KR100723634B1 - Method for generating Preamble Sequence using PN Sequence, and Method for Time Synchronization and Frequency Offset Estimation using PN Sequence in an OFDM communication system - Google Patents
Method for generating Preamble Sequence using PN Sequence, and Method for Time Synchronization and Frequency Offset Estimation using PN Sequence in an OFDM communication system Download PDFInfo
- Publication number
- KR100723634B1 KR100723634B1 KR1020050106554A KR20050106554A KR100723634B1 KR 100723634 B1 KR100723634 B1 KR 100723634B1 KR 1020050106554 A KR1020050106554 A KR 1020050106554A KR 20050106554 A KR20050106554 A KR 20050106554A KR 100723634 B1 KR100723634 B1 KR 100723634B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- sequence
- time synchronization
- frequency offset
- ofdm
- preamble
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L27/00—Modulated-carrier systems
- H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
- H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
- H04L27/2647—Arrangements specific to the receiver only
- H04L27/2655—Synchronisation arrangements
- H04L27/2668—Details of algorithms
- H04L27/2673—Details of algorithms characterised by synchronisation parameters
- H04L27/2675—Pilot or known symbols
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
- H04B1/69—Spread spectrum techniques
- H04B1/707—Spread spectrum techniques using direct sequence modulation
- H04B1/7073—Synchronisation aspects
- H04B1/7075—Synchronisation aspects with code phase acquisition
- H04B1/7077—Multi-step acquisition, e.g. multi-dwell, coarse-fine or validation
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
- H04J13/00—Code division multiplex systems
- H04J13/0007—Code type
- H04J13/0022—PN, e.g. Kronecker
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
- H04J13/00—Code division multiplex systems
- H04J13/10—Code generation
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L27/00—Modulated-carrier systems
- H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
- H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
- H04L27/2602—Signal structure
- H04L27/261—Details of reference signals
- H04L27/2613—Structure of the reference signals
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L27/00—Modulated-carrier systems
- H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
- H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
- H04L27/2602—Signal structure
- H04L27/261—Details of reference signals
- H04L27/2613—Structure of the reference signals
- H04L27/26134—Pilot insertion in the transmitter chain, e.g. pilot overlapping with data, insertion in time or frequency domain
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L27/00—Modulated-carrier systems
- H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
- H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
- H04L27/2647—Arrangements specific to the receiver only
- H04L27/2655—Synchronisation arrangements
- H04L27/2657—Carrier synchronisation
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L27/00—Modulated-carrier systems
- H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
- H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
- H04L27/2647—Arrangements specific to the receiver only
- H04L27/2655—Synchronisation arrangements
- H04L27/2662—Symbol synchronisation
Abstract
1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야1. TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
본 발명은 OFDM 시스템에서 PN 수열을 이용한 프리엠블 수열 생성 방법과, 시간 동기 및 주파수옵셋 추정 방법에 관한 것임.The present invention relates to a method of generating a preamble sequence using a PEN sequence in an OPMD system, and a method of time synchronization and frequency offset estimation.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제2. The technical problem to be solved by the invention
본 발명은, OFDM 시스템의 송신측에서는 시간 도메인에서 자기상관 성질이 좋은 PN 수열이 되도록 주파수 도메인상에서 프리엠블 신호를 생성하고, 수신측에서는 상기 프리엠블 수열 생성시 사용된 PN(Pseudo Noise)수열을 이용하여 시간 도메인에서 심볼 동기 및 부반송파 주파수 옵셋 추정을 수행함으로써, OFDM 시스템에서 PN 수열을 이용한 프리엠블 수열 생성 방법과, 시간 동기 및 주파수옵셋 추정 방법을 제공하는데 그 목적이 있음.According to the present invention, a preamble signal is generated in a frequency domain such that a PN sequence having good autocorrelation property is generated in a time domain at a transmitting side of an OFDM system, and a PN (Pseudo Noise) sequence used at the time of generating the preamble sequence is used at a receiving side. By performing symbol synchronization and subcarrier frequency offset estimation in the time domain, an object of the present invention is to provide a preamble sequence generation method using a PEN sequence in an OFDM system, and a time synchronization and frequency offset estimation method.
3. 발명의 해결방법의 요지3. Summary of Solution to Invention
본 발명은, OFDM 수신 시스템에서의 시간 동기 및 주파수옵셋 추정 방법에 있어서, 시간 도메인상에서 OFDM 수신신호에 대하여 PN 수열을 이용하여 이동합산(Moving Sum)을 취하면서 이동 합산값이 최대가 되는 위치를 찾아, 프리엠블 위치로 하여 심볼 동기를 맞추는 시간 동기 단계; 및 상기 시간 동기 단계에서 동기화된 수신신호에 상기 PN 수열을 차동 부호화한 수열을 곱함으로써, 시간도메인 상에서 부반송파의 주파수 옵셋을 추정하는 주파수옵셋 추정 단계를 포함함.The present invention provides a method for estimating time synchronization and frequency offset in an OFDM receiving system, wherein a moving sum is maximized while taking a moving sum using a PN sequence on an OFDM received signal in a time domain. A time synchronization step of locating and synchronizing symbol with the preamble position; And a frequency offset estimating step of estimating a frequency offset of a subcarrier on a time domain by multiplying a received signal synchronized in the time synchronization step by a sequence of differentially encoding the PN sequence.
4. 발명의 중요한 용도4. Important uses of the invention
본 발명은 OFDM 시스템에서의 시간 동기 및 주파수옵셋 추정 등에 이용됨.The present invention is used for time synchronization and frequency offset estimation in an OFDM system.
직교 주파수 분할 다중화, OFDM, 프리엠블 수열, PN 수열, 주파수 옵셋 추정, 시간 동기 Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM, Preamble Sequence, PN Sequence, Frequency Offset Estimation, Time Synchronization
Description
도 1 은 OFDM 시스템내의 시간 도메인에서의 OFDM 프레임의 구조도,1 is a structural diagram of an OFDM frame in a time domain in an OFDM system;
도 2 는 본 발명에 따른 OFDM 프레임에서의 프리엠블의 일실시예 구조도,2 is a structural diagram of an embodiment of a preamble in an OFDM frame according to the present invention;
도 3 은 본 발명에 따른 OFDM 송신 시스템에서 PN 수열을 이용한 프리엠블 수열 생성 방법에 대한 일실시예 흐름도,3 is a flowchart illustrating a method of generating a preamble sequence using a PN sequence in an OFDM transmission system according to the present invention;
도 4 는 본 발명에 따른 OFDM 수신 시스템에서 프리엠블 수열을 이용한 시간 동기 및 주파수옵셋 추정 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a method of estimating time synchronization and frequency offset using a preamble sequence in an OFDM reception system according to the present invention.
본 발명은 직교 주파수 분할 다중화(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템에서 PN(Pseudo Noise) 수열을 이용한 프리엠블 수열 생성 방법과, 시간 동기 및 주파수옵셋 추정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 OFDM 시스템의 송신측에서는 시간 도메인에서 자기상관의 성질이 좋은 PN 수열이 되도록 주파수 도메인상에서 프리엠블 신호를 생성하고, 수신측에서는 상기 프리엠블 수열 생성시 사용된 PN 수열을 이용하여 시간 도메인에서 심볼 동기 및 부반송파 주파수 옵셋 추정을 수행함으로써, OFDM 시스템에서 PN 수열을 이용한 프리엠블 수열 생성 방법과, 시간 동기 및 주파수옵셋 추정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of generating a preamble sequence using Pseudo Noise (PNN) sequence in an Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) system, and a method of estimating time synchronization and frequency offset, and more particularly, to an OFDM system. The transmitter generates a preamble signal in the frequency domain such that the PN sequence has good autocorrelation in the time domain, and the receiver estimates symbol synchronization and subcarrier frequency offset in the time domain using the PN sequence used when generating the preamble sequence. The present invention relates to a preamble sequence generation method using a PEN sequence in an OFDM system, and a time synchronization and frequency offset estimation method.
직교 주파수 분할 다중화 접속방식(OFDM)은 대역 사용에 있어 효율적인 디지털 전송 방식으로서, 최근 유럽의 디지털 오디오 방송이나 디지털 비디오 방송, 비대칭 디지털 전송시스템(ADSL), 그리고 무선 근거리 접속망(WLAN) 등과 같은 디지털 전송 시스템에 응용되고 있다. 직교 주파수 분할 다중화 접속 방식은 고속통신의 주요한 문제가 되는 심볼 간 간섭(ISI)에 강인하고, 그리고 주파수 선택적 페이딩을 주파수 비선택적 페이딩으로 보이게 하는 장점을 가지고 있다. Orthogonal Frequency Division Multiplexed Access (OFDM) is an efficient digital transmission method for band use. Digital transmission such as European digital audio broadcasting, digital video broadcasting, asymmetric digital transmission system (ADSL), and wireless local area network (WLAN) has recently been adopted. It is applied to the system. The orthogonal frequency division multiplexing scheme has the advantage of being robust to inter-symbol interference (ISI), which is a major problem in high-speed communication, and making frequency selective fading appear as frequency non-selective fading.
그러나, OFDM 시스템은 단일 주파수 시스템(single carrier system)에 비해서 송신기와 수신기의 오실레이터의 부정합이나 이동에 따른 도플러 주파수 이동에 의한 반송주파수 오차에 민감하다는 단점이 있다. 이러한 반송 주파수 오차는 OFDM 시스템에서 각 부반송파(subcarrier)들 간의 직교성을 깨트리기 때문에 반송파간 간섭(ICI)을 야기하게 된다. 따라서 작은 반송 주파수 오차로도 상당한 성능의 열화를 가져오게 되는 주파수 동기화 문제는 OFDM 시스템 구현에 있어 가장 중요한 문제 중 하나로 주목받아 왔다.However, an OFDM system has a disadvantage in that it is more sensitive to carrier frequency errors due to Doppler frequency shift due to mismatches or movements of oscillators of a transmitter and a receiver, compared to a single carrier system. This carrier frequency error causes inter-carrier interference (ICI) because it breaks orthogonality between subcarriers in an OFDM system. Therefore, the frequency synchronization problem, which causes considerable performance degradation even with a small carrier frequency error, has been noted as one of the most important problems in implementing an OFDM system.
그리고, OFDM 시스템에서 최적의 샘플링 시간을 찾을 수 있는 "eye opening" 이 존재하지 않기 때문에, OFDM 시스템에서 심볼 동기는 단일 주파수 시스템에서의 그것과는 다르다. OFDM에서 시간 동기는 한 OFDM 심볼의 시작 추정치를 찾는 것을 의미한다. 보통 순환 접두부(CP: Cyclic Prefix)를 사용하기 때문에 OFDM 시스템은 심볼 동기 오차에 덜 민감하지만, CP 이내의 오차를 벗어나지 않도록 추정되어 져야 한다.And since there is no "eye opening" to find the optimal sampling time in an OFDM system, symbol synchronization in an OFDM system is different from that in a single frequency system. Time synchronization in OFDM means finding the starting estimate of one OFDM symbol. Since the cyclic prefix (CP) is usually used, the OFDM system is less sensitive to symbol synchronization error, but should be estimated so as not to deviate from the error within CP.
현재 OFDM 동기화 방법은 크게 블라인드(blind)한 방식과 데이터 의존 방식으로 나눌 수 있다. 우선 데이터 의존 방식의 경우에는 시간 동기 및 주파수 옵셋의 정수 및 소수 부분 모두를 추정하기 위해 두 개의 파이럿 심볼을 사용하는 방법이 있다. 그러나 이 방법은 두 개의 파일럿 블록을 이용하기 때문에 데이터율이 감소하는 문제점이 있고, 또한 시간 동기에 있어 CP 길이에 해당하는 시간 동기 추정의 모호성이 존재한다는 문제점이 있었다.The current OFDM synchronization method can be divided into a blind method and a data dependent method. First, in the case of the data-dependent method, there is a method of using two pilot symbols to estimate both integer and fractional parts of time synchronization and frequency offset. However, this method has a problem in that the data rate is reduced because two pilot blocks are used, and there is also a problem in that there is an ambiguity in time synchronization estimation corresponding to CP length in time synchronization.
한편, 블라인드한 방식으로 CP를 이용하여 시간 동기 및 주파수 옵셋의 소부 부분을 추정하는 방법이 있는데, 이 방법은 데이터 심볼 부분과 CP 부분의 상관관계를 이용한다. 그러나 이 방법은 주파수 옵셋의 정수 부분을 추정하지 못하는 문제점이 있고, 또한 심볼 동기는 이룰 수 있지만 프레임의 시작점을 알아낼 수 없다는 문제점이 있었다.On the other hand, there is a method for estimating the baking part of the time synchronization and the frequency offset using the CP in a blind manner, which uses a correlation between the data symbol part and the CP part. However, this method has a problem in that it is impossible to estimate the integer part of the frequency offset, and there is a problem in that symbol synchronization can be achieved but the starting point of the frame cannot be found.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, OFDM 시스템의 송신측에서는 시간 도메인에서 자기상관의 성질이 좋은 PN 수열이 되도록 주파수 도메인상에서 프리엠블 신호를 생성하고, 수신측에서는 상기 프리엠블 수열 생성시 사용된 PN 수열을 이용하여 시간 도메인에서 심볼 동기 및 부반송파 주파수 옵셋 추정을 수행함으로써, OFDM 시스템에서 PN 수열을 이용한 프리엠블 수열 생성 방법과, 시간 동기 및 주파수옵셋 추정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been proposed to solve the above problems, and the preamble signal is generated in the frequency domain so that the PN sequence of the autocorrelation property is good in the time domain at the transmitting side of the OFDM system, and the preamble sequence is used at the receiving side in generating the preamble sequence. By performing symbol synchronization and subcarrier frequency offset estimation in the time domain using the PN sequence, a preamble sequence generation method using a PEN sequence in an OFDM system and a time synchronization and frequency offset estimation method are provided.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.Other objects and advantages of the present invention can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. It will also be appreciated that the objects and advantages of the present invention may be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 송신 시스템에서의 프리엠블 수열 생성 방법에 있어서, 자기상관값이 높은 PN(Pseudo Noise) 수열(s)을 생성하는 PN수열 생성 단계; 및 시간 도메인에서 상기 PN 수열(s)이 프리엠블 수열이 되도록, 하기 [수학식 1] 및 [수학식 2]를 이용하여 주파수 도메인상에서 프리엠블 수열(p)을 생성하는 프리엠블 생성 단계를 포함한다. In order to achieve the above object, the present invention provides a preamble sequence generation method in an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) transmission system, comprising: generating a PN sequence (S) having a high autocorrelation value; ; And generating a preamble sequence p in the frequency
한편, 본 발명은, OFDM 수신 시스템에서의 시간 동기 방법에 있어서, 송신측에서 프리엠블 수열 생성에 사용된 PN 수열을 저장하고 있는 PN수열 저장 단계; 및 OFDM 수신신호에 대하여 상기 PN 수열을 이용하여 이동 합산(Moving Sum)을 취하면서, 이동합산값이 최대가 되는 위치를 찾아 프리엠블 위치로 동기를 맞추는 시간 동기 단계를 포함한다.On the other hand, the present invention provides a time synchronization method in an OFDM receiving system, comprising: a PN sequence storing step of storing a PN sequence used for generation of a preamble sequence at a transmitting side; And a time synchronization step of finding a position at which the mobile sum is maximized while synchronizing to a preamble position while taking a moving sum with respect to the OFDM received signal using the PN sequence.
한편, 본 발명은, OFDM 수신 시스템에서의 시간 동기 및 주파수옵셋 추정 방법에 있어서, 시간 도메인상에서 OFDM 수신신호에 대하여 PN 수열을 이용하여 이동합산(Moving Sum)을 취하면서 이동 합산값이 최대가 되는 위치를 찾아, 프리엠블 위치로 하여 심볼 동기를 맞추는 시간 동기 단계; 및 상기 시간 동기 단계에서 동기화된 수신신호에 상기 PN 수열을 차동 부호화한 수열을 곱함으로써, 시간도메인 상에서 부반송파의 주파수 옵셋을 추정하는 주파수옵셋 추정 단계를 포함한다.Meanwhile, the present invention provides a method for estimating time synchronization and frequency offset in an OFDM receiving system, wherein a moving sum is maximized while taking a moving sum using a PN sequence on an OFDM received signal in the time domain. A time synchronization step of locating a symbol and synchronizing symbol with the preamble position; And a frequency offset estimating step of estimating a frequency offset of a subcarrier on a time domain by multiplying a received signal synchronized in the time synchronization step by a sequence of differentially encoding the PN sequence.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.The above objects, features and advantages will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, whereby those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. There will be. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 OFDM 시스템내의 시간 도메인에서의 OFDM 프레임의 구조도를 나타내고, 도 2는 OFDM 프레임에서의 프리엠블의 일실시예 구조도를 나타낸다. 그리고, 도 3 은 본 발명에 따른 OFDM 송신 시스템에서 PN 수열을 이용한 프리엠블 수열 생성 방법에 대한 일실시예 흐름도를 나타낸다.1 shows a structural diagram of an OFDM frame in the time domain in an OFDM system, and FIG. 2 shows an exemplary structural diagram of a preamble in an OFDM frame. 3 is a flowchart illustrating a method of generating a preamble sequence using a PN sequence in an OFDM transmission system according to the present invention.
기존의 프레임 구조(도1 참조)에서는 반복구조를 가지는 프리엠블(preamble)을 보내고, 이어서 데이터를 전송하게 된다. 이러한 반복구조를 가지기 위해, 기존에는 주파수 도메인에서 홀수번째 부반송파에만 데이터를 보내고 짝수번째 부반송파에는 아무것도 보내지 않는다. 여기서, 홀수번째 부반송파에 전송되는 프리엠블 수열은 첨두대 평균전력비(PAPR: Peak to Average Power Ratio)를 줄이는 방향으로 설계되어야, 전송기에서 증폭기의 비선형성을 해결할 수 있다.In the existing frame structure (see FIG. 1), a preamble having a repeating structure is transmitted, and then data is transmitted. In order to have such a repetition structure, conventionally, only the odd subcarriers are transmitted in the frequency domain and nothing is sent to the even subcarriers. Here, the preamble sequence transmitted to the odd subcarrier should be designed in a direction of reducing the peak to average power ratio (PAPR), thereby solving the nonlinearity of the amplifier in the transmitter.
반면, 본 발명에서는 시간 도메인에서 프리엠블 수열을 생성(설계)하는 것이 아니라 주파수 도메인에서 생성(설계)한다.On the other hand, in the present invention, the preamble sequence is not generated (designed) in the time domain but is generated (designed) in the frequency domain.
먼저, 프리엠블 수열을 생성하기 위하여, 자기 상관의 성질이 좋은(자기 상관값이 높은) PN 수열을 생성한다(301). 이와 같이, 본 발명에서는 다른 신호의 간섭을 줄이기 위해, 프리엠블 수열로 PN 수열을 이용하나, 자기상관이 좋은(높은) 다른 수열도 이용될 수 있다.First, in order to generate a preamble sequence, a PN sequence having good autocorrelation property (high autocorrelation value) is generated (301). As described above, in order to reduce the interference of other signals in the present invention, PN sequences are used as preamble sequences, but other sequences having good autocorrelation may also be used.
PN 수열을 프리엠블 수열로 이용하면, OFDM에서 가장 문제가 되는 PAPR이 "1"로 최소가 되어, 기존 방법이 가지고 있는 PAPR로 인한 전송 전력 제한 문제에 대해 좀 더 여유를 가지게 됨으로써, 프리엠블 신호를 더 큰 전력으로 전송할 수 있어 더욱 정확한 동기를 맞출 수 있게 하는 장점이 있다. 그리고 OFDMA 상항링크 시스템의 경우 단말기의 증폭기는 기지국보다 성능이 좋지 못하기 때문에 PAPR에 더 민감하여, 본 발명과 같이 최소의 PAPR을 가지는 프리엠블 수열을 생성하면, 더 많은 이점이 있게 된다.When the PN sequence is used as a preamble sequence, the PAPR, which is the most problematic in OFDM, is minimized to "1", so that the preamble signal can be more afforded to the transmission power limitation problem due to the PAPR of the conventional method. The advantage is that it can transmit more power, allowing more accurate synchronization. In the case of the OFDMA uplink system, the amplifier of the terminal is more sensitive to the PAPR because the performance of the terminal is not as good as that of the base station. Thus, when the preamble sequence having the minimum PAPR is generated as in the present invention, there are more advantages.
다음은, 시간 도메인에서 PN 수열이 프리엠블 수열이 되도록, 주파수 메인상에서 PN 수열에 역푸리에변환(IFFT) 행렬의 역행렬을 곱함으로써 프리엠블 수열을 생성하는 과정을 수행한다(302). Next, in
즉, 시간도메인에서 PN 수열이 되도록 하기 위해, 주파수 도메인에서 전송되어 져야 할 신호를 구하는 과정은 다음과 같다.That is, to obtain the PN sequence in the time domain, a process of obtaining a signal to be transmitted in the frequency domain is as follows.
N개의 데이터 심볼을 가지는 OFDM 심볼을 위해, 먼저 N × N의 역 푸리에 변환(IFFT) 행렬 M을 다음의 [수학식 1]과 같이 표현할 수 있다.For an OFDM symbol having N data symbols, first, an Inverse Fourier Transform (IFFT) matrix M of N × N may be expressed as
여기서, 와 같다.here, Same as
상기와 같이 정의하였을 경우, 예를 들어 PN 수열 중 자기 상관 성질이 좋은 N의 길이를 가지는 골드 수열(Gold Sequence) 벡터를 s 라고 하면, 전송되어야 하는 주파수 도메인 신호(프리엠블 신호) p는 다음의 [수학식 2]와 같이 구할 수 있다.In the above definition, for example, a gold sequence vector having a length of N having a good autocorrelation property among PN sequences is s , and the frequency domain signal (preamble signal) p to be transmitted is It can be obtained as in [Equation 2].
여기서는, 사용하지 않는 부반송파가 없다고 가정하였다. 만약 양쪽 부반송 파를 사용하지 않을 경우에도, 이와 같은 방법으로 양쪽 반송파의 신호를 "0"으로 하는 행렬을 곱함으로써 프리엠블 수열을 구할 수 있다. 도 2는 이러한 주파수 도메인 프리엠블 구조를 보여준다. 즉, 주파수 도메인에서의 p는 전송 전에 푸리에변환 행렬이 곱해져서 시간도메인 신호로 변환되기 때문에 PN 수열인 s로 전송되는 것이다.Here, it is assumed that there are no unused subcarriers. Even when both subcarriers are not used, the preamble sequence can be obtained by multiplying a matrix of signals of both carriers by "0" in this manner. 2 shows this frequency domain preamble structure. In other words, p in the frequency domain is transmitted in the PN sequence s because the Fourier transform matrix is multiplied and converted into a time domain signal before transmission.
상기와 같은 방법으로 시간 도메인에서 프리엠블 수열을 설계할 경우 시간 동기가 시간 도메인에서 이루어지기 때문에 동기 알고리즘에 효율적인 프리엠블 수열을 설계하는 것이 용이하다는 장점이 있다. 또한, 시간 도메인에서 PN 수열을 사용할 경우, PN 수열의 좋은 자기 상관 특성에 의해 더 효과적으로 시간 동기를 맞출 수 있을 뿐만 아니라, 상향링크의 경우 초기 동기 시 여러 사용자가 기지국에 동시에 접속을 시도하기 때문에 다른 사용자 신호가 동기를 맞추는 사용자 신호에 간섭을 주어 동기 성능이 나빠질 수 있지만 이는 사용자마다 다른 PN 수열을 할당함으로써 다른 사용자 간섭을 줄일 수 있는 장점이 있다.When the preamble sequence is designed in the time domain as described above, it is easy to design an efficient preamble sequence for the synchronization algorithm because time synchronization is performed in the time domain. In addition, when the PN sequence is used in the time domain, not only can the time synchronization be more effectively synchronized by the good autocorrelation property of the PN sequence, but also because different users attempt to access the base station at the initial synchronization in the uplink, Although the user signal may interfere with the synchronized user signal, the synchronization performance may be degraded, but this may reduce the interference of other users by assigning different PN sequences to each user.
도 4 는 본 발명에 따른 OFDM 수신 시스템에서 프리엠블 수열을 이용한 시간 동기 및 주파수옵셋 추정 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a method of estimating time synchronization and frequency offset using a preamble sequence in an OFDM reception system according to the present invention.
먼저, OFDM 수신 시스템에서 신호를 수신하면, 시간 도메인에서 프리엠블의 위치를 찾는 시간 동기 과정이 수행된다(400 내지 408).First, when receiving a signal in the OFDM receiving system, a time synchronization process for finding the location of the preamble in the time domain is performed (400 to 408).
수신단은 프리엠블의 수열이 시간 도메인에서 PN 수열로 생성(설계)되어 전송된다는 것을 알고 있기 때문에, 수신단에서는 미리 메모리에 저장하고 있는 상기 PN 수열(송신측에서 프리엠블 생성시 사용한 PN 수열)을 수신신호와 이동 합산 (moving sum)하면서 최대값이 되는 위치를 찾게 되고 그 위치에서 시간 동기를 맞추게 된다.Since the receiving end knows that the preamble sequence is generated (designed) and transmitted in the time domain as a PN sequence, the receiving end receives the PN sequence (PN sequence used when generating the preamble at the transmitter side) previously stored in the memory. The moving sum with the signal finds the maximum position and is time synchronized at that position.
이와 같은 시간 동기 방법을 도 4에 따라 설명하면 다음과 같다.Such a time synchronization method will be described with reference to FIG. 4 as follows.
시간 도메인상에서 k번째 수신 신호 샘플을 r k 라 할 때, OFDM 심볼이 N개의 샘플값으로 이루어져 있기 때문에 이동 합산(moving sum)의 시작점이 θ인 수신 신호 벡터 r θ 는 다음의 [수학식 3]과 같다.When the k th received signal sample in the time domain is r k , the received signal vector r θ at the starting point of the moving sum is θ because the OFDM symbol consists of N sample values. Same as
여기서, T는 전치 행렬을 나타낸다.Where T represents the transpose matrix.
따라서 수신신호벡터 r θ 를 PN 수열 s와 이동 합산(moving sum)한 값 X(θ)는 다음의 [수학식 4]와 같이 구한다(402).therefore The value X (θ) obtained by moving the sum of the received signal vector r θ and the PN sequence s is obtained as shown in Equation 4 below (402).
X(θ)가 최대가 되는 θ을 찾음으로써, 시간 동기를 맞출 수 있다. By finding θ at which X (θ) is maximum, time synchronization can be achieved.
즉, θ= 0 (400)부터 θ를 증가시켜 가면서(406), 상기 [수학식 4]와 같이 OFDM 수신신호에 대하여 PN 수열을 이용하여 이동 합산(Moving Sum)을 취하면서(402) 이동합산값이 최대가 되는 위치를 찾아, 그 위치를 프리엠블 위치로 하여 시 간 동기를 맞추게 된다.That is, while increasing θ from θ = 0 (400) (406), as shown in Equation 4, the mobile summation is carried out using a PN sequence using a PN sequence (402). The position where the value is maximized is found and time synchronization is performed by using the position as the preamble position.
그러나, θ를 찾는 시간을 줄이기 위해 임계값 TH θ 를 설정하여(404) X(θ)가 임계값을 초과할 때의 θ을 가지고 시간 동기를 맞춘 후, 시간 동기 과정을 종료하게 된다(408).However, θ To reduce the search time, the threshold TH θ is set (404) to synchronize time with θ when X (θ) exceeds the threshold, and then the time synchronization process is terminated (408).
상기와 같은 본 발명을, 기존의 반복구조의 프리엠블을 이용하는 시간 동기방법과 비교해 보면, 다음과 같다.When comparing the present invention as described above with the time synchronization method using a preamble of the existing repeating structure, as follows.
먼저 기존의 방법은 반복구조를 통해 보내게 되기 때문에 다중경로 환경에서 채널의 영향이 작으며, 또한 반복 구조를 통해 시간 도메인에서 주파수 옵셋의 소수 부분을 추정할 수 있는 장점이 있다. 이에 반해 본 발명은 다중경로 환경에서 채널 정보를 모르고 있기 때문에 채널의 영향을 직접 줄일 수는 없으나, PN 수열의 좋은 자기 상관 특성을 이용함으로써 다른 채널 지연에 의한 간섭을 현저히 줄일 수 있다.First, since the conventional method is sent through an iterative structure, the influence of the channel is small in a multipath environment, and it is also possible to estimate the fractional part of the frequency offset in the time domain through the iterative structure. On the other hand, the present invention cannot directly reduce the influence of the channel because the channel information is not known in the multipath environment. However, by using the good autocorrelation property of the PN sequence, interference by other channel delays can be significantly reduced.
그리고, 기존의 방법이 추정을 위해 사용하는 샘플 수가 반복구조를 가지기 때문에 N/2이지만, 본 발명의 경우에는 N 개이다. 평균추정오차가 대략 샘플 수에 반비례하여 증가하기 때문에 본 발명이 샘플 수로만 봤을 때는 3dB 정도의 이점이 있다. The conventional method is N / 2 because the number of samples used for estimation has a repeating structure, but in the case of the present invention, it is N. Since the average estimation error increases approximately in inverse proportion to the number of samples, the present invention has an advantage of about 3 dB when viewed only as the number of samples.
또한, 기존의 방법에 있어서, 이동 합산(moving sum)을 했을 때, 동기가 여러 샘플 간격을 두고 맞지 않았을 경우에는 상관이 없지만, 동기가 한 두 샘플 간격을 두고 맞지 않을 경우에는 동기가 맞았을 때의 이동 합산(moving sum) 값과의 차이가 크지 않아 최대점을 찾기가 쉽지 않다. 그러나 본 발명의 경우에는, PN 수열의 좋은 자기 상관 특성으로 인해 한 두 샘플 동기가 맞지 않더라도 이동 합산(moving sum) 값은 동기가 맞았을 때의 값에 비해 현저하게 작게 되므로 최대값을 찾기 위한 임계값 설정하기가 휠씬 용이하다는 장점을 가지고 있다. In addition, in the conventional method, when a moving sum is performed, it does not matter if the synchronization is not correct over several sample intervals, but if the synchronization is not correct with one or two sample intervals, the synchronization is correct. It is not easy to find the maximum point because the difference from the moving sum of is not large. However, in the case of the present invention, because of the good autocorrelation property of the PN sequence, even if one or two samples are not synchronized, the moving sum is significantly smaller than that at the time of synchronization, so the threshold for finding the maximum value is small. The advantage is that it is much easier to set the value.
하지만, 앞에서도 언급했듯이 반복 구조를 가지고 있지 않기 때문에 시간도메인에서 주파수 옵셋을 다른 방법으로 추정하여야 한다.However, as mentioned earlier, because it does not have a repetitive structure, the frequency offset in the time domain has to be estimated in another way.
이하, 본 발명에 따른 주파수 옵셋 추정 방법(310)을 설명하기로 한다.Hereinafter, the frequency offset estimation method 310 according to the present invention will be described.
먼저 다음의 [수학식 5]와 같은 수열을 정의한다.First, the following sequence is defined as shown in [Equation 5].
여기서, sk가 PN 수열이므로 차동 부호화한 Ck 또한 PN 수열이 된다.Since s k is a PN sequence, C k differentially encoded It also becomes a PN sequence.
시간 동기가 정확히 맞았다고 가정하고, n번째 시간 도메인 수신 신호 샘플을 r n 이라고 할 때, 다음의 [수학식 6]이 성립한다.Assuming that time synchronization is correct, and assuming that the n th time domain received signal sample is r n , Equation 6 below holds.
여기서, 근사화는 근접한 샘플들 사이의 채널값이 거의 유사하다는 가정과 함께 수신 SNR이 높다는 가정하에 이루어졌으며, 이러한 가정은 일반적인 시스템에서는 일반적으로 타당하다.Here, the approximation is made on the assumption that the received SNR is high, with the assumption that the channel values between adjacent samples are nearly similar, and this assumption is generally valid in a typical system.
따라서 주파수 옵셋 ε은 다음의 [수학식 7]과 같이 추정될 수 있다.Therefore, the frequency offset ε can be estimated as shown in Equation 7 below.
즉, 시간동기 과정(400 내지 408)에서 동기화된 수신신호에 PN 수열을 차동 부호화한 수열을 곱함으로써, 시간도메인 상에서 부반송파의 주파수 옵셋을 추정하게 된다.That is, the frequency offset of the subcarriers is estimated on the time domain by multiplying the received signals synchronized in the time synchronization processes 400 to 408 by differentially encoding the PN sequence.
여기서 주파수 옵셋 ε의 추정 범위는 기존의 방법이 -1/2<ε<1/2의 주파수 옵셋의 소수부분밖에 추정하지 못하는데 반해, 본 발명의 경우는 - N/2<ε<N/2 로서 옵셋 추정 범위가 훨씬 넓어지는 장점이 있다, 또한, 기존의 방법이 평균하는 샘플수가 N/2개인데 반해, 본 발명의 경우는 N-1개의 더 많은 샘플들을 통해 간섭을 평균화할 수 있다. 그리고 Ck가 PN 수열을 가지기 때문에 이로 인한 간섭 제거 효과도 있다.Here, the estimation range of the frequency offset ε is only a fractional part of the frequency offset of -1/2 <ε <1/2, whereas the conventional method estimates -N / 2 <ε <N / 2 in the present invention. There is an advantage that the offset estimation range is much wider. In addition, in the case of the present invention, the interference can be averaged over N-1 more samples, whereas the conventional method averages N / 2 samples. And since C k has a PN sequence, there is also an interference cancellation effect.
상기와 같은 본 발명에 따른 시간 동기 과정 및 주파수 옵셋 추정 과정을 통하여 구한 보다 정확한 시간 옵셋(θcorrect), 주파수 옵셋(εcorrect)을 이용하여 보상하게 된다(412). 이 때 사용되는 보상 방법은 기존의 방법을 사용하기 때문에 그 설명은 생략하기로 한다. Compensation is made by using a more accurate time offset (θ correct ) and a frequency offset (ε correct ) obtained through the time synchronization process and the frequency offset estimation process according to the present invention as described above (412). Since the compensation method used at this time uses an existing method, the description thereof will be omitted.
이상과 같은 본 발명에 따른 실시예는 기본적인 OFDM 시스템상에서 설명하였으나, 본 발명은 OFDM을 기반으로 하는 OFDMA 등의 모든 시스템의 상하향 링크에서 적용가능하다.Although the embodiments according to the present invention as described above have been described in the basic OFDM system, the present invention is applicable to the uplink and downlink of all systems such as OFDMA based on OFDM.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.As described above, the method of the present invention may be implemented as a program and stored in a recording medium (CD-ROM, RAM, ROM, floppy disk, hard disk, magneto-optical disk, etc.) in a computer-readable form. Since this process can be easily implemented by those skilled in the art will not be described in more detail.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.The present invention described above is capable of various substitutions, modifications, and changes without departing from the technical spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains. It is not limited by the drawings.
상기와 같은 본 발명은, 직교 주파수 다중 분할(OFDM) 시스템, 특히 OFDMA 상향링크 같은 간섭이 많이 존재하는 시스템에서, 시간영역에서 PN 수열이 되도록 주파수 도메인에서 프리엠블 수열을 설계함으로써, 시간 동기 및 더 넓은 범위의 주파수 옵셋을 효과적으로 동시에 추정할 수 있게 하는 효과가 있다.As described above, in the present invention, in a frequency-divided orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) system, particularly in a system with much interference such as OFDMA uplink, the preamble sequence in the frequency domain is designed to be a PN sequence in the time domain. There is an effect that can effectively estimate a wide range of frequency offsets at the same time.
또한, 본 발명은, 프리엠블 수열이 시간 도메인에서 PN 수열이 되도록 설계 함으로써, PAPR을 현저히 낮출 수 있고, 신속/용이하게 시간 동기 및 주파수 옵셋 추정할 수 있을 뿐만 아니라, 상향링크의 경우에는 다른 사용자의 간섭을 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention, by designing the preamble sequence to be a PN sequence in the time domain, it is possible to significantly lower the PAPR, and to quickly / easily estimate the time synchronization and frequency offset, as well as other users in the case of uplink There is an effect to reduce the interference of.
또한, 본 발명은, 수신측에서 주파수 옵셋의 정수 부분과 소수 부분을 함께 추정함으로써, 주파수 옵셋의 추정 범위가 넓다는 효과가 있다.Further, the present invention has the effect that the estimation range of the frequency offset is wide by estimating the integer part and the fractional part of the frequency offset together at the receiving side.
Claims (8)
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020050106554A KR100723634B1 (en) | 2005-11-08 | 2005-11-08 | Method for generating Preamble Sequence using PN Sequence, and Method for Time Synchronization and Frequency Offset Estimation using PN Sequence in an OFDM communication system |
EP06798731A EP1946469A1 (en) | 2005-11-08 | 2006-09-11 | Method for generating preamble sequence using pn sequence, and method for time synchronization and frequency offset estimation using pn sequence |
PCT/KR2006/003602 WO2007055469A1 (en) | 2005-11-08 | 2006-09-11 | Method for generating preamble sequence using pn sequence, and method for time synchronization and frequency offset estimation using pn sequence |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020050106554A KR100723634B1 (en) | 2005-11-08 | 2005-11-08 | Method for generating Preamble Sequence using PN Sequence, and Method for Time Synchronization and Frequency Offset Estimation using PN Sequence in an OFDM communication system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20070049420A KR20070049420A (en) | 2007-05-11 |
KR100723634B1 true KR100723634B1 (en) | 2007-06-04 |
Family
ID=38023430
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020050106554A KR100723634B1 (en) | 2005-11-08 | 2005-11-08 | Method for generating Preamble Sequence using PN Sequence, and Method for Time Synchronization and Frequency Offset Estimation using PN Sequence in an OFDM communication system |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP1946469A1 (en) |
KR (1) | KR100723634B1 (en) |
WO (1) | WO2007055469A1 (en) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100799539B1 (en) * | 2006-09-21 | 2008-01-31 | 한국전자통신연구원 | Time and frequency synchronization method on based ofdm |
KR100882435B1 (en) * | 2007-08-22 | 2009-02-06 | 인하대학교 산학협력단 | Method for symbol timing estimation based on ir-uwb systems |
EP2099187B1 (en) * | 2008-03-07 | 2011-05-25 | Sony Corporation | Wireless system using a new type of preamble for a burst frame |
US20100124292A1 (en) * | 2008-11-20 | 2010-05-20 | Advanced Micro Devices, Inc. | Method and System for Receiver Synchronization |
KR102113785B1 (en) | 2013-09-12 | 2020-05-21 | 삼성전자주식회사 | Transmitter, receiver and controlling method thereof |
CN112187685B (en) * | 2019-07-04 | 2022-04-15 | 瑞昱半导体股份有限公司 | Cooperative precoding method and communication system |
-
2005
- 2005-11-08 KR KR1020050106554A patent/KR100723634B1/en not_active IP Right Cessation
-
2006
- 2006-09-11 EP EP06798731A patent/EP1946469A1/en not_active Withdrawn
- 2006-09-11 WO PCT/KR2006/003602 patent/WO2007055469A1/en active Application Filing
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
IEEE 1999년 논문 "Time and frequency synchronization for OFDM using PN-sequence preambles" |
IEEE 2005년 1월 논문 "A robust joint estimator for OFDM timing and frequency offsets based on PN codes" |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP1946469A1 (en) | 2008-07-23 |
KR20070049420A (en) | 2007-05-11 |
WO2007055469A1 (en) | 2007-05-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4000057B2 (en) | OFDM communication device | |
US7613104B2 (en) | Method, apparatus and computer program product providing synchronization for OFDMA downlink signal | |
KR100890182B1 (en) | Joint estimation apparatus of channel and frequency offset based on multiband-orthogonal frequency division multiplexing and thereof | |
KR101485780B1 (en) | Method and Apparatus for estimating a symbol timing offset in a wireless communication system | |
Fantacci et al. | Multiuser interference cancellation receivers for OFDMA uplink communications with carrier frequency offset | |
US8223858B2 (en) | Time synchronization method and frequency offset estimation method using the same in OFDM network | |
US20030179776A1 (en) | Multicarrier transmitter, multicarrier receiver, and multicarrier wireless communication method | |
KR100729726B1 (en) | System and Method for Timing Acquisition and Carrier Frequency Offset Estimation in Wireless Communication Based on OFDM | |
KR100715194B1 (en) | Apparatus and method for downlink initial synchronization and cell search of user terminal, and base station for transmitting downlink signal in OFDMA mobile communication system | |
KR20070056480A (en) | Carrier frequency synchronization apparatus and method in ofdm system | |
KR20030016121A (en) | Method for creating Symmetric-Identical preamble and method for synchronizing symbol and frequency of Orthogonal Frequency Division Multiplexed signals by using the Symmetric-Identical preamble | |
JP2013521729A (en) | Method and apparatus for accurate time synchronization in a wireless communication system | |
EP1779570B1 (en) | Method for detecting ofdm symbol timing in ofdm system | |
WO2009107146A1 (en) | Optimal training sequence and channel estimation method and system for superimposed training based ofdm systems | |
KR100723634B1 (en) | Method for generating Preamble Sequence using PN Sequence, and Method for Time Synchronization and Frequency Offset Estimation using PN Sequence in an OFDM communication system | |
KR20100060456A (en) | Method and apparatus for estimating carrier frequency in a wireless communication system | |
US20050084035A1 (en) | Apparatus and method for transmitting and receiving a pilot signal in a communication system using a multi-carrier modulation scheme | |
KR101421406B1 (en) | Correlation apparatus and method for frequency synchronization in broadband wireless access communicaion system | |
KR20050092063A (en) | Method and device for generating signal of pilot in ofdma systems | |
CN104836770B (en) | It is a kind of based on related average and adding window timing estimation method | |
KR100626644B1 (en) | Method for estimating frequency/time offset and its using apparatus in OFDM communication system | |
KR20110135662A (en) | Ofdm receiver being capable of estimating timing error in multi-path fading channel, ofdm system having the same and timing error estimation method thereof | |
KR100770008B1 (en) | Time and Frequency Offset Estimation with Antenna Diversity in OFDM Communication System | |
Witschnig et al. | The advantages of a unique word for synchronisation and channel estimation in a SC/FDE system | |
Prasetyo et al. | On the guard band-based coarse frequency offset estimation technique for burst OFDM systems |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
G170 | Re-publication after modification of scope of protection [patent] | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20110511 Year of fee payment: 5 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |