KR20070098003A - Downlink symbol timing recovery apparatus and method of terminal receiver in orthogonal frequency division multiplexing system - Google Patents

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KR20070098003A
KR20070098003A KR1020060029106A KR20060029106A KR20070098003A KR 20070098003 A KR20070098003 A KR 20070098003A KR 1020060029106 A KR1020060029106 A KR 1020060029106A KR 20060029106 A KR20060029106 A KR 20060029106A KR 20070098003 A KR20070098003 A KR 20070098003A
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Abstract

An apparatus and a method for recovering the downlink symbol timing of a terminal in an OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) system are provided to prevent the generation of adjacent symbol interference by detecting a valid symbol starting point of a base station signal received at first. An apparatus for recovering the downlink symbol timing of a terminal in an OFDM system includes a preamble signal extracting device(701), a correlator block(703), and a window starting point selecting device(705). The preamble signal extracting device(701) extracts each preamble signal from a received signal of a serving base station and a plurality of adjacent base stations. The correlator block(703) calculates a correlation value at a time axis between the received signal and a preamble signal of the serving base station and the plurality of adjacent base stations. The window starting point selecting device(705) selects a first time point where the correlation value over a constant limit value among the correlation values calculated from the correlator block(703) is detected as a starting point of an FFT(Fast Fourier Transform) window.

Description

직교주파수분할다중화 시스템에서 단말의 하향링크 심벌 타이밍 복원 장치 및 방법{DOWNLINK SYMBOL TIMING RECOVERY APPARATUS AND METHOD OF TERMINAL RECEIVER IN ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING SYSTEM}DOWNLINK SYMBOL TIMING RECOVERY APPARATUS AND METHOD OF TERMINAL RECEIVER IN ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING SYSTEM}

도 1은 주파수 재사용 계수가 3인 일반적인 OFDM 시스템의 구성을 나타낸 도면,1 is a diagram showing the configuration of a typical OFDM system having a frequency reuse coefficient of 3;

도 2는 주파수 재사용 계수 3인 OFDM 전체 부방송파들을 세 개의 그룹으로 나누어 각 기지국에 할당한 예를 나타낸 도면,2 is a diagram illustrating an example of allocating OFDM sub-broadbands having a frequency reuse factor of 3 into three groups and assigning them to each base station;

도 3은 종래 주파수 재사용 계수 3을 사용하는 동기식 OFDM 시스템의 단말 에서 하향링크 심벌 타이밍 복원 장치의 구성을 나타낸 블록도, 3 is a block diagram illustrating a configuration of a downlink symbol timing recovery apparatus in a terminal of a synchronous OFDM system using a frequency reuse factor 3 according to the related art;

도 4는 서빙 기지국과 인접 기지국의 신호가 동일한 시간에 수신되는 경우에 FFT 윈도우의 시작점 결정 예를 나타낸 도면,4 is a diagram illustrating an example of determining a starting point of an FFT window when signals of a serving base station and a neighboring base station are received at the same time;

도 5는 서빙 기지국과 인접 기지국의 신호가 서로 다른 시간에 수신되는 경우 FFT 윈도우의 시작점 결정 예를 나타낸 도면,5 illustrates an example of determining a starting point of an FFT window when signals of a serving base station and a neighboring base station are received at different times;

도 6은 도 5의 경우, 서빙 기지국이 사용하는 부반송파에 인접 기지국 신호가 미치는 간섭 영향의 예를 나타낸 도면,FIG. 6 is a diagram illustrating an example of an interference effect of a neighbor base station signal on a subcarrier used by a serving base station in FIG. 5;

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 재사용 계수 N을 사용하는 동기식 OFDM 시스템에서 단말의 하향링크 심벌 타이밍 복원 장치를 나타낸 블록도,7 is a block diagram illustrating a downlink symbol timing recovery apparatus of a terminal in a synchronous OFDM system using a frequency reuse factor N according to an embodiment of the present invention;

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 OFDM 시스템에서 하향링크 심벌 타이밍 복원 방법을 나타낸 순서도,8 is a flowchart illustrating a downlink symbol timing recovery method in an OFDM system according to an embodiment of the present invention;

도 9는 도 7의 FFT 윈도우 시작점 결정 결과로써, 단말에 세 개의 기지국으로부터의 신호가 서로 다른 시간에 수신되는 경우에 대한 예를 나타낸 도면,FIG. 9 is a diagram illustrating an example in which signals from three base stations are received at different times by a terminal as a result of determining the starting point of the FFT window of FIG. 7;

도 10은 종래의 심벌 타이밍 복원 방법과 본 발명의 실시 예에 따른 심벌 타이밍 복원 방법을 적용한 경우의 수신 성능 비교를 나타낸 그래프.10 is a graph illustrating a comparison of reception performance when a conventional symbol timing recovery method and a symbol timing recovery method according to an embodiment of the present invention are applied.

본 발명은 직교주파수분할다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing : 이하"OFDM") 시스템에서 단말의 하향링크 심벌 타이밍을 복원하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 1 보다 큰 주파수 사용 계수를 사용하는 직교주파수분할다중화 시스템에서 단말의 하향링크 심벌 타이밍을 복원하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for restoring downlink symbol timing of a terminal in an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) system, and in particular, orthogonal frequency division using a frequency usage coefficient greater than one. An apparatus and method for recovering downlink symbol timing of a terminal in a multiplexing system.

OFDM 방식은 직렬로 입력되는 데이터 열을 N개의 병렬 데이터열로 변환하여 각각 분리된 부반송파(Subcarrier)에 실어 전송함으로써 데이터율을 높이는 전송 방식이다. 이때 부반송파는 직교성을 유지할 수 있도록 적절히 선택되어야 한다. 부반송파의 직교성은 각 부반송파를 동일 시간에 중첩하여 전송할 수 있기 때문에, 하나의 반송파를 사용하여 데이터를 순차적으로 전송하는 경우보다 각 부반송파에 서의 심벌 주기를 부반송파의 수만큼 길어지게 할 수 있다. 따라서 OFDM 방식은 상호 직교성을 갖는 부반송파를 사용하므로 기존의 FDM(Frequency Division Multiplexing)에 비해 대역폭 효율이 좋고, 심벌 주기가 길어지게 되므로 단일 반송파 변조방식에 비해 인접 심벌간 간섭(Inter-Symbol Interference : 이하"ISI")에 강한 특성을 지닌다. 다중경로 채널을 통해 신호를 전송할 경우, 수신신호는 다중경로에 의한 ISI가 발생하게 된다. 특히, 고속 데이터 전송 시에는 심벌의 주기가 채널의 지연 확산보다 작기 때문에 ISI가 더욱 심해지므로 ISI에 의한 왜곡을 보상하여 송신신호를 정확히 복원하기 위해서는 복잡한 수신 기법이 필요하게 된다. OFDM 방식은 이러한 다중경로 채널에서의 왜곡을 보상할 수 있는 변조방식이다.The OFDM method is a transmission method of increasing data rate by converting serially input data streams into N parallel data streams and transmitting them on separate subcarriers. In this case, the subcarriers should be appropriately selected to maintain orthogonality. Since orthogonality of subcarriers can be transmitted by superimposing each subcarrier at the same time, the symbol period in each subcarrier can be made longer by the number of subcarriers than when data is sequentially transmitted using one carrier. Therefore, the OFDM scheme uses subcarriers with mutual orthogonality, which provides better bandwidth efficiency and longer symbol periods than conventional frequency division multiplexing (FDM), so that inter-symbol interference is less than that of a single carrier modulation scheme. "ISI") has a strong characteristic. When a signal is transmitted through a multipath channel, the received signal generates ISI by multipath. In particular, in high-speed data transmission, since the period of the symbol is smaller than the delay spread of the channel, the ISI becomes more severe. Therefore, a complicated reception technique is required to compensate for the distortion caused by the ISI and accurately recover the transmission signal. The OFDM scheme is a modulation scheme that can compensate for distortion in such a multipath channel.

한편, 방송용이 아닌 셀룰러 이동통신, 무선 LAN, 무선휴대인터넷 등에 OFDM 전송방식을 사용하는 경우 단일 반송파전송방식과 동일하게 다수의 사용자를 위한 다중억세스(Multiple Access)방식이 필요하다. OFDM의 다중억세스 방식으로 직교주파수분할다중접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access : 이하"OFDMA")방식을 사용한다. OFDMA 방식은 각 사용자가 전체 부채널 및 OFDM 심벌들 중에서 일부의 부 채널과 일부의 OFDM 심벌들을 이용할 수 있도록 하는 방식으로서, 각 사용자에게 요구하는 전송속도에 따라 부반송파의 개수와 OFDM 심벌 개수를 다르게 할당함으로써 자원분배를 효율적으로 할 수 있다. On the other hand, when the OFDM transmission method is used for cellular mobile communication, wireless LAN, wireless mobile Internet, etc., not for broadcasting, a multiple access method for multiple users is required in the same manner as the single carrier transmission method. Orthogonal Frequency Division Multiple Access (hereinafter, referred to as "OFDMA") is used as an OFDM multiple access method. The OFDMA method allows each user to use some subchannels and some OFDM symbols among all subchannels and OFDM symbols, and allocates different numbers of subcarriers and OFDM symbols according to transmission rates required for each user. By doing so, resource distribution can be efficiently performed.

이하에서는 특별한 언급이 없는 한 상기 OFDMA 방식을 OFDM 방식으로 통칭하기로 한다.Hereinafter, unless otherwise mentioned, the OFDMA scheme will be referred to collectively as the OFDM scheme.

한편, 현재 OFDMA 방식을 채택한 이동형 데이터 통신 시스템은 IEEE 802.16을 기반으로 하고 있으며, IEEE802.16 기반의 동기식 OFDMA 시스템인 와이브로(Wireless Broadband Internet : WiBro) 시스템을 예를 들면 주파수 재사용 계수(Frequency Reuse Factor) 1과 3을 사용하도록 되어 있다. Meanwhile, a mobile data communication system adopting the OFDMA scheme is based on IEEE 802.16. For example, a frequency broadband reuse factor is used for the WiBro system, which is a synchronous OFDMA system based on IEEE802.16. 1 and 3 are used.

주파수 재사용 계수는 셀룰러 시스템에서 주파수 사용 효율을 나타내는 파라미터로, 전체 주파수 대역을 몇 개의 셀에 나누어 주는가를 나타내는 셀을 의미한다. The frequency reuse coefficient is a parameter representing frequency usage efficiency in a cellular system and refers to a cell indicating how many cells the entire frequency band is divided into.

주파수 재사용 계수 1을 사용하는 동기식 OFDM 시스템은 각 기지국들이 전체 사용 가능한 부반송파들을 모두 사용할 수 있도록 되어 있다. 따라서 주파수 재사용 계수 1을 사용하는 동기식 OFDM 시스템은 주파수 효율(Frequency Efficiency)면에서 뛰어난 장점이 있지만, 서빙 기지국(Serving Base Station)이 사용하는 모든 부반송파가 인접 기지국의 부반송파와 중첩이 되어 상호간에 간섭으로 작용하는 단점이 있다. 그러나 주파수 재사용 계수 3을 사용하는 동기식 OFDM 시스템은 주파수 재사용 계수 1인 경우와 달리 전체 사용 가능한 부반송파들을 세 개의 그룹으로 나누어 서로 인접한 세 개의 기지국들이 서로 다른 그룹의 부반송파들을 사용하도록 한다.A synchronous OFDM system using the frequency reuse factor 1 allows each base station to use all of the available subcarriers. Therefore, the synchronous OFDM system using the frequency reuse factor 1 has an excellent advantage in terms of frequency efficiency. However, all subcarriers used by the serving base station overlap with the subcarriers of the neighboring base station, which causes interference with each other. There is a disadvantage working. However, the synchronous OFDM system using the frequency reuse factor 3 divides the entire available subcarriers into three groups so that three adjacent base stations use subcarriers of different groups.

이하 도면을 참고하여 주파수 재사용 계수 3을 사용하는 동기식 OFDM 시스템의 단말에서 하향링크 심벌타이밍 동기 방법을 설명한다.Hereinafter, a downlink symbol timing synchronization method in a terminal of a synchronous OFDM system using a frequency reuse factor 3 will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 주파수 재사용 계수가 3인 일반적인 OFDM 시스템의 구성을 나타낸 도면이다. 도 1의 OFDM 시스템은 주파수 재사용 계수가 3이므로 전체 주파수 대역은 3개의 셀(101a,103a,105a)에 구분되게 할당된다. 각 셀 안에 있는 기지국 시스템은 서빙 기지국(101), 인접 기지국(103,105)으로 구분되어 있다. 또한 단말(100)은 각 셀의 경계부분에 위치해 있다고 가정한다. 1 is a diagram illustrating a configuration of a general OFDM system having a frequency reuse factor of three. In the OFDM system of FIG. 1, since the frequency reuse factor is 3, the entire frequency band is allocated to three cells 101a, 103a, and 105a. The base station system in each cell is divided into a serving base station 101 and neighbor base stations 103 and 105. In addition, it is assumed that the terminal 100 is located at the boundary of each cell.

도 2는 주파수 재사용 계수 3인 OFDM 시스템에서 전체 부방송파(c1)들을 세 개의 그룹(201,203,205)으로 나누어 각 기지국에 할당한 예를 나타낸 도면이다. 도시한 도 2의 예와 같이 주파수 재사용 계수 3을 사용하고, 모든 기지국의 전송 신호가 단말에 동일한 시간에 수신되는 경우를 가정하면, 각 기지국이 사용하는 주파수 대역이 서로 다르면 단말(100)은 서빙 기지국(101)이 사용하는 부반송파를 통해 신호를 수신할 때 인접 기지국(103,105)의 신호들로부터 간섭을 받지 않게 된다. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of allocating subcarriers c1 into three groups 201, 203, and 205 and assigning them to respective base stations in an OFDM system having a frequency reuse factor of 3. FIG. Assuming that the frequency reuse factor 3 is used as shown in the example of FIG. 2 and the transmission signals of all base stations are received by the terminal at the same time, the terminal 100 serves if the frequency bands used by each base station are different. When receiving a signal through a subcarrier used by the base station 101 is not interfered with the signals of the adjacent base stations (103, 105).

도 3은 종래 주파수 재사용 계수 3을 사용하는 동기식 OFDM 시스템의 단말에서 하향링크 심벌 타이밍 복원 장치의 구성을 나타낸 블록도이다. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a downlink symbol timing recovery apparatus in a terminal of a synchronous OFDM system using a frequency reuse coefficient 3 according to the related art.

먼저 WiBro 시스템의 예를 들면, 각 기지국들이 하향링크로 신호를 전송할 때 한 프레임(Frame) 내에 첫 번째 OFDM 심벌 구간에 고유의 프리앰블(Preamble) 신호를 전송하도록 되어 있다. 그리고 단말은 서빙 기지국이 전송한 상기 프리앰블 신호를 수신하여 심벌 타이밍 복원을 수행한다.For example, in the WiBro system, when each base station transmits a downlink signal, the base station transmits a unique preamble signal in the first OFDM symbol period within one frame. The terminal receives the preamble signal transmitted by the serving base station and performs symbol timing recovery.

도 3의 종래 심벌 타이밍 복원 장치(300)의 프리앰블 추출기(301)는 심벌 타이밍 복원을 수행하기 위해 수신신호로부터 서빙 기지국의 프리앰블 신호만을 추출하여 상관기(303)로 전달한다. 상관기(303)는 수신신호와 프리앰블 추출기(301)로부터 전달된 서빙 기지국의 프리앰블 신호간의 시간 축에서 상관관계(Correlation)를 계산하여 그 상관 값을 출력한다. 윈도우 시작점 선택기(305)는 상기 상관값을 근거로 인접 기지국의 심볼에 의한 ISI가 발생하지 않도록 FFT 윈도우의 시작점을 결정한다. 그리고 FFT 처리기(307)는 상기 결정된 FFT 윈도우 시작점에 따라 고속 퓨리에 변환을 수행한다. The preamble extractor 301 of the conventional symbol timing recovery apparatus 300 of FIG. 3 extracts only the preamble signal of the serving base station from the received signal and transmits it to the correlator 303 to perform symbol timing recovery. The correlator 303 calculates a correlation in the time axis between the received signal and the preamble signal of the serving base station delivered from the preamble extractor 301 and outputs the correlation value. The window starting point selector 305 determines the starting point of the FFT window based on the correlation value so that ISI by symbols of neighboring base stations does not occur. The FFT processor 307 performs the fast Fourier transform according to the determined FFT window start point.

그러나 도 3의 종래 심벌 타이밍 복원 장치(300)에서 결정된 FFT 위도우 시작점은 서빙 기지국과 인접 기지국으로부터 전송된 신호의 수신 시점에 따라 다음과 같은 문제점을 발생시킬 수 있다. However, the FFT widow starting point determined by the conventional symbol timing recovery apparatus 300 of FIG. 3 may cause the following problem according to the reception timing of the signal transmitted from the serving base station and the neighboring base station.

먼저 도 4는 서빙 기지국과 인접 기지국의 신호가 동일한 시간에 수신되는 경우 FFT 윈도우의 시작점 결정 예를 나타낸 도면이다. 도 4의 참조부호 401은 보호구간에서 부반송파의 지연에 의해 발생할 수 있는 직교성의 파괴를 방지하기 위해 유효심벌구간에서 주기적으로 신호를 삽입하는 CP(Cyclic Prefix)이다. 또한 참조부호 403은 CP를 제외한 OFDM 데이터이며, 참조부호 405는 FFT 윈도우구간을 나타낸 것이다.4 illustrates an example of determining a starting point of an FFT window when signals of a serving base station and a neighboring base station are received at the same time. Reference numeral 401 of FIG. 4 is a cyclic prefix (CP) for periodically inserting a signal in an effective symbol interval in order to prevent orthogonality destruction that may be caused by delay of a subcarrier in a protection interval. Reference numeral 403 denotes OFDM data excluding CP, and reference numeral 405 denotes an FFT window section.

도 4는 이상적인 경우로 모든 기지국에서의 전송 신호가 단말에 동일한 시간에 수신되는 것으로 가정하였다. 또한 도 4에서는 설명의 편이를 위하여 각 기지국으로부터 전송된 신호는 단말의 수신기에 단일 경로를 통하여 수신되는 것으로 가정하였다. 종래 단말의 수신기는 하향링크 심벌 타이밍 복원을 수행할 때 서빙 기지국의 신호에 대해서만 ISI가 발생하지 않도록 FFT 윈도우 시작점을 결정하였다. 이상적인 경우 동기식 OFDM 시스템은 모든 기지국에서의 전송 신호가 단말의 수신기에 동일한 시간에 수신될 것이므로 종래의 하향링크 심벌 타이밍 복원 기법만으로도 도 2에서와 같이 서빙 기지국이 사용하는 부반송파에서의 신호들이 인접 기지국 신호에 의한 간섭을 받지 않을 것이다. 그러나 실제로는 동기식 OFDM 시스템이라 하더라도 각 기지국으로부터의 전송 신호가 단말의 수신기에 서로 다른 시간에 수신될 수 있으며, 도 5는 이러한 경우를 가정한 것이다. 4 is an ideal case, it is assumed that the transmission signals at all base stations are received at the same time by the terminal. In addition, in FIG. 4, for convenience of description, it is assumed that a signal transmitted from each base station is received through a single path to a receiver of the terminal. When the receiver of the conventional terminal performs downlink symbol timing recovery, the receiver determines the FFT window starting point so that ISI does not occur only for the signal of the serving base station. Ideally, in the synchronous OFDM system, since the transmission signals of all the base stations will be received at the receiver of the terminal at the same time, the signals of the subcarriers used by the serving base station as shown in FIG. Will not be interfered with. In reality, however, even in a synchronous OFDM system, a transmission signal from each base station may be received at a receiver of the terminal at different times, and FIG. 5 assumes such a case.

도 5는 서빙 기지국과 인접 기지국의 신호가 서로 다른 시간에 수신되는 경우 FFT 윈도우의 시작점 결정 예를 나타낸 도면이다. 도 5의 참조부호 501은 보호구간에서 부반송파의 지연에 의해 발생할 수 있는 직교성의 파괴를 방지하기 위해 유효심벌구간에서 주기적으로 신호를 삽입하는 CP이다. 또한 참조부호 503은 CP를 제외한 OFDM 데이터이며, 참조부호 505는 FFT 윈도우구간을 나타낸 것이다.5 illustrates an example of determining a starting point of an FFT window when signals of a serving base station and a neighboring base station are received at different times. Reference numeral 501 of FIG. 5 is a CP for periodically inserting a signal in an effective symbol interval in order to prevent the destruction of orthogonality which may be caused by the delay of the subcarrier in the protection interval. Reference numeral 503 denotes OFDM data excluding CP, and reference numeral 505 denotes an FFT window section.

도 5에서도 각 기지국으로부터 전송된 신호는 단말의 수신기에 단일 경로를 통하여 수신되는 것으로 가정하였다. 또한 도 5에서는 두 개의 인접 기지국 신호가 서빙 기지국 신호에 비하여 16 OFDM 샘플 길이(Cyclic Prefix 길이의 1/8)만큼 먼저 수신되는 경우를 가정하였다. 이와 같은 경우 단말의 수신기가 종래의 하향링크 심벌 타이밍 복원 기법을 사용하면 서빙 기지국의 신호에 대해서만 상관 관계를 계산하므로 서빙 기지국의 신호는 ISI가 발생하지 않지만 인접 기지국의 신호는 ISI가 발생될 수 있다.In FIG. 5, it is assumed that a signal transmitted from each base station is received through a single path to a receiver of the terminal. In addition, in FIG. 5, it is assumed that two adjacent base station signals are first received by 16 OFDM samples (1/8 of a cyclic prefix length) compared to the serving base station signal. In this case, when the receiver of the terminal uses the conventional downlink symbol timing recovery technique, the correlation is calculated only for the signal of the serving base station, so that the signal of the serving base station does not generate ISI, but the signal of the neighboring base station may generate ISI. .

도 6은 도 5의 예처럼 두 개의 인접 기지국 신호가 서빙 기지국 신호에 비하여 16 OFDM 샘플 길이만큼 먼저 수신되는 경우 단말의 수신기가 종래의 하향링크 심벌 타이밍 복원 기법을 사용할 때, 서빙 기지국의 부반송파들에 인접 기지국 신호가 미치는 간섭 영향의 예를 나타낸 것이다. 도 6에서와 같이 인접 기지국 신호가 서빙 기지국 신호보다 먼저 도착하는 경우 서빙 기지국의 부반송파는 인접 기지 국 신호에 의한 간섭을 받게 되며 이러한 간섭 영향으로 단말의 수신 성능 열화가 발생한다. 특히 인접 기지국 신호가 서빙 기지국 신호보다 먼저 수신될 때 두 신호 간의 수신 시간차가 클수록 서빙 기지국의 부반송파들이 인접 기지국 신호로부터 간섭 영향이 더 커지며 이로 인한 단말의 수신 성능 열화도 더 커지게 된다.FIG. 6 shows a case in which two adjacent base station signals are received at a length of 16 OFDM samples earlier than the serving base station signal, when the receiver of the terminal uses the conventional downlink symbol timing recovery scheme. An example of interference effects of neighboring base station signals is shown. When the neighboring base station signal arrives earlier than the serving base station signal as shown in FIG. 6, the subcarrier of the serving base station is subjected to the interference by the neighboring base station signal, and the interference affects the reception performance of the terminal. In particular, when the neighbor base station signal is received before the serving base station signal, the greater the reception time difference between the two signals, the greater the interference effect of the subcarriers of the serving base station from the neighbor base station signal, and thus, the reception performance deterioration of the terminal is increased.

따라서 동기식 OFDMA 시스템에서 각 기지국으로부터의 전송 신호가 서로 다른 시간에 수신되는 경우에도 정확한 하향링크 심벌 타이밍 복원을 수행함으로써, 단말의 수신 성능을 향상시키는 방안이 요구된다. Accordingly, even in a synchronous OFDMA system, even when a transmission signal from each base station is received at a different time, a method for improving reception performance of a terminal is required by performing accurate downlink symbol timing recovery.

본 발명은 동기식 OFDM 시스템에서 단말의 각 기지국으로부터의 신호가 서로 다른 시간에 수신되는 경우 수신 성능을 향상시키는 하향링크 심벌 타이밍 복원 장치 및 방법을 제공한다.The present invention provides a downlink symbol timing recovery apparatus and method for improving reception performance when a signal from each base station of a terminal is received at a different time in a synchronous OFDM system.

또한 본 발명은 주파수 재사용 계수가 1보다 큰 동기식 OFDM 시스템에서 인접 심볼 간 간섭을 방지하는 하향링크 심벌 타이밍 복원 장치 및 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중 시스템에서 단말의 하향링크 심벌 타이밍 복원을 위한 장치는 서빙 기지국과 복수의 인접 기지국들로부터의 수신 신호로부터 각각 프리앰블 신호들을 추출하는 프리앰블 신호 추출기와, 상기 수신 신호와 상기 서빙 기지국 및 복수의 인접 기지국들로부터의 프리앰블 신호간의 시간축에서 상관값을 각각 계산하는 상관기 블록과, 상기 상관기 블록에서 계산된 상관값들 중에서 일정 임계 값을 넘는 상관값이 검출된 최초 시점을 FFT 윈도우의 시작점으로 선택 하는 윈도우 시작점 선택기를 포함함을 특징으로 한다.The present invention also provides an apparatus and method for downlink symbol timing recovery to prevent interference between adjacent symbols in a synchronous OFDM system having a frequency reuse factor greater than one. In an orthogonal frequency division multiplexing system according to the present invention, an apparatus for reconstructing downlink symbol timing of a terminal includes a preamble signal extractor for extracting preamble signals from received signals from a serving base station and a plurality of neighboring base stations, and the received signal and the received signal. A correlator block for calculating a correlation value on a time axis between a serving base station and preamble signals from a plurality of neighboring base stations, and an initial time point at which a correlation value exceeding a predetermined threshold value among correlation values calculated in the correlator block is detected. It includes a window starting point selector to select as the starting point.

본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중 시스템에서 단말의 하향링크 심벌 타이밍 복원을 위한 방법은 서빙 기지국과 복수의 인접 기지국들로부터의 수신 신호로부터 각각 프리앰블 신호들을 추출하는 과정과, 상기 수신 신호와 상기 서빙 기지국 및 복수의 인접 기지국들로부터의 프리앰블 신호간의 시간축에서 상관값을 각각 계산하는 과정과, 상기 상관기 블록에서 계산된 상관값들 중에서 일정 임계 값을 넘는 상관값이 검출된 최초 시점을 FFT 윈도우의 시작점으로 선택하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.In the orthogonal frequency division multiplexing system according to the present invention, a method for reconstructing downlink symbol timing of a user equipment includes extracting preamble signals from received signals from a serving base station and a plurality of neighboring base stations, and receiving the received signal and the serving base station. And calculating a correlation value on a time axis between preamble signals from a plurality of neighboring base stations, and an initial time point at which a correlation value exceeding a predetermined threshold value among correlation values calculated in the correlator block is detected as a start point of the FFT window. It is characterized by including the process of selection.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, and may be changed according to intentions or customs of users or operators. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout the specification.

먼저 본 발명은 OFDM 시스템에서 단말의 하향링크 심벌 타이밍 복원을 수행할 때, 서빙 기지국 신호뿐만 아니라 인접 기지국 신호에 의한 ISI도 발생시키지 않도록 FFT 윈도우 시작점을 결정함으로써 서빙기지국이 사용하는 부반송파에서의 신호가 인접 기지국 신호로부터 간섭 받지 않도록 할 수 있다.First, in the present invention, when performing downlink symbol timing recovery of an MS in an OFDM system, the FFT window start point is determined so that not only the serving base station signal but also the ISI caused by the neighboring base station signal is not generated. It is possible to prevent interference from neighboring base station signals.

이하 설명은 도면을 참고하여 본 발명의 실시 예에 따라 주파수 재사용 계수 N(N>1)을 사용하는 경우를 가정하여 설명한다.Hereinafter, a description will be given on the assumption that a frequency reuse coefficient N (N> 1) is used according to an embodiment of the present invention with reference to the drawings.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 재사용 계수 N을 사용하는 OFDM 시스템에서 단말의 하향링크 심벌 타이밍 복원 장치를 나타낸 블록도이다. 7 is a block diagram illustrating an apparatus for reconstructing downlink symbol timing of a terminal in an OFDM system using a frequency reuse factor N according to an embodiment of the present invention.

도 7에서 본 발명의 실시 예에 따른 심벌 타이밍 복원장치(700)의 프리앰블 추출기(701)는 심벌 타이밍 복원을 수행하기 위해 수신신호로부터 서빙 기지국의 프리앰블 신호와 인접기지국들의 프리앰블 신호를 추출하여 상관기 블록(703)으로 전달한다. 상관기 블록(703)은 수신신호와 서빙 기지국의 제 1 프리앰블 신호(P1)간의 상관 값을 계산하는 제 1 상관기(7031)와, 수신신호와 첫 번째 인접 기지국의 제 2 프리앰블 신호(P2)간의 상관 값을 계산하는 제 2 상관기(7032)와, 수신신호와 제 N-1 번째 인접 기지국의 제 N 프리앰블 신호(PN)간의 상관값을 계산하는 제 N 상관기(703N)를 포함한다. In FIG. 7, the preamble extractor 701 of the symbol timing recovery apparatus 700 according to an embodiment of the present invention extracts a preamble signal of a serving base station and a preamble signal of neighboring base stations from a received signal to perform symbol timing recovery. (703). The correlator block 703 includes a first correlator 703 1 that calculates a correlation value between the received signal and the first preamble signal P 1 of the serving base station, and a second preamble signal P 2 of the received signal and the first neighboring base station. A second correlator 703 2 for calculating a correlation value between the < RTI ID = 0.0 > ), < / RTI > do.

상기 상관기 블록(703)은 수신 신호와 프리앰블 추출기(701)로부터 전달된 서빙 기지국 및 인접 기지국들로부터 각각 수신된 프리앰블 신호간의 시간 축에서 상관값을 계산하여 그 복수의 상관 값들을 윈도우 시작점 선택기(705)로 출력한다. 예를 들어 WiBro 시스템과 같이 주파수 재사용 계수가 3일 경우 상관기 블록(703)은 세 개의 상관기를 구비한다. 윈도우 시작점 선택기(705)는 상관기 블록(703)으로부터 전달된 시간 축의 상관 값들 중 미리 정해진 임계 값을 넘는 최초 시점을 FFT윈도우의 시작점을 결정하여 인접 기지국의 심볼에 의한 ISI가 발생하지 않도록 한다. 그리고 FFT 처리기(707)는 상기 결정된 FFT 윈도우 시작점에 따라 고속 퓨리에 변환을 수행한다.The correlator block 703 calculates a correlation value on a time axis between a received signal and a preamble signal received from a serving base station and neighboring base stations respectively transmitted from the preamble extractor 701 and stores the plurality of correlation values in a window starting point selector 705. ) For example, if the frequency reuse factor is 3, such as a WiBro system, the correlator block 703 has three correlators. The window start point selector 705 determines the start point of the FFT window from the first time point exceeding a predetermined threshold value among the correlation values of the time axis transmitted from the correlator block 703 so that the ISI by the symbol of the adjacent base station does not occur. The FFT processor 707 performs fast Fourier transform according to the determined FFT window start point.

즉, 도 7의 심벌 타이밍 복원 장치(700)는 서빙 기지국의 프리앰블 신호와 인접 기지국의 프리앰블 신호를 모두 이용하여 시간 축 상관관계를 구한 후, 일정 임계 값을 넘는 상관 값이 나온 최초 시점을 FFT 윈도우 시작점으로 결정한다. 이는 가장 먼저 수신되는 기지국 신호의 유효 심벌 시작점을 검출하기 위함이다. 따라서 도 7의 구성에 의하면 서빙 기지국으로부터 전송된 수신 신호에 인접 기지국 신호에 의한 ISI가 발생하지 않도록 FFT 윈도우 시작점을 결정 할 수 있다. That is, the symbol timing recovery apparatus 700 of FIG. 7 obtains a time axis correlation by using both a preamble signal of a serving base station and a preamble signal of an adjacent base station, and then displays an initial time point at which a correlation value exceeding a predetermined threshold is obtained. Decide on a starting point. This is to detect a valid symbol start point of the first received base station signal. Therefore, according to the configuration of FIG. 7, the starting point of the FFT window may be determined so that the ISI of the neighboring base station signal does not occur in the received signal transmitted from the serving base station.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 OFDM 시스템에서 하향링크 심벌 타이밍 복원 방법을 나타낸 순서도이다. 먼저 단말의 수신기는 프레임 동기 획득 및 셀 탐색(Cell Search) 과정을 통해 서빙 기지국 및 인접 기지국들이 전송한 프리앰블 신호들을 수신 할 수 있다. 그리고 하기 설명에서 인접 기지국 인덱스(Index)는 K라 정의하고, 그 초기값은 1로 세트(Set)한다.8 is a flowchart illustrating a downlink symbol timing recovery method in an OFDM system according to an embodiment of the present invention. First, a receiver of a terminal may receive preamble signals transmitted by a serving base station and neighbor base stations through frame synchronization acquisition and cell search. In the following description, the neighbor base station index is defined as K, and its initial value is set to one.

즉, 801 단계에서 프리앰블 추출기(701)는 서빙 기지국의 프리앰블 신호와 전체 인접 기지국의 프리앰블 신호를 수신하여 추출한다. 803 단계에서 상관기 블록(703)은 수신 신호와 서빙 기지국의 프리앰블 신호사이에 시간 축 상관 값을 계산한다. 805 단계에서 상관기 블록(703)은 수신 신호와 K번째 인접 기지국이 전송한 프리앰블 신호사이에 시간 축 상관 값을 계산한다. 상기 805 단계의 동작은 807, 809 단계를 통해 전체 인접 기지국에 대해 수행된다. 즉 전체 인접 기지국의 개수를 M이라 했을 때 상관기 블록(703)은 도시되지 않은 카운터 등을 이용하여 인접 기지국 인덱스(Index)는 K를 1씩 증가시켜 가면서 상기 805 단계의 동작을 수행한다.That is, in step 801, the preamble extractor 701 receives and extracts the preamble signal of the serving base station and the preamble signals of all neighboring base stations. In step 803, the correlator block 703 calculates a time axis correlation value between the received signal and the preamble signal of the serving base station. In step 805, the correlator block 703 calculates a time axis correlation value between the received signal and the preamble signal transmitted by the K-th neighboring base station. Operation 805 is performed for all neighboring base stations through steps 807 and 809. That is, when the total number of neighboring base stations is M, the correlator block 703 performs the operation of step 805 by increasing K by 1 using a counter (not shown).

그리고 811 단계에서 윈도우 시작점 선택기(705)는 상기 803, 805단계를 통해 계산된 상관 값들 중 일정 임계 값(Threshold)을 넘는 상관 값이 나온 최초 시점을 FFT 윈도우 시작점으로 결정한다. In operation 811, the window start point selector 705 determines the first time point at which a correlation value exceeding a predetermined threshold value among the correlation values calculated through operations 803 and 805 is determined as the FFT window start point.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 FFT 윈도우 시작점의 결정 결과를 나타낸 도면으로 이는 세 개의 기지국으로부터의 신호가 서로 다른 시간에 수신되는 경우의 예를 나타낸 것이다. 도 9의 참조부호 901은 보호구간에서 부반송파의 지연에 의해 발생할 수 있는 직교성의 파괴를 방지하기 위해 유효심벌구간에서 주기적으로 신호를 삽입하는 CP이다. 또한 참조부호 903은 CP를 제외한 OFDM 데이터이며, 참조부호 905는 FFT 윈도우구간을 나타낸 것이다. 도 9의 FFT 윈도우 시작점의 결정 결과에 따르면, 가장 먼저 수신되는 기지국 신호의 유효 심벌 시작점을 검출함으로써 서빙 기지국으로부터의 수신 신호에 인접 기지국들의 신호에 의한 ISI 발생하지 않도록 해 준다.FIG. 9 is a diagram illustrating a result of determining a starting point of an FFT window according to an exemplary embodiment of the present invention, which illustrates an example in which signals from three base stations are received at different times. In FIG. 9, reference numeral 901 denotes a CP for periodically inserting a signal in an effective symbol interval in order to prevent the destruction of orthogonality which may be caused by the delay of the subcarrier in the protection interval. Reference numeral 903 denotes OFDM data excluding CP, and reference numeral 905 denotes an FFT window section. According to the determination result of the starting point of the FFT window of FIG. 9, an effective symbol start point of the first received base station signal is detected to prevent the occurrence of ISI by signals of neighboring base stations in the received signal from the serving base station.

한편 이상에서 설명한 본 발명의 실시 예에 따른 심벌 타이밍 복원 방법을 적용한 경우의 수신 성능 비교 그래프를 도 10에 나타내었다. 도 10에서 단말은 셀의 경계부분에 위치하고 있고, 서빙 기지국과 두 개의 인접 기지국으로부터 동일한 세기의 전송신호를 수신하는 경우를 가정한다. 또한 반송파 주파수 복원(Carrier Frequency Recovery), 채널 추정(Channel Estimation) 등은 완벽하게 수행되었다고 가정하고, 각 부반송파에서는 QPSK(Quadrature Phase Shift keying) 변조 방식을 적용한 것으로 가정한다. 10 is a graph illustrating a comparison of reception performance when the symbol timing recovery method according to the exemplary embodiment of the present invention is applied. In FIG. 10, it is assumed that a terminal is located at a boundary of a cell and receives a transmission signal of the same strength from a serving base station and two neighboring base stations. In addition, it is assumed that carrier frequency recovery, channel estimation, and the like are perfectly performed, and that each subcarrier is applied with a quadrature phase shift keying (QPSK) modulation scheme.

도 10에서 보는 바와 같이 종래의 하향링크 심벌 타이밍 복원을 수행한 경우에는 이상적인 경우 참조 부호 c(모든 기지국 신호가 단말의 수신기에 동일한 신호에 수신되는 경우, 도 4 참조)에 비하여 실제 경우 참조 부호 a,b(두 개의 인접 기지국 신호가 서빙 기지국 신호에 비하여 8 혹은 16 OFDM 샘플 길이만큼 먼저 수신되는 경우, 도 5 참조)의 수신 성능이 열화 되는 것을 알 수 있다. 이에 반하여 본 발명에서 제안하는 하향링크 심벌 타이밍 복원을 수행하는 경우에는 이상적인 경우와 실제 경우의 수신 성능이 동일함을 알 수 있다. In the case of performing the conventional downlink symbol timing recovery as shown in FIG. 10, in the ideal case, reference code c (in the case where all base station signals are received in the same signal to the receiver of the terminal, see FIG. 4) in actual case reference code a It can be seen that the reception performance of, b (refer to FIG. 5 when two adjacent base station signals are received by 8 or 16 OFDM sample lengths earlier than the serving base station signal) is degraded. On the contrary, in case of performing the downlink symbol timing restoration proposed by the present invention, it can be seen that the reception performance of the ideal case and the actual case is the same.

따라서 단말에서 인접 기지국 신호가 서빙 기지국 신호에 비하여 먼저 수신되는 경우 인접 기지국 신호와 서빙 기지국 신호간의 수신 시간 차이가 클수록 종래의 하향링크 심벌 타이밍 복원을 수행할 때 성능 열화가 커지며, 본 발명의 하향링크 심벌 타이밍 복원을 적용함으로써 얻을 수 있는 수신 성능 이득이 커짐을 알 수 있다.Therefore, when the neighbor base station signal is first received at the terminal compared to the serving base station signal, the greater the reception time difference between the neighbor base station signal and the serving base station signal, the greater the performance degradation when performing the conventional downlink symbol timing recovery. It can be seen that the reception performance gain obtained by applying symbol timing recovery is increased.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Meanwhile, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the scope of the following claims, but also by the equivalents of the claims.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 1보다 큰 주파수 재사용 계수를 사용하는 OFDM 시스템에서 단말의 각 기지국으로부터의 전송 신호가 서로 다른 시간에 수신될 수 있다는 점을 고려하여 가장 먼저 수신되는 기지국 신호의 유효 심벌 시작점을 검출함으로써 서빙 기지국과 인접 기지국들에 대한 수신 신호에 인접 심벌 간섭 발생을 방지하여 단말의 수신 성능을 향상시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, considering the fact that a transmission signal from each base station of a terminal may be received at different times in an OFDM system using a frequency reuse factor greater than 1, the first received base station signal is effective. By detecting the symbol start point, it is possible to prevent the occurrence of neighbor symbol interference in the received signal for the serving base station and the neighbor base stations, thereby improving the reception performance of the terminal.

Claims (4)

직교 주파수 분할 다중 시스템에서 단말의 하향링크 심벌 타이밍 복원을 위한 장치에 있어서, An apparatus for recovering downlink symbol timing of a terminal in an orthogonal frequency division multiplexing system, 서빙 기지국과 복수의 인접 기지국들로부터의 수신 신호로부터 각각 프리앰블 신호들을 추출하는 프리앰블 신호 추출기와, A preamble signal extractor for extracting preamble signals from the received signals from the serving base station and the plurality of neighbor base stations, respectively; 상기 수신 신호와 상기 서빙 기지국 및 복수의 인접 기지국들로부터의 프리앰블 신호간의 시간 축에서 상관 값을 각각 계산하는 상관기 블록과, A correlator block for calculating a correlation value on a time axis between the received signal and the preamble signal from the serving base station and a plurality of neighboring base stations, respectively; 상기 상관기 블록에서 계산된 상관 값들 중에서 일정 임계 값을 넘는 상관 값이 검출된 최초 시점을 FFT 윈도우의 시작점으로 선택하는 윈도우 시작점 선택기를 포함함을 특징으로 하는 하향링크 심벌 타이밍 복원장치.And a window start point selector for selecting an initial time point at which a correlation value exceeding a predetermined threshold value is detected among the correlation values calculated in the correlator block as a start point of an FFT window. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 직교 주파수 분할 다중 시스템은 1 보다 큰 주파수 재사용 계수를 사용함을 특징으로 하는 하향링크 심벌 타이밍 복원장치.And the orthogonal frequency division multiplexing system uses a frequency reuse factor greater than one. 직교 주파수 분할 다중 시스템에서 단말의 하향링크 심벌 타이밍 복원을 위한 방법에 있어서,A method for recovering downlink symbol timing of a terminal in an orthogonal frequency division multiplexing system, 서빙 기지국과 복수의 인접 기지국들로부터의 수신 신호로부터 각각 프리앰블 신호들을 추출하는 과정과,Extracting preamble signals from received signals from a serving base station and a plurality of neighboring base stations, respectively; 상기 수신 신호와 상기 서빙 기지국 및 복수의 인접 기지국들로부터의 프리앰블 신호간의 시간 축에서 상관 값을 각각 계산하는 과정과,Calculating a correlation value on a time axis between the received signal and the preamble signals from the serving base station and a plurality of neighboring base stations, respectively; 상기 상관기 블록에서 계산된 상관 값들 중에서 일정 임계 값을 넘는 상관 값이 검출된 최초 시점을 FFT 윈도우의 시작점으로 선택하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 하향링크 심벌 타이밍 복원방법.And selecting, as a start point of an FFT window, an initial time point at which a correlation value exceeding a predetermined threshold value is detected among correlation values calculated in the correlator block. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 직교 주파수 분할 다중 시스템은 1 보다 큰 주파수 재사용 계수를 사용함을 특징으로 하는 하향링크 심벌 타이밍 복원방법.And the orthogonal frequency division multiplexing system uses a frequency reuse factor greater than one.
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