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KR100594084B1 - 직교 주파수 분할 다중 수신기의 채널 추정 방법 및 채널추정기 - Google Patents

직교 주파수 분할 다중 수신기의 채널 추정 방법 및 채널추정기 Download PDF

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KR100594084B1
KR100594084B1 KR1020040030567A KR20040030567A KR100594084B1 KR 100594084 B1 KR100594084 B1 KR 100594084B1 KR 1020040030567 A KR1020040030567 A KR 1020040030567A KR 20040030567 A KR20040030567 A KR 20040030567A KR 100594084 B1 KR100594084 B1 KR 100594084B1
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장재환
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Abstract

본 발명에 따르면, 현재 슬롯의 데이터 심볼들 중에 현재 슬롯의 파일럿 심볼 이전에 위치하는 데이터 심볼에 관한 채널 특성값은 이전 슬롯의 파일럿 심볼의 채널 특성값과 현재 슬롯의 파일럿 심볼의 채널 특성값을 사용한 시간축 상의 보간에 의해 추정하고, 현재 슬롯의 데이터 심볼들 중에 현재 슬롯의 파일럿 심볼 이후에 위치하는 데이터 심볼에 관한 채널 특성값은 이전 슬롯의 파일럿 심볼의 채널 특성값과 현재 슬롯의 파일럿 심볼의 채널 특성값을 사용한 시간축 상의 외삽에 의해 추정한다. 이처럼 2개의 파일럿 심볼만을 사용하여 채널 추정을 함에 따라 채널 추정에 따른 성능의 저하를 최소화하면서도 채널 추정에 소요되는 버퍼 크기와 레이턴시를 줄일 수 있게 된다.
직교 주파수 분할 다중, OFDM/OFDMA, 채널 추정, 파일럿.

Description

직교 주파수 분할 다중 수신기의 채널 추정 방법 및 채널 추정기{CHANNEL ESTIMATION METHOD AND CHANNEL ESTIMATOR IN OFDM/OFDMA RECEIVER}
도 1은 통상적인 OFDM 수신기의 블록 구성도,
도 2는 OFDM 파일럿 분포도,
도 3은 OFDM 전송 프레임 구조도,
도 4는 선형 보간에 의한 채널 추정 방법의 설명을 위한 도면,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 채널 추정 방법의 설명을 위한 도면,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 채널 추정기의 블록 구성도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 채널 추정 처리 흐름도,
도 8 및 도 9는 선형 보간에 의한 채널 추정과 본 발명에 따른 채널 추정의 성능 비교도.
본 발명은 직교 주파수 분할 다중(OFDM/OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiplexing/Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 전송 시스템에 관한 것으로, 특히 OFDM/OFDMA 수신기에 있어서 채널 왜곡 보상을 위해 파일럿(pilot)을 사용하여 채널 추정(channel estimation)을 하는 방법 및 채널 추정기에 관한 것이다.
OFDM이나 이에 기반한 OFDMA는 넓은 대역의 단일 캐리어(carrier) 대신 서로 직교성을 갖는 여러 서브 캐리어(subcarrier)를 이용하여 데이터를 병렬로 보내는 멀티 캐리어 변조 방식으로, 매우 큰 ISI(Inter-Symbol Interference)를 가지는 주파수 선택적 페이딩(fading) 채널에서도 좁은 대역의 각 서브 채널은 플랫 페이딩(flat fading) 특성을 갖게 된다는 사실에 기초한 방식이다. OFDM에서는 심볼(symbol)이 주파수 영역에서 결정되므로 수신된 심볼에 대해 채널 왜곡을 보상하기 위해서는 주파수 영역에서의 등화기(equalizer)가 필요하다. 이를 위하여 OFDM 전송 시스템의 송신측에서는 데이터 심볼을 송신할 뿐만 아니라 신호가 전송되는 채널의 특성을 추정하여 데이터 심볼의 등화를 하기 위한 채널 추정용으로 사용되는 파일럿 심볼을 송신한다.
또한 데이터 전송율을 높게 유지하면서 효율적으로 OFDM 채널 추정을 수행하기 위한 파일롯 신호의 선택에 대한 연구뿐만 아니라, 파일럿 신호를 시간 영역에서 샘플(sample) 평균을 취하여 채널 특성값을 구하는 방법, 파일럿 신호의 평균 제곱 오차를 이용하여 주파수 영역에서 채널의 특성을 추정하여 신호의 보상에 적용하는 방법 등 다양한 OFDM 채널 추정 기법이 제안되고 있다.
도 1은 통상적인 OFDM 수신기의 블록 구성도를 보인 것으로, 본 발명의 이해 에 필요한 블록 구성, 즉 수신 신호로부터 얻어지는 베이스밴드(baseband) 신호로부터 데이터를 복원하는 부분만을 개략적으로 도시한 것이다. 버스트 심볼(burst symbol) 추출부(100)는 RF(Radio Frequency) 처리부(도시하지 않았음)에 의해 수신 신호로부터 얻어진 베이스밴드 신호로부터 OFDM 심볼을 추출한다. 버스트 심볼 추출부(100)에 의해 추출된 심볼은 송신측에서 삽입되었던 CP(Cyclic Prefix)가 CP 제거부(102)에 의해 제거되고 FFT(Fast Fourier Transformer)(104)에 의해 FFT(Fast Fourier Transform)된 후, 등화기(108)에 인가된다. 등화기(108)는 FFT된 데이터 신호에 대하여 채널 추정기(106)에 의해 추정된 채널 특성값에 따라 채널 왜곡을 보상한다. 이처럼 채널 왜곡이 보상된 신호는 복조부(110)에서 복조된 후, 디코딩(decoding)부(112)에 의해 비터비 디코딩되고 판정(decision)부(114)의 판정에 의해 데이터가 복원된다.
상기한 채널 추정기(106)에 있어서 채널 추정은 파일럿을 사용하여 이루어지는데, OFDM에 있어서 파일럿 심볼은 도 2의 예로서 보인 바와 같이, 데이터 심볼들 사이에 배치된다. 도 2는 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16(d)에 따른 파일럿 분포를 주파수축 상의 서브 캐리어와 시간축 상의 심볼과 관련시켜 보인 것으로, 빗금이 있는 동그라미는 파일럿 심볼을 나타내고 빗금이 없는 동그라미는 데이터 심볼을 나타낸다.
또한 시간축상의 데이터 및 파일럿 배치 형태에 있어서 도 3에서 보는 바와 같이, 데이터가 심볼 단위가 아닌 슬롯(slot) 단위로 구성된다. 도 3은 IEEE 802.16(d)에 따른 OFDM 전송 프레임의 예를 보인 것이다. 도 3에 보인 전송 프레임 은 프레임의 선두에는 프리앰블(preamble)과 이에 뒤이어지는 하나의 데이터 심볼이 있고, 이에 다수의 슬롯들이 뒤이어진다. 프리앰블에 뒤이어지는 데이터 심볼은 해당 프레임의 헤더(header) 정보를 전송하는데 사용되는 데이터 심볼(이하 '헤더 데이터 심볼'이라 함)이다. 각 슬롯은 3개의 데이터 심볼로 구성됨과 아울러 각 슬롯 내에 1개의 파일럿 심볼이 위치한다. 즉, 하나의 슬롯은 시간축 상으로 이어지는 2개의 데이터 심볼들과 1개의 파일럿 심볼과 1개의 데이터 심볼로 이루어진다.
하나의 슬롯이 상기한 도 3에 보인 바와 같이 이루어지는 경우에 2개의 파일럿 심볼 사이에 있는 데이터 심볼 구간에 있는 데이터 심볼들에 관한 채널 추정은 데이터 심볼의 양 옆에 있는 2개의 파일럿 심볼 위치에서의 채널 특성값을 사용한 하기 수학식 1∼3처럼 시간축 상의 선형 보간(linear interpolation)에 의해 이루어질 수 있다. 그러므로 이러한 경우에는 슬롯 단위로 데이터에 대한 채널 왜곡을 보상하여 디코딩하기 위한 채널 추정은 현재 슬롯뿐만 아니라 이전 슬롯과 이후 슬롯에 대한 정보를 필요로 한다.
Figure 112004018438934-pat00001
Figure 112004018438934-pat00002
Figure 112004018438934-pat00003
상기 수학식 1∼3에서
Figure 112004018438934-pat00004
과
Figure 112004018438934-pat00005
및
Figure 112004018438934-pat00006
는, 상기한 수학식 1∼3에 따른 선형 보간에 의한 채널 추정 방법을 보인 도면인 도 4에 보인 바와 같이, 정보를 복원해야하는 현재 슬롯을 k번째 슬롯이라고 할 때, 현재 슬롯 k의 1,2,3번째 데이터 심볼에 관하여 추정되는 채널 특성값을 각각 나타낸다. 또한 상기 수학식 1∼3과 상기 도 4에서
Figure 112004018438934-pat00007
은 이전 슬롯 k-1의 파일럿 심볼의 채널 특성값을 나타내고,
Figure 112004018438934-pat00008
는 현재 슬롯 k의 파일럿 심볼의 채널 특성값을 나타내며,
Figure 112004018438934-pat00009
은 이후 슬롯 k+1의 파일럿 심볼의 채널 특성값을 나타낸다.
상기 도 4는 수신되는 신호의 채널 특성값이 곡선(200)처럼 변화한다고 할 때, 각 데이터 심볼의 위치에 따른 가중 계수(weight factor)를 적용하여 선형 보간함으로써 상기 수학식 1∼3처럼 채널 특성값들
Figure 112004018438934-pat00010
,
Figure 112004018438934-pat00011
,
Figure 112004018438934-pat00012
이 추정됨을 보인 것이다. 즉, 채널 특성값들
Figure 112004018438934-pat00013
,
Figure 112004018438934-pat00014
,
Figure 112004018438934-pat00015
은
Figure 112004018438934-pat00016
과
Figure 112004018438934-pat00017
을 잇는 기울기(202)와,
Figure 112004018438934-pat00018
와
Figure 112004018438934-pat00019
을 잇는 기울기(204)에 따름을 알 수 있다.
그러므로 도 4를 보면, 상기 수학식 1∼3은 각각 하기 수학식 4∼6로부터 얻어진 것임을 알 수 있다.
Figure 112004018438934-pat00020
Figure 112004018438934-pat00021
Figure 112004018438934-pat00022
한편 상기한 도 3에 보인 OFDM 프레임에서 첫번째 슬롯, 즉 슬롯 1을 현재 슬롯으로 하여 채널 추정을 하는 경우에 이전 슬롯의 파일럿으로는 프리앰블이 이용된다.
또한 상기한 도 3에서 보는 바와 같이 프레임의 첫번째 데이터 심볼, 즉 프리앰블과 슬롯 1 사이에 있는 헤더 데이터 심볼에 관한 채널 추정은, 하기 수학식 7과 같이 이루어진다.
Figure 112004018438934-pat00023
상기 수학식 7에서
Figure 112004018438934-pat00024
은 헤더 데이터 심볼에 관하여 추정되는 채널 특성값을 나타내고,
Figure 112004018438934-pat00025
은 프리앰블의 채널 특성값이고,
Figure 112004018438934-pat00026
은 슬롯 1의 파일럿 심볼 의 채널 특성값이다.
상기 수학식 7은 상기 수학식 1∼3과 마찬가지의 방식에 의해 하기 수학식 8로부터 얻어진 것이다.
Figure 112004018438934-pat00027
상기한 바와 같은 채널 추정방법에 의해 어떤 하나의 슬롯의 정보를 복원하기 위해서는 복원할 현재 슬롯뿐만 아니라 이전 슬롯과 이후 슬롯의 파일럿 심볼에서의 채널 특성값을 참조해야 한다. 이에 따라 현재 슬롯을 포함한 3개의 슬롯에서의 파일럿 심볼의 채널 특성값을 일시 저장할 수 있는 크기의 버퍼(buffer)가 필요하며, 3개의 슬롯에서의 파일럿 심볼의 채널 특성값을 참조한 채널 추정에 소요되는 시간만큼 레이턴시(latency)가 발생하게 된다.
따라서 본 발명은 채널 추정에 소요되는 버퍼의 크기를 줄이며 레이턴시를 감소시킬 수 있는 채널 추정 방법 및 채널 추정기를 제공한다.
이를 위한 본 발명은, 현재 슬롯의 데이터 심볼들 중에 현재 슬롯의 파일럿 심볼 이전에 위치하는 데이터 심볼에 관한 채널 특성값은 이전 슬롯의 파일럿 심볼 의 채널 특성값과 현재 슬롯의 파일럿 심볼의 채널 특성값을 사용한 시간축 상의 보간에 의해 추정하고, 현재 슬롯의 데이터 심볼들 중에 현재 슬롯의 파일럿 심볼 이후에 위치하는 데이터 심볼에 관한 채널 특성값은 이전 슬롯의 파일럿 심볼의 채널 특성값과 현재 슬롯의 파일럿 심볼의 채널 특성값을 사용한 시간축 상의 외삽(extrapolation)에 의해 추정함을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 채널 추정 방법의 설명을 위한 도면으로서, 전술한 도 3처럼 하나의 슬롯이 시간축 상으로 이어지는 2개의 데이터 심볼들과 1개의 파일럿 심볼과 1개의 데이터 심볼로 이루어지는 경우에 본 발명을 적용한 예를 보인 것이다. 이러한 도 5는 전술한 도 4와 달리 이후 슬롯 k+1의 파일럿 심볼의 채널 특성값
Figure 112004018438934-pat00028
은 참조하지 않고, 하기 수학식 9∼11과 같이 이전 슬롯 k-1의 파일럿 심볼의 채널 특성값
Figure 112004018438934-pat00029
과, 현재 슬롯 k의 파일럿 심볼의 채널 특성값
Figure 112004018438934-pat00030
만을 참조하여 채널 특성값
Figure 112004018438934-pat00031
,
Figure 112004018438934-pat00032
,
Figure 112004018438934-pat00033
을 추정함을 보인 것이다.
Figure 112004018438934-pat00034
Figure 112004018438934-pat00035
Figure 112004018438934-pat00036
상기 수학식 9,10은 전술한 수학식 1,2와 각각 동일하지만, 상기 수학식 11은 전술한 수학식 3과 다르다. 그러므로
Figure 112004018438934-pat00037
과
Figure 112004018438934-pat00038
는 수학식 1,2와 동일하게 보간에 의해 추정되지만,
Figure 112004018438934-pat00039
은 수학식 3과 다르게 추정됨을 알 수 있다.
즉, 도 5는 매 슬롯에 있어서 파일럿 심볼의 이후에 위치하는 데이터 심볼에 관하여는 양 옆에 있는 파일럿 심볼들의 채널 특성값을 참조한 보간에 의해 채널 추정을 하는 것이 아니라, 이전 슬롯 k-1의 파일럿 심볼의 채널 특성값
Figure 112004018438934-pat00040
과 현재 슬롯 k의 파일럿 심볼의 채널 특성값
Figure 112004018438934-pat00041
만을 참조한 시간축 상의 외삽(extrapolation)에 의한 채널 추정이 이루어짐을 보인다. 이에 따라 전술한 도 4와 달리 도 5에서는 채널 특성값들
Figure 112004018438934-pat00042
,
Figure 112004018438934-pat00043
,
Figure 112004018438934-pat00044
은
Figure 112004018438934-pat00045
과
Figure 112004018438934-pat00046
을 잇는 기울기(206)에 따름을 알 수 있으며,
Figure 112004018438934-pat00047
와
Figure 112004018438934-pat00048
을 잇는 기울기(208)와는 무관함을 알 수 있다. 이에 따라 기울기(206,208)를 나타내는 직선 중에 전술한 도 4와 달리, 채널 추정에 적용되지 않는 구간을 점선으로 도시하였다.
아울러 도 5를 보면, 상기 수학식 11는 하기 수학식 12로부터 얻어진 것임을 알 수 있다.
Figure 112004018438934-pat00049
물론 슬롯들에 포함되지 않는 데이터 심볼, 즉 전술한 도 3에 보인 프레임의 첫번째 데이터 심볼인 헤더 데이터 심볼에 관한 채널 추정은, 상기 수학식 7과 동일하게 이루어진다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 채널 추정기의 블록 구성도를 보인 것으로, 전술한 도 3처럼 하나의 슬롯이 시간축 상으로 이어지는 2개의 데이터 심볼들과 1개의 파일럿 심볼과 1개의 데이터 심볼로 이루어지는 경우에 본 발명을 적용한 예를 보인 것이다. 상기한 도 6에 보인 채널 추정기는 파일럿 리드부(300)와 채널 추정 처리부(302)로 구성된다.
상기 파일럿 리드부(300)는 슬롯 선택부(304)와 어드레스 카운터(306)와 제1,제2 버퍼(308,310)로 구성되어, 채널 추정을 하여야 할 데이터 심볼 번호에 근거하여 현재 슬롯의 번호 k를 확인하고, 확인된 현재 슬롯 번호 k에 근거하여 이전 슬롯의 파일럿 심볼의 채널 특성값
Figure 112004018438934-pat00050
과 현재 슬롯의 파일럿 심볼의 채널 특성값
Figure 112004018438934-pat00051
을 전술한 도 1에 보인 바와 같은 FFT(104)로부터 리드한다. 상기 데이터 심볼 번호는 통상적인 OFDM 수신기에 있어서 전술한 도 3에 보인 바와 같이 하나의 프레임에 포함되는 데이터 심볼들에 대하여, 프리앰블에 뒤이어지는 데이터 심볼부터 마지막 데이터 심볼, 즉 마지막 슬롯 n의 마지막 데이터 심볼까지 카운트되는 일련 번호이다. 그러므로 파일럿 리드부(300)의 슬롯 선택부(304)에 입력되는 데이터 심볼 번호는 하나의 프레임에 포함되는 데이터 심볼들 중에 현재 채널 추정을 하여야 할 데이터 심볼의 순번을 나타낸다.
상기 슬롯 선택부(304)는 현재 채널 추정을 해야할 데이터 심볼이 위치하는 슬롯을 선택할 수 있도록 현재 슬롯 번호 k를 데이터 심볼 번호에 근거하여 정하여 어드레스 카운터(306)에 인가한다. 이러한 슬롯 선택부(304)는 하나의 프레임에 대하여 프리앰블에 뒤이어지는 헤더 데이터 심볼에 관하여는 슬롯 번호 k를 0으로 정하고, 뒤이어지는 데이터 심볼들에 관하여는 하나의 슬롯에 3개씩의 데이터 심볼이 있으므로 3개의 데이터 심볼마다 슬롯 번호 k를 1씩 증가시켜 정한다.
상기 어드레스 카운터(306)는 슬롯 선택부(304)로부터 인가되는 슬롯 번호 k의 증가에 따라 증가되는 포인터(pointer)를 전술한 도 1의 FFT(104)에 인가함으로써 FFT(104)로부터 이전 슬롯 k-1의 파일럿 심볼의 채널 특성값
Figure 112004018438934-pat00052
과 현재 슬롯 k의 파일럿 심볼의 채널 특성값
Figure 112004018438934-pat00053
을 선택하여 리드한다. 상기 어드레스 카운터(306)로부터 출력되는 포인터는 FFT(104)에서 FFT된 파일럿 심볼들 중에 이전 슬롯 k-1의 파일럿 심볼의 채널 특성값
Figure 112004018438934-pat00054
과 현재 슬롯 k의 파일럿 심볼의 채널 특성값
Figure 112004018438934-pat00055
이 저장되어 있는 저장 영역의 어드레스를 가리킨다. 이처럼 리드되는 이전 슬롯 k-1의 파일럿 심볼의 채널 특성값
Figure 112004018438934-pat00056
과 현재 슬롯 k의 파일럿 심볼의 채널 특성값
Figure 112004018438934-pat00057
은 각각 제1,제2 버퍼(308,310)에 일시 저장된다.
한편 채널 추정 처리부(302)는 가중 계수 제공부(312)와 채널 특성값 생성부(314)로 구성되어, 제1,제2 버퍼(308,310)에 있는 이전 슬롯 k-1의 파일럿 심볼의 채널 특성값
Figure 112004018438934-pat00058
과 현재 슬롯 k의 파일럿 심볼의 채널 특성값
Figure 112004018438934-pat00059
에 가중 계수를 적용하여 하기 수학식 13에 따른 시간축 상의 보간 또는 외삽에 의해 데이터 심볼에 관한 채널 추정을 하여, 채널 추정에 따른 채널 특성값
Figure 112004018438934-pat00060
를 전술한 도 1과 같은 등화기(108)로 출력한다.
Figure 112004018438934-pat00061
상기한 수학식 13에서 i는 하나의 슬롯에 있는 데이터 심볼들의 순번을 나타내는 인덱스이고,
Figure 112004018438934-pat00062
,
Figure 112004018438934-pat00063
는 하나의 슬롯에 있는 데이터 심볼들 각각에 관하여 각 데이터 심볼의 위치에 따라 이전 슬롯의 파일럿 심볼의 채널 특성값
Figure 112004018438934-pat00064
및 현재 슬롯의 파일럿 심볼의 채널 특성값
Figure 112004018438934-pat00065
에 각각 적용하도록 정해짐과 아울러 인덱스 i마다 한 쌍씩 정해지는 가중 계수이며,
Figure 112004018438934-pat00066
는 하나의 슬롯에 있는 데이터 심볼들 중 i번째 데이터 심볼에 관하여 추정되는 채널 특성값이다.
본 발명은 전술한 도 3처럼 하나의 슬롯이 시간축 상으로 이어지는 2개의 데이터 심볼들과 1개의 파일럿 심볼과 1개의 데이터 심볼로 이루어지는 경우뿐만 아니라, 하나의 슬롯에 있는 데이터 심볼들의 개수나 파일럿 심볼의 위치가 달라진다해도 하나의 슬롯 내에 데이터 심볼들 사이에 위치한 파일럿을 사용하여 채널 추정 을 하는 경우에는 마찬가지로 적용된다. 상기 수학식 13은 이처럼 하나의 슬롯에 있는 데이터 심볼들의 개수나 파일럿 심볼의 위치가 달라지는 경우를 고려하여, 상기한 수학식 9∼11를 일반화시킨 것이다.
이에 따라 가중 계수
Figure 112004018438934-pat00067
,
Figure 112004018438934-pat00068
는 인덱스 i에 따라 다르게 설정되는데, 전술한 도 3과 같은 경우에는 인덱스 i의 범위는 0∼3이 된다. 이때 인덱스 i가 0인 경우는 헤더 데이터 심볼에 관한 채널 추정을 할 경우이고, 인덱스 i가 1인 경우는 각 슬롯의 데이터 심볼들 중에 첫번째 데이터 심볼에 관한 채널 추정을 할 경우이며, 인덱스 i가 2인 경우는 각 슬롯의 데이터 심볼들 중에 두번째 데이터 심볼에 관한 채널 추정을 할 경우이며, 인덱스 i가 3인 경우는 각 슬롯의 데이터 심볼들 중에 세번째 데이터 심볼에 관한 채널 추정을 할 경우이다. 그러므로 가중 계수
Figure 112004018438934-pat00069
,
Figure 112004018438934-pat00070
는 i가 0인 경우인 헤더 데이터 심볼에 관하여는 상기한 수학식 7에 따라 하기 표 1과 같이 정해지고, 하나의 슬롯에 있는 데이터 심볼들에 관하여는 상기한 수학식 9∼11에 근거하여 하기 표 1과 같이 정해진다.
인덱스 i
Figure 112004018438934-pat00071
Figure 112004018438934-pat00072
=1-
Figure 112004018438934-pat00073
0 3/4 1/4
1 1/2 1/2
2 1/4 3/4
3 -1/4 5/4
물론 하나의 슬롯에 있는 데이터 심볼들의 개수나 파일럿 심볼의 위치가 전술한 도 3과 다른 경우에는 하나의 슬롯에 있는 데이터 심볼들의 개수에 따라 i의 범위도 달라지며, 하나의 슬롯에 있는 데이터 심볼들의 개수와 파일럿 심볼의 위치 에 따라 가중 계수의 쌍
Figure 112004018438934-pat00074
,
Figure 112004018438934-pat00075
의 개수 및 그 값도 다르게 정해져야 한다.
상기한 바와 같이 인덱스 i마다 한 쌍을 이루는 가중 계수
Figure 112004018438934-pat00076
,
Figure 112004018438934-pat00077
는 가중 계수 제공부(312)로부터 제공되는데, 가중 계수 제공부(312)는 가중 계수 저장부(316)와 심볼 인덱스 선택부(318)와 가중 계수 선택부(320)로 구성되어, 가중 계수의 쌍들
Figure 112004018438934-pat00078
,
Figure 112004018438934-pat00079
을 저장하고 있으며, 데이터 심볼 번호에 대응하는 가중 계수의 쌍을 채널 특성값 생성부(314)로 출력한다. 이때 도 6은 전술한 도 3의 경우에 적용한 예를 든 것이므로, 가중 계수 저장부(316)에 저장되는 가중 계수의 쌍들
Figure 112004018438934-pat00080
,
Figure 112004018438934-pat00081
은 각각 상기한 표 1에 보인 값이 되는
Figure 112004018438934-pat00082
과
Figure 112004018438934-pat00083
,
Figure 112004018438934-pat00084
과
Figure 112004018438934-pat00085
,
Figure 112004018438934-pat00086
와
Figure 112004018438934-pat00087
,
Figure 112004018438934-pat00088
과
Figure 112004018438934-pat00089
가 된다. 그리고 심볼 인덱스 선택부(318)는 채널 추정을 하여야 할 데이터 심볼 번호에 근거하여 가중 계수를 선택하기 위한 인덱스 i를 정하여 가중 계수 선택부(320)에 인가한다. 이러한 심볼 인덱스 선택부(318)는 하나의 프레임에 대하여 프리앰블에 뒤이어지는 헤더 데이터 심볼에 관하여는 인덱스 i를 0으로 정하고, 뒤이어지는 데이터 심볼들에 관하여는 하나의 슬롯에 있는 3개의 데이터 심볼에 관하여는 첫번째 데이터 심볼부터 인덱스 i를 1씩 증가시켜 정한다. 가중 계수 선택부(320)는 이처럼 심볼 인덱스 선택부(318)에 의해 정해지는 인덱스 i에 대응되는 한 쌍의 가중 계수
Figure 112004018438934-pat00090
,
Figure 112004018438934-pat00091
을 선택하여 채널 특성값 생성부(314)에 제공한다.
상기 채널 특성값 생성부(314)는 2개의 곱셈기(322,324)와 1개의 덧셈기(326)로 구성되어, 제1,제2 버퍼(308,310)로부터 입력하는 이전 슬롯 k-1의 파일럿 심볼의 채널 특성값
Figure 112004018438934-pat00092
과 현재 슬롯 k의 파일럿 심볼의 채널 특성값
Figure 112004018438934-pat00093
에 가중 계수
Figure 112004018438934-pat00094
,
Figure 112004018438934-pat00095
를 각각 곱셈기들(322,324)에 의해 곱한 후, 곱셈기들(322,324)의 출력을 덧셈기(326)에 의해 더함으로써 상기 수학식 13에 따른 채널 특성값
Figure 112004018438934-pat00096
를 생성하여 전술한 도 1과 같은 등화기(108)로 출력한다.
상기한 바와 같은 도 6의 채널 추정기에 의해 한 프레임에 있는 데이터 심볼들에 관한 채널 추정을 하는 예를 도 7의 처리 흐름도로서 보였다. 도 7을 참조하면, 먼저 (400)단계에서 현재 슬롯 k는 슬롯 선택부(304)에 의해 0으로 정해진다. 다음에 (402)단계에서 현재 슬롯 k가 0인지 여부에 따라 (404)∼(410)단계 또는 (414)∼(422)단계가 수행된다.
상기 (404)∼(410)단계는 전술한 도 3의 한 프레임의 데이터 심볼들 중에 처음으로 나타나는 헤더 데이터 심볼에 관한 채널 추정을 하는 과정을 보인 것이다. 먼저 (404)단계에서 어드레스 카운터(306)에 의해 프리앰블의 채널 특성값
Figure 112004018438934-pat00097
과 슬롯 1의 파일럿 심볼의 채널 특성값
Figure 112004018438934-pat00098
이 각각 채널 특성값
Figure 112004018438934-pat00099
과
Figure 112004018438934-pat00100
로서 전술한 도 1의 FFT(104)로부터 제1,제2버퍼(308,310)로 리드되어 채널 특성값 생성부(314)의 곱셈기(322)와 곱셈기(324)에 각각 인가된다. 그리고 (406)단계에서 심볼 인덱스 선택부(318)에 의해 인덱스 i는 0으로 정해지고, 그에 따라 가중 계수 선택부(320)에 의해 가중 계수
Figure 112004018438934-pat00101
,
Figure 112004018438934-pat00102
가 선택되어 각각 곱셈기(322)와 곱셈기(324)에 인가된다. 이에 따라 (408)단계에서 채널 특성값 생성부(314)에 의 해 상기 수학식 13에서 인덱스 i가 0인 경우의 연산이 이루어짐으로써 전술한 수학식 7에 따른 헤더 데이터 심볼에 관한 채널 특성값
Figure 112004018438934-pat00103
이 구해지며, 채널 특성값
Figure 112004018438934-pat00104
는 (410)단계에서 전술한 도 1의 등화기(108)로 출력된다. 이처럼 헤더 데이터 심볼에 관한 채널 추정이 이루어진 다음에는 (412)단계에서 슬롯 선택부(304)에 의해 현재 슬롯 번호 k가 1 증가되어지며, 이에 따라 상기 (402)단계에서 현재 슬롯 k가 0이 아니므로 이후부터는 (414)∼(422)단계가 수행된다.
상기 (414)∼(422)단계는 전술한 도 3의 프레임에서 하나의 슬롯에 있는 3개의 데이터 심볼들에 관하여 순차적으로 하나씩 채널 추정을 하는 과정을 보인 것이다. 먼저 (414)단계에서 어드레스 카운터(306)에 의해 이전 슬롯 k-1의 파일럿 심볼의 채널 특성값
Figure 112004018438934-pat00105
과 현재 슬롯 k의 파일럿 심볼의 채널 특성값
Figure 112004018438934-pat00106
이 전술한 도 1의 FFT(104)로부터 제1,제2버퍼(308,310)로 리드되어 채널 특성값 생성부(314)의 곱셈기(322)와 곱셈기(324)에 각각 인가된다. 그리고 (416)단계에서 심볼 인덱스 선택부(318)에 의해 인덱스 i는 1로 정해지고, 그에 따라 가중 계수 선택부(320)에 의해 가중 계수
Figure 112004018438934-pat00107
,
Figure 112004018438934-pat00108
이 선택되어 각각 곱셈기(322)와 곱셈기(324)에 인가된다. 이에 따라 (418)단계에서 채널 특성값 생성부(314)에 의해 상기 수학식 13에 따른 연산이 이루어짐으로써 현재 슬롯 k의 데이터 심볼들 중에 인덱스 i=1번째 데이터 심볼에 관한 채널 특성값
Figure 112004018438934-pat00109
, 즉 전술한 수학식 9에 따른
Figure 112004018438934-pat00110
이 구해지며, 채널 특성값
Figure 112004018438934-pat00111
은 (420)단계에서 전술한 도 1의 등화기(108)로 출력된다.
이처럼 하나의 슬롯에 있는 하나의 데이터 심볼에 관한 채널 추정이 이루어진 다음에는 (422)단계에서 인덱스 i가 3이 되었는지 여부에 따라 (424)단계 또는 (426)단계가 수행된다. 상기 (424)단계는 인덱스 i가 3이 되지 않은 경우, 즉 하나의 슬롯에 있는 데이터 심볼들에 관한 채널 추정이 완료되지 않은 경우에는 심볼 인덱스 선택부(318)에 의해 인덱스 i가 1증가되고, 상기 (418)∼(420)단계가 반복됨으로써 다음의 데이터 심볼에 관한 채널 추정이 이루어진다. 이에 따라 현재 슬롯 k의 데이터 심볼들 중에 인덱스 i=2,3번째 데이터 심볼에 관한 채널 특성값
Figure 112004018438934-pat00112
, 즉 전술한 수학식 10,11에 따른 채널 특성값들
Figure 112004018438934-pat00113
,
Figure 112004018438934-pat00114
이 순차로 하나씩 구해져 전술한 도 1의 등화기(108)로 출력된다. 이렇게 하여 하나의 슬롯에 있는 데이터 심볼들에 관한 채널 추정이 완료되면, 인덱스 i는 3이 되고, 그에 따라 상기 (422)단계로부터 (426)단계가 수행된다.
상기 (426)단계에서는 현재 슬롯 번호 k가 전술한 도 3에 보인 바와 같이 하나의 프레임에서의 최대 슬롯 번호인 n이 되었는지 여부에 따라 상기 (412)단계가 수행되거나 종료된다. 만일 현재 슬롯 번호 k가 최대 슬롯 번호인 n이 되지 않은 경우에는 하나의 프레임에 대한 채널 추정이 아직 완료되지 않는 경우이므로 상기 (412)단계가 수행된다. 상기 (412)단계에서는 슬롯 선택부(304)에 의해 현재 슬롯 번호 k가 1 증가되어지며, 이에 따라 상기 (402)단계에서 현재 슬롯 k가 0이 아니므로 상기 (414)∼(422)단계가 반복된다. 이러한 반복에 따라 하나의 프레임에 대 한 채널 추정이 완료되면, 상기 (426)단계에서 현재 슬롯 번호 k가 최대 슬롯 번호인 n으로 되므로, 하나의 프레임에 대한 채널 추정이 종료된다.
따라서 이후 채널 특성값
Figure 112004018438934-pat00115
은 참조하지 않고 2개의 파일럿의 채널 특성값
Figure 112004018438934-pat00116
과
Figure 112004018438934-pat00117
만을 참조하여 데이터 심볼에 관한 채널 특성값
Figure 112004018438934-pat00118
,
Figure 112004018438934-pat00119
,
Figure 112004018438934-pat00120
을 추정함에 따라, 파일럿 채널 특성값을 저장하기 위한 버퍼도 2개의 파일럿의 채널 특성값
Figure 112004018438934-pat00121
과
Figure 112004018438934-pat00122
만을 저장하기 위해 제1,제2 버퍼(308,310)만 필요하므로 그만큼 버퍼 크기를 줄일 수 있으며, 레이턴시를 줄일 수 있게 된다.
참고로 전술한 수학식 1∼3 및 도 4에 따른 선형 보간에 의한 채널 추정과 본 발명에 따른 채널 추정의 성능을 비교하여 실험한 결과를 도 8과 도 9로서 보였다.
상기 도 8은 ITU(International Telecommunication Union) 보행자(pedestrian) B 모델을 기준으로 3㎞/h의 속도에서 SNR(Signal-to-Noise Ratio)에 대한 BER(Bit Error Rate)을 보인 것으로, 참조 번호 500을 부여한 선이 선형 보간에 의한 채널 추정에 따른 성능을 나타내고, 참조 번호 502를 부여한 선이 본 발명에 의한 채널 추정에 따른 성능을 나타낸다.
상기 도 9는 ITU 차량(vehicular) A 모델을 기준으로 60㎞/h의 속도에서 SNR에 대한 BER을 보인 것으로, 참조 번호 504를 부여한 선이 선형 보간에 의한 채널 추정에 따른 성능을 나타내고, 참조 번호 506을 부여한 선이 본 발명에 의한 채널 추정에 따른 성능을 나타낸다.
상기한 도 8 및 도 9에서 보는 바와 같이, 본 발명에 의한 채널 추정에 따른 성능이 선형 보간에 의한 채널 추정에 따른 성능에 비해 0.5㏈ 정도밖에 저하되지 않음을 알 수 있다. 이처럼 본 발명에 따른 채널 추정에 의하면, 버퍼 크기를 줄이며 레이턴시를 감소시킬 수 있으면서도, 채널 추정에 따른 데이터 복원 성능의 저하는 낮은 것으로 나타났다.
한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 여러가지 변형이 본 발명의 범위내에서 이루어질 수 있다. 특히 본 발명의 실시예에서는 IEEE 802.16(d)에 따른 도 3처럼 하나의 슬롯이 시간축 상으로 이어지는 2개의 데이터 심볼들과 1개의 파일럿 심볼과 1개의 데이터 심볼로 이루어지는 경우에 적용하는 예를 들었으나, 하나의 슬롯 내에 데이터 심볼들 사이에 위치한 파일럿을 사용하여 채널 추정을 하는 경우라면 OFDM/OFDMA 뿐만 아니라 다른 변조 방식에도 마찬가지로 적용된다. 다만 하나의 슬롯에 있는 데이터 심볼들의 개수나 파일럿 심볼의 위치가 도 3과 다른 경우에는 하나의 슬롯에 있는 데이터 심볼들의 개수에 따라 i의 범위도 달라지며, 하나의 슬롯에 있는 데이터 심볼들의 개수와 파일럿 심볼의 위치에 따라 가중 계수의 쌍
Figure 112004018438934-pat00123
,
Figure 112004018438934-pat00124
의 개수 및 그 값도 다르게 정해진다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 한정되는 것이 아니며 특허청구범위와 특허청구범위의 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 2개의 슬롯의 파일럿들만을 사용한 보간과 외삽에 의해 채널 특성값을 추정함으로써 채널 추정에 따른 성능의 저하를 최소화하면서도 채널 추정에 소요되는 버퍼 크기와 레이턴시를 줄일 수 있는 이점이 있다.

Claims (6)

  1. 직교 주파수 분할 다중 신호를 수신하는 수신기에서 시간축 상으로 각 슬롯의 데이터 심볼들 사이에 위치하는 파일럿 심볼을 사용하여 채널 추정을 하는 방법에 있어서,
    이전 슬롯의 파일럿 심볼의 채널 특성값과 현재 슬롯의 파일럿 심볼의 채널 특성값을 사용한 시간축 상의 보간에 의해 현재 슬롯의 데이터 심볼들 중에 상기 현재 슬롯의 파일럿 심볼 이전에 위치하는 데이터 심볼에 관한 채널 특성값을 추정하는 과정과,
    상기 이전 슬롯의 파일럿 심볼의 채널 특성값과 상기 현재 슬롯의 파일럿 심볼의 채널 특성값을 사용한 시간축 상의 외삽에 의해 상기 현재 슬롯의 데이터 심볼들 중에 상기 현재 슬롯의 파일럿 심볼 이후에 위치하는 데이터 심볼에 관한 채널 특성값을 추정하는 과정을 구비함을 특징으로 하는 채널 추정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 데이터 심볼의 채널 특성값이 하기 수학식 14에 따라 구해짐을 특징으로 하는 채널 추정 방법.
    Figure 112004018438934-pat00125
    상기 수학식에서 i는 하나의 슬롯에 있는 데이터 심볼들의 순번을 나타내는 인덱스이고,
    Figure 112004018438934-pat00126
    ,
    Figure 112004018438934-pat00127
    는 하나의 슬롯에 있는 데이터 심볼들 각각에 관하여 각 데이터 심볼의 위치에 따라 상기 이전 슬롯의 파일럿 심볼의 채널 특성값 및 상기 현재 슬롯의 파일럿 심볼의 채널 특성값에 각각 적용하도록 정해진 가중 계수이며,
    Figure 112004018438934-pat00128
    는 상기 이전 슬롯의 파일럿 심볼의 채널 특성값이며,
    Figure 112004018438934-pat00129
    는 상기 현재 슬롯의 파일럿 심볼의 채널 특성값이며,
    Figure 112004018438934-pat00130
    는 하나의 슬롯에 있는 데이터 심볼들 중 i번째 데이터 심볼에 관하여 추정되는 채널 특성값임.
  3. 제2항에 있어서, 상기 슬롯이, 시간축 상으로 이어지는 2개의 데이터 심볼과 1개의 파일럿 심볼과 1개의 데이터 심볼로 이루어지는 경우라면,
    상기
    Figure 112004018438934-pat00131
    는
    Figure 112004018438934-pat00132
    =1/2,
    Figure 112004018438934-pat00133
    =1/4,
    Figure 112004018438934-pat00134
    =-1/4로 설정되고, 상기
    Figure 112004018438934-pat00135
    는 1-
    Figure 112004018438934-pat00136
    로 설정됨을 특징으로 하는 채널 추정 방법.
  4. 직교 주파수 분할 다중 신호를 수신하는 수신기에서 시간축 상으로 각 슬롯의 데이터 심볼들 사이에 위치하는 파일럿 심볼을 사용하여 채널 추정을 하는 채널 추정기에 있어서,
    하나의 프레임에 포함되는 데이터 심볼들 중에 채널 추정을 하여야 할 데이 터 심볼의 순번을 나타내는 데이터 심볼 번호에 근거하여 현재 슬롯의 번호를 확인하고, 상기 확인된 현재 슬롯 번호에 근거하여 이전 슬롯의 파일럿 심볼의 채널 특성값과 현재 슬롯의 파일럿 심볼의 채널 특성값을 FFT(Fast Fourier Transformer)로부터 리드하는 파일럿 리드부와,
    상기 이전 슬롯의 파일럿 심볼의 채널 특성값과 상기 현재 슬롯의 파일럿 심볼의 채널 특성값을 사용한 시간축 상의 보간에 의해 상기 현재 슬롯의 데이터 심볼들 중에 상기 현재 슬롯의 파일럿 심볼 이전에 위치하는 데이터 심볼에 관한 채널 추정을 하고, 상기 이전 슬롯의 파일럿 심볼의 채널 특성값과 상기 현재 슬롯의 파일럿 심볼의 채널 특성값을 사용한 시간축 상의 외삽에 의해 상기 현재 슬롯의 데이터 심볼들 중에 상기 현재 슬롯의 파일럿 심볼 이후에 위치하는 데이터 심볼에 관한 채널 추정을 하는 채널 추정 처리부를 구비함을 특징으로 하는 채널 추정기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 채널 추정 처리부가,
    하나의 슬롯에 있는 데이터 심볼들 각각에 관하여 각 데이터 심볼의 위치에 따라 상기 이전 슬롯의 파일럿 심볼의 채널 특성값 및 상기 현재 슬롯의 파일럿 심볼의 채널 특성값에 각각 적용하도록 정해진 제1,제2 가중 계수의 쌍들을 저장하고 있으며, 상기 데이터 심볼 번호에 대응하는 제1,제2 가중 계수의 쌍을 출력하는 가중 계수 제공부와,
    상기 이전 슬롯의 파일럿 심볼의 채널 특성값 및 상기 현재 슬롯의 파일럿 심볼의 채널 특성값과 상기 제1,제2 가중 계수를 사용하여 하기 수학식 15에 따라 상기 보간 또는 외삽에 의해 상기 데이터 심볼에 관한 채널 특성값을 생성하는 채널 특성값 생성부를 포함함을 특징으로 하는 채널 추정기.
    Figure 112004018438934-pat00137
    상기 수학식에서 i는 하나의 슬롯에 있는 데이터 심볼들의 순번을 나타내는 인덱스이고,
    Figure 112004018438934-pat00138
    ,
    Figure 112004018438934-pat00139
    는 각각 상기 제1,제2 가중 계수이며,
    Figure 112004018438934-pat00140
    는 상기 이전 슬롯의 파일럿 심볼의 채널 특성값이며,
    Figure 112004018438934-pat00141
    는 상기 현재 슬롯의 파일럿 심볼의 채널 특성값이며,
    Figure 112004018438934-pat00142
    는 하나의 슬롯에 있는 데이터 심볼들 중 i번째 데이터 심볼에 관하여 추정되는 채널 특성값임.
  6. 제5항에 있어서, 상기 슬롯이, 시간축 상으로 이어지는 2개의 데이터 심볼과 1개의 파일럿 심볼과 1개의 데이터 심볼로 이루어지는 경우라면,
    상기
    Figure 112004018438934-pat00143
    는
    Figure 112004018438934-pat00144
    =1/2,
    Figure 112004018438934-pat00145
    =1/4,
    Figure 112004018438934-pat00146
    =-1/4로 설정되고, 상기
    Figure 112004018438934-pat00147
    는 1-
    Figure 112004018438934-pat00148
    로 설정됨을 특징으로 하는 채널 추정기.
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