KR100741340B1

KR100741340B1 - 직교 주파수 분할 다중 전송용 수신기

Info

Publication number: KR100741340B1
Application number: KR1020060036191A
Authority: KR
Inventors: 히로유키 세키; 다이스케 지츠카와; 코타로 시이자키; 요시카즈 가쿠라; 도루 다카미치; 켄지 고야나기; 히로유키 가와이
Original assignee: 후지쯔 가부시끼가이샤; 닛폰 덴키 가부시키가이샤; 가부시키가이샤 엔티티 도코모
Priority date: 2005-06-20
Filing date: 2006-04-21
Publication date: 2007-07-23
Also published as: US20060285599A1; KR20060133453A; CN1885726A; JP2006352746A; EP1737173A3; EP1737173A2

Abstract

본 발명은 OFDM 수신기에 있어서, 프레임마다의 FFT 추출 위치가 다른 경우라도 파일럿 심볼의 채널 추정치를 데이터 심볼의 채널 보상에 사용할 수 있게 하는 것을 과제로 한다.

복수의 직교 주파수 분할 다중 심볼에 의해서 구성되는 전송 프레임을 수신하여, 베이스밴드 신호로 변환하는 수신 회로와, 상기 수신 회로로부터 출력되는 베이스밴드 신호로부터 개개의 심볼을 추출하는 회로와, 상기 추출된 개개의 심볼에 대하여 고속 푸리에 변환 처리를 하여, 주파수 영역의 복수의 서브 캐리어를 출력하는 고속 푸리에 변환 회로와, 상기 베이스밴드 신호에 있어서 일정 간격으로 수신되는 파일럿 신호와 기지의 파일럿 신호 패턴의 상관을 구하여, 서브 캐리어마다 채널 추정치를 구하는 채널 추정 회로와, 상기 고속 푸리에 변환 회로의 출력에 대하여, 상기 채널 추정치에 의해 채널 변동을 보상하는 채널 보상 회로를 갖는 OFDM 수신기로서, 고속 푸리에 변환 회로에 의한 고속 푸리에 변환 처리를 할 때에 고속 푸리에 변환 대상으로서 개개의 심볼을 추출하는 타이밍의 차에 의해서 생기는 위상 회전량을 계산하는 회로와, 상기 채널 추정 회로에 의해 구해진 채널 추정치에 대하여, 상기 위상 회전량을 보정하는 회로를 갖는다.

Description

직교 주파수 분할 다중 전송용 수신기{RECEIVER FOR ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING TRANSMISSION}

도 1은 OFDM 무선 통신 시스템의 개략을 설명하는 도면이다.

도 2는 가드 인터벌(GI)을 설명하는 도면이다.

도 3은 FFT 추출 타이밍을 설명하는 도면이다.

도 4는 OFDM 전송 방식에서 이용되는 프레임 구성예를 도시하는 도면이다.

도 5는 본 발명에 따른 OFDM 전송 방식에 있어서의 수신기의 실시예 구성이다.

도 6은 도 5의 구체적인 구성예로서, 3 프레임 사이에서 채널 추정치의 평균화를 행하는 경우의 실시예를 도시하는 도면이다.

도 7은 도 6의 구체예를 발전시킨 실시예 구성을 도시한 도면이다.

도 8은 분산치 또는 위상 편차치를 이용하는 경우의, 도 5의 구체적인 구성예를 도시하는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : S/P 변환기 2 : 역고속 푸리에 변환기

3 : GI 삽입부 4 : 송신 회로

5 : 송신 안테나 6 : 수신 안테나

7 : 수신 회로 8 : 고속 푸리에 변환 타이밍 동기 회로

9 : 추출 회로 1O : 고속 푸리에 변환기

11 : 채널 추정부 12 : 채널 보상 회로

100 : 파일럿 패턴 기억부 101 : 채널 추정 회로

102 : 위상 보정 계수 계산 회로 103, 104 : 지연 회로

105∼107 : 승산기 108 : 평균/보간/분산/편차의 연산 회로

109 : 타이밍 차 생성 회로 110 : 타이밍 변경 빈도 측정 회로

111 : 무효 판정 회로

본 발명은, 직교 주파수 분할 다중 전송용 수신기에 관한 것으로, 특히, 정밀도가 높은 채널 추정을 가능하게 하는 직교 주파수 분할 다중 전송용 수신기에 관한 것이다.

고속 대용량 통신을 목적으로 한 무선 통신 시스템에서는 주파수 이용 효율을 극한까지 높일 수 있는 직교 주파수 분할 다중(OFDM : Othogonal Frequency Division Multiplexing) 전송 방식이 적합하다.

직교 주파수 분할 다중(이하, 단순히 OFDM이라 함) 전송 방식에서는, 사용하는 대역을 복수의 서브 캐리어로 분할하고, 각각의 서브 캐리어에 데이터의 각 비트를 할당하여 송신을 한다. 서브 캐리어는 주파수축 상에서 서로 직교하도록 배치 되기 때문에, 주파수 이용 효율이 우수하다.

또한, 하나 하나의 서브 캐리어는 협대역 신호가 되기 때문에 멀티패스 간섭의 영향을 억제할 수 있어서 고속 대용량 통신을 실현할 수 있다.

도 1은 OFDM 무선 통신 시스템의 개략을 설명하는 도면이다. 도 1에서, 송신기에 입력되는 송신 데이터를 S/P 변환기(1)에 의해서 병렬 신호로 변환하여, 비트마다 복수의 서브 캐리어의 각각에 할당한다.

이어서, IFFT 변환기(2)에 의해, 역고속 푸리에 변환 처리(IFFT : Inverse Fast Fourier Transform)를 실시하여 시간 영역의 신호로 변환한다. 시간 영역의 신호로 변환된 후, 심볼마다 가드 인터벌(GI : Guard Interval) 삽입 회로(3)에 의해 가드 인터벌(GI)이 삽입된다.

여기서, 가드 인터벌(GI)은 도 2에 도시한 바와 같이, OFDM 심볼의 최후의 소정 기간 부분을 카피하여, 선두에 배치된다. 이 가드 인터벌(GI)의 삽입에 의해, 도 3에 도시한 바와 같이, 주파(主波) 즉, 직접파 a에 대하여 멀티패스에 의한 지연파 b의 도달이 가드 인터벌(GI)의 기간(Tg) 내라면 직교성을 유지하는 것이 가능하여 멀티패스에 의한 영향을 막을 수 있다.

도 1로 되돌아가면, GI 삽입한 후의 베이스밴드 신호는 송신 회로(Tx)(4)에 있어서 무선 주파수(RF) 신호로 변환되어 송신 안테나(5)로부터 송출된다.

또한, OFDM 등의 멀티캐리어 전송을 이용하는 경우, 서브 캐리어마다 고정밀도의 채널 추정이 필요하다. 이 때문에, 송신기에서는 수신기에 있어서 채널 추정에 사용하는 기지의 파일럿 신호를 일정 간격으로 삽입하고 있다.

송신 안테나(5)로부터 출력된 신호는 페이징 전파로를 거쳐, 수신기의 수신 안테나(6)에 의해서 수신된다. 수신된 무선 신호는 수신 회로(Rx)(7)에 의해서, 베이스밴드 신호로 변환된다. 베이스밴드로 변환된 신호는 FFT 타이밍 동기 회로(8)에 있어서, FFT 추출 위치의 검출이 이루어진다.

그리고, 도 3에 도시한 바와 같이, FFT 타이밍 동기 회로(8)에서 검출한 FFT 추출 타이밍에 따라서, 추출 회로(9)에 있어서 베이스밴드 신호로부터 가드 인터벌(GI)을 제거하여, 심볼마다 FFT 처리 대상을 추출한다. 추출한 FFT 대상을, 고속 푸리에 변환(FFT) 회로(10)로 고속 푸리에 변환 처리(FFT : Fast Fourier Transform)를 실시하여, 주파수 영역의 서브 캐리어 신호로 변환한다.

채널 추정부(11)에서는 일정 간격으로 수신하는 파일럿 심볼과 기지의 파일럿 패턴과의 상관을 계산함으로써 서브 캐리어마다 채널 추정을 하고 있다. 채널 보상 회로(12)에서는 채널 추정부(11)에 의해 얻어진 채널 추정치를 이용하여 데이터 심볼의 채널 변동을 보상한다. 마지막으로, P/S 변환기(13)에 의해서 직렬 데이터로 바꾸어, 원래의 송신 데이터가 복조된다.

여기서, FFT 타이밍 동기 회로(8)에서 생성되는 추출 회로(9)에 대한 FFT 추출 타이밍과 서브 캐리어마다의 위상 회전의 관계에 관해서 설명한다.

고속 푸리에 변환(FFT)의 순환 시프트의 원리에 의하면, 함수

g[t] 에 대한 FFT 후의 신호를

로 한 경우, 함수

g[t] 를

순환 시프트한 함수

의 FFT 후의 신호는 다음 식으로 주어진다.

(여기서, N 은 FFT 사이즈,

는 서브 캐리어 번호를 의미함)

따라서, n번째의 OFDM 심볼에 있어서의 FFT 타이밍을

, GI를 정확하게 제거하는 이상적인 타이밍을 T로 한 경우, FFT 후의 신호에는 다음 식의 위상 회전이 생긴다.

이와 같이, OFDM 수신기에서는, FFT의 추출 위치의 차이에 의해, 멀티패스 전파로에 의한 영향 외에 FFT 처리에 기인하는 위상 회전이 생기는 것을 알 수 있 다.

그리고, 상기와 같은 FFT의 추출 위치의 차이에 기인하여 FFT 처리 결과에 나타나는 주파수 위상 특성의 개선에 관해서, 종래 기술로서 특허문헌 1에 기재되는 발명이 알려져 있다.

이러한 특허문헌 1에 나타내어지는 종래 기술에서는, FFT 처리에 의해서 발생하는 주파수 위상 특성의 일차 경사(서브 캐리어마다의 위상 회전의 기울기)를 검출하여, 일차 경사를 제거하는 것을 특징으로 한다.

<특허문헌 1>

일본 특허 공개 2000-295195호 공보

여기서, 파일럿 심볼 n에 대한 전파로에서의 채널 전달 함수를

, 잡음 성분을

이라고 하면, FFT 타이밍

에서의 채널 추정치는, 식 (1), (2)로부터 다음 식으로 나타내어진다.

이와 같이, 파일럿 심볼로부터 구하는 채널 추정치에 있어서도 FFT 추출 위치에 따른 위상 회전이 생긴다.

따라서, 데이터 심볼의 복조를 행하는 경우는, 데이터 심볼과 동일한 FFT 추출 타이밍인 파일럿로부터 구한 채널 추정치를 이용하여 채널 보상을 할 필요가 있다. 이에 따라 FFT 처리에 기인하는 위상 회전의 영향도 동시에 보상되어, 데이터 채널을 정확하게 복조할 수 있다.

도 4는 OFDM 전송 방식에서 이용되는 프레임 구성의 예를 나타내고 있다. 여기서는, 하나의 프레임은, 파일럿 1 심볼과 데이터 4 심볼로 구성되고 있다.

파일럿 심볼(도 4에서, P1, P2, P3)은 데이터 심볼에 대하여 일정한 간격으로 다중되고 있다. OFDM 수신기에서는, FFT 타이밍 동기 회로(8)를 이용하여 최적의 FFT 대상으로 하는 범위의 추출 위치를 검출하여, 어떤 결정된 주기로 그 타이밍을 갱신한다. 도 4에서는, 프레임의 선두 타이밍인 Tn, Tn+1, Tn+2가 FFT 추출 위치의 갱신 타이밍이라고 가정하고 있다.

여기서, 프레임 n의 데이터 심볼을 복조하는 경우는, 동일한 프레임 n 내의 파일럿 심볼로부터 구한 채널 추정치를 이용하는 것이 상정된다. 그러나, 본 발명자들은, 프레임 n 내의 파일럿 심볼뿐만 아니라, 인접하는 프레임 n+1의 파일럿 심볼도 이용함으로써, 채널 추정 정밀도를 향상시키는 것이 가능할 것이라고 생각했다.

예컨대, 프레임 n과 프레임 n+1의 각각의 파일럿 심볼로부터 구한 채널 추정치를 각각,

, 로 한 경우, 이들을 평균함으로써 잡음 성분을 억압하여, 채널 추정 정밀도를 향상시킬 수 있다.

혹은, 프레임 길이에 대하여, 이동체 속도에 기초한 도플러에 의한 채널 변동량이 큰 경우, 2개의 채널 추정치를 선형 보간함으로써, 각 데이터 심볼 위치에서의 채널 추정치를 정확하게 추정할 수 있다.

그런데, 프레임 n과 프레임 n+1 사이에서, FFT 추출 위치의 변경이 이루어진 경우는, 2개의 채널 추정치를 평균하거나, 선형 보간할 수 없게 되는 문제가 있다. 즉, 채널 추정을 하는 복수의 파일럿 심볼에서, FFT 타이밍이 다른 경우, 채널 추정치의 위상 변화량이 다르기 때문에, 그대로는 채널 추정치를 평균하거나 선형 보간하거나 하는 것은 할 수 없다.

즉, 프레임 n 및 프레임 n+1에 있어서의 FFT 추출 위치를 각각

, 잡음 성분을

,라고 하면, 식 (3)으로부터

이 된다.

이들을 평균한 채널 추정치

은, 다음 식으로 나타낼 수 있다.

여기서, 프레임 n과 프레임 n+1의 FFT 추출 위치가 같은 경우, 즉

일 때에는, (6)식은 다음과 같이 된다.

(7)식에서는, 2개의 채널 추정치에 있어서의 위상 회전량이 같기 때문에, 평균한 후의 채널 추정치

는, 데이터 심볼에 대한 위상 회전량과 동일하게 된다. 이 때문에 그 채널 추정치를 채널 보상에 사용할 수 있다.

이에 대하여, 프레임 n과 프레임 n+1의 FFT 추출 위치가 다른 경우는, (4)∼(6)식으로부터 알 수 있는 것과 같이, 다른 위상 회전량을 지닌 채널 추정치의 평균이 되기 때문에, 그대로는 데이터 심볼의 채널 보상에 사용할 수는 없다.

따라서, 본 발명의 목적은 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 전송 시스템에 있어서의 수신기에서, 프레임마다 FFT 추출 위치가 다른 경우라도 파일럿 심볼로부터 구해지는 채널 추정치를 데이터 심볼의 채널 보상에 사용할 수 있게 하는 데에 있다.

또한 본 발명의 목적은 OFDM 수신기에 있어서 프레임마다의 FFT 추출 위치의 차이에 따라 위상 회전량의 보정에 의해서, 정밀도가 높은 채널 추정 외에, 도플러 주파수 추정, 캐리어 주파수 오프셋 추정, 신호 대 잡음 전력비(SIR : Signal to Interface power Ratio) 추정 등에 적용할 수 있게 하는 데에 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하는 직교 주파수 분할 다중 전송용 수신기는, 제1의 형태로서, 복수의 직교 주파수 분할 다중 심볼에 의해서 구성되는 전송 프레임을 수신하여, 베이스밴드 신호로 변환하는 수신 회로와, 상기 수신 회로로부터 출력되는 베이스밴드 신호로부터 개개의 심볼을 추출하는 회로와, 상기 추출된 개개의 심볼에 대하여 고속 푸리에 변환 처리를 하여, 주파수 영역의 복수의 서브 캐리어를 출력하는 고속 푸리에 변환 회로와, 상기 베이스밴드 신호에 있어서 일정 간격으로 수신되는 파일럿 신호와 기지의 파일럿 신호 패턴의 상관을 구하여, 서브 캐리어마다 채널 추정치를 구하는 채널 추정 회로와, 상기 고속 푸리에 변환 회로 의 출력에 대하여, 상기 채널 추정치에 의해 채널 변동을 보상하는 채널 보상 회로를 갖는 직교 주파수 분할 다중 신호용 수신기로서, 상기 고속 푸리에 변환 회로에 의한 고속 푸리에 변환 처리를 할 때에 고속 푸리에 변환 대상으로서 개개의 심볼을 추출하는 타이밍의 차에 의해서 생기는 위상 회전량을 계산하는 회로와, 상기 채널 추정 회로에 의해 구해진 채널 추정치에 대하여, 상기 위상 회전량을 보정하는 회로를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하는 직교 주파수 분할 다중 전송용 수신기는, 제2의 형태로서, 제1의 형태에 있어서, 복수의 심볼로부터 구한 채널 추정치를 가산 평균하는 연산 회로를 더 포함하고, 상기 가산 평균된 채널 추정치에 의해, 상기 채널 보상 회로에 있어서의 채널 변동의 보상이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하는 직교 주파수 분할 다중 전송용 수신기는, 제3의 형태로서, 제1의 형태에 있어서, 복수의 심볼로부터 구한 채널 추정치의 보간값을 구하는 연산 회로를 더 포함하고, 상기 보간값에 의해, 상기 채널 보상 회로에 있어서의 채널 변동의 보상이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하는 직교 주파수 분할 다중 전송용 수신기는, 제4의 형태로서, 제1의 형태에 있어서, 복수의 심볼로부터 구한 채널 추정치의 분산을 구하는 연산 회로를 더 포함하고, 상기 구해진 분산치로부터 수신된 신호에 포함되는 간섭 전력을 측정하는 것을 특징으로 한다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하는 직교 주파수 분할 다중 전송용 수신기는, 제5의 형태로서, 제1의 형태에 있어서, 복수의 심볼로부터 구한 채널 추정치의 위상 편차를 구하는 연산 회로를 더 포함하고, 상기 구해진 위상 편차로부터 캐리어주파수 오프셋 혹은 도플러 주파수를 측정하는 것을 특징으로 한다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하는 직교 주파수 분할 다중 전송용 수신기는, 제6의 형태로서, 제1 내지 제5의 형태 중 어느 것에 있어서, 복수의 파일럿 심볼에 대한 심볼의 추출 타이밍이 다른 경우에는, 이들 파일럿 심볼로부터 산출한 채널 추정치에 대하여 상기 연산 회로의 동작을 정지하는 것을 특징으로 한다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하는 직교 주파수 분할 다중 전송용 수신기는, 제7의 형태로서, 제1 내지 제5의 형태 중 어느 것에 있어서, 상기 고속 푸리에 변환 대상으로서 개개의 심볼을 추출하는 타이밍의 변경 빈도를 측정하는 회로를 설치하여, 타이밍의 변경 빈도가 소정 임계치 이하일 때는, 상기 위상 회전량을 계산하는 회로 및 상기 위상 회전량을 보정하는 회로의 동작을 정지하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 특징은, 이하에 도면에 따라서 설명되는 발명의 실시형태의 예로부터 더욱 분명해진다.

이하에, 본 발명의 실시예를 설명한다. 한편, 실시예는 본 발명의 이해를 위한 것으로 본 발명의 기술적 범위가 이것에 한정되는 것은 아니다.

[본 발명의 원리]

여기서, 실시예의 설명에 앞서서, 본 발명의 원리에 관해서 설명한다.

OFDM 수신기에서는, FFT 타이밍 동기 회로(8)로 검출한 FFT 추출 위치와, 추 출 위치를 갱신한 타이밍을 유지할 수 있기 때문에, 이들의 정보를 기초로 하여 다음과 같은 처리를 한다.

프레임 n을 기준으로 생각하면, 프레임 n과 프레임 n+1에서는, 상대적으로는

만큼 위상이 회전하고 있다.

따라서, 프레임 n+1의 채널 추정치

에 대하여, (8)식의 위상 회전을 보정하고 나서 평균 처리를 하는 것이 가능하고, 그 결과는 다음 식이 된다.

(7)식과 (9)식을 비교하면, 잡음 성분을 제외하고, 채널 추정치의 평균 결과는 동일하기 때문에, 프레임 n의 데이터 채널에 대한 채널 보상에 사용할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 원리는, 기준이 되는 프레임을 결정하고, 그 프레임에 대한 FFT 추출 위치의 차로부터 상대적인 위상 회전량을 계산하여, 그 위상 회전량의 보정을 행하는 것이다.

예컨대, 프레임 n과 프레임 n+1의 파일럿 심볼로부터 구해지는 채널 추정치 의 평균치를 프레임 n+1의 데이터 심볼의 채널 보상에 이용하는 경우, 프레임 n+1을 기준으로 하여, (4)식으로 계산되는 채널 추정치

에 대하여, (8)식의 위상 회전을 보정한다.

이에 따라, 도 4에 도시하는 예에서는, 프레임 n+1의 데이터 심볼보다도, 시간적으로 전의 파일럿 심볼로부터 구한 채널 추정치를 이용하여 복조 처리를 할 수 있기 때문에, 낮은 지연으로 데이터의 복조를 할 수 있다.

<실시예>

도 5는 본 발명에 따른 OFDM 전송 방식에 있어서의 수신기의 실시예 구성이다. 도 5에서는, 수신 회로(Rx)(7)를 도시하지 않고 본 발명의 특징에 따른 부분만을 나타내고 있다. 한편, 도 1과 동일한 부위에는, 동일한 참조 번호를 붙이고 있다. 후에 나타내는 다른 실시예에 있어서도 마찬가지이다.

도 5에 있어서, 특징으로서 채널 추정부(11)는, 고속 푸리에 변환(FFT) 회로(10)에서의 고속 푸리에 변환 처리를 한 후의 서브 캐리어마다의 신호에 대하여, 기정 파일럿 패턴의 기억부(100)와, 파일럿에 의한 채널 추정을 하는 채널 추정 회로(101)와, FFT 타이밍에 따른 위상 보정 계수 계산 회로(102)와, 지연 회로(103, 104)와, 위상 보정 승산기(105∼107)와, 채널 추정치에 대한 평균·보간·분산·편차 계산을 하는 연산 회로(108)를 설치한 서브 캐리어 대응부를 서브 캐리어마다 구비하고 있다.

도 5는 복수의 서브 캐리어 대응부 중 하나의 서브 캐리어에 대한 서브 캐리 어 대응부만을 상세히 나타내고 있다.

채널 추정 회로(101)에서는, 도 4에 도시한 바와 같이 프레임 내에 일정 간격으로 삽입되어 있는 파일럿 심볼에 대하여, FFT 처리에 의해서 생성된

번째의 서브 캐리어의 신호 SCf와, 기정 파일럿 기억부(100)로부터 독출되는,

번째의 서브 캐리어에 대한 기지의 파일럿 패턴을 입력하여, 양자의 상관치를 계산함으로써 채널 추정을 한다.

즉, OFDM 수신기로, 제n 프레임의 파일럿 심볼의 FFT 후의 신호를

로 하고, 파일럿 심볼의 신호 벡터를

로 하면, 채널 추정 회로(101)에서는, 다음의 (10)식의 계산에 의해 채널 추정치

을 구할 수 있다.

여기서,

은 서브 캐리어 번호를 나타내고 있으며, 즉 채널 추정은 서브 캐리어마다 이루어지고,

는, 파일럿 신호 벡터의 복소 공역을 나타낸다.

채널 추정 회로(101)로 산출된 채널 추정치

는, 지연 회로(103, 104)에 있어서, 각각 파일럿 삽입 간격만큼 지연된다. 이에 따라 복수 프레임에 걸친 처리를 하는 것이 가능하다.

한편, FFT 타이밍 동기 회로(8)로 검출한 프레임마다의 최적의 FFT 추출 위치의 정보를 입력하여, 위상 보정 계수 계산 회로(102)에서, 각각의 프레임에 대한 채널 추정치에 승산하는 위상 회전량을 보정하기 위한 위상 보정 계수를 (8)식에 기초하여 계산한다.

그리고, 상기한 바와 같이, 채널 추정 회로(101) 및 지연 회로(103, 104)로부터 출력되는 프레임마다의 채널 추정치

에 대하여, 위상 보정 계수 계산 회로(102)로부터의 위상 보정 계수의 승산을 승산기(105, 106, 107)에서 행하여, 평균/보간/분산/편차 계산을 하는 연산 회로(108)에 입력한다.

연산 회로(108)에서는, 보정의 목적에 대응하여, 승산기(105, 106, 107)의 출력에 대하여 평균/보간/분산/편차 계산을 하여 그 결과를 출력한다. 즉, 채널 보상 회로(12)에 있어서의 채널 보상을 하는 경우는, 연산 회로(108)에서 승산기(105, 106, 107)의 출력에 대하여 평균 또는 보간값을 구하여, 그 결과를 채널 추정치로서 채널 보상 회로(12)에 입력한다.

또한, 후에 설명하는 것과 같이, 간섭 전력을 계산하여, 송신 전력이나 적응 변조 등의 적응 링크 제어를 목적으로 하는 경우는, 연산 회로(108)에서 분산치로서 연산 결과를 구하도록 구성한다. 혹은, 수신 회로(7)에 있어서의 검파에 이용하는 캐리어 주파수 오프셋 등을 구하는 경우는, 연산 회로(108)에 있어서, 위상 변동량으로서 연산 결과를 구하도록 구성한다.

채널 보상 회로(12)에 있어서 채널 보상을 하는 경우는, 서브 캐리어마다 행하고, 고속 푸리에 변환(FFT) 회로(10)로부터의 데이터 심볼의 FFT 후의 신호

에 대하여, 다음 식과 같이 채널 추정치의 복소 공역을 승산한다.

(11)식의 채널 보상한 후의 신호를 P/S 변환 회로(13)로 직렬 신호로 변환하여, 복조 데이터로서 출력한다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 OFDM 수신기는, 위상 보정 계수 계산 회 로(102) 및 위상 보정 계수 승산 회로(105∼107)를 설치하는 것을 특징으로 하고 있고, 채널 추정 회로(101)나, 평균·보간·분산·편차를 구하는 연산 회로(108)에는 기존의 것을 사용할 수 있다.

또한, 위상 보정 계수는, (8)식을 바탕으로 위상 보정 계수 계산 회로(102)에 의해 계산되는데

는 모두 정수이기 때문에, 보정 계수의 종류는 FFT 사이즈이다.

과 같이 한정된다. 따라서,

과 같은 보정 계수를 미리 계산하여, 위상 보정 계수 계산 회로(102)에 구비하는 메모리에 저장하여 이용할 수 있다. 이와 같이 하여, 본 발명에 의해 회로 규모가 커지는 것을 억제하는 것이 가능하다.

여기서는, 연산 회로(108)로서, 평균 또는 보간을 구하는 계산 기능을 지니고, 제n 프레임의 채널 추정치

를 중심으로 하여 평균 처리하기 때문에, 위상 보정은,

와 에 대하여만 이루어진다.

와 에 대한 보정 계수 생성 회로(102a, 102b)와 대응하는 승산기(105와 107)를 갖고 있다.

FFT 타이밍 동기 회로(8)와의 사이에는, (τn-τn-1)의 타이밍과, (τn-τn+1)의 타이밍을 생성하는 회로(109)를 지니고, 보정 계수 생성 회로(102a, 102b)는 이러한 FFT 타이밍을 입력하여, 각각 대응하는 채널 추정치에 대한 위상 보정 계수를, (8)식에 따라서, 다음 식(12), (13)과 같이 구한다.

따라서, 연산 회로(108)는, 3 프레임 사이의 평균·보간을 계산하는 회로로서, 다음 식에 의해, 채널 추정치의 평균치를 구한다.

도 7은 또한 도 6의 구체예를 발전시킨 실시예 구성이다. 도 7에 도시하는 실시예에서는, 복수의 파일럿 심볼에 대한 심볼의 추출 타이밍이 다른 경우에는, 이들 파일럿 심볼로부터 산출한 채널 추정치에 대하여, 상기 연산 회로(108)의 동작을 정지하도록 구성된다.

이를 위해, 도 7에 있어서, 도 6의 구성예에 대하여, 또한 무효 판정 회로(111a, 111b)와 타이밍 변경 빈도 측정 회로(110)를 갖고 있다. 무효 판정 회로(111a, 111b)는 대상으로 하는 2개의 파일럿 심볼에 대한 심볼 추출 타이밍이 다른 경우를 판정한다.

즉, 도 7에 있어서, 3개 이상의 프레임 사이에 걸친 채널 추정치의 평균치를 계산하는 경우는, FFT 추출 위치가 기준이 되는 프레임의 FFT 추출 위치와 다른 프레임의 채널 추정치에 대하여만 무효를 나타내는 플래그를 출력함으로써, FFT 추출 위치가 같은 채널 추정치를 선택하여 평균한다. 이에 따라, 고정밀도의 채널 추정을 할 수 있다.

즉, 프레임 사이에서 FFT 추출 위치가 다른 경우에는, 무효 판정 회로(112a, 112b)로부터 무효 플래그를 출력하여, 연산 회로(108)에 있어서, 승산기(105, 107) 및 지연기(103)의 출력에 대한 평균 또는 보간 계산 처리를 무효로 한다. 이에 따라 FFT 처리에 기인하는 위상 회전에 의한 계산 처리의 열화를 방지할 수 있다.

또한, 식에 의한 설명에 있어서, FFT 타이밍이 다음과 같은 경우를 생각한다.

이 때, 제n+1 프레임의 평균 처리를 무효 판정 회로(111a)의 무효 플래그에 의해 무효로 함으로써, 연산 회로(108)는 다음 식과 같이,

의 경우만을 유효로 하여, 채널 추정치의 평균치를 다음 식과 같이 산출한다.

또한, 다음의 조건이라면,

연산 회로(108)는, 무효 판정 회로(111a, 111b)의 무효 플래그에 의해 채널 추정치의 평균 처리가 무효로 되어, 다음 식에 나타낸 바와 같이 채널 추정치

를 채널 보상에 그대로 사용하도록 출력한다.

또한, 도 7에 있어서, FFT 타이밍 즉 추출 타이밍의 변경의 발생 빈도가 적은 경우는, 보정 계수 생성 회로(102a, 102b)에 의한 위상 보정 계수의 산출 및 승산 회로(105, 107)의 동작을 하는 위상 보정 회로의 동작을 멈추도록 제어한다. 이 에 따라 소비 전력을 저감하는 것이 가능하다.

이 제어를 위해 타이밍 변경 빈도 측정 회로(110)가 설치되어, FFT 타이밍의 변경이 평균적으로 얼마의 빈도로, 즉 몇 프레임에 1번의 비율로 FFT 타이밍의 변경이 발생하고 있는지를 측정한다.

측정되는 FFT 타이밍의 변경 빈도가 소정치 이하인 경우, 위상 보정 계수 계산 회로(102a, 102b)에 의한 위상 보정 계수 산출 및 승산 회로(105, 107)의 동작을 하는 위상 보정 동작을 멈춘다.

위상 보정 동작을 하는 위상 보정 계수 계산 회로(102a, 102b) 및 승산 회로(105, 107)는 서브 캐리어마다 존재하기 때문에, 이들 회로의 동작을 멈춤으로써, 회로의 부하를 저감하여, 소비 전력을 억제할 수 있다. 위상 보정 동작을 멈추는 한편, FFT 타이밍이 변경됨에 대해서는, 채널 추정의 처리를 무효로 함으로써 대응한다.

여기서, 본 발명을 한층 더 적용하는 것을 검토한다. 상기한 각 실시예에 의해, 연산 회로(108)에 의해 복수 프레임의 채널 추정치의 평균을 구하여, 채널 보상에 이용하는 것을 설명했다.

그러나, 본 발명의 적용은 이러한 경우에 한정되지 않는다. 즉, 연산 회로(108)에 있어서 프레임 n과 프레임 n+1의 채널 추정치

를 이용하여, 분산치 또는 위상 편차치를 구하는 계산을 하여, 분산치를 기초로 한 간섭 전력의 계산이나, 위상 편차를 기초로 하여 캐리어 주파수 오프셋이나 도플러 주파수의 계산을 하는 것이 가능하다.

즉, 채널 추정치의 분산으로부터 수신 신호에 포함되는 간섭 전력을 측정할 수 있어, 그 결과를 기초로 하여, 송신 전력 제어나 적응 변조 등의 적응 링크 제어를 할 수 있다.

또한, 채널 추정치의 위상 편차로부터는, 시간 방향의 위상 변동량을 측정할 수 있어, 그 결과를 기초로 하여, 수신 회로(Rx)(7)에 있어서의 검파에 이용하는 캐리어 주파수 오프셋이나, 이동체와 기지국 사이의 상대 속도에 대응하는 도플러 주파수를 추정할 수 있다. 이에 따라, AFC(Automatic Frequency Control)에 의한 캐리어 주파수 오프셋 보상이나 도플러 주파수의 측정치에 의한 적응 링크 제어를 할 수 있다.

분산치를 이용하는 경우를 이하에 상세히 설명한다.

프레임 n의 서브 캐리어

에 있어서의 채널 추정치의 분산

은, 다음과 같이 나타내어진다. 한편, 이후에는 잡음 성분의 표기는 생략한다.

이것에, (4)식과 (5)식을 대입하면, 다음 식이 된다.

따라서,

와 가 다른 경우는, FFT 처리에 기인하는 위상 회전의 차가 포함되어 버려, 분산치를 정확하게 구할 수 없다.

그래서, 본 발명에 의해, 채널 추정치

에 대하여, (8)식의 위상 회전을 보정하고 나서 분산을 구한다. 이에 따라, 다음 식과 같이 계산할 수 있어, 분산치(간섭 전력)를 정확하게 구할 수 있다.

또한, 위상 편차를 이용하는 경우를, 식에 의해 이하에 설명한다.

프레임 n의 서브 캐리어

에 있어서의 채널 추정치의 위상 편차

는, 다음과 같이 나타내어진다.

이것에, (4)식과 (5)식을 대입하면, 다음 식이 된다.

따라서,

또는 가 다른 경우는, FFT 처리에 기인하는 위상 회전의 차가 포함되어 버려, 위상 편차량을 정확하게 구할 수 없다. 그래서, 본 발명에 의해, 채널 추정치

에 대하여, (8)식의 위상 회전을 보정하고 나서 위상 편차를 구한다. 이에 따라, 다음 식과 같이 계산할 수 있어, 전파로에 의한 위상 편차량을 정확하게 구할 수 있다.

도 8은 상기 분산치 또는 위상 편차치를 이용하는 경우의, 도 5의 구체적인 구성예이다. 이 구체예에서는, 2 프레임 사이에서 처리를 하고, 연산 회로(108)에 있어서, 채널 추정치에 대하여, 분산 또는 위상 편차량을 구하는 처리를 한다.

즉, 도 8의 구성을 분산치를 이용하는 경우에 관해서 설명하면, FFT 타이밍 동기 회로(8)와 보정 계수 계산 회로(102) 사이에 (τ_n-τ_n+1)의 타이밍을 생성하는 회로(109)를 갖추고, 보정 계수 계산 회로(102)는 이러한 FFT 타이밍을 입력하여, (8)식에 따라서, 대응하는 채널 추정치

에 대한 위상 보정 계수를 구하여, 승산기(105)에 의해 위상 회전을 보정하고 나서 분산을 구한다. 이에 따라, 연산 회로(108)는 상기 식 (19)를 계산할 수 있어, 분산치(간섭 전력)를 정확하게 구할 수 있다.

마찬가지로, 도 8에 있어서, 위상 편차에 이용하는 경우에 관해서 설명하면, 보정 계수 계산 회로(102)는 타이밍을 생성하는 회로(109)로부터 FFT 타이밍을 입력하여, (8)식에 따라서, 대응하는 채널 추정치

에 대한 위상 보정 계수를 구하여, 승산기(105)에 의해 위상 회전을 보정하고 나서 위상 편차량을 구한다. 이에 따라, 연산 회로(108)는 상기 식 (22)를 계산할 수 있어, 전파로에 의한 위상 편차량을 정확하게 구할 수 있다.

한편, 상기 도 8의 실시예 구성에 있어서, 도 7에서 설명한 바와 같이, 복수 의 파일럿 심볼에 대한 심볼의 추출 타이밍이 다른 경우에는, 이들 파일럿 심볼로부터 산출한 채널 추정치에 대하여, 상기 연산 회로(108)의 동작을 정지하도록 구성하는 것이 가능하다. 또한, FFT 타이밍 즉 추출 타이밍의 변경의 발생 빈도가 적은 경우는, 보정 계수 생성 회로(102a, 102b)에 의한 위상 보정 계수의 산출 및 승산 회로(105, 107)의 동작을 하는 위상 보정 회로의 동작을 멈추도록 제어하는 것도 가능하다.

<산업상의 이용 가능성>

상기한 실시예에 따라서 설명한 바와 같이, 인용문헌 1에 나타내어지는 종래 기술은 FFT 처리에 의해서 발생하는 주파수 위상 특성의 일차 경사(서브 캐리어마다의 위상 회전의 기울기)를 검출하여 일차 경사를 제거하는 것을 특징으로 한다.

이에 대하여, 본 발명은, FFT 추출 위치가 정규의 시간 위치로부터 틀어짐에 기인하는 위상 회전량을 제거하는 것이 아니라, 다른 심볼 사이에서 FFT 추출 위치에 차분이 생긴 경우에, 그것에 의한 상대적인 위상 회전량을 보정하는 것을 특징으로 한다.

특히, 무선 통신에 있어서의 멀티패스 환경에서는 정규 위치로부터의 어긋남은 패스마다 다르기 때문에, 그 영향을 완전히 제거할 수는 없다. 본 발명에서는, FFT 타이밍 동기 회로(8)에 있어서, 멀티패스 환경에서의 최적의 FFT 타이밍이 검출되어 FFT 추출의 처리가 정상적으로 이루어지고 있음을 가정하고 있다.

한편, FFT 처리에 기인하는 위상 회전량은 패스마다 다르지만, FFT 추출 위치의 차에 의해서 생기는 상대적인 위상 회전량은 멀티패스의 상태가 변동하지 않 는 한에 동일하기 때문에, 멀티패스 환경에서도 본 발명을 그대로 적용할 수 있다.

상기 본 발명의 특징으로 하는 구성에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째로, FFT의 추출 위치의 어긋남에 기인하는 위상 회전량의 차이를 보정함으로써 수 프레임의 채널 추정치를 평균하여 이용할 수 있기 때문에, 잔류하는 잡음 성분을 억압하는 등, 정밀도가 높은 채널 추정이 가능해진다.

둘째로 FFT의 추출 위치의 어긋남에 기인하는 위상 회전량의 차이를 보정함으로써, 직전의 프레임의 채널 추정치를 다음 프레임의 복조에 이용할 수 있기 때문에, 처리 지연을 저감한 신속한 데이터의 복조가 가능해진다.

셋째로 FFT의 추출 위치의 어긋남에 기인하는 위상 회전량의 차이를 보정함으로써, 정밀도가 높은 도플러 주파수 추정, 캐리어 주파수 오프셋 추정, SIR 추정이 가능해진다.

Claims

복수의 직교 주파수 분할 다중 심볼에 의해 구성되는 전송 프레임을 수신하여, 베이스밴드 신호로 변환하는 수신 회로와,

상기 수신 회로로부터 출력되는 베이스밴드 신호로부터 개개의 심볼을 추출하는 회로와,

상기 추출된 개개의 심볼에 대하여 고속 푸리에 변환 처리를 행하여, 주파수 영역의 복수의 서브 캐리어를 출력하는 고속 푸리에 변환 회로와,

상기 베이스밴드 신호에 있어서 일정 간격으로 수신되는 파일럿 신호와 기지의 파일럿 신호 패턴의 상관을 구하여, 서브 캐리어마다 채널 추정치를 구하는 채널 추정 회로와,

상기 고속 푸리에 변환 회로의 출력에 대하여 상기 채널 추정치에 의해 채널 변동을 보상하는 채널 보상 회로를 갖는 직교 주파수 분할 다중 신호용 수신기로서,

상기 고속 푸리에 변환 회로에 의한 고속 푸리에 변환 처리를 행할 때에 고속 푸리에 변환 대상으로서 개개의 심볼을 추출하는 타이밍 차에 의해 생기는 위상 회전량을 계산하는 회로와,

상기 채널 추정 회로에 의해 구해진 채널 추정치에 대하여 상기 위상 회전량을 보정하는 회로

를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 신호용 수신기.
제1항에 있어서, 복수의 심볼로부터 구한 채널 추정치를 가산 평균하는 연산 회로를 더 구비하고, 상기 가산 평균된 채널 추정치에 의해 상기 채널 보상 회로에서의 채널 변동의 보상이 이루어지는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 신호용 수신기.
제1항에 있어서, 복수의 심볼로부터 구한 채널 추정치의 보간값을 구하는 연산 회로를 더 구비하고, 상기 보간값(interpolated value)에 의해 상기 채널 보상 회로에서의 채널 변동의 보상이 이루어지는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 신호용 수신기.
제1항에 있어서, 복수의 심볼로부터 구한 채널 추정치의 분산을 구하는 연산 회로를 더 구비하고, 상기 구해진 분산치로부터 수신된 신호에 포함되는 간섭 전력을 측정하는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 신호용 수신기.
제1항에 있어서, 복수의 심볼로부터 구한 채널 추정치의 위상 편차를 구하는 연산 회로를 더 구비하고, 상기 구해진 위상 편차로부터 캐리어 주파수 오프셋 또는 도플러 주파수를 측정하는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 신호용 수신기.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 파일럿 심볼에 대한 심볼의 추출 타이밍이 상이한 경우에는, 이들 파일럿 심볼로부터 산출한 채널 추정치에 대하여 상기 연산 회로의 동작을 정지시키는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 신호용 수신기.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고속 푸리에 변환 대상으로서 개개의 심볼을 추출하는 타이밍의 변경 빈도를 측정하는 회로를 더 포함하고, 타이밍의 변경 빈도가 규정된 임계치 이하일 경우에, 상기 위상 회전량을 계산하는 회로 및 상기 위상 회전량을 보정하는 회로의 동작을 정지시키는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 신호용 수신기.