KR100246452B1 - Apparatus and method for frequency synchronization using orthogonal frequency division multiplexing - Google Patents
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Abstract
본 발명은 OFDM 전송 방식에서 주파수 동기 장치 및 방법에 관한 것으로, OFDM 전송 방식에서 연속적으로 입력되는 파일럿 반송파(pilot carrier)만을 사용하므로써, 반복적인 심볼 전송이 불필요하게 되어 전송 데이터의 효율이 높아지고 주파수 옵셋 추정을 위한 계산량이 줄어들게 되어 간단한 하드웨어로 구현이 가능하게 되며, 무선 채널에 의해 야기되는 주파수 옵셋의 정도에 따라 단계적으로 주파수 옵셋을 추정함으로써 정확한 주파수 정정을 가능하게 하는 OFDM 전송 방식에서 주파수 동기 장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention relates to a frequency synchronization apparatus and method in an OFDM transmission scheme, and by using only pilot carriers continuously input in the OFDM transmission scheme, repetitive symbol transmission is unnecessary, resulting in high efficiency of transmission data and frequency offset. The amount of calculation for the estimation is reduced, so that the hardware can be implemented with simple hardware, and the frequency synchronization device in the OFDM transmission method that enables accurate frequency correction by estimating the frequency offset in accordance with the degree of the frequency offset caused by the radio channel, and The purpose is to provide a method.
본 발명에 의한 OFDM 전송 방식에서 주파수 동기 장치 및 방법에 따르면, 채널에 의해 야기되는 주파수 옵셋이 부반송파간의 주파수 간격의 ±0.5 배이거나 혹은 정수 배인 경우에는 주파수 동기를 확보할 수 없는 종래와 달리, OFDM 전송 방식에서 연속적으로 입력되는 파일럿 반송파(pilot carrier)만을 사용하므로써, 반복적인 심볼 전송이 불필요하게 되어 전송 데이터의 효율이 높아지고 주파수 옵셋 추정을 위한 계산량이 줄어들게 되어 간단한 하드웨어로 구현이 가능하게 된다. 또한, 주파수 옵셋에 의해 수신 신호의 주파수가 OFDM 전송 방식의 주파수 범위 내에만 존재하면, 적은 계산량으로 인해 빠른 시간 내에 광폭, 소폭 및 잔류 주파수 옵셋을 단계적으로 정확하게 추정하고, 안정적인 주파수 동기를 확보하여 향후 서비스가 예상되는 디지털 TV의 방송 품질을 향상시키고, 사용자의 만족도를 크게 향상시킬 수 있을 것이다.According to the frequency synchronization apparatus and method in the OFDM transmission method according to the present invention, unlike in the conventional case that frequency synchronization cannot be secured when the frequency offset caused by the channel is ± 0.5 times or an integer multiple of the frequency interval between subcarriers, By using only pilot carriers that are continuously input in the transmission scheme, repetitive symbol transmission is unnecessary, thereby increasing the efficiency of the transmission data and reducing the amount of calculation for frequency offset estimation, thereby enabling simple hardware implementation. In addition, if the frequency of the received signal exists only within the frequency range of the OFDM transmission scheme due to the frequency offset, it is possible to estimate the width, narrow width, and residual frequency offset step by step quickly and accurately in a short time due to the small amount of calculation, and secure stable frequency synchronization in the future. It is possible to improve the broadcasting quality of the digital TV which the service is expected and greatly improve the user's satisfaction.
Description
본 발명은 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; OFDM) 전송 방식에서 주파수 동기 장치 및 방법에 관한 것으로, OFDM 전송 방식에서 연속적으로 입력되는 파일럿 반송파(pilot carrier)만을 사용하므로써, 반복적인 심볼 전송이 불필요하게 되어 전송 데이터의 효율이 높아지고 주파수 옵셋 추정을 위한 계산량이 줄어들게 되어 간단한 하드웨어로 구현이 가능하게 되며, 무선 채널에 의해 야기되는 주파수 옵셋의 정도에 따라 단계적으로 주파수 옵셋을 추정함으로써 정확한 주파수 정정을 가능하게 하는 OFDM 전송 방식에서 주파수 동기 장치 및 방법(Apparatus and Method for Frequency Synchronization Using Orthogonal Frequency Division Multiplexing)을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention relates to a frequency synchronization apparatus and method in an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) transmission scheme, and by using only pilot carriers continuously input in the OFDM transmission scheme, repetitive symbol transmission is achieved. Since it becomes unnecessary, the efficiency of transmission data is increased and the amount of calculation for frequency offset estimation is reduced, so it is possible to implement with simple hardware, and accurate frequency correction is performed by estimating the frequency offset step by step according to the degree of frequency offset caused by the radio channel. An object of the present invention is to provide a frequency synchronization apparatus and method (Apparatus and Method for Frequency Synchronization Using Orthogonal Frequency Division Multiplexing) in an OFDM transmission scheme.
반세기전 흑백 TV에서 시작된 텔레비젼 방송은 컬러 TV 방송을 지나 현재 디지털 방송의 실용화가 실현될 상황에 놓여 있다. 디지털 자체의 장점을 이용하여 더욱 높은 방송 품질과 다양한 기능이 추가되는 디지털 방송은 국가별로 다양한 형태의 표준안이 결정되어 방송 장비 및 수신 장치에 대한 연구와 상용화 기술이 확보되고 있다.TV broadcasting, which began in black and white TV half a century ago, is now in a situation where the practical use of digital broadcasting is realized. Digital broadcasting, in which higher broadcasting quality and various functions are added by using the advantages of digital itself, has been decided on various types of standards by country, and research and commercialization technologies for broadcasting equipment and receiving devices are being secured.
우선적으로 미국과 캐나다와 같은 북미에서는 지상 방송 방식으로 잔류 측대파(vestigial sideband) 변조 방식을 이용하는 전송 방식을 채택하고, 데이터 압축을 위해서는 MPEG II(Moving Picture Expert Group II)를 표준안으로 선택하였다. 반면, 유럽에서는 디지털 방송의 전송 방식으로 OFDM(Orthogonal Frequence Division Multiplexing) 방식을 채택하고 있다. 상기 OFDM 전송 방식은 방송 신호와 같이 고속의 데이터 전송 요구를 만족시키기 위해 비트 스트림(bit stream) 형태의 데이터를 병렬로 전송함으로써, 주파수 대역을 이용하여 전송 속도를 향상시키는 방식이다.First of all, in North America, such as the United States and Canada, a terrestrial broadcasting system employs a transmission method using vestigial sideband modulation, and MPEG-2 (Moving Picture Expert Group II) is selected as a standard for data compression. On the other hand, in Europe, Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) is adopted as a transmission method of digital broadcasting. The OFDM transmission method is a method of improving a transmission speed by using a frequency band by transmitting data in the form of a bit stream in parallel in order to satisfy a high-speed data transmission request like a broadcast signal.
이하에서는 유럽의 디지털 방송의 전송 방식의 표준안으로 채택된 OFDM 전송 수신 방식의 장치 및 동작에 대해 도 1을 참조하여 간단히 설명하기로 한다.Hereinafter, the apparatus and operation of the OFDM transmission and reception method adopted as a standard of the digital broadcasting transmission method in Europe will be briefly described with reference to FIG. 1.
우선, OFDM 송신부(10)는 도 1(a)에 도시된 바와 같이, 전송할 데이터를 부호화하는 데이터 부호부(11)와, 상기 데이터 부호부(11)로부터 부호화된 데이터를 직렬로 전송 단위 만큼씩 입력받아 병렬 형태로 변환하는 직렬-병렬 변환부(12)와, 상기 직렬-병렬 변환부(12)로부터 병렬로 입력되는 신호를 입력받아 부반송파를 변조시키는 변조부(13)와, 상기 변조부(13)로부터 병렬로 입력되는 변조된 신호를 순서대로 전송하는 멀티플렉스(14)로 구성된다.First, as illustrated in FIG. 1A, the
OFDM 수신부(20)는 도 1(b)에 도시된 바와 같이, 채널을 통해 입력되는 변조된 신호를 기저대역 신호로 변환시키는 복조부(21)와, 상기 복조부(21)로부터 병렬로 입력되는 복조된 데이터를 직렬로 변환시키는 병렬-직렬 변환부(22)와, 상기 병렬-직렬 변환부(22)로부터 입력되는 데이터를 원래의 비트 스트림 형태로 변환시키는 데이터 복호부(23)로 구성된다.As illustrated in FIG. 1B, the OFDM receiver 20 includes a
상기와 같이 구성된 OFDM 전송 방식의 장치에서 병렬로 변환된 데이터는 상기 변조부(13)에서 부반송파(subcarrier)와 곱해지는데, 이 때 각 부반송파의 주파수 간격은 일반적인 FSK(Frequency-Shift Keying) 변조 방식에서 각 반송파간의 주파수 간격의 1/2만이 요구된다. 즉, 전송할 심볼을 변조할 때의 부반송파의 주파수를 인접 부반송파에 의한 간섭 신호가 '0'이 되는 지점에 맞춤으로써 실제 복조 시 간섭을 최소화하기 위함이다. 하지만, 상기와 같이 구성된 OFDM 전송 장치는 전송 단위가 증가할수록 시스템이 매우 복잡해지는 문제점이 있다. 따라서, 변조하기 전에 전송할 데이터를 퓨리에 변환하여 전송하는 방식이 흔히 채택되고 있다.In the OFDM transmission apparatus configured as described above, the data converted in parallel is multiplied by a subcarrier in the
도 2에서는 이와 같이 퓨리에 변환을 이용한 OFDM의 전송 장치를 도시하고 있으며, 이의 동작은 도 1에 도시된 일반적인 OFDM 전송 장치와 유사하다. 퓨리에 변환을 이용한 OFDM의 송신부(30)는 도 2 a에 도시된 바와 같이, 전송할 데이터를 부호화하는 데이터 부호부(31)와, 상기 데이터 부호부(31)로부터 부호화된 데이터를 직렬로 전송 단위 만큼씩 입력받아 병렬 형태로 변환하는 직렬-병렬 변환부(32)와, 상기 직렬-병렬 변환부(32)로부터 병렬로 입력되는 신호를 입력받아 퓨리에 변환하는 퓨리에 변환부(33)와, 상기 퓨리에 변환부(33)에서 주파수 축으로 변환된 신호를 직렬로 입력받아 반송파를 변조시키는 변조부(34)로 구성된다.FIG. 2 illustrates an OFDM transmission apparatus using a Fourier transform as described above, and its operation is similar to that of the general OFDM transmission apparatus illustrated in FIG. 1. As shown in FIG. 2A, the OFDM transmission unit 30 using the Fourier transform includes a
퓨리에 변환을 이용한 OFDM 수신부(40)는 도 2 b에 도시된 바와 같이, 채널을 통해 입력되는 변조된 신호를 위상을 추정하여 수신단의 반송파 위상과 일치시키는 위상 수정부(41)와, 상기 위상 추정부(41)에서 위상이 정정된 신호를 입력받아 신호의 크기를 동일한 크기로 변환시키는 이득 수정부(42)와, 상기 위상 수정부(41)와 이득 수정부(42)에서 위상과 크기가 수정된 신호를 입력받아 역퓨리에 변환을 수행하는 역퓨리에 변환부(43)와, 상기 역퓨리에 변환부(43)에서 병렬 형태로 출력되는 신호를 직렬로 변환시키는 병렬-직렬 변환부(44)와, 상기 병렬-직렬 변환부(44)로부터 출력되는 복조된 데이터를 원래의 비트 스트림 형태로 환원시키는 데이터 복호부(45)로 구성된다.As shown in FIG. 2B, the
전술한 OFDM의 전송 방식에서는 무선 채널 상에서 반송파의 주파수가 변화되는 도플러 효과(doppler's effect)와 수신 장치에서 주파수 동기를 획득하는 장치가 안정적으로 동작하지 못할 경우에 송신 주파수와 수신 주파수의 동기화가 이루어지지 않는 현상이 발생하게 되는데, 이와 같은 두 주파수간의 차이를 주파수 옵셋(frequency offset)이라고 한다. 상기 주파수 옵셋은 수신된 신호를 복조할 때, 신호의 전력이 감소되어 전반적인 성능이 열화되는 문제를 야기하며, 특히, 다중 반송파를 사용하는 OFDM 전송 방식에서는 데이터의 검출이 각 부반송파별로 이루어지기 때문에, 일정 수준 이상의 주파수 옵셋이 발생하면 각 부반송파간의 직교성(orthogonality)이 유지되지 않아 인접 부반송파간의 간섭이 발생하게 된다. 그리고, OFDM 전송 방식에서 부반송파의 수가 증가할수록 각 부반송파들이 정해진 대역 안에 조밀하게 분포하게 되어 작은 주파수 옵셋도 인접 부반송파간에 있어서 간섭을 심하게 일으킬 수 있다. 그러므로 상기 수신 주파수를 송신 주파수와 정확하게 일치시키는 주파수 옵셋 보정의 과정은 시스템의 성능을 결정하는 중요한 문제이다.In the aforementioned OFDM transmission scheme, when the Doppler's effect in which the frequency of a carrier is changed on a wireless channel and a device that acquires frequency synchronization in a receiving device do not operate stably, synchronization of a transmission frequency and a reception frequency cannot be achieved. The difference between the two frequencies is called a frequency offset. When demodulating the received signal, the frequency offset causes a problem that the power of the signal is reduced and the overall performance is degraded. In particular, in the OFDM transmission scheme using the multicarrier, since data is detected for each subcarrier, If a frequency offset of a certain level or more occurs, orthogonality between subcarriers is not maintained, thereby causing interference between adjacent subcarriers. In the OFDM transmission scheme, as the number of subcarriers increases, each subcarrier is densely distributed within a predetermined band, and even a small frequency offset may cause interference among adjacent subcarriers. Therefore, the process of frequency offset correction that accurately matches the received frequency with the transmit frequency is an important problem in determining the performance of the system.
따라서, 상기의 주파수 옵셋 보정을 위해 다양한 형태의 방안이 제시되고 있는데, 하나는 OFDM 전송 방식에서 보호구간의 주기성을 이용하여 주파수 옵셋에 따른 특성을 구하여 이를 바탕으로 위상 고정 루프(Phase Locked Loop; PLL)를 구동시킴으로써 주파수 오류를 추정하는 방법이고, 또 다른 하나는 위상 고정 루프를 이용하지 않고, 이미 알고 있는 심볼 열을 반복적으로 전송하여 주파수 옵셋 값을 추정하는 방법이다.Accordingly, various types of schemes have been proposed for the frequency offset correction, and one of them is a phase locked loop (PLL) based on the frequency offset characteristics obtained by using the periodicity of the guard interval in the OFDM transmission scheme. The second method is to estimate a frequency error by driving a frequency error, and another method is to estimate a frequency offset value by repeatedly transmitting a known symbol string without using a phase locked loop.
이하에서는 퓨리에 변환을 이용한 OFDM 전송 방식에서 상기 주파수 옵셋 보정 방법을 적용한 OFDM 수신부의 구성과 동작에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, the configuration and operation of the OFDM receiver to which the frequency offset correction method is applied in the OFDM transmission method using the Fourier transform will be described.
상기 주파수 옵셋 보정 장치(50)는 도 3에 도시된 바와 같이, 수신된 아날로그 형태의 신호를 디지털 형태로 변환시키는 A/D 변환부(51)와, 주파수 오류 추정 신호를 이용하여 상기 A/D 변환부(51)로부터 입력되는 수신 신호의 주파수를 정정하는 주파수 오류 정정부(52)와, 상기 주파수 오류 정정부(52)로부터 입력되는 주파수 오류가 정정된 신호를 역퓨리에 변환하여 전송 이전 퓨리에 변환되기 전 상태의 데이터로 복구하는 퓨리에 변환부(53)와, 상기 역퓨리에 변환부(53)에서 복조된 심볼을 입력받아 이전 심볼과 상관도(correlation)를 계산하여 주파수 옵셋을 추정하여 상기 주파수 오류 정정부(52)에 궤환시키는 주파수 오류 추정부(54)와, 상기 퓨리에 변환부(53)로부터 복조된 심볼을 입력받아 주파수 옵셋 이외의 간섭 신호와 잡음 등을 제거하는 등화기(55)로 구성된다.As shown in FIG. 3, the frequency offset correction device 50 includes an A /
우선,
수학식 1에서
상기와 같이 구성된 주파수 옵셋 보정 수신 장치에서, 상기 주파수 오류 추정부(54)에서는 퓨리에 변환부에서 출력되는 심볼을 입력받아 시간 지연된 신호와의 상호 간섭을 계산하여 주파수 옵셋의 특성을 고려하여 최대 유사 추정 방법 (Maximum Likelihood Estimation; MLE)을 이용하여 주파수 옵셋을 추정하고, 상기 주파수 오류 정정부(52)에 이 추정된 주파수 옵셋을 출력한다. 상기 주파수 오류 정정부(52)에서는 상기 주파수 오류 추정부(54)로부터 입력되는 추정된 주파수 오류만큼 주파수를 변화시킴으로써 주파수 옵셋을 제거해줄 수 있다.In the frequency offset correction receiving apparatus configured as described above, the
그러나, 이와 같은 종래의 주파수 옵셋 보정을 이용한 OFDM 수신 장치에서는 부반송파간의 주파수 간격의 ±0.5 배 주변의 주파수 옵셋이 발생한 경우에는 인접 부반송파의 주파수와 원하는 부반송파의 주파수를 구분하기 힘들기 때문에, 인접 부반송파의 주파수로 주파수 옵셋을 조정할 수도 있으며, 주파수 옵셋이 부반송파간의 주파수 간격의 정수 배인 경우에는 주파수 옵셋 보정이 불가능해지는 문제점이 있다. 그리고, 종래의 주파수 옵셋 보정 방법을 사용하는 경우에는 심볼의 반복 전송에 의해 실제적인 데이터 전송량이 감소하게 되며, 상관 간섭을 계산하기 위해 고려되는 심볼 열이 증가함에 따라 주파수 옵셋 추정을 위한 계산량이 급격하게 증가되고 메모리 용량이 지나치게 증가하기 때문에 하드웨어 제작이 복잡해지는 단점이 있다.However, in the conventional OFDM receiver using the frequency offset correction, when a frequency offset of about 0.5 times the frequency interval between subcarriers occurs, it is difficult to distinguish between the frequencies of the adjacent subcarriers and the desired subcarriers. The frequency offset may be adjusted by frequency, and if the frequency offset is an integer multiple of the frequency interval between subcarriers, frequency offset correction may not be possible. In the case of using the conventional frequency offset correction method, the actual amount of data transmission is reduced by repeated transmission of symbols, and the amount of calculation for frequency offset estimation is sharply increased as the number of symbols considered to calculate correlation interference increases. The hardware fabrication is complicated because the memory capacity is excessively increased and the memory capacity is excessively increased.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, OFDM 전송 방식에서 연속적으로 입력되는 파일럿 반송파(pilot carrier)만을 사용하므로써, 반복적인 심볼 전송이 불필요하게 되어 전송 데이터의 효율이 높아지고 주파수 옵셋 추정을 위한 계산량이 줄어들게 되어 간단한 하드웨어로 구현이 가능하게 되며, 무선 채널에 의해 야기되는 주파수 옵셋의 정도에 따라 단계적으로 주파수 옵셋을 추정함으로써 정확한 주파수 정정을 가능하게 하는 OFDM 전송 방식에서 주파수 동기 장치 및 방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to solve such a problem, and by using only pilot carriers that are continuously input in the OFDM transmission scheme, repetitive symbol transmission is unnecessary, resulting in high efficiency of transmission data. The amount of calculation for frequency offset estimation is reduced, which enables simple hardware implementation, and frequency synchronization in the OFDM transmission scheme that enables accurate frequency correction by estimating the frequency offset in accordance with the degree of frequency offset caused by the radio channel. An apparatus and method are provided.
도 1a는 OFDM 전송 방식에서 전송단의 개념도,1A is a conceptual diagram of a transmitting end in an OFDM transmission scheme;
도 1b는 OFDM 전송 방식에서 수신단의 개념도,1b is a conceptual diagram of a receiving end in an OFDM transmission scheme;
도 2a는 OFDM 전송 방식에서 퓨리에 변환을 이용한 전송단의 블록도,2a is a block diagram of a transmitting end using a Fourier transform in the OFDM transmission scheme,
도 2b는 OFDM 전송 방식에서 퓨리에 변환을 이용한 수신단의 블록도,2b is a block diagram of a receiver using a Fourier transform in the OFDM transmission scheme,
도 3은 종래 기술에 의한 OFDM 전송 방식에서 주파수 동기 장치의 블록도,3 is a block diagram of a frequency synchronization device in an OFDM transmission scheme according to the prior art;
도 4는 본 발명에 따른 OFDM 전송 방식에서 주파수 동기 장치의 블록도,4 is a block diagram of a frequency synchronization device in an OFDM transmission scheme according to the present invention;
도 5는 도 4에서 광폭 주파수 옵셋 추정부의 상세 블록도,FIG. 5 is a detailed block diagram of a wide frequency offset estimator in FIG. 4; FIG.
도 6은 도 4에서 소폭 주파수 옵셋 추정부의 상세 블록도,6 is a detailed block diagram of a narrow frequency offset estimator in FIG. 4;
도 7은 도 4에서 미세 주파수 옵셋 추정부의 상세 블록도,FIG. 7 is a detailed block diagram of a fine frequency offset estimator of FIG. 4; FIG.
도 8은 본 발명에 따른 OFDM 전송 방식에서 주파수 동기 장치 구현의 실용예의 상세 블록도이다.8 is a detailed block diagram of a practical example of the implementation of the frequency synchronization device in the OFDM transmission scheme according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the code | symbol about the principal part of drawing>
100: A/D 변환부 200: 주파수 오류 정정부100: A / D conversion unit 200: frequency error correction unit
300: 퓨리에 변환부 400: 주파수 오류 추정부300: Fourier transform unit 400: Frequency error estimation unit
410: 광폭 주파수 옵셋 추정부 411: 연속 파일럿 인덱스 발생부410: wide frequency offset estimator 411: continuous pilot index generator
412: 제 1 연속 파일럿 검출부 413: 심볼 지연부412: First continuous pilot detector 413: Symbol delay unit
414: 제 2 연속 파일럿 검출부 415: 상관도 검출부414: second continuous pilot detector 415: correlation detector
416: 최대 상관값 설정부 420: 소폭 주파수 옵셋 추정부416: maximum correlation value setting unit 420: narrow frequency offset estimation unit
421: 제 1 소폭 파일럿 검출부 423: 제 2 소폭 파일럿 검출부421: First narrow pilot detector 423: Second narrow pilot detector
424: 소폭 상관도 검출부 425: 최대 상관값 검출부424: narrow correlation detector 425: maximum correlation value detector
426: 소폭 주파수 옵셋 검출부 427: 시험 보정 주파수 발생부426: narrow frequency offset detector 427: test correction frequency generator
430: 미세 주파수 옵셋 추정부 431: 제 1 미세 파일럿 검출부430: fine frequency offset estimator 431: first fine pilot detector
433: 제 2 미세 파일럿 검출부 434: 미세 위상 검출부433: second fine pilot detector 434: fine phase detector
435: 위상 고정 루프부 436: 전압 제어 발진부435: phase locked loop 436: voltage controlled oscillator
500: 등화기500: equalizer
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 OFDM 전송 방식에서 주파수 동기 장치 및 방법은 채널에 의해 야기되는 주파수 옵셋이 부반송파간의 주파수 간격의 ±0.5배이거나 혹은 정수 배인 경우에는 주파수 동기를 확보할 수 없는 종래와 달리, OFDM 전송 방식에서 연속적으로 입력되는 파일럿 반송파(pilot carrier)만을 사용하므로써, 반복적인 심볼 전송이 불필요하게 되어 전송 데이터의 효율이 높아지고 주파수 옵셋 추정을 위한 계산량이 줄어들게 되어 간단한 하드웨어로 구현이 가능하게 되며, 무선 채널에 의해 야기되는 주파수 옵셋의 정도에 따라 단계적으로 주파수 옵셋을 추정함으로써 주파수 옵셋의 정도에 상관없이 정확한 주파수 동기를 가능케 하는 것을 특징으로 한다.In the OFDM transmission scheme according to the present invention for achieving the above object, the frequency synchronization apparatus and method cannot secure frequency synchronization when the frequency offset caused by the channel is ± 0.5 times or an integer multiple of the frequency interval between subcarriers. Unlike the related art, by using only pilot carriers continuously input in the OFDM transmission scheme, repetitive symbol transmission is unnecessary, thereby increasing efficiency of transmission data and reducing calculation amount for frequency offset estimation. It is possible, and by estimating the frequency offset in accordance with the degree of the frequency offset caused by the radio channel step by step to enable accurate frequency synchronization regardless of the degree of the frequency offset.
이하, 본 발명에 따른 OFDM 전송 방식에서 주파수 동기 장치의 구성을 도 4 ∼ 도 7을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the configuration of the frequency synchronization device in the OFDM transmission method according to the present invention will be described with reference to FIGS.
본 발명에 따른 OFDM 전송 방식에서 주파수 동기 장치는 도 4에 도시된 바와 같이, 수신된 아날로그 형태의 신호를 디지털 형태로 변환시키는 A/D 변환부(100)와, 주파수 오류 추정 신호를 이용하여 상기 A/D 변환부(100)로부터 입력되는 수신 신호의 주파수를 정정하는 주파수 오류 정정부(200)와, 상기 주파수 오류 정정부(200)로부터 입력되는 주파수 오류가 정정된 신호의 주파수별 특성을 얻기 위해 퓨리에 변환하는 퓨리에 변환부(300)와, 상기 퓨리에 변환부(300)에서 출력되는 주파수별 특성을 입력받아 이전 심볼과 상관 간섭을 계산하여 주파수 옵셋을 추정하여 상기 주파수 오류 정정부(200)에 궤환시키는 주파수 오류 추정부(400)와, 상기 퓨리에 변환부(300)로부터 복조된 심볼을 입력받아 주파수 옵셋 이외의 간섭 신호와 잡음 등을 제거하는 등화기(500)로 구성된다.In the OFDM transmission method according to the present invention, as shown in FIG. 4, the frequency synchronization device uses the A /
상기 주파수 오류 추정부(400)는 상기 퓨리에 변환부(300)로부터 주파수 특성에 따른 신호를 입력받아 주파수 옵셋을 부반송파간의 주파수 간격의 정수 배 이내로 줄이고, 완료된 후 광폭 지연 신호를 출력하는 광폭 주파수 옵셋 추정부(410)와, 상기 광폭 주파수 옵셋 추정부(410)로부터 광폭 지연 신호를 입력받아 인에이블로 사용하고, 부반송파간의 주파수 간격이 ±0.5 배 이내로 줄어든 주파수 옵셋을 정확하게 추정하고, 완료된 후 소폭 지연 신호를 출력하는 소폭 주파수 옵셋 추정부(420)와, 상기 소폭 주파수 옵셋 추정부(420)로부터 소폭 지연 신호를 입력받아 인에이블로 사용하고, 잔류하는 미세 주파수 옵셋을 추적하여 정확한 주파수 동기를 확보하고, 추정된 주파수를 상기 주파수 오류 정정부(200)에 출력하는 미세 주파수 옵셋 추정부(430)로 구성된다.The
상기 광폭 주파수 옵셋 추정부(410)는 도 5에 도시된 바와 같이, 적용되는 모든 부반송파의 중심 주파수를 발생하는 연속 파일럿 인덱스 발생부(411)와, 상기 퓨리에 변환부(300)로부터 입력되는 주파수 특성에 관한 신호를 입력받고, 상기 연속 파일럿 인덱스 발생부(411)로부터 주파수 인덱스를 입력받아 파일럿 신호를 검출하는 제 1 연속 파일럿 검출부(412)와, 상기 퓨리에 변환부(300)로부터 신호를 입력받아 특성 시간만큼 시간 지연시키는 심볼 지연부(413)와, 상기 심볼 지연부(413)로부터 시간 지연된 신호를 입력받고, 상기 연속 파일럿 인덱스 발생부(411)로부터 주파수 인덱스를 입력받아 파일럿 신호를 검출하는 제 2 연속 파일럿 검출부(414)와, 상기 제 1 연속 파일럿 검출부(412)와 상기 제 2 연속 파일럿 검출부(414)로부터 출력되는 파일럿 신호를 입력받아 두 신호의 상관 간섭을 계산하는 상관도 검출부(415)와, 상기 상관도 검출부(415)로부터 상관 간섭량을 입력받고, 상기 연속 파일럿 인덱스 발생부(411)로부터 주파수 인덱스를 입력받아 최대의 상관 간섭량이 발생되는 주파수 인덱스 값을 설정하여 광폭 추정 주파수 옵셋 신호를 발생하는 최대 상관값 설정부(416)로 구성된다.As shown in FIG. 5, the wide frequency offset
상기 소폭 주파수 옵셋 추정부(420)는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 광폭 주파수 옵셋 추정부(410)에 의해 부반송파간의 주파수 간격의 ±0.5 배 내로 광폭 추정한 주파수 옵셋을 보정한 신호의 주파수 특성에 관한 신호를 상기 퓨리에 변환부(300)로부터 입력받고, 상기 광폭 주파수 옵셋 추정부(410)에서 광폭 추정이 완료되었음을 나타내는 광폭 지연 신호를 입력받아 연속적으로 파일럿을 검출하는 제 1 소폭 파일럿 검출부(421)와, 상기 퓨리에 변환부(300)로부터 광폭 추정한 주파수 옵셋을 보정한 신호의 주파수 특성에 관한 신호를 입력받아 특성 시간만큼 시간 지연시키는 심볼 지연부(422)와, 상기 광폭 주파수 옵셋 추정부(410)에서 광폭 지연 신호를 입력받아 인에이블로 사용하고, 상기 심볼 지연부(422)로부터 시간 지연된 파일럿 신호를 입력받아 파일럿 신호를 검출하는 제 2 소폭 파일럿 검출부(423)와, 상기 제 1 소폭 파일럿 검출부(421)와 상기 제 2 소폭 파일럿 검출부(423)로부터 출력되는 파일럿 신호를 입력받아 두 신호의 상관 간섭을 계산하는 소폭 상관도 검출부(424)와, 상기 소폭 상관도 검출부(424)로부터 상관 간섭량을 입력받아 최대값을 검출하는 최대 상관값 검출부(425)와, 상기 광폭 주파수 옵셋 추정부(410)에서 광폭 지연 신호를 입력받아 인에이블로 사용하고, 상기 최대 상관값 검출부(425)로부터 최대의 상관값을 입력받아 부반송파간의 주파수 간격의 ±0.5 배 이하의 주파수 옵셋을 추정하여 소폭 추정 주파수 옵셋 신호를 발생하는 소폭 주파수 옵셋 검출부(426)와, 상기 광폭 주파수 옵셋 추정부(410)에서 광폭 지연 신호를 입력받아 인에이블로 사용하고, 상기 광폭 주파수 옵셋 추정부(410)로부터 부반송파간의 주파수 간격의 ±0.5 배 내로 추정된 주파수를 입력받아 중심 주파수로 최소 주파수(-0.5)에서 최대 주파수(+0.5) 사이를 일정한 간격으로 변화되는 시험 보정 주파수 신호를 발생하여 상기 주파수 오류 정정부(200)로 출력하는 시험 보정 주파수 발생부(427)로 구성된다.As shown in FIG. 6, the narrow frequency offset
상기 미세 주파수 옵셋 추정부(430)는 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 소폭 주파수 옵셋 추정부(420)에 의해 추정한 주파수 옵셋을 보정한 신호의 주파수 특성에 관한 신호를 상기 퓨리에 변환부(300)로부터 입력받고, 상기 소폭 주파수 옵셋 추정부(420)에서 소폭 추정이 완료되었음을 나타내는 소폭 지연 신호를 입력받아 연속적으로 파일럿을 검출하는 제 1 미세 파일럿 검출부(431)와, 상기 퓨리에 변환부(300)로부터 소폭 주파수 옵셋을 보정한 신호의 주파수 특성에 관한 신호를 입력받아 특성 시간만큼 시간 지연시키는 심볼 지연부(432)와, 상기 소폭 주파수 옵셋 추정부(420)에서 소폭 지연 신호를 입력받아 인에이블로 사용하고, 상기 심볼 지연부(432)로부터 시간 지연된 파일럿 신호를 입력받아 파일럿 신호를 검출하는 제 2 미세 파일럿 검출부(433)와, 상기 소폭 주파수 옵셋 추정부(420)에서 소폭 지연 신호를 입력받아 인에이블로 사용하고, 상기 제 1 미세 파일럿 검출부(431)와 상기 제 2 미세 파일럿 검출부(433)로부터 출력되는 파일럿 신호를 입력받아 두 신호간의 위상차를 검출하는 미세 위상 검출부(434)와, 상기 소폭 주파수 옵셋 추정부(420)에서 소폭 지연 신호를 입력받아 인에이블로 사용하고, 상기 미세 위상 검출부(434)로부터 입력되는 위상차를 이용하여 위상을 추적하여 위상차를 직류 전압 레벨로 출력시키는 위상 고정 루프부(435)와, 상기 소폭 주파수 옵셋 추정부(420)에서 소폭 지연 신호를 입력받아 인에이블로 사용하고, 상기 위상 고정 루프부(435)로부터 입력되는 직류 전압 레벨에 해당하는 주파수 신호를 발생시키는 전압 제어 발진부(436)로 구성된다.As shown in FIG. 7, the fine frequency offset
이하에서는 상기와 같이 구성된 OFDM 전송 방식에서 주파수 동기 장치의 작용을 도 4 ∼ 도 8을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the operation of the frequency synchronization device in the OFDM transmission scheme configured as described above will be described in detail with reference to FIGS. 4 to 8.
상기 광폭 주파수 옵셋 추정부(410)에서는 부반송파간의 주파수 간격의 정수 배를 초과하는 주파수 옵셋이 발생한 경우에 수신하고자 하는 부반송파의 주파수를 검출함으로써 부반송파간의 주파수 간격의 ±0.5 배 내로 주파수 오류를 추정한다.The wide frequency offset
우선, 상기 연속 파일럿 인덱스 발생부(411)에서는 OFDM 전송 방식에서 사용하는 모든 주파수 인덱스 값을 순차적으로 발생한다. 상기 제 1 연속 파일럿 검출부(412)에서는 상기 퓨리에 변환부(300)에서 출력되는 신호와 상기 연속 파일럿 인덱스 발생부(411)에서 발생되는 주파수에 따라 각 파일럿 신호를 검출하고, 상기 제 2 연속 파일럿 검출부(414)에서는 상기 심볼 지연부(413)에서 시간 지연된 파일럿 신호에서 파일럿을 검출하게 된다. 이어서 상기 상관도 검출부(415)에서는 상기와 같이 검출된 두 파일럿 신호의 상관도를 검출하게 되는데, 이 상관도는 상기 연속 파일럿 인덱스 발생부(411)의 주파수 인덱스와 일치할 때 최대의 값을 출력하게 된다. 따라서, 상기 최대 상관값 설정부(416)에서는 최대의 상관값을 나타내는 주파수 인덱스를 확보함으로써 부반송파간의 주파수 간격의 정수 배 이상의 주파수 옵셋을 ±0.5 배 내로 주파수 오류를 추정하여 광폭 추정 주파수 옵셋을 출력한다.First, the continuous
상기와 같은 광폭 주파수 옵셋 추정부(410)의 동작은 다음의 수학식 2로 표현할 수 있다.The operation of the wide frequency offset
여기에서
전술한 바와 같이, 부반송파간의 주파수 간격의 정수 배 이상의 주파수 옵셋을 ±0.5 배 내로 주파수 오류를 추정한 후에는 상기 광폭 지연 신호를 발생하여 상기 소폭 주파수 옵셋 추정부(420)를 인에이블 시킨다.As described above, after estimating a frequency error within an integer multiple of ± 0.5 times the frequency interval between subcarriers, the wide delay signal is generated to enable the narrow frequency offset
상기와 같이 상기 광폭 지연 신호에 의해 인에이블 되면, 상기 시험 보정 주파수 발생부(427)에서는 상기 광폭 주파수 옵셋 추정부(410)에서 추정된 주파수를 부반송파로 설정하여, 최소 주파수(-0.5)에서 최대 주파수(+0.5) 간을 일정한 간격으로 변화하는 주파수 신호를 발생시켜 상기 주파수 오류 정정부(200)에 출력한다. 그리고, 제 1 소폭 파일럿 검출부(421)와 제 2 소폭 파일럿 검출부(423)에서는 상기 광폭 주파수 옵셋 추정부(410)와 동일하게, 상기 퓨리에 변환부(300)를 통해 정정된 주파수 신호를 입력받아 파일럿을 검출하고, 상기 소폭 상관도 검출부(425)에서는 두 신호의 상관도를 검출하여 출력한다. 이어서, 상기 최대 상관값 검출부(425)에서는 상기 소폭 상관도 검출부(425)에서 출력되는 상관값을 입력받아 최대의 상관값이 발생되는 시험 보정 주파수 신호를 선택하게 된다.When enabled by the wide delay signal as described above, the test correction frequency generator 427 sets a frequency estimated by the wide frequency offset
따라서, 상기 소폭 주파수 옵셋 추정부(420)에서는 상기 광폭 주파수 옵셋 추정부(410)에서 부반송파간의 주파수 간격의 ±0.5 배 내로 추정된 주파수 옵셋을 시험 보정 주파수 신호에 의해 더욱 정확하게 추정함으로써 수신 신호의 주파수 옵셋에 근접하는 주파수 옵셋을 추정할 수 있게 된다. 이 때 상기 소폭 주파수 옵셋 추정부(420)의 동작을 다음의 수학식 3과 같이 표현할 수 있다.Accordingly, the narrow frequency offset
여기에서
전술한 바와 같이, 상기 소폭 주파수 옵셋 추정부(420)에서 주파수 옵셋 추정이 완료되면 소폭 지연 신호를 발생하여 상기 미세 주파수 옵셋 추정부(430)를 인에이블 시킨다. 상기 미세 주파수 옵셋 추정부(430)는 상기 시험 보정 주파수 신호에 의해 근접하게 추정된 주파수 옵셋에 잔류하는 오류를 추적하여 정확하게 보정하는 기능을 수행한다.As described above, when the frequency offset
상기 제 1 미세 파일럿 검출부(431)와 제 2 미세 파일럿 검출부(433)에서는 상기 광폭 주파수 옵셋 추정부(410)와 상기 소폭 주파수 옵셋 추정부(420)와 동일하게 연속적으로 파일럿 신호를 검출하고, 상기 미세 위상 검출부(434)에서는 두 신호의 위상차를 검출한다. 이어서 상기 위상 고정 루프부(435)에서는 상기 미세 위상 검출부(434)에서 검출된 위상차를 보상할 수 있는 직류 전압 레벨의 신호를 발생하고, 이를 입력받은 상기 전압 제어 발진부(436)에서는 전압 레벨에 비례하는 주파수 신호를 발생시켜 상기 주파수 오류 정정부(200)에 출력함으로써 주파수 옵셋 추정을 완료하게 된다. 상기 미세 주파수 옵셋 추정부(430)에서 추정되는 잔류 주파수 옵셋은 다음의 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.The first
여기에서
이하, 본 발명에 따른 OFDM 전송 방식에서 주파수 동기 방법을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a frequency synchronization method in the OFDM transmission method according to the present invention will be described.
본 발명에 따른 OFDM 전송 방식에서 주파수 동기 방법은 수신된 아날로그 형태의 신호를 디지털 형태로 변환시키는 A/D 변환 단계와, 주파수 오류 추정 신호를 이용하여 상기 A/D 변환 단계로부터 입력되는 수신 신호의 주파수를 정정하는 주파수 오류 정정 단계와, 상기 주파수 오류 정정 단계로부터 입력되는 주파수 오류가 정정된 신호의 주파수별 특성을 얻기 위해 퓨리에 변환하는 퓨리에 변환 단계와, 상기 퓨리에 변환 단계에서 출력되는 주파수별 특성을 입력받아 이전 심볼과 상관 간섭을 계산하여 주파수 옵셋을 추정하여 상기 주파수 오류 정정 단계에 궤환시키는 주파수 오류 추정 단계와, 상기 퓨리에 변환 단계로부터 복조된 심볼을 입력받아 주파수 옵셋 이외의 간섭 신호와 잡음 등을 제거하는 등화 단계로 구성된다.In the OFDM transmission method according to the present invention, the frequency synchronization method includes an A / D conversion step of converting a received analog signal into a digital shape, and a reception of the received signal input from the A / D conversion step using a frequency error estimation signal. A frequency error correction step of correcting a frequency, a Fourier transform step of performing Fourier transform to obtain frequency-specific characteristics of a signal from which the frequency error inputted from the frequency error correction step is corrected, and frequency-specific characteristics output from the Fourier transform step A frequency error estimation step of estimating a frequency offset by calculating a correlation with the previous symbol and returning it to the frequency error correction step, and receiving a demodulated symbol from the Fourier transform step, It consists of an equalization step to remove.
상기 주파수 오류 추정 단계는 상기 퓨리에 변환 단계로부터 주파수 특성에 따른 신호를 입력받아 주파수 옵셋을 부반송파간의 주파수 간격의 정수 배 이내로 줄이고, 완료된 후 광폭 지연 신호를 출력하는 광폭 주파수 옵셋 추정 단계와, 상기 광폭 주파수 옵셋 추정 단계로부터 광폭 지연 신호를 입력받아 인에이블로 사용하고, 부반송파간의 주파수 간격이 ±0.5 배 이내로 줄어든 주파수 옵셋을 정확하게 추정하고, 완료된 후 소폭 지연 신호를 출력하는 소폭 주파수 옵셋 추정 단계와, 상기 소폭 주파수 옵셋 추정 단계로부터 소폭 지연 신호를 입력받아 인에이블로 사용하고, 잔류하는 미세 주파수 옵셋을 추적하여 정확한 주파수 동기를 확보하고, 추정된 주파수를 상기 주파수 오류 정정 단계에 출력하는 미세 주파수 옵셋 추정 단계로 구성된다.The frequency error estimating step includes a wide frequency offset estimation step of receiving a signal according to a frequency characteristic from the Fourier transform step to reduce a frequency offset within an integer multiple of the frequency interval between subcarriers, and outputting a wide delay signal after completion; A narrow frequency offset estimation step of receiving a wide delay signal from the offset estimation step and enabling it, accurately estimating a frequency offset in which the frequency interval between subcarriers is reduced to within ± 0.5 times, and outputting a small delay signal after completion; It is a fine frequency offset estimation step of receiving a small delay signal from the frequency offset estimation step and enabling it, tracking the remaining fine frequency offset to ensure accurate frequency synchronization, and outputting the estimated frequency to the frequency error correction step. It is composed.
상기 광폭 주파수 옵셋 추정 단계는 수신하고자하는 반송파의 중심 주파수에 맞추어 파일럿 신호의 주파수 인덱스를 발생하는 연속 파일럿 인덱스 발생 단계와, 상기 퓨리에 변환 단계로부터 입력되는 주파수 특성에 관한 신호를 입력받고, 상기 연속 파일럿 인덱스 발생 단계로부터 주파수 인덱스를 입력받아 파일럿 신호를 검출하는 제 1 연속 파일럿 검출 단계와, 상기 퓨리에 변환 단계로부터 신호를 입력받아 특성 시간만큼 시간 지연시키는 심볼 지연 단계와, 상기 심볼 지연 단계로부터 시간 지연된 신호를 입력받고, 상기 연속 파일럿 인덱스 발생 단계로부터 주파수를 입력받아 파일럿 신호를 검출하는 제 2 연속 파일럿 검출 단계와, 제 1 연속 파일럿 검출 단계와 상기 제 2 연속 파일럿 검출 단계로부터 출력되는 파일럿 신호를 입력받아 두 신호의 상관 간섭을 계산하는 상관도 검출 단계와, 상기 상관도 검출 단계로부터 상관 간섭량을 입력받고, 상기 연속 파일럿 인덱스 발생 단계로부터 주파수 인덱스를 입력받아 최대의 상관 간섭량이 발생되는 주파수 인덱스 값을 설정하여 광폭 추정 주파수 옵셋 신호를 발생하는 최대 상관값 설정 단계로 구성된다.The wide frequency offset estimation step includes a continuous pilot index generation step of generating a frequency index of a pilot signal in accordance with a center frequency of a carrier to be received, a signal relating to frequency characteristics input from the Fourier transform step, and the continuous pilot A first continuous pilot detection step of detecting a pilot signal by receiving a frequency index from the index generation step, a symbol delay step of receiving a signal from the Fourier transform step and time delaying by a characteristic time, and a signal delayed from the symbol delay step A second continuous pilot detection step of detecting a pilot signal by receiving a frequency from the continuous pilot index generation step, and receiving a pilot signal output from the first continuous pilot detection step and the second continuous pilot detection step; Two signals A correlation width detecting step for calculating a correlation interference, a correlation index amount is input from the correlation detection step, a frequency index value is input from the continuous pilot index generation step, and a frequency index value for generating a maximum correlation interference amount is set. And a maximum correlation value setting step for generating an estimated frequency offset signal.
상기 소폭 주파수 옵셋 추정 단계는 상기 광폭 주파수 옵셋 추정 단계에 의해 부반송파간의 주파수 간격의 ±0.5 배 내로 광폭 추정한 주파수 옵셋을 보정한 신호의 주파수 특성에 관한 신호를 상기 퓨리에 변환 단계로부터 입력받고, 상기 광폭 주파수 옵셋 추정 단계에서 광폭 추정이 완료되었음을 나타내는 광폭 지연 신호를 입력받아 연속적으로 파일럿을 검출하는 제 1 소폭 파일럿 검출 단계와, 상기 퓨리에 변환 단계로부터 광폭 추정한 주파수 옵셋을 보정한 신호의 주파수 특성에 관한 신호를 입력받아 특성 시간만큼 시간 지연시키는 심볼 지연 단계와, 상기 광폭 주파수 옵셋 추정 단계에서 광폭 지연 신호를 입력받아 인에이블로 사용하고, 상기 심볼 지연 단계로부터 시간 지연된 파일럿 신호를 입력받아 파일럿 신호를 검출하는 제 2 소폭 파일럿 검출 단계와, 상기 제 1 소폭 파일럿 검출 단계와 상기 제 2 소폭 파일럿 검출 단계로부터 출력되는 파일럿 신호를 입력받아 두 신호의 상관 간섭을 계산하는 소폭 상관도 검출 단계와, 상기 소폭 상관도 검출 단계로부터 상관 간섭량을 입력받아 최대값을 검출하는 최대 상관값 검출 단계와, 상기 광폭 주파수 옵셋 추정 단계에서 광폭 지연 신호를 입력받아 인에이블로 사용하고, 상기 최대 상관값 검출 단계로부터 최대의 상관값을 입력받아 부반송파간의 주파수 간격의 ±0.5 배 이하의 주파수 옵셋을 추정하여 소폭 추정 주파수 옵셋 신호를 발생하는 소폭 주파수 옵셋 검출 단계와, 상기 광폭 주파수 옵셋 추정 단계에서 광폭 지연 신호를 입력받아 인에이블로 사용하고, 상기 광폭 주파수 옵셋 추정 단계로부터 부반송파간의 주파수 간격의 ±0.5 배 내로 추정된 주파수를 입력받아 중심 주파수로 최소 주파수(-0.5)에서 최대 주파수(+0.5) 사이를 일정한 간격으로 변화되는 시험 보정 주파수 신호를 발생하여 상기 주파수 오류 정정 단계로 출력하는 시험 보정 주파수 발생 단계로 구성된다.In the narrow frequency offset estimating step, the wide frequency offset estimating step receives a signal related to a frequency characteristic of a signal whose frequency offset is corrected within ± 0.5 times the frequency interval between subcarriers, from the Fourier transform step. A first narrow pilot detection step of receiving a wide delay signal indicating that the width estimation has been completed in the frequency offset estimation step and continuously detecting the pilot; and a frequency characteristic of a signal having corrected the frequency offset estimated from the Fourier transform step. A symbol delay step of receiving a signal and time delaying by a characteristic time, and using a wide delay signal in the wide frequency offset estimation step as an enable, and receiving a pilot signal delayed from the symbol delay step to detect a pilot signal. 2nd narrow file A detection step, a narrow correlation detection step of receiving a pilot signal output from the first narrow pilot detection step and the second small pilot detection step and calculating correlation interference between the two signals, and the correlation from the narrow correlation detection step A maximum correlation value detecting step for detecting a maximum value by inputting an interference amount and a wide delay signal in the wide frequency offset estimation step for use as an enable, and receiving a maximum correlation value from the maximum correlation value detecting step for a subcarrier A narrow frequency offset detection step of generating a narrow estimated frequency offset signal by estimating a frequency offset of ± 0.5 times or less of a frequency interval therebetween, and receiving a wide delay signal in the wide frequency offset estimation step and using the enable as an enable, Within ± 0.5 times the frequency interval between subcarriers from the frequency offset estimation step A test correction frequency generation step of generating a test correction frequency signal that varies from a minimum frequency (-0.5) to a maximum frequency (+0.5) at a predetermined interval as a center frequency by receiving a frequency estimated as It consists of.
상기 미세 주파수 옵셋 추정 단계는 상기 소폭 주파수 옵셋 추정 단계에 의해 추정한 주파수 옵셋을 보정한 신호의 주파수 특성에 관한 신호를 상기 퓨리에 변환 단계로부터 입력받고, 상기 소폭 주파수 옵셋 추정 단계에서 소폭 추정이 완료되었음을 나타내는 소폭 지연 신호를 입력받아 연속적으로 파일럿을 검출하는 제 1 미세 파일럿 검출 단계와, 상기 퓨리에 변환 단계로부터 소폭 주파수 옵셋을 보정한 신호의 주파수 특성에 관한 신호를 입력받아 특성 시간만큼 시간 지연시키는 심볼 지연 단계와, 상기 소폭 주파수 옵셋 추정 단계에서 광폭 지연 신호를 입력받아 인에이블로 사용하고, 상기 심볼 지연 단계로부터 시간 지연된 파일럿 신호를 입력받아 파일럿 신호를 검출하는 제 2 미세 파일럿 검출 단계와, 상기 소폭 주파수 옵셋 추정 단계에서 광폭 지연 신호를 입력받아 인에이블로 사용하고, 상기 제 1 미세 파일럿 검출 단계와 상기 제 2 미세 파일럿 검출 단계로부터 출력되는 파일럿 신호를 입력받아 두 신호간의 위상차를 검출하는 미세 위상 검출 단계와, 상기 소폭 주파수 옵셋 추정 단계에서 광폭 지연 신호를 입력받아 인에이블로 사용하고, 상기 미세 위상 검출 단계로부터 입력되는 위상차를 이용하여 위상을 추적하여 위상차를 직류 전압 레벨로 출력시키는 위상 고정 루프 단계와, 상기 소폭 주파수 옵셋 추정 단계에서 광폭 지연 신호를 입력받아 인에이블로 사용하고, 상기 위상 고정 루프 단계로부터 입력되는 직류 전압 레벨에 해당하는 주파수 신호를 발생시키는 전압 제어 발진 단계로 구성된다.The fine frequency offset estimating step receives a signal relating to a frequency characteristic of a signal corrected by the narrow frequency offset estimating step from the Fourier transform step and completes the narrow estimation in the narrow frequency offset estimating step. A first fine pilot detection step of continuously receiving a pilot delay signal indicating the pilot signal; and a symbol delay for receiving a signal relating to a frequency characteristic of a signal having a small frequency offset corrected from the Fourier transform step and delaying the signal by a characteristic time And a second fine pilot detection step of receiving a wide delay signal for use in enable in the narrow frequency offset estimating step and detecting a pilot signal by receiving a time delayed pilot signal from the symbol delay step; In the offset estimation step A fine phase detection step of receiving a width delay signal and using the enable signal and detecting a phase difference between the two signals by receiving a pilot signal output from the first and second fine pilot detection steps; A phase locked loop step of receiving a wide delay signal in the frequency offset estimating step and using the enable signal and tracking the phase by using the phase difference input from the fine phase detecting step and outputting the phase difference to a DC voltage level; In the offset estimation step, a wide delay signal is input and used as an enable, and a voltage controlled oscillation step of generating a frequency signal corresponding to a DC voltage level input from the phase locked loop step.
이하에서는 본 발명에 따른 OFDM 전송 방식에서 주파수 동기 방법의 동작 절차를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, an operation procedure of the frequency synchronization method in the OFDM transmission method according to the present invention will be described in detail.
상기 광폭 주파수 옵셋 추정 단계에서는 부반송파간의 주파수 간격의 정수 배를 초과하는 주파수 옵셋이 발생한 경우에 수신하고자 하는 부반송파의 주파수를 검출함으로써 부반송파간의 주파수 간격의 ±0.5 배 내로 주파수 오류를 추정한다.In the wide frequency offset estimation step, a frequency error is estimated within ± 0.5 times the frequency interval between subcarriers by detecting a frequency of a subcarrier to be received when a frequency offset exceeding an integer multiple of the frequency interval between subcarriers occurs.
우선, 상기 연속 파일럿 인덱스 발생 단계에서는 OFDM 전송 방식에서 사용하는 모든 주파수 인덱스 값을 순차적으로 발생한다. 상기 제 1 연속 파일럿 검출 단계에서는 상기 퓨리에 변환 단계에서 출력되는 신호와 상기 연속 파일럿 인덱스 발생 단계에서 발생되는 주파수에 따라 각 파일럿 신호를 검출하고, 상기 제 2 연속 파일럿 검출 단계에서는 상기 심볼 지연 단계에서 시간 지연된 파일럿 신호에서 파일럿을 검출하게 된다. 이어서 상기 상관도 검출 단계에서는 상기와 같이 검출된 두 파일럿 신호의 상관도를 검출하게 되는데, 이 상관도는 상기 연속 파일럿 인덱스 발생 단계의 주파수 인덱스와 일치할 때 최대의 값을 출력하게 된다. 따라서, 상기 최대 상관값 설정 단계에서는 최대의 상관값을 나타내는 주파수 인덱스를 확보함으로써 부반송파간의 주파수 간격의 정수 배 이상의 주파수 옵셋을 ±0.5 배 내로 주파수 옵셋을 추정하여 광폭 추정 주파수 옵셋을 출력한다.First, in the continuous pilot index generation step, all frequency index values used in the OFDM transmission scheme are sequentially generated. In the first continuous pilot detection step, each pilot signal is detected according to the signal output in the Fourier transform step and the frequency generated in the continuous pilot index generation step, and in the symbol delay step in the second continuous pilot detection step. The pilot is detected in the delayed pilot signal. Subsequently, in the correlation detection step, the correlation between the two pilot signals detected as described above is detected. When the correlation matches the frequency index of the continuous pilot index generation step, the maximum value is output. Accordingly, in the maximum correlation value setting step, by obtaining a frequency index indicating the maximum correlation value, the frequency offset is estimated within ± 0.5 times the frequency offset of the frequency interval between the subcarriers and outputs a wide estimated frequency offset.
전술한 바와 같이, 부반송파간의 주파수 간격의 정수 배 이상의 주파수 옵셋을 ±0.5 배 내로 주파수 오류를 추정한 후에는 상기 광폭 지연 신호를 발생하여 상기 소폭 주파수 옵셋 추정 단계를 인에이블 시킨다.As described above, after estimating a frequency error within an integer multiple of ± 0.5 times the frequency interval between subcarriers, the wide delay signal is generated to enable the narrow frequency offset estimation step.
상기와 같이 상기 광폭 지연 신호에 의해 인에이블 되면, 상기 시험 보정 주파수 발생 단계에서는 상기 광폭 주파수 옵셋 추정 단계에서 추정된 주파수를 부반송파로 설정하여, 최소 주파수(-0.5)에서 최대 주파수(+0.5) 간을 일정한 간격으로 변화하는 주파수 신호를 발생시켜 상기 주파수 오류 정정 단계에 출력한다. 그리고, 제 1 소폭 파일럿 검출 단계와 제 2 소폭 파일럿 검출 단계에서는 상기 광폭 주파수 옵셋 추정 단계와 동일하게, 상기 퓨리에 변환 단계를 통해 정정된 주파수 신호를 입력받아 파일럿을 검출하고, 상기 소폭 상관도 검출 단계에서는 두 신호의 상관도를 검출하여 출력한다. 이어서, 상기 최대 상관값 검출 단계에서는 상기 소폭 상관도 검출 단계에서 출력되는 상관값을 입력받아 최대의 상관값이 발생되는 시험 보정 주파수 신호를 선택하게 된다.When enabled by the wide delay signal as described above, in the test correction frequency generating step, the frequency estimated in the wide frequency offset estimation step is set as a subcarrier, and the minimum frequency (−0.5) to the maximum frequency (+0.5) are used. Generates a frequency signal that changes at regular intervals and outputs the frequency signal to the frequency error correction step. In the first narrow pilot detection step and the second narrow pilot detection step, the pilot is detected by receiving the corrected frequency signal through the Fourier transform step, similarly to the wide frequency offset estimation step, and the narrow correlation detection step. Detects and outputs the correlation between two signals. Subsequently, in the maximum correlation value detection step, a correlation value output in the small correlation detection step is input to select a test correction frequency signal at which the maximum correlation value is generated.
따라서, 상기 소폭 주파수 옵셋 추정 단계에서는 상기 광폭 주파수 옵셋 추정 단계에서 부반송파간의 주파수 간격의 ±0.5 배 내로 추정된 주파수 옵셋을 시험 보정 주파수 신호에 의해 더욱 정확하게 추정함으로써 수신 신호의 주파수 옵셋에 근접하는 주파수 옵셋을 추정할 수 있게 된다.Accordingly, in the narrow frequency offset estimating step, the frequency offset estimated within ± 0.5 times the frequency interval between subcarriers in the wide frequency offset estimating step is more accurately estimated by a test corrected frequency signal, thereby making the frequency offset close to the frequency offset of the received signal. Can be estimated.
또한, 상기 소폭 주파수 옵셋 추정 단계에서 주파수 옵셋 추정이 완료되면 소폭 지연 신호를 발생하여 상기 미세 주파수 옵셋 추정 단계를 인에이블 시킨다. 상기 미세 주파수 옵셋 추정 단계에서는 상기 시험 보정 주파수 신호에 의해 근접하게 추정된 주파수 옵셋에 잔류하는 오류를 추적하여 정확하게 보정하는 기능을 수행한다. 상기 제 1 미세 파일럿 검출 단계와 제 2 미세 파일럿 검출 단계에서는 상기 광폭 주파수 옵셋 추정 단계와 상기 소폭 주파수 옵셋 추정 단계와 동일하게 연속적으로 파일럿 신호를 검출하고, 상기 미세 위상 검출 단계에서는 두 신호의 위상차를 검출한다. 이어서 상기 위상 고정 루프 단계에서는 상기 미세 위상 검출 단계에서 검출된 위상차를 보상할 수 있는 직류 전압 레벨의 신호를 발생하고, 이를 입력받은 상기 전압 제어 발진 단계에서는 전압 레벨에 비례하는 주파수 신호를 발생시켜 상기 주파수 오류 정정 단계에 출력함으로써 주파수 옵셋 추정을 완료하게 된다.In addition, when the frequency offset estimation is completed in the narrow frequency offset estimation step, a narrow delay signal is generated to enable the fine frequency offset estimation step. The fine frequency offset estimating step tracks and accurately corrects an error remaining in the frequency offset estimated by the test correction frequency signal. In the first fine pilot detection step and the second fine pilot detection step, the pilot signal is continuously detected in the same manner as the wide frequency offset estimation step and the narrow frequency offset estimation step, and in the fine phase detection step, the phase difference between the two signals is determined. Detect. Subsequently, in the phase locked loop step, a signal having a DC voltage level capable of compensating for the phase difference detected in the fine phase detection step is generated, and in the voltage controlled oscillation step receiving the input, a frequency signal proportional to the voltage level is generated. Outputting the frequency error correction step completes the frequency offset estimation.
이상에서 설명한 본 발명에 의한 OFDM 전송 방식에서 주파수 동기 장치 및 방법에 따르면, OFDM 전송 방식에서 연속적으로 입력되는 파일럿 반송파(pilot carrier)를 이용하여 부반송파의 주파수 옵셋을 추정하여 보정함으로써, 반복적인 심볼 전송이 불필요하게 되어 전송 데이터의 효율이 높아지고 주파수 옵셋 추정을 위한 계산량이 줄어들게 되어 간단한 하드웨어로 구현이 가능하게 된다. 또한, 주파수 옵셋에 의해 수신 신호의 주파수가 OFDM 전송 방식의 주파수 범위 내에만 존재하면, 적은 계산량으로 인해 빠른 시간 내에 광폭, 소폭 및 잔류 주파수 옵셋을 단계적으로 정확하게 추정하여 향후 서비스가 예상되는 디지털 TV의 방송 품질을 향상시키고, 사용자의 만족도를 크게 향상시킬 수 있을 것이다.According to the frequency synchronization device and method in the OFDM transmission method according to the present invention described above, by repeatedly estimating the frequency offset of the sub-carrier by using a pilot carrier (pilot carrier) continuously input in the OFDM transmission method, repeated symbol transmission This makes the transmission data more efficient and reduces the amount of computation for frequency offset estimation, making it simple to implement in hardware. In addition, if the frequency of the received signal is only within the frequency range of the OFDM transmission scheme due to the frequency offset, it is possible to estimate the wide, narrow and residual frequency offsets step by step quickly and accurately due to the small amount of calculation. It will be able to improve broadcasting quality and greatly improve user's satisfaction.
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