KR101706629B1 - Ｍｉｍｏ-ｏｆｄｍ 송신기에 대한 파워 캘리브레이션 방법 - Google Patents

Ｍｉｍｏ-ｏｆｄｍ 송신기에 대한 파워 캘리브레이션 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 MIMO-OFDM 송신기의 각 안테나로부터 CDD가 포함된 MIMO-OFDM 신호를 동시에 출력하고 수신 단에서는 CCD의 특성을 이용하여 각 안테나에 대한 파워 캘리브레이션을 동시에 수행할 수 있도록 한 MIMO-OFDM 송신기에 대한 파워 캘리브레이션 방법에 관한 것이다.
본 발명의 MIMO-OFDM 송신기에 대한 파워 캘리브레이션 방법은 MIMO-OFDM 송신기가 출력한 CDD 지연된 신호를 입력받고, 해당 신호의 프레임의 시작점을 획득하는 (a) 단계; 상기 프레임의 시작점으로부터 최대 CDD 지연만큼의 앞 샘플에서 FFT를 실행하는 (b) 단계; 상기 FFT 연산된 트레이닝 심벌 Y(n)과 이상적인 트레이닝 심벌 X(n)을 이용하여 채널 계수 H(n)를 계산하는 (c) 단계; 상기 채널 계수 H(n)를 IFFT 연산하여 채널 임펄스 응답 h(k)을 계산하고, 상기 채널 임펄스 응답의 파워 p(k)를 계산하는 (d) 단계; 상기 채널 임펄스 응답에서 샘플링 레이트를 이용하여 각 MIMO 송신 안테나별 CDD 지연 값을 샘플 단위로 환산하는 (e) 단계; 상기 CDD 지연 값을 이용하여 상기 채널 임펄스 응답의 파워 피크점의 위치를 각 MIMO 송신 안테나에 맵핑하는 (f) 단계 및 각각의 상기 MIMO 송신 안테나의 피크점 파워에 의거하여 각각의 상기 MIMO 송신 안테나의 파워 캘리브레이션을 한 번에 수행하는 (g) 단계를 포함하여 이루어진다.

Description

ＭＩＭＯ-ＯＦＤＭ 송신기에 대한 파워 캘리브레이션 방법{power calibration method for MIMO-OFDM transmitter}
본 발명은 MIMO-OFDM 송신기에 대한 파워 캘리브레이션 방법에 관한 것으로, 특히 MIMO-OFDM 송신기의 각 안테나로부터 CDD가 포함된 MIMO-OFDM 신호를 동시에 출력하고 수신 단에서는 CCD의 특성을 이용하여 각 안테나에 대한 파워 캘리브레이션을 동시에 수행할 수 있도록 한 MIMO-OFDM 송신기에 대한 파워 캘리브레이션 방법에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, WLAN(Wireless Local Area Network)이나 LTE(Long Term Evolution) 시스템 등은 높은 데이터 속도를 제공하기 위해 MIMO-OFDM(Multi Input & Multi Output Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 변조 방식을 사용한다. MIMO((Multi Input & Multi Output)는 송/수신 단에서 다중 안테나를 사용하여 신호를 송/수신하는 방식으로서, 송신 단에서 복수의 안테나를 사용하기 때문에 각 송신 안테나의 파워를 정확하게 측정하기 위해서는 사전에 각 송신 안테나에 대한 파워 캘리브레이션을 실행해야 한다.
일반적으로 MIMO-OFDM 송신기에 대한 파워 캘리브레이션은 스펙트럼 분석기나 신호 분석기 등의 계측 장비를 통해 입력된 신호의 파워 레벨을 측정하고, 이렇게 측정한 파워 레벨과 MIMO-OFDM 송신기에서 설정한 목표 파워 레벨의 차이가 일정해지도록 그 이득을 조정하는 방식으로 진행한다.
종래 MIMO-OFDM 송신기에 대한 파워 캘리브레이션은 각 송신 안테나마다 CW(Continuous Wave) 톤 신호나 동일한 SISO(Single Input & Single Output) 신호를 출력하고, 계측 장비에서 해당 송신 안테나의 출력 파워 레벨을 하나씩 측정하여 수행, 즉 안테나별로 순차적으로 파워 레벨을 측정하여 수행하였기 때문에 송신 안테나 개수가 많을수록 파워 캘리브레이션에 소요되는 시간이 비례하여 증가하는 문제점이 있었다.
선행기술 1: 10-2010-0124329호 공개특허공보(발명의 명칭: 다중 안테나 OFDM 시스템들에서 순환 지연들을 선택하기 위한 방법들 및 시스템들) 선행기술 2: 10-2008-0094935호 공개특허공보(발명의 명칭: 다중-입력 다중-출력 단일 캐리어 주파수 분할 다중 액세스시스템에서 업링크 전송을 수행하기 위한 방법 및 장치)
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, MIMO-OFDM 송신기의 각 안테나로부터 CDD가 포함된 MIMO-OFDM 신호를 동시에 출력하고 수신 단에서는 CCD의 특성을 이용하여 각 안테나에 대한 파워 캘리브레이션을 동시에 수행할 수 있도록 한 MIMO-OFDM 송신기에 대한 파워 캘리브레이션 방법을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명의 MIMO-OFDM 송신기에 대한 파워 캘리브레이션 방법은 MIMO-OFDM 송신기가 출력한 CDD 지연된 신호를 입력받고, 해당 신호의 프레임의 시작점을 획득하는 (a) 단계; 상기 프레임의 시작점으로부터 최대 CDD 지연만큼의 앞 샘플에서 FFT를 실행하는 (b) 단계; 상기 FFT 연산된 트레이닝 심벌 Y(n)과 이상적인 트레이닝 심벌 X(n)을 이용하여 채널 계수 H(n)를 계산하는 (c) 단계; 상기 채널 계수 H(n)를 IFFT 연산하여 채널 임펄스 응답 h(k)을 계산하고, 상기 채널 임펄스 응답의 파워 p(k)를 계산하는 (d) 단계; 상기 채널 임펄스 응답에서 샘플링 레이트를 이용하여 각 MIMO 송신 안테나별 CDD 지연 값을 샘플 단위로 환산하는 (e) 단계; 상기 CDD 지연 값을 이용하여 상기 채널 임펄스 응답의 파워 피크점의 위치를 각 MIMO 송신 안테나에 맵핑하는 (f) 단계 및 각각의 상기 MIMO 송신 안테나의 피크점 파워에 의거하여 각각의 상기 MIMO 송신 안테나의 파워 캘리브레이션을 한 번에 수행하는 (g) 단계를 포함하여 이루어진다.
전술한 구성에서, 상기 채널 계수는
Figure 112016008004890-pat00001
에 의해 구하는 것을 특징으로 한다.
상기 채널 임펄스 응답 h(k)과 그 파워는 각각,
Figure 112016008004890-pat00002
및
Figure 112016008004890-pat00003
에 구하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 MIMO-OFDM 송신기에 대한 파워 캘리브레이션 방법에 따르면, MIMO-OFDM 송신기의 각 안테나로부터 CDD가 포함된 MIMO-OFDM 신호를 동시에 출력하고 수신 단에서는 CCD의 특성을 이용하여 각 안테나에 대한 파워 캘리브레이션을 동시에 수행할 수 있도록 함으로써 파워 캘리브레이션에 소요되는 시간을 대폭적으로 단축할 수가 있다.
도 1은 본 발명의 MIMO-OFDM 송신기에 대한 파워 캘리브레이션 시스템 구성도.
도 2는 일반적인 MIMO-OFDM 송신기에 적용하는 CDD 원리를 설명하기 위한 도.
도 3은 CDD가 적용된 MIMO-OFDM 송신기의 일부 블록 구성도.
도 4는 본 발명의 MIMO-OFDM 송신기에 대한 파워 캘리브레이션 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 5는 본 발명의 MIMO-OFDM 송신기에 대한 파워 캘리브레이션 방법에서 파워 캘리브레이션을 위한 FFT 시작 위치를 설명하기 위한 타이밍 차트.
이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 MIMO-OFDM 송신기에 대한 파워 캘리브레이션 방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 MIMO-OFDM 송신기에 대한 파워 캘리브레이션 시스템 구성도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 MIMO-OFDM 송신기에 대한 파워 캘리브레이션 시스템은 크게 MIMO를 지원하는, 예를 들어 사용자 단말(User Equipment), 매크로 기지국이나 펨토 기지국DUT(Device Under Test)(300); 스펙트럼 분석기나 신호 분석기 등의 계측 장비(100) 및 DUT(300)와 계측 장비(100) 사이를 연결하는 신호 분배기(200)를 포함하여 이루어질 수 있다.
전술한 구성에서, DUT(300)의 각 MIMO 송신 안테나 포트(Ant-1, Ant-2,…,Ant-n)는 신호 분배기(200)의 각 입력 포트에 유선으로 연결되고, 신호 분배기(200)의 출력 포트는 계측 장비(100)의 RF 입력 포트(RF Input)에 유선으로 연결된다. 이 상태에서, DUT(300)는 각 송신 안테나 포트(Ant-1, Ant-2,…,Ant-n)에서 CDD(Cyclic Delay Diversity) 지연된 신호를 동시에 송신하고, 계측 장비(100)에서는 그 RF 입력 포트를 통해 DUT(300)에서 송신한 신호를 동시에 수신한 후에 파워 캘리브레이션을 수행하게 된다.
도 2는 일반적인 MIMO-OFDM 송신기에 적용하는 CDD 원리를 설명하기 위한 도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, CDD(Cyclic Delay Diversity) 기법은 안테나별로 미리 결정된 지연 시간을 두어 다이버시티 이득을 높이는 방법이다. 이러한 시간 영역에서의 순환 지연은 주파수 영역에서 부반송파 간에 위상 회전을 야기하기 때문에 부반송파간 상관성을 감소시키게 되고, 결과적으로 간단한 방법에 의해 다이버시티 이득을 얻을 수 있어 많은 OFDM 시스템에 적용되고 있다.
도 3은 CDD가 적용된 MIMO-OFDM 송신기의 일부 블록 구성도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, CDD가 적용된 MIMO-OFDM 송신기는 FEC(Forward Error Correction) 부호기(310), 변조기(320), IFFT 연산기(330), 복수의 지연기(340), 복수의 CP(Cyclic Prefix) 삽입기(350) 및 복수의 안테나(360)를 포함하여 이루어진다.
전술한 구성에서, 부호기(310)는 송신 데이터를 주어진 부호율로 부호화하여 부호 심벌을 출력한다. 변조기(320)는 부호기(310)로부터의 데이터를 주어진 변조 방식에 따라 변조하여 변조 심벌을 출력한다. IFFT 연산기(330)는 변조기(320)로부터의 데이터를 역 고속 푸리에 변환하여 샘플 데이터를 출력한다. 다음으로, 복수의 지연기(340) 각각은 미리 결정된 지연 시간에 따라 IFFT 연산기(330)로부터 출력된 샘플 데이터를 순환 지연하여 출력한다. 복수의 CP 삽입기(350) 각각은 대응되는 지연기(340)로부터의 샘플 데이터에 CP(Cyclic Prefix)를 삽입한 후에 각각의 대응되는 안테나(360)를 통해 송신된다.
도 4는 본 발명의 MIMO-OFDM 송신기에 대한 파워 캘리브레이션 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 MIMO-OFDM 송신기에 대한 파워 캘리브레이션 방법에 따르면, 도 1과 같이 시스템을 구성한 상태에서 단계 S10에서는 계측 장비(100)가 DUT(300)로부터 MIMO 신호를 입력받고, 해당 신호의 프레임의 시작점을 획득한다. 다음으로, 단계 S20에서는 단계 S10에서 획득한 프레임의 시작점으로부터 최대 CDD 지연만큼의 앞 샘플에서 FFT(Fast Fourier Transformation)를 실행하는데, 도 5는 본 발명의 MIMO-OFDM 송신기에 대한 파워 캘리브레이션 방법에서 파워 캘리브레이션을 위한 FFT 시작 위치를 설명하기 위한 타이밍 차트이다. 한편, 송신 안테나별 CDD 지연 값은 규격에 명시된 값을 이용한다.
다음으로, 단계 S30에서는 FFT 연산된 트레이닝 심벌(training symbol)(Y)과 이상적인 트레이닝 심벌(X)을 이용하여 아래의 수학식 1과 같이 채널 계수(H)를 계산한다.
Figure 112016008004890-pat00004
다음으로, 단계 S40에서는 아래의 수학식 2와 같이 단계 S30에서 산출된 채널 계수(H)를 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 연산하여 채널 임펄스 응답(h)을 계산하고, 이어서 아래의 수학식 3과 같이 채널 임펄스 응답(h)의 파워(P)를 계산한다.
Figure 112016008004890-pat00005
Figure 112016008004890-pat00006
도 6은 본 발명의 MIMO-OFDM 송신기에 대한 파워 캘리브레이션 방법에서 4개의 송신 안테나에서 전송된 채널 임펄스 응답의 예시적인 파워 그래프이다.
한편, 계측 장비(100)가 수신한 MIMO-OFDM 신호는 동일 신호에 대해 CDD가 적용된, 즉 동일 신호를 시간 지연시킨 여러 신호의 합이므로 채널 임펄스 응답(h)의 파워(P)는 도 6과 같은 형태를 갖게 되고, 이때 채널 임펄스 응답(h)의 파워(P)의 샘플간 해상도는 1/fs(fs는 샘플링 레이트)가 된다. 이를 반영하여 단계 S50에서는 샘플링 레이트 fs를 이용하여 아래의 수학식 4와 같이 각 송신 안테나별 CDD 지연 값을 샘플 단위로 환산한다.
Figure 112016008004890-pat00007
한편, 전술한 단계 S20에서는 먼저 프레임 위치를 찾은 후에 최대 CDD 지연 만큼 앞 샘플에서 FFT를 실행하였기 때문에 CDD 지연 '0'의 피크(peak) 위치는 도 6에서 가장 오른쪽에 있는 피크점(Peak 1)이 된다. 따라서, 단계 S60에서는 CDD 지연 '0'의 피크점 위치로부터 단계 S50에서 구한 송신 안테나별 CDD 지연 샘플값을 이용하여 채널 임펄스 응답의 피크점 위치(도 6에서 Peak 2, Peak 3 및 Peak 4)를 송신 안테나에 맵핑한다.
여기에서, 주파수 영역의 파워와 시간 영역의 파워는 같기 때문에 결과적으로 도 6에서 채널 임펄스 응답(h)의 각 피크점 위치(Peak 1, Peak 2, Peak 3 및 Peak 4)의 파워가 DUT(300)의 각 송신 안테나의 MIMO-OFDM 심볼 파워와 같다. 따라서 단계 S70에서는 채널 임펄스 응답(h)의 각 피크점 위치로부터 DUT(300)의 각 송신 안테나의 파워에 의거하여 MIMO-OFDM 송신기에 대한 파워 캘리브레이션을 수행할 수 있고, 결과적으로 파워 캘리브레이션에 소요되는 시간을 효율적으로 단축시킬 수 있다.
이상, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 MIMO-OFDM 송신기에 대한 파워 캘리브레이션 방법의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였으나 이는 예시에 불과한 것이며, 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 다양한 변형과 변경이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 계측 장비, 200: 신호 분배기,
300: DUT, 310: 부호기,
320: 변조기, 330: IFFT 연산기,
340: 지연기, 350: CP 삽입기,
360: 안테나

Claims (3)

  1. MIMO-OFDM 송신기가 출력한 CDD 지연된 신호를 입력받고, 해당 신호의 프레임의 시작점을 획득하는 (a) 단계;
    상기 프레임의 시작점으로부터 최대 CDD 지연만큼의 앞 샘플에서 FFT를 실행하는 (b) 단계;
    상기 FFT 연산된 트레이닝 심벌 Y(n)과 이상적인 트레이닝 심벌 X(n)을 이용하여 채널 계수 H(n)를 계산하는 (c) 단계;
    상기 채널 계수 H(n)를 IFFT 연산하여 채널 임펄스 응답 h(k)을 계산하고, 상기 채널 임펄스 응답의 파워 p(k)를 계산하는 (d) 단계;
    상기 채널 임펄스 응답에서 샘플링 레이트를 이용하여 각 MIMO 송신 안테나별 CDD 지연 값을 샘플 단위로 환산하는 (e) 단계;
    상기 CDD 지연 값을 이용하여 상기 채널 임펄스 응답의 파워 피크점의 위치를 각 MIMO 송신 안테나에 맵핑하는 (f) 단계 및
    각각의 상기 MIMO 송신 안테나의 피크점 파워에 의거하여 각각의 상기 MIMO 송신 안테나의 파워 캘리브레이션을 한 번에 수행하는 (g) 단계를 포함하여 이루어진 MIMO-OFDM 송신기에 대한 파워 캘리브레이션 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 채널 계수는
    Figure 112016008004890-pat00008
    에 의해 구하는 것을 특징으로 하는 MIMO-OFDM 송신기에 대한 파워 캘리브레이션 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 채널 임펄스 응답 h(k)과 그 파워는 각각,
    Figure 112016008004890-pat00009
    및
    Figure 112016008004890-pat00010
    에 구하는 것을 특징으로 하는 MIMO-OFDM 송신기에 대한 파워 캘리브레이션 방법.
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