KR20200082408A - Ofdm 시스템에서 효율적인 주파수 옵셋 추정을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Ofdm 시스템에서 효율적인 주파수 옵셋 추정을 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식에 기초하여 수신 장치가 주파수옵셋 추정의 정확도를 높이는 신호를 수신하는 방법에 있어서 주파수 옵셋을 추정하는 경우 주파수 영역으로 변환된 신호에 기초하여 결정 궤환 방식으로 데이터 심볼을 검출하고, 검출된 데이터 심볼과 파일럿 심볼을 이용하여 주파수 옵셋을 추정하는 방법 및 장치를 개시한다.

Description

OFDM 시스템에서 효율적인 주파수 옵셋 추정을 위한 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR EFFICIENT FREQUENCY OFFSET ESTIMATION IN OFDM SYSTEM}
본 발명은 방송 및 통신에 관한 것으로서, 더 자세히는 OFDM 수신기에서 파일럿 심볼(pilot symbol)과 데이터 심볼(data symbol)을 이용한 주파수 옵셋 (frequency offset) 추정 성능 향상을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; OFDM) 시스템은 반송파 주파수 오프셋 (Carrier Frequency Offset; CFO)에 대한 높은 민감도를 가진다. CFO는 심볼 간의 직교성을 손상 시킴으로써 심볼간 간섭을 유발시키고 시스템 성능을 심각하게 저하시킨다. 일반적으로 CFO의 추정과정은 획득 단계(acquisition stage)와 추적 단계(tracking stage)로 나눈다. 본 발명에서는 획득 단계 후 남겨진 잔여 CFO를 추정하는 추적단계에 관한 것이다. 또한 대부분의 OFDM표준은 채널을 추정하기 위해 파일럿 심볼과 정보를 전송하기 위한 데이터 심볼이 공존하는 구조를 가진다. 본 발명에서는 이러한 OFDM구조에서 효과적으로 CFO을 추정하는 것을 목적으로 한다.
대부분의 기존의 주파수영역에서의 잔여 CFO 추정은 파일럿 심볼만으로 수행된다. 그러나 본 발명에서는 송신기 및 수신기 구조를 설계함으로써 파일럿과 데이터를 포함한 모든 심볼을 사용하여 CFO를 추정함으로써 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 파일럿 심볼과 정보를 전송하기 위한 데이터 심볼이 공존하는 구조에서 효과적으로 CFO을 추정하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식에 기초하여 수신 장치가 주파수옵셋 추정의 정확도를 높이는 신호를 수신하는 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따라 OFDM 기초하여 주파수옵셋 추정의 정확도를 높이는 신호를 송수신하는 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명의 장치는 송신 장치로부터 신호를 수신하는 수신부, 신호에 DFT(Discrete Fourier transform)를 적용하여 주파수 영역 신호로 변환하는 DFT부 및 주파수 영역으로 변환된 신호로부터 주파수 옵셋을 추정하는 주파수옵셋 추정부를 포함할 수 있다.
이 때 주파수 옵셋을 추정하는 경우, 주파수 영역으로 변환된 신호에 기초하여 결정 궤환 방식으로 데이터 심볼을 검출하고, 검출된 데이터 심볼과 파일럿 심볼을 이용하여 주파수 옵셋을 추정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 결정 궤환 방식으로 데이터 심볼을 검출하는 경우, 주파수 영역으로 변환된 신호로부터 주파수 옵셋을 추정하되, 주파수 옵셋 추정을 설정된 횟수만큼 반복하여 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 수신 신호에 포함된 데이터 심볼을 검출하는 경우, 파일럿 심볼을 이용하여 추정된 주파수 옵셋으로 보상을 수행하고 채널 추정값을 도출하고, 채널 추정값을 기초로 하여 보상을 수행한 신호를 이용하여 데이터 심볼을 검출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 파일럿 심볼을 이용하여 추정된 주파수 옵셋에 기초하여 수신 신호에 포함된 데이터 심볼을 검출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 검출된 데이터 심볼과 파일럿심볼을 이용하여 주파수 옵셋을 추정하는 경우, 수신 신호, 추정된 데이터 심볼 및 파일럿 신호에 기초하여 주파수 옵셋을 추정하되, 주파수 옵셋 추정을 설정된 횟수만큼 반복하여 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 송신 장치로부터 신호를 수신하는 경우, 제 1 블록 신호를 수신하고, 제 1 블록 신호에 기초하여 제 2 블록 신호를 수신하되, 제 1 블록 신호는 일정 시간 동안의 주파수 영역 신호를 의미하고, 적어도 하나 이상의 파일럿 심볼 및 데이터 심볼을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 제 2 블록 신호는 동일한 주파수에 해당되는 제 1 블록 신호의 심볼이 매핑되어 전송될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 제 1 블록 신호는 랜덤(random) 비트 발생 신호가 심볼 매핑된 변조 신호에 해당될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 변조 신호는 BPSK(Binary Phase Shift Keying), QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 및 M진 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 중 어느 하나에 해당할 수 있다.
본 발명에 따르면, 파일럿 심볼과 데이터 심볼이 공존하는 구조에서 제안발명1과 제안발명2로 파일럿 심볼과 데이터 심볼을 사용하여 CFO를 추정하면 CFO의 정확도를 현저히 증가시킬 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다
도 1은 OFDM시스템에서 데이터-파일럿 공존 구조를 보여준다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 OFDM 송신기의 데이터-파일럿 공존 구간의 동일한 데이터 심볼 반복 전송 방법을 보여준다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 수신 장치가 주파수 옵셋 추정의 정확도를 높이는 신호를 수신하는 방법에 대한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 수신장치가 파일럿 심볼을 이용한 주파수 옵셋을 추정한 후 데이터 심볼을 검출하는 방법에 대한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신 장치에서 파일럿 심볼을 사용한 주파수옵셋 보상 후 데이터 심볼을 검출하는 장치에 대한 구성을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 수신장치가 주파수 옵셋을 추정하기 위해 데이터 심볼을 검출한 후 파일럿 심볼과 데이터 심볼을 이용한 주파수 옵셋을 추정 및 보상하는 방법에 대한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 주파수 옵셋을 추정하기 위해 데이터 심볼을 검출한 후 파일럿 심볼과 데이터 심볼을 이용한 주파수 옵셋을 추정 및 보상하는 장치에 대한 구성을 나타낸 도면이다.
도 8은 OFDM방식에 기초하여 수신 장치가 주파수옵셋 추정의 정확도를 높이는 신호를 송수신하는 시스템 구성을 나타낸 도면이다.
도 9는 AWGN채널에서 기존발명과 제안발명의 CFO추정 정확도를 비교한 도면이다.
이하에서는 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.
본 발명의 실시 예를 설명함에 있어서 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 그리고, 도면에서 본 발명에 대한 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 발명에 있어서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소와 "연결", "결합" 또는 "접속"되어 있다고 할 때, 이는 직접적인 연결관계뿐만 아니라, 그 중간에 또 다른 구성요소가 존재하는 간접적인 연결관계도 포함할 수 있다. 또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소를 "포함한다" 또는 "가진다"고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 배제하는 것이 아니라 또 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명에 있어서, 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용되며, 특별히 언급되지 않는 한 구성요소들간의 순서 또는 중요도 등을 한정하지 않는다. 따라서, 본 발명의 범위 내에서 일 실시 예에서의 제1 구성요소는 다른 실시 예에서 제2 구성요소라고 칭할 수도 있고, 마찬가지로 일 실시 예에서의 제2 구성요소를 다른 실시 예에서 제1 구성요소라고 칭할 수도 있다.
본 발명에 있어서, 서로 구별되는 구성요소들은 각각의 특징을 명확하게 설명하기 위함이며, 구성요소들이 반드시 분리되는 것을 의미하지는 않는다. 즉, 복수의 구성요소가 통합되어 하나의 하드웨어 또는 소프트웨어 단위로 이루어질 수도 있고, 하나의 구성요소가 분산되어 복수의 하드웨어 또는 소프트웨어 단위로 이루어질 수도 있다. 따라서, 별도로 언급하지 않더라도 이와 같이 통합된 또는 분산된 실시 예도 본 발명의 범위에 포함된다.
본 발명에 있어서, 다양한 실시 예에서 설명하는 구성요소들이 반드시 필수적인 구성요소들은 의미하는 것은 아니며, 일부는 선택적인 구성요소일 수 있다. 따라서, 일 실시 예에서 설명하는 구성요소들의 부분집합으로 구성되는 실시예도 본 발명의 범위에 포함된다. 또한, 다양한 실시 예에서 설명하는 구성요소들에 추가적으로 다른 구성요소를 포함하는 실시 예도 본 발명의 범위에 포함된다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 장치 및 방법을 첨부한 도면들을 참조하여 설명한다. 본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는데 필요한 부분을 중심으로 상세히 설명한다.
도 1은 OFDM시스템에서 데이터-파일럿 공존 구조를 보여준다.
OFDM시스템에서 데이터-파일럿 공존 구조는 데이터-파일럿 공존 구간과 데이터만이 존재하는 데이터 구간으로 나뉠 수 있다. 데이터-파일럿 공존 구간은 채널추정을 위해 파일럿이 삽입됨으로써 같은 블록에 데이터와 파일럿이 공존함으로써 나타날 수 있다. 따라서 OFDM 시스템에서 채널추정이 필요한 모든 표준은 데이터-파일럿 공존 구조로 설계될 수 있다.
데이터-파일럿 공존 구간에서 송신기의 데이터 심볼과 파일럿 심볼로 구성된 m번째 블록의 k번째 심볼로 구성된 송신신호
Figure pat00001
는 [수학식1]과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00002
여기서
Figure pat00003
는 m번째 블록의 k번째 데이터 심볼을 의미하며,
Figure pat00004
는 데이터 심볼을 맵핑시킬 성상도 집합을 나타낸다.
Figure pat00005
는 m번째 블록의 k번째 파일럿 심볼을 의미하며
Figure pat00006
는 파일럿 심볼의 위치 인덱스를 의미할 수 있다.
본 발명은 이러한 데이터-파일럿 공존 구조에서 주파수 옵셋 추정의 정확도를 높이는 것이다. 현재까지 제안된 모든 방식은 파일럿만을 이용해서 주파수 옵셋을 추정하는 방식이다. 본 발명에서는 파일럿과 데이터를 모두 이용하여 주파수 옵셋 추정 정확도를 높이는 방법을 제안한다. OFDM 수신기에서 주파수 옵셋을 추정하기 위해서는 수신기가 시간영역의 서로 다른 블록의 동일 위치의 심볼을 알고 있어야 한다. 기존 방법들은 파일럿 심볼은 송신기 및 수신기에서 서로 알고 있는 신호이므로 주파수 추정에 이용할 수 있었다. 그러나 데이터 심볼은 서로 알고 있는 신호가 아니므로 주파수 추정에 이용할 수 없었다. 본 발명에서는 이러한 데이터 심볼을 이용하여 주파수 옵셋을 추정하는 두 가지 일 실시 예를 제안한다.
이 때 제안 발명 1 및 제안 발명2는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식에 기초하여 송신 장치 및 수신 장치가 주파수옵셋 추정의 정확도를 높이는 신호를 송수신하는 방법에 해당된다. 또한 제안 발명 1 및 제안 발명2는 본 발명의 구체적인 실시예에 해당될 수 있다.
이 때 본 발명의 일 실시예에 따른 제안발명 1은 OFDM 송신기의 데이터-파일럿 공존 구간의 데이터 심볼을 반복하여 전송하는 방법에 해당될 수 있다. 이 때 본 발명의 일 실시예에 따른 제안발명 2는 수신기에서 결정 궤환 방식으로 데이터 심볼을 검파한 후 주파수옵셋을 추정하는 방법에 해당될 수 있다. 제안발명 1 및 제안발명은 2는 별도로 구현될 수 있다. 따라서 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식에 기초하여 주파수옵셋 추정의 정확도를 높이는 신호를 송신하는 장치가 제안발명 1에 따라 신호를 송신할 수 있다. 또한 수신 장치가 제안 발명 2에 따라 신호를 수신한 후 주파수옵셋을 추정할 수도 있다. 다만 이에 한정할 것이 아니며, 시스템으로 구현되어 시스템의 송신 장치가 제안발명 1에 따라 신호를 송신하고, 수신 장치가 제안발명 2에 따라 오프셋을 추정할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 OFDM 송신기의 데이터-파일럿 공존 구간의 동일한 데이터 심볼 반복 전송 방법을 보여준다.
도 2는 본 발명의 제안 발명 1에 대한 도면에 해당될 수 있다. 도 2의 데이터-파일럿 공존 구간은OFDM 블록 1 신호 및 블록 2신호로 구성되어 있다. OFDM 송신기에서 블록1 신호는 주파수영역 신호이며 랜덤(random) 비트 발생 신호가 심볼 매핑된 변조 신호에 해당될 수 있다.
이러한 변조신호는 BPSK(Binary Phase Shift Keying), QPSK(Quadrature Phase Shift Keying), M진 QAM(Quadrature Amplitude Modulation)신호를 포함한다. 이때 상기 변조 신호는 BPSK, QPSK 및 M진 QAM 신호 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
도 2에서 제안하는 방법은 블록1과 블록2의 동일한 주파수에 동일한 심볼을 반복하여 전송하는 방법에 해당될 수 있다. 도 2에서 보여주는 것과 같이, 블록 1의 인덱스 1과 블록 2의 인덱스 1에 동일한 심볼을 맵핑하여 전송할 수 있다. 블록1과 블록 2의 인덱스 2,3,4,5,6도 상기의 방식으로 심볼 맵핑하여 전송할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 장점은 수신기의 복잡도 증가 없이 기존 수신기를 그대로 사용할 수 있다는 것이다. 다만, 데이터-파일럿 공존 구간의 데이터 전송률이 1/2로 줄어드는 문제점이 있다. 그러나 전체 프레임에서 데이터-파일럿 공존 구간이 짧고 데이터 구간의 길이가 매우 길다면 전체 프레임에서 데이터 전송률의 감소는 크지 않다.
본 발명의 일 실시예에서 주파수 옵셋
Figure pat00007
은 [수학식2]와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00008
여기서
Figure pat00009
는 수신신호로부터 DFT후 획득된 m번째 블록의 k번째 심볼 (데이터 심볼 와 파일럿 심볼 포함)을 의미할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 수신 장치가 주파수 옵셋 추정의 정확도를 높이는 신호를 수신하는 방법에 대한 흐름도이다.
도 3에서 제시된 제안발명 2는 수신기에서 결정 궤환 방식으로 데이터 심볼을 검파한 후 주파수옵셋을 추정하는 방법에 해당할 수 있다.
OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식에 기초하여 수신 장치가 주파수옵셋 추정의 정확도를 높이는 신호를 수신하는 경우, 송신 장치로부터 신호를 수신할 수 있다.(S301) 이때 본 발명의 일 실시예로 송신기에서 전송되는 블록1과 블록2 신호는 모두 랜덤하게 발생된 비트 발생신호를 심볼 맵핑한 변조 신호에 해당될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며 송신기로부터 전송되는 블록 1과 블록 2 신호가 제안발명 1과 같을 수도 있으며, 그 외 방법으로 전송된 경우에도 적용될 수 있을 것이다.
그 후 상기 신호에 DFT(Discrete Fourier transform)를 적용하여 주파수 영역 신호로 변환을 수행할 수 있다.(S302) 그리고 주파수 영역으로 변환된 신호로부터 주파수 옵셋을 추정하고 보상할 수 있다.(S303)
본 발명은 정확한 주파수 옵셋 추정을 위해 두 가지 단계를 거칠 수 있다. 수신장치가 주파수 옵셋을 추정하는 경우, 먼저 주파수 영역으로 변환된 신호에 기초하여 결정 궤환 방식으로 데이터 심볼을 검출하는 단계(단계1)와 검출된 데이터 심볼과 파일럿 심볼을 이용하여 주파수 옵셋을 추정하고 보상부에서 주파수 옵셋을 보상하는 단계(단계2)로 구성될 수 있다
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 수신장치가 파일럿 심볼을 이용한 주파수 옵셋을 추정한 후 데이터 심볼을 검출하는 방법에 대한 흐름도이다.
도 4는 제안발명2의 단계 1에 대한 흐름도에 해당될 수 있다. 이때 추정된 주파수 옵셋에 기초하여 수신 신호에 포함된 데이터 심볼이 검출될 수 있다.
보다 상세하게는 먼저 수신 장치의 수신부는 송신 장치로부터 신호를 수신할 수 있다.(S401) 그 후 DFT부는 신호에 DFT(Discrete Fourier transform)를 적용하여 주파수 영역 신호로 변환을 수행할 수 있다.(S402) 주파수 옵셋 추정부는 주파수 영역으로 변환된 신호로부터 주파수 옵셋을 추정하되, 상기 주파수 옵셋 추정을 설정된 횟수만큼 반복하여 수행할 수 있다.(S403) 이 때 본 발명의 일 실시예에 따라, 주파수 옵셋 추정부는 파일럿 심볼에 기반하여 주파수 옵셋을 추정할 수 있다.
주파수 옵셋 보상부는 추정된 주파수 옵셋으로 수신 신호에 보상을 수행할 수 있다.(S404) 그리고 채널 추정부는 채널 추정값을 도출할 수 있다.(S405) 등화부는 채널 추정값을 기초로 하여 보상을 수행(S406)할 수 있다. 그리고 심볼 검파부에서 데이터 심볼을 검출할 수 있다.(S407)
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신 장치에서 파일럿 심볼을 사용한 주파수옵셋 보상 후 데이터 심볼을 검출하는 장치에 대한 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 제안발명2의 단계 1에 대한 방법이 수행되는 장치에 대한 구성에 해당될 수 있다. 이 때 단계 1에 대한 방법이 수행되는 장치는 데이터 심볼을 검출하는 장치에 해당될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따라 수신기는 단계 1이 수행되는 데이터 심볼을 검출하는 장치를 포함할 수 있다.
이 때 본 발명의 일 실시예로 수신기는 제 1 장치 및 제 2 장치를 포함할 수 있다. 이 때 단계 1이 수행되는 장치는 단계 2가 수행되는 장치와 물리적으로 구분되어 제 1 장치 및 제 2 장치로 구현될 수 있다. 또한 단계 1 및 단계 2가 수행되는 하나의 장치로 구현될 수도 있다.
수신 장치는 수신부(501), 주파수옵셋 추정부(502), DFT부(503), 주파수 옵셋 보상부(504), 채널추정부(505), 등화부(506) 및 심볼 검파부(507)을 포함할 수 있다. 상기 구성은 수신 장치에 구현될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예로 제 1 장치에 구현될 수 있다.
데이터 심볼을 검출하는 장치는 데이터-파일럿 공존 구간의 데이터 심볼들을 검출할 수 있다. 따라서 제안방법 1과는 달리 데이터 전송률의 감소는 없다. OFDM수신기에서 데이터 심볼들의 검출 과정은 도 5와 같다.
수신된 시간영역 신호는 DFT를 통과한 후 주파수영역 신호로 변환될 수 있다. 주파수영역 신호는 도 1과 같은 구조를 가질 수 있다. 다만 본 발명의 일 실시예에 따라 주파수영역 신호를 도2와 같은 구조를 가질 수도 있다.
데이터-파일럿 공존 구간에서 파일럿 심볼만을 사용하여 주파수 옵셋
Figure pat00010
은 [수학식 3]과 같이 추정될 수 있다.
Figure pat00011
주파수 옵셋 추정이
Figure pat00012
번 반복하여 수행된다고 가정하면 추정된 단계 1의 주파수 옵셋
Figure pat00013
은 [수학식 4]으로부터 얻어진다.
Figure pat00014
본 발명의 일 실시예에 따라 단계1의 주파수 옵셋 추정은 낮은 변조차수(BPSK 혹은 QPSK)에서는 1번 반복, 그보다 높은 변조차수는 2번이상 반복해서 주파수 옵셋을 구할 수 있다. 다만, 횟수(
Figure pat00015
)는 지정된 것이 아니며 사용자에 의해 임의로 지정될 수 있는 값에 해당될 수 있다. 또한 설정된 횟수에 해당되는 값일 수 있다.
주파수 옵셋 추정 후, 수신 신호에 추정된 주파수 옵셋으로 보상을 수행할 수 있다. 그 후 채널을 추정할 수 있다.
추정된 채널추정 값을 바탕으로 등화부에서 보상한 후 마지막으로 데이터 심볼
Figure pat00016
를 검출한다. 데이터 심볼
Figure pat00017
를 검출 후에 도 6 및 도7과 같이 주파수 옵셋 추정을 위한 단계 2를 수행할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 수신 장치가 주파수 옵셋을 추정하기 위해 데이터 심볼을 검출한 후 파일럿 심볼과 데이터 심볼을 이용한 주파수 옵셋을 추정 및 보상하는 방법에 대한 흐름도이다.
도 6은 제안발명2의 단계 2에 대한 흐름도에 해당될 수 있다. 이때 검출된 데이터 심볼 및 파일럿 심볼에 기초하여 주파수 옵셋을 추정 및 보상할 수 있다.
보다 상세하게는 먼저 수신 장치의 수신부는 송신 장치로부터 신호를 수신할 수 있다.(S601) 그 후 DFT부는 신호에 DFT(Discrete Fourier transform)를 적용하여 주파수 영역 신호로 변환을 수행할 수 있다.(S602) 주파수 옵셋 추정부는 수신 신호, 추정된 데이터 심볼 및 파일럿 심볼에 기초하여 주파수 옵셋을 추정하되, 주파수 옵셋 추정을 설정된 횟수만큼 반복하여 수행할 수 있다. (S603) 그 후 주파수 옵셋을 보상할 수 있다. (S604)
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 주파수 옵셋을 추정하기 위해 데이터 심볼을 검출한 후 파일럿 심볼과 데이터 심볼을 이용한 주파수 옵셋을 추정 및 보상하는 장치에 대한 구성을 나타낸 도면이다.
도 7은 제안 발명2의 단계 2에 대한 방법이 수행되는 장치에 대한 구성에 해당될 수 있다. 이 때 단계 2에 대한 방법이 수행되는 장치는 파일럿 심볼 및 데이터 심볼에 기초하여 주파수 옵셋을 추정하는 장치에 해당될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따라 수신기는 단계 2가 수행되는 파일럿 심볼 및 데이터 심볼에 기초하여 주파수 옵셋을 추정하는 장치를 포함할 수 있다.
이 때 본 발명의 일 실시예로 수신 장치는 제 1 장치 및 제 2 장치를 포함할 수 있다. 이 때 단계 1이 수행되는 장치는 단계 2가 수행되는 장치와 물리적으로 구분되어 제 1 장치 및 제 2 장치로 구현될 수 있다. 또한 단계 1 및 단계 2가 수행되는 하나의 장치로 구현될 수도 있다.
수신 장치는 수신부(701), DFT부(702), 주파수옵셋 추정부(703) 및 주파수 옵셋 보상부(704)를 포함할 수 있다. 상기의 구성은 수신 장치에 구현될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예로 제 2 장치에 구현될 수 있다.
OFDM수신기에서 시간영역 신호는 DFT를 통과한 후 주파수 영역 신호로 변환된다. 주파수 변환된 신호는 주파수 옵셋 추정부에서 [수학식5]과 같이 주파수 옵셋을 추정한다.
Figure pat00018
여기서
Figure pat00019
는 수신신호로부터 i번 반복과 DFT후 획득된 m번째 블록의 k번째 심볼 (데이터 심볼 와 파일럿 심볼 포함)을 의미한다. 또한
Figure pat00020
은 단계 1에서 검출된 심볼
Figure pat00021
와 파일럿 심볼
Figure pat00022
로 구성되며 [수학식 6]과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00023
여기서
Figure pat00024
는 단계 1에서 검출된 m번째 블록의 k번째 데이터 심볼을 의미하며,
Figure pat00025
는 데이터 심볼이 포함된 성상도 집합을 나타낸다.
Figure pat00026
는 m번째 블록의 k번째 파일럿 심볼을 의미하며
Figure pat00027
는 파일럿 심볼의 위치 인덱스를 의미한다. 주파수 옵셋 추정이
Figure pat00028
번 반복하여 수행된다고 가정하면 추정된 최종 주파수 옵셋은 [수학식 7]으로부터 얻어진다.
Figure pat00029
도 8은 OFDM방식에 기초하여 수신 장치가 주파수옵셋 추정의 정확도를 높이는 신호를 송수신하는 시스템 구성을 나타낸 도면이다.
시스템은 수신 장치(801) 및 송신 장치(802)를 포함할 수 있다.
수신 장치(801)은 송신 장치(802)로부터 신호를 수신하고, 신호에 DFT(Discrete Fourier transform)를 적용하여 주파수 영역 신호로 변환하고, 주파수 영역으로 변환된 신호로부터 주파수 옵셋을 추정할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따라 수신 장치(801)가 주파수 옵셋을 추정하는 경우, 주파수 영역으로 변환된 신호에 기초하여 파일럿 심볼을 기반으로 결정 궤환 방식으로 데이터 심볼을 검출하고, 검출된 데이터 심볼과 파일럿 심볼을 이용하여 주파수 옵셋을 추정할 수 있다.
또한 수신 장치(801)이 송신 장치(802)로부터 신호를 수신하는 경우, 제 1 블록 신호를 수신하고, 제 1 블록 신호에 기초하여 제 2 블록 신호를 수신할 수 있다.
이때 제 1 블록 신호는 일정 시간 동안의 주파수 영역 신호를 의미하고, 적어도 하나 이상의 파일럿 심볼 및 데이터 심볼을 포함할 수 있다.
도 9는 AWGN채널에서 기존발명과 제안발명의 CFO추정 정확도를 비교한 도면이다.
도 9를 확인하면, 기존 발명들과 제안하는 발명들의 주파수 옵셋 추정 성능을 비교할 수 있다. (ε = 0.1) 이 때 기존 발명들에는 기존발명1(Classen & Meyr), 기존발명2(p-algorithm) 및 기존발명3(Bai & Yin)이 해당될 수 있다.
제안발명1의 경우 NA=1, NB=3을 사용한 경우이며, 기존 발명들에 비해 성능이 향상된 것을 확인할 수 있다. 또한 제안발명2의 경우 NA=1, NB=3을 사용한 경우이며, 제안 발명 2 또한 기존 발명들에 비해 성능이 향상된 것을 확인할 수 있다. 다만, NA, NB는 임의의 숫자 또는 기 설정된 숫자이며 변경될 수 있는 수에 해당될 수 있다. 결론적으로 도 9에서 보는 것과 같이 AWGN채널에서 파일럿 심볼만을 사용하는 기존발명에 비해 제안발명의 CFO추정 정확도가 현저히 높음을 알 수 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그것들을 달성하는 방법은 첨부되어 있는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 제시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

Claims (20)

  1. OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식에 기초하여 수신 장치가 주파수옵셋 추정의 정확도를 높이는 신호를 수신하는 방법에 있어서
    송신 장치로부터 신호를 수신하는 단계;
    상기 신호에 DFT(Discrete Fourier transform)를 적용하여 주파수 영역 신호로 변환하는 단계; 및
    상기 주파수 영역으로 변환된 신호로부터 주파수 옵셋을 추정하는 단계;
    를 포함하되,
    상기 주파수 옵셋을 추정하는 경우
    상기 주파수 영역으로 변환된 신호에 기초하여 결정 궤환 방식으로 데이터 심볼을 검출하고,
    상기 검출된 데이터 심볼과 파일럿 심볼을 이용하여 주파수 옵셋을 추정하는 것을 특징으로 하는 주파수옵셋 추정의 정확도를 높이는 신호를 수신하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서
    상기 결정 궤환 방식으로 데이터 심볼을 검출하는 경우
    상기 주파수 영역으로 변환된 신호로부터 주파수 옵셋을 추정하되,
    상기 주파수 옵셋 추정을 설정된 횟수만큼 반복하여 수행하는 것을 특징으로 하는 주파수옵셋 추정의 정확도를 높이는 신호를 수신하는 방법.
  3. 제 2항에 있어서
    상기 수신 신호에 포함된 데이터 심볼을 검출하는 경우,
    상기 파일럿 심볼을 이용하여 상기 추정된 주파수 옵셋으로 보상을 수행하고 채널 추정값을 도출하고,
    상기 채널 추정값을 기초로 하여 보상을 수행한 신호를 이용하여 데이터 심볼을 검출하는 것을 특징으로 하는 주파수옵셋 추정의 정확도를 높이는 신호를 수신하는 방법.
  4. 제 2 항에 있어서
    상기 파일럿 심볼을 이용하여 상기 추정된 주파수 옵셋에 기초하여
    상기 수신 신호에 포함된 데이터 심볼을 검출하는 것을 특징으로 하는 주파수옵셋 추정의 정확도를 높이는 신호를 수신하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서
    상기 검출된 데이터 심볼과 상기 파일럿 심볼을 이용하여 주파수 옵셋을 추정하는 경우
    상기 수신 신호, 상기 추정된 데이터 심볼 및 파일럿 신호에 기초하여 주파수 옵셋을 추정하되,
    상기 주파수 옵셋 추정을 설정된 횟수만큼 반복하여 수행하는 것을 특징으로 하는 주파수옵셋 추정의 정확도를 높이는 신호를 수신하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서
    상기 송신 장치로부터 상기 신호를 수신하는 경우,
    제 1 블록 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 제 1 블록 신호에 기초하여 제 2 블록 신호를 수신하는 단계;
    를 포함하되,
    상기 제 1 블록 신호는 일정 시간 동안의 주파수 영역 신호를 의미하고, 적어도 하나 이상의 파일럿 심볼 및 데이터 심볼을 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수옵셋 추정의 정확도를 높이는 신호를 수신하는 방법.
  7. 제 6항에 있어서
    상기 제 2 블록 신호는
    동일한 주파수에 해당되는 상기 제 1 블록 신호의 심볼이 매핑되어 전송되는 것을 특징으로 하는 주파수옵셋 추정의 정확도를 높이는 신호를 수신하는 방법.
  8. 제 6항에 있어서
    상기 제 1 블록 신호는 랜덤(random) 비트 발생 신호가 심볼 매핑된 변조 신호에 해당되는 것을 특징으로 하는 주파수옵셋 추정의 정확도를 높이는 신호를 수신하는 방법.
  9. 제 8항에 있어서
    상기 변조 신호는 BPSK(Binary Phase Shift Keying), QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 및 M진 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 중 어느 하나에 해당하는 것을 특징으로 하는 주파수옵셋 추정의 정확도를 높이는 신호를 수신하는 방법.
  10. OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식에 기초하여 주파수옵셋 추정의 정확도를 높이는 신호를 수신하는 장치에 있어서
    송신 장치로부터 신호를 수신하는 수신부;
    상기 신호에 DFT(Discrete Fourier transform)를 적용하여 주파수 영역 신호로 변환하는 DFT부; 및
    상기 주파수 영역으로 변환된 신호로부터 주파수 옵셋을 추정하는 주파수옵셋 추정부;
    를 포함하되,
    상기 주파수 옵셋을 추정하는 경우
    상기 주파수 영역으로 변환된 신호에 기초하여 결정 궤환 방식으로 데이터 심볼을 검출하고,
    상기 검출된 데이터 심볼과 파일럿 심볼을 이용하여 주파수 옵셋을 추정하는 것을 특징으로 하는 주파수옵셋 추정의 정확도를 높이는 신호를 수신하는 장치.
  11. 제 10항에 있어서
    상기 결정 궤환 방식으로 데이터 심볼을 검출하는 경우
    상기 주파수 영역으로 변환된 신호로부터 주파수 옵셋을 추정하되,
    상기 주파수 옵셋 추정을 설정된 횟수만큼 반복하여 수행하는 것을 특징으로 하는 주파수옵셋 추정의 정확도를 높이는 신호를 수신하는 장치.
  12. 제 11항에 있어서
    상기 수신 신호에 포함된 데이터 심볼을 검출하는 경우,
    상기 파일럿 심볼을 이용하여 상기 추정된 주파수 옵셋으로 보상을 수행하고 채널 추정값을 도출하고,
    상기 채널 추정값을 기초로 하여 보상을 수행한 신호를 이용하여 데이터 심볼을 검출하는 것을 특징으로 하는 주파수옵셋 추정의 정확도를 높이는 신호를 수신하는 장치.
  13. 제 11 항에 있어서
    상기 파일럿 심볼을 이용하여 추정된 상기 주파수 옵셋에 기초하여
    상기 수신 신호에 포함된 데이터 심볼을 검출하는 것을 특징으로 하는 주파수옵셋 추정의 정확도를 높이는 신호를 수신하는 장치.
  14. 제 10항에 있어서
    상기 검출된 데이터 심볼과 상기 파일럿 심볼을 이용하여 주파수 옵셋을 추정하는 경우
    상기 수신 신호, 상기 추정된 데이터 심볼 및 파일럿 신호에 기초하여 주파수 옵셋을 추정하되,
    상기 주파수 옵셋 추정을 설정된 횟수만큼 반복하여 수행하는 것을 특징으로 하는 주파수옵셋 추정의 정확도를 높이는 신호를 수신하는 장치.
  15. 제 10항에 있어서
    상기 송신 장치로부터 상기 신호를 수신하는 경우,
    제 1 블록 신호를 수신하고,
    상기 제 1 블록 신호에 기초하여 제 2 블록 신호를 수신하되,
    상기 제 1 블록 신호는 일정 시간 동안의 주파수 영역 신호를 의미하고, 적어도 하나 이상의 파일럿 심볼 및 데이터 심볼을 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수옵셋 추정의 정확도를 높이는 신호를 수신하는 장치.
  16. 제 15항에 있어서
    상기 제 2 블록 신호는
    동일한 주파수에 해당되는 상기 제 1 블록 신호의 심볼이 매핑되어 전송되는 것을 특징으로 하는 주파수옵셋 추정의 정확도를 높이는 신호를 수신하는 장치.
  17. 제 15항에 있어서
    상기 제 1 블록 신호는 랜덤(random) 비트 발생 신호가 심볼 매핑된 변조 신호에 해당되는 것을 특징으로 하는 주파수옵셋 추정의 정확도를 높이는 신호를 수신하는 장치.
  18. 제 17항에 있어서
    상기 변조 신호는 BPSK(Binary Phase Shift Keying), QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 및 M진 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 중 어느 하나에 해당하는 것을 특징으로 하는 주파수옵셋 추정의 정확도를 높이는 신호를 수신하는 장치.
  19. OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식에 기초하여 주파수옵셋 추정의 정확도를 높이는 신호를 송수신하는 시스템에 있어서
    송신 장치; 및
    상기 송신 장치로부터 신호를 수신하고, 상기 신호에 DFT(Discrete Fourier transform)를 적용하여 주파수 영역 신호로 변환하고, 상기 주파수 영역으로 변환된 신호로부터 주파수 옵셋을 추정하는 수신 장치;
    를 포함하되,
    상기 수신 장치가
    상기 주파수 옵셋을 추정하는 경우
    상기 주파수 영역으로 변환된 신호에 기초하여 결정 궤환 방식으로 데이터 심볼을 검출하고,
    상기 검출된 데이터 심볼과 파일럿 심볼을 이용하여 주파수 옵셋을 추정하는 것을 특징으로 하는 주파수옵셋 추정의 정확도를 높이는 신호를 송수신하는 시스템.
  20. 제 19항에 있어서
    상기 송신 장치로부터 상기 신호를 수신하는 경우,
    제 1 블록 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 제 1 블록 신호에 기초하여 제 2 블록 신호를 수신하는 단계;
    를 포함하되,
    상기 제 1 블록 신호는 일정 시간 동안의 주파수 영역 신호를 의미하고, 적어도 하나 이상의 파일럿 심볼 및 데이터 심볼을 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수옵셋 추정의 정확도를 높이는 신호를 송수신하는 시스템.
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