KR20130038731A

KR20130038731A - 무선 통신 시스템에서 훈련 심볼 기반의 주파수 오프셋 추정 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20130038731A
Application number: KR1020110103246A
Authority: KR
Inventors: 정다해; 이영포; 김준환; 강승구; 윤석호
Original assignee: 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2011-10-10
Filing date: 2011-10-10
Publication date: 2013-04-18
Also published as: KR101275692B1

Abstract

무선 통신 시스템에서 주파수 오프셋(offset) 추정 방법 및 장치를 제공한다. 상기 방법은 N개의 샘플로 구성되는 수신 신호를 입력 받는 단계; 상기 수신 신호에서 N/2개의 샘플을 구하는 단계; 상기 N/2개의 샘플을 합하는 단계; 상기 N/2개의 샘플을 합한 신호에서 각도를 구하는 단계; 및 상기 구한 각도를 기반으로 주파수 오프셋 추정치를 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

무선 통신 시스템에서 훈련 심볼 기반의 주파수 오프셋 추정 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS OF ESTIMATING FREQUENCY OFFSET BASED OD TRAINING SYMBOLS IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 무선 통신에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선 통신 시스템에서 훈련 심볼 기반의 주파수 오프셋 추정 방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 공개 특허 공보 제10-2003-0042377호(2003. 5.28)에 기재되어 있다.

무선 통신 시스템에서, 한정된 무선 자원의 효율성을 극대화하기 위하여 효과적인 송수신 기법 및 활용 방안들이 제안되어 왔다. 차세대 무선 통신 시스템에서 사용될 수 있는 무선 통신 시스템 중 하나는 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; OFDM) 시스템이다. OFDM은 직렬로 입력되는 데이터 심벌을 N개의 병렬 데이터 심벌로 변환하여 각각 분리된 N개의 부반송파(subcarrier)에 실어 전송한다. 부반송파는 주파수 차원에서 직교성을 유지하도록 한다. 각각의 직교 채널은 상호 독립적인 주파수 선택적 페이딩(frequency selective fading)을 경험하게 되고, 이에 따라 수신단에서의 복잡도가 감소하고 전송되는 심벌의 간격이 길어져 심벌간 간섭이 최소화될 수 있다.

이러한 OFDM은 다중 경로 페이딩에 강인하고 고속 데이터 전송이 가능하다는 장점이 있으나, 주파수 오프셋(frequency offset)에 매우 민감하다는 단점이 있다. 주파수 오프셋은 송수신기 사이의 발진기(oscillator) 주파수의 불일치, 또는 도플러 효과(Doppler effect) 등에 의해서 발생할 수 있다. 주파수 오프셋에 의하여 부반송파 간의 직교성이 깨지고 간섭이 발생할 수 있으며, 이에 따라 복조 성능이 감소하게 된다.

한편, 최근 디지털 방송, 무선 인터넷, 화상 통화 등 다양한 멀티미디어 서비스에 대한 요구가 증가함에 따라 주파수 자원의 희소성이 심화되고 있다. 주파수 자원 부족 문제를 해결하기 위한 방법으로, 1차 사용자에 할당된 주파수 대역이 사용되지 않을 때 사용되지 않는 주파수 자원을 2차 사용자가 사용하는 인지 무선(Cognitive Radio : CR) 기술이 주목 받고 있다. CR 기술에서 2차 사용자는 스펙트럼 센싱(sensing)을 통해 1차 사용자의 주파수 사용 여부를 인지한 후, 동적 스펙트럼 접근을 통해 해당 주파수를 사용한다. 이때 2차 사용자 시스템은 OFDM 기반 CR 시스템으로 구현될 수 있다.

OFDM 시스템의 주파수 오프셋의 추정을 위하여 다양한 주파수 오프셋 추정 방법들이 제안되어 왔으며, 이는 크게 훈련 심벌(training symbol) 기반 주파수 오프셋 추정 방법과 블라인드(blind) 기반 오프셋 추정 방법으로 나뉠 수 있다. 훈련 심벌 기반 주파수 오프셋 추정 방법은 송신단에서 전송한 특정 구조의 파일럿(pilot)을 이용하여 주파수 오프셋을 추정한다. 블라인드 기반 주파수 오프셋 추정 방법은 파일럿을 이용하지 않고 OFDM 시스템 자체의 특성을 이용하여 주파수 오프셋을 추정한다. 훈련 심벌 기반 주파수 오프셋 추정 방법은 블라인드 기반 주파수 오프셋 추정 방법에 비해 전송 효율이 다소 떨어지나, 추정 성능이 뛰어난 장점이 있다. 훈련 심벌 기반 주파수 오프셋 추정 방법은 T. M. Schmidl and D. C. Cox, “Robust frequency and timing synchronization for OFDM,” IEEE Trans. Commun., vol. 45, no. 12, pp. 1613-1621, Dec. 1997.을, 블라인드 기반 주파수 오프셋 추정 방법은 J.-J. van de Beek, M. Sandell, and P. O. Borjesson, “ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems,” IEEE Trans. Sig. Process., vol. 45, no. 7, pp. 1800-1805, July 1997.을 참조할 수 있다.

한편, 기존의 훈련 심벌 기반 주파수 오프셋 추정 방법에서는 잡음을 정규 분포(normal distribution)를 가지는 정규 잡음으로 가정한다. 그러나 실제 통신 환경에서는 정규 잡음뿐만 아니라 비정규 잡음도 고려해야 할 필요가 있다. 특히 OFDM 기반 CR 시스템의 경우, 주파수 사용 중에 다른 CR시스템들의 신호 및 다른 셀의 1차 사용자 신호 간섭으로 인해 발생해는 비정규 잡음 등을 고려해야 한다. 이러한 비정규 잡음 환경에서 기존의 훈련 심벌 기반 주파수 오프셋 추정 방법은 추정 성능 감소를 피할 수 없다.

따라서, 비정규 잡음 환경에서 주파수 오프셋을 정확하게 측정하기 위한 새로운 주파수 오프셋 추정 방법이 요구된다.

본 발명의 기술적 과제는 무선 통신 시스템에서 훈련 심볼 기반의 주파수 오프셋 추정 방법 및 장치를 제공하는 데에 있다. 특히 본 발명은 비정규 잡음 환경의 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing : OFDM) 시스템에서 훈련 심볼 기반의 주파수 오프셋 추정 방법을 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따른, 무선 통신 시스템에서 주파수 오프셋(offset) 추정 방법은 N개의 샘플로 구성되는 수신 신호를 입력 받는 단계; 상기 수신 신호에서 N/2개의 샘플을 구하는 단계; 상기 N/2개의 샘플을 합하는 단계; 상기 N/2개의 샘플을 합한 신호에서 각도를 구하는 단계; 및 상기 구한 각도를 기반으로 주파수 오프셋 추정치를 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 N/2개의 샘플은 아래의 수학식에 의하여 구해질 수 있다.

상기 수학식에서, y(k)는 수신 신호를 나타내고, y^*(k)는 y(k)의 공액 복소수를 나타내며, k는 정수이며 0≤k≤(N/2 -1)이다.

상기 수신 신호는 반복적인 구조를 가지는 훈련 심볼을 포함할 수 있다.

상기 수신 신호의 N개의 샘플 중 전반부는 다음 수학식과 같이 표현될 수 있다.

여기서, n(k)는 비정규 복소 잡음이고, r(k)는 반복적인 구조를 가지는 훈련 심볼을 포함하는 신호로 다음 수학식과 같이 표현된다.

상기 수학식에서, h(l)는 길이 L인 채널의 l번째 복소 임펄스 응답 계수이고, x(k)는 전송기에서 전송되는 OFDM 신호이다.

상기 수신 신호의 N개의 샘플 중 후반부는 다음 수학식과 같이 표현될 수 있다.

상기 비정규 복소 잡음은 코시(Cauchy)분포를 가질 수 있다.

상기 주파수 오프셋 추정치는 다음 수학식과 같이 구해질 수 있다.

여기서,

는 주파수 오프셋 추정치를 나타낸다.

본 발명의 다른 측면에 따른, 무선 통신 시스템에서 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 수신기는 무선 신호를 전송 또는 수신하는 RF(Radio Frequency)부; 및 상기 RF부와 연결되는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는, N개의 샘플로 구성되는 수신 신호를 입력 받고, 상기 수신 신호에서 N/2개의 샘플을 구하여, 상기 N/2개의 샘플을 합하고, 상기 N/2개의 샘플을 합한 신호에서 각도를 구하여, 상기 구한 각도를 기반으로 주파수 오프셋 추정치를 구하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른, 무선 통신 시스템에서 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 신호 수신 방법은 비정규 잡음 및 반복적인 구조를 가지는 훈련 심볼을 포함하는 OFDM 수신 신호의 주파수 동기를 맞추는 단계; 시간 및 상기 주파수 동기를 맞춘 OFDM 수신 신호를 병렬 신호로 변환하는 단계; 상기 병렬 신호에 대하여 FFT(fast Fourier transform)를 수행하는 단계; 및 상기 FFT가 수행된 병렬 신호에 대하여 디코딩(decoding) 및 디인터리빙(de-interleaving)을 수행하는 단계를 포함하되, 상기 OFDM 수신 신호의 주파수 동기를 맞추는 단계는, 상기 OFDM 수신 신호에서 N/2개의 샘플을 구하는 단계; 상기 N/2개의 샘플을 합하는 단계; 상기 N/2개의 샘플을 합한 신호에서 각도를 구하는 단계; 및 상기 구한 각도를 기반으로 주파수 오프셋 추정치를 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른, 무선 통신 시스템에서 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 신호 수신 장치는 비정규 잡음 및 반복적인 구조를 가지는 훈련 심볼을 포함하는 OFDM 수신 신호의 주파수 동기를 맞추는 동기화 블록; 상기 동기화 블록과 연결되며, 시간 및 상기 주파수 동기를 맞춘 OFDM 수신 신호를 병렬 신호로 변환하는 직렬 병렬 변환기; 상기 직렬 병렬 변환기와 연결되며, 상기 병렬 신호에 대하여 FFT(Fast Fourier Transform)를 수행하는 FFT 블록; 및 상기 FFT 블록과 연결되며, 상기 FFT가 수행된 병렬 신호에 대하여 디코딩(decoding) 및 디인터리빙(de-interleaving)을 수행하는 디코딩/디인터리빙 블록을 포함하되, 상기 동기화 블록은, 상기 OFDM 수신 신호에서 N/2개의 샘플을 구하고, 상기 N/2개의 샘플을 합하고, 상기 N/2개의 샘플을 합한 신호에서 각도를 구하여, 상기 구한 각도를 기반으로 주파수 오프셋 추정치를 구하는 것을 특징으로 한다.

비정규 잡음, 정규 잡음을 포함하는 다양한 잡음 환경에서, 주파수 오프셋 추정 성능을 높일 수 있다.

도 1은 OFDM 수신기의 일 예를 나타낸다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 오프셋 추정 방법을 나타내는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예가 구현되는 무선 통신 시스템의 블록도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 또한 상세한 설명을 생략하여도 본 기술분야의 당업자가 쉽게 이해할 수 있는 부분의 설명은 생략하였다.

명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 OFDM 수신기의 일 예를 나타낸다.

도 1을 참조하면, OFDM 수신기는 무선 주파수 국부 발진기(10: RF LO), 아날로그 디지털 변환기(20: A/D), 직렬 병렬 변환기(30: S/P), 동기화 블록(40), 중간 주파수 국부 발진기(50: IF LO), FFT(fast Fourier transform) 블록(60) 및 디코딩/디인터리빙(decoding/deinterleaving) 블록(70)을 포함한다. 수신 신호는 A/D(20)을 거쳐 S/P(30) 및 동기화 블록(40)으로 입력되며, 동기화 블록(40)의 출력은 IF LO(50)로 피드백 되어 다시 A/D(2)으로 입력이 된다. 동기화 블록(40)은 시간 및 주파수 동기를 맞춘다. S/P(30)을 거친 수신 신호는 FFT 블록(60)을 거치고 디코딩/디인터리빙 블록(70)을 거쳐 출력된다. 이하에서 설명하는 주파수 오프셋 추정 방법은 도 1의 OFDM 수신기의 블록도 중 동기화 블록(40)에 의해서 수행될 수 있다. 즉, 제안된 주파수 오프셋 추정 방법에 의해서 OFDM 수신기의 동기화 블록(40)의 성능이 향상될 수 있다.

이하, 본 발명의 주파수 오프셋 추정 방법을 설명하도록 한다.

비트열은 PSK(phase shift keying) 방식 또는 QAM(quadrature amplitude modulation) 방식으로 변조되며 이에 따라 데이터 심벌이 생성된다. 생성된 데이터 심벌에 대하여 IFFT(inverse fast Fourier transform)이 수행되며, 이에 따라 시간 영역에서 OFDM 신호가 생성된다. 생성된 OFDM 신호는 수학식 1과 같이 표현할 수 있다.

<수학식 1>

수학식 1에서 N은 IFFT의 크기를 나타내며, X_n은 PSK 또는 QAM 방식으로 변조된 n번째 데이터 심벌을 나타낸다.

송신단에서 OFDM 신호 사이에 채널의 최대 지연 시간보다 긴 보호 구간(GI; Guard Interval)이 삽입될 수 있다. 이는 채널의 영향으로 발생할 수 있는 OFDM 신호 간의 간섭을 제거하기 위함이다. 이때 보호 구간은 부반송파 간의 직교성을 보장하기 위하여 OFDM 신호의 뒷부분과 동일한 형태의 CP(cyclic prefix)의 형태로 삽입될 수 있다. 시간 동기화가 완벽하게 수행되었을 때, 채널을 통과하여 수신된 신호의 k번째 샘플은 수학식 2와 같이 표현할 수 있다.

<수학식 2>

수학식 2에서 h(l)은 길이 L인 채널의 l번째 복소 임펄스 응답(impulse response) 계수이며, N_G는 보호 구간의 길이를 나타낸다. v는 부반송파 간격으로 정규화된 주파수 오프셋이며, n(k)는 복소 비정규 잡음을 나타낸다.

주파수 오프셋은 수학식 3과 같이 정수 부분과 소수 부분으로 나뉠 수 있다.

<수학식 3>

수학식 3에서 m은 주파수 오프셋의 정수 부분, ε(-0.5≤ε<0.5)는 주파수 오프셋의 소수 부분을 나타낸다. 주파수 오프셋의 정수 부분 m은 OFDM 시스템의 특성상 기존의 주파수 오프셋 추정 방법[예를 들면, T.M. Schmidl and D.C.Cox, “Robust frequency and timing synchronization for OFDM” IEEE Trans. Commun., Vol. 45, no. 12, pp. 1613-1621, Dec.1997]에 의해서 비교적 용이하게 추정하여 보상할 수 있다. 이하에서 주파수 오프셋의 정수 부분은 기존의 주파수 오프셋 추정 방법에 의해서 완벽하게 추정된 후 보상되었다 가정하며 본 발명에 따라 주파수 오프셋의 소수 부분을 추정하는 방법을 설명한다.

한편, 수학식 2에서 복소 비정규 잡음 n(k)은 평균이 0인 두변량 등방 대칭 알파 안정(bivariate isotropic symmetric α-stable: BISαS) 분포에 의해서 모형화될 수 있다. BISαS 분포는 비정규 분포를 모형화하는 데 널리 사용되는 확률 분포이다. BISαS의 확률밀도함수(Probability Distribution Function : PDF)은 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.

<수학식 4>

수학식 4에서 α와 γ는 각각 잡음의 특성 지수와 퍼짐 매개변수이며, n_I와 n_Q는 각각 잡음의 실수와 허수 성분을 나타낸다. 특성 지수 α는 0<α≤2의 범위를 가지며, α가 0에 가까울수록 충격성 잡음이 발생할 확률이 높으며 α가 2에 가까울수록 충격성 잡음이 발생할 확률이 낮아진다. 즉, α가 0에 가까울수록 PDF의 가운데가 뾰족한 형태를 띈다. 일반적으로 BISαS의 PDF는 닫힌 형태로 표현되지 않으나, 예외적으로 α=1(코시 분포, 이 때 비정규 잡음)일 때와 α=2(정규 분포, 이 때 정규 잡음)일 때는 닫힌 형태로 표현될 수 있다. 수학식 5는 α=1, 2일 때 BISαS의 PDF의 닫힌 형태를 나타낸다.

<수학식 5>

수학식 5에서 z는 관측 샘플이고, z_R, z_I는 각각 z의 실수 및 허수 성분을 나타낸다.

이상의 설명을 기반으로 OFDM 시스템의 주파수 오프셋 추정 방법, 특히 비정규 잡음 환경에서 OFDM 시스템의 주파수 오프셋의 소수 부분을 추정하는 방법을 설명하도록 한다. 본 발명은 식 1에서 주어지는 OFDM 신호 내에서 반복적인 구조를 가지는 훈련 심벌을 이용한다.

잡음이 없다고 가정하면, 훈련 심벌의 전반부를 수신한 신호는 다음 식과 같이 표현될 수 있다.

<수학식 6>

수학식 6에서 훈련 심벌의 전반부를 표현하므로 0≤k≤(N/2-1)이다.

또한, 훈련 심벌의 후반부를 수신한 신호는 다음 식과 같이 표현될 수 있다.

<수학식 7>

수학식 6, 7을 통해 훈련 심벌을 수신한 신호에 대해 다음 수학식과 같은 관계를 얻을 수 있다.

<수학식 8>

한편, 잡음이 존재하는 경우 훈련 심벌을 포함하는 수신 신호의 전반부는 다음 수학식과 같이 표현될 수 있다.

<수학식 9>

또한, 잡음이 존재하는 경우 훈련 심벌을 포함하는 수신 신호의 후반부는 다음 수학식과 같이 표현될 수 있다.

<수학식 10>

여기서 잡음 n(k)는 α=1인 BISαS의 확률분포, 즉 코시 분포를 가지는 것으로 가정한다. 설명의 편의를 위하여 닫힌 형태의 PDF를 가지는 코시 분포를 이용하는 것을 가정하나, 제안되는 주파수 오프셋 추정 방법은 이에 제한되지 않으며 본 발명은 다양한 잡음 환경에서 주파수 오프셋을 추정하는 데에 적용될 수 있다.

수학식 10에 수학식 9를 대입하면, 다음 수학식 11을 얻을 수 있다.

<수학식 11>

수학식 11에서 잡음에 해당하는 -n(k)e^jπε+ n(k + N/2)는 퍼짐 매개변수가 2γ인 코시 분포를 갖는다. 수학식 11을 기반으로 하는 코시 분포의 로그 우도 함수(log likelihood function)는 수학식 12와 같다.

<수학식 12>

수학식 12에 최대 우도(maximum-likelihood ; ML) 추정 이론을 적용하면, 추정치

은 다음 수학식과 같이 얻을 수 있다.

<수학식 13>

수학식 13에서,

은

을 찾기 위한 시험 값이다. 즉, 복수의

을 시험 값으로 하여 추정치

을 구하는 것이다. 그런데, 수신기에서 수학식 13을 참조하여 설명한 방법으로 추정치

을 구하려면 많은 시험 값들이 필요하기 때문에 구현이 용이하지 않다는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 추정치

을 구하는 방법에 대해 설명한다.

상기 수학식 12 및 수학식 13에서 추정치

을 구하는데 영향을 미치지 않는 상수들을 제거하면 수학식 12는 다음 수학식 14와 같이, 수학식 13은 다음 수학식 15와 같이 표현된다.

<수학식 14>

<수학식 15>

최대

를 구하는 것은

의 최소 값을 찾는 것과 같다. 따라서, 수학식 14 및 수학식 15는 다음 수학식 16, 수학식 17과 같이 나타낼 수 있다.

<수학식 16>

<수학식 17>

수학식 16 및 수학식 17을 이용한 주파수 오프셋 추정 방법은 다음 수학식 18, 수학식 19와 동일한 결과를 가진다. 즉, 수학식 16, 17과 같이 미분함수에서 최소 값을 찾는 과정은 수학식 18, 19와 같이 미분함수의 절대값을 제곱한 후 최소값을 찾는 과정으로 대체될 수 있다.

<수학식 18>

<수학식 19>

수학식 18 및 수학식 19를 이용한 주파수 오프셋 추정 방법 역시 최대 우도 추정 방법인데, 구현이 어려운 단점이 있다. 수학식 18은 코시-슈바르쯔 부등식에 의해 다음 수학식과 같이 나타낼 수 있다.

<수학식 20>

수학식 18에서 β(ε)의 최소값은 0이므로, 수학식 20에서 등호가 성립하기 위해서는 다음 수학식을 만족해야 한다.

<수학식 21>

또한, 수학식 21을 만족하기 위해서는 모든 k에 대해 0 = y(k)y^*(k+N/2)e^jπε- y^*(k)y(k+N/2)e^-jπε이 되어야 한다. 이러한 관계를 정리하면 다음 수학식과 같이 나타낼 수 있다.

<수학식 22>

수학식 22를 이용하면, 추정치

는 다음 식과 같이 구할 수 있다.

<수학식 23>

본 발명에 따른 주파수 오프셋 추정 방법을 수학적으로 설명하였는데, 이를 정리하면 아래와 같다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 오프셋 추정 방법을 나타내는 순서도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 수신기는 수신 신호를 입력 받는다(S101). 전송기에서 전송한 OFDM 신호가 수학식 1과 같고, OFDM 신호 내에 반복적인 구조를 가지는 훈련 심볼이 포함되는 경우 수신 신호는 수학식 9, 10과 같이 나타낼 수 있다. 수신 신호는 N개의 샘플로 구성될 수 있다.

수신기는 수신 신호에서 N/2개의 새로운 샘플을 구한다(S102). 각 샘플은 상기 수학식 22에 의하여 구할 수 있다. 구해진 N/2개의 샘플들을 합하고(S103), N/2개의 샘플들을 합한 신호에서 각도를 구한다(S104). 구한 각도에서 주파수 오프셋 추정치

을 구한다(S105). 주파수 오프셋 추정치

을 구하는 것은 수학식 23에 의할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예가 구현되는 무선 통신 시스템의 블록도이다.

송신기(800)는 프로세서(810; processor), 메모리(820; memory) 및 RF부(830; Radio Frequency unit)을 포함한다. 프로세서(810)는 제안된 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 무선 인터페이스 프로토콜의 계층들은 프로세서(810)에 의해 구현될 수 있다. 프로세서(810)는 반복적인 구조를 가지는 훈련 심볼을 포함하는 OFDM 신호를 생성하여 전송할 수 있다. 메모리(820)는 프로세서(810)와 연결되어, 프로세서(810)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. RF부(830)는 프로세서(810)와 연결되어, 무선 신호를 전송 및/또는 수신한다.

수신기(900)는 프로세서(910), 메모리(920) 및 RF부(930)을 포함한다. 프로세서(910)는 제안된 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 무선 인터페이스 프로토콜의 계층들은 프로세서(910)에 의해 구현될 수 있다. 프로세서(910)는 N개의 샘플로 구성되는 수신 신호를 입력 받아 N/2개의 샘플을 구하고, N/2개의 샘플을 합한 후, N/2개의 샘플을 합한 신호에서 각도를 구한다. 그리고, 구한 각도를 기반으로 주파수 오프셋 추정치를 구한다. 이러한 과정에 대해서는 이미 상술한 바 있다. 메모리(920)는 프로세서(910)와 연결되어, 프로세서(910)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. RF부(930)는 프로세서(910)와 연결되어, 무선 신호를 전송 및/또는 수신한다.

프로세서(810, 910)은 ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 메모리(820, 920)는 ROM(read-only memory), RAM(random access memory), 플래쉬 메모리, 메모리 카드, 저장 매체 및/또는 다른 저장 장치를 포함할 수 있다. RF부(830, 930)은 무선 신호를 처리하기 위한 베이스밴드 회로를 포함할 수 있다. 실시예가 소프트웨어로 구현될 때, 상술한 기법은 상술한 기능을 수행하는 모듈(과정, 기능 등)로 구현될 수 있다. 모듈은 메모리(820, 920)에 저장되고, 프로세서(810, 910)에 의해 실행될 수 있다. 메모리(820, 920)는 프로세서(810, 910) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서(810, 910)와 연결될 수 있다.

제안된 주파수 오프셋 추정 방법에 의하여 다양한 잡음 환경에서 주파수 오프셋을 우수한 성능으로 추정할 수 있다.

상술한 예시적인 시스템에서, 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로써 순서도를 기초로 설명되고 있지만, 본 발명은 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당업자라면 순서도에 나타낸 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

무선 통신 시스템에서 훈련 심볼 기반의 주파수 오프셋(offset) 추정 방법에 있어서,
N개의 샘플로 구성되는 수신 신호를 입력 받는 단계;
상기 수신 신호에서 N/2개의 샘플을 구하는 단계;
상기 N/2개의 샘플을 합하는 단계;
상기 N/2개의 샘플을 합한 신호에서 각도를 구하는 단계; 및
상기 구한 각도를 기반으로 주파수 오프셋 추정치를 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 오프셋 추정 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 N/2개의 샘플은 아래의 수학식에 의하여 구해지는 것을 특징으로 하는 주파수 오프셋 추정 방법.

수학식에서, y(k)는 수신 신호를 나타내고, y^*(k)는 y(k)의 공액 복소수를 나타내며, k는 정수이며 0≤k≤(N/2 -1)이다.
제 1 항에 있어서, 상기 수신 신호는 반복적인 구조를 가지는 훈련 심볼을 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 오프셋 추정 방법.
제 3 항에 있어서, 상기 수신 신호의 N개의 샘플 중 전반부는 다음 수학식과 같이 표현되는 것을 특징으로 하는 주파수 오프셋 추정 방법.

여기서, n(k)는 비정규 복소 잡음이고, r(k)는 반복적인 구조를 가지는 훈련 심볼을 포함하는 신호로 다음 수학식과 같이 표현된다.

여기서, h(l)는 길이 L인 채널의 l번째 복소 임펄스 응답 계수이고, x(k)는 전송기에서 전송되는 OFDM 신호이다.
제 4 항에 있어서, 상기 수신 신호의 N개의 샘플 중 후반부는 다음 수학식과 같이 표현되는 것을 특징으로 하는 주파수 오프셋 추정 방법.
제 5 항에 있어서, 상기 비정규 복소 잡음은 코시(Cauchy)분포를 가지는 것을 특징으로 하는 주파수 오프셋 추정 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 주파수 오프셋 추정치는 다음 수학식과 같이 구해지는 것을 특징으로 하는 주파수 오프셋 추정 방법.

여기서,
는 주파수 오프셋 추정치를 나타낸다.
무선 통신 시스템에서 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing : OFDM) 수신기에 있어서,
무선 신호를 전송 또는 수신하는 RF(Radio Frequency)부; 및
상기 RF부와 연결되는 프로세서를 포함하되,
상기 프로세서는,
N개의 샘플로 구성되는 수신 신호를 입력 받고, 상기 수신 신호에서 N/2개의 샘플을 구하여, 상기 N/2개의 샘플을 합하고, 상기 N/2개의 샘플을 합한 신호에서 각도를 구하여, 상기 구한 각도를 기반으로 주파수 오프셋 추정치를 구하는 것을 특징으로 하는 OFDM 수신기.
제 8 항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 N/2개의 샘플을 아래의 수학식에 의하여 구하는 것을 특징으로 OFDM 수신기.

수학식에서, y(k)는 수신 신호를 나타내고, y^*(k)는 y(k)의 공액 복소수를 나타내며, k는 정수이며 0≤k≤(N/2 -1)이다.
제 8 항에 있어서, 상기 수신 신호는 반복적인 구조를 가지는 훈련 심볼을 포함하는 것을 특징으로 하는 OFDM 수신기.
제 10 항에 있어서, 상기 수신 신호의 N개의 샘플 중 전반부는 다음 수학식과 같이 표현되는 것을 특징으로 하는 OFDM 수신기.

여기서, n(k)는 비정규 복소 잡음이고, r(k)는 반복적인 구조를 가지는 훈련 심볼을 포함하는 신호로 다음 수학식과 같이 표현된다.

여기서, h(l)는 길이 L인 채널의 l번째 복소 임펄스 응답 계수이고, x(k)는 전송기에서 전송되는 OFDM 신호이다.
제 11 항에 있어서, 상기 수신 신호의 N개의 샘플 중 후반부는 다음 수학식과 같이 표현되는 것을 특징으로 하는 OFDM 수신기.
제 12 항에 있어서, 상기 비정규 복소 잡음은 코시(Cauchy)분포를 가지는 것을 특징으로 하는 OFDM 수신기.
제 13 항에 있어서, 상기 주파수 오프셋 추정치는 다음 수학식과 같이 구해지는 것을 특징으로 하는 OFDM 수신기.

여기서,
주파수 오프셋 추정치를 나타낸다.
무선 통신 시스템에서 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing : OFDM) 신호 수신 방법에 있어서,
비정규 잡음 및 반복적인 구조를 가지는 훈련 심볼을 포함하는 OFDM 수신 신호의 주파수 동기를 맞추는 단계;
시간 및 상기 주파수 동기를 맞춘 OFDM 수신 신호를 병렬 신호로 변환하는 단계;
상기 병렬 신호에 대하여 FFT(fast Fourier transform)를 수행하는 단계; 및
상기 FFT가 수행된 병렬 신호에 대하여 디코딩(decoding) 및 디인터리빙(de-interleaving)을 수행하는 단계를 포함하되,
상기 OFDM 수신 신호의 주파수 동기를 맞추는 단계는,
상기 OFDM 수신 신호에서 N/2개의 샘플을 구하는 단계;
상기 N/2개의 샘플을 합하는 단계;
상기 N/2개의 샘플을 합한 신호에서 각도를 구하는 단계; 및
상기 구한 각도를 기반으로 주파수 오프셋 추정치를 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 OFDM 신호 수신 방법.
제 15 항에 있어서, 상기 N/2개의 샘플은 아래의 수학식에 의하여 구해지는 것을 특징으로 하는 OFDM 신호 수신 방법.

수학식에서, y(k)는 수신 신호를 나타내고, y^*(k)는 y(k)의 공액 복소수를 나타내며, k는 정수이며 0≤k≤(N/2 -1)이다.
제 15 항에 있어서, 상기 수신 신호는 반복적인 구조를 가지는 훈련 심볼을 포함하는 것을 특징으로 하는 OFDM 신호 수신 방법.
제 17 항에 있어서, 상기 수신 신호의 N개의 샘플 중 전반부는 다음 수학식과 같이 표현되는 것을 특징으로 하는 OFDM 신호 수신 방법.

여기서, n(k)는 비정규 복소 잡음이고, r(k)는 반복적인 구조를 가지는 훈련 심볼을 포함하는 신호로 다음 수학식과 같이 표현된다.

여기서, h(l)는 길이 L인 채널의 l번째 복소 임펄스 응답 계수이고, x(k)는 전송기에서 전송되는 OFDM 신호이다.
제 18 항에 있어서, 상기 수신 신호의 N개의 샘플 중 후반부는 다음 수학식과 같이 표현되는 것을 특징으로 하는 OFDM 신호 수신 방법.
제 19 항에 있어서, 상기 주파수 오프셋 추정치는 다음 수학식과 같이 구해지는 것을 특징으로 하는 OFDM 신호 수신 방법.

여기서,
는 주파수 오프셋 추정치를 나타낸다.
무선 통신 시스템에서 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing : OFDM) 신호 수신 장치에 있어서,
비정규 잡음 및 반복적인 구조를 가지는 훈련 심볼을 포함하는 OFDM 수신 신호의 주파수 동기를 맞추는 동기화 블록;
상기 동기화 블록과 연결되며, 시간 및 상기 주파수 동기를 맞춘 OFDM 수신 신호를 병렬 신호로 변환하는 직렬 병렬 변환기;
상기 직렬 병렬 변환기와 연결되며, 상기 병렬 신호에 대하여 FFT(fast Fourier transform)를 수행하는 FFT 블록; 및
상기 FFT 블록과 연결되며, 상기 FFT가 수행된 병렬 신호에 대하여 디코딩(decoding) 및 디인터리빙(de-interleaving)을 수행하는 디코딩/디인터리빙 블록을 포함하되,
상기 동기화 블록은,
상기 OFDM 수신 신호에서 N/2개의 샘플을 구하고, 상기 N/2개의 샘플을 합하고, 상기 N/2개의 샘플을 합한 신호에서 각도를 구하여, 상기 구한 각도를 기반으로 주파수 오프셋 추정치를 구하는 것을 특징으로 하는 OFDM 신호 수신 장치.