KR100740466B1 - Ｏｆｄｍ 기반 통신 시스템에서 수신 신호의 오프셋보상방법 및 그 장치 - Google Patents

Ｏｆｄｍ 기반 통신 시스템에서 수신 신호의 오프셋보상방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

OFDM에서 수신 신호의 오프셋 보상방법 및 그 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 OFDM 기반 통신 시스템에서 수신 신호의 오프셋 보상방법은, (a) OFDM 신호를 수신하고 주파수 오프셋을 추정하여, 상기 수신된 신호의 주파수 오프셋을 보상하는 단계; (b) 상기 주파수 오프셋 보상된 신호에 대해 FFT를 수행하는 단계; (c) 상기 FFT 수행된 신호에 대해 위상 오프셋과 타이밍 오프셋을 보상하는 단계; 및 (d) 채널을 추정하여 채널을 보상하되 상기 (c) 단계의 보상 결과를 DDCE(Decision Directed Channel Estimation) 알고리즘에 이용하여 채널을 보상하고, 상기 채널 보상 이후에도 남아있는 위상 오프셋과 타이밍 오프셋을 다시 보상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 홈 네트워크 가전제품과 단말기 등에서 무선 신호의 수신효율을 높일 수 있으며, 단말기 시스템의 수신 지연, 하드웨어의 복잡도를 줄이고 소요 메모리 크기를 줄일 수 있다.

Description

ＯＦＤＭ 기반 통신 시스템에서 수신 신호의 오프셋 보상방법 및 그 장치 {Method and apparatus for offset compensation of received signal in OFDM communication system}
도 1은 OFDM 에서 오프셋 추정에 필요한 알고리즘간의 상관관계를 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오프셋 보상장치의 블록도,
도 3은 OFDM 수신신호의 프리앰블 구성도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오프셋 보상방법의 플로우차트이다.
본 발명은 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 OFDM에서 수신 신호의 오프셋 보상방법 및 그 장치에 관한 것이다.
UWB(Ultra WideBand) 통신 시스템에서는 전송신호의 변복조 방식으로 OFDM 방식을 사용하는데, OFDM 방식은 직교성을 갖는 다수의 부반송파(subcarrier)를 사 용하여 각 단말의 데이터를 전송하므로 주파수 효율이 높으며, 단말간 직교성이 유지되어 셀내에서 단말간 간섭이 적다. 또한 연속된 OFDM 심볼 사이에는 무선채널의 최대지연확산보다 긴 보호구간을 두고 여기에 순환전치(Cyclic Prefix, CP)를 부가하여 전송함으로써 다중경로 채널에 의한 심볼간 간섭을 방지할 수 있다. 또한 각 부반송파는 협대역 주파수 비선택 페이딩 채널로 근사화되기 때문에 채널추정 및 등화를 주파수 영역에서 간단하게 구현할 수 있는 장점이 있다.
그러나 OFDM 에서는 전송하고자 하는 데이터 패킷의 길이가 길어지면서 그 끝부분 데이터의 결정(Decision) 왜곡현상(오프셋)이 발생하고 이로 인해 수신 데이터에 에러가 발생할 가능성이 높아지게 된다. 이를 해결하기 위해 주파수 오프셋 보상이후에, 잔여 주파수 오프셋을 계속적으로 추정하고 이를 보상하며, 채널 보상이후에도 남아있는 잔여 채널 오프셋을 계속하여 추정하고 보상하고, 송신단 및 수신단에서의 샘플링 클럭 오차에 의한 타이밍 오프셋을 추정하고 보상하는 것이 필요하다.
종래에는 잔여 채널 오프셋, 잔여 주파수 오프셋, 그리고 타이밍 오프셋 보상을 위해 수신장치의 디인터리빙(Deinterleaving)과 Depuncturer를 거치고 난, 비터비 디코더(Viterbi Decoder) 이후의 출력 신호를 다시 주파수 도메인 데이터로 만들어 사용해 왔다. 따라서, 신호의 지연이 발생하고 하드웨어가 복잡해지며 메모리도 많이 필요하게 된다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 OFDM에서 수신 신호의 잔여 위상(잔여주파수) 오프셋 보상, 타이밍 오프셋 보상 및 채널 보상을 함께 수행하여, 하드웨어 구성을 간단하게 한 오프셋 보상 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제는 본 발명에 따라, OFDM 기반 통신 시스템에서 수신 신호의 오프셋 보상방법에 있어서, (a) OFDM 신호를 수신하고 주파수 오프셋을 추정하여, 상기 수신된 신호의 주파수 오프셋을 보상하는 단계; (b) 상기 주파수 오프셋 보상된 신호에 대해 FFT를 수행하는 단계; (c) 상기 FFT 수행된 신호에 대해 위상 오프셋과 타이밍 오프셋을 보상하는 단계; 및 (d) 채널을 추정하여 채널을 보상하되 상기 (c) 단계의 보상 결과를 DDCE(Decision Directed Channel Estimation) 알고리즘에 이용하여 채널을 보상하고, 상기 채널 보상 이후에도 남아있는 위상 오프셋과 타이밍 오프셋을 다시 보상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오프셋 보상 방법에 의해 달성된다.
상기 (a) 단계는, 상기 수신된 신호의 프리앰블 구간에 포함된 패킷동기 시퀀스를 이용하여 주파수 오프셋을 추정하여, 상기 수신된 신호의 주파수 오프셋을 보상하는 것이 바람직하다.
상기 (d) 단계는, 상기 수신된 신호의 프리앰블 구간에 포함된 채널추정 시퀀스를 이용하여 채널을 추정하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 다른 분야에 따르면, 상기 기술적 과제는OFDM 기반 통신 시스템에서 수신 신호의 오프셋 보상장치에 있어서, OFDM 신호를 수신하고 주파수 오 프셋을 추정하여, 상기 수신된 신호의 주파수 오프셋을 보상하는 주파수 오프셋 보상부; 상기 주파수 오프셋 보상된 신호에 대해 FFT를 수행하는 FFT 수행부; 및 상기 FFT 수행된 신호에 대해 위상 오프셋과 타이밍 오프셋을 보상한 후, 채널을 추정하여 채널을 보상하되, 상기 위상 오프셋 및 타이밍 오프셋 보상 결과를 DDCE(Decision Directed Channel Estimation) 알고리즘에 이용하여 채널을 보상하고, 채널 보상 결과를 트랙킹하여 상기 채널 보상 이후에도 남아있는 위상 오프셋과 타이밍 오프셋을 다시 보상하는 오프셋 보상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 오프셋 보상 장치에 의해서도 달성된다.
상기 오프셋 보상부는, 상기 FFT 수행된 신호에 대해 위상 오프셋과 타이밍 오프셋을 보상하는 위상 및 타이밍 오프셋 보상부; 채널을 추정하여 채널을 보상하되 상기 위상 및 타이밍 오프셋 보상부의 보상 결과를 DDCE(Decision Directed Channel Estimation) 알고리즘에 이용하여 채널을 보상하는 채널 보상부; 상기 DDCE 알고리즘을 수행하는 DDCE 수행부; 및 상기 채널 보상 결과를 트랙킹하여 채널 보상 이후에도 남아있는 위상 오프셋과 타이밍 오프셋을 다시 보상하도록 상기 위상 및 타이밍 오프셋 보상부로 전달하는 트랙커를 포함하는 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 OFDM 에서 오프셋 추정에 필요한 알고리즘간의 상관관계를 도시한 도면이다.
OFDM 수신기에서 수신된 신호의 오프셋을 추정하기 위해 주파수 오프셋 추정 (Frequency Offset Estimation)(110), 채널 추정(Channel Estimation)(130), Direct Decision 채널 추정(120), 위상 오프셋 트랙킹(Phase Offset Tracking)(140) 및 타이밍 오프셋 트랙킹(Timing Offset Tracking)(150) 등을 수행하여야 한다.
즉, 정확한 주파수 오프셋을 추정하고 보상하는 것이 어렵기 때문에, 보상 이후 단계에서의 잔여 주파수 오프셋 값이, 채널 추정, DDCE, 위상(잔여주파수) 오프셋 추정 및 타이밍 오프셋 추정에 영향을 미치며, 채널 추정의 정확도는 DDCE, 위상(잔여주파수) 오프셋 추정, 타이밍 오프셋 추정에 영향을 미친다. DDCE에서 추정한 잔여 채널 오프셋 값은 위상(잔여주파수) 오프셋 추정, 타이밍 오프셋 추정에 영향을 미친다. 또한, 위상(잔여주파수) 오프셋 추정과 타이밍 오프셋 추정, 보상 값은 DDCE의 수행에 영향을 미친다. 도 1에 따른 상관도에서 알 수 있듯이 각각의 오프셋 값을 추정하는 알고리즘이 필요하다. 이를 보상하는 구조가 하드웨어 구현에 이슈가 될 수 있다.
따라서 각 단계에서의 오프셋 추정 및 보상을 함께 수행하는 것이 바람직하며, 이를 통해 DDCE에서 사용하는 Hard Decision 값의 에러율을 낮추고 하드웨어의 복잡도와 필요 메모리의 크기를 줄일 수 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오프셋 보상장치의 블록도이다.
OFDM 기반 통신 시스템에서 수신 신호의 오프셋 보상장치는, 주파수 오프셋 보상부(210), FFT 수행부(220), 오프셋 보상부(200), 결정부(250)를 포함한다. 그리고 오프셋 보상부(200)는 위상 및 타이밍 오프셋 보상부(230), 채널 보상부 (240), 트랙커(260) 및 DDCE 수행부(270)를 더 포함한다.
주파수 오프셋 보상부(210)는 OFDM 신호를 수신하고 주파수 오프셋을 추정하여, 수신된 신호의 주파수 오프셋을 보상한다. 주파수 오프셋의 추정은 도 3을 참조하여 후술하는 프리앰블의 패킷동기 시퀀스를 가지고 수행된다. FFT 수행부(220)는 주파수 오프셋 보상부(210)에서 주파수 오프셋 보상된 신호에 대해 FFT를 수행한다.
오프셋 보상부(200)는 FFT 수행된 신호에 대해 위상 오프셋과 타이밍 오프셋을 보상한 후, 채널을 추정하여 채널을 보상하되, 위상 오프셋 및 타이밍 오프셋 보상 결과를 DDCE(Decision Directed Channel Estimation) 알고리즘에 이용하여 채널을 보상하고, 채널 보상 결과를 트랙킹하여 채널 보상 이후에도 남아있는 위상 오프셋과 타이밍 오프셋을 다시 보상한다.
즉, 위상 및 타이밍 오프셋 보상을 수행하여 그 결과를 채널 보상과 DDCE에서 사용하되, 채널 보상후의 결과를 다시 위상 및 타이밍 오프셋 보상(추정)에 사용한다. 여기서 DDCE는 결정부(250)로부터의 결정 결과(알려진(판단된) 데이터, known data)를 가지고 DDCE를 수행하여 채널 보상에 사용할 수 있도록 한다.
오프셋 보상부(200)의 구성요소에 대하여 보다 상세하게 설명하면, 위상 및 타이밍 오프셋 보상부(230)는 FFT 수행된 신호에 대해 위상 오프셋과 타이밍 오프셋을 보상한다. 채널 보상부(240)는 채널을 추정하여 채널을 보상하되 위상 및 타이밍 오프셋 보상부(230)의 보상 결과를 DDCE(Decision Directed Channel Estimation) 알고리즘에 이용하여 채널을 보상한다. 채널 보상부(240)는 수신된 신호의 프리앰블 구간에 포함된 채널추정 시퀀스를 이용하여 채널을 추정하여 보상한다. 그리고 DDCE 알고리즘은 DDCE 수행부(270)에서 수행된다. 한편, DDCE 를 수행하기 위한 known data는 결정부(250)에서 전달받는다.
트랙커(260)는 채널 보상부(240)의 보상 결과를 트랙킹하여 채널 보상 이후에도 남아있는 위상 오프셋과 타이밍 오프셋을 다시 보상하도록 위상 및 타이밍 오프셋 보상부(230)로 전달한다. 위상 오프셋 보상은 주파수 오프셋 추정 및 보상 이후에 남은 잔여 주파수 오프셋에 의해 데이터의 위상이 점점 돌아가는 것을 보상하는 것으로, 이를 위해 트랙커(260)는 채널 보상 이후의 파일럿 데이터를 이용하여 constant한 위상 성분을 찾는다.
타이밍 오프셋은 송신부의 샘플링 클럭과 수신부의 샘플링 클럭이 흔들림으로 인해서 발생하는 것으로, 타이밍 오차가 없는 경우에는 채널 보상 후의 파일럿 데이터와 원래 파일럿 데이터오의 위상 차이가 없어야 하지만, 타이밍 오차에 의해 중심 주파수에서 멀어질수록 선형적으로 증가하는 위상 차이가 나타나며 타이밍 오프셋 보상은 이를 보상하는 것이다.
도 3은 OFDM 수신신호의 프리앰블 구성도이다.
프리앰블은 패킷동기 시퀀스(310), 프레임 동기 시퀀스(320) 및 채널추정 시퀀스(330)를 포함한다. 그리고 패킷동기 시퀀스(310)는 21개의 OFDM 심볼로 이루어지고, 프레임 동기 시퀀스(320)는 3개의 OFDM 심볼로 이루어지며, 채널추정 시퀀스(330)는 6개의 OFDM 심볼로 이루어진다. 주파수 오프셋 추정은 패킷동기 시퀀스(310)를 이용하여 수행되며, 채널 추정은 채널 추정 시퀀스(330)를 이용하여 수행 된다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오프셋 보상방법의 플로우차트이다.
먼저, OFDM 신호를 수신하고 주파수 오프셋을 추정하여, 수신된 신호의 주파수 오프셋을 보상한다(S410). 이는 전술한 바와 같이 수신된 신호의 프리앰블 구간에 포함된 패킷동기 시퀀스를 이용하여 주파수 오프셋을 추정하여, 수신된 신호의 주파수 오프셋을 보상한다. 그리고 주파수 오프셋 보상된 신호에 대해 FFT를 수행한다(S420).
다음으로 FFT 수행된 신호에 대해 위상 오프셋과 타이밍 오프셋을 보상하고, 이와 함께 채널을 추정하여 채널을 보상하되 위상 오프셋 및 타이밍 오프셋 보상 결과를 DDCE(Decision Directed Channel Estimation) 알고리즘에 이용하여 채널을 보상한다(S430). 그리고 이와 함께 채널 보상 이후에도 남아있는 위상 오프셋과 타이밍 오프셋을 다시 보상하도록 채널 보상 결과를 위상 및 타이밍 오프셋 보상에 이용한다. 한편 채널 추정 및 보상은 수신된 신호의 프리앰블 구간에 포함된 채널추정 시퀀스를 이용하여 채널을 추정하여 보상한다.
한편, 전술한 오프셋 보상방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성 가능하다. 상기 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 또한, 상기 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 정보저장매체(computer readable media)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써 오프셋 보상방법을 구현한다. 상기 정보저장매체는 자기 기록매체, 광 기록매체, 및 캐리어 웨이브 매체를 포함한다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 홈 네트워크 가전제품과 단말기 등에서 무선 신호의 수신효율을 높일 수 있으며, 단말기 시스템의 수신 지연, 하드웨어의 복잡도를 줄이고 소요 메모리 크기를 줄일 수 있다.

Claims (7)

  1. OFDM 기반 통신 시스템에서 수신 신호의 오프셋 보상방법에 있어서,
    (a) OFDM 신호를 수신하고 주파수 오프셋을 추정하여, 상기 수신된 신호의 주파수 오프셋을 보상하는 단계;
    (b) 상기 주파수 오프셋 보상된 신호에 대해 FFT를 수행하는 단계;
    (c) 상기 FFT 수행된 신호에 대해 위상 오프셋과 타이밍 오프셋을 보상하는 단계; 및
    (d) 채널을 추정하여 채널을 보상하되 상기 (c) 단계의 보상 결과를 DDCE(Decision Directed Channel Estimation) 알고리즘에 이용하여 채널을 보상하고, 상기 채널 보상 이후에도 남아있는 위상 오프셋과 타이밍 오프셋을 다시 보상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오프셋 보상 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 (a) 단계는
    상기 수신된 신호의 프리앰블 구간에 포함된 패킷동기 시퀀스를 이용하여 주파수 오프셋을 추정하여, 상기 수신된 신호의 주파수 오프셋을 보상하는 것을 특징으로 하는 오프셋 보상 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 (d) 단계는
    상기 수신된 신호의 프리앰블 구간에 포함된 채널추정 시퀀스를 이용하여 채 널을 추정하는 것을 특징으로 하는 오프셋 보상 방법.
  4. OFDM 기반 통신 시스템에서 수신 신호의 오프셋 보상장치에 있어서,
    OFDM 신호를 수신하고 주파수 오프셋을 추정하여, 상기 수신된 신호의 주파수 오프셋을 보상하는 주파수 오프셋 보상부;
    상기 주파수 오프셋 보상된 신호에 대해 FFT를 수행하는 FFT 수행부; 및
    상기 FFT 수행된 신호에 대해 위상 오프셋과 타이밍 오프셋을 보상한 후, 채널을 추정하여 채널을 보상하되, 상기 위상 오프셋 및 타이밍 오프셋 보상 결과를 DDCE(Decision Directed Channel Estimation) 알고리즘에 이용하여 채널을 보상하고, 채널 보상 결과를 트랙킹하여 상기 채널 보상 이후에도 남아있는 위상 오프셋과 타이밍 오프셋을 다시 보상하는 오프셋 보상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 오프셋 보상 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 오프셋 보상부는
    상기 FFT 수행된 신호에 대해 위상 오프셋과 타이밍 오프셋을 보상하는 위상 및 타이밍 오프셋 보상부;
    채널을 추정하여 채널을 보상하되 상기 위상 및 타이밍 오프셋 보상부의 보상 결과를 DDCE(Decision Directed Channel Estimation) 알고리즘에 이용하여 채널을 보상하는 채널 보상부;
    상기 DDCE 알고리즘을 수행하는 DDCE 수행부; 및
    상기 채널 보상 결과를 트랙킹하여 채널 보상 이후에도 남아있는 위상 오프셋과 타이밍 오프셋을 다시 보상하도록 상기 위상 및 타이밍 오프셋 보상부로 전달하는 트랙커를 포함하는 것을 특징으로 하는 오프셋 보상 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 채널 보상부는
    상기 수신된 신호의 프리앰블 구간에 포함된 채널추정 시퀀스를 이용하여 채널을 추정하는 것을 특징으로 하는 오프셋 보상 장치.
  7. 제4항에 있어서, 상기 주파수 오프셋 보상부는
    상기 수신된 신호의 프리앰블 구간에 포함된 패킷동기 시퀀스를 이용하여 주파수 오프셋을 추정하여, 상기 수신된 신호의 주파수 오프셋을 보상하는 것을 특징으로 하는 오프셋 보상 장치.
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