KR101255636B1 - Ofdm 기반 시스템에서 정수배 주파수 옵셋 추정 방법 및 이러한 방법을 수행하는 장치 - Google Patents
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Abstract
OFDM 기반 시스템에서 정수배 주파수 옵셋 추정 방법 및 이러한 방법을 수행하는 장치가 개시되어 있다. 주파수 옵셋 추정 방법은 연속 파일럿(Continual Pilot, CP)과 분산 파일럿(Scattered Pilot, SP)을 이용하는 복수의 주파수 옵셋 추정 방법을 기초로 복수의 주파수 옵셋을 산출하는 단계와 복수의 주파수 옵셋을 소정의 수식을 이용해 하나의 최종 주파수 옵셋으로 산출하는 단계를 포함할 수 있다. 따라서, 송신 주파수와 수신 주파수의 동기화를 정확하게 할 수 있다.
Description
본 발명은 OFDM 기반 시스템에서 정수배 주파수 옵셋 추정 방법 및 이러한 방법을 수행하는 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 주파수 동기화 방법 및 이러한 방법을 사용하는 장치에 관한 것이다.
OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 변조 방식은 다중 반송파를 사용하여 높은 전송률을 가지며 단일 반송파 방식에 비해 주파수 선택적 페이딩과 시간 영역 충격 잡음에 강하다. 좁은 부반송파 간격 내에서 수신 신호는 같은 크기로 왜곡되므로 비교적 간단한 채널 등화기만으로 다중 경로의 영향을 보상할 수 있다. 이러한 장점들로 인해 OFDM 방식은 고속 무선 LAN 규격인 IEEE 802.11a에 채택되었다. 송수신단 주파수 발생기의 주파수 차이가 생기거나 도플러 현상에 의해 전송 신호의 반송파 주파수 값이 변하게 되면 송신 주파수와 수신 주파수의 동기화가 이루어지지 않는데 이 때 송수신단의 반송파 주파수 차이를 주파수 오프셋이라고 한다. OFDM 시스템의 성능은 도플러 이동 및 송수신기에 위치한 발진기의 동작 불일치로 인하여 발생되는 주파수 옵셋에 매우 민감하다. 이는 부반송파의 직교성을 파괴시킴으로써 전체적인 시스템의 성능 저하를 가져오기 때문이다. 따라서 주파수 옵셋을 추정하는 단계는 OFDM 시스템에서 매우 중요하다.
본 발명의 제1 목적은 주파수 옵셋를 획득하기 위한 주파수 옵셋 추정 방법 을 제공하는 것이다.
본 발명의 제2 목적은 주파수 옵셋를 획득하기 위한 주파수 옵셋 추정 방법 을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 제3 목적은 주파수 옵셋를 획득하기 위한 주파수 옵셋 추정 방법을 수행하는 장치를 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 주파수 옵셋 추정 방법은 연속 파일럿(Continual Pilot, CP)과 분산 파일럿(Scattered Pilot, SP)을 이용하는 복수의 주파수 옵셋 추정 방법을 기초로 복수의 주파수 옵셋을 산출하는 단계와 상기 복수의 주파수 옵셋을 소정의 수식을 이용해 하나의 최종 주파수 옵셋으로 산출하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 복수의 주파수 옵셋 추정 방법은 연속하는 두 개의 OFDM 심볼의 동일 인덱스에 있는 CP를 사용하여 선택된 복수개의 주파수 옵셋 후보값으로부터 주파수 옵셋을 추정하는 제1 추정 방법, 복수개의 SP 패턴을 벡터화하여 주파수 옵셋을 추정하는 제2 추정 방법, 연속하는 두 개의 OFDM 심볼 내에 있는 연속 파일럿을 이용하여 정수배 주파수 옵셋을 산출하는 제3 추정 방법, 하나의 수신된 OFDM 심볼과 CP 템플릿을 이용해서 정수배 주파수 옵셋을 구하는 방법 제4 추정 방법과 OFDM 심볼에 존재하는 모든 파일럿 정보를 사용하여 정수배 주파수 옵셋을 추정하는 제5 추정 방법일 수 있다. 상기 복수의 주파수 옵셋을 소정의 수식을 이용해 하나의 최종 주파수 옵셋으로 산출하는 단계는 상기 제1 추정 방법에 의해 산출된 제1 주파수 옵셋, 상기 제2 추정 방법에 의해 산출된 제2 주파수 옵셋, 상기 제3 추정 방법에 의해 산출된 제3 주파수 옵셋, 상기 제4 추정 방법에 의해 산출된 제4 주파수 옵셋, 상기 제5 추정 방법에 의해 산출된 제5 주파수 옵셋의 중앙값을 상기 최종 주파수 옵셋으로 산출할 수 있다. 상기 복수의 주파수 옵셋을 소정의 수식을 이용해 하나의 최종 주파수 옵셋으로 산출하는 단계는 상기 제1 추정 방법에 의해 산출된 제1 주파수 옵셋, 상기 제2 추정 방법에 의해 산출된 제2 주파수 옵셋, 상기 제3 추정 방법에 의해 산출된 제3 주파수 옵셋, 상기 제4 추정 방법에 의해 산출된 제4 주파수 옵셋, 상기 제5 추정 방법에 의해 산출된 제5 주파수 옵셋의 평균값을 상기 최종 주파수 옵셋으로 산출할 수 있다. 상기 주파수 옵셋 추정 방법은 DVB-T(Digital Video Broadcasting-Terrestrial)시스템에서 사용될 수 있다.
또한 상술한 본 발명의 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 주파수 옵셋 추정 방법은 신호 대 잡음비를 산출하는 단계와 상기 산출된 신호 대 잡음비를 기초로 복수의 주파수 옵셋 추정 방법 중 하나의 주파수 옵셋 추정 방법을 선택하여 주파수 옵셋을 산출하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 복수의 주파수 옵셋 추정 방법은 연속하는 두 개의 OFDM 심볼의 동일 인덱스에 있는 CP를 사용하여 선택된 복수개의 주파수 옵셋 후보값으로부터 주파수 옵셋을 추정하는 제1 추정 방법, 복수개의 SP 패턴을 벡터화하여 주파수 옵셋을 추정하는 제2 추정 방법, 연속하는 두 개의 OFDM 심볼 내에 있는 연속 파일럿을 이용하여 정수배 주파수 옵셋을 산출하는 제3 추정 방법, 하나의 수신된 OFDM 심볼과 CP 템플릿을 이용해서 정수배 주파수 옵셋을 구하는 방법 제4 추정 방법, OFDM 심볼에 존재하는 모든 파일럿 정보를 사용하여 정수배 주파수 옵셋을 추정하는 제5 추정 방법일 수 있다. 상기 산출된 신호 대 잡음비를 기초로 복수의 주파수 옵셋 추정 방법 중 하나의 주파수 옵셋 추정 방법을 선택하여 주파수 옵셋을 산출하는 단계는 미리 OFDM 단말에 신호 대 잡음비와 주파수 옵셋 추정 방법을 매핑한 매핑 테이블을 이용하거나, 상기 OFDM으로 신호를 전송하는 기지국에서 주파수 옵셋 추정 방법 정보를 제공할 수 있다. 상기 주파수 옵셋 추정 방법은 DVB-T(Digital Video Broadcasting-Terrestrial)시스템에서 사용될 수 있다.
또한 상술한 본 발명의 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 OFDM 장치는 OFDM 신호를 수신하는 RF부와 상기 RF부로부터 수신된 OFDM 신호를 제공받아 복수의 주파수 옵셋 추정 방법을 기초로 소정의 최종 주파수 옵셋을 산출하는 주파수 옵셋 산출부를 포함할 수 있다. 상기 주파수 옵셋 산출부는 복수의 주파수 옵셋 추정 방법을 기초로 복수의 주파수 옵셋을 산출하는 주파수 옵셋 추정부와 상기 주파수 옵셋 산출부에서 산출된 상기 복수의 주파수 옵셋 중 하나의 주파수 옵셋을 최종 주파수 옵셋으로 선택하는 주파수 옵셋 결정부를 포함할 수 있다. 상기 복수의 주파수 옵셋 추정 방법은 연속하는 두 개의 OFDM 심볼의 동일 인덱스에 있는 CP를 사용하여 선택된 복수개의 주파수 옵셋 후보값으로부터 주파수 옵셋을 추정하는 제1 추정 방법, 복수개의 SP 패턴을 벡터화하여 주파수 옵셋을 추정하는 제2 추정 방법, 연속하는 두 개의 OFDM 심볼 내에 있는 연속 파일럿을 이용하여 정수배 주파수 옵셋을 산출하는 제3 추정 방법, 하나의 수신된 OFDM 심볼과 CP 템플릿을 이용해서 정수배 주파수 옵셋을 구하는 방법 제4 추정 방법, OFDM 심볼에 존재하는 모든 파일럿 정보를 사용하여 정수배 주파수 옵셋을 추정하는 제5 추정 방법일 수 있다. 상기 주파수 옵셋 결정부는 상기 제1 추정 방법에 의해 산출된 제1 주파수 옵셋, 상기 제2 추정 방법에 의해 산출된 제2 주파수 옵셋, 상기 제3 추정 방법에 의해 산출된 제3 주파수 옵셋, 상기 제4 추정 방법에 의해 산출된 제4 주파수 옵셋, 상기 제5 추정 방법에 의해 산출된 제5 주파수 옵셋의 중앙값을 상기 최종 주파수 옵셋으로 산출할 수 있다. 상기 주파수 옵셋 결정부는 상기 제1 추정 방법에 의해 산출된 제1 주파수 옵셋, 상기 제2 추정 방법에 의해 산출된 제2 주파수 옵셋, 상기 제3 추정 방법에 의해 산출된 제3 주파수 옵셋, 상기 제4 추정 방법에 의해 산출된 제4 주파수 옵셋, 상기 제5 추정 방법에 의해 산출된 제5 주파수 옵셋의 평균값을 상기 최종 주파수 옵셋으로 산출할 수 있다. 상기 주파수 옵셋 산출부는 측정된 채널의 신호 대 잡음비를 기초로, 연속하는 두 개의 OFDM 심볼의 동일 인덱스에 있는 CP를 사용하여 선택된 복수개의 주파수 옵셋 후보값으로부터 주파수 옵셋을 추정하는 제1 추정 방법, 복수개의 SP 패턴을 벡터화하여 주파수 옵셋을 추정하는 제2 추정 방법, 연속하는 두 개의 OFDM 심볼 내에 있는 연속 파일럿을 이용하여 정수배 주파수 옵셋을 산출하는 제3 추정 방법, 하나의 수신된 OFDM 심볼과 CP 템플릿을 이용해서 정수배 주파수 옵셋을 구하는 방법 제4 추정 방법, OFDM 심볼에 존재하는 모든 파일럿 정보를 사용하여 정수배 주파수 옵셋을 추정하는 제5 추정 방법 중 적어도 하나의 추정 방법을 사용하여 주파수 옵셋을 추정할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 기반 시스템에서 정수배 주파수 옵셋 추정 방법 및 이러한 방법을 수행하는 장치에 따르면 복수의 주파수 옵셋 추정 방법을 기초로 적응적으로 주파수 옵셋을 측정할 수 있다. 따라서, 송신 주파수와 수신 주파수의 동기화를 정확하게 할 수 있어 수신 신호를 정확하게 복원할 수 있다.
도 1은 2K 모드 DVB-T 시스템에서 파일럿 패턴을 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 정수배 주파수 옵셋 추정 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정수배 주파수 옵셋 추정 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 제1 추정 방법부터 제5 추정 방법의 성능을 비교한 그래프이다.
도 5는 다중 경로 레일리 채널에서 제1 추정 방법 내지 제5 추정 방법의 성능을 분석한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 OFDM 기반의 타이밍 옵셋 추정 방법에서 OFDM 단말과 기지국의 구성을 개략적으로 설명하는 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 주파수 옵셋 산출부를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 정수배 주파수 옵셋 추정 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정수배 주파수 옵셋 추정 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 제1 추정 방법부터 제5 추정 방법의 성능을 비교한 그래프이다.
도 5는 다중 경로 레일리 채널에서 제1 추정 방법 내지 제5 추정 방법의 성능을 분석한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 OFDM 기반의 타이밍 옵셋 추정 방법에서 OFDM 단말과 기지국의 구성을 개략적으로 설명하는 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 주파수 옵셋 산출부를 나타내는 블록도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 "직접 접속되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이하, 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
이하, 본 발명의 일실시예에 따른 타이밍 옵셋 추정 방법 및 이러한 방법을 사용하는 장치에서는 무선 통신 시스템에 적용되는 다중 접속 기법으로 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access), SC-FDMA(Single Carrier-FDMA), OFDM-FDMA, OFDM-TDMA, OFDM-CDMA와 같은 OFDM 기술 기반의 다양한 다중 접속 기법을 사용하는 것으로 가정한다. 또한, 상향링크 전송 및 하향링크 전송은 서로 다른 시간을 사용하여 전송되는 TDD(Time Division Duplex) 방식이 사용될 수 있고, 또는 서로 다른 주파수를 사용하여 전송되는 FDD(Frequency Division Duplex) 방식이 사용될 수 있다.
이하, 이러한 다중 접속 방식을 사용하는 시스템을 OFDM 시스템, 이러한 OFDM 방식을 수신하는 수신부를 OFDM 수신부 또는 OFDM 단말이라는 용어로 사용할 수 있다.
이하 본 발명의 일실시예에 따른 주파수 옵셋 추정 방법 및 이러한 방법을 사용하는 장치에서는 설명의 편의상 2048개의 부반송파 중 1705개의 부반송파를 데이터를 전송하는데 사용하는 2K 모드 DVB-T 시스템을 고려하여 설명을 하지만, 본 발명의 본질에서 벋어나지 않는 한 다른 시스템에서도 이하 후술할 본 발명의 일실시예에 따른 주파수 옵셋 추정 방법이 사용될 수 있고 이러한 실시예 또한 본 발명의 권리 범위에 포함된다.
총 2048개의 부반송파 중 1705개의 부반송파를 데이터 전송을 위해 사용하는 OFDM 시스템에서 번째 심볼의 번째 샘플 은 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다. 여기에서 는 부반송파 색인을 의미한다.
위의 수학식 1에서 은 IFFT (inverse FFT) 크기를 의미하며, 는 번째 OFDM 심볼의 번째 부반송파를 통해 전달되는 데이터 또는 파일럿을 의미한다. 채널을 통과한 후 시간영역에서 수신된 번째 OFDM 심볼의 번째 샘플은 다음과 같다.
위의 수학식 2에서 는 보호구간 샘플의 길이, 는 컨볼루션 연산, 는 부반송파 간격으로 정규화된 주파수 옵셋, 은 채널 임펄스 응답, 은 평균이 0이고, 분산이 인 복소 AWGN을 (additive white Gaussian noise) 의미한다.
이하, 본 발명의 실시예에서는 OFDM 단말에서 소수배 주파수 옵셋이 정수배 주파수 옵셋을 추정하기 전에 완벽하게 보상되었다고 가정한다. 이 경우 FFT 이후, 수신된 번째 심볼의 번째 샘플은 아래의 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.
도 1은 2K 모드 DVB-T 시스템에서 파일럿 패턴을 나타내는 개념도이다.
도 1을 참조하면, 한 OFDM 심볼에 CP(Continual Pilot)는 45개, SP(Scattered Pilot)는 142개 또는 143개가 있으며, SP의 패턴은 4개의 OFDM 심볼을 주기로 반복되는 특징을 갖는다. 한편, 과 는 각각 데이터를 실어 보내는 부반송파의 가장 작은 인덱스와 가장 큰 인덱스로 정의된다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 정수배 주파수 옵셋 추정 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2를 참조하면, 복수의 주파수 옵셋 추정 방법을 이용해 주파수 옵셋 추정한다(단계 S200).
OFDM 기반 DVB-T 시스템에서 정수배 주파수 옵셋을 추정하기 위해 다양한 방법이 사용될 수 있다. 제1 추정 방법은 아래의 수학식 4와 같은 상관 함수를 이용하여 대략적인 주파수 옵셋 후보값을 결정할 수 있다.
위의 수학식 4에서 는 정수배 주파수 옵셋의 시험값, 은 발생 가능한 정수배 주파수 옵셋의 최대 범위를 의미한다. 위의 수학식 4에서 , 이며, 이때 는 번째 부반송파 주파수 색인에 있는 CP와 가장 근접한 SP의 색인을, 는 CP 중에서 연산에 사용되는 부반송파 색인을 나타낸다. 전술한 수학식 4를 이용하여 전체 개의 주파수 옵셋 후보값 중에 크기가 큰 순서대로 개의 주파수 옵셋 후보를 선정하는데 그 후보는 아래의 수학식 5를 통해 산출할 수 있다.
위의 수학식 5에서 는 전체 개의 주파수 옵셋 후보값 중에 개 주파수 옵셋 후보를 구하는 함수이고, 는 실수 부분을 구해주는 함수이다. 한편, 위에서 구한 개의 주파수 옵셋 후보로부터 최종 주파수 옵셋 추정값을 선택하기 위해 연속하는 복수개의 OFDM 심볼에 수학식 5를 적용할 수 있다. 또는 연속하는 두 개의 OFDM 심볼의 동일 인덱스에 있는 CP를 사용하여 선택된 개의 주파수 옵셋 후보값으로부터 아래의 수학식 6과 같이 최종 주파수 옵셋을 추정할 수 있다.
즉, 제1 추정 방법에서는 연속하는 두 개의 OFDM 심볼의 동일 인덱스에 있는 CP를 사용하여 선택된 복수개의 주파수 옵셋 후보값으로부터 주파수 옵셋을 추정할 수 있다.
제2 추정 방법은 이하 후술할 방법으로 정수배 주파수 옵셋을 추정할 수 있다. SP는 유효한 부반송파 영역 안에서 매 12개의 부반송파마다 위치하며, DVB-T 시스템에서는 4종류의 SP 패턴이 있다. 따라서 4종류의 SP 형태를 벡터로 생각할 수 있으며, 으로 표시할 수 있다. 정수배 주파수 옵셋을 추정하기 위해 우선 OFDM의 번째 심볼의 복조된 샘플 결과값, 와 을 이용한다.
위의 수학식 7에서 는 OFDM 심볼 내 SP의 총 개수, 는 정수배 주파수 옵셋의 시험 값, 는 번째 OFDM 심볼에 있는 번째 SP의 인덱스, 는 의 번째 값을 각각 의미한다. 이는 수신된 신호와 그 신호와 일치하는 분산 파일럿 패턴과의 상관값이 가장 크기 때문에 아래의 수학식 8로부터 전송된 분산 파일럿 패턴을 알 수 있다.
즉, 제2 추정 방법에서는 복수개의 SP 패턴을 벡터화하여 주파수 옵셋을 추정할 수 있다.
제3 추정 방법은 연속하여 수신된 두 심벌 내에 있는 연속 파일럿을 이용하여 정수배 주파수 옵셋을 구할 수 있다.
제4 추정 방법은 아래의 방법을 기초로 정수배 주파수 옵셋을 추정할 수 있다. 제4 추정 방법은 하나의 수신된 심볼과 CP 템플릿을 이용해서 정수배 주파수 옵셋을 구하는 방법으로 다음과 같다. 파일럿의 위치 및 파일럿의 값은 송수신단에서 알고 있기 때문에 수신단에서는 송신단에서 전송한 CP를 생성할 수 있으며, 이를 CP 템플릿이라 한다.
제5 추정 방법은 아래의 방법을 기초로 정수배 주파수 옵셋을 추정할 수 있다. 상관값 계산시 많은 파일럿을 사용할수록 상관값의 최대값은 커지고 추정 성능도 향상된다. 따라서 제5 추정 방법에서는 한 OFDM 심볼에 있는 모든 파일럿을 사용하여 정수배 주파수 옵셋을 추정한다.
여기서 는 제5 추정 방법을 통해 추정된 정수배 주파수 옵셋(이하, 제5 주파수 옵셋이라 함.)을, 는 번째 형태의 OFDM 심벌에서 번째 파일럿의 인덱스, 는 (단, ) 네 종류의 SP 패턴 중 번째 패턴의 번째 값을 의미한다.
복수의 주파수 추정 방법을 통해 산출된 주파수 옵셋값을 이용해 수신된 OFDM 심볼의 최종 주파수 옵셋을 산출한다(단계 S210).
복수의 주파수 추정 방법을 통해 산출된 주파수 옵셋은 추정 오류로 인해 서로 다른 값을 가질 수 있다. 따라서, 제1 추정 방법 내지 제5 추정 방법에 기초하여 산출된 주파수 옵셋은 소정의 수식을 통해 최종 주파수 옵셋값으로 결정될 수 있다. 최종 주파수 옵셋값을 산출하기 위한 소정의 수식은 다양하게 사용될 수 있다. 예를 들어, 산출된 제1 주파수 옵셋 내지 제5 주파수 옵셋값의 중앙값(Median Value)를 최종 주파수 옵셋값으로 사용하거나, 제1 주파수 옵셋 내지 제5 주파수 옵셋값의 평균값을 최종 주파수 옵셋값으로 사용하는 방법을 사용할 수 있다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 주파수 옵셋 추정 방법은 연속 파일럿(Continual Pilot, CP)과 분산 파일럿(Scattered Pilot, SP)을 이용하는 복수의 주파수 옵셋 추정 방법을 기초로 복수의 주파수 옵셋을 산출하는 단계; 및
상기 복수의 주파수 옵셋을 소정의 수식을 이용해 하나의 최종 주파수 옵셋으로 산출
도 3는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정수배 주파수 옵셋 추정 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3를 참조하면, 신호 대 잡음비를 산출한다(단계 S300).
본 발명의 다른 실시예에 따른 정수배 주파수 옵셋 추정 방법에서는 전술한 제1 추정 방법 내지 제5 추정 방법이 동일하게 사용될 수 있다. 제1 추정 방법 내지 제5 추정 방법은 신호 대 잡음비에 따라 추정 방법의 성능이 달라질 수 있다.
도 4 내지 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 주파수 옵셋 추정 방법들의 신호 대 잡음비에 따른 추정 성능을 비교한 그래프이다.
전술한 정수배 주파수 옵셋 추정방법인 제1 추정 방법 내지 제5 추정 방법들의 성능비교를 위해 AWGN 환경과 다중경로 레일리 페이딩 채널에서 모의실험을 하였다. 신호는 QPSK(quadrature phase shift keying) 변조 방식을 통해 생성하였으며, 동일한 조건을 위하여 일 때의 신호 대 잡음비에 따른 각 방법의 추정 실패 확률을 비교할 수 있다.
도 4는 제1 추정 방법부터 제5 추정 방법의 성능을 비교한 그래프이다.
도 4를 참조하면, 제5 추정 방법의 성능이 다른 제1 내지 제4 추정 방법에 비해 강건한 특성을 보인다. 제5 추정 방법을 제외하면, 신호 대 잡음비가 높아질수록 제2 추정 방법의 추정 성능이 다른 방법의 추정 성능보다 좋아짐을 확인할 수 있다.
한편, 제1 추정 방법은 제3 추정 방법보다 더 우수한 주파수 옵셋 추정 성능을 보인다. 이는 제1 추정 방법이 제3 추정 방법보다 한 단계를 더 거쳐 정수배 주파수 옵셋을 추정했기 때문이다. 동일한 수의 CP를 사용하는 제3 추정 방법과 제4 추정 방법의 결과를 비교하면, 제4 추정 방법의 성능이 제3 추정 방법보다 뛰어나다. 이는 제3 추정 방법에 사용된 CP는 잡음 등의 영향을 받는데 비해 방법 4에 사용된 CP는 잡음 등의 영향을 받지 않았기 때문이다.
잡음의 영향을 받지 않은 SP를 사용하는 제2 추정 방법과 SP와 CP 모두를 사용하는 제5 추정 방법의 결과를 비교하면, 사용하는 파일럿의 개수가 많은 제 5 추정 방법의 성능이 좋음을 알 수 있다.
도 5는 다중 경로 레일리 채널에서 제1 추정 방법 내지 제5 추정 방법의 성능을 분석한 그래프이다.
다중 경로 레일리 채널은 도플러 주파수는 100㎐이며 다중경로의 개수는 9개, 최대 8.75 의 지연을 가지며 지수적으로 전력이 감소하는 특성을 가진다. 보호구간의 길이는 28 으로 설정하였다.
신호 대 잡음비가 낮은 환경에서는 제5 추정 방법의 성능이 가장 좋지만 신호 대 잡음비가 높아질수록 제2 추정 방법 2의 성능이 가장 뛰어남을 확인 할 수 있다.
도 5를 참조하면, 제1 추정 방법과 제3 추정 방법의 성능 차이와 동일한 수의 CP를 사용하는 제3 추정 방법과 제4 추정 방법의 성능 차이 또한 AWGN 환경과 같은 원인으로 분석될 수 있다. 즉, 파일럿의 개수가 많을수록, 동일한 수의 파일럿을 사용한다면 잡음이 섞이지 않은 파일럿 템플릿을 사용하는 방법의 성능이 그렇지 않은 방법에 비해 주파수 옵셋 추정 성능이 뛰어남을 확인할 수 있다.
도 4 및 도 5에서 전술한 바와 같이 추정 방법의 성능은 신호 대 잡음비에 따라 추정 방법의 성능이 달라질 수 있다.
따라서, 단계 S300를 통해 현재 수신 채널의 신호 대 잡음비를 산출함으로써 현재 채널에서 주파수 옵셋을 추정하기 위해 최적의 방법을 알 수 있다.
신호 대 잡음비에 따른 주파수 옵셋 추정 방법을 선택하여 주파수 옵셋을 추정한다(단계 S310).
신호 대 잡음비를 산출하고 현재 신호 대 잡음비에 최적인 주파수 옵셋 추정 방법을 결정할 수 있다. 신호 대 잡음비에 따른 최적 주파수 옵셋 추정 방법은 미리 OFDM 단말에 룩업 테이블 형식으로 저장되어 있거나 신호를 전송하는 기지국과 같은 송신부에서 OFDM 단말에서 최적 주파수 옵셋 추정 방법을 헤더 정보로 전송하는 방식 등 다양한 방법이 사용될 수 있다.
즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 정수배 주파수 옵셋 추정 방법에서는 신호 대 잡음비를 산출하고 산출된 신호 대 잡음비를 기초로 복수의 주파수 옵셋 추정 방법(전술한 바와 같이, 연속하는 두 개의 OFDM 심볼의 동일 인덱스에 있는 CP를 사용하여 선택된 복수개의 주파수 옵셋 후보값으로부터 주파수 옵셋을 추정하는 제1 추정 방법, 복수개의 SP 패턴을 벡터화하여 주파수 옵셋을 추정하는 제2 추정 방법, 연속하는 두 개의 OFDM 심볼 내에 있는 연속 파일럿을 이용하여 정수배 주파수 옵셋을 산출하는 제3 추정 방법, 하나의 수신된 OFDM 심볼과 CP 템플릿을 이용해서 정수배 주파수 옵셋을 구하는 방법 제4 추정 방법, OFDM 심볼에 존재하는 모든 파일럿 정보를 사용하여 정수배 주파수 옵셋을 추정하는 제5 추정 방법) 중 하나의 주파수 옵셋 추정 방법을 선택하여 주파수 옵셋을 산출할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 OFDM 기반의 타이밍 옵셋 추정 방법에서 OFDM 단말과 기지국의 구성을 개략적으로 설명하는 블록도이다.
OFDM 단말(600)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, MS(Mobile Station), UT(User Terminal), SS(Subscriber Station), MT(Mobile Terminal), 무선 기기(Wireless Device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 기지국(670)은 OFDM 단말(600)과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, BS(Base Station), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point), 펨토 기지국(Femto BS), 피코 기지국(Pico BS), 릴레이(relay) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.
도 6을 참조하면, OFDM 단말(600)은 RF부(610), 메모리(620), 프로세서(630)를 포함한다. OFDM 단말(600)는 RF부(610)를 통하여 데이터를 송수신한다.
메모리(620)는 시스템 상에서 통신을 수행하기 위해 필요한 정보를 저장한다. 예를 들어, 메모리는 산출된 주파수 옵셋 및 상관 함수에 관련된 정보를 저장하거나, RACH 설정 정보, PRACH 설정 정보 등과 같은 시스템 정보와 기지국(670)으로부터 수신한 측정 제한에 관한 정보 등을 저장할 수 있다.
프로세서(630)는 상술한 본 발명에서 제안한 기능을 구현하고 이를 위해서 RF부(610) 및 메모리(620)와 연결되어 이들을 제어할 수 있다. 프로세서(630)는 측정부(640)와 제어부(650)를 포함한다.
측정부(640)는 RSRP(Reference Signal Received Power), RSRQ(Reference Signal Received Quality), SINR(Signal-to-Interference plus Noise Ratio) 등과 같은 채널 품질을 측정할 수 있다. 측정부(640)는 기지국(670)으로부터의 측정 제한에 따라서 정해진 서브 프레임에서 측정을 수행할 수도 있다.
또한 측정부(640)에는 주파수 옵셋 산출부(645)가 포함되어 수신된 신호에 기초하여 주파수 옵셋을 측정할 수 있다.
주파수 산출부(645)는 측정된 채널의 신호 대 잡음비를 기초로 연속하는 두 개의 OFDM 심볼의 동일 인덱스에 있는 CP를 사용하여 선택된 복수개의 주파수 옵셋 후보값으로부터 주파수 옵셋을 추정하는 제1 추정 방법, 복수개의 SP 패턴을 벡터화하여 주파수 옵셋을 추정하는 제2 추정 방법, 연속하는 두 개의 OFDM 심볼 내에 있는 연속 파일럿을 이용하여 정수배 주파수 옵셋을 산출하는 제3 추정 방법, 하나의 수신된 OFDM 심볼과 CP 템플릿을 이용해서 정수배 주파수 옵셋을 구하는 방법 제4 추정 방법, OFDM 심볼에 존재하는 모든 파일럿 정보를 사용하여 정수배 주파수 옵셋을 추정하는 제5 추정 방법 중 적어도 하나의 추정 방법을 사용하여 주파수 옵셋을 추정하거나, 복수의 주파수 옵셋 추정 방법에 따라 주파수 옵셋을 추정한 후 소정의 수식을 기초로 하나의 주파수 옵셋을 결정하여 산출할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 주파수 옵셋 산출부를 나타내는 블록도이다.
도 7을 참조하면, 주파수 옵셋 추정 장치는 주파수 옵셋 추정부(700), 주파수 옵셋 결정부(710)를 포함할 수 있다.
주파수 옵셋 추정부(700)는 전술한 주파수 옵셋 추정 방법인 제1 추정 방법 내지 제5 추정 방법을 이용하여 제1 주파수 옵셋 내지 제5 주파수 옵셋을 산출할 수 있다.
주파수 옵셋 결정부(710)는 산출된 주파수 옵셋값을 기초로 소정의 수식을 이용하여 하나의 최종적으로 하나의 주파수 옵셋을 결정할 수 있다. 예를 들어, 전술한 방법과 같이 현재의 채널의 신호 대 잡음비를 산출하여 가장 최적의 주파수 옵셋을 산출하거나, 산출된 제1 주파수 옵셋 내지 제5 주파수 옵셋에 소정의 수식을 적용하여 최종적으로 하나의 주파수 옵셋을 산출할 수 있다.
제어부(650)는 측정부(640)에서 산출된 주파수 옵셋에 기초하여 FFT를 수행할 수 있다. 또한 제어부(650)에서는 기지국(670)으로부터 수신한 시스템 정보 의 설정을 적용하여 랜덤 액세스 등의 필요한 절차를 수행할 수 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (15)
- 연속 파일럿(Continual Pilot, CP)과 분산 파일럿(Scattered Pilot, SP)을 이용하는 복수의 주파수 옵셋 추정 방법 중 하나의 주파수 옵셋 추정 방법을 기초로 복수의 주파수 옵셋 후보를 산출하는 단계; 및
상기 하나의 주파수 옵셋 추정 방법을 기초로 산출된 복수의 주파수 옵셋 후보 중 하나의 주파수 옵셋을 최종 주파수 옵셋으로 산출하는 단계를 포함하되,
상기 복수의 주파수 옵셋 추정 방법은,
연속하는 두 개의 OFDM 심볼의 동일 인덱스에 있는 CP를 사용하여 선택된 복수개의 주파수 옵셋 후보값으로부터 주파수 옵셋을 추정하는 제1 추정 방법;
복수개의 SP 패턴을 벡터화하여 주파수 옵셋을 추정하는 제2 추정 방법;
연속하는 두 개의 OFDM 심볼 내에 있는 연속 파일럿을 이용하여 정수배 주파수 옵셋을 산출하는 제3 추정 방법;
하나의 수신된 OFDM 심볼과 CP 템플릿을 이용해서 정수배 주파수 옵셋을 구하는 방법 제4 추정 방법; 및
OFDM 심볼에 존재하는 모든 파일럿 정보를 사용하여 정수배 주파수 옵셋을 추정하는 제5 추정 방법인 주파수 옵셋 추정 방법. - 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 복수의 주파수 옵셋을 소정의 수식을 이용해 하나의 최종 주파수 옵셋으로 산출하는 단계는,
상기 제1 추정 방법에 의해 산출된 제1 주파수 옵셋, 상기 제2 추정 방법에 의해 산출된 제2 주파수 옵셋, 상기 제3 추정 방법에 의해 산출된 제3 주파수 옵셋, 상기 제4 추정 방법에 의해 산출된 제4 주파수 옵셋, 상기 제5 추정 방법에 의해 산출된 제5 주파수 옵셋의 중앙값을 상기 최종 주파수 옵셋으로 산출하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋 추정 방법. - 제1항에 있어서, 상기 복수의 주파수 옵셋을 소정의 수식을 이용해 하나의 최종 주파수 옵셋으로 산출하는 단계는,
상기 제1 추정 방법에 의해 산출된 제1 주파수 옵셋, 상기 제2 추정 방법에 의해 산출된 제2 주파수 옵셋, 상기 제3 추정 방법에 의해 산출된 제3 주파수 옵셋, 상기 제4 추정 방법에 의해 산출된 제4 주파수 옵셋, 상기 제5 추정 방법에 의해 산출된 제5 주파수 옵셋의 평균값을 상기 최종 주파수 옵셋으로 산출하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋 추정 방법. - 제1항에 있어서, 상기 주파수 옵셋 추정 방법은,
DVB-T(Digital Video Broadcasting-Terrestrial)시스템에서 사용되는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋 추정 방법. - 신호 대 잡음비를 산출하는 단계; 및
상기 산출된 신호 대 잡음비를 기초로 복수의 주파수 옵셋 추정 방법 중 하나의 주파수 옵셋 추정 방법을 선택하여 주파수 옵셋을 산출하는 단계를 포함하되,
상기 복수의 주파수 옵셋 추정 방법은,
연속하는 두 개의 OFDM 심볼의 동일 인덱스에 있는 CP를 사용하여 선택된 복수개의 주파수 옵셋 후보값으로부터 주파수 옵셋을 추정하는 제1 추정 방법;
복수개의 SP 패턴을 벡터화하여 주파수 옵셋을 추정하는 제2 추정 방법;
연속하는 두 개의 OFDM 심볼 내에 있는 연속 파일럿을 이용하여 정수배 주파수 옵셋을 산출하는 제3 추정 방법;
하나의 수신된 OFDM 심볼과 CP 템플릿을 이용해서 정수배 주파수 옵셋을 구하는 방법 제4 추정 방법; 및
OFDM 심볼에 존재하는 모든 파일럿 정보를 사용하여 정수배 주파수 옵셋을 추정하는 제5 추정 방법인 주파수 옵셋 추정 방법. - 삭제
- 제6항에 있어서, 상기 산출된 신호 대 잡음비를 기초로 복수의 주파수 옵셋 추정 방법 중 하나의 주파수 옵셋 추정 방법을 선택하여 주파수 옵셋을 산출하는 단계는,
미리 OFDM 단말에 신호 대 잡음비와 주파수 옵셋 추정 방법을 매핑한 매핑 테이블을 이용하거나, 상기 OFDM으로 신호를 전송하는 기지국에서 주파수 옵셋 추정 방법 정보를 제공하는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋 추정 방법. - 제6항에 있어서, 상기 주파수 옵셋 추정 방법은,
DVB-T(Digital Video Broadcasting-Terrestrial)시스템에서 사용되는 것을 특징으로 하는 주파수 옵셋 추정 방법. - OFDM 신호를 수신하는 RF부; 및
상기 RF부로부터 수신된 OFDM 신호를 제공받아 복수의 주파수 옵셋 추정 방법을 기초로 소정의 최종 주파수 옵셋을 산출하는 주파수 옵셋 산출부를 포함하되,
상기 주파수 옵셋 산출부는,
복수의 주파수 옵셋 추정 방법을 기초로 복수의 주파수 옵셋을 산출하는 주파수 옵셋 추정부; 및
상기 주파수 옵셋 산출부에서 산출된 상기 복수의 주파수 옵셋 중 하나의 주파수 옵셋을 최종 주파수 옵셋으로 선택하는 주파수 옵셋 결정부를 더 포함하고
상기 복수의 주파수 옵셋 추정 방법은,
연속하는 두 개의 OFDM 심볼의 동일 인덱스에 있는 CP를 사용하여 선택된 복수개의 주파수 옵셋 후보값으로부터 주파수 옵셋을 추정하는 제1 추정 방법;
복수개의 SP 패턴을 벡터화하여 주파수 옵셋을 추정하는 제2 추정 방법;
연속하는 두 개의 OFDM 심볼 내에 있는 연속 파일럿을 이용하여 정수배 주파수 옵셋을 산출하는 제3 추정 방법;
하나의 수신된 OFDM 심볼과 CP 템플릿을 이용해서 정수배 주파수 옵셋을 구하는 방법 제4 추정 방법; 및
OFDM 심볼에 존재하는 모든 파일럿 정보를 사용하여 정수배 주파수 옵셋을 추정하는 제5 추정 방법인 OFDM 단말. - 삭제
- 삭제
- 제10항에 있어서, 상기 주파수 옵셋 결정부는,
상기 제1 추정 방법에 의해 산출된 제1 주파수 옵셋, 상기 제2 추정 방법에 의해 산출된 제2 주파수 옵셋, 상기 제3 추정 방법에 의해 산출된 제3 주파수 옵셋, 상기 제4 추정 방법에 의해 산출된 제4 주파수 옵셋, 상기 제5 추정 방법에 의해 산출된 제5 주파수 옵셋의 중앙값을 상기 최종 주파수 옵셋으로 산출하는 것을 특징으로 하는 OFDM 단말. - 제10항에 있어서, 상기 주파수 옵셋 결정부는,
상기 제1 추정 방법에 의해 산출된 제1 주파수 옵셋, 상기 제2 추정 방법에 의해 산출된 제2 주파수 옵셋, 상기 제3 추정 방법에 의해 산출된 제3 주파수 옵셋, 상기 제4 추정 방법에 의해 산출된 제4 주파수 옵셋, 상기 제5 추정 방법에 의해 산출된 제5 주파수 옵셋의 평균값을 상기 최종 주파수 옵셋으로 산출하는 것을 특징으로 하는 OFDM 단말. - 제10항에 있어서, 상기 주파수 옵셋 산출부는,
측정된 채널의 신호 대 잡음비를 기초로, 연속하는 두 개의 OFDM 심볼의 동일 인덱스에 있는 CP를 사용하여 선택된 복수개의 주파수 옵셋 후보값으로부터 주파수 옵셋을 추정하는 제1 추정 방법;
복수개의 SP 패턴을 벡터화하여 주파수 옵셋을 추정하는 제2 추정 방법;
연속하는 두 개의 OFDM 심볼 내에 있는 연속 파일럿을 이용하여 정수배 주파수 옵셋을 산출하는 제3 추정 방법;
하나의 수신된 OFDM 심볼과 CP 템플릿을 이용해서 정수배 주파수 옵셋을 구하는 방법 제4 추정 방법; 및
OFDM 심볼에 존재하는 모든 파일럿 정보를 사용하여 정수배 주파수 옵셋을 추정하는 제5 추정 방법 중 적어도 하나의 추정 방법을 사용하여 주파수 옵셋을 추정하는 것을 특징으로 하는 OFDM 단말.
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