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KR20140122382A - 고차변조 ｏｆｄｍ 전송에서 오프셋 보상 장치 및 방법 - Google Patents

고차변조 ｏｆｄｍ 전송에서 오프셋 보상 장치 및 방법 Download PDF

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KR20140122382A
KR20140122382A KR1020130038934A KR20130038934A KR20140122382A KR 20140122382 A KR20140122382 A KR 20140122382A KR 1020130038934 A KR1020130038934 A KR 1020130038934A KR 20130038934 A KR20130038934 A KR 20130038934A KR 20140122382 A KR20140122382 A KR 20140122382A
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KR
South Korea
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signal
offset
frequency
frame
transmission
Prior art date
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Withdrawn
Application number
KR1020130038934A
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English (en)
Inventor
함영권
최동준
허남호
Original Assignee
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원 filed Critical 한국전자통신연구원
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Priority to US14/245,277 priority patent/US20140307830A1/en
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Abstract

고차변조 OFDM 전송에서의 오프셋 보상 장치가 제공된다. 상기 오프셋 보상 장치는, 송수신 동기 및 채널 왜곡 추정을 위한 파일럿 신호를 프레임으로 구성하여 하는 전송하는 송신부, 및 수신 신호에 대한 클락 오프셋 및 주파수 오프셋을 추정하여 보상함으로써, 상기 수신 신호의 채널 왜곡을 추정하는 수신부를 포함할 수 있다

Description

고차변조 ＯＦＤＭ 전송에서 오프셋 보상 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR OFFSET COMPENSATION OF HIGH ORDER MODULATED DM TRANSMISSION}
HFC(Hybrid Fiber Coax) 하향 케이블 망의 전송 기술에 연관되며, 보다 특정하게는 4096QAM과 같은 고차 변복조를 이용하는 OFDM 전송 방식에서 송수신 클락 오프셋 및 주파수 오프셋을 추정하여 보상하는 장치 및 방법에 연관된다.
현재 케이블 망에서 사용중인 하향 물리계층 전송 방식은 싱글캐리어 방식을 사용하고 있으며, 차기 케이블 망 전송방식으로 표준화된 전송표준인 DVB-C2와 같은 경우는 멀티캐리어 방식인 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)을 채용하고 있다.
OFDM 방식은 채널의 다중반사파에 의한 신호왜곡의 보상을 쉽게 할 수 있고 MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) 안테나 기술적용 용이성 등 장점이 많아 고속 신호전송에 자주 사용되고 있다. 다만, OFDM 방식은 송수신 클락 오프셋 및 주파수 오프셋에 민감하며, 특히 4096QAM과 같은 고차 변복조를 사용하는 경우 그 민감성이 더해질 수 있다. 따라서, 4096QAM과 같은 고차변복조를 사용하는 경우, 정확한 송수신 클락 오프셋 및 주파수 오프셋에 대한 추정 및 보상이 요구된다.
또한, 케이블 망에서는 실내수신환경에서 큰 신호의 유입잡음이 갑자기 발생할 수가 있어, 정확한 클락 오프셋 및 주파수 오프셋 추정에 많은 어려움을 발생할 수 있으나, 저차 변조방식(이를 테면, 16QAM, 64QAM, 256QAM 등)에 적합한 기존의 방식으로는 성능을 제대로 낼 수가 없다.
따라서, 하향 케이블망에서 고차 변복조를 사용하는 OFDM 기반 전송 시스템의 송수신을 가능케 하기 위해서는, 시스템의 복잡도를 크게 증가시키지 않으면서도, 정확한 송수신 간의 클락 오프셋 및 주파수 오프셋을 추정하여 보상하는 전송시스템 기술이 필요하다.
일측에 따르면, 고차변조 OFDM 전송에서의 오프셋 보상 장치에 있어서, 송수신 동기 및 채널 왜곡 추정을 위한 파일럿 신호를 프레임으로 구성하여 전송하는 송신부, 및 수신 신호에 대한 클락 오프셋 및 주파수 오프셋을 추정하여 보상함으로써, 상기 수신 신호의 채널 왜곡을 추정하는 수신부를 포함하는 장치가 제공된다.
일실시예에 따르면, 상기 송신부는, 송수신 동기 및 다중파 채널 왜곡 추정을 위한 파일럿 신호를 포함하여 프레임을 구성하는 프레임 구성부와, 상기 프레임에 대한 블록 단위 연산을 수행하여 주파수 영역 신호를 시간 영역 신호로 변환하고, 채널 간섭을 제거하는 연산부, 및 상기 연산된 프레임에 대한 디지털 신호를 아날로그로 변환하고, RF(Radio Frequeny) 대역으로 변환 및 증폭하여 전송하는 변환부를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 프레임 구성부는, 복수 개의 심볼들에 포함된 서브캐리어 채널에 연속 파일럿 신호를 삽입하여 상기 프레임을 구성할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 수신부는, 수신 신호의 클락 오프셋을 추정하여 송수신간의 클락 오프셋을 보정한 제1 신호를 생성하는 클락 오프셋 보상부와, 상기 제1 신호에 대한 심볼 동기를 수행하고, 소수주파수의 오프셋을 추정하여 보상한 제2 신호를 생성하는 제1 주파수 보상부와, 상기 제2 신호를 주파수 영역 신호로 변환하여, 주파수 동기 및 프레임 동기화를 수행하는 프레임 동기부와, 상기 동기화된 제2 신호의 잔여주파수 오프셋을 추정하여 보상한 제3 신호를 생성하는 제2 주파수 보상부, 및 상기 제3 신호를 이용하여 상기 수신 신호의 채널 왜곡 추정 및 채널 등화(Equalizing)를 수행하는 등화부를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 수신부는, 상기 수신 신호를 기저대역 신호로 변환하여, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 변환부를 더 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제1 주파수 보상부는, 상기 제2 주파수 보상부에서 추정된 상기 동기화된 제2 신호의 잔여주파수 오프셋에 연관된 피드백 신호를 이용하여, 상기 제2 신호를 생성할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 수신 신호는 복수 개의 심볼들을 포함하는 프레임 구조일 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 클락 오프셋 보상부는, 상기 수신 신호에 포함된 복수 개의 심볼들 중 연속된 두 개의 심볼에 포함된 연속 파일럿을 이용하여 상기 클락 오프셋을 추정할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제2 주파수 보상부는 상기 제3 신호에 대한 버스트 잡음 필터링을 수행할 수 있다.
다른 일측에 따르면, 고차변조 OFDM 전송에서 수신 신호에 대한 오프셋 보상 방법에 있어서, 상기 수신 신호의 클락 오프셋을 추정하여 송수신간의 클락 오프셋을 보정한 제1 신호를 생성하는 단계와, 상기 제1 신호에 대한 심볼 동기를 수행하고, 소수주파수의 오프셋을 추정하여 보상한 제2 신호를 생성하는 단계와, 상기 제2 신호를 주파수 영역 신호로 변환하여, 주파수 동기 및 프레임 동기화를 수행하는 단계와, 상기 동기화된 제2 신호의 잔여주파수 오프셋을 추정하여 보상한 제3 신호를 생성하는 단계, 및 상기 제3 신호를 이용하여 상기 수신 신호의 채널 왜곡 추정 및 채널 등화(Equalizing)를 수행하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
일실시예에 따르면, 상기 수신 신호는 복수 개의 심볼들을 포함하는 프레임 구조일 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제1 신호를 생성하는 단계는, 상기 복수 개의 심볼들 중 연속된 두 개의 심볼에 포함된 연속 파일럿을 이용하여 상기 클락 오프셋을 추정할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제2 신호를 생성하는 단계는, 상기 동기화된 제2 신호의 잔여주파수 오프셋에 연관된 피드백 신호를 이용하여, 상기 제2 신호를 생성할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제3 신호를 생성하는 단계는, 상기 제3 신호에 대한 버스트 잡음 필터링을 수행할 수 있다.
다른 일측에 따르면, 고차변조 OFDM 전송에서 오프셋 보상을 위한 프레임 구성 방법에 있어서, 송수신 동기 및 다중파 채널 왜곡 추정을 위한 파일럿 신호를 포함하여 프레임을 구성하는 단계와, 상기 프레임에 대한 블록 단위 연산을 수행하여 주파수 영역 신호를 시간 영역 신호로 변환하고, 채널 간섭을 제거하는 단계, 및 상기 연산된 프레임에 대한 디지털 신호를 아날로그로 변환하고, RF(Radio Frequeny) 대역으로 변환 및 증폭하여 전송하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
이 경우, 상기 프레임을 구성하는 단계는, 상기 프레임 구성 시, 복수 개의 심볼들에 포함된 서브캐리어 채널에 연속 파일럿 신호를 삽입하여 상기 프레임을 구성할 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 오프셋 보상 장치를 도시하는 블록도이다.
도 2는 일실시예에 따른 오프셋 보상 장치의 송신부의 구성관계를 나타내는 도면이다.
도 3은 일실시예에 따른 오프셋 보상 장치의 수신부의 구성관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 일실시예에 따른 신호 프레임 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 일실시예에 따른 클락 오프셋 추정 과정을 설명하는 도면이다.
도 6은 일실시예에 따라 연속하는 심볼 사이의 연속 파일럿에 대한 위상 변화를 나타내는 도면이다.
도 7은 일실시예에 따른 주파수 오프셋 추정 과정을 설명하는 도면이다.
도 8은 일실시예에 따른 수신 신호에 대한 오프셋 보상 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 9는 일실시예에 따른 오프셋 보상을 위한 프레임 구성 방법을 도시하는 흐름도이다.
이하에서, 일부 실시예들을, 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
아래 설명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다.
또한 특정한 경우는 이해를 돕거나 및/또는 설명의 편의를 위해 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.
도 1은 일실시예에 따른 고차변조 OFDM 전송에서의 오프셋 보상 장치(100)를 도시하는 블록도이다.
상기 오프셋 보상 장치(100)는 송신부(110) 및 수신부(120)로 구성될 수 있다.
상기 송신부(110)는 송수신 동기 및 채널 왜곡 추정을 위한 파일럿 신호를 프레임으로 구성하여 전송할 수 있다.
또한, 상기 송신부(110)는 프레임 구성부, 연산부, 및 변환부로 구성될 수 있다.
상기 프레임 구성부는, 송수신 동기 및 다중파 채널 왜곡 추정을 위한 파일럿 신호를 포함하여 프레임을 구성할 수 있다.
이 경우, 상기 프레임 구성부는 상기 프레임 구성 시, 복수 개의 심볼들에 포함된 서브캐리어 채널에 연속 파일럿 신호를 삽입하여 상기 프레임을 구성할 수 있다.
상기 연산부는, 상기 프레임에 대한 블록 단위 연산을 수행하여 주파수 영역 신호를 시간 영역 신호로 변환하고, 채널 간섭을 제거할 수 있다.
상기 변환부는, 상기 연산된 프레임에 대한 디지털 신호를 아날로그로 변환하고, RF(Radio Frequeny) 대역으로 변환 및 증폭하여 전송할 수 있다.
상기 송신부(110)에 대한 구체적 내용은 도 2에서 후술한다.
상기 수신부(120)는 수신 신호에 대한 클락 오프셋 및 주파수 오프셋을 추정하여 보상함으로써, 상기 수신 신호의 채널 왜곡을 추정할 수 있다.
또한, 상기 수신부(120)는 클락 오프셋 보상부, 제1 주파수 보상부, 프레임 동기부, 제2 주파수 보상부, 및 등화부로 구성될 수 있다.
여기서, 상기 수신 신호는 복수 개의 심볼들을 포함하는 프레임 구조일 수 있다.
상기 클락 오프셋 보상부는, 수신 신호의 클락 오프셋을 추정하여 송수신간의 클락 오프셋을 보정한 제1 신호를 생성할 수 있다.
이 경우, 상기 클락 오프셋 보상부는 상기 수신 신호에 포함된 복수 개의 심볼들 중, 연속된 두 개의 심볼에 포함된 연속 파일럿을 이용하여 상기 클락 오프셋을 추정할 수 있다.
상기 제1 주파수 보상부는, 상기 제1 신호에 대한 심볼 동기를 수행하고, 소수주파수의 오프셋을 추정하여 보상한 제2 신호를 생성할 수 있다.
이 경우, 상기 제1 주파수 보상부는, 상기 제2 주파수 보상부에서 추정된 상기 동기화된 제2 신호의 잔여주파수 오프셋에 연관된 피드백 신호를 이용하여 상기 제2 신호를 생성할 수 있다.
상기 프레임 동기부는, 상기 제2 신호를 주파수 영역 신호로 변환하여, 주파수 동기 및 프레임 동기화를 수행할 수 있다.
상기 제2 주파수 보상부는, 상기 동기화된 제2 신호의 잔여주파수 오프셋을 추정하여 보상한 제3 신호를 생성할 수 있다.
상기 제2 주파수 보상부는 상기 제3 신호에 대한 버스트 잡음 필터링을 수행하기도 한다.
상기 등화부는, 상기 제3 신호를 이용하여 상기 수신 신호의 채널 왜곡 추정 및 채널 등화(Equalizing)를 수행할 수 있다.
또한, 상기 수신부(120)는 다른 실시예에 따라, 상기 수신 신호를 기저대역 신호로 변환하여, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 변환부를 더 포함할 수 있다.
상기 수신부(120)의 구체적 구성 관계에 대한 내용은 도 3에서 후술한다.
도 2는 일실시예에 따른 오프셋 보상 장치(100)의 송신부(110)의 구성관계를 나타내는 도면이다.
상기 송신부(110)는 송수신 동기 및 채널 왜곡 추정을 위해, 파일럿 신호를 프레임으로 구성하여 전송할 수 있다.
상기 송신부(110)는 전송하고자 하는 신호에 대한 오류정정을 위한 채널 부호화 및 신호 매핑을 수행한다.
상기 신호 매핑의 경우, 이를 테면 비트신호를 4096QAM 변조신호로 매핑하는 방식으로 수행될 수 있다.
상기 채널 부호화 및 신호 매핑이 수행되면, 프레임 구성부에서는 물리계층 전송 파라미터, 서비스 정보를 가지는 프리앰블 구간과 실제 전송할 데이터를 포함하는 데이터 구간으로 이루어진 전송 프레임을 구성한다.
상기 프리앰블 구간 및 상기 데이터 구간에서는 송수신 동기와 다중파 채널 왜곡 추정을 위한 파일럿 신호를 포함할 수 있다.
상기 구성된 전송 프레임은 상기 연산부를 통한 IFFT(Inverse FFT) 연산 처리 되어, 시간영역 신호로 변환될 수 있다.
이 경우, 상기 연산부는 상기 전송 프레임에 대하여 블록(이를 테면, OFDM 심볼) 단위의 IFFT를 적용할 수 있다.
또한, 상기 연산부는 CP(Cyclic Prefix) 삽입을 통해, 상기 전송 프레임에서 ISI(Inter-symbol Interference) 및 ICI(Inter-channel Interference)를 제거할 수 있다.
이 때, 상기 연산부는 채널 지연시간보다 큰 CP를 삽입함으로써(이를 테면, IFFT 출력신호 블럭의 끝의 일부를 복사하여 IFFT출력신호 앞부분에 위치시키는 방식을 통해), 상기 전송 프레임에 대한 심볼 간섭 및 채널 간섭 최소화할 수 있다.
상기 연산 과정을 거친 프레임은, 변환부를 통해 상기 CP 삽입으로부터 입력된 디지털신호를 아날로그로 변환한 후, 기저대역신호를 RF(Radio Frequency) 대역으로 변환 및 증폭하여 전송하게 된다.
도 3은 일실시예에 따른 오프셋 보상 장치(100)의 수신부(120)의 구성관계를 나타내는 도면이다.
상기 수신부(120)는 케이블 망을 통해 수신된 수신 신호에 대한 클락 오프셋 및 주파수 오프셋을 추정하여 보상함으로써, 상기 수신 신호의 채널 왜곡을 추정할 수 있다.
도 3을 참조하면, 케이블망을 통해 수신된 RF 신호는 상기 변환부(RF/ADC 변환부)를 통해 기저대역신호로 변환하여 아날로그신호를 디지털신호로 변환될 수 있다.
상기 클락 오프셋 보상부는 뒷단의 클락 오프셋 추정부로부터의 추정값을 이용하여 송수신간의 클락 오프셋을 보상한다.
상기 제1 주파수 보상부는 심볼 동기 및 소수주파수를 추정하고, 이를 이용하여 소수 주파수 오프셋을 보상할 수 있다.
이 경우, 상기 제1 주파수 보상부는, CP(Cyclic Prefix)를 이용하여 OFDM 심볼 동기를 수행하고, 소수주파수 오프셋 추정을 수행한다.
또한, 상기 제1 주파수 보상부는, 상기 소수주파수 오프셋 추정값과 후단의 잔여주파수 오프셋 추정값을 이용하여 소수주파수 오프셋 보상을 수행할 수 있다.
상기 프레임 동기부는 제1 주파수 오프셋 보상부로부터 입력되는 신호에서 CP를 제거한 후, 시간영역신호를 주파수영역신호로 변환하고, 파일럿 신호 패턴을 이용하여 정수 주파수 동기 및 프레임 동기를 수행할 수 있다.
상기 제2 주파수 오프셋 보상부에서는 앞단의 제1 주파수 오프셋 보상부에서의 소수주파수 오프셋 보상 후 남겨진 잔여주파수에 대한 오프셋을 추정하며, 이 추정값은 잔여주파수 오프셋 보상 및 앞단(제1 주파수 오프셋 보상부)의 소수주파수 보상에 이용될 수 있다.
또한, 상기 제2 주파수 오프셋 보상부는 잔여주파수 오프셋 추정 시 입력된 잔여주파수 오프셋 추정값으로 보상하여 등화부에 넘긴다.
상기 등화부는 미리 알고 있는 파일럿 신호를 이용하여 다중파 간섭에 의한 주파수 선택적 페이딩의 채널 왜곡상태를 추정하며, 채널 왜곡 추정 정보를 이용하여 채널 등화(이를 테면, 1-tap 채널등화)를 수행한다.
상기 채널 왜곡 추정에 있어, FFT 출력의 파일롯 심볼들이 위치한 서브캐리어(주파수 셀) 값을 수신부에서 미리 알고 있는 파일롯 값으로 나누어 줌(이하 모든 나눗셈은 복소수 나눗셈)으로써 해당 서브캐리어에 대한 채널의 왜곡 상태를 추정할 수 있다.
상기 채널 왜곡 추정 및 상기 채널 등화 과정이 수행된 상기 등화부의 출력 신호는 신호 디매핑 과정을 거쳐, 복호화부에서 이진수로 복호화 수행될 수 있다.
도 4는 일실시예에 따른 신호 프레임 구성을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 하나의 프레임은 복수 개의 OFDM 심볼로 구성될 수 있다. 또한, 상기 프레임은 프리앰블 구간과 데이터구간으로 구분되며, 송수신 동기와 다중파 채널왜곡 추정을 위한 파일럿 신호를 포함할 수 있다.
상기 프레임에서 잔여주파수 오프셋 및 클락 오프셋 추정을 위해, 도 4와 같이 OFDM 심볼들의 임의의 서브 캐리어 채널에 연속 파일롯을 삽입할 수 있으며, 이를 테면 OFDM 심볼들 간의 차등변조(혹은 동일한 변조신호)의 파일럿을 삽입할 수 있다.
하나의 OFDM 심볼 내에서의 연속 파일럿의 위치는 주기 혹은 비주기로 배치 가능하다.
다만, 다중 반사파에 의한 채널왜곡 추정을 위해 파일럿을 배치함에 있어, 하나의 OFDM 심볼 내에 나이퀴스 샘플 법칙에 따른 일정 주기마다 파일럿 심볼을 삽입하면 파일럿 수가 많아져 전송효율이 떨어질 수 있다. 따라서, 하나의 OFDM 심볼 내에서 필요한 파일럿을 도 4와 같이 여러 OFDM(이를 테면, 4개의 OFDM 심볼)에 걸쳐 분산되게 배치할 수 있다.
상기 분산 배치는, 채널 왜곡이 비교적 느리게 변화하는 케이블 채널의 특성 때문에 가능하다. 그러나, 잔여주파수 오프셋이 존재하는 경우, 4 OFDM 심볼 간의 위상이 변하여 정확한 채널왜곡 추정이 어려워질 수 있다. 따라서 잔여주파수 오프셋 보상의 정확성이 요구된다.
도 5는 일실시예에 따른 클락 오프셋 추정 과정을 설명하는 도면이다.
상기 클락 오프셋 보상부는, 우선 연속된 두 개의 OFDM 심볼의 연속파일럿 들을 이용하여 각 OFDM 심볼 단위로 클락 주파수 오프셋을 추정할 수 있다.
이를 테면, 첫번째와 두번째에 위치한 두 개의 OFDM 심볼을 이용하여 클락 주파수 오프셋을 추정할 수 있으며, 두 OFDM 심볼의 연속파일럿에 대한 공액복소곱을 수학식 1과 같이 계산할 수 있다.
Figure pat00001
여기서, Conjugate는 복소 공액수를 의미한다.
수학식 1의 결과를 이용하여, 주파수축 상의 위상 변화량을 추정한다. 즉, 주파수 축의 파일럿 서브 캐리어간의 위상 변화량 추정을 수학식 2와 같이 수행할 수 있다.
Figure pat00002
상기 연속파일럿 서브 캐리어간의 위상 변화량 추정값들의 선형변화부분의 기울기를 이용하여 매 OFDM 심볼마다 클락주파수 오프셋을 추정할 수 있다.
상기 연속하는 심볼 사이의 연속 파일럿에 대한 위상 변화는 도 6의 그래프와 같이 표시될 수 있으며, 특히 연속 파일럿 서브캐리어 간의 위상변화량 추정값들의 선형변화는 도 6의 (610)의 기울기와 같다.
상기 기울기에 대한 계산과정은 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00003
여기서, di는 파일럿 간의 거리(주파수 셀의 수)를 의미한다. 또한, 선형구간의 좌측 인덱스는 Linear Min으로 나타내고, 우측 인덱스는 Linear Max로 나타낸다. 그리고, FFT 크기는 FFTsize로, CP의 크기를 CPsize로 각각 나타낸다.
이어서, 두번째와 세번째의 두 OFDM 심볼을 이용하여 위의 과정을 수행하여 클락 주파수오프셋 c2를 추정할 수 있다. 마찬가지로, 세번째와 네번째의 두 OFDM 심볼을 이용하여 클락 주파수 오프셋 c3를 추정할 수 있으며, 이러한 계산 과정 반복을 통해 클락 주파수 오프셋 추정값들을 획득할 수 있다.
복수 개(도 5에서는 M개로 표시)의 OFDM 심볼들에 대한 클락 오프셋 추정 값의 순차적 평균을 통해, 매 OFDM 단위마다 평균 클락 오프셋(mean_clock_offsetm)을 계산할 수 있다. 상기 평균 클락 오프셋은 수학식 4와 같이 계산될 수 있다.
Figure pat00004
이러한 방식으로 추정된 클락 오프셋 값을 이용하여, 클락 오프셋 보상이 수행된다.
한편, 평균 클락 오프셋을 보상하게 되면, 송수신 오프셋이 작아져 이후 평균 클락 오프셋 추정값은 매우 작은 값을 유지하면서 서서히 변하는 오프셋을 따라가게 된다.
그러나, 큰 버스트 잡음(Burst Noise)이 순간적으로 발생하는 경우, 이 버스트 잡음에 의하여 각 OFDM 심볼의 클락 오프셋 추정값(Ck)이 정상상태의 평균 클락 오프셋 추정과 큰 차이를 보이게 되어, OFDM 심볼 들의 순차적 평균에 의해서도 실제 클락 오프셋과 많은 차이를 보이게 된다.
또한, 버스트잡음은 큰 값을 가질 수 있어, 계속하여 다음 순차적 평균 들에도 작용하여 버스트 잡음이 발생한 구간보다 훨씬 긴 구간 동안 연속된 큰 신호왜곡을 일으킬 수 있으며, 이에 따라 이후 강력한 오류정정부호기로도 오류를 극복하기 어려운 상황이 발생될 위험이 있다.
이를 극복하기 위해, 정상적으로 신호가 수신되고 있는지를 평가하여 정상적으로 신호가 수신되고 있으면 버스트잡음의 출현에 대비해 다음과 같은 버스트잡음 영향 축소 필터링 과정을 추가로 거치게 할 수 있다.
이를 테면, 버스트잡음 영향 축소 필터링 과정을 통해, 각 OFDM 심볼의 클락 오프셋값(Ck)과 정상 동작시의 평균 클락 오프셋 값의 차이의 절대값이 임의의 임계값을 넘으면 이전 OFDM 심볼의 클락 오프셋 값(Ck -1)으로 대치할 수 있다.
이 경우, 상기 임계값은 사용하는 변조레벨에 따라 차등을 두어 설정될 수 있으며, 시뮬레이션에 의하여 적당한 값의 추천도 가능하다.
상기 버스트잡음 영향 축소 필터링 과정을 거친 이후, 복수(도 5에서는 M개로 표시)의 OFDM 심볼들의 클락 오프셋 추정 값의 순차적 평균을 통하여 평균 클락 오프셋을 계산할 수 있다.
이러한 방식으로 추정된 평균 클락 오프셋 값은 상술한 바와 같이, 클락 오프셋 보상 시 이용되어, 송수신 클락 오프셋 보상이 수행된다.
도 7은 일실시예에 따른 주파수 오프셋 추정 과정을 설명하는 도면이다.
상기 제2 주파수 보상부는, 우선 연속된 두 개의 OFDM 심볼의 연속파일럿 들을 이용하여 각 OFDM 심볼 단위로 클락 주파수 오프셋을 추정할 수 있다.
이를 테면, 첫번째와 두번째에 위치한 두 개의 OFDM 심볼을 이용하여 잔여 주파수 오프셋을 추정할 수 있으며, 두 OFDM 심볼의 연속파일럿에 대한 공액복소곱을 수학식 5와 같이 계산할 수 있다.
Figure pat00005
여기서, N은 하나의 OFDM 심볼에 있는 연속파일럿의 수를 의미한다.
수학식 5의 결과를 수학식 6과 같이, OFDM 심볼내의 주파수축 상의 모든 연속파일럿에서 수학식 5에서 구한 값(ai)을 합한 후, 이 값의 위상을 구하여 매 OFDM 심볼마다 잔여 주파수 오프셋 f1을 추정할 수 있다.
Figure pat00006
이어서, 두번째와 세번째의 두 OFDM 심볼을 이용하여 위의 과정을 수행하여 잔여주파수 오프셋 f2를 추정할 수 있다. 마찬가지로, 세번째와 네번째의 두 OFDM 심볼을 이용하여 잔여주파수 오프셋 f3를 추정할 수 있으며, 이러한 과정을 반복하여 복수 개의 잔여주파수 오프셋 값을 획득할 수 있다.
복수 개(도 7에서는 M개로 표시)의 OFDM 심볼들의 잔여주파수 오프셋 추정 값의 순차적 평균을 통하여 평균 잔여주파수 오프셋을 계산할 수 있으며, 이는 수학식 7과 같이 계산될 수 있다.
Figure pat00007
이러한 방식으로 추정된 잔여주파수 오프셋 값을 이용하여, 잔여주파수 오프셋 보상이 수행된다. 또한, 상기 잔여주파수 오프셋 값은 소수주파수 오프셋 보상 과정에도 이용될 수 있다.
한편, 평균 클락 오프셋 추정값은 작은 값을 유지하면서 서서히 변하는 오프셋을 따라가게 된다. 그러나, 큰 버스트 잡음(Burst Noise)이 존재하는 경우, 이 버스트 잡음에 의하여 각 OFDM 심볼의 잔여주파수 오프셋 추정값(fk)이 정상상태의 평균 잔여주파수 오프셋 추정과 큰 차이를 보이게 되어, OFDM 심볼 들의 순차적 평균에 의해서도 실제 잔여주파수 오프셋과 많은 차이를 보이게 된다.
또한, 버스트잡음은 큰 값을 가질 수 있어, 계속하여 다음 순차적 평균 들에도 작용하여 버스트 잡음이 발생한 구간보다 훨씬 긴 구간 동안 연속된 큰 신호왜곡을 일으킬 수 있으며, 이에 따라 이후 강력한 오류정정부호기로도 오류를 극복하기 어려운 상황이 발생될 위험이 있다.
이를 극복하기 위해, 정상적으로 신호가 수신되고 있는지를 평가하여 정상적으로 신호가 수신되고 있으면 버스트잡음의 출현에 대비해 다음과 같은 버스트잡음 영향 축소 필터링 과정을 추가로 거치게 할 수 있다.
이를 테면, 버스트잡음 영향 축소 필터링 과정을 통해, 각 OFDM 심볼의 잔여주파수 오프셋 값(fk)과, 정상 동작시의 평균 잔여주파수 오프셋 값의 차이의 절대값이 임의의 임계값을 넘으면 이전 OFDM 심볼의 잔여주파수 오프셋 값(fk -1)으로 대치할 수 있다.
상기 버스트잡음 영향 축소 필터링 과정을 거친 이후, 복수(도 7에서는 M개로 표시)의 OFDM 심볼들의 잔여주파수 오프셋 추정 값의 순차적 평균을 통하여 평균 잔여주파수 오프셋을 계산할 수 있다.
이러한 방식으로 추정된 잔여주파수 오프셋 값은 상술한 바와 같이, 잔여주파수 오프셋 보상 시 이용되며, 이러한 과정은 하나의 프레임이 종료될 때까지 계속된다.
도 8은 일실시예에 따른 고차변조 OFDM 전송에서 수신 신호에 대한 오프셋 보상 방법을 도시하는 흐름도이다.
단계 810에서는, 상기 클락 오프셋 보상부가 상기 수신 신호의 클락 오프셋을 추정하여 송수신간의 클락 오프셋을 보정한 제1 신호를 생성할 수 있다.
상기 수신 신호는, 복수 개의 심볼들을 포함하는 프레임 구조일 수 있다.
상기 클락 오프셋 보상부는 단계 810에서, 상기 복수 개의 심볼들 중 연속된 두 개의 심볼에 포함된 연속 파일럿을 이용하여 상기 클락 오프셋을 추정할 수 있다.
단계 820에서는, 상기 제1 주파수 보상부가 상기 제1 신호에 대한 심볼 동기를 수행하고, 소수주파수의 오프셋을 추정하여 보상한 제2 신호를 생성할 수 있다.
단계 830에서는, 상기 프레임 동기부가 상기 제2 신호를 주파수 영역 신호로 변환하여, 주파수 동기 및 프레임 동기화를 수행할 수 있다.
단계 840에서는, 상기 제2 주파수 보상부가 상기 동기화된 제2 신호의 잔여주파수 오프셋을 추정하여 보상한 제3 신호를 생성할 수 있다.
이 경우, 상기 제1 주파수 보상부는 단계 820에서, 상기 동기화된 제2 신호의 잔여주파수 오프셋에 연관된 피드백 신호를 이용하여, 상기 제2 신호를 생성할 수 있다.
또한, 상기 제2 주파수 보상부는 단계 840에서, 상기 제3 신호를 생성하는 단계는, 상기 제3 신호에 대한 버스트 잡음 필터링을 수행할 수 있다.
단계 850에서는, 상기 제3 신호를 이용하여 상기 수신 신호의 채널 왜곡 추정 및 채널 등화(Equalizing)를 수행할 수 있다.
도 9는 일실시예에 따른 고차변조 OFDM 전송에서 오프셋 보상을 위한 프레임 구성 방법을 도시하는 흐름도이다.
단계 910에서는, 상기 프레임 구성부가 송수신 동기 및 다중파 채널 왜곡 추정을 위한 파일럿 신호를 포함하여 프레임을 구성할 수 있다.
상기 프레임 구성부는 단계 910에서, 복수 개의 심볼들에 포함된 서브캐리어 채널에 연속 파일럿 신호를 삽입하여 상기 프레임을 구성할 수 있다.
단계 920에서는, 상기 연산부가 상기 프레임에 대한 블록 단위 연산을 수행하여 주파수 영역 신호를 시간 영역 신호로 변환하고, 채널 간섭을 제거할 수 있다.
단계 930에서는, 상기 변환부가 상기 연산된 프레임에 대한 디지털 신호를 아날로그로 변환하고, RF(Radio Frequeny) 대역으로 변환 및 증폭하여 전송할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (16)

  1. 고차변조 OFDM 전송에서의 오프셋 보상 장치에 있어서,
    송수신 동기 및 채널 왜곡 추정을 위한 파일럿 신호를 프레임으로 구성하여 전송하는 송신부; 및
    수신 신호에 대한 클락 오프셋 및 주파수 오프셋을 추정하여 보상함으로써, 상기 수신 신호의 채널 왜곡을 추정하는 수신부
    를 포함하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 송신부는,
    송수신 동기 및 다중파 채널 왜곡 추정을 위한 파일럿 신호를 포함하여 프레임을 구성하는 프레임 구성부;
    상기 프레임에 대한 블록 단위 연산을 수행하여 주파수 영역 신호를 시간 영역 신호로 변환하고, 채널 간섭을 제거하는 연산부; 및
    상기 연산된 프레임에 대한 디지털 신호를 아날로그로 변환하고, RF(Radio Frequeny) 대역으로 변환 및 증폭하여 전송하는 변환부
    를 포함하는 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 프레임 구성부는,
    복수 개의 심볼들에 포함된 서브캐리어 채널에 연속 파일럿 신호를 삽입하여 상기 프레임을 구성하는 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수신부는,
    수신 신호의 클락 오프셋을 추정하여 송수신간의 클락 오프셋을 보정한 제1 신호를 생성하는 클락 오프셋 보상부;
    상기 제1 신호에 대한 심볼 동기를 수행하고, 소수주파수의 오프셋을 추정하여 보상한 제2 신호를 생성하는 제1 주파수 보상부;
    상기 제2 신호를 주파수 영역 신호로 변환하여, 주파수 동기 및 프레임 동기화를 수행하는 프레임 동기부;
    상기 동기화된 제2 신호의 잔여주파수 오프셋을 추정하여 보상한 제3 신호를 생성하는 제2 주파수 보상부; 및
    상기 제3 신호를 이용하여 상기 수신 신호의 채널 왜곡 추정 및 채널 등화(Equalizing)를 수행하는 등화부
    를 포함하는 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 수신부는, 상기 수신 신호를 기저대역 신호로 변환하여, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 변환부를 더 포함하는 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 주파수 보상부는,
    상기 제2 주파수 보상부에서 추정된 상기 동기화된 제2 신호의 잔여주파수 오프셋에 연관된 피드백 신호를 이용하여, 상기 제2 신호를 생성하는 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 수신 신호는, 복수 개의 심볼들을 포함하는 프레임 구조인 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 클락 오프셋 보상부는, 상기 수신 신호에 포함된 복수 개의 심볼들 중 연속된 두 개의 심볼에 포함된 연속 파일럿을 이용하여 상기 클락 오프셋을 추정하는 장치.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 제2 주파수 보상부는, 상기 제3 신호에 대한 버스트 잡음 필터링을 수행하는 장치.
  10. 고차변조 OFDM 전송에서 수신 신호에 대한 오프셋 보상 방법에 있어서,
    상기 수신 신호의 클락 오프셋을 추정하여 송수신간의 클락 오프셋을 보정한 제1 신호를 생성하는 단계;
    상기 제1 신호에 대한 심볼 동기를 수행하고, 소수주파수의 오프셋을 추정하여 보상한 제2 신호를 생성하는 단계;
    상기 제2 신호를 주파수 영역 신호로 변환하여, 주파수 동기 및 프레임 동기화를 수행하는 단계;
    상기 동기화된 제2 신호의 잔여주파수 오프셋을 추정하여 보상한 제3 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 제3 신호를 이용하여 상기 수신 신호의 채널 왜곡 추정 및 채널 등화(Equalizing)를 수행하는 단계
    를 포함하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 수신 신호는, 복수 개의 심볼들을 포함하는 프레임 구조인 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 신호를 생성하는 단계는, 상기 복수 개의 심볼들 중 연속된 두 개의 심볼에 포함된 연속 파일럿을 이용하여 상기 클락 오프셋을 추정하는 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제2 신호를 생성하는 단계는,
    상기 동기화된 제2 신호의 잔여주파수 오프셋에 연관된 피드백 신호를 이용하여, 상기 제2 신호를 생성하는 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 제3 신호를 생성하는 단계는, 상기 제3 신호에 대한 버스트 잡음 필터링을 수행하는 방법.
  15. 고차변조 OFDM 전송에서 오프셋 보상을 위한 프레임 구성 방법에 있어서,
    송수신 동기 및 다중파 채널 왜곡 추정을 위한 파일럿 신호를 포함하여 프레임을 구성하는 단계;
    상기 프레임에 대한 블록 단위 연산을 수행하여 주파수 영역 신호를 시간 영역 신호로 변환하고, 채널 간섭을 제거하는 단계; 및
    상기 연산된 프레임에 대한 디지털 신호를 아날로그로 변환하고, RF(Radio Frequeny) 대역으로 변환 및 증폭하여 전송하는 단계
    를 포함하는 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 프레임을 구성하는 단계는,
    복수 개의 심볼들에 포함된 서브캐리어 채널에 연속 파일럿 신호를 삽입하여 상기 프레임을 구성하는 방법.
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Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20130410

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