KR20030095664A - 수신성능을 향상시키는 프레임구조를 가지는 오에프디엠송신기 및 동기정보의 길이 설정방법 - Google Patents

수신성능을 향상시키는 프레임구조를 가지는 오에프디엠송신기 및 동기정보의 길이 설정방법 Download PDF

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Abstract

오에프디엠송신기는, 주파수영역의 N개의 병렬데이터를 시간영역의 N개의 샘플데이터로 역 퓨리에 변환하는 IDFT부, 및 N개의 샘플데이터로 이루어진 오에프디엠 유효심볼에 다음의 식과 같이 나타나는 길이(T)의 동기정보를 삽입하는 동기정보삽입부;를 가진다.

Description

수신성능을 향상시키는 프레임구조를 가지는 오에프디엠 송신기 및 동기정보의 길이 설정방법{OFDM Transmitter having OFDM frame structure for improving the quality of receiving and a method setting synchronous imformation length}
본 발명은 오에프디엠(Orthogonal Frequency Division Multiplexing : OFDM) 송신기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 수신성능을 향상시킬 수 있는 오에프디엠 프레임구조를 가지는 오에프디엠 송신기에 관한 것이다.
일반적으로, 디지털 고화질 텔레비전(High Definition Television : HDTV)의 방송 시스템은 크게 영상 부호화부와 변조부로 나눌 수 있다. 영상 부호화부는 고화질의 영상 소스로부터 얻어지는 약 1Gbps의 디지털 데이터를 15~18 Mbps의 데이터로 압축한다. 변조부는 수십 Mbps의 디지털 데이터를 6~8 MHz의 제한된 대역 채널을 통하여 수신측으로 전송한다. 디지털방식의 고화질 텔레비전 방송은 기존의 텔레비전 방송용으로 할당된 VHF(Very High Frequency)/UHF(Ultra High Frequency) 대의 채널을 이용하는 지상 동시 방송 방식을 채택하고 있다. 그러므로, 고화질 텔레비전 방송시스템에 사용되는 변조방식은 지상 동시 방송의 환경으로 인하여 다음의 조건들을 만족하여야 한다.
첫째, 고화질 텔레비전 방송시스템에 사용되는 변조방식은 수십 Mbps의 디지털 데이터를 6~8MHz의 제한된 대역 채널을 통하여 수신측으로 전송하기 위해 대역 효율(spectrum efficiency)이 높아야 한다. 둘째, 고화질 텔레비전 방송시스템에 사용되는 변조방식은 주변 건축물이나 구조물 등에 의하여 다중 경로페이딩(multipath fading)이 발생하므로, 페이딩에 강한 특성을 가져야한다. 셋째, 고화질 텔레비전 방송시스템에 사용되는 변조방식은 기존의 아날로그 텔레비전신호에 의한 동일 채널 간섭이 필연적으로 발생하므로 동일 채널 간섭에 강한 특성을 가져야 한다. 또한, 고화질 텔레비전 시스템의 디지털 변조신호는 기존의 아날로그 텔레비전 수신기에 간섭을 최소화 할 수 있어야 한다.
따라서, 유럽에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 대역폭당의 전송 속도 향상과 간섭 방지의 이중 효과를 얻을 수 있는 디지털 변조 방식인 오에프디엠(Orthogonal Frequency Division Multiplexing : OFDM)방식을 차세대 고화질 텔레비전 지상 방송 방식으로 채택하고 있다.
오에프디엠방식은 직렬 형태로 입력되는 심볼 열을 소정의 블록 단위의 병렬 데이터로 변환한 후 병렬화된 심볼들을 각기 상이한 부반송파 주파수로 다중화(Multiplexing)하는 방식이다. 이러한 오에프디엠방식은 다중 반송파를 이용하고, 기존의 단일 반송파에 의한 방식과는 상당한 차이를 가지고 있다. 다중 반송파는 반송파 상호간에 서로 직교성을 가지고 있다. 직교성이란, 두 반송파의 곱이 '0'이 되는 성질을 의미하며, 이는 다중 반송파를 사용할 수 있는 필요조건이 된다. 오에프디엠방식의 구현은 고속 퓨리에 변환(Fast Fourier Transform : FFT) 및 역 고속 퓨리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform : IFFT)에 의하여 이루어지는데, 이는 반송파간의 직교성과 고속 퓨리에변환의 정의에 의해 간단히 구해진다.
한편, 오에프디엠방식의 장점은 다음과 같다. 텔레비전 지상 전송 방식은신호의 전송시 발생하는 반사파, 동일 채널간섭 및 인접 채널간섭 등이 전송 품질을 좌우하는 채널 특성을 가지며 이에 따라 전송 시스템의 설계 조건이 매우 까다롭다. 그러나, 오에프디엠은 다중 경로에 강한 특성을 갖는다. 즉, 여러 반송파를 사용하므로 심볼 전송시간을 늘릴 수 있다. 이는 다중 경로에 의한 간섭 신호에 상대적으로 둔감하게 되어 긴 시간의 에코(echo)신호에 대해서도 성능의 저하가 적다. 또한, 기존에 존재하는 신호에 대해서도 강한 성질을 가지므로 동일 채널간섭에 대한 영향이 적다. 이러한 특성 때문에 단일 주파수 망(Single Frequency Network : SFN)을 구성할 수 있다. 여기서, 단일 주파수 망이란 하나의 방송이 전국을 하나의 주파수로 방송하는 것을 의미한다. 이로 인해 동일 채널 간섭이 매우 심해지게 되는데 오에프디엠방식이 이러한 환경에 강하기 때문에 이를 이용할 수 있다. 이와 같이 단일 주파수 망을 이용하면 한정된 주파수 자원을 효율적으로 사용할 수 있다.
한편, 오에프디엠신호는 다중 반송파로 구성되어 있고 각각의 반송파는 매우 작은 대역을 갖는다. 따라서, 전체적인 스펙트럼 모양은 거의 사각형을 가지기 때문에 단일 반송파보다 상대적으로 주파수 효율이 좋아지게 된다. 또한, 오에프디엠방식의 장점은, 오에프디엠신호의 파형이 백색 가우시안잡음(White Gaussian Noise)과 같기 때문에 오에프디엠신호에서 PAL(Phase Alternation by Line) 및 SECAM(Sequential Couleur a Memoire)방식 등의 다른 방송서비스에 비해 간섭이 적다. 이에 따라, 오에프디엠방식에서는 각 반송파마다 변조 방식을 다르게 할 수 있어서 계층적 전송이 가능하다.
일반적으로, 시 분할 동기를 이용하여 오에프디엠 신호를 전송하는 오에프디엠 송신기는, 시간축에 따라 형성된 오에프디엠 심볼의 앞에 신호간의 간섭을 억제하기 위한 보호구간(Guard Interval : GI)을 삽입하고, 보호구간의 앞에 동기정보를 삽입하여 전송한다. 여기서, 동기정보는 예컨데, PN 시퀀스로서, 오에프디엠 수신기에서의 동기 및 채널 예측을 위해 마련되는 정보이다. 이러한 PN 시퀀스의 길이는 2m-1(m은 정수) 예컨데, 255 또는 511 으로 오에프디엠 심볼에 대응하여 선택된 길이를 갖으며, 이러한 PN 시퀀스를 이용하여 수신측에서는 시간영역등화만을 수행하게 된다. 따라서, 수신측의 등화 성능 및 동기 성능이 탁월하지 못하게 된다.
이에 따른 본 발명이 이루고자 하는 목적은, 송수신간의 약속된 동기정보 길이의 설정 및 이를 이용하여 수신측의 등화 성능 및 반송파 주파수 동기성능을 향상시킬 수 있는 오에프디엠 프레임 구조를 갖는 오에프디엠 송신기에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 오에프디엠 송신기의 개략적인 블록도,
도 2a는 도 1에 따른 오에프디엠 전송 프레임의 구조를 나타낸 도,
도 2b는 도 1의 동기정보삽입부(600)에서 삽입되는 동기정보(KS)의 일 실시예로서, 동기정보(KS)의 길이(T)를 설명하기 위한 도,
도 2c는 도 2b와 같이 설정된 길이(T)의 동기정보(KS)의 주파수 스펙트럼을 나타낸 도,
도 3은 도 1의 동기정보삽입부(600)에서 삽입되는 동기정보(KS)의 다른 실시예로서 오에프디엠 전송 프레임 구조를 나타낸 도, 그리고,
도 4는 도 1의 오에프디엠송신기에 대한 동기정보 길이 설정방법에 대한 흐름도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : FEC부200 : 직렬/병렬변환부
300 : N-IDFT부400 : 병렬/직렬변환부
500 : 보호구간삽입부600 : 동기정보삽입부
700 : 성형필터부800 : RF부
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서 본 발명에 따른 오에프디엠송신기는, 주파수영역의 N개의 병렬데이터를 시간영역의 N개의 샘플데이터로 역 퓨리에 변환하는 IDFT부; 및 N개의 샘플데이터로 이루어진 오에프디엠 유효심볼에 다음의 식과같이 나타나는 길이(T)의 동기정보를 삽입하는 동기정보삽입부;를 가진다.
여기서, T, k는 정수이다.
바람직하게는, 동기정보삽입부는, N개의 샘플데이터로 이루어진 오에프디엠 유효심볼에 동기정보를 두 개 삽입하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 오에프디엠송신기의 동기정보 길이설정방법은, 주파수영역의 N개의 병렬데이터을 시간영역의 N개의 샘플데이터로 역 퓨리에 변환하는 단계; 및 N개의 샘플데이터로 이루어진 오에프디엠 유효심볼에 다음의 식과 같이 나타나는 길이(T)로 설정된 동기정보를 삽입하는 단계;를 가지는 것을 특징으로 한다.
여기서, T, k는 정수이다.
또한, 동기정보삽입단계에서, N개의 샘플데이터로 이루어진 오에프디엠 유효심볼에 상기 동기정보의 길이를 가지는 상기 동기정보를 두 개 삽입하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 수신측에서는 주파수 영역의 k개의 부반송파마다 수신된 동기정보(KS)의 주파수 스텍트럼을 알 수 있으며, 이를 송신된 동기정보(KS)의 주파수 스펙트럼과의 비교를 통하여 주파수 영역에서의 k개의 부반송파마다 채널 왜곡 특성을 추정할 수 있다. 이에 의해 수신측에서 채널 등화시 등화 성능을 향상시킬 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
도 1는 본 발명에 따른 오에프디엠 송신기의 바람직한 실시예를 도시한 블록도이다.
오에프디엠송신기는 FEC부(Forward Error Correction)(100), 직렬/병렬변환부(200), N-IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform)부(300), 병렬/직렬변환부(400), 보호구간(Guard Interavl)삽입부(500), 동기정보삽입부(600), 성형필터부(700), 및 RF부(800) 등을 가지고 있다.
FEC부(100)는 입력되는 데이터에 대해 전송 중에 발생할 수 있는 에러의 정정을 위해 코딩을 수행한다.
직렬/병렬변환부(200)는 에러코딩된 직렬데이터를 입력된 직렬데이터는 N개의 병렬데이터로 변환되어 출력된다. 여기서, N은 주파수 영역에서의 부반송파의 갯수를 나타낸다. 후술되는 IDFT부(300)의 입력인 N개의 병렬데이터는 주파수 영역에서 하나의 오에프디엠 유효심볼로 정의된다.
N-IDFT부(300)는 주파수영역의 N개의 병렬데이터를 N개의 부반송파로 변조하여 시간영역의 N개의 샘플데이터로 출력한다. 즉, N개의 병렬데이터는 각 부반송파의 위상과 진폭에 대응한 한개의 복소수로 변환하여 주파수 스펙트럼(frequency spectrum)상에서 각각의 부반송파로 할당한 후, 이 주파수 스펙트럼상의 복소수 데이터를 시간 스펙트럼(time spectrum)으로 역 고속 퓨리에변환을 수행함으로써, N개의 샘플데이터를 출력하게 된다. 예컨대, N-IDFT부(300)의 입력 Point N은 3780 또는 4096개 등이 될 수 있다.
병렬/직렬변환부(400)는 N개의 샘플데이터로 출력되는 병렬데이터를 직렬데이터로 변환한다.
보호구간삽입부(500)에서는 출력되는 직렬데이터에 대해 N개의 샘플데이터 단위로 보호구간(GI)을 삽입한다. 이러한 보호구간(GI)은 예컨데, 심볼간의 간섭을 억제하기 위해 마련되며, N개의 샘플데이터로 이루어지는 오에프디엠 심볼 종단부의 소정갯수의 샘플데이터를 오에프디엠 심볼의 선단부에 복사함으로써 마련된다.
동기정보 삽입부(600)는 보호구간삽입부(500)에서 보호구간(GI)이 삽입된 오에프디엠 신호에 수신측에서의 동기 및 채널 예측을 위해 약속된 시퀀스인 동기정보(KS:Known sequence)를 삽입한다.
이후, 성형필터부(700)는 오에프디엠신호를 필터링하며, 필터링된 오에프디엠 신호는 RF부(800)에 의해 RF신호로 처리되어 채널로 전송된다.
이하에서는 도면을 참조하여 동기정보삽입부(600)에서삽입되는 동기정보(KS)의 길이설정에 대한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 일반적으로 오에프디엠신호는 보호구간(GI)과, 동기정보(KS)가 오에프디엠 유효심볼의 선단부에 마련된다.
우선, 도 2b 내지 도 2c는 동기정보(KS)의 길이설정에 대한 일 실시예에 대한 설명으로서, 동기정보(KS)의 길이(T)는, 도 2b에 도시된 바와 같이 역 퓨리에 변환하는 N-IDFT부(300)의 입력 포인트 수인 N개에 대해 다음의 수학식 1과 같은관계가 성립하도록 한다.
이와 같이, 동기정보(KS)의 길이를 오에프디엠 유효심볼 길이(N)의 1/k(k는 정수)으로 설정하면, 도 2c에 도시된 바와 같이, 수신측에서는 주파수 영역의 k개의 부반송파마다 수신된 동기정보(KS)의 주파수 스텍트럼을 알 수 있게 된다. 이를 송신된 동기정보(KS)의 주파수 스펙트럼과의 비교를 통하여 주파수 영역에서의 k개의 부반송파마다 채널 왜곡 특성을 추정할 수 있다. 이는 예컨데, 유럽형 디지털 TV 전송 규격인 DVB-T(digital video broadcasting-terrestial)와 같은 시스템에서 일정 부반송파마다 반복적으로 파일럿 정보를 삽입한 것과 같은 효과를 낼 수 있다.
물론, 동기정보(KS)의 길이(T)가 오에프디엠 유효심볼 길이의 1/k(k는 정수)로 설정하지 않아도 일정 부반송파마다 수신된 동기정보(KS)의 주파수 스펙트럼 특성을 알 수 있다. 그러나, 이와 같은, 주파수 스펙트럼 특성은 퓨리에 변환후 데이터를 인터포레이션(interpolation) 및 데시메이션(decimation)해야 알 수 있으며, 이 과정을 수행하여도 동기정보(KS)의 길이(T)를 오에프디엠 유효 심볼 길이(N)의 1/k(k는 정수)로 설정하였을 때 만큼 정확한 값을 얻을 수 없다.
따라서, 오에프디엠 유효심볼의 길이(N)가 동기정보(KS)길이(T)의 정수(k)배가 되도록 설정하게 되면, 주파수영역에서 k개의 부반송파마다 정확한 채널 왜곡특성을 알 수 있으므로, 채널 등화시 이 정보를 이용하여 등화 성능을 향상시킬 수 있다.
한편, 다른 실시예로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 동일한 동기정보(KS) 2개를 갖도록 한다. 이와 같은 경우 역시, 앞에서 설명한 수학식 1과 같은 관계가 성립하도록 한다. 즉, 일 실시예의 동기정보(KS) 2개를 하나의 동기정보로 이용하는 것이다.
이와 같은 경우에도, 수신측에서는 주파수 영역의 k개의 부반송파마다 수신된 동기정보(KS)의 주파수 스텍트럼을 알 수 있게 된다. 이를 송신된 동기정보(KS)의 주파수 스펙트럼과의 비교를 통하여 주파수 영역에서의 k개의 부반송파마다 채널 왜곡 특성을 추정할 수 있다. 또한, 하나의 동기정보(KS) 만을 이용하는 일 실시예보다는 인접 심볼에 의한 영향을 제거할 수 있다.
따라서, 더욱 정확한 채널 왜곡 특성을 추정할 수 있고, 동일한 동기정보(KS) 간의 위상 변화 정보를 이용하여 반송파 주파수 옵셋 보상도 가능하게 된다.
도 4은 본 발명의 실시예인 오에프디엠송신기에서 수신측에서 채널 등화시 등화 성능을 향상시킬 수 있도록 설정된 동기정보(KS)의 길이를 갖는 동기정보(KS)를 삽입하는 방법에 대한 흐름도이다.
먼저, 입력되는 데이터에 대해 전송 중에 발생할 수 있는 에러의 정정을 위해 FEC부(100)에서 데이터를 코딩하고(S10), 에러코딩된 데이터를 병렬데이터로 변환하여 출력한다(S20). 여기서, 후술되는 IDFT부(300)의 입력인 N개의 병렬데이터로 출력되며, N개의 병렬데이터는 주파수 영역에서 하나의 오에프디엠 유효심볼로 정의된다.
N-IDFT부(300)에서는 주파수영역의 N개의 병렬데이터를 N개의 부반송파로 변조하여 시간영역의 N개의 샘플데이터로 출력한다(S30).
N개의 샘플데이터로 출력되는 병렬데이터를 직렬데이터로 변환한 후(S40), 보호구간삽입부(500)에서는 출력되는 직렬데이터에 대해 N개의 샘플데이터 단위로 보호구간(GI)을 삽입한다(S50).
동기정보 삽입부(600)는 보호구간삽입부(500)에서 보호구간(GI)이 삽입된 오에프디엠 신호에 수신측에서의 동기 및 채널 예측을 위해 약속된 시퀀스인 동기정보(KS:Known sequence)를 삽입한다(S60).
여기서, 동기정보(KS)의 길이(T)는, 도 2b에 도시된 바와 같이 역 퓨리에 변환하는 N-IDFT부(300)의 입력 포인트 수인 N개에 대해 다음의 [수학식 2]과 같은 관계가 성립하도록 한다.
동기정보삽입부(600)에서 삽입되는 동기정보(KS)가, [수학식 1]과 같은 길이를 가지는 동기정보(KS)를 오에프디엠 신호에 하나 또는 두개 삽입한다.
이후, 성형필터부(700)는 오에프디엠신호를 필터링하며, 필터링된 오에프디엠 신호는 RF부(800)에 의해 RF신호로 처리되어 채널로 전송된다(S70).
따라서, 수신측에서는 주파수 영역의 k개의 부반송파마다 수신된 동기정보(KS)의 주파수 스텍트럼을 알 수 있으며, 이를 송신된 동기정보(KS)의 주파수 스펙트럼과의 비교를 통하여 주파수 영역에서의 k개의 부반송파마다 채널 왜곡 특성을 추정할 수 있다. 또한, 두개의 동기정보(KS)를 이용함으로써 인접 심볼에 의한 영향을 제거할 수 있다.
본 발명에 따르면, 동기정보(KS)의 길이(T)를 다음의 식과 같은 관계가 성립하는 동기정보를 오에프디엠 유효심볼에 삽입한다.
따라서, 수신측에서는 주파수 영역의 k개의 부반송파마다 수신된 동기정보(KS)의 주파수 스텍트럼을 알 수 있으며, 이를 송신된 동기정보(KS)의 주파수 스펙트럼과의 비교를 통하여 주파수 영역에서의 k개의 부반송파마다 채널 왜곡 특성을 추정할 수 있다. 이에 의해 수신측에서 채널 등화시 등화 성능을 향상시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (4)

  1. 주파수영역의 N개의 병렬데이터을 시간영역의 N개의 샘플데이터로 역 퓨리에 변환하는 IDFT부; 및
    상기 N개의 샘플데이터로 이루어진 오에프디엠 유효심볼에 길이(T)의 동기정보를 삽입하는 동기정보삽입부;를 포함하며,
    상기 길이(T)는 다음의 식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 오에프디엠 송신기:
    여기서, T, k는 정수이다.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 동기정보삽입부는,
    상기 N개의 샘플데이터로 이루어진 오에프디엠 유효심볼에 상기 동기정보를 두 개 삽입하는 것을 특징으로 하는 오에프디엠 송신기.
  3. 주파수영역의 N개의 병렬데이터을 시간영역의 N개의 샘플데이터로 역 퓨리에 변환하는 단계; 및
    상기 N개의 샘플데이터로 이루어진 오에프디엠 유효심볼에 다음의 식과 같이나타나는 길이(T)로 설정된 동기정보를 삽입하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 오에프디엠송신기의 동기정보 길이 설정방법.
    여기서, T, k는 정수이다.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 동기정보삽입단계에서,
    상기 N개의 샘플데이터로 이루어진 오에프디엠 유효심볼에 상기 동기정보의 길이를 가지는 상기 동기정보를 두 개 삽입하는 것을 특징으로 하는 오에프디엠송신기의 동기정보 길이 설정방법.
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