KR101276036B1 - Transmitter for modulating using cyclic delay diversity and receiver for estimating residual timiming offset of ofdm system - Google Patents

Abstract

본 발명은 순환 지연 다이버시티(CDD : Cyclic Delay Diversity) 기법이 적용된 직교 주파수 분할 다중 변조(OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식 통신 시스템의 송신기 및 수신기에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기는, 순환 지연된 수신 신호를 푸리에 변환(FFT)하는 고속 푸리에 변환부; 상기 고속 푸리에 변환부에서 처리된 파일럿 부반송파 패턴을 추정하는 패턴 선택부; 및 추정된 파일럿 부반송파 패턴 및 상기 수신 신호의 순환 지연 값을 토대로 자기 상관을 통해 회전된 위상 값을 계산하여 잔여 심볼 시간 오프셋을 추정하는 추정부를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따르면, CDD 기법을 적용할 때, 발생하는 채널의 주파수 선택적 특성에 의한 심벌 시간 오차 추정의 성능 열화를 개선할 수 있다.The present invention relates to a transmitter and a receiver in an Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) communication system to which a Cyclic Delay Diversity (CDD) technique is applied. The fast Fourier transform unit for Fourier transform (FFT) the cyclically delayed received signal; A pattern selector for estimating a pilot subcarrier pattern processed by the fast Fourier transform unit; And an estimator for estimating a residual symbol time offset by calculating a rotated phase value through autocorrelation based on the estimated pilot subcarrier pattern and the cyclic delay value of the received signal.
As described above, when the CDD scheme is applied, it is possible to improve performance degradation of symbol time error estimation due to frequency selective characteristics of a generated channel.

Description

직교 주파수 분할 다중 변조 방식 통신 시스템의 순환 지연 다이버시티 기법을 이용하는 송신기 및 잔여 시간 오차를 추정하는 수신기{TRANSMITTER FOR MODULATING USING CYCLIC DELAY DIVERSITY AND RECEIVER FOR ESTIMATING RESIDUAL TIMIMING OFFSET OF OFDM SYSTEM}TRANSMITTER FOR MODULATING USING CYCLIC DELAY DIVERSITY AND RECEIVER FOR ESTIMATING RESIDUAL TIMIMING OFFSET OF OFDM SYSTEM}

본 발명은 직교 주파수 분할 다중 변조 방식 통신 시스템의 송신기 및 수신기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 순환 지연 다이버시티(CDD, Cyclic Delay Diversity) 기법이 적용된 직교 주파수 분할 다중 변조(OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 기반의 DRM+(Digital Radio Mondiale plus) 시스템에서 잔여 심볼 시간 오프셋(Residual Symbol Timing Offset, STO) 추정 성능을 향상 시키는 기술이다.The present invention relates to a transmitter and a receiver of an orthogonal frequency division multiple modulation scheme communication system, and more particularly, orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) to which a Cyclic Delay Diversity (CDD) technique is applied. This technique improves the performance of residual symbol timing offset (STO) estimation in DRM + -based Digital Radio Mondiale plus (DRM +) systems.

DRM(Digital Radio Mondiale)을 포함한 여러 무선 방송 시스템에서는 초고속 데이터 전송을 위해 전체의 채널을 여러 개의 직교하는 부채널로 나누어 병렬 전송하는 직교 주파수 분할 다중 변조(OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식이 주로 사용된다.Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) is used in many radio broadcasting systems, including digital radio mondiale (DRM), in which the entire channel is divided into multiple orthogonal subchannels and transmitted in parallel for ultra-high speed data transmission. do.

그리고 순환 지연 다이버시티(CDD, Cyclic Delay Diversity) 기법은 시간축의 OFDM 심벌에서 신호 처리가 이루어지므로 현재 상용화된 방송 시스템의 물리 계층의 변화 없이 적용할 수 있다는 장점이 있다.Cyclic Delay Diversity (CDD) has a merit that the signal processing is performed in the OFDM symbol on the time axis, so that it can be applied without changing the physical layer of the current commercial broadcasting system.

하지만 CDD 기법으로 인한 채널의 주파수 선택적 특성의 영향은 OFDM의 큰 취약점인 반송파 주파수 오프셋(CFO, Carrier Frequency Offset)과 잔여 심벌 타이밍 오프셋(residual STO, Residual Symbol Timing Offset)의 추정 성능저하를 초래한다.However, the influence of the frequency-selective characteristics of the channel due to the CDD technique leads to the degradation of the estimation performance of Carrier Frequency Offset (CFO) and Residual Symbol Timing Offset (CTO), which are major weaknesses of OFDM.

따라서, 종래에CDD 기법을 적용시킨 OFDM 시스템에서 이러한 잔여 심벌 타이밍 오프셋의 추정 성능을 향상시키기 위한 기법이 제시되었다.Accordingly, a technique for improving the estimation performance of such residual symbol timing offset in an OFDM system to which the CDD technique is applied has been proposed.

그런데 CDD 기법은 시간축에서 순환 지연된 전송 데이터가 고속 푸리에 변환(FFT, Fast Fourier Transform) 연산으로 인해 주파수 축에서 위상 천이로 변환되기 때문에 FFT 이후에 수행되는 잔여 심벌 타이밍 오프셋의 추정기의 심각한 성능 저하를 야기시킨다. 즉 DRM+ 시스템에서 주파수 비 선택적 채널을 피하기 위해 CDD 기법을 사용할 때 CDD의 영향으로 인해 인접한 부반송파간 상관성이 낮아진다. 따라서, 종래의 기법은 채널의 주파수 응답이 깊은 페이딩일 경우 잔여 심벌 타이밍 오프셋 추정기의 성능이 저하된다.However, the CDD technique causes severe performance degradation of the estimator of the residual symbol timing offset performed after the FFT because the cyclically delayed transmission data is transformed into the phase shift on the frequency axis due to the Fast Fourier Transform (FFT) operation. Let's do it. In other words, when the CDD scheme is used to avoid the frequency non-selective channel in the DRM + system, the correlation between adjacent subcarriers is lowered due to the CDD effect. Thus, conventional techniques degrade the performance of the residual symbol timing offset estimator when the frequency response of the channel is deep fading.

이처럼, 종래 기술에 따른 잔여 심벌 타이밍 오프셋 추정 기법은 추정 성능이 열약하기 때문에 더욱 정확한 추정 방법이 필요한 실정이다.As such, the residual symbol timing offset estimation technique according to the related art has a poor estimation performance and thus requires a more accurate estimation method.

본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 등록특허공보 제10-0633743호(2006. 10. 04)에 기재되어 있다.The background technology of the present invention is described in Republic of Korea Patent Publication No. 10-0633743 (October 04, 2006).

본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 송신단에서 채널 전달 함수(CTF, Channel Transfer Function)가 정수배 주기를 갖도록 하는 순환 지연을 선택하고, 수신단에서 GRC(Gain Reference Cell) 파일럿 부반송파 패턴을 선택하여 잔여 시간 동기 오차를 추정하는 직교 주파수 분할 다중 변조 방식 통신 시스템의 송신기 및 수신기를 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to select a cyclic delay such that the channel transfer function (CTF) has an integer multiple period at the transmitting end, and to select the GRC (Gain Reference Cell) pilot subcarrier pattern at the receiving end to synchronize the remaining time To provide a transmitter and a receiver of an orthogonal frequency division multiple modulation scheme communication system for estimating an error.

본 발명의 일 실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중 변조 방식 통신 시스템의 송신기는, 서로 다른 송신 안테나를 통해 송신될 복수의 심볼에 대한 순환 지연 값을 선택하는 선택부; 및 상기 순환 지연 값에 따라 순환 지연된 연속되는 직교 주파수 분할 다중 변조 신호를 생성하는 순환 지연부 를 포함한다.A transmitter of an orthogonal frequency division multiple modulation scheme communication system according to an embodiment of the present invention includes: a selector for selecting a cyclic delay value for a plurality of symbols to be transmitted through different transmission antennas; And a cyclic delay unit for generating a continuous orthogonal frequency division multiplexed modulation signal cyclically delayed according to the cyclic delay value.

이때, 선택부는, 채널 전달 함수(Channel Transfer Function, CTF)가 정수배 주기를 갖게 하는 순환 지연 값을 선택한다.At this time, the selector selects a cyclic delay value that causes the channel transfer function (CTF) to have an integer multiple period.

특히, 선택부는, 하나의 심볼에서 인접한 파일럿 부반송파들 간의 거리 및 상기 심볼을 구성하는 파일럿 부반송파들의 개수를 이용하여 산출한 최소 지연 값과, 전송 안테나 수에 따라 정의된 기본 설계 인수를 이용하여 상기 순환 지연 값을 선택할 수 있다. In particular, the selector is configured to cycle through the minimum delay value calculated using the distance between adjacent pilot subcarriers in one symbol and the number of pilot subcarriers constituting the symbol and a basic design factor defined according to the number of transmit antennas. You can select the delay value.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중 변조 방식 통신 시스템의 수신기는, 순환 지연된 수신 신호를 푸리에 변환(FFT)하는 고속 푸리에 변환부; 상기 고속 푸리에 변환부에서 처리된 파일럿 부반송파 패턴을 추정하는 패턴 선택부; 및 추정된 파일럿 부반송파 패턴 및 상기 수신 신호의 순환 지연 값을 토대로 자기 상관을 통해 회전된 위상 값을 계산하여 잔여 심볼 시간 오프셋을 추정하는 추정부를 포함한다.According to another embodiment of the present invention, a receiver of an orthogonal frequency division multiple modulation scheme communication system includes: a fast Fourier transform unit for Fourier transforming a cyclically delayed received signal; A pattern selector for estimating a pilot subcarrier pattern processed by the fast Fourier transform unit; And an estimator for estimating a residual symbol time offset by calculating a rotated phase value through autocorrelation based on the estimated pilot subcarrier pattern and the cyclic delay value of the received signal.

이때, 패턴 선택부는, 상기 순환 지연 값을 이용하여 정수배 주기를 갖는 채널 전달 함수의 크기가 가장 큰 게인 레퍼런스 셀 패턴을 추정하고, 추정부는, 네 개의 심벌마다 반복되는 게인 레퍼런스 셀 패턴 중에 상기 채널 전달 함수의 크기가 가장 큰 심벌에서만 잔여 심볼 시간 오프셋을 추정한다.In this case, the pattern selector estimates a gain reference cell pattern having the largest magnitude of a channel transfer function having an integer multiple period using the cyclic delay value, and the estimator transfers the channel among the gain reference cell patterns repeated every four symbols. The residual symbol time offset is estimated only for the symbol with the largest function.

또한, 패턴 선택부는, 상기 게인 레퍼런스 셀 패턴의 주기 정보를 이용한 상기 채널 전달 함수의 추정치를 파일럿 부반송파들의 모든 집합에 대해 계산하여 상기 채널 전달 함수의 추정치가 최대가 되게 하는 게인 레퍼런스 셀 패턴을 선택한다.In addition, the pattern selector selects a gain reference cell pattern that maximizes the estimate of the channel transfer function by calculating an estimate of the channel transfer function using the period information of the gain reference cell pattern for all sets of pilot subcarriers. .

이와 같이 본 발명에 따르면, 송신단에서 채널 전달 함수(CTF, Channel Transfer Function)가 정수배 주기를 갖도록 하는 순환 지연 값을 선택하고 수신단에서 채널 전달 함수의 크기가 가장 큰 GRC(Gain Reference Cell) 파일럿 부반송파 패턴을 갖는 OFDM 심벌을 추정하여 잔여 심볼 타이밍 오프셋을 추정하므로, 종래의 기법 보다 잔여 시간 오차 추정 성능을 대폭적으로 개선시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, a GRC (Gain Reference Cell) pilot subcarrier pattern in which a transmitter selects a cyclic delay value such that a channel transfer function (CTF) has an integer multiple period and the channel transfer function has the largest size in the receiver. Since the residual symbol timing offset is estimated by estimating the OFDM symbol with P, the residual time error estimation performance can be significantly improved than the conventional technique.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중 변조 방식 통신 시스템의 구성을 나타낸 블록도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중 변조 방식 통신 시스템의 잔여 심볼 시간 오프셋(Residual Symbol Timing Offset, STO)을 추정하는 방법을 나타낸 흐름도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 CDD 기법이 적용된 직교 주파수 분할 다중 변조 방식 통신 시스템에서 N_T=4, N=213, D_f=16, D_t=4일 때, ｜H_t(k)｜를 그린 그래프,
도 4는 Urban과 Obstructed channel 환경에서 종래의 방법 및 본 발명의 제안하는 잔여 심볼 타이밍 오프셋 추정 기법의 버라이언스(variance) 성능을 보여주는 예시도이다.1 is a block diagram showing a configuration of an orthogonal frequency division multiple modulation scheme communication system according to an embodiment of the present invention;
2 is a flowchart illustrating a method of estimating a residual symbol timing offset (STO) in an orthogonal frequency division multiple modulation scheme communication system according to an embodiment of the present invention;
FIG. 3 shows H _t (k) when N _T = 4, N = 213, D _f = 16, and D _t = 4 in the orthogonal frequency division multiple modulation scheme communication system to which the CDD scheme is applied according to an embodiment of the present invention. Drew a graph,
FIG. 4 is an exemplary diagram showing the variance performance of the conventional method and the proposed residual symbol timing offset estimation technique in the Urban and Obstructed channel environments.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 사용되는 용어들은 실시예에서의 기능을 고려하여 선택된 용어들로서, 그 용어의 의미는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 후술하는 실시예들에서 사용된 용어의 의미는, 본 명세서에 구체적으로 정의된 경우에는 그 정의에 따르며, 구체적인 정의가 없는 경우는 당업자들이 일반적으로 인식하는 의미로 해석되어야 할 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The terms used are terms selected in consideration of the functions in the embodiments, and the meaning of the terms may vary depending on the user, the intention or the precedent of the operator, and the like. Therefore, the meaning of the terms used in the following embodiments is defined according to the definition when specifically defined in this specification, and unless otherwise defined, it should be interpreted in a sense generally recognized by those skilled in the art.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 직교 주파수 분할 다중 변조(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하, 'OFDM'으로 통칭함) 방식 통신 시스템의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 방식 통신 시스템의 잔여 심볼 시간 오프셋(Residual Symbol Timing Offset, STO)을 추정하는 방법을 나타낸 흐름도이다.1 is a block diagram showing a configuration of an orthogonal frequency division multiplexing (hereinafter, referred to as "OFDM") communication system according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is an embodiment of the present invention FIG. 1 is a flowchart illustrating a method of estimating a residual symbol timing offset (STO) of an OFDM communication system.

여기서, OFDM 방식 통신 시스템은 N_t개의 전송 안테나 및 단일 수신 안테나를 가지는 순환 지연 다이버시티(Cyclic Delay Diversity, CDD) 기법이 적용된 DRM+(Digital Radio Mondiale plus) 시스템이다.Here, the OFDM communication system is a DRM + (Digital Radio Mondiale plus) system in which a Cyclic Delay Diversity (CDD) scheme having N _t transmit antennas and a single receive antenna is applied.

도 1을 참조하면, OFDM 방식 통신 시스템은 송신기(100) 및 수신기(200)를 포함한다.Referring to FIG. 1, an OFDM communication system includes a transmitter 100 and a receiver 200.

여기서, 송신기(100)는 선택부(110) 및 순환 지연부(130)를 포함하며, 각 구성요소는 다음과 같다.Here, the transmitter 100 includes a selector 110 and a cyclic delay unit 130, each component is as follows.

선택부(110)는 서로 다른 송신 안테나를 통해 송신될 복수의 심볼에 대한 순환 지연 값을 선택한다. 이때, 채널 전달 함수(Channel Transfer Function, CTF)가 정수배 주기를 갖게 하는 순환 지연 값을 선택할 수 있다.The selector 110 selects a cyclic delay value for a plurality of symbols to be transmitted through different transmit antennas. In this case, a cyclic delay value allowing the channel transfer function (CTF) to have an integer multiple period may be selected.

순환 지연부(130)는 선택부(110)가 선택한 순환 지연 값에 따라 OFDM 신호를 순환 지연 시켜 전송안테나로 전송한다.The cyclic delay unit 130 cyclically delays the OFDM signal according to the cyclic delay value selected by the selector 110 and transmits the cyclic delay to the transmission antenna.

또한, 수신기(200)는 고속 푸리에 변환부(210), 패턴 선택부(230) 및 추정부(250)를 포함하며, 각 구성 요소는 다음과 같다.In addition, the receiver 200 includes a fast Fourier transform unit 210, a pattern selector 230, and an estimator 250, and each component is as follows.

고속 푸리에 변환부(210)는 송신기(100)가 전송한 순환 지연된 수신 신호를 시간 축에서 주파수 축으로 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)하여 복조한다.The fast Fourier transform unit 210 demodulates the fast delayed Fourier transform (FFT) from the time axis to the frequency axis by the cyclically delayed received signal transmitted from the transmitter 100.

패턴 선택부(230)는 고속 푸리에 변환부(210)에서 처리된 파일럿 부반송파 패턴을 추정한다.The pattern selector 230 estimates the pilot subcarrier pattern processed by the fast Fourier transform unit 210.

추정부(250)는 패턴 선택부(230)에 의해 추정된 파일럿 부반송파 패턴 및 수신 신호의 순환 지연 값을 토대로 자기 상관을 통해 회전된 위상 값을 계산하여 잔여 심볼 시간 오프셋(STO)을 추정한다.The estimator 250 estimates the residual symbol time offset STO by calculating a rotated phase value through autocorrelation based on the pilot subcarrier pattern estimated by the pattern selector 230 and the cyclic delay value of the received signal.

이러한 OFDM 방식 통신 시스템의 송신기(100) 및 수신기(200)의 동작은 다음과 같다.The operation of the transmitter 100 and the receiver 200 of the OFDM communication system is as follows.

도 2를 참조하면, 송신기(100)의 선택부(110)는 순환 지연 다이버시티(CDD) 기법이 적용된 전송 안테나간의 최적의 순환 지연을 설계하는데, 설계 인수에 따라 채널 전달 함수(CTF)가 정수배 주기를 갖도록 최적의 순환 지연 값을 선택한다(S101).Referring to FIG. 2, the selector 110 of the transmitter 100 designs an optimal cyclic delay between transmit antennas to which a cyclic delay diversity (CDD) scheme is applied, and a channel transfer function (CTF) is an integer multiple according to a design factor. An optimal cyclic delay value is selected to have a period (S101).

다음, 송신기(100)의 순환 지연부(130)는 S101 단계에서 선택된 순환 지연 값을 토대로 순환 지연을 수행하여 연속되는 OFDM 신호를 생성한다(S103).Next, the cyclic delay unit 130 of the transmitter 100 generates a continuous OFDM signal by performing a cyclic delay based on the cyclic delay value selected in step S101 (S103).

다음, 수신기(200)의 고속 푸리에 변환부(210)는 송신기(100)에서 수신받은 신호를 시간 축에서 주파수 축으로 FFT 복조를 수행한다(S105).Next, the fast Fourier transform unit 210 of the receiver 200 performs FFT demodulation of the signal received from the transmitter 100 from the time axis to the frequency axis (S105).

다음, 수신기(200)의 패턴 선택부(230)는 주파수축으로 변환된 신호를 S101 단계에서 선택한 순환 지연 값을 이용하여 정수배 주기를 갖는 채널 값이 가장 큰 GRC 패턴을 선택한다(S107). 즉 순환 지연 값을 이용하여 정수배 주기를 갖는 채널 전달 함수(CTF)의 크기가 가장 큰 값을 갖는 게인 레퍼런스 셀(Gain Refenence Cell, GFC) 패턴을 추정한다.Next, the pattern selector 230 of the receiver 200 selects the GRC pattern having the largest channel value having an integer multiple period using the cyclic delay value selected in step S101 of the signal converted into the frequency axis (S107). That is, a gain reference cell pattern having a largest value of a channel transfer function (CTF) having an integer multiple period using a cyclic delay value is estimated.

이러한 수신된 신호에 삽입되어 있는 GRC 파일럿 부반송파들은 송신기(100)에서 순환 지연된 연속되는 OFDM 신호를 통해 생성된다.The GRC pilot subcarriers inserted in the received signal are generated through a continuous OFDM signal cyclically delayed at the transmitter 100.

다음, 수신기(200)의 추정부(250)는 패턴 선택부(230)가 선택한 네 개의 심벌마다 반복되는 게인 레퍼런스 셀(GFC) 패턴 중에 채널 전달 함수(CTF)의 크기가 가장 큰 심벌에서만 잔여 심볼 시간 오프셋을 추정한다(S109).Next, the estimator 250 of the receiver 200 has the remaining symbols only in the symbols having the largest channel transfer function CTF among the gain reference cell (GFC) patterns repeated every four symbols selected by the pattern selector 230. The time offset is estimated (S109).

여기서, 송신기(100)가 생성하는 OFDM 심벌은 역 고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT) 이후에 각각의 전송 안테나에서 ㅿt만큼의 순환 지연이 수행된다. 그리고 순환 지연된 OFDM 심벌은 N_s=N+N_g의 길이를 가진다. Here, the OFDM symbol generated by the transmitter 100 is subjected to a cyclic delay of ㅿ t in each transmission antenna after an Inverse Fast Fourier Transform (IFFT). The cyclically delayed OFDM symbol has a length of N _s = N + N _g .

t번째 전송 안테나의

번째 OFDM 심벌은 다음과 같이 표현할 수 있다.of the t-th transmit antenna

The first OFDM symbol can be expressed as follows.

여기서, N_T는 전송 안테나의 수, ㅿ_t는 t번째 안테나에서의 순환 지연 값, 그리고 (·)_N은 모듈로 N 연산이다.Where N _T is the number of transmit antennas, ㅿ _t is the cyclic delay value at the t-th antenna, and (·) _N is the modulo N operation.

이때, 전송하는 심벌의 신호 에너지는 반드시 1/N_T로 정규화하며, 전체 신호 에너지는 단일 안테나 시스템과 비교하였을 때 동일한 크기를 가진다. 그리고 보호 구간의 길이 N_g의 값은 채널 임펄스 응답의 최대 지연보다 크다고 가정한다.In this case, the signal energy of the transmitting symbol is normally normalized to 1 / N _T , and the total signal energy has the same magnitude when compared to a single antenna system. And it is assumed that the value of the guard period length N _g is larger than the maximum delay of the channel impulse response.

최소 순환 지연의 차이는 ㅿ_t+1 - ㅿ_t = N_g+1(t=1, 2, …, N_T-1)에 의하여 선택될 수 있다.The difference in the minimum cyclic delay can be selected by ㅿ _{t + 1-} ㅿ _t = N _g +1 (t = 1, 2, ..., N _T -1).

N_T 만큼의 거리에 있는 인접한 부반송파들끼리는 zero-correlation 조건을 만족하고 가장 큰 지연 차이를 주는 순환 지연 값은 ㅿ_t+1 - ㅿ_t = N/N_T, (t=1, 2, …, N_T)이다. 따라서, 순환 지연 차이의 선택은 N_g+1≤ㅿ_t+1 - ㅿ_t ≤ N/N_T의 한계 범위를 가진다고 할 수 있다.N _T Adjacent subcarriers at distances satisfy the zero-correlation condition and give the largest delay difference 은 _{t + 1-} ㅿ _t = N / N _T , (t = 1, 2,…, N _T )to be. Therefore, the selection of the cyclic delay difference is N _g + 1 ≦ ㅿ _{t + 1} − ㅿ _t ≤ It can be said that it has a limit range of N / N _T.

주파수 측에서의 OFDM 심벌은 N_p개의 파일럿 부반송파와 N-N_g개의 데이터 부반송파로 이루어진다. The OFDM symbol on the frequency side is composed of N _p pilot subcarriers and NN _g data subcarriers.

여기서, β는 GRC 파일럿 부반송파들의 집합이며, α는 N-N_grc데이터 부반송파들의 집합이다. Here, β is a set of GRC pilot subcarriers, and α is a set of NN _grc data subcarriers.

여기서,

, p는 정수 값이고, N_s는 프레임당 심벌의 수이다. D_f와 D_t는 각각 주파수축과 시간축에서 GRC 패턴의 주기성을 나타낸다.here,

, p is an integer value, and N _s is the number of symbols per frame. D _f and D _t represent the periodicity of the GRC pattern on the frequency axis and the time axis, respectively.

이때, 주파수 오차는 완벽히 추정되고 보상 되었다고 가정한다. 그러면, 고속 푸리에 변환 이후의 잔여 심볼 타이밍 오프셋(τ)를 고려한 l번째 심벌의 k번째 부반송파 신호 Y_l(k)는 다음과 같이 주어진다.In this case, it is assumed that the frequency error is perfectly estimated and compensated. Then, the k-th subcarrier signal Y _l (k) of the l-th symbol considering the residual symbol timing offset τ after the fast Fourier transform is given as follows.

여기서,

는 정규화 된 잔여 심볼 타이밍 오프셋이다. H_l(k)는 주파수 영역의 채널 응답이다. W_l(k)는 평균이 0이고, 분산이

인 복소 가산성 백색 가우시안 잡음 (Additive White Gaussian Noise, AWGN)이다.here,

Is the normalized residual symbol timing offset. H _l (k) is the channel response in the frequency domain. W _l (k) has a mean of 0 and a variance

Phosphorus Additive White Gaussian Noise (AWGN).

이때, H_l(k)는 동일한 CTF이고, 다음 수학식 5와 같이 위상 회전을 가지는 모든 안테나로부터 전송되는 채널들의 중첩으로 나타낸다.In this case, H ₁ (k) is the same CTF and is represented by the overlap of channels transmitted from all antennas having phase rotation as shown in Equation 5 below.

여기서, H_{l ,t}(k)는 t번째 안테나로 전송되는 l번째 OFDM 심벌의 채널 주파수 응답이다.Here, H _{l , t} (k) is the channel frequency response of the l-th OFDM symbol transmitted to the t-th antenna.

한편, 수신기(200)의 선택부(110)는 다음과 같은 방법에 의해 순환 지연 값을 선택한다.On the other hand, the selector 110 of the receiver 200 selects a cyclic delay value by the following method.

첫번째 전송 안테나에서는 순환 지연이 없고, 즉 ㅿ₁ = 0이고, 인접 안테나들 사이의 순환 지연 차이의 조건을 만족하는 D_ㅿ= ㅿ_t+1 - ㅿ_t, (t=1, 2, …, N_T-1)의 순환 지연이 존재한다.In the first transmit antenna there is no cycle delay, that is, DELTA ₁ = 0, D _DELTA satisfying the condition of cyclic delay difference between adjacent antenna = DELTA _{t + 1} - DELTA _t, (t = 1, 2, ..., N _There is a cyclic delay of _T- 1).

또한, 전체 채널 전달 함수 H_l(k)는 다음과 같은 주기를 가진다.In addition, the overall channel transfer function H _l (k) has the following period.

여기서, P_H는 정수 값이다. 최소 순환 지연 값(D_ㅿ)는 게인 레퍼런스 셀(GRC) 위치에서 채널 전달 함수(CTF)가

이 되도록 선택되었다. 따라서, 다음 수학식 7과 같은 조건을 만족하는 최소 순환 지연 값(D_ㅿ)을 선택할 수 있다.Where P _H is an integer value. The minimum cyclic delay value (D _ㅿ ) is determined by the channel transfer function (CTF) at the gain reference cell (GRC) position.

Was chosen to be. Therefore, it is possible to select the minimum cyclic delay value (D _ㅿ ) that satisfies the following condition.

여기서, D_ㅿ의 정수배 주기를 이용하여 인접한 안테나들 간의 순환 지연이 다음과 같이 나타낼 수 있다.Here, the cyclic delay between adjacent antennas using an integer multiple of D _수 can be expressed as follows.

여기서, D_f는 P_H의 정수배이다. 정수값 m은 전송 안테나 수에 따라 순환 지연 값을 설정하는 기본 설계 인수이다. D_f는 하나의 OFDM 심볼에서 인접한 파일럿 부반송파들 간의 거리, D_ㅿ는 최소 순환 지연 값이다.D _f is an integer multiple of P _H. The integer value m is a basic design factor that sets the cyclic delay value according to the number of transmit antennas. D _f is the distance between adjacent pilot subcarriers in one OFDM symbol, and D _ㅿ is the minimum cyclic delay value.

이때, 사용 가능한 최대 안테나 개수는 [N/Dㅿ_m]이고, [x] 연산은 x의 가장 가까운 정수값을 선택한다.In this case, the maximum number of available antennas is [N / D ㅿ _m ], and the [x] operation selects the nearest integer value of x.

따라서, 최종적으로 전송 안테나의 순환 지연 값은 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.Therefore, the cyclic delay value of the transmit antenna can be expressed as Equation (9).

여기서,

는 보장되어야 한다.here,

Should be guaranteed.

이때, 패턴 선택부(230)는 수학식 9에서 얻은 순환 지연 값을 기반으로 채널 전달 함수(CTF)가 가장 큰 값을 갖도록 하는 GRC 패턴 g를 다음 수학식 10으로부터 얻을 수 있다.In this case, the pattern selector 230 may obtain the GRC pattern g for the channel transfer function CTF to have the largest value based on the cyclic delay value obtained in Equation 9 from Equation 10 below.

여기서,

는

의 추정치이다. here,

The

Is an estimate of.

또한, 추정부(250)가 수학식 10으로부터 선택된 GRC 패턴 g를 기반으로, 추정한 잔여 심볼 타이밍 오프셋(STO)은 다음과 같다.In addition, based on the GRC pattern g selected by Equation 10 from Equation 10, the estimated residual symbol timing offset STO is as follows.

여기서, g∈{0, 1, 2, …, D_t-1}는 GRC 패턴 인덱스의 집합이며, ρ= D_f/N이고, β^-= β-max{β}이고,

이다.Where g∈ {0, 1, 2,... A = β-max {β}, -, D t -1} is a set of GRC pattern index, ρ _f = D / N is a, β

to be.

한편, 지금까지 설명한 내용을 시뮬레이션한 결과는 도 3 및 도 4와 같다.Meanwhile, the results of simulating the contents described so far are the same as those of FIGS. 3 and 4.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 CDD 기법이 적용된 직교 주파수 분할 다중 변조 방식 통신 시스템에서 N_T=4, N=213, D_f=16, D_t=4일 때, ｜H_t(k)｜를 그린 그래프이고, 도 4는 Urban과 Obstructed channel 환경에서 종래의 방법 및 본 발명의 제안하는 잔여 심볼 타이밍 오프셋 추정 기법의 버라이언스(variance) 성능을 보여주는 예시도이다.FIG. 3 shows H _t (k) when N _T = 4, N = 213, D _f = 16, and D _t = 4 in the orthogonal frequency division multiple modulation scheme communication system to which the CDD scheme is applied according to an embodiment of the present invention. 4 is an exemplary diagram showing the variance performance of the conventional method and the proposed residual symbol timing offset estimation technique of the present invention in an Urban and Obstructed channel environment.

이때, 도 3 및 도 4는 실제 구현을 위해 DRM mode E 표준 규격을 따르는 N=213, N_g=24, D_f=16, D_t=4인 OFDM 시스템을 고려하였으며, Urban과 Terrain obstructed 채널 모델이 사용되었다.3 and 4 consider an OFDM system in which N = 213, N _g = 24, D _f = 16, and D _t = 4 complying with the DRM mode E standard for actual implementation, and an Urban and Terrain obstructed channel model. This was used.

도 3을 참조하면, 만약 m=3과 m=6인 경우에 채널 전달 함수의 주기는 각각 D_f와 D_f/2이고, 그렇게 함으로써 N_max = D_t와 N_max = D_t/2가 된다.Referring to FIG. 3, if m = 3 and m = 6, the period of the channel transfer function is D _f and D _f / 2, respectively, whereby N _max = D _t and N _max = D _t / 2. .

도 4를 참조하면, Dㅿ_m이 Dㅿ₁, Dㅿ₂, Dㅿ₃, (m = 1, 2, 3)으로 사용되었을 경우, CDD기법에 의해 발생하는 주파수 선택적 특성에서 강건한 성능을 나타냄이 확인된다. 또한, 수학식 10에서 추정된 g를 이용하여 수학식 11의 잔여 심볼 타이밍 오프셋 추정에 적용하면 종래의 방법보다 향상된 성능을 보임을 확인 할 수 있다.Referring to FIG. 4, when D ㅿ _m is used as D ㅿ ₁ , D ㅿ ₂ , D ㅿ ₃ , (m = 1, 2, 3), it shows robust performance in frequency selective characteristics generated by the CDD technique. This is confirmed. In addition, by using the estimated g in Equation 10 and applying it to the estimation of the residual symbol timing offset in Equation 11, it can be seen that the performance is improved compared to the conventional method.

한편, 본 발명의 실시예들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.Meanwhile, embodiments of the present invention can be implemented by computer readable codes on a computer readable recording medium. A computer-readable recording medium includes all kinds of recording apparatuses in which data that can be read by a computer system is stored.

컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현하는 것을 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.Examples of the computer-readable recording medium include a ROM, a RAM, a CD-ROM, a magnetic tape, a floppy disk, an optical data storage device and the like, and also a carrier wave (for example, transmission via the Internet) . 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. And 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.

이상에서 본 발명은 도면을 참조하면서 기술되는 바람직한 실시예를 중심으로 설명되었지만 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 본 발명은 기재된 실시예로부터 도출 가능한 자명한 변형예를 포괄하도록 의도된 특허청구범위의 기재에 의해 해석되어져야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, Therefore, the present invention should be construed as a description of the claims which are intended to cover obvious variations that can be derived from the described embodiments.

100 : 송신기
110 : 선택부
130 : 순환 지연부
200 : 수신기
210 : 고속 푸리에 변환부
230 : 패턴 선택부
250 : 추정부100: Transmitter
110: selection unit
130: circular delay unit
200 receiver
210: fast Fourier transform unit
230: pattern selection unit
250: estimator

Claims (9)

직교 주파수 분할 다중 변조 방식 통신 시스템의 송신기에 있어서,
서로 다른 송신 안테나를 통해 송신될 복수의 심볼에 대하여 채널 전달 함수(Channel Transfer Function, CTF)가 정수배 주기를 갖게 하는 순환 지연 값을 선택하는 선택부; 및
상기 순환 지연 값에 따라 순환 지연된 연속되는 직교 주파수 분할 다중 변조 신호를 생성하는 순환 지연부를 포함하고,
상기 선택부는,
하나의 심볼에서 인접한 파일럿 부반송파들 간의 거리 및 상기 심볼을 구성하는 파일럿 부반송파들의 개수를 이용하여 산출한 최소 지연 값과, 전송 안테나 수에 따라 정의된 기본 설계 인수를 이용하여 상기 순환 지연 값을 선택하는 순환 지연 다이버시티 기법을 이용하는 송신기.A transmitter of an orthogonal frequency division multiple modulation scheme communication system,
A selection unit for selecting a cyclic delay value having a channel transfer function (CTF) having an integer multiple period for a plurality of symbols to be transmitted through different transmission antennas; And
A cyclic delay unit configured to generate a continuous orthogonal frequency division multiplexed modulation signal cyclically delayed according to the cyclic delay value,
Wherein the selection unit comprises:
Selecting the cyclic delay value using a minimum delay value calculated using a distance between adjacent pilot subcarriers in one symbol and the number of pilot subcarriers constituting the symbol and a basic design factor defined according to the number of transmit antennas Transmitter using cyclic delay diversity technique. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 선택부는,
상기 순환 지연 값(ㅿ_t)은 하기 수학식에 의해 선택되는 순환 지연 다이버시티 기법을 이용하는 송신기:

N_g + 1 = Dㅿ_m, ㅿ_t = (t-1)Dㅿ_m, t = 1, 2, …, N_T-1
여기서, D_f는 하나의 심볼에서 인접한 파일럿 부반송파들 간의 거리, D_ㅿ는 최소 순환 지연, 정수값 m은 안테나 수에 따라 순환 지연 값을 설정하는 기본 설계 인수, N_g는 보호구간의 길이를 나타낸다.The method of claim 1,
Wherein the selection unit comprises:
The cyclic delay value 지연 _t is a transmitter using a cyclic delay diversity scheme selected by the following equation:

N _g + 1 = D ㅿ _m , ㅿ _t = (t-1) D ㅿ _m , t = 1, 2,. , N _T -1
Where D _f is the distance between adjacent pilot subcarriers in one symbol, D _ㅿ is the minimum cyclic delay, integer value m is the basic design factor that sets the cyclic delay value according to the number of antennas, and N _g is the length of the guard interval. . 직교 주파수 분할 다중 변조 방식 통신 시스템의 수신기에 있어서,
순환 지연된 수신 신호를 푸리에 변환(FFT)하는 고속 푸리에 변환부;
상기 고속 푸리에 변환부에서 처리된 파일럿 부반송파 패턴을 추정하고, 상기 수신 신호의 순환 지연 값을 이용하여 정수배 주기를 갖는 채널 전달 함수의 크기가 가장 큰 게인 레퍼런스 셀 패턴을 추정하는 패턴 선택부; 및
추정된 파일럿 부반송파 패턴 및 상기 수신 신호의 순환 지연 값을 토대로 자기 상관을 통해 회전된 위상 값을 계산하고, 네 개의 심벌마다 반복되는 상기 게인 레퍼런스 셀 패턴 중에서 상기 채널 전달 함수의 크기가 가장 큰 심벌에서만 잔여 심볼 시간 오프셋을 추정하는 추정부를 포함하고,
상기 패턴 선택부는,
상기 게인 레퍼런스 셀 패턴의 주기 정보를 이용한 상기 채널 전달 함수의 추정치를 파일럿 부반송파들의 모든 집합에 대해 계산하여 상기 채널 전달 함수의 추정치가 최대가 되게 하는 게인 레퍼런스 셀 패턴을 선택하는 잔여 시간 오차를 추정하는 수신기.In the receiver of an orthogonal frequency division multiple modulation scheme communication system,
A fast Fourier transform unit for performing Fourier transform (FFT) on the cyclically delayed received signal;
A pattern selector which estimates a pilot subcarrier pattern processed by the fast Fourier transform unit and estimates a gain reference cell pattern having the largest magnitude of a channel transfer function having an integer multiple period using a cyclic delay value of the received signal; And
Based on the estimated pilot subcarrier pattern and the cyclic delay value of the received signal, the rotated phase value is calculated through autocorrelation, and only in the symbol having the largest magnitude of the channel transfer function among the gain reference cell patterns repeated every four symbols. An estimator for estimating a residual symbol time offset,
The pattern selection unit,
Calculating an estimate of the channel transfer function using the period information of the gain reference cell pattern for all sets of pilot subcarriers to estimate a residual time error for selecting a gain reference cell pattern that maximizes the estimate of the channel transfer function. receiving set. 삭제delete 삭제delete 제5항에 있어서,
상기 패턴 선택부는,
하기 수학식을 이용하여 상기 게인 레퍼런스 셀 패턴( )을 선택하는 잔여 시간 오차를 추정하는 수신기:

여기서, -N/2 ≤ k ≤ N/2, p는 정수 값, N_s는 프레임당 심벌의 수, D_f와 D_t는 각각 주파수축과 시간축에서의 게인 레퍼런스 셀 패턴의 주기성, β는 파일럿 부반송파들의 집합,

는 채널 전달 함수(H_l(k))의 추정치를 나타낸다.The method of claim 5,
The pattern selection unit,
A receiver for estimating a residual time error for selecting the gain reference cell pattern () using the following equation:

Where -N / 2 ≤ k ≤ N / 2, p is an integer value, N _s is the number of symbols per frame, D _f and D _t are the periodicity of the gain reference cell pattern on the frequency and time axes, respectively, and β is the pilot. A collection of subcarriers,

Denotes an estimate of the channel transfer function H ₁ (k). 제8항에 있어서,
상기 추정부는,
하기 수학식을 이용하여 잔여 심볼 시간 오프셋(

)을 추정하는 잔여 시간 오차를 추정하는 수신기:

여기서, g∈{0, 1, 2, …, D_t-1}는 게인 레퍼런스 셀의 패턴 인덱스의 집합이고, ρ= D_f/N이고, Df는 주파수축에서 게인 레퍼런스 셀 패턴의 주기성, N은 심벌의 수이며, β^-= β-max{β}이고, β는 파일럿 부반송파들의 집합이고,

이며, Y_l(k)는 l번째 심벌의 k번째 부반송파 신호를 의미한다.9. The method of claim 8,
Wherein the estimating unit comprises:
The residual symbol time offset (

Receiver to estimate the residual time error

Where g∈ {0, 1, 2,... , D _t -1} is the set of the pattern index of the gain reference cell, ρ _f = D / N and, Df is the periodicity of the gain reference cell pattern in frequency domain, N is the number of symbols, β ^- = β-max {β}, β is a set of pilot subcarriers,

Y _l (k) means the k-th subcarrier signal of the l-th symbol.

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