KR101525931B1

KR101525931B1 - Ofdm 시스템에서의 주파수 오프셋 추정 방법 및 ofdm 수신기

Info

Publication number: KR101525931B1
Application number: KR1020130087118A
Authority: KR
Inventors: 채근홍; 윤석호
Original assignee: 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2013-07-24
Filing date: 2013-07-24
Publication date: 2015-06-04
Also published as: US20150030108A1; US9184972B2; KR20150011918A

Abstract

주파수 오프셋 추정 방법은 주기성을 갖는 제1 훈련 심볼 및 임의의 제2 훈련 심볼을 수신하는 단계, CPB(coherence phase bandwidth)를 이용하여 제1 훈련 심볼에 대한 상관값을 연산하는 단계, 문턱값을 이용하여 상관값에서 첫번째 첨두치의 위치를 결정하는 단계, 정수배 주파수 오프셋 후보의 크기를 제1 훈련 심볼의 주기의 수로 나눈 간격값을 기준으로 나머지 첨두치의 위치를 결정하는 단계 및 CPB를 이용하여 제2 훈련 심볼에 대한 상관값을 연산하고, 첨두치의 위치를 이용하여 제2 훈련 심볼에 대한 상관값의 최대값 지점을 주파수 오프셋으로 추정하는 단계를 포함한다.

Description

OFDM 시스템에서의 주파수 오프셋 추정 방법 및 OFDM 수신기{FREQUENCY OFFSET ESTIMATION METHOD IN OFDM SYSTEM AND OFDM RECEIVER}

이하 설명하는 기술은 OFDM 시스템에서 주파수 오프셋을 추정하는 방법 및 이 방법을 사용하는 OFDM 수신기에 관한 것이다.

직교 주파수 분할 다중화 (orthogonal frequency division multiplexing; OFDM) 기술은 가용 주파수 대역을 다수의 부대역으로 나누고, 신호를 서로 직교인 각각의 부대역 반송 주파수를 중심으로 중첩되게 할당하여 전송하는 방식이다.

단일 반송파 시스템에 비해 다중경로 페이딩 채널 환경에서 성능이 우수하고, 전송 속도가 빠르며, 주파수 효율이 좋기 때문에, 무선 통신 표준 변조 방식으로 많이 사용되고 있다.

그러나, OFDM 시스템은 주파수 오프셋에 매우 민감하다는 단점이 있다. 정수 주파수 오프셋은 고속 푸리에 변환을 (fast Fourier transform: FFT) 통해 복조된 OFDM 심볼의 부반송파 색인의 이동에 대한 간섭을 초래하고, 소수 주파수 오프셋은 부반송파 간 직교성을 파괴함으로써 부반송파 간 간섭을 (intercarrier interference: ICI) 초래한다.

이에 주파수 오프셋에 의한 OFDM 시스템의 심각한 성능 저하를 막기 위해 여러 심볼을 이용한 다양한 주파수 오프셋 추정 기법들이 제안되었다. OFDM 시스템의 주파수 오프셋의 추정을 위하여 다양한 주파수 오프셋 추정 방법들이 제안되어 왔으며, 이는 크게 훈련 심벌 (training symbol) 기반 주파수 오프셋 추정 방법과 블라인드 (blind) 기반 오프셋 추정 방법으로 구분할 수 있다. 훈련 심벌 기반 주파수 오프셋 추정 방법은 송신단에서 전송한 특정 구조의 파일럿 (pilot)을 이용하여 주파수 오프셋을 추정한다.

훈련 심벌 기반 주파수 오프셋 추정 방법은 블라인드 기반 주파수 오프셋 추정 방법에 비해 전송 효율이 다소 떨어지나, 추정 성능이 뛰어난 장점이 있다. 훈련 심벌 기반 주파수 오프셋 추정 방법은 T. M. Schmidl 및 D. C. Cox가 공개한 논문("Robust frequency and timing synchronization for OFDM," IEEE Trans. Commun., vol. 45, no. 12, pp. 1613-1621, Dec. 1997.)을 참조할 수 있다.

한국공개특허 제10-2010-0000606호

Keukjoon Bang, Namshin Cho, Jaehee Cho, Heeyoung Jun, Kwangchul Kim, Hyuncheol Park, and Daesik Hong "A coarse frequency offset estimation in an OFDM system using the concept of the coherence phase bandwidth" IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS, VOL. 49, NO. 8, pp. 1320 - 1324, AUGUST 2001.

공개논문 "A coarse frequency offset estimation in an OFDM system using the concept of the coherence phase bandwidth"는 OFDM 시스템에서 시간 오프셋이 정수배 주파수 오프셋 추정 성능에 영향을 주는 것을 고려하기 위해서 CPB (coherence phase bandwidth)를 사용하여 시간 오프셋에 강인한 정수배 주파수 오프셋 추정 방법을 제안하였다. 그러나 논문에서 공개한 기법은 시간 오프셋에 강인한 정수배 주파수 오프셋 추정을 제공하지만 정수배 주파수 오프셋이 커짐에 따라 해당 기법의 연산 복잡도가 급격히 증가하는 문제점이 있다.

한국공개특허 제10-2010-000606호는 상기 문제점을 해결하고자 문턱값을 이용하여 정수배 주파수 오프셋 후보들을 줄이는 기법을 소개한다. 그러나 이 기법은 정수배 주파수 오프셋 후보값의 수가 많아지면 연산 복잡도가 상당히 높게 나타나는 문제점이 있다.

이하 설명하는 기술은 주기성을 갖는 훈련 심볼의 상관값으로부터 첨두치의 위치를 파악하고, 이를 통해 임의의 훈련 심볼에 대한 주파수 오프셋 후보를 줄이고자 한다.

이하 설명하는 기술의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 주파수 오프셋 추정 방법은 주기성을 갖는 제1 훈련 심볼 및 임의의 제2 훈련 심볼을 수신하는 단계, CPB(coherence phase bandwidth)를 이용하여 제1 훈련 심볼에 대한 상관값을 연산하고, 문턱값을 이용하여 정수배 주파수 오프셋 후보에 대한 첨두치의 위치를 결정하는 단계 및 CPB를 이용하여 제2 훈련 심볼에 대한 상관값을 연산하고, 첨두치의 위치를 이용하여 제2 훈련 심볼에 대한 상관값의 최대값 지점을 주파수 오프셋으로 추정하는 단계를 포함한다.

첨두치의 위치를 결정하는 단계는 제1 훈련 심볼의 수신 신호에 대한 상관값을 연산하는 단계, 문턱값을 이용하여 상관값에서 첫번째 첨두치의 위치를 결정하는 단계 및 정수배 주파수 오프셋 후보의 크기를 제1 훈련 심볼의 주기의 수로 나눈 간격값을 기준으로 나머지 첨두치의 위치를 결정하는 단계를 포함한다.

나머지 첨두치의 위치는 첫번째 첨두치의 위치로부터 시작하여 간격값을 기준으로 주기적으로 나타난다.

본 발명의 다른 측면에서 주파수 오프셋 추정 방법은 주기성을 갖는 제1 훈련 심볼 및 임의의 제2 훈련 심볼을 수신하는 단계, CPB(coherence phase bandwidth)를 이용하여 제1 훈련 심볼에 대한 제1 상관값 및 제2 훈련 심볼에 대한 제2 상관값을 연산하는 단계, 문턱값을 이용하여 제1 훈련 심볼의 정수배 주파수 오프셋 후보에 대한 첨두치의 위치를 결정하는 단계 및 첨두치의 위치를 이용하여 제2 훈련 심볼에 대한 상관값의 최대값 지점을 주파수 오프셋으로 추정하는 단계를 포함한다.

첨두치의 위치를 결정하는 단계는

로 연산되는 제1 상관값에서 정수배 주파수 오프셋 후보인 d = {0, 1, ..., N-1}를 1씩 증가시키면서 연산된 제1 상관값이

로 정의되는 문턱값을 넘을 때의 d를 첫번째 첨두치의 위치로 결정하는 단계 및 정수배 주파수 오프셋 후보의 크기를 제1 훈련 심볼의 주기의 수로 나눈 간격값을 기준으로 첫번째 첨두치의 위치로부터 나머지 첨두치의 위치를 결정하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 측면에서 OFDM 수신기는 주기성을 갖는 제1 훈련 심볼 및 임의의 제2 훈련 심볼을 수신하는 RF부 및 제1 훈련 심볼에 대해 연산된 CPB(coherence phase bandwidth) 상관값 및 문턱값을 이용하여 정수배 주파수 오프셋 후보에 대한 첨두치의 위치를 결정하고, 첨두치의 위치를 기준으로 제2 훈련 심볼에 대해 연산된 CPB 상관값의 최대값 지점을 주파수 오프셋으로 추정하는 주파수 오프셋 프로세서를 포함한다.

주파수 오프셋 프로세서는 제1 훈련 심볼의 수신 신호에 대한 상관값을 연산하고, 문턱값을 이용하여 상관값에서 첫번째 첨두치의 위치를 결정하고, 정수배 주파수 오프셋 후보의 크기를 제1 훈련 심볼의 주기의 수로 나눈 간격값을 기준으로 나머지 첨두치의 위치를 결정한다.

주파수 오프셋 프로세서는 상관값(

)을

로 연산하고, 첫번째 첨두치의 위치를 상관값에 대한 연산 과정에서 정수배 주파수 오프셋 후보인 d = {0, 1, ..., N-1}를 1씩 증가시키면서 연산된 상관값이 문턱값(

)을 넘는 때의 d로 결정한다.

한편 제1 훈련 심볼과 상기 제2 훈련 심볼은

인 관계를 갖는다. 여기서,

는

번째 반송파에서 제1 훈련 심볼,

는

번째 반송파에서 제2 훈련 심볼,

은 N-모듈러 연산,

은 푸리에 변환의 크기,

는 제 1 훈련심볼의 주기를 의미한다.

이하 설명하는 기술은 주기성을 갖는 훈련 심볼과 임의의 훈련 심볼을 이용하여 주파수 오프셋을 추정한다. 주기성을 갖는 훈련 심볼을 통해 주파수 오프셋 후보를 줄이기 때문에 정수배 주파수 오프셋의 수가 많아져도 연산 복잡도가 높지 않다.

이하 설명하는 기술의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 OFDM 시스템에서의 주파수 오프셋 추정 방법에 대한 순서도의 예이다.
도 2는 OFDM 시스템에서의 주파수 오프셋 추정 방법에 대한 순서도의 다른 예이다.
도 3은 OFDM 수신기의 구성을 도시한 블록도의 예이다.
도 4는 주기성 훈련 심볼과 임의의 훈련 심볼을 이용하는 OFDM 수신기의 구성을 도시한 블록도의 예이다.
도 5(a)는 종래 발명의 주파수 오프셋 추정 성능에 대한 실험 결과를 도시한 그래프이고, 도 5(b)는 주기성 훈련 심볼과 임의의 훈련 심볼을 이용하는 주파수 오프셋 추정 기법에 대한 추정 성능 결과를 도시한 그래프이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 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.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 단지 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.

본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함한다" 등의 용어는 설시된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도면에 대한 상세한 설명을 하기에 앞서, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다. 따라서, 본 명세서를 통해 설명되는 각 구성부들의 존재 여부는 기능적으로 해석되어야 할 것이며, 이러한 이유로 본 발명의 OFDM 수신기(600)에 따른 구성부들의 구성은 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 한도 내에서 도 4 등과는 상이해질 수 있음을 명확히 밝혀둔다.

또, 방법 또는 동작 방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.

한편 본 발명에 대한 설명은 전술한 한국공개특허 제10-2010-000606호에 기재된 기술 내용을 포함한다.

이하에서는 도면을 참조하면서 OFDM 시스템에서의 주파수 오프셋 추정 방법및 이 추정 방법을 사용하는 OFDM 수신기에 관하여 구체적으로 설명하겠다. 본 발명에서 주파수 오프셋 추정은 훈련 심볼을 이용한 기법이다.

도 1은 OFDM 시스템에서의 주파수 오프셋 추정 방법(100)에 대한 순서도의 예이다. 주파수 오프셋 추정 방법은 주기성을 갖는 제1 훈련 심볼 및 임의의 제2 훈련 심볼을 수신하는 단계(110), CPB(coherence phase bandwidth)를 이용하여 제1 훈련 심볼에 대한 상관값을 연산하는 단계(120), 문턱값을 이용하여 상관값에서 첫번째 첨두치의 위치를 결정하는 단계(130), 정수배 주파수 오프셋 후보의 크기를 제1 훈련 심볼의 주기의 수로 나눈 간격값을 기준으로 나머지 첨두치의 위치를 결정하는 단계(140) 및 CPB를 이용하여 제2 훈련 심볼에 대한 상관값을 연산하고, 첨두치의 위치를 이용하여 제2 훈련 심볼에 대한 상관값의 최대값 지점을 주파수 오프셋으로 추정하는 단계(150)를 포함한다.

도 2는 OFDM 시스템에서의 주파수 오프셋 추정 방법에 대한 순서도의 다른 예이다. 도 2의 주파수 오프셋 추정 방법은 주기성을 갖는 제1 훈련 심볼 및 임의의 제2 훈련 심볼을 수신하는 단계(210), CPB(coherence phase bandwidth)를 이용하여 제1 훈련 심볼에 대한 제1 상관값 및 제2 훈련 심볼에 대한 제2 상관값을 연산하는 단계(220), 문턱값을 이용하여 제1 상관값에서 첫번째 첨두치의 위치를 결정하는 단계(230), 정수배 주파수 오프셋 후보의 크기를 제1 훈련 심볼의 주기의 수로 나눈 간격값을 기준으로 나머지 첨두치의 위치를 결정하는 단계(240) 및 첨두치의 위치를 이용하여 제2 훈련 심볼에 대한 상관값의 최대값 지점을 주파수 오프셋으로 추정하는 단계를 포함한다.

도 2의 주파수 오프셋 추정 방법은 임의의 제2 훈련 심볼에 대한 CPB를 이용한 상관값 연산을 최초 주기성을 갖는 제1 훈련 심볼에 대한 상관값 연산과 동시에 또는 연속으로 수행하는 점이 도 1의 주파수 오프셋 추정 방법과 상이하다. OFDM 수신기에서 오프셋을 추정하는 하드웨어를 어떻게 구성하는지에 따라 달라질 수 있을 것이다.

그러나 본 발명은 훈련 심볼에 대한 상관값 연산의 순서가 중요한 것이 아니다. 본 발명은 주기성을 갖는 제1 훈련 심볼에 대한 상관값으로부터 첨두치의 위치를 파악하고, 임의의 제2 훈련 심볼에 대한 주파수 오프셋 추정에서 상기 첨두치의 위치를 갖는 주파수 오프셋 후보만을 사용한다는 것이다. 본 발명은 이를 통해 주파수 오프셋 후보 집합의 수를 줄이고, 전체적인 주파수 오프셋 추정에 대한 복잡도를 감소시킨다.

주기성을 갖는 제1 훈련 심볼은 임의의 훈련심볼인 제 2 훈련 심볼의 일부를 반복적으로 나타내는 훈련 심볼을 의미한다.

제1 훈련 심볼과 제2 훈련 심볼은 송신기(500)에서 생성한다. 송신기(500)는 훈련 심볼을 직교 진폭 변조 (quadrature amplitude modulation: QAM) 또는 위상 편이 방식을 (phase-shift keying: PSK) 사용하여 생성한다.

훈련 심볼들을 수신하는 단계(110, 210)에서 변조된 훈련 심볼들이 역 푸리에 변환된 후 주파수 오프셋, 시간 오프셋, 덧셈꼴 백색 가우시안 잡음의 영향을 받고 푸리에 변환되어 수신된다. 여기에서 생성된 훈련 심볼의 수신 신호는 아래의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.

여기서,

는 수신된 OFDM 훈련 심볼의

번째 푸리에 변환 출력값,

는

번째 반송파에서 훈련 심볼,

은 푸리에 변환의 크기,

는 복소 덧셈꼴 백색 가우시안 잡음

의 푸리에 변환,

은 정수배 주파수 오프셋을 의미한다.

훈련 심볼에 대하여 CPB(coherence phase bandwidth)를 이용한 상관값을 연산하는 과정은 아래의 수학식 2와 같다.

여기서

는 CPB로

와 같이 나타낼 수 있고,

이다. 이하

는 k 번째 반송파에서 제1 훈련 심볼을 의미한다고 정의하고,

는 k 번째 반송파에서 제2 훈련 심볼을 의미한다고 정의한다. 여기서 제 1 훈련 심볼과 제 2 훈련 심볼은

의 관계를 갖는다. 여기서

은 N-모듈러 (modulo) 연산,

은 푸리에 변환의 크기,

는 제 1 훈련심볼의 주기를 의미한다.

정수배 주파수 오프셋 후보들에 대한 상관값의 첫번째 첨두치의 위치를 결정하는 단계(130, 230)는 상기 수학식 2에서

를 1씩 증가시키면서

가 문턱값

를 넘을 때의

를 정수배 주파수 오프셋 후보들에 대한 상관값의 첫 첨두치의 위치로 한다. 이때 문턱값

은 아래의 수학식 3과 같다.

여기서

는

에서 정수배 주파수 오프셋의 후보,

는 수신한 신호와 훈련심볼 사이의 상관값,

은 허용 가능한 정규화된 시간 오프셋을 나타낸다.

나머지 첨두치의 위치를 결정하는 단계(140, 240)는 정수배 주파수 오프셋 후보의 크기를 제1 훈련 심볼의 주기의 수로 나눈 간격값(I)을 기준으로 나머지 첨두치의 위치를 결정한다. 즉, 나머지 첨두치의 위치는 첫번째 첨두치의 위치로부터 간격값(I) 만큼 떨어진 위치에 두번째 첨두치가 존재하고, 두번째 첨두치로부터 간격값(I) 만큼 떨어진 위치에 다음 첨두치가 존재한다.

다른 말로 표현하면 첨두치의 위치는 첫번째 첨두치의 위치로부터 n*I인 위치에 존재한다. 여기서 n은 자연수이다.

이는 주기성을 갖는 제1 훈련 심볼의 경우 상관값의 첨두치가 정수배 주파수 오프셋 후보의 크기를 주기성을 갖는 제1 훈련 심볼의 주기 수로 나눈 값을 간격으로 하여 주기적으로 나타나는 특성이 있기 때문이다.

첨두치를 이용하여 제2 훈련 심볼에 대한 주파수 오프셋을 추정하는 단계(150, 250)는 상기 첨두치의 위치를 정수배 주파수 오프셋의 후보값으로 하여 해당 정수배 주파수 오프셋 후보값들에 대해서만 아래의 수학식 4와 같이 제2 훈련 심볼에 대한 상관값의 최대값 지점을 정수배 주파수 오프셋으로 추정한다.

여기서

은 정수배 주파수 오프셋 후보해의 집합을 의미한다.

문턱값을 이용하여 연산 복잡도를 감소시킨 종래 발명은 평균적으로 정수 주파수 오프셋 후보값의 개수

의 절반인

만큼의 상관 연산이 수행된다.

제안한 발명의 평균적인 연산 복잡도를 주기성을 갖는 훈련 심볼의 주기의 수

로 나타내면 아래의 수학식 5와 같다.

이는 주기성을 갖는 훈련 심볼로 인하여 정수배 주파수 오프셋 후보의 범위 안에서 주기적으로 첨두치가 나타나므로 종래 발명의 연산 복잡도의

배만큼의 연산 복잡도로

개의 정수배 주파수 오프셋 후보로 줄일 수 있다. 감소된 정수배 주파수 오프셋 후보마다 상관을 취해주는 상관 연산 수를 합하여 상기 수학식 5와 같이 정수배 주파수 오프셋 추정 상관 연산 복잡도를 나타낼 수 있다.

도 3은 OFDM 수신기(400)의 구성을 도시한 블록도의 예이다.

도 3을 참조하면, OFDM 수신기는 무선 주파수 국부 발진기(410: RF LO), 아날로그 디지털 변환기(420: A/D), 직렬병렬 변환기(430: S/P), 동기화 블록(440), 중간 주파수 국부 발진기(450: IF LO), FFT(fast Fourier transform) 블록(460) 및 디코딩/디인터리빙(decoding/deinterleaving) 블록(470)을 포함한다.

수신 신호는 A/D(420)을 거쳐 S/P(430) 및 동기화 블록(440)으로 입력되며, 동기화 블록(440)의 출력은 IF LO(450)로 피드백 되어 다시 A/D(420)으로 입력이 된다. 동기화 블록(440)은 시간 및 주파수 동기를 맞춘다. S/P(430)을 거친 수신 신호는 FFT 블록(460)을 거치고 디코딩/디인터리빙 블록(470)을 거쳐 출력된다.

본 발명의 주파수 오프셋 추정 방법은 도 3의 OFDM 수신기의 블록도 중 동기화 블록(440)에 의해서 수행될 수 있다.

도 4는 주기성 훈련 심볼과 임의의 훈련 심볼을 이용하는 OFDM 수신기(600)의 구성을 도시한 블록도의 예이다.

송신기(500)는 심볼 생성 프로세서(520; processor), 메모리(530; memory) 및 RF부(810; Radio Frequency unit)을 포함한다. 심볼 생성 프로세서(520)는 각각 주기성을 갖는 제1 훈련 심볼 및 임의의 제2 훈련 심볼을 포함하는 OFDM 신호를 생성하여 전송할 수 있다. 메모리(530)는 심볼 생성 프로세서(520)와 연결되어, 심볼 생성 프로세서(520)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. RF부(510)는 심볼 생성 프로세서(520)와 연결되어, 무선 신호를 전송 및/또는 수신한다.

OFDM 수신기(600)는 주기성을 갖는 제1 훈련 심볼 및 임의의 제2 훈련 심볼을 수신하는 RF부(610) 및 제1 훈련 심볼에 대해 연산된 CPB(coherence phase bandwidth) 상관값 및 문턱값을 이용하여 정수배 주파수 오프셋 후보에 대한 첨두치의 위치를 결정하고, 첨두치의 위치를 기준으로 제2 훈련 심볼에 대해 연산된 CPB 상관값의 최대값 지점을 주파수 오프셋으로 추정하는 주파수 오프셋 프로세서(620)를 포함한다. 또한 OFDM 수신기(600)는 주파수 오프셋에 사용되는 다양한 정보를 저장하는 메모리(630)를 더 포함할 수도 있다.

주파수 오프셋 프로세서(620)는 제1 훈련 심볼의 수신 신호에 대한 상관값을 연산하고, 문턱값을 이용하여 상관값에서 첫번째 첨두치의 위치를 결정하고, 정수배 주파수 오프셋 후보의 크기를 제1 훈련 심볼의 주기의 수로 나눈 간격값을 기준으로 나머지 첨두치의 위치를 결정한다. 여기서 상관값 연산이나 첨두치의 위치를 결정하는 과정은 전술한 바와 같다.

또한 주파수 오프셋 프로세서(620)는 상기 첨두치의 위치로 한정되는 정수배 주파수 오프셋 후보를 이용하여 최종적인 주파수 오프셋을 추정한다. 이는 전술한 수학식 4에서 설명한 바와 같다.

도 5(a)는 종래 발명의 주파수 오프셋 추정 성능에 대한 실험 결과를 도시한 그래프이고, 도 5(b)는 주기성 훈련 심볼과 임의의 훈련 심볼을 이용하는 주파수 오프셋 추정 기법에 대한 추정 성능 결과를 도시한 그래프이다.

본 발명에 대한 효과를 검증하기 위하여, 종래 기술(한국공개특허 제10-2010-0000606호)과 주파수 오프셋 추정에 대한 성능을 비교하였다.

모의실험 조건으로 신호 대 잡음비는 5dB, 허용 가능한 정규화된 시간 오프셋은 16, 푸리에 변환의 크기는 1024, 정규화된 시간 오프셋의 범위는 0 이상 16 이하의 정수, 주기성을 갖는 훈련 심볼의 주기의 수는 4를 고려하였다. 임의로 생성된 훈련 심볼을 사등분하여 훈련 심볼의 첫 부분을 반복하여 주기성을 갖는 훈련 심볼을 생성하였다.

모의실험 조건에 대해서 종래 발명은 512번의 상관 연산이 수행되지만, 제안한 발명의 상호 상관 연산 횟수는

로 계산될 수 있다.

도 5(a)는 종래 발명으로 시간 오프셋에 따라 정수배 주파수 오프셋을 옳게 추정할 확률을 나타내고, 도 5(b)는 본 발명에 따른 시간 오프셋에 따라 정수배 주파수 오프셋을 옳게 추정할 확률을 나타내는 그래프이다. 도 5(a)와 도 5(b)를 비교해보면 허용 가능한 시간 오프셋 구간 내에서 정수배 주파수 오프셋을 옳게 추정할 확률이 비슷하게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 결론적으로 본 발명은 종래 발명과 비슷한 수준의 정수배 주파수 오프셋 추정을 할 수 있으며 복잡도를 상당히 감소시킨다는 것을 알 수 있다.

본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.

400 : OFDM 수신기 410 : 무선 주파수 국부 발진기
420 : ADC 430 : 직렬병렬 변환기
440 : 동기화 블록 450 : 중간 주파수 국부 발진기
460 : FFT 블록 470 : 디코딩/디인터리빙 블록
500 : 송신기 510 : RF부
520 : 심볼 생성 프로세서 530 : 메모리
600 : OFDM 수신기 610 : RF부
620 : 주파수 오프셋 프로세서 630 : 메모리

Claims

OFDM 시스템의 수신기에서 훈련 심볼 기반의 주파수 오프셋 추정 방법에 있어서,
주기성을 갖는 제1 훈련 심볼 및 임의의 제2 훈련 심볼을 수신하는 단계;
CPB(coherence phase bandwidth)를 이용하여 상기 제1 훈련 심볼에 대한 상관값을 연산하고, 문턱값을 이용하여 정수배 주파수 오프셋 후보에 대한 첨두치의 위치를 결정하는 단계; 및
CPB를 이용하여 상기 제2 훈련 심볼에 대한 상관값을 연산하고, 상기 첨두치의 위치를 기준으로 상기 제2 훈련 심볼에 대한 상관값의 최대값 지점을 주파수 오프셋으로 추정하는 단계를 포함하되,
상기 제1 훈련 심볼은 상기 제2 훈련 심볼의 일부가 반복되는 심볼인 OFDM 시스템에서의 주파수 오프셋 추정 방법.
제1항에 있어서,
상기 첨두치의 위치를 결정하는 단계는
상기 제1 훈련 심볼의 수신 신호에 대한 상관값을 연산하는 단계;
상기 문턱값을 이용하여 상기 상관값에서 첫번째 첨두치의 위치를 결정하는 단계; 및
상기 정수배 주파수 오프셋 후보의 크기를 상기 제1 훈련 심볼의 주기의 수로 나눈 간격값을 기준으로 나머지 첨두치의 위치를 결정하는 단계를 포함하는 OFDM 시스템에서의 주파수 오프셋 추정 방법.
제2항에 있어서,
상기 상관값(
)은

로 연산되고,
상기 첫번째 첨두치의 위치는 상기 상관값에 대한 연산 과정에서 정수배 주파수 오프셋 후보인 d = {0, 1, ..., N-1}를 1씩 증가시키면서 연산된 상관값이 상기 문턱값(
)을 넘는 때의
인 OFDM 시스템에서의 주파수 오프셋 추정 방법.
(여기서,
는 수신된 OFDM 제1 훈련 심볼의
번째 푸리에 변환 출력값,
는
번째 반송파에서 제1 훈련 심볼, *은 공액 복소 연산,
은 푸리에 변환의 크기,
은 N 모듈러 연산,
는 CPB,
,
,
는 정규화된 시간 오프셋, j는 허수임)
제3항에 있어서,
상기 나머지 첨두치의 위치는
상기 첫번째 첨두치의 위치로부터 시작하여 상기 간격값을 기준으로 주기적으로 나타나는 OFDM 시스템에서의 주파수 오프셋 추정 방법.
제1항에 있어서,
상기 주파수 오프셋(
)은 아래의 수식으로 추정하는 OFDM 시스템에서의 주파수 오프셋 추정 방법.

(여기서,
는 상기 첨두치의 위치에 있는 주파수 오프셋 후보의 집합,
는 수신된 OFDM 제2 훈련 심볼의
번째 푸리에 변환 출력값,
는
번째 반송파에서 제2 훈련 심볼, *은 공액 복소 연산,
은 푸리에 변환의 크기,
은 N-모듈려 연산,
는 CPB,
임)
제1항에 있어서,
상기 제1 훈련 심볼과 상기 제2 훈련 심볼은
인 관계를 갖는 OFDM 시스템에서의 주파수 오프셋 추정 방법.
(여기서,
는
번째 반송파에서 제1 훈련 심볼,
는
번째 반송파에서 제2 훈련 심볼,
은 N-모듈러 연산,
은 푸리에 변환의 크기,
는 제 1 훈련심볼의 주기를 의미함)
OFDM 시스템의 수신기에서 훈련 심볼 기반의 주파수 오프셋 추정 방법에 있어서,
주기성을 갖는 제1 훈련 심볼 및 임의의 제2 훈련 심볼을 수신하는 단계;
CPB(coherence phase bandwidth)를 이용하여 상기 제1 훈련 심볼에 대한 제1 상관값 및 상기 제2 훈련 심볼에 대한 제2 상관값을 연산하는 단계;
문턱값을 이용하여 상기 제1 훈련 심볼의 정수배 주파수 오프셋 후보에 대한 첨두치의 위치를 결정하는 단계; 및
상기 첨두치의 위치를 기준으로 상기 제2 훈련 심볼에 대한 상관값의 최대값 지점을 주파수 오프셋으로 추정하는 단계를 포함하되,
상기 제1 훈련 심볼은 상기 제2 훈련 심볼의 일부가 반복되는 심볼인 OFDM 시스템에서의 주파수 오프셋 추정 방법.
제7항에 있어서,
상기 첨두치의 위치를 결정하는 단계는

로 연산되는 제1 상관값에서 정수배 주파수 오프셋 후보인 d = {0, 1, ..., N-1}를 1씩 증가시키면서 연산된 제1 상관값이
로 정의되는 문턱값을 넘을 때의 d를 첫번째 첨두치의 위치로 결정하는 단계; 및
상기 정수배 주파수 오프셋 후보의 크기를 상기 제1 훈련 심볼의 주기의 수로 나눈 간격값을 기준으로 상기 첫번째 첨두치의 위치로부터 나머지 첨두치의 위치를 결정하는 단계를 포함하는 OFDM 시스템에서의 주파수 오프셋 추정 방법.
(여기서,
는 수신된 OFDM 제1 훈련 심볼의
번째 푸리에 변환 출력값,
는
번째 반송파에서 제1 훈련 심볼, *은 공액 복소 연산,
은 푸리에 변환의 크기,
은 N 모듈러 연산,
는 CPB,
,
는 정규화된 시간 오프셋, j는 허수임)
제7항에 있어서,
상기 주파수 오프셋(
)은 아래의 수식으로 추정하는 OFDM 시스템에서의 주파수 오프셋 추정 방법.

(여기서,
는 상기 첨두치의 위치에 있는 주파수 오프셋 후보의 집합,
는 수신된 OFDM 제2 훈련 심볼의
번째 푸리에 변환 출력값,
는
번째 반송파에서 제2 훈련 심볼, *은 공액 복소 연산,
은 푸리에 변환의 크기,
은 N-모듈러 연산,
는 CPB,
임)
제7항에 있어서,
상기 제1 훈련 심볼과 상기 제2 훈련 심볼은
인 관계를 갖는 OFDM 시스템에서의 주파수 오프셋 추정 방법.
(여기서,
는
번째 반송파에서 제1 훈련 심볼,
는
번째 반송파에서 제2 훈련 심볼,
은 N-모듈러 연산,
은 푸리에 변환의 크기,
는 제 1 훈련심볼의 주기를 의미함)
훈련 심볼 기반으로 주파수 오프셋을 추정하는 OFDM 수신기에 있어서,
주기성을 갖는 제1 훈련 심볼 및 임의의 제2 훈련 심볼을 수신하는 RF부; 및
상기 제1 훈련 심볼에 대해 연산된 CPB(coherence phase bandwidth) 상관값 및 문턱값을 이용하여 정수배 주파수 오프셋 후보에 대한 첨두치의 위치를 결정하고, 상기 첨두치의 위치를 기준으로 상기 제2 훈련 심볼에 대해 연산된 CPB 상관값의 최대값 지점을 주파수 오프셋으로 추정하는 주파수 오프셋 프로세서를 포함하되,
상기 제1 훈련 심볼은 상기 제2 훈련 심볼의 일부가 반복되는 심볼인 OFDM 수신기
제11항에 있어서,
상기 주파수 오프셋 프로세서는
상기 제1 훈련 심볼의 수신 신호에 대한 상관값을 연산하고, 상기 문턱값을 이용하여 상기 상관값에서 첫번째 첨두치의 위치를 결정하고, 상기 정수배 주파수 오프셋 후보의 크기를 상기 제1 훈련 심볼의 주기의 수로 나눈 간격값을 기준으로 나머지 첨두치의 위치를 결정하는 OFDM 수신기.
제12항에 있어서,
상기 주파수 오프셋 프로세서는
상기 상관값(
)을

로 연산하고,
상기 첫번째 첨두치의 위치를 상기 상관값에 대한 연산 과정에서 정수배 주파수 오프셋 후보인 d = {0, 1, ..., N-1}를 1씩 증가시키면서 연산된 상관값이 상기 문턱값(
)을 넘는 때의 d로 결정하는 OFDM 수신기.
(여기서,
는 수신된 OFDM 제1 훈련 심볼의
번째 푸리에 변환 출력값,
는
번째 반송파에서 제1 훈련 심볼, *은 공액 복소 연산,
은 푸리에 변환의 크기,
은 N-모듈러 연산,
는 CPB,
,
,
는 정규화된 시간 오프셋, j는 허수임)
제11항에 있어서,
상기 주파수 오프셋 프로세서는
상기 주파수 오프셋(
)을 아래의 수식으로 추정하는 OFDM 수신기.

(여기서,
는 상기 첨두치의 위치에 있는 주파수 오프셋 후보의 집합,
는 수신된 OFDM 제2 훈련 심볼의
번째 푸리에 변환 출력값,
는
번째 반송파에서 제2 훈련 심볼, *은 공액 복소 연산,
은 푸리에 변환의 크기,
은 N-모듈러 연산,
는 CPB,
임)
제11항에 있어서,
상기 제1 훈련 심볼과 상기 제2 훈련 심볼은
인 관계를 갖는 OFDM 수신기.
(여기서,
는
번째 반송파에서 제1 훈련 심볼,
는
번째 반송파에서 제2 훈련 심볼,
은 N-모듈러 연산,
은 푸리에 변환의 크기,
는 제 1 훈련심볼의 주기를 의미함)