KR100644235B1 - 직교 주파수 분할 다중 방식(ｏｆｄｍ)을 이용하는 무선랜시스템에서의 수신장치 - Google Patents

직교 주파수 분할 다중 방식(ｏｆｄｍ)을 이용하는 무선랜시스템에서의 수신장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 직교 주파수 분할 다중 방식(OFDM)을 이용하는 무선 랜 시스템에서의 수신 장치에 관한 것이다.
본 발명의 무선랜 시스템에서의 수신 장치는 복수의 채널의 증폭 신호를 기초로 채널 각각의 디지털 증폭부의 이득을 조절하는 이득 조절부; 복수 채널의 신호를 믹싱(Mixing)하는 채널 믹서부; 채널 믹서부로부터 전달받은 신호를 일정한 대역으로 필터링하는 필터부; 필터부로부터 필터링된 반복적인 훈련 신호열을 기초로 캐리어 주파수 옵셋을 추정하는 캐리어 주파수 옵셋 추정부; 필터부로부터 전달받은 신호에서 훈련신호열의 끝을 검출하는 상호 상관 연산부; 상호 상관 연산부로부터 전달받은 신호의 훈련 신호열의 프레임동기를 맞추는 동기화부; 및 캐리어 주파수 옵셋 추정부 및 동기화부에서 출력되는 신호를 기초로 복수 채널의 신호를 보상하는 캐리어 주파수 옵셋 보상부를 포함한다.
이러한 본 발명에 따르면, MIMO(Multiple Input Multiple Output)를 지원하는 차세대 무선랜 시스템의 수신단 프런트 엔드(Frontend)는 수신 신호의 보상 및 동기화가 효과적으로 이루어지게 하며, 전송 효율을 높이는 효과가 있다.
차세대 무선랜, 프런트 앤드, 무선랜 수신 장치, MIMO

Description

직교 주파수 분할 다중 방식(ＯＦＤＭ)을 이용하는 무선랜 시스템에서의 수신장치{RECEIVING APPARATUS OF WIRELESS LAN SYSTEM USING OFDM}
도 1은 종래 기술에 따른 무선랜 시스템의 수신단을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 차세대 무선 랜 시스템 수신단의 프런트 엔드(Frontend)의 블록도이다.
본 발명은 직교 주파수 분할 다중 방식(OFDM)을 이용하는 무선랜 시스템 수신에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 차세대 무선랜 시스템 수신단의 프런트엔드(Frontend)장치에 관한 것으로, 3개의 안테나로부터 입력되는 신호를 이용하여 MIMO(Multiple Input Multiple Output)처리를 하는 차세대 무선랜 시스템 수신단의 프런트 엔드(Frontend) 장치에 관한 것이다.
여기서, 프런트 엔드(Frontend)는 차세대 무선 랜 시스템 수신단의 증폭 및 중간 주파수 변환부를 말한다. 여기서 프런트 엔드는 차세대 무선 랜 시스템에서 수신 신호의 이득을 조절하고 주파수 옵셋을 보상하며 동기를 맞추는 등 수신단의 성능을 향상시키기 위한 장치를 말한다.
도 1은 종래 기술에 따른 무선랜 시스템의 수신단의 프런트 엔드(Frontend) 도시한 블록도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 종래 기술에 따른 무선랜 시스템의 수신단은 OFDM방식의 무선랜 시스템의 송신단으로부터 부반송파들을 이용한 변조된 데이터 신호를 수신 받게 된다.
수신된 데이터 신호는 저역통과 필터(LPF)(10), A/D 컨버터(ADC)(12), 신호 검출부(14)를 거쳐 낮은 주파수의 선택적인 디지털 신호가 출력되어지고, 출력된 신호는 수신 신호 세기를 검출하여 상위 계층으로 전송하는 수신 신호 세기 검출부(16), 자동 이득을 제어하는 자동 이득 제어부(18)와 신호의 동기를 맞추는 동기화부(20)로 각각 전송되어진다.
자동이득 조절부(18)로 전송된 신호는 D/A컨버터(DAC)(22)에서 Digital/ Analog 변환 후 ADC(12)로 전송된다.
동기화부(20)로 전송된 신호는 DC 제거부(24)에서 DC 옵셋 성분이 제거되고 주파수 옵셋 추정부(26), 버퍼부(28), 및 주파수 옵셋 보상부(30)를 거쳐 FFT(31)로 전송되게 된다.
일반적으로, 직교 주파수 분할 다중 방식은 임의의 주파수에서 생성된 심볼을 하나의 주파수 대역에서 전송하는 종래 싱글 캐리어 방식보다 멀티 패스 환경에 유리하고, 조정이 가능하기 때문에 주어진 채널 환경에서의 최적의 데이터를 전송할 수 있어 현재 다양한 응용분야에서 널리 적용되고 있다.
이러한 직교 주파수 분할 다중 방식의 변조방식을 이용한 무선랜 시스템의 종래 기술로는 일본 특허 공보 제 JP-P-2003-338779에 개시된 "MIMO 수신기 및 그 수신 방법"이 있다. 이 종래 기술은 동일 주파수대를 사용하여 동일 시각에 송신을 행하는 2이상의 정수개의 송신기로부터의 신호를 2이상의 정수개의 안테나로 수신한 수신신호에 대하여 적등 등화처리를 하여 복호처리를 수행하는 다입력 다출력 수신기 및 수신 방법에 대하여 개시하고 있다.
또한 대한민국 특허공보 제 10-2002-0081860에 "무선 랜의 데이터 전송 방법"이 개시되어 있다. 이 종래 기술은 직교 주파수 분할 다중 방식의 주파수 해상도를 높여 같은 대역폭에 대한 데이터량을 증가시켜 전송 효율을 높일 수 있는 무선 랜 데이터 송수신기에 대하여 개시하고 있다.
위에 기술된 바와 같이, 종래 기술에서는 직교 주파수 분할 다중 방식을 이용하는 무선랜 시스템의 전송 효율을 높일 수 있는 송수신기와 다수의 주파수를 수신할 수 있는 MIMO 수신기 및 수신 방법을 개시하고 있으며, 이러한 장치 및 방법을 통하여 무선랜 시스템의 전송효율을 높일 수 있다.
한편, 상기의 종래기술에 따른 무선 랜 시스템은 FFT 연산이 이루지기 전의 프론트엔드(frontend)단까지 수신 신호의 보상 및 동기화가 효과적으로 이루어지지 않았다. 그로 인해 전송 지연이 발생하는 문제점이 있다.
따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 전송 지연을 줄이고, 처리속도를 높이기 위한 직교 주파수 분할 다중 방식을 이용하는 차세대 무선 랜 시스템 수신단의 프런트엔드(Frontend)구조를 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술 과제를 해결하기 위한, 본 발명의 첫 번째 특징에 따라서 직교 주파수 분할 다중 방식을 이용하는 무선랜 수신 장치는,
수신된 복수의 채널 신호의 이득을 조절하는 자동 이득 조절부; 이득이 조절된 복수의 채널 신호를 믹싱(Mixing)하는 채널 믹서부; 채널 믹서부로부터 전달받은 신호를 일정한 대역으로 필터링하는 필터부; 필터부로부터 필터링된 반복적인 훈련 신호열을 기초로 캐리어 주파수 옵셋을 추정하는 캐리어 주파수 옵셋 추정부; 필터부로부터 전달받은 신호에서 훈련신호열의 끝을 검출하는 상호 상관 연산부; 상호 상관 연산부로부터 전달받은 신호의 훈련 신호열의 프레임동기를 맞추는 동기화부; 및 캐리어 주파수 옵셋 추정부 및 동기화부에서 출력되는 신호를 기초로 복수 채널의 신호를 보상하는 캐리어 주파수 옵셋 보상부를 포함한다.
삭제
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 직교 주파수 분할 다중 방식(OFDM)을 이용하는 무선랜 시스템에서의 수신장치에 대하여 자세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 차세대 무선 랜 시스템 수신단의 프런트 엔드(Frontend)의 블록도이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 다중의 수신 신호를 수신 받는 차세대 무선랜 시스템 수신단의 프런트 엔드(Frontend)는 저역통과 필터(Low Pass Filter; 이하 "LPF"라 함.)(100, 102, 104), A/D 컨버터(Analog Digital Converter; 이하 "ADC"라 함.)(106, 110, 112), D/A 컨버터(Digital Analog Converter; 이하"DAC"라 함.)(108), 디지털 증폭부(114, 116, 118), 자동 이득 조절부(144), 캐리어 센스부 (146), DC 제거부(120, 122, 124), I/Q불일치 보상부(126, 128, 130), 버퍼부(132, 134, 136), 채널 믹서부(148), 필터부(150), 수신 신호세기 검출부(152), 자기 상관 연산부(154), 캐리어 주파수 옵셋 추정부(158), 상호 상관 연산부(156), 동기화부(160), 캐리어 주파수 옵셋 보상부(138, 140, 142)를 포함한다.
LPF(100, 102, 104)는 안테나로부터 수신된 신호를 설정된 주파수 이하의 신호만을 통과시키는 역할을 한다.
ADC(106, 110, 112)는 LPF(100, 102, 104)로부터 전달받은 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 역할을 한다.
DAC(108)는 자동 이득 조절부(144)로부터 전달받은 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 역할을 한다.
디지털 증폭부(114, 116, 118)는 자동 이득 조절부(144)에 의해 이득이 조절되며, ADC(106, 110, 112)로부터 전달받은 신호의 이득을 조절해주는 역할을 한다.
자동 이득 조절부(144)는 디지털 증폭부(114, 116)로부터 전달받은 신호를 기초로 디지털 증폭부(114, 116)의 이득을 자동으로 조절하는 역할을 하며, 특히 신호의 이득을 조절하기 위해 신호의 In-phase(실수)와 Quadrature-phase(허수)성분의 절대값을 누적하여 추정된 두 개의 신호중 세기가 큰 하나를 선택하여 이득을 갱신한다.
캐리어 센스부(146)는 디지털 증폭부(114, 116)로부터 전달받은 신호의 도착을 검출하는 역할을 하며, 특히 Matched Filtering을 이용하여 입력된 신호열의 입력을 입력이 기대되는 훈련 신호열의 시간적 역순으로 Complex Conjugate(켤레 복 소)를 취한 계수와 곱하여 수신 신호의 목표세기와 비교함으로써 신호를 검출한다.
DC 제거부(120, 122, 124)는 디지털 증폭부(114, 116, 118)로부터 전달 받은 신호의 DC 옵셋 성분을 제거한다.
I/Q 불일치 보상부(126, 128, 130)는 DC 제거부(120, 122, 124)로부터 전달 받은 신호의 In-phase(실수)와 Quadrature-phase(허수)성분의 불일치를 보상하는 역할을 한다.
버퍼부(132, 134, 136)는 I/Q불일치 보상부(126, 128, 130)로부터 전달받은 신호를 FFT(180, 182, 184)의 입력으로 신호가 전송되기 전까지 일시적으로 저장하는 역할을 한다.
채널 믹서부(148)는 하나의 안테나로부터 주파수 대역을 Shift하여 I/Q불일치 보상부(126, 128)로부터 전달받은 신호를 Mixing하는 역할을 한다.
필터부(150)는 채널 믹서부(148)로부터 전달받은 신호를 일정한 대역으로 필터링한다.
수신 신호 검출부(152)는 필터부(150)에서 필터링 된 신호를 전달받아 각 안테나와 채널의 수신신호 세기를 측정하고, 그 값을 상위계층(Ex, MAC)으로 전송한다.
자기 상관 연산부(154)는 필터부로부터 전달받은 신호의 훈련신호열에 대한 자기 상관 연산을 수행한다.
캐리어 주파수 옵셋(OFF SET) 추정부(158)는 자기 상관 연산부(154)로부터 전달받은 신호의 반복적인 훈련 신호열을 기초로 캐리어 주파수 옵셋을 추정하는 역할을 한다.
상호 상관 연산부(156)는 Matched Filtering을 이용하여 캐리어 센스부(146)와 같이 훈련 신호열의 시간적 역순으로 Complex conjugate(켤레 복소)취한 필터링의 계수를 기초로 필터부(150)로부터 전달받은 신호의 훈련 신호열 끝을 찾는 역할을 한다.
동기화부(160)는 상호 상관 연산부(156)로부터 전달받은 신호의 훈련 신호열의 프레임동기를 맞추는 역할을 한다.
캐리어 주파수 옵셋 보상부(138, 140, 142)는 버퍼부(132, 134, 136)로부터 전달받은 신호에 캐리어 주파수 옵셋을 보상하여 FFT(180, 182, 184)로 전달하는 역할을 한다.
이상에서 실시 예에 따른 차세대 무선랜 시스템의 수신단 프런트 엔드(Frontend)의 구조에 대해 상세히 설명하였다.
다음은 상기한 구성에 의한, 이 발명의 실시 예에 따른 차세대 무선랜 시스템의 수신단 프런트 엔드(Frontend)의 신호 흐름에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 무선랜 시스템의 수신단 프런트 엔드(Frontend)는 반복성을 갖는 신호열에 이용되게 되며, 세 개의 안테나가 송신단에서 전송한 신호를 수신 받게 된다.
이때, 수신받은 신호는 데이터를 포함하는 신호와 반복성을 갖는 훈련신호열을 포함한다.
수신단 프런트엔드(Frontend)에 입력된 신호는 LPF(Low Pass Filter)(100, 102, 104)를 통해 컷오프 주파수 안으로 필터링된 신호만 남게 되며, 신호의 세기에 맞게 이득이 조절되어 ADC(Analog Digital Converter)(106, 110, 112)에서 아날로그 신호가 디지털 신호로 변환되어진다.
변환된 신호는 디지털 증폭부(114, 116, 118)에서 채널 이득을 적용받아 신호 레벨이 조정된 후 DC 제거부(120, 122, 124)에서 채널의 DC옵셋이 제거된다.
이때, 디지털 증폭부(114, 116)를 통과한 신호는 디지털 증폭부(114, 116, 118)의 이득을 자동으로 조절하기 위한 자동 이득 조절부(144) 및 들어오는 입력신호의 도착을 검출하기 위한 캐리어 센스부(146)로도 전송되어진다.
이때, 자동 이득 조절부(144)와 캐리어 센서부(146)로 입력되는 신호는 두개의 디지털 증폭부(114, 116)의 출력 신호가 된다.
자동 이득 조절부(144)의 출력 신호는 DAC(108)로 거쳐 다시 ADC(106, 110, 112)로 전달되어진다.
DC 옵셋이 제거된 신호는 I/Q불일치 보상부(126, 128, 130)에서 In-phase와 Quadrature-phase 성분의 불일치를 보상받고, FFT(180, 182, 184)입력으로 들여보내기 전에 일시적으로 버퍼부(132, 134, 136)에 저장되거나 채널 믹서부(148)로 입력되어진다.
이때, 채널 믹서부(148)로 입력되는 신호는 두개의 I/Q 불일치 보상부(126, 128)의 출력신호가 된다.
버퍼부(132, 134, 136)에 입력된 신호는 순차적으로 캐리어주파수 옵셋 보 상부(138, 140, 142)에서 캐리어주파수의 옵셋이 보상되어 FFT(180, 182, 194)로 출력된다.
채널 믹서부(148)에 입력된 신호는 전송된 신호의 채널을 분리한 후 일정한 대역으로 필터링하기 위해 필터부(150)로 전송되어지고, 필터부(150)를 거친 신호는 수신 신호 세기 검출부(152), 자기 상관 연산부(154) 및 상호 상관 연산부(156)로 각각 전송된다.
수신 신호 세기 검출부(152)로 전송된 신호는 각 안테나와 채널의 수신 신호세기를 측정하여 그 값을 상위 계층(Ex, MAC)으로 전송한다.
자기 상관 연산부(154)로 전송된 신호는 자기 상관 연산을 한 후 캐리어 주파수 옵셋 추정부(158)로 전송되어 캐리어 주파수 옵셋을 추정하게 된다.
상호 상관 연산부(156)로 전송된 신호는 상호 연산을 한 후 동기화부(160)에서 프레임 동기를 맞추게 된다.
캐리어 주파수 옵셋 추정부(158) 및 동기화부(160)에서 출력되는 신호는 캐리어 주파수 옵셋 보상부(138, 140, 142)에 전송되어 버퍼부(132, 134, 136) 출력신호를 보상하게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직교 주파수 분할 다중 방식의 차세대 무선랜 시스템에서 수신단의 프런트 엔드(Frontend) 구조에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 그 외의 다양한 변경이나 변형이 가능하다.
본 발명에 따르면, 다수의 안테나를 이용한 다중의 데이터 스트림을 동시에 처리할 수 있는 MIMO(Multiple Input Multiple Output)를 지원하는 차세대 무선랜 시스템의 수신단 프런트 엔드(Frontend)는 수신 신호의 보상 및 동기화가 효과적으로 이루어지게 하며, 전송 효율을 높이는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 직교 주파수 분할 다중 방식을 이용하는 무선랜 수신 장치에 있어서,
    수신된 복수의 채널 신호의 이득을 조절하는 자동 이득 조절부;
    상기 이득이 조절된 복수의 채널 신호를 믹싱(Mixing)하는 채널 믹서부;
    상기 채널 믹서부로부터 전달받은 신호를 일정한 대역으로 필터링하는 필터부;
    상기 필터부로부터 필터링된 반복적인 훈련 신호열을 기초로 캐리어 주파수 옵셋을 추정하는 캐리어 주파수 옵셋 추정부;
    상기 필터부로부터 전달받은 신호에서 훈련신호열의 끝을 검출하는 상호 상관 연산부;
    상기 상호 상관 연산부로부터 전달받은 신호의 훈련 신호열의 프레임동기를 맞추는 동기화부; 및
    상기 캐리어 주파수 옵셋 추정부 및 동기화부에서 출력되는 신호를 기초로 복수 채널의 신호를 보상하는 캐리어 주파수 옵셋 보상부
    를 포함하는 무선랜 수신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자동 이득 조절부는 신호의 이득을 조절하기 위해 신호의 In-phase(실수)와 Quadrature-phase(허수)성분의 절대값을 누적하여 추정된 두 개의 신호 중 세기가 큰 하나를 선택하여 이득을 조절하는 것을 특징으로 하는 무선랜 수신 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 자동 이득 조절부와 연결된 캐리어 센스부를 더 포함하고,
    상기 캐리어 센스부는 입력된 신호열과 정합 필터링(Matched Filtering)을 이용하여 얻은 계수와 곱하여 수신 신호의 목표세기와 비교함에 의해 수신 신호를 검출하는 캐리어 센스부를 더 포함하는 무선랜 수신 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 상호 상관 연산부는 정합 필터링(Matched Filtering)을 이용하여 훈련신호열의 시간적 역순으로 켤레 복소(Complex Conjugate)를 취한 필터링의 계수를 구하고, 상기 계수를 기초로 상기 필터부로부터 전달받은 신호의 훈련신호열의 끝을 검색하는 특징으로 하는 무선랜 수신 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    수신되는 신호를 설정된 주파수 이하의 신호만을 통과시키는 저역 통과 필터;
    상기 저역 통과 필터로부터 전달받은 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(Analog Digital Converter); 및
    상기 자동 이득 조절부의 이득 조절에 따라 상기 ADC로부터 수신된 신호에 대한 이득을 조절하는 디지털 증폭부를 상기 자동 이득 조절부의 전단에 더 포함하는 차세대 무선 랜 수신 장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    DC 옵셋 성분을 제거하는 DC 제거부; 및
    I/Q(In-phase/Quadrature-phase)불일치를 보상하는 I/Q불일치 보상부를 상기 채널 믹서부 전단에 더 포함하는 차세대 무선랜 수신 장치.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 필터부로부터 필터링된 신호를 기초로 수신 신호 세기를 측정하고 측정된 결과값을 상위 계층으로 전달하는 수신 신호 검출부를 더 포함하는 차세대 무선 랜 수신 장치.
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