KR100719111B1

KR100719111B1 - Ｏｆｄｍ 시스템에 적용되는 위상잡음 보상장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR100719111B1
Application number: KR1020050069357A
Authority: KR
Inventors: 박우종; 기란 바이남
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2005-07-29
Publication date: 2007-05-17
Anticipated expiration: 2025-07-29
Also published as: US20070025461A1; KR20070014583A

Abstract

본 발명에 따른 OFDM 시스템에 적용되는 위상잡음 보상장치는, 수신신호에 포함된 파일롯 부반송파를 이용하여 ICI(Inter Carrier Interfernce)를 추정하는 ICI 추정부, 수신신호 샘플링에 의한 위상잡음인 CPE(Common Phase Error)를 파일롯 부반송파를 이용하여 추정하며, 수신신호에서 추정한 CPE를 제거하여 전송신호를 추정하는 추정부, ICI와 전송신호를 콘벌루션(convolution)하여, 수신신호에서 ICI로 인한 위상변화를 계산하는 계산부, 수신신호에서 계산한 ICI로 인한 위상변화를 보상하는 등화부를 포함한다. 이에 의해, 주파수 영역에서 CPE가 제거된 수신신호와 추정한 ICI를 컨벌루션한 결과를 위상잡음으로 추정함으로써, 정확하게 위상잡음을 보상할 수 있다.

위상잡음, ICI, CPE

Description

ＯＦＤＭ 시스템에 적용되는 위상잡음 보상장치 및 그 방법{Phaase noise compensation apparatus to be applied OFDM system and method thereof}

도 1은 본 발명에 따른 OFDM 시스템에 적용되는 위상잡음 보상장치의 블록도,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 위상잡음 추정부의 블록도,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 위상잡음 보상방법을 설명하기 위한 흐름도, 그리고

도 4는 본 발명에 따른 위상잡음 보상방법과 종래의 위상잡음 보상방법의 성능을 시뮬레이션한 결과를 나타낸 그래프이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100: AD 컨버터 200: FFT 변환부

300: 등화부 400: 위상잡음 추정부

410: ICI 추정부 420: 추정부

430: 계산부

본 발명은 OFDM 시스템에 적용되는 위상잡음 보상장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 CPE(Common Phase Error)가 제거된 수신신호와 파일롯 신호를 이용하여 추정한 ICI(Inter Carrier Interference)를 이용하여 위상잡음을 제거하는 OFDM 시스템에 적용되는 위상잡음 보상장치 및 그 방법에 관한 것이다.

직교 주파수 분할 다중화 방식인 OFDM 방식은 직렬 형태로 입력되는 데이터 열을 소정의 블럭 단위의 병렬 데이터로 변환한 후 병렬화된 심벌들을 서로 직교인 상이한 반송파 주파수로 다중화(multiplexing)하여, 광대역 전송을 다수의 협대역 병렬 전송으로 바꾸어 주는 방식이다. 이러한 OFDM 방식은 무선 통신 환경에서 다중경로 페이딩(fading)에 강하며 고속의 데이터 전송이 가능하다.

이러한 OFDM 시스템에서는, 각각의 OFDM 심볼에 시작하고 끝나는 정확한 순간을 찾아내는 심볼 타이밍이 최적화되지 못하는 경우에 인접채널간 간섭(ICI: Inter Carrier Interference)가 발생할 수 있다. 또한, OFDM 수신기에서 수신신호인 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 때 발진기를 이용하여 일정한 주파수로 수신신호를 샘플링하는데, 일정한 주파수가 송신기의 발진 주파수와 일치하지 않을 경우, 수신신호에는 위상변화가 발생할 수 있다. 따라서, 정확한 수신신호를 검출하기 위해서는, ICI 또는 CPE에 의한 위상변화를 제거할 필요가 있다.

그러나, 미국공개특허(US2002/0159533)와 미국공개특허(US 2004/0190637) 등과 같은 종래의 위상잡음 보상방법은, ICI에 의한 위상보상 없이 단순히 CPE를 추정하여 위상잡음을 보상하여, 정확하게 수신신호에 포함된 위상잡음을 보상할 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 CPE가 제거된 수신신호와 ICI의 컨벌루션을 위상잡음으로 추정하여 위상잡음을 보상함으로써, 정확한 전송신호를 검출할 수 있는 OFDM 시스템에 적용되는 위상잡음 보상장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 OFDM 시스템에 적용되는 위상잡음 보상장치는, 수신신호에 포함된 파일롯 부반송파를 이용하여 ICI(Inter Carrier Interfernce)를 추정하는 ICI 추정부, 수신신호 샘플링에 의한 위상잡음인 CPE(Common Phase Error)를 파일롯 부반송파를 이용하여 추정하며, 수신신호에서 추정한 CPE를 제거하여 전송신호를 추정하는 추정부, ICI와 전송신호를 콘벌루션(convolution)하여, 수신신호에서 ICI로 인한 위상변화를 계산하는 계산부, 수신신호에서 계산한 ICI로 인한 위상변화를 보상하는 등화부를 포함한다.

바람직하게는 일정한 샘플링 주파수를 기초로 수신신호를 샘플링하는 AD 컨버터, 및 샘플링한 수신신호를 주파수 영역으로 변환하는 FFT부를 더 포함한다.

이러한 위상잡음 보상장치는 OFDM 시스템에 적용될 수 있다.

한편, 본 발명의 위상잡음 보상방법은, 수신신호에 포함된 파일롯 부반송파를 이용하여 ICI(Inter Carrier Interfernce)를 추정하는 단계, 수신신호 샘플링에 의한 위상잡음인 CPE(Common Phase Error)를 파일롯 부반송파를 이용하여 추정하며, 수신신호에서 추정한 CPE를 제거하여 전송신호를 추정하는 단계, ICI와 전송신호를 콘벌루션(convolution)하여, 수신신호에서 ICI로 인한 위상변화를 계산하는 단계, 및 수신신호에서 계산한 ICI로 인한 위상변화를 보상하는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 일정한 샘플링 주파수를 기초로 수신신호를 샘플링하는 단계,및 샘플링한 수신신호를 주파수 영역으로 변환하는 단계를 더 포함한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 OFDM 시스템에 적용되는 위상잡음 보상장치의 블록도이다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 위상잡음 추정부(400)의 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 위상잡음 보상장치가 적용되는 OFDM 시스템은, AD 컨버터(100), FFT 변환부(200), 등화부(300), 및 위상잡음 추정부(400)를 포함한다.

AD 컨버터(100)는 수신되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위해, 발진기(Oscillator)(미도시)에서 생성된 일정한 샘플링 주파수에 따라 수신되는 신호를 샘플링한다.

FFT부(Fast Fourier Transform unit)(200)는 샘플링한 상기 수신신호를 주파수 영역으로 변환한다.

위상잡음 추정부(400)는 ICI 추정부(410), 추정부(420), 및 계산부(430)를 포함하며, 주파수 영역으로 변환된 수신신호를 입력받아 CPE(Common Phase Error)를 추정하며, ICI(inter Carrier Interference)에 의한 위상잡음을 추정한다.

구체적으로, ICI 추정부(410)는 송수신단이 알고 있는 파일롯 부반송파(pilot subcarrier)를 이용하여 ICI를 추정한다.

추정부(420)는 CPE 추정부(421)와 전송신호 추정부(423)를 포함하며, 파일롯 신호를 이용하여 CPE로 인한 위상잡음을 추정하여, 수신신호에서 CPE에 의한 위상잡음을 제거하여 전송신호로 추정한다. CPE 추정부(421)는 파일롯 부반송파를 이용하여 CPE를 추정하며, 전송신호 추정부(423)는 주파수 영역으로 변환된 수신신호에서 추정한 CPE에 의한 위상잡음을 제거하여 전송신호로 추정한다.

계산부(430)는 ICI 추정부(410)의 출력과 추정부(420)의 출력을 이용하여, 수신신호의 위상잡음을 계산한다. 계산부(430)는 추정한 ICI와, CPE가 제거된 수신신호를 콘벌루션(convolution)하여 수신신호에 포함된 위상잡음을 계산한다.

등화부(300)는 위상잡음 추정부(400)로부터 위상잡음으로 인한 수신신호의 위상변화를 입력받아 수신신호에서 이를 제거하여, ICI에 의한 위상변화 및 CPE에 의한 위상변화를 보상한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 위상잡음 보상방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 먼저 파일롯 신호를 이용하여 ICI를 추정한다(S910). 수신신호가 입력되면, AD 컨버터(100)를 이용하여 일정한 주기로 수신신호를 샘플링한 후, 샘플링한 수신신호를 주파수 영역으로 변환한다. 이때, 수신신호는 다음의 수학식으로 나타낼 수 있다.

여기서, y(n)는 수신신호를 나타내며, x(n)는 전송신호를 나타낸다. 그리고, w(n)는 화이트 가우시안 노이즈(white Gaussian noise)를 나타내며, Φ(n)는 위상잡음을 나타낸다.

그리고, 샘플링하여 주파수 영역으로 변환된 수신신호는 다음의 [수학식2],[수학식3]으로 나타낼 수 있다.

[수학식2], [수학식2]의 y(n)에 [수학식1]을 대입한 [수학식3]에서, R(k)는 수신신호 y(n)를 DFT(Discrete Fourier Transform)한 값으로, 수신신호를 주파수 영역으로 나타낸 값이며, y(n)는 수신신호를 나타낸다. 그리고, N은 FFT 윈도우 사이즈를 나타낸다.

이때, [수학식3]에서의 Φ(n)의 변화량은 1보다 극히 작기 때문에 e^j ^Φ(n)는 1+jΦ(n)로 볼 수 있다. 따라서, [수학식3]을 다시 쓰면 [수학식4]와 같다

이때,

부분은 전송신호인 x(n)을 퓨리에 변환한 결과와 같으며, 이 부분을 S(k)로 둘 수 있다. 따라서, [수학식4]를 S(k)로 다시 나타내면 다음과 같다.

여기서, S(k)는 주파수 영역에서 나타낸 전송신호, r는 파일롯 부반송파의 인덱스, Φ(n)은 위상잡음 샘플, 그리고 N은 부반송파 수를 나타낸다.

그리고, [수학식5]에서

부분은 Φ(n)의 DFT이므로, Φ(n)을

로 둘 수 있다. 따라서, [수학식5]는 다음의 수학식으로 나타낼 수 있다.

여기서,

는 Φ(n)의 DFT 값으로서, 위상잡음을 주파수 영역에서 나타낸 값이다. [수학식6]에서 위상잡음에 의한 수신신호의 위상변화를 나타내면 다음과 같다.

[수학식7]은 수신신호에서 ICI에 의한 위상잡음에 의한 수신신호의 위상변화를 나타낸다. 특히,

은 수신신호의 심볼들에서 인덱스가 가장 낮은 부반송파에 의해 나타나는 위상변화를 나타낸다. 샘플링 주파수 오차는 파일롯 부반송파의 인덱스에 의해 발생하는 위상 회전(phase rotation)과 선형적 관계에 있으므로, 하나의 심볼에서 바깥에 위치하는 가장 낮은 인덱스를 갖는 파일롯 부반송파가 가장 큰 위상 변화를 갖는다. 따라서,

은 CPE로 추정할 수 있으며,

이상의 텀(term)은 ICI에 의한 위상잡음으로 추정할 수 있다.

따라서, S910 단계에서 수행되는 ICI 추정은 [수학식7]에서

이상의 텀을 계산하여 ICI에 의한 위상잡음을 추정한다.

이어, 파일롯 신호를 이용한 추정한 CPE를 기초로 전송신호를 추정한다(S920). 송신기에서 전송되는 위상잡음이 포함되지 않은 전송신호인 S(r)를 추정함으로써, [수학식7]을 이용하여 ICI에 의한 위상잡음을 추정할 수 있다.

전송신호 S(r)는 수신신호의 샘플링시 사용되는 발진 주파수의 오차로 인해 발생하는 CPE를 계산한 후, 수신신호에서 CPE를 제거함으로써 추정될 수 있다. 이때, CPE는 상술한 바와 같이

를 계산함으로써 추정될 수 있다.

이어, S910 단계에서 추정한 ICI와 S920 단계에서 추정한 전송신호를 이용하여, ICI로 인한 수신신호의 위상변화를 추정한다(S930). [수학식7]을 이용하여 S910 단계에서는 계산된

이상의 텀과, S920 단계에서는 전송신호인 S(r)를 컨벌루션함으로써, ICI에 의한 위상잡음을 추정할 수 있다.

이어, 추정한 ICI로 인한 위상잡음을 수신신호에서 제거하여(S940), 위상잡음을 보상함으로써 정확한 전송신호를 검출한다. [수학식6]에서 S940 단계에서 추정된 위상잡음인 [수학식7]을 제거함으로써, 위상잡음이 보상된 정확한 전송신호를 수신할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 위상잡음 보상방법과 종래의 위상잡음 보상방법의 성능을 시뮬레이션한 결과를 나타낸 그래프이다. 도 4는 종래와 본 발명에 따른 위상잡음 보상방법을 각각 적용할 경우, E_b/N₀에 따른 BER(Bit Error Rate)를 나타낸 도면이다.

여기서, C는 본 발명에 따른 위상잡음 보상방법을 적용한 경우, I는 이상적 으로 위상잡음이 보상된 경우를 나타내며, P, E1, E2는 종래에 따른 위상잡음 보상방법을 적용한 경우를 나타낸 그래프이다. P는 수신신호가 위상잡음을 갖는 경우를 나타내며, E1는 CPE에 의한 위상잡음과 ICI에 의한 위상잡음을 보상한 경우를 나타내며, E2는 CPE에 의한 위상잡음만을 보상만 경우를 나타낸 그래프이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 종래 방법을 적용하여 위상잡음 보상한 경우(E1, E2)에 비해 본 발명을 적용하여 위상잡음을 보상한 경우가 BER가 낮음을 볼 수 있다. 따라서, 위상잡음을 정확하게 보상하여 에러가 낮은 전송신호를 수신할 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 주파수 영역에서 CPE가 제거된 수신신호와 추정한 ICI를 컨벌루션한 결과를 위상잡음으로 추정함으로써, 정확하게 위상잡음을 보상할 수 있다. 이에 의해, 수신신호에서 위상잡음을 정확하게 보상함으로써, 정확한 전송신호를 검출할 수 있다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims

수신신호에 포함된 파일롯 부반송파를 이용하여 ICI(Inter Carrier Interfernce)에 의한 위상잡음을 추정하는 ICI 추정부;

상기 수신신호 샘플링에 의해 발생하는 CPE(Common Phase Error)에 의한 위상잡음을 상기 파일롯 부반송파를 이용하여 추정하며, 상기 수신신호에서 상기 추정한 CPE에 의한 위상잡음을 제거하여 전송신호를 추정하는 추정부;

상기 추정한 ICI에 의한 위상잡음과 상기 전송신호를 콘벌루션(convolution)하여, 상기 수신신호에서 상기 ICI로 인한 위상잡음을 계산하는 계산부;

상기 수신신호에서 상기 계산한 ICI로 인한 위상잡음을 보상하는 등화부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상잡음 보상장치.
제1항에 있어서,

일정한 샘플링 주파수를 기초로 수신신호를 샘플링하는 AD 컨버터; 및

샘플링한 상기 수신신호를 주파수 영역으로 변환하는 FFT부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위상잡음 보상장치.
제1항 및 제2항 중 어느 하나의 위상잡음 보상장치를 이용하는 OFDM 시스템.
수신신호에 포함된 파일롯 부반송파를 이용하여 ICI(Inter Carrier Interfernce)에 의한 위상잡음을 추정하는 단계;

상기 수신신호 샘플링에 의해 발생하는 CPE(Common Phase Error)에 의한 위상잡음을 상기 파일롯 부반송파를 이용하여 추정하며, 상기 수신신호에서 상기 추정한 CPE에 의한 위상잡음을 제거하여 전송신호를 추정하는 단계;

상기 추정한 ICI에 의한 위상잡음과 상기 전송신호를 콘벌루션(convolution)하여, 상기 수신신호에서 상기 ICI로 인한 위상잡음을 계산하는 단계; 및

상기 수신신호에서 상기 계산한 ICI로 인한 위상잡음을 보상하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상잡음 보상방법.
제4항에 있어서,

일정한 샘플링 주파수를 기초로 수신신호를 샘플링하는 단계; 및

샘플링한 상기 수신신호를 주파수 영역으로 변환하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위상잡음 보상방법.