KR100628868B1

KR100628868B1 - Ｍｂ-ｏｆｄｍｕｗｂ 시스템에서의 프레임 동기 장치 및그 방법

Info

Publication number: KR100628868B1
Application number: KR1020040106608A
Authority: KR
Inventors: 신철호; 최상성; 박광로
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2004-12-15
Filing date: 2004-12-15
Publication date: 2006-09-27
Also published as: KR20060067715A

Abstract

본 발명은 MB-OFDM UWB 시스템에서의 프레임 동기 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 동일 주파수 대역을 이용해 전송된 연속된 2개의 OFDM 프리엠블 심볼들 사이의 결합 복소 다중화를 각각 취하는 다수개의 곱셈기(101); 다수개의 곱셈기(101)의 출력값을 모두 합산하는 합산기(102); 및 합산기(102)의 결합 코릴레이션 출력값 중에서 "In-phase" 성분의 싸인값 만을 결과값으로 취하여, "-1"이 연속적으로 3개 검출되는 지역을 PS와 CE를 구분하기 위해 설정한 3개의 FS(Frame Synchronization sequence) 영역으로 판단하는 FS영역 판단부(103)로 구성된 것을 특징으로 하며, 이러한 본 발명은 MB-OFDM 프리엠블 구조의 특징을 충분히 고려하여 매우 정확하게 PS와 CE를 구분할 수 있도록 해주면서 하드웨어 복잡도를 줄일 수 있는 효과가 있다.

MB-OFDM UWB 시스템, OFDM 프리엠블 심볼, 프레임 동기 방법,

Description

ＭＢ-ＯＦＤＭＵＷＢ 시스템에서의 프레임 동기 장치 및 그 방법{FRAME SYNCHRONIZATION DEVICE AND METHOD IN MB-OFDM UWB SYSTEM}

도 1은 종래 IEEE802.11a 무선랜의 프리엠블 구조와 프리엠블을 구성하고 있는 각 OFDM 심볼들을 이용하여 수행해야 할 수신 알고리즘을 설명하기 위한 도면,

도 2는 IEEE802.15.3a에서 표준화 진행중인 MB-OFDM UWB 시스템의 모드 1에 대한 프리엠블 구조와 프리엠블 구간 내에서 수행되어야 할 수신 알고리즘을 설명하기 위한 도면,

도 3은 MB-OFDM 시스템의 전송을 위해 TF 호핑에 사용될 모드 1의 3개 전송 주파수 대역을 도시한 도면,

도 4는 MB-OFDM 시스템의 전송을 위해 모드 1의 3개 주파수 대역을 이용한 4개의 프리엠블 패턴에 따른 프리엠블 전송 구조 및 상관 관계 수행 관계도,

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 MB-OFDM UWB 시스템에서의 프레임 동기 장치의 구성을 나타낸 기능 블록도,

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 MB-OFDM UWB 시스템에서의 프레임 동기 방법을 나타낸 동작 플로우챠트,

도 7은 도 5에 따른 MB-OFDM UWB 시스템에서의 프레임 동기 장치를 통해 구한 PS 및 FS(Frame Synchronization sequence) OFDM 심볼간의 싸인 비트(sign bit)만을 이용하여 구한 상관 관계 결과 값을 나타낸 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

101 : 곱셈기 102 : 합산기

103 : FS영역 판단부

본 발명은 IEEE802.15.3a에서 표준화 진행중인 TF(Time Frequency) 호핑(Hopping) 방식을 사용하는 MB(Multi-band)-OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex) UWB(Ultra-wideband) 시스템에서의 프레임 동기화 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 서로 다른 주파수를 이용하여 전송되는 OFDM 프리엠블(preamble) 정보들을 이용하여 수 많은 수신 알고리즘들을 구현함에 있어, 서로 역할이 다른 PS(Packet Synchronization Sequence)와 CE(Channel Estimation Sequence)를 하드웨어 복잡도를 줄이면서 효과적으로 구분할 수 있도록 해주는 MB-OFDM UWB 시스템에서의 프레임 동기화 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

주지하다시피, 종래의 OFDM 시스템에 적용된 패킷 통신 시스템에서의 프레임(Frame) 동기 알고리즘은 주로 코릴레이션(correlation) 특성이 우수한 시퀀스(sequence)를 이용하여 프리엠블을 구성한 후, 수신단에서 코릴레이션 결과값의 피크(peak) 위치를 추적하는 방법을 주로 사용하였다.

이 때, 기존의 코릴레이션 특성이 우수한 시퀀스를 이용한 프레임 동기 알고리즘은 주로 도 1과 같은 IEEE 802.11a 시스템에 대해 적용되었다. 이 때, 도 1에 도시된 종래 IEEE802.11a 무선랜의 프리엠블은 10개의 반복 패턴(t₁∼t₁₀)을 가지는 짧은 훈련 심볼과 1개의 GI(Guard interval) 구간 및 2개의 반복 패턴(T₁∼T₂)을 가지는 긴 훈련 심볼 구간으로 구성된다.

상술한 종래 IEEE802.11a 무선랜의 프리엠블에 적용된 프레임 동기 방법은 짧은 훈련 심볼 또는 긴 훈련 심볼을 기준 신호로 사용하여 교차 상관과 피크 검출을 수행함으로 짧은 훈련 심볼과 긴 훈련 심볼 구간의 경계를 찾는 방안과 IEEE 802.11a의 프레임 구조 중 짧은 심볼의 차분 값의 자기 상관값을 기준으로 상기 1차 차분 교차 상관이 출력값에 대하여 재차 상관을 취하며, 상기 재차 상관의 출력값에 대하여 2차에 거친 첨두치 비교를 통하여 빠른 시간내에 심볼 동기화를 수행하는 방안이 있었다.

하지만, 상술한 두 가지의 방식은 모두 IEEE 802.11a 프리엠블 구조를 이용한 프레임 동기 알고리즘이기 때문에, 현재 IEEE802.15.3a에서 표준화 진행중인 MB-OFDM UWB 시스템에 새롭게 적용된 프레임 구조에서는 적용될 수 없는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 현재 IEEE802.15.3a에서 표준화 진행중인 MB-OFDM UWB 시스템에 적용된 프리엠블 패턴(Preamble Pattern)에 따라 서로 다른 수신알고리즘을 수행하게 될 PS와 CE의 명확한 구분을 위해 프레임 바운더리(Frame Boundary)를 검출(Detection)할 수 있으며, 수신 신호의 싸인 비트(sign bit)만을 이용한 코릴레이션(correlation)을 수행하여 연속적인 동일 주파수 대역으로 수신된 두 OFDM 심볼들의 결합 복소 다중화(Conjugate Complex Multiplication)를 수행할 때 곱셈기 대신 단순히 부호 비교기만으로 구현이 가능하기 때문에 하드웨어 복잡도를 줄일 수 있는 MB-OFDM UWB 시스템에서의 프레임 동기 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.

또 다른 목적으로는, 프레임 동기 방법을 수행하기 전에 심볼 타이밍 추정(Symbol Timing Estimation)과 주파수 오프셋 추정(frequency offset estimation)을 수행해 줌으로써, 심볼 단위로 동일 주파수 대역을 이용해 전송한 두 심볼 간의 위상반전을 더 쉽게 구할 수 있도록 해주기 위한 MB-OFDM UWB 시스템에서의 프레임 동기 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명 MB-OFDM UWB 시스템에서의 프레임 동기 장치는, 동일 주파수 대역을 이용해 전송된 연속된 2개의 OFDM 프리엠블 심볼들 사이의 결합 복소 다중화를 각각 취하는 다수개의 곱셈기;

상기 다수개의 곱셈기의 출력값을 모두 합산하는 합산기; 및

상기 합산기의 결합 코릴레이션 출력값 중에서 "In-phase" 성분의 싸인값 만을 결과값으로 취하여, "-1"이 연속적으로 3개 검출되는 지역을 PS와 CE를 구분하기 위해 설정한 3개의 FS(Frame Synchronization sequence) 영역으로 판단하는 FS영역 판단부로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명 MB-OFDM UWB 시스템에서의 프레임 동기 방법은, TF(Time Frequency) 호핑 방식을 사용하는 MB-OFDM UWB 시스템에서 프리엠블 구조로 제시한 PS와 FS(Frame Synchronization sequence)의 위상 반전을 이용하여 정확하게 3개의 FS를 통해 PS와 CE를 구분하기 위한 프레임 동기 방법에 있어서,

동일 주파수 대역을 사용하는 연속된 두 OFDM 심볼들의 싸인 비트만을 취하는 제 1 단계;

동일 주파수 대역으로 전송된 2개의 연속된 심볼들을 이용하여 결합 코릴레이션을 취하는 제 2 단계;

결합 코릴레이션 출력값의 "In-phase" 성분의 싸인만을 결과값으로 취하는 제 3 단계; 및

연속된 3개의 "-1"이 반복되고 난 이후 다음 심볼을 CE 심볼의 시작으로 판단하는 제 4 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 MB-OFDM UWB 시스템에서의 프레임 동기 장치 및 그 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 IEEE802.15.3a에서 표준화 진행중인 MB-OFDM UWB 시스템의 모드(Mode) 1에 대한 프리엠블 구조와 프리엠블 구간 내에서 수행되어야 할 수신 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 프리엠블 구간 동안 코어즈/파인 캐리어 주파수 추정(Coarse/Fine carrier frequency estimation)을 포함하여 매우 많은 수신 알고리즘들이 수행되어야 한다. 도 2의 프리엠블 구조에서 처음 21개의 PS 심볼(PS₀∼PS₂₀)은 모두 동일한 심볼을 전송하고 있으며, 그 뒤의 3개 FS(Frame Synchronization sequence) 심볼(FS₀∼FS₂)은 앞의 PS심볼과 부호만 반대로 전송된다. 이후의 6개 CE 채널(CE₀∼CE5)은 앞의 24개 심볼과는 다르지만 모두 동일한 정보를 이용하여 전송된다.

이처럼, 도 2에 도시된 바와 같이, 프리엠블 중 21개 OFDM 심볼로 구성된 PS 구간과 6개 OFDM 심볼로 구성된 CE 구간에서 수행하게 될 수신 알고리즘은 매우 명확하게 구분되어 있으며, 이러한 PS와 CE 심볼들을 구분하기 위해 PS와 위상만 180도 반전된 3개의 FS가 이용된다.

한편, 도 4에서 보인 것처럼 OFDM 심볼들은 4종류의 TF 코드에 따라 전송되 며, 도 3에 도시된 바와 같이 심볼마다 서로 다른 주파수 대역을 이용하여 전송된다. 이 때, 도 3은 MB-OFDM 시스템의 전송을 위해 TF 호핑에 사용될 모드 1의 3개 전송 주파수 대역을 도시한 도면이다.

또한, PS와 FS를 구성하는 OFDM 심볼들은 "In-phase" 성분만을 이용하여 전송되므로, 이러한 OFDM 심볼들은 도 5에 도시된 것처럼 수신 신호의 싸인 비트(sign bit)만을 추출하여 인접한 동일 주파수 대역에서 전송되는 OFDM 심볼들과의 코릴레이션(correlation)을 취한 후 "In-phase" 성분의 싸인 비트만을 취하고, 이후 "-1"이 3개 반복되는 구간을 파악함으로써 쉽게 3개의 FS를 이용하여 PS와 CE를 구분할 수 있다.

그러면, 상술한 원리를 통해 도 5와 같이 구현된 본 발명의 일 실시예에 따른 MB-OFDM UWB 시스템에서의 프레임 동기 장치에 대해 설명하기로 한다.

부호 비교기로 대체할 수 있는 다수개의 곱셈기(101)는 동일 주파수 대역을 이용해 전송된 연속된 2개의 OFDM 프리엠블 심볼들 사이의 결합 복소 다중화(Conjugate Complex Multiplication)를 각각 취한다. 그러면, 합산기(102)는 상기 다수개의 곱셈기(101)의 출력값을 모두 합산한다. 한편, FS영역 판단부(103)는 상기 합산기(102)의 출력값 중에서 "In-phase" 성분의 싸인만을 결과값으로 취하여, "-1"이 연속적으로 3개 검출되는 지역을 PS와 CE를 구분하기 위해 설정한 3개의 FS 영역으로 판단한다. 즉, "In-phase" 성분의 부호만을 검출하게 되면, 도 7과 같은 "+1" 또는 "-1"의 명확한 값으로 표시되므로, 별다른 임계값(Threshold) 을 설정할 필요 없이 "-1"이 연속적으로 3개 검출되는 지역을 PS와 CE를 구분하기 위해 설정한 3개의 FS 영역으로 판단하면 되는 것이다.

또한, 도 5에서 동일 주파수 대역을 이용하여 전송되는 연속된 2개의 OFDM 심볼들의 결합 복소 다중화(Conjugate Complex Multiplication)로 표현되는 부호비교 루틴을 구동하기 위해 필요한 딜레이(delay)는 도 4에서 프리엠블 패턴(Preamble pattern) 1과 2의 경우 3개의 OFDM 심볼 간격으로 표시되며, 프리엠블 패턴(Preamble pattern) 3과 4의 경우에는 6개의 OFDM 심볼 간격으로 표시된다.

한편, 하기에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 IEEE802.15.3a에서 표준화 진행중인 TF(Time Frequency) 호핑 방식을 사용하는 MB-OFDM UWB 시스템에서의 프레임 구조로 제시한 PS와 FS의 위상 반전을 이용하여 정확하게 3개의 FS를 통해 PS와 CE를 구분하는 동기 방법에 대해 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 동일 주파수 대역을 사용하는 연속된 2개의 OFDM 심볼들의 싸인 비트만을 취한다(S1). 그런후, 동일 주파수 대역으로 전송된 2개의 연속된 심볼들을 이용하여 도 5와 같이 결합 코릴레이션(Conjugate Correlation)을 취한다(S2).

이어서, 결합 코릴레이션 출력값의 "In-phase" 성분의 싸인만을 결과값으로 취한다(S3). 그런후, 연속된 3개의 "-1"이 반복되고 난 이후 다음 심볼을 CE 심볼의 시작으로 판단한다(S4).

이 때, 상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 MB-OFDM UWB 시스템에서의 프레임 동기 알고리즘 이전에 심볼 타이밍 추정(Symbol Timing Estimation)과 주파수 오프셋 추정(frequency offset estimation)을 수행해 줌으로써, OFDM 심볼의 결합 코릴레이션을 취함에 있어 두 OFDM 심볼들의 싸인 비트 만을 이용하여 결합 복소 다중화를 수행할 수 있으며, 이로 인해 곱셈기 대신 단순한 부호 비교기만을 통해 결합 코릴레이션이 가능하게 된다.

한편, 상기 결합 코릴레이션 출력값에서 "In-phase" 성분의 싸인 비트를 결과값으로 취함으로써, 도 7에 도시된 것처럼 별다른 임계값(Threshold) 없이 명확하게 PS와 CE의 구분이 가능하다.

상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다.

이상에서 몇 가지 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것이 아니고 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의한 MB-OFDM UWB 시스템에서의 프레임 동기 장치 및 그 방법에 의하면, 현재 IEEE802.15.3a에서 표준화 진행중인 MB-OFDM UWB 시스템에 새롭게 적용된 프리엠블 구조의 특징을 충분히 고려하여 매우 정확하게 PS 와 CE를 구분할 수 있도록 해주면서 하드웨어 복잡도를 줄일 수 있는 뛰어난 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 프레임 동기 방법을 수행하기 전에 심볼 타이밍 추정(Symbol Timing Estimation)과 주파수 오프셋 추정(frequency offset estimation)을 수행해 줌으로써, OFDM 심볼의 결합 코릴레이션을 취함에 있어 두 OFDM 심볼들의 싸인 비트 만을 이용하여 결합 복소 다중화를 수행할 수 있으며, 이로 인해 곱셈기 대신 단순한 부호 비교기만을 통해 결합 코릴레이션이 가능하게 해준다는 뛰어난 효과가 있다.

Claims

동일 주파수 대역을 이용해 전송된 연속된 2개의 OFDM 프리엠블 심볼들 사이의 결합 복소 다중화를 각각 취하는 다수개의 곱셈기;

상기 다수개의 곱셈기의 출력값을 모두 합산하는 합산기; 및

상기 합산기의 결합 코릴레이션 출력값 중에서 "In-phase" 성분의 싸인값 만을 결과값으로 취하여, "-1"이 연속적으로 3개 검출되는 지역을 PS(Packet Synchronization Sequence)와 CE(Channel Estimation Sequence)를 구분하기 위해 설정한 3개의 FS(Frame Synchronization sequence) 영역으로 판단하는 FS영역 판단부로 구성된 것을 특징으로 하는 MB-OFDM UWB 시스템에서의 프레임 동기 장치.
제 1항에 있어서,

상기 다수개의 곱셈기(101)는, 상기 장치의 이전 단계에서 심볼 타이밍 추정(Symbol Timing Estimation)과 주파수 오프셋 추정(frequency offset estimation)을 수행함에 따라 단순한 부호 비교기로 대체 가능함을 특징으로 하는 MB-OFDM UWB 시스템에서의 프레임 동기 장치.
TF(Time Frequency) 호핑 방식을 사용하는 MB-OFDM UWB 시스템에서 프리엠블 구조로 제시한 PS(Packet Synchronization Sequence)와 FS(Frame Synchronization sequence)의 위상 반전을 이용하여 정확하게 3개의 FS를 통해 PS와 CE(Channel Estimation Sequence)를 구분하기 위한 프레임 동기 방법에 있어서,

동일 주파수 대역을 사용하는 연속된 두 OFDM 심볼들의 싸인 비트만을 취하는 제 1 단계;

동일 주파수 대역으로 전송된 2개의 연속된 심볼들을 이용하여 결합 코릴레이션을 취하는 제 2 단계;

결합 코릴레이션 출력값의 "In-phase" 성분의 싸인만을 결과값으로 취하는 제 3 단계; 및

연속된 3개의 "-1"이 반복되고 난 이후 다음 심볼을 CE 심볼의 시작으로 판단하는 제 4 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 MB-OFDM UWB 시스템에서의 프레임 동기 방법.
제 3항에 있어서,

상기 방법의 이전 단계에서 심볼 타이밍 추정(Symbol Timing Estimation)과 주파수 오프셋 추정(frequency offset estimation)을 수행하는 것을 특징으로 하는 MB-OFDM UWB 시스템에서의 프레임 동기 방법.
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