KR100799539B1 - Ｏｆｄｍ 통신망에 있어 이웃 시퀀스간 곱의 자기 상관성이좋은 프리앰블을 이용한 시간 동기 방법 및 이를 이용한주파수 옵셋 추정 방법 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

본 발명은 OFDM 통신망에 있어 이웃 시퀀스간 곱의 자기 상관성이 좋은 프리앰블을 이용한 시간 동기 방법 및 이를 이용한 주파수 옵셋 추정 방법에 관한 것임.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

본 발명은 OFDM 통신 시스템에 있어 송신장치가 수신장치로 제공하는 시간 동기 및 주파수 옵셋 추정을 위한 프리앰블(preamble)의 그 구조를 이웃 시퀀스간 곱의 자기 상관성(autocorrelation)이 좋도록 설계하며, 수신장치에 있어 송신장치로부터 수신받은 상기 프리앰블을 이용해 시간 동기를 맞추고 이와 같이 맞춘 시간 동기를 토대로 주파수 옵셋을 추정하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있음.

3. 발명의 해결방법의 요지

본 발명은 OFDM 통신망에 있어 수신장치가 송신장치로부터 수신받은 프리앰블(preamble)을 이용해 시간 동기를 맞추는 방법으로서, 이웃 시퀀스간 곱의 자기 상관성(autocorrelation)이 좋은 CAZAC 시퀀스를 저장한 상태에서, 상기 송신장치로부터 프리앰블이 포함된 신호를 수신받으면 기 저장되어 있는 상기 CAZAC 시퀀스와 이 수신받은 프리앰블을 이동합(moving sum)시키는 단계; 상기 이동합 수행 결과로 그 값이 최대가 되는 이동합 수행 결과값에 대응되는 수신 신호에 대한 위치를 추정하는 단계; 및 상기 찾은 위치를 토대로 수신 신호에 대한 시간 동기를 맞 추는 단계를 포함함.

4. 발명의 중요한 용도

본 발명은 OFDM 시스템 등에 이용됨.

OFDM, 위성통신망, 프리앰블(preamble), 이웃 시퀀스, 자기 상관성(autocorrelation), CAZAC 시퀀스, 시간 동기, 주파수 옵셋 추정

Description

ＯＦＤＭ 통신망에 있어 이웃 시퀀스간 곱의 자기 상관성이 좋은 프리앰블을 이용한 시간 동기 방법 및 이를 이용한 주파수 옵셋 추정 방법{Time and Frequency Synchronization Method on based OFDM}

도 1은 본 발명에서 제시하는 이웃 시퀀스간 곱의 자기 상관성이 좋은 프리앰블의 구조를 보여주기 위한 일실시예 설명도.

도 2는 본 발명에서 제시한 프리앰블을 이용해 시간 동기를 맞추는 방법에 대한 일실시예 흐름도.

도 3은 본 발명에 따라 시간 동기를 맞춘 경우에 주파수 옵셋을 추정하는 방법에 대한 일실시예 흐름도.

본 발명은 OFDM 통신망에 있어 시간 동기 방법 및 주파수 옵셋 추정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 OFDM 통신 시스템에 있어 송신장치가 수신장치로 제공하는 시간 동기 및 주파수 옵셋 추정을 위한 프리앰블(preamble)의 그 구조를 이 웃 시퀀스간 곱의 자기 상관성(autocorrelation)이 좋도록 설계하며, 수신장치에 있어 송신장치로부터 수신받은 상기 프리앰블을 이용해 시간 동기를 맞추고 이와 같이 맞춘 시간 동기를 토대로 주파수 옵셋을 추정하는 방법에 관한 것이다.

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 직교 주파수 분할 다중화) 방식은 대역 사용에서 효율적인 디지털 전송 방식으로서, 최근 유럽의 디지털 오디오 방송(DAB), 디지털 비디오 방송(DVB), 비대칭 디지털 전송 시스템(ADSL), 무선 근거리 접속망(WLAN), 휴대 인터넷망(Wibro) 등과 같은 디지털 신호 송수신 시스템에 응용되고 있다.

이러한 OFDM 방식은 고속통신에 있어서 중요한 문제가 되는 심볼간 간섭(ISI)에 강인하고, 주파수 선택적 페이딩을 주파수 비선택적 페이딩으로 보이게 하는 장점을 가지고 있다.

그러나, 단일 주파수 시스템(single carrier system)에 비해서 송신장치와 수신장치의 오실레이터 부정합이나 이동에 따른 도플러 주파수 변이에 의한 반송 주파수 오차에 민감하다는 단점이 있다.

예컨대, OFDM 기반 신호 송수신 시스템에 있어 반송 주파수 오차는 각 부반송파들간의 직교성을 깨트리는 요인으로서, 작은 반송 주파수 오차로도 상당한 시스템 성능의 열화를 야기시키기에 주파수 동기화 문제는 그 시스템 구현에 있어 가장 중요한 문제 중 하나이다.

또한, OFDM 기반 신호 송수신 시스템에 있어 최적의 샘플링 시간을 찾을 수 있는 "Eye Opening"이 존재하지 않기에, 단일 주파수 시스템에서 사용하는 심볼 동 기 방식과는 다른 시간/주파수 동기화 기법을 사용해야 된다. 여기서, OFDM 방식에서 시간 동기는 하나의 OFDM 심볼의 시작 추정치를 찾는 것을 의미한다. 통상적으로, OFDM 방식에서는 싸이클릭 프리픽스(CP; Cyclic Prefix)를 사용하기 때문에 심볼 동기 오차에 덜 민감하지만 CP 이내의 오차를 벗어나지 않도록 주파수 옵셋을 정확하게 추정해야 된다.

전술한 OFDM 기반 신호 송수신 시스템에 사용되는 종래의 시간 동기 방법 및 주파수 옵셋 추정 방법은, 크게 블라인드 방식과 데이터(파일롯 또는 CP) 의존 방식으로 나뉠 수 있다.

예컨대, 미국공개특허 제5,732,113호(발명의 명칭: "Timing and frequency of OFDM signals")에는 파일롯 의존 방식의 시간/주파수 동기화 기법이 개시되어 있으며, IEEE Transaction on Signal Processing 논문 제45권제7호(제목: "ML Estimation of Time and Frequency Offset in OFDM Systems", pg 1800~1805)에는 CP 의존 방식의 시간/주파수 동기화 기법이 개시되어 있으며, IEEE Transaction on Communications 논문 제48권제9호(제목: "OFDM blind carrier offset estimation", pg 1459~1461)에는 블라인드 방식의 시간/주파수 동기화 기법이 개시되어 있다.

그런데, 상기와 같은 파일롯 의존 방식의 시간/주파수 동기화 기법은 주파수 옵셋의 정수 및 소수 부분 모두를 추정하기 위해 2개의 파일롯 심볼을 사용하는데, 이러한 2개의 파일롯 심볼을 송신 신호에 삽입해야 되기 때문에 데이터율이 감소하는 문제점과, 또한 시간 동기에 있어 CP 길이에 해당되는 시간 동기 추정의 모호성이 존재하는 문제점이 있다.

한편, 상기와 같은 CP 의존 방식의 시간/주파수 동기화 기법은 데이터 심볼 부분과 CP 부분간의 상관 관계를 이용하는데, 이러한 방식은 주파수 옵셋의 정수 부분을 추정할 수 없는 문제점과, 또한 심볼 동기는 이룰 수 있겠지만 프레임의 시작점을 검출할 수 없는 문제점이 있다.

한편, 상기와 같은 블라인드 방식의 시간/주파수 동기화 기법은 파일롯 심볼 또는 CP를 이용하지 않고서 가상 반송파를 이용하는데, 이러한 방식은 벡터 스페이스 계산으로 인해 그 복잡도가 증가되는 문제점이 있다.

덧붙여, 위성통신망에 있어 신호 송수신 채널이 LoS(Line of Sight) 성분을 갖는 라이시안 페이딩(rician fading)을 겪는 점을 고려컨대, 지상 이동통신망 환경, 예컨대 레일레이 페이딩 채널(rayleigh fading channel)을 고려한 위와 같은 종래방식의 시간/주파수 동기화 기법들을 위성통신망에 사용하기에는 비효율적임을 알 수 있다.

이에, OFDM 기반의 위성통신 시스템에 적합한 시간/주파수 동기화 기법이 절실히 요구되고 있으며, 특히 송신장치가 수신장치로 제공하는 시간 동기 및 주파수 옵셋 추정을 위한 프리앰블의 그 구조를 효율적으로 설계할 필요가 있으며, 아울러 수신장치에 있어 송신장치로부터 수신받은 상기 프리앰블을 이용해 빠르게 시간 동기를 맞추고 이와 같이 맞춘 시간 동기를 토대로 주파수 옵셋을 정확하게 추정할 수 있도록 하는 기술이 절실히 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고 상기와 같은 요구에 부응하기 위하여 제안된 것으로, OFDM 통신 시스템에 있어 송신장치가 수신장치로 제공하는 시간 동기 및 주파수 옵셋 추정을 위한 프리앰블(preamble)의 그 구조를 이웃 시퀀스간 곱의 자기 상관성(autocorrelation)이 좋도록 설계하며, 수신장치에 있어 송신장치로부터 수신받은 상기 프리앰블을 이용해 시간 동기를 맞추고 이와 같이 맞춘 시간 동기를 토대로 주파수 옵셋을 추정하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 방법은, OFDM 통신망에 있어 수신장치가 송신장치로부터 수신받은 프리앰블(preamble)을 이용해 시간 동기를 맞추는 방법으로서, 이웃 시퀀스간 곱의 자기 상관성(autocorrelation)이 좋은 CAZAC 시퀀스를 저장한 상태에서, 상기 송신장치로부터 프리앰블이 포함된 신호를 수신받으면 기 저장되어 있는 상기 CAZAC 시퀀스와 이 수신받은 프리앰블을 이동합(moving sum)시키는 단계; 상기 이동합 수행 결과로 그 값이 최대가 되는 이동합 수행 결과값에 대응되는 수신 신호에 대한 위치를 추정하는 단계; 및 상기 찾은 위치를 토대로 수신 신호에 대한 시간 동기를 맞추는 단계를 포함한다.

한편, 본 발명의 제2 방법은, OFDM 통신망에 있어 수신장치가 송신장치로부터 수신받은 프리앰블(preamble)을 이용해 시간 동기를 맞추는 방법으로서, 이웃 시퀀스간 곱의 자기 상관성(autocorrelation)이 좋은 CAZAC 시퀀스를 저장한 상태에서, 상기 송신장치로부터 프리앰블이 포함된 신호를 수신받으면 이 수신 신호의 위치를 영("0")부터 순차적으로 일("1")씩 증가시켜 가면서 기 저장되어 있는 상기 CAZAC 시퀀스와 이 수신받은 프리앰블을 이동합(moving sum)시키는 단계; 상기 이동합 수행 중에 그 이동합 수행 결과값이 사전에 설정해 놓은 임계값보다 크면 이동합 수행을 중지하는 단계; 상기 이동합 수행이 중지된 상태에 대응되는 수신 신호에 대한 위치를 추정하는 단계; 및 상기 찾은 위치를 토대로 수신 신호에 대한 시간 동기를 맞추는 단계를 포함한다.

한편, 본 발명의 제3 방법은, OFDM 통신망에 있어 수신장치가 송신장치로부터 수신받은 프리앰블(preamble)을 이용해 시간 동기를 맞춘 경우에 그 주파수 옵셋을 추정하는 방법으로서, 기 저장되어 있는 이웃 시퀀스간 곱의 자기 상관성(autocorrelation)이 좋은 CAZAC 시퀀스와, 상기 송신장치로부터 수신받은 프리앰블을 이동합(moving sum)시킨 수행 결과를 토대로 수신 신호에 대한 시간 동기를 맞추는 단계; 및 상기 시간 동기를 맞춘 상태에 대응되는 이동합 수행 결과값의 위상을 파라미터로 사용하여 해당 주파수 옵셋을 추정하는 단계를 포함한다.

한편, 본 발명의 제4 방법은, OFDM 통신망에 있어 수신장치가 송신장치로부터 수신받은 프리앰블(preamble)을 이용해 시간 동기를 맞춘 경우에 그 주파수 옵셋을 추정하는 방법으로서, 기 저장되어 있는 이웃 시퀀스간 곱의 자기 상관성(autocorrelation)이 좋은 CAZAC 시퀀스와, 상기 송신장치로부터 수신받은 프리앰블을 이동합(moving sum)시킨 수행 결과를 토대로 수신 신호에 대한 시간 동기를 맞추는 단계; 상기 시간 동기를 맞춘 상태에 대응되는 이동합 수행 결과값에 유사하게, 상기 프리앰블 수열로부터 소정 거리만큼 떨어진 시퀀스간의 곱과 이 곱의 수신 신호간을 상관(correlation)시켜 유사 이동합 수행 결과값을 생성하는 단계; 상기 생성한 유사 이동합 수행 결과값을, 시간 동기가 맞추어진 수신 신호에 대한 위치를 토대로 근사화시키는 단계; 상기 근사화시킨 유사 이동합 수행 결과값의 위상값을 계산한 상태에서 소정 크기를 갖는 주파수 옵셋에 대응되는 파라미터를 선택하고서, 이 선택한 파라미터를 사용하여 유사 이동합 수행 결과값을 재산출하는 단계; 및 상기 시간 동기를 맞춘 상태에 대응되는 이동합 수행 결과값과, 상기 재산출한 유사 이동합 수행 결과값을 사용하여 해당 주파수 옵셋을 추정하는 단계를 포함한다.

한편, 본 발명은, OFDM 통신망에 연결된 송신장치에 있어, 시간 도메인 상에서 그 이웃 시퀀스간 곱이 자기 상관성(autocorrelation)이 좋은 CAZAC 시퀀스의 수열 구조를 갖는 프리앰블(preamble) 데이터를 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에서는 OFDM 기반 신호 송수신 시스템에 있어 시간 동기 및 주파수 옵셋 추정을 위해 사용되는 프리앰블의 구조를 어떻게 설계하는 지와, 본 발명에서 제시한 이러한 프리앰블을 이용해 어떻게 시간 동기를 맞추고, 이와 같이 맞춘 시간 동기를 토대로 주파수 옵셋을 어떻게 추정하는 지에 대한 그 과정을 제시한다. 또한, 본 발명에서는 OFDM 기반의 위성통신 시스템에 적합한 시간/주파수 동기화 기법을 제시한다.

예컨대, 본 발명에서는 프리앰블의 그 구조를 이웃 시퀀스간 곱의 자기 상관성이 좋도록 설계하는데, 이하 이러한 본 발명에서 제시하는 프리앰블 수열 구조에 대해서는 도 1을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 도 1에서 제시한 본 발명의 프리앰블을 이용해 시간 동기를 맞추는 과정에 대해서는 도 2를 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 도 2에서 맞춘 시간 동기를 토대로 주파수 옵셋을 추정하는 과정에 대해서는 도 3을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에서 제시하는 이웃 시퀀스간 곱의 자기 상관성이 좋은 프리앰블의 구조를 보여주기 위한 일실시예 설명도이다.

도 1의 상단에는 시간 도메인에서의 프리앰블 시퀀스가 도시되어 있으며, 도 1의 하단에는 CAZAC(Constant Amplitude & Zero AutoCorrelation) 시퀀스가 도시되어 있다. 여기서, CAZAC 시퀀스란 그 크기가 일정하면서 자기 상관성이 영("0")인 수열 구조를 갖는 시퀀스를 말한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 프리앰블의 수열 구조를 이웃 시퀀 스(즉, p₀과 p₁, p₁과 p₂, …, p_N-3과 p_N-2, p_N-2와 p_N-1)간 곱이 자기 상관성이 좋은 CAZAC 시퀀스가 되도록 설계한다. 덧붙여, 이하 본 발명에서는 자기 상관성이 좋은 시퀀스를 CAZAC 시퀀스로 그 예를 들어 설명하겠으나, 이외에도 Gold Sequence, M-Sequence 등과 같은 PN 수열 구조를 갖는 시퀀스들도 그 프리앰블 설계 모델로 사용할 수 있다.

즉, 송신장치에 있어 OFDM 심볼 송신에 앞서, 수신장치가 시간 동기를 맞추고 주파수 옵셋을 추정할 수 있도록 프리앰블을 그 OFDM 심볼 전단에 송신하는데, 이러한 프리앰블을 시간 도메인 상에서 생성하는데 있어 그 수열 구조를 이웃 시퀀스간 곱이 CAZAC 시퀀스가 되도록 한다[즉, p₀ × p₁ = s₀, p₁ × p₂ = s₁, …, p_N-3 × p_N-2 = s_N-3, p_N-2 × p_N-1 = s_N-2].

위와 같이 프리앰블을 설계한 경우에는, CAZAC 시퀀스의 envelop이 항상 일정하기 때문에 OFDM에 있어 가장 문제가 되는 PAPR(Peak-to-Average-Power-Ratio) 문제를 해소할 수 있으며, 이는 송신장치에서 프리앰블 또는 파일롯 심볼을 송신하는데 요구되는 송신 전력 제한에 여유를 갖을 수 있는 잇점이 있다.

특히, OFDM 기반 신호 송수신 시스템에 있어 단말기가 송신단 기능을 수행하는 경우, 예컨대 단말기가 상향 링크를 통해 기지국으로 데이터를 송신하는 경우에는, 통상의 단말기에 장착된 증폭기가 기지국에 장착된 증폭기보다 그 성능이 떨어지기 때문에 프리앰블 송신에 대해 PAPR에 훨씬 민감하지만, 본 발명에서 제시하는 프리앰블을 단말기가 기지국으로 송신하는 경우에 그 성능 저하를 방지하는 잇점이 있다.

그럼, 위에서 언급한 본 발명의 프리앰블 설계 과정에 대해 상세히 살펴보기로 하자.

시간 도메인에서 N개의 시퀀스를 가지는 프리앰블 수열을 P라고 정의하면, 이 프리앰블 수열 P를 다음의 [수학식 1]로 표현할 수 있다.

그리고, CAZAC 시퀀스를 S라고 정의하면, 이 CAZAC 시퀀스 S를 다음의 [수학식 2]로 표현할 수 있다.

위와 같이 [수학식 1]로서 표현된 프리앰블 수열 P가 [수학식 2]로서 표현된 CAZAC 시퀀스 S가 되도록, 각 프리앰블 수열이 다음의 [수학식 3]을 만족하도록 설계한다.

여기서, 초기값 p₀을 envelop이 일("1")이 되는 어떠한 복소수로 설정해도 무방하다. 그 예로서 초기값 p₀을 다음의 [수학식 4]로 설정한다.

이제, 전술한 방식으로 설계한 프리앰블을 신호 송신 과정에 적용하는 것에 대해 살펴보면 다음과 같다.

상기와 같은 설계 방식으로 시간 도메인에서 생성된 프리앰블은 송신장치의 메모리에 저장되어 지며, 실질적인 신호가 IFFT(고속 역푸리에 변환)을 거쳐 시간 도메인 신호로서 송신되기에 앞서 이 메모리에 기 저장되어 있던 프리앰블을 반송파에 실어서 수신장치로 송신하면 된다.

다른 송신 방식으로는, 상기와 같은 설계 방식으로 시간 도메인에서 생성된 프리앰블을 FFT(고속 푸리에 변환)을 거쳐 주파수 도메인 신호로서 변환시킨 상태로 메모리에 저장했다가, 실질적인 신호와 함께 이 메모리에 저장되어 있던 프리앰블을 함께 신호 처리해서 그 실질적인 신호 전단에 붙여서 수신장치로 송신할 수도 있다.

한편, 전술한 바와 같이 프리앰블을 설계한 경우에는 수신장치에서 시간 동기 및 주파수 옵셋 추정을 시간 도메인 상에서 수행할 수 있으며, 이는 종래방식에서 프리앰블을 FFT를 거쳐 주파수 도메인 상에서 신호 처리를 하는 것에 비해 신호 처리 지연 시간을 상당히 줄일 수 있는 잇점이 있다.

또한, 프리앰블 수열의 이웃한 시퀀스간 곱이 CAZAC 시퀀스가 되도록 함으로서, 수신장치에서 시간 동기를 맞추는데 있어 수신 프리앰블 신호의 이웃한 곱과 사전에 알고 있던 CAZAC 시퀀스 신호간의 상관 관계를 따지는 것만으로 그 시간 동기를 획득할 수 있으며, 특히 CAZAC 시퀀스 성질에 의해, 수신 신호가 사전에 알고 있던 신호와 정확하게 일치한 경우에 상관값이 가장 큰 값을 갖고, 수신 신호가 사전에 알고 있던 신호와 정확하게 일치하지 않는 경우에 상관값이 영("0")이 되기 때문에 보다 정확하게 시간 동기를 맞출 수 있는 잇점이 있다.

또한, 상향 링크, 예컨대 초기 동기 수행 시 여러 단말기가 하나의 기지국과 동시에 접속을 시도하는 경우에 있어, 다른 단말기의 송신 신호가 동기를 맞추는 단말기의 송신 신호에 간섭을 주는 것으로 인해 동기 성능이 열화되나, 본 발명에서는 각 단말기마다 서로 다른 프리앰블 수열(예컨대 PN 수열)을 할당함으로서 단말기간 간섭을 없앨 수 있는 잇점이 있다.

그럼, 도 2를 참조하여 도 1에서 제시한 본 발명의 프리앰블을 이용해 시간 동기를 맞추는 과정에 대해서 살펴보기로 하자.

도 2는 본 발명에서 제시한 프리앰블을 이용해 시간 동기를 맞추는 방법에 대한 일실시예 흐름도이다. 한편, 본 발명의 시간 동기 방법은 제1 실시예 및 제2 실시예로 구현할 수 있음을 밝혀두며, 도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 시간 동기 과정을 도시화한 것인 바, 도 2를 참조하지 않고서 본 발명의 제1 실시예에 따른 시간 동기 과정에 대해 먼저 설명하기로 한다.

OFDM 기반 신호 송수신 시스템에 있어, 수신장치에서는 송신장치로부터 신호를 수신받으면 시간 도메인에서 프리앰블의 위치를 찾기 위한 시간 동기 과정을 시 작한다.

위와 같은 OFDM 기반 신호 송수신 시스템에 있어 실질적인 신호 송수신에 앞서, 사전에 송신장치와 수신장치간에는 프리앰블 수열의 이웃한 곱이 CAZAC 시퀀스로 시간 도메인에서 설계(생성)되어져 그 신호가 송신된다는 사실을 알고 있는 것이 바람직하다.

이에, 상기 수신장치에서는 메모리에 기 저장되어 있던 CAZAC 시퀀스와 송신장치로부터 수신받은 상기 신호[프리앰블]를 이동합(moving sum)시키며, 이 이동합 수행 결과값 중에서 그 값이 최대가 되는 위치를 찾고서 이 찾은 위치에서 시간 동기를 맞춘다.

예컨대, 시간 도메인 k번째 수신 신호 샘플을 r_k라고 정의하면, OFDM 심볼이 N개의 샘플값으로 이루어져 있기 때문에 이동합의 그 시작점이 θ인 수신 신호 벡터 r_θ는 다음의 [수학식 5]로 표현할 수 있다.

상기 [수학식 5]로서 표현된 수신 신호 벡터의 이웃 시퀀스간의 곱으로 이루어진 벡터를 v_θ라고 정의하면, 이 v_θ는 다음의 [수학식 6]으로 표현할 수 있다.

따라서, 상기 [수학식 6]으로서 표현된 수신 신호[프리앰블] v_θ와 CAZAC 시퀀스를 이동합시킨 값 X(θ)는 다음의 [수학식 7]로 표현할 수 있다.

이에, 상기 [수학식 7]로서 표현된 이동합 수행 결과값 X(θ)가 최대가 되는 위치 θ를 찾고서, 이 찾은 위치 θ를 토대로 송수신 신호에 대한 시간 동기를 맞춘다.

한편, 도 2에는 본 발명의 제2 실시예에 따른 시간 동기 과정이 도시되어 있다.

위에서 전술한 바와 같은 본 발명의 제1 시간 동기 방법은, 그 값이 최대가 되는 이동합 수행 결과값 X(θ)를 찾는 것으로서 간단하게 시간 동기를 맞출 수 있다. 하지만, 수신장치의 성능, 예컨대 저사양 기종의 단말기에 있어서는 이동합 수행으로 인한 부하 증가 및 특히 위치 θ를 찾는 시간이 많이 소요될 수 있다.

이에, 본 발명에서는 도 2와 같은 제2 시간 동기 과정을 제시한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 수신장치에서는 송신장치로부터 신호[프리앰블]를 수신받으면(200), 위치 θ를 영("0")부터 순차적으로 일("1")씩 증가시켜 가면서 각 위치 θ를 대입한 이동합 수행 결과값 X(θ)를 앞서 언급한 제1 시간 동기 과정의 수학식들을 이용해 계산하는데, 특히 그 이동합 수행 결과값 X(θ)가 사전에 설정해 놓은 임계값 TH_θ보다 큰 경우에 이동합 수행을 중지하고서, 이때의 위치 θ를 시간 동기를 위한 파라미터

로 추정한다(201~205).

위와 같이 추정한 위치

를 통해 본 발명의 제2 시간 동기 과정에서는 그 시간 동기를 맞춘다.

전술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 시간 동기 방법 및 제2 실시예에 따른 시간 동기 방법의 그 작용효과에 대해 살펴보면 다음과 같다.

위성통신망에 있어 그 신호 송수신 채널이 LoS(Line of Sight) 성분을 갖는 라이시안 페이딩을 겪는 점을 고려컨대, 이러한 위성통신망에는 다중 경로로 인한 간섭이 없기에 위성통신망에 본 발명의 시간 동기 방법을 효율적으로 적용할 수 있다.

또한, 종래방식에 제시된 그 배열이 반복 구조를 가는 프리앰블을 사용하는 경우에는 CP(Cyclic Prefix)로 인해 그 CP 구간 만큼의 시간 동기 모호성이 발생되는데, 이러한 시간 동기 모호성 해소를 위해 종래방식에서는 파일롯 심볼을 사용해 위상 정보를 보상해 주어야 되며, 이는 오버헤드를 야기시키고 있다.

이에 반해, 본 발명에서는 자기 상관성이 우수한 CAZAC 시퀀스를 사용하기 때문에 정확한 시간 동기를 맞출 수 있으며, 종래방식 대비 파일롯 심볼을 사용하지 않고서도 위상 정보를 보상할 수 있으며, 이는 수신장치에 있어 그 신호 처리 시간을 단축하는 잇점이 있다.

다만, 본 발명에서는 다중 경로 환경에 관한 채널 정보를 사용하지 않기에 CAZAC 시퀀스를 통해 다중 경로 간섭의 영향을 줄이고 있으나, 이러한 본 발명의 기술적 사상을 레일레이 페이딩 채널을 갖는 지상 이동통신망 환경에 적용하는 경우에는 그 성능 감소를 감안할 필요가 있다.

도 3은 본 발명에 따라 시간 동기를 맞춘 경우에 주파수 옵셋을 추정하는 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.

본 발명에서는 위에서 제시한 시간 동기를 맞추는데 사용된 프리앰블의 이웃한 값의 곱으로 이루어진 신호 벡터 v_θ를 이용하여 시간 도메인에서 모든 범위의 주파수 옵셋을 추정한다.

위와 같은 본 발명의 주파수 옵셋 추정 방법은 제3 실시예 및 제4 실시예로 구현할 수 있음을 밝혀두며, 도 3은 본 발명의 제4 실시예에 따른 주파수 옵셋 추정 과정을 도시화한 것인 바, 도 3을 참조하지 않고서 본 발명의 제3 실시예에 따른 주파수 옵셋 추정 과정에 대해 먼저 설명하기로 한다.

상기 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 시간 동기 방법에 있어, 그 시간 동기가 맞았을 때의 X(θ)의 값을 살펴보면 다음의 [수학식 8]로 표현할 수 있다.

여기서, h_k는 인덱스 k시간 동안의 채널 영향을 나타내고, ε은 주파수 옵셋 을 나타내고, p_k는 프리앰블 수열 P의 k번째 값을 나타내고, s_k는 CAZAC 시퀀스 S의 k번째 값을 나타낸다.

상기 [수학식 8]에 있어 h_k의 값이 위성통신망에 있어 시간에 따라 비슷한 값을 갖는 점에 착안해

을

로 나타낼 수 있으며, 따라서 시간 동기가 맞았을 때의 X(θ) 값의 그 위상은 주파수 옵셋의 영향만 받기 때문에 이 주파수 옵셋을 다음의 [수학식 9]와 같이 추정할 수 있다.

여기서, N은 프리앰블의 수열 개수를 나타낸다.

전술한 본 발명의 제3 실시예에 따른 주파수 옵셋 추정 방법은 다음과 같은 작용효과를 발현할 수 있다.

종래방식에서는 시간 도메인에서 주파수 옵셋의 소수 부분만을 추정할 수 있고, 주파수 옵셋의 정수 부분을 추정하기 위해서는 수신 신호를 FFT를 거쳐 주파수 도메인으로 변환시켜 신호 처리를 해야만 된다.

이에 반해, 본 발명의 제3 실시예에 따른 주파수 옵셋 추정 방법은 상기 [수학식 9]를 통해 알 수 있듯이 -N/2<ε<N/2 범위의 모든 주파수 옵셋의 소수 부분 및 정수 부분 모두를 추정할 수 있는 잇점이 있다.

다만, 상기 제3 실시예에 따른 주파수 옵셋 추정 방법은 추정 범위가 넓어지 면 추정 오차가 증가되는 추정이론에 의해 그 성능이 다소 떨어질 수도 있다. 이에, 이를 보완하기 위한 본 발명의 제4 실시예에 따른 주파수 옵셋 추정 방법을 도 3을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 앞서 제시한 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 시간 동기 방법에 있어 그 시간 동기를 위해 사용된 X(θ)와 유사하게 X'(θ)를 만드는데, 이러한 X'(θ)를 다음의 [수학식 10]과 같이 프리앰블 수열로부터 m만큼 떨어진 시퀀스간의 곱과 이 곱의 수신 신호간을 상관(correlation)시켜 만든다(301).

그리고 나서, 상기 [수학식 10]으로서 표현된 X'(θ)의 값을 상기 [수학식 6]과 같이 시간 동기가 맞추어진 위치에서 다음의 [수학식 11]로 근사화시킨다(302).

그런 후, 상기 근사화시킨 X'(θ)로부터 주파수 옵셋을 추정할 수 있도록, 다음의 [수학식 12]와 같이 그 위상의 값을 구한다(303).

위와 같이 위상의 값을 구한 상태에서, 주파수 옵셋 ε의 크기가 적당한 M을 선택하는데, 이 선택한 M이 N/(2M)보다 작은 조건에서 m=1부터 최대 M-1까지 각각에 대응되는 총 M-1개의 X'(θ)을 계산한다(304).

그런후, 상기와 같이 X'(θ)를 구한 상태에서 본 발명의 시간 동기 방법에서 구한 X(θ)와 이와 같이 구한 X'(θ)를 다음의 [수학식 13]에 그 파라미터로서 사용해 주파수 옵셋

을 추정한다(305).

여기서, w(m)은 X(θ)와 X'(θ)간의 가중치(weighting factor)를 나타낸다.

상기 [수학식 13]에 있어, X는 이("2")부터 최대 M까지의 값을 갖을 수 있는 시스템 파라미터인데, 본 발명의 주파수 옵셋 추정 방식의 복잡도와 성능을 고려해 적절히 선정하는 것이 바람직하다.

예컨대, 상기 [수학식 13]에 보인 X가 커지면 주파수 옵셋 추정 성능은 우수해 지나, 자칫 주파수 옵셋 추정 복잡도가 증가될 수 있다. 이에, 주파수 옵셋의 평균 제곱 추정 오차를 최소화시키기 위해 그 가중치 w(m)을 다음의 [수학식 14]와 같은 값을 갖도록 설정한다.

전술한 본 발명의 제4 실시예에 따른 주파수 옵셋 추정 방법의 그 작용효과에 대해 살펴보면 다음과 같다.

앞서 제시한 본 발명의 제3 실시예에 따른 주파수 옵셋 추정 방법에서 추정할 수 있는 주파수 옵셋 범위가 -N/2<ε<N/2인데 반해, 본 발명의 제4 실시예에 따른 주파수 옵셋 추정 방법에서는 ε가 갖을 수 있는 최대 범위를 포함하기에 모든 범위의 주파수 옵셋을 추정할 수 있다.

또한, 평균 제곱 추정 오차를 최소화시켜 계산량 증가의 상반관계(trade-off)를 고려해 X의 값을 적절히 선정한다면, X가 증가하면 할 수록 그 성능이 점점 더 우수해 지는 잇점이 있다.

부가적으로, 본 발명에서는 위성통신망을 그 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 OFDM을 기반으로 하는 어떠한 신호 송수신 네트워크(예; wireless indoor communication networks 등)에도 적용이 가능함을 당업자라면 쉽게 이해할 수 있기에, 별도의 설명은 생략하기로 한다.

상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디 스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

상기와 같은 본 발명은 OFDM 기반의 신호 송수신 시스템에 있어 파일롯 심볼 또는 싸이클릭 프리픽스 또는 가상 반송파를 송수신하지 않고서도 빠르게 시간 동기를 맞추고 이와 같이 맞춘 시간 동기를 토대로 주파수 옵셋을 정확하게 추정하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 이웃 시퀀스간 곱의 자기 상관성이 좋은 프리앰블을 효율적으로 설계할 수 있으며, 이에 PAPR(Peak-to-Average-Power-Ratio) 문제를 해소할 수 있으며, 송신 전력 제한에 여유를 갖을 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 저사양 증폭기를 구비한 단말기에서도 상향 링크를 통해 기지국으로 데이터를 보내는데 요구되는 프리앰블 송신으로 인한 성능 저하를 미연에 방지하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 수신장치에 있어 프리앰블을 FFT를 거쳐 주파수 도메인 상 에서 신호 처리를 하지 않아도 되기에 신호 처리 지연 시간을 상당히 줄이는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 수신장치에 있어 송신장치로부터 수신받은 프리앰블과 메모리에 저장되어 있는 CAZAC 시퀀스간의 상관 관계를 따지는 것만으로도 시간 동기를 맞출 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 여러 단말기가 하나의 기지국과 동시에 접속을 시도하는 경우에 있어, 단말기간 신호 송신으로 인한 간섭을 없앨 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 모든 범위의 주파수 옵셋에 대한 정수 부분 및 소수 부분 모두를 추정할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. OFDM 통신망에 있어 수신장치가 송신장치로부터 수신받은 프리앰블(preamble)을 이용해 시간 동기를 맞추는 방법으로서,

   이웃 시퀀스간 곱의 자기 상관성(autocorrelation)이 좋은 CAZAC 시퀀스를 저장한 상태에서,

   상기 송신장치로부터 프리앰블이 포함된 신호를 수신받으면 기 저장되어 있는 상기 CAZAC 시퀀스와 이 수신받은 프리앰블을 이동합(moving sum)시키는 단계;

   상기 이동합 수행 결과로 그 값이 최대가 되는 이동합 수행 결과값에 대응되는 수신 신호에 대한 위치를 추정하는 단계; 및

   상기 찾은 위치를 토대로 수신 신호에 대한 시간 동기를 맞추는 단계

   를 포함하는 OFDM 통신망에 있어 이웃 시퀀스간 곱의 자기 상관성이 좋은 프리앰블을 이용한 시간 동기 방법.
2. OFDM 통신망에 있어 수신장치가 송신장치로부터 수신받은 프리앰블(preamble)을 이용해 시간 동기를 맞추는 방법으로서,

   이웃 시퀀스간 곱의 자기 상관성(autocorrelation)이 좋은 CAZAC 시퀀스를 저장한 상태에서,

   상기 송신장치로부터 프리앰블이 포함된 신호를 수신받으면 이 수신 신호의 위치를 영("0")부터 순차적으로 일("1")씩 증가시켜 가면서 기 저장되어 있는 상기 CAZAC 시퀀스와 이 수신받은 프리앰블을 이동합(moving sum)시키는 단계;

   상기 이동합 수행 중에 그 이동합 수행 결과값이 사전에 설정해 놓은 임계값보다 크면 이동합 수행을 중지하는 단계;

   상기 이동합 수행이 중지된 상태에 대응되는 수신 신호에 대한 위치를 추정하는 단계; 및

   상기 찾은 위치를 토대로 수신 신호에 대한 시간 동기를 맞추는 단계

   를 포함하는 OFDM 통신망에 있어 이웃 시퀀스간 곱의 자기 상관성이 좋은 프리앰블을 이용한 시간 동기 방법.
3. OFDM 통신망에 있어 수신장치가 송신장치로부터 수신받은 프리앰블(preamble)을 이용해 시간 동기를 맞춘 경우에 그 주파수 옵셋을 추정하는 방법으로서,

   기 저장되어 있는 이웃 시퀀스간 곱의 자기 상관성(autocorrelation)이 좋은 CAZAC 시퀀스와, 상기 송신장치로부터 수신받은 프리앰블을 이동합(moving sum)시킨 수행 결과를 토대로 수신 신호에 대한 시간 동기를 맞추는 단계; 및

   상기 시간 동기를 맞춘 상태에 대응되는 이동합 수행 결과값의 위상을 파라미터로 사용하여 해당 주파수 옵셋을 추정하는 단계

   를 포함하는 OFDM 통신망에 있어 이웃 시퀀스간 곱의 자기 상관성이 좋은 프 리앰블을 토대로 동기화한 시간을 이용한 주파수 옵셋 추정 방법.
4. OFDM 통신망에 있어 수신장치가 송신장치로부터 수신받은 프리앰블(preamble)을 이용해 시간 동기를 맞춘 경우에 그 주파수 옵셋을 추정하는 방법으로서,

   기 저장되어 있는 이웃 시퀀스간 곱의 자기 상관성(autocorrelation)이 좋은 CAZAC 시퀀스와, 상기 송신장치로부터 수신받은 프리앰블을 이동합(moving sum)시킨 수행 결과를 토대로 수신 신호에 대한 시간 동기를 맞추는 단계;

   상기 시간 동기를 맞춘 상태에 대응되는 이동합 수행 결과값에 유사하게, 상기 프리앰블 수열로부터 소정 거리만큼 떨어진 시퀀스간의 곱과 이 곱의 수신 신호간을 상관(correlation)시켜 유사 이동합 수행 결과값을 생성하는 단계;

   상기 생성한 유사 이동합 수행 결과값을, 시간 동기가 맞추어진 수신 신호에 대한 위치를 토대로 근사화시키는 단계;

   상기 근사화시킨 유사 이동합 수행 결과값의 위상값을 계산한 상태에서 소정 크기를 갖는 주파수 옵셋에 대응되는 파라미터를 선택하고서, 이 선택한 파라미터를 사용하여 유사 이동합 수행 결과값을 재산출하는 단계; 및

   상기 시간 동기를 맞춘 상태에 대응되는 이동합 수행 결과값과, 상기 재산출한 유사 이동합 수행 결과값을 사용하여 해당 주파수 옵셋을 추정하는 단계

   를 포함하는 OFDM 통신망에 있어 이웃 시퀀스간 곱의 자기 상관성이 좋은 프 리앰블을 토대로 동기화한 시간을 이용한 주파수 옵셋 추정 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 주파수 옵셋 추정 단계에 있어,

   주파수 옵셋의 평균 제곱 추정 오차를 최소화시키기 위해, 상기 시간 동기를 맞춘 상태에 대응되는 이동합 수행 결과값과 상기 재산출한 유사 이동합 수행 결과값간의 가중치를 사용하는 것을 특징으로 하는 OFDM 통신망에 있어 이웃 시퀀스간 곱의 자기 상관성이 좋은 프리앰블을 토대로 동기화한 시간을 이용한 주파수 옵셋 추정 방법.
6. 삭제

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