KR101138602B1 - 직교 주파수 분할 다중화（ｏｆｄｍ）수신장치 및 그수신장치를 이용한 심볼간섭 최소화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 추가적인 기억장치와 레지스터에 따른 면적효율 저하의 문제를 해결하면서도, 채널 변화에 대하여 능동적으로 대처하여 ISI를 효과적으로 제거할 수 있는 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 수신장치 및 그 수신장치를 이용한 심볼간섭 최소화 방법을 제공한다. 그 수신장치는 수신된 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal frequency division multiplexing: OFDM) 신호에 대한 최소심볼간섭 지점을 검출하여 고속푸리에변환(Fast Fourier Transform: FFT) 시작점을 구하는 FFT 시작점 추정부; 상기 FFT 시작점 추정부에서 구한 FFT 시작점에서 FFT를 수행하는 FFT 연산부; 상기 FFT 연산부 출력에 곱함으로써, 상기 FFT 연산부 출력 신호의 위상을 보정하는 위상 보정부; 위상이 보정된 신호에 대하여 복호를 수행하는 복호부;를 포함하여, 상기 OFDM 신호에 대하여 심볼 간 간섭을 최소화한다.

ISI: Inter-Symbol-Interference, CIR: Channel Impulse Response, NCO: Numerically Controlled Oscillator, Phase-slope: 위상기울기 또는 위상회전

Description

직교 주파수 분할 다중화（ＯＦＤＭ）수신장치 및 그 수신장치를 이용한 심볼간섭 최소화 방법{Orthogonal frequency division multiplexing(OFDM) receiving apparatus and method of minimizing inter symbol interference(ISI) using the same the apparatus}

본 발명은 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing: OFDM) 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 심볼간섭을 최소화할 수 있는 OFDM 수신장치 및 그 수신장치를 이용한 심볼간섭 최소화 방법에 관한 것이다.

OFDM 모델설계의 경우, 심볼 간의 간섭(Inter Symbol Interference: ISI)이 최소가 되는 지점에서 심볼동기를 획득하는 것은 모뎀의 성능과 직결되어 있다. 정보가 서로 다른 심볼과 심볼 간에는 위상의 불연속점이 발생하며, 이 구간에서 FFT를 취하면, 아무리 SNR(signal-to noise rate)이 우수한 환경이라도, 성상도(constellation)가 번지는 현상이 나타난다. 이러한 문제를 제거하기 위해서, 심볼의 위상을 더 길게 가져가도록, 가드심볼이라는 추가적인 심볼을 붙여 넣는다.

그와 함께, 고속푸리에변환(Fast Fourier Transform: FFT)을 위상의 불연속점이 발생하는 지점을 피해서, 가드심볼 범위 안에서 수행한다. 그러나 채널환경에 서 다중경로가 달라지며, 그에 따라 심볼 간의 간섭을 야기하는 길이도 달라진다. 그러므로 심볼 간의 간섭이 최소가 되는 지점에서 FFT를 수행하는 것은 성능에서 가장 핵심이 되는 역할이라 할 수 있다.

심볼 간의 간섭이 최소가 되는 구간에서 FFT를 수행하기 위해서, 종래의 기술은 첫 번째 방법으로 최대임펄스응답이 되는 지점에서 정량적인 실험에 따라 일정 샘플 전부터 FFT를 수행하는 방식이 있다. 그러나 이러한 방식은 모든 조건에서 항상 동일한 성능을 장담할 수 없는 단점이 있다.

종래에 사용되는 두 번째 방법으로는 미리 심볼길이보다 더 길게 샘플을 저장하고, 가드심볼 중에서 심볼 간의 간섭이 최소가 되는 최소심볼간섭 지점과 최대임펄스응답을 가지는 최대임펄스응답 지점의 샘플들을 가드심볼과 동일한 샘플을 가지는 심볼에 덮어서 ISI를 제거하는 방법이 있다. 이와 같은 두 번째 방법은 ISI 제거 성능이 매우 높다는 장점이 있으나, 미리 가드 샘플을 저장하기 위한 추가적인 기억장치와 레지스터가 필요하기 때문에 면적효율이 낮다는 단점이 있다.

도 1은 종래의 심볼간섭 제거 방법을 보여주는 개념도로서, 앞서 두 번째 방법을 설명하기 위한 것이다.

도 1을 참조하면, 전체 심볼은 가드심볼 구간(Tg)과 유효심볼 구간(Tu)으로 나누어지고, 이러한 OFDM 심볼은 심볼 타이밍 동기 지점으로부터 유효심볼 구간만큼 씩 FFT가 수행된다. 그러나 FFT 수행 시 다중경로가 존재하는 채널환경에서 심볼의 시작점이 잘못 판단되고 심볼의 뒷부분에 다음 심볼(Next Symbol)의 일부가 겹치는 현상, 즉 ISI가 발생한다.

그와 같은 ISI 발생을 제거하기 위하여, 심볼 앞쪽의 일정 구간(Tp)을 복사하여 뒤에 간섭이 일어나는 부분에 덮고 FFT를 수행한다. 일정 구간(Tp) 내의 샘플들은 송신단에서 유효심볼 구간의 일부분을 복사한 보호구간, 즉 가드심볼 구간에 해당하므로 원래 FFT를 수행해야 할 부분과 동일한 샘플들을 갖는다. 따라서, ISI가 발생한 구간 대신 일정 구간(Tp)에 대하여 FFT를 수행함으로써, ISI를 방지할 수 있다. 여기서, 일정 구간(Tp)은 가드심볼 구간(Tg) 길이보다는 작으며, 채널환경에 따라 적절하게 설정될 수 있다.

도 2는 도 1과 같은 방법에서 OFDM 심볼에 대한 FFT 연산 수행과정을 보여주는 개념도이다.

도 2를 참조하면, FFT는 점선에 표시된 구간에서 수행되는데, 즉, 심볼 타이밍 동기 지점으로부터 유효심볼 구간(Tu) 중 뒤 부분의 일부 구간이 제외되고, 앞 부분 일정 구간(Tp)이 부가되어 FFT 연산이 수행한다. 따라서, FFT 연산은 심볼의 샘플들이 FFT 연산부(400)에 표시된 바와 같이 입력되어 수행된다.

그러나 앞서 언급한 바와 같이 이와 같이 가드심볼 구간 복사에 의한 방법은 일정 구간의 가드 샘플을 저장하기 위한 추가적인 기억장치와 레지스터가 필요하기에 OFDM 수신장치 구현에 있어서 면적효율이 매우 낮다는 단점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 앞서 두 번째 방법의 추가적인 기억장치와 레지스터에 따른 면적효율 저하의 문제를 해결하면서도, 채널 변화에 대하여 능동적으로 대처하여 ISI를 효과적으로 제거할 수 있는 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 수신장치 및 그 수신장치를 이용한 심볼간섭 최소화 방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명은 상기 과제를 달성하기 위하여, 수신된 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal frequency division multiplexing: OFDM) 신호에 대한 최소심볼간섭 지점을 검출하여 고속푸리에변환(Fast Fourier Transform: FFT) 시작점을 구하는 FFT 시작점 추정부; 상기 FFT 시작점 추정부에서 구한 FFT 시작점에서 FFT를 수행하는 FFT 연산부; 상기 FFT 연산부 출력에 곱함으로써, 상기 FFT 연산부 출력 신호의 위상을 보정하는 위상 보정부; 위상이 보정된 신호에 대하여 복호를 수행하는 복호부;를 포함하여, 상기 OFDM 신호에 대하여 심볼 간 간섭을 최소화하여 수신하는 OFDM 수신장치를 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 FFT 시작점 추정부는 상기 복호부의 출력 신호에 대한 비트 에러율(Bit Error Rate: BER)을 계산하는 BER 계산부; 최대임펄스응답 지점 및 상기 BER 계산부 출력 신호를 받아 심볼시간(symbol timing)의 편이를 추정하는 심볼시간편이 추정부; 상기 심볼시간편이 추정부의 출력을 받아 상기 FFT 연 산부의 상기 FFT 시작점을 조정하는 FFT 시작점 조정부;를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 BER 계산부는 상기 비트 에러율 계산을 통해 상기 최소심볼간섭 지점을 검출할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 위상 보정부는 부반송파(sub-carrier)에 대한 인덱스를 생성하는 부반송파 인덱스 생성부, 및 상기 정현파를 생성하는 정현파 생성장치(Numerically Controlled Oscillator: NCO)를 포함할 수 있는데, 이러한 상기 정현파 생성장치는 상기 심볼시간편이 추정부 출력과 상기 부반송파인덱스 생성부 출력을 곱한 결과값을 주소값으로 하여 상기 정현파를 생성할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 OFDM 수신장치는 상기 구성요소부들 간의 피드백 동작을 통해, 상기 OFDM 신호에 대한 심볼 간 간섭을 최소화하여 수신할 수 있고, 또한 그러한 피드백 동작을 통해 상기 최소심볼간섭 지점이 채널 변화에 대응하여 능동적으로 검출될 수 있다. 한편, 상기 FFT 시작점 추정부는 최초 FFT 시작점을 구하는 경우, 상기 OFDM 신호의 최대임펄스응답 지점에서 가드 심볼의 1/4만큼 앞선 지점을 상기 FFT 시작점으로 추정할 수 있다. 이는 처음에는 상기 BER 계산값을 이용할 없기 때문이다.

본 발명에 있어서, 상기 OFDM 수신장치는 상기 최대임펄스응답 지점을 찾는 최대임벌스응답 추정부, 수신된 OFDM 신호를 기저대역신호로 변환하는 기저대역 변환부, 상기 기저대역 변환부 출력신호를 샘플링하여 상기 FFT 연산부로 입력하는 보간필터부, 및 상기 위상이 보정된 신호에 대하여 클록오차를 추정하는 클록오차 추정부를 포함하고, 상기 복호부는 왜곡된 채널의 특성을 보상하는 채널등화부, 컨 벌루션 코드(convolution code)를 이용하여 복호를 수행하는 비터비(viterbi) 복호부, 및 리드솔로몬 코드(Reed-Solomon code)를 이용하여 복호를 수행하는 리드솔로몬 복호부를 포함할 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 과제를 달성하기 위하여, 최대임펄스응답 추정부에서 OFDM 신호의 최대임펄스응답 지점을 구하는 단계; FFT 시작점 추정부에서 최소심볼간섭 지점을 추정하는 단계; FFT 연산부에서 상기 최소심볼간섭 지점에서 FFT를 수행하는 단계; 상기 FFT 출력신호의 위상을 보정하는 단계; 및 복호부에서 보정된 상기 출력신호에 대한 복호를 수행하는 단계:를 포함하는 심볼간섭 최소화 방법을 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 위상 보정은 상기 FFT 출력신호와 위상보정을 위한 심호를 곱함으로써 이루어지며, 상기 위상보정을 위한 신호는 정현파 생성장치에서 부반송파 인덱스와 심볼시간편이의 곱을 주소값으로 생성한 정현파 신호이고, 상기 정현파가 상기 FFT 출력에 켤레 복소수 곱셈됨으로써, 상기 FFT 출력의 위상이 보정될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 복호 수행 단계는, 채널 등화부에서 왜곡된 채널의 특성을 보상하는 단계, 비터비 복호부에서 컨벌루션 코드(convolution code)를 이용하여 복호를 수행하는 단계, 및 리드솔로몬 복호부에서 리드솔로몬 코드(Reed-Solomon code)를 이용하여 복호를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 심볼간섭 최소화 방법은 상기 복호 수행 단계 이후에 BER 계산부에서 비트 에러율(Bit Error Rate: BER)을 계산하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 FFT 시작점 추정부는 심볼시간의 편이를 추정하는 심볼시간편이 추정부의 출력으로부터 상기 최소심볼간섭 지점을 추정하여 상기 FFT 연산부의 FFT 시작점을 조정하고, 상기 심볼시간편이 추정부는 상기 최대임펄스응답 추정부 및 상기 BER 계산부의 출력을 이용하여 상기 심볼시간의 편이를 추정할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 BER 계산부의 BER 계산값이 상기 최소심볼간섭 지점 추정단계에 이용되는 피드백 동작을 통해서, 채널 변화에 대응하여 상기 최소심볼간섭 지점을 능동적으로 검출할 수 있다. 한편, 상기 FFT 수행이 최초인 경우에는 상기 BER 계산값을 이용할 수 없으므로, FFT 시작점 추정부는 상기 최대임펄스응답 지점에서 가드 심볼의 1/4 앞선 지점을 상기 최소심볼간섭 지점으로 추정할 수 있다.

본 발명에 따른 OFDM 수신장치 및 그 수신장치를 이용한 심볼간섭 최소화 방법은 정현파 생성장치(NCO)를 사용하여 위상회전이 제거된 FFT를 출력함으로써, 종래 두 번째 기술과 동일한 결과가 나타나게 하면서도, 추가적인 기억장치나 레지스터가 불필요하므로 장치의 면적효율 면에서 매우 우수한 OFDM 시스템을 구현할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명에 따른 OFDM 수신장치 및 그 수신장치를 이용한 심볼간섭 최소화 방법은 최소심볼간섭 지점을 비트에러율(BER)을 통해서 검색하므로, 가드심볼의 4분지 1구간 또는 실험에 얻은 수치로 얻은 값을 고정시켜서 적용시키는 종래의 방법보다 능동적으로 채널 변화에 대처하므로 수신율을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

한편, 본 발명에 사용되는 정현파 생성장치는 FFT 출력 위상회전제거 기능과 함께 주파수편이제거 기능을 동시에 수행할 수 있는 장점을 갖는다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이하의 설명에서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 연결된다고 기술될 때, 이는 다른 구성 요소와 바로 연결될 수도 있지만, 그 사이에 제3의 구성 요소가 개재될 수도 있다. 또한, 도면에서 각 구성 요소의 구조나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되었고, 설명과 관계없는 부분은 생략되었다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 한편, 사용되는 용어들은 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다.

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 OFDM 수신장치에 대한 블럭 다이어그램이다.

도 3a를 참조하면, 본 실시예에 따른 OFDM 수신장치는 최대임펄스응답 추정부(100), FFT 시작점 추정부(200), 위상 보정부(300), FFT 연산부(400) 및 복호부(500)를 포함한다.

최대임펄스응답 추정부(100)는 수신된 OFDM 신호, 즉 OFDM 심볼에 대한 최대임펄스응답 지점을 찾는 기능을 하며, FFT 시작점 추정부(200)는 OFDM 신호에 대한 최소심볼간섭 지점을 검출하여 FFT 시작점을 조정하는 기능을 한다.

FFT 연산부(400)는 FFT 시작점 추정부(200)에서 구한 FFT 시작점에서 FFT 연산을 수행한다. 이러한 FFT 연산의 결과는 FFT 시작점의 위치에 따라 위상회전이 발생하게 되는데, 그에 대한 내용은 도 6부분에서 설명한다.

위상 보정부(300)는 FFT 연산을 통해 위상회전이 발생한 FFT 출력의 위상을 원래의 위상으로 보정하고, 복호부(500)는 위상 보정된 신호에 대하여 복호를 수행한다. 복호가 수행된 신호의 출력은 다시 FFT 시작점 추정부(200)로 입력되어 더 정확한 FFT 시작점을 추정하는 데에 이용된다.

한편, 위상 보정부(300)의 위상 보정 방법은 위상 정보를 가진 정현파를 생성하여 FFT 출력에 켤레 복소수 곱셈함으로써 수행되는데, 그에 대한 내용은 도 7 부분에서 설명한다.

본 실시예에 따른 OFDM 수신장치는 보호구간의 심볼을 복사하는 것이 아니라 최소심볼간섭이 발생하는 지점을 찾아내어 그 지점부터 FFT 연산을 수행하게 된다. 그에 따라, 가드심볼 구간을 복사하기 위한 기억장치나 레지스터가 불필요하므로, 면적 효율 면에서 매우 우수한 OFDM 수신장치를 구현할 수 있도록 한다.

한편, 본 실시예에 따른 OFDM 수신장치는 FFT 시작점을 달리함으로써 발생하는 위상회전을 위상 보정부(300)를 통해 제거함으로써, 결국 종래와 동일한 효과를 갖는 FFT를 수행할 수 있는데. 이러한 위상 보정부(300)는 도 3b와 같이 구현될 수 있다.

이와 같은 본 실시예에 따른 OFDM 수신장치는 DAB, DVB-H/T, DMB-H, DMB-T, 무선랜, 및 UWB 등의 OFDM 방식을 사용하는 모든 무선방송 시스템에 이용될 수 있 다.

도 3b는 도 3a를 좀더 상세하게 보여주는 블럭 다이어그램이다.

도 3b를 참조하면, 앞서 도 3a에서 FFT 시작점 추정부(200)는 심볼시간편이 추정부(210), FFT 시작점 조정부(220) 및 비트 에러율(Bit Error Rate: BER) 계산부(230)를 포함한다. BER 계산부(230)는 복호부(500)에서 출력된 신호에 대하여 비트 에러율을 계산하고, 심볼시간편이 추정부(210)는 최대임펄스응답 추정부(100) 및 BER 계산부(230)의 BER 계산값을 입력받아 주어진 가드심볼 구간의 길이를 기준으로 최대임펄스응답 지점과 최소심볼간섭 지점의 시간차를 구하게 된다. FFT 시작점 조정부(220)는 심볼시간편이 추정부(210)의 출력을 입력받아 FFT 연산부(400)의 FFT 시작점을 조정한다.

위상 보정부(300)는 부반송파 인덱스를 생성하는 부반송파 인덱스 생성부(310) 및 정현파를 생성하는 정현파 생성장치(320, Numerically Controlled Oscillator: NCO)를 포함한다. 부반송파 인덱스 생성부(310)는 일예로 DVB-T의 8192 FFT 모드의 경우, -3408 ~ 3408까지의 숫자를 순차적으로 출력하는 카운터이다.

정현파 생성장치(320)는 심볼의 주파수 편이를 제거하기 위해 사용되는 정현파를 생성하는 장치인데, 일반적으로 FFT 수행 전에 시간축으로 정현파를 곱해서 주파수 편이를 제거한다. 한편, 본 실시예에서 정현파 생성장치(320)는 심볼시간편이 추정부(210)의 심볼시간(symbol timing)의 편이와 부반송파 인덱스 생성부(310)의 인덱스 값을 곱한 결과값을 주소값으로 하여 정현파를 생성하고, 그 정현파의 켤레 복소수 값을 FFT 출력값에 곱하여 FFT 출력의 위상회전을 제거한다.

즉, 정현파 생성장치(320)는 심볼시간편이와 인덱스 곱을 통해 위상회전에 대응되는 정현파를 생성하며, 그 정현파의 켤레 복소수를 FFT 출력에 곱함으로써 자동으로 FFT 출력의 위상회전을 제거하는 기능을 한다.

한편, 이러한 정현파 생성장치(320)는 정현파 생성을 위한 클록으로 샘플링 클록보다 높은 클록을 사용하며, 또한, 생성된 정현파는 주파수 편이 제거에도 이용될 수도 있다.

복호부(500)는 왜곡된 채널의 특성을 보상하는 채널등화부(510), 컨벌루션 코드(convolution code)를 이용하여 복호를 수행하는 비터비(viterbi) 복호부(520), 및 리드솔로몬 코드(Reed-Solomon code)를 이용하여 복호를 수행하는 리드솔로몬 복호부(530)를 포함한다. 리드솔로몬 복호부(530)를 통한 복호가 수행된 신호에 대하여 BER 계산부(230)가 BER 계산을 수행한다.

한편, 본 실시예의 OFDM 수신장치는 일반적인 OFDM 수신장치와 동일하게 수신된 OFDM 신호를 기저대역신호로 변환하는 기저대역 변환부(700), 상기 기저대역 변환부(700) 출력신호를 샘플링하여 상기 FFT 연산부로 입력하는 보간필터부(800), 및 상기 위상이 보정된 신호에 대하여 클록오차를 추정하는 클록오차 추정부(600)를 포함할 수 있다.

도 4는 OFDM 심볼에 대한 최대임펄스응답 지점 및 최소심볼간섭 지점을 보여주는 예시도이다.

도 4를 참조하면, 도시된 바와 같이 OFDM 심볼의 최소심볼간섭 지점은 최대 임펄스응답 지점에서 조금 앞선 보호구간에 존재한다. 일반적으로 이러한 최소심볼간섭 지점은 최대임펄스응답 지점에서 가드심볼 구간 길이의 1/4 정도 앞선 부분에 나타나는 것으로 알려지고 있다. 그러나, 최소심볼간섭 지점이 항상 그 위치에 존재하는 것은 아니다. 그에 따라, 본 발명은 그러한 고정 위치가 아닌 정확한 최소심볼간섭 지점을 검색하고, 또한 그 검색된 최소심볼간섭 지점에서 FFT를 수행함으로써, 심볼 간 간섭을 최소화하는 장치 및 방법을 제공한다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 심볼간섭 최소화 방법을 보여주는 흐름도이다.

도 5를 참조하면, 먼저 최대임펄스응답 추정부에서 최대임펄스응답 지점을 구한다(S100). 다음 구해진 최대임펄스응답 지점을 기준으로 가드심볼 구간의 1/4 정도 앞선 지점을 최소심볼간섭 지점으로 정한다(S200). 이는 처음에는 최소심볼간섭 지점을 직접 검출할 수 없으므로, 앞서 통계적으로 알려져 있는 최대임펄스응답 지점에서 가드심볼 구간의 1/4 앞선 지점을 대표적으로 최소심볼간섭 지점으로 추정하는 것이다.

다음, FFT 연산부에서 앞서 최소심볼간섭 지점으로 추정된 지점, 즉 최대임펄스응답 지점보다 가드심볼의 1/4 앞선 지점에서 FFT를 수행한다(S300). 한편, 부반송파 인덱스와 심볼시간편이의 곱을 정현파 생성장치(NCO)에 입력한다(S400). 정현파 생성장치(NCO)는 부반송파 인덱스와 심볼시간편이 곱의 결과값을 주소값으로 하여 정현파를 생성한다.

다음 FFT 연산이 수행된 출력 신호와 정현파 생성장치에서 생성된 정현파를 켤레 복소수 곱셈한다(S500). 이러한 켤레 복소수 곱을 통해 FFT 출력 신호의 위상이 원래대로 회복된다.

다음 BER 계산부에서 BER 계산값을 구하여 실질적인 최소심볼간섭 지점을 검색한다(S600). BER 계산 전에 앞서 위상 회복된 신호에 대하여 복호가 수행됨은 물론이다. 이와 같이 최소심볼간섭 지점이 검색되면 그 검색된 최소심볼간섭 지점에서 다시 FFT 연산을 수행한다(S300a). FFT 연산 수행 후의 과정은 앞서 과정과 동일하게 진행된다. 즉, 정현파 생성장치(NCO)에 입력(S400), 켤레 복소수 곱셈(S500), 및 다시 최소심볼간섭 지점 검색(S600) 등의 과정을 반복한다. 이와 같은 피드백 동작과정을 통해서, 최소심볼간섭 지점을 좀더 정확하게 검색하고 그에 따라 심볼 간 간섭을 최소화할 수 있고, 또한 능동적으로 채널 변화에 대처할 수 있으므로 여러 채널환경에서도 수신율을 증가시킬 수 있다.

전체적으로 다시 간략하게 설명하면, 동기획득을 시작하면, 첫째로 최대임펄스응답 추정부에서 최대임펄스응답 지점을 검색한다. 두 번째로 최소심볼간섭 검출은 정확하게 검출할 수 없으므로, 초기값으로 최대임펄스응답 지점보다 가드심볼의 1/4 정도 앞에 있는 최소심볼간섭 지점으로 정한다. 최소심볼간섭 지점은 일반적으로 최대임펄스응답 지점보다 보통 가드심볼의 4분지1만큼 앞에 존재함은 전술한 바와 같다.

심볼시간편이를 가드심볼의 1/4로 초기설정하고, 최대임펄스응답 지점보다 심볼시간편이값만큼 앞당겨서 FFT를 수행한다. FFT의 출력은 가드심볼의 1/4만큼 위상이 회전된 결과를 얻게 된다. 이 회전된 FFT출력의 위상을 제거하기 위해서, 심볼시간편이값과 부반송파 인덱스값의 곱을 구하여 주파수축에서 복원할 위상값을 구한다.

위상값은 정현파 생성장치(NCO)의 주소값으로 사용되며, 코사인/사인(Cos/Sin) 정현파를 생성한다. 코사인/사인 정현파는 FFT의 출력과 켤레 복소수 곱셈되고, 그에 따라 위상회전이 제거된 FFT 결과가 출력된다. 동기획득 이후, 비터비 복호부와 리드솔로몬 복호부에서 비트에러율이 출력된다. 정확한 최소심볼간섭 지점을 얻고자 BER 계산부에서 출력하는 BER이 최소가 되는 지점이 되도록, FFT 수행의 시작지점을 한 샘플씩 옮기면서 검색한다. 새로 갱신된 심볼시간편이값을 정현파 생성장치(NCO)에 적용하여, FFT 출력의 위상회전을 제거한다.

도 6은 최대임펄스응답을 기준으로 구간별 FFT를 수행한 후의 FFT 출력의 위상회전 결과를 보여주는 개념도이다.

도 6을 참조하면, 도시된 바와 같이 FFT 수행 위치에 따라, 위상이 달라짐을 확인할 수 있다. 즉, 아래의 두 번째 심볼을 위상회전이 발생하지 않는 기준 심볼이라고 할 때, 한 샘플 뒤에서 수행된 경우, 즉 심볼시간편이가 1인 경우의 위상 기울기(phase-slope) 또는 위상회전을 보여주고 있는데, 위상이 점점 감소하여 360도 위상회전이 되고 있음을 확인할 수 있다. 한편, 한 샘플 앞에서 수행된 경우, 즉 심볼시간편이가 -1인 경우, 위상 기울기가 증가하는 방향으로 위상회전이 되고 있으며, FFT 수행위치를 점점 앞 부분으로 이동함에 따라, 위상 기울기가 점점 증가함을 확인할 수 있다. 여기서, STO는 심볼타이밍 옵셋(Symbol Timing Offset)을 의미한다.

따라서, 기준 위치에서 아닌 부분에서 FFT를 수행하는 경우에는 발생된 위상회전을 다시 원래대로 복구시켜주어야 한다. 이러한 위상회전을 복구시키는 하나의 방법은 발생한 위상회전 정보에 대응하는 정현파를 생성시키고 그 켤레 복소수를 FFT 출력에 곱하는 방법이다.

도 7은 심볼시간편이가 1인 경우의 위상-기울기에 해당하는 Cos/Sin 파형을 보여주는 그래프이다.

도 7을 참조하면, 윗부분의 그래프는 심볼시간편이 1인 경우에 위상 기울기를 보여주고 있으며, 그 아랫부분의 두 그래프는 그에 대응되는 코사인 정현파 및 사인 정현파 그래프이다. 따라서, 이와 같은 위상정보를 가지고 생성된 코사인/사인 정현파를 위상 회전된 FFT 출력 신호에 켤레 복소수 곱함으로써 위상 회전을 제거할 수 있다.

도 8a 및 도 8b는 종래의 방법과 본 발명에 따른 심볼간섭 제거 방법을 비교하여 보여주는 개념도들이다.

도 8a의 종래의 방법의 경우, 가드심볼 부분을 복사하여 뒷부분 IST가 발생하는 부분에 덮어씌움으로써, 심볼 간 간섭을 제거하는 모습을 보여주는데, 그에 따라 위상 복원 후 FFT 구간은 아래에 표시된 부분과 같다.

도 8b는 본 발명의 방법을 보여주는데, 본 발명의 경우, 가드심볼 부분의 최소심볼간섭 지점에서 FFT 수행하게 되므로, 위상 복원 후 FFT 구간은 종래와 달리 도 8b의 아래에 표시된 부분이 된다. 종래와 본 발명의 방법의 FFT 구간은 다르지만 가드심볼 부분은 유효심볼 부분을 복사하여 추가한 부분이므로, FFT 출력 값은 동일한 결과를 갖는다. 한편, 종래의 방법의 경우, 가드심볼 복사를 위한 추가적인 기억장치나 레지스터가 필요하지만 본원 발명의 경우 그러한 기억장치가 불필요함은 전술한 바와 같다. 따라서, 본 발명의 OFDM 수신장치는 면적효율 면에서 매우 우수하다.

도 9는 본 발명의 심볼간섭 최소화 방법을 적용한 경우와 적용하지 않은 경우에 따른 수신율(SER)을 보여주는 그래프로서, 점선이 심볼간섭 최소화 방법을 적용한 경우를 나타내고 실선이 적용하지 않은 경우를 나타낸다. 여기서, X축은 SNR(Signal-to-Noise Rate)이고 Y축은 SER(Symbol Error Rate)을 나타내며, STO는 전술한 심볼타이밍 옵셋을 의미한다.

도 9를 통해 확인할 수 있듯이 본 발명의 심볼간섭 최소화 방법을 적용한 경우에 SER가 현저히 감소함을 확인할 수 있다. 한편, SNR이 증가할수록 본 발명의 심볼간섭 최소화 방법을 적용한 경우에 SER이 더욱 감소됨을 확인할 있다. 결국, 본 발명의 심볼간섭 최소화 방법은 노이즈의 영향이 많은 지역에 좀더 효율적으로 활용할 수 있음을 알 수 있다.

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지금까지, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

도 1은 종래의 심볼간섭 제거 방법을 보여주는 개념도이다.

도 2는 도 1과 같은 방법에서 OFDM 심볼에 대한 FFT 연산 수행과정을 보여주는 개념도이다.

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 OFDM 수신장치에 대한 블럭 다이어그램이다.

도 3b는 도 3a를 좀더 상세하게 보여주는 블럭 다이어그램이다.

도 4는 OFDM 심볼에 대한 최대임펄스응답 지점 및 최소심볼간섭 지점을 보여주는 예시도이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 심볼간섭 최소화 방법을 보여주는 흐름도이다.

도 6은 최대임펄스응답을 기준으로 구간별 FFT를 수행한 후의 FFT 출력의 위상회전 결과를 보여주는 개념도이다.

도 7은 심볼시간편이가 1인 경우의 위상-기울기에 해당하는 Cos/Sin 파형을 보여주는 그래프이다.

도 8a 및 도 8b는 종래의 방법과 본 발명에 따른 심볼간섭 제거 방법을 비교하여 보여주는 개념도들이다.

도 9는 본 발명의 심볼간섭 최소화 방법을 적용한 경우와 적용하지 않은 경우에 따른 수신율(SER)을 보여주는 그래프이다.

Claims (20)

1. 수신된 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal frequency division multiplexing: OFDM) 신호에 대한 최소심볼간섭 지점을 검출하여 고속푸리에변환(Fast Fourier Transform: FFT) 시작점을 구하는 FFT 시작점 추정부;

   상기 FFT 시작점 추정부에서 구한 FFT 시작점에서 FFT를 수행하는 FFT 연산부;

   상기 FFT 연산부 출력에 위상 보정을 위한 신호를 연산시킴으로써, 상기 FFT 연산부 출력 신호의 위상을 보정하는 위상 보정부;

   위상이 보정된 신호에 대하여 복호를 수행하는 복호부;를 포함하고,

   상기 FFT 시작점 추정부는 상기 복호부의 출력 신호에 대한 비트 에러율 계산을 통해 상기 최소심볼간섭 지점을 검출하며,

   상기 OFDM 신호에 대하여 심볼 간 간섭을 최소화하여 수신하는 OFDM 수신장치.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 FFT 시작점 추정부는

   상기 복호부의 출력 신호에 대한 비트 에러율(Bit Error Rate: BER)을 계산하는 BER 계산부;

   상기 OFDM 신호에 대한 최대임펄스응답 지점 및 상기 BER 계산부 출력 신호를 받아 심볼시간(symbol timing)의 편이를 추정하는 심볼시간편이 추정부;

   상기 심볼시간편이 추정부의 출력을 받아 상기 FFT 연산부의 상기 FFT 시작점을 조정하는 FFT 시작점 조정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 OFDM 수신장치.
3. 삭제
4. 제2 항에 있어서,

   상기 위상 보정부는

   부반송파(sub-carrier)에 대한 인덱스를 생성하는 부반송파 인덱스 생성부, 및 정현파를 생성하는 정현파 생성장치(Numerically Controlled Oscillator: NCO)를 포함하고,

   상기 정현파 생성장치는 상기 심볼시간편이 추정부 출력과 상기 부반송파 인덱스 생성부 출력을 곱한 결과값을 주소값으로 하여 상기 정현파를 생성하는 것을 특징으로 하는 OFDM 수신장치.
5. 제1 항에 있어서,

   상기 위상 보정부는 정현파를 상기 FFT 연산부 출력 신호에 켤레 복소수 곱셈하여 상기 FFT 연산부 출력신호의 위상을 보정하는 것을 특징으로 하는 OFDM 수신장치.
6. 제1 항에 있어서,

   상기 위상 보정부가 위상 보정을 위해 사용하는 정현파는 샘플링 클록보다 높은 클록을 사용하여 생성하며,

   상기 OFDM 신호의 주파수 편이 제거에도 이용되는 것을 특징으로 하는 OFDM 수신장치.
7. 제1 항에 있어서,

   상기 FFT 시작점 추정부는 최초 FFT 시작점을 구하는 경우,

   상기 OFDM 신호의 최대임펄스응답 지점에서 가드심볼의 소정 비율만큼 앞선 지점을 상기 FFT 시작점으로 추정하는 것을 특징으로 하는 OFDM 수신장치.
8. 제1 항에 있어서,

   상기 OFDM 수신장치는 피드백 동작 통해서 상기 최소심볼간섭 지점이 채널 변화에 대응하여 능동적으로 검출하는 것을 특징으로 하는 OFDM 수신장치.
9. 제1 항에 있어서,

   상기 OFDM 수신장치는 상기 OFDM 신호에 대한 최대임펄스응답 지점을 찾는 최대임벌스응답 추정부, 수신된 OFDM 신호를 기저대역신호로 변환하는 기저대역 변환부, 상기 기저대역 변환부 출력신호를 샘플링하여 상기 FFT 연산부로 입력하는 보간필터부, 및 상기 위상이 보정된 신호에 대하여 클록오차를 추정하는 클록오차 추정부를 포함하고,

   상기 복호부는 왜곡된 채널의 특성을 보상하는 채널등화부, 컨벌루션 코드(convolution code)를 이용하여 복호를 수행하는 비터비(viterbi) 복호부, 및 리드솔로몬 코드(Reed-Solomon code)를 이용하여 복호를 수행하는 리드솔로몬 복호부를 포함하는 것을 특징으로 하는 OFDM 수신장치.
10. 최대임펄스응답 추정부에서 OFDM 신호의 최대임펄스응답 지점을 구하는 단계;

    FFT 시작점 추정부에서 최소심볼간섭 지점을 추정하는 단계;

    FFT 연산부에서 상기 최소심볼간섭 지점에서 FFT를 수행하는 단계;

    상기 FFT 출력신호의 위상을 보정하는 단계; 및

    복호부에서 보정된 상기 출력신호에 대한 복호를 수행하는 단계:를 포함하는 심볼간섭 최소화 방법.
11. 제10 항에 있어서,

    상기 FFT 수행이 최초인 경우에는 FFT 시작점 추정부는 상기 최대임펄스응답 지점에서 가드심볼의 소정 비율만큼 앞선 지점을 상기 최소심볼간섭 지점으로 추정하는 것을 특징으로 하는 심볼간섭 최소화 방법.
12. 제10 항에 있어서,

    상기 위상 보정은 상기 FFT 출력신호에 위상보정을 위한 신호를 연산시킴으로써 이루어지며,

    상기 위상보정을 위한 신호는

    정현파 생성장치에서 부반송파 인덱스와 심볼시간편이의 곱을 주소값으로 생성한 정현파 신호이고,

    상기 정현파는 상기 FFT 출력에 켤레 복소수 곱셈되는 것을 특징으로 하는 심볼간섭 최소화 방법.
13. 제10 항에 있어서,

    상기 위상보정 단계에서 위상보정을 위하여 정현파를 이용하며, 상기 정현파 생성장치는 샘플링 클록보다 높은 클록을 사용하여 상기 정현파 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 심볼간섭 최소화 방법.
14. 제10 항에 있어서,

    상기 복호 수행 단계는,

    채널 등화부에서 왜곡된 채널의 특성을 보상하는 단계, 비터비 복호부에서 컨벌루션 코드(convolution code)를 이용하여 복호를 수행하는 단계, 및 리드솔로몬 복호부에서 리드솔로몬 코드(Reed-Solomon code)를 이용하여 복호를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 심볼간섭 최소화 방법.
15. 제10 항에 있어서,

    상기 복호 수행 단계 이후에 BER 계산부에서 비트 에러율(Bit Error Rate: BER)을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 심볼간섭 최소화 방법.
16. 제15 항에 있어서,

    상기 BER 계산부의 BER 계산값이 상기 최소심볼간섭 지점 추정단계에 이용되는 피드백 동작을 통해서, 채널 변화에 대응하여 상기 최소심볼간섭 지점을 능동적으로 검출하는 것을 특징으로 하는 심볼간섭 최소화 방법.
17. 제10 항에 있어서,

    상기 최소심볼간섭 지점 추정 단계 전에,

    심볼 시간 편이를 추정하는 심볼시간편이 추정부를 통해 심볼 시간 편이를 추정하는 단계를 포함하고,

    상기 최소심볼간섭 지점 추정 단계에서 상기 심볼시간편이 추정부의 출력을 이용하여 상기 최소심볼간섭 지점을 추정하며,

    상기 심볼시간의 편이를 추정하는 단계에서는 상기 최대임펄스응답 추정부 및 비트 에러율을 계산하는 BER 계산부의 출력을 이용하여 상기 심볼시간의 편이를 추정하는 것을 특징으로 하는 심볼간섭 최소화 방법.
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