KR20070030012A - 수신기에서 직류 옵셋 제거 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템의 수신기에 있어서 직류 옵셋(DC Offset) 제거 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 직교 분할 다중 접속(OFDM) 방식의 이동 통신 시스템에서 직접 변환(Zero-IF)방식의 수신기에서 직류 옵셋 제거 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명의 장치는, RF 전단부에서 다운 컨버팅된 신호를 디지털로 변환하는 아날로그 디지털 변환기와, 직류 옵셋 성분이 포함된 상기 디지털로 변환된 신호를 수신하고 직렬/병렬 변환하는 직렬/병렬 변환부와, 상기 직렬/병렬 변환부로부터 출력된 신호를 고속 푸리에 변환(FFT)하는 고속 푸리에 변환부와, 상기 고속 푸리에 변환부에서 출력된 신호에서 직류 옵셋이 포함된 부반송파의 인덱스를 검출하는 직류 톤 검출부와, 상기 직류 톤 검출부로부터의 직류 옵셋이 포함된 부반송파의 인덱스를 수신하여 상기 인덱스에 해당하는 부반송파를 제1 및 제2 곱셈기로 출력하는 먹스(MUX)와, 동기부로부터 수신한 주파수 옵셋으로부터 도출해낸 본래의 직류 옵셋 양을 추정해 내기 위한 제1 보정 상수 및 제2 보정 상수를 계산하여 상기 제1 곱셈기와 상기 제2 곱셈기로 출력하는 계산부와, 상기 제1 곱셈기와 상기 제2 곱셈기의 출력을 가산하여 상기 아날로그 디지털 변환부의 후단의 제2 가산기로 출력하는 제1 가산기와, 상기 제1 가산기의 출력과 상기 아날로그 디지털 변환부의 출력을 가산하여 출력하는 제2 가산기를 포함한다.

Zero-IF, Direct Conversion, DC Offset, OFDM, FFT

Description

수신기에서 직류 옵셋 제거 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR REMOVING DIRECT CURRENT OFF SET IN A RECEIVER}

도 1은 일반적인 직접 변환(Direct Conversion)방식을 사용하는 수신기의 블록 구성도,

도 2는 상기 도 1에서 설명한 직류 옵셋 제거기의 구성의 세부 구성을 도시한 블록도,

도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 OFDM 시스템의 수신기에서 직류 옵셋 제거 장치를 도시한 블록 구성도,

도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 수신된 신호에 직류 옵셋이 존재할 때 FFT부로부터 출력되는 부반송파들을 도시한 도면,

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 직류 톤 검출부의 동작 흐름도.

본 발명은 무선 통신 시스템의 수신기에 있어서 직류 옵셋 제거 장치 및 방 법에 관한 것으로, 특히 직교 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access : OFDM) 방식의 이동 통신 시스템에서 직접 변환(Zero-IF)방식의 수신기에서 직류 옵셋(Direct Current Offset: DC offset) 제거 장치 및 방법에 관한 것이다.

통상적으로 무선 통신 시스템이라 함은, 단말까지 고정적인 유선 네트워크를 연결하여 사용할 수 없는 경우를 위해 개발된 시스템이다. 이러한 무선 통신 시스템의 대표적인 시스템으로는 이동 통신 시스템, 무선 랜, 와이브로(Wibro), 이동 애드 혹(Mobile Ad Hoc) 네트워크 등을 들 수 있다.

이러한 통신 시스템은 크게 음성, 데이터 등을 변조하여 RF 신호로 전송하는 송신기와 송신기에서 변조하여 에어(Air) 상으로 전송한 RF 신호를 수신하여 복조하는 수신기로 구성된다. 무선 통신에서 기저대역(Baseband)의 신호는 송신기에서 반송파 주파수(Carrier Frequency)로 주파수 상향 변환되어 안테나를 통해 RF 신호로 송신되며, 수신기에서 안테나를 통해 수신된 RF 신호는 기저대역 신호로 주파수 하향 변환된다.

이러한 송수신의 관점에서 볼 때, 송신시의 주파수 변환을 상향 변환(Up conversion)이라 하며, 수신시의 주파수 변환을 하향 변환(Down conversion)이라 한다. 상향 변환은 기저대역의 신호가 이보다 주파수가 높은 반송파 신호로 변환됨을 의미하며, 하향 변환은 반송파 신호로부터 이보다 주파수가 낮은 기저대역신호로 변환됨을 의미한다.

또한, 송수신의 방식은 크게 호모다인(Homodyne)과 헤테로다인(Heterodyne) 방식으로 나누어진다.

상기 헤테로다인 방식은 RF 신호와 기저대역 신호간의 신호 변환을 위해 중간 주파수(Intermediate Frequency : IF)를 이용하는 것으로, IF 신호는 송신 시에 RF 신호보다 낮은 주파수를 갖으며, 송수신 시스템의 증폭이 용이하고 선택도 및 충실도를 높게 하기 위해 사용된다.

상기 호모다인 방식은 직접 변환(Direct Conversion) 또는 Zero-IF으로 불리워지는 것으로, IF 신호를 이용하지 않고 RF 신호를 기저대역 신호로 직접 변환하는 방식이다. 즉, 송수신 시스템에서 직접 변환은 RF 를 IF로 변환하지 않고 기저대역으로 직접 변환하는 것이다. 이러한 직접 변환 방식은 상기 헤테로다인 방식에 비해 SAW(Surface Accoustic Wave)필터를 사용하지 않을 수 있어서, 송수신기 하드웨어의 구성을 간단하게 하고, 전력소모를 최소화할 수 있다는 장점을 가진다. 따라서, 현재 수신기 구조는 헤테로다인 방식에서 직접 변환 방식으로 바뀌고 있는 추세이다.

OFDM 방식의 시스템은 복수개의 부반송파(Subcarrirer)를 이용하여 데이터를 변조시키는 다중 반송파 전송 방식(Multi Carrier Modulation)의 한 방식이며, 각각의 부 반송파는 상호간에 직교성(Orthogonality)을 유지한다. OFDM 시스템은 단일 반송파 전송 방식(Single Carrier Modulation Scheme)에 비해서 주파수 선택적 다중 경로 페이딩 채널(Frequency Selective Multipath Fading Channel)에 강한 특성을 보인다. 그 이유는 수신기 측면에서 볼 때 복수 개의 부반송파가 차지하는 대역에 있어서는 주파수 선택적 채널이 되지만 각각의 부반송파 대역에 있어서는 주 파수 비선택적 채널(Frequency Nonselective Channel)이 되므로 간단한 채널 등화 과정을 거쳐서 쉽게 채널 보상이 가능하기 때문이다. 특히, 각각의 OFDM 심볼(Symbol) 앞에는 그 OFDM 심벌의 후반부를 복사하여 전송하는 순환 전치 심볼(Cyclic Prefix)을 전송함으로써 이전 심볼로부터 간섭 성분(Intersymbol interference : ISI)을 제거할 수 있다. 따라서, 이와 같은 다중 경로 페이딩 채널에 강한 특성은 OFDM 전송 방식을 광대역 고속 통신에 적합한 전송 방식이 되도록 한다.

상기 특성을 갖는 OFDM 시스템을 사용한 물리 계층을 구성하는 망 시스템의 경우 단일 주파수망(Single Frequency Network : SFN)을 사용하게 되면 보다 향상된 수신 품질을 얻을 수 있다. 즉, 다수의 송신기에서 동일한 주파수를 사용하여 대략적인 타이밍을 동기화시켜 동일한 데이터를 전송하게 되면, 수신단에서는 이득이 상호간에 간섭 성분으로 작용하지 않고 다중 경로 채널과 같은 효과를 나타내게 되므로 데이터의 수신 성능을 향상시키게 된다. 이러한 단일 주파수망을 사용하는 OFDM 시스템은 방송용 시스템에 많이 적용되는 개념이다. 즉, 송신기마다 동일한 주파수 및 동일한 방송 데이터를 전송하는 망을 구성하고 복수의 사용자가 데이터를 수신해야하는 조건은 상기 언급한 동일 주파수망의 개념을 그대로 적용함으로써 쉽게 구현 가능하다. 이러한 OFDM 시스템을 기반으로 한 방송용 시스템에는 유럽형 디지털 오디오 방송 시스템인 Eureka 147 시스템이나 디지털 TV 방송을 목적으로 한 DVB-T/H(Digital Video Broadcasting - Terrestrial/Handheld) 등이 있다.

상술한 OFDM 시스템에서도 직접 변환 방식의 수신기가 많이 도입되고 있는데 그 구성의 간단함과 저비용에도 불구하고, 직류 옵셋(DC offset)문제로 인해 일반적인 수신기에서 직접 변환 방식을 구현하기 어려웠다. 직접 변환 방식의 수신기에서 발생하는 직류 옵셋(DC offset)을 하기의 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하기로 하겠다.

도 1은 일반적인 직접 변환(Direct Conversion)방식을 사용하는 수신기의 블록 구성도이다.

일반적인 수신기의 RF 전단부(100)는 안테나(100a)와 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier : LNA)(100b), 다운 믹서(Down Mixer)(100c), RF 국부 발진기(100d), 위상 고정 루프(Phase Locked Loop : PLL), 저역 통과 필터(Low Pass Filter : LPF)(100f), RF 자동 이득 제어기(Automatic Gain Control : AGC)(100g)로 구성되어 있다. 믹서(100c)는 LNA(100b)에서 저잡음 증폭된 RF 신호에 RF 국부 발진기(100d)로부터 수신된 국부 발진 신호를 혼합하여 LPF(100f)로 출력한다. 상기 LPF(100f)에서 저역 통과 필터링된 신호는 RF AGC(100g)로 입력되어 자동 이득 조절된 뒤, 기저대역 처리부(102)로 입력된다. PLL(100e)은 RF LO(100d)의 출력 주파수가 흔들리지 않고 일정한 주파수에 고정시켜 준다. 또한, 설명하기 않은 가산기(100h)는 후술할 기저대역 처리부(102)의 디지털 아날로그 변환부(Digital Analog Converter : DAC)(102e)로부터 출력되는 소정 신호와 RF AGC(100g)로부터 출력되는 신호의 가산하는 역할을 수행한다.

기저대역 처리부(102)의 아날로그 디지털 변환부(Analog Digital Convert : ADC)(102a)는 상기 RF 전단부(100)로부터 출력된 아날로그 신호를 기저대역 처리부 (102)에서 처리할 수 있도록 디지털 신호로 변환하며, Rx 디지털 LPF(102c)는 상기 디지털로 변환된 신호를 저역 필터링하여 도시되지 않은 복호기 등으로 전달한다.

디지털 직류 옵셋(DC Offset)제거기(102d)는 기존 방식에 따라 기저대역 처리부(102)로 수신된 신호를 장시간에 걸쳐 평균함으로써 DC 성분의 값을 찾아낸다. 그리고 추정된 직류 옵셋을 ADC(102a) 뒷 단의 가산기(102b)로 출력하여 ADC(102a)로부터 출력된 신호에서 직류 옵셋을 제거하던지, DAC(102e)로 출력하여 RF 전단부(100)의 가산기(100h)로 하여금 직류 옵셋을 제거할 수 있다. 상기 도 1에서 점선으로 도시된 부분(104)은 후자를 설명한 것이며, 참조번호 106은 전자를 설명한 것이다.

상기 도 1을 참조하면, 직류 옵셋은 참조번호 108과 참조 번호 110번에서 발생하게 된다. 참조번호 108에서 발생하는 직류 옵셋은 기본적으로 다운 믹서(100c)로 인가된 RF 국부 발진기(100)의 국부 발진(LO) 신호가 그 앞단인 LNA(100b)의 입력(Input)으로 타고 들어가는 소위 'LO Leakage'가 발생함으로 인해 유발된다. RF 전단부(100) 앞단의 LNA(100b)의 입력으로 타고 들어간 국부 발진(LO) 신호와 다운 믹서(100c)의 LO 신호가 곱해지며 상당히 큰 직류 성분이 발생할 수 있다. 또한 ADC(102a)의 동작을 위한 바이어스 전압(102f)의 요동으로 인하여 참조번호 110과 같은 추가적인 직류 옵셋이 발생할 수 있다. 상기 도 1에 도시된 디지털 직류 옵셋 제거기(102d)는 상술한 바와 같이 기저대역 처리부(102)에서 추정한 값인 DC 옵셋을 ADC(102a) 뒷 단의 가산기(102b)를 통해 빼줄수도 있으며, 추정한 DC 옵셋을 DAC(12e)를 통해 아날로그 신호로 변환한 뒤에 RF 전단부(100)의 가산기(100h)로 출력하여 직류 옵셋을 제거할 수 있다.

그러면, 상기 도 1에서 설명한 디지털 직류 옵셋 제거기(102d)의 동작을 하기 도 2를 참조하여 더 상세히 설명하기로 하겠다.

도 2는 종래 기술에 따른 디지털 직류 옵셋 제거기(102d)의 세부 블록 구성을 도시한 도면이다.

도 2를 설명함에 앞서, 상기 도 1과 동일한 역할을 하는 소자에 대해서는 동일한 참조번호를 부여하였으며 이에 따라 동작 설명 또한 간소화시켰다.

상기 도 2에서 RF 전단부(100)는 이득 조절되고 다운 컨버팅(Down-Converting)된 아날로그 신호를 ADC(102a)로 출력한다. ADC(102a)는 수신된 아날로그 신호를 양자화하여 출력한다. 본래는 I(In-Phase)/Q(Quadrature) 의 2개의 ADC와 2개의 패스가 존재하지만 여기서는 대칭적인 형태이므로 편의상 하나만 다루기로 한다.

ADC로 출력된 값은 루프 필터(Loop Filter), 이른바 누적기(Accumulator : ACC)(206)를 통해 평균되며 오랜시간동안 평균하면 누적기(206)에는 직류 성분만 남게 되므로 그 값이 곧 직류 성분이 된다. 상기 루프 필터는 입력 신호에 일정한 이득 상수(Gain Constant)를 곱하여 가산기(204)를 통해서 누적을 반복한다. 그 결과 출력 신호는 저역 통과 필터를 통과하는 형태가 되어 DC 옵셋 성분을 추정할 수 있습니다. 일반적인 직류 옵셋 제거기는 상기 도 2에 도시된 바와 같이 루프 필터를 이용해서 구현될 수 있다.

누적기(206)는 직류 옵셋값을 추정하기 위해서 IIR(In-finite Impulse Response) 필터를 이용한 평균(Average)값을 이용한다.

만약 이렇게 얻어진 직류 성분의 크기가 ADC(102a)가 변환할 수 있는 전압의 범위보다 크다면, 포화(Saturation)를 막기 위해 직류 성분을 제한할 필요가 있으므로 가산기(102b)와 DAC(102e)로 추정된 직류 옵셋을 출력한다. 그러면, ADC(102a) 뒷 단의 가산기(102b)가 상기 추정된 직류 옵셋을 ADC(102a)로부터 입력되는 신호에서 차감한다. 그리고 RF 전단부(100)의 가산기(100h)에서는 DAC(102e)에서 아날로그 변환된 직류 옵셋을 수신받아 RF AGC(100g)로부터 수신된 신호에서 차감한다. 종래 기술에서는 상술한 바와 같이 직류 옵셋을 제거할 수 있다. 상기 도 2에서 종래 기술에 따라 직류 옵셋이 제거된 신호는 필요에 따라 Rx 디지털 LPF(102c)를 거치고, 직렬/병렬 변환부(208)와 FFT(Fast Fourier Transform)부(210)를 거쳐서 데이터 심볼로 복조된다.

상기 도 1과 도 2에서 설명한 종래 기술에 따른 직류 옵셋 제거 방식은 매 수신 샘플마다 계산해서 그 값을 반영하는데 누적기(206)를 사용하기 때문에 누적기(206)가 정상 상태(Steady State)에 진입할 때까지 긴 시간이 소요될 뿐 아니라 매 수신 샘플마다 계속 추정된 직류 옵셋의 값이 변하므로 결과적으로 OFDM 심볼에 간섭 신호가 추가된 형태가 되어 복조 후 성능을 열화시킬 수 있다. 계속 누적했다가 심볼 단위로 직류 옵셋 값을 바꿔주는 방식을 사용할 수도 있으나, 이 경우 타이밍 제어가 복잡해지는 단점이 있어서 실제 구현에 있어서는 바람직하지 않다.

또한 LNA(100b)와 기저대역 처리부(102)의 도시되지 않은 AGC의 이득이 변경됨으로 인하여 직류 옵셋의 양이 순간적으로 변경될 수도 있으며, 이 경우 긴 시간 의 누적 결과를 사용하는 기존 방식은 직류 옵셋의 양을 추적하는데 있어서 지연이 발생할 수 밖에 없다.

따라서 본 발명의 목적은 기저 대역 디지털 신호 처리를 통한 직류 옵셋(DC offset) 제거 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 직교 분할 다중 접속 방식의 시스템에서 주파수 직접 변환 시 직류 옵셋을 제거할 수 있는 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 직교 분할 다중 접속 방식의 통신 시스템의 수신기에서 주파수 직접 변환 시 직류 옵셋을 제거하기 위한 장치에 있어서, RF 전단부에서 다운 컨버팅된 신호를 디지털로 변환하는 아날로그 디지털 변환기와, 직류 옵셋 성분이 포함된 상기 디지털로 변환된 신호를 수신하고 직렬/병렬 변환하는 직렬/병렬 변환부와, 상기 직렬/병렬 변환부로부터 출력된 신호를 고속 푸리에 변환(FFT)하는 고속 푸리에 변환부와, 상기 고속 푸리에 변환부에서 출력된 신호에서 직류 옵셋이 포함된 부반송파의 인덱스를 검출하는 직류 톤 검출부와, 상기 직류 톤 검출부로부터의 직류 옵셋이 포함된 부반송파의 인덱스를 수신하여 상기 인덱스에 해당하는 부반송파를 제1 및 제2 곱셈기로 출력하는 먹스(MUX)와, 동기부로부터 수신한 주파수 옵셋으로부터 도출해낸 본래의 직류 옵셋 양을 추정해 내기 위한 제1 보정 상수 및 제2 보정 상수를 계산하여 상기 제1 곱셈기와 상기 제2 곱셈기로 출력하는 계산부와, 상기 제1 곱셈기와 상기 제2 곱셈기의 출력을 가산하여 상기 아날로그 디지털 변환부의 후단의 제2 가산기로 출력하는 제1 가산기와, 상기 제1 가산기의 출력과 상기 아날로그 디지털 변환부의 출력을 가산하여 출력하는 제2 가산기를 포함한다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 직교 분할 다중 접속 방식의 통신 시스템의 수신기에서 주파수 직접 변환 시 직류 옵셋을 제거하기 위한 방법에 있어서, RF 전단부에서 다운 컨버팅된 신호를 디지털 신호로 변환하는 과정과, 직류 오프셋 성분이 포한된 상기 디지털로 변환된 신호를 직렬/병렬 변환하는 과정과, 상기 직렬/병렬 변환된 신호를 고속 푸리에 변환하는 과정과, 상기 고속 푸리에 변환된 신호에서 직류 옵셋이 포함된 부반송파의 인덱스를 검출하는 과정과, 상기 직류 옵셋이 포함된 부반송파의 인덱스를 수신하여 상기 인덱스에 해당하는 부반송파를 제1 및 제2 곱셈기로 출력하는 과정과, 동기부로부터 수신한 주파수 옵셋으로부터 도출해낸 본래의 직류 옵셋 양을 추정해 내기 위한 제1 보정 상수 및 제2 보정 상수를 계산하여 상기 제1 곱셈기와 상기 제2 곱셈기로 출력하는 과정과, 상기 제1 곱셈기와 상기 제2 곱셈기의 출력을 가산하여 아날로그 디지털 변환부 후단의 가산기로 출력하는 과정과, 상기 가산기의 출력과 상기 아날로그 디지털 변환부의 출력을 가산하여 Rx 필터로 출력하는 과정을 포함한다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하겠다. 도면들 중 동일한 구성들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들을 나타 내고 있음을 유의해야 한다. 하기에서 구체적인 특정사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 방식의 수신기에 있어서 직류 옵셋을 제거하기 위한 개념을 설명하기로 하겠다.

본 발명에서는 OFDM 수신기에 포함되어 있는 FFT(Fast Fourier Transform)부를 이용하여 누적기(Accumulator : ACC)를 통하지 않고 직류 옵셋을 추정할 수 있는 직류 옵셋 제거기를 제안한다. 새로 제안하는 직류 옵셋 제거기는 타이밍 동기가 잡히기 이전에도 정상적으로 동작하며 빠른 시간 내에 직류 옵셋을 제거할 수 있는 구조를 갖고 있다. 또한 매 심볼마다 직류 옵셋의 양을 심볼 단위로 추정하기 때문에 직류 옵셋의 크기가 LNA 와 기저대역 처리부의 자동 이득 제어(AGC)의 이득 변화로 인해 변하더라도 문제가 발생하지 않는다. 본 발명은 이러한 직류 옵셋 제거기를 이용하여 통상적인 OFDM 수신기 시스템에서 빠른 속도로 직류 옵셋을 제거하여 타이밍 동기가 영향을 받지 않게된다.

즉, 본 발명의 실시 예에서는 RF 전단부로부터 수신된 시간 영역 신호 대신 기저대역 처리부의 FFT부를 통해 주파수 영역으로 변환된 신호를 이용하여 직류 옵셋을 추정하는 구조를 사용한다. 이러한 본 발명의 방식은 FFT부를 포함하고 있는 모든 OFDM 방식의 수신기에서 사용이 가능하다. 상기 FFT부에서 주파수 영역으로 변환된 신호를 이용하여 직류 옵셋 값을 추정하고 이 값을 다시 RF 전단부로 전송 하여 피드 백하여 직류 옵셋을 제거하는 장치 및 방법을 제시하고 있으며, 이러한 과정은 하기의 도 3을 통해 설명하기로 하겠다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 OFDM 시스템의 수신기에서 직류 옵셋 제거 장치를 도시한 블록 구성도이다.

ADC(302)는 RF 전단부(100)로부터 수신한 I/Q 신호를 디지털 신호로 양자화 한다. 양자화된 신호들은 Rx 필터(304)를 통해 필터링 된 후, 직렬/병렬 변환부(306)를 통해 병렬 데이터로 변환된다. 상기 병렬 데이터로 변환된 신호를 FFT부(308)에서 N-Point FFT를 수행하면 0 ~ N-1 까지의 OFDM 부반송파에 해당하는 복소수 출력 데이터 심볼을 얻을 수 있다. 여기서 중요한 점은 FFT부(308)에 의해 출력된 0 ~ N-1 의 부반송파들 중 직류 성분이 포함된 부반송파가 존재한다는 점이다. 즉 직류 성분에 해당하는 인덱스를 가진 부반송파에서는 실제 직류 옵셋에 비례하는 양의 출력 값이 존재하게 되는데, 이는 하기의 도 4를 참조하여 설명하기로 한다. 물론 데이터 심볼값도 일부 포함되어 있으나 본 발명이 해결하고자 하는 바는 수신된 신호보다 직류 옵셋이 상당히 큰 경우이므로 직류 성분에 비하면 데이터 심볼 값은 무시할 만하다고 가정한다. 즉 만약 구별이 어려울 정도로 직류 옵셋의 값이 작다면 직류 옵셋 제거 동작이 별로로 동작하지 않아도 수신기의 성능에 별다른 열화를 주기 않는다는 것을 의미한다.

직류 톤 검출부(DC tone detector)(310)가 상기 FFT부(306)로부터 출력되는 부반송파들 중 직류 성분이 포함된 부반송파의 인덱스를 검출하는 역할을 수행하여, 상기 인덱스를 먹스(Multiplex : MUX)(312)로 출력한다. 먹스(312)는 상기 직 류 톤 검출부(310)로부터 수신한 인덱스에 해당하는 부반송파의 인덱스 2개를 선택하여 후단의 제1 곱셈기(312) 및 제2 곱셈기(314)로 출력한다.

계산부(318)는 송신기로부터 전송된 신호의 주파수 옵셋을 얻기 위해 도시되지 않는 동기부로부터 수신된 신호의 주파수 옵셋을 수신하고, 상기 수신된 주파수 옵셋에서 도출해낸 본래의 직류 옵셋 양을 측정하기 위한 보정치인 보정 상수(Gain_weight 1) 1 과 보정 상수 2(Gain_weight 2)를 제1 곱셈기(314)와 제2 곱셈기(316)로 출력한다. 즉, 실제 DC 옵셋과 부반송파의 출력에서 얻어낸 값의 비를 구하고 그에 따라 보정치를 계산한다.

상기 제1 곱셈기(314)와 상기 제2 곱셈기(316)를 통해 상기 상수 보정을 수행하는 이유는 FFT부(308)의 출력은 직류 옵셋에 비례할 뿐이며 수신기의 동기(주파수 옵셋)와 정확히 일치되는 것이 아니기 때문이며, 주파수 옵셋의 영향이 있더라도 정상적인 직류 옵셋의 양을 얻을 수 있게 하기 위해서이다.

상기 보정 상수들의 값은 필드에서의 장치 실험 결과나 도시되지 않은 주파수 동기부로부터 주파수 옵셋의 양을 받아서 선택할 수도 있다. 상기 제1 곱셈기(314)와 상기 제2 곱셈기(316)에서 출력된 신호는 제1 가산기(318)에서 가산되어 제2 가산기(320)으로 출력되어 ADC(302)에서 디지털 신호로 변환된 신호에서 직류 옵셋 성분을 제거하거나, DAC(322)로 전송하여 DAC(322)에서 아날로그 신호로 변환된 직류 옵셋 성분을 RF 전단부에서 제거할 수 있다.

상기 도 3에서는 직류 톤 검출부(310)에서 두 개의 직류 옵셋 성분을 검출했을 경우를 예로 들었으나, 한 개만 검출될 경우에는 제1 곱셈기(314)와 제2 곱셈기 (316)중 한 개를 선택하여 출력하며, 선택되지 않은 곱셈기는 계산부(318)로부터 enable/disable과 같은 소정의 제어신호를 입력받는다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 수신된 신호에 직류 옵셋이 존재할 때 FFT(312)로부터 출력되는 부반송파들을 도시한 것이다.

가로축은 FFT부(308)에서 N-point 고속 푸리에 변환된 포인트 넘버(Point Number) 즉, 부반송파의 인덱스(Index)이며, 수신축은 FFT(308)에서 출력되는 신호의 크기를 나타낸다.

참조번호 400과 참조번호 402는 직류 성분이 포함되지 않은 부반송파를 나타내고, 404는 부반송파들 중 직류 옵셋이 포함되어 다른 부반송파보다 신호의 크기가 참조번호 408만큼 큰 신호이다. 상기 참조번호 404에 해당하는 부반송파의 인덱스가 먹스(312)로 입력된다. 먹스(312)는 상기 인덱스에 해당하는 부반송파를 상기 제1 곱셈기(314)와 제2 곱셈기(316)로 출력하며, 상기 제1 곱셈기(314)와 제2 곱셈기(316)는 상기 수신된 부반송파에 상기 계산부(318)로부터 입력된 보정 상수를 곱하여 제거하기 원하는 직류 옵셋(406)을 제거하게 된다.

본 발명에서 상기와 같이 곱셈기에서 보정 상수를 곱하고, 가산기에서 상기 곱셈기에서 출력된 신호를 가산하는 이유는 수신기에 수신된 신호의 주파수 옵셋이 경로 지연같은 이유로 인하여 송신기에서 전송된 주파수의 옵셋과 참조번호 410만큼 달라질 수도 있기 때문에 본래의 직류 옵셋의 양을 측정해내기 위해서이다. 보정 상수를 곱하는 이유는 주파수 옵셋이 커질 경우 FFT(308)의 출력에서 얻어낸 값과 실제 DC offset의 차이가 많이 나기 때문에 보정치가 필요하기 때문이다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 직류 톤 검출부(310)의 동작 흐름도이다.

먼저, 500단계에서 직류 톤 검출부(310)는 FFT부(308)의 출력들 중 연속된 2개 신호의 절대값의 합이 최대가 되는 부반송파의 위치를 찾는다. 502단계에서 상기 연속된 2개의 FFT(308) 출력값의 합이 미리 정해진 임계 값 이상인지를 검사한다.

상기 502단계에서 상기 연속된 2개의 값의 합이 미리 정해진 임계 값이하라면, 504단계로 진행하여 직류 옵셋이 매우 작은 경우이므로 별도의 보상을 취하지 않는다.

반면, 상기 502단계에서 상기 연속된 2개 값의 합이 미리 정해진 임계 값이하라면, 506단계로 진행하여 먹스(312)로 최대 값이 얻어진 2개의 부반송파 인덱스를 전달한다. 그리고, 508단계에서 FFT부(312)의 다음 출력때까지 대기하게 된다.

본 발명을 적용함에 따라 추가적인 하드웨어를 구현함이 없이 기존의 OFDM 수신기에 구비된 FFT부만을 이용하여 직류 옵셋을 시간 지연 없이 빠르게 검출하고, 그에 따른 보상을 수행할 수 있다. 그 결과로 수신기에서 동기 성능의 향상 및 기타 초기 블록 동작의 정상화를 기대할 수 있다. 또한 저잡음 증폭기 및 기저대역 처리부의 자동 이득 제어부의 이득 변경으로 인한 직류 옵셋의 변경 시에도 원활한 직류 보정 동작을 수행할 수 있다. 본 발명에서 제안된 장치를 사용하여 직접 변환 방식을 사용하는 수신기의 수신 감도를 향상 시킬 수 있으며 전체 송신기의 커버리 지(Coverage)를 확대하여(즉 음영 지역을 줄일수 있음) 비용 절감을 기대할 수 있다.

Claims (6)

1. 직교 분할 다중 접속 방식의 통신 시스템의 수신기에서 주파수 직접 변환 시 직류 옵셋을 제거하기 위한 장치에 있어서,

   RF 전단부에서 다운 컨버팅된 신호를 디지털로 변환하는 아날로그 디지털 변환기와,

   직류 옵셋 성분이 포함된 상기 디지털로 변환된 신호를 수신하고 직렬/병렬 변환하는 직렬/병렬 변환부와,

   상기 직렬/병렬 변환부로부터 출력된 신호를 고속 푸리에 변환(FFT)하는 고속 푸리에 변환부와,

   상기 고속 푸리에 변환부에서 출력된 신호에서 직류 옵셋이 포함된 부반송파의 인덱스를 검출하는 직류 톤 검출부와,

   상기 직류 톤 검출부로부터의 직류 옵셋이 포함된 부반송파의 인덱스를 수신하여 상기 인덱스에 해당하는 부반송파를 제1 및 제2 곱셈기로 출력하는 먹스(MUX)와,

   동기부로부터 수신한 주파수 옵셋으로부터 도출해낸 본래의 직류 옵셋 양을 추정해 내기 위한 제1 보정 상수 및 제2 보정 상수를 계산하여 상기 제1 곱셈기와 상기 제2 곱셈기로 출력하는 계산부와,

   상기 제1 곱셈기와 상기 제2 곱셈기의 출력을 가산하여 상기 아날로그 디지털 변환부의 후단의 제2 가산기로 출력하는 제1 가산기와,

   상기 제1 가산기의 출력과 상기 아날로그 디지털 변환부의 출력을 가산하여 출력하는 제2 가산기를 포함함을 특징으로 하는 수신기에서 직류 옵셋 제거 장치.
2. 제1 항에 있어서, 상기 직류 옵셋 제거 장치는 상기 제1 가산기의 출력을 아날로그 신호로 변환하여 상기 RF 전단부로 출력함을 특징으로 하는 수신기에서 직류 옵셋 제거 장치.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 직류 톤 검출부가 상기 고속 푸리에 변환부에서 연속으로 출력된 2개 부반송파 신호의 절대 값 합이 미리 정해진 임계 값 이상이면, 해당 신호에 직류 오프셋 성분이 포함되어있다고 판단함을 특징으로 하는 수신기에서 직류 옵셋 제거 장치.
4. 직교 분할 다중 접속 방식의 통신 시스템의 수신기에서 주파수 직접 변환 시 직류 옵셋을 제거하기 위한 방법에 있어서,

   RF 전단부에서 다운 컨버팅된 신호를 디지털 신호로 변환하는 과정과,

   직류 오프셋 성분이 포한된 상기 디지털로 변환된 신호를 직렬/병렬 변환하 는 과정과,

   상기 직렬/병렬 변환된 신호를 고속 푸리에 변환하는 과정과,

   상기 고속 푸리에 변환된 신호에서 직류 옵셋이 포함된 부반송파의 인덱스를 검출하는 과정과,

   상기 직류 옵셋이 포함된 부반송파의 인덱스를 수신하여 상기 인덱스에 해당하는 부반송파를 제1 및 제2 곱셈기로 출력하는 과정과,

   동기부로부터 수신한 주파수 옵셋으로부터 도출해낸 본래의 직류 옵셋 양을 추정해 내기 위한 제1 보정 상수 및 제2 보정 상수를 계산하여 상기 제1 곱셈기와 상기 제2 곱셈기로 출력하는 과정과,

   상기 제1 곱셈기와 상기 제2 곱셈기의 출력을 가산하여 아날로그 디지털 변환부 후단의 가산기로 출력하는 과정과,

   상기 가산기의 출력과 상기 아날로그 디지털 변환부의 출력을 가산하여 Rx 필터로 출력하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 수신기에서 직류 옵셋 제거 방법.
5. 제4 항에 있어서, 상기 제1 곱셈기와 상기 제2 곱셈기의 출력을 가산하여 디지털 아날로그 변환부로 전달하는 과정과,

   상기 디지털 아날로그 변환부에서 상기 가산된 신호를 아날로그 신호로 변환하여 RF 전단부로 전달하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 수신기에서 직류 옵셋 제거 방법.
6. 제4 항에 있어서, 상기 고속 푸리에 변환된 신호에서 직류 옵셋이 포함된 부반송파의 인덱스를 검출하는 과정은,

   상기 고속 푸리에 변환된 신호들 중 연속으로 출력된 2개 부반송파 신호의 절대 값 합이 미리 정해진 임계 값 이상이면, 해당 신호에 직류 오프셋 성분이 포함되어있다고 판단함을 특징으로 하는 수신기에서 직류 옵셋 제거 방법.

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