KR100530262B1 - An apparatus for Phase Noise Suppression in the Wireless LAN Systems, and a method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 무선 랜 시스템의 위상잡음 제거 장치 및 그 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and method for removing phase noise of a wireless LAN system.
수십 기가 대역을 사용하는 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 무선 랜 시스템의 위상 잡음 제거 장치로서, 송수신된 OFDM 신호에 채널 부가잡음을 가산하는 가산기; 상기 채널 부가잡음이 더해진 OFDM 신호에 송신단 및 수신단의 발진기에서 발생한 위상잡음을 곱하는 곱셈기; 및 상기 채널 부가잡음과 위상잡음이 부가된 OFDM 신호로부터 위상잡음 전력 초기값과 위상잡음 변화율을 추정하여 최소 평균자승오차(Minimum Mean Square Error: MMSE) 방식으로 위상잡음을 제거하는 위상잡음 제거부(Phase Noise Suppression: PNS)를 포함한다. An apparatus for canceling phase noise in an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) wireless LAN system using several tens of gigabytes, comprising: an adder for adding channel added noise to a transmitted / received OFDM signal; A multiplier multiplying the OFDM signal to which the channel additional noise is added by the phase noise generated in the oscillators of the transmitter and the receiver; And a phase noise removing unit for estimating a phase noise power initial value and a phase noise change rate from the OFDM signal to which the channel additional noise and the phase noise are added to remove phase noise by a minimum mean square error (MMSE) method. Phase Noise Suppression (PNS).
이러한 본 발명에 따르면, 60㎓ OFDM 무선 랜 시스템에서 위상잡음에 의해서 발생되는 성능 저하를 방지할 수 있다.According to the present invention, it is possible to prevent performance degradation caused by phase noise in a 60 GHz OFDM WLAN system.
Description
본 발명은 무선 랜 시스템을 위한 위상잡음 제거 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 수십 기가 대역을 사용하는 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing: 직교주파수 분할 다중화) 무선 랜 시스템에서, 시스템 전체에 심각한 성능 저하를 가져오는 송신단과 수신단에서 발생하는 위상잡음을 효율적으로 제거하는 무선 랜 시스템을 위한 위상잡음 제거 장치 및 그 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and method for canceling phase noise for a wireless LAN system. More particularly, in an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) wireless LAN system using tens of gigabytes, The present invention relates to a phase noise canceling apparatus and method for a wireless LAN system that efficiently removes phase noise generated at a transmitting end and a receiving end resulting in performance degradation.
기존의 OFDM 시스템에서는 위상잡음이 매우 작다는 가정하에 를 이용해서 위상잡음을 해석했는데, 송수신단의 발진기의 위상잡음이 무시할 수 없을 만큼의 큰 값을 갖는다면, 보다 정확한 해석을 해야 한다.Under the assumption that the phase noise is very small in the conventional OFDM system If the phase noise is analyzed by using, but the phase noise of the oscillator of the transmitter / receiver has a value that cannot be ignored, more accurate analysis should be performed.
즉, 송수신단의 위상잡음과 채널의 부가잡음을 모두 고려하여 해석해야 한다. 기존의 잡음제거 방법에서는 필요한 여러 가지 매개변수를 추정하는데 신뢰도와 안정성이 떨어지는 단점이 있다. 따라서 보다 정확한 잡음 제거 해석을 바탕으로 한 위상잡음 제거 방법이 필요한 실정이다.In other words, both the phase noise of the transceiver and the additional noise of the channel should be considered. In the conventional noise reduction method, reliability and stability are inferior in estimating various necessary parameters. Therefore, there is a need for a phase noise cancellation method based on a more accurate noise cancellation analysis.
한편, 종래 기술로서, S. Wu 등에 의해 2002년 12월에 IEEE Communication Letters지의 제6권 535 내지 537 페이지에 "A phase noise suppression algorithm for OFDM-based WLANs"라는 명칭의 논문을 게재되었으며, OFDM WLAN 시스템에서 위상잡음을 제거하기 위해서, 근사화된 SNR의 감쇠인자에 근간을 둔 MMSE 기반의 위상잡음 제거기를 구성함으로써, 5GHz 대역의 OFDM WLAN 시스템에서 위상잡음을 제거할 수 있는 것을 개시하고 있다.On the other hand, as a prior art, a paper entitled "A phase noise suppression algorithm for OFDM-based WLANs" was published by S. Wu et al. In December 2002 on pages 6, 535 to 537 of IEEE Communication Letters. In order to eliminate phase noise in a system, a MMSE-based phase noise canceller based on an attenuation factor of an approximated SNR is disclosed, and it is disclosed that phase noise can be eliminated in an OFDM WLAN system in a 5 GHz band.
그러나 선행 논문에 의하면, 위상잡음이 매우 작다는 가정하에 근사화된 SNR의 감쇠인자에 근간을 둔 MMSE 기반의 위상잡음 제거기를 구성하고 있기 때문에, 보다 위상 잡음이 심한 수십 기가 대역을 사용하는 OFDM WLAN 시스템에 적용하기에는 문제점이 심각하다.However, according to the previous paper, an MMSE-based phase noise canceller based on the attenuation factor of the approximated SNR under the assumption that the phase noise is very small, the OFDM WLAN system using several tens of giga bands with more phase noise The problem is serious to apply.
그러므로, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 무선 LAN 시스템 특히, 60㎓ 무선 랜 시스템에서 위상잡음에 의해서 발생되는 성능저하를 극복하기 위한 위상잡음 제거 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.Therefore, the technical problem to be achieved by the present invention is to solve the conventional problems, and to overcome the performance degradation caused by the phase noise in a wireless LAN system, in particular 60 GHz wireless LAN system and a phase noise removing device and method thereof It is to provide.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 구현이 용이한 무선 랜 시스템의 위상잡음 제거 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide an apparatus and method for removing phase noise of a wireless LAN system that can be easily implemented.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 특징에 따른 무선 랜 시스템의 위상잡음 제거 장치는, 수십 기가 대역을 사용하는 OFDM(직교주파수 분할 다중화) 무선 통신 시스템에 있어서, 송수신된 OFDM 신호에 채널 부가잡음을 가산하는 가산기; 상기 채널 부가잡음이 더해진 OFDM 신호에 송신단 및 수신단의 발진기에서 발생한 위상잡음을 곱하는 곱셈기; 및 상기 채널 부가잡음과 위상잡음이 부가된 OFDM 신호로부터 위상잡음 전력 초기값과 위상잡음 변화율을 추정하여 최소 평균자승오차(Minimum Mean Square Error: MMSE) 방식으로 위상잡음을 제거하는 위상잡음 제거부(Phase Noise Suppression: PNS)를 포함한다.In order to achieve the above technical problem, a phase noise removing apparatus of a wireless LAN system according to an aspect of the present invention, in the OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) wireless communication system using several tens of gigabytes, adding a channel to the transmitted and received OFDM signal An adder for adding noise; A multiplier multiplying the OFDM signal to which the channel additional noise is added by the phase noise generated in the oscillators of the transmitter and the receiver; And a phase noise removing unit for estimating a phase noise power initial value and a phase noise change rate from the OFDM signal to which the channel additional noise and the phase noise are added to remove phase noise by a minimum mean square error (MMSE) method. Phase Noise Suppression (PNS).
여기서, 상기 위상잡음 제거부는, 상기 채널 부가잡음과 위상잡음이 부가된 OFDM 신호로부터 채널을 추정하는 채널 추정기; 상기 채널 부가잡음과 위상잡음이 부가된 OFDM 신호로부터 공통 위상 오차(common phase error: CPE)를 추정하는 CPE 추정기; 상기 채널 부가잡음과 위상잡음이 부가된 OFDM 신호로부터 부반송파간 간섭(ICI:inter-carrier interference)과 잡음 전력 성분을 추정하는 ICI 및 잡음 전력 추정기; 및 상기 채널이 추정된 OFDM 신호에 대해 최소 평균자승오차(MMSE) 방식으로 채널의 왜곡 특성을 보정하는 MMSE 등화기를 포함한다.The phase noise canceller may include: a channel estimator estimating a channel from the OFDM signal to which the channel additive noise and the phase noise are added; A CPE estimator estimating a common phase error (CPE) from the OFDM signal to which the channel additive noise and the phase noise are added; An ICI and noise power estimator for estimating inter-carrier interference (ICI) and noise power components from the OFDM signal to which the channel additional noise and phase noise are added; And an MMSE equalizer for correcting a distortion characteristic of the channel in a minimum mean square error (MMSE) scheme with respect to the estimated OFDM signal of the channel.
이 경우, 상기 위상잡음 전력 초기값은 주기적으로 발생하는 방송용 신호의 프리앰블을 사용하여 구해지며, 하나의 OFDM 심볼에 포함된 파일럿 심볼을 이용하여 추정될 수 있다. 또한, 상기 위상잡음 변화율은 신호대 잡음비(SNR)가 클 경우에, 부반송파간 간섭(ICI) 에너지로 근사화하여 추정될 수 있다. In this case, the initial phase noise power value may be obtained using a preamble of a periodically generated broadcast signal, and may be estimated using pilot symbols included in one OFDM symbol. In addition, the phase noise change rate may be estimated by approximating the energy of the inter-carrier interference (ICI) when the signal-to-noise ratio (SNR) is large.
한편, 본 발명의 다른 특징에 따른 무선 랜 시스템을 위한 위상잡음 제거 방법은, 수십 기가 대역을 사용하는 OFDM 무선 통신 시스템의 위상잡음 제거 방법에 있어서, 송수신된 OFDM 신호에 채널 부가잡음을 가산하는 단계; 상기 채널 부가잡음이 더해진 OFDM 신호에 송신단 및 수신단의 발진기에서 발생한 위상잡음을 곱하는 단계; 및 상기 채널 부가잡음과 위상잡음이 부가된 OFDM 신호로부터 위상잡음 전력 초기값과 위상잡음 변화율을 추정하여 최소 평균자승오차(MMSE) 방식으로 위상잡음을 제거하는 단계를 포함한다.On the other hand, the phase noise removal method for a wireless LAN system according to another aspect of the present invention, in the phase noise removal method of an OFDM wireless communication system using several tens of gigabytes, adding the channel addition noise to the transmitted and received OFDM signal ; Multiplying the OFDM signal to which the channel additional noise is added by the phase noise generated in the oscillators of the transmitter and the receiver; And estimating a phase noise power initial value and a phase noise change rate from the OFDM signal to which the channel additional noise and the phase noise are added to remove phase noise by a minimum mean square error (MMSE) method.
이러한 본 발명에 따르면, 기존 방식의 복잡도를 줄이고 성능을 개선하기 위해, SNR의 감쇠인자의 정밀 분석에 근간을 둔 MMSE 기반의 위상잡음 제거기를 구성함으로써, OFDM WLAN 시스템에 안정적으로 위상잡음을 제거할 수 있게 된다.According to the present invention, in order to reduce the complexity and improve the performance of the conventional scheme, by constructing a MMSE-based phase noise canceller based on the precise analysis of the attenuation factor of the SNR, it is possible to stably remove phase noise in an OFDM WLAN system. It becomes possible.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
통상적으로 OFDM 시스템은 다중경로 환경에 강인하기 때문에 통신 시스템에 많은 연구와 응용이 이루어지고 있다. 그러나 위상잡음, 주파수 오프셋, PAPR (peak to averaged power ratio) 등과 같은 RF단의 비이상적인 특성에 의해서 성능의 저하가 많이 나타난다. 그 중에서도 송수신단의 국부 발진기에서 발생하는 위상잡음은 OFDM 시스템의 부반송파간의 직교성을 해치는 ICI를 증가시키는 요인으로 작용한다.In general, an OFDM system is robust to a multipath environment, and thus many researches and applications have been made in a communication system. However, due to the non-ideal characteristics of the RF stage, such as phase noise, frequency offset, and peak to averaged power ratio (PAPR), performance deteriorates a lot. Among them, the phase noise generated in the local oscillator of the transmitting and receiving end acts as a factor to increase the ICI which damages the orthogonality between subcarriers of the OFDM system.
본 발명은 60㎓ 무선 LAN 시스템에서의 위상잡음에 대한 이론적 해석과 OFDM 시스템에 SNR 측면에서 미치는 SNR 감쇠(SNR degradation)에 대해 분석하고, 이를 극복하기 위한 방법을 제시한다.The present invention analyzes the theoretical analysis of phase noise in a 60 GHz wireless LAN system and analyzes SNR degradation in terms of SNR in an OFDM system, and proposes a method for overcoming the SNR degradation.
도 1은 60㎓ OFDM 무선 LAN 시스템의 구성을 나타내는 블록도이며, 도 2는 본 발명에 따른 60㎓ OFDM 무선 LAN 시스템에서 위상잡음만 고려하여 간략화된 OFDM 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram showing the configuration of a 60 GHz OFDM wireless LAN system, and FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of an OFDM system simplified in consideration of phase noise in a 60 GHz OFDM wireless LAN system according to the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 통상적인 60㎓ OFDM 무선 LAN 시스템은, 먼저 송신부로서, IFFT 블록(120) 앞단에는 스크램블링/FEC 코딩/인터리빙 블록(111), QAM 매핑 블록(112), 파일럿 삽입 블록(133), 직/병렬 변환기(S/P: 134)가 구비되고, 상기 IFFT(120)을 거친 후, 병/직렬 변환기(P/S: 131), CP(Cyclic Prefix) 추가 블록(132), DAC(133), IQ 복조부(134), 곱셈기(136) 및 HPA(138)을 거쳐 송신이 이루어지며, 여기서, 도면부호 135 및 137은 위상잡음을 발생시키는 국부발진기를 나타낸다.As shown in FIG. 1, a typical 60 kHz OFDM wireless LAN system, as a transmitter, first includes a scrambling / FEC coding / interleaving block 111, a QAM mapping block 112, and a pilot insertion block in front of the IFFT block 120. 133, a serial / parallel converter (S / P: 134) is provided, and after passing through the IFFT 120, a parallel / serial converter (P / S: 131), a CP (Cyclic Prefix) additional block 132 The transmission is made via the DAC 133, the IQ demodulator 134, the multiplier 136, and the HPA 138, where reference numerals 135 and 137 denote local oscillators that generate phase noise.
또한, 수신부로서, FFT 블록(120) 앞단에는 LNA(141), 곱셈기(142), 자동이득 조정부(AGC: 144), 아날로그/디지털 변환기(ADC: 145), 타이밍 및 주파수 동기 블록(146), CP(Cyclic Prefix) 제거 블록(147), S/P 블록(148)이 구비되고, 상기 FFT 블록(120)을 거친 후에, P/S(151), 채널 보정 블록(152), QAM 디매핑(153) 및 디스크램블링/FEC 디코딩/디인터리빙 블록(154)을 거쳐 수신이 이루어지며, 여기서 도면부호 143은 위상잡음을 발생시키는 국부발진기를 나타낸다.In addition, as a receiver, an LNA 141, a multiplier 142, an automatic gain adjusting unit (AGC) 144, an analog / digital converter (ADC: 145), a timing and frequency synchronization block 146, are provided at the front end of the FFT block 120. Cyclic Prefix (CP) removal block 147, S / P block 148 is provided, and after passing through the FFT block 120, P / S 151, channel correction block 152, QAM demapping ( 153 and descrambling / FEC decoding / deinterleaving block 154, where reference numeral 143 denotes a local oscillator that generates phase noise.
본 발명에서 위상잡음의 이론적 해석을 위하여, 주파수 오프셋 추정, 타이밍 동기, 채널 추정 등이 모두 완벽하게 이뤄졌다고 가정하고, 본 발명에서 다루고 있는 위상잡음만을 고려하면, 전술한 도 1은 도 2와 같이 간략화된 OFDM 시스템으로 재구성할 수 있다.In order to theoretically analyze phase noise in the present invention, it is assumed that frequency offset estimation, timing synchronization, channel estimation, and the like are completely performed. Considering only the phase noise discussed in the present invention, FIG. It can be reconfigured to a simplified OFDM system.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 60㎓ OFDM 무선 LAN 시스템에서 위상잡음만 고려하여 간략화된 OFDM 시스템은, 직/병렬 변환기(S/P: 210), IFFT(220), 곱셈기(230) 및 FFT(240)으로 이루어질 수 있으며, x(n)는 OFDM 신호를 나타내며, r(n)은 위상잡음을 고려한 수신 신호를 나타내는데, 먼저 위상잡음에 대한 이론적 해석을 먼저 설명한 후, 상기 구성요소에 대해서는 후술하기로 한다.Referring to FIG. 2, the OFDM system simplified by considering only phase noise in the 60 kHz OFDM wireless LAN system according to the present invention includes a serial / parallel converter (S / P: 210), an IFFT 220, a multiplier 230, F (240), x (n) denotes an OFDM signal, r (n) denotes a received signal in consideration of phase noise. First, the theoretical interpretation of phase noise is described first, and then the components are described. It will be described later.
도 2를 다시 참조하면, 본 발명에 따른 60㎓ OFDM 무선 LAN 시스템에서 위상잡음만 고려하여 간략화된 OFDM 시스템에서, OFDM 신호는 다음과 같은 수학식 1로 표현할 수 있다.Referring back to FIG. 2, in the OFDM system simplified by considering only phase noise in the 60 GHz OFDM wireless LAN system according to the present invention, the OFDM signal may be represented by Equation 1 below.
이때, 수신단에서 위상잡음 을 고려하면 수신 신호는 다음과 같은 수학식 2와 같다.At this time, the phase noise at the receiving end Considering this, the received signal is expressed by Equation 2 below.
만일, 위상잡음 이 매우 작다고 가정하면 로 간략화할 수 있으며, 이를 이용해서 수신된 신호를 고속 퓨리에 변환(FFT)을 취하면 다음과 같다.If phase noise Assuming this is very small It can be simplified by using the fast Fourier transform (FFT) of the received signal as follows.
상기 수학식 3의 오차 성분(error term)인 는 다음과 같이 2가지의 경우를 생각해 볼 수 있다. 첫째로, 인 경우는,Is an error term of the equation (3) Consider two cases as follows. First, If is
로 표현될 수 있으며, 이는 모든 부반송파에 위상회전을 초래하는 공통 위상 오차(common phase error: CPE) 성분이다.It can be expressed as, which is a common phase error (CPE) component that causes phase rotation on all subcarriers.
둘째로, 인 경우는,Secondly, If is
로 표현될 수 있으며, 이는 하나의 부반송파 신호가 위상잡음의 영향으로 다른 부반송파로부터 ICI를 받는 것을 의미한다. 이것은 OFDM 시스템에서 부반송파들 간의 직교성을 저해하는 요인으로 작용하며, ICI 영향을 도식화하면 도 3과 같다.This means that one subcarrier signal receives ICI from another subcarrier under the influence of phase noise. This acts as a factor that inhibits orthogonality between subcarriers in an OFDM system. FIG. 3 illustrates the effect of ICI.
도 3은 60㎓ OFDM 무선 LAN 시스템에서 ICI의 영향을 설명하기 위한 도면으로서, 상기 ICI에 의해 직교성이 심각하게 저해되는 것을 알 수 있다.3 is a view for explaining the effect of the ICI in the 60 kHz OFDM wireless LAN system, it can be seen that the orthogonality is severely impaired by the ICI.
기존의 해석 방법은 위상잡음이 매우 작다는 가정 하에 를 이용해서 위상잡음을 해석했는데, 송수신단의 발진기의 위상잡음이 무시할 수 없을 만큼의 큰 값을 갖는다면, 보다 정확한 해석을 해야만 한다.The existing analysis method assumes that the phase noise is very small. If the phase noise of the oscillator of the transmitter / receiver is large enough to be negligible, a more accurate analysis must be performed.
따라서 송수신단의 위상잡음과 채널의 부가잡음을 모두 고려하면, 전술한 수학식 2는 다음과 같은 수학식 6으로 나타낼 수 있다.Therefore, considering both the phase noise of the transceiver and the additional noise of the channel, Equation 2 may be represented by Equation 6 below.
또한, 수신 신호의 FFT 연산 이후의 신호는 다음과 같게 된다.In addition, the signal after the FFT operation of the received signal is as follows.
만일, 인 두 가지의 경우로 생각하면 다음의 두 가지 경우로 나누어진다.if, Considering two cases, the following two cases are divided.
1) : 공통 위상오차(CPE)One) : Common phase error (CPE)
2) : 부반송파간 간섭(ICI)2) : Intercarrier Interference (ICI)
그리고 SNR 감쇠인자를 다음과 같이 정의하면,And if we define the SNR attenuation factor as
와 같고, 상기 수학식 10에서 은 각각 원하는 신호의 전력, 잡음의 전력, 위상잡음으로 인해 발생하는 잡음성분의 전력을 의미한다.Is equal to, and in Equation 10 Denotes the power of the noise component generated by the power of the desired signal, the power of the noise, and the phase noise, respectively.
상기 수학식 10의 각각의 잡음 성분들의 전력을 구해보면 다음과 같다.The power of each noise component of Equation 10 is obtained as follows.
그리고 상기 SNR 감쇠인자는 다음과 같이 표현된다.The SNR attenuation factor is expressed as follows.
또한, 위상잡음이 존재하는 OFDM 시스템의 SNR값은 다음과 같다.In addition, the SNR value of the OFDM system with phase noise is as follows.
마찬가지 방법으로 수신단을 고려한 위상잡음에 대한 SNR 감쇠인자와 SNR 값은 수학식 15 및 16과 같다.In the same manner, the SNR attenuation factors and SNR values for phase noise considering the receiver are shown in Equations 15 and 16.
한편, 종래의 기술 및 본 발명에 따른 OFDM 시스템에 주어진 SNR에 대한 위상잡음 변화율()에 대한 SNR 감쇠인자의 관계를 나타내면, 각각 도 4a 및 도 4b와 같다.Meanwhile, the rate of change of phase noise for an SNR given to an OFDM system according to the related art and the present invention ( The relationship of the SNR attenuation factor with respect to) is shown in FIGS. 4A and 4B, respectively.
도 4a 및 도 4b는 각각 종래의 기술 및 본 발명에 따라 주어진 SNR에서 위상잡음 변화율()에 대한 SNR 감쇠인자의 관계를 나타내는 도면으로서, 본 발명에 따른 경우, SNR 감쇠인자의 감쇠 폭이 줄어드는 것을 알 수 있다.4A and 4B show the rate of change of phase noise at a given SNR in accordance with the prior art and the invention, respectively. As a diagram showing the relationship of the SNR attenuation factor to), it can be seen that according to the present invention, the attenuation width of the SNR attenuation factor decreases.
또한, 최소 평균자승오차(MMSE: Minimum Mean Square Error) 관점에서 위상잡음 제거를 위한 방법은 도 5와 같이 설계할 수 있다.In addition, a method for removing phase noise in terms of minimum mean square error (MMSE) may be designed as shown in FIG. 5.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 60㎓ OFDM 무선 LAN 시스템을 위한 MMSE 위상잡음 제거 장치의 구성을 나타내는 도면이다.5 is a diagram illustrating a configuration of an MMSE phase noise canceller for a 60 kHz OFDM wireless LAN system according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 60㎓ OFDM 무선 LAN 시스템을 위한 MMSE 위상잡음 제거 장치는, 직병렬 변환기(S/P)(510), 상기 직병렬된 신호에 CP(Cyclic Prefix)를 추가하고 IDFT(inverse discrete fourier transform) 처리하여 출력하는 CP 추가 및 IDFT 변환부(520), 상기 CP 제거 및 DFT 변환부로부터 출력되는 신호를 채널링하여 출력하는 채널부(530), 상기 채널부로부터 출력되는 신호에 채널 부가잡음을 가산하는 가산기(540), 상기 채널 부가잡음이 더해진 신호에 송신단 및 수신단의 발진기에서 발생한 위상잡음을 곱하는 곱셈기(550), 상기 곱셈기로부터 출력되는 신호로부터 CP를 제거하고 DFT 처리하는 CP 제거 및 DFT 변환(560), 상기 CP 제거 및 DFT 변환부로부터 출력되는 신호를 동기처리하여 출력하는 동기부(57) 및 위상잡음 제거기(PNS: Phase Noise Suppression) 블록(580)으로 이루어진다. Referring to FIG. 5, the MMSE phase noise canceller for a 60 kHz OFDM wireless LAN system according to an exemplary embodiment of the present invention includes a serial / parallel converter (S / P) 510 and a cyclic prefix (CP) for the parallel and parallel signals. ) CP addition and IDFT conversion unit 520 for adding and processing IDFT (Inverse Discrete Fourier Transform), and channel unit 530 for channeling and outputting the signal output from the CP removal and DFT conversion unit. An adder 540 for adding channel added noise to the signal output from the multiplier, a multiplier 550 for multiplying the signal added with the channel added noise by the phase noise generated in the oscillators of the transmitter and the receiver, and removing the CP from the signal output from the multiplier. CP removal and DFT conversion 560 for performing DFT processing, and a synchronization unit 57 and a phase noise suppression block (PNS) block 580 for synchronizing and outputting a signal output from the CP removal and DFT conversion unit. to Is done.
여기서, 위상잡음 제거기 블록(580)은 MMSE 등화기(581), 채널 추정기(582), CPE 추정기(583)와 ICI와 잡음 전력 성분 추정기(584)로 구성되는데, 다른 구성요소들의 동작은 당업자에게 자명하며, 본 발명에 따른 위상잡음 제거기 블록(580)에 대해서만 구체적으로 설명하기로 한다.Here, the phase noise canceller block 580 is composed of an MMSE equalizer 581, a channel estimator 582, a CPE estimator 583, and an ICI and noise power component estimator 584, the operation of which other components are known to those skilled in the art. Obviously, only the phase noise canceller block 580 according to the present invention will be described in detail.
상기 위상잡음 제거기 블록(580)은 상기 채널 부가잡음과 위상잡음이 부가된 OFDM 신호로부터 채널을 추정하는 채널 추정기(582); 상기 채널 부가잡음과 위상잡음이 부가된 OFDM 신호로부터 공통 위상 오차(common phase error: CPE)를 추정하는 CPE 추정기(583); 상기 채널 부가잡음과 위상잡음이 부가된 OFDM 신호로부터 부반송파간 간섭(ICI)과 잡음 전력 성분을 추정하는 ICI 및 잡음 전력 추정기(584); 및 상기 채널이 추정된 OFDM 신호에 대해 최소 평균자승오차(MMSE) 방식으로 채널의 왜곡 특성을 보정하는 MMSE 등화기(581)로 이루어진다.The phase noise canceller block 580 includes: a channel estimator 582 estimating a channel from the OFDM signal to which the channel additive noise and the phase noise are added; A CPE estimator 583 estimating a common phase error (CPE) from the OFDM signal to which the channel additive noise and the phase noise are added; An ICI and noise power estimator 584 for estimating inter-carrier interference (ICI) and noise power components from the OFDM signal to which the channel additive noise and phase noise are added; And an MMSE equalizer 581 that corrects the distortion characteristics of the channel with a minimum mean square error (MMSE) method for the estimated OFDM signal of the channel.
본 발명에서 다루고 있는 위상잡음만을 고려하기 도 5를 다음과 같이 도 6으로 간략화할 수 있는데, 도 6은 본 발명에 따른 도 5에서 위상잡음만을 고려하는 MMSE 위상잡음 제거 장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.Considering only the phase noise covered by the present invention FIG. 5 can be simplified to FIG. 6 as follows. FIG. 6 shows a schematic configuration of an MMSE phase noise removing device considering only phase noise in FIG. 5 according to the present invention. Drawing.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 위상잡음만을 고려하는 MMSE 위상잡음 제거 장치는 S/P(610), IFFT(620), 채널부(630), 가산기(640), 곱셈기(650) 및 PNS(660)으로 이루어지게 되며, 이하, 도 6을 참조하여, MMSE 위상잡음 제거 장치 및 방법의 원리에 대해 설명하기로 한다.Referring to FIG. 6, the MMSE phase noise removing apparatus considering only phase noise according to an embodiment of the present invention includes an S / P 610, an IFFT 620, a channel unit 630, an adder 640, and a multiplier 650. ) And PNS 660, and the principle of the MMSE phase noise removing apparatus and method will be described below with reference to FIG.
먼저, m번째 OFDM 심볼의 n번째 샘플 은 다음 수학식 17과 같이 표현할 수 있다.First, the n th sample of the m th OFDM symbol May be expressed as in Equation 17 below.
여기서, 는 콘볼루션 연산자를 말한다. 이때, 상기 CP를 제거하고 고속 퓨리에 변환(FFT)을 취하면 수학식 18과 같이 된다.here, Refers to the convolution operator. In this case, if the CP is removed and the fast Fourier transform (FFT) is performed, Equation 18 is obtained.
또한, 본 발명에 따른 MMSE 등화기(581)를 사용함으로써, 수신된 신호는 다음 수학식 19와 같이 복원할 수 있다.In addition, by using the MMSE equalizer 581 according to the present invention, the received signal can be restored as shown in Equation 19 below.
여기서, 는 MMSE 표준 규격에 의해서 얻어지는데, 다음 수학식 20과 같다.here, Is obtained by the MMSE standard, which is expressed by Equation 20 below.
본 발명에 따른 60㎓ WLAN 시스템을 위한 위상잡음 제거기를 구현하기 위하여 위상잡음 전력 초기값()과 위상잡음 변화율()을 추정해야 한다. 우선, 를 추정하기 위하여, TDMA TDD 시스템이므로 주기적으로 발생하는 방송용 신호의 프리앰블을 사용하여 초기값 을 구하면, 다음 수학식 21과 같다.In order to implement a phase noise canceller for a 60 ㎓ WLAN system according to the present invention, ) And phase noise change rate ( ) Should be estimated. first, In order to estimate, since the TDMA TDD system uses the preamble of the broadcast signal periodically generated Is obtained by the following equation (21).
그리고 하나의 OFDM 심볼에 포함된 8개의 파일럿 심볼을 이용하여 을 추정하면 다음 수학식 22와 같다.And using eight pilot symbols included in one OFDM symbol Equation 22 is as follows.
여기서, α는 루프 인자이고 w는 웨이팅 값을 말한다.Where α is the loop factor and w is the weighting value.
또한, 본 발명에 따라 를 추정하기 위하여 우선 56개의 널 부채널을 사용하는 방법을 고려한다.In addition, according to the present invention In order to estimate, we first consider using 56 null subchannels.
상기 은 SNR이 클 경우에, ICI 에너지로 근사화할 수 있다. 상기 ICI 에너지 는 다음 수학식 23으로 표현할 수 있으며, 수학식 23의 근사화는 수신기 위상잡음만을 고려했을 때를 나타낸다.remind Can be approximated with ICI energy when the SNR is large. The ICI energy Equation 23 can be expressed by Equation 23, and the approximation of Equation 23 shows when only receiver phase noise is considered.
상기 SNR이 큰 경우, ICI 에너지가 상당히 클 것이므로 널(null) 부채널을 사용하여, ICI 에너지에 의한 위상잡음 변화율 추정값 을 다음 수학식 24처럼 근사화할 수 있다.If the SNR is large, the ICI energy will be quite large, so a null subchannel is used to estimate the phase noise change rate due to ICI energy. Can be approximated as
상기 ICI 에너지에 대한 추정값도 루프 필터를 사용하여, 본 발명에 따른 위상잡음을 제거하는 방법을 적용하면 다음 수학식 25와 같다.The estimated value for the ICI energy is also expressed by the following equation (25) using a loop filter to remove the phase noise according to the present invention.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 시뮬레이션을 위해서 전형적인 로렌츠 스펙트럼의 위상잡음을 발생시켰다. 이때, 상기 위상잡음의 레벨은 75㏈c/㎐@10㎑ 이고, 위상잡음 플로우는 115㏈c/㎐@1㎒ 이다. 이때, 채널 모델의 지연 스프레드(delay spread)는 50㎱으로 가정하였다. 또한, 변조는 16QAM 신호를 사용하였으며, SNR이 각각 20 및 30㏈일 때, ICI와 잡음 전력 스펙트럼을 구하면 도 7a 및 도 7b와 같다.On the other hand, the phase noise of the typical Lorentz spectrum is generated for the simulation according to the embodiment of the present invention. At this time, the level of the phase noise is 75 kHz / 10 @, the phase noise flow is 115 kHz / 1 MHz. At this time, it is assumed that the delay spread of the channel model is 50 ms. In addition, 16QAM signals are used for modulation, and when the SNRs are 20 and 30 dB, respectively, the ICI and the noise power spectrum are obtained as shown in FIGS. 7A and 7B.
도 7a 및 도 7b는 각각 본 발명에 따라 SNR이 각각 20㏈ 및 30㏈일 때의 ICI와 잡음 전력 스펙트럼을 추정한 것을 나타내는 도면으로서, 위상잡음이 없는 상태, 전형적인 위상잡음이 있을 때, 그리고 22㏈c/㎐의 위상잡음을 첨가했을 때, ICI와 잡음 전력 스펙트럼을 나타내고 있다.7A and 7B show the estimation of the ICI and noise power spectrum when the SNR is 20 Hz and 30 Hz, respectively, according to the present invention, in which there is no phase noise, when there is typical phase noise, and 22 The ICI and noise power spectrum are shown when the phase noise of c / k is added.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 위상잡음 제거 방법을 22㏈c/㎐에 적용할 경우, 심볼 오류율에 대한 성능 분석을 나타내는 도면으로서, 위상잡음이 없는 상태, 전형적인 위상잡음이 있을 때, 22㏈c/㎐의 위상잡음을 첨가했을 때, 그리고 22㏈c/㎐ 위상잡음에 본 발명에 따른 위상잡음 제거 방법을 적용했을 때, 각각의 심볼 오류율에 대한 성능을 나타내며, 본 발명에 따라 성능이 개선되었음을 알 수 있다.8 is a diagram illustrating performance analysis of a symbol error rate when the phase noise canceling method according to an exemplary embodiment of the present invention is applied to 22 dB / s. When no phase noise is present and typical phase noise exists, FIG. When the phase noise cancellation method according to the present invention is applied to the phase noise of ㏈c / ㎐ and 22㏈c / ㎐ phase noise, the performance for each symbol error rate is shown. It can be seen that the improvement.
결국, 본 발명은 60㎓ 무선 LAN 시스템에서 위상잡음에 의해서 발생되는 성능저하를 극복할 수 있다.As a result, the present invention can overcome the performance degradation caused by phase noise in a 60 GHz wireless LAN system.
위에서 발명을 설명하였지만, 이러한 실시예는 이 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이다. 이 발명이 속하는 분야의 숙련자에게는 이 발명의 기술 사항을 벗어남이 없어 위 실시 예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능함이 자명할 것이다. 그러므로 본 발명의 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 한정될 것이며, 위와 같은 변화 예나 변경 예 또는 조절 예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the invention has been described above, these examples are intended to illustrate rather than limit this invention. It will be apparent to those skilled in the art that various changes, modifications, or adjustments to the above embodiments are possible without departing from the technical details of the present invention. Therefore, the protection scope of the present invention will be limited only by the appended claims, and should be construed as including all such changes, modifications or adjustments.
이상에서와 같이 본 발명의 실시 예에 따르면, 60㎓ 무선 LAN 시스템에서 위상잡음에 의해서 발생되는 성능 저하를 효과적으로 방지할 수 있다.As described above, according to an embodiment of the present invention, it is possible to effectively prevent the performance degradation caused by phase noise in a 60 GHz wireless LAN system.
또한, 수신단에서 신호를 높은 신뢰성으로 복조를 수행할 수 있으며, 나아가 무선 랜 시스템 전체의 송수신 용량을 높일 수 있다. In addition, the receiving end can demodulate the signal with high reliability and further increase the transmission / reception capacity of the entire WLAN system.
또한, 위상 잡음 제거를 위한 기능 구현이 용이하게 이루어지며, 이러한 기능을 위한 집적 회로 제작시 소요 비용을 절감할 수 있다. 또한, 전력 소모에 민감한 무선 단말기에 적용될 경우 전력 소모를 보다 감소시킬 수 있다. In addition, it is easy to implement a function for removing phase noise, and it is possible to reduce the cost of manufacturing an integrated circuit for such a function. In addition, when applied to a wireless terminal sensitive to power consumption it can further reduce power consumption.
도 1은 60㎓ OFDM 무선 LAN 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram showing the configuration of a 60 GHz OFDM wireless LAN system.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 60㎓ OFDM 무선 LAN 시스템에서 위상잡음만 고려하여 간략화된 OFDM 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.2 is a block diagram illustrating a configuration of a simplified OFDM system in consideration of phase noise in a 60 GHz OFDM wireless LAN system according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3은 60㎓ OFDM 무선 LAN 시스템에서 ICI의 영향을 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining the effect of the ICI in the 60 kHz OFDM wireless LAN system.
도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의 실시 예에 따라 주어진 SNR에서 위상잡음 변화()에 대한 SNR 감쇠인자의 관계를 나타내는 도면이다.4A and 4B are diagrams illustrating phase noise changes in a given SNR according to an embodiment of the present invention, respectively. Is a diagram showing the relationship of the SNR attenuation factor with respect to
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 60㎓ OFDM 무선 LAN 시스템을 위한 MMSE 위상잡음 제거 장치의 구성을 나타내는 도면이다.5 is a diagram illustrating a configuration of an MMSE phase noise canceller for a 60 kHz OFDM wireless LAN system according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 도 5에서 위상잡음만을 고려하는 MMSE 위상잡음 제거 장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.6 is a diagram illustrating a schematic configuration of an MMSE phase noise removing apparatus considering only phase noise in FIG. 5 according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 7a 및 도 7b는 각각 본 발명의 실시 예에 따라 SNR이 각각 20㏈ 및 30㏈일 때의 ICI와 잡음 전력 스펙트럼을 추정한 것을 나타내는 도면이다.7A and 7B are diagrams illustrating the estimation of the ICI and the noise power spectrum when the SNRs are 20 dB and 30 dB, respectively, according to an embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 위상잡음 제거 방법을 22㏈c/㎐에 적용할 경우, 심볼 오류율에 대한 성능 분석을 나타내는 도면이다.8 is a diagram illustrating performance analysis of a symbol error rate when the phase noise removing method according to an exemplary embodiment of the present invention is applied to 22 dB / s.
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Families Citing this family (6)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101241824B1 (en) | 2011-08-09 | 2013-03-18 | 포항공과대학교 산학협력단 | A receiver of communication system for orthogonal frequency division multiplexing and Method for mitigate a phase noise in thereof |
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