KR20190029352A - Ofdm/ofdma 시스템에서의 주파수 오프셋 추정 장치 및 방법 - Google Patents

Ofdm/ofdma 시스템에서의 주파수 오프셋 추정 장치 및 방법 Download PDF

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KR20190029352A
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양태원
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(주)쏠리드윈텍
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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 OFDM/OFDMA 시스템의 시간 도메인 상에서 주파수 오프셋을 추정하는 방법에 있어서, 상기 OFDM/OFDMA 방식에 따른 신호를 수신하는 단계, 상기 수신된 신호의 k번째 OFDM 심볼에서 순환 프리픽스(Cyclic Prefix) 구간을 구분하는 단계, 상기 구분된 순환 프리픽스 구간 중 일부 구간만을 이용하여 상기 OFDM 심볼 간의 상관을 계산하는 단계 및 상기 계산된 상관을 기초로, 상기 수신되는 신호에 대한 주파수 오프셋을 추정하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

OFDM/OFDMA 시스템에서의 주파수 오프셋 추정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ESTIMATING FREQUENCY OFFSET IN OFDM/OFDMA SYSTEM}
본 발명의 기술적 사상은 OFDM/OFDMA 시스템에서의 주파수 오프셋 추정 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 순환 프리픽스를 이용한 주파수 오프셋 추정 장치 및 방법에 관한 것이다.
OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)/OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 방식은 고속의 송신 신호를 다수의 직교(Orthogonal)하는 협대역 반송파로 다중화시키는 변조 방식이다.
OFDM/OFDMA 방식을 이용한 통신 시스템은 직교 반송파 사용으로 주파수 효율이 높고, 멀티 패스 페이딩(multi path fading)에 강한 장점이 있으며, 환경에 따라 적응적으로 전송률을 쉽게 가변할 수 있어 차세대 무선 통신 방식에서 다양하게 이용되고 있다.
이러한 OFDM/OFDMA 시스템은 발진기(oscillator) 오차와 단말의 이동성 때문에 발생하는 도플러 시프트(Doppler shift)로 인한 주파수 오프셋(frequency offset)에 매우 민감한 단점을 갖는다.
그리고 주파수 오프셋은 부반송파(sub-carrier) 간 간섭(Inter-Carrier Interference)를 유발하여 시스템의 성능을 열화시키는 요인이 된다.
그래서 OFDM/OFDMA 시스템에는 부반송파 간의 직교성(orthogonality)을 유지하기 위한 주파수 오프셋에 대한 추정 및 보상이 필요하다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 OFDM/OFDMA 시스템에서의 주파수 오프셋 추정 장치 및 방법은 시간 도메인에서 주파수 오프셋을 추정하는 방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은 OFDM 심볼 바운더리 오차가 있는 경우에도, 추정 성능 열화를 극복할 수 있는 주파수 오프셋 추정 장치 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 주파수 오프셋 추정 방법은, OFDM/OFDMA 방식에 따른 신호를 수신하는 단계; 상기 수신된 신호의 k번째 OFDM 심볼에서 순환 프리픽스(Cyclic Prefix) 구간을 구분하는 단계; 상기 구분된 순환 프리픽스 구간 중 일부 구간만을 이용하여 상기 OFDM 심볼 간의 상관을 계산하는 단계; 및 상기 계산된 상관을 기초로, 상기 수신되는 신호에 대한 주파수 오프셋을 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 일부 구간만을 이용하여 상기 OFDM 심볼 간의 상관을 계산하는 단계는 상기 순환 프리픽스 구간 중 일부 구간에 대응하는 샘플만을 이용하여, 상기 OFDM 심볼 간의 상관을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 k번째 OFDM 심볼은 기준 신호만 할당된 OFDM 심볼일 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 k번째 OFDM 심볼은 프리앰블(preamble)에 대응하는 OFDM 심볼일 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 상기 일부 구간만을 이용하여 상기 OFDM 심볼 간의 상관을 계산하는 단계는 상기 순환 프리픽스 구간의 시작 구간에서부터 제1 길이를 갖는 제1 구간을 제외한 나머지 구간에 대응하는 샘플만을 이용하여, 상기 OFDM 심볼 간의 상관을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 일부 구간만을 이용하여 상기 OFDM 심볼 간의 상관을 계산하는 단계는 상기 순환 프리픽스 구간의 일 구간에서부터 종료 구간까지의 제2 길이에 대응하는 제2 구간을 제외한 나머지 구간에 대응하는 샘플만을 이용하여, 상기 OFDM 심볼 간의 상관을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 일부 구간만을 이용하여 상기 OFDM 심볼 간의 상관을 계산하는 단계는 상기 순환 프리픽스 구간의 시작 구간에서부터 제1 길이를 갖는 제1 구간 및 상기 순환 프리픽스의 일 구간에서 종료 구간까지의 제2 길이에 대응하는 제2 구간을 제외한 나머지 구간에 대응하는 샘플만을 이용하여, 상기 OFDM 심볼 간의 상관을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 제1 길이와 상기 제2 길이는 서로 다른 길이일 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 신호를 수신하는 단말의 통신 상태 및 환경에 따라, 상기 일부 구간의 길이를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 단말의 통신 상태 및 환경은 상기 OFDM 방식의 통신에 따른 심볼 바운더리 업데이트 주기 및 상기 단말의 이동 속도 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 양태에 따른 주파수 오프셋 추정 장치는, 적어도 하나의 프로세서; 및 상기 프로세서에 전기적으로 연결된 메모리를 포함하고, 상기 메모리는, 상기 프로세서가 실행 시에, OFDM/OFDMA 방식에 따른 신호를 수신하고, 상기 수신된 신호의 k번째 OFDM 심볼에서 순환 프리픽스(Cyclic Prefix) 구간을 구분하고, 상기 구분된 순환 프리픽스 구간 중 일부 구간만을 이용하여 상기 OFDM 심볼 간의 상관을 계산하고, 상기 계산된 상관을 기초로, 상기 수신되는 신호에 대한 주파수 오프셋을 추정하도록 하는 인스트럭션들을 저장할 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 메모리는, 상기 프로세서가 실행 시에, 상기 순환 프리픽스 구간 중 일부 구간에 대응하는 샘플만을 이용하여, 상기 OFDM 심볼 간의 상관을 계산하도록 하는 인스트럭션들을 저장할 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 k번째 OFDM 심볼은 기준 신호만 할당된 OFDM 심볼일 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 k번째 OFDM 심볼은 프리앰블(preamble)에 대응하는 OFDM 심볼일 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 메모리는, 상기 프로세서가 실행 시에, 상기 순환 프리픽스 구간의 시작 구간에서부터 제1 길이를 갖는 제1 구간을 제외한 나머지 구간에 대응하는 샘플만을 이용하여, 상기 OFDM 심볼 간의 상관을 계산하도록 하는 인스트럭션들을 저장할 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 메모리는, 상기 프로세서가 실행 시에, 상기 순환 프리픽스 구간의 일 구간에서부터 종료 구간까지의 제2 길이에 대응하는 제2 구간을 제외한 나머지 구간에 대응하는 샘플만을 이용하여, 상기 OFDM 심볼 간의 상관을 계산하도록 하는 인스트럭션들을 저장할 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 메모리는, 상기 프로세서가 실행 시에, 상기 순환 프리픽스 구간의 시작 구간에서부터 제1 길이를 갖는 제1 구간 및 상기 순환 프리픽스의 일 구간에서 종료 구간까지의 제2 길이에 대응하는 제2 구간을 제외한 나머지 구간에 대응하는 샘플만을 이용하여, 상기 OFDM 심볼 간의 상관을 계산하도록 하는 인스트럭션들을 저장할 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 제1 길이와 상기 제2 길이는 서로 다른 길이일 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 메모리는, 상기 프로세서가 실행 시에, 상기 신호를 수신하는 단말의 통신 상태 및 환경에 따라, 상기 일부 구간의 길이를 조절하도록 하는 인스트럭션들을 저장할 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 단말의 통신 상태 및 환경은 상기 OFDM 방식의 통신에 따른 심볼 바운더리 업데이트 주기 및 상기 단말의 이동 속도 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 실시 예들에 따른 주파수 오프셋 추정 방법과 장치는, 시간 도메인에서 주파수 오프셋을 정확하게 추정할 수 있다.
또한, 본 발명은 OFDM 심볼 바운더리 오차가 있더라도 주파수 오프셋 추정 성능을 높이고, 추정을 위한 연산량을 줄일 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 통신 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 통신 노드의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 OFDM/OFDMA 심볼의 구조를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 주파수 오프셋 추정 방법에 대한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 순환 프리픽스의 사용 구간에 대한 개념도이다.
도 6 내지 도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 주파수 오프셋 추정에 대한 모의 실험 결과를 나타낸다.
본 발명의 기술적 사상은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 기술적 사상을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 기술적 사상을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에 기재된 "~부", "~기", "~자", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 프로세서(Processor), 마이크로 프로세서(Micro Processer), 마이크로 컨트롤러(Micro Controller), CPU(Central Processing Unit), GPU(Graphics Processing Unit), APU(Accelerate Processor Unit), DSP(Digital Signal Processor), ASIC(Application Specific Integrated Circuit), FPGA(Field Programmable Gate Array) 등과 같은 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
그리고 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다.
이하, 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시 예들을 차례로 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 통신 시스템의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 통신 시스템(10)은 제1 통신 노드(50) 및 제2 통신 노드(80)를 포함할 수 있다. 여기서 제2 통신 노드(80)는 복수의 제2 통신 노드(80a ~ 80n)을 포함할 수 있다.
제1 통신 노드(50)와 제2 통신 노드(80)는 서로 무선 통신을 수행할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 통신 시스템(10)은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)/OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 통신 시스템으로 구현될 수 있다. 이하에서는 OFDM/OFDMA를 OFDM이라고만 기재하기로 한다.
실시 예에 따라, 제1통신 노드(50)는 기지국으로 구현되고, 복수의 제2통신 노드들(80a ~ 80n) 각각은 무선 통신 단말로 구현될 수 있다.
예를 들면, 제1 통신 노드(50)로부터 복수의 제2 통신 노드들(80a ~ 80n) 각각으로 데이터를 전송하는 다운링크(downlink) 통신이 수행될 수 있고, 복수의 제2 통신 노드들(80a ~ 80n) 각각으로부터 제1 통신 노드(50)로 데이터를 전송하는 업링크(uplink) 통신이 수행될 수 있다.
도 2를 참조하여 본 발명의 다양한 실시예에 따른 통신 노드의 구성에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 통신 노드의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 통신 노드(100)는 프로세서(110), 메모리(130) 및 통신 모듈(180)을 포함할 수 있다.
프로세서(110)는 통신 노드(100)의 동작 전반을 제어할 수 있다.
프로세서(110)는 송신단에 포함된 구성들이 수행하는 동작을 수행할 수 있고, 수신단에 포함된 구성들이 수행하는 동작을 수행할 수 있다.
예를 들면, 프로세서(110)는 메모리(130)에 저장된 인스트럭션들을 실행하여, 통신 시스템(10)에 포함된 송신단 및 수신단 중 적어도 하나에 포함된 구성들이 수행하는 동작을 수행할 수 있다.
메모리(130)는 다양한 정보를 저장할 수 있다.
예를 들면, 메모리(130)는 상술한 송신단 및 수신단 중 적어도 하나에 포함된 구성들이 수행하는 동작을 수행하기 위한 인스트럭션들을 저장할 수 있다.
통신 모듈(180)은 무선 통신을 통해 신호를 송수신할 수 있다.
상술한 제1 통신 노드(50) 및 제2 통신 노드(80) 중 적어도 하나는 상술한 통신 노드(100)와 같은 구성으로 구성될 수 있다. 그리고 통신 노드(100)는 본 발명에 따른 주파수 오프셋 추정 장치를 포함할 수 있고, 주파수 오프셋 추정 장치일 수 도 있다.
한편, 통신 노드(100)는 송신단으로 동작하는 경우, 채널 엔코딩 모듈, 모듈레이션 모듈, 매핑 모듈, IFFT 모듈, CP 삽입 모듈, LPF, DAC 및 송신 모듈을 포함할 수 있다.
채널 엔코딩 모듈은 오류 검출 및 정정을 위한 비트(bit)를 추가할 수 있다.
모듈레이션 모듈은 채널 엔코딩 결과인 비트 스트림(bit stream)에 대해 디지털 변조(modulation)을 수행할 수 있다.
매핑 모듈은 버스트 별 디지털 변조된 결과를 스케쥴러(scheduler)의 제어에 따라 부반송파(subcarrier)에 할당할 수 있다.
IFFT 모듈은 부반송파에 대해 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 연산을 수행할 수 있다.
CP 삽입 모듈은 보호 구간에 CP(Cyclic Prefix)를 삽입할 수 있다.
LPF(Low Pass Filter)는 로우 패스 필터링을 수행할 수 있다.
DAC(Digital to Analog Converter)는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환할 수 있다.
송신 모듈은 변환된 아날로그 신호를 송신할 수 있다.
송신단은 상술한 구성 이외에 다양한 구성을 더 포함할 수 있다.
그리고 통신 노드(100)는 상술한 송신단의 모듈들이 수행하는 동작을 프로세서(110), 메모리(130)에 의해 실행되는 인스트럭션들로 수행할 수도 있다.
통신 노드(100)는 수신단으로 동작하는 경우, 수신 모듈, ADC, LPF, CP 제거 모듈, FFT 모듈, 디매핑 모듈, 이퀄라이저 및 채널 디코딩 모듈을 포함할 수 있다.
수신 모듈은 전송된 아날로그 신호를 수신할 수 있다.
ADC(Analog to Digital Converter)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다.
LPF(Low Pass Filter)는 로우 패스 필터링을 수행할 수 있다.
CP 제거 모듈은 보호 구간의 CP(Cyclic Prefix)를 제거할 수 있다.
FFT 모듈은 FFT(Fast Fourier Transform) 연산을 수행할 수 있다.
디매핑 모듈은 송신단에서 수행한 매핑 블록의 역과정을 수행할 수 있다. 예를 들면, 매핑 모듈이 수행한 과정의 역과정을 수행할 수 있다.
이퀄라이저는 무선 채널에 대한 왜곡을 보상할 수 있다.
수신단은 상술한 구성 이외에 다양한 구성을 더 포함할 수 있다.
그리고 통신 노드(100)는 상술한 수신단의 모듈들이 수행하는 동작을 프로세서(110), 메모리(130)에 의해 실행되는 인스트럭션들로 수행할 수도 있다.
도 3을 참조하여, OFDM/OFDMA 심볼의 구조에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 OFDM/OFDMA 심볼의 구조를 나타낸다.
도 3을 참조하면, OFDM 심볼(200)은 순환 프리픽스(Cyclic Prefix, 210)와 유효 심볼 구간(250)을 포함한다. 유효 심볼 구간(250)은 데이터 구간이라고 할 수 있다.
OFDM 심볼(200)에 포함된 순환 프리픽스(210)는 L 샘플(sample)의 길이를 가지고, 유효 심볼 구간(250)은 N 샘플(sample)의 길이를 가질 수 있다. OFDM 심볼(200)의 전체 길이는 L+N 샘플(sample)의 길이를 가질 수 있다.
여기서 샘플의 길이는 크기를 의미할 수도 있다.
OFDM 심볼(200)에 보호 구간을 삽입(guard interval)하여, 심볼간 간섭(Inter-Symbol Interference)를 제거할 수 있다.
구체적으로, OFDM 심볼(200)의 보호 구간은 순환적으로 확장되기 위해, OFDM 심볼(200)의 마지막 일부분, 복사 대상 구간(290)을 복사하여, OFDM 심볼(200)의 앞부분, 순환 프리픽스(210)에 삽입될 수 있다.
순환 프리픽스(210)는 복사 대상 구간(290)이 복사된 구간이므로, 순환 프리픽스(210)와 복사 대상 구간(290)은 동일한 길이 또는 동일한 크기일 수 있다. 여기서 순환 프리픽스(210)는 보호 구간이라고 칭할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 통신 노드(100)는 OFDM 심볼(200)에 포함된 순환 프리픽스(210)를 기초로, 주파수 오프셋을 추정할 수 있다.
구체적으로, 통신 노드(100)는 순환 프리픽스(210)와 복사 대상 구간 (290)이 동일한 성질을 이용하여, 주파수 오프셋을 추정할 수 있다.
예를 들면, k번째 OFDM 심볼의 수신 신호는 아래와 같이 정의할 수 있다.
Figure pat00001
통신 노드(100)는 아래 식을 이용하여, k번째 OFDM 심볼에서의 상관을 계산할 수 있다.
Figure pat00002
위 식에서, N은 DFT(Discrete Fourier Transform)/FFT(Fast Fourier Transform) 크기이고, L은 순환 프리픽스(CP, 210)의 길이이고, i는 샘플 인덱스이며, y( k,i )는 k번째 OFDM 심볼에서 i번째 수신 샘플 신호를 의미한다.
통신 노드(100)는 위 식에서 계산된 상관 결과로부터, 아래 식을 이용하여 프레임(frame) 또는 서브 프레임(sub-frame) 등의 단위의 위상(phase)을 계산할 수 있다.
Figure pat00003
여기서 K는 프레임 또는 서브 프레임 등의 단위에서의 OFDM 심볼 수이고, k는 OFDM 심볼 인덱스이며, pdk는 k번째 OFDM 심볼에서의 상관 결과이다.
통신 노드(100)는 상술한 과정에서 계산된 결과를 이용하여, 아래 식을 통해 주파수 오프셋을 계산할 수 있다. 여기서 주파수 오프셋 계산은 주파수 오프셋 추정을 의미할 수 있다.
Figure pat00004
상술한 과정에서, 통신 노드(100)는 보호 구간 내의 순환 프리픽스(210)를 모두 사용하여 주파수 오프셋을 계산한 바, 연산에서 사용되는 샘플들이 OFDM 심볼 바운더리 결정이 이상적인 경우에는 정확한 주파수 오프셋을 추정할 수 있다. 다만, 상술한 바와 같이, OFDM 심볼 바운더리 오차가 있는 경우에는 주파수 오프셋 추정 성능에 열화가 발생할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 주파수 오프셋 추정 장치 및 방법은 순환 프리픽스(210)의 일부 구간만을 이용하여 주파수 오프셋을 추정할 수 있다.
구체적으로, 실제 시스템에서는 OFDM 심볼 바운더리 결정에 오차가 발생할 수 있다. 이러한 오차를 극복하기 위해 본 발명에서는 보호구간 내의 모든 순환 프리픽스(CP, 210)을 사용하지 않고, 주파수 오프셋 추정 성능을 충분히 보장할 수 있는 순환 프리픽스(210)의 일부 구간만을 선택하여 사용할 수 있다. 여기서 일부 구간 선택의 기준이 되는 OFDM 심볼 바운더리는 보호 구간의 시작 샘플 또는 보호 구간이 끝나고 시작되는 샘플일 수 있다. 주파수 오프셋 추정에서는 보호 구간의 순환 프리픽스(210)를 이용하여야 하므로, 보호 구간의 시작 샘플을 OFDM 심볼 바운더리의 기준이라고 볼 수 있다. 따라서, OFDM 심볼 바운더리 오차는 보호 구간의 시작 샘플 주변에서 발생할 것이고, 다중 경로를 통한 신호 수신을 고려하면, 특별한 경우를 제외하고는 보호 구간의 시작 샘플보다는 늦게 OFDM 심볼 바운더리가 결정될 것이다. 따라서, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 주파수 오프셋 추정 장치 및 방법은, 이에 대한 OFDM 심볼 바운더리 오차만을 고려하여 주파수 오프셋을 계산할 수 있다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 주파수 오프셋 추정 장치 및 방법은 OFDM 심볼 바운더리가 보호 구간의 시작 샘플보다 일찍 결정되는 경우까지 고려할 수 있다.
이하, 자세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 주파수 오프셋 추정 방법에 대한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 통신 노드(100)는 OFDM/OFDMA 방식에 따른 신호를 수신할 수 있다(S310).
통신 노드(100)의 통신 모듈(180)은 다른 통신 노드로부터 OFDM/OFDMA 방식에 따른 신호를 수신할 수 있다.
통신 노드(100)는 수신된 신호의 OFDM 심볼(200)에서, 순환 프리픽스(210)를 구분할 수 있다(S320).
예를 들면, 통신 노드(100)의 프로세서(110)는 수신된 신호의 k번째 OFDM 심볼(200)에서 순환 프리픽스(210) 구간을 구분할 수 있다.
통신 노드(100)는 구분된 순환 프리픽스(210) 중 일부 구간만을 이용하여 OFDM 심볼 간의 상관을 계산할 수 있다(S330).
예를 들면, 통신 노드(100)는 구분된 순환 프리픽스(210) 중 주파수 오프셋 추정 성능을 충분히 보장할 수 있는 일부 구간만을 사용할 수 있다.
일 실시예로, 통신 노드(100)의 프로세서(110)는 순환 프리픽스(210)의 시작 구간에서부터 일정 길이를 갖는 구간을 제외한 나머지 구간만을 이용하여, OFDM 심볼 간의 상관을 계산할 수 있다.
다른 실시예로, 통신 노드(100)의 프로세서(110)는 순환 프리픽스(210)의 일 구간에서 종료 구간까지의 일정 길이를 갖는 구간을 제외한 나머지 구간만을 이용하여, OFDM 심볼 간의 상관을 계산할 수 있다.
또 다른 실시예로, 통신 노드(100)의 프로세서(110)는 순환 프리픽스(210)의 시작 구간에서부터 일정 길이를 갖는 구간과 순환 프리픽스(210)의 일 구간에서 종료 구간까지의 일정 길이를 갖는 구간을 제외한 나머지 구간만을 이용하여, OFDM 심볼 간의 상관을 계산할 수 있다.
이에 대해 도 5를 참조하여 자세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 순환 프리픽스의 사용 구간에 대한 개념도이다.
도 5를 참조하면, 통신 노드(100)의 프로세서(110)는 순환 프리픽스(210)의 전체 구간 중 일부 구간인 사용 구간(430)만을 이용하여, 주파수 오프셋을 추정할 수 있다.
구체적으로, 통신 노드(100)의 프로세서(110)는 순환 프리픽스(210)의 전체 구간 중 시작 구간에서부터 제1 길이를 갖는 제1 구간(410)과 순환 프리픽스(210)의 일 구간에서부터 제2 길이를 갖는 제2 구간(450)을 제외한 나머지 구간인 사용 구간(430)을 이용하여, OFDM 심볼 간의 상관을 계산할 수 있다. 여기서 제1 길이와 제2 길이는 동일한 길이일 수도 있고, 서로 다른 길이일 수도 있다. 그래서 제1 구간(410)과 제2 구간(450)은 동일한 길이일 수도 있고, 서로 다른 길이일 수도 있다.
제1 구간(410)은 사용 구간(430)을 기준으로 좌측의 미사용되는 구간이고, 제2 구간(450)은 사용 구간(430)을 기준으로 우측의 미사용되는 구간이라고 할 수 있다. 사용 구간(430)은 Lused 샘플의 길이를 가질 수 있고, 제1 구간(410)은 Lunused_l 샘플의 길이를 가질 수 있고, 제2 구간(450)은 Lunused_r 샘플의 길이를 가질 수 있다.
실시예에 따라 제2 구간(450)의 길이는 0일 수 있어서, 통신 노드(100)는 순환 프리픽스(210) 중 제1 구간(410)을 제외한 나머지 구간(430, 450)을 사용 구간으로 할 수도 있다.
k번째 OFDM 심볼의 수신 신호는 아래와 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00005
통신 노드(100)의 프로세서(110)는 아래와 같은 식을 이용하여, k번째 OFDM 심볼에서의 상관을 계산할 수 있다.
Figure pat00006
여기서 pdk는 k번째 OFDM 심볼에서의 상관 결과이고, i는 샘플 인덱스이고, y( k,i )는 k번째 OFDM 심볼에서 i번째 수신 샘플 신호를 의미한다.
한편, 통신 노드(100)는 사용 구간(430)의 길이를 조절하고, 조절된 길이를 갖는 사용 구간(430)을 이용하여 OFDM 심볼 간의 상관을 계산할 수도 있다. 이에 대해서는 후술한다.
다시 도 4를 참조한다.
통신 노드(100)는 계산된 상관을 기초로, 주파수 오프셋을 계산할 수 있다(S340).
예를 들면, 통신 노드(100)는 계산된 상관 결과로부터, 프레임(frame) 또는 서브 프레임(sub-frame) 등의 단위의 위상(phase)을 계산할 수 있고, 계산된 위상을 이용하여 주파수 오프셋을 계산할 수 있다.
구체적으로, 통신 노드(100)의 프로세서(110)는 단계 S330에서 계산된 상관 결과로부터, 아래 식을 이용하여 프레임(frame) 또는 서브 프레임(sub-frame) 등의 단위의 위상(phase)을 계산할 수 있다.
Figure pat00007
여기서 K는 프레임 또는 서브 프레임 등의 단위에서의 OFDM 심볼 수이고, k는 OFDM 심볼 인덱스이며, pdk는 k번째 OFDM 심볼에서의 상관 결과이다.
통신 노드(100)의 프로세서(110)는 상술한 과정에서 계산된 결과를 이용하여, 아래 식을 통해 주파수 오프셋을 계산할 수 있다. 여기서 주파수 오프셋 계산은 주파수 오프셋 추정을 의미할 수 있다.
Figure pat00008
이와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 통신 노드(100)는 순환 프리픽스(210)의 일부 구간만을 이용하여, 시간 도메인에서 주파수 오프셋을 계산할 수 있다. 그래서 상술한 과정을 통해, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 주파수 추정 장치 및 방법은 주파수 오프셋을 추정할 수 있다.
한편, 상술한 통신 노드(100)는 기준 신호만 할당된 OFDM 심볼을 이용하여 주파수 오프셋을 계산할 수도 있다. 예를 들면, 상술한 k번째 OFDM 심볼은 기준 신호만 할당된 심볼일 수 있다.
구체적으로, 통신 노드(100)는 기준 신호만 할당된 k번째 OFDM 심볼만을 이용하여 주파수 오프셋을 계산할 수 있다. 그리고 통신 노드(100)는 기준 신호만 할당된 k번째 OFDM 심볼의 순환 프리픽스(210) 중 일부 구간만을 이용하여 주파수 오프셋을 계산할 수 있다. 여기서 일부 구간은 상술한 사용 구간(430)을 의미할 수 있다. 그래서 통신 노드(100)는 기준 신호만 할당된 k번째 OFDM 심볼만을 이용하여, 상술한 S320 내지 S340을 수행할 수 있다.
일 실시예로, 통신 노드(100)는 파일럿 신호(Pilot Signal), 사운딩 참조 신호(Sounding Reference Signal) 등과 같은 기준 신호만 할당된 OFDM 심볼만을 이용하여 주파수 오프셋을 계산할 수도 있다.
다른 예로, 통신 노드(100)는 프리앰블(preamble)에 대응하는 OFDM 심볼만을 이용하여 주파수 오프셋을 계산할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 주파수 오프셋 추정 장치는 기준 신호만 할당된 OFDM 심볼의 순환 프리픽스(210) 중 사용 구간(430)만을 이용하여 주파수 오프셋을 계산할 수 있다. 그래서 본 발명의 다양한 실시예에 따른 주파수 오프셋 추정 장치 및 방법은 주파수 오프셋 추정 성능을 향상시킬 수 있고, 주파수 오프셋 추정을 위한 연산량을 줄일 수 있다.
통신 노드(100)는 주파수 도메인에서 주파수 오프셋을 계산할 수 있다(S350).
통신 노드(100)는 공지된 다양한 방법을 이용하여, 주파수 도메인에서 주파수 오프셋을 계산할 수 있다. 주파수 도메인에서의 주파수 오프셋 계산은 시간 도메인에서의 주파수 오프셋 계산보다 많은 연산량과 연산 시간을 필요로 하나, 보다 정확한 주파수 오프셋을 얻을 수 있다.
통신 노드(100)의 프로세서(110)는 일정 주기, 일정 조건마다 주파수 도메인에서 주파수 오프셋을 계산할 수 있다.
통신 노드(100)는 시간 도메인에서 계산된 주파수 오프셋과 주파수 도메인에서 계산된 주파수 오프셋을 비교할 수 있다(S360).
통신 노드(100)의 프로세서(110)는 상술한 순환 프리픽스(210)의 일부 구간만을 이용한, 시간 도메인에서 계산된 주파수 오프셋과 주파수 도메인에서 계산된 주파수 오프셋을 비교할 수 있다.
예를 들면, 통신 노드(100)는 일정 주기, 일정 조건마다 시간 도메인에서 계산된 주파수 오프셋과 주파수 도메인에서 계산된 주파수 오프셋을 비교할 수 있다.
통신 노드(100)는 비교 결과를 기초로, 시간 도메인에서 주파수 오프셋 계산 시 사용되는 순환 프리픽스의 일부 구간의 길이를 조절할 수 있다(S370).
통신 노드(100)의 프로세서(110)는 단계 S360에서의 비교 결과를 기초로, 시간 도메인에서 주파수 오프셋 계산 시 사용되는 사용 구간(430)의 길이를 조절할 수 있다. 이에 따라, 통신 노드(100)는 시간 도메인에서 순환 프리픽스(210)의 일부 구간만을 이용하여, 보다 정확한 주파수 오프셋을 계산할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 주파수 오프셋 추정 장치는 통신 환경, 단말기 조건 등에 따라, 시간 도메인에서 주파수 오프셋 계산 시 사용되는 사용 구간(430)의 길이를 조절할 수 있다.
예를 들면, 통신 노드(100)는 기 설정된 기준 또는 기 설정된 환경이면, 순환 프리픽스(210)에서 주파수 오프셋 계산에 이용되는 사용 구간의 크기를 조절할 수 있다. 일 실시예로, 통신 노드(100)는 심볼 바운더리 업데이트 주기, 통신 노드(100)의 이동 속도 중 적어도 하나에 대한 조건에 따라, 시간 도메인에서 주파수 오프셋 추정에 사용되는 순환 프리픽스(210)의 사용 구간(430)의 길이를 조절할 수 있다. 이에 따라 본 발명의 다양한 실시예에 따른 주파수 오프셋 추정 장치는 시간 도메인에서 주파수 오프셋 추정 시 보다 정확한 결과를 제공할 수 있다.
도 6 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 주파수 오프셋 추정 장치 및 방법에 따른 주파수 오프셋 추정 값에 대한 모의 실험 결과의 평균 오차와 MSE(Mean Square Error)를 설명한다.
도 6 내지 도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 주파수 오프셋 추정에 대한 모의 실험 결과를 나타낸다.
도 6 내지 도 7의 모의 실험 결과는 아래와 같은 실험 조건에서 이루어진 결과이다.
채널 대역폭: 10MHz (DFT/FFT 크기 : 1024)
CP 길이 : 128
Lused : 64, Lunused_l 와 Lunused_r : 각각 32
공진주파수 : 2.3GHz
OFDM 심볼 개수 : 27개 (첫번째 OFDM 심볼에는 프리앰블 할당)
자원 할당 : 전 대역 중에 1/3에만 자원할당
무선 채널 환경 : AWGN, 보행자 이동(시속 3km/h), 차량 이동(시속 60km/h)
주파수 오프셋 설정 : +2kHz
도 6은 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 환경 하에서 순환 프리픽스의 일부 구간만을 이용하는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 주파수 오프셋 추정 방법의 결과를 나타낸다.
구체적으로는 자원 할당이 1/3 대역에만 할당된 경우, 모든 OFDM 심볼에서 순환 프리픽스의 일부 구간을 이용하는 경우와 프리앰블만 할당된 OFDM 심볼의 순환 프리픽스의 일부 구간을 이용하는 경우에 있어서 주파수 오프셋 추정 성능을 비교 및 분석한 결과이다. 이때, 평균 오차는 모든 OFDM 심볼에서 순환 프리픽스의 일부 구간을 이용하는 경우와 프리앰블만 할당된 OFDM 심볼의 순환 프리픽스의 일부 구간을 이용하는 경우가 유사한 성능을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 평균 제곱 오차(MSE)는 프리앰블만 할당된 OFDM 심볼의 순환 프리픽스의 일부 구간을 이용한 것이 모든 OFDM 심볼의 순환 프리픽스의 일부 구간을 이용하는 것보다 우수한 것을 확인할 수 있다. 이를 통해, 항상 동일한 대역을 차지하는 프리앰블을 포함한 기준 신호가 할당되는 OFDM 심볼에서 본 발명의 다양한 실시예를 적용하더라도 안정된 주파수 오프셋 추정 성능을 확보할 수 있음을 확인할 수 있다.
도 7은 도 6에서 기술한 내용을 수신단이 이동하는 환경에 적용하여 분석한 것이다. 이동하는 환경 하에서도 동일한 분석 결과를 얻을 수 있음을 확인할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 주파수 오프셋 추정 장치 및 방법에 따른 주파수 오프셋 추정은 순환 프리픽스 전체를 이용하는 경우보다 연산량을 줄일 수 있으면서도 주파수 오프셋 추정의 정확성이 높은 것을 확인할 수 있다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 주파수 오프셋 추정 장치 및 방법에 따른 주파수 오프셋 추정은 신호를 수신하는 단말이 이동하는 이동 환경에서, 순환 프리픽스 전체를 이용하는 경우보다 연산량을 줄일 수 있으면서도 주파수 오프셋 추정의 정확성이 높은 것도 확인할 수 있다.
이상, 본 발명의 기술적 사상을 다양한 실시 예들을 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예들에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다.
10 : 통신 시스템
50 : 제1통신 노드
80a ~ 80n : 제2통신 노드
100: 통신 노드
110: 프로세서
130: 메모리
180: 통신 모듈
200: OFDM 심볼
210: 순환 프리픽스
250: 유효 심볼 구간
290: 복사 대상 구간
410: 제1 구간
430: 사용 구간
450: 제2 구간

Claims (20)

  1. OFDM/OFDMA 시스템의 시간 도메인 상에서 주파수 오프셋을 추정하는 방법에 있어서,
    상기 OFDM/OFDMA 방식에 따른 신호를 수신하는 단계;
    상기 수신된 신호의 k번째 OFDM 심볼에서 순환 프리픽스(Cyclic Prefix) 구간을 구분하는 단계;
    상기 구분된 순환 프리픽스 구간 중 일부 구간만을 이용하여 상기 OFDM 심볼 간의 상관을 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 상관을 기초로, 상기 수신되는 신호에 대한 주파수 오프셋을 추정하는 단계를 포함하는
    주파수 오프셋 추정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 일부 구간만을 이용하여 상기 OFDM 심볼 간의 상관을 계산하는 단계는
    상기 순환 프리픽스 구간 중 일부 구간에 대응하는 샘플만을 이용하여, 상기 OFDM 심볼 간의 상관을 계산하는 단계를 포함하는
    주파수 오프셋 추정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 k번째 OFDM 심볼은 기준 신호만 할당된 OFDM 심볼인
    주파수 오프셋 추정 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 k번째 OFMD 심볼은 프리앰블(preamble)에 대응하는 OFDM 심볼인
    주파수 오프셋 추정 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 일부 구간만을 이용하여 상기 OFDM 심볼 간의 상관을 계산하는 단계는
    상기 순환 프리픽스 구간의 시작 구간에서부터 제1 길이를 갖는 제1 구간을 제외한 나머지 구간에 대응하는 샘플만을 이용하여, 상기 OFDM 심볼 간의 상관을 계산하는 단계를 포함하는
    주파수 오프셋 추정 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 일부 구간만을 이용하여 상기 OFDM 심볼 간의 상관을 계산하는 단계는
    상기 순환 프리픽스 구간의 일 구간에서부터 종료 구간까지의 제2 길이에 대응하는 제2 구간을 제외한 나머지 구간에 대응하는 샘플만을 이용하여, 상기 OFDM 심볼 간의 상관을 계산하는 단계를 포함하는
    주파수 오프셋 추정 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 일부 구간만을 이용하여 상기 OFDM 심볼 간의 상관을 계산하는 단계는
    상기 순환 프리픽스 구간의 시작 구간에서부터 제1 길이를 갖는 제1 구간 및 상기 순환 프리픽스의 일 구간에서 종료 구간까지의 제2 길이에 대응하는 제2 구간을 제외한 나머지 구간에 대응하는 샘플만을 이용하여, 상기 OFDM 심볼 간의 상관을 계산하는 단계를 포함하는
    주파수 오프셋 추정 방법.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제1 길이와 상기 제2 길이는 서로 다른 길이인
    주파수 오프셋 추정 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 신호를 수신하는 단말의 통신 상태 및 환경에 따라, 상기 일부 구간의 길이를 조절하는 단계를 더 포함하는
    주파수 오프셋 추정 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 단말의 통신 상태 및 환경은
    상기 OFDM 방식의 통신에 따른 심볼 바운더리 업데이트 주기 및 상기 단말의 이동 속도 중 적어도 하나를 포함하는
    주파수 오프셋 추정 방법.
  11. OFDM/OFDMA 시스템의 시간 도메인 상에서 주파수 오프셋을 추정하는 주파수 오프셋 추정 장치에 있어서,
    적어도 하나의 프로세서; 및
    상기 프로세서에 전기적으로 연결된 메모리를 포함하고,
    상기 메모리는, 상기 프로세서가 실행 시에,
    상기 OFDM/OFDMA 방식에 따른 신호를 수신하고,
    상기 수신된 신호의 k번째 OFDM 심볼에서 순환 프리픽스(Cyclic Prefix) 구간을 구분하고,
    상기 구분된 순환 프리픽스 구간 중 일부 구간만을 이용하여 상기 OFDM 심볼 간의 상관을 계산하고,
    상기 계산된 상관을 기초로, 상기 수신되는 신호에 대한 주파수 오프셋을 추정하도록 하는 인스트럭션들을 저장하는
    주파수 오프셋 추정 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 메모리는, 상기 프로세서가 실행 시에,
    상기 순환 프리픽스 구간 중 일부 구간에 대응하는 샘플만을 이용하여, 상기 OFDM 심볼 간의 상관을 계산하도록 하는 인스트럭션들을 저장하는
    주파수 오프셋 추정 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 k번째 OFDM 심볼은 기준 신호만 할당된 OFDM 심볼인
    주파수 오프셋 추정 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 k번째 OFDM 심볼은 프리앰블(preamble)에 대응하는 OFDM 심볼인
    주파수 오프셋 추정 장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 메모리는, 상기 프로세서가 실행 시에,
    상기 순환 프리픽스 구간의 시작 구간에서부터 제1 길이를 갖는 제1 구간을 제외한 나머지 구간에 대응하는 샘플만을 이용하여, 상기 OFDM 심볼 간의 상관을 계산하도록 하는 인스트럭션들을 저장하는
    주파수 오프셋 추정 장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 메모리는, 상기 프로세서가 실행 시에,
    상기 순환 프리픽스 구간의 일 구간에서부터 종료 구간까지의 제2 길이에 대응하는 제2 구간을 제외한 나머지 구간에 대응하는 샘플만을 이용하여, 상기 OFDM 심볼 간의 상관을 계산하도록 하는 인스트럭션들을 저장하는
    주파수 오프셋 추정 장치.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 메모리는, 상기 프로세서가 실행 시에,
    상기 순환 프리픽스 구간의 시작 구간에서부터 제1 길이를 갖는 제1 구간 및 상기 순환 프리픽스의 일 구간에서 종료 구간까지의 제2 길이에 대응하는 제2 구간을 제외한 나머지 구간에 대응하는 샘플만을 이용하여, 상기 OFDM 심볼 간의 상관을 계산하도록 하는 인스트럭션들을 저장하는
    주파수 오프셋 추정 장치.
  18. 제15항 내지 제17항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제1 길이와 상기 제2 길이는 서로 다른 길이인
    주파수 오프셋 추정 장치.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 메모리는, 상기 프로세서가 실행 시에,
    상기 신호를 수신하는 단말의 통신 상태 및 환경에 따라, 상기 일부 구간의 길이를 조절하도록 하는 인스트럭션들을 저장하는
    주파수 오프셋 추정 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 단말의 통신 상태 및 환경은
    상기 OFDM 방식의 통신에 따른 심볼 바운더리 업데이트 주기 및 상기 단말의 이동 속도 중 적어도 하나를 포함하는
    주파수 오프셋 추정 장치.
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