KR100833223B1 - 보호 구간을 이용해 심볼 타이밍 동기를 수행하는ｏｆｄｍ 수신 시스템 및 그 방법 - Google Patents

보호 구간을 이용해 심볼 타이밍 동기를 수행하는ｏｆｄｍ 수신 시스템 및 그 방법 Download PDF

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보호 구간을 이용해 FFT 윈도우 적용 구간을 변경하는 OFDM 수신 시스템 및 그 방법이 개시되어 있다. 본 발명은 유효 심볼 구간과 보호구간으로 이루어진 심볼 단위의 데이터 전송 구간을 고속 프리에 변환하는 OFDM 수신 방법에 있어서, 수신된 OFDM 신호로부터 한 심볼의 일정 샘플마다 삽입되어 있는 분산 파일롯을 추출하는 과정, 추출된 분산 파일롯을 통해 심볼 타이밍을 옵셋을 추정하여 데이터 전송 구간에 심볼 타이밍 동기 지점을 설정하는 과정, 설정된 심볼 타이밍 동기 지점으로부터 유효 심볼 구간중 일정 길이 구간을 뺀 샘플들에 상기 전송 구간중 일정 구간의 샘플들을 부가하여 FFT 변환하는 과정을 포함한다. 본 발명에 의하면, 다중 채널(또는 레일리 채널)이나 프리-고스트 채널 환경하에서 정확한 심볼 시작점을 판단하지 못하더라도 심볼간 간섭 없이 심볼 타이밍 동기와 채널 등화 과정을 정확하게 수행할 수있다.

Description

보호 구간을 이용해 심볼 타이밍 동기를 수행하는 ＯＦＤＭ 수신 시스템 및 그 방법{OFDM receving system for synchronizing symbol timing using guard interval and method thereof}
도 1은 종래의 OFDM 수신 시스템에서 심볼 타이밍 동기를 수행하는 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 심볼 타이밍 동기를 수행하는 OFDM 수신 시스템의 전체 블록도이다.
도 3의 (a) 및 (b)는 본 발명에 따른 FFT 윈도우 제어부에서 FFT 윈도우 구간 설정 방법을 보이는 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 FFT 윈도우 제어부에서 FFT 윈도우 구간을 재 설정하여 FFT 연산부로 입력시키는 방법을 보이는 개념도이다.
도 5는 본 발명에 따른 OFDM 수신 시스템의 심볼 타이밍 동기 방법을 보이는 흐름도이다.
도 6은 본 발명과 종래 기술의 심볼 타이밍 동기 수렴 성능을 비교한 그래프이다.
도 7은 심볼 타이밍 동기 및 채널 등화 후 본 발명과 종래 기술의 SER을 비교한 그래프이다.
본 발명은 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multipexer: 이하 OFDM이라 칭함) 수신 시스템에 관한 것으로서, 특히 보호 구간을 이용해 FFT 윈도우 적용 구간을 변경하는 OFDM 수신 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 OFDM 방식의 송신 시스템은 FFT(Fast Fourier Transform:고속 프리에 변환)을 이용하여 부반송파에 정보를 실어 전송하고 다중 경로의 영향을 줄이기 위해 유효 심볼 구간 앞 부분에 보호 구간을 삽입한다. 그리고 OFDM 방식의 수신 시스템은 수신된 OFDM 신호에서 보호 구간과 유효 심볼 구간의 경계를 찾아 FFT에 유효 심볼만 입력하는 FFT 윈도우 타이밍 동기를 수행한다. 이를 위해 OFDM 방식 수신 시스템은 먼저 보호 구간과 유효 심볼 구간의 유사성을 이용하여 대략적으로 FFT의 구간을 찾아야 한다.
도 1은 종래의 OFDM 수신 시스템에서 심볼 타이밍 동기를 수행하는 개념도이다.
도 1의 (a)를 참조하면, 한 심볼은 보호 구간(Tg)과 유효심볼 구간(Tu)로 구성된다. 윈도우 타이밍을 제어하는 윈도우 타이밍 제어기(도시안됨)는 보호구간을 이용하여 심볼의 시작점을 판단하며, 판단된 심볼의 시작점으로부터 N개의 샘플들 을 FFT 연산기(도시안됨)에 입력한다.
이때 윈도우 타이밍 제어기(도시안됨)는 FFT 윈도우 구간의 심볼 타이밍 동기 지점(symbol timing synchronization point)으로부터 데이터 전송 구간(Tu)만큼의 샘플들을 FFT 연산기로 입력시킨다.
그러나 도 1의 (a)와 같이 FFT 윈도우 구간을 설정하면 다중 경로가 존재하는 프리-고스트(pre-ghost) 채널 환경에서 올바르지 못한 심볼의 시작점을 판단하여 도 1의 (b)와 같이 심볼의 뒷부분에 다음 심볼(Next Symbol)의 일부가 겹치는 현상(Intersymbol Interference:ISI)이 발생한다. 따라서 이러한 심볼간간섭은 OFDM 수신 시스템의 성능 열화를 초래하는 문제점이 있었다.
본 발명이 이루고자하는 기술적과제는 유효심볼의 앞부분에 전송되는 보호구간을 이용하여 FFT 윈도우 적용 구간을 변경함으로T 다중 채널이나 프리-고스트 채널에서 발생하는 심볼간 간섭을 방지하는 OFDM 수신 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자하는 다른 기술적과제는 상기 OFDM 수신 방법을 적용한 OFDM 시스템을 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 유효 심볼 구간과 보호구간으로 이루어진 심볼 단위의 데이터 전송 구간을 고속 프리에 변환하는 OFDM 수신 방법에 있어서,
수신된 OFDM 신호로부터 한 심볼의 일정 샘플마다 삽입되어 있는 분산 파일 롯을 추출하는 과정;
상기 추출된 분산 파일롯을 통해 심볼 타이밍을 옵셋을 추정하여 상기 데이터 전송 구간에 심볼 타이밍 동기 지점을 설정하는 과정;
상기 과정에서 설정된 심볼 타이밍 동기 지점으로부터 상기 유효 심볼 구간중 일정 길이 구간을 뺀 샘플들에 상기 전송 구간중 일정 구간의 샘플들을 부가하여 FFT 변환하는 과정을 포함하는 OFDM 수신 방법을 특징으로 한다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 유효 심볼 구간과 보호구간으로 이루어진 심볼 단위의 데이터 전송 구간을 고속 프리에 변환하는 OFDM 수신 시스템에 있어서,
OFDM 신호를 디지털 복소 샘플로 변환하는 아날로그-디지털 변환수단;
상기 유효 심볼 구간을 고속 프리에 변환하는 FFT 연산 수단;
상기 FFT 연산 수단으로부터 출력되는 샘플내에 삽입된 분산 파일롯을 검출하는 분산파일롯추출수단;
상기 분산파일롯추출수단에서 추출된 분산 파일롯을 통해 심볼 타이밍을 옵셋을 추정하는 심볼타이밍옵셋추정수단;
상기 아날로그-디지털 변환수단으로부터 입력되는 데이터 전송 구간에 심볼 타이밍 동기 지점을 설정하고, 그 설정된 심볼 타이밍 동기 지점으로부터 상기 유효 심볼 구간중 일정 길이 구간을 뺀 샘플들에 상기 데이터 전송 구간의 앞쪽에 일정 구간의 샘플들을 부가하여 상기 FFT 연산 수단으로 입력시키는 FFT 윈도우 제어 수단을 포함하는 OFDM 시스템을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조로하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 심볼 타이밍 동기를 수행하는 OFDM 수신 시스템의 전체 블록도이다.
도 2의 OFDM 수신 시스템은 ADC부(210), 대략적 심볼 동기 추출부(220), FFT 윈도우 제어부(230), FFT 연산부(240), 분산파일롯모드검출부(250), 분산 파일롯 추출부(260), 심볼타이밍옵셋추정부(270), DPLL부(280)로 구성된다.
도 2를 참조하면, 먼저 아날로그-디지털 변환부(ADC)(210)는 입력되는 아날로그 형태의 OFDM 신호를 샘플 레이트가 9.14MHz인 디지털 복소 샘플로 변환한다.
대략적 심볼 동기 추출부(220)는 입력되는 디지털 복소 샘플들로부터 대략적인 심볼 시작 지점을 추출한다.
FFT윈도우제어부(230)는 FFT윈도우제어부(220)는 대략적 심볼 동기 추출부(220)에서 추출된 대략적 심볼 동기 신호에 의해 대략적인 심볼 시작 지점을 찾은 후 심볼 타이밍 옵셋 추정부(270)에서 추정된 옵셋값을 이용하여 디지털 복소 샘플들의 심볼 타이밍 동기 지점을 설정하고, 그 설정된 심볼 타이밍 동기 지점으로부터 유효 심볼 구간중 일정 길이 구간을 뺀 샘플들에다 데이터 전송 구간의 앞쪽으로 일정 구간의 샘플들을 부가하여 FFT 연산부(240)로 입력시킨다.
FFT 연산부(240)는 FFT 윈도우 제어부(230)로부터 입력되는 유효 심볼 구간에 해당하는 샘플들을 고속 프리에 변환한다.
이때 FFT연산부(240)는 전송 모드와 같은 개수의 부반송파로 구성된 주파수 영역의 신호를 출력한다. 이 주파수 영역의 신호는 일반적인 데이터와 함께 여러 동기와 OFDM 전송에 필요한 정보를 포함하는 파일럿 신호를 포함하고 있다. 이 가운데 주파수 영역 한 심볼에 12 샘플마다 삽입되어 있는 분산 파일럿 신호는 심볼 타이밍 동기를 위해서 필요하다.
분산파일롯모드검출부(250)는 분산 파일럿의 모드를 판단하며, 파일럿이 일반 데이터보다 전력이 큰 특성을 이용하여 각 분산 파일럿 모드에 해당하는 부반송파의 전력의 합을 비교하여 네 가지 모드 중 전력이 높은 모드를 검출한다.
분산파일롯추출부(260)는 분산파일롯모드검출부(250)에서 검출된 분산 파일럿 시작모드를 이용하여 심볼 내에 삽입된 분산 파일럿을 추출한다.
심볼타이밍옵셋추정부(270)는 분산파일롯추출부(260)에서 추출된 분산 파일롯을 이용하여 정수부분과 소수 부분을 존재하는 옵셋을 추정한다. 따라서 이 정수부분은 FFT윈도우제어부(230)에 인가되어 미세 심볼 타이밍 동기를 수행하고, 소수 부분은 DPLL(280)을 통해 ADC부(210)의 샘플링 클럭을 제어한다.
DPLL부(280)는 심볼타이밍옵셋추정부(260)에서 출력되는 심볼 타이밍 옵셋의 소수값을 이용하여 아날로그-디지털 변환부(210)의 샘플링 클럭의 주파수와 위상을 변화시킨다.
도 3의 (a) 및 (b)는 본 발명에 따른 FFT 윈도우 제어부(230)에서 FFT 윈도우 구간 설정 방법을 보이는 개념도이다.
도 3의 (a)를 참조하면, FFT 윈도우 제어부(230)는 심볼 타이밍 옵셋 추정부(270)에서 추정된 옵셋값을 이용하여 보호구간(Tg)과 유효심볼구간(Tu)으로 이루어진 데이터 전송 구간에 심볼 타이밍 동기 지점을 설정한다. 이어서, FFT 윈도우 제어부(230)는 설정된 심볼 타이밍 동기 지점으로부터 유효 심볼 구간(Tu)중 일정 길이 구간을 뺀 샘플들에다 전송 구간중 앞쪽으로 일정 구간(Tp)의 샘플들을 부가한다. 여기서 일정 구간(Tp) 길이는 보호구간(Tg)길이보다 적은값으로 채널 환경에 따라 설정된다.
도 3의 (b)를 참조하면, 일정 구간(Tp)내의 샘플들은 송신단에서 유효 심볼 구간의 일부분을 복사한 보호 구간에 해당하므로 FFT 변환하고자하는 심볼과 동일하다. 따라서 동일한 심볼만을 FFT 변환하면 OFDM 수신 시스템은 심볼간 간섭을 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 FFT 윈도우 제어부(230)에서 FFT 윈도우 구간을 재 설정하여 FFT 연산부(240)로 입력시키는 방법을 보이는 개념도이다.
FFT 윈도우 제어부(230)는 데이터 전송 구간에 설정된 심볼 타이밍 동기 지점으로부터 유효 심볼 구간(Tu)중 일정 길이 구간을 뺀 샘플들에 전송 구간중 앞쪽으로 일정 구간(Tp)의 샘플들을 부가하여 FFT 연산부(240)로 입력시킨다. 예를 들어 데이터 전송 모드가 2K 인 경우 FFT 윈도우 제어부(230)는 2048개의 샘플들을 병렬적으로 FFT 연산부(240)에 입력시킨다.
도 5는 본 발명에 따른 OFDM 수신 시스템의 심볼 타이밍 동기 방법을 보이는 흐름도이다.
먼저, 전송시스템으로부터 심볼 단위의 OFDM 신호를 수신한다(510과정).
이어서, 수신된 OFDM 신호로부터 한 심볼의 일정 샘플마다 삽입되어 있는 분산 파일롯을 추출한다(520과정).
이어서, 추출된 분산 파일롯을 통해 심볼 타이밍을 옵셋을 추정하여(530과정) 보호구간과 유효 심볼 구간으로 이루어진 데이터 전송 구간에 심볼 타이밍 동기 지점을 설정한다(540과정)
이어서, 설정된 심볼 타이밍 동기 지점으로부터 유효 심볼 구간중 일정 길이 구간을 뺀 샘플들에다 전송 구간중 앞쪽으로 일정 구간의 샘플들을 부가하여 FFT 입력 위치를 재설정한다(550과정).
도 6은 본 발명과 종래 기술의 심볼 타이밍 동기 수렴 성능을 비교한 그래프이다. 도 6의 그래프는 DVB-T 시스템에 적용하여 구한 심볼 타이밍 동기후 잔존 심볼 타이밍 옵셋 제곱 평균값(SAMPLE2)이다. 실험 환경은 데이터 전송 모드 2K, 보호구간 길이 모드 1/16, 초기 샘플 옵셋 1000샘플, 샘플링 클럭 주파수 옵셋 200ppm, 초기 샘플링 클럭 위상 옵셋, PLL 블록의 루프 대역폭 500ppm을 적용하였다. 그리고 다중 경로는 DVB-T 테스트 스펙의 20개 채널을 이용하였다. 레일리 채널과 라이시안 채널에서 본 발명은 종래 기술에 비해 잔존 심볼 타이밍 옵셋 제곱 평균값(SAMPLE2)이 낮다.
도 7은 심볼 타이밍 동기 및 채널 등화 후 본 발명과 종래 기술의 SER을 비 교한 그래프이다.
실험 환경은 도 6과 동일하고, 채널 등화 알고리듬은 4 심볼동안 분산 파일롯을 이용하여 시간축, 주파수축 선형 보간을 통해 채널 추정 및 등화를 수행하였다. 도 7의 그래프를 참조하면, 레일리 채널에서 본 발명이 종래 기술보다 낮은 SER을 보인다.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상내에서 당업자에 의한 변형이 가능함은 물론이다. 즉, 즉, 유럽형 디지털 TV 나 IEEE 802.11a의 무선랜이나 OFDM 방식을 이용한 다른 시스템의 심볼 타이밍 동기에도 응용 가능하다.
상술한 본 발명의 실시예는 컴퓨터에서 실행될 수있는 프로그램으로 작성 가능하다. 그리고 컴퓨터에서 사용되는 매체로 부터 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수있다. 상기 매체는 마그네틱 저장 매체(예: 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예:CD-ROM, DVD등) 및 캐리어 웨이브(예:인터넷을 통해 전송)와 같은 저장 매체를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템을 통해 타 시스템에 분산되어 저장될 수 있고, 실행될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 다중 채널(또는 레일리 채널)이나 프리-고스트 채널 환경하에서 정확한 심볼 시작점을 판단하지 못하더라도 심볼간 간섭없이 심볼 타이밍 동기와 채널 등화 과정을 정확하게 수행할 수있다.

Claims (5)

  1. 유효 심볼 구간과 보호구간으로 이루어진 심볼 단위의 데이터 전송 구간을 고속 프리에 변환하는 OFDM 수신 방법에 있어서,
    수신된 OFDM 신호로부터 한 심볼의 일정 샘플마다 삽입되어 있는 분산 파일롯을 추출하는 과정;
    상기 추출된 분산 파일롯을 통해 심볼 타이밍을 옵셋을 추정하여 상기 데이터 전송 구간에 심볼 타이밍 동기 지점을 설정하는 과정;
    상기 과정에서 설정된 심볼 타이밍 동기 지점으로부터 상기 유효 심볼 구간중 일정 길이 구간을 뺀 샘플들에 상기 데이터 전송 구간중 상기 일정 길이 구간의 샘플들을 부가하여 FFT의 입력 위치를 재 설정하고 FFT 변환하는 과정을 포함하는 OFDM 수신 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 데이터 전송 구간중 상기 일정 길이 구간은 상기 심볼 타이밍 동기 지점의 앞 부분임을 특징으로 하는 OFDM 수신 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 데이터 전송 구간중 상기 일정 길이 구간은 상기 보호 구간 길이 보다 적은 구간임을 특징으로 하는 OFDM 수신 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 데이터 전송 구간중 상기 일정 길이 구간은 채널 환경에 따라 다르게 설정되는 것임을 특징으로 하는 OFDM 수신 방법.
  5. 유효 심볼 구간과 보호구간으로 이루어진 심볼 단위의 데이터 전송 구간을 고속 프리에 변환하는 OFDM 수신 시스템에 있어서,
    OFDM 신호를 디지털 복소 샘플로 변환하는 아날로그-디지털 변환수단;
    상기 유효 심볼 구간을 고속 프리에 변환하는 FFT 연산 수단;
    상기 FFT 연산 수단으로부터 출력되는 샘플내에 삽입된 분산 파일롯을 검출하는 분산파일롯추출수단;
    상기 분산파일롯추출수단에서 추출된 분산 파일롯을 통해 심볼 타이밍을 옵셋을 추정하는 심볼타이밍옵셋추정수단;
    상기 아날로그-디지털 변환수단으로부터 입력되는 데이터 전송 구간에 심볼 타이밍 동기 지점을 설정하고, 그 설정된 심볼 타이밍 동기 지점으로부터 상기 유효 심볼 구간중 일정 길이 구간을 뺀 샘플들에 상기 데이터 전송 구간의 앞쪽에 일정 구간의 샘플들을 부가하여 상기 FFT 연산 수단으로 입력시키는 FFT 윈도우 제어 수단을 포함하는 OFDM 수신 시스템.
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