KR20040110038A - 주파수 영역에 숨겨진 파일럿 신호를 이용하여신호처리하는 ｔｄｓ-ｏｆｄｍ 수신 시스템 및 그의 신호처리 방법 - Google Patents

주파수 영역에 숨겨진 파일럿 신호를 이용하여신호처리하는 ｔｄｓ-ｏｆｄｍ 수신 시스템 및 그의 신호처리 방법 Download PDF

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Abstract

주파수 영역에 숨겨진 파일럿 신호를 이용하여 신호처리하는 ＴＤＳ-ＯＦＤＭ 수신 시스템 및 그의 신호 처리 방법이 개시된다. 다중 반송파 수신시스템은, 시간영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하는 퓨리에변환부와, 주파수 영역의 신호에 숨겨진 파일럿신호를 검출하는 파일럿검출부와, 상관값에 기초하여 주파수 및 시간 옵셋과 채널 상태를 추정하는 옵셋/채널추정부와, 추정된 주파수 및 시간 옵셋을 보상하는 옵셋 보상부, 및 추정된 채널 상태에 기초하여 상기 주파수 영역의 신호를 등화하는 등화부를 갖는다. 따라서, 주파수 영역에 숨겨진 파일럿신호를 이용하여 주파수 옵셋, 시간 옵셋, 및 다중 경로의 추정을 보다 정확하게 함으로써 기존의 시스템 보다 수신 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

주파수 영역에 숨겨진 파일럿 신호를 이용하여 신호처리하는 ＴＤＳ-ＯＦＤＭ 수신 시스템 및 그의 신호 처리 방법{ＴＤＳ-ＯＦＤＭ receiver for processing hidden pilot signal in frequence domain and a method proessing signal thereof}
본 발명은 디지털 방송 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주파수영역의 부반송파에 숨겨진 파일럿을 이용하여 수신성능을 향상시킬 수 있는 ＴＤＳ-ＯＦＤＭ 수신 시스템 및 그의 신호 처리 방법에 관한 것이다.
OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)은 다중 반송파 변조 방식의 한 종류로, 멀티패스(multi-path) 및 이동수신 환경에서 우수한 성능을 갖는다.
OFDM 방식은 상호 직교성을 갖는 복수의 반송파를 사용하여 주파수 이용효율을 높이는 방식으로, 유무선 채널에서 다중 반송파(Multi-Carrier)를 사용하여, 고속 데이터 전송에 적합한 방식이다. 다중 경로 페이딩을 갖는 무선통신채널에서 심벌주기가 짧은 고속 데이터 전송시 단일 반송파(Single Carrier) 방식을 사용하게 되면 심벌간 간섭이 더욱 심해지기 때문에 수신단의 복잡도가 크게 증가한다.
반면, 다중 반송파 방식의 경우에는 데이터 전송속도를 그대로 유지하면서 각 부반송파에서의 심벌주기를 부반송파의 수만큼 확장시킬 수 있기 때문에 다중경로에 강한 특성를 갖는다.
OFDM 방식에서는 상호 직교성을 갖는 복수의 반송파를 사용함으로써 주파수 이용효율이 높아지고 송수신단에서 이러한 복수의 반송파를 변복조하는 과정은 각각 IDFT와 DFT를 수행한 것과 같은 결과가 되어 IFFT와 FFT를 사용하여 고속으로 구현할 수 있다.
이러한 OFDM 방식 중의 하나인 TDS-OFDM(Time Domain Synchronous-Orthogonal Frequence Division Multiplexing) 방식은 시간영역에 동기정보인, 예컨데, PN(Pseodo Noise) 시퀀스를 삽입하는 특징을 갖는다. 즉, 시간영역의 동기신호를 이용하여 시간영역 및 주파수영역의 동기 획득과 채널 등화를 수행하게 된다. 이에 의해 수신 시스템의 한계 및 성능열화 등의 문제점을 가지게 된다.
따라서, 본 발명과 동일한 출원인이 기출원한 한국 특허 출원번호 10-2002-59363, 발명의 명칭 "주파수영역에 파일럿 신호를 부가하는 ＴＤＳ-ＯＦＤＭ 송신 시스템 및 그에 따른 신호처리방법" 에서는 주파수영역의 OFDM 신호에 저전력의 파일럿 신호를 삽입하여 전송하는 송신 시스템을 제안한 바 있다.
도 1은 한국 특허 출원번호 10-2002-59363에 제안된 송신 시스템에 대한 개략적인 블록도이다.
도시된 바와 같이, 송신 시스템은 주파수 영역의 OFDM 신호에 파일럿신호를 삽입하는 파일럿삽입부(220)를 가지고 있다. 파일럿삽입부(220)는, 도 2에 도시된 바와 같이, OFDM 신호인 I신호 및 Q신호에 아주 작은 전력의 파일럿신호(Hidden_Pilot)인 I파일럿신호(PI) 및 Q파일럿신호(PQ)를 I신호 및 Q신호의 시간 주기(1 Symbol time)와 동일한 주기로 I신호 및 Q 신호에 각각 더한다. 이 때, I파일럿신호(PI)의 전력은 소정 갯수의 파일럿 신호(PI)의 크기를 누적한 값이 I신호의 평균 전력 보다 큰 값이 되도록 설정한다. Q파일럿신호(PQ)의 전력설정 또한 I파일럿신호(PI)의 전력설정과 동일한 방법으로 설정한다. 파일럿 신호(Hidden_Pilot:PI,PQ)가 OFDM 신호인 I신호 및 Q신호에 더해지면, 도 3에 도시된 바와 같이 신호의 구성이 이루어진다. 즉, N(IDFT의 point)개의 서브 캐리어 각각에는 맵핑된 데이터(mapped data)와 파일럿 신호(Hidden_Pilot:PI,PQ)가 실린다.
이와 같이, 파일럿 신호(Hidden_Pilot:PI,PQ)가 실린 OFDM 신호는 IDFT부(230)를 통해 시간영역의 OFDM 신호로 변조된다. 변조된 시간영역의 OFDM 신호는 보호구간삽입부(240), 동기정보삽입부(250), 및 성형필터부(260)를 통해 무선 채널 환경으로 전송된다.
이상에서와 같이, 주파수영역의 부반송파에 숨겨진 파일럿 신호(Hidden_Pilot:PI,PQ)를 처리할 수 있는 수신 시스템을 개발해야 하는 과제를 가지고 있다.
상기와 같은 과제을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 주파수영역의 부반송파에 숨겨진 파일럿 신호를 이용하여 동기 획득 및 채널 등화를 수행하는 ＴＤＳ-ＯＦＤＭ 수신 시스템 및 그의 신호 처리 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 종래의 다중 반송파 송신 시스템에 대한 개략적인 블록도,
도 2는 주파수영역의 데이터 신호와 부가되는 파일럿신호를 설명하기 위한 도,
도 3은 주파수영역의 데이터 신호와 파일럿 신호가 더해진 상태에 대한 개념도,
도 4는 본 발명에 따른 다중 반송파 수신 시스템에 대한 개략적인 블록도,
도 5는 본 발명에 따른 수신신호와 기준파일럿신호간의 상관관계를 설명하기 위한 도, 그리고
도 6은 본 발명에 따른 다중 반송파 수신 시스템의 신호처리방법에 대한 흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
411 : RF부 413 : 옵셋 보상부
414 : SRRC 필터 415 : 동기신호/보호구간 검출부
417 : 제1옵셋추정부 419 : 동기신호/보호구간 제거부
421 : 퓨리에변환부 431 : 파일럿 검출부
433 : 제2옵셋추정부 435 : 파일럿제거부
437 : FEC부
본 발명의 목적을 달성하기 위해 다중 반송파 수신 시스템은, 시간영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하는 퓨리에변환부; 주파수 영역의 신호에 숨겨진 파일럿신호를 검출하는 파일럿검출부; 상기 상관값에 기초하여 주파수 및 시간 옵셋과 채널 상태를 추정하는 옵셋/채널추정부; 추정된 주파수 및 시간 옵셋을 보상하는 옵셋 보상부; 및 추정된 채널 상태에 기초하여 상기 주파수 영역의 신호를 등화하는 등화부;를 포함한다.
상기 파일럿검출부는 상기 주파수 영역의 신호와, 기준파일럿신호 간의 상관값에 기초하여 상기 숨겨진 파일럿신호를 검출하며, 상기 숨겨진 파일럿신호는 PN 시퀀스인 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 다중 반송파 수신시스템의 신호처리방법은, 시간영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하는 단계; 주파수 영역의 신호에 숨겨진 파일럿신호를 검출하는 단계; 상기 상관값에 기초하여 주파수 및 시간 옵셋과 채널 상태를 추정하는 단계; 추정된 주파수 및 시간 옵셋을 보상하는 단계; 및 추정된 채널 상태에 기초하여 상기 주파수 영역의 신호를 등화하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 파일럿신호 검출단계는 상기 주파수 영역의 신호와, 기준파일럿신호 간의 상관값에 기초하여 상기 숨겨진 파일럿신호를 검출한다.
따라서, 주파수 영역에 숨겨진 파일럿신호를 이용하여 주파수 옵셋, 시간 옵셋, 및 다중 경로의 추정을 보다 정확하게 함으로써 기존의 시스템 보다 수신 성능을 향상시킬 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다
도 4은 본 발명에 따른 주파수 영역의 부반송파 숨겨진 파일럿 신호를 이용하여 신호처리를 하는 ＴＤＳ-ＯＦＤＭ 수신 시스템에 대한 개략적인 블록도이다.
다중 반송파 수신 시스템은, RF부(411), 옵셋보상부(413), SRRC 필터(414), 동기신호/보호구간검출부(415), 옵셋추정부(417), 동기신호/보호구간 제거부(419), 퓨리에변환부(421), 파일럿검출부(431), 옵셋/채널추정부(433), 등화부(435), 및 FEC부(4370)를 가지고 있다.
RF부(411)는 수신된 신호를 기저대역의 신호로 변환한다.
옵셋보상부(413)는 수신된 신호에 대해 추정된 주파수 옵셋 및 시간 옵셋에 기초하여 옵셋을 보상한다.
SRRC 필터(414)는 수신된 신호의 펄스 성형을 위하여 송신측과 동일한 필터를 사용한다.
동기신호/보호구간 검출부(415)는 수신된 신호에 포함된 동기신호인 PN 시퀀스와 인접심벌간의 간섭을 막기 위해 삽입된 보호구간(GI)을 검출한다.
옵셋추정부(417)는 검출된 동기신호에 기초하여 주파수 옵셋 및 시간 옵셋을 추정한다.
동기신호/보호구간 제거부(419)는 검출된 동기신호와 보호구간을 제거한다.
퓨리에변환부(323)는 동기신호와 보호구간이 제거된 수신신호를 퓨리에 변환하여 주파수 영역의 신호로 변환한다.
파일럿검출부(325)는 주파수영역의 신호와 수신측에서 알고 있는 기준파일럿신호간의 상관관계를 통해 부반송파에 숨겨진 파일럿 신호(PI,PQ)를 검출한다.
일반적인 파일럿 신호인 PN 시퀀스의 상관 특성은, 동일한 PN 시퀀스간의 상관값은 피크값을 가지며, 서로 다른 PN 시퀀스간의 상관값은 제로값을 갖는다. 이와 같은 PN 시퀀스의 상관 특성을 이용하여 주파수영역의 부반송파에 숨겨진 파일럿 신호(PI,PQ)를 검출한다.
옵셋/채널추정부(433)는 파일럿검출부(431)의 상관값에 기초하여 주파수 옵셋 및 시간 옵셋을 재추정하고, 재추정된 주파수 옵셋 및 시간 옵셋을 옵셋보상부(413)에 제공한다. 또한, 상관값에 기초하여 채널 상태를 추정하여 추정된 채널 상태 정보를 등화부(435)에 제공한다.
등화부(435)는 추정된 채널 상태 정보에 기초하여, 수신신호의 다중 경로 간섭을 제거한다.
FEC(forward Error Correction Decoding)부(437)는 등화된 데이터 신호에 대해 설정된 에러검출방식으로 에러를 검출하고, 검출된 에러를 정정한다.
도 5은 본 발명에 따른 ＴＤＳ-ＯＦＤＭ 수신 시스템의 신호처리방법에 대한 흐름도이다. 이하에서는 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 주파수 영역의 부반송파에 숨겨진 파일럿신호를 이용하여 수신 성능을 향상시키는 신호처리방법을 상세하게 설명한다.
수신신호에 포함된 시간영역의 동기신호인 PN 시퀀스를 이용하여 옵셋추정부(417)에서는 주파수 옵셋 및 시간 옵셋을 추정하고, 옵셋보상부(413)는 추정된 주파수 옵셋 및 시간 옵셋을 보상한다(S511).
퓨리에변환부(323)는 동기신호와 보호구간이 제거된 수신신호를 퓨리에 변환하여 주파수 영역의 신호로 변환한다(S513).
파일럿검출부(325)는 주파수영역의 신호와, 기준파일럿신호간의 상관관계를 통해 부반송파에 숨겨진 파일럿 신호(PI,PQ)를 검출한다(S521).
도 6는 주파수영역의 부반송파(sub-carrier)를 도시한 것으로, 제1부반송파(sub-carrier1)에 파일럿신호(PI,PQ)가 포함된 수신신호의 개념도이다. 도시된 바와 같은, 제1부반송파(sub-carrier1)는 데이터인 I신호와 Q신호에 I파일럿신호(PI)와 Q파일럿신호(PQ)가 각각 부가된 신호(I+PI) 및 (Q+PQ)가 가지고 있다.
파일럿검출부(325)는, 제1부반송파(sub-carrier1)의 I신호(I+PI) 및 Q신호(Q+PQ)와, 수신측에서 알고 있는 제1부반송파(sub-carrier1)의 파일럿신호인 기준파일럿신호(RPI,RPQ)간의 상관관계를 취한다.
즉, 수신신호에 숨겨진 파일럿신호(PI,PQ)와 기준파일럿신호(RPI,RPQ)가 동일한 신호인 경우, PN 시퀀스의 상관특성에 따라서 상관값이 피크값을 갖게 된다. 그러나, 파일럿신호(PI,PQ)와 기준파일럿신호(RPI,RPQ)가 서로 다른 신호인 경우에는,PN 시퀀스의 상관특성에 따라서 상관값이 제로값을 갖게 된다.
예컨데, 제1부반송파의 상관결과 피크값이 존재하면 제1부반송파(sub-carrier1)에 숨겨진 파일럿신호(PI,PQ)와 기준파일럿신호(RPI,RPQ)가 동일하다는 것을 나타내는 것이므로, 이에 따라서, 제1부반송파(sub-carrier1)의 신호에서 기준파일럿신호(RPI,RPQ)를 제거하면 데이터 신호(I,Q)만이 남게 된다.
이와 같은 PN 시퀀스의 상관 특성을 이용하여 부반송파(sub-carrier1,2,...N, N:부반송파의 개수)에 숨겨진 파일럿 신호(Hidden_Pilot:PI,PQ)를 검출할 수 있다.
옵셋/채널추정부(433)는 상관값에 기초하여 주파수 옵셋 및 시간 옵셋을 재추정하며, 또한, 채널 상태를 추정한다(S523).
예컨데, 상관값인 피크값이 제1부반송파에는 존재하지 않고, 제2부반송파부터 존재하는 경우, 제2옵셋추정부(433)는 제1부반송파와 제2부반송파 간격 만큼의 주파수를 주파수 옵셋으로 추정한다. 또한, 상관값의 위상성분의 변화를 통해 시간 옵셋 및 채널 상태를 추정한다.
옵셋보상부(413)에서는 재추정된 주파수 옵셋 및 시간 옵셋을 이용하여 시간영역의 동기신호에 의해 미처 보상되지 않은 잔여 주파수 옵셋 및 시간 옵셋을 보상한다(S525).
등화부(435)는 파일럿신호가 제거된 데이터 신호(I,Q)를 등화한다(S527).
등화된 데이터 신호는 FEC부(437)를 통해서 에러가 검출 및 정정된다(S529).
따라서, 시간영역의 동기신호와 주파수영역의 파일럿신호를 이용하여 주파수 및 시간 옵셋과 채널 상태를 추정하므로써 수신성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 주파수 영역에 숨겨진 파일럿신호를 이용하여 주파수 옵셋, 시간 옵셋, 및 다중 경로의 추정을 보다 정확하게 함으로써 기존의 시스템 보다 수신 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 (6)

  1. 시간영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하는 퓨리에변환부;
    주파수 영역의 신호에 숨겨진 파일럿신호를 검출하는 파일럿검출부;
    상기 상관값에 기초하여 주파수 및 시간 옵셋과 채널 상태를 추정하는 옵셋/채널추정부;
    추정된 주파수 및 시간 옵셋을 보상하는 옵셋 보상부; 및
    추정된 채널 상태에 기초하여 상기 주파수 영역의 신호를 등화하는 등화부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 ＴＤＳ-ＯＦＤＭ 수신 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 파일럿검출부는,
    상기 주파수 영역의 신호와, 기준파일럿신호 간의 상관값에 기초하여 상기 숨겨진 파일럿신호를 검출하는 것을 특징으로 하는 ＴＤＳ-ＯＦＤＭ 수신 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 숨겨진 파일럿신호는,
    PN 시퀀스인 것을 특징으로 ＴＤＳ-ＯＦＤＭ 수신 시스템.
  4. 시간영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하는 단계;
    주파수 영역의 신호에 숨겨진 파일럿신호를 검출하는 단계;
    상기 상관값에 기초하여 주파수 및 시간 옵셋과 채널 상태를 추정하는 단계;
    추정된 주파수 및 시간 옵셋을 보상하는 단계; 및
    추정된 채널 상태에 기초하여 상기 주파수 영역의 신호를 등화하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 ＴＤＳ-ＯＦＤＭ 수신 시스템의 신호처리방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 파일럿신호 검출단계는,
    상기 주파수 영역의 신호와, 기준파일럿신호 간의 상관값에 기초하여 상기숨겨진 파일럿신호를 검출하는 것을 특징으로 하는 ＴＤＳ-ＯＦＤＭ 수신 시스템의 호처리방법.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 숨겨진 파일럿신호는,
    PN 시퀀스인 것을 특징으로 ＴＤＳ-ＯＦＤＭ 수신 시스템의 신호처리방법.
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