KR100874011B1 - Frequency offset compensation device and method in wireless communication system - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에서 주파수 옵셋 보상 방법 및 장치에 관한 것이다. 수신된 시간 영역 신호를 퓨리에 변환을 하여 주파수 영역 신호로 변환한다. 상기 주파수 영역 신호의 기준 신호를 추출하여 각 사용자별 주파수 옵셋 보상 계수를 계산하고 상기 기준 신호에 상기 주파수 옵셋 보상 계수를 곱하여 기준 신호의 주파수 옵셋을 보상한 후, 채널 추정 알고리즘을 이용하여 채널을 추정한다. 채널 추정 결과로부터 채널 등화 계수를 계산하고, 상기 주파수 영역 신호에 주파수 옵셋 보상 계수와 채널 등화 계수를 곱하여 주파수 옵셋을 보상 및 채널 등화를 수행한다. The present invention relates to a frequency offset compensation method and apparatus in a wireless communication system. The received time domain signal is Fourier transformed into a frequency domain signal. Compute the frequency offset compensation coefficient for each user by extracting the reference signal of the frequency domain signal, and multiply the reference signal by the frequency offset compensation coefficient to compensate for the frequency offset of the reference signal, and then estimate the channel using a channel estimation algorithm. do. The channel equalization coefficient is calculated from the channel estimation result, and the frequency offset is compensated and the channel equalization coefficient is multiplied by the frequency offset compensation coefficient and the channel equalization coefficient.

Description

무선 통신 시스템에서의 주파수 옵셋 보상 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR COMPENSATING FREQUENCY OFFSET IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}Frequency offset compensation apparatus and method in a wireless communication system {APPARATUS AND METHOD FOR COMPENSATING FREQUENCY OFFSET IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템의 수신기의 블록도이다.1 is a block diagram of a receiver of a wireless communication system according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 주파수 옵셋 보상 방법을 나타낸 순서도이다. 2 is a flowchart illustrating a frequency offset compensation method according to an embodiment of the present invention.

도 3a는 하나의 부반송파에 대한 주파수 옵셋을 보상할 때의 정규화된 주파수 옵셋 보상 계수를 나타낸 도면이다.3A is a diagram illustrating normalized frequency offset compensation coefficients when compensating a frequency offset for one subcarrier.

도 3b는 도 3a의 한 부분을 확대한 도면이다. FIG. 3B is an enlarged view of a portion of FIG. 3A.

도 4은 본 발명의 실시예에 따른 채널 등화 및 주파수 옵셋 보상 방법의 패킷 에러율을 나타낸 도면이다4 is a diagram illustrating a packet error rate of a channel equalization and frequency offset compensation method according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 무선 통신 시스템에서 주파수 옵셋 보상 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 OFDMA) 방식을 사용하는 시스템 혹은 단일 주파수 분할 다중 접속(Single Carrier Frequency Division Multiple Access, 이하 SC-FDMA) 방식을 사 용하는 무선 통신 시스템에서 주파수 옵셋을 보상하는 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and apparatus for compensating frequency offset in a wireless communication system, and in particular, a system using an orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) scheme or a single carrier frequency division multiple access. The present invention relates to a method for compensating for frequency offset in a wireless communication system using an Access (hereinafter, SC-FDMA) scheme.

최근 각광을 받고 있는 휴대 인터넷 통신을 위한 IEEE 802.16 및 Wibro 시스템 등이 OFDMA 방식의 기술을 이용하고 있으며, 또한 셀룰러 통신을 위해서는 3GPP에서 표준화 작업이 진행 중이며 SC-FDMA 기술을 채택한바 있다. 이 두 기술 모두 무선 채널의 임펄스 응답(impulse response)의 길이보다 긴 순환 전치 심볼(Cyclic Prefix, 이하 "CP"라 함)을 사용하여 다중 경로 페이딩(Multipath Fading)에 강하며, 수신기에서는 주파수 영역에서 원 탭 등화기로 채널 보상이 가능하다.Recently, the IEEE 802.16 and Wibro systems for portable Internet communication, which are in the spotlight, use OFDMA technology. Also, for cellular communication, 3GPP standardization is underway and SC-FDMA technology is adopted. Both of these techniques are resistant to multipath fading using cyclic prefixes (hereinafter referred to as "CP") longer than the impulse response of the radio channel, and at the receiver in the frequency domain. Channel compensation is possible with a one tap equalizer.

OFDMA 방식 및 SC-FDMA 방식 모두 상호간 직교성을 가지는 다수의 부반송파에 전송하고자 하는 정보를 실어 보내는 기술로, 송신기 주파수와 수신기 주파수가 동기화가 이루어지지 않거나, 송신기가 빠른 속도로 이동하게 되면 도플러 주파수만큼의 주파수 옵셋이 발생한다. 주파수 옵셋이 발생하는 경우 각 부반송파 사이의 직교성이 유지되지 않아 인접 부반송파간의 간섭 현상이 발생하여 수신 신호의 위상뿐만 아니라 진폭도 변화시켜 시스템의 복호 성능을 크게 저하시키게 된다.Both OFDMA and SC-FDMA schemes transmit information to be transmitted on a plurality of subcarriers having orthogonality to each other. Frequency offset occurs. When a frequency offset occurs, orthogonality between subcarriers is not maintained, thereby causing interference between adjacent subcarriers, thereby changing the amplitude as well as the phase of a received signal, thereby greatly reducing the decoding performance of the system.

OFDMA 혹은 SC-FDMA 방식을 채택한 시스템에서 주파수 옵셋을 보상하는 종래 기술로는 수신단에서 CP를 제거 후, 추정된 주파수 옵셋을 이용하여 시간 영역에서 보상을 한 후, 고속 퓨리에 변환을 하여 주파수 영역으로 변환하는 방법이 있었다. 이는 상향 링크와 같이 다중 사용자의 신호가 더해져 수신되는 경우, 각 사용자 별로 주파수 옵셋이 다르기 때문에, 사용자 별로 시간 영역에서 주파수 옵셋을 보상한 후에 사용자 별로 고속 퓨리에 변환을 하여야 하므로, 사용자 수만큼의 고속 퓨리에 변환 모듈을 필요로 하게 된다. Conventional techniques for compensating for frequency offset in OFDMA or SC-FDMA systems include removing CP at the receiver, compensating in the time domain using the estimated frequency offset, and then performing fast Fourier transform to the frequency domain. There was a way. This is because when the multi-user signal is added like the uplink, the frequency offset is different for each user. Therefore, since the frequency offset is compensated in the time domain for each user, fast Fourier transform must be performed for each user. You will need a conversion module.

또 다른 종래 기술로는 고속 퓨리에 변환을 한 후에 주파수 영역에서 주파수 옵셋을 보상하는 방법으로, 보통 주파수 영역에서 주파수 옵셋을 보상하기 위해서는 고속 퓨리에 변환 크기만큼의 순환 컨볼루션(circular convolution) 연산이 필요하나, 이 기술에서는 사용자 할당 방법을 제한하고, 주파수 옵셋 보상 계수의 탭을 제한하여 순환 컨볼루션 연산을 줄이는 방법이 있었다. 그럼에도 불구하고 순환 컨볼루션 연산은 매우 연산량이 크기 때문에 구현이 어려워진다.Another conventional technique is to compensate for frequency offset in the frequency domain after the fast Fourier transform. In order to compensate for frequency offset in the frequency domain, a circular convolution operation equal to the size of the fast Fourier transform is required. In this technique, there is a method to reduce the cyclic convolution operation by limiting the user assignment method and limiting the tap of the frequency offset compensation coefficient. Nevertheless, cyclic convolution operations are very expensive and difficult to implement.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 무선 통신 시스템에서 구조가 간단하여 용이하게 구현할 수 있고 성능도 우수한 주파수 옵셋 보상 장치 및 방법을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide an apparatus and method for compensating for frequency offset, which has a simple structure and can be easily implemented in a wireless communication system.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 하나의 특징에 따른 무선 통신 시스템의 수신기의 주파수 옵셋 보상 방법은 시간 영역의 수신 신호를 주파수 영역 신호로 변환한 후, 상기 주파수 영역 신호의 기준 신호를 이용하여 각 사용자별 주파수 옵셋 보상 계수를 계산하는 단계하고, 상기 주파수 옵셋 보상 계수를 이용하여 상기 주파수 영역 신호의 주파수 옵셋을 보상한다.According to one aspect of the present invention, there is provided a method for compensating a frequency offset of a receiver in a wireless communication system. Computing a frequency offset compensation coefficient for each user, and using the frequency offset compensation coefficient to compensate for the frequency offset of the frequency domain signal.

본 발명의 다른 특징에 따른 무선 통신 시스템의 수신기의 주파수 옵셋 보상 방법은 시간 영역의 수신 신호를 주파수 영역 신호로 변환한 후, N은 고속 퓨리에 변환 크기로 전송대역폭을 나타내는 값이고, NG는 보호 구간의 이산 시간 샘플 수이 고,

Figure 112007026309517-pat00001
는 부반송파 간격에 대한 정규화된 주파수 옵셋일 때, 각 사용자에 대한 주파수 옵셋 보상 계수는
Figure 112007026309517-pat00002
으로 결정하고, 상기 주파수 옵셋 보상 계수를 이용하여 상기 주파수 영역 신호의 주파수 옵셋을 보상한다.In the frequency offset compensation method of a receiver of a wireless communication system according to another aspect of the present invention, after converting a received signal in the time domain into a frequency domain signal, N is a value representing a transmission bandwidth with a fast Fourier transform magnitude and N G is a protection. Discrete time samples of the interval,
Figure 112007026309517-pat00001
Is the normalized frequency offset for the subcarrier spacing, the frequency offset compensation factor for each user is
Figure 112007026309517-pat00002
The frequency offset of the frequency domain signal is compensated using the frequency offset compensation coefficient.

본 발명의 또 다른 특징에 따른 무선 통신 시스템의 주파수 옵셋 보상 장치는 시간 영역의 신호를 고속 퓨리에 변환하여 주파수 영역의 신호로 변환하는 고속 퓨리에 변환부, 상기 주파수 영역의 신호로부터 기준 신호를 추출하여 주파수 옵셋 보상 계수를 발생시키고 채널을 추정하는 주파수 옵셋 및 채널 추정부 및 상기 채널 추정부의 채널 추정 결과와 상기 주파수 옵셋 보상 계수를 토대로 채널 등화 및 주파수 옵셋을 보상하는 채널 등화부를 포함한다.In accordance with another aspect of the present invention, a frequency offset compensation apparatus of a wireless communication system includes a fast Fourier transform unit for converting a signal in a time domain into a signal in a frequency domain by fast Fourier transform, and extracting a reference signal from the signal in the frequency domain. A frequency offset and channel estimator for generating an offset compensation coefficient and estimating a channel, and a channel equalizer for compensating channel equalization and frequency offset based on a channel estimation result of the channel estimator and the frequency offset compensation coefficient.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미 하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it can further include other components, without excluding other components unless specifically stated otherwise. In addition, the terms “… unit”, “… unit”, “module”, “block”, etc. described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which is hardware or software or a combination of hardware and software. It can be implemented as.

이제 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서의 주파수 옵셋 보상 장치 및 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다. Now, a frequency offset compensation apparatus and method in a wireless communication system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템의 수신기의 블록도이다.1 is a block diagram of a receiver of a wireless communication system according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 수신기는 RF(Radio Frequency)/IF(Intermediate Frequency) 수신단(110), CP 제거부(120), 고속 퓨리에 변환부(130), 주파수 옵셋 및 채널 추정부(140), 채널 등화부(150), 복조부(160) 및 디코더부(170)를 포함한다. As shown in FIG. 1, a receiver according to an embodiment of the present invention includes a radio frequency (RF) / intermediate frequency (IF) receiver 110, a CP remover 120, a fast Fourier transform unit 130, and a frequency offset. And a channel estimator 140, a channel equalizer 150, a demodulator 160, and a decoder 170.

RF/IF 수신단(110)은 안테나를 통해 수신된 신호를 디지털 기저 대역 신호로 바꾼다. CP 제거부(120)는 심볼 타이밍을 입력 받아 디지털 기저 대역 신호에서 CP를 제거한다. 고속 퓨리에 변환부(130)는 CP가 제거된 시간 영역 심볼을 고속 퓨리에 변환 크기만큼 모아 주파수 영역의 신호로 변환한다. The RF / IF receiver 110 converts the signal received through the antenna into a digital baseband signal. The CP remover 120 receives the symbol timing and removes the CP from the digital baseband signal. The fast Fourier transform unit 130 collects the time-domain symbols from which the CP is removed and converts them into signals in the frequency domain by collecting the fast Fourier transform magnitudes.

주파수 옵셋 및 채널 추정부(140)는 기준 신호 추출부(141), 주파수 옵셋 추정부(142), 주파수 옵셋 보상 계수 발생부(143) 및 채널 추정부(144)를 포함한다. 기준 신호 추출부(141)는 변환된 주파수 영역의 신호에서 기준 신호를 추출하고, 주파수 옵셋 추정부(142)는 추출된 기준 신호로부터 주파수 옵셋을 추정한다. 주파수 옵셋 보상 계수 발생부(143)는 추정된 주파수 옵셋으로부터 주파수 옵셋 보상 계수를 계산하고, 채널 추정부(144)는 추출된 기준 신호와 주파수 옵셋 보상 계수를 곱하여 기준 신호의 주파수 옵셋을 보상한 후, 채널을 추정한다. 기준 신호(reference signal)는 파일럿과 같이 송신기와 수신기가 미리 알고 있고 있는 신호를 의미한다. The frequency offset and channel estimator 140 includes a reference signal extractor 141, a frequency offset estimator 142, a frequency offset compensation coefficient generator 143, and a channel estimator 144. The reference signal extractor 141 extracts a reference signal from the converted frequency domain signal, and the frequency offset estimator 142 estimates a frequency offset from the extracted reference signal. The frequency offset compensation coefficient generator 143 calculates the frequency offset compensation coefficient from the estimated frequency offset, and the channel estimator 144 multiplies the extracted reference signal by the frequency offset compensation coefficient to compensate for the frequency offset of the reference signal. , Estimate the channel. The reference signal refers to a signal known to the transmitter and the receiver in advance, such as a pilot.

채널 등화부(150)는 채널 등화 계수 발생부(151), 주파수 옵셋 보상기(152)및 채널 등화기(153)를 포함한다. 채널 등화 계수 발생부(151)는 주파수 옵셋 및 채널 추정부(140)로부터 입력되는 채널 추정 결과로부터 채널 등화 계수를 계산하고, 주파수 옵셋 보상기(152)는 퓨리에 변환부(130)로부터 입력 받은 데이터 심볼과 주파수 옵셋 보상 계수를 곱하여 주파수 옵셋을 보상하고, 채널 등화기(153)는 주파수 옵셋이 보상된 데이터 심볼과 채널 등화 계수를 곱하여 채널 등화를 수행한다.The channel equalizer 150 includes a channel equalization coefficient generator 151, a frequency offset compensator 152, and a channel equalizer 153. The channel equalization coefficient generator 151 calculates the channel equalization coefficient from the frequency offset and the channel estimation result input from the channel estimator 140, and the frequency offset compensator 152 receives the data symbols input from the Fourier transformer 130. To compensate for the frequency offset by multiplying by the frequency offset compensation coefficient, and the channel equalizer 153 performs channel equalization by multiplying the channel equalization coefficient by the data symbol compensated for the frequency offset.

복조부(160)는 채널 등화 처리된 신호를 복조하고, 디코더부(170)는 복조된 신호를 디코딩한다.The demodulator 160 demodulates the channel equalized signal, and the decoder 170 decodes the demodulated signal.

다음, 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 주파수 옵셋을 보상하는 방법에 대하여 도 2, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 상세하게 설명한다. Next, a method of compensating for frequency offset in a wireless communication system according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2, 3A, and 3B.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 주파수 옵셋 보상 방법을 나타낸 순서도이다. 도 3a는 하나의 부반송파에 대한 주파수 옵셋을 보상할 때의 정규화된 주파수 옵셋 보상 계수를 나타낸 도면이고, 도 3b는 도 3a를 확대한 도면이다. 2 is a flowchart illustrating a frequency offset compensation method according to an embodiment of the present invention. 3A is a diagram illustrating normalized frequency offset compensation coefficients when compensating a frequency offset for one subcarrier, and FIG. 3B is an enlarged view of FIG. 3A.

P명의 사용자가 있는 환경에서 수신된 시간 영역의 신호는 다음과 같이 나타낼 수 있다.In the environment where there are P users, the received time domain signal may be represented as follows.

Figure 112007026309517-pat00003
Figure 112007026309517-pat00003

여기서,

Figure 112007026309517-pat00004
는 p번째 사용자의 주파수 옵셋이고, Ts는 샘플링 구간, N은 고속 퓨리에 변환 크기로 전송대역폭을 나타내는 값이 되며, NG는 보호 구간의 이산 시간 샘플 수, 즉 CP의 길이이다. here,
Figure 112007026309517-pat00004
Is the frequency offset of the p-th user, T s is the sampling interval, N is the value representing the transmission bandwidth with the fast Fourier transform size, and N G is the number of discrete time samples of the guard interval, that is, the length of CP.

부반송파 간격을

Figure 112007026309517-pat00005
라 하면 수학식 1에서
Figure 112007026309517-pat00006
가 되므로, 부반송파 간격에 대한 정규화된 주파수 옵셋을
Figure 112007026309517-pat00007
라 하면, 시간 영역의 신호는 수학식 1의 오른쪽 항이 된다. 또한,
Figure 112007026309517-pat00008
는 주파수 옵셋이 없는 경우에 p번째 사용자의 송신 신호가 채널을 통과한 신호로 다음과 같이 표현할 수 있다.Subcarrier spacing
Figure 112007026309517-pat00005
In Equation 1
Figure 112007026309517-pat00006
Since the normalized frequency offset for the subcarrier spacing
Figure 112007026309517-pat00007
In this case, the signal in the time domain becomes the right term of Equation 1. Also,
Figure 112007026309517-pat00008
In the case where there is no frequency offset, the signal transmitted by the p-th user through the channel can be expressed as follows.

Figure 112007026309517-pat00009
Figure 112007026309517-pat00009

여기서,

Figure 112007026309517-pat00010
는 p번째 사용자의 k번째 부반송파에 대한 채널 주파수 응답이고,
Figure 112007026309517-pat00011
는 p번째 사용자의 송신 심볼이 k번째 부반송파에 매핑된 신호로 OFDMA 시스템에서는 이
Figure 112007026309517-pat00012
가 실제 전송하는 데이터 심볼이 되며, SC-FDMA 시스템에서는
Figure 112007026309517-pat00013
이 전송하는 데이터 심볼을 이산 퓨리에 변환을 한 심볼이 된다.here,
Figure 112007026309517-pat00010
Is the channel frequency response for the kth subcarrier of the pth user,
Figure 112007026309517-pat00011
Is a signal in which the transmission symbol of the p-th user is mapped to the k-th subcarrier.
Figure 112007026309517-pat00012
Becomes the data symbol to be actually transmitted. In SC-FDMA system,
Figure 112007026309517-pat00013
The data symbol to be transmitted is a symbol which has been subjected to discrete Fourier transform.

도 2에 도시한 바와 같이, CP 제거부(120)가 수신 신호(yn)에서 CP를 제거한 후(210), 고속 퓨리에 변환부(130)가 CP가 제거된 수신 신호

Figure 112007026309517-pat00014
를 고속 퓨리에 변환한다(220). 이때, 수학식 1에서 심볼 타이밍이 맞았다고 가정하면, 고속 퓨리에 변환한 신호(Ym)은 수학식 3과 같이 표현할 수 있다. As shown in FIG. 2, after the CP remover 120 removes the CP from the received signal y n (210), the fast Fourier transform unit 130 receives the CP from which the CP has been removed.
Figure 112007026309517-pat00014
Fast Fourier transform (220). In this case, assuming that the symbol timing is correct in Equation 1, the fast Fourier transformed signal Y m may be expressed as Equation 3.

Figure 112007026309517-pat00015
Figure 112007026309517-pat00015

여기서,

Figure 112007026309517-pat00016
이고, wm은 AWGN(Additive White Gaussian Noise, wm)을 고속 퓨리에 변환한 것이다. here,
Figure 112007026309517-pat00016
W m is a fast Fourier transform of AWGN (Additive White Gaussian Noise, w m ).

수학식 3을 살펴보면, 주파수 옵셋에 의해 수신 신호는 주파수 옵셋이 없는 경우에 비해서

Figure 112007026309517-pat00017
만큼 신호의 크기가 작아지고,
Figure 112007026309517-pat00018
만큼의 위상 천이가 생길 뿐 아니라, Im와 같이 인접 부반송파로부터 오는 간섭 신호도 포함한다.Looking at Equation 3, the received signal by the frequency offset compared to the case where there is no frequency offset
Figure 112007026309517-pat00017
As the signal gets smaller,
Figure 112007026309517-pat00018
Not only does a phase shift occur, but also includes an interference signal from an adjacent subcarrier such as I m .

종래 기술에서는 수학식 3을 유도함에 있어 CP의 이산 시간 샘플에 대해 고려를 하지 않았다. 수학식 3을 살펴보면 CP로 인해 추가적으로 위상 천이가 되며, 이는 해당 사용자의 원래 부반송파 심볼뿐만 아니라 인접 부반송파 간섭 신호에도 같은 주파수 천이가 나타남을 알 수 있다.Prior art has not considered discrete time samples of CP in deriving equation (3). Looking at Equation 3, the additional phase shift due to the CP, it can be seen that the same frequency shift appears in the adjacent subcarrier interference signal as well as the original subcarrier symbol of the user.

주파수 옵셋을 정확히 보상하기 위해서 수학식 3으로부터 각 부반송파에 포함되어 있는 자기 부반송파에 해당되는 심볼에 대해 크기 및 위상을 보상한 것과 나머지 N-1개의 부반송파에 퍼져 있는 심볼에 대해 크기 및 위상을 보상한 것을 모두 더해 줘야 한다. 즉, 주파수 옵셋 보상 계수 N개를 구한 후, N개의 부반송파에 대해 순환 컨볼루션을 하여야 한다. 그러나 순환 컨볼루션 연산은 매우 연산량이 크기 때문에 구현이 어려운 문제점이 있다. In order to accurately compensate for the frequency offset, Equation 3 compensates the magnitude and phase of the symbols corresponding to the magnetic subcarriers included in each subcarrier and compensates the magnitude and phase of the symbols spread over the remaining N-1 subcarriers. You have to add them all. That is, after N frequency offset compensation coefficients are obtained, cyclic convolution must be performed on N subcarriers. However, the cyclic convolution operation has a problem that it is difficult to implement because the operation amount is very large.

도 3a의 그래프는 전송대역폭(N)을 2048이라 하고, 정규화된 주파수 옵셋(

Figure 112007026309517-pat00019
)을 0.1이라 할 때, 1024번째 부반송파에 대한 주파수 옵셋을 보상할 때의 정규화된 주파수 옵셋 보상 계수를 나타내고 도 3b는 1024번째 부반송파 근방을 확대한 것이다. 도 3b에 도시한 바와 같이, 1024번째 부반송파에 대한 정규화된 주파수 옵셋 보상 계수가 1이고, 1024번째 부반송파 부근의 2~3개 정도만이 정규화된 주파수 보상 계수가 0.1이고 나머지는 0에 가까운 것을 알 수 있다. In the graph of FIG. 3A, the transmission bandwidth N is 2048, and a normalized frequency offset (
Figure 112007026309517-pat00019
) Is 0.1, and represents the normalized frequency offset compensation coefficient when compensating for the frequency offset with respect to the 1024th subcarrier, and FIG. 3B is an enlargement of the vicinity of the 1024th subcarrier. As shown in FIG. 3B, it can be seen that the normalized frequency offset compensation coefficient for the 1024th subcarrier is 1, and only two or three normalized frequency compensation coefficients near the 1024th subcarrier are 0.1 and the rest are close to zero. have.

이를 근거로, 본 발명의 실시예에서는 복잡한 순환 컨볼루션을 사용하는 대 신 수학식 4를 이용하여 해당 부반송파에 하나의 주파수 옵셋 보상 계수를 적용한다. 즉, 주파수 옵셋 및 채널 추정부(140)는 기준 신호로부터 주파수 옵셋을 추정하고, 수학식 3에 나타낸 수신 신호(Ym)중에서 p번째 사용자의 임의의 부반송파에 대한 성분으로부터 주파수 옵셋 보상 계수를 계산한다(230). 구체적으로, 수학식 4와 같이, p번째 사용자의 임의의 부반송파에 대한 성분에서 데이터 심볼과 채널 주파수 응답을 제외한 값이 p번째 사용자의 주파수 옵셋 보상 계수로 계산된다. 따라서 사용자 별로 일정한 주파수 옵셋 보상 계수를 가지게 되고, 그 값은 주파수 옵셋에 의해 결정된다. 그리고 기준 신호로부터 주파수 옵셋을 추정하는 방법은 당업자라면 용이하게 알 수 있으므로 이에 대한 설명은 생략한다. Based on this, an embodiment of the present invention applies one frequency offset compensation coefficient to a corresponding subcarrier using Equation 4 instead of using a complex cyclic convolution. That is, the frequency offset and channel estimator 140 estimates the frequency offset from the reference signal, and calculates the frequency offset compensation coefficient from the component for any subcarrier of the p-th user among the received signals Y m shown in Equation (3). (230). Specifically, as shown in Equation 4, the value excluding the data symbol and the channel frequency response in the component for any subcarrier of the p-th user is calculated as the frequency offset compensation coefficient of the p-th user. Therefore, each user has a constant frequency offset compensation coefficient, and its value is determined by the frequency offset. In addition, since a method for estimating a frequency offset from a reference signal can be easily understood by those skilled in the art, a description thereof will be omitted.

Figure 112007026309517-pat00020
Figure 112007026309517-pat00020

다음으로, 수신기에서 주파수 영역의 채널 등화를 위해 기준 신호를 이용하여 채널 추정을 한다(240). 수신된 기준 신호를 각 사용자 별로 수학식 4에서 구한 주파수 옵셋 보상 계수를 곱하여 주파수 옵셋을 보상한 후, 채널 추정을 한다. Next, the receiver estimates the channel using the reference signal for channel equalization in the frequency domain (240). Compensate for the frequency offset by multiplying the received reference signal by the frequency offset compensation coefficient obtained in Equation 4 for each user, and then performing channel estimation.

채널 등화 계수 발생부(151)는 채널 추정 결과로부터 채널 등화 계수를 계산한다(250). p번째 사용자의 m번째 부반송파에 대한 채널 등화 계수를

Figure 112007026309517-pat00021
라고 하면, 다음 식과 같이 주파수 영역의 등화기에서 채널 등화를 수행 하면서 함께 주파수 옵셋 보상이 가능하다(260).The channel equalization coefficient generator 151 calculates the channel equalization coefficient from the channel estimation result (250). The channel equalization coefficient for the mth subcarrier of the pth user
Figure 112007026309517-pat00021
In this case, frequency offset compensation may be performed together with channel equalization in the equalizer in the frequency domain as shown in the following equation (260).

Figure 112007026309517-pat00022
Figure 112007026309517-pat00022

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 채널 등화 및 주파수 옵셋 보상 방법의 패킷 에러율(Packet Error Rate)을 나타낸 도면이다. 도 4의 그래프는 주파수 옵셋이 없는 경우(No FO)와 본 발명의 실시예에 따른 한 부반송파에 하나의 주파수 옵셋 보상 계수를 사용한 경우(1 Tap 보상기)와 3개의 주파수 옵셋 보상 계수를 사용하여 순환 컨볼루션을 한 경우(3 Tap 보상기)를 나타내고 있다. 도 4는 OFDMA 시스템에서 무선채널 모델은 전형적인 도심형 6경로 모델(Typical Urban 6path model)을 사용하였고, 변조 방식은 직교 위상 편이 변조(Quadrature Phase Shift Keying, QPSK)이고, 하나의 단말이 사용한 부반송파 개수는 600이고, 제1 단말은 주파수 옵셋을 1.6kHz를 주었고 제2 단말은 주파수 옵셋을 -1.6kHz를 주었으며 부호율(Coding Rate)은 1/3로 설정한 그래프이다. 그리고 부반송파 간격은 15kHz이므로 정규화된 주파수 옵셋은

Figure 112007026309517-pat00023
0.1이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 주파수 옵셋 보상 계수를 사용한 것이 3개의 주파수 옵셋 보상 계수를 사용하여 순환 컨볼루션을 한 것보다 성능이 좀 더 좋게 나오는데, 이는 인접한 3개의 부반송파에 있는 자기 신호 성분을 보상하여 합해지는 과정에서 오히려 간섭 신호와 잡음이 더 올라가기 때문인 것으로 해석할 수 있다.4 is a diagram illustrating a packet error rate of a channel equalization and frequency offset compensation method according to an embodiment of the present invention. The graph of FIG. 4 is cycled using no frequency offset (No FO) and one frequency offset compensation coefficient for one subcarrier (1 tap compensator) and three frequency offset compensation coefficients according to an embodiment of the present invention. The case of convolution (3 Tap compensator) is shown. 4 illustrates a typical urban urban 6path model in an OFDMA system. The modulation scheme is quadrature phase shift keying (QPSK), and the number of subcarriers used by one UE is shown in FIG. 600, the first terminal gives a frequency offset of 1.6 kHz, the second terminal gives a frequency offset of -1.6 kHz, and a coding rate is set to 1/3. And since the subcarrier spacing is 15 kHz, the normalized frequency offset
Figure 112007026309517-pat00023
0.1. As shown in FIG. 4, the use of the frequency offset compensation coefficient according to the embodiment of the present invention yields better performance than the cyclic convolution using the three frequency offset compensation coefficients, which are three adjacent subcarriers. It can be interpreted that the interference signal and noise are higher in the process of compensating and adding the magnetic signal components at.

본 발명의 실시예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프 로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.Embodiments of the present invention are not implemented only through the above-described apparatus and / or method, but through a program for realizing a function corresponding to the configuration of the embodiments of the present invention, a recording medium on which the program is recorded, and the like. The implementation may be easily implemented by those skilled in the art from the description of the above-described embodiments.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 무선 통신 시스템에서 주파수 영역에서 각 부반송파 당 한 개의 보상 계수를 가지도록 하여 간단한 구조의 주파수 옵셋을 보상하는 장치 및 방법을 제공하므로 보상 장치를 용이하게 구현할 수 있고, 한 부반송파 당 여러 개의 보상 계수를 가진 구조보다 성능 또한 우수하다.As described above, the present invention provides an apparatus and method for compensating a frequency offset of a simple structure by having one compensation coefficient for each subcarrier in a frequency domain in a wireless communication system, thereby easily implementing a compensation device. It also outperforms structures with multiple compensation coefficients per subcarrier.

Claims (10)

무선 통신 시스템의 수신기의 주파수 옵셋 보상 방법에 있어서, In the frequency offset compensation method of the receiver of a wireless communication system, 시간 영역의 수신 신호를 주파수 영역 신호로 변환하는 단계;Converting the received signal in the time domain into a frequency domain signal; 상기 주파수 영역 신호의 기준 신호로부터 각 사용자에 대한 주파수 옵셋을 추정하는 단계; Estimating a frequency offset for each user from a reference signal of the frequency domain signal; 상기 각 사용자에 대한 주파수 옵셋 및 보호 구간의 길이를 이용하여 각 사용자 별 주파수 옵셋 보상 계수를 계산하는 단계; 및Calculating a frequency offset compensation coefficient for each user by using the frequency offset and the guard interval length for each user; And 상기 주파수 옵셋 보상 계수를 이용하여 상기 주파수 영역 신호의 주파수 옵셋을 보상하는 단계를 포함하는 주파수 옵셋 보상 방법.Compensating for the frequency offset of the frequency domain signal using the frequency offset compensation coefficient. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 주파수 옵셋을 보상하는 단계는, Compensating the frequency offset, 상기 기준 신호에 상기 주파수 옵셋 보상 계수를 곱하여 상기 기준 신호의 주파수 옵셋을 보상하는 단계;Compensating the frequency offset of the reference signal by multiplying the reference signal by the frequency offset compensation coefficient; 상기 주파수 옵셋이 보상된 기준 신호를 이용하여 채널을 추정하는 단계; 및Estimating a channel using the reference signal compensated for by the frequency offset; And 상기 추정된 채널과 상기 주파수 옵셋 보상 계수를 이용하여 상기 주파수 영역 신호에 대해서 채널 등화 및 주파수 옵셋 보상을 수행하는 단계Performing channel equalization and frequency offset compensation on the frequency domain signal using the estimated channel and the frequency offset compensation coefficient 를 포함하는 주파수 옵셋 보상 방법.Frequency offset compensation method comprising a. 제2항에 있어서, The method of claim 2, 상기 채널 등화 및 주파수 옵셋 보상을 수행하는 단계는,Performing the channel equalization and frequency offset compensation, 상기 채널 추정 결과로부터 채널 등화 계수를 계산하는 단계; 및Calculating a channel equalization coefficient from the channel estimation result; And 상기 주파수 영역 신호에 상기 주파수 옵셋 보상 계수 및 상기 채널 등화 계수를 곱하는 단계를 포함하는 주파수 옵셋 보상 방법.And multiplying the frequency domain signal by the frequency offset compensation coefficient and the channel equalization coefficient. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 시간 영역의 수신 신호는 보호 구간이 제거된 수신 신호인 주파수 옵셋 보상 방법.The received signal in the time domain is a frequency offset compensation method is a received signal with the guard interval removed. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 각 사용자 별 주파수 옵셋 보상 계수는
Figure 112007026309517-pat00024
으로 결정되며, N은 전송대역폭을 나타내는 값이고, NG는 상기 보호 구간의 이산 시간 샘플 수이고,
Figure 112007026309517-pat00025
는 부반송파 간격에 대한 정규화된 주파수 옵셋인 주파수 옵셋 보상 방법. The frequency offset compensation coefficient for each user is
Figure 112007026309517-pat00024
N is a value representing a transmission bandwidth, N G is the number of discrete time samples of the guard interval,
Figure 112007026309517-pat00025
Is a normalized frequency offset for subcarrier spacing. 무선 통신 시스템의 주파수 옵셋 보상 방법에 있어서,In the frequency offset compensation method of a wireless communication system, 수신 신호로부터 순환 전치 심볼을 제거하는 단계;Removing the cyclic prefix symbol from the received signal; 시간 영역의 수신 신호를 주파수 영역 신호로 변환하는 단계;Converting the received signal in the time domain into a frequency domain signal; 상기 주파수 영역의 수신 신호로부터 기준 신호를 추출하는 단계;Extracting a reference signal from the received signal in the frequency domain; 상기 기준 신호로부터 각 사용자 별 주파수 옵셋을 추정하는 단계;Estimating a frequency offset for each user from the reference signal; 상기 각 사용자에 대한 주파수 옵셋 및 상기 순환 전치 심볼이 형성한 보호 구간의 길이를 이용하여 각 사용자 별 주파수 옵셋 보상 계수를 계산하는 단계; 및Calculating a frequency offset compensation coefficient for each user by using the frequency offset for each user and the length of the guard interval formed by the cyclic prefix symbol; And 상기 주파수 옵셋 보상 계수를 적용하여 상기 주파수 영역의 수신 신호의 주파수 옵셋을 보상하는 단계를 포함하는 주파수 옵셋 보상 방법.Compensating for the frequency offset of the received signal in the frequency domain by applying the frequency offset compensation coefficient. 무선 통신 시스템의 주파수 옵셋 보상 장치에 있어서, In the frequency offset compensation apparatus of a wireless communication system, 시간 영역의 신호를 고속 퓨리에 변환하여 주파수 영역의 신호로 변환하는 고속 퓨리에 변환부;A fast Fourier transform unit for converting a signal in a time domain into a signal in a frequency domain by performing fast Fourier transform; 상기 주파수 영역의 신호로부터 기준 신호를 추출하여 주파수 옵셋 보상 계수를 발생시키고 채널을 추정하는 주파수 옵셋 및 채널 추정부; 및A frequency offset and channel estimator for generating a frequency offset compensation coefficient by extracting a reference signal from the signal in the frequency domain and estimating a channel; And 상기 채널 추정부의 채널 추정 결과와 상기 주파수 옵셋 보상 계수를 토대로 채널 등화 및 주파수 옵셋을 보상하는 채널 등화부를 포함하는 주파수 옵셋 보상 장치.And a channel equalizer for compensating for channel equalization and frequency offset based on a channel estimation result of the channel estimator and the frequency offset compensation coefficient. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 주파수 옵셋 및 채널 추정부는,The frequency offset and channel estimator, 주파수 영역의 수신 신호로부터 기준 신호를 추출하는 기준 신호 추출부;A reference signal extracting unit which extracts a reference signal from the received signal in the frequency domain; 상기 기준 신호로부터 각 사용자별 주파수 옵셋을 추정하는 주파수 옵셋 추정부; 및A frequency offset estimator for estimating a frequency offset for each user from the reference signal; And 상기 주파수 옵셋을 이용하여 각 사용자별 주파수 옵셋 보상 계수를 계산하는 주파수 옵셋 보상 계수 발생부를 포함하는 주파수 옵셋 보상 장치.And a frequency offset compensation coefficient generator for calculating a frequency offset compensation coefficient for each user by using the frequency offset. 제8항에 있어서, The method of claim 8, 상기 주파수 옵셋 보상 계수 발생부는 보호 구간의 길이 및 상기 각 사용자별 주파수 옵셋을 이용하여 상기 각 사용자별 주파수 옵셋 보상 계수를 계산하는 주파수 옵셋 보상 장치.The frequency offset compensation coefficient generator calculates the frequency offset compensation coefficient for each user by using the length of the guard interval and the frequency offset for each user. 제7항 또는 제8항에 있어서, The method according to claim 7 or 8, 수신 신호에서 순환 전치 심볼을 제거하여 상기 시간 영역의 신호를 출력하는 순환 전치 심볼 제거부를 더 포함하는 주파수 옵셋 보상 장치.And a cyclic prefix symbol removing unit which removes the cyclic prefix symbol from the received signal and outputs the signal in the time domain.
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