KR20090043641A - Wireless Communication System Estimating Channel Using Efficient Training Sequence and Its Simple Inverse - Google Patents
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Abstract
본 발명은 효율적인 훈련열 및 이에 대한 간단한 역행렬을 이용하여 채널을 추정하는 무선 통신 시스템에 관한 것이다. 상기 무선 통신 시스템의 송신 장치는 채널 추정을 위하여 사전에 설정된 훈련열을 구비하여 송신하고자하는 데이터 신호 사이에 상기 훈련열 신호를 주기적으로 전송한다. 여기서, 미리 정해진 훈련열 s는 길이가 2n-1개이고 n-2, n-1, n번 째의 부호가 같은 교대부호 훈련열 또는 n-1, n, n+1번 째의 부호가 같은 교대부호 훈련열 또는 n, n+1, n+2번 째의 부호가 같은 교대부호 훈련열로서, 상기 교대부호 훈련열에 대한 토플리츠(Toeplitz) 행렬의 역행렬이 존재하도록 구성된다. 상기 무선 통신 시스템의 수신 장치는 송신 장치의 훈련열에 대한 토플리츠 행렬의 역행렬을 구비한다. 상기 수신장치는 송신 장치로부터 신호가 수신되면, 상기 훈련열의 역행렬과 수신된 신호의 곱을 구하여, 수신된 신호에 대한 임펄스 응답을 계산하여 채널을 추정한다. 이와 같이 추정된 채널의 임펄스 응답에 따라 후속하는 복조 과정에서 디지털 텔레비전 방송, 이동 통신, 휴대 인터넷 통신 신호 등과 같은 디지털 통신 시스템과 관련된 본래의 신호를 복원하고 디코딩할 수 있다.The present invention relates to a wireless communication system for estimating a channel using an efficient training sequence and a simple inverse thereof. The transmitting apparatus of the wireless communication system periodically transmits the training sequence signal between data signals to be transmitted with a training sequence set in advance for channel estimation. Here, the predetermined training sequence s has a length of 2n-1 and an alternating coded training sequence with the same sign for the n-2, n-1, and nth trains or the alternating code for the n-1, n, n + 1th trains. A coded training sequence or an alternating coded training sequence having the same n, n + 1, n + 2th code, is configured such that an inverse of the Toeplitz matrix with respect to the alternate coded training sequence exists. The receiving device of the wireless communication system has an inverse of the Toplit matrix with respect to the training sequence of the transmitting device. When the signal is received from the transmitter, the receiver obtains the product of the inverse of the training sequence and the received signal, calculates an impulse response to the received signal, and estimates the channel. According to the estimated impulse response of the channel, it is possible to recover and decode the original signal related to the digital communication system such as digital television broadcasting, mobile communication, portable Internet communication signal, etc. in a subsequent demodulation process.
무선 통신, 훈련열, 역행렬, 채널 추정 Wireless communication, training sequence, inverse matrix, channel estimation
Description
본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히, 효율적으로 채널 추정이 가능하도록 만들어진 이진 신호의 짧은 훈련열을 이용함으로써, 채널의 주파수 스펙트럼을 평평하게 하면서 채널 길이에 의하여 정의되는 3종류 또는 5종류의 원소로 구성되는 간단한 역행렬을 통하여 적은 연산량으로 수신 신호에 대한 채널 추정을 정확히 수행함으로써 채널 추정 성능을 향상시킬 수 있는 무선 통신 시스템에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE
디지털 텔레비전 방송, 이동 통신, 휴대 인터넷 등 무선 통신 시스템에서 채널의 임펄스 응답을 추정하기 위하여 훈련열(training sequence)을 사용하는 방식이 보편화되어 있다. 훈련열로 채널을 추정할 때, 채널의 임펄스 응답이 천천히 변화하는 경우 직접결정(decision direct) 기법을 이용한 채널 추정이 일반적이다. 그러나, 이동 수신 환경처럼 급격한 채널의 변화가 발생하게 되면 이러한 직접 결정 기법에 따른 채널 추정은 수신기에서 상당한 성능 저하를 유발한다. In a wireless communication system such as digital television broadcasting, mobile communication, and the portable Internet, a method of using a training sequence to estimate an impulse response of a channel has become common. When estimating a channel with a training sequence, channel estimation using a decision direct technique is common when the impulse response of a channel changes slowly. However, if a sudden channel change occurs, such as a mobile receiving environment, channel estimation using this direct decision technique causes a significant performance degradation in the receiver.
실제 시스템에서 채널 추정은 평균 자승 오차(MSE: Mean Square Error)를 최소화하는 요구조건을 만족시키는 방법을 주로 사용한다. 그 중 보편적으로 사용하는 것이 LMS(Least-Mean-Square)와 RLS(Recursive-Least-Squares) 알고리즘이다. RLS 알고리즘의 성능이 우수함에도 불구하고 LMS 알고리즘이 더 선호되는데 이는 LMS의 계산량이 RLS보다 적기 때문이다. RLS 알고리즘의 계산량을 줄이기 위하여 빠른 Kalman 알고리즘이 개발되었지만 이 역시 LMS보다 많은 계산량을 필요로 하게 된다. In real systems, channel estimation mainly uses a method that satisfies the requirement of minimizing mean square error (MSE). The most commonly used are Least-Mean-Square (LMS) and Recursive-Least-Squares (RLS) algorithms. Although the performance of the RLS algorithm is excellent, the LMS algorithm is preferred because the calculation of the LMS is less than that of the RLS. A fast Kalman algorithm has been developed to reduce the computational complexity of the RLS algorithm, but this also requires more computation than the LMS.
이러한 채널추정 방법들은 채널 추정시 필요한 계산량과 성능 사이의 절충을 요구하게 된다. 이론적으로는 훈련열의 토플리츠(Toeplitz) 행렬의 역행렬과 수신 신호의 곱을 이용하여 간단히 채널을 추정할 수 있지만 계산량이 많고 역행렬이 존재하지 않을 가능성이 있기 때문에 위와 같은 다양한 채널 추정 방법들이 고안되어 왔다. 만약 훈련열의 역행렬과 수신 신호의 곱을 이용하는 역행렬 방법의 문제점을 보완한다면 채널 추정시 LMS나 RLS 알고리즘 등 복잡한 알고리즘을 사용하지 않아도 정확한 채널 추정이 가능하게 될 것이다. These channel estimation methods require a tradeoff between computation and performance required for channel estimation. Theoretically, the channel can be estimated simply by using the product of the inverse of the training sequence of the Toeplitz matrix and the received signal. However, various channel estimation methods have been devised because of the large amount of computation and the possibility that the inverse does not exist. If the complement of the problem of the inverse method using the product of the training matrix inverse matrix and the received signal, accurate channel estimation will be possible without using complicated algorithms such as LMS or RLS algorithm.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 훈련열로 채널을 추정함에 있어서, 사전에 계산하여 저장된 훈련열에 대한 역행렬을 이용하여 수신된 신호에 대한 채널 추정을 정확하면서도 간단하게 수행할 수 있는 무선 통신 시스템을 제공하는 데 있다. Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to accurately estimate a channel estimate for a received signal using an inverse matrix of a previously trained and stored training sequence. The present invention provides a wireless communication system that can be easily and simply performed.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징은 길이가 n(여기서 길이는 송신신호 한 심볼의 간격을 1로 정규화 함)인 통신 채널을 이용하여 송신기와 수신기간의 통신을 제공하는 무선 통신 시스템에 관한 것으로서,A feature of the present invention for achieving the above technical problem is a wireless communication system for providing communication between a transmitter and a receiver using a communication channel of length n (where the length normalizes the interval of one symbol of the transmission signal to 1). As for
상기 송신기는 채널 추정을 위하여 사전에 설정된 훈련열을 구비하여, 송신하고자하는 데이터 신호 사이에 상기 훈련열 신호를 주기적으로 전송하며, The transmitter has a training sequence preset for channel estimation, and periodically transmits the training sequence signal between data signals to be transmitted.
여기서 상기 훈련열은 (2n-1)의 길이로 이루어지며 상기 훈련열의 토플리츠 행렬에 대한 역행렬이 존재하고 상기 역행렬이 통신 채널의 길이(n)에 의해 결정되는 것을 특징으로 하며,Wherein the training sequence has a length of (2n−1), and there is an inverse of the toplet matrix of the training sequence, and the inverse is determined by the length (n) of the communication channel,
상기 수신기는 사전에 설정된 상기 훈련열의 토플리츠 행렬에 대한 역행렬을 저장하고, 상기 수신기는 상기 역행렬과 상기 송신기로부터 수신된 수신 신호의 곱을 이용하여 채널 임펄스 응답을 계산하고, 채널 임펄스 응답을 이용하여 채널을 추정하는 것을 특징으로 한다. The receiver stores an inverse matrix for a preset topless matrix of the training sequence, and the receiver calculates a channel impulse response using a product of the inverse matrix and a received signal received from the transmitter, and uses a channel impulse response. It is characterized by estimating.
전술한 특징에 따른 상기 훈련열은,The training sequence according to the above-described feature,
n이 홀수이고, 중심의 3개 sn-2, sn-1,sn이 같은 부호인 2n-1개의 원소를 포함하는 교대 부호 훈련열 Alternate code training sequence containing 2n-1 elements where n is odd and the three centers s n-2 , s n-1 , and s n are the same sign
이거나, Or
n이 짝수이고, 중심의 3개 sn-2, sn-1,sn이 같은 부호인 2n-1개의 원소를 포함하는 교 대 부호 훈련열 Alternate code training sequence containing 2n-1 elements where n is even and the three centers s n-2 , s n-1 , and s n are the same sign
이거나, Or
n이 홀수이고, 중심의 3개 sn, sn+1, sn+2이 같은 부호인 2n-1개의 원소를 포함하는 교대 부호 훈련열Alternate code training sequence containing 2n-1 elements where n is odd and three s n , s n + 1 , and s n + 2 in the center are the same sign
이거나, Or
n이 짝수이고, 중심의 3개 sn, sn+1, sn+2이 같은 부호인 2n-1개의 원소를 포함하는 교대 부호 훈련열Alternate code training sequence containing 2n-1 elements where n is even and the three centers s n , s n + 1 , and s n + 2 have the same sign
이거나, Or
n이 홀수이고, 중심의 3개 sn-1, sn, sn+1이 같은 부호인 2n-1개의 원소를 포함하는 교대 부호 훈련열Alternate code training sequence containing 2n-1 elements where n is odd and three s n-1 , s n , and s n + 1 in the center are the same sign
이거나, Or
n이 짝수이고, 중심의 3개 sn-1, sn, sn+1이 같은 부호인 2n-1개의 원소를 포함하는 교대 부호 훈련열Alternate code training sequence containing 2n-1 elements where n is even and the three centers s n-1 , s n , and s n + 1 are the same sign
인 것이 바람직하다. Is preferably.
전술한 특징을 갖는 무선 통신 시스템에서 송수신되는 신호는 디지털 텔레비전 방송, 이동 통신, 및 휴대 인터넷 통신 신호 중 하나인 것이 바람직하다. The signal transmitted and received in the wireless communication system having the above-mentioned characteristics is preferably one of a digital television broadcast, a mobile communication, and a portable internet communication signal.
본 발명에 따른 무선 통신 시스템에 따르면, (2n-1)의 길이를 갖는 짧은 훈련열을 이용하여 연산량을 크게 줄인 간단한 역행렬을 계산하고, 계산된 역행렬을 수신 장치에 저장함으로써, 저장된 역행렬과 수신 신호와의 곱을 통하여 수신 신호에 대한 채널 추정을 정확하면서 간단하게 수행할 수 있다. According to the wireless communication system according to the present invention, by using a short training sequence having a length of (2n-1), by calculating a simple inverse matrix greatly reduced the amount of calculation, and storing the calculated inverse matrix in the receiving device, the stored inverse matrix and the received signal By multiplying with, it is possible to accurately and simply perform channel estimation on the received signal.
또한, 본 발명에 따른 무선 통신 시스템에 따르면, 효율적으로 채널 추정이 가능하도록 만들어진 이진 신호의 짧은 훈련열을 이용함으로써, 채널의 주파수 스펙트럼을 평평하게 하면서 채널 길이에 의하여 정의되는 3종류 또는 5종류의 원소로 구성되는 간단한 역행렬을 통하여 채널 추정 성능을 향상시킬 수 있다. In addition, according to the wireless communication system according to the present invention, by using a short training sequence of binary signals made to enable efficient channel estimation, three or five kinds defined by the channel length while flattening the frequency spectrum of the channel It is possible to improve channel estimation performance through a simple inverse of elements.
그리고, 본 발명에 따른 무선 통신 시스템에 따르면, 브라질 채널과 TU6 채널에서 추정한 채널과 실제 채널을 통과한 신호간의 MSE를 비교하였을 때, 8-VSB에 사용한 훈련열을 사용하였을 때보다 제안한 훈련열을 사용하면 채널 추정 시 계산량을 줄일 수 있고 2n-1개의 훈련열로 1dB에서 9dB의 채널예측 이득을 얻을 수 있으며, 전반적인 주파수에 걸쳐서 우수한 채널 추정 특성을 얻을 수 있다. In addition, according to the wireless communication system according to the present invention, when comparing the MSE between the channel estimated in the Brazilian channel and the TU6 channel and the signal passing through the actual channel, the proposed training sequence than when using the training sequence used for 8-VSB We can reduce the amount of computation during channel estimation, get 1dB to 9dB of channel prediction gain with 2n-1 training sequences, and obtain excellent channel estimation characteristics over the entire frequency.
그리고, 본 발명에 따른 무선 통신 시스템은, 디지털 텔레비전 방송, 이동 통신, 휴대 인터넷 등과 같은 무선 통신 시스템에 활용되어 무선 통신 신호의 수신 성능을 향상시킬 수 있다. In addition, the wireless communication system according to the present invention can be utilized in a wireless communication system such as digital television broadcasting, mobile communication, mobile Internet, and the like to improve reception performance of a wireless communication signal.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and the contents described in the accompanying drawings, but the present invention is not limited or limited to the embodiments. Like reference numerals in the drawings denote like elements.
통신 시스템에서 채널 추정은 훈련열 구간에서 이루어진다. 채널 추정을 통하여 왜곡된 신호를 보상하고 실제 송신한 신호를 찾게 된다. 수신된 신호를 y, 채널의 임펄스 응답을 h, 훈련열 s로 구성된 행렬을 S, 백색잡음(additive white Gaussian noise, AWGN)을 w라고 하면, 수신 신호는 [수학식 1]과 같이 표현된다. In the communication system, channel estimation is performed in the training sequence. The channel estimation compensates for the distorted signal and finds the actual transmitted signal. If the received signal is y, the channel impulse response is h, the training sequence s is a matrix S, and the white noise (additive white Gaussian noise, AWGN) is w, the received signal is expressed as shown in [Equation 1].
[수학식 1][Equation 1]
여기서, ,, S는 길이가 2n-1(n은 자연수)인 훈련열 로 만들어진 크기가 nㅧ n인 토플리츠(Toeplitz) 행렬, 그리고, 이며, T는 행렬전치이다. 각 벡터의 아래 첨자는 신호의 표본 시각을 나타낸다. 통신 시스템에 주로 사용하는 훈 련열 s는 1과 -1로 구성되기 때문에 이의 토플리츠 행렬 S는 이진 행렬이 되고 길이 n인 채널을 추정하기 위한 훈련열의 길이는 2n-1이 된다. here, , , S is a training train of length 2n-1 (n is a natural number) A Toeplitz matrix of size n ㅧ n, Where T is the matrix transpose. The subscript in each vector represents the sample time of the signal. Since the training sequence s mainly used in a communication system is composed of 1 and -1, its topless matrix S is a binary matrix and the length of the training sequence for estimating a channel of length n is 2n-1.
채널 임펄스 응답을 구하기 위해 [수학식 1]에서 AWGN을 무시하고 양변에 S-1을 취하면 근사적으로 추정된 채널 ┎는 [수학식 2]와 같다.In order to obtain the channel impulse response,
[수학식 2][Equation 2]
여기서 이다. [수학식 2]를 이용하여 채널을 추정할 경우, 일반적인 토플리츠 행렬의 역행렬을 얻기 위한 계산량은 O(n2)이다. 더구나 1과 -1로 구성된 의 S의 원소 배열에 따라 역행렬이 존재하지 않을 수 있기 때문에 실제 통신 시스템에 사용하기는 부적합하다.here to be. In the case of estimating a
그러나, S가 각 행과 열이 직교하는 직교 행렬인 경우, S는 역행렬이 S의 전치와 동일하기 때문에 [수학식 3]과 같이 표현할 수 있다. However, when S is an orthogonal matrix in which each row and column are orthogonal, S can be expressed as shown in [Equation 3] because the inverse matrix is equal to the transpose of S.
[수학식 3][Equation 3]
여기에서 I는 단위행렬을 나타낸다. 그러나, n≥8인 경우에는, 1과 -1로 구성된 훈련열로 각 행과 열이 직교하는 행렬을 구할 수 없기 때문에 직교 행렬을 이용할 때에는 훈련열로 구성된 행렬을 [수학식 4]와 같이 구성하여야 하며 이때 필요한 원소의 개수는 n2이다. Where I represents the unit matrix. However, when n≥8, a matrix in which each row and column are orthogonal can not be obtained from a training column composed of 1 and -1. When using an orthogonal matrix, a matrix composed of training columns is constructed as shown in [Equation 4]. The number of elements required is n 2 .
[수학식 4][Equation 4]
이와 같은 직교 훈련열을 이용하는 경우에 역행렬의 연산 없이 채널 추정이 가능하지만 긴 훈련열을 필요로 한다. 또한, 이상적인 훈련열의 경우에 주파수 응답이 평평한 특성을 가져야 한다. 그러나, 위와 같은 직교 훈련열을 이용할 경우에 도 10 내지 도 20의 실험 결과와 같이 평평한 주파수 응답 특성을 만족하기가 어렵다. In the case of using such an orthogonal training sequence, channel estimation is possible without calculating an inverse matrix, but a long training sequence is required. In addition, in the case of ideal training trains, the frequency response should be flat. However, when using the orthogonal training train as described above, it is difficult to satisfy the flat frequency response characteristic as shown in the experimental results of FIGS. 10 to 20.
도 1은 훈련열의 원소가 한 개만 -1이고 나머지 모두 1인 훈련열의 토플리츠 행렬에 대한 역행렬을 구하는 계산과정을 순차적으로 도시한 흐름도이다. 이하, 도 1을 참조하여 훈련열의 토플리츠 행렬에 대한 역행렬을 계산하는 과정을 설명한다. FIG. 1 is a flowchart sequentially illustrating a calculation process of obtaining an inverse matrix for the topples matrix of a training sequence in which only one element of a training sequence is -1 and all remaining ones are 1. Hereinafter, a process of calculating an inverse of the topple matrix of the training sequence will be described with reference to FIG. 1.
먼저, 훈련열의 원소가 한 개만 -1이고 나머지 모두 1인 훈련열을 살펴보면, n번째 또는 nㅁ 1번째가 -1인 경우에만 역행렬이 존재하고 역행렬을 구하기 위한 별도의 연산이 필요 없음을 쉽게 알 수 있다. nㅁ 1 번째가 -1인 경우는 서로 대칭이므로, 결국 n-1과 n번째가 -1인 경우에 대하여 역행렬을 살펴보도록 한다. First, if we look at the training sequence where only one element of the training sequence is -1 and all the others are 1, it is easy to see that the inverse matrix exists only when the nth or n ㅁ first is -1, and there is no need for a separate operation to obtain the inverse matrix. Can be. If n-1 is -1, they are symmetrical, so let's look at the inverse of n-1 and n -1.
길이가 2n-1개의 원소로 이루어지는 첫 번째 훈련열(n번째가 -1인 경우)을 [수학식 5]와 같이 정의하면, 대각 성분이 모두 -1이 되고 나머지 원소는 1이 되는 [수학식 6]과 같은 nㅧ n의 이진 토플리츠 행렬을 생성할 수 있다(S110).If you define the first training sequence of 2n-1 elements (where n is -1) as shown in [Equation 5], the diagonal elements are all -1 and the remaining elements are 1 6] can generate a binary topless matrix of n ㅧ n as shown in (S110).
[수학식 5][Equation 5]
[수학식 6][Equation 6]
이때, [수학식 6]의 역행렬은 [수학식 7]과 같이 나타낼 수 있다. 여기서, det는 행렬식(determinant)을 나타내고, Si,j를 S의 i번째 행, j번째 열의 원소라 할 때, Di,j는 Si,j에 대한 여인수 행렬이다.In this case, the inverse of [Equation 6] can be expressed as shown in [Equation 7]. Here, det represents a determinant, and when S i, j is an element of the i-th row and the j-th column of S, D i, j is an argument matrix for S i, j .
[수학식 7][Equation 7]
위와 같은 역행렬을 계산하기 위하여, 먼저 여인수 행렬 Di,j을 생성한 후(S120), 그에 대한 행렬식 det Di,j을 계산할 수 있다(S130).In order to calculate the inverse matrix as described above, first, the argument matrix D i, j may be generated (S120), and then the determinant det D i, j may be calculated (S130).
이를 위하여, 먼저, D1,1은 [수학식 8]과 같이 표현된다.To this end, first, D 1,1 is expressed as shown in [Equation 8].
[수학식 8][Equation 8]
D1,1을 구성하는 원소들은 대각성분을 제외하고 모두 1이다. D1,1의 첫 번째 행과 마지막 행을 바꾼 행렬은 [수학식 9]와 같이 나타낼 수 있다. The elements constituting D 1,1 are all 1 except for the diagonal component. The matrix in which the first and last rows of D 1,1 are swapped can be expressed as shown in [Equation 9].
[수학식 9][Equation 9]
[수학식 9]에서 첫 번째 열에 대해 가우스(Gauss) 소거를 거치면 [수학식 10]과 같다.In
[수학식 10][Equation 10]
이와 유사한 방법으로 [수학식 8]에서 가우스 소거를 거친 행렬은 [수학식 11]과 같고, 그의 행렬식 det D1,1은 (n-3)2n-2이 된다.In a similar manner, the matrix subjected to Gaussian elimination in Equation 8 is shown in
[수학식 11][Equation 11]
마찬가지로, S1,2에 대한 여인수 행렬 D1,2을 생성하여 위와 같이 가우스 소거법을 적용하면 그에 대한 행렬식 detD1,2=(-2)n-2가 된다. 유사한 방법을 적용하면 detD1,3=2(-2)n-2-1,... detD1,j=2(j-2)(-2)n-j된다. 따라서, S에 대한 행렬식 detS는 [수학식 12]와 같다.Similarly, generating the matrix D 1,2 for S 1,2 and applying the Gaussian elimination method as above gives the determinant detD 1,2 = (-2) n-2 . Using a similar method, detD 1,3 = 2 (-2) n-2-1 , ... detD 1, j = 2 (j-2) (-2) nj . Therefore, the determinant detS for S is expressed by
[수학식 12][Equation 12]
각 여인수 행렬에 대해 i=j이면, [수학식 13]과 같이 detDi,j=(n-3)2n-2이고, i≠j이면 [수학식 14]와 같이 detDi,j=2(j-2)2n-j가 된다. If i = j for each argument matrix, then detD i, j = (n-3) 2 n-2 as in Equation 13 , and if i ≠ j , detD i, j = as in
[수학식 13][Equation 13]
detDi,j=(n-3)2n-2 (i=j)detD i, j = (n-3) 2 n-2 (i = j)
[수학식 14][Equation 14]
detDi,j=2(j-2)2n-2 (i≠j)detD i, j = 2 (j-2) 2 n-2 (i ≠ j)
따라서, [수학식 12]로부터 detS≠0이므로 S의 역행렬이 존재하게 된다. S의 역행렬 S-1은 위와 같은 여인수 행렬과 행렬식들에 기초하여 [수학식 15]와 같은 공식으로 계산될 수 있다(S140). Accordingly, since detS ≠ 0 from
[수학식 15][Equation 15]
한편, 마찬가지로, 길이가 2n-1 개의 원소로 이루어지는 두 번째 훈련열(n-1번째가 -1인 경우)을 [수학식 16]과 같이 정의하면, 대각 바로 위의 성분이 모두 -1이 되고 나머지 원소는 1이 되는 [수학식 17]과 같은 nㅧ n의 이진 토플리츠 행렬을 생성할 수 있다.On the other hand, similarly, if the second training sequence (n-1th is -1) consisting of 2n-1 elements in length is defined as [Equation 16], all components immediately above the diagonal become -1. The remaining elements can generate a binary topless matrix of n ㅧ n such that Equation 17 is 1.
[수학식 16][Equation 16]
[수학식 17][Equation 17]
이에 대하여 위와 같은 과정(S120~S140)에 따라 역행렬을 구하면 [수학식 18]과 같다. With respect to this, if the inverse matrix is obtained according to the above processes (S120 to S140),
[수학식 18]
이와 같이 n≥3인 경우 위의 훈련열로부터 구성한 토플리츠 행렬은 항상 역행렬이 존재하며, [수학식 18]로부터 S의 역행렬이 n에 의해 결정되기 때문에 역행렬의 계산은 간단한 나눗셈만 필요하게 된다. 따라서, [수학식 5] 및 [수학식 16]과 같이 제안된 훈련열에 따라 [수학식 4]와 같은 행렬을 구성하면, 역행렬을 이용한 채널 추정시 계산량이 대폭 감소하고 직교 훈련열을 사용했을 때보다 훈련열의 수를 n2에서 2n-1 개로 줄일 수 있다. In this case, when n≥3, the inverted matrix always includes the inverse matrix formed from the above training sequence, and since the inverse matrix of S is determined by n from [Equation 18], calculation of the inverse matrix requires only simple division. Therefore, if we construct the matrix as shown in [Equation 4] according to the proposed training sequence as shown in [Equation 5] and [Equation 16], the amount of calculation is greatly reduced when the channel estimation using the inverse matrix and the orthogonal training sequence is used. The number of trains can be reduced from n 2 to 2n-1.
위와 같이 [수학식 5] 및 [수학식 16]과 같이 제안된 훈련열은 -1의 개수가 1 개이고 나머지가 모두 1로 구성되기 때문에 주파수 스펙트럼이 특정 주파수 성분을 많이 포함할 수 있다. 이상적인 임펄스와 같이 전 대역에 걸쳐 평평한 스펙트럼을 얻기 위해서는 1과 -1이 동일한 확률로 교대로 발생해야 한다. 즉, 훈련열은 다음의 성질을 가지는 것이 좋다.As shown in
[P1] 1과 -1의 개수가 비슷해야 한다. [P1] The numbers of 1 and -1 must be similar.
[P2] 1과 -1이 가능하면 계속해서 교대로 발생해야 한다. [P2] 1 and -1 should occur alternately if possible.
만약, 채널의 주파수 스펙트럼 성분이 평평하지 않은 훈련열을 이용하면 채널 추정 시 에러가 발생한다. 훈련열의 원소 1과 -1의 분포를 동일하게 하기 위해 직교 훈련열을 사용해서 채널을 추정할 수 있으나 위에서도 설명한 바와 같이 훈련열의 길이가 길어야 한다. If the frequency spectrum component of the channel uses a non-flat training sequence, an error occurs in channel estimation. The orthogonal training sequence can be used to estimate the channel to equalize the distribution of
이하, [수학식 5] 및 [수학식 16]과 같이 제안된 훈련열에 -1과 1의 개수를 비슷하게 구성하여 채널 추정의 성능을 높일 수 있는 훈련열을 설명한다.Hereinafter, the training sequence for improving the performance of channel estimation by configuring the number of -1 and 1 similarly to the proposed training sequence as shown in [Equation 5] and [Equation 16] will be described.
n이 짝수인 경우는 홀수인 경우와 아주 유사하므로, n이 홀수라 가정하자. 훈련열이 1로 시작되며 부호가 교대되는 부호 교대 훈련열은 [수학식 19]와 같다.The case where n is even is very similar to that of odd, so let n be odd. The training sequence starts with 1 and the code shift training sequence in which the signs are alternated is shown in [Equation 19].
[수학식 19][Equation 19]
하지만, 이 훈련열의 토플리츠 행열의 역행렬은 존재하지 않는다. 앞에서와 같이 역행렬을 갖는 부호 교대 훈련열은 다음의 제안된 훈련열들 뿐이다.However, there is no inverse of the Topples matrix in this training sequence. As before, the only code shift training sequence with inverse is the following proposed training sequence.
첫 번째로 제안하는 부호 교대 훈련열은 [수학식 20]과 같이 1과 -1이 반복적으로 구성되는 훈련열에서 sn을 1대신 -1로 사용하였다. The first proposed code shift training sequence uses s n as -1 instead of 1 in the training sequence consisting of 1 and -1 repeatedly as shown in [Equation 20].
[수학식 20][Equation 20]
[수학식 20]의 훈련열로 이진 토플리츠 행렬을 구성하면 S는 [수학식 21]과 같이 표현된다.S is expressed as Equation 21 when the binary topless matrix is formed from the training sequence of
[수학식 21][Equation 21]
이는 위에서 첫 번째로 제안된 훈련열의 토플리츠 행렬 [수학식 6]의 모든 홀수 행과 열에 -1을 곱한 것과 같으므로 [수학식 21]의 역행렬은 [수학식 22]와 같다.This is equivalent to multiplying all odd rows and columns of Equation 6 [Equation 6] by -1 in the first proposed training column above, so the inverse of Equation 21 is shown in Equation 22.
[수학식 22][Equation 22]
두 번째로 제안한 부호 교대 훈련열은 [수학식 23]과 같이 1과 -1이 반복적으로 구성되는 훈련열에서 sn-1을 -1 대신 1로 사용하였다. In the second proposed training sequence,
[수학식 23][Equation 23]
[수학식 23]의 훈련열로 이진 토플리츠 행렬을 구성하면 [수학식 24]와 같이 표현된다.When the binary topless matrix is formed from the training sequence of Equation 23, Equation 24 is expressed.
[수학식 24][Equation 24]
이는 위에서 두 번째로 제안된 훈련열의 토플리츠 행렬 [수학식 17]의 모든 짝수 행과 열에 -1을 곱한 것과 같으므로 [수학식 24]의 역행렬은 [수학식 25]와 같다.This is equivalent to multiplying all the even rows and columns of the topless matrix [Equation 17] of the training column proposed above by -1 by -1, so that the inverse of Equation 24 is shown in
[수학식 25][Equation 25]
여기서 sn+1에 대하여 1인 것으로 적용하면 sn-1에 적용한 역행렬 결과의 전치로부터 해당 역행렬을 얻을 수 있다.If we apply 1 to s n + 1 , we can obtain the inverse of the transpose of the result of the inverse matrix applied to s n-1 .
위와 같이 제안된 훈련열 및 그 토플리츠 행렬의 역행렬을 요약해 보면 다음과 같다. 훈련열이 1 대신 -1로 시작하면 다음의 훈련열에 -1을 곱한 것과 같으므로 같은 훈련열이라 할 수 있다. 즉, The following is a summary of the proposed training sequence and the inverse of the topless matrix. If the training sequence starts with -1 instead of 1, then the training sequence is the same as the next training sequence multiplied by -1. In other words,
1. n이 홀수이고 중심의 3개 sn-2, sn-1,sn이 같은 부호인 2n-1개의 원소를 포함하는 교대 부호 훈련열의 훈련열 si과 그 토플리츠 행렬의 역행렬 Sij -1은 [수학식 26]과 같다. 1. The training sequence s i of an alternating coded training sequence containing 2n-1 elements whose n is odd and the three centers s n-2 , s n-1 , s n are the same sign and the inverse S of the toplet matrix ij -1 is the same as [Equation 26].
[수학식 26][Equation 26]
2. n이 짝수이고 중심의 3개 sn-2, sn-1,sn이 같은 부호인 2n-1개의 원소를 포함하는 교대 부호 훈련열의 훈련열 si과 그 토플리츠 행렬의 역행렬 Sij -1은 [수학식 27]과 같다.2. The training sequence s i of an alternating coded training sequence containing 2n-1 elements with n being even and the three central s n-2 , s n-1 , s n having the same sign and the inverse S of its topple matrix ij -1 is the same as [Equation 27].
[수학식 27][Equation 27]
3. n이 홀수이고 중심의 3개 sn, sn+1, sn+2이 같은 부호인 2n-1개의 원소를 포함하는 교대 부호 훈련열 si과 그 토플리츠 행렬의 역행렬 Sij -1은 [수학식 28]과 같다.3. The alternating code training sequence s i containing 2n-1 elements whose n is odd and the three centers s n , s n + 1 , and s n + 2 have the same sign and the inverse S ij − 1 is the same as [Equation 28].
[수학식 28][Equation 28]
4. n이 짝수이고 중심의 3개 sn, sn+1, sn+2이 같은 부호인 2n-1개의 원소를 포함하는 교대 부호 훈련열 si과 그 토플리츠 행렬의 역행렬 Sij -1은 [수학식 29]와 같다.4. The alternating code training sequence s i containing 2n-1 elements whose n is even and the three centers s n , s n + 1 , and s n + 2 have the same sign and the inverse of the toplet matrix S ij − 1 is the same as [Equation 29].
[수학식 29][Equation 29]
5. n이 홀수이고 중심의 3개 sn-1, sn, sn+1이 같은 부호인 2n-1개의 원소를 포함하는 교대 부호 훈련열 si과 그 토플리츠 행렬의 역행렬 Sij -1은 [수학식 30]와 같다.5. Alternate code training sequence s i containing 2n-1 elements whose n is odd and the three centers s n-1 , s n , s n + 1 have the same sign, and the inverse S ij − 1 is the same as [Equation 30].
[수학식 30]
6. n이 짝수이고 중심의 3개 sn-1, sn, sn+1이 같은 부호인 2n-1개의 원소를 포함하는 교대 부호 훈련열 si과 그 토플리츠 행렬의 역행렬 Sij -1은 [수학식 31]와 같다.6. Alternate code training sequence s i containing 2n-1 elements whose n is even and the three centers s n-1 , s n , s n + 1 have the same sign and the inverse S ij − 1 is the same as [Equation 31].
[수학식 31]Equation 31
지금까지 언급한 바와 같이, 길이가 (2n-1)인 교대 부호 훈련열([수학식 26] 내지 [수학식 31])에 대한 토플리츠 행렬의 역행렬을 이용함으로써, [수학식 2]와 같이 수신된 신호 y로부터 추정된 채널의 임펄스 응답을 계산할 수 있다. 이에 따라 후속하는 복조 과정에서 디지털 텔레비전 방송, 이동 통신, 휴대 인터넷 통신 신호 등과 관련된 본래의 신호를 복원하여 디코딩함으로써 사용자에게 잡음이 제거되어 품질이 향상된 통신 서비스를 제공할 수 있을 것이다. As mentioned so far, by using the inverse of the toplit matrix for the alternating code training sequence of length (2n-1) (Equation 26] to Equation 31], as shown in
이와 같은 본 발명에 따른 다양한 훈련열에 대하여 채널 추정의 성능을 비교 하기 위하여 디지털 TV 수신 성능 검증에 많이 사용되는 브라질 채널을 사용하였다. 또한, 이동 환경에서의 통신 시스템 검증에 주로 사용되는 TU6 채널에서의 성능도 비교하였다. In order to compare the performance of channel estimation with respect to the various training sequences according to the present invention, a Brazilian channel which is widely used for verifying digital TV reception performance is used. We also compared the performance of the TU6 channel, which is mainly used for verifying communication systems in mobile environments.
브라질 채널은 5개의 채널 모델로 나누어지는데 실외 안테나 수신 모델인 채널A와 채널B는 비교적 양호한 채널 환경이고, 실내외 중간 수신 모델인 채널C, 실내 안테나 수신 모델인 채널D, SFN(single frequency network) 모델인 채널E는 매우 열악한 채널 환경을 나타낸다. The Brazilian channel is divided into five channel models. The outdoor antenna reception models, Channel A and Channel B, are relatively good channel environments, the indoor and outdoor intermediate reception models, Channel C, the indoor antenna reception models, Channel D, and single frequency network (SFN) models. In channel E represents a very poor channel environment.
[표 1]은 브라질 채널 모델에 따른 주경로와 다중경로의 크기, 상대적 크기[dB], 지연 값을 나타낸다. 채널A는 주경로에 비해 크기가 작고, 지연이 짧은 다중경로를 실외 안테나로 수신하였을 때의 크기와 지연 값을 나타낸다. 가장 큰 다중경로 신호의 크기가 주경로에 비해 -13dB 이하이고 6μs이하의 지연 값을 가진다. 채널B 역시 실외 안테나 수신 환경으로 첫 번째 다중경로의 크기가 주경로에 비해 -4dB 정도로 다소 크고 12.7μs의 긴 지연을 가지는 다중경로가 존재하므로, 채널A 보다는 열악한 채널 환경이다. [Table 1] shows the magnitude, relative magnitude [dB], and delay values of the main path and the multipath according to the Brazilian channel model. Channel A represents a magnitude and delay value when the multipath is received by the outdoor antenna having a smaller size and a shorter delay than the main path. The largest multipath signal is less than -13dB compared to the main path and has a delay of less than 6μs. Channel B is also a poorer channel environment than channel A, because the first multipath is slightly larger than the main path and has a long delay of 12.7 μs.
실내외 중간지점 수신 환경인 채널C는 주경로와 크기가 비슷하고, 지연이 짧은 다중경로로 이루어졌고, 프리-고스트(pre-ghost)도 존재한다. 실내 안테나 수신 환경인 채널D는 프리-고스트 신호가 많고, 주 경로와 크기가 비슷한 다중경로가 채널A와 유사한 지연 값을 가지며 수신된다. SFN 채널 환경인 채널E는 크기가 같은 3개의 신호가 지연 값만 다르게 수신하는 경우로 3개의 송신기 중간 지점에서 수신하는 환경이다. 브라질 채널의 대한 크기와 지연 값은 [표 1]에 나타낸 바와 같고, ATSC 8-VSB의 전송률인 19.39Mbps로 신호를 전송할 때의 각 채널에 대한 임펄스 응답은 도 2 내지 도 6에 나타내었다.Channel C, an indoor and outdoor mid-point reception environment, is similar in size to the main path, consists of multipath with low delay, and pre-ghost is also present. Channel D, which is an indoor antenna reception environment, has many pre-ghost signals, and a multipath similar in size to the main path is received with a delay value similar to that of channel A. Channel E, which is an SFN channel environment, is an environment in which three signals of the same size receive only delay values, and are received at three transmitter intermediate points. The magnitude and delay values of the Brazilian channel are shown in Table 1, and the impulse response for each channel when transmitting a signal at 19.39 Mbps, which is the ATSC 8-VSB transmission rate, is shown in FIGS. 2 to 6.
[표 1]TABLE 1
TU6 채널은 각 다중 경로가 도플러 효과를 갖도록 모델링 된 채널로서 이동 수신 환경을 나타낼 때 주로 사용된다. 도 7은 19.39Mbps로 신호를 전송할 때의 TU6 채널의 임펄스 응답을 나타낸다. The TU6 channel is a channel modeled so that each multipath has a Doppler effect and is mainly used to represent a mobile reception environment. 7 shows an impulse response of a TU6 channel when transmitting a signal at 19.39 Mbps.
실제 시스템과 비교하기 위하여 국내 DTV 방식인 8-VSB(8-level vestigial sideband modulation) 시스템에 사용되는 훈련열과 제안한 훈련열과의 성능을 비교하였다. 8-VSB의 훈련열 구성은 도 8과 같다. 8-VSB의 훈련열은 PN511, PN63 발생기에서 나온 비트, VSB 모드 비트, 104비트의 예비 공간으로 이루어지고 무선 채널 의 추정을 위해 주로 PN511 훈련열을 사용한다. To compare with the actual system, we compared the performance of the training sequence used in the 8-VSB (8-level vestigial sideband modulation) system with the proposed training sequence. The training sequence of 8-VSB is shown in FIG. 8. The training sequence of 8-VSB consists of PN511, bits from PN63 generator, VSB mode bits, 104 bits of spare space, and uses PN511 training sequence mainly for estimation of radio channel.
실험 시 각 채널 별로 최대 채널 지연 값이 다르기 때문에 모든 채널의 지연 값을 표현하기 위해 채널 길이 n의 크기를 채널의 최대 길이인 128 샘플로 하였다. 도 9는 브라질 A 채널과 각 훈련열로 구성한 S의 주파수 스펙트럼을 나타낸다. S의 대각 성분이 -1인 훈련열 행렬인 경우(Diagonal -1 Toeplitz) 주파수 특성은 직류성분의 이득이 크고 나머지 주파수 영역에서는 평평한 특성을 가진다. S가 교대 부호 토플리츠 행렬인 경우(Alternative Toeplitz)에는 특정 고주파 영역의 이득이 크고 나머지 주파수 영역에서는 평평한 특성을 가진다. 채널 추정의 결과는 훈련열의 스펙트럼과의 곱으로 나타나기 때문에 주파수 스펙트럼이 평평한 영역을 가지게 되면 좋은 성능을 얻을 수 있다. 직교 훈련열(Orthogonal)과 8-VSB 훈련열(PN511)로 행렬 S을 구성하였을 경우에 주파수 응답은 각 주파수 영역에 따라 이득이 변화하는데 특정 주파수 영역에서 아주 크거나 작은 이득을 나타내지는 않는다. 따라서 평균적으로 일정한 값을 가진다고 간주할 수 있다. Since the maximum channel delay value is different for each channel during the experiment, the channel length n is set to 128 samples, which is the maximum length of the channel, to represent the delay values of all the channels. 9 shows the frequency spectrum of S composed of the Brazilian A channel and each training sequence. When the diagonal component of S is a training sequence matrix of -1 (Diagonal -1 Toeplitz), the frequency characteristic is large and the gain of the DC component is flat. When S is an alternating coded topless matrix (Alternative Toeplitz), the gain of a specific high frequency region is large and is flat in the remaining frequency regions. The channel estimation results are multiplied by the spectrum of the training sequence, so a good performance can be obtained when the frequency spectrum has a flat area. When the matrix S is composed of an orthogonal training sequence and an 8-VSB training sequence (PN511), the frequency response varies with each frequency domain, but does not show very large or small gain in a specific frequency domain. Therefore, it can be considered to have a constant value on average.
채널 추정의 성능을 나타내기 위해 추정한 채널과 주어진 채널을 통과한 심볼 사이의 MSE(Mean Square Error)를 도 10에 비교하였다. 브라질 A 채널(Brazil A)의 주파수 스펙트럼은 저주파 성분이 크고 고주파 성분은 작다. 그러므로 S의 대각성분을 -1로 구성하면 채널 추정 성능이 8-VSB에 사용한 훈련열과 직교 훈련열을 사용하였을 때보다 MSE가 4.5dB높게 나타난다. 위와 같이 본 발명에서 제안된 훈련열인 S가 교대 부호 토플리츠 행렬인 경우에는 채널의 고주파 성분의 이득이 크기 때문에 8-VSB에 사용한 훈련열과 직교 훈련열을 사용하였을 때보다 2dB 정도의 이 득을 얻는다.In order to indicate the performance of channel estimation, the mean square error (MSE) between the estimated channel and a symbol passing through a given channel is compared with FIG. 10. The frequency spectrum of the Brazilian A channel has a high low frequency component and a low high frequency component. Therefore, if the diagonal component of S is -1, the channel estimation performance is 4.5dB higher than that of the 8-VSB training train and the orthogonal training train. In the case where S, the training sequence proposed in the present invention, is an alternating code topple matrix, the gain of the high frequency component of the channel is large, so that the gain of about 2dB is obtained compared with the use of the training sequence and the orthogonal training sequence used for 8-VSB. Get
브라질 B, C, D 채널(Brazil B, Brazil C, Brazil D)은 브라질 A 채널과 같이 직류 성분이 크고 고주파 성분이 작은 스펙트럼 분포를 가진다. 따라서 각 훈련열에 대한 MSE 성능은 브라질 A 채널의 경우와 비슷하게 나타난다. 브라질 B, C, D 채널의 스펙트럼을 과 각 훈련열의 스펙트럼을 도 11, 도 13, 도 15 에 각각 나타내었고, 각 훈련열의 브라질 B, C, D 채널에 대한 채널 추정 성능을 도 12, 도 14, 도 16에 나타내었다.Brazil B, C, and D channels (Brazil B, Brazil C, Brazil D) have a spectral distribution with a large direct current component and a small high frequency component like the Brazilian A channel. Therefore, the MSE performance for each training train is similar to that of the Brazilian A channel. Spectra of the B, C, and D channels of Brazil and the spectra of each training sequence are shown in FIGS. 11, 13, and 15, respectively, and channel estimation performance of the Brazilian B, C, and D channels of each training sequence is shown in FIGS. 16 is shown.
브라질 E 채널의 경우 채널의 스펙트럼이 브라질 채널 A, B, C, D 와는 달리 저주파 대역과 고주파 대역에서 동일하게 큰 이득을 가지기 때문에 채널 추정 성능이 S의 대각성분을 -1로 구성하였을 경우와 S가 교대 부호 토플리츠 행렬인 경우 성능이 비슷하게 나타나고 8-VSB에 사용한 훈련열과 직교 훈련열을 사용하였을 때보다 성능이 4.5dB정도 떨어진다. 브라질 E 채널 및 각 훈련열의 스펙트럼은 도 17에 SNR(Signal-to-Noise Ratio)에 따른 MSE는 도 18에 나타내었다.In the case of the Brazilian E channel, unlike the Brazilian channels A, B, C, and D, the channel spectrum has the same large gain in the low frequency band and the high frequency band, so that the channel estimation performance has the diagonal component of S equal to -1. For the alternate sign topple matrix, the performance is similar, and the performance is about 4.5dB lower than that of the 8-VSB training train and the orthogonal training train. Spectrum of the Brazilian E channel and each training train is shown in FIG. 17, and MSE according to signal-to-noise ratio (SNR) is shown in FIG. 18.
TU6채널은 직류 성분이 큰 반면 가장 큰 고주파 영역의 크기가 아주 작다. 따라서 제안된 교대 부호 토플리츠 행렬을 구성한 경우에는 채널 추정의 성능이 8-VSB의 훈련열을 사용한 경우보다 MSE가 9dB 향상되는 것을 알 수 있다. TU6 채널과 각 훈련열의 스펙트럼은 도 19에, SNR에 따른 MSE는 도 20에 나타내었다. The TU6 channel has a large direct current component while the smallest high frequency region. Therefore, in the case of constructing the proposed alternating code topless matrix, it can be seen that the performance of channel estimation is 9dB higher than that of the 8-VSB training sequence. The spectrum of the TU6 channel and each training sequence is shown in FIG. 19, and the MSE according to SNR is shown in FIG. 20.
이진 교대 부호 토플리츠 행렬을 사용하면 대각 성분이 -1인 이진 대칭 토플리츠 행렬이 가지는 장점을 모두 가지면서 MSE 성능 또한 우수하다. 즉, 채널 추정 시 역행렬 계산이 필요 없고 짧은 훈련열로 채널 추정 성능 또한 향상시킬 수 있는 훈련열 구조라 할 수 있다. [표 2]에서는 각 채널에 대한 MSE를 PN511 훈련열을 사용하였을 때와 비교하여 나타내었다. 여기에서 -부호는 성능 열화를 나타낸다.The use of binary alternating code topless matrices has all the advantages of a binary symmetric topless matrix with a diagonal component of -1, while also providing good MSE performance. In other words, it is a training sequence structure that does not require inverse matrix calculation and improves channel estimation performance with a short training sequence. Table 2 shows the MSE for each channel compared with the PN511 training sequence. Here, the-sign indicates performance deterioration.
[표 2]TABLE 2
위와 같은 본 발명에 따른 채널 추정 방법을 적용하는 무선 통신을 위한 송신 장치는 채널 추정을 위하여 사전에 설정된 훈련열을 구비하며, 송신하고자 하는 신호에 대하여 상기 훈련열을 이용하여 변환한 후 변조하여 송신한다. 여기서, 미리 정해진 훈련열 s는 길이가 2n-1개이고 n-2, n-1, n번 째의 부호가 같은 교대부호 훈련열 또는 n-1, n, n+1번 째의 부호가 같은 교대부호 훈련열 또는 n, n+1, n+2번 째의 부호가 같은 교대부호 훈련열 ([수학식 26] 내지 [수학식 31]) 로서, 상기 교대부호 훈련열에 대한 토플리츠 행렬의 역행렬이 존재하도록 구성된다.A transmission apparatus for wireless communication applying the channel estimation method according to the present invention as described above has a training sequence preset for channel estimation, and modulates the signal to be transmitted by using the training sequence and then modulates the transmission. do. Here, the predetermined training sequence s has a length of 2n-1 and an alternating coded training sequence with the same sign for the n-2, n-1, and nth trains or the alternating code for the n-1, n, n + 1th trains. As a code training sequence or an alternating code training sequence having the same number as the n, n + 1, n + 2 th ([Equation 26] to [31]), the inverse of the Toplet matrix with respect to the alternating code training sequence Configured to exist.
위와 같은 본 발명에 따른 채널 추정 방법을 적용하는 무선 통신을 위한 수신 장치는 송신 장치의 훈련열에 대한 토플리츠 행렬의 역행렬을 구비한다. 상기 수신장치는 송신 장치로부터 신호가 수신되면, 상기 훈련열의 역행렬과 수신된 신호의 곱을 구하여, [수학식 2]와 같이 수신된 신호 y에 대한 임펄스 응답 ┎을 계산하여 채널을 추정한다. 이와 같이 추정된 채널의 임펄스 응답에 따라 후속하는 복조 과정에서 디지털 텔레비전 방송, 이동 통신, 휴대 인터넷 통신 신호 등과 관 련된 본래의 신호를 복원하고 디코딩할 수 있다.The receiving apparatus for wireless communication, to which the channel estimation method according to the present invention is applied, includes an inverse of the Toplet matrix with respect to the training sequence of the transmitting apparatus. When the signal is received from the transmitter, the receiver obtains the product of the inverse of the training sequence and the received signal, and calculates an impulse response 에 for the received signal y as shown in [Equation 2] to estimate the channel. According to the estimated impulse response of the channel, it is possible to recover and decode the original signal related to digital television broadcasting, mobile communication, portable Internet communication signal, etc. in a subsequent demodulation process.
이와 같이 본 발명에서 제안된 훈련열은 이진 신호로 훈련열을 구성할 때, 주파수 스펙트럼을 평평하게 만들 수 있고 역행렬이 3개 종류의 원소로만 구성되며 원소 값은 채널 길이에 의해 정의될 수 있다. 따라서, 채널 추정시 연산 수를 크게 줄일 수 있고 짧은 훈련열 구간으로 채널 추정을 정확히 할 수 있다. 브라질 채널과 TU6 채널에서 추정한 채널과 실제 채널을 통과한 신호간의 MSE를 비교하였을 때, 8-VSB에 사용한 훈련열을 사용하였을 때보다 제안된 훈련열을 사용하면 채널 추정 시 계산량을 줄일 수 있고 개의 훈련열로 1dB에서 9dB의 채널예측 이득을 얻을 수 있다. As described above, the training sequence proposed in the present invention can make the frequency spectrum flat when the training sequence is composed of binary signals, and the inverse matrix is composed of only three kinds of elements, and the element value can be defined by the channel length. Therefore, the number of operations can be greatly reduced in channel estimation, and the channel estimation can be accurately performed in a short training sequence. When comparing the MSE between the channel estimated in the Brazilian channel and the TU6 channel and the signal passing through the real channel, the proposed training sequence can be used to reduce the amount of computation when estimating the channel rather than using the training sequence used for 8-VSB. With two training sequences, we can obtain channel prediction gains of 1dB to 9dB.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.As described above, the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, but the present invention is not limited to the above embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications and variations from such descriptions. This is possible. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the claims below but also by the equivalents of the claims.
도 1은 임의의 훈련열의 토플리츠 행렬에 대한 역행렬을 계산하는 과정을 설명하는 흐름도이다. 1 is a flowchart illustrating a process of calculating an inverse matrix for a topless matrix of an arbitrary training column.
도 2는 브라질 A 채널의 임펄스 응답을 설명하기 위한 도면이다.2 is a diagram for explaining an impulse response of a Brazilian A channel.
도 3은 브라질 B 채널의 임펄스 응답을 설명하기 위한 도면이다.3 is a diagram for describing an impulse response of a Brazilian B channel.
도 4는 브라질 C 채널의 임펄스 응답을 설명하기 위한 도면이다.4 is a diagram for explaining an impulse response of a Brazilian C channel.
도 5는 브라질 D 채널의 임펄스 응답을 설명하기 위한 도면이다.5 is a diagram for explaining an impulse response of a Brazilian D channel.
도 6는 브라질 E 채널의 임펄스 응답을 설명하기 위한 도면이다.6 is a diagram for explaining an impulse response of a Brazilian E channel.
도 7은 TU6 채널의 임펄스 응답을 설명하기 위한 도면이다.7 is a diagram for describing an impulse response of a TU6 channel.
도 8은 8-VSB의 훈련열 구조를 설명하기 위한 도면이다.8 is a diagram for explaining a training sequence structure of 8-VSB.
도 9는 각 훈련열과 브라질 A 채널의 PSD(Power Spectrum Density)를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 9 is a diagram for describing each training sequence and power spectrum density (PSD) of the Brazilian A channel.
도 10은 브라질 A 채널에서의 MSE(Mean Square Error)를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 10 is a diagram for describing a mean square error (MSE) in a Brazilian A channel. FIG.
도 11은 각 훈련열과 브라질 B 채널의 PSD(Power Spectrum Density)를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 11 is a diagram for describing each training sequence and power spectrum density (PSD) of the Brazilian B channel.
도 12는 브라질 B 채널에서의 MSE(Mean Square Error)를 설명하기 위한 도면이다.12 is a diagram for explaining a mean square error (MSE) in a Brazilian B channel.
도 13은 각 훈련열과 브라질 C 채널의 PSD(Power Spectrum Density)를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 13 is a diagram for describing each training sequence and power spectrum density (PSD) of the Brazilian C channel.
도 14는 브라질 C 채널에서의 MSE(Mean Square Error)를 설명하기 위한 도면이다.14 is a diagram for describing a mean square error (MSE) in a Brazilian C channel.
도 15는 각 훈련열과 브라질 D 채널의 PSD(Power Spectrum Density)를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 15 is a diagram for describing each training sequence and power spectrum density (PSD) of the Brazilian D channel.
도 16은 브라질 D 채널에서의 MSE(Mean Square Error)를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 16 is a diagram to describe Mean Square Error (MSE) in a Brazilian D channel.
도 17은 각 훈련열과 브라질 E 채널의 PSD(Power Spectrum Density)를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 17 is a diagram for describing each training sequence and power spectrum density (PSD) of the Brazilian E channel.
도 18은 브라질 E 채널에서의 MSE(Mean Square Error)를 설명하기 위한 도면이다.18 is a diagram for explaining a mean square error (MSE) in a Brazilian E channel.
도 19는 각 훈련열과 TU6 채널의 PSD(Power Spectrum Density)를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 19 is a diagram for describing Power Spectrum Density (PSD) of each training sequence and TU6 channel.
도 20은 TU6 채널에서의 MSE(Mean Square Error)를 설명하기 위한 도면이다.20 is a diagram for describing a mean square error (MSE) in a TU6 channel.
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