KR100828389B1

KR100828389B1 - Ｏｆｄｍ 시스템에서 주파수 에러 추정 및 프레임 동기화

Info

Publication number: KR100828389B1
Application number: KR1020067015924A
Authority: KR
Inventors: 라지브 비자얀; 알록 쿠마 구푸타; 라지후라만 크리쉬나무어티
Original assignee: 콸콤 인코포레이티드
Priority date: 2004-01-08
Filing date: 2005-01-07
Publication date: 2008-05-08
Also published as: NZ548310A; KR20060107574A; IL176703A0; EP1976211A1; BRPI0506733A; JP2007518363A; EP1976212A1; DE602005011400D1; NO20063570L; TW200601759A; JP2011101384A; WO2005071911A1; US7746760B2; ATE416549T1; AR047378A1; UA88893C2; EP1706976B1; CN1930841B; AU2005207364A1; EP1706976A1

Abstract

본 발명은 검출된 파일럿 전력을 표시하는 메트릭에 기초하여 OFDM 시스템 내의 수신기에서 수행되는 주파수 에러 추정 및 프레임 동기화에 관한 것이다. 메트릭은 2개의 OFDM 심볼 주기들에서 획득된 2개의 수신된 심볼들 사이의 상호-상관에 기초하여 정의될 수 있다. 주파수 에러 추정을 위해, 메트릭 값은 다수의 가설 주파수 에러들 각각에 대하여 계산된다. 최대 크기를 가지는 메트릭 값에 대한 가설 주파수 에러는 추정된 주파수 에러로서 제공된다. 프레임 동기화를 위해, 상관 값은 N_C(예를 들면, 가장 최근의) OFDM 심볼 주기들 동안 획득된 메트릭 값들을 N_C 예상된 값들과 상관함으로써 각각의 OFDM 심볼 주기 동안 획득된다. 예상된 값들은 메트릭 값들이 계산되는 방식과 일치하는 방식으로 계산된다. 피크 검출은 프레임 동기화를 결정하기 위해 서로 다른 OFDM 심볼 주기들 동안 획득된 상관 값들에 수행된다.

Description

ＯＦＤＭ 시스템에서 주파수 에러 추정 및 프레임 동기화{FREQUENCY ERROR ESTIMATION AND FRAME SYNCHRONIZATION IN AN OFDM SYSTEM}

본 발명은 일반적으로 데이터 통신에 관한 것이며, 특히 직교 주파수 분할 멀티플렉싱(OFDM) 통신 시스템에서 주파수 에러 추정 및 프레임 동기화를 위한 기술들에 관한 것이다.

OFDM은 몇몇 통신 환경들에서 높은 성능을 제공할 수 있는 다중-캐리어 변조 기술이다. OFDM은 전체 시스템 대역폭을 다수의(N_sb) 직교 서브 대역들로 효율적으로 분할하며, 상기 서브 대역들은 공통으로 톤들, 서브-캐리어들, 빈들 및 주파수 채널들이라 지칭된다. OFDM에서, 각각의 서브 대역은 데이터와 변조될 수 있는 개별 서브-캐리어와 연관된다.

OFDM 시스템에서, 송신기는 먼저 정보 비트들의 스트림을 코딩하고, 인터리빙 한 후, 변조하여 변조 심볼들의 스트림을 획득한다. 각각의 OFDM 심볼 주기 N_sb에서, "전송" 심볼들은 N_sb 서브 대역들을 통해 전송될 수 있으며, 상기 각각의 전송 심볼은 데이터 심볼(즉, 데이터에 대한 변조 심볼), 파일럿 심볼(즉, 파일럿에 대한 변조 심볼) 또는 0의 신호 값이 될 수 있다. 송신기는 역 고속 푸리에 변환(IFFT)을 사용하여 N_sb 전송 심볼들을 시간 영역으로 변환하고, N_sb 시간-영역 칩들을 포함하는 "변환된" 심볼을 획득한다. 무선 채널에서 다중 경로로 인해 발생하는 주파수 선택성 페이딩(즉, N_sb 서브 대역들에서 변화하는 주파수 응답)을 제거하기 위해, 각각의 변환된 심볼의 일부분은 일반적으로 반복된다. 반복되는 부분은 순환 전치(a cyclic prefix)라 지칭되고, N_cp 칩들을 포함한다. OFDM 심볼은 변환된 심볼 및 그 순환 전치에 의해 형성된다. 각각의 OFDM 심볼은 N_L 칩들(상기 N_L=N_sb+N_cp)을 포함하며, 하나의 OFDM 심볼 주기(또는 간단히 "심볼 주기")인 N_L 칩 주기들의 간격을 갖는다. 송신기는 프레임들 내의 OFDM 심볼들을 전송하며, 각각의 프레임은 다수의(N_sym) OFDM 심볼들을 포함한다. OFDM 심볼들의 프레임들은 추가로 처리되어 수신기로 전송된다.

수신기는 상호 보완되는 처리를 수행하며, 각각의 수신된 OFDM 심볼에 대하여 N_L 샘플들을 획득한다. 수신기는 각각의 수신된 OFDM 심볼로부터 순환 전치를 제거하여 수신된 변환된 심볼을 획득한다. 수신기는 고속 푸리에 변환(FFT)을 사용하여 각각의 수신된 변환된 심볼을 주파수 영역으로 변환하고, N_sb 송신 심볼들의 추정치들인 N_sb 서브 대역들에 대한 N_sb "수신된" 심볼들을 획득한다.

수신기는 일반적으로 수신기에서 주파수 에러를 결정하기 위해 주파수 에러 추정을 수행한다. 주파수 에러는 송신기 및 수신기에서의 오실레이터들의 주파수에서의 차이, 도플러 쉬프트, 등등으로 인해 발생할 수 있다. 수신기는 또한 각각의 프레임의 시작에 대하여 검출하기 위해 프레임 동기화를 수행하며, 따라서 수신된 심볼들의 적절한 시퀀스가 복조, 디인터리빙 및 디코딩을 위해 제공될 수 있다.

프레임 동기화를 지원하기 위해, 송신기는 일반적으로 각각의 프레임에 트레이닝 시퀀스를 전송한다. 상기 트레이닝 시퀀스는 파일럿 심볼들을 포함하며, 지정된 서브 대역들을 통해 전송된다. 수신기는 각각의 프레임의 시작에 대하여 검출하기 위해 트레이닝 시퀀스를 처리한다. 트레이닝 시퀀스는 시스템의 효율성을 감소시키는 오버헤드를 표시한다. 또한, 트레이닝 시퀀스에 기초한 검출 성능은 특히 낮은 신호대 잡음비(SNR) 환경에서 견고하지 않다(not robust).

따라서, OFDM 시스템에서 주파수 추정 및 프레임 동기화를 수행하기 위한 기술이 요구된다.

본 명세서에서, OFDM 시스템에서 주파수 에러 추정 및 프레임 동기화를 수행하기 위한 기술들이 설명된다. 상기 기술들은 낮은 SNR 환경들에서 우수한 성능을 제공하며, 수신기에서 검출된 파일럿 전력을 표시하는 메트릭에 기초한다. 메트릭은 파일럿 전력을 검출하기 위해 사용되는 방법에 따라 결정되는 다양한 방식들로 정의될 수 있다. 만약 주파수 에러 추정이 수행되는 경우에, 채널 이득 추정치들이 사용될 수 없다면, 파일럿 전력은 (1) 파일럿 전송을 위해 사용된 파일럿 서브 대역들 각각에 대하여 2개의 OFDM 심볼 주기들에서 획득된 2개의 수신된 심볼들(일반적으로 2개의 연속하는 OFDM 심볼 주기들에 대한 2개의 수신된 심볼들)을 상호상관하고, (2) 모든 파일럿 서브 대역들에 대하여 상기 상관 결과들을 누산하여 결정 통계치를 획득함으로써 검출될 수 있다. 메트릭은 그 후에 결정 통계치에 기초하여 정의된다.

주파수 에러 추정 동안, 수신기에서 서로 다른 가능 주파수 에러들인 다수의 가정된 주파수 에러들 각각에 대하여 메트릭 값이 계산된다. 다수의 가정된 주파수 에러들에 대한 메트릭 값들 사이에서 최대 크기가 식별된다. 상기 식별된 메트릭 값에 대하여 가정된 주파수 에러는 수신기에서 추정된 주파수 에러로서 제공된다.

프레임 동기화를 위해, N_C(예를 들면, 가장 최근의) OFDM 심볼 주기들 동안 획득된 식별된 메트릭 값들을 N_C 예상 값들과 상관함으로써 각각의 OFDM 심볼 주기에 대하여 상관 값이 획득된다. 예상 값들은 메트릭 값들이 계산되는 방식과 일치하는 방식으로 계산된다. 예를 들면, 각각의 파일럿 서브 대역에 대한 파일럿 심볼들이 송신기에 의해 의사 난수(PN) 시퀀스와 스크램블 되고, 메트릭 값들이 수신된 심볼들의 쌍들을 상호-상관하여 획득되면, 예상 값들은 PN 시퀀스 내의 칩들의 쌍들을 상호-상관함으로써 획득된다. 피크 검출은 프레임 동기화를 결정하기 위해 서로 다른 OFDM 심볼 주기들 동안 획득된 상관 값들에 수행된다.

본 발명의 다양한 양상들, 실시예들 및 특징들이 하기에서 더 상세히 설명된다.

본 발명의 특징들 및 특성들은 하기의 도면을 참조로 상세히 설명된다.

도 1은 OFDM 시스템의 송신기 및 수신기를 도시한다.

도 2는 주파수-시간 평면을 사용하여 하나의 프레임에 대한 파일럿 및 데이터 전송을 도시한다.

도 3은 각각의 프레임에 대한 데이터 심볼들을 복원하는 프로세스를 도시한다.

도 4는 프레임 동기화를 위해 M_n 메트릭 값들을 a_n 예상된 값들과 상관하는 것을 도시한다.

도 5는 정수 주파수 에러 추정을 수행하기 위한 프로세스를 도시한다.

도 6은 프레임 동기화를 수행하기 위한 프로세스를 도시한다.

도 7은 수신기에서 OFDM 복조기를 도시한다.

도 8은 OFDM 복조기에 대한 특정 설계를 도시한다.

용어 "예시적인"은 본 명세서에서 "일 예, 경우, 또는 설명으로 제공되는"을 의미하도록 사용된다. 본 명세서에서 "예시적인" 것으로 설명되는 임의의 실시예 또는 설계는 다른 실시예들 또는 설계에 대하여 바람직하거나 유리한 것으로 간주할 필요는 없다.

도 1은 OFDM 시스템(100) 내의 송신기(110) 및 수신기(150)의 블록 다이어그램을 도시한다. 송신기(110)에서, 송신(TX) 데이터 프로세서(120)는 트래픽 데이터(즉, 정보 비트들)를 수신하고, 포맷화 하고, 코딩하여 코딩된 데이터를 획득한다. 코딩은 데이터 전송을 신뢰성을 증가시키고 에러 검출(예를 들면, CRC) 코딩, 순방향 에러 정정(예를 들면, 컨볼루션, 터보 및/또는 블록) 코딩 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 코딩은 일반적으로 고정되거나 가변 길이를 가질 수 있는 각각의 데이터 패킷에 대하여 수행된다. TX 데이터 프로세서(120)는 코딩된 데이터를 인터리빙하여 인터리빙된 데이터를 획득한다. 인터리빙은 해로운 경로 영향들에 대하여 시간 및/또는 주파수 다이버시티를 제공하고, 각각의 데이터 패킷에 대하여 수행될 수 있다. TX 데이터 프로세서(120)는 이후에 하나 또는 그 이상의 변조 방식들(예를 들면, QPSK, M-PSK, M-QAM 등)에 기초하여 인터리빙된 데이터를 변조(즉, 심볼 맵핑)하여 데이터 심볼들을 획득한다. 동일하거나 서로 다른 변조 방식들이 데이터 및 파일럿 심볼들을 위해 사용될 수 있다.

OFDM 변조기(130)는 데이터 및 파일럿 심볼들을 수신하고 처리하여 OFDM 심볼들을 획득한다. OFDM 변조기(130)에 의한 프로세싱은 (1) 데이터 심볼들, 파일럿 심볼들 및 0의 신호 값들을 각각 데이터 서브 대역들, 파일럿 서브 대역들, 및 미사용 서브 대역들로 멀티플렉싱하여 각각의 OFDM 심볼 주기 동안 N_sb 서브 대역들에 대한 N_sb 전송 심볼들을 획득하고, (2) 각각의 OFDM 심볼 주기에 대한 N_sb 전송 심볼들을 N_sb-포인트 IFFT로 변환하여 변환된 심볼을 획득하고, (3) 각각의 변환된 심볼에 순환 전치를 부가하여 상응하는 OFDM 심볼을 형성하는 것을 포함한다. 파일럿 심볼들은 하기에서 설명되는 것과 같이 데이터 심볼들로 멀티플렉싱될 수 있 다. OFDM 변조기(130)는 OFDM 심볼들의 프레임들을 제공하며, 상기 각각의 프레임은 N_sym OFDM 심볼들을 포함하며 정수개의 데이터 패킷들(예를 들면, 1개의 데이터 패킷)과 일치할 수 있다.

송신기 유닛(TMTR;132)은 OFDM 심볼들을 수신하여 하나 또는 그 이상의 아날로그 신호들로 변환하고, 상기 아날로그 신호(들)를 추가 처리(예를 들면, 증폭, 필터링, 주파수 상향 변환)하여 무선 채널을 통한 전송에 적합한 변조 신호를 생성한다. 변조 신호는 안테나(134)를 통해 수신기(150)로 전송된다.

수신기(150)에서, 전송된 신호는 안테나(152)에 의해 수신되어 수신기 유닛(RCVR;154)으로 제공된다. 수신기 유닛(154)은 수신된 신호를 처리(예를 들면, 필터링, 증폭, 주파수 하향 변환)하고, 처리된 신호를 디지털화하여 입력 샘플들의 스트림을 획득한다. OFDM 복조기(160)는 입력 샘플들을 수신하고 처리하여 수신된 심볼들을 획득한다. OFDM 복조기(160)에 의한 처리는 (1) 하기에서 설명되는 것과 같이 입력 샘플들을 사전-처리하고, (2) 각각의 수신된 OFDM 심볼에 부가된 순환 전치를 제거하여 수신된 변환된 심볼을 획득하고, (3) 각각의 수신된 변환된 심볼을 N_sb-포인트 FFT로 변환하여 N_S 서브 대역들에 대한 N_sb 수신된 심볼들을 획득한다. 각각의 OFDM 심볼 주기 동안 N_sb 수신된 심볼들은 데이터 서브 대역들에 대하여 수신된 데이터 심볼들 및 파일럿 서브 대역들에 대하여 수신된 파일럿 심볼들을 포함한다. OFDM 복조기(160)는 또한 수신기에서 주파수 에러를 추정하여 보정하며, 각각의 프레임의 시작에 대하여 검출하고, 데이터 검출을 수행하며, 각각의 프레임에 대하여 검출된 데이터 심볼들의 시퀀스를 제공한다. 수신(RX) 데이터 프로세서(170)는 검출된 데이터 심볼을 복조, 디인터리빙, 및 디코딩하여 디코딩된 데이터를 제공한다. OFDM 복조기(160) 및 RX 데이터 프로세서(170)에 의한 처리는 각각 송신기(110)에서 OFDM 변조기(130) 및 TX 데이터 프로세서(120)에 의해 수행되는 처리와 상호보완적이다.

제어기들(140, 180)은 각각 송신기(110) 및 수신기(150)에 동작을 지시한다. 메모리 유닛들(142, 182)은 각각 제어기들(140, 180)에 의해 사용된 데이터 및 프로그램 코드들의 저장을 제공한다.

도 2는 주파수-시간 평면(200)에서 하나의 프레임에 대한 데이터 및 파일럿 전송을 설명한다. 평면(200)의 수직축은 주파수를 표시하고, 수평축은 시간을 표시한다. N_sb 서브 대역들은 수직축에 1 내지 N_sb의 인덱스들로 할당된다. N_P 서브 대역들은 파일럿 전송을 위해 사용되며, 상기 N_sb≥N_P≥1이다. 파일럿 서브 대역들은 도 2에 음영 처리된 박스들로 표시되고 N_sb 전체 서브 대역들에 분포될 수 있다(예를 들어, 균일하게). 상기 프레임에 대한 N_sym OFDM 심볼들은 수평축에 1 내지 N_sym의 인덱스들로 할당된다. 각각의 OFDM 심볼은 N_sb 서브 대역들에 대한 N_sb 전송 심볼들을 포함한다. 하기의 설명에서, k는 서브 대역 인덱스이고, n은 OFDM 심볼 및 OFDM 심볼 주기에 대한 인덱스이다.

서로 다른 OFDM 시스템들은 도 2에 표시된 다양한 파라미터들에 대하여 서로 다른 값들을 사용할 수 있다. 특정 예로서, 예시적인 OFDM 시스템은 BW_sys=6MHz의 전체 시스템 대역폭을 가지고, N_sb=4086 서브 대역들을 가지는 OFDM 심볼을 사용하며, 파일럿에 대하여 N_P=512 서브 대역들을 할당하고, N_cp=512 칩들의 순환 전치를 사용하고, 1초의 프레임 길이를 갖는다. 상기 시스템에 대하여, 각각의 서브 대역은 BW_sb=1.46KHz(즉, 6.0MHz/4096)의 대역폭을 가지고, 각각의 OFDM 심볼은 N_L=4608 칩들(즉, 4096+512)의 길이를 가지며, 각각의 OFDM 심볼 주기는 768㎲(즉, 4608/6.0×10⁶)의 기간을 가지며, 각각의 프레임은 N_sym=1302 OFDM 심볼들(즉, 1.0/768×10^-6)을 포함한다.

도 2는 파일럿 심볼들이 파일럿 서브 대역들을 통해 전송되고, 데이터 심볼들이 데이터 서브 대역들을 통해 전송되는 주파수 분할 멀티플렉싱(FDM) 파일럿 전송 방식을 도시한다. 파일럿 서브 대역들은 모든 OFDM 심볼 주기들 동안 고정되거나 심볼 주기로부터 심볼 주기로, 프레임으로부터 프레임으로 등등과 같이 변화할 수 있다. 파일럿 전송은 또한 전체 프레임에 대하여 동시에 전송될 수 있거나(도 2에 도시) 몇몇 OFDM 심볼 주기들에서만 전송될 수 있다. 몇몇 경우에서, 파일럿 전송을 위해 사용되는 서브 대역들 및 파일럿이 전송되는 OFDM 심볼 주기들은 송신기 및 수신기 모두에서 선험적으로 공지된다. 간략함을 위해, 하기의 설명은 도 2에 도시된 것과 같이 파일럿이 지정된 파일럿 서브 대역들을 통해 동시에 전송된다고 가정한다.

N_P 파일럿 심볼들의 시퀀스는 하나의 OFDM 심볼 주기 내에 N_P 파일럿 서브 대역들을 통해 전송된다. 파일럿 심볼 시퀀스는 {p(k)}라 표시되고, 각각의 파일럿 서브 대역들에 대하여 하나의 파일럿 심볼을 포함한다. 동일한 파일럿 심볼 시퀀스{p(k)}는 프레임에 대한 N_sym OFDM 심볼 주기들의 각각에서 전송된다.

프레임 동기화를 용이하게 하기 위해, 각각의 파일럿 서브 대역 동안의 파일럿 심볼들은 PN 시퀀스로 스크램블된다. PN 시퀀스는 {b_n}로 표시되고, N_sym PN 칩들을 포함하며, 각각의 PN 칩은 +1 또는 -1이다(즉, b_n∈{1, -1}). 각각의 파일럿 서브 대역에 대하여, 프레임에 대한 N_sym OFDM 심볼 주기들 동안의 N_sym (동일한 값) 파일럿 심볼들은 N_sym PN 칩들이 곱해져서 상기 파일럿 서브 대역들에 대하여 N_sym 스크램블된 파일럿 심볼들을 획득한다. 각각의 OFDM 심볼 주기 동안의 각각의 파일럿 서브 대역에 대하여 스크램블된 파일럿 심볼은 다음과 같이 표현될 수 있다:

k∈P에 대하여, P_n(k)=p(k)ㆍb_n, 식(1)

상기 P_n(k)는 심볼 주기 n내의 파일럿 서브 대역 k에 대하여 스크램블된 파일럿 심볼이고;

P는 N_P 파일럿 서브 대역들의 집합이다.

N_P 스크램블된 파일럿 심볼 시퀀스들은 상기 서브 대역들에 대한 N_P 파일럿 심볼들 및 동일한 PN 시퀀스에 기초하여 N_P 파일럿 서브 대역들에 대하여 획득된다. 스크램블된 파일럿 심볼들은 데이터 심볼들로 멀티플렉싱되고, 처리된 후 전송된다.

수신기에서, 수신된 심볼은 FFT 이후에 다음과 같이 표현될 수 있다.

식(2)

상기 S_n(k)는 심볼 주기 n 내의 서브 대역 k에 대한 전송 심볼이고;

H_n(k)는 심볼 주기 n 내의 서브 대역 k에 대한 복소 채널 이득이고;

N_n(k)는 심볼 주기 n내의 서브 대역 k에 대한 잡음이며;

R_n(k)는 심볼 주기 n내의 서브 대역 k에 대한 수신 심볼이며;

θ는 모든 N_sb 서브 대역들에서 일정한 공지되지 않은 위상 오프셋이고;

f는 추정될 주파수 오프셋(정수개의 서브 대역들에서)이다.

전송 심볼 S_n(k)은 파일럿 심볼 P_n(k) 또는 데이터 심볼 D_n(k)이 될 수 있다.

식(2)은 FFT를 수행하기 전에 부분적인 주파수 에러(즉, 하나의 서브 대역 미만)가 추정되고 보정된다고 가정한다. ±BW_sb/2까지의 부분적인 주파수 에러는 각각의 OFDM 심볼에 부가된 순환 전치에 기초하거나 다른 공지된 기술들을 사용하여 추정될 수 있다. 부분적인 주파수 에러는 서브 대역 간 간섭을 유발하며, 따라서 하기에서 설명되는 것과 같이 FFT를 수행하기 전에 위상 회전기를 사용하여 추정되고 제거된다.

주파수 에러 f는 예를 들면, 서로 다른 송신기 및 수신기 오실레이터 주파수들에 의해 야기될 수 있는 큰 주파수 에러이다. 주파수 에러 f는 정수개의 서브 대역들 내에 존재하며, 이는 그 일부분이 FFT 이전에 보정되기 때문이다. 정수 주파수 에러 f는 전송 심볼 S_n(k)이 서브 대역 k+f을 통해 수신되는 서브 대역 k을 통해 전송되도록 하며, 즉, S_n(k)⇒R_n(k+f)이다. 수신기의 전체 사후-FFT 스펙트럼은 송신기의 사전-IFFT 스펙트럼과 관련하여 k만큼 쉬프트 된다. 정수 주파수 에러는 스펙트럼만을 쉬프트 하며, 서브 대역 간 간섭을 발생하지 않는다. 상기 주파수 에러는 수신기에서 FFT를 수행하기 이전 또는 이후에 제거될 수 있다. 하기의 설명에서, "주파수 에러" 및 "주파수 오프셋"은 상호교환 가능하게 사용되는 동일한 용어이다.

도 3은 프레임에 대한 전송 심볼들 S_n(k)을 복원하기 위한 프로세스(300)의 흐름도를 도시한다. 먼저, 정수 주파수 에러는 하기에서 설명되는 것과 같이 메트릭 M_n(f) 및 수신된 심볼 R_n(k)에 기초하여 추정된다(단계 312). 추정된 정수 주파수 에러

는 그 후에 제거되어 주파수-보정된 심볼들

을 획득하며, 상기 심볼들은 데이터 서브 대역들에 대하여 주파수-보정된 데이터 심볼들

(즉, 수신된 데이터 심볼들) 및 파일럿 서브 대역들에 대하여 주파수-보정된 파일럿 심볼들

(즉, 수신된 파일럿 심볼들)을 포함한다. 프레임 동기화는 또한 동 일한 메트릭 M_n(f) 및 주파수-보정된 파일럿 심볼들에 기초하여 수행된다(단계 316).

정수 주파수 에러 보정 및 프레임 동기화가 수행되면, 채널 이득 H_n(k)은 주파수-보정된 파일럿 심볼들

에 기초하여 추정될 수 있다(단계 318). 데이터 검출은 채널 이득 추정치들

을 사용하여 주파수-보정된 데이터 심볼들

에 수행되어 송신기에 의해 전송된 데이터 심볼들 D_n(k)의 추정치들은 검출된 데이터 심볼들

을 획득한다(단계 320). 프레임에 대하여 검출된 데이터 심볼들의 적절한 시퀀스는 후속 처리를 위해 제공된다(단계 322). 도 3의 단계들은 각각 하기에서 더 상세히 설명된다.

도 3의 단계 312에 대하여, 정수 주파수 에러는 수신기에서 검출된 파일럿 전력의 표시인 메트릭 M_n(f)에 기초하여 추정된다. 메트릭 M_n(f)은 파일럿 전력을 검출하는데 사용된 방법들에 따라 다양한 방식들로 정의될 수 있다. 수신기는 채널 이득 추정치들이 사용가능한지의 여부에 따라 파일럿 전력 검출을 위해 다양한 방법들을 사용할 수 있다. 몇몇 파일럿 전력 검출 방법들이 하기에서 설명된다.

상호-상관 방법은 채널 이득 추정치들이 수신기에서 사용될 수 없는 경우에 수신된 파일럿 전력을 검출하는데 사용될 수 있다. 이는 일반적으로 주파수 에러 추정치 수행되는 경우이다. 상기 방법을 위해, f의 서로 다른 가설들에 대한 결정 통계치는 다음과 같이 표현될 수 있다:

에 대하여,

, 식(3)

상기

는 가설 주파수 에러이고;

는 가설 서브 대역이며, 파일럿 서브 대역 k로부터

만큼 오프셋되고;

는 심볼 주기 내의 가설 서브 대역

에 대한 수신된 심볼이며;

는 심볼 주기 n내의 가설 주파수 에러

에 대한 결정 통계치이고;

F는 계산할 가설 주파수 에러들의 집합, 즉 F={0, ±1 ...±f_max}이고, 상기 f_max는 최대 예상 주파수 에러이며;

"*"는 복소 켤레를 표시한다.

집합 F내의 각각의 가설 주파수 에러들은 수신기에서 서로 다른 가능한 정수 주파수 에러이다.

식(3)에서, 파일럿 서브 대역 k에 대한 파일럿 심볼들은 가설 주파수 에러

만큼 쉬프트 되는 것으로 가정되고, 가설 서브 대역

(파일럿 서브 대역 k에 대신에)에 대하여 수신된 심볼들

및

은 결정 통계치를 위해 사용된다. 식(3)은 2개의 연속하는 OFDM 심볼 주기들에 대하여 2개의 수신된 심볼들 사이의 상호-상관, 즉

을 효율적으로 계산한다. 상기 상호-상관은 아직 사용될 수 없는 채널 이득 추정치를 필요로 하지 않고 무선 채널의 영향을 제거한다. 식(3)은 모든 N_P 파일럿 서브 대역들의 상호-상관 결과치들을 누산하여 가설 주파수 에러

에 대한 결정 통계치

를 획득한다.

식(3)의 지수 항

은 가설 주파수 에러

로 인한 2개의 연속하는 OFDM 심볼들 사이의 위상 차이(즉, 위상 쉬프트)를 설명한다. 서로 다른 가설 주파수 에러들은 서로 다른 위상 쉬프트들을 갖는다. 식(3)은 무선 채널이 거의 일정하거나 2개의 OFDM 심볼 주기들에서 매우 천천히 변화한다고 가정한다. 상기 가정은 일반적으로 대부분의 시스템에 대하여 사실이다. 결정 통계치

의 품질은 무선 채널이 더 신속하게 변화하는 경우에 감소한다.

결정 통계치

는 f의 서로 다른 가설들의 각각에 대하여 계산된다.

에 대하여, 결정 통계치들

의 집합은 집합 F내의 모든 가설 주파수 에러들에 대하여 획득된다.

메트릭은 다음과 같이 정의된다:

식(4)

결정 통계치

는 일반적으로 복소 값이며, 실수부는 메트릭에 대해서만 사용된다.

정수 주파수 에러는 최대 크기의 메트릭을 발생하는 가설 주파수 에러로서 추정될 수 있다. 이는 다음과 같이 표현될 수 있다:

식(5)

상기

는 OFDM 심볼 주기 n에서 결정된 추정된 정수 주파수 에러이다. 메트릭은 파일럿 심볼들이 PN 시퀀스 {a_n}에 의해 스크램블 되기 때문에 양 및 음의 값들 모두를 가질 수 있다. 메트릭의 크기에 따라 스크램블의 영향을 제거한다.

정수 주파수 에러는 한 쌍의 OFDM 심볼들을 사용하여 한 번, 또는 다수 쌍의 OFDM 심볼들을 사용하여 다수 번 추정될 수 있다. 주파수 에러는 일반적으로 천천히 변화하며, 동일한 추정된 정수 주파수 에러는 종종 각각의 OFDM 심볼 쌍에 대하여 획득된다. 정수 주파수 에러의 다수의 추정치들은 불량한 추정치를 검출하고, 추정된 정수 주파수 에러에서 더 큰 신뢰성을 제거하는데 사용될 수 있다. 임의의 경우에서, 하나의 추정된 정수 주파수 에러

는 단계 312 동안 획득된다. 또한, 정수 주파수 에러 추정은 일반적으로 수신기가 송신기로 동조할 때 수행되어야하며, 송신기와 수신기의 오실레이터 주파수들 사이에 큰 차이가 존재한다.

정확한 가설 f에서, 메트릭 M_n(f)은 다음과 같이 표현될 수 있다:

식(6)

상기 v_n(k+f)는 M_n(f)에 대한 잡음 항이며, 다음과 같이 표현될 수 있다:

식(7)

및

를 가지는

. 식(8)

상기 식들(6, 8)에서, a_n는 2개의 연속하는 OFDM 심볼 주기들에 대한 2개의 PN 칩들 b_n 및 b_n-1이며, 상기 PN 시퀀스가 이를 둘러싼다.

부가의 백색 가우시안 잡음(AWGN) 채널에 대하여, 채널 이득 H_n(k+f)은 식(6)으로부터 생략될 수 있다. 상기 경우에, 정확한 가설 f에서 메트릭 M_n(f)의 SNR은 다음과 같이 표현될 수 있다:

식(9)

상기 P_s는 각각의 파일럿 심볼에 대한 송신 전력이고, P_S=E{｜p_k｜²}이며, 상기 E{x}는 x의 예상 값이고;

는 잡음 v_n(k+f)의 분산이고, 상기

;

는 잡음 N_n(k)의 분산이며;

(N_PㆍP_S)² 는 메트릭 M_n(f)의 신호 전력이고;

는 메트릭 M_n(f)의 잡음 전력이고;

SNR_fe는 메트릭 M_n(f)의 SNR이다.

식(9)에서, 비율

은 또한 수신된 데이터 심볼들의 SNR이다. 만약 파일럿 서브 대역들의 수가 상당히 크면, 메트릭 M_n(f)의 SNR은 수신된 데이터 심볼들의 SNR이 낮은 경우에도 높아질 수 있다. 하기에서 N_P=512와 함께 설명되는 예시적인 OFDM 시스템에 대하여, 메트릭 M_n(f)의 SNR은 수신된 데이터 심볼들의 SNR이 0dB일 때 약 27dB이다(즉,

=0dB 일 때

). 따라서 정수 주파수 에러는 낮은 SNR 환경들에서도 메트릭 M_n(f)에 기초하여 신뢰성 있게 추정될 수 있다.

식(3)에서, 지수 항은 가설 주파수 에러

로 인한 위상 보정을 위해 사용된다. 간략화된 결정 통계치

는 하기와 같이 위상 보정 항 없이 정의될 수 있다:

식(10)

메트릭은

로 정의될 수 있다. 정수 주파수 에러는 식(5)에 도시된 것과 같이 추정될 수 있다. 일반적으로,

는 복소 값이고, 크기의 제곱

(크기 대신에)은 식(5)에 대하여 더 용이하게 계산되고 사용될 수 있다.

에 기초하여 정의된 메트릭 M_n(f)의 SNR은

에 기초하여 정의된 메트릭 M_n(f)의 SNR 보다 3dB 불량하다. 상기 SNR의 3dB 강하는 파일럿 서브 대역들의 개수를 2배 하여 보상될 수 있다.

채널 이득 추정치들이 수신기에서 사용가능한 경우에 수신된 파일럿 전력을 검출하기 위해 매칭 필터 방법이 사용될 수 있다. 상기 방법에 대하여, 결정 통계치는 다음과 같이 정의될 수 있다:

에 대하여,

식(11)

상기

는 가설 서브 대역

에 대한 채널 이득 추정치이다. 식(11)에서,

에 의한 곱셈은 무선 채널의 영향을 제거하고,

에 의한 곱셈은 파일럿 심볼에 대한 변조를 제거한다. 메트릭 M_n(f)은 식(4)에 도시된 것과 유사하게 결정 통계치

의 실수부와 동일하게 정의될 수 있고, 즉,

이다. 다른 방법들 또한 수신된 파일럿 전력을 검출하는데 사용될 수 있다. 메트릭은 상기 방법들에 의해 제공된 결정 통계치들에 기초하여 정의된다.

도 3의 단계 314에 대하여, 추정된 정수 주파수 에러

가 제거되어 주파수-보정된 심볼들

을 획득한다. 정수 주파수 에러 보정은 수신기에서 FFT 이전 또는 이후에 수행될 수 있다. 사후-FFT 주파수 에러 보정을 위해, 수신된 심볼들 R_n(k)은

서브 대역들에 의해 간단히 전이되고, 주파수-보정된 심볼들

은 모든 적용가능한 값들 k에 대하여

로 획득된다. 사후-FFT 주파수 에러 보정을 위해, 추정된 정수 주파수 에러

는 전체 주파수 에러를 획득하기 위하여 부분적인 주파수 에러와 결합할 수 있다. 입력 샘플들은 그 후에 전체 주파수 에러에 의해 위상 회전될 수 있고, FFT는 위상 회전된 샘플들에 수행된다. 수신기 오실레이터의 주파수는 추정된 주파수 에러

를 보정하기 위해 위상-고정 루프(PLL)에 의해 조절될 수 있다.

도 3의 단계 316에 대하여, 프레임 동기화는 (1) 주파수 에러 추정을 위해 사용된 동일한 메트릭 M_n(f) 및 (2) 주파수 보정된 파일럿 심볼들

에 기초하여 수행된다. 단계 312의 주파수 에러 추정은 각각의 OFDM 심볼 주기 n에 대하여 최대 메트릭 값 M_n을 제공하며, 다음과 같이 표현될 수 있다:

식(12)

상기

는

또는

에 기초하여 정의될 수 있다. 간략화된 결정 통계치

는 정수 주파수 에러가 FFT를 수행하기 전에 보정되는 경우에 사용될 수 있다. M_n 메트릭 값들은 주파수 에러 추정에 의해 주파수-보정된 파일럿 심볼들에 기초하여 획득된다.

M_n 및 a_n 값들 사이의 상호-상관은 각각의 OFDM 심볼 주기에 대하여 수행되며, 하기와 같다:

식(13)

상기 N_C는 상관 길이이며, 상기 N_L≥N_C≥1이고;

C_n은 (1) N_C 가장 최근의 OFDM 심볼 주기들에 대한 M_n 값들과 (2) 각각의 프레임 내에서 제 1의 N_C OFDM 심볼 주기들에 대한 a_n 값들 사이의 상호-상관 결과이다.

도 4는 M_n 및 a_n 값들 사이의 상관을 설명한다. 하나의 프레임에 대하여 제 1 N_C a_n 값들을 갖는 절단된 시퀀스는 도 4의 상부에 도시되고, 1 내지 N_C의 인덱스들이 제공된다. N_C+1 가장 최근의 M_n 값들을 가지는 시퀀스는 도 4의 중간에 도시되고 n-N_C 내지 n의 인덱스들이 제공된다. 각각의 OFDM 심볼 주기 n에 대하여, 하나의 C_n 상관 값은 절단된 a_n 시퀀스를 OFDM 심볼 주기에 대한 M_n 시퀀스와 상관함으로써 획득된다. M_n 시퀀스는 새로운 M_n 값이 다음 OFDM 심볼 주기 동안 획득될 때 왼쪽으로 쉬프트된다. a_n 시퀀스는 고정된다.

a_n 값들은 M_n 값들에 대한 예상 값들이다. 전술된 실시예에 대하여, a_n 값들은 M_n 값들이 2개의 PN 칩들 b_n 및 b_n-1로 스크램블된 2개의 연속하는 수신 파일럿 심볼들을 상관하여 획득되기 때문에, a_n=b_nㆍb_n-1로 정의된다. 상기 실시예에 대하여, 프레임 동기화의 개선된 성능은 PN 시퀀스 {b_n}가 {a_n} 또한 PN 시퀀스가 되도록 정의되는 경우에만 달성될 수 있다. 특히, {a_n} 시퀀스 및 그 쉬프트된 버전들 사이의 상호-상관은 2개의 시퀀스들이 정렬되는 경우를 제외하고 0 또는 낮은 값이 되어야 한다. M_n 값들이 식(11)에 도시된 결정 통계치에 기초하여 획득되는 실시예에 대하여, a_n 값들은 단지 PN 시퀀스에 대한 b_n 값들과 동일하다. 일반적으로, a_n 값들은 M_n 값들이 획득되는 방식에 따라 결정된다.

피크 검출은 프레임의 시작을 결정하기 위해 서로 다른 OFDM 심볼 주기들에 대하여 획득된 C_n 상관 값들에 수행된다. 상관 피크는 M_n 값들이 a_n 값들과 함께 정렬되는 경우에 나타난다. 피크 검출은 다양한 방식들로 수행될 수 있다. 예를 들어, 각각의 OFDM 심볼 주기에 대한 C_n 상관 값은 임계값과 비교될 수 있고, 상관 피크는 상관 값이 임계값을 초과할 때마다 선언될 수 있다. 또 다른 예로서, 상관 피크는 C_n 상관 값이 평균을 초과하거나 다음의 더 높은 상관 값을 일정 양만큼 초과할 때마다 선언될 수 있다.

프레임 동기화는 또한 프레임의 종료 및 프레임의 몇몇 다른 부분을 검출하기 위해 수행될 수 있다. 이는 검출될 프레임의 일부분에 상응하는 a_n 값들의 시퀀스의 서로 다른 부분을 선택함으로써 달성될 수 있다. 일반적으로, 상관은 (1) 현재의 OFDM 심볼 주기 n에 의해 표시된 N_C OFDM 심볼 주기들 동안의 M_n 값들과 (2) 지정된 OFDM 심볼 주기 및 프레임의 일부분에서의 M_n 값들에 대한 a_n 예상 값들 사이에 수행된다.

AWGN 채널에 대하여, M_n 및 a_n 사이의 상관은 피크에서 C_n 상관 값의 SNR에서 N_C(상관 길이)의 이득을 제공한다. 따라서, 프레임 동기화의 견고한 검출은 불량한 SNR 환경들에서도 가능하다. 상관 길이 N_C는 다양한 인자들에 기초하여 선택될 수 있다. N_C에 대한 더 큰 값은 프레임 검출시 SNR에서 더 큰 이득 및 더 큰 신뢰성을 제공한다. 그러나 N_C의 더 큰 값을 위한 M_n값들을 저장하는데 더 많은 메모리가 요구된다.

프레임 동기화를 위한 처리를 간략화하기 위해, M_n 값들은 L 비트들로 양자화될 수 있고, 상기 L≥1이다. 예를 들어, M_n 값들은 상기 값들에 연판정(hard decision)을 수행하여 1 비트로 양자화될 수 있다. 양자화된 M_n 값들(

로 표시)은 식(13)에 도시된 것과 같이 a_n 값들과 상관될 수 있다.

만약 파일럿 심볼들이 전술된 것과 같이 PN 시퀀스들과 스크램블 되면, 파일럿 심볼들은 프레임 동기화가 수행될 때까지 복원될 수 없고, 프레임의 시작은 공지된다. 주파수-상관된 파일럿 심볼들

은 그 후에 상기 심볼들을 PN 시퀀스의 켤레 복소수와 곱하여 디스크램블 될 수 있다. 채널 이득 H_n(k)은 디스크램블된 파일럿 심볼들에 기초하여 추정될 수 있다.

도 3의 단계 320에 대하여, 데이터 검출은 하기와 같이 주파수-상관된 데이 터 심볼들

에 수행된다:

식(14)

상기

는 심볼 주기 n내의 서브 대역 k에 대한 채널 이득 추정치이고;

는 심볼 주기 n내의 서브 대역 k에 대한 검출된 데이터 심볼들이다.

데이터 검출은 공지된 것과 같이 다른 방식들로 수행될 수 있다. 프레임에 대하여 검출된 데이터 심볼들은 후속 처리를 위해 하나의 시퀀스로 제공된다.

도 5는 OFDM 시스템의 수신기에서 정수 주파수 에러 추정을 수행하기 위한 프로세스(500)의 흐름도를 도시한다. 프로세스(500)는 도 3의 단계 312를 위해 사용될 수 있다.

먼저, 메트릭 M_n(f)에 대한 값은 수신된 심볼들에 기초하여 다수의 가설 주파수 에러들 각각에 대하여 계산된다(단계 510). 이는 계산을 위해 가설 주파수 에러

를 선택함으로써 달성된다(단계 512). 각각의 파일럿 서브 대역 k에 대하여, 파일럿 서브 대역 k으로부터

만큼 오프셋된 가설 서브 대역

을 통해 2개의 연속하는 OFDM 심볼 주기들 내에 획득된 2개의 수신 심볼들 사이에 상호-상관이 수행된다. 위상 보정 항은 식(3) 및 식(10)에 도시된 것과 같이 상호-상관에 포함될 수 없다. 모든 파일럿 서브 대역들에 대한 상호-상관 결과들은 가설 주파수 에러

에 대한 결정 통계치

또는

를 획득하도록 누산된다(단계 516). 만약 모든 가설 주파수 에러들이 계산되지 않으면(단계 518에서 결정된 것과 같이), 프로세스는 단계 512로 복귀하여 계산을 위한 또 다른 가설 주파수 에러를 선택한다. 그렇지 않으면, 메트릭 값들의 집합이 계산된 모든 가설 주파수 에러들에 대하여 획득된 결정 통계치들의 집합으로부터 획득된다(단계 520). 메트릭은 결정 통계치의 실수부 또는 전체 결정 통계치가 될 수 있다.

주파수 에러는 메트릭 값들의 집합에 기초하여 추정된다(블록 530). 이는 각각의 메트릭 값의 크기(또는 크기의 제곱)를 계산하여 달성된다. 집합 내에서 가장 큰 크기(또는 가장 큰 제곱 크기)를 가지는 메트릭 값이 식별된다(단계 532). 상기 식별된 메트릭 값에 대한 가설 주파수 에러는 추정된 정수 주파수 에러로서 제공된다(단계 534).

정수 주파수 에러 추정은 일반적으로 예를 들어 수신기가 송신기로 동조할 때 또는 긴 비활성 주기 이후의 데이터 전송의 시작시에 한번 수행되어야 한다. 이후에, 부분적인 주파수 에러를 추정하여 탐지하는데 사용된 메커니즘은 수신기에서 주파수 고정을 유지하는데 사용될 수 있다.

도 6은 OFDM 시스템의 수신기에서 주파수 동기화를 수행하기 위한 프로세스(600)의 흐름도를 도시한다. 프로세스(600)는 도 3의 단계 316을 위해 사용될 수 있다.

먼저, 메트릭 값 M_n 은 전술된 것과 같이 각각의 파일럿 서브 대역을 통해 2개의 연속하는 OFDM 심볼 주기들에서 획득된 2개의 수신 심볼들 사이의 상호-상관에 기초하여 각각의 OFDM 심볼 주기 동안 계산된다(단계 612). 메트릭 값 M_n은 정수 주파수 에러 f가 추정되어 사전-FFT 또는 사후-FFT를 제거한 후에 획득된다. 각각의 OFDM 심볼 주기 동안, N_C(예를 들어, 가장 최근의) OFDM 심볼 주기들 동안 M_n 값들의 시퀀스는 a_n 값들의 시퀀스와 상관되어 식(13)에 도시된 것과 같이 OFDM 심볼 주기 동안의 C_n 상관 값을 획득한다(단계 614). a_n 값들은 적절한 시간 정렬에서 M_n 값들에 대하여 예상된 값들이다. 피크 검출은 서로 다른 OFDM 심볼 주기들 동안 획득된 상관 값들에 수행된다(단계 616). 프레임 동기화는 상관 피크가 검출될 때 선언된다(단계 618). 검출된 상관 피크는 상관을 위해 사용된 a_n 값들의 시퀀스에 따라 하나의 프레임 또는 프레임의 몇몇 다른 부분의 시작과 일치할 수 있다.

프레임 동기화는 예를 들면, 각각의 프레임에 대하여 연속적인 기준으로 수행될 수 있다. 프레임 동기화는 또한 각각의 데이터 버스트의 시작에서 요구되는 바에 따라 수행될 수 있다.

도 7은 도 1의 수신기(150)에서 OFDM 복조기(160)의 일 실시예의 블록 다이어그램을 도시한다. 사전-프로세서(710)는 수신기 유닛(154)으로부터 입력 샘플들을 수신한 후 처리하여 사전-처리된 샘플들을 제공한다. 사전-프로세서(710)는 하기에 설명된 것과 같이 샘플 레이트 변환, 부분적이고 가능하면 정수인 주파수 보정, 순환 전치 제거 등등을 수행할 수 있다. FFT 유닛(720)은 각각의 수신된 OFDM 심볼에 대하여 사전 처리된 샘플들에 FFT를 수행하여 수신된 심볼들 R_n(k)을 획득한다.

메트릭 계산 유닛/주파수 에러 추정기(750)는 전술된 것과 같이 메트릭 M_n(f) 및 수신 심볼들 R_n(k)에 기초하여 수신기(150)에서 정수 주파수 에러를 추정한다. 유닛(750)은 사전-프로세서(710) 또는 주파수 보정 유닛(730)에 추정된 정수 주파수 에러

를 제공한다. 사전-프로세서(710)는 사전-FFT 정수 주파수 보정을 수행할 수 있고, 주파수 보정 유닛(730)은 사후-FFT 정수 주파수 보정을 수행할 수 있다. 프레임 동기화 유닛(760)은 메트릭 계산 유닛(750)으로부터 M_n 메트릭 값들을 수신하여 상기 메트릭 값들에 기초한 프레임 동기화를 수행하며, 프레임 동기 신호를 채널 추정기(700)에 제공한다. 프레임 동기 신호는 각각의 프레임의 시작을 표시한다.

프레임 보정 유닛(730)은 데이터 검출기(740)에 주파수-보정된 데이터 심볼들

을 제공하고, 채널 추정기(770)에 주파수-보정된 파일럿 심볼들

을 제공한다. 채널 추정기(770)는 프레임 동기 신호에 기초하여 주파수-보정된 파일럿 심볼들을 디스크램블 하고, 디스크램블된 파일럿 신호들에 기초하여 채널 이득을 추정하며, 채널 이득 추정치

를 데이터 검출기(740)에 제공한다. 데이터 검출기(740)는 식(14)에 도시된 것과 같이 채널 이득 추정치들을 가지는 주파수-보정된 데이터 심볼들에 데이터 검출을 수행하며, 검출된 데이터 심볼들

을 제공한다.

도 8은 OFDM 복조기(160)의 특정 설계의 블록 다이어그램을 도시한다. 사전-프로세서(710) 내에서, 샘플 레이트 변환기(810)는 입력 샘플들을 수신하여 (샘플링 레이트에서) 보간된 샘플들로 (칩 레이트에서) 변환한다. 칩 레이트는 송신기에서 OFDM 심볼들을 생성하는 칩들의 레이트를 지칭한다. 샘플링 레이트는 수신된 신호를 디지털화하기 위해 수신기 유닛(154)에 의해 사용된 레이트를 지칭한다. 샘플링 레이트는 일반적으로 수신기에서 필터링을 간략화하기 위해 칩 레이트 보다 더 높게 선택된다. 시간 동기포착 유닛(812)은 수신된 OFDM 심볼들의 타이밍을 동기 포착하고(예를 들면, 순환 전치에 기초하여), 수신된 OFDM 심볼들의 경계들을 결정하며, OFDM 복조기(160; 간략함을 위해 도 8에는 도시되지 않음)내의 다른 처리 유닛들에 타이밍 신호들을 제공한다. 부분 주파수 에러 검출기(814)는 보간된 샘플들 내의 순환 전치에 기초하여 수신기에서 부분적인 주파수 에러를 추정한다. 위상 회전기(816)는 보간된 샘플들에 부분 주파수 에러 보정을 적용하여 주파수-보정된 샘플들을 제공한다. 순환 전치 제거 유닛(818)은 송신기에 의해 각각의 OFDM 심볼에 부가된 순환 전치를 제거하여 사전-처리된 샘플들을 제공한다.

도 8에 도시된 실시예를 위해, 메트릭 계산 유닛/주파수 에러 추정기(750)는 상호-상관 방법에 기초하여 정의된 메트릭을 사용한다. 유닛(750) 내에서, 상관기(850)는 가설 서브 대역

을 통해 2개의 연속하는 OFDM 심볼 주기들에서 획득된 수신된 심볼들의 부분들에 상호-상관을 수행한다. 각각의 가설 주파수 에러

에 대하여, 상호-상관은 파일럿 서브 대역들 각각을 위해 수행되고, 가설 주파수 에러

를 위해 위상 보정을 수행할 수 있거나 수행할 수 없다. 상관기/사후-처리 유닛(852)은 각각의 가설 주파수 에러에 대한 모든 서브 대역들의 상관 결과들을 누산하여 상기 가설에 대한 결정 통계치

를 획득한다. 유닛(852)은 결정 통계치

의 실수부 또는 전체 결정 통계치

에 기초하여 각각의 가설 주파수 에러에 대한 메트릭 값

을 제공한다. 상관기(850) 및 누산기(852)는 메트릭 계산 유닛을 형성한다. 크기 검출기(854)는 각각의 OFDM 심볼 주기 동안 최대 크기를 가지는 메트릭 값

을 검출한다. 검출기(854)는 (1) 추정된 주파수 에러

를 주파수 보정 유닛(730) 및 부분 주파수 에러 검출기(814)에 제공하고, M_n 메트릭 값들을 프레임 동기화 유닛(760)으로 제공한다.

도 8에 도시된 실시예에 대하여, 프레임 동기화 유닛(760) 내의 상관기(860)는 M_n 메트릭 값들을 a_n 값들과 상관하여 각각의 OFDM 심볼 주기에 대한 상관 값 C_n을 제공한다. 피크 검출기(86)는 서로 다른 OFDM 심볼 주기들에 대한 C_n 상관 값들에 피크 검출을 수행하여 프레임 동기 신호를 제공한다.

명확함을 위해, 주파수 에러 추정 및 프레임 동기화 모두가 예시적인 OFDM 시스템에 대하여 설명되었다. 일반적으로, 전술된 주파수 에러 추정 기술은 프레임 동기화와 독립적으로 사용될 수 있다. 또한, 전술된 프레임 동기화 기술들은 다양한 방식들로 달성될 수 있는 주파수 에러 추정과 독립적으로 사용될 수 있다. 본 명세서에 개시된 주파수 에러 추정 기술들 또는 프레임 동기화 기술들 또는 상기 기술들 모두는 그 설계에 따라 수신기에서 사용될 수 있다.

전술된 파일럿 전송 방식은 주파수 에러 추정과 프레임 동기화 모두를 지원한다. 다른 파일럿 전송 방식들이 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 파일럿 심볼들은 서로 다른 OFDM 심볼 주기들 내에서 서로 다른 서브 대역들을 통해 불연속 방식(즉, 지정된 OFDM 심볼 주기들에서만) 전송될 수 있다. 파일럿 심볼들은 주파수 에러 추정을 위해 PN 시퀀스와 스크램블 되어야 할 필요는 없다. 메트릭은 OFDM 시스템에 의해 사용된 파일럿 전송 방식과 일치하고 상응하는 방식으로 정의된다.

전술된 주파수 에러 추정 및 프레임 동기화 기술들은 다양한 수단들에 의해 구현된다. 예를 들어, 상기 기술들은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합에서 구현될 수 있다. 하드웨어 구현을 위해, 주파수 에러 추정 및/또는 프레임 동기화를 수행하는데 사용된 프로세싱 유닛들은 하나 또는 그 이상의 애플리케이션용 집적 회로들(ASICs), 프로그램가능한 로직 디바이스들(PLDs), 현장 프로그램 가능 게이트 어레이들(FPGAs), 프로세서들, 제어기들, 마이크로-제어기들, 마이크로 프로세서들, 본 명세서에 개시된 기능들을 수행하도록 설계된 다른 전자 유닛들 또는 이들의 조합에서 구현될 수 있다.

소프트웨어 구현을 위해, 주파수 에러 추정 및 프레임 동기화 기술들은 본 명세서에 개시된 기능들을 수행하는 모듈들(예를 들면, 절차들, 기능들 등등)로 수행될 수 있다. 소프트웨어 코드들은 메모리 유닛(예를 들면, 도 1의 메모리 유닛(182))에 저장될 수 있고, 프로세서(예를 들면, 제어기(180))에 의해 실행될 수 있다. 메모리 유닛은 프로세서 내부 또는 외부에 구현될 수 있고, 상기 경우에 공지된 것과 같은 다양한 수단들을 사용하여 프로세서에 통신가능하게 접속될 수 있다.

개시된 실시예들의 전술된 설명은 당업자가 본 발명의 수행 및 사용할 수 있도록 제공된다. 상기 실시예들에 대한 다양한 변경들이 당업자에게 명백하며, 본 명세서에 개시된 일반적인 원칙들은 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않고 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 전술된 실시예들에 제한되는 것이 아니라 첨부된 청구항들에 의해 제한된다.

Claims

직교 주파수 분할 멀티플렉싱(OFDM) 통신 시스템의 수신기에서 주파수 에러 추정 및 프레임 동기화를 수행하는 방법으로서,

상기 수신기에서 수신된 심볼들 및 검출된 파일럿 전력을 표시하는 메트릭(metric)에 기초하여 주파수 에러를 추정하는 단계;

주파수 보정된 파일럿 심볼들을 획득하기 위해 상기 추정된 주파수 에러를 제거하는 단계; 및

상기 메트릭 및 상기 주파수 보정된 파일럿 심볼들에 기초하여 프레임 동기화를 수행하는 단계를 포함하는, 주파수 에러 추정 및 프레임 동기화 방법.
제 1항에 있어서,

상기 메트릭은 2개의 심볼 주기들에 대한 2개의 수신된 심볼들 사이의 상호-상관에 기초하는 것을 특징으로 하는 주파수 에러 추정 및 프레임 동기화 방법.
제 1항에 있어서,

상기 메트릭은 수신된 심볼들의 채널 이득 추정치들과의 매칭 필터링에 기초하는 것을 특징으로 하는 주파수 에러 추정 및 프레임 동기화 방법.
제 1항에 있어서,

상기 주파수 에러를 추정하는 단계는,

다수의 가설(hypothesized) 주파수 에러들 각각에 대하여, 상기 수신된 심볼들을 기초로 상기 메트릭에 대한 값을 계산하는 단계 - 상기 가설 주파수 에러들 각각은 상기 수신기에서 서로 다른 가능한 주파수 에러에 상응하고, 상기 다수의 가설 주파수 에러들에 대하여 다수의 메트릭 값들이 획득됨 -,

상기 다수의 메트릭 값들 사이에서 최대 크기를 가지는 메트릭 값을 식별하는 단계, 및

상기 식별된 메트릭 값에 대한 가설 주파수 에러를 상기 추정된 주파수 에러로서 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 에러 추정 및 프레임 동기화 방법.
제 1항에 있어서,

상기 프레임 동기화를 수행하는 단계는,

현재 심볼 주기를 포함하는 하나 또는 그 이상의 심볼 주기들에서 획득된 주파수-보정된 파일럿 심볼들에 기초하여 상기 현재 심볼 주기에 대한 메트릭 값을 계산하는 단계,

상기 현재 심볼 주기에 대한 상관 값을 획득하기 위해 상기 현재 심볼 주기로 표시된 다수의 심볼 주기들에 대해 획득된 다수의 메트릭 값들을 다수의 예상 값들과 상관시키는 단계 - 상기 다수의 예상 값들은 지정된 심볼 주기에서 상기 다수의 메트릭 값들에 대한 예상 값들임 -, 및

프레임 동기화를 결정하기 위해 서로 다른 심볼 주기들에 대해 획득된 상관 값들에 피크 검출을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 에러 추정 및 프레임 동기화 방법.
제 1항에 있어서,

디스크램블된 파일럿 심볼들을 획득하기 위해 상기 주파수-보정된 파일럿 심볼들을 의사-난수(PN) 시퀀스로 디스크램블 하는 단계 - 상기 PN 시퀀스는 상기 프레임 동기화에 기초하여 정렬됨 - ; 및

상기 디스크램블된 파일럿 심볼들에 기초하여 채널 이득을 추정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 에러 추정 및 프레임 동기화 방법.
제 6항에 있어서,

검출된 데이터 심볼들을 획득하기 위해 채널 이득 추정치들을 사용하여 주파수-보정된 데이터 심볼들에 대한 데이터 검출을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 에러 추정 및 프레임 동기화 방법.
제 1항에 있어서,

상기 추정된 주파수 에러는 상기 수신된 심볼들을 획득하기 위해 고속 푸리에 변환(FFT)을 수행하기 전에 시간-영역 샘플들을 회전시킴으로써 제거되는 것을 특징으로 하는 주파수 에러 추정 및 프레임 동기화 방법.
제 1항에 있어서,

상기 추정된 주파수 에러는 서브 대역 인덱스들을 상기 추정된 주파수 에러만큼 쉬프트 함으로써 제거되는 것을 특징으로 하는 주파수 에러 추정 및 프레임 동기화 방법.
직교 주파수 분할 멀티플렉싱(OFDM) 통신 시스템의 수신기 장치로서,

상기 수신기 장치에서 검출된 파일럿 전력을 표시하는 메트릭 및 수신된 심볼들에 기초하여 주파수 에러를 추정하도록 동작하는 주파수 에러 추정기;

주파수 보정된 파일럿 심볼들을 획득하기 위해 상기 추정된 주파수 에러를 제거하도록 동작하는 주파수 보정 유닛; 및

상기 메트릭 및 상기 주파수 보정된 파일럿 심볼들에 기초하여 프레임 동기화를 수행하도록 동작하는 프레임 동기화 유닛을 포함하는, 수신기 장치.
직교 주파수 분할 멀티플렉싱(OFDM) 통신 시스템의 수신기 장치로서,

상기 수신기 장치에서 검출된 파일럿 전력을 표시하는 메트릭 및 수신된 심볼들에 기초하여 주파수 에러를 추정하는 수단;

주파수 보정된 파일럿 심볼들을 획득하기 위해 상기 추정된 주파수 에러를 제거하는 수단; 및

상기 메트릭 및 상기 주파수 보정된 파일럿 심볼들에 기초하여 프레임 동기화를 수행하는 수단을 포함하는, 수신기 장치.
직교 주파수 분할 멀티플렉싱(OFDM) 통신 시스템의 수신기에서 주파수 에러 추정을 수행하는 방법으로서,

다수의 가설 주파수 에러들 각각에 대하여, 수신된 심볼들을 기초로 메트릭에 대한 값을 계산하는 단계 - 상기 메트릭은 검출된 파일럿 전력을 표시하고, 상기 가설 주파수 에러들 각각은 상기 수신기에서 서로 다른 가능한 주파수 에러에 상응하며, 상기 다수의 가설 주파수 에러들에 대하여 다수의 메트릭 값들이 획득됨 -; 및

상기 수신기에서 상기 다수의 메트릭 값들에 기초하여 상기 주파수 에러를 추정하는 단계를 포함하는, 주파수 에러 추정 방법.
제 12항에 있어서,

상기 메트릭은 상기 2개의 심볼 주기들에 대한 2개의 수신된 심볼들 사이의 상호-상관에 기초하여 정의되는 것을 특징으로 하는 주파수 에러 추정 방법.
제 13항에 있어서,

상기 각각의 가설 주파수 에러에 대한 메트릭 값은,

파일럿 전송에 사용된 다수의 파일럿 서브 대역들 각각에 대하여, 상기 파일럿 서브 대역으로부터 상기 가설 주파수 에러만큼 오프셋된 가설 서브 대역에 대해 2개의 심볼 주기들 내에 획득된 2개의 수신 심볼들 사이의 상호-상관을 계산하고,

결정 통계치를 획득하기 위해 상기 다수의 파일럿 서브 대역들에 대한 상기 상호-상관의 결과들을 합산하고,

상기 결정 통계치에 기초하여 상기 가설 주파수 에러에 대한 메트릭 값을 유도함으로써 계산되는 것을 특징으로 하는 주파수 에러 추정 방법.
제 13항에 있어서,

상기 가설 주파수 에러에 대한 2개의 수신 심볼들 사이의 상호-상관은 상기 가설 주파수 에러로 인한 상기 2개의 수신 심볼들 사이의 위상 차이를 고려하는 것을 특징으로 하는 주파수 에러 추정 방법.
제 12항에 있어서,

상기 메트릭은 매칭 필터링된 심볼들에 기초하여 정의되는 것을 특징으로 하는 주파수 에러 추정 방법.
제 16항에 있어서,

상기 각각의 가설 주파수 에러에 대한 메트릭 값은,

파일럿 전송에 사용된 다수의 파일럿 서브 대역들 각각에 대하여, 상기 파일럿 서브 대역에 대하여 매칭 필터링된 심볼을 획득하기 위해 가설 서브 대역에 대한 채널 이득 추정치를 상기 파일럿 서브 대역으로부터 상기 가설 주파수 에러만큼 오프셋된 가설 서브 대역에 대한 수신된 심볼들과 곱하고,

결정 통계치를 획득하기 위해 상기 다수의 파일럿 서브 대역들에 대한 매칭 필터링된 심볼들을 합산하고,

상기 결정 통계치에 기초하여 상기 가설 주파수 에러에 대한 메트릭 값을 유도함으로써 계산되는 것을 특징으로 하는 주파수 에러 추정 방법.
제 12항에 있어서,

상기 주파수 에러를 추정하는 단계는,

상기 다수의 메트릭 값들 사이에서 최대 크기를 가지는 메트릭 값을 식별하는 단계, 및

상기 식별된 메트릭 값에 대한 가설 주파수 에러를 상기 수신기에 대한 추정된 주파수 에러로서 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 에러 추정 방법.
직교 주파수 분할 멀티플렉싱(OFDM) 통신 시스템의 수신기 장치로서,

다수의 가설 주파수 에러들 각각에 대하여, 수신된 심볼들을 기초로 메트릭에 대한 값을 계산하도록 동작하는 상관 유닛 - 상기 메트릭은 검출된 파일럿 전력을 표시하고, 상기 가설 주파수 에러들 각각은 상기 수신기에서 서로 다른 가능한 주파수 에러에 상응하며, 상기 다수의 가설 주파수 에러들에 대하여 다수의 메트릭 값들이 획득됨 -; 및

상기 수신기 장치에서 상기 다수의 메트릭 값들에 기초하여 상기 주파수 에러를 추정하도록 동작하는 검출기를 포함하는, 수신기 장치.
제 19항에 있어서,

상기 상관 유닛은 각각의 가설 주파수 에러에 대하여,

파일럿 전송에 사용된 다수의 파일럿 서브 대역들 각각에 대하여, 상기 파일럿 서브 대역으로부터 상기 가설 주파수 에러만큼 오프셋된 가설 서브 대역에 대해 2개의 심볼 주기들 내에 획득된 2개의 수신 심볼들 사이의 상호-상관을 계산하고,

결정 통계치를 획득하기 위해 상기 다수의 파일럿 서브 대역들에 대한 상기 상호-상관의 결과들을 합산하고,

상기 결정 통계치에 기초하여 상기 가설 주파수 에러에 대한 상기 메트릭 값을 유도하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 수신기 장치.
직교 주파수 분할 멀티플렉싱(OFDM) 통신 시스템의 수신기 장치로서,

다수의 가설 주파수 에러들 각각에 대하여, 수신된 심볼들을 기초로 메트릭에 대한 값을 계산하는 수단 - 상기 메트릭은 검출된 파일럿 전력을 표시하고, 상기 가설 주파수 에러들 각각은 상기 수신기 장치에서 서로 다른 가능한 주파수 에러에 상응하며, 상기 다수의 가설 주파수 에러들에 대하여 다수의 메트릭 값들이 획득됨 -; 및

상기 수신기 장치에서 상기 다수의 메트릭 값들에 기초하여 상기 주파수 에러를 추정하는 수단을 포함하는, 수신기 장치.
컴퓨터 판독 가능 매체로서,

다수의 가설 주파수 에러들 각각에 대하여, 수신된 심볼들을 기초로 메트릭에 대한 값을 계산하도록 동작할 수 있고 - 상기 메트릭은 검출된 파일럿 전력을 표시하고, 상기 가설 주파수 에러들 각각은 상기 수신기 장치에서 서로 다른 가능한 주파수 에러에 상응하며, 상기 다수의 가설 주파수 에러들에 대하여 다수의 메트릭 값들이 획득됨 -;

상기 수신기에서 상기 다수의 메트릭 값들에 기초하여 상기 주파수 에러를 추정하도록 동작할 수 있는 프로그램 명령들을 저장하는, 컴퓨터 판독 가능 매체.
직교 주파수 분할 멀티플렉싱(OFDM) 통신 시스템의 수신기에서 프레임 동기화를 수행하는 방법으로서,

현재 심볼 주기를 포함하는 하나 또는 그 이상의 심볼 주기들에 대해 수신된 파일럿 심볼들에 기초하여 상기 현재 심볼 주기에 대한 메트릭 값을 계산하는 단계 - 상기 메트릭은 검출된 파일럿 전력을 표시함 -;

상기 현재 심볼 주기에 대한 상관 값을 획득하기 위해 상기 현재 심볼 주기로 표시된 다수의 심볼 주기들에 대해 획득된 다수의 메트릭 값들을 다수의 예상 값들과 상관시키는 단계 - 상기 다수의 예상 값들은 지정된 심볼 주기에서 상기 다수의 메트릭 값들에 대한 예상 값들임 -; 및

프레임 동기화를 결정하기 위해 서로 다른 심볼 주기들에 대해 획득된 상관 값들에 피크 검출을 수행하는 단계를 포함하는, 프레임 동기화 방법.
제 23항에 있어서,

상기 수신기에서 추정된 주파수 에러를 획득하기 위해 주파수 에러 추정을 수행하는 단계를 더 포함하며, 상기 현재 심볼 주기에 대한 메트릭 값은 상기 추정된 주파수 에러를 설명하는 것을 특징으로 하는 프레임 동기화 방법.
제 23항에 있어서,

상기 피크 검출은,

상기 현재 심볼 주기에 대한 상관 값을 임계값과 비교하고,

상기 상관 값이 상기 임계값보다 큰 경우에 프레임 동기화를 선언함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 프레임 동기화 방법.
제 23항에 있어서,

상기 현재 심볼 주기에 대한 메트릭 값은 상기 현재 심볼 주기에 대해 수신된 파일럿 심볼들과 이전 심볼 주기에 대해 수신된 파일럿 심볼들 사이의 상호-상관을 기초로 획득되는 것을 특징으로 하는 프레임 동기화 방법.
제 23항에 있어서,

상기 파일럿 전송에 사용된 다수의 파일럿 서브 대역들 각각에 대하여, 상기 파일럿 서브 대역에 대한 파일럿 심볼들은 전송 전에 의사-난수(PN) 시퀀스로 스크램블되는 것을 특징으로 하는 프레임 동기화 방법.
제 27항에 있어서,

상기 다수의 예상 값들 각각은 상기 PN 시퀀스에서 칩들의 개별 쌍을 상호-상관함으로써 획득되는 것을 특징으로 하는 프레임 동기화 방법.
직교 주파수 분할 멀티플렉싱(OFDM) 통신 시스템의 수신기 장치로서,

현재 심볼 주기를 포함하는 하나 또는 그 이상의 심볼 주기들에 대해 수신된 파일럿 심볼들에 기초하여 상기 현재 심볼 주기에 대한 메트릭 값을 계산하도록 동작하는 메트릭 계산 유닛 - 상기 메트릭은 검출된 파일럿 전력을 표시함 -;

상기 현재 심볼 주기에 대한 상관 값을 획득하기 위해 상기 현재 심볼 주기로 표시된 다수의 심볼 주기들에 대해 획득된 다수의 메트릭 값들을 다수의 예상 값들과 상관시키도록 동작하는 상관기 - 상기 다수의 예상 값들은 지정된 심볼 주기에서 상기 다수의 메트릭 값들에 대한 예상 값들임 -; 및

프레임 동기화를 결정하기 위해 서로 다른 심볼 주기들에 대해 획득된 상관 값들에 피크 검출을 수행하도록 동작하는 피크 검출기를 포함하는, 수신기 장치.
제 29항에 있어서,

상기 파일럿 전송에 사용된 다수의 파일럿 서브 대역들 각각에 대하여, 상기 파일럿 서브 대역에 대한 파일럿 심볼들은 전송 전에 의사-난수(PN) 시퀀스로 스크램블되는 것을 특징으로 하는 수신기 장치.
제 30항에 있어서,

상기 현재 심볼 주기에 대한 메트릭 값은 상기 현재 심볼 주기에 대해 수신된 파일럿 심볼들과 이전 심볼 주기에 대해 수신된 파일럿 심볼들 사이의 상호-상관에 기초하여 획득되고, 상기 다수의 예상 값들 각각은 상기 PN 시퀀스에서 칩들의 개별 쌍을 상호-상관함으로써 획득되는 것을 특징으로 하는 수신기 장치.
직교 주파수 분할 멀티플렉싱(OFDM) 통신 시스템의 수신기 장치로서,

현재 심볼 주기를 포함하는 하나 또는 그 이상의 심볼 주기들에 대해 수신된 파일럿 심볼들에 기초하여, 상기 현재 심볼 주기에 대해 검출된 파일럿 전력을 표시하는 메트릭 값을 계산하는 수단;

상기 현재 심볼 주기에 대한 상관 값을 획득하기 위해 상기 현재 심볼 주기로 표시된 다수의 심볼 주기들에 대해 획득된 다수의 메트릭 값들을 다수의 예상 값들과 상관시키는 수단 - 상기 다수의 예상 값들은 지정된 심볼 주기에서 상기 다수의 메트릭 값들에 대한 예상 값들임 -; 및

프레임 동기화를 결정하기 위해 서로 다른 심볼 주기들에 대해 획득된 상관 값들에 대한 피크 검출을 수행하는 수단을 포함하는, 수신기 장치.