KR101038855B1 - Ｏｆｄｍ 시스템에서의 주파수 동기 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 OFDM 시스템에서의 주파수 동기 장치에 관한 것으로, OFDM 심볼중 미리 알고 있는 기준 보호구간과 이 기준 보호구간에 해당되는 기준 복사 구간을 상관시켜 제1 상관값을 구하고, 상기 기준 보호구간중 기설정 지점부터 추정 보호구간으로 설정하고, 이 추정 보호구간과 이 추정 보호구간에 해당되는 추정 복사구간을 상관시켜 제2 상관값을 구하는 상관부; 상기 제1 상관값과 제2 상관값을 비교하여, 제1 상관값이 제2 상관값보다 기설정된 배율만큼 큰 제1 경우인지, 제2 상관값이 제1 상관값보다 기설정된 배율만큼 큰 제2 경우인지, 아니면 제1 경우 및 제2 경우가 아닌 제3 경우인지를 판단하는 판단부; 상기 판단부에서 판단된 제1 경우 내지 제3 경우중 어느 하나의 경우에 해당되는 상관값을 이용하여 주파수 옵셋을 추정하는 주파수 옵셋 추정부를 포함한다.
또한, OFDM 시스템에서의 주파수 동기 방법을 제안한다.
OFDM, 주파수 동기(Frequency Synchronization), 보호구간(Guard Interval), 상관(correlation), 주파수 옵셋(Frequency Offset), 추정(Estimation)

Description

ＯＦＤＭ 시스템에서의 주파수 동기 장치 및 방법{FREQUENCY SYNCHRONIZATION APPARATUS IN OFDM SYSTEM}
본 발명은 디지털 텔레비전 수신장치에 적용될 수 있는 주파수 옵셋 추정 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 유효 전력을 갖는 지연경로인 에코(Echo) 채널에 의한 상관값을 이용하여 주파수 옵셋을 추정함으로써, ISI(Inter Symbol Interference)를 줄여서, 주파수 옵셋의 추정 성능 열화를 개선할 수 있는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템에서의 주파수 동기 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, OFDM 시스템은 싱글 캐리어(single carrier) 시스템에 비해 무선 채널상의 도플러 시프터(doppler shift)나 송/수신기 오실레이터의 부정합에 의해 발생하는 주파수 옵셋에 민감하다는 단점을 갖고 있다.
이러한 주파수 옵셋은 수신신호에 대하여 부반송파의 직교성을 파괴하고 이로 인해 ICI(Inter Carrier Interference)현상을 유발하고, 신호의 위상회전 뿐만 아니라 진폭에도 영향을 미친다. 또한 진폭의 왜곡은 잡음이 없는 환경에서도 잡음 처럼 신호가 흩어지는 효과를 가져오기 때문에 신호의 왜곡을 가중시킨다.
그러므로, OFDM 시스템에서 주파수 동기를 정확히 수행해야 안정적인 시스템 성능을 유지할 수 있으며, 이러한 주파수 동기를 정확하게 수행하기 위해서는 주파수 옵셋 추정을 보다 정확하게 수행하여야 한다.
도 1은 종래 주파수 옵셋 추정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래 주파수 옵셋 추정 방법은, 시간 영역의 OFDM 심볼(10)내에서 보호구간(Guard Interval)(11)과 유효 심벌 구간(12)의 후반부(13)가 동일하다는 것을 이용하여, 두 구간내의 위상 변화량을 통해 주파수 옵셋을 추정한다.
이와 같은 종래 주파수 옵셋 추정 방법에 의해 추정된 주파수 옵셋은 하기 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112008083607286-pat00001
상기 수학식 1에서, N은 FFT(Fast Fourier Transform)의 크기,
Figure 112008083607286-pat00002
는 보호구간의 크기, *는 공액복소수, k는 누적 심볼의 개수,
Figure 112008083607286-pat00003
은 추정된 주파수 옵셋을 나타낸다.
도 2는 에코 채널을 간단하게 모델링한 딜레이 프로파일(delay profile)도이다.
도 2는 종래 주파수 옵셋 추정 방법에 의한 RMSE(root mean squared error, 평균제곱근 오차) 성능을 보이는 그래프이다.
도 2를 참조하면, 고려된 채널환경에서 에코가 존재하지 않는 경우에 대한 RMSE 성능은 G1 그래프(Power=1:0) 및 G2 그래프(Power=0.5:0)에 보이고 있고, 에코가 존재하는 경우에 대한 RMSE 성능은 G3 그래프(Power=0.5:0.5)에 보이고 있다.
그런데, 종래의 주파수 옵셋 추정 방법에 의하면, 에코가 존재하는 경우에는 에코가 존재하지 않는 경우에 비해 성능 열화가 크게 발생한다는 문제점을 갖고 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로써, 그 목적은 유효 전력을 갖는 지연경로인 에코 채널에 의한 상관값을 이용하여 주파수 옵셋을 추정함으로써, ISI(Inter Symbol Interference)를 줄여서, 주파수 옵셋의 추정 성능 열화를 개선할 수 있으며, 이에 따라 주파수 동기 성능을 크게 향상시킬 수 있는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템에서의 주파수 동기 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 기술적인 측면은, OFDM 심볼중 미리 알고 있는 기준 보호구간과 이 기준 보호구간에 해당되는 기준 복사 구간을 상관시켜 제1 상관값을 구하고, 상기 기준 보호구간중 기설정 지점부터 추정 보호구간으로 설정하고, 이 추정 보호구간과 이 추정 보호구간에 해당되는 추정 복사구간을 상관시켜 제2 상관값을 구하는 상관부; 상기 제1 상관값과 제2 상관값을 비교하여, 제1 상관값이 제2 상관값보다 기설정된 배율만큼 큰 제1 경우인지, 제2 상관값이 제1 상관값보다 기설정된 배율만큼 큰 제2 경우인지, 아니면 제1 경우 및 제2 경우가 아닌 제3 경우인지를 판단하는 판단부; 상기 판단부에서 판단된 제1 경우 내지 제3 경우중 어느 하나의 경우에 해당되는 상관값을 이용하여 주파수 옵셋을 추정하는 주파수 옵셋 추정부를 포함하는 OFDM 시스템에서의 주파수 동기 장치를 제안한다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에서, 상기 상관부는, 상기 추정 보호구간의 시작지점인 기설정 지점을 상기 기준 보호구간의 중간지점으로 설정하는 것을 특징으로 한다.
상기 판단부는, 제1 상관값의 제곱값이 제2 상관값의 제곱값보다 2배보다 더 크면 제1 경우로 판단하고, 상기 제2 상관값의 제곱값이 상기 제1 상관값의 제곱값보다 2배보다 더 크면 제2 경우로 판단하며, 상기 제1 경우 및 제2 경우가 아닌 제3 경우로 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 주파수 옵셋 추정부는, 상기 누적부로부터의 누적된 상관값에 아크 탄젠트를 취한 후,
Figure 112008083607286-pat00004
를 곱하여 상기 주파수 옵셋을 추정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 하나의 기술적인 측면은, 미리 알고 있는 OFDM 심볼별 기준 보호구간과 이 기준 보호구간에 해당되는 기준 복사 구간을 상관시켜 제1 상관값을 구하고, 상기 기준 보호구간중 기설정 지점부터 추정 보호구간으로 설정하고, 이 추정 보호구간과 이 추정 보호구간에 해당되는 추정 복사구간을 상관시켜 제2 상관값을 구하는 상관부; 상기 제1 상관값과 제2 상관값을 비교하여, 제1 상관값이 제2 상관값보다 기설정된 배율만큼 큰 제1 경우인지, 제2 상관값이 제1 상관값보다 기설정된 배율만큼 큰 제2 경우인지, 아니면 제1 경우 및 제2 경우가 아닌 제3 경우인지를 판단하는 판단부; 상기 제1 경우이면 제1 상관값을 기설정된 심벌 누적회수로 누적하고, 제2 경우이면 제2 상관값을 기설정된 심벌 누적회수로 누적하고, 상기 제3 경우이면 상기 제1 상관값과 제2 상관값을 더한 값을 기설정된 심벌 누적회수로 누적하는 누적부; 및 상기 누적부로부터의 누적된 상관값을 이용하여 주파수 옵셋을 추정하는 주파수 옵셋 추정부를 포함하는 OFDM 시스템에서의 주파수 동기 장치를 제안한다.
본 발명의 다른 하나의 기술적인 측면에서, 상기 상관부는, 상기 추정 보호구간의 시작지점인 기설정 지점을 상기 기준 보호구간의 중간지점으로 설정하는 것을 특징으로 한다.
상기 판단부는, 제1 상관값의 제곱값이 제2 상관값의 제곱값보다 2배보다 더 크면 제1 경우로 판단하고, 상기 제2 상관값의 제곱값이 상기 제1 상관값의 제곱값보다 2배보다 더 크면 제2 경우로 판단하며, 상기 제1 경우 및 제2 경우가 아닌 제3 경우로 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 누적부는, 상기 제1 상관값 또는 제2 상관값의 누적을 위한 심벌 누적회수를 4로 설정한 것을 특징으로 한다.
상기 주파수 옵셋 추정부는, 상기 누적부로부터의 누적된 상관값에 아크 탄젠트를 취한 후,
Figure 112008083607286-pat00005
를 곱하여 상기 주파수 옵셋을 추정하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 또 다른 하나의 기술적인 측면은, OFDM 심볼중 미리 알고 있는 기준 보호구간과 이 기준 보호구간에 해당되는 기준 복사 구간을 상관시켜 제1 상관값을 구하고, 상기 기준 보호구간중 기설정 지점부터 추정 보호구간으로 설정하고, 이 추정 보호구간과 이 추정 보호구간에 해당되는 추정 복사구간을 상관시켜 제2 상관값을 구하는 상관 단계; 상기 제1 상관값과 제2 상관값을 비교하여, 제1 상관값이 제2 상관값보다 기설정된 배율만큼 큰 제1 경우인지, 제2 상관값이 제1 상관값보다 기설정된 배율만큼 큰 제2 경우인지, 아니면 제1 경우 및 제2 경우가 아닌 제3 경우인지를 판단하는 판단단계; 상기 제1 경우이면 제1 상관값을 누적하고, 제2 경우이면 제2 상관값을 누적하고, 상기 제3 경우이면 상기 제1 상관값과 제2 상관값을 더한 값을 누적하는 누적단계; 및 상기 누적단계로부터의 누적된 상관값을 이용하여 주파수 옵셋을 추정하는 주파수 옵셋 추정 단계를 포함하는 OFDM 시스템에서의 주파수 동기 방법을 제안한다.
상기 상관단계는, 상기 추정 보호구간의 시작지점인 기설정 지점을 상기 기준 보호구간의 중간지점으로 설정하는 것을 특징으로 한다.
상기 판단단계는, 제1 상관값의 제곱값이 제2 상관값의 제곱값보다 2배보다 더 크면 제1 경우로 판단하고, 상기 제2 상관값의 제곱값이 상기 제1 상관값의 제곱값보다 2배보다 더 크면 제2 경우로 판단하며, 상기 제1 경우 및 제2 경우가 아닌 제3 경우로 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 누적단계는, 상기 제1 상관값 또는 제2 상관값의 누적을 위한 심벌 누적회수를 4로 설정한 것을 특징으로 한다.
상기 주파수 옵셋 추정 단계는, 상기 누적단계로부터의 누적된 상관값에 아크 탄젠트를 취한 후,
Figure 112008083607286-pat00006
를 곱하여 상기 주파수 옵셋을 추정하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 유효 전력을 갖는 지연경로인 에코 채널에 의한 상관값을 이용하여 주파수 옵셋을 추정함으로써, ISI(Inter Symbol Interference)를 줄여서, 주파수 옵셋의 추정 성능 열화를 개선할 수 있으며, 이에 따라 주파수 동기 성능을 크게 향상시킬 수 있고, 시스템의 복잡도를 줄여 제작비를 줄일 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명은 설명되는 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상에 대한 이해를 돕기 위해서 사용된다. 본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 주파수 옵셋 추정 장치의 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 주파수 옵셋 추정 장치는 미리 알고 있는 OFDM 심볼별 기준 보호구간과 이 기준 보호구간에 해당되는 기준 복사 구간을 상관시켜 제1 상관값(Rm[0])을 구하고, 상기 기준 보호구간중 기설정 지점부터 추정 보호구간으로 설정하고, 이 추정 보호구간과 이 추정 보호구간에 해당되는 추정 복사구간을 상관시켜 제2 상관값(Rm[τ])을 구하는 상관부(100)와, 상기 제1 상관값(Rm[0])과 제2 상관값(Rm[τ])을 비교하여, 제1 상관값(Rm[0])이 제2 상관값(Rm[τ])보다 기설정된 배율만큼 큰 제1 경우인지, 제2 상관값(Rm[τ])이 제1 상관값(Rm[0])보다 기설정된 배율만큼 큰 제2 경우인지, 아니면 제1 경우 및 제2 경우가 아닌 제3 경우인지를 판단하는 판단부(200)와, 상기 판단부(200)에서 판단된 제1 경우 내지 제3 경우중 어느 하나의 경우에 해당되는 상관값을 이용하여 주파수 옵셋을 추정하는 주파수 옵셋 추정부(400)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 주파수 옵셋 추정 장치는 미리 알고 있는 OFDM 심볼별 기준 보호구간과 이 기준 보호구간에 해당되는 기준 복사 구간을 상관시켜 제1 상관값(Rm[0])을 구하고, 상기 기준 보호구간중 기설정 지점부터 추정 보호구간으로 설정하고, 이 추정 보호구간과 이 추정 보호구간에 해당되는 추정 복사구간을 상관시켜 제2 상관값(Rm[τ])을 구하는 상관부(100)와, 상기 제1 상관값(Rm[0])과 제2 상관값(Rm[τ])을 비교하여, 제1 상관값(Rm[0])이 제2 상관값(Rm[τ])보다 기설정된 배율만큼 큰 제1 경우인지, 제2 상관값(Rm[τ])이 제1 상관값(Rm[0])보다 기설정된 배율만큼 큰 제2 경우인지, 아니면 제1 경우 및 제2 경우가 아닌 제3 경우인 지를 판단하는 판단부(200)와, 상기 제1 경우이면 제1 상관값(Rm[0])을 기설정된 심벌 누적회수로 누적하고, 제2 경우이면 제2 상관값을 기설정된 심벌 누적회수로 누적하고, 상기 제3 경우이면 상기 제1 상관값(Rm[0])과 제2 상관값(Rm[τ])을 더한 값을 기설정된 심벌 누적회수로 누적하는 누적부(300)와, 그리고, 상기 누적부(300)로부터의 누적된 상관값을 이용하여 주파수 옵셋(
Figure 112008083607286-pat00007
)을 추정하는 주파수 옵셋 추정부(400)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 상관값(Rm[0])이 제2 상관값(Rm[τ])중 m은 심볼 인덱스를 의미한다.
한편, 본 발명의 주파수 옵셋 추정 장치의 상기 주파수 옵셋 추정부(400)는 누적부(300)를 통하지 않고, 상기 판단부(200)로부터의 상관값을 이용하여 주파수 옵셋을 구할 수도 있으며, 이 경우에는 누적부(300)가 필요 없다. 하지만, 상기 누적부(300)를 이용하여, 상기 판단부(200)로부터의 상관값을 누적하는 경우에는 보다 정확한 주파수 옵셋 추정을 가능하게 한다.
상기 상관부(100)는, 미리 알고 있는 OFDM 심볼별 기준 보호구간과 이 기준 보호구간에 해당되는 기준 복사 구간을 상관시켜 제1 상관값(Rm[0])을 구하고, 상기 기준 보호구간중 기설정 지점부터 추정 보호구간으로 설정하고, 이 추정 보호구간과 이 추정 보호구간에 해당되는 추정 복사구간을 상관시켜 제2 상관값(Rm[τ])을 구한다.
상기 판단부(200)는, 상기 제1 상관값(Rm[0])과 제2 상관값(Rm[τ])을 비교하여, 제1 상관값(Rm[0])이 제2 상관값(Rm[τ])보다 기설정된 배율만큼 큰 제1 경우인지, 제2 상관값(Rm[τ])이 제1 상관값(Rm[0])보다 기설정된 배율만큼 큰 제2 경우인지, 아니면 제1 경우 및 제2 경우가 아닌 제3 경우인지를 판단한다.
상기 누적부(300)는, 상기 제1 경우이면 제1 상관값(Rm[0])을 기설정된 심벌 누적회수로 누적하고, 제2 경우이면 제2 상관값을 기설정된 심벌 누적회수로 누적하고, 상기 제3 경우이면 상기 제1 상관값(Rm[0])과 제2 상관값(Rm[τ])을 더한 값을 기설정된 심벌 누적회수로 누적한다.
그리고, 상기 주파수 옵셋 추정부(400)는, 상기 누적부(300)로부터의 누적된 상관값을 이용하여 주파수 옵셋(
Figure 112008083607286-pat00008
)을 추정한다.
도 4는 본 발명에 따라 에코 채널을 모델링한 딜레이 프로파일도이다.
도 4에서는, 제1 채널(메인 채널)과 제2 채널(에코채널)간의 지연(delay)을 보이고 있다.
만약, 상기 제1 채널의 시간을 τ0라고 하고, 상기 제2 채널의 시간을 τ1 라고 하면, 상기 제1 채널의 시간(τ0)과 상기 제2 채널의 시간(τ1)과의 차이(Δτ=τ0 - τ1)는 상기 두 채널간의 지연시간에 해당된다.
또한, 예를 들어, 상기 보호구간의 길이를
Figure 112008083607286-pat00009
라고 하면, 상기 제2 채널의 시간(τ1)은 0.9 *
Figure 112008083607286-pat00010
라고 할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 상관부의 개념도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 상기 상관부(100)는, 상기 추정 보호구간의 시작지점인 기설정 지점(
Figure 112008083607286-pat00011
)을 상기 기준 보호구간의 중간지점으로 설정할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 판단부의 동작 과정도이다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 상기 판단부(200)는, 제1 상관값(Rm[0])의 제곱값이 제2 상관값(Rm[τ])의 제곱값보다 2배보다 더 크면 제1 경우로 판단하고, 상기 제2 상관값(Rm[τ])의 제곱값이 상기 제1 상관값(Rm[0])의 제곱값보다 2배보다 더 크면 제2 경우로 판단하며, 상기 제1 경우 및 제2 경우가 아닌 제3 경우로 판단한다.
상기 누적부(300)는, 상기 제1 상관값(Rm[0]) 또는 제2 상관값(Rm[τ])의 누적을 위한 심벌 누적회수를 파일럿이 반복되는 심볼 개수에 해당되는 4로 설정할 수 있다.
상기 주파수 옵셋 추정부(400)는, 상기 누적부(300)로부터의 누적된 상관값 에 아크 탄젠트를 취한 후,
Figure 112008083607286-pat00012
를 곱하여 상기 주파수 옵셋(
Figure 112008083607286-pat00013
)을 추정한다.
도 7은 본 발명에 따른 주파수 옵셋 추정 방법의 플로우챠트이다.
도 3 내지 도 7을 참조하며, 본 발명의 주파수 옵셋 추정 방법은, 상관 단계(S100), 판단단계(S200), 누적단계(S300) 및 주파수 옵셋 추정 단계(S400)를 포함한다.
상기 상관 단계(S100)는, OFDM 심볼중 미리 알고 있는 기준 보호구간과 이 기준 보호구간에 해당되는 기준 복사 구간을 상관시켜 제1 상관값(Rm[0])을 구하고, 상기 기준 보호구간중 기설정 지점부터 추정 보호구간으로 설정하고, 이 추정 보호구간과 이 추정 보호구간에 해당되는 추정 복사구간을 상관시켜 제2 상관값(Rm[τ])을 구한다.
상기 판단단계(S200)는, 상기 제1 상관값(Rm[0])과 제2 상관값(Rm[τ])을 비교하여, 제1 상관값(Rm[0])이 제2 상관값(Rm[τ])보다 기설정된 배율만큼 큰 제1 경우인지, 제2 상관값(Rm[τ])이 제1 상관값(Rm[0])보다 기설정된 배율만큼 큰 제2 경우인지, 아니면 제1 경우 및 제2 경우가 아닌 제3 경우인지를 판단한다.
상기 누적단계(S300)는, 상기 제1 경우이면 제1 상관값(Rm[0])을 누적하고, 제2 경우이면 제2 상관값을 누적하고, 상기 제3 경우이면 상기 제1 상관값(Rm[0])과 제2 상관값(Rm[τ])을 더한 값을 누적한다.
상기 주파수 옵셋 추정 단계(S400)는, 상기 누적단계(S300)로부터의 누적된 상관값을 이용하여 주파수 옵셋(
Figure 112008083607286-pat00014
)을 추정한다.
상기 상관단계(S100)는, 상기 추정 보호구간의 시작지점인 기설정 지점을 상기 기준 보호구간의 중간지점으로 설정한다.
상기 판단단계(S200)는, 제1 상관값(Rm[0])의 제곱값이 제2 상관값(Rm[τ])의 제곱값보다 2배보다 더 크면 제1 경우로 판단하고, 상기 제2 상관값(Rm[τ])의 제곱값이 상기 제1 상관값Rm[0]의 제곱값보다 2배보다 더 크면 제2 경우로 판단하며, 상기 제1 경우 및 제2 경우가 아닌 제3 경우로 판단한다.
상기 누적단계(S300)는, 상기 제1 상관값(Rm[0]) 또는 제2 상관값(Rm[τ])의 누적을 위한 심벌 누적회수를 4로 설정할 수 있다.
상기 주파수 옵셋 추정 단계(S400)는, 상기 누적단계(S300)로부터의 누적된 상관값에 아크 탄젠트를 취한 후,
Figure 112008083607286-pat00015
를 곱하여 상기 주파수 옵셋(
Figure 112008083607286-pat00016
)을 추정한다.
한편, 본 발명의 주파수 옵셋 추정 기술에서 제시하는 주파수 옵셋 추정 성능 검증을 위한 모의실험을 심볼 누적 횟수를 4로 설정하고, 고정된 경로 전력을 가지는 고정 에코 채널과, 경로 전력이 랜덤하게 변하는 시간-변화(Time-varying) 에코 채널 환경에서 충분히 많은 반복 과정을 거쳐 통계적인 성능 수치를 기록한 결과를 도 8 및 도 9에 표시하였다.
도 8은 본 발명에 의한 고정 2개 채널에서의 SNR별 RMSE 성능 그래프이고, 도 9는 본 발명에 의한 시간-변화 에코 채널에서의 SNR별 RMSE 성능 그래프이다.
도 8의 그래프를 참조하면, 고정 2개 채널에 대해서, 본 발명이 종래기술보다 평균제곱근 오차(RMSE)가 낮음을 알 수 있다. 또한, 도 9의 그래프를 참조하면, 시간-변화 에코 채널에 대해서, 본 발명이 종래기술보다 평균제곱근 오차(RMSE)가 낮음을 알 수 있다.
이하, 본 발명의 작용 및 효과를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 3 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 주파수 옵셋 추정 장치를 설명하면, 도 3에서, 본 발명의 주파수 옵셋 추정 장치는, 상관부(100), 판단부(200), 누적부(300) 및 주파수 옵셋 추정부(400)를 포함할 수 있다.
상기 상관부(100)는, 미리 알고 있는 OFDM 심볼별 기준 보호구간과 이 기준 보호구간에 해당되는 기준 복사 구간을 상관시켜 제1 상관값(Rm[0])을 구하고, 상기 기준 보호구간중 기설정 지점부터 추정 보호구간으로 설정하고, 이 추정 보호구간과 이 추정 보호구간에 해당되는 추정 복사구간을 상관시켜 제2 상관값(Rm[τ])을 구한다.
상기 판단부(200)는, 상기 제1 상관값(Rm[0])과 제2 상관값(Rm[τ])을 비교하여, 제1 상관값(Rm[0])이 제2 상관값(Rm[τ])보다 기설정된 배율만큼 큰 제1 경우인지, 제2 상관값(Rm[τ])이 제1 상관값(Rm[0])보다 기설정된 배율만큼 큰 제2 경우인지, 아니면 제1 경우 및 제2 경우가 아닌 제3 경우인지를 판단한다.
이때, 상기 제2 상관값(Rm[τ])은 에코 채널에 대한 영향을 의미하는 것으로, 이와 같이 에코 채널에 대한 영향을 판단함으로서, 에코 채널이 존재하지 않거나 전력이 매우 낮은 경우에 대해서 발생하는 성능 열화를 극복할 수 있다.
상기 누적부(300)는, 상기 제1 경우이면 제1 상관값(Rm[0])을 기설정된 심벌 누적회수로 누적하고, 제2 경우이면 제2 상관값을 기설정된 심벌 누적회수로 누적하고, 상기 제3 경우이면 상기 제1 상관값(Rm[0])과 제2 상관값(Rm[τ])을 더한 값을 기설정된 심벌 누적회수로 누적한다.
그리고, 상기 주파수 옵셋 추정부(400)는, 상기 누적부(300)로부터의 누적된 상관값을 이용하여 주파수 옵셋(
Figure 112008083607286-pat00017
)을 추정한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 주파수 옵셋 추정 장치의 상기 주파수 옵셋 추정부(400)는 누적부(300)를 통하지 않고, 상기 판단부(200)로부터의 상관값을 이용하여 주파수 옵셋을 구할 수도 있으며, 이 경우에는 누적부(300)가 필요 없다.
하지만, 상기 누적부(300)를 이용하여, 상기 판단부(200)로부터의 상관값을 누적하는 경우에는 보다 정확한 주파수 옵셋 추정을 가능하게 한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 제1 채널(메인 채널)과 제2 채널(에코채널)간의 지연(delay)을 보이고 있으며, 상기 제1 채널의 시간을 τ0라고 하고, 상기 제2 채널의 시간을 τ1 라고 하면, 상기 제1 채널의 시간(τ0)과 상기 제2 채널의 시간(τ1)과의 차이(Δτ=τ0 - τ1)는 상기 두 채널간의 지연시간에 해당된다.
예를 들어, 상기 보호구간의 길이를
Figure 112008083607286-pat00018
라고 하면, 상기 제2 채널의 시간(τ1)은 0.9 *
Figure 112008083607286-pat00019
라고 할 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 상기 상관부(100)는, 상기 보호구간의 길이를 '
Figure 112008083607286-pat00020
'이라고 하면, 상기 추정 보호구간의 시작지점을 상기 기본 보호구간의 중간지점(
Figure 112008083607286-pat00021
)으로 설정할 수 있다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 상기 판단부(200)는, 제1 상관값(Rm[0])의 제곱값이 제2 상관값(Rm[τ])의 제곱값보다 2배보다 더 크면 제1 경우로 판단하고, 상기 제2 상관값(Rm[τ])의 제곱값이 상기 제1 상관값(Rm[0])의 제곱값보다 2배보다 더 크면 제2 경우로 판단하며, 상기 제1 경우 및 제2 경우가 아닌 제3 경우로 판단할 수 있다. 이는 하기 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112008083607286-pat00022
상기 누적부(300)는, 상기 제1 상관값(Rm[0]) 또는 제2 상관값(Rm[τ])의 누적을 위한 심벌 누적회수를 파일럿이 반복되는 심볼 개수에 해당되는 4로 설정할 수 있다. 이와 같이, 심벌 누적회수를 4로 하는 경우에는, 누적을 하지 않는 경우에 비해 주파수 옵셋을 보다 정확하게 추정할 수 있다.
상기 주파수 옵셋 추정부(400)는, 상기 누적부(300)로부터의 누적된 상관값에 아크 탄젠트를 취한 후,
Figure 112008083607286-pat00023
를 곱하여 하기 수학식 3과 같이 상기 주파수 옵셋()을 추정한다.
Figure 112008083607286-pat00025
이하, 도 3 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 주파수 옵셋 추정 방법을 설명한다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 주파수 옵셋 추정 방법은, 상관 단계(S100), 판 단단계(S200), 누적단계(S300) 및 주파수 옵셋 추정 단계(S400)를 포함할 수 있다.
상기 상관 단계(S100)는, OFDM 심볼중 미리 알고 있는 기준 보호구간과 이 기준 보호구간에 해당되는 기준 복사 구간을 상관시켜 제1 상관값(Rm[0])을 구하고, 상기 기준 보호구간중 기설정 지점부터 추정 보호구간으로 설정하고, 이 추정 보호구간과 이 추정 보호구간에 해당되는 추정 복사구간을 상관시켜 제2 상관값(Rm[τ])을 구한다.
상기 판단단계(S200)는, 상기 제1 상관값(Rm[0])과 제2 상관값(Rm[τ])을 비교하여, 제1 상관값(Rm[0])이 제2 상관값(Rm[τ])보다 기설정된 배율만큼 큰 제1 경우인지, 제2 상관값(Rm[τ])이 제1 상관값(Rm[0])보다 기설정된 배율만큼 큰 제2 경우인지, 아니면 제1 경우 및 제2 경우가 아닌 제3 경우인지를 판단한다.
상기 누적단계(S300)는, 상기 제1 경우이면 제1 상관값(Rm[0])을 누적하고, 제2 경우이면 제2 상관값을 누적하고, 상기 제3 경우이면 상기 제1 상관값(Rm[0])과 제2 상관값(Rm[τ])을 더한 값을 누적한다.
상기 주파수 옵셋 추정 단계(S400)는, 상기 누적단계(S300)로부터의 누적된 상관값을 이용하여 주파수 옵셋(
Figure 112008083607286-pat00026
)을 추정한다.
또한, 도 3 내지 도 7을 참조하면, 상기 상관단계(S100)는, 상기 보호구간의 길이를 '
Figure 112008083607286-pat00027
'이라고 하면, 상기 추정 보호구간의 시작지점을 상기 기본 보호구간의 중간지점(
Figure 112008083607286-pat00028
)으로 설정할 수 있다.
도 3 내지 도 7을 참조하면, 상기 판단단계(S200)는, 제1 상관값(Rm[0])의 제곱값이 제2 상관값(Rm[τ])의 제곱값보다 2배보다 더 크면 제1 경우로 판단하고, 상기 제2 상관값(Rm[τ])의 제곱값이 상기 제1 상관값(Rm[0])의 제곱값보다 2배보다 더 크면 제2 경우로 판단하며, 상기 제1 경우 및 제2 경우가 아닌 제3 경우로 판단할 수 있다. 이는 상기 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
상기 누적단계(S300)는, 상기 제1 상관값(Rm[0]) 또는 제2 상관값(Rm[τ])의 누적을 위한 심벌 누적회수를 파일럿이 반복되는 심볼 개수에 해당되는 4로 설정할 수 있다. 이와 같이, 심벌 누적회수를 4로 하는 경우에는, 누적을 하지 않는 경우에 비해 주파수 옵셋을 보다 정확하게 추정할 수 있다.
그리고, 상기 주파수 옵셋 추정 단계(S400)는, 상기 누적부(300)로부터의 누적된 상관값에 아크 탄젠트를 취한 후,
Figure 112008083607286-pat00029
를 곱하여 상기 수학식 3과 같이 상기 주파수 옵셋(
Figure 112008083607286-pat00030
)을 추정한다.
도 8의 그래프를 참조하면, 고정 2개 채널에 대해서, 본 발명이 종래기술보다 평균제곱근 오차(RMSE)가 낮음을 알 수 있다.
즉, 도 8에서 고려한 고정 에코 채널은, 두 개의 경로가 존재하고 각 경로의 전력이 고정되어 있는 채널이다. 도 8에 나타낸 'Power=0.5:0.5'는 에코가 존재하 는 것을 의미하며, 별도로 표시된 파워(Power)는 실제 고려된 경로의 전력을 의미한다.
도 8에 도시된 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 주파수 옵셋 추정 기술은 에코가 존재하는 환경에서 기존 방식보다 우수한 것을 확인 할 수 있다.
또한, 도 9의 그래프를 참조하면, 시간-변화 에코 채널에 대해서, 본 발명이 종래기술보다 평균제곱근 오차(RMSE)가 낮음을 알 수 있다.
즉, 도 9에서 고려한 시간-변화(Time-varying) 에코 채널은 두 개의 경로가 존재한다는 점이 도 8과 동일하지만, 각 경로의 전력이 랜덤하게 변하고 이동체 속도(doppler frequency)를 고려했다는 점이 다르다.
따라서 도 9에 적용한 채널 모델은 실제 무선통신시스템에서의 채널 환경과 유사한 채널이라고 말 할 수 있다.
도 9에 도시한 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 주파수 옵셋 추정 기술은 종래 기술에 비해 약 8dB이상의 전력 이득이 발생한다. 또한 종래 기술의 경우에는 기준 성능(RMSE=0.01)을 만족시키지 못하지만, 본 발명의 기술은 기준 성능을 만족시킬 수 있다.
따라서, 도 8 및 도 9를 참조한 결과를 종합해 볼 때, 본 발명의 주파수 옵셋 추정 기술은 실제 수신환경에서 종래의 주파수 옵셋 추정 기술보다 우수한 성능을 발휘할 수 있다는 것을 알 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 주파수 옵셋 추정 기술에 의하면, 유효 전력을 가지는 지연 경로들에 대하여 각각의 상관값을 누적하여 ISI(Inter Symbol Interference)를 최소화시킬 수 있고, 전력 선택적인 누적을 이용하여 에코 존재의 유무에 관계없이 안정적인 주파수 옵셋 추정을 할 수 있다.
도 1은 종래 주파수 옵셋 추정 방법을 설명하기 위한 도면.
도 2는 종래 주파수 옵셋 추정 방법에 의한 RMSE 성능 그래프.
도 3은 본 발명에 따른 주파수 옵셋 추정 장치의 블록도.
도 4는 본 발명에 따라 에코 채널을 모델링한 딜레이 프로파일도.
도 5는 본 발명에 따른 상관부의 개념도.
도 6은 본 발명에 따른 판단부의 동작 과정도.
도 7은 본 발명에 따른 주파수 옵셋 추정 방법의 플로우챠트.
도 8은 본 발명에 의한 고정 2개 채널에서의 SNR별 RMSE 성능 그래프.
도 9는 본 발명에 의한 시간-변화 에코 채널에서의 SNR별 RMSE 성능 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 상관부 200 : 판단부
300 : 누적부 400 : 주파수 옵셋 추정부
Rm[0] : 제1 상관값 Rm[τ] : 제2 상관값
Figure 112008083607286-pat00034
: 주파수 옵셋

Claims (14)

  1. OFDM 심볼중 미리 알고 있는 기준 보호구간과 이 기준 보호구간에 해당되는 기준 복사 구간을 상관시켜 제1 상관값을 구하고, 상기 기준 보호구간중 기설정 지점부터 추정 보호구간으로 설정하고, 이 추정 보호구간과 이 추정 보호구간에 해당되는 추정 복사구간을 상관시켜 제2 상관값을 구하는 상관부;
    상기 제1상관값과 제2상관값을 비교하여, 제1 상관값이 제2 상관값보다 기설정된 배율만큼 큰 제1경우이면 제1상관값을 상관값으로 판단하고, 제2 상관값이 제1 상관값보다 기설정된 배율만큼 큰 제2 경우이면 제2상관값을 상관값으로 판단하고, 제1 경우 및 제2 경우가 아닌 제3 경우이면 제1상관값과 제2상관값을 더한 값을 상관값으로 판단하는 판단부;
    상기 판단부에서 판단된 제1 경우 내지 제3 경우중 어느 하나의 경우에 해당되는 상관값을 이용하여 주파수 옵셋을 추정하는 주파수 옵셋 추정부
    를 포함하는 OFDM 시스템에서의 주파수 동기 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 상관부는,
    상기 추정 보호구간의 시작지점인 기설정 지점을 상기 기준 보호구간의 중간지점으로 설정하는 것을 특징으로 하는 OFDM 시스템에서의 주파수 동기 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 판단부는,
    제1 상관값의 제곱값이 제2 상관값의 제곱값보다 2배보다 더 크면 제1 경우 로 판단하고, 상기 제2 상관값의 제곱값이 상기 제1 상관값의 제곱값보다 2배보다 더 크면 제2 경우로 판단하며, 상기 제1 경우 및 제2 경우가 아닌 제3 경우로 판단하는 것을 특징으로 하는 OFDM 시스템에서의 주파수 동기 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 주파수 옵셋 추정부는,
    상기 판단부에서 판단된 제1 경우 내지 제3 경우중 어느 하나의 경우에 해당되는 상관값에 아크 탄젠트를 취한 후,
    Figure 112010078164663-pat00031
    를 곱하여 상기 주파수 옵셋을 추정하는 것을 특징으로 하는 OFDM 시스템에서의 주파수 동기 장치.
  5. 미리 알고 있는 OFDM 심볼별 기준 보호구간과 이 기준 보호구간에 해당되는 기준 복사 구간을 상관시켜 제1 상관값을 구하고, 상기 기준 보호구간중 기설정 지점부터 추정 보호구간으로 설정하고, 이 추정 보호구간과 이 추정 보호구간에 해당되는 추정 복사구간을 상관시켜 제2 상관값을 구하는 상관부;
    상기 제1 상관값과 제2 상관값을 비교하여, 제1 상관값이 제2 상관값보다 기설정된 배율만큼 큰 제1 경우인지, 제2 상관값이 제1 상관값보다 기설정된 배율만큼 큰 제2 경우인지, 아니면 제1 경우 및 제2 경우가 아닌 제3 경우인지를 판단하는 판단부;
    상기 제1 경우이면 제1 상관값을 기설정된 심벌 누적회수로 누적하고, 제2 경우이면 제2 상관값을 기설정된 심벌 누적회수로 누적하고, 상기 제3 경우이면 상 기 제1 상관값과 제2 상관값을 더한 값을 기설정된 심벌 누적회수로 누적하는 누적부; 및
    상기 누적부로부터의 누적된 상관값을 이용하여 주파수 옵셋을 추정하는 주파수 옵셋 추정부
    를 포함하는 OFDM 시스템에서의 주파수 동기 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 상관부는,
    상기 추정 보호구간의 시작지점인 기설정 지점을 상기 기준 보호구간의 중간지점으로 설정하는 것을 특징으로 하는 OFDM 시스템에서의 주파수 동기 장치.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 판단부는,
    제1 상관값의 제곱값이 제2 상관값의 제곱값보다 2배보다 더 크면 제1 경우로 판단하고, 상기 제2 상관값의 제곱값이 상기 제1 상관값의 제곱값보다 2배보다 더 크면 제2 경우로 판단하며, 상기 제1 경우 및 제2 경우가 아닌 제3 경우로 판단하는 것을 특징으로 하는 OFDM 시스템에서의 주파수 동기 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 누적부는,
    상기 제1 상관값 또는 제2 상관값의 누적을 위한 심벌 누적회수를 4로 설정한 것을 특징으로 하는 OFDM 시스템에서의 주파수 동기 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 주파수 옵셋 추정부는,
    상기 누적부로부터의 누적된 상관값에 아크 탄젠트를 취한 후,
    Figure 112008083607286-pat00032
    를 곱하여 상기 주파수 옵셋을 추정하는 것을 특징으로 하는 OFDM 시스템에서의 주파수 동기 장치.
  10. OFDM 심볼중 미리 알고 있는 기준 보호구간과 이 기준 보호구간에 해당되는 기준 복사 구간을 상관시켜 제1 상관값을 구하고, 상기 기준 보호구간중 기설정 지점부터 추정 보호구간으로 설정하고, 이 추정 보호구간과 이 추정 보호구간에 해당되는 추정 복사구간을 상관시켜 제2 상관값을 구하는 상관 단계;
    상기 제1 상관값과 제2 상관값을 비교하여, 제1 상관값이 제2 상관값보다 기설정된 배율만큼 큰 제1 경우인지, 제2 상관값이 제1 상관값보다 기설정된 배율만큼 큰 제2 경우인지, 아니면 제1 경우 및 제2 경우가 아닌 제3 경우인지를 판단하는 판단단계;
    상기 제1 경우이면 제1 상관값을 누적하고, 제2 경우이면 제2 상관값을 누적하고, 상기 제3 경우이면 상기 제1 상관값과 제2 상관값을 더한 값을 누적하는 누적단계; 및
    상기 누적단계로부터의 누적된 상관값을 이용하여 주파수 옵셋을 추정하는 주파수 옵셋 추정 단계
    를 포함하는 OFDM 시스템에서의 주파수 동기 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 상관단계는,
    상기 추정 보호구간의 시작지점인 기설정 지점을 상기 기준 보호구간의 중간지점으로 설정하는 것을 특징으로 하는 OFDM 시스템에서의 주파수 동기 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 판단단계는,
    제1 상관값의 제곱값이 제2 상관값의 제곱값보다 2배보다 더 크면 제1 경우로 판단하고, 상기 제2 상관값의 제곱값이 상기 제1 상관값Rm[0]의 제곱값보다 2배보다 더 크면 제2 경우로 판단하며, 상기 제1 경우 및 제2 경우가 아닌 제3 경우로 판단하는 것을 특징으로 하는 OFDM 시스템에서의 주파수 동기 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 누적단계는,
    상기 제1 상관값 또는 제2 상관값의 누적을 위한 심벌 누적회수를 4로 설정한 것을 특징으로 하는 OFDM 시스템에서의 주파수 동기 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 주파수 옵셋 추정 단계는,
    상기 누적단계로부터의 누적된 상관값에 아크 탄젠트를 취한 후,
    Figure 112010078164663-pat00033
    를 곱하여 상기 주파수 옵셋을 추정하는 것을 특징으로 하는 OFDM 시스템에서의 주파수 동기 방법.
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