KR20110098999A - Frame synchronization acquisition device and method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 프레임 동기를 획득하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 방법은 채널을 거친 훈련 심볼을 수신하고, 시간 영역에서 훈련 심볼과 수신된 신호간의 상관값을 계산하고, 가장 큰 상관값을 가지는 훈련 심볼 위치를 결정하고, 훈련 심볼 위치를 싱크 추적기에 알려주고, 훈련 심볼 위치에 의거하여 보호 구간을 제거한 후에 주파수 영역에서 수신 신호를 분석하기 위해서 FFT를 실행하는 단계를 포함한다.The present invention relates to an apparatus and method for obtaining frame synchronization. The method receives a training symbol across the channel, calculates a correlation between the training symbol and the received signal in the time domain, determines the training symbol location with the largest correlation value, informs the sink tracker of the training symbol location, and trains Performing the FFT to analyze the received signal in the frequency domain after removing the guard interval based on the symbol position.
Description
본 발명은 OFDM기반의 시스템에서 프레임 동기를 획득하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a technique for obtaining frame synchronization in an OFDM-based system.
OFDM기반의 시스템의 경우 프레임의 시작을 표시 하기 위해 송수신 부에서 알고 있는 훈련 심볼을 사용한다. 송신부와 수신부가 정상적인 통신을 이루기 위해서는 수신 부에서 프레임의 시작 표시인 훈련 심볼을 찾아야만 한다. 본 발명은 OFDM기반의 시스템에서 프레임 동기를 획득하는 기술에 관한 것이다.In the OFDM-based system, a training symbol known to the transceiver is used to mark the start of a frame. In order for the transmitter and the receiver to perform normal communication, the receiver must find a training symbol that is a start mark of a frame. The present invention relates to a technique for obtaining frame synchronization in an OFDM-based system.
도[1]은 기존에 사용되고 있는 동기 획득 방법에 대한 그림이다. 이 경우 수신되는 훈련 심볼에 대한 상관 값을 구하여 최대지점을 찾는 방법을 이용하여 프레임 동기를 획득하였다.[1] is a diagram of a synchronization acquisition method that is used in the past. In this case, frame synchronization was obtained using a method of finding the maximum point by obtaining a correlation value for the received training symbol.
이 방법을 이용하는 경우 도[3]과 같이 다중 경로가 존재하는 채널 상황에서 각 경로의 파워에 따라 최대 지점이 변화되고 이로 인해 정밀한 최대지점이 나오기 힘들기 때문에 안정적이지 못한 값을 얻을 수 있다.When using this method, as shown in Fig. 3, the maximum point is changed according to the power of each path in the channel condition in which there are multiple paths, and as a result, it is difficult to obtain a stable maximum value because the maximum point is hard to come out.
그리고 여러 경로로 수신 되는 신호 중 첫 번째 경로에 해당하는 신호를 기준으로 FFT을 취해야만 ISI가 발생하지 않는데 종래의 기술을 이용하는 경우 어떤 상관 값의 위치가 다중 경로 중 첫 번째 신호에 해당 하는 위치 인지 알 수 없기 때문에 ISI가 발생 될 수 있다.In addition, ISI does not occur when the FFT is taken based on the signal corresponding to the first path among the signals received through several paths. In case of using the conventional technology, what correlation value is the position corresponding to the first signal among the multipaths? ISI can occur because it is unknown.
따라서 본 특허에서는 각 경로를 구분하여 검출할 수 있고 첫 번째 경로로 수신되는 신호의 위치를 알 수 있는 방법을 제시하여 보다 정확하고 안정적인 프레임 동기 획득 방법을 제안 한다.Therefore, the present patent proposes a method for acquiring more accurate and stable frame synchronization by presenting a method for distinguishing each path and detecting the position of the signal received as the first path.
본 발명의 목적은 정확하고 안정적으로 프레임 동기를 획득하기 위한 것이다.An object of the present invention is to accurately and stably obtain frame synchronization.
OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 기반 통신 시스템에서, 송수신간 통신이 이루지기 위해서는 초기 동기화 과정이 필요하다. 이를 위해 수신부에서는 미리 정해진 훈련 심볼로 구성된 프레임의 첫 번째 신호를 검출해야 한다. 기존에는 상관기를 두어 FFT전의 시간영역 신호를 이용하여 동기를 획득하였다. OFDM기반 시스템에서 ISI(Inter Symbol Interference)를 피하기 위해서는 여러 경로 중 첫 번째 경로로 수신되는 신호를 검출 할 수 있어야 하는데, 기존의 방법을 이용하는 경우 다중 경로가 존재하는 채널 상황에서 첫 번째 경로로 수신 되는 신호와 다른 경로로 수신 되는 신호를 구분할 수 없게 된다. 따라서 본 발명은 기존의 FFT전 시간 영역 신호의 상관 값을 활용하면서 경로 별로 지연 되는 위치를 검출할 수 있도록 하여 다중 경로가 존재하는 환경하에 ISI를 없애는 동기 획득 방법을 제시한다. 또한 기존의 상관기만 사용하는 경우 정밀한 최대지점을 얻기 힘들지만 제안하는 방법을 이용하여 경로 별 지연 위치를 구분하여 검출하면 정밀한 동기 지점을 얻을 수 있기 때문에 안정적인 동기 위치를 찾을 수 있다.In an Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) based communication system, an initial synchronization process is required for communication between the transmission and reception. To this end, the receiver must detect the first signal of a frame composed of predetermined training symbols. In the past, a correlator was used to obtain synchronization using the time-domain signal before FFT. In order to avoid Inter Symbol Interference (ISI) in an OFDM-based system, it is necessary to detect a signal received on the first path among several paths. It is not possible to distinguish a signal from a signal received through another path. Accordingly, the present invention proposes a synchronization acquisition method that eliminates ISI in an environment in which multiple paths exist by detecting a delayed location for each path while utilizing a correlation value of a time-domain signal before FFT. In addition, it is difficult to obtain the precise maximum point when only the existing correlator is used, but it is possible to find a stable sync position because the precise sync point can be obtained by distinguishing and detecting the delay position of each path using the proposed method.
본 발명은 종래의 기술 보다 다중 경로 채널 환경에서 첫 번째 수신 되는 경로의 신호의 프레임 동기를 정확히 파악 할 수 있기 때문에 OFDM시스템에서 치명적인 심볼간 간섭 문제를 피할 수 있는 프레임의 시작 시점을 구 할 수 있다.According to the present invention, since the frame synchronization of the signal of the first received path can be accurately known in the multipath channel environment, the start point of the frame can be obtained to avoid the fatal intersymbol interference problem in the OFDM system. .
또한 수신 되는 신호를 경로 별로 검출 할 수 있기 때문에 동기 위치 판단시 안정적인 값을 얻을 수 있다.In addition, since the received signal can be detected for each path, a stable value can be obtained when the synchronization position is determined.
도 1은 기존의 프레임 동기 획득 방법을 설명하기 위한 도면,
도 2는 제안하는 프레임 동기 획득 방법을 설명하기 위한 도면,
도 3은 기존 방법인 상관기만 이용하는 경우 시뮬레이션 결과
도 4는 기존 방법에 제안 하는 방법을 적용한 경우 시뮬레이션 결과1 is a view for explaining a conventional frame synchronization acquisition method;
2 is a view for explaining a proposed frame synchronization obtaining method;
3 is a simulation result when using only the conventional correlator
4 is a simulation result when applying the proposed method to the existing method
발명의 실시를 위한 최선의 형태Best Mode for Carrying Out the Invention
본 발명은 채널을 거친 훈련 심볼을 안테나를 통해 수신하고, 시간영역의 훈련심볼과 수신되는 신호와의 상관 값을 계산하며, 상관 값 중 가장 큰 값을 훈련 심볼이 위치해 있는 곳으로 판단 하고 동기 추적 부에 그 위치를 알려 주고, 상기 위치에 따라 보호구간을 제거 한 뒤 주파수 영역으로 신호를 해석 하기 위해 FFT를 수행하는 것을 특징으로 한다.The present invention receives a training symbol through a channel through an antenna, calculates a correlation value between a training symbol in a time domain and a received signal, determines the largest value among the correlation values as a location where a training symbol is located, and synchronizes tracking. It informs the position to the part, and removes the guard interval according to the position, characterized in that to perform the FFT to analyze the signal in the frequency domain.
발명의 실시를 위한 형태DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
OFDM 기반의 시스템에서, 프레임의 첫 번째 심볼은 송수신 부에서 알고 있는 훈련 심볼이다. 송신 부에서는 훈련 심볼의 주파수 영역의 값 P(k)을 IFFT 한 후 안테나를 통해 송신 한다.In an OFDM based system, the first symbol of a frame is a training symbol known to the transceiver. The transmitter transmits through the antenna after IFFT the value P ( k ) of the frequency domain of the training symbol.
이후 송신 되는 시간영역의 훈련 심볼 p(n)은 식(2)와 같이 지연되어 수신 부에 수신 된다.After that, the training symbol p ( n ) of the transmitted time domain is delayed as shown in equation (2) and received by the receiver.
수신 부에서는 이 신호를 찾기 위해 수신 부에서 알고 있는 시간영역의 훈련 심볼과 상관값을 구해서 최대 지점을 찾는다.To find this signal, the receiver finds the maximum point by obtaining a correlation with the training symbols in the time domain known to the receiver.
위에서 구한 최대 지점을 바탕으로 수신 된 신호에 대해 보호구간을 제거 하고 FFT를 수행 한다.Based on the maximum point obtained above, the guard interval is removed and the FFT is performed on the received signal.
이 식을 전개 하면 식(4)과 같다Expanding this expression is equal to equation (4)
식(4)은 FFT 이후의 결과이며 훈련 심볼 P(k)와 지연에 의해 발생된 위상 회전 항 
지연에 의해 발생된 위상 항 
(여기서 훈련 심볼의 주파수 영역의 값은 1혹은 -1로 가정한다.)(Here, the value of the frequency domain of the training symbol is assumed to be 1 or -1.)
주파수 영역의 훈련 심볼을 곱하고 난 후의 값을 IFFT를 취하면 식(5)와 같이 된다.After multiplying the training symbols in the frequency domain and taking the IFFT, Eq. (5) is obtained.
이 때 
다중 경로가 존재하는 경우 그 위치 마다 차례로 결과 N이 나오게 된다. 이 경우 첫 번째로 검출 되는 값에 해당하는 위치를 프레임 동기에 이용하면 ISI를 없앨 수 있는 동기 위치를 정확히 찾을 수 있게 된다.If there are multiple paths, the result N will appear in sequence for each location. In this case, if the position corresponding to the first detected value is used for frame synchronization, the synchronization position that can eliminate the ISI can be accurately found.
도[2]는 제안 하는 방법에 대한 그림이다. 제안 하는 OFDMA 하향 링크 프레임 동기 획득 장치는Fig. 2 shows the proposed method. The proposed OFDMA downlink frame synchronization acquisition device is
- 송수신 부에서 동일하게 사용하는 훈련심볼의 시간 영역의 값을 저장 하고 있는 시간 영역 훈련 심볼 테이블-A time domain training symbol table that stores the time domain values of the training symbols used by the transceiver.
- 수신되는 시간영역의 훈련 심볼과 수신 부에서 이미 알고 있는 훈련 심볼과의 상관 값을 구하기 위한 상관기,A correlator for obtaining a correlation value between a training symbol in a received time domain and a training symbol known to a receiver;
- 상관기에서 출력되는 상관 값에서 최대 값 및 그 위치를 찾는 최대값 검출기,A maximum detector that finds the maximum value and its position in the correlation value output from the correlator,
- 수신되는 신호의 보호구간을 제거하는 보호구간 제거기,-Guardian eliminator to remove guardianship of incoming signals;
- 수신된 신호의 주파수 영역을 해석하기 위한 FFT수행기,An FFT operator for interpreting the frequency domain of the received signal,
- FFT수행기의 출력인 지연에 의한 위상 회전 항과 훈련심볼 항 중 훈련 심볼을 제거하기 위한 훈련 심볼 제거기,A training symbol remover for removing training symbols among phase rotation terms and training symbol terms due to the delay of the FFT performer;
- 송수신 부에서 동일하게 사용하는 훈련심볼의 주파수 영역의 값을 저장 하고 있는 주파수 영역 훈련 심볼 테이블-Frequency domain training symbol table that stores the values of the frequency domains of the training symbols used in the transmitter and receiver
- 지연에 의한 위상회전 항을 통해 지연된 위치를 찾기 위한 IFFT수행기,IFFT performer to find the delayed position through the phase rotation term caused by the delay,
- 다중 경로 중 첫 번째 경로를 찾기 위한 동기 위치 판단부,A synchronous position determination unit for finding the first one of the multiple paths;
- 초기 동기 획득 부와 동기 추적부에서 출력되는 동기 위치 중 하나를 선택하는 스위치,로 구성되어 있다. 본 발명은 다음과 같이 동작 된다.It consists of a switch for selecting one of the synchronization position output from the initial synchronization acquisition unit and the synchronization tracking unit. The present invention operates as follows.
OFDM 기반의 시스템에서, 송신부에서는 프레임의 첫 번째 지점을 알려 주기 위해 수신부 에서도 알고 있는 훈련심볼을 프레임의 가장 처음에 보내준다. 수신부에서는 채널을 거친 훈련 심볼을 안테나를 통해 수신하게 되고 이 수신된 신호는 Down Conversion과 De-modulation, 그리고 A/D Conversion을 거쳐 기저대역의 신호가 된다.In OFDM-based systems, the transmitter sends the training symbol known to the receiver to the beginning of the frame to indicate the first point of the frame. The receiver receives the training symbol through the antenna through the antenna, and the received signal becomes a baseband signal through down conversion, de-modulation, and A / D conversion.
도2와 같이 동기를 이루는 과정에는 초기 동기 획득 부와 동기 추적 부로 나눌 수 있다. 초기 동기 획득 부에서는 수신부에서 알고 있는 시간영역의 훈련심볼과 수신되는 신호와의 상관 값을 계산한다. 이 상관 값 중 가장 큰 값을 훈련 심볼이 위치해 있는 곳으로 판단 하고 동기 추적 부에 그 위치를 알려 준다.The synchronization process may be divided into an initial synchronization acquisition unit and a synchronization tracking unit as shown in FIG. 2. The initial synchronization acquisition unit calculates a correlation value between the training symbol in the time domain known to the receiver and the received signal. The largest of these correlation values is determined as the location of the training symbol and the location of the synchronization tracker is reported.
동기 추적 부에서는 초기 동기 획득 부 에서 받은 위치를 기준으로 보호구간을 제거 한 뒤 주파수 영역으로 신호를 해석 하기 위해 FFT를 수행하게 된다.The synchronization tracking unit removes the guard interval based on the position received from the initial synchronization acquisition unit and then performs FFT to analyze the signal in the frequency domain.
FFT 이후 출력되는 신호는 훈련심볼과 지연으로 인해 발생된 항으로 구성 되어 있다. 이 신호는 훈련 심볼 제거기를 통해 지연으로 인해 발생된 항만을 알 수 있게 된다. 훈련 심볼 제거기에서는 입력 되는 신호와 수신부에 미리 알고 있는 주파수 영역의 훈련 심볼과 곱하여 부호를 만들어 줌으로써 훈련 심볼 항을 제거하는 역할을 한다. 이로 인해 지연에 의해 발생된 위상 회전 항만 남은 신호를 IFFT해 줌으로써 지연된 위치를 검출 할 수 있게 된다. 이 때 다중 경로가 존재하는 경우 각 경로에 따라 지연 정도를 별도로 검출 할 수 있기 때문에 동기 위치 판단부 에서는 첫 번째 경로의 위치를 알 수 있게 된다.The signal output after the FFT consists of terms generated by the training symbol and the delay. This signal can only know the term caused by the delay through the training symbol remover. The training symbol remover removes the training symbol term by multiplying the input signal with the training symbols in the frequency domain known in advance in the receiver. This makes it possible to detect the delayed position by IFFTing the signal remaining only in the phase rotation term generated by the delay. At this time, if there are multiple paths, the delay degree can be detected separately according to each path, so the synchronization position determining unit can know the position of the first path.
처음 동기화 과정에는 초기 동기 획득 부의 동기 신호를 사용하며 이 후 동기 추적 부로부터 정밀 위치가 출력 되면 동기 추적부의 동기 신호를 사용한다.In the first synchronization process, the synchronization signal of the initial synchronization acquisition unit is used. After the precise position is output from the synchronization tracking unit, the synchronization signal of the synchronization tracking unit is used.
산업상 이용가능성Industrial availability
OFDM 방식의 시스템에서 정확하고 안정적인 프레임 동기 획득에 사용될 수 있다.It can be used to obtain accurate and stable frame synchronization in an OFDM system.
Claims (2)
송수신 부에서 동일하게 사용하는 훈련심볼의 시간 영역의 값을 저장하고 있는 시간 영역 훈련 심볼 테이블;
수신되는 시간영역의 훈련 심볼과 수신 부에서 이미 알고 있는 훈련 심볼과의 상관 값을 구하기 위한 상관기;
상관기에서 출력되는 상관 값에서 최대 값 및 그 위치를 찾는 최대값 검출기;
수신되는 신호의 보호구간을 제거하는 보호구간 제거기;
수신된 신호의 주파수 영역을 해석하기 위한 FFT수행기;
FFT수행기의 출력인 지연에 의한 위상 회전 항과 훈련심볼 항 중 훈련 심볼을 제거하기 위한 훈련 심볼 제거기;
송수신 부에서 동일하게 사용하는 훈련심볼의 주파수 영역의 값을 저장하고 있는 주파수 영역 훈련 심볼 테이블;
지연에 의한 위상회전 항을 통해 지연된 위치를 찾기 위한 IFFT수행기;
다중 경로 중 첫 번째 경로를 찾기 위한 동기 위치 판단부; 및,
초기 동기 획득 부와 동기 추적부에서 출력되는 동기 위치 중 하나를 선택하는 스위치로 구성됨을 특징으로 한다.In the frame synchronization acquisition device,
A time domain training symbol table for storing a value of a time domain of a training symbol used in the transmission and reception unit;
A correlator for obtaining a correlation value between a training symbol in a received time domain and a training symbol already known by the receiver;
A maximum value detector for finding the maximum value and its position in the correlation value output from the correlator;
A guard interval remover for removing a guard interval of a received signal;
An FFT performer for interpreting the frequency domain of the received signal;
A training symbol remover for removing training symbols among phase rotation terms and training symbol terms caused by delays, which are outputs of the FFT performer;
A frequency domain training symbol table for storing a value of a frequency domain of a training symbol used in the transmission and reception unit;
An IFFT performer for finding a delayed position through a phase rotation term caused by a delay;
A synchronization position determiner for finding a first path among the multi-paths; And,
And a switch for selecting one of the synchronization position output from the initial synchronization acquisition unit and the synchronization tracking unit.
채널을 거친 훈련 심볼을 안테나를 통해 수신하는 제1단계;
시간영역의 훈련심볼과 수신되는 신호와의 상관 값을 계산하는 제2단계;
상기 상관 값 중 가장 큰 값을 훈련 심볼이 위치해 있는 곳으로 판단 하고 동기 추적 부에 그 위치를 알려 주는 제3단계; 및,
상기 위치에 따라 보호구간을 제거 한 뒤 주파수 영역으로 신호를 해석하기 위해 FFT를 수행하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프레임 동기획득 방법.In the frame synchronization acquisition method,
Receiving a training symbol passing through a channel through an antenna;
Calculating a correlation value between the training symbol in the time domain and the received signal;
Determining a largest value of the correlation values as a location of a training symbol and informing the synchronization tracking unit of the location; And,
And a fourth step of performing an FFT to analyze a signal in a frequency domain after removing the guard interval according to the position.
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