KR20000074901A

KR20000074901A - 직교주파수 분할 다중방식 시스템의 잔류주파수 옵셋 보상 장치및 방법

Info

Publication number: KR20000074901A
Application number: KR1019990019168A
Authority: KR
Inventors: 박재성; 박종현; 황성준; 조홍배; 최형진
Original assignee: 박태진; 삼성톰슨시에스에프 주식회사
Priority date: 1999-05-27
Filing date: 1999-05-27
Publication date: 2000-12-15

Abstract

본 발명은 직교 주파수 분할 다중 방식 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 수신신호에 잔류하는 주파수 옵셋을 보상하기 위한 잔류주파수 옵셋 보상 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명은 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템의 잔류주파수 옵셋 보상 방법에 있어서, 수신데이터를 심벌단위로 검사하여 그 심벌내에 존재하고 있는 파일럿 신호를 검출하는 과정과, 상기 검출한 파일럿 신호의 데이터에 미리 설정되어 있는 수신단 파일럿 데이터값과 연산하여 그 위상차를 검출하는 과정과, 상기 검출한 각각의 파일럿 신호의 위상차를 상기 검출된 심벌내에 존재하는 파일럿 신호의 검출이 종료할 상기 각각의 파일럿 신호에 따른 위상차를 합산하여 축적하는 과정과, 상기 심벌내의 파일럿 신호 검출 종료에 따라 상기 합산 축적된 파일럿 신호의 위상차를 평균하여 그 위상차에 해당하는 위상 회전량을 계산하는 과정과, 상기 계산한 위상 회전량을 근거로하여 상기 각각의 파일럿 신호의 위상차를 보정하여 잔류 주파수 옵셋을 제거하기 위한 복소수를 생성하는 과정과, 상기 생성한 잔류 주파수 옵셋을 제거하기 위한 복소수를 상기 심벌을 구성하고 있는 모든 데이터 각각에 곱하여 잔류주파수 옵셋을 보정하는 과정으로 이루어진다.

Description

직교주파수 분할 다중 방식 시스템의 잔류주파수 옵셋 보상 장치 및 방법{APPARATUS FOR COMPENSATING RESIDUAL FREQUENCY OFFSET AND METHOD THEREOF IN ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING SYSTEM}

본 발명은 직교주파수 분할 다중방식 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 수신신호에 잔류하는 주파수 옵셋을 보상하기 위한 잔류주파수 옵셋 보상 장치 및 방법에 관한 것이다.

최근 유·무선 채널에서 고속데이터 전송에 유용한 방식으로 사용되고 있는 직교주파수 분할 다중방식(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing)은 복수 반송파(Multi-Carrier)를 사용하여 데이터를 전송하는 방식으로서, 직렬로 입력되는 심벌(Symbol)열을 병렬변환하여 이들 각각을 상호 직교성을 갖는 다수의 부반송파로 변조하여 전송하는 다중 반송파 변조방식이다.

그런데, 상기 직교 주파수 분할 다중 방식은 채널 특성에 의하여 도플러 현상이 발생하거나 수신기의 동조기가 불안정할 경우 송신 주파수와 수신 주파수의 동기화가 이루어지지 않는 경우가 발생한다. 이때 송수신 주파수의 차이를 주파수 옵셋(offset)이라고 하는데, 이러한 주파수 옵셋은 수신신호의 위상(phase)을 변화시켜 시스템의 복호성능을 저하시키게 된다. 즉, 주파수 옵셋이 발생할 경우 각 부반송파 주파수 사이의 직교성(Orthogonality)이 유지되지 않아 인접 부채널간의 간섭 현상이 발생하여 시스템 성능 저하를 야기한다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 수신신호의 잔류주파수 옵셋을 보상하기 위한 직교주파수 분할 다중 방식 통신시스템의 잔류주파수옵셋 보상장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 잔류주파수옵셋 보상장치는, 수신신호 검출 및 초기동기화를 수행하는 역고속 푸리에 변환 윈도우 위치복원부와, 상기 고속푸리에변환 윈도우 위치복원부에서 초기동기된 신호의 반송파 주파수를 보정하는 미세주파수동기부와, 상기 미세주파수동기된 신호를 고속푸리에변환하여 다수의 부반송파로 변조하는 고속푸리에변환부와, 상기 고속푸리에변환된 반송파 신호를 보정하는 등화기를 구비한 직교주파수 분할 다중 방식시스템의 잔류주파수 옵셋 보상 장치에 있어서, 상기 등화기에서 출력된 보정 데이터를 프레임단위로 저장하는 메모리와, 상기 메모리를 억세스하여 그에 저장되어 있는 프레임 데이터를 심벌단위로 읽어 그 심벌내에 존재하는 파일럿 신호를 순차적으로 검출하는 파일럿 신호 검출부와, 상기 파일럿 신호 검출부에서 검출한 파일럿 신호의 데이터에 미리 설정되어 있는 수신단의 파일럿 데이터값의 컨쥬게이트값을 내적하여 파일럿 신호의 위상차를 검출하는 위상차검출부와, 상기 위상차검출부에서 검출한 각각의 파일럿 채널의 위상차를 상기 파일럿 신호 검출부에서 파일럿 신호의 검출이 종료될 때까지 상기 계산된 위상차를 축적하는 위상차축적부와. 상기 위상차축적부에 축적되어 있는 각각의 파일럿 신호의 위상차를 평균하여 평균 위상차인 평균 위상 회전량을 검출하는 평균 위상차 검출부와, 상기 평균 위상차 검출부에서 검출한 평균 위상 회전량을 근거로 상기 파일럿 신호에서 발생한 위상차를 보상하기 위한 복소수를 생성하는 복소수 생성부와, 상기 복소수 생성부에서 생성한 복소수를 상기 메모리에 저장되어 있는 심벌을 구성하고 있는 각각의 데이터에 곱셈하여 잔류하고 있는 주파수 옵셋을 보정하는 주파수 옵셋 보정부를 포함하여 구성함을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 주파수 옵셋 보상방법은, 직교주파수분할다중방식시스템의 잔류주파수 옵셋 보상 방법에 있어서, 수신데이터를 심벌단위로 검사하여 그 심벌내에 존재하고 있는 파일럿 신호를 검출하는 과정과, 상기 검출한 파일럿 신호의 데이터에 미리 설정되어 있는 수신단 파일럿 데이터값과 연산하여 그 위상차를 검출하는 과정과, 상기 검출한 각각의 파일럿 신호의 위상차를 상기 검출된 심벌내에 존재하는 파일럿 신호의 검출이 종료할 상기 각각의 파일럿 신호에 따른 위상차를 합산하여 축적하는 과정과, 상기 심벌내의 파일럿 신호 검출 종료에 따라 상기 합산 축적된 파일럿 신호의 위상차를 평균하여 그 위상차에 해당하는 위상 회전량을 계산하는 과정과, 상기 계산한 위상 회전량을 근거로하여 상기 각각의 파일럿 신호의 위상차를 보정하여 잔류 주파수 옵셋을 제거하기 위한 복소수를 생성하는 과정과, 상기 생성한 잔류 주파수 옵셋을 제거하기 위한 복소수를 상기 심벌을 구성하고 있는 모든 데이터 각각에 곱하여 잔류주파수 옵셋을 보정하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에서의 기능을 수행하기 위한 직교주파수 분할 다중방식 시스템의 내부구성을 도시한 블록도

도 2는 일반적인 직교주파수 분할 다중 방식 변조된 신호의 일예를 도시한 도면

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 잔류주파수옵셋 보상부의 내부구성을 도시한 블록도

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에서의 기능을 수행하기 위한 직교주파수분할다중방식 시스템의 내부구성을 도시한 블록도이다.

도 2는 일반적인 직교주파수분할다중방식 변조된 신호의 일예를 도시한 도면이다.

먼저, 상기 직교주파수분할다중방식 통신시스템의 송신단에서 상기 도 2에 도시된 바와 같은 OFDM 프레임(Frame) 데이터(210)를 전송하면, 즉 전송 OFDM 프레임의 시작을 알리는 Null 심벌과, 동기심벌인 Sync1, Sync 2와 실제 전송하고자 하는 데이터인 데이터 심벌1(205), 데이터 심벌2, ......, 데이터 심벌 9로 구성된 OFDM 프레임 데이터(210)를 전송하면, FFT(Fast Fourier Transform: 고속푸리에 변환) 윈도우 위치복원부(100)에서 그 전송한 OFDM 프레임 데이터를 입력하여 상기 Null 심벌의 검출로 인해 프레임 데이터의 시작을 검출하고, 상기 Sync1, Sync 2 검출로 인해 수신데이터의 초기동기화를 수행한다. 이때, 상기 데이터 심벌, 예를 들어 데이터 심벌1(205)은 도시되어 있는 바와 같이 소정개수, 예를 들어 256개의 데이터로 구현되며, 그 데이터 채널중 특정개수, 예를 들어 10개의 파일럿 데이터가 존재한다. 상기 FFT 윈도우 위치복원부(100)에서 초기동기화가 수행된 OFDM 프레임(210)은 미세주파수 동기부(110)로 입력되고, 상기 미세주파수 동기부(110)는 상기 송신단에서 송신한 반송파 주파수에 근거하여 수신 반송파 주파수를 보정하여 그 보정된 신호를 고속푸리에 변환부(FFT)(120)로 출력한다. 상기 고속푸리에 변환부(120)는 상기 입력받은 신호를 고속푸리에 변환하여 각반송파 주파수 성분의 위상과 진폭을 계산하여 수신데이터를 검출하여 등화기(130)로 출력한다. 상기 등화기(130)는 상기 고속푸리에변환부(120)에서 출력한 수신데이터를 보정하여 잔류주파수 옵셋 보상부(140)로 출력한다. 상기 잔류주파수 옵셋 보상부(140)의 내부구성은 하기에서 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 잔류주파수옵셋 보상 장치의 내부구성을 도시한 블록도로서, 특히 도 1에 도시되어 있는 잔류주파수옵셋 보상부(140)의 내부구성을 도시한 블록도이다.

먼저, 상기 잔류주파수옵셋 보상부(140)로 등화기(130)를 통한 데이터가 입력되면, 그 입력된 데이터는 프레임 단위로, 예를 들어 도 2에 도시되어 있는 OFDM 프레임 데이터(200)로 메모리(300)에 저장된다. 파일럿 신호 검출부(310)는 상기 메모리(300)에 저장된 OFDM 프레임 데이터를 데이터심벌마다 읽어, 예를 들어 순차적으로 데이터심벌 1(205)을 읽어 그 데이터심벌 1(205)에 존재하는 파일럿 신호(210, 220)를 검출하여 위상차 검출부(320)로 출력한다. 상기 위상차 검출부(320)는 상기 파일럿 신호 검출부(310)에서 출력한 파일럿 신호의 데이터값에 상기 직교주파수분할다중방식 통신시스템에 미리 설정되어 있는 파일럿 신호 데이터값의 컨쥬케이트(Conjugate) 값을 내적하여 그 파일럿 신호의 위상차를 검출한다. 이때, 상기 파일럿 신호의 위상차 검출은 하기의 수학식 1과 같다.

여기서, D는 상기 파일럿 신호의 위상차를 의미하여, C_k는 상기 수신한 파일럿 신호의 데이터값을 의미하여, X_K는 상기 미리 설정되어 있는 파일럿 신호의 데이터값을 의미한다. 즉, 수신파일럿 신호와 미리 설정되어 있는 파일럿 신호의 위상차는 수신 파일럿 신호의 데이터값과 미리 설정되어 있는 파일럿 신호의 데이터값의 컨쥬게이트(Conjugate)값을 내적하여 검출함으로써, 검출한 위상차 값이 실수값으로 계산되면 위상차가 존재하지 않는, 즉 직교성이 유지되는 신호가 수신됨을 의미하며, 반대로 검출한 위상차 값이 복소수값으로 계산되면 위상차가 존재하는, 즉 직교성이 유지되지 못한 신호가 수신됨을 의미한다.

상기 위상차검출부(320)에서 계산한 위상차는 위상차축적부(330)로 출력한다. 상기 위상차축적부(330)는 상기 위상차검출부(320)에서 출력한 검출 파일럿 신호의 위상차값을 순차적으로 합산하여 축적하며, 상기 파일럿 신호 검출부(310)에서 심벌내에 존재하는 파일럿 신호 검출에 따라 상기 위상차 검출부(320)에서 계산한 위상차를 순차적으로 축적한다. 예를 들어 상기 하나의 데이터심벌 1(205)에 존재하는 파일럿 신호가 10개 존재한다고 할 때. 10개의 파일럿 신호에 대한 위상차를 합산하여 축적하게 되는 것이다.

상기 위상차 축적부(330)에서 상기 심벌내에 존재하는 모든 파일럿 신호의 위상차 합산이 종료되면, 그 합산된 위상차를 평균하여 그 평균 위상차를 근거로 평균 위상 회전량을 계산하여 복소수 생성부(350)로 출력한다.

이때, 상기 평균 위상 회전량의 계산은 하기의 수학식 2로 수행한다.

여기서, 상기 X_k= C_ke^jθk이며, θ는 상기 파일럿 신호의 위상차에 근거로한 위상 회전량을 의미하여 e^jθ는 송수신시 발생한 위상에러를 의미한다.

상기 수학식 2를 상세히 설명하면;

상기 송신신호 C_k는 실수성분(Real Component) C_I와, 허수성분(Imaginary Component)jC_Q로 표현하면 C_k= C_I+ jC_Q로, 이와 마찬가지로 상기 수신신호 X_k는 실수성분 X_I와, 허수성분 jX_Q로 표현하면 X_k= X_I+ jX_Q가 된다.

이에, 상기 C_k·X_k* = (C_IX_I+ C_QX_Q) + j(C_IX_I- C_QX_Q)가 된다.

상기 평균 위상회전량 검출부(340)는 그 계산한 평균위상 회전량을 복소수 생성부(350)로 출력한다. 상기 복소수 생성부(350)는 상기 평균 위상회전량 검출부(340)에서 출력한 평균위상 회전량을 근거로 하여 잔류 주파수 옵셋을 보정하기 위한 복소수를 생성한다. 상기 생성된 복소수는 하기의 수학식 3과 같다.

e^-jθ= cos(-θ) + jsin(-θ)

상기 복소수 생성부(350)는 상기 수학식 3과 같이 생성된 복소수를 주파수 옵셋 보정부(360)로 출력한다. 상기 주파수 옵셋 보정부(360)는 상기 복소수 생성부(350)에서 출력한 복소수를 상기 메모리(300)에 저장되어 있는 데이터 심벌1(205)을 구성하고 있는 각각의 데이터, 예를 들어 상기 데이터심벌1(205)이 256개의 데이터로 구성되어 있을 경우 상기 256개의 데이터 각각에 상기 생성한 복소수를 곱하여 잔류주파수 옵셋으로 인한 위상차를 보정하여 출력한다.

여기서, 상기 잔류주파수 옵셋을 보정하기 위한 복소수와 수신데이터를 곱하여 잔류주파수 옵셋이 보상된 신호를 S_k라고 하면, 그 잔류주파수 옵셋이 보상된 신호 S_k는 하기의 수학식 4와 같다.

이렇게, 잔류주파수 옵셋이 보정된 신호 S_k를 근거로 데이터복조가 수행되어 다수의 부반송파간 직교성을 유지하는 것이 가능하게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명은, 데이터 심벌내의 파일럿 채널을 검출하여 그 위상차를 검출·축적하여 그 축적된 위상차를 평균하여 평균 위상 회전량을 검출하여 그에 근거한 복소수를 생성하여 상기 데이터 심벌내의 데이터 각각에 곱하여 데이터의 잔류 주파수 옵셋에 따른 위상차를 보상하는 것을 가능하게 함으로써 직교주파수분할다중방식의 부반송파간 직교성을 유지하여 통신성능의 향상을 가져온다는 이점을 갖는다.

Claims

수신신호 검출 및 초기동기화를 수행하는 역고속푸리에변환 윈도우 위치복원부와, 상기 고속푸리에변환 윈도우 위치복원부에서 초기동기된 신호의 반송파 주파수를 보정하는 미세주파수동기부와, 상기 미세주파수동기된 신호를 고속푸리에변환하여 다수의 부반송파로 변조하는 고속푸리에변환부와, 상기 고속푸리에변환된 반송파 신호를 보정하는 등화기를 구비한 직교주파수분할다중방식시스템의 잔류주파수 옵셋 보상 장치에 있어서,

상기 등화기에서 출력된 보정 데이터를 프레임단위로 저장하는 메모리와,

상기 메모리를 억세스하여 그에 저장되어 있는 프레임 데이터를 심벌단위로 읽어 그 심벌내에 존재하는 파일럿 신호를 순차적으로 검출하는 파일럿 신호 검출부와,

상기 파일럿 신호 검출부에서 검출한 파일럿 신호의 데이터에 미리 설정되어 있는 수신단의 파일럿 데이터값의 컨쥬게이트값을 내적하여 파일럿 신호의 위상차를 검출하는 위상차검출부와,

상기 위상차검출부에서 검출한 각각의 파일럿 채널의 위상차를 상기 파일럿 신호 검출부에서 파일럿 신호의 검출이 종료될 때까지 상기 계산된 위상차를 축적하는 위상차축적부와.

상기 위상차축적부에 축적되어 있는 각각의 파일럿 신호의 위상차를 평균하여 평균 위상차인 평균 위상 회전량을 검출하는 평균 위상차 검출부와,

상기 평균 위상차 검출부에서 검출한 평균 위상 회전량을 근거로 상기 파일럿 신호에서 발생한 위상차를 보상하기 위한 복소수를 생성하는 복소수 생성부와,

상기 복소수 생성부에서 생성한 복소수를 상기 메모리에 저장되어 있는 심벌을 구성하고 있는 각각의 데이터에 곱셈하여 잔류하고 있는 주파수 옵셋을 보정하는 주파수 옵셋 보정부를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 직교주파수분할다중방식시스템의 잔류주파수 옵셋 보상 장치.
직교주파수분할다중방식시스템의 잔류주파수 옵셋 보상 방법에 있어서,

수신데이터를 심벌단위로 검사하여 그 심벌내에 존재하고 있는 파일럿 신호를 검출하는 과정과,

상기 검출한 파일럿 신호의 데이터에 미리 설정되어 있는 수신단 파일럿 데이터값과 연산하여 그 위상차를 검출하는 과정과,

상기 검출한 각각의 파일럿 신호의 위상차를 상기 검출된 심벌내에 존재하는 파일럿 신호의 검출이 종료할 상기 각각의 파일럿 신호에 따른 위상차를 합산하여 축적하는 과정과,

상기 심벌내의 파일럿 신호 검출 종료에 따라 상기 합산 축적된 파일럿 신호의 위상차를 평균하여 그 위상차에 해당하는 위상 회전량을 계산하는 과정과,

상기 계산한 위상 회전량을 근거로하여 상기 각각의 파일럿 신호의 위상차를 보정하여 잔류 주파수 옵셋을 제거하기 위한 복소수를 생성하는 과정과,

상기 생성한 잔류 주파수 옵셋을 제거하기 위한 복소수를 상기 심벌을 구성하고 있는 모든 데이터 각각에 곱하여 잔류주파수 옵셋을 보정하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템의 잔류주파수 옵셋 보상 방법.
제2항에 있어서,

상기 검출한 파일럿 신호 데이터의 위상차를 검출하는 과정은 상기 검출한 파일럿 신호의 데이터값을 상기 직교주파수분할다중방식 시스템에 미리 설정되어 있는 파일럿 데이터값의 컨쥬게이트값과 내적하여 계산함을 특징으로 하는 직교주파수 분할 다중 방식 시스템의 잔류주파수 옵셋 보상방법.