KR101152268B1 - Ｓｃ-ｆｄｍａ 시스템의 수신단에서의 ｉ／ｑ 옵셋 제거 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 3GPP LTE의 상향링크에서 사용되는 SC-FDMA 시스템의 수신단에서 I/Q 옵셋을 정확하게 측정하여 제거함으로써 시스템의 성능을 개선할 수 있도록 한 SC-FDMA 시스템의 수신단에서의 I/Q 옵셋 제거 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 SC-FDMA 시스템의 수신단에서의 I/Q 옵셋 제거 장치는 SC-FDMA 시스템의 수신단을 구성하되, 프레임 동기 획득, 주파수 보정 및 CP(Cyclic Prefix) 제거를 거쳐서 'DFT된 수신신호'(Y)에 대해 Training Sequence(X)인 DMRS(Demodulation Reference Symbol)를 이용하여 채널을 추정하는 선형보간 채널추정기; 상기 선형보간 채널추정기의 출력인 채널 계수(H')와 상기 Training Sequence(X)인 DMRS를 이용하여 이상적인 'DFT된 수신신호'(Y' = H'X)를 만든 후에 상기 'DFT된 수신신호'(Y)에서 빼주어 I/Q 옵셋(D = Y - Y')을 구하는 수신신호 재생성 및 제거기 및 상기 I/Q 옵셋(D = Y - Y')의 위상 및 파워가 보정된 I/Q 옵셋(D')을 생성한 후에 상기 'DFT된 수신신호'(Y)에서 빼주어 I/Q 옵셋이 제거된 수신신호(YNoDC = Y - D')를 만드는 I/Q 옵셋 측정 및 제거기를 포함한다.

Description

ＳＣ-ＦＤＭＡ 시스템의 수신단에서의 Ｉ／Ｑ 옵셋 제거 장치 및 방법{I/Q offset measuring apparatus of receiver of SC-FDMA system}
본 발명은 SC-FDMA 시스템의 수신단에서의 I/Q 옵셋 제거 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 3GPP LTE/LTE Advanced의 상향링크 등에서 사용되는 SC-FDMA 시스템의 수신단에서 I/Q 옵셋을 정확하게 측정하여 제거함으로써 시스템의 성능을 개선할 수 있도록 한 SC-FDMA 시스템의 수신단에서의 I/Q 옵셋 제거 장치 및 방법에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이 LTE(Long Term Evolution)는 3세대 이동통신(3G)을 '장기적으로 진화'시킨 기술이라는 뜻에서 붙여진 명칭으로서, 현재 와이브로 에볼루션과 더불어 4세대 이동통신 기술의 유력한 후보 가운데 하나로 꼽힌다. 이러한 LTE는 3세대 이동통신 무선표준화 단체인 3GPP(3rd Generation Partnership Project；3세대 파트너십 프로젝트)가 2008년 12월 확정한 표준규격 '릴리스(Release) 8'을 기반으로 하는데, 채널 대역폭은 1.25~20㎒이고, 20㎒ 대역폭을 기준으로 하향링크의 최대 전송속도는 100Mbps, 상향링크의 최대 전송속도는 50Mbps이다. 무선 다중접속 및 다중화 방식은 OFDM(직교주파수분할), 고속 패킷데이터 전송 방식은 MIMO(다중 입출력)를 기반으로 한다. LTE Advanced는 이러한 LTE의 진화된 버전인데, 이하에서는 이들을 총칭하여 '3GPP LTE'라 한다.
한편, 믹서의 feed-through 또는 I/Q DC 옵셋(offset)에 의한 캐리어 리키지(carrier leakage), 즉 I/Q 옵셋은 시스템에 간섭(Interference)으로 작용하여 시스템 성능을 열화시킬 수 있기 때문에 적절히 제거되어야 한다.
OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)은 송신단에서 DC(0번) 부반송파(subcarrier)에 데이터를 보내지 않는데, 이에 따라 수신단에서 I/Q 옵셋에 의한 효과가 DC 부반송파에 나타나게 되어 I/Q 옵셋의 측정 및 제거가 매우 용이하다.
한편, 현재 3GPP LTE의 상향링크(Uplink)에서는 그간 OFDM 기술의 단점이었던 높은 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)을 줄이기 위해 SC-FDMA(Single Carrier-Frequency Division Multiple Access) 기술을 채택하고 있다.
도 1은 종래 상향링크에서 3GPP LTE의 송/수신단의 개략적인 기능 블록도인바, 상향링크에서 송신기는 단말이 되고 수신기는 기지국의 일부가 된다. 도 1에 도시한 바와 같이, 종래 상향링크에서 3GPP LTE의 송신기는 직/병렬 변환기(Serial to Parallel converter, 102), 부반송파 맵핑(subcarrier mapping) 모듈(106), M-포인트(point) IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform) 모듈(108), 순환전치(Cyclic prefix; CP) 부가 모듈(110), 병/직렬 변환기(Parallel to Serial converter, 112) 및 RF(Radio Frequency)/DAC(Digital to Analog Converter) 모듈(114)을 포함한다. OFDMA 송신기에서 신호 처리 과정은 다음과 같다. 먼저, 비트 스트림(bit stream)이 데이터 심볼 시퀀스(data symbol sequence)로 변조된다. 비트 스트림은 매체접속제어(Medium Access Control; MAC) 계층으로부터 전달받은 데이터 블록에 채널 부호화(channel encoding), 인터리빙(interleaving), 스크램블링(scrambling) 등과 같은 다양한 신호 처리를 하여 얻어질 수 있다. 비트 스트림은 부호어(codeword)로 지칭되기도 하며 MAC 계층으로부터 받는 데이터 블록과 등가이다. 다음으로, 이러한 직렬 데이터 심볼 시퀀스는 N개씩 병렬로 변환된다(102). N개의 데이터 심볼은 전체 M개의 부반송파 중에서 할당받은 N개의 부반송파에 맵핑(mapping)되고 남은 M-N개의 반송파는 0으로 패딩된다(106). 주파수 영역에 맵핑된 데이터 심볼은 M-포인트 IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform) 처리를 통해 시간 영역 시퀀스로 변환된다(108). 그 후, 심볼간 간섭(Inter-Symbol Interference; ISI)과 반송파간 간섭(Inter-Carrier Interference; ICI)을 줄이기 위해서, 상기 시간 영역 시퀀스에 순환전치(Cyclic Prefix; CP)를 더하여 OFDMA 심볼을 생성한다(110). 생성된 OFDMA 심볼은 다시 병렬에서 직렬로 변환된다(112). 그 후, OFDMA 심볼은 디지털-대-아날로그 변환, 주파수 상향변환 등의 과정을 거쳐 수신기로 전송된다(114). 다른 사용자는 남은 M-N개의 부반송파 중에서 가용한 부반송파를 할당받는다.
다음으로, OFDMA 수신기는 RF/ADC(Analog to Digital Converter) 모듈(116), 직/병렬 변환기(118), 순환전치 제거(Remove CP) 모듈(120), M-포인트 DFT(Discrete Fourier Transform) 모듈(122), 부반송파 디맵핑(demapping)/등화(equalization) 모듈(124), 병/직렬 변환기(128) 및 검출(detection) 모듈(130)을 포함한다. OFDMA 수신기의 신호 처리 과정은 OFDMA 송신기의 역으로 구성된다.
한편, SC-FDMA 송신기는 OFDMA 송신기와 비교하여 부반송파 맵핑 모듈(106) 이전에 N-포인트 DFT 모듈(104)을 추가로 포함한다. SC-FDMA 송신기는 IDFT 처리 이전에 DFT를 통해 복수의 데이터를 주파수 영역에 확산시켜 송신 신호의 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)을 OFDMA 방식에 비해 크게 줄일 수 있다. SC-FDMA 수신기는 OFDMA 수신기와 비교하여 부반송파 디맵핑 모듈(124) 이후에 N-포인트 IDFT 모듈(126)을 추가로 포함한다. SC-FDMA 수신기의 신호 처리 과정은 SC-FDMA 송신기의 역으로 구성된다.
그러나 3GPP LTE 상향링크의 경우 OFDM과는 달리 송신단에서 DC 서브캐리어에 데이터를 전송한다. 이럴 경우, 수신단에서는 송신단의 I/Q 옵셋에 의한 효과가 DC 서브캐리어 근처의 데이터를 왜곡시키게 되어 성능 열화를 일으킨다. 이를 방지하기 위해 3GPP LTE에서는 송신단에서 부반송파 간격(subcarrier spacing; Δf), 예를 들어 15㎑의 반에 해당하는 Δf/2 만큼 주파수를 이동시켜서 SC-FDMA 송신을 하게 된다.
도 2는 SC-FDMA 송신단에서 Δf/2 만큼 주파수 이동된 부반송파를 보인 도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 송신단에서 Δf/2 만큼 주파수 이동후 데이터를 전송하게 되면, 모든 부반송파가 Δf/2 만큼 이동되어 I/Q 옵셋은 각 부반송파의 중앙에 나타나게 된다.
그러나 이렇게 Δf/2 만큼 주파수 이동된 부반송파들은 주기성(Periodicity)을 잃어버리게 되고, FFT(Fast Fourier Transform)에 의해 각 부반송파들의 에너지가 모든 주파수 대역으로 누설(leakage)된다. 그리고 이 누설된 에너지에 의해 I/Q 옵셋을 포함한 모든 부반송파들이 서로 간섭을 일으키게 되며, 이에 따라 정확한 I/Q 옵셋을 측정하여 제거할 수 없기 때문에 심각한 성능 열화가 초래된다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 3GPP LTE의 상향링크에서 사용되는 SC-FDMA 시스템의 수신단에서 I/Q 옵셋을 정확하게 측정하여 제거함으로써 시스템의 성능을 개선할 수 있도록 한 SC-FDMA 시스템의 수신단에서의 I/Q 옵셋 제거 장치 및 방법을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명의 SC-FDMA 시스템의 수신단에서의 I/Q 옵셋 제거 장치는 SC-FDMA 시스템의 수신단을 구성하되, 프레임 동기 획득, 주파수 보정 및 CP(Cyclic Prefix) 제거를 거쳐서 'DFT된 수신신호'(Y)에 대해 Training Sequence(X)인 DMRS(Demodulation Reference Symbol)를 이용하여 채널을 추정하는 선형보간 채널추정기; 상기 선형보간 채널추정기의 출력인 채널 계수(H')와 상기 Training Sequence(X)인 DMRS를 이용하여 이상적인 'DFT된 수신신호'(Y' = H'X)를 만든 후에 상기 'DFT된 수신신호'(Y)에서 빼주어 I/Q 옵셋(D = Y - Y')을 구하는 수신신호 재생성 및 제거기 및 상기 I/Q 옵셋(D = Y - Y')의 위상 및 파워가 보정된 I/Q 옵셋(D')을 생성한 후에 상기 'DFT된 수신신호'(Y)에서 빼주어 I/Q 옵셋이 제거된 수신신호(YNoDC = Y - D')를 만드는 I/Q 옵셋 측정 및 제거기를 포함한다.
전술한 구성에서, 상기 선형보간 채널추정기는 채널 추정 시 I/Q 옵셋의 영향을 최소화시키기 위해 좌우 1/3 정도의 부반송파는 상기 Training Sequence(X)인 DMRS(Demodulation Reference Symbol)를 이용하여 최소자승법(Least Square Method)이나 MMSE(Minimum Mean Square Error)에 의해 채널을 추정하는 반면에 나머지 1/3 정도의 부반송파는 상기 최소자승법이나 MMSE에 의해 추정된 결과를 이용한 선형보간을 통해 채널을 추정하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 I/Q 옵셋 측정 및 제거기는 상기 I/Q 옵셋(D)을 부반송파의 개수로 IDFT하여 얻어진 'IDFT된 I/Q 옵셋'(DTime)의 평균을 구하여 I/Q 옵셋(D)의 파워를 측정하는 I/Q 옵셋 파워 측정부; 이상적인 'IDFT된 I/Q 옵셋'(DIdealTime)에 따른 복소 정현파를 만든 후에 그 위상을 상기 'IDFT된 I/Q 옵셋'(DTime)의 복소 정현파에 맞추는 위상 비교부 및 상기 위상 비교부를 통해 위상이 보정된 이상적인 'IDFT된 I/Q 옵셋'(DIdealTime)의 파워를 상기 'IDFT된 I/Q 옵셋'(DTime)의 파워로 보정하는 크기 비교부를 구비한 I/Q 옵셋 재생부 및 상기 I/Q 옵셋 재생부에서 위상 및 파워가 보정된 상기 'IDFT된 I/Q 옵셋'을 DFT하여 주파수 영역으로 변환하여 위상 및 파워가 보정된 I/Q 옵셋(D′)을 생성한 후에 상기 'DFT된 수신신호'(Y)에서 빼줌(YNoDC = Y - D')으로써 I/Q 옵셋을 제거하는 I/Q 옵셋 제거부를 포함한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 I/Q 옵셋 측정 및 제거기 후단에 상기 선형보간 채널추정기, 상기 수신신호 재생성 및 제거기 및 상기 I/Q 옵셋 측정 및 제거기와 각각 동일한 기능을 수행하는 선형보간 채널추정기, 수신신호 재생성 및 제거기 및 I/Q 옵셋 측정 및 제거기를 더 구비하되, 2개의 상기 선형보간 채널추정기 중에서 후단의 상기 선형보간 채널추정기는 선형 보간 구간을 DC 부반송파 근처의 수 개의 부반송파로 하여 채널을 추정할 수 있다.
상기 SC-FDMA 시스템의 수신단은 3GPP LTE/LTE Advanced 상향링크 시스템에서 기지국의 일부일 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른 SC-FDMA 시스템의 수신단에서의 I/Q 옵셋 제거 방법은 프레임 동기 획득, 주파수 보정 및 CP(Cyclic Prefix) 제거를 거친 수신신호를 DFT하는 (a) 단계; 상기 'DFT된 수신신호'(Y)에 대해 Training Sequence(X)인 DMRS를 이용하여 채널 계수(H')를 추정하는 (b) 단계; 상기 (b) 단계에서 추정된 채널 계수(H')와 상기 Training Sequence(X)인 DMRS(Demodulation Reference Symbol)를 이용하여 이상적인 'DFT된 수신신호(Y' = H'X)를 만든 후에 이를 상기 'DFT된 수신신호'(Y)에서 빼주어 I/Q 옵셋(D = Y - Y')을 구하는 (c) 단계; 상기 I/Q 옵셋(D)의 위상 및 파워를 보정한 I/Q 옵셋(D')을 생성하는 (d) 단계 및 상기 'DFT된 수신신호'(Y)에서 파워와 위상이 보정된 상기 I/Q 옵셋(D')을 빼주어 I/Q 옵셋이 제거된 수신신호(YNoDC = Y - D')를 만드는 (e) 단계를 포함한다.
전술한 구성에서, 상기 (b) 단계는 I/Q 옵셋의 영향을 최소화시키기 위해 좌우 1/3 정도의 부반송파는 상기 Training Sequence(X)인 DMRS(Demodulation Reference Symbol)를 이용하여 최소자승법(Least Square Method)이나 MMSE(Minimum Mean Square Error)에 의해 채널을 추정하는 반면에 나머지 1/3 정도의 부반송파는 상기 최소자승법이나 MMSE에 의해 추정된 결과를 이용한 선형보간을 통해 채널을 추정하는 것을 특징으로 한다.
상기 (d) 단계는 상기 I/Q 옵셋(D)을 부반송파의 개수로 IDFT하여 얻어진 'IDFT된 I/Q 옵셋'(DTime)의 평균을 구하여 I/Q 옵셋(D)의 파워를 측정하는 (d1) 단계; 이상적인 'IDFT된 I/Q 옵셋'(DIdealTime)에 따른 복소 정현파를 만든 후에 그 위상을 상기 'IDFT된 I/Q 옵셋'(DTime)의 복소 정현파에 맞추는 (d2) 단계 및 상기 (d2)를 통해 위상이 보정된 이상적인 'IDFT된 I/Q 옵셋'(DIdealTime)의 파워를 상기 (d1) 단계에서 측정된 'IDFT된 I/Q 옵셋'(DTime)의 파워로 보정하는 (d3) 단계를 포함한 것을 특징으로 한다.
상기 (e) 단계는 위상 및 파워가 보정된 상기 'IDFT된 I/Q 옵셋'을 DFT하여 주파수 영역으로 변환하여 위상 및 파워가 보정된 I/Q 옵셋(D′)을 생성한 후에 상기 'DFT된 수신신호'(Y)에서 빼줌(YNoDC = Y - D')으로써 I/Q 옵셋을 제거하는 것을 특징으로 한다.
상기 (e) 단계 이후에 상기 (b) 단계 이하를 한 번 더 수행하되, 2회째 수행되는 상기 (b) 단계에서는 선형 보간 구간을 DC 부반송파 근처의 수 개의 부반송파로 하여 채널을 추정할 수 있다.
상기 SC-FDMA 시스템의 수신단은 3GPP LTE/LTE Advanced 상향링크 시스템에서 기지국의 일부인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 SC-FDMA 시스템의 수신단에서의 I/Q 옵셋 제거 장치 및 방법에 따르면, 3GPP LTE의 상향링크에서 사용되는 SC-FDMA 시스템의 수신단에서 I/Q 옵셋을 정확하게 측정하여 제거함으로써 시스템의 성능을 개선할 수 있다.
도 1은 종래 상향링크에서 3GPP LTE의 송/수신단의 개략적인 기능 블록도이다.
도 2는 SC-FDMA 송신단에서 Δf/2 만큼 주파수 이동된 부반송파를 보인 도이다.
도 3은 본 발명의 SC-FDMA 시스템의 수신단에서의 I/Q 옵셋 측정 장치의 기능 블록도이다.
도 4는 본 발명의 SC-FDMA 시스템의 수신단에서의 I/Q 옵셋 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 SC-FDMA 시스템의 수신단에서의 I/Q 옵셋 제거 장치 및 방법에 대해 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 SC-FDMA 시스템의 수신단에서의 I/Q 옵셋 측정 장치의 기능 블록도인바, 하드웨어나 소프트웨어 또는 이들이 복합된 구성으로 구현될 수 있으며 도 1에서 M-포인트 DFT(Discrete Fourier Transform) 모듈(122)과 부반송파 디맵핑(demapping)/등화(equalization) 모듈(124) 사이에 위치할 수 있다.
한편, 도 1에 도시하지는 않았으나 SC-FDMA 시스템의 수신단, 특히 3GPP LTE 상향링크의 수신단에서는 먼저 LTE 상향링크 프레임의 동기를 획득하고 송신단에서 Δf/2 만큼 이동된 주파수를 원래의 주파수로 이동시키기 위해 -Δf/2 만큼 주파수 이동하고 송/수신단 간의 주파수 오차를 보정한다.
다음으로 CP(Cyclic Prefix)를 제거하고 DFT를 수행한다. 이렇게 'DFT된 수신신호'(Y)에서는 주파수 옵셋 보정기(210)에서 Δf/2 복원 및 송/수신단간의 주파수 오차 보정이 이루어져서 부반송파간의 간섭이 없어지게 된다. 그러나 송신단의 I/Q 옵셋이 -1번 부반송파와 DC 부반송파 사이에 위치하기 때문에 I/Q 옵셋을 갖는 수신신호를 DFT하면, 모든 부반송파 대역으로 에너지 누설이 발생되어 부반송파 사이에 간섭을 일으키게 된다. 이를 방지하기 위해 'DFT된 수신신호'(Y)는 본 발명의 I/Q 옵셋 보정 장치를 통하게 되는데, I/Q 옵셋 보정 장치는 도 3에 도시한 바와 같이 선형보간 채널추정기(231), 수신신호 재생성 및 제거기(Received Signal Re-generation 및 Cancellation; 232) 및 I/Q 옵셋 측정 및 제거기(233)를 포함하여 이루어질 수 있다.
전술한 구성에서, 선형보간 채널추정기(231)는 수신단에서 이미 알고 있는 Training Sequence(X)인 DMRS(Demodulation Reference Symbol)를 이용하여 가장 간단한 채널 추정 방식인 최소자승법(Least Square Method)이나 MMSE(Minimum Mean Square Error)에 의해 채널을 추정하게 된다. 그런데, Training Sequence(X)를 이용한 채널 추정 시 모든 부반송파들(특히 DC 부반송파 근처의 부반송파들)이 I/Q 옵셋의 영향을 받아 정확한 채널 추정이 어려워진다. 따라서 채널 추정 시 I/Q 옵셋의 영향을 최소화시키기 위해 M개의 부반송파 중에서 좌우 1/3 정도의 부반송파는 최소자승법이나 MMSE에 의해 채널 추정을 하는 반면에 나머지 1/3 정도의 부반송파는 최소자승법이나 MMSE에 의해 추정된 결과를 이용한 선형 보간을 통해 채널 추정을 하게 된다.
선형보간 채널추정기(231)의 출력인 채널 계수(H')와 'DFT된 수신신호'(Y)는 수신신호 재생성 및 제거기(232)로 입력된다. 수신신호 재생성 및 제거기(232)에서는 선형보간 채널추정기(231)로부터 입력된 채널 계수(H')와 이미 알고 있는 Training Sequence(X)인 DMRS를 이용하여 이상적인 'DFT된 수신신호'(Y' = H'X)를 만들게 된다. 이와 같이 이상적인 'DFT된 수신신호'(Y' = H'X)를 만든 후 'DFT된 수신신호'(Y)에서 빼주게 되면 I/Q 옵셋(D = Y - Y')만이 남게 된다.
수신신호 재생성 및 제거기(232)의 출력인 I/Q 옵셋(D)은 I/Q 옵셋 측정 및 제거기(233)로 입력되는데, 이러한 I/Q 옵셋 측정 및 제거기(233)는 다시 I/Q 옵셋 파워 측정부(233a), I/Q 옵셋 재생부(233b) 및 I/Q 옵셋 제거부(233c)로 대별될 수 있다.
I/Q 옵셋 파워 측정부(233a)는 입력된 I/Q 옵셋(D)의 파워를 측정하기 위한 구성으로 입력된 I/Q 옵셋(D)을 부반송파의 개수로 IDFT한다. 그런데 'IDFT된 I/Q 옵셋'(DTime)은 선형보간 채널 추정기(231)에서 추정된 채널 계수(H')의 잡음 및 선형 보간에 의한 오차 때문에 잡음이 섞인 반주기(Half Periodic)의 복소 정현파 모양을 나타내게 되며, 이 복소 정현파의 평균 파워가 수신된 I/Q 옵셋(D)의 파워가 된다. I/Q 옵셋 재생부(233b)는 잡음 및 채널 추정 오차가 없는 I/Q 옵셋을 만들기 위한 구성으로 다시 위상 비교부 및 크기 비교부로 구성된다.
먼저 상기 위상 비교부는 -Δf/2 주파수를 갖고 샘플링 주파수 및 시간 길이가 해당 SC-FDMA 시스템과 동일한 이상적인 'IDFT된 I/Q 옵셋'(DIdealTime)에 따른 복소 정현파를 만들고, 다시 이 이상적인 'IDFT된 I/Q 옵셋'(DIdealTime)에 따른 복소 정현파의 초기 위상을 'IDFT된 I/Q 옵셋'(DTime)의 복소 정현파의 위상과 동일하게 맞추기 위해 두 신호 간의 위상차를 측정한 후에 이상적인 복소 정현파의 위상을 'IDFT된 I/Q 옵셋'(DTime)의 복소 정현파에 맞추게 한다.
다음으로 상기 크기 비교부는 상기 위상 비교부를 통해 위상이 보정된 이상적인 'IDFT된 I/Q 옵셋'(DIdealTime)의 파워와 I/Q 옵셋 파워 측정부(233a)에서 측정한 'IDFT된 I/Q 옵셋'(DTime)의 파워 비를 계산하여 이상적인 'IDFT된 I/Q 옵셋'(DIdealTime)의 복소 정현파의 크기를 'IDFT된 I/Q 옵셋(DTime)의 복소 정현파의 크기로 맞추게 된다. 이렇게 하면 잡음 및 채널 추정 오차가 없는 시간 영역에서의 이상적인 I/Q 옵셋이 만들어지게 된다.
한편, 수신신호가 M-포인트 DFT(Discrete Fourier Transform) 모듈(122)을 통해 주파수 영역으로 변환되었기 때문에 I/Q 옵셋도 주파수 영역에서 제거되어야 하는데, 이를 위해 앞서 생성된 이상적인 I/Q 옵셋은 DFT되어 주파수 영역으로 변환(D') 되는데, 이후 I/Q 옵셋 제거부(233c)에서 'DFT된 수신신호'(Y)에서 이상적인 'DFT된 I/Q 옵셋'(D')을 빼줌(YNoDC = Y - D')으로써 'DFT된 수신신호(Y)에서 비교적 정확히 I/Q 옵셋을 제거할 수 있다.
그러나 선형보간 채널추정기(231)를 통한 채널 추정에 오차가 있기 때문에 I/Q 옵셋이 아주 작은 경우는 정확한 I/Q 옵셋의 측정 및 제거가 어려운데, 이 경우에 I/Q 옵셋의 측정 성능을 높이기 위해 I/Q 옵셋 측정 및 제거기(233) 후단에 선형보간 채널추정기(234), 수신신호 재생성 및 제거기(235) 및 I/Q 옵셋 측정 및 제거기(236)가 추가될 수 있는데, 그 기능은 선형보간 채널추정기(231), 수신신호 재생성 및 제거기(232) 및 I/Q 옵셋 측정 및 제거기(233)와 동일하다.
이러한 구성에서, I/Q 옵셋 측정 및 제거기(233)의 출력인 I/Q 옵셋이 제거된 수신신호(YNoDC)를 선형보간 채널추정기(234)로 입력한다. 이 입력 신호는 이전의 선형보간 채널추정기(231)의 입력 신호와 달리 I/Q 옵셋이 거의 제거된 신호여서 채널 추정 시 I/Q 옵셋의 영향이 매우 작기 때문에 선형 보간 구간을 기존의 부반송파의 1/3 정도에서 DC 부반송파 근처의 몇몇, 예를 들어 수 개의 부반송파로 줄일 수 있다. 따라서 선형 보간에 의한 채널 추정 오차를 상당히 개선할 수 있게 된다. 선형보간 채널추정기(234)를 통해 출력된 신호가 다시 수신신호 재생성 및 제거기(235)와 I/Q 옵셋 측정 및 제거기(236)를 거침으로써 I/Q 옵셋이 정확히 측정 및 제거된 신호를 얻을 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 SC-FDMA 시스템의 수신단에서의 I/Q 옵셋 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 먼저 단계 S10에서는 프레임 동기가 획득된 SC-FDMA 신호를 입력받는다. 다음으로 단계 S20에서는 이렇게 입력된 SC-FDMA 신호를 Δf/2 복원 및 송/수신단간의 주파수 오차 보정함으로써 부반송파간의 간섭을 제거한다.
단계 S30에서는 단계 S20에서 주파수 보정된 SC-FDMA 신호를 DFT하고, 단계 S40에서는 이렇게 'DFT된 수신신호'(Y)를 Training Sequence(X)인 DMRS와 선형보간 기법을 이용하여 채널 계수(H')를 추정한다.
단계 S50에서는 단계 S40에서 추정된 채널 계수(H')와 Training Sequence(X)를 이용하여 이상적인 'DFT된 수신신호'(Y' = H'X)를 만든 후 이를 'DFT된 수신신호'(Y)에서 빼주어 I/Q 옵셋(D = Y - Y')을 구한다.
단계 S60에서는 단계 S50에서 구해진 I/Q 옵셋(D)의 파워를 측정하고, 다시 단계 S70에서는 단계 S60에서 측정된 I/Q 옵셋(D)의 파워를 이용하여 잡음 및 채널 추정 오차가 없는 이상적인 I/Q 옵셋(D')을 생성한다.
단계 S60 및 단계 S70을 보다 구체적으로 설명하면, 단계 S60에서는 먼저 I/Q 옵셋(D)의 파워를 측정하기 위해 I/Q 옵셋(D)을 부반송파의 개수로 IDFT한다. 그런데 이와 같이 'IDFT된 I/Q 옵셋'(DTime)은 단계 S40에서 추정된 채널 계수(H')의 잡음 및 선형 보간에 의한 오차 때문에 잡음이 섞인 반주기(Half Periodic)의 복소 정현파 모양을 나타내게 되며, 이 복소 정현파의 평균 파워가 수신된 I/Q 옵셋(D)의 파워가 된다.
다음으로, 단계 S70에서는 -Δf/2 주파수를 갖고 샘플링 주파수 및 시간 길이가 해당 SC-FDMA 시스템과 동일한 이상적인 'IDFT된 I/Q 옵셋'(DIdealTime)에 따른 복소 정현파를 만들고, 다시 이 이상적인 'IDFT된 I/Q 옵셋'(DIdealTime)에 따른 복소 정현파의 초기 위상을 'IDFT된 I/Q 옵셋'(DTime)의 복소 정현파의 위상과 동일하게 맞추기 위해 두 신호 간의 위상차를 측정한 후에 이상적인 'IDFT된 I/Q 옵셋'(DIdealTime)에 따른 복소 정현파의 위상을 'IDFT된 I/Q 옵셋'(DTime)의 복소 정현파에 맞추게 한다.
다음으로 이와 같이 위상이 보정된 이상적인 'IDFT된 I/Q 옵셋'(DIdealTime)의 파워와 단계 S60에서 측정된 'IDFT된 I/Q 옵셋'(DTime)의 파워 비를 계산하여 이상적인 'IDFT된 I/Q 옵셋'(DIdealTime)의 복소 정현파의 크기를 'IDFT된 I/Q 옵셋(DTime)의 복소 정현파의 크기로 맞추게 된다. 이렇게 하면 잡음 및 채널 추정 오차가 없는 이상적인 I/Q 옵셋이 만들어지게 된다.
다음으로, 단계 S80에서는 단계 S70에서 생성된 이상적인 I/Q 옵셋을 DFT하여 주파수 영역으로 변환(D')하고, 이후 'DFT된 수신신호'(Y)에서 이상적인 'DFT된 I/Q 옵셋'(D')을 빼줌(YNoDC = Y - D')으로써 'DFT된 수신신호(Y)에서 비교적 정확히 I/Q 옵셋을 제거할 수 있다.
한편, 단계 S40에서의 채널 추정에 오차가 있기 때문에 I/Q 옵셋이 아주 작은 경우는 정확한 I/Q 옵셋의 측정 및 제거가 어려운데, 이 경우에 I/Q 옵셋의 측정 성능을 높이기 위해 단계 S40 이하를 한 번 더 수행하는 것이 바람직하다. 그런데, 단계 S80에서 얻어진 I/Q 옵셋이 제거된 수신신호(YNoDC)는 이미 I/Q 옵셋이 거의 제거된 신호여서 채널 추정 시 I/Q 옵셋의 영향이 매우 작기 때문에 단계 S40의 채널 계수 추정시 선형 보간 구간을 기존의 부반송파의 1/3 정도에서 DC 부반송파 근처의 몇몇, 예를 들어 수 개의 부반송파로 줄일 수 있다. 따라서 선형 보간에 의한 채널 추정 오차를 상당히 개선할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 SC-FDMA 시스템의 수신단에서의 I/Q 옵셋 제거 장치 및 방법은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다. 본 발명의 SC-FDMA 시스템은 3GPP LTE 시스템의 상향링크에 적용될 수 있으며, 이 경우에 수신단은 기지국 장비의 일부가 될 것이다.
231, 234: 선형보간 채널추정기,
232, 235: 수신신호 재생성 및 제거기,
233, 236: I/Q 옵셋 측정 및 제거기,
233a: I/Q 옵셋 파워 측정부,
233b: I/Q 옵셋 재생부,
233c: I/Q 옵셋 제거부

Claims (11)

  1. SC-FDMA 시스템의 수신단을 구성하되,
    프레임 동기 획득, 주파수 보정 및 CP(Cyclic Prefix) 제거를 거쳐서 'DFT된 수신신호'(Y)에 대해 Training Sequence(X)인 DMRS(Demodulation Reference Symbol)를 이용하여 채널을 추정하는 선형보간 채널추정기;
    상기 선형보간 채널추정기의 출력인 채널 계수(H')와 상기 Training Sequence(X)인 DMRS를 이용하여 이상적인 'DFT된 수신신호'(Y' = H'X)를 만든 후에 상기 'DFT된 수신신호'(Y)에서 빼주어 I/Q 옵셋(D = Y - Y')을 구하는 수신신호 재생성 및 제거기 및
    상기 I/Q 옵셋(D = Y - Y')의 위상 및 파워가 보정된 I/Q 옵셋(D')을 생성한 후에 상기 'DFT된 수신신호'(Y)에서 빼주어 I/Q 옵셋이 제거된 수신신호(YNoDC = Y - D')를 만드는 I/Q 옵셋 측정 및 제거기를 포함하는 SC-FDMA 시스템의 수신단에서의 I/Q 옵셋 제거 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 선형보간 채널추정기는 채널 추정 시 I/Q 옵셋의 영향을 최소화시키기 위해 좌우 1/3 정도의 부반송파는 상기 Training Sequence(X)인 DMRS(Demodulation Reference Symbol)를 이용하여 최소자승법(Least Square Method)이나 MMSE(Minimum Mean Square Error)에 의해 채널을 추정하는 반면에 나머지 1/3 정도의 부반송파는 상기 최소자승법이나 MMSE에 의해 추정된 결과를 이용한 선형보간을 통해 채널을 추정하는 것을 특징으로 하는 SC-FDMA 시스템의 수신단에서의 I/Q 옵셋 제거 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 I/Q 옵셋 측정 및 제거기는
    상기 I/Q 옵셋(D)을 부반송파의 개수로 IDFT하여 얻어진 'IDFT된 I/Q 옵셋'(DTime)의 평균을 구하여 I/Q 옵셋(D)의 파워를 측정하는 I/Q 옵셋 파워 측정부;
    이상적인 'IDFT된 I/Q 옵셋'(DIdealTime)에 따른 복소 정현파를 만든 후에 그 위상을 상기 'IDFT된 I/Q 옵셋'(DTime)의 복소 정현파에 맞추는 위상 비교부 및 상기 위상 비교부를 통해 위상이 보정된 이상적인 'IDFT된 I/Q 옵셋'(DIdealTime)의 파워를 상기 'IDFT된 I/Q 옵셋'(DTime)의 파워로 보정하는 크기 비교부를 구비한 I/Q 옵셋 재생부 및
    상기 I/Q 옵셋 재생부에서 위상 및 파워가 보정된 상기 'IDFT된 I/Q 옵셋'을 DFT하여 주파수 영역으로 변환하여 위상 및 파워가 보정된 I/Q 옵셋(D′)을 생성한 후에 상기 'DFT된 수신신호'(Y)에서 빼줌(YNoDC = Y - D')으로써 I/Q 옵셋을 제거하는 I/Q 옵셋 제거부를 포함한 것을 특징으로 하는 SC-FDMA 시스템의 수신단에서의 I/Q 옵셋 제거 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 I/Q 옵셋 측정 및 제거기 후단에 상기 선형보간 채널추정기, 상기 수신신호 재생성 및 제거기 및 상기 I/Q 옵셋 측정 및 제거기와 각각 동일한 기능을 수행하는 선형보간 채널추정기, 수신신호 재생성 및 제거기 및 I/Q 옵셋 측정 및 제거기를 더 구비하되,
    2개의 상기 선형보간 채널추정기 중에서 후단의 상기 선형보간 채널추정기는 선형 보간 구간을 DC 부반송파 근처 좌우 10개 이내의 부반송파로 하여 채널을 추정하는 것을 특징으로 하는 SC-FDMA 시스템의 수신단에서의 I/Q 옵셋 제거 장치.
  5. 제 1 항 내제 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 SC-FDMA 시스템의 수신단은 3GPP LTE/LTE Advanced 상향링크 시스템에서 기지국의 일부인 것을 특징으로 하는 SC-FDMA 시스템의 수신단에서의 I/Q 옵셋 제거 장치.
  6. 프레임 동기 획득, 주파수 보정 및 CP(Cyclic Prefix) 제거를 거친 수신신호를 DFT하는 (a) 단계;
    상기 (a) 단계에서 'DFT한 수신신호'(Y)에 대해 Training Sequence(X)인 DMRS를 이용하여 채널 계수(H')를 추정하는 (b) 단계;
    상기 (b) 단계에서 추정된 채널 계수(H')와 상기 Training Sequence(X)인 DMRS(Demodulation Reference Symbol)를 이용하여 이상적인 'DFT된 수신신호(Y' = H'X)를 만든 후에 이를 상기 'DFT된 수신신호'(Y)에서 빼주어 I/Q 옵셋(D = Y - Y')을 구하는 (c) 단계;
    상기 I/Q 옵셋(D)의 위상 및 파워를 보정한 I/Q 옵셋(D')을 생성하는 (d) 단계 및
    상기 'DFT된 수신신호'(Y)에서 파워와 위상이 보정된 상기 I/Q 옵셋(D')을 빼주어 I/Q 옵셋이 제거된 수신신호(YNoDC = Y - D')를 만드는 (e) 단계를 포함하는 SC-FDMA 시스템의 수신단에서의 I/Q 옵셋 제거 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 I/Q 옵셋의 영향을 최소화시키기 위해 좌우 1/3 정도의 부반송파는 상기 Training Sequence(X)인 DMRS(Demodulation Reference Symbol)를 이용하여 최소자승법(Least Square Method)이나 MMSE(Minimum Mean Square Error)에 의해 채널을 추정하는 반면에 나머지 1/3 정도의 부반송파는 상기 최소자승법이나 MMSE에 의해 추정된 결과를 이용한 선형보간을 통해 채널을 추정하는 것을 특징으로 하는 SC-FDMA 시스템의 수신단에서의 I/Q 옵셋 제거 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 (d) 단계는
    상기 I/Q 옵셋(D)을 부반송파의 개수로 IDFT하여 얻어진 'IDFT된 I/Q 옵셋'(DTime)의 평균을 구하여 I/Q 옵셋(D)의 파워를 측정하는 (d1) 단계;
    이상적인 'IDFT된 I/Q 옵셋'(DIdealTime)에 따른 복소 정현파를 만든 후에 그 위상을 상기 'IDFT된 I/Q 옵셋'(DTime)의 복소 정현파에 맞추는 (d2) 단계 및
    상기 (d2)를 통해 위상이 보정된 이상적인 'IDFT된 I/Q 옵셋'(DIdealTime)의 파워를 상기 (d1) 단계에서 측정된 'IDFT된 I/Q 옵셋'(DTime)의 파워로 보정하는 (d3) 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 SC-FDMA 시스템의 수신단에서의 I/Q 옵셋 제거 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 (e) 단계는 위상 및 파워가 보정된 상기 'IDFT된 I/Q 옵셋'을 DFT하여 주파수 영역으로 변환하여 위상 및 파워가 보정된 I/Q 옵셋(D′)을 생성한 후에 상기 'DFT된 수신신호'(Y)에서 빼줌(YNoDC = Y - D')으로써 I/Q 옵셋을 제거하는 것을 특징으로 하는 SC-FDMA 시스템의 수신단에서의 I/Q 옵셋 제거 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 (e) 단계 이후에 상기 (b) 단계 이하를 한 번 더 수행하되,
    2회째 수행되는 상기 (b) 단계에서는 선형 보간 구간을 DC 부반송파 근처 좌우 10개 이내의 부반송파로 하여 채널을 추정하는 것을 특징으로 하는 SC-FDMA 시스템의 수신단에서의 I/Q 옵셋 제거 방법.
  11. 제 6 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 SC-FDMA 시스템의 수신단은 3GPP LTE/LTE Advanced 상향링크 시스템에서 기지국의 일부인 것을 특징으로 하는 SC-FDMA 시스템의 수신단에서의 I/Q 옵셋 제거 방법.
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