KR100622673B1 - Tf hopping 방식을 이용한 mb-ofdm uwb시스템의 주파수 오프셋 추정방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 TF 호핑 방식을 이용하는 MB-OFDM UWB 시스템에 있어서 OFDM 심볼들을 이용하여 주파수 오프셋을 추정하는 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 확보할 수 있는 OFDM의 심볼개수에 따라 다수의 중심주파수 중에서 일부를 선택하고, 상기 선택된 중심주파수에 대하여 상대적 주파수 오프셋을 추정하는 단계; 중심주파수가 둘 이상 선택된 경우 추정된 주파수 오프셋의 평균을 구하는 단계; 상기 평균값을 각 중심주파수에 대한 실제 주파수 오프셋으로 변환하여 송수신 LO에 의한 주파수 오프셋 보정을 수행하는 단계로 구성된다.
TF 호핑, OFDM 심볼, 중심주파수, 주파수 오프셋
Description
도 1은 IEEE802.11.a 무선랜의 프리앰블 구조를 이용한 1차 및 2차 주파수 오프셋 추정 및 보상방법을 도시한 도면,
도 2는 IEEE802.15.3a Alt-PHY에 의한 MB-OFDM UWB 시스템 모드 1의 프리앰블 구조와 프리앰블 구간내에서 수행되는 알고리즘을 도시한 도면,
도 3은 MB-OFDM UWB 시스템 전송을 위하여 호핑(Hopping)에 사용되는 모드 1의 3개의 전송 주파수 대역을 도시하는 도면,
도 4는 MB-OFDM UWB 시스템 전송을 위하여 모드 1의 3개의 주파수 대역을 이용한 4개의 타임 주파수(Time Frequency) 코드를 도시하는 도면,
도 5는 도 4의 프리앰블 패턴 1 또는 2를 이용하여 3개 주파수 대역을 시간적으로 호핑하는 MB-OFDM UWB 프리앰블 심볼들을 사용하여 동일 주파수 대역에 대한 주파수 오프셋을 추정 및 보상하는 방법을 도시하는 도면,
도 6은 도 4의 프리앰블 패턴 3 또는 4를 이용하여 3개 주파수 대역을 시간적으로 호핑하는 MB-OFDM UWB 프리앰블 심볼들을 사용하여 동일 주파수 대역에 대한 주파수 오프셋을 추정 및 보상하는 방법을 도시하는 도면,
도 7은 본 발명의 주파수 오프셋 추정방법을 도시하는 흐름도,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 주파수 오프셋 추정방법을 도시하는 도면,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 주파수 오프셋 추정방법을 도시하는 도면,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 주파수 오프셋 추정방법을 도시하는 도면,
도 11은 주파수 오프셋의 평균을 이용한 성능분석 결과를 도시하는 도표,
도 12는 주파수 오프셋의 평균을 이용한 성능분석 결과를 도시하는 도표이다.
본 발명은 IEEE802.15.3a Alt-PHY TF(Time Frequency) 호핑(Hopping) 방식을 이용하는 MB-OFDM UWB 시스템에 있어서 OFDM 심볼들을 이용하여 주파수 오프셋을 추정하는 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 보다 적은 수의 OFDM 심볼만을 사용하여 캐리어 주파수 오프셋을 보다 정확하게 추정하는 방법에 관한 것이다.
UWB는 기존의 협대역(Narrow Band) 시스템 및 3세대 셀룰러 기술로 설명되는 광대역(Wideband) 시스템과 구분하기 위해 중심 주파수의 25% 이상의 점유 대역 폭을 차지하는 시스템 혹은 1.5GHz 이상의 점유 대역폭을 차지하는 무선 전송 기술 시스템을 의미하며, OFDM(Orthogonal FDM : 직교 주파수 분할 다중)은 4세대 변조 기술로, 정확한 주파수에서 일정 간격 떨어져있는 많은 수의 반송파에 데이터를 분산시켜, 복조기가 자기 자신의 것이 아닌 다른 주파수를 참조하는 것을 방지하는 변조 기술을 의미한다.
도 1은 IEEE802.11.a에 의한 무선랜(Wireless Local Area Network)의 프리앰블 구조를 이용한 1차 및 2차 주파수 오프셋 추정방법과 보상방법을 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같은 프리앰블 구조를 이용하여 10개의 쇼트 트레이닝 시퀀스(Short Training Sequence) 내에서 1차 주파수 오프셋 추정을 수행하고, NCO를 사용하여 주파수 오프셋을 보상한 다음, 2개의 롱 트레이닝 시퀀스(Long Training Sequence)를 이용하여 2차 주파수 오프셋 추정 및 보상을 수행함을 알 수 있다.
IEEE Transations On Communication, Vol. 42, No. 10, October 1994에 게재된 "A Technique for Orthogonal Frequency Division Multiplexing Frequency Offset Correction" 논문에서 반복되는 데이터 심볼을 이용하여 최대 유사 추정(The Maximum Likelihood Estimate : MLE) 기법을 이용한 주파수 추정 기법을 제시한 바 있으며, 하기 수학식 (1)과 같다.
도 2는 IEEE802.15.3a Alt-PHY에서 표준화 진행중인 MB-OFDM UWB 시스템의 모드(Mode) 1에 대한 프리앰블 구조를 도시하고 있다. 도 2에 도시된 바와 같이 프리앰블 구간동안 Coarse/Fine 캐리어 주파수 추정과 같은 다양한 알고리즘이 수행된다. 도 2를 참조로 할 때, 프리앰블 구조의 처음 21개의 PS 심볼은 동일한 심볼을 전송하며, 이후 3개의 FS 심볼은 앞의 3개 PS 심볼과는 부호만 반대로 전송된다. 이후의 6개 CE 채널은 앞의 24개의 심볼과는 상이하지만, 모두 동일한 값으로 전송된다. 도 2에 도시된 30개의 OFDM 심볼은 모드 1로 전송될 경우에 도 3과 같은 3개 주파수 대역을 이용하여 도 4에 도시된 4가지 패턴 중 하나로 전송된다. 또한, 수학식 (1)을 이용하여 주파수 오프셋을 추정하는 경우 도 4에 도시된 프리앰블 패턴에 따라 도 5나 도 6과 같이 각 주파수 대역별로 주파수 오프셋을 추정하고 각 중심주파수 대역에 맞는 심볼에 대하여 보상을 수행하는 방식을 채택한다. 이 경우 3개 주파수 대역에 대한 주파수 오프셋 추정에 필요한 OFDM 심볼은 최소한 6개 이상이다. 이러한 방식으로 주파수 오프셋을 추정하고 보상하는 경우에는 다른 수신 알고리즘에 많은 프리앰블 구간내의 OFDM 심볼이 필요하다고 하더라도, 반드시 주파수 오프셋 추정에 6개의 OFDM 심볼이 확보되어야 한다는 문제점이 있다. 더욱이, 이러한 문제점은 7개의 주파수 대역에 대한 주파수 오프셋 추정을 하게되는 모드 2에서 더욱 심각하다.
본 발명은 상기과 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 일부의 주파수 대역에 대한 상대적 주파수 오프셋을 추정하여 중심주파수를 제외한 나머지 주파수 대 역에 대한 실제 주파수 오프셋 값을 추정함으로써, 적은 수의 OFDM 심볼을 이용하여 캐리어 주파수 오프셋을 추정하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 TF 호핑 방식을 이용한 MB-OFDM UWB 시스템의 주파수 오프셋 추정방법은 확보할 수 있는 OFDM의 심볼개수에 따라 다수의 중심주파수 중에서 일부를 선택하고, 상기 선택된 중심주파수에 대하여 상대적 주파수 오프셋을 추정하는 단계; 중심주파수가 둘 이상 선택된 경우 추정된 주파수 오프셋의 평균을 구하는 단계; 상기 평균값을 각 중심주파수에 대한 실제 주파수 오프셋으로 변환하여 송수신 LO에 의한 주파수 오프셋 보정을 수행하는 단계로 구성된다.
MB-OFDM UWB 시스템의 경우 다수개의 중심주파수(모드 1의 경우 3개, 모드 2의 경우 7개)를 이용하여 OFDM 심볼을 전송한다. 본 발명의 주파수 오프셋 추정방법은 각 중심주파수에서 발생할 수 있는 송수신 LO 차이에 의한 주파수 오프셋의 발생원인은 각 중심주파수를 발생시키는 레퍼런스 오실레이터의 주파수 오프셋에 기인한 것이며, 각 중심주파수 별로 발생하는 실제 주파수 오프셋 값은 중심주파수에 비례하여 커지지만 각 중심주파수에 대한 상대적 주파수 오프셋은 MB-OFDM 심볼전송에 사용된 모든 주파수 대역에 대하여 동일하다는 원리에 착안한 것이다. 따라서, 본 발명은 주파수 오프셋 추정방법에 의하면 중심주파수에 대한 실제 주파수 오프셋 대신에 중심주파수에 대한 상대적 주파수 오프셋을 추정할 경우 많은 주파수 대역 성분을 이용한다면 보다 정확한 주파수 오프셋 추정이 가능하며, 1개의 주파수 대역에 대한 상대적 주파수 오프셋만 추정하여도 중심주파수를 제외한 나머지 주파수 대역에 대한 실제 주파수 오프셋 값을 추정할 수 있다.
(단, T : 비교대상이 된 동일 중심주파수를 갖는 다른 심볼내의 샘플간격,
y2n,y1n * : 동일한 중심주파수를 갖는 연속된 2개의 time-domain 심볼,
fk : k 번째 전송되는 OFDM 심볼의 중심 주파수)
예로, 도 4의 프리앰플 패턴 1을 사용할 경우 동일 주파수로 전송되는 OFDM 심볼들은 3 심볼마다 반복되므로, T=3×165×Ts로 계산된다. 여기서, Ts는 MB-OFDM UWB 시스템의 sampling time이다.
예컨데, 송수신 LO사이에 주파수 오프셋이 1ppm일 경우 중심주파수 1GHz에서 주파수 오프셋이 1KHz이고, 중심주파수 2GHz에서는 주파수 오프셋이 2KHz이지만, 상대적 주파수 오프셋은 1ppm으로 동일함을 알 수 있다.
이하 첨부하는 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 TF(Time Frequency) 호핑 방식을 이용한 MB-OFDM UWB 시스템의 주파수 오프셋 추정방법을 도시하고 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 주파수 오프셋 추정방법은 중심주파수의 전체 또는 일부를 선택하고, 상기 선택된 중심주파수에 대하여 수학식 (2)에 따라 상대적 주파수 오프셋(△rc)을 추정하는 단계(S1); 상기 S1 에서 중심주파수가 둘 이상 선택된 경우 추정된 주파수 오프셋의 평균을 구하는 단계(S2); 상기 평균값을 식(3)과 같이 각 중심주파수에 대한 실제 주파수 오프셋(△c)으로 변환하여 송수신 LO에 의한 주파수 오프셋 보정을 수행하는 단계(S3)로 이루어진다.
도 8은 각각의 중심주파수에 대하여 상대적 주파수 오프셋을 추정하고 평균을 취한 다음, 구해진 평균값을 이용하여 각 중심주파수에 대한 실제 주파수 오프셋으로 변환하여 송수신 LO에 의한 주파수 오프셋의 보정을 수행하는 방법을 도시하고 있다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 3개의 중심주파수 중 하나의 중심주파수만을 선택하여 상대적 주파수 오프셋을 추정한 경우를 도시하고 있다.
도 9를 참조로 할 때, 프리앰블 패턴 1 또는 2에 대하여 3개 주파수중 하나 의 주파수에 대해서만 상대적 주파수 오프셋을 추정한 다음 이를 3개의 주파수에 대한 실제 주파수 오프셋값으로 변환하여 보상을 수행한다. 즉, 상기 도 7에 도시된 주파수 오프셋 추정방법의 1 단계에서 3개의 중심주파수(모드 1 기준) 중에서 선택된 하나의 중심주파수에 대해서만 상대적 주파수 오프셋을 추정하는 것이다. 이때, 주파수 오프셋 추정에 필요한 OFDM 심볼의 수는 4개에 불과함을 확인할 수 있다.
도 10을 참조로 할 때, 프리앰블 패턴 3 또는 4에 대하여 3개 주파수중 역시 하나의 주파수에 대해서만 상대적 주파수 오프셋을 추정한 다음 이를 3개의 주파수에 대한 실제 주파수 오프셋값으로 변환하여 보상을 수행한다. 이때, 주파수 오프셋 추정에 필요한 OFDM 심볼의 수는 2개에 불과함을 확인할 수 있다.
도 11은 주파수 오프셋의 평균을 이용하여 성능을 분석한 결과를 도시하는 도면으로, 구체적으로는 각각의 중심 주파수에 대한 주파수 오프셋을 추정하고 보상하는 경우와 3개의 중심주파수에 대한 상대적 평균 주파수 오프셋을 추정하여 보상을 수행하였을 경우의 성능을 비교하고 있다. 기존의 방식과 본 발명에 의한 오프셋 추정방법의 성능이 거의 동일함을 확인할 수 있다.
도 12는 각각의 중심주파수에 대한 주파수 오프셋을 추정하고 보상하는 경우와 1개의 중심주파수에 대한 상대적 주파수 오프셋을 추정하여 보상하는 경우의 성능을 비교하고 있다. 도 12를 참조로 할 때, 10-5을 기준으로 할 때 1dB 미만의 성능차이가 발생하는 것을 확인할 수 있다.
도 8 내지 도 12는 3개의 주파수 대역을 사용하는 모드 1을 예시적으로 도시 하는 것으로, 본 발명은 7개의 주파수 대역을 사용하는 모드 2에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 TF HOPPING 방식을 이용한 MB-OFDM UWB 시스템의 주파수 오프셋 추정방법은 컴퓨터 프로그램으로 제작되어서 하드디스크, 플로피 디스크, 광자기 디스크, 씨디 롬, 롬, 램 등의 기록매체에 저장될 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 주파수 오프셋 추정방법에 의할 경우 IEEE802.15.3a Alt-PHY의 TF(Time Frequency) 호핑 방식을 이용한 MB-OFDM UWB 시스템에서 프리앰블 패턴에 따라 서로 상이한 주파수로 전송되는 OFDM 심볼들의 상대적인 주파수 오프셋을 추정함으로써, 개별 중심주파수에 대한 주파수 오프셋을 추정하는 기법에 비하여 더욱 정확하게 송수신 LO의 주파수 오프셋을 추정할 수 있다는 뛰어난 효과가 있다.
또한, 중심주파수중 일부만을 이용하는 경우에도 성능의 열화 없이 적은수의 OFDM 심볼만을 이용하여 주파수 오프셋을 추정할 수 있을뿐만 아니라, OFDM 심볼의 잔류개수가 상대적으로 넉넉하게 되므로 다른 수신 알고리즘의 작성이 용이해진다는 뛰어난 효과가 있다.
이상에서 설명한 TF HOPPING 방식을 이용한 MB-OFDM UWB 시스템의 주파수 오프셋 추정방법은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
Claims (4)
- TF 호핑 방식을 이용한 MB-OFDM UWB 시스템의 주파수 오프셋 추정방법에 있어서,각 중심주파수에 대한 상대적 주파수 오프셋을 추정하는 1단계;상기 1단계에서 추정한 주파수 오프셋의 평균값을 구하는 2단계;상기 평균값을 각 중심주파수에 대한 실제 주파수 오프셋으로 변환하여 송수신 LO에 의한 주파수 오프셋 보정을 수행하는 3단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 주파수 오프셋 추정방법.
- TF 호핑 방식을 이용한 MB-OFDM UWB 시스템의 주파수 오프셋 추정방법에 있어서,확보할 수 있는 OFDM의 심볼개수에 따라 다수의 중심주파수 중에서 일부를 선택하고, 상기 선택된 중심주파수에 대하여 상대적 주파수 오프셋을 추정하는 1단계;상기 1단계에서 중심주파수가 둘 이상 선택된 경우 추정된 주파수 오프셋의 평균을 구하는 2단계;상기 평균값을 각 중심주파수에 대한 실제 주파수 오프셋으로 변환하여 송수신 LO에 의한 주파수 오프셋 보정을 수행하는 3단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 주파수 오프셋 추정방법.
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