KR101078415B1 - ＷｉＭＡＸ 신호의 수신 방법 및 계측기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 범용 디지타이져(digitizer) 구조를 이용한 WiMAX 분석 계측시스템에서의 WiMAX 신호의 timing 검색에 있어서 시간의 측면에서의 진보된 방법론을 제시한다. 보다 상세하게는 다양한 신호사양에 맞게 WiMAX 사양에서 요구 되어지는 sampling 주파수의 N 채배의 주파수로 ADC 샘플링을 할 수 있게 하고(Mux 구조 이용), 심볼 타이밍 검색시 WiMAX 신호의 상관 특성을 이용하여 이동평균(Moving average)기법을 이용하여 신호 검색의 시간을 최소화 하는 신호 검색 구조에 관한 것이다.
본 발명의 일례에 따른 WiMAX 신호의 수신 방법 및 계측기는 외부로부터 수신된 WIMAX(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 신호를 표준 주파수에 N채배된 샘플링(Sampling) 주파수를 선택적으로 이용하여 디지털 변환하고 다운 샘플링(Down sampling)하여 신호처리하고, 디지털 변환된 신호 중 임의의 데이터로부터 유효심볼구간 길이(Nfft)만큼의 기간 동안 각각의 데이터에 대하여 상관(Correlation)을 이용하여 이동 평균(Moving average)값들을 구하고, 이동 평균값들 중 최대값을 구하여 심볼 타이밍(Symbol timing)을 검색한다.
WiMAX, ADC, 심볼 타이밍 검색

Description

ＷｉＭＡＸ 신호의 수신 방법 및 계측기{Method for Receiving WiMAX signal and Measurement instrument}
본 발명은 WiMAX 신호의 수신 방법 및 계측기에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 WiMAX 신호의 수신시 디지털 변환을 위해서 샘플링 주파수로 표준 주파수에 N 채배된 주파수를 이용하고, 심볼 타이밍 검색시 WiMAX 신호의 상관 특성을 이용하여 이동평균(Moving average)값을 구함으로써 심볼 타이밍의 검색 할 수 있는 WiMAX 신호의 수신 방법 및 계측기에 관한 것이다.
최근 직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access;OFDMA) 방법에 기반한 신호 및 시스템은 고속 전송 및 페이딩 극복 능력 등의 장점으로 인하여 다양한 통신 규격에 표준으로 선정되어 상용화되고 있으며, 특히 차세대 4G 셀룰러 시스템의 다중 접속 방식으로 OFDM 기반의 시스템이 활발히 연구되고 있다.
여기서, OFDMA 신호의 특성을 간단하게 살펴보면, 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, OFDMA 신호에서 보호 구간(Guard Interval;GI)이 없는 경우, OFDMA 신호에서 지연된 제 1 심볼 구간과 제 2 심볼 구간이 겹쳐지는 영역(interfering region)에 서는 심볼간 간섭(Inter Symbol Interference;ISI)이 발생하게 된다. 따라서, 통상적으로 OFDMA 신호는 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 보호구간(Guard Interval;GI)을 OFDMA 심볼 신호의 앞부분에 배치하여 심볼간 간섭(ISI)을 방지하게 된다.
이와 같은 OFDMA 신호를 수신하는 수신기는 통상적으로 도 2과 같은 구조를 가지게 된다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 아날로그 디지털 변환기(ADC, 10)는 외부로부터 수신된 OFDMA 신호를 고정된 하나의 표준 주파수(fs)를 샘플링 주파수로 하여 아나로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 기능을 한다.
그리고, 다운 컨버터(DDC, 20)는 디지털 신호를 입력받아 다운 샘플링(Down sampling)하여 I(In-phase)신호와 Q(Quadrature phase)신호를 포함하는 기저 대역(Baseband)의 직교신호를 발생시키는 기능을 한다.
그리고, 리샘플러(Resampler, 30)는 다운 컨버터가 출력하는 신호의 샘플링 오차를 보상하기 위해 신호를 리샘플링(Resamplig)하는 기능을 한다.
리샘플링 이후, 리샘플링된 OFDMA 신호를 기초로 심볼 타이밍 검색부(40)가 고속 푸리에 변환(FFT)을 위한 심볼 타이밍을 검색한다.
한편, 전술한 바와 같은 리샘플러(Resampler)는 도 2b와 같이 입력된 직교 신호의 샘플링 오차를 보상하기 위해 보간법(interpolation) 처리과정, LPF(Low pass filtering)과정, Dacimation 과정을 거치게 된다.
이와 같은 리샘플링 과정에서, OFDMA 신호에 대해 정확히 심볼 타이밍을 검색하기 위해서는 도 3과 같이 표준에 정해진 샘플링 주파수(sampling frequency)로 리샘플링 되어야 한다.
따라서, 기존의 고정형 ADC를 이용한 아날로그 디지털 변환기(10)의 경우 반드시 리셈플러(30)를 필요로 하게 된다. 이와 같은 리샘플러(30)는 Filter Tap에 따라 연산량은 다르지만 기본적으로 필터링(filtering)에 필요한 연산 시간이 많이 소요될 수 밖에 없는 문제점이 있다. 기존의 고정형 ADC를 이용한 아날로그 디지털 변환기(10)가 OFDMA 신호를 계측하기 위한 수신기에서 사용될 경우 다양한 주파수의 OFDMA 신호에 대응하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 심볼 타이밍 검색 성능에 있어서도 ADC 출력 주파수와 리샘플러 출력 주파수 사이의 비율 관계에 따라 심볼 타이밍 검색 결과의 신뢰성에도 문제가 발생할 수 있다.
본 발명은 수신된 WiMAX 신호를 수신할 때 디지털 변환을 위해서 샘플링 주파수로 표준 주파수에 N 채배된 주파수를 선택적으로 이용함으로써, 별도의 리샘플러를 사용할 필요가 없어 WiMAX 신호의 계측기 구조를 보다 단순화 할 수 있을 뿐만 아니라 신호 처리시 리샘플러에서 소요되는 연산 시간만큼을 단축할 수 있는 WiMAX 신호의 수신 방법 및 계측기를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 심볼 타이밍 검색시 WiMAX 신호의 상관 특성을 이용하여 기본 이동평균(Moving average)값을 구하고, 기본 이동평균값을 기초로 연속 이동 평균값을 보다 단순화한 방법으로 구하도록 함으로써, 심볼 타이밍의 검색 시간을 현저하게 단축할 수 있는 WiMAX 신호의 수신 방법 및 계측기를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일례에 따른 WiMAX 신호의 수신 방법은 외부로부터 수신된 WiMAX 신호를 표준 주파수에 N채배된 샘플링(Sampling) 주파수를 이용하여 디지털 변환하고 다운 샘플링(Down sampling)하는 신호처리단계; 및 디지털 변환된 신호 중 임의 의 데이터로부터 유효심볼구간 길이(Nfft)만큼의 기간 동안 각각의 데이터에 대하여 상관(Correlation)을 이용하여 이동 평균(Moving average)값들을 구하고, 이동 평균값들 중 최대값을 구하여 심볼 타이밍(Symbol timing)을 검색하는 심볼 타이밍 검색 단계;를 포함한다.
여기서, 신호처리 단계는 WiMAX 신호를 고속 푸리에 변환(Fast Fourier transform)시의 표준 샘플 타임(Sample time)을 획득할 수 있도록 표준 주파수에 N채배된 샘플링 주파수를 이용하여 중간 주파수 신호(Intermediate frequency signal)를 생성하는 아날로그 디지털 변환(Analog to digital conversion) 단계; 및 중간 주파수 신호를 다운 샘플링하여 I(In-phase)신호와 Q(Quadrature phase)신호를 포함하는 기저 대역(Baseband)의 직교신호를 발생시키는 다운 컨버젼(Down conversion) 단계;를 포함할 수 있다.
여기서, 아날로그 디지털 변환 단계는 적어도 하나 이상의 표준 주파수 각각에 N 채배된 주파수 중 어느 하나의 주파수를 선택하여 샘플링 주파수로 공급하는 주파수 선택단계;를 포함할 수 있다.
또한, 심볼 타이밍 검색 단계는 디지털 변환된 신호 중 n번째 데이터(S(n))로부터 보호구간(Guard Interval; GI)길이(L) 만큼의 데이터들과 n번째 데이터로부터 유효심볼구간(Nfft)길이 만큼 지연된 n+Nfft번째 데이터(S(n+Nfft))로부터 보호구간(GI)길이(L) 만큼의 데이터들 각각에 대하여 상관(Correlation)을 취하여 n 번째 데이터의 기본 평균 이동을 구하는 기본 이동평균 연산 단계;를 더 포함할 수 있다.
여기서, 기본 이동평균 연산 단계에서 n번째 데이터(S(n))의 기본이동평균값은 하기 수학식으로 표현할 수 있다.
[수학식]
Figure 112008091030881-pat00001
여기서, ma(n)은 이동평균, S(n)은 n번째 데이터, S(n+Nfft)은 유효심볼구간만큼 지연된 n+Nfft번째 데이터, L은 보호구간의 길이이다.
또한, 기본 이동평균 연산 단계에서 보호구간(GI)은 순환 전치(Cyclic prefix;CP)가 되도록 할 수 있다.
또한, 심볼 타이밍 검색 단계는 n 번째 데이터의 이동평균(Moving average)으로부터 마지막 데이터(S(n-L))에 의한 곱셈 값을 제거하고, S(n)데이터의 차기 데이터(S(n+1))와 S(n+Nfft)의 차기 데이터(S(n+Nfft+1))를 곱한 값을 합산하여 연속이동평균을 구하는 연속이동평균 연산 단계;를 포함할 수 있다.
여기서, 연속 이동평균 연산 단계에서 연속이동평균은 하기 수학식으로 표현할 수 있다.
[수학식]
ma(n+1)=ma(n)+r(n+1)-r(n-L)
여기서, r(n+1)=S(n+1)*S(n+Nfft+1)이고, r(n-L)=S(n-L)*S(n+Nfft-L)이다.
또한, 심볼 타이밍 검색 단계는 기본이동평균 값과 연속이동평균 값을 포함하는 이동평균 값들 중에서 최대값을 검색하는 최대값 검색 단계; 및 최대값을 가 지는 데이터의 차기 지점을 유효심볼 구간의 시작 타이밍으로 추출하는 타이밍 추출 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일례에 따른 WiMAX 신호의 계측기는 외부로부터 수신된 WiMAX 신호를 표준 주파수에 N채배된 샘플링(Sampling) 주파수를 이용하여 디지털 변환하고 하다운 샘플링하는 신호처리부; 및 디지털 변환된 신호 중 임의의 데이터(n)로부터 유효심볼구간 길이(Nfft)만큼의 기간 동안 각각의 데이터에 대해 상관(Correlation)을 이용하여 이동평균(Moving average)값들을 구하고, 이동 평균값들 중 최대값을 구하여 심볼 타이밍(Symbol timing)을 검색하는 심볼 타이밍 검색부;를 포함할 수 있다.
여기서, 신호처리부는 WiMAX 신호를 고속 푸리에 변환(Fast Fourier transform)시의 표준 샘플 타임(Sample time)을 획득할 수 있도록 표준 주파수에 N채배된 샘플링 주파수를 이용하여 중간 주파수 신호(Intermediate frequency signal)를 생성하는 아나로그 디지털 변환기(Analog to digital converter); 및 중간 주파수 신호를 다운 샘플링하여 I(In-phase)신호와 Q(Quadrature phase)신호를 포함하는 기저 대역(Baseband)의 직교신호를 발생시키는 다운 컨버터(Down converter);를 포함할 수 있다.
여기서, 아날로그 디지털 변환기는 적어도 하나 이상의 표준 주파수 각각에 N 채배된 주파수 중 어느 하나의 주파수를 선택하여 샘플링 주파수로 공급하는 멀티플렉서(multiplexer);를 더 포함할 수 있다.
또한, 심볼 타이밍 검색부는 기본이동평균 연산기와 연속이동평균 연산기를 포함하고, 기본이동평균 연산기는 기본 디지털 변환된 신호 중 n번째 데이터(S(n))로부터 보호구간(Guard Interval; GI)길이(L) 만큼의 데이터들과 n번째 데이터로부터 유효심볼구간(Nfft)길이 만큼 지연된 n+Nfft번째 데이터(S(n+Nfft))로부터 보호구간(GI)길이(L) 만큼의 데이터들 각각에 대하여 상관(Correlation)을 취하여 기본이동평균을 구하여 데이터 베이스에 저장하고, 연속이동평균 연산기는 n 번째 데이터의 이동평균(Moving average)으로부터 마지막 데이터(S(n-L))에 의한 곱셈 값을 제거하고, S(n)데이터의 차기 데이터(S(n+1))와 S(n+Nfft)의 차기 데이터(S(n+Nfft+1))를 곱한 값을 합산하여 연속이동평균을 구하여 데이터 베이스에 저장할 수 있다.
여기서, 기본이동평균은 하기 수학식으로 표현할 수 있다.
[수학식]
Figure 112008091030881-pat00002
여기서, ma(n)은 이동평균, S(n)은 n번째 데이터, S(n+Nfft)은 n+Nfft번째 데이터, L은 보호구간의 길이이다.
또한, 연속이동평균은 하기 수학식으로 표현할 수 있다.
[수학식]
ma(n+1)=ma(n)+r(n+1)-r(n-L)
여기서, r(n+1)=S(n+1)*S(n+Nfft+1)이고, r(n-L)=S(n-L)*S(n+Nfft-L)이다.
또한, 심볼 타이밍 검색부는 유효심볼구간 길이(Nfft)만큼 데이터 베이스에 저장된 각각의 데이터에 따른 기본 이동평균 값과 연속 이동평균 값을 포함하는 이동평균 값들로부터 최대값을 검색하는 최대값 검색기; 및 최대값을 가지는 데이터의 차기 지점을 유효심볼 구간의 시작 타이밍으로 추출하는 타이밍 추출기;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서는 범용 디지타이져가 내장된 WiMAX 분석 계측기에서 WiMAX 신호의 수신 방법 및 계측기는 디지털 변환을 위해서 샘플링 주파수로 표준 주파수에 N 채배된 주파수를 이용함으로써, 기존의 수신 장치 에서 필요로 했던 리샘플러가 제거함으로써 WiMAX 신호의 계측기 구조를 보다 단순화 할 수 있을 뿐만 아니라 신호 처리시 소요되는 연산 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 WiMAX 신호의 수신 방법 및 계측기는 심볼 타이밍 검색시 WIMAX 신호의 상관 특성을 이용하여 기본 이동평균(Moving average)값을 구하고, 기본 이동평균값을 기초로 연속 이동 평균값을 보다 단순화한 방법으로 구하도록 함으로써, 심볼 타이밍의 검색 시간을 현저하게 단축할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 4는 본 발명에 따른 WiMAX 신호의 계측기의 일례를 설명하기 위한 도이다.
도시된 바와 같이, WiMAX 신호의 계측기는 신호처리부(410), 심볼 타이밍 검색부(420), 보호구간(GI) 제거부(430) 및 고속 푸리에 변환(Fast Fourier transform;FFT) 처리부(440)를 포함할 수 있다.
신호처리부(410)는 외부로부터 수신된 WiMAX 신호를 고속 푸리에 변환시의 표준 샘플 타임을 획득할 수 있도록 표준 주파수에 N채배된 샘플링(Sampling) 주파수를 이용하여 디지털 변환하고 하다운 샘플링하는 기능을 한다. 이와 같이, 신호처리부(410)에서 수신된 WiMAX 신호를 수신할 때, 디지털 변환을 위해서 샘플링 주파수로 표준 주파수에 N 채배된 주파수를 이용함으로써, 종래에서 문제되었던 별도의 리셈플러(Resampler)에 의한 리셈플링 과정을 거칠 필요가 없으므로 디지털 신호 처리의 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다. 이에 대한 보다 상세한 설명은 도 5를 통하여 한다.
심볼 타이밍 검색부(420)는 디지털 변환된 신호 중 임의의 데이터(n)로부터 유효심볼구간 길이(Nfft)만큼의 기간 동안 각각의 데이터에 대해 상관(Correlation)을 이용하여 이동평균(Moving average)값들을 구하고, 이동 평균값 들 중 최대값을 구하여 심볼 타이밍(Symbol timing)을 검색하고, 심볼 타이밍 정보를 보호구간(Guard Interval;GI) 제거부 및 FFT 처리부에 동기 신호로 제공하는 기능을 한다. 이와 같이, 유효심볼구간 길이(Nfft)만큼의 기간 동안 각각의 데이터에 대해 상관(Correlation)을 이용하여 이동평균(Moving average)값들을 구하여 심볼 타이밍을 검색하는 것은 심볼 타이밍의 검색을 보다 단순화시킬 수 있어, 심볼 타이밍 검색을 위한 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다. 이에 대한 보다 상세한 설명은 도 6a 내지 도 6c를 통하여 한다.
보호구간(GI) 제거부(430)는 심볼 타이밍 검색부(420)에서 추출된 심볼 타이밍에 맞추어 입력되는 WIMAX 신호로부터 보호 구간(GI)을 제거하는 기능을 한다.
FFT 처리부(440)는 보호구간(GI) 제거부(430)에서 보호구간(GI)이 제거된 WIMAX 신호를 고속 푸리에 변환(FFT)하여 시간영역 신호를 주파수 영역으로 변환하여 출력하는 기능을 한다.
도 5는 본 발명에 따른 WiMAX 신호의 계측기에서 신호처리부(410)의 일례를 설명하기 위한 도이다.
도시된 바와 같이, 신호처리부(410)는 멀티플렉서(Multiplexer;Mux)(411), 아나로그 디지털 변환기(Analog to digital converter;ADC)(412), 다운 컨버터(Digital Down converter;DDC)(413)를 포함할 수 있다.
멀티플렉서(Mux)(411)는 고속 푸리에 변환시의 표준 샘플 타임을 획득할 수 있도록 적어도 하나 이상의 표준 주파수 각각에 N 채배된 주파수 중 어느 하나의 주파수를 선택하여 아날로그 디지털 변환기(ADC)(412)의 샘플링 주파수로 공급하는 기능을 한다. 여기서, N은 실수가 되도록 할 수 있고, 보다 바람직하게는 N은 정수가 되도록 할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 WiMAX 신호의 계측기는 다양한 표준 주파수에 N 채배된 주파수를 아나로그 디지털 변환기(ADC)(412)의 샘플링 주파수로 선택적으로 이용할 수 있도록 함으로써, 다양한 주파수의 신호에 대응할 수 있는 효과가 있다.
아날로그 디지털 변환기(ADC)(412)는 WiMXA 신호를 고속 푸리에 변환(Fast Fourier transform)시의 표준 샘플 타임(Sample time)을 획득할 수 있도록 표준 주파수에 N채배된 샘플링 주파수를 이용하여 중간 주파수 신호(Intermediate frequency signal)를 생성하는 기능을 한다.
이와 같이, 아나로그 디지털 변환 단계에서 미리 고속 푸리에 변환시의 표준 샘플 타임을 획득할 수 있도록 N채배된 샘플링 주파수를 이용하여 중간 주파수 신호(Intermediate frequency signal)를 생성함으로써, 종래에서 문제되었던 별도의 리셈플러(Resampler)에 의한 리셈플링 과정을 거칠 필요가 없으므로 디지털 신호 처리의 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.
예를 들어, 종래와 같이 리셈플링 과정을 거친 주파수가 2 Decimation된 주파수이고, 리셈플러가 이와 같은 신호를 출력하는 경우, 본 발명에서는 이와 같은 리셈플러가 하는 기능을 아나로그 디지털 변환 단계에서 아나로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 과정에 샘플링 타임을 고려한 N채배된 샘플링 주파수를 이용하여 중간 주파수 신호(Intermediate frequency signal)를 생성하도록 함으로써 리셈플 러의 역할을 병행할 수 있는 것이다. 이와 같이 함으로써, 리셈플러에 의한 리셈플링 시간을 단축할 수 있는 것이다.
다운 컨버터(DDC)(413)는 중간 주파수 신호를 다운 샘플링하여 I(In-phase)신호와 Q(Quadrature phase)신호를 포함하는 기저 대역(Baseband)의 직교신호를 발생시키는 기능을 한다.
도 6a는 본 발명에 따른 WIMAX 신호의 계측기에서 심볼 타이밍 검색부(420)의 일례를 설명하기 위한 도이다.
도시된 바와 같이, 심볼 타이밍 검색부(420)는 기본이동평균 연산기(421), 연속이동평균 연산기(422), 최대값 검색기(423) 및 타이밍 추출기(424)를 포함할 수 있다.
기본이동평균 연산기(421)는 디지털 변환된 신호 중 n번째 데이터(S(n))로부터 보호구간(Guard Interval; GI)길이(L) 만큼의 데이터들과 n번째 데이터로부터 유효심볼구간(Nfft)길이만큼 지연된 n+Nfft번째 데이터(S(n+Nfft))로부터 보호구간(GI)길이(L) 만큼의 데이터들 각각에 대하여 상관(Correlation)을 취하여 기본이동평균을 구하여 데이터 베이스에 저장하는 기능을 한다.
또한, 연속이동평균 연산기(422)는 n 번째 데이터의 이동평균(Moving average)으로부터 마지막 데이터(S(n-L))에 의한 곱셈 값을 제거하고, S(n)데이터의 차기 데이터(S(n+1))와 S(n+Nfft)의 차기 데이터(S(n+Nfft+1))를 곱한 값을 합산하여 연속이동평균을 구하여 데이터 베이스에 저장하는 기능을 한다.
이와 같이, 연속이동평균 연산기(422)에 의한 연속이동평균 연산 방법은 이동평균을 구하기 위해 각각의 데이터에 대해 상관을 이용한 기본이동평균 연산 방법을 사용하지 아니하고, 마지막 데이터의 곱셈 값을 제거하고 차기 데이터의 곱셈 값을 합산하도록 함으로써, 연산을 단순화시킬 수 있는 효과가 있다. 이와 같이 연산을 단순화함으로써 심볼 타이밍 검색을 위한 시간을 현저하게 단축할 수 있는 것이다.
보다 상세히 설명하면, 각각의 데이터에 대해 기본 이동평균과 같은 연산 방법을 사용한다면, 각각의 데이터에 대해 상관 값을 구하기 위해 매번 보호구간 길이만큼의 데이터를 곱하고 합산해야 할 것이다. 이와 같은 경우 합산을 위한 시간이 그만큼 더 필요하게 되는데, 한번의 기본 이동평균을 구한 다음, 기본 이동평균을 기초로 연속이동평균을 하나의 주기 동안 계속적으로 구하는 경우 그만큼의 시간이 더 절약될 수 있는 것이다.
최대값 검색기(423)는 유효심볼구간 길이(Nfft)만큼 데이터 베이스에 저장된 각각의 데이터에 따른 기본 이동평균 값과 연속 이동평균 값을 포함하는 이동평균 값들로부터 최대값을 검색하는 기능을 한다.
타이밍 추출기(424)는 최대값을 가지는 데이터의 차기 지점을 유효심볼 구간의 시작 타이밍으로 추출하는 기능을 한다.
도 6b는 본 발명에 따른 WiMAX 신호의 계측기에서 심볼 타이밍 검색 방법의 일례를 설명하기 위한 도이다.
도시된 바와 같이, 심볼 타이밍 검색부(420)에서 심볼 타이밍을 검색 하는 방법은 기본 이동평균 연산 단계(S1), 연속 이동평균 연산 단계(S2), 비교단계(S3), 최대값 검색단계(S4), 심볼 타이밍 검색 단계(S5)를 포함한다.
기본 평균이동 연산 단계(S1)는 디지털 변환된 신호 중 n번째 데이터(S(n))로부터 보호구간(Guard Interval; GI)길이(L) 만큼의 데이터들과 n번째 데이터로부터 유효심볼구간(Nfft)길이만큼 지연된 n+Nfft번째 데이터(S(n+Nfft))로부터 보호구간(GI)길이(L) 만큼의 데이터들 각각에 대하여 상관(Correlation)을 취하여 n 번째 데이터의 기본 평균 이동을 구하는 기능을 한다.
여기서, n번째 데이터(S(n))의 기본이동평균값은 하기 수학식으로 표현된다.
[수학식]
Figure 112008091030881-pat00003
여기서, ma(n)은 이동평균, S(n)은 n번째 데이터, S(n+Nfft)은 n+Nfft번째 데이터, L은 보호구간의 길이이다. 이때, 보호구간(GI)은 순환 전치(Cyclic prefix;CP)일 수 있다.
연속 이동평균 연산 단계(S2)는 n 번째 데이터의 이동평균(Moving average)으로부터 마지막 데이터(S(n-L))에 의한 곱셈 값을 제거하고, S(n)데이터의 차기 데이터(S(n+1))와 S(n+Nfft)의 차기 데이터(S(n+Nfft+1))를 곱한 값을 합산하여 연속이동평균을 구한다.
이와 같은 연속이동평균은 하기 수학식으로 표현될 수 있다.
[수학식]
ma(n+1)=ma(n)+r(n+1)-r(n-L)
여기서, r(n+1) = S(n+1) * S(n+Nfft+1) 이고, r(n-L) = S(n-L) * S(n+Nfft-L) 이다.
다음, 비교 단계(S3)는 기본 이동평균과 연속 이동평균을 포함하는 총 이동평균의 연산 데이터 구간이 유효심볼 구간(Nfft)을 초과하는지 비교한다.
만약, 총 이동평균의 연산 데이터 구간이 유효심볼 구간(Nfft) 미만이라면, 연속이동평균 연산단계를 총 이동평균의 연산 데이터 구간이 유효심볼 구간(Nfft)을 초과하기 이전까지 계속적으로 수행한다.
이와 같이 함으로써, 이동평균을 구하기 위해 복잡하고 시간의 소모가 많은 상관식(즉, 기본이동평균 연산식)을 계속적으로 이용할 필요가 없으므로 심볼 타이밍 검색을 위한 시간을 단축할 수 있는 것이다.
최대값 검색 단계(S4)는 기본이동평균 값과 연속이동평균 값을 포함하는 이동평균 값들 중에서 최대값을 검색하는 기능을 한다.
마지막으로 타이밍 추출 단계(S5)는 최대값을 가지는 데이터의 차기 지점을 유효심볼 구간의 시작 타이밍으로 추출하는 기능을 한다.
도 6c는 도 6b에 따른 심볼 타이밍 검색 방법에 의한 결과를 설명하기 위한 도이다.
도시된 바와 같이, WiMAX 신호는 심볼간의 간섭(ISI)을 방지하기 위해 유효 심볼구간(Tb)의 제일 앞부분에 유효 심볼 구간(Tb)의 마지막 소정의 데이터를 복사한 순환전치(CP) 데이터가 배치된다. 통상적으로 고속 푸리에 변환은 하나의 심볼 구간(Tsym)에서 보호구간(GI)을 제거한 다음, 유효 심볼구간(Tb) 단위로 이루어지므로 유효심볼구간(Tb)의 길이는 고속 푸리에 변환을 위한 구간의 길이(Nfft)와 동일하다. 여기에서는 보호구간(GI)이 순환 전치(Cyclic prefix)인 경우를 일례로 들었다.
이와 같은 WiMAX 신호에서 심볼 타이밍을 검색하는 경우, 먼저 n번째 데이터(S(n))로부터 보호구간(Guard Interval; GI)길이(L) 만큼의 데이터들과 n번째 데이터로부터 유효심볼구간(Tb)길이(Nfft)만큼 지연된 n+Nfft번째 데이터(S(n+Nfft))로부터 보호구간(GI)길이(L) 만큼의 데이터들 각각에 대하여 상관(Correlation)을 취하여 n 번째 데이터의 기본 평균 이동을 구한다.
그리고, n 번째 데이터의 기본이동평균(Moving average)으로부터 마지막 데이터(S(n-L))에 의한 곱셈 값(S(n-L)*S(n+Nfft-L))을 제거하고, S(n)데이터의 차기 데이터(S(n+1))와 S(n+Nfft)의 차기 데이터(S(n+Nfft+1))를 곱한 값을 합산하여 연속이동평균을 구한다. 그리고 하나의 유효심볼구간(Tb)길이(Nfft)만큼 이와 같은 과정을 반복한다.
이와 방법으로 이동평균을 구하면 WiMAX 신호의 특성상 복사된 순환 전치(CP)의 원본 데이터구간과 순환 전치(CP)구간에서의 데이터 값이 동일하므로 이동 평균값은 최대가 되고, 그 이외의 구간에서는 이동 평균값이 현저하게 낮은 값을 가지게 된다.
따라서, 이와 같이 이동평균값이 최대가 되는 데이터의 지점은 순환 전치(CP)구간의 마지막 데이터가 되고, 최대값의 차기 지점의 데이터가 유효 심볼 구간(Tb)의 시작점이 된다. 그리고 이를 기초로 고속 푸리에 변환시 동기를 맞출 수 있는 것이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 통상적인 WiMAX 신호의 특성을 설명하기 위한 도.
도 2a는 종래의 WiMAX 신호의 계측기를 설명하기 위한 도.
도 2b은 종래의 WiMAX 신호의 계측기에서 리샘플러를 설명하기 위한 도.
도 3은 WiMAX 신호 처리시의 파라미터 표준 규격.
도 4는 본 발명에 따른 WiMAX 신호의 계측기의 일례를 설명하기 위한 도이다.
도 5는 본 발명에 따른 WiMAX 신호의 계측기에서 신호처리부의 일례를 설명하기 위한 도이다.
도 6a는 본 발명에 따른 WiMAX 신호의 계측기에서 심볼 타이밍 검색부의 일례를 설명하기 위한 도.
도 6b는 본 발명에 따른 WiMAX 신호의 계측기에서 심볼 타이밍 검색 방법의 일례를 설명하기 위한 도.
도 6c는 도 6b에 따른 심볼 타이밍 검색 방법에 의한 결과를 설명하기 위한 도.
<도면의 주요 부분에 대한 도면 부호의 설명>
410 : 신호 처리부 411 : 아날로그 디지털 컨버터
412 : 멀티 플렉서 413 : 다운 컨버터
420 : 심볼 타이밍 검색부 421 : 기본 이동평균 연산기
422 : 연속 이동평균 연산기 423 : 최대값 검색부
424 : 타이밍 추출기 430 : 보호구간 제거부
440 : FFT 처리부

Claims (16)

  1. 외부로부터 수신된 WiMAX 신호를 표준 주파수에 N채배된 샘플링(Sampling) 주파수를 이용하여 디지털 변환하고 다운 샘플링(Down sampling)하는 신호처리단계; 및
    상기 디지털 변환된 신호 중 임의의 데이터로부터 유효심볼구간 길이(Nfft)만큼의 기간 동안 각각의 데이터에 대하여 상관(Correlation)을 이용하여 이동 평균(Moving average)값들을 구하고, 상기 이동 평균값들 중 최대값을 구하여 심볼 타이밍(Symbol timing)을 검색하는 심볼 타이밍 검색 단계;
    를 포함하며, 상기 심볼 타이밍 검색 단계는,
    상기 디지털 변환된 신호 중 n번째 데이터(S(n))로부터 보호구간(Guard Interval; GI)길이(L) 만큼의 데이터들과 상기 n번째 데이터로부터 유효심볼구간(Nfft)길이 만큼 지연된 n+Nfft번째 데이터(S(n+Nfft))로부터 상기 보호구간(GI)길이(L) 만큼의 데이터들 각각에 대하여 상관(Correlation)을 취하여 n 번째 데이터의 기본 이동평균을 구하는 기본 이동평균 연산 단계;
    를 더 포함하는 WiMAX 신호의 수신 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호처리 단계는
    상기 WiMAX 신호를 고속 푸리에 변환(Fast Fourier transform)시의 표준 샘플 타임(Sample time)을 획득할 수 있도록 상기 표준 주파수에 N채배된 샘플링 주파수를 이용하여 중간 주파수 신호(Intermediate frequency signal)를 생성하는 아나로그 디지털 변환(Analog to digital conversion) 단계; 및
    상기 중간 주파수 신호를 다운 샘플링하여 I(In-phase)신호와 Q(Quadrature phase)신호를 포함하는 기저 대역(Baseband)의 직교신호를 발생시키는 다운 컨버젼(Down conversion) 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 WiMAX 신호의 수신 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 아날로그 디지털 변환 단계는
    적어도 하나 이상의 표준 주파수 각각에 N 채배된 주파수 중 어느 하나의 주파수를 선택하여 상기 샘플링 주파수로 공급하는 주파수 선택단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 WiMAX 신호의 수신 방법.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기본 이동평균 연산 단계에서 상기 n번째 데이터(S(n))의 기본이동평균값은 하기 수학식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 WiMAX 신호의 수신 방법.
    [수학식]
    Figure 112011007639595-pat00004
    여기서, ma(n)은 이동평균, S(n)은 n번째 데이터, S(n+Nfft)은 유효심볼구간만큼 지연된 n+Nfft번째 데이터, L은 보호구간의 길이이다.
  6. 제 1 항에 있어서,
    기본 이동평균 연산 단계에서 상기 보호구간(GI)은 순환 전치(Cyclic prefix;CP)인 것을 특징으로 하는 WiMAX 신호의 수신 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 심볼 타이밍 검색 단계는
    상기 n 번째 데이터의 이동평균(Moving average)으로부터 마지막 데이터(S(n-L))에 의한 곱셈 값을 제거하고, 상기 S(n)데이터의 차기 데이터(S(n+1))와 상기 S(n+Nfft)의 차기 데이터(S(n+Nfft+1))를 곱한 값을 합산하여 연속 이동평균을 구하는 연속 이동평균 연산 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 WiMAX 신호의 수신 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 연속 이동평균 연산 단계에서 상기 연속 이동평균은 하기 수학식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 WiMAX 신호의 수신 방법.
    [수학식]
    ma(n+1)=ma(n)+r(n+1)-r(n-L)
    여기서, r(n+1)=S(n+1)*S(n+Nfft+1)이고, r(n-L)=S(n-L)*S(n+Nfft-L)이다.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 심볼 타이밍 검색 단계는
    상기 기본이동평균 값과 상기 연속이동평균 값을 포함하는 이동평균 값들 중에서 최대값을 검색하는 최대값 검색 단계; 및
    상기 최대값을 가지는 데이터의 차기 지점을 상기 유효심볼 구간의 시작 타이밍으로 추출하는 타이밍 추출 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 WiMAX 신호의 수신 방법.
  10. 외부로부터 수신된 WiMAX 신호를 표준 주파수에 N채배된 샘플링(Sampling) 주파수를 이용하여 디지털 변환하고 다운 샘플링하는 신호처리부; 및
    상기 디지털 변환된 신호 중 임의의 데이터(n)로부터 유효심볼구간 길이(Nfft)만큼의 기간 동안 각각의 데이터에 대해 상관(Correlation)을 이용하여 이동평균(Moving average)값들을 구하고, 상기 이동 평균값들 중 최대값을 구하여 심볼 타이밍(Symbol timing)을 검색하는 심볼 타이밍 검색부;
    를 포함하며, 상기 심볼 타이밍 검색부는 기본이동평균 연산기와 연속이동평균 연산기를 포함하고,
    상기 기본이동평균 연산기는 상기 기본 디지털 변환된 신호 중 n번째 데이터(S(n))로부터 보호구간(Guard Interval; GI)길이(L) 만큼의 데이터들과 상기 n번째 데이터로부터 유효심볼구간(Nfft)길이만큼 지연된 n+Nfft번째 데이터(S(n+Nfft))로부터 상기 보호구간(GI)길이(L) 만큼의 데이터들 각각에 대하여 상관(Correlation)을 취하여 기본이동평균을 구하여 데이터 베이스에 저장하고,
    상기 연속이동평균 연산기는 상기 n 번째 데이터의 이동평균(Moving average)으로부터 마지막 데이터(S(n-L))에 의한 곱셈 값을 제거하고, 상기 S(n)데이터의 차기 데이터(S(n+1))와 상기 S(n+Nfft)의 차기 데이터(S(n+Nfft+1))를 곱한 값을 합산하여 연속이동평균을 구하여 데이터 베이스에 저장하는 것을 특징으로 하는 WiMAX 신호의 계측기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 신호처리부는
    상기 WiMAX 신호를 고속 푸리에 변환(Fast Fourier transform)시의 표준 샘플 타임(Sample time)을 획득할 수 있도록 상기 표준 주파수에 N채배된 샘플링 주파수를 이용하여 중간 주파수 신호(Intermediate frequency signal)를 생성하는 아나로그 디지털 변환기(Analog to digital converter); 및
    상기 중간 주파수 신호를 다운 샘플링하여 I(In-phase)신호와 Q(Quadrature phase)신호를 포함하는 기저 대역(Baseband)의 직교신호를 발생시키는 다운 컨버터(Down converter) ;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 WiMAX 신호의 계측기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 아나로그 디지털 변환기는
    적어도 하나 이상의 표준 주파수 각각에 N 채배된 주파수 중 어느 하나의 주파수를 선택하여 상기 샘플링 주파수로 공급하는 멀티플렉서(multiplexer);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 WiMAX 신호의 계측기.
  13. 삭제
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 기본이동평균은 하기 수학식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 WiMAX 신호의 계측기.
    [수학식]
    Figure 112011007639595-pat00005
    여기서, ma(n)은 이동평균, S(n)은 n번째 데이터, S(n+Nfft)은 n+Nfft번째 데이터, L은 보호구간의 길이이다.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 연속이동평균은 하기 수학식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 WiMAX 신호의 계측기.
    [수학식]
    ma(n+1)=ma(n)+r(n+1)-r(n-L)
    여기서, r(n+1)=S(n+1)*S(n+Nfft+1)이고, r(n-L)=S(n-L)*S(n+Nfft-L)이다.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 심볼 타이밍 검색부는
    상기 유효심볼구간 길이(Nfft)만큼 상기 데이터 베이스에 저장된 각각의 데이터에 따른 상기 기본 이동평균 값과 상기 연속 이동평균 값을 포함하는 이동평균 값들로부터 최대값을 검색하는 최대값 검색기; 및
    상기 최대값을 가지는 데이터의 차기 지점을 상기 유효심볼 구간의 시작 타이밍으로 추출하는 타이밍 추출기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 WiMAX 신호의 계측기.
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