KR20140106200A - Ofdm 통신 시스템을 위한 채널 추정 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

직교 주파수 분할 다중화 통신 시스템에서, 채널 값을 효과적으로 추정하는 채널 추정 방법 및 장치가 개시된다. 채널 추정 방법은 수신된 신호에서 파일럿 부반송파 위치의 채널 주파수 응답을 시간 영역의 채널 임펄스 응답으로 변환하는 단계; 상기 시간 영역의 채널 임펄스 응답에 저역 통과 필터를 통해 참된 채널 지연 시간을 추정하는 단계; 및 상기 저역 통과 필터를 통해 얻은 참된 채널 지연 시간을 바탕으로 임계값 비교를 통해 유효 채널 성분 구간을 검출하고, 유효 채널 값 및 특정 길이의 주변의 값을 유효한 채널 값으로 윈도윙 하여 채널 값을 추정하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

OFDM 통신 시스템을 위한 채널 추정 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CHANNEL ESTIMATION FOR OFDM COMMUNICATION SYSTEM}
아래의 설명은 OFDM 통신 시스템에서 채널을 추정하는 채널 추정 방법 및 장치에 관한 것이다.
직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing. 이하 OFDM) 방식은 유무선 채널에서 고속 데이터 전송에 적합한 방식으로 활발히 연구되어 왔다.
OFDM 방식은 상호 직교성을 갖는 다수의 부반송파를 사용하므로 주파수 이용 효율이 높고, 각각 역 이산 푸리에 변환(Inverse Discrete Fourier Transform, IDFT)과 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform, DFT)를 이용하여 변/복조하는 과정을 쉽게 구현할 수 있다. 또한, 일정 길이의 보호 구간(Cyclic Prefix)을 설정함으로써 수신기 주변의 산란체나 다중 경로 왜곡을 통해서 나타나는 페이딩(fading) 채널 환경에 강건한 장점을 가지고 있다.
OFDM 수신기는 수신 신호의 자기상관 값 혹은 파일럿 부반송파(pilot subcarrier)의 상호상관 값들을 통해 심볼 경계 추정 및 주파수, 샘플링 시간 동기화가 수행되며, 송신 신호는 채널을 통과하면서 채널 값이 곱해진 형태로 수신된다. 송신 신호를 올바르게 복원하기 위해서는 송수신기에 이미 알려진 파일럿 부반송파 신호를 이용하여 채널 추정을 수행한다. 등화기에서는 채널 추정기에서 추정된 채널 값을 이용하여 채널 값의 역수를 곱하는 방법 등을 이용하여 원래의 송신 신호를 복원한다.
OFDM 방식의 장점 중 하나는 기존의 단일 반송파 송수신 시스템과 달리 단일 주파수 네트워크 (Single Frequency Network, 이하 SFN) 기반으로 시스템 구성이 가능하다는 장점이 있다. SFN 으로 방송 시스템을 꾸밀 경우, 인접 경계 지역에서 다른 주파수를 사용해야 하기 때문에 발생하는 주파수 효율성의 저하와 복잡한 주파수 할당 문제가 없다는 장점이 있다. 그러나 SFN 환경에서는 두 개 이상의 멀리 떨어진 송신기에서 신호를 받기 때문에 수신기에 입력된 신호는 지연 시간이 긴 다중 경로 신호를 거치게 된다. 즉 복수 주파수 네트워크보다 지연시간이 긴 채널이 발생한다는 단점이 있다.
이동 중에 방송 신호를 수신하는 경우, 두 가지 사실 때문에 수신 성능이 열화 된다. 첫 번째로는 도플러 주파수 천이라는 현상에 의해서 전파를 송신하는 혹은 수신하는 물체가 이동하는 경우, 수신기에서는 원래의 송신 주파수보다 더 높거나 낮은 주파수를 관측하게 된다. 이 경우, 원래 추정한 송신 주파수와 수신기의 주파수 간에 차이가 발생하여 성능이 열화 된다. 두 번째로는 이동이 빠름에 따라서 채널 환경이 빠르게 변하는 Fast fading 채널 환경이 발생하여 채널 추정기의 정확도가 떨어지는 것이다.
위의 두 가지 사실, 즉 SFN 환경에서 동작하고 또한 수신기의 이동 속도가 빠른 채널 환경에서는 채널 추정기의 성능이 급격히 열화 하는 문제가 발생한다. 이는 특히 기존 DTV (Digital TV) 신호의 표준 방식에서 채택하는 파일럿 부반송파의 개수가 충분히 많지 않은 경우에 더욱 문제를 발생시키다. 본 특허에서는 이러한 채널 환경에서도 잘 동작할 수 있는 채널 추정기의 설계를 제안한다. 또한 본 특허에서는 다양한 채널 추정 방법 중, 비교적 구현이 간단하면서도 잡음이 많은 상황에서도 잘 동작하는 것으로 알려진 DFT 기반의 채널 추정 기법을 기반으로 하고, 다중 경로 지연 시간이 길고 채널 변화 속도가 빠른 (Double Selective Channel 이라고도 함) 채널에서 강건히 동작할 수 있게 추정 기법을 개선한다.
일실시예에 따른 채널 추정 방법은, 수신된 신호로부터 파일럿 부반송파 위치의 채널 주파수 응답(Channel Frequency Response)을 구하는 단계; 채널 주파수 응답 특성을 시간축으로 보간(Interpolation)하는 단계; 상기 주파수 응답 특성을 시간 영역의 채널 임펄스 응답(Channel Impulse Response)으로 변환하는 단계; 저역 통과 필터를 이용하여 앨리어싱(Aliasing)을 제거하는 단계; 앨리어싱이 제거된 채널 임펄스 응답에 기초하여 참된 지연 성분 구간을 찾는 유사 지연 제거 단계; 상기 참된 지연 성분 구간을 바탕으로 저역 통과 필터링 이전의 채널 임펄스 응답 신호와 미리 정해진 임계 값(Threshold Value)을 비교하여 임계 값 보다 큰 구간을 찾는 단계; 상기 임계 값보다 큰 구간 및 주위의 미리 정해진 길이 또는 가변적인 길이의 구간을 유효한 채널 임펄스 응답으로 남기고 나머지 영역의 잡음 성분을 제거하는 윈도윙 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 채널 추정 장치는, 수신된 신호로부터 파일럿 부반송파 위치의 채널 주파수 응답을 구하는 채널 주파수 응답 추정부; 채널 주파수 응답 특성을 시간 축으로 보간하는 시간 축 보간기; 상기 주파수 응답 특성을 시간 영역의 채널 임펄스 응답으로 변환하는 신호 변환부; 저역 통과 필터를 이용하여 앨리어싱(Aliasing)을 제거하는 필터링 부; 앨리어싱이 제거된 채널 임펄스 응답에 기초하여 참된 지연 성분 구간을 찾는 유사 지연 성분 제거 부; 상기 참된 지연 성분 구간을 바탕으로 저역 통과 필터링 이전의 채널 임펄스 응답 신호와 미리 정해진 임계 값(Threshold Value)을 비교하여 임계 값 보다 큰 구간을 찾는 비교 부; 상기 임계 값보다 큰 구간 및 주위의 미리 정해진 길이 또는 가변적인 길이의 구간을 유효한 채널 임펄스 응답으로 남기고 나머지 영역의 잡음 성분을 제거하는 윈도윙 부를 포함할 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 채널 지연 추정 장치의 세부 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 일실시예에 따른 채널 지연 추정 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일실시예에 따른 저역 통과 필터가 적용된 후의 출력 신호를 나타내는 시뮬레이션 결과이다.
도 4는 일실시예에 따른 참된 CIR 지표 함수를 나타내는 시뮬레이션 결과이다.
도 5는 일실시예에 따른 종래 DFT 기반의 채널 지연 추정 방법과 제안된 채널 지연 추정 방법 간의 성능 차이를 나타내는 시뮬레이션 결과이다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 아래의 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 발명의 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 발명의 범위가 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 일실시예에 따른 채널 지연 추정 방법은 채널 지연 추정 장치에 의해 수행될 수 있고, 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 일실시예에 따른 채널 지연 추정 장치의 세부 구성을 도시하는 도면이다.
ODFM 통신 시스템의 수신기에서는, 수신한 신호의 정보 비트를 복원하기 위해 채널 주파수 응답(channel frequency response, CFR)을 추정하고, 보상할 필요가 있다. 본 특허는 ODFM 통신 시스템의 수신기에서 저역 통과 필터를 이용하여 고속 페이딩 환경의 빠른 속도로 이동중인 단말에서도 효과적으로 채널 값을 추정할 수 있다.
도 1을 참조하면, 채널 지연 추정 장치(100)는 채널 주파수 응답 추정부(110), 신호 변환부(120), 저역 통과 필터링 부(140), 참된 지연 시간 추정부(150), 임계값 비교부(160), 윈도윙부(170)를 포함할 수 있다.
신호 변환부(120)는 수신된 신호에서 파일럿 부반송파 위치의 채널 주파수 응답을 시간 영역의 채널 임펄스 응답(channel impulse response, CIR)으로 변환할 수 있다.
먼저, 채널 주파수 응답 추정부(110)는 수신된 신호에서 LS(least square) 채널추정 방법을 사용 할 수 있다. 최소 제곱법(least square method)을 이용하여 수신된 신호에서 파일럿 부반송파 위치의 채널 주파수 응답을 추정할 수 있다. 그 후, 신호 변환부(120)는 채널 주파수 응답을 역 이산 푸리에 변환(inverse discrete Fourier transform, IDFT)하여 시간 영역의 채널 임펄스 응답으로 변환할 수 있다.
또한, 채널 주파수 응답 추정부(110)는 파일럿 부반송파 위치의 채널 주파수 응답에 시간 영역 보간(time-domain interpolation)을 수행하고, 시간 영역 보간 필터링이 수행된 채널 주파수 응답을 역 이산 푸리에 변환하여 시간 영역의 채널 임펄스 응답을 획득할 수 있다. 신호 변환부(120)는 시간 영역 보간 필터링을 통해 시간 영역 상의 전체 부반송파(subcarrier)들의 채널 응답 성분을 획득할 수 있다. 시간 영역 보간 은 신호 변환부 보다 먼저 수행하거나, 또는 역 이산 푸리에 변환을 이용하는 신호 변환 후에 수행할 수 있다. 시간 영역 보간과 역 이산 푸리에 변환 모두 선형적 동작이기 때문에, 수행의 선후에 따른 차이는 존재하지 않는다.
저역 통과 필터링부(130)는 시간 영역의 채널 임펄스 응답에 저역 통과 필터(low-pass filter, LPF)를 적용할 수 있다. 예를 들어, 저역 통과 필터링부(130)는 협대역 저역 통과 필터(narrow-band low-pass filter, NB-LPF)를 이용하여 시간 영역의 채널 임펄스 응답에서 앨리어싱 성분을 제거하여 유사 지연 채널 성분을 제거 할 수 있다. 협대역 저역 통과 필터로서 숏-탭 무한 임펄스 응답(short-tap infinite impulse response, IIR) LPF 등이 이용될 수 있다.
참된 채널 지연 시간 추정부(140)는 저역 통과 필터링이 수행된 이후에, 각각의 채널 임펄스 응답이 참된 다중 경로(true multi-path) 또는 유사 다중 경로(pseudo multi-path)인지 여부를 판단하여 임계값 비교부(150)의 임계값 비교 구간을 제한한다. 참된 채널 지연 시간 추정부(140)는 참된 다중 경로를 구별하기 위해 임계값을 이용할 수 있다. 참된 채널 지연 시간 추정부(140)는 임계값에 기초하여 저역 통과 필터가 적용된 채널 임펄스 응답에서 유사 다중 경로를 제거할 수 있다. 예를 들어, 참된 채널 지연 시간 추정부(140)는 임계값과 저역 통과 필터가 적용된 채널 응답 성분의 크기를 비교하여, 임계값 이상의 크기를 가지는 채널 응답 성분 구간을 유효 구간으로 선택할 수 있다. 임계값은 미리 설정된 값이거나, 또는 파일럿 부반송파 위치의 채널 주파수 응답이 가지는 주파수 특성에 따라 적응적으로 결정되는 값일 수 있다.
임계값 비교부(150)는 신호 변환부(120)에서 얻은 채널 임펄스 응답을 참된 채널 지연 시간 추정부(140)에서 얻은 유효 구간에서 미리 정해진 값이거나 가변 가능한 임계값과 비교하여 임계값보다 큰 구간을 검출한다. 윈도윙부(160)는 임계값 비교부(150)에서 얻은 구간을 바탕으로 윈도윙을 통해 채널 잡음 성분을 제거한다. 윈도윙부(160)의 윈도윙 작업은 임계값 비교부에서 얻은 구간을 주위로 미리 정해진 길이 또는 가변적인 길이를 유효한 채널 임펄스 응답으로 선택할 수 있다.
도 2는 일실시예에 따른 채널 지연 추정 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
채널 지연 추정 장치가 채널 지연 추정 방법(200)을 수행하는 동작을 설명하기 전에, 먼저 전제가 되는 내용을 설명하도록 한다.
수신기는 수신한 정보 비트를 복원하기 위해, 채널 주파수 응답을 추정하고, 보상할 필요가 있다. 이를 위해, OFDM 시스템은 규칙적으로 분포된 서브캐리어 위치들에 파일럿 톤(pilot tones)을 삽입한다. CIR 시간 영역에서 m 번째 OFDM 심볼에 위치한 전송 신호는 다음의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00001
여기서, X(m, k)는 m번째 OFDM 심볼에 위치한 k 번째 서브캐리어의 주파수 영역 신호를 나타내고, N은 전체 서브캐리어들의 개수를 나타낸다. 연속적인 시간 영역에서의 채널 특성은 다음의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00002
여기서, L은 다중-경로(multi-paths)의 개수를 나타내고,
Figure pat00003
는 채널 이득 계수(channel gain coefficient)를 나타낸다.
Figure pat00004
는 l 번째 다중-경로에 대한 시간 지연을 나타낸다. TDL(tapped delay line) 채널 모델을 이용할 때, 이산 시간 영역에서의 채널은 다음의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00005
여기서,
Figure pat00006
는 시변 채널 이득 계수(time varying channel gain coefficient)를 나타내고,
Figure pat00007
는 시간 n 에서 m 번째 OFDM 심볼의 시간 지연을 나타낸다. 다음으로, 채널과 AWGN(Additive White Gaussian Noise; 백색 가우시안 잡음) 고려한 수신 신호는 다음의 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00008
여기서, ( )N은 N번의 순환 이동(cyclic shift)을 나타내고, w(m, n)은 AWGN을 나타낸다. 시간과 주파수의 동기(synchronization)가 완벽하다고 가정할 때, DFT 변환된 수신 신호는 다음의 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00009
여기서, H(m, k)는 k 번째 서브캐리어에서의 CFR이다. H(m,k)는 다음의 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00010
여기서,
Figure pat00011
는 심볼 타임 m 에서 u 번째 서브캐리어에 의한 k 번째 서브캐리어의 배수적인 ICI 채널 파라미터들(multiplicative ICI channel parameters)을 나타낸다. W(m,k)는 AWGN 신호의 DFT 값을 나타낸다. OFDM 심볼에서 H(m,k)는 시간 평균 CIR의 DFT 값을 나타냄을 확인할 수 있다.
채널 지연 추정 장치는 수신단에서 채널 지연을 추정하기 위해 도 2에 도시된 채널 지연 추정 방법(200)을 수행할 수 있다.
먼저, 채널 지연 추정 장치는 널리 이용되는 최소 제곱법을 이용하여 LS 채널을 추정(210)할 수 있다. 채널 지연 추정 장치는 LS 채널의 추정을 통해 파일럿 위치에서의 CFR을 추정할 수 있고, 추정된 CFR은 다음의 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00012
여기서, Y( )는 수신 신호에서 추출된 파일럿 부반송파의 위치값이며, X( )는 미리 정해진 파일럿 부반송파값이다. m과 k는 각각 시간 m의 k 번째 부반송파를 나타내고, Do, Ds는 파일럿 부반송파의 위치를 나타내기 위한 변수를 나타낸다. 구체적으로, Do는 두 개의 인접한 OFDM 심볼의 파일럿 옵셋 차이를 나타내고, Ds는 두 개의 인접한 파일럿 서브캐리어들 간의 거리를 나타낸다. 그리고,
Figure pat00013
는 Kronecker 델타 함수이고, Np 는 OFDM 심볼에서 파일럿 톤의 개수를 의미한다. mp 는 (m mod Dp)를 나타내고, D(m,k)는
Figure pat00014
를 나타낸다. 델타 함수는 2차원 공간, 즉, 서브캐리어 주파수 영역 및 심볼 타임 영역에서 파일럿 패턴을 나타내기 위해 이용될 수 있다.
그리고 나서, 채널 지연 추정 장치는 시간 영역 보간 필터링을 통해 시간축 보간(230)을 수행할 수 있다. 시간 영역 보간 필터링이 수행된 이후의 CFR은 다음의 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00015
여기서,
Figure pat00016
은 시간 영역 보간 필터(time-domain interpolation filter)를 나타낸다. 예를 들어, 시간 영역 보간 필터는 다음의 수학식 9와 같이 나타낼 수 있는 선형 보간 필터일 수 있다.
Figure pat00017
채널 지연 추정 장치는 시간 영역 보간 필터링 이후에, IDFT를 수행(220)하여 시간 영역에 있는 채널 임펄스 응답을 획득할 수 있다. 도 2에서는, IDFT 수행(220)과 시간축 보간(230)의 순서가 서로 바뀌어져 있다. IDFT 수행(220) 및 시간축 보간(230) 모두 선형적인 동작이기 때문에, 서로 수행 순서가 바뀌었다 하더라도 전체적인 동작에 영향을 미치지 아니한다.
채널 지연 추정 장치가 저역 통과 필터를 이용하여 채널 지연을 추정하는 동작을 설명하기 위해, 먼저 CIR의 주파수 영역 특성에 대해 기술하도록 한다.
수학식 7로부터 획득한 m 번째 OFDM 심볼에 대한 채널 임펄스 응답은 다음의 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00018
여기서, d(m,n) 은 아래의 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00019
분석의 간편성을 위해 N이 Ds의 배수라고 가정한다. 단, 이러한 가정에 의해 전체적인 분석 결과는 달라지지는 않는다. N이 Ds의 배수라고 가정하면, 수학식 11은 다음의 수학식 12와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00020
또한, N이 Ds의 배수라고 가정하면, 수학식 10에 의해 도출된 채널 임펄스 응답은 다음의 수학식 13과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00021
수학식 13으로부터, 단지
Figure pat00022
에 대한 첫 번째 조건 만이 참된 CIR에 대응하고, 다른 Ds-1 조건들은 서브캐리어 주파수 영역에서의 파일럿 패턴들에 의해 생성된 이미지 신호들을 나타냄을 확인할 수 있다.
CIR의 주파수 영역 특성을 살펴보기 위해,
Figure pat00023
의 DTFT(discrete-time Fourier transform; 이산시간 푸리에 변환)이 다음의 수학식 14와 같이 계산될 수 있다.
Figure pat00024
여기서,
Figure pat00025
는 시간 영역 CIR 추정값인
Figure pat00026
의 DTFT 값을 나타낸다. 수학식 14에서, CIR의 스펙트럼(spectrum)이 참된 CIR 및 참된 CIR의 반복적인 패턴을 나타내는 성분들에 대응하는 것을 확인할 수 있다. 이것이, 채널 지연 파라미터들을 추정하기 위한 중요한 요소일 수 있다.
채널 추정 장치는 CIR 성분의 오버랩(overlap)으로 인한 채널 지연 추정의 성능 저하를 극복하기 위해, 협대역 저역 통과 필터(NB-LPF) 등의 저역 통과 필터를 이용하여 효과적으로 채널 값을 추정할 수 있다. 채널 추정 장치는 임계값 비교 (260)이 수행되기 전에 CIR 성분들의 앨리어싱에 의해 발생하는 유사 채널 지연을 제거하기 위해 저역 통과 필터를 이용할 수 있다.
참된 CIR 및 저주파수 영역 주위에 존재하는 다른 성분들의 스펙트럼은 모두 다른 중심 주파수들을 점유할 수 있다. 그리고, 저주파수 영역 주위에 존재하는 대부분의 에너지 성분들은 참된 CIR에 대응할 수 있다. 채널 지연 추정 장치는 시간 영역의 채널 임펄스 응답에 저역 통과 필터를 적용(240)함으로써, 유사 채널 지연을 제거하고, 미리 정해진 임계값 이상의 참된 CIR 성분과 그 주변의 CIR 성 분을 미리 정해진 길이 만큼 남겨두어 참된 채널 임펄스 응답 구간 을 추정할 수 있다.
저역 통과 필터를 적용(240)한 후의 임펄스 응답은 다음의 수학식 15와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00027
여기서, al 와 bm 는 저역 통과 필터의 필터 계수를 나타낸다. 저역 통과 필터의 대역폭은 인접한 유사 CIR 성분들에 의해 유발된 주파수 성분들을 효과적으로 제거하기 위해 시간 영역 보간 필터의 대역폭보다 굉장히 작은 것이 바람직하다.
채널 추정 장치는 저역 통과 필터가 적용(240)된 이후에, 출력값의 에너지를 측정할 수 있고, 유사 지연을 제거(250)하기 위한 과정을 수행할 수 있다. 구체적으로, 채널 추정 장치는 n 번째 임펄스 응답이 참된 다중 경로 또는 유사 다중 경로에 대응되는지 여부를 결정하기 위한 판단 과정을 수행할 수 있다. n 번째 임펄스 응답이 참된 다중 경로 또는 유사 다중 경로에 대응되는지 여부를 결정하기 위한 판단 과정은 다음의 수학식 16과 같이 임계값에 기초하여 수행될 수 있다.
Figure pat00028
여기서, Cth는 미리 설정된 임계 상수, 또는 적응적으로 변할 수 있는 임계 상수를 나타낸다. f(x)는 Cth와 비교하기 위한 판단 변수를 생성하는 함수이다. 예를 들어, f(x)는 x의 절대값을 나타내는
Figure pat00029
일 수 있다.
채널 추정 장치는 위와 같은 과정을 통해 임계값 비교를 위한 구간을 선택할 수 있고, 시간축 보간(230)(된 채널 임펄스 응답의 참된 채널 지연 시간 영역의 임계값 비교(260) 과정을 수행할 수 있다. 임계값 비교(260) 과정을 통해 시간축 보간(230)된 CIR 성분과 미리 정해진 크기 또는 가변 크기의 임계값과 비교하여 유효 성분을 검출 하도록 설정할 수 있다. 윈도윙(290)은 임계값 비교(260)를 통해 얻은 유효 성분은 그 주변에 미리 정해진 길이 또는 가변 길이만큼의 구간을 유효구간으로 확장시켜 참된 채널 값을 더 포함할 수 있도록 한다. 윈도윙을 통해 얻은 채널 임펄스 응답 성분은 DFT 수행(290)을 통해 채널 주파수 응답으로 변환하여 전체 부반송파의 채널 값을 얻을 수 있다.
채널 추정 장치는 저역 통과 필터를 통해 유사 지연을 제거함으로써, 고속 페이딩 환경에서 채널 값을 효과적으로 추정할 수 있고, 수신기에서 발생하는 오류를 줄일 수 있다.
이하, 도 3 내지 도 5는 제안된 채널 추정 방법에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 시뮬레이션은 DVB-T 전송 시스템을 고려하여 수행되었고, 채널은 900 MHz GSM(Global System for Mobile communications) 밴드를 중심으로 10~20 MHz의 전송 대역폭의 채널 특성을 나타내는 COST207 모델로 모델링되었다. 시뮬레이션에서 사용된 시스템 파라미터는 다음의 표 1과 같다.
Parameters Value
FFT size 8192
Number of sub-carriers 6817
OFDM symbol duration (Tu) 896 μs
Guard interval / Tu 1/4
Carrier frequency 800 MHz
도 3은 일실시예에 따른 저역 통과 필터가 적용된 후의 출력 신호를 나타내는 시뮬레이션 결과이다.
구체적으로, 도 3은 NB-LPF가 수행된 이후의 출력 신호 크기를 나타내고, 시뮬레이션 결과를 통해 앨리어싱에 의해 생성된 유사 CIR 성분들(pseudo CIR components)이 NB-LPF에 의해 효과적으로 제거되었음을 확인할 수 있다.
도 4는 일실시예에 따른 참된 CIR 지표 함수를 나타내는 시뮬레이션 결과이다.
구체적으로, 도 4는 샘플 포지션(sample position) k에 따른 참된 CIR 지표 함수(true CIR indication function) T(k)를 나타낸다. 시뮬레이션 결과를 통해 제안된 채널 추정 방법에 의해 보다 정확한 채널 값이 도출될 수 있음을 알 수 있다.
도 5는 일실시예에 따른 종래 DFT 기반의 채널 추정 방법과 제안된 채널 추정 방법 간의 성능 차이를 나타내는 시뮬레이션 결과이다.
구체적으로, 도 5는 수신기의 이동 속도에 따른 종래 DFT 기반의 채널 추정 방법(이하, 종래의 채널 추정 방법)의 정규화된 평균 제곱 오차(NMSE, normalized mean square error)(510)과 제안된 채널 추정 방법의 NMSE(520)를 나타내고 있다. 도 5의 시뮬레이션에서, 신호대잡음비(signal-to-noise ratio, SNR)는 20dB로 설정하였고, 수신기의 이동 속도는 50km/h(hour)에서 200km/h의 범위를 기준으로 하였다.
시뮬레이션 결과를 통해 수신기의 이동 속도가 점차 증가할수록 종래의 채널 추정 방법과 제안된 채널 추정 방법 간의 성능 차이가 점차 증가함을 알 수 있다. 또한, 종래의 채널 추정 방법의 NMSE는 수신기의 이동 속도에 비례하여 증가하는데 반해, 제안된 채널 추정 방법은 수신기의 이동 속도가 증가하더라도 보다 안정적으로 동작함을 알 수 있다. 결론적으로, 제안된 채널 지연 추정 방법이 종래의 채널 지연 추정 방법보다 앨리어싱에 의해 유발된 유사 CIR을 효과적으로 분리하고, 제거함을 확인할 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (17)

  1. 직교 주파수 분할 다중화 통신 시스템에서의 채널 추정 방법에 있어서,
    수신된 신호에서 파일럿 부반송파 위치의 채널 주파수 응답을 시간 영역의 채널 임펄스 응답으로 변환하는 단계;
    상기 시간 영역의 채널 임펄스 응답에 저역 통과 필터를 적용하는 단계; 및
    상기 저역 통과 필터가 적용된 채널 임펄스 응답에 기초하여 미리 정해진 임계 값 보다 큰 값을 검출하고, 채널 지연을 추정하는 단계
    를 포함하는 채널 추정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    임계값에 기초하여 상기 저역 통과 필터가 적용된 채널 임펄스 응답에서 유사(pseudo) 다중 경로를 제거하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 채널 값을 추정하는 단계는,
    상기 저역 통과 필터를 이용하여 유사 다중 경로를 제거한 채널 응답 성분 에 기초하여 채널 값을 추정하는 채널 추정 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유사 다중 경로를 제거하는 단계는,
    임계값과 상기 저역 통과 필터가 적용된 채널 응답 성분의 크기를 비교하여, 상기 임계값 이상의 크기를 가지는 채널 응답 성분 영역을 유효 영역으로 선택하는 채널 추정 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 유사 다중 경로를 제거하는 단계는,
    상기 저역 통과 필터가 적용된 채널 응답 성분 및 임계값에 기초하여 유효 영역을 생성하는 단계
    를 포함하는 채널 추정 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 임계값은,
    미리 설정된 값이거나 또는 상기 파일럿 부반송파 위치의 채널 주파수 응답이 가지는 주파수 특성에 따라 적응적으로 결정되는 값인 채널 추정 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 저역 통과 필터를 적용하는 단계는,
    상기 저역 통과 필터를 이용하여 앨리어싱(aliasing)에 의해 발생된 유사(pseudo) 채널 지연을 제거하는 채널 추정 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 파일럿 심볼 위치의 채널 값을 시간 영역으로 변환하는 단계는,
    최소 제곱법(least square method)을 이용하여 수신된 신호에서 파일럿 부반송파 위치의 채널 주파수 응답을 추정하는 단계; 및
    상기 추정된 채널 주파수 응답을 역 이산 푸리에 변환(inverse discrete Fourier transform, IDFT)하여 시간 영역의 채널 임펄스 응답을 획득하는 단계
    를 포함하는 채널 추정 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 파일럿 부반송파 위치의 채널 값을 시간 영역으로 변환하는 단계는,
    상기 파일럿 부반송파 위치의 채널 주파수 응답에 시간 영역 보간을 수행하는 단계; 및
    상기 시간 영역 보간이 수행된 채널 주파수 응답을 역 이산 푸리에 변환하여 시간 영역의 채널 임펄스 응답을 획득하는 단계
    를 포함하는 채널 추정 방법.
  9. 수신된 신호에서 파일럿 부반송파 위치의 채널 주파수 응답을 시간 영역의 채널 임펄스 응답으로 변환하는 신호 변환부;
    상기 시간 영역의 채널 임펄스 응답에 저역 통과 필터를 적용하는 저역 통과 필터링부; 및
    상기 저역 통과 필터가 적용된 채널 임펄스 응답에 기초하여 임계값보다 큰 구간을 검출하고, 채널 값을 추정하는 채널 추정부
    를 포함하는 채널 추정 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    임계값에 기초하여 상기 저역 통과 필터가 적용된 채널 임펄스 응답에서 유사 다중 경로를 제거하는 유사 지연 제거부
    를 더 포함하고,
    상기 채널 추정부는,
    상기 유사 다중 경로가 제거된 채널 응답 성분에 기초하여 채널 값을 추정하는 채널 추정 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 유사 지연 제거부는,
    임계값과 상기 저역 통과 필터가 적용된 채널 응답 성분의 크기를 비교하여, 상기 임계값 이하의 크기를 가지는 채널 응답 성분을 제거하는 채널 추정 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 유사 지연 제거부는,
    상기 저역 통과 필터가 적용된 채널 응답 성분 및 임계값에 기초하여 윈도우 함수를 생성하는 채널 추정 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 임계값은,
    미리 설정된 값이거나 또는 상기 파일럿 부반송파 위치의 채널 주파수 응답이 가지는 주파수 특성에 따라 적응적으로 결정되는 값인 채널 추정 장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 유사 다중 경로가 제거된 채널 응답 성분에 기초하여 채널 지연을 추정하는 채널 지연 추정 장치는 추정된 채널 지연 시간 주변에 고정된 혹은 가변적인 크기의 구간을 유효구간으로 잡고 잡음 성분을 제거하는 채널 추정 장치.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 저역 통과 필터링부는,
    상기 저역 통과 필터를 이용하여 앨리어싱에 의해 발생된 유사 채널 지연을 제거하는 채널 추정 장치.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 신호 변환부는,
    최소 제곱법을 이용하여 수신된 신호에서 파일럿 부반송파 위치의 채널 주파수 응답을 추정하고, 상기 추정된 채널 주파수 응답을 역 이산 푸리에 변환하여 시간 영역의 채널 임펄스 응답을 획득하는 채널 추정 장치.
  17. 제9항에 있어서,
    상기 신호 변환부는,
    상기 파일럿 부반송파 위치의 채널 주파수 응답에 시간 영역 보간을 수행하고, 상기 시간 영역 보간이 수행된 채널 주파수 응답을 역 이산 푸리에 변환하여 시간 영역의 채널 임펄스 응답을 획득하는 채널 추정 장치.
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