KR100414568B1

KR100414568B1 - 직교 주파수 분할 다중 전송 시스템에서의 훈련 심볼 결정방법과 주파수 옵셋 추정 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100414568B1
Application number: KR10-2001-0035579A
Authority: KR
Inventors: 이군섭; 김정; 이상신; 이동학; 임종태
Original assignee: 에스케이 텔레콤주식회사
Priority date: 2001-06-21
Filing date: 2001-06-21
Publication date: 2004-01-07
Anticipated expiration: 2021-06-21
Also published as: KR20020096755A

Abstract

본 발명은 N 개의 부반송파를 사용하는 OFDM 시스템의 송신기로부터 전송되어 수신기에서 심볼 동기 및/또는 주파수 동기를 위해 사용되는 훈련 심볼의 구조를 주파수 옵셋의 추정이 용이하도록 새롭게 결정하고, 이 훈련 심볼을 이용하여 기저대역 OFDM 신호의 주파수 옵셋을 추정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 그 방법은 주파수 영역에서 상기 복수개의 부반송파 중 유효 부반송파에 할당되는 데이터간의 관계가 기 설정된 이진 순차 수열간의 관계를 가지도록 함과 아울러 상기 유효 부반송파의 양측에 보호 구간으로 구성되는 복수개의 부반송파의 데이터 값은 모두 '0'으로 할당하여 설정된, 단일의 단위 훈련심볼을 수신하는 제 1 단계; 상기 수신된 단위 훈련 심볼의 데이터 중 연속된 복수개 데이터의 평균값이 기 설정된 문턱값 이하인 구간을 찾고, 이에 근거하여 주파수 영역에서의 상기 단위 훈련 심볼의 중심을 추정하는 제 2 단계; 상기 추정된 중심을 기준으로 상기 단위 훈련 심볼의 데이터를 1 개의 표본 데이터 구간 단위로 순차 주파수 천이하면서, 상기 기 설정된 이진 순차 수열과의 상관값을 구하는 제 3 단계; 및 상기 상관값이 최대일 때의 상기 천이 정도에 근거하여 주파수 옵셋을 추정하는 제 4 단계를 포함하여 구성된다.

Description

직교 주파수 분할 다중 전송 시스템에서의 훈련 심볼 결정 방법과 주파수 옵셋 추정 방법 및 장치{Training symbol determining method and apparatus and method for estimating frequency offset in OFDM system}

본 발명은 직교 주파수 분할 다중 전송 시스템(Orghogonal Frequency Division Multiplexing : OFDM)에서의 훈련 심볼 결정 방법과 주파수 옵셋 추정 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 N 개의 부반송파를 사용하는 OFDM 시스템의 송신기로부터 전송되어 수신기에서 심볼 동기 및/또는 주파수 동기를 위해 사용되는 훈련 심볼의 구조를 주파수 옵셋의 추정이 용이하도록 새롭게 결정하고, 이 훈련 심볼을 이용하여 기저대역 OFDM 신호의 주파수 옵셋을 추정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로, OFDM 신호는 병렬 심볼이 직렬로 변환되어 전송되기 때문에, 수신기에서 전송된 직렬 신호로부터 심볼 단위로 병렬 변환을 하기 위해 심볼의 시작점을 포착하는 심볼동기(또는 시간동기라 함)가 필요하다. 또한, OFDM 신호는 반송파와 수신기 발진기 사이의 주파수 옵셋이 존재하는 경우 인접 채널 간섭이 유입되기 때문에 주파수 옵셋을 정확히 추정하여 보정하기 위한 주파수 옵셋 추정기가 필요하다.

즉, OFDM 시스템의 수신기에서 수신 신호를 복조할 때 OFDM 심볼의 시작점을 포착하고 반송파 주파수와 수신기의 발진기 주파수를 정확히 동기시키기 위해 미리 정해진 훈련심볼을 송신기에서 전송한다.

도 1은 종래 훈련 심볼의 구조를 나타낸 것으로서, 동 도면에 도시된 바와 같이, N 개의 부반송파를 사용하는 OFDM 시스템의 송신기에 있어, 주파수 영역에서 제 1 심볼 기간 동안 N 개의 부반송파에 A₁∼A_N의 데이터를 각각 할당하여 제 1 훈련 심볼(a)을 구성하고, 제 2 심볼 기간 동안 상기와 동일한 N 개의 부반송파에 B₁∼B_N의 데이터를 각각 할당하여 제 2 훈련 심볼(b)을 구성하되, 상기 제 1 훈련 심볼(a)의 데이터 A₁∼A_N와 상기 제 2 훈련 심볼(b)의 데이터 B₁∼B_N는 "B_k=A_kC_k, k=1∼N"의 관계를 갖도록 구성되어 있다.

따라서, OFDM 송신기에서는 두 심볼기간 동안 동일한 부반송파에 대해 같은 데이터를 반복하여 전송하거나(C_k=1인 경우), 데이터간에 어떤 관계를 가지도록 정하여 전송하고(C_k=1이 아닌 경우), 이어서 일반 데이터 심볼(c)의 데이터 X₁∼X_N을 각 부반송파에 실어 전송한다.

종래의 OFDM 수신기에서는 상기 제 1 훈련 심볼(a)과 상기 제 2 훈련심볼(b)을 이용하여 심볼 타이밍을 복원하고 주파수 옵셋을 추정하는 데, 종래의 OFDM 수신기는 도 2에 도시된 바와 같이, 복조후에 기저대역의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털(A/D) 변환기(210); OFDM 심볼의 시작점을 검출하는 심볼 타이밍 복원부(220); 복원된 심볼 타이밍을 이용하여 OFDM 심볼에 포함된 보호구간을 제거하는 보호구간 제거부(230); 고속 후리에 변환(Fast Fourier Transform : FFT)부(240); 부반송파 간격보다 작은 주파수 옵셋을 추정하는 미세주파수 옵셋 추정부(250); 부반송파 간격의 정수배 옵셋을 추정하기 위한 정수배(또는 대략이라 칭함) 주파수 옵셋 추정부(260); 미세 주파수 옵셋과 정수배 주파수 옵셋을 더하여 전체 주파수 옵셋을 계산하는 덧셈기(270); 및 상기 계산된 주파수 옵셋을 위상의 변화를 나타내는 복소 지수함수로 바꾸어 상기 A/D 변환기(210)의 출력에 곱해주는 곱셈기(280)로 구성되어 있다.

상기 정수배 주파수 옵셋 추정부(260)는 세부적으로 심볼 지연부(261), 공액복소수 계산부(262), 지연된 심볼과 수신 심볼을 이용하여 상관함수를 계산하는 상관함수 계산부(263) 및 정수배 주파수 옵셋 추정기(264)로 구성되어 있다.

이어 도 2와 같이 구성된 종래 OFDM 수신기의 동작을 설명한다.

OFDM 송신기에서는 도 1과 같이 구성된 훈련 심볼(a)(b)을 주기적으로 또는 새로 신호전송을 시작할 때 데이터 심볼(c) 앞에 붙여 전송하면, 도 2의 OFDM 수신기에서는 상기 OFDM 송신기로부터 전송된 신호를 수신하고, 그 수신된 신호를 기저대역의 아날로그 신호로 복조한 후, 상기 A/D 변환기(210)에 의해 디지털 신호로 변환하여, 먼저 심볼 동기를 포착하기 위해 상기 심볼 타이밍 복원부(220)에 입력시킨다.

상기 심볼 타이밍 복원부(220)에서 심볼의 시작점을 검출하면 이를 이용해 상기 보호구간 제거부(230)에서 OFDM 심볼의 앞 부분에 포함되어 있는 보호구간을 제거하고 나머지 신호에 대해 상기 FFT부(240)에서 FFT를 취한다.

상기 A/D 변환기(210)의 출력 신호는 상기 심볼 타이밍 복원부(220)에 입력됨과 동시에 상기 미세 주파수 옵셋 추정부(250)에 입력되어 부반송파 간격 이하의주파수 옵셋(Δf1)을 추정하는 바, 상기 심볼 타이밍 복원부(220)에서의 심볼 동기 포착과 상기 미세 주파수 옵셋 추정부(250)에서의 미세 주파수 옵셋 추정에는 반복되는 훈련 심볼(a 또는 b)의 특성을 이용한다.

상기 정수배 주파수 옵셋 추정부(260)는 상기 FFT부(240)의 출력 신호를 입력하여 부반송파 간격의 정수배의 주파수 옵셋을 추정하는 바, 상기 심볼 지연부(261)는 상기 FFT부(240)로부터 출력된 상기 제 1 훈련심볼(a)을 단위 심볼 기간 동안 지연시키고, 상기 공액 복소수 계산부(262)에서 상기 심볼 지연부(261)의 출력 신호에 공액을 취한 후 상기 상관 함수 계산부(263)에 입력시킨다. 상기 상관 함수 계산부(263)는 상기 공액 복수소 계산부(262)의 출력 신호 즉, 제 1 훈련심볼(a)의 공액과 상기 FFT부(240)로부터 출력된 제 2 훈련심볼(b)을 동시 입력하여 이들(a)(b)의 데이터를 단위 데이터 표본 단위로 이동하며 상관함수를 구한다. 상기 정수배 주파수 옵셋 추정부(264)는 상기 구해진 상관함수로부터 최대의 상관치를 나타내는 위치를 구하고 이로부터 부반송파 간격의 정수배의 주파수 옵셋(Δf2)을 추정한다.

상기 미세 주파수 옵셋 추정부(250)와 상기 정수배 주파수 옵셋 추정부(260)로부터 구해진 주파수 옵셋은 상기 덧셈기(270)를 통해 서로 더해지고, 그 더해진 옵셋 값은 상기 곱셈기(280)에서 상기 A/D 변환기(210)의 출력 신호에 그 출력 신호의 위상이 반대로 돌아가도록 된 복소 지수함수(e^{-j2π(Δf1+Δf2)n/N})로 곱해져 복조과정에서 발생한 반송파와 수신기 발진기 사이의 주파수 옵셋을 보정한다.

결론적으로, 종래의 OFDM 수신기에서 발진기와 반송파 사이의 주파수 옵셋을 추정하는 기존 방식은 정수배 주파수 옵셋을 추정하기 위해 도 1과 같이 연속하는 두 OFDM 훈련 심볼(a)(b)을 한 표본씩 이동해 가며 서로 상관을 취하여 상관함수를 구하며, 그 중에서 상관치가 최대가 되는 주파수 편이를 구하여 옵셋을 추정하는 데, 이와 같은 기존 기술은 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫째, 정수배 주파수 옵셋을 추정할 때 상관치가 최대가 되는 간격을 계산하기 위해 N-포인트 FFT를 이용하는 OFDM 복조기의 경우 최대 N-1번의 상관을 취해야 하며, 이 경우 계산량이 많아 그 만큼 수신기에서 동기를 포착하는데 시간지연이 발생한다. 둘째, 상관함수를 구하기 위해 표본을 1개씩 이동시켜가며 상관치를 계산하기 위한 복잡한 회로가 필요하다. 셋째, 인접한 두 심볼간의 상관을 취하므로 시변채널인 경우 정확도가 감소한다.

즉, 기존의 훈련 심볼을 이용하여 주파수 옵셋을 추정하는 기존 기술의 문제점은 계산량이 적은 시간영역 방법의 경우 주파수 옵셋의 포착 범위가 최대 4배 정도로 제한되고, 포착범위가 제한이 없는 주파수 영역 방법의 경우 모든 부반송파 간격에 대해 상관함수를 구해야 하므로 계산량이 많은 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 그 목적은 OFDM 시스템에 있어서 심볼의 동기 포착 및 주파수 옵셋의 추정이 용이하도록 훈련심볼을 새롭게 구성하되 그 훈련 심볼을 주파수 영역에서 보호 구간이 포함된단일의 훈련 심볼로 구성하고, 이와 같이 보호 구간이 포함된 단일의 훈련 심볼을 이용하여 주파수 옵셋을 추정하므로써, 기존과 비교하여 주파수 옵셋 추정 시의 계산량을 획기적으로 줄이고 옵셋의 포착 범위를 확대할 수 있도록 하는, 직교 주파수 분할 다중 전송 시스템에서의 훈련 심볼 결정 방법과 주파수 옵셋 추정 방법 및 장치을 제공하고자 하는 것이다.

도 1은 종래의 직교 주파수 분할 다중 전송 시스템에서 사용되는 훈련 심볼의 구조를 나타낸 도면이고,

도 2는 종래의 직교 주파수 분할 다중 전송 시스템이 수신기의 구성도이고,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 OFDM 사스템에서의 훈련 심볼 결정 방법을 설명하기 위한 새로운 훈련 심볼의 구조도이고,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 OFDM 수신기의 블록 구성도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

410 : 아날로그/디지털 변환기 420 : 보호구간 제거부

430 : 고속 푸리에 변환부 440 : 주파수 옵셋 대략 추정부

441 : 심볼 중심 검출부 442 : 주파수 천이 출력부

443 : 저장부 444 : 곱셈부

445 : 상관치 계산부 446 : 대략 주파수 옵셋 추정부

450 : 주파수 옵셋 미세 추정부 460 : 덧셈부

470 : 곱셈부

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중 전송(OFDM) 시스템에서의 훈련 심볼 결정 방법은, N(>2) 개의 부반송파를 사용하는 OFDM 시스템의 송신기로부터 전송되어 수신기에서 심볼 동기 및/또는 주파수 동기를 위해 사용되는 훈련 심볼의 결정 방법에 있어서, 주파수 영역에서, 상기 복수개의 부반송파 중 유효 부반송파에 할당되는 데이터간의 관계가 기 설정된 이진 순차 수열간의 관계를 가지도록 함과 아울러 상기 유효 부반송파의 양측에 보호 구간으로 구성되는 복수개의 부반송파의 데이터 값은 모두 '0'으로 할당하여, 이를 단일의 단위 훈련심볼로 결정함을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중 전송(OFDM) 시스템에서의 주파수 옵셋 추정 방법은, N(>2) 개의 부반송파를 사용하는 직교 주파수 분할 다중 전송(OFDM) 시스템의 수신기에서의 주파수 동기를 위한 주파수 옵셋 추정 방법에 있어서, 주파수 영역에서 상기 복수개의 부반송파 중 유효 부반송파에 할당되는 데이터간의 관계가 기 설정된 이진 순차 수열간의 관계를가지도록 함과 아울러 상기 유효 부반송파의 양측에 보호 구간으로 구성되는 복수개의 부반송파의 데이터 값은 모두 '0'으로 할당하여 설정된, 단일의 단위 훈련심볼을 수신하는 제 1 단계; 상기 수신된 단위 훈련 심볼의 데이터 중 연속된 복수개 데이터의 평균값이 기 설정된 문턱값 이하인 구간을 찾고, 이에 근거하여 주파수 영역에서의 상기 단위 훈련 심볼의 중심을 추정하는 제 2 단계; 상기 추정된 중심을 기준으로 상기 단위 훈련 심볼의 데이터를 1 개의 표본 데이터 구간 단위로 순차 주파수 천이하면서, 상기 기 설정된 이진 순차 수열과의 상관값을 구하는 제 3 단계; 및 상기 상관값이 최대일 때의 상기 천이 정도에 근거하여 주파수 옵셋을 추정하는 제 4 단계를 포함하여 구성된다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중 전송(OFDM) 시스템의 주파수 옵셋 추정 장치는, N(>2) 개의 부반송파를 사용하는 직교 주파수 분할 다중 전송(OFDM) 시스템의 주파수 영역에서, 상기 복수개의 부반송파 중 유효 부반송파에 할당되는 데이터간의 관계가 기 설정된 이진 순차 수열간의 관계를 가지도록 함과 아울러 상기 유효 부반송파의 양측에 보호 구간으로 구성되는 복수개의 부반송파의 데이터 값은 모두 '0'으로 할당하여 설정된 단일의 단위 훈련심볼을, 주파수 옵셋 추정 및 주파수 동기를 위한 수신 신호로 사용하는 직교 주파수 분할 다중 전송(OFDM) 시스템의 수신 장치에 있어서, 수신된 기저대역의 아날로그 훈련 심볼 신호을 디지털 훈련 심볼 신호로 변환하는 아날로그/디지털(A/D) 변환 수단; 검출된 심볼 타이밍을 이용하여 시간 영역에서 상기 디지털 훈련 심볼 신호에 포함된 보호구간을 제거하는 보호구간 제거 수단; 상기 보호구간이 제거된훈련 심볼 신호를 고속 후리에 변환(Fast Fourier Transform : FFT)하는 고속 푸리에 변환 수단; 상기 푸리에 변환된 훈련 심볼의 데이터 중 연속된 복수개 데이터의 평균값이 기 설정된 문턱값 이하인 구간을 찾고, 이에 근거하여 상기 단위 훈련 심볼의 중심을 추정한 후, 그 추정된 중심을 기준으로 상기 단위 훈련 심볼의 데이터를 1 개의 표본 데이터 구간 단위로 순차 주파수 천이하면서, 상기 기 설정된 이진 순차 수열과의 상관값을 계산하되, 매 천이시 마다 설정된 일정 주파수 구간의 평균 상관값을 계산하는 상관값 계산수단; 및 상기 계산된 평균 상관값이 최대일 때의 상기 천이 정도에 근거하여 정수배 주파수 옵셋을 추정하는 대략 주파수 옵셋 추정수단을 포함하여 구성된다.

상기 상관값 계산수단은, 상기 푸리에 변환된 훈련 심볼의 데이터 중 연속된 복수개 데이터의 평균값이 기 설정된 문턱값 이하인 구간을 찾고, 이에 근거하여 상기 단위 훈련 심볼의 중심 주파수를 추정하는 심볼 중심 검출부; 상기 검출된 심볼의 중심 주파수를 기준으로 상기 훈련 심볼을 1 개의 표본 데이터 구간 단위로 주파수 천이하면서 (심볼 단위로) 순차 출력하는 주파수 천이 출력부; 상기 이진 순차 수열이 저장된 저장부; 상기 주파수 천이 출력부의 출력 데이터와 상기 저장부로부터 제공된 상기 이진 순차 수열 데이터를 곱셈 연산하여 이들간의 상관치를 구하는 곱셈부; 및 상기 곱셈수단의 출력에 대한 일정 구간 동안의 평균 상관치를 구하는 상관치 계산부로 구성된다.

상기와 같이 이루어지고 구성되는 본 발명의 방법 및 장치는 OFDM 심볼내의 보호 구간의 가드 톤(guard tone)을 이용하는 것을 특징으로 한다. 즉, 유효 반송파들이 바이너리 시퀀스의 구성요소(elements)가 되도록 구성하고, 잡음에 의해 왜곡되어 발생되는 OFDM 신호의 정수배 주파수 옵셋을 본 발명에 따른 새로운 구조의 훈련심볼 및 가드 톤과 유효 반송파를 포함하는 윈도우를 사용하여 추정해 내는 것으로, 하나의 심볼만을 이용하여 정수배 주파수 옵셋의 추정이 가능하다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중 전송 시스템에서의 훈련 심볼 결정 방법과 주파수 옵셋 추정 방법 및 장치에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 OFDM 사스템에서의 훈련 심볼 결정 방법을 설명하기 위한 새로운 훈련 심볼의 구조도로서, 0∼N-1번 까지의 N 개의 부반송파에 A₀∼A_N-1의 N개의 데이터를 각각 할당하여 단일의 훈련 심볼로 구성하되, 그 N 개의 부반송파를 중심부의 유효 부반송파 구간과 그 유효 부반송파 구간 양측의 보호 구간으로서의 가드 톤(guard tone) 구간으로 구획하여, 상기 가드 톤 구간의 부반송파에는 모두 '0'의 데이터를 할당하고, 상기 유효 부반송파 구간의 부반송파에 할당되는 데이터 값은 "X_k= (A_k)(S_k)"의 관계식(여기서, A_k는 k 번째 부반송파에 할당되는 복소 데이터이고, S_k는 왈시코드와 같이 직교함수이진수열 특성을 갖도록 기 설정된 이진 순차 수열 중 K 번째 데이터로서 '0' 또는 '1' 중 하나를 나타냄)에 의거하여 할당하므로써 그 유효 부반송파들에 할당되는 각 데이터간의 관계가 기 설정된 이진 순차수열(binary sequence)간의 관계를 가지도록 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 OFDM 수신기의 블록 구성도로서, 동 도면에 도시된 바와 같이, A/D 변환부(410), 보호구간 제거부(420), FFT부(430), 주파수 옵셋 대략 추정부(440), 주파수 옵셋 미세 추정부(450), 덧셈부(460), 및 곱셈부(470)로 구성되어 있고, 상기 주파수 옵셋 대략 추정부(440)는 심볼 중심 검출부(441), 주파수 천이 출력부(442), 저장부(443), 곱셈부(444), 상관치 계산부(445) 및 대략 주파수 옵셋 추정부(446)로 구성되어 있다.

상기 A/D 변환부(410)는 수신된 기저대역의 아날로그 훈련 심볼 신호(Baseband Signal)를 디지털 훈련 심볼 신호로 변환하는 것이고, 상기 보호 구간 제거부(420)는 검출된 심볼 타이밍을 이용하여 시간 영역에서 상기 디지털 훈련 심볼 신호에 포함된 보호구간을 제거하는 것이며, 상기 FFT부(430)는 상기 보호 구간 제거부(420)를 통해 보호구간이 제거된 훈련 심볼 신호를 고속 후리에 변환(Fast Fourier Transform : FFT)하는 것이다.

상기 주파수 옵셋 대략 추정부(440)의 상기 심볼 중심 검출부(441)는 상기 FFT부(430)를 통해 푸리에 변환된 훈련 심볼의 데이터 중 연속된 복수개 데이터의 평균값이 기 설정된 문턱값 이하인 구간을 찾고, 이에 근거하여 도 3과 같은 상기 단위 훈련 심볼의 유효 부반송파의 중심 주파수를 추정하는 것이고, 상기 주파수 천이 출력부(442)는 상기 심볼 중심 검출부(441)를 통해 검출된 심볼의 중심 주파수를 기준으로 상기 훈련 심볼을 1 개의 표본 데이터 구간 단위로 주파수 천이하면서 (심볼 단위로) 순차 출력하는 것이고, 상기 저장부(430)는 기 설정된 이진 순차수열이 저장되어 있는 것이고, 상기 곱셈부(444)는 상기 주파수 천이 출력부(442)의 출력 데이터와 상기 저장부(443)로부터 제공된 상기 이진 순차 수열 데이터를 곱셈 연산하여 이들간의 상관치를 구하는 것이고, 상기 상관치 계산부(445)는 상기 곱셈부(444)의 출력에 대한 일정 구간 동안의 평균 상관치를 구하는 것이다.

상기 주파수 옵셋 미세 추정부(450), 상기 덧셈부(460) 및 상기 곱셈부(470)는 기존의 구성과 동일한 구성이다.

이어, 본 발명의 일 실시예에 따른 OFDM 시스템에서의 주파수 옵셋 추정 방법에 대하여 상세히 설명하도록 하되, 도 4의 장치에 적용되므로 그 동작과 병행하여 설명토록 한다.

N 개의 부반송파를 사용하는 도 4의 OFDM 시스템의 수신기에서 심볼동기 및/또는 주파수 동기를 위해 송신기(미도시)에서 전송하는 도 3의 훈련심볼의 유효 부반송파 구간은 주파수 영역에서 인접 부반송파에 할당되는 데이터가 다음 수학식 1과 같은 관계를 만족하도록 하고, 상기 가드 톤 구간의 부반송파에는 모두 '0'의 데이터를 할당한다.

여기서, 데이터 A_k는 k번째 부반송파에 할당되는 복소 데이터이고, S_k는 기 설정된 이진 순차 수열 중 K 번째 데이터로서 '0' 또는 '1' 중 하나를 나타낸다.

이와 같이 구성된 훈련 심볼 신호의 데이터 X_k는 OFDM 송신기로부터 무선 전송 채널을 거쳐 전송되어 OFDM 수신기에 수신된 후 기저대역 신호로 변환되고, 상기 A/D 변환부(410)를 통해 디지털 신호로 변환되는 바, 이를 하기 수학식 2와 같은 수신신호 Y_k로 표현할 수 있다.

여기서, H_k는 k 번째 부반송파에서의 채널 전달 함수를 나타내고, N_k는 k 번째 부반송파에서의 잡음 성분을 나타낸다.

상기 보호구간 제거부(420)는 시간 영역에서 상기 수신 신호 Y_k에 포함된 보호구간을 제거한 후 나머지 부분을 상기 FFT 부(430)의 입력으로 제공하고, 상기 FFT 부(430)는 그 입력된 N개의 직렬 데이터 신호를 병렬로 변환하고 고속 푸리에 변환한 후 출력한다. 한편, 상기 보호구간 제거부(420)에서의 보호구간은 시간영역에서의 보호구간으로서 주파수 영역에서의 보호구간으로서의 도 3의 본 발명의 상기 훈련심볼의 가드 톤 구간과는 다른 것임을 밝혀 둔다.

상기 심볼 중심주파수 검출부(441)는 상기 푸리에 변환된 훈련 심볼의 데이터 Y_k(k=0∼N)중 연속된 복수개 데이터의 평균값이 기 설정된 문턱값 이하인 구간을 찾고, 이에 근거하여 상기 훈련 심볼의 중심을 추정하는 바, 예컨대 도 3의 설명과 같이 본 발명의 훈련 심볼은 보호구간의 부반송파에 모두 '0'인 데이터를 심어 보냈으므로 설령 임펄스 노이즈(Impulse Noise)를 고려하더라도 그 구간의 데이터 평균값은 '0'측에 가깝게 결정된다. 따라서 이를 이용하여 상기 훈련 심볼의 보호구간을 찾은 후 그 보호 구간을 기준으로 유효 부반송파 구간의 중심 부반송파를 찾아 해당 훈련 심볼의 중심을 추정한다.

이와 같이 수신된 훈련 심볼의 중심을 알게되면, 상기 주파수 천이부(442)는 그 중심을 기준으로 상기 훈련 심볼의 데이터 Yk를 주파수 영역에서 1 개의 표본 데이터 구간 단위로 순차 순환 주파수 천이하되, 그 천이된 훈련 심볼의 데이터를 단위 천이 시마다 상기 곱셈부(444)의 입력으로 제공한다. 이와 아울러 상기 저장부(443)는 상기 기 설정된 이진 순차 수열 데이터를 상기 곱셈부(444)의 입력으로 제공한다. 따라서, 상기 곱셈부(444)에서는 상기 고정된 이진 순차 수열 데이터와 이에 대하여 상기와 같이 순환 주파수 천이하여 입력되는 상기 훈련 심볼의 데이터 Yk를 상호 곱하여 상관을 취한 후, 이를 상기 상관값 계산부(445)의 입력으로 제공하고, 상기 상관값 계산부(445)는 하기 수학식 3에 근거하여 평균 상관값을 계산한다.

여기에서, R(m)은 평균 상관값을 나타내고, Y_n,j은 타임 슬롯 n 에 대응하는 j 번째 부반송파 수신신호 값, m 은 상기 천이 횟수, C_n,j는 타임 슬롯 n 에서의 Y_n,j에 대응되는 상기 이진 순차 수열 값을 나타내고, P₂-P₁+1은 상기 N 이하의 값으로 P₁과 P₂는 산출추정하고자 하는 주파수 옵셋의 범위에 의해 결정한다.

상기 대략 주파수 옵셋 추정부(446)는 하기 수학식 4에 근거하여 상기 상관값 계산부(445)에서 계산된 상관값이 최대일 때의 상기 천이 정도 m 값에 근거하여 주파수 옵셋 f(m)을 추정한다. 즉, 단위 표본 데이터 구간을 주파수 값으로 환산하고 그 환산된 주파수 값에 m 배 하면 이 것이 주파수 옵셋값 f(m)이 되는 것이다.

이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중 전송 시스템에서의 훈련 심볼 결정 방법과 주파수 옵셋 추정 방법 및 장치에 의하면, 본 발명의 훈련 심볼 구조에 따라 문턱값 이하의 톤이 연속되는 부분의 보호구간으로서의 가드 톤 부분을 이용하여 훈련 심볼의 중심을 찾고 또한 그 보호 구간의 내측에 구성되는 유효 부반송파에 할당되는 데이터가 기 설정된 이진 순차 수열 간의 관계를 같도록 하여 그에 대한 상관 함수를 구해 대략(또는 정수배라 함) 주파수 옵셋을 추정함으로써, 기존과 비교하여 주파수 옵셋 추정 시의 계산량을 획기적으로 줄이고 옵셋의 포착 범위를 확대할 수 있는 효과가 획득된다.

Claims

N(>2) 개의 부반송파를 사용하는 OFDM 시스템에서, 송신기로부터 전송되고 수신기에서 심볼 동기 또는 주파수 동기를 위해 사용되는 훈련 심볼의 결정 방법에 있어서,

주파수 영역에서, 복수 개의 부반송파 중 유효 부반송파에 할당되는 데이터간의 관계가 '0' 또는 '1'로 구성되는 이진 순차 수열을 가지도록 함과 더불어, 상기 유효 부반송파의 양측에 보호 구간으로 구성되는 복수 개의 부반송파는 모두 '0'으로 할당하여, 단일의 단위 훈련 심볼로 결정함을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 전송 시스템에서의 훈련 심볼 결정 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 유효 부반송파에 각기 할당되는 데이터는 "X_k= (A_k)(S_k), 여기서 A_k는 k 번째 부반송파에 할당되는 복소 데이터이고, S_k는 상기 이진 순차 수열 중 K 번째 데이터인 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 전송 시스템에서의 훈련 심볼 결정 방법.
N(>2) 개의 부반송파를 사용하는 직교 주파수 분할 다중 전송(OFDM) 시스템의 수신기에서의 주파수 동기를 위한 주파수 옵셋 추정 방법에 있어서,

주파수 영역에서 복수 개의 부반송파 중 상기 유효 부반송파에 할당되는 데이터간의 관계가 이진 순차 수열을 가지도록 함과 더불어, 상기 유효 부반송파의 양측에 보호 구간으로 구성되는 복수 개의 부반송파는 모두 '0'으로 할당하여 설정된, 단일의 단위 훈련 심볼을 수신하는 제 1 단계;

수신된 상기 단위 훈련 심볼의 데이터 중 연속된 복수개 데이터의 평균값이설정된 문턱값 이하인 구간을 찾고, 이에 근거하여 상기 단위 훈련 심볼의 주파수 영역에서의 중심을 추정하는 제 2 단계;

추정된 상기 주파수 영역에서의 중심을 기준으로 상기 단위 훈련 심볼의 데이터를 1 개의 표본 데이터 구간 단위로 순차 주파수 천이하면서, 상기 이진 순차 수열과의 상관값을 구하는 제 3 단계; 및

상기 상관값이 최대일 때의 천이 정도에 근거하여 주파수 옵셋을 추정하는 제 4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 전송 시스템에서의 주파수 옵셋 추정 방법.
제 3 항에 있어서,

상기 제 3 단계에서 상기 상관값은,의 수식에 의거하여 산출하되, 여기서 R(m)은 상관값을 나타내고, Y_n,j은 타임 슬롯 n 에 대응하는 j 번째 부반송파 수신 신호값을 나타내며, m 은 천이 횟수, C_n,j는 타임 슬롯 n 에서의 Y_n,j에 대응되는 상기 이진 순차 수열의 값을 나타내고, P₂-P₁+1은 N 이하의 값으로 P₁과 P₂는 산출 추정하고자 하는 주파수 옵셋의 범위에 의해 결정함을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 전송 시스템에서의 주파수 옵셋 추정 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 제 4 단계에서 상기 주파수 옵셋 값은 ,

의 수식에 근거하여 최대 상관값 f(m)을 검출하고, 최대 상관값 검출 시의 m 값을 주파수 옵셋 값으로 환산하여 추정함을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 전송 시스템에서의 주파수 옵셋 추정 방법.
N(>2) 개의 부반송파를 사용하는 직교 주파수 분할 다중 전송(OFDM) 시스템의 주파수 영역에서, 복수 개의 부반송파 중 유효 부반송파에 할당되는 데이터가 이진 순차 수열을 가지도록 함과 더불어, 상기 유효 부반송파의 양측에 보호 구간으로 구성되는 복수 개의 부반송파의 데이터 값은 모두 '0'으로 할당하여 설정된 단일의 단위 훈련심볼을, 주파수 옵셋 추정 및 주파수 동기를 위한 수신 신호로 사용하는 직교 주파수 분할 다중 전송(OFDM) 시스템의 수신 장치에 있어서,

수신된 기저대역의 아날로그 훈련 심볼 신호를 디지털 훈련 심볼 신호로 변환하는 아날로그/디지털(A/D) 변환 수단;

검출된 심볼 타이밍을 이용하여 시간 영역에서 상기 디지털 훈련 심볼 신호에 포함된 보호 구간을 제거하는 보호구간 제거 수단;

상기 보호 구간이 제거된 훈련 심볼 신호를 고속 후리에 변환(Fast Fourier Transform : FFT)하는 고속 푸리에 변환 수단;

푸리에 변환된 훈련 심볼의 데이터 중 연속된 복수개 데이터의 평균값이 설정된 문턱값 이하인 구간을 찾고, 이에 근거하여 단위 훈련 심볼의 중심을 추정한 후, 추정된 중심을 기준으로 상기 단위 훈련 심볼의 데이터를 1 개의 표본 데이터 구간 단위로 순차 주파수 천이하면서, 상기 이진 순차 수열과의 상관값을 계산하되, 매 천이시 마다 설정된 일정 주파수 구간의 평균 상관값을 계산하는 상관값 계산수단; 및

계산된 상기 평균 상관값이 최대일 때의 천이 정도에 근거하여 정수배 주파수 옵셋을 추정하는 대략 주파수 옵셋 추정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 전송 시스템의 주파수 옵셋 추정 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 상관값 계산수단은,

푸리에 변환된 훈련 심볼의 데이터 중 연속된 복수개 데이터의 평균값이 설정된 문턱값 이하인 구간을 찾고, 이에 근거하여 상기 단위 훈련 심볼의 중심 주파수를 추정하는 심볼 중심 검출부;

검출된 상기 훈련 심볼의 중심 주파수를 기준으로 상기 훈련 심볼을 1 개의 표본 데이터 구간 단위로 주파수 천이하면서 심볼 단위로 순차 출력하는 주파수 천이 출력부;

상기 이진 순차 수열이 저장된 저장부;

상기 주파수 천이 출력부의 출력 데이터와 상기 저장부로부터 제공된 상기 이진 순차 수열의 데이터를 곱셈 연산하여 상관치를 구하는 곱셈부; 및

상기 곱셈부의 출력에 대한 일정 구간 동안의 평균 상관치를 구하는 상관치 계산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 전송 시스템의 주파수 옵셋 추정 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 상관치 계산부는 상기 평균 상관치를,의 수식에 의거하여 산출하되, 여기서 R(m)은 상관값을 나타내고, Y_n,j은 타임 슬롯 n 에 대응하는 j 번째 부반송파 수신 신호값을 나타내며, m 은 천이 횟수, C_n,j는 타임 슬롯 n 에서의 Y_n,j에 대응되는 상기 이진 순차 수열의 값을 나타내고, P₂-P₁+1은 N 이하의 값으로 P₁과 P₂는 산출 추정하고자 하는 주파수 옵셋의 범위에 의해 결정하는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 전송 시스템의 주파수 옵셋 추정 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 대략 주파수 옵셋 추정수단에서 상기 주파수 옵셋의 추정시,

의 수식에 근거하여 최대 상관값 f(m)을 검출하고, 최대 상관값 검출 시의 m 값을 주파수 옵셋 값으로 환산하여 추정하는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 전송 시스템의 주파수 옵셋 추정 장치.