KR100325370B1

KR100325370B1 - 직교주파수분할다중 통신시스템 수신기의 샘플링 동기장치및 방법

Info

Publication number: KR100325370B1
Application number: KR1019990019169A
Authority: KR
Inventors: 황성준; 박종현; 박선규; 최형진
Original assignee: 박태진; 삼성탈레스 주식회사
Priority date: 1999-05-27
Filing date: 1999-05-27
Publication date: 2002-03-04
Also published as: KR20000074902A

Abstract

본 발명은 직교주파수분할다중 통신시스템 수신기의 샘플링 동기장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 샘플링 타이밍 옵셋을 보상하는 샘플링 동기장치 및 방법에 관한 것이다. 이러한 본 발명은 파일럿 패턴을 포함하는 아날로그 형태의 직교주파수분할다중 신호를 수신하는 직교주파수분할다중 시스템의 수신기에 있어서, 소정의 샘플링 클럭을 입력받아 상기 직교주파수분할다중 신호를 샘플링하고, 디지탈 형태의 신호로 변환하여 출력하는 아날로그/디지탈 변환부와, 소정의 구동전압을 입력받아 샘플링 클럭의 샘플링 주파수를 조절하여 상기 아날로그/디지탈 변환부로 제공하는 샘플링 클럭 발생부와, 상기 디지탈 형태의 직교주파수분할다중 신호의 프레임 동기를 맞추는 프레임 동기부와, 상기 프레임 동기부에서 출력되는 직교주파수분할다중 신호를 복조하여 출력하는 고속퓨리에변환부와, 상기 복조된 직교주파수분할다중 신호로부터 상기 파일럿 패턴을 검출하여 샘플링 타이밍 옵셋을 구하고, 상기 샘플링 타이밍 옵셋에 의해 구동전압을 생성하여 상기 샘플링 클럭 발생부로 제공하는 샘플링 타이밍 옵셋 보상부로 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

직교주파수분할다중 통신시스템 수신기의 샘플링 동기장치 및 방법{SAMPLING SYNCHRONIZATION METHOD AND APPARATUS IN OFDM COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 이동통신시스템의 샘플링 동기장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 직교주파수분할다중 시스템의 샘플링 동기장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 동기방식 이동통신시스템에서 수신기는 복조시 송신기로부터 송신되는 신호를 복조하기 위해 프레임 동기, 샘플링 동기, 반송 주파수 동기 등을 수행한다. 상기 반송주파수 동기는 수신된 반송파의 주파수와 위상을 맞춘 국부 반송파의 재생 과정이고, 상기 프레임 동기는 복호된 데이터열에서 올바른 프레임의 시작부를 찾아내는 과정이다. 그리고 상기 샘플링 동기는 수신된 신호의 샘플링 주파수를 맞추어 정확한 샘플링을 하기 위한 과정이다. 일반적인 이동통신시스템에서상기 샘플링 동기는 샘플링 주파수 복원 및 샘플링 타이밍 복원(Sampling Timing Recovery: STR)을 의미한다.

도1은 일반적인 이동통신시스템 수신기의 샘플링 동기장치의 블록 구성도를 나타낸 도면이다. 이하 도1을 참조하여 일반적인 이동통신시스템에서의 샘플링 동기를 위한 구성 및 동작을 설명한다.

OFDM 시스템 송신기로부터 송신된 OFDM 신호는 아날로그 형태로 수신기에 수신된다. 상기 수신된 OFDM 신호를 입력받은 아날로그/디지탈 변환기(101)는 소정의 샘플링 클럭을 입력받아 상기 OFDM 신호를 디지탈 형태의 OFDM 신호로 변환하여 프레임 동기부(103)로 출력한다. 디지탈 형태의 OFDM 신호를 입력받은 프레임 동기부(103)는 상기 OFDM 신호의 프레임 시작부를 찾고, 상기 프레임 시작부를 찾았을 때 샘플링 클럭 발생부(109)로 프레임 시작 신호를 출력하고, 프레임 동기화된 OFDM 신호를 주파수 옵셋 보상부(105)로 출력한다. 샘플링 클럭 발생부(109)는 상기 프레임 시작 신호를 입력받고, 상기 프레임 시작 신호에 따라 샘플링 타이밍 복원을 수행하여 샘플링 클럭을 상기 아날로그/디지탈 변환부(101)로 출력한다. 상기 샘플링 타이밍 복원 이후에 수신되는 OFDM 신호는 새로운 샘플링 클럭에 의해아날로그/디지탈 변환부(101)에서 디지탈 형태의 OFDM 신호로 변환되어 출력된다. 주파수 옵셋 보상부(105)는 상기 프레임 동기화된 OFDM 신호의 주파수 옵셋을 보상하여 고속퓨리에변환부(107)로 출력한다. 고속퓨리에변환부(107)는 상기 주파수 옵셋 보상된 OFDM 신호를 입력받아 OFDM 복조하여 출력한다.

현재 차세대 통신기술로 부각되고 있는 직교주파수분할다중(Orthogonal Frequency Division Multiplex: OFDM) 시스템은 직교성을 가지는 다중 반송파를 이용한다. 상기 OFDM 시스템의 수신기 또한 다른 이동통신시스템 수신기와 마찬가지로 복조시 송신기로부터 송신되는 OFDM 신호를 동기화하기 위해 프레임 동기, 샘플링 동기, 반송 주파수 동기 등을 수행한다. 그러나 일반적인 이동통신시스템의 수신기는 샘플링 동기시 샘플링 타이밍 복원만을 수행하여도 복조 성능을 저하시키지 않는데 반하여, OFDM 시스템은 복조시 직교성을 유지해야 하므로 샘플링 위치를 정확히 찾아야 직교성을 유지할 수 있다. OFDM 시스템에서 샘플링 동기의 샘플링 타이밍 조절이 이루어지지 않을 경우 도2와 같이 샘플링 타이밍 옵셋이 발생한다.

상술한 바와 같이 직교주파수분할다중 시스템에서는 복조시 직교성이 유지되어야 하나 샘플링 동기 시 샘플링 타이밍 복원만을 수행하므로 샘플링 타이밍 옵셋이 발생하여 복조 성능을 저하시키는 문제점이 발생한다.

따라서 본 발명의 목적은 직교주파수분할다중 시스템에서 샘플링 주파수 동기와 함께 샘플링 타이밍 조절을 수행하여 샘플링 타이밍 옵셋을 보상하는 샘플링동기 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 파일럿 패턴을 포함하는 아날로그 형태의 직교주파수분할다중 신호를 수신하는 직교주파수분할다중 시스템의 수신기에 있어서, 소정의 샘플링 클럭을 입력받아 상기 직교주파수분할다중 신호를 샘플링하고, 디지탈 형태의 신호로 변환하여 출력하는 아날로그/디지탈 변환부와, 소정의 구동전압을 입력받아 샘플링 클럭의 샘플링 주파수를 조절하여 상기 아날로그/디지탈 변환부로 제공하는 샘플링 클럭 발생부와, 상기 디지탈 형태의 직교주파수분할다중 신호의 프레임 동기를 맞추는 프레임 동기부와, 상기 프레임 동기부에서 출력되는 직교주파수분할다중 신호를 복조하여 출력하는 고속퓨리에변환부와, 상기 복조된 직교주파수분할다중 신호로부터 상기 파일럿 패턴을 검출하여 샘플링 타이밍 옵셋을 구하고, 상기 샘플링 타이밍 옵셋에 의해 구동전압을 생성하여 상기 샘플링 클럭 발생부로 제공하는 샘플링 타이밍 옵셋 보상부로 이루어짐을 특징으로 한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명은 파일럿 패턴을 포함하는 아날로그 형태의 직교주파수분할다중 신호를 수신하는 직교주파수분할다중 시스템의 수신기의 샘플링 동기 방법에 있어서, 복조된 직교주파수분할다중 신호로부터 적어도 두 개 이상의 파일럿 패턴을 검출하는 파일럿 패턴 검출 과정과, 상기 검출된 적어도 두 개 이상의 파일럿 패턴의 위상차를 이용하여 샘플링 타이밍 옵셋을 계산하는 샘플링 타이밍 옵셋 과정과, 상기 샘플링 타이밍 옵셋에 따라 구동전압을 생성하여 상기 샘플링 클럭의 샘플링 주파수를 조절하는 샘플링 주파수 조절 과정으로 이루어짐을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 통신시스템 수신기의 샘플링 동기장치의 구성도를 도시한 도면.

도 2는 일반적인 통신시스템 수신기의 샘플링 동기장치를 사용할 경우 샘플링 타이밍 옵셋이 발생함을 나타내는 도면.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 직교주파수분할다중 통신시스템 수신기의 샘플링 동기장치의 구성도를 도시한 도면.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 샘플링 동기과정을 나타낸 도면.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하 본 발명을 설명함에 있어서, OFDM 시스템 송신기에서 송신되는 신호를 c(n)이라 하고, 수신기에서 샘플링된 신호를 x(n)이라 한다. 이때 샘플링 타이밍 옵셋이 τ만큼 존재할 때 각각의 FFT 결과는 이하 <수학식 1>로 표현된다.

여기서 τ는 정규화된 샘플링 타이밍 옵셋으로서 그 값은 1샘플 오차시 1을 갖고 원 샘플들간의 중간에서 샘플링되었을 때는 0.5의 값을 갖는다. N은 FFT의 크기이며, m은 FFT 주파수 bin 인덱스이다.

상기 <수학식 1>에서 샘플링 타이밍 옵셋이 존재할 때 수신신호는 원신호에 대해 위상 편이를 갖게된다. 예를 들어 샘플링 타이밍 옵셋이 0.5의 값이라면 수신신호의 마지막 FFT 주파수 bin에서는 π만큼의 위상 편이를 가지게 되므로 180。의 반전된 값을 나타내게 된다. 상기 <수학식 1>에서 나타난 위상 회전은 샘플링 위치 오류로 인하여 발생한 것이므로 수신신호로부터 상기 <수학식 1>의 e^-j(2π/N)mτ를 계산하면 샘플링 옵셋을 구할 수 있다. 이러한 계산은 OFDM 신호에 삽입되어 송신되는 파일럿 패턴을 이용한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 직교주파수분할다중 통신시스템 수신기의 샘플링 동기장치의 구성을 도시한 도면으로서, 이하 도3을 참조하여 샘플 타이밍 옵셋을 보상하기 위한 구성 및 동작을 설명한다.

OFDM 시스템의 송신기에서 송신된 OFDM 신호는 아날로그/디지탈 변환부(111)와 프레임 동기부(113)와 주파수 옵셋 보상부(115)를 통해 FFT(117)로 입력한다. FFT(117)는 상기 OFDM 신호를 OFDM 복조하여 출력한다. 파일럿 패턴 검출부(125)는 상기 복조된 OFDM 신호로부터 m번째 파일럿 패턴과 m+d번째 파일럿 패턴을 검출하여 위상검출기(123)로 출력한다. 그러면 위상검출기(123)는 상기 m 번째 파일럿 패턴과 m+d 번째 파일럿 패턴을 입력받아 위상 회전량의 차이로부터 샘플링 타이밍 옵셋을 계산하여 출력한다.

이하 샘플링 옵셋을 계산하는 위상검출기(123)의 동작을 도4를 참조하여 구체적으로 설명한다. 상기 도4는 본 발명의 실시 예에 따른 샘플링 동기과정을 나타낸 도면이다. 이하 설명함에 있어서, X(m)는 m 번째 수신 신호, C(m)는 m 번째 원래의 신호이다. 상기 X(m)와 C(m)는 각각 m 번째 수신 파일럿 패턴, m 번째 원래의파일럿 패턴을 의미한다. (m=1,2,3,4,...,N, d=1,2,3,4,...,N-1)

위상검출기(123)는 파일럿 패턴 검출부(125)로부터 m 번째 수신 파일럿 패턴(X(m))과 m+d 번째 수신 파일럿 패턴(X(m+d))을 입력받아 401단계와 403단계에서 공액 복소수화 한다. 그런 다음 위상검출기(123)는 405단계에서 상기 공액 복소수화된 m 번째 수신 파일럿 패턴 X(m)^*에 원래의 m 번째 파일럿 패턴C(m)을 곱하고, 407단계에서 m+d 번째 수신 파일럿 패턴 X(m+d)^*에 원래의 파일럿 패턴 C(m+d)를 곱한다. 상기 검출된 파일럿 패턴에 각각에 해당하는 원래의 파일럿 패턴을 곱한 후에 위상검출기(123)는 408단계에서 상기 X(m+d)^*×C(m+d)를 다시 공액 복소수화 한다. 상기 408단계 후에 위상검출기(123)는 상기 405단계에서 계산된 값과 408단계에서 계산된 값을 409단계에서 곱하여 {X(m)^*×C(m)}{ {X(m+d)^*×C(m+d)}^*}를 계산한다. 위상검출기(123)는 411단계에서 상기와 같은 계산을 FFT의 크기만큼 반복 수행하고, 상기 계산된 값들을 합산한다. 이를 수학식으로 표현하면 이하 <수학식 2>와 같다.

상기 <수학식 2>에서 샘플링 위치 옵셋 성분은 위상 부분에만 나타나게 된다. 이를 이용하여 샘플링 위치 옵셋을 구한다. 다시 말해서 상기 411단계에서 FFT크기로 합산이 이루어지면 위상검출기(123)는 413단계로 진행하여 독립변수 계산을 수행한다. 상기 독립변수 계산은 tan^-1Im()/Re()를 계산하므로써 계산되어진다. 즉 상기 <수학식 2>에서 위상 성분을 위하여 415단계에서 -N/(2πd)를 곱하면 샘플링 타이밍 옵셋 값 τ를 구할 수 있다. 이를 수학식으로 표시하면 이하 <수학식3>과 같다.

루프 필터(121)는 2차 루프필터로서, 상기 계산된 샘플링 타이밍 옵셋을 입력받아 구동전압을 생성하여 샘플링 클럭 발생부(119)로 출력한다. 샘플링 클럭 발생부(119)는 상기 구동전압을 입력받아 샘플링 클럭의 샘플링 주파수를 조정하여 출력한다(상기 샘플링 타이밍 옵셋을 계산하기 위한 파일럿 패턴 검출부(125), 위상검출기(123) 및 루프 필터(121)를 총칭하는 경우 샘플링 타이밍 옵셋 보상부라 한다).

상기한 과정들은 매 프레임마다 수행되며 보정된 샘플링 주파수로 샘플링된 신호로부터 다시 샘플링 타이밍 옵셋을 추정하여 피드백시키므로써 점차 최적 샘플링 위치를 찾게된다. 그리고 이 과정에서 샘플링 위치가 최적 위치로 수렴하면서 함께 샘플링 주파수도 원신호의 샘플링 주파수에 수렴을 하게 된다.

상기한 바와 같이 본 발명은 샘플링 동기 수행시 샘플링 타이밍 복원과 샘플링 타이밍 조절을 동시에 수행하므로써 정확한 샘플링 타이밍을 찾을 수 있기 때문에 복조 성능이 향상되는 이점이 있다.

Claims

파일럿 패턴을 포함하는 아날로그 형태의 직교주파수분할다중 신호를 수신하는 직교주파수분할다중 시스템의 수신기에 있어서,

소정의 샘플링 클럭을 입력받아 상기 직교주파수분할다중 신호를 샘플링하고, 디지탈 형태의 신호로 변환하여 출력하는 아날로그/디지탈 변환부와,

소정의 구동전압을 입력받아 샘플링 클럭의 샘플링 주파수를 조절하여 상기 아날로그/디지탈 변환부로 제공하는 샘플링 클럭 발생부와,

상기 디지탈 형태의 직교주파수분할다중 신호의 프레임 동기를 맞추는 프레임 동기부와,

상기 프레임 동기부에서 출력되는 직교주파수분할다중 신호를 복조하여 출력하는 고속퓨리에변환부와,

상기 복조된 직교주파수분할다중 신호로부터 상기 파일럿 패턴을 검출하여 샘플링 타이밍 옵셋을 구하고, 상기 샘플링 타이밍 옵셋에 의해 상기 소정의 구동전압을 생성하여 상기 샘플링 클럭 발생부로 제공하는 샘플링 타이밍 옵셋 보상부로 이루어짐을 특징으로 하는 샘플링 동기 장치.
제1항에 있어서, 상기 샘플링 타이밍 옵셋 보상부가,

상기 복조된 직교주파수분할다중 신호로부터 적어도 두 개 이상의 파일럿 패턴을 검출하는 파일럿 패턴 검출부와,

상기 검출된 적어도 두 개 이상의 파일럿 패턴의 위상차를 이용하여 샘플링 타이밍 옵셋을 계산하는 위상검출기와,

상기 샘플링 타이밍 옵셋을 입력받아 상기 소정의 구동전압을 발생하여 상기 샘플링 클럭 발생부로 출력하는 루프 필터로 이루어짐을 특징으로 하는 샘플링 동기 장치.
파일럿 패턴을 포함하는 아날로그 형태의 직교주파수분할다중 신호를 수신하는 직교주파수분할다중 시스템의 수신기의 샘플링 동기 방법에 있어서,

복조된 직교주파수분할다중 신호로부터 적어도 두 개 이상의 파일럿 패턴을 검출하는 파일럿 패턴 검출 과정과,

상기 검출된 적어도 두 개 이상의 파일럿 패턴의 위상차를 이용하여 샘플링 타이밍 옵셋을 계산하는 샘플링 타이밍 옵셋 과정과,

상기 샘플링 타이밍 옵셋에 따라 구동전압을 생성하여 상기 샘플링 클럭의 샘플링 주파수를 조절하는 샘플링 주파수 조절 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 방법.