는 단계; 및 상기 수신 신호의 주파수 영역 채널 응답과 상기 제2 시간지연 값을 이용하여 상기 다중 경로의 감쇄 팩터를 추정하는 단계를 포함할 수 있다
바람직하게, 상기 제2 시간지연 값들 중 최소값을 상기 수신신호의 도달 시간(TOA: time of arrival)으로 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부 도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백히 드러나게 될 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 경로 채널 추정 장치 및 그 방법을 첨부된 도 1 내지 도 7을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 경로 채널 추정 장치를 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 다중 경로 채널 추정 장치는 주파수 영역 채널 응답부(110), 제1 시간지연 추정부(120), 다중 경로 수 추정부(150), 제2 시간지연 추정부(130) 및 감쇄 팩터 추정부(140)를 포함한다.
주파수 영역 채널 응답부(110)는 다중 경로를 통해 다중 경로 채널 추정 장치로 수신되는 수신 신호에 대한 주파수 영역 채널 응답을 획득한다.
여기서, 주파수 영역 채널 응답은 1) 네트워크 분석기(Network Analyzer)를 이용하여 획득할 수도 있고, 2) 직교주파수분할(OFDM) 시스템인 경우 기 설정된 데이터를 이용하여 획득할 수도 있다.
1) 네트워크 분석기를 이용한 수신 신호의 주파수 영역 채널 응답에 대해 설명하면, 다중 경로를 통해 수신되는 기저 대역(baseband signals)의 수신 신호에 대한 시간 영역에서의 채널 임펄스 응답(CIR: channel impulse response)은 아래 <수학식 1>과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009073479160-PAT00001
여기서, D는 다중 경로 수를 말하고, αd는 d번째 경로에 대한 실수값 감쇄 팩터를 말하고, fc는 반송파 주파수를 말하고, τd는 d번째 경로에 대한 전송 시간지연을 말한다.
상기 <수학식 1>을 푸리에 변환하면 아래 <수학식 2>와 같은 주파수 영역 채널 응답을 획득할 수 있다.
Figure 112009073479160-PAT00002
<수학식 2>를 통해 알 수 있듯이, 기저대역 주파수 영역 채널 응답은 감쇄 팩터(αd), 지연 시간(τd) 및 반송파 주파수(fc)에 의해 영향을 받는다는 것을 알 수 있다.
그러나, 실제 무선 채널은 통과대역 신호(passband signal)에 작용하고, 네트워크 분석기는 통과대역 신호의 주파수 대역 채널 응답을 측정한다. 따라서, 통 과대역 신호의 시간 영역에서의 채널 응답은 상기 <수학식 1>을 통해 아래 <수학식 3>과 같이 나타낼 수 있고, 이에 대한 주파수 영역 채널 응답은 아래 <수학식 4>와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009073479160-PAT00003
Figure 112009073479160-PAT00004
네트워크 분석기를 이용한 채널 측정으로부터, 주파수 영역 측정 데이터 R[k]는 아래 <수학식 5>와 같이 얻어질 수 있다.
Figure 112009073479160-PAT00005
여기서, k는 1부터 N까지의 자연수를 말하고, N은 샘플링 주파수 개수를 말 하고, H[k]는 주파수 영역 채널 응답을 말하고, W[k]는 AWGN(additive white Gaussian noise)를 말한다.
이런 <수학식 5>는 아래 <수학식 6>과 같이 다시 쓰여질 수 있다.
Figure 112009073479160-PAT00006
Figure 112009073479160-PAT00007
Figure 112009073479160-PAT00008
Figure 112009073479160-PAT00009
Figure 112009073479160-PAT00010
Figure 112009073479160-PAT00011
여기서, Δf는 주파수 샘플링 간격을 말하고, T는 다중 경로 채널에 대한 시간지연 행렬을 말하고, a는 다중 경로 채널에 대한 감쇄 팩터 벡터를 말한다.
이와 같은 과정과 같이 네트워크 분석기를 통해 주파수 영역 채널 응답을 획득할 수 있다.
2) 직교주파수분할(OFDM) 시스템인 경우 수신 신호의 주파수 영역 채널 응답 에 대해 설명하면, OFDM 시스템은 기 설정된 데이터 예를 들어, 파일롯 신호를 이용하여 다중 경로 수신 신호에 대한 주파수 영역 채널 응답을 획득할 수도 있다.
K 개의 부반송파를 이용하는 OFDM 심볼에서 기 설정된 데이터 벡터를 X=diag{X(0), X(0), ..., X(K-1)}라고 할 때, 다중 경로를 통해 수신되는 OFDM의 수신 신호는 아래 <수학식 7>과 같이 나타낼 수 있다.
R OFDM =XTa + W
이와 같이, 주파수 영역 채널 응답부(110)는 네트워크 분석기(Network Analyzer) 또는 OFDM 시스템의 기 설정된 데이터를 이용하여 수신 신호에 대한 주파수 영역 채널 응답을 획득할 수 있는데, OFDM 시스템의 기 설정된 데이터를 이용하여 주파수 영역 채널 응답을 획득하는 것이 더 바람직하다.
제1 시간지연 추정부(120)는 주파수 영역 채널 응답부(110)에 의해 획득된 주파수 영역 채널 응답을 이용하여 고유값을 획득하고, 획득된 고유값을 다중 경로 수 추정부(150)로 제공하며, 획득된 고유값과 다중 경로 수 추정부(150)에 의해 추정된 다중 경로 수를 이용하여 다중 경로 각각에 대한 제1 시간지연 값을 추정한다.
이때, 제1 시간지연 추정부(120)는 수신 신호의 주파수 영역 채널 응답을 공간 평활화(spatial smoothing) 기법을 이용하여 정사각 행렬(square matrix)로 만들고, 고유값 분해(eigenvalue decomposition) 방식을 통한 정사각 행렬의 특성을 이용하여 고유값을 획득할 수 있다.
여기서, 제1 시간지연 추정부(120)는 GEESE(generalized eigenvalues utilizing signal subspace eigenvectors) 방식 혹은 MUSIC(Multiple signal classification) 방식을 이용하여 정사각 행렬로부터 고유값을 획득할 수 있다.
물론, 제1 시간지연을 추정하는데 있어서, 복잡도 측면을 고려한다면 MUSIC 방식보다 GEESE 방식을 사용하는 것이 바람직하지만, 본 발명에서 제1 시간지연을 추정하는데 있어서의 복잡도가 가장 중요한 요소가 아닌 경우에는 제1 시간지연을 추정하는 방식을 특정 방식으로 제한하지 않는다.
제1 시간지연 추정부(120)는 FBSS(forward-backward spatial smoothing) 방식을 이용하여 공분산 행렬(covariance matrix)을 구하고, 구해진 공분산 행렬을 기초로 제1 시간지연 값을 추정할 수 있는데, 추정되는 다중 경로 수 각각에 대한 제1 시간지연 값은 아래 <수학식 8>과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009073479160-PAT00012
여기서, ∠x는 x의 위상을 말하고, d는 d번째 다중 경로로서 1부터 D까지의 자연수를 말하고, D는 추정된 다중 경로 수를 말하고, γd는 행렬
Figure 112009073479160-PAT00013
의 디아고날(diagonal) 요소의 복수 켤레(compex conjugate)를 말한다.
제1 시간지연 추정부(120)에서 GEESE 방식 혹은 MUSIC 방식을 이용하여 고유값을 획득하고, 획득된 고유값을 이용하여 제1 시간지연 값을 추정하는 과정은 이 기술분야에 종사하는 당업자라면 알 수 있기에 상세한 설명은 생략한다.
다중 경로 수 추정부(150)는 제1 시간지연 추정부(120)에 의해 획득된 고유값을 이용하여 다중 경로 수를 추정하고, 추정된 다중 경로 수를 제1 시간지연 추정부(120)로 제공한다.
이때, 다중 경로 수 추정부(150)는 제1 시간지연 추정부(120)에 의해 획득된 고유값을 이용한 Akaike information theoretic criteria 방식 혹은 MDL(Rissanen minimum descriptive length criteria) 방식을 통해 다중 경로 수를 추정할 수 있다.
이때, 다중 경로 수 추정부(150)는 MDL 방식을 이용하는 경우, MDL 값을 최소값으로 하는 k 값을 구하고, 이 구해진 k 값을 다중 경로 수로 추정할 수 있는데, MDL 값은 아래 <수학식 9>와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009073479160-PAT00014
여기서, λi는 고유값을 말하고, i는 0부터 (L-1)까지를 말하고, L은 고유값들의 총 숫자를 말한다.
즉, 다중 경로 수 추정부(150)는 MDL(k) 값들 중 그 값이 최소가 되는 k(여기서, k는 0부터 (L-1)까지의 값 중 어느 하나)를 다중 경로 수로 추정한다.
제2 시간지연 추정부(130)는 제1 시간지연 추정부(120)에 의해 추정된 제1 시간지연 값을 이용하여 제1 시간지연 값의 오차를 계산하고, 이를 이용하여 제2 시간지연 값을 추정한다.
제1 시간지연 값에 대한 시간지연 행렬(
Figure 112009073479160-PAT00015
)을 이용하여 변형된 감쇄 팩터 벡터
Figure 112009073479160-PAT00016
를 나타내면, 아래 <수학식 10>과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009073479160-PAT00017
여기서, f(x)는
Figure 112009073479160-PAT00018
를 말하고, ed coarse는 해당 경로(d)에 대한 제1 지연시간 값 오차를 말한다.
이때, 시작 주파수 f1이 5[GHz]이고, 대역폭이 400[MHz]이며, Δf가 2[MHz]인 경우에 대한 f(x) 진폭에 대한 그래프를 도 2에 도시하였다.
도 2에 도시된 바와 같이, x=0일 때 f(x)의 절대값은 최대값을 가지며, 절대값 x가 2[ns]보다 큰 경우 f(x)의 절대값은 f(0)의 절대값의 25[%]보다 작은 것을 알 수 있다.
여기서, i와 j가 다른 경우에 대해, 높은 신호대 잡음 비(SNR)와 상대적인 시간지연 차(|τi-τj|)가 충분히 크다고 가정하면, 상기 <수학식 10>의 변형된 감쇄 팩터 벡터는 아래 <수학식 11>과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009073479160-PAT00019
여기서,
Figure 112009073479160-PAT00020
의 위상(∠
Figure 112009073479160-PAT00021
)은 f(ed coarse)의 위상(∠f(ed coarse))과 ad의 위상(∠ad) 합으로 계산될 수 있고, 감쇄 팩터 ad는 실수값 변수이기 때문에 ad의 위상은 0 혹은 π가 된다.
도 3은 시작 주파수 f1이 5[GHz]이고, N이 21이며, Δf가 2[MHz]인 경우에 대한 f(x)에 대한 위상에 대한 그래프를 나타낸 것으로, f(x)의 위상(∠f(x)) 그래프를 통해 알 수 있듯이, ∠f(x)는 P의 주기를 가지고, 일정 부분에서 선형적인 것을 알 수 있다.
따라서, 제2 시간지연 추정부(130)는 감쇄 팩터가 실수인 특성과 |x|≤(P/4)에서 ∠f(x)의 선형 특성을 이용하여 제1 시간지연 값의 오차(
Figure 112009073479160-PAT00022
)를 계산할 수 있는데, 제1 시간지연 값의 오차는 아래 <수학식 12>와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009073479160-PAT00023
여기서, p(x)는 |x|≤(P/4)에서 ∠f(x)에 대한 역 함수를 말한다.
따라서, 제2 시간지연 추정부(130)는 제1 시간지연 값과 상기 <수학식 12>에 의해 계산된 제1 시간지연 값의 오차를 이용하여 다중 경로 채널 각각에 대한 제2 시간지연 값(
Figure 112009073479160-PAT00024
)을 추정할 수 있다.
물론, 제2 시간지연 값은 제1 시간지연 값에 의해 발생될 수 있는 오차를 줄인 값이기 때문에 다중 경로를 통해 수신되는 수신 신호 각각에 대한 시간지연 값의 정확도는 개선될 수 있다.
이때, 제2 시간지연 추정부(130)에 의해 추정된 제2 시간지연 값들 중 최소값은 본 발명의 다중 경로 추정 장치에서 신호를 수신하는 최단 거리로서, 이 값을 수신 신호의 도달 시간(TOA: time of arrival)으로 계산할 수 있고, 시간지연 값의 오차를 개선하였기 때문에 TOA 또한 개선되어 TOA를 이용하여 기기간의 거리를 계산하는 분야에 있어서, 기기간의 거리 정확도가 개선될 수 있다는 것은 이 기술 분야에 종사하는 당업자에게 있어서 자명하다.
감쇄 팩터 추정부(140)는 주파수 영역 채널 응답부(110)에 의해 획득된 수신 신호의 주파수 영역 채널 응답과 제2 시간지연 추정부(130)에 의해 추정된 제2 시간지연 값을 이용하여 다중 경로 각각에 대한 감쇄 팩터(attenuation factor)를 추정한다.
여기서, 감쇄 팩터 추정부(140)는 LSE(least squares estimation) 방식 혹은 SE(simplified estimation) 방식을 이용하여 다중 경로 각각의 감쇄 팩터를 추정할 수 있는데, LSE 방식 혹은 SE 방식은 이 기술 분야에 종사하는 당업자라면 알 수 있는 내용이기에 그 설명은 생략한다.
물론, 감쇄 팩터 추정부(140)에서 사용하는 추정 방식이 LSE 방식과 SE 방식으로 한정되지 않는다는 것은 당업자에게 자명하다.
이와 같이 본 발명에 따른 다중 경로 채널 추정 장치는 다중 경로에 대한 시간지연 오차를 줄여 다중 경로 채널에 대한 추정 정확도를 개선시키고, 이를 이용하여 다중 경로 채널에 대해 모델링함으로써, 다중 경로의 신호를 수신하는 다양한 분야 예를 들어, 무선 랜(Wireless LAN), 초광대역 시스템(ultra-wideband systems), 밀리미터파 시스템(millimeter wave systems) 등의 채널 충격 응답 모델링에 이용할 수 있다.
또한, OFDM 시스템에서의 TOA 정보는 OFDM 시스템을 사용하는 무선랜의 위치확인 시스템에 사용함으로써, 위치 정확도를 향상시킬 수 있다.
이런, 본 발명에 따른 다중 경로 채널 장치의 성능에 대해 도 4에 도시된 MDE(mean delay error)에 대한 그래프와 도 5에 도시된 MSE(mean square error)에 대한 그래프를 통해 알 수 있듯이, 본 발명은 제1 시간지연만을 추정한 것에 비해, 제1 시간지연 추정 후 제1 시간지연 값의 오차를 보정한 제2 시간지연 추정에 의한 결과가 뛰어난 것을 알 수 있다. 즉, LOS(line-of-sight) 환경 뿐만 아니라 NLOS(non-line-of-sight) 환경에서도 제1 시간지연 추정만에 의한 MDE에 비해 제1 시간지연 추정과 제2 시간지연 추정을 함께 수행한 본 발명의 MDE가 대역폭이 증가하면서 그 차이가 점점 커지면서 성능이 향상되는 것을 알 수 있고, MSE에서도 그 성능이 개선되었음을 입증하고 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 경로 채널 추정 장치는 제1 시간지연을 추정한 후 제1 시간지연 추정에 의한 오차를 줄인 제2 시간지연 추정을 통해 다중 경로를 통해 수신되는 수신 신호 각각에 대한 시간 지연의 오차를 줄여 정확도를 개선하고, 이를 통해 다중 경로 각각에 대한 감쇄 팩터를 정확하게 추정함으로써, 추정된 다중 경로 채널의 정확도를 개선시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 경로 채널 추정 방법에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
도 6을 참조하면, 다중 경로 채널 추정 방법은 다중 경로를 통해 수신된 수신 신호의 주파수 영역 채널 응답을 획득하고, 획득된 주파수 영역 채널 응답을 이용하여 고유값(eigenvalue)을 획득한다(S610, S620).
여기서, 주파수 영역 채널 응답을 획득하는 방법은 네트워크 분석기를 이용할 수도 있고, OFDM 시스템의 기 설정된 데이터 예를 들어, 파일롯 신호를 이용하여 획득할 수 있으며, 이 외에도 주파수 영역 채널 응답을 획득할 수 있는 다양한 방법을 사용할 수 있지만, OFDM 시스템의 경우 기 설정된 파일롯 신호를 이용하여 주파수 영역 채널 응답을 획득하는 것이 바람직하다.
또한, 고유값을 획득하는 방법은 도 7에 도시된 바와 같이, 다중 경로를 통해 수신된 수신 신호의 주파수 영역 채널 응답을 공간 평활화(spatial smoothing) 기법을 이용하여 정사각 행렬(square matrix)로 만들고, 정사각 행렬을 고유값 분 해 방식을 이용함으로써, 고유값을 획득할 수 있다(S710, S720).
여기서, 고유값을 획득하기 위한 고유값 분해 방식으로는, MUSIC 방식과 GEESE 방식이 있을 수 있으며, 복잡도를 고려한 경우에는 MUSIC 방식보다 GEESE 방식을 사용하는 것이 더 바람직하다.
물론, 고유값 분해 방식이 상기 MUSIC 방식과 GEESE 방식으로 한정되는 것은 아니고, 고유값을 획득할 수 있는 다양한 방식이 사용될 수 있다는 것은 상술한 내용을 토대로 당업자에게 자명하다.
다시 도 6을 참조하면, 고유값 분해 방식을 이용하여 고유값이 획득되면, 획득된 고유값을 이용하여 수신 신호가 수신되는 다중 경로 수를 추정한다(S730).
여기서, 다중 경로 수를 추정하는 방식의 일 예로, Akaike information theoretic criteria 방식 또는 MDL(Rissanen minimum descriptive length criteria) 방식을 들 수 있으며, 상황에 따라 적절한 방식을 사용하여 다중 경로 수를 추정할 수 있다.
다중 경로 수가 추정되면, 획득된 고유값과 추정된 다중 경로 수를 이용하여 다중 경로 각각에 대한 제1 시간지연 값을 추정한다(S640).
이때, 추정되는 제1 시간지연 값은 개략적으로 추정한 값이기 때문에 그 값에 오차가 있을 수 있다.
따라서, 다중 경로 각각에 대한 시간지연의 정확도를 높이기 위해, 제1 시간지연 값의 오차를 계산하고, 계산된 제1 시간지연 값과 그 오차를 이용하여 제2 시 간지연 값을 추정한다(S650, S660).
여기서, 제1 시간지연 값의 오차는 감쇄 팩터가 실수인 특성을 이용하여 계산할 수 있다. 나아가, 감쇄 팩터가 실수인 특성과 오차를 계산하기 위한 함수 즉, 제1 시간지연 값에 대한 함수의 위상에 대한 선형 특성을 이용하여 제1 시간지연 값의 오차를 계산할 수 있다.
단계 S660에 의해 추정된 다중 경로 각각에 대한 제2 시간지연 값은 신호를 전송하는 기기와 신호를 수신하는 기기간 신호가 이동하는 거리를 계산할 수 있는 값으로서, 제2 시간지연 값들 중 가장 작은 최소값이 기기간의 거리를 계산하는데 사용되는 신호 도달 시간(TOA)이 될 수 있다. 즉, 제2 시간지연 값들 중 최소값을 TOA로 계산할 수 있다.
제2 시간지연 값이 추정되면, 단계 S610에 의해 획득된 수신 신호의 주파수 영역 채널 응답과 단계 S660에 의해 추정된 제2 시간지연 값을 이용하여 다중 경로 각각에 대한 감쇄 팩터를 추정한다(S670).
이와 같이, 본 발명에 따른 다중 경로 채널 추정 방법은 MUSIC 방식 혹은 GEESE 방식을 이용하여 다중 경로 각각에 대한 제1 시간지연 값을 추정하고, 감쇄 팩터가 실수인 특성을 이용하여 제1 시간지연 값의 오차를 보정한 제2 시간지연 값을 추정함으로써, 다중 경로 채널을 추정하는데 있어서 발생될 수 있는 오차를 최소화하여 추정 정확도를 개선할 수 있고, 이를 통해 시스템 혹은 장치의 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 의한, 다중 경로 채널 추정 장치 및 그 방법은 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 변형, 응용 가능하며 상기 실시 예에 한정되지 않는다. 또한, 상기 실시 예와 도면은 발명의 내용을 상세히 설명하기 위한 목적일 뿐, 발명의 기술적 사상의 범위를 한정하고자 하는 목적은 아니며, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 상기 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아님은 물론이며, 후술하는 청구범위뿐만이 아니라 청구범위와 균등 범위를 포함하여 판단되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 경로 채널 추정 장치를 나타낸 것이다.
도 2는 시작 주파수 f1이 5[GHz]이고, 대역폭이 400[MHz]이며, Δf가 2[MHz]인 경우에 대한 f(x) 진폭에 대한 그래프를 나타낸 것이다.
도 3은 시작 주파수 f1이 5[GHz]이고, N이 21이며, Δf가 2[MHz]인 경우에 대한 f(x)에 대한 위상에 대한 그래프를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 다중 경로 채널 장치에 대한 LOS 환경(a)과 NLOS 환경(b)에서의 MDE 성능 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 다중 경로 채널 장치에 대한 LOS 환경(a)과 NLOS 환경(b)에서의 MSE 성능 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 경로 채널 추정 방법에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
도 7은 도 6에 도시된 단계 S620에 대한 일 실시예 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
110: 주파수 영역 채널 응답부
120: 제1 시간지연 추정부
130: 제2 시간지연 추정부
140: 감쇄 팩터 추정부
150: 다중 경로 수 추정부

Claims (17)

  1. 고유값(eigenvalue)을 이용하여 다중 경로 수를 추정하는 다중 경로 수 추정부;
    다중 경로를 통해 수신된 수신 신호의 주파수 영역 채널 응답을 이용하여 상기 고유값을 획득하고, 획득된 상기 고유값을 상기 다중 경로 수 추정부로 제공하며, 상기 고유값과 추정된 상기 다중 경로 수를 이용하여 상기 다중 경로 각각에 대한 제1 시간지연 값을 추정하는 제1 시간지연 추정부;
    상기 제1 시간지연 추정부에 의해 추정된 상기 제1 시간지연 값을 이용하여 상기 제1 시간지연 값의 오차를 계산하고, 이를 이용하여 제2 시간지연 값을 추정하는 제2 시간지연 추정부; 및
    상기 수신 신호의 주파수 영역 채널 응답과 상기 제2 시간지연 추정부에 의해 추정된 상기 제2 시간지연 값을 이용하여 상기 다중 경로의 감쇄 팩터(attenuation factor)를 추정하는 감쇄 팩터 추정부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 경로 채널 추정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다중 경로 수 추정부는
    상기 고유값을 이용한 Akaike information theoretic criteria 방식을 통해 상기 다중 경로 수를 추정하는 것을 특징으로 하는 다중 경로 채널 추정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다중 경로 수 추정부는
    상기 고유값을 이용한 MDL(Rissanen minimum descriptive length criteria) 방식을 통해 상기 다중 경로 수를 추정하는 것을 특징으로 하는 다중 경로 채널 추정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 시간지연 추정부는
    상기 수신 신호의 주파수 영역 채널 응답을 고유값 분해(eigenvalue decomposition) 방식을 이용하여 상기 고유값을 획득하는 것을 특징으로 하는 다중 경로 채널 추정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 시간지연 추정부는
    상기 수신 신호의 주파수 영역 채널 응답을 공간 평활화(spatial smoothing) 기법을 이용하여 정사각 행렬(square matrix)로 만들고, 상기 정사각 행렬을 상기 고유값 분해 방식을 이용하여 상기 고유값을 획득하는 것을 특징으로 하는 다중 경로 채널 추정 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 시간지연 추정부는
    GEESE(generalized eigenvalues utilizing signal subspace eigenvectors) 방식을 이용하여 상기 고유값을 획득하는 것을 특징으로 하는 다중 경로 채널 추정 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제1 시간지연 추정부는
    MUSIC(Multiple signal classification) 방식을 이용하여 상기 고유값을 획득하는 것을 특징으로 하는 다중 경로 채널 추정 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 시간지연 추정부는
    상기 감쇄 팩터가 실수인 특성을 이용하여 상기 제1 시간지연 값의 오차를 계산하는 것을 특징으로 하는 다중 경로 채널 추정 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 시간지연 추정부는
    상기 제1 시간지연 값에 대한 함수의 위상에 대한 선형 특성을 이용하여 상기 제1 시간지연 값의 오차를 계산하는 것을 특징으로 하는 다중 경로 채널 추정 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 수신 신호는
    직교주파수분할(OFDM)의 기 설정된 파일롯(pilot) 신호인 것을 특징으로 하는 다중 경로 채널 추정 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2 시간지연 추정부는
    상기 제2 시간지연 값들 중 최소값을 상기 수신신호의 도달 시간(TOA: time of arrival)으로 계산하는 것을 특징으로 하는 다중 경로 채널 추정 장치.
  12. 다중 경로를 통해 수신된 수신 신호의 주파수 영역 채널 응답을 이용하여 고유값(eigenvalue)을 획득하는 단계;
    상기 고유값을 이용하여 다중 경로 수를 추정하는 단계;
    상기 고유값과 상기 다중 경로 수를 이용하여 상기 다중 경로 각각에 대한 제1 시간지연 값을 추정하는 단계;
    상기 제1 시간지연 값을 이용하여 상기 제1 시간지연 값의 오차를 계산하고, 이를 이용하여 제2 시간지연 값을 추정하는 단계; 및
    상기 수신 신호의 주파수 영역 채널 응답과 상기 제2 시간지연 값을 이용하 여 상기 다중 경로의 감쇄 팩터를 추정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 경로 채널 추정 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 고유값을 획득하는 단계는
    상기 수신 신호의 주파수 영역 채널 응답을 공간 평활화(spatial smoothing) 기법을 이용하여 정사각 행렬(square matrix)로 만들고, 상기 정사각 행렬을 고유값 분해 방식을 이용하여 상기 고유값을 획득하는 것을 특징으로 하는 다중 경로 채널 추정 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 고유값을 획득하는 단계는
    상기 정사각 행렬을 GEESE(generalized eigenvalues utilizing signal subspace eigenvectors) 방식 또는 MUSIC(Multiple signal classification) 방식을 이용하여 상기 고유값을 획득하는 것을 특징으로 하는 다중 경로 채널 추정 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 다중 경로 수를 추정하는 단계는
    상기 고유값을 이용한 Akaike information theoretic criteria 방식 또는 MDL(Rissanen minimum descriptive length criteria) 방식을 통해 상기 다중 경로 수를 추정하는 것을 특징으로 하는 다중 경로 채널 추정 방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 제2 시간지연 값을 추정하는 단계는
    상기 감쇄 팩터가 실수인 특성과 상기 제1 시간지연 값에 대한 함수의 위상에 대한 선형 특성을 이용하여 상기 제1 시간지연 값의 오차를 계산하는 것을 특징으로 하는 다중 경로 채널 추정 방법.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 제2 시간지연 값들 중 최소값을 상기 수신신호의 도달 시간(TOA: time of arrival)으로 계산하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 경로 채널 추정 방법.
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