KR101131494B1 - Method for doppler frequency estimation and receiver for doppler frequency estimation for ofdm system - Google Patents

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장준희
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성균관대학교산학협력단
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    • H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
    • H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
    • H04L27/2647—Arrangements specific to the receiver only

Abstract

개시된 기술은 도플러 주파수 추정 방법 및 장치에 관한 것이다. 실시예들 중에서, 직교 주파수 분할 다중화 시스템에서 수신기가 도플러 주파수를 추정하는 방법은 수신된 블록 내의 파일럿 심볼에 대하여 채널 주파수 응답을 산출하는 단계; 상기 채널 주파수 응답의 평균 상관 값 R1을 산출하는 단계; Nacc개의 블록에 대하여 누적하여 산출된 R1의 평균 값을 산출하는 단계; 및 상기 산출된 R1의 평균 값을 기초로 도플러 주파수를 추정하는 단계를 포함한다.The disclosed technique relates to a Doppler frequency estimation method and apparatus. Among embodiments, a method for estimating a Doppler frequency by a receiver in an orthogonal frequency division multiplexing system includes: calculating a channel frequency response for pilot symbols in a received block; Calculating an average correlation value R 1 of the channel frequency response; Calculating an average value of R 1 cumulatively calculated for N acc blocks; And estimating a Doppler frequency based on the calculated average value of R 1 .

Description

ＯＦＤＭ 시스템을 위한 도플러 주파수 추정 방법 및 도플러 주파수를 추정하는 수신기{METHOD FOR DOPPLER FREQUENCY ESTIMATION AND RECEIVER FOR DOPPLER FREQUENCY ESTIMATION FOR OFDM SYSTEM}Method for estimating Doppler frequency and system for estimating Doppler frequency for OPDM system {METHOD FOR DOPPLER FREQUENCY ESTIMATION AND RECEIVER FOR DOPPLER FREQUENCY ESTIMATION FOR OFDM SYSTEM}

개시된 기술은 도플러 주파수 추정 방법 및 장치에 관한 것이다. The disclosed technique relates to a Doppler frequency estimation method and apparatus.

직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing: OFDM) 방식은 고속의 송신 신호를 다수의 직교하는 협대역 반송파(부반송파)로 다중화시키는 방식을 말한다. OFDM은 고속의 전송률을 갖는 데이터열을 낮은 전송률을 갖는 많은 수의 데이터열로 나누고, 이들을 다수의 부반송파를 사용하여 동시에 전송한다. 따라서, OFDM 기법은, 1개 채널의 고속의 원천 데이터열을 다중의 채널로 동시에 전송한다는 측면에서는 다중화 기술이며, 다중의 반송파에 분할하여 실어 전송한다는 측면에서는 일종의 변조 기술이다. 각 부반송파의 파형은 시간 축 상으로 직교(Orthogonal)하기 때문에 각 부반송파는 다른 부반송파의 영향을 받지 않으며, 각 부반송파에 실린 전송 신호를 손실 없이 복원할 수 있다. Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) refers to a method of multiplexing a high-speed transmission signal into a plurality of orthogonal narrowband carriers (subcarriers). OFDM divides data streams with high data rates into large data streams with low data rates and transmits them simultaneously using multiple subcarriers. Therefore, the OFDM technique is a multiplexing technique in terms of simultaneously transmitting a high-speed source data stream of one channel in multiple channels, and is a kind of modulation technique in terms of splitting and transmitting the multiple carriers. Since the waveform of each subcarrier is orthogonal on the time axis, each subcarrier is not influenced by other subcarriers, and the transmission signal carried on each subcarrier can be restored without loss.

개시된 기술이 이루고자 하는 기술적 과제는 도플러 주파수 추정 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a Doppler frequency estimation method and apparatus.

상기의 기술적 과제를 이루기 위하여 개시된 기술의 제1 측면은 직교 주파수 분할 다중화 시스템에서 수신기가 도플러 주파수를 추정하는 방법에 있어서, 수신된 블록 내의 파일럿 심볼에 대하여 채널 주파수 응답을 산출하는 단계; 상기 채널 주파수 응답의 평균 상관 값 R1을 산출하는 단계; Nacc개의 블록에 대하여 누적하여 산출된 R1의 평균 값을 산출하는 단계; 및 상기 산출된 R1의 평균 값을 기초로 도플러 주파수를 추정하는 단계를 포함하는 도플러 주파수 추정 방법을 제공한다.According to a first aspect of the disclosed technology, a method for estimating a Doppler frequency by a receiver in an orthogonal frequency division multiplexing system, the method comprising: calculating a channel frequency response for a pilot symbol in a received block; Calculating an average correlation value R 1 of the channel frequency response; Calculating an average value of R 1 cumulatively calculated for N acc blocks; And estimating a Doppler frequency based on the calculated average value of R 1 .

상기의 기술적 과제를 이루기 위하여 개시된 기술의 제2 측면은 직교 주파수 분할 다중화 시스템에서 사용되는 수신기에 있어서, 수신된 블록 내의 파일럿 심볼에 대하여 채널 주파수 응답을 산출하는 채널 추정부; 상기 채널 주파수 응답의 평균 상관 값 R1을 계산하는 계산부; Nacc개의 블록에 대하여 누적하여 산출된 R1의 평균 값을 산출하는 누적부; 및 상기 산출된 R1의 평균 값을 기초로 도플러 주파수를 추정하는 도플러 주파수 추정부를 포함하는 수신기를 제공한다.A second aspect of the disclosed technology to achieve the above technical problem is a receiver for use in an orthogonal frequency division multiplexing system, comprising: a channel estimator for calculating a channel frequency response for pilot symbols in a received block; A calculator for calculating an average correlation value R 1 of the channel frequency response; An accumulator for calculating an average value of R 1 calculated by accumulating the N acc blocks; And a Doppler frequency estimator for estimating the Doppler frequency based on the calculated average value of R 1 .

개시된 기술의 실시 예들은 다음의 장점들을 포함하는 효과를 가질 수 있다. 다만, 개시된 기술의 실시 예들이 이를 전부 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다. Embodiments of the disclosed technique may have effects that include the following advantages. It should be understood, however, that the scope of the disclosed technology is not to be construed as limited thereby, since the embodiments of the disclosed technology are not meant to include all such embodiments.

개시된 기술에 따르면, 우수한 도플러 주파수 추정 성능을 제공한다는 효과가 있다. 따라서, 수신기의 성능 향상을 가져올 수 있다는 장점이 있다. 또한, 개시된 기술은 주파수 도메인에서 파일럿 심볼을 이용하는 방식이기 때문에 2차원 MMSE 채널 추정과 같이 적응적 채널 추정 기법에 연동되기 용이하다.According to the disclosed technique, there is an effect of providing excellent Doppler frequency estimation performance. Therefore, there is an advantage that can improve the performance of the receiver. In addition, since the disclosed technique uses a pilot symbol in the frequency domain, it is easy to interwork with an adaptive channel estimation technique such as two-dimensional MMSE channel estimation.

도 1은 일반적인 OFDMA 통신 시스템의 송수신기 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 OFDMA 통신 시스템의 프레임 구조 및 블록 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 개시된 기술의 일 실시 예에 따른 도플러 주파수 추정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 개시된 기술의 일 실시예에 따른 도플러 주파수 추정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 개시된 기술의 일 실시예에 따라 도플러 주파수를 추정하는 수신기를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6 내지 도 8은 이동체 환경에서 개시된 기술에 따른 도플러 주파수 추정 방법의 성능을 설명하기 위한 그래프이다.1 is a diagram illustrating a transceiver structure of a general OFDMA communication system.
2 is a diagram illustrating a frame structure and a block structure of an OFDMA communication system.
3 is a view for explaining a Doppler frequency estimation method according to an embodiment of the disclosed technology.
4 is a flowchart illustrating a Doppler frequency estimation method according to an embodiment of the disclosed technology.
5 is a block diagram illustrating a receiver for estimating Doppler frequency in accordance with an embodiment of the disclosed technique.
6 to 8 are graphs for explaining the performance of the Doppler frequency estimation method according to the disclosed technology in a mobile environment.

개시된 기술에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 개시된 기술의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 개시된 기술의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The description of the disclosed technique is merely an example for structural or functional explanation and the scope of the disclosed technology should not be construed as being limited by the embodiments described in the text. That is, the embodiments may be variously modified and may have various forms, and thus the scope of the disclosed technology should be understood to include equivalents capable of realizing the technical idea.

한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.On the other hand, the meaning of the terms described in the present application should be understood as follows.

“제1”, “제2” 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.The terms " first ", " second ", and the like are used to distinguish one element from another and should not be limited by these terms. For example, the first component may be named a second component, and similarly, the second component may also be named a first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.When a component is referred to as being "connected" to another component, it should be understood that there may be other components in between, although it may be directly connected to the other component. On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between. On the other hand, other expressions describing the relationship between the components, such as "between" and "immediately between" or "neighboring to" and "directly neighboring to", should be interpreted as well.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions should be understood to include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise, and terms such as "include" or "have" refer to features, numbers, steps, operations, components, parts, or parts thereof described. It is to be understood that the combination is intended to be present, but not to exclude in advance the possibility of the presence or addition of one or more other features or numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof.

각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.Each step may occur differently from the stated order unless the context clearly dictates the specific order. That is, each step may occur in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
All terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the disclosed technology belongs, unless otherwise defined. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted to be consistent with meaning in the context of the relevant art and can not be construed as having ideal or overly formal meaning unless expressly defined in the present application.

OFDM 시스템에서 도플러 주파수 추정 기법은 시스템의 성능 향상을 위해 사용된다. 일례로, 도플러 주파수는 AMC-BIC-OFDM(Adaptive Modulation and Coding Bit-interleaved Coded OFDM) 시스템을 위한 인터리브(interleave) 길이 최적화 과정에 이용된다. 다른 일례로, 2차원 MMSE(2-Dimensional Minimum Mean Square Error) 채널 추정기와 같이 사용자의 이동 속도를 고려하는 적응적 채널 추정 기법에서도 필터 계수를 계산하기 위해서 도플러 주파수가 요구된다. 따라서 이동체 환경에서 도플러 주파수를 정확히 추정할 수 있는 기술이 필요하다.In the OFDM system, the Doppler frequency estimation technique is used to improve the performance of the system. In one example, the Doppler frequency is used for an interleave length optimization process for an Adaptive Modulation and Coding Bit-interleaved Coded OFDM (AMC-BIC-OFDM) system. As another example, a Doppler frequency is required to calculate a filter coefficient even in an adaptive channel estimation scheme that considers a user's moving speed, such as a two-dimensional 2-Dimensional Minimum Mean Square Error (MMSE) channel estimator. Therefore, there is a need for a technique for accurately estimating Doppler frequency in a mobile environment.

기존의 도플러 주파수 추정 방법으로, 보호구간(Cyclic-Prefix: CP)을 이용하는 방식이 널리 사용되고 있다. 보호구간을 사용하는 방식은 시간 영역의 OFDM 심볼 내에서 보호구간과 유효 심볼 구간의 후반부가 동일하다는 특성을 이용하는 방식이다. 하지만 기존의 도플러 주파수 추정 방법은 다중경로로 인한 보호구간 내 심볼간 간섭(Inter-symbol Interference: ISI)을 고려하지 않았기 때문에 이로 인한 성능 열화가 크게 발생하며, 낮은 SNR(Signal to Noise Ratio)에서 추정 오차가 크게 발생한다는 문제점이 있다. As a conventional Doppler frequency estimation method, a method using a Cyclic-Prefix (CP) is widely used. The guard interval is used in such a manner that the second half of the guard interval and the effective symbol interval are identical in the OFDM symbol of the time domain. However, the conventional Doppler frequency estimation method does not consider the inter-symbol interference (ISI) in the protection section due to the multipath, which causes a significant performance degradation, and is estimated at a low signal to noise ratio (SNR). There is a problem that a large error occurs.

본 명세서에서는 기존의 문제점을 해결하기 위하여, 주파수 도메인에서 파일럿 심볼을 이용하여 도플러 주파수를 추정하는 방법 및 장치를 제공한다. 본 명세서에서 제공하는 도플러 주파수 추정 방법은 ISI에 대한 영향을 받지 않으며, 낮은 SNR에서 우수한 추정 성능을 나타내며, 2차원 MMSE 채널 추정기와의 연동이 용이하다는 장점이 있다.
The present specification provides a method and apparatus for estimating the Doppler frequency using pilot symbols in the frequency domain in order to solve the existing problem. The Doppler frequency estimation method provided herein is not affected by ISI, has an excellent estimation performance at low SNR, and has an advantage of easily interworking with a 2D MMSE channel estimator.

도 1은 일반적인 OFDMA 통신 시스템의 송수신기 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 송신기는 데이터 심볼 맵핑부(Data symbol mapper, 105), 직병렬 변환부(Serial-Parallel conversion: S/P, 110), 파일럿 삽입부(Pilot insertion, 115), 역 고속 푸리에 변환부(Inverse Fast Fourier Transform: IFFT, 120), 가드 인터벌 삽입부(Guard Interval Insertion, 125) 및 병직렬 변환부(Parallel-Serial conversion: P/S, 130)를 포함한다. 전송하고자 하는 이진 데이터(Information input bit)가 송신기에 입력되면, 데이터 심볼 매핑부(105)는 입력된 이진 데이터를 QPSK, 16-QAM, 64-QAM 등의 다양한 변조(modulation)방식에 따라 데이터 심볼로 맵핑(mapping)한다. 직병렬 변환부(110)는 다중화(multiplexing)를 위하여, 데이터 심볼 맵핑부(105)로부터 직렬로 제공되는 데이터 심볼을 병렬 신호로 변환한다. 파일럿 삽입부(115)에서는 채널 추정을 위해 송신기와 수신기가 모두 알고 있는 파일럿 심볼을 데이터 심볼에 추가적으로 삽입한다. 병렬로 변환된 데이터 심볼 및 삽입된 파일럿 심볼은 각각 부반송파(subcarrier)에 할당되고, 역 고속 푸리에 변환을 통하여 시간영역의 신호로 변환된다. 가드 인터벌 삽입부(125)는 시간 영역으로 변환된 신호가 전송될 때 멀티 패스에 따른 심볼간 간섭 등이 발생하는 것을 억제하기 위한 가드 인터벌을 삽입한다. 이와 같은 일련의 과정을 거친 후, 송신기에서는 기저 대역 신호가 송신된다. 1 is a diagram illustrating a transceiver structure of a general OFDMA communication system. Referring to FIG. 1, a transmitter includes a data symbol mapper 105, a serial-parallel conversion S / P 110, a pilot insertion 115, and an inverse fast Fourier. An Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) 120, a Guard Interval Insertion 125, and a Parallel-Serial Conversion P / S 130 are included. When the binary data (Information input bit) to be transmitted is input to the transmitter, the data symbol mapping unit 105 converts the input binary data according to various modulation schemes such as QPSK, 16-QAM, 64-QAM, etc. Mapping to The serial-to-parallel converter 110 converts data symbols provided in series from the data symbol mapping unit 105 into parallel signals for multiplexing. The pilot inserter 115 additionally inserts pilot symbols known to both the transmitter and the receiver into the data symbols for channel estimation. Data symbols converted in parallel and pilot symbols are respectively assigned to subcarriers, and are converted into signals in the time domain through inverse fast Fourier transform. The guard interval inserting unit 125 inserts a guard interval for suppressing occurrence of intersymbol interference due to multipath when the signal converted into the time domain is transmitted. After this series of steps, the transmitter transmits the baseband signal.

송신기에서 전송된 신호는 멀티패스 페이딩 채널(Multipath fading channel, 135)과 AWGN(Additive White Gaussian Noise, 140)에 의해 왜곡되어 수신기에 수신된다. 도 1을 참조하면, 수신단은 직병렬 변환부(S/P, 145), 가드 인터벌 제거부(Guard Interval Removal, 150), 고속 푸리에 변환부(FFT, 155), 채널 추정부(Channel Estimation, 160), 도플러 주파수 추정부(Doppler Frequency Estimation, 165) 등화부(Equalizer, 170), 병직렬 변환부(P/S, 175) 및 데이터 심볼 디맵핑부(Data Symbol Demapper, 180)를 포함한다. The signal transmitted from the transmitter is distorted by the multipath fading channel 135 and the additive white Gaussian noise AWGN and received by the receiver. Referring to FIG. 1, the receiver includes a serial / parallel converter (S / P) 145, a guard interval removal unit 150, a fast Fourier transform unit 155, a channel estimator 160, and a channel estimator 160. ), A Doppler Frequency Estimation unit 165, an equalizer 170, a parallel-to-serial conversion unit P / S 175, and a data symbol demapper 180.

수신단에서 수신한 기저대역 신호는 가드 인터벌 제거부(150)에서 가드 인터벌이 제거되고, 고속 푸리에 변환(155)을 거쳐서 주파수 영역 신호로 변환된다. 주파수 영역으로 변환된 수신 신호 Y는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.The baseband signal received at the receiver is removed from the guard interval removing unit 150 and converted into a frequency domain signal through a fast Fourier transform 155. The received signal Y converted into the frequency domain may be represented by Equation 1.

Figure 112010055539125-pat00001
Figure 112010055539125-pat00001

수학식 1에서 n, k는 OFDM 심볼 번호, 부반송파 번호를 나타내고, X[n,k]은 송신단에서 n번째로 생성된 주파수 영역의 OFDM 심볼의 k번째 부반송파를 의미하며, Y[n,k]는 다중 경로 페이딩 채널을 통과하여 수신된 신호, H[n,k]는 다중 경로 페이딩 채널의 주파수 응답 특성, W[n,k]은 평균이 zero이고 분산이

Figure 112010055539125-pat00002
인 AWGN(Additive White Gaussian Noise)신호를 의미한다.In Equation 1, n and k represent an OFDM symbol number and a subcarrier number, and X [n, k] means a k-th subcarrier of an OFDM symbol in the n-th frequency domain generated at the transmitter, and Y [n, k] Is the signal received through the multipath fading channel, H [n, k] is the frequency response characteristic of the multipath fading channel, W [n, k] is zero mean and variance
Figure 112010055539125-pat00002
AWGN (Additive White Gaussian Noise) signal.

채널 추정부(160)는 파일럿 심볼을 이용하여 주파수 영역 수신 신호에 대한 채널의 영향을 추정하고, 등화부(165)는 추정된 채널에 따라 채널의 영향을 보상한다. 채널 추정부(160)에서 2차원 MMSE 채널 추정과 같이 적응형 채널 추정 기법이 사용되는 경우, 도플러 주파수가 필요하다. 도플러 주파수 추정부(165)는 이동체 환경에서, 도플러 주파수의 영향을 채널 추정 시 반영할 수 있도록 도플러 주파수를 추정한다. 채널의 영향이 보상된 신호는 병직렬 변환기(170)를 거친 후, 데이터 심볼 디맵핑부(175)에서 복조(demodulation)되어 전송하고자 했던 이진 데이터로 디맵핑된다.
The channel estimator 160 estimates the influence of the channel on the frequency domain received signal using the pilot symbol, and the equalizer 165 compensates the influence of the channel according to the estimated channel. When the adaptive channel estimation technique is used in the channel estimator 160 such as the 2D MMSE channel estimation, the Doppler frequency is required. The Doppler frequency estimator 165 estimates the Doppler frequency to reflect the influence of the Doppler frequency in the channel estimation in the mobile environment. The signal compensated for the influence of the channel passes through the parallel-to-serial converter 170, and then is demodulated by the data symbol demapping unit 175 and demapped into binary data to be transmitted.

도 2는 OFDMA 통신 시스템의 프레임 구조 및 블록 구조를 설명하기 위한 도면이다. OFDMA 시스템의 프레임(210)은 N개의 OFDM 심볼로 구성되고, 시스템 대역폭 내에 K개의 부반송파가 할당된다. OFDMA 시스템에서는 다수의 사용자를 고려하여, 각각의 사용자에게 Bt×Bf 크기의 블록(220)단위로 시스템 자원을 할당한다. 여기서 Bt는 하나의 블록(220)을 구성하는 OFDM 심볼 수를 의미하고, Bf는 하나의 블록(220)을 구성하는 부반송파 수를 의미한다. 각각의 블록(220)은 정보 전송을 위한 데이터 심볼(230)과 함께 채널을 추정하기 위한 파일럿 심볼(240)을 포함한다. Np는 블록(220)당 할당되는 파일럿 심볼 수이다. 각각의 블록(220)은 전송 방식에 따라 다양한 파일럿 패턴을 가질 수 있으며, 일례로, 도 2에서와 같은 파일럿 패턴으로 데이터 심볼(230)과 파일럿 심볼(240)이 할당될 수 있다.
2 is a diagram illustrating a frame structure and a block structure of an OFDMA communication system. Frame 210 of an OFDMA system consists of N OFDM symbols, and K subcarriers are allocated within the system bandwidth. In the OFDMA system, a plurality of users are considered and system resources are allocated to each user in units of a block 220 having a size of B t × B f . Here, B t means the number of OFDM symbols constituting one block 220, B f means the number of subcarriers constituting one block 220. Each block 220 includes pilot symbols 240 for estimating a channel along with data symbols 230 for information transmission. N p is the number of pilot symbols allocated per block 220. Each block 220 may have various pilot patterns according to a transmission scheme. For example, a data symbol 230 and a pilot symbol 240 may be allocated to the pilot pattern as shown in FIG. 2.

도 3은 개시된 기술의 일 실시 예에 따른 도플러 주파수 추정 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 참조하면, 본 실시 예에 따라 도플러 주파수를 추정하는 수신기는 우선, 수신된 블록 내의 파일럿 심볼을 이용하여 채널 주파수 응답을 추정한다. 수신된 블록이 도 3과 같은 패턴을 가지는 경우, 8개의 파일럿 심볼에 대한 채널 주파수 응답이 각각 추정된다. 채널 주파수 응답을 추정하기 위한 알고리즘은 다양한 방식이 사용될 수 있으며, 일례로, 수학식 2와 같이 LS(Least Square) 알고리즘에 따라 채널 주파수 응답

Figure 112010055539125-pat00003
를 추정할 수 있다. 3 is a view for explaining a Doppler frequency estimation method according to an embodiment of the disclosed technology. Referring to FIG. 3, a receiver for estimating the Doppler frequency according to the present embodiment first estimates a channel frequency response using pilot symbols in a received block. When the received block has a pattern as shown in FIG. 3, channel frequency responses for eight pilot symbols are estimated. As an algorithm for estimating the channel frequency response, various methods may be used. For example, the channel frequency response according to the Least Square (LS) algorithm, as shown in Equation 2
Figure 112010055539125-pat00003
Can be estimated.

Figure 112010055539125-pat00004
Figure 112010055539125-pat00004

수학식 2에서 Sp는 주파수 영역에서 파일럿 심볼이 할당된 부반송파 위치를 나타내는 집합이다.In Equation 2, S p is a set representing a subcarrier position to which a pilot symbol is allocated in the frequency domain.

채널 주파수 응답이 산출되면, 수신기는 이를 이용하여, 각 채널 주파수 응답들의 전력 값(power)의 평균값 R0와 각 채널 주파수 응답들의 상관 값(correlation)의 평균값 R1을 산출한다. When the channel frequency response is calculated, the receiver uses the average value R 0 of the power value of each channel frequency response and the average value R 1 of the correlation value of each channel frequency response.

일 실시예에 따라, R0 및 R1은 수학식 3과 같이 산출될 수 있다.According to one embodiment, R 0 And R 1 may be calculated as in Equation 3.

Figure 112010055539125-pat00005
Figure 112010055539125-pat00005

Figure 112010055539125-pat00006
Figure 112010055539125-pat00006

여기서,

Figure 112010055539125-pat00007
는 파일럿 심볼로부터 추정된 채널 주파수 응답의 전력 값 또는 상관 값에 대한 평균을 취하는 것을 의미하고, St는 시간 축에서 파일럿 간의 간격을 나타낸다. here,
Figure 112010055539125-pat00007
Denotes an average of the power value or the correlation value of the channel frequency response estimated from the pilot symbol, and S t represents the interval between pilots on the time axis.

한편, 한 블록 내의 파일럿 심볼로부터 산출되는 R0, R1을 이용하여 도플러 주파수를 추정하는 경우, 추정의 정확도가 떨어질 수 있다. 즉, 한 블록 내의 파일럿 수가 도플러 주파수를 추정하기에 충분하지 않을 수 있으므로, 개시된 기술의 일 실시 예에서는 복수의 블록들로부터 얻어지는 R0, R1을 이용하여 도플러 주파수를 추정하도록 한다. 일례로, 수신기는 복수의 블록들로부터 누적하여 R0, R1을 산출하고, 누적하여 산출된 R0, R1의 평균 값

Figure 112010055539125-pat00008
,
Figure 112010055539125-pat00009
을 이용하여 도플러 주파수를 추정할 수 있다.
Figure 112010055539125-pat00010
,
Figure 112010055539125-pat00011
을 산출하는 과정은 수학식 4와 같다. On the other hand, when estimating the Doppler frequency using R 0 , R 1 calculated from pilot symbols in one block, the accuracy of the estimation may be inferior. That is, since the number of pilots in one block may not be sufficient to estimate the Doppler frequency, an embodiment of the disclosed technique estimates the Doppler frequency using R 0 , R 1 obtained from a plurality of blocks. In one example, the receiver accumulates R 0 , R 1 from a plurality of blocks, and accumulates the average value of R 0 , R 1 calculated.
Figure 112010055539125-pat00008
,
Figure 112010055539125-pat00009
We can estimate the Doppler frequency using
Figure 112010055539125-pat00010
,
Figure 112010055539125-pat00011
The process of calculating is as shown in Equation 4.

Figure 112010055539125-pat00012
Figure 112010055539125-pat00012

Figure 112010055539125-pat00013
Figure 112010055539125-pat00013

여기서, Nacc는 도플러 주파수를 추정하기 위해 사용된 블록의 개수를 의미한다. Here, N acc means the number of blocks used for estimating the Doppler frequency.

R1의 통계적인 특성은 수학식 5와 같이 zero-order Bessel 함수로 표현될 수 있으며, 이러한 특성을 이용하면 R1으로부터 도플러 주파수가 추정될 수 있다. The statistical characteristic of R 1 may be represented by a zero-order Bessel function as shown in Equation 5, and using this characteristic, the Doppler frequency may be estimated from R 1 .

Figure 112010055539125-pat00014
Figure 112010055539125-pat00014

수학식 5에서 J0() 는 zero-order Bessel 함수를 의미하고, fd는 도플러 주파수를 의미하고, Tsym는 OFDM 심볼 주기를 의미하고, St는 시간 축에서 파일럿 심볼간 간격을 나타낸다.

Figure 112010055539125-pat00015
은 Nacc=∞인 경우 수학식 5의 근사화 수식과 같이 표현 가능하며, 근사화 수식의 역함수를 이용하면 수학식 6과 같이 도플러 주파수를 추정할 수 있다.In Equation 5, J 0 () denotes a zero-order Bessel function, f d denotes a Doppler frequency, T sym denotes an OFDM symbol period, and S t denotes an interval between pilot symbols on a time axis.
Figure 112010055539125-pat00015
When N acc = ∞, can be expressed as an approximation formula of Equation 5, and using the inverse function of the approximation formula can estimate the Doppler frequency as shown in Equation 6.

Figure 112010055539125-pat00016
Figure 112010055539125-pat00016

한편, 실제 시스템에서는 Nacc=∞이 아니기 때문에

Figure 112010055539125-pat00017
과 근사화 수식간의 오차가 발생할 수 있다. 오차가 크게 발생할수록, 수학식 6을 이용한 도플러 주파수 추정 방법의 성능 열화도 크게 발생한다. On the other hand, since N acc = ∞ in real systems,
Figure 112010055539125-pat00017
And an error between the approximation equations may occur. The greater the error, the greater the performance degradation of the Doppler frequency estimation method using Equation 6.

개시된 기술의 다른 일 실시 예에서는, 근사화 수식에서 발생하는 오차를 감소시키기 위하여

Figure 112010055539125-pat00018
을 정규화(normalization)한다. 예컨대,
Figure 112010055539125-pat00019
을 채널 주파수 응답의 평균 전력인
Figure 112010055539125-pat00020
로 정규화할 수 있으며 정규화된
Figure 112010055539125-pat00021
을 이용하여 수학식 7과 같이 도플러 주파수를 추정할 수 있다.In another embodiment of the disclosed technique, to reduce the error that occurs in the approximation equation
Figure 112010055539125-pat00018
Normalize for example,
Figure 112010055539125-pat00019
Is the average power of the channel frequency response
Figure 112010055539125-pat00020
Can be normalized to
Figure 112010055539125-pat00021
By using Equation 7 can be estimated Doppler frequency.

Figure 112010055539125-pat00022
Figure 112010055539125-pat00022

이상에서 설명한 도플러 주파수 추정 방법은 도 4의 순서도와 같이 표현될 수 있다.
The Doppler frequency estimation method described above may be represented as the flowchart of FIG. 4.

도 4는 개시된 기술의 일 실시예에 따른 도플러 주파수 추정 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 개시된 기술의 일 실시예에 따른 수신기는 수신된 블록 내의 파일럿 심볼을 이용하여 도플러 주파수를 추정할 수 있다. 4 is a flowchart illustrating a Doppler frequency estimation method according to an embodiment of the disclosed technology. A receiver according to an embodiment of the disclosed technique may estimate the Doppler frequency using pilot symbols in the received block.

S410 단계에서, 수신기는 수신된 블록 내의 파일럿 심볼에 대하여 채널 주파수 응답을 산출한다. 일 실시예에 따라, 수신기는 파일럿 심볼에 LS(Least Square) 알고리즘을 적용하여 채널 주파수 응답을 산출할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 채널 추정 알고리즘이 사용될 수 있다. LS 알고리즘에 따라 추정된 파일럿 심볼의 채널 주파수 응답은 상술한 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.In step S410, the receiver calculates a channel frequency response with respect to pilot symbols in the received block. According to an embodiment, the receiver may calculate a channel frequency response by applying a Least Square (LS) algorithm to the pilot symbol, but is not limited thereto, and various channel estimation algorithms may be used. The channel frequency response of the pilot symbol estimated by the LS algorithm may be represented by Equation 2 described above.

S420 단계에서, 수신기는 파일럿 심볼에 대하여 산출된 채널 주파수 응답의 평균 상관 값 R1을 산출한다. 상관 값 R1의 통계적인 특성은 zero-order Bessel 함수로 표현되며, 수학식 5와 같이 도플러 주파수에 관한 식으로 근사화 될 수 있다. 이러한 관계에 따라, 도플러 주파수는 수학식 6과 같이 상관 값 R1에 관한 식으로 정리될 수 있으며, 수신기는 R1을 이용하여 도플러 주파수를 추정할 수 있게 된다. 일례로, R1은 수학식 3에 따라 산출될 수 있다. 한편, 수학식 5로부터 도플러 주파수를 추정하는 경우, 추정의 정확도를 높이기 위해 상관 값 R1과 함께 R0가 사용될 수 있다. 이러한 경우를 위하여 다른 일 실시 예에 따른 수신기는 S420 단계에서 파일럿 심볼에 대하여 산출된 채널 주파수 응답의 평균 전력 값 R0를 더 산출할 수 있다. 일례로, R0는 수학식 3에 따라 산출될 수 있다.In step S420, the receiver calculates an average correlation value R 1 of the channel frequency response calculated for the pilot symbol. The statistical characteristic of the correlation value R 1 is expressed as a zero-order Bessel function, and can be approximated by an equation relating to Doppler frequency as shown in Equation 5. According to this relationship, the Doppler frequency can be summarized as an expression relating to the correlation value R 1 as shown in Equation 6, and the receiver can estimate the Doppler frequency using R 1 . In one example, R 1 may be calculated according to Equation 3. On the other hand, when estimating the Doppler frequency from Equation 5, R 0 may be used together with the correlation value R 1 to increase the accuracy of the estimation. For this case, the receiver according to another embodiment may further calculate an average power value R 0 of the channel frequency response calculated for the pilot symbol in step S420. In one example, R 0 may be calculated according to Equation 3.

S430 단계에서, 수신기는 Nacc개의 블록에 대하여 누적하여 산출된 R1의 평균 값을 산출한다. 일반적으로 한 블록 내의 파일럿으로부터 산출된 R1을 도플러 주파수 추정에서 사용하기에는 파일럿의 수가 충분하지 않기 때문에, 수신기는 복수의 블록들로부터 누적하여 산출된 R1값들의 평균 값

Figure 112010055539125-pat00023
을 도플러 추정 시 사용한다. 일례로, 수신기는 수학식 4와 같이, Nacc개의 블록에 대한 R1의 평균 값을 산출할 수 있다. 다른 일 실시예에 따라, 도플러 주파수 추정 시 R0가 더 사용되는 경우, 수신기는 S430 단계에서 Nacc개의 블록에 대하여 누적하여 산출된 R0의 평균 값
Figure 112010055539125-pat00024
를 더 산출한다. 일례로, 수신기는 수학식 4와 같이, R0의 평균 값을 산출할 수 있다.In step S430, the receiver calculates an average value of R 1 calculated cumulatively for N acc blocks. In general, since there are not enough pilots to use R 1 calculated from pilots in one block in the Doppler frequency estimation, the receiver accumulates the average value of R 1 values cumulatively calculated from a plurality of blocks.
Figure 112010055539125-pat00023
Is used to estimate Doppler. In one example, the receiver may calculate an average value of R 1 for N acc blocks, as shown in Equation 4. According to another embodiment, when R 0 is further used in estimating the Doppler frequency, the receiver accumulates the average value of R 0 calculated for N acc blocks in step S430.
Figure 112010055539125-pat00024
Calculate more. For example, the receiver may calculate an average value of R 0 , as shown in Equation 4.

S440 단계에서, 수신기는 산출된 R1의 평균 값

Figure 112010055539125-pat00025
을 기초로 도플러 주파수를 추정한다. 일례로, 수신기는 수학식 6에 따라 도플러 주파수를 추정할 수 있다. 다른 일 실시예에 따른 수신기는 R1의 평균 값
Figure 112010055539125-pat00026
을 R0의 평균 값
Figure 112010055539125-pat00027
으로 정규화한 값을 기초로 도플러 주파수를 추정할 수 있다. 수학식 5에서
Figure 112010055539125-pat00028
은 Nacc=∞인 경우 수학식 5의 근사화 수식과 같이 표현 가능한데, 실제 시스템에서 Nacc=∞가 아니기 때문에, 근사화 수식의 오차가 발생할 수 있다. 이러한 오차는 수학식 6을 이용한 도플러 주파수 추정 방법의 성능 열화를 가져올 수 있기 때문에, 이러한 오차를 감소시키기 위하여, 본 실시예에서의 수신기는
Figure 112010055539125-pat00029
을
Figure 112010055539125-pat00030
로 정규화한 값을 이용하여 도플러 주파수를 추정한다. 일례로, 수신기는 수학식 7에 따라 도플러 주파수를 추정할 수 있다.
In step S440, the receiver calculates an average value of R 1 calculated.
Figure 112010055539125-pat00025
Estimate the Doppler frequency based on In one example, the receiver may estimate the Doppler frequency according to Equation 6. According to another embodiment, the receiver has an average value of R 1 .
Figure 112010055539125-pat00026
Is the average value of R 0
Figure 112010055539125-pat00027
The Doppler frequency can be estimated based on the normalized value. In equation (5)
Figure 112010055539125-pat00028
If the N acc = ∞ because it is not possible N acc = ∞ expressed by approximation formula of Equation (5), in a real system, it is possible to cause the error of the approximation formula. Since this error can lead to performance degradation of the Doppler frequency estimation method using Equation 6, in order to reduce this error, the receiver in this embodiment
Figure 112010055539125-pat00029
of
Figure 112010055539125-pat00030
The Doppler frequency is estimated using the value normalized by. In one example, the receiver may estimate the Doppler frequency according to Equation 7.

도 5는 개시된 기술의 일 실시예에 따라 도플러 주파수를 추정하는 수신기를 설명하기 위한 블록도이다. 도 5를 참조하면, 수신기는 도플러 주파수를 추정하기 위하여, 채널 추정부(510), 계산부(520), 누적부(530) 및 도플러 주파수 추정부(540)를 포함한다. 5 is a block diagram illustrating a receiver for estimating Doppler frequency in accordance with an embodiment of the disclosed technique. Referring to FIG. 5, the receiver includes a channel estimator 510, a calculator 520, an accumulator 530, and a Doppler frequency estimator 540 to estimate the Doppler frequency.

일 실시예에 따른 수신기는 Nacc개의 블록에 대하여, 각각의 블록 내의 파일럿 심볼로부터 얻어지는 채널 주파수 응답의 평균 상관 값 R1들을 기초로 도플러 주파수를 추정할 수 있다. 채널 추정부(510)는 수신된 블록 내의 파일럿에 대하여 채널 주파수 응답을 산출한다. 예컨대, 채널 추정부(510)는 수신된 파일럿 심볼에 LS(Least Square) 알고리즘을 적용하여 채널 주파수 응답을 산출할 수 있다. 계산부(520)는 산출된 채널 주파수 응답의 평균 상관 값 R1을 계산한다. 예컨대, 계산부(520)는 수학식 3에 따라 평균 상관 값 R1을 계산할 수 있다. 누적부(530)는 도플러 주파수 추정의 정확도를 높이기 위하여, Nacc개의 블록에 대하여 누적하여 산출된 R1들의 평균 값을 산출한다. 예컨대, 누적부(530)는 수학식 4에 따라 R1의 평균 값

Figure 112010055539125-pat00031
을 산출할 수 있다. 도플러 주파수 추정부(540)는 수학식 5와 같이 표현되는
Figure 112010055539125-pat00032
과 도플러 주파수 간의 관계에 따라 도플러 주파수를 추정한다. 예컨대, 도플러 주파수 추정부(540)는 수학식 6에 따라
Figure 112010055539125-pat00033
으로부터 도플러 주파수 fd를 추정할 수 있다. According to an embodiment, the receiver may estimate the Doppler frequency for N acc blocks based on the average correlation values R 1 of the channel frequency response obtained from the pilot symbols in each block. The channel estimator 510 calculates a channel frequency response with respect to the pilot in the received block. For example, the channel estimator 510 may calculate a channel frequency response by applying a Least Square (LS) algorithm to the received pilot symbols. The calculator 520 calculates an average correlation value R 1 of the calculated channel frequency response. For example, the calculator 520 may calculate an average correlation value R 1 according to Equation 3. The accumulator 530 calculates an average value of R 1s accumulated for N acc blocks in order to increase the accuracy of the Doppler frequency estimation. For example, the accumulator 530 is an average value of R 1 according to Equation 4 below.
Figure 112010055539125-pat00031
Can be calculated. The Doppler frequency estimator 540 is expressed by Equation 5
Figure 112010055539125-pat00032
The Doppler frequency is estimated according to the relationship between the and Doppler frequencies. For example, the Doppler frequency estimation unit 540 according to Equation 6
Figure 112010055539125-pat00033
The Doppler frequency f d can be estimated from.

다른 일 실시예에 따른 수신기는 수학식 5의 근사화 수식의 오차를 감소시키고 도플러 주파수 추정의 정확도를 높이기 위하여

Figure 112010055539125-pat00034
을
Figure 112010055539125-pat00035
로 정규화한 값을 이용하여 도플러 주파수를 추정한다. 이를 위하여, 계산부(520)는 채널 추정부(510)에서 산출된 채널 주파수 응답의 평균 전력 값 R0를 더 계산한다. 예컨대, 계산부(520)는 수학식 3에 따라 평균 전력 값 R0를 계산할 수 있다. 또한, 누적부(530)는 R1과 마찬가지로 추정의 정확도를 높이기 위하여 Nacc개의 블록에 대하여 누적하여 산출된 R0의 평균 값을 산출한다. 예컨대, 누적부(530)는 수학식 4에 따라 R0의 평균 값
Figure 112010055539125-pat00036
을 산출할 수 있다.
Figure 112010055539125-pat00037
가 산출되면, 도플러 주파수 추정부(540)는 R1의 평균 값
Figure 112010055539125-pat00038
을 R0의 평균 값
Figure 112010055539125-pat00039
로 정규화한 값을 기초로 도플러 주파수 fd를 추정할 수 있다. 예컨대, 도플러 주파수 추정부(540)는 수학식 7에 따라
Figure 112010055539125-pat00040
및
Figure 112010055539125-pat00041
로부터 도플러 주파수를 추정할 수 있다.
The receiver according to another embodiment may reduce the error of the approximation equation of Equation 5 and increase the accuracy of the Doppler frequency estimation.
Figure 112010055539125-pat00034
of
Figure 112010055539125-pat00035
The Doppler frequency is estimated using the value normalized by. To this end, the calculator 520 further calculates an average power value R 0 of the channel frequency response calculated by the channel estimator 510. For example, the calculator 520 may calculate an average power value R 0 according to Equation 3. In addition, the accumulator 530 calculates an average value of R 0 calculated by accumulating the N acc blocks in order to increase the accuracy of the estimation like R 1 . For example, the accumulator 530 is an average value of R 0 according to equation (4).
Figure 112010055539125-pat00036
Can be calculated.
Figure 112010055539125-pat00037
Is calculated, the Doppler frequency estimator 540 calculates an average value of R 1 .
Figure 112010055539125-pat00038
Is the average value of R 0
Figure 112010055539125-pat00039
The Doppler frequency f d can be estimated based on the value normalized by. For example, the Doppler frequency estimator 540 according to equation (7).
Figure 112010055539125-pat00040
And
Figure 112010055539125-pat00041
The Doppler frequency can be estimated from

도 6 내지 도 8은 이동체 환경에서 개시된 기술에 따른 도플러 주파수 추정 방법의 성능을 설명하기 위한 그래프이다. 도 6은 저속의 이동체 환경에서, 도 7은 중속의 이동체 환경에서, 도 8은 고속의 이동체 환경에서 이루어진 모의실험에 따른 RMSE(Root Mean Square Error) 성능을 SNR에 따라 비교하였다.6 to 8 are graphs for explaining the performance of the Doppler frequency estimation method according to the disclosed technology in a mobile environment. FIG. 6 compares the root mean square error (RMSE) performance according to the SNR according to the simulation performed in the low speed mobile environment, FIG. 7 in the medium speed mobile environment, and FIG. 8 in the high speed mobile environment.

개시된 기술에 따른 도플러 주파수 추정 방법의 성능 검증을 위한 모의실험은 3GPP LTE(3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution) 시스템을 기반으로 수행하였다. 또한 모의실험은 랜덤하게 변하는 다중 경로 페이딩 채널 환경에서 충분히 많은 반복 과정을 거쳐 통계적인 성능 수치를 기록함으로써 수행되었다. 성능 평가를 위한 비교 대상으로는, 종래의 보호구간 기반의 도플러 주파수 추정 알고리즘(CP based)이 사용되었으며, 수학식 6을 이용하는 도플러 주파수 추정 알고리즘(Proposed method 1) 및 수학식 7을 이용하는 도플러 주파수 추정 알고리즘(Proposed method 2)과 그 결과를 비교하였다.Simulation for the performance verification of the Doppler frequency estimation method according to the disclosed technology was performed based on the 3GPP LTE (3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution) system. The simulations were also performed by recording statistical performance figures through sufficiently many iterations in a randomly varying multipath fading channel environment. As a comparison target for performance evaluation, a conventional guard interval based Doppler frequency estimation algorithm (CP based) was used, and the Doppler frequency estimation algorithm (Proposed method 1) using Equation 6 and the Doppler frequency estimation using Equation 7 Algorithm (Proposed method 2) and the results were compared.

모의실험에서 사용한 PDP(Power Delay Profile)는 EVA(Extended Vehicular A)모델이며, 도플러 주파수 저속 5Hz(2Km/h), 중속 70Hz(30Km/h), 고속 300Hz(125Km/h)환경을 고려하였다. 또한 한 프레임(radio frame, 210)을 기준으로 각 알고리즘간의 성능 평가를 수행하였으며, 기존의 보호구간 기반의 알고리즘의 경우 120개의 OFDM 심볼을 이용한다. Proposed method 1과 Proposed method 2는 NFFT=512의 시스템 대역폭을 고려하여 Nacc를 250으로 설정하였다. 저속, 중속의 이동체 환경(5Hz, 70Hz)의 경우 전반적으로 고속의 이동체 환경(300Hz)에 비해서 모든 알고리즘의 성능 열화가 나타나는 경향을 보인다. 이는 저속, 중속의 이동체 환경(5Hz, 70Hz)에서는 Bessel 함수의 변화량이 작으므로 미세한 값의 변화가 큰 추정 오차를 유발하기 때문이다. 특히 수학식 6을 이용하는 도플러 주파수 추정 알고리즘에서 이러한 Bessel 함수의 특성으로 인한 성능 열화가 나타나며, 저속, 중속의 이동체 환경(5Hz, 70Hz)에서 성능 열화가 가중되는 경향이 있다. 반면에 수학식 2를 사용하는 방식은 저속, 중속의 이동체 환경(5Hz, 70Hz)에서도 기존 방식에 비해 우수한 추정 성능을 나타낼 뿐만 아니라 고속의 이동체 환경(300Hz)에서는 SNR이 15dB 이상인 구간에서 RMSE가 약 25Hz로 우수한 성능을 나타낸다. The PDP (Power Delay Profile) used in the simulation is an Extended Vehicular A (EVA) model, considering the Doppler frequency low speed 5Hz (2Km / h), medium speed 70Hz (30Km / h), and high speed 300Hz (125Km / h) environment. In addition, performance evaluation between algorithms was performed based on one frame (radio frame, 210), and 120 OFDM symbols are used in the conventional guard interval based algorithm. Proposed method 1 and proposed method 2 set N acc to 250 in consideration of the system bandwidth of NFFT = 512. In the case of low speed and medium speed mobile environments (5Hz, 70Hz), the performance degradation of all algorithms tends to be higher than that of high speed mobile environments (300Hz). This is because the change of Bessel function is small in the low speed and medium speed mobile environment (5Hz, 70Hz), so the change of minute value causes large estimation error. In particular, the Doppler frequency estimation algorithm using Equation 6 shows the performance degradation due to the characteristics of the Bessel function, and the performance degradation tends to be aggravated at low and medium speed mobile environments (5Hz and 70Hz). On the other hand, the method using Equation 2 shows better estimation performance than the conventional method even at low speed and medium speed mobile environments (5Hz, 70Hz), and in the high speed mobile environment (300Hz), the RMSE is weak in the section where SNR is 15dB or more. Excellent performance at 25Hz.

도 4 내지 도6의 결과를 살펴보면, 개시된 기술의 일 실시예에 따른 도플러 주파수 추정 방법, 특히 Proposed method 2의 추정 방법은 다중 경로 페이딩 채널의 주파수 선택적 페이딩 환경에서도 기존의 기법보다 우수한 성능을 발휘한다는 것을 알 수 있다. 또한 개시된 기술의 일 실시예에 따른 도플러 주파수 추정방법은 주파수 도메인에서 파일럿 심볼을 이용하는 방식이기 때문에 2차원 MMSE 채널 추정기와 연동하기 용이하다는 장점이 있다.
Referring to the results of FIGS. 4 to 6, the Doppler frequency estimation method according to an embodiment of the disclosed technique, in particular, the estimation method of Proposed method 2, performs better than the conventional technique even in the frequency selective fading environment of the multipath fading channel. It can be seen that. In addition, the Doppler frequency estimating method according to an embodiment of the disclosed technology has an advantage of easily interworking with a 2D MMSE channel estimator because it uses a pilot symbol in the frequency domain.

이러한 개시된 기술인 시스템 및 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 개시된 기술의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.While the system and apparatus disclosed herein have been described with reference to the embodiments shown in the drawings for purposes of clarity of understanding, they are illustrative only and various modifications and equivalent embodiments can be made by those skilled in the art. I will understand that. Accordingly, the true scope of protection of the disclosed technology should be determined by the appended claims.

Claims (14)

삭제delete 직교 주파수 분할 다중화 시스템에서 수신기가 도플러 주파수를 추정하는 방법에 있어서,
수신된 블록 내의 파일럿 심볼에 대하여 채널 주파수 응답을 산출하는 단계;
상기 채널 주파수 응답의 평균 상관 값 R1을 산출하는 단계;
Nacc개의 블록에 대하여 누적하여 산출된 R1의 평균 값을 산출하는 단계; 및
상기 산출된 R1의 평균 값을 기초로 도플러 주파수를 추정하는 단계를 포함하고,
상기 추정하는 단계는,
Figure 112011073568218-pat00042
(여기서,
Figure 112011073568218-pat00043
는 도플러 주파수, Tsym는 OFDM 심볼 주기, St는 시간 축에서 파일럿 심볼간 간격,
Figure 112011073568218-pat00044
은 Nacc개의 블록에 대한 채널 주파수 응답의 상관 값의 평균)에 따라 도플러 주파수를 추정하는 도플러 주파수 추정 방법. A method for estimating the Doppler frequency by a receiver in an orthogonal frequency division multiplexing system,
Calculating a channel frequency response for the pilot symbols in the received block;
Calculating an average correlation value R 1 of the channel frequency response;
Calculating an average value of R 1 cumulatively calculated for N acc blocks; And
Estimating a Doppler frequency based on the calculated average value of R 1 ,
The estimating step,
Figure 112011073568218-pat00042
(here,
Figure 112011073568218-pat00043
Is the Doppler frequency, T is a sym OFDM symbol period, S t is the interval between pilot symbols in the time axis,
Figure 112011073568218-pat00044
Doppler frequency estimation method for estimating the Doppler frequency according to the average of the correlation value of the channel frequency response for N acc blocks. 직교 주파수 분할 다중화 시스템에서 수신기가 도플러 주파수를 추정하는 방법에 있어서,
수신된 블록 내의 파일럿 심볼에 대하여 채널 주파수 응답을 산출하는 단계;
상기 채널 주파수 응답의 평균 상관 값 R1을 산출하는 단계;
Nacc개의 블록에 대하여 누적하여 산출된 R1의 평균 값을 산출하는 단계; 및
상기 산출된 R1의 평균 값을 기초로 도플러 주파수를 추정하는 단계를 포함하고,
상기 R1은,
Figure 112011073568218-pat00045
(여기서,
Figure 112011073568218-pat00046
는 파일럿 심볼에 대한 채널 주파수 응답, n은 OFDM 심볼 번호, k는 부반송파 번호, St는 시간 축에서 파일럿 심볼간 간격)에 따라 산출되는 도플러 주파수 추정 방법.A method for estimating the Doppler frequency by a receiver in an orthogonal frequency division multiplexing system,
Calculating a channel frequency response for the pilot symbols in the received block;
Calculating an average correlation value R 1 of the channel frequency response;
Calculating an average value of R 1 cumulatively calculated for N acc blocks; And
Estimating a Doppler frequency based on the calculated average value of R 1 ,
R 1 is,
Figure 112011073568218-pat00045
(here,
Figure 112011073568218-pat00046
Is a channel frequency response to a pilot symbol, n is an OFDM symbol number, k is a subcarrier number, and S t is an inter-pilot symbol interval on a time axis. 직교 주파수 분할 다중화 시스템에서 수신기가 도플러 주파수를 추정하는 방법에 있어서,
수신된 블록 내의 파일럿 심볼에 대하여 채널 주파수 응답을 산출하는 단계;
상기 채널 주파수 응답의 평균 상관 값 R1을 산출하는 단계;
상기 채널 주파수 응답의 평균 전력 값 R0을 산출하는 단계;
Nacc개의 블록에 대하여 누적하여 산출된 R1의 평균 값을 산출하는 단계;
상기 Nacc개의 블록에 대하여 누적하여 산출된 R0의 평균 값을 산출하는 단계; 및
상기 R1의 평균 값을 상기 R0의 평균 값으로 정규화한 값을 기초로 도플러 주파수를 추정하는 단계를 포함하는 도플러 주파수 추정 방법.A method for estimating the Doppler frequency by a receiver in an orthogonal frequency division multiplexing system,
Calculating a channel frequency response for the pilot symbols in the received block;
Calculating an average correlation value R 1 of the channel frequency response;
Calculating an average power value R 0 of the channel frequency response;
Calculating an average value of R 1 cumulatively calculated for N acc blocks;
Calculating an average value of R 0 calculated cumulatively for the N acc blocks; And
Estimating a Doppler frequency based on a value obtained by normalizing the average value of R 1 to the average value of R 0 . 제4항에 있어서, 상기 추정하는 단계는,
Figure 112010055539125-pat00047
(여기서,
Figure 112010055539125-pat00048
는 도플러 주파수, Tsym는 OFDM 심볼 주기, St는 시간 축에서 파일럿 심볼간 간격,
Figure 112010055539125-pat00049
은 Nacc개의 블록에 대한 채널 주파수 응답의 상관 값의 평균,
Figure 112010055539125-pat00050
는 Nacc개의 블록에 대한 채널 주파수 응답의 전력 값의 평균)에 따라 도플러 주파수를 추정하는 도플러 주파수 추정 방법. The method of claim 4, wherein the estimating comprises:
Figure 112010055539125-pat00047
(here,
Figure 112010055539125-pat00048
Is the Doppler frequency, T is a sym OFDM symbol period, S t is the interval between pilot symbols in the time axis,
Figure 112010055539125-pat00049
Is the average of the correlation values of the channel frequency response for N acc blocks
Figure 112010055539125-pat00050
Doppler frequency estimation method for estimating the Doppler frequency according to the average of the power value of the channel frequency response for N acc blocks. 제4항에 있어서, 상기 R0는,
Figure 112010055539125-pat00051
(여기서,
Figure 112010055539125-pat00052
는 파일럿 심볼에 대한 채널 주파수 응답, n은 OFDM 심볼 번호, k는 부반송파 번호,
Figure 112010055539125-pat00053
는 부가 백색 가우시안 잡음의 분산)에 따라 산출되는 도플러 주파수 추정 방법.The method according to claim 4, wherein R 0 is,
Figure 112010055539125-pat00051
(here,
Figure 112010055539125-pat00052
Is the channel frequency response for the pilot symbol, n is the OFDM symbol number, k is the subcarrier number,
Figure 112010055539125-pat00053
Is a variance of the additive white Gaussian noise. 직교 주파수 분할 다중화 시스템에서 수신기가 도플러 주파수를 추정하는 방법에 있어서,
수신된 블록 내의 파일럿 심볼에 대하여 채널 주파수 응답을 산출하는 단계;
상기 채널 주파수 응답의 평균 상관 값 R1을 산출하는 단계;
Nacc개의 블록에 대하여 누적하여 산출된 R1의 평균 값을 산출하는 단계; 및
상기 산출된 R1의 평균 값을 기초로 도플러 주파수를 추정하는 단계를 포함하고,
상기 채널 주파수 응답을 산출하는 단계는,
상기 파일럿 심볼에 LS(Least Square) 알고리즘을 적용하여 채널 주파수 응답을 산출하는 채널 추정 방법.A method for estimating the Doppler frequency by a receiver in an orthogonal frequency division multiplexing system,
Calculating a channel frequency response for the pilot symbols in the received block;
Calculating an average correlation value R 1 of the channel frequency response;
Calculating an average value of R 1 cumulatively calculated for N acc blocks; And
Estimating a Doppler frequency based on the calculated average value of R 1 ,
Computing the channel frequency response,
A channel estimation method for calculating a channel frequency response by applying a Least Square (LS) algorithm to the pilot symbol. 삭제delete 직교 주파수 분할 다중화 시스템에서 사용되는 수신기에 있어서,
수신된 블록 내의 파일럿 심볼에 대하여 채널 주파수 응답을 산출하는 채널 추정부;
상기 채널 주파수 응답의 평균 상관 값 R1을 계산하는 계산부;
Nacc개의 블록에 대하여 누적하여 산출된 R1의 평균 값을 산출하는 누적부; 및
상기 산출된 R1의 평균 값을 기초로 도플러 주파수를 추정하는 도플러 주파수 추정부를 포함하고,
상기 도플러 주파수 추정부는,
Figure 112011073568218-pat00054
(여기서,
Figure 112011073568218-pat00055
는 도플러 주파수, Tsym는 OFDM 심볼 주기, St는 시간 축에서 파일럿 심볼간 간격,
Figure 112011073568218-pat00056
은 Nacc개의 블록에 대한 채널 주파수 응답의 상관 값의 평균)에 따라 도플러 주파수를 추정하는 수신기. A receiver used in an orthogonal frequency division multiplexing system,
A channel estimator for calculating a channel frequency response with respect to pilot symbols in the received block;
A calculator for calculating an average correlation value R 1 of the channel frequency response;
An accumulator for calculating an average value of R 1 calculated by accumulating the N acc blocks; And
A Doppler frequency estimator estimating a Doppler frequency based on the calculated average value of R 1 ;
The Doppler frequency estimator,
Figure 112011073568218-pat00054
(here,
Figure 112011073568218-pat00055
Is the Doppler frequency, T is a sym OFDM symbol period, S t is the interval between pilot symbols in the time axis,
Figure 112011073568218-pat00056
The receiver estimates the Doppler frequency according to the average of the correlation values of the channel frequency response for the N acc blocks. 직교 주파수 분할 다중화 시스템에서 사용되는 수신기에 있어서,
수신된 블록 내의 파일럿 심볼에 대하여 채널 주파수 응답을 산출하는 채널 추정부;
상기 채널 주파수 응답의 평균 상관 값 R1을 계산하는 계산부;
Nacc개의 블록에 대하여 누적하여 산출된 R1의 평균 값을 산출하는 누적부; 및
상기 산출된 R1의 평균 값을 기초로 도플러 주파수를 추정하는 도플러 주파수 추정부를 포함하고,
상기 계산부는,
Figure 112011073568218-pat00057
(여기서,
Figure 112011073568218-pat00058
는 파일럿 심볼에 대한 채널 주파수 응답, n은 OFDM 심볼 번호, k는 부반송파 번호, St는 시간 축에서 파일럿 심볼간 간격)에 따라 상기 R1을 계산하는 수신기.A receiver used in an orthogonal frequency division multiplexing system,
A channel estimator for calculating a channel frequency response with respect to pilot symbols in the received block;
A calculator for calculating an average correlation value R 1 of the channel frequency response;
An accumulator for calculating an average value of R 1 calculated by accumulating the N acc blocks; And
A Doppler frequency estimator estimating a Doppler frequency based on the calculated average value of R 1 ;
The calculation unit,
Figure 112011073568218-pat00057
(here,
Figure 112011073568218-pat00058
A receiver for calculating the R 1 according to the channel frequency response on the pilot symbols, n is the OFDM symbol number, k is the subcarrier number, S t is the interval between pilot symbols in time axis). 직교 주파수 분할 다중화 시스템에서 사용되는 수신기에 있어서,
수신된 블록 내의 파일럿 심볼에 대하여 채널 주파수 응답을 산출하는 채널 추정부;
상기 채널 주파수 응답의 평균 상관 값 R1 및 상기 채널 주파수 응답의 평균 전력 값 R0를 계산하는 계산부;
Nacc개의 블록에 대하여 누적하여 산출된 R1의 평균 값 및 상기 Nacc개의 블록에 대하여 누적하여 산출된 R0의 평균 값을 산출하는 누적부; 및
상기 R1의 평균 값을 상기 R0의 평균 값으로 정규화한 값을 기초로 도플러 주파수를 추정하는 도플러 주파수 추정부를 포함하는 수신기. A receiver used in an orthogonal frequency division multiplexing system,
A channel estimator for calculating a channel frequency response with respect to pilot symbols in the received block;
A calculation unit calculating an average correlation value R 1 of the channel frequency response and an average power value R 0 of the channel frequency response;
The average value of the accumulated R 1 is calculated with respect to the N acc blocks and accumulated for calculating the average value of the R 0 calculated by accumulating N acc for said one block; And
And a Doppler frequency estimator for estimating a Doppler frequency based on a value obtained by normalizing the average value of R 1 to the average value of R 0 . 제11항에 있어서, 상기 도플러 주파수 추정부는,
Figure 112010055539125-pat00059
(여기서,
Figure 112010055539125-pat00060
는 도플러 주파수, Tsym는 OFDM 심볼 주기, St는 시간 축에서 파일럿 심볼간 간격,
Figure 112010055539125-pat00061
은 Nacc개의 블록에 대한 채널 주파수 응답의 상관 값의 평균,
Figure 112010055539125-pat00062
는 Nacc개의 블록에 대한 채널 주파수 응답의 전력 값의 평균)에 따라 도플러 주파수를 추정하는 수신기. The method of claim 11, wherein the Doppler frequency estimator,
Figure 112010055539125-pat00059
(here,
Figure 112010055539125-pat00060
Is the Doppler frequency, T is a sym OFDM symbol period, S t is the interval between pilot symbols in the time axis,
Figure 112010055539125-pat00061
Is the average of the correlation values of the channel frequency response for N acc blocks
Figure 112010055539125-pat00062
The receiver estimates the Doppler frequency according to the average of the power value of the channel frequency response for the N acc blocks. 제11항에 있어서, 상기 계산부는,
Figure 112010055539125-pat00063
(여기서,
Figure 112010055539125-pat00064
는 파일럿 심볼에 대한 채널 주파수 응답, n은 OFDM 심볼 번호, k는 부반송파 번호,
Figure 112010055539125-pat00065
는 부가 백색 가우시안 잡음의 분산)에 따라 R0를 계산하는 수신기.The method of claim 11, wherein the calculation unit,
Figure 112010055539125-pat00063
(here,
Figure 112010055539125-pat00064
Is the channel frequency response for the pilot symbol, n is the OFDM symbol number, k is the subcarrier number,
Figure 112010055539125-pat00065
A receiver for calculating the R 0 in accordance with the variance of the additive white Gaussian noise). 직교 주파수 분할 다중화 시스템에서 사용되는 수신기에 있어서,
수신된 블록 내의 파일럿 심볼에 대하여 채널 주파수 응답을 산출하는 채널 추정부;
상기 채널 주파수 응답의 평균 상관 값 R1을 계산하는 계산부;
Nacc개의 블록에 대하여 누적하여 산출된 R1의 평균 값을 산출하는 누적부; 및
상기 산출된 R1의 평균 값을 기초로 도플러 주파수를 추정하는 도플러 주파수 추정부를 포함하고,
상기 채널 추정부는,
상기 파일럿 심볼에 LS(Least Square) 알고리즘을 적용하여 채널 주파수 응답을 산출하는 수신기.

A receiver used in an orthogonal frequency division multiplexing system,
A channel estimator for calculating a channel frequency response with respect to pilot symbols in the received block;
A calculator for calculating an average correlation value R 1 of the channel frequency response;
An accumulator for calculating an average value of R 1 calculated by accumulating the N acc blocks; And
A Doppler frequency estimator estimating a Doppler frequency based on the calculated average value of R 1 ;
The channel estimator,
And a receiver for calculating a channel frequency response by applying a Least Square (LS) algorithm to the pilot symbols.

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