KR100492359B1 - Symbol timing detection apparatus of ofdm system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 OFDM 시스템의 심볼동기 검출장치에 관한 것으로, 프레임 구조의 주기적인 구조를 가지는 OFDM 신호를 심볼주기만큼 지연시켜 차신호를 발생시키고, 차신호에 대한 순시전력을 구하는 수단, 차신호 전력을 이동 평균하여 잡음의 영향을 줄이는 수단, 선행되는 훈련심볼에 대한 이동평균된 평균 잡음전력을 추정하여 최적 임계값을 설정하는 수단, 최적 임계값에 의해 변별된 차신호에 이동뺄셈법을 사용하여 후보 타이밍을 검출하는 수단, 검출된 후보 타이밍 정보로부터 실시간적으로 정확하고 신뢰성있는 기준타이밍을 식별 및 결정하는 기준 타이밍 결정 수단과, 기준 타이밍 정보로부터 심볼 타이밍을 발생시키는 심볼 타이밍 발생 수단으로 구성되는 것을 특징으로 하며, 추정된 평균 잡음전력을 이용하여 항상 최적의 잡음전력 임계값을 설정함으로써 채널환경과 무관하게 어떠한 채널에 대해서도 일정한 타이밍 검출성능을 제공하게 되고, 최적 임계값에 의해 판별된 신호에 대해 새로운 검출법인 이동뺄셈법(Moving Subtraction Method)을 적용함으로써 주파수 옵셋이 존재하는 경우나 원하지 않은 잡음이 존재하는 경우에 대해서도 효과적으로 '-'타이밍 (0의 타이밍위치보다 짧은 타이밍위치 즉, 0-n의 타이밍 위치)발생확율을 줄여 유리한 동기화 성능을 낼 뿐만 아니라 실시간 처리 방식으로 올바른 타이밍을 식별 및 결정하는 타이밍 결정부를 사용함으로써 고속으로 심볼 타이밍을 검출해 내게 되며, 그리고 뺄셈 연산에 의해 심볼 타이밍 검출이 행해지므로 신호처리의 단순화와 낮은 복잡도의 하드웨어를 구성할 수 있게 되는 효과가 있다.The present invention relates to an apparatus for detecting a symbol synchronization in an OFDM system. The present invention relates to a symbol synchronization device for generating a difference signal by delaying an OFDM signal having a periodic structure of a frame structure by a symbol period, and obtaining instantaneous power for the difference signal. Means for reducing the effect of noise by moving averaging; means for estimating the moving averaged average noise power for a preceding training symbol; setting an optimal threshold; candidate timing using a moving subtraction method for the difference signal discriminated by the optimal threshold; Means for detecting the signal, reference timing determining means for identifying and determining accurate and reliable reference timing in real time from the detected candidate timing information, and symbol timing generating means for generating symbol timing from the reference timing information. Using the estimated average noise power, always obtain the optimal noise power threshold. In this case, a constant timing detection performance is provided for any channel regardless of the channel environment, and a frequency offset exists by applying a new detection method, the moving subtraction method, to a signal determined by an optimal threshold value. Even in the presence of unwanted noise, it effectively reduces the probability of occurrence of '-' timing (timing position shorter than zero, that is, timing position of 0-n), resulting in favorable synchronization performance and real-time processing for correct timing. By using the timing determining unit for identifying and determining, symbol timing can be detected at high speed, and symbol timing detection is performed by subtraction operation, so that signal processing can be simplified and hardware of low complexity can be constructed.
Description
본 발명은 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiply ; 이하, 'OFDM'이라 칭함) 시스템의 심볼동기 검출장치에 관한 것으로, 특히 잡음 평균전력의 추정방법을 이용하여 채널환경에 구애받지 않고 항상 최적의 임계값을 제공함으로써 어떠한 채널에 대해서도 일정한 타이밍 검출성능을 제공하며, 주파수 옵셋이 존재하는 경우나 원하지 않은 잡음이 존재하는 경우에 대해서도 효과적으로 '-'타이밍 발생확율을 줄여 뛰어난 동기화 성능을 낼 수 있도록 하고, 뺄셈 연산에 의해 심볼 타이밍 검출이 행해지므로 신호처리의 단순화와 낮은 복잡도의 하드웨어 구성이 이룩될 수 있고 실시간 처리방식으로 OFDM 시스템에서의 심볼 동기화를 이룰 수 있도록 한 OFDM 시스템의 심볼동기 검출장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an apparatus for detecting symbol synchronization in an orthogonal frequency division multiplexing system (hereinafter referred to as 'OFDM'). Providing a threshold provides consistent timing detection for any channel, effectively reducing the probability of '-' timing in the presence of frequency offset or unwanted noise, resulting in excellent synchronization performance. The symbol timing detection is performed by a subtraction operation, so that the signal processing can be simplified and the hardware configuration of low complexity can be achieved, and the symbol synchronization detection apparatus of the OFDM system can achieve symbol synchronization in the OFDM system in a real-time processing manner. will be.
일반적으로 OFDM은 데이터 블록을 병렬로 처리하여 서로 직교하는 다수의 부반송파에 실어 병렬로 전송하는 방식이다. 이러한 OFDM 신호의 발생은 직렬의 데이터를 병렬변환후 역 고속 푸리에 변환(IFFT) 처리에 의하여 얻어진다. OFDM 신호는 데이터의 IFFT 처리구간을 데이터 샘플구간으로 하여 작성되는 데이터심볼과 훈련심볼에 의해 프레임단위로 구성되어진다.In general, OFDM processes data blocks in parallel and transmits them in parallel on a plurality of subcarriers orthogonal to each other. The generation of such an OFDM signal is obtained by inverse fast Fourier transform (IFFT) processing after serially converting serial data. The OFDM signal is constructed in units of frames by data symbols and training symbols that are created using the IFFT processing section of the data as the data sample section.
수신에서는 송신의 베이스밴드(기저대역)신호에 대해 아날로그 디지털변환후에 고속 푸리에 변환(FFT)방식을 사용하여 심볼복원후 데이터복조에 의해 데이터가 복원된다.In reception, data is recovered by data demodulation after symbol recovery using a fast Fourier transform (FFT) method after analog-to-digital conversion on a baseband (baseband) signal of transmission.
수신 시스템에서 유용한 데이터를 복원해 내기 위해서는 프레임 단위의 주기적 구조의 OFDM신호에서 데이터 심볼의 시작 타이밍을 맞추는 것이 매우 중요하게 되는데, 이러한 프레임의 시작타이밍을 맞추는 것을 프레임 동기라 하며 프레임 동기로부터 데이터 심볼기간의 FFT를 행하기 위한 심볼동기 타이밍을 발생하게 된다.In order to recover useful data in a receiving system, it is very important to match the start timing of data symbols in an OFDM signal having a periodic structure in units of frames, and to match the start timing of these frames is called frame synchronization. The symbol synchronization timing for performing the FFT is generated.
OFDM 신호의 심볼은 도 2에서와 같이 N_G`개 샘플의 보호구간과 N개 샘플의 데이터샘플구간에 의해 N_G`+`N`개의 샘플구간으로 구성되어진다. 심볼간의 간섭을 방지하기 위해 설정하는 보호구간은 데이터샘플의 끝부분 N_G`개 샘플을 복사하여 데이터샘플의 선두에 붙여 생성하며, 일반적으로 채널의 평균지연확산(delay spread) 시간보다 배 긴 값을 사용하며 데이터샘플구간은 보호구간보다 배 길게 하고 있다.The symbol of the OFDM signal is composed of N_G` + `N` sample intervals by the guard interval of N_G` samples and the data sample interval of N samples as shown in FIG. The protection interval set to prevent the interference between symbols is created by copying the N_G` samples at the end of the data sample and attaching it to the beginning of the data sample. Use a value that is twice as long and the data sample interval is greater than the guard interval. It's tummy long.
일반적으로 OFDM 시스템의 수신부는 도 1에 도시된 바와 같이, 수신되는 베이스밴드(기저대역)신호에 대해 디지털로 변환하는 아날로그 디지털 변환부(ADC)(1)와, 기준 심볼 타이밍을 검출하는 기준심볼타이밍 검출부(2)와, FFT윈도우 제어부(3)와, 가드인터벌 즉, 보호구간 제거부(4)와, 고속 푸리에 변환(FFT)부(5) 및 데이터 복조부(6)로 이루어진다. In general, a receiver of an OFDM system, as shown in FIG. 1, an analog-to-digital converter (ADC) 1 for converting digitally to a received baseband (baseband) signal and a reference symbol for detecting reference symbol timing. The timing detection unit 2, the FFT window control unit 3, the guard interval, that is, the guard interval elimination unit 4, the fast Fourier transform (FFT) unit 5 and the data demodulation unit 6 are formed.
종래에는 FFT윈도우 제어용 타이밍 펄스를 발생시키기 위하여 수신신호간의 상관특성을 이용하는 방식을 사용하고 있다. 이 방식은 주기적인 구조를 가지는 신호를 심볼 주기만큼 지연시켜 상관을 취한 후, 주기성의 상관값에 임계값을 비교시켜 기준 심볼 타이밍을 추정해내는 방식이다. 자기상관 방식인 이 방식은 계산이 간단하다는 장점을 가지나 한 샘플 어긋났을 경우의 상관값과의 차이가 적어서 검출된 타이밍의 정밀도가 떨어지는 결과를 초래한다. Conventionally, in order to generate timing pulses for FFT window control, a method using correlation characteristics between received signals is used. In this method, a signal having a periodic structure is delayed by a symbol period to correlate, and then a reference symbol timing is estimated by comparing a threshold to a correlation value of periodicity. This method, which is an autocorrelation method, has the advantage of being simple to calculate, but has a small difference from the correlation value in the case of a deviation of one sample, resulting in inferior accuracy of the detected timing.
따라서, 타이밍 오차의 분산이 커지게 되며, 특히 최적의 임계값이 아닌 경우 그 타이밍 오차의 분산이 크게 증가하게 된다. 이러한 방식은 상관값이 채널환경(전력 지연 프로파일 등)에 따라 그 크기의 변동이 있게 되어 사실상 채널환경에 따라 최적의 임계값이 달라지게 되어 채널환경이 고정되어 있지 않으면 원하는 타이밍 검출 성능을 보장할 수 없는 결과를 초래하게 된다.Therefore, the variance of the timing error becomes large, and in particular, the variance of the timing error greatly increases when it is not an optimal threshold value. In this method, the correlation value varies according to the channel environment (power delay profile, etc.), and the optimal threshold value actually varies according to the channel environment. Therefore, if the channel environment is not fixed, the desired timing detection performance can be guaranteed. The result will be impossible.
상호상관을 사용하는 방식은 채널을 통해 수신된 훈련심볼등의 기준신호와 수신부에 저장된 이 신호와의 상호상관을 취한 결과값으로부터 OFDM 심볼의 시작 타이밍 정보를 검출하게 된다. 이 방식은 자기상관법에 비해 계산량이 많고 하드웨어적으로도 복잡한 반면 인접 샘플간의 상관값의 차이가 커서 상관특성이 보다 정밀하다. The method of using cross-correlation detects start timing information of an OFDM symbol from a result of taking a cross-correlation between a reference signal such as a training symbol received through a channel and this signal stored in a receiver. Compared with autocorrelation, this method is more computational and more complicated in hardware, but the correlation is more precise because the difference in correlation between adjacent samples is large.
그러나, 주파수 오차가 있을 경우에는 급격한 성능 감쇄를 가져오게 된다. 뿐만 아니라 이 방식의 상관피크는 채널의 전력 프로파일을 그대로 따르므로 특히, 간접파가 직접파보다 큰 non_minimum phase 채널 등에 대해서는 최대 상관피크의 위치가 달라지게 되어 타이밍 검출이 어렵게 될 수 있다. 이 방식 역시 채널환경에 따라 상관피크의 크기 변동이 발생하게 되므로 최적 임계값이 채널에 따라 달라지게 되어 채널환경이 고정되어 있지 않으면 원하는 타이밍 검출 성능을 보장할 수 없는 결과를 초래하게 된다.However, if there is a frequency error, it leads to a sudden decrease in performance. In addition, since the correlation peak of this method follows the power profile of the channel as it is, it may be difficult to detect the timing because the position of the maximum correlation peak is changed, especially for a non_minimum phase channel in which the indirect wave is larger than the direct wave. In this method, since the magnitude of the correlation peak varies depending on the channel environment, the optimum threshold value varies depending on the channel, and thus, the desired timing detection performance cannot be guaranteed unless the channel environment is fixed.
또한, 수신신호간 차의 절대값의 최소위치를 찾는 방법도 있으나 주파수 옵셋이 발생하는 경우에는 심볼 시작 위치에 대한 타이밍 검출이 어렵다고 하는 문제점이 있다.In addition, there is a method of finding the minimum position of the absolute value of the difference between the received signals, but there is a problem that it is difficult to detect the timing of the symbol start position when a frequency offset occurs.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 그 목적은 수신신호간 차신호에 대한 순시전력신호화와 이동평균법에 의해 잡음의 영향을 줄이고 추정된 평균 잡음전력을 이용하여 최적의 잡음전력 임계값(송신신호에 포함된 부가 잡음이나 주파수 옵셋의 영향 또는 수신 전단부에서의 부가잡음의 영향 등을 포함하는, 실제 신호와 잡음의 변별(discrimination)에 영향을 주는 실효 잡음전력 값)을 설정하게 함으로써 어떠한 채널환경에 대해서도 항상 최적의 임계값을 제공해 주어 일정한 타이밍 검출 성능과 시스템 성능을 보증하도록 한 OFDM 시스템의 심볼동기 검출장치를 제공하는 데에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and its object is to reduce the influence of noise by instantaneous power signaling and moving average method for the difference signal between received signals and to optimize the estimated noise power by using the estimated average noise power. Noise power threshold value (effective noise power value that affects the discrimination of actual signal and noise, including the effects of additional noise or frequency offset included in the transmitted signal, or additional noise at the receiving front end) It is to provide a symbol synchronization detection device of an OFDM system to provide an optimal threshold value for any channel environment to ensure a constant timing detection performance and system performance.
본 발명의 다른 목적은 새로운 타이밍 정보 검출방법으로 이동뺄셈방법(moving subtraction method)을 적용함으로써 간단한 뺄셈처리에 의해 주파수 옵셋이 존재하는 경우나 원하지 않은 잡음이 존재하는 경우에 대해서도 효과적으로 '-'타이밍 에러를 줄여 타이밍 동기화 성능을 좋게 할 뿐만 아니라 정확한 타이밍을 식별하고 결정하는 타이밍 결정부를 통해 실시간 처리방식으로 정확한 타이밍을 보다 신뢰성 있게 검출해 낼 수 있도록 한 OFDM 시스템의 심볼동기 검출장치를 제공하는 데에 있다.It is another object of the present invention to apply a moving subtraction method as a new timing information detection method, effectively applying a '-' timing error even when frequency offset or unwanted noise exist by simple subtraction. In addition, the present invention provides a symbol synchronization detection apparatus for an OFDM system that not only improves the timing synchronization performance but also provides a reliable timing detection method through a timing determiner that identifies and determines accurate timing. .
본 발명의 또 다른 목적은 이동뺄셈 연산에 의해 심볼 타이밍 검출이 행해지므로 신호처리의 단순화와 낮은 복잡도의 하드웨어 구성이 이룩될 수 있고 실시간 처리방식으로 OFDM 시스템에서의 심볼 동기화를 이룰 수 있도록 한 OFDM 시스템의 심볼동기 검출장치를 제공하는 데에 있다.Yet another object of the present invention is to perform symbol subtraction by shift subtraction operation, thereby simplifying signal processing and low complexity hardware configuration, and enabling OFDM symbol synchronization in an OFDM system in real time. It is to provide a symbol synchronization detection device of.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 OFDM 시스템의 심볼 동기 검출장치는, 프레임 구성에 의한 OFDM신호의 주기적 구조를 이용하여 수신신호를 심볼 주기만큼 지연시켜 차신호를 발생시킨 다음 이동평균방법에 의해 이 차신호에 대한 순시전력을 구하게 되고, 이때, 차신호화 과정에 의하여 지연시간후의 지연시간구간동안은 신호가 상쇄된 부가된 잡음구간으로 되며 이 구간에서의 잡음전력은 실효잡음전력계산 및 제어부에 의해 구해지게 되며, 이후 추정된 평균잡음전력을 이용하여 채널환경(전력프로파일이나 최대 지연 등)에 구애받지 않는 최적 임계값을 설정하고 이동 뺄셈방법과 타이밍 결정부를 통해 실시간적으로 심볼타이밍을 검출하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the symbol synchronization detecting apparatus of the OFDM system of the present invention generates a difference signal by delaying a received signal by a symbol period using a periodic structure of an OFDM signal having a frame structure. The instantaneous power for this difference signal is obtained by this method. In this case, during the delay time period after the delay time by the difference signalization process, the added noise period is canceled and the noise power in this period is calculated by the effective noise power calculation and After the average noise power is estimated, the optimum threshold value regardless of the channel environment (power profile or maximum delay, etc.) is set and the symbol timing is performed in real time through the moving subtraction method and the timing decision unit. It is characterized by detecting.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 OFDM 시스템의 심볼동기 검출장치의 구성 및 동작을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the configuration and operation of the symbol synchronization detection apparatus of the OFDM system according to the present invention.
도 3은 본 발명에 의한 OFDM 시스템의 심볼동기 검출장치의 블록 구성도로서, 프레임 구성에 의해 주기적인 구조를 가지는 OFDM신호의 수신신호를 심볼주기 T만큼 지연시키는 참조심볼주기 지연기(11)와, 상기 OFDM신호의 수신신호와 참조심볼주기 지연기(11)를 통해 지연된 두 신호사이의 차신호를 만드는 뺄셈기(12)와, 상기 뺄셈기(12)를 통해 만들어진 차신호에 대한 절대치를 제곱 계산하는 제곱계산기(13)와, 심볼기간에 대해 상기 제곱계산기(13)에서 계산된 절대치 제곱의 합을 구하여 평균시키는 이동평균기(14)와, 상기 차신호화 과정에 의하여 신호가 상쇄되어 만들어지는 잡음구간에 대해 평균잡음전력을 구하고 실효잡음전력으로 잡음 임계레벨을 설정하는 실효잡음전력 계산 및 제어부(15)와, 상기 실효잡음전력 계산 및 제어부(15)에서 설정된 잡음 임계레벨보다 큰 상기 이동평균기(14)의 신호레벨은 " 1 ", 작은 신호레벨은 " 0 "으로 출력시키는 레벨변별기(16)와, 상기 레벨변별기(16)의 출력을 심볼의 샘플간격 T_s`(심볼주기T`=`N``T_s`, N;샘플수)마다 차를 구해 가는 이동뺄셈기(17)와, 상기 이동뺄셈기(17)의 출력에서 0보다 큰값의 위치를 추출하는 후보타이밍 추출기(18)와, 상기 후보타이밍 추출기(18)에서 추출된 후보타이밍 중에서 상기 이동뺄셈기(17)의 길이 n(n은 2∼3)에 의해 설정되는 0` + n`(0은 정확한 타이밍 위치점을 나타냄)의 타이밍오차 범위내에 첫번째로 나타내는 후보타이밍 펄스 위치점을 기준 심볼타이밍으로 결정하는 기준 심볼타이밍 결정부(19)와, 상기 기준 심볼타이밍 결정부(19)에서 결정된 기준 심볼타이밍으로부터 심볼타이밍을 출력시키는 심볼타이밍 발생부(20)로 구성된다.3 is a block diagram of an apparatus for detecting a symbol synchronization in an OFDM system according to the present invention, and includes a reference symbol period delay unit 11 for delaying a received signal of an OFDM signal having a periodic structure by a symbol period T according to a frame structure; A subtractor 12 for generating a difference signal between the received signal of the OFDM signal and two signals delayed through the reference symbol period delay unit 11, and an absolute value of the difference signal generated by the subtractor 12; The square calculator 13 to calculate, the moving averager 14 which calculates and averages the sum of the squares of the absolute values calculated by the square calculator 13 with respect to the symbol period, and the signal are canceled by the difference signalization process. It is the noise set by the effective noise power calculation and control unit 15 and the effective noise power calculation and control unit 15 which obtains the average noise power for the lost noise section and sets the noise threshold level as the effective noise power. The level discriminator 16 outputs the signal level of the moving averager 14 larger than the system level to " 1 " and the small signal level " 0 ", and outputs the level discriminator 16 to the sample of the symbol. A moving subtractor 17 for finding a difference for each interval T_s` (symbol period T` = `N``T_s`, N; number of samples) and a position of a value greater than 0 in the output of the moving subtractor 17 Among the candidate timing extractors 18 to be extracted and the candidate timings extracted by the candidate timing extractor 18, 0 ′ + n ′ set by the length n (n is 2 to 3) of the shift subtractor 17 ( A reference symbol timing determiner 19 that determines a candidate timing pulse position point, which is indicated first within a timing error range of 0), and the reference symbol timing determiner 19 determined by the reference symbol timing determiner 19; And a symbol timing generator 20 for outputting symbol timing from the reference symbol timing.
도 4는 상기 이동뺄셈기(17)의 블록 구성도로, 길이 N의 이동뺄셈 윈도우를 보여주고 있는 도면으로서, 이동뺄셈기(17)는 상기 레벨변별기(16)의 출력신호를 지연시키는 다수의 지연기(17-1)와, 상기 다수의 지연기(17-1)에서 지연된 신호들은 합하는 가산기(17-2)와, 상기 레벨변별기(16)의 출력신호와 상기 가산기(17-2)의 출력신호의 차를 구하는 감산기(17-3)로 구성된다.4 is a block diagram of the moving subtractor 17, showing a moving subtraction window of length N. The moving subtractor 17 delays an output signal of the level discriminator 16. A delayer 17-1, an adder 17-2 for adding the delayed signals in the plurality of delayers 17-1, an output signal of the level discriminator 16, and the adder 17-2. And a subtractor 17-3 for obtaining the difference between the output signals.
상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 OFDM 시스템의 심볼동기 검출장치의 동작을 도 5 내지 도 6을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The operation of the symbol synchronization detection apparatus of the OFDM system according to the present invention configured as described above will be described in detail with reference to FIGS. 5 to 6.
도 5는 도 4의 이동 뺄셈기의 동작 원리를 보인 도면이고, 도 6은 본 발명에 의한 OFDM 시스템의 심볼동기 검출장치의 각 구성 블록의 출력 파형도이다.5 is a view illustrating an operation principle of the moving subtractor of FIG. 4, and FIG. 6 is an output waveform diagram of each component block of the symbol synchronization detection apparatus of the OFDM system according to the present invention.
본 발명에 대한 상세 설명에 앞서 OFDM신호의 프레임 구성에 대해 간략한 설명을 부가하면 다음과 같다.Prior to the detailed description of the present invention, a brief description of the frame configuration of the OFDM signal is as follows.
OFDM은 프레임 동기를 위해 도 2에 도시된 바와 같이 프레임의 선두에 10개의 짧은 훈련심볼과 2개 또는 3개의 긴 훈련심볼이 사용된다. 이러한 프레임 구성에서 2개의 OFDM심볼기간이 되는 10개의 짧은 훈련심볼의 기간은 평균잡음전력을 추정하고, 2개 또는 3개의 긴 훈련심볼의 기간동안은 심볼타이밍의 검출과 채널등화에 이용되도록 구성되어진다.OFDM uses 10 short training symbols and 2 or 3 long training symbols at the head of the frame as shown in FIG. 2 for frame synchronization. In this frame configuration, the periods of ten short training symbols, which are two OFDM symbol periods, are used to estimate average noise power, and are used to detect symbol timing and channel equalization during two or three long training symbols. Lose.
도 6의 (a)는 주파수옵셋과 다중경로 채널환경에서의 OFDM 베이스밴드(기저대역) 수신신호를 나타내는 파형도로서, 주기적인 구조를 가지는 OFDM신호의 시작부분은 타이밍추정에 이용될 훈련심볼이 부가되어 있다. 6 (a) is a waveform diagram illustrating an OFDM baseband (baseband) received signal in a frequency offset and a multipath channel environment. The beginning of an OFDM signal having a periodic structure includes a training symbol to be used for timing estimation. Added.
도 6의 (b)는 상기 OFDM 베이스밴드(기저대역) 수신신호를 참조심볼의 한 주기(N_p`=`N_G`+`N``) 만큼 지연시킨 신호이고, 도 6의 (c)는 상기 OFDM 베이스밴드(기저대역) 수신신호와 지연된 수신신호의 차를 구한 뺄셈기(12) 출력의 차신호이며, 이 중에서 레벨이 미약하게 나타나는 부분은 차신호화 과정에 의하여 신호가 상쇄되어 만들어지는 잡음구간으로 매 프레임의 짧은 훈련심볼의 처음 1 OFDM 심볼기간(N_p`=`N_G`+`N``)후에 나타나고 있다.6B is a signal obtained by delaying the OFDM baseband (baseband) received signal by one period (N_p` = `N_G` +` N``) of a reference symbol, and FIG. The difference signal of the output of the subtractor 12, which obtains the difference between the OFDM baseband (baseband) received signal and the delayed received signal, and a portion of which the level is weak is a noise generated by canceling the signal by the difference signalization process. The interval appears after the first 1 OFDM symbol period (N_p '=' N_G '+' N ') of the short training symbol of each frame.
도 6의 (d)는 상기 뺄셈기(12) 출력의 차신호에 대한 절대치의 제곱 계산기(13)의 출력으로 매 샘플시간T_s (T`=`N`T_s )마다 차신호의 순시전력으로 이루어진 신호이고, 도 6의 (e)는 순시전력을 이동 평균시키는 이동평균기(14)의 출력신호이다. FIG. 6 (d) shows the output of the square calculator 13 of the absolute value of the difference signal of the subtractor 12, which is formed of the instantaneous power of the difference signal at every sample time T_s (T ′ = `N′T_s). 6E is an output signal of the moving averager 14 for moving average instantaneous power.
잡음전력의 산출과 최적값의 설정 즉, 최적 임계값을 설정하는 실효잡음전력 계산 및 제어부(15)는 상기 이동평균기(14)의 출력 중에서 레벨이 미약하게 나타나는 잡음전력 레벨기간에 평균잡음전력을 구하고 실효잡음전력으로 잡음 임계레벨을 설정해 준다. The calculation of the noise power and the setting of the optimum value, that is, the effective noise power calculation and the control unit 15 for setting the optimum threshold value mean noise power during the noise power level period in which the level is weak in the output of the moving averager 14. Obtain the noise threshold level by the effective noise power.
이어서, 상기 이동평균기(14)의 출력신호는 잡음 임계레벨에 비교되어 임계레벨보다 큰 신호레벨은 " 1 ", 작은 신호레벨은 " 0 "으로 출력시키는 레벨변별기(16)에 입력된다. Then, the output signal of the moving averager 14 is input to the level discriminator 16 which outputs a signal level larger than the threshold level as "1" and a small signal level as "0" compared to the noise threshold level.
한편, 도 6의 (f)와 같은 파형을 출력하는 상기 레벨변별기(16)의 출력신호는 도 5에 도시된 바와 같이 심볼의 샘플간격 T_s`(심볼주기T`=`N``T_s`, N;샘플수)마다 차를 구해 가는 이동뺄셈기(17)에 입력되어 변별기 출력신호를 +와 - 그리고 0의 값을 가지는 3종류의 신호로 변환시켜 도 6의 (g)와 같은 파형을 만든다. On the other hand, the output signal of the level discriminator 16 outputting the waveform as shown in FIG. 6 (f) is the sample interval T_s` (symbol period T` = `N``T_s` of symbols) as shown in FIG. , N; is inputted to the moving subtractor 17 for obtaining a difference for each sample number, and the discriminator output signal is converted into three kinds of signals having values of +,-, and 0, and the waveform as shown in FIG. Make
즉, 도 5는 길이 3인 이동뺄셈기(17)의 동작원리를 보인 도면으로서, (a)는 원 신호이고, (b)와 (c)는 각각 원 신호의 1샘플,2샘플 지연된 신호이며, (d)는 원 신호에서 (b)와 (c)를 뺀 신호이다.5 is a view showing the operation principle of the moving subtractor 17 having a length of 3, where (a) is the original signal, (b) and (c) are the one-sample and two-sample delayed signals, respectively. , (d) is the original signal minus (b) and (c).
이어서, 후보타이밍 추출기(18)는 도 6의 (h)와 같이 이동뺄셈기(17)의 출력에서 0보다 큰값의 위치를 T_s`의 시간길이 동안 1로 추출하여 기준 심볼타이밍 결정부(19)에 보낸다.Subsequently, the candidate timing extractor 18 extracts a position having a value greater than 0 from the output of the shift subtractor 17 as 1 for the length of time T_s' as shown in FIG. Send to
그러면, 상기 기준 심볼타이밍 결정부(19)에서는 도 6의 (i)와 같이 상기 후보타이밍 추출기(18)의 신호검출 정보(enable pulse)를 받아 정확한 동기 타이밍 위치점(프리엠블의 긴 훈련심볼의 FFT 시작점으로 2(N_G+N)+2N_G+1개의 샘플 위치점)을 전후하여 설정한 n의 오차범위내의 샘플 수[2(N_G+N)+2N_G+1)-+n]를 카운트해 나갈 때 첫번째로 나타나는 후보타이밍 펄스 위치점을 결정적인 타이밍신호로 출력한다. Then, the reference symbol timing determining unit 19 receives the signal detection information (enable pulse) of the candidate timing extractor 18 as shown in FIG. Counts the number of samples [2 (N_G + N) + 2N_G + 1)-+ n] within the n error range set before and after 2 (N_G + N) + 2N_G + 1 sample position point) as the FFT starting point. The candidate timing pulse position point, which appears first, is output as a critical timing signal.
즉, 시스템 성능에 영향을 주지 않도록 설정된 오차 n에 대하여 후보타이밍 중에서 0` +- n`(0점은 정확한 타이밍점을 나타냄)의 타이밍오차 범위내에서 첫번째로 카운트되는 후보타이밍 펄스 위치점을 기준 심볼타이밍으로 결정한다.In other words, the candidate timing pulse position point counted first within the timing error range of 0` +-n` (zero indicates an accurate timing point) among the candidate timings with respect to the error n set so as not to affect the system performance. Determined by symbol timing.
이후, 상기 기준 심볼타이밍 정보를 받아 심볼타이밍 발생부(20)에서는 심볼타이밍을 발생시키게 된다. Subsequently, the symbol timing generator 20 generates symbol timing by receiving the reference symbol timing information.
본 발명에서의 이동뺄셈방법은 자신을 지연시킨 것과의 뺄셈연산을 하는 방식으로서, 주파수 옵셋이나 기대하지 않은 잡음 등에 의해 원하는 타이밍주위에 의사 타이밍의 발생을 제거해 주는 역할을 하게 되어 '-'타이밍 에러를 줄여 주므로 타이밍 동기화 성능을 향상시키는 작용을 한다. The shift subtraction method of the present invention is a method of subtracting itself from a delayed one, and serves to eliminate the occurrence of pseudo timing around a desired timing due to frequency offset or unexpected noise. This helps to improve timing synchronization performance.
또한 이동뺄셈과 후보타이밍 추출의 기능을 동시에 수행할 수 있고 회로적으로는 2개의 논리게이트와 1개의 지연기를 통해 매우 간단하게 구현할 수 있어 하드웨어적으로도 보다 단순화시킬 수 있다.In addition, the functions of moving subtraction and candidate timing extraction can be performed at the same time, and the circuit can be easily implemented through two logic gates and one delayer, which can be simplified in hardware.
이상, 상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은 OFDM 시스템의 심볼 타이밍 추정장치에 관한 것으로서, 추정된 평균 잡음 전력을 이용하여 항상 최적의 임계값이 설정되므로써 채널환경과 무관하게 어떠한 채널에 대해서도 일정한 타이밍 추정성능을 제공하게 된다. 최적 임계값에 의해 변별된 신호에 대해 이동뺄셈방법(moving subtraction method)을 적용함으로써 주파수 옵셋이 존재하는 경우나 원하지 않은 잡음이 존재하는 경우에 대해서도 효과적으로 '-'타이밍 발생확율을 줄여 본 장치가 보다 정확한 동기화 성능을 낼 수 있도록 한다. 뿐만아니라, 실시간 처리 방식으로 올바른 타이밍을 식별 및 결정하는 타이밍 결정부를 사용함으로써 고속으로 심볼 타이밍을 검출해내게 된다. 그리고 상기의 방식은 뺄셈 연산에 의해 심볼 타이밍 검출이 행해지므로 신호처리의 단순화와 낮은 복잡도의 하드웨어를 구성할 수 있게 된다. As described above, the present invention relates to an apparatus for estimating a symbol timing of an OFDM system, and since an optimal threshold is always set using an estimated average noise power, a constant timing estimation performance is performed for any channel regardless of the channel environment. Will be provided. By applying the moving subtraction method to the signal discriminated by the optimal threshold, the device can reduce the probability of occurrence of '-' timing effectively even in the presence of frequency offset or unwanted noise. Ensure accurate synchronization performance. In addition, symbol timing can be detected at high speed by using a timing determiner that identifies and determines correct timing in a real-time processing manner. In the above method, symbol timing detection is performed by a subtraction operation, thereby simplifying signal processing and configuring hardware of low complexity.
따라서, 본 발명은 채널특성을 미리 알 수 없는 실제 채널환경에 대해 OFDM시스템을 적용함에 있어, 매우 뛰어나고 신뢰할 수 있는 OFDM 심볼 타이밍 검출 성능을 제공하며 또한 시스템의 성능을 보장할 수 있게 한다. Accordingly, the present invention provides an excellent and reliable OFDM symbol timing detection performance and guarantees the performance of the system in applying an OFDM system to a real channel environment whose channel characteristics are not known in advance.
도 1은 일반적인 OFDM 시스템의 수신부의 블록 구성도,1 is a block diagram of a receiver of a general OFDM system;
도 2는 프리엠블 심볼의 구성 예를 보인 도면,2 is a diagram illustrating an example of a configuration of a preamble symbol;
도 3은 본 발명에 의한 OFDM 시스템의 심볼동기 검출장치의 블록 구성도,3 is a block diagram of an apparatus for detecting a symbol synchronization in an OFDM system according to the present invention;
도 4는 도 3의 이동뺄셈기의 블록 구성도,4 is a block diagram illustrating a moving subtractor of FIG. 3;
도 5는 도 3의 이동뺄셈기의 동작 원리를 보인 도면,5 is a view illustrating an operation principle of the moving subtractor of FIG. 3;
도 6은 본 발명에 의한 OFDM 시스템의 심볼동기 검출장치의 각 구성 블록의 출력 파형도.Fig. 6 is an output waveform diagram of each component block of the symbol synchronization detection device of the OFDM system according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
11 : 참조심볼주기 지연기 12 : 뺄셈기11: reference symbol period delay 12: subtractor
13 : 제곱계산기 14 : 이동평균기13: square calculator 14: moving average
15 : 실효잡음전력 계산 및 제어부15: effective noise power calculation and control unit
16 : 레벨변별기 17 : 이동뺄셈기16: level discriminator 17: moving subtractor
18 : 후보타이밍 추출기 19 : 기준 심볼타이밍 결정부18: candidate timing extractor 19: reference symbol timing determination unit
20 : 심볼타이밍 발생부20: symbol timing generator
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