5G 사운딩 레퍼런스 신호를 활용한 딜레이‑도플러 도메인 채널 추정 및 예측

초록

본 논문은 5G NR 사운딩 레퍼런스 신호(SRS)를 이용해 DFT‑s‑OFDM 수신기에서 각 OFDM 심볼을 딜레이‑도플러(DD) 영역으로 변환한 뒤, DD 영역에서 채널을 추정하고 이를 기반으로 파일럿이 없는 연속 심볼에 대한 채널을 예측하는 방법을 제안한다. 선형 결합 채널 추정‑등화와 검출된 데이터를 순차적으로 활용하는 업데이트 기법을 도입해 BER와 NMSE를 크게 개선했으며, 초기 2 슬롯의 SRS만으로도 이후 25개 이상의 OFDM 심볼을 파일럿 없이 정확히 복원한다는 실험 결과를 제시한다.

상세 분석

이 연구는 6G 시대에 OFDM과 DFT‑s‑OFDM이 여전히 핵심 변조 방식으로 남아 있는 현실을 전제로, 고속 이동성 채널에서 전통적인 주파수‑시간(F‑T) 기반 추정이 갖는 한계를 딜레이‑도플러(DD) 도메인으로 전이함으로써 극복하고자 한다. 논문은 먼저 DFT‑s‑OFDM 송신 구조를 DD 변조 관점에서 재해석한다. 수신된 OFDM 심볼에 대해 다운샘플링, M‑점 IDFT, 위상 보정 행렬을 순차 적용하면 즉시 DD 격자를 얻을 수 있으며, 이는 기존 OTFS 디모듈레이터와 수학적으로 동일함을 (12)식으로 증명한다.

DD 격자 상에서 SRS 파일럿은 거의 임펄스 형태가 되므로, 선형 최소제곱(LMMSE) 혹은 단순 역행렬 연산을 통해 DD 채널 행렬 (H_{DD}) 을 추정한다. 여기서 핵심은 각 딜레이 블록마다 CP를 하나만 삽입해 블록‑사이클릭 구조를 유지하면서도 복잡도를 크게 낮춘 점이다. 추정된 DD 채널은 다시 시간‑지연 영역으로 변환돼 BEM(기저 확장 모델) 입력으로 사용되며, 도플러 축을 그리드화해 온‑그리드 파라미터를 추정한다. 이렇게 얻은 파라미터는 (3)식에 대입해 전체 슬롯 동안의 채널을 예측할 수 있게 한다.

예측 정확도를 높이기 위해 논문은 “선형 결합 채널 추정‑등화” 방식을 제안한다. 각 OFDM 심볼이 복조될 때 검출된 데이터 심볼을 가중치 (w) 와 함께 현재 채널 추정에 반영해 순차적으로 업데이트한다. 이는 파일럿이 없는 심볼에 대해서도 실시간으로 채널을 보정할 수 있게 해 주며, 전통적인 주파수‑시간 보간 방식에 비해 BER와 NMSE에서 3‑5 dB 정도의 이득을 제공한다.

시뮬레이션에서는 5G NR 표준에 정의된 comb‑4 SRS 패턴을 사용하고, 최대 도플러 500 Hz, 30 kHz 서브캐리어 간격, 15 kHz 스케줄링을 가정했다. 초기 2 슬롯(SRS 포함)만으로 채널을 추정한 뒤, 이후 25개 이상의 데이터‑전용 슬롯을 파일럿 없이 복원했을 때, BER이 10⁻³ 수준에서 기존 FD‑T LMMSE 대비 약 1.8배 향상되었으며, NMSE 역시 0.02 이하로 유지되었다. 복잡도 측면에서는 DD 변환과 선형 업데이트가 O(MN) 수준으로, 실시간 구현이 충분히 가능함을 확인했다.

이러한 결과는 6G 초고속 이동성 시나리오(고속열차, LEO 위성, UAV 등)에서 기존 OFDM 기반 시스템이 파일럿 오버헤드 없이도 안정적인 전송을 유지할 수 있음을 시사한다. 또한, 현재 5G NR 표준을 그대로 활용하면서도 DD‑도메인 이점을 얻을 수 있다는 점에서, 향후 표준화 논의에 실용적인 대안을 제공한다.