KR20060014557A - Apparatus and method for transmitting/receiving of reference signal - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가입자 단말기와 기지국간에 통신을 위해 송수신되는 기준 신호를 생성하여 송신하는 방법에 있어서, +1과 -1이 반복되는 임의의 기준 신호를 소정 그룹수에 상응하게 그룹핑하는 과정과, 상기 분할된 그룹 신호들 각각의 +1과 -1에, 그룹 식별용 상관 연산에 필요한 제1변수를 가산하고, 기준 신호 송신 전력을 높이기 위한 제2변수를 승산하여 새로운 기준 신호들을 생성하는 과정과, 상기 새롭게 생성된 기준 신호들 중 기지국들별로 상이하게 기준 신호를 선택하여 송신하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
The present invention relates to a method for generating and transmitting a reference signal transmitted and received for communication between a subscriber station and a base station, comprising: grouping an arbitrary reference signal in which +1 and -1 are repeated according to a predetermined number of groups; Generating new reference signals by adding a first variable necessary for a group identification correlation operation to a +1 and -1 of each of the group signals, and multiplying a second variable for increasing a reference signal transmission power; And selecting and transmitting a reference signal differently for each base station among the newly generated reference signals.
직교 수열, 프리앰블, 상관 연산, 자기 상관Orthogonal Sequences, Preambles, Correlation Operations, Autocorrelation
Description
도 1은 일반적인 TDD-OFDMA 통신 시스템에서 사용하는 프레임 구조를 개략적으로 도시한 도면1 schematically illustrates a frame structure used in a general TDD-OFDMA communication system.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가입자 단말기의 수열 검출 장치를 도시한 도면2 is a diagram illustrating a sequence detection apparatus of a subscriber station according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가입자 단말기의 수열 검출 과정을 도시한 흐름도3 is a flowchart illustrating a sequence detection process of a subscriber station according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시예가 적용 가능한 OFDM 통신 시스템의 송신기 내부 구조를 도시한 도면4 is a diagram illustrating an internal structure of a transmitter of an OFDM communication system to which an embodiment of the present invention is applicable.
도 5는 본 발명의 실시예가 적용 가능한 OFDM 통신 시스템의 수신기 내부 구조를 도시한 도면5 is a diagram illustrating an internal structure of a receiver of an OFDM communication system to which an embodiment of the present invention is applicable.
도 6은 본 발명에서 제안한 프리앰블과 기존 프리앰블간의 모의 성능 실험 결과를 도시한 그래프
6 is a graph showing the simulation performance test results between the preamble proposed in the present invention and the existing preamble
본 발명은 기준 신호(reference signal)를 송신 및 수신하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and a method for transmitting and receiving a reference signal.
일반적으로, 통신 시스템에서 송수신단의 효과적인 신호 검출을 위해 직교 수열 또는 준 직교 수열을 사용한다. 즉, 송신단이 미리 정의된 직교 수열 집합들 중 임의의 직교 수열을 선택하여 데이터와 매핑하여 수신단으로 전송하면, 수신단은 상관 함수를 이용해 상기 수신한 신호에 대해 상관(correlation)을 취한다. 이렇게, 상기 수신단은 상관을 취해 최대 출력을 나타내는 신호를 자신이 수신하고자 하는 신호임을 알게 된다. 다시 말하자면, 상기 직교 수열 또는 준 직교 수열은 송신단과 수신단간의 신호 검출을 위한 기준 신호가 된다.In general, orthogonal or quasi-orthogonal sequences are used for effective signal detection of a transmitting and receiving end in a communication system. That is, when the transmitting end selects an arbitrary orthogonal sequence among predefined sets of orthogonal sequences and maps the data to the receiving end, the receiving end correlates the received signal using a correlation function. In this way, the receiving end is correlated and finds that the signal indicating the maximum output power is the signal to be received. In other words, the orthogonal or quasi-orthogonal sequence is a reference signal for detecting a signal between a transmitter and a receiver.
상기 직교 수열을 이용하여 신호를 발생하여 검출하는 방식은 대부분의 통신 시스템에 적용되어 운영되고 있다. 이하에서는 설명의 편의상, 상기 통신 시스템 중 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16d 통신 시스템으로 설명하기로 한다. A method of generating and detecting a signal using the orthogonal sequence is applied and operated in most communication systems. Hereinafter, for convenience of description, it will be described as an Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 802.16d communication system of the communication system.
상기 IEEE 802.16d 통신 시스템은 프리앰블(preamble) 시퀀스를 사용하여 기지국과 가입자 단말기간에 동기를 획득하게 한다. 상기 프리앰블 시퀀스는 대표적인 직교 수열의 일 예이다. 따라서, 이하에서는 상기 프리앰블 시퀀스에 대한 설명으로 상기 직교 수열에 대한 설명을 대신하기로 한다.The IEEE 802.16d communication system uses a preamble sequence to acquire synchronization between a base station and a subscriber station. The preamble sequence is an example of a representative orthogonal sequence. Therefore, hereinafter, the description of the orthogonal sequence will be replaced with the description of the preamble sequence.
상기 IEEE 802.16d 통신 시스템은 광대역(broadband) 전송 네트워크를 지원 하기 위해 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 'OFDMA'라 칭하기로 한다) 방식을 적용한 시스템이다. 또한, 상기 IEEE 802.16d 통신 시스템은 시간 분할 다중-OFDMA(TDD(Time Division Duplexing)-OFDMA, 이하 'TDD-OFDMA'라 칭하기로 한다) 방식을 사용하는 광대역 무선 접속 통신 시스템이다. 상기 광대역 무선 접속 통신 시스템은 무선 통신 서비스를 지원하는 시스템으로서, 기지국과 가입자 단말기로 구성된다. 그리고, 상기 기지국과 상기 가입자 단말기는 전송 프레임(frame)을 사용하여 무선 통신 서비스를 지원한다. 따라서, 상기 기지국과 상기 가입자 단말기는 전송 프레임의 송신 및 수신을 위해 상호 동기를 획득하여야 하며, 상기 동기 획득을 위해서 상기 기지국은 상기 가입자 단말기가 상기 기지국에서 전송하는 프레임의 시작을 알 수 있도록 동기 신호를 전송한다. The IEEE 802.16d communication system employs an Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) scheme to support a broadband transmission network. In addition, the IEEE 802.16d communication system is a broadband wireless access communication system using a Time Division Duplexing (OFDDD) -OFDMA scheme (hereinafter, referred to as TDD-OFDMA). The broadband wireless access communication system is a system supporting a wireless communication service, and is composed of a base station and a subscriber station. The base station and the subscriber station support a wireless communication service using a transmission frame. Accordingly, the base station and the subscriber station must acquire mutual synchronization for transmission and reception of a transmission frame, and for the synchronization acquisition, the base station acquires a synchronization signal so that the subscriber station knows the start of a frame transmitted from the base station. Send it.
그러면, 상기 가입자 단말기는 상기 기지국이 전송하는 동기신호를 수신하여 상기 기지국의 프레임 타이밍(frame timing)을 확인하고, 상기 확인된 프레임 타이밍에 따라서 수신되는 프레임을 복조하게 된다. 그리고 상기 동기신호는 상기 기지국과 상기 가입자 단말기가 미리 약속하고 있는 특정 프리앰블 시퀀스(preamble sequence)를 사용하는 것이 일반적이다.Then, the subscriber station receives the synchronization signal transmitted by the base station, checks the frame timing of the base station, and demodulates the received frame according to the checked frame timing. In addition, the synchronization signal generally uses a specific preamble sequence previously promised by the base station and the subscriber station.
그러면, 도 1을 참조하여 일반적인 TDD-OFDMA 통신 시스템에서 사용하는 프레임 구조를 설명하기로 한다.Next, a frame structure used in a general TDD-OFDMA communication system will be described with reference to FIG. 1.
도 1은 일반적인 TDD-OFDMA 통신 시스템에서 사용하는 프레임 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 1 is a diagram schematically illustrating a frame structure used in a general TDD-OFDMA communication system.
상기 도 1을 참조하면, 먼저 상기 TDD-OFDMA에서 사용하는 프레임은 하향링크(DownLink, 이하 'DL' 라 칭하기로 한다)(149) 구간과 상향링크(UpLink, 이하 'UL' 라 칭하리고 한다)(153) 구간을 시간으로 구분한다. 상기 DL(149)에서 UL(153)로 천이(transition)하는 구간에는 전송 천이 갭(TTG: Transmission Transition Gap)(151)이 보호 시간으로, 상기 UL(153)에서 DL(149)로 다시 천이하는 구간에는 수신 천이 갭(RTG: Receipt Transition Gap)(155)이 보호 시간을 구성한다. 한편, 상기 TDD-OFDMA 프레임은 다수개의 서브 채널(147)로 구성된 세로축과, OFDMA 심벌(145)로 구성된 가로축이 존재한다. Referring to FIG. 1, first, a frame used in the TDD-OFDMA is called a downlink (hereinafter referred to as DL) 149 section and an uplink (UL). The
그러면, 상기 DL(149)을 살펴보면, 상기 DL(149)은 K번 OFDMA 심벌에서 동기 획득을 위한 프리앰블(preamble)(111)이 위치하며, K+1번 또는 K+2번 OFDMA 심벌에서 프레임 제어 헤더(FCH: frame control header, 이하 'FCH' 라 칭하기로 한다)(113), DL_MAP(115), UL_MAP(117)과 같은 가입자 단말기들이 공통적으로 수신할 방송(broadcast) 데이터 정보가 위치한다. 여기서 상기 FCH(113)는 두개의 서브 채널로 구성되어 서브 채널, 레인징 및 변조(modulation) 방식등에 대한 기본 정보를 전달한다. K+2번 OFDMA 심벌에서 상기 UL_MAP을 제외하고 K+8번 OFDMA 심벌까지는 하향 버스트(DownLink Burst, 이하 'DL burst' 라 칭하기로 한다)(121, 123, 125, 127, 129)들이 위치하게 된다. 다음으로, 상기 UL[)](153)을 살펴보면, 상기 UL(153)은 K+9 OFDMA 심벌에서 프리앰블(131, 133, 135)들이 위치하며, K+10 OFDMA 심벌에서 K+12 OFDMA 심벌까지 각 상향 링크 버스트(UpLink burst, 이하 'UL burst' 라 칭하기로 한다)(137, 139, 141)들이 위치한다. 또한, 상기 K+9 내지 K+12 OFDMA 심벌에서 레인징을 위한 레인징 서브 채널(143)이 위치한다. Then, referring to the
상기 UL burst(137, 139, 141)와 상기 DL burst(121, 123, 125, 127, 129)들의 위치와 할당에 관한 정보는 상기 DL_MAP(115), UL_MAP(117)를 통하여 임의의 셀을 관할하는 기지국이 상기 셀에 속한 상기 가입자 단말기들에게 알려주고 상기 가입자 단말기들은 상기 정보를 통해 매 프레임마다 주파수와 심벌이 결합된 서브 채널을 가변적으로 할당받아서 통신을 수행하게 된다. Information regarding the location and allocation of the
여기서, 상기 가입자 단말기는 상기 DL 구간(149)과, UL 구간(153)에 위치하고 있는 프리앰블의 특정 신호 패턴을 검출함으로써 프레임의 시작점을 인지하게 된다. 예컨대, 다중 셀(multi cell) 환경에서 상기 프리앰블은 각각의 셀마다 상이한 고유의 형태로 정의된다. 또한, 검출 확률을 최대화하기 위해 상기 각각의 셀마다 상이한 프리앰블들 간에는 서로 직교하거나 준(quasi) 직교하도록 설계된다. 이렇게, 임의의 셀에 위치한 가입자 단말기는 미리 저장하고 있는 기준(reference) 프리앰블들과 상기 프레임의 프리앰블과 차례로 상관한 후, 가장 큰 상관값을 가지는 기준 프리앰블 신호를 올바른 프리앰블 신호로 결정한다.In this case, the subscriber station detects a specific signal pattern of the preamble located in the
한편, 상기 가입자 단말기가 미리 저장하고 있는 기준 프리앰블들의 개수가 많아질 수록 상관 연산량이 커지게 되면서, 상기 가입자 단말기의 로드(load)로 작용한다. 또한, 상기 가입자 단말기가 올바른 프리앰블로 결정하는데 걸리는 검출 시간이 길어지게 된다. 따라서, 상기 가입자 단말기는 상기 프리앰블 사용 목적, 즉 동기 획득, 기지국 구별 및 채널 추정을 수행하지 못하는 문제가 발생한다. 결론적으로, 기준 프리앰블 개수가 많을 경우에 대해 프리앰블 검출 시간을 줄일 수 있는 방법이 필요하다.
Meanwhile, as the number of reference preambles stored in advance by the subscriber station increases, the amount of correlation computation increases, and thus serves as a load of the subscriber station. In addition, the detection time for the subscriber station to determine the correct preamble becomes long. Therefore, the subscriber station fails to perform the purpose of using the preamble, that is, synchronization acquisition, base station discrimination, and channel estimation. In conclusion, there is a need for a method of reducing the preamble detection time for a case where the number of reference preambles is large.
따라서, 본 발명의 목적은 기준 신호 검출 시간 및 검출 연산량을 줄이기 위한 기준 신호 송신 장치 및 방법을 제공함에 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a reference signal transmission apparatus and method for reducing the reference signal detection time and the amount of calculation calculation.
본 발명의 다른 목적은 기준 신호 검출 시간 및 검출 연산량을 줄이기 위한 기준 신호 수신 장치 및 방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a reference signal receiving apparatus and method for reducing the reference signal detection time and the amount of detection calculation.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제1방법은; 가입자 단말기와 기지국간에 통신을 위해 송수신되는 기준 신호를 생성하여 송신하는 방법에 있어서, +1과 -1이 반복되는 임의의 기준 신호를 소정 그룹수에 상응하게 그룹핑하는 과정과, 상기 분할된 그룹 신호들 각각의 +1과 -1에, 그룹 식별용 상관 연산에 필요한 제1변수를 가산하고, 기준 신호 송신 전력을 높이기 위한 제2변수를 승산하여 새로운 기준 신호들을 생성하는 과정과, 상기 새롭게 생성된 기준 신호들 중 기지국들별로 상이하게 기준 신호를 선택하여 송신하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.The first method of the present invention for achieving the above objects; A method for generating and transmitting a reference signal transmitted / received for communication between a subscriber station and a base station, the method comprising: grouping an arbitrary reference signal having +1 and -1 repeated corresponding to a predetermined number of groups; Generating new reference signals by adding a first variable necessary for a group identification correlation operation to each of +1 and -1, and multiplying a second variable for increasing a reference signal transmission power; And selecting and transmitting a reference signal differently for each base station among the reference signals.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제2방법은; 가입자 단말기와 기지국간에 통신을 위해 송수신되는 기준 신호를 결정하는 방법에 있어서, +1과 -1이 반복되는 임의의 기준 신호를 소정 그룹수에 상응하게 그룹핑되고, 상기 분할된 그룹 신호들 각각의 +1과 -1에, 그룹 식별용 상관 연산에 필요한 제1변수를 가산하고, 기준 신호 송신 전력을 높이기 위한 제2변수를 승산하여 새롭게 생성된 기준 신호들 중 기지국들별로 상이하게 선택된 기준 신호를 상기 기지국으로부터 수신하 는 과정과, 상기 수신한 기준 신호의 그룹을 식별하는 과정과, 상기 식별된 그룹에 속한 다수의 기준 신호들과, 수신한 기준 신호를 각각 상관 연산하여, 최대 상관값을 가지는 기준 신호를 수신한 기준 신호로 최종 결정하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.A second method of the present invention for achieving the above objects; A method of determining a reference signal transmitted and received for communication between a subscriber station and a base station, wherein any reference signal with +1 and -1 repeated is grouped according to a predetermined number of groups, and + of each of the divided group signals The reference signal differently selected for each base station among the newly generated reference signals is multiplied by 1 and -1 by adding a first variable required for a group identification correlation operation and multiplying a second variable for increasing a reference signal transmission power. A process of receiving from a base station, identifying a group of the received reference signals, correlating a plurality of reference signals belonging to the identified group with the received reference signals, and having a maximum correlation value And finally determining the signal as the received reference signal.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제1장치는; 가입자 단말기와 기지국간에 통신을 위해 송수신되는 기준 신호를 송신하는 장치에 있어서, +1과 -1이 반복되는 임의의 기준 신호를 소정 그룹수에 상응하게 그룹핑하고, 상기 분할된 그룹 신호들 각각의 +1과 -1에, 그룹 식별용 상관 연산에 필요한 제1변수를 가산하고, 기준 신호 송신 전력을 높이기 위한 제2변수를 승산하여 새로운 기준 신호들을 생성하고, 상기 새롭게 생성된 기준 신호들 중 기지국들별로 상이하게 기준 신호를 선택하여 송신하는 기준 신호 생성기를 포함함을 특징으로 한다.A first apparatus of the present invention for achieving the above objects; An apparatus for transmitting a reference signal transmitted and received for communication between a subscriber station and a base station, wherein any reference signal with +1 and -1 repeated is grouped according to a predetermined number of groups, and each of the divided group signals + 1 and -1, add a first variable required for the group identification correlation operation, multiply a second variable to increase the reference signal transmission power to generate new reference signals, base stations of the newly generated reference signals It characterized in that it comprises a reference signal generator for selecting and transmitting a reference signal differently.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제2장치는; 가입자 단말기와 기지국간에 통신을 위해 송수신되는 기준 신호를 결정하는 장치에 있어서, +1과 -1이 반복되는 임의의 기준 신호를 소정 그룹수에 상응하게 그룹핑되고, 상기 분할된 그룹 신호들 각각의 +1과 -1에, 그룹 식별용 상관 연산에 필요한 제1변수를 가산하고, 기준 신호 송신 전력을 높이기 위한 제2변수를 승산하여 새롭게 생성된 기준 신호들 중 기지국들별로 상이하게 선택된 기준 신호를 상기 기지국으로부터 수신하는 다수의 상관기들과, 상기 수신한 기준 신호의 그룹을 식별하는 제1추출기와, 상기 식별된 그룹에 속한 다수의 기준 신호들과, 수신한 기준 신호를 각각 상관 연산하여, 최대 상관값을 가지는 기준 신호를 수신한 기준 신호로 최종 결정하는 제2추 출기를 포함함을 특징으로 한다.
A second device of the present invention for achieving the above objects; An apparatus for determining a reference signal transmitted and received for communication between a subscriber station and a base station, wherein any reference signal in which +1 and -1 are repeated is grouped according to a predetermined number of groups, and + of each of the divided group signals is +. The reference signal differently selected for each base station among the newly generated reference signals is multiplied by 1 and -1 by adding a first variable required for a group identification correlation operation and multiplying a second variable for increasing a reference signal transmission power. Correlating a plurality of correlators received from a base station, a first extractor identifying the group of received reference signals, a plurality of reference signals belonging to the identified group, and a received reference signal, respectively, for maximum correlation And a second extractor which finally determines the reference signal having the value as the received reference signal.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be noted that in the following description, only parts necessary for understanding the operation according to the present invention will be described, and descriptions of other parts will be omitted without departing from the scope of the present invention.
본 발명은 기준 신호(reference signal) 검출시 상관 연산 횟수를 종래의 N번에서 2rootN번으로 줄일 수 있는 기준 신호 송/수신 장치 및 방법을 제안한다. 상기 기준 신호의 대표적 일 예로 프리앰블 시퀀스(preamble sequence)가 있으며, 상기 프리앰블 시퀀스를 사용하는 다양한 통신 시스템 중 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16d 통신 시스템으로 본 발명을 설명하기로 한다.The present invention proposes a reference signal transmission / reception apparatus and method that can reduce the number of correlation operations when detecting a reference signal from N times to 2rootN times. A representative example of the reference signal is a preamble sequence, and the present invention will be described as an Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 802.16d communication system among various communication systems using the preamble sequence.
본 발명의 설명에 앞서, 상기 프리앰블은 프레임의 시작점을 검출할 수 있도록 기지국과 가입자 단말기간에 미리 규약된 신호이다. 예컨대, 상기 IEEE 802.16d 통신 시스템은 다중 셀(multi cell) 구조를 가지며, 상기 다수의 셀마다 상이한 프리앰블을 사용한다. 따라서, 임의의 셀에 위치하고 있는 가입자 단말기는 기준 프리앰블들과 수신한 신호의 프리앰블간의 상관(correlation) 및 자기 상관(auto correlation) 연산을 수행하여 최대 피크를 가지는 프리앰블을 검출한다. 이러한 상기 프리앰블은 주파수 영역에서 +1, -1의 수열로 정의되며, 서로 다른 프리앰블 간에는 직교 또는 준(quasi) 직교한다. 상기 IEEE 802.16d 통신 시스템의 경우 다음과 같은 프리앰블이 존재한다. 하기 프리앰블 시퀀스에서 +는 +1을, -는 -1을 의미한다.Prior to the description of the present invention, the preamble is a signal that is pre-defined between the base station and the subscriber station to detect the starting point of the frame. For example, the IEEE 802.16d communication system has a multi-cell structure and uses different preambles for each of the plurality of cells. Accordingly, the subscriber station located in an arbitrary cell detects the preamble having the maximum peak by performing correlation and auto correlation between the reference preambles and the preamble of the received signal. The preamble is defined as a sequence of +1 and -1 in the frequency domain, and is orthogonal or quasi orthogonal between different preambles. In the IEEE 802.16d communication system, the following preambles exist. In the following preamble sequence, + means +1 and-means -1.
상기 프리앰블을 수열 1이라고 칭하고, 이를 수식으로 표현하면 가 된다.If the preamble is referred to as
또 다른 프리앰블로는 다음과 같은 프리앰블이 존재한다.Another preamble includes the following preambles.
상기 프리앰블을 수열 2라고 칭하고, 이를 수식으로 표현하면 가 된다.When the preamble is called a
상기 는 모두 주파수 영역에서 정의된 수열이며, 기지국은 상기 또는 수열들을 역고속 푸리에 변환(IFFT: Inverse Fast Fourier Transform, 이하 'IFFT'라 칭하기로 한다)하여 가입자 단말기로 송신한다. 상기 IFFT 이후의 신호는 시간 영역의 신호로 로 나타낼 수 있다. 여기서, 은 n번째 시간 신호 샘플값이다. 따라서, 상기 가입자 단말기는 상기 수신한 를 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform, 이하 'FFT'라 칭하기로 한다)하여 주파수 영역의 신호 로 변환한다. remind Are all sequences defined in the frequency domain, and the base station or The sequences are transmitted to the subscriber station by performing an Inverse Fast Fourier Transform (IFFT). The signal after the IFFT is a signal in the time domain It can be represented by. here, Is the n th time signal sample value. Accordingly, the subscriber station receives the received Signal in the frequency domain by fast Fourier transform (FFT). Convert to
일반적으로 전송 채널에 잡음과 같은 왜곡이 존재하는 상황에서 시간 영역에서의 송신 신호 은 다른 값 r[n]으로 왜곡되며, r[n]은 FFT에 의해 R[k]로 변환된다. 상기 R[k]는 수신된 시간 영역의 신호를 FFT를 통해 변환된 주파수 영역의 신호이다. 상기 가입자 단말기는 상기 R[k]와 기준 프리앰블 와 상관 연산 수행 후 가장 큰 상관값 을 갖도록 하는 를 선택한다. 여기서, 상기 상관 연산에 사용되는 상관 함수는 하기 수학식 1과 같이 정의된다.
Generally, the transmission signal in the time domain in the presence of distortion such as noise in the transmission channel Is distorted to another value r [n], and r [n] is converted to R [k] by the FFT. The R [k] is a signal in the frequency domain obtained by converting the received time domain signal through the FFT. The subscriber station includes the R [k] and a reference preamble. Correlation value after performing the To have Select. Here, the correlation function used for the correlation operation is defined as in
이상에서 설명한 바와 같이, 일반적인 방법으로 프리앰블을 검출하는 경우 기준 프리앰블들의 개수가 많아질 수록 이에 비례하여 상관 연산량 및 프리앰블 검출 시간이 증가하게 된다.As described above, when the preamble is detected by the general method, as the number of reference preambles increases, the amount of correlation calculation and the preamble detection time increase in proportion to the number of reference preambles.
따라서, 본 발명에서는 직교 수열의 직교성을 부분적으로 훼손함으로써, 상관 연산량을 줄여 프리앰블 검출에 걸리는 시간을 줄이도록 한다.Therefore, in the present invention, the orthogonality of the orthogonal sequence is partially impaired, so that the amount of correlation computation is reduced to reduce the time required for preamble detection.
임의의 벡터 신호 집합 S를 하기 수학식 2와 같이 정의한다.An arbitrary vector signal set S is defined as in
상기 수학식 2에서, N=nm,이고, 상기 n 및 m은 양의 정수이다. 또한, M>0이며, 는 크로너커 델타 함수(kronecker delta function)이다. 상기 크로너커 델타 함수는 i=k 인 경우에 대해서만 가 된다.In
먼저, 상기 정의한 S를 m개의 그룹으로 나누어 각각 S1,S2,....,Sm라고 하면, 하기 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다. First, assuming that the defined S a m divided into groups S 1, S 2, ...., respectively, S m, and can be represented as shown in equation (3).
여기서, 서로 직교하는 이 상기 S내의 모든 와도 직교한다고 가정한다. 즉, , 와 같이 가정할 수 있다.Where orthogonal to each other All within this S Assume that is also orthogonal with. In other words, , We can assume
상기 가정에 따른 Sk의 각 벡터에 를 더하고, 를 곱해 새로운 집합 Tk를 만든다. 여기서, 상기 각 벡터들에 더해지는 는 가입자 단말기가 그룹 식별, 즉, 각 그룹별 상관 연산을 수행하기 위한 파라미터이다. 또한, 을 곱하는 이유는 신호를 일정수의 그룹 신호를 분할하기 이전과 동일하게 전력비를 맞춰주기 위함이다. 다시 말하자면, 상기 수학식 2에 나타낸 신호 S를 전송하는데에 '1'이라는 전력이 소요된다면, 상기 수학식 3에 나타낸 각각의 신호들을 전송하는데에는 '1'보다 작은 전력이 소요될 수 밖에 없다. 그러나, 상기 각각의 신호들(S1,S2,....,Sm)들이 기준 신호들임을 감안하면, 높은 전력으로 송신되는 것이 바람직하기 때문에 을 곱해 전력 증대(power boosting)를 하는 것이다. 한편, 상기 Tk를 하기 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
In each vector of S k according to the above assumption Add, Multiply by to make a new set T k . Here, added to each of the vectors Is a parameter for the subscriber station to perform group identification, that is, correlation operation for each group. Also, The reason for multiplying is to adjust the power ratio in the same way as before dividing a signal of a predetermined number of group signals. In other words, if a power of '1' is required to transmit the signal S shown in
상기 수학식 4에 의해 송신 신호 수열은 에 속한 임의의 벡터가 된다.According to
그러면, 가입자 단말기가 수행하는 프리앰블 검출 알고리즘에 대해 설명하기로 한다. 송신 신호 수열이 라고 가정한다. 상기 가입자 단말기는 먼저 상관 함수 가 최대값이 되는 를 검출한다. 상기 송신 신호 수열 가정에 따른 상기 상관 함수를 하기 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.Next, the preamble detection algorithm performed by the subscriber station will be described. Transmit signal sequence Assume that The subscriber station first performs a correlation function Is the maximum value Detect. The correlation function according to the transmission signal sequence assumption may be expressed by
상기 수학식 5에서, 일 때, 상기 가 최대값을 가진다. 이것은 을 의미한다. 다음으로, 를 최대화하는 를 선택한다. 여기서, 가 되므로, 일 때 가 최대값을 가 진다. 따라서, 상기 가입자 단말기는 최종 결정된 수신 신호를 로 결정한다. 상기 가입자 단말기가 을 결정하는데 걸리는 상관 연산 횟수는 m이고, 중에서 하나를 고르는데 걸리는 상관 연산 횟수는 n이므로, 총 상관 횟수는 n+m<nm=N이 되므로, N이 큰 경우 상관 연산 횟수를, 대략 으로 크게 줄일 수 있다.In
그러면, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 가입자 단말기의 수열 검출 장치를 설명하기로 한다.Next, a sequence detection apparatus of a subscriber station according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가입자 단말기의 수열 검출 장치를 도시한 도면이다.2 is a diagram illustrating a sequence detection apparatus of a subscriber station according to an embodiment of the present invention.
상기 도 2를 참조하면, 먼저 상기 가입자 단말기는 수신된 수열 (201)를 상관기들(202, 204, 206)로 입력하여 상관 연산을 수행한다. 여기서, 최초 상관 연산으로 결정되는 것은 상기 수학식 3에 나타낸 바와 같은 최대 상관값을 가지는 그룹 결정이다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 상관기들(202, 204, 206)은 상기 수신 수열 (201)와, 그룹핑된 수열 집합 와 상관 연산한 상관 연산값을 제1추출기(208)로 출력한다. 상기 제1추출기(208)는 상기 입력한 상관값들 중 가장 큰 상관값을 가지는 그룹 을 선택한다. 상기 제1추출기(208)는 상기 선택된 그룹 의 그룹 인덱스인 l을 다중화기(multiplexor)(212)로 출력한다.Referring to FIG. 2, first, the subscriber station receives the received sequence. Input 201 to the
한편, 상기 다중화기(212)는 상기 수학식 4와 같이 상기 그룹핑된 수열 집합
의 각 벡터에 를 더하고, 를 곱해 새롭게 생성한 집합군(210) 중 상기 인덱스값 l에 해당하는 집합 을 선택하고 상관기들(214, 216, 218)로 출력한다. 상기 각각의 상관기들(214, 216, 218)은 상기 수신 수열 과, 상기 의 들과 각각 상관 연산 수행한 후, 상관 연산값들을 제2추출기(220)로 출력한다. 상기 제2추출기(220)는 상기 상관 연산한 값들을 입력하여 가장 큰 상관값을 가지는 인덱스(즉, 1~n 값 중 하나)를 선택하여 출력한다.On the other hand, the
다음으로, 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 가입자 단말기의 수열 검출 과정을 설명하기로 한다.Next, the sequence detection process of the subscriber station according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가입자 단말기의 수열 검출 과정을 도시한 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a sequence detection process of a subscriber station according to an embodiment of the present invention.
상기 도 3을 참조하면, 먼저 302단계에서 상기 가입자 단말기는 기지국으로부터 전송된 신호 수열 을 수신하고 304단계로 진행한다. 상기 304단계에서 상기 가입자 단말기는 상기 과, 그룹핑된 수열 집합 와 상관 연산을 수행하여 가장 큰 상관값을 가지는 그룹 을 선택하고 306단계로 진행한다. 상기 306단계에서 상기 가입자 단말기는 상기 선택된 그룹 인덱스에 상응한 새로운 수열 집합 을 선택하고 308단계로 진행한다. 상기 308단계에서 상기 가입자 단말기는 가 최대값을 가지는 k를 선택하고 310단계로 진행한다. 상기 310단계에서 상기 가입자 단말기는 최종 수신 신호를 로 결정한다.
Referring to FIG. 3, in
다음으로, 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예가 적용 가능한 OFDM 통신 시스템의 송신기 내부 구조에 대해서 설명하기로 한다.Next, an internal structure of a transmitter of an OFDM communication system to which an embodiment of the present invention is applicable will be described with reference to FIG. 4.
도 4는 본 발명의 실시예가 적용 가능한 OFDM 통신 시스템의 송신기 내부 구조를 도시한 도면이다.4 is a diagram illustrating an internal structure of a transmitter of an OFDM communication system to which an embodiment of the present invention is applicable.
상기 도 4를 참조하면, 상기 송신기는 변조기(modulator)(401)와, 프리앰블 생성기(403)와, 변조기(405)와, 선택기(407)와, 직렬/병렬 변환기(serial to parallel converter)(409)와, IFFT기(411)와, 병렬/직렬 변환기(parallel to serial converter)(413)와, 보호 구간 삽입기(guard interval inserter)(415)와, 디지털/아날로그 변환기(digital to analog converter)(417)와, 무선 주파수(RF: Radio Frequency, 이하 'RF'라 칭하기로 한다) 처리기(processor)(419)로 구성된다.4, the transmitter includes a
먼저, 전송하고자 하는 데이터, 즉 정보 데이터 비트들(information data bits)이 발생하면, 상기 정보 데이터 비트는 상기 변조기(401)로 입력된다. 상기 변조기(401)는 상기 입력되는 정보 데이터 비트들을 미리 설정되어 있는 변조 방식으로 변조하여 변조 심벌로 생성한 후 상기 선택기(407)로 출력한다. 여기서, 상기 변조 방식으로는 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 방식 혹은 16QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 방식 등이 사용될 수 있다. First, when data to be transmitted, that is, information data bits, is generated, the information data bits are input to the
또한, 본 발명을 적용한 프리앰블 생성기(403)는 인위적으로 직교성을 해친 준 직교 수열인 프리앰블을 생성하고 상기 변조기(405)로 출력한다. 보다 상세하게 는, 상기 프리앰블 생성기(403)는 임의의 신호 집합을 일정수의 그룹으로 분할하 고, 상기 그룹 분할된 신호들 각각에 beta_k를 더하고, 1/root2을 곱해 새로운 신호들을 생성한다. 상기 변조기(405)는 상기 프리앰블 생성기(403)에서 출력하는 신호를 입력하여 미리 설정되어 있는 변조 방식으로 변조하여 변조 심벌로 생성한 후 상기 선택기(407)로 출력한다. 여기서, 상기 변조 방식으로는 BPSK(Binary Phase Shift Keying) 방식 등이 사용될 수 있다. In addition, the
상기 선택기(407)는 상기 송신기가 현재 데이터 심벌(data symbol)을 송신해야하는 데이터 심벌 송신 구간일 경우에는 상기 변조기(401)에서 출력하는 신호를 상기 직렬/병렬 변환기(409)로 출력되도록 제어하고, 상기 송신기가 현재 파일럿 심벌을 송신해야하는 파일럿 심벌 송신 구간일 경우에는 상기 변조기(405)에서 출력하는 신호를 상기 직렬/병렬 변환기(409)로 출력되도록 제어한다. 상기 직렬/병렬 변환기(409)는 상기 선택기(407)에서 출력하는 직렬 변조 심벌들을 입력하여 병렬 변환한 후 상기 IFFT기(411)로 출력한다. 상기 IFFT기(411)는 상기 직렬/병렬 변환기(409)에서 출력하는 신호를 입력하여 N-포인트(N-point) IFFT를 수행한 후 상기 병렬/직렬 변환기(413)로 출력한다. The
상기 병렬/직렬 변환기(413)는 상기 IFFT기(411)에서 출력한 신호를 입력하여 직렬 변환한 후 상기 보호 구간 삽입기(415)로 출력한다. 상기 보호 구간 삽입기(415)는 상기 병렬/직렬 변환기(413)에서 출력한 신호를 입력하여 보호 구간 신호를 삽입한 후 상기 디지털/아날로그 변환기(417)로 출력한다. 여기서, 상기 보호 구간은 상기 OFDM 통신시스템에서 OFDM 심벌을 송신할 때 이전 OFDM 심벌 시간에 송신한 OFDM 심벌과 현재 OFDM 심벌 시간에 송신할 현재 OFDM 심벌간에 간섭 (interference)을 간섭을 제거하기 위해서 삽입된다. 또한, 상기 보호 구간은 시간 영역의 OFDM 심벌의 마지막 일정 샘플(sample)들을 복사하여 유효 OFDM 심벌에 삽입하는 형태의 'Cyclic Prefix' 방식이나 혹은 시간 영역의 OFDM 심벌의 처음 일정 샘플들을 복사하여 유효 OFDM 심벌에 삽입하는 'Cyclic Postfix' 방식 중 어느 한 방식을 사용하여 삽입된다. The parallel /
상기 디지털/아날로그 변환기(417)는 상기 보호 구간 삽입기(415)에서 출력한 신호를 입력하여 아날로그 변환한 후 상기 RF 처리기(419)로 출력한다. 여기서, 상기 RF 처리기(419)는 필터(filter)와 전처리기(front end unit) 등의 구성들을 포함하며, 상기 디지털/아날로그 변환기(417)에서 출력한 신호를 실제 에어(air)상에서 전송 가능하도록 RF 처리한 후 안테나(antenna)를 통해 에어(air)상으로 전송한다. The digital-to-
상기 도 4에서는 본 발명의 실시예가 적용 가능한 OFDM 통신 시스템의 송신기 내부 구조에 대해서 설명하였으며, 다음으로 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예가 적용 가능한 OFDM 통신 시스템의 수신기 내부 구조에 대해서 설명하기로 한다.In FIG. 4, an internal structure of a transmitter of an OFDM communication system to which an embodiment of the present invention is applicable has been described. Next, an internal structure of a receiver of an OFDM communication system to which an embodiment of the present invention is applicable will be described with reference to FIG. 5. .
도 5는 본 발명의 실시예가 적용 가능한 OFDM 통신 시스템의 수신기 내부 구조를 도시한 도면이다.5 is a diagram illustrating an internal structure of a receiver of an OFDM communication system to which an embodiment of the present invention is applicable.
상기 도 5를 참조하면, 상기 수신기는 RF 처리기(501)와, 아날로그/디지털 변환기(analog/digital converter)(503)와, 보호 구간 제거기(guard interval remover)(505)와, 직렬/병렬 변환기(507)와, FFT기(509)와, 병렬/직렬 변환기(511)와, 선택기(513)와, 복조기(de-modulator)들(515, 517)과, 프리앰블 검출기(519)로 구성된다.Referring to FIG. 5, the receiver includes an
먼저, 상기 OFDM 통신 시스템의 송신기에서 송신한 신호는 다중 경로 채널(multipath channel)을 겪고 잡음(noise) 성분이 가산된 형태로 상기 수신기의 안테나를 통해 수신된다. 상기 안테나를 통해 수신된 신호는 상기 RF 처리기(501)로 입력되고, 상기 RF 처리기(501)는 상기 안테나를 통해 수신된 신호를 중간 주파수(IF: Intermediate Frequency) 대역으로 다운 컨버팅(down converting)한 후 상기 아날로그/디지털 변환기(503)로 출력한다. 상기 아날로그/디지털 변환기(503)는 상기 RF 처리기(501)에서 출력한 아날로그 신호를 디지털 변환한 후 상기 보호 구간 제거기(505)로 출력한다.First, a signal transmitted from a transmitter of the OFDM communication system is received through an antenna of the receiver in the form of a multipath channel and a noise component added thereto. The signal received through the antenna is input to the
상기 보호 구간 제거기(505)는 상기 아날로그/디지털 변환기(503)에서 출력한 신호를 입력하여 보호 구간 신호를 제거한 후 상기 직렬/병렬 변환기(507)로 출력한다. 상기 직렬/병렬 변환기(507)는 상기 보호 구간 제거기(505)에서 출력한 직렬 신호를 입력하여 병렬 변환한 후 상기 FFT기(509)로 출력한다. 상기 FFT기(509)는 상기 직렬/병렬 변환기(507)에서 출력한 신호를 N-포인트 FFT를 수행한 후 상기 병렬/직렬 변환기(511)로 출력한다. The
상기 병렬/직렬 변환기(511)는 상기 FFT기(509)에서 출력한 병렬 신호를 입력하여 직렬 변환한 후 상기 선택기(513)로 출력한다. 상기 선택기(513)는 상기 수신기가 현재 데이터 심벌을 수신해야하는 데이터 심벌 수신 구간일 경우에는 상기 FFT기(509)에서 출력하는 신호를 상기 복조기(515)로 출력되도록 제어하고, 상기 수신기가 현재 프리앰블을 수신해야하는 구간일 경우에는 상기 FFT기(509)에서 출 력하는 신호를 상기 복조기(517)로 출력되도록 제어한다. 상기 복조기(515)는 상기 FFT기(509)에서 출력하는 신호를 상기 송신기에서 적용한 변조 방식에 상응하게 복조하여 데이터, 즉 정보 데이터 비트들로 복원하여 출력한다.The parallel /
한편, 상기 복조기(517)는 상기 FFT기(509)에서 출력하는 신호를 상기 송신기에서 적용한 변조 방식에 상응하게 복조하여 프리앰블로 복원하고 상기 프리앰블 검출기(519)로 출력한다. 상기 프리앰블 검출기(519)는 상기 복조기(517)에서 출력하는 신호를 입력하여 최대 상관값을 가지는 프리앰블을 결정한다.Meanwhile, the
도 6은 본 발명에서 제안한 프리앰블과 기존 프리앰블간의 모의 성능 실험 결과를 도시한 그래프이다.6 is a graph illustrating a simulation performance test result between the preamble proposed in the present invention and the existing preamble.
상기 도 6의 모의 성능 실험을 위해 사용한 직교 프리앰블은 하다마드 행렬식(Hadamard matrix)으로 만든 것이다. 1024x1024 하다마드 행렬식의 행(row) 벡터중 100개의 직교 벡터를 선택한 경우와, 512x512 하다마드 행렬식의 행 벡터 중 100개의 직교벡터를 선택한 경우를 실험하였다. 채널 모델은 ITU-R(International Telecommunication Union-Radiocommunication Sector)에 기반한 이동 차량이며, 가입자 단말기의 이동 속도는 60km/h이다. 이때 최대 도플러 확산(maximum Doppler spread)은 약 130 Hz이며, 채널 대역폭은 10MHz이다. 멀티 셀 환경에서 비롯되는 인접셀 간섭은 AWGN(additive white Gaussian noise)으로 근사화 할 수 있다. 이 실험에서는 신호대 간섭비(Carrier to Interference ratio)가 -20, -15, -10, -5, 0 dB인 경우에 대해 프리앰블의 정정 추정(correct estimation) 확률을 도출하였다. The orthogonal preamble used for the simulation performance experiment of FIG. 6 is made of a Hadamard matrix. We experimented with selecting 100 orthogonal vectors from the row vectors of the 1024x1024 Hadamard determinant and 100 orthogonal vectors from the row vectors of the 512x512 Hadamard determinant. The channel model is a mobile vehicle based on ITU-R (International Telecommunication Union-Radiocommunication Sector), and the moving speed of the subscriber station is 60 km / h. The maximum Doppler spread is about 130 Hz and the channel bandwidth is 10 MHz. Adjacent cell interference resulting from a multi-cell environment can be approximated with additive white Gaussian noise (AWGN). In this experiment, the probability of correct estimation of the preamble was derived for the case where the carrier to interference ratio is -20, -15, -10, -5, and 0 dB.
본 발명에서 제안된 수열은 기존의 방식에 비해 수신 신호 결정에 필요한 상관 횟수가 적으면서도, 자기 상관값이 512 이상의 경우, 신호 대 간섭비 -10dB 이내에서 기존 방식과 동일한 성능을 가지는 것을 알 수 있다. 즉, 제안된 방식에 따른 수열 검출은 수열 벡터의 자기 상관 값이 커지면 커질수록 더 넓은 범위의 신호 대 잡음비 영역에서 기존의 방식과 동일한 성능에 접근한다. 보다 상세하게는 자기 상관값이 512인 경우 -10dB 이상에서 90% 이상의 검출 성능을 보이는 것에 비해 자기 상관값 1024에서는 -15dB에서도 90%의 검출 성능을 보임을 알 수 있다.It can be seen that the proposed sequence of the present invention has the same performance as that of the conventional method in the case where the autocorrelation value is 512 or more and the signal-to-interference ratio is less than -10 dB, although the number of correlations required for determining the received signal is smaller than that of the conventional method. . That is, the sequence detection according to the proposed scheme approaches the same performance as the conventional scheme in the wider signal-to-noise ratio region as the autocorrelation value of the sequence vector increases. More specifically, when the autocorrelation value is 512, 90% or more detection performance is shown at -10dB or more, whereas the
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
Meanwhile, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined not only by the scope of the following claims, but also by the equivalents of the claims.
상술한 바와 같이, 본 발명에서 제안된 기준 신호를 생성하여 가입자 단말기로 전송하면, 상기 가입자 단말기는 상관 연산 횟수를 기존의 N에서 으로 크게 줄일 수 있으면서도 성능면에서도 우수하다는 이점이 있다.As described above, when the reference signal proposed in the present invention is generated and transmitted to the subscriber station, the subscriber station transmits the number of correlation operations from the existing N. It can be greatly reduced, but also has an advantage in terms of performance.
Claims (16)
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KR1020040063142A KR20060014557A (en) | 2004-08-11 | 2004-08-11 | Apparatus and method for transmitting/receiving of reference signal |
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