KR100849984B1 - 티디에스-오에프디엠 송신기 및 그의 신호처리방법 - Google Patents

Abstract

티디에스 오에프디엠 송신기는, 주파수영역에서 N개의 부반송파 간의 주파수간격 D가 되도록 신호처리하여 시간영역에 대해 N개의 샘플데이터로 역퓨리에변환하는 역퓨리에변환부와, 역퓨리에변환된 N개의 샘플데이터에 보호구간을 삽입하는 보호구간삽입부와, 보호구간이 삽입된 N개의 샘플데이터에 PN 시퀀스를 삽입하는 PN부, 및 PN시퀀스와 보호구간 및 N개의 샘플데이터를 가지는 오에프디엠 신호의 파형을 소정의 롤오프계수(r)에 대응하여 필터링하는 필터부를 갖는다. 여기서, 역퓨리에변환부는 주파수간격이 D < 2KHz가 되도록 신호처리하여 시간영역에 대해 N개의 샘플데이터로 역퓨리에 변환하며, 이때의 필터부의 롤오프계수는 r > 0.05인 것을 특징으로 한다. 따라서, 주파수 영역에서 부반송파 간의 간격을 소정의 주파수로 줄임으로서, SRRC 필터의 양끝 대역에서 발생하는 신호왜곡을 줄여 양끝 부분에 위치한 부반송파가 운반하는 데이터의 왜곡을 줄일 수 있다.

롤오프계수, 역퓨리에변환, 주파수간격, 부반송파

Description

티디에스-오에프디엠 송신기 및 그의 신호처리방법{Time Domain Synchronous-Orthogonal Frequency Division Multiplexing transmitter and a method processing OFDM signal thereof}

도 1은 종래의 TDS-OFDM 송신기에 대한 개략적인 블록도,

도 2는 도 1에 따른 주파수영역에서의 OFDM 심볼데이터의 스펙트럼을 나타낸 도,

도 3은 본 발명에 따른 TDS-OFDM 송신기에 대한 개략적인 블록도,

도 4는 도 2에 따른 주파수영역에서의 OFDM 심볼데이터의 스펙트럼을 나타낸 도,

도 5는 도 3에 따른 TDS-OFDM 송신기의 신호처리방법에 대한 흐름도, 그리고,

도 6은 도 1 및 도 3의 SRRC 필터에 의한 신호 왜곡 상태를 비교한 도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : FEC 200 : 직렬/병렬변환부

300 : 3780-IDFT 400 : 병렬/직렬변환부

500 : GI삽입부 600 : PN부

700 : 0.01 SRRC 필터부 800 : RF부

본 발명은 오에프디엠(Orthogonal Frequency Division Multiplexing : OFDM)송신기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 TDS(Time Domain Synchronous)-오에프디엠 송신기에 관한 것이다.

일반적으로 직교주파수분할다중(Orthogonal Frequency Division Multiple: 이하 'OFDM'이라 함) 기술은 디지탈 오디오 방송(Digital Audio Broadcasting: DAB)과 디지털 텔레비젼, 무선 근거리 통신망(Wireless Local Area Network: WLAN) 그리고 무선비동기전송모드(Wireless Asynchronous Transfer Mode: WATM) 등의 디지털 전송 기술에 광범위하게 적용되어지고 있다. OFDM 방식은 전송하려는 데이터를 여러 개로 나누어 변조한 후 병렬로 전송하는 다중 반송파 기술이다. OFDM 방식은 종래의 FDM과 비슷하나 무엇보다도 부반송파간의 직교성을 유지하여 전송함으로써 고속 데이터 전송시 최적의 전송 효율을 얻을 수 있는 특징을 갖는다.

도 1은 종래의 TDS-OFDM 송신기에 대한 개략적인 블록도이다.

입력되는 데이터 비트 스트림은 FEC(10)에 의해 설정된 에러검출방식에 의해 수신부(미도시)에서 에러를 검출하여 정정할 수 있도록 코딩(Coding)한다. 그 후, 입력된 데이터는 직렬/병렬변환부(20)에 의해 입력된 직렬데이터는 3780개의 병렬데이터로 변환되어 출력된다. 여기서, 3780은 주파수영역 및 부반송파의 인덱스를 나타내며, 또한, 3780개의 병렬데이터는 주파수 영역에서 하나의 OFDM 심볼로 정의 된다. 그 후, 3780-IDFT, 즉 3780 point 인버스 이산 퓨리에변환(Inveres discrete fourier transform, 이하 IDFT 라고함)부(30)에서는 3780개의 병렬데이터를 부반송파의 주파수 간격(D)이 2KHz가 되는 3780개의 부반송파에 실어 역 퓨리에 변환을 수행한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 이 때, 부반송파 간의 간격(D)이 2KHz가 됨에 따라서 하나의 OFDM 심볼데이터가 차지하는 대역은 7.56MHz(3780×2KHz=7.56MHz)가 된다. 한편, 일반적인 8MHz의 대역폭에 대해서 가용대역이 0.44MHz가 되며, 7.56MHz의 양측 대역으로 0.22MHz만큼씩 가용대역이 마련된다.

이 OFDM 심볼데이터를 3780-IDFT(30)를 사용하여 변조되어 출력된 시간영역의 신호는 샘플링레이트가 7.56MHz인 3780개의 샘플링데이터가 된다.

3780-IDFT(30)에서 병렬로 출력되는 3780개의 샘플데이터는 병렬/직렬변환부(40)에 의해 직렬데이터로 변환되어 출력되며, GI(Guard interval)삽입부(50)에서는 출력되는 직렬데이터를 3780개의 샘플데이터 단위, 즉, 1개의 OFDM 심볼 단위로 보호구간(GI)을 삽입하여 출력한다. 보호구간은 3780개의 샘플데이터로 구성되는 OFDM 심볼 중 종단의 일부 샘플데이터를 복사한 데이터로 OFDM 심볼의 앞단에 삽입된다. 그 후, 보호구간이 삽입된 신호에 PN부(60)에서는 타이밍 동기신호와 채널 예측을 위한 PN 시퀸스를 보호구간(GI) 앞에 삽입한다.

이렇게 생성된 신호에 대해 PN시퀀스를 소정의 파형으로 성형하기 위해 0.05 SRRC(Square root raised cosine) 필터부(70)가 마련되며, PN시퀸스가 삽입된 OFMD 프레임은 0.05 SRRC필터부(70)에 의해 필터링된 후, OFDM 신호는 RF부(80)를 통해 무선 채널로 송신된다.

이상과 같은 TDS-OFDM 송신기에서와 같이, 3780-IDFT(30)를 사용하여 변조되어 출력된 시간영역의 샘플데이터의 샘플링레이트는 7.56MHz이다.

일반적으로 3780개의 병렬데이터가 하나의 OFDM 심볼로 이루어지는 경우, 주파수영역에서 차지하는 부반송파의 대역폭은 8MHz를 넘지 않아야 하는 특성에 따라서 0.05 SRRC 필터부(70)의 롤오프계수(r)가 정의 된다. 즉, 종래와 같이 주파수영역에서 3780개의 부반송파가 2KHz의 주파수 간격(D)으로 배치됨에 따라서, 부반송파가 차지하는 대역은 7.56MHz가 된다. 즉, 부반송파가 차지하는 대역폭이 7.56MHz인 경우에 대해서는 0.05 SRRC 필터부(70)의 롤오프계수(r)는 0.05가 사용된다.

이와 같은 결과는 다음과 같은 과정에 의해 얻어진다. 롤오프계수(r)가 0.05인 0.05 SRRC 필터부(70)를 사용하게 되면, 7.56MHz × 0.05 = 0.378MHz이 되어 전체 대역폭은 7.56 + 0.378 = 7.938MHz가 됨으로써, 8MHz의 일반적인 대역폭을 넘지 않기 위해서는 0.05 SRRC필터부(70)의 롤오프계수(r)는 0.05보다 크게 할 수가 없다.

이와 같이, 롤오프계수(r)가 작으면 작을수록 0.05 SRRC필터부(70)의 양끝 대역이 급격한 경사를 이루게 되므로, 이 영역을 지나는 OFDM 심볼은 왜곡을 갖게 된다. 이러한 왜곡을 줄이려면 tap수를 크게 해주어서 SRRC 필터(70)의 양끝 대역에서의 리플(ripple)현상을 줄여 주어야 한다. 따라서, 종래에서는 0.05의 롤오프계수(r)를 가지는 SRRC필터(70)를 설계하기 위해서는 100tap 이상을 가지도록 설계 해야 왜곡을 줄일 수 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명이 이루고자 하는 목적은, TDS-OFDM 송신기의 SRRC 필터에 의한 신호왜곡을 줄이고, SRRC 필터의 구현상의 복잡도를 줄인 TDS-OFDM 송신기를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 티디에스 오에프디엠 송신기는, 주파수영역에서 N개의 부반송파 간의 주파수간격 D가 되도록 신호처리하여 시간영역에 대해 N개의 샘플데이터로 역퓨리에변환하는 역퓨리에변환부와, 역퓨리에변환된 N개의 샘플데이터에 보호구간을 삽입하는 보호구간삽입부와, 보호구간이 삽입된 N개의 샘플데이터에 PN 시퀀스를 삽입하는 PN부, 및 PN시퀀스와 보호구간 및 N개의 샘플데이터를 가지는 오에프디엠 신호의 파형을 소정의 롤오프계수(r)에 대응하여 필터링하는 필터부를 갖는다. 여기서,

, X는 상기 N개의 부반송파가 차지하는 대역폭이다.

바람직하게는, 역퓨리에변환부는, 주파수간격은 D < 2KHz가 되도록 신호처리하여 시간영역에 대해 N개의 샘플데이터로 역퓨리에변환하며, 필터부의 롤오프계수는 r > 0.05 것을 특징으로 한다.

상기 N개의 부반송파가 차지하는 대역폭인 X는,

, 즉, 롤오프계수 r이 0.11, bandwidth가 8MHz일때, 상기 X는 7.182MHz인 것을 특징으로 한다.

이에 의해 N이 3780일 경우, 상기 주파수간격은, D = 1.9KHz가 된다.

한편, 본 발명에 따른 티디에스-오에프디엠송신기에 의한 신호처리방법은, 주파수영역에서 N개의 부반송파 간의 주파수간격 D가 되도록 신호처리하여 시간영역에 대해 N개의 샘플데이터로 역퓨리에변환하는 단계; 역퓨리에변환된 상기 N개의 샘플데이터에 보호구간을 삽입하는 단계; 보호구간이 삽입된 N개의 샘플데이터에 PN 시퀀스를 삽입하는 단계; 및 PN시퀀스와 보호구간 및 N개의 샘플데이터를 가지는 오에프디엠 신호의 파형을 소정의 롤오프계수(r)에 대응하여 필터링하는 단계;를 갖는다.

바람직하게는, 역퓨리에변환단계는, 주파수간격은 D < 2KHz가 되도록 신호처리하여 시간영역에 대해 N개의 샘플데이터로 역퓨리에변환하며, 필터링단계는, 롤오프계수는 r > 0.05 인 롤오프계수에 대응하여 필터링하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 주파수 영역에서 부반송파 간의 간격을 소정의 주파수로 줄임으로서, SRRC 필터의 양끝 대역에서 발생하는 신호왜곡을 줄여 양끝 부분에 위치한 부반송파가 운반하는 데이터의 왜곡을 줄일 수 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 티디에스-오에프디엠(TDS-OFDM) 송신기에 대한 개략적인 블록도이다. 티디에스-오에프디엠(TDS-OFDM) 송신기는 FEC(forward error corrector)(100), 직렬/병렬변환부(200), 3780-IDFT(Inverse Fast Fourier Transform)(300), 병렬/직렬변환부(400), GI(Guard Interavl)삽입부(500), PN부(600), 0.11 SRRC 필터부 (700), RF부(800) 등을 가지고 있다.

FEC(100)는 입력되는 데이터 비트 스트림을 OFDM 심볼에 대해 설정된 에러검출방식에 의해 수신기에서 에러를 검출하여 정정할 수 있도록 코딩(Coding)이 이루어진다.

직렬/병렬변환부(200)는 에러코딩된 직렬데이터를 3780개의 병렬데이터로 변환되어 출력된다. 그 후, 3780-IDFT(300)에서는 3780개의 병렬데이터를 부반송파의 주파수 간격(D)이 2KHz보다 작은 간격(D)이 되도록 한다. 즉, 부반송파 간의 간격(D)은, 다음의 [수학식 1]을 만족하는 X를 부반송파의 갯수인 3780으로 나누어준 주파수가 된다.

여기서, X는 부반송파가 차지하는 대역폭, Bandwidth는 일반적인 대역폭인 8MHz, r은 SRRC 필터의 롤오프계수(r)이다. 예컨데, 미국향 DTV의 경우 SRRC 필터의 롤오프계수(r)가 0.1152를 갖는다. 이를 참조하여 [수학식 1]의 롤오프계수(r)를 0.11로 할 경우, 부반송파가 차지하는 대역폭 X는 7.182MHz이며, 이에 따른 부반송파 간의 간격(D)은 1.9KHz(7.182MHz/3780)가 된다.

따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 주파수영역에서의 3780개의 부반송파 간 의 간격(D)은 1.9KHz가 되고, 이에 따른 주파수대역은 3780 × 1.9KHz = 7.182MHz가 된다. 따라서, 일반적인 8MHz의 대역폭에 대해 0.818MHz의 가용대역을 갖으며, 종래의 가용대역 0.44MHz 보다 큰 대역을 얻을 수 있게 된다. 즉, 부반송파가 차지하는 주파수대역 7.182MHz의 양측으로 0.409MHz의 가용할 수 있는 대역이 마련된다.

이와 같이, 부반송파 간의 간격(D)이 1.9KHz가 되는 3780개의 OFDM 심볼데이터는 3780-IDFT(300)에 의해 변조되어 출력된 시간영역의 신호는 샘플링레이트가 7.182MHz인 3780개의 샘플데이터가 되며, 이 시스템의 동작주파수는 7.182MHz가 된다. 3780-IDFT(300)에서 병렬로 출력되는 3780개의 샘플데이터는 병렬/직렬변환부(400)에 의해 직렬데이터로 변환되어 출력되며, GI(Guard interval)삽입부(500)에서는 출력되는 직렬데이터를 3780개의 샘플데이터 단위, 즉, 1개의 OFDM 심볼 단위로 보호구간(GI)을 삽입하여 출력한다. 보호구간(GI)은 3780개의 샘플데이터로 구성되는 OFDM 심볼 중 종단의 일부 샘플데이터를 복사한 데이터로 OFDM 심볼의 앞단에 삽입된다. 그 후, 보호구간이 삽입된 신호에 PN부(600)에서는 타이밍 동기신호와 채널 예측을 위한 PN 시퀸스를 보호구간(GI) 앞에 삽입한다.

이렇게 생성된 신호에 대해 PN시퀀스를 소정의 파형으로 성형하기 위해 0.11 SRRC(Square root raised cosine) 필터부(700)가 마련되며, PN시퀸스가 삽입된 OFMD 프레임은 0.11 SRRC필터부(700)에 의해 필터링된다.

여기서의 SRRC 필터(700)의 롤오프계수(r)는 0.11이 된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 50tap의 SRRC 필터(700)에서 롤오프계수(r)가 0.05인 경우(A)에 비해 롤오프계수(r)가 0.11로 커졌을 경우(B)의 신호 왜곡이 저감되는 것을 볼 수 있다. 따라서, SRRC 필터(700)의 양끝 대역에서 신호왜곡을 줄일 수 있게 되어 양끝 부분에 위치한 부반송파가 운반하는 데이터의 왜곡을 줄일 수 있다. 그 후, SRRC 필터(700)에 필터링된 OFDM 신호는 RF부(800)를 통해 무선 채널로 송신된다.

이와 같이, 주파수 영역이 부반송파 간의 간격(D)을 줄임으로써 SRRC 필터의 롤오프계수(r)를 크게 적용함에 따라서, OFDM 심볼데이터의 양끝 대역의 신호들의 왜곡을 방지하고, 또한, SRRC 필터의 양끝 대역을 매우 급격하게 설계하야하는 복잡도를 감소시킬 수 있다.

이하에서는, 도 5를 참조하여 티디에스-오에프디엠(TDS-OFDM)송신기의 신호처리방법을 상세하게 설명한다.

FEC(100)에 의해 인코딩된 OFDM 심볼데이터는 직렬/병렬변환부(200)에 의해 3780개의 병렬데이터로 변환되어 출력된다. 그 후, 3780-IDFT(300)에서는 3780개의 병렬데이터를 부반송파의 주파수 간격(D)이 2KHz보다 작은 간격이 되도록 한다. 이 부반송파 간의 간격(D)은, [수학식 1]을 3780으로 나누어준 주파수가 된다.

예컨데, 미국향 DTV의 경우 SRRC 필터의 롤오프계수(r)가 0.1152를 갖는 것을 참조하여 [수학식 1]에 의해 부반송파 간의 간격(D)을 1.9KHz로 한다.

이와 같이, 부반송파 간의 간격(D)이 1.9KHz가 되는 3780개의 OFDM 심볼데이터는 3780-IDFT부(300)에 의해 변조되어 출력된 시간영역의 신호는 샘플링레이트가 7.182MHz인 3780개의 샘플데이터로 출력한다(S10).

3780-IDFT(300)에서 병렬로 출력되는 3780개의 샘플데이터는 병렬/직렬변환부(400)에 의해 직렬데이터로 변환되어 출력되며, GI(Guard interval)삽입부(500)에서는 출력되는 직렬데이터를 3780개의 샘플데이터 단위, 즉, 1개의 OFDM 심볼 단위로 보호구간(GI)을 삽입하여 출력한다(S20). 그 후, 보호구간이 삽입된 신호에 PN부(600)에서는 타이밍 동기신호와 채널 예측을 위한 PN 시퀸스를 보호구간(GI) 앞에 삽입한다(S30).

이렇게 생성된 신호인 OFDM 신호는 롤오프계수(r)가 0.11인 0.11 SRRC(Square root raised cosine)필터부(700)에 의해 펄스 샵핑(Pulse shaping)된다(S40). 따라서, 도 6에 도시된 바와 같이, 롤오프계수(r)가 0.11인 경우(B), 0.11 SRRC 필터부(700)의 양끝 대역에서 신호왜곡을 줄일 수 있게 되어 양끝 부분에 위치한 부반송파가 운반하는 데이터의 왜곡을 줄일 수 있다. 그 후, 0.11 SRRC 필터부(700)에 필터링된 OFDM 신호는 RF부(800)를 통해 무선 채널로 송신된다(S50).

이와 같이, 주파수 영역이 부반송파 간의 간격을 줄임으로써 SRRC 필터의 롤오프계수(r)를 크게 적용할 수 있게 된다. 따라서, OFDM 심볼데이터의 양끝 대역의 신호들의 왜곡을 방지하고, 또한, SRRC 필터의 양끝 대역을 매우 급격하게 설계하야 하는 복잡도를 감소시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 주파수 영역에서 부반송파 간의 간격을 소정의 주파수로 줄임으로서, SRRC 필터의 양끝 대역에서 발생하는 신호왜곡을 줄여 양끝 부분에 위치한 부반송파가 운반하는 데이터의 왜곡을 줄일 수 있다.

또한, SRRC 필터의 양끝 대역을 매우 급격하게 설계하야 하는 복잡도를 감소시킬 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (10)

1. 주파수영역에서 N 개의 반송파에 대해 주파수간격이 D이고,

   

   , X는 N개의 부반송파가 차지하는 대역폭인 조건하에서, 상기 주파수간격이 D가 되도록 신호처리하여 시간영역에 대해 N개의 샘플데이터로 역퓨리에변환하는 역퓨리에변환부와, 상기 역퓨리에변환된 상기 N개의 샘플데이터에 보호구간을 삽입하는 보호구간삽입부와, 상기 보호구간이 삽입된 상기 N개의 샘플데이터에 PN 시퀀스를 삽입하는 PN부, 및 상기 PN시퀀스와 상기 보호구간 및 상기 N개의 샘플데이터를 가지는 오에프디엠 신호의 파형을 소정의 롤오프계수(r)에 대응하여 필터링하는 필터부를 가지는 티디에스-오에프디엠 송신기에 있어서,

   상기 역퓨리에변환부는, 주파수간격 D가 D < 2KHz가 되도록 신호처리하여 상 기 시간영역에 대해 상기 N개의 샘플데이터로 역퓨리에변환하며,

   상기 필터부는 상기 롤오프계수 r이 r > 0.05 것을 특징으로 하는 티디에스-오에프디엠 송신기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 X는, 다음의 식에 의해 산출하는 것을 특징으로 하는 티디에스-오에프디엠송신기:

   

   여기서, r은 상기 필터부의 롤오프계수(r), bandwidth는 8MHz이다.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 롤오프계수(r)가 0.11인 것을 특징으로 하는 티디에스-오에프디엠 송신기.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 X는 7.182MHz인 것을 특징으로 하는 티디에스-오에프디엠 송신기.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 N은 3780인 것을 특징으로 하며,

   상기 주파수간격은, D = 1.9KHz인 것을 특징으로 하는 티디에스-오에프디엠 송신기.
6. 주파수영역에서 N 개의 반송파에 대해 주파수간격이 D이고,

   

   , X는 N개의 부반송파가 차지하는 대역폭인 조건하에서, 상기 주파수간격이 D가 되도록 신호처리하여 시간영역에 대해 N개의 샘플데이터로 역퓨리에변환하는 단계와, 상기 역퓨리에변환된 상기 N개의 샘플데이터에 보호구간을 삽입하는 단계와, 상기 보호구간이 삽입된 상기 N개의 샘플데이터에 PN 시퀀스를 삽입하는 단계, 및 상기 PN시퀀스와 상기 보호구간 및 상기 N개의 샘플데이터를 가지는 오에프디엠 신호의 파형을 소정의 롤오프계수(r)에 대응하여 필터링하는 단계;를 가지는 티디에스-오에프디엠송신기의 신호처리방법에 있어서,

   상기 역퓨리에변환단계는, 주파수간격 D은 D < 2KHz가 되도록 신호처리하여 상기 시간영역에 대해 상기 N개의 샘플데이터로 역퓨리에변환하며,

   상기 필터링단계는, 상기 롤오프계수 r가 r > 0.05 것을 특징으로 하는 티디에스-오에프디엠송신기의 신호처리방법.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 X는, 다음의 식에 의해 산출하는 것을 특징으로 하는 티디에스-오에프디엠송신기의 신호처리방법:

   

   여기서, r은 상기 필터링 단계의 롤오프계수(r), bandwidth는 8MHz이다.
8. 제 6항에 있어서,

   상기 롤오프계수(r)가 0.11인 것을 특징으로 하는 티디에스-오에프디엠송신기의 신호처리방법.
9. 제 7항에 있어서,

   상기 X는 7.182MHz인 것을 특징으로 하는 티디에스-오에프디엠 송신기의 신호처리방법.
10. 제 6항에 있어서,

    상기 N은 3780인 것을 특징으로 하며,

    상기 주파수간격은, D = 1.9KHz인 것을 특징으로 하는 티디에스-오에프디엠 송신기의 신호처리방법.

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