KR100453696B1

KR100453696B1 - Improved Estimation Methods for Frequency Offset in Wireless Mobile Digital Communication System

Info

Publication number: KR100453696B1
Application number: KR10-2002-0027937A
Authority: KR
Inventors: 홍대기; 조진웅; 박철희; 주민철; 연규정; 박기현; 서경학
Original assignee: 전자부품연구원
Priority date: 2002-05-20
Filing date: 2002-05-20
Publication date: 2004-10-20
Also published as: KR20030089996A

Abstract

본 발명은 무선 이동 디지털 통신 시스템에서의 주파수 오프셋의 추정 방법으로서, (a) 각 부 채널에서 주파수 오프셋을 독립적으로 추정하는 단계와, (b) 각 주파수 오프셋의 추정 값을 다이버시티 결합하는 단계를 포함한다. 상기 추정 방법은 다중 입출력 채널 변조 시스템, 전송 다이버시티 시스템, 다중 부호 분할 다중 접속 시스템 또는 이진 부호 분할 다중 접속 시스템 등을 포함하는 다중 채널 시스템에 적용 가능하다. 본 발명에 의하면 다이버시티 이득을 얻을 수 있어 주파수 추정의 정확도를 현저히 개선할 수 있고, 이에 따라 다중 채널 시스템들의 스펙트럼 효율도 증가시킬 수 있다.A method of estimating frequency offset in a wireless mobile digital communication system, comprising: (a) independently estimating a frequency offset in each subchannel, and (b) diversity combining the estimated values of each frequency offset; Include. The estimation method is applicable to a multi-channel system including a multiple input / output channel modulation system, a transmission diversity system, a multiple code division multiple access system, a binary code division multiple access system, and the like. According to the present invention, diversity gain can be obtained, which can significantly improve the accuracy of frequency estimation, thereby increasing the spectral efficiency of multichannel systems.

Description

Improved Frequency Offset Estimation Method in Wireless Mobile Digital Communication System {Improved Estimation Methods for Frequency Offset in Wireless Mobile Digital Communication System}

본 발명은 무선 이동 디지털 통신 시스템에서의 주파수 오프셋의 추정 방법으로서, 다중 입출력 채널변조시스템, 전송 다이버시티 시스템, 다중부호분할 다중 접속 시스템 또는 이진 부호 분할 다중 접속 시스템 등을 포함하는 다중채널 시스템에서의 개선된 주파수 오프셋 추정 방법에 관한 것이다.The present invention provides a method for estimating a frequency offset in a wireless mobile digital communication system, which includes a multiple input / output channel modulation system, a transmission diversity system, a multiple code division multiple access system, a binary code division multiple access system, and the like. An improved frequency offset estimation method is provided.

종래의 통신 시스템은 일반적으로 하나의 송·수신 링크에 대하여 하나의 채널만을 할당하는 것이 일반적이다. 그러나 차세대 통신 시스템에서는 일반적으로 멀티미디어 대용량 테이터를 전송하기 위해 하나의 송·수신 링크에 대해서 여러 개의 채널을 할당하는 구조를 주로 사용하게 된다. 이때 각 채널은 부호 분할 다중 접속 시스템을 이용하거나 시·공간 처리 기법을 이용하게 되므로 하나의 링크에 할당된 여러 개의 채널은 각각 서로 독립적인 채널을 겪게 된다. 이럴 경우 잘못된 주파수 오프셋의 추정은 각 부 채널 모두에게 악 영향을 끼치게 된다. 이는 시공간 처리 블록에도 악 영향을 주게 되고 최종적으로 잘못된 시·공간 처리는 다중 채널 시스템에서의 스펙트럼 효율을 현저히 감소시키게 된다. 그러므로 다중 채널 시스템에서 주파수 오프셋의 추정은 단일 채널 시스템보다 훨씬 더 중요하다는 결론을지을 수 있다. 그럼에도 불구하고 다중 채널 시스템과 관련된 주파수 오프셋의 정확한 추정 방식 및 이를 이용한 반송파 위상의 추정 성능 향상에 관한 기술은 거의 전무한 실정이다.Conventional communication systems generally assign only one channel to one transmit / receive link. However, in the next generation communication system, in general, a structure in which multiple channels are allocated to one transmission / reception link for transmitting multimedia large data is mainly used. In this case, since each channel uses a code division multiple access system or a space-time processing technique, several channels allocated to one link may experience channels that are independent of each other. In this case, estimation of the wrong frequency offset will adversely affect both subchannels. This adversely affects the space-time processing block, and finally wrong space-time processing significantly reduces the spectral efficiency in a multi-channel system. Therefore, it can be concluded that the estimation of frequency offset in a multichannel system is much more important than in a single channel system. Nevertheless, there are almost no techniques for accurate estimation of frequency offsets associated with multi-channel systems and techniques for improving estimation performance of carrier phase using the same.

만일 다중 채널 시스템에서 각 부 채널에서 발생하는 주파수 오프셋이 모두 같다면 다중 채널 시스템에서 주파수 오프셋의 추정은 단일 채널과 완전히 동일해지므로 단일 채널에서 제안되었던 알고리즘들을 모두 그대로 적용할 수 있다. 그러나 이러한 종래의 알고리즘들은 다중 시스템에 있어서 적합한 알고리즘이라고 볼 수는 없다. 그 이유는 다중 안테나 시스템에서 각 부 채널에서의 주파수 오프셋이 모두 동일하다고 가정할 경우 다이버시티 이득을 얻기 위한 적절한 결합 방식을 사용할 수 있기 때문이다. 그러므로 다중 채널 시스템에서 충분한 스펙트럼 효율을 얻기 위해서는 다이버시티 결합을 이용하는 적절한 주파수 오프셋 추정 방식이 요구된다.If the frequency offsets occurring in each subchannel in the multichannel system are the same, the estimation of the frequency offset in the multichannel system is exactly the same as that of the single channel, so that all the algorithms proposed in the single channel can be applied as it is. However, these conventional algorithms are not suitable for multiple systems. This is because in a multi-antenna system, assuming that the frequency offsets in each subchannel are all the same, an appropriate coupling scheme for obtaining diversity gain can be used. Therefore, in order to achieve sufficient spectral efficiency in a multi-channel system, an appropriate frequency offset estimation method using diversity combining is required.

본 발명에서는 각 부 채널마다 동일한 시스템 파라미터인 주파수 오프셋을 서로 독립적으로 추정함으로서 후에 수신 신호 전력의 크기에 따라서 결합(동일 이득 결합, 최대 비 결합, 최대선택 결합)하여 주파수 오프셋의 추정 정확도를 증가시키는 데에 목적이 있다.In the present invention, the frequency offset, which is the same system parameter, is estimated independently from each other, and then combined according to the magnitude of the received signal power (same gain coupling, maximum non-coupling, and maximum selection combining) to increase the estimation accuracy of the frequency offset. It has a purpose.

또한 본 발명은 정확한 주파수 오프셋의 추정을 통해 각 부 채널에서 위상 추정의 정확도를 증가시키고, 정확한 주파수 및 위상의 추정을 통해 정확한 시·공간 처리를 가능하게 함에 또 다른 목적이 있다.It is another object of the present invention to increase the accuracy of phase estimation in each subchannel through accurate estimation of frequency offset, and to enable accurate space-time processing through accurate estimation of frequency and phase.

도 1은 본 발명에 따른 다중 입·출력 채널 변조 신호로부터 추정된 주파수 오프셋을 결합하는 장치의 개략 구성도1 is a schematic structural diagram of an apparatus for combining frequency offsets estimated from multiple input / output channel modulated signals according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 전송 다이버시티 신호로부터 추정된 주파수 오프셋을 결합하는 장치의 개략 구성도2 is a schematic structural diagram of an apparatus for combining a frequency offset estimated from a transmit diversity signal according to the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 다중 부호 분할 다중 접속 신호로부터 추정된 주파수 오프셋을 결합하는 장치의 개략 구성도3 is a schematic structural diagram of an apparatus for combining frequency offsets estimated from a multiple code division multiple access signal according to the present invention;

도 4는 본 발명에 따른 이진 부호 분할 다중 접속 신호로부터 추정된 주파수 오프셋을 결합하는 장치의 개략 구성도4 is a schematic structural diagram of an apparatus for combining frequency offsets estimated from binary code division multiple access signals according to the present invention;

도 5는 다중 입·출력 채널 변조시스템에서 다이버시티 결합방법에 따른 주파수 추정기의 성능을 시뮬레이션한 결과5 is a simulation result of the performance of the frequency estimator according to the diversity combining method in a multiple input and output channel modulation system

도 6은 전송 다이버시티 시스템을 대상으로 수행한 컴퓨터 시뮬레이션 결과6 is a computer simulation result for the transmission diversity system

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

100 : 사용자 데이터 110 : 직·병렬 변환기100: user data 110: serial-parallel converter

120 : 확산기 130 : 직교 부호 확산기120 spreader 130 orthogonal code spreader

140 : 변조기 150 : 복조기140: modulator 150: demodulator

160 : 역확산기 170: 주파수 오프셋 추정 및 결합기160: despreader 170: frequency offset estimation and combiner

180 : 시·공간 처리 수신기 200 : 시·공간 부호기180: space-time processing receiver 200: space-time encoder

210 : 시·공간 복호기 220 : 주파수 오프셋 추정기210: space-time decoder 220: frequency offset estimator

230 : 주파수 오프셋 결합기 240 : 수신 다이버시티 결합기230: frequency offset combiner 240: receive diversity combiner

300 : 사용자 데이터 301 : 직·병렬 변환기300: user data 301: serial-to-parallel converter

302 : 직교 부호 확산기 303 : 덧셈기302: orthogonal code spreader 303: adder

304 : 확산기 305 : 변조기304: diffuser 305: modulator

306 : 전력 증폭기 307 : 복조기306: power amplifier 307: demodulator

308 : 역확산기 309 : 직교 부호 역확산기308 despreader 309 orthogonal code despreader

310 : 주파수 오프셋 추정 및 결합기 311 : 적분기310: frequency offset estimation and combiner 311: integrator

312 : 결정기 313 : 병·직렬 변환기312: Determinant 313: bottle-serial converter

314 : 사용자 데이터 400 : 사용자 데이터314: user data 400: user data

401 : 직·병렬 변환기 402 : 직교 부호 확산기401: serial-to-parallel converter 402: orthogonal code spreader

403 : 덧셈기 404 : 신호 레벨 절단기403: Adder 404: Signal Level Cutter

405 : 확산기 406 : 변조기405 diffuser 406 modulator

407 : 전력 증폭기 408 : 복조기407: power amplifier 408: demodulator

409 : 역확산기 410 : 직교 부호 역확산기409 despreader 410 orthogonal code despreader

411 : 주파수오프셋 추정 및 결합기 412 : 적분기411: frequency offset estimator and combiner 412: integrator

413 : 결정기 414 : 병·직렬 변환기413 Determinant 414 Bottle-to-Serial Converter

본 발명은 무선 이동 디지털 통신 시스템에서의 주파수 오프셋의 추정 방법으로서, 다중 입출력 채널 변조 시스템, 전송 다이버시티 시스템, 다중 부호 분할 다중 접속 시스템 또는 이진 부호 분할 다중 접속 시스템 등을 포함하는 다중 채널 시스템에서의 개선된 주파수 오프셋 추정 방법을 포함한다.The present invention provides a method for estimating a frequency offset in a wireless mobile digital communication system, and includes a multiple input / output channel modulation system, a transmission diversity system, a multiple code division multiple access system, or a binary code division multiple access system. An improved frequency offset estimation method is included.

상기 개선된 주파수 오프셋의 추정 방법은 각 부 채널에서 주파수 오프셋을 독립적으로 추정하는 단계와, 각 주파수 오프셋의 추정 값을 다이버시티 결합하는 단계를 포함한다.The improved method of estimating frequency offset includes estimating frequency offset independently in each subchannel and diversity combining the estimated values of each frequency offset.

본 발명의 제 1측면과 제 2측면의 바람직한 실시예로서 다중 입출력 채널 변조 시스템과 전송 다이버시티 시스템의 주파수 오프셋의 추정은 하기 식으로부터 결정된다.As a preferred embodiment of the first and second aspects of the present invention, the estimation of the frequency offset of the multiple input / output channel modulation system and the transmission diversity system is determined from the following equation.

상기 식 중은 결합 전에 각 부 채널(l번째 송신 안테나에서 m번째 수신 안테나로 수신되는 부 채널)에서 기존의 방법으로 추정된 주파수 오프셋의 추정 값이며,는 결합 후의 주파수 오프셋의 추정 값이다. M은 수신 안테나의 수, L은 송신 안테나의 수를 의미한다. 또한은 정규화 된 각 부 채널의 수신 신호 전력을 의미한다.In the above formula Is an estimated value of the frequency offset estimated by the conventional method in each subchannel (the subchannel received from the lth transmit antenna to the mth receive antenna) before combining, Is an estimated value of the frequency offset after combining. M is the number of receiving antennas, L is the number of transmitting antennas. Also Denotes the received signal power of each subchannel normalized.

상기 식으로부터 만일을 실제로 측정하여 사용할 경우 이는 최대 비 결합이고, l과 m에 관계없이을 모두 1이라고 하면 이는 동일 이득 결합이며,중 가장 큰 하나의 값만 1로 하고 나머지를 모두 0라고 하면 최대 선택 결합이 된다.From the above formula If we actually measure and use, then this is the maximum non-binding, regardless of l and m If all are 1, this is the same gain combination, If only one of the largest value is 1 and all others are 0, it is the maximum selective combination.

본 발명의 제 3측면과 제 4측면의 바람직한 실시 예로서 다중 부호 분할 다중 접속 시스템과 이진 부호 분할 다중 접속 시스템의 주파수 오프셋의 추정은 하기 식으로부터 결정된다.As a preferred embodiment of the third and fourth aspects of the present invention, the estimation of the frequency offset of the multiple code division multiple access system and the binary code division multiple access system is determined from the following equation.

상기 식 중은 결합 전에 각 부 채널(m번째 직교 코드에 의한 부 채널)에서 기존의 방법으로 추정된 주파수 오프셋의 추정 값이며,는 결합 후의 주파수 오프셋의 추정 값이다. M은 부 채널의 수를 의미한다.는 상기 제 1측면과 제 2측면의 바람직한 실시예에서 설명한 바와 같다.In the above formula Is an estimated value of the frequency offset estimated by the conventional method in each subchannel (the subchannel by the mth orthogonal code) before combining, Is an estimated value of the frequency offset after combining. M means the number of subchannels. Is as described in the preferred embodiment of the first side and the second side.

상기 각 부 채널에서의 주파수 오프셋의 추정은 종래의 다양한 알고리즘(예를 들면, 시간축에서는 각 수신 샘플의 상관을 이용하는 M&M 알고리듬이 있다. 또한 주파수 축에서는 이산 푸리에 변환을 이용하여 주파수 오프셋을 추정할 수 있다)을 이용해 수행될 수 있다.Estimation of the frequency offset in each sub-channel has a variety of conventional algorithms (e.g., M & M algorithm using the correlation of each received sample on the time axis. In addition, the frequency offset can be estimated using a discrete Fourier transform on the frequency axis. Can be performed using the

소정 알고리즘을 통해 추정된 각 부 채널에서의 주파수 오프셋은 다이버시티 이득을 얻기 위해 소정의 방법으로 결합되며, 바람직하기로는 각 채널 수신 신호전력의 크기를 기준으로 동일 이득 결합, 최대 비 결합 또는 최대 선택 결합 방식 중에서 선택되어 수행되어진다.Frequency offsets in each subchannel estimated by a predetermined algorithm are combined in a predetermined way to obtain diversity gain, preferably equal gain combining, maximum non-coupling, or maximum selection based on the magnitude of each channel received signal power. It is chosen from among the combination modes.

이하 본 발명의 구체적인 내용을 상기 예시된 4가지 시스템을 통해 설명하기로 한다.Hereinafter, specific details of the present invention will be described through the four systems exemplified above.

Ⅰ. 다중 입·출력 채널 변조 시스템I. Multiple Input / Output Channel Modulation System

본 발명의 제 1측면에 의한 다중 입·출력 채널 변조 시스템의 전체적인 구조가 도 1에 도시되어 있다.The overall structure of a multiple input / output channel modulation system according to the first aspect of the present invention is shown in FIG.

먼저 높은 전송률의 사용자 데이터 열(100)이 직·병렬 변환기(110)에 의해 NL개의 열(substream)들로 나뉘어지고 n(n=1, ... , N)번째 그룹의 L개의 열이 확산기(120)에 의해 n번째의 확산 코드로 확산된다.First, the high data rate user data column 100 is divided into NL substreams by the serial-to-parallel converter 110, and the L columns of the n (n = 1, ..., N) th group are spreaders. By 120, it is spread to the nth spreading code.

각 그룹의 l(l=1, ... , L)번째 열은 송신단에서 합산되어 l번째 송신 안테나를 통해 전송되므로 동일한 코드로 확산된 열은 서로 다른 송신 안테나로 송신된다. 서로 직교하는 파일럿 심벌들로 이루어진 개별 파일럿이 직교 부호 확산기(130)에 부가되어 채널 파라미터들의 추정을 돕게 된다.Since the l (l = 1, ..., L) th columns of each group are summed at the transmitter and transmitted through the lth transmit antenna, the columns spread with the same code are transmitted to different transmit antennas. Individual pilots of pilot symbols orthogonal to each other are added to the orthogonal code spreader 130 to assist in the estimation of channel parameters.

마지막으로 파일럿과 심벌 열은 변조기(140)에 의해 동일한 오실레이터로부터 생성된 반송파를 변조하게 된다.Finally, the pilot and symbol strings modulate carriers generated from the same oscillator by the modulator 140.

동일한 코드를 공유하는 L개의 열을 서로 구분하기 위해, 수신기는 다중 수신 안테나와 시·공간 신호 처리(180)를 이용한다. 수신기는 모든 LM개의 송·수신 안테나 쌍에서의 주파수 오프셋을 종래의 M&M 알고리듬이나 이산 푸리에 변환 알고리듬을 이용하여 독립적으로 추정(170)하여 동기 검파를 수행한다.To distinguish the L columns that share the same code from each other, the receiver uses multiple receive antennas and space-time signal processing 180. The receiver independently estimates 170 frequency offsets of all LM transmit / receive antenna pairs using conventional M & M algorithms or discrete Fourier transform algorithms to perform synchronous detection.

본 발명의 주요부는 개선된 주파수 오프셋 추정 과정에 있으며, 이 이외의 타 구성은 이미 공지되어 있다. 주파수 오프셋은 직교 왈쉬 코드로 이루어진 L개의 파일럿으로부터 추정해 낼 수 있다. 추정된 오프셋은 시·공간 처리 블록으로 입력된다.The main part of the present invention is in the process of improved frequency offset estimation, other configurations are already known. The frequency offset can be estimated from L pilots of orthogonal Walsh codes. The estimated offset is input to the space-time processing block.

주파수 오프셋 추정을 위해서는 먼저 각 부 채널 마다 주파수 오프셋(, 단, 그리고)들을 기존의 알고리듬(M&M 또는 이산푸리에 변환 등)을 이용해 추정하여야 한다.In order to estimate the frequency offset, first, for each subchannel, , only , And ) Should be estimated using existing algorithms (such as M & M or Discrete Fourier Transform).

상기 각 부 채널에서의 주파수 오프셋의 추정은 상기 예시한 M&M 또는 이산 푸리에 변환 등을 포함하는 기존의 다양한 알고리즘이 이용될 수 있으므로 본 발명에서는 종래의 주파수 오프셋 추정 방식에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.As the estimation of the frequency offset in each of the sub-channels, various conventional algorithms including the above-described M & M or Discrete Fourier Transform can be used, and thus the detailed description of the conventional frequency offset estimation method will be omitted. .

본 발명의 개선된 방식에 의하면 추정된 각 주파수 오프셋 값은 추정 정확도의 개선을 위해 상호 결합될 것이 요구된다. 추정된 주파수 오프셋 값은 다이버시티 이득을 얻기 위해 아래와 같이 결합될 수 있다.According to an improved scheme of the present invention, each estimated frequency offset value is required to be combined with each other to improve the estimation accuracy. The estimated frequency offset values can be combined as follows to obtain diversity gain.

상기 결합 방식에서 L은 송신 다이버시티 결합과 관련되며, M은 수신 다이버시티 결합과 관련된다. 즉 본 발명에 의한 주파수 오프셋의 추정은 송·수신 다이버시티 결합을 모두 포함한다. 이때 결합하는 방식은 앞서 기술한 동일 이득 결합, 최대 비 결합, 최대 선택 결합 등의 방식들을 이용할 수 있다. 위와 같은 세 가지결합 방식에 의해 다이버시티 이득이 생기므로 주파수 추정의 정확도는 현저히 증가하며 이에 따라 다중 채널 시스템의 스펙트럼 효율도 증가시킬 수 있다. 이는 후술하는 본 발명의 실시예를 통해 입증하기로 한다.In the combining scheme, L is related to transmit diversity combining and M is related to receive diversity combining. In other words, the estimation of the frequency offset according to the present invention includes both transmit and receive diversity combining. In this case, the combining method may use the same gain combining, maximum non-coupling, and maximum selective combining described above. As the diversity gain is generated by the above three combination methods, the accuracy of the frequency estimation is significantly increased, thereby increasing the spectral efficiency of the multi-channel system. This will be demonstrated through the embodiments of the present invention described below.

Ⅱ. 전송 다이버시티 시스템II. Transmission diversity system

본 발명의 제 2측면에 의한 실시예로서 송·수신 안테나가 각각 2개인 경우의 전송 다이버시티 시스템의 구조가 도 2에 도시되어 있다.As an embodiment according to the second aspect of the present invention, the structure of the transmission diversity system in the case of two transmitting and receiving antennas is shown in FIG.

도 2로부터 잡음이 전혀 없는 환경에서 짝수 배 표본화 순간에서의 시·공간 부호화(200)된 수신 신호는 아래와 같이 표현될 수 있다.From FIG. 2, the received signal subjected to space-time encoding 200 at an even-numbered sampling instant in the noise-free environment may be expressed as follows.

또한 홀수 배 표본화 순간에서의 수신 신호는 아래와 같이 표현된다.In addition, the received signal at odd times of sampling is expressed as follows.

여기서 h_m,l(n)은 l번째 송신 안테나와 m번째 수신 안테나 사이의 채널 응답이다. s_l은 l번째 시·공간 블록 부호화된 파일럿 심벌이며 아래와 같이 주어진다.Where h _{m, l} (n) is the channel response between the l th transmit antenna and the m th receive antenna. s _l is the l-th space-time block coded pilot symbol and is given as follows.

s₁(2n)=s₂(2n)=s₁(2n+1)=-s₂(2n+1)=e^jθ s ₁ (2n) = s ₂ (2n) = s ₁ (2n + 1) =-s ₂ (2n + 1) = e ^jθ

여기서 θ는 변조되지 않은 파일럿 심벌이다.Where θ is an unmodulated pilot symbol.

부호화 방식에 따라 수신단에서 부호화 방식에 따른 적절한 시·공간 복호과정(210)을 이용함으로서 주파수 오프셋의 추정이 가능하다.According to the coding scheme, the receiver may estimate the frequency offset by using an appropriate space-time decoding process 210 according to the coding scheme.

부호화 및 복호화는 여러 가지 다른 방식으로 수행될 수 있다. 다만 여러 송신 신호가 합쳐서 수신되었을때 각 부 채널을 겪은 신호들로 분리해 낼 수 있으면 된다. 상기 식은 그 중 가장 대표적인 한가지 경우만을 표현한 것이다.Encoding and decoding can be performed in many different ways. However, when multiple transmission signals are received together, they can be separated into signals that have undergone each subchannel. The above expression represents only one of the most representative cases.

상기의 블록 부호화 및 복호화는 송수신 안테나의 개수가 2×2인 경우에만 대표적으로 나타낸 것이며, 일반적인 경우 (M×M)로 확장될 수 있음은 물론이다.The above block encoding and decoding is representatively shown only when the number of transmitting and receiving antennas is 2 × 2, and may be extended to (M × M) in general.

위와 같이 각 부 채널로 수신된 수신신호로부터 주파수 오프셋을 적절한 기존의 주파수 오프셋 추정(220) 기술들을 이용하여 아래와 같이 추정되었다고 하자.Assume that the frequency offset from the received signal received in each subchannel as described above is estimated using the existing conventional frequency offset estimation techniques.

, 단 l=1,2, 그리고 m=1,2 , Where l = 1,2, and m = 1,2

추정된 주파수 오프셋 값은 추정 정확도의 개선을 위해 결합된다. 바람직하기로는 추정된 주파수 오프셋 값은 다이버시티 이득을 얻기 위해 아래와 같이 결합(430, 440)될 수 있다.The estimated frequency offset values are combined to improve the estimation accuracy. Preferably, the estimated frequency offset values can be combined (430, 440) as follows to obtain diversity gain.

상기 결합 방식에서 l은 송신 다이버시티 결합과 관련되며, m은 수신 다이버시티 결합과 관련된다(도면에는 L=M=2인 경우가 도시되어 있다). 즉 본 발명은 상기와 같이 추정의 정확도 개선을 위해 송·수신 다이버시티 결합을 모두 포함하고 있다. 상기 실시예는 부 채널의 개수 L과 수신안테나의 개수 M을 각각 2개로 한 예가 도시하고 있으나 상기 기재로부터 당업자라면 그 이상의 개수로도 확장이 가능함을 알 수 있을 것이다.In the combining scheme, l relates to transmit diversity combining and m relates to receive diversity combining (shown in the figure is L = M = 2). That is, the present invention includes both transmit and receive diversity combinations to improve the accuracy of the estimation as described above. The above embodiment shows an example in which the number L of subchannels and the number M of receiving antennas are two, respectively, but it will be appreciated by those skilled in the art that the number of subchannels can be extended to more than that.

이때 결합하는 방식은 다중 입·출력 채널 변조 시스템에서와 마찬가지로 동일 이득 결합, 최대 비 결합, 최대 선택 결합 등의 방식들을 이용할 수 있다.In this case, as in the multiple input / output channel modulation system, the combining method may use the same gain coupling, maximum non-coupling, and maximum selective coupling.

Ⅲ. 다중 부호 분할 다중 접속 시스템III. Multiple code division multiple access system

본 발명의 제 3측면에 의한 다중 부호 분할 다중 접속 시스템의 전체적인 구조가 도 3에 도시되어 있다.The overall structure of a multiple code division multiple access system according to a third aspect of the present invention is shown in FIG.

사용자 데이터(300)는 직·병렬 변환기(301)에 의해 부 채널로 구분되고 각 부 채널은 직교 부호 확산기(302)에 의해 확산된다. 그 후 덧셈기(303)에 입력되어 칩별 덧셈이 수행된다. 그 후 확산기(304, 실제로는 스크램블링의 효과) 및 변조기(305)를 통과시켜 다중 부호 분할 다중 접속 신호를 생성하고, 최종적으로 송신을 위해 전력 증폭기(306)를 통과시켜 송신한다.The user data 300 is divided into subchannels by the serial-to-parallel converter 301, and each subchannel is spread by the orthogonal code spreader 302. After that, it is input to the adder 303 and chip-by-chip addition is performed. It then passes through a spreader 304 (actually the effect of scrambling) and a modulator 305 to generate a multiple code division multiple access signal, which in turn passes through a power amplifier 306 for transmission.

수신기에서는 복조기(307)를 통과시켜 복조를 수행한다. 그 후 신호는 역확산기(308)를 통과하여, 각 부 채널마다의 직교코드(309)가 곱해짐으로써 각 부 채널로 구분되고 적분기(311) 및 결정기(312)를 통과하여 비트 단위로 복원된다. 여기서 주파수 오프셋 추정을 위해 직교 부호 역확산기(309)의 출력으로부터 각 부 채널의 주파수 오프셋을 추정(310)하면 앞서와 같이 아래와 같은 주파수 오프셋을 얻을 수 있다.The receiver performs demodulation through the demodulator 307. The signal is then passed through the despreader 308, multiplied by the orthogonal code 309 for each subchannel, divided into subchannels, and passed through the integrator 311 and the determiner 312 to recover bit by bit. . In this case, if the frequency offset of each subchannel is estimated 310 from the output of the orthogonal code despreader 309 to obtain the frequency offset, the following frequency offset can be obtained.

, 단 , only

추정된 주파수 오프셋 값은 추정 정확도의 개선을 위해 결합된다. 추정된 주파수 오프셋 값은 다이버시티 이득을 얻기 위해 아래와 같이 결합될 수 있다.The estimated frequency offset values are combined to improve the estimation accuracy. The estimated frequency offset values can be combined as follows to obtain diversity gain.

이때 결합의 방식은 다중 입·출력 채널 변조 시스템에서와 마찬가지로 동일 이득 결합, 최대 비 결합, 최대 선택 결합 등의 방식들을 이용할 수 있다.In this case, as in the multiple input / output channel modulation system, the coupling method may use the same gain coupling, maximum non-coupling, and maximum selective coupling.

Ⅳ. 이진 부호 분할 다중 접속 시스템Ⅳ. Binary Code Division Multiple Access System

본 발명의 제 4측면에 의한 이진 부호 분할 다중 접속 시스템의 전체적인 구조가 도 4에 도시되어 있다.The overall structure of the binary code division multiple access system according to the fourth aspect of the present invention is shown in FIG.

이진 부호 분할 다중 접속 시스템은 도 3에 도시되어 있는 다중 부호 분할 다중 접속 시스템의 구조와 신호 레벨 절단기(405)를 제외하고는 동일한 구성임을 알 수 있다. 따라서 제 3측면에 의한 본 발명의 개선된 주파수 오프셋의 추정 방법은 본 실시예에 그대로 적용되므로 이하 상세한 설명은 생략하기로 한다.It can be seen that the binary code division multiple access system has the same configuration except the signal level cutter 405 and the structure of the multiple code division multiple access system shown in FIG. Therefore, the method of estimating the improved frequency offset of the present invention by the third aspect is applied to the present embodiment as it is, and thus the detailed description thereof will be omitted.

이하 본 발명의 내용을 실시예를 통해 보다 상세히 설명하기로 한다. 다만 하기 실시예는 상술한 4가지 시스템 중에서 다중 입·출력 채널 변조시스템과 전송 다이버시티 시스템 만을 실험 대상으로 소개하고 있지만, 이들 결과는 나머지 시스템에도 동일하게 적용될 수 있음은 당업자에게 자명한 사실이라 할 것이므로 본 발명에서는 생략하기로 한다.Hereinafter, the contents of the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the following embodiment introduces only the multiple input and output channel modulation system and the transmission diversity system of the four systems described above as the experiment target, but it is obvious to those skilled in the art that these results can be equally applied to the remaining systems. It will be omitted in the present invention.

<실시예 1> 다중 입·출력 채널 변조시스템에서 다이버시티 결합방법에 따른 주파수 추정기의 성능 평가Example 1 Performance Evaluation of Frequency Estimator According to Diversity Coupling Method in Multiple Input / Output Channel Modulation Systems

도 5는 상기 본 발명의 다중 입·출력 채널 변조시스템을 대상으로 수행한 컴퓨터 시뮬레이션 결과이다. 본 발명의 다중 입·출력(MIMO) 안테나 시스템의 구현을 위한 전송 안테나의 개수는 1∼5개의 범위내에서 설정하였다. 채널 구분을 위해서 왈쉬 코드가 사용되었으며 이때 왈쉬 코드의 길이는 16과 32가 사용되었다.5 is a computer simulation result of the multiple input and output channel modulation system of the present invention. The number of transmit antennas for implementing a multiple input / output (MIMO) antenna system of the present invention is set within the range of 1 to 5. Walsh codes were used to distinguish the channels. Walsh codes were used for lengths of 16 and 32.

프리엠블, 즉 파일럿 심벌의 길이는 모두 32인 경우로 고정하였으며 결합 방법은 전술한 바와 같이 동일 이득 결합(EGC), 최대 비 결합(MRC), 최대 선택 결합(MSC)의 세 가지가 이용되었다.The preambles, that is, the lengths of the pilot symbols, are all fixed to 32. As described above, three methods of equal gain coupling (EGC), maximum ratio coupling (MRC), and maximum selection coupling (MSC) are used.

도 5에 의하면 다이버시티를 적용하지 않는 경우(Ο)와 MSC를 적용하는 경우(＊)에 성능이 거의 비슷함을 알 수 있다(더 정확히 말하자면 MSC의 경우가 약간 성능이 좋다). 그리고 EGC(＋)와 MRC(□)의 두 가지의 경우도 거의 동일한 성능 곡선이 그려지고 있음을 확인할 수 있다(이 경우에도 정확히 말하자면 MRC의 경우가 성능이 약간 우수하다).According to Fig. 5, it can be seen that the performance is almost the same when the diversity is not applied (Ο) and when the MSC is applied (*) (more precisely, the MSC is slightly better in performance). In addition, the two cases of EGC (+) and MRC (□) show almost identical performance curves. (In this case, MRC is slightly superior in performance.)

반면에 다이버시티를 사용하지 않은 경우와 EGC를 사용한 경우와의 성능 차이를 비교해 보면 EGC의 경우가 측면에서 약 7dB정도의 이득을 가짐을 알 수 있다. 이는 특히 전력 예산이 충분하지 못한 시스템에서 더욱 유용함을 시사한다.On the other hand, comparing the performance difference between the case without using diversity and the case with EGC shows that the case of EGC has a gain of about 7dB in terms of aspect. This is particularly useful in systems with insufficient power budgets.

따라서 상기 결과와 실제 시스템 구현시 하드웨어의 복잡도를 고려할 때 세 가지의 결합 방법 중에서 EGC의 경우가 보다 바람직한 것으로 평가할 수 있다.Therefore, in view of the above results and the complexity of the hardware in the actual system implementation, it can be evaluated that EGC is more preferable among the three combination methods.

<실시예 2> 전송 다이버시티 시스템에서 다이버시티 결합방법에 따른 주파수 추정기의 성능 평가<Embodiment 2> Performance Evaluation of Frequency Estimator According to Diversity Combination Method in Transmission Diversity System

도 6은 상기 본 발명의 전송 다이버시티 시스템을 대상으로 수행한 컴퓨터 시뮬레이션 결과이다. 송수신 안테나는 각각 2개로 설정하였으며, 파일럿 심벌은 변조되지 않은 것을 사용하였다. 파일럿 심벌의 길이는 16 및 32가 사용되었으며, 이에 따른 DFT의 크기는 8과 16을 적용하였다. 정규화된 주파수 오프셋은 0.0으로 설정하였다.6 is a computer simulation result of the transmission diversity system of the present invention. Two transmit and receive antennas were set, and pilot symbols were used that were not modulated. 16 and 32 pilot lengths were used, and 8 and 16 DFT sizes were applied. Normalized frequency offset was set to 0.0.

상기 시스템을 대상으로 한 실험결과 다이버시티가 없는 경우 주파수 오프셋 추정 성능이 좋지 않은 것으로 평가되었으나, 본 발명에 의한 다이버시티 결합의 경우에는 성능이 향상되었음을 알 수 있다.In the experiments with the system, it was evaluated that the frequency offset estimation performance is not good when there is no diversity, but in the case of diversity combining according to the present invention, the performance is improved.

전송 다이버시티 만을 적용한 경우 E_b/N_o에 대하여 3dB의 다이버시티 이득을 얻을 수 있었으며, 이는 저전력 예산을 가지는 시스템에 있어 매우 유용함을 시사한다. 뿐만 아니라 수신 다이버시티가 적용되는 경우 추가적으로 3dB 이득을 얻을 수 있음을 알 수 있다.When only transmit diversity is applied, a diversity gain of 3 dB is obtained for E _b / N _o , which is very useful for a system having a low power budget. In addition, it can be seen that an additional 3 dB gain can be obtained when receive diversity is applied.

본 발명에 의하면 주파수 오프셋의 추정 값을 결합하여 다이버시티 이득을 얻을 수 있어 주파수 추정의 정확도를 현저히 개선할 수 있고, 이에 따라 다중 채널 시스템의 스펙트럼 효율도 증가시킬 수 있다.According to the present invention, the diversity gain can be obtained by combining the estimated values of the frequency offsets, thereby remarkably improving the accuracy of the frequency estimation, thereby increasing the spectral efficiency of the multi-channel system.

Claims

delete

A method of estimating frequency offset in a wireless mobile digital communication system, comprising: independently estimating a frequency offset in each subchannel, and diversity combining the estimated values of each frequency offset,

The communication system may be a multiple input / output channel modulation system, transmission diversity system, multiple code division multiple access system, or binary code division multiple access system.

The method of claim 2,

Estimation of the frequency offset of the multiple input and output channel modulation system or transmission diversity system is determined by the following equation

Just in the above formula Is an estimate of the frequency offset in each subchannel (the subchannel received from the lth transmit antenna to the mth receive antenna) before combining, Is an estimated value of the frequency offset after combining, M is the number of receiving antennas, L is the number of transmitting antennas. Also Denotes the received signal power of each subchannel normalized.

The method of claim 2,

Estimation of the frequency offset of the multiple code division multiple access system or the binary code division multiple access system is determined from the following equation

In the above formula Is an estimate of the frequency offset in each subchannel before combining, Is the estimated value of the frequency offset after combining, M is the number of subchannels, Denotes the received signal power of each subchannel normalized.

The method of claim 2,

The combination of the estimated values of the respective frequency offsets is performed by the same gain combining, maximum non combining or maximum selective combining based on the power of each channel received signal.