KR101452563B1 - 프레임 동기 획득 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프레임 동기를 획득하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 방법은 채널을 거친 훈련 심볼을 수신하고, 시간 영역에서 훈련 심볼과 수신된 신호간의 상관값을 계산하고, 가장 큰 상관값을 가지는 훈련 심볼 위치를 결정하고, 훈련 심볼 위치를 싱크 추적기에 알려주고, 훈련 심볼 위치에 의거하여 보호 구간을 제거한 후에 주파수 영역에서 수신 신호를 분석하기 위해서 FFT를 실행하는 단계를 포함한다.

Description

프레임 동기 획득 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ACQUARING FRAME SYNCHRONIZATION}

본 발명은 OFDM기반의 시스템에서 프레임 동기를 획득하는 기술에 관한 것이다.

OFDM기반의 시스템의 경우 프레임의 시작을 표시 하기 위해 송수신 부에서 알고 있는 훈련 심볼을 사용한다. 송신부와 수신부가 정상적인 통신을 이루기 위해서는 수신 부에서 프레임의 시작 표시인 훈련 심볼을 찾아야만 한다. 본 발명은 OFDM기반의 시스템에서 프레임 동기를 획득하는 기술에 관한 것이다.

도[1]은 기존에 사용되고 있는 동기 획득 방법에 대한 그림이다. 이 경우 수신되는 훈련 심볼에 대한 상관 값을 구하여 최대지점을 찾는 방법을 이용하여 프레임 동기를 획득하였다.

이 방법을 이용하는 경우 도[3]과 같이 다중 경로가 존재하는 채널 상황에서 각 경로의 파워에 따라 최대 지점이 변화되고 이로 인해 정밀한 최대지점이 나오기 힘들기 때문에 안정적이지 못한 값을 얻을 수 있다.

그리고 여러 경로로 수신 되는 신호 중 첫 번째 경로에 해당하는 신호를 기준으로 FFT을 취해야만 ISI가 발생하지 않는데 종래의 기술을 이용하는 경우 어떤 상관 값의 위치가 다중 경로 중 첫 번째 신호에 해당 하는 위치 인지 알 수 없기 때문에 ISI가 발생 될 수 있다.

따라서 본 특허에서는 각 경로를 구분하여 검출할 수 있고 첫 번째 경로로 수신되는 신호의 위치를 알 수 있는 방법을 제시하여 보다 정확하고 안정적인 프레임 동기 획득 방법을 제안 한다.

본 발명의 목적은 정확하고 안정적으로 프레임 동기를 획득하기 위한 것이다.

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 기반 통신 시스템에서, 송수신간 통신이 이루지기 위해서는 초기 동기화 과정이 필요하다. 이를 위해 수신부에서는 미리 정해진 훈련 심볼로 구성된 프레임의 첫 번째 신호를 검출해야 한다. 기존에는 상관기를 두어 FFT전의 시간영역 신호를 이용하여 동기를 획득하였다. OFDM기반 시스템에서 ISI(Inter Symbol Interference)를 피하기 위해서는 여러 경로 중 첫 번째 경로로 수신되는 신호를 검출 할 수 있어야 하는데, 기존의 방법을 이용하는 경우 다중 경로가 존재하는 채널 상황에서 첫 번째 경로로 수신 되는 신호와 다른 경로로 수신 되는 신호를 구분할 수 없게 된다. 따라서 본 발명은 기존의 FFT전 시간 영역 신호의 상관 값을 활용하면서 경로 별로 지연 되는 위치를 검출할 수 있도록 하여 다중 경로가 존재하는 환경하에 ISI를 없애는 동기 획득 방법을 제시한다. 또한 기존의 상관기만 사용하는 경우 정밀한 최대지점을 얻기 힘들지만 제안하는 방법을 이용하여 경로 별 지연 위치를 구분하여 검출하면 정밀한 동기 지점을 얻을 수 있기 때문에 안정적인 동기 위치를 찾을 수 있다.

본 발명은 종래의 기술 보다 다중 경로 채널 환경에서 첫 번째 수신 되는 경로의 신호의 프레임 동기를 정확히 파악 할 수 있기 때문에 OFDM시스템에서 치명적인 심볼간 간섭 문제를 피할 수 있는 프레임의 시작 시점을 구 할 수 있다.

또한 수신 되는 신호를 경로 별로 검출 할 수 있기 때문에 동기 위치 판단시 안정적인 값을 얻을 수 있다.

도 1은 기존의 프레임 동기 획득 방법을 설명하기 위한 도면,
도 2는 제안하는 프레임 동기 획득 방법을 설명하기 위한 도면,
도 3은 기존 방법인 상관기만 이용하는 경우 시뮬레이션 결과
도 4는 기존 방법에 제안 하는 방법을 적용한 경우 시뮬레이션 결과

발명의 실시를 위한 최선의 형태

본 발명은 채널을 거친 훈련 심볼을 안테나를 통해 수신하고, 시간영역의 훈련심볼과 수신되는 신호와의 상관 값을 계산하며, 상관 값 중 가장 큰 값을 훈련 심볼이 위치해 있는 곳으로 판단 하고 동기 추적 부에 그 위치를 알려 주고, 상기 위치에 따라 보호구간을 제거 한 뒤 주파수 영역으로 신호를 해석 하기 위해 FFT를 수행하는 것을 특징으로 한다.

발명의 실시를 위한 형태

OFDM 기반의 시스템에서, 프레임의 첫 번째 심볼은 송수신 부에서 알고 있는 훈련 심볼이다. 송신 부에서는 훈련 심볼의 주파수 영역의 값 P(k)을 IFFT 한 후 안테나를 통해 송신 한다.

이후 송신 되는 시간영역의 훈련 심볼 p(n)은 식(2)와 같이 지연되어 수신 부에 수신 된다.

수신 부에서는 이 신호를 찾기 위해 수신 부에서 알고 있는 시간영역의 훈련 심볼과 상관값을 구해서 최대 지점을 찾는다.

위에서 구한 최대 지점을 바탕으로 수신 된 신호에 대해 보호구간을 제거 하고 FFT를 수행 한다.

이 식을 전개 하면 식(4)과 같다

식(4)은 FFT 이후의 결과이며 훈련 심볼 P(k)와 지연에 의해 발생된 위상 회전 항

이 곱해진 형태가 된다.

지연에 의해 발생된 위상 항

만을 구하기 위해 주파수 영역의 훈련 심볼을 곱해서 훈련 심볼 항을 제거 한다.

(여기서 훈련 심볼의 주파수 영역의 값은 1혹은 -1로 가정한다.)

주파수 영역의 훈련 심볼을 곱하고 난 후의 값을 IFFT를 취하면 식(5)와 같이 된다.

이 때

인 경우만 결과가 N이 된다. 즉 도[4]와 같이 지연된 지점에서만 N으로 값이 나오고 나머지 n에서는 0 이 된다. 따라서 delay 된 지점을 정확히 알 수 있게 된다. 식(5)은 단일 path에서의 결과 이고 식(6)은 다중 경로가 존재 하는 경우의 IFFT결과 이다.

다중 경로가 존재하는 경우 그 위치 마다 차례로 결과 N이 나오게 된다. 이 경우 첫 번째로 검출 되는 값에 해당하는 위치를 프레임 동기에 이용하면 ISI를 없앨 수 있는 동기 위치를 정확히 찾을 수 있게 된다.

도[2]는 제안 하는 방법에 대한 그림이다. 제안 하는 OFDMA 하향 링크 프레임 동기 획득 장치는

- 송수신 부에서 동일하게 사용하는 훈련심볼의 시간 영역의 값을 저장 하고 있는 시간 영역 훈련 심볼 테이블

- 수신되는 시간영역의 훈련 심볼과 수신 부에서 이미 알고 있는 훈련 심볼과의 상관 값을 구하기 위한 상관기,

- 상관기에서 출력되는 상관 값에서 최대 값 및 그 위치를 찾는 최대값 검출기,

- 수신되는 신호의 보호구간을 제거하는 보호구간 제거기,

- 수신된 신호의 주파수 영역을 해석하기 위한 FFT수행기,

- FFT수행기의 출력인 지연에 의한 위상 회전 항과 훈련심볼 항 중 훈련 심볼을 제거하기 위한 훈련 심볼 제거기,

- 송수신 부에서 동일하게 사용하는 훈련심볼의 주파수 영역의 값을 저장 하고 있는 주파수 영역 훈련 심볼 테이블

- 지연에 의한 위상회전 항을 통해 지연된 위치를 찾기 위한 IFFT수행기,

- 다중 경로 중 첫 번째 경로를 찾기 위한 동기 위치 판단부,

- 초기 동기 획득 부와 동기 추적부에서 출력되는 동기 위치 중 하나를 선택하는 스위치,로 구성되어 있다. 본 발명은 다음과 같이 동작 된다.

OFDM 기반의 시스템에서, 송신부에서는 프레임의 첫 번째 지점을 알려 주기 위해 수신부 에서도 알고 있는 훈련심볼을 프레임의 가장 처음에 보내준다. 수신부에서는 채널을 거친 훈련 심볼을 안테나를 통해 수신하게 되고 이 수신된 신호는 Down Conversion과 De-modulation, 그리고 A/D Conversion을 거쳐 기저대역의 신호가 된다.

도2와 같이 동기를 이루는 과정에는 초기 동기 획득 부와 동기 추적 부로 나눌 수 있다. 초기 동기 획득 부에서는 수신부에서 알고 있는 시간영역의 훈련심볼과 수신되는 신호와의 상관 값을 계산한다. 이 상관 값 중 가장 큰 값을 훈련 심볼이 위치해 있는 곳으로 판단 하고 동기 추적 부에 그 위치를 알려 준다.

동기 추적 부에서는 초기 동기 획득 부 에서 받은 위치를 기준으로 보호구간을 제거 한 뒤 주파수 영역으로 신호를 해석 하기 위해 FFT를 수행하게 된다.

FFT 이후 출력되는 신호는 훈련심볼과 지연으로 인해 발생된 항으로 구성 되어 있다. 이 신호는 훈련 심볼 제거기를 통해 지연으로 인해 발생된 항만을 알 수 있게 된다. 훈련 심볼 제거기에서는 입력 되는 신호와 수신부에 미리 알고 있는 주파수 영역의 훈련 심볼과 곱하여 부호를 만들어 줌으로써 훈련 심볼 항을 제거하는 역할을 한다. 이로 인해 지연에 의해 발생된 위상 회전 항만 남은 신호를 IFFT해 줌으로써 지연된 위치를 검출 할 수 있게 된다. 이 때 다중 경로가 존재하는 경우 각 경로에 따라 지연 정도를 별도로 검출 할 수 있기 때문에 동기 위치 판단부 에서는 첫 번째 경로의 위치를 알 수 있게 된다.

처음 동기화 과정에는 초기 동기 획득 부의 동기 신호를 사용하며 이 후 동기 추적 부로부터 정밀 위치가 출력 되면 동기 추적부의 동기 신호를 사용한다.

산업상 이용가능성

OFDM 방식의 시스템에서 정확하고 안정적인 프레임 동기 획득에 사용될 수 있다.

Claims (10)

1. 프레임 동기 획득 장치에서 수행되는 프레임 동기 획득 방법에 있어서,
   수신된 프레임 중 제1 훈련 심볼의 위치 정보를 획득하는 단계;
   상기 획득한 제1 훈련 심볼의 위치 정보에 기초하여 상기 제1 훈련 심볼의 보호 구간을 제거하는 단계;
   상기 보호 구간을 제거한 제1 훈련 심볼에 고속푸리에변환(Fast Fourier Transform, FFT)을 수행하는 단계;
   상기 고속푸리에변환을 수행한 결과로부터 훈련 심볼 성분을 제거하는 단계;
   상기 훈련 심볼 성분을 제거한 결과에 역고속푸리에변환(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT)을 수행하는 단계; 및
   상기 역고속푸리에변환을 수행한 결과에 기초하여 프레임 동기 위치를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프레임 동기 획득 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 수신된 프레임 중 제1 훈련 심볼의 위치 정보를 획득하는 단계는,
   상기 수신된 프레임에 포함된 상기 제1 훈련 심볼과 미리 저장된 시간 영역의 제2 훈련 심볼 사이의 상관값을 획득하는 단계;
   상기 획득한 상관값 중 최대 크기의 상관값을 검출하는 단계; 및
   상기 검출한 최대 크기의 상관값에 기초하여 상기 제1 훈련 심볼의 위치 정보를 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프레임 동기 획득 방법.
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 고속푸리에변환을 수행한 결과로부터 훈련 심볼 성분을 제거하는 단계는,
   상기 고속푸리에변환을 수행한 결과에 미리 저장된 주파수 영역의 제3 훈련 심볼을 곱하여 상기 고속푸리에변환을 수행한 결과에서 훈련 심볼 성분을 제거하는 것을 특징으로 하는 프레임 동기 획득 방법.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 역고속푸리에변환을 수행한 결과에 기초하여 프레임 동기 위치를 결정하는 단계는,
   상기 역고속푸리에변환을 수행한 결과로부터 복수의 지연 위치를 획득하는 단계; 및
   상기 획득한 복수의 지연 위치 중 최초로 획득한 지연 위치를 프레임 동기 위치로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프레임 동기 획득 방법.
6. 수신된 프레임 중 제1 훈련 심볼의 위치 정보를 획득하고 상기 획득한 제1 훈련 심볼의 위치 정보를 제공하는 초기 동기 획득부;
   상기 제1 훈련 심볼의 위치 정보에 기초하여 상기 제1 훈련 심볼의 보호 구간을 제거하고, 상기 보호 구간을 제거한 제1 훈련 심볼에 고속푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)을 수행하는 동기 추적부를 포함하 고,
   상기 동기 추적부는,
   상기 제1 훈련 심볼의 위치 정보에 기초하여 상기 제1 훈련 심볼의 보호 구간을 제거하고, 상기 보호 구간을 제거한 제1 훈련 심볼을 제공하는 보호구간 제거기;
   상기 보호 구간을 제거한 제1 훈련 심볼에 고속푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)을 수행하는 FFT 수행기;
   상기 고속푸리에변환을 수행한 결과로부터 훈련 심볼 성분을 제거하여 제공하는 훈련 심볼 제거기;
   상기 훈련 심볼 성분을 제거한 결과에 역고속푸리에변환(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT)을 수행하여 제공하는 IFFT 수행기; 및
   상기 역고속푸리에변환을 수행한 결과에 기초하여 프레임 동기 위치를 결정하는 동기 위치 판단부를 포함하는 프레임 동기 획득 장치.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 초기 동기 획득부는,
   상기 수신된 프레임에 포함된 상기 제1 훈련 심볼과 미리 저장된 시간 영역의 제2 훈련 심볼 사이의 상관값을 획득하고 상기 획득한 상관값을 제공하는 상관기; 및
   상기 획득한 상관값 중 최대 크기의 상관값을 검출하고 상기 검출한 최대 크기의 상관값에 기초하여 상기 제1 훈련 심볼의 위치 정보를 획득한 후 상기 획득한 제1 훈련 심볼의 위치 정보를 상기 동기 추적부에 제공하는 최대값 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 프레임 동기 획득 장치.
8. 삭제
9. 청구항 6에 있어서,
   상기 훈련 심볼 제거기는,
   상기 고속푸리에변환을 수행한 결과에 주파수 영역의 제3 훈련 심볼을 곱하여 상기 고속푸리에변환을 수행한 결과에서 훈련 심볼 성분을 제거하는 것을 특징으로 하는 프레임 동기 획득 장치.
10. 청구항 6에 있어서,
    상기 동기 위치 판단부는,
    상기 역고속푸리에변환을 수행한 결과로부터 복수의 지연 위치를 획득하고 상기 획득한 복수의 지연 위치 중 최초로 획득한 지연 위치를 프레임 동기 위치로 결정하는 것을 특징으로 하는 프레임 동기 획득 장치.
    

Images