The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences (한국통신학회논문지)

The Korean Institute of Commucations and Information Sciences (한국통신학회)
권호 표지

A Channel Estimation and Detection Method for Multi-Cell Signals Using the PN Sequence Pilot in Time-Varying Channel Environments

시변 채널 환경에서 PN 수열 파일럿을 활용한 다중 셀 신호의 채널 추정 및 검출 방법

  • 김성민 (서강대학교 전자공학과 디지털전송연구실) ;
  • 장재원 (서강대학교 전자공학과 디지털전송연구실) ;
  • 성원진 (서강대학교 전자공학과 디지털전송연구실)
  • Published : 2008.05.31
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Abstract

In cellular mobile radio systems with frequency reuse, the interference signals degrade the channel estimation and signal detection performance due to the low signal-to-interference ratio near coverage boundaries. When the preamble pilot sequences from different cells are orthogonal or located in disjointed positions, they can be used for multi-cell channel estimation and interference cancellation. In time-varying channels caused by Doppler spread, data pilot symbols are needed for channel estimations. However, data pilot symbols are usually located in identical positions for the overhead reduction, which degrades the channel estimation performance. In this paper, we demonstrate a significant amount of performance improvement is achieved by multiplying different pseudonoise(PN) sequences to the data pilot symbols from adjacent interference cells. In particular, for detection scheme using maximal ratio combining(MRC) and inter-cell spatial demultiplexing(ISD), quantitative performance gain of spectral efficiency for different values of Doppler frequency and interference power is presented.

주파수 재사용을 사용하는 셀룰러 시스템에서 단말은 셀 경계로 이동할수록 인접 셀로부터 오는 간섭 신호의 세기가 커지게 되어 낮은 신호 대 간섭 비를 갖게 되고 채널 추정 및 수신 성능이 열화되는 경향을 보인다. 각 셀에 할당된 프리앰블 파일럿이 상호 직교적인 관계이거나 disjoint한 위치에 있는 경우, 각 셀로부터의 채널을 추정하여 이를 간섭 제거에 활용할 수 있다. 도플러 확산에 의한 채널의 시간 변화율이 큰 경우에는 데이터 파일럿의 사용이 필요하나, 다수의 셀로부터 전송되는 데이터 파일럿이 모든 셀에서 동일한 위치에 배치되어 있는 경우, 간섭에 의한 영향으로 채널 추정 성능의 열화를 겪는다. 본 논문에서는 인접 셀 간섭의 영향을 고려한 의사 잡음(pseudonoise: PN) 수열이 적용된 데이터 심볼에서, 간섭 신호로 인한 성능 열화를 줄일 수 있는 채널 추정 방법을 설명하고, 셀 경계 지역에서 수신 신호 검출 성능을 평가한다. 특히 최대비 결합과 셀 간 공간 역다중화 검출 방식에 활용 시, 도플러 주파수와 간섭 신호의 세기에 따른 전송 효율을 산출하여 성능 이득을 정량적으로 제시한다.

Keywords

References

  1. J. Zhu, G. Liu, Y. Wang, and P. Zhang, "A hybrid intercell interference mitigation scheme for OFDMA based E-UTRA downlink," in Proc. IEEE APCC'06, Aug. 2006, pp.1-5
  2. R. Bachl, P. Gunreben, S. Das, and Said Tatesh, "The long term evolution towards a new 3GPP Air Interface Standard," Bell Labs Technical Journal, Vol.11, 2007, pp.25-51 https://doi.org/10.1002/bltj.20195
  3. M. Vemula, D. Avidor, J. Ling, and C. Papadias, "Inter-cell coordination, opportunistic beamforming and scheduling," in Proc. IEEE ICC'06, Vol.12, June 2006, pp.5319-5324
  4. M. Chiani, M. Z. Win, A. Zanella, R. K. Mallik, and J. H. Winters, "Bounds and approximations for optimum combining of signals in the presence of multiple cochannel interferers and termal noise," IEEE Trans. Commun., Vol.51, Feb., 2003, pp.296-307 https://doi.org/10.1109/TCOMM.2003.809265
  5. S. Kim, G. Jin, J. Chang, B. Ihm, and W. Sung, "Receiver performance improvement via intercell spatial demultiplexing for low C/I terminals in MIMO Systems," in Proc. IEEE CCNC'08, Jan. 2008, pp.560-563
  6. S. Song and A. C. Singer, "Pilot-aided OFDM channel estimation in the presence of the guard band," IEEE Trans. Commun., Vol.55, Aug. 2007, pp.1459-1465 https://doi.org/10.1109/TCOMM.2007.902526
  7. C. Fragouli, A. Dhahir, and W. Turin, "Training-based channel estimation for multiple-antenna broadband transmission," IEEE Trans. Wireless Commun., Vol.2, Mar. 2003, pp.384-391 https://doi.org/10.1109/TWC.2003.809454
  8. Air Interface for Fixed and Mobile Broadband Wireless Access Systems, IEEE Standard 802.16e/D10, 2005
  9. X. Dong, W. Lu, and A. C. K. Soong, "Linear interpolation in pilot symbol assisted channel estimation for OFDM," IEEE Trans. Wireless Commun., Vol.6, May 2007, pp.1910-1920 https://doi.org/10.1109/TWC.2007.360392
  10. C. An, S. Jang, J. Lee, and D. Kim, "DFT-based channel estimation using CIR adaptation in OFDM systems," in Proc. IEEE ICACT'07, Vol.1, Feb. 2007, pp.12-14
  11. J. Proakis, Digital Communications, 4/e. New york: McGraw-Hill, 2001
  12. S. Catreux, P. F. Driessen, and L. J. Greenstein, "Data throughputs using multiple-input multiple-output (MIMO) techniques in a noise-limited cellular environment," IEEE Trans. Wireless Commun., Vol.1, April 2002, pp.226-235 https://doi.org/10.1109/7693.994816
  13. S. Kim, G. Jin, J. Chang, B. C. Ilm, and W. Sung, "Receiver performance improvement via intercell spatial demultiplexing for low C/I terminals in MIMO systems." in Proc. IEEE CCNC'08, Jan 2008, pp.560-563
  14. P. Li, R. Narasimhan, and J. Cioffi, "On the distribution of SINR for the MMSE MIMO receiver and performance analysis," IEEE Trans. Inform. Theory, Vol.52, Jan. 2006, pp.271-286 https://doi.org/10.1109/TIT.2005.860466
  15. L. Hao, C. Liyu, Y. Hongwei, and L. Dong, "EESM based link error prediction for adaptive MIMO-OFDM systems," in Proc. IEEE VTC'07, April 2007, pp.559-563
  16. W. Zhi, F. Chin, and C. C. Ko, "Capacity comparison of multi-element antenna systems," in Proc. IEEE VTC'03, Vol.1, April 2003, pp.85-88
  17. C. An, S. Jang, J. Lee, and D. Kim, "DFT-based channel estimation using CIR adaptation in OFDM systems," in Proc. IEEE ICACT'07, Vol.1, Feb. 2007, pp.12-14