KR20100000606A - Apparatus and method for frequency offset estimation in ofdm system, and method for time offset estimation - Google Patents

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KR20100000606A
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김상훈
윤석호
이영윤
윤태웅
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Abstract

PURPOSE: An apparatus and a method for frequency offset estimation in an OFDM system, and a method for time offset estimation are provided to estimate the high accuracy of a frequency offset if there is a time error. CONSTITUTION: In an apparatus and a method for frequency offset estimation in an OFDM system. An FFT (Fast Fourier Transform) demodulator demodulates a modulated signal through IFFT(Inverse Fast Fourier Transform). A correlation value calculation module(201) calculates a correlation value between the output from FFT and a training symbol. A threshold calculation module(204) calculates a threshold for the frequency offset estimation. A comparison calculation module(202) compares the correlation value with the threshold value.

Description

직교 주파수 분할 다중 시스템에서의 주파수 옵셋 추정 장치 및 방법, 직교 주파수 분할 다중 시스템에서의 시간 오차 추정 방법{Apparatus and Method for Frequency Offset Estimation in OFDM System, and Method for time offset Estimation}Apparatus and Method for Frequency Offset Estimation in OFDM System, and Method for Time Offset Estimation in Orthogonal Frequency Division Multiple Systems

본 발명은 직교 주파수 분할 다중 시스템(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 OFDM이라고 함)의 수신기에 관한 것으로, 특히 OFDM 시스템의 수신기에서 반송파 주파수 옵셋을 추정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a receiver of an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM), and more particularly, to a method and apparatus for estimating a carrier frequency offset in a receiver of an OFDM system.

또한, 본 발명은 주파수 옵셋이 추정 및 보상된 후 잔류 시간 오차를 추정하는 방법에 대해서도 기술한다.The present invention also describes a method of estimating the residual time error after the frequency offset is estimated and compensated.

일반적으로 직교 주파수 분할 다중 방식(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 기술은 디지털 오디오 방송(DAB: Digital Audio Broadcasting)과 디지털 텔레비전, 무선 근거리 통신망(WLAN: Wireless Local Area Network) 그리고 무선 비동기 전송 모드(WATM: Wireless Asynchronous Transfer Mode) 등의 디지털 전송기술에 광범위하게 사용되고 있다. 상기 직교 주파수 분할 다중 방식은 전송하려는 데이터를 다수 개의 부반송파(Sub-Carrier)를 가지고 여러 개의 데이터로 나누어 변조한 후 병렬로 전송하는 다중 반송파 기술이다.In general, Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) technology is used for Digital Audio Broadcasting (DAB), Digital Television, Wireless Local Area Network (WLAN) and Wireless Asynchronous Transmission Mode (WATM). It is widely used in digital transmission technology such as Wireless Asynchronous Transfer Mode. The orthogonal frequency division multiplexing is a multi-carrier technology in which data to be transmitted is divided into a plurality of data with a plurality of sub-carriers and then transmitted in parallel.

그러나 OFDM 방식은 하드웨어(hardware)적인 복잡도(Complexity)로 인하여 널리 사용되지 못하다가 최근 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform) 기술과 역 고속 푸리에 변환(IFFT: Inverse Fast Fourier Transform) 기술을 포함한 각종 디지털 신호 처리 기술이 발전함으로써 실현 가능해 졌다. However, the OFDM method has not been widely used due to hardware complexity, and recently, various digital devices including Fast Fourier Transform (FFT) and Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) are used. Advances in signal processing have made this possible.

상기 OFDM 방식은 종래의 주파수 분할 다중 방식(Frequency Division Multiplexing: FDM)과 비슷하나 무엇보다도 다수개의 부반송파간의 직교성(Orthogonality)을 유지하여 전송함으로써 고속 데이터 전송시 최적의 전송 효율을 얻을 수 있는 특징을 갖는다. The OFDM scheme is similar to the conventional Frequency Division Multiplexing (FDM), but most of all, the optimal transmission efficiency is obtained by maintaining orthogonality among a plurality of subcarriers. .

최근 이러한 장점이 대두되어 무선 비동기 전송 모드와 같은 고속 데이터 전송시 상기 OFDM 방식을 이용한 OFDM 방식/시분할 다중 접속 방식(OFDM/TDMA) 시스템 및 OFDM 방식/코드 분할 다중 접속 방식(OFDM/CDMA) 시스템 등의 다양한 구현 기술이 제안되고 있다.In recent years, such advantages have emerged, such as OFDM / time division multiple access (OFDM / TDMA) system and OFDM / code division multiple access (OFDM / CDMA) system using the OFDM method for high-speed data transmission, such as wireless asynchronous transmission mode Various implementation techniques have been proposed.

그러나, OFDM 방식은 주파수 옵셋에 매우 민감하여, 주파수 옵셋이 존재할 경우 부반송파간의 직교성을 파괴하여 간섭을 유발함으로써 심각한 성능 저하를 발생시키는 문제점이 있다. However, the OFDM scheme is very sensitive to the frequency offset, and if there is a frequency offset, there is a problem of causing severe performance degradation by destroying orthogonality between subcarriers and causing interference.

이와 같은 OFDM 전송방식에서, OFDM 심벌간 간섭을 방지하기 위해 연속된 심벌 사이에 채널의 최대지연확산보다 긴 보호구간(guard interval)을 삽입하는 기술이 널리 사용되고 있다. 여기서, OFDM 심벌주기는 실제 데이터가 전송되는 유효심벌주기와 보호구간의 합이 되며, 수신단에서는 보호구간을 제거한 후 유효심벌주기 동안의 데이터를 취하여 복조를 수행한다. 보호구간에는 부반송파의 지연에 의해 발생할 수 있는 직교성의 파괴를 방지하기 위해 유효심벌구간에서 마지막 구간의 신호를 복사하여 삽입하는 순환전치 형식을 취하게 되며, 이때 삽입되는 부분을 CP(cyclic prefix)라 한다. 이와 같은 시스템의 예로서 유럽 형 DAB(digital audio broadcasting) 시스템과 한국의 지상파 DMB(digital multimedia broadcasting), 와이브로(Wibro) 등이 있다.In such an OFDM transmission scheme, a technique of inserting a guard interval longer than the maximum delay spread of a channel between consecutive symbols is widely used to prevent interference between OFDM symbols. In this case, the OFDM symbol period is the sum of the effective symbol period and the guard interval for transmitting the actual data, and the receiver performs demodulation by removing the guard period and taking data during the valid symbol period. In order to prevent the destruction of orthogonality caused by the delay of the subcarrier, the protection section takes the form of cyclic prefix that copies and inserts the signal of the last section in the effective symbol section. do. Examples of such a system include a European-type digital audio broadcasting (DAB) system, Korean terrestrial digital multimedia broadcasting (DMB), and Wibro.

또한, K. Bang, N. Cho, Hjun, K. Kim, H.Park, and D.Hong에 의한 IEEE Trans. Commun., vol 49, pp. 1320-1324, Aug.2001호에는 시간 오차에 강인하여 효과적인 주파수 옵셋 추정 기법이 제안되어 있다.See also IEEE Trans. By K. Bang, N. Cho, Hjun, K. Kim, H. Park, and D. Hong. Commun., Vol 49, pp. 1320-1324, Aug. 2001, proposes an effective frequency offset estimation technique that is robust against time error.

상기 문헌에는 시간 오차가 없다는 가정하에서 이루어진 종래의 주파수 옵셋 추정과는 달리 시간 오차에 강인한 주파수 옵셋 기술을 사용함으로써 추정 정확도 가 높은 기술이 개시되어 있지만, 주파수 옵셋의 범위가 증가함에 따라 연산량이 급격히 증가하는 단점이 있다.This document discloses a technique of high estimation accuracy by using a frequency offset technique that is robust against time error, unlike a conventional frequency offset estimation under the assumption that there is no time error. However, the amount of calculation increases rapidly as the range of frequency offset increases. There is a disadvantage.

따라서, 본 발명은 시간 오차가 존재하는 경우에도 높은 정확도로 주파수 옵셋을 추정할 수 있으며, 기존의 추정 기술에 비해 복잡도가 낮은 OFDM 주파수 옵셋 추정 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한 잔류 시간 오차를 추정할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an OFDM frequency offset estimation method and apparatus which can estimate frequency offset with high accuracy even when time error exists, and which has a lower complexity than conventional estimation techniques. It is also an object of the present invention to provide a method for estimating the residual time error.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 동기 위상 범위(coherence hase bandwidth:CPB)와, 문턱값(threshold)를 이용한 주파수 옵셋 추정 기술을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a frequency offset estimation technique using a coherence hase bandwidth (CPB) and a threshold.

보다 구체적으로, 본 발명에 따른 제1 양태에서는, More specifically, in the first aspect according to the present invention,

역고속 푸리에 트랜스폼으로 변조된 신호를 복조하기 위한 고속 푸리에 트랜스폼 복조기;A fast Fourier transform demodulator for demodulating a signal modulated with an inverse fast Fourier transform;

상기 고속 푸리에 트랜스폼으로부터의 출력과 훈련심벌 사이의 상관값을 계산하기 위한 상관값 계산 모듈;A correlation value calculation module for calculating a correlation value between an output from the fast Fourier transform and a training symbol;

상기 상관값 계산 모듈에 동기 위상 범위를 제공하기 위한 동기 위상 범위 입력 모듈;A synchronous phase range input module for providing a synchronous phase range to the correlation value calculating module;

주파수 옵셋 추정을 위한 문턱값을 계산하기 위한 문턱값 계산 모듈; 및A threshold calculation module for calculating a threshold for frequency offset estimation; And

상기 상관값 계산 모듈로부터 계산된 상관값과 상기 문턱값 계산 모듈로부터 계산된 문턱값을 비교하기 위한 비교 계산 모듈을 포함하는 OFDM 시스템에서 수신기의 주파수 옵셋 추정 장치를 제공한다.An apparatus for estimating a frequency offset of a receiver in an OFDM system including a comparison calculation module for comparing a correlation value calculated from the correlation value calculation module and a threshold value calculated from the threshold value calculation module.

또한, 본 발명에 따른 제2 양태로서,Moreover, as a 2nd aspect which concerns on this invention,

역고속 푸리에 트랜스폼으로 변조된 신호를 수신하는 단계;Receiving a modulated signal with an inverse fast Fourier transform;

상기 수신된 신호를 고속 푸리에 트랜스폼으로 변환하여 출력하는 단계;Converting the received signal into a fast Fourier transform and outputting the transformed signal;

동기 위상 범위를 적용하여 상기 고속 푸리에 트랜스폼으로부터의 출력과 훈련심벌 사이의 상관값을 계산하는 단계;Calculating a correlation value between an output from the fast Fourier transform and a training symbol by applying a synchronization phase range;

주파수 옵셋 추정을 위한 문턱값을 계산하는 단계;Calculating a threshold for frequency offset estimation;

상기 상관값과 상기 문턱값을 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 시스템에서 수신기의 주파수 옵셋 추정 방법이 제공된다.A method of estimating a frequency offset of a receiver in an orthogonal frequency division multiplexing system comprising comparing the correlation value and the threshold value is provided.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 주파수 옵셋 추정 및 보상후에, 상기 주파수 옵셋이 제거된 신호로부터 위상을 취하는 단계; 및 상기 취득된 위상들 간의 차이값을 계산하는 단계; 상기 위상들간 차이값의 평균을 이용하여 시간 오차를 취득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 시스템에서 수신기의 시간 오차 추정 방법이 더 제공된다.Further, according to the present invention, after the frequency offset estimation and compensation, taking a phase from the signal from which the frequency offset is removed; Calculating a difference value between the acquired phases; A method of estimating time error of a receiver in an orthogonal frequency division multiplexing system comprising the step of obtaining a time error using the average of the difference values between phases is further provided.

전술한 바와 같은 본 발명의 양태에 따르면, 시간 오차가 존재하는 경우에도 높은 정확도로 주파수 옵셋을 추정할 수 있으며, 기존의 추정 기술에 비해 복잡도가 낮은 OFDM 주파수 옵셋 추정 방법 및 장치를 제공할 수 있다.According to the aspect of the present invention as described above, it is possible to estimate the frequency offset with a high accuracy even when there is a time error, it is possible to provide a method and apparatus for OFDM frequency offset estimation with a lower complexity than the conventional estimation technique. .

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 OFDM의 처리 동작을 이해하는데 필요한 부분에 대해서만 설명하고, 그 이외의 부분은 본 발명의 요지를 흐트리는 것을 방지하기 위해 상세한 설명은 생략하도록 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, only parts necessary for understanding the operation of OFDM according to the present invention will be described, and other parts will be omitted in order to avoid obscuring the gist of the present invention.

도 1은 통상의 OFDM에 사용되는 수신 신호의 전체적인 동기화 과정을 나타내는 블록도이다. 1 is a block diagram showing the overall synchronization process of a received signal used in conventional OFDM.

통상적으로 OFDM의 수신 신호는 시간 동기화와 함께 주파수 동기화를 거쳐야만 한다. 통상적으로 시간 동기화가 이루어진 후, 주파수 동기화가 이루어지는데, 주파수 동기화에서의 주파수 옵셋은 부반송파간 간격을 기준으로 하여 제거하며, 주파수 옵셋을 부반송파간 간격으로 나누어 정수부와 소수부로 표현가능하다. Typically, the received signal of OFDM must go through frequency synchronization with time synchronization. Typically, after time synchronization is performed, frequency synchronization is performed. The frequency offset in frequency synchronization is removed based on the interval between subcarriers, and the frequency offset can be expressed by the integer part and the fractional part by dividing the frequency offset by the interval between subcarriers.

여기서 정수부에 해당하는 주파수 옵셋을 제거하는 과정을 대략적 주파수 동기(Coarse Frequency Synchronization)으로 알려져 있고, 소수부에 해당하는 주파수 옵셋 과정은 대략적 주파수 동기 후에 남아 있는 잔류 주파수 옵셋을 제거하는 과정으로 미세 주파수 동기(Fine Frequency Synchronization)로 알려져 있다. 그러나, 이러한 정수부와 소수부 주파수 옵셋의 추정 순서는 상호 바뀔 수도 있다는 것은 자명하다.Here, the process of removing the frequency offset corresponding to the integer part is known as coarse frequency synchronization, and the frequency offset process corresponding to the fractional part is a process of removing the residual frequency offset remaining after the coarse frequency synchronization. Also known as Fine Frequency Synchronization. However, it is apparent that the order of estimation of the integer and fractional frequency offsets may be interchanged.

본 발명은 상기 도 1에서 빗금으로 나타낸 바와 같은 정수부 주파수 옵셋을 추정하는 기술에 관한 것으로, 미세 주파수 동기화 처리는 기 설명한 바와 같이 공지된 기술에 해당하는 본 발명의 요지를 흐리게 할 우려가 있은 바 이에 대한 상세한 설명은 생략하며, 이하에는 정수부 주파수 옵셋에 대한 설명만을 기술한다.The present invention relates to a technique for estimating the frequency offset of the integer part as indicated by hatching in FIG. 1, and the fine frequency synchronization process, as described above, may blur the gist of the present invention corresponding to the known technique. Detailed description thereof will be omitted, and only the description of the integer frequency offset will be described below.

도 2는 본 발명에 따른 주파수 옵셋 추정 장치(200)를 개략적으로 도시한 블록도 이다.2 is a block diagram schematically illustrating an apparatus 200 for frequency offset estimation according to the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 역고속 푸리에 트랜스폼(미도시)을 통해 생성된 OFDM 심벌은, 고속 푸리에 트랜스폼(100)을 통해 복조된 후, 상관값 계산 모듈(201)로 입력된다. As shown in FIG. 2, an OFDM symbol generated through an inverse fast Fourier transform (not shown) is demodulated through the fast Fourier transform 100 and then input to the correlation value calculation module 201.

상관값 처리 모듈(201)에서는 동기 위상 범위부(CPB부:203)로부터 입력된 CPB값과 순환 이동값 d를 이용하여 상관값이 계산된다. 순환 이동값 d는 예상되는 주파수 옵셋을 순차적으로 나타내는 값으로, d와 실제 주파수 옵셋값이 같은 경우에는 큰 상관값을 가지게 된다.In the correlation value processing module 201, the correlation value is calculated using the CPB value and the cyclic shift value d inputted from the synchronous phase range unit (CPB unit: 203). The cyclic shift value d sequentially represents the expected frequency offset, and has a large correlation when d and the actual frequency offset value are the same.

또한, 문턱값 계산 모듈(204)에서는 최소 상관값 Cm을 이용하여 문턱값

Figure 112008045603820-PAT00001
가 계산되고, 이어서 비교 계산 모듈(202)에서는 상기 계산된 상관값과 문턱값을 비교하여 상관값이 문턱값 보다 작으면 순환 이동기(미도시)를 통해 d 만큼 위상을 이동시켜 상관값이 문턱값 보다 크게 될 때까지 이 과정을 반복하게 된다.In addition, the threshold calculation module 204 uses the minimum correlation value Cm to determine the threshold value.
Figure 112008045603820-PAT00001
Next, the comparison calculation module 202 compares the calculated correlation value with a threshold value, and if the correlation value is smaller than the threshold value, shifts the phase by d through a cyclic shifter (not shown) so that the correlation value is a threshold value. This process is repeated until it becomes larger.

만일 비교 계산 모듈(202)에서 상관값이 문턱값보다 크다고 판정되면, 이때의 d 값을 주파수 옵셋 추정값으로 하여 주파수 옵셋 보상기(미도시)로 입력한다.If it is determined in the comparison calculation module 202 that the correlation value is larger than the threshold value, the value d is input to the frequency offset compensator (not shown) as the frequency offset estimation value.

또한, 본 발명은 시간 옵셋(오차)이 존재하는 상황에서 강인한 주파수 옵셋 추정 기술을 포함하지만, 실제 데이터 복조시를 고려하면, 잔류 시간 옵셋도 추정하여 보상해야만 낮은 에러율을 보장할 수 있다. 따라서 도 2에서 주파수 옵셋 추정과정 이후에 주파수 옵셋을 보상하며, 그 이후에 다시 잔류 시간 옵셋 추정과 보상 과정이 뒤따르게 된다.In addition, the present invention includes a robust frequency offset estimation technique in the presence of a time offset (error), but considering the actual data demodulation, it is necessary to estimate and compensate for the residual time offset to ensure a low error rate. Therefore, in FIG. 2, the frequency offset is compensated after the frequency offset estimation process, and then, the residual time offset estimation and the compensation process are followed again.

이하에는 본 발명에 따른 주파수 옵셋 추정 과정을 보다 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, the frequency offset estimation process according to the present invention will be described in more detail.

통상적인 OFDM 심벌은 역고속 푸리에 트랜스폼(Inverse Fast Fourier Transform)을 통해 생성되며, 다음의 수학식 1과 같이 표현된다.A typical OFDM symbol is generated through an Inverse Fast Fourier Transform and is represented by Equation 1 below.

Figure 112008045603820-PAT00002
수학식 1
Figure 112008045603820-PAT00002
Equation 1

여기서 Sl은 l 번째 부반송파(subcarrier)를 통해 전송되는 PSK(phase shift keying) 혹은 QAM(quadrature amplitude modulation) 데이터이며, N은 역고속 푸리에 변환의 크기이고, n=0,1,2,3,...,N-1 이다.Where S l is PSK (phase shift keying) or QAM (quadrature amplitude modulation) data transmitted on the l th subcarrier, N is the magnitude of the inverse fast Fourier transform, and n = 0,1,2,3, ..., N-1.

시간 오차를 가진 전송 심벌은 다음의 수학식 2와 같이 표현된다.A transmission symbol having a time error is represented by Equation 2 below.

Figure 112008045603820-PAT00003
수학식 2
Figure 112008045603820-PAT00003
Equation 2

여기서

Figure 112008045603820-PAT00004
와δ는 각각 부반송파 간격 1/N에 의해 정규화된 주파수 옵셋과 시간 오차를 나타낸다. wn은 평균이 0인 가산적 백색 가우시안 잡음(additive white Gaussian noise:AWGN)이다.here
Figure 112008045603820-PAT00004
And δ represent frequency offset and time error normalized by subcarrier spacing 1 / N, respectively. w n is additive white Gaussian noise (AWGN) with an average of zero.

이어서, 데이터를 복조하기 위해서 수신 심벌은, FFT를 거치게 되며, k번째 출력 Rk는 다음의 수학식 3으로 표현된다.Subsequently, in order to demodulate the data, the received symbol passes through an FFT, and the k-th output R k is represented by the following equation (3).

Figure 112008045603820-PAT00005
수학식 3
Figure 112008045603820-PAT00005
Equation 3

여기서, Wk는 wn의 고속 푸리에 변환 출력이다. 훈련 심벌을 이용한 주파수 옵셋 추정을 고려하면, 주파수 옵셋

Figure 112008045603820-PAT00006
의 추정값
Figure 112008045603820-PAT00007
은 다음과 같이 얻어진다.Where W k is the fast Fourier transform output of w n . Considering frequency offset estimation using training symbols, frequency offset
Figure 112008045603820-PAT00006
Estimate of
Figure 112008045603820-PAT00007
Is obtained as follows.

Figure 112008045603820-PAT00008
수학식 4
Figure 112008045603820-PAT00008
Equation 4

여기서 Zk는 훈련 심벌이며, d는 순환 이동 값, (·)N은 N으로 나눈 나머지이다. 주파수 옵셋이 올바르게 추정되었다고 가정하면(d=

Figure 112008045603820-PAT00009
인 경우), 수학식 4에서
Figure 112008045603820-PAT00010
에 의해 정규화된 상관값은 다음의 수학식 5로 표현된다.Where Z k is a training symbol, d is a cyclic shift value, and (·) N is the remainder divided by N. Suppose the frequency offset is estimated correctly (d =
Figure 112008045603820-PAT00009
), In Equation 4
Figure 112008045603820-PAT00010
The correlation value normalized by is expressed by Equation 5 below.

Figure 112008045603820-PAT00011
수학식 5
Figure 112008045603820-PAT00011
Equation 5

수학식 5를 시간 오차의 함수로 나타내면 도 3과 같다. 도 3에서 도시되어 있듯, 주파수 옵셋 추정에 사용되는 상관값은 시간 오차의 변화에 매우 민감하게 반응된다. 이는 주파수 옵셋이 정확히 추정되었더라도 시간 오차가 존재할 경우에는 상관값이 큰폭으로 줄어드는 것을 의미한다.Equation 5 is expressed as a function of time error as shown in FIG. 3. As shown in FIG. 3, the correlation values used for frequency offset estimation are very sensitive to changes in time error. This means that even if the frequency offset is accurately estimated, the correlation value is greatly reduced when there is a time error.

주파수 옵셋 추정에서 시간 오차의 영향을 완화시키기 위하여 상관값이 단조 증가하는 범위를 고려해 보면, 다음의 수학식 6과 같은 동기 위상 범위로 표현된다.Considering a range in which the correlation value monotonously increases in order to alleviate the influence of time error in the frequency offset estimation, the synchronization phase range is expressed by Equation 6 below.

Figure 112008045603820-PAT00012
수학식 6
Figure 112008045603820-PAT00012
Equation 6

여기서

Figure 112008045603820-PAT00013
는 최대 허용 가능한 시간 오차이다. 전술한 수학식 5와 수학식 6을 이용하면, 주파수 옵셋 추정을 위한 상관값 C를 얻을 수 있으며, 이는 아래의 수학식 7과 같다.here
Figure 112008045603820-PAT00013
Is the maximum allowable time error. Using Equations 5 and 6, the correlation value C for frequency offset estimation can be obtained, which is expressed by Equation 7 below.

Figure 112008045603820-PAT00014
수학식 7
Figure 112008045603820-PAT00014
Equation 7

여기서 K=N/CPB이다.Where K = N / CPB.

도 3는

Figure 112008045603820-PAT00015
일 때, 수학식 7의 상관값을 시간 오차 δ의 함수로 나타낸 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 시간 오차가 변하는 상황에서도 상관값은 상대적으로 변화가 적음을 알 수 있다. 본 발명에서는 초기값 d를 이용하여 상관값을 먼저 계산하고, 주어진 문턱값과 비교한다. 상관값이 문턱값을 초과하면,
Figure 112008045603820-PAT00016
의 추정값이 되는 d가 결정된다. 3 is
Figure 112008045603820-PAT00015
Is a function of the time error δ. As shown in FIG. 3, it can be seen that the correlation value is relatively small even when the time error is changed. In the present invention, the correlation value is first calculated using the initial value d, and compared with a given threshold. If the correlation exceeds the threshold,
Figure 112008045603820-PAT00016
D, which is an estimated value of, is determined.

상관값이 문턱값을 넘지 못할 경우에는, 고속 푸리에 변환 결과를 d만큼 주기적으로 변화시키면서 위 과정이 반복된다. 본 발명은 도 4에 도시한 바와 같은 주파수 옵셋 추정 과정을 실시한다. 이하에는 문턱값

Figure 112008045603820-PAT00017
을 구하기 위한 과정을 설명한다.If the correlation does not exceed the threshold, the above process is repeated while periodically changing the fast Fourier transform result by d. The present invention performs a frequency offset estimation process as shown in FIG. Threshold below
Figure 112008045603820-PAT00017
Explain the process for obtaining.

전술한 수학식 7에서, 하나의 동기 위상 범위만 계산한다고 하면 다음과 같은 수학식 8이 얻어진다.In equation (7) above, if only one synchronization phase range is calculated, equation (8) is obtained.

Figure 112008045603820-PAT00018
수학식 8
Figure 112008045603820-PAT00018
Equation 8

상기 수학식 8에서 가산적 화이트 가우시안 잡음(AWGN)을 무시하고, d=

Figure 112008045603820-PAT00019
으로 가정하면,
Figure 112008045603820-PAT00020
는 다음의 수학식 9로 표현된다.In addition to ignoring additive white Gaussian noise (AWGN) in Equation 8, d =
Figure 112008045603820-PAT00019
Assume that
Figure 112008045603820-PAT00020
Is expressed by the following equation (9).

Figure 112008045603820-PAT00021
수학식 9
Figure 112008045603820-PAT00021
Equation 9

여기서

Figure 112008045603820-PAT00022
는
Figure 112008045603820-PAT00023
일 때 최소값
Figure 112008045603820-PAT00024
을 가진다(
Figure 112008045603820-PAT00025
는 시스템에서 미리 정한 최대 허용가능한 시간 오차). 따라서,
Figure 112008045603820-PAT00026
는 수학식 10과 같이 구해진다.here
Figure 112008045603820-PAT00022
Is
Figure 112008045603820-PAT00023
Minimum value when
Figure 112008045603820-PAT00024
Has (
Figure 112008045603820-PAT00025
Is the maximum allowable time error predefined by the system. therefore,
Figure 112008045603820-PAT00026
Is obtained as in Equation 10.

Figure 112008045603820-PAT00027
수학식 10
Figure 112008045603820-PAT00027
Equation 10

다음으로, C의 최소값 Cmin은 다음의 수학식 11과 같이 구해진다.Next, the minimum value C min of C is obtained as in Equation 11 below.

Figure 112008045603820-PAT00028
수학식 11
Figure 112008045603820-PAT00028
Equation 11

다음으로, 문턱값

Figure 112008045603820-PAT00029
는 수학식 11의 결과를 이용하여 다음의 수학식 12와 같이 얻어질 수 있다.Next, the threshold
Figure 112008045603820-PAT00029
May be obtained as in Equation 12 using the result of Equation 11.

Figure 112008045603820-PAT00030
수학식 12
Figure 112008045603820-PAT00030
Equation 12

전술한 설명에서, 본 발명은 시간 오차가 있는 것으로 가정하였으므로, 잔류 시간 오차를 추정하는 과정이 필요하다. 본 발명의 주파수 옵셋 추정 기법은 시간 오차에 강인한 특성을 지니므로, 제안한 기법을 통해 주파수 옵셋이 보정된 OFDM 심벌을 이용해서 시간 오차를 추정하게 된다면 비교적 정확한 추정값을 얻을 수 있다.In the above description, since the present invention assumes that there is a time error, a process of estimating the residual time error is necessary. Since the frequency offset estimation technique of the present invention is robust to the time error, if the time error is estimated using the OFDM symbol whose frequency offset is corrected through the proposed method, a relatively accurate estimation value can be obtained.

주파수 옵셋이 완벽하게 추정되었다고 가정하면, k번째 고속 푸리에 변환의 결과는 하기의 수학식 13과 같이 얻어진다.Assuming that the frequency offset is perfectly estimated, the result of the kth fast Fourier transform is obtained as shown in Equation 13 below.

Figure 112008045603820-PAT00031
수학식 13
Figure 112008045603820-PAT00031
Equation 13

여기서, Hk는 채널의 주파수 응답을 나타낸다. 수신된 심벌과 훈련 심벌의 상관값의 편각은 다음의 수학식 14와 같이 얻어진다.Where Hk represents the frequency response of the channel. The declination of the correlation between the received symbol and the training symbol is obtained as shown in Equation 14 below.

Figure 112008045603820-PAT00032
수학식 14
Figure 112008045603820-PAT00032
Equation 14

여기서 ∠(·)는 복소수의 편각 연산자이다. 채널이 한 심벌 주기 동안 변하지 않는다고 가정하면, 시간 오차는 다음의 수학식 15와 같이 추정될 수 있다.Where ∠ (·) is a complex declination operator. Assuming that the channel does not change for one symbol period, the time error can be estimated as in Equation 15 below.

Figure 112008045603820-PAT00033
수학식 15
Figure 112008045603820-PAT00033
Equation 15

여기서

Figure 112008045603820-PAT00034
이며, k=1, 2,..,N-1 이고, E{·}은 추정값을 정확도를 높이기 위해 사용된 평균값을 의미한다.here
Figure 112008045603820-PAT00034
K = 1, 2, ..., N-1, and E {·} means an average value used to increase the accuracy of the estimated value.

도 1은 OFDM 시스템에서의 전체 동기화 과정을 개략적으로 도시한 블록도.1 is a block diagram schematically illustrating an entire synchronization process in an OFDM system.

도 2는 본 발명에 따른 주파수 옵셋 추정 장치를 개략적으로 도시한 블록도.2 is a block diagram schematically showing an apparatus for estimating frequency offset according to the present invention;

도 3은 주파수 옵셋 추정에 사용되는 상관값과 시간 오차의 관계를 도시한 그래프.3 is a graph showing a relationship between a correlation value and a time error used for frequency offset estimation.

도 4는 동기 위상 범위를 적용하였을 때의 주파수 옵셋 추정에 사용되는 상관값과 시간 오차의 관계를 도시한 그래프.4 is a graph showing a relationship between a correlation value and a time error used for frequency offset estimation when a synchronous phase range is applied.

Claims (14)

직교 주파수 분할 다중 시스템에서 수신기의 주파수 옵셋 추정 장치로서,An apparatus for estimating frequency offset of a receiver in an orthogonal frequency division multiplexing system, 역고속 푸리에 트랜스폼으로 변조된 신호를 복조하기 위한 고속 푸리에 트랜스폼 복조기;A fast Fourier transform demodulator for demodulating a signal modulated with an inverse fast Fourier transform; 상기 고속 푸리에 트랜스폼으로부터의 출력과 훈련심벌 사이의 상관값을 계산하기 위한 상관값 계산 모듈;A correlation value calculation module for calculating a correlation value between an output from the fast Fourier transform and a training symbol; 상기 상관값 계산 모듈에 동기 위상 범위를 제공하기 위한 동기 위상 범위 입력 모듈;A synchronous phase range input module for providing a synchronous phase range to the correlation value calculating module; 주파수 옵셋 추정을 위한 문턱값을 계산하기 위한 문턱값 계산 모듈; 및A threshold calculation module for calculating a threshold for frequency offset estimation; And 상기 상관값 계산 모듈로부터 계산된 상관값과 상기 문턱값 계산 모듈로부터 계산된 문턱값을 비교하기 위한 비교 계산 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는And a comparison calculation module for comparing the correlation value calculated from the correlation value calculation module and the threshold value calculated from the threshold value calculation module. 직교 주파수 분할 다중 시스템에서 수신기의 주파수 옵셋 추정 장치.Frequency offset estimation apparatus of receiver in orthogonal frequency division multiplexing system. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 상관값 계산 모듈에서의 상관값은, 하기의 수학식:The correlation value in the correlation value calculation module is represented by the following equation:
Figure 112008045603820-PAT00035
Figure 112008045603820-PAT00035
 에 의해 계산되고,Is calculated by 상기 문턱값 계산 모듈에서의 문턱값은 하기의 수학식:The threshold in the threshold calculation module is represented by the following equation:
Figure 112008045603820-PAT00036
Figure 112008045603820-PAT00036
 에 의해 계산되며,Is calculated by 여기서, k는 고속 푸리에 트랜스폼 출력 중 k번째 출력값, Zk는 k번째 훈련 심볼값, CPB는 상기 동기 위상 범위 입력 모듈로부터의 입력값, d는 순환 이동값인 것을 특징으로 하는 Where k is a k th output value of the fast Fourier transform output, Z k is a k th training symbol value, CPB is an input value from the synchronous phase range input module, and d is a cyclic shift value. 직교 주파수 분할 다중 시스템에서 수신기의 주파수 옵셋 추정 장치.Frequency offset estimation apparatus of receiver in orthogonal frequency division multiplexing system. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 동기 위상 범위 입력 모듈에서 입력되는 동기 위상 범위는 하기의 수학식:The sync phase range input from the sync phase range input module is represented by the following equation:
Figure 112008045603820-PAT00037
Figure 112008045603820-PAT00037
 에 의해 계산되고, 여기서 δt는 시스템에서 허용하는 최대 시간 오차인 것을 특징으로 하는 Δ t is the maximum time error allowed by the system, 직교 주파수 분할 다중 시스템에서 수신기의 주파수 옵셋 추정 장치.Frequency offset estimation apparatus of receiver in orthogonal frequency division multiplexing system. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 상관값이 상기 문턱값 이하인 경우에는 상기 상관값은 d 순환 이동되어 재계산되는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 시스템에서 수신기의 주파수 옵셋 추정 장치.And if the correlation value is less than or equal to the threshold value, the correlation value is d cyclically shifted and recalculated. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 상관값이 상기 문턱값 보다 큰 경우, 상기 주파수 옵셋의 추정값으로서 d가 결정되는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 시스템에서 수신기의 주파수 옵셋 추정 장치.And d is determined as an estimated value of the frequency offset when the correlation value is larger than the threshold value. 직교 주파수 분할 다중 시스템에서 수신기의 주파수 옵셋 추정 방법으로서,A method for estimating a frequency offset of a receiver in an orthogonal frequency division multiplexing system, 역고속 푸리에 트랜스폼으로 변조된 신호를 수신하는 단계;Receiving a modulated signal with an inverse fast Fourier transform; 상기 수신된 신호를 고속 푸리에 트랜스폼으로 변환하여 출력하는 단계;Converting the received signal into a fast Fourier transform and outputting the transformed signal; 동기 위상 범위를 적용하여 상기 고속 푸리에 트랜스폼으로부터의 출력과 훈련심벌 사이의 상관값을 계산하는 단계;Calculating a correlation value between an output from the fast Fourier transform and a training symbol by applying a synchronization phase range; 주파수 옵셋 추정을 위한 문턱값을 계산하는 단계;Calculating a threshold for frequency offset estimation; 상기 상관값과 상기 문턱값을 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는And comparing the correlation value with the threshold value. 직교 주파수 분할 다중 시스템에서 수신기의 주파수 옵셋 추정 방법.Frequency Offset Estimation Method of Receiver in Orthogonal Frequency Division Multiplexing System. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 상관값은, 하기의 수학식:The correlation value is represented by the following equation:
Figure 112008045603820-PAT00038
Figure 112008045603820-PAT00038
 에 의해 계산되고,Is calculated by 상기 문턱값은 하기의 수학식:The threshold is represented by the following equation:
Figure 112008045603820-PAT00039
Figure 112008045603820-PAT00039
 에 의해 계산되며,Is calculated by 여기서, k는 고속 푸리에 트랜스폼에 의한 k번째 출력값, Zk는 k번째 훈련 심볼값, CPB는 동기 위상 범위값, d는 순환 이동 값인 것을 특징으로 하는 Here, k is the k-th output value by the fast Fourier transform, Z k is the k-th training symbol value, CPB is a synchronous phase range value, d is a cyclic shift value 직교 주파수 분할 다중 시스템에서 수신기의 주파수 옵셋 추정 방법.Frequency Offset Estimation Method of Receiver in Orthogonal Frequency Division Multiplexing System. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 동기 위상 범위는 하기의 수학식:The sync phase range is represented by the following equation:
Figure 112008045603820-PAT00040
Figure 112008045603820-PAT00040
 에 의해 계산되고,Is calculated by 여기서 δt는 시스템에서 허용하는 최대 시간 오차인 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 시스템에서 수신기의 주파수 옵셋 추정 방법.Where δ t is the maximum time error allowed by the system. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 상관값이 상기 문턱값 이하인 경우에는 상기 상관값은 d 만큼 순환 이동되어 재계산되는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 시스템에서 수신기의 주파수 옵셋 추정 방법.And if the correlation value is less than or equal to the threshold value, the correlation value is cyclically shifted by d to be recalculated. 제9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 상관값이 상기 문턱값 보다 큰 경우, 상기 주파수 옵셋의 추정값으로서 d가 결정되는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 시스템에서 수신기의 주파수 옵셋 추정 방법.And d is determined as an estimated value of the frequency offset when the correlation value is greater than the threshold value. 직교 주파수 분할 다중 시스템에서 수신기의 시간 오차 추정 방법으로서,A method for estimating the time error of a receiver in an orthogonal frequency division multiplexing system, 주파수 옵셋이 제거된 신호를 생성하는 단계;Generating a signal from which the frequency offset is removed; 상기 주파수 옵셋이 제거된 신호로부터 위상을 취하는 단계; 및Taking a phase from the signal from which the frequency offset has been removed; And 상기 취득된 위상들 간의 차이값을 계산하는 단계;Calculating a difference value between the acquired phases; 상기 위상들간 차이값의 평균을 이용하여 시간 오차를 취득하는 단계Acquiring a time error using an average of the difference between phases 를 포함하는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 시스템에서 수신기의 시간 오차 추정 방법.Time estimation method of the receiver in an orthogonal frequency division multiplex system comprising a. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 취득된 위상들 간의 차이값을 계산하는 단계는,Computing the difference between the acquired phases, 상기 주파수 옵셋이 제거된 신호의 수신 심벌과 훈련 심벌 사이의 상관값의 편각의 차이값의 계산에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는Characterized in that the frequency offset is obtained by calculating the difference value of the declination of the correlation value between the received symbol and the training symbol of the signal 직교 주파수 분할 다중 시스템에서 수신기의 시간 오차 추정 방법.A method for estimating the time error of a receiver in an orthogonal frequency division multiplexing system. 제12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 편각은 이하의 수학식:The declination is represented by the following equation:
Figure 112008045603820-PAT00041
Figure 112008045603820-PAT00041
 에 의해 얻어지며,Obtained by 여기서, Hk는 k번째 채널 주파수 응답, Rk는 k번째 고속 푸리에 변환 출력, ∠()는 복소수 편각 연산자인 것을 특징으로 하는Where Hk is the k-th channel frequency response, Rk is the k-th fast Fourier transform output, and ∠ () is a complex polarization operator. 직교 주파수 분할 다중 시스템에서 수신기의 시간 오차 추정 방법.A method for estimating the time error of a receiver in an orthogonal frequency division multiplexing system. 제13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 위상들간 차이값의 평균을 이용하여 시간 오차를 취득하는 단계는,Acquiring a time error using the average of the difference between the phases, 채널이 하나의 심볼 주기간 변하지 않는다는 가정하에서, 하기의 수학식:Assuming that the channel does not change in one symbol period, the following equation:
Figure 112008045603820-PAT00042
Figure 112008045603820-PAT00042
 에 의해 취득되는 것을 특징으로 하는Characterized by being obtained by 직교 주파수 분할 다중 시스템에서 수신기의 시간 오차 추정 방법.A method for estimating the time error of a receiver in an orthogonal frequency division multiplexing system.
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US9184972B2 (en) 2013-07-24 2015-11-10 Research & Business Foundation Sungkyunkwan University Frequency offset estimation method in OFDM system and OFDM receiver using the same
KR20170128899A (en) * 2016-05-16 2017-11-24 한국전자통신연구원 Apparatus And Method for Calculating Receiving Time Of Wireless Communication Signal

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