KR100916724B1 - Apparatus and method for estimation/compensation of high frequency distortion for orthogonal frequency division multiplexing system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 직교 주파수 분할 다중화 방식의 무선 시스템의 신호 왜곡을 추정 및 보상하는 장치에 관한 것으로, 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 방식의 시스템의 송신 모뎀의 신호 왜곡을 추정하기 위해 각 부반송파별로 테스트 신호를 생성하여 상기 송신 모뎀으로 전송하는 테스트 신호 생성부, 상기 송신 모뎀으로 전송된 테스트 신호의 경로를 설정하기 위해 스위치를 제어하는 스위치 제어부, 상기 설정된 경로를 경유한 신호 왜곡이 발생한 테스트 신호를 수신하여 각 부반송파의 신호 크기의 평균을 계산하는 계산부 및 상기 계산부에서 계산된 각 부반송파의 신호 크기의 평균과 상기 테스트 신호 생성부에서 생성된 테스트 신호의 각 부반송파의 신호 크기를 이용해 각 부반송파의 신호 왜곡에 대응하는 보상치를 구하는 왜곡 추정부를 포함하여 DAC의 종류에 관계없이 일괄적으로 송신 모뎀의 신호왜곡을 보상할 수 있는 효과가 있다.
OFDM, 부반송파(subcarrier), 테스트 신호, DAC(digital to analog converter)
The present invention relates to an apparatus for estimating and compensating for signal distortion in an orthogonal frequency division multiplexing wireless system. The present invention relates to an apparatus for estimating signal distortion of a transmission modem of an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) system. A test signal generation unit for generating and transmitting the test signal to the transmission modem, a switch control unit for controlling a switch to set a path of the test signal transmitted to the transmission modem, and receiving a test signal in which signal distortion has occurred through the set path. The calculation unit calculates an average of the signal sizes of the subcarriers and the signal amplitude of each subcarrier using the average of the signal sizes of each subcarrier calculated by the calculator and the signal size of each subcarrier of the test signal generated by the test signal generator. DAC including distortion estimator for obtaining corresponding compensation value There is an effect that it is possible to collectively compensate for signal distortion in the transmission modem, regardless of the kind.
OFDM, subcarrier, test signal, digital to analog converter (DAC)
Description
본 발명은 직교 주파수 분할 다중화 방식의 무선 시스템의 신호 왜곡을 추정 및 보상하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 직교 주파수 분할 다중화 방식의 송신 신호가 송신 모뎀의 디지털 필터(digital filter) 및 디지털/아날로그 변환기(digital-to-analog converter, 이하, DAC라 함)의 주파수 특성에 의해 송신 신호에서 발생하는 왜곡을 추정하여 보상하는 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus for estimating and compensating for signal distortion in an orthogonal frequency division multiplexing wireless system. More particularly, the transmission signal of an orthogonal frequency division multiplexing system includes a digital filter and a digital / analog of a transmission modem. The present invention relates to an apparatus and method for estimating and compensating for distortion occurring in a transmission signal by a frequency characteristic of a digital-to-analog converter (hereinafter, referred to as a DAC).
직교 주파수 분할 다중화 방식의 무선 시스템은 도 1과 같이 데이터를 송신하기 위한 송신 모뎀과 수신된 신호를 처리하는 수신 모뎀을 포함하며, 송신 모뎀은 디지털 신호를 처리하는 디지털 신호 처리부와 아날로그 신호를 처리하는 아날로그 신호 처리부로 구분된다. 디지털 신호 처리부와 아날로그 신호 처리부는 다수의 필터를 사용하는데, 특히 디지털 신호 처리부에서 사용되는 저역통과 필터(Low Pass Filter, 이하, LPF라 함)는 신호를 필터링하는 과정에서, 아날로그 신호 처리부에서 사용하는 DAC는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 과정에서 주파수 특성에 왜곡이 발생한다. The orthogonal frequency division multiplexing wireless system includes a transmission modem for transmitting data and a reception modem for processing a received signal as shown in FIG. 1, and the transmission modem is a digital signal processing unit for processing digital signals and an analog signal for processing. It is divided into analog signal processor. The digital signal processing unit and the analog signal processing unit use a plurality of filters. In particular, the low pass filter (hereinafter referred to as LPF) used in the digital signal processing unit is used in the analog signal processing unit in the process of filtering signals. The DAC generates distortion in frequency characteristics in the process of converting a digital signal into an analog signal.
도 2 는 저역통과필터(LPF)의 주파수 특성을 나타낸 것으로, 가로축의 1.0을 디지털 신호의 샘플링 주파수라 할 때, 저역통과필터(LPF)는 샘플링 주파수를 기준으로 0.43 이하의 주파수 성분은 그대로 통과하고 0.43 이상은 그 크기를 -80[dB]로 감소시키는 기능을 한다. 여기서 0.43 이하의 통과 대역은 ±1[dB] 내외의 리플(ripple)이 발생한다. 2 illustrates the frequency characteristics of the low pass filter (LPF). When 1.0 on the horizontal axis is a sampling frequency of the digital signal, the low pass filter (LPF) passes a frequency component of 0.43 or less based on the sampling frequency. Above 0.43, the size is reduced to -80 dB. Here, a passband of 0.43 or less generates ripple of about ± 1 [dB].
도 3 은 디지털/아날로그 변환기(DAC)의 샘플/홀드(Sample-and-Hold)의 개념를 나타내는 도면으로, DAC는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하기 위해 일반적으로 샘플/홀드(Sample-and-Hold) 방식의 개념을 주로 이용하였다. 샘플/홀드(Sample-and-Hold) 방식은 샘플 주기 Ts 간격으로 위치한 디지털 값을 Ts 시간 동안 유지하도록 하는 rectangular 함수와 같으며, 수식으로 표현하면 매 디지털 값마다 이런 함수가 반복 적용되는 Convolution 연산과 같다. 이러한 Convolution 연산은 주파수 영역에서 두 함수의 주파수 스펙트럼 간의 곱셈과 동일하다. 또한 샘플/홀드(Sample-and-Hold) 함수는 시간영역에서 rectangular 모양을 가지지만, 주파수 영역에서는 sinc 함수와 같다. FIG. 3 is a diagram illustrating the concept of sample-and-hold of a digital-to-analog converter (DAC), in which a DAC is generally sample-and-hold to convert a digital signal into an analog signal. The concept of the method is mainly used. The sample-and-hold method is equivalent to the rectangular function that maintains digital values located at the sample period Ts interval for Ts time.In the formula, the Convolution operation is repeated for each digital value. same. This convolution operation is equivalent to the multiplication between the frequency spectra of the two functions in the frequency domain. In addition, the sample-and-hold function has a rectangular shape in the time domain, but is the same as the sinc function in the frequency domain.
따라서, 샘플/홀드(Sample-and-Hold) 방식을 기초로 하는 DAC 주파수 특성은 도 4의 (a)와 같이 샘플링 주파수를 1.0으로 한 sinc 함수이고, 디지털 필터를 통과한 신호의 가장 높은 주파수 성분이 0.43에 위치한다면, 도시된 바와 같이 그 위 치에서 약 -2.8[dB]의 신호 감쇄가 발생하며 이것은 원하지 않는 신호 왜곡에 해당한다. Therefore, the DAC frequency characteristic based on the sample-and-hold method is a sinc function having a sampling frequency of 1.0 as shown in FIG. 4 (a), and the highest frequency component of the signal passing through the digital filter. If it is located at 0.43, signal attenuation of about -2.8 [dB] occurs at that position as shown, which corresponds to unwanted signal distortion.
이러한 DAC의 신호 왜곡을 보상하기 위해 종래에는 디지털 필터 계수에 역 sinc(inverse sinc) 성분을 포함하여 디지털 신호를 보상하였다. 도 5는 역 sinc 함수를 적용한 저역통과필터(LPF)의 주파수 특성을 도시한 것으로 가로축 0.43 부근까지 통과 대역의 주파수 특성의 크기가 증가하는 것을 알 수 있다. In order to compensate for the signal distortion of the DAC, a digital signal is compensated by including an inverse sinc component in the digital filter coefficient. 5 illustrates the frequency characteristics of the low pass filter (LPF) to which the inverse sinc function is applied, and it can be seen that the magnitude of the frequency characteristics of the pass band increases to about 0.43 on the horizontal axis.
하지만, OFDM 방식의 무선 시스템에 있어서, 송신 모뎀에는 디지털 신호 처리부의 디지털 필터와 아날로그 신호 처리부의 DAC에 의해 신호가 왜곡될 수 있다. However, in an OFDM wireless system, a signal may be distorted in a transmission modem by a digital filter of a digital signal processor and a DAC of an analog signal processor.
또한, OFDM 방식의 무선 시스템에 이용되는 DAC는 사용되는 종류에 따라 주파수 특성이 다양하므로 각각의 DAC의 주파수 특성에 따라 필터 개수를 각각 구해야 하는 번거로움이 있다. In addition, since the frequency characteristics of the DAC used in the OFDM wireless system vary depending on the type used, it is cumbersome to obtain the number of filters according to the frequency characteristics of each DAC.
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명은 OFDM 방식의 무선 시스템에 있어서 송신 모뎀의 디지털 필터 및 DAC에서 발생할 수 있는 신호 왜곡을 모두 추정하여 신호 송신 전에 보상할 수 있도록 하는 OFDM 시스템에 있어 신호 왜곡의 추정/보상 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention to solve the above problems is to estimate the signal distortion that may occur in the digital filter and the DAC of the transmission modem in the OFDM wireless system to compensate for the signal distortion in the OFM system that can be compensated before the signal transmission It is an object to provide an estimation / compensation apparatus and method.
또한, 본 발명은 다양한 종류의 DAC을 지원하는 OFDM 방식의 무선 시스템에 있어서 각 DAC의 주파수 특성에 따라 송신 신호에 발생할 수 있는 신호 왜곡을 사전에 추정하여 보상하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. Another object of the present invention is to provide a method for preliminarily estimating and compensating for signal distortion that may occur in a transmission signal according to frequency characteristics of each DAC in an OFDM system supporting various types of DACs.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 방식의 시스템에서 송신 모뎀의 주파수 왜곡을 추정하는 장치는 상기 송신 모뎀의 신호 왜곡을 추정하기 위해 각 부반송파별로 테스트 신호를 생성하여 상기 송신 모뎀으로 전송하는 테스트 신호 생성부, 상기 송신 모뎀으로 전송된 테스트 신호의 경로를 설정하기 위해 스위치를 제어하는 스위치 제어부, 상기 설정된 경로를 경유하여 신호 왜곡이 발생한 테스트 신호를 수신하여 각 부반송파의 신호 크기의 평균를 계산하는 계산부 및 상기 계산부에서 계산된 각 부반송파의 신호 크기의 평균과 상기 테스트 신호 생성부에서 생성된 테스트 신호의 각 부반송파의 신호 크기를 이용해 각 부반송파의 신호 왜곡에 대응하는 보상치를 구하는 왜곡 추정 부를 포함한다. In order to achieve the above object, an apparatus for estimating frequency distortion of a transmission modem in an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) system according to the present invention generates a test signal for each subcarrier to estimate signal distortion of the transmission modem. A test signal generation unit configured to transmit the test signal to the transmission modem, a switch control unit controlling a switch to set a path of the test signal transmitted to the transmission modem, and receiving a test signal having a signal distortion through the set path, thereby receiving each subcarrier A calculation unit for calculating an average of signal amplitudes of the subcarriers and a signal amplitude of each subcarrier of the subcarriers of the test signal generated by the test signal generator and a signal magnitude of each subcarrier calculated by the calculator And a distortion estimating unit for obtaining a compensation value.
한편, 본 발명에 의한 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 방식의 시스템에서 송신 모뎀의 주파수 왜곡을 보상하는 방법은 신호 왜곡 추정 장치로부터 구해진 상기 보상치를 저장하여, OFDM 심볼을 전송하는 경우 상기 OFDM 심볼의 각 부반송파(subcarrier)에 대응되는 상기 보상치를 곱하여 신호를 보상하는 것을 특징으로 한다. On the other hand, in the orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) system of the present invention, a method for compensating for frequency distortion of a transmission modem stores each compensation value obtained from a signal distortion estimating apparatus, and transmits an OFDM symbol. The signal is compensated by multiplying the compensation value corresponding to a subcarrier.
또한, 본 발명에 의한 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 방식의 시스템에서 송신 모뎀의 주파수 왜곡을 추정하는 방법은 (a) 테스트 신호의 테스트 경로를 설정하고, 상기 설정된 테스트 경로로 상기 테스트 신호를 전송하는 단계, (b) 상기 송신 모뎀으로 전송된 테스트 신호를 오버 샘플링하는 단계, (c) 상기 테스트 경로를 경유하여 신호 왜곡이 발생한 테스트 신호를 수신하여 각 부반송파의 신호 크기의 평균을 계산하는 단계 및 (d) 상기 계산된 각 부반송파의 신호 크기의 평균과 상기 생성된 테스트 신호의 각 부반송파의 신호 크기를 이용해 각 부반송파의 신호 왜곡에 대응하는 보상치를 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, the method for estimating the frequency distortion of a transmission modem in an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) system according to the present invention includes (a) establishing a test path of a test signal and transmitting the test signal to the set test path. (B) oversampling a test signal transmitted to the transmission modem, (c) receiving a test signal in which signal distortion has occurred via the test path, and calculating an average of signal sizes of each subcarrier; and d) obtaining a compensation value corresponding to the signal distortion of each subcarrier using the average of the calculated signal magnitudes of each subcarrier and the signal magnitude of each subcarrier of the generated test signal.
한편, 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 방식의 시스템에서 송신 모뎀의 주파수 왜곡을 추정 및 보상하는 방법은 (e) 상기 보상치 중 각 부반송파(subcarrier)에 대응되는 보상치를 곱하여 신호를 보상하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. Meanwhile, the method for estimating and compensating for the frequency distortion of a transmission modem in an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) system further includes (e) compensating the signal by multiplying a compensation value corresponding to each subcarrier among the compensation values. It is characterized by including.
이상에서와 같이, 본 발명에 의한 OFDM 시스템에 있어 신호 왜곡의 추정 및 보상 방법은 송신 모뎀에서 디지털 필터, DAC에 의해 발생할 수 있는 신호 왜곡을 추정하여 신호 송신 전에 신호 왜곡을 간단하게 보상할 수 있는 효과가 있다. As described above, the method for estimating and compensating for signal distortion in the OPM system according to the present invention can estimate signal distortion that may be caused by a digital filter or a DAC in a transmission modem, thereby easily compensating for signal distortion before signal transmission. It works.
또한, 본 발명은 OFDM 시스템의 송신 모뎀에 이용될 수 있는 다양한 DAC의 종류에 관계없이 일괄적으로 송신 모뎀의 신호왜곡을 보상할 수 있는 효과가 있다. In addition, the present invention has the effect that it is possible to collectively compensate for signal distortion of the transmission modem regardless of the type of various DACs that can be used for the transmission modem of the OPM system.
또한, 본 발명은 복잡한 회로 구성에 의하지 않고, 미리 저장되어 있는 각 부반송파의 보상치를 이용해 송신 신호를 미리 보상할 수 있는 효과가 있다. In addition, the present invention has the effect that the transmission signal can be compensated in advance using a compensation value of each subcarrier stored in advance, regardless of a complicated circuit configuration.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, in describing in detail the operating principle of the preferred embodiment of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known functions or configurations may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.In addition, the same reference numerals are used for parts having similar functions and functions throughout the drawings.
도 6 은 직렬로 연결된 복수 함수의 특성을 나타내는 도면이다. (a)는 다수의 함수 h1(t), h2(t), ..., hn(t)가 직렬로 연결된 경우를 도시하고, 각 함수의 주파수 특성을 각각 H1(f), H2(f), ..., Hn(f)이라 할 때 모든 함수를 포함한 전체 함수의 주파수 특성은 (b)와 같이 주파수 영역에서 각 함수의 주파수 특성의 곱으로 표현된다. 6 is a diagram illustrating characteristics of a plurality of functions connected in series. (a) shows a case where a plurality of functions h 1 (t), h 2 (t), ..., h n (t) are connected in series, and the frequency characteristics of each function are H 1 (f), When H 2 (f), ..., H n (f), the frequency characteristics of all functions including all functions are expressed as the product of the frequency characteristics of each function in the frequency domain as shown in (b).
따라서, 직교 주파수 분할 다중화 방식을 적용한 시스템의 송신 모뎀에서 이용되는 디지털 필터와 DAC가 전송 신호에 미치는 신호 왜곡은 두 주파수 특성 함수의 곱으로부터 알 수 있다. Therefore, the signal distortion of a digital filter and a DAC on a transmission signal of a transmission modem of a system employing an orthogonal frequency division multiplexing scheme can be known from the product of two frequency characteristic functions.
이에 본 발명은 OFDM 시스템의 송신 모뎀에서 발생하는 모든 신호 왜곡을 Test 신호를 이용해 측정하고, 측정된 신호 왜곡을 보상할 수 있는 보상치를 추정하여 OFDM 심볼의 부반송파(subcarrier)에 적용하여 송신 모뎀의 디지털 필터 혹은 DAC에서 발생할 수 있는 신호 왜곡을 사전에 보상하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 이하, 본 발명에 대하여 구체적으로 설명한다. Accordingly, the present invention measures all signal distortions generated in the transmission modem of the OFDM system using a test signal, estimates a compensation value for compensating the measured signal distortion, and applies the subcarrier of the OFDM symbol to the digital signal of the transmission modem. An apparatus and method for precompensating signal distortion that may occur in a filter or a DAC. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated concretely.
도 7 은 본 발명에 의한 OFDM 시스템에 있어 신호 왜곡의 추정 및 보상 장치 의 구성을 나타내는 도면이다. 7 is a diagram illustrating a configuration of an apparatus for estimating and compensating for signal distortion in an OFDM system according to the present invention.
도 7 을 참조하면, 신호 왜곡의 추정 및 보상을 위한 OFDM 시스템은 추정 및 보상 장치(710)를 포함하는 주파수 처리부(700), 송신부(720), RF 송수신부(730), 수신부(740) 등으로 구성되고, 신호 왜곡의 추정 및 보상 장치는 테스트 신호 생성부(711), 스위치 제어부(712), 계산부(713), 왜곡 추정부(714), 왜곡 보상부(715)를 포함한다. Referring to FIG. 7, an OFDM system for estimating and compensating signal distortion includes a
먼저, 테스트 신호를 이용해 디지털 필터 및 DAC의 신호 왜곡을 추정하기 위해 스위치 제어부(712)를 이용해 스위치들(SW1, SW2, SW3)을 제어하여 테스트 신호의 경로(path)를 정한다. 스위치 제어부(712)는 디지털 필터(725)의 왜곡만 추정할 경우와 디지털 필터(725)와 DAC(726)의 총 왜곡을 추정할 경우에 따라 스위치의 제어를 다르게 할 수 있다. First, in order to estimate the signal distortion of the digital filter and the DAC using the test signal, a path of the test signal is determined by controlling the switches SW1, SW2, and SW3 using the
도 7을 참조하면, 디지털 필터(725)의 출력 왜곡만 추정하고자 하는 경우에는 표 1과 같이 SW 1은 OFF로 설정하고, SW2과 SW3는 스위치가 a에 모두 접점되도록 하고, 송신 모뎀의 출력 왜곡을 추정할 경우에는 표 1과 같이 SW1은 a에, SW2는 b에, SW3은 a에 접점되도록 한다. Referring to FIG. 7, when only the output distortion of the
테스트 신호의 경로가 정해지면, 디지털 필터 및 송신 모뎀의 출력 신호 왜곡을 추정하기 위해 테스트 신호 생성부(711)는 테스트(test) 신호를 생성한다. 신호 왜곡은 각 부반송파(subcarrier)별로 추정해야 하므로, 사용가능한 부반송파(subcarrier)에 대하여 테스트 신호를 생성한다. 여기서, 각 부반송파(subcarrier)를 통해 송신되는 값들은 계산이 용이한 값으로 정한다. 예를 들어, 송신되는 값으로 1+0j를 사용할 수 있다. When the test signal is routed, the test signal generator 711 generates a test signal to estimate the distortion of the output signal of the digital filter and the transmission modem. Since signal distortion needs to be estimated for each subcarrier, a test signal is generated for the usable subcarriers. Here, the values transmitted through each subcarrier are determined to be easy to calculate. For example, 1 + 0j can be used as the transmitted value.
이렇게 생성된 테스트 신호는 송신부(720)에 전달된다. 다만, IFFT(721)에 입력되는 모든 부반송파(subcarrier)의 값들이 동일한 값일 경우에는 IFFT(721)의 출력이 임펄스(impulse) 형태의 값이 되어 데이터 경로의 표현 가능한 범위를 초과하여 saturation 발생 원인이 되므로 IFFT(721) 입력 전에 부반송파의 값에 PRBS 시퀀스(Pseudo-random bit Sequence)를 곱하여 크기는 그대로 유지하면서 위상은 동일하지 않도록 한다. The test signal generated as described above is transmitted to the
이러한 테스트 신호는 IFFT(721)에 전달되어 역 퓨리어 변환에 의해 주파수 영역의 신호를 시간 영역의 신호로 변환된다. 그리고 변환된 신호는 P/S(722)에서 시간 영역의 신호로 재변환되고, 필요에 따라 C/P 추가부(723)에서 CP가 추가되고, 업 샘플링부(724)를 통과하면서 2 배 이상의 오버샘플링(over-sampling)이 된다. 오버샘플링(over-sampling)은 통상 2 배 혹은 4 배가 일반적이다. 예를 들어, 정격 샘플율(nominal sample rate)이 10Msamples/sec 일 때, 오버샘플율(over-sample rate)이 4 배일 경우, DAC의 샘플율(sample rate)은 40Msamples/sec이 된다. 또한 필요한 경우에는 IFFT(721)를 출력된 테스트 신호는 2 번 이상 반복 전송될 수 있다. 송신부(720)와 수신부(740) 간의 루프백 지연(loop-back delay)을 모르는 상태이므로 최소 2 번 이상 반복 전송된다. 또한, 이러한 반복 전송된 테스트 신호를 이용해 각 부반송파별 평균전력을 구하여 신호 왜곡을 추정할 수 있다. This test signal is passed to the IFFT 721 to convert a signal in the frequency domain into a signal in the time domain by inverse Fourier transform. The converted signal is reconverted to a signal in the time domain at the P /
테스트 신호는 스위치 제어부(712)의 제어에 따라 디지털 필터(725)의 왜곡만 추정할 경우에는 LPF(725)를 통과하고 바로 메모리부(751)에 전달되고, 송신 모뎀의 총 왜곡을 추정할 경우에는 LPF(725)와 DAC(726)를 통과하여 수신부(740)의 ADC(741)에 전달된다. 여기서, DAC(726)를 통과한 테스트 신호는 아나로그 신호이므로 다시 수신부의 ADC(741)에서 디지털 신호로 변환된다. When estimating only the distortion of the
결국, 테스트 신호는 LPF(725)에서 리플에 의한 왜곡이 발생하고, DAC(726)에서는 샘플/홀드 방식에 의한 신호 변환에 의해 신호 왜곡이 발생한다. As a result, the test signal generates distortion due to ripple in the
이렇게 수신부에서 신호 왜곡이 발생한 테스트 신호는 메모리부(751)에 전달되는데, 메모리부(751)는 수신된 테스트 신호를 일시 저장한다. 메모리부(751)는 적어도 1 OFDM 샘플 길이 이상을 저장할 수 있도록 한다. The test signal generated by the signal distortion in the receiving unit is transferred to the
메모리부(751)에 저장된 테스트 신호는 입력 신호 처리부(752)에서 오버샘플율(over-sampling rate)에 따라 데시메이션(decimation)을 수행하여 오버샘플율(over-sampling rate) 만큼의 OFDM 심볼을 생성하여 S/P(745)를 통해 FFT(746)에 전달된다. FFT(746)는 다시 시간 영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하여 계산부(713)에 전달한다. The test signal stored in the
이때, FFT 크기가 1024일 때, CP를 제외한 1 개의 OFDM 심볼은 1024 샘플로 구성되며, 송신 모뎀에서 2 배의 오버샘플율(over-sample rate)일 경우 1 개의 OFDM 심볼은 총 2048 샘플로 구성된다. 이것은 수신 모뎀의 ADC(741)에서도 동일하다. 2 배 오버샘플링(over-sampling)일 경우, 매 2 샘플 중에서 첫 번째 샘플을 모으면 FFT를 수행할 수 있는 1 개의 OFDM 심볼이 되며, 두 번째 샘플을 모으면 또 하나의 OFDM 심볼을 구성할 수 있다. 이렇게 구성되는 복수의 OFDM 심볼의 각 부반송파별로 구해지는 복수의 신호 전력을 이용해 각 부반송파별 평균전력을 이용해 신호왜곡을 구할 수 있다. In this case, when the FFT size is 1024, one OFDM symbol excluding CP is composed of 1024 samples, and when the transmission modem has twice the over-sample rate, one OFDM symbol is composed of 2048 samples in total. do. The same applies to the
FFT(746)에서 주파수 영역의 신호로 변환된 테스트 신호는 계산부(713)에 전달되고, 계산부(713)는 FFT(746)의 출력인 테스트 신호의 부반송파(subcarrier) 별 크기를 계산하여 평균 값을 구한다. 즉, FFT(746)의 출력인 복수의 OFDM 심볼에 대한 평균을 구하는 것이다. The test signal converted from the
수신된 테스트 신호를 주파수 영역에서 표현하면 다음 수학식 1과 같다.When the received test signal is expressed in the frequency domain, it is expressed by
여기서, 왜곡으로 인해 만큼 신호크기의 변화가 발생하고, [rad] 만큼 위상의 변화가 발생한다. 여기서, k는 부반송파 번호이며, m은 FFT로 출력된 반복횟수이다. Where the distortion Changes in signal size The change in phase occurs by [rad]. Where k is the subcarrier number and m is the number of repetitions output to the FFT.
수학식 2와 같이 각 부반송파별로 신호 평균을 구하면 신호 크기 성분만 남는다. 왜곡 성분은 시간에 따라 변하지 않는 고정된 값임에도 불구하고 여러 OFDM 심볼에 대해 평균을 구하는 것은 잡음과 같은 원하지 않는 랜덤성 간섭의 영향을 최소화하여 추정 정확도를 높이기 위함이다. 여기서, ck는 k-번째 부반송파 (subcarrier)에 곱해질 PRBS 값이다.When the signal average is obtained for each subcarrier as shown in
계산부(713)에서 구한 각각의 부반송파별에 대한 전력의 평균 값을 이용해 왜곡 추정부(714)는 왜곡 보상치를 계산한다. 상기 왜곡 보상치는 테스트 신호 생성부(711)에서 생성된 테스트 신호에 대한 각 부반송파의 전력 값과 계산부(713)에서 구한 각 부반송파별 테스트 신호 전력의 평균 값을 비교하여 구한다.The
<식 3>은 테스트 신호 Xk가 (1+j0)인 경우에 각 부반송파에 대한 왜곡 크기에 대한 보상치를 나타낸다. <Equation 3> represents a compensation value for the distortion magnitude for each subcarrier when the test signal X k is (1 + j0).
왜곡 보상부(715)는 도 8에 도시된 바와 같이, 왜곡 추정부(714)에서 구한 각각의 부반송파(subcarrier)의 왜곡 보상치를 저장한다. 그리고 전송하고자하는 OFDM 심볼의 각 부반송파(subcarrier) 마다 대응되는 보상치를 곱하여 송신 모뎀에서 발생할 수 있는 신호 왜곡을 보상한다.As shown in FIG. 8, the
다음 수학식 4는 왜곡 보상부(715)에서의 신호 왜곡 보상을 식으로 표현한 것이다.
여기서, ck는 k-번째 부반송파(subcarrier)에 곱해질 PRBS 값으로 -1 혹은 1 의 값을 가진다. 그러나, 2 bits로도 사용가능하며 그럴 경우 (1+j0), (-1+j0), (0+j1) 그리고 (0-j1)이 된다. 는 신호의 IFFT(721) 입력이다. 또한, 여기서 Lk 는 k번째 부반송파에 대한 왜곡 보상치를 나타낸다. Here, c k is a PRBS value to be multiplied by the k-th subcarrier (subcarrier) has a value of -1 or 1. However, it is also available in 2 bits, whereby (1 + j0), (-1 + j0), (0 + j1) and (0-j1). Is the
본 발명에 의한 신호 왜곡의 추정/보상 장치는 테스트 신호에 대한 신호 왜곡을 추정하여 왜곡 추정부(714)에서 상기 왜곡 보상치를 구한 경우에는 이렇게 구해진 왜곡 보상치를 이용해 보상된 테스트 신호를 반복 송신하여 다시 신호 왜곡을 추정함으로써 획득된 보상치의 정확도를 다시 확인할 수 있다. 즉, 보상된 테스트 신호를 수신하여 보상된 보상 오류가 일정한 임계값 이하가 되는지 확인하여 그 성능을 테스트 할 수 있다. 여기서, 보상 오류는 추정된 보상치를 테스트 신호에 적용한 후, 추정과정과 동일하게 루프백(loopback)된 수신신호의 FFT 출력에 대하여 각 부반송파 별로 수신값과 목표값 간의 차이로 정의할 수 있다. The signal distortion estimator / compensation apparatus according to the present invention estimates the signal distortion of the test signal, and when the
도 9 는 본 발명에 의한 신호의 왜곡을 추정 및 보상하는 방법에 관한 다른 실시예를 나타내는 도면이다. 9 is a view showing another embodiment of a method for estimating and compensating for distortion of a signal according to the present invention.
OFDM 송수신 시스템에 있어서, 송신 모뎀의 신호 왜곡을 추정하여 계산된 보상치를 이용해 신호 왜곡을 미리 보상하기 위해서는 두 개의 모드로 운영된다. In the OFDM transmission and reception system, two modes are used to compensate for the signal distortion in advance by using the compensation value calculated by estimating the signal distortion of the transmission modem.
첫째는, "추정모드(estimate)"이다. 이것은 송신 모뎀의 신호 왜곡을 추정하여 사용가능한 부반송파(subcarrier)에 대한 보상치를 계산한다. The first is "estimate". It estimates the signal distortion of the transmitting modem to calculate the compensation for the available subcarriers.
둘째는, "확인모드(confirm)"이다. 이것은 추정모드에서 계산된 보상치의 정 확도를 확인한다. The second is "confirm". This confirms the accuracy of the compensation calculated in the estimation mode.
먼저 신호 왜곡에 대한 추정 모드가 설정된다.(S110)First, an estimation mode for signal distortion is set (S110).
추정 모드가 설정되면, 스위치 제어부는 송신부에서 신호 왜곡을 측정하기 위해 스위치를 제어하여 테스트 신호의 경로를 설정한다.(S120) 표 1에서와 같이 스위치 3 개를 적절하게 제어하여 경로를 설정한다. When the estimation mode is set, the switch controller controls the switch to set the path of the test signal in order to measure the signal distortion at the transmitter. (S120) As shown in Table 1, the switch is appropriately controlled to set the path.
경로 설정을 위한 스위치 제어가 이루어지면, IFFT 입력 값들에 보상될 초기 보상치(compensation values)를 설정한다.(S130) 여기서 초기 보상치는 (1+j0)으로 한다. 따라서, Lk = 1+jO 이다. 또한, Lk는 향후 OFDM 심볼에 발생할 왜곡을 사전 보상할 보상치로서 k-번째 부반송파에 대한 왜곡 보상치이다. When the switch control for the routing is performed, initial compensation values to be compensated for the IFFT input values are set (S130). Here, the initial compensation values are set to (1 + j0). Thus, L k = 1 + jO. In addition, L k is a distortion compensation value for the k-th subcarrier as a compensation value to precompensate distortion occurring in an OFDM symbol in the future.
다음에는, 테스트 신호를 생성한다.(S140) 각각의 부반송파를 통하여 송신되는 테스트 신호는 계산이 용이한 크기로 정한다. 예를 들어, 테스트 신호를 1+j0으로 설정할 수 있다. 다만, IFFT 출력시 saturation이 발생하는 것을 피하기 위해 IFFT 입력 전에 모든 부반송파의 값들에 PRBS 시퀀스를 곱한다. Next, a test signal is generated. (S140) A test signal transmitted through each subcarrier is determined to be easy to calculate. For example, the test signal can be set to 1 + j0. However, to avoid saturation at the IFFT output, the PRBS sequence is multiplied by the values of all subcarriers before the IFFT input.
또한, 생성되는 테스트 신호는 보상 값을 이용해 보상된다. 다만, 초기 보상값을 1+j0으로 설정하면 보상된 테스트 신호는 원래 테스트 신호를 유지한다. In addition, the generated test signal is compensated using the compensation value. However, if the initial compensation value is set to 1 + j0, the compensated test signal maintains the original test signal.
이렇게 테스트 신호가 생성되면, 테스트 신호를 OFDM 송수신 시스템의 송신 모뎀으로 전송한다.(S150) 즉, 테스트 신호를 송신 모뎀의 IFFT 입력으로 전달한다. When the test signal is generated, the test signal is transmitted to the transmission modem of the OFDM transmission and reception system (S150). That is, the test signal is transmitted to the IFFT input of the transmission modem.
송신 모뎀에서 신호 왜곡이 발생한 테스트 신호는 스위치에 의해 설정된 경 로를 통해 루프 백(loop-back)되어 수신된다.(S160) The test signal generated by the signal distortion in the transmission modem is received by looping back through the path set by the switch (S160).
그리고, 반복횟수(iteration) i를 0으로 설정한다.(S170) Then, iteration i is set to 0 (S170).
수신된 테스트 신호는 입력신호 처리부에서 정규 샘플률(nominal sampling rate)로 데시메이션(decimation)하여 FFT(850)에 입력된다.(S180) 즉, 입력신호 처리부(840)는 송신 모뎀의 오버샘플율(over-sample rate)에 따라 데시메이션(decimation)을 수행하여 오버 샘플율(over-sample rate) 만큼의 OFDM 심볼을 FFT에 입력하여 FFT를 실행한다. The received test signal is decimated at a nominal sampling rate by the input signal processor and input to the FFT 850. In other words, the input signal processor 840 receives an oversample rate of the transmission modem. The decimation is performed according to the over-sample rate, and the FFT is performed by inputting an OFDM symbol equal to the over-sample rate to the FFT.
FFT가 실행되고 각 부반송파에 대한 전력값이 구해지면, 각각의 부반송파의 전력을 합한다.(S190)When the FFT is executed and the power value for each subcarrier is obtained, the powers of the respective subcarriers are summed (S190).
다음으로 반복횟수를 i=i+1로 설정하고(S200), 반복횟수 i와 미리 설정된 개수 A와의 크기를 비교한다.(S210)Next, the repetition number is set to i = i + 1 (S200), and the size of the repetition number i and the preset number A is compared (S210).
i가 A 보다 작은 경우에는 데시메이션된 OFDM 심볼에 FFT를 실행하는 단계(S180)로 돌아간다. If i is smaller than A, the process returns to step S180 of performing an FFT on the decimated OFDM symbol.
만일, i가 A 보다 작지 않은 경우에는 각 부반송파 전력에 대한 평균 FFT 출력을 구한다.(S220)If i is not less than A, an average FFT output for each subcarrier power is obtained (S220).
각 부반송파 전력에 대한 평균 FFT출력이 구해지면, "추정 모드"가 설정되어 있는 지 여부를 판단하여(S230), 추정모드가 설정되어 있는 경우에는 각 부반송파에 대한 보상치 Lk를 구하여 저장한다.(S240) 그리고 "확인 모드"를 설정하고(S250), 상기 보상치 Lk를 이용해 테스트 신호를 생성하는 단계(S140)를 다시 실 행한다. When the calculated average FFT output for each subcarrier power, it is determined whether or not there is "estimated mode" is set (S230), if the estimated mode is set, and stores obtain the compensation value L k for each subcarrier. In operation S240, a check mode is set (S250), and a test signal is generated using the compensation value L k (S140).
만일, 추정모드가 설정되어 있지 않은 경우에는, 보상치가 적용된 테스트 신호에 대한 FFT 출력에서 각 부반송파 별로 수신값과 목표값 사이의 차이인 보상 오류를 계산한다.(S260) If the estimation mode is not set, a compensation error, which is a difference between the received value and the target value, is calculated for each subcarrier in the FFT output for the test signal to which the compensation value is applied (S260).
보상 오류가 계산되면 보상 오류와 설정된 임계값과의 크기를 비교한다.(S270) 여기서, 임계값은 무시할 수 있을 정도의 보상 오류를 말하는 것으로 경우에 따라 적절하게 설정가능하다. When the compensation error is calculated, the magnitude of the compensation error is compared with the set threshold value (S270). Here, the threshold value is a negligible compensation error and may be appropriately set in some cases.
보상 오류가 임계값보다 크다면, 다시 추정 모드로 전환하고, 테스트 신호를 생성하는 단계(S140)로 다시 돌아간다.(S280)If the compensation error is greater than the threshold value, the process returns to the estimation mode again, and returns to the step (S140) of generating a test signal (S280).
보상 오류가 임계값보다 크기 않다면, 왜곡 보상치를 구하는 과정을 종료한다.(S290) If the compensation error is not greater than the threshold, the process of obtaining the distortion compensation value is terminated (S290).
이러한 과정을 통해 각 부반송파에 대한 왜곡 보상치가 구해지면, 이를 왜곡 보상부에 저장하고, OFDM 시스템의 작동에 따라 일반 데이터를 포함하는 OFDM 심볼을 송신할 때 OFDM 심볼의 각 부반송파에 대하여 신호의 왜곡을 사전에 보상한다. When the distortion compensation value for each subcarrier is obtained through this process, the distortion compensation value is stored in the distortion compensation unit, and when the OFDM symbol including general data is transmitted according to the operation of the OFDM system, the distortion of the signal for each subcarrier of the OFDM symbol is calculated. Reward in advance.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자에게 있어 명백할 것이다. The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and it is common in the art that various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art.
도 1 은 일반적인 OFDM 송수신 시스템의 구성을 나타내는 도면이다. 1 is a view showing the configuration of a typical OFDM transmission and reception system.
도 2 는 저역통과필터(LPF)의 주파수 특성을 나타내는 도면이다. 2 is a diagram illustrating frequency characteristics of a low pass filter (LPF).
도 3 은 디지털/아날로그 변환기(DAC)의 샘플/홀드(Sample-and-Hold)의 개념를 나타내는 도면이다. 3 is a diagram illustrating the concept of sample-and-hold of a digital-to-analog converter (DAC).
도 4 는 디지털/아날로그 변환기(DAC)의 주파수 특성을 나타내는 도면이다. 4 is a diagram illustrating frequency characteristics of a digital-to-analog converter (DAC).
도 5 은 종래 기술에 의해 역싱크 보상을 위한 주파수 특성을 나타내는 도면이다. 5 is a diagram illustrating a frequency characteristic for reverse sink compensation by the prior art.
도 6 는 직렬로 연결된 복수 함수의 특성을 나타내는 도면이다. 6 is a diagram illustrating characteristics of a plurality of functions connected in series.
도 7 은 본 발명에 의한 OFDM 시스템에 있어 신호 왜곡의 추정 및 보상 장치 의 구성을 나타내는 도면이다. 7 is a diagram illustrating a configuration of an apparatus for estimating and compensating for signal distortion in an OFDM system according to the present invention.
도 8 은 본 발명에 의해 신호의 왜곡을 보상하는 장치에 관한 구성을 나타내는 도면이다. 8 is a diagram illustrating a configuration of an apparatus for compensating for distortion of a signal according to the present invention.
도 9 는 본 발명에 의한 신호의 왜곡을 추정 및 보상하는 방법에 관한 다른 실시예를 나타내는 도면이다. 9 is a view showing another embodiment of a method for estimating and compensating for distortion of a signal according to the present invention.
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2007
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Patent Citations (3)
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Title |
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조용수 외 1인, "OFDM시스템의 비선형 왜곡 분석", 한국통신학회논문지 제23권 4호,pp.976~987,1998.4 |
Also Published As
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