KR100325371B1

KR100325371B1 - 직교주파수분할다중 통신시스템의 미세주파수 동기 시스템

Info

Publication number: KR100325371B1
Application number: KR1019990019445A
Authority: KR
Inventors: 황성준; 김호; 김동규; 최형진
Original assignee: 박태진; 삼성탈레스 주식회사
Priority date: 1999-05-28
Filing date: 1999-05-28
Publication date: 2002-03-04
Also published as: KR20000075079A

Abstract

본 발명은 직교주파수분할다중 통신시스템의 주파수 동기 장치에 관한 것으로, 특히, 송신기에서 데이터 심볼 길이의 1/N 길이를 갖는 패턴을 N번 반복하는 반복 패턴을 데이터 심볼들 사이에 삽입하여 송신하고, 수신기에서는 반복 패턴을 이용하여 미세주파수 동기를 수행하는 장치에 관한 것이다. 이러한 본 발명은 데이터들 심볼 사이에 일정 간격으로 데이터 심볼 길이의 1/N 길이를 갖는 패턴을 N번 반복하는 반복 패턴을 삽입하여 직교주파수분할다중 신호를 송신하는 송신기를 구비한 직교주파수분할다중 통신시스템의 수신기에 있어서, 프레임 동기가 이루어진 직교주파수분할다중 신호로부터 상기 반복 패턴을 이용하여 미세주파수 옵셋을 검출하는 미세주파수 옵셋 검출부와, 상기 검출된 미세 주파수 옵셋을 이용하여 상기 직교주파수분할다중 신호의 해당 데이터 심볼의 미세주파수 옵셋을 보상하는 미세주파수 옵셋 보상부로 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

직교주파수분할다중 통신시스템의 미세 주파수 동기시스템{MICROSCOPIC FREQUENCY OFFSET SYNCHRONIZATION SYSTEM IN ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEX COMMUNICAION SYSTEM}

본 발명은 직교주파수분할다중 통신시스템의 주파수 동기 장치에 관한 것으로, 특히 송신기에서 데이터 심볼 길이의 1/N 길이를 갖는 패턴을 N번 반복하는 패턴을 가지는 반복 패턴을 데이터 심볼들 사이에 삽입하여 송신하고, 수신기에서는 반복 패턴을 이용하여 미세주파수 동기를 수행하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 직교주파수분할다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing: OFDM)은 디지털 텔레비젼 방송을 위해 발전되었으며, 현재 고속 디지털 통신에 사용되어질 전망이다.

직교주파수분할다중은 병렬 데이터 전송 시스템으로 직렬 데이터 전송 시스템의 많은 문제점을 해결한다. 병렬 시스템은 순간적으로 많은 데이터 요소들을 전송하기 위해서 몇몇의 데이터 스트림을 동시에 전송하는 것이다. 이러한 시스템에서 개개의 데이터 요소의 스펙트럼은 일반적으로 가용한 대역폭의 작은 부분을 점유한다. 이와 같이 데이터를 병렬로 처리하기 위해서 다수의 부반송파에 데이터를 실어 전송하며, 상기 부반송파간에는 직교성이 유지되어야 한다. 따라서 직교주파수분할다중 통신시스테의 수신기에서는 직교성을 유지하기 위해 정확한 주파수동기가 이루어져야 한다.

종래 직교주파수분할다중 통신시스템은 대략적 주파수동기만을 수행하므로써 보다 정확한 주파수동기를 필요로 하게 되었다.

도1은 일반적인 직교주파수분할다중 통신시스템의 수신기 구성을 나타낸 도면으로서, 이하 상기 도1을 참조하여 설명한다.

반송주파수 동기부(101)는 수신되는 직교주파수분할다중(이하 'OFDM'이라 함) 신호를 입력받아 대략적 주파수 동기를 수행하여 출력한다. 상기 대략적 주파수 동기는 위상동기루프(도시하지 않음)에 의해 수신된 OFDM 신호를 다운컨버팅하는 것이다. 상기 반송주파수 동기부(101)에서 출력되는 OFDM 신호는 아날로그/디지털 컨버터(Analog to Digital Converter: ADC)(103)로 입력되어 디지탈 OFDM 신호로 변환되어 프레임 동기부(105)로 입력한다. 프레임 동기부(105)는 상기 디지탈화된 OFDM 신호의 프레임동기를 수행한 다음, 고속 퓨리에 변환부(Fast Fourier Transform: FFT)(107)로 출력한다. 그러면 고속 퓨리에 변환부(107)은 상기 프레임 동기가 맞춰진 OFDM 신호를 복조하여 출력한다.

상술한 바와 같이 직교주파수분할다중 통신시스템은 주파수 동기에 민감한 특성을 가지고 있으나, 단순히 대략적 주파수 동기만을 수행함으로써 미세 주파수 옵셋이 존재하게 되고, 상기 대략적 주파수 동기만을 수행하여 복조할 경우 복조 성능의 저하를 가져오게 된다.

따라서 본 발명의 목적은 대략적 주파수 동기를 수행한 다음, 미세 주파수 동기를 수행하는 직교주파수분할다중 통신시스템에서 미세 주파수 동기 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 송신 시 데이터 심볼들 사이에 일정 간격으로 반복 패턴을 삽입하여 전송하며, 수신기가 상기 반복 패턴을 이용하여 대략적 주파수 동기 이후에 미세 주파수 동기를 수행하는 직교주파수분할다중 통신시스템에서 미세 주파수 동기시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 송신 시 데이터 심볼 길이의 1/N 길이를 갖는 패턴을 N번 반복하는 반복 패턴을 생성하고, 데이터 심볼들 사아에 일정 간격으로 삽입하여 전송하며, 수신기가 상기 반복 패턴을 이용하여 대략적 주파수 동기 이후에 미세 주파수 동기를 수행하는 직교주파수분할다중 통신시스템에서 미세 주파수 동기 시스템을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 직교주파수분할다중 통신시스템에 있어서, 데이터 심볼들 사이에 일정 간격으로 데이터 심볼 길이의 1/N 길이를 갖는 패턴을 N번 반복하는 반복 패턴을 삽입하여 직교주파수분할다중 신호를 전송하는 송신기와, 상기 직교주파수분할다중 신호를 수신하여 대략적 주파수 동기를 수행한 다음, 반복 패턴을 검출하여 미세주파수 동기를 수행하는 수신기로 이루어짐을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 직교주파수분할다중 통신시스템의 송신기에 있어서, 데이터 심볼 길이의 1/N 길이를 갖는 패턴을 N번 반복하는 반복 패턴을 생성하는 반복 패턴 생성부와, 소정의 제어를 받아 상기 생성된 반복 패턴을 데이터 심볼 사이에 삽입하여 출력하는 반복 패턴 삽입부와, 상기 반복 패턴 삽입부를 제어하여 상기 반복 패턴을 일정 간격으로 데이터 심볼 사이에 삽입시키는 제어부로 이루어짐을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 데이터 심볼들 사이에 일정 간격으로 데이터 심볼 길이의 1/N 길이를 갖는 패턴을 N번 반복하는 반복 패턴을 삽입하여 직교주파수분할다중 신호를 송신하는 송신기를 구비한 직교주파수분할다중 통신시스템의 수신기에 있어서, 프레임 동기가 이루어진 직교주파수분할다중 신호로부터 상기 반복 패턴을 이용하여 미세주파수 옵셋을 검출하는 미세주파수 옵셋 검출부와, 상기 검출된 미세 주파수 옵셋을 이용하여 상기 직교주파수분할다중 신호의 해당 데이터 심볼의 미세주파수 옵셋을 보상하는 미세주파수 옵셋 보상부로 이루어짐을 특징으로 한다.

도1은 일반적인 직교주파수분할다중 통신시스템에서 수신기의 구성을 나타낸 도면.

도2는 본 발명에 제1실시 예에 따른 직교주파수분할다중 통신시스템에서 송신기의 변조기 구성을 나타낸 도면.

도3은 본 발명의 제2실시 예에 따른 직교주파수분할다중 통신시스템에서 송신기의 변조기 구성을 나타낸 도면.

도4는 본 발명의 실시 예에 따라 반복 패턴 생성과정을 나타낸 도면.

도5는 본 발명의 실시 예에 따른 반복 패턴 삽입을 나타낸 도면.

도6은 본 발명의 실시 예에 따른 직교주파수분할다중 통신시스템에서 수신기의 구조를 나타낸 도면.

도7은 상기 도6의 미세주파수 옵셋 계산부에 의해 계산되는 미세주파수 옵셋 계산과정을 나타낸 도면.

도2는 본 발명에 제1실시 예에 따른 직교주파수분할다중 통신시스템에서 송신기의 변조기 구성을 나타낸 도면이다.

이하 도2를 참조하여 설명하면, 소스 패턴 저장부(119)는 이진 의사 랜덤 코드(n_k)를 저장하고 있다. 직/병렬 변환부(111)는 송신 데이터가 발생하면 상기 데이터를 입력받아 N개의 병럴 데이터로 변환하여 역 고속퓨리에변환부(Inverse Fast Fourier Transform: IFFT-113)로 출력한다. 역 고속퓨리에변환부(113)는 병렬로 입력되는 N개의 데이터를 변조하여 직교주파수분할다중 신호를 출력한다. 또한 상기 역 고속퓨리에변환부(113)는 소정의 제어를 받아 상기 소스 패턴 저장부(119)에 저장되어 있는 이진 의사 랜덤 코드를 소스코드로 하여 반복패턴을 생성하고 반복 패턴 저장부(121)에 저장한다. 병/직렬 변환부(115)는 상기 N개의 직교주파수분할다중 신호를 입력받아 직렬 직교주파수분할다중 신호로 변환하여 반복 패턴 삽입부(117)로 출력한다. 반복 패턴 삽입부(117)는 상기 병/직렬 변환부(115)에서 입력하는 변조된 직교주파수분할다중 신호와 상기 반복 패턴 저장부(121)에 저장되어 있는 반복 패턴을 입력받고, 소정의 제어를 받아 일정 간격으로 상기 반복 패턴을 상기 직교주파수분할다중 신호에 삽입하여 업 컨버터(도시하지 않음) 등을 통해 송신한다.

상기 반복 패턴의 생성 과정을 도4에 구체적으로 나타내었다. 이를 참조하여 설명하면, 소스 패턴 저장부(119)는 도4의 상단에 보이는 바와 같이 이진 의사 랜덤 코드와 상기 이진 의사 랜덤 코드 사이에 '0'의 값이 반복 입력되어 있는 형태로 저장되어 있다. 상기와 같이 구성되는 소스 패턴은 제어부(118)의 제어를 받아 역 고속퓨리에변환부(113)로 입력한다. 역 고속퓨리에변환부(113)로 입력된 소스 패턴은 퓨리에 역변환의 특성에 의해 도4의 하단과 같이 데이터 심볼 길이의 1/2 길이를 갖는 제1패턴과 데이터 심볼 길이의 1/2 길이를 갖는 제2패턴으로 구성되는 반복 패턴을 출력한다. 상기 제1패턴과 제2패턴은 상기 이진 의사 랜덤 코드 사이에 삽입된 '0'의 값에 의해 동일한 패턴을 가지게 된다. 만일, 의사 랜덤 코드 사이에 '0'이 두번 삽입되는 구조가 되면 역 고속퓨리에변환부(113)를 통해 출력되는 반복 패턴은 3개의 패턴을 출력하게 되며, 상기 3개의 반복 패턴은 동일한 패턴을 가지게된다. 그러나 본 발명에서는 2개의 반복 패턴을 갖는 구조를 사용하는 경우를 설명하고 있으나, 그 이상의 반복 패턴 구조를 가질 수도 있다.

도3은 본 발명의 제2실시 예에 따른 직교주파수분할다중 통신시스템에서 송신기의 변조기 구성을 나타낸 도면으로서, 상기 미리 소스코드에 의해 생성된 반복 패턴을 저장해 놓는 방식을 이용한 것이다. 반복 패턴 저장부(123)는 도4의 하단부에 도시한 것과 같은 반복 패턴을 미리 저장하고 있으며, 제어부(124)의 제어에 의해 리드되고 반복 패턴 삽입부(117)에서 직교주파수분할다중 신호에 삽입되어 출력된다.

도5는 본 발명의 실시 예에 따른 반복 패턴 삽입을 나타낸 도면으로, 상기 도3과 도4에 의해 직교주파수분할다중 신호에 반복 패턴이 삽입된 일 예를 도시하고 있다. 이때, 상기 반복 패턴은 일정 간격으로 삽입되며, 본 발명의 일 실시 예에 따라 프레임 단위로 삽입될 수 있다.

도6은 본 발명의 실시 예에 따른 직교주파수분할다중 통신시스템에서 수신기의 구조를 나타낸 도면이다. 이하 도6을 참조하여 상기 도2 및 도3의 송신기에서 송신된 신호를 수신하여 미세주파수 동기를 구성 및 동작을 설명한다.

본 발명에서는 상기 송신된 직교주파수분할다중 신호는 반송주파수 동기부(131)에서 대략적 주파수 동기를 수행하여 출력한다. 상기 반송주파수 동기부(131)에서 출력된 직교주파수분할다중 신호는 아날로그/디지탈 변환부(133)로 입력되어 디지탈 형태의 직교주파수분할다중 신호로 프레임 동기부(135)로 입력한다. 프레임 동기부(135)는 입력되는 직교주파수분할다중 신호의 프레임 동기를 맞춘 다음 출력한다. 패턴 검출부(141)는 상기 프레임 동기부(135)에서 출력되는 직교주파수분할다중 신호에 포함되어 있는 반복 패턴을 검출하여 미세주파수 옵셋 계산부(143)로 출력한다. 이때, 미세주파수 옵셋 계산부(143)는 상기 반복 패턴의 제1패턴과 제2패턴의 위상차이를 계산한다. 만일 주파수 옵셋이 없다면 수신 패턴의 제1패턴과 제2패턴의 위상은 동일하여 위상 차이가 없을 것이다. 그러나 실제에 있어서는 위상 차이를 나타내게 된다. 미세주파수 옵셋 계산부(143)는 상기 제1패턴과 제2패턴으로부터 미세주파수 옵셋 Δf를 구하여 옵셋 주파수 생성부(145)로 출력한다. 옵셋 주파수 생성부(145)는 상기 미세주파수 옵셋 Δf를 입력받아 옵셋 주파수를 생성하여 곱셈기(137)로 출력하여 상기 프레임 동기부(135)에서 출력되는 직교주파수분할다중 신호의 미세 주파수 옵셋을 보상하여 고속퓨리에변환부(139)로 출력한다.

상기 미세 주파수 옵셋 계산부(143) 및 옵셋 주파수 생부(145)의 구체적인 동작을 도7을 참조하여 구체적으로 설명한다. 도7은 상기 도6의 미세주파수 옵셋 계산부에 의해 계산되는 미세주파수 옵셋 계산과정을 나타낸 도면이다.

참조부호 150은 검출된 반복 패턴의 구조를 나타내고 있다. 상기 반복 패턴은 N개의 샘플 패턴을 가진다. 따라서 n을 N/2라고 할 때, 제1패턴이 n번째까지의 n 샘플 패턴으로 가지고, 제2패턴이 n+1에서 n+N/2번째까지의 n 샘플 패턴을 가진다.

송신한 직교주파수분할다중 신호를 c(n)이라 하고, 수신 신호를 x(n)이라 하면 수신 신호에는 송신 신호에 미세 주파수 옵셋이 존재할 때 이하 <수학식 1>과 같이 표현된다.

상기의 수학식 1을 이용하여 주파수 옵셋 Δf를 구한다. 도7에서 미세주파수 옵셋 계산부(143)는 상기 제1패턴의 첫 번째 샘플 패턴과 제2패턴의 1+n번째의 샘플 패턴을 검출한다. 상기 각 패턴의 샘플 패턴이 검출되면 미세주파수 옵셋 계산부(143)는 151단계에서 제2패턴의 1+N/2 샘플 패턴에 공액을 취한 샘플 패턴값과 상기 제1패턴의 첫 번째 샘플 패턴을 곱하여 위상차를 구한다. 상기 위상차는 <수학식 2>에 의해 계산된다.

미세주파수 옵셋 계산부(143)는 상기 <수학식 1>과 <수학식 2>에 의해 제1패턴의 첫 번째 샘플 패턴과 제2패턴의 1+N/2의 샘플 패턴으로 구한 것과 같이 제1패턴의 n번째 샘플 패턴과, 상기 n번째 샘플 패턴 각각에 대응하는 제2패턴의 n+N/2번째 샘플 패턴의 위상차를 구한다. 모든 구간에 대해 위상차가 구해지면 미세주파수 옵셋 계산부(143)는 153단계에서 상기 구해진 위상차를 합산한다. 그런 다음, 미세주파수 옵셋 계산부(143)는 미세주파수 옵셋을 구하기 위해 155단계에서 독립변수 계산을 수행한다. 상기 독립변수 계산은 상기 위상차 합산 값을 tan^-1Im()/Re() 값을 취한 값이다. 미세주파수 옵셋 계산부(143)는 157단계에서 상기 구해진 독립변수에 f_s/πN을 곱하면 미세주파수 옵셋 Δf를 구하여 출력한다. 이를 수학식으로 표시하면 이하 <수학식 3>과 같다.

상기 <수학식 3>에 의해 구해진 Δf는 옵셋주파수 생성부(145)로 입력한다. 옵셋 주파수 생성부(145)는 상기 Δf를 입력받아 e^-j2πnΔf/fs를 생성하여 곱셈기(137)로 출력한다. 이때, 곱셈기(137)은 직교주파수분할다중 신호의 해당 심볼 데이터와 e^-j2πnΔf/fs를 곱하여 출력하게 되므로 미세주파수 옵셋을 보상하게 된다.

상술한 바와 같이 송신기에서 반복 패턴을 생성 및 삽입하여 전송하고, 수신기에서 상기 반복 패턴을 이용하여 미세주파수 옵셋을 보상할 수 있으므로 향상된 통화품질을 얻을 수 있는 이점이 있다.

Claims

직교주파수분할다중 통신시스템에 있어서,

데이터 심볼들 사이에 일정 간격으로 데이터 심볼 길이의 1/N 길이를 갖는 패턴을 N번 반복하는 반복 패턴을 삽입하여 직교주파수분할다중 신호를 전송하는 송신기와,

상기 직교주파수분할다중 신호를 수신하여 대략적 주파수 동기를 수행한 다음, 반복 패턴을 검출하여 미세주파수 동기를 수행하는 수신기로 이루어짐을 특징으로 하는 직교주파수분할다중 통신시스템의 미세주파수 동기 시스템.
직교주파수분할다중 통신시스템의 송신기에 있어서,

데이터 심볼 길이의 1/N 길이를 갖는 패턴을 N번 반복하는 반복 패턴을 생성하는 반복 패턴 생성부와,

소정의 제어를 받아 상기 생성된 반복 패턴을 데이터 심볼 사이에 삽입하여 출력하는 반복 패턴 삽입부와,

상기 반복 패턴 삽입부를 제어하여 상기 반복 패턴을 일정 간격으로 데이터 심볼 사이에 삽입시키는 제어부로 이루어짐을 특징으로 하는 직교주파수분할다중 통신시스템의 미세주파수 동기 시스템.
제2항에 있어서, 상기 반복 패턴이 한 프레임 간격으로 삽입됨을 특징으로하는 직교주파수분할다중 통신시스템의 미세주파수 동기 시스템.
제2항에 있어서, 상기 반복 패턴 생성부가,

소스 패턴을 저장하고 있는 소스 패턴 저장부와,

소정의 제어를 받아 상기 소스 패턴을 입력받아 역 고속퓨리에변환을 수행하여 데이터 심볼 길이의 1/N 길이를 갖는 패턴을 N번 반복하는 반복 패턴을 생성하여 출력하는 역 고속퓨리에변환부로 이루어짐을 특징으로 하는 직교주파수분할다중 통신시스템의 미세주파수 동기 시스템.
제4항에 있어서,

상기 생성된 반복 패턴을 저장하는 반복 패턴을 저장하는 반복 패턴 저장부를 더 구비함을 특징으로 하는 직교주파수분할다중 통신시스템의 미세주파수 동기 시스템.
데이터 심볼들 사이에 일정 간격으로 데이터 심볼 길이의 1/N 길이를 갖는 패턴을 N번 반복하는 반복 패턴을 삽입하여 직교주파수분할다중 신호를 송신하는 송신기를 구비한 직교주파수분할다중 통신시스템의 수신기에 있어서,

프레임 동기가 이루어진 직교주파수분할다중 신호로부터 상기 반복 패턴을 이용하여 미세주파수 옵셋을 검출하는 미세주파수 옵셋 검출부와,

상기 검출된 미세 주파수 옵셋을 이용하여 상기 직교주파수분할다중 신호의 해당 데이터 심볼의 미세주파수 옵셋을 보상하는 미세주파수 옵셋 보상부로 이루어짐을 특징으로 하는 직교주파수분할다중 시스템의 미세주파수 동기 시스템.
제6항에 있어서, 상기 미세주파수 옵셋 검출부가,

상기 프레임 동기된 직교주파수분할다중 신호를 입력받아 반복 패턴을 검출하여 출력하는 패턴 검출부와,

상기 검출된 반복 패턴을 입력받아 미세주파수 옵셋을 계산하여 출력하는 미세주파수 옵셋 계산부와,

상기 미세주파수 옵셋을 입력받아 옵셋 주파수를 생성하는 옵세 주파수 생성부로 이루어짐을 특징으로 하는 직교주파수분할다중 시스템의 미세주파수 동기 시스템.
제6항에 있어서, 상기 미세주파수 옵셋 보상부가 곱셈기임을 특징으로 하는 직교주파수분할다중 시스템의 미세주파수 동기 시스템.
직교주파수분할다중 통신시스템의 송신기에서 반복 패턴 삽입 방법에 있어서,

데이터 심볼 길이의 1/N 길이를 갖는 패턴을 N번 반복하는 반복 패턴을 생성하는 반복 패턴 생성과정과,

상기 생성된 반복 패턴을 데이터 심볼 사이에 삽입하는 반복 패턴 삽입 과정로 이루어짐을 특징으로 하는 방법.
데이터 심볼들 사이에 일정 간격으로 데이터 심볼 길이의 1/N 길이를 갖는 패턴을 N번 반복하는 반복 패턴을 삽입하여 직교주파수분할다중 신호를 송신하는 송신기를 구비한 직교주파수분할다중 통신시스템의 미세주파수 옵셋 보상방법에 있어서,

프레임 동기가 이루어진 직교주파수분할다중 신호로부터 상기 반복 패턴을 이용하여 미세주파수 옵셋을 검출하는 미세주파수 옵셋 검출 과정과,

상기 검출된 미세 주파수 옵셋을 이용하여 상기 직교주파수분할다중 신호의 해당 데이터 심볼의 미세주파수 옵셋을 보상하는 미세주파수 옵셋 보상 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 방법.
제10항에 있어서, 상기 미세주파수 옵셋 검출 과정이,

상기 프레임 동기된 직교주파수분할다중 신호를 입력받아 반복 패턴을 검출하여 출력하는 패턴 검출 과정과,

상기 검출된 반복 패턴을 이용하여 미세주파수 옵셋을 계산하는 미세주파수 옵셋 계산 과정과,

상기 미세주파수 옵셋을 입력받아 옵셋 주파수를 생성하는 옵세 주파수 생성 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 방법.