KR101042737B1 - 오에프디엠 시스템에서 파일럿 상관값 기반 시간 옵셋에 강인한 정수 주파수 옵셋 추정 방법 및 장치 - Google Patents

오에프디엠 시스템에서 파일럿 상관값 기반 시간 옵셋에 강인한 정수 주파수 옵셋 추정 방법 및 장치 Download PDF

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강승구
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Abstract

본 발명은, OFDM 시스템에서 파일럿 상관값 기반 시간 옵셋에 강인한 정수 주파수 옵셋 추정 장치에 관한 것으로, OFDM 수신 신호를 입력받아 고속 푸리에 변환을 통해 주파수 영역의 신호로 변환시키는 고속 푸리에 변환부(301)와; 상기 고속 푸리에 변환부(301)에서 출력된 주파수 영역의 신호를 입력받아 연속한 1개 이상의 여러 개의 OFDM 심볼을 저장해서 획득하는 다수 심볼 획득부(302); 상기 다수 심볼 획득부(302)에서 획득된 연속한 1개 이상의 여러 개의 OFDM 심볼을 입력받아 모든 주파수 옵셋의 상관값을 조사하기 위해 정수 주파수 옵셋의 시험값 수 만큼 주파수 옵셋 후보값에 따라 주파수 영역의 수신 신호를 쉬프트시키는 다수의 주파수 영역 수신 신호 쉬프트부(303); 상관기에서 연산되어지는 파일럿들의 값을 최대값으로 하기 위해 템플릿을 발생시키는 템플릿 발생부(304); 상기 다수의 주파수 영역 수신 신호 쉬프트부(303)를 통과한 OFDM 심볼과 상기 템플릿 발생부(304)에서 생성된 템플릿을 입력받아 OFDM 심볼 내 파일럿들과 템플릿을 상관시켜 상관값을 계산하는 다수의 상관기(305); 상기 상관기(305)로부터 계산된 상관값을 인가받아 시간 옵셋의 영향을 상쇄시키기 위해 계산된 상관값의 켤레 복소수와 재상관시키는 다수의 재상관기(306) 및; 상기 재상관기(306)로부터 얻어진 가장 큰 실수 값을 갖는 시험값을 정수 주파수 옵셋 추정값으로 추정하는 정수 주파수 옵셋 추정부(307)를 구비하여 구성된다.

Description

오에프디엠 시스템에서 파일럿 상관값 기반 시간 옵셋에 강인한 정수 주파수 옵셋 추정 방법 및 장치{PILOT CORRELATION VALUE-BASED INTEGER FREQUENCY OFFSET ESTIMATION METHOD AND APPARATUS ROBUST TO TIMING OFFSET FOR THE OFDM SYSTEM}
본 발명은 OFDM 기반 시스템에서 파일럿 상관값을 기반으로 하여 시간 옵셋에 강인하게 정수 주파수 옵셋을 추정할 수 있도록 된 정수 주파수 옵셋 추정 방법 및 장치에 관한 것이다.
OFDM 시스템은 임펄스 잡음 및 다중 경로 페이딩 환경에 강인하고, 효율적인 스펙트럼 사용 등의 특징 때문에 IEEE 802.11a와 같은 무선 랜(WLANs: wireless local area networks) 및 지상파 디지털 오디오 방송(DVB-T: digital video broadcasting-terrestrial) 등의 무선 표준 변조 방식으로 사용되고 있다(참고문헌 [1]∼[3] 참조).
그러나, OFDM 기반 시스템의 성능은 송수신단에 위치한 오실레이터 불일치 및 송수신단의 상대적인 속도에 따라 생기는 도플러 주파수에 의해 발생되는 주파수 옵셋에 많은 영향을 받는다(참고문헌 [4] 참조). 일반적으로 주파수 옵셋은 부반송파의 크기로 정규화하여 표현되고, 크기에 따라 각각 정수 부분, 소수 부분으로 나누어진다. 정수 부분은 부반송파 색인 간 이동을 초래하고, 소수 부분은 부반송파 간 직교성을 파괴한다. 따라서, 주파수 옵셋이 정확하게 추정되지 않으면 시스템의 전체적인 성능이 저하되므로 OFDM 기반 시스템에서 주파수 옵셋을 추정하는 단계는 매우 중요하다고 할 수 있다.
OFDM 기반 시스템에서는 우선 대략적인 시간 동기화를 한 뒤, 주파수 옵셋을 추정하고 주파수 옵셋의 추정이 완료되면, 정확한 시간 동기화를 실시한다(참고문헌 [5] 참조). 따라서, 대부분의 경우, 주파수 옵셋 추정 단계에서 시간 옵셋이 여전히 존재하고, 이는 주파수 옵셋의 추정 정확도를 떨어뜨리는 원인이 된다.
최근 OFDM 변복조 방식으로 사용하는 DVB-T 시스템에서 연속 파일럿과 가장 인접한 분산 파일럿 간의 위치 및 값 정보를 이용해서 정수 주파수 옵셋을 추정하는 효율적인 기법이 제안되었다(참고문헌 [2] 참조). 그러나, 이 기법은 주파수 옵셋 추정 단계 이전에 시간 옵셋이 완벽히 추정되었다는 가정을 두고 있으며, 시간 옵셋이 존재하는 경우 극심한 성능 하락을 보인다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 발명된 것으로, 하나의 OFDM 심볼 내에 위치하는 연속 파일럿과 각 연속 파일럿에 가장 인접한 분산 파일럿 간의 상관값을 계산한 후, 계산된 상관값과 켤레 복소수를 재상관함으로써 OFDM 시스템에서 파일럿 상관값을 기반으로 하여 시간 옵셋에 강인하게 정수 주파수 옵셋을 추정하기 위한 정수 주파수 옵셋 추정 방법 및 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 OFDM 시스템에서 파일럿 상관값 기반 시간 옵셋에 강인한 정수 주파수 옵셋 추정 장치는,
OFDM 수신 신호를 입력받아 고속 푸리에 변환을 통해 주파수 영역의 신호로 변환시키는 고속 푸리에 변환부(301)와;
상기 고속 푸리에 변환부(301)에서 출력된 주파수 영역의 신호를 입력받아 연속한 1개 이상의 여러 개의 OFDM 심볼을 저장해서 획득하는 다수 심볼 획득부(302);
상기 다수 심볼 획득부(302)에서 획득된 연속한 1개 이상의 여러 개의 OFDM 심볼을 입력받아 모든 주파수 옵셋의 상관값을 조사하기 위해 정수 주파수 옵셋의 시험값 수 만큼 주파수 옵셋 후보값에 따라 주파수 영역의 수신 신호를 쉬프트시키는 다수의 주파수 영역 수신 신호 쉬프트부(303);
상관기에서 연산되어지는 파일럿들의 값을 최대값으로 하기 위해 템플릿을 발생시키는 템플릿 발생부(304);
상기 다수의 주파수 영역 수신 신호 쉬프트부(303)를 통과한 OFDM 심볼과 상기 템플릿 발생부(304)에서 생성된 템플릿을 입력받아 OFDM 심볼 내 파일럿들과 템플릿을 상관시켜 상관값을 계산하는 다수의 상관기(305);
상기 상관기(305)로부터 계산된 상관값을 인가받아 시간 옵셋의 영향을 상쇄시키기 위해 계산된 상관값의 켤레 복소수와 재상관시키는 다수의 재상관기(306) 및;
상기 재상관기(306)로부터 얻어진 가장 큰 실수 값을 갖는 시험값을 정수 주파수 옵셋 추정값으로 추정하는 정수 주파수 옵셋 추정부(307)를 구비하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 템플릿 발생부(304)에서 발생된 상기 템플릿은 연속 파일럿과 가장 인접한 분산 파일럿 간 값의 비율에 관한 정보를 제공하도록 된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연속 파일럿은 모든 OFDM 심볼의 동일한 색인에 삽입되는 파일럿이고, 분산 파일럿은 모든 OFDM 심볼에서 동일한 색인에 삽입되지 않는 파일럿임을 특징으로 한다.
또한, 상기 상관기(305)는 모든 주파수 옵셋 후보값에 대하여 하나의 OFDM 심볼에서 모든 연속 파일럿 색인에 있는 파일럿 또는 데이터와 이와 가장 인접한 분산 파일럿 색인에 있는 파일럿 또는 데이터의 상관값을 각각 계산하도록 된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 재상관기(306)는 하나의 주파수 옵셋 후보값에 대하여 동일한 OFDM 심볼에 삽입된 연속 파일럿의 수 만큼의 재상관 값들의 합을 구하도록 된 것을 특징으로 한다.
더욱이, 상기 재상관기(306)의 재상관이,
식
Figure 112010025727525-pat00001
(여기서, f는 정수 주파수 옵셋 후보값, D는 정수 주파수 옵셋 추정에 사용된 연속하는 OFDM 심볼의 수, C CP 는 연속 파일럿 색인들의 집합, Re{ㆍ}는 실수 부분을 계산하는 연산을 각각 의미함)
에 의해 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 OFDM 시스템에서 파일럿 상관값 기반 시간 옵셋에 강인한 정수 주파수 옵셋 추정 방법은,
OFDM 수신 신호를 입력받아 주파수 영역의 신호로 변환시키기 위해 OFDM 수신 신호를 고속 푸리에 변환시키는 고속 푸리에 변환 단계(S1)와;
상기 고속 푸리에 변환 단계(S1)에서 푸리에 변환된 주파수 영역의 신호를 입력받아 연속한 1개 이상의 여러 개의 OFDM 심볼을 저장해서 획득하기 위한 다수 심볼 획득 단계(S2);
상기 다수 심볼 획득 단계(S2)에서 획득된 연속한 1개 이상의 여러 개의 OFDM 심볼을 입력받아 모든 주파수 옵셋의 상관값을 조사하기 위해 정수 주파수 옵셋의 시험값 수 만큼 주파수 옵셋 후보값에 따라 주파수 영역의 수신 신호를 쉬프트시키는 주파수 영역 수신 신호 쉬프트 단계(S3);
상관에 의해 연산되어지는 파일럿들의 값을 최대값으로 하기 위해 템플릿을 발생시키는 템플릿 발생 단계(S4);
상기 주파수 영역 수신 신호 쉬프트 단계(S3)에서 쉬프트된 OFDM 심볼과 상기 템플릿 발생 단계(S4)에서 생성된 템플릿을 입력받아 OFDM 심볼 내 파일럿들과 템플릿을 상관시켜 상관값을 계산하는 상관값 계산 단계(S5);
상기 상관값 계산 단계(S5)에서 계산된 상관값을 인가받아 시간 옵셋의 영향을 상쇄시키기 위해 계산된 상관값의 켤레 복소수와 재상관시키는 재상관 단계(S6) 및;
상기 재상관 단계(S6)로부터 얻어진 가장 큰 실수 값을 갖는 시험값을 정수 주파수 옵셋 추정값으로 추정하는 정수 주파수 옵셋 추정 단계(S7)를 갖추어 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 템플릿 발생 단계(S4)에서 발생된 상기 템플릿은 연속 파일럿과 가장 인접한 분산 파일럿 간 값의 비율에 관한 정보를 제공하도록 된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연속 파일럿은 모든 OFDM 심볼의 동일한 색인에 삽입되는 파일럿이고, 분산 파일럿은 모든 OFDM 심볼에서 동일한 색인에 삽입되지 않는 파일럿임을 특징으로 한다.
또한, 상기 상관값 계산 단계(S5)는 모든 주파수 옵셋 후보값에 대하여 하나의 OFDM 심볼에서 모든 연속 파일럿 색인에 있는 파일럿 또는 데이터와 이와 가장 인접한 분산 파일럿 색인에 있는 파일럿 또는 데이터의 상관값을 각각 계산하도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 재상관 단계(S6)는 하나의 주파수 옵셋 후보값에 대하여 동일한 OFDM 심볼에 삽입된 연속 파일럿의 수 만큼의 재상관 값들의 합을 구하도록 하는 것을 특징으로 한다.
더욱이, 상기 재상관 단계(S6)에서의 재상관이,
식
Figure 112010025727525-pat00002
(여기서, f는 정수 주파수 옵셋 후보값, D는 정수 주파수 옵셋 추정에 사용된 연속하는 OFDM 심볼의 수, C CP 는 연속 파일럿 색인들의 집합, Re{ㆍ}는 실수 부분을 계산하는 연산을 각각 의미함)
에 의해 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, OFDM 기반 시스템에서 시간 옵셋에 강인하게 정수 주파수 옵셋을 추정할 수 있게 된다.
도 1은 직교 주파수 분할 다중(OFDM: orthogonal frequency division multiplexing) 기반 디지털 비디오 방송(DVB-T: digital video broadcasting-terrestrial) 시스템에서 연속 파일럿과 분산 파일럿의 주파수 영역에서의 배치를 나타낸 도면이다.
도 2는 OFDM 심볼에서 발생된 시간 옵셋의 일례를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 정수 주파수 옵셋 추정 장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 정수 주파수 옵셋 추정 방법의 처리 수순을 나타낸 플로우차트이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 정수 주파수 옵셋 추정 방법 및 장치에 있어서 신호대 잡음비(SNR; signal to noise ratio)가 15dB로 고정된 레일리 다중 경로 환경에서 시간 옵셋에 따른 정수 주파수 옵셋 추정 성능을 나타낸 그래프이다.
이하, 예시도면을 참조하면서 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예에서는 OFDM 기반 DVB-T 시스템을 예로 들어 구체적으로 설명하기로 한다.
DVB-T 시스템은 부반송파의 개수에 따라 2K 모드와 8K 모드로 나눌 수 있는데, 본 발명의 실시예에서는 2048개의 부반송파 중 1705개의 부반송파를 데이터 및 파일럿을 전송하는데 사용하는 2K 모드의 DVB-T 시스템을 고려한다.
2K 모드의 DVB-T 시스템에서 하나의 OFDM 심볼에는 데이터 외에 미리 값과 위치가 정해진 45개의 연속 파일럿과 142개 또는 143개의 분산 파일럿이 전송되고, 전송된 파일럿은 채널 추정 및 시간, 주파수 동기화를 위해 사용된다. 여기서, 파일럿의 값은 +4/3 또는 -4/3이고, 의사 랜덤 이진 수열(PRBS: pseudo random binary sequence)에 의하여 결정된다(참고문헌 [6] 참조).
도 1은 OFDM 기반 DVB-T 시스템에서 연속 파일럿과 분산 파일럿의 주파수 영역에서의 배치를 나타낸 도면으로, 여기서 가로축과 세로축은 각각 OFDM 심볼 내 주파수 영역에서의 부반송파 색인과 시간 영역에서 전송된 OFDM 심볼의 색인을 각각 의미하고, Kmin과 Kmax는 데이터 또는 파일럿을 전송하는데 사용되는 가장 작은 색인 및 가장 큰 색인을 각각 의미한다.
도 1로부터 분산 파일럿은 하나의 OFDM 심볼 상에서 12개의 부반송파 마다 삽입되고, 하나의 OFDM 심볼 내에서 분산 파일럿의 위치는 4개의 OFDM 심볼을 주기로 반복됨을 알 수 있다. 또한, 모든 OFDM 심볼에서 동일한 색인에 위치한 파일럿의 값은 동일하고, 연속 파일럿은 모든 OFDM 심볼에서 동일한 색인에 위치한다(참고문헌 [2] 참조).
도 2는 OFDM 심볼에서 발생된 시간 옵셋의 일례를 나타낸 도면으로, 수신한 OFDM 심볼에서 고속 푸리에 변환의 시작 시점을 잘못 선택함으로써 발생된 시간 옵셋의 일례를 나타내고 있다. 구체적으로, 고속 푸리에 변환이 원래 시작되어야 하는 지점보다 앞에서 시작되면(보호구간에서부터 시작), 시간 옵셋 -τ가 발생한 것으로 정의하였다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 정수 주파수 옵셋 추정 장치의 구성도로서, DVB-T 시스템에서 정수 주파수 옵셋 추정을 위한 장치의 구성도를 나타낸 것이다.
도 3에 도시된 정수 주파수 옵셋 추정 장치는 고속 푸리에 변환부(301), 다수 심볼 획득부(302), 다수의 주파수 영역 수신 신호 쉬프트부(303), 템플릿 발생부(304), 다수의 상관기(305), 다수의 재상관기(306) 및, 정수 주파수 옵셋 추정부(307)를 갖추어 구성되어 있다.
먼저, 고속 푸리에 변환부(301)는 OFDM 수신 신호를 입력받고, 입력받은 OFDM 수신 신호를 고속 푸리에 변환을 통해 주파수 영역의 신호로 변환시킨다.
이어, 상기 고속 푸리에 변환부(301)에서 변환된 주파수 영역의 신호가 다수 심볼 획득부(302)에 입력되면, 상기 다수 심볼 획득부(302)는 상기 다수 심볼 획득부(302)에서 출력된 연속한 1개 이상의 여러 개의 OFDM 심볼을 저장해서 획득하게 된다.
이어, 상기 다수 심볼 획득부(302)에서 획득된 연속한 1개 이상의 여러 개의 OFDM 심볼이 다수의 주파수 영역 수신 신호 쉬프트부(303)에 입력되면, 상기 다수의 주파수 영역 수신 신호 쉬프트부(303)는 모든 주파수 옵셋의 상관값을 조사하기 위해 정수 주파수 옵셋의 시험값 수 만큼 주파수 옵셋 후보값에 따라 주파수 영역의 수신 신호를 쉬프트시킨다.
그리고, 이후 설명되어지는 상관기(305)에서 연산되어지는 파일럿들의 값을 최대값으로 하기 위해 템플릿 발생부(304)에서는 템플릿을 발생시키게 되는데, 상기 템플릿 발생부(304)에서 발생된 상기 템플릿은 서로 다른 파일럿 간 값의 비율에 관한 정보를 제공하게 된다.
이어, 다수의 상관기(305)는 상기 다수의 주파수 영역 수신 신호 쉬프트부(303)를 통과한 OFDM 심볼과 상기 템플릿 발생부(304)에서 생성된 템플릿을 입력받아 OFDM 심볼과 템플릿을 상관시켜 상관값을 계산하게 된다. 여기서, 상기 상관기(305)는 모든 주파수 옵셋 후보값에 대하여 하나의 OFDM 심볼에서 모든 연속 파일럿 색인에 있는 파일럿 또는 데이터와 이와 가장 인접한 분산 파일럿 색인에 있는 파일럿 또는 데이터의 상관값을 각각 계산한다.
이어, 상기 상관기(305)로부터 계산된 상관값이 다수의 재상관기(306)에 인가되면, 상기 재상관기(306)는 시간 옵셋의 영향을 상쇄시키기 위해 계산된 상관값의 켤레 복소수와 재상관시킨다. 그리고, 상기 재상관기(306)는 하나의 주파수 옵셋 후보값에 대하여 동일한 OFDM 심볼에 삽입된 연속 파일럿의 수 만큼의 재상관 값들의 합을 구하게 된다.
마지막으로, 정수 주파수 옵셋 추정부(307)는 상기 재상관기(306)로부터 얻어진 가장 큰 실수 값을 갖는 시험값을 정수 주파수 옵셋 추정값으로 추정하게 된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 정수 주파수 옵셋 추정 방법의 처리 수순을 나타낸 플로우차트이다.
먼저, OFDM 수신 신호를 입력받아 주파수 영역의 신호로 변환시키기 위해 OFDM 수신 신호를 고속 푸리에 변환시키는 고속 푸리에 변환 단계(S1)를 수행한다음, 상기 고속 푸리에 변환 단계(S1)에서 푸리에 변환된 주파수 영역의 신호를 입력받아 연속한 1개 이상의 여러 개의 OFDM 심볼을 저장해서 획득하기 위한 다수 심볼 획득 단계(S2)를 수행하고, 이어 상기 다수 심볼 획득 단계(S2)에서 획득된 연속한 1개 이상의 여러 개의 OFDM 심볼을 입력받아 모든 주파수 옵셋의 상관값을 조사하기 위해 정수 주파수 옵셋의 시험값 수 만큼 주파수 옵셋 후보값에 따라 주파수 영역의 수신 신호를 쉬프트시키는 주파수 영역 수신 신호 쉬프트 단계(S3)를 수행한다.
한편, 템플릿 발생 단계(S4)에서 상관에 의해 연산되어지는 파일럿들의 값을 최대값으로 하기 위해 템플릿을 발생시키는데, 상기 템플릿 발생 단계(S4)에서 발생된 상기 템플릿은 서로 다른 파일럿 간 값의 비율에 관한 정보를 제공하게 된다.
이어, 상기 주파수 영역 수신 신호 쉬프트 단계(S3)에서 쉬프트된 OFDM 심볼과 상기 템플릿 발생 단계(S4)에서 생성된 템플릿을 입력받아 상관값 계산 단계(S5)에서 OFDM 심볼과 템플릿을 상관시켜 상관값을 계산한다. 여기서, 상기 상관값 계산 단계(S5)는 모든 주파수 옵셋 후보값에 대하여 하나의 OFDM 심볼에서 모든 연속 파일럿 색인에 있는 파일럿 또는 데이터와 이와 가장 인접한 분산 파일럿 색인에 있는 파일럿 또는 데이터의 상관값을 각각 계산한다.
이어, 재상관 단계(S6)에서는 상기 상관값 계산 단계(S5)에서 계산된 상관값을 인가받아 시간 옵셋의 영향을 상쇄시키기 위해 계산된 상관값의 켤레 복소수와 재상관시키고, 정수 주파수 옵셋 추정 단계(S7)에서 상기 재상관 단계(S6)로부터 얻어진 가장 큰 실수 값을 갖는 시험값을 정수 주파수 옵셋 추정값으로 추정하게 된다. 한편, 상기 재상관 단계(S6)에서는 하나의 주파수 옵셋 후보값에 대하여 동일한 OFDM 심볼에 삽입된 연속 파일럿의 수 만큼의 재상관 값들의 합을 구하게 된다.
이하, 상기한 본 발명에 따른 방법을 수식을 토대로 설명한다.
먼저, 시간 영역의 OFDM 신호는 채널을 거친 후 수신단에 도착되고, 수신단에 도착된 l번째 OFDM 심볼의 n번째 샘플 y l (n)은 식 1과 같이 나타낼 수 있다.
식 1
Figure 112010025727525-pat00003
여기서, τ와 υ는 OFDM 하나의 샘플과 부반송파 간격으로 정규화된 시간 옵셋과 주파수 옵셋을 각각 의미한다. 그리고, N은 역 고속 푸리에 변환의 크기, N T 는 보호구간을 포함한 하나의 OFDM 심볼의 샘플 수, ω l (n)은 평균이 0이고, 분산이
Figure 112010025727525-pat00004
인 덧셈꼴 백색 정규잡음(AWGN: additive white Gaussian noise) 샘플을 나타낸다. 그리고, x l (n)은 채널을 통과한 l번째 OFDM 심볼의 n번째 샘플을 의미하고, 다음의 식 2와 같이 나타낼 수 있다.
식 2
Figure 112010025727525-pat00005
여기서, X l (k)는 l번째 OFDM 심볼의 k번째 부반송파에 의해 전송되는 주파수 영역에서의 데이터 또는 파일럿, H l (k)는 l번째 OFDM 심볼의 k번째 부반송파에서의 채널 응답을 각각 의미한다. 주파수 옵셋 υ는 정수 부분(Δ)과 소수 부분(ε)으로 나눌 수 있으며, 본 발명에서는 소수 주파수 옵셋이 완벽히 추정되고 보상되었다고 가정한다.
SNR은
Figure 112010025727525-pat00006
으로 정의되며,
Figure 112010025727525-pat00007
이다. 수신단에서 고속 푸리에 변환 구간에 하나의 OFDM 심볼만 존재하고 소수 주파수 옵셋이 완벽하게 추정되고 보상되었다고 가정한다.
이 경우, 고속 푸리에 변환 이후 주파수 영역에서의 l번째 OFDM 심볼의 k번째 OFDM 샘플 y l (k)는 다음의 식 3과 같이 나타낼 수 있다.
식 3
Figure 112010025727525-pat00008
여기서, W l (k)는 주파수 영역에서의 복소 AWGN 샘플을 의미한다. 상기 식 3으로부터 정수 주파수 옵셋은 OFDM 신호의 위상을 회전시키고, 송신 데이터 및 파일럿의 순환적 이동을 가져옴을 알 수 있으며, 시간 옵셋은 각 부반송파 별로 서로 다른 위상 회전을 초래함을 각각 알 수 있다.
따라서, 이를 해결하고자 본 발명에서는 다음의 식 4를 제안하고 있다.
식 4
Figure 112010025727525-pat00009
여기서, f는 정수 주파수 옵셋 후보값, D는 정수 주파수 옵셋 추정에 사용된 연속하는 OFDM 심볼의 수, C CP 는 연속 파일럿 색인들의 집합, Re{ㆍ}는 실수 부분을 계산하는 연산을 각각 의미하고, Q l (k+f)와 T l (k)는 각각 식 5와 식 6과 같다.
식 5
Figure 112010025727525-pat00010
여기서, k'는 색인 k를 갖는 연속 파일럿과 가장 인접한 분산 파일럿의 색인을 나타낸다.
식 6
Figure 112010025727525-pat00011

정수 주파수 옵셋을 정확하게 추정하였다면, 상기 식 4의 상관부분은 다음의 식 7과 같이 나타낼 수 있다. 이로부터 상기 식 3에서 나타나고 있는 시간 오차로 인해 생긴 e j2 πτk/N 항이 제거됨을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 방법에 의하면, 시간 옵셋의 영향을 받지 않음을 확인할 수 있게 된다.
식 7
Figure 112010025727525-pat00012

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 정수 주파수 옵셋 추정 방법 및 장치에 있어서, SNR이 15dB로 고정된 다중경로 레일리 페이딩 채널 환경에서 시간 옵셋에 따른 정수 주파수 옵셋 추정 성능을 나타낸 도면으로, 즉 SNR이 15dB인 환경에서, 하나의 OFDM 심볼의 하나의 샘플 길이로 정규화된 시간 옵셋의 크기에 대해 본 발명의 방법으로 구현한 OFDM 1심볼을 사용했을 때의 정수 주파수 옵셋 추정 확률을 나타내고 있다.
모의실험 환경은 다음과 같이 설정하였다.
2K 모드의 DVB-T 시스템을 사용하였고, 데이터는 4-직교 진폭 변조(QAM: quadrature amplitude modulation) 방식을 통해 생성하였다.
모의실험에 사용된 매개변수는 N = 2048, OFDM 심볼은 1개인 경우를 고려하였고, 보호구간의 길이는 OFDM 하나의 심볼 길이의 1/4인 512 샘플로 설정하였다. 채널 모형은 4개의 경로를 갖으며, 각 경로는 0, 2, 4, 6 샘플의 시간 지연을 가지게 하였다.
채널의 l번째 경로 크기 A l 은 지수적으로 감소하게 하였고, 첫 번째와 마지막 경로의 전력 차는 20dB가 되게 하였다.
도 5에서 가로축인 시간 옵셋의 크기는 한 OFDM 심볼의 샘플 길이로 정규화 하였다. 한편, 대략적으로 시간 옵셋을 추정하고 나머지 시간 옵셋이 존재하는 상황에서 주파수 옵셋을 추정하는 경우, 추정한 OFDM 심볼 시작점이 다중 경로 지연으로 인하여 기준 위치에 비하여 밀리는 경우가 발생한다. 또한, 다중 경로 지연은 보호구간의 길이를 넘지 않도록 설계되므로, 이러한 점을 고려하여 나머지 시간 옵셋의 크기는 보호구간의 크기를 넘지 않도록 설정하였다.
도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 방법은 시간 옵셋의 크기에 무관하게 일정한 정수 주파수 옵셋의 추정 확률을 나타내고 있음을 알 수 있다.
301 --- 고속 푸리에 변환부,
302 --- 다수 심볼 획득부,
303 --- 다수의 주파수 영역 수신 신호 쉬프트부,
304 --- 템플릿 발생부,
305 --- 상관기,
306 --- 재상관기,
307 --- 정수 주파수 옵셋 추정부
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Claims (12)

  1. OFDM 수신 신호를 입력받아 고속 푸리에 변환을 통해 주파수 영역의 신호로 변환시키는 고속 푸리에 변환부(301)와;
    상기 고속 푸리에 변환부(301)에서 출력된 주파수 영역의 신호를 입력받아 연속한 1개 이상의 여러 개의 OFDM 심볼을 저장해서 획득하는 다수 심볼 획득부(302);
    상기 다수 심볼 획득부(302)에서 획득된 연속한 1개 이상의 여러 개의 OFDM 심볼을 입력받아 모든 주파수 옵셋의 상관값을 조사하기 위해 정수 주파수 옵셋의 시험값 수 만큼 주파수 옵셋 후보값에 따라 주파수 영역의 수신 신호를 쉬프트시키는 다수의 주파수 영역 수신 신호 쉬프트부(303);
    상관기에서 연산되어지는 파일럿들의 값을 최대값으로 하기 위해 템플릿을 발생시키는 템플릿 발생부(304);
    상기 다수의 주파수 영역 수신 신호 쉬프트부(303)를 통과한 OFDM 심볼과 상기 템플릿 발생부(304)에서 생성된 템플릿을 입력받아 OFDM 심볼 내 파일럿들과 템플릿을 상관시켜 상관값을 계산하는 다수의 상관기(305);
    상기 상관기(305)로부터 계산된 상관값을 인가받아 시간 옵셋의 영향을 상쇄시키기 위해 계산된 상관값의 켤레 복소수와 재상관시키는 다수의 재상관기(306) 및;
    상기 재상관기(306)로부터 얻어진 가장 큰 실수 값을 갖는 시험값을 정수 주파수 옵셋 추정값으로 추정하는 정수 주파수 옵셋 추정부(307)를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 OFDM 시스템에서 파일럿 상관값 기반 시간 옵셋에 강인한 정수 주파수 옵셋 추정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 템플릿 발생부(304)에서 발생된 상기 템플릿은 연속 파일럿과 가장 인접한 분산 파일럿 간 값의 비율에 관한 정보를 제공하도록 된 것을 특징으로 하는 OFDM 시스템에서 파일럿 상관값 기반 시간 옵셋에 강인한 정수 주파수 옵셋 추정 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 연속 파일럿은 모든 OFDM 심볼의 동일한 색인에 삽입되는 파일럿이고, 분산 파일럿은 모든 OFDM 심볼에서 동일한 색인에 삽입되지 않는 파일럿임을 특징으로 하는 OFDM 시스템에서 파일럿 상관값 기반 시간 옵셋에 강인한 정수 주파수 옵셋 추정 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 상관기(305)는 모든 주파수 옵셋 후보값에 대하여 하나의 OFDM 심볼에서 모든 연속 파일럿 색인에 있는 파일럿 또는 데이터와 이와 가장 인접한 분산 파일럿 색인에 있는 파일럿 또는 데이터의 상관값을 각각 계산하도록 된 것을 특징으로 하는 OFDM 시스템에서 파일럿 상관값 기반 시간 옵셋에 강인한 정수 주파수 옵셋 추정 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 재상관기(306)는 하나의 주파수 옵셋 후보값에 대하여 동일한 OFDM 심볼에 삽입된 연속 파일럿의 수 만큼의 재상관 값들의 합을 구하도록 된 것을 특징으로 하는 OFDM 시스템에서 파일럿 상관값 기반 시간 옵셋에 강인한 정수 주파수 옵셋 추정 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 재상관기(306)의 재상관이,
    식
    Figure 112010025727525-pat00013

    (여기서, f는 정수 주파수 옵셋 후보값, D는 정수 주파수 옵셋 추정에 사용된 연속하는 OFDM 심볼의 수, C CP 는 연속 파일럿 색인들의 집합, Re{ㆍ}는 실수 부분을 계산하는 연산을 각각 의미함)
    에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 OFDM 시스템에서 파일럿 상관값 기반 시간 옵셋에 강인한 정수 주파수 옵셋 추정 장치.
  7. OFDM 수신 신호를 입력받아 주파수 영역의 신호로 변환시키기 위해 OFDM 수신 신호를 고속 푸리에 변환시키는 고속 푸리에 변환 단계(S1)와;
    상기 고속 푸리에 변환 단계(S1)에서 푸리에 변환된 주파수 영역의 신호를 입력받아 연속한 1개 이상의 여러 개의 OFDM 심볼을 저장해서 획득하기 위한 다수 심볼 획득 단계(S2);
    상기 다수 심볼 획득 단계(S2)에서 획득된 연속한 1개 이상의 여러 개의 OFDM 심볼을 입력받아 모든 주파수 옵셋의 상관값을 조사하기 위해 정수 주파수 옵셋의 시험값 수 만큼 주파수 옵셋 후보값에 따라 주파수 영역의 수신 신호를 쉬프트시키는 주파수 영역 수신 신호 쉬프트 단계(S3);
    상관에 의해 연산되어지는 파일럿들의 값을 최대값으로 하기 위해 템플릿을 발생시키는 템플릿 발생 단계(S4);
    상기 주파수 영역 수신 신호 쉬프트 단계(S3)에서 쉬프트된 OFDM 심볼과 상기 템플릿 발생 단계(S4)에서 생성된 템플릿을 입력받아 OFDM 심볼 내 파일럿들과 템플릿을 상관시켜 상관값을 계산하는 상관값 계산 단계(S5);
    상기 상관값 계산 단계(S5)에서 계산된 상관값을 인가받아 시간 옵셋의 영향을 상쇄시키기 위해 계산된 상관값의 켤레 복소수와 재상관시키는 재상관 단계(S6) 및;
    상기 재상관 단계(S6)로부터 얻어진 가장 큰 실수 값을 갖는 시험값을 정수 주파수 옵셋 추정값으로 추정하는 정수 주파수 옵셋 추정 단계(S7)를 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 OFDM 시스템에서 파일럿 상관값 기반 시간 옵셋에 강인한 정수 주파수 옵셋 추정 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 템플릿 발생 단계(S4)에서 발생된 상기 템플릿은 연속 파일럿과 가장 인접한 분산 파일럿 간 값의 비율에 관한 정보를 제공하도록 된 것을 특징으로 하는 OFDM 시스템에서 파일럿 상관값 기반 시간 옵셋에 강인한 정수 주파수 옵셋 추정 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 연속 파일럿은 모든 OFDM 심볼의 동일한 색인에 삽입되는 파일럿이고, 분산 파일럿은 모든 OFDM 심볼에서 동일한 색인에 삽입되지 않는 파일럿임을 특징으로 하는 OFDM 시스템에서 파일럿 상관값 기반 시간 옵셋에 강인한 정수 주파수 옵셋 추정 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 상관값 계산 단계(S5)는 모든 주파수 옵셋 후보값에 대하여 하나의 OFDM 심볼에서 모든 연속 파일럿 색인에 있는 파일럿 또는 데이터와 이와 가장 인접한 분산 파일럿 색인에 있는 파일럿 또는 데이터의 상관값을 각각 계산하도록 하는 것을 특징으로 하는 OFDM 시스템에서 파일럿 상관값 기반 시간 옵셋에 강인한 정수 주파수 옵셋 추정 방법.
  11. 제7항에 있어서, 상기 재상관 단계(S6)는 하나의 주파수 옵셋 후보값에 대하여 동일한 OFDM 심볼에 삽입된 연속 파일럿의 수 만큼의 재상관 값들의 합을 구하도록 하는 것을 특징으로 하는 OFDM 시스템에서 파일럿 상관값 기반 시간 옵셋에 강인한 정수 주파수 옵셋 추정 방법.
  12. 제7항에 있어서, 상기 재상관 단계(S6)에서의 재상관이,
    식
    Figure 112010025727525-pat00014

    (여기서, f는 정수 주파수 옵셋 후보값, D는 정수 주파수 옵셋 추정에 사용된 연속하는 OFDM 심볼의 수, C CP 는 연속 파일럿 색인들의 집합, Re{ㆍ}는 실수 부분을 계산하는 연산을 각각 의미함)
    에 의해 수행하는 것을 특징으로 하는 OFDM 시스템에서 파일럿 상관값 기반 시간 옵셋에 강인한 정수 주파수 옵셋 추정 방법.
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