WO2015093711A1 - Lte 프레임 동기 검출 방법 및 장치, 이를 적용한 중계 장치 - Google Patents

Lte 프레임 동기 검출 방법 및 장치, 이를 적용한 중계 장치 Download PDF

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WO2015093711A1
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symbol
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lte
synchronization signal
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김정환
김현채
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주식회사 쏠리드
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Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for detecting frame synchronization of an LTE signal, and a relay apparatus using the same.
  • FIG. 1 illustrates the positions of the PSS and the SSS in the LTE system having a time division duplex (TDD) structure.
  • the length of one frame is 10ms, where the PSS and SSS are transmitted with a 5ms period in a specific frequency band.
  • the two synchronization signals are generated in a specific sequence selected from among a plurality of predetermined candidate sequence sets.
  • An object of the present invention is to provide a method and apparatus for detecting LTE frame sync, which can easily detect frame sync without performing demodulation of an LTE signal.
  • Another object of the present invention is to provide a method and apparatus for detecting LTE frame synchronization, which can greatly reduce the computational burden in detecting frame synchronization by associating a correlation calculation time point in a time domain of a synchronization signal with symbol synchronization timing, and a repeater using the same. .
  • the present invention also provides a method and apparatus for detecting LTE frame synchronization with high reliability and accuracy by solving a problem of deterioration in the time domain of a synchronization signal according to a frequency offset generated by channel characteristics, and a relay apparatus using the same. will be.
  • an LTE (Long Term Evolution) frame synchronization detection device for calculating the correlation of the cyclic prefix (CP) included in each Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) symbol of the digitally processed LTE signal CP correlator;
  • a frequency offset compensator for compensating a frequency offset with respect to a sync signal in the LTE signal by using a symbol frequency offset calculated based on the CP correlation;
  • a synchronization signal correlation calculator that performs a correlation calculation in a time domain with respect to the synchronization signal with the frequency offset compensated in consideration of the symbol start timing obtained based on the CP correlation;
  • a frame sync detector configured to detect frame sync of the LTE signal based on a correlation calculation result of the sync signal.
  • the CP correlator calculates the correlation between the CP located in the guard interval of the OFDM symbol and the end of the symbol, and calculates the CP correlation, based on the predefined symbol length and CP length
  • the peak correlation value may be calculated by continuously comparing the correlation between the symbol value of a specific section by CP length and the symbol value of the section separated by the symbol length therefrom.
  • a frequency offset for calculating a phase difference associated with the imaginary number component of the complex value of the CP correlation having the peak correlation value, and detecting the symbol frequency offset based on the calculated phase difference comprising a detection unit
  • the frequency offset compensator may compensate for the frequency offset related to the synchronization signal based on the symbol frequency offset detected by the frequency offset detector.
  • the apparatus may further include a symbol timing detector configured to determine a specific section of the position having the peak correlation value as a CP position, and detect an OFDM symbol start timing based on the determined CP position.
  • a symbol timing detector configured to determine a specific section of the position having the peak correlation value as a CP position, and detect an OFDM symbol start timing based on the determined CP position.
  • the synchronization signal correlation calculator may perform a correlation calculation in a time domain with respect to the synchronization signal according to the symbol start timing detected by the symbol timing detector.
  • the apparatus may further include a symbol timing detector configured to determine a specific section of the position having the peak correlation value as a CP position, and detect an OFDM symbol start timing based on the determined CP position.
  • a symbol timing detector configured to determine a specific section of the position having the peak correlation value as a CP position, and detect an OFDM symbol start timing based on the determined CP position.
  • the synchronization signal correlation calculator may perform a correlation calculation in a time domain with respect to the synchronization signal at a point where transmission of the synchronization signal is expected based on the symbol start timing detected by the symbol timing detector. .
  • the filter for passing only the frequency band corresponding to the synchronization signal of the LTE signal; And a down sampler for performing down sampling on the sync signal passed through the filter.
  • the frequency offset compensator may perform the frequency offset compensation on a sync signal down-sampled by the down sampler.
  • the synchronization signal is a Primary Synchronization Signal (PSS) and Secondary Synchronization Signal (SSS) included in the LTE signal,
  • PSS Primary Synchronization Signal
  • SSS Secondary Synchronization Signal
  • the synchronization signal correlation calculator may perform a correlation calculation in a time domain between the PSS and the SSS, a prestored PSS candidate sequence, and an SSS candidate sequence.
  • the frame sync detection unit calculates a correlation between the PSS and the SSS and a pre-stored PSS candidate sequence and an SSS candidate sequence, a PSS time position having a peak correlation value, and an SSS time position, and calculated Frame synchronization of the LTE signal may be detected by comparing at least one of a PSS time location and an SSS time location with at least one of a predefined PSS location and an SSS location in the LTE signal.
  • a relay device equipped with the above-described LTE frame synchronization detection device.
  • a repeater as a method for detecting LTE frame synchronization, calculating a correlation of cyclic prefix (CP) included in each Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) symbol of a digitally processed LTE signal Doing; Compensating for a frequency offset with respect to a synchronization signal in the LTE signal using the symbol frequency offset calculated based on the CP correlation; Performing a correlation calculation in a time domain with respect to the synchronization signal compensated for the frequency offset, in consideration of the symbol start timing obtained based on the CP correlation; And detecting frame synchronization of the LTE signal based on a correlation calculation result regarding the synchronization signal.
  • CP cyclic prefix
  • OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing
  • the calculating of the CP correlation may include calculating a CP correlation by calculating a correlation between a CP located in a guard interval of an OFDM symbol and an end portion of the corresponding symbol, wherein a predefined symbol length and CP are calculated. And calculating a peak correlation value by continuously comparing the correlation between the symbol value of the specific section as long as the CP length and the symbol value of the section separated by the symbol length based on the length.
  • calculating a phase difference related to an imaginary number component of a complex value of a CP correlation having a peak correlation value may further include.
  • the method may further include determining a specific section of the location having the peak correlation value as a CP location and detecting an OFDM symbol start timing based on the determined CP location.
  • the synchronization signal is a PSS (Primary Synchronization Signal) and SSS (Secondary Synchronization Signal) included in the LTE signal, and performing the correlation calculation in the time domain for the synchronization signal, the PSS And performing a correlation operation in a time domain between the SSS, the pre-stored PSS candidate sequence, and the SSS candidate sequence.
  • PSS Primary Synchronization Signal
  • SSS Secondary Synchronization Signal
  • the detecting of frame synchronization of the LTE signal may include: calculating a correlation between the PSS and the SSS and a pre-stored PSS candidate sequence and an SSS candidate sequence, a PSS time position having a peak correlation value, and an SSS time position; And calculating at least one of the calculated PSS time position and the SSS time position with at least one of a predefined PSS position and an SSS position in the LTE signal, thereby detecting frame synchronization of the LTE signal.
  • the LTE frame synchronization detection method and apparatus it is possible to easily detect frame synchronization without performing demodulation of the LTE signal.
  • the computational burden at the time of frame synchronization detection can be greatly reduced by associating the correlation calculation time point in the time domain of the synchronization signal with the symbol synchronization timing.
  • LTE frame synchronization detection method and apparatus having a high reliability and accuracy by solving the problem of deterioration in the time domain of the synchronization signal according to the frequency offset generated by the channel characteristics, relay A device can be provided.
  • 1 is a view for explaining the PSS and SSS position in LTE TDD.
  • FIG. 2 is a block diagram of an LTE frame synchronization detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • CP cyclic prefix
  • FIG. 4 is a view for explaining an implementation example of a CP correlator and a frequency offset detector according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an exemplary diagram for explaining a PSS and SSS location associated with a reference signal (RS) symbol location.
  • RS reference signal
  • one component when one component is referred to as “connected” or “connected” with another component, the one component may be directly connected or directly connected to the other component, but in particular It is to be understood that, unless there is an opposite substrate, it may be connected or connected via another component in the middle.
  • the LTE frame synchronization detecting apparatus and method according to an embodiment of the present invention has a low computational burden and high reliability, and is also suitable for application to equipment that does not demodulate LTE signals, such as a relay device.
  • the overall LTE frame synchronization detection method according to an embodiment of the present invention will be described below.
  • the correlation is confirmed in the time domain for the synchronization signal included in the LTE signal to check the time position of the corresponding synchronization signal Based on the time position of the signal, the start time of the LTE frame (i.e., the start time of the LTE frame required for frame synchronization) is identified.
  • frequency offset compensation is performed prior to performing a correlation calculation in a time domain for a synchronization signal.
  • channel characteristics such as the Doppler effect
  • Compensating for the frequency shift caused by ie, the frequency offset accordingly
  • the frequency offset detector 130 of FIG. 2 is provided.
  • frequency offset detection is calculated based on a correlation calculation result of a cyclic prefix (CP) included in each symbol in the LTE signal.
  • CP cyclic prefix
  • OFDM symbol synchronization that is, symbol start position (time)
  • time time
  • the symbol synchronization is detected by the symbol timing detector 140 of FIG. 2.
  • the synchronization signal may be a primary synchronization signal (PSS) and a secondary synchronization signal (SSS) included in the LTE signal.
  • PSS primary synchronization signal
  • SSS secondary synchronization signal
  • the LTE frame synchronization detection method according to the embodiment of the present invention has been described above generally.
  • the LTE frame synchronization detection apparatus 100 will be described with reference to FIGS. 3 to 5 with reference to the block diagram of FIG. 2. Detailed functions and roles of each component will be described in more detail.
  • FIG. 2 is a block diagram of an LTE frame synchronization detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the low-pass filter 110 down sampler 115, CP correlator 120, frequency offset detector 130, frequency
  • the offset compensator 135, the symbol timing detector 140, the synchronization signal correlation calculator 150, and the frame synchronization detector 160 may be included.
  • the LTE signal input to the LTE frame synchronization detecting apparatus 100 is a baseband of an original LTE signal in the form of RF, which is modulated according to an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) scheme and carried on a multiple sub-carrier. After converting the signal into a digital signal, it is converted into a digital signal. Therefore, when the LTE frame synchronization detecting device 100 is mounted on the relay device, for example, the signal is converted to a baseband signal through a frequency downconverter of the corresponding relay device, and then an analog to digital converter. The LTE signal converted into a digital signal through the LTE frame synchronization detection device 100 will be input.
  • OFDM orthogonal frequency division multiplexing
  • the digital LTE signal input as described above is divided into two passes and input to the low pass filter 110 and the CP correlator 120, respectively.
  • the signal path input to the low pass filter 110 extracts a synchronization signal (ie, PSS and SSS) among the input LTE signals, and then performs a correlation calculation in the time domain on the extracted synchronization signal. It is to. Therefore, the low pass filter 110 may have a pass band for passing a frequency band carrying a synchronization signal of the input LTE signal.
  • a synchronization signal ie, PSS and SSS
  • the low pass filter 110 is a component provided to pass the PSS and the SSS, and other signals are filtered.
  • the low pass filter 110 is replaced with a band pass filter to the extent that such a function can be maintained. It could be.
  • the down sampler 115 performs down sampling on the synchronization signal passed through the low pass filter 110.
  • the down sampler 115 is a component for reducing hardware computation resources, and may be omitted according to a design implementation method.
  • the correlation calculation in the future time domain will be performed on the PSS and SSS down-sampled through the low pass filter 110 and the down sampler 115.
  • the synchronization is performed.
  • the frequency offset compensation operation is performed before the correlation operation of the time domain for the signal.
  • FIGS. 3 and 4 are diagrams for explaining a cyclic prefix (CP) included in each OFDM symbol
  • FIG. 4 is a diagram for describing an implementation example of a CP correlator and a frequency offset detector according to an embodiment of the present invention.
  • another path of the digital LTE signal input to the LTE frame synchronization detecting apparatus 100 is formed as a path passing through the CP correlator 120 (see FIG. 2).
  • the CP correlator 120 calculates a degree of correlation of the CP inserted in each OFDM symbol of the input LTE signal.
  • Cyclic Prefix is a signal inserted into a guard interval (ie, a guard interval) to prevent inter-symbol interference by multiple paths in an OFDM transmission scheme. As shown in FIG. Located. That is, in the OFDM transmission method, if there is no signal in the guard period, the orthogonality of the sub-carriers may be destroyed, and inter-channel interference may occur. Thus, a CP is inserted into the guard period. This CP is a duplicate of the signal at the end of each symbol (see Fig. 3).
  • the CP correlator 120 calculates a CP correlation by calculating a correlation between a CP located in a guard period of an OFDM symbol and a symbol signal of an end portion of the corresponding symbol. This will be described in detail as follows.
  • the length of each OFDM symbol in the LTE signal (see D in FIG. 3, where D means the length of the entire symbol excluding CP. That is, the length of the symbol in relation to the actual data) and inserted into the OFDM symbol
  • the length of the CP is predefined.
  • FIG. 4 A block diagram for this CP correlation calculation is illustrated in FIG. 4.
  • a symbol value is stored in a first buffer 123 in a first pass and a signal length D is transmitted through a delay unit 121 in a second pass with respect to sequentially inputted LTE signals.
  • the delayed symbol value is stored in the second buffer 122.
  • a correlation between the symbol value stored in the first buffer 123 and the conjugate value (see reference numeral 124 in FIG. 4) of the symbol value stored in the second buffer 122 is performed through the correlation and summer 125. Correlate and sum (accumulate) for intervals of length. In this way, the absolute value of the cumulative correlation value (see reference numeral 126 in FIG. 4) during the CP length section can be sequentially confirmed, and the section in which the cumulative correlation value has a peak value can be confirmed (see FIG. 4).
  • Reference numeral 127 the absolute value of the cumulative correlation value during the CP length section can be sequentially confirmed, and the section in which the cumulative correlation value has a peak value can
  • Equation 1 The CP correlation calculation method described above is represented by Equation 1 based on the mathematical symbol of FIG. 3.
  • the peak value is obtained.
  • CP correlation of will have only real number value.
  • the CP correlation when the peak value has a complex value has a complex value.
  • the generated phase difference that is, a mismatched phase difference between the symbol value of the CP section in front of the symbol and the symbol value of the end of the symbol
  • the phase difference is associated with an imaginary number value component among complex values calculated by the CP correlation equation.
  • the frequency offset detection unit 130 of FIG. 2 is based on the CP correlation of the complex value when the peak correlation value calculated by the CP correlator 120 is used.
  • the phase difference generated according to the Doppler effect or the like can be detected (see reference numeral 132 of FIG. 4), and a frequency offset (symbol frequency offset) can be calculated from the detected phase difference (see reference numeral 134 of FIG. 4).
  • the frequency offset may be confirmed by calculating a slope between the detected phase difference and the time distance (that is, the time delay value) between the CP section and the end portion thereof.
  • the CP correlation calculation method in the embodiment of the present invention is not limited to the calculation method illustrated in FIG. 4, but may be calculated based on other methods or modifications.
  • the above-described frequency offset detection method is also not limited to the detection method illustrated in FIG. 4.
  • the frequency offset detector 130 may determine whether the detected frequency offset is a valid result according to the symbol timing result detected by the symbol timing detector 140. Accordingly, even if the frequency offset is detected, if the symbol timing result is not detected, the detected frequency offset may not be a valid value and thus may not be used in the future frequency offset compensator 135.
  • the frequency offset compensator 135 performs frequency offset compensation on the downsampled PSS and SSS based on the detected symbol frequency offset.
  • the synchronization signal correlation calculator 150 performs a correlation calculation in the time domain on the PSS and SSS symbol values in the frequency offset compensation as described above. Therefore, in the embodiment of the present invention, by compensating for the phase shift due to the signal delay caused by the channel characteristic (final frequency offset occurs), there is an advantage of increasing the reliability of the correlation calculation for the PSS and SSS symbol values. .
  • the synchronization signal correlation calculator 150 may consider a symbol start timing checked through the symbol timing detector 140, and determine a specific time point determined according to the symbol start timing or based on the symbol start timing. Correlation calculation in the time domain is performed accordingly. According to the related art, the correlation calculation in the time domain of the PSS and the SSS is continuously performed. However, in the embodiment of the present invention, the computational burden for the correlation calculation may be performed only at a specific time point associated with the symbol start timing. There is an advantage to be reduced.
  • Detection of the symbol start timing through the symbol timing detector 140 may be confirmed through a section indicating a peak correlation value according to the correlation calculation result of the CP correlator 120 described above. That is, the symbol timing detector 140 may detect the symbol start timing by checking the symbol section position when the CP correlation has a peak value (that is, by checking the position of the CP section).
  • the synchronization signal correlation calculator 150 calculates a correlation between the PSS and the SSS in the time domain with reference to the detected symbol start timing. Same as
  • the PSS and the SSS included in the LTE signal are each selected from one of a plurality of predefined PSS candidate sequences and a plurality of SSS candidate sequences. Therefore, it is not possible to determine which sequence of PSS and SSS is selected in the received LTE signal until demodulating the symbol value. Therefore, in the exemplary embodiment of the present invention, the PSS candidate sequence and the SSS candidate sequence are stored in advance, and the PSS and SSS extracted from the LTE signal input to the LTE frame synchronization detecting apparatus 100 are stored in advance.
  • a correlation scheme is performed in the time domain using the PSS candidate sequence, the SSS candidate sequence, and the symbol-to-symbol. The correlation calculation between PSS and SSS is not performed continuously but is performed only at the detected symbol start timing, thereby reducing the operation burden.
  • PSS candidate sequences For example, if there are a total of three predefined PSS candidate sequences, a total of 168 SSS candidate sequences, and a total of 504 PSS-SSS combinations exist, they are extracted by the low pass filter 110 and sequentially processed in time. A total of three PSS candidate sequences and a correlation are first calculated for each of the input synchronization signals (this is a symbol value state before demodulation, which state is not PSS, and which state is not SSS).
  • one PSS candidate sequence that is, the PSS sequence used in the LTE signal
  • the PSS candidate sequence whose correlation has a peak value among the three PSS candidate sequences
  • the frame synchronization detecting unit 160 of the LTE frame synchronization detecting apparatus 100 can detect the frame synchronization of the LTE signal by using the above-described method. That is, the frame synchronization detector 160, based on the correlation calculation result between the PSS and SSS extracted from the input LTE signal and the pre-stored PSS candidate sequence and the SSS candidate sequence, PSS time position having a peak correlation value in the time domain And calculating the SSS time position and comparing it with at least one of a predefined PSS position and an SSS position in the LTE signal based on at least one of the calculated PSS time position and the SSS time position.
  • the arrangement interval between the PSS position and the SSS position is also specified in advance. Since one of the PSS time position and the SSS time position having a peak correlation value in the time domain is known, LTE frame synchronization (ie, the time at which the frame starts) can be detected according to the TDD or FDD structure. to be.
  • LTE frame synchronization ie, the time at which the frame starts
  • RS reference signal
  • the synchronization signal correlation calculator 150 performs a correlation calculation in the time domain of the PSS and the SSS in accordance with the symbol start timing (that is, at each symbol start time point). However, the synchronization signal correlation calculator 150 may perform a correlation calculation in the time domain at a predetermined time interval from the symbol start time. In the example of FIG. 5 in which the PSS and SSS insertion positions are determined based on the RS transmission interval, PSS and SSS are not directly performed at the RS transmission interval, which is the symbol start time, but based on the RS transmission interval. Correlation calculation may be performed only at the time position at which is inserted (that is, the time position at which transmission of the synchronization signal is expected after transmission of the RS symbol). This approach is efficient when there is little data load in the LTE signal.

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Abstract

LTE(Long Term Evolution) 프레임 동기 검출 장치로서, 디지털 변환 처리된 LTE 신호의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼 마다에 포함된 CP(cyclic prefix)의 상관도를 연산하는 CP 상관기; 상기 CP 상관도에 근거하여 계산된 심볼 주파수 오프셋을 이용하여, 상기 LTE 신호 내의 동기 신호에 관한 주파수 오프셋을 보상하는 주파수 오프셋 보상부; 상기 CP 상관도에 근거하여 획득된 심볼 시작 타이밍을 고려하여, 상기 주파수 오프셋이 보상된 상기 동기 신호에 관한 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행하는 동기 신호 상관도 연산부; 및 상기 동기 신호에 관한 상관도 연산 결과에 근거하여 상기 LTE 신호의 프레임 동기를 검출하는 프레임 동기 검출부;를 포함하는 LTE 프레임 동기 검출 장치가 제공된다.

Description

LTE 프레임 동기 검출 방법 및 장치, 이를 적용한 중계 장치
본 발명은 LTE 신호의 프레임 동기를 검출하는 방법 및 장치, 그리고 이를 적용한 중계 장치에 관한 것이다.
LTE 시스템의 프레임 동기를 검출하기 위해서는 프레임 내의 PSS(primary synchronization signal)와 SSS(secondary synchronization signal)의 시간적 위치를 찾아내야 한다. 예를 들어, 도 1은 TDD(Time Division Duplexing) 구조의 LTE 시스템인 경우 PSS와 SSS의 위치를 나타낸다. 한 프레임의 길이는 10ms이며, 이때 PSS와 SSS는 특정 주파수 대역에서 5ms 주기를 가지고 전송된다. 두 동기 신호는 미리 정해진 여러 후보 시퀀스 세트 중에서 선택된 특정 시퀀스로 생성된다.
LTE 시스템의 프레임 동기를 검출하기 위한 종래 기술로서, FFT 연산을 통해 주파수 영역에서 PSS와 SSS의 후보 시퀀스와 상관도 연산을 통해 프레임 동기를 검출하는 기술이 있다. LTE 시스템은 OFDM을 변조 방식으로 사용하기 때문에, 수신 신호를 복조하기 위해서는 FFT 연산을 기본적으로 수행하게 되며, 이에 따라 기존의 FFT 연산 과정에서 자연스럽게 PSS와 SSS를 이용하여 프레임 동기를 검출하는 것이 가능하다. 하지만 중계기 시스템과 같이 신호를 복조하지 않는 장비에서는 FFT 연산 부담으로 해당 기술을 사용하는 것이 부적당하다.
이러한 단점을 해결하기 위해 시간 영역에서 PSS와 SSS의 상관도 연산을 통해 프레임 동기를 검출하는 종래 기술이 있다. 해당 기술은 수신 신호로부터 저역통과필터를 통해 PSS와 SSS가 위치한 대역을 추출하고, 추출된 PSS 및 SSS 신호를 각각 사전 정의된 PSS와 SSS의 후보 시퀀스와 상관도 연산을 통해 프레임 동기를 검출한다. 따라서 해당 기술은 복잡한 FFT 연산을 요구하지 않기 때문에 앞서 설명한 기술보다는 연산도가 낮지만, 시간 영역에서 상관도 연산을 지속적으로 수행해야하기 때문에 여전히 연산도가 높다. 또한 주파수 오프셋이 존재하는 경우 상관도 특성이 떨어지는 단점이 있다.
본 발명은 LTE 신호의 복조를 수행하지 않고도 프레임 동기를 손쉽게 검출할 수 있는 LTE 프레임 동기 검출 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명은 동기 신호의 시간 영역에서의 상관도 연산 시점을 심볼 동기 타이밍에 연관시킴으로써 프레임 동기 검출시의 연산 부담을 크게 낮출 수 있는 LTE 프레임 동기 검출 방법 및 장치, 이를 적용한 중계기를 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명은 채널 특성에 의해 발생된 주파수 오프셋에 따른 동기 신호의 시간 영역에서의 상관도 저하 문제를 해결하여 높은 신뢰성 및 정확도를 갖는 LTE 프레임 동기 검출 방법 및 장치, 이를 적용한 중계 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, LTE(Long Term Evolution) 프레임 동기 검출 장치로서, 디지털 변환 처리된 LTE 신호의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼 마다에 포함된 CP(cyclic prefix)의 상관도를 연산하는 CP 상관기; 상기 CP 상관도에 근거하여 계산된 심볼 주파수 오프셋을 이용하여, 상기 LTE 신호 내의 동기 신호에 관한 주파수 오프셋을 보상하는 주파수 오프셋 보상부; 상기 CP 상관도에 근거하여 획득된 심볼 시작 타이밍을 고려하여, 상기 주파수 오프셋이 보상된 상기 동기 신호에 관한 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행하는 동기 신호 상관도 연산부; 및 상기 동기 신호에 관한 상관도 연산 결과에 근거하여 상기 LTE 신호의 프레임 동기를 검출하는 프레임 동기 검출부를 포함하는 LTE 프레임 동기 검출 장치가 제공된다.
일 실시예에서, 상기 CP 상관기는, OFDM 심볼의 가드 구간에 위치한 CP와 해당 심볼의 끝 부분 간의 상관도를 연산하여 상기 CP 상관도를 연산하되, 사전 정의된 심볼 길이 및 CP 길이에 근거하여 상기 CP 길이만큼의 특정 구간의 심볼값과 그로부터 상기 심볼 길이만큼 떨어져있는 구간의 심볼값 간의 상관도를 연속 비교하여 피크 상관값을 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 피크 상관값을 갖는 CP 상관도의 복소수 값 중 허수(Imaginary number) 성분에 관련되는 위상차(phase difference)를 계산하고, 계산된 위상차에 근거하여 심볼 주파수 오프셋을 검출하는 주파수 오프셋 검출부를 더 포함하고,
상기 주파수 오프셋 보상부는, 상기 주파수 오프셋 검출부에 의해 검출된 심볼 주파수 오프셋에 근거하여 상기 동기 신호에 관한 주파수 오프셋을 보상할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 피크 상관값을 갖는 위치의 특정 구간을 CP 위치로 판별하고, 판별된 CP 위치에 근거하여 OFDM 심볼 시작 타이밍을 검출하는 심볼 타이밍 검출부를 더 포함하고,
상기 동기 신호 상관도 연산부는, 상기 심볼 타이밍 검출부에 의해 검출된 심볼 시작 타이밍에 맞춰 상기 동기 신호에 관한 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 피크 상관값을 갖는 위치의 특정 구간을 CP 위치로 판별하고, 판별된 CP 위치에 근거하여 OFDM 심볼 시작 타이밍을 검출하는 심볼 타이밍 검출부를 더 포함하고,
상기 동기 신호 상관도 연산부는, 상기 심볼 타이밍 검출부에 의해 검출된 심볼 시작 타이밍에 기준할 때 상기 동기 신호의 전송이 예상되는 지점에서 상기 동기 신호에 관한 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 LTE 신호 중 동기 신호에 해당하는 주파수 대역만을 통과시키는 필터; 및 상기 필터를 통과한 동기 신호에 관한 다운 샘플링을 수행하는 다운 샘플러를 더 포함하고,
상기 주파수 오프셋 보상부는, 상기다운 샘플러에 의해 다운 샘플링된 동기 신호를 대상으로 상기 주파수 오프셋 보상을 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 동기 신호는 상기 LTE 신호에 포함된 PSS(Primary Synchronization Signal) 및 SSS(Secondary Synchronization Signal)이고,
상기 동기 신호 상관도 연산부는, 상기 PSS 및 상기 SSS와 사전 저장된 PSS 후보 시퀀스 및 SSS 후보 시퀀스 간의 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 프레임 동기 검출부는, 상기 PSS 및 상기 SSS와 사전 저장된 PSS 후보 시퀀스 및 SSS 후보 시퀀스 간의 상관도 연산 결과, 피크 상관값을 갖는 PSS 시간 위치 및 SSS 시간 위치를 계산하고, 계산된 PSS 시간 위치 및 SSS 시간 위치 중 적어도 하나를 상기 LTE 신호 내의 사전 정의된 PSS 위치 및 SSS 위치 중 적어도 하나와 비교하여, 상기 LTE 신호의 프레임 동기를 검출할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상술한 LTE 프레임 동기 검출 장치가 탑재된 중계 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 중계기에서, LTE 프레임 동기를 검출하는 방법으로서, 디지털 변환 처리된 LTE 신호의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼 마다에 포함된 CP(cyclic prefix)의 상관도를 연산하는 단계; 상기 CP 상관도에 근거하여 계산된 심볼 주파수 오프셋을 이용하여, 상기 LTE 신호 내의 동기 신호에 관한 주파수 오프셋을 보상하는 단계; 상기 CP 상관도에 근거하여 획득된 심볼 시작 타이밍을 고려하여, 상기 주파수 오프셋이 보상된 상기 동기 신호에 관한 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행하는 단계; 및 상기 동기 신호에 관한 상관도 연산 결과에 근거하여 상기 LTE 신호의 프레임 동기를 검출하는 단계를 포함하는 LTE 프레임 동기 검출 방법이 제공된다.
일 실시예에서, 상기 CP 상관도를 연산하는 단계는, OFDM 심볼의 가드 구간에 위치한 CP와 해당 심볼의 끝 부분 간의 상관도를 연산하여 상기 CP 상관도를 연산하되, 사전 정의된 심볼 길이 및 CP 길이에 근거하여 상기 CP 길이만큼의 특정 구간의 심볼값과 그로부터 상기 심볼 길이만큼 떨어져있는 구간의 심볼값 간의 상관도를 연속 비교하여 피크 상관값을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 피크 상관값을 갖는 CP 상관도의 복소수 값 중 허수(Imaginary number) 성분에 관련되는 위상차(phase difference)를 계산하고, 계산된 위상차에 근거하여 심볼 주파수 오프셋을 검출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 피크 상관값을 갖는 위치의 특정 구간을 CP 위치로 판별하고, 판별된 CP 위치에 근거하여 OFDM 심볼 시작 타이밍을 검출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 동기 신호에 관한 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행하는 단계는,
상기 검출된 심볼 시작 타이밍에 맞춰 상기 동기 신호에 관한 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행하거나, 또는 상기 검출된 심볼 시작 타이밍에 기준할 때 상기 동기 신호의 전송이 예상되는 지점에서 상기 동기 신호에 관한 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행하는 단계일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 동기 신호는 상기 LTE 신호에 포함된 PSS(Primary Synchronization Signal) 및 SSS(Secondary Synchronization Signal)이고, 상기 동기 신호에 관한 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행하는 단계는, 상기 PSS 및 상기 SSS와 사전 저장된 PSS 후보 시퀀스 및 SSS 후보 시퀀스 간의 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행하는 단계일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 LTE 신호의 프레임 동기를 검출하는 단계는, 상기 PSS 및 상기 SSS와 사전 저장된 PSS 후보 시퀀스 및 SSS 후보 시퀀스 간의 상관도 연산 결과, 피크 상관값을 갖는 PSS 시간 위치 및 SSS 시간 위치를 계산하고, 계산된 PSS 시간 위치 및 SSS 시간 위치 중 적어도 하나를 상기 LTE 신호 내의 사전 정의된 PSS 위치 및 SSS 위치 중 적어도 하나와 비교하여, 상기 LTE 신호의 프레임 동기를 검출하는 단계일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 LTE 프레임 동기 검출 방법 및 장치에 의하면, LTE 신호의 복조를 수행하지 않고도 프레임 동기를 손쉽게 검출할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면, 동기 신호의 시간 영역에서의 상관도 연산 시점을 심볼 동기 타이밍에 연관시킴으로써 프레임 동기 검출시의 연산 부담을 크게 낮출 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면, 채널 특성에 의해 발생된 주파수 오프셋에 따른 동기 신호의 시간 영역에서의 상관도 저하 문제를 해결하여 높은 신뢰성 및 정확도를 갖는 LTE 프레임 동기 검출 방법 및 장치, 이를 적용한 중계 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 LTE TDD에서의 PSS 및 SSS 위치를 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LTE 프레임 동기 검출 장치에 관한 블록도.
도 3은 OFDM 심볼 마다에 포함되는 CP(Cyclic Prefix)를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 CP 상관기 및 주파수 오프셋 검출부의 일 구현례를 설명하기 위한 도면.
도 5는 RS(Reference Signal) 심볼 위치와 연관된 PSS 및 SSS 위치를 설명하기 위한 예시 도면.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 LTE 프레임 동기 검출 장치 및 방법은 낮은 연산 부담 및 높은 신뢰성을 가지며, 중계 장치와 같이 LTE 신호의 복조를 수행하지 않는 장비에 적용하는데도 적합한 이점이 있다. 본 발명의 실시예에 따른 LTE 프레임 동기 검출 방법을 전반적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예에서는, LTE 프레임 동기를 검출하기 위한 전제로서, LTE 신호에 포함된 동기 신호를 대상으로 한 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행하여 해당 동기 신호의 시간 위치를 확인하며 확인된 동기 신호의 시간 위치에 근거하여 LTE 프레임의 시작 시간(즉, 프레임 동기를 맞추기 위해 필요한 LTE 프레임의 시작 시간)을 확인한다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에서는, 동기 신호를 대상으로 한 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행하기에 앞서, 시간 영역에서의 상관도 연산의 정확도를 높이기 위해 채널 특성(에 의한 도플러 효과 등)에 의해 발생한 주파수 변이(즉, 이에 따른 주파수 오프셋)를 보상하는 작업을 수행하게 된다. 이는 도 2의 주파수 오프셋 보상부(135)의 기능에 해당한다. 이러한 주파수 오프셋 보상이 이루어지기 위해서는 채널 특성에 따라 얼마만큼의 주파수 오프셋이 발생되었는지를 먼저 검출하여야 하는 바, 도 2의 주파수 오프셋 검출부(130)가 구비된다. 본 발명의 실시예에서는 주파수 오프셋 검출을 LTE 신호 내에서 각 심볼 마다에 포함된 CP(Cyclic Prefix)의 상관도 연산 결과에 근거하여 계산한다.
또한, 본 발명의 실시예에서는, 동기 신호를 대상으로 한 시간 영역에서의 상관도 연산에 따른 연산 부담을 낮추기 위해, CP 상관도 연산 결과에 근거하여 OFDM 심볼 동기(즉, 심볼 시작 위치(시간))를 검출하고, 그러한 심볼 시작 타이밍에 연관되는 특정 시점에서만 상기 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행하는 방식을 이용한다. 이때, 심볼 동기의 검출은 도 2의 심볼 타이밍 검출부(140)에 의해 수행된다.
여기서, 동기 신호는, LTE 신호 내에 포함되는 PSS(Primary Synchronization Signal) 및 SSS(Secondary Synchronization Signal)일 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예에 따른 LTE 프레임 동기 검출 방법을 전반적으로 설명하였는 바, 이하에서는, 도 2의 블록도를 중심으로 도 3 ~ 도 5를 참조하여, LTE 프레임 동기 검출 장치(100)의 각 구성부에 관한 세부 기능 및 역할에 대하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LTE 프레임 동기 검출 장치에 관한 블록도이다.
일 실시예에 따른 LTE 프레임 동기 검출 장치(100)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 저역통과필터(110), 다운 샘플러(115), CP 상관기(120), 주파수 오프셋 검출부(130), 주파수 오프셋 보상부(135), 심볼 타이밍 검출부(140), 동기 신호 상관도 연산부(150), 프레임 동기 검출부(160)를 포함할 수 있다.
LTE 프레임 동기 검출 장치(100)로 입력되는 LTE 신호는, OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식에 따라 변조되어 다중 부반송파(Multiple Sub-Carrier)에 실려 전송된 RF 형태의 원 LTE 신호를 기저대역(Baseband)의 신호로 변환한 후, 이를 다시 디지털 신호로 변환시킨 디지털 LTE 신호이다. 따라서 상기 LTE 프레임 동기 검출 장치(100)가 중계 장치에 탑재된 경우를 예를 들면, 해당 중계 장치의 주파수 하향 변환기를 통해 기저대역의 신호로 변환된 후, 아날로그/디지털 변환기(Analog to Digital Converter)를 통해 디지털 신호로 변환 처리된 상태의 LTE 신호가 상기 LTE 프레임 동기 검출 장치(100)로 입력되게 될 것이다.
이와 같이 입력된 디지털 LTE 신호는 2개의 패스(Pass)로 나뉘어 저역통과필터(110) 및 CP 상관기(120)로 각각 입력된다.
이때, 저역통과필터(110)로 입력되는 신호 패스는 입력된 LTE 신호 중 동기 신호(즉, PSS 및 SSS)를 추출해낸 후, 그 추출된 동기 신호를 대상으로 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행하기 위한 것이다. 따라서, 저역통과필터(110)는 입력된 LTE 신호 중 동기 신호가 실린 주파수 대역을 통과시키기 위한 통과대역을 가질 수 있다.
도 2에서 저역통과필터(110)는 PSS 및 SSS를 통과시키고 그 이외의 신호는 필터링하기 위해 구비되는 구성요소인 바, 이러한 기능이 유지될 수 있는 한도에서 대역통과필터(Band Pass Filter)로 교체될 수도 있을 것이다.
다운 샘플러(115)는 저역통과필터(110)를 통과한 동기 신호에 관한 다운 샘플링을 수행한다. 다만, 다운 샘플러(115)는 하드웨어 연산 리소스를 줄이기 위한 구성요소인 바, 설계 구현 방식에 따라 생략될 수도 있음은 물론이다.
저역통과필터(110) 및 다운 샘플러(115)를 거쳐 다운 샘플링된 PSS 및 SSS를 대상으로 향후 시간 영역에서의 상관도 연산이 이루지게 될 것이며, 이때 본 발명의 실시예에서는 앞서 설명한 바와 같이, 동기 신호를 대상으로 한 시간 영역의 상관도 연산 작업 이전에 주파수 오프셋 보상 작업을 선행하게 된다.
여기서, 도 2의 주파수 오프셋 보상부(135)에 의한 보상 작업은 주파수 오프셋 검출부(130)에 의해 검출된 주파수 오프셋 값에 근거하여 이루어지는 것이므로, 이하에서는 주파수 오프셋 검출부(130) 및 그 주파수 오프셋 검출을 위한 전제로서 연산 수행되는 CP 상관기(130)에서의 CP 상관도 연산 작업에 관하여 먼저 설명하기로 한다. 이의 설명 과정에서 도 3 및 도 4를 함께 참조한다. 여기서, 도 3은 OFDM 심볼 마다에 포함되는 CP(Cyclic Prefix)를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 CP 상관기 및 주파수 오프셋 검출부의 일 구현례를 설명하기 위한 도면이다.
앞서 설명한 바와 같이, LTE 프레임 동기 검출 장치(100)로 입력되는 디지털 LTE 신호의 다른 패스는, CP 상관기(120)를 거치는 패스로 형성된다(도 2 참조).
CP 상관기(120)는 입력된 LTE 신호의 OFDM 심볼 마다에 삽입된 CP의 상관도(Degree of Correlation)를 연산한다. CP(Cyclic Prefix)는 OFDM 전송 방식에서 다중 경로에 의한 심볼 간 간섭을 방지하기 위해 가드 구간(즉, Guard Interval)에 삽입되는 신호로서, 도 3에 도시된 바와 같이 각 심볼 마다의 맨 앞 부분에 위치한다. 즉, OFDM 전송 방식에서는 가드 구간에 아무런 신호가 없으면 부반송파(Sub-Carrier)의 직교성이 무너져 채널 간 간섭이 발생할 수 있는 바, 그 가드 구간에 CP를 삽입한다. 이러한 CP는 각 심볼의 끝 부분의 신호가 복제된 것이다(도 3 참조).
따라서, CP 상관기(120)는, OFDM 심볼의 가드 구간에 위치한 CP와 해당 심볼의 끝 부분의 심볼 신호 간의 상관도를 연산하여 CP 상관도를 연산하게 된다. 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다. LTE 신호에서의 각 OFDM 심볼의 길이(도 3의 도면부호 D 참조, 여기서 D는 심볼 전체에서 CP를 제외한 길이를 의미함. 즉, 실제 데이터에 관한 심볼 길이를 의미함) 및 OFDM 심볼에 삽입되는 CP의 길이는 사전 정의되어 있다. 따라서 순차 입력되는 신호에 관하여, CP 길이(즉, CP가 위치할 구간의 길이)만큼의 신호 구간의 심볼값과 그로부터 심볼 길이(D)만큼 떨어져 있는 신호 구간의 심볼값 간을 연속적으로(즉, 반복적으로) 상관시켜 가면서 산출되는 상관값을 확인하면 피크 상관값을 보이는 특정 시점(구간)을 확인할 수 있다. 즉, 윈도우 슬라이딩 방식으로 계속적으로 상관값을 계산하고 이를 CP 길이만큼의 구간에 관하여 합산함으로써, 그 중 피크 상관값을 나타내는 특정 구간을 확인하는 방법으로 각 심볼에서 CP가 위치한 구간을 검출해낼 수 있는 것이다.
이러한 CP 상관도 연산을 위한 블록도가 도 4에 예시되어 있다. 도 4를 참조하면, 순차적으로 입력되는 LTE 신호에 관하여 제1 패스에서는 제1 버퍼(123)에 심볼값을 저장하고, 제2 패스에서는 지연기(121)를 통해서 심볼 길이(D)만큼을 신호 지연시킨 심볼값을 제2 버퍼(122)에 저장한다. 이 후, 제1 버퍼(123)에 저장된 심볼값과, 제2 버퍼(122)에 저장된 심볼값의 켤레값(도 4의 도면번호 124번 참조) 간을 상관 및 합산기(125)를 통해 CP 길이만큼의 구간 동안 상관 및 합산(누적)한다. 이와 같은 CP 길이만큼의 구간 동안의 누적 상관값의 절대치(도 4의 도면번호 126번 참조)를 순차 확인하는 방식으로, 그 누적 상관값이 피크값을 갖게 되는 구간을 확인할 수 있다(도 4의 도면번호 127 참조).
상술한 CP 상관도 연산 방식을 도 3의 수학기호에 기준하여 수학식 1으로 나타내면 아래와 같다.
수학식 1
Figure PCTKR2014007589-appb-M000001
심볼 끝 부분의 심볼값을 복제한 것이므로, 만일 심볼 앞 부분과 심볼 끝 부분의 신호 간에 위상차(Phase difference)가 존재하지 않는다면(즉, 채널 환경에 따른 신호 지연 수신이 없었다면), 피크값을 가질 때의 CP 상관도는 실수(real number) 값만을 갖게 될 것이다. 그러나 채널 환경(특성)에 따라 신호 지연이 발생한 경우, 상기 CP 상관도 연산 수학식 1에서와 같이 피크값을 가질 때의 CP 상관도는 복소수 값을 갖게 되며, 이를 복소 평면으로 나타내면 신호 지연에 따라 발생된 위상차(즉, 이는 심볼 앞 부분의 CP 구간의 심볼값과 심볼 끝 부분의 심볼값 간에 틀어진 위상차)인할 수 있다. 즉, 위상차는 상기 CP 상관도 연산 수학식에 의해 산출되는 복소수 값 중에서 허수(Imaginary number) 값 성분과 연관되어 있다.
따라서, 도 2의 주파수 오프셋 검출부(130)는, CP 상관기(120)에 의해 연산된 상기 피크 상관값을 가질 때의 복소수 값의 CP 상관도에 근거하여, 채널 특성(해당 주파수 대역의 신호에 관한 도플러 효과 등)에 따라 발생된 위상차를 검출하고(도 4의 도면번호 132 참조), 이와 같이 검출된 위상차로부터 주파수 오프셋(심볼 주파수 오프셋)을 산출할 수 있다(도 4의 도면번호 134 참조). 이때, 주파수 오프셋은 검출된 위상차와, CP 구간과 그 끝 부분 간의 시간 거리(즉, 시간 지연값) 간의 기울기를 산출함으로써 확인할 수 있다.
다만, 본 발명의 실시예에서의 CP 상관도 연산 방식은 도 4에 예시된 연산 방식에 한정되는 것은 아니며, 이외의 다른 방식 또는 변형 방식에 근거하여 연산될 수도 있음은 물론이다. 또한 상술한 주파수 오프셋 검출 방식 또한 도 4에 예시된 검출 방식에 한정되지 않음은 물론이다.
또한, 실시예에 따라, 주파수 오프셋 검출부(130)는 심볼 타이밍 검출부(140)에서 검출된 심볼 타이밍 결과에 따라 검출된 주파수 오프셋이 유효한 결과인지 아닌지를 판별할 수 있다. 이에 따라, 주파수 오프셋이 검출되더라도 심볼 타이밍 결과가 검출되지 않으면, 검출된 주파수 오프셋은 유효한 값이 아닐 수 있으므로, 향후 주파수 오프셋 보상부(135)에서 이를 사용되지 않을 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 주파수 오프셋이 검출되면, 주파수 오프셋 보상부(135)는 그 검출된 심볼 주파수 오프셋에 근거하여 다운 샘플링 처리된 PSS 및 SSS에 관한 주파수 오프셋 보상을 수행한다. 동기 신호 상관도 연산부(150)는 위와 같이 주파수 오프셋 보상이 이루어진 상태의 PSS 및 SSS 심볼값을 대상으로 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행한다. 따라서 본 발명의 실시예에서는 채널 특성에 따라 발생한 신호 지연에 따른 위상 틀어짐(결국 주파수 오프셋의 발생)을 보상함으로써, PSS 및 SSS 심볼값을 대상으로 한 상관도 연산의 신뢰성을 높일 수 있는 이점이 있다.
그리고 앞서 설명한 바와 같이, 동기 신호 상관도 연산부(150)는 심볼 타이밍 검출부(140)를 통해 확인된 심볼 시작 타이밍을 고려하여, 그 심볼 시작 타이밍에 맞춰 또는 심볼 시작 타이밍 시점을 기준으로 정해지는 특정 시점에 맞춰 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행하게 된다. 종래 기술에 의할 때 PSS 및 SSS의 시간 영역에서의 상관도 연산은 지속적으로 수행되었던 것과 달리, 본 발명의 실시예에서는 심볼 시작 타이밍과 연관된 특정 시점에서만 수행하면 되므로 상관도 연산을 위한 연산 부담이 감소되는 이점이 있다.
심볼 타이밍 검출부(140)를 통한 심볼 시작 타이밍의 검출은 앞서 설명한 CP 상관기(120)의 상관 연산 결과에 따라 피크 상관값을 나타내는 구간을 통해 확인 가능하다. 즉, 심볼 타이밍 검출부(140)는 CP 상관도가 피크값을 가질 때의 심볼 구간 위치를 확인함으로써(즉, CP 구간의 위치를 확인함으로써) 심볼 시작 타이밍을 검출할 수 있다.
상술한 바와 같이 심볼 시작 타이밍이 검출되면, 동기 신호 상관도 연산부(150)는 검출된 심볼 시작 타이밍을 참조하여 시간 영역에서의 PSS 및 SSS의 상관도를 연산하게 되며, 이때 상관도 연산 방식은 다음과 같다.
일반적으로, LTE 신호 내에 포함되는 PSS 및 SSS는, 사전 정의된 복수의 PSS 후보 시퀀스 및 복수의 SSS 후보 시퀀스 중에서 각각 하나로 선택된다. 따라서 심볼값을 복조해내기 전까지는 수신된 LTE 신호에서 어떤 시퀀스의 PSS 및 SSS가 선택되었는지를 확인할 수 없다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는, 상기 사전 정의된 PSS 후보 시퀀스와 SSS 후보 시퀀스를 미리 저장해둔 후, LTE 프레임 동기 검출 장치(100)로 입력된 LTE 신호로부터 추출된 PSS 및 SSS를 상기 미리 저장해둔 PSS 후보 시퀀스 및 SSS 후보 시퀀스와 심볼 대 심볼로 시간 영역에서 상관도 연산을 해보는 방식을 이용한다. PSS와 SSS의 상관도 연산은 연속적으로 수행되지 않고 상기 검출된 심볼 시작 타이밍에서만 수행되므로 연산 부담을 낮출 수 있다.
예를 들어, 사전 정의된 PSS 후보 시퀀스가 총 3개, SSS 후보 시퀀스가 총 168개로, 총 504개의 PSS-SSS 조합이 존재하는 경우, 저역통과필터(110)에 의해 추출되어 시간 상으로 순차적으로 입력된 동기 신호(이는 복조 전의 심볼값 상태인 바, 어느 것이 PSS이고, 어느 것이 SSS인지 확인 불가한 상태임) 각각을 대상으로 먼저 상기 총 3개의 PSS 후보 시퀀스와 상관도를 연산한다. 이러한 상관도 연산 결과에 의하면, 위 3개의 PSS 후보 시퀀스 중 상관도가 피크값을 갖게 되는 특정 1개의 PSS 후보 시퀀스(즉, 이는 LTE 신호에 사용된 PSS 시퀀스임)를 확인할 수 있으며, 그러한 PSS 후보 시퀀스와의 관계에서 피크값의 상관도를 갖는 동기 신호가 어느 시간 구간에 위치하는지를 확인할 수 있다. 이 후, 동일한 방식으로, 입력된 동기 신호와 SSS 후보 시퀀스 간의 상관도 연산 결과에 따라 LTE 신호에서 SSS가 어느 신호 구간에 위치하는지를 확인할 수 있다.
따라서, LTE 프레임 동기 검출 장치(100)의 프레임 동기 검출부(160)는, 상술한 바와 같은 방식을 이용함으로써 LTE 신호의 프레임 동기를 검출할 수 있다. 즉, 프레임 동기 검출부(160)는, 입력된 LTE 신호로부터 추출한 PSS 및 SSS와 사전 저장된 PSS 후보 시퀀스 및 SSS 후보 시퀀스 간의 상관도 연산 결과에 근거할 때, 시간 영역에서 피크 상관값을 갖는 PSS 시간 위치 및 SSS 시간 위치를 계산하고, 그 계산된 PSS 시간 위치 및 SSS 시간 위치 중 적어도 하나에 기준하여 LTE 신호 내의 사전 정의된 PSS 위치 및 SSS 위치 중 적어도 하나와 비교함으로써, 프레임 동기를 검출할 수 있다.
도 1 및 도 5를 통해 확인되는 바와 같이, PSS 및 SSS는 TDD 구조 또는 FDD 구조에 따라 LTE 신호 내에서 삽입되는 위치가 미리 지정되어 있는 것이므로, 또한 PSS 위치와 SSS 위치 사이의 배치 간격도 미리 지정되어 있는 것이므로, 시간 영역에서 피크 상관값을 갖는 PSS 시간 위치 및 SSS 시간 위치 중 어느 하나를 알면, TDD 또는 FDD 구조에 상응하여 LTE 프레임 동기(즉, 프레임이 시작되는 시점)를 검출할 수 있기 때문이다. 여기서, 도 5는 TDD 또는 FDD 구조에서의 RS(Reference Signal) 심볼 위치와 연관된 PSS 및 SSS 위치를 설명하기 위한 예시 도면이다. 도 5를 참조하면, 프레임 타입에 따라 동기 신호(즉, PSS 및 SSS)의 위치는 RS 전송 구간을 기준으로 고정되어 있음을 확인할 수 있다.
앞서 설명한 케이스에서는, 동기 신호 상관도 연산부(150)가 심볼 시작 타이밍에 맞춰(즉, 심볼 시작 시점 마다) PSS 및 SSS의 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행한 경우를 예시하였다. 다만, 동기 신호 상관도 연산부(150)는 심볼 시작 시점으로부터 미리 지정해 둔 시간 간격을 두고 상기 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행할 수도 있다. RS 전송 구간을 기준으로 PSS 및 SSS 삽입 위치가 정해져 있는 도 5의 예를 들면, 심볼 시작 시점인 RS 전송 구간에서 바로 상관도 연산을 수행하는 것이 아니라, RS 전송 구간을 기준으로 볼 때 PSS 및 SSS가 삽입되는 시간 위치(즉, RS 심볼의 전송 이후, 동기 신호의 전송이 예상되는 시간 위치)에서 비로소 상관도 연산을 수행할 수도 있는 것이다. 이러한 방식은 LTE 신호 내에 데이터 로드(load)가 적은 경우에 효율적이다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

Claims (16)

  1. LTE(Long Term Evolution) 프레임 동기 검출 장치로서,
    디지털 변환 처리된 LTE 신호의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼 마다에 포함된 CP(cyclic prefix)의 상관도를 연산하는 CP 상관기;
    상기 CP 상관도에 근거하여 계산된 심볼 주파수 오프셋을 이용하여, 상기 LTE 신호 내의 동기 신호에 관한 주파수 오프셋을 보상하는 주파수 오프셋 보상부;
    상기 CP 상관도에 근거하여 획득된 심볼 시작 타이밍을 고려하여, 상기 주파수 오프셋이 보상된 상기 동기 신호에 관한 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행하는 동기 신호 상관도 연산부; 및
    상기 동기 신호에 관한 상관도 연산 결과에 근거하여 상기 LTE 신호의 프레임 동기를 검출하는 프레임 동기 검출부;
    를 포함하는 LTE 프레임 동기 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 CP 상관기는, OFDM 심볼의 가드 구간에 위치한 CP와 해당 심볼의 끝 부분 간의 상관도를 연산하여 상기 CP 상관도를 연산하되, 사전 정의된 심볼 길이 및 CP 길이에 근거하여 상기 CP 길이만큼의 특정 구간의 심볼값과 그로부터 상기 심볼 길이만큼 떨어져있는 구간의 심볼값 간의 상관도를 연속 비교하여 피크 상관값을 산출하는, LTE 프레임 동기 검출 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 피크 상관값을 갖는 CP 상관도의 복소수 값 중 허수(Imaginary number) 성분에 관련되는 위상차(phase difference)를 계산하고, 계산된 위상차에 근거하여 심볼 주파수 오프셋을 검출하는 주파수 오프셋 검출부를 더 포함하고,
    상기 주파수 오프셋 보상부는, 상기 주파수 오프셋 검출부에 의해 검출된 심볼 주파수 오프셋에 근거하여 상기 동기 신호에 관한 주파수 오프셋을 보상하는, LTE 프레임 동기 검출 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 피크 상관값을 갖는 위치의 특정 구간을 CP 위치로 판별하고, 판별된 CP 위치에 근거하여 OFDM 심볼 시작 타이밍을 검출하는 심볼 타이밍 검출부를 더 포함하고,
    상기 동기 신호 상관도 연산부는, 상기 심볼 타이밍 검출부에 의해 검출된 심볼 시작 타이밍에 맞춰 상기 동기 신호에 관한 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행하는, LTE 프레임 동기 검출 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 피크 상관값을 갖는 위치의 특정 구간을 CP 위치로 판별하고, 판별된 CP 위치에 근거하여 OFDM 심볼 시작 타이밍을 검출하는 심볼 타이밍 검출부를 더 포함하고,
    상기 동기 신호 상관도 연산부는, 상기 심볼 타이밍 검출부에 의해 검출된 심볼 시작 타이밍에 기준할 때 상기 동기 신호의 전송이 예상되는 지점에서 상기 동기 신호에 관한 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행하는, LTE 프레임 동기 검출 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 LTE 신호 중 동기 신호에 해당하는 주파수 대역만을 통과시키는 필터; 및
    상기 필터를 통과한 동기 신호에 관한 다운 샘플링을 수행하는 다운 샘플러를 더 포함하고,
    상기 주파수 오프셋 보상부는, 상기다운 샘플러에 의해 다운 샘플링된 동기 신호를 대상으로 상기 주파수 오프셋 보상을 수행하는, LTE 프레임 동기 검출 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 동기 신호는 상기 LTE 신호에 포함된 PSS(Primary Synchronization Signal) 및 SSS(Secondary Synchronization Signal)이고,
    상기 동기 신호 상관도 연산부는, 상기 PSS 및 상기 SSS와 사전 저장된 PSS 후보 시퀀스 및 SSS 후보 시퀀스 간의 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행하는, LTE 프레임 동기 검출 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 프레임 동기 검출부는, 상기 PSS 및 상기 SSS와 사전 저장된 PSS 후보 시퀀스 및 SSS 후보 시퀀스 간의 상관도 연산 결과, 피크 상관값을 갖는 PSS 시간 위치 및 SSS 시간 위치를 계산하고, 계산된 PSS 시간 위치 및 SSS 시간 위치 중 적어도 하나를 상기 LTE 신호 내의 사전 정의된 PSS 위치 및 SSS 위치 중 적어도 하나와 비교하여, 상기 LTE 신호의 프레임 동기를 검출하는, LTE 프레임 동기 검출 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 의한 LTE 프레임 동기 검출 장치가 탑재된 중계 장치.
  10. 중계기에서, LTE 프레임 동기를 검출하는 방법으로서,
    디지털 변환 처리된 LTE 신호의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼 마다에 포함된 CP(cyclic prefix)의 상관도를 연산하는 단계;
    상기 CP 상관도에 근거하여 계산된 심볼 주파수 오프셋을 이용하여, 상기 LTE 신호 내의 동기 신호에 관한 주파수 오프셋을 보상하는 단계;
    상기 CP 상관도에 근거하여 획득된 심볼 시작 타이밍을 고려하여, 상기 주파수 오프셋이 보상된 상기 동기 신호에 관한 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행하는 단계; 및
    상기 동기 신호에 관한 상관도 연산 결과에 근거하여 상기 LTE 신호의 프레임 동기를 검출하는 단계;
    를 포함하는 LTE 프레임 동기 검출 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 CP 상관도를 연산하는 단계는,
    OFDM 심볼의 가드 구간에 위치한 CP와 해당 심볼의 끝 부분 간의 상관도를 연산하여 상기 CP 상관도를 연산하되, 사전 정의된 심볼 길이 및 CP 길이에 근거하여 상기 CP 길이만큼의 특정 구간의 심볼값과 그로부터 상기 심볼 길이만큼 떨어져있는 구간의 심볼값 간의 상관도를 연속 비교하여 피크 상관값을 산출하는 단계를 포함하는, LTE 프레임 동기 검출 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 피크 상관값을 갖는 CP 상관도의 복소수 값 중 허수(Imaginary number) 성분에 관련되는 위상차(phase difference)를 계산하고, 계산된 위상차에 근거하여 심볼 주파수 오프셋을 검출하는 단계를 더 포함하는, LTE 프레임 동기 검출 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 피크 상관값을 갖는 위치의 특정 구간을 CP 위치로 판별하고, 판별된 CP 위치에 근거하여 OFDM 심볼 시작 타이밍을 검출하는 단계를 더 포함하는, LTE 프레임 동기 검출 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 동기 신호에 관한 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행하는 단계는,
    상기 검출된 심볼 시작 타이밍에 맞춰 상기 동기 신호에 관한 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행하거나, 또는 상기 검출된 심볼 시작 타이밍에 기준할 때 상기 동기 신호의 전송이 예상되는 지점에서 상기 동기 신호에 관한 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행하는 단계인, LTE 프레임 동기 검출 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 동기 신호는 상기 LTE 신호에 포함된 PSS(Primary Synchronization Signal) 및 SSS(Secondary Synchronization Signal)이고,
    상기 동기 신호에 관한 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행하는 단계는, 상기 PSS 및 상기 SSS와 사전 저장된 PSS 후보 시퀀스 및 SSS 후보 시퀀스 간의 시간 영역에서의 상관도 연산을 수행하는 단계인, LTE 프레임 동기 검출 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 LTE 신호의 프레임 동기를 검출하는 단계는,
    상기 PSS 및 상기 SSS와 사전 저장된 PSS 후보 시퀀스 및 SSS 후보 시퀀스 간의 상관도 연산 결과, 피크 상관값을 갖는 PSS 시간 위치 및 SSS 시간 위치를 계산하고, 계산된 PSS 시간 위치 및 SSS 시간 위치 중 적어도 하나를 상기 LTE 신호 내의 사전 정의된 PSS 위치 및 SSS 위치 중 적어도 하나와 비교하여, 상기 LTE 신호의 프레임 동기를 검출하는 단계인, LTE 프레임 동기 검출 방법.
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