KR20110112565A - 무선통신 시스템에서 채널 추정 장치 및 방법 - Google Patents

무선통신 시스템에서 채널 추정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선통신 시스템에서 채널 추정에 관한 것으로, 채널 추정 방법은, 파일럿 톤들의 채널 추정 값들을 결정하는 과정과, 채널의 주파수 선택성 및 시간축 변화성에 따라 제1추정 기법을 적용할 데이터 톤들을 선택하는 과정과, 상기 파일럿 톤들의 채널 추정 값들을 이용하여 상기 제1추정 기법에 따라 상기 데이터 톤들의 채널 추정 값들을 결정하는 과정과, 상기 파일럿 톤들의 채널 추정 값들 및 상기 제1추정 기법에 따라 결정된 채널 추정 값들을 이용하여 제2추정 기법에 따라 나머지 데이터 톤들의 채널 추정 값들을 결정하는 과정을 포함한다.

Description

무선통신 시스템에서 채널 추정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ESTIMATING CHANNEL IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선통신 시스템에 관한 것으로, 특히, 무선통신 시스템에서 채널을 추정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
다중 반송파 전송을 기본으로 하는 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 전송 방식은 심벌(symbol) 축 및 부반송파(subcarrier) 축의 2차원으로 신호가 배치되는 구조를 가지며, 파일럿(pilot) 또한 상기 2차원 구조에 따라 배치된다. 그러므로, 다중경로 페이딩 특성의 채널을 추정하는데 있어서 다른 방식의 시스템에 비해 유리한 특징이 있다. 채널 추정 시, 파일럿이 많을수록 채널 추정 성능은 높아지지만, 상대적으로 데이터 신호의 개수가 적어지므로 할당될 수 있는 파일럿의 개수는 제한된다.
상기 OFDM 시스템에서, 수신단은 파일럿 톤(tone)의 채널을 먼저 추정한 후, 파일럿 톤의 채널 추정 값을 이용하여 데이터 톤의 채널 값을 추정한다. 상기 파일럿 톤의 채널 추정 방식으로는 LS(Least Square)방식이, 상기 데이터 톤의 채널을 추정하는 방식으로는 선형 보간법(Linear interpolation), LPF(Low Pass Filter), MMSE(Mimimum Mean Square Error), 위너 필터링(Wiener Filtering) 등이 사용된다.
상기 선형 보간법은 먼저 추정된 파일럿 채널 추정 값을 기준으로 그 사이의 값들을 보간(interpolation)함으로써 데이터 톤의 채널 값을 추정하는 방식이다. 상기 선형 보간법의 경우 연산과정이 간단하여 복잡도가 작은 장점이 있지만 채널의 변화가 심할 경우 채널 추정 성능이 열화된다. 상기 위너 필터링은 우수한 성능을 보이지만 파일럿 간의 자기 상관(auto-correlation) 연산 및 데이터와 파일럿 간 상호 상관(cross-correlation) 연산을 수행하여 위너(Wiener) 계수를 구하는 과정이 필요하므로, 복잡도가 크다.
따라서, 채널 환경이 빠른 패이딩(fast fading) 특성을 갖는 경우, 상기 위너 필터링과 같은 보다 성능이 우수한 채널 추정 방식이 적합하며, 채널 환경의 변화가 적은 경우에는 사이 선형 보간법과 같은 간단한 채널 추정 방식을 사용하는 것이 적합하다. 따라서, 양 채널 추정 기법들의 장점을 모두 취하여 채널 추정의 성능을 향상시키기 위한 대안에 제시되어야 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 무선통신 시스템에서 다양한 채널 환경에 적합한 방식에 따라 채널을 추정하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 무선통신 시스템에서 채널 환경에 따라 적응적으로 채널 추정 방식을 선택하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 무선통신 시스템에서 채널 환경에 따라 다수의 채널 추정 방식들을 사용하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1견지에 따르면, 무선통신 시스템에서 수신단의 채널 추정 방법은, 파일럿 톤들의 채널 추정 값들을 결정하는 과정과, 채널의 주파수 선택성 및 시간축 변화성에 따라 제1추정 기법을 적용할 데이터 톤들을 선택하는 과정과, 상기 파일럿 톤들의 채널 추정 값들을 이용하여 상기 제1추정 기법에 따라 상기 데이터 톤들의 채널 추정 값들을 결정하는 과정과, 상기 파일럿 톤들의 채널 추정 값들 및 상기 제1추정 기법에 따라 결정된 채널 추정 값들을 이용하여 제2추정 기법에 따라 나머지 데이터 톤들의 채널 추정 값들을 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2견지에 따르면, 무선통신 시스템에서 수신단 장치는, 파일럿 톤들의 채널 추정 값들을 파일럿 추정기와. 채널의 주파수 선택성 및 시간축 변화성에 따라 제1추정 기법을 적용할 데이터 톤들을 선택하는 판단기와, 상기 파일럿 톤들의 채널 추정 값들을 이용하여 상기 제1추정 기법에 따라 상기 데이터 톤들의 채널 추정 값들을 결정하는 제1추정기와, 상기 파일럿 톤들의 채널 추정 값들 및 상기 제1추정 기법에 따라 결정된 채널 추정 값들을 이용하여 제2추정 기법에 따라 나머지 데이터 톤들의 채널 추정 값들을 결정하는 제2추정기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
무선통신 시스템에서 채널을 추정하는데 있어서, 채널의 주파수 선택성 및 시간 변화성을 고려하여 서로 다른 성능의 채널 추정 기법들을 적절히 혼용함으로써, 채널 추정 성능 및 연산량 간 트레이드 오프(tradeoff)문제를 효과적으로 해결하고, 채널 추정 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 채널 특성에 따른 채널 추정 기법의 적용 분포를 도시하는 도면,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 주파수 선택성 및 시간 변화성을 판단하기 위한 파일럿 사용을 도시하는 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 주파수 선택성 및 시간 변화성을 판단하기 위한 기준을 도시하는 도면,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 수신단의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 수신단의 채널 추정 절차를 도시하는 도면.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우, 그 상세한 설명은 생략한다.
이하 본 발명은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)/ OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 무선통신 시스템에서 다양한 채널 환경에 적합한 방식에 따라 채널을 추정하기 위한 기술에 대해 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 수신단은 다수의 채널 추정 기법들을 사용한다. 즉, 상기 수신단은 연산 복잡도는 높으나 성능이 우수한 제1추정 기법, 및 연산 복잡도는 낮지만 비교적 성능이 열악한 제2추정 기법을 사용한다. 예를 들어, 상기 제1추정 기법은 MMSE(Mimimum Mean Square Error), 위너 필터링(Wiener Filtering) 등이 될 수 있고, 상기 제2추정 기법은 선형 보간법(Linear interpolation), LPF(Low Pass Filter) 등이 될 수 있다.
상기 수신단은 상기 제2추정 기법을 이용하여 파일럿 톤의 채널 추정 값들로부터 데이터 톤들의 채널 값들을 추정한다. 이때, 상기 수신단은 채널 특성, 즉, 주파수 선택성(frequency selectivity) 및 시간 변화성(time variance)에 따라 일부 데이터 톤들에 우선적으로 상기 제1추정 기법을 적용한다. 상기 제1추정 기법을 통해 결정된 채널 추정 값들은 파일럿 톤의 채널 추정 값보다 정확하지는 아니하나, 상기 제2추정 기법을 통해 결정된 채널 추청 값보다 정확할 것이다. 따라서, 상기 수신단은 상기 제1추정 기법을 통해 얻어진 일부 데이터 톤들의 채널 추정 값들을 파일럿 톤의 채널 추정 값처럼 이용한다. 다시 말해, 상기 제2추정 기법을 통해 채널을 추정함에 있어서, 상기 수신단은 파일럿 톤들의 채널 추정 값들 및 상기 제1추정 기법을 통해 결정된 데이터 톤들의 채널 추정 값들을 파일럿 톤들의 채널 추정 값들로서 이용한다. 즉, 상기 제1추정 기법을 적용받는 데이터 톤은 상기 제2추정 기법에 따른 채널 추정에 있어서 준 파일럿(semi-pilot)이 된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 채널 특성에 따른 채널 추정 기법의 적용 분포를 도시하고 있다. 상기 도 1은 채널의 주파수 선택성 및 시간 변화성의 정도에 따라 상기 제1추정 기법 및 상기 제2추정 기법이 적용되는 데이터 톤들의 분포를 도시한다. 좌에서 우로 갈수록 주파수 선택성이 큰 경우이며, 위에서 아래로 갈수록 시간 변화성이 큰 경우이다.
상기 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 주파수 선택성 및 상기 시간 변화성이 낮을수록, 상기 제2추정 기법이 적용되는 데이터 톤들의 개수가 많다. 반대로, 상기 주파수 선택성 및 상기 시간 변화성이 높을수록, 상기 제1추정 기법이 적용되는 데이터 톤들의 개수가 많다. 구체적으로 살펴보면, 상기 주파수 선택성이 낮고 상기 시간 변화성이 낮은 (a)의 경우, 상기 제1추정 기법은 사용되지 아니한다. 상기 주파수 선택성이 일정 수준이고 상기 시간 변화성이 낮은 (b)의 경우, 동일한 부반송파 상의 파일럿 톤들 간 하나의 데이터 톤에 상기 제1추정 기법이 적용된다. 상기 주파수 선택성이 높고 상기 시간 변화성이 낮은 (c)의 경우, 동일한 부반송파 상의 파일럿 톤들 간 3개의 데이터 톤들에 상기 제1추정 기법이 적용된다. 상기 주파수 선택성이 낮고 상기 시간 변화성이 높은 (d)의 경우, 동일한 심벌 상의 파일럿 톤들 간 하나의 데이터 톤들에 상기 제1추정 기법이 적용된다. 상기 주파수 선택성이 일정 수준이고 상기 시간 변화성이 높은 (e)의 경우, 동일한 부반송파 상의 파일럿 톤들 간 하나의 데이터 톤 및 동일한 심벌 상의 파일럿 톤들 간 하나의 데이터 톤들에 상기 제1추정 기법이 적용된다. 상기 주파수 선택성이 높고 상기 시간 변화성이 높은 (f)의 경우, 동일한 부반송파 상의 파일럿 톤들 간 3개의 데이터 톤 및 동일한 심벌 상의 파일럿 톤들 간 하나의 데이터 톤에 상기 제1추정 기법이 적용된다.
상기 제1추정 기법이 적용된 데이터 톤들은 이어지는 상기 제2추정 기법에 따른 채널 추정 시 실제 파일럿들과 더불어 준 파일럿들로서 사용된다. 이에 따라, 상기 제2추정 기법에 따라 채널을 추정하는데 있어서 파일럿 톤의 개수가 증가된 것과 같은 효과를 야기한다. 비록 상기 세미 파일럿 톤의 채널 추정 값은 실제 파일럿 톤의 채널 추정 값보다 추정 성능이 떨어지지만, 데이터 톤의 감소 없이 파일럿 톤의 개수가 증가한 효과가 발생하며, 더욱이, 송신단에서 채널 특성에 따라 파일럿 톤의 개수를 증가/감소할 것이 요구되지 아니한다.
상기 도 1과 같이 상기 제1추정 기법이 적용될 데이터 톤들을 결정하기 위해, 상기 송신단은 채널의 주파수 선택성 및 시간 변화성을 판단해야 한다. 상기 주파수 선택성 및 상기 시간 변화성은 다음과 같이 판단될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 주파수 선택성 및 시간 변화성을 판단하기 위한 파일럿 사용을 도시하고 있다. 상기 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 주파수 선택성 및 상기 시간 변화성을 판단하기 위해 파일럿들이 이용된다. 이때, 상기 주파수 선택성을 판단하기 위한 주파수 선택성 판단 영역(230)은 프리앰블(preamble) 내의 파일럿들을 포함하고, 상기 시간 변화성을 판단하기 위한 시간 변화성 판단 영역(240)은 동일 부반송파에 위치한 버스트 및 프리앰블 내의 파일럿들을 포함한다.
상기 주파수 선택성의 판단은 상기 주파수 선택성 판단 영역(230) 내의 총 Np개의 파일럿들을 이용하여 수행된다. 상기 주파수 선택성을 판단하기 위해, 상기 수신단은 상기 프리앰블 내에서 사용하는 파일럿의 개수를 달리하며 상기 프리앰블 내의 데이터 톤들의 채널을 추정하고, 각 경우의 데이터 톤들의 채널 추정 값들 간 차이를 이용하여 상기 주파수 선택성을 판단한다. 즉, Np개의 파일럿들을 사용하는 경우, Np/2개의 파일럿들을 사용하는 경우, Np/3개의 파일럿들을 사용하는 경우 등 3가지 경우에서 데이터 톤들의 채널 추정 값들이 결정된다. 상기 Np개의 파일럿들을 사용되는 경우, 인덱스 1, 2, 3, 4, 5, …, Np의 파일럿들이 사용되며, Np/2개의 파일럿들이 사용되는 경우, 인덱스 1, 3, 5, …, Np의 파일럿들이 사용되며, Np/3개의 파일럿들을 사용하는 경우, 인덱스 1, 4, …, Np의 파일럿들이 사용된다.
파일럿 개수를 달리하여 데이터 톤들의 채널 추정 값들을 결정한 후, 상기 수신단은 Np개의 파일럿들을 사용한 경우의 채널 추정 값들을 기준으로 Np/2 및 Np/3의 파일럿들을 사용한 경우들 각각의 채널 추정 값들의 MSE(Meas Square Error)를 산출한다. 예를 들어, 상기 MSE는 하기 <수학식 1>과 같이 산출될 수 있다.
Figure pat00001
상기 <수학식 1>에서, 상기 MSENp /2는 Np개의 파일럿들을 사용한 경우의 채널 추정 값들 대비 Np/2개의 파일럿들을 사용한 경우의 채널 추정 값들 간 MSE, 상기 Num_data는 프리앰블 내 데이터 톤 개수, 상기
Figure pat00002
는 Np개의 파일럿들을 사용한 경우의 i번째 데이터 톤의 채널 추정 값, 상기
Figure pat00003
는 Np/2개의 파일럿들을 사용한 경우의 i번째 데이터 톤의 채널 추정 값, 상기 MSENp /3는 Np개의 파일럿들을 사용한 경우의 채널 추정 값들 대비 Np/3개의 파일럿들을 사용한 경우의 채널 추정 값들 간 MSE, 상기
Figure pat00004
는 Np/2개의 파일럿들을 사용한 경우의 i번째 데이터 톤의 채널 추정 값을 의미한다.
상기 MSENp /2 및 상기 MSENp /3의 값을 이용하여 상기 주파수 선택성은 도 3에 도시된 바와 같이 판단된다. 상기 도 3의 (a)를 참고하면, 상기 MSENp /2 및 상기 MSENp /3의 범위는 0 내지 1이며, 상기 주파수 선택성 판단을 위한 임계값 MSETH _ Fre(310)이 존재한다. 따라서, 상기 MSENp /2, 상기 MSENp /3, 상기 MSETH _ Fre(310)의 대소 관계에 따라 3가지 경우가 발생한다. 주파수 선택성의 정도를 상(311), 중(312), 하(313)로 구분할 때, 상기 MSENp /2 및 상기 MSENp /3 모두가 상기 MSETH _ Fre(310)보다 크거나 같으면 상기 주파수 선택성은 상(311)으로 판단되고, 상기 MSENp /2는 상기 MSETH _ Fre(310)보다 작거나 같고, 상기 MSENp /3는 상기 MSETH _ Fre(310)보다 크거나 같으면 상기 주파수 선택성은 중(312)으로 판단되고, 상기 MSENp /2 및 상기 MSENp /3 모두가 상기 MSETH _ Fre(310)보다 작거나 같으면 상기 주파수 선택성은 하(313)로 판단된다. 이에 따라, 상기 상(311)의 경우, 채널 추정은 상기 도 1의 (c) 또는 (f)와 같이, 상기 중(312)의 경우, 채널 추정은 상기 도 1의 (b) 또는 (e)와 같이, 상기 하(313)의 경우, 채널 추정은 상기 도 1의 (a) 또는 (d)와 같이 수행된다.
상기 시간 변화성의 판단은 상기 시간 변화성 판단 영역(240) 내의 파일럿들을 중 동일한 부반송파 상에 위치한 파일럿들을 이용하여 수행된다. 이때, 상기 시간 영역 변화성 판단 영역(240)은 프리앰블에서 파일럿이 위치한 부반송파를 포함하도록 결정된다. 상기 수신단은 버스트 내에 포함된 2개의 파일럿 톤들(201, 202)의 채널 추정 값들에 대한 보간(interpolation)을 통해 상기 2개의 파일럿 톤들(201, 202)의 기울기를 산출하고, 상기 2개의 파일럿 톤들(201, 202)에 대한 외측 보간(extrapolation)을 통해 프리앰블 내의 파일럿 톤(203)의 채널 추정 값을 산출한다. 그리고, 상기 수신단은 상기 버스트 내의 2개의 파일럿 톤들(201, 202)로부터 산출된 상기 프리앰블 내의 파일럿 톤(203)의 채널 추정 값 및 파일럿을 이용하여 얻어진 상기 파일럿 톤(203)의 채널 추정 값을 비교함으로써 상기 시간 변화성을 판단한다. 즉, 상기 시간 변화성은 상기 버스트 내의 2개의 파일럿 톤들(201, 202)로부터 산출된 상기 프리앰블 내의 파일럿 톤(203)의 채널 추정 값 및 파일럿을 이용하여 결정된 상기 파일럿 톤(203)의 채널 추정 값 간 MSE에 따라 판단된다. 예를 들어, 상기 MSE는 하기 <수학식 2>와 같이 결정될 수 있다.
Figure pat00005
상기 <수학식 2>에서, 상기 MSEextra는 버스트 내의 채널 추정 값으로부터 산출된 프리앰블 내의 채널 추정 값 및 프리앰블 내에서 추정된 채널 추정 값 간 MSE, 상기 Num_extra는 시간 변화성 판단을 위해 사용된 부반송파의 개수, 상기
Figure pat00006
는 파일럿을 이용하여 결정된 프리앰블 내 i번째 파일럿 톤의 채널 추정 값, 상기
Figure pat00007
는 외측 보간을 통해 산출된 프리앰블 내 i번째 파일럿 톤의 채널 추정 값을 의미한다.
상기 MSEextra의 값을 이용하여 상기 시간 변화성은 도 3에 도시된 바와 같이 판단된다. 상기 도 3의 (b)를 참고하면, 상기 MSEextra의 범위는 0 내지 1이며, 상기 시간 변화성 판단을 위한 임계값 MSETH _ sym(320)이 존재한다. 상기 시간 변화성의 정도를 상(321), 하(322)로 구분할 때, 상기 MSEextra가 상기 MSETH _ sym(320)보다 크거나 같으면 상기 시간 변화성은 상(321)으로 판단되고, 상기 MSEextra가 상기 MSETH_sym(320)보다 작으면 상기 시간 변화성은 하(322)로 판단된다. 이에 따라, 상기 상(321)의 경우, 채널 추정은 상기 도 1의 (d), (e) 또는 (f)와 같이, 상기 하(322)의 경우, 채널 추정은 상기 도 1의 (a), (b) 또는 (c)와 같이 수행된다.
이하 본 발명은 상술한 바와 같이 채널을 추정하는 수신단의 구성 및 동작을 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 수신단의 블록 구성을 도시하고 있다.
상기 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 수신단은 RF(Radio Frequency)처리부(410), CP(Cyclic Prefix)제거부(420), FFT(Fast Fourier Transform)연산부(430), 채널추정부(440), 등화기(450), 복조및복호부(460)를 포함하여 구성된다.
상기 RF처리부(410)는 안테나를 통해 수신되는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 변환한다. 상기 CP제거부(420)는 상기 기저대역 신호를 OFDM 심벌 단위로 분할하고, 각 OFDM 심벌에서 CP를 제거한다. 상기 FFT연산부(430)는 상기 CP를 제거한 OFDM 심벌에 대하여 FFT 연산을 수행함으로써 부반송파별 수신 신호 값들을 복원한다. 상기 채널추정부(440)는 상기 FFT 연산부(440)로부터 제공되는 파일럿 톤들의 수신 신호 값들을 이용하여 상기 파일럿 톤들 및 데이터 톤들의 채널 값을 추정한다. 상기 등화기(450)는 상기 채널추정부(440)으로부터 데이터 톤들의 채널 추정 값들을 제공받고, 상기 채널 추정 값들을 이용하여 상기 FFT연산부(430)로부터 제공되는 데이터 신호들의 왜곡을 보상한다. 상기 복조및복호부(460)는 상기 등화기(450)로부터 제공되는 데이터 신호들을 복조 및 복호함으로써 수신 데이터를 복원한다.
상기 채널추청부(440)는 채널 특성에 따라 적응적으로 제1추정 기법 및 제2추정 기법을 이용하여 채널을 추정하며, 상세한 구성은 다음과 같다. 상기 채널추정부(440)는 채널특성판단기(441), 파일럿추정기(443), 추정제어기(445), 제1추정기(447), 제2추정기(449)를 포함하여 구성된다.
상기 채널특성판단기(441)는 채널의 주파수 선택성 및 시간 변화성의 정도를 판단한다. 상기 채널특성판단기(441)는 프리앰블에 포함된 파일럿들을 이용하여 상기 주파수 선택성을 판단하고, 버스트에 포함된 파일럿들 및 프리앰블에 포함된 파일럿을 이용하여 상기 시간 변화성을 판단한다.
상세히 설명하면, 상기 채널특성판단기(441)는 프리앰블 내에서 사용하는 파일럿의 개수를 달리한 경우들 각각의 프리앰블 내의 데이터 톤들의 채널 값을 추정한 후, 모든 파일럿들을 사용한 경우 대비 일부 배제한 파일럿들을 사용한 경우들 각각의 채널 추정 값들의 MSE를 산출하고, 각 경우의 MSE들 및 주파수 선택성 임계값의 대소 관계에 따라 상기 주파수 선택성을 판단한다. 여기서, 상기 파일럿의 개수를 달리한 경우들은 모든 파일럿들을 사용한 경우, 1+2n(n은 1 이상의 정수)번째 파일럿들을 사용한 경우, 1+3n(n은 1 이상의 정수)번째 파일럿들을 사용한 경우를 포함한다. 예를 들어, 상기 각 경우의 MSE는 상기 <수학식 1>과 같이 산출되며, 상기 MSE들 및 상기 주파수 선택성 임계값의 관계에 따른 상기 주파수 선택성의 판단은 상기 도 3의 (a)와 같다.
또한, 상기 채널특성판단기(441)는 프리앰블에 인접한 버스트 내의 파일럿 톤들의 채널 추정 값들에 대한 외측 보간을 통해 동일 부반송파 상의 프리앰블 내의 파일럿 톤의 채널 추정 값을 산출하고, 파일럿을 이용하여 결정된 상기 프리앰블 내의 파일럿 톤의 채널 추정 값 대비 상기 버스트 내의 채널 추정 값들로부터 산출된 상기 프리앰블 내의 파일럿 톤의 채널 추정 값의 MSE를 산출한 후, 상기 MSE 및 시간 변화성 임계값의 대소 관계에 따라 상기 시간 변화성을 판단한다. 예를 들어, 상기 MSE는 상기 <수학식 2>과 같이 산출되며, 상기 MSE 및 상기 시간 변화성 임계값의 관계에 따른 상기 주파수 선택성의 판단은 상기 도 3의 (b)와 같다.
상기 파일럿추정기(443)은 파일럿 톤의 채널 값을 추정한다. 파일럿은 송신단 및 수신단 간 이미 약속된 값의 신호이므로, 상기 파일럿추정기(443)는 상기 미리 약속된 값 및 상기 파일럿의 수신 값을 이용하여 상기 파일럿 톤의 채널 값을 추정한다. 예를 들어, 상기 파일럿의 값이 1인 경우, 상기 파일럿 톤의 채널 추정 값을 상기 파일럿의 수신 값이다.
상기 추정제어기(445)는 상기 채널특성판단기(441)의 판단에 따라 제1추정 기법을 적용할 데이터 톤들의 위치를 결정하고, 상기 제1추정기(447)로 상기 데이터 톤들의 위치를 알린다. 이때, 상기 주파수 선택성이 클수록, 동일 부반송파 상의 파일럿 톤들 간 상기 제1추정 기법을 적용받는 데이터 톤들의 개수가 증가한다. 또한, 상기 시간 변화성이 클수록, 동일 심벌 상의 파일럿 톤들 간 상기 제1추정 기법을 적용받는 데이터 톤들의 개수가 증가한다. 예를 들어, 상기 주파수 선택성이 3가지 범위로 구분되고, 상기 시간 변화성이 2가지 범위로 구분되는 경우, 상기 채널 특성에 따른 상기 제1추정 기법을 적용받는 데이터 톤들의 분포는 상기 도 1에 도시된 바와 같다.
상기 제1추정기(447)는 상기 추정제어기(445)에 의해 지시되는 위치의 테이터 톤들의 채널 추정 값들을 제1추정 기법에 따라 결정한다. 예를 들어, 상기 제1추정 기법은 위너 기법, MMSE 기법 등이 될 수 있다. 상기 위너 기법을 사용하는 경우, 상기 제1추정기(447)는 잡음 전력, 도플러(Doppler) 주파수, 지연 확산 등을 고려하여 위너 계수(weight)를 결정한 후, 상기 위너 계수를 이용하여 상기 데어터 톤들의 채널 값을 추정한다.
상기 제2추정기(449)는 상기 제1추정기(447)에 의해 추정된 데이터 톤들을 제외한 나머지 데이터 톤들의 채널 추정 값들을 제2추정 기법에 따라 결정한다. 예를 들어, 상기 제2추정 기법은 선형 보간, LPF 등이 될 수 있다. 이때, 상기 제2추정기(449)는 상기 제1추정기(447)로부터 제공되는 파일럿 톤들의 채널 추정 값들 및 데이터 톤들의 채널 추정 값들 모두를 파일럿 톤들의 채널 추정 값들로서 사용한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 수신단의 채널 추정 절차를 도시하고 있다.
상기 도 5를 참고하면, 상기 수신단은 501단계에서 채널의 주파수 선택성 및 시간축 변화성을 판단한다. 상기 수신단은 프리앰블에 포함된 파일럿들을 이용하여 상기 주파수 선택성을 판단하고, 버스트에 포함된 파일럿들 및 프리앰블에 포함된 파일럿을 이용하여 상기 시간 변화성을 판단한다. 상세히 설명하면, 상기 수신단은 프리앰블 내에서 사용하는 파일럿의 개수를 달리한 경우들 각각의 프리앰블 내의 데이터 톤들의 채널 값을 추정한 후, 모든 파일럿들을 사용한 경우 대비 일부 배제한 파일럿들을 사용한 경우들 각각의 채널 추정 값들의 MSE를 산출하고, 각 경우의 MSE들 및 주파수 선택성 임계값의 대소 관계에 따라 상기 주파수 선택성을 판단한다. 여기서, 상기 파일럿의 개수를 달리한 경우들은 모든 파일럿들을 사용한 경우, 1+2n(n은 1 이상의 정수)번째 파일럿들을 사용한 경우, 1+3n(n은 1 이상의 정수)번째 파일럿들을 사용한 경우를 포함한다. 예를 들어, 상기 각 경우의 MSE는 상기 <수학식 1>과 같이 산출되며, 상기 MSE들 및 상기 주파수 선택성 임계값의 관계에 따른 상기 주파수 선택성의 판단은 상기 도 3의 (a)와 같다. 또한, 상기 수신단은 프리앰블에 인접한 버스트 내의 파일럿 톤들의 채널 추정 값들에 대한 외측 보간을 통해 동일 부반송파 상의 프리앰블 내의 파일럿 톤의 채널 추정 값을 산출하고, 파일럿을 이용하여 결정된 상기 프리앰블 내의 파일럿 톤의 채널 추정 값 대비 상기 버스트 내의 채널 추정 값들로부터 산출된 상기 프리앰블 내의 파일럿 톤의 채널 추정 값의 MSE를 산출한 후, 상기 MSE 및 시간 변화성 임계값의 대소 관계에 따라 상기 시간 변화성을 판단한다. 예를 들어, 상기 MSE는 상기 <수학식 2>과 같이 산출되며, 상기 MSE 및 상기 시간 변화성 임계값의 관계에 따른 상기 주파수 선택성의 판단은 상기 도 3의 (b)와 같다.
상기 주파수 선택성 및 상기 시간축 변화성을 판단한 후, 상기 수신단은 503단계로 진행하여 제1추정 기법을 적용할 데이터 톤들을 결정한다. 즉, 상기 수신단은 상기 501단계에서의 판단에 따라 제1추정 기법을 적용할 데이터 톤들의 위치를 결정한다. 이때, 상기 주파수 선택성이 클수록, 동일 부반송파 상의 파일럿 톤들 간 상기 제1추정 기법을 적용받는 데이터 톤들의 개수가 증가한다. 또한, 상기 시간 변화성이 클수록, 동일 심벌 상의 파일럿 톤들 간 상기 제1추정 기법을 적용받는 데이터 톤들의 개수가 증가한다. 예를 들어, 상기 주파수 선택성이 3가지 범위로 구분되고, 상기 시간 변화성이 2가지 범위로 구분되는 경우, 상기 채널 특성에 따른 상기 제1추정 기법을 적용받는 데이터 톤들의 분포는 상기 도 1에 도시된 바와 같다.
상기 제1추정 기법을 적용할 데이터 톤들을 결정한 후, 상기 수신단은 505단계로 진행하여 파일럿 톤들의 채널 값을 추정한다. 파일럿은 송신단 및 수신단 간 이미 약속된 값의 신호이므로, 상기 수신단은 상기 미리 약속된 값 및 상기 파일럿의 수신 값을 이용하여 상기 파일럿 톤의 채널 값을 추정한다. 예를 들어, 상기 파일럿의 값이 1인 경우, 상기 파일럿 톤의 채널 추정 값을 상기 파일럿의 수신 값이다.
상기 파일럿 톤들의 채널 값을 추정한 후, 상기 수신단은 507단계로 진행하여 상기 503단계에서 결정된 바에 따라 일부 데이터 톤들의 채널 값들을 제1추정 기법에 따라 추정한다. 예를 들어, 상기 제1추정 기법은 위너 기법, MMSE 기법 등이 될 수 있다. 상기 위너 기법을 사용하는 경우, 상기 수신단은 잡음 전력, 도플러(Doppler) 주파수, 지연 확산 등을 고려하여 위너 계수(weight)를 결정한 후, 상기 위너 계수를 이용하여 상기 데어터 톤들의 채널 값을 추정한다.
이어, 상기 수신단은 509단계로 진행하여 채널 추정 값이 결정되지 아니한 나머지 데이터 톤들의 채널 값들을 제2추정 기법에 따라 추정한다. 예를 들어, 상기 제2추정 기법은 선형 보간, LPF 등이 될 수 있다. 이때, 상기 수신단은 상기 505단계에서 결정된 파일럿 톤들의 채널 추정 값들 및 상기 507단계에서 결정된 데이터 톤들의 채널 추정 값들 모두를 파일럿 톤들의 채널 추정 값들로서 사용한다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (20)

  1. 무선통신 시스템에서 수신단의 채널 추정 방법에 있어서,
    파일럿 톤들의 채널 추정 값들을 결정하는 과정과,
    채널의 주파수 선택성 및 시간축 변화성에 따라 제1추정 기법을 적용할 데이터 톤들을 선택하는 과정과,
    상기 파일럿 톤들의 채널 추정 값들을 이용하여 상기 제1추정 기법에 따라 상기 데이터 톤들의 채널 추정 값들을 결정하는 과정과,
    상기 파일럿 톤들의 채널 추정 값들 및 상기 제1추정 기법에 따라 결정된 채널 추정 값들을 이용하여 제2추정 기법에 따라 나머지 데이터 톤들의 채널 추정 값들을 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    프리앰블 내에서 사용하는 파일럿의 개수를 달리한 경우들 각각의 프리앰블 내의 데이터 톤들의 채널 값을 추정하는 과정과,
    전체 파일럿들을 사용한 경우 대비 일부 배제한 파일럿들을 사용한 경우들 각각의 채널 추정 값들의 MSE를 산출하는 과정과,
    각 경우의 MSE들 및 주파수 선택성 임계값의 대소 관계에 따라 상기 주파수 선택성을 판단하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 사용하는 파일럿의 개수를 달리한 경우들은, 상기 전체 파일럿들을 사용한 제1경우, 상기 전체 파일럿들 중 1/2개의 파일럿들을 사용한 제2경우, 및 상기 전체 파일럿들 중 1/3개의 파일럿들을 사용한 제3경우를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 주파수 선택성은, 상, 중 또는 하로 판단되며,
    상기 주파수 선택성을 판단하는 과정은,
    상기 제1경우 대비 상기 제2경우의 MSE 및 상기 제1경우 대비 상기 제3경우의 MSE 모두가 임계치보다 크거나 같으면, 상기 주파수 선택성을 상으로 판단하는 과정과,
    상기 제1경우 대비 상기 제2경우의 MSE가 상기 임계치보다 작거나 같고, 상기 제1경우 대비 상기 제3경우의 MSE가 임계치보다 크거나 같으면, 상기 주파수 선택성을 중으로 판단하는 과정과,
    상기 제1경우 대비 상기 제2경우의 MSE 및 상기 제1경우 대비 상기 제3경우의 MSE 모두가 상기 임계치보다 작거나 같으면, 상기 주파수 선택성을 하로 판단하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1경우 대비 상기 제2경우의 MSE 및 상기 제1경우 대비 상기 제3경우의 MSE는, 하기 수학식과 같이 결정되는 것을 특징으로 하는 방법,

    Figure pat00008

    여기서서, 상기 Np는 전체 파일럿들의 개수, 상기 MSENp /2는 상기 제1경우 대비 상기 제2경우의 MSE, 상기 Num_data는 프리앰블 내 데이터 톤 개수, 상기
    Figure pat00009
    는 제1경우의 i번째 데이터 톤의 채널 추정 값, 상기
    Figure pat00010
    는 제2경우의 i번째 데이터 톤의 채널 추정 값, 상기 MSENp /3는 상기 제1경우 대비 상기 제3경우의 MSE, 상기
    Figure pat00011
    는 제3경우의 i번째 데이터 톤의 채널 추정 값을 의미함.
  6. 제1항에 있어서,
    프리앰블에 인접한 버스트 내의 파일럿 톤들의 채널 추정 값들에 대한 외측 보간을 통해 동일 부반송파 상의 프리앰블 내의 파일럿 톤의 채널 추정 값을 산출하는 과정과,
    파일럿을 이용하여 결정된 상기 프리앰블 내의 파일럿 톤의 채널 추정 값 대비 상기 버스트 내의 채널 추정 값들로부터 산출된 상기 프리앰블 내의 파일럿 톤의 채널 추정 값의 MSE를 산출하는 과정과,
    상기 MSE 및 시간 변화성 임계값의 대소 관계에 따라 상기 시간 변화성을 판단하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 시간 변화성은, 상 또는 하로 판단되며,
    상기 시간 변화성을 판단하는 과정은,
    상기 MSE가 임계치보다 크거나 같으면, 상기 시간 변화성을 상으로 판단하는 과정과,
    상기 MSE가 임계치보다 작으면, 상기 시간 변화성을 하로 판단하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 MSE는, 하기 수학식과 같이 결정되는 것을 특징으로 하는 방법,

    Figure pat00012

    여기서, 상기 MSEextra는 상기 MSE, 상기 Num_extra는 시간 변화성 판단을 위해 사용된 부반송파의 개수, 상기
    Figure pat00013
    는 파일럿을 이용하여 결정된 프리앰블 내 i번째 파일럿 톤의 채널 추정 값, 상기
    Figure pat00014
    는 외측 보간을 통해 산출된 프리앰블 내 i번째 파일럿 톤의 채널 추정 값을 의미함.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1추정 기법은, MMSE(Mimimum Mean Square Error) 및 위너 필터링(Wiener Filtering) 중 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2추정 기법은, 선형 보간법(Linear interpolation) 및 LPF(Low Pass Filter) 중 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 무선통신 시스템에서 수신단 장치에 있어서,
    파일럿 톤들의 채널 추정 값들을 파일럿 추정기와.
    채널의 주파수 선택성 및 시간축 변화성에 따라 제1추정 기법을 적용할 데이터 톤들을 선택하는 판단기와,
    상기 파일럿 톤들의 채널 추정 값들을 이용하여 상기 제1추정 기법에 따라 상기 데이터 톤들의 채널 추정 값들을 결정하는 제1추정기와,
    상기 파일럿 톤들의 채널 추정 값들 및 상기 제1추정 기법에 따라 결정된 채널 추정 값들을 이용하여 제2추정 기법에 따라 나머지 데이터 톤들의 채널 추정 값들을 결정하는 제2추정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 판단기는, 프리앰블 내에서 사용하는 파일럿의 개수를 달리한 경우들 각각의 프리앰블 내의 데이터 톤들의 채널 값을 추정하고, 전체 파일럿들을 사용한 경우 대비 일부 배제한 파일럿들을 사용한 경우들 각각의 채널 추정 값들의 MSE를 산출한 후, 각 경우의 MSE들 및 주파수 선택성 임계값의 대소 관계에 따라 상기 주파수 선택성을 판단하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 사용하는 파일럿의 개수를 달리한 경우들은, 상기 전체 파일럿들을 사용한 제1경우, 상기 전체 파일럿들 중 1/2개의 파일럿들을 사용한 제2경우, 및 상기 전체 파일럿들 중 1/3개의 파일럿들을 사용한 제3경우를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 주파수 선택성은, 상, 중 또는 하로 판단되며,
    상기 판단기는, 상기 제1경우 대비 상기 제2경우의 MSE 및 상기 제1경우 대비 상기 제3경우의 MSE 모두가 임계치보다 크거나 같으면 상기 주파수 선택성을 상으로 판단하고, 상기 제1경우 대비 상기 제2경우의 MSE가 상기 임계치보다 작거나 같고 상기 제1경우 대비 상기 제3경우의 MSE가 임계치보다 크거나 같으면 상기 주파수 선택성을 중으로 판단하고, 상기 제1경우 대비 상기 제2경우의 MSE 및 상기 제1경우 대비 상기 제3경우의 MSE 모두가 상기 임계치보다 작거나 같으면 상기 주파수 선택성을 하로 판단하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1경우 대비 상기 제2경우의 MSE 및 상기 제1경우 대비 상기 제3경우의 MSE는, 하기 수학식과 같이 결정되는 것을 특징으로 하는 장치,

    Figure pat00015

    여기서서, 상기 Np는 전체 파일럿들의 개수, 상기 MSENp /2는 상기 제1경우 대비 상기 제2경우의 MSE, 상기 Num_data는 프리앰블 내 데이터 톤 개수, 상기
    Figure pat00016
    는 제1경우의 i번째 데이터 톤의 채널 추정 값, 상기
    Figure pat00017
    는 제2경우의 i번째 데이터 톤의 채널 추정 값, 상기 MSENp /3는 상기 제1경우 대비 상기 제3경우의 MSE, 상기 는 제3경우의 i번째 데이터 톤의 채널 추정 값을 의미함.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 판단기는, 프리앰블에 인접한 버스트 내의 파일럿 톤들의 채널 추정 값들에 대한 외측 보간을 통해 동일 부반송파 상의 프리앰블 내의 파일럿 톤의 채널 추정 값을 산출하고, 파일럿을 이용하여 결정된 상기 프리앰블 내의 파일럿 톤의 채널 추정 값 대비 상기 버스트 내의 채널 추정 값들로부터 산출된 상기 프리앰블 내의 파일럿 톤의 채널 추정 값의 MSE를 산출한 후, 상기 MSE 및 시간 변화성 임계값의 대소 관계에 따라 상기 시간 변화성을 판단하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 시간 변화성은, 상 또는 하로 판단되며,
    상기 판단기는, 상기 MSE가 임계치보다 크거나 같으면 상기 시간 변화성을 상으로 판단하고, 상기 MSE가 임계치보다 작으면 상기 시간 변화성을 하로 판단하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 MSE는, 하기 수학식과 같이 결정되는 것을 특징으로 하는 장치,

    Figure pat00019

    여기서, 상기 MSEextra는 상기 MSE, 상기 Num_extra는 시간 변화성 판단을 위해 사용된 부반송파의 개수, 상기
    Figure pat00020
    는 파일럿을 이용하여 결정된 프리앰블 내 i번째 파일럿 톤의 채널 추정 값, 상기
    Figure pat00021
    는 외측 보간을 통해 산출된 프리앰블 내 i번째 파일럿 톤의 채널 추정 값을 의미함.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 제1추정 기법은, MMSE(Mimimum Mean Square Error) 및 위너 필터링(Wiener Filtering) 중 하나인 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제11항에 있어서,
    상기 제2추정 기법은, 선형 보간법(Linear interpolation) 및 LPF(Low Pass Filter) 중 하나인 것을 특징으로 하는 장치.
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