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KR20180052003A - Ofdm 시스템에서 단일 탭 등화기를 이용한 부반송파의 왜곡 보상 방법 및 그를 위한 장치 - Google Patents

Ofdm 시스템에서 단일 탭 등화기를 이용한 부반송파의 왜곡 보상 방법 및 그를 위한 장치 Download PDF

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KR20180052003A
KR20180052003A KR1020160149028A KR20160149028A KR20180052003A KR 20180052003 A KR20180052003 A KR 20180052003A KR 1020160149028 A KR1020160149028 A KR 1020160149028A KR 20160149028 A KR20160149028 A KR 20160149028A KR 20180052003 A KR20180052003 A KR 20180052003A
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South Korea
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distortion
signal
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value
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Ceased
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KR1020160149028A
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Inventor
이명수
조영수
김근영
나용수
Original Assignee
주식회사 에치에프알
주식회사 크로스웍스
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Publication date
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Abstract

OFDM 시스템에서 단일 탭 등화기를 이용한 부반송파의 왜곡 보상 방법 및 그를 위한 장치를 개시한다.
적어도 하나의 데이터 부반송파 채널에 포함된 수신 파일럿 신호를 추출하고, 기 설정된 송신 파일럿 신호와 수신 파일럿 신호를 비교하여 산출된 왜곡 벡터값을 이용하여 데이터 부반송파 채널 각각에 대한 왜곡 보상값을 산출하며, 왜곡 보상값을 데이터 신호에 적용하여 왜곡을 보상하는 단일 탭 등화기를 이용한 부반송파의 왜곡 보상 방법 및 그를 위한 장치에 관한 것이다.

Description

OFDM 시스템에서 단일 탭 등화기를 이용한 부반송파의 왜곡 보상 방법 및 그를 위한 장치{Method and Apparatus for Distortion Compensation of Subcarrier in Orthogonal Frequency Division Multiplexing System}
본 실시예는 OFDM 시스템에서 단일 탭 등화기를 이용한 부반송파의 왜곡 보상 방법 및 그를 위한 장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
최근 유/무선 채널에서 고속데이터 전송에 유용한 방식으로 사용되고 있는 OFDM 방식은, 멀티캐리어(Multicarrier)를 사용하여 데이터를 전송하는 방식으로서, 직렬로 입력되는 심벌(Symbol)열을 병렬 변환하여 이들 각각을 상호 직교성(Orthogonality)을 갖는 다수의 부반송파(Subcarrier)들로 변조하여 전송하는 멀티캐리어 변조(MCM, Multi Carrier Modulation) 방식의 일종이다.
OFDM 방식은 보호구간(Guard interval) 사용과, CP(Cyclic Prefix) 보호구간 삽입 방식이 알려지면서 다중경로 및 지연확산(Delay spread)에 대한 시스템의 부정적 영향을 더욱 감소시키게 되었다. 또한, OFDM 방식은 고속 푸리에 변환(FFT, Fast Fourier Transform)과 역 고속 푸리에 변환(IFFT, Inverse Fast Fourier Transform)을 포함한 각종 디지털 신호 처리 기술에 힘입어 매우 빠른 발전을 거듭하고 있다.
OFDM 방식은 다수개의 부반송파들 간의 직교성을 유지하여 전송함으로써 고속 데이터 전송 시 최적의 전송 효율을 얻을 수 있는 특징을 가진다. 또한 주파수 사용 효율이 좋고 다중 경로 페이딩(Multi-Path Fading)에 강한 특성이 있어 고속 데이터 전송 시 최적의 전송 효율을 얻을 수 있다는 특징을 가진다. 또한, 주파수 스펙트럼을 중첩하여 사용하므로 주파수 사용이 효율적이고, 주파수 선택적 페이딩(Frequency Selective Fading)에 강하고, 다중경로 페이딩에 강하고, 보호구간을 이용하여 심벌간 간섭(ISI, Inter Symbol Interference) 영향을 줄일 수 있으며, 하드웨어적으로 등화기 구조를 간단하게 설계하는 것이 가능하며, 임펄스(Impulse)성 잡음에 강하다는 장점을 가지고 있어서 통신시스템 구조에 적극 활용되고 있는 추세에 있다.
이러한 OFDM 방식에 기반한 다중 접속 방식이 OFDMA 방식이다. OFDMA 방식은 한 개의 OFDM 심벌(Symbol) 내의 부반송파들을 다수의 사용자들, 즉 다수의 단말기들이 분할하여 사용하는 방식이다.
한편, 광대역 무선 통신 시스템에서는 송신기가 송신한 송신 신호는 무선 채널을 통과하면서 왜곡되고, 수신기는 왜곡된 송신신호를 수신하게 된다. 또한 송신기의 송신신호가 수신기에 전달되기까지 채널 상의 문제 등으로 인해 송신신호가 수신기에 전달되기 이전에 손실되거나, 송신신호가 왜곡되어 수신되는 등의 문제가 발생할 수 있다. 이에 광대역 무선 통신 시스템에서는 수신기의 수신 성능을 향상시키기 위한 여러 가지 대안이 연구 개발되고 있다.
본 실시예는 적어도 하나의 데이터 부반송파 채널에 포함된 수신 파일럿 신호를 추출하고, 기 설정된 송신 파일럿 신호와 수신 파일럿 신호를 비교하여 산출된 왜곡 벡터값을 이용하여 데이터 부반송파 채널 각각에 대한 왜곡 보상값을 산출하며, 왜곡 보상값을 데이터 신호에 적용하여 왜곡을 보상하는 단일 탭 등화기를 이용한 부반송파의 왜곡 보상 방법 및 그를 위한 장치를 제공하는 데 주된 목적이 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼에 포함된 데이터 부반송파 채널의 왜곡을 보상하는 장치에 있어서, 적어도 하나의 데이터 부반송파 채널 각각으로부터 수신 파일럿(Pilot) 신호를 추출하는 파일럿 신호 추출부; 기 설정된 송신 파일럿 값을 이용하여 적어도 하나의 상기 수신 파일럿 신호에 대한 왜곡 벡터값을 산출하여 채널을 추정하는 채널 추정부; 상기 왜곡 벡터값을 이용하여 적어도 하나의 데이터 부반송파 채널 각각에 대한 왜곡 보상값을 산출하는 보상값 산출부; 상기 왜곡 보상값을 상기 적어도 하나의 데이터 부반송파 채널 각각으로 전송하는 보상값 처리부; 및 상기 왜곡 보상값에 근거하여 적어도 하나의 데이터 부반송파 채널 각각에 대한 데이터 신호의 왜곡을 보상하는 왜곡 보상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 왜곡 보상 장치를 제공한다.
또한, 본 실시예의 다른 측면에 의하면, OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼에 포함된 데이터 부반송파 채널의 왜곡을 보상하는 방법에 있어서, 적어도 하나의 데이터 부반송파 채널 각각으로부터 수신 파일럿(Pilot) 신호를 추출하는 파일럿 신호 추출과정; 기 설정된 송신 파일럿 값을 이용하여 적어도 하나의 상기 수신 파일럿 신호에 대한 왜곡 벡터값을 산출하여 채널을 추정하는 채널 추정과정; 상기 왜곡 벡터값을 이용하여 적어도 하나의 데이터 부반송파 채널 각각에 대한 왜곡 보상값을 산출하는 보상값 산출과정; 상기 왜곡 보상값을 상기 적어도 하나의 데이터 부반송파 채널 각각으로 전송하는 보상값 처리과정; 및 상기 왜곡 보상값에 근거하여 적어도 하나의 데이터 부반송파 채널 각각에 대한 데이터 신호의 왜곡을 보상하는 왜곡 보상과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 탭 등화기를 이용한 부반송파의 왜곡 보상 방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 데이터 신호의 왜곡을 대폭 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한, 왜곡 보상 장치를 이용하여 부반송파 채널의 데이터 신호의 왜곡을 정확하게 보상할 수 있으며, 고품질의 OFDM 통신성능을 보장할 수 있는 효과가 있다.
또한, 왜곡 보상 장치는 모든 부반송파 채널에 대한 파일럿 신호를 이용하여 왜곡을 보상함으로써, 정확하게 왜곡을 보상할 수 있는 효과가 있다.
또한, 왜곡 보상 장치는 왜곡을 보상하기 위한 연산량을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 OFDM 기반의 무선통신시스템을 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 수신기에 포함된 등화기를 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 등화기에서 부반송파 채널의 왜곡을 보상하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4 및 도 5는 본 실시예에 따른 부반송파 채널의 왜곡을 보상하는 동작을 개략적으로 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 실시예에 따른 16 개의 부반송파 채널 기반의 등화기에서 왜곡을 보상 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
도 7은 본 실시예에 따른 부반송파 채널의 왜곡을 보상하는 등화기의 동작을 개략적으로 설명하기 위한 예시도이다.
도 8은 본 실시예에 따른 부반송파 채널의 왜곡을 보상하는 등화기를 구체화한 예시도이다.
도 9는 본 실시예에 따른 부반송파 채널의 왜곡을 보상하기 위한 파일럿 신호를 나타낸 예시도이다.
도 10은 본 실시예에 따른 등화기에서 왜곡이 보상된 신호를 나타낸 예시도이다.
이하, 본 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 실시예에 따른 OFDM 기반의 무선통신시스템을 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
본 실시예에 따른 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 기반의 무선통신시스템(100)은 광대역 데이터를 송신하는 OFDM 송신기(110) 및 광대역 데이터를 수신하는 OFDM 수신기(120)를 포함한다. OFDM 수신기(120)는 RF 통신부(130), ADC(140), FFT(150), 등화기(160) 및 복조기(170)를 포함한다.
OFDM 송신기(110)는 복수의 변조 데이터를 생성하고, 부반송파(Subcarrier) 채널에 매핑(Mapping)한다. OFDM 송신기(110)는 부반송파 채널 중 일부를 파일럿 채널로 설정하고, 파일럿 채널에 파일럿(Pilot) 신호를 삽입한다. 여기서, 파일럿 신호는 실제 데이터를 포함하지 않으며, 채널 추정, 동기화, 정보 획득, 왜곡 보상 등을 위해 삽입된 신호를 의미한다.
OFDM 송신기(110)는 부반송파 채널에 포함된 신호를 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 연산처리하여 시간영역의 샘플데이터를 출력하고, 샘플데이터에 보호구간(CP: Cyclic Prefix)을 추가하여 OFDM 심볼(Symbol)을 발생한 후 발생된 OFDM 심볼을 아날로그 신호로 변환한 광대역 데이터를 OFDM 수신기(120)로 송신한다.
OFDM 송신기(110)는 적어도 하나의 데이터 부반송파 채널에 송신 파일럿 신호를 포함하는 데이터 신호를 송신한다. 여기서, 송신 파일럿 신호는 동일한 값을 갖는 신호일 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
OFDM 수신기(120)는 OFDM 송신기(110)로부터 광대역 데이터를 수신한다.
RF 통신부(130)는 OFDM 송신기(110)로부터 송신한 광대역 데이터를 수신한다. 여기서, 광대역 데이터는 다중 경로 채널(Multipath Channel)을 경유하여 잡음(Noise) 성분이 가산된 형태로 수신된다. RF 통신부(130)는 수신된 광대역 데이터를 중간 주파수(IF, Intermediate Frequency) 대역 혹은 DC 근처의 영역으로 다운 컨버팅(Down Converting)한 아날로그 신호를 ADC(140)로 출력한다.
ADC(140)는 아날로그 신호를 샘플링하여 디지털 신호로 변환한다. 다시 말해, ADC(140)는 RF 통신부(130)로부터 출력된 아날로그 신호를 획득하여 디지털 변환한 샘플데이터를 FFT(150)로 출력한다. 여기서, 샘플데이터는 보호구간(CP: Cyclic Prefix)을 제거하는 보호구간 제거기(미도시)를 경유하여 FFT(150)로 출력될 수 있다.
FFT(150)는 샘플 데이터를 FFT(Fast Fourier Transform) 연산처리하여 주파수 영역의 OFDM 심볼을 생성한다.
등화기(160)는 FFT(150) 및 복조기(170) 사이에 위치하며, FFT(150)의 출력단에서 출력되는 부반송파 채널에 포함된 데이터의 왜곡을 보상하는 동작을 수행한다.
본 실시예에 따른 등화기(160)는 적어도 하나의 데이터 부반송파 채널에 포함된 수신 파일럿 신호를 추출한다. 등화기(160)는 기 설정된 송신 파일럿 신호와 수신 파일럿 신호를 비교하여 왜곡 벡터값을 산출하고, 산출된 왜곡 벡터값을 이용하여 데이터 부반송파 채널 각각에 대한 왜곡 보상값을 산출한다.
등화기(160)는 산출된 왜곡 보상값을 데이터 신호에 적용하여 왜곡이 보상된 데이터 신호를 생성하여 복조기(179)로 전송한다. 등화기(160)에서 왜곡을 보상하는 동작은 도 2에서 자세히 설명하도록 한다.
복조기(170)는 등화기(160)에서 왜곡이 보상된 데이터 신호를 OFDM 송신기(110)에서 사용된 변조 방식 예컨대, QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 방식으로 복조한다.
도 2는 본 실시예에 따른 수신기에 포함된 등화기를 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
본 실시예에 따른 등화기(160)는 파일럿 신호 추출부(210), 채널 추정부(220), 보상값 산출부(230), 보상값 처리부(240) 및 왜곡 보상부(250)를 포함한다. 여기서, 등화기(160)는 OFDM 수신기(120)에 포함된 등화기일 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, OFDM 수신기(120) 내부 또는 외부에 구비되어 데이터 신호에 포함된 신호왜곡을 보상하기 위한 왜곡 보상 장치로 구현될 수 있다.
파일럿 신호 추출부(210)는 데이터 부반송파 채널에서 수신 파일럿 신호를 추출한다. 다시 말해, 파일럿 신호 추출부(210)는 OFDM 심볼에 포함된 파일럿 채널로부터 I/Q 신호를 획득하여 소정의 시퀀스(Sequence)에 해당하는 수신 파일럿 신호를 추출한다. 여기서, 수신 파일럿 신호는 OFDM 송신기(110)에서 부반송파 채널에 삽입된 송신 파일럿 신호를 수신한 신호를 의미한다. 수신 파일럿 신호는 송신 파일럿 신호가 삽입된 순서대로 수신되며, 각각의 수신 파일럿 신호는 I/Q 신호를 포함한다. 수신 파일럿 신호는 OFDM 송신기(110)로부터 수신되는 과정에서 왜곡이 발생한다. 즉, 수신 파일럿 신호에는 왜곡 신호가 포함되어 있다.
파일럿 신호 추출부(210)는 적어도 하나의 데이터 부반송파 채널에 대해 k(1 ≤ k ≤ m, k는 자연수, m은 부반송파 채널 수) 개의 수신 파일럿 신호를 추출할 수 있다. 모든 데이터 부반송파 채널에 수신 파일럿 신호가 존재하는 경우 신호의 피크(Peak)가 발생하므로, 적어도 하나의 데이터 부반송파 채널 중 k(1 ≤ k ≤ m, k는 자연수, m은 부반송파 채널 수) 개의 채널에 포함된 수신 파일럿 신호를 추출한다. 예를 들어, 파일럿 신호 추출부(210)는 128 개의 데이터 부반송파 채널에 대해 14 번에 나누어 송신된 송신 파일럿 신호를 수신 파일럿 신호로서 추출할 수 있다.
채널 추정부(220)는 수신 파일럿 신호에 근거하여 데이터 부반송파 채널의 왜곡 상태를 추정하는 동작을 수행한다.
채널 추정부(220)는 기 설정된 송신 파일럿 값을 이용하여 수신 파일럿 신호에 대한 왜곡 벡터값을 산출하고, 왜곡 벡터값에 근거하여 데이터 부반송파 채널의 왜곡 상태를 추정한다. 더 자세히 설명하자면, 채널 추정부(220)는 OFDM 송신기(110)에서 송신된 송신 파일럿 신호의 송신 파일럿 값과 수신 파일럿 신호의 수신 파일럿 값을 비교하여 수신 파일럿 신호의 왜곡 벡터값을 산출한다. 여기서, 적어도 하나의 데이터 부반송파 채널 각각의 송신 파일럿 신호는 서로 동일한 값을 갖을 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, +(Positive), -(Negative), 0(Zero) 등의 값으로 조합된 파일럿 신호일 수 있다. 예를 들어, 데이터 부반송파 채널 각각의 송신 파일럿 신호는 '1' 값으로 동일한 송신 파일럿 값을 갖으며, 채널 추정부(220)는 '1' 값을 갖는 송신 파일럿 신호의 값과 수신 파일럿 신호의 값을 비교하여 왜곡 벡터값을 산출할 수 있다. 한편, 데이터 부반송파 채널 각각의 송신 파일럿 신호는 '1', '-1', '1' ... , '-1' 등의 값을 갖는 송신 파일럿 값과 수신 파일럿 신호의 값을 비교하여 왜곡 벡터값을 산출할 수 있다.
채널 추정부(220)는 적어도 하나의 데이터 부반송파 채널에 대해 추출된 k(1 ≤ k ≤ m, k는 자연수, m은 부반송파 채널 수) 개의 수신 파일럿 신호를 이용하여 왜곡 벡터값을 산출하는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 채널 추정부(220)는 128 개의 데이터 부반송파 채널에 대해 14 개의 수신 파일럿 신호를 이용하여 왜곡 벡터값을 산출할 수 있다.
채널 추정부(220)는 적어도 하나의 데이터 부반송파 채널에 대해 k 개의 수신 파일럿 신호 각각의 왜곡값의 평균을 계산하여 왜곡 벡터값으로 산출할 수 있다.
보상값 산출부(230)는 왜곡 벡터값을 이용하여 데이터 부반송파 채널 각각에 대한 데이터 신호의 신호왜곡을 보상하기 위한 왜곡 보상값을 산출한다. 여기서, 보상값 산출부(230)는 왜곡 벡터값의 역수값을 계산하여 왜곡 보상값을 산출하는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
보상값 산출부(230)는 왜곡 보상값을 산출하기 위한 프로세싱 시간(Processing Time)이 설정된다. 다시 말해, 보상값 산출부(230)는 프로세싱 시간(Processing Time)을 적어도 하나의 데이터 부반송파 채널의 채널 변경 시간(Channel Varying Time) 미만으로 설정한다.
보상값 산출부(230)는 데이터 부반송파 채널 각각에 대한 왜곡 보상값을 산출하며, 각각의 왜곡 보상값은 I 신호에 대한 제1 보상값 및 Q 신호에 대한 제2 보상값을 포함할 수 있다.
보상값 처리부(240)는 왜곡 보상값을 데이터 부반송파 채널 각각으로 전송한다. 보상값 처리부(240)는 왜곡 보상값을 적어도 하나의 데이터 부반송파 채널 각각으로 전송한다.
보상값 처리부(240)는 왜곡 보상값에 포함된 제1 보상값 및 제2 보상값을 각각 분리하여 전송할 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 왜곡 보상부(250)로 각각의 데이터 부반송파 채널 각각에 대한 왜곡 보상값을 전송할 수 있다.
왜곡 보상부(250)는 보상값 처리부(240)로부터 수신된 왜곡 보상값에 근거하여 데이터 부반송파 채널 각각에 대한 데이터 신호의 신호왜곡을 보상한다.
왜곡 보상부(250)는 OFDM 송신기(110)로부터 왜곡신호가 포함된 제1 데이터 신호를 수신하고, 제1 데이터 신호에 왜곡 보상값을 적용하여 왜곡신호가 보상된 제2 데이터 신호를 생성한다.
왜곡 보상부(250)는 제1 데이터 신호에 포함된 I/Q 신호 각각에 왜곡 보상값에 포함된 제1 보상값 및 제2 보상값을 적용하여 제2 데이터 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 왜곡 보상부(250)는 제1 데이터 신호의 I 신호에 제1 보상값을 적용하고 제1 데이터 신호의 Q 신호에 제2 보상값을 적용하여 제2 데이터 신호의 I 신호를 생성한다. 또한, 왜곡 보상부(250)는 제1 데이터 신호의 I 신호에 제2 보상값을 적용하고 제1 데이터 신호의 Q 신호에 제1 보상값을 적용하여 제2 데이터 신호의 Q 신호를 생성한다.
왜곡 보상부(250)는 제2 데이터 신호를 복조기(170)로 전송하여 제2 데이터 신호가 복조되도록 한다.
도 3은 본 실시예에 따른 등화기에서 부반송파 채널의 왜곡을 보상하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
등화기(160)는 데이터 부반송파 채널 각각에 대한 수신 파일럿 신호를 추출한다(S310). 등화기(160)는 OFDM 심볼에 포함된 파일럿 채널로부터 I/Q 신호를 획득하여 소정의 시퀀스(Sequence)에 해당하는 수신 파일럿 신호를 추출한다. 여기서, 수신 파일럿 신호는 OFDM 송신기(110)에서 부반송파 채널에 삽입된 송신 파일럿 신호를 수신한 신호를 의미한다.
등화기(160)는 적어도 하나의 데이터 부반송파 채널에 대해 k(1 ≤ k ≤ m, k는 자연수, m은 부반송파 채널 수) 개의 수신 파일럿 신호를 추출한다.
등화기(160)는 수신 파일럿 신호에 대한 왜곡 벡터값을 산출하여 채널의 왜곡 상태를 추정한다(S320). 등화기(160)는 기 설정된 송신 파일럿 값을 이용하여 수신 파일럿 신호에 대한 왜곡 벡터값을 산출하고, 왜곡 벡터값에 근거하여 데이터 부반송파 채널의 왜곡 상태를 추정한다. 다시 말해, 등화기(160)는 OFDM 송신기(110)에서 송신된 송신 파일럿 신호의 송신 파일럿 값과 수신 파일럿 신호의 수신 파일럿 값을 비교하여 수신 파일럿 신호의 왜곡 벡터값을 산출한다. 여기서, 적어도 하나의 데이터 부반송파 채널 각각의 송신 파일럿 신호는 서로 동일한 송신 파일럿 값을 갖을 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 적어도 하나의 데이터 부반송파 채널 각각의 송신 파일럿 신호는 +(Positive), -(Negative), 0(Zero) 등의 값으로 조합된 파일럿 신호일 수 있다.
등화기(160)는 왜곡 벡터값을 이용하여 데이터 부반송파 채널 각각에 대한 왜곡 보상값을 산출한다(S330). 등화기(160)는 왜곡 벡터값을 이용하여 데이터 부반송파 채널 각각에 대한 데이터 신호의 신호왜곡을 보상하기 위한 왜곡 보상값을 산출한다. 여기서, 등화기(160)는 왜곡 벡터값의 역수값을 계산하여 왜곡 보상값을 산출할 수 있다.
등화기(160)는 각각의 데이터 부반송파 채널에 대한 데이터 신호에 왜곡 보상값을 적용하여 데이터 신호의 왜곡을 보상한다(S340). 등화기(160)는 OFDM 송신기(110)로부터 왜곡신호가 포함된 제1 데이터 신호를 수신하고, 제1 데이터 신호에 왜곡 보상값을 적용하여 왜곡신호가 보상된 제2 데이터 신호를 생성한다.
도 4는 본 실시예에 따른 부반송파 채널의 왜곡을 보상하는 동작을 개략적으로 나타낸 예시도이다.
이하, OFDM 기반의 무선통신시스템(100)에서 부반송파 채널의 왜곡을 보상하기 위한 동작을 도 4를 참고하여 설명하도록 한다.
OFDM 기반의 무선통신시스템(100)에서 OFDM 신호는 주파수 선택성 필터에 의해 영향을 받으며, 부반송파의 대역폭은 데이터 부반송파 채널의 코히어런스(Coherence) 대역폭보다 작게 설계된 것으로 가정한다. 여기서, 무선통신시스템(100)에 포함된 등화기(160)는 하나의 복소수 곱셈으로 표현되는 부반송파 채널 각각의 주파수 플랫 페이딩(Frequency Flat Fading)을 산출하며, 왜곡된 신호에 대한 등화(Equalization)는 각 부반송파 채널마다 동일한 단일 탭(One-Tap)을 이용하여 처리된다.
본 실시예에 따른 무선통신시스템(100)은 주파수 도메인에서 OFDM 등화를 수행한다. 도 4에 도시된 바와 같이, OFDM 송신기(110)를 통해 주파수 도메인에서의 부반송파 벡터(X)를 시간 도메인에서의 데이터 신호(x)로 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 변환을 수행한다(x = IFFT(X)).
OFDM 송신기(110)에서 OFDM 수신기(120)로 데이터 신호(x)가 송신되는 과정에서 데이터 부반송파 채널의 임펄스 응답 벡터(h) 즉, 왜곡신호가 추가된다. 따라서, OFDM 수신기(120)는 데이터 신호(x)와 왜곡신호(h)가 컨볼루션(Convolution, *)된 데이터 신호(y)를 수신한다(y = x * h).
OFDM 수신기(120)는 데이터 신호(y)를 FFT(Fast Fourier Transform) 변환하여 제1 데이터 신호(Y)를 생성한다. 여기서, 제1 데이터 신호(Y)는 Y = FFT(y) = X · H이며, H = FFT(h)이다. 제1 데이터 신호(Y)는 Element Wise-Multiplication(·)을 적용하여 생성된다.
OFDM 수신기(120)에 포함된 등화기(160)는 제1 데이터 신호(Y)에서 파일럿 신호를 추출하고, 파일럿 신호를 이용하여 왜곡신호(H)를 산출하여 부반송파 채널의 왜곡을 추정한다.
등화기(160)는 제1 데이터(Y)에 왜곡신호(H)의 역수를 적용하여 각각의 부반송파 채널의 왜곡을 보상한다. 다시 말해, 등화기(160)는 Z = Y / H = X·H /H를 처리하여 왜곡이 보상된 제2 데이터 신호(Z)를 생성한다. 여기서, 제2 데이터 신호(Z)는 Elements Wise-Division(/)을 적용하여 생성될 수 있다.
도 5는 본 실시예에 따른 부반송파 채널의 왜곡을 보상하는 동작을 개략적으로 나타낸 예시도이다.
도 5의 (a)는 적어도 하나의 부반송파 채널 각각에 대한 송신 데이터(Xn)를 나타낸다. 송신 데이터(Xn)는 OFDM 송신기(110)에서 IFFT 변환되고, OFDM 수신기(120)로 전송되는 과정에서 데이터 부반송파 채널의 임펄스 응답 벡터(hn)가 추가된다. 따라서, OFDM 수신기(120)는 데이터 신호(xn)와 왜곡신호(hn)가 컨볼루션(*)된 데이터 신호(yn)를 수신한다(y = x * h).
도 5의 (b)는 OFDM 수신기(110)에서 OFDM 송신기(110)로부터 수신된 데이터 신호(x)를 FFT 변환한 제1 데이터 신호(Y)를 나타낸다. 제1 데이터 신호(Yn)는 파일럿 신호(Pn) 및 일반 데이터 신호(Dn)를 포함한다.
도 5의 (c)는 제1 데이터 신호(Yn)에서 파일럿 신호(Pn)를 추출하고, 파일럿 신호(Pn)를 이용하여 추출된 왜곡신호(Hn)를 나타낸다. 도 5의 (d)는 추출된 왜곡신호(Hn)을 역수 처리 즉, Elements Wise-Division(/) 처리하여 산출된 왜곡 보상값(/Hn)을 나타낸다. 도 5의 (e)는 제1 데이터 신호(Y)에 왜곡 보상값(/Hn)을 적용하여 왜곡을 보상된 제2 데이터(X'n)를 나타낸다.
도 6은 본 실시예에 따른 16 개의 부반송파 채널 기반의 등화기에서 왜곡을 보상 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
도 6의 (a), (b) 및 (c)는 송신 파일럿 신호와 왜곡 신호를 포함하는 수신 파일럿 신호를 이용하여 왜곡 벡터 및 왜곡 보상값을 산출하는 동작을 설명하기 위한 그래프를 나타내고, 도 6의 (d), (e) 및 (f)는 입력된 실제 데이터 신호에 왜곡 보상값을 적용하여 왜곡이 보상된 데이터 신호를 출력하는 동작을 설명하기 위한 그래프를 나타낸다.
도 6의 (a)는 OFDM 송신기(110)에서 모든 데이터 부반송파 채널(16 채널) 각각에 포함시켜 송신된 크기가 1인 파일럿 신호를 나타낸다.
도 6의 (b)는 등화기(160)에서 수신된 왜곡신호를 포함하는 파일럿 신호를 나타낸다. 여기서, 등화기(160)는 수신된 파일럿 신호에서 왜곡벡터(H)를 추출한다.
도 6의 (c)는 등화기(160)에서 추출된 왜곡벡터(H)를 이용하여 산출된 왜곡 보상값(/H)을 나타낸다. 여기서, 등화기(160)는 왜곡벡터(H)의 역수를 계산하여 왜곡 보상값(/H)을 산출하는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 6의 (d)는 OFDM 송신기(110)에서 모든 데이터 부반송파 채널(16 채널) 각각에 포함시켜 송신된 데이터 신호를 나타낸다.
도 6의 (e)는 등화기(160)에서 수신된 왜곡 신호를 포함하는 데이터 신호를 나타낸다. 도 6의 (f)는 수신된 데이터 신호에 도 6의 (c)에 도시된 왜곡 보상값(/H)을 적용하여 왜곡이 보상된 데이터 신호를 나타낸다.
도 6에서는 16 개의 부반송파 채널 기반의 등화기에서 왜곡을 보상하는 것을 기재하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 2n 개(n > 1의 자연수)의 채널 기반의 등화기에 모두 적용 가능하다.
도 7은 본 실시예에 따른 부반송파 채널의 왜곡을 보상하는 등화기의 동작을 개략적으로 설명하기 위한 예시도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 등화기(110)는 128 개의 부반송파 채널을 통해 수신된 제1 데이터 신호에서 수신 파일럿 신호를 추출한다. 여기서, 수신 파일럿 신호는 크기가 1인 송신 파일럿 신호에 왜곡신호가 포함된 벡터로써, [h0', h1', ... , h127'] 등을 포함한다. 여기서, 수신 파일럿 신호는 128 개의 부반송파 채널에서 각각 추출된 것으로 도시하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 128 개의 부반송파 채널 중 일부 채널에서 추출된 수신 파일럿 신호일 수 있다.
등화기(110)는 수신 파일럿 신호에서 왜곡벡터(H)를 추출하고, 왜곡벡터(H)를 이용하여 왜곡 보상값(H-1)을 산출한다. 여기서, 등화기(110)는 왜곡벡터(H)의 에러(오차)를 최소화하기 위해 수신 파일럿 신호를 M 회(2 ≤ M, M은 자연수) 수신하여 왜곡 벡터(H)를 산출할 수 있다. 예를 들어, 등화기(110)는 크기가 M으로 설정된 윈도우(Window)의 이동에 대한 평균값을 이용하여 왜곡벡터(H)를 산출할 수 있으며, 왜곡벡터(H)는 [h0, h1, ... , h127] 등을 포함할 수 있다.
등화기(110)는 산출된 왜곡벡터(H)를 역수(Reciprcal) 처리하여 왜곡 보상값(H-1)을 산출한다. 왜곡 보상값(H-1)은 [r0, r1, ... , r127] 등을 포함할 수 있다. 등화기(110)는 데이터 신호의 I/Q 신호를 보상하기 위한 제1 보상값 및 제2 보상값을 포함하는 왜곡 보상값(H-1)을 산출한다.
등화기(110)는 왜곡신호를 포함하는 데이터 신호(yn)에 왜곡 보상값(H-1)을 적용하여 왜곡을 보상한다. 등화기(110)는 왜곡신호를 포함하는 데이터 신호(yn)의 I 신호에 제1 보상값을 적용하고, Q 신호에 제2 보상값을 적용하여 왜곡이 보상된 데이터 신호의 I 신호를 생성한다. 또한, 등화기(110)는 왜곡신호를 포함하는 데이터 신호(yn)의 I 신호에 제2 보상값을 적용하고, Q 신호에 제1 보상값을 적용하여 왜곡이 보상된 데이터 신호의 Q 신호를 생성한다.
도 8은 본 실시예에 따른 부반송파 채널의 왜곡을 보상하는 등화기를 구체화한 예시도이다.
이하, 도 8를 참고하여 등화기(110)의 동작을 설명하도록 하며, 도 2 또는 도 7에 기재된 내용과 중복되는 일부 설명은 생략될 수 있다.
① 등화기(160)는 수신 파일럿 신호에 근거하여 왜곡 벡터를 산출한다. 왜곡 벡터는 rn = (an, bn) = an + jbn = hn'로 산출될 수 있다.
② 왜곡 벡터를 극좌표계로 변환하면, hn'= (hin, hqn) = hin + jhqn = Mn(hinMn -1 + jhqnMn -1)로 나타낼 수 있다.
③ 등화기(160)는 왜곡벡터를 이용하여 왜곡 보상값을 산출한다. 왜곡 보상값은 rn' = (hn')-1 = Mn -1(hinMn -1 + jhqnMn - 1)로 나타낼 수 있으며, Mn -1은 1 / (In 2 + Qn 2의 제곱근)을 의미한다.
④ 등화기(160)는 데이터 신호(yn)에 왜곡 보상값(rn')을 적용하여 데이터 신호의 왜곡을 보상한다. 왜곡이 보상된 데이터(zn)는 zn = ynrn' = (In, Qn)(an', bn') = (Inan' - Qnbn',Inbn' + Qnan')으로 표시될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 등화기(110)는 왜곡신호를 포함하는 데이터 신호(yn)의 I 신호(810)에 제1 보상값(830)을 적용하고, 왜곡신호를 포함하는 데이터 신호(yn)의 Q 신호(820)에 제2 보상값(840)을 적용하며, 각각의 보상값이 적용된 두 개의 값의 차를 계산하여 왜곡이 보상된 데이터 신호의 I' 신호(850)를 생성한다.
또한, 등화기(110)는 왜곡신호를 포함하는 데이터 신호(yn)의 I 신호(810)에 제2 보상값(840)을 적용하고, 왜곡신호를 포함하는 데이터 신호(yn)의 Q 신호(820)에 제1 보상값(830)을 적용하며, 각각의 보상값이 적용된 두 개의 값의 합을 계산하여 왜곡이 보상된 데이터 신호의 Q' 신호(860)를 생성한다.
도 9는 본 실시예에 따른 부반송파 채널의 왜곡을 보상하기 위한 파일럿 신호를 나타낸 예시도이다.
본 실시예에 따른 OFDM 송신기(110)에서 송신되는 파일럿 신호는 255개의 OFDM 심볼이 전송될 때 그 중에서 한 개의 OFDM 심볼의 시간영역을 할당받아 이용된다.
예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, OFDM 송신기(110)는 14 개의 OFDM 심볼 각각에서 2 번째 시간영역에 128 개의 부반송파 채널에 대한 파일럿 신호를 나누어 포함시킨다. 여기서, 파일럿 신호를 포함하는 시간영역은 OFDM 심볼마다 상이할 수 있다.
OFDM 송신기(110)는 128 개의 부반송파 채널에 대한 모든 파일럿 신호를 하나의 OFDM 심볼에 포함시켜 전송하는 경우, 신호의 피크(Peak)가 발생하여 왜곡이 발생하기 때문에 128 개의 부반송파 채널의 파일럿 신호를 소정의 개수(예컨대, 14 개)로 나누어 전송한다.
본 실시예에 따른 등화기(160)는 부반송파 채널을 거쳐 수신된 파일럿 신호를 근거로 채널의 왜곡 벡터(H)를 추출하고, 왜곡 벡터(H)를 기반으로 데이터 신호를 등화한다. 여기서, 왜곡 벡터(H)에는 부반송파 채널 각각에 실려 있는 신호의 위상 정보 및 크기정보 등이 포함될 수 있다.
도 10은 본 실시예에 따른 등화기에서 왜곡이 보상된 신호를 나타낸 예시도이다.
도 10의 (a)는 등화기(160)가 FFT(150)로부터 획득한 부반송파 채널의 신호를 나타낸 그래프이다. 즉, 도 10의 (a)의 그래프는 진폭 및 위상이 왜곡된 부반송파 채널의 신호를 나타낸다.
도 10의 (b)는 등화기(160)에서 왜곡을 보정하여 출력한 부반송파 채널의 신호를 나타낸 그래프이다. 즉, 도 10의 (b)의 그래프는 파일럿 신호의 진폭 및 위상에 근거하여 산출된 왜곡 보상값을 적용하여 왜곡이 보상된 부반송파 채널의 신호를 나타낸다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: OFDM 송신기 120: OFDM 수신기
130: RF 통신부 140: ADC
150: FFT 160: 등화기
170: 복조기
210: 파일럿 신호 추출부 220: 채널 추정부
230: 보상값 산출부 240: 보상값 처리부
250: 왜곡 보상부

Claims (15)

  1. OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼에 포함된 데이터 부반송파 채널의 왜곡을 보상하는 장치에 있어서,
    적어도 하나의 데이터 부반송파 채널 각각으로부터 수신 파일럿(Pilot) 신호를 추출하는 파일럿 신호 추출부;
    기 설정된 송신 파일럿 값을 이용하여 적어도 하나의 상기 수신 파일럿 신호에 대한 왜곡 벡터값을 산출하여 채널을 추정하는 채널 추정부;
    상기 왜곡 벡터값을 이용하여 적어도 하나의 데이터 부반송파 채널 각각에 대한 왜곡 보상값을 산출하는 보상값 산출부;
    상기 왜곡 보상값을 상기 적어도 하나의 데이터 부반송파 채널 각각으로 전송하는 보상값 처리부; 및
    상기 왜곡 보상값에 근거하여 적어도 하나의 데이터 부반송파 채널 각각에 대한 데이터 신호의 왜곡을 보상하는 왜곡 보상부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 왜곡 보상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 채널 추정부는,
    OFDM 송신기로부터 데이터 부반송파 채널을 통해 송신된 송신 파일럿 신호의 송신 파일럿 값과 상기 수신 파일럿 신호의 수신 파일럿 값을 비교하여 상기 수신 파일럿 신호의 왜곡 벡터값을 산출하되, 상기 적어도 하나의 데이터 부반송파 채널 각각의 상기 송신 파일럿 신호는 서로 동일한 송신 파일럿 값을 포함하거나 +(Positive), -(Negative) 및 0(Zero) 중 적어도 하나의 값으로 조합된 송신 파일럿 값을 포함하는 신호인 것을 특징으로 하는 왜곡 보상 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 채널 추정부는,
    상기 적어도 하나의 데이터 부반송파 채널 각각마다 k(1 ≤ k ≤ m, k는 자연수, m은 부반송파 채널 수) 번 수신한 상기 수신 파일럿 신호를 이용하여 상기 왜곡 벡터값을 산출하는 것을 특징으로 하는 왜곡 보상 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 채널 추정부는,
    각각의 데이터 부반송파 채널에 대한 k 개의 왜곡값의 평균을 상기 왜곡 벡터값으로 산출하는 것을 특징으로 하는 왜곡 보상 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보상값 산출부는,
    상기 왜곡 벡터값의 역수를 계산하여 상기 왜곡 보상값을 산출하는 것을 특징으로 하는 왜곡 보상 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 보상값 산출부는,
    상기 왜곡 보상값을 산출하기 위한 프로세싱 시간(Processing Time)을 설정하되,
    상기 프로세싱 시간은 데이터 부반송파 채널의 채널 변경 시간(Channel Varying Time)보다 작게 설정되는 것을 특징으로 하는 왜곡 보상 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 보상값 산출부는,
    상기 데이터 신호의 I 신호를 보상하기 위한 제1 보상값 및 상기 데이터 신호의 Q 신호를 보상하기 위한 제2 보상값을 포함하는 상기 왜곡 보상값을 산출하는 것을 특징으로 하는 왜곡 보상 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 왜곡 보상부는,
    상기 데이터 신호에 포함된 I/Q 신호에 상기 제1 보상값 및 상기 제2 보상값을 적용하여 왜곡이 보상된 데이터 신호를 생성하며, 상기 왜곡이 보상된 데이터 신호가 복조되도록 복조기로 전송하는 것을 특징으로 하는 왜곡 보상 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 왜곡 보상부는,
    상기 데이터 신호의 I 신호에 제1 보상값을 적용하고 상기 데이터 신호의 Q 신호에 제2 보상값을 적용하여 상기 왜곡이 보상된 데이터 신호의 I 신호를 생성하고, 상기 데이터 신호의 I 신호에 제2 보상값을 적용하고 상기 데이터 신호의 Q 신호에 제1 보상값을 적용하여 상기 왜곡이 보상된 데이터 신호의 Q 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 왜곡 보상 장치.
  10. OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼에 포함된 데이터 부반송파 채널의 왜곡을 보상하는 방법에 있어서,
    적어도 하나의 데이터 부반송파 채널 각각으로부터 수신 파일럿(Pilot) 신호를 추출하는 파일럿 신호 추출과정;
    기 설정된 송신 파일럿 값을 이용하여 적어도 하나의 상기 수신 파일럿 신호에 대한 왜곡 벡터값을 산출하여 채널을 추정하는 채널 추정과정;
    상기 왜곡 벡터값을 이용하여 적어도 하나의 데이터 부반송파 채널 각각에 대한 왜곡 보상값을 산출하는 보상값 산출과정;
    상기 왜곡 보상값을 상기 적어도 하나의 데이터 부반송파 채널 각각으로 전송하는 보상값 처리과정; 및
    상기 왜곡 보상값에 근거하여 적어도 하나의 데이터 부반송파 채널 각각에 대한 데이터 신호의 왜곡을 보상하는 왜곡 보상과정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 탭 등화기를 이용한 부반송파의 왜곡 보상 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 채널 추정과정은,
    OFDM 송신기로부터 데이터 부반송파 채널을 통해 송신된 송신 파일럿 신호의 송신 파일럿 값과 상기 수신 파일럿 신호의 수신 파일럿 값을 비교하여 상기 수신 파일럿 신호의 왜곡 벡터값을 산출하되,
    상기 적어도 하나의 데이터 부반송파 채널 각각의 상기 송신 파일럿 신호는 서로 동일한 송신 파일럿 값을 포함하거나 +(Positive), -(Negative) 및 0(Zero) 중 적어도 하나의 값으로 조합된 송신 파일럿 값을 포함하는 신호인 것을 특징으로 하는 단일 탭 등화기를 이용한 부반송파의 왜곡 보상 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 보상값 산출과정은,
    상기 왜곡 벡터값의 역수를 계산하여 상기 왜곡 보상값을 산출하는 것을 특징으로 하는 단일 탭 등화기를 이용한 부반송파의 왜곡 보상 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 보상값 산출과정은,
    상기 데이터 신호의 I 신호를 보상하기 위한 제1 보상값 및 상기 데이터 신호의 Q 신호를 보상하기 위한 제2 보상값을 포함하는 상기 왜곡 보상값을 산출하는 것을 특징으로 하는 단일 탭 등화기를 이용한 부반송파의 왜곡 보상 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 왜곡 보상과정은,
    상기 데이터 신호에 포함된 I/Q 신호에 상기 제1 보상값 및 상기 제2 보상값을 적용하여 왜곡이 보상된 데이터 신호를 생성하며, 상기 왜곡이 보상된 데이터 신호가 복조되도록 복조기로 전송하는 것을 특징으로 하는 단일 탭 등화기를 이용한 부반송파의 왜곡 보상 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 왜곡 보상과정은,
    상기 데이터 신호의 I 신호에 제1 보상값을 적용하고 상기 데이터 신호의 Q 신호에 제2 보상값을 적용하여 상기 왜곡이 보상된 데이터 신호의 I 신호를 생성하고, 상기 데이터 신호의 I 신호에 제2 보상값을 적용하고 상기 데이터 신호의 Q 신호에 제1 보상값을 적용하여 상기 왜곡이 보상된 데이터 신호의 Q 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 단일 탭 등화기를 이용한 부반송파의 왜곡 보상 방법.
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