KR20120033761A - Method for estimating snr(signal to noise ratio) in wireless communication system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 무선 통신 시스템에서의 SNR(signal to noise ratio) 추정방법에 관한 것으로서, 특히 IEEE 802.11n 시스템의 송수신단에서 서로 알고 있는 프리앰블을 이용함으로써 채널 추정 과정없이 SNR을 정확히 추정할 수 있는 무선 통신 시스템에서의 SNR 추정방법에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE
무선 통신 환경에서 통신 신뢰도 및 전송률 증가를 위해 링크 적응(link adaptation), 서브-캐리어 할당(subcarrier allocation), 전력 분배(power allocation) 등과 같은 기법들이 사용된다. 이러한 기법들은 채널 상태에 대한 피드백 정보를 필요로 하고, 제대로 동작하여 성능을 향상시키기 위해서는 수신기에서 채널의 상태 정보를 정확하게 추정하고 낮은 복잡도를 갖는 SNR 추정기를 설계해야 한다.Techniques such as link adaptation, subcarrier allocation, power allocation, and the like are used to increase communication reliability and transmission rate in a wireless communication environment. These techniques require feedback information about the channel state, and in order to operate properly to improve performance, the receiver needs to accurately estimate the channel state information and design a low complexity SNR estimator.
종래의 프리앰블(preamble) 기반의 SNR 추정 알고리즘에는 Boumard SNR 추정 알고리즘, Ren SNR 추정 알고리즘, Milan SNR 추정 알고리즘 등이 있다.Conventional preamble-based SNR estimation algorithms include a Boumard SNR estimation algorithm, a Ren SNR estimation algorithm, a Milan SNR estimation algorithm, and the like.
Boumard SNR 추정 알고리즘은 2×2 MIMO(Multi Input Multi Output)-OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템에서 인접한 서브캐리어 간의 채널 변화가 거의 없다는 가정 하에 SNR 추정을 수행하고, 두 개의 동일하고 연속된 프리앰블 심볼을 이용한다. 이때 송신 프리앰블은 다음의 수식과 같이 나타낼 수 있다.The Boumard SNR estimation algorithm performs SNR estimation under the assumption that there is little channel change between adjacent subcarriers in a 2 × 2 MIMO (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) system, and two identical and consecutive preamble symbols Use In this case, the transmission preamble may be expressed as the following equation.
여기서 n= 1,...,N 개의 반송파 수를 나타내고, 0은 첫 번째 전송 프리앰블, 1은 두 번째 전송 프리앰블을 나타낸다. Here, n = 1, ..., N number of carriers, 0 represents the first transmission preamble, 1 represents the second transmission preamble.
SNR 추정은 아래의 수식 2와 같이 신호와 노이즈 파워를 추정함으로써 이루어진다. 수식 2에서 는 추정된 전체 전송 프레임의 평균 파워를 나타내고, 는 평균 노이즈 파워를 나타낸다. 는 두 개의 연속된 수신 프리앰블 Y(0,n)과 Y(1,n)및 원래 전송 프리앰블 C(n)을 이용하여 수식 3과 같이 가 구해지며, 최종적으로 수식 4와 같이 의 절대값의 평균을 구함으로써 가 구해진다.SNR estimation is performed by estimating signal and noise power as shown in
Boumard SNR 추정 알고리즘은 기존의 ML(Maximum Likelihood)이나 MMSE (Minimum Mean Squared Error) SNR 추정기에서 요구되는 채널 추정 없이 SNR 추정이 가능하다. 하지만 인접한 서브캐리어 사이에 채널 변화가 거의 없다는 가정 하에 다음의 수식 5와 같이 노이즈 파워를 추정하기 때문에 채널 변화가 클 때 적합하지 않은 알고리즘이라 할 수 있다.The Boumard SNR estimation algorithm can perform SNR estimation without channel estimation required by a conventional maximum likelihood (ML) or minimum mean squared error (MMSE) SNR estimator. However, since the noise power is estimated as shown in
다음으로, Ren SNR 추정 알고리즘은 위의 Boumard SNR 추정 알고리즘과 같이 2개의 동일한 OFDM 심볼 크기를 갖는 프리앰블을 기반으로 아래의 수식 6과 같이 SNR 추정이 이루어지고, Boumard SNR 추정 알고리즘과 다르게 수식 7과 같이 동일한 서브캐리어에서 노이즈 파워가 추정된다. 따라서 Ren SNR 추정 알고리즘은 채널의 주파수의 선택적 특성에 민감한 Boumard SNR 추정 알고리즘을 개선한 알고리즘이라고 할 수 있다. 신호 파워 추정은 수식 8과 같이 전체 수신 신호 파워에서 추정된 노이즈 파워를 제거함으로써 구해진다.Next, the Ren SNR estimation algorithm is based on a preamble having two identical OFDM symbol sizes as in the Boumard SNR estimation algorithm, as shown in Equation 6 below, and unlike the Boumard SNR estimation algorithm, as in Equation 7 Noise power is estimated on the same subcarrier. Therefore, the Ren SNR estimation algorithm is an improvement over the Boumard SNR estimation algorithm, which is sensitive to the selective characteristics of the channel frequency. The signal power estimate is obtained by removing the estimated noise power from the total received signal power as in Equation 8.
채널 추정에 의해 구해지는 는 상기 수식 3과 동일하게 구해진다.Determined by channel estimation Is obtained in the same manner as in
다음으로, Milan SNR 추정 알고리즘은 시간 영역에서 동일한 여러 개의 프리앰블을 이용한 알고리즘이다. 도 1의 (a)에서와 같이 전체 N개의 서브캐리어로 이루어져 있는 프리앰블을 시간 영역에서 Q개의 동일한 주기적인 프리앰블 구조의 형태로 만들면 주파수 영역에서는 도 1의 (b)에서와 같이 Q 간격의 서브캐리어마다 신호가 주기적으로 나타나고 간격 사이에는 Null(zero) 신호가 나오게 된다. Milan SNR 추정 알고리즘은 이러한 특성을 이용하여 SNR을 추정하는 방법이다. 즉, FFT (fast Fourier transform) 이후 S의 추정은 다음의 수식 9와 같이 신호가 나타나는 Q 간격마다 이루어지고, W의 추정은 수식 10과 같이 Null 캐리어 부분에서 이루어지게 된다. Next, the Milan SNR estimation algorithm is an algorithm using a plurality of identical preambles in the time domain. If the preamble consisting of all N subcarriers is formed in the form of Q identical periodic preamble structures in the time domain as shown in FIG. 1 (a), in the frequency domain, the subcarriers of Q intervals as shown in FIG. Each time a signal appears periodically and a Null (zero) signal is generated between intervals. The Milan SNR estimation algorithm is a method of estimating SNR using this characteristic. That is, the estimation of S after FFT (fast Fourier transform) is performed at every Q interval in which a signal appears as shown in Equation 9 below, and the estimation of W is performed in a null carrier part as shown in
Yp(m)은 주파수축 상에서 Q 간격마다 나타나는 수신신호로 아래의 수식 11과 같이 나타내며, 수식 12에서 Yz(mQ+q)는 m = 0,1,...,63, q = 0,1마다 Null 서브캐리어 위치에서 수신된 신호를 나타낸다. η(k,n)은 n번째 프리앰블의 k번째 샘플에서 크기가 1이고 평균이 0인 AWGN(additive white Gaussian noise:부가 백색 가우스 잡음)을 나타낸다. Y p (m) is a received signal that appears every Q interval on the frequency axis and is expressed as in Equation 11 below.In Equation 12, Y z (mQ + q) is m = 0,1, ..., 63, q = 0 , Every 1 indicates a signal received at a null subcarrier position. eta (k, n) represents additive white Gaussian noise (AWGN) of
결국 Milan SNR 추정 알고리즘에 의해 구해진 SNR 추정치 는 위의 수식 11 및 12를 이용하여 다음의 수식 13과 같이 구해진다.Finally, the SNR estimate obtained by the Milan SNR estimation algorithm Is obtained as in Equation 13 below using Equations 11 and 12 above.
그런데, 이상의 설명에서와 같은 종래 SNR 추정 알고리즘들은 SNR 추정을 위한 연산 과정이 복잡하고, 피드백 지연이 크다는 것이 문제점으로 지적되고 있다.
However, the conventional SNR estimation algorithms as described above have been pointed out as a problem that the calculation process for SNR estimation is complicated and the feedback delay is large.
본 발명은 이상과 같은 사항을 감안하여 창출된 것으로서, IEEE 802.11n 시스템의 송수신단에서 서로 알고 있는 프리앰블을 이용함으로써 채널 추정 과정없이 SNR을 정확히 추정할 수 있는 무선 통신 시스템에서의 SNR 추정방법을 제공함에 그 목적이 있다.
The present invention has been made in view of the above-described matters, and provides an SNR estimation method in a wireless communication system capable of accurately estimating SNR without using a channel estimation process by using preambles known to each other at a transmitting and receiving end of an IEEE 802.11n system. Has its purpose.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 무선 통신 시스템에서의 SNR 추정방법은,In order to achieve the above object, SNR estimation method in a wireless communication system according to the present invention,
SNR을 추정하기 위한 소정의 알고리즘(ρav,NEW)에 의해 송신신호 파워의 추정은 송신 프리앰블의 크기가 1인 것을 이용하고, 노이즈 파워는 두 수신 프리앰블의 차의 절대값 평균을 이용하여 구함으로써 고정된 송신파워에서 상대적인 노이즈 파워의 변화를 통해 SNR을 추정하는 점에 그 특징이 있다.By using a predetermined algorithm ρ av, NEW for estimating SNR, the transmission signal power is estimated by using a size of a transmission preamble of 1, and the noise power is obtained by using an average of absolute values of the difference between two reception preambles. It is characterized by estimating SNR through change in relative noise power at fixed transmission power.
여기서, 상기 SNR을 추정하기 위한 알고리즘(ρav,NEW)은 다음의 수식 관계로 표현될 수 있다.Here, the algorithms ρ av, NEW for estimating the SNR may be expressed by the following mathematical relationship.
위의 수식에서, Y(0,n) 및 Y(1,n)은 각각 BPSK(binary phase shift keying) 또는 QPSK(quadrature phase shift keying)로 이루어진 크기가 1이고 동일한 패턴을 갖는 연속된 송신 프리앰블의 FFT 이후의 수신 신호를 나타낸다.
In the above formula, Y (0, n) and Y (1, n) are the size of a continuous transmission preamble having a size of 1 and having the same pattern of binary phase shift keying (BPSK) or quadrature phase shift keying (QPSK), respectively. The received signal after the FFT is shown.
이와 같은 본 발명에 의하면, IEEE 802.11n 시스템의 송수신단에서 서로 알고 있는 프리앰블을 이용함으로써 채널 추정 과정없이 SNR을 정확히 추정할 수 있는 장점이 있다.
According to the present invention, there is an advantage in that the SNR can be accurately estimated without a channel estimation process by using the preambles known to each other at the transmitting and receiving end of the IEEE 802.11n system.
도 1은 종래 Milan SNR 추정 알고리즘에 이용되는 프리앰블 구조를 보여주는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 무선 통신 시스템에서의 SNR 추정방법에 채용되는 송신 프리앰블 프레임 구조를 보여주는 도면.
도 3은 레일리 평탄 페이딩 채널에서 본 발명 및 종래 SNR 추정 알고리즘들에 의해 추정된 SNR 값과 실제 SNR 값을 비교하여 보여주는 도면.
도 4는 레일리 평탄 페이딩 채널에서 본 발명 및 종래 SNR 추정 알고리즘들의 NMSE(Nomalize Mean Square Error) 성능을 비교하여 보여주는 도면.
도 5는 레일리 선택적 페이딩 채널 A에서 본 발명 및 종래 SNR 추정 알고리즘들에 의해 추정된 SNR 값과 실제 SNR 값을 비교하여 보여주는 도면.
도 6은 레일리 선택적 페이딩 채널 A에서 본 발명 및 종래 SNR 추정 알고리즘들의 NMSE 성능을 비교하여 보여주는 도면.
도 7은 레일리 선택적 페이딩 채널 B에서 본 발명 및 종래 SNR 추정 알고리즘들에 의해 추정된 SNR 값과 실제 SNR 값을 비교하여 보여주는 도면.
도 8은 레일리 선택적 페이딩 채널 B에서 본 발명 및 종래 SNR 추정 알고리즘들의 NMSE 성능을 비교하여 보여주는 도면.
도 9는 레일리 평탄 페이딩 채널에서 각 MCS(multipoint communication services) 레벨들의 패킷 오류율을 보여주는 도면.
도 10은 레일리 평탄 페이딩 채널에서 각 MCS 레벨들의 전송률을 보여주는 도면.
도 11은 레일리 평탄 페이딩 채널에서 AMC(adaptive modulation and coding)를 적용했을 때 본 발명 및 종래 SNR 추정 알고리즘들의 전송률을 보여주는 도면.
도 12는 레일리 선택적 페이딩 채널 A에서 각 MCS 레벨들의 패킷 오류율을 보여주는 도면.
도 13은 레일리 선택적 페이딩 채널 A에서 각 MCS 레벨들의 전송률을 보여주는 도면.
도 14는 레일리 선택적 페이딩 채널 A에서 AMC를 적용했을 때 본 발명 및 종래 SNR 추정 알고리즘들의 전송률을 보여주는 도면.
도 15는 레일리 선택적 페이딩 채널 B에서 각 MCS 레벨들의 패킷 오류율을 보여주는 도면.
도 16은 레일리 선택적 페이딩 채널 B에서 각 MCS 레벨들의 전송률을 보여주는 도면.
도 17은 레일리 선택적 페이딩 채널 B에서 AMC를 적용했을 때 본 발명 및 종래 SNR 추정 알고리즘들의 전송률을 보여주는 도면.1 is a diagram showing a preamble structure used in a conventional Milan SNR estimation algorithm.
2 is a diagram illustrating a transmission preamble frame structure employed in an SNR estimation method in a wireless communication system according to the present invention.
3 shows a comparison between the SNR value estimated by the present invention and conventional SNR estimation algorithms and the actual SNR value in a Rayleigh flat fading channel.
FIG. 4 shows a comparison of normalized mean square error (NMSE) performance of the present invention and conventional SNR estimation algorithms in a Rayleigh flat fading channel. FIG.
FIG. 5 shows a comparison between the actual SNR value and the SNR value estimated by the present invention and conventional SNR estimation algorithms in Rayleigh selective fading channel A. FIG.
FIG. 6 shows a comparison of the NMSE performance of the present invention and conventional SNR estimation algorithms in Rayleigh selective fading channel A. FIG.
FIG. 7 shows a comparison between the SNR value estimated by the present invention and conventional SNR estimation algorithms and the actual SNR value in Rayleigh selective fading channel B. FIG.
FIG. 8 shows a comparison of the NMSE performance of the present invention and conventional SNR estimation algorithms in Rayleigh selective fading channel B. FIG.
9 shows packet error rates of respective multipoint communication services (MCS) levels in a Rayleigh flat fading channel.
10 shows the rate of each MCS level in a Rayleigh flat fading channel.
FIG. 11 illustrates the transmission rates of the present invention and conventional SNR estimation algorithms when adaptive modulation and coding (AMC) is applied in a Rayleigh flat fading channel. FIG.
12 shows packet error rates of respective MCS levels in Rayleigh selective fading channel A. FIG.
FIG. 13 shows transmission rates of respective MCS levels in Rayleigh selective fading channel A. FIG.
FIG. 14 shows the transmission rates of the present invention and conventional SNR estimation algorithms when AMC is applied in Rayleigh selective fading channel A. FIG.
FIG. 15 shows packet error rates of respective MCS levels in Rayleigh selective fading channel B. FIG.
FIG. 16 shows transmission rates of respective MCS levels in Rayleigh selective fading channel B. FIG.
FIG. 17 illustrates the rate of the present invention and conventional SNR estimation algorithms when AMC is applied in Rayleigh selective fading channel B. FIG.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 무선 통신 시스템에서의 SNR 추정방법에 채용되는 송신 프리앰블 프레임 구조를 보여주는 도면이다.2 is a diagram illustrating a transmission preamble frame structure employed in an SNR estimation method in a wireless communication system according to the present invention.
본 발명에 따른 무선 통신 시스템에서의 SNR 추정방법은, SNR을 추정하기 위한 소정의 알고리즘(ρav,NEW)에 의해 도 2에 도시된 바와 같은 송신 프리앰블의 크기가 1인 것을 이용하여 송신 신호 파워를 추정하고, 노이즈 파워는 두 수신 프리앰블의 차의 절대값 평균을 이용하여 구함으로써 고정된 송신 파워에서 상대적인 노이즈 파워의 변화를 통해 SNR을 추정한다.In the SNR estimation method in the wireless communication system according to the present invention, a transmission signal power is obtained by using a transmission preamble having a size of 1 as shown in FIG. 2 by a predetermined algorithm ρ av, NEW for estimating SNR. The noise power is estimated using the average of the absolute values of the difference between the two reception preambles, and the SNR is estimated through the change of the relative noise power at the fixed transmission power.
여기서, 상기 SNR을 추정하기 위한 알고리즘(ρav,NEW)은 다음의 수식 관계로 표현될 수 있다.Here, the algorithms ρ av, NEW for estimating the SNR may be expressed by the following mathematical relationship.
위의 수식에서, Y(0,n) 및 Y(1,n)은 각각 BPSK(binary phase shift keying) 또는 QPSK(quadrature phase shift keying)로 이루어진 크기가 1이고 동일한 패턴을 갖는 연속된 송신 프리앰블의 FFT 이후의 수신 신호를 나타낸다. In the above formula, Y (0, n) and Y (1, n) are the size of a continuous transmission preamble having a size of 1 and having the same pattern of binary phase shift keying (BPSK) or quadrature phase shift keying (QPSK), respectively. The received signal after the FFT is shown.
그러면, 이상과 같은 본 발명의 SNR 추정방법에 채용되는 SNR 추정 알고리즘 (ρav,NEW)과 종래 SNR 추정 알고리즘의 성능에 대해 실험을 통해 얻은 자료들을 바탕으로 비교, 분석해 보기로 한다. Then, the performance of the SNR estimation algorithm (ρ av, NEW ) employed in the SNR estimation method of the present invention and the conventional SNR estimation algorithm will be compared and analyzed based on data obtained through experiments.
표 1은 시뮬레이션 파라미터, 표 2는 채널 파라미터를 각각 나타낸다.Table 1 shows simulation parameters and Table 2 shows channel parameters, respectively.
심볼 개수Data per spatial stream (SS)
Symbol count
2 OFDM 심볼Consecutive same in QPSK or BPSK
2 OFDM symbol
시스템 파라미터는 IEEE 802.11n MIMO-OFDM 기반으로 구성 되어 있고 송?수신 안테나 수가 각각 2개인 채널에서 성능에 대한 분석이 수행되었다.The system parameters are based on IEEE 802.11n MIMO-OFDM and performance analysis is performed on two channels with two transmit and receive antennas.
각 SNR 추정 알고리즘은 BPSK 또는 QPSK로 구성된 2개의 연속된 OFDM 심볼 크기(64point)로 이루어진 프리앰블을 이용하였다. 채널 환경은 채널 상태 변화가 거의 없는 레일리(Rayleigh) 평탄 페이딩 채널, 최대 지연 샘플이 CP(Cyclic Prefix) 길이 보다 작은 레일리 선택적 페이딩 A 그리고 CP 길이 보다 최대 지연 샘플이 큰 레일리 선택적 채널 B로 구성하여 실험하였다.Each SNR estimation algorithm used a preamble consisting of two consecutive OFDM symbol sizes (64 points) consisting of BPSK or QPSK. The channel environment was experimented with a Rayleigh flat fading channel with little change in channel state, Rayleigh selective fading A with a maximum delay sample less than the cyclic prefix length, and Rayleigh selective channel B with a maximum delay sample larger than the CP length. It was.
성능 평가 방법으로서는 실제 SNR 값에서 각 알고리즘에 의해 추정된 SNR이 얼마나 가깝게 추정되어 있는지 대략적으로 비교해 보는 방식이 채택되었고, 자세한 성능 비교를 위해 다음의 수식15와 같이 NMSE(Nomalize Mean Square Error)를 구하였고, 그것을 토대로 분석이 이루어졌다.As a performance evaluation method, a method of roughly comparing the estimated SNR estimated by each algorithm with the actual SNR value was adopted. For a detailed performance comparison, a normalized mean square error (NMSE) was calculated as shown in
여기서, Nt는 는 전송 패킷 수로 25,000개를 사용하였으며, 는 i번째 패킷의 수신 프리앰블에서 추정된 SNR 값, 는 실제 SNR 값을 나타낸다.Where N t is 25,000 packets. Is the SNR value estimated from the received preamble of the i th packet, Represents the actual SNR value.
한편, 도 3을 통해 레일리 평탄 채널에서 각 기법에 의해 추정된 SNR 값과 실제 SNR 값을 대략적으로 비교해보면, Ren 알고리즘의 경우 낮은 SNR 범위에서 다른 알고리즘보다 비교적 높은 SNR 추정 오류가 있고, 다른 기법의 경우 실제 SNR과 거의 일치하고 있는 것을 볼 수 있다.On the other hand, when comparing the SNR value estimated by each technique and the actual SNR value in the Rayleigh flat channel in FIG. 3, the Ren algorithm has a relatively higher SNR estimation error than other algorithms in the low SNR range. It can be seen that the case is almost identical to the actual SNR.
또한, 도 4의 NMSE 성능 결과를 통해 각 기법 간의 더 정확한 성능 차이를 확인해 보면, 본 발명에 따른 새로운 알고리즘(도면에서 'New'로 표기) 및 Boumard 알고리즘의 경우 NMSE가 0에 가깝게 나오는 것을 확인할 수 있으며, Milan, Ren 순으로 성능이 좋은 것을 확인할 수 있다. 전술한 바와 같이 Boumard 알고리즘은 채널의 변화가 거의 없을 경우에 적합한 알고리즘임을 성능 결과를 통해 보여주고 있으며, 본 발명의 새로운 SNR 추정 알고리즘 또한 Boumard 정도의 성능을 나타내고 있음을 보여주고 있다.In addition, when confirming the more accurate performance difference between each technique through the NMSE performance results of FIG. In the order of Milan, Ren, the performance is good. As described above, the Boumard algorithm is a suitable algorithm when there is little change in the channel through the performance results, and the new SNR estimation algorithm of the present invention also shows the performance of the Boumard degree.
도 5와 도 6은 각각 레일리 선택적 채널 A에서 실제 SNR과 각 알고리즘에 의해 추정된 SNR을 비교한 성능 곡선과 NMSE 성능 결과를 보여주는 도면이다.5 and 6 show performance curves and NMSE performance results comparing the actual SNR and the SNR estimated by each algorithm in Rayleigh selective channel A, respectively.
도 5를 참조하면, Boumard의 성능을 보면 -4dB 이전까지 추정된 SNR은 실제 SNR과 가깝게 추정이 되다가 이후 채널의 주파수 선택적 특성에 의해 추정 오류가 증가하고 있는 것을 볼 수 있다. 반면에, 도 6에서 볼 수 있듯이 Milan이나 Ren의 경우 추정 오류가 점점 낮아지다가 SNR이 증가될수록 NMSE가 점점 낮아지다가 0.3 정도로 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있다. 본 발명의 알고리즘의 경우 NMSE가 거의 10-3 정도로 다중 경로에 의한 채널의 주파수 선택적 영향 없이 실제 SNR과 가깝게 추정할 수 있는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5, the performance of Boumard can be seen that the SNR estimated up to -4dB is estimated close to the actual SNR, and then the estimation error is increased by the frequency selective characteristic of the channel. On the other hand, as shown in FIG. 6, in the case of Milan or Ren, the estimation error decreases gradually, and as the SNR increases, the NMSE decreases gradually and remains constant at about 0.3. In the case of the algorithm of the present invention, it can be seen that the NMSE can be estimated close to the actual SNR without affecting the frequency selective of the channel by about 10 −3 .
도 7과 도 8은 4개의 다중 경로를 가지고 채널 최대 지연이 CP 보다 큰 레일리 선택적 채널 B에서의 성능 결과들로 채널 A보다 열악한 채널에서 성능 분석이 이루어 졌다.7 and 8 show performance in a channel worse than Channel A with performance results in Rayleigh selective channel B having four multipaths and a channel maximum delay greater than CP.
따라서, 각 SNR 추정 알고리즘 성능은 채널 A와 비교하였을 때 높은 추정 오류를 나타내고 있다. 도 7에서 Boumard의 경우 -2dB 이후부터 실제 SNR 값을 전혀 추정하지 못하고 있는 것을 볼 수 있다. 본 발명의 알고리즘 및 Milan, Ren 알고리즘의 경우 약 20dB까지는 실제 SNR 값에 가깝게 추정할 수 있는 것을 볼 수 있고, 그 중에서 본 발명의 알고리즘은 NMSE 측면에서 더 낮은 추정 오류를 갖는 것을 확인할 수 있다. 도 8에서 28dB 지점부터 본 발명의 알고리즘의 경우에도 주파수 선택적 특성의 영향으로 인한 성능 열화를 보이고 있지만, 모든 채널에 대해서 다른 기법보다 우수한 성능을 보이는 것을 확인할 수 있다.Thus, the performance of each SNR estimation algorithm exhibits a high estimation error when compared to channel A. In FIG. 7, it can be seen that Boumard has not estimated the actual SNR value since -2 dB. In the case of the algorithm of the present invention and the Milan and Ren algorithm, it can be seen that the estimation can be made close to the actual SNR value. Among them, the algorithm of the present invention has a lower estimation error in terms of NMSE. Although the performance of the algorithm of the present invention is shown from 28 dB in FIG. 8 due to the influence of the frequency selective characteristic, it can be seen that the performance of all the channels is superior to other techniques.
수신단에서 SNR을 추정하고 이 정보를 피드백으로 주었을때 추정된 SNR 성능에 따른 전송률 성능을 평가하기 위해서 각 SNR추정 알고리즘을 기반으로 AMC (adaptive modulation and coding) 기법을 적용해 보고 성능을 분석해 보도록 한다.In order to estimate the SNR at the receiving end and give this information as a feedback, to evaluate the transmission rate performance according to the estimated SNR performance, the adaptive modulation and coding (AMC) technique is applied based on each SNR estimation algorithm and analyzed.
다음의 표 3은 AMC를 적용하기 위해서 IEEE 802.11n의 MCS(multipoint communication services) 테이블을 적절히 고려해서 선택된 MCS 레벨들이다.Table 3 below shows MCS levels selected by appropriately considering a multipoint communication services (MCS) table of IEEE 802.11n to apply AMC.
MCS
MCS
modulation
Code
Rate
Code
Rate
MCP
MCP
(Data
Subscriber=64,
CP=16)Data Rate [Mbps]
(Data
Subscriber = 64,
CP = 16)
Nss
Nss
Nsts
Nsts
Stream1
Stream2
* Nss : 공간 스트림수, * Nsts : 시공간 스트림 수 * Nss: Number of spatial streams, * Nsts: Number of space-time streams
* MCP : Modulation and Coding Product * MCP: Modulation and Coding Product
도 9는 레일리 평탄 페이딩 채널에서 표 3에 해당하는 각 MCS 레벨들의 패킷 오류율을 나타내고, 도 10은 전송률 성능을 나타낸다.FIG. 9 shows packet error rates of respective MCS levels corresponding to Table 3 in a Rayleigh flat fading channel, and FIG. 10 shows a rate performance.
도 9 및 도 10을 참조하면, 패킷 오류율 성능은 MCP가 증가할수록(즉, MCS 레벨이 클수록) 성능이 좋지 않은 반면에 최대 전송률이 큰 것을 확인할 수 있다. 도 10에서 각 레벨의 전송률 간의 교차점에 해당하는 SNR을 기준으로 기준 범위 내의 SNR에서 최적으로 동작하는 MCS 레벨이 적절히 선택되기 위해서는 SNR 추정이 정확히 이루어져야 한다. 따라서, SNR 추정이 정확할수록 AMC를 적용했을 때 가장 좋은 전송률을 나타내며, 도 11에 도시된 바와 같이, 정확한 SNR 추정이 이루어진 본 발명의 알고리즘 및 Boumard의 경우 전송률이 전체적으로 Ren이나 Milan 알고리즘의 전송률보다 좋은 것을 확인할 수 있다. 9 and 10, it can be seen that the packet error rate performance is not as good as the MCP increases (that is, the larger the MCS level), while the maximum transmission rate is larger. In FIG. 10, SNR estimation must be accurately performed to properly select an MCS level that optimally operates in an SNR within a reference range based on an SNR corresponding to an intersection point between transmission rates of each level. Therefore, the more accurate the SNR estimation is, the better the transmission rate is when AMC is applied. As shown in FIG. You can see that.
결론적으로, 평탄 페이딩 채널에서 Ren이나 Milan 알고리즘에 비해 NMSE 성능이 좋은 제안 알고리즘 및 Boumard가 좋은 전송률의 결과를 보이는 것을 확인할 수 있다.In conclusion, we can see that the proposed algorithm and Boumard have better transmission rate than the Ren or Milan algorithm in the flat fading channel.
도 12와 도 13은 레일리 선택적 페이딩 채널 A에서 상기 표 3에 해당하는 각 MCS 레벨들의 패킷 오류율 및 전송률 성능을 보여주는 도면이다.12 and 13 illustrate packet error rate and transmission rate performance of each MCS level corresponding to Table 3 in Rayleigh selective fading channel A. FIG.
각 레벨들 간의 성능 양상은 평탄 페이딩 채널에서와 비슷하지만 다중 경로 페이딩에 의해 패킷 오류율 성능이 전체적으로 좋지 않다. 특히 MCS 4와 MCS 5의 성능은 평탄 페이딩 채널에서의 성능과 비교했을 때, 비교적 큰 성능 차이를 보이고 있는 것을 확인할 수 있다. 전송률의 경우도 마찬가지로 평탄 페이딩 채널의 경우 보다 더 높은 SNR 지점에서 최대 전송률을 만족하는 것을 확인할 수 있다.The performance aspect between the levels is similar to that in the flat fading channel, but the overall packet error rate performance is poor due to multipath fading. In particular, it can be seen that the performance of the MCS 4 and
도 14는 레일리 선택적 페이딩 채널 A에서 AMC를 적용했을 때 각 SNR 추정 알고리즘 전송률 성능을 보여주는 도면이다. FIG. 14 is a diagram illustrating each SNR estimation algorithm rate performance when AMC is applied in Rayleigh selective fading channel A. FIG.
도 14에서 볼 수 있듯이, 채널 A에서 Boumard 알고리즘은 약 10dB부터 SNR 추정이 제대로 이루어지지 못하고 MCS 레벨 1에 해당하는 최대 전송률 밖에 만족하지 못한 것을 확인할 수 있다. 반면에 본 발명의 알고리즘 및 Ren, Milan 알고리즘은 대체적으로 SNR 추정이 잘 이루어지고 있으며, MCS 5에 해당하는 최대 전송률을 만족하고 있다. 또한, 상기 도 6의 NMSE 성능 결과에서 볼 수 있듯이, 채널 A에서 본 발명의 알고리즘은 Ren 이나 Milan 알고리즘 보다 낮은 SNR 추정 오류율을 갖기 때문에 평균적으로 가장 좋은 전송률을 보이는 것을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 14, the Boumard algorithm in channel A can confirm that SNR estimation is not properly performed from about 10 dB and only the maximum data rate corresponding to
도 15와 도 16은 레일리 선택적 채널 B에서 각 MCS 레벨의 패킷 오류율 및 전송률 성능을 보여주는 도면이다. 15 and 16 show packet error rate and rate performance of each MCS level in Rayleigh selective channel B. FIG.
도 15 및 도 16을 참조하면, 채널 A와 비교 하였을 때 채널 최대 지연이 보호구간(CP)보다 크기 때문에 ISI(InterSymbol Interference)가 발생하게 되며 이로 인해 패킷 오류율의 경우 SNR이 증가하더라도 성능 열화가 발생하게 되며 전송률 또한 원래의 최대 전송률을 만족하지 못하는 것을 확인할 수 있다.15 and 16, since the maximum channel delay is larger than the protection interval (CP) when compared with the channel A, an InterSymbol Interference (ISI) occurs, and thus, even in the case of a packet error rate, the performance deterioration occurs. It can be seen that the data rate also does not satisfy the original maximum data rate.
도 17은 채널 B에서의 각 알고리즘에 의해 구해진 SNR 추정치를 피드백 정보로 AMC를 적용한 전송률 성능 결과를 보여주는 도면이다. FIG. 17 is a diagram illustrating a rate performance result of applying AMC as feedback information to an SNR estimate obtained by each algorithm in channel B. FIG.
도 17을 참조하면, 채널 B에서 Boumard의 AMC 전송률 결과를 보면 채널 A에서와 마찬가지로 높은 SNR 추정 오류로 인해 좋지 않은 전송률 결과를 보여주고 있다. 그 외 3개의 알고리즘의 경우 어느 정도 정확한 SNR 추정이 이루어지면서 최대 전송률을 만족하고 있으며, 그 중에서 본 발명의 알고리즘의 전송률이 평균적으로 좋은 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 17, when looking at Boumard's AMC data rate in channel B, as in channel A, it shows a bad data rate due to a high SNR estimation error. In the other three algorithms, the SNR estimation is performed to some extent while satisfying the maximum data rate, and among them, it is confirmed that the data rate of the algorithm of the present invention is good on average.
이상의 설명에서와 같이, 무선 통신 시스템에서의 SNR 추정방법은 IEEE 802.11n 시스템의 송수신단에서 서로 알고 있는 프리앰블을 이용함으로써 채널 추정 과정없이 SNR을 정확히 추정할 수 있는 장점이 있다.As described above, the SNR estimation method in a wireless communication system has an advantage of accurately estimating SNR without using a channel estimation process by using preambles known to each other at the transmitting and receiving end of the IEEE 802.11n system.
이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
As mentioned above, although the present invention has been described in detail with reference to the preferred embodiment, the present invention is not limited thereto, and it will be apparent to those skilled in the art that various changes and applications can be made without departing from the technical spirit of the present invention. Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of the same should be construed as being included in the scope of the present invention.
Claims (2)
상기 SNR을 추정하기 위한 알고리즘(ρav,NEW)은 다음의 수식 관계로 표현되는 무선 통신 시스템에서의 SNR 추정방법.
여기서, Y(0,n) 및 Y(1,n)은 각각 BPSK(binary phase shift keying) 또는 QPSK(quadrature phase shift keying)로 이루어진 크기가 1이고 동일한 패턴을 갖는 연속된 송신 프리앰블의 FFT 이후의 수신 신호를 나타낸다.The method of claim 1,
The algorithm (ρ av, NEW ) for estimating the SNR is expressed by the following mathematical relationship.
Here, Y (0, n) and Y (1, n) are each composed of binary phase shift keying (BPSK) or quadrature phase shift keying (QPSK), and have a size equal to 1 and follow the FFT of consecutive transmission preambles having the same pattern. Indicates a received signal.
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