KR20070093767A - 직교주파수분할다중 통신 시스템의 초기 동기 검출 장치 및방법 - Google Patents

직교주파수분할다중 통신 시스템의 초기 동기 검출 장치 및방법 Download PDF

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KR20070093767A
KR20070093767A KR1020060024115A KR20060024115A KR20070093767A KR 20070093767 A KR20070093767 A KR 20070093767A KR 1020060024115 A KR1020060024115 A KR 1020060024115A KR 20060024115 A KR20060024115 A KR 20060024115A KR 20070093767 A KR20070093767 A KR 20070093767A
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 직교주파수분할다중(OFDM) 통신 시스템을 위한 초기 동기 검출 장치 및 장치에 대한 것이다. 상기 장치는, 검출하고자 하는 프리엠블의 제1 반복 패턴에 따라 입력신호에 대해 상기 제1 반복 패턴의 시작 위치를 검출하는 제1 반복패턴 검출부와, 상기 제1 반복 패턴의 정수배의 반복 회수를 가지는 제2 반복 패턴을 가지는 간섭신호를 검출하기 위하여, 상기 입력신호에 대해 상기 제2 반복 패턴의 시작 위치를 검출하는 제2 반복패턴 검출부와, 상기 제1 반복패턴 검출부의 검출된 신호에서 상기 제2 반복패턴 검출부의 검출된 신호를 감산하는 결합기와, 상기 감산된 신호 중 최대 전력 값을 가지는 샘플 위치를 상기 프리엠블의 시작 위치로서 검출하는 동기 결정부로 이루어진다. 이러한 본 발명은, 프레임 내에 유사한 반복패턴을 갖는 다른 심볼이 존재하거나 신호가 없는 구간이 존재할 경우에도, 동기 검출의 오류를 감소시킬 수 있다.
자기 상관, 직교주파수분할다중(OFDM), 초기 동기 검출, 프리엠블, 간섭 신호 제거

Description

직교주파수분할다중 통신 시스템의 초기 동기 검출 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR INITIAL SYNCHRONIZATION IN MOBILE COMMUNICATION SYSTEM USING OFDM}
도 1은 전형적인 OFDM 통신 시스템의 동기 검출 장치를 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 OFDM 통신 시스템의 동기 검출 장치를 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 OFDM 통신 시스템의 입력 프레임 및 심볼 구조를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초기 동기 검출 동작을 나타낸 흐름도.
도 5a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 주 경로의 검출 결과를 도시하는 도면.
도 5b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보조 경로의 검출 결과를 도시하는 도면.
도 5c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 간섭 제거된 검출 결과를 도시하는 도면.
본 발명은 이동통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing: OFDM)를 사용하는 이동통신 시스템에서 초기 시간 동기의 검출을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
이동통신 시스템은 아날로그 방식의 1세대, 디지털 방식의 2세대, IMT(International Mobile Technology)-2000의 고속 멀티미디어 서비스를 제공하는 3세대에 이어 초고속 멀티미디어 서비스를 제공하는 3세대 LTE(Long Term Evolution) 혹은 4세대 이동통신 시스템으로 발전하고 있는 추세이다. 차세대 이동 통신 시스템은 보다 높은 데이터 전송율을 지원하기 위한 것으로 100Mbps의 이상의 고속 데이터 전송을 목표로 하고 있다. 이러한 차세대 이동통신시스템은 다중 경로를 통해 전송되는 무선 채널 환경에서 상기 다중 경로에 따른 감쇄를 보상하며 또한, 패킷 서비스에 따라 갑자기 증가하는 버스트 패킷 데이터를 보장한다.
차세대 이동통신의 요구되는 특성을 만족시키는 무선 전송 기술의 유력한 후보로, 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing: 이하 OFDM이라 칭함)가 대두되고 있다. OFDM은 여러 개의 부반송파들을 사용하는 다수반송파 전송/변조(MultiCarrier Transmission/Modulation: MCM) 방식의 일종으로 입력 데이터를 사용 부반송파의 수만큼 병렬화하고 병렬화된 데이터를 여러 개의 반송파들에 실어 전송하는 방식이다. OFDM 자원은 시간 영역 및 주파수 영역으로 구성되는 OFDM 프레임들이며, 각 OFDM 프레임은 상향링크(Up-link) 구간 및 하향링크(Down-link) 구간으로 이루어진다.
전형적인 CDMA 시스템과 마찬가지로 OFDM 시스템에서도, 한 셀 영역에서 통신을 개시하고자 하는 단말은 상기 셀의 시간 및 주파수 동기를 획득할 필요가 있다. OFDM 시스템에서는 OFDM 프레임의 미리 약속된 심볼(Symbol)을 사용하여 반복되는 패턴을 전송함으로서, 단말로 하여금 초기 동기를 검출하게 한다. 일 예로서 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16 시스템에서는, 심볼의 한 종류로서 프리엠블(Preamble)을 사용한다. 상기 프리엠블은 341개의 샘플들이 세 번 반복되는 패턴으로 구성되고, 단말은 상기 프리엠블의 반복 특성을 검출할 수 있는 자기 상관기를 사용하여 초기 동기 검출을 수행한다. 초기 동기 검출이 완료되면, 초기 프레임 동기가 확보되고 이어지는 심볼 동기의 검출 및 전체적인 동기가 수행될 수 있다.
이러한 초기 동기 검출 과정은 기지국 및 다른 단말들의 동작과는 시간적으로 무관하게, 즉 전체적인 시스템의 시간정보를 알지 못하는 시점에서 수행되기 때문에, 단말은 OFDM 프레임의 상향링크 구간 및 하향링크 구간을 포함한 전 구간을 관찰하며 동기 검출을 수행하게 된다.
도 1은 전형적인 OFDM 통신 시스템의 동기 검출 장치를 나타낸 블록도로서, 도시한 바와 같이 자기 상관기(102), 상관값 지연부(108), 누적기(110), 제곱기(112), 동기 결정부(114)로 이루어진다.
도 1을 참조하면, 입력신호는 I(In-Phase) 성분 및 Q(Quadrature-Phase) 성분으로 이루어진 BPSK(Binary Shift Keying) 변조된 신호이며, RF(Radio Frequency) 부(도시하지 않음)에 의해 수신되고 아날로그/디지털 변환을 거쳐 자기 상관기(102) 내의 입력신호 지연부(104)에 저장된다. 상기 입력신호 지연부(104)의 저장 용량, 즉 지연 정도는 검출하고자 하는 반복 패턴에 근거하며, 상기 반복 패턴의 반복 주기와 동일하다. 상기 입력신호 지연부(104)에 의해 지연된 신호는, 다음 반복 주기의 입력신호와 공액 곱셈기(106)에 의해 곱해짐으로써, 자기 상관된다.
채널의 왜곡이 없는 이상적인 경우, 상기 다음 반복 주기의 입력신호와 상기 지연된 신호는 동일하다. 따라서 상기 두 신호들이 위상변화를 겪지 않았거나 동일한 위상변화를 겪은 경우, 상기 두 신호들에 대하여 매 샘플 별로 공액 곱셈을 수행하게 되면, 공액 곱셈기(106)의 I/Q출력은 연속해서 동일한 부호들을 가지는 자기상관 신호가 된다. 이러한 공액 곱셈기(106)의 출력을 누적기(110)을 이용하여 샘플별로 누적하게 되면, 누적된 신호는 누적범위 내에서 연속적으로 증가 또는 감소하게 된다.
상관값 지연부(108)는 누적기(110)에 의한 누적 연산을 연속적으로 수행할 수 있도록, 매 샘플구간마다 누적범위 내에 새로이 추가되는 자기상관 값을 누적함과 동시에 누적범위를 벗어나는 과거의 자기상관 값을 제거함으로써, 이동 누적(moving accumulation)을 지원한다. 상관값 지연부(108)의 저장 용량, 즉 지연시간은 반복 패턴의 전체 누적길이에 근거한다. 제곱기(112)는 누적기(110)로부터 출력 되는 누적된 신호의 I/Q 성분들을 이용하여 샘플별 전력 값들을 계산하고, 상기 샘플별 전력 값들로 이루어진 검출된 신호는, 최종적으로 동기 결정부(114)로 전달된다. 누적기(110)의 출력은 새로운 샘플이 들어올 때마다 연속적으로 갱신되며 결과적으로 제곱기(112)의 결과 역시 매 샘플 구간 별로 갱신된다. 동기 결정부(114)는 매 샘플 구간 마다 연속적으로 입력되는 전력 값들을 정해진 구간동안 관찰하고, 상기 정해진 구간 안에서 최대 전력 값이 발생하는 샘플 위치로 동기, 즉 OFDM 프레임의 시작을 결정하게 된다.
그런데 만약 초기 동기 검출 과정에서 프리엠블과 동일한 반복 특성, 또는 프리엠블의 반복 회수의 정수배의 반복 회수를 갖는 다른 신호가 단말로 유입될 경우, 단말은 초기 동기 검출을 위한 연산 과정에서 프리엠블이 아닌 상기 다른 신호를 프레임의 시작으로 판단하는 오류를 일으키게 된다. 또한 일반적으로 초기 동기 검출 과정에서는 단말이 수신하는 신호의 이득(Gain)이 정해지지 않은 상태이므로, 상기 이득을 결정하는 동작과 초기 동기 검출이 동시에 동작하게 된다. 결과적으로 경우에 따라서는 초기 동기 검출 과정에서 아주 작은 신호가 들어오거나 신호가 원래 존재하지 않는 구간에 대해서도 이를 연속되는 반복 특성으로 오인하게 될 가능성이 있으며, 특히 수신 신호에 직류 편향(DC(Direct Current) Offset)이 포함되어 있을 경우에는 그 가능성이 더욱 커진다.
그러므로 OFDM 통신 시스템에서 초기 동기 검출의 오류 확률을 줄이기 위한 새로운 기술을 필요로 하게 되었다.
따라서 상기한 바와 같이 동작되는 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 본 발명은, OFDM 통신 시스템의 초기 동기 검출을 정확하고 효율적으로 수행하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명은, OFDM 통신 시스템에서 프리엠블의 반복 회수의 정수배의 반복 회수를 갖는 신호 및 널 신호에 의한 영향을 제거하고 프리엠블을 검출하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예는, 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 통신 시스템을 위한 초기 동기 검출 장치에 있어서,
검출하고자 하는 프리엠블의 제1 반복 패턴에 따라 입력신호에 대해 상기 제1 반복 패턴의 시작 위치를 검출하는 제1 반복패턴 검출부와,
상기 제1 반복 패턴의 정수배의 반복 회수를 가지는 제2 반복 패턴을 가지는 간섭신호를 검출하기 위하여, 상기 입력신호에 대해 상기 제2 반복 패턴의 시작 위치를 검출하는 제2 반복패턴 검출부와,
상기 제1 반복패턴 검출부의 검출된 신호에서 상기 제2 반복패턴 검출부의 검출된 신호를 감산하는 결합기와,
상기 감산된 신호 중 최대 전력 값을 가지는 샘플 위치를 상기 프리엠블의 시작 위치로서 검출하는 동기 결정부로 이루어짐을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예는, 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 통신 시스템을 위한 초기 동기 검출 방법에 있어서,
검출하고자 하는 프리엠블의 제1 반복 패턴에 따라 입력신호에 대해 상기 제1 반복 패턴의 시작 위치를 검출하는 과정과,
상기 제1 반복 패턴의 정수배의 반복 회수를 가지는 제2 반복 패턴을 가지는 간섭신호를 검출하기 위하여, 상기 입력신호에 대해 상기 제2 반복 패턴의 시작 위치를 검출하는 과정과,
상기 제1 반복패턴의 시작 위치를 나타내는 신호에서 상기 제2 반복패턴의 시작 위치를 나타내는 신호를 감산하는 과정과,
상기 감산된 신호 중 최대 전력 값을 가지는 샘플 위치를 상기 프리엠블의 시작 위치로서 검출하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
후술되는 본 발명의 주요한 요지는 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 방식을 사 용하는 이동통신 시스템에서 OFDM 프레임의 초기 동기를 획득하기 위한 것으로서, 특히 OFDM 프레임의 시작을 나타내는 반복 특성을 가지는 프리엠블을 정확하게 검출하는 것이다. 구체적으로 본 발명은 원하는 반복 특성을 가지는 신호(즉 프리엠블)를 검출하는 주 경로와, 정수배의 반복 특성을 가지는 신호를 검출하는 보조 경로를 포함한다. 상기 주 경로의 검출된 신호는 정수배의 반복 특성을 가지는 검출된 신호를 포함하게 된다. 따라서 상기 주 경로의 검출된 신호에서 상기 보조 경로의 검출된 신호를 제거함으로써, 원하는 반복 특성을 가지는 신호, 즉 프리엠블의 동기를 검출한다.
이하 본 발명을 구체적으로 설명하는데 있어, IEEE 802.16 시스템의 프레임 구조를 이용할 것이다. 하지만, 본 발명의 기본 목적인 OFDM 프레임의 초기 동기 획득은 유사한 기술적 배경 및 채널형태를 가지는 여타의 이동통신 시스템에도 본 발명의 범위를 크게 벗어나지 아니하는 범위에서 약간의 변형으로 적용 가능하며, 이는 본 발명의 분야에서 숙련된 기술적 지식을 가진 자의 판단으로 가능할 것이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 OFDM 통신 시스템의 동기 검출 장치를 나타낸 블록도로서, 도시한 바와 같이 2개의 반복 패턴 검출부들(202, 216)과 결합기(230) 및 동기 결정부(236)로 이루어진다. 여기서 상기 반복 패턴 검출부들(202, 216)은, 각각 자기 상관기(204, 218), 상관값 지연부(210, 224), 누적기(212, 226), 제곱기(214, 228)로 이루어진다.
도 2를 참조하면, 입력신호는 I 성분 및 Q 성분으로 이루어진 BPSK 변조된 신호이며, RF 부(도시하지 않음)에 의해 수신되고 아날로그/디지털 변환을 거쳐 주 경로의 반복 패턴 검출부(202) 및 보조 경로의 반복 패턴 검출부(216)로 동일하게 입력된다. 주 경로의 반복 패턴 검출부(202)의 동작은 종래의 동기 검출 장치와 유사하게, 프리엠블의 반복 특성을 가지는 신호를 검출한다. 주 경로의 반복 패턴 검출부(202)의 동작을 설명하면 다음과 같다.
상기 입력신호는 자기 상관기1(204) 내의 입력신호 지연부1(206)에 저장된다. 상기 입력신호 지연부1(206)의 저장 용량, 즉 지연 정도는 검출하고자 하는 반복 패턴에 근거하며, 상기 반복 패턴의 반복 주기와 동일하다. 구체적인 예로서, 한 심볼이 1152개의 샘플들로 이루어지고 심볼간 간섭을 방지하기 위하여 128개의 주기적 전치부호(Cyclic Prefix: CP)를 가지는 경우, 프리엠블로서 동작하기 위하여 상기 심볼 내에서 341개의 샘플들이 3회 반복된다. 이와 같이 한 심볼 내에서 3회 반복되는 패턴으로 구성되는 프리엠블을 검출하고자 하는 경우, 상기 입력신호 지연부1(206)은 입력신호를 341 샘플들만큼씩 지연시킨다. 상기 입력신호 지연부1(104)에 의해 지연된 신호는, 상기 341 샘플들 이후의 입력 샘플들과 공액 곱셈기1(208)에 의해 곱해짐으로써, 자기 상관된다. 공액 곱셈기1(208)의 출력을 누적기1(212)을 이용하여 샘플별로 누적하게 되면, 누적된 신호는 누적범위 내에서 연속적으로 증가 또는 감소하게 된다.
상관값 지연부1(210)은 누적기1(212)에 의한 누적 연산을 연속적으로 수행할 수 있도록, 매 샘플구간마다 누적범위 내에 새로이 추가되는 자기상관 값을 누적함 과 동시에 누적범위를 벗어나는 과거의 자기상관 값을 제거함으로써, 이동 누적을 지원한다. 상관값 지연부1(210)의 저장 용량, 즉 지연시간은 반복 패턴의 전체 누적길이에 근거한다. 앞서 예시한 프리엠블 구조의 경우 상관값 지연부1(210)의 저장 용량은 810 샘플들이다. 제곱기1(214)은 누적기1(212)로부터 출력되는 누적된 신호의 I/Q 성분들을 이용하여 샘플별 전력 값들을 계산하고, 상기 샘플별 전력 값들로 이루어진 주 경로의 검출된 신호는 결합기(230)로 전달된다.
상기와 같이 주 경로의 반복 패턴 검출부(202)는 입력신호에 대해서 한 심볼 구간 내에 3번 반복된 패턴을 검출하도록 설계되어 있다. 이는 검출하고자 하는 프리엠블이 3회 반복 특성을 가지기 때문이다. 그런데 만일 3의 N배(여기서 N은 1보다 큰 정수)만큼 반복된 패턴이 상기 입력신호 내에 존재한다면, 상기 주 경로의 반복 패턴 검출부(202)는, 상기 3의 N배만큼 반복된 패턴에 대해서도, 원하는 3회 반복 패턴의 경우와 동일한 출력을 발생하게 된다. 이는 3의 N배만큼 반복된 패턴들은 N개씩의 패턴들이 3회 반복된 것과 동일하기 때문이다.
또한 송신된 신호가 존재하지 않는 구간에서 직류 편향(DC Offset)에 의해 상기 입력신호가 어느 한쪽 부호로 치우쳐 졌을 경우, 이는 주 경로의 반복 패턴 검출부(202)에 의해 반복 패턴으로 해석할 수 있으므로, 마찬가지로 주 경로의 반복 패턴 검출부(202)는 정상적인 경우(즉 입력신호 내에 반복성이 없는 경우)에 비해 상당히 큰 값을 보이게 된다. 결과적으로 위의 두 가지 경우 모두, 원하는 반복 패턴을 갖는 심볼을 찾아내는데 부정적인 요소로 작용하고, 주 경로의 반복 패턴 검출부(202)에 의해 검출된 신호는, 원하는 3회 반복 패턴이 존재하는 위치뿐만 아 니라, 3의 N배의 반복 패턴이 존재하는 위치와 신호가 없는 위치에서도, 피크의 전력 값들을 가지게 된다. 이 경우 후자인 2개의 경우에 대해 검출된 전력 값들은, 원하는 반복 패턴을 검출하는데 있어서 간섭으로 작용한다.
상기 주 경로의 검출된 신호에 포함된 간섭 신호들을 제거하기 위하여, 보조 경로의 반복 패턴 검출부(216)는 상기 간섭 신호들만을 검출한다. 하기에서 보조 경로의 반복 패턴 검출부(216)의 동작을 설명하면 다음과 같다.
보조 경로에서, 상기 입력신호는 자기 상관기2(218) 내의 입력신호 지연부2(220)에 저장된다. 상기 입력신호 지연부2(220)의 저장 용량, 즉 지연 정도는 상기 간섭 신호의 반복 특성에 따라 정해진다. 구체적으로, 상기 입력신호 지연부2(220)는 프리엠블은 검출하지 못하고 상기 간섭 신호만을 검출할 수 있도록 설계된다. 상기 입력신호 지연부2(220)에 의해 지연된 신호는, 이후의 입력 샘플들과 공액 곱셈기2(222)에 의해 곱해짐으로써, 자기 상관된다. 공액 곱셈기2(222)의 출력을 누적기2(226)를 이용하여 샘플별로 누적하게 되면, 누적된 신호는 누적범위 내에서 연속적으로 증가 또는 감소하게 된다.
상관값 지연부2(224)는 누적기2(226)에 의한 누적 연산을 연속적으로 수행할 수 있도록, 매 샘플구간마다 누적범위 내에 새로이 추가되는 자기상관 값을 누적함과 동시에 누적범위를 벗어나는 과거의 자기상관 값을 제거함으로써, 이동 누적을 지원한다. 상관값 지연부2(224)의 저장 용량, 즉 지연시간은 간섭 신호의 반복 패턴에 대한 전체 누적길이에 근거한다. 제곱기2(228)는 누적기2(226)로부터 출력되는 누적된 신호의 I/Q 성분들을 이용하여 샘플별 전력 값들을 계산하고, 상기 샘플 별 전력 값들로 이루어진 보조 경로의 검출된 신호는 결합기(230)로 전달된다.
상기와 같이 구성되는 보조 경로의 반복 패턴 검출부(216)의 동작 방식은 주 경로와 동일하다. 앞서 언급한 바와 같이, 보조 경로의 역할은 주 경로만으로 동기 검출을 수행하였을 경우 동기 결정부(236)에서 정확한 동기를 검출을 하는데 방해가 되는 간섭 신호의 형태를 예측하여, 상기 간섭 신호에 대한 성분을 걸러내주는 것이다.
결합기(230)는 상기 주 경로의 검출된 신호에서 상기 보조 경로의 검출된 신호를 뺌으로써, 상기 주 경로의 검출된 신호에 포함된 간섭 신호를 제거한다. 이때 보상기(234)는 상기 주 경로의 검출된 신호에 대한 상기 보조 경로의 검출된 신호의 전력 차를 보상하기 위하여, 상기 보조 경로의 검출된 신호의 진폭을 보상한다. 일반적으로 한 프레임은 크게 프리엠블과 일반 심볼들로 구성되어 있고, 프리엠블은 동기 획득 및 진폭 보상, 채널 추정 등의 목적으로 사용될 수 있도록, 일반 심볼들보다 큰 전력을 가지고 송신된다. 그러므로 보상기(234)는, 프리엠블에서 추정한 전력 값들과 일반 심볼들에서 추정한 전력 값들에 대한 비율을 고려하여, 상기 보조 경로의 검출된 신호의 진폭을 보상한다. 합산기(232)는 상기 주 경로의 검출된 신호에서 상기 보상된 신호를 뺌으로써 상기 주 경로의 검출된 신호에 포함된 간섭 신호를 제거한다. 그러면 동기 결정부(236)는 매 샘플 구간 마다 연속적으로 입력되는 전력 값들을 정해진 구간동안 관찰하고, 상기 정해진 구간 안에서 최대 전력 값이 발생하는 샘플 위치로 동기, 즉 OFDM 프레임의 시작을 결정하게 된다.
매 샘플 구간마다 연속적으로 출력되는 합산된 샘플들 각각을 이전 샘플들 및 이후 샘플들과 비교하여, 피크가 발생하는 샘플 위치를 판단한다. 만일 이전 샘플들 및 이후 샘플들에 비해 매우 큰 크기를 가지는 샘플이 존재하면, 상기 해당 샘플의 위치를 프리엠블의 시작으로서 검출한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구체적인 동작의 일 예를 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초기 동기 검출 동작을 나타낸 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 402단계에서는 I 성분 및 Q 성분으로 이루어진 신호가 동기 검출 장치로 입력된다. 상기 입력신호는 406 내지 410단계를 거쳐 주 경로에서 처리되는 한편, 416 내지 420단계를 거쳐 보조 경로에서 처리된다.
먼저 주 경로의 동작을 설명한다. 406단계에서 자기 상관기1(204)은 상기 입력신호를 341 샘플씩 지연시키면서 자기 상관하여 자기 상관 샘플을 출력한다. 408단계에서 누적기1(212)은 이전 누적 샘플에 상기 자기 상관기1(204)로부터 출력되는 자기 상관 샘플을 더하고 상관값 지연부1(210)로부터 제공된 810 샘플 이전의 자기 상관 샘플을 더하여 누적 샘플을 출력한다. 410단계에서 제곱기1(214)은 상기 누적 샘플의 I 성분 및 Q 성분을 각각 제곱하여 합산함으로써 주 경로에 대한 전력 값을 계산한다.
다음으로 보조 경로의 동작을 설명한다. 416단계에서 자기 상관기2(218)는 상기 입력신호를 256 샘플씩 지연시키면서 자기 상관하여 자기 상관 샘플을 출력한다. 418단계에서 누적기2(226)는 이전 누적 샘플에 상기 자기 상관기2(218)로부터 출력되는 자기 상관 샘플을 더하고 상관값 지연부2(224)로부터 제공된 1,063 샘플 이전의 자기 상관 샘플을 빼서 누적 샘플을 출력한다. 420단계에서 제곱기2(228)는 상기 누적 샘플의 I 성분 및 Q 성분을 각각 제곱하여 합산함으로써 보조 경로의 전력 값을 계산한다.
412단계에서 결합기(230)는 상기 주 경로의 전력 값에서 상기 보조 경로의 전력 값을 감산한다. 상기 주 경로의 전력 값이 간섭 신호인 경우, 상기 주 경로의 전력 값은 상기 보고 경로의 전력 값에 의해 상쇄된다. 그러면 422단계에서 동기 결정부(236)는 매 샘플 구간마다 연속적으로 출력되는 합산된 샘플들 각각을 이전 샘플들 및 이후 샘플들과 비교하여, 피크가 발생하는 샘플 위치를 판단한다. 만일 이전 샘플들 및 이후 샘플들에 비해 매우 큰 크기를 가지는 샘플이 존재하면, 상기 해당 샘플의 위치를 프리엠블의 시작으로서 검출한다.
이하 구체적인 동작 예로서, 주 경로의 입력 신호 지연부1(206)과 상관값 지연부1(210)이 한 심볼 내에 3번 반복되는 패턴을 검출하도록 설계되고, 보조 경로의 입력신호 지연부2(220)와 상관값 지연부2(224)는 한 심볼 내에 12번 반복되는 패턴을 검출하도록 설계된 경우를 설명한다. 상기 주 경로와 보조 경로의 동작을 설명하기 위하여 도 3과 같은 OFDM 프레임 구조를 이용한다. 도 3을 참조하면, 각 프레임(302) 내에는 복수의 연속된 심볼들(304, 306, 308)이 존재한다.
각 프레임(302)의 처음으로 위치하는 심볼(304)은 프리엠블이다. 상기 프리엠블(304)은 3번 반복되는 패턴으로 이루어진다. 또한 상기 프레임(302) 안에서는 그 중간에 12번(3의 4배)만큼 반복되는 패턴으로 이루어진 심볼(308)이 존재하며, 상기 프레임(302)에서 상향링크 구간과 하향링크 구간을 구분하기 위하여 신호가 존재하지 않는 천이 구간(Transition Gap)(310)이 존재한다. 상기 천이 구간(310)은 일반적인 TDD(Time Division Duplex) 시스템에서 수신과 송신, 혹은 송신과 수신을 천이하기 위하여, 송/수신 모드로의 안테나 및 하드웨어 절체를 목적으로 약속된 시간을 의미한다.
상기 도 3과 같이 구성되는 OFDM 프레임에 대하여, 3회 반복 패턴을 검출하는 주 경로와 12회 반복 패턴을 검출하는 보조 경로로 구성된 동기 검출 장치의 동작을 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 설명한다. 도 5a 내지 도 5c의 가로 축은 샘플 시간을 의미하고 세로축은 해당 샘플에서의 심볼 경계를 시작으로 하는 자기상관 함수의 누적 값의 전력을 나타낸다.
도 5a는, 상기 프레임(302)의 프리엠블(304), 즉 한 심볼 내에 3번 반복되는 패턴을 검출하도록 설계된 주 경로의 반복 패턴 검출부(202)의 출력을 나타낸 것이다. 가장 첫 번째 샘플인 0번째 샘플에서 발생된 피크1(502)은 프레임의 경계를 나타내는 프리엠블(304)의 시작 시점을 나타내고, 이 때 프리엠블(304)의 3번 반복 특성으로 인해서 큰 파워 값이 나타난다. 하나의 프레임(302)이 50,000 샘플들로 구성되어 있다고 하면, 시간축의 끝인 50,000번째 샘플에서 다음 프레임의 프리엠블이 시작하기 때문에 다시 큰 파워 값이 나타난다.
또한 시간축의 약 10,000번째 샘플 부근에서 발생된 피크2(504)는, 12번 반복 특성을 가지는 심볼(308)에 의한 것이다. 더불어 30,000번째 샘플 부근에서 나타나는 피크3(506)은 신호가 없는 천이 구간(310)에 의해서 나타난 것이다. 상기 도 5a와 같이 나타나는 주 경로의 검출 결과만을 가지고 동기 추정을 수행하게 될 경우, 실제 프레임 경계는 프리엠블(304)이 위치하는 0번째 샘플의 피크1(502)임에도 불구하고, 10,000번째 샘플 부근의 피크2(504) 혹은 30,000번째 샘플 부근의 피크3(506)에서 프리엠블이 존재한다고 잘못 판단하게 될 수 있다. 이는 프레임의 경계를 잘못 판단하는 결과로 이어지고, 이는 결국 동기 추정 오류를 일으킨다. 즉 피크2(504) 및 피크3(506)은 피크1(502)에 대한 간섭 신호이다.
도 5b는, 상기 프레임(302)에서 한 심볼 내에 12번 반복되는 패턴을 검출하도록 설계된 보조 경로의 반복 패턴 검출부(216)의 출력을 나타낸 것이다. 보조 경로의 반복 패턴 검출부(216)는 3번 반복되는 패턴의 심볼을 검출하지 못한다. 즉 0번째 샘플과 50,000번째 샘플 부근의 전력은 매우 작은 값으로 나타난다. 반면 10,000번째 샘플 부근과 30,000번째 샘플 부근에서는, 12번 반복 특성을 가지는 심볼(308)에 의한 피크1(514)과 신호가 없는 천이 구간(310)에 의한 피크2(516)가 각각 발생한다.
도 5c는 결합기(230)를 이용하여 주 경로의 검출된 신호(도 5a)에서 보조 경로의 검출된 신호(도 5b)를 감산한 결과를 나타낸다. 도 5c를 살펴보면 0번째 샘플 위치와 50,000번째 샘플 위치에서는 매우 큰 크기의 피크1(522)이 존재하는 반면, 10,000번째 샘플 부근과 30,000번째 샘플 부근에서는 상대적으로 작은 크기의 피크2(524) 및 피크3(526)이 존재하고 있다. 동기 결정부(236)는 상기 도 5c와 같은 결과에 따라, 0번째 샘플 위치를 프리엠블(304)의 시작, 즉 프레임의 경계로 결정짓게 된다.
상기 도 5c를 통해서, 3번 반복되는 패턴을 검출하는 주 경로에 3의 N배만큼 반복되는 패턴을 검출하는 보조 경로를 추가하고, 주 경로의 검출된 신호에서 보조 경로의 검출된 신호를 감산함으로써 동기 검출에 대한 오류 가능성을 현저히 감소시킬 수 있음을 알 수 있다.
이상에서는 간섭 신호를 검출하기 위해 보조 경로에서 12번 반복되는 패턴을 검출하는 구조를 설명하였으나, 3번 반복되는 패턴으로 구성된 프리엠블을 제외한 간섭 신호를 검출하기 위해서는 하기와 같은 방법들을 사용하는 것이 가능하다.
1. 2번 반복되는 패턴을 검출하는 방법.
2. 4번 반복되는 패턴을 검출하는 방법.
3. 6번 반복되는 패턴을 검출하는 방법.
4. 12번 반복되는 패턴을 검출하는 방법.
위의 모든 방법들은 12번 반복되는 패턴은 검출하는 반면, 3번 반복되는 패턴을 검출하는 것은 불가능하다. 따라서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보조 경로에서는 위와 같은 방법들 중 어느 것이든 사용할 수 있다. 보조 경로는 주 경로의 간섭 전력을 제거하기 위한 것이므로, 주 경로와 보조 경로의 전력 레벨을 일치키는 것이 동기 결정에 유리하다. 여기서 각 경로의 전력 레벨은 누적범위에 비례하므로, 보조 경로의 누적 범위는 보조 경로의 검출된 전력 값이, 보조 경로의 검출된 전력 값과 유사하도록 정해진다.
그러면 위의 4가지 방법들에 따른 지연 정도와 누적범위는 다음과 같다.
1. 2번 반복시 => 지연 정도 : 512 [샘플], 누적범위 : 128(CP) + 512 = 640 [샘플]
2. 4번 반복시 => 지연 정도 : 256 [샘플], 누적범위 : 128(CP) + 256*3 = 896 [샘플]
3. 6번 반복시 => 지연 정도 : 171 [샘플], 누적범위 : 128(CP) + 171*5 = 983 [샘플]
4. 12번 반복시 => 지연 정도 : 85 [샘플], 누적범위 : 128(CP) + 85*11 = 1,063 [샘플]
여기서 주 경로의 누적범위인 810 샘플과 가장 유사한 것은 방법 2이다. 그러므로, 보상기(234)의 구조를 간단히 하기 위해서는 보조 경로를 4번 반복되는 패턴을 검출하도록 설계하는 것이 유리함을 알 수 있다. 이 경우 입력신호 지연부2(220)는 입력 신호를 256 샘플 구간만큼씩 지연시키며, 상관값 지연부2(224)는 자기 상관 신호를 863 샘플 구간만큼씩 지연시킨다. 그러면 누적기2(226)는 896개의 자기 상관 샘플들을 누적하게 된다. 결과적으로, 주 경로의 검출된 신호를 A = r(n+i) * r*(n+i+341) (여기서 i = 0 ~ 810)라 하고 부 경로의 검출된 신호를 B = r(n+i) * r*(n+i+256) (여기서 i = 0 ~ 895)라 할 때, 동기 결정부(236)는 (A2-B 2 )을 최대로 하는 n 값을 찾아내게 되며, 상기 n 값이 프리엠블의 시작 위치, 즉 프레임의 시작 위치가 된다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 구체적으로 이상에서는 3번 반복되는 패턴을 가지는 프리엠블을 검출하기 위하여, 3번 반복되는 패턴을 검출하는 주 경로와 12번 반복되는 패턴을 검출하는 보조 경로를 설명하였으나, 당해 기술분야에서 숙련된 자가, 본 발명의 상세한 설명에 개시된 구체적인 실시예로부터, 원하는 회수의 반복 패턴을 가지는 신호를 검출하는 주 경로와, 상기 원하는 회수의 반복 패턴을 가지는 신호는 검출하지 못하고 그 배수의 반복 패턴을 가지는 간섭 신호만을 검출하는 보조 경로를 포함하는 초기 동기 검출 장치를 구성할 수 있음은 자명할 것이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 동작하는 본 발명에 있어서, 개시되는 발명중 대표적인 것에 의하여 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은, OFDM 방식을 사용하는 통신 시스템에서 특정 반복 패턴을 가지는 심볼에 대한 자기상관을 이용하여 프레임 동기를 검출할 때, 상기 프레임 내에 정수배의 반복패턴을 갖는 다른 심볼이 존재하거나 신호가 없는 구간이 존재할 경우에도, 동기 검출의 오류를 감소시킬 수 있다는 이점을 가진다.

Claims (14)

  1. 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 통신 시스템을 위한 초기 동기 검출 장치에 있어서,
    검출하고자 하는 프리엠블의 제1 반복 패턴에 따라 입력신호에 대해 상기 제1 반복 패턴의 시작 위치를 검출하는 제1 반복패턴 검출부와,
    상기 제1 반복 패턴의 정수배의 반복 회수를 가지는 제2 반복 패턴을 가지는 간섭신호를 검출하기 위하여, 상기 입력신호에 대해 상기 제2 반복 패턴의 시작 위치를 검출하는 제2 반복패턴 검출부와,
    상기 제1 반복패턴 검출부의 검출된 신호에서 상기 제2 반복패턴 검출부의 검출된 신호를 감산하는 결합기와,
    상기 감산된 신호 중 최대 전력 값을 가지는 샘플 위치를 상기 프리엠블의 시작 위치로서 검출하는 동기 결정부로 이루어짐을 특징으로 하는 초기 동기 검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 반복 패턴은, 동일한 샘플들이 3번 반복되는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 초기 동기 검출 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제2 반복 패턴은, 동일한 샘플들이 2번, 4번, 6번, 12번 중 하나만큼 반복되는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 초기 동기 검출 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 반복패턴 검출부는,
    상기 입력신호를 상기 제1 반복 패턴의 한 반복 주기 동안 저장하는 입력신호 지연부와,
    상기 입력신호와 상기 입력신호 지연부의 출력 신호를 상관시켜 자기 상관 신호를 출력하는 공액 곱셈기와,
    상기 자기 상관 신호를 상기 제1 반복 패턴에 따라 정해지는 누적 범위 동안 저장하는 상관값 지연부와,
    상기 누적 범위 동안 상기 자기 상관 신호를 누적하는 누적기와,
    상기 누적된 신호의 전력 값을 계산하는 제곱기로 이루어짐을 특징으로 하는 초기 동기 검출 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 입력신호 지연부는 상기 입력신호를 341 샘플 구간 동안 저장하며, 상기 상관값 지연부는 상기 자기 상관 신호를 810 샘플 구간 동안 저장함을 특징으로 하는 초기 동기 검출 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 반복패턴 검출부는,
    상기 입력신호를 상기 제2 반복 패턴의 한 반복 주기 동안 저장하는 입력신호 지연부와,
    상기 입력신호와 상기 입력신호 지연부의 출력 신호를 상관시켜 자기 상관 신호를 출력하는 공액 곱셈기와,
    상기 자기 상관 신호를 상기 제2 반복 패턴에 따라 정해지는 누적 범위 동안 저장하는 상관값 지연부와,
    상기 누적 범위 동안 상기 자기 상관 신호를 누적하는 누적기와,
    상기 누적된 신호의 전력 값을 계산하는 제곱기로 이루어짐을 특징으로 하는 초기 동기 검출 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 입력신호 지연부는 상기 입력신호를 256 샘플 구간 동안 저장하며, 상기 상관값 지연부는 상기 자기 상관 신호를 896 샘플 구간 동안 저장함을 특징으로 하는 초기 동기 검출 장치.
  8. 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 통신 시스템을 위한 초기 동기 검출 방법에 있어서,
    검출하고자 하는 프리엠블의 제1 반복 패턴에 따라 입력신호에 대해 상기 제1 반복 패턴의 시작 위치를 검출하는 과정과,
    상기 제1 반복 패턴의 정수배의 반복 회수를 가지는 제2 반복 패턴을 가지는 간섭신호를 검출하기 위하여, 상기 입력신호에 대해 상기 제2 반복 패턴의 시작 위치를 검출하는 과정과,
    상기 제1 반복패턴의 시작 위치를 나타내는 신호에서 상기 제2 반복패턴의 시작 위치를 나타내는 신호를 감산하는 과정과,
    상기 감산된 신호 중 최대 전력 값을 가지는 샘플 위치를 상기 프리엠블의 시작 위치로서 검출하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 초기 동기 검출 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제1 반복 패턴은, 동일한 샘플들이 3번 반복되는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 초기 동기 검출 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제2 반복 패턴은, 동일한 샘플들이 2번, 4번, 6번, 12번 중 하나만큼 반복되는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 초기 동기 검출 방법.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 제1 반복패턴의 시작 위치를 검출하는 과정은,
    상기 입력신호를 상기 제1 반복 패턴의 한 반복 주기 동안 저장하는 과정과,
    상기 입력신호와 상기 입력신호 지연부의 출력 신호를 상관시켜 자기 상관 신호를 출력하는 과정과,
    상기 자기 상관 신호를 상기 제1 반복 패턴에 따라 정해지는 누적 범위 동안 저장하는 과정과,
    상기 누적 범위 동안 상기 자기 상관 신호를 누적하는 과정과,
    상기 누적된 신호의 전력 값을 계산하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 초기 동기 검출 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 입력신호는 341 샘플 구간 동안 저장되며, 상기 자기 상관 신호는 810 샘플 구간 동안 저장됨을 특징으로 하는 초기 동기 검출 방법.
  13. 제 8 항에 있어서, 상기 제2 반복패턴의 시작 위치를 검출하는 과정은,
    상기 입력신호를 상기 제2 반복 패턴의 한 반복 주기 동안 저장하는 과정과,
    상기 입력신호와 상기 입력신호 지연부의 출력 신호를 상관시켜 자기 상관 신호를 출력하는 과정과,
    상기 자기 상관 신호를 상기 제2 반복 패턴에 따라 정해지는 누적 범위 동안 저장하는 과정과,
    상기 누적 범위 동안 상기 자기 상관 신호를 누적하는 과정과,
    상기 누적된 신호의 전력 값을 계산하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 초기 동기 검출 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 입력신호는 256 샘플 구간 동안 저장되며, 상기 자기 상관 신호는 896 샘플 구간 동안 저장됨을 특징으로 하는 초기 동기 검출 방법.
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