직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; OFDM) 시스템에서 주로 사용되는 파일럿을 이용한 상호상관 채널 추정기법은 시스템의 전송 효율을 증가시키기 위해 적은 수의 파일럿 심볼을 사용 할 경우 채널 추정 성능이 저하된다. 본 논문에서는 파일럿 심볼 기반의 OFDM 시스템에서 적은 수의 파일럿 심볼을 사용하여 채널 추정 성능을 향상시킬 수 있는 파일럿 심볼 기반 상호상관 채널 추정기법을 제안한다. 제안된 기법은 파일럿 심볼을 이용하여 채널을 추정한 후 임시 데이터 심볼을 검출하고, 검출된 데이터 심볼과 파일럿 심볼을 이용하여 채널을 추정한다. 모의실험을 통해 제안된 기법의 성능을 확인하고, 기존 기법에 비해 우수한 성능을 나타내는 것을 보인다.
본 논문에서는 Orthogonal frequency division multiplexting(OFDM) 시스템의 성능 향상을 위해 파일럿 심볼을 이용한 향상된 채널추정 알고리즘을 제안한다. 기존의 LMMSE 알고리즘을 이용한 채널추정 방법은 파일럿 심볼만을 채널추정에 이용함으로써 파일럿 심볼 간격이 멀어짐에 따라 성능이 현저하게 떨어지는 단점이 있다. 이런 문제를 해결하기 위해 파일럿 심볼 사이의 채널을 선 추정하고 이 추정된 값을 다시 파일럿 심볼과 함께 이용하여 채널을 추정하는 채널추정기법을 제안하였다. 제안된 추정기법은 도플러 주파수가 36Hz에서 185Hz인 페이딩 채널환경에 적용했다. 기존의 LMMSE 추정기법과 비교했을 때 특히 큰 도플러 주파수에 대해 강건한 특성을 보였다.
이 논문은 레일레이 감쇄 채널 환경에서 IMT-2000 파일럿 심볼 구조의 W-CDMA 시스템 역방향 링크의 채널 추정에 관한 LMS 적용형 알고리즘 성능을 WMSA(Weighted Multi-Slot Averaging)(K=1,2,3), 일정 추정이득 (Constant estimation gain) 및 RLS 알고리즘 성능과 비교 분석하였다. 이 논문의 모형은 IMT-2000 3GPP 규격의 W-CDMA 채널 구조, 변조 및 파일럿 패턴을 이용하였다. 파일럿 심볼 위치의 채널추정은 LMS 알고리즘을 이용하고 데이터 심볼 위치의 채널보상은 선형 보간으로 수행하였다. 저속 도플러 주파수에서는 WMSA(K=1,2,3) 성능이 일정 추정이득, RLS 및 LMS 적응형 알고리즘 성능보다 우수하며, WMSA(K=1) 성능의 경우 일정 추정이득, RLS 및 LMS 적응형 알고리듬 성능과는 큰 차이가 없다. 그리고 LMS 알고리즘 성능은 WMSA(K=1) 성능과 매우 비슷한 결과를 얻었다. 그러나 도플러 주파수가 고속화될수록 LMS 알고리즘의 성능이 WMSA(K=1), 일정 추정이득 및 RLS 알고리즘 성능보다 우수함을 확인하였다.
OFDM (Othogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템과 CDMA (Code Division Multiple Access) 시스템의 결합 방식인 OFDM-CDMA 시스템에서는 파일럿 심볼을 이용하여 얻어진 채널 추정값으로 데이터 신호를 보상할 수 있다. 일반적으로 파일럿 심볼의 상관관계를 이용한 MMSE (Minimum Mean-Squared Error) 추정기를 사용하면 최적의 채별 추정값을 얻어낼 수 있으나 구조가 복잡하다는 단점이 있다. 본 논문에서는 파일럿 심볼에 대한 정보만을 이용하는 간단한 구조의 PA (Pilot-Aided) 알고리즘과 파일럿 심볼과 데이터 심볼의 정보를 모두 이용하는 PADD (Pilot-Aided Decision-Directed) 알고리즘을 변형하여 기존의 채널추정 방법보다 간단한 구조를 가지는 새로운 알고리즘을 제안하구 컴퓨터 모의실험을 통해 레일레이 다중 경로 페이딩 환경에서 수신기의 속도를 변화시키면서 성능을 평가한다. 모의 실험 결과를 살펴보면 제안된 채널추정 알고리즘이 기존의 PA 알고리즘보다 성능이 우수함을 확인할 수 있다.
OFDM 시스템에서 전송채널의 추정은 보통 파일럿 심볼을 사용하여 이루어진다. 그러나 채널 추정 에러로 인하여 비트 오류율이 증가된다. 본 논문에서는 파일럿 심볼을 사용하는 OFDM 시스템에서 신호가 주파수 선택적 Rayleigh 채널을 통하여 전송될 때 데이터의 비트 오류율을 구한다. 채널추정 에러로 인하여 정확한 채별 추정의 이상적인 경우에 비하여 실제 시스템에서 $\overline{\gamma_b}$가 대략 2.5 dB 정도 더 소요된다.
무선 통신 시스템에서 다중 경로 감쇠로 인한 심볼의 크기와 위상의 왜곡이 일어나는데 이를 추정하여 보상하기 위해 채널 추정 기법이 사용된다. OFDM 시스템에서의 채널 추정 기법에는 훈련 심볼이나 파일럿을 사용하여 채널을 추정하는 기법과 파일럿을 사용하지 않는 Blind 채널 추정 기법 등이 있다. 본 고에서는 I장 개요에 이어 II장에서는 훈련 심볼을 이용한 채널 추정 기법을 WPAN과 WLAN을 예로 들어 설명하고 LS,1-D LMMSE, Low rank LMMSE 알고리듬에 대해 설명한다. III장에서는 PSAM 채널추정에 대해 1차원 PSAM 기법과 2차원 파일럿 패턴과 Wiener filtering을 이용한 2-D LMMSE, Low rank LMMSE, Separable Wiener filter에 대하여 설명한다. IV장에서는 ESAE와 Blind 채널 추정 기법을 간략히 소개하고, V장에서 채널 추정의 최신 연구 동향을 소개한다.
Multi-Carrier CDMA 시스템에서 불완전한 채널 예측과 다중사용자 간섭은 시스템의 성능 저하를 유발한다. 본 논문에서는 역방향 링크에서 파일럿 심볼을 이용하여 채널을 예측하는 Multi-Carrier CDMA BPSK 시스템에서 불완전한 채널 예측과 다중사용자 간섭의 영향을 연구하였다. 더욱이, 라이시안 페이딩 채널의 역방향 링크에서 최대비 합성 공간 다이버시티와 선택 합성 공간 다이버시티 기법을 적용한 성능 개선에 대하여 연구하였다. 수치계산 결과, 파일럿 심볼을 이용하여 채널을 예측하는 Multi-Carrier CDMA BPSK 시스템의 BER 성능은 등가 잡음 대역폭의 분산($\sigma$$^2$$_{c}$)에 매우 민감하나 무선 채널에서의 신호 전력 대 잡음 전력비에는 그리 심하지 않았다. 불완전한 채널 예측에 의한 BER 열화와 파일럿 심볼 간격의 최적화는 라이시안 페이딩 채널에서 Multi-Carrier CDMA BPSK 시스템의 BER 계산을 통하여 얻을 수 있었다. 그리고 불완전한 채널 예측에 의한 BER 열화는 신호 전력 대 잡음 전력비와 채널 예측 필터의 등가 잡음 대역폭에 관계하고 있음을 알 수 있었다.
본 논문에서는 파일럿 심볼을 이용한 안테나 선택방법을 적용한 SFBC-OFDM(Space Frequency Block Code-Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템에 대한 성능을 분석한다. 안테나 선택은 파일럿 심볼로부터 산출된 채널 계수에 기반하여 결정된다. 각 주파수에서, 산출된 채널 계수들을 정렬하고 그 중 가장 양호한 채널이 선택된 후 가장 좋은 계수를 가지는 안테나로 데이터가 전달된다. 또한 이 방법에 대해서 부호 이득과 다이버시티 이득도 분석된다.
CMMB(China Multimedia Mobile Broadcasting) 방식은 중국의 휴대이동방송 표준으로서 프레임에 하나의 ID 신호와 두개의 동기 신호 40개의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 데이터 심볼을 포함하고 있다. 다른 OFDM 시스템의 모바일 방송과는 달리 CMMB는 별도의 동기 심볼을 두고 있다. 또한 BPSK 성상으로 전송되는 OFDM 심볼내의 연속 파일럿은 CMMB의 시스템 정보를 전송하고 있어 이미 수신기에서 송신 연속 파일럿을 알고있는 유럽의 DVB-H나 일본의 원세그와는 다르다. 그러므로 CMMB의 프레임 구조에 특화를 시킨 동기 알고리듬이 필요하다. 본 논문은 CMMB 동기신호를 이용한 정수배 주파수 동기, OFDM 심볼을 이용한 소수배 동기 알고리듬을 제안한다. 제안된 알고리듬은 각각 컴퓨터 시뮬레이션으로 검증하였다.
본 논문에서는 OFDM 시스템에서 심볼 타이밍 옵셋이 존재하는 경우에도 채널 추정 성능의 열화가 발생하지 않는 파일럿 톤 기반의 채널 추정 기법을 제안한다. 제안된 채널 추정 기법은 기존의 보간법을 사용하여 채널을 추정하는 기법들과는 달리 크기와 위상에 대하여 최소의 계산량을 사용하여 각각 보간을 함으로써 채널 추정을 수행한다. 제안된 기법에서는 미세 심볼 타이밍 옵셋을 사전에 추정할 필요가 없으며, 위상을 보간하기 위하여 일반적으로 사용되는 삼각함수 연산을 사용하지 않기 때문에 복잡도를 크게 줄일 수 있다. 제안된 채널 추정 방식은 OFDM 시스템에서 존재하는 심볼 타이밍 옵셋에 영향을 받지 않기 때문에, OFDM 기반 통신시스템의 동기화 절차에서 미세 심볼 타이밍 옵셋 추정 과정의 생략, 상향링크에서 다중사용자의 심볼 타이밍 옵셋 추정 과정의 생략, 멀티 흡 릴레이 시스템에서의 채널 추정 등에 직접 이용될 수 있다. 모의실험을 통하여 제안된 채널 추정기법이 기존의 파일럿 톤 기반의 채널 추정 기법들에 비하여 심볼 타이밍 옵셋이 존재하는 상황에서 성능 개선이 크게 이루어짐을 확인한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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