JP2008118611A - Ｏｆｄｍスキームにて時間同期を実行するための受信機および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＯＦＤＭスキームにて時間同期を実行するための受信機および方法を開示する。
【解決手段】ＯＦＤＭスキームにて時間同期を実行するための受信機は、初期開始点以前のＯＦＤＭシンボルのサンプルに対する自己相関値を演算して累積する自己相関処理部と、累積した自己相関値に基づいて少なくとも１つの所定サンプル区間で各サンプルインデックスの基準値を演算する基準値演算部とを含み、基準値は累積した自己相関値の虚数部を実数部で割った値であり、初期開始点を繰り返し再設定して最終開始点を決定するのに用いられることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）システムに関し、より詳細には、マルチパスチャンネル環境条件またはＯＦＤＭ伝送スキームに大きく影響を受けることなくＯＦＤＭシンボルの開始点をより正確に決定することができるＯＦＤＭスキームにて時間同期化（Timing Synchronization）を実行するための受信機および方法に関する。

一般的に、ＯＦＤＭとは、チャンネルを介して効率良くデータを伝送するものであり、データを伝送するためにチャンネル帯域幅内で多数の副搬送波周波数（Subcarrier Frequency）を用いている。
ＯＦＤＭシステムから伝送された信号を受信して正確に復調するためには、時間同期化を考慮する必要がある。すなわち、ＯＦＤＭシンボルの開始点を探し出せないとＩＣＩ（Inter-Carrier Interference：隣接キャリア間干渉）やＩＳＩ（Inter-Symbol Interference：符号間干渉）が発生して伝送信号を正確に復元することができない。したがって、時間同期化を正確に実行するための研究が数多く成されてきた。一般的には、データストリームの前に繰り返しパターンを有するプリアンブル（Preamble）構造を含ませ、受信したプリアンブルの自己相関値を累積してそのサイズを用いたり、既知のプリアンブル値と受信したプリアンブル値との相関値を累積してそのサイズを用いたりする時間同期化方式が多く用いられている。

しかし、前述のような時間同期化を含んだＯＦＤＭシステムは、チャンネル環境条件またはＯＦＤＭ伝送方式（例えば、Cyclic Shift OFDMシステム）によって時間同期化に対する性能の偏差が大きい。よって、任意のチャンネル環境条件または任意のＯＦＤＭ伝送方式にて時間同期化を正確に実行するための努力が継続されている状況にある。
特開２００１−０６９１１９号公報 韓国特許出願公開第２００３−００６０１６号 米国特許出願公開第２００３／０９０９９４号 米国特許出願公開第２００６／１０４３３２号 韓国特許出願公開第１０−２００６−０３８６８５号 韓国特許出願公開第１０−２００５−０６６２７０号

本発明は、前記のような問題点を解決するために案出されたものであって、マルチパスチャンネル環境条件およびＯＦＤＭ伝送スキームに大きく影響を受けることなくＯＦＤＭシンボルの開始点をより一層正確に決定できるＯＦＤＭスキームにて時間同期化を実行するための受信機および方法を提供することを目的とする。

前述の目的を達成するために、本発明の一実施形態に係るＯＦＤＭスキームにて時間同期化を実行するための受信機は、初期開始点以前のＯＦＤＭシンボルのサンプルに対する自己相関値を演算して累積する自己相関処理部と、前記累積した自己相関値に基づいて少なくとも１つの所定サンプル区間で各サンプルインデックスの基準値を演算する基準値演算部とを含み、前記基準値は前記累積した自己相関値の虚数部を実数部で割った値であり、前記初期開始点を繰り返し再設定して最終開始点を決定するのに用いられることを特徴とする。

また、前記目的を達成するために、本発明の一実施形態に係るＯＦＤＭスキームの時間同期化を実行するための方法は、初期開始点以前のＯＦＤＭシンボルのサンプルに対する自己相関値を演算して累積する段階と、前記累積した自己相関値に基づいて少なくとも１つの所定サンプル区間で各サンプルインデックスの基準値を演算する段階とを含み、前記基準値は前記累積した自己相関値の虚数部を実数部で割った値であり、前記初期開始点を繰り返し再設定して最終開始点を決定するのに用いられることを特徴とする。

本発明の一実施形態に係る繰り返しパターンを有するプリアンブルを含むＯＦＤＭスキームにて時間同期化を実行するための受信機および方法は、各サンプルインデックスごとに累積した自己相関値の虚数部を実数部で割った基準値を演算し、演算された基準値に基づいて初期ＯＦＤＭシンボルの開始点を繰り返し再設定して最終ＯＦＤＭシンボルの開始点を決定することで、マルチパスチャンネル環境条件またはＯＦＤＭ伝送スキームに大きく影響を受けることなくＯＦＤＭシンボルの開始点をより一層正確に決定することができるという効果がある。

以下、添付の図面に基づき、本発明の好適な実施の形態を詳細に説明するが、本発明がこれらの実施形態によって制限または限定されることはない。図中、同じ参照符号は同じ部材を示す。
図１は、本発明の一実施形態に係るＯＦＤＭスキームにて時間同期化を実行するための受信機１００を説明するための構成図である。

図１に示されたように、本発明の一実施形態に係るＯＦＤＭスキームにて時間同期化を実行するための受信機１００は、自己相関（Autocorrelation）部１１１と累積部１１２を含む自己相関処理部１１０と、基準値演算部１２０と、微分値演算部１３０と、比較部１４０と、決定部１５０とを含む。
自己相関処理部１１０は、受信信号から初期開始点以前のＯＦＤＭシンボルのサンプルに対する自己相関値を演算し、この演算された自己相関値をサンプルインデックスごとに累積する。

基準値演算部１２０は、累積した自己相関値に基づいて少なくとも１つの所定サンプル区間で各サンプルインデックスの基準値を演算する。
微分値演算部１３０は、少なくとも１つの所定サンプル区間にて基準値演算部で演算された基準値を用いて隣り合う２つの基準値の差を演算して累積する。
比較部１４０は、微分値演算部で累積した差値と臨界値を比較し、決定部１５０は、比較結果によって初期開始点を再設定して最終開始点を決定する。

このとき、少なくとも１つの所定サンプル区間は、初期開始点以前のサンプルの方向に互いに異なるサンプルを含むことができ、例えば、少なくとも１つのスライディングウィンドウを用いて設定することができる。すなわち、前述の少なくとも１つの所定サンプル区間は、設定された少なくとも１つのスライディングウィンドウのサイズとすることができる。以下、本発明の一実施形態として２つのスライディングウィンドウを用いて時間同期化を実行する動作原理を説明する。

このように構成された本発明の一実施形態に係るＯＦＤＭスキームにて時間同期化を実行するための方法を図２を参照して説明する。
図２は、本発明の一実施形態に係るＯＦＤＭスキームにて時間同期化を実行するための方法を説明するためのフローチャートである。
図２に示すように、本発明の一実施形態に係るＯＦＤＭスキームにて時間同期化を実行するための方法は、自己相関値を演算する段階２１０と、演算された自己相関値を累積する段階２２０と、初期開始点を設定する段階２３０と、基準値を演算する段階２４０と、微分値を演算して累積する段階２５０と、累積した微分値の差と臨界値を比較する段階２６０と、最終開始点を決定する段階２７０とを含む。

このように成された本発明の一実施形態に係るＯＦＤＭスキームにて時間同期化を実行するための方法を詳しく説明する。
まず、繰り返しパターンを有するプリアンブルを用いるＯＦＤＭシステムにおいて、ＯＦＤＭシステムの受信端で受けた受信信号は次の数式１のように表現することができる。

ここで、θはタイミングオフセットを、εは周波数オフセットを意味する。また、ＮはＯＦＤＭ信号の長さを意味する。さらに、ｓ（ｍ）は送信信号を、ｎ（ｍ）は雑音信号を意味する。
自己相関処理部１１０は、段階２１０で、初期開始点以前のＯＦＤＭシンボルのサンプルに対する自己相関値を演算し、段階２２０で、演算された自己相関値をサンプルインデックスごとに累積する。すなわち、自己相関部１１１は、各サンプルインデックスごとに自己相関値を演算し、累積部１１２は、演算された自己相関値を各サンプルインデックスごとに累積する。

決定部１５０は、段階２３０で、受信ＯＦＤＭシンボルから初期開始点を設定し、初期開始点が大幅に遅延した場合、これがガードインターバル（Guard Interval）領域内に入るようにすることができる。このような正確なＯＦＤＭシンボルの開始点を図３を参照して説明する。
図３は、本発明の一実施形態に係る正確なＯＦＤＭシンボルの開始点を説明するための図である。

図３は、１つのＯＦＤＭシンボルを示している。１つのＯＦＤＭシンボルの一部データ３１０が複写されてＯＦＤＭシンボルの前部分に挿入され、ガードインターバル３２０が形成される。ＯＦＤＭシンボルの開始点Ａはガードインターバル３２０領域であるがＩＳＩによって前のサンプルの影響を受け、ＯＦＤＭシンボルの開始点ＤはＩＣＩとＩＳＩが誘発される不正な時間同期化をするようになる場合である。ＯＦＤＭシンボルの開始点Ｂは正確な開始点ではないがガードインターバル３２０によって保障され、ＯＦＤＭシンボルの開始点Ｃは正確な時間同期化をする場合であることを見ることができる。

決定部１５０は、受信信号で初期開始点以前のサンプルの方向に互いに異なるサンプルを含む所定のサイズで２つのスライディングウィンドウを設定する。設定された２つのスライディングウィンドウを用いて時間同期化を実行するための動作原理を図４を参照して説明する。
図４は、本発明の一実施形態に係る時間同期化を実行するための動作原理を説明するための図である。

図４に示されたように、本発明は、初期開始点ｎ_ｐから２つのスライディングウィンドウ、すなわち、第１スライディングウィンドウＳ_{ｕｐｐｅｒ}と第２スライディングウィンドウＳ_{ｌｏｗｅｒ}を順に設定するが、この２つのスライディングウィンドウのサイズＬ_Ｗは、初期ＯＦＤＭシンボルの開始点を設定する方法によって多様に設定することができる。

例えば、ＯＦＤＭ信号の長さがＮであり、同一に構成された２つのブロックが伝送された場合、２番目のブロックに該当する受信信号をｒ（ｍ−Ｎ）、１番目のブロックに該当する受信信号をｒ（ｍ）とする。１番目のブロック内の受信信号のサンプルインデックスを０〜Ｎ−１と、２番目のブロック内の受信信号のサンプルインデックスをＮ〜２Ｎ−１と仮定する。雑音がない場合にＮ≦ｎ≦２Ｎ−１までの受信信号ｒ（ｍ）と繰り返し区間に含まれたＮだけ離れたｒ（ｍ−Ｎ）を自己相関させて累積した値を次の数式２のように求めることができる。

εが一定であるため、ａｔａｎ（Ｂ（ｎ）／Ａ（ｎ））はｎと関係なく一定であり、ａｔａｎ関数は単調増加関数であるためＢ（ｎ）／Ａ（ｎ）もｎと関係なく一定になるはずである。したがって、同一の繰り返し期間でＢ（ｎ）／Ａ（ｎ）の微分値は周波数オフセットとｎと関係なく０になり得る。
しかし、ｒ（ｍ）が同一の繰り返し区間を脱する瞬間、すなわち、ｍ≧２Ｎでは前述した数式が成立しないためＢ（ｎ）／Ａ（ｎ）は変動し、Ｂ（ｎ）／Ａ（ｎ）の微分値も変動し得る。

このような原理を用いて、基準値演算部１２０は、段階２４０で、累積した自己相関値に基づいて２つのスライディングウィンドウそれぞれで各サンプルインデックスの基準値を演算する。ここで、基準値とは、累積した自己相関値の虚数部Ｂ（ｎ）を累積した自己相関値の実数部Ａ（ｎ）で割ることで求められるＢ（ｎ）／Ａ（ｎ）を意味する。
例えば、基準演算部１２０の第１演算部は、２つのスライディングウィンドウの第１スライディングウィンドウ内で各サンプルインデックスごとに第１基準値を演算し、基準演算部１２０の第２演算部は、２つのスライディングウィンドウの第２スライディングウィンドウ内で各サンプルインデックスごとに第２基準値を演算する。

微分値演算部１３０は、段階２５０において、２つのスライディングウィンドウそれぞれで基準値演算部にて演算された基準値を用いて隣り合う２つの基準値の差を演算して累積する。このような２つのスライディングウィンドウに対する基準値の微分値を次の数式３のように求めることができる。

例えば、微分値演算部１３０の第３演算部は、第１演算部で演算された基準値を用いて隣り合う２つの基準値の差を演算して累積し、微分値演算部１３０の第４演算部は、第２演算部で演算された基準値を用いて隣り合う２つの基準値の差を演算して累積する。
比較部１４０は、段階２６０において、微分値演算部で２つのスライディングウィンドウに対応する累積した差値の差と臨界値β_ｔｈを比較するが、これを次の数式４のように示すことができる。

初期開始点ｎ_ｐが２Ｎから遠く離れている場合に基準値の微分値は大きい値を有するようになるため、第１スライディングウィンドウＳ_{ｕｐｐｅｒ}は第２スライディングウィンドウＳ_{ｌｏｗｅｒ}より遥かに大きい値を有するようになる。
一方、初期開始点ｎ_ｐが２Ｎより小さくなれば基準値の微分値は小さな値、すなわち０に近くなるため、第１スライディングウィンドウＳ_{ｕｐｐｅｒ}と第２スライディングウィンドウＳ_{ｌｏｗｅｒ}の差が減少する。

結局、決定部１５０は、段階２７０で、比較結果によって初期開始点を再設定して最終開始点を決定する。すなわち、決定部１５０は、累積した差値の差が臨界値未満であれば、初期開始点を最終開始点に決定する。
一方、決定部１５０は、累積した差値の差が臨界値以上であれば、累積した差値の差が臨界値未満になるまで初期開始点以前のサンプルの方向に繰り返し移動して所定サンプルまで移動した位置を最終開始点ｎ_ｐに決定する。

本発明の実施形態は、コンピュータにより具現される多様な動作を実行するためのプログラム命令を含むコンピュータ読み取り可能な媒体を含む。この媒体は、プログラム命令、ローカルデータファイル、ローカルデータ構造などを単独または組み合わせて含むこともできる。この媒体およびプログラム命令は、本発明の目的のために特別に設計されて構成したものでもよく、コンピュータソフトウェア分野の技術を有する当業者にとって公知であり使用可能なものとすることができる。コンピュータ読み取り可能な記録媒体の例としては、ハードディスク、フレキシブルディスクおよび磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤのような光記録媒体、フロプティカルディスクのような磁気−光媒体、およびＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を保存して実行するように特別に構成されたハードウェア装置が含まれる。この媒体は、プログラム命令、データ構造などを保存する信号を送信する搬送波を含む光または金属線、導波管などの送信媒体とすることもできる。プログラム命令の例としては、コンパイラによって生成されるもののような機械語コードだけでなく、インタプリタなどを用いてコンピュータによって実行される高級言語コードを含む。

上述したように、本発明の好ましい実施形態を参照して説明したが、該当の技術分野において熟練した当業者にとっては、特許請求の範囲に記載された本発明の思想および領域から逸脱しない範囲内で、本発明を多様に修正および変更することができることを理解できるであろう。すなわち、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲に基づいて定められ、発明を実施するための最良の形態により制限されるものではない。

本発明の一実施形態に係るＯＦＤＭスキームにて時間同期化を実行するための受信機を説明するための構成図である。 本発明の一実施形態に係るＯＦＤＭスキームにて時間同期化を実行するための方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る正確なＯＦＤＭシンボルの開始点を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る時間同期化を実行するための動作原理を説明するための図である。

符号の説明

１１０：自己相関処理部
１１１：自己相関部
１１２：累積部
１２０：基準値演算部
１３０：微分値演算部
１４０：比較部
１５０：決定部

Claims (21)

1. ＯＦＤＭスキームの受信機において、
   初期開始点以前のＯＦＤＭシンボルのサンプルに対する自己相関値を演算して累積する自己相関処理部と、
   前記累積した自己相関値に基づいて少なくとも１つの所定サンプル区間で各サンプルインデックスの基準値を演算する基準値演算部と、
   を含み、前記基準値は、前記累積した自己相関値の虚数部を前記累積した自己相関値の実数部で割った値であり、前記初期開始点を繰り返して再設定して最終開始点を決定するのに用いられることを特徴とする受信機。
2. 前記少なくとも１つの所定サンプル区間は、
   前記初期開始点から以前サンプル方向に互いに異なるサンプルを含むことを特徴とする請求項１に記載の受信機。
3. 前記自己相関処理部は、
   各サンプルインデックスごとに自己相関値を演算する自己相関部と、
   前記演算された自己相関値を前記各サンプルインデックスごとに累積する累積部と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の受信機。
4. 前記基準値演算部で演算された基準値を用いて隣り合う２つの基準値の差を演算して累積する微分値演算部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の受信機。
5. 前記微分値演算部で前記累積した差値と臨界値を比較する比較部と、
   前記比較結果によって前記初期開始点を再設定して前記最終開始点を決定する決定部と、
   をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の受信機。
6. 前記決定部は、
   前記累積した差値が前記臨界値未満であれば、前記初期開始点を最終開始点に決定し、
   前記累積した差値が前記臨界値以上であれば、前記累積した差値が前記臨界値未満になるまで前記初期開始点から以前サンプル方向に所定サンプル間隔で繰り返し移動し、所定サンプル移動した位置を前記最終開始点に決定することを特徴とする請求項５に記載の受信機。
7. 前記少なくとも１つの所定サンプル区間は、
   少なくとも１つのスライディングウィンドウを用いて設定し、前記設定された少なくとも１つのスライディングウィンドウのサイズであることを特徴とする請求項１に記載の受信機。
8. 前記ＯＦＤＭは、繰り返しパターンを有するプリアンブルを含むことを特徴とする請求項１に記載の受信機。
9. ＯＦＤＭシステムでの時間同期化方法において、
   初期開始点以前のＯＦＤＭシンボルのサンプルに対する自己相関値を演算して累積する段階と、
   前記累積した自己相関値に基づいて少なくとも１つの所定サンプル区間で各サンプルインデックスの基準値を演算する段階と、
   を含み、前記基準値は、前記累積した自己相関値の虚数部を前記累積した自己相関値の実数部で割った値であり、前記初期開始点を繰り返し再設定して最終開始点を決定するのに用いられることを特徴とする時間同期方法。
10. 前記少なくとも１つの所定サンプル区間は、
    前記初期開始点から以前サンプル方向に互いに異なるサンプルを含むことを特徴とする請求項９に記載の時間同期化方法。
11. 前記自己相関値を演算して累積する段階は、
    前記各サンプルインデックスごとに自己相関値を演算する段階と、
    前記演算された自己相関値を前記各サンプルインデックスごとに累積する段階と、
    を含むことを特徴とする請求項９に記載の時間同期化方法。
12. 前記演算された基準値を用いて隣り合う２つの基準値の差を演算して累積する段階をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の時間同期化方法。
13. 前記累積した差値と臨界値を比較する段階と、
    前記比較結果によって前記初期開始点を再設定して前記最終開始点を決定する段階と、
    をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の時間同期化方法。
14. 前記決定する段階は、
    前記累積した差値が前記臨界値未満であれば、前記初期開始点を最終開始点に決定する段階と、
    前記累積した差値が前記臨界値以上であれば、前記累積した差値が前記臨界値未満になるまで前記初期開始点から以前サンプル方向に所定サンプル間隔で繰り返し移動し、所定のサンプルだけ移動した位置を最終開始点に決定する段階と、
    を含むことを特徴とする請求項１３に記載の時間同期化方法。
15. 前記少なくとも１つの所定サンプル区間は、
    少なくとも１つのスライディングウィンドウを用いて設定し、前記設定された少なくとも１つのスライディングウィンドウのサイズであることを特徴とする請求項９に記載の時間同期化方法。
16. 前記ＯＦＤＭは、繰り返しパターンを有するプリアンブルを含むことを特徴とする請求項９に記載の時間同期化方法。
17. 請求項９〜１６のいずれか一項の方法を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
18. ＯＦＤＭシステムにおける時間同期化方法において、
    初期開始点を設定する段階と、
    前記設定された初期開始点に基づいて複数のスライディングウィンドウを設定する段階と、
    複数のサンプルの累積した自己相関値に基づいて複数のスライディングウィンドウの少なくとも１つでＯＦＤＭシンボルの複数のサンプルそれぞれのインデックスのための基準値を演算する段階と、
    各スライディングウィンドウのための２つの隣り合った基準値の差の合計を計算する段階と、
    前記計算結果に基づいて最終開始点を決定する段階と、
    を含むことを特徴とする時間同期化方法。
19. 前記決定する段階は、
    前記複数のスライディングウィンドウの前記計算された合計が臨界値以内であれば、前記最終開始点を前記初期開始点に決定することを特徴とする請求項１８に記載の時間同期化方法。
20. 前記計算された合計の差が臨界値より大きければ、前記複数のスライディングウィンドウを既設定されたサンプルだけ移動する段階と、
    前記移動したスライディングウィンドウを用いて前記計算して比較する段階を繰り返す段階と、
    をさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の時間同期化方法。
21. 前記複数のスライディングウィンドウは２つのスライディングウィンドウＳ_{ｕｐｐｅｒ}とＳ_{ｌｏｗｅｒ}とで構成され、各スライディングウィンドウのための２つの隣り合った基準値の差の合計を計算する段階は、
    （ここで、ｎ_ｐは初期開始点であり、Ｌ_ｗはスライディングウィンドウのサイズであり、Ｂ（ｎ）／Ａ（ｎ）は基準値である）
    で表される合計を計算する段階を含むことを特徴とする請求項１８に記載の時間同期方法。