KR20110130338A - Ｌｔｅ 기반 ｏｆｄｍａ 시스템의 상향링크 수신장치 및 이의 주파수 동기 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LTE 기반 OFDMA 시스템의 상향링크 수신장치 및 이의 주파수 동기 방법에 관한 것으로, 상기 상향링크 수신장치는 OFDM 상향링크신호의 CP(cyclic prefix)를 제거하고 FFT(Fast Fourer transform)를 수행하는 FFT 수행부; 상기 FFT 수행부의 출력에 대한 부반송파 추출 동작을 수행하여 특정단말의 신호만을 추출하는 부반송파 추출부; 및 상기 부반송파 추출부의 출력에 대한 역 DFT(Discrete Fourer Transform)을 수행하여 시간영역의 신호를 생성하는 역 DFT 수행부를 포함할 수 있다.

Description

ＬＴＥ 기반 ＯＦＤＭＡ 시스템의 상향링크 수신장치 및 이의 주파수 동기 방법{UPLINK RECEIVING APPARATUS OF OFDMA SYSTEM BASED ON LTE AND FREQUENCY SYNCHRONIZATION METHOD THEREOF}
본 발명은 상향링크 수신장치에 관한 것으로, 특히 LTE(Long Term Evolution) 기반 OFDMA(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing Access) 시스템에 적용되는 상향링크 수신장치에 관한 것이다.
LTE 기반 OFDMA 시스템의 경우 전송 대역에 비해 부반송파간 주파수 간격이 상대적으로 작고, 전송 시 각 부반송파들의 직교성이 유지되어야 하므로, 단일 반송파 시스템에 비해 주파수 옵셋에 매우 민감한 특징이 있다.
이에 송수신기간의 오실레이터 부정합이나 도플러 쉬프트로 인하여 주파수 옵셋이 발생할 경우, 수신 성능이 크게 열화될 수 있으므로, 상향링크 수신장치(즉, 기지국 장치)에서는 주파수 옵셋에 대한 정확한 추정 및 보상 과정이 필수적이다.
도1은 종래의 기술에 따른 상향링크 수신장치를 도시한 도면이다.
도1을 참고하면, 상향링크 수신장치(100-1~100-N)는 필터(110), 주파수 옵셋 추정부(120), 옵셋 보상부(130), FFT(Fast Fourer transform) 수행부(140) 등을 포함하여 구성된다.
다수의 단말(11~1N)은 모두 각각의 채널뿐 만 아니라 주파수 옵셋(ε), 타이밍 옵셋(δ)을 가지므로, OFDM 상향링크신호에서 해당 단말의 신호를 복조하기 위해서는, 해당 단말의 신호만을 따로 뽑아내어야 한다.
이에 필터(110)는 다수의 단말(11~1N)에 의해 생성된 다수의 OFDM 신호들이 모두 혼합된 OFDM 상향링크신호로부터 해당 단말의 OFDM 신호만을 추출한다.
그러면, 주파수 옵셋 추정부(120) 및 옵셋 보상부(130)는 필터(110)를 통해 추출된 OFDM 신호의 CP(cyclic prefix)를 이용하여 주파수 옵셋을 추정하고 연속적으로 보상한다.
그러면, FFT 수행부(140)는 주파수 옵셋 추정부(120) 및 옵셋 보상부(130)에 의해 주파수 동기화된 신호를 수신하고, 이의 신호의 CP를 제거한 후 FFT를 수행하여 OFDM 신호를 복조해준다.
도2는 종래의 기술에 따른 상향링크 수신장치의 주파수 옵셋 추정 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도2에 도시된 바와 같이, 종래의 주파수 옵셋 추정부(120)는 OFDM 신호의 경우, 시간 영역에서의 보호구간과 유효 심볼 구간의 후반부가 동일한 특성을 이용하여, 두 구간내의 위상 변화량을 통해 주파수 옵셋을 추정한다.
즉, 시간영역에서 OFDM 신호를 y(n)이라 할 때, CP(또는 보호구간(NGI))을 이용한 주파수 옵셋(
Figure pat00001
)는 이하의 수학식1에 따라 추정한다.
Figure pat00002
이때, n은 OFDM 신호의 샘플 인덱스, 0<n<NGI -1은 보호 구간, NGI<n<NFFT+NGI은 유효 심볼 구간임.
이와 같이, 상향링크 수신장치(100-1~100-N)는 해당 단말의 OFDM 신호를 매우 큰 하드웨어 용량을 필요로 하는 필터(110)를 통해 추출한 후, 이의 주파수 옵셋을 추정 및 보상함으로써, 상향링크 수신장치(100-1~100-N)의 수신 성능이 열화되는 것을 사전에 방지해준다.
그러나 상향링크 수신장치(100-1~100-N)에 구비되는 필터(110)는 매우 큰 하드웨어 용량을 필요로 하는 단점이 있다. 그리고 필터(110)의 하드웨어 용량에 따라 지원가능한 단말의 개수가 한정되므로, 상향링크 수신장치(100-1~100-N)가 지원하고자 하는 단말의 개수가 증가되는 경우, 필터(110)의 개수 또한 증가되어야 한다.
즉, 종래의 상향링크 수신장치(100-1~100-N)는 필터(110)로 인해 큰 하드웨어 크기를 가지게 되는 문제가 있다.
이에 본 발명에서는 최소화된 하드웨어 용량으로 필터의 신호 추출 동작을 대체할 수 있는 새로운 신호 추출 방식을 제안함으로써, 상향링크 수신장치의 하드웨어 크기를 획기적으로 감소시켜 줄 수 있도록 하는 것이 목적이다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 상향링크 수신장치는 OFDM 상향링크신호의 CP(cyclic prefix)를 제거하고 FFT(Fast Fourer transform)를 수행하는 FFT 수행부; 상기 FFT 수행부의 출력에 대한 부반송파 추출 동작을 수행하여 특정단말의 신호만을 추출하는 부반송파 추출부; 및 상기 부반송파 추출부의 출력에 대한 역 DFT(Discrete Fourer Transform)을 수행하여 시간영역의 신호를 생성하는 역 DFT 수행부를 포함할 수 있다.
상기 상향링크 수신장치는 상기 역 DFT 수행부의 출력과 상기 부반송파 추출부의 출력간 상관관계로부터 주파수 옵셋을 추정하는 주파수 옵셋 추정부; 및 상기 주파수 옵셋을 이용하여 상기 OFDM 상향링크신호에 포함된 주파수 옵셋을 보상하는 옵셋 보상부를 더 포함할 수 있다.
상기 주파수 옵셋 추정부는 "
Figure pat00003
,
Figure pat00004
,
Figure pat00005
"의 식에 따라 상기 주파수 옵셋을 추정하며, 상기 r* (n)은 역 DFT 수행부의 출력의 공액신호, x(n)는 OFDM 신호, 상기 M은 역 DFT 수행부의 출력의 신호 길이, xcorF는 0<n<M/2-1 신호 구간에 속하는 곱셈 결과 신호의 신호 합계 결과, xcorB는 M/2<n<M-1 신호 구간에 속하는 곱셈 결과 신호의 신호 합계 결과, 상기
Figure pat00006
은 주파수 옵셋인 것을 특징으로 한다.
상기 상향링크 수신장치는 상기 주파수 옵셋이 초기값이면 상기 주파수 옵셋 추정부의 상기 주파수 옵셋을 상기 옵셋 보상부에 바이패스(bypass)시키고, 그렇지 않으면 주파수 옵셋 변화량을 산출하여 상기 옵셋 보상부에 통보하는 루프필터를 더 포함할 수 있다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 상향링크 수신장치의 주파수 동기 방법은 OFDM 상향링크신호의 CP(cyclic prefix)를 제거하고 FFT(Fast Fourer transform)를 수행하는 단계; FFT 수행 결과에 대한 부반송파 추출 동작을 수행하여, 특정단말의 신호만을 추출하는 단계; 부반송파 추출 출력에 대한 역 DFT(Discrete Fourer Transform)을 수행하여 시간영역의 신호를 생성하는 단계; 역 DFT 수행 출력과 부반송파 추출 출력간 상관관계로부터 주파수 옵셋을 추정하는 단계; 및 상기 주파수 옵셋을 이용하여 상기 OFDM 상향링크신호에 포함된 주파수 옵셋을 보상하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 상향링크 수신장치는 종래의 필터를 제거하고, 간단한 연산 구조를 가지는 FFT 수행부, 부반송파 추출부 및 역 DFT 수행부를 통해 신호 추출동작을 수행함으로써, 신호 추출 동작에 필요한 하드웨어 용량을 크게 줄여준다. 따라서 본 발명의 상향링크 수신장치는 전체적으로 감소된 하드웨어 크기를 가질 수 있다.
도1은 종래의 기술에 따른 상향링크 수신장치를 도시한 도면이다.
도2는 종래의 기술에 따른 상향링크 수신장치의 주파수 옵셋 추정 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 상향링크 수신장치를 도시한 도면이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 상향링크 수신장치의 주파수 옵셋 추정 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 상향링크 수신장치의 주파수 동기 방법을 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 상향링크 수신장치를 도시한 도면이다.
도3을 참고하면, 상향링크 수신장치(200-1~200-N)는 FFT 수행부(210), 부반송파 추출부(220), 및 역 DFT(Discrete Fourer Transform) 수행부(230), 주파수 옵셋 추정부(240), 루프 필터(250), 및 옵셋 보상부(260) 등을 포함하여 구성된다.
즉, 상향링크 수신장치(300)는 종래의 필터(110)를 제거하고, 간단한 연산을 통해 구현이 가능한 FFT 수행부(210), 부반송파 추출부(220), 및 역 DFT 수행부(230)를 통해 신호 추출동작을 수행함으로써, 신호 추출 동작에 필요한 하드웨어 용량을 크게 줄여준다.
다만, 상기의 구성에 따르면 FFT를 먼저 수행한 후 주파수 옵셋 추정 동작을 수행하는 데, 이러한 경우 FFT를 수행하는 과정에서 CP가 제거되어 종래와 같이 CP를 이용한 주파수 옵셋 추정 동작은 수행할 수 없게 된다. 따라서 본 발명에서는 CP를 이용하지 않는 시간영역 기반의 주파수 옵셋 추정 방법을 추가적으로 제안한다.
이하, 각 구성요소의 기능을 설명하기로 한다.
FFT 수행부(210)는 OFDM 상향링크신호의 CP를 제거한 후 FFT를 수행하여 OFDM 신호를 복조한다.
부반송파 추출부(220)는 해당 단말이 사용하는 주파수 대역에 따른 부반송파 추출 동작을 수행하여, FFT 수행부(210)의 출력 신호 중 해당 단말의 OFDM 신호만을 선별적으로 추출한다.
역 DFT 수행부(230)는 부반송파 추출부(220)를 통해 추출된 신호에 대한 역 DFT을 수행하여 시간 영역의 신호(r(n))로 변환한다. 이때, 시간 영역의 신호는 상향링크 수신장치(300)에서 미리 알고 있는 파일럿 신호이다. 더하여, 역 DFT 수행부(230)는 주파수 영역의 신호를 시간영역 기반의 신호로 변환함으로써, 주파수 옵셋 추정부(240)가 이를 이용한 주파수 옵셋 추정 동작을 수행할 수 있도록 한다.
주파수 옵셋 추정부(240)는 역 DFT 수행부(230)의 출력 신호와 역 DFT 수행부(230)의 입력 신호(즉, 해당 단말의 OFDM 신호)간의 상관관계로부터 특정 단말의 주파수 옵셋을 추정한다.
더욱 상세하게는 주파수 옵셋 추정부(240)는 도4에서와 같이, 시간영역의 신호(r(n))에 대한 공액신호(r*(n))를 생성한 후, 공액신호(r*(n))와 OFDM 신호(x(n))를 곱하여 파일럿 신호를 제거하고 주파수 옵셋에 대한 성분만을 남긴다. 그리고 곱셈 결과 신호(r*(n)·x(n))를 두 구간으로 균등 분할한 후 구간별 신호 합계 동작을 수행하고, 구간별 신호 합계 결과를 서로 곱한 후 이에 대한 위상으로부터 해당 단말의 주파수 옵셋을 추정한다. 이는 이하의 수학식2에서와 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00007
이때, M은 역 DFT 수행부의 출력의 신호 길이(즉, 시간영역의 신호(r(n))의 길이), xcorF는 0<n<M/2-1 신호 구간에 속하는 곱셈 결과 신호의 신호 합계 결과, xcorB는 M/2<n<M-1 신호 구간에 속하는 곱셈 결과 신호의 신호 합계 결과.
루프 필터(250)는 주파수 옵셋 추정부(240)에 의해 최초로 추정된 주파수 옵셋(
Figure pat00008
)은 옵셋 보상부(260)로 바이패스(bypass)시키고, 다음의 추정값부터는 주파수 옵셋(
Figure pat00009
)의 변화량을 옵셋 보상부(260)에 통보한다. 이와 같이, 루프 필터(250)가 최초 주파수 옵셋(
Figure pat00010
)을 옵셋 보상부(260)로 곧바로 바이패스시키는 것은, 루프 필터(250)의 폐쇄 루프 피드백(closed loop feedback)로 인한 셋틀링 지연(settling delay)을 제거하기 위함이다.
옵셋 보상부(260)는 루프 필터(250)를 거쳐 제공되는 주파수 옵셋() 또는 주파수 옵셋(
Figure pat00012
)의 변화량을 이용하여 상향링크 수신장치(200-1~200-N)에 입력된 OFDM 상향링크신호의 주파수 옵셋을 보상하여, 주파수 동기화된 신호를 FFT 수행부(210)에 제공한다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 상향링크 수신장치의 주파수 동기 방법을 도시한 도면이다.
먼저, 상향링크 수신장치(200-1~200-N)에 OFDM 상향링크신호가 입력되면, FFT 수행부(210)는 OFDM 상향링크신호의 CP를 제거한 후 FFT를 수행하여 OFDM 신호를 복조한다(S1).
그러고 나서, 부반송파 추출부(220)는 사전에 설정된 주파수 대역에 따라 부반송파 추출 동작을 수행하여, 해당 단말의 OFDM 신호만을 선별적으로 추출한다(S2).
그러고 나서, 역 DFT 수행부(230)는 부반송파 추출부(220)를 통해 추출된 신호에 대한 역 DFT을 수행하여, 해당 단말의 OFDM 신호를 시간 영역의 신호(r(n))로 변환한다(S3).
그러고 나서, 주파수 옵셋 추정부(240)는 역 DFT 수행부(230)의 출력 신호(r(n))의 공액신호(r*(n))와 OFDM 신호(x(n))를 곱하고, 곱셈 결과 신호(r*(n)·x(n))를 두 구간으로 균등 분할한 후, 구간별 신호 합계 동작을 수행한다. 즉, 0<n<M/2-1 신호 구간에 해당하는 곱셈 결과 신호에 대한 합계 동작(
Figure pat00013
)과, M/2<n<M-1 신호 구간에 해당하는 곱셈 결과 신호에 대한 합계 동작(
Figure pat00014
)을 각각 수행한다(S4).
이후, 구간별 신호 합계 결과(
Figure pat00015
,
Figure pat00016
)를 서로 곱한 후, 곱셈 결과(xcorF*·xcorB)에 대한 위상으로부터 해당 단말의 주파수 옵셋을 추정한다(
Figure pat00017
)(S5).
만약, 단계S5를 통해 추정된 주파수 옵셋(
Figure pat00018
)이 초기값이면, 루프 필터(250)는 이를 옵셋 보상부(260)로 바이패스(bypass)시키고(S6), 옵셋 보상부(260)는 초기 주파수 옵셋에 따라 주파수 보상 동작을 수행한다(S7).
반면, 단계S5를 통해 추정된 주파수 옵셋이 초기값이 아니면, 루프 필터(250)는 이를 이전의 주파수 옵셋(
Figure pat00019
)과 현재의 주파수 옵셋(
Figure pat00020
)을 비교하여 주파수 변화량을 계산하고(S8), 옵셋 보상부(260)는 주파수 옵셋 변화량을 이용한 주파수 보상 동작을 수행한다(S9).
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 첨부된 청구범위에 의해 해석되어야 한다. 또한, 본 발명에 대하여 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
200-1~200-N: 상향링크 수신 장치 210: FFT 수행부
220: 부반송파 추출부 230: 역DFT 수행부
240: 주파수 옵셋 추정부 250: 루프 필터
260: 옵셋 보상부

Claims (5)

  1. OFDM(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) 상향링크신호의 CP(cyclic prefix)를 제거하고 FFT(Fast Fourer transform)를 수행하는 FFT 수행부;
    상기 FFT 수행부의 출력에 대한 부반송파 추출 동작을 수행하여 특정단말의 신호만을 추출하는 부반송파 추출부; 및
    상기 부반송파 추출부의 출력에 대한 역 DFT(Discrete Fourer Transform)을 수행하여 시간영역의 신호를 생성하는 역 DFT 수행부를 포함하는 상향링크 수신장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 역 DFT 수행부의 출력과 상기 부반송파 추출부의 출력간 상관관계로부터 주파수 옵셋을 추정하는 주파수 옵셋 추정부; 및
    상기 주파수 옵셋을 이용하여 상기 OFDM 상향링크신호에 포함된 주파수 옵셋을 보상하는 옵셋 보상부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상향링크 수신장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 주파수 옵셋 추정부는
    "
    Figure pat00021
    ,
    Figure pat00022
    ,
    Figure pat00023
    "의 식에 따라 상기 주파수 옵셋을 추정하며,
    상기 r* (n)은 역 DFT 수행부의 출력의 공액신호, x(n)는 OFDM 신호, 상기 M은 역 DFT 수행부의 출력의 신호 길이, xcorF는 0<n<M/2-1 신호 구간에 속하는 곱셈 결과 신호의 신호 합계 결과, xcorB는 M/2<n<M-1 신호 구간에 속하는 곱셈 결과 신호의 신호 합계 결과, 상기
    Figure pat00024
    은 주파수 옵셋인 것을 특징으로 하는 상향링크 수신장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 주파수 옵셋이 초기값이면 상기 주파수 옵셋 추정부의 상기 주파수 옵셋을 상기 옵셋 보상부에 바이패스(bypass)시키고, 그렇지 않으면 주파수 옵셋 변화량을 산출하여 상기 옵셋 보상부에 통보하는 루프필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상향링크 수신장치.
  5. OFDM(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) 상향링크신호의 CP(cyclic prefix)를 제거하고 FFT(Fast Fourer transform)를 수행하는 단계;
    FFT 수행 결과에 대한 부반송파 추출 동작을 수행하여, 특정단말의 신호만을 추출하는 단계;
    부반송파 추출 출력에 대한 역 DFT(Discrete Fourer Transform)을 수행하여 시간영역의 신호를 생성하는 단계;
    역 DFT 수행 출력과 부반송파 추출 출력간 상관관계로부터 주파수 옵셋을 추정하는 단계; 및
    상기 주파수 옵셋을 이용하여 상기 OFDM 상향링크신호에 포함된 주파수 옵셋을 보상하는 단계를 포함하는 상향링크 수신장치의 주파수 동기 방법.
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