For high data transmission, the parallel communication systems have received much attraction. Orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) is one of those parallel communication systems. The basic concept of OFDM is to split a high-rate data stream into relatively low-rate streams which are transmitted simultaneously over a number of subcarriers allowed to overlap each other. In addition, the advantage of OFDM is robust to the multi-path channel and is to simplify the equalization in the frequency-selective channel.
For the coherent detection, the accurate channel estimation is required at the receiver in OFDM system. The approaches of the channel estimation are classified into two methods. One is the blind method which uses the statistics of the received signal. The other is the pilot-assisted method which uses the known symbols at the receiver. Since mobile channel is time-varying, the pilot-assisted method has more attention. In the pilot assisted method, pilot symbols are inserted at the specific subcarriers to deal with time-varying channel. In this thesis, we first propose the pilot symbols for time-varying channel. Recently, the design method of the pilot symbols are proposed in many literatures. Based on the fact that the optimal pilot symbols in frequency-selective channel are the equi-power, equi-spaced pilot symbols, the equi-power, equi-spaced grouped pilot symbols are proposed with the knowledge that the power leakage affect the neighbor subcarriers in time-varying channel. However, the conventional pilot symbols in time-varying channel does not consider powers and phase of pilot symbols. To show the optimal performance of channel estimation, we design the pilot symbols in time-varying channel. In the proposed design, the condition of the pilot symbols is determined in the MSE sense. For the various basis expansion models (BEMs) such as the complex exponential (CE)-BEM, the polynomial (P)-BEM, and the discrete prolate spheroidal sequence (DPSS)-BEM, the pilot symbols are proposed. The proposed pilot symbols are closely related to the eigenvectors of the matrix.
Next, we propose the channel estimation scheme in time-varying channel. To show the improved performance of the channel estimation in time-varying channel, iterative methods are used exploiting the detected symbols as the pilot symbols. However, the false detected symbols in the previous step may arise error during the channel estimation. To overcome the drawback, we propose the threshold to pass the reliable symbols to next step. In the proposed scheme, the reliability of detected symbols is measured to the probability of the equalized symbols. By limiting the propagated symbols, we show the improved performance of the channel estimation in time-varying channel.
The carrier frequency offset (CFO) affects the performance of channel estimation. To exclude the effect of CFO, we propose the two estimation methods. One is the blind method. In this method, we exploit the circulant property of an channel matrix. By the circulant property, The pseudo received signals are generated from one received signal. Unlike the conventional method, since the proposed scheme use a few OFDM block, the proposed scheme can be applied to time-varying channel. The other method is based on the pilot symbols. In the proposed scheme, the preambles are used as the pilot symbols. With the identical values of the preambles, we first represent the channel output with channel approximation in one OFDM block. Then, the ML estimation is used to estimate CFO. In addition, by shifting the start point of OFDM block, we generate the pseudo preambles to improve the performance of the CFO estimation.
직교 다중주파수분할다중화 (OFDM) 시스템은 고속 데이터 전송을 위한 방식을 제시된 방법중 하나이다. OFDM 방식은 심볼주기가 짧은 고속 데이터를 상대적으로 느린 데이터로 바꾸어 여러개의 부 반송파를 통해 전송한다. 다중경로로 인해 발생하는 주파수 선택채널에서 강인함을 가지며, 신호검파를 쉽게 할 수 있다는 장점을 가지고 있어 고속 데이터 전송에 적합한 방식으로 알려져 있다.
전송된 신호를 효율적으로 복원하기 위해서 채널 추정은 필히 행해져야 하는 부분으로 시변채널에서의 채널추정은 파일럿 기반의 방식이 주로 선호되는 방식이다. 기존의 결과는 파일럿의 배치를 통하여 채널추정의 성능을 높이려고 하였으나, 파일럿의 파워와 페이즈에 대한 연구는 이루어지지 않았다. 시변채널에서 채널추정의 성능향상을 위하여 파일럿의 값에 대한 영향을 기술하고 최적의 파일럿의 조건으로부터 시변채널에서의 파일럿 설계에 대해 다루었다.
시변채널에서 채널추정을 위해서는 많은 수의 파일럿들이 필요하고, 이를 해결하기 위해 기존의 방법에서 검출된 신호를 다시 파일럿으로 사용하여 채널추정의 성능을 높이려고 하였다. 그러나, 채널추정을 위해 검출된 신호는 오차가 존재하게 되며, 이 오차는 채널추정을 높이는데 방해요소로 작용하게 된다. 잘못 검출된 파일럿 심볼로 인하여 채널추정성능감소를 막기 위해 검출된 신호의 신뢰도를 측정하여 신뢰도 이상인 신호를 다시 파일럿으로 사용하여 시변채널에서 채널 추정의 성능을 높이려고 하였다.
수신된 데이터는 CFO (Carrier Frequency Offset)에 의해 부채널간의 간섭이 일어나며, 이것은 OFDM의 성능감소를 유발하게 된다. 후의 채널 추정과 신호 검출을 위하여 CFO는 추정되어야 하며 보상되어야 한다. 이를 해결하는 방식을 논문에서는 두가지의 방식으로 제시하였으며 하나는 추가적인 파일럿을 사용하지 않는 블라인드 방식의 CFO 추정 방식, 다른 하나는 파일럿을 사용한 CFO 추정방식이다. 블라인드 방식은 채널의 circulant 성질을 이용하것으로 이 성질로 인해 수신된 데이터를 여러개로 만들어 추정을 하였다. 파일럿을 이용한 방식은 Preamble을 파일럿으로 사용한 ML 추정방식을 사용하였으며, 뿐만 아니라 OFDM 블록의 시작부분을 조절하여 Preamble이 많아 보이는 효과를 주고, 이를 통해 추정 성능을 높였다.