KR19980047269A

KR19980047269A - Ofdm/cdma 방식에 적용될 수 있는 ifft/fft 블록 및 타이밍 동기방법

Info

Publication number: KR19980047269A
Application number: KR1019960065745A
Authority: KR
Inventors: 김영균; 신무용; 예충일; 김민택
Original assignee: 양승택; 한국전자통신연구원
Priority date: 1996-12-14
Filing date: 1996-12-14
Publication date: 1998-09-15
Also published as: KR100204585B1

Abstract

본 발명은 OFDM/CDMA 방식에 적용될 수 있는 IFFT/FFT 블록 및 타이밍 동기 방법에 관한 것으로, FFT 블럭, 다음 단의 상관연산 블럭의 출력값을 이용하여 FFT 블럭 입력값의 순서 즉, 블럭 동기를 맞추고 샘플을 선택하여 타이밍 동기를 맞추므로써 대역의 낭비없이 빠르고 정확한 동기를 획득할 수 있는 효과가 있다.

Description

OFDM/CDMA 방식에 적용될 수 있는 IFFT/FFT 블록 및 타이밍 동기방법

본 발명은 블록 및 타이밍 동기방법에 관한 것으로 특히, 이동 멀티미디어를 위한 방식으로 새롭게 부각되고 있는 OFMD-CDMA 방식의 모뎀에 사용될 수 있는 OFDM/CDMA 방식에 적용될 수 있는 IFFT/FFT 블록 및 타이밍 동기방법에 관한 것이다.

일반적으로 미래의 통신서비스는 사용자가 이동의 자유를 누리면서 다양한 서비스에 접근할 수 있는 무선멀티미디어 서비스 형태가 될 것이다. 이러한 서비스를 제공할 통신 시스템은 가변 및 고속의 데이터를 수용할 수 있어야 하고 주파수, 데이터베이스, 계산 및 저장에 필요한 장치 등의 자원을 효과적으로 공유할 수 있는 능력을 보유하여야 한다. 또한 단말의 크기와 전력소모를 줄이는 기술과 수시로 변화하는 채널환경에 대처하는 기술 등이 해결해야 할 과제이다. 이동 음성 통신에서 가능성이 입증된 DSSS-코드분할 다중 접근(Direct-Sequence Spread Spectrum Code Division Multiple Access:이하, DSS-CDMA라 칭함) 방식은 협대역 플랫페이딩 환경을 광대역 주파수 선택적 환경으로 변화시키고, 레이크(RAKE) 수신기를 둠으로써 ICI(Inter Chip Interference:이하, ICI라 칭함)를 줄일 수 있었다. 그러나 이 과정에서 수신단의 복잡도와 전력소모가 증가하게 된다. 현재 방송 시스템 등에서 성능의 우수성이 입증된 직교 주파수 분할 멀티플랙싱(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:이하, OFDM이라 칭함)은 직렬-병렬 변환기를 둠으로써 심볼의 길이를 지연 스프레드(Delay Spread) 보다 길게 하여 ISI(Inter Symbol Interference:이하, ISI라 칭함)를 줄일 수 있으나 각 심볼이 하나의 캐리어를 이용한 협대역 주파수를 이용하므로 주파수 다이버시티를 기대하기 어려운 문제가 있다.

따라서 본 발명은 FFT 블럭, 다음 단의 상관연산 블럭의 출력값을 이용하여 FFT 블럭 입력값의 순서 즉, 블럭 동기를 맞추고 샘플을 선택하여 타이밍 동기를 맞출 수 있는 OFDM/CDMA 방식에 적용될 수 있는 IFFT/FFT 블록 및 타이밍 동기방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상술한 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 OFDM/CDMA 방식에 적용될 수 있는 IFFT/FFT 블록 동기방법은 수신단의 A/D 변환기를 통해서 오버 샘플링된 샘플들중 임의의 한 샘플을 선택하여 직렬/병렬 변환 및 샘플선택기로 넘겨주는 단계와, 상기 단계로부터 직렬/병렬 변환 및 샘플선택기에서 N가지의 병렬 신호로 변환한 다음 N포인트 FFT 블럭을 통해 연산을 수행하는 단계와, 상기 단계로부터 상기 수행결과 N포인트의 출력신호를 송신단과 같은 PN 코드 혹은 월쉬 코드와 각각 곱한 후 이들 값들을 덧셈기를 통해 합산하는 단계와, 상기 단계로부터 상기 합산하여 생성된 결과 값을 특정의 경계 값과 비교하여 결과 값이 경계 값 보다 작을 경우는 직렬/병렬 변환 및 샘플선택기에 제어신호를 보내는 단계와, 상기 단계로부터 상기 제어신호가 온이면 직렬/병렬 변환 및 샘플선택기는 출력되는 N포인트의 값들을 한 스텝 로테이션시켜서 출력시키는 단계와, 상기 단계로부터 이러한 과정을 결과 값이 특정 값 보다 N번 이상 높을 때까지 수행하는 단계와, 상기 단계로부터 결과 값이 특정값 이상인 경우가 N번 이상일 때 직렬/병렬 변환 및 샘플선택기에 로테이션 중지신호를 넘겨주고 직렬/병렬 변환 및 샘플선택기는 로테이션을 이 신호에 따라 중지하는 단계로 이루어진다.

상술한 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 OFDM/CDMA 방식에 적용될 수 있는 IFFT/FFT 타이밍 동기방법은 수신단에서 역 FFT/FFT 블럭 동기를 맞추는 단계와, 상기 단계로부터 동기 제어블럭으로부터 타이밍 동기 제어신호를 직렬/병렬 변환 및 샘플선택기에 넘겨주는 단계와, 상기 단계로부터 타이밍 동기 제어신호가 온인 경우 A/D 변환기에서 넘겨받은 오버 샘플링된 신호중 순서에 따라 1개의 샘플을 선택하고, 타이밍 동기 제어신호가 오프이면 현재 선택된 샘플 인덱스를 고정하는 단계로 이루어진다.

첨부된 도면은 본 발명에 따른 OFDM/CDMA 방식에 적용될 수 있는 IFFT/FFT 블록 및 타이밍 동기방법을 설명하기 위한 구성도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1:곱셈기2:N포인트 IFFT 블럭

3:병렬/직렬 변환기 및 저역 통과필터4:D/A 변환기

5:A/D 변환기

6:직렬/병렬 변환 및 샘플선택기7:N포인트 FFT 블럭

8:덧셈기9:동기 제어블럭

이하, 본 발명에 따른 OFDM/CDMA 방식에 적용될 수 있는 IFFT/FFT 블록 및 타이밍 동기방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

OFDM 시스템은 강력한 채널코딩 및 주파수 인터리빙 기법을 필요로 한다. CDMA(Multi-Carrier) 방식은 ISI에 강한 OFDM의 장점과 DS-CDMA의 주파수 다이버시티 효과를 동시에 취하는 다중 시스템이라 볼 수 있다. 이러한 OFDM-CDMA 방식의 블럭도를 도면에 도시하였다. 상기 도면에서 알 수 있는 바와 같이 상기 블럭은 N포인트 IFFT 블럭(2), 병렬/직렬 변환 및 저역 통과필터(3), D/A 변환기(4), A/D 변환기(5), 직렬/병렬 변환 및 샘플선택기(6), N포인트 FFT 블럭(7), 덧셈기(8) 및 동기 제어기(9) 등으로 이루어진다. 노드(A)에서의 입력된 신호는 BPSK 혹은 QPSK로 맵핑된 신호이고 다시 이 신호는 N포인트로 복사가 된 후 특정의 PN코드 혹은 월시(Walsh) 코드로 곱해져, N포인트 IFFT 블럭(2)에 입력이 된다. 상기 N포인트 IFFT 블럭(2)은 N포인트의 입력을 받아서 IFFT 연산을 수행하고, 다시 N포인트의 연산 결과 값을 출력하게 된다. 이 N포인트의 신호들은 병렬/직렬 변환 및 저역 통과필터(3)를 통해서 N포인트의 병렬 신호를 직렬 신호로 변환하여 출력한다.

상기 출력된 직렬신호는 D/A 변환기(4)에서 변환된 후 채널을 통해 수신기에 입력이 된다. 상기 수신기에 입력된 직렬 신호는 A/D 변환기(5)를 통하여 변환된 후 직렬/병렬 변환 및 샘플선택기(6)를 통해서 병렬 신호로 변환되고, 상기 병렬 신호는 N포인트 FFT 블럭(7)에 입력된다. N포인트 FFT 블럭(7)는 N포인트의 입력을 받아서 FFT 연산을 수행하고, 다시 N포인트의 연산 결과 신호를 출력하게 된다. 출력된 신호 각각은 송신단과 같은 PN코드 혹은 월시를 각각 곱하고, 덧셈기(8)를 통해 N포인트의 값을 더해서 출력한다.

노드(A)의 신호를 노드(F)에서 복원하기 위해서는 역 FFT/FFT 블럭의 동기 및 타이밍 동기가 정확히 일치하여야 한다. 그러므로 역 FFT/FFT 블럭의 동기와 타이밍 동기를 빠르고 정확하게 맞추는 것이 중요하다. 여기서 역 FFT/FFT 블럭의 동기라 함은 송신단의 IFFT 블럭의 N포인트의 출력값의 순서와 수신단의 FFT 입력값의 순서를 일치시키는 것을 가리킨다. 즉, 노드(B)의 순서와 노드(E)의 순서를 일치시키는 것을 역 FFT/FFT 블럭의 동기라 한다. 타이밍 동기라 함은 채널을 통과한 대역 제한된 직렬 신호를 수신단의 A/D 변환기(5)를 통해 한 심볼을 특정의 수치로 오버 샘플링하게 되는데, 이 오버 샘플링된 샘플들중 최적의 한 샘플을 선택하여 송수신단간의 PN 혹은 월쉬 코드의 위상을 일치시키는 것을 가리킨다.

역 FFT/FFT 블럭의 동기를 맞추는 방법은 다음과 같다.

수신단의 A/D 변환기(5)를 통해서 오버 샘플링된 샘플들중 임의의 한 샘플을 선택하여 직렬/병렬 변환 및 샘플선택기(6)로 넘겨준다. 예를 들면 오버 샘플링 계수가 8이라면 한 심볼당 8번 오버샘플링을 하게 되는데 이들 8개의 샘플중 하나의 샘플을 임의로 선택하여 직렬/병렬 변환 및 샘플선택기(6)로 넘겨준다. 직렬/병렬 변환 및 샘플선택기(6)에서 N포인트의 병렬 신호로 변환한 다음 N포인트 FFT 블럭(7)을 통해 연산을 수행한다. FFT 연산을 수행한 다음 N포인트의 출력신호를 송신단과 같은 PN 코드 혹은 월쉬 코드와 각각 곱한 후 이들 값들을 덧셈기(8)를 통해 합산한다. 이를 달리 표현하면 상관연산 혹은 상호관계(Correlation) 연산이라고 한다. 상관연산을 수행한 후 결과 값을 특정의 경계 값과 비교하여 결과 값이 경계 값 보다 작을 경우는 직렬/병렬 변환 및 샘플선택기(6)에 제어신호를 보낸다. 제어신호가 온(On)이면 직렬/병렬 변환 및 샘플선택기(6)는 출력되는 N포인트의 값들을 한 스텝 로테이션시켜서 출력시킨다. 즉 N이 4라고 가정할 때 다시 말하면 송수신단에서 4가지의 역 FFT/FFT를 수행한다면 수신단의 직렬/병렬 변환 및 샘플선택기(6)는 4가지 값을 병렬로 출력하게 된다. 여기서 4가지의 인덱스를 (a)(b)(c)(d)라고 하면 직렬/병렬 변환 및 샘플선택기(6)에서 초기에 출력되는 각 가지의 인덱스가 (a)(b)(c)(d)가 된다. 즉, 직렬/병렬 변환 및 샘플선택기(6)(6)의 출력신호의 순서가 (a)(b)(c)(d)가 된다. 만약 동기 제어블럭(9)으로부터 로테이션시키라는 신호를 받으면 직렬/병렬 변환 및 샘플선택기(6)는 출력 순서를 로테이션시켜서 출력한다. 즉, 초기 순서가 (a)(b)(c)(d)에서 (b)(c)(d)(a)로 순서를 바꾸어 출력한다. 이러한 과정을 노드(F)에서의 값이 특정 값 보다 N번 이상 높을 때까지 수행한다. 노드(F)에서의 값이 특정값 이상인 경우가 N번 이상일 경우는 직렬/병렬 변환 및 샘플선택기(6)에서 로테이션 중지(Off) 신호를 넘겨주고 직렬/병렬 변환 및 샘플선택기(6)는 로테이션을 이 신호에 따라 중지한다.

이런 과정을 수행하는 이유는 도 1의 노드(B)에서의 순서와 노드(E)에서의 순서가 정확히 맞지 않으면 노드(A)에서의 신호를 노드(F)에서 복구할 수 없기 때문이다. 즉 노드(E)에서 순서가 정확히 송신단에서의 순서와 맞으면 노드(F)에서의 상호관계 값은 채널 및 노이즈가 없고 처리이득(Processing Gain)이 64(=N)일 경우 64가 되고 순서가 맞지 않으면 PN 코드 및 월쉬 코드의 동기가 맞지 않았을 경우의 자기상관 값이 출력되기 때문이다.

노드(F)에서의 값이 특정 값 이상이 되면 노드(E)에서의 순서는 고정이 되어 초기 역 FFT/FFT 블럭의 동기는 맞게 된다.

이 과정을 논리식으로 표현하면 하기 [식 1]과 같다.

[식 1]

Ifa_m(k)γ then

count=0;

else

count=count+1;

if countn then

I(FFT) 동기신호=off;

else

I(FFT) 동기신호=on;

end;

상기 [식 1]의 특정 값은 채널특성과 여러 환경을 고려한 값으로 채널환경에서 반복적인 시뮬레이션을 통해서 얻을 수 있다.

여기에서 a_m(k)는 노드(F)에서의 신호 값이고 n과는 γ는 특정 값이다.

다음은 타이밍 동기를 맞추는 알고리즘에 대하여 설명한다.

수신단에서 역 FFT/FFT 블럭 동기를 맞춘 다음 타이밍 동기를 맞추는 과정으로 넘어간다. 동기 제어블럭(9)에서 노드(E) 값이 역 FFT/FFT 블럭 동기를 맞추는 알고리즘은 사용된 특정 값 γ 보다 더 큰 값으로 설정된 임의의 값 δ 보다 큰 값인지 아닌지 결정하여 타이밍 동기 제어신호를 직렬/병렬 변환 및 샘플선택기(6)에 넘겨준다. 타아밍 동기 제어신호를 넘겨 받은 직렬/병렬 변환 및 샘플선택기(6)의 동작은 다음과 같다. 즉, 타이밍 동기 제어신호가 온(On)인 경우에는 A/D 변환기(5)에서 넘겨받은 8가지 오버 샘플링된 신호중 순서에 따라 1개의 샘플을 선택한다. 8가지 오버 샘플링된 샘플의 인덱스가 (a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)라고 가정할 때 동기 초기에 임의의 샘플(a)을 선택하였다면 현재 받은 타이밍 동기 제어신호가 온(On)이면 샘플 인덱스(b)인 샘플을 선택한다. 만약 타이밍 동기 제어신호가 오프(Off)이면 현재 선택된 샘플 인덱스를 고정한다.

이 과정을 논리식으로 표현하면 하기 [식 2)와 같다.

[식 2]

iFa_m(k)δ then

타이밍 동기신호=off;

else

타이밍 동기신호=on;

end;

상기 [식 2]에서 a_m(k)는 노드(F)에서의 신호 값이고 δ는 γ 값 보다 더 큰 임의의 특정 값이다.

상기 열거한 과정을 통해 역 FFT/FFT 블럭의 동기와 타이밍 동기를 연속적으로 맞출 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 FFT 블럭, 다음 단의 상관연산 블럭의 출력값을 이용하여 FFT 블럭 입력값의 순서 즉, 블럭 동기를 맞추고 샘플을 선택하여 타이밍 동기를 맞추므로써 대역의 낭비없이 빠르고 정확한 동기를 획득할 수 있는 효과가 있다.

Claims

OFDM/CDMA 방식에 적용될 수 있는 IFFT/FFT 블록 동기방법에 있어서,

수신단의 A/D 변환기를 통해서 오버 샘플링된 샘플들중 임의의 한 샘플을 선택하여 직렬/병렬 변환 및 샘플선택기로 넘겨주는 단계와,

상기 단계로부터 직렬/병렬 변환 및 샘플선택기에서 N포인트의 병렬 신호로 변환한 다음 N포인트 FFT 블럭을 통해 연산을 수행하는 단계와,

상기 단계로부터 상기 수행결과 N포인트의 출력신호를 송신단과 같은 PN 코드 혹은 월쉬 코드와 각각 곱한 후 이들 값들을 덧셈기를 통해 합산하는 단계와,

상기 단계로부터 상기 합산하여 생성된 결과 값을 특정의 경계 값과 비교하여 결과 값이 경계 값 보다 작을 경우는 직렬/병렬 변환 및 샘플선택기에 제어신호를 보내는 단계와,

상기 단계로부터 상기 제어신호가 온이면 직렬/병렬 변환 및 샘플선택기는 출력되는 N포인트의 값들을 한 스텝 로테이션시켜서 출력시키는 단계와,

상기 단계로부터 이러한 과정을 결과 값이 특정 값 보다 N번 이상 높을 때까지 수행하는 단계와,

상기 단계로부터 결과 값이 특정값 이상인 경우가 N번 이상일 때 직렬/병렬 변환 및 샘플선택기에 로테이션 중지신호를 넘겨주고 직렬/병렬 변환 및 샘플선택기는 로테이션을 이 신호에 따라 중지하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 OFDM/CDMA 방식에 적용될 수 있는 IFFT/FFT 블록 및 타이밍 동기방법.
OFDM/CDMA 방식에 적용될 수 있는 IFFT/FFT 타이밍 동기방법에 있어서,

수신단에서 역 FFT/FFT 블럭 동기를 맞추는 단계와,

상기 단계로부터 동기 제어블럭으로부터 타이밍 동기 제어신호를 직렬/병렬 변환 및 샘플선택기에 넘겨주는 단계와,

상기 단계로부터 타이밍 동기 제어신호가 온인 경우 A/D 변환기에서 넘겨받은 오버 샘플링된 신호중 순서에 따라 1개의 샘플을 선택하고, 타이밍 동기 제어신호가 오프이면 현재 선택된 샘플 인덱스를 고정하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 OFDM/CDMA 방식에 적용될 수 있는 IFFT/FFT 타이밍 동기방법.