OFDM is one of the attractive schemes for high data rate wireless networks because of its various advantages in lessening the severe effects of frequency-selective fading. The basic principle of OFDM is to split a high-rate datastream into a number of lower rate streams that are transmitted simultaneously over a number of subcarriers. The relative amount of dispersion in time caused by multipath delay spread is decreased because the symbol duration increases for lower rate parallel subcarriers.
Since the radio channel is frequency selective and time-varying for wideband mobile communication systems, a dynamic estimation of channel is necessary before the demodulation of OFDM signals. Pilot-aided channel estimation algorithm for OFDM has received considerable attention for many years. In the estimation, the obtained channel response at pilot locations are used to estimate the channel response at data locations by interpolation schemes. We propose a channel estimation algorithm for MIMO-OFDM system. In the proposed algorithm, we introduce an EM type channel estimation for the low computational complexity. The EM-type algorithms provide an iterative and more easily implementable solution. Moreover, we proposed estimation scheme based on nonlinear 2-D regression model. This estimation algorithm has an advantage of reducing unknown parameters. Additionally, for the regression model based estimation, we introduce the guideline for designing pilot value. In these algorithms, the channel can be assumed to be approximately constant over an OFDM block. However, the assumption on the time-invariance may not be valid with the high Doppler or the disturbance such as synchronization errors. Then, time variation of the channel will introduce ICI that is a convolution of the transmitted sequence. There-fore, we propose channel estimation algorithms for OFDM with time-varying channels. The proposed channel estimation is able to robust to fast-fading channel using iterative ICI cancellation method. Moreover, we propose the estimation scheme for MIMO-OFDM with the grouped and equi-spaced pilots. Although, the isolated and equi-spaced pilots are optimum for the time invariant channel estimation, it cannot be used for estimating the time varying channels.
Next, we propose a detection algorithm for MIMO-OFDM. The proposed method is based on SAGE algorithm. The SAGE is a variant of EM algorithm and converges faster than EM. The VBLAST detector performs much better than linear detectors through successive interference cancellation. The VBLAST can be combined with OFDM and the detection of VBLAST OFDM system can be carried out on each subcarrier individually. Hence, the VBLAST for OFDM needs heavy computations. In the proposed algorithm, we modify the SAGE based algorithm by inserting the decision procedure to improve the detection performance. Moreover, for faster convergence, we introduce the SOR iteration. The proposed detection algorithm has lower complexity than VBLAST detection and shows a comparable BER performance to VBLAST. Moreover, we propose a detection method for OFDM with time-varying channels. Since the existing detection methods ignore the ICI term, they have some losses due to the time variation of channels. To compensate the loss, we introduce the iterative detection scheme. The proposed algorithm compensate the ICI subtracting the estimated ICI term based on pre-detected signal from received signal.
직교주파수분할다중화(OFDM) 시스템은 고속 데이터 전송에 적합한 방식으로 최근 활발히 연구되고 있다. 다중경로 페이딩을 갖는 무선통신 채널에서 심볼주기가 짧은 고속 데이터 전송시 다중반송파 방식을 사용하면 각 부반송파에서의 심볼주기를 부반송파의 수만큼 확장시킬 수 있기 때문에 다중경로에 의한 심각한 주파수 선택적 페이딩 채널을 잘 대처할 수 있다. 또한 OFDM 방식에서는 상호 직교성을 갖는 복수의 반송파를 사용하므로 주파수 이용효율을 높일 수 있다.
광대역 무선 통신 시스템에서 채널은 주파수 선택적이며 시변 특성을 가지므로 OFDM에서는 채널 추정이 필수적이다. 이 중 파일럿 심볼 기반의 채널 추정 방식이 많은 관심을 받아 왔다. 파일럿 위치에서 얻어진 채널 정보를 이용해 데이터 위치의 채널을 추정하는 방식이다. 이 논문에서 우리는 다중송수신(MIMO) OFDM의 채널 추정 기법을 제시했다. 그리고 제시된 기법의 복잡도를 낮추기 위하여 EM 형태의 채널 추정 기법을 소개하였다. 또한 우리는 비선형 2차원 회귀 모델을 이용한 채널 추정 방식을 제안하였는데 이 방식은 모르는 파라미터의 개수를 줄일 수 있는 장점을 갖고 있다. 이 회귀 모델 기반의 채널 추정 방식에서 효과적으로 파일럿 값을 할당하는 방법도 제시하였다. 그러나 이러한 채널 추정 기법은 하나의 OFDM 심볼 블럭 안에서 채널이 시불변이라는 가정 하에 이루어진다. 그러나 높은 도플러 환경에서는 시변채널에 의해 채널간 간섭이 생겨나므로 이러한 가정은 성립될 수 없다. 이에 우리는 시변 채널을 갖는 OFDM의 채널 추정 방식에 대해 다루었다. 제안된 방식에서는 반복적으로 채널간 간섭을 소거할 수 있다. 또한 파일럿의 일부를 한데 묶어 배치함으로써 채널간 간섭을 추정해 시변 채널을 추정하는 방식 또한 제시하였다.
논문에서는 MIMO-OFDM의 신호 검파 기법에 대해서도 언급하였다. VBLAST를 기반으로 한 신호 검파는 성능면에서 월등하나, 이를 OFDM에 적용할 경우 상당한 복잡도를 갖는다는 단점이 있다. 이 논문에서는 SAGE 알고리즘을 이용한 신호 검파 기법이 제시되었다. SAGE 알고리즘을 검파 기법에 적용하고 이에 변형된 신호 판결 과정을 삽입함으로써 VBLAST에 비견할만한 성능을 얻었다. 또한 SOR iteration을 응용해 수렴 속도를 빠르게 하여 VBLAST에 비해 복잡도 면에서 크게 향상된 성능을 보임을 알 수 있었다. 그리고 시변 채널을 갖는 시스템에서 대개의 기법들은 채널간 간섭을 무시하므로 성능이 나빠진다. 이에 우리는 반복적인 계산으로 채널간 간섭을 소거하여 성능을 향상시킬 수 있는 방법을 제시하였다.
