KR20080052192A - Apparatus and method for receiving digital signal based on ofdm - Google Patents

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Abstract

An apparatus and a method for receiving a digital signal based on an OFDM are provided to decide a time synchronizing point for minimizing ISI(Inter-Symbol Interference) and to perform the channel estimation accurately, at the same time. An apparatus for receiving a digital signal comprises a signal receiving part(100), a time synchronizing estimating part(101), a channel estimating part(102), and a data restoring part(103). The signal receiving part receives a signal which is modulated by an OFDM using a preamble including a CAZAC(Constant Amplitude Zero Auto Correlation) sequence. The time synchronizing estimating part measures the degree of cross-correlation between the received digital signal and the preamble and a power value of the received digital signal, calculates a point at which the ISI is minimal, and estimates the point as a time synchronizing point. The channel estimating part estimates a channel compensation value through a first fast Fourier transform using the time synchronizing point and the degree of cross-correlation. The data restoring part restores data using the time synchronizing point and the channel compensation value.

Description

OFDM 기반의 디지털 신호 수신 장치 및 방법{Apparatus and method for receiving digital signal based on OFDM} Apparatus and method for receiving digital signal based on OFDM

도 1는 본 발명의 일실시예에 따른 OFDM 방식의 디지털 신호 수신장치의 구성을 나타내는 개념도이다.1 is a conceptual diagram illustrating a configuration of a digital signal receiving apparatus of the OFDM scheme according to an embodiment of the present invention.

도 2은 본 발명의 일실시예에 따른 OFDM 방식의 디지털 신호의 프리앰블 구조를 나타내는 도면이다.2 is a diagram illustrating a preamble structure of an OFDM digital signal according to an embodiment of the present invention.

도 3a 및 도3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 OFDM 방식의 디지털 신호의 프리앰블 구조를 나타내는 도면이다.3A and 3B are diagrams illustrating a preamble structure of an OFDM digital signal according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 OFDM 방식의 디지털 신호 수신장치의 구조를 나타내는 도면이다.4 is a diagram showing the structure of an OFDM digital signal receiving apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 OFDM 방식의 디지털 신호 수신방법의 흐름을 나타내는 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating a flow of a digital signal receiving method of the OFDM scheme according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 OFDM 기반의 디지털 신호 수신 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 OFDM 기반의 송수신 시스템에 CAZAC 시퀀스을 포함하는 프리앰블을 사 용하여 인접 심볼간 간섭이 최소화되는 시간동기 및 채널을 추정하는 수신장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an OFDM-based digital signal receiving apparatus and method, and more particularly, to a receiver for estimating time synchronization and channel for minimizing interference between adjacent symbols by using a preamble including a CAZAC sequence in an OFDM-based transmitting and receiving system. And to a method.

OFDM 전송 방식은 긴 심볼주기를 갖는 데이터를 병렬로 여러 부반송파에 실어서 전송하는 방식으로 역 고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform : IFFT)과 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform : FFT)을 사용하여 고속으로 변/복조 과정을 수행할 수 있으며, 고속 통신의 주요한 문제가 되는 인접 심볼 간 간섭(Inter-symbol interference: ISI)에 강인하고, 주파수 선택적 페이딩을 비선택적 페이딩으로 보이게 하는 장점을 가지고 있다. 이러한 장점으로 인해 고속 데이터 전송 시스템, 예컨대, 디지털 오디오 방송(Digital Audio Broadcasting : DAB), 디지털 비디오 방송(Digital Video Broadcasting : DVB), 디지털 지상 텔레비전 방송(Digital Terrestrial Television Broadcasting : DTTB), 무선 랜(Wireless Local Area Network : WLAN), IEEE 802.16의 광대역 무선 접속(Broadband Wireless Access) 등의 OFDM 무선 통신 시스템들이 개발되고 있으며, 최근에는 이러한 OFDM 무선 통신 시스템이, 차세대 이동통신의 핵심 기술로 간주되어 활발하게 연구되고 있다.The OFDM transmission method is a method in which data having a long symbol period is loaded on several subcarriers in parallel and transmitted, using an Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) and a Fast Fourier Transform (FFT). The modulation / demodulation process can be performed, and it is robust to inter-symbol interference (ISI), which is a major problem of high-speed communication, and has the advantage of making frequency selective fading appear as non-selective fading. These advantages allow high-speed data transmission systems such as Digital Audio Broadcasting (DAB), Digital Video Broadcasting (DVB), Digital Terrestrial Television Broadcasting (DTTB), and Wireless LAN (Wireless). OFDM wireless communication systems, such as Local Area Network (WLAN) and IEEE 802.16 Broadband Wireless Access, have been developed. Recently, these OFDM wireless communication systems are considered as the core technology of the next generation of mobile communication. It is becoming.

OFDM전송 방식은 구조적 특성상 송신측은 IFFT를 수행하여 전송 신호를 발생시킨다. 이때, 수신측에서는 송신 신호의 복원을 위해 프리앰블 구간동안 시간동기를 수행하여 적절한 FFT 구간을 설정한다. 또한 FFT 이후의 값에 대해 채널에 의한 왜곡을 보상해 주기 위해 채널 보상값을 추정한다. In the OFDM transmission scheme, due to its structural characteristics, the transmitting side performs an IFFT to generate a transmission signal. At this time, the receiver sets a proper FFT interval by performing time synchronization during the preamble interval to recover the transmission signal. In addition, the channel compensation value is estimated to compensate for the distortion caused by the channel for the value after the FFT.

이러한 OFDM 전송 방식의 모든 장점들은 FFT 수행을 위한 정확한 시간 동기 및 이를 기반으로 한 정확한 채널 추정을 가정으로 했을 때 그 장점들이 유지될 수 있다. 하지만 다중 경로 채널 환경에서는 시간동기의 정확성이 떨어지게 되고 이로 인해 발생한 시간동기 옵셋은 경우에 따라서 심각한 인접 심볼 간의 간섭(Inter-symbol interference: ISI) 및 인접 부반송파간 간섭(Inter-carrier interference: ICI)을 발생 시켜 시스템 성능에 심각한 열화를 발생시킬 수 있다. 이러한 성능 열화는 다중 경로 채널의 최대 또는 평균 지연 시간이 길면 길수록 그 정도가 더욱 심하며 특히 채널의 지연이 보호구간보다 길 경우 정확한 시간동기 시점이라고 하더라도 경우에 따라 많은 ISI을 발생시키게 된다.All of the advantages of the OFDM transmission scheme can be maintained when assuming accurate time synchronization for performing FFT and accurate channel estimation based on the same. However, in a multipath channel environment, the accuracy of time synchronization is reduced, and the time synchronization offset caused by this can sometimes result in severe inter-symbol interference (ISI) and inter-carrier interference (ICI). Can cause serious deterioration of system performance. The longer the maximum or average delay time of the multipath channel is, the more severe the performance deterioration becomes. In particular, even if the delay of the channel is longer than the guard interval, even if it is an accurate time synchronization point, there are many ISIs.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 다중경로 채널 환경에서 정확한 FFT 수행시점을 찾지 않고 ISI가 가장 적은 위치의 FFT 수행시점을 찾아 시간동기 시점으로 검출하고, 시간동기를 수행하기 위해 필요한 일련의 연산과정에서의 결과값을 사용하여 ISI 및 ICI가 최소화된 주파수 영역의 채널 보상 값을 산출하여 보다 높고 안정적인 성능을 가지는 OFDM 기반의 디지털 신호 수신 장치 및 방법을 제공하는데 있다. The technical problem to be achieved by the present invention is to find the FFT execution time of the location with the lowest ISI without detecting the accurate FFT execution time in a multipath channel environment, and to detect the time synchronization time, and to perform the time synchronization. The present invention provides an OFDM-based digital signal receiving apparatus and method having higher and more stable performance by calculating channel compensation values in a frequency domain in which ISI and ICI are minimized using the result value of.

상기의 기술적 과제를 이루기 위한, 본 발명에 의한 디지털 신호 수신장치의 일실시예로 CAZAC 시퀀스를 포함하는 프리앰블을 사용하는 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 방식으로 변조된 디지털 신호를 수신하는 신호수신부; 상기 수신된 디지털 신호와 상기 프리앰블 간의 상호 상관 정도 및 수신된 디지털 신호의 전력값을 측정하여 인접심볼간 간섭이 최소가 되는 시점을 계산하고 상기 인접심볼간 간섭이 최소가 되는 시점을 시간동기시점으로 추정하는 시간동기 추정부; 상기 시간동기시점 및 상기 상호 상관의 정도를 이용한 제1고속푸리에변환을 통해 채널 보상값을 추정하는 채널 추정부; 상기 시간동기시점과 상기 채널 보상값을 이용하여 데이터를 복원하는 데이터 복원부;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for receiving a digital signal, the signal receiving unit receiving a digital signal modulated by an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) method using a preamble including a CAZAC sequence; By measuring the degree of cross-correlation between the received digital signal and the preamble and the power value of the received digital signal, the time point at which interference between adjacent symbols is minimized is calculated, and the time point when the interference between adjacent symbols is minimum is a time synchronization time point. A time synchronization estimator; A channel estimator estimating a channel compensation value through a first fast Fourier transform using the time synchronization point and the degree of cross correlation; And a data recovery unit for restoring data by using the time synchronization point and the channel compensation value.

상기의 기술적 과제를 이루기 위한, 본 발명에 의한 디지털 신호 수신방법의 일실시예로 (a) CAZAC 시퀀스를 포함하는 프리앰블을 사용하는 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 방식으로 변조된 디지털 신호를 수신하는 단계; (b) 상기 수신된 디지털 신호와 상기 프리앰블 간의 상호 상관 정도 및 수신된 디지털 신호의 전력값을 측정하여 인접심볼간 간섭이 최소가 되는 시점을 계산하고 상기 인접심볼간 간섭이 최소가 되는 시점을 시간동기시점으로 추정하는 단계; (c) 상기 시간동기시점 및 상기 상호 상관의 정도를 이용한 제1고속푸리에변환을 통해 채널 보상값을 추정하는 단계; (d) 상기 시간동기시점과 상기 채널 보상값을 이용하여 데이터를 복원하는 단계;를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method for receiving a digital signal, the method comprising the steps of: (a) receiving a digital signal modulated by an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) method using a preamble including a CAZAC sequence ; (b) calculating a time point when interference between adjacent symbols is minimized by measuring a degree of cross correlation between the received digital signal and the preamble and a power value of the received digital signal, and determining a time point when the interference between adjacent symbols is minimum Estimating at the time of synchronization; (c) estimating a channel compensation value through a first fast Fourier transform using the time synchronization point and the degree of cross correlation; (d) restoring data by using the time synchronization time point and the channel compensation value.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 방법 및 장치에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, a method and an apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 OFDM 방식의 디지털 신호 수신장치의 구조를 나타내는 도면이다.1 is a view showing the structure of a digital signal receiving apparatus of the OFDM method according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 수신장치는 신호수신부(100), 시간동기추정부(101), 채널추정부(102), 데이터복원부(103)으로 이루어진다.Referring to FIG. 1, the receiver includes a signal receiver 100, a time synchronization estimation unit 101, a channel estimation unit 102, and a data restoration unit 103.

신호수신부(100)는 자기 상관도가 1인 시퀀스를 포함하는 프리앰블을 사용하는 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 방식으로 변조된 디지털 신호를 수신한다.The signal receiver 100 receives a digital signal modulated by an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) method using a preamble including a sequence having an autocorrelation degree of 1.

시간동기 추정부(101)는 신호수신부(100)에 수신된 디지털 신호와 그에 포함된 프리앰블 간의 상호 상관 정도 및 수신된 디지털 신호의 전력값을 측정하여 인접심볼간 간섭이 최소가 되는 시점을 계산하고 상기 인접심볼간 간섭이 최소가 되는 시점을 시간동기시점으로 추정한다.The time synchronization estimator 101 calculates a point of time when interference between adjacent symbols is minimized by measuring a degree of cross correlation between the digital signal received by the signal receiver 100 and a preamble included therein and a power value of the received digital signal. The time point when the interference between adjacent symbols is minimized is estimated as a time synchronization time point.

채널 추정부(102)는 시간동기 추정부(101)에서 추정된 시간동기시점 및 측정된 상호 상관의 정도를 이용한 제1고속푸리에변환을 통해 채널 보상값을 추정한다.The channel estimator 102 estimates a channel compensation value through a first fast Fourier transform using the time synchronization point estimated by the time synchronization estimator 101 and the measured degree of cross-correlation.

데이터 복원부(103)는 시간동기 추정부(101)에서 추정된 시간동기시점 및 채널 추정부(102)에서 추정된 채널 보상값을 이용하여 데이터를 복원한다.The data recovery unit 103 restores the data using the time synchronization time estimated by the time synchronization estimation unit 101 and the channel compensation value estimated by the channel estimation unit 102.

도 2은 OFDM 방식의 디지털 신호의 프리앰블 구조를 나타내는 도면이다. 2 is a diagram illustrating a preamble structure of an OFDM digital signal.

도 2을 참조하면, OFDM 방식의 디지털 신호의 프리앰블은 시간 영역에서 CAZAC(Constant Amplitude Zero Auto Correlation)시퀀스를 가지는 것을 특징으로 하며, 구조적으로는 CAZAC 시퀀스 양쪽 끝에 일정구간 동안 zero auto-correlation(ZAC) 특성을 유지하기 위해 반복된 값을 가지는 것을 특징으로 한다. 즉, 도 2에서처럼 길이가 각각 G1과 G2인 시퀀스 A와 B는 길이가 N인 CAZAC시퀀스에 양 끝에 위치한다. Referring to FIG. 2, the preamble of the OFDM-based digital signal has a constant amplitude zero auto correlation (CAZAC) sequence in the time domain, and structurally zero auto-correlation (ZAC) at both ends of the CAZAC sequence. It is characterized by having a repeated value to maintain the characteristic. That is, as shown in Fig. 2, sequences A and B of lengths G1 and G2, respectively, are located at both ends of a CAZAC sequence of length N.

CAZAC(Constant amplitude zero auto-correlation) 시퀀스는 각 샘플들의 진폭이 일정한 값으로 구성되는 특징을 가지며, 정확한 자기 상관에 대해서는 1의 값을 갖지만 자기 순환 상관에 대해서는 수학적으로 0의 값을 갖는 특성을 갖는다. 이러한 특성은 통신의 수신장치에서 CAZAC 시퀀스와 수신 신호와의 상관을 취할 경우 정확한 자기 상관 이외의 구간에 대해서는 잡음 전력 값 또는 인접 심볼간 간섭 값으로 나타나게 된다.The constant amplitude zero auto-correlation (CAZAC) sequence is characterized by a constant amplitude of each sample, which has a value of 1 for accurate autocorrelation but a mathematical value of 0 for autocyclic correlation. . When the receiver receives a correlation between the CAZAC sequence and the received signal, the characteristic is represented as a noise power value or an interference value between adjacent symbols in a section other than the correct autocorrelation.

즉, CAZAC 시퀀스의 자기 상관의 값은 임펄스(impluse)한 형태를 가지며 이러한 특성 때문에 CAZAC 시퀀스는 통신 시스템의 신호 검출 및 동기를 위해 자주 고려되고 있다.In other words, the autocorrelation value of the CAZAC sequence has an impulse shape, and because of this property, the CAZAC sequence is frequently considered for signal detection and synchronization in a communication system.

CAZAC 시퀀스를 C 라고 할 경우 상기 프리앰블의 특징은 수학식 1과 같이 정리 할 수 있다.When the CAZAC sequence is called C, the characteristics of the preamble can be summarized as in Equation 1.

Figure 112007035469457-PAT00001
Figure 112007035469457-PAT00001

도 3a 및 도3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 OFDM 방식의 디지털 신호의 프리앰블 구조를 나타내는 도면이다. 도 3a를 참조하면 본 발명에 적용되는 디지털 신호의 프리앰블은 똑같은 값을 가지는 CAZAC 시퀀스가 3번 반복되는 프리앰블 구조를 가진다. 도 3b를 참조하면 본 발명에 적용되는 디지털 신호의 프리앰블은 순환 프리픽스(Cyclic prefix)와 순환 서픽스(Cyclic suffix)을 동시에 가지는 프리앰블 구조를 가진다.3A and 3B are diagrams illustrating a preamble structure of an OFDM digital signal according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3A, a preamble of a digital signal applied to the present invention has a preamble structure in which a CAZAC sequence having the same value is repeated three times. Referring to FIG. 3B, a preamble of a digital signal applied to the present invention has a preamble structure having a cyclic prefix and a cyclic suffix.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 OFDM 방식의 디지털 신호 수신장치의 구성을 나타내는 도면으로 도 1의 수신장치에서의 시간동기 추정부(110), 채널 추정 부(120), 데이터 복원부(130)를 상세하게 표시한 것이다.4 is a diagram illustrating a configuration of an OFDM digital signal receiver according to an embodiment of the present invention. The time synchronization estimator 110, the channel estimator 120, and the data reconstruction unit ( 130 is shown in detail.

도 4를 참조하면, 수신장치는 예비 시간동기추정부(410), 상호 상관부(420), 타이밍 메트릭 계산부(430), 이동 전체전력 산출부(440), 최종 시간동기추정부(450), 임벌스 응답 출력부(460), 제1고속푸리에변환부(470), 제2고속푸리에변환부(480), 등화기(490)로 이루어진다.Referring to FIG. 4, the reception apparatus includes a preliminary time synchronization estimation unit 410, a cross correlation unit 420, a timing metric calculation unit 430, a moving total power calculation unit 440, and a final time synchronization estimation unit 450. And an impulse response output unit 460, a first fast Fourier transform unit 470, a second fast Fourier transform unit 480, and an equalizer 490.

예비 시간동기추정부(410)는 간단한 연산을 통해 구할 수 있는 대략적인 FFT 수행을 위한 위치 인덱스(i)를 예비 시간동기시점으로 추정한다. 예비 시간동기시점을 추정하는 대표적인 방법으로는 프리앰블이나 순환 프리픽스(Cyclic prefix)와의 상관 특성을 이용하는 방법이 있다. 예컨데, 수학식 2와 같이 산정한 P(i)를 수신신호의 전력값으로 표준화하는 방법도 있다.The preliminary time synchronization estimation unit 410 estimates, as a preliminary time synchronization time, a position index (i) for performing an approximate FFT that can be obtained through a simple operation. As a representative method of estimating the preliminary time synchronization time point, there is a method of using correlation characteristics with a preamble or a cyclic prefix. For example, there is a method of normalizing P (i) calculated as in Equation 2 to the power value of the received signal.

Figure 112007035469457-PAT00002
Figure 112007035469457-PAT00002

상호 상관부(420)는 예비 시간동기추정부에서 추정한 예비 시간동기시점인 위치 인덱스(i)를 기준으로 임의의 구간 동안 수학식 3와 같이 수신한 신호와 프리앰블(C)과의 상호 상관 (cross-correlation)의 정도를 측정한다. 이때, 상호 상관을 취하는 임의 구간의 길이 (V= a+b)는 예비 시간동기를 구한 방법의 성능 및 보호구간 G1과 G2의 길이 등을 고려해서 임의로 설정할 수 있다.The cross-correlator 420 cross-correlates the received signal with the preamble C during an interval based on the position index i, which is a preliminary time synchronization time estimated by the preliminary time synchronization estimation unit, as shown in Equation 3 ( Measure the degree of cross-correlation. At this time, the length (V = a + b) of the arbitrary intervals that cross each other can be arbitrarily set in consideration of the performance of the method for obtaining the preliminary time synchronization, the lengths of the guard sections G1 and G2, and the like.

Figure 112007035469457-PAT00003
Figure 112007035469457-PAT00003

여기서 C(m)은 m번째 CAZAC시퀀스의 값을 나타내고 N은 CAZAC 시퀀스의 길이를 나타낸다.Where C (m) represents the value of the m-th CAZAC sequence and N represents the length of the CAZAC sequence.

타이밍 메트릭 계산부(430)는 상호 상관부(420)에서 측정한 상호 상관의 정도 즉, P(i)를 이용해 타이밍 메트릭 M(i)를 구한다. 타이밍 메트릭은 수신신호와 프리앰블과의 상호 상관의 정보를 수신신호의 전력값으로 표준화한 것으로, 이러한 타이밍 메트릭을 구하는 하나의 방법은 수학식 4와 같다. The timing metric calculator 430 calculates the timing metric M (i) using the degree of cross-correlation measured by the cross correlator 420, that is, P (i). The timing metric is a standardized information of the correlation between the received signal and the preamble by the power value of the received signal. One method of obtaining the timing metric is shown in Equation 4.

Figure 112007035469457-PAT00004
Figure 112007035469457-PAT00004

이 때 타이밍 메트릭을 구하기 위해 분자항에

Figure 112007035469457-PAT00005
대신 P(i)의 절대값을 사용할 수도 있다. 분모항의 R(i)는 타이밍 메트릭 M(i)을 표준화(normalize)하기 위한 것으로 추정 구간의 전력 값을 사용한다.
Figure 112007035469457-PAT00006
을 구하기 위한 하나의 방법은 수학식 5가 될 수 있다.At this point, we need to
Figure 112007035469457-PAT00005
You can also use the absolute value of P (i) instead. R (i) of the denominator is for normalizing the timing metric M (i) and uses the power value of the estimation interval.
Figure 112007035469457-PAT00006
One method for obtaining the equation may be Equation 5.

Figure 112007035469457-PAT00007
Figure 112007035469457-PAT00007

이동 전체전력 산출부(440)는 타이밍 메트릭 계산부(430)에서 계산된 타이밍 메트릭 M(i)에 대해 임의로 설정한 이동 구간 동안의 이동 전체 전력 값 또는 이동 평균 값을 구한다. 이 과정은 수신 신호의 전체 전력 값을 구하는 것을 목표로 하며, 수학식 6 또는 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.The moving total power calculation unit 440 calculates a moving total power value or a moving average value during the moving section arbitrarily set for the timing metric M (i) calculated by the timing metric calculation unit 430. This process aims to obtain the total power value of the received signal, which can be expressed as Equation 6 or Equation 7.

Figure 112007035469457-PAT00008
Figure 112007035469457-PAT00008

Figure 112007035469457-PAT00009
Figure 112007035469457-PAT00009

여기서 평균 전력 또는 전체 전력을 구하기 위한 이동 구간의 크기 W은 시스템의 특성을 고려하여 임의적으로 결정할 수 있으며, ISI 및 ICI을 고려했을 경우에는 OFDM의 순환 프리픽스(Cyclic Prefix) 구간의 길이가 가장 바람직한 W의 실시 값이 될 수 있다.In this case, the size W of the moving interval for obtaining the average power or the total power can be arbitrarily determined in consideration of the characteristics of the system, and in consideration of the ISI and ICI, the length of the cyclic prefix interval of OFDM is most desirable. May be an implementation value of.

최종 시간동기추정부(450)는 이동 전체전력 산출부(440)에서 산출된 이동 전체 전력값인 AP(i)에 대해 AP(i)가 최대인 때의 인덱스 값인 ifft를 검출하여 이를 최종 시간동기시점으로 추정한다. 이는 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.The final time synchronization estimation unit 450 detects an i fft which is an index value when the AP (i) is maximum with respect to the AP (i), which is the mobile total power value calculated by the mobile total power calculation unit 440, and determines the final time. It is estimated at the point of synchronization. This can be expressed as Equation 8.

Figure 112007035469457-PAT00010
Figure 112007035469457-PAT00010

제2고속푸리에변환부(480)는 수신된 신호 r(i) 중 최종 시간동기추정부(450)에서 추정된 시간동기인덱스

Figure 112007035469457-PAT00011
시점으로부터 N개의 샘플을 취해(즉,
Figure 112007035469457-PAT00012
) 제2고속푸리에변환을 수행하여 주파수 영역의 신호를 복원한다. 그러나, 이렇게 복원된 주파수 영역의 신호는 채널에 의해 왜곡된 신호이기 때문에 이를 보상하기 위한 주파수 영역의 채널 보상값 이 필요하다. The second fast Fourier transform unit 480 estimates the time synchronization index estimated by the final time synchronization estimation unit 450 among the received signals r (i).
Figure 112007035469457-PAT00011
Take N samples from the point in time (i.e.
Figure 112007035469457-PAT00012
The second fast Fourier transform is performed to restore the signal in the frequency domain. However, since the reconstructed signal in the frequency domain is a signal distorted by the channel, a channel compensation value in the frequency domain is required to compensate for this.

임벌스 응답 출력부(460)는 주파수 영역의 채널 보상값은 시간 동기과정에서 수행한 연산 값을 이용해 간단히 구할 수 있으며, 그 과정은 아래와 같다. 수학식 9와 같이 상호 상관부(420)의 출력 값 P(i)중 부의 최종 시간동기추정부(450)의 출력 값

Figure 112007035469457-PAT00013
부터 L개의 값을 취한다. The impulse response output unit 460 can simply obtain a channel compensation value in the frequency domain using an operation value performed in a time synchronization process, and the process is as follows. As shown in Equation 9, the output value of the negative final time synchronization estimation unit 450 among the output values P (i) of the cross-correlator 420.
Figure 112007035469457-PAT00013
Take L values from.

Figure 112007035469457-PAT00014
Figure 112007035469457-PAT00014

여기서 L은 이상적으로는 채널의 최대 지연 탭(Maximum delay tap) 값이 되며 일반적으로 CP 길이와 동일 하게 설정할 수 있다. 수학식 9에서 정의된 h는 결국 채널의 임펄스 응답(impulse response)이 된다.Where L is ideally the maximum delay tap of the channel and can be set equal to the CP length in general. H defined in Equation (9) is the impulse response of the channel.

제1고속푸리에변환부(470)는 임벌스 응답 출력부(460)에서 출력된 임펄스 응답에 대해 제1고속푸리에변환을 수행한다. 이 경우 제1고속푸리에변환을 통해 추정한 채널 보상값은 ISI를 최소화하며, 또한 ISI로 발생하는 ICI를 최소화하는 채널 보상값이 된다.The first fast Fourier transform unit 470 performs a first fast Fourier transform on the impulse response output from the impulse response output unit 460. In this case, the channel compensation value estimated through the first fast Fourier transform is a channel compensation value that minimizes ISI and minimizes ICI generated by ISI.

등화기(490)에서는 최종적으로 제2고속푸리에변환부(480)의 출력 값인 주파 수 영역의 신호에 대해 제1고속푸리에변환부(470)의 출력 값인 주파수 영역의 채널 값으로 보상하여 데이터를 복원한다.The equalizer 490 finally restores data by compensating for the signal of the frequency domain, which is the output value of the second fast Fourier transform unit 480, with the channel value of the frequency domain, which is the output value of the first fast Fourier transform unit 470. do.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 OFDM 방식의 디지털 신호 수신방법의 흐름을 나타내는 흐름도이다. 5 is a flowchart illustrating a flow of a digital signal receiving method of the OFDM scheme according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 먼저 CAZAC 시퀀스를 포함하는 프리앰블을 포함하는 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 방식으로 변조된 디지털 신호를 수신(S510)한다.Referring to FIG. 5, first, a digital signal modulated by an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) method including a preamble including a CAZAC sequence is received (S510).

다음으로, 수신된 디지털 신호와 이에 포함되는 프리앰블 간의 상호 상관 정도 및 수신된 디지털 신호의 전력값을 측정하여 인접심볼간 간섭이 최소가 되는 시점을 계산하고 상기 인접심볼간 간섭이 최소가 되는 시점을 시간동기시점으로 추정(S520)한다.Next, the cross-correlation degree between the received digital signal and the preamble included therein and the power value of the received digital signal are measured to calculate the point of time when the interference between adjacent symbols is minimized and the time point when the interference between adjacent symbols is minimum. The time synchronization is estimated at step S520.

이후에, 추정된 시간동기시점 및 측정된 상호 상관의 정도를 이용한 제1고속푸리에변환을 통해 채널 보상값을 추정(S530)한다.Thereafter, a channel compensation value is estimated through a first fast Fourier transform using the estimated time synchronization point and the measured degree of cross-correlation (S530).

마지막으로 추정된 시간동기시점과 추정된 채널 보상값을 이용하여 데이터를 복원(S540)한다.Finally, the data is restored using the estimated time synchronization time point and the estimated channel compensation value (S540).

본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 케리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.The invention can also be embodied as computer readable code on a computer readable recording medium. Computer-readable recording media include all kinds of recording devices that store data that can be read by a computer system. Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disks, optical data storage devices, and the like, which are also implemented in the form of carrier waves (for example, transmission over the Internet). Include. The computer readable recording medium can also be distributed over network coupled computer systems so that the computer readable code is stored and executed in a distributed fashion. In addition, functional programs, codes, and code segments for implementing the present invention can be easily inferred by programmers in the art to which the present invention belongs.

이러한 본원 발명인 방법 및 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.Such a method and apparatus of the present invention have been described with reference to the embodiments shown in the drawings for clarity, but these are merely exemplary, and various modifications and equivalent other embodiments are possible to those skilled in the art. Will understand. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the appended claims.

상기와 같은 본 발명은 직교 주파수 다중 분할(OFDM) 시스템에서 ISI가 최소인 지점을 FFT 수행지점으로 설정하기 때문에 ISI을 최소화하여 OFDM 수신장치의 성능을 향상 및 안정화시킬 수 있다. 또한 시간동기를 위해 수행한 연산의 결과를 이용해 ISI를 최소화하고, ISI에 의해 발생되는 ICI를 최소화하는 정확한 채널 추정을 동시에 할 수 있어 고 성능, 저 복잡도의 수신장치를 구현할 수 있다.상기와 같은 본 발명은 직교 주파수 다중 분할(OFDM) 시스템에서 ISI가 최소인 지점을 FFT 수행지점으로 설정하기 때문에 ISI을 최소화하여 OFDM 수신장치의 성능을 향상 및 안정화시킬 수 있다. 또한 시간동기를 위해 수행한 연산의 결과를 이용해 ISI를 최소화하고, ISI에 의해 발생되는 ICI를 최소화하는 정확한 채널 추정을 동시에 할 수 있어 고 성능, 저 복잡도의 수신장치를 구현할 수 있다.As described above, the present invention sets the point where the minimum ISI is the FFT performing point in an orthogonal frequency multiplexing (OFDM) system, thereby minimizing the ISI, thereby improving and stabilizing the performance of the OFDM receiver. In addition, it is possible to implement a high performance, low complexity receiver by simultaneously performing accurate channel estimation that minimizes ISI and minimizes ICI generated by ISI using the results of operations performed for time synchronization. According to the present invention, since the minimum ISI is set as the FFT execution point in an orthogonal frequency multiplexing (OFDM) system, the performance of the OFDM receiver can be improved and stabilized by minimizing the ISI. In addition, it is possible to realize high performance and low complexity receivers by simultaneously performing accurate channel estimation to minimize ISI and minimizing ICI generated by ISI using the results of operations performed for time synchronization.

Claims (21)

CAZAC 시퀀스를 포함하는 프리앰블을 사용하는 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 방식으로 변조된 디지털 신호를 수신하는 신호수신부;A signal receiver configured to receive a digital signal modulated by an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) scheme using a preamble including a CAZAC sequence; 상기 수신된 디지털 신호와 상기 프리앰블 간의 상호 상관 정도 및 수신된 디지털 신호의 전력값을 측정하여 인접심볼간 간섭이 최소가 되는 시점을 계산하고 상기 인접심볼간 간섭이 최소가 되는 시점을 시간동기시점으로 추정하는 시간동기 추정부;By measuring the degree of cross-correlation between the received digital signal and the preamble and the power value of the received digital signal, the time point at which interference between adjacent symbols is minimized is calculated, and the time point when the interference between adjacent symbols is minimum is a time synchronization time point. A time synchronization estimator; 상기 시간동기시점 및 상기 상호 상관의 정도를 이용한 제1고속푸리에변환을 통해 채널 보상값을 추정하는 채널 추정부;A channel estimator estimating a channel compensation value through a first fast Fourier transform using the time synchronization point and the degree of cross correlation; 상기 시간동기시점과 상기 채널 보상값을 이용하여 데이터를 복원하는 데이터 복원부;를 포함하는 디지털 신호 수신장치.And a data recovery unit for restoring data using the time synchronization point and the channel compensation value. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 프리앰블은 상기 CAZAC 시퀀스 좌측에 위치한 좌측 시퀀스와 상기 CAZAC 시퀀스 우측에 위치한 우측 시퀀스를 포함하고,The preamble includes a left sequence located to the left of the CAZAC sequence and a right sequence located to the right of the CAZAC sequence, 상기 좌측 시퀀스는 상기 CAZAC 시퀀스의 끝부분에 해당하는 일정 구간의 값과 동일한 값을 가지고, 상기 우측 시퀀스는 상기 CAZAC 시퀀스의 앞부분에 해당하는 일정 구간의 값과 동일한 값을 가지는 것을 특징으로 하는 디지털 신호 수신장치.The left sequence has a value equal to a value of a predetermined section corresponding to the end of the CAZAC sequence, and the right sequence has a value equal to a value of a predetermined section corresponding to the front of the CAZAC sequence. Receiver. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 프리앰블은 상기 CAZAC 시퀀스가 동일한 값으로 3번 반복적으로 나열된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 디지털 신호 수신장치.The preamble has a structure in which the CAZAC sequence has a structure repeatedly arranged three times with the same value. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 프리앰블은 상기 CAZAC 시퀀스 양쪽 끝에 순환구조의 프리픽스와 순환구조의 서픽스를 갖는 것을 특징으로 하는 디지털 신호 수신장치.The preamble has a prefix of a cyclic structure and a suffix of the cyclic structure at both ends of the CAZAC sequence. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 수신된 디지털 신호로부터 간단한 연산을 통해 대략적인 시간동기시점인 예비시간동기시점을 산출하는 예비시간동기시점 산출부를 더 포함하고,And a preliminary time synchronization time calculating unit for calculating a preliminary time synchronization time that is an approximate time synchronization time through a simple operation from the received digital signal. 상기 상호 상관의 정도는 상기 산출된 예비시간동기시점을 기준으로 한 일정 구간에 해당하는 신호 및 상기 프리앰블 간의 상호 상관의 정도인 것을 특징으로 하는 디지털 신호 수신장치.The degree of cross-correlation is a digital signal receiver, characterized in that the degree of cross-correlation between the signal and the preamble corresponding to a predetermined section based on the preliminary time synchronization time point calculated. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 시간동기시점의 추정은 상기 측정된 상호 상관의 정도 및 상기의 상호 상관을 취하는 구간의 전력값을 이용한 계산을 통해 이동구간의 전체 전력값 또는 이동구간의 평균 전력값을 구하고, 상기 이동구간의 전체 전력값 또는 상기 이동구 간의 평균 전력값을 최대로 하는 시점을 시간동기시점으로 추정하는 것을 특징으로 하는 디지털 신호 수신장치.The estimation of the time synchronization time is obtained by calculating the total power value of the moving section or the average power value of the moving section through the calculation using the measured degree of cross-correlation and the power value of the section taking the cross correlation. And a time synchronization time point for estimating the total power value or the average power value between the moving sections as a maximum. 제6항에 있어서The method of claim 6 상기 프리앰블은 상기 CAZAC 시퀀스 양쪽 끝에 순환구조의 프리픽스와 순환구조의 서픽스를 갖고,The preamble has a prefix of a cyclic structure and a suffix of a cyclic structure at both ends of the CAZAC sequence, 상기 이동구간은 상기 순환구조의 프리픽스의 크기와 동일한 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 디지털 신호 수신장치.And the moving section has the same size as the size of the prefix of the cyclic structure. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1고속푸리에변환은 상기 추정된 시간동기시점으로부터 시작하는 일정 크기의 구간의 상기 상호 상관의 정도에 대하여 수행하는 것을 특징으로 하는 디지털 신호 수신장치.And the first fast Fourier transform is performed with respect to the degree of cross-correlation of a predetermined size interval starting from the estimated time synchronization point. 제8항에 있어서, The method of claim 8, 상기 프리앰블은 상기 CAZAC 시퀀스 양쪽 끝에 순환구조의 프리픽스와 순환구조의 서픽스를 갖고,The preamble has a prefix of a cyclic structure and a suffix of a cyclic structure at both ends of the CAZAC sequence, 상기 제1고속푸리에변환을 수행하는 상호 상관의 정도의 구간은 상기 순환구조의 프리픽스의 크기와 동일한 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 디지털 신호 수신장치.The interval of the degree of cross-correlation for performing the first fast Fourier transform has a size equal to the size of the prefix of the cyclic structure. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 데이터의 복원은 상기 추정된 시간동기지점으로부터 시작하는 상기 CAZAC 시퀀스 크기의 범위에서의 상기 수신된 디지털 신호에 제2고속푸리에변환을 수행하여 주파수 영역의 신호를 복원하고, 상기 주파수 영역의 신호를 상기 추정된 채널 보상값을 통해 보상하는 것을 특징으로 하는 디지털 신호 수신장치.Restoring the data includes performing a second fast Fourier transform on the received digital signal in the range of the CAZAC sequence size starting from the estimated time synchronization point, restoring a signal in a frequency domain, and restoring a signal in the frequency domain. The digital signal receiving device, characterized in that for compensating through the estimated channel compensation value. (a) CAZAC 시퀀스를 포함하는 프리앰블을 사용하는 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 방식으로 변조된 디지털 신호를 수신하는 단계;(a) receiving a digital signal modulated in an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) scheme using a preamble comprising a CAZAC sequence; (b) 상기 수신된 디지털 신호와 상기 프리앰블 간의 상호 상관 정도 및 상기수신된 디지털 신호의 전력값을 측정하여 인접심볼간 간섭이 최소가 되는 시점을 계산하고 상기 인접심볼간 간섭이 최소가 되는 시점을 시간동기시점으로 추정하는 단계;(b) calculating a time point when interference between adjacent symbols is minimized by measuring a degree of cross-correlation between the received digital signal and the preamble and a power value of the received digital signal, and determining when the interference between adjacent symbols is minimum Estimating the time synchronization point; (c) 상기 시간동기시점 및 상기 상호 상관의 정도를 이용한 제1고속푸리에변환을 통해 채널 보상값을 추정하는 단계;(c) estimating a channel compensation value through a first fast Fourier transform using the time synchronization point and the degree of cross correlation; (d) 상기 시간동기시점과 상기 채널 보상값을 이용하여 데이터를 복원하는 단계;를 포함하는 디지털 신호 수신방법.(d) restoring data using the time synchronization time point and the channel compensation value. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 (a)단계의 프리앰블은 상기 CAZAC 시퀀스 좌측에 위치한 좌측 시퀀스와 상기 CAZAC 시퀀스 우측에 위치한 우측 시퀀스를 포함하고,The preamble of step (a) includes a left sequence located to the left of the CAZAC sequence and a right sequence located to the right of the CAZAC sequence, 상기 좌측 시퀀스는 상기 CAZAC 시퀀스의 끝부분에 해당하는 일정 구간의 값과 동일한 값을 가지고, 상기 우측 시퀀스는 상기 CAZAC 시퀀스의 앞부분에 해당하는 일정 구간의 값과 동일한 값을 가지는 것을 특징으로 하는 디지털 신호 수신방법.The left sequence has a value equal to a value of a predetermined section corresponding to the end of the CAZAC sequence, and the right sequence has a value equal to a value of a predetermined section corresponding to the front of the CAZAC sequence. Receive method. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 (a)단계의 프리앰블은 상기 CAZAC 시퀀스가 동일한 값으로 3번 반복적으로 나열된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 디지털 신호 수신방법.The preamble of step (a) has a structure in which the CAZAC sequence has a structure repeatedly arranged three times with the same value. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 (a)단계의 프리앰블은 상기 CAZAC 시퀀스 양쪽 끝에 순환구조의 프리픽스와 순환구조의 서픽스를 갖는 것을 특징으로 하는 디지털 신호 수신방법.The preamble of step (a) has a prefix of a cyclic structure and a suffix of the cyclic structure at both ends of the CAZAC sequence. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 (b)단계는Step (b) is (b-1) 상기 수신된 디지털 신호로부터 대략적인 시간동기시점인 예비시간동기시점을 산출하는 단계;(b-1) calculating a preliminary time synchronization time that is an approximate time synchronization time from the received digital signal; (b-2) 상기 산출된 예비시간동기시점을 기준으로 한 일정 구간에 해당하는 신호 및 상기 프리앰블 간의 상호 상관의 정도를 계산하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 신호 수신방법.(b-2) calculating a degree of cross-correlation between a signal corresponding to a predetermined period and the preamble based on the calculated preliminary time synchronization time point; Digital signal receiving method further comprises. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 (b)단계의 시간동기시점의 추정은 상기 측정된 상호 상관의 정도 및 상기의 상호 상관을 취하는 구간의 전력값을 이용한 계산을 통해 이동구간의 전체 전력값 또는 이동구간의 평균 전력값을 구하고, 상기 이동구간의 전체 전력값 또는 상기 이동구간의 평균 전력값을 최대로 하는 시점을 시간동기시점으로 추정하는 것을 특징으로 하는 디지털 신호 수신방법.In the estimation of the time synchronization point in step (b), the total power value of the moving section or the average power value of the moving section is obtained by calculation using the measured degree of cross correlation and the power value of the section taking the cross correlation. And estimating a time point at which the total power value of the moving section or the average power value of the moving section is maximized as a time synchronization point. 제16항에 있어서The method of claim 16 상기 (a)단계의 프리앰블은 상기 CAZAC 시퀀스 양쪽 끝에 순환구조의 프리픽스와 순환구조의 서픽스를 갖고,The preamble of step (a) has a prefix of the cyclic structure and a suffix of the cyclic structure at both ends of the CAZAC sequence, 상기 (b)단계의 이동구간은 상기 순환구조의 프리픽스의 크기와 동일한 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 디지털 신호 수신방법.The moving section of step (b) has a size equal to the size of the prefix of the cyclic structure. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 (c)단계의 제1고속푸리에변환은 상기 추정된 시간동기시점으로부터 시작하는 일정 크기의 구간의 상기 상호 상관의 정도에 대하여 수행하는 것을 특징으로 하는 디지털 신호 수신방법.The first fast Fourier transform of the step (c) is performed for the degree of cross-correlation of the interval of a predetermined size starting from the estimated time synchronization time. 제18항에 있어서,The method of claim 18, 상기 (a)단계의 프리앰블은 CAZAC 시퀀스 양쪽 끝에 순환구조의 프리픽스와 순환구조의 서픽스를 갖고,The preamble of step (a) has a prefix of the cyclic structure and a suffix of the cyclic structure at both ends of the CAZAC sequence, 상기 (c)단계의 제1고속푸리에변환을 수행하는 상호 상관의 정도의 구간은 상기 순환구조의 프리픽스의 크기와 동일한 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 디지털 신호 수신방법.The interval of the degree of cross-correlation for performing the first fast Fourier transform of step (c) has the same size as the size of the prefix of the cyclic structure. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 (d)단계는,In step (d), (d-1) 상기 추정된 시간동기지점으로부터 시작하는 CAZAC 시퀀스 크기의 범위에서의 상기 수신된 디지털 신호에 제2고속푸리에변환을 수행하여 주파수 영역의 신호를 복원하는 단계;(d-1) restoring a signal in a frequency domain by performing a second fast Fourier transform on the received digital signal in a range of CAZAC sequence sizes starting from the estimated time synchronization point; (d-2) 상기 복원된 주파수 영역의 신호를 상기 추정된 채널 보상값을 통해 보상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 신호 수신방법.(d-2) compensating for the restored frequency domain signal through the estimated channel compensation value. 제11항 내지 제20항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 수행하는 프로그램을 수록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.A computer-readable recording medium containing a program for performing the method according to any one of claims 11 to 20.
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