KR101141062B1 - 개방루프 주파수 동기 방식을 이용한 ｏｆｄｍ 신호 동기화장치 및 그 장치를 이용한 주파수 오프셋 추정 방법 - Google Patents

개방루프 주파수 동기 방식을 이용한 ｏｆｄｍ 신호 동기화장치 및 그 장치를 이용한 주파수 오프셋 추정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 개방루프(open-loop) 주파수 동기 방식을 이용한 OFDM 신호 동기화 장치 및 그 장치를 이용한 주파수 오프셋 추정 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 개방루프 주파수 동기 방식이 적용된 OFDM 변조 방식의 방송/통신 시스템에서 발생되는 각종의 주파수 에러를 추적하여 보상하는 개방루프 주파수 동기 방식을 이용한 OFDM 신호 동기화 장치 및 그 장치를 이용한 주파수 오프셋 추정 방법에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명의 일례에 따른 개방루프 주파수 동기 방식을 이용한 OFDM 신호 동기화 장치는 시간 오프셋 추정부, 시간 오프셋 보상부, 소수배 주파수 오프셋 추정부, 정수배 주파수 오프셋 추정부, 주파수 오프셋 컨트롤러, 및 주파수 오프셋 보상부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 개방루프 주파수 동기 방식이 적용된 OFDM 변조 방식의 방송/통신 시스템에서 송신기와 수신기의 레퍼런스 클럭 주파수 주파수 차이로 발생하는 주파수 오프셋을 추정하여 보상할 수 있는 효과가 있다.
Figure R1020080112517
개방루프, 주파수 동기, OFDM, 주파수 천이

Description

개방루프 주파수 동기 방식을 이용한 ＯＦＤＭ 신호 동기화 장치 및 그 장치를 이용한 주파수 오프셋 추정 방법{APPARATUS FOR SYNCHRONIZING OF OFDM SIGNAL USING OPEN-LOOP FREQUENCY SYNCHRONIZATION METHODS AND A FREQUENCY OFFSET ESTIMATION SCHEME USING THE APPARATUS}
본 발명은 개방루프 주파수 동기 방식을 이용한 OFDM 신호 동기화 장치 및 그 장치를 이용한 주파수 오프셋 추정 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 개방루프(open-loop) 주파수 동기 방식이 적용된 OFDM 변조 방식의 방송/통신 시스템에서 발생되는 각종의 주파수 에러를 추정하여 보상하는 개방루프 주파수 동기 방식을 이용한 OFDM 신호 동기화 장치 및 그 장치를 이용한 주파수 오프셋 추정 방법에 관한 것이다.
일반적으로 방송/통신 시스템의 OFDM 동기화 과정은 크게 송/수신기의 주파수 오프셋을 추정하여 보상하고, 또한 수신기 이동으로 발생하는 도플러 효과에 따라 주파수 오프셋을 추정하여 보상하는 주파수 동기 방식, 및 OFDM 심볼 시작 위치를 파악하여 보상하는 시간 동기 방식으로 구분된다.
OFDM 시스템에서 주파수 오프셋이 발생하는 경우 다중 반송파 사이에 직교성 이 깨져 inter-channel interference(ICI)가 발생되는 원인으로 작용한다. 이로 인하여, 수신기의 성능이 저하된다.
시간 동기 방식에 있어서 심볼 시작 위치가 잘못 파악되는 경우 inter-symbol interferenc가 발생하는 원인으로 작용하여 수신기의 성능이 저하된다. 종래에는 이러한 문제점을 cyclic prefix를 이용하여 극복하였다.
즉, cyclic prefix를 심볼에 삽입하여 시간 동기가 약간 틀어지더라도 큰 에러가 발생하지 않도록 설계한다.
그러나, 주파수 오프셋의 경우 주파수 동기에 매우 민감하므로, 조금만 틀어져도 수신기의 성능에 큰 영향으로 작용한다.
이하에서는 OFDM 방식을 이용하는 T-DMB(Terrestrial Digital Multimedia Broadcasting)를 참고하여 이러한 종래의 문제점을 보다 상세히 설명한다.
도 1은 종래의 T-DMB 시스템의 전송 프레임 구조를 도시한다.
도 1에 도시된 바와 같이, T-DMB 시스템의 전송 프레임은 크게 synchronization channel(110), fast information channel(FIC) (120), main service channel(MSC) (130)로 구성된다.
Synchronization channel(110)은 전송 프레임 동기를 위한 정보 채널로 신호가 아무것도 없는 Null symbol(111)과 DQPSK 신호 디코딩의 기준이 되는 phase reference symbol(PRS)(112)로 구성한다. Null symbol(111)은 아무런 신호가 없는 구간으로, 수신기는 Null symbol(111)과 PRS(112)의 에너지 비를 이용하여 대략적인 시간 동기를 획득한다. PRS(112)는 송신기와 수신기가 모두 알고 있는 정보로 구성되므로, 수신기는 이를 이용하여 정밀한 시간 동기와 정확한 정수배 주파수 동기를 획득할 수 있다.
T-DMB 전송 프레임(100)은 Null symbol(111)을 제외하고 총 76개(PRS+FIC+MSC) OFDM 심볼(140)로 구성된다. 또한 모든 OFDM 심볼(140)에는 cyclic prefix(CP)(141)가 삽입된다.
Cyclic prefix(141)는 OFDM 심볼 구간을 연장하는 일종의 guard time으로써, 복사된 OFDM 심볼(140)의 뒷부분을 OFDM 심볼(140)의 앞 부분에 삽입하여 신호의 연속성을 유지한다. 따라서, 수신기의 경우 시간 동기를 정확히 획득하지 못하더라도 데이터 디코딩 과정에 에러가 발생하지 않도록 역할을 수행한다.
또한, 수신기는cyclic prefix(141)의 성질을 이용하여 소수배 주파수 오프셋을 추정한다.
주파수 동기 방법에는 크게 밀폐루프(closed-loop) 방식과 개방루프(open-loop) 방식이 있다. 밀폐루프 방식은 신호처리 단에서 추정한 주파수 오프셋을 이용하여 로컬 오실레이터를 반대방향으로 조정하여 주파수 오프셋을 보상한 후, 다시 주파수 오프셋을 추정하여 로컬 오실레이터로 피드백하는 방식이다.
밀폐루프(closed-loop) 방식의 경우, 주파수 오프셋의 발생 원인을 없애는 장점이 있지만, 주파수 오프셋의 추정 및 피드백 루프를 통한 보상 시간이 개방루프식(Open-Loop) 방식에 비해 지연되는 단점이 있다. 이로 인하여, 주파수 오프셋 변화에 빠르게 대응하지 못하는 단점이 있다. 또한, 로컬 오실레이터의 컨트롤 특성에 따라 성능에 차이가 발생한다.
이와 달리, 개방루프 방식(Open-Loop)은 신호처리 단에서 주파수 오프셋을 추정하고 신호처리 단에서 바로 주파수 오프셋을 보상하는 방식이다.
개방루프(Open-Loop) 방식의 경우, 디지털 단에서의 신호처리에 대한 부담이 높은 단점이 있다. 그러나, 밀폐루프(closed-loop) 방식과 같이 오실레이터 특성에 민감하지 않고 일정한 성능을 보장하는 장점이 있다. 또한, 주파수 오프셋을 추정한 데이터에 대한 보상이 즉시 가능하므로, 주파수 오프셋의 보상을 위한 시간 지연이 없는 장점이 있다.
도 2는 종래의 개방루프 주파수 동기 방법이 적용된 T-DMB 수신기의 구조를 나타낸다.
도 2에 도시된 바와 같이, T-DMB 수신기는 안테나(201), 저잡음 증폭기(LNA)(202), 믹서(203), 로컬 오실레이터(204), 대역통과 필터(205), 아날로그/디지털 변환기(ADC)(206), 기저대역 디지털 신호 처리부(207) 및 A/V코덱(208)을 포함한다.
저잡음 증폭기(202)는 안테나(201)로 들어오는 신호를 증폭하고, 믹서(203)는 상기 신호를 기저대역으로 옮긴다. 이때, 믹서(203)는 로컬 오실레이터(204)에서 발생된 신호를 이용하게 되는데, 이 주파수가 송신기와 다를 때 주파수 오프셋이 발생한다.
대역통과 필터(205)는 상기 증폭된 신호 가운데 불필요한 신호를 제거하고, analog-to-digital converter(ADC, 206)가 상기 증폭된 신호를 디지털 신호로 변환하여 baseband 디지털 신호 처리부(207)로 출력한다.
디지털 신호처리부(207)는 시간 오프셋 추정부(271), 소수배 주파수 오프셋 추정부(272), 정수배 주파수 오프셋 추정부(273), 시간/주파수 오프셋 보상부(274), OFDM 복조부(275) 및 채널 디코더(276)를 포함한다.
시간 오프셋 추정부(271)는 OFDM 심볼 시작 위치와 프레임 시작 위치를 추정하고, 소수배 주파수 오프셋 추정부(272)는 부반송파 간격의 소수배가 되는 주파수 오프셋을 추정한다. 정수배 주파수 오프셋 추정부(273)는 부반송파 간격의 정수배가 되는 주파수 오프셋을 추정하고, 이 모든 정보를 이용하여 시간/주파수 오프셋 보상부(274)는 프레임 및 OFDM 시작 위치를 조정함으로써, 주파수 오프셋을 보상한다.
OFDM 복조부(275)는 FFT를 이용하여 디지털 신호를 복원하고, channel 디코더(276)는 디지털 신호의 에러를 복구한다. A/V 코덱(208)은 상기 디지털 신호를 비디오 및 오디오 신호로 복원한다.
여기서, 주파수 오프셋 추정에 이용되는 알고리즘, 특히 정수배 주파수 오프셋 추정에 사용되는 알고리즘을 살펴보면, 주파수 축 상에서 알고 있는 부반송파와 수신된 부반송파 사이의 상호상관 값을 부반송파 간격으로 신호를 이동시키면서 위치의 최대 값을 검출한다. 여기서, 상기 위치의 최대 값과 기준 위치 간의 이격 차이는 정수배 주파수 오프셋이 된다.
이때, 시간 오프셋의 영향에 따라 알고리즘의 성능이 저하되므로, 잔존하는 시간 오프셋의 영향을 없애기 위해 부분 상호상관(partial correlation) 값을 이용하기도 한다.
T-DMB 시스템에서는 수신기에서 알고 있는 신호가 PRS 밖에 없으므로 정수배 주파수 오프셋을 프레임에 한번 PRS를 이용하여 추정할 수 있다.
소수배 주파수 오프셋 추정의 경우 정수배 주파수 오프셋 추정과 달리 시간 축에서 cyclic prefix의 성질을 이용한다. Cyclic prefix는 OFDM 심볼의 뒷부분을 그대로 복사하여 OFDM 심볼 앞에 삽입하는 것으로, 수신한 신호에서 같은 데이터 간에 주파수 오프셋으로 인한 위상 차이를 이용하여 추정한다.
소수배 주파수 오프셋 추정을 위한 수식은 다음 수학식 (1)과 같다.
Figure 112008078402788-pat00001
여기서, 소수배 주파수 오프셋은 위와 같은 추정 알고리즘 특성에 의해 그 범위가 제한된다. 즉, tan-1의 특성상 -0.5*Lss ~ +0.5* Lss(Lss: 부반송파 간격)까지만 추정 가능하다.
도 3은 소수배 주파수 오프셋 추정 알고리즘 특성을 도시한 것이다. FFO1과 FFO2는 소수배 주파수 오프셋 추정 범위 안에 있으므로 그대로 추정되지만 FFO3과 FFO4는 -0.5*Lss ~ +0.5* Lss 범위를 벗어나므로 각각 FFO5와 FFO6으로 추정된다.
그러나, 앞서 언급한 로컬 오실레이터의 천이로 인하여, FFO1에서 FFO3으로 변경되는 경우, 소수배 주파수 오프셋이 추정 가능 범위를 벗어나게 되어 잘못된 값으로 추정하게 된다. 따라서, 주파수 동기가 틀어지고 수신기가 데이터를 제대로 복원할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 개방루프(Open-Loop) 주파수 동기 방식이 적용된 OFDM 변조 방식의 방송/통신 시스템에서 송신기와 수신기의 레퍼런스 클럭 주파수 주파수 차이로 발생하는 주파수 오프셋을 추정하여 보상하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 수신기의 이동환경, 로컬 오실레이터의 온도 특성등으로 발생하는 주파수 천이를 추정하여 보상하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일례에 따른 개방루프 주파수 동기 방식을 이용한 OFDM 신호 동기화 장치는 안테나로부터 수신되는 신호를 증폭하는 저잡음 증폭기(LNA), 상기 증폭된 신호를 로컬 오실레이터에서 발생된 클럭 주파수를 이용하여 기저대역 신호로 변환하는 믹서(Mixer), 상기 기저대역 신호 가운데 특정의 신호를 추출하여 출력하는 대역통과 필터 및 상기 추출된 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환기(ADC)를 포함하여 구성되는 OFDM 수신기에 있어서, 상기 디지털 신호에 대한 OFDM 심볼의 시작 위치 및 프레임의 시작 위치를 추정하는 시간 오프셋 추정부; 상기 OFDM 심볼의 시작 위치 및 상기 프레임의 시작 위치를 보상하는 시간 오프셋 보상부; 상기 시간 오프셋 추정부로부터 입력되는 신호에 따라 부반송파 간격의 소수배가 되는 주파수 오프셋을 추정하는 소수배 주파수 오프셋 추정부; 상기 소수배 주파수 오프셋 추정부로부터 입력되는 신호에 따라 부반송파 간격의 정수배가 되는 주파수 오프셋을 추정하는 정수배 주파수 오프셋 추정부; PRS(phase reference symbol)를 이용하여 추정된 상기 OFDM 심볼의 정수배 주파수 오프셋(IFO) 및 상기 소수배 주파수 오프셋 추정부에서 추정된 상기 OFDM 심볼의 소수배 주파수 오프셋(FFOm)을 합산한 상기 OFDM 심볼의 주파수 오프셋(CFOm)과 이전 OFDM 심볼의 주파수 오프셋(CFOm-1)의 차이값을 이용하여 상기 부반송파 간격의 정수배가 되는 주파수 오프셋의 변화를 예측하는 주파수 오프셋 컨트롤러; 및 상기 예측된 주파수 오프셋의 변화에 따라 상기 조정된 프레임의 시작 위치 및 상기 조정된 OFDM 심볼의 시작 위치를 이용하여 주파수 오프셋을 보상하는 주파수 오프셋 보상부를 포함한다.
본 발명에 따른 OFDM 신호 동기화 장치는 부반송파 간격의 소수배가 되는 주파수 오프셋의 추정 결과에 따라 정수배 주파수 오프셋 추정부의 동작 및 주파수 오프셋 컨트롤러의 동작을 제어하는 스위치를 더 포함한다.
주파수 오프셋 컨트롤러는 주파수 오프셋 천이를 추정한다.
또한, 주파수 오프셋 컨트롤러는 PRS(phase reference symbol)를 이용하여 정수배 주파수 오프셋(IFO)을 추정하고, 현재 OFDM 심볼의 소수배 주파수 오프셋(FFOm) 및 정수배 주파수 오프셋을 합산하여 현재 OFDM 심볼의 주파수 오프셋(CFOm)을 검출한다.
또한, 주파수 오프셋 컨트롤러는 현재 OFDM 심볼의 주파수 오프셋(CFOm) 및 이전 OFDM 심볼의 주파수 오프셋(CFOm-1)을 감산하여 OFDM 심볼의 주파수 오프 셋(CFO)의 차이값을 검출하고, OFDM 심볼의 주파수 오프셋(CFO)의 차이값을 threshold1 값과 비교하여 주파수 천이 및 주파수 오프셋 추정 에러의 발생여부를 판단한다.
또한, 주파수 오프셋 컨트롤러는 OFDM 심볼의 주파수 오프셋(CFO)의 차이값과 threshold2 값을 비교하여 OFDM 심볼의 주파수 오프셋(CFO)의 차이값이 threshold2 값보다 큰 경우 주파수 천이가 발생한 것으로 판단하고, OFDM 심볼의 주파수 오프셋(CFO)의 차이값이 threshold2 값보다 작은 경우 주파수 오프셋 추정 에러(FOS Estimation Error)가 발생한 것으로 판단한다.
또한, 주파수 오프셋 컨트롤러는 OFDM 심볼의 주파수 오프셋(CFO)의 차이값이 threshold2 값보다 큰 경우, OFDM 심볼의 소수배 주파수 오프셋(FFO)값을 비교하여 양의 방향(Positive Drift) 및 음의 방향(Negative Drift) 중 주파수 천이가 발생된 방향을 판단하고, 주파수 천이가 양의 방향으로 발생된 경우 정수배 주파수 오프셋(IFO)를 1증가시키고, 주파수 천이가 음의 방향으로 발생된 경우 정수배 주파수 오프셋(IFO)를 1감소시켜 주파수 오프셋 에러를 보상한다.
또한, 주파수 오프셋 컨트롤러는 OFDM 심볼의 주파수 오프셋(CFO)의 차이값이 threshold2 값보다 작은 경우, 현재 심볼의 주파수 오프셋(CFOm)을 이전 심볼의 주파수 오프셋(CFOm-1)으로 대체하여 주파수 오프셋을 보상한다.
본 발명의 일례에 따른 개방루프 주파수 동기 방식을 이용한 OFDM 신호 동기화 장치의 주파수 옵셋 추정 방법은 디지털 신호에 대한 OFDM 심볼의 시작 위치 및 프레임의 시작 위치를 추정하는 (a)단계, OFDM 심볼의 시작 위치 및 상기 프레임의 시작 위치를 보상하는 (b)단계, (a)단계에서 입력되는 신호에 따라 부반송파 간격의 소수배가 되는 주파수 오프셋을 추정하는 (c)단계, 주파수 오프셋 추정 결과에 따라 부반송파 간격의 정수배가 되는 주파수 오프셋을 추정하는 (d)단계, PRS(phase reference symbol)를 이용하여 추정된 상기 OFDM 심볼의 정수배 주파수 오프셋(IFO) 및 상기 (c) 단계에서 추정된 상기 OFDM 심볼의 소수배 주파수 오프셋(FFOm)을 합산한 상기 OFDM 심볼의 주파수 오프셋(CFOm)과 이전 OFDM 심볼의 주파수 오프셋(CFOm-1)의 차이값을 이용하여 상기 부반송파 간격의 정수배가 되는 주파수 오프셋의 변화를 예측하는 (e)단계, 예측된 주파수 오프셋의 변화에 따라 상기 조정된 프레임의 시작 위치 및 상기 조정된 OFDM 시작 위치를 이용하여 주파수 오프셋을 보상하여 출력하는 (f)단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 개방루프 주파수 동기 방식을 이용한 OFDM 신호 동기화 장치의 주파수 옵셋 추정 방법은 (b)단계에 따라 (c)단계 및 (d)단계의 동작을 제어하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 개방루프 주파수 동기 방식이 적용된 OFDM 변조 방식의 방송/통신 시스템에서 송신기와 수신기의 레퍼런스 클럭 주파수 주파수 차이로 발생하는 주파수 오프셋을 추정하여 보상할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 수신기의 이동환경, 로컬 오실레이터의 온도 특성등으로 발생하는 주파수 천이를 추정하여 보상함으로써, 수신기의 성능 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 개방루프 주파수 동기 방식을 이용한 OFDM 신호 동기화 장치 및 그 장치를 이용한 주파수 오프셋 추정 방법을 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 일례에 따른 개방루프 주파수 동기 방식을 이용한 OFDM 신호 동기화 장치의 블록도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 동기화 장치(400)는 안테나(401), 저잡음 증폭기(LNA)(402), 믹서(403), 로컬 오실레이터(404), 대역통과 필터(405), 아날로그/디지털 변환기(ADC)(406), 기저대역 디지털 신호 처리부(407) 및 A/V코덱(408)을 포함한다.
저잡음 증폭기(LNA)(402)는 안테나(401)로부터 수신되는 신호를 증폭한다.
믹서(Mixer)(403)는 저잡음 증폭기(402)에서 증폭된 신호를 로컬 오실레이터(404)의 클럭 주파수를 이용하여 기저대역 신호로 변환한다.
로컬 오실레이터(404)는 클럭 주파수를 발생한다.
대역통과 필터(405)는 기저대역 신호 가운데 특정의 신호를 추출한다.
아날로그/디지털 변환기(ADC)(406)는 대역통과 필터(405)에서 추출된 신호를 디지털 신호로 변환한다.
기저대역 디지털 신호 처리부(407)는 송신기와 수신기의 레퍼런스 클럭 주파수 주파수 차이로 발생하는 주파수 오프셋을 추정하여 보상한다. 또한, 수신기의 이동환경, 로컬 오실레이터의 온도 특성등으로 발생하는 주파수 천이를 추정하여 보상한다. 이를 위하여, 기저대역 디지털 신호 처리부(407)는 시간 오프셋 추정부(471), 시간 오프셋 보상부(472), 소수배 주파수 오프셋 추정부(473), 스위치(474), 정수배 주파수 오프셋 추정부(475), 주파수 오프셋 컨트롤러(476), 주파수 오프셋 보상부(477), OFDM 복조부(478) 및 채널 디코더(479)를 포함한다.
시간 오프셋 추정부(471)는 디지털 신호에 대한 프레임의 시작 위치 및 OFDM 심볼 위치를 검출한다.
시간 오프셋 보상부(472)는 OFDM 심볼의 시작 위치 및 프레임의 시작 위치를 보상한다.
소수배 주파수 오프셋 추정부(473)는 소수배 주파수 오프셋을 추정한다.
스위치(474)는 정수배 주파수 오프셋을 추정 시 Periodic mode에서 정수배 주파수 오프셋 추정부(475)의 동작을 제어하고, 또한 tracking mode에서 주파수 오프셋 컨트롤러(476)의 동작을 제어한다.
정수배 주파수 오프셋 추정부(475)는 PRS(phase reference symbol) 및 상호상관 값을 이용하는 정수배 주파수 오프셋 추정 알고리즘을 이용하여 정수배 주파수 오프셋을 추정한다.
주파수 오프셋 컨트롤러(476)는 소수배 주파수 오프셋을 이용하여 정수배 주파수 변화를 예측한다.
주파수 오프셋 보상부(477)는 주파수 오프셋 컨트롤러(476)에서 예측된 주파수 오프셋의 변화에 따라 상기 조정된 시작 위치프레임의 시작 위치 및 상기 조정된 OFDM 심볼의 시작 위치를 이용하여 주파수 오프셋을 보상한다.
OFDM 복조부(478)는 주파수 오프셋 보상부(477)의 출력신호를 주파수 축 데이터로 변환한다.
채널 디코더(479)는 주파수 축 데이터에 포함된 신호의 에러를 복구한다.
A/V코덱(408)은 주파수 천이 및 추정 에러가 보상된 신호를 오디오/비디오 신호롤 복원한다.
도 5는 본 발명의 일례에 따른 개방루프 주파수 동기 방식을 이용한 OFDM 신호 동기화 장치의 주파수 오프셋 컨트롤러의 동작과정을 도시한 흐름도 이다.
먼저, Periodic Mode 시, 정수배 주파수 오프셋 추정부가 PRS(phase reference symbol)를 이용하여 추정한 정수배 주파수 오프셋(IFO), 이전 OFDM 심볼에서의 주파수 오프셋(CFOm-1), 현재 OFDM 심볼의 소수배 주파수 오프셋(FFOm), 이전 OFDM 심볼의 소수배 주파수 오프셋(FFOm-1)을 이용하여 주파수 오프셋 천이를 추정한다.
도 5에 도시된 바와 같이, T-DMB 전송 프레임에 포함된 PRS를 이용하여 정수배 주파수 오프셋(IFO)을 추정하고(S501), 현재 OFDM 심볼의 소수배 주파수 오프셋(FFOm) 및 상기 정수배 주파수 오프셋을 합산하여 현재 OFDM 심볼의 주파수 오프셋(CFOm)을 검출한다(S502). 주파수 오프셋 컨트롤러(476)는 현재 OFDM 심볼의 주파수 오프셋(CFOm) 및 이전 OFDM 심볼의 주파수 오프셋(CFOm-1)을 감산하여 OFDM 심볼의 주파수 오프셋(CFO)의 차이값을 검출하고, 상기 OFDM 심볼의 주파수 오프셋(CFO)의 차이값을 threshold1 값과 제1 비교한다(S503).
제1 비교(S503)결과, OFDM 심볼의 주파수 오프셋(CFO)의 차이값이 threshold1 값보다 큰 경우, 주파수 오프셋 컨트롤러(476)는 주파수 천이 및 주파수 오프셋 추정 에러가 발생된 것으로 판단한다. 여기서, 주파수 오프셋 컨트롤러(476)는 주파수 오프셋의 큰 변화가 주파수 천이에 의한 변화인지, 혹은 주파수 오프셋 추정 에러에 의한 변화인지를 판단하기 위하여 OFDM 심볼의 주파수 오프 셋(CFO)의 차이값을 threshold2 값과 제2 비교한다(S504). 상기 OFDM 심볼의 주파수 오프셋(CFO)의 차이값이 threshold1 값보다 작은 경우, 정수배 주파수 오프셋(IFO)이 정상인 것으로 판단하여 에러 검출 및 보상 과정을 종료한다(S505).
주파수 오프셋 컨트롤러(476)는 T-DMB 전송 프레임에서 PRS를 제외한 모든 DATA 심볼에 대해 주파수 오프셋 컨트롤러(476)가 동작을 하고, 인접한 DATA 심볼에서는 주파수 오프셋이 크게 변동하지 않는 하드웨어적인 특성을 이용하여 주파수 천이 및 주파수 오프셋 추정 에러를 판단한다.
즉, 소수배 주파수 오프셋 추정 알고리즘의 추정 범위 경계에서 주파수 천이가 발생하는 경우 OFDM 심볼의 소수배 주파수 오프셋(FFO)값이 급격히 변하는 성질을 이용한다. 따라서, 주파수 오프셋 컨트롤러(476)는 OFDM 심볼의 주파수 오프셋(CFO)의 차이값이 threshold2 값보다 큰 경우, 주파수 오프셋 컨트롤러(476)는 주파수 천이가 발생한 것으로 판단하고, OFDM 심볼의 주파수 오프셋(CFO)의 차이값이 threshold2 값보다 작은 경우, 주파수 오프셋 추정 에러(FOS Estimation Error)가 발생된 것으로 판단한다.
따라서, 제2 비교(S504)결과, OFDM 심볼의 주파수 오프셋(CFO)의 차이값이 threshold2 값보다 큰 경우, 주파수 오프셋 컨트롤러(476)는 주파수 천이가 발생한 것으로 판단하여 OFDM 심볼의 소수배 주파수 오프셋(FFO)값을 비교하고, 양의 방향(Positive Drift) 및 음의 방향(Negative Drift) 중 주파수 천이가 발생된 방향을 판단한다(S506). 일례로, FFOm-1이 양수이고, FFOm이 음수인 경우 주파수 천이가 양의 방향으로 발생된 것으로 판단하여 정수배 주파수 오프셋(IFO)를 1증가시키 고(S507), 주파수 천이가 음의 방향으로 발생된 것으로 판단되는 경우 정수배 주파수 오프셋(IFO)를 1감소시킨다(S508). 이렇게 함으로써, 소수배 주파수 오프셋 추정 알고리즘의 한계점에서 주파수 천이가 발생되어 야기되는 주파수 오프셋 에러를 보상한다
반면, OFDM 심볼의 주파수 오프셋(CFO)의 차이값이 threshold2 값보다 작은 경우, 주파수 오프셋 추정 에러(FOS Estimation Error)가 발생된 것으로 판단하여 현재 심볼의 주파수 오프셋(CFOm)을 이전 심볼의 주파수 오프셋(CFOm-1)으로 대체하여 주파수 오프셋을 보상한다(S509).
도 6은 본 발명의 일례에 따른 OFDM 신호 동기화 장치를 이용한 주파수 오프셋 추정 방법을 도시한 흐름도이다.
디지털 신호에 대한 OFDM 심볼의 시작 위치 및 프레임의 시작 위치를 추정한다(S601).
상기 OFDM 심볼의 시작 위치 및 프레임의 시작 위치를 보상한다(S602).
(S601)에서의 추정 결과를 이용하여 부반송파 간격의 소수배가 되는 주파수 오프셋을 추정한다(S603).
(S603)에서의 주파수 오프셋 추정 결과를 이용하여 부반송파 간격의 정수배가 되는 주파수 오프셋을 추정한다(S604).
(S603)에서의 주파수 오프셋 추정 결과를 이용하여 부반송파 간격의 정수배가 되는 주파수 오프셋의 변화를 예측한다(S605).
(S605)에서 예측된 주파수 오프셋의 변화에 따라 (S602)에서 조정된 프레임 의 시작 위치 및 OFDM 시작 위치를 이용하여 주파수 오프셋을 보상하여 출력한다(S606).
본 발명에 따른 OFDM 신호 동기화 장치를 이용한 주파수 오프셋 추정 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속 하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
일례로, 본 발명은 바람직한 일례로서 TDMB 시스템을 참고하여 설명하였지만, 이러한 실시예에 한정되지 아니한다. 또한, TDMB 시스템을 기준으로 한 프레임의 PRS를 이용하여 한번 동작하는 것으로 설명하였지만 그 빈도를 낮추어 복잡도를 줄일 수 있고, 또한 다른 시스템에 적용 시, 시스템 특성에 맞게 동작 빈도를 조정하여 알고리즘의 신뢰성을 향상시킬 수 있음은 자명하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
도 1은 종래의 T-DMB 시스템의 전송 프레임 구조를 도시한 블록도이다.
도 2는 종래의 개방루프 주파수 동기 방법이 적용된 T-DMB 수신기를 도시한 블록도이다.
도 3은 종래의 소수배 주파수 오프셋 추정 알고리즘의 특성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일례에 따른 개방루프 주파수 동기 방식이 적용된 OFDM 신호 동기화 장치를 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일례에 따른 주파수 오프셋 컨트롤러의 동작과정을 도시한 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
471 : 시간 오프셋 추정부, 476 : 주파수 오프셋 컨트롤러,
472 : 시간 오프셋 보상부 477 : 주파수 오프셋 보상부,
473 : 소수배 주파수 오프셋 추정부, 478 : OFDM 복조부,
474 : 스위치, 479 : 채널 디코더,
475 : 정수배 주파수 오프셋 추정부

Claims (10)

  1. 안테나로부터 수신되는 신호를 증폭하는 저잡음 증폭기(LNA), 상기 증폭된 신호를 로컬 오실레이터에서 발생된 클럭 주파수를 이용하여 기저대역 신호로 변환하는 믹서(Mixer), 상기 기저대역 신호 가운데 특정의 신호를 추출하여 출력하는 대역통과 필터 및 상기 추출된 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환기(ADC)를 포함하여 구성되는 OFDM 수신기에 있어서,
    상기 디지털 신호에 대한 OFDM 심볼의 시작 위치 및 프레임의 시작 위치를 추정하는 시간 오프셋 추정부;
    상기 OFDM 심볼의 시작 위치 및 상기 프레임의 시작 위치를 보상하는 시간 오프셋 보상부;
    상기 시간 오프셋 추정부로부터 입력되는 신호에 따라 부반송파 간격의 소수배가 되는 주파수 오프셋을 추정하는 소수배 주파수 오프셋 추정부;
    상기 소수배 주파수 오프셋 추정부로부터 입력되는 신호에 따라 부반송파 간격의 정수배가 되는 주파수 오프셋을 추정하는 정수배 주파수 오프셋 추정부;
    PRS(phase reference symbol)를 이용하여 추정된 상기 OFDM 심볼의 정수배 주파수 오프셋(IFO) 및 상기 소수배 주파수 오프셋 추정부에서 추정된 상기 OFDM 심볼의 소수배 주파수 오프셋(FFOm)을 합산한 상기 OFDM 심볼의 주파수 오프셋(CFOm)과 이전 OFDM 심볼의 주파수 오프셋(CFOm-1)의 차이값을 이용하여 상기 부반송파 간격의 정수배가 되는 주파수 오프셋의 변화를 예측하는 주파수 오프셋 컨트롤러; 및
    상기 예측된 주파수 오프셋의 변화에 따라 상기 조정된 프레임의 시작 위치 및 상기 조정된 OFDM 심볼의 시작 위치를 이용하여 주파수 오프셋을 보상하는 주파수 오프셋 보상부
    를 포함하는 개방루프 주파수 동기 방식을 이용한 OFDM 신호 동기화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 부반송파 간격의 소수배가 되는 주파수 오프셋의 추정 결과에 따라 상기 정수배 주파수 오프셋 추정부의 동작 및 상기 주파수 오프셋 컨트롤러의 동작을 제어하는 스위치
    를 더 포함하는 개방루프 주파수 동기 방식을 이용한 OFDM 신호 동기화 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 주파수 오프셋 컨트롤러는,
    주파수 오프셋 천이를 추정하는 개방루프 주파수 동기 방식을 이용한 OFDM 신호 동기화 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. (a)디지털 신호에 대한 OFDM 심볼의 시작 위치 및 프레임의 시작 위치를 추정하는 단계;
    (b)상기 OFDM 심볼의 시작 위치 및 상기 프레임의 시작 위치를 보상하는 단계;
    (c)상기 (a)단계에서 입력되는 신호에 따라 부반송파 간격의 소수배가 되는 주파수 오프셋을 추정하는 단계;
    (d)상기 주파수 오프셋 추정 결과에 따라 부반송파 간격의 정수배가 되는 주파수 오프셋을 추정하는 단계;
    (e)PRS(phase reference symbol)를 이용하여 추정된 상기 OFDM 심볼의 정수배 주파수 오프셋(IFO) 및 상기 (c) 단계에서 추정된 상기 OFDM 심볼의 소수배 주파수 오프셋(FFOm)을 합산한 상기 OFDM 심볼의 주파수 오프셋(CFOm)과 이전 OFDM 심볼의 주파수 오프셋(CFOm-1)의 차이값을 이용하여 상기 부반송파 간격의 정수배가 되는 주파수 오프셋의 변화를 예측하는 단계;
    (f)상기 예측된 주파수 오프셋의 변화에 따라 상기 조정된 프레임의 시작 위치 및 상기 조정된 OFDM 시작 위치를 이용하여 주파수 오프셋을 보상하여 출력하는 단계
    를 포함하는 개방루프 주파수 동기 방식을 이용한 OFDM 신호 동기화 장치의 주파수 옵셋 추정 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 (b)단계에 따라 상기 (c)단계 및 상기 (d)단계의 동작을 제어하는 단계
    를 더 포함하는 개방루프 주파수 동기 방식을 이용한 OFDM 신호 동기화 장치의 주파수 옵셋 추정 방법.
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