최근 3GPP에서는 급증하는 차량 사고에 대처하고, 교통 효율, 텔레매틱스와 인포테인먼트를 제공하기 위해 LTE(Long Term Evolution) 기반 차량 통신에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 차량 통신은 안전과 밀접한 관련이 있기 때문에, 신뢰성 있는 통신을 필요로 한다. 하지만 차량의 속도는 매우 빠르기 때문에 기존 사용자의 이동성과는 달리 무선 채널이 시간에 따라 빠르게 변하게 되어 전송 품질 저하 등 많은 문제가 발생하게 된다. 본 논문에서는 LTE 기반 V2V(Vehicle-to-Vehicle) 환경에서 채널 추정 기법을 제안한다. 기존 기법인 LS(Least Square) 채널 추정은 송 수신단이 알고 있는 파일럿 심볼을 이용해 얻어지며, DDCE(Decision Directed Channel Estimation)는 데이터 심볼을 이용해 채널 추정을 하고, CDP(Constructed Data Pilot) 기법은 인접한 두 데이터 심볼 사이에서 상관이 큰 특성을 이용하며, 그리고 STA(Spectral Temporal Averaging) 기법은 주파수와 시간 영역에서 채널을 평균을 취한다. 또한 Smoothing 기법은 데이터 결정 오류에 의한 최대치를 줄여준다. 제안기법인 HRCE(Hybrid Reliable ChannelEstimation)는 기존의 Smoothing 기법에 LMMSE(Linear Minimum Mean Square Error)를 적용함으로써 더 정확한 채널 추정이 이루어져 신뢰성 있는 데이터 검출을 가능하게 한다. 모의실험 결과, 제안한 기법이 NMSE(Normalized Mean Square Error)와 BER(Bit Error Rate) 측면에서 전체적으로 성능이 향상 된 것을 볼 수 있다.
최근 3GPP에서는 급증하는 차량 사고에 대처하고, 교통 효율, 텔레매틱스와 인포테인먼트를 제공하기 위해 LTE(Long Term Evolution) 기반 차량 통신에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 차량 통신은 안전과 밀접한 관련이 있기 때문에, 신뢰성 있는 통신을 필요로 한다. 하지만 차량의 속도는 매우 빠르기 때문에 기존 사용자의 이동성과는 달리 무선 채널이 시간에 따라 빠르게 변하게 되어 전송 품질 저하 등 많은 문제가 발생하게 된다. 본 논문에서는 LTE 기반 V2V(Vehicle-to-Vehicle) 환경에서 채널 추정 기법을 제안한다. 기존 기법인 LS(Least Square) 채널 추정은 송 수신단이 알고 있는 파일럿 심볼을 이용해 얻어지며, DDCE(Decision Directed Channel Estimation)는 데이터 심볼을 이용해 채널 추정을 하고, CDP(Constructed Data Pilot) 기법은 인접한 두 데이터 심볼 사이에서 상관이 큰 특성을 이용하며, 그리고 STA(Spectral Temporal Averaging) 기법은 주파수와 시간 영역에서 채널을 평균을 취한다. 또한 Smoothing 기법은 데이터 결정 오류에 의한 최대치를 줄여준다. 제안기법인 HRCE(Hybrid Reliable Channel Estimation)는 기존의 Smoothing 기법에 LMMSE(Linear Minimum Mean Square Error)를 적용함으로써 더 정확한 채널 추정이 이루어져 신뢰성 있는 데이터 검출을 가능하게 한다. 모의실험 결과, 제안한 기법이 NMSE(Normalized Mean Square Error)와 BER(Bit Error Rate) 측면에서 전체적으로 성능이 향상 된 것을 볼 수 있다.
Recently, in 3rd Generation Partnership Project(3GPP), there is a study of the Long Term Evolution(LTE) based vehicle communication which has been actively conducted to provide a transport efficiency, telematics and infortainment. Because the vehicle communication is closely related to the safety, i...
Recently, in 3rd Generation Partnership Project(3GPP), there is a study of the Long Term Evolution(LTE) based vehicle communication which has been actively conducted to provide a transport efficiency, telematics and infortainment. Because the vehicle communication is closely related to the safety, it requires a reliable communication. Because vehicle speed is very fast, unlike the movement of the user, radio channel is rapidly changed and generate a number of problems such as transmission quality degradation. Therefore, we have to continuously updates the channel estimates. There are five types of conventional channel estimation scheme. Least Square(LS) is obtained by pilot symbol which is known to transmitter and receiver. Decision Directed Channel Estimation(DDCE) scheme uses the data signal for channel estimation. Constructed Data Pilot(CDP) scheme uses the correlation characteristic between adjacent two data symbols. Spectral Temporal Averaging(STA) scheme uses the frequency-time domain average of the channel. Smoothing scheme reduces the peak error value of data decision. In this paper, we propose the novel channel estimation scheme in LTE based Vehicle-to-Vehicle(V2V) environment. In our Hybrid Reliable Channel Estimation(HRCE) scheme, DDCE and Smoothing schemes are combined and finally the Linear Minimum Mean Square Error(LMMSE) scheme is applied to minimize the channel estimation error. Therefore it is possible to detect the reliable data. In simulation results, overall performance can be improved in terms of Normalized Mean Square Error(NMSE) and Bit Error Rate(BER).
Recently, in 3rd Generation Partnership Project(3GPP), there is a study of the Long Term Evolution(LTE) based vehicle communication which has been actively conducted to provide a transport efficiency, telematics and infortainment. Because the vehicle communication is closely related to the safety, it requires a reliable communication. Because vehicle speed is very fast, unlike the movement of the user, radio channel is rapidly changed and generate a number of problems such as transmission quality degradation. Therefore, we have to continuously updates the channel estimates. There are five types of conventional channel estimation scheme. Least Square(LS) is obtained by pilot symbol which is known to transmitter and receiver. Decision Directed Channel Estimation(DDCE) scheme uses the data signal for channel estimation. Constructed Data Pilot(CDP) scheme uses the correlation characteristic between adjacent two data symbols. Spectral Temporal Averaging(STA) scheme uses the frequency-time domain average of the channel. Smoothing scheme reduces the peak error value of data decision. In this paper, we propose the novel channel estimation scheme in LTE based Vehicle-to-Vehicle(V2V) environment. In our Hybrid Reliable Channel Estimation(HRCE) scheme, DDCE and Smoothing schemes are combined and finally the Linear Minimum Mean Square Error(LMMSE) scheme is applied to minimize the channel estimation error. Therefore it is possible to detect the reliable data. In simulation results, overall performance can be improved in terms of Normalized Mean Square Error(NMSE) and Bit Error Rate(BER).
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문제 정의
본 논문에서는 3GPP 표준화를 기반으로 SL(SideLink) 관점에서 연구를 수행하였다. 그림 1과 2는 SL 시스템의 송·수신단 블록도이다.
본 논문에서는 LTE 기반 V2V 환경에서 새로운 채널 추정 기법을 제안하였다. 제안 기법은 낮은 SNR에서 좋은 성능을 보이는 Smoothing 기법에 LMMSE가 적용이 되었다.
최근 3GPP에서는 LTE 기반 차량 통신에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 본 논문에서는 LTE 기반 V2V 환경에서 채널 추정 기법을 제안한다. LTE 시스템은 빠르고 신뢰성 있는 통신이 가능하고, QoS(Quality of Service)를 보장할 수 있다.
제안 방법
본 장에서는 HRCE 기법을 제안한다. HRCE는 Smoothing에 LMMSE(Linear Minimum Mean Square Error)가 적용된 기법이다.
본 장에서는 기존 및 제안한 채널 추정 기법에 대해 성능 분석이 이루어졌다. 이에 대한 모의실험 모델 및 파라미터와 모의실험 결과는 다음과 같다.
채널 추정 기법인 LS, DDCE, CDP, STA, Smoothing, 그리고 제안한 기법인 HRCE 기법에 대해 성능 평가가 이루어졌다. 성능 평가는 NMSE(Normalized Mean Square Error)와 BER(Bit Error Rate)에 대해 이루어졌다.
채널을 추정하기 위해 등화한 심볼을 디매핑한 후 이 심볼을 이용하여 LS 채널 추정으로 다음 채널을 추정한다.
데이터처리
채널 추정한 값을 이용해 주파수 영역에서 평균값을 계산한다.
이론/모형
모의실험은 LTE SL 시스템을 기반으로 이루어 졌다. 속도와 도플러 주파수의 관계는 표 1과 같다.
채널 추정 기법인 LS, DDCE, CDP, STA, Smoothing, 그리고 제안한 기법인 HRCE 기법에 대해 성능 평가가 이루어졌다. 성능 평가는 NMSE(Normalized Mean Square Error)와 BER(Bit Error Rate)에 대해 이루어졌다.
본 논문에서는 LTE 기반 V2V 환경에서 새로운 채널 추정 기법을 제안하였다. 제안 기법은 낮은 SNR에서 좋은 성능을 보이는 Smoothing 기법에 LMMSE가 적용이 되었다. 모의실험 결과, 제안한 기법이 도심지역과 시골지역, 그리고 고속도로에서 NMSE와 BER 관점에서 성능이 향상 된 것을 볼 수 있다.
성능/효과
LS의 경우 낮은 SNR에서는 성능이 좋지만, 높은 SNR에서 에러 플로어가 발생한다. HRCE가 낮은 SNR과 높은 SNR에서 모두 좋은 성능을 보이는 것을 확인할 수 있다.
제안 기법은 낮은 SNR에서 좋은 성능을 보이는 Smoothing 기법에 LMMSE가 적용이 되었다. 모의실험 결과, 제안한 기법이 도심지역과 시골지역, 그리고 고속도로에서 NMSE와 BER 관점에서 성능이 향상 된 것을 볼 수 있다. 향후 연구 과제로는 5세대 이동통신이 uLLC(ultra-reliable and Low Latency Communication)를 목표로 하고 있기 때문에, HRCE 기법의 복잡도를 낮추는 연구가 필요하다.
그림 4는 도심지역에서의 NMSE를 나타낸 것이다. 성능은 DDCE, CDP, STA, LS, Smoothing, 그리고 제안한 기법인 HRCE 순으로 좋아진다. DDCE는 낮은 SNR 일 경우 잘못된 등화와 디매핑으로 인해 오류가 많이 발생하는 단점이 있으며 높은 SNR에서는 좋은 성능을 보인다.
후속연구
모의실험 결과, 제안한 기법이 도심지역과 시골지역, 그리고 고속도로에서 NMSE와 BER 관점에서 성능이 향상 된 것을 볼 수 있다. 향후 연구 과제로는 5세대 이동통신이 uLLC(ultra-reliable and Low Latency Communication)를 목표로 하고 있기 때문에, HRCE 기법의 복잡도를 낮추는 연구가 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
DDCE(Decision Directed Channel Estimation)는 무엇인가?
DDCE(Decision Directed Channel Estimation)는 데이터 신호를 파일럿 심볼로 이용하여 채널을 추정하는 기법이다[4].
V2X의 유형 3가지는 무엇인가?
전 세계적으로 급증하는 차량 사고와 차량의 이동성, 교통효율에 대한 관심이 증가하면서 V2X(Vehicle-toEverything) 통신이 화두가 되고 있다[1]. V2X는 V2V(Vehicle-to-Vehicle), V2P(Vehicle-to-Pedestrian), V2I(Vehicle-to-Infrastructure)로 유형이 나눠질 수 있다. 기존 V2X 통신은 WAVE(Wireless Access in Vehicle Environment)의 DSRC(Dedicated Short Range Communication) 기반으로 이루어졌으며, 물리 계층을 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.
IEEE 802.11p의 단점은 무엇인가?
11a와 유사하다. 하지만 보안 및 유지 보수 문제가 있으며, 제한된 스펙트럼으로 인해 높은 전송률을 보장하지 못한다는 단점을 가진다.
참고문헌 (7)
YiShi, "LTE-V: A Cellular-Assisted V2X Communication Technology" in ITU Workshop, Beijing, China, July. 28-29th 2015.
Jaemin Kwak, Pusik Park, Daekyo Shin, Kitaeg Lim, and Jongchan Choi, "Implementation of Embedded System for IEEE 802.11p based OFDM-DSRC Communications" in ISOCC Conference, Page: 431-434, Oct. 2006.
Sangmi Moon, Myeonghun Chu, Hanjong Kim, Dajin Kim, Intae Hwang, "FFT-based Channel Estimation Scheme in LTE-A Downlink System" in IEIE, Vol. 53, NO.3, Page: 11-20, March. 2016.
Jianjun Ran, Rainer Griinheid, Hermann Rohling, Edgar Bolinth, Ralf Kern, "Decision-directed Channel Estimation Method for OFDM systems with high velocities" in Vehicular Technology Conference, 2003. VTC 2003-Spring. The 57th IEEE Semiannual, Vol.04, Page: 2358-2361, 2003.
Zijun Zhao, Xiang Cheng, Miaowen Wen, Bingli Jiao, Cheng-Xiang Wang, "Channel Estimation Schemes for IEEE 802.11p Standard" in IEEE Intelligent Transportation Systems Magazine, Vol 5, Page: 38-49, 2013.
Joseph A. Fernandez, "Dynamic Channel Equalization for IEEE 802.11p Waveforms in the Vehicleto-Vehicle Channel" in Communication, Control, and Computing (Allerton), 2010 48th Annual Allerton Conference on, Page: 542-551, Oct. 2010.
Andre Bourdoux, Hans Cappelle, Antoine Dejonghe, "Channel Tracking for Fast Time-Varying Channels in IEEE 802.11p Systems" in Global Telecommunications Conference (GLOBECOM 2011), 2011 IEEE, Page: 1-6, Dec. 2011.
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