KR20160116994A - 샘플링 클락 옵셋을 보상하는 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

샘플링 클락 옵셋을 보상하는 방법 및 그 장치가 제공된다. 수신 파일럿의 위상 변화값과 인접 파일럿의 위상 변화값들을 토대로 제1 보상 방법에 따라 제1 샘플링 옵셋 추정값을 획득한다. 그리고 수신 파일럿의 위상 변화값과 인접 파일럿의 위상 변화값들을 토대로 제2 보상 방법에 따라 제2 샘플링 옵셋 추정값을 획득한다. 그리고 제1 샘플링 옵셋 추정값과 제2 샘플링 옵셋 추정값의 평균을 구하여 샘플링 클락 옵셋을 보상하기 위한 보상값을 구하고, 보상값에 따라 샘플링 클락 옵셋 보상 처리를 수행한다.

Description

샘플링 클락 옵셋을 보상하는 방법 및 그 장치{Method and apparatus for compensating sampling clock offset}

본 발명은 샘플링 옵셋 보상에 관한 것으로, 더욱 상세하게 말하자면 샘플링 클락 옵셋을 보상하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로 통신 시스템에서는 송신 장치가 기저대역 디지털 데이터를 DAC(digital to analog converter)를 통하여 이를 아날로그 기저대역 신호로 변환하고, 아날로그 기저대역 신호를 RF(radio frequency) 중심 주파수로 상향 변환(up-conversion)하여 송신한다. 이러한 RF 송신 신호는 수신 장치에 의하여 수신된다. 수신 장치는 수신된 RF 신호를 하향 변환(down-conversion) 하여 아날로그 기저대역 신호로 변환하고, ADC(analog to digital converter)를 이용하여 아날로그 기저대역 신호를 샘플링하여 디지털 기저대역 신호로 변환된다.

이 때, 이상적인 통신을 위해서는 샘플링 주파수가 소정의 조건을 만족해야 한다. 즉, 송신 장치의 DAC의 클락(clock)과 수신 장치의 ADC 클락이 일치되어야 한다. 만약 이 조건이 만족되지 않을 경우에는 나이키스트 표본화 이론(Nyquist Sampling Theorem)에 의해서 기저 대역 신호의 대역폭(bandwidth)에 따라 특정 주파수 구간에 에일리어싱(Aliasing)이 발생하여 정상적인 데이터를 전송하는데 문제가 발생할 수 있다.

이러한 샘플링을 위한 클락에 옵셋(offset)이 존재하는 경우 샘플링 클락 옵셋을 보상하여야 하는데, 수신 장치의 ADC의 샘플링 클럭의 주파수와 위상을 조정하여 송신 장치에서 보낸 원 디지털 정보를 정확하게 복원하는 동기 과정을 수행한다. 이 동기 과정을 심볼 타이밍 동기라고 한다.

OFDM(Orthogonal frequency division modulation) 시스템에서 심볼 타이밍 동기는 ADC의 샘플링 클락을 보상하는 샘플링 타이밍 동기와 함께 미세 FFT(Fast Fourier Transform) 윈도우 타이밍 동기를 포함한다. 미세 FFT 윈도우 타이밍 동기는 프레임 동기에서 수행하는 대략적 FFT 윈도우 타이밍 동기 시 생긴 옵셋을 정확히 보상하는 과정을 나타낸다.

샘플링 클락 옵셋이나 FFT 윈도우 타이밍 동기 옵셋과 같은 시간 영역의 천이는 FFT 이후 주파수 영역의 성상의 회전으로 옵셋의 정도를 추정할 수 있다. 그리고 주파수 영역에서 일정한 패턴으로 삽입되어 있는 파일럿을 이용하여 FFT 윈도우 타이밍 옵셋과 샘플링 클럭 주파수 및 초기 위상 옵셋을 추정하여 보상하는 방법이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 송신 장치와 수신 장치의 동작 주파수 차이로 인해 발생하는 샘플링 클락 옵셋을 보다 정확하게 보상할 수 있는 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 특징에 따른 샘플링 클락 옵셋 보상 방법은, 주파수 영역의 수신 신호로부터 추출되는 수신 파일롯과 기준 파일롯을 상관 처리하여 위상 변화 값을 산출하는 단계; 상기 수신 파일럿의 위상 변화값과 인접 파일럿의 위상 변화값들을 토대로 제1 보상 방법에 따라 제1 샘플링 옵셋 추정값을 획득하는 단계; 상기 수신 파일럿의 위상 변화값과 인접 파일럿의 위상 변화값들을 토대로 제2 보상 방법에 따라 제2 샘플링 옵셋 추정값을 획득하는 단계; 상기 제1 샘플링 옵셋 추정값과 제2 샘플링 옵셋 추정값의 평균을 구하여 샘플링 클락 옵셋을 보상하기 위한 보상값을 구하는 단계; 및 상기 보상값에 따라 샘플링 클락 옵셋 보상 처리를 수행하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 두가지 모드를 통하여 샘플링 클락 옵셋을 추정하여 획득한 값들을 평균하고 그 값을 이용하여 샘플링 클락 옵셋을 보상함으로써, 보다 정확하게 샘플링 클락 옵셋을 보상할 수 있다.

특히, 파일럿 위상 차의 평균을 이용하는 방법과 파일럿의 실허수 합의 위상을 이용하는 방법을 동시에 계산하여 그 결과에 대한 평균치를 구하여 샘플링 클럭 옵셋을 보다 효과적으로 보상하면서, 채널에 의한 왜곡의 영향을 보다 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의. 실시 예에 따른 샘플링 클락 옵셋 보상 장치의 구조를 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 샘플링 클락 옵셋 보상 방법의 흐름도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 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 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

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

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 샘플링 클락 옵셋 보상 방법 및 그 장치에 대하여 설명한다.

본 발명의 실시 예에서는 2가지 즉, 듀얼 모드로 샘플링 클락 옵셋을 보상한다. 구체적으로, 송수신 시스템의 운용에 필요한 파일럿을 이용하여 파일럿 위상 차의 평균을 이용하는 방법(설명의 편의상 이하, 제1 보상 방법이라고 명명함)과, 파일럿의 실허수 합의 위상을 이용하는 방법(설명의 편의상 이하, 제2 보상 방법이라고 명명함)을 동시에 계산하고 그 결과에 대한 평균치를 구하여 샘플링 클럭 옵셋을 보상한다.

제1 보상 방법에서는 연속된 두 개의 OFDM 심볼을 입력으로 하여 파일럿에 해당하는 부분을 추출하고 수신된 파일럿 패턴과 송신단에서 보내진 파일럿 패턴의 위상차를 계산하여 평균을 계산한 값을 이용한다.

구체적으로, 소정 채널을 통하여 수신된 RF 신호는 하향변환(down-conversion)되어 아날로그 기저대역 신호로 변환되고, 아날로그 기저대역 신호는 ADC(analog to digital converter)에 의하여 샘플링되어 디지털 기저대역 신호로 변환된다. 이후, 샘플링된 신호는 FFT에 의하여 주파수 영역의 신호로 변환된다.

FFT 이후 주파수 영역의 신호에서 파일럿을 추출한다. 추출한 수신 파일럿에 대하여 기준 파일럿과의 상관(correlation)을 수행하여 수신 파일럿의 위상 회전 정도를 나타내는 위상 변화 값을 산출한다. 실제적으로 기준 파일럿은 실수만의 값이므로 기준 파일럿의 부호에 따라 수신한 파일럿의 부호만 바꾸는 것을 통하여 위상 변화 값을 산출할 수 있다.

수신 파일럿의 위상 변화 값의 기울기를 구하기 위해, 서로 인접한 파일럿들의 위상 변화 값들의 차들의 평균을 구하여 샘플링 옵셋을 판단한다.

샘플링 옵셋 추정 값은 다음과 같이 표현된다.

여기서 M은 한 심볼 내 수신 파일럿의 개수이며, 데이터 전송모드에 따라 그 값이 결정된다. △k는 파일럿간의 거리이다. 여기서 k는 부반송파 번호이고, N은 데이터 전송모드를 나타낸다.

P_k는 수신 파일럿의 위상 회전 정도를 나타내는 것으로 다음과 같이 나타낼 수 있다.

여기서,

는

번째 심볼의 k번째 수신 파일럿을 나타내고,

는 기준 파일럿을 나타낸다.

는 기준 파일럿인

와의 상관으로부터 구할 수 있다. 이웃한 파일럿의 위상 회전 차를 구하기 위해서는 복소 곱을 취해 위상을 구하면 된다.

시간 영역에서 심볼 타이밍 옵셋(δ)을 가지고 FFT 변환되면 주파수 영역 신호의 위상 에러는

이 되고, 인접 파일럿 간의 위상 차는

이 되어, 수학식 1에서와 같이

계수가 나타난다.

이와 같이, 제1 보상 방법에 따른 샘플링 옵셋 추정값

을 획득한다.

또한, 파일럿의 실허수 합의 위상을 이용하는 제2 보상 방법에서, FFT 이후 주파수 영역의 신호에서 파일럿을 추출한다. 추출한 수신 파일럿에 대하여 기준 파일럿과의 상관을 수행하여 수신 파일럿의 위상 회전 정도를 나타내는 위상 변화 값을 산출한다. 산출된 파일럿의 위상 변화값과 인접한 파일럿의 위상 변화값의 복소 곱을 수행하여 위상 차 정보를 구한다. 위상 차 정보를 바로 위상으로 변환하지 않고 실수와 허수 각각 한 심볼 동안 누적을 취한다. 즉, 산출된 분산 파일롯의 복소수와 인접한 분산 파일롯의 복소수를 곱셈하여 산출되는 실수와 허수를 별도로 소정 심볼 동안 누적한다. 그리고 누적된 실수와 허수로 위상을 측정하여 샘플링 클럭 옵셋을 추정한다. 채널의 영향을 많이 받아 크기가 작은 파일럿일수록 옵셋 추정에 미치는 영향도 줄어든다. 최종적으로 누적된 실수와 허수를 이용하여 단 한번의 위상 추정만으로 심볼 타이밍의 옵셋 즉, 샘플링 클락 옵셋을 추정할 수 있다. 이와 같이 추정된 샘플링 클락 옵셋은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, 수신 파일럿 위상 차의 평균을 이용하는 제1 보상 방법과 마찬가지로

의 계수가 곱해진다.

는 수신 파일럿과 기준 파일럿의 상관으로

로 나타낼 수 있다.

이와 같이, 제2 보상 방법에 따른 샘플링 옵셋 추정값

을 획득한다.

위에 기술된 바와 같이, 제1 보상 방법에 따라 획득한 샘플링 옵셋 추정값

와 제2 보상 방법에 따라 획득한 샘플링 옵셋 추정값

에 대하여 에버리징(averaging)을 하여 그 평균값을 획득한다. 그리고 획득한 평균값을 실수부와 허수부로 나누고, fractional part로 나누어 보상함으로써 채널에 의한 왜곡으로 인한 영향을 보다 줄일 수 있다.

파일럿 위상차의 평균을 이용하는 제1 보상 방법은 다중 경로가 심하지 않은 좋은 채널 환경에서는 충분히 좋은 성능을 보이지만, 레일리(Rayleigh) 채널과 같이 주파수 선택적 페이딩이 심한 채널 환경에서는 좋은 성능을 보이지 못한다. 페이딩이 심할 경우 특정 주파수 대역에 속하는 부반송파는 심한 크기와 위상의 왜곡을 받게 되는데 만약 심볼 타이밍 옵셋 추정에 이용되는 파일럿의 크기와 위상의 왜곡이 심한 경우 평균의 방법을 취한다고 하더라도 옵셋 추정에 많은 오류가 발생할 수 있다. 이 경우 채널의 왜곡을 심하게 받은 파일럿은 옵셋 추정에 오히려 장애가 되기 때문에 추정에서 제외하는 것이 바람직하다. 그러나 심볼 타이밍 옵셋은 부반송파의 인덱스에 의해서도 영향을 받기 때문에 추정에 이용되는 두 파일럿의 인덱스 차가 수시로 변하게 될 경우 많은 계산량이 추가로 필요하게 된다.

이에 비해 파일럿의 실허수 합의 위상을 이용하는 제2 보상 방법은 기존의 위상과 평균을 구하는 방법보다 계산량을 줄이면서도 더 우수한 성능을 보인다. 채널의 영향으로 특정 부반송파의 크기와 위상이 심하게 왜곡될 경우 일반적으로 부반송파의 크기는 왜곡 받지 않은 값보다 상당히 작은 값을 가지게 된다. 이 경우 파일럿 위상차의 평균을 이용하는 방법은 크기의 정보 없이 파일럿 사이의 위상 차만을 이용하여 심볼의 옵셋을 추정하게 되고 평균을 하는 과정에서 채널의 왜곡에 의한 영향과는 관계없이 모든 파일럿이 같은 비중을 차지하게 된다. 반면에 파일럿의 위상 차 정보를 실수와 허수로 각각 누적하는 방법에서는 채널에 의한 왜곡으로 크기가 감소한 파일럿의 경우 누적시 작은 값을 누적시켜 전체 옵셋 추정시 적은 비중을 차지한다. 채널의 왜곡이 심각해질수록 수신 파일럿의 크기와 함께 옵셋 추정에 주는 영향은 줄어들기 때문에 채널에 의한 심볼 타이밍 옵셋 추정 오류를 줄일 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시 예에 따르면 2가지 모드 즉, 제1 보상 방법과 제2 보상 방법에 따라 각각 획득한 샘플링 옵셋 추정값들의 평균을 취한 후 그 결과를 토대로 샘플링 클럭 옵셋을 보상한다. 그러므로 제1 보상 방법 및 제2 보상 방법을 각각 사용하는 경우 채널의 영향에 따라 샘플링 옵셋 보상의 성능에 다소 차이가 발생할 수 있는 것을 보완할 수 있으며, 채널에 의한 왜곡의 영향을 보다 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의. 실시 예에 따른 샘플링 클락 옵셋 보상 장치의 구조를 나타낸 도이다.

첨부한 도 1에서와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 샘플링 클락 옵셋 보상 장치(100)는, 제1 옵셋 추정부(10), 제2 옵셋 추정부(20) 및 보상 처리부(30)를 포함한다. 이외에도, 파일롯 추출부(40), 기준 파일롯 제공부(50), 위상 변화 산출부(60), 딜레이부(70)를 더 포함한다.

파일롯 추출부(40)는 ADC(83)에 의하여 기저대역 신호로 변환된 다음에 FFT(80)에 의하여 변환된 주파수 영역의 신호로 변환된 수신 신호로부터 파일럿을 추출한다.

위상 변화 산출부(60)는 기준 파일롯 제공부(50)에서 제공되는 기준 파일롯과 추출된 수신 파일롯을 상관하여 위상 변화 값을 산출한다.

딜레이부(70)는 위상 변화 산출부(60)에서 출력되는 위상 변화값을 딜레이시켜 출력한다.

제1 옵셋 추정부(10)는 위상 변화 산출부(60)와 딜레이부(70)에서 출력되는 위상 변화값들을 토대로 제1 보상 방법에 따라 샘플링 옵셋 추정값을 획득한다. 이를 위하여, 제1 옵셋 추정부(10)는 위상 변화 산출부(60)와 딜레이부(70)에서 출력되는 위상 변화값들의 차를 구하는 위상 추정부(11), 그리고 위상 변화값들의 차들의 평균을 구하여 샘플링 옵셋 추정값을 획득하는 위상차 평균 처리부(12)를 포함한다.

제2 옵셋 추정부(20)는 위상 변화 산출부(60)와 딜레이부(70)에서 출력되는 위상 변화값들의 복소곱을 수행하여 위상 차 정보를 구하여 실수와 허수를 각각 누적 처리하는 누적 처리부(21) 및 누적된 위상 차 정보를 토대로 샘플링 옵셋 추정값을 획득하는 위상 추정부(22)를 포함한다.

보상 처리부(30)는 제1 옵셋 추정부(10)에서 획득한 샘플링 옵셋 추정값과 제2 옵셋 추정부(20)에서 획득한 샘플링 옵셋 추정값의 평균을 구하여 샘플링 클락 옵셋을 보상하기 위한 보상값을 구한다.

이와 같이, 구해진 보상값에 따라 샘플링 클락 옵셋 보상 처리가 이루어진다. 구체적으로, 보상값의 실수부에 따라 FFT 윈도우 조정부(81)가 FFT 윈도우에 대한 타이밍 동기를 보상하여 FFT(80)가 정확한 데이터 심볼만 FFT 변환할 수 있도록 한다.

또한 보상값의 허수부에 따라 DPLL(digital phase lock loop)(82)가 ADC(83)에 의해 샘플링 주파수의 위상이 조절되어 클락 옵셋이 보상된다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 샘플링 클락 옵셋 보상 방법의 흐름도이다.

수신 신호는 기저대역 신호로 변환된 다음에 FFT 변환되어 주파수 영역의 신호로 변환된다. 주파수 영역의 수신 신호로부터 파일럿을 추출한다(S100).

추출된 수신 파일롯과 기준 파일롯을 상관 처리하여 위상 변화 값을 산출한다(S110).

이와 같이 추출된 수신 파일럿의 위상 변화값과 인접 파일럿(이전 파일럿)의 위상 변화값들을 토대로 제1 보상 방법에 따라 제1 샘플링 옵셋 추정값을 획득한다(S120). 즉, 수신 파일럿의 위상 변화값과 인접 수신 파일럿의 위상 변화값의 차를 구하고, 이들의 평균을 구하여 제1 샘플링 옵셋 추정값을 획득한다.

또한 추출된 수신 파일럿의 위상 변화값과 인접 파일럿(이전 파일럿)의 위상 변화값들을 토대로 제2 보상 방법에 따라 제2 샘플링 옵셋 추정값을 획득한다(S130). 즉, 추출된 수신 파일럿의 위상 변화값과 인접 파일럿(이전 파일럿)의 위상 변화값들을 복소곱을 수행하여 위상 차 정보를 구하고, 위상 차 정보의 실수와 허수를 각각 누적 처리한다. 그리고 누적된 위상 차 정보를 토대로 제2 샘플링 옵셋 추정값을 획득한다.

이후, 제1 샘플링 옵셋 추정값과 제2 샘플링 옵셋 추정값의 평균을 구하여 샘플링 클락 옵셋을 보상하기 위한 보상값을 구하고(S140), 보상값에 따라 샘플링 클락 옵셋 보상 처리를 수행한다(S150).

이와 같이, 송수신 시스템의 운용에 필요한 파일럿을 이용하여 파일럿 위상 차의 평균을 이용하는 제1 보상 방법과, 파일럿의 실허수 합의 위상을 이용하는 제2 보상 방법을 토대로 획득한 샘플링 옵셋 추정값들의 평균치를 구하여 샘플링 클럭 옵셋을 보다 정확하게 보상할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (1)

1. 주파수 영역의 수신 신호로부터 추출되는 수신 파일롯과 기준 파일롯을 상관 처리하여 위상 변화 값을 산출하는 단계;
   상기 수신 파일럿의 위상 변화값과 인접 파일럿의 위상 변화값들을 토대로 제1 보상 방법에 따라 제1 샘플링 옵셋 추정값을 획득하는 단계;
   상기 수신 파일럿의 위상 변화값과 인접 파일럿의 위상 변화값들을 토대로 제2 보상 방법에 따라 제2 샘플링 옵셋 추정값을 획득하는 단계;
   상기 제1 샘플링 옵셋 추정값과 제2 샘플링 옵셋 추정값의 평균을 구하여 샘플링 클락 옵셋을 보상하기 위한 보상값을 구하는 단계; 및
   상기 보상값에 따라 샘플링 클락 옵셋 보상 처리를 수행하는 단계
   를 포함하는, 샘플링 클락 옵셋 보상 방법.
   
   
   
   
   
   
   
   

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