KR20020025474A - 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템의 주파수 옵셋 보상장치 및 방법 - Google Patents

직교 주파수 분할 다중 방식 시스템의 주파수 옵셋 보상장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 직교 주파수 분할 다중 방식 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 주파수 동기를 위한 미세 주파수 동기를 획득하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템의 주파수 옵셋 보상 장치에 있어서, 보호구간 제거된 연속한 심벌들 각각의 상관값을 검출하여, 그 상관값에 따른 위상을 검출하는 위상 검출부와, 상기 연속 유효 심벌들의 검출된 위상간 차이가 설정값 이상일 경우 상기 연속 유효 심벌간에 상호 위상의 부호를 반전시켜 위상을 보상하는 위상 보상부와, 상기 보상된 위상들의 평균 위상을 구하여 주파수옵셋을 추정하는 주파수 옵셋 추정부로 구성된다.

Description

직교 주파수 분할 다중 방식 시스템의 주파수 옵셋 보상 장치 및 방법{APPARATUS FOR COMPENSATING FREQUENCY OFFSET AND METHOD THEREOF IN ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING SYSTEM}
본 발명은 직교 주파수 분할 다중 방식 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 주파수 동기를 위한 미세 주파수 동기를 획득하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 직교 주파수 분할 다중 방식(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 기술은 디지털 오디오 방송(DAB: Digital Audio Broadcasting)과 디지털 텔레비젼, 무선 근거리 통신망(WLAN: Wireless Local Area Network) 그리고 무선 비동기 전송 모드(WATM: Wireless Asynchronous Transfer Mode) 등의 디지털 전송 기술에 광범위하게 적용되어지고 있다. 상기 직교 주파수 분할 다중 방식은 전송하려는 데이터를 다수 개의 부반송파(Sub-Carrier)를 가지고 여러 개의 데이터로 나누어 변조한 후 병렬로 전송하는 다중 반송파 기술이다.
그러나 상기 직교 주파수 분할 다중 방식은 하드웨어(hardware)적인 복잡도(Complexity)로 인하여 널리 사용되지 못하다가 최근 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform) 기술과 역 고속 푸리에 변환(IFFT: Inverse Fast Fourier Transform) 기술을 포함한 각종 디지털 신호 처리 기술이 발전함으로써 실현 가능해 졌다. 상기 직교 주파수 분할 다중 방식은 종래의 주파수 분할 다중 방식(FDM:Frequency Division Multiplexing)과 비슷하나 무엇보다도 다수개의 부반송파간의 직교성(Orthogonality)을 유지하여 전송함으로써 고속 데이터 전송시 최적의 전송 효율을 얻을 수 있는 특징을 갖는다. 최근 이러한 장점이 대두되어 무선 비동기 전송 모드와 같은 고속 데이터 전송시 상기 직교주파수 분할 다중 방식을 이용한 직교 주파수 분할 다중 방식/시분할 다중 접속 방식(OFDM/TDMA) 시스템 및 직교주파수 분할 다중 방식/코드 분할 다중 접속 방식(OFDM/CDMA) 시스템 등의 다양한 구현 기술이 제안되고 있다.
일반적으로 상기 직교주파수 분할 다중 방식을 이용한 전송 시스템에서는 채널 특성에 의하여 도플러 현상이 발생하거나 수신기의 동조기가 불안정할 경우 송신 주파수와 수신 주파수의 동기화가 이루어지지 않는 경우가 발생한다. 그래서, 송·수신기의 국부 발진기간, 즉 반송파간의 동조가 이루어지지 않으면 주파수 옵셋(Frequency Offset)이 발생하게 되고, 상기 주파수 옵셋은 수신신호의 위상(phase)을 변화시켜서 부반송파간의 직교성(Orthogonality)을 잃어버리게 하고, 그로 인해 시스템의 복호 성능을 저하시킨다. 이러한 경우 작은 주파수 옵셋도 수신 시스템의 성능을 떨어뜨리는 심각한 원인이 된다. 그러므로 직교주파수 분할 다중 방식을 이용한 전송시스템에서 부반송파간의 직교성을 유지시키는 주파수 동기 기술의 구현은 필수적이다.
통상적으로 이러한 수신기 주파수 옵셋은 부반송파간 간격을 기준으로 하여 제거하며, 상기 주파수 옵셋을 부반송파간 간격으로 나누어 정수부와 소수부로 표현가능하다. 여기서, 상기 정수부에 해당하는 초기 주파수 옵셋을 제거하는 과정이대략적 주파수 동기(Coarse Frequency Synchronization)이며, 상기 소수부에 해당하는, 즉 상기 대략적 주파수 동기 후에 남아 있는 잔류 주파수 옵셋을 제거하는 과정이 미세주파수 동기(Fine Frequency Synchronization)이다.
이런 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 주파수 동기 기술을 크게 나누어 보면 고속 푸리에 변환전 시간 영역(time domain)의 신호를 이용한 알고리즘과 고속 푸리에 변환 후 주파수 영역(frequency domain)의 신호를 이용한 알고리즘으로 분류 가능하다. 이 중에서 상기 시간 영역의 신호를 이용하는 알고리즘은 상기 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 송신기측에서 전송되는 유효 심벌의 일부를 복사하여 보호구간(guard interval)을 상기 유효심벌에 부가시켜 수신기측으로 전송하고, 그러면 상기 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 수신기측에서 상기 송신기측에서 송신한 심벌들을 수신하여 그 주파수 옵셋에 비례하는 위상의 변화, 즉 위상차를 이용하는 방법이다. 상기 위상차는 송신 신호와 수신신호간의 파일럿 신호의 위상차를 의미하며, 상기 파일럿 신호는 상기 송신기측과 수신기측에 미리 공통적으로 약속되어 있다. 그래서, 상기 송신신호와 수신신호간의 파일럿 신호를 이용한 위상차를 가지고 주파수 옵셋을 추정하게 되는 것이다. 여기서, 상기 주파수 옵셋의 추정결과는 실수부와 허수부로 각각 나타나게 되고 그 각각의 합을 이용하여 위상 정보를 획득하게 되는 것이다.
그런데, 상기 위상차를 이용한 주파수 동기 과정에서 상기 송신신호가 다중경로(multi-path)와 같은 열악한 채널 환경 하에 있을 경우 상기 송신신호와 수신신호간의 파일럿 신호를 이용한 위상차를 검출하는 위상 검출기의 특성 곡선, 즉 S곡선의 선형(linear) 영역을 감소시키게 되고, 상기 선형 영역의 감소로 인해 위상 검출 성능의 열화가 발생하게 된다는 문제점이 있었다. 따라서, 주파수 동기를 획득하기 위해서는 다수번의 위상차 검출 및 주파수 옵셋에 대한 보상 과정이 선행되어야만 하기 때문에 주파수 동기를 획득하는데 많은 시간이 소요된다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 주파수 동기 획득에 소요되는 시간 및 보상 과정을 단축시키는 주파수 옵셋 보상 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1견지에 따른 장치는; 보호구간 제거된 연속한 심벌들 각각의 상관값을 검출하여, 그 상관값에 따른 위상을 검출하는 위상 검출부와, 상기 연속 유효 심벌들의 검출된 위상간 차이가 설정값 이상일 경우 상기 연속 유효 심벌간에 상호 위상의 부호를 반전시켜 위상을 보상하는 위상 보상부와, 상기 보상된 위상들의 평균 위상을 구하여 주파수옵셋을 추정하는 주파수 옵셋 추정부로 구성됨을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2견지에 따른 장치는; 보호구간 제거된 연속 유효 심벌들의 파일럿 신호와 설정 파일럿 신호를 상관하여 그 각각의 위상을 검출하는 위상 검출부와, 상기 연속 유효 심벌들의 검출된 위상간 차이가 설정값 이상일 경우 상기 연속 유효 심벌간에 상호 위상의 부호를 반전시키고, 설정값 미만일 경우 상기 연속 유효 심벌들의 검출된 위상의 부호를 그대로 유지시켜위상을 보상하는 위상 보상부와, 상기 보상된 위상들의 평균 위상을 구하여 주파수옵셋을 추정하는 주파수 옵셋 추정부로 구성됨을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제3견지에 따른 방법은; 보호구간 제거된 연속한 심벌들 각각의 상관값을 검출하여, 그 상관값에 따른 위상을 검출하는 위상 검출 과정과, 상기 연속 유효 심벌들의 검출된 위상간 차이가 설정값 이상일 경우 상기 연속 유효 심벌간에 상호 위상의 부호를 반전시켜 위상을 보상하는 위상 보상 과정과, 상기 보상된 위상들의 평균 위상을 구하여 주파수옵셋을 추정하는 주파수 옵셋 추정 과정으로 이루어짐을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제4견지에 따른 방법은; 보호구간 제거된 연속 유효 심벌들의 파일럿 신호와 설정 파일럿 신호를 상관하여 그 각각의 위상을 검출하는 위상 검출 과정과, 상기 연속 유효 심벌들의 검출된 위상간 차이가 설정값 이상일 경우 상기 연속 유효 심벌간에 상호 위상의 부호를 반전시키고, 설정값 미만일 경우 상기 연속 유효 심벌들의 검출된 위상의 부호를 그대로 유지시켜 위상을 보상하는 위상 보상 과정과, 상기 보상된 위상들의 평균 위상을 구하여 주파수옵셋을 추정하는 주파수 옵셋 추정 과정으로 이루어짐을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에서의 기능을 수행하기 위한 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템 송신기 구조를 도시한 블록도
도 2는 본 발명의 실시예에서의 기능을 수행하기 위한 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템 수신기 구조를 도시한 블록도
도 3은 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템의 신호 프레임 구조를 도시한 도면
도 4는 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템의 신호 프레임을 주파수 영역 및 시간 영역에서 도시한 도면
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 주파수 옵셋 보상 장치의 내부 구성을 도시한 블록도
도 6은 아이디얼한 채널 환경에서 본 발명의 실시예에 따른 주파수 옵셋 보상 장치의 특성 곡선을 도시한 그래프
도 7은 다중 경로 채널 환경에서 본 발명의 실시예에 따른 주파수 옵셋 보상장치의 특성 곡선을 도시한 그래프
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 것이라는것을 유의하여야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에서의 기능을 수행하기 위한 직교주파수 분할 다중 방식 시스템의 송신기 구조를 도시한 블록도이다. 상기 도 1에 도시되어 있는 직교주파수 분할 다중 방식 시스템은 코드 분할 다중 접속 시스템과 결합된 경우를 설명하고 있다. 확산기(111)는 직교부호(Orthogonal Code) 및 PN(Pseudorandom Noise) 확산 시퀀스를 이용하여 송신 데이터(Tx Data)를 확산하여 출력한다. 여기서, 상기 각각의 직교 부호 및 확산 시퀀스들에 대한 정보는 상기 송신기와 동일하게 수신기에서 인식하고 있다. 상기 확산기(111)에서 확산된 각 송신 데이터들은 가산기(113)로 출력된다. 상기 가산기(113)는 상기 확산기(111)에서 출력한 확산 송신 데이터들을 입력하고 그 입력된 각각의 데이터들을 가산하여 직/병렬 변환기(Serial to Parallel Convertor)(115)로 출력한다. 여기서, 상기 가산기(113)에서 출력한 직렬 신호를 d(k)라 칭하기로 한다. 상기 직/병렬 변환기(115)는 상기 가산기(113)에서 출력한 신호 d(k)를 입력하여 소정 개수, 예를 들어 N개의 병렬 데이터로 변환한 후 역 고속 푸리에 변환기(IFFT: Inverse Fast Fourier Transform)(117)로 출력한다. 여기서, 상기 직/병렬 변환기(115)에서 출력한 신호를 Xk라고 칭하기로 하고, 상기 병렬 데이터 Xk의 심벌길이(Symbol Length)는 상기 직렬데이터 d(k) 심벌길이의 N배로 확장된다. 여기서, 상기 병렬데이터 Xk는 주파수 영역의 신호이다.
상기 역 고속 푸리에 변환기(117)는 상기 직/병렬변환기(115)에서 출력한 병렬데이터 Xk를 입력하여 N개의 부반송파(sub-carrier)로 변조한 다음 그 변조된 데이터 xn를 출력한다. 즉 상기 병렬데이터 Xk를 각 부반송파의 위상과 진폭에 대응한 한 개의 복소수(Complex)로 변환하여 주파수 스펙트럼(frequency spectrum)상에서 각각의 부 반송파로 할당한 후, 이 주파수 스펙트럼상의 복소수 데이터를 시간 스펙트럼(time spectrum)으로 역 고속 푸리에변환을 수행함으로써 소정개수의, 즉 N개의 부반송파로 변조하여 그 변조된 데이터 xn를 출력하게 되는 것이다. 이때, 상기 변조된 데이터 xn는 하기의 수학식 1과 같이 표현 가능하다.
( 단, n = 1, 2, 3, 4, ..., N 일 경우)
상기 역 고속 푸리에 변환부(117)에서 출력한 데이터 xn는 병/직렬 변환기(Parallel to Serial Convertor)(119)로 입력된다. 상기 병/직렬변환기(119)는 상기 입력된 병렬데이터 xn를 직렬변환하여 그 직렬변환된 데이터 ds(n)를 보호구간 삽입기(121)로 출력한다. 상기 보호구간 삽입기(Guard Interval Insertion)(121)는 상기 병/직렬변환기(119)에서 출력한 직렬데이터 ds(n)을 입력한 후 보호구간(Guard Interval)을 삽입하여 출력한다. 이때, 상기 보호구간은 전송채널에 의해 심벌 상호간의 간섭(ISI: Intersymbol Interference)이 발생할 경우 상기 직교 주파수 분할 다중 방식의 다수 부반송파간의 직교성(Orthogonality)이 유지될 수 있도록 전송심벌간에 삽입하여 채널에 발생하는 심벌상호간의 간섭을 흡수하기 위한 구간이다.
상기 보호구간 삽입기(121)에서 출력한 보호구간이 삽입된 데이터는 디지털/아날로그 변환기(D/A Convertor)(123)로 입력되어 기저대역(baseband)신호인 아날로그 신호로 변환한 ds(t)를 출력한다. 상기 디지털/아날로그 변환기(123)에서 출력한 ds(t)는 믹서(Mixer)(125)로 출력된다. 상기 믹서(125)는 상기 디지털/아날로그 변환기(123)에서 출력한 ds(t)와 주파수 합성기(frequency synthesizer)(127)에서 출력한 합성 반송파 주파수를 믹싱하여 실제로 전송되는 전송데이터 P(t)를 출력한다. 이때, 출력되는 전송데이터 P(t)는 하기의 수학식 2와 같이 표현가능하다.
P(t) = ds(t)e(jWct)
상기 수학식 2에서 Wc 합성 반송파 주파수이다. 이렇게 합성 반송파 주파수와 믹싱된 전송 데이터 P(t)는 송신필터(129)에서 기저대역 신호로 필터링되어 송신된다.
상기 도 1에서 설명한 바와 같이 전송 데이터 P(t)가 전송되면 에어(Air)상에서 발생된 백색 가우시안 잡음(Aditive White Gaussian noise) 등을 포함하여 수신기로 수신되는 것이다.
이하 상기 수신기 구조를 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에서의 기능을 수행하기 위한 직교주파수 분할 다중방식 시스템의 수신기 구조를 도시한 블록도이다.
상기 도 1에서 설명한 바와 같이 송신기에서 전송한 데이터는 에어상에서 백색 가우시안 잡음 등이 포함된 반송파로 수신기에 수신된다. 상기 수신기로 수신된 반송파 신호는 곱셈기(211)로 입력한다. 상기 곱셈기(211)는 주파수 합성기(213)에서 합성한 소정의 국부 발진 주파수와 상기 수신 반송파를 믹싱하여 중간주파수(IF: Intermediate Frequency)로 다운 컨버팅(Down converting)하여 저역대역통과필터(LPF: Low Pass Filter)(215)로 출력한다. 상기 저역대역 통과 필터(215)는 상기 곱셈기(211)에서 출력한 중간주파수 신호를 필터링한 후 아날로그/디지털 변환기(ADC: Analog to Digital Converter)(217)로 출력한다. 여기서, 상기 저역 대역 통과 필터(215)에서 출력된 기저대역 신호를 yi라고 칭하기로 하며, 상기 yi는 하기 수학식 3과 같이 표현가능하다.
상기 수학식 3에서, 상기 Hk는 채널의 전달함수, 상기 foffset는 주파수 옵셋, Δf는 부반송파의 간격, wi는 백색 가우시안 잡음(AWGN)을 나타낸다.
상기 아날로그/디지털 변환기(217)는 상기 곱셈기(211)에서 출력한 중간 주파수 신호를 일정 주기로 샘플링하여 디지털 신호의 형태로 변환한 후 보호구간제거기(Guard Interval Remove)(219)로 출력한다. 여기서, 상기 아날로그/디지털 변환기(217)에서 출력한 신호를 yn이라 칭하기로 하고, 상기 yn은 하기 수학식 4와 같이 표현 가능하다.
상기 수학식 4에서, 상기 ε은 부반송파 간격으로 정규화된 주파수 옵셋이고, 즉이고,이다. 여기서, 상기 Tu은 유효 심벌 구간( Tu=1/Δf), N은 유효 심벌의 샘플의 개수로 FFT 블록 크기를 나타낸다. 즉, 상기 아날로그/디지털 변환기(217)를 통과한 신호 yn은 N 개의 샘플로 이루어진 유효 심벌과 유효 심벌중 일부를 복사한 L 개의 샘플로 이루어진 보호구간으로 표현된다. 즉, 시간영역에서 하나의 심볼은 N+L 개의 샘플로 이루어져 있는데 이 중에서 N 개의 샘플은 유효심볼이고 L 개의 샘플은 보호구간 심볼인 것이다.
상기 보호구간 제거기(219)는 상기 수신된 수신데이터로부터 보호구간(Guard Interval)을 제거하여 직/병렬 변환기(S/P Converter)(221)로 출력한다. 상기 직/병렬 변환기(221)는 상기 보호구간 제거된 수신 데이터를 병렬변환하여 고속 푸리에 변환기(FFT: Fast Fourier Transform)(223)로 출력한다. 상기 고속 푸리에 변환기(223)는 상기 병렬변환된 다수개의 데이터들을 입력하여 각각 다수개의 부반송파로 OFDM 복조를 수행한 후 병렬의 심벌 데이터를 병/직렬 변환기(P/S Converter)(225)로 출력한다. 상기 병/직렬 변환기(225)는 상기 병렬로 입력되는각 심벌 데이터를 직렬 심벌 데이터로 변환하여 역확산기(227)로 출력한다. 상기 역확산기(227)는 상기 직렬의 심벌 데이터를 입력받아 역확산하여 원래의 수신데이터를 복원하여 출력한다.
상기 도 2에서 설명한 바와 같은 수신기 구조는 부반송파간 주파수 동기를 획득하는 것이 중요하며, 상기 주파수 동기를 획득해야지만이 부반송파간 직교성을 유지하여 정확한 신호를 복호하는 것이 가능하다. 상기 주파수 동기를 위한 본 발명의 실시예에 따른 주파수 옵셋 보상 장치는 하기에서 설명하기로 한다.
한편, 상기 도 1내지 도 2에서 설명한 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템에 적용되는 프레임 구조를 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.
상기 도 3에 도시된 바와 같이 상기 직교주파수분할다중방식 시스템에 적용되는 프레임(frame)(300)은 12개의 심벌(symbol)로 이루어지며, 상기 12개의 심벌 중 Null 심벌은 상기 직교 주파수 분할 다중 방식 프레임의 시작을 나타내는 심벌이며, Sync1, Sync 2 심벌은 동기 심벌이며, 데이터 심벌1(301), 데이터 심벌2, ......, 데이터 심벌 9는 실제 전송하고자 하는 데이터를 나타내는 심벌이다. 이때, 상기 데이터 심벌, 예를 들어 데이터 심벌1(301)은 도시되어 있는 바와 같이 소정개수, 예를 들어 256개의 데이터로 구현되며, 그 데이터 채널중 특정개수, 예를 들어 10개의 파일럿(pilot) 데이터가 삽입되어 전송된다. 그래서, 수신기 측에서 상기 데이터심벌내의 파일럿 데이터를 가지고 위상측정하여 부반송파간 주파수 옵셋을 보상하게 되는 것이다.
도 4는 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템의 신호 프레임을 주파수 영역 및시간 영역에서 도시한 도면이다.
상기 도 4에 도시된 바와 같이 유효 심벌(Tu)에 보호구간(Tg)을 부가하여 전송시키게 되고, 다수개의 부반송파를 통해 하나의 반송파를 형성하여 전송하는 구조를 시간 영역(time domain) 및 주파수 영역(frequency domain)에서 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 주파수 옵셋 보상 장치의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
먼저, 상기 도 2에서 설명한 바와 같이 상기 직교주파수 분할 다중 방식 시스템의 수신기로 신호가 수신된 후 아날로그/디지털 변환기(217)를 통해 출력되는 신호는 상기에서 설명한 yn이다. 상기 yn을 유효 심벌과 보호구간 심벌을 포함한 하나의 심벌 ysymbol로 나타내면 하기 수학식 5와 같이 표현가능하다.
상기 수학식 5에서 상기 L개의 샘플은 보호구간 심벌이며, N개의 샘플은 유효 심벌이다.
이렇게, 상기 아날로그/디지털 변환기(217)에서 출력되는 신호는 보호구간 제거기(219)로 입력된다. 상기 보호구간 제거기(219)는 상기 아날로그/디지털 변환기(217)에서 출력한 신호를 입력하여 그중 유효 심벌을 제외한 보호구간을 제거하여 고속 푸리에 변환기(223) 및 상관기(311)로 출력한다.
상기 상관기(311)는 상기 보호 구간 제거기(219)에서 출력한 신호를 입력하고, 상기 입력한 신호를 보호구간 심벌과 유효 심벌로 분리하여 상기 각각의 심벌을 이용하여 상관을 구한다. 즉, 상기 상관기(311)는 유효 심벌의 한 샘플과 보호구간 심벌의 한 샘플을 상관취하는 것으로, 상기 유효 심벌의 한 샘플 yN-i과 보호구간 심벌의 한 샘플 y-i를 상관하는 것이다(). 여기서, 상기 i는 샘플번호로서의 범위를 가진다.
이렇게 상기 상관기(311)가 상기 유효 심벌의 한 샘플 yN-i과 보호구간 심벌의 한 샘플 y-i를 상관한 상관값()을 위상 검출기(313)로 출력한다. 여기서, 상기 상관기(311)는 상기 보호구간의 크기 만큼, 즉 L만큼 상관을 취하고, 그리고 상기 상관값은 각각의 샘플간 상관값이 되는 것이다. 상기 위상 검출기(313)는 상기 상관기(311)에서 출력한 상관값을 입력하고, 그 유효심벌의 샘플과 보호구간 심벌의 샘플간의 상관값을 가지고 위상을 검출한다. 즉, 유효 심벌 샘플의 파일럿 신호와 보호구간 심벌 샘플의 파일럿 신호의 위상차는 상기 유효 심벌 샘플 파일럿 신호의 데이터값과 보호구간 심벌 샘플의 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.
여기서, 상기 위상 검출기(313)는 하기 수학식 6에 따라 상기 상관기(311)에서 출력되는 상관값의 위상을 검출한다.
상기 위상차 검출기(313)는 상기 검출한 위상을 위상차 계산기(315)로 출력한다. 상기 위상차 계산기(315)는 상기 수신되는 연속 두 심벌간의 위상을 비교하여, 연속 검출된 두 위상의 차이를 계산하여 위상 보상기(317)로 출력한다.
상기 위상 보상기(317)는 현재 검출되는 위상과 바로 연이어 검출되는 연속 샘플들 간의 위상차를 가지고서, 즉, 상기 위상차 계산기(315)에서 출력되는 위상차가 설정값, 예를 들어 π이상일 경우 상기 검출된 위상의 부호를 반전한다. 결국,이면이 되고(여기서,는 보상된 위상을 의미한다), 상기 위상차가 설정값 미만일 경우 상기 검출된 위상의 부호를 그대로 유지시킨다. 즉,이면이 된다.
이렇게, 상기 위상 보상기(317)에서 상기 보호구간 크기 동안 수행된 상기 보상된 위상을 평균 위상 검출기(319)에서 축적하고, 상기 축적된 보상된 위상을 가지고서 평균 위상을 계산한다. 그리고서, 상기 평균 위상 검출기(319)에서 계산된 평균 위상을 가지고서 주파수 옵셋 추정기(321)는 하기 수학식 7에 따라 주파수 옵셋을 추정한다.
상기 수학식 7에 따라 구해진 주파수 옵셋 추정값을 가지고 주파수 옵셋을 추정함으로써 미세 주파수 옵셋 추정이 가능하게 되는 것이다.
한편, 상기에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 주파수 옵셋 추정 과정에 따라 아이디얼한 채널 환경에서 주파수 옵셋 보상을 위한 위상 검출기의 특성곡선을 도 6을 참조하여 살펴보기로 한다.
상기 도 6은 아이디얼한 채널 환경에서 본 발명의 실시예에 따른 주파수 옵셋 보상 장치의 특성 곡선을 도시한 그래프이다. 상기 도 6에 도시한 바와 같이 아이디얼(ideal)한 채널 환경에서 상기 주파수 옵셋 보상 장치의 특성 곡선은 주파수 옵셋 ε이 -0.5에서 +0.5까지 선형(linear) 구간을 형성한다. 그래서, 주파수 옵셋 보상 장치의 특성 곡선, 즉 S곡선이 선형성을 유지함으로써 정확한 위상 검출이 가능하고, 또한 정확한 위상 검출로 인해 주파수 옵셋을 정확하게 추정하는 것이다.
상기 도 6에는 아이디얼한 채널 환경에서 주파수 옵셋 보상 장치의 특성 곡선이 도시되어 있다. 그러나, 실제 채널 환경은 아이디얼하지 않고 다양한 채널 변화에 따르기 때문에 실제적으로 이런 선형성이 유지된다는 것이 종래 주파수 옵셋 보상에서 난이하였었던 것이다. 그러나, 본 발명의 실시예에서는 정확한 위상 검출을 가능하게 하고, 그에 따라 정확한 주파수 옵셋 추정을 가능하게 함으로써 도 7에 도시한 바와 같이 실제 채널 환경에서도 상기 주파수 옵셋 보상 장치의 선형성을 유지하는 것이 가능하다.
상기 도 7은 다중 경로 채널 환경에서 본 발명의 실시예에 따른 주파수 옵셋 보상 장치의 특성 곡선을 도시한 그래프로서, 상기 도 7에 도시된 바와 같이 실제 채널 환경, 일 예로 신호대 잡음비(SNR: Signal To Noise Ratio)가 5[dB]이고, 주경로(main-path)가 없는 레일리(Rayleigh) 채널을 사용한 경우의 주파수 옵셋 보상 장치의 특성곡선을 도시한 것이다.
상기 도 7에 도시된 특성 곡선은 상기 도 6에서 도시한 특성 곡선, 즉 아이디얼한 채널환경에서의 특성 곡선과 거의 유사하게 선형성이 유지됨으로써, 즉 주파수 옵셋 ε이 -0.5에서 +0.5 구간까지 선형구간을 나타냄으로써 선형 영역의 감소로 인해 위상 검출 성능의 열화가 발생되는 것을 제거하고, 또한 상기 선형 구간 유지로 인해 주파수 동기를 정확하게 획득하기 위한 위상차 검출 및 주파수 옵셋에 대한 보상 과정을 단축시켜 주파수 동기를 획득하는데 소요되는 시간을 단축시키게 된다.
상술한 바와 같은 본 발명은, 보호구간 크기와 동일한 횟수 동안 유효 심벌의 샘플과 보호구간 심벌의 샘플간을 상관시켜 각각의 위상들을 검출하고, 상기 검출한 연속 위상들간 위상차를 가지고 위상을 보상함으로써 정확한 주파수 옵셋 추정을 가능하게 하고, 그래서 미세 주파수 동기를 정확하게 획득하도록 한다는 이점을 가진다.
또한, 송신신호가 다중경로(multi-path)와 같은 열악한 채널 환경 하에 있을 경우 상기 송신신호와 수신신호간의 파일럿 신호를 이용한 위상차를 검출하는 위상 검출기의 특성 곡선, 즉 S곡선의 선형(linear) 영역을 유지시켜, 상기 선형 영역의 감소로 인해 발생하던 위상 검출 성능의 열화를 제거한다는 이점을 가진다.
그러므로, 상기 위상 검출 성능 열화 방지로 인해 주파수 동기를 획득하기 위한 위상차 검출 및 주파수 옵셋에 대한 보상 과정을 정확하게 수행하는 것이 가능하고, 따라서 주파수 동기를 획득하는데 소요되는 시간이 단축된다는 이점을 가진다.

Claims (32)

  1. 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템의 주파수 옵셋 보상 장치에 있어서,
    보호구간 제거된 연속한 심벌들 각각의 상관값을 검출하여, 그 상관값에 따른 위상을 검출하는 위상 검출부와,
    상기 연속 유효 심벌들의 검출된 위상간 차이가 설정값 이상일 경우 상기 연속 유효 심벌간에 상호 위상의 부호를 반전시켜 위상을 보상하는 위상 보상부와,
    상기 보상된 위상들의 평균 위상을 구하여 주파수옵셋을 추정하는 주파수 옵셋 추정부로 구성됨을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템의 주파수 옵셋 보상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상관값은 심벌내 파일럿 신호와 미리 설정되어 있는 파일럿 신호간 상관을 통해 검출됨을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템의 주파수 옵셋 보상 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 위상간 차이가 π를 초과할 경우 연속되는 심벌들간 부호를 반전시킴을특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템의 주파수 옵셋 보상 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 위상 보상부는 상기 연속 심벌간 위상 차이가 설정값 미만일 경우 각각의 위상 부호를 그대로 유지함을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템의 주파수 옵셋 보상 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 심벌의 위상 검출은 보호 구간의 크기만큼 수행됨을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템의 주파수 옵셋 보상 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 위상 검출부는;
    상기 보호구간 제거된 연속한 심벌들 각각의 상관값을 검출하는 상관기와,
    상기 상관기에서 출력되는 상관값에 따른 위상을 검출하는 위상 검출기로 구성됨을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템의 주파수 옵셋 보상 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 위상 보상부는;
    상기 연속 유효 심벌들의 검출된 위상간 차이를 계산하는 위상차 계산기와,
    상기 계산된 위상간 차이가 설정값 이상일 경우 상기 연속 유효 심벌간에 상호 위상의 부호를 반전시켜 위상을 보상하는 위상 보상기로 구성됨을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템의 주파수 옵셋 보상 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 위상 보상기는 상기 연속 심벌간 위상 차이가 설정값 미만일 경우 각각의 위상 부호를 그대로 유지함을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템의 주파수 옵셋 보상 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 주파수 옵셋 추정부는;
    상기 보상된 위상들을 보호구간 크기만큼 축적하고, 상기 보호구간 크기동안 축적된 보상 위상들의 평균을 검출하는 평균 위상 검출기와,
    상기 검출된 평균 위상을 가지고 주파수 옵셋을 추정하는 주파수 옵셋 추정기로 구성됨을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템의 주파수 옵셋 보상 장치.
  10. 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템의 주파수 옵셋 보상 장치에 있어서,
    보호구간 제거된 연속 유효 심벌들의 파일럿 신호와 설정 파일럿 신호를 상관하여 그 각각의 위상을 검출하는 위상 검출부와,
    상기 연속 유효 심벌들의 검출된 위상간 차이가 설정값 이상일 경우 상기 연속 유효 심벌간에 상호 위상의 부호를 반전시키고, 설정값 미만일 경우 상기 연속 유효 심벌들의 검출된 위상의 부호를 그대로 유지시켜 위상을 보상하는 위상 보상부와,
    상기 보상된 위상들의 평균 위상을 구하여 주파수옵셋을 추정하는 주파수 옵셋 추정부로 구성됨을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템의 주파수 옵셋 보상 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 위상간 차이가 π를 초과할 경우 연속되는 심벌들간 부호를 반전시킴을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템의 주파수 옵셋 보상 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 심벌의 위상 검출은 보호 구간의 크기만큼 수행됨을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템의 주파수 옵셋 보상 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 위상 검출부는;
    상기 보호구간 제거된 연속한 심벌들 각각의 상관값을 검출하는 상관기와,
    상기 상관기에서 출력되는 상관값에 따른 위상을 검출하는 위상 검출기로 구성됨을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템의 주파수 옵셋 보상 장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 위상 보상부는;
    상기 연속 유효 심벌들의 검출된 위상간 차이를 계산하는 위상차 계산기와,
    상기 계산된 위상간 차이가 설정값 이상일 경우 상기 연속 유효 심벌간에 상호 위상의 부호를 반전시켜 위상을 보상하는 위상 보상기로 구성됨을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템의 주파수 옵셋 보상 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 위상 보상기는 상기 연속 심벌간 위상 차이가 설정값 미만일 경우 각각의 위상 부호를 그대로 유지함을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템의 주파수 옵셋 보상 장치.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 주파수 옵셋 추정부는;
    상기 보상된 위상들을 보호구간 크기만큼 축적하고, 상기 보호구간 크기동안 축적된 보상 위상들의 평균을 검출하는 평균 위상 검출기와,
    상기 검출된 평균 위상을 가지고 주파수 옵셋을 추정하는 주파수 옵셋 추정기로 구성됨을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템의 주파수 옵셋 보상 장치.
  17. 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템의 주파수 옵셋 보상 방법에 있어서,
    보호구간 제거된 연속한 심벌들 각각의 상관값을 검출하여, 그 상관값에 따른 위상을 검출하는 위상 검출 과정과,
    상기 연속 유효 심벌들의 검출된 위상간 차이가 설정값 이상일 경우 상기 연속 유효 심벌간에 상호 위상의 부호를 반전시켜 위상을 보상하는 위상 보상 과정과,
    상기 보상된 위상들의 평균 위상을 구하여 주파수옵셋을 추정하는 주파수 옵셋 추정 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템의 주파수 옵셋 보상 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 상관값은 심벌내 파일럿 신호와 미리 설정되어 있는 파일럿 신호간 상관을 통해 검출됨을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템의 주파수 옵셋 보상 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 위상간 차이가 π를 초과할 경우 연속되는 심벌들간 부호를 반전시킴을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템의 주파수 옵셋 보상 방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 위상 보상 과정에서 연속 심벌간 위상 차이가 설정값 미만일 경우 각각의 위상 부호를 그대로 유지함을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템의 주파수 옵셋 보상 방법.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 심벌의 위상 검출은 보호 구간의 크기만큼 수행됨을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템의 주파수 옵셋 보상 방법.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 위상 검출 과정은;
    상기 보호구간 제거된 연속한 심벌들 각각의 상관값을 검출하는 과정과,
    상기 상관기에서 출력되는 상관값에 따른 위상을 검출하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템의 주파수 옵셋 보상 방법.
  23. 제17항에 있어서,
    상기 위상 보상 과정은;
    상기 연속 유효 심벌들의 검출된 위상간 차이를 계산하는 과정과,
    상기 계산된 위상간 차이가 설정값 이상일 경우 상기 연속 유효 심벌간에 상호 위상의 부호를 반전시켜 위상을 보상하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템의 주파수 옵셋 보상 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 연속 심벌간 위상 차이가 설정값 미만일 경우 각각의 위상 부호를 그대로 유지하여 위상을 보상하는 과정을 더 구비함을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템의 주파수 옵셋 보상 방법.
  25. 제17항에 있어서,
    상기 주파수 옵셋 추정 과정은;
    상기 보상된 위상들을 보호구간 크기만큼 축적하고, 상기 보호구간 크기동안 축적된 보상 위상들의 평균을 검출하는 과정과,
    상기 검출된 평균 위상을 가지고 주파수 옵셋을 추정하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템의 주파수 옵셋 보상 방법.
  26. 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템의 주파수 옵셋 보상 방법에 있어서,
    보호구간 제거된 연속 유효 심벌들의 파일럿 신호와 설정 파일럿 신호를 상관하여 그 각각의 위상을 검출하는 위상 검출 과정과,
    상기 연속 유효 심벌들의 검출된 위상간 차이가 설정값 이상일 경우 상기 연속 유효 심벌간에 상호 위상의 부호를 반전시키고, 설정값 미만일 경우 상기 연속 유효 심벌들의 검출된 위상의 부호를 그대로 유지시켜 위상을 보상하는 위상 보상 과정과,
    상기 보상된 위상들의 평균 위상을 구하여 주파수옵셋을 추정하는 주파수 옵셋 추정 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템의 주파수 옵셋 보상 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 위상간 차이가 π를 초과할 경우 연속되는 심벌들간 부호를 반전시킴을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템의 주파수 옵셋 보상 방법.
  28. 제26항에 있어서,
    상기 심벌의 위상 검출은 보호 구간의 크기만큼 수행됨을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템의 주파수 옵셋 보상 방법.
  29. 제26항에 있어서,
    상기 위상 검출 과정은;
    상기 보호구간 제거된 연속한 심벌들 각각의 상관값을 검출하는 과정과,
    상기 상관기에서 출력되는 상관값에 따른 위상을 검출하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템의 주파수 옵셋 보상 방법.
  30. 제26항에 있어서,
    상기 위상 보상 과정은;
    상기 연속 유효 심벌들의 검출된 위상간 차이를 계산하는 과정과,
    상기 계산된 위상간 차이가 설정값 이상일 경우 상기 연속 유효 심벌간에 상호 위상의 부호를 반전시켜 위상을 보상하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템의 주파수 옵셋 보상 방법.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 연속 심벌간 위상 차이가 설정값 미만일 경우 각각의 위상 부호를 그대로 유지하여 위상을 보상하는 과정을 더 구비함을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템의 주파수 옵셋 보상 방법.
  32. 제26항에 있어서,
    상기 주파수 옵셋 추정 과정은;
    상기 보상된 위상들을 보호구간 크기만큼 축적하고, 상기 보호구간 크기동안 축적된 보상 위상들의 평균을 검출하는 과정과,
    상기 검출된 평균 위상을 가지고 주파수 옵셋을 추정하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템의 주파수 옵셋 보상 방법.
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