KR101626457B1

KR101626457B1 - Lte 프레임 동기 검출 방법 및 장치, 이를 적용한 중계 장치

Info

Publication number: KR101626457B1
Application number: KR1020130160752A
Authority: KR
Inventors: 김정환; 김현채
Original assignee: 주식회사 쏠리드
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2016-06-01
Also published as: EP3086492A1; US20160337998A1; CN105830375B; CN105830375A; KR20150072983A; US10206192B2; EP3086492B1; EP3086492A4; WO2015093711A1

Abstract

LTE(Long Term Evolution) 프레임 동기 검출 장치로서, 디지털 변환 처리된 LTE 신호의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼 마다에 포함된 CP(cyclic prefix)의 상관도를 연산하는 CP 상관기; 상기 CP 상관도에 근거하여 계산된 심볼 주파수 오프셋을 이용하여, 상기 LTE 신호 내의 동기 신호에 관한 주파수 오프셋을 보상하는 주파수 오프셋 보상부; 상기 CP 상관도에 근거하여 획득된 심볼 시작 타이밍을 고려하여, 상기 주파수 오프셋이 보상된 상기 동기 신호에 관한 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행하는 동기 신호 상관도 연산부; 및 상기 동기 신호에 관한 상관도 연산 결과에 근거하여 상기 LTE 신호의 프레임 동기를 검출하는 프레임 동기 검출부를 포함하는 LTE 프레임 동기 검출 장치가 제공된다.

Description

LTE 프레임 동기 검출 방법 및 장치, 이를 적용한 중계 장치{APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING FRAME SYNCHRONIZATION OF LONG TERM EVOLUTION SIGNAL, AND REPEATER THEREOF}

본 발명은 LTE 신호의 프레임 동기를 검출하는 방법 및 장치, 그리고 이를 적용한 중계 장치에 관한 것이다.

LTE 시스템의 프레임 동기를 검출하기 위해서는 프레임 내의 PSS(primary synchronization signal)와 SSS(secondary synchronization signal)의 시간적 위치를 찾아내야 한다. 예를 들어, 도 1은 TDD(Time Division Duplexing) 구조의 LTE 시스템인 경우 PSS와 SSS의 위치를 나타낸다. 한 프레임의 길이는 10ms이며, 이때 PSS와 SSS는 특정 주파수 대역에서 5ms 주기를 가지고 전송된다. 두 동기 신호는 미리 정해진 여러 후보 시퀀스 세트 중에서 선택된 특정 시퀀스로 생성된다.

LTE 시스템의 프레임 동기를 검출하기 위한 종래 기술로서, FFT 연산을 통해 주파수 영역에서 PSS와 SSS의 후보 시퀀스와 상관도 연산을 통해 프레임 동기를 검출하는 기술이 있다. LTE 시스템은 OFDM을 변조 방식으로 사용하기 때문에, 수신 신호를 복조하기 위해서는 FFT 연산을 기본적으로 수행하게 되며, 이에 따라 기존의 FFT 연산 과정에서 자연스럽게 PSS와 SSS를 이용하여 프레임 동기를 검출하는 것이 가능하다. 하지만 중계기 시스템과 같이 신호를 복조하지 않는 장비에서는 FFT 연산 부담으로 해당 기술을 사용하는 것이 부적당하다.

이러한 단점을 해결하기 위해 시간 영역에서 PSS와 SSS의 상관도 연산을 통해 프레임 동기를 검출하는 종래 기술이 있다. 해당 기술은 수신 신호로부터 저역통과필터를 통해 PSS와 SSS가 위치한 대역을 추출하고, 추출된 PSS 및 SSS 신호를 각각 사전 정의된 PSS와 SSS의 후보 시퀀스와 상관도 연산을 통해 프레임 동기를 검출한다. 따라서 해당 기술은 복잡한 FFT 연산을 요구하지 않기 때문에 앞서 설명한 기술보다는 연산도가 낮지만, 시간 영역에서 상관도 연산을 지속적으로 수행해야하기 때문에 여전히 연산도가 높다. 또한 주파수 오프셋이 존재하는 경우 상관도 특성이 떨어지는 단점이 있다.

본 발명은 LTE 신호의 복조를 수행하지 않고도 프레임 동기를 손쉽게 검출할 수 있는 LTE 프레임 동기 검출 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명은 동기 신호의 시간 영역에서의 상관도 연산 시점을 심볼 동기 타이밍에 연관시킴으로써 프레임 동기 검출시의 연산 부담을 크게 낮출 수 있는 LTE 프레임 동기 검출 방법 및 장치, 이를 적용한 중계기를 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명은 채널 특성에 의해 발생된 주파수 오프셋에 따른 동기 신호의 시간 영역에서의 상관도 저하 문제를 해결하여 높은 신뢰성 및 정확도를 갖는 LTE 프레임 동기 검출 방법 및 장치, 이를 적용한 중계 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, LTE(Long Term Evolution) 프레임 동기 검출 장치로서, 디지털 변환 처리된 LTE 신호의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼 마다에 포함된 CP(cyclic prefix)의 상관도를 연산하는 CP 상관기; 상기 CP 상관도에 근거하여 계산된 심볼 주파수 오프셋을 이용하여, 상기 LTE 신호 내의 동기 신호에 관한 주파수 오프셋을 보상하는 주파수 오프셋 보상부; 상기 CP 상관도에 근거하여 획득된 심볼 시작 타이밍을 고려하여, 상기 주파수 오프셋이 보상된 상기 동기 신호에 관한 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행하는 동기 신호 상관도 연산부; 및 상기 동기 신호에 관한 상관도 연산 결과에 근거하여 상기 LTE 신호의 프레임 동기를 검출하는 프레임 동기 검출부를 포함하는 LTE 프레임 동기 검출 장치가 제공된다.

일 실시예에서, 상기 CP 상관기는, OFDM 심볼의 가드 구간에 위치한 CP와 해당 심볼의 끝 부분 간의 상관도를 연산하여 상기 CP 상관도를 연산하되, 사전 정의된 심볼 길이 및 CP 길이에 근거하여 상기 CP 길이만큼의 특정 구간의 심볼값과 그로부터 상기 심볼 길이만큼 떨어져있는 구간의 심볼값 간의 상관도를 연속 비교하여 피크 상관값을 산출할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 피크 상관값을 갖는 CP 상관도의 복소수 값 중 허수(Imaginary number) 성분에 관련되는 위상차(phase difference)를 계산하고, 계산된 위상차에 근거하여 심볼 주파수 오프셋을 검출하는 주파수 오프셋 검출부를 더 포함하고,

상기 주파수 오프셋 보상부는, 상기 주파수 오프셋 검출부에 의해 검출된 심볼 주파수 오프셋에 근거하여 상기 동기 신호에 관한 주파수 오프셋을 보상할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 피크 상관값을 갖는 위치의 특정 구간을 CP 위치로 판별하고, 판별된 CP 위치에 근거하여 OFDM 심볼 시작 타이밍을 검출하는 심볼 타이밍 검출부를 더 포함하고,

상기 동기 신호 상관도 연산부는, 상기 심볼 타이밍 검출부에 의해 검출된 심볼 시작 타이밍에 맞춰 상기 동기 신호에 관한 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행할 수 있다.

상기 동기 신호 상관도 연산부는, 상기 심볼 타이밍 검출부에 의해 검출된 심볼 시작 타이밍에 기준할 때 상기 동기 신호의 전송이 예상되는 지점에서 상기 동기 신호에 관한 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 LTE 신호 중 동기 신호에 해당하는 주파수 대역만을 통과시키는 필터; 및 상기 필터를 통과한 동기 신호에 관한 다운 샘플링을 수행하는 다운 샘플러를 더 포함하고,

상기 주파수 오프셋 보상부는, 상기다운 샘플러에 의해 다운 샘플링된 동기 신호를 대상으로 상기 주파수 오프셋 보상을 수행할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 동기 신호는 상기 LTE 신호에 포함된 PSS(Primary Synchronization Signal) 및 SSS(Secondary Synchronization Signal)이고,

상기 동기 신호 상관도 연산부는, 상기 PSS 및 상기 SSS와 사전 저장된 PSS 후보 시퀀스 및 SSS 후보 시퀀스 간의 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 프레임 동기 검출부는, 상기 PSS 및 상기 SSS와 사전 저장된 PSS 후보 시퀀스 및 SSS 후보 시퀀스 간의 상관도 연산 결과, 피크 상관값을 갖는 PSS 시간 위치 및 SSS 시간 위치를 계산하고, 계산된 PSS 시간 위치 및 SSS 시간 위치 중 적어도 하나를 상기 LTE 신호 내의 사전 정의된 PSS 위치 및 SSS 위치 중 적어도 하나와 비교하여, 상기 LTE 신호의 프레임 동기를 검출할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상술한 LTE 프레임 동기 검출 장치가 탑재된 중계 장치가 제공된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 중계기에서, LTE 프레임 동기를 검출하는 방법으로서, 디지털 변환 처리된 LTE 신호의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼 마다에 포함된 CP(cyclic prefix)의 상관도를 연산하는 단계;

상기 CP 상관도에 근거하여 계산된 심볼 주파수 오프셋을 이용하여, 상기 LTE 신호 내의 동기 신호에 관한 주파수 오프셋을 보상하는 단계;

상기 CP 상관도에 근거하여 획득된 심볼 시작 타이밍을 고려하여, 상기 주파수 오프셋이 보상된 상기 동기 신호에 관한 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행하는 단계; 및

상기 동기 신호에 관한 상관도 연산 결과에 근거하여 상기 LTE 신호의 프레임 동기를 검출하는 단계를 포함하는 LTE 프레임 동기 검출 방법이 제공된다.

일 실시예에서, 상기 CP 상관도를 연산하는 단계는,

OFDM 심볼의 가드 구간에 위치한 CP와 해당 심볼의 끝 부분 간의 상관도를 연산하여 상기 CP 상관도를 연산하되, 사전 정의된 심볼 길이 및 CP 길이에 근거하여 상기 CP 길이만큼의 특정 구간의 심볼값과 그로부터 상기 심볼 길이만큼 떨어져있는 구간의 심볼값 간의 상관도를 연속 비교하여 피크 상관값을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 피크 상관값을 갖는 CP 상관도의 복소수 값 중 허수(Imaginary number) 성분에 관련되는 위상차(phase difference)를 계산하고, 계산된 위상차에 근거하여 심볼 주파수 오프셋을 검출하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 피크 상관값을 갖는 위치의 특정 구간을 CP 위치로 판별하고, 판별된 CP 위치에 근거하여 OFDM 심볼 시작 타이밍을 검출하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 동기 신호에 관한 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행하는 단계는,

상기 검출된 심볼 시작 타이밍에 맞춰 상기 동기 신호에 관한 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행하거나, 또는 상기 검출된 심볼 시작 타이밍에 기준할 때 상기 동기 신호의 전송이 예상되는 지점에서 상기 동기 신호에 관한 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행하는 단계일 수 있다.

상기 동기 신호에 관한 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행하는 단계는, 상기 PSS 및 상기 SSS와 사전 저장된 PSS 후보 시퀀스 및 SSS 후보 시퀀스 간의 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행하는 단계일 수 있다.

일 실시예에서, 상기 LTE 신호의 프레임 동기를 검출하는 단계는,

상기 PSS 및 상기 SSS와 사전 저장된 PSS 후보 시퀀스 및 SSS 후보 시퀀스 간의 상관도 연산 결과, 피크 상관값을 갖는 PSS 시간 위치 및 SSS 시간 위치를 계산하고, 계산된 PSS 시간 위치 및 SSS 시간 위치 중 적어도 하나를 상기 LTE 신호 내의 사전 정의된 PSS 위치 및 SSS 위치 중 적어도 하나와 비교하여, 상기 LTE 신호의 프레임 동기를 검출하는 단계일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 LTE 프레임 동기 검출 방법 및 장치에 의하면, LTE 신호의 복조를 수행하지 않고도 프레임 동기를 손쉽게 검출할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에 의하면, 동기 신호의 시간 영역에서의 상관도 연산 시점을 심볼 동기 타이밍에 연관시킴으로써 프레임 동기 검출시의 연산 부담을 크게 낮출 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에 의하면, 채널 특성에 의해 발생된 주파수 오프셋에 따른 동기 신호의 시간 영역에서의 상관도 저하 문제를 해결하여 높은 신뢰성 및 정확도를 갖는 LTE 프레임 동기 검출 방법 및 장치, 이를 적용한 중계 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 LTE TDD에서의 PSS 및 SSS 위치를 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LTE 프레임 동기 검출 장치에 관한 블록도.
도 3은 OFDM 심볼 마다에 포함되는 CP(Cyclic Prefix)를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 CP 상관기 및 주파수 오프셋 검출부의 일 구현례를 설명하기 위한 도면.
도 5는 CP 상관도 연산을 통한 심볼 시작 타이밍 검출 방법을 설명하기 위한 예시 그래프.
도 6은 심볼 시작 타이밍 검출 결과를 이용한 시간 영역에서의 PSS 및 SSS 상관도를 예시한 그래프.
도 7은 RS(Reference Signal) 심볼 위치와 연관된 PSS 및 SSS 위치를 설명하기 위한 예시 도면.
도 8은 RS 심볼 위치에서의 CP 상관도를 설명하기 위한 예시 도면.

본 발명은 다양한 변환을 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 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.

또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 LTE 프레임 동기 검출 장치 및 방법은 낮은 연산 부담 및 높은 신뢰성을 가지며, 중계 장치와 같이 LTE 신호의 복조를 수행하지 않는 장비에 적용하는데도 적합한 이점이 있다. 본 발명의 실시예에 따른 LTE 프레임 동기 검출 방법을 전반적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시예에서는, LTE 프레임 동기를 검출하기 위한 전제로서, LTE 신호에 포함된 동기 신호를 대상으로 한 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행하여 해당 동기 신호의 시간 위치를 확인하며 확인된 동기 신호의 시간 위치에 근거하여 LTE 프레임의 시작 시간(즉, 프레임 동기를 맞추기 위해 필요한 LTE 프레임의 시작 시간)을 확인한다.

이를 위해, 본 발명의 실시예에서는, 동기 신호를 대상으로 한 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행하기에 앞서, 시간 영역에서의 상관도 연산의 정확도를 높이기 위해 채널 특성(에 의한 도플러 효과 등)에 의해 발생한 주파수 변이(즉, 이에 따른 주파수 오프셋)를 보상하는 작업을 수행하게 된다. 이는 도 2의 주파수 오프셋 보상부(135)의 기능에 해당한다. 이러한 주파수 오프셋 보상이 이루어지기 위해서는 채널 특성에 따라 얼마만큼의 주파수 오프셋이 발생되었는지를 먼저 검출하여야 하는 바, 도 2의 주파수 오프셋 검출부(130)가 구비된다. 본 발명의 실시예에서는 주파수 오프셋 검출을 LTE 신호 내에서 각 심볼 마다에 포함된 CP(Cyclic Prefix)의 상관도 연산 결과에 근거하여 계산한다.

또한, 본 발명의 실시예에서는, 동기 신호를 대상으로 한 시간 영역에서의 상관도 연산에 따른 연산 부담을 낮추기 위해, CP 상관도 연산 결과에 근거하여 OFDM 심볼 동기(즉, 심볼 시작 위치(시간))를 검출하고, 그러한 심볼 시작 타이밍에 연관되는 특정 시점에서만 상기 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행하는 방식을 이용한다. 이때, 심볼 동기의 검출은 도 2의 심볼 타이밍 검출부(140)에 의해 수행된다.

여기서, 동기 신호는, LTE 신호 내에 포함되는 PSS(Primary Synchronization Signal) 및 SSS(Secondary Synchronization Signal)일 수 있다.

이상에서는 본 발명의 실시예에 따른 LTE 프레임 동기 검출 방법을 전반적으로 설명하였는 바, 이하에서는, 도 2의 블록도를 중심으로 도 3 ~ 도 8을 참조하여, LTE 프레임 동기 검출 장치(100)의 각 구성부에 관한 세부 기능 및 역할에 대하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LTE 프레임 동기 검출 장치에 관한 블록도이다.

일 실시예에 따른 LTE 프레임 동기 검출 장치(100)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 저역통과필터(110), 다운 샘플러(115), CP 상관기(120), 주파수 오프셋 검출부(130), 주파수 오프셋 보상부(135), 심볼 타이밍 검출부(140), 동기 신호 상관도 연산부(150), 프레임 동기 검출부(160)를 포함할 수 있다.

LTE 프레임 동기 검출 장치(100)로 입력되는 LTE 신호는, OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식에 따라 변조되어 다중 부반송파(Multiple Sub-Carrier)에 실려 전송된 RF 형태의 원 LTE 신호를 기저대역(Baseband)의 신호로 변환한 후, 이를 다시 디지털 신호로 변환시킨 디지털 LTE 신호이다. 따라서 상기 LTE 프레임 동기 검출 장치(100)가 중계 장치에 탑재된 경우를 예를 들면, 해당 중계 장치의 주파수 하향 변환기를 통해 기저대역의 신호로 변환된 후, 아날로그/디지털 변환기(Analog to Digital Converter)를 통해 디지털 신호로 변환 처리된 상태의 LTE 신호가 상기 LTE 프레임 동기 검출 장치(100)로 입력되게 될 것이다.

이와 같이 입력된 디지털 LTE 신호는 2개의 패스(Pass)로 나뉘어 저역통과필터(110) 및 CP 상관기(120)로 각각 입력된다.

이때, 저역통과필터(110)로 입력되는 신호 패스는 입력된 LTE 신호 중 동기 신호(즉, PSS 및 SSS)를 추출해낸 후, 그 추출된 동기 신호를 대상으로 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행하기 위한 것이다. 따라서, 저역통과필터(110)는 입력된 LTE 신호 중 동기 신호가 실린 주파수 대역을 통과시키기 위한 통과대역을 가질 수 있다.

도 2에서 저역통과필터(110)는 PSS 및 SSS를 통과시키고 그 이외의 신호는 필터링하기 위해 구비되는 구성요소인 바, 이러한 기능이 유지될 수 있는 한도에서 대역통과필터(Band Pass Filter)로 교체될 수도 있을 것이다.

다운 샘플러(115)는 저역통과필터(110)를 통과한 동기 신호에 관한 다운 샘플링을 수행한다. 다만, 다운 샘플러(115)는 하드웨어 연산 리소스를 줄이기 위한 구성요소인 바, 설계 구현 방식에 따라 생략될 수도 있음은 물론이다.

저역통과필터(110) 및 다운 샘플러(115)를 거쳐 다운 샘플링된 PSS 및 SSS를 대상으로 향후 시간 영역에서의 상관도 연산이 이루지게 될 것이며, 이때 본 발명의 실시예에서는 앞서 설명한 바와 같이, 동기 신호를 대상으로 한 시간 영역의 상관도 연산 작업 이전에 주파수 오프셋 보상 작업을 선행하게 된다.

여기서, 도 2의 주파수 오프셋 보상부(135)에 의한 보상 작업은 주파수 오프셋 검출부(130)에 의해 검출된 주파수 오프셋 값에 근거하여 이루어지는 것이므로, 이하에서는 주파수 오프셋 검출부(130) 및 그 주파수 오프셋 검출을 위한 전제로서 연산 수행되는 CP 상관기(130)에서의 CP 상관도 연산 작업에 관하여 먼저 설명하기로 한다. 이의 설명 과정에서 도 3 및 도 4를 함께 참조한다. 여기서, 도 3은 OFDM 심볼 마다에 포함되는 CP(Cyclic Prefix)를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 CP 상관기 및 주파수 오프셋 검출부의 일 구현례를 설명하기 위한 도면이다.

앞서 설명한 바와 같이, LTE 프레임 동기 검출 장치(100)로 입력되는 디지털 LTE 신호의 다른 패스는, CP 상관기(120)를 거치는 패스로 형성된다(도 2 참조).

CP 상관기(120)는 입력된 LTE 신호의 OFDM 심볼 마다에 삽입된 CP의 상관도(Degree of Correlation)를 연산한다. CP(Cyclic Prefix)는 OFDM 전송 방식에서 다중 경로에 의한 심볼 간 간섭을 방지하기 위해 가드 구간(즉, Guard Interval)에 삽입되는 신호로서, 도 3에 도시된 바와 같이 각 심볼 마다의 맨 앞 부분에 위치한다. 즉, OFDM 전송 방식에서는 가드 구간에 아무런 신호가 없으면 부반송파(Sub-Carrier)의 직교성이 무너져 채널 간 간섭이 발생할 수 있는 바, 그 가드 구간에 CP를 삽입한다. 이러한 CP는 각 심볼의 끝 부분의 신호가 복제된 것이다(도 3 참조).

따라서, CP 상관기(120)는, OFDM 심볼의 가드 구간에 위치한 CP와 해당 심볼의 끝 부분의 심볼 신호 간의 상관도를 연산하여 CP 상관도를 연산하게 된다. 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다. LTE 신호에서의 각 OFDM 심볼의 길이(도 3의 도면부호 D 참조, 여기서 D는 심볼 전체에서 CP를 제외한 길이를 의미함. 즉, 실제 데이터에 관한 심볼 길이를 의미함) 및 OFDM 심볼에 삽입되는 CP의 길이는 사전 정의되어 있다. 따라서 순차 입력되는 신호에 관하여, CP 길이(즉, CP가 위치할 구간의 길이)만큼의 신호 구간의 심볼값과 그로부터 심볼 길이(D)만큼 떨어져 있는 신호 구간의 심볼값 간을 연속적으로(즉, 반복적으로) 상관시켜 가면서 산출되는 상관값을 확인하면 피크 상관값을 보이는 특정 시점(구간)을 확인할 수 있다. 즉, 윈도우 슬라이딩 방식으로 계속적으로 상관값을 계산하고 이를 CP 길이만큼의 구간에 관하여 합산함으로써, 그 중 피크 상관값을 나타내는 특정 구간을 확인하는 방법으로 각 심볼에서 CP가 위치한 구간을 검출해낼 수 있는 것이다.

이러한 CP 상관도 연산을 위한 블록도가 도 4에 예시되어 있다. 도 4를 참조하면, 순차적으로 입력되는 LTE 신호에 관하여 제1 패스에서는 제1 버퍼(123)에 심볼값을 저장하고, 제2 패스에서는 지연기(121)를 통해서 심볼 길이(D)만큼을 신호 지연시킨 심볼값을 제2 버퍼(122)에 저장한다. 이 후, 제1 버퍼(123)에 저장된 심볼값과, 제2 버퍼(122)에 저장된 심볼값의 켤레값(도 4의 도면번호 124번 참조) 간을 상관 및 합산기(125)를 통해 CP 길이만큼의 구간 동안 상관 및 합산(누적)한다. 이와 같은 CP 길이만큼의 구간 동안의 누적 상관값의 절대치(도 4의 도면번호 126번 참조)를 순차 확인하는 방식으로, 그 누적 상관값이 피크값을 갖게 되는 구간을 확인할 수 있다(도 4의 도면번호 127 참조).

상술한 CP 상관도 연산 방식을 도 3의 수학기호에 기준하여 수학식으로 나타내면 아래와 같다.

이때, CP는 심볼 끝 부분의 심볼값을 복제한 것이므로, 만일 심볼 앞 부분과 심볼 끝 부분의 신호 간에 위상차(Phase difference)가 존재하지 않는다면(즉, 채널 환경에 따른 신호 지연 수신이 없었다면), 피크값을 가질 때의 CP 상관도는 실수(real number) 값만을 갖게 될 것이다. 그러나 채널 환경(특성)에 따라 신호 지연이 발생한 경우, 상기 CP 상관도 연산 수학식에서와 같이 피크값을 가질 때의 CP 상관도는 복소수 값을 갖게 되며, 이를 복소 평면으로 나타내면 신호 지연에 따라 발생된 위상차(즉, 이는 심볼 앞 부분의 CP 구간의 심볼값과 심볼 끝 부분의 심볼값 간에 틀어진 위상차)인할 수 있다. 즉, 위상차는 상기 CP 상관도 연산 수학식에 의해 산출되는 복소수 값 중에서 허수(Imaginary number) 값 성분과 연관되어 있다.

따라서, 도 2의 주파수 오프셋 검출부(130)는, CP 상관기(120)에 의해 연산된 상기 피크 상관값을 가질 때의 복소수 값의 CP 상관도에 근거하여, 채널 특성(해당 주파수 대역의 신호에 관한 도플러 효과 등)에 따라 발생된 위상차를 검출하고(도 4의 도면번호 132 참조), 이와 같이 검출된 위상차로부터 주파수 오프셋(심볼 주파수 오프셋)을 산출할 수 있다(도 4의 도면번호 134 참조). 이때, 주파수 오프셋은 검출된 위상차와, CP 구간과 그 끝 부분 간의 시간 거리(즉, 시간 지연값) 간의 기울기를 산출함으로써 확인할 수 있다.

다만, 본 발명의 실시예에서의 CP 상관도 연산 방식은 도 4에 예시된 연산 방식에 한정되는 것은 아니며, 이외의 다른 방식 또는 변형 방식에 근거하여 연산될 수도 있음은 물론이다. 또한 상술한 주파수 오프셋 검출 방식 또한 도 4에 예시된 검출 방식에 한정되지 않음은 물론이다.

또한, 실시예에 따라, 주파수 오프셋 검출부(130)는 심볼 타이밍 검출부(140)에서 검출된 심볼 타이밍 결과에 따라 검출된 주파수 오프셋이 유효한 결과인지 아닌지를 판별할 수 있다. 이에 따라, 주파수 오프셋이 검출되더라도 심볼 타이밍 결과가 검출되지 않으면, 검출된 주파수 오프셋은 유효한 값이 아닐 수 있으므로, 향후 주파수 오프셋 보상부(135)에서 이를 사용되지 않을 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 주파수 오프셋이 검출되면, 주파수 오프셋 보상부(135)는 그 검출된 심볼 주파수 오프셋에 근거하여 다운 샘플링 처리된 PSS 및 SSS에 관한 주파수 오프셋 보상을 수행한다. 동기 신호 상관도 연산부(150)는 위와 같이 주파수 오프셋 보상이 이루어진 상태의 PSS 및 SSS 심볼값을 대상으로 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행한다. 따라서 본 발명의 실시예에서는 채널 특성에 따라 발생한 신호 지연에 따른 위상 틀어짐(결국 주파수 오프셋의 발생)을 보상함으로써, PSS 및 SSS 심볼값을 대상으로 한 상관도 연산의 신뢰성을 높일 수 있는 이점이 있다.

그리고 앞서 설명한 바와 같이, 동기 신호 상관도 연산부(150)는 심볼 타이밍 검출부(140)를 통해 확인된 심볼 시작 타이밍을 고려하여, 그 심볼 시작 타이밍에 맞춰 또는 심볼 시작 타이밍 시점을 기준으로 정해지는 특정 시점에 맞춰 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행하게 된다. 종래 기술에 의할 때 PSS 및 SSS의 시간 영역에서의 상관도 연산은 지속적으로 수행되었던 것과 달리, 본 발명의 실시예에서는 심볼 시작 타이밍과 연관된 특정 시점에서만 수행하면 되므로 상관도 연산을 위한 연산 부담이 감소되는 이점이 있다.

심볼 타이밍 검출부(140)를 통한 심볼 시작 타이밍의 검출은 다음과 같은 방법에 의할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 CP 상관기(120)의 상관 연산 결과에 따라 피크 상관값을 나타내는 구간은 도 5에 도시된 바와 같이 쉽게 확인된다. 여기서, 도 5는 CP 상관도 연산을 통한 심볼 시작 타이밍 검출 방법을 설명하기 위한 예시 그래프이다. 따라서, 심볼 타이밍 검출부(140)는 CP 상관도가 피크값을 가질 때의 심볼 구간 위치를 확인함으로써(즉, CP 구간의 위치를 확인함으로써) 심볼 시작 타이밍을 검출할 수 있다.

상술한 바와 같이 심볼 시작 타이밍이 검출되면, 동기 신호 상관도 연산부(150)는 검출된 심볼 시작 타이밍을 참조하여 시간 영역에서의 PSS 및 SSS의 상관도를 연산하게 되며, 이때 상관도 연산 방식은 다음과 같다.

일반적으로, LTE 신호 내에 포함되는 PSS 및 SSS는, 사전 정의된 복수의 PSS 후보 시퀀스 및 복수의 SSS 후보 시퀀스 중에서 각각 하나로 선택된다. 따라서 심볼값을 복조해내기 전까지는 수신된 LTE 신호에서 어떤 시퀀스의 PSS 및 SSS가 선택되었는지를 확인할 수 없다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는, 상기 사전 정의된 PSS 후보 시퀀스와 SSS 후보 시퀀스를 미리 저장해둔 후, LTE 프레임 동기 검출 장치(100)로 입력된 LTE 신호로부터 추출된 PSS 및 SSS를 상기 미리 저장해둔 PSS 후보 시퀀스 및 SSS 후보 시퀀스와 심볼 대 심볼로 시간 영역에서 상관도 연산을 해보는 방식을 이용한다. PSS와 SSS의 상관도 연산은 연속적으로 수행되지 않고 상기 검출된 심볼 시작 타이밍에서만 수행되므로 연산 부담을 낮출 수 있다.

예를 들어, 사전 정의된 PSS 후보 시퀀스가 총 3개, SSS 후보 시퀀스가 총 168개로, 총 504개의 PSS-SSS 조합이 존재하는 경우, 저역통과필터(110)에 의해 추출되어 시간 상으로 순차적으로 입력된 동기 신호(이는 복조 전의 심볼값 상태인 바, 어느 것이 PSS이고, 어느 것이 SSS인지 확인 불가한 상태임) 각각을 대상으로 먼저 상기 총 3개의 PSS 후보 시퀀스와 상관도를 연산한다. 이러한 상관도 연산 결과에 의하면, 위 3개의 PSS 후보 시퀀스 중 상관도가 피크값을 갖게 되는 특정 1개의 PSS 후보 시퀀스(즉, 이는 LTE 신호에 사용된 PSS 시퀀스임)를 확인할 수 있으며, 그러한 PSS 후보 시퀀스와의 관계에서 피크값의 상관도를 갖는 동기 신호가 어느 시간 구간에 위치하는지를 확인할 수 있다. 이 후, 동일한 방식으로, 입력된 동기 신호와 SSS 후보 시퀀스 간의 상관도 연산 결과에 따라 LTE 신호에서 SSS가 어느 신호 구간에 위치하는지를 확인할 수 있다. 이는 도 6의 예시의 시뮬레이션 그래프를 통해서도 쉽게 확인된다. 여기서, 도 6은 심볼 시작 타이밍에 맞춰서 시간 영역에서의 PSS 및 SSS 상관도를 연산한 결과를 예시한 그래프이다.

따라서, LTE 프레임 동기 검출 장치(100)의 프레임 동기 검출부(160)는, 상술한 바와 같은 방식을 이용함으로써 LTE 신호의 프레임 동기를 검출할 수 있다. 즉, 프레임 동기 검출부(160)는, 입력된 LTE 신호로부터 추출한 PSS 및 SSS와 사전 저장된 PSS 후보 시퀀스 및 SSS 후보 시퀀스 간의 상관도 연산 결과에 근거할 때, 시간 영역에서 피크 상관값을 갖는 PSS 시간 위치 및 SSS 시간 위치를 계산하고, 그 계산된 PSS 시간 위치 및 SSS 시간 위치 중 적어도 하나에 기준하여 LTE 신호 내의 사전 정의된 PSS 위치 및 SSS 위치 중 적어도 하나와 비교함으로써, 프레임 동기를 검출할 수 있다.

도 1 및 도 7을 통해 확인되는 바와 같이, PSS 및 SSS는 TDD 구조 또는 FDD 구조에 따라 LTE 신호 내에서 삽입되는 위치가 미리 지정되어 있는 것이므로, 또한 PSS 위치와 SSS 위치 사이의 배치 간격도 미리 지정되어 있는 것이므로, 시간 영역에서 피크 상관값을 갖는 PSS 시간 위치 및 SSS 시간 위치 중 어느 하나를 알면, TDD 또는 FDD 구조에 상응하여 LTE 프레임 동기(즉, 프레임이 시작되는 시점)를 검출할 수 있기 때문이다. 여기서, 도 7은 TDD 또는 FDD 구조에서의 RS(Reference Signal) 심볼 위치와 연관된 PSS 및 SSS 위치를 설명하기 위한 예시 도면이다. 도 7을 참조하면, 프레임 타입에 따라 동기 신호(즉, PSS 및 SSS)의 위치는 RS 전송 구간을 기준으로 고정되어 있음을 확인할 수 있다.

앞서 설명한 도 6의 케이스에서는, 동기 신호 상관도 연산부(150)가 심볼 시작 타이밍에 맞춰(즉, 심볼 시작 시점 마다) PSS 및 SSS의 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행한 경우를 예시하였다. 다만, 동기 신호 상관도 연산부(150)는 심볼 시작 시점으로부터 미리 지정해 둔 시간 간격을 두고 상기 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행할 수도 있다. RS 전송 구간을 기준으로 PSS 및 SSS 삽입 위치가 정해져 있는 도 7의 예를 들면, 심볼 시작 시점인 RS 전송 구간에서 바로 상관도 연산을 수행하는 것이 아니라, RS 전송 구간을 기준으로 볼 때 PSS 및 SSS가 삽입되는 시간 위치(즉, RS 심볼의 전송 이후, 동기 신호의 전송이 예상되는 시간 위치)에서 비로소 상관도 연산을 수행할 수도 있는 것이다. 이러한 방식은 LTE 신호 내에 데이터 로드(load)가 적은 경우에 효율적이다. 이는 도 8을 통해 확인할 수 있다. 도 8은 RS 심볼 위치에서의 CP 상관도를 설명하기 위한 예시 도면이다. LTE 신호 내에 데이터 로드가 적은 경우의 CP 상관도에 관한 시뮬레이션 그래프가 도 8에 도시되어 있으며, 도 8을 참조할 때 데이터 로드가 적은 경우에도 RS 신호 구간에서는 CP 상관도 특성이 매우 좋음을 확인할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

100 : LTE 프레임 동기 검출 장치
110 : 저역통과필터
115 : 다운 샘플러
120 : CP 상관기
130 : 주파수 오프셋 검출부
135 : 주파수 오프셋 보상부
140 : 심볼 타이밍 검출부
150 : 동기 신호 상관도 연산부
160 : 프레임 동기 검출부

Claims

LTE(Long Term Evolution) 프레임 동기 검출 장치로서,
디지털 변환 처리된 LTE 신호의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼의 가드 구간에 위치한 CP(Cyclic Prefix)와 해당 심볼의 끝 부분 간의 상관도를 연산하여 상기 CP 상관도를 연산하되, 사전 정의된 심볼 길이 및 CP 길이에 근거하여 상기 CP 길이만큼의 특정 구간의 심볼값과 그로부터 상기 심볼 길이만큼 떨어져있는 구간의 심볼값 간의 상관도를 연속 비교하여 피크 상관값을 산출하는 CP 상관기;
상기 CP 상관도에 근거하여 계산된 심볼 주파수 오프셋을 이용하여, 상기 LTE 신호 내의 동기 신호에 관한 주파수 오프셋을 보상하는 주파수 오프셋 보상부;
상기 피크 상관값을 갖는 위치의 특정 구간을 CP 위치로 판별하고, 판별된 CP 위치에 근거하여 OFDM 심볼 시작 타이밍을 검출하는 심볼 타이밍 검출부;
상기 심볼 타이밍 검출부에 의해 검출된 심볼 시작 타이밍에 맞춰 상기 주파수 오프셋이 보상된 상기 동기 신호에 관한 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행하는 동기 신호 상관도 연산부; 및
상기 동기 신호에 관한 상관도 연산 결과에 근거하여 상기 LTE 신호의 프레임 동기를 검출하는 프레임 동기 검출부
를 포함하는 LTE 프레임 동기 검출 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 피크 상관값을 갖는 CP 상관도의 복소수 값 중 허수(Imaginary number) 성분에 관련되는 위상차(phase difference)를 계산하고, 계산된 위상차에 근거하여 심볼 주파수 오프셋을 검출하는 주파수 오프셋 검출부를 더 포함하고,
상기 주파수 오프셋 보상부는, 상기 주파수 오프셋 검출부에 의해 검출된 심볼 주파수 오프셋에 근거하여 상기 동기 신호에 관한 주파수 오프셋을 보상하는, LTE 프레임 동기 검출 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 피크 상관값을 갖는 위치의 특정 구간을 CP 위치로 판별하고, 판별된 CP 위치에 근거하여 OFDM 심볼 시작 타이밍을 검출하는 심볼 타이밍 검출부를 더 포함하고,
상기 동기 신호 상관도 연산부는, 상기 심볼 타이밍 검출부에 의해 검출된 심볼 시작 타이밍에 기준할 때 상기 동기 신호의 전송이 예상되는 지점에서 상기 동기 신호에 관한 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행하는, LTE 프레임 동기 검출 장치.
제1항에 있어서,
상기 LTE 신호 중 동기 신호에 해당하는 주파수 대역만을 통과시키는 필터; 및
상기 필터를 통과한 동기 신호에 관한 다운 샘플링을 수행하는 다운 샘플러를 더 포함하고,
상기 주파수 오프셋 보상부는, 상기다운 샘플러에 의해 다운 샘플링된 동기 신호를 대상으로 상기 주파수 오프셋 보상을 수행하는, LTE 프레임 동기 검출 장치.
제6항에 있어서,
상기 동기 신호는 상기 LTE 신호에 포함된 PSS(Primary Synchronization Signal) 및 SSS(Secondary Synchronization Signal)이고,
상기 동기 신호 상관도 연산부는, 상기 PSS 및 상기 SSS와 사전 저장된 PSS 후보 시퀀스 및 SSS 후보 시퀀스 간의 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행하는, LTE 프레임 동기 검출 장치.
제7항에 있어서,
상기 프레임 동기 검출부는, 상기 PSS 및 상기 SSS와 사전 저장된 PSS 후보 시퀀스 및 SSS 후보 시퀀스 간의 상관도 연산 결과, 피크 상관값을 갖는 PSS 시간 위치 및 SSS 시간 위치를 계산하고, 계산된 PSS 시간 위치 및 SSS 시간 위치 중 적어도 하나를 상기 LTE 신호 내의 사전 정의된 PSS 위치 및 SSS 위치 중 적어도 하나와 비교하여, 상기 LTE 신호의 프레임 동기를 검출하는, LTE 프레임 동기 검출 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 의한 LTE 프레임 동기 검출 장치가 탑재된 중계 장치.
중계기에서, LTE 프레임 동기를 검출하는 방법으로서,
디지털 변환 처리된 LTE 신호의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼의 가드 구간에 위치한 CP(Cyclic Prefix)와 해당 심볼의 끝 부분 간의 상관도를 연산하여 상기 CP 상관도를 연산하는 단계;
사전 정의된 심볼 길이 및 CP 길이에 근거하여 상기 CP 길이만큼의 특정 구간의 심볼값과 그로부터 상기 심볼 길이만큼 떨어져있는 구간의 심볼값 간의 상관도를 연속 비교하여 피크 상관값을 산출하는 단계;
상기 CP 상관도에 근거하여 계산된 심볼 주파수 오프셋을 이용하여, 상기 LTE 신호 내의 동기 신호에 관한 주파수 오프셋을 보상하는 단계;
상기 피크 상관값을 갖는 위치의 특정 구간을 CP 위치로 판별하고, 판별된 CP 위치에 근거하여 OFDM 심볼 시작 타이밍을 검출하는 단계;
상기 OFDM 심볼 시작 타이밍을 검출하는 단계에서 검출된 심볼 시작 타이밍에 맞춰 상기 주파수 오프셋이 보상된 상기 동기 신호에 관한 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행하는 단계; 및
상기 동기 신호에 관한 상관도 연산 결과에 근거하여 상기 LTE 신호의 프레임 동기를 검출하는 단계
를 포함하는 LTE 프레임 동기 검출 방법.
삭제
제10항에 있어서,
상기 피크 상관값을 갖는 CP 상관도의 복소수 값 중 허수(Imaginary number) 성분에 관련되는 위상차(phase difference)를 계산하고, 계산된 위상차에 근거하여 심볼 주파수 오프셋을 검출하는 단계를 더 포함하는, LTE 프레임 동기 검출 방법.
삭제
제10항에 있어서,
상기 동기 신호에 관한 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행하는 단계는,
상기 검출된 심볼 시작 타이밍에 맞춰 상기 동기 신호에 관한 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행하거나, 또는 상기 검출된 심볼 시작 타이밍에 기준할 때 상기 동기 신호의 전송이 예상되는 지점에서 상기 동기 신호에 관한 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행하는 단계인, LTE 프레임 동기 검출 방법.
제14항에 있어서,
상기 동기 신호는 상기 LTE 신호에 포함된 PSS(Primary Synchronization Signal) 및 SSS(Secondary Synchronization Signal)이고,
상기 동기 신호에 관한 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행하는 단계는, 상기 PSS 및 상기 SSS와 사전 저장된 PSS 후보 시퀀스 및 SSS 후보 시퀀스 간의 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행하는 단계인, LTE 프레임 동기 검출 방법.
제15항에 있어서,
상기 LTE 신호의 프레임 동기를 검출하는 단계는,
상기 PSS 및 상기 SSS와 사전 저장된 PSS 후보 시퀀스 및 SSS 후보 시퀀스 간의 상관도 연산 결과, 피크 상관값을 갖는 PSS 시간 위치 및 SSS 시간 위치를 계산하고, 계산된 PSS 시간 위치 및 SSS 시간 위치 중 적어도 하나를 상기 LTE 신호 내의 사전 정의된 PSS 위치 및 SSS 위치 중 적어도 하나와 비교하여, 상기 LTE 신호의 프레임 동기를 검출하는 단계인, LTE 프레임 동기 검출 방법.