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KR20060066029A - Methods for tracking residual frequency, phase, timing offset and signal amplitude variation in ofdm systems, and methods thereof - Google Patents

Methods for tracking residual frequency, phase, timing offset and signal amplitude variation in ofdm systems, and methods thereof Download PDF

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KR20060066029A
KR20060066029A KR1020050036018A KR20050036018A KR20060066029A KR 20060066029 A KR20060066029 A KR 20060066029A KR 1020050036018 A KR1020050036018 A KR 1020050036018A KR 20050036018 A KR20050036018 A KR 20050036018A KR 20060066029 A KR20060066029 A KR 20060066029A
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error
tracking
phase
frequency
carrier
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KR1020050036018A
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유희정
전태현
김명순
최은영
이석규
류득수
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한국전자통신연구원
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Abstract

본 발명은 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 시스템에 있어서, 기존 OFDM 시스템에 이용되었던 위상 및 시간 오차 추적 방식의 성능 및 추적 속도를 향상시키기 위한 잔여 주파수 오차, 위상 오차, 시간 오차 및 크기 변화 추적 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 주파수 오차, 위상 오차, 시간 오차 및 크기 변화 추적 장치는, 추적 반송파 오차 추적치를 초기 반송파 주파수 오차 추정치와 더하여 시간 영역에서 보상하는 주파수 오차 보상부; 수신 파일럿 신호의 전력 계산량에 대응하는 출력값을 고속 퓨리에 변환(FFT)된 입력 신호에 곱해서 신호의 크기를 조절하는 크기 추적 보상부; 수신 파일럿 신호의 주파수 채널 응답의 공액복소수를 수신 파일럿 신호에 곱하여 채널이 보상된 신호를 출력하는 채널 보상부; 채널이 보상된 파일럿을 가지고 반송파 주파수 오차 파라미터를 추정하며, 추적 반송파 주파수 오차 추적치를 제공하는 반송파 주파수 오차 추정부; 채널이 보상된 파일럿을 가지고 시간 오차 파라미터를 추정하는 시간 오차 추정부; 및 채널이 보상된 파일럿을 가지고 반송파 위상 오차 파라미터를 추정하는 반송파 위상 오차 추정부를 포함한다.In the orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) system, the present invention provides a residual frequency error, phase error, time error, and magnitude change tracking device for improving the performance and tracking speed of a phase and time error tracking method used in an existing OFDM system. It's about how. In accordance with an aspect of the present invention, a frequency error, phase error, time error, and magnitude change tracking device comprises: a frequency error compensator for compensating a tracking carrier error tracking value with an initial carrier frequency error estimate in a time domain; A magnitude tracking compensator configured to adjust a magnitude of a signal by multiplying an output value corresponding to a power calculation amount of a received pilot signal by a fast Fourier transform (FFT) input signal; A channel compensator for outputting a channel-compensated signal by multiplying a conjugate complex number of a frequency channel response of the received pilot signal by a received pilot signal; A carrier frequency error estimator for estimating a carrier frequency error parameter with a channel compensated pilot and providing a tracking carrier frequency error tracking value; A time error estimator for estimating a time error parameter with the channel compensated pilot; And a carrier phase error estimator for estimating a carrier phase error parameter with the channel compensated pilot.

동기, OFDM, 주파수 오차, 위상 오차, 시간 오차, 크기 추적 Sync, OFDM, Frequency Error, Phase Error, Time Error, Magnitude Tracking

Description

OFDM 시스템을 위한 잔여 주파수 오차, 위상 오차, 시간 오차 및 크기 변화 추적 장치 및 그 방법 {Methods for tracking Residual frequency, phase, timing offset and signal amplitude variation in OFDM systems, and methods thereof}Residual frequency error, phase error, time error, and magnitude change tracking device for OPDM system and method thereof {Methods for tracking Residual frequency, phase, timing offset and signal amplitude variation in OFDM systems, and methods}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 IEEE 802.11a의 프레임 구조를 나타내는 도면이다.1 is a diagram illustrating a frame structure of IEEE 802.11a according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 IEEE 802.11a의 OFDM 부반송파 배치를 나타내는 도면이다.2 is a diagram illustrating an OFDM subcarrier arrangement of IEEE 802.11a according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 파일럿 부반송파를 이용하여 반송파 위상의 변화를 추정하는 것을 나타내는 블록 구성도이다.3 is a block diagram illustrating estimating a change in carrier phase using a pilot subcarrier according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 파일럿 부반송파를 이용하여 시간 오차를 추정하는 것을 나타내는 블록 구성도이다.4 is a block diagram illustrating estimating a time error using a pilot subcarrier according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 파일럿 부반송파를 이용하여 반송파 주파수 오차를 추정하는 것을 나타내는 블록 구성도이다.5 is a block diagram illustrating estimating a carrier frequency error using a pilot subcarrier according to an embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 파일럿 부반송파를 이용하여 신호 크기 변화에 따라 신호 크기를 보상하기 위한 이득을 계산하는 것을 나타내는 블록 구성도이다.6 is a block diagram illustrating calculating a gain for compensating a signal size according to a change in signal size using a pilot subcarrier according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 추정치를 보상하기 전에 통과할 루프 필터의 구성을 나타내는 도면이다.7 is a diagram illustrating a configuration of a loop filter to pass before compensating an estimate according to an embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 시스템을 위한 잔여 주파수 오차, 위상 오차, 시간 오차 및 크기 변화 추적 장치의 블록 구성도이다.8 is a block diagram of an apparatus for tracking a residual frequency error, a phase error, a time error, and a magnitude change for an OFDM system according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 추적 성능을 보이기 위한 BPSK 성상도로서, 추적하기 전의 성상도를 나타내는 도면이다.9 is a BPSK constellation for showing tracking performance according to an embodiment of the present invention, and shows a constellation before tracking.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 추적 성능을 보이기 위한 BPSK 성상도로서, 추적하기 후의 성상도를 나타내는 도면이다.FIG. 10 is a BPSK constellation for showing tracking performance according to an embodiment of the present invention and is a diagram showing a constellation after tracking.

본 발명은 OFDM 시스템을 위한 잔여 주파수 오차, 위상 오차, 시간 오차 및 크기 변화 추적 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; OFDM) 시스템에 있어서, 기존 OFDM 시스템에 이용되었던 위상 및 시간 오차 추적 방식의 성능 및 추적 속도를 향상시키기 위한 잔여 주파수 오차, 위상 오차, 시간 오차 및 크기 변화 추적 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for tracking residual frequency error, phase error, time error, and magnitude change for an OFDM system, and more particularly, in an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) system, The present invention relates to a residual frequency error, phase error, time error, and magnitude change tracking device and method for improving the performance and tracking speed of a phase and time error tracking method used in a system.

기존 OFDM 패킷 통신의 대표적인 규격 예라고 할 수 있는 IEEE 802.11a에 따르면 초기 프리앰블을 이용하여 주파수 및 시간 동기를 맞추게 된다. 하지만, 초기 주파수 오차 추정 오차에 의한 잔여 주파수 오차, 샘플링 주파수 오차 및 주파 수 천이, 그리고 한 프레임 내에서의 신호의 크기 변화 등 다양한 원인으로 생길 수 있는 시스템 성능 저하를 극복하기 위해서 여러 가지 동기 추적 알고리즘들이 필요하다.According to IEEE 802.11a, which is a representative standard example of conventional OFDM packet communication, frequency and time synchronization is performed using an initial preamble. However, in order to overcome the system performance degradation caused by various factors such as residual frequency error due to initial frequency error estimation error, sampling frequency error and frequency shift, and signal size change in one frame, various synchronization tracking algorithms I need it.

이러한 OFDM 방식에서, 먼저, 반송파 주파수 오차가 미치는 영향을 살펴보면 다음과 같다.In this OFDM scheme, first, the influence of the carrier frequency error is as follows.

상기 반송파 주파수 오차의 경우, 모든 부반송파가 일정한 위상 천이가 있고, 부반송파간 간섭(inter carrier interference: ICI)이 존재한다. 또한,

Figure 112005022681985-PAT00001
이라는 송신 신호가
Figure 112005022681985-PAT00002
의 채널 주파수 응답을 갖는 채널을 통과하고,
Figure 112005022681985-PAT00003
만큼의 주파수 오차를 갖고 있을 때,
Figure 112005022681985-PAT00004
번째 부반송파의 수신 신호(
Figure 112005022681985-PAT00005
)가 다음의 수학식 1처럼 주어진다.In the case of the carrier frequency error, all subcarriers have a constant phase shift, and intercarrier interference (ICI) exists. Also,
Figure 112005022681985-PAT00001
Is a transmission signal
Figure 112005022681985-PAT00002
Passes through a channel with a channel frequency response of
Figure 112005022681985-PAT00003
When we have as much frequency error,
Figure 112005022681985-PAT00004
Received signal of the first subcarrier (
Figure 112005022681985-PAT00005
Is given by Equation 1 below.

Figure 112005022681985-PAT00006
Figure 112005022681985-PAT00006

여기서, N은 고속 퓨리에 변환(Fast Fourier Transform: FFT)의 포인트 수, 즉, 총 부반송파의 개수를 가리킨다. 또한, 상기

Figure 112005022681985-PAT00007
는 부반송파간 간섭으로서, 다음의 수학식 2와 같이 주어진다.Here, N indicates the number of points of the fast Fourier transform (FFT), that is, the total number of subcarriers. Also, the
Figure 112005022681985-PAT00007
Is an inter-carrier interference, and is given by Equation 2 below.

Figure 112005022681985-PAT00008
Figure 112005022681985-PAT00008

다음으로, 시간 오차가 있을 경우, OFDM 부반송파의 인덱스에 비례하여 위상 오차가 증가하는 형태로 나타나고, 그 오차와 기울기는 비례한다.Next, when there is a time error, the phase error increases in proportion to the index of the OFDM subcarrier, and the error and the slope are proportional to each other.

따라서, 한 FFT 구간이 전체적으로 l=0, l≠k 만큼의 오차가 있을 경우, 오차가 있는 주파수 영역 신호(

Figure 112005022681985-PAT00009
)와 오차가 없을 때의 주파수 영역 신호(
Figure 112005022681985-PAT00010
) 사이의 관계는 다음 수학식 3과 같다.Therefore, if one FFT section has an error of l = 0 and l ≠ k as a whole, the frequency domain signal having an error (
Figure 112005022681985-PAT00009
) And the frequency domain signal (without error)
Figure 112005022681985-PAT00010
) Is expressed by Equation 3 below.

Figure 112005022681985-PAT00011
Figure 112005022681985-PAT00011

여기서,

Figure 112005022681985-PAT00012
이다. 따라서, 같은 시간 오차를 갖고 있더라도 DC 근처에 있는 낮은 주파수 성분들은 그 영향이 적지만, 높은 주파수 성분에서 그 영향이 커진다.here,
Figure 112005022681985-PAT00012
to be. Thus, even though they have the same time error, the low frequency components near DC have less effect, but the effect is higher at the high frequency component.

그런데, 이와 같은 오차들을 추적 및 보상하지 않을 경우, 프레임 처음 부분에서 별 영향이 없지만, 끝 부분으로 갈수록 그 영향이 누적되어 성능 저하가 심해지게 된다.However, if the errors are not tracked and compensated for, there is little effect at the beginning of the frame, but the effects accumulate toward the end, resulting in severe performance degradation.

따라서, 이와 같은 오차들을 추정하기 위해서 고정된 패턴을 갖고 있는 파일럿 심벌을 이용한다.Therefore, a pilot symbol having a fixed pattern is used to estimate such errors.

상기 파일럿 심벌을 이용하는 종래 기술로서, 추정한 위상의 평균치와 그 기울기를 루프 필터를 통과시킨 후, 그 다음에 상기 파일럿 심벌에 보상해주는 피드백 방식이 발표되었다. 이러한 피드백 방식을 이용하는 종래 기술은 잔여 반송파 오차가 아주 작고, 시간 오차의 변화 역시 아주 작다는 가정에서, 원하는 시스템 성능을 얻게 된다.As a conventional technique using the pilot symbols, a feedback scheme has been disclosed in which the average of the estimated phases and their slopes are passed through a loop filter and then compensated for the pilot symbols. The prior art using this feedback scheme achieves the desired system performance on the assumption that the residual carrier error is very small and the variation in time error is also very small.

한편, 종래 기술로서, 미합중국 특허번호 제6,122,24호(등록일: 199년 7월 25일)에는 "Apparatus and Method for Clock Synchronization in a Multi-Point OFDM/DMT Digital Communications Systems"라는 명칭의 발명이 개시되어 있다.Meanwhile, as a prior art, US Patent No. 6,122,24 (Registration Date: July 25, 199) discloses an invention named "Apparatus and Method for Clock Synchronization in a Multi-Point OFDM / DMT Digital Communications Systems". It is.

구체적으로, 상기 선행 발명은, OFDM 방식을 사용하는 통신시스템에서 송신단의 클럭의 주파수와 수신단의 주파수 사이의 차이를 파일롯이 위치한 부채널과 그 인접 채널의 신호 정보를 이용하여 추정과 추적하는 방식을 제공하기 위하여, 수신단에서 파일롯 신호를 바탕으로 주파수 오차를 추정하는 방식을 사용하고, 또한, 수신단에서 파일롯 신호를 포함하고 있는 부심볼을 검색하여, 그 검색 결과 선택된 파일롯 신호와 인접 파일롯 신호와의 위상차이를 구하여 이 정보를 바탕으로 샘플링 주파수 오차를 구하는 방식을 개시하고 있다.Specifically, the above-described invention is a method for estimating and tracking the difference between the frequency of the clock of the transmitter and the frequency of the receiver in the communication system using the OFDM scheme by using the signal information of the subchannel and the adjacent channel where the pilot is located. In order to provide, the receiver uses a method of estimating a frequency error based on a pilot signal, and also searches for a subsymbol containing a pilot signal at a receiver, and finds a phase of the selected pilot signal and an adjacent pilot signal. A method of obtaining a sampling frequency error based on this information by obtaining a difference is disclosed.

한편, M. Luise 등이 "Carrier Frequency Acquisition and Tracking for OFDM Systems," IEEE Transactions on Communications, vol. 44, no. 11, pp. 1590 ∼1598, Nov. 1996 에서 부반송파들의 복조 심벌과 수신 심벌 사이 위상 차이의 추이를 보고 주파수 오차를 추적하는 방식을 제안하였다.On the other hand, M. Luise et al., "Carrier Frequency Acquisition and Tracking for OFDM Systems," IEEE Transactions on Communications, vol. 44, no. 11, pp. 1590-1598, Nov. In 1996, we proposed a method of tracking the frequency error by looking at the phase difference between the demodulated symbol and the received symbol of subcarriers.

또한, Baoguo Yang이 "Timing recovery for OFDM transmission," IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 18, no. 11, pp. 2278-2291, Nov 2000에서 샘플링 클럭의 주파수 동기를 위해서 DLL(Delay-locked Loop)를 사용하여 클럭 주파수의 오차로 인한 심볼 타이밍의 변화를 추적할 수 있는 방식을 제안하였다.Baoguo Yang also describes "Timing recovery for OFDM transmission," IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 18, no. 11, pp. 2278-2291, Nov 2000, proposed a method for tracking symbol timing change due to clock frequency error using DLL (Delay-locked Loop) for frequency synchronization of sampling clock.

전술한 바와 같이, 무선 LAN과 같은 OFDM 패킷 통신 시스템은 프레임의 초반부에 프리앰블에서 얻은 채널 추정치와 주파수 오차 추정치를 이용하여 동기를 획득(acquisition)하는데, 프레임이 길 경우, 그 오차가 누적되어 큰 성능 열화를 일으킨다. 또한, 고정된 주파수 오차와 샘플링 주파수 오차에 의해서 생기는 시간에 따라 일정하게 증가 또는 감소하는 시간 오차에 의한 영향을 주파수 영역의 파일럿 심벌을 이용하여 추정하고 그 영향을 보상해준다. 또한, 전술한 수학식 1과 수학식 2에서, 작은 양의 주파수 오차는 일정한 위상 오차로, 시간 오차는 기울기를 갖는 위상 오차로 나타난다.As described above, an OFDM packet communication system such as a wireless LAN acquires synchronization by using channel estimates and frequency error estimates obtained from a preamble at the beginning of a frame. Causes deterioration. In addition, the influence of the time error that increases or decreases constantly with time caused by the fixed frequency error and the sampling frequency error is estimated using the pilot symbols in the frequency domain and compensates for the effect. In addition, in the above Equations 1 and 2, a small amount of frequency error is represented by a constant phase error, and a time error is represented by a phase error having a slope.

종래 기술은 오차의 양이 작아서 피드백 방식으로 보상하더라도 성능 저하가 거의 없는 경우에 적용할 수 있지만, 실제 상황에서 이와 같은 오차뿐만 아니라 라디오 주파수(radio frequency: RF) 회로 및 아날로그 회로의 등의 영향으로 갑작스런 주파수 천이 및 위상 천이가 있을 수 있고, 또한, 송수신기 증폭기가 켜지는 순간에 신호의 크기가 서서히 커지는 현상에 의한 신호 크기 변화가 있을 수 있기 때문에, OFDM 시스템의 성능 저하가 발생하게 된다는 문제점이 있다.The prior art can be applied in the case where the amount of error is small and there is almost no performance deterioration even if it is compensated by the feedback method. However, due to the influence of radio frequency (RF) circuit and analog circuit in addition to such error in actual situation, There may be a sudden frequency shift and phase shift, and also, there may be a change in signal size due to a gradual increase in the magnitude of the signal at the moment the transceiver amplifier is turned on, resulting in performance degradation of the OFDM system. .

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 기존 OFDM 시스템에 이용되었던 위상 및 시간 오차 추적 방식의 성능 및 추적 속도를 향상시킬 수 있는 OFDM 시스템을 위한 잔여 주파수 오차, 위상 오차, 시간 오차 및 크기 변화 추적 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention for solving the above problems, the residual frequency error, phase error, time error and magnitude change for the OFDM system that can improve the performance and tracking speed of the phase and time error tracking scheme used in the conventional OFDM system It is to provide a tracking device and a method thereof.

상기 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 OFDM 시스템을 위한 잔여 주파수 오차, 위상 오차, 시간 오차 및 크기 변화 추적 장치는,As a means for achieving the above object, the residual frequency error, phase error, time error and magnitude change tracking device for the OFDM system according to the present invention,

직교주파수 분할 다중화(OFDM) 시스템을 위한 잔여 주파수 오차, 위상 오차, 시간 오차 및 크기 변화 추적 장치에 있어서,A residual frequency error, phase error, time error, and magnitude change tracking device for an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) system,

추적 반송파 오차 추적치를 초기 반송파 주파수 오차 추정치와 더하여 시간 영역에서 보상하는 주파수 오차 보상부;A frequency error compensator for compensating in the time domain by adding a tracking carrier error tracking value with an initial carrier frequency error estimate;

수신 파일럿 신호의 전력 계산량에 대응하는 출력값을 고속 퓨리에 변환(FFT)된 입력 신호에 곱해서 신호의 크기를 조절하는 크기 추적 보상부;A magnitude tracking compensator configured to adjust a magnitude of a signal by multiplying an output value corresponding to a power calculation amount of a received pilot signal by a fast Fourier transform (FFT) input signal;

상기 수신 파일럿 신호의 주파수 채널 응답의 공액복소수를 상기 수신 파일럿 신호에 곱하여 채널이 보상된 신호를 출력하는 채널 보상부;A channel compensator for outputting a channel-compensated signal by multiplying a conjugate complex number of a frequency channel response of the received pilot signal by the received pilot signal;

상기 채널이 보상된 파일럿을 가지고 반송파 주파수 오차 파라미터를 추정하며, 상기 추적 반송파 주파수 오차 추적치를 제공하는 반송파 주파수 오차 추정부;A carrier frequency error estimator for estimating a carrier frequency error parameter with the pilot compensated for by the channel and providing a tracking carrier frequency error tracking value;

상기 채널이 보상된 파일럿을 가지고 시간 오차 파라미터를 추정하는 시간 오차 추정부; 및A time error estimator for estimating a time error parameter with the pilot compensated for by the channel; And

상기 채널이 보상된 파일럿을 가지고 반송파 위상 오차 파라미터를 추정하는 반송파 위상 오차 추정부Carrier phase error estimator for estimating a carrier phase error parameter with the channel compensated pilot

를 포함하는 것을 특징으로 한다.Characterized in that it comprises a.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 OFDM 시스템을 위한 잔여 주파수 오차, 위상 오차, 시간 오차 및 크기 변화 추적 방법은,In addition, as another means for achieving the above object, the residual frequency error, phase error, time error and magnitude change tracking method for the OFDM system according to the present invention,

OFDM 시스템을 위한 잔여 주파수 오차, 위상 오차, 시간 오차 및 크기 변화 추적 방법에 있어서,In the residual frequency error, phase error, time error and magnitude change tracking method for an OFDM system,

a) 수신 파일럿 심볼의 위상의 합을 이용하여 반송파 주파수 오차를 추정하는 단계;a) estimating a carrier frequency error using the sum of the phases of the received pilot symbols;

b) 상기 수신 파일럿 심볼의 위상의 기울기를 추정하여 시간 오차를 추정하는 단계;b) estimating a time error by estimating the slope of the phase of the received pilot symbol;

c) 잔여 주파수 오차가 크거나 순간적인 주파수 위상 천이가 있는 경우, 상기 수신 파일럿 심볼을 이용하여 주파수 오차를 추정하여 FFT 전 시간 영역에서 보상하는 단계;c) if the residual frequency error is large or there is a momentary frequency phase shift, estimating a frequency error using the received pilot symbol and compensating for the entire time domain before the FFT;

d) 상기 c) 단계의 주파수 오차가 큰 경우, 추적 반송파 오차 추적치에 초기 반송파 주파수 오차를 더하여 주파수 오차를 보상하는 단계; 및d) compensating for the frequency error by adding an initial carrier frequency error to the tracking carrier error tracking value when the frequency error of step c) is large; And

e) 상기 파일럿 심볼을 이용하여 신호의 크기에 따른 크기 오차를 추정하는 단계e) estimating a magnitude error according to the magnitude of the signal using the pilot symbol

를 포함하는 것을 특징으로 한다.Characterized in that it comprises a.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 시스템을 위한 잔여 주파수 오차, 위상 오차, 시간 오차 및 크기 변화 추적 장치 및 그 방법을 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, an apparatus and a method for tracking a residual frequency error, a phase error, a time error, and a magnitude change for an OFDM system according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail.

본 발명의 실시예는 종래 기술의 잔여 반송파 주파수 오차 및 시간 오차의 보상뿐만 아니라, 패킷 내에서 주파수 및 위상 천이와 크기 변화까지 보상하여 전체적인 동기 및 크기(amplitude)를 추적(tracking)하는 장치 및 방법을 개시한다.Embodiments of the present invention provide an apparatus and method for tracking overall synchronization and amplitude by compensating for frequency and phase shifts and magnitude changes in a packet as well as compensation for residual carrier frequency errors and time errors in the prior art. Initiate.

또한, 본 발명의 실시예는, 기존의 IEEE 802.11a 단일 안테나 OFDM 방식에 이용하던 방식과 비슷하지만, 다중 안테나 시스템으로 확장하면서 각 안테나별로 주파수, 위상, 및 시간 오차들을 추적해 나가며, 또한, 매 OFDM 심벌마다 할당된 파일럿 부반송파를 이용하여 각각의 파라미터를 추정하고, 이를 루프 필터를 통과시킨 후, 그 다음에 OFDM 심벌에서 보상해주는 방식을 취하게 된다. 그러나, 이렇게 할 경우, 파라미터 추정 시간과 보상 시간 사이의 오차로 인한 성능 저하가 있을 수 있기 때문에, 피드백(feedback) 방식과 더불어 피드포워드(feed forward) 방식까지 적용함으로써, 기존 방식보다 추적 성능 및 속도를 향상시키게 된다.In addition, the embodiment of the present invention is similar to the method used in the existing IEEE 802.11a single-antenna OFDM scheme, but it extends to a multi-antenna system and tracks frequency, phase, and time errors for each antenna. Each parameter is estimated using the pilot subcarriers allocated to each OFDM symbol, and then passed through a loop filter, and then a compensation method is performed in the OFDM symbol. However, in this case, since there may be a performance degradation due to an error between the parameter estimation time and the compensation time, by applying the feed forward method as well as the feedback method, the tracking performance and speed than the conventional method are applied. Will improve.

이를 위해서 본 발명의 실시예는 파일롯 부반송파만을 우선 추출하기 위해서 이산 퓨리에 변환(Discrete Fourier Transform)을 이용하며, 이를 이용하여 얻은 파일럿 부반송파를 이용하여 추적 파라미터를 우선 추정하고, 그 OFDM 심벌의 데이터 부반송파에 이를 바로 반영할 수 있다. 또한, 이와 더불어 RF 아날로그 회로의 영향 등으로 생길 수 있는 주파수 천이에 효과적으로 대응하기 위해서 주파수 천이를 추정하고, 이를 보상하는 과정과 전력 증폭기의 특성에 의한 수신 신호의 크기 변화 역시 추적할 수 있는 기능을 추가함으로써, OFDM 시스템의 성능을 향상시키게 된다.To this end, an embodiment of the present invention uses a Discrete Fourier Transform to first extract only the pilot subcarriers, and first estimates the tracking parameters using the pilot subcarriers obtained by using the discrete subcarriers, and then applies the data subcarriers of the OFDM symbols. This can be reflected immediately. In addition, in order to effectively cope with the frequency shift that may occur due to the effects of the RF analog circuit, the process of estimating and compensating the frequency shift and tracking the change of the received signal due to the characteristics of the power amplifier are also provided. By adding, the performance of the OFDM system is improved.

한편, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 IEEE 802.11a의 프레임 구조를 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 IEEE 802.11a의 OFDM 부반송파 배치를 나타내는 도면이다. IEEE 802.11a의 예에서와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 프레임의 형태가 도 1과 같은 형태를 갖고, OFDM 심벌의 부반송파 배치가 도 2 와 같다고 가정한다.1 is a diagram illustrating a frame structure of IEEE 802.11a according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram illustrating an OFDM subcarrier arrangement of IEEE 802.11a according to an embodiment of the present invention. As in the example of IEEE 802.11a, it is assumed that the frame according to the embodiment of the present invention has the form as shown in FIG. 1, and the subcarrier arrangement of the OFDM symbol is as shown in FIG.

도 1을 참조하면, IEEE 802.11a의 프레임 구조는, 신호 검출, AGC, 다이버시티 선택을 위한 구간, Coarse 주파수 오프셋 특정 및 타이밍 동기화 구간, 그리고 채널 및 미세 주파수 오프셋 측정 구간이 주어지며, 또한, 보호구간(Guard Interval)이 삽입되는 구조를 갖는다.Referring to FIG. 1, the frame structure of IEEE 802.11a is given signal detection, AGC, interval for diversity selection, coarse frequency offset specification and timing synchronization interval, and channel and fine frequency offset measurement interval. It has a structure in which a guard interval is inserted.

한편, 프레임의 시작에 짧은 프리앰블과 긴 프리앰블이 있어서, 초기 주파수 오차를 추정하고, 이 추정치로 프레임 전체를 보상한다. 또한, 상기 긴 프리앰블을 이용하여 초기 시간 오차를 포함한 채널을 추정하고, OFDM 심벌 단위로 보상하게 된다.On the other hand, there is a short preamble and a long preamble at the beginning of the frame, where the initial frequency error is estimated and the estimate compensates for the entire frame. In addition, the channel including the initial time error is estimated using the long preamble and compensated in units of OFDM symbols.

그러나, 초기 추정 오류에 의한 잔여 오차가 있을 수 있고, 시간에 다른 변화가 있을 수 있기 때문에, 이를 추적하기 위한 OFDM 심벌 내에 고정된 부반송파에 고정된 파일럿 심벌을 삽입하게 된다. 즉, IEEE 802.11a의 규격에서는 도 2에 도시된 바와 같이, -21, -7, 7, 21 부반송파에 파일럿을 삽입하였다.However, since there may be a residual error due to an initial estimation error and there may be other changes in time, a fixed pilot symbol is inserted into a fixed subcarrier in an OFDM symbol for tracking it. That is, in the IEEE 802.11a standard, pilots are inserted into -21, -7, 7, 21 subcarriers as shown in FIG.

한편, 상기 파일럿 심벌을 이용하여, 각각의 파라미터들을 추정하는 방식에 대하여 설명하면 다음과 같다.Meanwhile, a method of estimating each parameter using the pilot symbol will be described below.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 파일럿 부반송파를 이용하여 반송파 위상의 변화를 추정하는 것을 나타내는 블록 구성도이다.3 is a block diagram illustrating estimating a change in carrier phase using a pilot subcarrier according to an embodiment of the present invention.

상기 반송파 주파수 오차는 다음의 수학식 4와 같이, 수신 파일럿의 위상의 합을 이용하여 추정할 수 있다.The carrier frequency error can be estimated using the sum of the phases of the received pilots, as shown in Equation 4 below.

Figure 112005022681985-PAT00013
Figure 112005022681985-PAT00013

여기서,

Figure 112005022681985-PAT00014
Figure 112005022681985-PAT00015
번째 OFDM 심벌에 대한 위상 추정치이고,
Figure 112005022681985-PAT00016
Figure 112005022681985-PAT00017
번째 OFDM 심벌에 수신 파일럿 심벌을 나타난다. 또한,
Figure 112005022681985-PAT00018
는 약속된 i번째 부반송파에 대한 송신 파일럿 심벌이다. 이때, 상기 P는 모든 파일럿 심벌의 인덱스로 이루어진 집합이다.here,
Figure 112005022681985-PAT00014
Is
Figure 112005022681985-PAT00015
Is a phase estimate for the first OFDM symbol,
Figure 112005022681985-PAT00016
Is
Figure 112005022681985-PAT00017
The received pilot symbol is shown in the first OFDM symbol. Also,
Figure 112005022681985-PAT00018
Is the transmit pilot symbol for the promised i-th subcarrier. In this case, P is a set consisting of indices of all pilot symbols.

구체적으로, 도 3을 참조하면, 송신 파일럿(

Figure 112005022681985-PAT00019
)은 공액복소수 계산부(310)를 거쳐 곱셈기(320)를 통해 상기 수신 파일럿(
Figure 112005022681985-PAT00020
)과 곱해지고, 이후, 지연부(340)에서 지연된 양과 가산기(330)에 의해 더해진 후, 위상 추출부(350)에서 위상이 추출되어 반송파 위상 오차 추정치를 출력하게 된다. 즉, 반송파 주파수 오차는 수신 파일럿의 위상(
Figure 112005022681985-PAT00021
)의 합을 이용하여 추정하게 된다.Specifically, referring to FIG. 3, a transmission pilot (
Figure 112005022681985-PAT00019
) Through the multiplier 320 via the conjugate complex calculator 310 receives the received pilot (
Figure 112005022681985-PAT00020
), And then added by the adder 330 and the amount delayed by the delay unit 340, the phase is extracted by the phase extraction unit 350 to output a carrier phase error estimate. That is, the carrier frequency error is the phase of the received pilot (
Figure 112005022681985-PAT00021
Estimate using the sum of

한편, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 파일럿 부반송파를 이용하여 시간 오차를 추정하는 것을 나타내는 블록 구성도이다.4 is a block diagram illustrating estimating a time error using a pilot subcarrier according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 시간 오차 추정부는 위상의 기울기를 추정하는 형태인 다음의 수학식 5와 같은 형태로 이루어진다. 즉, 첫 번째와 세 번째, 두 번째와 네 번째 파일럿 사이의 위상 차이를 이들의 인덱스 차이인 28로 나눈 값이

Figure 112005022681985-PAT00022
번째 OFDM 심벌의 시간오차인
Figure 112005022681985-PAT00023
가 된다. Referring to FIG. 4, the time error estimator is configured as shown in Equation 5 below, which is a form of estimating a slope of a phase. That is, the phase difference between the first and third, second and fourth pilots divided by their index difference of 28
Figure 112005022681985-PAT00022
Time error of the first OFDM symbol
Figure 112005022681985-PAT00023
Becomes

Figure 112005022681985-PAT00024
Figure 112005022681985-PAT00024

구체적으로, 첫 번째 수신 및 송신 파일럿이 R-21,k와 S-21로 주어지고, 두 번째 수신 및 송신 파일럿이 R-7,k와 S-7로 주어지며, 세 번째 수신 및 송신 파일럿이 R21,k와 S21로 주어지고, 네 번째 수신 및 송신 파일럿이 R7,k와 S7 로 주어지는 경우, 첫 번째와 세 번째, 두 번째와 네 번째 파일럿 사이의 위상 차이를 이들의 인덱스 차이인 28로 나눈 값이

Figure 112005022681985-PAT00025
번째 OFDM 심벌의 시간오차인
Figure 112005022681985-PAT00026
가 된다. 여기서, 도면부호 411, 413, 421, 423은 공액복소수 계산부, 미설명 도면부호 412, 414, 415, 422, 424, 425는 곱셈기를 나타내며, 도면부호 430은 가산기, 도면부호 440은 위상 추출부를 나타내며, 도면부호 450은 상기 인덱스 차이인 28로 나누기 위한 스케일링부를 나타낸다.Specifically, the first receive and transmit pilot is given by R -21, k and S -21 , the second receive and transmit pilot is given by R -7, k and S -7 , and the third receive and transmit pilot is Given R 21, k and S 21 , and the fourth receive and transmit pilot is given by R 7, k and S 7 , the phase difference between the first and third, second and fourth pilots is the index difference between them. Divided by 28
Figure 112005022681985-PAT00025
Time error of the first OFDM symbol
Figure 112005022681985-PAT00026
Becomes Here, reference numerals 411, 413, 421, and 423 denote conjugate conjugate calculation units, unexplained reference numerals 412, 414, 415, 422, 424 and 425 denote multipliers, reference numeral 430 denotes an adder, and reference numeral 440 denotes a phase extraction unit. Reference numeral 450 denotes a scaling unit for dividing by 28, which is the index difference.

한편, 프레임 내에서 잔여 주파수 오차가 클 경우, 또는 순간적인 주파수 천이가 있을 경우, 이를 추정하고, 이를 고속 퓨리에 변환(FFT) 전에 시간 영역에서 보상하기 위해서 파일럿 심벌을 이용한 주파수 오차 추정 부분이 있다. 이와 같은 주파수 오차가 클 경우, 이를 고속 퓨리에 변환(FFT) 후에 주파수 영역에서 단순한 위상으로 보상하면 부반송파간 간섭이 남아 있어 성능 열화가 생기게 된다.On the other hand, there is a frequency error estimation part using a pilot symbol to estimate the case when the residual frequency error in the frame is large, or if there is an instantaneous frequency shift, and to compensate for this in the time domain before the fast Fourier transform (FFT). If such a frequency error is large, compensating it for a simple phase in the frequency domain after the fast Fourier transform (FFT) causes interference between subcarriers, resulting in performance degradation.

따라서, 본 발명의 실시예는 상기 주파수 오차를 파일럿을 가지고 추정한 후에 초기 반송파 주파수 오차를 보상하는 부분에 추가하여 보상하는 형태를 취한다.Accordingly, the embodiment of the present invention takes the form of compensating the frequency error after adding the portion to compensate the initial carrier frequency error.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 파일럿 부반송파를 이용하여 반송파 주파수 오차를 추정하는 것을 나타내는 블록 구성도이다.5 is a block diagram illustrating estimating a carrier frequency error using a pilot subcarrier according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 사용하는 주파수 오차 추정 방식은 현재 OFDM 심벌의 위상과 이전 OFDM 심벌의 위상 차이를 추정하고 OFDM 심벌의 샘플 간격인 80(IEEE 802.11a의 경우)으로 나누는 형태를 취하는데, 다음의 수학식 6과 같이 주어진다.Referring to FIG. 5, the frequency error estimation method used takes the form of estimating the phase difference between the current OFDM symbol and the previous OFDM symbol and dividing it by 80 (for IEEE 802.11a), which is a sample interval of the OFDM symbol. Is given by Equation 6 below.

Figure 112005022681985-PAT00027
Figure 112005022681985-PAT00027

여기서

Figure 112005022681985-PAT00028
가 추정된 주파수 오차를 나타낸다. here
Figure 112005022681985-PAT00028
Denotes the estimated frequency error.

구체적으로, 수신 파일럿(Ri,K)은 제1 지연부(510), 공액복소수 계산부(520) 및 곱셈기(530)를 거친 후, 제2 지연부(55)와 가산기(540)와 더해진 후, 위상 추출부(56)에서 위상이 추출된 후, 스케일링부(570)에 의해 OFDM 심벌의 샘플 간격인 80으로 나뉘어진 후, 반송파 주파수 오차 추정치를 출력하게 된다.In detail, the reception pilot Ri and K pass through the first delay unit 510, the conjugate complex calculator 520, and the multiplier 530, and then are added to the second delay unit 55 and the adder 540. After the phase is extracted by the phase extraction unit 56, the scaling unit 570 divides the phase by 80, the sample interval of the OFDM symbol, and then outputs a carrier frequency error estimate.

마지막으로, 신호의 크기 보상을 위한 이득 추정하는 방법은 도 6과 같이 주어진다.Finally, a gain estimation method for signal magnitude compensation is given as shown in FIG. 6.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 파일럿 부반송파를 이용하여 신호 크기 변화에 따라 신호 크기를 보상하기 위한 이득을 계산하는 것을 나타내는 블록 구성도이다.6 is a block diagram illustrating calculating a gain for compensating a signal size according to a change in signal size using a pilot subcarrier according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 각 OFDM 심벌의 파일럿을 이용하여 다음의 수학식 7과 같이 신호의 크기(p_pwrk)를 계산한다.Referring to FIG. 6, a signal size p_pwrk is calculated using the pilot of each OFDM symbol as shown in Equation 7 below.

Figure 112005022681985-PAT00029
Figure 112005022681985-PAT00029

이때, 파일럿 전력 계산부(610)에서 이득 계산에 앞서서, 우선 기준전력 계산부(620)에서 기준 신호 크기(ref_pwr)를 정하는데, IEEE 802.11a와 같은 프레임 구조는 긴 프리앰블에서 파일럿의 위치에 해당하는 4개의 심벌을 가지고 신호 크기를 상기 수학식 7과 같은 방식으로 정한다.At this time, prior to the gain calculation in the pilot power calculation unit 610, the reference power calculation unit 620 first determines the reference signal size (ref_pwr), a frame structure such as IEEE 802.11a corresponds to the position of the pilot in the long preamble The signal magnitude is determined in the manner as shown in Equation 7 with four symbols.

또한, 다음의 수학식 8과 같이, 오차 계산부(630)에서 신호의 크기 오차(error), 즉, 기준 전력과 수신 파일럿의 전력 차(ref_pwr - p_pwr)를 구하고, 이 오차와 기준 전력과의 비율을 이용하여, 신호 크기 보상이득 계산부(640)에서 상기 신호 크기의 보상 이득값(comp_gain)을 구하여 루프 입력으로 이용하게 된다.In addition, as shown in Equation 8 below, the error calculation unit 630 obtains a magnitude error of the signal, that is, a difference between the reference power and the received pilot power (ref_pwr-p_pwr), and compares the error with the reference power. Using the ratio, the signal magnitude compensation gain calculator 640 obtains a compensation gain value comp_gain of the signal magnitude and uses it as a loop input.

Figure 112005022681985-PAT00030
Figure 112005022681985-PAT00030

그러나, 전술한 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 계산된 위상, 시간 및 크기 오차 추정치를 바로 보상할 경우, 추정 오류에 대한 영향이 크기 때문에 이를 최소화하면서 보상 속도를 적절히 조절할 수 있도록 2차 루프 필터를 통과하게 되는데, 그 구조는 도 7과 같다. 여기서, 상기 반송파 주파수 오차의 경우, 후술할 도 8의 전체 구조에서 확인할 수 있는 바와 같이, 간단히 1차 루프를 이용하여 보상 정도를 결정할 수 있다.However, if the phase, time, and magnitude error estimates calculated immediately as shown in Figs. 4 to 6 are immediately compensated, the second loop can be appropriately adjusted while minimizing the effects on the estimation error. Pass through the filter, the structure is shown in FIG. Here, in the case of the carrier frequency error, as can be seen in the overall structure of FIG. 8 to be described later, the degree of compensation can be determined simply by using a first-order loop.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 추정치를 보상하기 전에 통과할 루프 필터 의 구성을 나타내는 도면이다.7 is a diagram illustrating a configuration of a loop filter to pass before compensating an estimate according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 추정치를 보상하기 전에 통과할 루프 필터의 구조는 일반적으로 많이 알려진 구조로서 두개의 루프 계수가 있는데, 제1 루프계수를 비례 이득(proportional gain)이라고 하고, 제2 루프계수를 적분 이득(integral gain)이라고 한다. 여기서, 제1 루프계수는 제1 곱셈기(710)에서 루프 입력과 곱해지고, 제2 루프계수는 제2 곱셈기(720)에서 루프 입력과 곱해진 후, 제1 지연부(740)와 제1 가산기(730)에 의해 더해진 후, 상기 제1 곱셈기(710)의 출력과 제1 가산부(730)의 출력은 제2 가산부(750)에서 더해진 후, 상기 제2 가산부(750)의 출력은 제2 지연부(770)와 제3 가산부(770)와 더해진 후 루프 출력을 하게 된다.Referring to FIG. 7, a structure of a loop filter to pass before compensating an estimate according to an embodiment of the present invention is generally known and has two loop coefficients. The first loop coefficient is referred to as proportional gain. The second loop coefficient is referred to as an integral gain. Here, the first loop coefficient is multiplied by the loop input in the first multiplier 710, the second loop coefficient is multiplied by the loop input in the second multiplier 720, and then the first delay unit 740 and the first adder. After the addition by 730, the output of the first multiplier 710 and the output of the first adder 730 are added by the second adder 750, and then the output of the second adder 750 is The loop output is performed after being added with the second delay unit 770 and the third adder 770.

한편, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 시스템을 위한 잔여 주파수 오차, 위상 오차, 시간 오차 및 크기 변화 추적 장치의 블록 구성도이다.8 is a block diagram illustrating a residual frequency error, a phase error, a time error, and a size change tracking device for an OFDM system according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 시스템을 위한 잔여 주파수 오차, 위상 오차, 시간 오차 및 크기 변화 추적 장치는 전술한 도 3 내지 도 7의 각각의 블록들은 도 8과 같은 전체적인 구조를 갖게 된다.Referring to FIG. 8, the apparatus for tracking residual frequency error, phase error, time error, and magnitude change for an OFDM system according to an embodiment of the present invention has the overall structure as shown in FIG. 8. Will have

먼저, 주파수 오차 보상부(801)는 초기 반송파 주파수 오차의 추정치(802)와 추적 반송파 오차 추적치의 합(803)을 가지고, 수신 신호에서 반송파 오차를 보상해주는 기능을 한다. 즉, 주파수 오차 보상부(801)는 추적 반송파 주파수 오차 추적치를 초기 반송파 주파수 오차 추정치와 더하여 시간 영역에서 보상하게 된다.First, the frequency error compensator 801 has a sum 803 of an initial carrier frequency error estimate 802 and a tracking carrier error tracking value, and serves to compensate for a carrier error in a received signal. That is, the frequency error compensator 801 compensates in the time domain by adding the tracking carrier frequency error tracking value to the initial carrier frequency error estimate.

또한, FFT부(804)는 시간 영역의 수신 신호를 주파수 영역 신호로 바꾸어 주 는 기능을 수행하는데, 상기 주파수 오차 보상부(801) 및 FFT부(804)는 OFDM 신호를 수신하기 위한 블록이다.In addition, the FFT unit 804 converts a received signal in the time domain into a frequency domain signal. The frequency error compensator 801 and the FFT unit 804 are blocks for receiving an OFDM signal.

다음으로, 크기 추적 보상부(805)는 파일럿 전력 계산부(907)의 출력을 루프 필터(808)를 통과시킨 후, 그 출력값을 입력 신호에 곱해서 신호의 크기를 조절하는 역할을 한다. 이와 같이 크기가 보상된 신호는 파일럿 부반송파 추출부(806)와 데이터 부반송파 추출부(809)로 출력된다.Next, the magnitude tracking compensation unit 805 passes the output of the pilot power calculation unit 907 through the loop filter 808 and then multiplies the output value by the input signal to adjust the magnitude of the signal. The size-compensated signal is output to the pilot subcarrier extractor 806 and the data subcarrier extractor 809.

상기 파일럿 데이터 추출부(806)는 전체 부반송파 중에서 파일럿 부반송파만을 선택하여 출력하고, 상기 데이터 부반송파 추출부(809)는 데이터 부반송파만을 선택 출력한다.The pilot data extractor 806 selects and outputs only pilot subcarriers among all subcarriers, and the data subcarrier extractor 809 selects and outputs only data subcarriers.

또한, 채널 보상부(812)는 다음의 수학식 9와 같이, 파일럿 신호의 주파수 채널 응답의 공액복소수(

Figure 112005022681985-PAT00031
)를 수신 파일럿 신호(
Figure 112005022681985-PAT00032
)에 곱하여 출력하는 역할을 한다.In addition, the channel compensator 812 is a conjugate complex number of the frequency channel response of the pilot signal as shown in Equation 9 below.
Figure 112005022681985-PAT00031
) Receives a pilot signal (
Figure 112005022681985-PAT00032
Multiply by)

Figure 112005022681985-PAT00033
Figure 112005022681985-PAT00033

또한, 상기 채널이 보상된 파일럿을 가지고 반송파 주파수 오차 추정부(825), 반송파 위상 오차 추정부(814) 및 시간 오차 추정부(815)는 각각의 파라미터를 추정하게 된다. 여기서, 각각의 파라미터가 추정된 상기 반송파 위상 오차 추정부(814) 및 시간 오차 추정부(815)는 루프 필터(816, 818)를 거치게 된다.The carrier frequency error estimator 825, the carrier phase error estimator 814, and the time error estimator 815 estimate the respective parameters with the pilot compensated for by the channel. Here, the carrier phase error estimator 814 and the time error estimator 815 through which each parameter is estimated pass through loop filters 816 and 818.

또한, 상기 반송파 주파수 오차 추정부(825)의 출력은 반송파 주파수 루프 이득(826)이 곱해지고, 지연부(829)와 더해진 후, 상기 반송파 주파수는 초기 반송파 주파수 오차 추정치와 같이 더해져서 상기 주파수 오차 보상부(801)에서 보상된다.Further, the output of the carrier frequency error estimator 825 is multiplied by a carrier frequency loop gain 826 and added to the delay unit 829, and then the carrier frequency is added together with an initial carrier frequency error estimate to give the frequency error. The compensation unit 801 is compensated.

또한, 시간 오차는 그 특성에 따라 파일럿 부반송파가 곱셈기(820)에 의해 곱해져서 파일럿 및 데이터 부반송파의 위상 보상부(813)에서 보상된다.In addition, the time error is multiplied by the multiplier 820 according to the characteristics of the pilot subcarrier is compensated by the phase compensation unit 813 of the pilot and data subcarriers.

마지막으로, 반송파 위상 오차는 파일럿 부반송파에 루프 필터(816) 출력이 보상되고, 데이터 부반송파에 현재 위상 추정치와 루프 필터 출력이 더해져서 보상된다. 즉, 반송파 위상을 추적하고 보상할 때, 파일럿에는 루프 필터 출력만으로 보상하고, 데이터 부반송파는 필터 출력에 현재 추정치를 더하여 보상한다.Finally, the carrier phase error is compensated by adding the loop filter 816 output to the pilot subcarrier and adding the current phase estimate and the loop filter output to the data subcarrier. That is, when tracking and compensating the carrier phase, the pilot compensates only the loop filter output, and the data subcarrier compensates by adding the current estimate to the filter output.

이와 같은 위상 변화의 경우, 현재 심벌에서 추정하고, 그 심벌에서 바로 보상하는 형태를 갖는다. 즉, 피드포워드적인 성질을 갖게 되는 것이다.In the case of such a phase change, it is estimated from the current symbol and has a form of compensating immediately from the symbol. That is, it has a feedforward property.

그런데, 피드포워드적인 성질을 갖기 위해서는 파일럿 심벌만을 위한 퓨리에 변환부를 두어 파일럿 심볼을 우선적으로 추출해 낼 필요성이 있을 수 있다. 이 경우에는 도 8의 구조가 약간 변경될 수 있지만, 상세한 설명은 생략하기로 한다.However, in order to have a feedforward property, it may be necessary to first extract the pilot symbols by having a Fourier transform unit for pilot symbols only. In this case, although the structure of FIG. 8 may be slightly changed, detailed description thereof will be omitted.

따라서, 본 발명의 실시예는 전술한 과정을 통하여 주파수, 위상, 시간 및 크기와 같은 오차들을 모두 추적해 가는 형태를 갖게 된다.Therefore, the embodiment of the present invention has a form of tracking all errors such as frequency, phase, time, and magnitude through the above-described process.

한편, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 추적 성능을 보이기 위한 BPSK 성상도로서, 추적하기 전의 성상도를 나타내는 도면이고, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 추적 성능을 보이기 위한 BPSK 성상도로서, 추적하기 후의 성상도를 나타내는 도면이다.Meanwhile, FIG. 9 is a BPSK constellation for showing tracking performance according to an embodiment of the present invention, and shows a constellation before tracking, and FIG. 10 is a BPSK constellation for showing tracking performance according to an embodiment of the present invention. The figure shows the constellation after tracking.

그리고, 이와 같은 회로를 수신 경로별로 둘 경우, 다중 수신 안테나 시스템에도 적용할 수 있다. 그리고 위와 같은 추적 과정이 없이 초기 동기만을 이용하였을 경우, BPSK의 성상점들이 도 9와 같이 왜곡되는 현상을 보이지만, 전술한 추적 과정을 통하여 도 10과 같이 정상적인 수신이 가능한 성상점으로 복원이 가능하게 된다.If such a circuit is provided for each reception path, the circuit can be applied to a multiple reception antenna system. When only the initial synchronization is used without the above tracking process, the constellation points of the BPSK are distorted as shown in FIG. 9, but the above-described tracking process enables restoration to a normal reception point as shown in FIG. 10. do.

이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.While the invention has been shown and described in connection with specific embodiments thereof, it will be appreciated that various modifications and changes can be made without departing from the spirit and scope of the invention as indicated by the claims. Anyone who owns it can easily find out.

본 발명에 따르면, 무선 패킷 통신 형태의 OFDM 시스템에서 초기 동기 오류 및 라디오 주파수 또는 아날로그 회로의 영향으로 생길 수 있는 여러 가지 동기 추적 및 신호 크기 변화를 추적함으로써 이들 오류에 의한 성능 열화를 방지할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 성능이 약간 떨어질 수 있는 반면에 비교적 저렴한 라디오 주파수 및 아날로그 소자를 이용하더라도 이를 보상할 수 있기 때문에 시스템 구현 비용을 줄일 수 있다.According to the present invention, performance degradation due to these errors can be prevented by tracking various synchronization tracking and signal size changes that may occur due to an initial synchronization error and influence of radio frequency or analog circuit in an OFDM system in a wireless packet communication form. . In addition, according to the present invention, performance can be slightly degraded, but the system implementation cost can be reduced because relatively low radio frequency and analog devices can be compensated for.

Claims (11)

직교주파수 분할 다중화(OFDM) 시스템을 위한 잔여 주파수 오차, 위상 오차, 시간 오차 및 크기 변화 추적 장치에 있어서,A residual frequency error, phase error, time error, and magnitude change tracking device for an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) system, 추적 반송파 오차 추적치를 초기 반송파 주파수 오차 추정치와 더하여 시간 영역에서 보상하는 주파수 오차 보상부;A frequency error compensator for compensating in the time domain by adding a tracking carrier error tracking value with an initial carrier frequency error estimate; 수신 파일럿 신호의 전력 계산량에 대응하는 출력값을 고속 퓨리에 변환(FFT)된 입력 신호에 곱해서 신호의 크기를 조절하는 크기 추적 보상부;A magnitude tracking compensator configured to adjust a magnitude of a signal by multiplying an output value corresponding to a power calculation amount of a received pilot signal by a fast Fourier transform (FFT) input signal; 상기 수신 파일럿 신호의 주파수 채널 응답의 공액복소수를 상기 수신 파일럿 신호에 곱하여 채널이 보상된 신호를 출력하는 채널 보상부;A channel compensator for outputting a channel-compensated signal by multiplying a conjugate complex number of a frequency channel response of the received pilot signal by the received pilot signal; 상기 채널이 보상된 파일럿을 가지고 반송파 주파수 오차 파라미터를 추정하며, 상기 추적 반송파 주파수 오차 추적치를 제공하는 반송파 주파수 오차 추정부;A carrier frequency error estimator for estimating a carrier frequency error parameter with the pilot compensated for by the channel and providing a tracking carrier frequency error tracking value; 상기 채널이 보상된 파일럿을 가지고 시간 오차 파라미터를 추정하는 시간 오차 추정부; 및A time error estimator for estimating a time error parameter with the pilot compensated for by the channel; And 상기 채널이 보상된 파일럿을 가지고 반송파 위상 오차 파라미터를 추정하는 반송파 위상 오차 추정부Carrier phase error estimator for estimating a carrier phase error parameter with the channel compensated pilot 를 포함하는 주파수 오차, 위상 오차, 시간 오차 및 크기 변화 추적 장치.Frequency error, phase error, time error and magnitude change tracking device comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반송파 위상 오차 추정부, 시간 오차 추정부 및 크기 추적 보상부는, 추정 오류에 대한 영향을 최소화하면서 보상 속도를 적절히 조절할 수 있도록 2차 루프 필터를 각각 구비하는 것을 특징으로 하는 주파수 오차, 위상 오차, 시간 오차 및 크기 변화 추적 장치.The carrier phase error estimator, the time error estimator, and the magnitude tracking compensator each include a second loop filter so as to appropriately adjust the compensation speed while minimizing the influence on the estimation error. Time error and size change tracking device. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 반송파 위상 오차 추정부는 상기 반송파 위상을 추적하고 보상할 때, 파일럿에는 상기 루프 필터 출력만으로 보상하고, 데이터 부반송파는 상기 루프 필터 출력에 현재 추정치를 더하여 보상하는 것을 특징으로 하는 주파수 오차, 위상 오차, 시간 오차 및 크기 변화 추적 장치.When the carrier phase error estimator tracks and compensates for the carrier phase, a pilot compensates only the loop filter output, and a data subcarrier compensates by adding a current estimate to the loop filter output. Time error and size change tracking device. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 반송파 위상 오차 추정부는 현재 심벌에서 추정하고, 그 심벌에서 바로 보상하는 피드포워드 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 주파수 오차, 위상 오차, 시간 오차 및 크기 변화 추적 장치.The carrier phase error estimator estimates from the current symbol and has a feedforward form that compensates directly from the symbol. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 반송파 위상 오차 추정부는 상기 피드포워드적인 형태를 갖기 위해서 파일럿 심벌만을 위한 퓨리에 변환부를 구비하여 파일럿 심볼을 우선적으로 추출하는 것을 특징으로 하는 주파수 오차, 위상 오차, 시간 오차 및 크기 변화 추적 장치.The carrier phase error estimating unit includes a Fourier transform unit for pilot symbols only in order to have the feedforward shape, and extracts pilot symbols preferentially, wherein the frequency error, phase error, time error, and magnitude change tracking device. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 시간 오차 추정부는 파일럿 부반송파가 곱해져서 파일럿 및 데이터 부반송파의 위상 보상부에서 상기 시간 오차가 보상되는 것을 특징으로 하는 주파수 오차, 위상 오차, 시간 오차 및 크기 변화 추적 장치.And the time error estimator is multiplied by a pilot subcarrier to compensate for the time error in the phase compensator of the pilot and data subcarriers. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반송파 주파수 오차 추정부는 간단히 1차 루프를 이용하여 보상 정도를 결정하는 것을 특징으로 하는 주파수 오차, 위상 오차, 시간 오차 및 크기 변화 추적 장치.And the carrier frequency error estimator simply determines a degree of compensation using a first-order loop. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 반송파 주파수 오차 추정부의 출력은 반송파 주파수 루프 이득이 곱해진 후, 상기 반송파 주파수가 상기 초기 반송파 주파수 오차 추정치와 같이 더해져서 상기 주파수 오차 보상부에서 보상되는 것을 특징으로 하는 주파수 오차, 위상 오차, 시간 오차 및 크기 변화 추적 장치.The output of the carrier frequency error estimator is multiplied by a carrier frequency loop gain, and then the carrier frequency is added together with the initial carrier frequency error estimate to compensate for the frequency error compensator. Error and size change tracking device. OFDM 시스템을 위한 잔여 주파수 오차, 위상 오차, 시간 오차 및 크기 변화 추적 방법에 있어서,In the residual frequency error, phase error, time error and magnitude change tracking method for an OFDM system, a) 수신 파일럿 심볼의 위상의 합을 이용하여 반송파 주파수 오차를 추정하 는 단계;a) estimating a carrier frequency error using the sum of the phases of the received pilot symbols; b) 상기 수신 파일럿 심볼의 위상의 기울기를 추정하여 시간 오차를 추정하는 단계;b) estimating a time error by estimating the slope of the phase of the received pilot symbol; c) 잔여 주파수 오차가 크거나 순간적인 주파수 위상 천이가 있는 경우, 상기 수신 파일럿 심볼을 이용하여 주파수 오차를 추정하여 FFT 전 시간 영역에서 보상하는 단계;c) if the residual frequency error is large or there is a momentary frequency phase shift, estimating a frequency error using the received pilot symbol and compensating for the entire time domain before the FFT; d) 상기 c) 단계의 주파수 오차가 큰 경우, 추적 반송파 오차 추적치에 초기 반송파 주파수 오차를 더하여 주파수 오차를 보상하는 단계; 및d) compensating for the frequency error by adding an initial carrier frequency error to the tracking carrier error tracking value when the frequency error of step c) is large; And e) 상기 파일럿 심볼을 이용하여 신호의 크기에 따른 크기 오차를 추정하는 단계e) estimating a magnitude error according to the magnitude of the signal using the pilot symbol 를 포함하는 주파수 오차, 위상 오차, 시간 오차 및 크기 변화 추적 방법.Frequency error, phase error, time error and magnitude change tracking method comprising a. 제9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 반송파 위상 오차, 시간 오차 및 크기 오차의 경우, 추정 오류에 대한 영향을 최소화하면서 보상 속도를 적절히 조절할 수 있도록 각각 2차 루프 필터를 거치는 것을 특징으로 하는 주파수 오차, 위상 오차, 시간 오차 및 크기 변화 추적 방법.In the case of the carrier phase error, time error, and magnitude error, the frequency error, phase error, time error, and magnitude change are respectively passed through a second loop filter so as to properly adjust the compensation speed while minimizing the influence on the estimation error. Tracking method. 제9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 e) 단계는, 상기 파일럿 심볼을 이용하여 신호의 크기에 따른 크기 오 차인 기준 전력과 수신 파일럿 심볼의 전력 차이를 구하고, 상기 크기 오차와 기준 전력과의 비율을 이용하여 상기 신호 크기의 보상 이득값을 결정하는 것을 특징으로 하는 주파수 오차, 위상 오차, 시간 오차 및 크기 변화 추적 방법.In the step e), the power difference between the reference power and the received pilot symbol, which is a magnitude error according to the signal size, is calculated using the pilot symbol, and the compensation gain of the signal size is calculated using the ratio between the magnitude error and the reference power. A method for tracking frequency error, phase error, time error, and magnitude change, comprising determining a value.
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