KR19990041994A - Ｏｆｄｍ 시스템 수신기의 ｆｆｔ 윈도우 위치 복원 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 OFDM 수신기의 고속 프리에 변환 윈도우 위치 복원 장치 및 그 방법에 관한 것이며, OFDM 시스템에서 N개의 실효 데이타 샘플과 G개의 보호 간격으로 이루어진 OFDM 심볼을 수신하여 FFT 윈도우 위치를 복원하는 방법에 있어서, 고속프리에 변환된 파일롯을 통한 복소 샘플을 검출하여 두 파일롯간의 위상차를 추출하는 과정, 각 샘플에서 일정 구간 떨어진 샘플간의 위상차에 대한 평균을 구하고 그 평균값에 1 샘플 크기의 FFT 윈도우 위치 옵셋으로 인하여 발생하는 위상 변화값을 나누어 정규화하는 과정, 평균값을 반올림하여 그 값을 상기 FFT 윈도우 옵셋으로 설정하는 과정을 포함한다. 본 발명에 의하면 OFDM 시스템에서 시간 영역에서의 FFT 윈도우 위치 복원에서 미세하게 복구하지 못한 심볼 시작 위치를 구하여 AWGN과 다중 경로 채널의 영향을 줄일 수있다.

Description

ＯＦＤＭ 시스템 수신기의 ＦＦＴ 윈도우 위치 복원 장치 및 그 방법

본 발명은 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multipexer: 이하 OFDM이라 칭함) 시스템에 관한 것으로서 특히 OFDM 수신기의 고속 프리에 변환(Fast Fourier Transform: 이하 FFT라 칭함) 윈도우 위치 복원 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 수신기가 송신기에서 전송된 유럽 디지탈 방송용 OFDM 신호를 복원하기 위해서는 타임 동기(time synchronization)가 정확히 수행되어야 한다. 타임 동기(time synchronization)는 정확한 신호의 병렬 처리를 위한 FFT 윈도우 위치 복원과 수신 신호중 SNR(signal-noise-ratio:신호 대 잡음비)이 최대인 곳을 샘플링하기 위한 ADC(analog-to-digital converter)의 샘플링 클럭을 제어하는 샘플링 클럭 복원으로 이루어진다.

도 1은 일반적인 OFDM 시스템 수신 장치의 구성을 보이는 블록도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 아날로그-디지탈 변환기(110)는 수신된 OFDM 신호를 샘플링하여 디지털 데이터로 변환된다. 심볼 시작 검출기(150)는 아날로그-디지탈 변환기(110)에서 출력되는 샘플링 OFDM 신호로부터 심볼의 시작 부분이 검출된다. FFT윈도우 제어기(120)는 심볼 시작 검출기(150)로부터 검출된 심볼 시작 정보를 이용하여 FFT 윈도우를 제어한다. FFT 윈도우기(120)는 FFT윈도우 제어기(120)에 의해 제어되는 FFT 윈도우로 FFT기(130)의 FFT를 활성화 시키는 시점을 지정한다. 여기서 송신기의 IFFT단의 1번에서 출력된 값은 수신기의 FFT기(140)의 1번에 입력되어야 하고 IFFT단 N번에서 출력된 값은 FFT기(140)의 N번에 입력되어야 한다. 그러나 심볼 시작 검출기(150)는 수신기의 이동시 페이딩(fading) 현상이나 환경의 영향등으로 심볼 시작 부분을 정확하게 추정하지 못할 수도 있으므로 수신기는 심볼 시작 부분을 잘못 판단하게 된다. 따라서 종래에는 이러한 심볼 시작 부분을 검출하기 위하여 수신 신호간의 상호 상관값의 최대 위치를 찾는 방식이나 수신 신호간 차의 절대값의 최소 위치를 찾는 방식등과 같이 FFT 앞단의 시간 영역에서 상호 상관값의 최대가 되는 지점이나 신호간 차가 최소인 지점을 찾고 있다. 그러나 이러한 종래의 시간 영역에서의 심볼 시작 검출 방식은 수신기의 이동시 페이딩(fading) 현상이나 환경의 영향등으로 심볼 시작 부분을 정확하게 추정하지 못할 수도 있다. 이에 따라 FFT기(130)의 1번째는 전 심볼의 N번째 값이나 혹은 2번째 값이 입력되어 전체적으로 한개의 값이 밀리거나 당겨져서 FFT단에 입력될 수가 있다. 따라서 심볼 시작 검출시 심볼 시작 부분을 정확히 추정하지 못하면 심볼의 정확한 복원이 불가능해져 시스템의 성능 열화가 발생하는 단점이 있었다.

본 발명이 이루고자하는 기술적과제는 OFDM 시스템에서 FFT 출력의 인접 파일롯간의 위상차를 이용하여 FFT 윈도우의 위치 오류를 복원하는 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명이 이루고자하는 다른 기술적과제는 OFDM 시스템에서 FFT 출력의 인접 파일롯간의 위상차를 이용하여 FFT 윈도우의 위치 오류를 복원하는 방법을 제공하는 데 있다.

도 1은 일반적인 OFDM 시스템 수신기의 FFT 윈도우 위치 복원 장치를 보이는 블럭도이다.

도 2는 본 발명에 따른 OFDM 시스템 수신기의 FFT 윈도우 위치 복원 장치를 보이는 블록도이다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 N개의 실효 데이타 샘플과 G개의 보호 간격으로 이루어진 OFDM 심볼을 수신하여 FFT 윈도우 위치를 복원하는 OFDM 수신 장치에 있어서, 수신되는 상기 OFDM 신호를 디지탈 복소 샘플로 변환하는 아날로그-디지탈 변환 수단; 상기 아날로그-디지털 변환 수단으로부터 출력된 디지털 복소 샘플중에서 심볼 시작 지점에 따른 FFT 윈도우 제어에 따라 G개의 보호 구간을 제거하고 N개의 실효 데이터를 출력하는 FFT 윈도우 수단; 상기 FFT 윈도우 수단으로 부터 발생하는 실효 데이터를 고속 푸리에 변환하는 FFT 수단; 상기 FFT 수단으로부터 두 개의 파일럿을 통하여 수신된 복소 샘플들간의 위상차를 검출하여 그 평균을 계산하고, 그 평균값을 1샘플 크기의 FFT 윈도우 위치 옵셋에 대하여 발생하는 위상 변화로 나누어 정규화시켜 상기 FFT 윈도우 수단에 FFT 윈도우 옵셋으로 인가하는 위상 계산 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 OFDM 시스템 수신기의 FFT 윈도우 위치 복원 장치이다.

상기의 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여, OFDM 시스템에서 N개의 실효 데이타 샘플과 G개의 보호 간격으로 이루어진 OFDM 심볼을 수신하여 FFT 윈도우 위치를 복원하는 방법에 있어서, 고속프리에 변환된 파일롯을 통한 복소 샘플을 검출하여 두 파일롯간의 위상차를 추출하는 과정; 상기 과정에서 각 샘플에서 일정 구간 떨어진 샘플간의 위상차에 대한 평균을 구하고 그 평균값에 1 샘플 크기의 FFT 윈도우 위치 옵셋으로 인하여 발생하는 위상 변화값을 나누어 정규화하는 과정; 상기 과정에서 평균값을 반올림하여 그 값을 상기 FFT 윈도우 옵셋으로 설정하는 과정을 특징으로 하는 OFDM 시스템 수신기의 FFT 윈도우 위치 복원 방법이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 OFDM 시스템 수신기의 FFT 윈도우 위치 복원 장치를 보이는 블럭도이며, ADC기(210), FFT 윈도우기(220), 파일롯 검출기(240), 위상 계산기(300), 심볼시작 검출기(214), FFT 윈도우 제어기(280), FFT기(230)로 구성되며, 상기 위상 계산기(300)는 위상차 검출기(250), 평균화기(260), 정규화기(264), 반올림기(270)로 구성된다.

우선, OFDM 신호의 심볼(Symbol)에 관해 고찰해보면 FFT의 크기가 N개일 때 심볼은 송신 역고속 프리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform: 이하 IFFT라 칭함)의 출력인 N개의 실효 데이타 샘플과 심볼간의 간섭을 방지하기 위하여 심볼사이에 삽입하는 G개의 샘플 길이를 가지는 보호 구간(Guard Interval)으로 구성된다. 즉, 송신기(도시 안됨)에서는 IFFT에서 출력된 N개의 복소값과 이중 마지막 G개(실효 구간의 후반부)를 복사후 추가적으로 신호에 삽입하여 총 (G+N)개의 샘플로 이루어진 한 개의 심볼을 순차적으로 전송한다.

수학식1은 FFT기(140)에서 출력된 복소값으로 이루어진 j번째 심볼을 나타낸 것이다. 여기서 j는 심볼 번호이며, k는 반송파 인덱스(번호)이며, N는 실효 데이터의 샘플 개수이며, n은 샘플 시간을 의미하고 X(·)와 x(·)는 각각 송신 IFFT의 입력 복소 값과 출력 복소 값을 나타낸다. 수학 식1의 두번째식에서 첫째항은 보호 구간 부분이고, 둘째항은 실효 데이타 부분을 나타낸다.

도 2에 도시된 바와 같이 수신된 OFDM 신호는 ADC기(210)를 통하여 디지털 복소 샘플(Digital Complex Sample)로 변환된 후 FFT 윈도우기(220)에 입력된다. FFT 윈도우 제어기(280)는 아날로그-디지털 변환기(210)에서 출력된 복소 샘플에서 시간 영역의 심볼 시작 부분을 검출하는 심벌 시작 검출기(214)의 심볼 시작 신호에 의해 FFT 윈도우 위치 제어 신호를 발생한다. FFT 윈도우기(220)는 FFT 윈도우 제어기(280)에서 발생하는 FFT 윈도우 제어 신호에 따라 입력된 샘플에서 수학 식1의 두 번째 식의 첫째항을 제거한 후 순차적으로 샘플값들을 FFT기(230)에 출력한다. FFT기(230)는 입력된 N개의 샘플값을 고속 푸리에 변환을 수행하여 그 결과로 시간 영역의 샘플들을 같은 수의 주파수 영역의 샘플로 바꾸어 준다. 이 경우, FFT 윈도우 위치에 옵셋이 발생하게되면, FFT 출력에 위상천이가 나타난다. 이 위상천이는 주파수에 비례하여 그 크기가 변하게 된다. 즉, j번째 수신 OFDM 심볼에서 k번 부반송파를 통하여 수신된 복소점은 수학 식2와 같다.

여기서 T는 정격 샘플 주기이고, T_d는 FFT 윈도우 위치 복원 옵셋이다.

즉 j번째 OFDM 심볼에서 k번 부반송파를 통하여 수신된 복소점의 FFT 윈도우 위치 옵셋으로 인하여 발생하는 위상 변화( φ_j,k )는 수학 식3과 같다.

여기서 수학 식3의 우변은 T_d 샘플 크기의 FFT 윈도우 위치 옵셋으로 인하여 발생한 위상 변이를 나타낸다. 부반송파 번호 k가 클수록 부반송파에 발생하는 위상 변이는 증가함을 알 수 있다.

파일롯 검출기(240)는 FFT기(230)에서 출력되는 FFT 출력중에서 파일롯을 통하여 전송된 수신 복소값을 추출한다. 파일롯(Pilot)은 OFDM 시스템에서 송수신간의 동기를 위해 송신장치가 약속된 값을 전송하는 데 사용되는 특정 부반송파이다. OFDM 시스템의 수신장치는 FFT 출력중에서 파일롯을 통하여 전송된 수신 복소값을 이용하여 동기에 사용한다. 파일롯은 송신하는 신호의 값이 일정하므로 이 값을 이용하여 샘플간의 위상차를 검출하게 된다.

위상 계산기(300)는 다수의 파일롯들을 통하여 수신된 수신 복소값들중 두 개의 값간의 위상 차를 계산한 후, OFDM 심볼동안 이들 위상 차의 평균한 값을 계산하며 다음으로 평균값을 1샘플 크기의 FFT 윈도우 오류가 존재할 경우에 발생하는 위상 차에 해당하는 기준값으로 나누어 정규화한다. 즉, 위상차 검출기(250)는 파일럿 검출기(240)에서 출력된 서로 다른 번호의 2개의 파일롯의 수신 복소값간의 위상차를 검출한다.

j번째 심볼에서 두 개의 파일롯을 통하여 수신된 부반송파간(k, (k+1))의 위상 차이는 수학 식 4와 같다.

수학 식 4를 Td/T로 재정리를 하면 수학 식 5와 같이 나타낼 수 있으며 두 파일럿의 위상변화차( Δφ_k+1,k )와 파일럿 간의 거리( Δk )및 N으로 FFT 윈도우 옵셋을 추정할 수 있음을 알 수 있다.

또한 위상차검출기(250)는 인접하지 않는 두 개의 파일롯간의 위상차를 이용할 수 있다.

평균화기(260)는 실제적으로 사용되는 파일럿의 개수(L)가 많을 경우 다수의 쌍에 의한 위상변화 차를 구하여 그 평균을 구함으로서 신뢰성을 높인다. 수학식 6은 L개의 쌍의 위상변화 차를 구하여 평균화를 행한 식이다.

정규화기(264)는 위상차검출기(250)로부터 출력된 두 파일럿간의 위상 차값을 기준값으로 나누어 FFT 윈도우 옵셋 1 샘플에 대하여 수학 식6과 같이 정규화를 수행한다. 여기서 FFT 윈도우 옵셋이 1 샘플이 존재할 경우에 두 파일럿간에 발생하는 위상 차이를 기준값으로 정한다. 정규화기(264)는 두 부반송파간 위상 차이를 주파수 번호 차이로 나눔으로서 부반송파에 대한 위상 변화의 크기를 알 수 있으며 이것을 FFT 윈도우 위치 옵셋이 1 샘플일 때 발생하는 위상 변화 크기인 2π/N 로 나눔으로서 1샘플의 FFT 윈도우 위치 옵셋의 영향에 대하여 정규화된 옵셋값을 구할 수 있다.

FFT 윈도우 제어기(280)는 FFT 윈도우기(220)의 FFT 윈도우 위치를 정수형으로 제어 기능하다. 반올림기(270)는 수학 식6에서와 같이 정규화한 결과값이 정확하게 정수가 되지 않으므로 이 값에 반올림함므로서 최종적으로 추정되는 값이 정수로 사용되도록한다. 수학 식7은 반올림 계산을 의미한다. 그리고 r[ ]은 반올림 함수를 의미한다.

FFT 윈도우 제어기(280)는 반올림 계산기(270)에 의해 발생하는 정수형태의 위상차값에 해당하는 윈도우 위치 옵셋을 입력하여, FFT 윈도우기(220)에 추정된 FFT 윈도우 위치 옵셋에 의한 올바른 심볼 시작 위치를 인가한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, OFDM 시스템에서 시간 영역에서의 FFT 윈도우 위치 복원에서 미세하게 복구하지 못한 심볼 시작 위치를 구하여 AWGN과 다중 경로 채널의 영향을 줄일 수있다.

Claims (7)

1. N개의 실효 데이타 샘플과 G개의 보호 간격으로 이루어진 OFDM 심볼을 수신하여 FFT 윈도우 위치를 복원하는 OFDM 수신 장치에 있어서,

   수신되는 상기 OFDM 신호를 디지탈 복소 샘플로 변환하는 아날로그-디지탈 변환 수단;

   상기 아날로그-디지털 변환 수단으로부터 출력된 디지털 복소 샘플중에서 심볼 시작 지점에 따른 FFT 윈도우 제어에 따라 G개의 보호 구간을 제거하고 N개의 실효 데이터를 출력하는 FFT 윈도우 수단;

   상기 FFT 윈도우 수단으로 부터 발생하는 실효 데이터를 고속 푸리에 변환하는 FFT 수단:

   상기 FFT 수단으로부터 두 개의 파일럿을 통하여 수신된 복소 샘플들간의 위상차를 검출하여 그 평균을 계산하고, 그 평균값을 1샘플 크기의 FFT 윈도우 위치 옵셋에 대하여 발생하는 위상 변화로 나누어 정규화시켜 상기 FFT 윈도우 수단에 FFT 윈도우 옵셋으로 인가하는 위상 계산 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 OFDM 시스템 수신기의 FFT 윈도우 위치 복원 장치.
2. 제1 항에 있어서, 상기 위상 계산 수단은 상기 FFT 수단으로부터 출력되는 파일럿간의 위상차를 검출하는 위상차 검출부;

   상기 위상차 검출부에서 검출된 위상차의 평균을 OFDM 심볼 동안 계산하는 평균화기;

   상기 평균화기로부터 출력되는 평균된 위상차를 1샘플 크기의 FFT 윈도우 오류가 존재할 경우에 발생하는 위상차에 해당하는 기준값으로 나누어 정규화하는 정규화기를 포함하는 것을 특징으로 하는 OFDM 시스템 수신기의 FFT 윈도우 위치 복원 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 위상차 검출부의 위상차는 파일럿 간의 거리를 Δk 로, 샘플 크기의 FFT 윈도우 위치 옵셋을 T_d 로, 실효 데이터의 샘플 개수를 N로 하면 로 검출되는 것임을 특징으로 하는 OFDM 시스템 수신기의 FFT 윈도우 위치 복원 장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 위상차 검출부는 인접하지 않는 두 개의 파일롯간의 위상차를 검출하는 것임을 특징으로 하는 OFDM 시스템 수신기의 FFT 윈도우 위치 복원 장치.
5. 제2항에 있어서, 상기 정규화기에서 정규화값은 L을 파일롯의갯수, 두 파일럿의 위상변화차를 Δφ_k+1,k 로 하면 로 계산되는 것임을 특징으로 하는 OFDM 시스템 수신기의 FFT 윈도우 위치 복원 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 평균값을 반올림하여 정수형태의 위상차값으로 변화하는 반올림기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 OFDM 시스템 수신기의 FFT 윈도우 위치 복원 장치.
7. OFDM 시스템에서 N개의 실효 데이타 샘플과 G개의 보호 간격으로 이루어진 OFDM 심볼을 수신하여 FFT 윈도우 위치를 복원하는 방법에 있어서,

   고속프리에 변환된 파일롯을 통한 복소 샘플을 검출하여 두 파일롯간의 위상차를 추출하는 과정;

   상기 과정에서 각 샘플에서 일정 구간 떨어진 샘플간의 위상차에 대한 평균을 구하고 그 평균값에 1 샘플 크기의 FFT 윈도우 위치 옵셋으로 인하여 발생하는 위상 변화값을 나누어 정규화하는 과정;

   상기 과정에서 평균값을 반올림하여 그 값을 상기 FFT 윈도우 옵셋으로 설정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 OFDM 시스템 수신기의 FFT 윈도우 위치 복원 방법.