KR101219287B1

KR101219287B1 - 차등변조 방식의 ｏｆｄｍ 시스템을 위한 채널 등화기 장치 및 채널 등화 방법

Info

Publication number: KR101219287B1
Application number: KR1020110047837A
Authority: KR
Inventors: 윤영호
Original assignee: 주식회사 텔레칩스
Priority date: 2011-05-20
Filing date: 2011-05-20
Publication date: 2013-01-22
Also published as: KR20120129526A

Abstract

본 발명은 차등변조 방식의 OFDM 시스템에서 사용하기 위한 채널 등화기 장치 및 채널 등화 방법에 관한 것으로, 특히 이동 환경에서 신호의 수신 성능을 향상시키기 위한 채널 등화 기술에 관한 것이다. 본 발명에 따른 채널 등화기 장치는, 수신된 신호를 시간 및 주파수 동기화하는 동기화부; 시간 및 주파수 동기화된 OFDM 심볼을 고속 퓨리에 변환(FFT)하여 차등 복조하는 신호 처리부; 동기화부로부터 시간 및 주파수 동기화된 OFDM 심볼을 입력받아 보호구간 심볼과 유효심볼구간 중 복사대상 심볼을 각각 추출하고, 이들을 각각 FFT 한 후 FFT된 각각의 심볼들을 이용하여 하나의 OFDM 심볼에 대한 채널 차등성분을 계산하여 출력하는 채널변화 추정부; 신호 처리부에서 출력된 차등 복조된 신호를 채널변화 추정부에서 제공된 채널 차등성분을 이용하여 채널 변화를 보정하는 채널변화 보정부;를 포함하여 구성된다.

Description

차등변조 방식의 ＯＦＤＭ 시스템을 위한 채널 등화기 장치 및 채널 등화 방법{APPARATUS FOR EQUALIZING OF CHANNEL IN A OFDM SYSTEM USING DIFFERENTIAL MODULATING SCHEME AND METHOD THEREFOR}

본 발명은 차등변조 방식의 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템에서 사용하기 위한 채널 등화기 장치 및 채널 등화 방법에 관한 것으로, 특히 이동 환경에서 신호의 수신 성능을 향상시키기 위한 채널 등화 기술에 관한 것이다.

무선통신 방식이 발전하면서 종래로 CDM(Code Division Multiplexing) 방식의 무선통신 환경에서 OFDM 방식으로 발전하여 보다 고용량의 데이터를 전송할 수 있게 되었다.

이러한 OFDM 방식의 대표적인 시스템으로 DAB (Digital Audio Broadcasting) / DMB (Digital Multimedia Broadcasting) 시스템이 있다. DAB/DMB 시스템은 기본적으로 지상파 및 위성을 이용하여 서비스를 제공하는 시스템이다. DAB 시스템은 고음질의 오디오 방송을 위해 개발된 기술이고, DMB 시스템은 고음질 오디오뿐만 아니라 문자, 그래픽, 동화상까지 전송이 가능한 기술이다.

또한 지상파 DMB 시스템은 유럽 디지털 라디오방송(DAB)의 기술표준인 유레카-147을 기본 규격으로 사용하며, 압축 방식은 MPEG4 기술을 사용하고 있다. 위성 DMB는 지상파 DMB와 달리 인공위성을 이용해 서비스를 제공하며, 수신율이 낮은 도심 지역은 갭필러(gap filler)라는 중계기를 이용해 방송을 서비스를 제공하도록 개발된 시스템이다. 한편, 이러한 DAB/DMB 시스템에서는 변조 방식으로 심볼축을 기준으로 하는 차등변조 방식을 사용한다.

본 발명에서는 차등변조 방식을 사용하는 OFDM 시스템에서 채널 변화를 보상할 수 있는 기술을 제공한다.

또한, 본 발명에서는 차등변조 방식을 사용하는 OFDM 시스템에서 수신 신호의 성능을 향상시킬 수 있는 기술을 제공한다.

또한, 본 발명에서는 차등변조 방식을 사용하는 OFDM 시스템에서 채널 변화를 추정 및 보상함으로써 고속 이동환경에서도 신호의 수신 성능을 향상시킬 수 있는 기술을 제공한다.

또한, 본 발명에서는 차등변조 방식을 사용하는 OFDM 시스템에서 보호구간을 이용하여 채널 변화를 추정함으로써 이동 환경에서 신호의 수신 성능을 향상시킬 수 있는 기술을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 채널 등화기 장치는, 수신된 신호를 시간 및 주파수 동기화하는 동기화부; 시간 및 주파수 동기화된 OFDM 심볼을 고속 퓨리에 변환(FFT)하여 차등 복조하는 신호 처리부; 동기화부로부터 시간 및 주파수 동기화된 OFDM 심볼을 입력받아 보호구간 심볼과 유효심볼구간 중 복사대상 심볼을 각각 추출하고, 이들을 각각 FFT 한 후 FFT된 각각의 심볼들을 이용하여 하나의 OFDM 심볼에 대한 채널 차등성분을 계산하여 출력하는 채널변화 추정부; 신호 처리부에서 출력된 차등 복조된 신호를 채널변화 추정부에서 제공된 채널 차등성분을 이용하여 채널 변화를 보정하는 채널변화 보정부;를 포함한다.

본 발명에 따른 채널 등화기 장치에서, 신호 처리부는, 시간 및 주파수 동기화된 OFDM 심볼을 FFT하는 FFT부; FFT된 심볼을 저장하고, FFT된 심볼 저장시마다 이전 심볼을 출력하도록 하는 FFT 저장부; FFT부의 신호와 FFT 저장부의 신호를 수신하여 OFDM 심볼 축을 기준으로 차등 복조하는 차등 복조부;를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 채널 등화기 장치에서, 채널변화 추정부는, 동기화부로부터 시간 및 주파수 동기화된 신호를 입력받아 보호구간 심볼 및 유효심볼구간 중 복사대상 심볼을 각각 추출하는 보호구간 추출부; 보호구간 추출부에서 각각 추출된 심볼들을 각각 FFT하는 FFT부; FFT부에서 FFT된 각각의 심볼들을 이용하여 하나의 OFDM 심볼에 대한 채널 차등성분을 계산하여 출력하는 채널 차등성분 계산부;를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 채널 등화기 장치에서, 채널변화 추정부는, 채널 차등성분 계산부에서 출력되는 채널 차등성분을 수신하여 누적하고, 그 누적된 값을 채널 차등성분 계산부로 출력하는 채널 차등성분 누적부;를 더 포함하여 구성될 수 있으며, 이때 채널 차등성분 계산부는 하나의 OFDM 심볼 내에서 급격한 채널 변화 방지를 위해 채널 차등성분 누적부에서 제공되는 값을 이용하여 채널 차등성분을 계산한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 채널 등화 방법은, 수신된 신호를 시간 및 주파수 동기화하는 제 1 단계; 시간 및 주파수 동기화된 OFDM 심볼을 고속 퓨리에 변환(FFT)하여 차등 복조하는 제 2 단계; 시간 및 주파수 동기화된 OFDM 심볼에서 보호구간 심볼과 유효심볼구간 중 복사대상 심볼을 각각 추출하고, 이들을 각각 FFT 한 후 FFT된 각각의 심볼들을 이용하여 하나의 OFDM 심볼에 대한 채널 차등성분을 계산하여 출력하는 제 3 단계; 차등 복조된 신호에서 계산된 채널 변화 차등성분을 이용하여 채널 변화를 보정하는 제 4 단계;를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 채널 등화 방법에서, 제 2 단계는, 시간 및 주파수 동기화된 OFDM 심볼을 FFT하는 단계; FFT된 심볼을 저장하고, FFT된 심볼 저장시마다 이전 FFT된 심볼을 출력하도록 하는 단계; FFT된 심볼과 이전 FFT된 심볼을 OFDM 심볼 축을 기준으로 차등 복조하는 단계;를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 채널 등화 방법에서, 제 3 단계는, 시간 및 주파수 동기화된 신호를 입력받아 보호구간 심볼 및 유효심볼구간 중 복사대상 심볼을 각각 추출하는 단계; 각각 추출된 심볼들을 각각 FFT하는 단계; FFT된 각각의 심볼들을 이용하여 하나의 OFDM 심볼에 대한 채널 차등성분을 계산하여 출력하는 단계;를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 채널 등화 방법에서, 제 3 단계는, 채널 차등성분을 누적하는 단계; 누적된 값을 하나의 OFDM 심볼 내에서 급격한 채널 변화 방지를 위해 채널 차등성분 계산시 적용하는 단계;를 더 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명에 따르면, OFDM 심볼 축으로 차등변조 방식을 사용하는 OFDM 시스템에서 보호구간과 유효 심볼구간의 순환전치(cyclic prefix) 특성을 이용하여 채널 차등성분을 추정하고 보상함으로써 채널 변화가 심한 환경에서의 성능 저하를 방지하며, 수신 성능을 향상시킬 수 있다.

또한 OFDM 심볼 축으로 차등변조 방식을 사용하는 시스템 중 가장 대표적인 시스템인 DAB/DMB 시스템에서 제안된 방안을 적용할 경우, 종래 기술 대비 약 10~30Hz 가량의 성능 이득을 얻을 수 있다. 보호구간 샘플 간격만큼의 채널 변화는 존재하기 때문에 실제 채널 차이를 이용하여 보상하는 방법보다는 성능이 저하되지만 기존 방안보다 큰 성능 이득이 있음을 알 수 있다.

또한 본 발명의 차등복조 출력은 보호구간 샘플 동안의 채널 차등성분이 영향을 주기 때문에 보호구간의 길이가 짧을수록 채널 차등성분의 차이가 감소되기 때문에 성능 이득이 더욱 증대될 수 있다.

[도 1]은 차등변조 방식의 OFDM 시스템에서 송신기 장치의 블록 구성도,
[도 2]는 차등변조 방식의 OFDM 시스템에서 수신기 장치의 블록 구성도,
[도 3]은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 OFDM 심볼 축으로 차등변조 방식을 사용하는 OFDM 시스템의 수신기 블록 구성도,
[도 4]는 OFDM 심볼을 구성하는 경우의 예를 도시한 도면,
[도 5]는 본 발명에 따라 OFDM 심볼의 채널 변화를 측정하고 이를 보상하기 위한 값을 계산하는 과정을 도식화한 도면,
[도 6]은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 OFDM 시스템의 수신기에서 OFDM 심볼의 채널 변화를 측정하고 이를 보상하기 위한 데이터 처리 흐름도,
[도 7]은 본 발명을 적용한 수신기를 사용하는 경우와 종래기술에 따른 수신기를 사용하는 경우 및 실제 채널의 차이를 이용한 경우 성능을 대비한 시뮬레이션 그래프.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 상세히 설명하기로 한다. 한편, 첨부된 도면에서 동일한 부분은 동일한 참조부호를 사용하였음에 유의해야 한다.

본 발명은 OFDM 심볼 축으로 차등변조 방식을 사용하는 OFDM 시스템에서 보호구간(guard interval)과 유효심볼(effective OFDM symbol)의 순환전치(cyclic prefix) 심볼의 특성을 이용하여 채널 변화를 추정 및 보상함으로써 도플러가 높은 고속의 이동 환경에서 보다 정확한 차등 복조 결과를 추정할 수 있는 장치 및 방법을 제공한다. 이를 통해 수신기에서 데이터의 수신 성능을 향상시키기 위한 장치 및 방법이 설명될 것이다.

그러면 먼저 [도 1] 및 [도 2]를 참조하여 일반적인 송신기와 수신기의 구조를 살펴보기로 한다.

[도 1]은 차등변조 방식의 OFDM 시스템에서 송신기 장치의 블록 구성도이며, [도 2]는 차등변조 방식의 OFDM 시스템에서 수신기 장치의 블록 구성도이다.

먼저 [도 1]을 참조하여 송신기의 구성 및 그 동작을 살펴보면, 전송할 데이터(110)는 채널 변조부(111)에서 채널 변조되어 QPSK 변조부(112)로 입력된다. QPSK 변조부(112)는 채널 변조된 신호를 입력받아 QPSK 방식으로 변조한 심볼을 차등 변조부(113)로 제공한다. 그러면 차등 변조부(113)는 QPSK 방식으로 변조된 심볼을 동일한 부반송파(sub-carrier)에 대해 OFDM 심볼 축으로 차등 변조를 수행한 후 이를 역고속 퓨리에(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT) 변환부(114)로 제공한다.

IFFT 변환부(114)는 각 부반송파에 대해 OFDM 심볼축으로 차등 변조된 심볼을 역고속 퓨리에 변환하여 주파수 도메인(frequency domain)의 심볼을 시간 도메인(time domain)의 신호로 변환한 후 이를 안테나를 통해 전송한다. 한편, [도 1]의 송신기의 구성에서 전력 증폭이 이루어지는 등의 기본적인 회로 구성은 생략하였다.

다음으로 [도 2]를 참조하여 수신기의 구성 및 그 동작을 살펴보면, 안테나를 통해 수신된 신호는 동기부(211)로 입력된다. 동기부(211)는 수신된 신호에 대하여 시간 및 주파수 동기를 획득하고 이를 고속 퓨리에 변환부(Fast Fourier Transform Unit, 이하 "FFT부"라 함)(212)로 제공된다. 그러면 FFT부(212)는 타임 도메인의 신호를 주파수 도메인의 신호로 변환하고 이를 FFT 저장부(213)와 차등 복조부(214)로 제공한다.

여기서 FFT 저장부(213)는 선입선출 형태의 메모리(FIFO memory)로 구성할 수 있다. FFT 저장부(213)에 심볼 저장될 시 즉, FFT부(212)로부터 심볼이 입력되는 경우 기존에 저장된 데이터를 차등 복조부(214)로 출력한다. 이에 따라 차등 복조부(214)는 FFT 저장부(213)로부터 제공된 이전 FFT 결과 심볼과 FFT부(212)로부터 제공된 현재의 FFT 결과 심볼을 이용하여 심볼 축을 기준으로 차등 복조를 수행한다. 이와 같이 차등 복조가 이루어진 심볼은 QPSK 복조부(215)로 제공된다. QPSK 복조부(215)는 차등 복조된 심볼을 QPSK 방식으로 복조하고, 이를 채널 복조부(216)로 제공한다. 이에 채널 복조부(216)는 QPSK 복조된 심볼을 채널 복조하여 출력한다.

이상에서 살펴본 데이터의 송신 및 수신 과정들을 수학식을 이용하여 다시 한 번 살펴보기로 한다.

먼저 [도 1]의 QPSK 변조부(112)의 출력을

라 할 경우, 차등 변조부(113)의 출력

는 하기 <수학식 1>과 같이 표현할 수 있다.

위의 <수학식 1>에서

은 OFDM 심볼 인덱스이고,

는 부반송파 인덱스를 나타내며, L과 K는 는 각각 OFDM 심볼 개수와 부반송파 개수를 나타낸다. 이를 통하여 차등 변조된 각 부반송파의 출력은

된 변조 결과를 얻게 된다.

여기서 시간 및 주파수 동기가 맞는다는 가정 하에서, 수신기의 동작을 수학식으로 살펴보면, 수신기의 FFT부(212)에서 출력되는 FFT 출력 신호

는 하기 <수학식 2>와 같이 모델링 할 수 있다.

위의 <수학식 2>에서

는 각각 l번째 OFDM 심볼의 k번째 부반송파에서의 FFT 출력 신호, 채널특성, 전송신호, 잡음을 나타낸다.

이러한 형태를 갖는 차등 복조 방식은 현재 심볼의 FFT 출력 신호

와 이전 심볼의 FFT 출력 신호

를 이용하여 다음과 같이 차등 복조를 수행함으로써 전송된

를 추정한다. 이때, 잡음은

의 가우시안 분포를 가진다고 가정한다.

그러면 수신기의 차등 복조부(214)는 하기 <수학식 3>과 같은 계산에 의해 차등 복조를 수행함으로써 송신된 데이터를 추정하게 된다.

<수학식 3>과 같이 표현되는 차등 복조 방식에서

는 이전 심볼과 현재 심볼의 채널 차등성분으로 한 OFDM 심볼 길이인 N+G 샘플 동안 변화된 채널 차등성분을 나타낸다.

이상에서 살펴본 바와 같이 차등 복조된 결과가 <수학식 3>과 같이 전송신호

뿐만 아니라, 이전 OFDM 심볼과 현재 심볼의 채널의 변화량인

도 포함하게 된다.

이로 인하여 이동 속도가 낮은 도플러가 낮은 환경에서는 심볼간의 채널 변화가 거의 없기 때문에 채널의 변화량을

과 같이 설정해도 크게 무리가 없다. 즉 채널의 변화량을 무시할 수 있으므로 차등 복조된 결과가 전송된 신호와 동일한 결과를 갖는다고 볼 수 있다. 반면에 이동 속도가 높아 도플러가 높은 환경에서는 극심한 채널 변화에 의하여 채널 변화 성분에 의하여 성능 저하가 발생하므로, 이를 적용해야만 하는 문제가 있다.

[도 3]은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 OFDM 심볼 축으로 차등변조 방식을 사용하는 OFDM 시스템의 수신기 블록 구성도이다.

안테나를 통해 수신된 신호는 동기부(211)로 입력된다. 동기부(211)는 수신된 신호에 대하여 시간 및 주파수 동기를 획득하고 이를 고속 퓨리에 변환부(Fast Fourier Transform Unit, 이하 "FFT부"라 함)(212)와 본 발명에 따른 채널변화 추정부(310)로 제공된다.

먼저 FFT부(212)는 타임 도메인(time domain)의 신호를 주파수 도메(frequency domain)인의 신호로 변환하고 이를 FFT 저장부(213)와 차등 복조부(214)로 제공한다.

FFT 저장부(213)는 선입선출 형태의 메모리로 구성할 수 있으며, FFT 저장부(213)에 심볼 저장될 시 즉, FFT부(212)로부터 심볼이 입력되는 경우 기존에 저장된 데이터를 차등 복조부(214)로 출력한다. 이에 따라 차등 복조부(214)는 FFT 저장부(213)로부터 제공된 이전 FFT 결과 심볼과 FFT부(212)로부터 제공된 현재의 FFT 결과 심볼을 이용하여 심볼 축을 기준으로 차등 복조를 수행한 후 이를 본 발명에 따른 채널변화 보정부(320)로 제공한다.

한편, 채널변화 보정부(320)는 동기부(211)에서 채널변화 추정부(310)로 제공되어 채널 변화가 추정된 심볼을 함께 수신하게 된다.

그러면 본 발명에 따른 채널변화 추정부(310)의 구성 및 동작에 대하여 살펴보기로 한다.

채널변화 추정부(310)는 보호구간 추출부(311)와 FFT부(312)와 채널 차등성분 계산부(313) 및 채널 차등성분 누적부(314)를 포함하낟.

동기부(211)에서 시간 및 주파수 동기가 맞춰진 신호는 채널변화 추정부(310)의 보호구간 추출부(311)로 제공된다. 보호구간 추출부(311)는 OFDM 심볼에서 보호구간을 추출한다. OFDM 심볼에서 보호구간은 유효 심볼 중 마지막부터 미리 결정된 일정 구간을 복사하여 유효 심볼의 첨두에 삽입하도록 구성되어 있다. 따라서 수신된 전체 OFDM 심볼에서 심볼의 마지막부터 미리 설정된 일정 길이의 심볼과 동일한 심볼을 갖는 구간을 찾을 수 있다.

[도 4]는 OFDM 심볼을 구성하는 경우의 예를 도시한 도면이다. [도 4]를 참조하면, OFDM 심볼은 유효심볼구간(410)의 심볼들과 보호구간(420)의 심볼들로 구성되어 있다. 또한 보호구간(420)의 심볼들은 유효심볼구간(410)의 심볼들 중 마지막 심볼부터 미리 설정된 값만큼의 심볼이 복사대상구간(411)의 심볼들이 된다. 즉, [도 4]에 참조부호 401과 같이 복사대상구간(411)의 심볼들을 복사(copy)해서 유효심볼구간(410)의 첨두에 삽입함으로써 보호구간(420)의 심볼들(Cyclic Prefix)을 생성한다.

그러므로 보호구간 추출부(311)는 이에 대한 역과정을 통해 보호구간(420) 심볼들과 복사대상구간(411)의 심볼들을 추출하여 FFT부(312)로 제공한다.

그러면 FFT부(312)는 제공된 2가지의 심볼을 이용하여 고속 퓨리에 변환함으로써 시간 도메인의 심볼을 주파수 도메인의 성분으로 변환한다. FFT부(312)에서 주파수 도메인 성분으로 변환된 심볼은 채널 차등성분 계산부(313)로 제공된다. 채널 차등성분 계산부(313)는 보호구간(420)의 심볼들과 복사대상구간(411)의 심볼들을 이용하여 채널 차등성분을 계산함으로써 하나의 OFDM 심볼이 전송되는 시간 내에서의 채널 변화를 계산할 수 있다. 이와 같이 계산된 채널 차등성분 값은 채널변화 보정부(320)로 제공된다.

또한 채널 차등성분 계산부(313)에서 계산된 값은 채널 차등성분 누적부(314)로 제공된다. 채널 차등성분 누적부(314)는 채널 변화가 선형적이므로 추정된 채널 차등 성분이 매 OFDM 심볼마다 유사하다는 특성을 이용할 수 있다. 따라서 채널 차등성분 누적부(314)는 매 심볼마다 채널 차등성분을 누적하고 이를 다시 채널 차등성분 계산부(313)로 제공함으로써 채널 차등성분 계산부(313)에서 급격한 변화를 보정할 수 있도록 할 수 있다.

이와 같이 채널 차등성분 계산부(313)에서 계산된 값은 채널변화 보정부(320)로 제공된다. 그러면 채널변화 보정부(320)는 채널 차등성분 계산부(313)에서 계산된 채널 변화값을 이용하여 차등 복조부(214)에서 차등 복조된 값에서 채널 변화값을 제거할 수 있다.

이후 채널변화 보정부(320)에서 채널 변화값이 제거된 심볼은 QPSK 복조부(215)로 제공된다. QPSK 복조부(215)는 채널 변화값이 제거된 QPSK 방식으로 복조한여 출력한다.

이상에서 살펴본, 본 발명에 따른 차등복조 방식을 사용하는 OFDM 시스템에서의 수신기는 [도 2]와 대비할 때, 채널변화 추정부(310)와 채널변화 보정부(320)가 추가된 형태임을 알 수 있다. 이러한 형태를 다시 수학식을 이용하여 살펴보기로 하자.

먼저 보호구간 추출부(311)에서는 보호구간(420)의 심볼에 해당하는 데이터

와, 유효심볼구간(410)의 복사대상구간(411)의 심볼에 해당하는 데이터

를 추출한다. 이때, GI와 N은 각각 보호구간의 샘플 수와 FFT 샘플수를 나타낸다. FFT부(312)에서는 추출된 데이터에 대하여 각각 FFT를 수행하여

와

을 얻어내며, 이때, FFT 출력은 하기 <수학식 4>와 같이 모델링 할 수 있다.

<수학식 4>에서

는 보호구간의 전송 데이터에 대한 FFT 출력 신호로 보호구간(420)의 순환전치(cyclic prefix) 심볼에 의하여

와 동일하다.

와

는 각각 보호구간과 유효심볼구간의 채널 성분에 대한 FFT 출력 신호를 나타낸다. 따라서, 두 FFT 결과를 나누게 될 경우, 하기 <수학식 5>와 같이 전송 데이터에 의한

은 제거되며, 보호구간과 유효심볼구간 사이의 채널 차등성분을 추정할 수 있다.

<수학식 5>와 같이 추정된 차등성분은 N 샘플동안 변화된 채널의 차등 성분을 나타낸다.

또한 채널 차등성분 누적부(314)는 채널의 변화가 선형적이므로 추정된 채널 차등 성분이 매 OFDM 심볼마다 유사하다는 특성을 이용하여 추정된 채널 차등 성분을 매 OFDM 심볼마다 누적하는 과정을 수행한다. 이를 위해 PLL(Phase Locked Loop) 형태의 폐루프(close loop)를 구성하거나 이전 심볼들의 차등성분과 평균을 취하는 방법을 이용할 수 있다. 또한 이와 같이 채널 차등성분 누적부(314)를 통해 잡음이나 심볼간 간섭(Inter-Carrier Interference, ICI)로 인한 차등 성분 추정 오차를 감소시킬 수 있다.

이상에서 설명한 OFDM 심볼의 보호구간을 이용하여 채널의 변화를 측정하고 이를 보상하기 위한 값을 계산하는 과정을 OFDM 심볼과 함께 도식화하면 [도 5]와 같다.

[도 5]는 본 발명에 따라 OFDM 심볼의 채널 변화를 측정하고 이를 보상하기 위한 값을 계산하는 과정을 도식화한 도면이다.

앞서 설명한 바와 같이 OFDM 심볼은 보호구간(420)의 심볼들과 유효심볼구간(410)의 심볼들 및 유효심볼구간(410)의 심볼들 중 복사대상구간(411)의 심볼들로 구분된다.

[도 5]에서는 [도 3]의 보호구간 추출부(311)가 시간적으로 다르게 구동하는 형태를 설명하기 위해 보호구간 추출부(311a)와 보호구간 추출부(311b)로 구분하였다. 보호구간 추출부(311a, 311b)에서는 OFDM 심볼들 중 보호구간(420)의 심볼들과 복사대상구간(411)의 심볼들을 각각 추출한다. 이와 같이 추출된 심볼들은 FFT부(311a, 311b)에서 각각 FFT 변환이 이루어진다. FFT부(311a, 311b) 또한 시간적인 차이를 구분하기 위해 서로 다른 참조부호를 사용하였음에 유의하자. 물론, 서로 다른 FFT부들과 보호구간 추출부들을 사용할 수도 있다.

이와 같이 FFT부(311a, 311b)에서 각각 FFT 변환이 이루어진 심볼들은 채널 차등성분 계산부(313)에서 채널 차등성분이 계산된다. 이러한 계산은 앞에서 설명하였으므로 여기서는 더 살피지 않기로 한다.

그러면 채널변화 보정부(320)의 동작을 다시 수학식을 참조하여 살펴보기로 하자.

채널변화 보정부(320)는 차등 복조부(214)의 출력 신호인 <수학식 3>에 대하여 하기 <수학식 6>과 같이 추정된 차등 성분을 곱하는 과정을 수행한다.

앞에서 설명한 바와 같이

성분은 N+G 샘플동안 변화된 채널의 차등 성분이며,

는 N 샘플동안 변화된 채널의 차등 성분을 나타낸다. 따라서 채널 성분들을 샘플 형태로 치환하여 다시 정리하면 하기 <수학식 7>과 같이 정리할 수 있다.

즉, 종래의 차등복조 출력은 N+G 샘플 동안 변화된 채널의 차등성분을 포함하게 되지만, 제안된 방식의 복조 출력은 G 샘플 동안 변화된 채널의 차등성분을 포함하게 된다. 따라서, 채널의 차등성분에 대한 영향이 [도 2]에서 설명된 기존의 방식보다 적게 나타나며, 이로 인하여 도플러가 높은 환경에서의 수신 성능이 향상되게 된다.

[도 6]은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 OFDM 시스템의 수신기에서 OFDM 심볼의 채널 변화를 측정하고 이를 보상하기 위한 데이터 처리 흐름도이다.

수신기는 S600 단계에서 수신된 신호의 시간/주파수 동기를 맞춘다. 이후 수신기는 시간/주파수 동기가 맞은 신호들을 2로 분기하여 하나의 신호는 S610 단계에서 FFT 변환을 수행한 후 S612 단계에서 차등복조를 수행한다.

또한 수신기는 분기된 다른 하나의 신호를 S620 단계에서 OFDM 심볼에서 보호구간(420)의 심볼들과 유효심볼구간(410) 중 복사대상구간(411)의 심볼들을 추출하고, S622 단계에서 추출된 각 구간의 심볼들을 각각 FFT 변환한다. 이후 수신기는 S624 단계에서 채널 차등성분을 계산한다.

수신기는 이상에서와 같이 S612 단계에서 차등 복조된 신호에 S624 단계에서 계산된 채널 차등성분을 이용하여 S630 단계에서 채널 변화를 보정한다. 이러한 보정은 앞에서 살펴본 바와 같이 <수학식 6> 및 <수학식 7>과 같은 형태로 보정이 이루어진다.

이후 수신기는 S640 단계에서 채널 변화의 보정이 이루어진 신호를 이용하여 복조를 수행한다. 이때 복조는 [도 2]에서 살핀 바와 같이 QPSK 복조와 채널 복조가 될 수 있다.

또한 본 발명의 [도 6]에서는 설명하지 않았으나, 채널 차등성분을 계산하고 계산된 성분을 누적하여 사용함으로써 매 OFDM 심볼마다 채널 차등성분 계산시 발생할 수 있는 급격한 변화를 방지하도록 구성할 수도 있다. 이러한 경우 채널 변화 보정을 수행하는 S624 단계에서 이러한 정보를 제공받아 미리 채널 차등성분에 대한 값이 적절한 값이 되도록 보정할 수도 있으며, S630 단계에서 이러한 정보를 이용하여 채널 차등 성분이 적절한 값이 되도록 보정할 수도 있다.

그러면 이상에서 살펴본 본 발명에 따른 장치 및 방법의 발명을 적용하는 경우 시뮬레이션 그래프를 [도 7]을 참조하여 살펴본다.

[도 7]은 본 발명에 따른 수신기를 사용하는 경우와 종래기술에 따른 수신기를 사용하는 경우 및 실제 채널의 차이를 이용한 경우 성능을 대비한 시뮬레이션 그래프이다.

[도 7]의 시뮬레이션 결과에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 수신기를 사용하는 경우가 종래기술의 수신기를 사용하는 경우보다 도플러의 변화가 심한 경우에 좀더 향상된 품질을 제공함을 알 수 있다.

110 : 데이터
112 : QPSK 변조부
113 : 차등 변조부
114 : IFFT부
211 : 동기부
212, 312, 312a, 312b : FFT부
213 : FFT 저장부
214 : 차등 복조부
215 : QPSK 복조부
216 : 채널 복조부
310 : 채널변화 추정부
311, 311a, 311b : 보호구간 추출부
313 : 채널 차등성분 계산부
314 : 채널 차등성분 누적부
320 : 채널변화 보정부

Claims

차등변조 방식의 OFDM 시스템에서 사용하기 위한 채널 등화기 장치로서,
수신된 신호를 시간 및 주파수 동기화하는 동기화부;
상기 시간 및 주파수 동기화된 OFDM 심볼을 고속 퓨리에 변환(FFT)하여 차등 복조하는 신호 처리부;
상기 동기화부로부터 시간 및 주파수 동기화된 OFDM 심볼을 입력받아 보호구간 심볼과 유효심볼구간 중 복사대상 심볼을 각각 추출하고, 이들을 각각 FFT 한 후 FFT된 각각의 심볼들을 이용하여 하나의 OFDM 심볼에 대한 채널 차등성분을 계산하여 출력하는 채널변화 추정부(310);
상기 신호 처리부에서 출력된 차등 복조된 신호를 상기 채널변화 추정부(310)에서 제공된 채널 차등성분을 이용하여 채널 변화를 보정하는 채널변화 보정부(320);
를 포함하여 구성되는 채널 등화기 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 채널변화 보정부(320)의 출력을 복조하는 복조부;
를 더 포함하여 구성되는 채널 등화기 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 신호 처리부는,
상기 시간 및 주파수 동기화된 OFDM 심볼을 FFT하는 제 1 FFT부;
상기 FFT된 심볼을 저장하고, 상기 FFT된 심볼 저장시마다 이전 심볼을 출력하도록 하는 FFT 저장부;
상기 제 1 FFT부의 신호와 상기 FFT 저장부의 신호를 수신하여 OFDM 심볼 축을 기준으로 차등 복조하는 차등 복조부;
를 포함하여 구성되는 채널 등화기 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 채널변화 추정부(310)는,
상기 동기화부로부터 시간 및 주파수 동기화된 신호를 입력받아 보호구간 심볼 및 유효심볼구간 중 복사대상 심볼을 각각 추출하는 보호구간 추출부(311);
상기 보호구간 추출부(311)에서 상기 추출된 복사대상 심볼들을 각각 FFT하는 제 2 FFT부(312);
상기 제 2 FFT부(312)에서 FFT된 각각의 심볼들을 이용하여 하나의 OFDM 심볼에 대한 채널 차등성분을 계산하여 출력하는 채널 차등성분 계산부(313);
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 채널 등화기 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 채널변화 추정부(310)는,
상기 채널 차등성분 계산부(313)에서 출력되는 채널 차등성분을 수신하여 누적하고, 상기 누적된 값을 상기 채널 차등성분 계산부(313)로 출력하는 채널 차등성분 누적부(314);
를 더 포함하여 구성되고,
상기 채널 차등성분 계산부(313)는 상기 채널 차등성분 누적부(314)로부터 제공되는 값을 이용하여 상기 채널 차등성분을 계산하는 것을 특징으로 하는 채널 등화기 장치.
차등변조 방식의 OFDM 시스템에서 사용하기 위한 채널 등화 방법으로서,
수신된 신호를 시간 및 주파수 동기화하는 제 1 단계;
상기 시간 및 주파수 동기화된 OFDM 심볼을 고속 퓨리에 변환(FFT)하여 차등 복조하는 제 2 단계;
상기 시간 및 주파수 동기화된 OFDM 심볼에서 보호구간 심볼과 유효심볼구간 중 복사대상 심볼을 각각 추출하고, 상기 복사대상 심볼을 각각 FFT 한 후 상기 FFT된 각각의 심볼들을 이용하여 하나의 OFDM 심볼에 대한 채널 차등성분을 계산하여 출력하는 제 3 단계;
상기 차등 복조된 신호에서 상기 계산된 채널 변화 차등성분을 이용하여 채널 변화를 보정하는 제 4 단계;
를 포함하여 구성되는 채널 등화 방법.
청구항 6에 있어서,
상기 채널 변화 보정된 신호를 복조하는 제 5 단계;
을 더 포함하여 구성되는 채널 등화 방법.
청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
상기 제 2 단계는,
상기 시간 및 주파수 동기화된 OFDM 심볼을 FFT하는 단계;
상기 FFT된 심볼을 저장하고, 상기 FFT된 심볼 저장시마다 이전 FFT된 심볼을 출력하도록 하는 단계;
상기 FFT된 심볼과 상기 이전 FFT된 심볼을 OFDM 심볼 축을 기준으로 차등 복조하는 단계;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 채널 등화 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 제 3 단계는,
상기 시간 및 주파수 동기화된 신호를 입력받아 보호구간 심볼 및 유효심볼구간 중 복사대상 심볼을 각각 추출하는 단계;
상기 각각 추출된 심볼들을 각각 FFT하는 단계;
상기 FFT된 각각의 심볼들을 이용하여 하나의 OFDM 심볼에 대한 채널 차등성분을 계산하여 출력하는 단계;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 채널 등화 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 제 3 단계는,
상기 채널 차등성분을 누적하여 계산하는 단계;
상기 누적 계산된 값을 적용하여 상기 채널 차등성분을 계산하는 단계;
를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 채널 등화 방법.