KR100519918B1

KR100519918B1 - Ｏｆｄｍ 심벌 동기 획득 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100519918B1
Application number: KR10-2003-0097534A
Authority: KR
Inventors: 이재호; 황대환
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2003-12-26
Publication date: 2005-10-10
Also published as: KR20050066270A

Abstract

OFDM 신호의 프리앰블을 이용하여 OFDM 심벌 동기를 획득하기 위해 자기 상관 방식과 정합 필터 방식을 모두 사용한다. 먼저 OFDM 신호의 프리앰블의 자기 상관값을 구한 후 자기 상관값이 일정 기간 동안 임계치를 넘는 경우에 정합 필터를 적용한다. 그리고 정합 필터의 출력의 최고값으로부터 OFDM 심벌의 시작 위치를 판단한다. 이와 같이 하면, 자기 상관 방식의 단점이 정합 필터 방식에 의해 보완되므로 강건한 심벌 동기를 획득할 수 있다.

Description

ＯＦＤＭ 심벌 동기 획득 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD OF OFDM SYMBOL synchronization}

본 발명은 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 심벌 동기 획득 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 무선 랜 시스템에서 강건하게 OFDM 심벌 동기를 획득하는 장치에 관한 것이다.

OFDM을 사용하는 무선 랜 시스템에서 OFDM 심벌 동기를 어긋나게 획득했을 때는 OFDM 심벌 간 간섭이 발생하여 수신된 데이터를 정확하게 복구할 수 없다. 이러한 OFDM 심벌 동기를 획득하기 위한 방식으로 자기 상관(auto-correlation) 방식과 정합 필터(matched filter) 방식이 있다. 자기 상관 방식은 구현이 간단하다는 장점이 있으나 무선 채널 및 잡음에 민감하다는 단점이 있으며, 정합 필터 방식은 무선 채널 및 잡음에 덜 민감하다는 장점이 있으나 정합 필터에서 사용되는 계수 값과 이에 따른 곱셈기가 필요하므로 구현이 복잡하다는 단점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 자기 상관 방식과 정합 필터 방식의 장점을 이용할 수 있는 OFDM 심벌 동기 획득 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

이러한 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 자기 상관 방식과 정합 필터 방식을 모두 적용하여 심벌 동기를 획득한다.

본 발명의 한 특징에 따르면, 수신되는 OFDM 신호의 프리앰블로부터 OFDM 심벌 동기를 획득하는 장치가 제공된다. 본 발명의 OFDM 심벌 동기 획득 장치는, OFDM 신호의 프리앰블의 자기 상관값을 계산하는 자기 상관기, 정합 필터 계수를 이용하여 OFDM 신호의 프리앰블을 필터링하는 정합 필터, OFDM 신호를 자기 상관기와 정합 필터 중 하나로 전달하는 스위치, 그리고 자기 상관기를 통하여 자기 상관값을 측정하고 자기 상관값이 일정 기간 동안 임계치를 넘는 경우에 OFDM 신호를 정합 필터로 전달하도록 스위치를 제어하는 OFDM 심벌 제어기를 포함한다. 이때 OFDM 심벌 제어기는 정합 필터의 출력의 최고값으로부터 심벌의 시작 위치를 판단한다.

본 발명의 한 실시예에 따르면, 자기 상관기는 프리앰블을 소정 개수만큼 지연시킨 신호의 이동 평균을 계산하는 제1 이동 평균기, 프리앰블의 이동 평균을 계산하는 제2 이동 평균기, 그리고 제1 이동 평균기의 출력과 제2 이동 평균기의 출력의 비의 절대값으로 자기 상관값을 연산하는 정규화기를 포함한다. 그리고 정합 필터는 프리앰블과 정합 필터 계수의 곱을 소정 개수만큼 합한 값의 절대값으로 프리앰블을 필터링한다.

여기서, OFDM 신호는 상기 소정 개수의 프리앰블 값이 반복되는 구조를 가진다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, OFDM 심벌 제어기는 OFDM 신호의 보호 구간 내에서 심벌 동기가 획득되도록 심벌의 시작 위치를 판단한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 수신되는 OFDM 신호의 프리앰블로부터 OFDM 심벌 동기를 획득하는 방법이 제공된다. 본 발명의 OFDM 심벌 동기 획득 방법은 OFDM 신호의 프리앰블의 자기 상관값을 계산하는 단계, 자기 상관값이 일정 기간 동안 임계치를 넘는지를 판단하는 단계, 자기 상관값이 일정 기간 동안 임계치를 넘는 경우에 정합 필터 계수를 이용하여 OFDM 신호의 프리앰블을 정합 필터링하는 단계, 정합 필터링된 값의 최고값을 판단하는 단계, 그리고 최고값으로부터 OFDM 심벌의 시작 위치를 판단하는 단계를 포함한다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

이제 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 심벌 동기 획득 장치 및 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 심벌 동기 획득 장치 및 방법에서 사용되는 OFDM 데이터의 구조에 대해서 설명한다.

도 1은 OFDM 신호의 데이터 구조를 나타내는 도면이며, 도 2는 도 1의 OFDM 신호에서 하나의 OFDM 심벌의 구조를 나타내는 도면이다.

도 1을 보면, OFDM 신호는 프리앰블과 데이터 필드로 이루어진다. 이때 프리앰블은 OFDM 심벌 동기를 위해 사용되며 실제 데이터는 데이터 필드에 실려서 무선으로 송수신된다. 이러한 프리앰블은 일반적으로 16개의 값들이 10번 반복되는 구조를 가지므로 전체 160개의 값을 가진다. 그리고 데이터 필드는 수십 개의 OFDM 심벌로 이루어지며, 하나의 OFDM 심벌은 M개의 보호 구간과 N개의 데이터로 이루어진다. 여기서, N은 M보다 크다.

다음, 도 1 및 도 2에서 설명한 구조를 가지는 OFDM 신호의 심벌 동기를 획득하는 장치에 대해서 도 3 내지 도 7을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 심벌 동기 획득 장치를 나타내는 블록도이다. 도 4는 도 3의 OFDM 심벌 동기 획득 장치에서 자기 상관기의 상세 블록도이며, 도 5는 도 3의 OFDM 심벌 동기 획득 장치에서 정합 필터의 상세 블록도이다.

도 3을 보면, 본 발명이 실시예에 따른 OFDM 심벌 동기 획득 장치는 자기 상관기(100), 정합 필터(200), 정합 필터 계수 제공부(300), 스위치(400) 및 OFDM 심벌 제어기(500)를 포함한다.

도 3 및 도 4를 보면, 자기 상관기(100)는 지연 신호 전력 계산기(110), 전력 계산기(120) 및 정규화기(130)를 포함하며, OFDM 신호의 프리앰블로부터 자기 상관을 연산한다. 지연 신호 전력 계산기(110)는 지연기(111), 상관기(112), 곱셈기(113) 및 이동 평균기(114)로 이루어지며, 전력 계산기(120)는 전력 검출기(121) 및 이동 평균기(122)로 이루어진다.

자기 상관기(100)의 자세한 동작을 살펴보면, 먼저 수신된 OFDM 신호의 프리앰블[y(i+k)]은 지연기(111)를 통하여 일정 길이만큼 지연된다. 앞에서 설명한 것처럼 프리앰블은 16개의 값이 반복되는 구조이므로 지연기(111)에서 16개만큼 지연된다. 지연기(111)에서 지연된 신호[y(i-16+k)]는 상관기(112)에서 상관되고, 상관된 신호[y^*(i-16+k)]는 수신된 신호[y(i+k)]는 곱셈기(113)에서 곱해진 후 이동 평균기(114)에서 지연된 신호의 평균[a(i)]이 계산된다. 이동 평균기(114)에서 계산된 이동 평균[a(i)], 즉 지연 신호 전력 계산기(110)에서 계산된 지연 신호의 전력은 수학식 1과 같다.

그리고 전력 검출기(121)는 수신된 OFDM 신호[y(i+k)]의 절대값의 제곱으로 전력을 검출하고, 이동 평균기(122)는 검출된 전력의 이동 평균[b(i)]을 계산한다. 이동 평균기(122)에서 계산된 이동 평균[b(i)], 즉 전력 계산기(120)에서 계산된 수신 신호의 전력은 수학식 2와 같다.

다음, 정규화기(130)에서 지연 신호 전력 계산기(110)의 출력[a(i)]이 전력 계산기(120)의 출력[b(i)]으로 나누어진 후 그 절대값이 출력된다. 즉, 지연 신호 전력 계산기(110)의 출력[a(i)]이 전력 계산기(120)의 출력[b(i)]으로 정규화되어 수학식 3과 같이 자기 상관값[R_a(i)]이 계산된다.

OFDM 심벌 제어기(500)는 자기 상관값[R_a(i)]이 일정 기간 동안 임계치를 넘는 경우에 스위치(400)를 제어하여 OFDM 신호의 프리앰블을 정합 필터(200)로 전달한다.

도 3 및 도 5를 보면, 정합 필터(200)는 (N-1)개의 지연기(210₁∼210_N-1), N개의 곱셈기(220₀∼220_N-1), 합산기(230) 및 절대값기(240)를 포함한다. 앞에서 설명한 것처럼 프리앰블은 16개의 값이 반복되는 구조이므로 N은 16으로 할 수 있다. 지연기(210₁∼210_N-1)에 의해 수신 신호는 순차적으로 지연된다. 다음, 곱셈기(220 ₀∼220_N-1)는 수신 신호[y(i)]와 지연기(210₁∼210_N-1)에 의해 각각 지연된 신호[y(i-1)∼y(i-N+1)]와 정합 필터 계수(s₀∼s_N-1)를 각각 곱하여 출력하고, 합산기(230)는 이들 값을 합산하여 절대값기(240)로 전달한다. 절대값기(240)는 합산기(230)에서 합산된 값의 절대값을 정합 필터(200)의 출력[R_c(i)]으로서 출력한다. 이러한 정합 필터(200)의 출력[R_c(i)]은 수학식 4와 같다.

여기서 정합 필터(200)의 정합 필터 계수(s₀∼s_N-1)는 정합 필터 계수 제공부(300)에서 로딩되어 제공된다.

다음, OFDM 심벌 제어기(500)는 정합 필터(200)의 출력[R_c(i)]의 최고값이 발생되는 위치를 판단하고, 도 2의 보호 구간 내에서 OFDM 심벌의 시작 위치를 알려줌으로써 OFDM 심벌 동기가 획득된다. 그리고 앞서 설명한 것처럼 프리앰블은 16개의 값이 반복되는 구조이므로 정합 필터(200)의 출력[R_c(i)]의 최고값은 16개 값마다 한번 씩 발생한다.

다음, 도 6 및 도 7을 참조하여 OFDM 심벌 제어기(500)가 자기 상관기(100) 및 정합 필터의 출력을 판단하는 기준에 대해서 설명한다.

도 6은 도 3의 자기 상관기의 출력의 일 예를 나타내는 도면이며, 도 7은 도 3의 정합 필터의 출력의 일 예를 나타내는 도면이다. 도 6과 도 7에서 가로축은 샘플 시간을 의미하는 샘플 횟수를 나타내며, 도 6과 도 7의 세로축은 각각 출력의 크기를 나타낸다.

앞에서 설명한 것처럼 OFDM 심벌 제어기(500)는 자기 상관기(100)의 출력[R_a(i)]이 일정 기간 동안 임계치를 넘는 경우에 스위치(400)를 제어하여 OFDM 신호의 프리앰블을 정합 필터(200)로 전달한다. 이때 OFDM 심벌의 동기를 획득할 수 없을 정도로 수신된 신호의 SNR(signal to noise ratio)이 낮거나 페이딩이 심한 경우를 확인할 수 있도록 일정 기간과 임계치가 설정되어야 한다. 예를 들어 도 6의 경우에는 OFDM 심벌 제어기(500)는 자기 상관기(100)의 출력이 88개의 샘플 시간 동안 대략 0.5 정도의 값을 유지하는지를 판단한다. 이를 벗어나는 경우에는 OFDM 심벌의 동기를 획득할 수 없는 것으로 판단된다. 도 6을 보면 샘플 시간 24개가 될 경우에 자기 상관기(100)의 출력이 0.5를 넘으며, 여기서 88개의 샘플 시간이 경과했을 때, 즉 전체 샘플 시간이 112개로 되었을 때 프리앰블이 정합 필터(200)로 전달된다.

그리고 도 7을 보면 앞서 설명한 것처럼 16개 샘플 횟수 간격으로 정합 필터(200)의 출력[R_c(i)]의 최고값이 나타나는 것을 알 수 있다. OFDM 심벌 제어기(500)는 이러한 최고값이 발생하는 위치로부터 시작 위치를 판단하여 OFDM 심벌 동기를 획득한다. 예를 들어, 도 7을 보면 세 번째 최고값이 도 1의 프리앰블의 끝이다. OFDM 신호의 보호 구간 내에서 OFDM 심벌 동기가 획득하면 시스템의 성능의 저하는 없지만, 보호 구간 이후에 OFDM 심벌 동기가 획득되면 OFDM 심벌간 간섭이 발생하여 성능이 저하된다.

또한 무선 채널의 페이딩으로 실제 OFDM 심벌 동기가 M번째 이후에 발생할 수 있으므로, OFDM 심벌 제어부(500)는 보호 구간 내에서 OFDM 심벌 동기를 획득하도록 OFDM 심벌의 시작 위치를 알려준다. 도 1에서 데이터 필드는 최고 수천 개의 OFDM 심벌로 이루어지며, 하나의 OFDM 심벌은 (M+N)개로 이루어진다. N개의 포인트를 사용하는 OFDM 변복조에서는 OFDM 심벌에서 보호 구간인 M개를 제외하고 N개에 대해서 변복조가 수행된다. 이때 무선 채널이 심한 페이딩을 가질수록 OFDM 심벌의 시작 위치가 뒤로 옮겨져서 다음 OFDM 심벌과 간섭이 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해 보호 구간 내에서 OFDM 심벌 시작 위치를 잡아야 하며, 특히 실험 결과 M/2의 위치에서 시작 위치를 잡으면 성능이 가장 좋아진다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

이와 같이 본 발명에 의하면, OFDM 심벌 동기 획득에 자기 상관 방식에 정합 필터 방식이 부가되어 사용되므로, 자기 상관 방식의 단점을 정합 필터 방식으로 보완할 수 있다. 이에 따라 OFDM 심벌 동기를 강건하게 획득할 수 있다. 또한 정합 필터의 계수를 외부에서 입력하도록 하여, 정합 필터가 OFDM 심벌 동기에 사용되는 프리앰블 값에 따라 동작되도록 할 수 있다.

도 1은 OFDM 신호의 데이터 구조를 나타내는 도면이다.

도 2는 도 1의 OFDM 신호에서 하나의 OFDM 심벌의 구조를 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 심벌 동기 획득 장치를 나타내는 블록도이다.

도 4는 도 3의 OFDM 심벌 동기 획득 장치에서 자기 상관기의 상세 블록도이다.

도 5는 도 3의 OFDM 심벌 동기 획득 장치에서 정합 필터의 상세 블록도이다.

도 6은 도 3의 자기 상관기의 출력의 일 예를 나타내는 도면이다.

도 7은 도 3의 정합 필터의 출력의 일 예를 나타내는 도면이다.

Claims

수신되는 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 신호의 프리앰블로부터 OFDM 심벌 동기를 획득하는 장치에 있어서,

상기 OFDM 신호의 프리앰블의 자기 상관값을 계산하는 자기 상관기,

정합 필터 계수를 이용하여 상기 OFDM 신호의 프리앰블을 필터링하는 정합 필터,

상기 OFDM 신호를 상기 자기 상관기와 상기 정합 필터 중 하나로 전달하는 스위치, 그리고

상기 자기 상관기를 통하여 자기 상관값을 측정하고 상기 자기 상관값이 일정 기간 동안 임계치를 넘는 경우에 상기 OFDM 신호를 상기 정합 필터로 전달하도록 상기 스위치를 제어하는 OFDM 심벌 제어기를 포함하며,

상기 OFDM 심벌 제어기는 상기 정합 필터의 출력의 최고값으로부터 심벌의 시작 위치를 판단하는 OFDM 심벌 동기 획득 장치.
제1항에 있어서,

상기 자기 상관기는,

상기 프리앰블을 소정 개수만큼 지연시킨 신호의 이동 평균을 계산하는 제1 이동 평균기,

상기 프리앰블의 이동 평균을 계산하는 제2 이동 평균기, 그리고

상기 제1 이동 평균기의 출력과 상기 제2 이동 평균기의 출력의 비의 절대값으로 상기 자기 상관값을 연산하는 정규화기를 포함하는 OFDM 심벌 동기 획득 장치.
제1항에 있어서,

상기 정합 필터는 상기 프리앰블과 상기 정합 필터 계수의 곱을 소정 개수만큼 합한 값의 절대값으로 상기 프리앰블을 필터링하는 OFDM 심벌 동기 획득 장치.
제2항 또는 제3항에 있어서,

상기 OFDM 신호는 상기 소정 개수의 프리앰블 값이 반복되는 구조를 가지는 OFDM 심벌 동기 획득 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 OFDM 심벌 제어기는 상기 OFDM 신호의 보호 구간 내에서 심벌 동기가 획득되도록 상기 심벌의 시작 위치를 판단하는 OFDM 심벌 동기 획득 장치.
제5항에 있어서,

상기 OFDM 심벌 제어기는 상기 OFDM 신호의 보호 구간의 실질적으로 중간 위치에서 심벌 동기가 획득되도록 상기 심벌의 시작 위치를 판단하는 OFDM 심벌 동기 획득 장치.
수신되는 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 신호의 프리앰블로부터 OFDM 심벌 동기를 획득하는 방법에 있어서,

상기 OFDM 신호의 프리앰블의 자기 상관값을 계산하는 단계,

상기 자기 상관값이 일정 기간 동안 임계치를 넘는지를 판단하는 단계,

상기 자기 상관값이 상기 일정 기간 동안 상기 임계치를 넘는 경우에 정합 필터 계수를 이용하여 상기 OFDM 신호의 프리앰블을 정합 필터링하는 단계,

상기 정합 필터링된 값의 최고값을 판단하는 단계, 그리고

상기 최고값으로부터 OFDM 심벌의 시작 위치를 판단하는 단계를 포함하는 OFDM 심벌 동기 획득 방법.
제7항에 있어서,

상기 자기 상관값은 상기 프리앰블의 이동 평균과 상기 프리앰블을 소정 개수만큼 지연시킨 신호의 이동 평균으로부터 계산되며,

상기 정합 필터링은 상기 소정 개수의 프리앰블과 상기 정합 필터 계수 각각의 곱으로부터 계산되는 OFDM 심벌 동기 획득 방법.
제8항에 있어서,

상기 소정 개수는 16개인 OFDM 심벌 동기 획득 방법.