KR100953534B1 - 이동 단말기에서의 초기 주파수 옵셋 추정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이동 단말기에서의 초기 주파수 옵셋 추정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 제1 위상 추정부에서 수신된 프리앰블의 사이클릭 프리픽스(CP)를 이용하여 제1 위상을 추정하고, 제2 위상 추정부에서 프리앰블의 반복 신호 패턴을 이용하여 제2 위상을 추정하고, 주파수 옵셋 추정부에서 상기 추정된 제1 위상으로부터 미세 주파수 옵셋을 추정하고, 상기 미세 주파수 옵셋을 이용하여 최종 주파수 옵셋을 추정하는 것을 특징으로 하며, 이로 인해 간섭의 영향을 받더라도 가장 강한 전력으로 수신된 프리앰블에 대한 초기 주파수 옵셋을 추정함으로써, 간섭 신호에 둔감하고 넓은 주파수 옵셋을 추정할 수 있다.
Figure R1020070138611
와이브로, OFDM, 이동 단말기, 프리앰블, 주파수 옵셋 추정, 위상 추정, 보상 위상, 1024 샘플, 341 샘플, 섹터값.

Description

이동 단말기에서의 초기 주파수 옵셋 추정 장치 및 방법{Method and Apparatus for estimating initial frequency offset in mobile station}
본 발명은 주파수 옵셋 추정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 직교주파수분할다중접속(OFDMA) 방식을 사용하는 와이브로 통신 시스템의 이동 단말기에서 모뎀의 초기 주파수 옵셋을 추정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 직교주파수분할다중접속(OFDMA : Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access) 방식에서 사용되는 주파수 옵셋 추정 방법은 직교주파수분할다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing 이하, OFDM이라 칭함) 신호에 포함되어 있는 반복 신호 성분 간의 위상 차이를 이용한다. 이는 주파수 옵셋이 없다면 반복된 신호 간에는 위상 차이가 없지만, 주파수 옵셋이 발생할 경우에는 위상 차이가 주파수 옵셋에 비례하여 증가하기 때문이다.
일반적으로 OFDM 심볼은 첨부된 도 1에 도시된 바와 같이, 송신기에서 역 고속 퓨리에 변환(이하, IFFT라 칭함)으로 생성된 N(IFFT 크기) 샘플 중에서 후반부 G 샘플을 복사하여 N 샘플 앞 구간에 첨부하여 총 G+N 샘플로 구성되는데, 수신기에서 보면 CP와 OFDM 심볼의 후반 G 샘플이 동일하므로 상기 두 구간의 위상차를 이용하여 주파수 옵셋을 추정할 수 있다. 여기서 N 샘플 앞 구간의 G 샘플 구간은 통상 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix 이하, CP라 칭함)라 칭하며, 전송 도중의 OFDM 심볼 간 간섭을 최소화하기 위한 완충 구간으로 볼 수 있다.
한편, 와이브로 방식을 적용하는 종래의 주파수 옵셋 추정 기술은 특별한 형태의 OFDM 심볼을 프리앰블(preamble)로 사용하여 신호 검출 및 동기에 용이하게 이용된다. 이러한 특별한 형태의 OFDM 심볼은 첨부된 도 2에 도시된 바와 같이, N 샘플이 3개의 동일 신호로 반복되는 형태를 갖는다. 상기 프리앰블을 생성하기 위해서는 첨부된 도 3에 도시된 바와 같이, IFFT 입력에 매 3번째 서브캐리어 만을 파일럿(pilot)으로 사용하고, 나머지 2개는 널(Null) 서브캐리어로 사용하는 특성을 적용한다. 특히 각 이동통신망의 각 셀은 첨부된 도 6에 도시된 바와 같이 3개의 섹터로 구분되는데, 각 섹터에 서로 다른 프리앰블을 생성하기 위해서는 섹터값(1, 2, 3)에 따라 파일럿으로 사용되는 서브캐리어의 위치가 상기 도 3에 도시된 바와 같이 다르게 배치되어야 한다.
와이브로 방식에서는 제1 섹터(#1)에서는 프리앰블의 반복 신호 간에 위상차가 O도, 제2 섹터(#2)에서는 위상차가 120도, 제3섹터(#3)에서는 위상차가 -120도가 발생한다. 여기서 전체 프리앰블의 크기인 고속 퓨리에 변환((Fast Fourier Transform 이하, FFT라 칭함) 크기(1024 샘플)의 1/3이 약 341 샘플인데, 반복되는 심볼 중 하나의 크기로서, 314 샘플 구간 안에 위상차가 섹터값에 따라 0도, 120, -120도 차이가 있지만, 신호의 절대값은 동일하다.
이와 같은 와이브로 방식의 프리앰블을 수신하여 주파수 옵셋을 추정하는 종래의 주파수 옵셋 추정 장치는 첨부된 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같다.
상기 도 4의 주파수 옵셋 추정 장치는 CP를 이용하는 즉, 1024 샘플에 대한 주파수 옵셋을 추정하는 장치이며, 상기 도 5의 주파수 옵셋 추정 장치는 프리앰블의 반복 신호를 이용하는 즉, 341 샘플에 대한 주파수 옵셋을 추정하는 장치이다. 상기 종래의 주파수 옵셋 추정 장치는 각각 상기 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 수신된 프리앰블을 일정 시간 지연시키는 지연기(11, 21)와, 복소화기(12, 22)와, 지연된 프리앰블과 수신된 프리앰블에서 대응되는 신호 부분 간의 상관(correlation)을 위한 복소 곱셈기(13, 23)와, 상관값을 누적하는 누적기(sum)(14, 24)와, 일정 시간 누적된 결과인 복소값에 대한 위상을 계산하는 위상 계산기(Atan())(15, 25)와, 계산된 위상으로부터 주파수 옵셋을 추정하는 주파수 옵셋 추정기(16, 26)로 구성된다.
상기 도 4의 지연기(11)는 1024 샘플을 지연시키고, 상기 도 5의 지연기(21)는 341 샘플을 지연시키므로 상기 도 4의 주파수 옵셋 추정 장치와, 상기 도 5의 주파수 옵셋 추정 장치는 상관값 계산에 사용되는 두 개의 복소 신호의 시간 간격이 서로 다르다. 이러한 시간 간격은 주파수 옵셋 추정 범위에 영향을 준다.
구체적으로 설명하면, 상관에 사용된 두 개의 복소 신호의 양(positive)의 시간 간격을 m이라 하면, 위상 계산기(15, 25)의 출력 범위는 -π, π 사이이므로 하기 <수학식 1>과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112007093792191-pat00001
여기서, 상기 샘플링 주파수(fS)가 10M[Hz]일 때, m이 1024와 341 샘플인 경우에 주파수 옵셋 추정 범위는 각각 4.883k[Hz]와 14.663k[Hz]가 된다. 따라서 m이 줄어들수록 주파수 옵셋 추정 범위가 증가함을 알 수 있다.
그러나 추정 범위가 증가할수록 추정 정확도는 떨어지게 되므로 일반적으로 초기 주파수 옵셋을 추정할 때에는 추정 범위가 큰 추정 방법을 사용하며, 상기 도 4에 도시된 바와 같이 CP를 이용한 주파수 옵셋 추정 방법만으로는 주파수 옵셋 추정 범위가 좁아서(부반송파 간격의 0.5에 해당함) 초기 주파수 옵셋 추정에 의존할 수 없으므로 상기 도 5에 도시된 바와 같이 상관 간격이 좁은 추정 방법을 사용해야 한다.
상기 도 5의 프리앰블의 반복 신호 패턴을 이용하는 주파수 옵셋 추정 장치는 상기 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 이동 단말(MT 1)이 섹터 중심에 위치할 경우, 인접 셀/섹터의 간섭이 적으므로 제2 섹터(#2), 제3 섹터(#3)의 프리앰블을 포함한 다운 링크(DL) 신호를 우수한 품질로 수신하므로 초기 주파수 옵셋 추정도는 높다. 하지만, 섹터 간 경계에 위한 제2 이동 단말(MT 2) 또는 셀 간 경계에 위치한 제3 이동 단말(MT 3)의 경우, 인접 셀 또는 섹터 간섭으로 인하여 정확한 추정을 보장할 수 없다.
이와 같이 이동 단말의 위치에 따른 주파수 옵셋 추정의 결과를 첨부된 도 면들을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
상기 도 7a 및 도 7b는 초기 주파수 옵셋이 각각 0[Hz]와 7.812k[Hz](부반송파 간격의 0.8배)일 때, 1024 샘플 간격의 상관 결과와, 341 샘플 간격의 상관 결과에 대한
Figure 112007093792191-pat00002
의 출력인 위상을 도시한 그래프이다. 여기서 가로축은 제1 섹터(#1)의 프리앰블 수신신호 전력(P1)과 제2 섹터(#2)의 프리앰블 수신신호 전력(P2)의 비율을[dB] 단위로 도시한 것으로 가로축의 제일 왼쪽인 -10[dB]는 다음 상황을 의미한다. 임의의 이동 단말이 프리앰블을 수신할 때, 수신 프리앰블은 제1 섹터의 프리앰블과 제2 섹터의 프리앰블이 혼합되어 있는데, 전자의 전력이 후자의 전력에 비해 10배가 클 경우이다. 이러한 경우 이동 단말이 신호품질이 좋은 제1 섹터에 접속되어 있다면 제2 섹터의 신호는 간섭이 된다.
상기 도 7a에 도시된 바와 같이, 간섭 신호인 제2 섹터의 프리앰블이 증가할수록 341 샘플 간격의 상관 결과인 Phase341의 추정 위상은 변화함을 알 수 있다.
P1의 전력이 클 경우, 상관 결과에는 제1 섹터의 신호의 특성이 주로 나타나면서 위상은 0도로 수렴하고, P2의 전력이 커질수록, 상관 결과에는 제2 섹터의 신호 특성이 주로 나타나게 되어 위상은 120도로 수렴하게 된다. 초기 주파수 옵셋이 0[Hz]로 일정함에도 불구하고 Phase341의 추정 위상이 간섭 신호의 강도에 따라 변하므로 Phase341을 초기 주파수 옵셋을 추정하는 데 사용할 수가 없다.
또한, 상기 도 7b에 도시된 바와 같이, 초기 주파수 옵셋이 부반송파 간격의 0.8배인 7.813k[Hz]가 있을 때, P1과 P2 간의 비율이 변경될 때, Phase1024, Phase341 및 보상_ Phase341을 도시한 것이다. 주파수 옵셋이 7.813k [Hz]가 있을 경우, 매 샘플마다 2π×7.813e3×10e-6=0.00491[rad]=0.28도 회전하면 341 샘플 구간 동안 95.9도가 회전하며 1024 샘플 구간 동안 288도 회전한다. tan-1() 함수는
Figure 112007093792191-pat00003
와
Figure 112007093792191-pat00004
사이의 값을 출력하므로 Phase341은 95.9도가 출력되나, Phase1024는 288-360 = -72도를 출력하게 된다. 이는 초기 주파수 옵셋이 1024 샘플간격에 대한 상관을 이용한 추정 방법의 주파수 옵셋 추정범위를 초과하였기 때문에 발생한 것이다.
따라서 넓은 주파수 옵셋을 추정하면서 간섭 신호에 둔감한 주파수 옵셋 추정 방법이 필요함을 알 수 있다.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 직교주파수다중분할접속 방식(OFDMA)을 사용하는 와이브로(WiBro) 통신 시스템의 이동 단말기에서 넓은 주파수 옵셋을 추정하면서 간섭 신호에 둔감한 모뎀의 초기 주파수 옵셋을 추정하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
상기 이러한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 이동 단말기에서의 초기 주파수 옵셋 추정 장치는, 수신된 프리앰블 내의 사이클릭 프리픽스(CP)를 제외한 제1 샘플을 이용하여 제1 위상을 추정하는 제1 위상 추정부; 상기 수신된 프리앰블 내의 반복 패턴인 제2 샘플을 이용하여 제2 위상을 추정하는 제2 위상 추정부; 및 상기 추정된 제1 위상으로부터 미세 주파수 옵셋을 추정하고, 상기 미세 주파수 옵셋을 이용하여 최종 주파수 옵셋을 추정하는 주파수 옵셋 추정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 방법은, 이동 단말기에서, 수신된 프리앰블의 초기 주파수 옵셋을 추정하기 위한 방법으로서, (a) 상기 프리앰블의 사이클릭 프리픽스(CP)를 제외한 제1 샘플을 이용하여 제1 위상을 추정하고, 상기 프리앰블의 반복 패턴인 제2 샘플을 이용하여 제2 위상을 추정하는 과정; (b) 상기 추정된 제2 위상과 상기 추정된 제1 위상의 보상값을 합하여 보상 위상을 구하는 과정; (c) 상기 제1 위상으로부터 미세 주파수 옵셋을 추정하는 과정; 및 (d) 상기 보상 위상 및 상기 미세 주파수 옵셋을 이용하여 최종 주파수 옵셋을 추정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서 본 발명은 CP를 이용한 주파수 옵셋 추정 방법 및 프리앰블 반복 패턴을 이용한 주파수 옵셋 추정 방법을 모두 적용하여 단말기가 섹터 경계나 셀 경계에 위치하여 인접 섹터 간섭 또는 셀 간섭이 강하더라도 가장 강한 전력으로 수신되는 프리앰블에 대한 초기 주파수 옵셋을 추정함으로써, 간섭 신호에 둔감하고 주파수 옵셋의 추정 범위를 확대할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 실시예에 따른 직교주파수분할다중접속(OFDMA) 방식을 사용하는 와이브로(WiBro) 통신 시스템의 단말을 적용하여 설명하기로 한다.
또한, 상기 단말의 모뎀에서는 일반적으로 초기 동작 시, 초기 주파수 옵셋 추정 후에 셀 탐색을 하는데, 이러한 셀 탐색 결과로부터 섹터값을 알 수 있으므로 초기 주파수 옵셋 추정 시점에서는 섹터값을 알지 못하게 된다. 이에 따라 수신된 프리앰블 내의 반복구간 간의 위상 차이를 알 수 없게 되므로 본 발명의 실시예에서는 이를 고려한 초기 주파수 옵셋 추정에 대해 설명하기로 한다.
그러면 본 발명의 실시예에 따른 상기 단말의 모뎀에 적용되는 초기 주파수 옵셋을 추정하기 위한 주파수 옵셋 추정 장치의 구조에 대해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 주파수 옵셋 추정 장치의 구조를 도시한 도면이다.
상기 도 8을 참조하면, 상기 주파수 옵셋 추정 장치는 크게 제1 위상 추정부(110), 제2 위상 추정부(120), 보상부(130) 및 주파수 옵셋 추정부(140)로 구분되어 구성된다. 도 8에서 제1 위상 추정부(110)는 1024 샘플을 이용하여 추정하고, 제2 위상 추정부(120)는 341 샘플을 이용하여 추정하는 구성이 예시적으로 도시되어 있다.
상기 제1 위상 추정부(110)는 수신된 프리앰블의 제1 샘플을 일정 시간 지연시키는 지연기(111)와, 상기 지연된 제1 샘플을 복소화하는 복소화기(112)와, 상기 지연된 제1 샘플과 수신된 프리앰블에서 대응되는 신호 부분 간의 상관(correlation)을 계산하는 복소 곱셈기(113)와, 상관 결과를 누적하는 누적기(sum)(114)와, 일정 시간 누적된 결과인 복소값에 대한 제1 위상(Phase1024)을 계산하는 위상 계산기(Atan())(115)를 포함한다. 상기 제1 위상 추정부(110)는 수신 된 프리앰블에서 CP를 제외한 제1 샘플의 위상 즉, 제1 위상을 추정한다. 예컨대, 상기 프리앰블이 1152 샘플로 구성되는 경우 상기 제1 샘플은 CP를 제외한 1024 샘플일 수 있다.
상기 제2 위상 추정부(120)는 상기 프리앰블의 제2 샘플을 일정 시간 지연시키는 지연기(121)와, 상기 지연된 프리앰블의 제2 샘플을 복소화하는 복소화기(122)와, 상기 지연된 프리앰블의 제2 샘플과 수신된 프리앰블에서 대응되는 신호 부분 간의 상관(correlation)을 계산하는 복소 곱셈기(123)와, 상관 결과를 누적하는 누적기(sum)(124)와, 일정 시간 누적된 결과인 복소값에 대한 제2 위상(Phase341)을 계산하는 위상 계산기(Atan())(125)를 포함한다. 상기 제2 위상 추정부(120)는 프리앰블 내에 포함된 반복 패턴인 제2 샘플을 이용하여 상기 제 2위상을 추정한다. 예컨대, 상기 프리앰블 내에 3개의 반복 패턴이 존재하는 경우, 상기 제2 샘플은 341 샘플일 수 있다.
상기 보상부(130)는 상기 제1 위상 추정부(110)의 위상 계산기(115)로부터 상기 1024 샘플의 위상인 제1 위상을 수신하여 상기 제1 위상에서 -1/3 보상된 보상값을 출력하는 보상기(131)와, 상기 제2 위상 추정부(120)의 제2 위상 계산기(125)로부터 상기 341 샘플의 위상인 제2 위상을 수신하고, 상기 보상값과 상기 수신된 제2 위상을 합하여 보상된 보상 위상을 출력하는 합산기(132)를 포함한다. 여기서 상기 보상 위상은 상기 제2 위상에 포함된 미세 주파수 옵셋 성분이 제거된 위상값이다.
상기 주파수 옵셋 추정부(140)는 크게 제1 레지스터(141) 및 미세 주파수 옵셋 추정기(142)로 이루어진 미세 주파수 옵셋 부분과, 제2 레지스터(143) 및 최종 주파수 옵셋 추정기(144)로 이루어진 최종 주파수 옵셋 부분으로 구분되어 구성된다.
상기 미세 주파수 옵셋 추정기(142)는 제1 위상으로부터 미세 주파수 옵셋을 추정하고, 추정된 미세 주파수 옵셋을 저장된 프리앰블에 반영하여 저장된 프리앰블을 위한 미세 주파수 옵셋을 보상한다.
상기 제1 레지스터(141)는 상기 미세 주파수 옵셋 추정기(142)에서 추정된 미세 주파수 옵셋을 일시 저장한다.
상기 제2 레지스터(143)는 상기 합산기(132)로부터 출력된 보상 위상을 일시 저장한다.
상기 최종 주파수 옵셋 추정기(144)는 셀 탐색기(도시되지 않음)로부터 수신한 섹터값 및 상기 제2 레지스터(143)로부터 수신한 보상 위상을 이용하여 정수배 주파수 옵셋을 구하고, 정수배 주파수 옵셋과 상기 제1 레지스터(141)로부터 수신한 미세 주파수 옵셋을 합하여 최종 주파수 옵셋을 추정한다. 상기 섹터값은 단말 모뎀에서 상기 미세 주파수 옵셋이 보상된 프리앰블을 이용하여 셀 서치(cell search)를 수행하여 검출한 섹터값일 수 있다. 상기 셀 서치는 다양한 실시예를 사용하여 수행될 수 있으므로, 여기서는 별도로 설명하지 아니한다.
상술한 바와 같이 구성된 주파수 옵셋 추정 장치는 CP를 이용하여 추정한 제 1 위상 및 프리앰블의 반복 패턴을 이용하여 추정한 제2 위상을 모두 적용하여 넓은 주파수 옵셋을 추정하면서 섹터 경계나 셀 경계에 위치하여 인접 섹터 또는 셀의 간섭 신호에 둔감한 초기 주파수 옵셋을 추정하게 된다. 그러면 이러한 초기 주파수 옵셋을 추정하기 위한 방법에 대해 첨부된 도면들을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.
주파수 옵셋은 송신기와 수신기 간의 각각 생성된 반송파 주파수 차이로서, 와이브로 환경에서 송신기인 기지국(Base Station)의 반송파 주파수에 비해 수신기인 단말기(Mobile Terminal)의 반송파 주파수의 정확도가 떨어진다.
Figure 112007093792191-pat00005
[Hz]에 해당하는 주파수 옵셋이 발생하면, 모뎀에 수신되는 신호에는
Figure 112007093792191-pat00006
과 같이 위상 회전이 발생한다. 여기서 yn은 수신 신호, n은 신호의 시간상의 번호, Ts는 샘플 주기로서 샘플링 주파수 즉, fs의 역수이다. 또한, 시간이 증가함에 따라 수신 신호에 발생하는 위상도 시간에 비례하여 증가함을 알 수 있다.
한 개의 OFDM 심볼을 생성하는데 사용되는 FFT 크기가 N=1024이고, CP의 길이가 FFT 크기의 1/8일 때, OFDM 심볼의 길이는 1024+128=1152 샘플이 된다. 이러한 1152 샘플은 모뎀의 주파수 옵셋 추정 장치에 수신되어 주파수 옵셋 추정에 이용된다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 주파수 옵셋 추정 장치에서 프리앰블의 초기 주파수 옵셋을 추정하기 위한 과정을 도시한 도면이다.
상기 도 9를 참조하면, 201단계에서 상기 주파수 옵셋 추정 장치는 프리앰블의 1152 샘플을 수신한 후, 202단계에서 제1 위상 및 제2 위상을 추정한다. 상기 제1 위상 추정은 상기 주파수 옵셋 추정 장치의 제1 위상 추정부(110)에서 하기 <수학식 2>를 이용하여 추정할 수 있다.
Figure 112007093792191-pat00007
상기 저장된 프리앰블 내의 CP에 속해 있는 복소 신호(Zn +i)는 1024 샘플 뒤의 복소 신호(Z* n+i-1024)와 동일한 값이므로 이들 두 복소 신호 간의 상관을 이용하여 위상차에 해당하는 복소값(Zn+i Z* n+i-1024)을 구할 수 있다. 이렇게 상기 제1 위상 추정부(110)는 상기 <수학식 2>와 같이 상기 복소값을 누적한 후, 누적된 값(R1 , n)을 Atan() 연산(tan-1(R1 , n))을 하여 제1 위상을 추정한다.
상기 제2 위상 추정부(120)는 상기 <수학식 3>을 이용하여 위상을 추정할 수 있다.
Figure 112007093792191-pat00008
상기 제2 위상 추정부는 상기 제1 위상 추정과 같은 방법으로 341 샘플에 대한 누적된 복소값(R2 , n)을 구하여 Atan() 연산(tan-1(R2 , n))을 통해 제2 위상을 추정한다.
다시 도 9를 참조하면, 203단계에서 상기 주파수 옵셋 추정 장치는 보상부(130)를 통해 제1 위상에 제1 위상의 1/3을 빼서 상기 보상 위상을 구한다. 이러한 상기 보상 위상은 제2 위상에 포함된 미세 주파수 옵셋 성분이 제거된 위상값이며
Figure 112007093792191-pat00009
이라 정의한다.
그런 다음 204단계에서 상기 주파수 옵셋 추정 장치는 제1 위상으로부터 미세 주파수 옵셋을 추정하여, 추정된 미세 주파수 옵셋을 제1 레지스터(140a)에 일시 저장하고, 제2 레지스터(140b)에 보상 위상,
Figure 112007093792191-pat00010
을 일시 저장한다. 이렇게 저장된 제1 위상에서 미세 주파수 옵셋을 추정한다. 이러한 미세 주파수 옵셋은 하기 <수학식 4>을 이용하여 추정할 수 있다.
Figure 112007093792191-pat00011
상관 결과에서
Figure 112007093792191-pat00012
는 양(positive)의 실수값으로 위상에 영향을 주지 못하므로 주파수 옵셋을 구할 수 있다. 이렇게 추정된 미세 주파수 옵셋은 수신된 프리앰블에 반영되어 보상된다. 이러한 미세 주파수 옵셋의 보상은 하기 <수학식 5>와 같다.
Figure 112007093792191-pat00013
상기 <수학식 5>에서 초기 주파수 옵셋이 서브캐리어 간격의 1/2 이하인 경우 (
Figure 112007093792191-pat00014
)은 0이 되나, 반대로 서브캐리어 간격의 1/2 이상인 경우 0이 되지 않고 1이 되어 미세 주파수 옵셋이 보상된 프리앰블에는 서브캐리어 간격만큼의 주파수 옵셋이 잔존하게 된다. 이는 미세 주파수 옵셋 방법의 추정 범위를 초과한 초기 주파수 옵셋에 대한 결과이다. 이러한 미세 주파수 옵셋이 보상된 프리앰블을 이용하여 셀 탐색기(도시되지 않음)에서는 셀 탐색을 수행하여 섹터값을 검출할 수 있다. 이렇게 검출된 섹터값은 상기 주파수 옵셋 추정 장치의 최종 주파수 옵셋 추 정기(144)에서 이용된다. 따라서 상기 주파수 옵셋 추정 장치는 상기 섹터값을 정수배 주파수 옵셋 추정 시 상기 셀 탐색기(도시되지 않음)로부터 수신하거나, 최종 주파수 옵셋 추정을 위한 정보로서 미리 설정할 수도 있다. 여기서 상기 셀 탐색은 일반적으로 잘 알려진 다양한 실시예를 적용할 수 있으며, 본 발명의 범위에 포함되지 않으므로 본 발명의 실시예에서는 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
이후, 206단계에서 상기 섹터값과 보상 위상을 이용하여 정수배 주파수 옵셋을 추정한다. 상기 정수배 주파수 옵셋은 도 10, 표 1과 하기 <수학식 6>을 이용하여 추정할 수 있다. 추정된 섹터값을
Figure 112007093792191-pat00015
라 정의한다.
Figure 112007093792191-pat00016
상기 식에서
Figure 112007093792191-pat00017
의 “normalized (정규화)”주어진 주파수 옵셋 [Hz]과 서브캐리어 간격 [Hz] 간의 비율에서 정수부에 해당하는 값이다. 예를 들어, 서브캐리어 간격이 100 [Hz]이고 주어진 주파수 옵셋이 120 [Hz] 일 경우, “ normalized”주파수 옵셋은 1.2 가 되며,
Figure 112007093792191-pat00018
는 1 이 된다. 따라서 [Hz] 단위의 정수배 주파수 옵셋,
Figure 112007093792191-pat00019
은 (
Figure 112007093792191-pat00020
)x(서브캐리어 간격)이 된다.
이후, 207단계에서 상기 주파수 옵셋 추정 장치는 상기 추정된 정수배 주파수 옵셋과 미세 주파수 옵셋을 합하여 최종 주파수 옵셋을 추정한다. 상기 추정된 최종 주파수 옵셋은 <수학식 7>과 같다.
Figure 112007093792191-pat00021
이와 같은 주파수 옵셋 추정 방법에서 상기 206단계에서의 정수배 주파수 옵셋 추정에 대해 첨부된 도면들을 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
상기 도 6을 참조하면, 제1 섹터의 신호 전력(P1)과 제2 섹터의 신호전력 (P2) 간의 전력비율이 동일한 지점(가로축이 "0"인 지점)에서는 제1 위상이 60도로 추정된다. 이는 제1 섹터 프리앰블의 반복 신호 간의 위상차가 0도이고, 제2 섹터 프리앰블의 반복 신호 간의 위상차가 120도일 때, 두 프리앰블의 전력이 동일하게 섞일 경우, 두 위상차의 평균에 해당하는 값이 추정됨을 알 수 있다. 반면, 제1 섹터 프리앰블과 제3 섹터의 프리앰블이 동일한 전력으로 섞여 수신될 경우, 제2 위상은 -60도가 추정된다. 따라서 제1 섹터의 전력이 다른 섹터의 프리앰블 보다 강할 경우 제2 위상은 -60도에서 60도 사이에서 추정됨을 알 수 있다.
셀 탐색을 통해 얻은 섹터값과 제2 위상을 이용하여 미세 주파수 옵셋이 보상된 프리앰블에 잔존하는 정수배 주파수 옵셋 추정은 하기 <표 1>을 통해 추정할 수 있다.
Sector Value estimated from cell search Phase_341 when initial FO=0[deg] Estimated Phase_341[deg] Residual integer FO[Hz]
without interference with interference
1 0 -120 -180 ~-60 -1 subcarrier spacing
0 -60 ~ 60 0
120 60 ~ 180 1 subcarrier spacing
2 120 -120 -180 ~ -60 1 subcarrier spacing
0 -60 ~ 60 -1 subcarrier spacing
120 60 ~ 180 0
3 -120 -120 -180 ~ -60 0
0 -60 ~ 60 1 subcarrier spacing
120 60 ~ 180 -1 subcarrier spacing
상기 <표 1>에서 예를 들어 섹터값이 ‘1’인 경우, 잔존하는 정수배 주파수 옵셋이 ‘0’이라면 추정된 제2 위상은 ‘0’[deg]가 되어야 한다. 잔존하는 정수배 주파수 옵셋이 부반송파 간격의 +1 또는 -1 일 경우, 제2 위상은 각각 120[deg] 또는 -120[deg]가 된다. 그런데 간섭이 존재할 경우 추정 위상은 간섭의 강도에 따라 변하므로 잔존 주파수 옵셋이 ‘0’, ‘+1’ 그리고 ‘-1’일 경우 각각, -60~60, 60~180, -60~-180[deg]의 범위 내에 있게 된다. 따라서 제2 위상이 속하는 범위에 대응되는 잔존 정수배 주파수 옵셋(Residual integer FO, )은 추가로 보상되어야 할 주파수 옵셋이 된다.
이와 같은 <표 1>을 기반으로 정수배 주파수 옵셋 추정에 대해 설명하면 다음과 같다. 우선, 상기 섹터값이 1인 경우에 대해 첨부된 도 10a를 참조하여 설명하기로 한다.
311단계에서 상기 주파수 옵셋 추정 장치는 제2 위상이 ‘-60’보다 작은지를 확인하여 작은 경우에는 312단계에서 정수배 주파수 옵셋을 ‘-1’로 추정한다. ‘-60’보다 작지 않은 경우에는 313단계에서 제2 위상이 ‘60’보다 크거나 같은지를 확인한다. 확인 결과, 상기 주파수 옵셋 추정 장치는 ‘60’보다 크거나 같은 경우, 314단계에서 정수배 주파수 옵셋을 ‘1’로 추정하고, 그렇지 않은 경우(-60<=제2위상<60), 315단계에서 정수배 주파수 옵셋을 ‘0’으로 추정한다.
다음으로 상기 섹터값이 2인 경우에 대해 첨부된 도 10b를 참조하여 설명하기로 한다.
상기 <표 1>에서 섹터값이 ‘2’인 경우, 잔존하는 정수배 주파수 옵셋이 ‘0’이라면 추정된 제2 위상은 ‘-120’[deg]가 되어야 한다. 잔존하는 정수배 주파수 옵셋이 부반송파 간격의 +1 또는 -1 일 경우, 제2 위상은 각각 -120[deg] 또는 0[deg]가 된다. 그런데 간섭이 존재할 경우 추정 위상은 간섭의 강도에 따라 변하므로 잔존 주파수 옵셋이 ‘0’, ‘+1’ 그리고 ‘-1’일 경우 각각 60~180, -180~60, -60~60[deg]의 범위 내에 있게 된다.
321단계에서 상기 주파수 옵셋 추정 장치는 제2 위상이 ‘-60’보다 작은지를 확인하여 작은 경우에는 322단계에서 정수배 주파수 옵셋을 ‘1’로 추정한다. ‘-60’보다 작지 않은 경우에는 323단계에서 제2 위상이 ‘60’보다 크거나 같은지를 확인한다. 확인 결과, 상기 주파수 옵셋 추정 장치는 ‘60’보다 크거나 같은 경우, 324단계에서 정수배 주파수 옵셋을 ‘0’으로 추정하고, 그렇지 않은 경우(-60<=제2위상<60), 325단계에서 정수배 주파수 옵셋을 ‘-1’로 추정한다.
다음으로 상기 섹터값이 3인 경우에 대해 첨부된 도 10c를 참조하여 설명하기로 한다.
상기 <표 1>에서 섹터값이 ‘3’인 경우, 잔존하는 정수배 주파수 옵셋이 ‘0’이라면 추정된 제2 위상은 ‘-120’[deg]가 되어야 한다. 잔존하는 정수배 주파수 옵셋이 부반송파 간격의 +1 또는 -1일 경우, 제2 위상은 각각 0[deg] 또는 120[deg]가 된다. 그런데 간섭이 존재할 경우 추정 위상은 간섭의 강도에 따라 변하므로 잔존 주파수 옵셋이 ‘0’, ‘+1’ 그리고 ‘-1’일 경우 각각, -180~-60, 6-0~60, 60~180[deg]의 범위 내에 있게 된다.
331단계에서 상기 주파수 옵셋 추정 장치는 제2 위상이 ‘-60’보다 작은지를 확인하여 작은 경우에는 332단계에서 정수배 주파수 옵셋을 ‘0’로 추정한다. ‘-60’보다 작지 않은 경우에는 333단계에서 제2 위상이 ‘60’보다 크거나 같은지를 확인한다. 확인 결과, 상기 주파수 옵셋 추정 장치는 ‘60’보다 크거나 같은 경우, 334단계에서 정수배 주파수 옵셋을 ‘-1’로 추정하고, 그렇지 않은 경우(-60<=제2위상<60), 335단계에서 정수배 주파수 옵셋을 ‘1’로 추정한다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 발명청구의 범위뿐 만 아니라 이 발명청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 일반적인 OFDM 심볼의 구조를 도시한 도면,
도 2는 와이브로 방식에서 사용되는 다운링크 프레임의 프리앰블 구조를 도시한 도면,
도 3은 섹터 값에 따라 다른 프리앰블을 생성하기 위한 파일럿 배치를 보여주기 위한 도면,
도 4는 종래의 주파수 옵셋 추정 장치의 구조를 도시한 도면,
도 5는 종래의 다른 주파수 옵셋 추정 장치의 구조를 도시한 도면,
도 6은 와이브로 무선 환경에서의 다중 셀/섹터의 구조를 도시한 도면,
도 7a 및 도 7b는 두 섹터의 프리앰블이 혼합된 경우의 추정 위상 그래프를 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 주파수 옵셋 추정 장치의 구조를 도시한 도면,
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 주파수 옵셋 추정 장치에서 프리앰블의 초기 주파수 옵셋을 추정하기 위한 방법을 도시한 도면,
도 10a 내지 도 10c는 상기 도 9의 정수배 주파수 옵셋 추정 과정을 구체적으로 도시한 도면.

Claims (16)

  1. 수신된 프리앰블 내의 사이클릭 프리픽스(CP)를 제외한 제1 샘플을 이용하여 제1 위상을 추정하는 제1 위상 추정부;
    상기 수신된 프리앰블 내의 반복 패턴인 제2 샘플을 이용하여 제2 위상을 추정하는 제2 위상 추정부; 및
    상기 추정된 제1위상으로부터 미세 주파수 옵셋을 추정하고, 상기 추정된 제1 위상 및 상기 추정된 제2 위상을 이용한 보상 위상 및 상기 미세 주파수 옵셋을 이용하여 최종 주파수 옵셋을 추정하는 주파수 옵셋 추정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 단말기에서의 초기 주파수 옵셋 추정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 추정된 제2 위상에 상기 제1 위상의 보상값을 합하여 상기 보상 위상을 구하는 보상부를 더 포함하고, 상기 주파수 옵셋 추정부는 상기 미세 주파수 옵셋 및 상기 보상 위상을 이용하여 최종 주파수 옵셋을 추정하는 것을 특징으로 하는 이동 단말기에서의 초기 주파수 옵셋 추정 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 주파수 옵셋 추정부는,
    상기 미세 주파수 옵셋을 추정하는 미세 주파수 옵셋 추정기; 및
    상기 보상 위상에서 섹터값에 따라 정수배 주파수 옵셋을 추정하고, 추정된 상기 정수배 주파수 옵셋과 상기 미세 주파수 옵셋을 합하여 최종 주파수 옵셋을 추정하는 최종 주파수 옵셋 추정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 단말기에서의 초기 주파수 옵셋 추정 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 주파수 옵셋 추정부는
    상기 미세 주파수 옵셋이 보상된 프리앰블을 이용하여 검출한 섹터값를 더 포함하여 최종 주파수 옵셋을 추정하는 것을 특징으로 하는 이동 단말기에서의 초기 주파수 옵셋 추정 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 주파수 옵셋 추정부는,
    상기 미세 주파수 옵셋을 일시 저장하고, 저장된 상기 미세 주파수 옵셋을 상기 최종 주파수 옵셋 추정기로 전송하는 제1 레지스터; 및
    상기 보상 위상을 일시 저장하고, 저장된 상기 보상 위상을 상기 최종 주파수 옵셋 추정기로 전송하는 제2 레지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 단말기에서의 초기 주파수 옵셋 추정 장치.
  6. 제1항에 있어서, 제1 위상 추정부는,
    상기 수신된 프리앰블에서 상기 CP를 제외한 제1 샘플을 수신하여 수신된 제1 샘플을 지연시키는 지연기;
    상기 지연된 제1 샘플을 복소화하는 복소화기;
    상기 수신된 프리앰블과 상기 복소화된 제1 샘플에서 대응되는 신호 부분 간의 상관을 위한 복소 곱셈을 하는 복소 곱셈기;
    상기 복소 곱셈된 상관 결과를 누적하는 누적기; 및
    상기 누적기에 누적된 상관 결과인 복소값에 대한 위상을 구하는 위상 계산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 단말기에서의 초기 주파수 옵셋 추정 장치.
  7. 제1항에 있어서, 제2 위상 추정부는,
    상기 수신된 프리앰블 내의 반복 패턴인 제2 샘플을 수신하여 수신된 제2 샘플을 지연시키는 지연기;
    상기 지연된 제2 샘플을 복소화하는 복소화기;
    상기 수신된 프리앰블과 상기 복소화된 제2 샘플에서 대응되는 신호 부분 간의 상관을 위한 복소 곱셈을 하는 복소 곱셈기;
    상기 복소 곱셈된 상관 결과를 누적하는 누적기; 및
    상기 누적기에 누적된 상관 결과인 복소값에 대한 위상을 구하는 위상 계산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 단말기에서의 초기 주파수 옵셋 추정 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 위상 추정부는, 제1 섹터의 신호 전력이 다른 섹터의 신호 전력보다 강할 경우 상기 제2 위상을 -60 ~ 60도 사이에서 추정하고, 제2 섹터의 신호 전력이 강할 경우 상기 제2 위상을 60 ~ 180도 사이에서 추정하고, 제3 섹터의 신호 전력이 강할 경우 상기 제2 위상을 -60 ~ -180도 사이에서 추정함을 특징으로 하는 이동 단말기에서의 초기 주파수 옵셋 추정 장치.
  9. 이동 단말기에서, 수신된 프리앰블의 초기 주파수 옵셋을 추정하기 위한 방법에 있어서,
    (a) 상기 프리앰블의 사이클릭 프리픽스(CP)를 제외한 제1 샘플을 이용하여 제1 위상을 추정하고, 상기 프리앰블의 반복 패턴인 제2 샘플을 이용하여 제2 위상을 추정하는 과정;
    (b) 상기 추정된 제2 위상과 상기 추정된 제1 위상의 보상값을 합하여 보상 위상을 구하는 과정;
    (c) 상기 제1 위상으로부터 미세 주파수 옵셋을 추정하는 과정; 및
    (d) 상기 보상 위상 및 상기 미세 주파수 옵셋을 이용하여 최종 주파수 옵셋을 추정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 단말기에서의 초기 주파수 옵셋 추정 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 (d) 과정은,
    상기 미세 주파수 옵셋이 보상된 프리앰블을 이용하여 검출한 섹터값를 더 포함하여 최종 주파수 옵셋을 추정하는 것을 특징으로 하는 이동 단말기에서의 초기 주파수 옵셋 추정 장치.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 (d) 과정은,
    (d-1) 상기 보상 위상에서 상기 섹터값에 따라 정수배 주파수 옵셋을 추정하는 단계; 및
    (d-2) 상기 추정된 상기 정수배 주파수 옵셋과 상기 [미세 주파수 옵셋을 합하여 최종 주파수 옵셋을 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 단말기에서의 초기 주파수 옵셋 추정 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 (a) 과정은,
    (a-1) 상기 프리앰블 내의 CP를 제외한 상기 제1 샘플에 대한 상관을 구하는 단계;
    (a-2) 상기 제1 샘플에 대한 상관 결과를 누적하는 단계; 및
    (a-3) 상기 누적된 상관 결과인 복소값에 대한 위상을 계산하여 제1 위상을 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 단말기에서의 초기 주파수 옵셋 추정 방법.
  13. 제9항에 있어서, 상기 (b) 과정은,
    (b-1) 상기 프리앰블 내의 반복 패턴인 상기 제2 샘플에 대한 상관을 구하는 단계;
    (b-2) 상기 제2 샘플에 대한 상관 결과를 누적하는 단계; 및
    (b-3) 상기 누적된 상관 결과인 복소값에 대한 위상을 계산하여 제2 위상을 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 단말기에서의 초기 주파수 옵셋 추정 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 제2 위상은 제1 섹터의 신호 전력이 다른 섹터의 신호 전력보다 강할 경우 -60 ~ 60도 사이에서 추정되고, 제2 섹터의 신호 전력이 강할 경우 60 ~ 180도 사이에서 추정되고, 제3 섹터의 신호 전력이 강할 경우 -60 ~ -180도 사이에서 추정됨을 특징으로 하는 이동 단말기에서의 초기 주파수 옵셋 추정 방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 (d-1) 단계는,
    상기 프리앰블 내에 반복 패턴이 3개인 경우 상기 제2 위상의 위치에 따라 정수 -1, 0, 및 1 중 어느 하나의 정수를 정수배 주파수 옵셋으로 추정하는 것을 특징으로 하는 이동 단말기에서의 초기 주파수 옵셋 추정 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 (d-1) 단계는,
    상기 섹터값을 고려하여 상기 제2 위상의 위치에 따라 정수 -1, 0, 및 1 중 어느 하나의 정수를 정수배 주파수 옵셋으로 추정하는 것을 특징으로 하는 이동 단말기에서의 초기 주파수 옵셋 추정 방법.
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