V2V 환경에서 LTE 기반 사이드링크 시스템의 새로운 LMMSE 채널 보간 기법에 대한 성능 분석

추명훈(Myeonghun Chu),문상미(Sangmi Moon),권순호(Soonho Kwon),이지혜(Jihye Lee),배사라(Sara Bae),김한종(Hanjong Kim),김철성(Cheolsung Kim),김대진(Daejin Kim),황인태(Intae Hwang) 대한전자공학회 2016 전자공학회논문지 Vol.53 No.10

V2X(Vehicle-to-Everything) 통신은 다양한 텔레매틱스(telematics)와 인포테인먼트(infotainment) 서비스를 제공하기 위해 신뢰성이 있으며 견고한 네트워크가 요구된다. 이를 위해, 현재 3GPP(3rd Generation Partnership Project)에서는 V2X 통신에 대한 표준화를 진행하고 있다. 신뢰성 있는 통신을 위해서는, 정확한 채널 추정이 우선적으로 이루어져야 한다. 그러나 차량은 속도가 매우 빠르기 때문에 시간에 따라 무선 채널이 빠르게 변하므로 채널을 정확히 추정하기 힘들다. 본 논문에서는 V2V(Vehicle-to-Vehicle) 환경에서 LTE(Long Term Evolution) 기반 사이드링크 시스템의 새로운 LMMSE(Linear Minimum Mean Square Error) 채널 보간 기법을 제안한다. 제안한 기법인 RDE(Reduced Decision Error)는 파일럿 심볼에서 LMMSE를 이용하여 채널 추정을 하고, 데이터 심볼에서 Smoothing 후 LMMSE 채널 보간 기법을 적용한다. 이후 시간영역과 주파수영역에서 평균을 취하여 전체 채널 주파수 응답을 얻어낼 수 있다. 이때, 수신단의 등화기로 LMMSE를 이용하여 결정 오차에 의한 오차 전파를 줄일 수 있다. 그러므로, 신뢰성 있는 데이터 검출이 가능하다. 모의실험 결과, 제안한 기법이 NMSE(Normalized Mean Square Error)와 BER(Bit Error Rate) 측면에서 기존 기법보다 전체적으로 성능이 향상된 것을 볼 수 있다. To support the telematics and infotainment services, vehicle-to-everything (V2X) communication requires a robust and reliable network. To do this, the 3rd Generation Partnership Project (3GPP) has recently developed V2X communication. For reliable communication, accurate channel estimation should be done. However, because vehicle speed is very fast, radio channel is rapidly changed with time. Therefore, it is difficult to accurately estimate the channel. In this paper, we propose the new linear minimum mean square error (LMMSE) channel interpolation scheme based on the Long Term Evolution (LTE) sidelink system in vehicle-to-vehicle (V2V) environments. In our proposed reduced decision error (RDE) channel estimation scheme, LMMSE channel estimation is applied in the pilot symbol, and then in the data symbol, smoothing and LMMSE channel interpolation scheme is applied. After that, time and frequency domain averaging are applied to obtain the whole channel frequency response. In addition, the LMMSE equalizer of the receiver side can reduce the error propagation due to the decision error. Therefore, it is possible to detect the reliable data. Analysis and simulation results demonstrate that the proposed scheme outperforms currently conventional schemes in normalized mean square error (NMSE) and bit error rate (BER).

Single Stream HSDPA MIMO 시스템에서 Precoding Weight 적용에 따른 LMMSE 수신기 성능 고찰

주정석 대한전자공학회 2013 전자공학회논문지 Vol.50 No.4

In CDMA-based systems, recently, researches on chip-level equalization have been studied in order to improve receiving performance when supporting high-rate data services. In this paper, we consider a chip-level LMMSE (linear minimum mean-squared error) receiver for D-TxAA (dual stream transmit antenna array) based single stream HSDPA MIMO systems using precoding weights. First, we will derive precoding weights for maximizing the total instantaneous received power. We will also analyze the effects of both transmit delay of precoding weights and mobile velocity on chip-level LMMSE receivers, which is verified through computer simulations in various mobile channel environments. 최근 들어 CDMA 기반 시스템에서 고속 데이터 서비스 지원을 위한 수신 성능 개선 방법의 하나로 칩 단위에서 동작하는선형 최소 평균 제곱 오차(LMMSE: linear minimum mean-squared error) 수신기에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본논문에서는 D-TxAA (dual stream transmit antenna array) 방식을 사용하는 단일 스트림(single stream) HSDPA MIMO 시스템에서 선부호화 계수(precoding weight) 적용이 LMMSE 수신기의 성능에 미치는 영향을 분석하고자 한다. 우선 D-TxAA 기반 2x2 다중입력 다중출력(MIMO: multiple input multiple output) 시스템에서 수신 신호 순간 파워 (instantaneous power) 의 총 합이 최대가 되도록 하는 선부호화 계수 결정 방식을 유도할 것이다. 또한 선부호화 계수의 적용 지연 시간과 단말의이동 속도가 LMMSE 수신기의 성능에 미치는 영향을 분석하고, 컴퓨터 모의실험을 통해 검증하고자 한다.

MIMO 시스템을 위한 저복잡도 LMMSE-ISIC 기법

박상준 한국통신학회 2022 韓國通信學會論文誌 Vol.47 No.9

In this letter, a low-complexity LMMSE-ISIC scheme for MIMO systems is proposed. In each iteration of the proposed scheme, the estimates of transmitted symbols are updated together from the affine MMSE filtering vectors. This requires no additional matrix operations except the matrix inverse operation, which makes the proposed scheme to obtain the identical estimates to the direct matrix operation based LMMSE-ISIC scheme at a low computational complexity. Simulation results show that, regardless of the antenna configuration, the proposed scheme outperforms the affine MMSE based scheme with a similar complexity order and achieves the error performance identical to the direct matrix operations based LMMSE-ISIC scheme. 본 논문에서는 MIMO 시스템을 위한 저복잡도LMMSE-ISIC 기법을 제안한다. 제안 기법은 매 반복과정에서 Affine MMSE 기반 필터링 벡터를 계산한이후 이로부터 송신 심볼들의 추정치를 동시에 갱신한다. 이는 역행렬 연산 이외의 추가적인 행렬 연산없이 수행되며, 따라서 제안 기법은 직접적으로 행렬연산을 이용하는 방식 대비 동일한 추정치를 낮은 연산량으로 얻을 수 있다. 모의실험을 통해 제안 기법이 안테나 환경에 관계없이 유사한 수준의 연산량을요구하는 Affine MMSE 방식 대비 우수한 오류성능을 달성함과 동시에 직접적인 행렬 연산 방식과 동일한 오류 성능을 달성함을 확인하였다.

Single Stream HSDPA MIMO 시스템에서 Precoding Weight 적용에 따른 LMMSE 수신기 성능 고찰

주정식(Jung Suk Joo) 대한전자공학회 2013 전자공학회논문지 Vol.50 No.4

최근 들어 CDMA 기반 시스템에서 고속 데이터 서비스 지원을 위한 수신 성능 개선 방법의 하나로 칩 단위에서 동작하는 선형 최소 평균 제곱 오차(LMMSE: linear minimum mean-squared error) 수신기에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 논문에서는 D-TxAA (dual stream transmit antenna array) 방식을 사용하는 단일 스트림(single stream) HSDPA MIMO 시스템에서 선부호화 계수(precoding weight) 적용이 LMMSE 수신기의 성능에 미치는 영향을 분석하고자 한다. 우선 D-TxAA 기반 2x2 다중입력 다중출력(MIMO: multiple input multiple output) 시스템에서 수신 신호 순간 파워 (instantaneous power)의 총 합이 최대가 되도록 하는 선부호화 계수 결정 방식을 유도할 것이다. 또한 선부호화 계수의 적용 지연 시간과 단말의 이동 속도가 LMMSE 수신기의 성능에 미치는 영향을 분석하고, 컴퓨터 모의실험을 통해 검증하고자 한다. In CDMA-based systems, recently, researches on chip-level equalization have been studied in order to improve receiving performance when supporting high-rate data services. In this paper, we consider a chip-level LMMSE (linear minimum mean-squared error) receiver for D-TxAA (dual stream transmit antenna array) based single stream HSDPA MIMO systems using precoding weights. First, we will derive precoding weights for maximizing the total instantaneous received power. We will also analyze the effects of both transmit delay of precoding weights and mobile velocity on chip-level LMMSE receivers, which is verified through computer simulations in various mobile channel environments.

MIMO 시스템을 위한 Gauss-Seidel 근사화 기반 정적 OSIC 기법

박상준 한국통신학회 2022 韓國通信學會論文誌 Vol.47 No.9

In this letter, an LMMSE-based static OSIC scheme using the Gauss-Seidel approximation is proposed for MIMO systems. In the proposed scheme, the IC order of the transmit symbols during the entire OSIC process is determined by the post-processing SINR calculated at the initialization procedure using the Gauss-Seidel approximation. Therefore, compared with the conventional channel gain based static OSIC scheme, the proposed scheme offers a more accurate ordering results at the identical computational complexity oder. Simulation results verify that the proposed scheme outperforms the conventional channel gain based static OSIC scheme regardless of the antenna configuration. 본 논문에서는 MIMO 시스템을 위해 Gauss-Seidel 근사화에 기반을 둔 LMMSE 검출 기반 정적 OSIC 기법을 제안한다. 제안 OSIC 기법에서는 초기화 과정에서 Gauss-Seidel 근사화를 이용하여 얻어진 송신심볼들의 후처리 SINR 계산 결과에 따라 전체 검출과정에서의 간섭제거 순서를 결정한다. 이러한 제안기법은 기존의 채널 이득 기반 정적 OSIC 기법과 동일한 연산 복잡도 차수를 통해 보다 정확한 간섭제거순서를 결정할 수 있다. 모의실험 결과 제안 OSIC 기법이 유사한 복잡도를 갖는 채널 이득 기반 정적OSIC 기법 대비 안테나 환경에 관계없이 보다 우수한 오류 성능을 달성함을 확인하였다.

OFDM 시스템을 위한 LMMSE 채널추정기법의 성능 개선

강연석,김영수,서덕영,김진상,Kang, Yeon-Seok,Kim, Young-Soo,Suh, Doug-Young,Kim, Jin-Sang 한국통신학회 2005 韓國通信學會論文誌 Vol.30 No.2a

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. In this paper, we present an improved channel estimation method for orthogonal frequency division multipexing systems using pilot symbol assisted modulation(PSAM). Conventional linear minimum mean square error(LMMSE) channel estimation method uses only pilot symbols for channel estimation. So, as the fading channel varies rapidly, the system performance is degraded. The basic idea of the proposed scheme is that we firstly estimate channel coefficients at the middle point between two pilot symbols and then compute the channel attenuation by using LMMSE method. Superior performance achieved with the proposed method is illustrated by simulation experiments with the Doppler frequency of 36Hz and 185Hz in comparison with conventional LMMSE channel estimator.

MIMO 시스템을 위한 칼만 필터 기반 저복잡도 LMMSE 검출 방식

박상준 한국통신학회 2022 韓國通信學會論文誌 Vol.47 No.5

In this letter, a low-complexity LMMSE detection scheme based on Kalman filter is proposed for MIMO systems. In the proposed scheme, the single observation equation with a receive signal vector in the conventional Kalman filter based detection is decomposed as multiple equations with a scalar. In this way, the matrix inverse operation is omitted, and the proposed scheme can achieve the identical LMMSE estimation result to the conventional high-complexity Kalman filter based detection. It is also shown that the proposed scheme can yield a low computation complexity compared with the conventional LMMSE detection for MIMO systems as the number of antennas increases. 본 논문에서는 MIMO 시스템을 위한 칼만 필터기반 저복잡도 검출 방식을 제안한다. 제안 방식은기존 칼만 필터 기반 방식에서 사용되는 수신 신호벡터에 대한 하나의 관측 방정식을 각 원소별로 분리된 복수의 관측 방정식으로 분할한 후 칼만 필터 동작을 수행한다. 이를 통해 제안 방식은 기존 고복잡도의 칼만 필터 방식에서 역행렬의 연산 과정을 제거하여 낮은 복잡도로도 동일한 LMMSE 검출 결과를얻을 수 있다. 또한 송수신 안테나의 수가 증가할수록 일반적인 LMMSE 검출기 대비 낮은 복잡도를 달성할 수 있다.

LMMSE 등화기법을 적용한 OFDM-DSRC 시스템의 성능분석

성태경(Tae-Kyung Sung),김순영(Soon-Young Kim),이명수(Myung-Soo Rhee),조형래(Hyung-Rae Cho) 한국항해항만학회 2005 한국항해항만학회지 Vol.29 No.1

무선 다중경로 채널에서 데이터를 고속으로 전송할 경우, 신호는 페이딩, 심볼간 간섭 등의 영향으로 높은 에러율을 갖게 된다. 그러므로 현재 개발된 DSRC(dedicated short-range communication) 시스템의 변복조 방식은 1 Mbps이상의 데이터 서비스가 어려울 것으로 예상되므로 새로운 채널등화 기법 및 개선된 변복조 방식이 요구된다. OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 방식은 보호간격의 삽입을 통하여 ISI를 방지할 수 있으므로 고속 데이터 전송에 적합하다. 그러나 보호기간이 OFDM방식에서의 각각의 심볼주기에 사용되는 채널 지연 확산보다 길어지므로 채널활용의 효율성에서 상당한 손실이 야기된다. 그러므로 등화기를 고속의 데이터 전송율과 긴 채널 지연확산 조건을 가지는 ITS(intelligent transport system)에 적용하기 위해서는 ISI(inter symbol interference)를 제거할 필요가 있다. 본 논문에서는 OFDM-DSRC 시스템을 위한 채널 등화기를 설계하였으며, 다중경로 페이딩 환경에서 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 그 성능을 분석하였다. The signal in wireless multi-path channel is affected by fading and ISI because of high data rate transmission, so the signal has the high error rate. The present modulation and demodulation method of DSRC system can not expect sufficient for providing data service over 1 Mbps, so the channel equalization and advanced modulation and demodulation methods are required OFDM is generally known as an effective technique for high data rate transmission system, since it can prevent ISI by inserting a guard interval. However, a guard interval longer than channel delay spread has to be used in each OFDM symbol period, thus resulting a considerable loss in the efficiency of channel utilization. Therefore the equalizer is necessary to cancel ISI to accommodate advanced ITS service with higher bit rate and longer channel delay spread condition. In this paper, the channel equalizer for the OFDM-DSRC system was designed and its performance in a multi-path fading environment was evaluated with computer simulation.

A Composite LMMSE Channel Estimator for Spectrum-Efficient OFDM Transmit Diversity

( Jeong-wook Seo ),( Won-gi Jeon ),( Jong-ho Paik ),( Minho Jo ),( Dong-ku Kim ) 한국인터넷정보학회 2008 KSII Transactions on Internet and Information Syst Vol.2 No.4

In this paper, we propose a subcarrier allocation method and a composite linear minimum mean square error (LMMSE) channel estimator to increase spectrum efficiency in orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) transmit diversity. The pilot symbols for OFDM transmit (Alamouti) diversity are exclusively allocated in two OFDM symbols in different antennas, which causes serious degradation of spectrum efficiency. To reduce the number of pilot symbols, our subcarrier allocation method uses repetition-coded data symbols, and the proposed channel estimator maintains good bit error rate (BER) performance.

MB-OFDM 시스템을 위한 Low-rank LMMSE 채널 추정 및 주파수 옵셋 추정 결합 기법

신선경(Sun-Kyung Shin),남상균(Sang-Kyun Nam),성태경(Tae-Kyung Sung),곽경섭(Kyung-Sup Kwak) 한국통신학회 2007 韓國通信學會論文誌 Vol.32 No.12A

본 논문에서는 MB-OFDM 시스템에 적합한 낮은 복잡도의 채널 및 주파수 옵셋 결합 추정법을 제안한다. 제안된 기법은 적절한 랭크(rank) 수를 적용함으로써 복잡도를 낮추는 Low-rank LMMSE 채널 추정법을 이용하여 채널을 추정하고, 주파수 옵셋 추정을 위해 추정된 채널의 자기상관특성을 이용하는 간단한 구조를 추가함으로써 낮은 복잡도로 채널과 주파수 옵셋을 결합하여 추정하는 기법이다. 제안된 알고리즘을 IEEE 802.15 TG3a에서 제시한 4가지 UWB 채널 모델에서 모의 실험하여 기존의 LS 채널 추정법을 사용한 알고리즘과 성능을 분석하였고, 복잡도를 낮추기 위해 각 채널 모델 환경에 따라 적절한 수의 랭크 수를 적용하여 결과를 비교하였다. In this paper, we propose joint estimation methods of carrier offset and channel estimation for MB-OFDM system with low complexity. The proposed methods estimate the channel by using low-rank LMMSE channel estimation which reduces the system complexity by applying the optimal number of rank to evaluate the frequency offset and additionally using the simple algorithm using the auto-correlation property of the estimated channel. We simulate the proposed algorithms under the IEEE 802.15 TG3a UWB channel model.