KR20100060456A

KR20100060456A - 무선 통신 시스템에서 주파수 추정 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20100060456A
Application number: KR1020080119051A
Authority: KR
Inventors: 노희진; 임종한
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2008-11-27
Filing date: 2008-11-27
Publication date: 2010-06-07
Also published as: KR101485785B1; US20100128808A1; US8355468B2

Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에서 주파수 추정 방법 및 장치에 관한 것으로, 이러한 본 발명은, 무선 통신 시스템에서 주파수 추정 방법에 있어서, 수신되는 프레임의 주파수 영역에서 적어도 하나의 기준 심벌(RS)를 포함하는 OFDM 심벌 중 연속된 3개의 OFDM 심벌을 추출하는 과정과, 상기 3개의 OFDM 심벌의 기준 심벌들간의 상관을 이용하여 주파수 오프셋을 추정하기 위한 통계값(E)을 산출하는 과정과, 상기 통계값(E)의 각도를 읽고 주파수 오프셋을 추정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템에서 채널 추정 방법과 이러한 방법을 수행하기 위한 장치를 제공한다.

직교 주파수 분할 다중화(OFDM), 기준 심벌(RS), 주파수 동기화

Description

무선 통신 시스템에서 주파수 추정 방법 및 장치{Method and Apparatus for estimating carrier frequency in a wireless communication system}

본 발명은 무선 통신 시스템에서의 주파수 추정 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 통신시스템에서 주파수 추정 방법 및 장치에 관한 것이다.

직교 주파수 분할 다중화(OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 전송 방식은 다중 반송파 변조 방식의 한 종류로서 1990년대 초반 이후 VLSI(Very Large Scale Integration) 기술의 발전에 따라서 각광 받기 시작한 기술이다. OFDM 전송 방식은 상호간 직교성(orthogonality)을 유지하는 부반송파에 데이터를 병렬 전송함을 특징으로 하며 FFT(Fast Fourier Transform) 사용하여 간단하게 구현될 수 있다. 이와 같은 OFDM 시스템은 단일 주파수 변조 방식(single carrier modulation scheme)에 비해 전송 대역을 효율적으로 사용할 수 있어 광대역 전송 방식에 많이 적용되고 있다.

수신 특성에 있어서 OFDM 전송 방식은 단일 반송파 전송 방식에 비해 주파수 선택적 다중 경로 페이딩 채널(frequency selective multi-path fading channel)에 강한 특성을 보인다. 이것은 수신기의 입력 신호 특성이 복수 개의 부반송파가 차지하는 대역에 있어서는 주파수 선택적 채널이 되지만 각각의 부반송파 대역에 있어서는 주파수 비선택적 채널(frequency nonselective channel)이 되므로 간단한 채널 등화 과정을 거쳐서 쉽게 채널 보상이 가능하기 때문이다. 특히, 각각의 OFDM 심벌 앞에는 그 OFDM 심벌의 후반부를 복사하여 전송하는 순환 전치 심벌 (cyclic prefix)을 전송함으로써 이전 심벌로부터의 간섭 성분(inter-symbol 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.

OFDM 시스템의 반송파 주파수 동기 알고리듬은 송수신기들간의 반송파 주파수 오프셋을 보정하는 기능을 수행하는데 반송파 주파수 오프셋은 주로 송수신기들간의 오실레이터(oscillator) 주파수의 차이 및 도플러 주파수 오프셋에 의해 발생된다. 수신단(Rx)으로 입력되는 신호의 반송파 주파수 오프셋은 부반송파 간격보다 클 수 있다. 이와 같이 부반송파 간격의 정수배에 해당되는 반송파 주파수 오프셋을 보정하는 과정을 초기 반송파 주파수 동기로 정의하고, 부반송파 간격의 소수배에 해당되는 반송파 주파수 오프셋을 보정하는 과정을 미세 반송파 주파수 동기로 정의한다. 부반송파의 정수배에 해당되는 오프셋은 전송된 OFDM 신호를 주파수 영역에서 부반송파 단위의 정수배만큼 이동시키므로 FFT 출력 시퀀스를 그 정수배만큼 이동시키는 역할을 하게 된다.

반면, 부반송파의 소수배에 해당되는 오프셋은 FFT 출력 상호간에 간섭을 일으켜 심각한 BER(bit error rate) 성능 저하를 일으키게 된다. 일반적으로 OFDM 시 스템에서는 단일 반송파 전송 시스템에 비해 반송파 주파수 오프셋으로 인한 성능 저하가 상대적으로 큰 것으로 알려져 있다. 본 발명에서는 미세 반송파 주파수 보정 방식을 위한 것이다.

주파수 오프셋을 추정하는 기존의 방식은 크게 두 가지로 구분될 수 있다. 하나는 시간 영역에서의 블라인드 주파수 오프셋 추정 방식이며, 다른 방식은 주파수 영역에서의 특정 심벌 패턴을 가정하는 주파수 오프셋 추정 방식이다.

블라인드 주파수 오프셋 추정 방식은 기존 주파수 추정 방식은 CP(Cyclic Prefix)를 사용하는 방식으로 CP가 한 OFDM 심벌의 뒷부분을 복사하여 그 심벌의 앞에 전송하는 점을 이용한다. 즉, CP와 동일한 패턴이 OFDM 심벌의 뒷부분에 전송되므로 이를 이용하여 상관(correlation)을 구하면 해당 상관(correlation) 출력의 각 변동량이 주파수 오프셋에 해당된다는 사실을 이용하는 방식이다. 이러한 방식은 널리 사용되어 왔으나, 멀티패스가 증가할수록 주파수 오프셋 추정 성능이 급격하게 열화 되며, CP에 DC offset이 있는 경우 주파수 오프셋 추정값에 바이어스(bias)를 일으켜 주파수 추정 성능을 저하시키게 된다.

다른 주파수 추정 방법은 연속된 두 OFDM 심벌에 동일한 패턴이 전송됨을 가정하고, 동일한 부반송파(subcarrier)에 대하여 두 연속된 OFDM 심벌로부터의 신호 사이의 상관(correlation)을 구하면 해당 상관(correlation) 출력의 각 변동량이 주파수 오프셋에 해당된다는 사실을 이용하는 방식이다.

블라인드 주파수 오프셋 추정 방식이 시간영역에서의 처리 방식이라면, 연속된 OFDM 심벌을 전송하는 방식은 주파수 영역에서의 처리 방식이며, 따라서 채널 특성에 따른 성능이 달라진다.

다수의 기지국으로부터 신호를 수신해야 하는 셀룰러 환경하에서 단말이 이동하는 경우 각 기지국으로부터의 수신 신호가 갖는 주파수 오프셋 값이 달라질 수 있다. 특히, 셀 가장자리(cell edge)에서 고속으로 이동하는 환경에서는 이와 같은 현상이 빈번히 발생될 수 있으며, 이때, 서빙 셀(serving cell)로부터의 복조 성능이 다른 기지국으로부터 수신되는 신호의 주파수 오프셋으로 인하여 크게 열화될 수 있다.

기존의 OFDM 수신기에서 사용되는 주파수 동기화 방법 중, 한 OFDM 심벌 내에서 CP를 사용하는 시간 영역의 주파수 오프셋 추정 방식은 상기 셀룰러 환경에서 모든 기지국으로부터의 신호로부터 주파수 오프셋 값을 추정하게 된다. 따라서 서빙 셀(또는 서빙 기지국)로부터의 신호는 다른 기지국으로부터의 수신 신호에 영향을 받아 주파수 오프셋 값이 커질 수 있고 이로 인한 수신 BER 성능이 크게 저하될 수 있다. 반면, OFDM 수신기의 주파수 영역에서의 주파수 오프셋을 추정하는 기존의 방식은 연속된 OFDM 심벌이 동일한 심벌이며 동일한 부반송파(subcarrier)간에서 주파수 오프셋을 추정하는 알고리듬을 사용한다. 그러나 LTE 시스템은 상기 가정하는 연속된 두 OFDM 심벌이 동일한 심벌 패턴(pattern)을 제공하지 않음에 따라서 주파수 영역에서의 기존 주파수 추정 방식은 사용할 수 없는 단점을 가지고 있다.

따라서 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 감안한 본 발명의 목적은 다수의 기지국으로부터 신호를 수신해야 하는 셀룰러 환경에서도 서빙 기지국으로부터의 수신 신호만을 사용하여 안정적인 주파수 오프셋의 추정 방법 및 장치를 제공함에 있다.

OFDM을 사용하는 환경하에서 OFDM의 파일럿 패턴인 RS(reference symbol)을 효율적으로 사용함으로써 주파수 오프셋의 추정이 가능하며 급격한 도플러 변화를 추적할 수 있는 주파수 추정 방법 및 장치를 제공함에 있다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 채널 추정 방법은 수신되는 프레임의 주파수 영역에서 적어도 하나의 기준 심벌(RS)를 포함하는 OFDM 심벌 중 연속된 3개의 OFDM 심벌을 추출하는

본 발명에 따르면, 기지국을 구분할 수 있는 시퀀스가 포함된 기준 심볼(cell-specific reference symbol)을 이용하여 주파수 오프셋을 추정함으로써, 다수의 기지국으로부터 신호를 수신해야 하는 셀룰러 환경하에서도 서빙 셀(serving cell)로부터의 수신 신호만을 사용할 수 있어 안정적인 주파수 오프셋의 추정이 가능하다.

또한, 다수의 기준 심볼(RS, reference symbol)을 사용함으로써 고속의 이동통신 채널 환경이나 멀티패스가 큰 주파수 선택적 채널 환경에서도 신뢰도 높은 주파수 오프셋 추정 성능을 얻을 수 있다.

아울러, 주파수 오프셋 추정 범위를 증가시켜 갑작스런 도플러 주파수 변이에도 충분한 주파수 추적 성능을 얻을 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시 예에 따른 수신기의 구조를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.

도 1a를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수신기는, 특정 주파수를 발생시키는 발진기(1), 발진기(1)의 주파수에 따라 안테나를 통해 RF 신호를 수신하는 RF 수신부(2)와, 수신된 아날로그 신호인 RF 신호를 디지털 신호로 변환하는 디지털 신호 변환기(ADC, Analog to Digital Converter)(3), 디지털 신호로 변환된 수신 신호의 주파수 오프셋을 보정하는 주파수 오프셋 보정기(4) 및 역 고속 푸리에 변환하는 IFFT부(5)를 포함하며, 특히, IFFT부(5) 및 주파수 오프셋 보정기(4)의 출력을 통해 주파수 오프셋을 추정하는 주파수 추정 장치(6)를 더 포함한다. 이 때, 주파수 추정 장치(6)의 출력은 주파수 오프셋 보정기(5)의 입력이 되며, 이에 따라 주파수 오프셋을 보정하도록 한다.

도 1b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 수신기는, 특정 주파수를 발생시키는 발진기(1), 발진기(1)의 주파수에 따라 안테나를 통해 RF 신호를 수신하는 RF 수신부(2)와, 수신된 아날로그 신호인 RF 신호를 디지털 신호로 변환하는 디지털 신호 변환기(3), 디지털 신호로 변환된 수신 신호의 주파수 오프셋을 보정하는 주파수 오프셋 보정기(4) 및 역 고속 푸리에 변환하는 IFFT부(5)를 포함하며, 특히, IFFT부(5) 및 주파수 오프셋 보정기(4)의 출력을 통해 주파수 오프셋을 추정하는 주파수 추정 장치(6) 및 주파수 추정 장치(6)의 추정된 주파수를 아날로그 신호로 변환시키는 아날로그 신호 변환기(DAC, Digital to Analog Converter)(7)를 더 포함한다. 이때, 아날로그 신호 변환기(7)의 출력은 발진기(1)의 발진되는 주파수를 변경시켜 주파수를 보정한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 주파수 추정을 위한 기준 심벌을 설명하기 위한 도면이다.

도 2에 본 발명의 실시 예에 따른 셀룰러 환경에서 무선 구간의 프로토콜로 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하, OFDM)를 사용하는 시스템의 하향 링크 프레임(DL frame)의 일부를 도시하였다.

가로축은 시간 영역(time domain)을 의미하고, 세로축은 주파수 영역(frequency domain)을 의미한다. 이러한 하향 링크 프레임을 살펴보면, 시간 영역을 기준으로, 하나의 슬롯 당 6개 또는 7개의 OFDM 심벌이 전송된다.

7개의 OFDM 심벌을 전송하는 경우, CP 길이가 심벌 길이의 약 1/14인 일반적인 CP 길이(Normal CP Length)를 갖는다. 또한, 6개의 OFDM 심벌을 전송하는 경우, CP 길이가 심벌 길이의 약 1/4인 확장 CP 길이(Extended CP Length)를 갖는다. 도 2에서는 일반적인 CP 길이를 가지는 OFDM 심볼들을 도시하였다.

OFDM 심벌은 기지국(또는 셀)을 구분하기 위한 시퀀스를 포함하는 기준 심볼(reference symbol, 이하, "RS"로 축약함)과 데이터를 포함하는 데이터 심벌로 구분할 수 있다.

기준 심벌은 타 기지국과 구분하기 위한 시퀀스(known sequence, cell-specific random sequence)를 포함한다. 본 발명의 실시 예에서는 이러한 기준 심벌들을 이용하여 채널을 추정한다. 이와 같이, 기지국을 구분할 수 있는 시퀀스가 포함된 기준 심벌(reference symbol)을 이용하여 주파수 오프셋을 추정함으로써, 다수의 기지국으로부터 신호를 수신해야 하는 셀룰러 환경에서도 서빙 셀(serving cell)로부터의 수신 신호만을 사용할 수 있어 안정적인 주파수 오프셋의 추정이 가능하다.

도 2에는 일반적인 CP(Normal CP)에 대하여 이러한 기준 심벌들의 패턴이 도시되었다. 이러한 기준 심벌들은 주파수 축에서 6개의 서브캐리어 간격 이격된 패턴을 가지며, 시간 축에서 7개의 심볼 간격으로 이격된 패턴을 가진다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 수신되는 프레임에서 기준 심벌이 포함된 OFDM 심벌 중 연속된 3개의 OFDM 심벌의 기준 심벌들을 이용하여 채널을 추정한다. 이러한 연속된 3개의 기준 심벌 패턴은 RS01을 포함하는 패턴 1과, RS02를 포함하는 패 턴 2와 같은 패턴이 될 수 있다.

그러면, 보다 자세히 본 발명의 실시 예에 따른 기준 심벌을 이용한 채널 추정 방법에 대해서 설명하기로 한다. 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기준 심벌을 이용한 채널 추정 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 3에 하향 링크 프레임의 일부에 본 발명의 실시 예에 따른 기준 심벌의 패턴이 도시되었다.

도시한 바와 같이, 적어도 하나의 기준 심벌을 포함하는 OFDM 심벌이 3개 존재한다. 여기서, 도면 부호 10 내지 50은 제1 내지 제5 기준 심벌을 나타낸다.

이러한 기준 심벌들은 다음의 <수학식 1>을 통해 그 채널 정보를 표현할 수 있다.

제1 기준 심벌 : = ·exp(-jθ)

제2 기준 심벌 :

=

·exp(jθ)

제3 기준 심벌 :

=

·exp(j

)

제4 기준 심벌 :

=

·exp(-jθ)·exp(j

+ j

)

제5 기준 심벌 :

=

·exp(jθ)·exp(j

+ j

)

<수학식 1>에서,

은 기준 심벌을 의미하며,

는 채널 정보(CFR, Channel Frequency Response)를 의미한다. 또한,

및

에서 첨자 n은 시간 영역에서 n 번째, 첨자 k는 주파수 영역에서 k 번째를 뜻한다.

는 주파수 영역에서 가장 가까운 기준 심벌간의 시간 오프셋(timing offset)을 의미한다. 또한,

은 첫 번째 기준 심벌과 두 번째 기준 심벌간의 주파수 오프셋(frequency offset)을 의미한다.

는 두 번째 기준 심벌과 세 번째 기준 심벌 간의 주파수 오프셋(frequency offset)을 의미한다.

한편, 도면에 도시한 바와 같은 화살표 a, b, c, 및 d는 각 기준 심벌간의 상관(correlation)을 나타내며, 각 기준 심벌간의 상관은 다음의 <수학식 2>로 나타낼 수 있다.

X → Y : Y×conj(X)

본 발명의 실시 예에 따르면, 화살표 a, b, c, 및 d와 같이, 연속된 3개의 OFDM 심벌의 기준 심벌들 중 첫 번째 및 두 번째 OFDM 심벌의 기준 심벌들의 상관 값과, 두 번째 및 세 번째 OFDM 심벌의 기준 심벌들의 상관 값을 이용하여 주파수를 추정한다.

즉, a는 제1 기준 심벌과 제3 기준 심벌의 상관, b는 제2 기준 심벌과 제3 기준 심벌의 상관, c는 제3 기준 심벌과 제4 기준 심벌의 상관, d는 제3 기준 심벌과 제5 기준 심벌의 상관을 각각 나타낸다. 이러한 상관은 <수학식 1> 및 <수학식 2>에 따라 다음의 <수학식 3>과 같이 산출된다.

a : → : × = ·exp(j) ·exp(-jθ)

b :

→

:

×

=

·exp(j

)

·exp(-jθ)

c :

→

:

×

=

·exp(-jθ)·exp(j

+ j

)

·exp(j

) =

exp(-j

) exp(j

)

d :

→

:

×

=

·exp(jθ)·exp(j

+ j

)

·exp(j

) =

exp(jθ) exp(j

)

<수학식 3>과 같은 각 기준 심벌 간의 상관(a 내지 d)들은 k번 누적되어 통계값(sufficient statistics(E), 이하 "E"로 표기함)이 산출된다. 이는 <수학식 3>에 따라 다음의 <수학식 4>와 같다.

E ={a + b + c + d}

=

{

×

+

×

+

×

+

}

=

{

·exp(j

)

×exp(-jθ) +

·exp(j

)

·exp(-jθ) +

exp(-jθ) exp(j

) +

exp(jθ) exp(j

)}

상술한 바와 같이 산출된 E는 벡터 값이며, 이러한 벡터의 위상(각도)은 주파수 오프셋의 추정값(

)이 된다. 이때, CP의 길이에 따라 보정을 행할 수 있다. 다음의 <수학식 5>는 CP의 길이에 따른 보정 값을 추가한 주파수 오프셋 추정값(

)이다.

= Angle(E) : 일반적인 CP 길이의 경우

=

Angle(E) : extended CP 길이의 경우

<수학식 3>에서 함수 "Angle()"은 벡터의 위상(각도)을 읽어내는 함수를 의미한다. 특히, 일반적인 CP 길이인 경우 <수학식 3>과 같이 표현되어 단순화 시킬 수 있다는 점은 일반적인 2 개의 기준 심벌 사이에 하나의 심벌을 보간(interpolation)하여 채널을 추정하는 방식에 비해 성능 향상을 가져올 수 있다.

그러면 본 발명의 일 실시 예에 따른 기준 심벌을 이용한 채널 추정 방법을 설명하기로 한다. 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기준 심벌을 이용한 채널 추정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 수신기는 S401 단계에서 수신된 프레임으로부터 적어도 하나의 기준 심벌을 포함하는 OFDM 심벌 중 연속된 3개의 기준 심벌을 추출한다. 이때, 추출된 기준 심벌 및 그 기준 심벌의 패턴은 도 3과 같다고 가정한다.

다음으로, 수신기는 S403 단계에서 각 심벌들 간의 상관 값들을 구한다. 앞서 설명한 바와 같이, 기준 심벌들 간의 상관은 <수학식 2>와 같으며, <수학식 3>와 같이, 화살표 a, b, c, 및 d의 상관을 구한다.

그런 다음, 수신기는 S405 단계에서 각 상관을 합산하고, S407 단계에서 합산한 상관 값들을 누적하여 E를 도출한다. 즉, 수신기는 <수학식 4>와 같이 합산한 상관 값들을 누적하여 E를 도출한다.

이어서 수신기는 S409 단계에서 누적된 값(E)의 각을 읽고, S411 단계에서 읽어진 값에 CP 길이에 따른 보정을 행하여 주파수 추정값을 산출한다.

다음으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기준 심벌을 이용한 수신기의 채널 추정 장치에 개략적인 구조에 대해서 설명하기로 한다. 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 주파수 추정 장치의 개략적인 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 채널 추정 장치는 기준 심벌 추출부(10), 상관부(20), 상관값 누적부(30) 및 각도 탐지부(40)를 포함하여 구성된다.

기준 심벌 추출부(10)는 수신되는 프레임의 주파수 영역에서 적어도 하나의 기준 심벌(RS)를 포함하는 OFDM 심벌 중 연속된 3개의 OFDM 심벌을 추출한다. 도 3을 참조하면, 제1 내지 제5 심벌을 추출한다.

상관부(20)는 상기 3개의 OFDM 심벌의 기준 심벌들간의 상관 값들을 산출하여 합산한다. 즉, <수학식 3>에 따라 화살표 a 내지 d의 상관 값을 산출하고, 이를 모두 합산한다.

상관부(20)는 기준 심벌들간의 상관 값을 구하기 위하여 버퍼(RS buffer)들, 지연기(Sample Delay)들 및 컨주게이터(conjugator)들 및 곱셈기들을 구비한다. 또한, 상관부(20)는 상관 값들의 합을 위하여 합산기(51)를 구비한다.

도 5에서는 지연기로 제1 및 제2 지연기(1d, 3d)를 사용한다. 또한, 버퍼로 제1 및 제2 버퍼(1b, 2b)를 사용한다. 컨주게이터는 제1 내지 제3 컨주게이터(1c, 2c, 3c)를 사용한다. 또한, 곱셈기들은 제1 내지 제4 곱셈기(m1, m2, m3, m4)를 이용한다.

상관부(20)에 입력되는 기준 심벌들은 지연기(1d, 3d)들을 통해 시간 지연되 고, 버퍼들(1b, 2b)을 통해 일시 저장되며, 컨주게이터들(1c, 2c, 3c)을 통해 컨주게이션되어 출력된다. 이러한 출력들은 앞서 설명한 <수학식 2> 및 <수학식 3>에 따라 곱셈기들(m1, m2, m3, m4)을 통해 벡터 곱으로 출력된다. 이러한 상관부(20)의 연산 과정을 도 3의 화살표 a, b, c, 및 d를 참조하여 설명하기로 한다.

제3 기준 심벌은 제1 버퍼 및 제1 컨주게이터(1b, 1c)를 거쳐 출력되고, 이러한 제3 기준 심벌은 제1 지연기(1d)의 출력인 제5 기준 심벌과 벡터의 곱으로 상관되어 합산기(51)에 입력된다. 즉, 제3 기준 심벌의 컨벌루션과 제5 기준 심벌의 곱으로 합산기(51)에 입력된다(c).

제3 기준 심벌은 제1 버퍼 및 제1 컨주게이터(1b, 1c)를 거쳐 출력되고, 이러한 제3 기준 심벌은 제4 기준 심벌과 벡터의 곱으로 상관되어 합산기(51)에 입력된다. 즉, 제3 기준 심벌의 컨벌루션과 제4 기준 심벌의 곱으로 합산기에 입력된다(d).

제1 기준 심벌은 제1, 제2 버퍼, 제2 지연기 및 제3 컨주게이터(1b, 2b, 3d, 3c)를 거쳐 출력된다. 이러한 제1 기준 심벌은 제1 버퍼(1b)의 출력인 제3 기준 심벌과 벡터의 곱으로 상관되어 합산기(51)에 입력된다. 즉, 제1 기준 심벌의 컨벌루션과 제3 기준 심벌의 곱으로 합산기에 입력된다(a).

제2 기준 심벌은 제1, 제2 버퍼 및 제2 컨주게이터(1b, 2b, 2c)를 거쳐 출력되고, 이러한 제2 기준 심벌은 제1 버퍼(1b)의 출력인 제3 기준 심벌과 상관되어 벡터의 곱으로 합산기(51)에 입력된다. 즉, 즉, 제2 기준 심벌의 컨벌루션과 제3 기준 심벌의 곱으로 합산기(51)에 입력된다(b).

이와 같이, 합산기(51)의 입력 a, b, c, 및 d는 각각 <수학식 3>의 화살표 a 내지 d가 된다.

상관값 누적부(30)는 <수학식 4>와 같이, 상관 값들을 누적하여 주파수 오프셋을 추정하기 위한 E를 산출한다.

각도 탐지부(40)는 상기 산출된 E의 각도를 읽고, CP의 길이에 따라 보정한 후 주파수 오프셋 추정 값을 출력한다.

다음으로 본 발명의 다른 실시 예에 따른 주파수 추정 방법에 대해서 설명하기로 한다. 본 발명의 다른 실시 예를 도 3을 참조하여 설명하면, 제1 내지 제3 기준 심벌의 상관을 먼저 구하고, 이를 저장한 후, 제3 내지 제5 기준 심벌의 상관을 구한다. 그런 다음, 이러한 상관을 모두 합산하고, 누적한 후, 누적한 값의 각을 산출하여 주파수 오프셋 추정 값을 산출한다.

이러한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 채널 추정 방법을 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기준 심벌을 이용한 채널 추정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

수신기는 S601 단계에서 기준 심벌이 포함된 OFDM 심벌 중 연속되는 3개의 OFDM 심벌을 추출한다.

그런 다음, S603 단계에서 시간상 앞선 2개의 OFDM 심벌의 기준 심벌들의 상관을 산출하여 저장한다. 즉, <수학식 3>에서 상관 a, 및 b를 산출하여 저장한다. 그런 다음, 수신기는 S605 단계에서 3개의 OFDM 심벌 중 시간상 늦은 2개의 OFDM 심벌의 기준 심벌들의 상관을 산출한다. 즉, <수학식 3>에서 상관 c, 및 d를 산출 하여 저장한다.

이어서, 수신기는 S607 단계에서 앞서(S603) 산출되어 저장된 상관 값들과 다음(S605)으로 산출한 상관 값들을 합산한다.

그런 다음 수신기는 S609 단계에서 합산한 상관 값들을 누적하여 E를 도출한다. 즉, 수신기는 <수학식 4>와 같이 합산한 상관 값들을 누적하여 E를 도출한다.

이어서, 수신기는 S611 단계에서 누적된 값(E)의 각을 읽고, S613 단계에서 읽어진 값에 CP 길이에 따른 보정을 행하여 주파수 추정값을 산출한다.

다음으로, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기준 심벌을 이용한 수신기의 주파수 추정 장치에 개략적인 구조에 대해서 설명하기로 한다. 도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 주파수 추정 장치의 개략적인 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 채널 추정 장치는 기준 심벌 추출부(10), 상관 산출 누적부(80) 및 각도 탐지부(40)를 포함하여 구성된다.

기준 심벌 추출부(10)는 수신되는 프레임의 주파수 영역에서 적어도 하나의 기준 심벌(RS)을 포함하는 OFDM 심벌 중 연속된 3개의 OFDM 심벌로부터 기준 심벌들을 추출한다. 이때, 기준 심벌 추출부는 도 6에서 설명한 바와 같은 순서로 상관 산출 누적부에 입력한다.

상관 산출 누적부(80)는 입력되는 기준 심벌을 시간 지연하기 위한 지연기(81), 입력되는 기준 심벌을 일시 저장하기 위한 버퍼(82), 버퍼로부터 출력된 기준 심벌을 컨주게이션하기 위한 컨주게이터(83), 및 곱셈기들(84, 85)을 포함하여 구성된다.

상관 산출 누적부(80)는 입력되는 3개의 OFDM 심벌 중 시간상으로 앞선 2개의 OFDM 심벌의 기준 심벌간의 상관을 먼저 구하고(도 3의 c, d), 그런 다음, 시간상으로 늦게 입력되는 2개의 OFDM 심벌의 기준 심벌간의 상관을 순차로 구한다(도 3의 a, b). 상관 산출 누적부(80)는 이러한 두 번의 상관 값 산출을 제어하기 위해, 입력되는 기준 심벌들을 순서를 조절하는 상관 제어부(85)를 더 포함하여 구비한다.

또한, 상관 산출 누적부(80)는 상술한 바와 같이 2번에 걸쳐 구해진 상관값들(도 3의 a, b, c, d)을 합산하여 누적하는 누적기(86)를 더 포함하여 구성된다. 이러한 상관 산출 누적부(80)는 <수학식 4>와 같이, 상관 값들을 누적하여 주파수 오프셋을 추정하기 위한 E를 산출한다.

이상 본 발명의 실시 예에 대해서 설명하였다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 기지국을 구분할 수 있는 시퀀스가 포함된 기준 심볼(cell-specific reference symbol)을 이용하여 주파수 오프셋을 추정함으로써, 다수의 기지국으로부터 신호를 수신해야 하는 셀룰러 환경하에서도 서빙 셀(serving cell)로부터의 수신 신호만을 사용할 수 있어 안정적인 주파수 오프셋의 추정이 가능하다.

다음의 <표 1> 및 <표 2>는 상술한 본 발명의 실시 예에 따른 효과를 설명하기 위한 것이다.

Simulation Environment
Simulation case	System Bandwidth(MHz)	Channel model	Doppler Frequency(Hz)	CNR(dB)	FFT timing offset
1	20	ETU6	300.00	0.00	0.00
2	20	ETU6	900.00	0.00	0.00
3	20	ETU6	300.00	0.00	150.00
4	20	ETU6	900.00	0.00	150.00

<표 1>은 실험 환경을 정리한 것이며, <표 2>는 이러한 실험 환경에서 주파수 추정 방법에 따른 결과를 나타낸다. 즉, <표 2>는 일반적인 두 개의 기준 심볼을 이용한 주파수 추정 방법(RS), 두 기준 심볼 사이에 하나의 심볼을 보간(interpolation)하여 주파수를 추정하는 방법(RS with Freq Interpolation), 및 본 발명의 실시 예에 따른 방법을 비교한 것이다.

이때, 실험 환경은 일반 적인 환경(simulation case 1), 고속이면서 멀티패스가 작은 환경(simulation case 2), 저속이면서 멀티패스가 큰 환경 또는 타이밍 오프셋이 큰 환경(simulation case 3), 및 고속이면서 멀티패스가 크거나 타이밍 오프셋이 큰 환경(simulation case 4)을 포함한다.

일반적인 두 개의 기준 심볼을 이용한 주파수 추정 방법(RS)의 경우, 고속에서 채널 측정 에러(case 2 : -0.4752, case 4 : -0.4680)가 커지며, 주파수 보정 범위

1KHz로 매우 작다.

심볼을 보간(interpolation)하여 채널을 추정하는 방법의 경우, 멀티 패스가 크거나 시간 오프셋(timing offset)이 큰 경우 측정 에러(case 3 : -1.5395, 0.2602 case 4 : -1.2515, 0.7557)가 매우 커진다.

본 발명의 실시 예에 따른 주파수 추정 방법은 상술한 2 내지 4 환경(case 2 내지 case 3)에서 주파수 추정 성능이 기존 기술 대비 안정적이면서도 주파수 추정 범위가 큰 것을 확인할 수 있다.

즉, 2 환경(simulation case2)에서는 고속 상황에서 단순한 RS만 사용하는 기존의 방법에 비해 주파수 추정을 오류 없이 수행할 수 있고, 주파수 추정 범위도 2 KHz에 달하여 기존 대비 2배 큰 것을 확인할 수 있다.

또한, 3 환경(simulation case3)의 타이밍 오프셋이 큰 환경에서는 RS를 보간(interpolation)하는 방식에 비해 주파수 추정을 오류 없이 수행할 수 있다. 이와 함께, 고속이면서도 타이밍 오프셋이 큰 환경에서는 유일하게 본 발명에서 제안하는 방식만이 주파수 추정을 안정적으로 수행함을 확인할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 주파수 추정 방법은 고속이든 멀티패스가 크던, 타이밍 오프셋이 크던 주파수 오프셋을 안정적으로 추정할 수 있을 뿐만 아니라 주파수 오프셋 추정 범위를 2 KHz까지 확장시킴으로써 도플러 주파수 편이가 큰 환경에서도 신뢰도 높은 주파수 오프셋에 대한 추정이 가능하다.

한편 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것을 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 수신기의 구조를 개략적으로 설명하기 위한 도면.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 주파수 추정을 위한 기준 심벌을 설명하기 위한 도면.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 기준 심벌을 이용한 채널 추정 방법을 설명하기 위한 도면.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기준 심벌을 이용한 채널 추정 방법을 설명하기 위한 흐름도.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 채널 추정 장치의 개략적인 구조를 설명하기 위한 도면.

도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기준 심벌을 이용한 채널 추정 방법을 설명하기 위한 흐름도.

도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 채널 추정 장치의 개략적인 구조를 설명하기 위한 도면.

Claims

무선 통신 시스템에서 주파수 추정 방법에 있어서,

수신되는 프레임의 주파수 영역에서 적어도 하나의 기준 심벌(RS)를 포함하는 OFDM 심벌 중 연속된 3개의 OFDM 심벌을 추출하는 과정과,

상기 3개의 OFDM 심벌의 기준 심벌들간의 특정한 상관 방식을 이용하여 주파수 오프셋을 추정하기 위한 통계값(E)을 산출하는 과정과,

상기 통계값(E)의 각도를 읽고 주파수 오프셋을 추정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템에서 주파수 추정 방법.
제1항에 있어서,

상기 추정하는 과정은

상기 통계값(E)의 각도를 읽고 수신되는 프레임의 CP의 길이에 따라 각도를 보정하여 주파수 오프셋을 추정하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템에서 주파수 추정 방법.
제1항에 있어서,

상기 E를 산출하는 과정은

상기 3개의 OFDM 심벌 중 첫 번째 OFDM 심벌의 기준 심벌과 두 번째 OFDM 심벌의 기준 심벌의 상관과, 두 번째 OFDM 심벌의 기준 심벌과 세 번째 OFDM 심벌의 기준 심벌의 상관을 누적 시켜 산출하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템에서 주파수 추정 방법.
무선 통신 시스템에서 주파수 추정 장치에 있어서,

수신되는 프레임의 주파수 영역에서 적어도 하나의 기준 심벌(RS)를 포함하는 OFDM 심벌 중 연속된 3개의 OFDM 심벌을 추출하는 기준 심벌 추출부;

상기 3개의 OFDM 심벌의 기준 심벌들간의 상관 값들을 산출하는 상관부;

상기 상관 값들을 누적하여 주파수 오프셋을 추정하기 위한 통계값(E)를 산출하는 상관값 누적부; 및

상기 산출된 통계값(E)의 각도를 읽고 주파수 오프셋을 추정 값을 출력하는 각도 탐지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템에서 주파수 추정 장치.
제4항에 있어서,

상기 각도 탐지부는

상기 통계값(E)의 각도를 읽고 상기 수신되는 프레임의 CP의 길이에 따라 주파수 오프셋 추정 값을 보정하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템에서 주파수 추정 장치.
제4항에 있어서,

상기 상관부는

상기 3개의 OFDM 심벌 중 첫 번째 OFDM 심벌의 기준 심벌과 두 번째 OFDM 심벌의 기준 심벌의 상관 값과, 두 번째 OFDM 심벌의 기준 심벌과 세 번째 OFDM 심벌의 기준 심벌의 상관 값을 산출하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템에서 주파수 추정 장치.