KR101538595B1

KR101538595B1 - 광 ofdm 시스템에서 시간 동기화 및 반송파 주파수 오프셋 보상 방법

Info

Publication number: KR101538595B1
Application number: KR1020140190422A
Authority: KR
Inventors: 한상국; 강수민
Original assignee: 연세대학교 산학협력단
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2014-12-26
Publication date: 2015-07-29

Abstract

광 OFDM 시스템에서 시간 동기화 및 오프셋 보상 방법 및 장치가 개시된다. 개시된 장치는, 제1 훈련 심볼 및 제2 훈련 심볼이 삽입된 OFDM 심볼을 수신하는 수신부; 상기 제1 훈련 심볼을 이용하여 소수배 오프셋을 추정하는 소수배 오프셋 추정부; 상기 제1 훈련 심볼을 이용하여 시간 동기화를 수행하는 시간 동기화부; 상기 추정된 소수배 오프셋에 대한 보상 및 상기 시간 동기화가 이루어진 후 상기 제1 훈련 심볼 및 상기 제2 훈련 심볼을 이용하여 정수배 오프셋을 추정하는 정수배 오프셋 추정부; 및 상기 추정된 소수배 오프셋 및 상기 추정된 정수배 오프셋을 보상하는 오프셋 보상부를 포함하되, 상기 제1 훈련 심볼은 OFDM 심볼 앞에 삽입되고 상기 제2 훈련 심볼은 제1 훈련 심볼과 OFDM 심볼 사이에 삽입되며, 상기 제1 훈련 심볼은하나의 단위 심볼이 두 번 반복되는 구조이며, 상기 제1 훈련 심볼과 상기 제2 훈련 심볼은 서로 다른 주파수를 가진다. 개시된 장치 및 방법은 PLL과 같은 복잡한 하드웨어를 수반하지 않고 단순한 DSP 연산으로 정수배 오프셋과 소수배 오프셋을 한번에 추정하고 보상할 수 있는 장점이 있다.

Description

광 OFDM 시스템에서 시간 동기화 및 반송파 주파수 오프셋 보상 방법 {Method for Time Synchronization and Carrier Frequency Offset Compesation in Optical OFDM System}

본 발명은 시간 동기화 및 반송파 주파수 오프셋 보상 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 광 OFDM 시스템에서의 시간 동기화 및 반송파 주파수 오프셋 보상 방법 및 장치에 관한 것이다.

OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 방식은 높은 전송 속도의 신호를 전송하기 위해, 서로 직교하는 다수의 서브 캐리어를 할당하고 상대적으로 낮은 심볼 속도로 각 서브 캐리어를 통하여 데이터를 전송하는 통신 방식이다. OFDM 통신 기술은 높은 스펙트럼 효율과 다중 페이딩 효과에 대처할 수 있는 기술로 WiMAX, Wireless LAN, ADSL, 디지털 라디오 및 비디오 방송 시스템 등에서 많이 사용되고 있다.

한편, 코히어런트 광 OFDM에서는 상대적으로 큰 전력을 갖는 로컬 오실레이터 레이저와 수신 신호가 간섭하여 하향 변환되고 광검출기에 의해 전기 신호로 변환된다.

코히어런트 광 OFDM 시스템은 확산(Dispersion) 요인에 의해 시간 지연이 발생하게 되며, 이를 보상하기 위한 시간 동기화가 필요하다. 또한, 실제 광 통신 시스템에서는 송/수신기 발진기의 부정합으로 인해 소스 레이저 다이오드와 로컬 오실레이터 레이저 다이오드간의 캐리어 주파수 오프셋이 발생하므로 수신기 성능 향상을 위해 이를 추정 및 보상하는 기술이 요구되고 있다.

코히어런트 광 OFDM 시스템에서 반송파 주파수 오프셋은 두가지로 분류될 수 있다. 첫번째 주파수 오프셋은 부반송파에 상응하는 간격을 가진 정수배 오프셋이다. 정수배 오프셋이 발생할 경우 부반송파 인덱스의 순환 이동이 야기되며 다른 부반상포에 데이터가 실려 잘못된 위치에서 복조가 되는 문제가 발생한다.

두번째 주파수 오프셋은 부반송파 간격의 소수배에 해당하는 주파수 오프셋이다. 소수배 오프셋이 발생하게 될 경우 다른 부반송파의 데이터가 유입되어 신호의 직교성을 유지할 수 없는 문제가 발생한다.

이와 같은 오프셋 보상을 위해 대표적으로 사용하는 기술은 PLL(Phase Lock Loop)을 사용하는 기술이다. 그러나, PLL은 많은 비용이 소요될 뿐만 아니라 하드웨어 복잡도를 증가시키는 문제점이 있다.

반송파 주파수 오프셋 보상을 위한 또 다른 기술로 보호구간을 이용한 추정 방법이 있는데, 이 방법으로는 소수배 오프셋만 추정할 수 있으며 정수배 오프셋을 추정할 수 없는 문제점이 있다.

오프셋 보상을 위한 또 다른 기술로 동일한 훈련 심볼을 연속적으로 사용하는 기법이 있으나, 이 기법으로는 소수배 오프셋만 추정할 수 있는 문제점이 있다.

본 발명의 일측면은 PLL과 같은 복잡한 하드웨어를 수반하지 않고 단순한 DSP(Digital Signal Processing) 연산으로 정수배 오프셋과 소수배 오프셋을 한번에 추정하고 보상할 수 있는 광 코히어런트 OFDM 시스템에서 시간 동기화 및 반송파 주파수 오프셋 추정 방법 및 장치를 제안하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 훈련 심볼 및 제2 훈련 심볼이 삽입된 OFDM 심볼을 수신하는 수신부; 상기 제1 훈련 심볼을 이용하여 소수배 오프셋을 추정하는 소수배 오프셋 추정부; 상기 제1 훈련 심볼을 이용하여 시간 동기화를 수행하는 시간 동기화부; 상기 추정된 소수배 오프셋에 대한 보상 및 상기 시간 동기화가 이루어진 후 상기 제1 훈련 심볼 및 상기 제2 훈련 심볼을 이용하여 정수배 오프셋을 추정하는 정수배 오프셋 추정부; 및 상기 추정된 소수배 오프셋 및 상기 추정된 정수배 오프셋을 보상하는 오프셋 보상부를 포함하되, 상기 제1 훈련 심볼은 OFDM 데이터 심볼 앞에 먼저 삽입되고 상기 제2 훈련 심볼은 제1 훈련심볼과 OFDM 데이터 심볼 사이에 삽입되며, 상기 제1 훈련 심볼은 하나의 단위 심볼이 두 번 반복되는 구조이며, 상기 제1 훈련 심볼과 상기 제2 훈련 심볼은 서로 다른 주파수를 가지는 것을 특징으로 하는 광 OFDM 시스템에서 주파수 오프셋 보상 장치가 제공된다.

상기 소수배 주파수 오프셋 추정부는 CP 구간을 포함한 제1 훈련 심볼 구간 사이에 설정되는 제1 윈도우 및 제2 윈도우를 이동시키면서 상기 제1 윈도우의 데이터 및 상기 제2 윈도우의 데이터 사이의 상관 연산을 수행하여 소수배 오프셋을 추정한다.

상기 제1 윈도우 및 제2 윈도우는 CP의 시작점 및 OFDM 심볼의 시작점 사이에서 미리 설정된 인덱스 간격만큼 이동 슬라이딩되면서 인덱스별 상관 연산 결과가 출력된다.

상기 소수배 오프셋 추정부는 상기 인덱스별로 출력되는 상관 연산 결과 중 가장 첫 번째 인덱스의 연산 결과를 이용하여, 이를 두 훈련심볼을 포함한 OFDM 전체 심볼 데이터 수신 시간의 1초(가장 처음 수신 시간)일 때의 소수배 오프셋으로 추정한다.

상기 시간 동기화부는 상기 인덱스별 상관 연산 결과를 수신 전력으로 나눠 정규화한 값을 최대로 하는 인덱스를 추정하고, 추정된 인덱스가 OFDM 신호의 시작점으로 설정되도록 시간 동기화를 수행한다.

상기 제1 윈도우 및 상기 제2 윈도우의 사이즈는 상기 제1 훈련 심볼의 1/2 사이즈이다.

상기 인덱스별 상관 연산은 다음의 수학식에 의해 이루어진다.

상기 정수배 오프셋 추정부는 수신 심볼에 포함된 상기 제1 훈련 심볼 및 상기 제2 훈련 심볼에 대해 FFT를 수행한 후 정수배 오프셋을 추정한다.

상기 정수배 오프셋 추정부는 상기 FFT 수행 결과와 송신신호에서의 두 훈련심볼인 레퍼런스 FFT를 비교하여 정수배 오프셋이 발생하였는지 여부를 판단한다.

정수배 오프셋이 발생하였을 경우, 상기 FFT 결과의 주파수 인덱스를 조절하여 정수배 오프셋을 추정한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 하나의 단위 심볼이 두 번 이상 반복되는 구조를 가진 제1 훈련 심볼 생성부; 상기 제1 훈련 심볼과 서로 다른 주파수를 가지는 제2 훈련 심볼 생성부; 상기 제1 훈련 심볼 및 상기 제2 훈련 심볼을 OFDM 심볼에 삽입하는 훈련 심볼 삽입부를 포함하되, 상기 훈련 심볼 삽입부는, 상기 제1 훈련 심볼은 OFDM 심볼 데이터 앞에 삽입되고, 상기 제2 훈련 심볼은 제1 훈련 심볼과 OFDM 심볼 데이터 사이에 삽입되는 광 OFDM 심볼 송신 장치가 제공된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 제1 훈련 심볼 및 제2 훈련 심볼이 삽입된 OFDM 심볼을 수신하는 단계(a); 상기 제1 훈련 심볼을 이용하여 소수배 오프셋을 추정하는 단계(b); 상기 제1 훈련 심볼을 이용하여 시간 동기화를 수행하는 단계(c); 상기 제1 훈련 심볼 및 상기 제2 훈련 심볼을 이용하여 정수배 오프셋을 추정하는 단계(d); 및 상기 추정된 소수배 오프셋 및 상기 추정된 정수배 오프셋을 보상하는 단계(e)를 포함하되, 상기 제1 훈련 심볼은 OFDM 심볼 데이터 앞에 삽입되고 상기 제2 훈련 심볼은 제1 훈련 심볼과 OFDM 심볼 데이터 사이에 삽입되며, 상기 제1 훈련 심볼은 하나의 단위 심볼이 두 번 반복되는 구조이며, 상기 제1 훈련 심볼과 상기 제2 훈련 심볼은 서로 다른 주파수를 가지는 광 OFDM 시스템에서 주파수 오프셋 보상 방법이 제공된다.

본 발명의 실시예들에 따르면, PLL과 같은 복잡한 연산을 수행하지 않고 단순한 연산으로 시간 동기화 및 정수배 오프셋과 소수배 오프셋을 한번에 추정하고 보상할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 코히어런트 광 OFDM 시스템에서 OFDM 송신 장치의 개략적인 구조를 도시한 도면.
도 2는 주파수 오프셋 현상을 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 오프셋 보상 및 시간 동기화 장치의 전체적인 구조를 도시한 블록도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 오프셋 보상 및 시간 동기를 위해 송신 장치에서 삽입하는 훈련 심볼의 구조를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 소수배 오프셋 추정 및 시간 동기화를 설명하기 위한 개념도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 정수배 오프셋 추정을 위해 FFT를 수행한 일례를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 정수배 오프셋 추정을 위해 인덱스를 조절하는 일례를 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 오프셋 보상 및 시간 동기화의 전체적인 흐름을 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 소수배 오프셋 추정 및 시간 동기화 방법을 도시한 순서도.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 정수배 오프셋 추정 및 보상 방법을 도시한 순서도.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

도 2는 주파수 오프셋 현상을 설명하기 위한 그래프이다.

도 2를 참조하면, 실선으로 표시된 그래프는 송신부에서 변조된 신호이고, 점선으로 표시된 그래프는 수신부에서 주파수 오프셋이 발생한 신호이다.

코히어런트 광 OFDM 시스템에서, 주파수 오프셋의 원인은 다양하나 송/수신기 및 발진기의 부정합에 의해 주로 발생하게 된다.

도 2를 참조하면, 송신부에서 변조된 신호에 비해 수신부에서 변조된 신호는 소정 주파수만큼 이동되며, 이때 주파수 오프셋 값은

로 표시되어 있다.

이와 같은 주파수 오프셋은 정수배 오프셋 및 소수배 오프셋으로 구분되며, 정수배 오프셋은 서브캐리어 간격의 정수배만큼 주파수 오프셋이 발생하는 것을 의미한다.

정수배 오프셋이 발생할 경우에는 신호의 직교성 자체는 유지하게 되나 서브캐리어 인덱스의 인덱스의 순환 이동으로 인해 다른 부반송파에 데이터가 실리는 문제가 발생하게 된다. 다른 서브 캐리어에 데이터가 실릴 경우 신호의 BER(Bit Error Ratio)는 낮아지게 된다.

소수배 오프셋은 서브 캐리어의 소수배만큼 발생하는 오프셋으로 소수배 오프셋이 발생할 경우에는 신호의 직교성이 깨지게 되어 심볼 간 간섭을 초래하며, BER도 낮아지게 된다.

도 1은 본 발명이 적용되는 코히어런트 광 OFDM 시스템에서 OFDM 송신 장치의 개략적인 구조를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 OFDM 송신 장치는 제1 훈련 심볼 생성부(100), 제2 훈련 심볼 생성부(110) 및 훈련 심볼 삽입부(120)를 포함한다.

제1 훈련 심볼 생성부(100)는 제1 훈련 심볼을 생성하고, 제2 훈련 심볼 생성부(110)는 제2 훈련 심볼을 생성한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 오프셋 보상 및 시간 동기를 위해 송신 장치에서 삽입하는 훈련 심볼의 구조를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 훈련 심볼은 제1 훈련 심볼(400) 및 제2 훈련 심볼(410)을 포함한다.

제1 훈련 심볼(400)은 제1 주파수를 가지는 심볼이며, 제2 훈련 심볼(410)은 제2 주파수를 가지는 심볼이다. 제1 주파수와 제2 주파수는 서로 상이한 주파수이다.

코히어런트 광 OFDM 신호는 다수의 심볼로 이루어지며 훈련 심볼 삽입부(120)는 제1 훈련 심볼 및 제2 훈련 심볼이 OFDM 데이터 심볼 이전에 삽입된다. 일례로, 제1 훈련 심볼은 OFDM 데이터 심볼 이전에 CP(Cyclic Prefix)를 포함하여 삽입되고, 제2 훈련 심볼은 제1 훈련 심볼과 OFDM 데이터 심볼 사이에 CP를 포함하여 삽입된다.

서로 다른 주파수를 가지는 두 개의 훈련 심볼을 OFDM 데이터 심볼 이전에 순서대로 삽입하는 것에 의해 시간 동기화 및 소수배 오프셋 및 정수배 오프셋을 모두 추정하고 보상하는 것이 가능하다. 두 훈련 심볼의 주파수를 다르게 설정함으로써 정수배 오프셋을 두 개의 이종 훈련 심볼을 이용하여 추정할 수 있게 된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1 훈련 심볼은 하나의 단위 심볼이 두 번 반복되는 구조를 가지며, 송신단과 수신단에서 모두 알고 있는 심볼이다.

제1 훈련 심볼을 반분할 경우 두 개의 반복된 심볼 형태는 동일하게 된다. 제1 훈련 심볼을 단위 심볼이 두 번 반복되는 구조로 형성하는 것은 소수배 오프셋 추정 및 시간 동기화를 위한 것이며, 제1 훈련 심볼을 이용하여 소수배 오프셋을 추정하고 시간 동기화를 수행하는 방법은 별도의 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

한편, 제2 훈련 심볼은 제1 훈련 심볼과 달리 단위 심볼이 반복되는 형태일 필요는 없다. 도 4에는 제2 훈련 심볼의 주파수가 제1 훈련 심볼에 비해 낮은 경우가 도시되어 있으나 제2 훈련 심볼의 주파수가 제1 훈련 심볼에 비해 높아도 무방하다.

도 4에서, CP(Cyclic Prefix)는 심볼간 간섭(Inter Symbol Interference: ISI)을 줄이기 위해 심볼 사이에 설정되는 보호구간이다. 일반적으로 이전 심볼의 후반부 데이터를 CP 데이터로 활용한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 오프셋 보상 및 시간 동기화 장치의 전체적인 구조를 도시한 블록도이다.

도 3에 도시된 오프셋 보상 및 시간 동기화 장치는 코히어런트 광 OFDM 시스템의 수신 장치에 구비되는 장치로서, 도 2와 같이 두 종류의 훈련 심볼이 삽입되도록 변조된 신호를 채널을 통해 수신하여 오프셋 추정/보상 및 시간 동기화를 수행하는 장치이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 오프셋 보상 및 시간 동기화 장치는 소수배 오프셋 추정부(300), 시간 동기화부(320), 정수배 오프셋 추정부(340) 및 오프셋 보상부(360)를 포함할 수 있다.

소수배 오프셋 추정부(300)는 소수배 오프셋을 추정하는 기능을 한다. 소수배 오프셋 추정부(300)는 제1 훈련 심볼을 이용하여 소수배 오프셋을 추정한다. 오프셋 보상부(360)는 소수배 오프셋 추정부(300)에서 추정된 오프셋을 보상한다.

소수배 오프셋 추정부(300)는 인덱스 조절부(310), 상관 연산부(312) 및 오프셋 추정부(314)를 포함한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 소수배 오프셋 추정 및 시간 동기화를 설명하기 위한 개념도이다.

도 5를 참조하면, 소수배 오프셋 추정부을 위해 서로 사이즈가 동일한 두 개의 윈도우를 설정한다. 윈도우는 CP 구간 및 제1 훈련 심볼 구간을 이동하도록 설정된 윈도우이다.

인덱스 조절부(310)는 소수배 오프셋 추정을 위해 설정되는 윈도우의 슬라이딩 인덱스를 조절하는 기능을 한다.

도 5에서, 제1 윈도우 및 제2 윈도우는 초기 위치가 d로 설정되며, 초기 위치에서 상관 연산부(312)는 제1 윈도우(500)의 데이터와 제2 윈도우(510) 데이터간 상관 연산을 수행한다. 제1 윈도우 및 제2 윈도우의 사이즈는 제1 훈련 심볼의 1/2 사이즈를 가진다.

초기 위치에서 제1 윈도우(500)의 데이터와 제2 윈도우(510)의 데이터간 상관 연산이 수행되면, 인덱스 조절부(310)는 미리 설정된 인덱스 간격만큼 제1 윈도우(500) 및 제2 윈도우(510)를 슬라이딩시킨다.

상관 연산부(312)는 제1 윈도우(500) 및 제2 윈도우(510)가 슬라이딩시키면서 제1 윈도우(500)의 데이터와 제2 윈도우(510)의 데이터간 상관 연산을 수행한다.

제 윈도우(500) 및 제2 윈도우(510)를 슬라이딩시키면서 제1 윈도우(500)의 데이터와 제2 윈도우(510)의 데이터간 상관 연산을 수행하는 작업은 제2 윈도우가 제1 훈련 심볼 구간의 끝까지 도달할 때가지 이루어진다.

예를 들어, 10번의 인덱스 조절(슬라이딩)이 이루어진 경우, 상관 연산부(312)는 각 인덱스별로 10개의 상관 연산 데이터를 출력한다.

오프셋 추정부(314)는 상관 연산부의 인덱스별 상관 연산 데이터 중 첫 번째 인덱스의 데이터(예를 들어, d=0)를 이용하여 오프셋을 추정하는 기능을 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 인덱스(d)별 제1 윈도우와 제2 윈도우간의 상관 연산 데이터 P(d)는 다음의 수학식 1과 같다.

위 수학식 1에서,

는 제1 윈도우의 데이터를 의미하고,

는 제2 윈도우의 데이터를 의미한다. 또한, T는 제1 훈련 심볼(또는 제2 훈련 심볼)의 심볼 주기를 의미한다.

오프셋 추정부(314)는 인덱스별 상관 연산 데이터 중 가장 첫 번째 인덱스의 데이터를 판단한다. 다수의 상관 연산 데이터 중 두 훈련심볼을 포함한 OFDM 심볼 데이터의 첫 번째 프레임의 시간(1초)에서의 인덱스를 선택하는 것이다.

가장 첫 번째 인덱스가 선택되면, 해당 인덱스를 이용하여 오프셋 추정부(314)는 소수배 주파수 오프셋을 추정한다.

소수패 오프셋은 가장 큰 상관 연산 데이터 값을 이용하여 추정 가능하며, 이는 다음의 수학식 2와 같다.

시간 동기화부(320)는 소수배 오프셋 추정부에서 획득하는 인덱스별 상관 연산 데이터를 이용한다. 구체적으로, 시간 동기화부(320)는 인덱스별 상관 연산 데이터(P(d))를 수신 전력으로 나눠 정규화한 값이 최대일 때의 인덱스(d)를 구한다. 구해진 인덱스(시간 도메인에서 CP의 시작점과의 시간 간격)를 OFDM 신호의 시작점으로 설정하는 시간 동기화를 수행한다.

오프셋 보상부(360)는 소수배 오프셋 추정부(300)에서 추정된 오프셋을 보상한다. 일례로, 오프셋 보상부(360)는 추정된 소수배 오프셋을 시간 축에서 음수 텀(term)으로 곱하는 방식으로 오프셋 보상을 수행할 수 있을 것이다. 추정된 오프셋을 보상하는 방법은 널리 알려져 있으면 알려진 방법 중 어느 방법을 사용하여도 무방하다는 점은 당업자에게 있어 자명할 것이다.

또한, 오프셋 보상부(360)는 후술하는 정수배 오프셋이 추정된 이후에 시간 축에서 정수배 오프셋을 보상하는 기능을 함께 수행할 수 있을 것이다.

정수배 오프셋 추정부(340)는 정수배 오프셋이 발생하였을 경우 정수배 오프셋의 발생을 감지하고 오프셋의 정도를 추정하는 기능을 한다.

정수배 오프셋 추정부(340)는 FFT부(350), 상관 연산부(352), 오프셋 감지부(354), 인덱스 조절부(356) 및 오프셋 추정부(358)를 포함한다.

정수배 오프셋 추정부(340)에서의 정수배 오프셋 추정은 소수배 오프셋 추정 및 시간 동기화가 이루어진 후에 수행된다.

정수배 오프셋 추정(340)은 제1 훈련 심볼 및 제2 훈련 심볼을 이용하여 이루어진다. FFT부(350)는 시간 동기화 및 소수배 오프셋 보상이 이루어진 수신 신호로부터 제1 훈련 심볼 및 제2 훈련 심볼에 대한 주파수 변환을 수행한다.

소수배 오프셋 추정이 타임 도메인에서 이루어지는 것과는 달리 정수배 오프셋 추정은 주파수 도메인에서 이루어진다.

제1 훈련 심볼 및 제2 훈련 심볼은 송신단과 수신단이 이미 알고 있는 데이터이다. 상관 연산부(352)는 송신단에서 알고 있는 송신신호 제1 훈련 심볼 및 제2 훈련 심볼의 FFT 값(이하, 레퍼런스 FFT)과 수신 신호의 제1 훈련 심볼 및 제2 훈련 심볼의 FFT 값에 대한 상관 연산을 수행한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 정수배 오프셋 추정을 위해 FFT를 수행한 일례를 도시한 도면이다.

도 6의 (a)는 수신 신호의 대해 FFT를 수행한 결과이며, (b)는 이미 알고 있는 제1 훈련 심볼 및 제2 훈련 심볼에 대해 FFT를 수행한 결과이다. 도 6에서, (a)와 (b)는 상이하며, (a)와 (b)가 상이하다는 것은 수신 신호에 정수배 오프셋이 발생하였다는 것을 의미한다.

오프셋 감지부(354)는 상관 연산부(352)의 상관 연산 결과를 이용하여 정수배 오프셋이 발생하였는지 여부를 감지하다. 수신 신호의 제1 훈련 심볼 및 제2 훈련 심볼에 대한 FFT 결과와 레퍼런스 FFT 결과가 동일할 경우 오프셋 감지부(354)는 정수배 오프셋이 발생하지 않았다고 판단한다. 수신 신호의 제1 훈련 심볼 및 제2 훈련 심볼에 대한 FFT 결과와 레퍼런스 볼 FFT 결과가 일치하지 않을 경우 오프셋 감지부(354)는 정수배 오프셋이 발생하였다고 판단한다.

인덱스 조절부(356) 및 오프셋 추정부(358)는 정수배 오프셋이 발생하였다고 판단되는 경우 인덱스를 조절하면서 정수배 오프셋을 추정하는 기능을 한다.

정수배 오프셋 추정은 주파수 도메인에서 이루어지기 때문에 인덱스 조절부(356)에서 조절되는 인덱스는 주파수 인덱스이다. 도 6에서, 주파수 도메인의 f1, f2, f3 등이 주파수 인덱스에 해당된다.

제1 훈련 심볼 및 제2 훈련 심볼은 서로 상이한 주파수를 가지기에 주파수 도메인에서 서로 다른 주파수 인덱스에서 나타난다. 인덱스 조절부(356)는 수신 신호에 대한 FFT 결과에서 신호가 나타나는 주파수 인덱스를 변경시킨다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 정수배 오프셋 추정을 위해 인덱스를 조절하는 일례를 도시한 도면이다.

도 7을 참조하면, 수신 신호의 제1 훈련 심볼 및 제2 훈련 심볼에 대한 FFT는 f1과 f3에서 나타난다. 인덱스 조절부(356)는 도 7에 도시된 바와 같이, 두 개의 신호가 (f1, f3) 조합을 제외한 다른 주파수 인덱스에서 나타나도록 주파수 인덱스를 조절하는 것이다.

예를 들어, 총 6개의 주파수 인덱스가 존재할 경우 (f1, f3)를 제외한 모든 경우의 수에 대해 신호가 나타나는 두 개의 주파수 인덱스를 변경시키는 것이다. 도 7에 도시된 바와 같이, (f2, f4), (f3, f5), (f1, f4)와 같이 다양한 조합으로 주파수 인덱스를 조절한다.

6개의 주파수 인덱스가 존재하고 2개의 주파수 인덱스에서 신호가 나타날 때 조합 가능한 모든 경우의 수는 (₆C₂ -1)이다.

오프셋 추정부(358)는 인덱스 조절부에 의해 인덱스가 조절된 FFT 결과와 레퍼런스 FFT를 비교한다. 인덱스가 조절된 FFT 결과와 레퍼런스 FFT는 상관 연상부(352)의 상관 연산을 이용하여 비교될 수 있을 것이다.

오프셋 추정부(358)는 가장 큰 상관 연산에 상응하는 인덱스를 판단하고 가장 큰 상관 연산에 상응하는 주파수 인덱스와 수신 신호의 FFT 결과 신호가 나타나는 주파수 인덱스의 차이를 이용하여 정수배 주파수 오프셋을 추정한다.

추정된 정수배 오프셋은 오프셋 보상부(360)에 의해 시간 축에서 해당 옵셋을 음수 term으로 곱해주어 보상될 수 있다. 오프셋 보상부(360)는 소수배 오프셋 추정부에서 추정된 소수배 오프셋을 보상한 후 정수배 오프셋이 추정되면 정수배 오프셋을 보상하는 것이다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 오프셋 보상 및 시간 동기화의 전체적인 흐름을 도시한 도면이다.

도 8을 참조하면, 제1 훈련 심볼 및 제2 훈련 심볼이 순서대로 OFDM 심볼 데이터 이전에 삽입된 OFDM 심볼을 수신한다(단계 800).

OFDM 심볼이 수신되면, 제1 훈련 심볼을 이용하여 소수배 주파수 오프셋을 추정하고, 추정된 소수배 주파수 오프셋을 보상한다(단계 802).

또한, 소수배 주파수 오프셋을 추정할 때 사용하는 상관 연산 결과를 이용하여 시간 동기화를 수행한다(단계 804).

소수배 오프셋 보상 및 시간 동기화가 이루어진 상태에서 제1 훈련 심볼 및 제2 훈련 심볼에 대한 FFT 결과를 이용하여 정수배 주파수 오프셋을 추정하고 정수배 주파수 오프셋을 보상한다(단계 806).

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 소수배 오프셋 추정 및 시간 동기화 방법을 도시한 순서도이다.

도 9를 참조하면, 우선 인덱스(타임 도메인에서 윈도우 이동을 위한 인덱스)를 조절해가면서 제1 윈도우의 데이터와 제2 윈도우 데이터의 상관 연산을 수행한다(단계 900).

인덱스별 상관 연산 결과가 획득되면, 상관 연산 결과 중 가장 첫 번째 인덱스의 연산결과를 이용하여 수학식 2와 같이 소수배 주파수 오프셋을 추정(수학식 2에 d=0 적용)한다(단계 902).

소수배 주파수 오프셋이 추정되면, 추정된 오프셋을 시간 축에서 음수 텀으로 곱하는 방식에 의해 소수배 주파수 오프셋을 보상한다(단계 904).

각 인덱스별 상관 연산 결과를 수신 전력으로 나눠 정규화한 값이 최대일 때의 인덱스(d)를 구하며 해당 인덱스(d)가 OFDM 신호의시작점이 되도록 시간 동기화를 수행한다(단계 906).

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 정수배 오프셋 추정 및 보상 방법을 도시한 순서도이다.

도 10을 참조하면, 우선 수신 신호의 제1 훈련 심볼 및 제2 훈련 심볼에 대한 FFT를 수행한다(단계 1000).

제1 훈련 심볼 및 제2 훈련 심볼에 대한 FFT 결과를 미리 알고 있는 레퍼런스 FFT 결과와 비교한다(단계 1002).

FFT 결과와 레퍼런스 FFT가 동일할 경우, 정수배 오프셋이 발생하지 않았다고 판단한다(단계 1004). FFT 연산 결과와 레퍼런스 FFT의 비교는 상관 연산을 이용할 수 있다.

FFT 결과와 레퍼런스 FFT가 동일하지 않을 경우, 주파수 인덱스를 조절하면서 레퍼런스 FFT와의 상관 연산을 수행한다(단계 1006).

단계 1006의 상관 연산 결과 중 레퍼런스 FFT와 가장 높은 상관도를 가지는 주파수 인덱스를 찾아내고 해당 주파수 인덱스를 이용하여 정수배 오프셋을 추정한다(단계 1008).

정수배 오프셋이 추정되면, 추정된 오프셋에 기초하여 오프셋 보상을 수행한다(단계 1010).

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims

제1 훈련 심볼 및 제2 훈련 심볼이 삽입된 OFDM 심볼을 수신하는 수신부;
상기 제1 훈련 심볼을 이용하여 소수배 오프셋을 추정하는 소수배 오프셋 추정부;
상기 제1 훈련 심볼을 이용하여 시간 동기화를 수행하는 시간 동기화부;
상기 추정된 소수배 오프셋에 대한 보상 및 상기 시간 동기화가 이루어진 후 상기 제1 훈련 심볼 및 상기 제2 훈련 심볼을 이용하여 정수배 오프셋을 추정하는 정수배 오프셋 추정부; 및
상기 추정된 소수배 오프셋 및 상기 추정된 정수배 오프셋을 보상하는 오프셋 보상부를 포함하되,
상기 제1 훈련 심볼은 OFDM 심볼 앞에 삽입되고 상기 제2 훈련 심볼은 제1 훈련심볼과 OFDM 심볼 데이터 사이에 삽입되며, 상기 제1 훈련 심볼은 적어도 하나의 단위 심볼이 두 번 이상 반복되는 구조이고, 상기 제1 훈련 심볼과 상기 제2 훈련 심볼은 서로 다른 주파수를 가지며,
상기 소수배 주파수 오프셋 추정부는 OFDM 심볼의 CP 구간 및 제1 훈련 심볼 구간 사이에 설정되는 제1 윈도우 및 제2 윈도우를 이동시키면서 상기 제1 윈도우의 데이터 및 상기 제2 윈도우의 데이터 사이의 상관 연산을 수행하여 소수배 오프셋을 추정하는 것을 특징으로 하는 광 OFDM 시스템에서 주파수 오프셋 보상 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1 윈도우 및 제2 윈도우는 CP의 시작점 및 OFDM 심볼의 시작점 사이에서 미리 설정된 인덱스 간격만큼 이동 슬라이딩되면서 인덱스별 상관 연산 결과가 출력되는 것을 특징으로 하는 광 OFDM 시스템에서 주파수 오프셋 보상 장치.
제3항에 있어서,
상기 소수배 오프셋 추정부는 상기 인덱스별로 출력되는 상관 연산 결과 중 가장 첫 번째 인덱스의 연산 결과를 이용하여 소수배 오프셋을 추정하는 것을 특징으로 하는 광 OFDM 시스템에서 주파수 오프셋 보상 장치.
제3항에 있어서,
상기 시간 동기화부는 상기 인덱스별 상관 연산 결과를 수신 전력으로 나눠 정규화한 값을 최대로 하는 인덱스를 추정하고, 추정된 인덱스가 OFDM 신호의 시작점으로 설정되도록 시간 동기화를 수행하는 것을 특징으로 하는 광 OFDM 시스템에서 주파수 오프셋 보상 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 윈도우 및 상기 제2 윈도우의 사이즈는 상기 제1 훈련 심볼의 1/2 사이즈인 것을 특징으로 하는 광 OFDM 시스템에서 주파수 오프셋 보상 장치.
제3항에 있어서,
상기 인덱스별 상관 연산은 다음의 수학식에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 광 OFDM 시스템에서 주파수 오프셋 보상 장치.

위 수학식에서,
는 제1 윈도우의 데이터를 의미하고,
는 제2 윈도우의 데이터를 의미하며, T는 제1 훈련 심볼(또는 제2 훈련 심볼)의 심볼 주기를 의미함.
제1항에 있어서,
상기 정수배 오프셋 추정부는 수신 심볼에 포함된 상기 제1 훈련 심볼 및 상기 제2 훈련 심볼에 대해 FFT를 수행한 후 정수배 오프셋을 추정하는 것을 특징으로 하는 광 OFDM 시스템에서 주파수 오프셋 보상 장치.
제8항에 있어서,
상기 정수배 오프셋 추정부는 상기 FFT 수행 결과와 레퍼런스 FFT를 비교하여 정수배 오프셋이 발생하였는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 광 OFDM 시스템에서 주파수 오프셋 보상 장치.
제9항에 있어서,
정수배 오프셋이 발생하였을 경우, 상기 FFT 결과의 주파수 인덱스를 조절하여 정수배 오프셋을 추정하는 것을 특징으로 하는 광 OFDM 시스템에서 주파수 오프셋 보상 장치.
삭제
제1 훈련 심볼을 이용하여 소수배 오프셋을 추정하는 단계(b);
상기 제1 훈련 심볼을 이용하여 시간 동기화를 수행하는 단계(c);
상기 제1 훈련 심볼 및 제2 훈련 심볼을 이용하여 정수배 오프셋을 추정하는 단계(d); 및,
상기 추정된 소수배 오프셋 및 상기 추정된 정수배 오프셋을 보상하는 단계(e)를 포함하되,
상기 제1 훈련 심볼은 OFDM 심볼 앞에 삽입되고 상기 제2 훈련 심볼은 제1 훈련 심볼과 OFDM 심볼 데이터 사이에 삽입되며, 상기 제1 훈련 심볼은 하나의 단위 심볼이 두 번 반복되는 구조이며, 상기 제1 훈련 심볼과 상기 제2 훈련 심볼은 서로 다른 주파수를 가지며,
상기 단계(b)는 CP 구간을 포함한 제1 훈련 심볼 구간 사이에 설정되는 제1 윈도우 및 제2 윈도우를 이동시키면서 상기 제1 윈도우의 데이터 및 상기 제2 윈도우의 데이터 사이의 상관 연산을 수행하여 소수배 오프셋을 추정하는 것을 특징으로 하는 광 OFDM 시스템에서 주파수 오프셋 보상 방법.
삭제
제12항에 있어서,
상기 제1 윈도우 및 제2 윈도우는 CP의 시작점 및 OFDM 심볼의 시작점 사이에서 미리 설정된 인덱스 간격만큼 이동 슬라이딩되면서 인덱스별 상관 연산 결과가 출력되는 것을 특징으로 하는 광 OFDM 시스템에서 주파수 오프셋 보상 방법.
제14항에 있어서,
상기 단계(b)는 상기 인덱스별로 출력되는 상관 연산 결과 중 가장 첫 번째 인덱스의 연산 결과를 이용하여 소수배 오프셋을 추정하는 것을 특징으로 하는 광 OFDM 시스템에서 주파수 오프셋 보상 방법.
제14항에 있어서,
상기 단계(c)는 상기 인덱스별 상관 연산 결과를 수신 전력으로 나눠 정규화한 값을 최대로 하는 인덱스를 추정하고, 추정된 인덱스가 OFDM 신호의 시작점으로 설정되도록 시간 동기화를 수행하는 것을 특징으로 하는 광 OFDM 시스템에서 주파수 오프셋 보상 방법.
제12항에 있어서,
상기 제1 윈도우 및 상기 제2 윈도우의 사이즈는 상기 제1 훈련 심볼의 1/2 사이즈인 것을 특징으로 하는 광 OFDM 시스템에서 주파수 오프셋 보상 방법.
제15항에 있어서,
상기 인덱스별 상관 연산은 다음의 수학식에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 광 OFDM 시스템에서 주파수 오프셋 보상 방법.

위 수학식에서,
는 제1 윈도우의 데이터를 의미하고,
는 제2 윈도우의 데이터를 의미하며, T는 제1 훈련 심볼(또는 제2 훈련 심볼)의 심볼 주기를 의미함.
제12항에 있어서,
상기 단계(d)는 수신 심볼에 포함된 상기 제1 훈련 심볼 및 상기 제2 훈련 심볼에 대해 FFT를 수행한 후 정수배 오프셋을 추정하는 것을 특징으로 하는 광 OFDM 시스템에서 주파수 오프셋 보상 방법.
제19항에 있어서,
상기 단계(d)는 상기 FFT 수행 결과와 레퍼런스 FFT를 비교하여 정수배 오프셋이 발생하였는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 광 OFDM 시스템에서 주파수 오프셋 보상 방법.