KR101878417B1 - Phase Noise Estimation and Compensation Method and Apparatus in Orthogonal Frequency-Division Multiplexing Communication - Google Patents
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Abstract
직교 주파수분할 다중 방식 통신시스템에서 위상 잡음 추정 및 보상 방법과 이를 위한 장치가 개시된다. OFDM 심볼을 개의 심볼조각으로 나누어 각 심볼조각이 가질 수 있는 위상 잡음(PHN) 값을 코드북으로 미리 저장한다. 코드북에 미리 저장된 모든 위상 잡음에 대해 파일럿 심볼을 복호하여, 복호 오차가 가장 작은 위상잡음을 각 심볼조각의 위상잡음 추정값으로 정한다. 그리고 각 심볼조각 별로 독립적으로 추정된 위상잡음의 조합을 이용하여 부반송파 간 간섭(ICI)을 일으키는 위상잡음을 보상한다. 이렇게 하나의 OFDM 심볼을 구성하는 전체 심볼조각들에 대하여 각 심볼조각 별 PHN 값을 그 심볼조각의 이전 심볼조각과는 무관하게 독립적으로 추정함으로써, 파일럿 심볼 복호의 수행횟수를 줄여 전체 계산량을 크게 감축할 수 있다.A phase noise estimation and compensation method and an apparatus therefor in an orthogonal frequency division multiplexing communication system are disclosed. OFDM symbol And stores the phase noise (PHN) value that each symbol segment can have in the codebook in advance. The pilot symbols are decoded for all the phase noises stored in advance in the codebook, and the phase noise with the smallest decoding error is determined as the phase noise estimation value of each symbol fragments. Then, phase noise that causes inter-subcarrier interference (ICI) is compensated by using a combination of phase noise independently estimated for each symbol piece. By independently estimating the PHN value of each symbol fragment with respect to all symbol fragments constituting one OFDM symbol independently of the previous symbol fragments of the symbol fragments, the number of times of performing the pilot symbol decoding is reduced, can do.
Description
본 발명은 직교 주파수 분할 다중 방식(Orthogonal frequency-division multiplexing: OFDM) 통신 시스템에서 부반송파간 간섭(Inter-carrier interference: ICI)을 일으키는 위상잡음을 추정하고 보상하는 것에 관한 것이다.The present invention relates to estimating and compensating for phase noise causing inter-carrier interference (ICI) in an Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM) communication system.
무선통신 방식의 한 가지로서 직교 주파수 분할 다중 방식(OFDM)이 알려져 있다. 그 OFDM 통신방식은 다중경로 환경에 강하고 높은 주파수 효율을 가지는 특성 때문에 현재 디지털 통신 시스템에서 널리 채택되어 사용되고 있다. OFDM 시스템에서, 신호의 변복조를 위해 송신장치와 수신장치에 사용되는 국부발진기의 주파수 흔들림은 수신 신호에서 위상잡음(Phase Noise: PHN)으로 나타난다. 국부발진기가 의도하는 주파수를 정확하게 생성하지 못하면, 그 발진주파수의 오차로 인해 시간축에서 전송신호의 진폭과 위상에 변화가 생기는 잡음을 말한다. An orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) system is known as one of wireless communication systems. The OFDM communication system is widely adopted and used in current digital communication systems because of its strong characteristics in a multipath environment and high frequency efficiency. In an OFDM system, a frequency oscillation of a local oscillator used in a transmitting apparatus and a receiving apparatus for modulating and demodulating a signal appears as a phase noise (PHN) in a received signal. If the local oscillator can not accurately generate the intended frequency, it means a noise that changes in the amplitude and phase of the transmission signal on the time axis due to the error of the oscillation frequency.
OFDM 통신시스템에 있어서, PHN의 효과는 두 가지 성분으로 구분된다. 하나는 공통 위상잡음(Common Phase Error: CPE)이고, 다른 하나는 부반송파간 간섭(Inter-Carrier Interference: ICI)이다. CPE는 하나의 OFDM 심볼에서 모든 부반송파들의 위상을 동일한 양 만큼 왜곡(회전)시키는 잡음이고, ICI는 부반송파 사이의 직교성 상실로 인해 서로 간에 간섭이 발생함으로써 생기는 잡음이다. OFDM 기법은 부반송파 사이의 직교성을 이용하여 주파수 효율을 높이는 것이 핵심 내용이기 때문에, ICI는 OFDM 성능을 저하시키는 요인이 된다. In the OFDM communication system, the effect of the PHN is divided into two components. One is Common Phase Error (CPE) and the other is Inter-Carrier Interference (ICI). The CPE is a noise that rotates (rotates) the phase of all subcarriers by the same amount in one OFDM symbol, and ICI is noise caused by interference between each other due to loss of orthogonality between subcarriers. Since the OFDM scheme uses orthogonality between subcarriers to enhance frequency efficiency, ICI degrades OFDM performance.
ICI를 제거하기 위한 연구들 중 최근 결과로 "Phase-noise mitigation in OFDM by best match trajectories,"IEEE transactions on communications, vol. 63, no. 5, 2015년 5월 논문에서 제안한 최적합 궤적(Best Match Trajectory: 이하 BMT) 기법이 있다. BMT 기법은 코드북(codebook)을 기반으로 ICI를 제거한다. Recent outcomes of studies to remove ICI include "Phase-noise mitigation in OFDM by best match trajectories," IEEE Transactions on Communications, vol. 63, no. 5, May 2015, there is a Best Match Trajectory (BMT) technique. The BMT technique removes ICI based on a codebook.
PHN은 크게 두 가지로 구분할 수 있다. 위너 프로세서(Weiner process)를 따르는 PHN과 가우시안 프로세서(Gaussian process)를 따르는 PHN이 그것이다. 위너 프로세서 모델은 지금 상태에서 다음 상태로 가는 것이 가우시안 분포를 따른다는 모델이다. 즉, 시간 N에서의 PHN에서 시간 N-1에서의 PHN을 뺀 값이 가우시안 분포를 따르는 모델이다. BMT 기법은 특별히 위너 프로세서 모델을 따르는 경우에 효과적으로 적용될 수 있다. PHN can be classified into two types. PHNs that follow the Weiner process and PHNs that follow the Gaussian process. The Winner processor model is a model in which the transition from the current state to the next state follows the Gaussian distribution. That is, a value obtained by subtracting PHN at time N-1 from PHN at time N follows a Gaussian distribution. The BMT technique can be effectively applied when specifically following the Winner processor model.
BMT 기법에 따르면, 복호오차가 가장 작은 PHN 경로를 추정하고, 그 추정된 PHN 경로를 이용하여 ICI를 제거한다. 구체적으로는, 특정 시간 샘플에서 어떤 PHN을 가졌다면, 그 다음 시간 샘플에서 PHN이 가질 수 있는 확률분포는 가우시안 분포를 따르게 될 것이다. 그 중에서 확률이 가장 높은 하나의 샘플이 정해지면, 그 다음 샘플도 가우시안 분포를 따를 것이다. 이런 식으로 진행되는 PHN에 대하여 고려한다. 그런데 모든 샘플에 대하여 예측을 하기가 어려우니까, 하나의 OFDM 심볼은 시간 영역에서 개의 심볼조각(segments)으로 나뉘고, 각 심볼조각 별 평균 PHN이 추정된다. 그리고 PHN의 통계적 특성을 바탕으로, 심볼조각과 심볼조각 사이의 PHN 증가량이 가질 수 있는 값이 가지로 근사화 된다. 이를 바탕으로 각 심볼조각이 가질 수 있는 PHN 값을 조합하여 '한 심볼 동안 PHN의 경로'가 코드북으로 저장된다. 그런 다음, 코드북에 저장된 PHN 경로마다 파일럿 심볼을 복호하여, 복호 오차가 가장 작은 'PHN 경로' 즉, 파일럿 심볼의 복호가 가장 양호하게 이루어지는 경로가 '추정 PHN'으로 결정된다. BMT 기법은 위와 같이 추정된 PHN을 이용하여 ICI를 제거한다. According to the BMT technique, the PHN path with the smallest decoding error is estimated, and the ICI is removed using the estimated PHN path. Specifically, if we had a certain PHN in a particular time sample, then the probability distribution that the PHN could have in the next time sample would follow the Gaussian distribution. If one of the samples with the highest probability is selected, the next sample will also follow the Gaussian distribution. Consider PHN that proceeds in this way. However, since it is difficult to predict all the samples, one OFDM symbol is transmitted in the time domain Symbols, and an average PHN for each symbol fragment is estimated. Based on the statistical properties of the PHN, the value that the PHN increase between the symbol fragments and the symbol fragments can have . Based on this, the 'PHN path for one symbol' is stored as a codebook by combining the PHN values that each symbol fragment can have. Then, the pilot symbol is decoded for each PHN path stored in the codebook, and the path with the smallest decoding error, i.e., the path where the decoding of the pilot symbol is performed the best, is determined as the 'estimated PHN'. The BMT scheme removes ICI using the estimated PHN.
종래의 BMT 기법은 종래의 다른 ICI 제거 기법들에 비해 우수한 성능과 계산 효율을 가지는 장점이 있다. 그러나 BMT 기법은 심볼조각마다 가질 수 있는 PHN 값을 모두 조합하여 파일럿 심볼 복호를 수행하기 때문에, 심볼조각 수 가 증가함에 따라 계산량이 기하급수적으로 늘어나는 단점이 있다. The conventional BMT scheme has an advantage in that it has superior performance and computation efficiency as compared with other ICI cancellation schemes. However, since the BMT technique performs pilot symbol decoding by combining all of the PHN values that can be included in each symbol fragment, There is a disadvantage that the amount of computation increases exponentially.
이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 OFDM 통신 시스템에서 송수신단의 발진주파수의 불안정으로 야기되는 PHN을 추정하여 보상함에 있어서, 종래의 BMT 기법에 비해 고려해야 하는 PHN 경로의 가지 수를 줄여 PHN의 추정과 보상을 위한 계산량을 크게 줄일 수 있으면서도 시스템의 성능의 저하는 유발하지 않는 새로운 PHN 추정 및 보상 방법과 이를 위한 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the problems of the prior art, the present invention reduces the number of PHN paths to be considered in comparison with the conventional BMT scheme in estimating and compensating PHN caused by instability of the oscillation frequency of the transmitting / receiving end in the OFDM communication system The present invention aims to provide a novel PHN estimation and compensation method which can greatly reduce the calculation amount for estimating and compensating the PHN, and does not cause degradation of the system performance, and an apparatus therefor.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 하나의 OFDM 심볼을 구성하는 전체 심볼조각들(symbol segments)에 대하여 각 심볼조각 별 PHN 값을 그 심볼조각의 이전 심볼조각과는 무관하게 독립적으로 추정함으로써, 파일럿 심볼 복호의 수행횟수를 줄여 전체 계산량을 크게 감축할 수 있다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method for processing a symbol segment of a single OFDM symbol, the method comprising: By independently estimating, the number of pilot symbol decoding operations can be reduced to greatly reduce the total amount of computation.
본 발명의 일 실시예에 따르면 직교 주파수 분할 다중 방식(OFDM) 통신 시스템의 위상 잡음 추정 및 보상 장치가 제공된다. 이 장치의 채널 및 CPE 보상부는 수신되는 OFDM 심볼의 공통 위상잡음(CPE)과 채널을 추정하여 보상한다. 심볼조각 위상잡음 추정부는 채널과 CPE가 보상된 심볼을 시간 영역에서 복수 개의 심볼조각들로 나누어 위상잡음(PHN)을 추정한다. ICI 보상부는 추정된 위상잡음으로부터 심볼의 부반송파 간 간섭(ICI)을 일으키는 위상잡음을 보상한다. According to an embodiment of the present invention, an apparatus for estimating and compensating a phase noise of an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) communication system is provided. The channel and CPE compensation unit of this apparatus estimates and compensates for the common phase noise (CPE) and channel of the received OFDM symbol. The symbol segment phase noise estimator estimates a phase noise (PHN) by dividing a channel and a CPE compensated symbol into a plurality of symbol fragments in a time domain. The ICI compensator compensates for the phase noise causing the inter-subcarrier interference (ICI) of the symbol from the estimated phase noise.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 장치는 한 OFDM 심볼 시간 동안 변화하는 위상잡음에 해당하는 ICI 행렬의 역행렬을 저장하고 있는 코드북을 더 포함할 수 있다. 상기 위상잡음의 값은 하나의 심볼조각 안에서 변하지 않는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the apparatus may further include a codebook storing an inverse matrix of an ICI matrix corresponding to phase noise varying during an OFDM symbol time. The value of the phase noise may be unchanged within a single symbol segment.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 코드북은 상기 심볼조각들이 가질 수 있는 위상잡음 값을 위상잡음의 통계적 특성에 따라 유한한 수로 양자화 하여, 살펴보고자 하는 위상잡음으로 정한 정보를 더 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the codebook may further include information determined by phase noise to quantize the phase noise values that the symbol fragments may have, into a finite number according to statistical characteristics of phase noise.
본 발명의 실시예에 따르면, 한 심볼조각에서 상기 살펴보고자 하는 위상잡음 값은 다른 심볼조각의 위상잡음 값과 상관없이 독립적으로 정한 정보일 수 있다. According to the embodiment of the present invention, the phase noise value to be examined in one symbol block may be independently determined information regardless of the phase noise value of other symbol fragments.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 살펴보고자 하는 위상잡음의 값의 범위는 심볼 중앙에서 멀리 떨어진 심볼조각일수록 넓어지도록 정해질 수 있다. Also, according to the embodiment of the present invention, the range of the value of the phase noise to be examined can be set to be wider as the symbol fragments far from the center of the symbol.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 코드북은 한 심볼조각을 제외한 다른 심볼조각들에서 위상잡음 값이 0인 경우에 해당하는 ICI 행렬의 역행렬 정보를 포함할 수 있다. According to the embodiment of the present invention, the codebook may include inverse matrix information of an ICI matrix corresponding to a case where the phase noise value is 0 in other symbol fragments excluding one symbol fragment.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 코드북은, 심볼조각마다 살펴보고자 하는 위상잡음 값의 조합에 해당하는 ICI 행렬의 역행렬 정보를 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the codebook may include inverse matrix information of an ICI matrix corresponding to a combination of phase noise values to be examined for each symbol piece.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 심볼조각 위상잡음 추정부는 각 심볼조각 별로 상기 코드북을 이용하여 파일럿 심볼을 복호하여 위상잡음을 추정할 수 있다. According to the embodiment of the present invention, the symbol segment phase noise estimation unit may estimate the phase noise by decoding the pilot symbols using the codebook for each symbol fragment.
본 발명의 실시예에 따르면, 각 심볼조각 별로 추정된 위상잡음의 조합에 해당하는 ICI 행렬의 역행렬을 상기 코드북에서 찾아 위상잡음 추정에 이용할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, an inverse matrix of an ICI matrix corresponding to a combination of estimated phase noise for each symbol fragments can be found in the codebook and used for phase noise estimation.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 장치는 상기 수신되는 OFDM 심볼에 대하여 이산푸리에변환을 한 번만 수행하는 이산푸리에 변환부를 더 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the apparatus may further include a discrete Fourier transformer performing a discrete Fourier transform only once on the received OFDM symbol.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, OFDM 통신방식의 위상 잡음 추정 및 보상 방법이 제공된다. 이 방법에 따르면, OFDM 심볼을 개의 심볼조각으로 나누어 각 심볼조각이 가질 수 있는 위상 잡음(PHN) 값을 코드북으로 미리 저장한다. 코드북에 미리 저장된 모든 위상 잡음에 대해 파일럿 심볼을 복호하여, 복호 오차가 가장 작은 위상잡음을 각 심볼조각의 위상잡음 추정값으로 정한다. 그리고 각 심볼조각 별로 독립적으로 추정된 위상잡음의 조합을 이용하여 부반송파 간 간섭(ICI)을 일으키는 위상잡음을 보상한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a phase noise estimation and compensation method of an OFDM communication system. According to this method, an OFDM symbol And stores the phase noise (PHN) value that each symbol segment can have in the codebook in advance. The pilot symbols are decoded for all the phase noises stored in advance in the codebook, and the phase noise with the smallest decoding error is determined as the phase noise estimation value of each symbol fragments. Then, phase noise that causes inter-subcarrier interference (ICI) is compensated by using a combination of phase noise independently estimated for each symbol piece.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 '각 심볼조각이 가질 수 있는 위상잡음 값'은 시간영역 한가운데에서 위상 잡음이 0의 값을 가진다고 가정하고 양 옆으로 멀어질수록 위상잡음이 가질 수 있는 값을 통계특성에 따라 결정하는 방식으로 정해질 수 있다. According to another embodiment of the present invention, it is assumed that the 'phase noise value that each symbol segment can have' has a phase noise value of 0 in the middle of the time domain, and a value that can have phase noise Can be determined according to statistical characteristics.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 각 심볼조각의 위상잡음의 값마다 파일럿 신호를 복원하여 오차가 가장 작은 위상잡음을 추정치로 선택하여 보상할 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the pilot signal may be restored for each phase noise value of each symbol block, and the phase noise with the smallest error may be selected and compensated for as the estimation value.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 한 심볼조각에서 상기 살펴보고자 하는 위상잡음 값은 다른 심볼조각의 위상잡음 값과 상관없이 독립적으로 정한 정보일 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the phase noise value to be examined in one symbol segment may be independently determined information regardless of the phase noise values of other symbol fragments.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 살펴보고자 하는 위상잡음의 값의 범위는 심볼 중앙에서 멀리 떨어진 심볼조각일수록 넓어지도록 정해진 것일 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the range of the value of the phase noise to be examined may be set to be wider as the symbol fragments far from the center of the symbol.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 코드북은 한 심볼조각을 제외한 다른 심볼조각들에서 위상잡음 값이 0인 경우에 해당하는 ICI 행렬의 역행렬 정보를 포함할 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the codebook may include inverse matrix information of an ICI matrix corresponding to a case where the phase noise value is 0 in other symbol fragments excluding one symbol fragment.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 방법은 각 심볼조각 별로 상기 코드북을 이용하여 파일럿 심볼을 복호하여 위상잡음을 추정하는 단계를 더 포함할 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the method may further include estimating phase noise by decoding a pilot symbol using the codebook for each symbol fragment.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 코드북은 한 OFDM 심볼 시간 동안 변화하는 위상잡음에 해당하는 ICI 행렬의 역행렬을 저장하며, 각 심볼조각 별로 추정된 위상잡음의 조합에 해당하는 ICI 행렬의 역행렬을 상기 코드북에서 찾아 위상잡음 추정에 이용할 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the codebook stores an inverse matrix of an ICI matrix corresponding to phase noise varying during an OFDM symbol time, and an inverse matrix of an ICI matrix corresponding to a combination of phase noise estimated for each symbol fragments And can be used in the phase noise estimation by searching in the codebook.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 코드북은 상기 코드북은 상기 심볼조각들이 가질 수 있는 위상잡음 값을 위상잡음의 통계적 특성에 따라 유한한 수로 양자화 하여, 살펴보고자 하는 위상잡음으로 정한 정보를 더 포함할 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the codebook further includes information determined by phase noise to quantize the phase noise values that the symbol fragments the symbol fragments can have, into a finite number according to the statistical characteristics of phase noise can do.
본 발명에 의하면, BMT 기법으로 심볼조각별 PHN 값을 추정할 때 종래에 비해 계산량을 크게 줄일 수 있다. 위상 잡음에 의해 생겨난 왜곡성분 에서 CPE 가 제거된 위상 잡음 매트릭스의 성분 , 정확하게는 이것의 역행렬 을 미리 '코드북'에 저장해두고, OFDM 통신이 실제로 수행될 때 PHN의 추정에 사용하되, 그 OFDM 통신을 실제로 수행할 때 심볼을 여러 개의 심볼조각으로 구분하고 각 심볼조각별 PHN 값을 '독립적으로' 추정한다. 파일럿 심볼 복호의 반복 수행 횟수(즉, 코드북에서 상기 위상 잡음 매트릭스의 성분 을 꺼내봐야 할 횟수)를 크게 줄일 수 있어 계산량을 크게 줄일 수 있는 효과가 있다. 또한, 을 코드북으로 미리 만들어 둠으로써, 실시간 계산량을 크게 줄일 수 있어, 시스템의 전반적인 성능을 좋게 할 수 있다. According to the present invention, when the PHN value of symbol fragments is estimated by the BMT technique, the amount of calculation can be greatly reduced as compared with the prior art. Distortion component caused by phase noise CPE Of the phase noise matrix , Exactly the inverse of its Is stored in advance in the 'codebook', and is used to estimate the PHN when OFDM communication is actually performed. When the OFDM communication is actually performed, the symbol is divided into a plurality of symbol fragments and the PHN values of the symbol fragments are ''. The number of iterations of pilot symbol decoding (i.e., the number of components of the phase noise matrix The number of times to take out the battery) can be greatly reduced, and the amount of calculation can be greatly reduced. Also, Is prepared in advance as a codebook, the amount of real-time calculation can be greatly reduced, and the overall performance of the system can be improved.
위에서 언급한 종래기술은 한 심볼 구간 동안 가질 수 있는 경로의 수는 K=Q(J-1) 가지가 되고(여기서 Q는 양자화 개수, J는 심볼조각 수), K개의 위상잡음 경로에 대해 파일롯 신호를 복원하는 데 비해, 본 발명은 J개의 심볼조각마다 최적의 위상잡음을 독립적으로 추정하고, 이 때 고려해야 하는 위상잡음의 경로수는 Kp=J+J(J+2)(Q-1)/4가 되어 K보다 훨씬 작은 값을 가진다. 특히 파일럿 복호 반복 횟수가 9회를 넘어가면서부터 수행해야 할 계산량이 종래의 BMT에 비해 크게 줄어들어 성능에 두드러진 효과가 나타난다. In the above-mentioned conventional art, the number of paths that can be included in one symbol interval is K = Q (J-1) (where Q is the number of quantization and J is the number of symbol fragments) J + J (J + 2) (Q-1) where the phase number of the phase noise to be considered in this case is Kp = J + J / 4, which is much smaller than K. In particular, since the number of repetitions of pilot decoding exceeds 9, the amount of computation to be performed is greatly reduced compared with the conventional BMT, and a remarkable effect is obtained.
본 발명은 종래 기술에 비해 계산량을 크게 줄일 수 있음에도 불구하고, PHN 경로 추정 및 보상 성능에 있어서는 결코 뒤지지 않는다. Although the present invention can greatly reduce the amount of computation compared to the prior art, it is never far behind the PHN path estimation and compensation performance.
도 1은 본 발명에서 사용된 OFDM 통신 시스템을 나타낸 블록 다이어그램이다.
도 2는 도 1에 도시된OFDM 수신장치의 복호부의 구성을나타낸 블록 다이어그램이다.
도 3은 , , 인 경우를 예로 하여 각 심볼조각마다 이 가질 수 있는 값들을 그린 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 OFDM 통신방식의 PHN 추정 및 보상 방법의 전반적인 절차를 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 심볼조각 별로 독립적으로 위상잡음을 추정하는 알고리즘을 나타낸 흐름도이다.
도 6은 본 발명과 종래기술 간의 PHN 추정 성능의 비교를 위한 첫 번째 시뮬레이션 결과를 예시적으로 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명과 종래기술 간의 PHN 추정 성능의 비교를 위한 두 번째 시뮬레이션 결과를 예시적으로 나타내는 그래프이다.
도 8은 도 6의 시뮬레이션에서 본 발명과 종래기술에 따른 PHN 추정 시 수행하는 반복 연산 횟수를 예시적으로 대비하는 그래프이다.
도 9는 도 7의 시뮬레이션에서 본 발명과 종래기술에 따른 PHN 추정 시 수행하는 반복 연산 횟수를 예시적으로 대비하는 그래프이다. 1 is a block diagram illustrating an OFDM communication system used in the present invention.
2 is a block diagram showing a configuration of a decoding unit of the OFDM receiving apparatus shown in FIG.
3, , , For each symbol piece I have drawn the possible values.
4 is a flowchart illustrating an overall procedure of a PHN estimation and compensation method of an OFDM communication method according to the present invention.
5 is a flowchart illustrating an algorithm for independently estimating phase noise for each symbol fragment according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph illustrating a result of a first simulation for comparing the PHN estimation performance between the present invention and the prior art.
FIG. 7 is a graph illustrating a result of a second simulation for comparing the PHN estimation performance between the present invention and the prior art.
FIG. 8 is a graph illustrating an exemplary comparison between the number of iterative operations performed in the PHN estimation according to the present invention and the prior art in the simulation of FIG. 6;
FIG. 9 is a graph illustrating an exemplary comparison between the number of iterative operations performed in the PHN estimation according to the present invention and the prior art in the simulation of FIG. 7;
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.For the embodiments of the invention disclosed herein, specific structural and functional descriptions are set forth for the purpose of describing an embodiment of the invention only, and it is to be understood that the embodiments of the invention may be practiced in various forms, The present invention should not be construed as limited to the embodiments described in Figs.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms may be used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between. Other expressions that describe the relationship between components, such as "between" and "between" or "neighboring to" and "directly adjacent to" should be interpreted as well.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "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.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprise", "having", and the like are intended to specify the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof, , Steps, operations, components, parts, or combinations thereof, as a matter of principle.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be construed as meaning consistent with meaning in the context of the relevant art and are not to be construed as ideal or overly formal in meaning unless expressly defined in the present application .
이하에서는 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명의 실시를 가능하게 하기 위해 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail to enable implementation of the present invention with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 OFDM 통신 시스템(10)을 나타낸 블록 다이어그램이다. 1 is a block diagram illustrating an
OFDM 통신 시스템(10)은 OFDM 심볼을 전송하는 전송 장치(20)와, 채널(90)을 통해 전송된 OFDM 심볼을 수신하는 수신장치(50)를 포함한다. 전송 장치(20)는 이산 푸리에 역변환부(Inverse Discrete Fourier Transform unit: IDFT)(25), 순환 전치 삽입부(Cycle Prefix unit: CP)(30), 병렬-직렬 변환부(Parallel to Serial Converting unit: PS 변환부)(35), 믹서(40), 국부발진기(45)를 포함할 수 있다. The
IDFT(25)는 정보어 심볼 벡터 X가 정규화 되도록 그 정보어 심볼 벡터 X를 N-point 이산 푸리에 역변환 한다. 이 역변환에 의해 정보어 심볼 벡터 X는 시간 영역 정보어 심볼 벡터로 변환된다. 역변환된 정보어 심볼 벡터 x는 CP(30)로 제공된다. CP(30)는 IDFT(25)로부터 입력된 각 정보어 심볼 벡터 x에 CP를 추가한다. CP가 추가된 정보어 심볼 벡터들은 PS 변환부(35)에서 병렬-직렬 변환 과정을 거쳐 믹서(40)로 제공되고, 거기서 국부발진기(45)가 제공하는 발진신호와 믹싱되어 변조된다. 그런 다음, 수신장치(50)와 약속된 전송 채널(90)을 통해 수신장치(50)로 전송된다. 채널(90)을 통해 수신장치(50)로 전송되는 심볼 벡터 x에 위상 잡음 및/또는 백색 가우시안 잡음(additive white Gaussian noise, AWGN)과 같은 노이즈 w(t)가 발생할 수 있다.The
수신장치(50)는 믹서(55), 국부발진기(60), 직렬-병렬 변환부(Serial to P Parallel Converting unit: SP 변환부)(65), 순환전치(CP) 제거부(70), 이산 푸리에 변환부(DFT)(75), 그리고 복호부(80)를 포함할 수 있다. 수신장치(50)는 전송장치(20)에서 행한 신호처리를 역으로 수행하여 전송된 심볼들을 복구한다. The receiving
일예로, 전송장치(20)는 OFDM 심볼을 전송하는 기지국, 방송국 등이 될 수 있고, 수신장치(50)는 그 OFDM 심볼들을 수신하는 통신단말기(예컨대, 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션 단말기 등과 같은 이동형 단말기는 물론 디지털 TV나 데스크탑 컴퓨터와 같은 고정형 단말기도 포함)가 될 수 있다. For example, the
하나의 OFDM 심볼은 심볼 시간이 이며, 개의 부반송파로 이루어져 있고, 그 중 개는 파일럿에 해당한다. k번째 부반송파에 실린 정보어 심볼을 라고 나타내고, 하나의 OFDM 심볼 안에 실리는 정보어 심볼 벡터 는 로 나타낼 수 있다. 이 때, 는 행렬의 전치(Transpose) 연산을 나타낸다.One OFDM symbol has a symbol time Lt; Subcarriers, among which Dogs correspond to pilots. The information word symbol on the kth subcarrier And an information symbol vector < RTI ID = 0.0 > The . At this time, Represents a transpose operation of the matrix.
IDFT(25)는 전송할 정보어 심볼 벡터 를 -point 푸리에 역변환 하여 시간 영역 심볼 벡터 를 만든다. 여기서, 은 번째 시간 샘플을 나타낸다.The
전송 장치(20)는 순환전치 삽입부(30)에서 시간영역 심볼 벡터 에 순환전치(Cyclic Prefix: CP)를 붙인 다음, 병렬-직렬 변환을 거친 심볼 벡터들을 믹서(40)에서 주파수 인 반송파에 실어 만들어진 아날로그 신호 를 송신한다. 여기서, 반송 주파수 를 생성해내는 국부발진기(45)의 주파수 흔들림으로 인하여 전송단 PHN 이 발생할 수 있다. The
전송 장치(20)에서 송신된 아날로그 신호 는 채널 (90)를 거치고 열잡음 가 더해져 수신장치(50)에서 수신신호 로 수신된다. 수신 신호 는 수신장치(50)의 국부발진기(60)의 발진신호와 혼합되는 믹서(55)를 지나면서 기저대역 신호로 바뀌는데, 이 때 수신장치(50)의 국부발진기(60)의 주파수 흔들림으로 인하여 수신단 PHN 가 발생할 수 있다.The analog signal transmitted from the
수신장치(50)는 이 기저대역 신호를 샘플링하고 직렬-병렬 변환을 거친 뒤 CP를 떼어 시간 영역 심볼 벡터 를 얻는다. The receiving
수신장치(50)의 DFT(75)는 수신된 시간 영역 심볼 벡터를 주파수 영역에서의 정보어 심볼 벡터 로 변환한다. 는 번째 부반송파로 수신된 정보어 심볼어로서, 다음과 같이 나타낼 수 있다.The
……(1) ... ... (One)
여기서, 와 는 번째 부반송파에서의 채널응답과 열잡음을 각각 나타낸다. 또한, 은 모든 부반송파에 동일하게 곱해져 위상을 회전시키는 공통 위상 잡음(CPE)이며, 그 외의 들은 인접 부반송파에 간섭을 일으키는 부반송파간 간섭(ICI)이다. 채널 추정과정에서, CPE 은 위상의 회전만 일으키는 성분으로서 대체적으로 완화시킬 수 있는 잡음인 반면, ICI인 들은 완화시키기가 쉽지 않고 부반송파들간의 직교성을 무너뜨림으로써 시스템의 성능을 열화시키는 주된 요인이다. 그러므로 들의 가능한 경우의 수가 이론적으로는 무한대이지만, 적절한 간격으로 양자화하여 코드북으로 저장한 다음, PHN의 추정 및 보상에 활용한다.here, Wow The And the channel response and the thermal noise at the i < th > subcarrier, respectively. Also, Is a common phase noise (CPE) that equally multiplies all subcarriers to rotate the phase, and the other (ICI) that causes interference to adjacent subcarriers. In the channel estimation process, CPE Is a noise that can be largely mitigated as a component that only generates a phase rotation, whereas ICI Are not easy to mitigate and destroy orthogonality between subcarriers, thereby deteriorating system performance. therefore Theoretically, the number of possible cases is infinite, but it is quantized at appropriate intervals and stored as a codebook, and then used for estimation and compensation of the PHN.
DFT(75)에서 얻어지는 주파수 영역에서의 정보어 심볼 벡터 는 다음과 같이 매트릭스 형태로도 쓸 수 있다.The information word symbol vector in the frequency domain obtained by the
……(2) ... ... (2)
만약 위상 잡음에 의해 생겨나는 신호의 왜곡 성분 A를 알 수 있어서, A-1을 수신신호 에 곱하면, 수신신호에 남는 항목이 A-1Y= XdH+WA- 1와 같이 깨끗하게 정리되어 수신신호를 쉽게 복구할 수 있을 것이다. 그러므로 A를 구하는 작업을 수행할 필요가 있다. 기존의 BMT 방법은 신호의 왜곡 성분 A를 만드는 것이 위상 잡음이므로, 위상 잡음의 통계적 특성을 이용하여 그 위상 잡음이 취할 수 있는 경우의 수와, 그것에 상응하는 A-1을 미리 구해 코드북에 저장해둔다. 그리고 k개의 A-1을 가지고 있다면, k번 x를 복호하여 그 중에 복호에러가 가장 작은 A를 채택하여 나머지 심볼들을 복호한다. 그런데 이 방법은 판단해야 할 경우의 수 k의 값이 커지면 연산량이 기하급수적으로 늘어나는 문제가 있다. 본 발명은 이 k값을 크게 줄일 수 있고, 그에 따라 연산량도 현저히 줄이는 방법을 모색하는 방법을 제안하는 것이다. If it is possible to know the distortion component of the signal A arises by the phase noise, the received signal A -1 , The remaining items in the received signal will be cleaned up like A -1 Y = X d H + WA - 1 and the received signal will be easily recovered. Therefore, we need to perform the task of obtaining A. In the conventional BMT method, since the phase noise is generated by generating the signal distortion component A, the number of cases in which the phase noise can be taken using the statistical characteristic of the phase noise and the corresponding A -1 are previously obtained and stored in the codebook . If k is A -1 , k is x, and the remaining symbols are decoded by adopting A with the smallest decoding error. However, this method has a problem that the amount of computation exponentially increases when the value of the number k in the case of judging becomes large. The present invention proposes a method of greatly reducing the k value and thereby significantly reducing the amount of computation.
본 발명의 방법을 구체적으로 설명한다. 위 식에서, 는 전송장치(20)에서 전송될 정보어 심볼 벡터 의 대각행렬이고, 채널응답 벡터 H는 이고, 열잡음 벡터 W는 이다.The method of the present invention will be described in detail. In the above equation, Which is transmitted from the
위상 잡음에 의해 생겨난 왜곡성분을 나타내는 는 의 순환행렬(Circulant matrix)로 다음과 같이 나타난다.Which represents a distortion component caused by phase noise The The circulant matrix of
……(3) ... ... (3)
여기서, 은 위에서 언급하였듯이 공통 위상 잡음(CPE)이고, 는 부반송파간 간섭(ICI)이다. here, Is the common phase noise (CPE) as mentioned above, Is inter-carrier-interference (ICI).
부반송파간 간섭(ICI) 는 PHN에 의해 발생하는 왜곡성분으로서 다음과 같은 수식으로 나타낼 수 있다.Intercarrier Interference (ICI) Can be expressed by the following equation as a distortion component generated by the PHN.
……(4) ... ... (4)
여기서, 는 송신단 위상잡음 와 수신단 위상잡음 의 차이며, 은 의 번째 시간 샘플이다.here, Lt; RTI ID = 0.0 > And receiver phase noise Lt; / RTI > silver of Th time sample.
이와 같은 OFDM 통신 시스템(10)에서 신호를 OFDM 방식으로 무선 송수신하는 과정에서, 수신장치(50)는 PHN의 추정 및 보상 처리를 한다. 도 2는 수신장치(50)의 복호부(80)의 구성을 나타낸다. 도 4는 본 발명에 따른 OFDM 통신 방식에서의 PHN 추정 및 보상 방법의 전체적인 절차를 나타낸다.In the
OFDM 수신장치(50)는 전송장치(20)가 OFDM 통신방식에 따라 OFDM 심볼들을 수신한다. 그리고 그 수신신호에 포함된 노이즈들 중에서, 전송 과정에서 채널의 응답 특성에 따른 노이즈 와 CPE 를 보상한다(S10 단계).The
수신장치(50)는 채널 및 CPE 보상 모듈(82)을 포함한다. 이 보상 모듈(82)에서는 미리 알고 있는 훈련심볼(Training symbol)을 전송하여 채널의 주파수 응답 를 추정하고, 파일럿 심볼로부터 를 구한다. 그리고 구한 채널의 주파수 응답 와 CPE 를 수신신호 에서 떼내는 처리를 하여, CPE 와 채널의 주파수응답 가 보상된 수신 심볼 벡터 를 구한다. The receiving
수신 심볼 벡터 를 구하는 과정을 좀 더 구체적으로 설명하면, PHN 는 위너과정(Wiener Process)을 따른다. 위너과정의 정의에 따라 n번째 샘플의 PHN 와 n-1번째 샘플의 PHN 간의 차 는 평균 , 분산 인 가우시안 확률변수이다. 즉, 시간간격이 커질수록 분산값도 비례해서 커진다. 여기서, 는 PHN의 변화율을 나타낸다.Received symbol vector The process of obtaining PHN Is followed by a Wiener process. According to the definition of the Wiener process, the PHN And the PHN of the (n-1) th sample A liver tea Average , Dispersion Gaussian random variables. That is, the larger the time interval, the larger the variance value becomes. here, Represents the rate of change of PHN.
OFDM 심볼의 번째 시간 샘플에서의 PHN을 라고 하면, PHN 은 다음과 같이 나타난다.OFDM symbol RTI ID = 0.0 > PHN < / RTI & PHN Is expressed as follows.
……(5) ... ... (5)
즉, 위너과정의 특성으로 인해 번째 시간 샘플 즉, 시간축 상 중간의 샘플에서 멀어질수록 PHN 의 변화폭이 크다. 즉, 심볼 중앙에서 멀리 떨어진 심볼조각일수록 살펴보고자 하는 PHN 값의 범위가 넓어지도록 정해진다. 이처럼 중간의 샘플을 기준으로 PHN을 표현할 수 있다.That is, due to the nature of the Winner process Th time sample, that is, the farther from the middle sample on the time axis, the more the PHN . That is, the more the symbol fragments far from the center of the symbol, the wider the range of the PHN value to be examined. Thus, the PHN can be expressed based on an intermediate sample.
OFDM 심볼을 샘플 수 개의 심볼조각들로 나누어, 개의 심볼조각들을 얻는다. 하나의 심볼조각은 길이 을 가지게 되고, 여기서 L은 N/J의 값을 가진다. 번째 심볼조각에서의 PHN 은 다음과 같이 근사한다. 이 근사화는 하나의 심볼조각에 있어서, PHN 은 일정하다고 가정한 것이다.OFDM symbols can be sampled Lt; / RTI > symbol pieces, Lt; / RTI > One symbol piece is a length , Where L has a value of N / J. PHN in the < RTI ID = 0.0 > Is approximated as follows. This approximation is based on one symbol segment, PHN Is assumed to be constant.
……(6) ... ... (6)
동일 샘플의 심볼조각들 간의 PHN 증가량을 이라는 확률변수로 다시 정의하고 다음과 같이 나타낸다.The amount of PHN increase between the symbol fragments of the same sample And the following is expressed as follows.
……(7) ... ... (7)
심볼조각들 간의 PHN 증가량 도 샘플들 간의 PHN 과 마찬가지로 평균 0인 가우시안 확률분포를 따르게 되며, 분산은 다음과 같이 계산된다.PHN increase between symbol fragments PHN between samples , And the variance is calculated as follows.
……(8) ... ... (8)
그러면, 식 (5)에 나타낸 OFDM 샘플에 관한 PHN 과 마찬가지로, 특정 OFDM 샘플 내의 심볼조각 에서의 PHN 은 다음과 같이 다시 쓸 수 있다.Then, PHN (n) related to the OFDM sample shown in equation (5) , A symbol fragment in a particular OFDM sample PHN at Can be rewritten as
……(9)... ... (9)
샘플에 관한 PHN 과 마찬가지로 심볼조각에서의 PHN 도 번째 시간샘플 즉, 시간축 상의 중앙에서 멀어질수록 변화폭이 커진다. CPE 는 어떤 식으로든 보상할 수 있는 것이므로, PHN 의 변화폭 를 추정할 수 있기만 하면, 위상잡음을 보상하는 것이 가능해진다. 그러므로 샘플의 심볼조각의 PHN 의 변화폭 를 구할 필요가 있다.PHN on sample PHN < RTI ID = 0.0 > Degree Th time sample, that is, the distance from the center on the time axis increases. CPE Can compensate in any way, so PHN The change of It is possible to compensate for the phase noise. Therefore, the PHN The change of .
번째 심볼조각에서, 대비 의 변화폭을 라고 하면 다음 수식과 같다. In the second symbol fragment, prepare Of change The following equation is obtained.
……(10) ... ... (10)
변화폭 은 가우시안 확률변수 들의 합이기 때문에 평균이 0이고, 분산 의 가우시안 확률분포를 가지며, 변화폭의 분산 는 다음과 같다.Change width The Gaussian random variable The average is 0, and the variance And the variance of the variation width Is as follows.
……(11) ... ... (11)
연속적인 값을 가지는 변화폭 의 값을 예컨대 에서 까지 개의 균등한 간격으로 양자화(Quantize)하여 q번째 양자화 값 를 얻는다. 양자화 값은 한 번에 다음 경로로 이동할 때 그 이동할 수 있는 경로의 가지 수를 의미한다. 구해진 양자화 값 를 코드북(88b)에 저장한다. 결국, 코드북(88b)에 저장되는 정보는 심볼조각들이 가질 수 있는 위상잡음 값을 위상잡음의 통계적 특성에 따라 유한한 수로 양자화 하여, 살펴보고자 하는 위상잡음으로 정한 정보로 볼 수 있다.Variation with successive values For example, in Till The quantized values of the q-th quantized values . The quantization value means the number of paths that can be moved when moving to the next path at a time. The obtained quantization value In the
변화폭 을 구하는 구간은 가변적일 수 있다. 변화폭 을 구하는 구간을 ~ 보다 더 넓은 범위 예컨대 -3σ ~ 3σ로 하는 것도 가능하다. 또한, 양자화 간격을 등간격으로 설정하는 방법 대신, 등면적으로 설정하는 것도 가능하다(이에 관한 자세한 사항은 후술함).Change width May be variable. Change width To obtain ~ A wider range, e. ~ 3σ . Alternatively, instead of setting the quantization interval at equal intervals, it is also possible to set the equal area (the details of which will be described later).
변화폭의 번째 양자화 값 는 심볼조각 가 가운데 심볼조각 에서 멀어질수록 분산이 선형적으로 증가하기 때문에 에 따라 양자화 수 가 선형적으로 증가하도록 설정한다. Variable Th quantization value Symbol piece Middle middle symbol piece The dispersion increases linearly with distance from Quantization according to Is linearly increased.
……(12) ... ... (12)
여기서, 는 심볼조각 에 따른 양자화 수 증가분이다.here, Symbol piece Is an increase in the number of quantizations.
도 3은 양자화 수 , 양자화 수 증가분 , 한 심볼의 총 심볼조각 수 인 경우, 각 심볼조각마다 q번째 양자화 값 이 가질 수 있는 값들을 그린 것이다. FIG. , The number of quantization increases , The total number of symbol pieces of one symbol , The q-th quantization value I have drawn the possible values.
는 심볼 한가운데 즉, N/2번째 시간 샘플에서의 PHN 값으로서, CPE 의 위상으로 근사된다. Is the PHN value in the middle of the symbol, i.e., the N / 2th time sample, CPE As shown in FIG.
CPE 가 제거된 심볼조각 에서의 PHN 은 다음과 같이 나타난다.CPE Symbol pieces removed PHN at Is expressed as follows.
……(13) ... ... (13)
위상 잡음에 의해 생겨난 왜곡성분 에서 CPE 가 제거된 위상 잡음 매트릭스의 성분 는 에 의해 발생하는 왜곡성분이며, 다음 수식과 같다.Distortion component caused by phase noise CPE Of the phase noise matrix The Is a distortion component generated by the following equation.
……(14) ... ... (14)
위의 분석에 따라 주파수 영역에서의 수신 심볼 벡터 는 다음과 같이 근사하여 다시 쓸 수 있다.According to the above analysis, the received symbol vector in the frequency domain Can be approximated and rewritten as
……(15) ... ... (15)
CPE 와 채널 주파수 응답 가 보상된 수신 심볼 벡터를 라 정의하면, 이 수신 심볼 벡터 는 다음과 같다.CPE And channel frequency response Lt; RTI ID = 0.0 > , The received symbol vector < RTI ID = 0.0 > Is as follows.
……(16) ... ... (16)
이렇게 복호부(80)의 채널 및 CPE 보상모듈(82)이 수신 심볼 벡터 를 구하는 것과는 별도로, 적어도 한 OFDM 심볼 시간 동안 변화하는 위상잡음에 해당하는 ICI 행렬의 역행렬 을 미리 코드북(88a)으로 만들어둘 수 있다. CPE 와 채널의 주파수 응답 은 수신 심볼 벡터 에서 떼어낼 수 있으므로, 을 코드북(88a)으로 만들어두기만 하면, CPE 와 주파수 응답 이 보상된 수신 심볼 벡터 를 구할 수 있다. 을 코드북(88a)으로 미리 만들어 둠으로써, 실시간 계산량을 크게 줄일 수 있어, 시스템의 전반적인 성능을 좋게 할 수 있다. In this way, the channel of the
코드북(88a)으로 만들어진 을, 수신 심볼 벡터 와 함께, 파일럿 복호 및 PHN 추정 모듈(84)에 제공하여 PHN의 추정 및 보상에 사용한다. 각 심볼조각에 대한 PHN이 모두 정의되어 있지 않으면, 위상 잡음에 의해 생겨난 왜곡성분에 관한 매트릭스 를 만들 수 없다. 그러므로 현재 고려하고 있는 심볼조각을 제외한 나머지 심볼조각들에 대한 PHN은 모두 0으로 두고, 현재 고려하고 있는 심볼조각에 대해서만 PHN이 있다고 가정하고, 그 PHN의 값을 변화시키면서 분석하여 실제의 PHN과 가장 유사한 최적의 PHN 값을 정한다. 즉, 본 발명은 어떤 심볼조각의 PHN 경로를 살펴봄에 있어서 나머지 심볼조각들의 PHN은 모두 0으로 두고 그 어떤 심볼조각의 최적 PHN 경로를 나머지 심볼조작들의 PHN과는 상관없이 독립적으로 정한다. 이런 방식으로 모든 심볼조각에 대하여 최적 PHN 경로를 정한 다음, 그 모든 심볼조각들의 최적 PHN 경로들을 모두 조합하여 해당 심볼의 최적 PHN 경로를 정하는 방법이다. The
이런 점에서, 본 발명은 을 포함하는 코드북(88a)을 생성할 때 그 코드북(88a)에는 다음 두 가지가 포함되도록 하는 점에 주요한 특징을 갖는다.In this regard, The
1) 가능한 번째 양자화 값 의 '모든 조합'으로 생성한 를 포함한다.1) Possible Th quantization value Created with "all combinations" of .
2) 번째 심볼조각의 PHN은 이고, 나머지 심볼조각의 PHN은 이 되도록 생성한 를 포함한다.2) The PHN of the < RTI ID = 0.0 > And the PHN of the remaining symbol fragments is Generated .
이렇게 에 관한 코드북(88a)이 생성되고 나면, 그것을 이용하여 수신신호를 실제로 복호할 수 있다. 수신 신호의 복호는 다음과 같이 이루어질 수 있다.like this It is possible to actually decode the received signal using the
먼저, 수신장치(50)는 파일럿 복호 및 PHN 추정 모듈(84)에서, 번째 심볼조각을 제외한 심볼조각들의 를 0으로 두고 번째 심볼조각에서의 를 으로 하는 인 즉, 코드북(88a)에 미리 저장된 를 수신된 정보어 심볼 벡터 에 곱하여 파일럿 심볼을 복호한다.First, the receiving
이 과정을 에 대해 반복한다. 이 과정에서 파일럿 심볼 복호 오차가 가장 작은 를 찾아, 번째 심볼조각에서 추정된 값 으로 정한다.This process Lt; / RTI > In this process, the pilot symbol decoding error is the smallest Find, Lt; RTI ID = 0.0 > .
그리고 이 과정을 에 대해 반복하여 모든 심볼조각에 대한 을 추정한다(S12 단계). 이를 통해 PHN의 경로가 구해지고, 그 PHN 경로에 상응하는 를 추정하는 것이 가능해진다. 추정된 를 미리 코드북(88b)으로 만들어 둘 수 있다. 그리고 이 코드북(88b)을 이후 수신 신호의 복호에 활용할 수 있다.And this process Repeat for all the symbol fragments (Step S12). Whereby the path of the PHN is obtained, and the path corresponding to the PHN path Can be estimated. Estimated Can be made into a
복호부(80)의 정보어 복호 모듈(86)은 추정된 에 상응하는 (이는 코드북(88b)에 미리 저장되어 있음)를 수신된 정보어 심볼 벡터 에 곱하여 ICI를 보상하면서 모든 정보어 심볼을 복호한다(S14 단계). 코드북(88a, 88b)은 오프라인에서 미리 만들어두기 때문에 를 계산하는 복잡도는 고려대상이 아니다. 도 5에 예시한 흐름도의 S20 단계부터 S40 단계까지의 절차는 위에서 설명한 심볼조각 별 위상잡음 추정(S12단계)과 ICI 보상을 통한 정보어 심볼 복호 과정을 개략적으로 나타내고 있다.The information
위와 같은 본 발명에 따르면, 종래의 BMT에 비하여 같은 PHN 추정 성능을 내는 데 필요한 파일럿 복호 반복 횟수(즉, 코드북(88a, 88b)에서 관련 정보를 꺼내봐야 할 횟수)가 줄어드는 효과가 있다. 특히 파일럿 복호 반복 횟수가 9회를 넘어가면서부터 수행해야 할 연산량이 종래의 BMT에 비해 크게 줄어들어 성능에 두드러진 효과가 나타난다.According to the present invention as described above, there is an effect that the number of pilot decoding repetitions required to achieve the same PHN estimation performance (that is, the number of times that related information should be retrieved from the
도 6과 7은 본 발명(proposed)과 종래기술(conventional) 간의 PHN 경로 추정 성능을 비교하기 위한 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 이 두 가지 시뮬레이션 결과에서 공통적으로 확인할 수 있는 것은, 본 발명이 제안하는 방법에 따라 추정한 PHN 경로와 종래기술에 따라 추정한 PHN 경로는 서로 간에 다소의 차이가 있긴 하지만, 모두 실제의 PHN 경로(real)와 비교할 때 경로 변화의 경향성은 거의 비슷하다는 점이다. 즉, PHN 경로 추정 성능에 있어서, 본 발명과 종래기술 간에는 우열을 가릴 정도의 차이는 없다고 볼 수 있다. FIGS. 6 and 7 show simulation results for comparing the PHN path estimation performance between the present invention and the conventional technique. In both simulation results, it can be seen that although the PHN path estimated according to the method proposed by the present invention and the PHN path estimated according to the prior art are somewhat different from each other, real), the tendency of the path change is almost the same. That is, in the PHN path estimation performance, it can be seen that there is no difference between the present invention and the conventional technology in the degree of superiority.
또한, 도 8은 본 발명이 제안하는 방법(proposed)과 종래의 방법(conventional)에 따라 시뮬레이션 하였을 때, 각 방법이 최적 PHN 경로를 찾기 위한 반복 연산을 수행한 횟수를 나타낸 그래프이다. 이 시뮬레이션 결과에 의하면, 양 방법은 반복횟수가 5를 넘어가면서부터 비슷한 비트 에러율(bit error rate: BER) 성능을 보인다. 반복횟수가 9를 넘어가면, 같은 BER 성능을 내기 위한 파일럿 복호 횟수가 본 발명이 제안하는 방법에서 두드러지게 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 방법의 반복횟수가 30회 일 때와 종래의 방법의 반복횟수가 2187회일 때 비슷한 수준의 BER을 보여, 본 발명의 방법이 약 100배 가까이 계산 이득을 낼 수 있음을 확인할 수 있다. 이처럼, 양 방법은 BER이 높은 경우에는 연산 회수에 있어서 큰 차이를 보이지 않지만, BER이 낮아질수록 본 발명의 방법이 종래의 방법에 비해 훨씬 적은 반복 연산을 수행하더라도 비슷한 BER을 갖는 것을 알 수 있다.FIG. 8 is a graph showing the number of times that each method performs an iterative operation to find an optimal PHN path when simulation is performed according to a proposed method and a conventional method proposed by the present invention. According to the simulation results, both methods exhibit similar bit error rate (BER) performance as the number of repetitions exceeds 5. When the number of repetitions exceeds 9, it can be seen that the number of pilot decodings for achieving the same BER performance is remarkably reduced in the method proposed by the present invention. In addition, a similar level of BER is obtained when the number of iterations of the method according to the present invention is 30 and the number of iterations of the conventional method is 2187, and it is confirmed that the method of the present invention can achieve a calculation gain of about 100 times . As described above, both methods show no significant difference in the number of operations when the BER is high. However, it can be seen that as the BER is lowered, the method of the present invention has a similar BER even if it performs much less repetition operations than the conventional method.
도 9는 본 발명이 제안하는 방법(proposed)과 종래 방법(conventional)에 따른 반복 연산 회수에 관한 또 다른 시뮬레이션 결과를 보여준다. 이 경우도 도 8과 거의 비슷한 경향을 보이는 것을 알 수 있다. 결국, 이 두 시뮬레이션 결과는 일반성을 갖는 것으로 볼 수 있다.FIG. 9 shows another simulation result concerning the number of iterations according to the proposed method and the conventional method proposed by the present invention. It can be seen that this case also shows a tendency similar to that of FIG. As a result, the results of these two simulations can be regarded as having general characteristics.
본 발명의 대표 실시예에 관한 설명에서, PHN 의 변화폭 이 연속적인 값을 가지며 이 값을 개의 값으로 양자화(Quantize)하여 번째 양자화 값 를 얻는 것에 관해 설명한 바 있다. 대표 실시예와 같은 시스템을 고려할 때, 양자화하는 방식은 양자화 값들 이 균등한 확률을 가지도록 할 수도 있다.In the description of the exemplary embodiment of the present invention, PHN The change of Has a continuous value and the value Quot; Th quantization value As described above. Considering the system as in the exemplary embodiment, the manner of quantization is based on quantization values May have an equal probability.
이 방법으로 양자화된 값 은 다음과 같다.The quantized value in this way Is as follows.
나머지 과정은 대표 실시예와 동일하다.The remaining process is the same as that of the representative embodiment.
이상에서는 여러 가지 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the following claims. It will be understood.
본 발명은 OFDM을 사용하는 통신 시스템이라면 유무선을 가리지 않고 적용 가능하다.The present invention can be applied to any communication system using OFDM, regardless of wired or wireless.
10: OFDM 통신 시스템 20: 전송장치
25: 이산푸리에 역변환부 30: 순환전치 삽입부
35: 병렬-직렬 변환부 40: 믹서
45: 국부 발진기 50: 수신장치
55: 믹서 60: 국부 발진기
65: 직렬-병렬 변환부 70: 순환전치제거부
75: 이산푸리에 변환부 80: 복호부10: OFDM communication system 20: transmission device
25: Discrete Fourier inverse transform unit 30:
35: parallel-serial converter 40: mixer
45: Local oscillator 50: Receiver
55: mixer 60: local oscillator
65: serial-parallel conversion unit 70: cyclic prefix removal
75: Discrete Fourier transform unit 80:
Claims (20)
수신되는 OFDM 심볼의 공통 위상잡음(Common Phase Error: CPE)과 채널을 추정하여 보상하는 채널 및 CPE 보상부;
채널과 CPE가 보상된 심볼을 시간 영역에서 복수 개의 심볼조각들로 나누어 위상잡음(Phase Noise: PHN)을 추정하는 심볼조각 위상잡음 추정부;
추정된 위상잡음으로부터 심볼의 부반송파 간 간섭(Intercarrier Interference: ICI)을 일으키는 위상잡음을 보상하는 ICI 보상부; 및
한 OFDM 심볼 시간 동안 변화하는 위상잡음에 해당하는 ICI 행렬의 역행렬을 저장하며, 상기 역행렬을 위상잡음의 추정과 보상에 활용하기 위해 제공되는 코드북을 포함하는 것을 특징으로 하는 OFDM 통신의 위상 잡음 추정 및 보상 장치.In an Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) communication system,
A channel and a CPE compensator for estimating and compensating for a common phase error (CPE) of a received OFDM symbol and a channel;
A symbol block phase noise estimator for estimating a phase noise (PHN) by dividing a channel and a CPE compensated symbol into a plurality of symbol fragments in a time domain;
An ICI compensator for compensating for phase noise causing intercarrier interference (ICI) of symbols from the estimated phase noise; And
And a codebook provided to store an inverse matrix of an ICI matrix corresponding to phase noise varying during an OFDM symbol time and to utilize the inverse matrix for estimation and compensation of phase noise. Compensation device.
OFDM 심볼을 개의 심볼조각으로 나누어 각 심볼조각이 가질 수 있는 위상 잡음(PHN) 값을 코드북으로 미리 저장하는 단계;
코드북에 미리 저장된 모든 위상 잡음에 대해 파일럿 심볼을 복호하여, 복호 오차가 가장 작은 위상잡음을 각 심볼조각의 위상잡음 추정값으로 정하는 단계; 및
각 심볼조각 별로 독립적으로 추정된 위상잡음의 조합을 이용하여 부반송파 간 간섭(Intercarrier Interference: ICI)을 일으키는 위상잡음을 보상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 OFDM 통신의 위상 잡음 추정 및 보상 방법.In an Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) communication scheme,
OFDM symbol Storing a phase noise (PHN) value that each symbol segment can have in a codebook in advance;
Decoding the pilot symbols for all phase noise previously stored in the codebook, and determining phase noise having the smallest decoding error as phase noise estimation values of the symbol fragments; And
And compensating phase noise causing Intercarrier Interference (ICI) using a combination of phase noise independently estimated for each symbol fragments.
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KR20130016920A (en) * | 2011-08-09 | 2013-02-19 | 포항공과대학교 산학협력단 | A receiver of communication system for orthogonal frequency division multiplexing and method for mitigate a phase noise in thereof |
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- 2016-04-20 KR KR1020160048211A patent/KR101878417B1/en active IP Right Grant
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KR20130016920A (en) * | 2011-08-09 | 2013-02-19 | 포항공과대학교 산학협력단 | A receiver of communication system for orthogonal frequency division multiplexing and method for mitigate a phase noise in thereof |
Non-Patent Citations (3)
Title |
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Florent Munier et al., ‘An ICI reduction scheme for OFDM system with phase noise over fading channels’, IEEE Transactions on Communications, Vol.56, No.7 (2008.07.) 1부. * |
Florent Munier et al., ‘An ICI reduction scheme for OFDM system with phase noise over fading channels’, IEEE Transactions on Communications, Vol.56, No.7. * |
Florent Munier et al., ‘An ICI reduction scheme for OFDM system with phase noise over fading channels’, IEEE Transactions on Communications, Vol.56, No.7.* |
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