KR20030025992A

KR20030025992A - 직교 주파수 분할 다중화 시스템의 수신 장치

Info

Publication number: KR20030025992A
Application number: KR1020010058948A
Authority: KR
Inventors: 이군섭; 이동학; 임종태
Original assignee: 에스케이 텔레콤주식회사
Priority date: 2001-09-24
Filing date: 2001-09-24
Publication date: 2003-03-31
Also published as: CN1420647A; KR100807886B1; CN100448184C; US7099397B2; US20030058953A1

Abstract

본 발명은 직교 주파수 분할 다중화(OFDM : Orthogonal Frequency Division Multiple) 시스템에 관한 것으로, 특히 수신 신호 변환부를 이용하여 고속 퓨리어 변환부에서 출력되는 훈련 심볼 데이터 중에서 주파수 옵셋 추정에 불필요한 가드톤과 심볼들의 평균값을 이용하여 평균값에서 기 설정된 값 이상으로 벗어난 부분을 제거한 후, 주파수 옵셋을 추정하고, 추정된 주파수 옵셋을 이용하여 수신되는 데이터 신호들의 주파수 옵셋을 보정함으로써, 정확한 주파수 옵셋을 추정하여 데이터 전송 효율을 높일 수 있고, 주파수 선택적 잡음 채널의 영향을 극복할 수 있는 효과가 있다.

또한, 주파수 옵셋 추정에 불필요한 부분을 제거함으로서, 주파수 옵셋 추정 시에 계산 량을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

직교 주파수 분할 다중화 시스템의 수신 장치{RECEIVER OF ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLE SYSTEM}

본 발명은 직교 주파수 분할 다중화(OFDM : Orthogonal Frequency Division Multiple, 이하 OFDM이라고 칭함) 시스템에 관한 것으로서, 특히 주파수 옵셋 추정이 용이하게 구성된 훈련 심볼을 이용하여 기저대역의 OFDM 신호의 주파수 옵셋을 추정하는 직교 주파수 분할 다중화 시스템의 수신 장치에 관한 것이다.

일반적으로 OFDM 기술은 디지털 오디오 방송(Digital Audio Broadcasting : DBA)과 디지털 텔레비전, 무선 근거리 통신망(Wireless Local Area Network : WLAN) 그리고 무선 비동기 전송 모드(Wireless Asynchronous Transfer Mode : WATM) 등의 디지털 전송 기술에 광범위하게 적용되어지고 있다. OFDM 방식은 전송하려는 데이터를 여러 개로 나누어 변조한 후 병렬로 전송하는 다중화 반송파 기술이다. 그러나 구조의 복잡도로 인하여 널리 사용되지 못하다가 최근 고속 퓨리어 변환(Fast Fourier Transform : FFT)과 역 고속 푸리에 변환(Inverse FFT : IFFT)을 포함한 각종 디지털 신호 처리 기술이 발전함으로써 실현 가능해 졌다. OFDM 방식은 종래의 FDM과 비슷하나 무엇보다도 부반송파 간의 직교성을 유지하여 전송함으로써 고속 데이터 전송 시 최적의 전송 효율을 얻을 수 있는 특징을 갖는다. 최근 이러한 장점으로 인하여 WATM과 같은 고속 데이터 전송 시 OFDM 방식을 이용한 OFDM/CDMA 등의 다양한 구현 기술이 제안되고 있다.

도 1 은 종래 기술에 따른 직교 주파수 분할 다중화 시스템의 수신 장치를 나타내는 블록도 이다.

이에 도시된 바와 같이, 직교 주파수 분할 다중화 시스템의 수신 장치는 A/D 변환부(10), 곱셈기(12), 보호구간 제거부(14), 고속 퓨리어 변환부(Fast FourierTransform : FFT, 16), 주파수 미세 추정부(18) 및 주파수 옵셋 대략 추정부(20)를 포함하는 주파수 옵셋 추정부(30), 덧셈기(22)를 포함한다.

A/D 변환부(10)는 RF부(도시하지 않음)에 의해서 수신된 아날로그 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환하여 출력한다. 곱셈기(12)는 소정의 주파수 보정 신호를 입력받아 A/D 변환부(10)에서 출력된 디지털 신호에서 발생하는 주파수 에러를 보상하여 샘플 데이터를 출력한다.

보호구간 제거부(14)는 곱셈기(12)에서 출력된 신호에 포함된 보호구간(Guard Interval)을 제거하여 출력하는데, 이러한 보호구간 제거 방법으로는 2개의 OFDM 심볼과 하나의 보호구간 길이를 윈도우로 설정하고, 윈도우를 2개의 OFDM 심볼과 하나의 보호구간을 1 샘플씩 이동시키면서 상관 값을 구하여 최대 값이 출력되기 시작하는 시점을 보호구간의 시작시점으로 보호구간의 길이만큼 제거한다. 고속 퓨리어 변환부(16)는 곱셈기(12)에서 출력된 샘플 데이터를 복조하기 위해 고속 퓨리어 변환하여 스트림 형태의 칩 데이터로 출력한다.

일반적으로 이러한 OFDM을 이용한 전송 시스템에서는 송·수신기의 국부 발진기간에 동조가 이루어지지 않으면 주파수 옵셋이 발생하게 되고, 이러한 주파수 옵셋은 부반송파 간의 직교성을 잃어버리게 한다. 이러한 작은 옵셋도 수신 시스템의 성능을 떨어뜨리는 심각한 원인이 된다. 그러므로 OFDM을 이용한 전송 시스템에서는 수신 시스템과 반송파 사이에 주파수 옵셋이 존재하는 경우에 인접 채널로부터 간섭이 유입되기 때문에 주파수 옵셋을 정확히 보정하기 위하여 주파수 옵셋 추정부(30)가 필수적이다.

주파수 옵셋 추정부(30)는 고속 퓨리어 변환부(16)에서 출력되는 칩 데이터와 소정 기준 신호의 상관성 여부를 계산한 후에 추정 주파수 옵셋을 출력하는데, 주파수 옵셋 대략 추정부(20)는 반송파 간격의 정수 배에 해당하는 초기 주파수 옵셋을 출력하고, 주파수 옵셋 미세 추정부(18)는 초기 동기 후에 남아 있는 정수배 이하의 잔류 주파수 옵셋을 출력한다.

덧셈기(22)는 주파수 옵셋 추정부(30)에서 출력되는 초기 주파수 옵셋과 잔류 주파수 옵셋을 입력받아 추정 주파수 옵셋을 출력하는데, 이러한 추정 주파수 옵셋은 곱셈기(12)에 입력되는 주파수 정정신호를 결정짓는 요소이다.

그러나, 상기와 같은 주파수 옵셋 추정부(30)는 계산량이 적은 시간 영역 방법의 경우에 주파수 옵셋의 포착 범위가 최대 4배 정도로 제한되고, 포착 범위가 제한이 없는 주파수 영역 방법의 경우에 모든 부반송파 간격에 대해서 상관 함수를 구해야 하므로 계산량이 많은 문제점이 있다.

예를 들어 설명하면, 송신기(도시하지 않음)는 N 개의 부반송파를 사용하는 OFDM 시스템의 수신 장치에서의 주파수 동기를 위해서 2 개의 훈련 심볼을 수신하게 되는데, 주파수 옵셋 추정부(30)에 출력되는 추정 주파수 옵셋을 구하는 알고리즘은 아래와 같다.

도 3은 본 발명 및 종래 기술에 적용되는 훈련 심볼의 구조를 나타내는 예시 도로써, 훈련 심볼은 각각의 심볼간의 간섭에 의한 잡음을 방지하기 위한 가드톤(Guardtone) 및 유효 반송파를 포함하고 있으며, 가드톤 및 유효 반송파를 포함하여 고속 퓨리어 변환부(16)에서 출력되는 FFT 영역을 포함하고 있다.

먼저, 송신기에서 출력되는 두 개의 훈련 심볼는 아래의 수식 1과 같다.

수식 1에서 N은 FFT의 크기를 나타내고, k는 부반송파 성분을 나타내고,는 k번째 부반송파에 할당되는 복소 데이터이며, 두 신호가 전송 채널을 통해 수신 장치에 입력되는 수신 신호는 아래의 수식 2와 같이 나타낼 수 있다.

수식 2에서 H(k)는 부반송파 k에서의 채널 전달 함수이고, N(k)은 부반송파 k에서의 잡음을 나타낸다. 주파수 옵셋 추정부(30)가 수신된 훈련 신호로부터 추정 주파수 옵셋을 구하여 수신되는 데이터 신호들의 주파수 옵셋()을 보정하기 위해 사용되는 알고리즘은 아래의 수식 3과 같다.

그러나, 상기와 같은 주파수 옵셋 추정부(30)에 의한 주파수 옵셋 추정 방법은 전송 정보가 없는 가드톤(Guardtone)에 의한 잡음 성분을 계산에 포함시킴으로써, 계산량의 증가를 가져올 뿐만 아니라 주파수 선택에 따른 페이딩(Fading)이나 충격성(Impulsive) 잡음에 의한 영향을 받는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 주파수 옵셋 추정 시에 고속 퓨리어 변환부에서 출력된 칩 데이터에서 가드톤을 제거한 후 남은 유효 반송파 중에서 충격성 잡음을 제거하여 주파수 옵셋 추정하는 직교 주파수 분할 다중화 시스템의 수신 장치를 제공하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 오에프디엠(OFDM) 변조 방식에 사용되는 소정 개수의 훈련 심볼을 이용하여 오에프디엠 신호의 주파수 옵셋을 추정하는 직교 주파수 분할 다중화 시스템의 수신 장치에 있어서, 소정의 주파수 정정 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환된 상기 오에프디엠 신호를 주파수 옵셋을 보상하여 출력하는 주파수 정정 수단과, 상기 훈련 심볼의 가드톤을 제거하고, 상기 가드톤이 제거된 신호의 평균값을 산출하여 상기 평균값에서 벗어난 부반송파를 제외시키는 수신 신호 변환부와, 상기 수신 신호 변환부에서 출력된 신호를 이용하여 대략 및 미세 순으로 주파수 옵셋을 추정하고 상기 추정된 각 주파수 옵셋에 대한 주파수 정정 신호를 출력하는 주파수 옵셋 추정부를 포함한다.

도 1은 종래 기술에 따른 직교 주파수 분할 다중화 시스템의 주파수 수신 장치를 나타내는 블록 도이고,

도 2는 본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중화 시스템의 수신 장치를 나타내는 블록 도이고,

도 3은 본 발명 및 종래 기술에 적용되는 훈련 심볼의 구조를 나타내는 예시 도이다.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

100 : A/D 변환부 110 : 곱셈기

120 : 보호구간 제거부 130 : 고속 퓨리어 변환부

140 : 수신 신호 변환부 141 : 가드톤 제거부

142 : 신호 평균값 계산부 143 : 충격성 잡음 제거부

150 : 주파수 옵셋 추정부 160 : 덧셈기

본 발명의 실시 예는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서 첨부한 도면을참조하여 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이 기술 분야의 숙련자라면 이 실시 예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 잘 이해할 수 있을 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중화 시스템의 수신 장치를 나타내는 블록 도이고, 도 3은 본 발명 또는 종래 기술에 적용되는 심볼 구조를 나타내는 예시 도이다.

이에 도시된 바와 같이, 직교 주파수 분할 다중화 시스템의 수신 장치는 A/D 변환부(100), 곱셈기(110), 보호구간 제거부(120), 고속 퓨리어 변환부(Fast Fourier Transform : FFT, 130), 수신 신호 변환부(140), 주파수 미세 추정부(152) 및 주파수 옵셋 대략 추정부(154)를 포함하는 주파수 옵셋 추정부(150), 덧셈기(160)로 구성된다.

A/D 변환부(100)는 기저대역으로 복조된 OFDM 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다. 곱셈기(110)는 소정의 주파수 정정신호를 입력받아 A/D 변환부(100)에서 출력된 디지털 신호에서 발생하는 주파수 에러를 보상하여 샘플 데이터를 출력한다.

보호구간 제거부(120)는 곱셈기(110)에서 출력된 신호에 포함된 보호구간(Guard Interval)을 제거하여 출력하는데, 이러한 보호구간 제거 방법으로는 2개의 OFDM 심볼과 하나의 보호구간 길이를 윈도우로 설정하고, 윈도우를 2개의 OFDM 심볼과 하나의 보호구간을 1 샘플씩 이동시키면서 상관값을 구하여 최대 값이 출력되기 시작하는 시점을 보호구간의 시작시점으로 보호구간의 길이만큼 제거한다. 고속 퓨리어 변환부(FFT : Fast Fourier Transform, 130)는 곱셈기(110)에서 출력된 N개의 직렬 데이터를 복조하기 위해 고속 퓨리에 변환하여 병렬 형태의 칩 데이터로 출력한다.

고속 퓨리어 변환부(130)에서 출력되는 병렬 형태의 칩 데이터(도 3의 훈련 심볼의 FFT 영역)를 전송 받는 수신 신호 변환부(140)는 FFT 영역에서 주파수 옵셋 추정에 불필요한 가드톤 부분을 제거하는 가드톤 제거부(142), 가드톤이 제거된 후에 남은 유효 반송파들의 평균값을 계산하는 신호 평균값 계산부(144), 신호 평균값 계산부(144)에서 입력된 평균값을 기준으로 평균값에서 기 설정된 값 이상으로 벗어난 부반송파를 제외시키는 잡음 제거부(146)로 구성된다.

신호 평균값 계산부(144)에서 평균값을 계산하는 것은 아래의 수식 4와 같다.

여기서, N은 FFT의 크기를 나타내며, k는 부반송파 성분을 나타내고,은 수신된 훈련 신호를 나타낸다.

주파수 옵셋 추정부(150)는 수신 신호 변환부(140)의 잡음 제거부(146)에서 출력된 신호를 이용하여 칩 데이터와 소정 기준 신호의 상관성 여부를 계산한 후에 추정 주파수 옵셋을 출력하는데, 주파수 옵셋 대략 추정부(154)는 반송파 간격의정수 배에 해당하는 초기 주파수 옵셋을 출력하고, 주파수 옵셋 미세 추정부(152)는 초기 동기 후에 남아 있는 정수 배 이하의 잔류 주파수 옵셋을 출력한다.

덧셈기(160)는 주파수 옵셋 추정부(150)에서 출력되는 초기 주파수 옵셋과 잔류 주파수 옵셋을 입력받아 추정 주파수 옵셋을 곱셈기(110)에 출력하는데, 이러한 추정 주파수 옵셋은 곱셈기(110)에 입력되는 주파수 정정 신호를 결정짓는 요소이다.

곱셈기(110)는 덧셈기(160)를 통해 입력되는 주파수 정정 신호를 입력받아 A/D 변환기(100)에서 디지털 신호로 변환되어 출력되는 아날로그 신호 데이터의 주파수 옵셋을 보정하는 주파수 정정 수단이다.

이상 설명한 바와 같이, 수신 신호 변환부를 이용하여 고속 퓨리어 변환부에서 출력되는 훈련 심볼 데이터 중에서 주파수 옵셋 추정에 불필요한 가드톤과 심볼들의 평균값을 이용하여 평균값에서 기 설정된 값 이상으로 벗어난 부분을 제거한 후, 주파수 옵셋을 추정하고, 추정된 주파수 옵셋을 이용하여 수신되는 데이터 신호들의 주파수 옵셋을 보정함으로써, 정확한 주파수 옵셋을 추정할 수 있어 데이터 전송 효율을 높일 수 있고, 주파수 선택적 잡음 채널의 영향을 극복할 수 있는 효과가 있다.

Claims

오에프디엠(OFDM) 변조 방식에 사용되는 소정 개수의 훈련 심볼을 이용하여 오에프디엠 신호의 주파수 옵셋을 추정하는 직교 주파수 분할 다중화 시스템의 수신 장치에 있어서,

소정의 주파수 정정 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환된 상기 오에프디엠 신호를 주파수 옵셋을 보상하여 출력하는 주파수 정정 수단과,

상기 훈련 심볼의 가드톤을 제거하고, 상기 가드톤이 제거된 신호의 평균값을 산출하여 상기 평균값에서 벗어난 부반송파를 제외시키는 수신 신호 변환부와,

상기 수신 신호 변환부에서 출력된 신호를 이용하여 대략 및 미세 순으로 주파수 옵셋을 추정하고 상기 추정된 각 주파수 옵셋에 대한 주파수 정정 신호를 출력하는 주파수 옵셋 추정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중화 시스템의 수신 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 수신 신호 변환부는,

상기 훈련 심볼 내의 가드톤을 제거하는 가드톤 제거부와,

상기 가드톤이 제거된 신호들의 평균값을 산출하는 신호 평균값 계산부와,

상기 신호 평균값 계산부에서 산출된 평균값에서 벗어난 부반송파를 제외시키는 잡음 제거부를 포함하는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중화 시스템의 수신 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 주파수 정정 수단은,

덧셈기인 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중화 시스템의 수신 장치.