KR101259562B1 - Frequency Offset Estimation Method for OFDM Systems based on a Sign Function - Google Patents
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Abstract
본 발명은 부호함수 기반 주파수 옵셋 추정 방법에 대하여 개시한다. 본 발명의 일면에 따른 주파수 옵셋 추정 방법은, 주파수 옵셋 추정 장치에 의한 주파수 옵셋 추정 방법으로서, 수신신호를 입력받으면, 상기 수신신호에 복소 부호함수를 취하는 단계; 상기 복소 부호함수를 취한 상기 수신신호의 각 샘플 간의 상관값을 산출하는 단계; 및 상기 상관값에 각도 연산을 수행하고, 상기 각도 연산의 결과에 기설정된 상수를 곱하여 상기 수신신호의 주파수 옵셋 추정치를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention discloses a code function based frequency offset estimation method. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of estimating a frequency offset by a frequency offset estimating apparatus, the method comprising: taking a complex code function on the received signal when receiving a received signal; Calculating a correlation value between each sample of the received signal by taking the complex code function; And performing an angle operation on the correlation value and multiplying a result of the angle operation by a predetermined constant to calculate a frequency offset estimate of the received signal.
Description
본 발명은 주파수 옵셋 추정 방법에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 다양한 잡음 환경에서 신뢰성 있고 강인하며 우수한 추정 성능을 제공할 수 있는 부호함수 기반 주파수 옵셋 추정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a frequency offset estimation method, and more particularly, to a code function-based frequency offset estimation method capable of providing reliable, robust and excellent estimation performance in various noise environments.
일반적으로, OFDM 시스템은 다중 경로 페이딩에 강인하며, 고속 데이터 전송이 가능하다는 장점은 있으나, 주파수 옵셋(frequency offset)에 매우 민감하다는 단점이 있다.In general, OFDM systems are robust against multipath fading and have the advantage of enabling high-speed data transmission, but have the disadvantage of being very sensitive to frequency offset.
주파수 옵셋은 송수신기 사이의 오실레이터 주파수 불일치나 도플러(Doppler) 현상에 의해 발생하며, 부반송파(sub-carrier) 간의 직교성을 파괴하여 간섭을 발생시켜, 복조 성능을 심각하게 저하시킨다.The frequency offset is caused by oscillator frequency mismatch between the transceivers or the Doppler phenomenon, and destroys orthogonality between sub-carriers, thereby causing interference, which seriously degrades the demodulation performance.
따라서, OFDM 시스템은 주파수 옵셋 추정을 위한 다양한 주파수 옵셋 추정 기법들을 사용하고 있다. 주파수 옵셋 추정 기법은 크게 송신단에서 전송한 특정 구조의 파일럿 심볼 정보를 이용하는 훈련심볼(training symbol) 기반 주파수 옵셋 추정 기법과 파일럿 심볼을 이용하지 않고 주파수 옵셋을 추정하는 블라인드(blind) 기반 주파수 옵셋 추정 기법이 있다.Accordingly, an OFDM system uses various frequency offset estimation techniques for frequency offset estimation. The frequency offset estimation technique is based on a training symbol-based frequency offset estimation technique using pilot symbol information of a specific structure transmitted by a transmitter and a blind-based frequency offset estimation technique to estimate a frequency offset without using a pilot symbol. There is this.
전자의 훈련심볼 기반 기법은 블라인드 기반 기법에 비해 전송 효율은 좋지 않으나, 추정 성능이 우수하여 IEEE 802.11, IEEE 802.16 등 여러 표준에 채택되어 널리 사용되고 있다.The former training symbol-based scheme has a lower transmission efficiency than the blind-based scheme. However, the training symbol-based scheme has been widely used in various standards such as IEEE 802.11 and IEEE 802.16 due to its excellent estimation performance.
그런데, 전술한 종래의 주파수 옵셋 추정 기법은 잡음 분포가 정규 분포라고 가정하고 개발되었다.However, the above-described conventional frequency offset estimation technique was developed assuming that the noise distribution is a normal distribution.
그러나, 무선 통신 환경에는 정규 잡음 외에도 다른 시스템의 신호 간섭, 인위적으로 발생하는 충격성 잡음 등으로 인한 비정규 잡음이 존재하며, 실제로 몇몇 주파수 대역에서는 비정규 잡음이 관측된 바도 있다. 따라서, 이러한 잡음 환경에서 종래의 주파수 옵셋 추정 기법을 사용하면 추정 성능이 심각하게 저하된다.However, in addition to the normal noise in the wireless communication environment, there are non-normal noises due to signal interference of other systems, artificially generated impact noise, and the like, and in some cases non-standard noise has been observed. Therefore, using the conventional frequency offset estimation technique in such a noise environment, the estimation performance is severely degraded.
본 발명은 전술한 바와 같은 기술적 배경에서 안출된 것으로서, 복소 부호함수를 사용함에 따라 다양한 잡음환경을 고려하여 주파수 옵셋을 추정할 수 있는 부호함수 기반 주파수 옵셋 추정 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a code function-based frequency offset estimation method capable of estimating a frequency offset in consideration of various noise environments by using a complex code function.
본 발명의 일면에 따른 부호함수 기반 주파수 옵셋 추정 방법은, 주파수 옵셋 추정 장치에 의한 주파수 옵셋 추정 방법으로서, 수신신호를 입력받으면, 상기 수신신호에 복소 부호함수를 취하는 단계; 상기 복소 부호함수를 취한 상기 수신신호의 각 샘플 간의 상관값을 산출하는 단계; 및 상기 상관값에 각도 연산을 수행하고, 상기 각도 연산의 결과에 기설정된 상수를 곱하여 상기 수신신호의 주파수 옵셋 추정치를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a code function-based frequency offset estimation method, comprising: taking a complex code function on a received signal when receiving a received signal; Calculating a correlation value between each sample of the received signal by taking the complex code function; And performing an angle operation on the correlation value and multiplying a result of the angle operation by a predetermined constant to calculate a frequency offset estimate of the received signal.
본 발명에 따르면, 수신신호를 부호함수 처리함으로써 수신신호의 위상만을 이용하여 주파수 옵셋을 추정하여 비정규 잡음과 정규 잡음을 포함한 잡음 환경 및 충격성 잡음이 심한 환경에서도 신뢰성 있고 강인하며 우수한 추정 성능을 제공할 수 있다.According to the present invention, the signal function is processed by a code function to estimate the frequency offset using only the phase of the received signal, thereby providing a reliable, robust and excellent estimation performance in a noisy environment including irregular noise and regular noise and an environment with high impact noise. Can be.
또한, 본 발명은 수신신호의 위상만을 이용하기 때문에, 수신신호에 포함된 충격성 잡음의 강한 진폭으로 인해 주파수 옵셋 추정 성능이 하락하는 것을 방지할 수 있다.In addition, since the present invention uses only the phase of the received signal, it is possible to prevent the frequency offset estimation performance from being degraded due to the strong amplitude of the impact noise included in the received signal.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 주파수 옵셋 추정 방법을 도시한 도면.1 is a diagram illustrating a frequency offset estimation method according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.Advantages and features of the present invention, and methods of achieving the same will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. It is to be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. As used herein, the terms " comprises, " and / or "comprising" refer to the presence or absence of one or more other components, steps, operations, and / Or additions.
이제, 본 발명의 실시예에 따른 주파수 옵셋 추정 방법에 대하여 수학식 1 내지 13을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Now, a frequency offset estimation method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to
일반적으로, 시간 영역의 OFDM 신호는 위상 천이 방식(phase shift keying: PSK) 또는 직교 진폭 변조(quadrature amplitude modulation: QAM) 방식을 통해 생성된 데이터를 역 고속 푸리에 변환(inverse fast Fourier transform: IFFT)하여 생성되며, 하기의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.In general, OFDM signals in the time domain are inverse fast Fourier transform (IFFT) of data generated through phase shift keying (PSK) or quadrature amplitude modulation (QAM). It may be generated and may be expressed as
여기서, N은 IFFT의 크기를 나타내며, Xn는 PSK 또는 QAM 방식으로 변조된 n번째 데이터이다.Here, N represents the size of the IFFT, X n is the n-th data modulated by the PSK or QAM method.
송신기는 채널의 영향으로 발생하는 OFDM 신호 간의 간섭을 제거하기 위해 채널의 최대 지연 시간보다 긴 보호 구간(guard interval: GI)을 OFDM 신호 사이에 삽입하며, 이때 GI는 부반송파간의 직교성을 보장하기 위해 OFDM 신호의 뒷부분과 동일한 형태로 구성된다.The transmitter inserts a guard interval (GI) between the OFDM signals longer than the maximum delay time of the channel to eliminate interference between the OFDM signals generated by the influence of the channel, where the GI is used to guarantee orthogonality between subcarriers. It has the same shape as the latter part of the signal.
따라서, 송수신의 시간 동기화가 완벽하다고 가정할 때, 채널을 통과하여 수신된 신호의 k번째 샘플은 하기의 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.Therefore, assuming that the time synchronization of transmission and reception is perfect, the k th sample of the signal received through the channel may be expressed as
여기서, h(l)은 길이가 L인 채널의 l번째 복소 임펄스 응답(impulse response)의 계수이며, NG는 보호 구간의 길이고, ν는 부반송파 간격으로 정규화된 주파수 옵셋이며, n(k)는 복소 덧셈꼴 비정규 잡음이다.Where h (l) is the coefficient of the l-th complex impulse response of the channel of length L, N G is the length of the guard interval, ν is the frequency offset normalized to the subcarrier interval, and n (k) is Complex additive nonnormal noise.
주파수 옵셋은 하기의 수학식 3과 같이 정수 부분과 소수 부분으로 나뉠 수 있다.The frequency offset may be divided into an integer part and a decimal part as shown in Equation 3 below.
여기서, m은 정수 주파수 옵셋이며, 
본 발명은 소수 주파수 옵셋 
본 발명에서는 주파수 옵셋을 추정하기 위해 하나의 OFDM 신호 안에서 반복적인 구조를 갖는 훈련심볼을 이용한다.In the present invention, a training symbol having a repetitive structure in one OFDM signal is used to estimate the frequency offset.
잡음이 없다고 가정할 때, 훈련심볼의 앞부분은 하기의 수학식 4과 같이 표현될 수 있다.Assuming no noise, the front of the training symbol can be expressed as Equation 4 below.
마찬가지로, 잡음이 없다고 가정할 때, 훈련심볼의 뒷부분은 하기의 수학식 5와 표현될 수 있다.Similarly, assuming that there is no noise, the back of the training symbol can be expressed by Equation 5 below.
상기의 수학식 4와 수학식 5의 관계로부터 하기의 수학식 6을 도출할 수 있다.Equation 6 below can be derived from the relationship between Equation 4 and Equation 5 above.
그리고, 상기의 수학식 6은 하기의 수학식 7과 같이 정리될 수 있다.Equation 6 may be summarized as in Equation 7 below.
상기의 수학식 7을 주파수 옵셋을 기준으로 정리하면, 하기의 수학식 8과 같다.When Equation 7 is arranged based on the frequency offset, Equation 8 is obtained.
그리고, 상기의 수학식 8을 k에 대해 평균을 취하고, 분모 
그러나, 수학식 9는 정규잡음 환경이라는 가정하의 주파수 옵셋이므로, 충격성 잡음 등이 존재하는 비정규 잡음 환경에서는 맞지 않다.However, since Equation 9 is a frequency offset under the assumption of a normal noise environment, Equation 9 is not suitable in a non-normal noise environment in which impact noise and the like exist.
따라서, 본 발명에서는 하기의 수학식 10과 같은 복소 부호함수를 이용한다.Therefore, in the present invention, a complex code function as shown in Equation 10 below is used.
여기서, ｚ는 임의의 복소수, ∠ｚ는 ｚ의 위상을 나타낸다.Here, ｚ represents an arbitrary complex number and ∠ｚ represents the phase of ｚ.
상기의 수학식 10을 수학식 8에 적용하면, 하기의 수학식 11과 같은 주파수 옵셋 추정을 위한 수학식이 도출될 수 있다.When Equation 10 is applied to Equation 8, an equation for frequency offset estimation may be derived as shown in Equation 11 below.
그리고, 수학식 11은 하기의 수학식 12와 같이 정리될 수 있다.Equation 11 may be summarized as in Equation 12 below.
이 같이, 본 발명은 수신신호의 위상만을 이용하기 때문에, 수신신호에 포함된 충격성 잡음의 강한 진폭으로 인해 주파수 옵셋 추정 성능이 하락하는 것을 방지할 수 있다.As described above, since the present invention uses only the phase of the received signal, it is possible to prevent the frequency offset estimation performance from being lowered due to the strong amplitude of the impact noise included in the received signal.
또한, 잡음의 영향이 작은 경우에도 하기의 수학식 13과 같이 정확하게 주파수 옵셋을 추정할 수 있다.In addition, even when the influence of noise is small, the frequency offset can be estimated accurately as shown in Equation 13 below.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 주파수 옵셋 추정 방법에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 주파수 옵셋 추정 방법을 도시한 도면이다.Hereinafter, a frequency offset estimation method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1. 1 is a diagram illustrating a frequency offset estimation method according to an embodiment of the present invention.
먼저, 주파수 옵셋 추정 장치는 수신신호를 입력받는다(S110). 여기서, 수신신호는 반복적인 구조를 갖는 훈련심볼이 채널을 통과함에 따라, 환경 잡음이 더해진 형태일 수 있다.First, the frequency offset estimating apparatus receives a received signal (S110). Here, the received signal may have a form in which environmental noise is added as a training symbol having a repetitive structure passes through a channel.
주파수 옵셋 추정 장치는 수신신호에 복소 부호함수 S(k)를 취한다(S120). 따라서, 주파수 옵셋 추정 장치는 수신신호에 대한 진폭 영향을 제거하고, 수신신호의 위상만을 출력한다.The frequency offset estimating apparatus takes a complex code function S (k) on the received signal (S120). Therefore, the frequency offset estimator removes the amplitude influence on the received signal and outputs only the phase of the received signal.
이어서, 주파수 옵셋 추정 장치는 복소 부호함수 처리된 수신신호 샘플 간의 상관값을 산출한다(S130).Subsequently, the frequency offset estimating apparatus calculates a correlation value between the received signal samples processed by the complex code function (S130).
주파수 옵셋 추정 장치는 상관값에 각도 연산을 수행하고(S140), 기설정된 상수(1／π)를 곱하여(S150) 주파수 옵셋 추정치를 산출한다(S160). 여기서, 기설정된 상수는 본 발명의 주파수 추정 방법에 사용될 훈련심볼의 반복적인 구조 간의 거리에 따라 결정될 수 있다. 여기서, 기설정된 상수 1／π는 하나의 OFDM 훈련심볼 내에서 2회 반복될 때, N/2만큼 떨어진 샘플 간에 곱셈을 취함으로써 얻어진 상수로서, 만약 반복 횟수가 다르다면 상수는 달라질 수 있다. 예컨대, 반복 횟수가 4회이고, N/4만큼 떨어진 샘플 간에 곱셈을 취하게 된다면 상수는 1／π일 수 있다. The frequency offset estimation apparatus performs an angle operation on the correlation value (S140), and multiplies a predetermined constant (1 / π) (S150) to calculate a frequency offset estimation value (S160). Here, the predetermined constant may be determined according to the distance between the repetitive structures of the training symbols to be used in the frequency estimation method of the present invention. Here, the
이와 같이, 본 발명은 수신신호를 부호함수 처리함으로써 수신신호의 위상만을 이용하여 주파수 옵셋을 추정하여 비정규 잡음과 정규 잡음을 포함한 잡음 환경 및 충격성 잡음이 심한 환경에서도 신뢰성 있고 강인하며 우수한 추정 성능을 제공할 수 있다.As described above, the present invention processes the received signal by using a code function to estimate the frequency offset using only the phase of the received signal, thereby providing a reliable, robust and excellent estimation performance even in a noise environment including irregular noise and normal noise and in an environment with high impact noise. can do.
이상, 본 발명의 구성에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 국한되어서는 아니되며 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described in detail with reference to the accompanying drawings, it is to be understood that the invention is not limited to the above-described embodiments. Those skilled in the art will appreciate that various modifications, Of course, this is possible. Accordingly, the scope of protection of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be determined by the description of the following claims.
Claims (2)
수신 신호 중 두 개의 반복 구조가 존재하는 수신된 훈련 심볼에서, 상기 반복 구조의 앞 부분 r(k)와 상기 반복 구조의 뒤 부분 r(k+N/2)에 대해 하기의 수학식 1을 이용하여 복소 부호함수 S(r(k)) 및 S(r(k+N/2)를 각기 취하는 단계;
[수학식 1]
하기의 수학식 2와 같이, 상기 복소 부호함수 S(r(k)) 및 S(r(k+N/2) 간의 상관값(B)을 산출하는 단계; 및
[수학식 2]
하기의 수학식 3와 같이, 상기 상관값에 각도 연산(∠)을 수행하고, 상기 각도 연산의 결과에 기설정된 상수 1/π를 곱하여 상기 수신신호의 주파수 옵셋 추정치
[수학식 3]
를 포함하는 부호함수 기반 주파수 옵셋 추정 방법.A frequency offset estimation method using a frequency offset estimation apparatus,
In the received training symbol in which two repetition structures of the received signals exist, Equation 1 below is used for the front portion r (k) of the repeating structure and the rear portion r (k + N / 2) of the repeating structure. Taking complex code functions S (r (k)) and S (r (k + N / 2), respectively;
[Equation 1]
Calculating a correlation value B between the complex code function S (r (k)) and S (r (k + N / 2) as shown in Equation 2 below; and
&Quot; (2) "
As shown in Equation 3 below, an angle operation is performed on the correlation value, and the frequency offset estimation value of the received signal is multiplied by a predetermined constant 1 / π multiplied by the result of the angle operation.
&Quot; (3) "
Sign function-based frequency offset estimation method comprising a.
상기 수신된 OFDM 훈련 심벌 내 상기 반복 구조 간의 거리에 따라 결정되는 것인 부호함수 기반 주파수 옵셋 추정 방법.The method according to claim 1, wherein the predetermined constant 1 / π,
And a code function based frequency offset estimation method according to the distance between the repetitive structures in the received OFDM training symbol.
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
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Payment date: 20160418 Year of fee payment: 4 |
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| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |