KR20120048365A - Ｏｆｄｍ 시스템에서 동일한 값을 갖는 파일럿 기반 정수 주파수 옵셋 추정 방법 - Google Patents

Ｏｆｄｍ 시스템에서 동일한 값을 갖는 파일럿 기반 정수 주파수 옵셋 추정 방법 Download PDF

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이영윤
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Abstract

본 발명은 정수 주파수 옵셋을 추정하는 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예에 따른 정수 주파수 옵셋 추정 방법은, 수신한 OFDM 신호를 고속 푸리에 변환하는 단계와, 연속하는 적어도 하나의 OFDM 심볼을 획득하는 단계와, 복수의 정수 주파수 옵셋 후보 값에 따라 상기 획득한 OFDM 심볼의 제1 주파수 대역을 이동하여 파일럿 및 데이터가 속하는 제2 주파수 대역을 얻는 단계와, 전송된 파일럿 값을 기준으로 동일한 값을 갖는 파일럿들의 색인을 분류하는 단계와, 상기 색인 분류 결과를 이용하여, 상기 제2 주파수 대역에서 동일한 값을 갖는 모든 파일럿에 대하여 상관값을 연산하는 단계 및 상기 연산을 통해 얻은 상관 값의 크기에 따라 상기 복수의 정수 주파수 옵셋 후보 값 중 최종적으로 상기 정수 주파수 옵셋을 결정하는 단계를 포함한다.

Description

ＯＦＤＭ 시스템에서 동일한 값을 갖는 파일럿 기반 정수 주파수 옵셋 추정 방법 {integer frequency offset estimation method using pilots with the same value in the OFDM systems}
본 발명은 OFDM 시스템에서 정수 주파수 옵셋을 추정하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 수신기에서 고속 푸리에 변환을 거친 후 주파수 영역에서 동일한 값을 갖는 파일럿의 상관값을 이용하여 정수 주파수 옵셋을 추정하는 방법에 관한 것이다.
직교 주파수 분할 다중화 (orthogonal frequency division multiplexing, 이하 OFDM이라 함) 시스템은 다중 경로 페이딩 환경에 강인하며 효율적인 스펙트럼 사용 등의 특징 때문에 무선 랜 (wireless local area networks: WLANs) 및 지상파 디지털 비디오 방송 (digital video broadcasting-terrestrial, 이하 DVB-T라 함) 등의 무선 표준 변조 방식으로 사용되고 있다. 하지만 OFDM 기반 시스템의 성능은 송수신단에 위치한 오실레이터의 불일치 및 송수신단의 상대적인 속도에 의해 생기는 도플러 주파수에 의하여 발생되는 주파수 옵셋에 많은 영향을 받는다. 일반적으로 주파수 옵셋은 부반송파의 크기로 정규화되어 표현되며, 크기에 따라 정수 부분, 소수 부분으로 나누어진다. 정수 부분은 부반송파 색인 간 이동을 초래하며, 소수 부분은 부반송파 간 직교성을 파괴한다. 따라서 OFDM 기반 시스템에서 주파수 옵셋을 추정하는 단계는 매우 중요하다고 할 수 있다.
한편, 연속 파일럿과 가장 인접한 분산 파일럿의 상관을 이용한 기술이 OFDM 기반 DVB-T 시스템에서 제안되었다. 이 기술은 수신한 OFDM 심볼에서 연속 파일럿과 그 연속 파일럿과 가장 가까이에 위치한 분산 파일럿의 상관을 이용하여 정수 주파수 옵셋을 추정한다. 즉, OFDM 심볼에서 모든 연속 파일럿을 중심으로 하여 가장 가까이에 위치한 분산 파일럿 간의 상관을 이용한다. 이는 파일럿이 제공하는 정보 중 일부분만 (연속 파일럿과 가장 인접한 분산 파일럿 간 상관관계) 이용한다.
본 발명은 파일럿을 전송하는 OFDM 시스템에서 정수 주파수 옵셋을 추정하는 방법을 제공하는 데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일면에 따른 정수 주파수 옵셋 추정 방법은, 파일럿을 사용하는 OFDM 심볼을 수신하여 정수 주파수 옵셋을 추정하는 방법으로서, 수신한 OFDM 신호를 고속 푸리에 변환하는 단계와, 연속하는 적어도 하나의 OFDM 심볼을 획득하는 단계와, 복수의 정수 주파수 옵셋 후보 값에 따라 상기 획득한 OFDM 심볼의 제1 주파수 대역을 이동하여 파일럿 및 데이터가 속하는 제2 주파수 대역을 얻는 단계와, 전송된 파일럿 값을 기준으로 동일한 값을 갖는 파일럿들의 색인을 분류하는 단계와, 상기 색인 분류 결과를 이용하여, 상기 제2 주파수 대역에서 동일한 값을 갖는 모든 파일럿에 대하여 상관값을 연산하는 단계 및 상기 연산을 통해 얻은 상관 값의 크기에 따라 상기 복수의 정수 주파수 옵셋 후보 값 중 최종적으로 상기 정수 주파수 옵셋을 결정하는 단계를 포함한다.
여기서 상기 상관값을 연산하는 단계는, 상기 복수의 정수 주파수 옵셋 후보 값에 대하여 각각에 상응하는 복수의 상관 값들을 연산하는 단계를 포함할 수 있다.
또한 상기 정수 주파수 옵셋을 결정하는 단계는, 상기 복수의 상관 값들 각각에 대해 실수 성분을 계산하고, 상기 복수의 상관 값들 중 상기 실수 성분이 가장 큰 정수 주파수 옵셋 후보 값을, 최종적으로 상기 정수 주파수 옵셋으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
또는 상기 OFDM 심볼을 획득하는 단계는 고속 푸리에 변환을 거친 주파수 영역에서의 OFDM 심볼을 연속하여 하나 이상의 OFDM 심볼을 획득하는 것일 수 있다. 또는 상기 파일럿들의 색인을 분류하는 것은, 송신한 값을 기준으로 하며, 양의 값과 음의 값 두 분류로 분류하는 것일 수 있다.
본 발명에 따르면, 파일럿을 전송하는 OFDM 시스템에서 우수한 정수 주파수 옵셋 추정 성능을 보일 수 있다. 따라서 파일럿을 전송하는 OFDM 시스템의 수신단 설계 시 정수 주파수 옵셋 추정 알고리즘에 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 정수 주파수 옵셋을 추정하는 방법이 적용될 수 있는 OFDM 기반 DVB-T 시스템에서, 연속 파일럿과 분산 파일럿의 주파수 영역에서의 배치를 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 시스템에서 정수 주파수 옵셋 추정 방법을 위한 구성도이다.
도 3은 도 2의 파일럿 분류부, 상관부 및 정수 주파수 옵셋 추정부를 설명하기 위한 개념도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의된다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다 (comprises)" 또는 "포함하는 (comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 정수 주파수 옵셋을 추정하는 방법을 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 정수 주파수 옵셋을 추정하는 방법이 적용될 수 있는 OFDM 기반 DVB-T 시스템에서, 연속 파일럿과 분산 파일럿의 주파수 영역에서의 배치를 나타내는 개념도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 시스템에서 정수 주파수 옵셋 추정 방법을 위한 구성도이고, 도 3은 도 2의 파일럿 분류부, 상관부 및 정수 주파수 옵셋 추정부를 설명하기 위한 개념도이다.
먼저 도 1을 참조하여, 연속 파일럿과 분산 파일럿을 전송하는 DVB-T 시스템을 설명한다. DVB-T 시스템은 부반송파의 개수에 의해 2K 모드와 8K 모드로 나눌 수 있다. 도 1에는, 총 2048개의 부반송파 중 1705개의 부반송파를 파일럿 및 데이터를 전송하는데 사용하는 2K 모드 DVB-T 시스템에서 연속 파일럿과 분산 파일럿의 위치가 예시적으로 도시되어 있다.
2K 모드 DVB-T 시스템은 데이터 및 45개의 연속 파일럿, 142개 또는 143개의 분산 파일럿을 전송한다. 파일럿의 값은 +4/3 또는 -4/3이며, 이는 의사 랜덤 이진 수열에 (pseudo random binary sequence) 의해 결정된다. 가로와 세로는 각각 OFDM 시스템의 부반송파 색인과 심볼 색인을 나타낸다. Kmin과 (=0) Kmax (=1704) 각각은 데이터 및 파일럿을 전송하는데 사용되는 가장 작고 가장 큰 색인을 각각 의미한다. 분산 파일럿은 하나의 OFDM 심볼 상에서 매 12개 부반송파마다 삽입되며, 하나의 OFDM 심볼에서의 위치는 4개의 OFDM 심볼을 주기로 반복된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른, OFDM 시스템에서 정수 주파수 옵셋 추정 방법을 위한 구성도이다.
도 2를 참조하면, 실시예에 따른 OFDM 시스템에서 정수 주파수 옵셋 추정 방법을 수행하는 수신기는, 고속 푸리에 변환부(201), 심볼 획득부(202), 주파수 옵셋 후보값에 따른 수신 신호 이동부(203), 파일럿 분류부(204), 상관부(205), 정수 주파수 옵셋 추정부(206)를 포함한다.
고속 푸리에 변환부(201)는 수신 신호를 입력받아, 주파수 영역의 신호로 변환한다.
심볼 획득부(202)는, 고속 푸리에 변환부(201)를 거친 신호를 입력받아, 적어도 하나의 연속하는 OFDM 심볼을 획득한다.
그리고 복수의 수신 신호 이동부(203) 각각은 복수의 정수 주파수 옵셋 후보 값에 따라 획득한 OFDM 심볼의 제1 주파수 대역을 이동하여, 파일럿 및 데이터가 속하는 제2 주파수 대역을 얻는다. 여기서 수신 신호 이동부의 수는, 정수 주파수 옵셋 후보 값의 수만큼 일 수 있다.
파일럿 분류부(204)는, 수신 신호 이동부(203)에 의해 얻어진 파일럿 값을 기준으로 동일한 값을 갖는 파일럿 들의 색인을 분류한다.
그리고 복수의 상관부(205)는 제2 주파수 대역에서 동일한 값을 갖는 모든 파일럿에 대하여 상관값을 연산한다.
정수 주파수 옵셋 추정부(206)는 연산을 통해 얻은 상관값의 크기에 따라 복수의 정수 주파수 옵셋 후보 값 중 최종적으로 정수 주파수 옵셋을 결정한다.
전술한 내용을 좀더 구체적으로 설명한다.
먼저 시간 영역의 OFDM 신호가 채널을 거친 후 수신단에 도착되며, 수신단에 도착된
Figure pat00001
번째 OFDM 심볼의 n번째 샘플 yl(n)은 아래의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00002
여기에서 v는 OFDM 부반송파 간격으로 정규화된 주파수 옵셋을 의미한다. 그리고 N은 역 고속 푸리에 변환의 크기, Nl는 보호구간을 포함한 한 OFDM 심볼의 샘플 수, wl(n)은 평균이 0이고, 분산이
Figure pat00003
인 덧셈꼴 백색 정규 잡음 (additive white Gaussian noise: AWGN) 샘플을 나타낸다. SNR은
Figure pat00004
으로 정의되며,
Figure pat00005
이다. xl(n)은 채널을 통과한
Figure pat00006
번째 OFDM 심볼의 n번째 샘플을 의미하며, 아래의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00007
여기에서 Pl(k)는
Figure pat00008
번째 OFDM 심볼의 k번째 부반송파에 의해 전송되는 주파수 영역에서의 데이터 또는 파일럿, Hl(k)는
Figure pat00009
번째 OFDM 심볼의 k번째 부반송파에서의 채널 응답을 각각 의미한다. 주파수 옵셋 v는 정수 부분(Δ)과 소수 부분(ε)으로 나눌 수 있으며, 본 발명에서는 소수 주파수 옵셋이 완벽히 추정되고 보상되었다고 가정한다(ε=0). 예컨대 수신단에서 정수 주파수 옵셋을 추정하기 이전에 소수 주파수 옵셋이 완벽하게 추정되고 보상되었다고 가정한다.
이 경우, 고속 푸리에 변환 이후 주파수 영역에서의 l번째 OFDM 심볼의 k번째 OFDM 샘플 Yl(k)는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
여기에서 Wl(k)는 주파수 영역에서의 복소 AWGN 샘플을 의미한다. 전술한 수학식 3로부터 정수 주파수 옵셋은 OFDM 신호의 위상을 회전시키고 송신 데이터 및 파일럿의 순환적 이동을 가져옴을 알 수 있다.
하나의 OFDM 심볼 내에 있는 동일한 값을 갖는 파일럿들에 대하여 파일럿 간의 상관을 이용하여, 아래의 수학식 4와 같은 상관 함수를 얻을 수 있다.
Figure pat00011
여기에서 f는 정수 주파수 옵셋의 후보 값, L은 정수 주파수 옵셋을 추정하기 위하여 사용된 연속하는 OFDM 심볼의 수, Pp l는
Figure pat00012
번째 OFDM 심볼 내에 있는 수신단에서 4/3의 값으로 전송된 파일럿의 색인 집합, Pn l는
Figure pat00013
번째 OFDM 심볼 내에 있는 수신단에서 -4/3의 값으로 전송된 파일럿의 색인 집합,
Figure pat00014
를 각각 의미한다.
간략화된 OFDM 심볼을 나타내는 도 3을 통해 위 과정을 설명하면 다음과 같다.
실제 정수 주파수 옵셋 값과 후보 값이 같다고 하면, 도 3의 OFDM 심볼에 위치한 파일럿 1번, 2번, 4번이 동일한 값을 갖고, 파일럿 3번과 5번이 동일한 값을 갖는다고 가정한다. 그리고 파일럿 6번, 7번, 10번이 동일한 값을 갖고, 파일럿 8번과 9번이 동일한 값은 갖는다고 가정한다. 수신한 첫 번째 OFDM 심볼에서 파일럿 1번과 2번, 1번과 4번, 2번과 4번을 이용하여 상관값을 계산하며, 3번과 5번을 이용하여 상관값을 계산한다. 그리고 수신한 두 번째 OFDM 심볼에서 파일럿 6번과 7번, 6번과 10번, 7번과 10번을 이용하여 상관값을 계산하며, 8번과 9번을 이용하여 상관값을 계산한다.
수학식 4로 표현된 식은 가장 큰 값을 찾는 단계에서 아래의 수학식 5를 통해 정수 주파수 옵셋을 추정할 수 있다.
Figure pat00015
여기에서
Figure pat00016
는 추정된 정수 주파수 옵셋값을 의미한다.
구체적으로, 복수의 정수 주파수 옵셋 후보 값에 대하여 각각에 상응하는 복수의 상관 값들을 연산한 다음, 복수의 상관 값들 각각에 대해 실수 성분을 계산하고, 복수의 상관 값들 중 상기 실수 성분이 가장 큰 정수 주파수 옵셋 후보 값을, 최종적으로 상기 정수 주파수 옵셋으로 결정할 수 있다.
이상 바람직한 실시예와 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 관해 구체적으로 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (2)

  1. 파일럿을 사용하는 OFDM 심볼을 수신하여 정수 주파수 옵셋을 추정하는 방법에 있어서,
    전송된 OFDM 신호를 고속 푸리에 변환하는 단계;
    연속하는 적어도 하나의 OFDM 심볼을 획득하는 단계;
    복수의 정수 주파수 옵셋 후보 값에 따라 상기 획득한 OFDM 심볼의 제1 주파수 대역을 이동하여 파일럿 및 데이터가 속하는 제2 주파수 대역을 얻는 단계;
    상기 제2 주파수 대역에서, 전송된 파일럿 값을 기준으로 동일한 값을 갖는 파일럿들의 색인을 분류하는 단계;
    상기 색인 분류 결과를 이용하여, 상기 제2 주파수 대역에서 동일한 값을 갖는 모든 파일럿에 대하여 상관값을 연산하는 단계; 및
    상기 연산을 통해 얻은 상관 값의 크기에 따라 상기 복수의 정수 주파수 옵셋 후보 값 중 최종적으로 상기 정수 주파수 옵셋을 결정하는 단계
    를 포함하는 정수 주파수 옵셋을 추정하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상관값을 연산하는 단계는, 상기 복수의 정수 주파수 옵셋 후보 값에 대하여 각각에 상응하는 복수의 상관 값들을 연산하는 단계를 포함하고,
    상기 정수 주파수 옵셋을 결정하는 단계는, 상기 복수의 상관 값들 각각에 대해 실수 성분을 계산하고, 상기 복수의 상관 값들 중 상기 실수 성분이 가장 큰 정수 주파수 옵셋 후보 값을, 최종적으로 상기 정수 주파수 옵셋으로 결정하는 단계를 포함하는 것
    인 정수 주파수 옵셋을 추정하는 방법.
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