KR100375350B1 - 직교 주파수 분할 다중 접속에 기반한 데이타 통신 장치및 방법 - Google Patents

직교 주파수 분할 다중 접속에 기반한 데이타 통신 장치및 방법 Download PDF

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Abstract

직교 주파수 분할 다중 접속에 기반한 데이타 통신 장치 및 방법이 개시된다. 이 장치에서, 각각이 해당하는 사용자 정보를 기지국측으로 전송하는 U개의 사용자 송신부들중 u번째 사용자 송신부의 제U+1 인코더는 사용자 정보를 인코딩하고, 인코딩된 결과를 Nu개의 u번째 사용자 심볼들로서 출력하고, 사용자 신호 생성부는 제U+1 인코더로부터 입력한 u번째 사용자 심볼[Am (u)]들로부터 아래와 같이 시간 영역에서의 u번째 사용자 신호[xk (u)]를 생성하고,
제2 순환 신장 심볼 삽입부는 u번째 사용자 신호에 순환 신장 심볼을 삽입하고, 제2 신호 전송부는 순환 신장 심볼을 삽입한 결과를 심볼 블럭 신호로 변환하여 기지국측으로 전송하고, 1≤Nu≤N 인 것을 특징으로 한다. 그러므로, 종래의 데이타 통신 장치보다 사용자측의 하드웨어적를 훨씬 간단하게 원하는 만큼 구현할 수 있고, 주어진 채널 환경에서 종래보다 통신 효율을 더욱 높일 수 있고, 서로 다른 복잡도를 갖는 여러 종류의 사용자측들이 하나의 데이타 포맷을 사용하여 기지국측과 통신을 할 수 있도록 하는 효과를 갖는다.

Description

직교 주파수 분할 다중 접속에 기반한 데이타 통신 장치 및 방법{Data communication apparatus and method based on the Orthogonal Frequency Division Multiple Access}
본 발명은 데이타 통신에 관한 것으로서, 특히 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA:Orthogonal Frequency Division Multiple Access)에 기반한 데이타 통신 장치 및 방법에 관한 것이다.
종래의 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)에 기반한 데이타 통신 방식은 다음과 같이 기지국측에서 사용자측으로 데이타 심볼 블럭 단위로정보를 전송한다. 먼저, 전송할 정보를 N(여기서, N은 사용자들에게 할당할 총 심볼의 개수를 의미한다.)-포인트(point) 역 이산 푸리에 변환(IDFT:Inverse Discrete Fourier Transform) 또는 N-포인트 역 고속 푸리에 변환(IFFT:Inverse Fast Fourier Transform)하고, 변환된 정보를 갖는 주요 심볼들 앞에 순환 접두부(cyclic prefix)를 첨가하여 생성된 심볼 블럭을 전송한다. 그 결과, 종래의 OFDMA에 기반한 데이타 통신 방식은 전체 주파수 대역을 N개의 작은 주파수 대역[또는, 서브 캐리어(sub-carrier)]으로 나눈 후, 각 서브 캐리어에 데이타 심볼을 하나씩 전송하는 효과를 얻는다.
종래의 OFDMA에 기반한 데이타 통신 방식의 기지국측은 사용자측으로부터 수신된 신호로부터 사용자 심볼을 다음과 같이 추정한다. 먼저, 각 심볼 블럭의 시작 지점을 찾은 후, 순환 접두부를 제거한 다음, N개의 샘플을 N-포인트 DFT 또는 N-포인트 FFT하여 주파수 영역 신호로 변환한다. 그 다음, 각 주파수에서 채널에 의해 발생한 신호 왜곡을 보상한 후 데이타를 검출한다. 여기서, 순환 접두부는 채널에 의해 블럭간 간섭이 발생하는 것을 방지하기 위해 첨가되며, 채널의 임펄스 응답 보다 길어야 한다. 이 때, 종래의 OFDMA에 기반한 데이타 통신 방식의 효율을 높이기 위해서 N값을 가능한 크게 하여야 한다. 그러나, N이 너무 크면 FFT/IFFT의 하드웨어 크기가 그 만큼 증가하게 되므로, 종래의 OFDMA에 기반한 데이타 통신 방식을 구현하기 어려운 문제가 있다.
일반적인 OFDMA에 기반한 데이타 통신 방식은 여러 사용자들이 동시에 통신할 때, 필요한 만큼의 주파수 또는 서브 캐리어의 수를 각 사용자에게 할당하여 다중 접속을 달성한다. 그러므로, 각 사용자는 일부 주파수에서만 데이타 심볼을 실어서 전송하고, 나머지 주파수에는 어떠한 데이타도 전송하지 않는다. 이와 같이 일부 주파수에서만 데이타를 전송하는 경우에도, 종래의 OFDMA에 기반한 데이타 통신 방식의 사용자측은 N-포인트 IFFT 및 N-포인트을 사용해야 하므로, 하드웨어를 불필요하게 낭비시키는 문제점을 갖는다.
저속의 음성 서비스부터 고속의 데이타 서비스까지 다양한 속도와 특성이 공존하는 멀티미디어 무선 통신 환경에서, 사용자 송신부 및 사용자 수신부 즉, 단말기의 가격이나 용도에 따라 제한된 서비스만을 원하는 경우가 있다. 예를 들어, 저가의 단말기는 음성 서비스 같은 저속의 데이타 서비스만을 원하며 고가의 단말기는 고속 데이타 서비스와 비디오 서비스를 원할 것이다. 그러므로, 멀티미디어 무선 통신 환경에서 통신 효율을 높이기 위해서 N을 크게 선택해야 하지만 저속의 단말기는 N을 작게 선택해도 된다. 그러나, 종래의 OFDMA에 기반한 데이타 통신 방식은 단말기의 크기가 동일하고, 단말기의 하드웨어를 복잡하게 하고, 단말기의 설계를 복잡하게 만드는 문제점을 갖는다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 정보 전송 속도에 따라 사용자 송신부 및 사용자 수신부가 가변적으로 간단하게 구현될 수 있도록 하는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA)에 기반한 데이타 통신 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기 OFDMA에 기반한 데이타 통신 장치에서 수행되는 OFDMA에 기반한 데이타 통신 방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명에 의한 직교 주파수 분할 다중 접속에 기반한 데이타 통신 장치의 개략적인 블럭도이다.
도 2는 프레임, 시간 슬롯 및 심볼 블럭간의 관계를 설명하기 위한 데이타 포맷이다.
도 3은 도 2에 도시된 심볼 블럭의 포맷을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 의한 기지국 송신부의 블럭도이다.
도 5는 도 4에 도시된 기지국 송신부에서 수행되는 본 발명에 의한 데이타 통신 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 6은 본 발명에 의한 사용자 송신부의 블럭도이다.
도 7은 도 6에 도시된 사용자 송신부에서 수행되는 본 발명에 의한 데이타 통신 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 8은 도 4 및 도 6에 도시된 제1 및 제2 신호 전송부들 각각의 일반적인 블럭도이다.
도 9는 본 발명에 의한 기지국 수신부의 블럭도이다.
도 10은 도 9에 도시된 기지국 수신부에서 수행되는 본 발명에 의한 데이타 통신 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 11은 본 발명에 의한 사용자 수신부의 블럭도이다.
도 12는 도 11에 도시된 사용자 수신부에서 수행되는 본 발명에 의한 데이타 통신 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 13은 제1 및 제2 신호 수신부들 각각에 대한 일반적인 블럭도이다.
도 14는 주파수 오프셋 번호를 구하는 본 발명에 의한 데이타 통신 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 15는 4명의 사용자가 동시에 동일한 속도로 정보를 전송하는 경우, 주파수 영역에서의 심볼들을 나타내는 도면이다.
도 16은 4명의 사용자가 동시에 다른 속도로 데이타를 전송하는 경우, 주파수 영역에서의 심볼들을 나타내는 도면이다.
상기 과제를 이루기 위해, 적어도 하나의 사용자에게 해당하는 사용자 정보를 전송하는 기지국 송신부를 갖는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA)에 기반한 데이타 통신 장치의 본 발명에 의한 기지국 송신부는, u(여기서, 1 ≤u ≤U 이고, U는 상기 사용자의 수를 나타낸다.)번째 인코더는 상기 사용자 정보를 인코딩하고, 인코딩된 결과를 Nu(여기서, Nu는 u번째 사용자에게 할당되는 심볼의 개수를 나타낸다.)개의 u번째 사용자 심볼들로서 출력하는 제1 ∼ 제U 인코더들과, 상기 제1 ∼ 제U 인코더들로부터 출력되는 상기 사용자 심볼들 각각에 서로 겹치지 않는 주파수를 할당하고, 할당한 결과들을 출력하는 주파수 할당부와, 상기 주파수 할당부로부터 출력되는 상기 할당한 결과들을 N(여기서, N은 U명의 사용자들 모두에게 할당될 수 있는 심볼의 총 개수이다.)-포인트 역 푸리에 변환하는 제1 역 푸리에 변환부와, 상기 역 푸리에 변환된 결과에 순환 신장 심볼을 삽입하는 제1 순환 신장 심볼 삽입부 및 상기 순환 신장 심볼을 삽입한 결과를 심볼 블럭 신호로 변환하여 상기 사용자에게 전송하는 제1 신호 전송부로 구성되고, N1∼ NU의 합은 N이하인 것이 바람직하다.
상기 과제를 이루기 위해, 각각이 해당하는 사용자 정보를 기지국측으로 전송하는 U개의 사용자 송신부들을 갖는 직교 주파수 분할 다중 접속에 기반한 데이타 통신 장치의 u(1 ≤u ≤U)번째 본 발명에 의한 상기 사용자 송신부는, 상기 사용자 정보를 인코딩하고, 인코딩된 결과를 Nu(여기서, Nu는 u번째 사용자에게 할당되는 심볼의 개수를 나타낸다.)개의 u번째 사용자 심볼들로서 출력하는 제U+1 인코더와, 상기 제U+1 인코더로부터 입력한 상기 u번째 사용자 심볼[Am (u)](여기서, 0 ≤m < Nu)들로부터 아래와 같이 시간 영역에서의 u번째 사용자 신호[xk (u)]를 생성하여 출력하는 사용자 신호 생성부와,
(여기서, 0 ≤k ≤N-1이고, N은 U명의 사용자들 모두에게 할당될 수 있는 심볼의 총 개수로서 N1∼ NU의 합 이상이고, k%Nu는 k를 Nu로 나눈 나머지를 나타내고, ak (u)는 Nu개의 Am (u)를 역 푸리에 변환한 결과를 나타내고, nu는 u번째 사용자에게 할당된 주파수 오프셋 번호를 나타낸다.)
상기 u번째 사용자 신호에 순환 신장 심볼을 삽입하는 제2 순환 신장 심볼 삽입부 및 상기 순환 신장 심볼을 삽입한 결과를 심볼 블럭 신호로 변환하여 상기 기지국측으로 전송하는 제2 신호 전송부로 구성되고, 상기 1≤Nu≤N 인 것이 바람직하다.
상기 과제를 이루기 위해, U개의 상기 사용자 송신부(들) 각각으로부터 전송된 상기 심볼 블럭 신호를 수신하고, 수신된 상기 심볼 블럭 신호로부터 상기 u번째 사용자 심볼을 추정하는 기지국 수신부를 갖는 OFDMA에 기반한 데이타 통신 장치의 본 발명에 의한 상기 기지국 수신부는, 수신한 상기 심볼 블럭 신호를 심볼블럭으로 변환하여 출력하는 제1 신호 수신부와, 상기 제1 신호 수신부으로부터 입력한 상기 심볼 블럭의 시작 지점을 찾고, 찾은 상기 시작 지점을 기준으로 상기 심볼 블럭으로부터 상기 순환 신장 심볼을 제거한 결과(rk)를 출력하는 제1 전 처리부와, 상기 제1 전 처리부로부터 출력되는 상기 결과(rk)를 N-포인트 푸리에 변환하여 출력하는 제1 푸리에 변환부와, 상기 제1 푸리에 변환부에서 푸리에 변환된 결과로부터 채널간 간섭을 제거하여 출력하는 제1 등화부 및 상기 제1 등화부로부터 출력되는 상기 채널간 간섭이 제거된 결과로부터 상기 u번째 사용자 심볼[Am (u)]의 추정치를 검출하는 제1 추정치 검출부로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 과제를 이루기 위해, 상기 기지국 송신부로부터 전송된 상기 심볼 블럭 신호를 수신하고, 수신한 상기 심볼 블럭 신호로부터 상기 u번째 사용자 심볼을 추정하는 사용자 수신부를 갖는 OFDMA에 기반한 데이타 통신 장치의 본 발명에 의한 사용자 수신부는, 상기 수신한 심볼 블럭 신호를 심볼 블럭으로 변환하여 출력하는 제2 신호 수신부와, 상기 제2 신호 수신부으로부터 입력한 상기 심볼 블럭의 시작 지점을 찾고, 찾은 상기 시작 지점을 기준으로 상기 심볼 블럭으로부터 상기 순환 신장 심볼을 제거한 결과(rk)(여기서, k는 시간 인덱스로서, 0 ≤k ≤N-1)를 출력하는 제2 전 처리부와, 상기 제2 전 처리부로부터 출력되는 상기 결과(rk)로부터 아래와 같이 u번째 사용자에 대한 주파수 영역에서의 신호[Rn (u)]를 추출하는 사용자 신호 추출부와,
(여기서, n은 주파수 인덱스로서, 0 ≤n ≤Nn-1, B는 크기 조절 인자를 나타내고, Hn (u)는 주파수 영역에서의 채널 특성을 나타내고, N'u는 주파수 영역에서의 잡음 특성을 나타낸다.)
상기 사용자 신호 추출부에서 추출된 상기 신호[Rn (u)]로부터 채널간 간섭을 제거하여 출력하는 제2 등화부 및 상기 제2 등화부로부터 입력한 상기 채널간 간섭이 제거된 결과로부터 상기 u번째 상기 사용자 심볼[Am (u)]의 추정치[]를 검출하는 제2 추정치 검출부로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 다른 과제를 이루기 위해, 상기 기지국 송신부에서 적어도 하나의 사용자에게 해당하는 사용자 정보를 전송하는 본 발명에 의한 OFDMA에 기반한 데이타 통신 방법은, U개의 상기 사용자 정보를 인코딩하여 각 사용자에 대한 Nu개의 사용자 심볼들을 구하는 단계와, 모든 사용자 각각에 대한 상기 사용자 심볼들 각각에 서로 겹치지 않는 주파수를 할당하는 단계와, 상기 주파수 할당한 결과들을 역 푸리에 변환하는 단계와, 상기 역 푸리에 변환된 결과에 순환 신장 심볼을 삽입하는 단계 및 상기 순환 신장 심볼을 삽입한 결과를 심볼 블럭 신호로 변환하여 상기 사용자에게 전송하는 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 다른 과제를 이루기 위해, 상기 u번째 사용자 송신부가 해당하는 사용자 정보를 기지국측으로 전송하는 본 발명에 의한 OFDMA에 기반한 데이타 통신 방법은, 상기 해당하는 사용자 정보를 인코딩하여 Nu개의 u번째 사용자 심볼들을 구하는 단계와, 상기 u번째 사용자 심볼[Am (u)]들로부터 상기 시간 영역에서의 u번째 사용자 신호[xk (u)]를 아래와 같이 생성하는 단계와,
상기 u번째 사용자 신호에 순환 신장 심볼을 삽입하는 단계 및 상기 순환 신장 심볼을 삽입한 결과를 심볼 블럭 신호로서 상기 기지국측으로 전송하는 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 다른 과제를 이루기 위해, 상기 기지국 수신부가 수신된 상기 심볼 블럭 신호로부터 상기 u번째 사용자 심볼을 추정하는 본 발명에 의한 OFDMA에 기반한 데이타 통신 방법은, 수신한 상기 심볼 블럭 신호를 심볼 블럭으로 변환하는 단계와, 변환된 상기 심볼 블럭의 시작 지점을 찾고, 찾은 상기 시작 지점을 기준으로 상기 심볼 블럭으로부터 상기 순환 신장 심볼을 제거하는 단계와, 상기 순환 신장 심볼이 제거된 결과(rk)를 N-포인트 푸리에 변환하는 단계와, 상기 푸리에 변환된 결과로부터 채널간 간섭을 제거하는 단계 및 상기 채널간 간섭이 제거된 결과로부터 상기 u번째 사용자 심볼[Am (u)]의 추정치를 검출하는 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 다른 과제를 이루기 위해, 상기 사용자 수신부가 수신한 상기 심볼 블럭 신호로부터 상기 u번째 사용자 심볼을 추정하는 본 발명에 의한 OFDMA에 기반한 데이타 통신 방법은, 수신한 상기 심볼 블럭 신호를 심볼 블럭으로 변환하는 단계와, 변환된 상기 심볼 블럭의 시작 지점을 찾고, 찾은 상기 시작 지점을 기준으로 상기 심볼 블럭으로부터 상기 순환 신장 심볼을 제거하는 단계와, 상기 순환 신장 심볼을 제거한 결과(rk)로부터 상기 신호[Rn (u)]를 아래와 같이 추출하는 단계와,
상기 신호[Rn (u)]로부터 채널간 간섭을 제거하는 단계 및 상기 채널간 간섭이 제거된 결과로부터 상기 u번째 상기 사용자 심볼[Am (u)]의 추정치[]를 검출하는 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 다른 과제를 이루기 위해, 상기 주파수 오프셋 번호를 구하는 본 발명에 의한 OFDMA에 기반한 데이타 통신 방법은, 모든 사용자에 대하여 Lu가 증가하는 순서대로 정렬하는 (a) 단계와, 상기 사용자 인덱스(u)와 상기 주파수 오프셋 번호를 초기화하는 (b) 단계와, 상기 사용자 인덱스를 1 만큼 증가시키고,를 만족하는 b l ∈ {0,1}의 값을 구하고,을 이용하여 상기 주파수 오프셋 번호를 구하는 (c) 단계 및 상기 사용자 인덱스가 상기 사용자의 수보다 적은가를 판단하고, 상기 사용자 인덱스가 상기 사용자의 수보다 적다고 판단되면 상기 (c) 단계로 진행하는 (d) 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 의한 직교 주파수 분할 다중 접속에 기반한 데이타 통신 장치의 구성 및 동작을 첨부한 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA)에 기반한 데이타 통신 장치의 개략적인 블럭도로서, 사용자 송신부(12)와 사용자 수신부(14)를 갖는 사용자측(10) 및 기지국 수신부(22)와 기지국 송신부(24)를 갖는 기지국측(20)으로 구성된다.
도 1에 도시된 기지국측(20)과 통신하는 사용자측(10)은 사용자의 수만큼 존재할 수 있고, 존재하는 모든 사용자측(들) 각각(10)은 기지국측(20)과 다음과 같이 데이타 통신을 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 데이타 통신 장치의 사용자 송신부(12)는 사용자 심볼로 인코딩되는 사용자 정보를 주요 심볼(들)과 부가적인 순환 신장(cyclic extension) 심볼(들)로 이루어진 심볼 블럭 단위로 기지국 수신부(22)로 전송한다. 이 때, 기지국 수신부(22)는 적어도 하나 이상의 사용자 송신부(들) 각각(12)으로부터 심볼 블럭 단위로 전송된 사용자 정보를 수신하고, 수신한 사용자 정보로부터 그 사용자측(10)에서 전송된 사용자 심볼을 추정한다.
또한, 본 발명에 의한 데이타 통신 장치의 기지국 송신부(24)는 임의의 사용자를 위한 정보를 해당하는 사용자 수신부(14)로 주요 심볼(들)과 순환 신장 심볼(들)을 포함하는 심볼 블럭 단위로 전송한다. 이 때, 사용자 수신부(14)는 기지국 송신부(24)에서 심볼 블럭 단위로 전송된 정보를 수신하고, 수신한 정보로부터 임의의 사용자에 대한 심볼을 추정한다.
이하, 도 1에 도시된 사용자측(10)과 기지국측(20)간에 송/수신되는 정보의 포맷에 대해 첨부한 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 2는 프레임, 시간 슬롯 및 심볼 블럭간의 관계를 설명하기 위한 데이타 포맷이다.
도 2를 참조하면, 단위 프레임(30)은 적어도 하나의 시간 슬롯으로 구성되며, 단위 시간 슬롯(32)은 적어도 하나의 심볼 블럭으로 구성된다. 본 발명에 의한 데이타 통신 장치 및 방법에 의하여 사용자측(10)과 기지국측(20)간에 정보를 주고 받을 때, 심볼 블럭(34)은 하나의 사용자에게 할당되거나 여러명의 사용자들에게 동시에 할당될 수도 있다. 즉, 본 발명에 의하면, 심볼 블럭(34)에 사용자가 할당되는 형태는 동일한 프레임내에서 고정되지 않고 각 심볼 슬롯마다 상이하다.
도 3은 도 2에 도시된 심볼 블럭(34)의 포맷을 설명하기 위한 도면으로서, 순환 신장 심볼들(40 및 44)과 주요 심볼들(42)로 구성된다.
도 3을 참조하면, 심볼 블럭(34)은 N(여기서, N은 모든 사용자에 할당될 수 있는 심볼의 총 개수 즉, 서브 캐리어의 수를 의미한다.)개의 주요 심볼(들)(42)과 Np(여기서, Np는 1이상의 정수)개의 순환 신장 심볼(들)(40)로 이루어지며, Nq(여기서, Nq는 1이상의 정수)개의 순환 신장 심볼(들)(44)을 부가적으로 마련할 수 있다. 즉, 심볼 블럭(34)에서 앞에 첨가되는 순환 신장 심볼(들)(40)은 일반적으로 필수적으로 마련되지만 심볼 블럭(34)에서 뒤에 첨가되는 순환 신장 심볼(들)(44)은 생략될 수 있다. 순환 신장 심볼(들)(40)은 N개의 주요 심볼(들)(42)에서 마지막 Np개를 복사하여 심볼 블럭(34)의 맨 앞에 첨가(46)한 것이고, 순환 신장 심볼(들)(44)은 N개의 주요 심볼(들)(42)에서 처음 Nq개를 복사하여 심볼 블럭(34)의 맨 뒤에 추가로 첨가(48)한 것이다. 여기서, 주요 심볼(들)(42)의 개수인 N이 2의 지수승의 값(즉, N∈{2n'｜ n'=1, 2, 3, ...})을 갖도록 설정하면 본 발명에 의한 데이타 통신 장치의 구현이 훨씬 쉬워진다. 이 때, 순환 신장 심볼(들)(40 또는 44)의 길이(Np또는 Nq)는 채널 임펄스 응답 길이와 같거나 크도록 선택한다. 또한, 여러명의 사용자들이 보낸 사용자 정보들이 기지국에 도달하는 시간이 정확히 일치하지 않을 경우, 이 도달상 시간차를 순환 신장 심볼(들)(40 또는 44)에 포함시킨다.
이하, 본 발명에 의한 기지국 송신부(24)의 바람직한 일 실시예의 구성 및 동작과 기지국 송신부(24)에서 해당하는 사용자 정보를 사용자 수신부(14)로 전송하는 본 발명에 의한 데이타 통신 방법을 첨부한 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 4는 본 발명에 의한 기지국 송신부(24)의 블럭도로서, 제1 ∼ 제U 인코더들(60, ... 및 62), 주파수 할당부(64), 제1 역 푸리에 변환부(66), 제1 순환 신장심볼 삽입부(68) 및 제1 신호 전송부(70)로 구성된다.
도 5는 도 4에 도시된 기지국 송신부(24)에서 사용자 정보를 전송하는 본 발명에 의한 데이타 통신 방법을 설명하기 위한 플로우차트로서, 사용자 정보를 인코딩하여 구한 사용자 심볼들 각각에 주파수를 할당하는 단계(제90 및 제92 단계들) 및 주파수 할당된 결과들을 역 푸리에 변환한 후 순환 신장 심볼을 삽입하여 완성한 심볼 블럭을 전송하는 단계(제94 ∼ 제98 단계들)로 이루어진다.
도 4에 도시된 기지국 송신부(24)는 해당하는 사용자 정보를 적어도 하나의 사용자 수신부(14)로 전송하는 역할을 한다. 이를 위해, 먼저, 제1 ∼ 제U 인코더들(60, ... 및 62)은 입력단자 IN1∼ INU를 통해 입력한 U개의 사용자 정보(들)를 인코딩하고, 인코딩된 결과(들) 각각을 각 사용자에 대한 Nu개의 사용자 심볼[Am (u)]들로서 주파수 할당부(64)로 출력한다(제90 단계). 여기서, Nu는 u번째 사용자에게 할당되는 심볼의 개수이고, u는 사용자 인덱스로서 1 ≤u ≤U 이며 0 ≤m < Nu이다. 이 때, 1≤Nu≤N 이고, N1∼ NU를 모두 합한 결과는 N 이하이어야 하고, N이 다음 수학식 1과 같이 2의 지수승의 값을 갖도록 설정하면, 본 발명에 의한 데이타 통신 장치의 구현이 훨씬 쉬워진다. 또한, Nu역시 다음 수학식 1과 같이 2의 지수승 값을 갖도록 설정될 수 있다.
예컨데, 제u 인코더(60, ... 또는 62)는 입력단자 INu를 통해 비트 형태로 입력되는 사용자 정보를 인코딩하고, 인코딩된 결과를 Nu개의 u번째 사용자 심볼[Am (u)]들로서 주파수 할당부(64)로 출력한다.
제90 단계후에, 주파수 할당부(64)는 제1 ∼ 제U 인코더들(60, ... 및 62)로부터 출력되는 모든 사용자(들) 각각에 대한 Nu개의 사용자 심볼[Am (u)]들 각각에 서로 겹치지 않는 주파수(Su)를 다음 수학식 2와 같이 할당하고, 할당한 결과들을 제1 역 푸리에 변환부(66)로 출력한다(제92 단계).
여기서, Lu는 N/Nu이고, nu은 u번째 사용자에게 할당된 주파수 오프셋 번호를 나타낸다.
제92 단계를 수행하기 위해, 주파수 할당부(64)는 제1 스위칭부(80) 및 제1 제어부(82)로 구현될 수 있다. 여기서, 제1 스위칭부(80)는 제1 ∼ 제U 인코더들(60, ... 및 62)로부터 입력한 인코딩된 결과들중 하나를 제1 제어부(82)로부터 입력한 제1 제어 신호(C1)에 응답하여 다음 수학식 3과 같이 표현되는 주파수 할당된 결과들(Xn)로서 제1 역 푸리에 변환부(66)로 출력한다.
여기서, n은 주파수 인덱스로서 0 ≤n ≤N-1 이다. 이 때, 수학식 3에서 Xn (u)은 n=mLu+nu에서만 Am (u)이 되고 그렇지 않은 경우 0 이 된다. 제1 제어부(82)는 Lu및 nu에 응답하여 발생한 제1 제어 신호(C1)를 제1 스위칭부(80)로 출력한다.
제92 단계후에, 제1 역 푸리에 변환부(66)는 주파수 할당부(64)로부터 출력되는 주파수 할당한 결과들(Xn)을 N-포인트 역 푸리에 변환하고, N-포인트 역 푸리에 변환된 결과들을 제1 순환 신장 심볼 삽입부(68)로 출력한다(제94 단계).
제94 단계후에, 제1 순환 신장 심볼 삽입부(68)는 제1 역 푸리에 변환부(66)로부터 입력한 역 푸리에 변환된 결과에 순환 신장 심볼(40)(또는, 40 및 44)을 삽입하고, 순환 신장 심볼을 삽입한 결과를 제1 신호 전송부(70)로 출력한다(제96 단계).
제96 단계후에, 제 신호 전송부(70)는 순환 신장 심볼을 삽입한 결과를 제1 순환 신장 심볼 삽입부(68)로부터 입력하여 심볼 블럭 신호로 변환하고, 변환된 심볼 블럭 신호를 사용자 수신부(14)로 전송한다(제98 단계).
이하, 본 발명에 의한 사용자 송신부(12)의 바람직한 일 실시예의 구성 및 동작과 사용자 송신부(12)에서 사용자 정보를 기지국 수신부(22)로 전송하는 본 발명에 의한 데이타 통신 방법을 첨부한 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 6은 본 발명에 의한 사용자 송신부(12)의 블럭도로서, 제U+1 인코더들(100), 사용자 신호 생성부(102), 제2 순환 신장 심볼 삽입부(104) 및 제2 신호 전송부(106)로 구성된다.
도 7은 도 6에 도시된 사용자 송신부(12)에서 사용자 정보를 기지국 수신부(22)로 전송하는 본 발명에 의한 데이타 통신 방법을 설명하기 위한 플로우차트로서, 사용자 정보를 인코딩하여 구한 사용자 심볼로부터 사용자 신호를 생성하는 단계(제120 및 제122 단계들) 및 생성된 사용자 신호에 순환 신장 심볼을 삽입하여 완성한 심볼 블럭을 전송하는 단계(제124 및 제126 단계들)로 이루어진다.
U개의 사용자측들중 u번째 사용자측(10)에 포함되는 도 6에 도시된 사용자 송신부(12)는 해당하는 사용자 정보를 기지국 수신부(22)로 전송한다. 이를 위해, 먼저, 제U+1 인코더(100)는 입력단자 INU+1을 통해 입력한 해당하는 사용자 정보를 쿼드러쳐 진폭 변조(QAM:Quadrature Amplitue Modulation) 심볼 또는 위상 쉬프트 키잉(PSK:Phase Shift Keying) 심볼 등으로 인코딩하고, 인코딩된 결과를 Nu개의 u번째 사용자 심볼[Am (u)]들로서 사용자 신호 생성부(102)로 출력한다(제120 단계).
제120 단계후에, 사용자 신호 생성부(102)는 제U+1 인코더(100)로부터 입력한 Nu개의 u번째 사용자 심볼[Am (u)]들로부터 시간 영역에서의 u번째 사용자 신호[xk (u)]를 수학식 2에 표현된 주파수 할당 조건에서 다음 수학식 4와 같이 생성하고, 생성된 u번째 사용자 신호[xk (u)]를 제2 순환 신장 심볼 삽입부(104)로 출력한다(제122 단계).
여기서, 0 ≤k ≤N-1이고, k%Nu는 k를 Nu로 나눈 나머지를 나타내고, ak (u)(여기서, 0≤k≤Nu-1)는 Nu개의 Am (u)를 역 푸리에 변환한 결과를 나타내고, xk (u)는 Xn (u)를 푸리에 변환한 결과를 나타낸다.
제122 단계를 수행하기 위해, 사용자 신호 생성부(102)는 제2 역 푸리에 변환부(110) 및 블럭 반복부(112)로 구현될 수 있다. 여기서, 제2 역 푸리에 변환부(110)는 제U+1 인코더(100)로부터 입력한 Nu개의 u번째 사용자 심볼[Am (u)]들을 Nu-포인트 역 푸리에 변환하고, Nu-포인트 역 푸리에 변환된 Nu개의 결과들[ak (u)]을 블럭 반복부(112)로 출력한다. 블럭 반복부(112)는 제2 역 푸리에 변환부(110)에서 역 푸리에 변환된 Nu개의 결과들[ak (u)]을 하나의 서브 블럭으로 하고, 하나의 서브 블럭을 Lu번 반복하여 N개의 심볼들[ak' (u)]을 생성하며, 생성된 N개의심볼들[ak' (u)]을 승산기(114)로 출력한다. 여기서, k'=k%Nu를 나타내고, k%Nu는 k를 Nu로 나누었을 때의 나머지를 의미한다. 승산기(114)는 블럭 반복부(112)로부터 출력되는 N개의 심볼들[ak' (u)]에 γuexp(j2πknu/N)을 승산하고, 다음 수학식 5와 같이 표현되는 승산된 결과[xk (u)]를 시간 영역에서의 u번째 사용자 신호로서 제2 순환 신장 삽입부(104)로 출력한다.
여기서, 1≤k≤N-1이고, γu는 u번째 사용자 신호[xk (u)]의 크기 조절 인자를 나타내며 예를 들면 Lu -0.5가 될 수 있다.
제122 단계후에, 제2 순환 신장 심볼 삽입부(104)는 사용자 신호 생성부(102)로부터 출력되는 u번째 사용자 신호[xk (u)]에 순환 신장 심볼을 삽입하고, u번째 사용자 신호[xk (u)]에 순환 신장 심볼을 삽입한 결과를 심볼 블럭으로서 제2 신호 전송부(106)로 출력한다(제124 단계).
제124 단계후에, 제2 신호 전송부(106)는 제2 순환 신장 심볼 삽입부(104)에서 순환 신장 심볼을 삽입한 결과인 심볼 블럭을 심볼 블럭 신호로 변환하여 기지국 수신부(22)로 전송한다(제126 단계).
도 8은 도 4 및 도 6에 도시된 제1 및 제2 신호 전송부들(70 및 106) 각각의 일반적인 블럭도로서, 디지탈/아날로그 변환기(DAC:Digital to Analog Converter)(130), 제1 저역 통과 필터(LPF:Low Pass Filter)(132), 제1 국부 발진부(local oscillator)(134), 승산기(136), 고 전력 증폭기(HPA:High Power Amplifier)(138) 및 안테나(140)로 구성된다.
도 8을 참조하면, 제1 또는 제2 신호 전송부(70 또는 106)의 DAC(130)는 입력단자 INU+2를 통해 제1 또는 제2 순환 신장 삽입부(68 또는 104)로부터 입력한 심볼 블럭을 아날로그 형태의 신호로 변환하고, 변환된 아날로그 형태의 신호를 제1 LPF(132)로 출력한다. 이 때, 제1 LPF(132)는 DAC(130)로부터 출력되는 아날로그 형태의 신호를 저역 통과 필터링하고, 저역 통과 필터링된 결과를 승산기(136)로 출력한다. 승산기(136)는 제1 국부 발진부(134)로부터 출력되는 주파수(fc)를 갖는 캐리어 신호를 제1 LPF(132)의 출력에 승산하여, fc의 중심 주파수를 갖는 신호로 제1 LPF(132)의 출력을 변조하고, 변조된 결과를 HPA(138)로 출력한다. 이 때, HPA(138)는 승산기(136)의 출력을 증폭하며, 증폭된 결과는 안테나(140)를 통하여 사용자 수신부(14) 또는 기지국 수신부(22)로 전송된다.
이하, 본 발명에 의한 기지국 수신부(22)의 바람직한 일 실시예의 구성 및 동작과 기지국 수신부(22)에서 사용자 심볼을 추정하는 본 발명에 의한 데이타 통신 방법을 첨부한 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 9는 본 발명에 의한 기지국 수신부(22)의 블럭도로서, 제1 신호 수신부(140), 제1 전 처리부(142), 제1 푸리에 변환부(144), 제1 등화부(146) 및 제1 추정치 검출부(148)로 구성된다.
도 10은 도 9에 도시된 기지국 수신부(22)에서 사용자 심볼을 추정하는 본 발명에 의한 데이타 통신 방법을 설명하기 위한 플로우차트로서, 수신한 심볼 블럭에서 순환 신장 심볼을 제거한 결과를 푸리에 변환하는 단계(제160 ∼ 제164 단계들) 및 푸리에 변환된 결과로부터 채널간 간섭을 제거한 후에 사용자 심볼의 추정치를 검출하는 단계(제166 및 제168 단계들)로 이루어진다.
도 9에 도시된 기지국 수신부(22)는 U개의 사용자측들중 u번째 사용자측(10)에 포함되는 사용자 송신부(12)로부터 전송된 심볼 블럭 신호를 수신하고, 수신된 심볼 블럭 신호로부터 u번째 사용자 심볼을 추정한다. 이를 위해, 먼저, 제1 신호 수신부(140)는 사용자 송신부(12)로부터 수신한 심볼 블럭 신호를 심볼 블럭으로 변환하고, 변환된 심볼 블럭을 제1 전 처리부(142)로 출력한다(제160 단계).
제160 단계후에, 제1 전 처리부(142)는 제1 신호 수신부(140)로부터 입력한 변환된 심볼 블럭의 시작 지점을 찾고, 찾은 시작 지점을 기준으로 심볼 블럭으로부터 순환 신장 심볼을 제거하고, 순환 신장 심볼이 제거된 결과(rk)를 제1 푸리에 변환부(144)로 출력한다(제162 단계).
제162 단계후에, 제1 푸리에 변환부(144)는 제1 전 처리부(142)로부터 입력한 순환 신장 심볼이 제거된 결과(rk)를 N-포인트 푸리에 변환하고, N-포인트 푸리에 변환된 결과를 제1 등화부(146)로 출력한다(제164 단계).
제164 단계후에, 제1 등화부(146)는 제1 푸리에 변환부(144)에서 푸리에 변환된 결과로부터 채널간 간섭을 제거하고, 채널간 간섭이 제거된 결과를 제1 추정치 검출부(148)로 출력한다(제166 단계). 여기서, 채널간 간섭이란, 사용자 송신부(12)로부터 기지국 수신부(22)로 심볼 블럭 신호가 채널을 통해서 전송될 때 발생되는 간섭을 의미한다.
제166 단계후에, 제1 추정치 검출부(148)는 제1 등화부(146)에서 채널간 간섭이 제거된 결과로부터 u번째 사용자 심볼[Am (u)]의 추정치[]를 검출한다(제168 단계). 이를 위해, 제1 추정치 검출부(148)는 검출기(150), 제2 스위칭부(152) 및 제2 제어부(154)로 구현될 수 있다.
검출기(150)는 제1 등화부(146)로부터 출력되는 채널간 간섭이 제거된 결과로부터 수학식 3에 표현된 모든 사용자 신호들[Xn]의 추정치[]를 검출하고, 검출된 추정치[]를 제2 스위칭부(152)로 출력한다. 제2 스위칭부(152)는 검출기(150)로부터 출력되는 추정치[]를 제2 제어부(154)로부터 출력되는 제2 제어 신호(C2)에 응답하여 u번째 사용자 심볼의 추정치[]로서 출력한다. 이를 위해, 제1 제어부(82)와 마찬가지로 제2 제어부(154)는 Lu및 nu를 이용하여 제2 제어 신호(C2)를 발생하여 제2 스위칭부(152)로 출력한다.
이하, 본 발명에 의한 사용자 수신부(14)의 바람직한 일 실시예의 구성 및동작과 사용자 수신부(14)에서 사용자 심볼을 추정하는 본 발명에 의한 데이타 통신 방법을 첨부한 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 11은 본 발명에 의한 사용자 수신부(14)의 블럭도로서, 제2 신호 수신부(170), 제2 전 처리부(172), 사용자 신호 추출부(174), 제2 등화부(176) 및 제2 추정치 검출부(178)로 구성된다.
도 12는 도 11에 도시된 사용자 수신부(14)에서 사용자 심볼을 추정하는 본 발명에 의한 데이타 통신 방법을 설명하기 위한 플로우차트로서, 수신한 심볼 블럭에서 순환 신장 심볼을 제거한 결과로부터 주파수 영역에서의 사용자 신호를 추출하는 단계(제190 ∼ 제194 단계들) 및 주파수 영역에서의 사용자 신호로부터 채널간 간섭을 제거한 후에 사용자 심볼의 추정치를 검출하는 단계(제196 및 제198 단계들)로 이루어진다.
도 11에 도시된 사용자 수신부(14)는 기지국 송신부(24)로부터 전송된 심볼 블럭 신호를 수신하고, 수신한 심볼 블럭 신호로부터 u번째 사용자 심볼을 추정한다. 이를 위해, 먼저, 제2 신호 수신부(170)는 수신한 심볼 블럭 신호를 심볼 블럭으로 변환하고, 변환된 심볼 블럭을 제2 전 처리부(172)로 출력한다(제190 단계).
제190 단계후에, 제2 전 처리부(172)는 제2 신호 수신부(172)에서 변환된 심볼 블럭의 시작 지점을 찾고, 찾은 시작 지점을 기준으로 심볼 블럭으로부터 순환 신장 심볼을 제거하며, 순환 신장 심볼을 제거한 다음 수학식 6과 같이 표현되는 결과(rk)를 사용자 신호 추출부(174)로 출력한다(제192 단계).
여기서, k=0, 1, ... 또는 N-1 가 되고, xk는 기지국 송신부(24)에서 순환 신장 블럭을 삽입하기 이전의 사용자 신호를 의미하며, 예를 들면, 도 4에 도시된 제1 역 푸리에 변환부(66)의 출력에 해당한다. 또한, (k-l+N)%N은 (k-l+N)을 N으로 나눈 나머지 값을 나타내며,은 순환 컨볼루션(circular convolution)을 나타내며, nk는 시간 영역에서의 잡음 특성을 나타낸다. 즉, rk를 블럭별로 보면 사용자 신호(xk)와 채널 임펄스 응답(hk)이 순환 컨볼루션된 형태이다.
제192 단계후에, 사용자 신호 추출부(174)는 제2 전 처리부(172)로부터 출력되는 수학식 6에 표현된 순환 신장 심볼을 제거한 결과(rk)로부터 다음 수학식 7과 같이 표현되는 u번째 사용자에 대한 주파수 영역에서의 신호[Rn (u)]를 추출하고, 추출된 u번째 사용자에 대한 주파수 영역에서의 신호[Rn (u)]를 제2 등화부(176)로 출력한다(제194 단계).
여기서, 0 ≤n ≤Nn-1, B는 크기 조절 인자를 나타내고, Hn (u)는 주파수 영역에서의 채널 특성으로서 exp(-j2πknu/N)ㆍhk를 Nu-포인트 푸리에 변환한 값을 나타내고, N'u는 주파수 영역에서의 잡음 특성을 각각 나타낸다.
제194 단계를 수행하기 위해, 사용자 신호 추출부(174)는 승산기(180), 후 처리부(182) 및 제2 푸리에 변환부(184)로 구현될 수 있다. 승산기(180)는 제2 전 처리부로부터 출력되는 수학식 6에 표현된 결과(rk)와 αuexp(-j2πknu/N)을 승산하고, 다음 수학식 8과 같이 표현되는 승산된 결과[]를 후 처리부(182)로 출력한다.
여기서, 0 ≤k ≤N-1, αu는 승산된 결과[]의 크기 조절 인자를 나타내며, 예를 들면, αu= Lu -0.5로 설정할 수 있다.
이 때, 후 처리부(182)는 승산기(180)에서 승산된 결과[]를 Nv주기로 포개어 더하고, 포개고 더한 다음 수학식 9와 같이 표현되는 결과[rk (u)]를 제2 푸리에 변환부(184)로 출력한다.
여기서, 0 ≤k ≤Nu-1이다. 이 때, 수학식 6을 수학식 8에 대입한 결과를 다시 수학식 9에 대입하고 정리하면 수학식 9에 표현된 rk (u)는 다음 수학식 10과 같이 표현된다.
여기서, k=0, 1, ... 또는 Mu-1 가 되고, (k+N-l)%Nu는 (k+N-l)을 Nu로 나눈 나머지 값을 나타낸다. 이 때, αuγu=1/Lu가 되도록 설정하면 수학식 10은 간단히 표현될 수도 있다.
제2 푸리에 변환부(184)는 후 처리부(182)에서 포개어 더한 수학식 10에 표현된 결과[rk (u)]를 Nv-포인트 푸리에 변환하고, 푸리에 변환된 결과인 수학식 7에 표현된 신호[Rn (u)]를 제2 등화부(176)로 출력한다. 따라서, 수학식 7에 기재된 크기 조절 인자(B)는 αuγuLu가 됨을 알 수 있다.
제194 단계후에, 제2 등화부(176)는 사용자 신호 추출부(174)로부터 출력되는 수학식 7에 표현된 신호[Rn (u)]로부터 채널간 간섭을 제거하고, 채널간 간섭이 제거된 결과를 제2 추정치 검출부(178)로 출력한다(제196 단계).
제196 단계후에, 제2 추정치 검출부(198)는 제2 등화부(176)로부터 채널간간섭이 제거된 결과로부터 u번째 사용자 심볼[Am (u)]의 추정치[]를 검출한다(제198 단계).
도 4 및 도 6에 도시된 제1 및 제2 역 푸리에 변환부들(66 및 110) 각각에서 수행되는 역 푸리에 변환은 역 이산 푸리에 변환(IDFT) 또는 역 고속 푸리에 변환(IFFT)이 될 수 있고, 이 경우, 도 9 및 도 11에 도시된 제1 및 제2 푸리에 변환부들(144 및 184) 각각에서 수행되는 푸리에 변환은 이산 푸리에 변환(DFT) 또는 고속 푸리에 변환(FFT)가 될 수 있다.
도 13은 제1 및 제2 신호 수신부들(140 및 170) 각각에 대한 일반적인 블럭도로서, 안테나(200), 저 잡음 증폭기(LNA:Low Noise Amplifier)(202), 대역 통과 필터(BPF:Band Pass Filter)(204), 제2 국부 발진부(206), 승산기(208), 제2 저역 통과 필터(LPF)(210) 및 아날로그/디지탈 변환기(ADC:Analog to Digital Converter)(212)로 구성된다.
도 13을 참조하면, LNA(202)는 안테나(200)를 통해 수신한 심볼 블럭 신호를 증폭하고, 증폭된 결과를 BPF(204)로 출력한다. BPF(204)는 LNA(202)에서 증폭된 결과를 대역 통과 필터링하고, 대역 통과 필터링된 결과를 승산기(208)로 출력한다. 승산기(208)는 BPF(204)에서 대역 통과 필터링된 결과와 제2 국부 발진부(206)로부터 출력되는 주파수(-fc)를 갖는 캐리어 신호를 승산하고, 승산된 결과를 베이스 밴드(baseband) 신호로서 제2 LPF(210)로 출력한다. 이 때, 제2 LPF(210)는 베이스 밴드 신호를 저역 통과 필터링하고, 저역 통과 필터링한 결과를 ADC(212)로출력한다. ADC(212)는 제2 LPF(210)에서 저역 통과 필터링된 아날로그 형태의 신호를 디지탈 형태로 신호로 변환하고, 변환된 디지탈 형태의 신호를 출력단자 OUT를 통해 제1 또는 제2 전 처리부(142 또는 172)로 심볼 블럭으로서 출력한다.
한편, 각 사용자가 차지하는 주파수(Su)가 전술한 수학식 2와 같이 설정된다고 할 때, 사용자 심볼들에 할당된 주파수가 서로 겹치지 않도록 주파수 오프셋 번호(nv)는 다음 수학식 11과 같이 설정되어야 한다.
여기서, i ≠j이다.
이하, 수학식 11의 조건을 만족하는 주파수 오프셋 번호(nu)를 구하는 본 발명에 의한 데이타 통신 방법을 첨부한 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 14는 주파수 오프셋 번호(nu)를 구하는 본 발명에 의한 데이타 통신 방법을 설명하기 위한 플로우차트로서, Lu값을 이용하여 주파수 오프셋 번호(nu)를 구하는 단계(제220 ∼ 제226 단계들)로 이루어진다.
도 14를 참조하면, 본 발명에 의한 OFDMA에 기반한 데이타 통신 방법은 먼저, U명의 모든 사용자(들)에 대하여 Lu가 증가하는 순서대로 정렬한다(제220 단계). 제220 단계후에, 사용자 인덱스(u)와 주파수 오프셋 번호(nv)를 초기화한다(제222 단계).
제222 단계후에, 사용자 인덱스(u)를 1 만큼 증가시키고, 다음 수학식 12를 만족하는 b l ∈ {0,1}의 값을 구하고, 다음 수학식 12에서 구한 b l 를 이용하여 다음 수학식 13과 같은 주파수 오프셋 번호(nu)를 구한다(제224 단계).
제224 단계후에, 사용자 인덱스(u)가 사용자의 수(U)보다 적은가를 판단한다(제226 단계). 만일, 사용자 인덱스(u)가 사용자의 수(U)보다 적다고 판단되면 제224 단계로 진행한다. 그러나, 사용자 인덱스(u)가 사용자의 수(U)보다 적지 않다고 판단되면 주파수 오프셋 번호를 구하는 도 14에 도시된 본 발명에 의한 데이타 통신 방법을 종료한다.
본 발명에 의한 일 실시예에 의하면, 제222 단계는 사용자 인덱스(u)를 1로 초기화하고, 주파수 오프셋 번호(nu)를 0 으로 초기화할 수 있다. 이 경우, 제224 단계는 수학식 13과 같이 주파수 오프셋 번호(nu)를 구한다.
본 발명에 의한 다른 실시예에 의하면, 제222 단계는 사용자 인덱스(u)를 1로 초기화하고, 주파수 오프셋 번호(nu)를 L1-1로 초기화할 수 있다. 이 경우,제224 단계는 다음 수학식 14와 같이 주파수 오프셋 번호(nu)를 구한다.
이하, 전술한 바와 같이 구한 주파수 오프셋 번호(nu)를 이용하여 단위 심볼 블럭을 여러명의 사용자가 공유할 수 있음을 첨부한 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다. 이 때, 사용자의 수(U)는 4명이라고 가정한다.
도 15는 4명의 사용자가 동시에 동일한 속도로 정보를 전송하는 경우, 주파수 영역에서의 심볼들[Xn (1), Xn (2), Xn (3)및 Xn (4)]을 나타내는 도면이다.
도 15를 참조하면, 4명의 사용자가 N개의 주요 심볼들을 공유할 때, 즉, 각 사용자가 Nu(=N/4)개씩 사용자 심볼을 전송한다고 할 때(L1=4, L2=4, L3=4 및 L4=4), 4명의 사용자들에게 할당된 주파수 오프셋 번호(nu)인 n1, n2, n3및 n4는 각각 0, 2, 1 및 3이 된다. 이 때, u 번째 사용자에게 할당된 N/4 개의 심볼들을 4번 반복해서 크기가 N인 주요 심볼들을 만든다. 여기서, 크기가 N인 주요 심볼들의 주파수 특성은 도 15에 도시된 바와 같이, 4n[여기서, n=0, 1, ... 및 (N/4)-1]에서만 0이 아니고 나머지 주파수들에서는 신호값[Xn (1), Xn (2), Xn (3)또는 Xn (4)]이 모두 0이 된다.
다음에, 크기가 N인 주요 심볼들에 exp(j2πknu/N)을 승산하여 그 주파수가주파수 오프셋 번호(nu) 만큼 이동하게 되는 승산된 결과의 스펙트럼을 살펴보면, 주파수 4n'+nu에서 0 이 아니고 나머지 주파수들에서 0이 된다. 결국, 도 15에 도시된 바와 같이, 4명의 사용자들에 대한 주파수 영역에서의 심볼들[Xn (1), Xn (2), Xn (3)및 Xn (4)]이 서로 다른 주파수 영역을 차지하므로, 주파수 영역에서 각 신호는 서로 간섭을 일으키지 않는다.
도 16은 4명의 사용자가 동시에 다른 속도로 데이타를 전송하는 경우, 주파수 영역에서의 심볼들[Xn (1), Xn (2), Xn (3)및 Xn (4)]을 나타내는 도면이다.
도 16을 참조하면, 4명의 사용자가 N개의 주요 심볼들을 서로 다르게 공유할 때, 즉, 4명의 사용자들 각각이 N개의 주요 심볼들에서 N/2개(L1=2), N/4(L2=4)개, N/8(L3=8)개 및 N/8(L4=8)개씩 사용자 심볼을 전송한다고 할 때, 4명의 사용자들에게 할당된 주파수 오프셋 번호(nu)인 n1, n2, n3및 n4는 각각 0, 1, 3 및 7이 된다. 이 때, 첫 번째 사용자에게는 N/2개의 심볼을 2번 반복해서 크기가 N인 주요 심볼들을 만들고, 두 번째 사용자에게는 N/4개의 심볼을 4번 반복해서 크기가 N인 주요 심볼들을 만들고, 세 번째 사용자에게는 N/8개의 심볼을 8번 반복해서 크기가 N인 주요 심볼들을 만들고, 네 번째 사용자에게는 N/8개의 심볼을 8번 반복해서 크기가 N인 주요 심볼들을 만든다.
다음에, 크기가 N인 주요 심볼들에 exp(j2πknu/N)을 승산하면, 도 16에 도시된 바와 같이 4명의 사용자들에 대한 주파수 영역에서의 심볼들[Xn (1), Xn (2), Xn (3)및 Xn (4)]이 서로 다른 주파수 영역을 차지하므로, 주파수 영역에서 각 신호는 서로 간섭을 일으키지 않는다.
결국, 본 발명에 의한 도 6에 도시된 사용자 송신부(12)는 종래의 사용자 송신부가 N-포인트 역 푸리에 변환부를 사용하는 것과 달리 하나의 승산기와 Nu-포인트 역 푸리에 변환부를 사용하여 심볼 블럭 신호를 기지국 수신부(22)로 전송한다. 또한, 본 발명에 의한 도 11에 도시된 사용자 수신부(14)는 종래의 사용자 수신부가 N-포인트 푸리에 변환부를 사용하는 것과 달리 하나의 승산기와 Nu-포인트 푸리에 변환부만을 사용하여 기지국 송신부(24)으로부터 전송된 사용자 심볼을 추정할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA)에 기반한 데이타 통신 장치 및 방법은 주요 심볼들을 N개 갖는 심볼 블럭단위로 정보를 송/수신할 때 사용자측이 N-포인트 푸리에 변환부 및 N-포인트 역푸리에 변환부보다 하드웨어적으로 훨씬 간단한 Nu-포인트 푸리에 변환부 및 Nu-포인트 역 푸리에 변환부를 사용하므로, Nu를 적절히 지정하여 사용자측의 하드웨어를 원하는 만큼 간단하게 구현할 수 있도록 하고, 사용자측의 하드웨어가 복잡하지 않아 데이타 통신 장치를 쉽게 구축할 수 있도록 하고, 주어진 채널 환경에서 종래의 OFDMA에 기반한 데이타 통신 방식보다 통신 효율을 더욱 높일 수 있고, Nu가 상이하므로 인해 서로 다른 복잡도를 갖게 되는 여러 종류의 사용자측들이 하나의 데이타 포맷을 사용하여 기지국측과 통신을 할 수 있도록 하는 효과를 갖는다.

Claims (15)

  1. 적어도 하나의 사용자에게 해당하는 사용자 정보를 전송하는 기지국 송신부를 갖는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA)에 기반한 데이타 통신 장치의 상기 기지국 송신부에 있어서,
    u(여기서, 1 ≤u ≤U 이고, U는 상기 사용자의 수를 나타낸다.)번째 인코더는 상기 사용자 정보를 인코딩하고, 인코딩된 결과를 Nu(여기서, Nu는 u번째 사용자에게 할당되는 심볼의 개수를 나타낸다.)개의 u번째 사용자 심볼들로서 출력하는 제1 ∼ 제U 인코더들;
    상기 제1 ∼ 제U 인코더들로부터 출력되는 상기 사용자 심볼들 각각에 서로 겹치지 않는 주파수를 할당하고, 할당한 결과들을 출력하는 주파수 할당부;
    상기 주파수 할당부로부터 출력되는 상기 할당한 결과들을 N(여기서, N은 U명의 사용자들 모두에게 할당될 수 있는 심볼의 총 개수이다.)-포인트 역 푸리에 변환하는 제1 역 푸리에 변환부;
    상기 역 푸리에 변환된 결과에 순환 신장 심볼을 삽입하는 제1 순환 신장 심볼 삽입부; 및
    상기 순환 신장 심볼을 삽입한 결과를 심볼 블럭 신호로 변환하여 상기 사용자에게 전송하는 제1 신호 전송부를 구비하고, N1∼ NU의 합은 N이하인 것을 특징으로 하는 OFDMA에 기반한 데이타 통신 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 주파수 할당부는
    상기 제1 ∼ 상기 제U 인코더들로부터 입력한 상기 인코딩된 결과들중 하나를 제1 제어 신호에 응답하여 아래와 같은 상기 할당된 결과들(Xn)로서 상기 제1 역 푸리에 변환부로 출력하는 제1 스위칭부; 및
    (여기서, n은 주파수 인덱스로서 0 ≤n < N 이고, Am (u)는 상기 u번째 사용자 심볼을 나타내고 0 ≤m < Nu이며 Lu가 N/Nu이며 nu가 상기 u번째 사용자에게 할당된 주파수 오프셋 번호를 나타낸다고 할 때 n=mLu+nu에서만 Xn (u)=Am (u)이고 그렇지 않으면 Xn (u)=0 이다.)
    상기 Lu및 nu를 이용하여 상기 제1 제어 신호를 발생하는 제1 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 OFDMA에 기반한 데이타 통신 장치.
  3. 각각이 해당하는 사용자 정보를 기지국측으로 전송하는 U개의 사용자 송신부들을 갖는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA)에 기반한 데이타 통신 장치의 u(1 ≤u ≤U)번째 상기 사용자 송신부에 있어서,
    상기 사용자 정보를 인코딩하고, 인코딩된 결과를 Nu(여기서, Nu는 u번째 사용자에게 할당되는 심볼의 개수를 나타낸다.)개의 u번째 사용자 심볼들로서 출력하는 제U+1 인코더;
    상기 제U+1 인코더로부터 입력한 상기 u번째 사용자 심볼[Am (u)](여기서, 0 ≤m < Nu)들로부터 아래와 같이 시간 영역에서의 u번째 사용자 신호[xk (u)]를 생성하여 출력하는 사용자 신호 생성부;
    (여기서, 0 ≤k ≤N-1이고, N은 U명의 사용자들 모두에게 할당될 수 있는 심볼의 총 개수로서 N1∼ NU의 합 이상이고, k%Nu는 k를 Nu로 나눈 나머지를 나타내고, ak (u)는 Nu개의 Am (u)를 역 푸리에 변환한 결과를 나타내고, nu는 u번째 사용자에게 할당된 주파수 오프셋 번호를 나타낸다.)
    상기 u번째 사용자 신호에 순환 신장 심볼을 삽입하는 제2 순환 신장 심볼삽입부; 및
    상기 순환 신장 심볼을 삽입한 결과를 심볼 블럭 신호로 변환하여 상기 기지국측으로 전송하는 제2 신호 전송부를 구비하고,
    상기 1≤Nu≤N 인 것을 특징으로 하는 OFDMA에 기반한 데이타 통신 장치.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 사용자 신호 생성부는
    상기 제U+1 인코더로부터 입력한 상기 u번째 사용자 심볼[Am (u)]들을 Nu-포인트 역 푸리에 변환하고, 역 푸리에 변환된 결과[ak (u)]를 출력하는 제2 역 푸리에 변환부;
    상기 역 푸리에 변환된 결과[ak (u)]를 Lu(여기서, Lu=N/Nu)번 반복하여 N개의 심볼들을 생성하는 블럭 반복부; 및
    상기 N개의 심볼들에 γuexp(j2πknu/ N )을 승산하고, 승산된 결과를 상기 u번째 사용자 신호[xk (u)]로서 상기 제2 순환 신장 심볼 삽입부로 출력하는 제1 승산기를 구비하는 것을 특징으로 하는 OFDMA에 기반한 데이타 통신 장치.
  5. 제4 항에 있어서, U개의 상기 사용자 송신부(들) 각각으로부터 전송된 상기 심볼 블럭 신호를 수신하고, 수신된 상기 심볼 블럭 신호로부터 상기 u번째 사용자심볼을 추정하는 기지국 수신부를 갖는 OFDMA에 기반한 데이타 통신 장치의 상기 기지국 수신부에 있어서,
    수신한 상기 심볼 블럭 신호를 심볼 블럭으로 변환하여 출력하는 제1 신호 수신부;
    상기 제1 신호 수신부으로부터 입력한 상기 심볼 블럭의 시작 지점을 찾고, 찾은 상기 시작 지점을 기준으로 상기 심볼 블럭으로부터 상기 순환 신장 심볼을 제거한 결과(rk)를 출력하는 제1 전 처리부;
    상기 제1 전 처리부로부터 출력되는 상기 결과(rk)를 N-포인트 푸리에 변환하여 출력하는 제1 푸리에 변환부;
    상기 제1 푸리에 변환부에서 푸리에 변환된 결과로부터 채널간 간섭을 제거하여 출력하는 제1 등화부; 및
    상기 제1 등화부로부터 출력되는 상기 채널간 간섭이 제거된 결과로부터 상기 u번째 사용자 심볼[Am (u)]의 추정치를 검출하는 제1 추정치 검출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 OFDMA에 기반한 데이타 통신 장치.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 제1 추정치 검출부는
    상기 제1 등화부로부터 출력되는 상기 채널간 간섭이 제거된 결과로부터 아래와 같은 모든 사용자 신호들[Xn](여기서, n은 주파수 인덱스로서, 0 ≤ n ≤ N-1)의 추정치[]를 검출하는 검출기;
    (여기서, Xn (u)는 상기 xk (u)를 주파수 영역에서의 상기 u번째 사용자 신호를 나타낸다.)
    상기 추정치[]를 제2 제어 신호에 응답하여 상기 u번째 사용자 심볼의 상기 추정치로서 출력하는 제2 스위칭부; 및
    상기 Lu및 상기 nu를 이용하여 상기 제2 제어 신호를 발생하는 제2 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 OFDMA에 기반한 데이타 통신 장치.
  7. 제1 항에 있어서, 상기 기지국 송신부로부터 전송된 상기 심볼 블럭 신호를 수신하고, 수신한 상기 심볼 블럭 신호로부터 상기 u번째 사용자 심볼을 추정하는 사용자 수신부를 갖는 OFDMA에 기반한 데이타 통신 장치의 상기 사용자 수신부에 있어서,
    상기 수신한 심볼 블럭 신호를 심볼 블럭으로 변환하여 출력하는 제2 신호 수신부;
    상기 제2 신호 수신부으로부터 입력한 상기 심볼 블럭의 시작 지점을 찾고, 찾은 상기 시작 지점을 기준으로 상기 심볼 블럭으로부터 상기 순환 신장 심볼을 제거한 결과(rk)(여기서, k는 시간 인덱스로서, 0 ≤k ≤N-1)를 출력하는 제2 전 처리부;
    상기 제2 전 처리부로부터 출력되는 상기 결과(rk)로부터 아래와 같이 u번째 사용자에 대한 주파수 영역에서의 신호[Rn (u)]를 추출하는 사용자 신호 추출부;
    (여기서, n은 주파수 인덱스로서, 0 ≤n ≤Nn-1, B는 크기 조절 인자를 나타내고, Hn (u)는 주파수 영역에서의 채널 특성을 나타내고, N'u는 주파수 영역에서의 잡음 특성을 나타낸다.)
    상기 사용자 신호 추출부에서 추출된 상기 신호[Rn (u)]로부터 채널간 간섭을 제거하여 출력하는 제2 등화부; 및
    상기 제2 등화부로부터 입력한 상기 채널간 간섭이 제거된 결과로부터 상기 u번째 상기 사용자 심볼[Am (u)]의 추정치[]를 검출하는 제2 추정치 검출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 OFDMA에 기반한 데이타 통신 장치.
  8. 제7 항에 있어서, 사용자 신호 추출부는
    상기 제2 전 처리부로부터 출력되는 상기 결과(rk)와 αuexp(-j2πknu/N)(여기서, αu는 크기 조절 인자를 나타낸다.)를 승산하여 출력하는 제2 승산기;
    상기 제2 승산기에서 승산된 결과를 Nv주기로 포개어 더한 결과를 출력하는 후 처리부; 및
    상기 후 처리부에서 포개어 더한 결과를 Nv-포인트 푸리에 변환하고, 푸리에 변환된 결과를 상기 신호[Rn (u)]로서 출력하는 제2 푸리에 변환부를 구비하는 것을 특징으로 하는 OFDMA에 기반한 데이타 통신 장치.
  9. 제1 항에 있어서, 상기 기지국 송신부에서 적어도 하나의 사용자에게 해당하는 사용자 정보를 전송하는 OFDMA에 기반한 데이타 통신 방법에 있어서,
    U개의 상기 사용자 정보를 인코딩하여 각 사용자에 대한 Nu개의 사용자 심볼들을 구하는 단계;
    모든 사용자 각각에 대한 상기 사용자 심볼들 각각에 서로 겹치지 않는 주파수를 할당하는 단계;
    상기 주파수 할당한 결과들을 역 푸리에 변환하는 단계;
    상기 역 푸리에 변환된 결과에 순환 신장 심볼을 삽입하는 단계; 및
    상기 순환 신장 심볼을 삽입한 결과를 심볼 블럭 신호로 변환하여 상기 사용자에게 전송하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 OFDMA에 기반한 데이타 통신 방법.
  10. 제3 항에 있어서, 상기 u번째 사용자 송신부가 해당하는 사용자 정보를 기지국측으로 전송하는 OFDMA에 기반한 데이타 통신 방법에 있어서,
    상기 해당하는 사용자 정보를 인코딩하여 Nu개의 u번째 사용자 심볼들을 구하는 단계;
    상기 u번째 사용자 심볼[Am (u)]들로부터 상기 시간 영역에서의 u번째 사용자 신호[xk (u)]를 아래와 같이 생성하는 단계;
    상기 u번째 사용자 신호에 순환 신장 심볼을 삽입하는 단계; 및
    상기 순환 신장 심볼을 삽입한 결과를 심볼 블럭 신호로서 상기 기지국측으로 전송하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 OFDMA에 기반한 데이타 통신 방법.
  11. 제5 항에 있어서, 상기 기지국 수신부가 수신된 상기 심볼 블럭 신호로부터 상기 u번째 사용자 심볼을 추정하는 OFDMA에 기반한 데이타 통신 방법에 있어서,
    수신한 상기 심볼 블럭 신호를 심볼 블럭으로 변환하는 단계;
    변환된 상기 심볼 블럭의 시작 지점을 찾고, 찾은 상기 시작 지점을 기준으로 상기 심볼 블럭으로부터 상기 순환 신장 심볼을 제거하는 단계;
    상기 순환 신장 심볼이 제거된 결과(rk)를 N-포인트 푸리에 변환하는 단계;
    상기 푸리에 변환된 결과로부터 채널간 간섭을 제거하는 단계; 및
    상기 채널간 간섭이 제거된 결과로부터 상기 u번째 사용자 심볼[Am (u)]의 추정치를 검출하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 OFDMA에 기반한 데이타 통신 방법.
  12. 제7 항에 있어서, 상기 사용자 수신부가 수신한 상기 심볼 블럭 신호로부터 상기 u번째 사용자 심볼을 추정하는 OFDMA에 기반한 데이타 통신 방법에 있어서,
    수신한 상기 심볼 블럭 신호를 심볼 블럭으로 변환하는 단계;
    변환된 상기 심볼 블럭의 시작 지점을 찾고, 찾은 상기 시작 지점을 기준으로 상기 심볼 블럭으로부터 상기 순환 신장 심볼을 제거하는 단계;
    상기 순환 신장 심볼을 제거한 결과(rk)로부터 상기 신호[Rn (u)]를 아래와 같이 추출하는 단계;
    상기 신호[Rn (u)]로부터 채널간 간섭을 제거하는 단계; 및
    상기 채널간 간섭이 제거된 결과로부터 상기 u번째 상기 사용자 심볼[Am (u)]의 추정치[]를 검출하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 OFDMA에 기반한 데이타 통신 방법.
  13. 제2 항, 제3 항, 제6 항 또는 제8 항에 있어서, 상기 주파수 오프셋 번호를 구하는 OFDMA에 기반한 데이타 통신 방법에 있어서,
    (a) 모든 사용자에 대하여 Lu가 증가하는 순서대로 정렬하는 단계;
    (b) 상기 사용자 인덱스(u)와 상기 주파수 오프셋 번호를 초기화하는 단계;
    (c) 상기 사용자 인덱스를 1 만큼 증가시키고,를 만족하는 b l ∈ {0,1}의 값을 구하고,을 이용하여 상기 주파수 오프셋 번호를 구하는 단계; 및
    (d) 상기 사용자 인덱스가 상기 사용자의 수보다 적은가를 판단하고, 상기 사용자 인덱스가 상기 사용자의 수보다 적다고 판단되면 상기 (c) 단계로 진행하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 OFDMA에 기반한 데이타 통신 방법.
  14. 제13 항에 있어서, 상기 (b) 단계는 상기 사용자 인덱스를 1로 초기화하고, 상기 주파수 오프셋 번호를 0으로 초기화하고, 상기 (c) 단계는을 상기 주파수 오프셋 번호로서 결정하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 OFDMA에 기반한 데이타 통신 방법.
  15. 제13 항에 있어서, 상기 (b) 단계는 상기 사용자 인덱스를 1로 초기화하고,상기 주파수 오프셋 번호를 L1-1로 초기화하고, 상기 (c) 단계는을 상기 주파수 오프셋 번호로 결정하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 OFDMA에 기반한 데이타 통신 방법.
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