KR20090113519A

KR20090113519A - 부반송파의 리오더링이 필요하지 않은 ｏｆｄｍ 수신기 및ｏｆｄｍ 신호처리방법

Info

Publication number: KR20090113519A
Application number: KR1020080039276A
Authority: KR
Inventors: 박탄중
Original assignee: (주)에프씨아이
Priority date: 2008-04-28
Filing date: 2008-04-28
Publication date: 2009-11-02
Also published as: KR100980498B1; WO2009134060A3; WO2009134060A2

Abstract

본 발명은 부반송파의 리오더링이 필요하지 않은 OFDM 수신기 및 OFDM 신호처리방법을 개시한다. 상기 OFDM 수신기는, I/Q 복조기, FFT 처리장치, 소수배 주파수 오차 보정블록, 제1곱셈기, 정수배 주파수 오차 보정블록, 제1덧셈기 및 제2덧셈기를 구비한다. 상기 OFDM 신호처리방법은, 수신된 OFDM 신호를 I/Q 신호로 복조하는 복조단계, 상기 I/Q 신호에 오프셋을 인가하는 단계 및 상기 오프셋이 인가된 I/Q 신호를 고속 푸리에 변환하여 스펙트럼신호를 생성하는 단계를 구비한다.

리오더링, reordering, OFDM, 오프셋, offset

Description

부반송파의 리오더링이 필요하지 않은 ＯＦＤＭ 수신기 및 ＯＦＤＭ 신호처리방법{Orthogonal Frequency Division Multiplexing Receiver without reordering the sub-carrier and the method for processing the Orthogonal Frequency Division Multiplexing signal}

본 발명은 OFDM 수신기에 관한 것으로, 특히 부반송파의 리오더링이 필요하지 않은 OFDM 수신기 및 OFDM 신호처리방법에 관한 것이다.

직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)은 하나의 정보를 여러 개의 부반송파(sub-carrier)로 분할하고, 분할된 부반송파들 사이의 간격을 최소로 하기 위해 직교성(orthogonal)을 부가하여 다중(multiplex)시켜 전송하는 멀티 캐리어(Multi-carrier) 전송기술이다. OFDM은 광대역 통신에서 문제되는 페이딩(fading) 문제를 해결할 수 있고, 효율적 주파수자원의 활용도 가능함은 물론 MIMO(Multiple Input Multiple Output)등의 기술과의 접목도 용이하여, 4세대 통신에는 널리 쓰일 것으로 예상된다. OFDM은 단일 반송파 환경에서 문제시 되어온 산꼭대기나 빌딩 등에 의하여 전파가 반사되어 다중경로 간섭을 일으키는 등 나쁜 조건 하에서도 고속으로 통신이 가능한 장점이 있다.

일반적으로 OFDM 송신기는 송신하고자 하는 신호를 변조(modulation)시킨 주파수영역(frequency domain)의 신호를 시간영역(time domain)의 신호로 변환하여 송신하고, 수신기는 수신된 시간영역의 신호를 주파수영역의 신호로 다시 변환하여 처리한다. 시간영역의 신호는 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)하여 주파수영역의 신호로 변환시키고, 반대로 주파수영역의 신호는 역 고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform)하여 시간영역의 신호로 변환시킨다.

도 1은 OFDM 송신기와 수신기에 있어서의 송수신되는 신호의 흐름을 나타낸다.

도 1을 참조하면, 송신기(110)에서는 먼저 송신하고자 하는 신호를 변조시킨 변조스펙트럼신호(111)를 생성시킨다. 이 때 신호의 변조는 BPSK(Binary Phase Shift Keying), QPSK(Quadrature Phase Shift Keying), 16-QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 및 32-QAM 방식이 지원된다. 변조스펙트럼신호(111)는 변조된 정보가 있는 부분(0~(N-1)) 이외에도 변조된 정보가 없는 부분(빗금 친 부분)도 포함하고 있다. 변조스펙트럼신호(111)는 배열스펙트럼신호(112)로 배열(ordering)시킨 후 역 고속 푸리에 변환(113, Inverse Fast Fourier Transform)되어 송신된다. 배열스펙트럼신호(112)는, 내부 스펙트럼 신호를 일정한 양 로테이션(rotation)시켜 변조스펙트럼신호(111)의 하부에 있는 변조된 정보가 없는 부분(빗금 친 부분)이 중앙에 오도록 한다.

수신기(120)에서는 수신된 시간영역의 신호를 주파수영역의 신호로 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform)한다(123). 변환된 신호(122)는 송신기(110)에 서의 배열스펙트럼신호(112)에 대응된다. 이후의 처리단계에서는, 변환된 신호(122)를 이용하여 채널추정(Channel estimation) 및 채널추정에 따른 채널보상을 수행하는데, 이를 위해서 변환된 신호(122)가 송신기(110)의 변조스펙트럼신호(111)와 동일한 형태의 스펙트럼신호로 재배열(reordering) 되어야 한다(121).

OFDM 수신기(120)에서 재배열을 수행할 때, 메모리에 변환된 신호(122)를 저장한 후 이를 변조된 신호(121)로 재배열하는 방식과 부반송파 인덱스(sub carrier index)를 재계산하는 방식이 사용될 수 있다. 그러나 상기의 방식은 재배열을 위한 부가 메모리가 추가로 필요하고 재배열을 수행하는데 필요한 회로나 제어신호의 생성이 추가로 필요하기 때문에 수신기(120)가 복잡해지고 리소스(resource)가 증가한다는 단점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 부반송파의 리오더링이 필요하지 않은 OFDM 수신기를 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 부반송파의 리오더링이 필요하지 않은 OFDM 신호 처리방법을 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 수신기는, I/Q 복조기, FFT 처리장치, 소수배 주파수 오차 보정블록, 제1곱셈기, 정수배 주파수 오차 보정블록, 제1덧셈기 및 제2덧셈기를 구비한다.

상기 I/Q 복조기는 OFDM 디지털 신호를 이용하여 I(In phase)신호 및 상기 I신호와 90ㅀ의 위상 차이가 있는 Q(quadrature)신호를 복조한다. 상기 제1곱셈기는 상기 I신호와 상기 Q신호 및 상기 제1덧셈기의 출력을 곱한다. 상기 FFT 처리장치는 상기 제1곱셈기로부터 출력되는 신호에 고속 푸리에 연산을 수행하여 스펙트럼신호를 생성한다. 상기 소수배 주파수 오차 보정블록은 상기 제1곱셈기로부터 출력되는 신호에 포함된 소수배의 주파수 오차를 상쇄시키는 소수배 주파수 오차보상값을 출력한다. 상기 정수배 주파수 오차 보정블록은 상기 FFT 처리장치로부터 출력되는 스펙트럼신호에 포함된 정수배 주파수 오차를 상쇄시키는 정수배 주파수 오차보상값을 출력한다. 상기 제1덧셈기는 상기 소수배 주파수 오차보상값 및 상기 제2덧셈기의 출력을 더한다. 상기 제2덧셈기는 상기 정수배 주파수 오차보상값 및 상기 I신호와 상기 Q신호에 부가할 오프셋 값(M)을 더한다.

상기 다른 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 OFDM 신호 처리방법은, 수신된 OFDM 신호를 I/Q 신호로 복조한 후 이를 고속 푸리에 변환하는 OFDM 신호 처리방법이며, 수신된 OFDM 신호를 I/Q 신호로 복조하는 복조단계, 상기 I/Q 신호에 오프셋을 인가하는 단계 및 상기 오프셋이 인가된 I/Q 신호를 고속 푸리에 변환하여 스펙트럼신호를 생성하는 단계를 구비한다.

본 발명에 따른 수신기 및 신호처리방법은, 수신된 OFDM 신호를 처리할 때 부반송파에 대한 FFT 후 리오더링을 수행하지 않기 때문에, 시스템이 간단하고 리소스를 최소한으로 하는 장점이 있다.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 부반송파의 리오더링이 필요하지 않은 OFDM 수신기의 블록 다이어그램이다.

도 2를 참조하면, 상기 OFDM 수신기(200)는, ADC(210), I/Q 복조기(220), FFT 처리장치(230), 소수배 주파수 오차 보정블록(240), 제1곱셈기(M1), 정수배 주파수 오차 보정블록(250), 제1덧셈기(A1), 제2덧셈기(A2), 심볼 지연부(260), 제2곱셈기(M2), 채널 추정부(270) 및 등화기(280)를 구비한다.

ADC(210)는 OFDM 다중 안테나를 통해 수신된 아날로그 신호를 변환하여 상기 OFDM 디지털 신호를 생성한다. I/Q 복조기(220)는 OFDM 디지털 신호를 이용하여 I(In phase)신호 및 상기 I신호와 90ㅀ의 위상 차이가 있는 Q(quadrature)신호를 복조한다.

제1곱셈기(M1)는 I신호와 Q신호 및 제1덧셈기(A1)의 출력을 곱한다. FFT 처리장치(230)는 제1곱셈기(M1)로부터 출력되는 신호에 고속 푸리에 연산을 수행하여 스펙트럼신호를 생성한다. 소수배 주파수 오차 보정블록(240)은 상기 제1곱셈기(M1)로부터 출력되는 신호에 포함된 소수배의 주파수 오차를 상쇄시키는 소수배 주파수 오차보상값(ER1)을 출력한다. 정수배 주파수 오차 보정블록(250)은 FFT 처리장치(230)로부터 출력되는 스펙트럼신호에 포함된 정수배 주파수 오차를 상쇄시키는 정수배 주파수 오차보상값(ER2)을 출력한다. 제1덧셈기(A1)는 소수배 주파수 오차보상값(ER1) 및 제2덧셈기(A2)의 출력을 더한다. 제2덧셈기(A2)는 상기 정수배 주파수 오차보상값(ER2) 및 상기 I신호와 상기 Q신호에 부가할 오프셋 값(M)을 더한다.

심볼 지연부(260)는 FFT 처리장치(230)로부터 출력되는 스펙트럼신호를 구성하는 심볼을 지연시킨다. 채널 추정부(270)는 FFT 처리장치(230)로부터 출력되는 스펙트럼신호를 이용하여 채널을 추정하고 채널보상신호를 출력한다. 제2곱셈기(M2)는 심볼 지연부(260)의 출력신호 및 채널 추정부(270)의 출력신호를 곱한다. 등화기(280)는 제2곱셈기(M2)의 출력을 이퀄라이징(equalizing) 한다.

도 3은 도 2에 도시된 오프셋 값(M)을 정의한다.

도 3을 참조하면, 오프셋 값(M)은, 송신기에서의 스펙트럼신호(도 1의 111, 112)에 대응되며, 변조된 정보가 있는 부분의 일부분(A), 변조된 정보가 없는 부분(빗금) 및 변조된 정보가 있는 나머지 부분(B)의 순서로 배열되었을 때, 변조된 정보가 있는 부분의 일부분(A) 및 변조된 정보가 없는 부분(빗금)의 합만큼의 스펙트럼신호의 로테이션이 일어나도록 하는 양을 의미한다.

기타 심볼 지연부(260), 채널 추정부(270) 및 등화기(280)의 동작은 일반적으로 알려져 있으므로 여기서는 자세하게 설명하지 않는다.

이하에서는 도 2에 도시된 수신기에서 I/Q 신호의 오프셋을 보상함으로써, FFT 이후에 수행하던 리오더링(reordering)이 더 이상 필요 없게 되는 수학적 이유에 대하여 설명한다.

OFDM 신호는 입력 비트 스트림(bit stream)을 복소 심볼(complex symbol)인 I/Q 심볼로 맵핑(mapping) 함으로써 생성된 심볼의 시퀀스(sequence)를 사용하여, 직교성 반송파를 변조하여 형성된다. 이 과정을 통해 비트 스트림을 감소시킨 OFDM 신호는 수학식 1과 같다.

여기서 N은 부반송파(sub-carrier)의 개수이고, X[m]은 [0, N-1] 구간에서 m번째 심볼을 의미한다.

수학식 1에 표시된 부반송파가 주파수 영역에서 M만큼 쉬프트(shift) 되어 있다고 가정하면, 쉬프트 된 부반송파는 수학식 2와 같이 표시될 수 있다.

수학식 2를 참조하면, 주파수 영역에서 M 만큼 쉬프트 되어 있는 부반송파는 시간영역에서 M/N 주파수를 가지는 정현파를 곱하여 구현될 수 있음을 알 수 있다. 본 발명에 따른 부반송파의 리오더링이 필요하지 않은 OFDM 수신기는, 도 2를 참조하면, I신호 및 Q신호에 오프셋(M)을 인가함으로서, 스펙트럼신호의 로테이션을 달성한다.

종래의 OFDM 수신기에서는 I/Q 신호에 대해 일정한 주파수 오차만을 고려한 후 FFT 하고, FFT 된 신호에 대하여 리오더링 하는 과정을 수행하였다. 그러나 도 2를 참조하면, 본 발명에서는 도 2에 예를 든 것처럼, FFT를 수행하기 전 단계의 신호에 오프셋을 인가함으로써, FFT를 수행한 후 리오더링을 전혀 수행되지 않거나 필요에 따라 수행되는 최소한의 리오더링 블록이 요구될 뿐이다.

이상에서는 수신기라는 장치에 대해서만 설명하였지만, 수신기가 수행하는 과정은 아래와 같이 유추할 수 있다. 즉, 수신기가 수행하는 OFDM 신호 처리방법은, 수신된 OFDM 신호를 I/Q 신호로 복조한 후 이를 고속 푸리에 변환하는 OFDM 신호 처리방법이며, 수신된 OFDM 신호를 I/Q 신호로 복조하는 복조단계, 상기 I/Q 신호에 오프셋을 인가하는 단계 및 상기 오프셋이 인가된 I/Q 신호를 고속 푸리에 변환하여 스펙트럼신호를 생성하는 단계를 구비한다.

이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

도 3은 도 2에 도시된 오프셋 값(M)을 정의한다.

Claims

OFDM 디지털 신호를 이용하여 I(In phase)신호 및 상기 I신호와 90ㅀ의 위상 차이가 있는 Q(quadrature)신호를 복조하는 I/Q 복조기(220);

상기 I신호와 상기 Q신호 및 제1덧셈기의 출력을 곱하는 제1곱셈기(M1);

상기 제1곱셈기로부터 출력되는 신호에 고속 푸리에 연산을 수행하여 스펙트럼신호를 생성하는 FFT 처리장치(230);

상기 제1곱셈기(M1)로부터 출력되는 신호에 포함된 소수배의 주파수 오차를 상쇄시키는 소수배 주파수 오차보상값(ER1)을 출력하는 소수배 주파수 오차 보정블록(240);

상기 스펙트럼신호에 포함된 정수배 주파수 오차를 상쇄시키는 정수배 주파수 오차보상값(ER2)을 출력하는 정수배 주파수 오차 보정블록(250);

상기 소수배 주파수 오차보상값(ER1) 및 제2덧셈기(A2)의 출력을 더하는 제1덧셈기(A1); 및

상기 정수배 주파수 오차보상값(ER2) 및 상기 I신호와 상기 Q신호에 부가할 오프셋 값(M)을 더하는 제2덧셈기(A2)를 구비하는 것을 특징으로 하는 부반송파의 리오더링이 필요하지 않은 OFDM 수신기.
제1항에 있어서,

OFDM 다중 안테나를 통해 수신된 아날로그 신호를 변환하여 상기 OFDM 디지 털 신호를 생성하는 ADC(210)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 부반송파의 리오더링이 필요하지 않은 OFDM 수신기.
제1항에 있어서,

상기 스펙트럼신호를 구성하는 심볼을 지연시키는 심볼 지연부(260);

상기 스펙트럼신호를 이용하여 채널을 추정하고 채널보상신호를 출력하는 채널 추정부(270);

상기 심볼 지연부의 출력신호 및 상기 채널 추정부의 출력신호를 곱하는 제2곱셈기(M2); 및

상기 제2곱셈기(M2)의 출력을 이퀄라이징(equalizing) 하는 등화기(280)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 부반송파의 리오더링이 필요하지 않은 OFDM 수신기.
제1항에 있어서, 상기 오프셋 값(M)은,

상기 스펙트럼신호에 대응되는 송신기에서의 스펙트럼신호가, 변조된 정보가 있는 부분의 일부분, 변조된 정보가 없는 부분 및 변조된 정보가 있는 나머지 부분의 순서로 배열되었을 때,

상기 변조된 정보가 있는 부분의 일부분 및 상기 변조된 정보가 없는 부분의 합만큼의 스펙트럼신호의 로테이션이 일어나도록 하는 양인 것을 특징으로 하는 부반송파의 리오더링이 필요하지 않은 OFDM 수신기.
수신된 OFDM 신호를 I/Q 신호로 복조한 후 이를 고속 푸리에 변환하는 OFDM 신호 처리방법에 있어서,

수신된 OFDM 신호를 I/Q 신호로 복조하는 복조단계;

상기 I/Q 신호에 오프셋을 인가하는 단계; 및

상기 오프셋이 인가된 I/Q 신호를 고속 푸리에 변환하여 스펙트럼신호를 생성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 OFDM 신호 처리방법.
제5항에 있어서, 상기 오프셋은,

상기 스펙트럼신호에 대응되는 송신기에서의 스펙트럼신호가, 변조된 정보가 있는 부분의 일부분, 변조된 정보가 없는 부분 및 변조된 정보가 있는 나머지 부분의 순서로 배열되었을 때,

상기 변조된 정보가 있는 부분의 일부분 및 상기 변조된 정보가 없는 부분의 합만큼의 스펙트럼신호의 로테이션이 일어나도록 하는 양인 것을 특징으로 하는 OFDM 신호 처리방법.