KR101612074B1 - Mimo-ofdm 시스템을 위한 주파수 영역 잔존 주파수 오프셋 추정 및 보상방법 - Google Patents

Mimo-ofdm 시스템을 위한 주파수 영역 잔존 주파수 오프셋 추정 및 보상방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 MIMO-OFDM 시스템을 위한 주파수 영역 잔존 주파수 오프셋 추정 및 보상방법에 관한 것이다. 이러한 MIMO-OFDM 시스템을 위한 주파수 영역 잔존 주파수 오프셋 추정 및 보상방법은 MIMO-OFDM 시스템의 송신기에서 파일럿들 사이의 간섭이 발생하지 않도록 복수개의 파일럿을 OFDM 심볼 사이에 삽입하여 송출신호를 생성하는 부반송파 매핑 단계, MIMO-OFDM 시스템의 수신기에서 상기 부반송파 매핑 단계에서 생성된 상기 송출신호를 수신신호로서 수신하고, 상기 MIMO-OFDM 시스템의 수신기에 구비된 FEQ는 상기 수신신호의 간섭을 제거시켜 간섭 제거된 신호를 출력하는 주파수 영역 등화단계, 상기 MIMO-OFDM 시스템의 수신기에 구비된 파일럿 추적 및 보상기는 상기 간섭 제거된 신호를 전달받아 파일럿 추청 및 보상 연산을 수행하고, 파일럿 추적 주기를 서브프레임 단위로 추청하며, 상기 서브프레임 단위로 추정된 상기 잔존 CFO를 이웃하는 두 서브프레임 단위로 평균을 내어 잔존 CFO를 추정하는 잔존 CFO 추정단계를 포함한다. 이로 인해, 수신기에서 수신된 파일럿을 적은 계산량으로 등화 할 수 있으며, 파일럿 추적 및 보상기는 수신된 신호의 잔존 CFO를 서브프레임 단위로 추적할 수 있어 파일럿 검출 성능이 개선되고 잔존 CFO 추정 성능이 향상되는 효과가 있다.

Description

MIMO-OFDM 시스템을 위한 주파수 영역 잔존 주파수 오프셋 추정 및 보상방법{FREQUENCY-DOMAIN RESIDUAL FREQUENCY OFFSET ESTIMATION AND COMPENSATION METHOD FOR MIMO-OFDM SYSTEM}
본 발명은 MIMO-OFDM 시스템을 위한 주파수 영역 잔존 주파수 오프셋 추정 및 보상방법에 관한 것이다.
OFDM 시스템에서 초기 동기화(Coarse+fine 주파수 옵셋 추정) 후 잔존 CFO의 영향이 포함된 f 번째 서브프레임의 l 번째 수신 OFDM 심볼은 다음과 같이 표현될 수 있다.
[식 1]
Figure 112014077904433-pat00001
여기서 부반송파 개수가 N 일 때 는 보호 구간 길이를 나타내며, N g 는 잔존 CFO이고 N s = N + N g 이다. 그리고
Figure 112014077904433-pat00002
는 ICI(Intersymbol Interference) 성분이며,
Figure 112014077904433-pat00003
는 0의 평균을 갖는 복소 AWGN(Additive White Gaussian Noise)이다. 식 1에서 알 수 있듯이 OFDM 심볼 인덱스인 l에 상관없는
Figure 112014077904433-pat00004
성분과는 달리
Figure 112014077904433-pat00005
성분은 수신되는 OFDM 심볼 수에 영향을 받아서 심볼 수가 증가할수록 위상 왜곡이 더욱 증가하게 된다. 이러한 위상 왜곡이 심볼 수에 따라 증가하다 변조방식에 따른 위상 오차 허용 범위를 넘어서게 되면 수신 데이터에 오류가 발생하기 시작하며, 시간에 따라 오류가 증가하여 결국 시스템 성능을 크게 저하시킨다. 따라서 이를 방지하기 위해 데이터가 전송되는 동안 지속적으로 위상 오프셋을 추정하고 보상하는 과정이 요구된다.
MIMO-OFDM 시스템(Multiple-Input Multiple-Output OFDM 시스템)에서 송신기는 잔존 반송파 주파수 오프셋(CFO; carrier frequency offset) 추정을 위해 송신신호에 파일럿을 섞어 함께 송신하고, 수신기는 수신된 OFDM 심볼에서 발생하는 위상 왜곡에 의한 수신 데이터 오류 발생을 방지하기 위해 잔존 CFO를 추정 및 보상하여 송신기로부터 송신된 데이터를 적은 오류로서 수신한다.
그러나, MIMO-OFDM 시스템의 경우, 복수개의 송신기 및 복수개의 수신기를 이용하므로, 한 수신기가 한 송신기에서 송신한 파일럿을 수신할 때, 다른 송신기에서 송신한 파일럿에 의해 영향을 받게 되어 간섭이 증가하고, 이에 따라 수신기에서의 잔존 CFO 추정 성능이 떨어지는 문제점이 있다.
도 1 내지 도 3, 그리고 도 7을 참고로 하여 종래의 MIMO-OFDM 시스템에 대해서 설명하면, MIMO-OFDM 시스템에서 송수신되는 데이터 프레임 구조는 도 1에 도시한 것처럼 하향링크(DL, downlink)(10), 보호시간(TTG, transmitter transition gap)(31), 상향링크(UL, uplink)(20) 및 보호시간(RTG, receive transition gap)을 포함한다.
하향링크(10)는 n개의 하향 서브 프레임(11)을 구비하고, 상향링크(20)는 m개의 상향 서브 프레임(21)을 구비한다.
그리고, 하나의 하향 서브 프레임(11)은 쇼트 프리앰블(111), 롱 프리앰블(112), M개의 OFDM 심볼(113), 그리고 프레임간 간격(IFS, inter Frame Space)을 포함한다.
이때, 상향 서브 프레임(21) 역시 하향 서브 프레임(11)과 동일한 구조이고, 서브 프레임(11)의 쇼트 프리앰블(111) 및 롱 프리앰블(112)은 coarse 및 fine CFO를 추정하는 데 사용된다.
그리고, 도 2에 도시한 것처럼, MIMO-OFDM 시스템에서 송신하는 데이터 심볼 사이에 각각 파일럿(pilot)(121, 122, 123, 124)이 삽입되고, 데이터 심볼과 각 파일럿은 MIMO-OFDM 시스템의 송신기에 형성된 송신 안테나를 통해 수신기에 형성된 수신 안테나로 전송되며, 이때, 파일럿(121, 122, 123, 124)는 다른 채널에 의해 간섭을 받으므로 이를 수신기에서 분리해주어야 한다.
이에 따라, 도 3에 도시한 수신기의 FEQ(240)와 파일럿 추적 및 보상기(251)에서 간섭 제거 및 파일럿 분리를 위해 차래와 같이 복잡한 계산을 수행해야 하는 단점이 있다.
즉, 도 3의 MIMO 검출기(260)에서는 데이터 검출을 위해 채널 행렬 H 를 QR 분해하고, 파일럿 위치
Figure 112014077904433-pat00006
(121, 122, 123, 124)에 해당하는 채널 행렬의 역
Figure 112014077904433-pat00007
을 다음과 같이 구하며,
[식 2]
Figure 112014077904433-pat00008
ZF 기법으로 등화된 수신된 파일럿
Figure 112014077904433-pat00009
은
Figure 112014077904433-pat00010
와 도 2의
Figure 112014077904433-pat00011
(121, 122, 123, 124)에 대해 각 수신 안테나에서 수신된 파일럿들
Figure 112014077904433-pat00012
의 곱 연산을 통해 아래와 같이 구해진다.
[식 3]
Figure 112014077904433-pat00013
그리고 이때, 종래의 MIMO-OFDM 시스템의 수신기는 도 3에 도시한 구조를 갖고, 도 2 및 도 3를 참고로 하는 이러한 종래의 MIMO-OFDM 시스템의 오류 성능은 도 7의 오른쪽 그래프와 같이 나타난다.
본 발명이 이루고자 하는 과제는 MIMO-OFDM 시스템에서 송신기에서 송신한 파일럿을 수신기에서 적은 계산량으로서 등화함으로써, 수신기에서의 파일럿 검출 성능을 개선하기 위한 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 수신기에서의 잔존 CFO 추정 성능을 향상하여 MIMO-OFDM 시스템의 오류 성능을 개선하기 위한 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 MIMO-OFDM 시스템을 위한 주파수 영역 잔존 주파수 오프셋 추정 및 보상방법은 MIMO-OFDM 시스템의 송신기에서 파일럿들 사이의 간섭이 발생하지 않도록 복수개의 파일럿을 OFDM 심볼 사이에 삽입하여 송출신호를 생성하는 부반송파 매핑 단계, MIMO-OFDM 시스템의 수신기에서 상기 부반송파 매핑 단계에서 생성된 상기 송출신호를 수신신호로서 수신하고, 상기 MIMO-OFDM 시스템의 수신기에 구비된 FEQ는 상기 수신신호의 간섭을 제거시켜 간섭 제거된 신호를 출력하는 주파수 영역 등화단계, 그리고 상기 MIMO-OFDM 시스템의 수신기에 구비된 파일럿 추적 및 보상기는 상기 간섭 제거된 신호를 전달받아 파일럿 추정 및 보상 연산을 수행하고, 파일럿 추적 주기를 서브프레임 단위로 확장하여 추정하며, 상기 서브프레임 단위로 추정된 상기 잔존 CFO를 이웃하는 두 서브프레임 단위로 평균을 내어 잔존 CFO를 추정하는 잔존 CFO 추정단계를 포함한다.
상기 잔존 CFO 추정단계에서, 상기 파일럿 추정 및 보상기는 하기의 식 5을 통해 f 번째 서브프레임의 l번째 OFDM 심볼에 대한 잔존 CFO,
Figure 112014077904433-pat00014
를 추정한다.
[식 5]
Figure 112014077904433-pat00015
(여기서,
Figure 112014077904433-pat00016
는
Figure 112014077904433-pat00017
번째 OFDM 심볼의
Figure 112014077904433-pat00018
위치에서 전송된 파일럿을 의미하며, D는 잔존 CFO 추정 거리이다. 그리고
Figure 112014077904433-pat00019
은 OFDM 심볼 구간을 나타낸다.)
상기 파일럿 추적 주기를 서브프레임 단위로 추적하여 잔존 CFO를 추정하는 과정은 하기의 식 6로부터 수행된다.
[식 6]
Figure 112014077904433-pat00020
(여기서,
Figure 112014077904433-pat00021
은
Figure 112014077904433-pat00022
번째 서브프레임에서 도출된 각 OFDM 심볼에 대한 잔존 CFO의 동일 시간차 값들의 평균을 나타낸다.)
상기 잔존 CFO 추정단계에서, 상기 서브프레임 단위로 추정된 상기 잔존 CFO를 이웃하는 두 서브프레임 단위로 평균하여 최종적으로 잔존 CFO를 보상하는 과정은 하기의 식 7 및 식 8로부터 수행된다.
[식 7]
Figure 112014077904433-pat00023
[식 8]
Figure 112014077904433-pat00024
(여기서,
Figure 112014077904433-pat00025
는 인접한 두 서브프레임 간의 잔존 CFO 추정 값 평균이고,
Figure 112014077904433-pat00026
는 서브프레임에 대한 추적을 의미한다.)
이러한 특징에 따르면, MIMO-OFDM 시스템의 송신기는 각 송신 안테나에서 전송되는 파일럿 간 간섭이 발생하지 않도록 부반송파 매핑 구조를 설계하고, 수신기는 수신하는 OFDM 심볼의 추적 주기를 이웃하는 서브프레임으로 확장하여 추적한다. 이로 인해, MIMO-OFDM 시스템의 수신기에서 파일럿 검출 성능이 향상되고, 정밀한 잔존 CFO 추정이 가능해져 오류 성능이 개선되는 효과가 있다.
도 1은 MIMO-OFDM 시스템에서의 데이터 프레임 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 종래의 MIMO-OFDM 시스템의 송신기에서의 부반송파 매핑구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 종래의 MIMO-OFDM 시스템의 수신기 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 한 실시 예에 따른 MIMO-OFDM 시스템을 위한 주파수 영역 잔존 주파수 오프셋 추정 및 보상방법을 위한 MIMO-OFDM 시스템의 송신기에서의 부반송파 매핑구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 한 실시 예에 따른 MIMO-OFDM 시스템을 위한 주파수 영역 잔존 주파수 오프셋 추정 및 보상방법을 위한 MIMO-OFDM 시스템의 수신기의 구조를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 한 실시 예에 따른 MIMO-OFDM 시스템을 위한 주파수 영역 잔존 주파수 오프셋 추정 및 보상방법을 도식화한 도면이다.
도 7은 본 발명의 한 실시 예에 따른 MIMO-OFDM 시스템을 위한 주파수 영역 잔존 주파수 오프셋 추정 및 보상방법을 적용한 오류 성능을 종래의 MIMO-OFDM 시스템의 오류 성능과 비교한 그래프이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.
먼저, 도 4 내지 도 7을 참고로 하여, 본 발명의 실시 예에 따른 MIMO-OFDM 시스템을 위한 주파수 영역 잔존 주파수 오프셋 추정 및 보상방법을 설명하기 위한 MIMO-OFDM 시스템을 설명한다.
먼저, 본 발명을 실시하기 위한 MIMO-OFDM 시스템의 송신기는 위에서 도 1을 참조하여 이미 설명한 것과 동일한 구조의 데이터 프레임을 갖는 데이터를 송신한다.
이때, 본 발명을 위한 MIMO-OFDM 시스템의 송신기는 도 4에 도시한 것처럼, 각 데이터 심볼 사이에 복수 개의 반송파를 삽입하여 데이터를 송신하는 부반송파 설계 구조를 갖는다.
자세하게는, MIMO-OFDM 시스템의 송신기의 데이터 심볼 사이에 삽입되는 파일럿은 복수개의 수신기로 각각 송신하기 위해 복수 개 삽입되며, 예로써, 4개의 송신기 및 4개의 수신기를 갖는 4×4 구조의 MIMO-OFDM 시스템의 송신기는 데이터 심볼 사이에 각각 네 개의 파일럿이 삽입된다.
그리고 이때, 데이터 심볼 사이에 삽입되고 네 개의 파일럿을 포함하는 파일럿 그룹(131, 132, 133, 134)에서, 각 파일럿 그룹의 첫 번째 파일럿 그룹(131)의 첫 번째 파일럿은 제1 송신 안테나를 통해 송신되고, 두 번째 파일럿은 제2 송신 안테나를 통해 송신되며, 세 번째 파일럿은 제3 송신 안테나를 통해 송신되며, 네 번째 파일럿은 제4 송신 안테나를 통해 송신된다.
네 개의 파일럿 중 어느 한 파일럿에만 1을 싣고 나머지 세 개의 파일럿에는 0을 실어 송신하며, 심볼의 평균 전력을 1로 정규화하기 위해서, 데이터 심볼 사이에 삽입되는 파일럿을 데이터 심볼보다 두 배의 전력으로 송신하도록 설계된다.
이처럼, 본 발명을 위한 MIMO-OFDM 시스템에서, 송신기는 데이터 심볼 사이에 복수개의 파일럿을 삽입하여 각 파일럿을 각 수신기로 송신하므로, 송신되는 파일럿이 수신기에서 간섭되거나 겹치지 않는다. 따라서, MIMO-OFDM 시스템의 수신기에서 수신 데이터를 간단한 계산으로 등화 할 수 있다.
계속해서, 도 5를 참고로 하여 본 발명을 위한 MIMO-OFDM 시스템의 수신기 구조를 설명하면, 본 발명을 위한 MIMO-OFDM 시스템의 수신기는 송신 안테나로부터 신호를 수신하는 제1 내지 제4 수신 안테나(201, 202, 203, 204), 제1 내지 제4 수신 안테나(201, 202, 203, 204)에 각각 연결된 FFT(fast fourier transform)부(211, 212, 213, 214), 각각의 FFT부(211, 212, 213, 214)에 연결되는 디먹스(DEMUX)(221, 222, 223, 224) 디먹스(221, 222, 223, 224)에 각각 연결되는 채널 추정기(231, 232, 233, 234), FEQ(frequency domain equalizer)(241, 242, 243, 244)와 파일럿 추적 및 보상기(251, 252, 253, 354), 그리고 각 채널 추정기(231, 232, 233, 234)와 각 파일럿 추적 및 보상기(251, 252, 253, 254)에 연결된 MIMIO 검출기(260), MIMO 검출기(260)에 연결된 제1 내지 제4 디매퍼(271, 272, 273, 274), 그리고 제1 내지 제4 디매퍼(271, 272, 273, 274)에 각각 연결된 제1 내지 제4 채널 디코더(281, 282, 283, 284)를 포함한다.
각각의 구성을 보다 자세하게 설명하면, 제1 내지 제4 수신 안테나(201, 202, 203, 204)는 송신 안테나가 송신한 신호를 각각 수신한다. 이때, 각 수신 안테나(201, 202, 203, 204)가 수신하는 신호는 데이터 심볼과 파일럿 심볼로 이루어지는 신호이다.
이때, 위에서 이미 설명한 것처럼, 송신기에서 도 4와 같은 부반송파 매핑 구조로 복수개의 파일럿을 각각 삽입하도록 설계됨에 따라, 제1 내지 제4 수신 안테나(201, 202, 203, 204)에서 파일럿 신호를 수신할 때 복수개의 파일럿 신호가 서로 간섭되지 않는다.
그리고, FFT부(211, 212, 213, 214)는 제1 내지 제4 수신 안테나(201, 202, 203, 204)가 송신 안테나로부터 수신한 신호를 각각 고속 퓨리에 변환한다.
디먹스(221, 222, 223, 224)는 FFT부(211, 212, 213, 214)에서 퓨리에 변환된 신호를 전달받아 채널 추정기(231, 232, 233, 234), FEQ(241, 242, 243 244) 및 파일럿 추적 및 보상기(251, 252, 253, 254)로 각각 분배한다.
채널 추정기(231, 232, 233, 234)는 각 디먹스(221, 222, 223, 224)에 각각 연결되어 위치하고, 디먹스(221, 222, 223, 224)에서 분배되어 전달받은 퓨리에 변환된 신호에 포함된 롱 프리앰블(도 1을 참고로 하여 설명한 서브 프레임(11)의 롱 프리엠블(112))을 이용하여 부반송파들이 전송되는 채널들을 추정하고, 채널 추정결과를 MIMO 검출기(260)로 전달한다.
FEQ(241, 242, 243, 244)는 주파수 영역 등화기로서, 채널 추정기(231, 232, 233, 234) 및 디먹스(221, 222, 223, 224)와 각각 연결되어 위치하여, 채널 추정기(231, 232, 233, 234)로부터 채널 추정결과를 전달받고 디먹스(221, 222, 223, 224)로부터 퓨리에 변환된 신호를 전달받아 간섭(ISI, inter symbol interference)을 제거시킨다.
이때, FEQ(241, 242, 243, 244)는 ZF(zero-forcing) 또는 MMSE(minimum mean square error)처럼 선형 등화기법을 적용한 등화기일 수 있다.
그리고 이때, FEQ(241, 242, 243, 244)가 디먹스(221, 222, 223, 224)로부터 전달받은 퓨리에 변환된 신호는 MIMO-OFDM 시스템의 송신기에서 송신되는 파일럿끼리 서로 간섭되지 않은 파일럿이므로, FEQ(241, 242, 243, 244)에서 파일럿 분리를 위한 별도의 계산을 수행하지 않아도 되며, 각 수신 안테나에서 수신된 위치에서의 파일럿은 다음과 같이 주파수 영역에서 아주 간단한 계산으로 등화할 수 있다.
[식 4]
Figure 112014077904433-pat00027
이에 따라, 도 4의 부반송파 매핑구조 및 도 5의 MIMO-OFDM 수신기 구조를 갖는 본 발명을 위한 MIMO-OFDM 시스템은, 도 2의 부반송파 매핑구조 및 도 3의 MIMO-OFDM 수신기 구조를 갖는 종래의 MIMO-OFDM 시스템보다 수신기에서 수행할 계산이 효율적으로 줄어듦으로, 본 발명을 위한 MIMO-OFDM 시스템의 잔존 CFO 추정 성능이 향상되고 시스템 복잡도와 관련하여 수신기의 하드웨어 부담이 줄어드는 효과가 있다.
이러한 FEQ(241, 242, 243, 244)는 간섭을 제거한 신호를 파일럿 추적 및 보상기(251, 252, 253, 254)로 각각 전달한다.
그리고, 파일럿 추적 및 보상기(251, 252, 253, 254)는 FEQ(241, 242, 243, 244)에 연결되어 등화된 신호를 각각 전달받고, 디먹스(221, 222, 223, 224)에 연결되어 퓨리에 변환된 신호를 전달받아 파일럿 추적 및 보상 연산을 수행하여 잔존 CFO를 추정하며, 추정결과를 MIMO 검출기(260)로 전달한다.
파일럿 추적 및 보상기(251, 252, 253, 254)의 잔존 CFO 추정 연산은, 채널 상태 및 시스템 상태가 갑자기 변하지 않는 한, 수 OFDM 심볼 주기 동안 혹은 수 서브프레임 주기 동안 일정하게 발생하므로, 파일럿 추적 및 보상기(251, 252, 253, 254)에서 추적 주기를 길게 할수록 보다 정확한 잔존 CFO 추정을 할 수 있는 효과가 있다.
이때, 파일럿 추정 및 보상기(251, 252, 253, 254)가 f번째 서브프레임의 l번째 OFDM 심볼에 대한 잔존 CFO,
Figure 112014077904433-pat00028
를 다음의 식 5을 통해 추정한다.
[식 5]
Figure 112014077904433-pat00029
(여기서,
Figure 112014077904433-pat00030
는
Figure 112014077904433-pat00031
번째 OFDM 심볼의
Figure 112014077904433-pat00032
위치에서 전송된 파일럿을 의미하며, D는 잔존 CFO 추정 거리이다. 그리고
Figure 112014077904433-pat00033
은 OFDM 심볼 구간을 나타낸다.)
위의 식에 나타낸 것처럼, 잔존 CFO는 OFDM 심볼 간 추정 거리 D에 대한 평균으로 도출되고, 획득모드(acquisition) 및 추적모드(tracking)의 합으로 도출된다.
그리고 이때, 파일럿 추정 및 보상기(251, 252, 253, 254)가 위의 식으로부터 f번째 서브프레임의 l번째 OFDM 심볼에 대한 잔존 CFO를 얻는 것, 즉 추적 주기를 OFDM 심볼 단위로 하여 잔존 CFO를 얻는 식을 응용하면, 파일럿 추정 및 보상기(251, 252, 253, 254)는 추적 주기를 서브프레임 단위로 늘리기 위해 f번째 서브프레임에서 도출된 각 OFDM 심볼에 대한 잔존 CFO들의 동일 시간차 값들의 평균을 연산함으로써 추적 주기가 서브프레임 단위인 잔존 CFO를 얻을 수 있으며, 아래의 식 6으로 나타낼 수 있다.
[식 6]
Figure 112014077904433-pat00034
(여기서,
Figure 112014077904433-pat00035
은
Figure 112014077904433-pat00036
번째 서브프레임에서 도출된 각 OFDM 심볼에 대한 잔존 CFO의 동일 시간차 값들의 평균을 나타낸다.)
파일럿 추정 및 보상기(251, 252, 253, 254)는 위의 식으로부터 얻은 서브프레임 단위의 잔존 CFO 추정 값과, 다음 서브프레임, 즉 이웃하는 서브프레임의 잔존 CFO 추정 값을 평균하여 최종적으로 잔존 CFO를 연산하여 수신된 OFDM 심볼을 보상한다.
이때, 이웃하는 서브프레임의 잔존 CFO 추정 값을 평균하여 잔존 CFO를 보상하는 과정은 아래의 식 7 및 식 8로 나타낼 수 있다.
[식 7]
Figure 112014077904433-pat00037
[식 8]
Figure 112014077904433-pat00038
위의 식에서,
Figure 112014077904433-pat00039
는 인접한 두 서브프레임 간의 잔존 CFO 추정 값 평균이고,
Figure 112014077904433-pat00040
는 서브프레임에 대한 추적을 의미한다.
그리고 이때, 파일럿 추정 및 보상기(251, 252, 253, 254)의 연산은 도 6에 도시한 것처럼 나타낼 수 있다.
도 6을 참고로 하여 파일럿 추정 및 보상기(251, 252, 253, 254)의 연산과정을 보다 자세하게 설명하면, 각 수신 안테나에서 수신된 파일럿들의 잔존 CFO를 현재 서브프레임의 OFDM 심볼 단위로 추정 및 추적하고, 이를 이웃하는 다음 서브프레임에 대한 잔존 CFO 추정 값에 더하여 서브프레임 기반으로 추적되도록 한다.
식 5 내지 8, 그리고 도 5 및 6을 참고로 하여 설명한 것처럼, 파일럿 추적 및 보상기(251, 252, 253, 254)는 수신된 신호의 잔존 CFO를 서브프레임 단위로 추적할 수 있고, 이웃하는 두 서브프레임의 잔존 CFO를 평균을 산출하게 되며, 이로 인해, 잔존 CFO 추정 성능이 향상되는 효과가 있다.
다시 도 5를 참고로 하여 OFDM 시스템의 수신기 구조를 계속해서 설명하면, MIMO 검출기(260)는 채널 추정기(231, 232, 233, 234) 및 파일럿 추적 및 보상기(251, 252, 253, 254)에 각각 연결되어 위치하여 채널 추정기(231, 232, 233, 234)로부터 채널 추정결과를 전달받고 파일럿 추적 및 보상기(251, 252, 253, 254)로부터 잔존 CFO 및 이를 이용한 보상된 수신신호를 전달받으며, 전달받은 채널 추정결과와 잔존 CFO 및 보상된 수신신호를 이용하여 데이터를 검출한다.
그리고, MIMO 검출기(260)에 각각 연결된 제1 내지 제4 디매퍼(271, 272, 273, 274)는 MIMO 검출기(260)에서 검출한 데이터를 전달받아 디매핑(demapping) 하고, 제1 내지 제4 채널 디코더(281, 282, 283, 284)는 제1 내지 제4 디매퍼(271, 272, 273, 274)에 각각 연결되고, 데이터를 2진 데이터로 복조한다.
도 5를 참고로 하여 설명한 본 발명을 위한 MIMO-OFDM 시스템의 수신기 구조에서, 복수 개 구비되는 수신 안테나(201, 202, 203, 204), FFT(221, 212, 213, 214), 채널 추정기(231, 232, 233, 234), FEQ(241, 242, 243, 244), 파일럿 추적 및 보상기(251, 252, 253, 254), 디매퍼(271, 272, 273, 274), 그리고 채널 디코더(281, 282, 283, 284)는 제1 내지 제4개 구비된다고 기재하였으나, 수신기의 구조에 맞게 4개 이상 또는 4개 이하인 복수개로 형성될 수 있으며 이를 한정하지는 않는다.
도 4 내지 도 6을 참고로 하여 설명한 본 발명을 위한 MIMO-OFDM 시스템의 수신기 및 이를 이용한 잔존 CFO 추정 및 보상방법에 Coarse+fine 주파수 옵셋 추정 후의 잔존 CFO 값인 다음의 표 1을 적용하여 오류 성능을 검증을 시뮬레이션하면, 도 7에 도시한 그래프로 표현된다.
SNR
Method 		5 dB 10 dB 15 dB 20 dB 25 dB 30 dB
Coarse 0.0517 0.0264 0.0143 0.0079 0.0045 0.0025
Fine 0.0119 0.0064 0.0035 0.00198 0.00111 0.00062
도 7에 도시한 것처럼, 도 4 및 도 5를 참고로 하는 본 발명을 위한 MIMO-OFDM 시스템의 오류 성능(도 7의 우측 그래프 참고)은 도 2 및 도 3을 참고로 하는 종래의 MIMO-OFDM 시스템의 오류 성능(도 7의 좌측 그래프 참고)보다 우수한 것을 확인 할 수 있다.
이때, 표 1을 이용한 오류 성능 검증 시뮬레이션에서, 위의 표 1 조건 이외에 잔존 CFO 추정거리 D는 신호처리로 인한 지연시간을 최소화하기 위해 1로 설정하고, 채널 부호로는 컨볼루션 부호를 사용한다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
11, 21 : 서브프레임 121 : 파일럿
201 : 수신 안테나 211 : FFT
221 : 디먹스 231 : 채널 추정기
241 : FEQ 251 : 파일럿 추적 및 보상기
260 : MIMO 검출기 271 : 디매퍼
281 : 채널 디코더

Claims (4)

  1. MIMO-OFDM 시스템의 송신기에서 파일럿들 사이의 간섭이 발생하지 않도록 복수개의 파일럿을 OFDM 심볼 사이에 삽입하여 송출신호를 생성하는 부반송파 매핑 단계,
    MIMO-OFDM 시스템의 수신기에서 상기 부반송파 매핑 단계에서 생성된 상기 송출신호를 수신신호로서 수신하고, 상기 MIMO-OFDM 시스템의 수신기에 구비된 FEQ는 상기 수신신호의 간섭을 제거시켜 간섭 제거된 신호를 출력하는 주파수 영역 등화단계, 그리고
    상기 MIMO-OFDM 시스템의 수신기에 구비된 파일럿 추적 및 보상기는 상기 간섭 제거된 신호를 전달받아 파일럿 추정 및 보상 연산을 수행하고, 파일럿 추적 주기를 서브프레임 단위로 확장하여 추정하며, 상기 서브프레임 단위로 추정된 잔존 CFO를 이웃하는 두 서브프레임 단위로 평균을 내어 상기 잔존 CFO를 추정하는 잔존 CFO 추정단계를 포함하되,
    상기 잔존 CFO 추정단계에서, 상기 파일럿 추정 및 보상기는 하기의 식 5을 통해 f 번째 서브프레임의 l번째 OFDM 심볼에 대한 잔존 CFO인
    Figure 112015087933426-pat00041
    를 추정하는 MIMO-OFDM 시스템을 위한 주파수 영역 잔존 주파수 오프셋 추정 및 보상방법.
    [식 5]
    Figure 112015087933426-pat00042

    (여기서,
    Figure 112015087933426-pat00043
    는
    Figure 112015087933426-pat00044
    번째 OFDM 심볼의
    Figure 112015087933426-pat00045
    위치에서 전송된 파일럿을 의미하며, D는 잔존 CFO 추정 거리임. 그리고
    Figure 112015087933426-pat00046
    은 OFDM 심볼 구간을 나타냄.)
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 파일럿 추적 주기를 서브프레임 단위로 추적하여 잔존 CFO를 추정하는 과정은 하기의 식 6로부터 수행되는 MIMO-OFDM 시스템을 위한 주파수 영역 잔존 주파수 오프셋 추정 및 보상방법.
    [식 6]
    Figure 112015087933426-pat00047

    (여기서,
    Figure 112015087933426-pat00048
    은
    Figure 112015087933426-pat00049
    번째 서브프레임에서 도출된 각 OFDM 심볼에 대한 잔존 CFO의 동일 시간차 값들의 평균을 나타냄.)
  4. 제1항에서,
    상기 잔존 CFO 추정단계에서, 상기 서브프레임 단위로 추정된 상기 잔존 CFO를 이웃하는 두 서브프레임 단위로 평균하여 최종적으로 잔존 CFO를 보상하는 과정은 하기의 식 7 및 식 8로부터 수행되는 MIMO-OFDM 시스템을 위한 주파수 영역 잔존 주파수 오프셋 추정 및 보상방법.
    [식 7]
    Figure 112015087933426-pat00050

    [식 8]
    Figure 112015087933426-pat00051

    (여기서,
    Figure 112015087933426-pat00052
    는 인접한 두 서브프레임 간의 잔존 CFO 추정 값 평균이고,
    Figure 112015087933426-pat00053
    는 서브프레임에 대한 추적을 의미함.)
KR1020140107103A 2014-08-18 2014-08-18 Mimo-ofdm 시스템을 위한 주파수 영역 잔존 주파수 오프셋 추정 및 보상방법 KR101612074B1 (ko)

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