KR100519919B1

KR100519919B1 - Ｏｆｄｍａ 시스템에서의 전송 프레임 구성 방법과 그를이용한 단말기 동기 획득 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100519919B1
Application number: KR10-2003-0095003A
Authority: KR
Inventors: 조대순; 류득수
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2003-12-22
Filing date: 2003-12-22
Publication date: 2005-10-10
Also published as: KR20050063590A

Abstract

본 발명은 OFDMA 시스템에서의 전송 프레임 구성 방법과 그를 이용한 단말기 동기 획득 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 OFDMA 시스템에서의 단말기 동기 획득 장치는 송신장치로부터 송신되는 OFDM 신호의 프레임 구성에 기초하여 초기 동기화를 획득하고, 초기 동기화를 획득한 다음, 시간 및 주파수 동기를 추적한다. 이 때, 초기 동기화 획득을 위해서 초기 타이밍 추정기는 초기 심볼 타이밍 및 소수배 주파수 옵셋을 추정한다. 그리고 추정된 초기 심볼 타이밍은 프레임 검출기로 출력한다. 프레임 검출기는 초기 심볼 타이밍에 기초하여 프레임 시작점을 검출하여 주파수 옵셋 추정기 및 타이밍 동기화기로 출력한다. 주파수 옵셋 추정기는 프레임 시작점을 바탕으로 주파수 옵셋을 정확하게 추정한다. 그리고 타이밍 동기화기는 주파수 옵셋 추정기로부터 추정된 주파수 옵셋을 보상하여 심볼 타이밍을 정확하게 검출한다.

이와 같이 하면, OFDM 시스템에서 동기부를 구현할 수 있게 된다.

Description

ＯＦＤＭＡ 시스템에서의 전송 프레임 구성 방법과 그를 이용한 단말기 동기 획득 장치 및 방법 {METHOD FOR MAKING TRANSMISSION FRAME AND APPARATUS AND METHOD FOR USER EQUIPMENT SYNCHRONIZATION IN OFDMA SYSTEM THEREOF}

본 발명은 OFDMA 시스템에서의 전송 프레임 구성 방법과 그를 이용한 단말기 동기 획득 장치 및 방법에 관한 것이다.

고속의 데이터 통신을 간단히 구현하기 위해 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식을 사용하고 있다.

IEEE 802.11a에서 제안된 프레임 구조는 PLCP (Physical Layer Convergence Procedure) preamble, SIGNAL, DATA로 구성된다. PLCP preamble은 초기 신호의 획득 및 동기 복구, 채널 추정을 위해 사용되며 SIGNAL 필드는 뒤에 따르는 DATA 신호의 길이, 변조 방식 및 채널 코딩 방식에 관한 정보를 담고 있다. 그리고 PSDU (Physical sublayer Service Data Unit)는 1-4096 Octet의 길이를 가질 수 있으며 다양한 변복조 및 채널 코딩을 이용하여 전송 속도를 다르게 할 수 있다.

이와 같이 구성된 프레임은 스프램블러, 길쌈 부호, 인터리빙, FFT (Fast Fourier Transform)를 거쳐 전송되고 수신단에서는 역과정을 거쳐 데이터를 복원하게 된다.

여기에서와 같이 OFDM을 채용한 시스템에서는 FFT를 이용하여 광대역 신호를 여러 개의 협대역 신호로 나누어 보냄으로서 각각의 협대역 신호들은 단일 경로 페이딩만을 겪게된다. 따라서 각 협대역 신호들을 추정한 채널값으로 나누어주기만 하면 채널 등화 (equalization)을 수행할 수 있기 때문에 간단한 구현 구조를 가지고 고속의 데이터 전송이 가능하나 FFT를 사용하기 때문에 구현상에서 가장 큰 복잡도를 차지하게 된다. 또한 주파수 옵셋은 각 협대역 신호간에 간섭을 일으키기 때문에 기존의 단일 캐리어 시스템에 비해 더욱 정확히 보상하여 주어야 한다.

IEEE 802.11에 의하면 하나의 프레임은 프리앰블(preamble)과 PSDU 즉 전송하고자 하는 데이터들로 구성된다.

PSDU내에는 이미 알려진 신호 즉 파일롯 샘플(pilot sample)이 포함되어 있다. 따라서 프리앰블을 가지고 초기 신호의 획득 및 주파수 획득(frequency acquisition), 타이밍 획득(timing acquisition)을 수행함으로서 큰 양의 주파수 옵셋 및 타이밍 옵셋을 보상하여 주고, PSDU의 데이터 열 사이에 존재하는 파일롯 샘플을 가지고 데이터의 복원과 함께 추적의 과정을 수행하여 잔여 주파수 옵셋 및 잔여 타이밍 옵셋을 지속적으로 보상한다. 즉, 짧은 프리앰블을 가지고 초기 신호 획득을 위한 작업이 수행되어지며, 그 다음 다른 프리앰블을 이용하여 개략적인 주파수 획득(coarse frequency acquisition) 및 타이밍 복구가 이루어진다. 마지막으로 긴 프리앰블을 이용하여 채널 추정 및 정확한 주파수 획득 (fine frequency acquisition)이 이루어지게 된다.

그리고 초기 주파수 획득을 위해서는 autocorrelation 방식을 사용한다. 프리앰블들은 같은 데이터 열이 반복된 형태로 이루어져 있기 때문에 일정 간격을 두고 반복되는 데이터열 사이의 위상 변화를 측정하여 주파수 옵셋을 추정할 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이 짧은 프리앰블을 이용한 개략적인 주파수 획득과 긴 프리앰블을 이용한 주파수 획득이 이루어진다.

다음 타이밍 동기 복구를 위해서는 일반적인 단일 캐리어 시스템에서의 프레임 동기 복구와 마찬가지로 미리 알려진 프리앰블 신호와 수신된 신호 사이의 cross-correlation이 최대가 되는 점을 찾는다. 이 방식은 16개의 샘플(sample)로 구성된 짧은 프리앰블에 대해 correlation을 계산하기 때문에 매 샘플마다 16번의 complex multiplication을 수행해야 한다.

그리고 IEEE 802.11a에서는 광대역의 신호를 64개의 협대역 신호로 나누어 전송하는데 이 때 각각을 부채널이라고 하며, OFDM의 경우 각각의 부채널 신호는 단일 경로 페이딩만을 겪게 되므로 수신 신호는 송신 신호와 채널의 곱으로 간단히 나타내어진다. 따라서 프리앰블 기간동안은 송신 신호를 알고 있으므로 수신 신호를 알고 있는 송신 신호로 나누어 주면 채널 값을 얻을 수 있다.

이와 같은 종래 다중 반송파를 사용하는 변복조 방식에서의 동기부 구현은 주로 짧은 프리앰블을 이용하여 동기를 잡은 다음 긴 프리앰블을 이용하여 미세하게 동기는 잡는 방법을 사용한다. 그러나 이 방법은 프레임 포맷의 특성에 따라 동기부 구현을 다르게 해야 하는 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 OFDMA 시스템에서 동기의 획득시 빠르고 정확하게 동기를 획득할 수 있는 OFDMA 시스템에서의 전송 프레임 구성 방법 과 그를 이용한 단말기 동기 획득 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

이러한 과제를 해결하기 위해 본 발명에서는 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Acess) 시스템에서 송신장치로부터 전송되는 프레임을 구성하는 방법이 제공된다.

본 발명의 하나의 특징에 따른 OFDMA 시스템에서 프레임 구성 방법은 상기 프레임의 앞부분에 CCP-P(Cell Common Packet Preamble)를 배치하는 단계; 및 상기 CCP-P 다음에 다수의 DTP(Downlink Traffic Packet)를 배치하는 단계를 포함한다. 이 때, 상기 각 DTP는, 다수의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼로 구성된다. 그리고 상기 OFDM 심볼은, 전송하고자 하는 데이터를 삽입하는 데이터 심볼; 및 상기 데이터 심볼의 앞뒤로 반복 삽입된 CP(Cyclic Prefix)를 포함한다.

그리고 상기 CCP-P 배치 단계는, 상기 프레임의 시작 위치에 S 필드를 배치하는 단계; 상기 S 필드의 다음에 C 필드를 배치하는 단계; 및 상기 C 필드 다음에 IRS를 배치하는 단계를 포함한다. 이 때, S 필드는, 상기 OFDM 심볼 길이 내에 N번 반복되는 S 심볼과 상기 S 심볼을 180도 위상 천이한 IS 심볼로 이루어지고, 상기 C 필드는, 셀 번호 및 셀 그룹 번호가 삽입되는 CN(Cell Number) 및 CGN(Cell Group Number) 심볼; 및 상기 CN 및 CGN 심볼의 앞뒤로 반복 삽입된 CP를 포함한다.

본 발명에서는 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Acess) 시스템에서 송신장치로부터 전송되는 OFDM 신호로부터 동기를 획득하기 위한 장치가 제공된다.

본 발명의 다른 하나의 특징에 따른 OFDMA 시스템에서 단말기 동기 획득 장치는, I 및 Q 채널에 대한 상기 OFDM 신호의 프레임을 이용하여 초기 심볼 타이밍 및 소수배 주파수 옵셋을 추정하여 프레임 시작점을 검출하고 검출된 프레임 시작점에 기초하여 미세 주파수 옵셋을 측정 및 주파수 옵셋을 보상하고, 보상된 주파수 옵셋으로부터 심볼 타이밍을 검출하여 상기 OFDM 신호에 대한 초기 동기를 획득하는 초기 동기 획득부; 상기 초기 동기 획득부로부터 초기 동기화가 이루어진 후 상기 OFDM 신호 프레임에 기초하여 시간 및 주파수 동기를 추적하는 트래커부; 및 상기 OFDM 프레임으로부터 주파수 영역 셀 탐색 프리앰블을 입력받아 셀 식별자(Cell ID)를 추정하는 셀 식별부를 포함한다.

그리고 상기 초기 동기 획득부는, 상기 수신된 OFDM 심볼의 CP(Cyclic Prefix)를 이용한 자기 상관에 기초하여 초기 심볼 타이밍과 소수배 주파수 옵셋을 추정하는 초기 심볼 타이밍 추정기; 상기 초기 심볼 타이밍 추정기로부터 추정된 초기 심볼 타이밍과 상기 S 심볼을 이용한 자기 상관에 기초하여 프레임의 시작 위치를 추정하는 프레임 검출기; 상기 프레임 검출기로부터 프레임 시작 위치 정보를 수신하여 상기 CCP-P의 상기 S 필드에서 연속적으로 반복되는 두 개의 S 심볼을 이용하여 대략적인 주파수 옵셋을 추정하고, 상기 C 필드를 이용하여 미세한 주파수 옵셋을 추정하는 주파수 옵셋 추정기; 및 상기 S 심볼과 IS 심볼이 연속되는 특정 부분을 이용한 교차 상관에 기초하여 심볼 타이밍을 추정하는 타이밍 동기화기를 포함한다.

그리고 상기 초기 심볼 타이밍 추정기는, 상기 수신된 OFDM 신호로부터 상기 OFDM 심볼의 CP를 이용하여 자기 상관값을 산출하는 제1 자기상관기; 상기 자기 상관값과 상기 CP의 길이만큼의 신호 값을 이동 평균하는 제1 이동 평균기; 및 상기 제1 이동 평균기로부터 출력된 신호로부터 상기 I 및 Q 성분으로 위상을 검출하여 소수배 주파수 옵셋을 추정하는 제1 위상 검출기를 포함한다. 그리고 초기 심볼 타이밍 추정기는, 상기 제1 자기 상관기로부터 출력된 전력값과 상기 CP의 길이만큼의 신호 전력값을 이동 평균하는 제2 이동 평균기; 상기 제2 이동 평균기로부터 출력된 전력값을 CP의 길이만큼으로 나누어 평균 전력을 산출하는 나눗셈기; 및 상기 제1 이동 평균기로부터 출력된 신호값을 상기 평균 전력으로 나누어 최대값을 검출하여 초기 심볼 타이밍을 추정하는 제1 피크 검출기를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 추정된 소수배 주파수 옵셋 값은 시스템 클럭을 발생시키는 부분으로 출력하고, 상기 추정된 초기 심볼 타이밍 값은 상기 프레임 검출기로 출력할 수 있다.

그리고 상기 프레임 검출기는, 상기 수신된 OFDM 신호와 상기 S 심볼의 반복 수에 의거하여 상기 수신된 OFDM 신호를 CP 길이만큼 지연된 신호와의 자기 상관을 수행하는 제2 자기상관기; 상기 제2 자기 상관기로부터 출력된 자기 상관값과 상기 CP 길이만큼의 신호 값을 이동 평균하는 제3 이동 평균기; 상기 제3 이동 평균기로부터 출력된 신호로부터 주파수 옵셋을 보상하는 보상기; 상기 보상기로부터 출력된 값들의 합으로부터 최대값을 검출하여 정수배 주파수 옵셋을 추정하는 최대값 검출기; 상기 제2 자기 상관기로부터 출력된 자기 상관의 실수부값을 검출하는 실수값 검출기; 및 상기 실수값 검출기로부터 출력되는 상기 자기 상관의 실수부의 부호에 의거하여 프레임의 시작 위치를 검출하는 동기 검출기를 포함한다. 이 때, 상기 프레임의 시작 위치는, 상기 S 심볼의 반복 수에 의거하여 상기 제2 지연기로부터 출력된 신호에서 동시에 최대 마이너스 피크가 되는 시점이다.

그리고 상기 주파수 옵셋 추정기는, 특정시간 간격으로 반복 전송되는 상기 OFDM 신호에 기초하여 상기 특정시간 간격만큼 지연시킨 신호와 현재 입력되는 OFDM 신호와의 자기 상관을 수행하는 제3 자기상관기; 상기 제3 자기 상관기로부터 출력된 자기 상관값과 상기 특정시간 간격에 해당하는 신호 값을 이동 평균하는 제4 이동평균기; 및 상기 제4 이동 평균기를 통해 이동 평균한 자기 상관값의 위상을 검출하는 제2 위상 검출기를 포함한다. 이 때, 상기 주파수 옵셋 추정기는, 상기 주파수 검출기로부터 프레임 시작 위치 정보를 수신한 이후에 동작할 수 있다.

그리고 상기 타이밍 동기화기는, 상기 수신되는 OFDM 신호를 병렬로 변환하는 직/병렬 변환부; 상기 S 필드의 S 심볼과 IS 심볼이 연속되는 특정 부분을 프리엠블 코드로 저장하는 프리앰블 레지스터; 상기 프리앰블 레지스터로부터 출력된 신호와 현재 OFDM 신호와의 교차 상관을 수행하는 교차 상관기; 및 상기 교차 상관기로부터 출력되는 교차 상관값으로부터 최대값을 검출하는 제2 피크 검출기를 포함한다. 이 때, 상기 프리앰블 레지스터는, 상기 S 심볼과 상기 IS 심볼이 연속되는 특정부분에서 상기 S 심볼 뒷 부분의 128 칩과 상기 IS 심볼 앞 부분의 128 칩을 상기 프리앰블 코드로 저장할 수 있다.

또한, 상기 트래커부는, 상기 수신된 OFDM 신호로부터 상기 매 OFDM 심볼마다 CP를 이용한 자기상관에 기초하여 주파수 동기를 추적하는 주파수 옵셋 트래커; 및 상기 매 OFDM 프레임마다 상기 S 필드의 S 심볼 및 IS 심볼을 이용한 교차 상관에 기초하여 심볼 타이밍을 추적하는 타이밍 트래거를 포함한다.

본 발명에서는 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Acess) 시스템에서 송신장치로부터 출력되는 OFDM 신호로부터 동기를 획득하기 위한 방법이 제공된다.

본 발명의 또 다른 하나의 특징에 따른 OFDMA 시스템에서 단말기 동기 획득 방법은 a) I 및 Q 채널에 대한 OFDM 신호를 수신하여 초기 동기화를 획득하는 단계; b) 상기 초기 동기화가 이루어진 후, 상기 OFDM 심볼에 기초하여 시간 및 주파수 동기를 추적하는 단계; 및 c) 주파수 영역 셀 탐색 프리앰블을 수신하여 셀 식별자에 따라 전송된 각 부반송파 패턴을 검색하여 셀 식별자를 구별하는 단계를 포함하며, 상기 a)단계는, ⅰ) 상기 OFDM 심볼의 CP를 이용하여 초기 심볼 타이밍 및 소수배 주파수 옵셋을 추정하는 단계; ⅱ) 상기 ⅰ)단계에서 추정된 값에 기초하여 프레임 시작점을 검출하는 단계; ⅲ) 상기 ⅱ)단계에서 검출된 프레임 시작점에 기초하여 주파수 옵셋을 추정하는 단계; 및 ⅳ) 상기 ⅲ)단계에서 추정된 주파수 옵셋을 보상하여 심볼 타이밍을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.

그리고 상기 ⅰ)단계에서 소수배 주파수 옵셋 추정 단계는, ㈀ 상기 I 및 Q 채널에 대한 OFDM 신호를 하나의 OFDM 심볼 구간만큼 지연시키고, 상기 지연 신호와 현재 입력되는 OFDM 신호와의 자기 상관을 구하는 단계; ㈁ 상기 ㈀단계로부터 구해진 자기 상관값을 상기 OFDM 심볼의 CP 길이만큼 이동평균하는 단계; 및 ㈂ 상기 ㈁단계에서 이동평균한 신호값으로부터 위상을 산출하여 소수배 주파수 옵셋을 추정하는 단계를 포함하고, 상기 ⅰ)단계에서 초기 심볼 타이밍 추정 단계는, 상기 I 및 Q 채널에 대한 OFDM 신호로부터 전력값을 산출하는 단계; 상기 산출된 신호값과 상기 CP 구간에 대한 신호 전력값을 이동평균하고, CP 구간에 대한 신호 전력값으로 나누어 평균 전력을 산출하는 단계; 및 상기 ㈁단계로부터 이동평균한 신호값을 상기 평균전력으로 나누어 최대값을 검출하여 초기 심볼 타이밍을 추정하는 단계를 포함한다.

그리고 상기 ⅱ)단계는, ㈃ 상기 수신된 OFDM 신호를 상기 S 심볼의 반복 개수에 기초하여 각각 다르게 지연시켜 병렬화하고, 상기 병렬화된 신호와 현재 입력되는 OFDM 신호에 대해 각각 자기 상관을 구하는 단계; ㈄ 상기 ㈃단계로부터 각각 구해진 자기 상관값을 상기 CP의 길이만큼 각각 이동평균하는 단계; 및 ㈅ 상기 ㈄단계로부터 이동 평균한 자기 상관값으로부터 실수부값을 검출하여 프레임 시작 위치를 검출하는 단계를 포함한다. 이 때, 상기 ㈄단계 이후에, 상기 이동평균한 각각의 신호로부터 주파수 옵셋을 보상하는 단계를 더 포함할 수 있다.

그리고 상기 ⅲ)단계는, ㈆ 특정시간 간격으로 반복 전송되는 OFDM 신호에 의해 상기 특정시간 간격만큼 지연시킨 신호와 현재 입력되는 OFDM 신호와의 자기 상관을 수행하는 단계; ㈇ 상기 ㈆단계로부터 출력된 자기 상관값을 상기 특정시간 간격만큼 이동 평균하는 단계; 및 ㈈ 상기 ㈇단계로부터 이동평균한 자기상관값의 위상을 검출하여 주파수 옵셋을 추정하는 단계를 포함한다. 이 때, 상기 CCP-P의 S 필드에서 연속적으로 반복되는 두 개의 S 심볼에 기초한 자기상관에 의해 대략적인 주파수 옵셋을 추정한 다음, 상기 CCP-P의 C 필드에서 CP에 기초한 자기 상관에 의해 미세한 주파수 옵셋을 추정할 수 있다.

그리고 상기 ⅳ)단계는, ㈉ 상기 CCP-P의 S 필드에서 특정 부분을 프리앰블 코드로 저장하고, 상기 현재 수신되는 OFDM 신호를 병렬로 변환하는 단계; ㈊ 상기 ㈉단계로부터 저장된 신호를 연산 가능한 길이만큼씩 출력하여 상기 수신되는 OFDM 신호와 교차 상관을 수행하는 단계; 및 ㈋ 상기 ㈊단계로부터 구해진 교차 상관값으로부터 피크의 최대값을 검출하여 심볼 타이밍을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.

그리고 상기 b) 단계에서 시간 동기 추적 단계는, 상기 a)단계로부터 초기 동기화가 이루어진 이후에 상기 ⅳ)단계를 반복 수행하고, 상기 b) 단계에서 주파수 동기 추적 단계는, 상기 a)단계로부터 초기 동기화가 이루어진 이후에 상기 ⅰ)단계를 반복 수행할 수 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 OFDMA 시스템의 프레임 구조에 대하여 도 1 내지 도 2를 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 OFDMA 시스템의 프레임 구조를 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 OFDMA 시스템의 프레임 구조 중에서 CCP-P의 구조를 나타낸 도면이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, OFDMA 시스템의 프레임 구조는 CCP-P(Cell Common Packet Preamble)(1) 및 데이터(1')를 포함한다.

그리고 데이터(1')는 n개의 DTP(2)를 포함한다.

한 프레임은 의 길이를 가진다.

DTP(2)는 각각 의 길이를 가지며, 각 DTP(2)는 10개의 OFDM 심볼(3)로 구성된다. 하나의 OFDM 심볼(3)은 의 길이를 가진다. 그리고 OFDM 심볼(3)은 지연확산(delay spread)보다 긴 CP(Cyclic Prefix;주기적 프리픽스)(4)를 앞뒤로 반복하여 삽입한다. 이와 같이 CP를 OFDM 심볼(3)의 앞뒤에 반복하여 삽입하여 인접 심볼간 간섭(ISI: intersymbol interference)과 인접채널간 간섭(ICI: inter-channel interference)을 제거할 수 있어 보호(guard) 역할 및 자기 상관 연산을 가능하게 하여 초기 심볼 타이밍을 추정할 수 있다. 그리고 CP는 452칩으로 이동 평균(Moving Average)을 이용한 자기 상관 계산으로 피크 값을 얻을 수 있다.

다음 도 2를 보면, CCP-P(1)는 S필드(5), C필드(6) 및 IRS(Indicator Resource Space)(7)을 포함한다. 그리고 S필드(5), C필드(6) 및 IRS(7)는 각각 의 길이를 가진다. 따라서 CCP-P(1)는 세 OFDM 심볼(3) 길이를 차지한다.

S 필드(5)는 S 심볼(8) 및 IS 심볼(9)을 포함한다. 즉, S 심볼이 네 번 반복되고 IS 심볼을 한번 반복한다. IS 심볼은 S 심볼을 180도 위상차로 갖는 부분이다. 즉, IS 심볼은 S 심볼을 180도 위상 천이한 것이다. 이렇게 하면, 시간 동기 및 주파수 동기를 효율적으로 할 수 있으며, 프레임 검출 및 주파수 옵셋을 추정할 수 있다.

C필드(6) 및 IRS(7)는 미세 주파수 옵셋 추정에 이용하며, C 필드(6)는 CN(Cell Number) 및 CGN(Cell Group Number) 심볼과 상기 CN 및 CGN 심볼의 전후에 CP가 반복 삽입 구성된다.

다음, 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 OFDMA 시스템의 수신단 구조 및 동기부의 구조에 대하여 자세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 OFDMA 시스템의 수신단 구조 및 동기부의 구조를 나타낸 도면이다.

OFDMA 시스템의 수신단은 동기부(10), OFDM 복조부(20), 프레임 추출부(30), 제어부(40) 및 디코더부(50)를 포함한다. 여기서, 본 발명은 동기부(20)에 관한 것으로 OFDM 복조부(20), 프레임 추출부(30), 제어부(40) 및 디코더부(50)에 대한 상세한 설명은 생략한다.

OFDMA 시스템의 수신단에서는 I 및 Q 채널에 대한 OFDM 심볼을 받아서 동기부(10)와 OFDM 복조부(20)로 동시 입력된다.

동기부(20)는 초기동기획득부(100), 트래커부(200) 및 셀 식별기(300)를 포함한다.

초기동기획득부(100)는 OFDM 신호를 입력받아 초기 동기화를 수행한다.

트래커부(200)는 초기 동기화가 이루어진 후, 시간 및 주파수 동기를 추적한다.

셀 식별기(Cell Identifier)(300)는 프레임 추출부(30)로부터 주파수 영역 셀 탐색 프리앰블을 입력받아 셀 식별자(Cell ID)에 따라 전송된 각 부반송파 패턴을 찾아서 셀 식별자를 추정하고 추정된 셀 식별자를 제어부(40)로 출력한다.

그리고 초기동기획득부(100)는 초기 심볼 타이밍 추정기(110), 프레임 검출기(120), 주파수 옵셋 추정기(130), 타이밍 동기화기(140)을 포함한다. 그리고 계산 블록은 크게 자기 상관(autocorrelation) 계산과 교차 상관(cross-correlation) 계산으로 나누어진다. 그리고 트래커부(200)는 주파수 옵셋 트래커(210) 및 타이밍 트래커(220)를 포함한다.

초기 심볼 타이밍 추정기(110)는 수신된 OFDM 신호의 CP를 이용한 자기 상관으로 초기 심볼 타이밍과 소수배 주파수 옵셋을 추정한다.

프레임 검출기(120)는 초기 심볼 타이밍 추정기(110)로부터 추정된 타이밍과 동기화 프리앰블의 자기 상관 특성을 이용하여 프레임의 시작 위치를 추정한다.

주파수 옵셋 추정기(130)는 동기화 프리앰블의 일정한 시간 간격을 두고 반복되는 신호와 셀 탐색 프리앰블의 CP를 이용하여 주파수 옵셋을 추정하여 시스템 클럭을 발생시키는 부분(도면 미도시)으로 출력한다.

타이밍 동기화기(140)는 수신된 동기화 프리앰블과 전송된 동기화 프리앰블의 상호 상관(교차 상관)을 이용하여 초기 심볼 타이밍보다 더 정확한 심볼 타이밍을 추정하여 OFDM 복조부(20)로 출력한다.

주파수 옵셋 트래커(210)는 매 심볼마다 이루어지며 수신된 OFDM 신호의 CP를 이용하여 주파수 옵셋을 추정하여 시스템 클럭을 발생시키는 부분(도면 미도시)으로 출력한다.

타이밍 트래커(220)는 매 프레임마다 이루어지며 타이밍 동기화기(140)와 같은 과정으로 심볼 타이밍을 추정하여 OFDM 복조부(20)로 출력한다.

즉, 이와 같이 구성된 동기부(20)에서 추정된 주파수 옵셋(CFO; Carrier Frequency Offset)은 시스템 클럭을 발생시키는 부분(도면 미도시)으로 전달되고, 추정된 프레임 동기(타이밍 동기)는 OFDM 복조부(20)에 전달된다. 또한, CN(cell number) 및 CGN(cell group number) 계산을 위해 프리앰블값을 프레임 추출부(30)로부터 입력받아 CN 및 CGN을 계산하여 구해진 Cell ID는 제어부(40)로 전달된다.

다음, 도 4 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 초기 동기 획득 장치의 구조 및 동작을 상세하게 설명한다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시 예에 따른 초기 동기 획득부에서 초기 심볼 타이밍 추정기의 구조 및 추정 방법을 나타내는 도면이다.

도 4a를 보면, 초기 심볼 타이밍 추정기(110)는 초기동기화 과정이 정상적으로 수행할 수 있는 범위 내로 초기 심볼 타이밍과 소수배 주파수 옵셋을 추정한다.

초기 심볼 타이밍 추정기는 자기 상관기(A), 이동 평균기(115,116), 위상 검출기(117), 피크 검출기(118) 및 나눗셈기(119)를 포함한다.

그리고 자기 상관기(A)는 지연기(111), 컨쥬게이터(112), 파워 검출기(113) 및 곱셈기(114)를 포함한다.

지연기(111)는 수신된 OFDM 신호를 N_FFT(하나의 OFDM 심볼 길이)만큼 지연시킨다. 컨쥬게이터(112)는 지연기(111)로부터 출력된 OFDM 신호를 컨쥬게이션(Conjugation)한다. 곱셈기(114)는 N_FFT만큼 지연된 OFDM 신호와 현재 입력되는 OFDM 신호를 곱한다. 이동 평균기(115)는 곱셈기(114)를 통해 곱해진 신호를 CP 구간만큼의 신호값을 더한다. 위상 검출기(117)는 이동 평균기(115)로부터 출력된 신호의 위상을 구해 소수배 주파수 옵셋을 추정한다.

그리고 파워 검출기(113)는 수신된 OFDM 신호의 전력을 구한다. 이동 평균기(116b)는 OFDM 신호의 전력과 CP 구간에 대한 신호 전력을 더한다. 나눗셈기(119)는 이동 평균기(116)로부터 출력된 전력값을 CP 만큼으로 나눈다. 피크 검출기(118)는 이동 평균기(115)로부터 출력된 값을 평균전력으로 나눈 다음, 가장 큰 값이 나오는 순간을 찾아 초기 심볼 타이밍을 추정한다.

상기와 같이 구성된 초기 심볼 타이밍 추정기(110)의 초기 심볼 타이밍과 소수배 주파수 옵셋 추정에 대한 동작 과정을 설명한다.

도 4b를 보면, 수신된 OFDM 신호(3)는 도 1에서와 같이 데이터 심볼(도면 미도시)과 CP(4)로 이루어진다.

초기 심볼 타이밍 추정기(110)는 수신된 OFDM 신호와 N_FFT만큼 지연된 신호와의 자기 상관을 구하고(S40), 수신된 OFDM 신호의 전력값을 산출한다(S41).

먼저, 수신된 OFDM 신호를 N_FFT만큼 지연시킨 다음, 컨쥬게이션 (Conjugation)한 신호와 현재 입력되는 OFDM 신호를 곱하여 수신된 OFDM 신호와 N_FFT만큼 지연된 신호와의 자기 상관을 구한다(S40). 자기 상관값을 CP 길이만큼 이동 평균한다(S42). 이로부터 위상을 구하여(S43) 소수배 주파수 옵셋을 추정한다(S44).

그리고 자기상관기(115)로부터 산출된 전력값을 CP의 길이만큼 이동평균하고 (S45), CP 길이값으로 나누어 평균 전력을 구한다(S46). 소수배 주파수 옵셋을 구할 때의 이동 평균값을 평균 전력으로 나누어 가장 큰 값을 구하여 초기 심볼 타이밍을 추정한다(S47).

이와 같이 추정된 소수배 주파수 옵셋은 시스템 클럭을 발생시키는 부분(도면 미도시)으로 출력되어(S48) 반송파 주파수를 조절하고 초기 심볼 타이밍은 프레임 검출기(120)로 출력된다(S49).

여기서, CCP-P(1)의 S 필드(5)에서는 IS(9) 때문에 한번의 마이너스 피크가 발생한다. 그리고 C 필드(6)에서 피크가 한번 발생하고 IRS(7)에서는 피크가 발생하지 않으며, DTP(2)에서는 마다 계속적으로 피크가 발생한다. 이를 바탕으로 프레임 검출기(120)의 정보로 이용할 수 있다. 그리고 주파수 옵셋 값을 매 OFDM 심볼마다 추정하여 트래킹하는 용도로 이용된다.

이는 단말기가 전원을 켜게 되면 계속적으로 수행하게 된다. 여기서의 자기 상관 연산은 이동 평균을 이용하여 수행하게 되므로 계산 복잡도는 크게 부담이 되지 않는다.

이와 같이 초기 심볼 타이밍 추정기(110)는 CP를 이용한 자기상관으로 초기 심볼 타이밍과 소수배 주파수 옵셋을 추정한다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시 예에 따른 초기 동기 획득부에서 프레임 검출기의 구조 및 검출 방법을 나타내는 도면이다.

도 5a를 보면, 프레임 검출기(120)는 자기 상관기(B), 이동 평균기(124), 보상기(125), 최대값 검출기(126), 버퍼(127), 실수값 검출기(128) 및 동기 검출기 (129)를 포함한다.

자기 상관기(B)는 자기상관을 수행하며, 지연기(121), 컨쥬게이터(122) 및 곱셈기(123)를 포함한다.

지연기(121)는 최대 4개의 지연기(121)가 구비되며, 수신되는 OFDM 신호를 N-FFT/4 만큼 지연시킨다. 즉, OFDM 신호를 N_FFT의 1/4, 2/4, 3/4, 4/4 만큼 지연시키면 4가지의 신호가 병렬로 출력된다. 컨쥬게이터(122)는 지연기(121)로부터 출력된 각각의 신호에 대해 컨쥬게이션한다. 곱셈기(123)는 컨쥬게이터(122)로부터 출력된 신호와 현재 입력되는 OFDM 신호를 곱한다.

그리고 이동 평균기(124)는 곱셈기(124)로부터 출력된 각각의 신호에 대해 CP 구간만큼의 신호값을 더한다. 이로부터 주파수 옵셋의 틀어진 정도를 알 수 있게 된다. 보상기(125)는 주파수 옵셋을 보상해 준다. 최대값 검출기(126)는 보상된 값들의 합의 최대값을 찾아 정수배 주파수 옵셋을 검출한다. 버퍼(127)는 최대값, 자기상관값 등의 데이터를 저장한다. 실수값 검출기(128)는 자기 상관의 실수값을 검출한다. 동기 검출기(129)는 자기상관의 실수부의 부호를 판단하여 프레임의 시작 위치를 검출한다. 즉, CCP-P(1)의 S 필드(5)의 구조로부터 연산을 수행하다보면 4가지의 경우에 대해 동시에 최대 마이너스 피크가 발생되는 경우가 생기는데 이 때가 프레임 동기 점이되고, 동기 검출기(129)는 이와 같은 프레임 동기를 검출한다.

상기와 같이 구성된 프레임 검출기(120)에서 프레임의 시작 위치 검출을 위한 동작 과정을 설명한다.

도 5b를 보면, 초기 심볼 타이밍 추정기(110)로부터 출력된 초기 심볼 타이밍을 이용하여 프레임 검출기(120)에 이용한다. 프레임 검출기(120)는 CCP-P(1)의 S 필드(5)에서 S 심볼을 네 번 반복하고 S 심볼을 180도 위상 천이한 IS 심볼을 한 번 반복하는 구조를 이용하여 자기 상관을 수행한다(S50). 즉 수신되는 OFDM 신호는 프레임의 시작 위치에 CCP-P(1)가 위치하고 CCP-P(1)의 S 필드(5)의 S 심볼에 해당하는 512 칩만큼씩 한번 지연, 두 번 지연, 세 번 지연, 네 번 지연시킨 다음, 각각의 신호에 대해 컨쥬게이션하고, 현재 입력되는 OFDM 신호를 곱하여 각각에 수신되는 OFDM 신호와의 자기 상관을 수행한다(S50). 그런 다음, 자기 상관을 이동 평균하여(S52) 자기 상관의 실수부값을 구한다(S54). 자기 상관의 실수부의 부호를 판단하여 프레임의 시작 위치를 검출한다(S56). 즉, 자기 상관이 이루어진 각각의 부분에서 동시에 피크가 발생하는 지점에서 프레임 검출이 이루어진다. 이는 단말기 전원이 켜졌을 때부터 이 과정을 시작하여 프레임 검출이 이루어지면 디스에이블 상태로 바꾸어 동작을 멈춘다. 자기 상관 연산으로는 잡음에 민감하여 아주 정확한 값을 찾을 수는 없기 때문에 다음의 타이밍 동기화기에서의 참조값으로 이용된다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시 예에 따른 초기 동기 획득부에서 주파수 옵셋 추정기의 구조 및 추정 방법을 나타내는 도면이다.

도 6a를 보면, 주파수 옵셋 추정기(130)는 자기 상관기(C), 이동 평균기 (134) 및 위상 검출기를 포함한다.

주파수 옵셋 추정기(130)는 자기 상관 연산을 수행하여 주파수 옵셋 값을 대충 및 미세하게 단계적으로 계산하는 부분으로 초기 심볼 타이밍 추정기(110)에서 소수배 주파수 옵셋을 추정하는 과정과 동일하나 CCP-P(1)의 S필드(5) 및 C필드 (6)를 이용한다.

자기 상관기(C)는 지연기(131), 컨쥬게이터(132) 및 곱셈기(133)을 포함한다.

지연기(131)는 수신되는 OFDM 신호를 D(반복되는 신호간의 거리)만큼 지연시키고, 컨쥬게이터(132)는 지연기(131)로부터 출력된 신호를 컨쥬게이션한다. 그런 다음, 곱셈기(133)는 D만큼 지연된 OFDM 신호와 현재 입력되는 OFDM 신호를 곱한다. 이와 같이 하여 자기 상관을 수행한다.

그리고 이동 평균기(134)는 구해진 자기 상관을 이동 평균한다.

위상 검출기(135)는 이동 평균한 자기 상관값의 위상을 검출하여 주파수 옵셋을 추정한다.

이와 같이 구성된 주파수 옵셋 추정기에서 주파수 옵셋 추정을 위한 동작 과정을 설명한다.

도 6b를 보면, D의 시간 간격을 가지고 반복 전송되는 OFDM 신호의 자기 상관을 구한 다음(S60), 이동 평균을 취한다(S62). 이동평균한 자기 상관값의 위상을 검출하여(S64) 주파수 옵셋을 추정한다(S66).

여기서, 주파수 옵셋 추정에는 두 가지가 있다. 대략적인 주파수 옵셋 추정과 미세한 주파수 옵셋 추정이 있다. 먼저 대략적인 주파수 옵셋 추정은 S 필드(5)를 이용한다. 연속적으로 반복되는 두 개의 S(512칩) 심볼(8)을 이용하여 자기 상관 연산을 한다. 이렇게 함으로써 대략적인 주파수 옵셋 추정이 가능하다. 그리고 미세한 주파수 옵셋 추정은 C 필드(6)의 CP를 이용하여 좀 더 미세한 주파수 옵셋 추정을 한다. 이 또한 자기 상관 연산으로 이루어진다. 이는 단말기 전원이 켜졌을 때부터 이 과정을 시작하여 프레임 검출기(120)로부터 프레임 시작점 정보를 받은 후 동작을 시작하여 C 필드(6)까지 자기 상관 연산을 수행하고 나면 디스에이블 상태로 바꾸어 동작을 멈췄다가 다시 프레임 시작 시점에 근접하였을 때 인에이블 상태로 바뀌어 프레임 시작 정보를 받고 자기 상관 연산을 수행한다. 이러한 과정을 계속 반복한다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시 예에 따른 초기 동기 획득부에서 타이밍 동기화기의 구조 및 검출 방법을 나타내는 도면이다.

도 7a을 보면, 타이밍 동기화기(140)는 직/병렬 변환기(S/P)(141), 프리앰블 레지스터(142), 교차 상관기(D) 및 피크 검출기(146)을 포함한다.

프리앰블 레지스터(142)는 동기화 프리앰블 값을 저장한다.

직/병렬 변환기(141)는 직렬로 수신되는 OFDM 신호를 병렬로 변환 출력한다.

교차 상관기(D)는 수신되는 동기화 프리앰블과 전송된 동기화 프리앰블의 교차 상관을 수행하며, 교차 상관기(D)는 컨쥬게이터(143), 곱셈기(144) 및 합산기 (145)를 포함한다.

컨쥬게이터(143)는 프리앰블 레지스터(142)로부터 출력되는 신호를 컨쥬게이션한다. 곱셈기(144)는 컨쥬게이터(143)로부터 출력되는 동기화 프리앰블과 수신된 동기화 프리앰블을 곱한다. 합산기(145)는 곱셈기(144)로부터 출력된 신호를 합산하여 교차 상관을 수행한다.

피크 검출기(146)는 교차 상관으로부터 피크가 발생하는 부분을 결정한 후, 프레임 시작점을 검출한다.

이와 같이 구성된 타이밍 동기화기(140)에서 심볼 타이밍 검출을 위한 동작 과정을 설명한다.

도 7b를 보면, 타이밍 동기화기(140)는 매 프레임마다 CCP-P(1)의 S 필드(5)의 값은 변하지 않기 때문에 S 필드(5)의 S 심볼(8)과 IS 심볼(9)이 연속되는 부분의 256칩을 프리앰블 코드로 저장하고(S70) 교차 상관 연산을 수행하여(S72) 피크가 발생하는 부분을 결정한다(S74). 그리고 프레임 시작점을 검출하여 심볼 타이밍 값을 검출한다(S76). 이는 단말기 전원이 켜졌을 때부터 이 과정을 시작하여 프레임 검출기(120)로부터 프레임 시작점 정보를 받은 후 S 필드(8)의 입력 신호를 일단 메모리에 저장한다(S70). 이는 매 칩에 대하여 상호 상관 연산을 실시간으로 수행하지 못하기 때문이며, 메모리에 저장된 신호를 연산 가능한 길이만큼씩 가져와 교차 상관 연산을 수행한다(S72). 교차 상관 연산을 다 수행하고 정확한 타이밍을 얻고 나면(S74~S76) 디스에이블 상태로 바꾸어 동작을 멈췄다가 다시 프레임 시작 시점에 근접하였을 때 인에이블 상태로 바꾸어 프레임 시작 정보를 받고 교차 상관 연산을 수행하여 정확하게 심볼 타이밍 값을 검출한다. 그리고 이러한 과정을 계속 반복한다.

다음으로, 트래커부(200)는 주파수 옵셋 트래커(210) 및 타이밍 트래커(220)를 포함한다. OFDM에서는 주파수 옵셋에 상당히 민감하기 때문에 주파수 옵셋 트래커(210)는 즉, 매 OFDM 심볼마다 수행되는 자기 상관 연산을 이용하여 트래킹을 한다. 주파수 옵셋 트래커(210)는 초기 심볼 타이밍 추정기(110)와 동일한 구조를 가지며, 동일하게 동작한다.

그리고 타이밍 트래커(220)는 매 프레임마다 동작하는데, 타이밍 동기화기(140)와 구조 및 동작 과정이 동일하며, 타이밍 동기화기(140)와 동일하게 계속 반복해서 수행하여 심볼 타이밍을 추정하여 OFDM 복조부(20)로 출력한다.

이상의 실시예들은 본원 발명을 설명하기 위한 것으로, 본원 발명의 범위는 실시예들에 한정되지 아니하며, 첨부된 청구 범위에 의거하여 정의되는 본원 발명의 범주 내에서 당업자들에 의하여 변형 또는 수정될 수 있다.

이와 같이 하면 OFDMA 시스템에서 동기부를 구현 및 초기 동기를 정확하게 획득할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 OFDMA 시스템의 프레임 구조를 나타낸 도면이다.

도 2는 도 1의 OFDMA 시스템의 프레임 구조 중에서 CCP-P의 구조를 나타낸 도면이다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시 예에 따른 초기 동기 획득부에서 타이밍 동기화기의 구조 및 타이밍 값 검출 방법을 나타낸 도면이다.

Claims

OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Acess) 시스템에서 송신장치로부터 전송되는 프레임을 구성하는 방법에 있어서,

상기 프레임의 앞부분에 CCP-P(Cell Common Packet Preamble)를 배치하는 단계; 및

상기 CCP-P 다음에 다수의 DTP(Downlink Traffic Packet)를 배치하는 단계

를 포함하며,

상기 각 DTP는, 다수의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼로 구성되고,

상기 OFDM 심볼은,

전송하고자 하는 데이터를 삽입하는 데이터 심볼; 및

상기 데이터 심볼의 앞뒤로 반복 삽입된 CP(Cyclic Prefix)

를 포함하는 OFDMA 시스템에서 프레임 구성 방법.
제 1항에 있어서,

상기 CCP-P 배치 단계는,

상기 프레임의 시작 위치에 S 필드를 배치하는 단계;

상기 S 필드의 다음에 C 필드를 배치하는 단계; 및

상기 C 필드 다음에 IRS를 배치하는 단계

를 포함하며,

상기 S 필드는, 상기 OFDM 심볼 길이 내에 N번 반복되는 S 심볼과 상기 S 심볼을 180도 위상 천이한 IS 심볼로 이루어진 것을 특징으로 하는 OFDMA 시스템에서 프레임 구성 방법.
제 2항에 있어서,

상기 C 필드는,

셀 번호 및 셀 그룹 번호가 삽입되는 CN(Cell Number) 및 CGN(Cell Group Number) 심볼; 및

상기 CN 및 CGN 심볼의 앞뒤로 반복 삽입된 CP

를 포함하는 OFDMA 시스템에서 프레임 구성 방법.
OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Acess) 시스템에서 송신장치로부터 전송되는 OFDM 신호로부터 동기를 획득하기 위한 장치에 있어서,

상기 OFDM 신호의 프레임은 CCP-P(Cell Common Packet Preamble) 및 다수의 DTP(Downlink Traffic Packet)―여기서, DTP는 데이터 심볼과 상기 데이터 심볼의 앞뒤로 CP(Cyclic Prefix)가 반복 삽입된 OFDM 심볼이 다수 개로 구성됨.―로 구성된 데이터부를 포함하며,

I 및 Q 채널에 대한 상기 OFDM 신호의 프레임을 이용하여 초기 심볼 타이밍 및 소수배 주파수 옵셋을 추정하여 프레임 시작점을 검출하고 검출된 프레임 시작점에 기초하여 미세 주파수 옵셋을 측정 및 주파수 옵셋을 보상하고, 보상된 주파수 옵셋으로부터 심볼 타이밍을 검출하여 상기 OFDM 신호에 대한 초기 동기를 획득하는 초기 동기 획득부;

상기 초기 동기 획득부로부터 초기 동기화가 이루어진 후 상기 OFDM 신호 프레임에 기초하여 시간 및 주파수 동기를 추적하는 트래커부; 및

상기 OFDM 프레임으로부터 주파수 영역 셀 탐색 프리앰블을 입력받아 셀 식별자(Cell ID)를 추정하는 셀 식별부

를 포함하는 OFDMA 시스템에서 단말기 동기 획득 장치.
제 4항에 있어서,

상기 CCP-P는 상기 OFDM 신호 프레임의 시작 위치로부터 S 필드―여기서, S필드는 상기 OFDM 심볼 길이 내에 N번 반복되는 S 심볼 및 상기 S 심볼을 180도 위상 천이한 IS 심볼을 포함함.―와, 상기 S 필드 이후에 위치하는 C 필드 및 상기 C 필드 이후에 위치하는 IRS를 포함하며,

상기 초기 동기 획득부는,

상기 수신된 OFDM 심볼의 CP(Cyclic Prefix)를 이용한 자기 상관에 기초하여 초기 심볼 타이밍과 소수배 주파수 옵셋을 추정하는 초기 심볼 타이밍 추정기;

상기 초기 심볼 타이밍 추정기로부터 추정된 초기 심볼 타이밍과 상기 S 심볼을 이용한 자기 상관에 기초하여 프레임의 시작 위치를 추정하는 프레임 검출기;

상기 프레임 검출기로부터 프레임 시작 위치 정보를 수신하여 상기 CCP-P의 상기 S 필드에서 연속적으로 반복되는 두 개의 S 심볼을 이용하여 대략적인 주파수 옵셋을 추정하고, 상기 C 필드를 이용하여 미세한 주파수 옵셋을 추정하는 주파수 옵셋 추정기; 및

상기 S 심볼과 IS 심볼이 연속되는 특정 부분을 이용한 교차 상관에 기초하여 심볼 타이밍을 추정하는 타이밍 동기화기

를 포함하는 OFDMA 시스템에서 단말기 동기 획득 장치.
제 5항에 있어서,

상기 초기 심볼 타이밍 추정기는,

상기 수신된 OFDM 신호로부터 상기 OFDM 심볼의 CP를 이용하여 자기 상관값을 산출하는 제1 자기상관기;

상기 자기 상관값과 상기 CP의 길이만큼의 신호 값을 이동 평균하는 제1 이동 평균기; 및

상기 제1 이동 평균기로부터 출력된 신호로부터 상기 I 및 Q 성분으로 위상을 검출하여 소수배 주파수 옵셋을 추정하는 제1 위상 검출기

를 포함하는 OFDMA 시스템에서 단말기 동기 획득 장치.
제 6항에 있어서,

상기 제1 자기상관기는,

상기 OFDM 신호를 OFDM 심볼 길이만큼 지연시키는 제1 지연기;

상기 지연 신호를 컨쥬게이션(Conjugation)하여 현재 입력되는 OFDM 신호를 곱하는 제1 곱셈기; 및

상기 OFDM 신호로부터 전력을 산출하는 파워 검출기

를 포함하는 OFDMA 시스템에서 단말기 동기 획득 장치.
제 6항에 있어서,

상기 파워 검출기로부터 출력된 전력값과 상기 CP의 길이만큼의 신호 전력값을 이동 평균하는 제2 이동 평균기;

상기 제2 이동 평균기로부터 출력된 전력값을 CP의 길이만큼으로 나누어 평균 전력을 산출하는 나눗셈기; 및

상기 제1 이동 평균기로부터 출력된 신호값을 상기 평균 전력으로 나누어 최대값을 검출하여 초기 심볼 타이밍을 추정하는 제1 피크 검출기

를 더 포함하는 OFDMA 시스템에서 단말기 동기 획득 장치.
제 8항에 있어서,

상기 초기 심볼 타이밍 추정기에서, 상기 추정된 소수배 주파수 옵셋 값은 시스템 클럭을 발생시키는 부분으로 출력하고, 상기 추정된 초기 심볼 타이밍 값은 상기 프레임 검출기로 출력하는 것

을 특징으로 하는 OFDMA 시스템에서 단말기 동기 획득 장치.
제 5항에 있어서,

상기 프레임 검출기는,

상기 수신된 OFDM 신호와 상기 S 심볼의 반복 수에 의거하여 상기 수신된 OFDM 신호를 CP 길이만큼 지연된 신호와의 자기 상관을 수행하는 제2 자기상관기;

상기 제2 자기 상관기로부터 출력된 자기 상관값과 상기 CP 길이만큼의 신호 값을 이동 평균하는 제3 이동 평균기;

상기 제3 이동 평균기로부터 출력된 신호로부터 주파수 옵셋을 보상하는 보상기;

상기 보상기로부터 출력된 값들의 합으로부터 최대값을 검출하여 정수배 주파수 옵셋을 추정하는 최대값 검출기;

상기 제2 자기 상관기로부터 출력된 자기 상관의 실수부값을 검출하는 실수값 검출기; 및

상기 실수값 검출기로부터 출력되는 상기 자기 상관의 실수부의 부호에 의거하여 프레임의 시작 위치를 검출하는 동기 검출기

를 포함하는 OFDMA 시스템에서 단말기 동기 획득 장치.
제 10항에 있어서,

상기 제2 자기상관기는,

상기 수신된 OFDM 신호를 상기 S 심볼의 반복 수에 의거하여 상기 CP 길이만큼 각각 다르게 지연시키는 제2 지연기; 및

상기 제2 지연기로부터 출력된 각 신호를 컨쥬게이션하여 현재 입력되는 OFDM 신호와 곱하는 제2 곱셈기

를 포함하는 OFDMA 시스템에서 단말기 동기 획득 장치.
제 10항에 있어서,

상기 프레임의 시작 위치는, 상기 S 심볼의 반복 수에 의거하여 상기 제2 지연기로부터 출력된 신호에서 동시에 최대 마이너스 피크가 되는 시점인 것을 특징으로 하는 OFDMA 시스템에서 단말기 동기 획득 장치.
제 5항에 있어서,

상기 주파수 옵셋 추정기는,

특정시간 간격으로 반복 전송되는 상기 OFDM 신호에 기초하여 상기 특정시간 간격만큼 지연시킨 신호와 현재 입력되는 OFDM 신호와의 자기 상관을 수행하는 제3 자기상관기;

상기 제3 자기 상관기로부터 출력된 자기 상관값과 상기 특정시간 간격에 해당하는 신호 값을 이동 평균하는 제4 이동평균기; 및

상기 제4 이동 평균기를 통해 이동 평균한 자기 상관값의 위상을 검출하는 제2 위상 검출기

를 포함하는 OFDMA 시스템에서 단말기 동기 획득 장치.
제 13항에 있어서,

상기 제3 자기상관기는,

상기 수신되는 OFDM 신호를 상기 특정시간 간격만큼 지연시키는 제3 지연기; 및

상기 제3 지연기로부터 출력된 지연 신호를 컨쥬게이션하여 현재 입력되는 OFDM 신호와 곱하는 제3 곱셈기

를 포함하는 OFDMA 시스템에서 단말기 동기 획득 장치.
제 5항에 있어서,

상기 주파수 옵셋 추정기는, 상기 주파수 검출기로부터 프레임 시작 위치 정보를 수신한 이후에 동작하는 것을 특징으로 하는 OFDMA 시스템에서 단말기 동기 획득 장치.
제 5항에 있어서,

상기 타이밍 동기화기는,

상기 수신되는 OFDM 신호를 병렬로 변환하는 직/병렬 변환부;

상기 S 필드의 S 심볼과 IS 심볼이 연속되는 특정 부분을 프리엠블 코드로 저장하는 프리앰블 레지스터;

상기 프리앰블 레지스터로부터 출력된 신호와 현재 OFDM 신호와의 교차 상관을 수행하는 교차 상관기; 및

상기 교차 상관기로부터 출력되는 교차 상관값으로부터 최대값을 검출하는 제2 피크 검출기

를 포함하는 OFDMA 시스템에서 단말기 동기 획득 장치.
제 16항에 있어서,

상기 프리앰블 레지스터는, 상기 S 심볼과 상기 IS 심볼이 연속되는 특정부분에서 상기 S 심볼 뒷 부분의 128 칩과 상기 IS 심볼 앞 부분의 128 칩을 상기 프리앰블 코드로 저장하는 것을 특징으로 하는 OFDMA 시스템에서 단말기 동기 획득 장치.
제 16항에 있어서,

상기 교차 상관기는,

상기 병렬로 변환되어 입력되는 OFDM 신호와 상기 프리앰블 레지스터로부터 출력되는 신호를 곱하는 제4 곱셈기; 및

상기 제4 곱셈기로부터 출력되는 각 신호들을 모두 합산하는 합산기

를 포함하는 OFDMA 시스템에서 단말기 동기 획득 장치.
제 5항에 있어서,

상기 트래커부는,

상기 수신된 OFDM 신호로부터 상기 매 OFDM 심볼마다 CP를 이용한 자기상관에 기초하여 주파수 동기를 추적하는 주파수 옵셋 트래커; 및

상기 매 OFDM 프레임마다 상기 S 필드의 S 심볼 및 IS 심볼을 이용한 교차 상관에 기초하여 심볼 타이밍을 추적하는 타이밍 트래거

를 포함하는 OFDMA 시스템에서 단말기 동기 획득 장치.
제 19항에 있어서,

상기 주파수 옵셋 트래커는 상기 초기 심볼 타이밍 추정기와 동일하게 동작하고, 상기 타이밍 트래커는 상기 타이밍 동기화기와 동일하게 동작하는 것을 특징으로 하는 OFDMA 시스템에서 단말기 동기 획득 장치.
OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Acess) 시스템에서 송신장치로부터 출력되는 OFDM 신호로부터 동기를 획득하기 위한 방법에 있어서,

상기 OFDM 신호의 프레임은 CCP-P(Cell Common Packet Preamble) 및 다수의 DTP(Downlink Traffic Packet)―여기서, DTP는 데이터 심볼과 상기 데이터 심볼의 앞뒤로 CP(Cyclic Prefix)가 반복 삽입된 OFDM 심볼이 다수 개로 구성됨.―로 구성된 데이터부를 포함하며,

a) I 및 Q 채널에 대한 OFDM 신호를 수신하여 초기 동기화를 획득하는 단계―여기서, 초기 동기화를 획득하는 단계는,

ⅰ) 상기 OFDM 심볼의 CP를 이용하여 초기 심볼 타이밍 및 소수배 주파수 옵셋을 추정하는 단계;

ⅱ) 상기 ⅰ)단계에서 추정된 값에 기초하여 프레임 시작점을 검출하는 단계;

ⅲ) 상기 ⅱ)단계에서 검출된 프레임 시작점에 기초하여 주파수 옵셋을 추정하는 단계; 및

ⅳ) 상기 ⅲ)단계에서 추정된 주파수 옵셋을 보상하여 심볼 타이밍을 검출하는 단계

를 포함함―;

b) 상기 초기 동기화가 이루어진 후, 상기 OFDM 심볼에 기초하여 시간 및 주파수 동기를 추적하는 단계; 및

c) 주파수 영역 셀 탐색 프리앰블을 수신하여 셀 식별자에 따라 전송된 각 부반송파 패턴을 검색하여 셀 식별자를 구별하는 단계

를 포함하는 OFDMA 시스템에서 단말기 동기 획득 방법.
제 21항에 있어서,

상기 ⅰ)단계에서 소수배 주파수 옵셋 추정 단계는,

㈀ 상기 I 및 Q 채널에 대한 OFDM 신호를 하나의 OFDM 심볼 구간만큼 지연시키고, 상기 지연 신호와 현재 입력되는 OFDM 신호와의 자기 상관을 구하는 단계;

㈁ 상기 ㈀단계로부터 구해진 자기 상관값을 상기 OFDM 심볼의 CP 길이만큼 이동평균하는 단계; 및

㈂ 상기 ㈁단계에서 이동평균한 신호값으로부터 위상을 산출하여 소수배 주파수 옵셋을 추정하는 단계

를 포함하는 OFDMA 시스템에서 단말기 동기 획득 방법.
제 22항에 있어서,

상기 ⅰ)단계에서 초기 심볼 타이밍 추정 단계는,

상기 I 및 Q 채널에 대한 OFDM 신호로부터 전력값을 산출하는 단계;

상기 산출된 신호값과 상기 CP 구간에 대한 신호 전력값을 이동평균하고, CP 구간에 대한 신호 전력값으로 나누어 평균 전력을 산출하는 단계; 및

상기 ㈁단계로부터 이동평균한 신호값을 상기 평균전력으로 나누어 최대값을 검출하여 초기 심볼 타이밍을 추정하는 단계

를 포함하는 OFDMA 시스템에서 단말기 동기 획득 방법.
제 21항에 있어서,

상기 CCP-P는 상기 OFDM 신호 프레임의 시작 위치로부터 S 필드―여기서, S필드는 상기 OFDM 심볼 길이 내에 N번 반복되는 S 심볼 및 상기 S 심볼을 180도 위상 천이한 IS 심볼을 포함함.―와, 상기 S 필드 이후에 위치하는 C 필드 및 상기 C 필드 이후에 위치하는 IRS를 포함하며,

상기 ⅱ)단계는,

㈃ 상기 수신된 OFDM 신호를 상기 S 심볼의 반복 개수에 기초하여 각각 다르게 지연시켜 병렬화하고, 상기 병렬화된 신호와 현재 입력되는 OFDM 신호에 대해 각각 자기 상관을 구하는 단계;

㈄ 상기 ㈃단계로부터 각각 구해진 자기 상관값을 상기 CP의 길이만큼 각각 이동평균하는 단계; 및

㈅ 상기 ㈄단계로부터 이동 평균한 자기 상관값으로부터 실수부값을 검출하여 프레임 시작 위치를 검출하는 단계

를 포함하는 OFDMA 시스템에서 단말기 동기 획득 방법.
제 24항에 있어서,

상기 ㈄단계 이후에,

상기 이동평균한 각각의 신호로부터 주파수 옵셋을 보상하는 단계

를 더 포함하는 OFDMA 시스템에서 단말기 동기 획득 방법.
제 21항에 있어서,

상기 ⅲ)단계는,

㈆ 특정시간 간격으로 반복 전송되는 OFDM 신호에 의해 상기 특정시간 간격만큼 지연시킨 신호와 현재 입력되는 OFDM 신호와의 자기 상관을 수행하는 단계;

㈇ 상기 ㈆단계로부터 출력된 자기 상관값을 상기 특정시간 간격만큼 이동 평균하는 단계; 및

㈈ 상기 ㈇단계로부터 이동평균한 자기상관값의 위상을 검출하여 주파수 옵셋을 추정하는 단계

를 포함하며,

상기 CCP-P의 S 필드에서 연속적으로 반복되는 두 개의 S 심볼에 기초한 자기상관에 의해 대략적인 주파수 옵셋을 추정한 다음, 상기 CCP-P의 C 필드에서 CP에 기초한 자기 상관에 의해 미세한 주파수 옵셋을 추정하는 것을 특징으로 하는 OFDMA 시스템에서 단말기 동기 획득 방법.
제 21항에 있어서,

상기 ⅳ)단계는,

㈉ 상기 CCP-P의 S 필드에서 특정 부분을 프리앰블 코드로 저장하고, 상기 현재 수신되는 OFDM 신호를 병렬로 변환하는 단계;

㈊ 상기 ㈉단계로부터 저장된 신호를 연산 가능한 길이만큼씩 출력하여 상기 수신되는 OFDM 신호와 교차 상관을 수행하는 단계; 및

㈋ 상기 ㈊단계로부터 구해진 교차 상관값으로부터 피크의 최대값을 검출하여 심볼 타이밍을 검출하는 단계

를 포함하는 OFDMA 시스템에서 단말기 동기 획득 방법.
제 21항에 있어서,

상기 ⅳ)단계는, 상기 ⅱ)단계로부터 검출된 프레임 시작점 정보를 수신한 이후에 동작하는 것을 특징으로 하는 OFDMA 시스템에서 단말기 동기 획득 방법.
제 21항에 있어서,

상기 b) 단계에서 시간 동기 추적 단계는,

상기 a)단계로부터 초기 동기화가 이루어진 이후에 상기 ⅳ)단계를 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 OFDMA 시스템에서 단말기 동기 획득 방법.
제 21항에 있어서,

상기 b) 단계에서 주파수 동기 추적 단계는,

상기 a)단계로부터 초기 동기화가 이루어진 이후에 상기 ⅰ)단계를 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 OFDMA 시스템에서 단말기 동기 획득 방법.