KR100690086B1 - Iterative receiver and method for frequency offset estimation in coded ofdm system - Google Patents

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Abstract

직교 부호화 주파수 분할 다중 방식에서 데이터 부반송파의 기대값을 이용하여 주파수 오프셋을 추정함으로써 추정의 신속도 및 정확도를 높이고, 주파수 대역을 효율적으로 이용할 수 있는 주파수 오프셋 추정 방법 및 주파수 오프셋 추정을 위한 반복적 수신기(iterative receiver)가 제안된다.A frequency offset estimation method for estimating the frequency offset using the expected values of the data subcarriers in orthogonal coding frequency division multiplexing to increase the speed and accuracy of the estimation and efficiently using the frequency band, and an iterative receiver for frequency offset estimation. Iterative receiver is proposed.

본 발명의 직교 부호화 주파수 분할 다중 방식의 통신 시스템에서의 주파수 오프셋 추정 방법은, (a) 주파수 오프셋 추정값 및 채널 추정값의 초기치를 설정하는 단계; 및 (b) 복호 과정을 거친 비트들의 연판정(soft-decidion) 값을 얻은 후, 이를 이용하여 데이터 심볼의 기대값을 얻고, 상기 기대값을 이용하여 주파수 오프셋 추정값 및/또는 상기 채널 추정값을 갱신하는 반복계산(iteration) 과정을 적어도 1회 이상 반복 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.A frequency offset estimation method in an orthogonal coded frequency division multiplexing communication system of the present invention comprises the steps of: (a) setting an initial value of a frequency offset estimate and a channel estimate; And (b) obtaining a soft-decidion value of the bits that have undergone the decoding process, and using this to obtain an expected value of the data symbol, and using the expected value to update the frequency offset estimate and / or the channel estimate. It characterized in that it comprises the step of performing at least one iteration iteration (iteration) process.

COFDM, frequency offset, Intercarrier interference, iterative receiverCOFDM, frequency offset, Intercarrier interference, iterative receiver

Description

직교 부호화 주파수 분할 다중 방식 통신 시스템에서의 주파수 오프셋 추정을 위한 방법 및 반복적 수신기{ITERATIVE RECEIVER AND METHOD FOR FREQUENCY OFFSET ESTIMATION IN CODED OFDM SYSTEM}Method and Iterative Receiver for Frequency Offset Estimation in Orthogonal Coded Frequency Division Multiplexing Communication System

도 1은 일반적인 직교 부호화 주파수 분할 다중 방식을 위한 송신기를 나타내는 개략도이다.1 is a schematic diagram illustrating a transmitter for a general orthogonal coding frequency division multiplexing scheme.

도 2는 본 발명의 주파수 오프셋 추정을 위한 반복적 수신기의 한 실시예를 도시하는 개략도이다.2 is a schematic diagram illustrating one embodiment of an iterative receiver for frequency offset estimation of the present invention.

도 3은 본 발명의 주파수 오프셋 추정 방법을 적용하여, 다양한 주파수 오프셋이 존재하는 경우에 대한 성능 시험을 수행한 결과를 도시한다.3 shows the results of performing a performance test for a case where various frequency offsets are applied by applying the frequency offset estimation method of the present invention.

도 4는 본 발명의 주파수 오프셋 추정 방법을 적용하여, 백색 잡음 채널과 다중 경로 채널에서 고정된 주파수 오프셋 값에 대해 성능 시험을 수행한 결과를 도시한다. FIG. 4 shows the result of performing a performance test on a fixed frequency offset value in a white noise channel and a multipath channel by applying the frequency offset estimation method of the present invention.

도 5는 본 발명의 주파수 오프셋 추정 방법의 흐름을 나타낸다.5 shows a flow of the frequency offset estimation method of the present invention.

본 발명은 직교 부호화 주파수 분할 다중 방식에서의 주파수 오프셋 추정 방식 및 주파수 오프셋 추정이 가능한 수신기에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 직교 부호화 주파수 분할 다중 방식의 통신 시스템에서 주파수 오프셋이 존재하는 경우 이를 정확하게 추정하여 보상해주기 위한 주파수 오프셋 추정 방법 및 수신기에 관한 것이다.The present invention relates to a frequency offset estimation method and a receiver capable of frequency offset estimation in an orthogonal coded frequency division multiplexing method, and more particularly, to accurately estimate a frequency offset when an orthogonal coding frequency division multiplexing system exists. The present invention relates to a frequency offset estimation method and a receiver for compensation.

직교 주파수 분할 다중 방식(이하 'OFDM 방식'이라 함)은 주파수의 직교성(orthogonality)을 이용하여 신호를 전송하는 통신 방신으로써, DVB(Digital Video Broadcasting)와 무선 랜 등에서 현재 사용 중에 있으며, 이 방식을 이용하면 고속 이동시에도 부가데이터 서비스를 안정적으로 수신할 수 있어 차세대 이동 통신 시스템의 핵심 기술로 고려되고 있다.Orthogonal Frequency Division Multiplexing (hereinafter referred to as 'OFDM') is a communication method that transmits signals using orthogonality of frequencies, and is currently used in DVB (Digital Video Broadcasting) and wireless LAN. When used, it is considered as a core technology of next generation mobile communication system because it can stably receive additional data service even at high speed.

OFDM 시스템은 전체 전송 대역에 다수의 부반송파가 존재하게 되고 서로 다른 부반송파들 사이에 직교성이 성립되므로, 주파수 영역에서 신호를 만들어서 역이산 푸리에 변환(IDFT: inverse discrete Fourier transform)을 통해 시간 영역의 전송신호를 만든 후 채널로 전송한다.In the OFDM system, since a plurality of subcarriers exist in the entire transmission band and orthogonality is established between different subcarriers, a signal is generated in a frequency domain and an inverse discrete Fourier transform (IDFT) is used to generate a signal in the time domain. After creating a transmission to the channel.

수신기에서는 채널을 통해 수신된 신호에서 보호구간의 신호를 제거한 후 이산 푸리에 변환(DFT: discrete Fourier transform)하여 다시 주파수 영역으로 변환한 뒤 전송된 데이터 심볼을 복원하게 된다. The receiver removes the signal of the guard interval from the signal received through the channel, performs discrete Fourier transform (DFT), converts it back into the frequency domain, and restores the transmitted data symbol.

이 때 적절한 DFT 구간, 즉 보호구간 내에서 채널 지연에 의해 손상되지 않은 부분에서 DFT가 이루어지지 않으면 심볼간 간섭(ISI: inter symbol interference)이나 부반송파간 간섭(ICI: inter carrier interference)이 발생하며 원하는 수신 신호를 분리해 낼 수 없으므로, 적절한 DFT 구간을 찾아내는 심볼 동 기화 과정과, 채널 추정을 위한 파일럿의 검출, 데이터의 적절한 검출을 위해 프레임 간의 경계를 찾아내는 프레임 동기화 과정 등이 수행된다. 또한 일단 OFDM 신호에 동기가 맞추어지면 이 신호가 어느 셀에서 전송된 신호인가를 확인하는 셀 확인 과정도 요구된다. At this time, if the DFT is not performed in the proper DFT section, that is, the portion that is not damaged by the channel delay within the guard period, inter symbol interference (ISI) or inter-carrier interference (ICI) occurs. Since the received signal cannot be separated, a symbol synchronization process for finding an appropriate DFT interval, a pilot detection for channel estimation, a frame synchronization process for finding a boundary between frames for proper detection of data, and the like are performed. Also, once the synchronization with the OFDM signal is synchronized, a cell identification process for identifying which cell the signal is transmitted from is required.

직교 부호화 주파수 분할 다중 방식(Coded OFDM)은 특히 다중 경로가 존재하는 주파수 선택적인 환경에서 보다 높은 전송 속도를 위해 제안된 방식이다. 그러나 이 방식은 반송 주파수 오프셋에 민감하다는 특징을 갖고 있으며, 주파수 오프셋은 주로 송신기와 수신기의 국부 발진기 간의 반송 주파수가 달라서 생기게 된다. 이러한 반송 주파수 오프셋은 주파수 분할 다중 방식에서 부반송파 간 간섭( ICI: inter-carrier interference)을 초래할 수 있으며, 이는 시스템에 있어서의 중요한 성능 감소 요인이 된다. Orthogonal Coded Frequency Division Multiplexing (Coded OFDM) is a proposed scheme for higher transmission rates, especially in frequency selective environments where multiple paths exist. However, this scheme is sensitive to carrier frequency offset, which is mainly caused by different carrier frequencies between the local oscillator of the transmitter and receiver. Such carrier frequency offset may cause inter-carrier interference (ICI) in frequency division multiplexing, which is a significant performance reduction factor in a system.

주파수 분할 다중 방식 시스템에 있어서, 다양한 ICI 소거법이 종래에 제안되었다. 그러나 종래 기술에서 제안된 ICI 소거법을 적용할 경우, 주파수 효율도의 손실을 가져오게 되는 문제점이 있다. In the frequency division multiplexing system, various ICI cancellation methods have been proposed in the past. However, when applying the ICI cancellation method proposed in the prior art, there is a problem that the loss of frequency efficiency.

또 다른 방법으로 주파수 분할 다중 방식 시스템에서 가상 부반송파를 이용해서 주파수 오프셋을 추정하는 방식이 제안되어 있다. 그러나 가상 부반송파를 이용하는 기술은 전력 증폭기의 비선형적 특징에 의한 잡음과 필터 성능 등에 심하게 영향을 받게 되어, 쉽게 그 성능이 저하된다는 단점을 갖고 있다. As another method, a method of estimating a frequency offset using a virtual subcarrier in a frequency division multiplexing system has been proposed. However, a technique using a virtual subcarrier is severely affected by noise and filter performance due to a nonlinear characteristic of a power amplifier, and has a disadvantage in that its performance is easily degraded.

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 주파수 오프셋 추정의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 직교 부호화 주파수 분할 다중 방식에서 데이터 부반송파의 기대값을 이용하여 주파수 오프셋을 추정함으로써 추정의 신속도 및 정확도를 높일 수 있는 주파수 오프셋 추정 방법 및 주파수 오프셋 추정을 위한 반복적 수신기(iterative receiver)를 제안하고자 하는 것이다.The present invention is to overcome the problems of the conventional frequency offset estimation as described above, the frequency that can increase the speed and accuracy of the estimation by estimating the frequency offset using the expected value of the data subcarrier in the orthogonal coding frequency division multiplexing scheme It is intended to propose an offset estimation method and an iterative receiver for frequency offset estimation.

다른 측면으로는, 본 발명은 가상 부반송파가 존재하지 않는 경우에도 효율적으로 주파수 오프셋을 보정하는 것이 가능하여 주파수 대역을 보다 효율적으로 이용하는 것이 가능한 주파수 오프셋 추정 방법 및 주파수 오프셋 추정을 위한 반복적 수신기를 제안하고자 하는 것이다.In another aspect, the present invention is to propose a frequency offset estimation method and an iterative receiver for frequency offset estimation, which can efficiently correct the frequency offset even when there is no virtual subcarrier, so that the frequency band can be used more efficiently. It is.

또 다른 측면으로는, 본 발명은 주파수 대역과 부반송파 구조에 관계없이 다양한 구조로 확장이 가능하여, 직교 부호화 주파수 분할 다중 방식에 널리 활용이 가능한 주파수 오프셋 추정 방법 및 주파수 오프셋 추정을 위한 반복적 수신기를 제안하고자 하는 것이다.In another aspect, the present invention can be extended to various structures irrespective of the frequency band and subcarrier structure, proposes a frequency offset estimation method and an iterative receiver for frequency offset estimation that can be widely used in orthogonal coding frequency division multiplexing method I would like to.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 특징에 의한, 직교 부호화 주파수 분할 다중 방식의 통신 시스템에서의 주파수 오프셋 추정 방법은, (a) 주파수 오프셋 추정값 및 채널 추정값의 초기치를 설정하는 단계; 및 (b) 복호 과정을 거친 비트들의 연판정(soft-decidion) 값을 얻은 후, 이를 이용하여 수신된 데이터 심볼 기대값을 얻고, 상기 기대값을 이용하여 주파수 오프셋 추정값 및/또는 상기 채널 추정값을 갱신하는 반복계산(iteration) 과정을 적어도 1회 이상 반복 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. According to a first aspect of the present invention, a method for estimating a frequency offset in an orthogonal coding frequency division multiplex communication system includes: (a) setting an initial value of a frequency offset estimate and a channel estimate; And (b) obtaining a soft-decidion value of the bits that have undergone decoding, and using this to obtain a received data symbol expectation, using the expectation to calculate a frequency offset estimate and / or the channel estimate. And repeatedly performing at least one update iteration process.

여기서, 상기 (a) 단계에서는, 상기 주파수 오프셋 추정값의 초기치를 0으로 설정할 수 있다. 또한, 상기 (a) 단계에서는, 수신된 파일럿 심볼을 DFT처리하고, LS(least square) 기반의 채널 추정값을 구하고, LMMSE(linear minimum mean suare error)를 얻어 이를 상기 채널 추정값의 초기치로 설정할 수 있다.Here, in step (a), the initial value of the frequency offset estimation value may be set to zero. Further, in the step (a), the received pilot symbols may be DFT-processed, a LS (least square) based channel estimate value may be obtained, and a linear minimum mean suare error (LMMSE) may be obtained to set the initial value of the channel estimate value. .

바람직하게는, 상기 (b) 단계에서는,

Figure 112005000104060-pat00001
또는
Figure 112005000104060-pat00002
의 관계를 만족하는
Figure 112005000104060-pat00003
값을 상기 주파수 오프셋 추정값으로 할 수 있다.Preferably, in step (b),
Figure 112005000104060-pat00001
or
Figure 112005000104060-pat00002
To satisfy the relationship of
Figure 112005000104060-pat00003
A value can be used as the frequency offset estimation value.

또한, 상기 (b) 단계에서는,

Figure 112005000104060-pat00004
의 관계식에 Taylor 급수를 적용하여 상기
Figure 112005000104060-pat00005
항을 근사함으로써 단순화된,
Figure 112005000104060-pat00006
의 관계식을 만족하는
Figure 112005000104060-pat00007
값을 상기 주파수 오프셋 추정값으로 할 수 있다.Further, in the step (b),
Figure 112005000104060-pat00004
Apply Taylor series to the relation of
Figure 112005000104060-pat00005
Simplified by approximating terms,
Figure 112005000104060-pat00006
Satisfying the relation of
Figure 112005000104060-pat00007
A value can be used as the frequency offset estimation value.

바람직하게는, 상기 (b) 단계에서는, 부호화된 비트들의 로그 가능도 비(LLR)를 구하고, 부호화되지 않은 비트들의 MAP 확률값과, 부호화된 비트들의 MAP 확률값을 구하여, 송신 심볼의 기대값을 구하고, 이를 사용하여, 상기 주파수 오프셋 추정값을 갱신할 수 있다.Preferably, in the step (b), the log likelihood ratio (LLR) of the encoded bits is obtained, the MAP probability value of the unencoded bits and the MAP probability value of the encoded bits are obtained, and the expected value of the transmission symbol is obtained. By using this, the frequency offset estimate can be updated.

또한, 상기 (b) 단계에서는, 상기 갱신된 주파수 오프셋 추정값을 사용하여, 상기 채널 추정값을 갱신할 수 있다.In the step (b), the channel estimate value may be updated using the updated frequency offset estimate value.

본 발명의 제2 특징에 의한, 직교 부호화 주파수 분할 다중 방식의 통신 시스템에서의 주파수 오프셋 추정이 가능한 반복적 수신기는, 복호 과정을 거친 비트들의 연판정값을 이용하여 상기 수신된 데이터 심볼의 기대값을 얻는 소프트 심볼 맵퍼(soft symbol mapper) ; 상기 데이터 심볼의 기대값을 이용하여 주파수 오프셋 추정값을 갱신하는 주파수 오프셋 추정기; 및 상기 갱신된 주파수 오프셋 추정값을 이용하여 채널 추정값을 갱신하는 채널 추정기를 포함하며, 상기 소프트 심볼 맵퍼, 주파수 오프셋 추정기 및 채널 추정기를 통한 순차적 반복계산(iteration) 과정을 적어도 1회 이상 반복 수행하는 것을 특징으로 한다.According to a second aspect of the present invention, an iterative receiver capable of frequency offset estimation in an orthogonal coded frequency division multiplexing communication system uses an soft decision value of bits that have been decoded to obtain an expected value of the received data symbol. Soft symbol mapper obtained; A frequency offset estimator for updating a frequency offset estimate using an expected value of the data symbol; And a channel estimator for updating a channel estimate using the updated frequency offset estimate, wherein the step of repeating the sequential iteration process through the soft symbol mapper, the frequency offset estimator, and the channel estimator is performed at least once. It features.

바람직하게는, 상기 주파수 오프셋 추정기는, 상기 반복 계산 수행 이전에, 주파수 오프셋 추정값의 초기치를 0으로 설정할 수 있다.Preferably, the frequency offset estimator may set the initial value of the frequency offset estimate to 0 before performing the iteration calculation.

또한, 상기 채널 추정기는, 수신된 파일럿 심볼을 DFT처리하고, LS(least square) 기반의 채널 추정값을 구하고, LMMSE(linear minimum mean suare error)를 얻어 이를 상기 반복 계산 수행 이전에 채널 추정값의 초기치로 설정할 수 있다.In addition, the channel estimator performs a DFT process on the received pilot symbols, obtains a least square (LS) based channel estimate, obtains a linear minimum mean suare error (LMMSE), and uses the initial estimate of the channel estimate before performing the iterative calculation. Can be set.

나아가서, 본 발명의 반복적 수신기는, 부호화된 비트들의 로그 가능도 비(LLR)를 구하는 데이터 검출기; 및 부호화되지 않은 비트들의 MAP 확률값과, 부호화된 비트들의 MAP 확률값을 구하여 상기 소프트 심볼 맵퍼에서 송신 심볼 기대값의 계산을 수행하도록 제공하는 SISO 디코더를 더 포함하며, 상기 소프트 심볼 맵퍼에서는, 상기 송신 심볼의 기댓값을 계산하고 이를 사용하여, 상기 주파수 오프 셋 추정값을 갱신할 수 있도록 상기 주파수 오프셋 추정기로 제공하는 것일 수 있다.Furthermore, an iterative receiver of the present invention includes a data detector for obtaining a log likelihood ratio (LLR) of encoded bits; And a SISO decoder which obtains a MAP probability value of unencoded bits and a MAP probability value of encoded bits and performs calculation of a transmission symbol expected value in the soft symbol mapper, wherein the soft symbol mapper includes: The expected value of may be calculated and used to provide the frequency offset estimator to update the frequency offset estimate.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 관해 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.

도 1은 일반적인 직교 부호화 주파수 분할 다중 방식 송신기(100)의 구조를 나타내는 개략도이다. 송신기(100)에서는, 정보 비트(10)를 인코더(20)를 통하여 부호율 1/2의 컨볼루션(convolution) 부호화하고, 그 출력을 블록 채널 인터리버(30)와 변조기(40)를 거쳐 위상 편이 방식 혹은 직교 진폭 변조 신호로 변조시킨다. 이와 같이 변조된 신호를, IDFT처리 등을 수행하는 OFDM 변조기(50)를 통해 직교 부호화 주파수 분할 다중 방식의 심볼로 만들어 송신하게 된다.1 is a schematic diagram illustrating a structure of a general orthogonal coded frequency division multiplex transmitter 100. In the transmitter 100, the information bits 10 are convolutionally coded at code rate 1/2 through the encoder 20, and their output is subjected to phase shift via the block channel interleaver 30 and the modulator 40. Modulate with modulated or quadrature amplitude modulated signals. The modulated signal is transmitted through an OFDM modulator 50 that performs IDFT processing or the like as a symbol of an orthogonal coding frequency division multiplexing scheme.

도 2는 본 발명의 직교 부호화 주파수 분할 다중 방식 수신기(200)의 한 바람직한 실시예를 도시한다.2 shows one preferred embodiment of an orthogonal coded frequency division multiplex receiver 200 of the present invention.

이때, 도 1의 OFDM 변조기(50)에서 적절한 cyclic prefix 과정이 수행된 후, 수신 단에서 수신된 l번째 주파수 다중 방식 심볼의 n번째 샘플은 아래 수학식 1 과 같이 나타낼 수 있다. In this case, after the appropriate cyclic prefix procedure is performed in the OFDM modulator 50 of FIG. 1, the n th sample of the l th frequency multiplex symbol received at the receiver may be represented by Equation 1 below.

Figure 112005000104060-pat00008
Figure 112005000104060-pat00008

여기서,

Figure 112005000104060-pat00009
는 송신기에서 송신한 l번째 주파수 다중 방식 심볼의 k번째 부 반송파를 나타내며,
Figure 112005000104060-pat00010
는 l번째 주파수 다중 방식 심볼의 k번째 부 반송파에 영향을 주는 채널계수를 의미하며,
Figure 112005000104060-pat00011
은 l번째 주파수 다중 방식 심볼의 n번째 샘플에 영향을 미치는 백색 잡음을 뜻한다. 또한, 수학식 1에 표시된 정규화된 주파수 오프셋은 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다. here,
Figure 112005000104060-pat00009
Denotes the k th subcarrier of the l th frequency multiplex symbol transmitted by the transmitter,
Figure 112005000104060-pat00010
Denotes the channel coefficient affecting the kth subcarrier of the lth frequency multiplex symbol.
Figure 112005000104060-pat00011
Denotes white noise that affects the n th sample of the l th frequency multiplex symbol. In addition, the normalized frequency offset shown in Equation 1 may be expressed as Equation 2.

Figure 112005000104060-pat00012
Figure 112005000104060-pat00012

이때,

Figure 112005000104060-pat00013
는 반송 주파수 오프셋을 뜻하고,
Figure 112005000104060-pat00014
는 부반송파 사이의 주파수 차이를 의미한다. 수학식 1과 같이 표현되는 수신된 시간 도메인 신호를 OFDM 복조기(110)에서 DFT처리하여 얻어진 주파수 도메인의 신호는 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.At this time,
Figure 112005000104060-pat00013
Is the carrier frequency offset,
Figure 112005000104060-pat00014
Denotes a frequency difference between subcarriers. A signal of the frequency domain obtained by DFT processing the received time domain signal represented by Equation 1 in the OFDM demodulator 110 may be represented by Equation 3 below.

Figure 112005000104060-pat00015
Figure 112005000104060-pat00015

이때

Figure 112005000104060-pat00016
는 주파수 도메인의 백색 잡음을 나타내며,
Figure 112005000104060-pat00017
은 직교 부호화 주파수 분할 다중 방식에서의 신호의 일그러짐을 표현하고,
Figure 112005000104060-pat00018
는 ICI 신호를 뜻한다. 각각은, 아래의 수학식 4, 5 와 같이 표현된다. At this time
Figure 112005000104060-pat00016
Represents white noise in the frequency domain,
Figure 112005000104060-pat00017
Represents a distortion of a signal in an orthogonal coding frequency division multiplexing scheme,
Figure 112005000104060-pat00018
Means ICI signal. Each is represented by the following expressions (4) and (5).

Figure 112005000104060-pat00019
Figure 112005000104060-pat00019

Figure 112005000104060-pat00020
Figure 112005000104060-pat00020

채널 추정기(180)에서는, 수신된 파일럿 심볼

Figure 112005000104060-pat00021
을 DFT 처리하여, LS(least-square) 기반의 채널 추정치
Figure 112005000104060-pat00022
을 구한다. 이 값을 이용하고, 채널의 상관관계를 알고 있다는 가정 하에, LMMSE(linear minimum mean square error)인
Figure 112005000104060-pat00023
을 얻을 수 있고, 이를 초기 채널 추정값으로 설정한다. 여기서,
Figure 112005000104060-pat00024
,
Figure 112005000104060-pat00025
는 각각 1×N 벡터이며, 상관관계 함수는
Figure 112005000104060-pat00026
와 같이 표시되고,
Figure 112005000104060-pat00027
는 채널 계수를 뜻하는 1×N 벡터이다. In channel estimator 180, the received pilot symbols
Figure 112005000104060-pat00021
LFT-based channel estimates using DFT processing
Figure 112005000104060-pat00022
Obtain Using this value and assuming the correlation of the channel, LMMSE (linear minimum mean square error)
Figure 112005000104060-pat00023
Can be obtained and set as an initial channel estimate. here,
Figure 112005000104060-pat00024
,
Figure 112005000104060-pat00025
Are each 1 × N vectors, and the correlation function
Figure 112005000104060-pat00026
Is displayed as
Figure 112005000104060-pat00027
Is a 1 × N vector for channel coefficients.

LS(least-square) 방법을 적용하여 반송 주파수 오프셋을 추정하면 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다. 즉, 반송 주파수 오프셋의 추정값을 우변의 함수를 최소화하는 주파수 값으로 정한다. 이를 수학식 7과 같이 표현할 수도 있다.If the carrier frequency offset is estimated by applying the least-square method, it may be expressed as in Equation 6. That is, the estimated value of the carrier frequency offset is determined as a frequency value that minimizes the function of the right side. This may be expressed as in Equation 7.

Figure 112005000104060-pat00028
Figure 112005000104060-pat00028

Figure 112005000104060-pat00029
Figure 112005000104060-pat00029

여기서,

Figure 112005000104060-pat00030
는 복소 데이터
Figure 112005000104060-pat00031
의 실수값을 의미한다. 그러나 수학식 7을 최소화하는 주파수 오프셋을 직접 계산에 의하여 구하기는 쉽지 않다. 따라서 본 발명에서는 Taylor 급수를 이용하여
Figure 112005000104060-pat00032
을 아래 수학식 8과 같이 근사하였다. here,
Figure 112005000104060-pat00030
Is complex data
Figure 112005000104060-pat00031
Means a real value of. However, it is not easy to obtain the frequency offset to minimize the equation (7) by direct calculation. Therefore, in the present invention using the Taylor series
Figure 112005000104060-pat00032
Is approximated as Equation 8 below.

Figure 112005000104060-pat00033
Figure 112005000104060-pat00033

수학식 8의 근사치를 수학식 7에 적용하면, 추정치를 구하기 위한 함수를 수학식 9와 같이 표시할 수 있다. If the approximation of Equation 8 is applied to Equation 7, a function for obtaining an estimate can be expressed as in Equation 9.

Figure 112005000104060-pat00034
Figure 112005000104060-pat00034

Figure 112005000104060-pat00035
Figure 112005000104060-pat00035

이때

Figure 112005000104060-pat00036
을 의미한다.At this time
Figure 112005000104060-pat00036
Means.

주파수 오프셋이 매우 작은 경우, 보다 효율적인 주파수 오프셋 추정을 위해서

Figure 112005000104060-pat00037
로 근사할 수 있다. 이와 같이 근사한 경우에 l번째 주파수 다중 분할 방식 심볼에서의 주파수 오프셋 추정치는 수학식 10과 같이 표현할 수 있다.If the frequency offset is very small, for more efficient frequency offset estimation
Figure 112005000104060-pat00037
Can be approximated by In this approximation, the frequency offset estimate in the l- th frequency multiplexing symbol may be expressed as in Equation 10.

Figure 112005000104060-pat00038
Figure 112005000104060-pat00038

이때,

Figure 112005000104060-pat00039
는 복소 데이터
Figure 112005000104060-pat00040
의 허수 부분을 나타낸다. At this time,
Figure 112005000104060-pat00039
Is complex data
Figure 112005000104060-pat00040
Represents the imaginary part of.

도 2의 주파수 오프셋 추정기(170)에서는 위의 수학식 10의 계산을 수행하여 반송 주파수 오프셋의 추정값을 구한다.In the frequency offset estimator 170 of FIG. 2, the calculation of Equation 10 is performed to obtain an estimated value of the carrier frequency offset.

본 발명에서는 반복적(iterative) 수신을 통하여 주파수 오프셋을 정확히 보정하며, it 번째 반복에서, 채널 추정값

Figure 112005000104060-pat00041
과 반송 주파수 오프셋 추정값
Figure 112005000104060-pat00042
이 주어지면, 부호화된 비트들의 로그 가능도 비(LLR: Log Likelihood Ratio) 값은, 데이터 검출기(120)를 통하여 아래 수학식 11과 같이 계산될 수 있다. In the present invention, accurately correct the frequency offset through the repeated (iterative) receiving, it in the second iteration, the channel estimation value
Figure 112005000104060-pat00041
And carrier frequency offset estimate
Figure 112005000104060-pat00042
Given this, the Log Likelihood Ratio (LLR) value of the encoded bits may be calculated by Equation 11 through the data detector 120.

Figure 112005000104060-pat00043
Figure 112005000104060-pat00043

Figure 112005000104060-pat00044
Figure 112005000104060-pat00044

Figure 112005000104060-pat00045
Figure 112005000104060-pat00045

이때

Figure 112005000104060-pat00046
는 M-PSK나 M-QAM 심볼
Figure 112005000104060-pat00047
의 q번째 비트를 의미하며,
Figure 112005000104060-pat00048
은
Figure 112005000104060-pat00049
인 경우에 해당되는 심볼들을 의미한다.At this time
Figure 112005000104060-pat00046
Is an M-PSK or M-QAM symbol
Figure 112005000104060-pat00047
Means the qth bit of,
Figure 112005000104060-pat00048
silver
Figure 112005000104060-pat00049
Means symbols corresponding to the case.

디인터리버(130)에서 디인터리빙 처리를 거치고, 상기 LLR 값들을 수신하여, SISO (soft-input soft-output) 복호기(140)에서는, 부호화 되지 않는 비트들의 MAP(maximum a posteriori)　확률 값

Figure 112005000104060-pat00050
과 부호화된 비트들의 MAP 확률 값
Figure 112005000104060-pat00051
을 계산한다.The deinterleaver 130 performs the deinterleaving process, receives the LLR values, and in the soft-input soft-output (SISO) decoder 140, a maximum a posteriori (MAP) probability value of unencoded bits.
Figure 112005000104060-pat00050
And MAP probability values of the coded bits
Figure 112005000104060-pat00051
Calculate

보다 정확한 주파수 오프셋 추정을 위해서, 소프트 심볼 매퍼(160)에서는, 이 MAP 확률 값을　이용해서 송신된 심볼의 기대값

Figure 112005000104060-pat00052
을 아래 수학식 12와 같은 계산을 통하여 구한다. For more accurate frequency offset estimation, the soft symbol mapper 160 uses this MAP probability value to estimate the expected value of the transmitted symbol.
Figure 112005000104060-pat00052
Is obtained through the calculation as shown in Equation 12 below.

Figure 112005000104060-pat00053
Figure 112005000104060-pat00053

여기서,

Figure 112005000104060-pat00054
,
Figure 112005000104060-pat00055
그리고
Figure 112005000104060-pat00056
로 표현된다. here,
Figure 112005000104060-pat00054
,
Figure 112005000104060-pat00055
And
Figure 112005000104060-pat00056
It is expressed as

이상과 같이 얻어진 송신 심볼의 기대값은 주파수 오프셋 추정기(170)에 전달되어, 수학식 10의 송신 심볼 값을 위 기대값으로 대치하여 주파수 오프셋 추정값을 갱신하고, 갱신된 주파수 오프셋 추정값을 이용하여 채널 추정기(180)에서는 채널 추정값을 갱신하여 다시 새로운 루프(loop)의 과정이 반복 수행된다.The expected value of the transmission symbol obtained as described above is transmitted to the frequency offset estimator 170, and the frequency offset estimate is updated by replacing the transmission symbol value of Equation 10 with the above expected value, and using the updated frequency offset estimate value, the channel. The estimator 180 updates the channel estimate and repeats a new loop.

도 5에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 직교 부호화 주파수 다중 분할 방식의 통신을 위한 주파수 오프셋 추정 방법의 흐름을 예시한다. 본 발명의 방법에서는, 데이터 심볼을 이용한 반복 계산(iteration)을 통하여 주파수 오프셋 추정의 정확도를 높인다. 우선, 초기 주파수 오프셋 추정치를 0으로 설정(S10)하고, 초기 채널 추정값을 상술한

Figure 112005000104060-pat00057
로 설정(S20)한다.5 illustrates a flow of a frequency offset estimation method for orthogonal coded frequency multiplexing communication according to a preferred embodiment of the present invention. In the method of the present invention, the accuracy of frequency offset estimation is improved through iteration using data symbols. First, the initial frequency offset estimate is set to 0 (S10), and the initial channel estimate is described above.
Figure 112005000104060-pat00057
(S20).

수학식 11을 이용해서 부호화된 비트들의 로그 가능도 비(LLR)를 계산(S30)한다.The log likelihood ratio LLR of the encoded bits is calculated using Equation 11 (S30).

디인터리빙 처리를 수행(S40)한 이후, SISO 부호화를 통하여 부호화된 비트들과 부호화되지 않은 비트들의 MAP 확률 값을 계산(S50)한다.After performing the deinterleaving process (S40), MAP probability values of the bits encoded and uncoded through SISO encoding are calculated (S50).

반복 횟수가 I와 같으면 반복을 멈추고(S60), 그렇지 않다면 반복 회수를 1 증가시키고 다음 단계로 넘어간다(S70).If the number of repetitions is equal to I, the repetition stops (S60), otherwise, the number of repetitions is increased by 1 and the process proceeds to the next step (S70).

인터리빙 처리를 수행(S80)하고, 수학식 12를 이용하여서 송신 심볼의 기대값을 구한다(S90).The interleaving process is performed (S80), and the expected value of the transmission symbol is obtained using Equation 12 (S90).

얻어진 송신 심볼의 기댓값으로 수학식 10의 송신 심볼을 대치하여 반송 주파수 오프셋을 갱신한다(S100). 여기서, 전체 반송 주파수 오프셋은

Figure 112005000104060-pat00058
의 관계식을 사용하여 구한다. The carrier frequency offset is updated by substituting the transmission symbol of equation (10) with the expected value of the obtained transmission symbol (S100). Where the total carrier frequency offset is
Figure 112005000104060-pat00058
Obtained using the relational expression of.

갱신된 주파수 오프셋 추정값을 이용하여서 채널 추정값을 갱신한다(S110).The channel estimate is updated using the updated frequency offset estimate (S110).

다시 부호화된 비트들의 로그 가능도 비를 계산하는 과정으로 돌아가서 이후의 과정을 반복적으로 수행한다.The process returns to calculating the log likelihood ratio of the encoded bits and repeats the following process.

도 3은 본 발명의 주파수 오프셋 추정 방법을 다중 경로 채널의 경우에 적용하여, 다양한 주파수 오프셋이 존재하는 경우에 대한 성능 시험을 수행한 결과를 도시한다. 가로축은 주파수 오프셋의 정규화된 크기를 나타내며, 세로축은 BER(Bit Error Rate)을 도시한다. 본 발명의 방법을 적용하여, 반복 계산(iteration)을 0회 수행한 경우(1), 1회 수행한 경우(2), 2회 수행한 경우(3) 및 3 회 수행한 경우(4)를 함께 나타내었다. 여기서, 반복 계산을 많이 수행할수록 에러율은 저하하였으며, 반복 계산 횟수에 따라 에러율 저하의 폭이 감소하여 소정 정도에 수렴하는 것이 확인되었다.FIG. 3 shows a result of performing a performance test for a case where various frequency offsets are applied by applying the frequency offset estimation method of the present invention to a multipath channel. The horizontal axis represents the normalized magnitude of the frequency offset, and the vertical axis represents the bit error rate (BER). By applying the method of the present invention, a case in which iteration is performed 0 times (1), 1 time (2), 2 times (3) and 3 times (4) Shown together. Here, it was confirmed that as the number of iteration calculations was performed, the error rate decreased, and the width of the error rate drop decreased according to the number of iteration calculations and converged to a predetermined degree.

도 4는 본 발명의 주파수 오프셋 추정 방법을 적용하여, 백색 잡음 채널(AWGN)과 다중 경로 채널에서 고정된 주파수 오프셋 값에 대해 성능 시험을 수행한 결과를 도시한다. 백색 잡음 채널의 경우와 다중 경로 채널에서 모두 이상적인 경우의 계산치(11, 15)와, 반복계산을 0회 수행한 경우(12, 16) 및 반복계산을 1회 수행한 경우(13, 17)를 도시하였다. 각각의 경우에 반복계산 횟수가 증가할수록 이상적인 경우에 근접하는 것이 확인되었다. 이상, 도 3 및 도 4의 시험 적용 결과에 의하여 본 발명의 주파수 오프셋 추정 방법이 낮은 반복계산 횟수로도 정확도 높은 주파수 추정이 가능함이 확인되었다.FIG. 4 shows a result of performing a performance test on a fixed frequency offset value in a white noise channel (AWGN) and a multipath channel by applying the frequency offset estimation method of the present invention. Calculations (11, 15) for the ideal case in both the white noise channel and the multipath channel, the case where the iteration is performed 0 times (12, 16) and the case where the iteration is performed once (13, 17) Shown. In each case, it was confirmed that the closer to the ideal case the more the number of iterations was increased. 3 and 4 show that the frequency offset estimation method of the present invention enables accurate frequency estimation even with a low number of iterations.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예 및 도면에 한정되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이므로, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위 및 그와 균등한 범위에 의해 결정되어야 할 것이다.In the above description of the preferred embodiment of the present invention, the present invention is not limited to the above-described embodiment and drawings, and the general knowledge in the technical field to which the present invention belongs without departing from the technical spirit of the present invention. Since various changes and modifications may be made by those skilled in the art, the scope of the present invention should be determined by the appended claims and their equivalents.

본 발명을 사용하여, 직교 부호화 주파수 분할 다중 방식에서 주파수 오프셋이 존재할 때, 복호화를 진행 한 후 그 기대값을 이용하여, 간단한 수학식의 계산을 통해서 정확한 주파수 오프셋을 추정하는 것이 가능하게 된다. Using the present invention, when a frequency offset exists in an orthogonal coding frequency division multiplexing scheme, it is possible to estimate an accurate frequency offset through simple calculation by using the expected value after decoding.                     

또한, 본 발명을 적용하여, 기존에 제안된 기법들보다 주파수 대역을 보다 효율적으로 이용할 수 있고, 시스템 구성에서 가상 부반송파가 존재하지 않을 경우에도 효율적이고도 정확하게 주파수 오프셋을 추정하여 보상할 수 있다.In addition, by applying the present invention, it is possible to use the frequency band more efficiently than the conventionally proposed techniques, and even in the absence of virtual subcarriers in the system configuration, the frequency offset can be estimated and compensated efficiently and accurately.

따라서 주파수 대역과 부반송파 구조에 관계없이 다양한 구조로 확장될 수 있다는 장점을 갖는 본 발명의 직교 부호화 주파수 분할 다중 방식의 주파수 오프셋 추정을 위한 반복적 수신기는 종래 기술이 갖는 주파수 비효율적인 측면을 극복할 수 있어, 직교 부호화 주파수 분할 다중 방식의 통신 시스템에서 널리 활용될 수 있다.Therefore, the iterative receiver for the frequency offset estimation of the orthogonal coded frequency division multiplexing method of the present invention having the advantage that it can be extended to various structures irrespective of the frequency band and the subcarrier structure can overcome the frequency inefficiency of the prior art. In addition, the present invention can be widely used in a communication system of orthogonal coding frequency division multiplexing.

Claims (12)

직교 부호화 주파수 분할 다중 방식의 통신 시스템에서의 주파수 오프셋 추정 방법에 있어서,A frequency offset estimation method in a orthogonal coding frequency division multiplex communication system, (a) LS(least-square) 기법을 이용한 주파수 오프셋 추정값 및 채널 추정값의 초기치를 설정하는 단계; 및(a) setting an initial value of a frequency offset estimate and a channel estimate using a least-square technique; And (b) 복호 과정을 거친 비트들의 연판정값을 얻은 후, 이를 이용하여 수신된 데이터 심볼 기대값을 얻고, 상기기대값을 이용하여 주파수 오프셋 추정값 및/또는 상기 채널 추정값을 갱신하는 반복계산(iteration) 과정을 적어도 1회 이상 반복 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 오프셋 추정 방법.(b) after obtaining a soft decision value of the decoded bits, using this to obtain a received data symbol expected value, and using the expected value to update a frequency offset estimate and / or the channel estimate. Repeating the process at least one or more times. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (a) 단계는,In step (a), 상기 주파수 오프셋 추정값의 초기치를 0으로 설정하는 것을 특징으로 하는 주파수 오프셋 추정 방법.And setting an initial value of the frequency offset estimation value to zero. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (a) 단계는,In step (a), 수신된 파일럿 심볼을 DFT처리하고, 상기 LS(least square) 기반의 채널 추정값을 구하고, LMMSE(linear minimum mean suare error)를 얻어 이를 상기 채널 추정값의 초기치로 설정하는 것을 특징으로 하는 주파수 오프셋 추정 방법.DFT processing the received pilot symbols, obtain the least square (LS) based channel estimate, obtain a linear minimum mean suare error (LMMSE), and set the initial offset of the channel estimate. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (b) 단계는,
Figure 112005000104060-pat00059
또는
Figure 112005000104060-pat00060
의 관계를 만족하는
Figure 112005000104060-pat00061
값을 상기 주파수 오프셋 추정값으로 하는 것을 특징으로 하는 주파수 오프셋 추정 방법.In step (b),
Figure 112005000104060-pat00059
or
Figure 112005000104060-pat00060
To satisfy the relationship of
Figure 112005000104060-pat00061
And a value as said frequency offset estimation value. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (b) 단계는,
Figure 112005000104060-pat00062
의 관계식에 Taylor 급수를 적용하여 상기
Figure 112005000104060-pat00063
항을 근사함으로써 단순화된,
Figure 112005000104060-pat00064
의 관계식을 만족하는
Figure 112005000104060-pat00065
값을 상기 주파수 오프셋 추정값으로 하는 것을 특징으로 하는 주파수 오프셋 추정 방법.In step (b),
Figure 112005000104060-pat00062
Apply Taylor series to the relation of
Figure 112005000104060-pat00063
Simplified by approximating terms,
Figure 112005000104060-pat00064
Satisfying the relation of
Figure 112005000104060-pat00065
And a value as said frequency offset estimation value. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (b) 단계는, In step (b), 부호화된 비트들의 로그 가능도 비(LLR)를 구하고, 부호화되지 않은 비트들의 MAP 확률값과, 부호화된 비트들의 MAP 확률값을 구하여, 송신 심볼의 기대값을 구하고, 상기 송신 심볼의 기대값을 사용하여, 상기 주파수 오프셋 추정값을 갱신하는 것을 특징으로 하는 주파수 오프셋 추정 방법.Obtaining the log likelihood ratio (LLR) of the encoded bits, obtaining the MAP probability value of the unencoded bits and the MAP probability value of the encoded bits, obtaining an expected value of the transmitted symbol, and using the expected value of the transmitted symbol, And updating the frequency offset estimate. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 (b) 단계는, In step (b), 상기 갱신된 주파수 오프셋 추정값을 사용하여, 상기 채널 추정값을 갱신하는 것을 특징으로 하는 주파수 오프셋 추정 방법.Updating the channel estimate using the updated frequency offset estimate. 직교 부호화 주파수 분할 다중 방식의 통신 시스템에서의 주파수 오프셋 추정이 가능한 수신기에 있어서,A receiver capable of frequency offset estimation in an orthogonal coding frequency division multiplex communication system, 복호 과정을 거친 비트들의 연판정값을 얻은 후, 이를 이용하여 수신된 데이터 심볼 기댓값 얻는 소프트 심볼 맵퍼(soft symbol mapper) ;A soft symbol mapper which obtains a soft decision value of the decoded bits and then obtains the received data symbol expected value using the soft decision mapper; 상기 기대값을 이용하여 주파수 오프셋 추정값을 갱신하는 주파수 오프셋 추정기; 및A frequency offset estimator for updating a frequency offset estimate using the expected value; And 상기 갱신된 주파수 오프셋 추정값을 이용하여 채널 추정값을 갱신하는 채널 추정기를 포함하며,A channel estimator for updating a channel estimate using the updated frequency offset estimate; 상기 소프트 심볼 맵퍼, 주파수 오프셋 추정기 및 채널 추정기를 통한 순차적 반복계산(iteration) 과정을 적어도 1회 이상 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 주파수 오프셋 추정을 위한 반복적 수신기.And repeating at least one sequential iteration process through the soft symbol mapper, a frequency offset estimator, and a channel estimator. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 주파수 오프셋 추정기는,The frequency offset estimator, 상기 반복 계산 수행 이전에, 주파수 오프셋 추정값의 초기치를 0으로 설정하는 것을 특징으로 하는 주파수 오프셋 추정을 위한 반복적 수신기.And the initial value of the frequency offset estimate is set to 0 before performing the iteration calculation. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 채널 추정기는,The channel estimator, 수신된 파일럿 심볼을 DFT처리하고, LS(least square) 기반의 채널 추정값을 구하고, LMMSE(linear minimum mean suare error)를 얻어 이를 상기 반복 계산 수행 이전에 채널 추정값의 초기치로 설정하는 것을 특징으로 하는 주파수 오프셋 추정을 위한 반복적 수신기.DFT processing the received pilot symbols, obtain a LS (least square) based channel estimate, obtain a linear minimum mean suare error (LMMSE), and set the initial value of the channel estimate before performing the iterative calculation. Iterative receiver for offset estimation. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 부호화된 비트들의 로그 가능도 비(LLR)를 구하고는 데이터 검출기; 및 Obtaining a log likelihood ratio (LLR) of the encoded bits; And 부호화되지 않은 비트들의 MAP 확률값과, 부호화된 비트들의 MAP 확률값을 구하여 상기 소프트 심볼 맵퍼에서 송신 심볼 기대값의 계산을 수행하도록 제공하는 SISO 디코더를 더 포함하며,And a SISO decoder which obtains a MAP probability value of the unencoded bits and a MAP probability value of the encoded bits and performs the calculation of the transmission symbol expected value in the soft symbol mapper. 상기 소프트 심볼 맵퍼에서는, 상기 송신 심볼의 기댓값을 계산하고 이를 사용하여, 상기 주파수 오프셋 추정값을 갱신할 수 있도록 상기 주파수 오프셋 추정기로 제공하는 것을 특징으로 하는 주파수 오프셋 추정을 위한 반복적 수신기.And in the soft symbol mapper, calculate an expected value of the transmission symbol and use the same to provide the frequency offset estimator to update the frequency offset estimate. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 채널 추정기는, 상기 갱신된 주파수 오프셋 추정값을 사용하여, 상기 채널 추정값을 갱신하는 것을 특징으로 하는 주파수 오프셋을 위한 반복적 수신기.And the channel estimator updates the channel estimate using the updated frequency offset estimate.
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