KR20030090382A

KR20030090382A - 직교주파수분할 다중방식을 사용하는 시스템의 등화장치

Info

Publication number: KR20030090382A
Application number: KR1020020028664A
Authority: KR
Inventors: 김태성; 천진희; 유기희
Original assignee: 주식회사 신영텔레콤
Priority date: 2002-05-23
Filing date: 2002-05-23
Publication date: 2003-11-28

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

본 발명은 직교주파수 분할 다중방식을 사용하는 시스템에서의 등화장치에 관한 것이다.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

심한 페이딩이나 위상쉬프트가 발생하더라도 등화가 가능하도록 한다.

3. 발명의 해결방법의 요지

본 발명의 요지는 직교주파수분할 다중방식을 사용하는 시스템의 등화장치에 있어서, 패스트 퓨리에 변환된 신호와 소정 계수와의 곱셈을 수행하는 제1곱셈기; 파일럿 패턴을 저장한 메모리; 상기 제1곱셈기에서 출력되는 신호와 상기 메모리에 의해 출력되는 파일럿 패턴과의 가감을 수행하는 제2가산기; 상기 제2가산기에서 출력되는 신호에 소정의 스텝사이즈를 곱하여 출력하는 제2 곱셈기; 상기 제2 곱셈기에서 출력되는 신호를 입력받아 출력하는 제4 가산기; 및, 상기 제4가산기에서 출력된 신호를 소정시간 지연하여 상기 제4가산기에 피드백입력 시키는 제1 지연기를 구비하는 것을 특징으로 한다.

4. 발명의 중요한 용도

직교주파수 분할 다중방식을 사용하는 시스템에서의 등화장치에 사용된다.

Description

직교주파수분할 다중방식을 사용하는 시스템의 등화장치{APPARATUS FOR EQUALIZATION OF SYSTEM WHICH IS USING ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING}

본 발명은 직교주파수분할 다중방식(ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING : 이하 '직교주파수분할 다중방식'이라 함)을 사용하는 시스템에 관한 것으로 특히, 심한 페이딩이나 위상변위가 발생하더라도 신속 정확하게 등화가 가능한 등화장치에 관한 것이다.

일반적으로, 직교주파수분할 다중방식 무선랜 시스템에서는 다수의 부 반송파를 사용하게 되므로 송수신단에서 변조 및 복조에 사용되는 반송파의 주파수가 정확하게 일치되지 않는 경우 단일 반송파 방식에 비해서 에러의 증가율이 높아지게 된다. 반송파 주파수의 오차, 데이터 시작점을 찾지 못하는 프레임 오차, 직교주파수분할 다중방식의 심볼을 찾지 못하는 심볼 오차 등은 직교주파수분할 다중방식 시스템의 심각한 성능저하의 원인이 된다. 뿐만 아니라 채널 환경에서 발생되는 잡음과 페이딩을 보상하지 못한다면 이것 역시 시스템의 성능을 열화시키는 요인이 된다.

직교주파수분할 다중방식 시스템을 사용하는 54Mbps급 무선랜 시스템에서는 위와 같은 성능저하의 요인을 막기 위해서 컨벌루션(Convolution) 부호화, 훈련심볼(T1, T2)을 이용한 시간동기 및 주파수동기 기법을 사용하고 있다. 그러나, 위와 같은 성능향상 기법을 적용하여도 심각한 페이딩과 잔류동기오차 성분이 결합하게 되는 경우에서는 시스템 성능의 열화가 나타나는 문제점이 있다.

도 1은 종래 직교주파수분할 다중방식을 사용하는 시스템에서의 등화장치의 구조를 나타낸 것이다.

일반적으로 직교주파수분할 다중방식을 사용하는 무선랜(Wireless Local Area Network) 시스템의 북미 규격인 IEEE 802.11a에서는 도1에 도시된 바와 같은 형태의 등화장치를 도입하고 있다.

도1에 도시된 동기부(10)는 프레임동기를 맞추는 동작을 하며, FFT(Fast Fourier Transform)는 타임도메인 상의 신호를 주파수 도메인상의 신호로 변환하는 역할을 한다. 변환된 신호는 훈련심볼 등화부(30)에 의해 등화가 이루어진다.

동기부(10)에서 출력되는, 채널을 통과한 훈련심볼은 시간영역에서 하기 수학식과 같이 주어진다.

여기서 Yn 은 수신된 신호 Xn은 송신된 신호, hn은 채널의 임펄스 응답, Wn은 AWGN(Additive White Gaussian Noise : 백색잡음), *는 컨벌루션을 나타낸다. 위 식을 주파수 영역에서 나타내면 다음 수학식과 같다.

영 강압 기준 하에서 수신된 신호와 송신된 신호를 이용하여 주파수 영역에서 채널을 추정하는 방법은 다음과 같다.

전술한 IEEE 802.11a에서는 훈련심볼인 T1, T2를 이용하여 채널을 추정한다. 동기블록 출력 신호는 FFT(20)를 통해 복조과정을 거치며. 훈련심볼은 저장되어 있는 훈련 심볼과 비교하여 채널의 상태를 확인할 수 있다.

훈련심볼 등화부(30)는, FFT(20)에서 출력된 신호를 복소디바이더(32)에 의해 반송파를 제거한다. 그리고, 제3지연기(33)에 의해 T1만큼 지연된 신호는 이후에 들어오는 T2의 신호와 제7가산기(34)에 의해 합산되어 출력된다. 상기 훈련심볼 T1, T2는 등화를 위해 약속된 일정 패턴의 신호이다. 합산된 신호는 제5 곱셈기(35)에 의해 평균을 취하게되고, 채널계수조절부(36)는 제5곱셈기(35)에서 출력된 신호와 제1메모리(31)에 저장된 데이터와의 비교에 의해 채널 계수를 조절하여 출력한다. 전술한 바와 같이 반복되는 훈련심볼 평균 과정을 거치게 된다면, 잡음의 분산을 1/2 정도 낮출 수 있게 되어 잡음의 영향이 줄어든 상태에서 보다 정확한 형태의 채널 상태를 확인할 수 있다.

전술한 등화방법은 직교주파수분할 다중방식의 무선랜 시스템의 특성상 부 반송파간의 페이딩의 변동폭은 거의 동일하다고 볼 수 있으므로 도1과 같은 등화장치는 완벽하게 등화를 할 수 있다.

그러나, 이동성이 증가하게되면 페이딩의 변동폭이 급변하게되고, 부 반송파간의 페이딩 변동폭에 차이가 생기면서 위와 같은 등화장치는 완벽한 등화를 행할 수 없는 문제점이 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 목적은 직교주파수분할 다중방식을 사용하는 시스템에서 채널환경이 급변하여 페이딩이 심한 상황에서도 등화가안정적으로 이루어지는 등화장치를 제공함에 있다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 직교주파수 분할 다중방식을 사용하는 시스템에서의 등화장치의 구조를 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 직교주파수 분할 다중방식을 사용하는 시스템에서의 등화장치의 구조를 나타낸 것이다.

도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 직교주파수 분할 다중방식을 사용하는 시스템에서의 등화장치의 구조를 나타낸 것이다.

도 5a는 신호대 잡음 전력비가 20dB이고 정규화된 주파수 오프셋이 1.3이며, 변조방식이 OFDM_16QAM이고, 채널환경이 5-path 다중경로 페이딩 환경에서의 성좌도이다.

도5b는 종래 훈련심볼 등화부를 이용하여 등화된 데이터의 성좌도이다.

도5c는 본 발명의 제1실시예에 따른 등화장치를 이용하여 등화된 데이터의성좌도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 동기부20 : FFT

30 : 훈련심볼 등화부31 : 제2메모리

32 : 복소디바이더33 : 제2지연기

34 : 제5가산기35 : 제4곱셈기

36 : 채널계수조절부50 : 제1곱셈기

51 : 스위치60 : 데시메이터

71 : 제1메모리72 : 제2가산기

73 : 제2곱셈기74 : 제3가산기

75 : 제1가산기76 : 제3 곱셈기

77 : 제4가산기78 : 제1지연기

70 : 파일럿심볼 등화부

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 직교주파수분할 다중방식을 사용하는 시스템의 등화장치에 있어서, 패스트 퓨리에 변환된 신호와 소정 계수와의 곱셈을 수행하는 제1곱셈기; 파일럿 패턴을 저장한 메모리; 상기 제1곱셈기에서 출력되는 신호와 상기 파일럿 패턴에 의해 출력되는 파일럿 패턴과의 가감을 수행하는 제2가산기; 상기 제2가산기에서 출력되는 신호에 소정의 스텝사이즈를 곱하여 출력하는 제2 곱셈기; 상기 제2 곱셈기에서 출력되는 신호를 입력받아 출력하는 제4 가산기; 및, 상기 제4가산기에서 출력된 신호를 소정시간 지연하여 상기 제4가산기에 피드백입력 시키는 제1 지연기를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 5a는 신호대 잡음 전력비가 20dB이고 정규화된 주파수 오프셋이 1.3이며,변조방식이 OFDM_16QAM이고, 채널환경이 5-path 다중경로 페이딩 환경에서의 성좌도이다.

도5c는 본 발명의 제1실시예에 따른 등화장치를 이용하여 등화된 데이터의 성좌도이다.

본 발명에서는 송수신 시점의 처음에만 수신되는 훈련심볼만으로는 이동에 따른 페이딩에 적절하게 대처할 수 없기 때문에, 계속해서 신호에 삽입되어 수신되는 파일럿심볼을 이용하여 등화를 하는 것이다.

직교주파수분할 다중방식의 무선랜시스템에서는 초기의 등화를 위하여 신호의 최앞단에 각각이 64비트의 길이를 가지는 T1, T2 훈련심볼을 전송하도록 되어 있다. 이러한 훈련심볼을 이용한 등화는 전술한 바와 같으며, 본 발명의 제1 실시예에 따른 등화장치의 구성 및, 동작을 살펴보면 다음과 같다.

제1실시예에 따른 등화장치는 도2에 도시된 바와 같이 곱셈기(50)로 입력되는 계수를 스위칭하는 스위치(51)에 의해 연결되는 훈련심볼등화부(30)와 파일럿심볼 등화부(70)로 구성된다. 파일럿심볼 등화부(70)는 제2가산기, 제1메모리(71), 제2곱셈기(73), 제4가산기(77), 제1지연기(78)로 구성된 파일럿등화부에 판정기(60), 제1가산기(75), 제3곱셈기, 제3가산기(74)로 구성된 블라인드타입(Blind Type) 등화부가 부가된 형태를 가진다.

파일럿심볼 등화부(70)는 FFT(20)에 의해 패스트 퓨리에 변환된 신호와 소정 계수와의 곱셈을 수행하는 제1곱셈기(50), 기 설정된 일정 패턴의 파일럿 패턴을저장한 제1메모리(71), 제1곱셈기에서 출력되는 신호와 제1메모리(71)에 저장된 패턴에 의해 출력되는 파일럿 패턴과의 가감을 수행하는 제2가산기(72), 제2가산기(72)에서 출력되는 신호에 소정의 스텝사이즈를 곱하여 출력하는 제2 곱셈기(72), 제2 곱셈기(72)에서 출력되는 신호를 입력받아 출력하는 제4 가산기(77), 및, 제4가산기(77)에서 출력된 신호를 소정시간 지연하여 제4가산기(77)에 피드백 입력시키는 제1 지연기(78)로 이루어진다.

이하, 본 발명의 제1 실시예에 따른 등화부의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 송수신 시점의 초기에 수신되는 훈련심볼을 이용하여 등화를 수행한다. 이는 전술한바와 같으며, 훈련심볼에 의한 등화가 완료되면 스위치(51)는 파일럿심볼등화부(70)를 제1곱셈기(50)와 연결시킨다.

훈련심볼에 의한 등화가 완료된 상태에서 제1곱셈기(50)에서 출력된 신호는 제2가산기로 입력되며, 제2가산기는 제1메모리(71)에 저장된 파일럿 패턴에 따른 신호와 제1곱셈기(50)에서 출력되는 신호를 가감하여 출력한다. 즉, 수신되는 신호와의 오차를 측정하는 것이다. 가감된 신호는 스텝사이즈가 곱하여져(73) 출력된다. 이때, 스템사이즈의 크기가 크면 등화의 시간은 단축되나 신뢰성의 문제가 있고, 스텝사이즈의 크기가 작으면 등화의 시간은 길어지나 신뢰성은 향상되는 양면성을 가지고 있다. 한편, 제1곱셈기(50)에서 출력된 신호는 데시메이터(Decimator : 60)에 의해 데시메이션되어 출력되고, 제1가산기(75)에 의해 데시메이션된 값과의 가감을 수행하여 오차를 측정하게된다. 이후 가감된 신호는 제3곱셈기에 의해 스텝사이즈가 곱해져(76) 제3가산기(74)로 출력된다. 제3가산기(74)에서는 파일럿심볼의 가감된 신호와 데시메이션에 의한 오차신호를 합하여 제4가산기로 출력한다. 즉, 파일럿심볼에 의한 등화와 블라인드타입에 의한 등화가 동시에 이루어질 수 있도록 한다.

제4가산기(77)에서 출력된 신호는 제1지연기(78)로 입력되어 지연된 후에 다시 제4가산기(77)로 입력되어 피드백 된다. 즉, 이전과 이후의 측정값이 연계되어 등화가 이루어질 수 있도록 하였다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 제1실시예에 따른 등화장치와 종래의 훈련심볼을 이용한 등화장치와의 실험결과를 살펴보면 다음과 같다.

도5a는 신호대 잡음 전력비가 20dB이고 정규화된 주파수 오프셋이 1.3이며, 변조방식이 OFDM_16QAM이고, 채널환경이 5-path 다중경로 페이딩 환경에서의 성좌도이다. 도5a와 같은 수신신호를 종래의 훈련심볼 등화 장치만을 이용하여 등화를 할 경우 도5b와 같은 성좌도를 얻을 수 있다.

반면, 본 발명의 제1실시예에서와 같은 등화장치를 이용하여 등화를 할 경우 도5c와 같은 성좌도를 얻을 수 있다. 즉, 도5b와 비교하여 수렴도가 향상되었음을 알 수 있다.

도3은 본 발명의 제2실시예 따른 등화장치를 나타낸 것으로 도2의 제1실시예와 비교하여 판정기(60), 제1가산기(75), 제3곱셈기, 제3가산기(74)로 구성된 블라인드타입(Blind Type) 등화부가 제거된 형태를 가지는 것이다.

도 4에 따른 실시예는 파일럿심볼 등화부(70)만으로 등화를 수행할 수 있도록 한 것이다. 한편, 도4와 같은 등화장치에 도2에 도시된 훈련심볼등화부(30)가부가되어 사용될 수 있음은 물론이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 등화장치는 신호의 수신시에 종래와는 달리 계속해서 신호에 삽입되어 수신되는 파일럿심볼을 이용하여 등화를 할수 있도록 파일럿심볼 등화부를 구비한 것으로, 단말기의 이동 등에 의한 심한 페이딩 환경 하에서도 안정적으로 등화를 수행할 수 있다.

상기와 같이 본 발명은 파일럿신호 등화부(70)와 블라인드타입등화부, 훈련심볼등화부를 두어 등화장치를 구성함으로써, 이동 등에 의한 심각한 페이딩 및 위상쉬프트 등에 대하여 안정적으로 대응할 수 있다.

Claims

직교주파수분할 다중방식을 사용하는 시스템의 등화장치에 있어서,

패스트 퓨리에 변환된 신호와 소정 계수와의 곱셈을 수행하는 제1곱셈기;

파일럿 패턴을 저장한 메모리;

상기 제1곱셈기에서 출력되는 신호와 상기 메모리에 저장된 파일럿 패턴에 의해 출력되는 파일럿 패턴과의 가감을 수행하는 제2가산기;

상기 제2가산기에서 출력되는 신호에 소정의 스텝사이즈를 곱하여 출력하는 제2 곱셈기;

상기 제2 곱셈기에서 출력되는 신호를 입력받아 출력하는 제4 가산기; 및,

상기 제4가산기에서 출력된 신호를 소정시간 지연하여 상기 제4가산기에 피드백 입력시키는 제1 지연기를 구비하는 직교주파수분할 다중방식을 사용하는 시스템의 등화장치.
청구항 1에 있어서,

상기 제1 곱셈기에서 출력된 신호를 데시메이션하는 데이메이터;

상기 제1 곱셈기에서 출력되는 신호와 상기 데시메이터에서 출력되는 신호를 가감하여 출력하는 제1 가산기;

상기 제1가산기에서 출력되는 신호를 소정의 스텝 사이즈로 곱하여 출력하는 제3곱셈기; 및,

상기 제3곱셈기에서 출력되는 신호와 상기 제2 곱셈기에서 출력되는 신호를 가산하여 상기 제4가산기로 출력하는 제3가산기를 더 구비함을 특징으로 하는 직교주파수분할 다중방식을 사용하는 시스템의 등화장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 패스트 퓨리에 변환된 신호를 입력받아 반송파를 제거하는 복소디바이더;

상기 복소디바이더에서 출력되는 신호를 소정 지연하여 출력하는 제2지연기;

상기 제2지연기에서 출력되는 신호와 상기 복소디바이더에서 출력되는 신호를 가산 출력하는 제4가산기;

상기 제4가산기에서 출력되는 값에 0.5를 곱하는 제4곱셈기;

기 설정된 훈련심볼 데이터를 저장하고 있는 제2메모리;

상기 제2메모리에 기 저장된 훈련심볼 데이터에 따른 신호와 상기 제4곱셈기의 출력신호와의 비교에 의해 채널계수를 조절하는 채널계수 조절부;

상기 조절부 또는 상기 제4 가산기에서 출력되는 신호를 소정의 제어에 의해 상기 제1곱셈기로 스위칭하는 스위치를 더 구비함을 특징으로 하는 직교주파수분할 다중방식을 사용하는 시스템의 등화장치.