KR20140029833A - 통신 시스템에서 데이터 수신 장치 및 방법 - Google Patents

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김희욱
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한국전자통신연구원
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Abstract

본 발명은, 무선 주파수 환경의 통신 시스템에서 데이터가 송신되는 무선 주파수 채널에 대한 주파수 옵셋(frequency offset)을 정확하게 추정한 후 보상하여 데이터를 정상적으로 수신하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 무선 주파수 채널을 통해 송신되는 데이터를 수신하고, 상기 수신한 데이터로부터 상기 무선 주파수 채널에서의 주파수 옵셋을, 주기도표(periodogram)를 이용한 보간(interpolation) 방식(scheme)을 통해 추정하며, 상기 무선 주파수 채널과 주파수 동기화하여 상기 데이터를 수신하도록, 상기 주파수 옵셋을 보상한다.

Description

통신 시스템에서 데이터 수신 장치 및 방법{Apparatus and method for receiving data in communication system}
본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로써, 특히 무선 주파수 환경의 통신 시스템에서 데이터가 송신되는 무선 주파수 채널에 대해 주파수 옵셋(frequency offset)을 정확하게 추정한 후 보상하여 데이터를 정상적으로 수신하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
현재 통신 시스템에서는 고속의 전송 속도를 갖는 다양한 서비스 품질(QoS: Quality of Service)의 서비스들을 사용자들에게 제공하기 위한 연구와 대용량의 데이터를 한정된 자원을 통해 고속 및 안정적으로 전송하기 위한 방안들에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 특히, 통신 시스템에서는, 무선 주파수 채널을 통한 데이터 전송에 대해 연구가 진행되고 있으며, 최근에는 무선 주파수 채널을 효과적으로 이용하여 대용량의 데이터를 송수신하기 위한 방안(scheme)들이 제안되고 있다.
한편, 통신 시스템에서 무선 주파수 채널을 통해 대용량의 데이터를 송수신하기 위해서 주파수 분할 다중 접속 방식을 이용하여 데이터를 송수신하며, 이때 상기 무선 주파수 채널에 대한 주파수 옵셋이 발생한다. 이렇게 발생되는 주파수 옵셋은 통신 시스템의 데이터 송수신 성능을 저하시킴으로, 데이터 송수신 성능을 향상시키기 위해서는 주파수 옵셋의 정확한 추정 및 보상이 필요하다. 이러한 주파수 옵셋을 추정 및 보상하기 위해 다양한 방안(scheme)들이 제안되었으며, 일 예로 순한 접두어(CP: Cyclic Prefix, 이하 'CP'라 칭하기로 함) 또는 프리앰블(preamble) 등을 이용하여 주파수 옵셋을 추정 및 보상하는 방안들이 제안되었다.
하지만, 현재 제안된 주파수 옵셋을 추정 및 보상하는 방안들, 특히 전술한 CP 또는 프리앰블을 이용하여 주파수 옵셋을 추정 및 보상하는 방안들은, 주파수 옵셋을 보다 정확하게 추정하기 위해, 시간 축 상에서 CP 또는 프리앰블에 해당하는 트레이닝 심볼(training symbol)의 길이를 증가시키며, 이렇게 트레이닝 심볼의 길이가 증가함에 따라 실제 무선 주파수 채널을 통해 송수신되는 데이터의 용량이 감소한다. 또한, 대용량의 데이터를 무선 주파수 채널을 통해 송수신하기 위해서는, 전술한 트레이닝 심볼의 길이를 감소시키며, 이렇게 트레이닝 심볼의 길이가 감소함에 따라 정확한 주파수 옵셋의 추정에는 한계가 있다.
따라서, 통신 시스템에서 무선 주파수 채널을 통해 대용량의 데이터를 송수신할 경우, 주파수 옵셋을 정확하게 추정한 후 추정한 주파수 옵셋을 보상하여, 통신 시스템의 데이터 송수신 성능을 향상시키고 대용량의 데이터를 무선 주파수 채널을 통해 정상적으로 수신하는 방안이 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 통신 시스템에서 데이터 수신 장치 및 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 통신 시스템에서 무선 주파수 채널을 통해 대용량의 데이터를 정상적으로 수신하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
그리고, 본 발명의 또 다른 목적은, 통신 시스템에서 무선 주파수 채널을 통한 데이터 송수신 시에 발생하는 주파수 옵셋을 정확하게 추정 및 보상하여 대용량의 데이터를 정상적으로 수신함에 따라, 통신 시스템의 데이터 송수신 성능을 향상시키는 데이터 수신 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 통신 시스템에서 데이터 수신 장치에 있어서, 무선 주파수 채널을 통해 송신되는 데이터를 수신하는 수신부; 상기 수신한 데이터로부터 상기 무선 주파수 채널에서의 주파수 옵셋(frequency offset)을, 주기도표(periodogram)를 이용한 보간(interpolation) 방식(scheme)을 통해 추정하는 추정부; 및 상기 무선 주파수 채널과 주파수 동기화하여 상기 데이터를 수신하도록, 상기 주파수 옵셋을 보상하는 보상부;를 포함한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 통신 시스템에서 데이터 수신 방법에 있어서, 무선 주파수 채널을 통해 송신되는 데이터를 수신하는 단계; 상기 수신한 데이터로부터 상기 무선 주파수 채널에서의 주파수 옵셋(frequency offset)을, 주기도표(periodogram)를 이용한 보간(interpolation) 방식(scheme)을 통해 추정하는 단계; 및 상기 무선 주파수 채널과 주파수 동기화하여 상기 데이터를 수신하도록, 상기 주파수 옵셋을 보상하는 단계;를 포함한다.
본 발명은, 통신 시스템에서 무선 주파수 채널을 통한 대용량의 데이터 송수신 시에 발생하는 주파수 옵셋을 주기도표(periodogram)를 이용한 보간(interpolation) 방식(scheme)을 통해 정확하게 추정하여 보상함으로써, 무선 주파수 채널을 통해 송신되는 대용량의 데이터를 정상적으로 수신하며, 그에 따라 통신 시스템의 데이터 송수신 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 수신 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 수신 장치의 동작 과정을 개략적으로 도시한 도면.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 수신 장치의 주파수 옵셋 추정 시의 주기도표를 개략적으로 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 수신 장치가 추정한 주파수 옵셋을 개략적으로 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 수신 장치가 추정한 주파수 옵셋의
Figure pat00001
정수배 주파수 인덱스에서 주기도표의 진폭을 개략적으로 도시한 도면.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 수신 장치의 주파수 옵셋 추정 결과를 개략적으로 도시한 도면.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩뜨리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
본 발명은, 통신 시스템에서 무선 주파수 채널을 통해 데이터를 수신하는 장치 및 방법을 제안한다. 여기서, 본 발명의 실시 예에서는, 통신 시스템에서 무선 주파수 채널을 통한 데이터 송수신 시에 발생하는 주파수 옵셋(frequency offset)을 정확하게 추정한 후, 상기 추정한 주파수 옵셋을 보상하여 무선 주파수 채널을 통해 송신되는 데이터를 정상적으로 수신하는 장치 및 방법을 제안한다.
또한, 본 발명의 실시 예에서는, 통신 시스템에서 데이터 수신 장치가, 무선 주파수 채널을 통한 데이터 송수신 시에 발생하는 주파수 옵셋을 주기도표(periodogram)를 이용한 보간(interpolation) 방식(scheme)을 통해 정확하게 추정한 후 상기 추정한 주파수 옵셋을 보정하여, 데이터 송신 장치로부터 무선 주파수 채널을 통해 송신되는 대용량의 데이터를 정상적으로 수신한다. 여기서, 본 발명의 실시 예에서는, 주파수 옵셋의 발생 범위가 광범위할 경우에도 주기도표를 이용한 보간 방식을 통해 효과적으로 주파수 옵셋을 정확하게 추정하며, 특히 주기도표를 이용함에 따라 보다 작은 개수의 참조 신호를 이용하여 주파수 옵셋을 추정한다.
그리고, 본 발명의 실시 예에서는, 데이터 수신 장치가 주기도표를 이용한 보간 방식을 통해 정확하게 주파수 옵셋을 추정하며, 이때 주파수 옵셋을 보다 정확하게 추정하기 위해 주기도표에서의 주파수 옵셋의 계수로 보간한다. 여기서, 본 발명의 실시 예에서는, 진폭값을 갖는 하나 이상의 주기도표를 이용하여 정수배 주파수 옵셋을 추정하며, 상기 추정된 정수배 주파수 옵셋의 인덱스의 진폭값들을 비교하여 상기 주기도표에서 큰 값을 갖는 인덱스의 진폭값에 해당하는 주파수 옵셋의 계수를 보간함으로써 보다 정확한 주파수 옵셋을 추정한다. 그러면 여기서, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 수신 장치에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 수신 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 상기 데이터 수신 장치(100)는, 무선 주파수 채널을 통해 데이터 송신 장치가 송신한 대용량의 데이터를 수신하는 수신부(110), 상기 무선 주파수 채널을 통한 데이터 송수신 시에 발생하는 주파수 옵셋을 추정하는 추정부(120), 및 상기 데이터 송신 장치로부터 상기 무선 주파수 채널을 통해 송신되는 데이터를 정상적으로 수신하도록 상기 추정한 주파수 옵셋을 보상하는 보상부(130)를 포함한다.
상기 추정부(120)는, 상기 데이터 송신 장치에서 송신된 데이터가 상기 무선 주파수 채널을 통해 송수신될 시에 발생하는 주파수 옵셋을 추정하며, 특히 상기 수신부(110)를 통해 수신된 데이터, 즉 수신 신호로부터 주기도표를 이용한 보간 방식을 통해 주파수 옵셋을 정확하게 추정한다. 그리고, 상기 보상부(130)는, 상기 추정한 주파수 옵셋을 보상하여, 상기 데이터가 송신되는 무선 주파수 채널과 주파수 동기화하며, 그에 따라 상기 수신부(110)는 상기 무선 주파수 채널을 통해 송신되는 데이터를 정상적으로 수신한다.
여기서, 전술한 상기 추정부(120)의 주기도표를 이용한 보간 방식에 대해서는 이하의 수학식들 및 도 3 내지 도 9를 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 그러면 여기서, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 수신 장치가 무선 주파수 채널을 통해 송신되는 대용량의 데이터를 수신하는 동작에 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 수신 장치의 동작 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 210단계에서, 상기 데이터 수신 장치는, 전술한 바와 같이 데이터 송신 장치로부터 무선 주파수 채널을 통해 송신되는 대용량의 데이터를 수신한다.
그리고, 220단계에서, 상기 데이터 수신 장치는, 상기 데이터가 송신된 무선 주파수 채널에 대한 주파수 옵셋을 추정하며, 이때 전술한 바와 같이 주기도표를 이용한 보간 방식을 통해 주파수 옵셋을 정확하게 추정한다.
그런 다음, 230단계에서, 상기 데이터 수신 장치는, 상기 추정한 주파수 옵셋을 보상하며, 이러한 주파수 옵셋 보상에 의해, 상기 데이터가 송신된 무선 주파수 채널과 주파수 동기화하며, 그에 따라 상기 무선 주파수 채널을 통해 송신되는 대용량의 데이터를 정상적으로 수신한다. 그러면 여기서, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 수신 장치가 주기도표를 이용한 보간 방식을 통해 주파수 옵셋을 추정하는 동작에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
우선, 상기 데이터 송신 장치로부터 무선 주파수 채널을 통해 송신되는 데이터는 하기 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00002
수학식 1에서, Xn은 무선 주파수 채널을 통해 송신되는 데이터, 즉 상기 데이터 송신 장치가 송신한 데이터를 의미하고,
Figure pat00003
는 상기 무선 주파수 채널에서 임의의 k번째 서브캐리어를 통해 송신되는 데이터를 의미하며, N은 고속 퓨리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform, 이하 'FFT'라 칭하기로 함) 사이즈를 의미한다.
그리고, 상기 데이터 송신 장치가 무선 주파수 채널을 통해 송신한 데이터를 상기 데이터 수신 장치가 수신할 경우, 상기 데이터 수신 장치에서 수신되는 데이터는 하기 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00004
수학식 2에서, r(n)은, 상기 데이터 수신 장치가 수신한 수신 데이터를 의미하고, y(n)은 상기 데이터 송신 장치가 송신한 데이터, 즉 수학식 1에 나타낸 데이터에 무선 주파수 채널 성분이 반영된 데이터, 즉 실제 무선 주파수 채널을 통해 송신되는 데이터를 의미하며, v는 서브캐리어 간격에 따른 정규화된 주파수 옵셋을 의미하고, w(n)은
Figure pat00005
의 분산을 갖는 가우시안 노이즈(Gaussian noise)를 의미한다.
또한, 상기 데이터 송신 장치가 송신한 데이터에서 실제 무선 주파수 채널을 통해 송신되는 데이터, 즉 수학식 2에서 y(n)은 하기 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00006
수학식 3에서
Figure pat00007
은, 상기 데이터 송신 장치가 송신한 데이터가 송신되는 무선 주파수 채널을 의미한다.
여기서, 상기 데이터 수신 장치가 무선 주파수 채널을 통해 수신되는 데이터로부터 주파수 옵셋을 추정할 경우, 상기 데이터에 포함된 파일럿 신호 또는 프리앰블과 같은 기준 신호(reference signal)를 이용하여 주파수 옵셋을 추정하며, 실제 수신된 데이터에 대한 주파수 옵셋 추정 시에 상기 기준 신호의 영향을 상쇄하기 위해 포락선 등화 처리(EEP: Envelop Equalized Processing, 이하 'EEP'라 칭하기로 함) 팩터(factor)를 정의하며, 상기 EEP 팩터는 하기 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00008
수학식 4에서 fne(k)는, EEP 팩터를 의미하고, xT,k는 무선 주파수 채널을 통해 송신되는 데이터에서 기준 신호에 해당하는 트레이닝 심벌(training symbol)의 샘플 데이터를 의미한다.
이렇게 데이터 수신 장치에서의 주파수 옵셋 추정 시에 상기 기준 신호의 영향을 상쇄하기 위해, 상기 데이터 수신 장치가 수신한 수신 데이터, 즉 수신 신호에서 상기 기준 신호의 성분이 제거된 실제 데이터에 해당하는 수신 신호는 하기 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00009
수학식 5에서 r1(k)는, 상기 데이터 수신 장치가 수신한 데이터의 수신 신호에서 상기 기준 신호의 성분이 제거된 수신 신호를 의미한다. 그리고, 수학식 5에서,
Figure pat00010
이고,
Figure pat00011
가 된다.
이렇게 상기 데이터 수신 장치는, 상기 EEP 팩터를 정의한 후, 주파수 옵셋을 추정하며, 상기 주파수 옵셋은 하기 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00012
수학식 6에서, v는 주파수 옵셋을 의미하고,
Figure pat00013
는 주파수 옵셋의 소수(fraction) 부분을 의미하며,
Figure pat00014
는 주파수 옵셋의 정수(integer) 부분을 의미한다.
그리고, 상기 데이터 수신 장치는, 전술한 바와 같이 주기도표를 통해 정규화된 주파수 옵셋의 정수 부분을 최대 로그우도(ML: Maximum-Likelihood, 이하 'ML'이라 칭하기로 함) 방식으로 검출하며, 상기 정규화된 주파수 옵셋의 정수 부분은 하기 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00015
수학식 7에서,
Figure pat00016
은 상기 정규화된 주파수 옵셋의 정수 부분을 의미하고,
Figure pat00017
는 주기도표를 의미하며, 여기서
Figure pat00018
이고,
Figure pat00019
는 정수배 주파수에서의 주파수 옵셋 추정 범위가 된다. 그리고,
Figure pat00020
정수배 주파수에서의 주기도표
Figure pat00021
는 하기 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00022
즉, 수학식 8에 나타낸 바와 같이, 상기 주기도표
Figure pat00023
는 FFT와 유사한 형태로 나타낼 수 있다. 이때, 상기 데이터 수신 장치는, 상기 주기도표를 통해 수학식 7에 나타낸 바와 같은 상기 정규화된 주파수 옵셋의 정수 부분을 기반으로 주파수 옵셋의 소수 부분을 산출한다. 다시 말해, 상기 데이터 수신 장치는, 상기 주기도표를 통해 주파수 옵셋의 소수 부분을 산출한다.
보다 구체적으로 설명하면, 전술한 바와 같이, 상기 주기도표가 FFT 형태로 나타낼 수 있음으로, 상기 주기도표는 하기 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00024
수학식 9에서,
Figure pat00025
는 복소 톤 신호의 N 포인트들을 갖는 주기도표를 의미하며, 이때 주파수
Figure pat00026
와
Figure pat00027
에서의 주기도표는 로피탈의 정리 및 sinc 함수에 의해 하기 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00028
수학식 10에서
Figure pat00029
는, 주파수
Figure pat00030
에서의 주기도표를 의미하고,
Figure pat00031
는 주파수
Figure pat00032
에서의 주기도표를 의미한다.
한편, 수학식 6에 나타낸 바와 같은, 주파수 옵셋의 정수 부분과 소수 부분으로부터, 주파수 옵셋의 소수 부분
Figure pat00033
는
Figure pat00034
로 나타낼 수 있으며, 그에 따라 수학식 10에 나타낸 주파수
Figure pat00035
와
Figure pat00036
에서의 주기도표는 하기 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00037
이렇게 수학식 11에 나타낸 바와 같은 주파수
Figure pat00038
와
Figure pat00039
에서의 주기도표를
Figure pat00040
의 형태로 나타내면 하기 수학식 12와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00041
수학식 12에서
Figure pat00042
는 1임으로, 수학식 12를 주파수 옵셋의 소수 부분
Figure pat00043
로 정리하면 하기 수학식 13과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00044
수학식 13에서
Figure pat00045
은, 수학식 7에 나타낸 바와 같이, 주기도표를 통해 정규화된 주파수 옵셋의 소수 부분을 의미한다. 즉, 전술한 바와 같이, 주기도표를 통해 ML 방식으로 검출한 정규화된 주파수 옵셋의 정수 부분을 기반으로 산출된 정규화된 주파수 옵셋의 소수 부분을 의미한다.
이때, 상기 데이터 수신 장치는, 반복(iterative) 주파수 추정을 통해 잔여 주파수 옵셋(residual frequency offset)을 산출하며, 상기 잔여 주파수 옵셋은 하기 수학식 14와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00046
수학식 14에서
Figure pat00047
은, 정규화된 잔여 주파수 옵셋을 의미하며, 상기 데이터 수신 장치는, 전술한 바와 같이 순차적으로 추정한, 상기 정규화된 주파수 옵셋의 정수 부분
Figure pat00048
, 상기 정규화된 주파수 옵셋의 소수 부분
Figure pat00049
, 정규화된 잔여 주파수 옵셋
Figure pat00050
의 합으로 정규화된 주파수 옵셋
Figure pat00051
을 추정한다. 즉, 상기 정규화된 주파수 옵셋
Figure pat00052
은,
Figure pat00053
로 나타낼 수 있으며, 이때 각각의 정규화된 주파수 옵셋의 추정 범위는 하기 수학식 15와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00054
즉, 수학식 15에 나타낸 바와 같이, 상기 정규화된 주파수 옵셋의 정수 부분의 추정 범위는 이산 퓨리에 변환(DFT: Discrete Fourier Transform, 이하 'DFT'라 칭하기로 함) 사이즈의 1/2 정도까지 추정이 가능하며, 상기 정규화된 주파수 옵셋의 정수 부분의 추정 범위는, 통신 시스템에서 무선 주파수 채널을 통한 데이터 송수신 시에 발생하는 주파수 옵셋의 추정 범위를 포함한다. 또한, 수학식 15에 나타낸 바와 같이, 상기 정규화된 주파수 옵셋의 소수 부분의 추정 범위는 0에서 +1까지 이며, 그에 따라 상기 정규화된 주파수 옵셋의 정확한 추정은, 상기 정규화된 주파수 옵셋의 정수 부분의 정확한 추정에 의해 성능이 결정된다.
그러므로, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 수신 장치는, 주기도표를 이용한 보간 방식을 통해 상기 정규화된 주파수 옵셋의 정수 부분을 보다 정확하게 추정함으로써, 상기 정규화된 주파수 옵셋을 정확하게 추정, 즉 데이터 송수신 시에 발생하는 주파수 옵셋을 정확하게 추정한다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 데이터 수신 장치는, 상기 정규화된 주파수 옵셋의 정수 부분, 다시 말해 정수배 주파수 옵셋을 추정할 경우, 주기도표에서 가장 큰 값을 갖는 주기도표를 이용하여 상기 정규화된 주파수 옵셋의 정수 부분, 즉 정수배 주파수 옵셋을 추정한다. 즉, 상기 데이터 수신 장치는, 주기도표
Figure pat00055
에서 가장 큰 값을 갖는
Figure pat00056
를 이용하여 상기 정수배 주파수 옵셋을 추정한다. 예컨대, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 주기도표에서 주파수 옵셋의 인덱스가 0일 경우에 가장 큰 진폭값을 가지며, 도 3에 도시한 바와 같이, 정수배 주파수 옵셋의 인덱스 ±1에서 두 번째로 큰 진폭값이 발생한다. 여기서, 도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 수신 장치의 주파수 옵셋 추정 시의 주기도표를 개략적으로 도시한 도면이다.
한편, 도 4에 도시한 바와 같이, 정수배 주파수 옵셋의 인덱스 -1의 주기도표가 정수배 주파수 옵셋의 인덱스 +1의 주기도표보다 클 경우에는,
Figure pat00057
을 통해
Figure pat00058
정수배 주파수 인덱스는 -1이 되고, 반대의 경우에는
Figure pat00059
정수배 주파수 인덱스가 +1이 된다.
또한, 주파수 옵셋 v가 0.1일 경우, 잡음이나 무선 주파수 채널의 다중 경로(multi-path) 등으로 인해 추정된
Figure pat00060
정수배 주파수 인덱스가 -1이 되면, 주파수 옵셋의 소수 부분, 즉 소수배 주파수 옵셋
Figure pat00061
과 잔여 주파수 옵셋
Figure pat00062
추정을 통해 상기 정수배 주파수 옵셋의 오류 부분을 보정한다. 여기서, 소수배 주파수 옵셋
Figure pat00063
와 잔여 주파수 옵셋
Figure pat00064
의 상호 보정 또한
Figure pat00065
의 오차 범위를 초과할 수 있음으로, 주파수 옵셋의 추정에서 정수배 주파수 옵셋, 즉 정규화된 주파수 옵셋의 정수 부분
Figure pat00066
의 정확하게 추정한다.
다시 말해, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 수신 장치는, 보다 정확한 정수배 주파수 옵셋을 추정하기 위해, 전술한 바와 같은 주기도표의 진폭값을 통한 정수배 주파수 옵셋의 추정 뿐만 아니라, 무선 주파수 채널을 통한 데이터 송수신 시에 발생한 잡음과 무선 주파수 채널의 다중 경로에 상응한 진폭값을 이동 평균값을 이용하여 산출한다. 여기서, 이동 평균값을 이용하여 최소화된 주기도표에서 진폭값은 하기 수학식 16과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00067
한편, 수학식 1 내지 수학식 15에서 설명한 바와 같이, 무선 주파수 채널을 통한 데이터 송수신 시에 발생하는 실제 주파수 옵셋에 대해 데이터 수신 장치에서 추정된 주파수 옵셋은 도 5와 같이 나타낼 수 있다. 여기서, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 수신 장치가 추정한 주파수 옵셋을 개략적으로 도시한 도면이다.
즉, 상기 데이터 수신 장치는, 데이터 송수신 시에 발생하는 실제 주파수 옵셋을 수학식 1 내지 수학식 15에서 설명한 주기도표를 이용하여 주파수 옵셋의 정수 부분(520), 주파수 옵셋의 소수 부분(530), 및 잔여 주파수 옵셋(540)을 추정하며, 상기 추정한 주파수 옵셋의 정수 부분(520), 주파수 옵셋의 소수 부분(530), 및 잔여 주파수 옵셋(540)을 통해 전체 주파수 옵셋(510)을 추정한다. 다시 말해, 전술한 바와 같이, 데이터 수신 장치는, 주파수 옵셋의 정수 부분(520), 주파수 옵셋의 소수 부분(530), 및 잔여 주파수 옵셋(540)을 순차적으로 추정하며, 이렇게 추정된 주파수 옵셋들을 통해 전체 주파수 옵셋(510)을 추정한다.
여기서, 도 5에 도시한 바와 같이, 데이터 수신 장치가 수신한 주파수 옵셋에서,
Figure pat00068
정수배 주파수 인덱스, 다시 말해 주파수 옵셋의 범위에 따른 주기도표는 도 6과 같이 나타낼 수 있으며, 특히 도 6에 도시한 바와 같이, 주파수 옵셋이 0.1일 경우(610) 및 주파수 옵셋이 0.5일 경우(620), 각각 주기도표의 진폭(amplitude)이 발생하며, 그에 따라 보다 정확한 주파수 옵셋이 추정되지 않을 수가 있다. 그러므로, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 수신 장치는, 전술한 바와 같이, 주기도표뿐만 아니라 보간 방식을 통해 주파수 옵셋을 추정, 즉 주기도표를 이용한 보간 방식을 통해 보다 정확한 주파수 옵셋을 추정한다. 여기서, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 수신 장치가 추정한 주파수 옵셋의
Figure pat00069
정수배 주파수 인덱스에서 주기도표의 진폭을 개략적으로 도시한 도면이다. 그러면 이하에서는, 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 수신 장치가 주기도표를 이용한 보간 방식을 통해 주파수 옵셋을 추정하는 과정에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
우선, 상기 데이터 수신 장치는, 주기도표를 이용하여 정규화된 정수배 주파수 옵셋을 검출하며, 상기 정규화된 정수배 주파수 옵셋은 하기 수학식 17과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00070
여기서, 전술한 바와 같이, 주기도표에서 정수배 주파수 옵셋의 인덱스 ±1에서 진폭값을 비교한 후, 상기 비교 결과에 따라 정수배 주파수 옵셋을 추정한다. 이때,
Figure pat00071
일 경우, 즉 정수배 주파수 옵셋의 인덱스 -1의 주기도표가 정수배 주파수 옵셋의 인덱스 +1의 주기도표보다 클 경우에 정수배 주파수 옵셋은
Figure pat00072
이 되고,
Figure pat00073
이 되며,
Figure pat00074
일 경우, 즉 정수배 주파수 옵셋의 인덱스 -1의 주기도표가 정수배 주파수 옵셋의 인덱스 +1의 주기도표보다 작을 경우에 정수배 주파수 옵셋은
Figure pat00075
이 되며,
Figure pat00076
이 된다.
이렇게 추정한 정수배 주파수 옵셋의 진폭값을 이용하여 상기 데이터 수신 장치는, 주파수 옵셋을 추정하며, 상기 추정된 주파수 옵셋은 하기 수학식 18과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00077
수학식 18에서,
Figure pat00078
는 정수배 주파수 옵셋의 진폭값을 이용하여 추정된 주파수 옵셋을 의미하며, 이때
Figure pat00079
가 된다.
그런 다음, 상기 데이터 수신 장치는 보간 방식을 통해 보다 정확한 주파수 옵셋을 추정하며, 수학식 18에 나타낸 정수배 주파수 옵셋의 진폭값을 이용하여 추정된 주파수 옵셋에 계수를 보간하여 보다 정확한 주파수 옵셋을 추정한다. 여기서, 상기 정수배 주파수 옵셋의 진폭값을 이용하여 추정된 주파수 옵셋의 계수는 하기 수학식 19와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00080
수학식 19에서
Figure pat00081
은, 수학식 18에 나타낸 추정된 주파수 옵셋
Figure pat00082
에 대한 FFT를 통해 산출된 주파수 옵셋의 레프트(left) 계수를 의미하고,
Figure pat00083
은 수학식 18에 나타낸 추정된 주파수 옵셋
Figure pat00084
에 대한 FFT를 통해 산출된 주파수 옵셋의 라이트(right) 계수를 의미한다. 또한,
Figure pat00085
과
Figure pat00086
은, 수학식 18에 나타낸 추정된 주파수 옵셋
Figure pat00087
의 주파수 계수, 특히 레프트 계수
Figure pat00088
및 라이트
Figure pat00089
를 산출하기 위한 레프트 주파수 옵셋 및 라이트 주파수 옵셋으로,
Figure pat00090
가 되고
Figure pat00091
가 되며, A는 주기도표에 따라 임의로 정의된 실수를 의미한다.
이렇게 상기 데이터 수신 장치는, 수학식 19에 나타낸 바와 같이 주파수 옵셋의 계수들을 산출한 후, 수학식 18에 나타낸 바와 같은 정수배 주파수 옵셋의 진폭값을 이용하여 추정된 주파수 옵셋
Figure pat00092
에 상기 주파수 옵셋의 계수들
Figure pat00093
및
Figure pat00094
을 보간하여 최종적으로 정확한 주파수 옵셋을 추정하며, 상기 최종적으로 추정된 주파수 옵셋은 하기수학식 20과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00095
수학식 20에서
Figure pat00096
는, 상기 데이터 수신 장치가 주기도표를 이용한 보간 방식을 통해 추정한 최종 주파수 옵셋을 의미하며, 상기 데이터 수신 장치는 수학식 20과 같이 정확하게 산출한 주파수 옵셋을 보상하여, 대용량의 데이터가 송신되는 무선 주파수 채널과 주파수 동기화하며, 그에 따라 상기 무선 주파수 채널을 통해 데이터 송신 장치가 송신한 대용량의 데이터를 정상적으로 수신한다.
이렇게 상기 데이터 수신 장치가, 도 7 내지 도 9에 도시한 바와 같이, 수학식 1 내지 수학식 15에서 설명한 주기도표를 이용하여 주파수 옵셋을 추정(720,820,920)하거나, 주기도표에서 정수배 주파수 옵셋의 하나의 진폭값을 이용하여 주파수 옵셋을 추정(710,810,910)하거나, 수학식 18에서 설명한 주기도표에서 정수배 주파수 옵셋의 인덱스의 진폭값들을 비교하여 하나의 진폭값으로 주파수 옵셋을 추정(740,840,940)하거나, 또는 수학식 19 및 수학식 20에서 설명한 수학식 18에서 추정한 주파수 옵셋의 계수를 산출한 후 보간하여 주파수 옵셋을 추정(730,830,930)한다. 여기서, 도 7 내지 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 수신 장치의 주파수 옵셋 추정 결과를 개략적으로 도시한 도면이다.
그리고, 도 7 내지 도 9에 도시한 바와 같이, 무선 주파수 채널을 통해 수신된 데이터의 신호대 잡음비(SNR: Signal-to-noise ratio, 이하 'SNR'이라 칭하기로 함)에 따른 평균 제곱 오차(MSE: Mean Square Error, 이하 'MSE'라 칭하기로 함)가 상기 하나의 진폭값을 이용하여 주파수 옵셋을 추정(710,810,910)할 경우에서는 SNR이 증가할 수록 다른 주파수 옵셋 추정의 경우들, 특히 상기 정수배 주파수 옵셋의 인덱스의 진폭값들을 비교하여 하나의 진폭값으로 주파수 옵셋 추정(740,840,940)보다 오차가 증가한다. 즉, 상기 데이터 수신 장치는, 상기 정수배 주파수 옵셋의 인덱스의 진폭값들을 비교하여 하나의 진폭값으로 주파수 옵셋을 추정(740,840,940)을 통해 보다 정확한 주파수 옵셋을 추정한다.
아울러, 상기 정수배 주파수 옵셋의 인덱스의 진폭값들을 비교하여 하나의 진폭값으로 주파수 옵셋 추정(740,840,940) 및 상기 추정한 주파수 옵셋의 계수를 산출한 후 보간하여 주파수 옵셋 추정(730,830,930)은, 전술한 바와 같이 수학식 18, 및 수학식 19와 수학식 20을 통해 주파수 옵셋을 보다 정확하게 추정함으로, 상기 수학식 1 내지 수학식 15에서 설명한 주기도표를 이용하여 주파수 옵셋을 추정(720,820,920)하는 경우보다 복잡도가 현저하게 감소된다. 그리고, 상기 데이터 수신 장치는, 상기 정수배 주파수 옵셋의 인덱스의 진폭값들을 비교하여 하나의 진폭값으로 주파수 옵셋 추정(740,840,940)한 주파수 옵셋, 또는 상기 추정한 주파수 옵셋의 계수를 산출한 후 보간하여 주파수 옵셋 추정(730,830,930)한 주파수 옵셋으로 보상하여 다중 무선 채널과 주파수 동기화한 후 정상적으로 대용량의 데이터를 수신한다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (12)

  1. 통신 시스템에서 데이터 수신 장치에 있어서,
    무선 주파수 채널을 통해 송신되는 데이터를 수신하는 수신부;
    상기 수신한 데이터로부터 상기 무선 주파수 채널에서의 주파수 옵셋(frequency offset)을, 주기도표(periodogram)를 이용한 보간(interpolation) 방식(scheme)을 통해 추정하는 추정부; 및
    상기 무선 주파수 채널과 주파수 동기화하여 상기 데이터를 수신하도록, 상기 주파수 옵셋을 보상하는 보상부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 추정부는, 상기 주기도표를 이용하여 상기 주파수 옵셋의 정수배 주파수 옵셋을 검출한 후, 상기 주기도표에서 상기 정수배 주파수 옵셋의 인덱스들의 진폭값을 비교하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 추정부는, 상기 비교에 상응하여 상기 주기도표에서 큰 진폭값을 갖는 정수배 주파수 옵셋의 인덱스의 진폭값을 이용하여 제1주파수 옵셋을 추정하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 추정부는, 상기 제1주파수 옵셋의 계수를 산출한 후, 상기 제1주파수 옵셋에 상기 계수를 보간하여 제2주파수 옵셋을 추정하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 보상부는, 상기 제1주파수 옵셋 또는 상기 제2주파수 옵셋을 보상하여 상기 무선 주파수 채널과 주파수 동기화하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 추정부는, 상기 제1주파수 옵셋에 대한 고속 퓨리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform)을 통해 상기 제1주파수 옵셋의 계수를 산출하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
  7. 통신 시스템에서 데이터 수신 방법에 있어서,
    무선 주파수 채널을 통해 송신되는 데이터를 수신하는 단계;
    상기 수신한 데이터로부터 상기 무선 주파수 채널에서의 주파수 옵셋(frequency offset)을, 주기도표(periodogram)를 이용한 보간(interpolation) 방식(scheme)을 통해 추정하는 단계; 및
    상기 무선 주파수 채널과 주파수 동기화하여 상기 데이터를 수신하도록, 상기 주파수 옵셋을 보상하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 추정하는 단계는, 상기 주기도표를 이용하여 상기 주파수 옵셋의 정수배 주파수 옵셋을 검출한 후, 상기 주기도표에서 상기 정수배 주파수 옵셋의 인덱스들의 진폭값을 비교하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 추정하는 단계는, 상기 비교에 상응하여 상기 주기도표에서 큰 진폭값을 갖는 정수배 주파수 옵셋의 인덱스의 진폭값을 이용하여 제1주파수 옵셋을 추정하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 추정하는 단계는, 상기 제1주파수 옵셋의 계수를 산출한 후, 상기 제1주파수 옵셋에 상기 계수를 보간하여 제2주파수 옵셋을 추정하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 보상하는 단계는, 상기 제1주파수 옵셋 또는 상기 제2주파수 옵셋을 보상하여 상기 무선 주파수 채널과 주파수 동기화하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 추정하는 단계는, 상기 제1주파수 옵셋에 대한 고속 퓨리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform)을 통해 상기 제1주파수 옵셋의 계수를 산출하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.
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