KR100431202B1 - A Baseband Modem Apparatus Suitable for Bluetooth System by using OFDM Modem - Google Patents
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Abstract
본 발명은 블루투스 시스템에서 고속의 가변 데이터 속도의 지원이 가능하도록 직교 주파수 분할 다중(OFDM;Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 변복조 방식을 사용하여 기저대역 변복조를 수행하는 블루투스 시스템에서의 OFDM 변복조를 이용한 기저대역 변복조장치에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명은, 고속의 가변 데이터 속도로 데이터를 송수신하는 블루투스 시스템에서의 직교 주파수 분할 다중(OFDM)을 이용한 기저 대역 변복조장치에 있어서, 링크 매니저로부터 가변의 데이터 속도로 전송되는 데이터를 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 방식으로 변조하는 OFDM 변조부; 상기 링크 매니저에서 지정된 가변의 데이터 속도에 따라 상기 OFDM 변조부를 제어하고 라디오 주파수(RF)의 출력파워를 제어하는 OFDM 변조제어부; 라디오 주파수로 수신된 OFDM 신호로부터 가변의 데이터 속도를 추출하고 상기 가변의 데이터 속도로 수신된 데이터를 OFDM 방식으로 복조하여 상기 링크매니저로 전송하는 OFDM 복조부; 및 상기 추출된 가변의 데이터 속도에 따라 상기 OFDM 복조부를 제어하고 상기 데이터 속도를 상기 OFDM 변조부에서 사용된 데이터 속도와 비교하여 상기 OFDM 복조부의 전력소모를 줄이는 OFDM 복조제어부를 포함한다.The present invention provides a baseband modulation and demodulation using OFDM modulation and demodulation in a Bluetooth system that performs baseband modulation and demodulation using Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) modulation to enable high-speed, variable data rates in a Bluetooth system. Relates to a device. To this end, the present invention, in the baseband modulation and demodulation apparatus using orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) in a Bluetooth system for transmitting and receiving data at a high variable data rate, the data transmitted from the link manager at a variable data rate to the orthogonal frequency An OFDM modulator for modulating in division multiplex (OFDM); An OFDM modulation controller for controlling the OFDM modulation unit and controlling an output power of radio frequency (RF) according to a variable data rate designated by the link manager; An OFDM demodulator extracting a variable data rate from an OFDM signal received at a radio frequency, demodulating the data received at the variable data rate by the OFDM scheme, and transmitting the demodulated data to the link manager; And an OFDM demodulation control unit for controlling the OFDM demodulator according to the extracted variable data rate and reducing the power consumption of the OFDM demodulator by comparing the data rate with the data rate used in the OFDM modulator.
Description
본 발명은 블루투스 시스템에서의 OFDM 변복조를 이용한 기저대역 변복조장치에 관한 것으로서 보다 상세하게는, 블루투스 시스템에서 고속의 가변 데이터 속도의 지원이 가능하도록 직교 주파수 분할 다중(OFDM;Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 변복조 방식을 사용하여 기저대역 변복조를 수행하는 블루투스 시스템에서의 기저대역 변복조장치에 관한 것이다.The present invention relates to a baseband modulation and demodulation apparatus using OFDM modulation and demodulation in a Bluetooth system, and more particularly, orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) modulation and demodulation scheme to support a high speed variable data rate in a Bluetooth system. The present invention relates to a baseband modulation and demodulation device in a Bluetooth system for performing baseband modulation and demodulation.
종래에는 블루투스 시스템에서 2.4GHz 대역에서의 RF(무선주파수) 모뎀방식의 FH(Frequency Hopping)방식이나 기저대역(baseband) 모뎀방식의 FSK(Frequency Shifting Keying)방식 또는 GFSK(Gaussian Frequency Shifting Keying)방식을 사용하고 있으나 이들 방식은 대역폭이 적을 뿐만 아니라 데이터 전송속도도 느려 고속으로 데이터를 송수신하고자 하는 요구를 충족시키지 못했다. 또한, 고정된 데이터 전송속도에서 기저대역 변복조가 실행되어 가변의 데이터 전송속도의 지원은 불가능하였다.Conventionally, in the Bluetooth system, a frequency hopping (FH) method of an RF (radio frequency) modem method, a frequency shifting keying (FSK) method of a baseband modem method, or a Gaussian Frequency Shifting Keying (GFSK) method is used in a Bluetooth system. However, these methods have low bandwidth and low data transmission rate, which does not meet the demand for high-speed data transmission and reception. In addition, since baseband modulation and demodulation is performed at a fixed data rate, it is impossible to support a variable data rate.
이와 같은 무선 데이터 통신방법은 여러 가지가 개시되어 있다. 그 일예로서, 대한민국 특허출원 제1999-0035610호에는 블루투스를 이용한 근거리 무선 통신방법이 개시되어 있다. 상기 방법은 블루투스(bluetooth)를 이용한 컴퓨터와 그 주변장치간의 무선 인터페이스에 적용됨이 바람직한 근거리 무선 통신에 관한 것이나, 고속의 데이터 전송에 대한 요구를 해결하지는 못했다.Various wireless data communication methods have been disclosed. As an example, Korean Patent Application No. 1999-0035610 discloses a short range wireless communication method using Bluetooth. Although the method relates to short-range wireless communication, which is preferably applied to a wireless interface between a computer using Bluetooth and its peripheral device, it does not solve the demand for high-speed data transmission.
또한, 대한민국 특허출원 제2000-0066524호에는 단거리 무선 통신 네트워크에 포함된 복수의 장치들 사이에서 또는 이 통신 네트워크와 외부의 통신 네트워크 사이에서 데이터를 송수신하기 위한 통신 제어장치 및 방법이 개시되어 있다. 상기 장치 및 방법에 개시된 블루투스 기술은 2.4GHz 주파수대의 라디오 주파수(RF)를 사용하고 FH(Frequency Hopping)시스템에 응하는 처리를 실행하여 장치들간에 데이터를 송수신하는 것으로서, 고속의 가변 데이터 전송속도의 지원에 대한 요구를 충족시키지 못했다.In addition, Korean Patent Application No. 2000-0066524 discloses a communication control apparatus and method for transmitting and receiving data between a plurality of devices included in a short-range wireless communication network or between the communication network and an external communication network. The Bluetooth technology disclosed in the above apparatus and method uses a radio frequency (RF) in the 2.4 GHz frequency band and executes a process corresponding to a frequency hopping (FH) system to transmit and receive data between devices. The need for support was not met.
따라서, 상기한 저속의 데이터 전송속도의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 본 발명은, 블루투스 시스템에서 OFDM 변복조 방법을 사용하여 고속의 가변 데이터 전송속도를 지원하는 기저대역 변복조장치 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a baseband modulation and demodulation device that supports a high speed variable data rate using an OFDM modulation and demodulation method in a Bluetooth system.
또한, 본 발명의 부가적인 목적은 블루투스에서 고속의 데이터 송수신이 가능하도록 동적 대역폭 할당 및 동적 서브캐리어 수 할당을 지원하는 기저대역 변복조장치를 제공하는데 있다.It is a further object of the present invention to provide a baseband modulation and demodulation device that supports dynamic bandwidth allocation and dynamic subcarrier number allocation to enable high-speed data transmission and reception in Bluetooth.
도 1은 본 발명의 OFDM 변복조 시스템의 일실시예에 따른 구성도.1 is a block diagram of an embodiment of an OFDM modulation and demodulation system of the present invention.
도 2는 본 발명의 혼화기와 역혼화기의 일실시예에 따른 구성도.Figure 2 is a block diagram according to an embodiment of the mixer and inverse mixer of the present invention.
도 3은 본 발명의 길쌈 부호기의 일실시예에 따른 구성도.3 is a block diagram according to an embodiment of a convolutional encoder of the present invention.
도 4는 도 1에 도시된 동기의 구성도.4 is a configuration diagram of the synchronization shown in FIG. 1;
도 5는 도 1에 도시된 비터비 복호기의 구성도.FIG. 5 is a configuration diagram of the Viterbi decoder shown in FIG. 1. FIG.
도 6은 본 발명에 따른 동적 대역폭 할당방식의 개념도.6 is a conceptual diagram of a dynamic bandwidth allocation scheme according to the present invention.
도 7은 본 발명에 따른 동적 서브캐리어 수 할당방식의 개념도.7 is a conceptual diagram of a dynamic subcarrier number allocation scheme according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1 : 링크 매니저(link manager) 2 : OFDM 변조부1: link manager 2: OFDM modulator
3 : OFDM 복조부 4 : 라디오 주파수(RF)부3: OFDM demodulation section 4: Radio frequency (RF) section
200 : OFDM 변조제어부 201 : 혼화기200: OFDM modulation controller 201: mixer
202 : 길쌈부호기 203 : 인터리버202: weaving encoder 203: interleaver
204 : 매퍼 205 : IFFT 블럭204: mapper 205: IFFT block
206 : 보호구간 삽입부 300 : OFDM 복조부206: guard section insertion section 300: OFDM demodulation section
301 : 동기부 302 : FFT 블럭301: synchronizer 302: FFT block
303 : 등화기 304 : 파일롯 파워 추정부303: Equalizer 304: Pilot power estimation unit
305 : 디매퍼 306 : 디인터리버305: demapper 306: deinterleaver
307 : 비터비 복호기 308 : 역혼화기307 Viterbi decoder 308 Reverse mixer
401 : OFDM 심볼동기 획득부 402 : 주파수 옵셋 보상부401: OFDM symbol synchronization acquisition unit 402: Frequency offset compensation unit
상기 목적을 달성하기 위한 기술적 구성으로서 본 발명은, 고속의 가변 데이터 속도로 데이터를 송수신하는 블루투스 시스템에서의 직교 주파수 분할 다중(OFDM)을 이용한 기저대역 변복조장치에 있어서,As a technical configuration for achieving the above object, the present invention is a baseband modulation and demodulation device using Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) in a Bluetooth system for transmitting and receiving data at a high variable data rate,
링크 매니저로부터 가변의 데이터 속도(data rate)로 전송되는 데이터를 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 방식으로 변조하는 OFDM 변조부;An OFDM modulator for modulating data transmitted from the link manager at a variable data rate in an orthogonal frequency division multiplex (OFDM) scheme;
상기 링크 매니저에서 지정된 가변의 데이터 속도에 따라 상기 OFDM 변조부를 제어하고 라디오 주파수(RF)의 출력파워를 제어하는 OFDM 변조제어부;An OFDM modulation controller for controlling the OFDM modulation unit and controlling an output power of radio frequency (RF) according to a variable data rate designated by the link manager;
라디오 주파수로 수신된 OFDM 신호로부터 가변의 데이터 속도를 추출하고 상기 가변의 데이터 속도로 수신된 데이터를 OFDM 방식으로 복조하여 상기 링크매니저로 전송하는 OFDM 복조부; 및An OFDM demodulator extracting a variable data rate from an OFDM signal received at a radio frequency, demodulating the data received at the variable data rate by the OFDM scheme, and transmitting the demodulated data to the link manager; And
상기 추출된 가변의 데이터 속도에 따라 상기 OFDM 복조부를 제어하고 상기 데이터 속도를 상기 OFDM 변조부에서 사용된 데이터 속도와 비교하여 상기 OFDM 복조부의 전력소모를 줄이는 OFDM 복조제어부를 포함한다.And an OFDM demodulation control unit for controlling the OFDM demodulator according to the extracted variable data rate and reducing the power consumption of the OFDM demodulator by comparing the data rate with the data rate used in the OFDM modulator.
여기서, 상기 기저대역 변복조장치는 상기 링크 매니저에서 피코네트를 형성하는 슬레이브 단말기들 수의 증감에 따라 각 슬레이브 단말기들에게 대역폭을 동적으로 할당하여 가변의 데이터 속도를 지원한다. 또한, 상기 장치는 피코네트를 형성하는 슬레이브 단말기의 접속상태에 따라 상기 슬레이브 단말기들의 파워를 제어하며 OFDM의 서브캐리어의 수를 바꾸어 가변의 데이터를 송수신 가능한 동적 서브캐리어 수 할당 방식을 지원한다.Here, the baseband modulation / demodulation device supports variable data rates by dynamically allocating bandwidth to each slave terminal according to the increase and decrease of the number of slave terminals forming the piconet in the link manager. In addition, the apparatus controls the power of the slave terminals according to the connection state of the slave terminals forming the piconet and supports a dynamic subcarrier number allocation scheme that can transmit and receive variable data by changing the number of subcarriers of OFDM.
본 발명의 장점 및 특징들은 이하 발명의 상세한 설명을 통해 보다 분명해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 고속의 가변 데이터 속도를 지원하기 위해 OFDM 변복조부를 제어하는 OFDM 변조제어부를 포함하는 기저대역 변복조장치와 상기 장치에서 동적으로 대역폭을 할당 및 동적으로 서브캐리어 수를 할당하는 것을 상세하게 설명한다.Advantages and features of the present invention will become more apparent from the following detailed description. Hereinafter, a baseband modulation and demodulation device including an OFDM modulation control unit for controlling an OFDM modulation and demodulation unit to support a high speed variable data rate according to the present invention with reference to the accompanying drawings of a preferred embodiment of the present invention and a bandwidth dynamically in the device. Allocating and dynamically allocating subcarrier numbers is described in detail.
도 1은 본 발명의 OFDM 변복조 시스템의 일실시예에 따른 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 OFDM 변복조 시스템은, 링크 매니저(link manager;1), OFDM 변조부(2), OFDM 변조제어부(200), OFDM 복조부(3), OFDM 복조제어부(300) 및 라디오 주파수(RF)부(4)로 구성된다. 또한, 상기 OFDM 변조부(2)는 혼화기(201), 길쌈부호기(202), 인터리버(203), 매퍼(204), IFFT블럭(205) 및 보호구간 삽입부(206)로 구성되고 상기 OFDM 복조부(3)는 동기부(301), FFT블럭(302), 등화기(303), 파일롯파워 추정부(304), 디매퍼(305), 디인터리버(306), 비터비복호기(307) 및 역혼화기(308)로 구성된다.1 is a configuration diagram according to an embodiment of an OFDM modulation and demodulation system of the present invention. As shown in FIG. 1, the OFDM modulation and demodulation system according to the present invention includes a link manager (1), an OFDM modulator (2), an OFDM modulation controller (200), an OFDM demodulator (3), and an OFDM demodulation controller. 300 and a radio frequency (RF) unit 4. The OFDM modulator 2 is composed of a mixer 201, a convolutional encoder 202, an interleaver 203, a mapper 204, an IFFT block 205, and a guard interval insertion unit 206. The demodulator 3 includes a synchronizer 301, an FFT block 302, an equalizer 303, a pilot power estimator 304, a demapper 305, a deinterleaver 306, and a Viterbi decoder 307. And a backmixer 308.
상기 링크 매니저(1)는 송신할 데이터의 전송속도(data rate)를 설정하고 상기 데이터를 상기 OFDM 변조부(2)의 혼화기(201)로 전달한다. 상기 혼화기(201)에서 혼화된 데이터는 길쌈부호기(202)를 거쳐 인터리버(203)로 입력되고 상기 인터리버(203)에서 상기 데이터를 인터리빙을 한 후, 상기 링크 매니저(1)에서 정해진 데이터 속도에 따라 매퍼(204)에 의해 BPSK(Binary Phase Shift Keying), QPSK(Quardrature Phase Shift Keying), 16QAM(Quardrature Amplitude Modulation), 64QAM으로 맵핑된다. 이와 같은 과정을 통해 맵핑된 상기 데이터는 IFFT블럭(205) 및 보호구간 삽입부(206)를 거쳐 RF부(4)로 보내어진다.The link manager 1 sets a data rate of data to be transmitted and transfers the data to the mixer 201 of the OFDM modulator 2. The data mixed in the mixer 201 is input to the interleaver 203 via the convolutional encoder 202 and interleaved the data in the interleaver 203, and then at a data rate determined by the link manager 1. Accordingly, the mapper 204 maps to Binary Phase Shift Keying (BPSK), Quadrature Phase Shift Keying (QPSK), Quadrature Amplitude Modulation (16QAM), and 64QAM. The data mapped through the above process is sent to the RF unit 4 via the IFFT block 205 and the guard interval insertion unit 206.
하기 표 1과 표 2는 OFDM 변복조를 사용하는 블루투스 시스템에서 사용되는 파라메터의 일실시예를 나타낸 것으로서, 표 1은 데이터 속도에 따른 파라메터이고 표 2는 시간에 관련된 파라메터들이다. OFDM 심벌은 N개의 IFFT 블록(205)의 출력 값의 개수와 보호구간에 해당하는 샘플 값의 개수를 더한 값이다.Table 1 and Table 2 below show one embodiment of parameters used in a Bluetooth system using OFDM modulation and demodulation. Table 1 is a parameter according to data rate and Table 2 is a parameter related to time. The OFDM symbol is obtained by adding the number of output values of the N IFFT blocks 205 and the number of sample values corresponding to the guard interval.
도 1에 도시된 장치의 동작과정을 구체적인 실시예를 들어 설명한다.An operation of the apparatus illustrated in FIG. 1 will be described with reference to specific embodiments.
상기 혼화기(201)는 상기 링크 매니저(1)에서 받은 데이터가 연속적인 같은 값을 갖는 것을 방지하기 위해 사용되며, 그 생성다항식의 일실시예를 하기 수학식1에 나타내며, 이를 도식화한 것을 도 2에 나타낸다.The admixture 201 is used to prevent the data received from the link manager 1 from continuously having the same value, and an embodiment of the generated polynomial is shown in Equation 1 below. 2 is shown.
상기 혼화기(201)를 통해 혼화된 데이터는 길쌈부호기(202)를 거치며 그 생성다항식의 일실시예를 하기 수학식 2에 나타내고 이를 도식화한 것을 도 3에 나타낸다.The data mixed through the mixer 201 passes through the convolutional encoder 202 and an embodiment of the generated polynomial is shown in Equation 2 below and shown in FIG. 3.
MSB(Most Significant Bit) = 1718 MSB (Most Significant Bit) = 171 8
본 발명에 따른 기저대역 변복조장치에서는 채널에 의해 발생되는 버스트 에러를 랜덤 에러로 바꾸기 위해 인터리버(203)를 사용한다. 상기 인터리버(203)를 거친 데이터는 후단의 매퍼(204)에서 데이터 속도에 따라 매핑되는데 이를 하기의 표 3, 표 4 및 표 5에 나타낸다. 먼저, 표 3은 QPSK 매핑의 일실시예를 나타내고 표 4는 16QAM 매핑의 일실시예를 나타내며, 표 5는 64QAM 매핑의 일실시예를 나타낸다.In the baseband modulation and demodulation device according to the present invention, an interleaver 203 is used to convert a burst error generated by a channel into a random error. The data that has passed through the interleaver 203 is mapped according to the data rate in the mapper 204 at a later stage, which is shown in Tables 3, 4, and 5 below. First, Table 3 shows one embodiment of QPSK mapping, Table 4 shows one embodiment of 16QAM mapping, and Table 5 shows one embodiment of 64QAM mapping.
또한, 상기 매핑된 데이터는 인페이즈 성분과 쿼드러쳐 성분으로 나뉘어지는데, 각각 송신되는 파워를 규준화하기 위해 규준화 팩터를 맵핑된 데이터에 곱하며그 값의 일실시예를 하기 표 6에 나타낸다.In addition, the mapped data is divided into an in-phase component and a quadrature component, and the normalization factor is multiplied by the mapped data to normalize the transmitted power, respectively, and one embodiment of the value is shown in Table 6 below.
이렇게 맵핑된 데이터는 IFFT블럭(205)의 10개의 서브캐리어 주파수에 할당되며 파일럿 신호는 상기 IFFT블럭(205)의 3번째와 -3번째 서브캐리어 주파수에 할당된다. 상기 IFFT블럭(205)을 거친 데이터는 16개의 인페이즈 성분과 쿼드러쳐성분으로 나오는데 16개의 값 중에서 마지막 4개 값을 복사하여 IFFT블럭(205)을 거친 데이터 앞에다 복사함으로써 보호구간을 삽입한다(206). 따라서 하나의 OFDM 심벌간격은 4 마이크로 초가 되며 OFDM 심벌 당 샘플개수는 20개이다.The mapped data is allocated to the ten subcarrier frequencies of the IFFT block 205 and the pilot signal is allocated to the third and third subcarrier frequencies of the IFFT block 205. Data passing through the IFFT block 205 comes out as 16 in-phase components and quadrature components, and the guard interval is inserted by copying the last four values among the 16 values and copying them before the data passing through the IFFT block 205 ( 206). Therefore, one OFDM symbol interval is 4 microseconds, and the number of samples per OFDM symbol is 20.
OFDM 변조제어부(200)는 상기 OFDM 변조부(2)에서 가변의 데이터 송신에 필요한 블록들을 제어한다. 상기 OFDM 변조제어부(200)는 상기 링크 매니저(1)에게 데이터를 받기 위한 제어신호(tx_ready)를 전달한다. 상기 제어신호 tx_ready는 '1' 과 '0'의 값을 가지는데, 상기 링크 매니저(1)는 제어신호 tx_ready가 '1'인 동안에만 상기 OFDM 변조부(2)에 데이터를 보낸다. 상기 OFDM 변조제어부(200)는 데이터 속도에 따라 OFDM 심벌당 데이터 비트수 동안만 tx_ready가 '1'의 값을 갖도록 생성한다. 또한 상기 OFDM 변조제어부(200)는 데이터 속도에 관한 정보를 매퍼(204)와 인터리버(203)에 알려줌으로써 가변의 데이터 속도에 따라 상기 OFDM 변조부(2)가 동작되도록 한다. 따라서, 상기 OFDM 변조제어부(200)는 상기 링크 매니저(1)에서 설정된 가변의 데이터 속도에 따라 상기 OFDM 변조부(2)의 동작을 제어함으로써 상기 가변의 데이터 속도를 갖는 데이터를 OFDM 변조하도록 하고 이에 따라 고속의 가변 데이터 속도를 지원하는 것이 가능하다.The OFDM modulation controller 200 controls blocks required for variable data transmission in the OFDM modulation unit 2. The OFDM modulation controller 200 transmits a control signal tx_ready for receiving data to the link manager 1. The control signal tx_ready has values of '1' and '0', and the link manager 1 sends data to the OFDM modulator 2 only while the control signal tx_ready is '1'. The OFDM modulation controller 200 generates tx_ready to have a value of '1' only for the number of data bits per OFDM symbol according to the data rate. In addition, the OFDM modulation controller 200 informs the mapper 204 and the interleaver 203 about the data rate so that the OFDM modulator 2 operates according to a variable data rate. Therefore, the OFDM modulation controller 200 controls the operation of the OFDM modulator 2 according to the variable data rate set by the link manager 1 to perform OFDM modulation on the data having the variable data rate. Accordingly, it is possible to support high speed variable data rates.
이하에서는 도 1에 도시한 OFDM 복조부(3)에 대하여 설명한다.Hereinafter, the OFDM demodulator 3 shown in FIG. 1 will be described.
수신된 OFDM 신호는 RF부(4)를 통과한 후 OFDM 복조부(3)의 동기부(301)에 입력된다. 상기 동기부(301)를 통과한 데이터는 FFT블럭(302)을 거친 후, 후단의등화기(303)를 통과한다. 상기 등화기(303)를 통과한 데이터는 데이터 속도에 따라 디매퍼(305)에서 디맵핑이 되고 디인터리버(306)에 의해 디인터리빙된다. 상기 디인터리버(306)를 거친 데이터는 비터비 복호기(307)를 통과한 후 역혼화기(308)에 입력된다. 역혼화된 데이터는 상기 링크 매니저(1)로 전송된다. 상기 과정들을 보다 구체적으로 설명하면 하기와 같다.The received OFDM signal passes through the RF unit 4 and is input to the synchronizer 301 of the OFDM demodulator 3. The data passing through the synchronization unit 301 passes through the FFT block 302 and then passes through the equalizer 303 of the rear stage. The data passing through the equalizer 303 is demapped by the demapper 305 according to the data rate and deinterleaved by the deinterleaver 306. The data that has passed through the deinterleaver 306 passes through the Viterbi decoder 307 and is input to the demixer 308. Demixed data is transmitted to the link manager 1. The above processes are described in more detail as follows.
상기 RF부(4)의 독립적인 오실레이터 때문에 주파수 옵셋이 발생하므로 수신된 OFDM 신호의 주파수 옵셋을 보상해주어야 한다. OFDM 복조부(3)의 동기부(301)의 구성은 도 4에 도시되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이 동기부(301)의 구성은 주파수 옵셋을 보상하는 주파수 옵셋 보상부(402)와 OFDM 심벌동기를 획득하는 OFDM 심벌동기 획득부(401)를 가진다.Since the frequency offset occurs because of the independent oscillator of the RF unit 4, the frequency offset of the received OFDM signal should be compensated. The configuration of the synchronization unit 301 of the OFDM demodulator 3 is shown in FIG. As shown in FIG. 4, the configuration of the synchronizer 301 includes a frequency offset compensator 402 for compensating for frequency offset and an OFDM symbol synchronizer acquirer 401 for acquiring an OFDM symbol synchronizer.
상기와 같이 주파수 옵셋이 보상된 데이터는 상기 고속 푸리에 변환(FFT)블럭(302)에서 보호구간을 제거한 후 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform)을 수행하게 된다. 이렇게 FFT된 데이터는 등화기(303)로 입력된다. 상기 등화기(303)는 각 서브캐리어의 주파수에 해당하는 채널을 추정한다. 상기와 같이 추정된 채널값을 이용하여 상기 등화기(303)의 입력신호에 곱함으로써 채널을 보상한다. 상기 등화기(303)를 거친 데이터는 디매퍼(305)로 보내지며 파일롯 심볼은 파일롯 파워 추정부(304)로 보내진다. 파일롯 파워 추정부(304)는 수신된 파일롯 심볼의 파워를 계산하여 현재 무선 채널의 환경을 추정하며 이를 바탕으로 접속상태(link quality)를 판단한다. 상기 디매퍼(305)에서 디맵핑된 데이터는 디인터리버(306)로 입력된다. 상기 디맵퍼(305)와 상기 디인터리버(306)는 수신된 데이터 속도에 따라동작된다. 상기 디인터리버(306)를 통과한 데이터는 비터비 복호기(307)로 입력된다. 상기 비터비 복호기(307)의 구성은 도 5에 도시되어 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 비터비 복호기(307)는 채널상의 오류를 검출하고 정정해주는 역할을 하며 경성판정과 연성판정으로 구성되며, 그 구성은 BM(Branch Metric)부(502), ACS(Add Compare Select)부(503), TB(Trace Back)부(505), 메모리부(504), LIFO(Last In First Out)부(506), 제어부(501)로 구성된다. 상기 비터비 복호기(307)를 거친 데이터는 역혼화기(308)를 거친다. 상기 역혼화기(308)의 생성다항식의 일실시예는 상기 수학식 1과 같다.As described above, the frequency offset-compensated data performs a Fast Fourier Transform after removing the guard interval from the Fast Fourier Transform (FFT) block 302. The FFT data is input to the equalizer 303. The equalizer 303 estimates a channel corresponding to the frequency of each subcarrier. The channel is compensated by multiplying the input signal of the equalizer 303 using the estimated channel value. The data passed through the equalizer 303 is sent to the demapper 305 and the pilot symbol is sent to the pilot power estimator 304. The pilot power estimator 304 estimates the environment of the current radio channel by calculating the power of the received pilot symbol and determines the link quality based on the estimated power. Data demapped by the demapper 305 is input to the deinterleaver 306. The demapper 305 and the deinterleaver 306 operate according to the received data rate. Data passing through the deinterleaver 306 is input to the Viterbi decoder 307. The configuration of the Viterbi decoder 307 is shown in FIG. As shown in FIG. 5, the Viterbi decoder 307 detects and corrects an error on a channel, and is composed of a hard decision and a soft decision. The configuration is a branch metric (BM) unit 502 and an ACS (Add). It includes a Compare Select (503) unit, a TB (Trace Back) unit 505, a memory unit 504, a LIFO (Last In First Out) unit 506, and a control unit 501. Data passed through the Viterbi decoder 307 passes through a demixer 308. An embodiment of the generated polynomial of the inverse mixer 308 is shown in Equation 1 above.
OFDM 복조제어부(300)는 상기 OFDM 복조부(3)를 제어하며 상기 동기부(301)로부터 OFDM 심벌의 시작을 알려주는 시작신호(rx_start)를 입력받아 FFT블럭(302)에 알려준다. 상기 FFT블럭(302)은 시작신호 rx_start를 입력받아 보호구간의 4개 샘플값을 제외한 나머지 16개 샘플값을 가지고 FFT를 수행한다. 또한, 상기 OFDM 복조제어부(300)는 데이터 속도에 따라 동작되는 디매퍼(305)와 디인터리버(306)를 제어한다. 그리고 상기 OFDM 복조제어부(300)는 수신된 OFDM 신호의 데이터 속도가 OFDM 변조부(2)에서 사용된 데이터 속도에 해당되지 않을 경우 상기 OFDM 복조부(3)의 전력소모를 줄이기 위해 상기 OFDM 복조부(3) 중에서 동기부(301)를 제외한 나머지 블록의 동작을 중지시키는 제어신호를 상기 링크 매니저(1)에게 알려주는 역할을 한다. 상기 동기부(301)는 다음 패킷의 검출을 위해 항상 동작되어야 한다.The OFDM demodulation control unit 300 controls the OFDM demodulation unit 3 and receives the start signal rx_start indicating the start of the OFDM symbol from the synchronization unit 301 and informs the FFT block 302. The FFT block 302 receives the start signal rx_start and performs an FFT with the remaining 16 sample values except the 4 sample values of the protection interval. In addition, the OFDM demodulation control unit 300 controls the demapper 305 and the deinterleaver 306 operated according to the data rate. In addition, the OFDM demodulation controller 300 may reduce the power consumption of the OFDM demodulator 3 when the data rate of the received OFDM signal does not correspond to the data rate used by the OFDM modulator 2. It serves to inform the link manager 1 of a control signal for stopping the operation of the remaining blocks except for the synchronization unit 301 in (3). The synchronizer 301 should always be operated for detection of the next packet.
상기 역혼화기(308)에 의해 역혼화된 데이터는 OFDM 복조제어부(300)에 입력되며 상기 OFDM 복조제어부(300)는 데이터 속도에 따라 OFDM 심벌당 데이터 비트수동안만 '1'인 값을 갖도록 하는 제어신호(rx_ready)를 생성한다. OFDM 복조 제어부(300)는 제어신호 rx_ready와 데이터 비트를 함께 상기 링크 매니저(1)로 전송하며, 상기 링크 매니저(1)는 제어신호 rx_ready가 '1'인 동안에만 상기 OFDM 복조 제어부(300)로부터 비트를 입력받는다. 따라서, 상기 OFDM 복조제어부(300)는 수신된 OFDM 신호의 데이터 속도에 따라 상기 OFDM 복조부(3)의 동작을 제어하여 가변의 데이터 속도를 갖는 데이터를 복조하고 이에 따라 고속의 가변 데이터 속도를 지원하게 된다.The data demixed by the demultiplexer 308 is input to the OFDM demodulation control unit 300, and the OFDM demodulation control unit 300 has a value of '1' only for the number of data bits per OFDM symbol according to the data rate. Generate a control signal (rx_ready). The OFDM demodulation control unit 300 transmits a control signal rx_ready and a data bit together to the link manager 1, and the link manager 1 transmits the control signal rx_ready from the OFDM demodulation control unit 300 only while the control signal rx_ready is '1'. Get a bit. Accordingly, the OFDM demodulation control unit 300 controls the operation of the OFDM demodulation unit 3 according to the data rate of the received OFDM signal to demodulate data having a variable data rate, thereby supporting a high speed variable data rate. Done.
도 6은 본 발명에 따른 동적 대역폭 할당방식의 개념도의 일실시예를 도시한 것이다. 도 6(a)는 블루투스에서 7개의 슬레이브 단말기의 대역폭 할당을 도시한 것이고 도 6(b)는 3개의 슬레이브 단말기의 대역폭 할당을 도시한 것이다. 이하에서 이를 상세하게 설명한다.6 illustrates an embodiment of a conceptual diagram of a dynamic bandwidth allocation scheme according to the present invention. FIG. 6 (a) shows the bandwidth allocation of seven slave terminals in Bluetooth and FIG. 6 (b) shows the bandwidth allocation of three slave terminals. This will be described in detail below.
본 발명에 따른 블루투스에서는 두 개 이상의 단말들이 피코네트(Piconet)라 불리는 WPAN(Wireless Personal Area Network)을 형성한다. 하나의 피코네트에는 하나의 마스터(master) 단말기과 일곱 개의 슬레이브(slave) 단말기로 구성되며 상기 마스터 단말기는 각 슬레이브 단말기들에게 AM_ADDR(Active Member Address)라는 고유주소를 할당한다. 따라서 마스터 단말기의 링크 매니저는 피코네트를 형성하는 각 슬레이브 단말기의 수를 파악할 수 있으며, 피코네트를 형성하고 있는 슬레이브 단말기의 수가 증가할 경우는 마스터 단말기의 링크 매니저는 상기 슬레이브 단말기들의 대역폭을 줄임으로써 모든 슬레이브 단말기들이 데이터 송수신을 할 수 있도록 하며, 슬레이브 단말기들의 수가 감소할 경우는 남아있는 슬레이브 단말기들의 대역폭을 늘림으로써 고속의 데이터 송수신을 할 수 있는 동적 대역폭 할당방식을 지원한다. 이와 같이 슬레이브 단말기 수의 증감에 따라 남아있는 슬레이브 단말기의 대역폭을 동적으로 할당함으로써 고속의 데이터 송신이 가능하다.In the Bluetooth according to the present invention, two or more terminals form a wireless personal area network (WPAN) called a piconet. One piconet consists of one master terminal and seven slave terminals, and the master terminal assigns a unique address called AM_ADDR (Active Member Address) to each slave terminal. Therefore, the link manager of the master terminal can grasp the number of slave terminals forming the piconet, and when the number of slave terminals forming the piconet increases, the link manager of the master terminal reduces the bandwidth of the slave terminals. All slave terminals can transmit and receive data, and if the number of slave terminals decreases, the bandwidth of the remaining slave terminals is increased to support a dynamic bandwidth allocation method for high speed data transmission and reception. As the number of slave terminals increases and decreases, the bandwidth of the remaining slave terminals is dynamically allocated, thereby enabling high-speed data transmission.
도 7은 본 발명에 따른 동적 서브캐리어 수 할당방식의 개념도에 대한 일실시예를 도시한 것이다. 도 7(a)는 접속상태가 좋은 경우의 동적 서브캐리어 수 할당을 도시한 것이고 도 7(b)는 접속상태가 나쁜 경우의 동적 서브캐리어 수 할당을 도시한 것이다. 이를 보다 상세하게 설명하면, 본 발명에 따른 슬레이브 단말기들이 피코네트를 형성한 상태에서 각 슬레이브 단말기들로부터 수신된 파일롯 심볼의 파워크기는 등화기(303)로부터 얻을 수 있다. 상기 등화기(303)로부터 추출된 파일롯 심볼의 파워크기를 이용하여 각 슬레이브 단말기간의 접속상태(link quality)를 판단한 다음, 그 정보를 슬레이브 단말기들에 다시 보냄으로써 슬레이브 단말기들의 파워를 제어하며, 상기 슬레이브 단말기의 접속상태에 따라 OFDM의 서브캐리어의 수를 바꿔줌으로써 가변의 데이터를 송수신할 수 있는 동적 서브캐리어 수 할당 방식을 지원한다. 도 7(a)와 같이 접속상태가 좋은 경우에는 서브캐리어 수를 많이 할당하고 도 7(b)와 같이 접속상태가 나쁜 경우에는 널(null)이 발생하는 서브캐리어를 제외시켜 적은 수의 서브캐리어가 할당함으로써 가변의 데이터를 전송할 수 있도록 동적 서브캐리어 수를 할당한다.7 illustrates an embodiment of a conceptual diagram of a dynamic subcarrier number allocation scheme according to the present invention. Fig. 7 (a) shows the dynamic subcarrier number allocation when the connection state is good and Fig. 7 (b) shows the dynamic subcarrier number allocation when the connection state is bad. In more detail, in the state where the slave terminals according to the present invention form the piconet, the power size of the pilot symbol received from each slave terminal can be obtained from the equalizer 303. The link quality between the slave terminals is determined using the power size of the pilot symbol extracted from the equalizer 303, and then the power of the slave terminals is controlled by sending the information back to the slave terminals. By changing the number of OFDM subcarriers according to the connection state of a slave terminal, a dynamic subcarrier number allocation method capable of transmitting and receiving variable data is supported. As shown in FIG. 7A, when the connection state is good, a large number of subcarriers are allocated, and when the connection state is bad as shown in FIG. Allocates a dynamic subcarrier number so that variable data can be transmitted.
상기에서 설명한 상세한 설명 및 도면의 내용은 본 발명의 실시예에 대한 것으로서 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 따라서, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위에서 치환, 변경 또는 수정이 가능하며 본 발명의 권리범위는 첨부한 청구범위에 의해 결정되어야 할 것이다.The detailed description and drawings described above are for the embodiments of the present invention and do not limit the present invention. Therefore, one of ordinary skill in the art to which the present invention pertains may be substituted, changed or modified without departing from the spirit of the present invention, and the scope of the present invention shall be determined by the appended claims.
상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은 블루투스 시스템에서 고속의 가변 데이터 속도를 지원할 수 있으며, 향후 고속의 데이터 속도를 요구하는 블루투스 시스템에 적용이 가능하다.As described above, the present invention can support a high speed variable data rate in a Bluetooth system and can be applied to a Bluetooth system that requires a high data rate in the future.
또한, 블루투스 시스템에서 피코네트를 형성하는 슬레이브 단말들의 수가 증감함에 따라 상기 슬레이브 단말들의 대역폭을 동적으로 할당함으로써 고속의 데이터 송수신이 가능하며 상기 슬레이브 단말들의 접속상태를 파악하여 OFDM의 서브캐리어 수를 동적으로 할당함으로써 가변의 데이터 송수신이 가능하다.In addition, as the number of slave terminals forming the piconet increases and decreases in the Bluetooth system, the bandwidth of the slave terminals is dynamically allocated, thereby enabling high-speed data transmission and reception and determining the connection state of the slave terminals to dynamically adjust the number of subcarriers of OFDM. By allocating to a variable data transmission / reception is possible.
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