KR100833123B1 - 직교 주파수 분할 다중 통신 시스템에서 반송파 주파수오프셋 및 타임 오프셋 보상 장치 및 그 방법 - Google Patents

직교 주파수 분할 다중 통신 시스템에서 반송파 주파수오프셋 및 타임 오프셋 보상 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중입출력 통신 시스템에서 반송파 주파수 오프셋(Carrier frequency offset, CFO) 및 타임 오프셋(Time offset, TO) 보상에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 IEEE 802.16d/e, WiBro, WiMAX 표준 규격을 사용하고 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 또는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA)을 지원하는 다중입출력(Multiple Input Multiple Output) 및 단일입출력(Single Input Single Output) 무선통신 시스템에서 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 본 발명은 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 통신 시스템에서 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 방법에 있어서, 수신된 파일럿 신호의 위상차를 계산하는 단계; 상기 파일럿 신호의 위상차를 연산하여 반송파 주파수 오프셋 위상 및 타임 오프셋 위상을 계산하는 단계; 및 상기 반송파 주파수 오프셋 위상 및 상기 타임 오프셋 위상을 연산하여 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 타임 오프셋 보상치를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 방법을 제공하여, 다중 입출력 통신 시스템에서 오실레이터에서 발생하는 반송파 주파수 에러 및 타임 에러를 보정하여 반송파 주파수 에러 및 타임 에러에 의해 발생하는 수신 성능의 열화를 방지할 수 있다.
주파수 오프셋, MIMO, 파일럿, PUSC, 보상

Description

직교 주파수 분할 다중 통신 시스템에서 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR COMPENSATING CARRIER FREQUENCY OFFSET AND TIME OFFSET IN OFDM COMMUNICATION SYSTEM OF AND METHOD THEREOF}
도 1a은 본 발명에 따른 UL(Uplink) PUSC(Partial Usage of Sub-channels) 타일(tile)에서의 반송파 주파수 오프셋과 타임 오프셋을 도시한 것이다.
도 1b는 본 발명에 따른 MIMO 파일럿의 전송방식에서의 파일럿 패턴을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 장치의 제1 실시예 구성에 대한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명에 따른 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 방법을 나타낸 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
200, 400: 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 장치
210: 파일럿 신호 추출부
220: 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 연산부
삭제
240: COS and SIN 연산 모듈
311: 코사인 및 사인 연산 모듈
312: 배각 공식 연산 모듈
410: 반송파 주파수 오프셋 위상차 연산부
420: 반송파 주파수 오프셋 보상치 연산부
430: 타임 오프셋 위상차 연산부
440: 타임 오프셋 보상치 연산부
본 발명은 다중입출력 통신 시스템에서 반송파 주파수 오프셋(Carrier frequency offset, CFO) 및 타임 오프셋(Time offset, TO) 보상에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 IEEE 802.16d/e, WiBro, WiMAX 표준 규격을 사용하고 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 또는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA)을 지원하는 다중입출력(Multiple Input Multiple Output) 무선통신 시스템에서 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
IEEE 802.16d/e, 와이브로(WiBro), 와이맥스(WiMAX) 표준 규격을 지원하는 무선통신 시스템에서, 기지국(Base Station)은 소정의 GPS(Global Positioning System)로부터 동기 신호를 수신하고, 통신 단말기는 기지국에 동기를 맞춘다. 이 경우, 채널 상황의 급변 등과 같이 전송 채널에 존재하는 다양한 변수로 인해 반송파 주파수가 부정확해 지고, 이로 인해 통신 단말기 내의 오실레이터(oscillator)의 동작에 영향을 미치게 됨으로써, 통신 단말기로부터 기지국으로 전송되는 상향 링크(Uplink)를 통한 데이터 전송 성능이 저하된다. 따라서, 통신 단말기로부터 상향 링크를 통해 데이터를 수신하는 기지국에서는 통신 단말기로부터 전송되는 상향 링크 데이터에 대한 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋을 추정하고, 추정된 결과에 따라 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋을 보상하는 것이 필요하다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 다중입출력 통신 시스템에서 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 타임 오프셋 보상치를 계산할 수 있는 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 다중 입출력 통신 시스템에서 오실레이터에서 발생하는 반송파 주파수 에러 및 타임 에러를 보정하여 반송파 주파수 에러 및 타임 에러에 의해 발생하는 수신 성능의 열화를 방지하기 위한 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 다중 입출력 통신 시스템에서 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋을 보상하도록 하는 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하고 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 통신 시스템에서 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 방법에 있어서, 수신된 파일럿 신호의 위상차를 계산하는 단계; 상기 파일럿 신호의 위상차를 연산하여 반송파 주파수 오프셋 위상 및 타임 오프셋 위상을 계산하는 단계; 및 상기 반송파 주파수 오프셋 위상 및 상기 타임 오프셋 위상을 연산하여 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 타임 오프셋 보상치를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 방법을 제공한다.
이때, 상기 파일럿 신호의 위상차를 계산하는 상기 단계는 상기 파일럿 신호에 대해 아크 탄젠트(arc Tangent) 연산을 하여 상기 파일럿 신호의 위상차를 계산하는 단계일 수 있다.
이때, 상기 반송파 주파수 오프셋 위상 및 상기 타임 오프셋 위상을 계산하 는 상기 단계는 상기 반송파 주파수 오프셋 위상 및 상기 타임 오프셋 위상에 대해 코사인(cosine) 및 사인(sine) 연산을 하여 상기 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 상기 타임 오프셋 보상치를 계산하는 단계일 수 있다.
이때, 상기 반송파 주파수 오프셋 위상 및 상기 타임 오프셋 위상을 연산하여 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 타임 오프셋 보상치를 계산하는 상기 단계는 상기 반송파 주파수 오프셋 위상 및 상기 타임 오프셋 위상에 대해 코사인 및 사인 연산을 하여 제1 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 제1 주파수 오프셋 보상치를 계산하는 단계; 및 상기 제1 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 제1 주파수 오프셋 보상치에 대해 배각 공식(multiple angle formula) 연산을 하여 제2 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 제2 타임 오프셋 보상치를 계산하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 일측에 따르면, 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 통신 시스템에서 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 방법에 있어서, 수신된 파일럿 신호로부터 반송파 주파수 오프셋 위상차(phase difference) 및 타임 오프셋 위상차를 계산하는 단계; 및 상기 반송파 주파수 오프셋 위상차 및 상기 타임 오프셋 위상차에 대해 연산하여 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 타임 오프셋 보상치를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 방법이 제공된다.
이때, 상기 반송파 주파수 오프셋 위상차 및 상기 타임 오프셋 위상차에 대해 연산하여 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 타임 오프셋 보상치를 계산하는 상기 단계는 상기 반송파 주파수 오프셋 위상차 및 상기 타임 오프셋 위상차에 대해 제곱근 연산(square root)을 하여 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 타임 오프셋 보상치를 계산하는 단계일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일측에 따르면, 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 통신 시스템에서 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 장치에 있어서, 수신된 파일럿 신호의 위상차를 계산하는 파일럿 신호 위상 연산부; 상기 파일럿 신호의 위상차를 연산하여 반송파 주파수 오프셋 위상 및 타임 오프셋 위상을 계산하는 반송파 주파수 오프셋 위상 및 타임 오프셋 위상 연산부; 및 상기 반송파 주파수 오프셋 위상 및 상기 타임 오프셋 위상을 연산하여 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 타임 오프셋 보상치를 계산하는 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 타임 오프셋 보상치 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 장치가 제공된다.
이때, 상기 파일럿 신호 연산부는 상기 파일럿 신호들의 위상차에 대해 아크 탄젠트(arc Tangent) 연산을 하여 상기 파일럿 신호들의 위상차을 계산하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 상기 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 타임 오프셋 보상치 연산부는 상기 반송파 주파수 오프셋 위상 및 상기 타임 오프셋 위상에 대해 코사인(cosine) 및 사인(sine) 연산을 하여 상기 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 상기 타임 오프셋 보상치를 계산하는 연산부일 수 있다.
이때, 상기 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 타임 오프셋 보상치 연산부는 상기 반송파 주파수 오프셋 위상 및 상기 타임 오프셋 위상에 대해 코사인 및 사인 연산을 하여 제1 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 제1 주파수 오프셋 보상치를 계산하는 코사인 및 사인 연산부; 및 상기 제1 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 제1 주파수 오프셋 보상치에 대해 배각 공식(multiple angle formula) 연산을 하여 제2 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 제2 타임 오프셋 보상치를 계산하는 배각 공식 연산부를 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 또 다른 일측에 따르면, 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 통신 시스템에서 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 장치에 있어서, 수신된 파일럿 신호로부터 반송파 주파수 오프셋 위상차(phase difference) 및 타임 오프셋 위상차를 계산하는 반송파 주파수 오프셋 위상차(phase difference) 및 타임 오프셋 위상차 연산부; 및 상기 반송파 주파수 오프셋 위상차 및 상기 타임 오프셋 위상차에 대해 연산하여 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 타임 오프셋 보상치를 계산하는 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 타임 오프셋 보상치 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 장치가 제공된다.
이때, 상기 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 타임 오프셋 보상치 연산부는 상기 반송파 주파수 오프셋 위상차 및 상기 타임 오프셋 위상차에 대해 제곱근 연산(square root)을 하여 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 타임 오프셋 보상치를 계산하는 보상치 연산부일 수 있다.
이때, 상기 파일럿은 UL(Uplink) PUSC(Partial Usage of Sub-channels) 채널 모드와 관련된 심볼 구조로 구성될 수 있다.
이때, 상기 통신 시스템은 IEEE 802.16d/e 표준, WiBro, 및 WiMAX 중 어느 하나를 기반으로 하는 시스템일 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
참고로, 본 명세서에서 사용되는 "통신 단말기"라 함은 직교 주파수 분할 다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식 또는 직교 주파수 분할 다중 액세스(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access)를 지원하는 통신 단말기를 의미하는 것으로서, 바람직하게는 IEEE 802.16d/e, WiBro, WiMAX 표준 규격을 사용하는 무선통신 시스템에서 UL PUSC, FUSC(Full Usage of Sub-channels), Band AMC(Adaptation Modulation coding) 채널 모드를 지원하는 통신 단말기를 의미한다. 본 발명의 상세한 설명에서는 UL PUSC 채널 모드에 대해서만 설명하지만, FUSC 및 Band AMC 채널 모드에도 적용 가능하다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 "통신 시스템"은 IEEE 802.16d/e 표준, WiBro, 및 WiMAX 중에서 어느 하나를 기반으로 하는 시스템일 수 있다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 "심볼"은 OFDMA 또는 OFDM 심볼을 의미한다.
도 1a은 본 발명에 따른 UL(Uplink) PUSC(Partial Usage of Sub-channels) 타일(tile)에서의 반송파 주파수 오프셋과 타임 오프셋을 도시한 것이다.
도 1a을 참조하면, 상기 UL PUSC 타일에서 가로축으로는 심볼(symbol) 인덱스(index)를 의미하고, 세로축으로는 반송파 인덱스를 의미한다. 또한, P0 내지 P3은 송신안테나로부터 전송된 파일럿을 의미한다. P0 파일럿으로부터 심볼 방향 으로는
Figure 112006077382197-pat00001
또는
Figure 112006077382197-pat00002
와 같은 반송파 주파수 오프셋이 발생하고, 반송파 인덱스 방향으로는
Figure 112006077382197-pat00003
또는
Figure 112006077382197-pat00004
와 같은 타임 오프셋이 발생하게 된다.
도 1b는 본 발명에 따른 MIMO 파일럿의 전송방식에서의 파일럿 패턴을 도시한 것이다.
본 발명에서 무선통신 시스템의 송신국인 통신 단말기(MS)의 두 송신 안테나(TxAnt0, TxAnt1)(제1 송신 안테나, 제2 송신 안테나)에서 서로 다른 파일럿 패턴은 갖는 파일럿 신호를 송신하고, 기지국(BS)의 두 수신 안테나(RxAnt0, RxAnt1)(제1 수신 안테나, 제2 수신 안테나)에서 두 송신 안테나로부터 송신된 파일럿 신호들을 모두 수신한다. 따라서, 수신 안테나 각각에서는 두 송신 안테나로부터 송신된 파일럿들을 모두 수신한다.
도 1b를 참조하면, 본 발명의 MIMO 파일럿의 패턴에서
Figure 112006077382197-pat00005
은 파일럿 부반송파(pilot subcarrier)를 의미하고, k 는 부반송파 인덱스(subcarrier index), l(small L)은 심볼 인덱스(symbol index), h는 채널(channel),
Figure 112006077382197-pat00006
는 널 반송파(null subcarrier),
Figure 112006077382197-pat00007
는 데이터 반송파(data subcarrier)를 의미하고, 1은 송신 안테나 인덱스(antenna index)이다. 상술한 파일럿 패턴에 의해서 소정의 연산과정을 통하여 상기 파일럿의 위상차를 연산한다.
도 2는 본 발명에 따른 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 장치의 제1 실시예 구성에 대한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 장치(200)는 반송파 주파수 오프셋 위상 및 타임 오프셋 위상 연산부(220), 및 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 타임 오프셋 보상치 연산부(COS and SIN 연산 모듈)(240)를 포함한다.
반송파 주파수 오프셋 위상 및 타임 오프셋 위상 연산부(220)는 파일럿 신호 추출부(210)로부터 추출된 파일럿 신호로부터 상기 파일럿 신호의 위상차를 계산하여, 상기 파일럿 신호의 위상차를 연산하고 반송파 주파수 오프셋 위상 및 타임 오프셋 위상을 계산한다. 예컨대 제1 파일럿 신호(p1)와 제2 파일럿 신호(p2)의 위상차는 제1 파일럿 신호(p1)와 제2 파일럿 신호의 켤레 복소수(p2*)를 곱함으로써 구할 수 있으며, 그 결과는 복소수 형태로 나타난다. 그리고, 복소수 형태의 상기 파일럿 신호의 위상차에 대하여 아크탄젠트(arc tangent) 연산을 하여 각(angle) 형태의 상기 파일럿 신호의 위상차를 구한다. 그리고, 각(angle) 형태의 상기 파일럿 신호의 위상차로부터 상기 반송파 주파수 오프셋 위상(ΦCFO) 및 타임 오프셋 위상(θTO)을 계산한다.
반송파 주파수 오프셋 보상치 및 타임 오프셋 보상치 연산부(COS and SIN 연산 모듈)(240)는 상기 반송파 주파수 오프셋 위상(ΦCFO) 및 타임 오프셋 위상(θTO)을 연산하여 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 타임 오프셋 보상치를 계산한다. 구체적으로는 COS and SIN(Xilinx Cordic)을 통하여 상기 반송파 주파수 오프셋 위상 및 상기 타임 오프셋 위상에 대해 코사인(cosine) 및 사인(sine) 연산을 하여 상기 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 상기 타임 오프셋 보상치를 계산한다. 계산된 상기 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 상기 타임 오프셋 보상치는 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 모듈로 출력된다.
상술한 구성을 통하여 측정된 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋은 통신 단말기의 수신 성능의 저하를 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3의 제2 실시예에 따른 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 장치(200)는 도 2와 비교하여 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 타임 오프셋 보상치 연산부(COS and SIN 연산 모듈)(240)에 추가적인 구성 요소가 더 포함되어 있다는 것을 알 수 있다.
도 3을 참조하면, 제2 실시예에 따른 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 장치(200)는 반송파 주파수 오프셋 위상 및 타임 오프셋 위상 연산부(220), 및 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 COS and SIN 연산 모듈(240)을 포함한다.
반송파 주파수 오프셋 위상 및 타임 오프셋 위상 연산부(220)는 파일럿 신호 추출부(210)로부터 추출된 파일럿 신호로부터 상기 파일럿 신호의 위상차를 계산하여 상기 파일럿 신호의 위상차를 연산하여 반송파 주파수 오프셋 위상 및 타임 오프셋 위상을 계산한다. 바람직하게는 상기 파일럿 신호에 대해 아크 탄젠트(arc Tangent) 연산을 하여 상기 파일럿 신호의 위상차를 계산한다.
즉, 상기 파일럿 신호에 대해 아크 탄젠트 연산을 하여 계산된 상기 파일럿 신호의 위상으로부터 상기 반송파 주파수 오프셋 위상(ΦCFO) 및 타임 오프셋 위상(θTO)을 계산한다.
COS and SIN 연산 모듈(240)은 상기 반송파 주파수 오프셋 위상(ΦCFO) 및 상기 타임 오프셋 위상(θTO)에 대해 코사인 및 사인 연산을 하여 제1 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 제1 주파수 오프셋 보상치를 계산하는 코사인 및 사인 연산 모듈(311)과, 상기 제1 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 제1 주파수 오프셋 보상치에 대해 배각 공식(multiple angle formula) 연산을 하여 제2 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 제2 타임 오프셋 보상치를 계산하는 배각 공식 연산 모듈(312)을 더 포함한다. 즉, 코사인 및 사인 연산 모듈(311)을 통하여 상기 반송파 주파수 오프셋 위상 및 상기 타임 오프셋 위상에 COS and SIN(Xilinx Cordic)을 통하여 보상하고자 하는 cos(ΦCFO), sin(ΦCFO), cos(θTO), 및 sin(θTO) 만을 구하고 나머지 보상치는 배각 공식 연산 모듈(312)을 통하여 계산하게 된다. 배각 공식 연산 모듈(312)에 의해 연산되는 배각 공식은 수학식 1에서 보는 바와 같다.
Figure 112006077382197-pat00008
그러나, 본 발명의 배각 공식 연산 모듈(312)에 의해 연산되는 배각 공식은 상기 수학식 1에 나타난 것에 한정되지 아니하고 당업자에게 공지된 것이면 사용 가능하다. 계산된 상기 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 상기 타임 오프셋 보상치는 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 모듈로 출력되어, 통신 단말기의 수신 성능의 저하를 방지할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 장치(400)는 반송파 주파수 오프셋 위상차(phase difference) 및 타임 오프셋 위상차 연산부(410, 430) 및 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 타임 오프셋 보상치 연산부(420, 440)를 포함한다.
반송파 주파수 오프셋 위상차 연산부(410)는 파일럿 신호 추출부(210)로부터 추출되어 수신된 파일럿 신호로부터 반송파 주파수 오프셋의 위상차를 계산하고, 타임 오프셋 위상차 연산부(430)는 파일럿 신호 추출부(210)로부터 추출되어 수신된 상기 파일럿 신호로부터 타임 오프셋 위상차를 계산한다. 즉, 상기 반송파 주파수 오프셋 위상차 연산부(410) 및 타임 오프셋 위상차 연산부(430)를 통하여 상기 반송파 주파수 오프셋 위상차 및 타임 오프셋 위상차인
Figure 112006077382197-pat00009
,
Figure 112006077382197-pat00010
를 계산할 수 있다.
또한, 반송파 주파수 오프셋 보상치 연산부(420)는 상기 반송파 주파수 오프 셋 위상차(
Figure 112006077382197-pat00011
)에 대해 제곱근(square root) 연산을 하여 반송파 주파수 오프셋 보상치를 계산하고, 타임 오프셋 보상치 연산부(440)는 상기 타임 오프셋 위상차(
Figure 112006077382197-pat00012
)에 대해 배각 공식 연산을 하여 타임 오프셋 보상치를 계산한다. 도 4에서 사용된 배각 공식은 수학식 2와 같다.
Figure 112006077382197-pat00013
또한, 본 발명은 상세하게는 Newton' method, Sucessive approximation, Binominal series 등의 방법을 통하여 계산된 상기 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 상기 타임 오프셋 보상치는 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 모듈로 출력되어, 통신 단말기의 수신 성능의 저하를 방지할 수 있게 된다. 본 발명은 비단 도 4에 도시된 제곱근 연산에 한정되지 아니하고 당업자에게 공지된 제곱근 연산 방법이면 제한되지 아니하고 사용 가능하다.
또한, 도 4에서는 UL PUSC의 tile 4x3 구조로 인하여 파일럿의 CFO의 차이가 2이고, TO 차이가 3인 경우에 대한 실시예를 들어,
Figure 112006077382197-pat00014
및
Figure 112006077382197-pat00015
으로 표현되었지만, 본 발명은 파일럿의 CFO의 차이가 2이고, TO 차이가 3인 경우에 한정되지 아니한다.
상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 추정 장치는 ASIC, DSP(Digital Signal Processor), FPGA(Field-Programmable Gate Array), PAL(Programmable Array Logic), CPLD(Complex Programmable Logic Devices),GAL (Generic Array Logic) 등으로 구현될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 방법은 우선 UL PUSC zone에서 파일럿 신호를 추출하고(단계(501)), 본 발명의 제1 실시예 내지 제3 실시예에 따라 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 타임 오프셋 보상치를 계산하여(단계(502) 내지 단계(504)), 상기 계산된 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 타임 오프셋 보상치를 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 모듈로 출력한다(단계(505)). 본 발명의 제1 실시예 내지 제3 실시예에 따른 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 타임 오프셋 보상치의 계산 방법은 도 6 내지 도 8에서 설명하기로 한다.
이하에서는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 방법을 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6를 참조하면, 우선 UL PUSC zone에서 파일럿 신호를 추출하고(단계(501)), 다음으로 추출된 파일럿 신호의 위상차를 계산한다(단계(601)). 상기 파일럿 신호는 UL(Uplink) PUSC(Partial Usage of Sub-channels) 채널 모드와 관련된 심볼 구조로 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 상기 파일럿 신호의 위상차는 상기 파일럿 신호에 대해 아크 탄젠트(arc Tangent) 연산을 수행함으로써 계산될 수 있다.
계속하여, 상기 파일럿 신호의 위상차를 연산하여 반송파 주파수 오프셋 위상 및 타임 오프셋 위상을 계산하고(단계(602)), 상기 반송파 주파수 오프셋 위상 및 상기 타임 오프셋 위상을 연산하여 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 타임 오프셋 보상치를 계산한다(단계(603)). 바람직하게는 상기 반송파 주파수 오프셋 위상 및 상기 타임 오프셋 위상에 대해 코사인(cosine) 및 사인(sine) 연산을 하여 상기 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 상기 타임 오프셋 보상치가 계산된다. 이후, 상기 계산된 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 타임 오프셋 보상치를 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 모듈로 출력하여(단계(505)) 통신 단말기의 수신 성능의 저하를 방지할 수 있게 된다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 방법에 의하면 상기 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋에 대하여 보다 정확하게 측정 및 보상이 가능한 장점이 있다.
도 7은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 7를 참조하면, 우선 UL PUSC zone에서 파일럿 신호를 추출하고(단계(501)), 다음으로 추출된 파일럿 신호의 위상차를 계산한다(단계(701)). 상기 파일럿 신호는 UL PUSC 채널 모드와 관련된 심볼 구조로 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 상기 파일럿 신호의 위상차는 상기 파일럿 신호에 대해 아크 탄젠트(arc Tangent) 연산을 수행함으로써 계산될 수 있다.
계속하여, 상기 파일럿 신호의 위상차를 연산하여 반송파 주파수 오프셋 위상 및 타임 오프셋 위상을 계산하고(단계(702)), 상기 반송파 주파수 오프셋 위상 및 상기 타임 오프셋 위상에 대해 COS and SIN 연산 모듈에서 코사인 및 사인 연산을 하여 제1 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 제1 주파수 오프셋 보상치가 계산된다(단계(703)). 즉, 코사인 및 사인 연산 모듈(311)을 통하여 상기 반송파 주파수 오프셋 위상 및 상기 타임 오프셋 위상에 COS and SIN(Xilinx Cordic)을 통하여 보상하고자 하는 cos(ΦCFO), sin(ΦCFO), cos(θTO), 및 sin(θTO) 만을 연산하게 된다.
다음으로, 상기 제1 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 제1 주파수 오프셋 보상치(cos(ΦCFO), sin(ΦCFO), cos(θTO), 및 sin(θTO))에 대해 배각 공식(multiple angle formula) 연산을 하여 제2 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 제2 타임 오프셋 보상치를 계산한다(단계(704)). 즉, 상기 제1 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 제1 주파수 오프셋 보상치(cos(ΦCFO), sin(ΦCFO), cos(θTO), 및 sin(θTO))으로부터 나머지 보상치는 배각 공식 연산 모듈(312)을 통하여 계산 된다.
이후, 상기 계산된 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 타임 오프셋 보상치를 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 모듈로 출력하여(단계(505)) 통신 단말기의 수신 성능의 저하를 방지할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 방법에 의하면 상기 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋의 측정 및 보상에 있어서, 보다 적은 계산량에 따른 보상이 가능하다는 장점이 있다.
도 8은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 우선 UL PUSC zone에서 파일럿 신호를 추출하고(단계(501)), 수신된 파일럿 신호로부터 반송파 주파수 오프셋 위상차(phase difference) 및 타임 오프셋 위상차를 계산한다(단계(801)). 상기 파일럿 신호는 UL PUSC 채널 모드와 관련된 심볼 구조로 이루어질 수 있다.
계속하여, 상기 반송파 주파수 오프셋 위상차 및 상기 타임 오프셋 위상차에 대해 연산하여 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 타임 오프셋 보상치를 계산하는데, 바람직하게는 상기 반송파 주파수 오프셋 위상차 및 상기 타임 오프셋 위상차에 대해 제곱근 연산(square root)을 하여 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 타임 오프셋 보상치를 계산하게 된다(단계(802)).
이후, 상기 계산된 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 타임 오프셋 보상치를 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 모듈로 출력하여(단계(505)) 통신 단말기의 수신 성능의 저하를 방지할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 제3 실시예에 따른 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 방법에 의하면 상기 보상 방법을 구현한 하드웨어의 구조를 간단하게 할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리, DSP, FPGA 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해 져야 한다.
본 발명에 의하면, 다중입출력 통신 시스템에서 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 타임 오프셋 보상치를 계산할 수 있는 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 장치 및 그 방법이 제공된다.
또한 본 발명에 의하면 다중 입출력 통신 시스템에서 오실레이터에서 발생하는 반송파 주파수 에러 및 타임 에러를 보정하여 반송파 주파수 에러 및 타임 에러에 의해 발생하는 수신 성능의 열화를 방지하기 위한 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 장치 및 그 방법이 제공된다.
또한 본 발명에 의하면 다중 입출력 통신 시스템에서 UL PUSC 모드에서 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋을 보상하도록 하는 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 장치 및 그 방법이 제공된다.

Claims (19)

  1. 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 통신 시스템에서 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 방법에 있어서,
    수신된 신호에서 파일럿 신호의 위상차를 계산하는 단계;
    상기 파일럿 신호의 위상차를 연산하여 반송파 주파수 오프셋 위상 및 타임 오프셋 위상을 계산하는 단계; 및
    상기 반송파 주파수 오프셋 위상 및 상기 타임 오프셋 위상을 연산하여 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 타임 오프셋 보상치를 계산하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 통신 시스템은 IEEE 802.16d/e 표준, WiBro, 및 WiMAX 중 어느 하나를 기반으로 하는 시스템인 것을 특징으로 하는 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 파일럿 신호는 UL(Uplink) PUSC(Partial Usage of Sub-channels) 채널 모드와 관련된 심볼 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 파일럿 신호의 위상차를 계산하는 단계는,
    복소수 형태의 상기 파일럿 신호의 위상차에 대해 아크 탄젠트(arc Tangent) 연산을 하여 각(angle) 형태의 상기 파일럿 신호의 위상차로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반송파 주파수 오프셋 위상 및 타임 오프셋 위상을 연산하여 상기 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 타임 오프셋 보상치를 계산하는 단계는,
    상기 반송파 주파수 오프셋 위상 및 상기 타임 오프셋 위상에 대해 하기 수학식을 이용한 코사인(cosine) 및 사인(sine) 연산을 하여 상기 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 상기 타임 오프셋 보상치를 계산하는 것을 특징으로 하는 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 방법.
    [수학식]
    cos(ΦCFO), sin(ΦCFO), cos(θTO), sin(θTO)
    (여기서, ΦCFO는 반송파 주파수 오프셋 위상을, θTO는 타임 오프셋 위상을 나타낸다.)
  6. 제1항에 있어서,
    상기 반송파 주파수 오프셋 위상 및 타임 오프셋 위상을 연산하여 상기 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 타임 오프셋 보상치를 계산하는 단계는,
    상기 반송파 주파수 오프셋 위상 및 타임 오프셋 위상에 대해 하기 수학식 1을 이용한 코사인 및 사인 연산을 하여 제1 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 제1 주파수 오프셋 보상치를 계산하는 단계; 및
    상기 제1 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 제1 타임 오프셋 보상치에 대해 하기 수학식 2를 이용한 배각 공식(multiple angle formula) 연산을 하여 제2 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 제2 타임 오프셋 보상치를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 방법.
    [수학식 1]
    cos(ΦCFO), sin(ΦCFO), cos(θTO), sin(θTO)
    [수학식 2]
    Figure 112007083918662-pat00025
    (여기서, ΦCFO는 반송파 주파수 오프셋 위상을, θTO는 타임 오프셋 위상을 나타내며, n은 3 이상의 양의 정수이다.)
  7. 제6항에 있어서,
    상기 파일럿 신호의 위상차를 계산하는 단계는,
    복소수 형태의 상기 파일럿 신호의 위상차에 대해 아크 탄젠트(arc Tangent) 연산을 하여 각(angle) 형태의 상기 파일럿 신호의 위상차로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 방법.
  8. 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 통신 시스템에서 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 방법에 있어서,
    수신된 파일럿 신호로부터 반송파 주파수 오프셋 위상차(phase difference) 및 타임 오프셋 위상차를 계산하는 단계; 및
    상기 반송파 주파수 오프셋 위상차 및 상기 타임 오프셋 위상차에 대해 연산 하여 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 타임 오프셋 보상치를 계산하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 반송파 주파수 오프셋 위상차 및 상기 타임 오프셋 위상차에 대해 연산하여 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 타임 오프셋 보상치를 계산하는 상기 단계는
    상기 반송파 주파수 오프셋 위상차 및 상기 타임 오프셋 위상차에 대해 제곱근 연산(square root)을 하여 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 타임 오프셋 보상치를 계산하는 단계인 것을 특징으로 하는 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 항의 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
  11. 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 통신 시스템에서 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 장치에 있어서,
    수신된 신호로부터 파일럿 신호의 위상차를 계산하는 파일럿 신호 위상차 연산부;
    상기 파일럿 신호의 위상차를 연산하여 반송파 주파수 오프셋 위상 및 타임 오프셋 위상을 계산하는 반송파 주파수 오프셋 위상 및 타임 오프셋 위상 연산부; 및
    상기 반송파 주파수 오프셋 위상 및 상기 타임 오프셋 위상을 연산하여 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 타임 오프셋 보상치를 계산하는 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 타임 오프셋 보상치 연산부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 통신 시스템은 IEEE 802.16d/e 표준, WiBro, 및 WiMAX 중 어느 하나를 기반으로 하는 시스템인 것을 특징으로 하는 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 파일럿 신호는 UL(Uplink) PUSC(Partial Usage of Sub-channels) 채널 모드와 관련된 심볼 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 파일럿 신호 위상차 연산부는,
    복소수 형태의 상기 파일럿 신호의 위상차에 대해 아크 탄젠트(arc Tangent) 연산을 하여 각(angle) 형태의 상기 파일럿 신호의 위상차로 변환하는 것을 특징으로 하는 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 타임 오프셋 보상치 연산부는,
    상기 반송파 주파수 오프셋 위상 및 상기 타임 오프셋 위상에 대해 하기 수학식을 이용한 코사인(cosine) 및 사인(sine) 연산을 하여 상기 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 상기 타임 오프셋 보상치를 계산하는 것을 특징으로 하는 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 장치.
    [수학식]
    cos(ΦCFO), sin(ΦCFO), cos(θTO), sin(θTO)
    (여기서, ΦCFO는 반송파 주파수 오프셋 위상을, θTO는 타임 오프셋 위상을 나타낸다.)
  16. 제11항에 있어서,
    상기 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 타임 오프셋 보상치 연산부는
    상기 반송파 주파수 오프셋 위상 및 상기 타임 오프셋 위상에 대해 하기 수학식 1을 이용한 코사인 및 사인 연산을 하여 제1 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 제1 타임 오프셋 보상치를 계산하는 코사인 및 사인 연산 모듈; 및
    상기 제1 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 제1 타임 오프셋 보상치에 대해 하기 수학식 2를 이용한 배각 공식(multiple angle formula) 연산을 하여 제2 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 제2 타임 오프셋 보상치를 계산하는 배각 공식 연산 모듈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 장치.
    [수학식 1]
    cos(ΦCFO), sin(ΦCFO), cos(θTO), sin(θTO)
    [수학식 2]
    Figure 112007083918662-pat00026
    (여기서, ΦCFO는 반송파 주파수 오프셋 위상을, θTO는 타임 오프셋 위상을 나타내며, n은 3 이상의 양의 정수이다.)
  17. 제16항에 있어서,
    상기 파일럿 신호 위상차 연산부는,
    복소수 형태의 상기 파일럿 신호의 위상차에 대해 아크 탄젠트(arc Tangent) 연산을 하여 각(angle) 형태의 상기 파일럿 신호의 위상차로 변환하는 것을 특징으로 하는 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 장치.
  18. 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 통신 시스템에서 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 장치에 있어서,
    수신된 파일럿 신호의 위상차로부터 반송파 주파수 오프셋 위상 및 타임 오프셋 위상을 계산하는 반송파 주파수 오프셋 위상 및 타임 오프셋 위상 연산부; 및
    상기 반송파 주파수 오프셋 위상 및 상기 타임 오프셋 위상에 대해 연산하여 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 타임 오프셋 보상치를 계산하는 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 타임 오프셋 보상치 연산부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 타임 오프셋 보상치 연산부는
    상기 반송파 주파수 오프셋 위상 및 상기 타임 오프셋 위상에 대해 제곱근 연산(square root)을 하여 반송파 주파수 오프셋 보상치 및 타임 오프셋 보상치를 계산하는 것을 특징으로 하는 반송파 주파수 오프셋 및 타임 오프셋 보상 장치.
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