KR20130016920A - Ｏｆｄｍ 통신 시스템의 수신 장치 및 그의 위상 잡음 완화 방법 - Google Patents

Ｏｆｄｍ 통신 시스템의 수신 장치 및 그의 위상 잡음 완화 방법 Download PDF

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KR20130016920A
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Abstract

본 발명은 위상 잡음을 완화하기 위해 파일럿 심볼을 이용하는 기존의 수신기와는 달리, 수신되는 OFDM 심볼로부터 위상 잡음을 추정 및 보상함으로써, OFDM 시스템의 전송 효율 및 오율 성능을 개선시킬 수 있는 OFDM 통신 시스템의 수신 장치 및 그의 위상 잡음 완화 방법에 관한 것이다.

Description

ＯＦＤＭ 통신 시스템의 수신 장치 및 그의 위상 잡음 완화 방법{A receiver of communication system for orthogonal frequency division multiplexing and Method for mitigate a phase noise in thereof}
본 발명은 무선 통신에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하, 'OFDM'이라 명칭함) 통신 시스템의 위상 잡음을 완화하는 수신 장치 및 그 완화 방법에 관한 것이다.
OFDM은 다중 경로 페이딩에 강인하고 낮은 구현 복잡도를 가지기 때문에 차세대 광대역 통신 시스템의 전송 표준에 많이 채택되고 있다.
하지만 OFDM 수신기의 에러율(error rate) 성능은 주파수 변이(offset)와, 위상 잡음으로 인해 발생하는 부반송파 간 간섭(Intercarrier Interference, 이하, 'ICI'라 명칭함) 및 공통 위상 잡음(Common Phase Error, 이하, 'CPE'라 명칭함)에 의해 쉽게 열화되므로, 이러한 왜곡 성분들을 효과적으로 보상하는 것이 필요하다.
위상 잡음의 영향을 완화하기 위한 대부분의 수신기들은 파일럿 심볼의 전송을 요구한다.
그러나, 이러한 파일럿 심볼 전송은 OFDM 시스템의 전송 효율을 저하시킨다는 문제점을 가지고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 최근에는 파일럿 심볼의 전송을 요구하지 않는, 즉 블라인드 방식을 이용한 위상 잡음 완화 방식에 대한 연구가 많이 진행되고 있다.
블라인드 방식의 위상 잡음 완화기를 포함한 수신기에 대한 최근 결과는 "OFDM joint data detection and phase noise cancellation for constant modulus modulations," IEEE Transactions on Signal Processing, 2009년 7월, pp. 2864-2868 문헌에서 제안한 C-MMSPE 알고리즘이다.
C-MMSPE 알고리즘은 위상 잡음의 세기가 작거나, 낮은 차수의 변조 방식을 사용하는 경우에 효과적으로 위상 잡음을 보상하나, 위상 잡음의 세기가 크거나, 높은 차수의 변조 방식을 사용하는 경우에는 심각한 성능 열화를 보이고 있다.
C-MMSPE 알고리즘은 ICI가 전혀 완화되지 않은 수신 심볼을 이용하여 전송 심볼을 추정하고, 이 심볼 추정치를 가지고 위상 잡음을 추정한다.
이때, ICI의 영향이 클 경우에는 심볼 추정치가 정확하지 않기 때문에 위상 잡음도 정확하게 추정되지 않고, 이로 인해 C-MMSPE 알고리즘은 성능 열화를 가지는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 위상 잡음을 완화하기 위해 파일럿 심볼을 이용하는 기존의 수신기와는 달리, 수신되는 OFDM 심볼로부터 위상 잡음을 추정 및 보상함으로써, OFDM 시스템의 전송 효율 및 오율 성능을 개선시킬 수 있는 OFDM 통신 시스템의 수신 장치 및 그의 위상 잡음 완화 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 OFDM 통신 시스템의 수신 장치에 있어서, 상기 OFDM 통신 시스템의 송신 장치로부터 OFDM 심볼을 수신하는 통신부와; 상기 수신되는 심볼의 부분 블록 별 위상 잡음의 평균 차이를 추정하고, 상기 추정된 평균 차이를 이용하여 상기 심볼에서 발생되는 부반송파 간 간섭(Intercarrier Interface; 이하, 'ICI'라 명칭함)을 완화시키는 ICI 완화부와; 상기 ICI 완화부에 의해 상기 ICI가 완화된 이후에 상기 심볼에서 발생되는 공통 위상 잡음(Common Phase Error; 이하, 'CPE'라 명칭함)을 추정하여 보상하는 CPE 보상부;를 포함하여 이루어진다.
이때, 상기 ICI 완화부는 블라인드(Blind) 방식을 통하여 상기 부분 블록 별 위상 잡음의 평균 차이를 추정할 수 있다.
또한, 상기 ICI 완화부는 상기 부분 블록 별 이산 푸리에(Fourier) 계수와, 채널 계수의 크기 및 전송 성분의 크기 중 적어도 하나를 이용하여 상기 부분 블록 별 위상 잡음의 평균 차이를 추정할 수 있다. 이때, 상기 ICI 완화부는 상기 부분 블록 별 이산 푸리에(Fourier) 계수와, 채널 계수의 크기 및 전송 성분의 크기에 최소 자승 알고리즘(Least-squares algorithm)을 적용하여 상기 부분 블록 별 위상 잡음의 평균 차이를 추정할 수 있다.
또한, 상기 ICI 완화부는 상기 추정된 평균 차이에 해당하는 값을 상기 심볼의 부분 블록들에 각각 곱하여 상기 ICI를 완화시킬 수 있다.
상기와 같은 ICI 완화부는, 상기 수신된 심볼을 상기 부분 블록들로 분할하는 수신 심볼 분할기와; 상기 분할된 부분 블록들의 위상 잡음의 평균을 각각 계산하고, 상기 계산된 각각의 위상 잡음 평균을 토대로 상기 부분 블록 별 위상 잡음의 평균 차이를 추정하는 추정기와; 상기 추정기에 의해 추정된 평균 차이에 해당하는 값을 상기 부분 블록들에 각각 곱하여 상기 ICI를 완화시키는 연산기;를 포함하여 이루어진다.
또한, 본 발명은 OFDM 통신 시스템 수신 장치의 위상 잡음 완화 방법에 있어서, 상기 OFDM 통신 시스템의 송신 장치로부터 OFDM 심볼을 수신하는 단계와; 상기 수신되는 심볼의 부분 블록 별 위상 잡음의 평균 차이를 추정하는 단계와; 상기 추정된 평균 차이를 이용하여 상기 심볼에서 발생되는 부반송파 간 간섭(Intercarrier Interface; 이하, 'ICI'라 명칭함)을 완화시키는 단계와; 상기 심볼에 상기 ICI가 완화된 이후에 상기 심볼에서 발생되는 공통 위상 잡음(Common Phase Error; 이하, 'CPE'라 명칭함)을 추정하여 보상하는 단계;를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따른 OFDM 통신 시스템의 수신 장치 및 그의 위상 잡음 완화 방법은, 기존의 파일럿 심볼을 전혀 이용하지 않으므로 시스템의 전송 효율을 크게 개선할 수 있다. 또한, 본 발명은 부반송파 간 간섭(ICI)를 먼저 제거한 후에 공통 위상 잡음(CPE)를 보상하므로 시스템의 성능을 크게 개선할 수도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 OFDM 통신 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 OFDM 통신 시스템의 수신 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 OFDM 통신 시스템에서 발생하는 위상 잡음과 수학식 6에 있는 부분 블록 별 위상 잡음의 평균 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 OFDM 통신 시스템에서 발생하는 위상 잡음과 수학식 6에 있는 부분 블록 별 위상 잡음의 평균 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 심볼에 ICI가 완화된 이후에 발생되는 잔여 위상 잡음을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 OFDM 통신 시스템 수신 장치의 위상 잡음 완화 과정을 나타낸 흐름도이다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 OFDM 통신 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, OFDM 통신 시스템은 정보를 포함한 OFDM 심볼을 전송하는 전송 장치(100)와, 상기 전송 장치(100)에서 전송한 OFDM 심볼을 수신하는 수신 장치(200)를 포함하여 이루어진다.
일 예로, 상기 수신 장치(200)는 휴대 단말기가 될 수 있고, 상기 전송 장치(100)는 상기 휴대 단말기로 OFDM 심볼을 전송하는 기지국, 방송국 등이 될 수 있다.
또한, 상기 휴대 단말기는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션 등이 포함될 수 있다.
또한, 상기 수신 장치(200)는 디지털 TV, 데스크탑 컴퓨터 등과 같은 고정형 단말기가 될 수도 있다.
한편, 전송 장치(100)는 이산 푸리에 역변환부(Inverse Discrete Fourier Transform unit; 이하, 'IDFT'라 명칭함)(110)와, 순환 전치 삽입부(Cycle Prefix unit, 이하, 'CP'라 명칭함)(120) 및 통신부(130)를 포함하여 이루어진다.
이때, 본 발명에 따른 전송 장치(100)는 위상 잡음 추정을 위한 파일럿 심볼을 전송하지 않는다.
즉, 하나의 OFDM 통신 시스템에 포함된 부반송파의 개수는 N이다. 이때, k번째 부반송파를 통해 전송되는 성분을 X k 라 하면, 전송할 정보어 심볼 벡터 X는 이하의 수학식 1과 같다.
Figure pat00001
여기서
Figure pat00002
는 전치(transpose) 연산을 나타낸다.
IDFT(110)는 상기 정보어 심볼 벡터 X가 정규화되도록,N-point이산 푸리에 역변환하고, 상기 역변환에 의해 상기 정보어 심볼 벡터 X를 시간 영역 정보어 심볼 벡터
Figure pat00003
로 변환한다.
그리고, IDFT(110)는 상기 역변환된 정보어 심볼 벡터 x를 CP(120)로 출력한다.
CP(120)는 상기 IDFT(110)로부터 입력된 정보어 심볼 벡터 x에 CP를 추가하여 통신부(130)로 출력한다.
통신부(130)는 상기 CP(120)로부터 입력된 정보어 심볼 벡터 x를 상기 수신 장치(200)와 약속된 전송 채널을 통해 상기 수신 장치(200)로 전송한다.
이때, 상기 수신 장치(200)가 상기 전송 장치(100)로부터 상기 심볼 벡터 x를 수신할 때, 상기 수신되는 심볼 벡터 x에 위상 잡음 및/또는 백색 가우시안 잡음(additive white Gaussian noise, AWGN)이 발생될 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 수신 장치(200)의 구성에 대해 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 OFDM 통신 시스템의 수신 장치를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 수신 장치(200)는 통신부(210)와, 순환 전치 제거부(220)와, 제1 및 제2 이산 푸리에 변환부(230, 250)와, 부반송파 간 간섭(Intercarrier Interface; 이하, 'ICI'라 명칭함) 완화부(240)와, 공통 위상 잡음(Common Phase Error; 이하, 'CPE'라 명칭함) 보상부(260)와, 단일 탭 등화부(270)를 포함하여 이루어진다.
이때, 본 발명에 따른 수신 장치(200)는 필요에 따라 전술한 구성요소 이외의 것(예를 들면, 수신 장치가 휴대 단말기일 경우, 디스플레이부, 입력부, 스피커 등등)이 포함되어 구성될 수 있을 것이나, 상기 전술한 구성요소 이외의 것은 본 발명에 직접적 연관이 있는 것은 아니므로 설명의 간명함을 위해 이에 대한 자세한 설명은 이하 생략된다.
본 발명에 따른 수신 장치(200)는 전송 장치(100)로부터 수신되는 심볼의 이산 푸리에 계수와, 상기 전송 장치(100)와의 채널 계수의 크기 및 전송 성분의 크기를 이용하여 상기 수신된 심볼에서 발생하는 위상 잡음의 평균을 상기 심볼의 부분 블록 별로 블라인드 방식을 통해 추정하고, 이를 이용하여 위상 잡음으로 인해 발생된 ICI를 먼저 완화한다.
그리고, 수신 장치(200)는 상기 ICI가 먼저 완화된 심볼에서 추가로 발생되는 CPE를 다시 추정하여 보상함으로써, 위상 잡음을 보상하기 위한 기존의 수신 장치와는 달리 파일럿 심볼을 이용하지 않고, 위상 잡음을 추정 및 보상함으로써, OFDM 통신 시스템의 전송 효율을 개선시킬 수 있는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 수신 장치(200)는 수신된 심볼에서 위상 잡음으로 인해 발생된 ICI를 먼저 완화시킴으로써, OFDM 통신 시스템의 에러율을 크게 감소시킬 수도 있다.
이하, 본 발명에 따른 수신 장치(200)의 구성 요소에 대해 상세히 설명한다.
통신부(210)는 상기 전송 장치(100)와 약속된 채널을 통해 상기 전송 장치(100)로부터 전송되는 심볼을 수신한다.
순환 전치 제거부(220)는 상기 수신된 심볼 내에서 CP를 삭제한다. 이때, 상기 순환 전치 제거부(220)에 의해 CP가 삭제된 심볼의 벡터를
Figure pat00004
라 정의하면, 상기 심볼의 벡터 y의 i번째 수신 성분 yi는 이하의 수학식 2와 같이 표현된다.
Figure pat00005
여기서
Figure pat00006
는 i번째 수신 성분 구간에서 발생한 위상 잡음이고,
Figure pat00007
는 모듈로-N 연산을 뜻한다.
또한, 계수
Figure pat00008
는 평균이 0이고, 분산이
Figure pat00009
인 가우시안 확률 변수로서 백색 가우시안 잡음(AWGN)을 나타낸다.
또한, 계수
Figure pat00010
은 길이가 L인 등가 이산 시간 영역의 채널 임펄스 응답(equivalent discrete-time channel impulse response)이다.
이때, 상기 채널 임펄스 응답은 하나의 심볼이 전송되는 동안 고정되어 있으며, 수신기에 정확하게 알려져 있다고 가정한다.
제1 이산 푸리에 변환부(230)는 정규화된 N-point 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform, 이하, 'DFT'라 명칭함)을 통해 상기 CP가 삭제된 심볼 벡터 y의 주파수 영역 심볼 벡터
Figure pat00011
를 구한다.
이때 k번째 성분, 즉 k번째 부반송파에서 수신된 성분, Yk는 이하의 수학식 3과 같이 표현된다.
Figure pat00012
여기서, Hk는 k번째 부반송파가 겪는 주파수 영역 채널 계수로 이하의 수학식 4와 같다.
Figure pat00013
여기서, 인수 Jk는 위상 잡음에 의해 발생하는 왜곡 성분
Figure pat00014
의 주파수 영역 성분으로써, 이하의 수학식 5와 같이 표현된다.
Figure pat00015
여기서, Wk는 잡음
Figure pat00016
의 k번째 DFT 계수로서 주파수 영역에서 나타나는 잡음 성분이다.
이때, 상기 수학식 3의 첫번째 항에 있는 인수 J0 가 상기 수신된 심볼에서 발생된 CPE에 해당하고, 상기 수학식 3의 두번째 항이 상기 수신된 심볼에서 발생된 ICI에 해당한다.
따라서, 상기 발생된 CPE와 ICI에 의해서 수신 심볼의 성분이 왜곡되므로, 이들을 보상하는 것이 필요하다.
이에 따라, ICI 완화부(240)는 수신된 심볼을 크기가 S인 다수의 부분 블록들로 분할한다. 즉, 상기 분할된 부분 블록들의 개수
Figure pat00017
로 정의 할 수 있다.
이때 q번째 부분 블록 내에 포함된 수신 심볼 벡터는
Figure pat00018
로 정의할 수 있다.
이때, 상기 수신 벡터 yq내에서 발생한 위상 잡음
Figure pat00019
의 평균을
Figure pat00020
라 하면, 상기 위상 잡음의 평균
Figure pat00021
는 이하의 수학식 6과 같이 표현된다.
Figure pat00022
도 3은 본 발명에 따른 OFDM 통신 시스템에서 발생하는 위상 잡음과 수학식 6에 있는 부분 블록 별 위상 잡음의 평균 예를 나타낸 도면이다.
이때,
Figure pat00023
번째 부분 블록에서 발생한 위상 잡음의 평균
Figure pat00024
및 0 번째 부분 블록에서 발생한 위상 잡음의 평균
Figure pat00025
의 차이를
Figure pat00026
라 정의하면, 상기 차이를 이용해서 위상 잡음의 평균 차이 벡터 d를 이하의 수학식 7과 같이 정의할 수 있다.
Figure pat00027
즉, ICI 완화부(240)는 상기 q번째의 부분 블록 벡터 yq에 0을 덧붙여(zero padding, ZP) 길이가 N인 심볼 벡터
Figure pat00028
를 구성한다.
그리고, ICI 완화부(240)는 상기 심볼 벡터
Figure pat00029
의 정규화된 N-point DFT 계수인
Figure pat00030
를 이하의 수학식 8과 같이 계산한다.
Figure pat00031
이때, 상기 ICI 완화부(240)는 전송 장치(100)의 전송 성분의 에너지
Figure pat00032
를 미리 유추하여 알 수 있다.
일 예로, 위상 편이(Phase shift keying) 변조 방식과 같이 모든 성분의 에너지가 동일한 신호 성좌를 사용하는 경우에는 수신 장치(200)에서 전송 성분의 에너지를 바로 알 수 있다.
또한, 직교 진폭 변조(Quadrature Amplitude Modulation)와 같이 모든 성분의 에너지가 동일하지 않은 경우에는, 등화기 및 에너지 추정기 등을 이용하여 전송 성분의 에너지를 추정할 수 있다.
이때, 상기 부분 블록 심볼 벡터에 대한 DFT 계수들
Figure pat00033
과, 주파수 영역의 채널 계수
Figure pat00034
와, 전송 성분의 에너지
Figure pat00035
와, 위상 잡음 평균의 차이 벡터 d에 대하여, 이하의 수학식 9와 같은 관계식을 유도할 수 있다.
Figure pat00036
여기서,
Figure pat00037
은 길이 N인 벡터이며, k번째 성분은 이하의 수학식 10과 같다.
Figure pat00038
이때, 상기
Figure pat00039
는 이하의 수학식 11과 같이 표현된다.
Figure pat00040
상기 수학식 9에 있는 A는 크기가
Figure pat00041
인 실수 행렬이며, m번째 행과 n번째 열의 성분
Figure pat00042
은 이하의 수학식 12와 같이 주어진다.
Figure pat00043
이때, 최소 자승 알고리즘(least-squares algorithm)을 이용하여 평균 차이 벡터의 추정치
Figure pat00044
를 이하의 수학식 13과 같이 구한다.
Figure pat00045
즉, ICI 완화부(240)는 상기 평균 차이 벡터의 추정치인
Figure pat00046
를 이용하여 상기 수신된 심볼에서 위상 잡음으로 인해 발생한 ICI를 완화시킨다.
도 4는 본 발명에 따른 ICI 완화부를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, ICI 완화부(240)는 상술한 바와 같이, 상기 수신된 심볼을 크기가 S 인 다수의 부분 블록들로 분할하는 수신 심볼 분할기(241)와, 상기 분할된 부분 블록 별 위상 잡음의 평균을 각각 계산하고, 상기 계산된 각각의 위상 잡음 평균을 토대로 상기 부분 블록 별 위상 잡음의 평균 차이를 추정하는 추정기( 242)와, 상기 추정기(242)에 의해 추정된 평균 차이에 해당하는 값을 상기 부분 블록들의 성분에 각각 곱하여 상기 ICI를 완화시키는 연산기(243)와, 상기 ICI가 완화된 부분 블록들을 병렬에서 직렬로 변환하여 출력하는 병렬-직렬 변환기(244)를 포함하여 이루어진다.
즉, 상기 연산기(243)는 상기 부분 블록들의 ICI를 완화시키기 위해 이하의 수학식 14와 같이 1번째 부분 블록에서
Figure pat00047
번째 부분 블록 내에 속하는 수신 성분들에
Figure pat00048
을 곱한다.
Figure pat00049
여기서, zi는 ICI가 완화된 수신 성분을 나타낸다.
상기 수학식 14의 과정에 의해서 위상 잡음이 완벽하게 제거되지 않기 때문에
Figure pat00050
는 여전히 위상 잡음을 가질 수 있다.
이 위상 잡음을 잔여(residual) 위상 잡음
Figure pat00051
이라 하자.
도 5는 수신 장치(200)에서 수신한 심볼에 위상 잡음이 도 3와 같이 주어졌을 때, 상기 심볼 내의 부분 블록 별 위상 잡음의 평균 차이 벡터 d를 정확히 추정하고, 상기 수학식 14에 있는 과정을 적용했을 때에, 상기 zi가 가지는 잔여 위상 잡음을 예를 들어 나타낸 것이다.
도 5를 참조하면, 상기 잔여 위상 잡음의 변화가 기존 위상 잡음의 변화에 매우 작아진 것을 볼 수 있다.
이때, ICI의 세기는 위상 잡음의 변화 정도에 비례한다고 알려져 있다.
따라서, 상기 수학식 14 과정을 수행한 이후에, 상기 위상 잡음의 변화 감소는 ICI가 크게 완화될 수 있음을 나타내고 있다.
그리고, ICI 완화부(240)의 추정기(242)가 상기 심볼 내의 부분 블록 별 위상 잡음의 평균 차이 벡터 d를 정확히 추정하였을 때, 상기 심볼 내에 잔여 위상 잡음
Figure pat00052
의 평균이 0번째 부분 블록 내에 발생한 기존의 위상 잡음
Figure pat00053
의 평균
Figure pat00054
이 되는 것을 쉽게 확인할 수 있다.
그러나, 잔여 위상 잡음의 변화가 매우 작아져 ICI가 많이 완화되었지만, 잔여 위상 잡음의 평균에 의해서 CPE 왜곡이 발생하여 성능을 열화시킬 수 있으므로 이를 보상하는 것이 추가로 필요하다.
이하, 상기 ICI가 완화된 심볼에서 추가로 CPE를 추정하여 보상하는 과정에 대해 설명한다.
상술한, 수학식 1 내지 14의 과정 및 ICI 완화부(240)에 의해 상기 ICI가 완화된 심볼은 제2 이산 푸리에 변환부(250)로 입력되고, 상기 제2 이산 푸리에 변환부(250)에 의해 정규화된 N-point DFT 변환되어 CPE 보상부(260)로 출력된다.
즉, 상기 ICI가 완화된 심볼 벡터
Figure pat00055
는 정규화된 N-point　DFT에 의해서 주파수 영역의 심볼 벡터
Figure pat00056
로 변환된다. 이때, 상기 심볼 벡터 Z의 k번째 성분
Figure pat00057
는 이하의 수학식 15와 같이 표현된다.
Figure pat00058
여기서,
Figure pat00059
은 ICI가 완화된 심볼 벡터 z가 가지는 잔여 위상 잡음 왜곡
Figure pat00060
에 의해 발생한 CPE로 이하의 수학식 16과 같이 표현된다.
Figure pat00061
여기서,
Figure pat00062
는 잔여 위상 잡음에 의해 발생하는 ICI이고,
Figure pat00063
는 Zk가 겪는 가산 잡음 성분이다.
이때 잔여 위상 잡음의 변화가 매우 작을 경우 ICI를 무시할 수도 있다.
수신 장치(200)가 우수한 성능을 내기 위해서는
Figure pat00064
을 추정하여 보상하는 것이 필요하다.
따라서, CPE 보상부(260)는 상기 ICI가 완화된 심볼 벡터 Z에서
Figure pat00065
을 추정하여 보상한다.
이때, CPE 보상부(260)는 이하의 수학식 17을 근거로 상기 심볼 벡터 Z에서
Figure pat00066
을 추정한다.
Figure pat00067
여기서, k번째 성분 Zk로 부터 위상 잡음의 평균
Figure pat00068
에 대한 추정치
Figure pat00069
를 이하의 수학식 18과 같이 계산할 수 있다.
Figure pat00070
여기서,
Figure pat00071
는 경판정(hard decision) 연산을 나타낸다.
CPE 보상부(260)는
Figure pat00072
로부터 구한 N개의 추정치
Figure pat00073
들을 이하의 수학식 19를 통해 평균화하여
Figure pat00074
를 최종적으로 추정한다.
Figure pat00075
그리고, CPE 보상부(260)는 위상 잡음의 평균에 대한 추정치
Figure pat00076
를 계산한 후에, 단일 탭(one-tap) 등화부(270)를 이용하여 이하의 수학식 20과 같이 전송 성분들을 추정한다.
Figure pat00077
여기서,
Figure pat00078
는 단일 탭 등화부(270)의 출력이고,
Figure pat00079
,
Figure pat00080
은 잡음 성분
Figure pat00081
의 분산이다.
도 6은 본 발명에 따른 OFDM 통신 시스템 수신 장치의 위상 잡음 완화 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 수신 장치(200)는 전송 장치(100)로부터 OFDM 심볼을 수신한다[S110].
수신 장치(200)는 상술한 수학식 3 내지 13의 과정을 이용하여 상기 수신된 심볼의 부분 블록 별 위상 잡음의 평균 차이를 추정한다[S120].
그리고, 수신 장치(200)는 상술한 수학식 14의 과정에서와 같이, 상기 추정된 평균 차이를 이용하여 상기 심볼에서 발생되는 ICI를 완화시킨다[S130].
그리고, 수신 장치(200)는 상술한 수학식 15 내지 20을 이용하여 상기 ICI가 먼저 완화된 심볼에서 추가로 발생되는 CPE를 추정하여 보상한다[S140].
이상, 본 발명에 따른 OFDM 통신 시스템 수신 장치의 위상 잡음 완화 알고리즘은 기존처럼 파일럿 심볼을 전혀 이용하지 않는다.
따라서 본 발명에 따른 위상 잡음 완화 알고리즘을 채택한 OFDM 통신 시스템은 파일럿 심볼을 이용하는 기존의 OFDM 통신 시스템에 비해 높은 전송 효율을 가진다.
또한 본 발명에 따른 OFDM 통신 시스템 수신 장치의 위상 잡음 완화 알고리즘은 위상 잡음으로 인해 발생한 ICI를 먼저 완화하므로 기존 방식에 비해 넓은 범위의 위상 잡음 세기에 대해서 우수한 성능을 가진다.
이상 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다.
본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
100: 전송 장치 110: 이산 푸리에 역변환부
120: 순환 전치 삽입부 130: 통신부
200: 수신 장치 210: 통신부
220: 순환 전치 제거부 230: 제1 이산 푸리에 변환부
240: ICI 완화부 250: 제2 이산 푸리에 변환부
260: CPE 보상부 270: 단일 탭 등화부

Claims (11)

  1. 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하, 'OFDM'이라 명칭함) 통신 시스템의 수신 장치에 있어서,
    상기 OFDM 통신 시스템의 송신 장치로부터 OFDM 심볼을 수신하는 통신부;
    상기 수신되는 심볼의 부분 블록 별 위상 잡음의 평균 차이를 추정하고, 상기 추정된 평균 차이를 이용하여 상기 심볼에서 발생되는 부반송파 간 간섭(Intercarrier Interface; 이하, 'ICI'라 명칭함)을 완화시키는 ICI 완화부; 및
    상기 ICI 완화부에 의해 상기 ICI가 완화된 이후에 상기 심볼에서 발생되는 공통 위상 잡음(Common Phase Error; 이하, 'CPE'라 명칭함)을 추정하여 보상하는 CPE 보상부;를 포함하여 이루어지는 OFDM 통신 시스템의 수신 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 ICI 완화부는, 블라인드(Blind) 방식을 통하여 상기 부분 블록 별 위상 잡음의 평균 차이를 추정하는 것을 특징으로 하는 OFDM 통신 시스템의 수신 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 ICI 완화부는, 상기 부분 블록 별 이산 푸리에(Fourier) 계수와, 채널 계수의 크기 및 전송 성분의 크기 중 적어도 하나를 이용하여 상기 부분 블록 별 위상 잡음의 평균 차이를 추정하는 것을 특징으로 하는 OFDM 통신 시스템의 수신 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 ICI완화부는, 상기 부분 블록 별 이산 푸리에(Fourier) 계수와, 채널 계수의 크기 및 전송 성분의 크기에 최소 자승 알고리즘(Least-squares algorithm)을 적용하여 상기 부분 블록 별 위상 잡음의 평균 차이를 추정하는 것을 특징으로 하는 OFDM 통신 시스템의 수신 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 ICI 완화부는, 상기 추정된 평균 차이에 해당하는 값을 상기 심볼의 부분 블록들에 각각 곱하여 상기 ICI를 완화시키는 것을 특징으로 하는 OFDM 통신 시스템의 수신 장치.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 ICI 완화부는,
    상기 수신된 심볼을 상기 부분 블록들로 분할하는 수신 심볼 분할기;
    상기 분할된 부분 블록들의 위상 잡음의 평균을 각각 계산하고, 상기 계산된 각각의 위상 잡음 평균을 토대로 상기 부분 블록 별 위상 잡음의 평균 차이를 추정하는 추정기; 및
    상기 추정기에 의해 추정된 평균 차이에 해당하는 값을 상기 부분 블록들에 각각 곱하여 상기 ICI를 완화시키는 연산기;를 포함하여 이루어지는 OFDM 통신 시스템의 수신 장치.
  7. 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하, 'OFDM'이라 명칭함) 통신 시스템 수신 장치의 위상 잡음 완화 방법에 있어서,
    상기 OFDM 통신 시스템의 송신 장치로부터 OFDM 심볼을 수신하는 단계;
    상기 수신되는 심볼의 부분 블록 별 위상 잡음의 평균 차이를 추정하는 단계;
    상기 추정된 평균 차이를 이용하여 상기 심볼에서 발생되는 부반송파 간 간섭(Intercarrier Interface; 이하, 'ICI'라 명칭함)을 완화시키는 단계; 및
    상기 심볼에 상기 ICI가 완화된 이후에 상기 심볼에서 발생되는 공통 위상 잡음(Common Phase Error; 이하, 'CPE'라 명칭함)을 추정하여 보상하는 단계;를 포함하여 이루어지는 OFDM 통신 시스템 수신 장치의 위상 잡음 완화 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 평균 차이 추정 단계는, 블라인드(Blind) 방식을 통하여 상기 부분 블록 별 위상 잡음의 평균 차이를 추정하는 것을 특징으로 하는 OFDM 통신 시스템 수신 장치의 위상 잡음 완화 방법.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 평균 차이 추정 단계는, 상기 부분 블록 별 이산 푸리에(Fourier) 계수와, 채널 계수의 크기 및 전송 성분의 크기 중 적어도 하나를 이용하여 상기 부분 블록 별 위상 잡음의 평균 차이를 추정하는 것을 특징으로 하는 OFDM 통신 시스템 수신 장치의 위상 잡음 완화 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 평균 차이 추정 단계는, 상기 부분 블록 별 이산 푸리에(Fourier) 계수와, 채널 계수의 크기 및 전송 성분의 크기에 최소 자승 알고리즘(Least-squares algorithm)을 적용하여 상기 부분 블록 별 위상 잡음의 평균 차이를 추정하는 것을 특징으로 하는 OFDM 통신 시스템 수신 장치의 위상 잡음 완화 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 ICI 완화 단계는, 상기 추정된 평균 차이에 해당하는 값을 상기 심볼의 부분 블록들에 각각 곱하여 상기 ICI를 완화시키는 것을 특징으로 하는 OFDM 통신 시스템 수신 장치의 위상 잡음 완화 방법.
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