KR100657510B1 - 신호대 잡음비 계산 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시간 동기 오차를 갖는 직교주파수분할다중화 시스템에서 수신 신호의 신호대 잡음비를 계산하는 장치와 그 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 수신된 신호의 프리앰블 심볼에 대하여 고속 푸리에 변환을 수행한 후 변환된 신호를 수신기에서 생성된 프리앰블 심볼과 비교하여 신호대 잡음비를 계산하며, 시간동기 오차 계산기와 위상회전 보상기를 이용함으로써 시간오차가 있는 수신신호에 대해 정확한 시간오차를 추정하고, 추정된 시간오차 정보로부터 위상 회전된 수신신호를 복원한다. 이와 같이 하면, 별도의 하드웨어를 추가하지 않고 정확한 시간오차를 추정할 수 있으며, 추정된 시간오차 정보를 이용하여 발생된 위상 에러를 복원하여 정확한 신호대 잡음비를 계산할 수 있다.
신호대 잡음비, OFDM, 시간 오차, 위상 복원

Description

신호대 잡음비 계산 장치 및 그 방법{METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING CARRIER-TO-NOISE RATIO}
도 1은 시간 동기 오차가 없으며 신호대 잡음비가 20dB인 수신 신호의 성상도를 나타내는 도면이다..
도 2는 시간 동기 오차가 있으며 신호대 잡음비가 20dB인 수신 신호의 성상도를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 신호대 잡음비 계산 장치의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 시간동기 오차 계산기의 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 위상회전 보상기의 블록도이다.
본 발명은 직교주파수분할다중화 시스템에 관한 것으로, 특히 시간 동기 오차를 갖는 직교주파수분할다중화 시스템에서 수신신호의 신호대 잡음비를 계산하기 위한 장치에 관한 것이다.
일반적으로 직교주파수분할다중화 시스템에서의 수신신호의 신호대 잡음비의 계산은 프리앰블 심볼을 이용하여 주파수 영역에서 이루어진다. 즉, 수신된 신호의 프리앰블 심볼에 대하여 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform; FFT)을 수행한 후, 이 값을 수신기에서 생성된 프리앰블 심볼과 비교하여 신호대 잡음비를 계산한다.
한국 특허 출원 제10-2001-0050461호는 이러한 종래 기술에 다른 주파수 성분 정보를 이용한 신호대 잡음비 추정 장치 및 방법에 대하여 개시하고 있다.
그런데, 시간 동기 오차가 있는 경우에 수신 신호의 프리앰블 심볼에 대한 FFT 결과는 정상출력과는 달리 위상회전이 발생하게 되며, 이로 인해 정확한 신호대 잡음비를 계산하는데 어려움이 있다. 또한, 앞서 기술한 종래 기술에 따르면 이러한 시간 오차가 있는 수신신호에 대하여 신호대 잡음비를 계산하기 위해서는 별도의 협대역 필터 또는 FFT 장치를 추가해야 한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로 시간 동기 오차를 갖는 직교주파수분할다중화 시스템에서 추정 위상회전을 복원하여 정확한 신호대 잡음비를 계산하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 신호대 잡음비 계산 장치는 직교주파수분할다중화 시스템에서 수신 신호의 신호대 잡음비를 계산하는 장치로서,
상기 수신 신호의 시간 영역의 프리앰블 신호를 고속 푸리에 변환하여 주파수 영역의 프리앰블 심볼로 변환하는 고속 푸리에 변환기, 상기 고속 푸리에 변환기에서 변환된 상기 주파수 영역의 프리앰블 심볼의 시간오차를 계산하는 시간동기 오차 계산기, 상기 시간동기 오차 계산기로부터 입력된 상기 시간오차를 이용하여 상기 고속 푸리에 변환기로부터 입력되는 상기 주파수 영역의 프리앰블 심볼의 위상을 복원하는 위상회전 보상기 및 상기 위상이 복원된 주파수 영역의 프리앰블 심볼에 대한 신호대 잡음비를 계산하는 신호대 잡음비 계산기를 포함한다.
이때, 상기 시간동기 오차 계산기는,
공액 복소수를 발생시키는 프리앰블 생성기, 상기 공액 복소수와 상기 고속 푸리에 변환기에서 출력되는 신호를 곱셈한 신호에 대하여 역 고속 푸리에 변환을 수행하는 역 고속 푸리에 변환기, 상기 역 고속 푸리에 변환기에서 출력되는 신호로부터 시간오차의 피크값을 검출하는 최대값 위치 검출기, 상기 공액 복소수와 상기 고속 푸리에 변환기에서 출력되는 신호를 곱셈하는 곱셈기 및 상기 역 고속 푸리에 변환기에서 출력되는 신호의 절대값을 측정하여 상기 최대값 위치 검출부로 출력하는 절대값 측정기를 포함하며,
상기 위상회전 보상기는,
상기 시간동기 오차 계산기로부터 입력되는 시간오차를 이용하여 회전인자의 어드레스 값을 생성하는 어드레스 생성기, 상기 회전인자 값을 저장하고 있으며, 상기 어드레스 생성기에서 생성된 어드레스 값에 대응되는 회전인자 값을 출력하는 회전인자 테이블 및 상기 회전인자 값과 상기 고속 푸리에 변환기에서 출력되는 신호에 대하여 곱셈을 수행하여 위상이 복원된 신호를 출력하는 곱셈기를 포함한다.
본 발명의 특징에 따른 신호대 잡음비 계산 방법은,
a) 상기 수신 신호의 시간 영역의 프리앰블 신호를 고속 푸리에 변환하여 주파수 영역의 프리앰블 심볼로 변환하는 단계, b) 상기 변환된 주파수 영역의 프리앰블 심볼의 시간오차를 계산하는 단계, c) 상기 계산된 시간오차를 이용하여 상기 주파수 영역의 프리앰블 심볼의 위상을 복원하는 단계 및 d) 상기 위상이 복원된 주파수 영역의 프리앰블 심볼에 대한 신호대 잡음비를 계산하는 단계를 포함한다.
또한 상기 b) 단계는,
공액 복소수를 발생시키는 단계, 상기 공액 복소수와 상기 a) 단계에서 변환된 주파수 영역의 프리앰블 심볼을 곱셈한 후, 역 고속 푸리에 변환을 수행하는 단계 및 상기 역 고속 푸리에 변환된 신호로부터 시간오차의 피크값을 검출하는 단계를 포함하며,
상기 c) 단계는,
상기 a) 단계에서 계산된 시간오차를 이용하여 회전인자의 어드레스 값을 생성하는 단계, 상기 어드레스 값에 대응되는 회전인자 값을 검색하는 단계 및 상기 회전인자 값과 상기 a) 단계에서 변환된 주파수 영역의 프리앰블 심볼을 곱셈하여 위상이 복원된 신호를 출력하는 단계를 포함한다.
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 설명하 기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 직교주파수분할다중화 시스템에서 수신 신호의 신호대 잡음비를 계산하기 위한 장치와 방법에 관하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
직교주파수분할다중화 시스템에서 신호대 잡음비는 일반적으로 신호 전력과 잡음 전력의 비율로서 SNR(signal-to-noise ratio) 또는 CNR(carrier-to-noise ratio) 이라고 표시한다.
도 1은 직교 위상 편이 변조(quadrature phase shift keying; QPSK)된 신호에 대하여 SNR이 20dB인 경우의 복조된 신호의 성상도를 나타낸다.
일반적으로 SNR이 낮아질수록 성상도의 번짐이 커지게 된다. 또한 직교주파수분할다중화 시스템에서의 복조는 수신신호의 FFT의 과정을 거치게 되는데, FFT의 시작점이 정확하지 않을 경우에는 복조된 신호에서 위상회전이 발생하게 된다.
도 2는 이와 같이 FFT의 시작점이 정확하지 않은 경우에 SNR이 20dB인 수신신호의 성상도를 나타낸 것이다.
한편, 수신신호에 샘플만큼 시간 오차가 발생한 경우에 N-점의 FFT 결과는 수학식 1과 같이
Figure 112004057416124-pat00001
만큼의 위상회전이 발생한다.
Figure 112004057416124-pat00002
이러한 시간오차를 갖는 수신신호에 대해 신호대 잡음비를 계산하기 위한 일반적인 방법으로는 수신신호의 주파수 성분을 추정하는 주파수 추정부와 주파수 성분 중 수신신호에 대한 주파수 성분과 잡음신호에 대한 주파수 성분의 비율을 계산하는 방법이 있다. 이 방법은 동기가 잡히지 않은 경우에도 효율적으로 신호대 잡음비 추정이 가능하다. 그러나 이러한 방법을 구현하기 위해서는 협대역 필터 혹은 FFT 장치가 필요하며, 보다 정확한 신호대 잡음비 추정을 위해서 정밀한 협대역 필터 또는 FFT 장치가 필요하다. 따라서 낮은 신호대 잡음비 측정을 위해서는 하드웨어에 대한 비용이 커진다.
또한, 신호대 잡음비를 추정하는 다른 방법으로 수학식 2와 같은 과정을 통하여 계산하는 방법이 있다.
이 방법은 직교주파수분할다중화 시스템에서 송신된 프리앰블 신호를 수신기에서 복조한 후, 이 값을 수신기에서 생성한 프리앰블 신호의 공액 복소수 값과 곱 하고 평균과 표준 편차를 계산하여 최종적으로 신호대 잡음비를 계산한다. 그러나 이 방법은 FFT 시작점의 오차로 위상회전이 발생한 경우에 대하여 고려하지 않는 단점이 있다.
따라서, 본 발명에서는 FFT 시작점의 오차로 위상회전이 발생한 경우를 고려하여 정확한 신호대 잡음비를 계산하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 신호대 잡음비 계산 장치의 블록도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 신호대 잡음비 계산 장치는 고속 푸리에 변환기(FFT, 300), 시간동기 오차 계산기(310), 위상회전 보상기(320) 및 신호대 잡음비 계산기(330)를 포함한다.
고속 푸리에 변환기(300)는 수신된 신호의 프리앰블 신호를 고속 푸리에 변환하고, 시간동기 오차 계산기(310)는 입력되는 신호의 시간오차를 계산하며, 위상회전 보상기(320)는 위상회전이 발생한 신호에 대하여 위상 복원을 수행한다. 그리고 신호대 잡음비 계산기(330)는 수신 신호에 대한 잡음비를 계산한다.
이러한 구성을 가지는 본 발명의 실시예에 따른 신호대 잡음비 계산 장치의 동작 과정은 다음과 같다.
시간오차가 발생한 신호가 수신되면, 수신 신호의 시간 영역의 프리앰블 심볼이 고속 푸리에 변환기(300)를 통과하면서 주파수 영역의 프리앰블 심볼로 변환되며, 이때 위상회전이 발생한다. 이와 같이 위상 회전이 발생한 신호는 시간동기 오차 계산기(310)와 위상회전 보상기(320)로 입력되며, 시간동기 오차 계산기(310)는 입력된 신호로부터 정확한 시간오차를 계산하고, 이렇게 계산된 값이 다시 위상 회전 보상기(320)로 입력된다.
위상 회전 보상기(330)는 시간동기 오차 계산기(310)에서 입력된 시간오차를 이용하여 위상회전이 발생한 신호의 위상을 복원하고, 위상이 복원된 주파수 영역의 프리앰블 심볼을 신호대 잡음비 계산기(330)로 전송한다. 그러면 최종적으로 신호대 잡음비 계산기(330)를 이용하여 수신신호의 신호대 잡음비를 계산한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 시간동기 오차 계산기(310)의 상세도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 시간동기 오차 계산기(310)는 일반적인 직교주파수분할다중화 시스템에서 사용되는 고속 푸리에 변환 장치를 사용하여 구현되며, 프리앰블 생성기(311), 역 고속 푸리에 변환기(IFFT, 312), 절대값 검출기(ABS, 313) 및 최대값 위치 검출기(314)를 포함한다.
프리앰블 생성기(311)는 공액복소(Z)를 발생시키며, 이 공액복소(Z)와 고속 푸리에 변환기(300)로부터 입력되는 위상 회전이 발생한 주파수 영역의 프리앰블 심볼이 곱셈기를 통하여 곱셈을 취한 후, 역 고속 푸리에 변환기(312)를 통하여 역푸리에 변환을 수행한다. 그리고 ABS(313)에서 절대값을 구하고 최대값 위치 검출기(314)를 통과하면 최종적으로 시간 오차
Figure 112004057416124-pat00004
번째에서 피크값이 검출된다.
수학식 3은 이러한 시간동기 오차 계산기(310)에서의 계산 과정을 나타낸 것이다.
Figure 112004057416124-pat00005
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 위상회전 보상기(320)의 상세 구성도이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 위상회전 보상기(320)는 어드레스 생성기(321)와 회전인자 테이블(322)을 포함한다.
위상회전 보상기(320)는 시간동기 오차 계산기(310)에서 추정된 시간오차를 이용하여 위상을 복원한다. 이때, 복원을 위해 필요한 위상값은 고속 푸리에 변환기(300)의 회전인자 값을 사용하며, 이 값은 회전인자 테이블(322)에 저장되어 있다.
그리고, 위상회전 보상기(320)는 어드레스 생성기(321)에서 생성된 어드레스값을 이용하여 회전인자 테이블(322) 내의 회전인자 값을 읽어 내며, 복소 곱셈기를 통하여 회전인자 값과 위상 회전이 발생한 주파수 영역의 프리앰블 심볼의 곱셈을 수행하면 최종적으로 위상이 복원된 신호를 얻을 수 있다.
이때, 회전인자 테이블(322)에 저장되는 회전인자 값은 고속 푸리에 변환기 (300) 내에 있는 회전인자를 사용할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 그 외의 다양한 변경이나 변형이 가능하다.
이상에서 기술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 별도의 하드웨어를 추가하지 않고 시간동기 오차 계산기와 위상회전 보상기를 이용함으로써 시간오차가 있는 수신신호에 대해 정확한 시간오차를 추정하고, 추정된 시간오차 정보로부터 위상회전된 수신신호를 복원함으로써 정확한 신호대 잡음비를 계산할 수 있다.

Claims (9)

  1. 직교주파수분할다중화 시스템에서 수신 신호의 신호대 잡음비를 계산하는 장치에 있어서,
    상기 수신 신호의 시간 영역의 프리앰블 신호를 고속 푸리에 변환하여 주파수 영역의 프리앰블 심볼로 변환하는 고속 푸리에 변환기;
    상기 고속 푸리에 변환기에서 변환된 상기 주파수 영역의 프리앰블 심볼의 시간오차를 계산하는 시간동기 오차 계산기;
    상기 시간동기 오차 계산기로부터 입력된 상기 시간오차를 이용하여 상기 고속 푸리에 변환기로부터 입력되는 상기 주파수 영역의 프리앰블 심볼의 위상을 복원하는 위상회전 보상기; 및
    상기 위상이 복원된 주파수 영역의 프리앰블 심볼에 대한 신호대 잡음비를 계산하는 신호대 잡음비 계산기
    를 포함하는 신호대 잡음비 계산 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시간동기 오차 계산기는,
    공액 복소수를 발생시키는 프리앰블 생성기;
    상기 공액 복소수와 상기 고속 푸리에 변환기에서 출력되는 신호를 곱셈한 신호에 대하여 역 고속 푸리에 변환을 수행하는 역 고속 푸리에 변환기; 및
    상기 역 고속 푸리에 변환기에서 출력되는 신호로부터 시간오차의 피크값을 검출하는 최대값 위치 검출기
    를 포함하는 신호대 잡음비 계산 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 시간동기 오차 계산기는,
    상기 공액 복소수와 상기 고속 푸리에 변환기에서 출력되는 신호를 곱셈하는 곱셈기; 및
    상기 역 고속 푸리에 변환기에서 출력되는 신호의 절대값을 측정하여 상기 최대값 위치 검출부로 출력하는 절대값 측정기
    를 더 포함하는 신호대 잡음비 계산 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 위상회전 보상기는,
    상기 시간동기 오차 계산기로부터 입력되는 시간오차를 이용하여 회전인자의 어드레스 값을 생성하는 어드레스 생성기;
    상기 회전인자 값을 저장하고 있으며, 상기 어드레스 생성기에서 생성된 어드레스 값에 대응되는 회전인자 값을 출력하는 회전인자 테이블; 및
    상기 회전인자 값과 상기 고속 푸리에 변환기에서 출력되는 신호에 대하여 곱셈을 수행하여 위상이 복원된 신호를 출력하는 곱셈기
    를 포함하는 신호대 잡음비 계산 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 회전인자 테이블에 저장되는 회전인자 값은 상기 고속 푸리에 변환기 내에 있는 회전인자 값인 것을 특징으로 하는
    신호대 잡음비 계산 장치.
  6. 직교주파수분할다중화 시스템에서 수신 신호의 신호대 잡음비를 계산하는 방법에 있어서,
    a) 상기 수신 신호의 시간 영역의 프리앰블 신호를 고속 푸리에 변환하여 주파수 영역의 프리앰블 심볼로 변환하는 단계;
    b) 상기 변환된 주파수 영역의 프리앰블 심볼의 시간오차를 계산하는 단계;
    c) 상기 계산된 시간오차를 이용하여 상기 주파수 영역의 프리앰블 심볼의 위상을 복원하는 단계; 및
    d) 상기 위상이 복원된 주파수 영역의 프리앰블 심볼에 대한 신호대 잡음비를 계산하는 단계
    를 포함하는 신호대 잡음비 계산 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 b) 단계는,
    공액 복소수를 발생시키는 단계;
    상기 공액 복소수와 상기 a) 단계에서 변환된 주파수 영역의 프리앰블 심볼을 곱셈한 후, 역 고속 푸리에 변환을 수행하는 단계; 및
    상기 역 고속 푸리에 변환된 신호로부터 시간오차의 피크값을 검출하는 단계
    를 포함하는 신호대 잡음비 계산 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 c) 단계는,
    상기 b) 단계에서 계산된 시간오차를 이용하여 회전인자의 어드레스 값을 생성하는 단계;
    상기 어드레스 값에 대응되는 회전인자 값을 검색하는 단계; 및
    상기 회전인자 값과 상기 a) 단계에서 변환된 주파수 영역의 프리앰블 심볼을 곱셈하여 위상이 복원된 신호를 출력하는 단계
    를 포함하는 신호대 잡음비 계산 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 회전인자 값은 상기 고속 푸리에 변환에서 사용되는 회전인자 값인 것을 특징으로 하는
    신호대 잡음비 계산 방법.
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