KR102057237B1 - Ｏｆｄｍ 심볼 추정을 이용한 ｏｆｄｍ 통신 신호 식별 방법 - Google Patents

Ｏｆｄｍ 심볼 추정을 이용한 ｏｆｄｍ 통신 신호 식별 방법 Download PDF

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Abstract

OFDM 심볼 추정을 이용한 OFDM 통신 신호 식별 방법이 제공되며, 적어도 하나의 CP(Cyclic Prefix)가 FFT 심볼의 길이인 NFFT 간격으로 존재하는 OFDM 통신 신호에서, NFFT를 가능한 수 집합 중 하나의 값인 nfft로 가정하는 단계, 가정된 nfft에 대하여 CP의 길이인 NPREFIX를 추정하여 e_nprefix(nfft)로 설정하는 단계, 설정된 e_nprefix(nfft)의 신뢰도를 측정하는 단계, 설정 단계와 측정 단계를 NFFT가 가능한 수 집합의 포함된 모든 nfft에 대하여 실행하는 단계, 실행 결과 신뢰도가 가장 높은 e_nprefix(nfft)와, 가장 높은 e_nprefix(nfft)를 가지는 nfft를 선택하는 단계, 선택된 e_nprefix(nfft)와 nfft를 CP의 길이와 FFT의 길이로 추정하고, 추정된 CP 및 FFT의 길이에 기초하여 OFDM 통신 신호의 종류를 식별하는 단계를 포함한다.

Description

ＯＦＤＭ 심볼 추정을 이용한 ＯＦＤＭ 통신 신호 식별 방법{METHOD FOR IDENTIFYING OFDM COMUNICATION SIGNAL USING OFDM SYMBOL ESTIMATION}
본 발명은 OFDM 심볼 추정을 이용한 OFDM 통신 신호 식별 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선 통신에서 이기종 통신 신호로부터 OFDM 신호를 식별할 수 있는 방법에 관한 것이다.
최근 스마트 단말의 보급이 급증함에 따라 LTE, WIBRO와 같은 광대역 고속 통신 방식이 표준으로 채택되어 사용되고 있으며, 무선인지통신(Cognitive Radio)에서 OFDM 통신 방식을 탐지하는 환경이 다수 발생되는 추세이다.
이때, OFDM 시스템에서 신호를 식별하는 방법은, 주파수 옵셋 추정을 하는 방식으로 이루어지고 있다. 주파수 옵셋을 추정하는 방법과 관련하여, 선행기술인 한국공개특허 제2012-0048362호(2012.5.15 공개)에는 심볼에 위치하는 파일럿 색인의 샘플에 대하여 템플릿과 상관값을 연산하고, 주파수 옵셋을 결정하는 구성이 개시되어 있다.
다만, OFDM 시스템에서 신호를 식별하는 방법을 제공함에 있어서, CP(Cyclic Prefix)에 존재성에 기반하므로, 파일럿 신호가 존재할 경우 피크값의 크기와 위치에 편차가 존재한다. 또한, OFDM 신호를 해석하기 위해 사용되는 주기 분석은 입력 신호를 프레임으로 분할하는 크기에 따라 주기적 주파수가 크게 변하는 성질을 가지고 있다.
한국공개특허 제2012-0048362호(2012.5.15 공개)에는 ＯＦＤＭ 시스템에서 인접한 파일럿들의 상관을 이용한 정수 주파수 옵셋 추정 방법이 개시되어 있다.
본 발명의 일 실시예는, 이기종 통신 신호가 혼합된 신호로부터 OFDM 신호를 식별할 수 있으므로, 무선인지통신에서 OFDM 신호를 높은 정확도를 가지고 해석할 수 있는 OFDM 심볼 추정을 이용한 OFDM 통신 신호 식별 방법을 제공할 수 있다. 다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 실시예는, 적어도 하나의 CP(Cyclic Prefix)가 FFT 심볼의 길이인 NFFT 간격으로 존재하는 OFDM 통신 신호에서, NFFT를 가능한 수 집합 중 하나의 값인 nfft로 가정하는 단계, 가정된 nfft에 대하여 CP의 길이인 NPREFIX를 추정하여 e_nprefix(nfft)로 설정하는 단계, 설정된 e_nprefix(nfft)의 신뢰도를 측정하는 단계, 설정 단계와 측정 단계를 NFFT가 가능한 수 집합의 포함된 모든 nfft에 대하여 실행하는 단계, 실행 결과 신뢰도가 가장 높은 e_nprefix(nfft)와, 가장 높은 e_nprefix(nfft)를 가지는 nfft를 선택하는 단계, 선택된 e_nprefix(nfft)와 nfft를 CP의 길이와 FFT의 길이로 추정하고, 추정된 CP 및 FFT의 길이에 기초하여 OFDM 통신 신호의 종류를 식별하는 단계를 포함한다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 이기종 통신 시스템에서도 무선인지통신을 통하여 OFDM 신호의 존재성을 확인할 수 있고, 주기성 분석의 정확도와 유효성을 함께 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 OFDM 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 OFDM 통신 신호 식별기를 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 도 1에 도시된 OFDM 통신 신호 식별기에서 사용하는 심볼의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 OFDM 통신 신호 식별기에서 OFDM 통신 신호를 식별하는 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 5는 도 1에 도시된 OFDM 통신 신호 식별기에서 자기 상관 함수를 이용하여 CP의 길이를 결정하기 위한 개념을 설명하는 2차원 그래프이다.
도 6은 도 1에 도시된 OFDM 통신 신호 식별기에서 자기 상관 함수를 이용하여 CP의 길이를 결정하기 위한 개념을 설명하는 3차원 그래프이다.
도 7은 도 4에 도시된 동작 흐름도에서 S420 단계를 상세히 설명한 동작 흐름도이다.
도 8은 도 1에 도시된 OFDM 통신 신호 식별기에서 자기 상관 함수를 이용하여 CP를 결정하기 위한 개념을 설명하는 2차원 그래프 및 3차원 그래프이다.
도 9는 도 1에 도시된 OFDM 통신 신호 식별기에서 추정된 CP 길이의 신뢰도가 측정된 그래프이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 OFDM 시스템을 설명하기 위한 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 OFDM 시스템(1)은 OFDM 송신기(100)와 OFDM 수신기(300)를 포함할 수 있다. OFDM 송신기(100)는 부호기(110), IFFT(Inverse Fast Fourier Transform, 130), CP 추가기(Cyclic Prefix Adder, 150), DAC(Digital to Analog Converter, 170)를 포함할 수 있다. 또한, OFDM 수신기(300)는 ADC(Analog to Digital Converter, 310), OFDM 통신 신호 식별기(330), CP 제거기(350), FFT(Fast Fourier Transform, 370), 복호기(390)를 포함할 수 있다.
다만, 이러한 도 1의 OFDM 시스템(1)은 본 발명의 일 실시예에 불과하므로 도 1을 통해 본 발명이 한정 해석되는 것은 아니다. 본 발명의 일 실시예에 따른 OFDM 시스템(1)은 ADC(310)와 CP 제거기(350) 간에 OFDM 통신 신호 식별기(330)를 더 포함하는 구성으로, 어떠한 OFDM 시스템(1)이든지 간에 가능할 수 있다. 즉, 기존의 OFDM 시스템이 어떠한 형태로 구성되는지에 따라 구애받지 않고, OFDM 수신기(300) 측에 구성되는 ADC(310)와 CP 제거기(350) 사이에만 구비되면 어느 OFDM 시스템이든지 상관없이 가능하다.
상술한 구성을 가진 OFDM 시스템(1)의 동작을 이하에서 상세히 설명한다.
우선, 송신하고자 하는 입력 비트 스트림은 부호기(110)를 통하여 입력될 수 있다. 이때, 부호기(110)는 입력 비트 스트림을 미리 결정된 방식에 따라 부호화한 후 직병렬 변환기(미도시)로 출력하면, 직병렬 변환기는 비트 스트림을 병렬 데이터로 변환하여 출력할 수 있다. 직병렬 변환기에서 직렬 비트 스트림을 병렬의 비트 스트림으로 변환하는 것은 역 고속 푸리에 변환을 실시하기 위함이다. 따라서, 직병렬 변환기에서 출력된 병렬의 비트 스트림은 IFFT(130)로 입력된다. 이때, 병렬의 비트 스트림은 N개의 심볼이라고 가정할 수 있다. 이와 같이 N 개의 심볼들을 수신하는 것으로 가정한 이유는, IFFT(130)가 입력 스트림들을 N개의 단위로 역 고속 푸리에 변환을 수행하기 때문이다.
따라서, IFFT(130)는 병렬로 수신된 N개의 심볼들을 수신하고, 전송할 심볼을 역 고속 푸리에 변환함으로써, 주파수 영역의 심볼들을 시간 영역의 심볼로 변환할 수 있다. 시간 영역으로 변환된 심볼은 병직렬 변환기(미도시)로 입력될 수 있고, 병직렬 변환기는 병렬로 입력되는 N개의 시간 영역 심볼을 직렬의, 즉 순차적인 N개의 비트 스트림으로 변환하여 출력한다.
CP 추가기(150)는 N개의 비트 스트림의 마지막 비트로부터 역으로 일정 개수만큼의 비트를 복사하고, 복사된 비트를 OFDM 심볼 간에 삽입한다. CP 추가기(150)에서 CP를 부가하는 이유는, 다중 경로 채널의 영향을 제거하기 위함일 수 있다. CP가 부가된 OFDM 심볼은 DAC(170)으로 입력되어 디지털 심볼들을 아날로그 심볼로 변환하여 OFDM 수신기(300)로 전송할 수 있다.
한편, OFDM 수신기(300)의 ADC(310)는 채널을 통해 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, OFDM 통신 신호 식별기(330)는 OFDM 통신 신호의 FFT 길이와 CP의 길이를 추정하여 OFDM 심볼의 길이를 추정한다. 이때, OFDM 통신 신호 식별기(330)는 이기종의 통신 시스템이 혼재되어 있는 경우, OFDM 신호가 존재하는지의 여부를 탐지하고, OFDM 통신 신호를 탐지하는 경우 FFT와 CP의 길이를 추정함으로써 OFDM 심볼의 길이를 추정할 수 있다. 따라서, OFDM 통신 신호 식별기(330)는 해당 통신 신호가 어떠한 통신 규격인지를 판별할 수 있도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 OFDM 통신 신호 식별기(330)는 무선인지통신(Cognitive Radio)에서 OFDM 통신 방식을 탐지하고자 하는 경우, 에너지 기반 탐지 방식을 사용하는 것이 어렵고, 알려지지 않은 OFDM 통신 신호를 식별하고자 하는 경우, 프리앰블(Preamble)에 대한 정보가 없으므로 매칭 필터 기반의 연관(Correlation) 방식을 사용할 수도 없다는 점에서 착안한다.
그리고, OFDM 통신 신호를 탐지하기 위하여 이용되는 기존의 방법은 OFDM 통신 신호의 CP의 존재성에 기반하거나 파일럿(Pilot) 신호로 인한 주기적(Cyclostationary) 성질을 사용하지만, 후자의 경우 파일럿 신호가 존재하면 피크값의 크기와 위치에 편차가 존재할 수 있다. 또한, OFDM 신호를 해석하기 위하여 사용되는 주기 분석(주기적 자기상관함수 또는 주기적 주파수)은, 입력 신호를 프레임으로 분할하는 과정에 기초하여 주기적 주파수가 크게 변하는 성질을 가지고 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 OFDM 통신 신호 식별기(330)는 주기 분석을 위하여 OFDM 심볼의 길이를 파악하기 위하여, OFDM 통신 신호의 FFT와 CP의 길이를 추정한다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 OFDM 통신 신호 식별기(330)가 적용된 무선인지통신에서는, 이기종 통신 신호가 혼재된 상황에서도 OFDM 통신 신호를 식별할 수 있고, 해당 OFDM 통신 신호의 규격까지 파악할 수 있다.
다시 도 1의 구성도를 계속 설명하면, CP 제거기(350)는 다중경로의 영향으로 오염된 CP를 제거할 수 있다. 이때, CP 제거기(350)에서 CP가 제거된 신호는 직렬 신호이므로, 고속 푸리에 변환을 위하여 직병렬 변환기(미도시)에서 N개 단위로 병렬 변환하여 출력할 수 있다. 그 이유는, OFDM 송신기(100)에서 N개 단위로 역 고속 푸리에 변환이 이루어졌기 때문이다. 따라서, FFT(370)는 N개 단위의 병렬 데이터를 수신하고, 그 신호를 고속 푸리에 변환하여 시간 영역의 심볼을 주파수 영역의 심볼로 변환할 수 있다. 주파수 영역으로 변환된 심볼은 병직렬 변환기(미도시)에서 직렬의 심볼로 변환되고, 복호기(390)는 입력된 심볼을 복호하여 출력 비트 스트림을 출력할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 OFDM 시스템(1)은 FFT의 길이 및 CP의 길이를 추정함으로써 OFDM 심볼의 길이를 추정하고, 추정된 OFDM 심볼의 길이를 기반으로 OFDM 통신 신호의 존재성을 파악하고, OFDM 통신 신호의 규격까지 파악할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 OFDM 시스템(1)은 이기종 통신 시스템이 혼재되어 있는 경우에도, OFDM 통신 신호를 식별해낼 수 있으며, 정확한 OFDM 심볼 길이를 추정함으로써 FFT 구간을 정확히 프레임별로 분할할 수 있으므로, 통신의 정확성을 높일 수 있다.
이하에서는 OFDM 시스템(1)에 포함된 OFDM 통신 신호 식별기(330)의 구성과 동작을 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 도 1에 도시된 OFDM 통신 신호 식별기를 설명하기 위한 구성도이고, 도 3은 도 1에 도시된 OFDM 통신 신호 식별기에서 사용하는 심볼의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, OFDM 통신 신호 식별기(330)는 가정부(331), 설정부(332), 측정부(333), 실행부(334), 선택부(335), 식별부(336)를 포함할 수 있다.
가정부(331)는 적어도 하나의 CP가 FFT 심볼의 길이인 NFFT 간격으로 존재하는 OFDM 통신 신호에서, NFFT를 가능한 수 집합 중 하나의 값인 nfft로 가정한다. 이때, 도 3을 참조하여 OFDM 심볼의 개념을 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 OFDM 통신 신호에서 FFT의 길이, 즉 NFFT가 2L로 표현된다는 것으로부터 시작한다. 만약, NFFT가 2L이라는 가정을 하지 않는 경우 계산량이 증가하게 되므로 FFT의 길이인 NFFT는 2L로 표현한다고 가정한다.
일반적으로 사용되는 NFFT는 예를 들어 {64,128,256,512,1024,2048}일 수 있다. 이러한 NFFT에 대한 가정과 함께 OFDM 통신 신호에서는 CP의 길이 또한 NFFT 개수의 5~15% 사이에 존재한다는 것도 가정한다. 도 3은 이러한 가정을 만족하는 심볼을 도시한다. 일반적으로 CP는 주기 컨볼루션(Cyclic Convolution)의 개념에 따라 주 심볼의 뒷 부분이 복사되어 사용되므로, CP와 동일한 신호가 NFFT 간격으로 존재할 수 있다.
설정부(332)는 가정된 nfft에 대하여 CP의 길이인 NPREFIX를 추정하여 e_nprefix(nfft)로 설정한다. 이때, e는 estimation의 약자이며, e_nprefix(nfft)는 가정된 FFT의 길이인 nfft에 대하여 추정된 CP의 길이를 의미한다.
측정부(333)는 설정된 e_nprefix(nfft)의 신뢰도를 측정하고, 실행부(334)는 설정부(332)와 측정부(333)에서 NFFT가 가능한 수 집합에 포함된 모든 nfft에 대하여 실행하도록 한다. 선택부(335)는 실행 결과 신뢰도가 가장 높은 e_nprefix(nfft)와, 가장 높은 e_nprefix(nfft)를 가지는 nfft를 선택한다. 식별부(336)는 선택된 e_nprefix(nfft)와 nfft를 CP의 길이와 FFT의 길이로 추정하고, 추정된 CP 및 FFT 길이에 기초하여 OFDM 통신 신호의 종류를 식별한다.
상술한 구성을 바탕으로 이하에서는 그 동작을 상세히 설명한다.
도 4는 도 1에 도시된 OFDM 통신 신호 식별기에서 OFDM 통신 신호를 식별하는 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이고, 도 5는 도 1에 도시된 OFDM 통신 신호 식별기에서 자기 상관 함수를 이용하여 CP의 길이를 결정하기 위한 개념을 설명하는 2차원 그래프이고, 도 6은 도 1에 도시된 OFDM 통신 신호 식별기에서 자기 상관 함수를 이용하여 CP의 길이를 결정하기 위한 개념을 설명하는 3차원 그래프이고, 도 7은 도 4에 도시된 동작 흐름도에서 S420 단계를 상세히 설명한 동작 흐름도이고, 도 8은 도 1에 도시된 OFDM 통신 신호 식별기에서 자기 상관 함수를 이용하여 CP를 결정하기 위한 개념을 설명하는 2차원 그래프 및 3차원 그래프이고, 도 9는 도 1에 도시된 OFDM 통신 신호 식별기에서 추정된 CP 길이의 신뢰도가 측정된 그래프이다.
도 4를 참조하면, OFDM 통신 신호 식별기(330)는 NFFT를 가능한 수 집합 중 하나의 값인 nfft를 가정하고(S410), 가정된 nfft에 대하여 CP의 길이인 NPREFIX를 추정하고, 추정된 NPREFIX를 e_nprefix(nfft)라 가정한다(S420).
그리고, OFDM 통신 신호 식별기(330)는 추정된 e_nprefix(nfft)의 신뢰도를 계산한다(S430). 모든 대상(N)에 대하여 상술한 과정을 반복하고(S440), 가장 큰 신뢰도를 가지는 nfft와 e_nprefix(nfft)를 선택하기 위하여 argMAX 함수를 이용한다(S450). 여기서, N은 대상 NFFT 집합의 원소 개수이고, argMAX 함수는 값들 중 최대값을 선택하고, 최대값을 가지는 값의 위치를 출력하는 함수이다. 신뢰도가 기 설정된 임계값을 초과하는지 여부를 판단하고(S460), 기 설정된 임계값을 초과하지 않는 경우 OFDM 통신 신호가 없다고 판단한다(S470).
그 이유는, OFDM 통신 신호 식별기(330)에서 NFFT와 NPREFIX 값을 제대로 찾으면, 즉 OFDM 통신 신호가 존재하면 신뢰도의 최대값은 기 설정된 임계값을 초과하고, OFDM 통신 신호가 존재하지 않으면 신뢰도의 최대값은 기 설정된 임계값을 초과할 수 없기 때문이다. 따라서, OFDM 통신 신호 식별기(330)는 신뢰도의 최대값이 기 설정된 임계값 이상이 되어야 OFDM 통신 신호가 존재하는 것으로 판단하고, 신뢰도의 최대값이 기 설정된 임계값 미만인 경우 OFDM 통신 신호가 존재하지 않는 것으로 판단한다.
또한, OFDM 통신 신호 식별기(330)는 신뢰도의 최대값이 기 설정된 임계값 이상이어서 OFDM 통신 신호가 존재한다고 판단하는 경우, NFFT 및 NPREFIX를 결정하고(S480), OFDM 통신 신호를 식별한다(S490).
이때, 상술한 과정 중 가장 중요한 단계는 S420 단계이다. 즉, NFFT 대상 값에 대하여 어떻게 효과적으로 NPREFIX를 추정할 것인가 이다. NPREFIX 추정을 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 OFDM 통신 신호 식별기(330)에서는 상관 함수(BMCC: Block Based Modified Cross-Correlation)를 하기 수학식 1과 같이 정의한다. S420 단계는 도 7을 참조하여 설명한다.
Figure 112013033522429-pat00001
Rl(k)는 상관 함수이고, x(n)과 y(n)은 임의의 두 신호이며, l은 시간을 의미하고, M은 상관도가 계산되는 블록의 길이를 의미하고, k는 x(n) 블록과 y(n) 블록 간의 시간 차이를 의미한다. BMCC 계산을 위해서는 많은 곱셈 연산이 요구되는데, 수학식 1은 시간 l의 진행에 따라 반복적으로 결정할 수 있으므로, 계산량을 획기적으로 줄일 수 있다. 하기 수학식 2는 반복식을 유도한 결과이다.
Figure 112013033522429-pat00002
여기서, x(n)과 y(n)은 임의의 신호이고, l은 시간을 의미하고, M은 상관도가 계산되는 길이를 의미하고, k는 x(n)의 블록과 y(n)의 블록 간의 시간 차이를 의미한다.
수학식 2에 의하면, Rl(k)를 알고 있을 때, Rl + 1(k)는 두 번의 곱셈을 추가하여 결정할 수 있다. 만약, 수학식 2에서 x(n)과 y(n)이 동일할 경우, 블록 기반 변형된 자기상관함수(BMAC: Block Based Modified Autocorrelation)가 될 수 있다. BMAC는 만약 NFFT를 알고 있다고 가정할 때, CP의 반복성을 확인하는데 사용될 수 있다.
즉, Rl(k)에서 k=NFFT라고 가정할 때, Rl(NFFT)는 NPREFIX+NFFT=NSYMBOL마다 피크값을 보일 수 있다. 도 5를 참조하면, NFFT가 1024이고, NPREFIX가 128이고, SNR이 0dB인 경우, OFDM 신호의 Rl(NFFT)를 도시한다. 물론, 다양한 변수 k에 대하여 Rl(k)를 구할 수 있으며, 이는 도 6에 도시된다. 도 6을 참조하면, k=1024에서 가장 큰 피크를 가지는 것을 알 수 있으며, 피크 간격은 대략 NFFT+NPREFIX(1024+128)임을 확인할 수 있다. 이때, 도 5와 같은 Rl(NFFT)로부터 NPREFIX를 결정하기 위해서는, 여러 피크들의 통계적인 분석을 통하여 신뢰도가 높은 NPREFIX를 결정해야 한다. 이는, 도 7을 참조하여 설명한다.
도 7을 참조하면, i번째 대상 nfft에 대하여 상관 함수인 Rl(nfft)를 계산한다(S421). 그리고, j=0부터 카운트하여 j가 J가 될 때까지 해당 과정을 반복하도록 한다(S422).
우선, 적어도 하나의 CP 중 후보 CP를 결정하고, nfft에 대한 후보 CP에 대한 길이를 nprefix(nfft)로 설정하고(S423), 설정된 nprefix(nfft)의 1차원 함수인 Rl(nfft)를 하기 수학식 3에 의해 2차원 행렬로 변환한다(S424). 다만, 도 5의 예처럼 피크치가 nfft_nprefix(nfft)로 반복된다는 가정하에 다음과 같이 수행될 수 있다.
Figure 112013033522429-pat00003
여기서, reshape(A,B)는 A를 B의 크기로 변환시키는 함수이며, M은 Rl(nfft)를 길이 nfft+nprefix(nfft) 단위마다 분절하여 열로 배열한 행렬을 의미하고, L은 Rl(nfft)를 (nfft+nprefix(nfft))로 나눈 몫을 의미한다. 이때, 도 8의 (a)를 참조하면, nfft와 nprefix(nfft)가 참값인 경우를 도시하고, (b)는 nfft는 참값이나 nfrefix는 오류값인 경우의 예를 도시한다.
그리고, 행렬 M에 기초하여 행 방향의 평균 벡터를 하기 수학식 4에 의해 계산한다(S425).
Figure 112013033522429-pat00004
여기서, Mμ는 nfft와 nprefix(nfft)에 대한 평균 벡터를 의미하고, mean(M)은 행렬 M에 대한 평균을 구하는 함수를 의미한다.
또한, 평균 벡터에 기초하여 최대값을 하기 수학식 5에 의해 계산한다(S426).
Figure 112013033522429-pat00005
여기서, Mmax(nprefix(nfft))는 후보 CP의 길이가 nprefix(nfft)인 경우의 강도이고, Max(Mμ)는 Mμ의 최대값을 계산하는 함수를 의미한다. 이를 j가 J가 될 때까지 반복한다(S427). 또한, e_nprefix(nfft)는 하기 수학식 6에 의하여 결정될 수 있다(S428).
Figure 112013033522429-pat00006
여기서, max(Mmax)는 Mmax에서 최대값인 Mv와 최대값인 Mv가 발생하는 위치인 Mp(nfft)를 출력하는 함수를 의미하고, 최대값인 Mv가 발생하는 위치인 Mp(nfft)는 후보 CP의 길이를 의미한다. 도 9를 참조하면, Mmax의 함수의 실시예를 도시한다.
도 9를 참조하면, 큰 피크가 존재하는 것을 알 수 있는데, 피크가 존재한다는 사실은 주어진 nfft에 대하여 Mp(nfft)가 참값일 확률이 높다는 사실을 의미할 수 있다. 이때, 참값일 확률 또는 신뢰도를 계산하여 최종적으로 NFFT와 NPREFIX를 결정할 수 있다.
즉, 신뢰도는 nfft 당 한 개의 e_nprefix(nfft)가 쌍으로 주어지므로, 중심 극한 정리(Central Limit Theory)에 기반한 가우시안 정리의 제트 스코어(Z-Score)를 최대값인 Mv에 하기 수학식 7과 같이 적용하여 신뢰도를 측정할 수 있다.
Figure 112013033522429-pat00007
여기서, Confidence(nfft)는 nfft에 대한 신뢰도를 의미하고, μs는 Mmax(k)에서 피크값 부근의 값들을 제외한 신호에 대한 평균을 의미하며, σs는 피크값 부근의 값들을 제외한 신호에 대한 표준 편차를 의미한다. 이때, 도 9에서도 알 수 있듯이, 큰 피크가 존재하는 경우, Mmax 함수로부터 얻어지는 추정 평균과 표준 편차는 바이어스 되게 된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 OFDM 통신 신호 식별 방법에서는 Mmax(k)에서 피크값 부근의 값들을 제외한 신호에 대하여 평균과 표준편차를 구하여 신뢰도를 결정할 수 있다.
이때, 가장 높은 신뢰도가 기 설정된 임계값 이상인 경우의 e_nprefix(nfft)와 가장 높은 e_nprefix(nfft)를 가지는 nfft를 선택하고, 가장 높은 신뢰도가 기 설정된 임계값 미만인 경우, OFDM 통신 신호가 존재하지 않는다고 판단하여 nfft를 선택하지 않을 수 있다.
따라서, 가장 큰 신뢰도를 가지는 nfft와, 이를 따르는 e_nprefix(nfft)로 FFT의 길이와 CP의 길이로 결정할 수 있다. 이때, 오경보와 감지율은 임계값(Thr)에 의해 결정될 수 있는데, 제트 스코어의 개념을 사용하여 정규화하였으므로, 임계값에 따른 오경보는 대략 평균 0, 표준편차 1인 정규 분포로부터 임계값(Thr)과 무한대(Inf) 사이의 값을 적분하여 예측할 수 있다. 하기 표 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 OFDM 통신 신호 식별 방법을 검증한 실시예로서, NFFT가 1024, NPREFIX가 128, SNR이 0dB인 경우 계산된 신뢰도와 NPREFIX를 보여준다.
NFFT NPREFIX CONFIDENCE
64 13 1.2
128 19 3.1
256 9 2.2
512 59 3.0
1024 128 16.8
2048 151 3.1
본 발명의 일 실시예에 따른 OFDM 통신 신호 식별 방법은, OFDM 통신 신호에 대하여 아무런 정보도 없는 상태에서도, OFDM 수신기에 입력되는 OFDM 신호의 기본 파라미터인 FFT의 길이와 CP의 길이를 추정할 수 있다. 이때, 추정된 FFT 및 CP의 길이가 적절한 신뢰성을 가지는 경우 그 자체로서 OFDM 신호의 존재성을 확인할 수 있다. 이에 따라, 무선인지통신에서 OFDM 통신 신호를 탐지하는 방법으로 사용될 수 있고, 추정된 FFT와 CP의 길이를 통하여 심볼의 길이를 알 수 있으므로, OFDM 수신기에 수신된 입력 신호의 적절한 분할(Framing)에 의해 주기성 분석의 정확도와 유효성도 높일 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 OFDM 통신 신호 식별 방법은 무선인지통신에서 OFDM 신호를 해석하는데 중요한 단서를 제공할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (10)

  1. OFDM 시스템에서 실행하는 OFDM 통신 신호를 식별하는 방법에 있어서,
    적어도 하나의 CP(Cyclic Prefix)가 FFT 심볼의 길이인 NFFT 간격으로 존재하는 OFDM 통신 신호에서, 상기 NFFT를 가능한 수 집합 중 하나의 값인 nfft로 가정하는 단계;
    상기 가정된 nfft에 대하여 상기 CP의 길이인 NPREFIX를 추정하여 e_nprefix(nfft)로 설정하는 단계;
    상기 설정된 e_nprefix(nfft)의 신뢰도를 측정하는 단계;
    상기 설정 단계와 측정 단계를 상기 NFFT가 가능한 수 집합의 포함된 모든 nfft에 대하여 실행하는 단계;
    상기 실행 결과 신뢰도가 가장 높은 e_nprefix(nfft)와, 상기 가장 높은 e_nprefix(nfft)를 가지는 nfft를 선택하는 단계;
    상기 선택된 e_nprefix(nfft)와 nfft를 CP의 길이와 FFT의 길이로 추정하고, 상기 추정된 CP 및 FFT의 길이에 기초하여 OFDM 통신 신호의 종류를 식별하는 단계;
    를 포함하는 OFDM 심볼 추정을 이용한 OFDM 통신 신호 식별 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 NPREFIX를 추정하여 e_nprefix(nfft)로 설정하기 위하여, 상관 함수(Block based Modified Cross-Correlation)를 하기의 수학식과 같이 정의하는 것인, OFDM 심볼 추정을 이용한 OFDM 통신 신호 식별 방법:
    Figure 112013033522429-pat00008

    여기서, x(n)과 y(n)은 임의의 신호이고, l은 시간을 의미하고, M은 상관도가 계산되는 길이를 의미하고, k는 x(n)의 블록과 y(n)의 블록 간의 시간 차이를 의미한다.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가정된 nfft에 대하여 상기 CP의 길이인 NPREFIX를 추정하여 e_nprefix(nfft)로 설정하는 단계는,
    i번째 대상 nfft에 대하여 상관 함수인 Rl(nfft)를 계산하는 단계를 포함하는 것인, OFDM 심볼 추정을 이용한 OFDM 통신 신호 식별 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 가정된 nfft에 대하여 상기 CP의 길이인 NPREFIX를 추정하여 e_nprefix(nfft)로 설정하는 단계는,
    상기 적어도 하나의 CP 중 후보 CP를 결정하고, nfft에 대한 상기 후보 CP에 대한 길이를 nprefix(nfft)로 설정하는 단계;
    상기 설정된 nprefix(nfft)의 1차원 함수인 Rl(nfft)를 하기 수학식에 의해 2차원 행렬로 변환하는 단계
    를 포함하는 것인, OFDM 심볼 추정을 이용한 OFDM 통신 신호 식별 방법:
    Figure 112013033522429-pat00009

    여기서, reshape(A,B)는 A를 B의 크기로 변환시키는 함수이며, M은 Rl(nfft)를 길이 nfft+nprefix(nfft) 단위마다 분절하여 열로 배열한 행렬을 의미하고, L은 Rl(nfft)를 (nfft+nprefix(nfft))로 나눈 몫을 의미한다.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 가정된 nfft에 대하여 상기 CP의 길이인 NPREFIX를 추정하여 e_nprefix(nfft)로 설정하는 단계는,
    상기 행렬 M에 기초하여 행 방향의 평균 벡터를 하기 수학식에 의해 계산하는 단계를 포함하는 것인, OFDM 심볼 추정을 이용한 OFDM 통신 신호 식별 방법:
    Figure 112013033522429-pat00010

    여기서, Mμ는 nfft와 nprefix(nfft)에 대한 평균 벡터를 의미하고, mean(M)은 행렬 M에 대한 평균을 구하는 함수를 의미한다.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 가정된 nfft에 대하여 상기 CP의 길이인 NPREFIX를 추정하여 e_nprefix(nfft)로 설정하는 단계는,
    상기 평균 벡터에 기초하여 최대값을 하기 수학식에 의해 계산하는 단계를 포함하는 것인, OFDM 심볼 추정을 이용한 OFDM 통신 신호 식별 방법:
    Figure 112013033522429-pat00011

    여기서, Mmax(nprefix(nfft))는 상기 후보 CP의 길이가 nprefix(nfft)인 경우의 강도이고, Max(Mμ)는 Mμ의 최대값을 계산하는 함수를 의미한다.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 가정된 nfft에 대하여 상기 CP의 길이인 NPREFIX를 추정하여 e_nprefix(nfft)로 설정하는 단계는,
    상기 e_nprefix(nfft)는 하기 수학식에 의하여 결정되는 것인, OFDM 심볼 추정을 이용한 OFDM 통신 신호 식별 방법:
    Figure 112013033522429-pat00012

    여기서, max(Mmax)는 Mmax에서 최대값인 Mv와 상기 최대값인 Mv가 발생하는 위치인 Mp(nfft)를 출력하는 함수를 의미하고, 상기 최대값인 Mv가 발생하는 위치인 Mp(nfft)는 상기 후보 CP의 길이를 의미한다.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 설정된 e_nprefix(nfft)의 신뢰도를 측정하는 단계는,
    상기 신뢰도는 상기 nfft 당 한 개의 e_nprefix(nfft)가 쌍으로 주어지므로, 중심 극한 정리(Central Limit Theory)에 기반한 가우시안 정리의 제트 스코어(Z-Score)를 상기 최대값인 Mv에 하기 수학식과 같이 적용하여 상기 신뢰도를 측정하는 것인, ODFM 심볼 추정을 이용한 OFDM 통신 신호 식별 방법:
    Figure 112013033522429-pat00013

    여기서, Confidence(nfft)는 nfft에 대한 신뢰도를 의미하고, μs는 Mmax(k)에서 피크값 부근의 값들을 제외한 신호에 대한 평균을 의미하며, σs는 피크값 부근의 값들을 제외한 신호에 대한 표준 편차를 의미한다.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 실행 결과 신뢰도가 가장 높은 e_nprefix(nfft)와, 상기 가장 높은 e_nprefix(nfft)를 가지는 nfft를 선택하는 단계는,
    상기 가장 높은 신뢰도가 기 설정된 임계값 이상인 경우의 e_nprefix(nfft)와 상기 가장 높은 e_nprefix(nfft)를 가지는 nfft를 선택하고,
    상기 가장 높은 신뢰도가 기 설정된 임계값 미만인 경우, 상기 OFDM 통신 신호가 존재하지 않는다고 판단하여 상기 nfft를 선택하지 않는 것인, ODFM 심볼 추정을 이용한 OFDM 통신 신호 식별 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 OFDM 통신 신호의 FFT의 길이는 2의 지수 형태인 2L로 표현되는 것인, ODFM 심볼 추정을 이용한 OFDM 통신 신호 식별 방법.
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