Orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) is the most promising for the future high data rate wireless communication systems. In an OFDM system, to demodulate data bits on each subcarrier, we have to know about the reference phase and amplitude of the constellation on each subcarrier. As a result, the exact channel estimation is required. The conventional discrete Fourier transform (DFT)-based channel estimation could increase the performance by zero-substituting the noise only exiting part in time domain. Comparing with linear minimum mean square error (LMMSE) estimation, it just needs the channel information about maximum channel delay time, and the mean square error (MSE) floor [5] dose not occur at high SNR. In spite of these advantages, the performance of DFT-based estimation is very susceptible to maximum channel delay time. As a result, conventional DFT-based estimation always fixes the zero-substitution size as the largest channel delay time in system application scenario to prevent the MSE floor caused by missing a parts of channel impulse response.
In this paper, we proposed an improved DFT-based channel estimation for OFDM. In this method, proposed channel estimation could increase the performance against channel various environments by deciding significant channel taps. This algorithm does not require any kinds of information about the channel statistics, since they decide significant channel taps in time domain based on the threshold, and we propose the most suitable threshold to minimize the MSE of estimation. This threshold is conformed by computer simulation.
In computer simulation, we firstly make up the application scenario and determine the worst case channel, which has the longest maximum channel delay, and the best case channel, which has the shortest maximum channel delay. Computer simulation demonstrates that proposed algorithm can improved MSE about 5dB based on simulation scenario and the MSE floor is not occurred in any channel environments.
본 논문에서는 다중 경로 채널 환경에서 효과적인 OFDM 채널 추정 방법의 하나인 DFT기반의 채널 추정 방법의 문제점을 제시하고 이를 해결한 제안된 DFT기반의 채널 추정 방법에 대해서 논하였다. DFT기반 채널 추정 방법은 기존의 LS, LMMSE방법과는 달리 채널의 시간 영역 특성을 이용하여 채널 추정 하고 그 성능은 채널의 최대 지연 시간에 의해 결정 된다. 그런데, 실제 통신 시스템의 경우 채널 환경은 통신 시스템의 사용 목적에 따라 결정되며, 이런 다양한 통신 환경에 따라 채널의 최대 지연 시간은 가변적으로 변화 한다. 따라서 DFT기반의 채널 추정 방법의 경우 유효 채널의 길이를 결정하는 것이 중요하다. 기존의 DFT기반 채널 추정 방법의 경우 시스템이 사용되는 환경을 고려하여 최대 유효 채널을 채널의 최대 지연시간의 두 배로 설정하여 사용하였다. 이 경우 채널 추정의 성능은 최대 지연 시간에 의해 결정 되므로 채널의 지연 시간이 짧은 경우에도 좋은 채널 추정 성능을 기대 할 수 없다. 따라서 본 논문에서는 유효 채널의 길이에 따른 DFT기반의 채널 추정 방법의 성능을 분석하고 적응적인 유효 채널의 길이를 추정 할 수 있는 방법을 제안하였다. 유효 채널길이의 결정은 추정한 채널의 파워가 특정 문턱 값보다 클 경우 그 채널 탭을 채널 정보가 있는 의미 있는 탭으로 간주하여 유효 채널 탭으로 결정한다. 따라서 제안된 DFT기반의 채널 추정 방법은 문턱 값에 의해 채널 추정 성능이 결정되며 본 논문에서는 MSE을 최소화하기 위해 의미 있는 문턱 값을 제시하였다. 문턱 값의 결정은 유효구간의 추정 채널 탭을 영으로 대처 했을 때의 MSE와 그렇지 않을 경우의 MSE을 비교 하여 구할 수 있으며 이렇게 구해진 문턱 값은 시간영역의 잡음 전력의 두 배가 된다. 제안한 채널 추정 방법을 사용할 경우 일반적으로 rms 지연 시간이 변화하는 채널환경에서도 채널의 최대 지연 시간에 적응적으로 변화 하며 채널 추정 성능을 향상 시킬 수 있다. 모의 실험 결과, 유효 채널 탭을 추정 한 경우는 rms 지연 시간이 짧을 경우에 기존 DFT방법과 비교하여 MSE대비 SNR이 약 5dB이상 이득을 얻을 수 있었고 BER의 경우 약 1dB의 SNR이득을 얻을 수 있었다.
