KR100460208B1 - 직교주파수 분할 다중 통신 시스템에서 주파수 도약 간섭제거장치 및 방법 - Google Patents

직교주파수 분할 다중 통신 시스템에서 주파수 도약 간섭제거장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 직교주파수 분할 다중 통신 시스템에서 주파수 도약 간섭을 제거하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 즉, 본 발명은 직교주파수 분할 다중 방식을 사용하는 모뎀 구현에 있어서 주파수 도약을 사용하는 대역확산 모뎀으로부터의 간섭 주파수 성분을 제거시킴으로써 직교 주파수 분한 다중 시스템의 성능을 개선시킬 수 있는 이점이 있으며, 시스템 성능 개선에 따라 주어진 셀내의 사용자 용량을 증가시킬 수 있게 되는 이점이 있다.

Description

직교주파수 분할 다중 통신 시스템에서 주파수 도약 간섭 제거장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR REMOVING INTERFERENCE HOPING FREQUENCY IN OFDM SYSTEM}
본 발명은 직교주파수 분할 다중화 시스템(Orthogonal Frequency Division Multiplexing: OFDM)에 관한 것으로, 특히 직교주파수 분할 다중 통신 시스템에서 주파수 도약 간섭을 제거하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 직교주파수 분할 다중 방식은 다수의 반송파에 데이터를 분산하여 전송하는 주파수 다중 방식으로써, 부반송파 주파수 사이에 특정한 직교 조건을 부여하여 스펙트럼의 중첩에도 불구하고 수신기에서 각각의 부반송파를 분리할 수 있도록 한 주파수 다중 통신 방식을 말한다.
도 1은 종래 직교주파수 분할 다중 방식 시스템의 개략적인 송신부 블록 구성도이다. 상기 도 1에서 보여지는 바와 같이, 직교 주파수 분할 다중 방식은 직/병렬 변환부(Serial-to-Parallel: S/P)(100)와 역 고속 푸리에 변환부(IFFT)(102)를 통한 역 고속 푸리에 변환을 이용하여 간단히 구현할 수 있다.
즉, 보내고자 하는 데이터는 주파수 영역에서의 신호가 되어 역 고속 푸리에 변환을 이용하여 변조하고 수신부에서는 고속 푸리에 변환을 이용하여 복조하여 데이터를 복원할 수 있다. 상기에서 데이터 벡터 d는 아래의 [수학식 1]에서와 같이 역 푸리에 변환된 코드 벡터 c로 나타낼 수 있다.
상기한 바와 같이, 직교주파수 분할 다중 방식에서는 직렬 데이터를 N개의 부반송파에 실어 전송하게 되므로 신호의 주기가 N배만큼 늘어나게 되어 채널에 의한 신호간 간섭을 최소화할 수 있게 된다.
따라서 상기 직교주파수 분할 다중 방식은 다중경로 채널상의 고속 통신에서 문제가 되는 심벌간 간섭 현상을 감소시킬 수 있다는 점에서 고속 데이터 전송에 적합한 통신 방식 중 하나로 알려져 있으며, 이에 따라 고속 데이터 전송을 추구하는 무선 랜과 같은 무선 근거리 통신망, 무선비동기전송모드 등의 디지털 전송기술에 광범위하게 적용되고 있다.
그러나 상기 직교주파수 분할 다중 방식에서는 다수의 부반송파 사용으로 인해 부반송파간의 간격이 매우 좁아지게 되어 허용 가능한 주파수 옵셋이 줄어들게 되는데, 이에 따라 시간 옵셋에 비해 주파수 옵셋 또는 주파수 간섭이나 재밍(Jamming)에 매우 취약한 문제점이 있었다.
또한 최근에는 ISM(International Scientific and Metical) 대역에 무선 랜을 비롯한 블루투스 등과 같은 근거리 통신망이 함께 사용됨에 따라 상기한 바와 같이 주파수 간섭에 매우 취약한 직교주파수 분할 다중 방식을 이용하는 통신 시스템에서는 신호간 간섭이 큰 문제점으로 대두되었다. 이는 대역확산 및 직교 주파수 분할 다중 방식을 이용하는 무선 랜과는 달리 상기 블루투스 등은 주파수 도약 방식을 사용하고 있는데, 직교 주파수 분할 다중 방식은 대역확산 방식에 비해 주파수 도약 방식으로부터의 간섭에 취약하여 부반송파에 해당하는 주파수 간섭이 들어오는 경우 복조가 불가능해지기 때문이다.
따라서, 본 발명의 목적은 직교주파수 분할 다중 통신 시스템에서 주파수 도약 간섭을 제거하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 직교주파수 분할 다중 통신 시스템에서 주파수 도약 간섭 제거장치 및 방법에 있어서, 직교주파수 분할 다중 변조되어 수신되는 데이터 신호의 신드럼을 계산하여 상기 수신 데이터 신호에 대한 오류발생을 검사하는 신드럼 계산부와; 상기 데이터 신호에 오류가 발생하도록 간섭을 일으키는 주파수 도약 시스템의 간섭 주파수 성분을 검출하는 간섭주파수 검출부와; 상기 검출된 간섭 주파수를 제거하여 해당 데이터 신호를 복원시키는 간섭주파수 제거부;를 포함하는 주파수 도약 간섭 제거장치를 구현하며, (a)직교주파수 분할 다중 변조되어 수신되는 데이터 신호의 신드럼을 계산하여 상기 데이터 신호에 대한 오류 발생을 검사하는 단계와; (b)상기 데이터 신호에 오류가 발생하도록 간섭을 일으키는 주파수 도약 시스템의 간섭 주파수 성분을 검출하는 단계와; (c)상기 검출된 간섭 주파수 성분이 반송 주파수와 일치하는 경우 해당 간섭 주파수 성분을 제거하여 데이터 신호를 복원시키는 단계;를 포함하는 주파수 도약 간섭 제거방법을 구현하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 종래 직교주파수 분할 다중 통신 시스템의 송신부 블록 구성도,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 직교주파수 분할 다중 통신 시스템의 송신부 블록 구성도,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 도약 간섭 제거장치의 블록 구성도,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 도약 간섭 제거를 위한 동작 제어 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예의 동작을 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 직교주파수 분할 다중 방식 시스템의 개략적인 송신부 블록 구성도이다. 상기 도 2를 참조하면, 본 발명의 직교 주파수 분할 다중 방식의 송신부에서는 직/병렬 변환부(200)에 연결되는 역 고속 푸리에 변환부(202)로 복조시 오류 정정을 위해 연속되는 "0" 또는 파일럿 신호(P)를 포함시켜 변조를 수행하며, 리드 솔로몬(Reed Solomon: RS)부호의 부호화 과정과 직교주파수 분할 다중 변조 과정이 동일함을 이용하여 주파수 도약 방식의 간섭에 의해 부반송파의 정보가 손상되었을 경우에도 원래의 데이터 값으로 정정할 수 있는 방식을 제안하였다.
즉, 상기 도 2에서 보여지는 바와 같이 데이터 신호의 개수가 K개 인 경우 아래의 [수학식 2]에서와 같이 계산되는 개수의 리던던시 정보(Re)를 삽입하여 직교주파수 분할 다중 변조를 수행한다.
리던던시 정보(Re) = N-K
N: 데이터 신호에 삽입되는 부호의 길이
K: 데이터 신호의 갯수
상기에서 리던던시 정보로는 N-K개의 "0" 또는 파일럿 신호(P)를 삽입할 수 있으며, 복조시 (N-K)/2 미만의 부 반송파가 주파수 도약 확산 방식의 반송파와 중복되어 손상되었을 경우 RS부호의 복호방식을 이용하여 복구시키게 된다. 이때, 상기 RS 부호는 매우 강력한 오류정정 능력을 가지는 블록 부호로써, 부호화 과정은 일반적으로 생성 행렬을 데이터 벡터에 곱하는 방법이 사용되나, 주파수 영역에서 K개의 데이터와 N-K의 연속된 "0"을 더해서 역 푸리에 변환을 취하는 주파수 영역에서의 부호화 방식도 사용된다. 이 경우 RS부호는 (N-K)/2개의 오류를 원래 부호로 정정할 수 있다.
이에 따라 상기 [수학식 1]에서의 데이터 벡터 d는 아래의 [수학식 3]에서와 같이 나타낼 수 있다.
따라서 실제 직교주파수 분할 다중 방식에서는 송/수신부간의 동기를 위해 이러한 "0" 또는 파일럿톤 신호의 삽입이 일반화되어 있어 추가적인 오류정정을 위한 삽입이 필요없게 되어 전송률의 손실이 없게 된다. 또한 간섭주파수 성분은 대개 부반송파의 서너개 성분 미만에 해당되어 상기 리던던시 정보 개수((N-K)/2)보다 작게 되며, 대부분 오류정정이 가능하게 된다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 직교주파수 분할 다중 통신 시스템에서 주파수 도약 간섭 제거장치의 블록 구성을 도시한 것으로, 상기 도 3을 참조하면, 본 발명의 주파수 도약 간섭 제거장치(306)는 직교주파수 분할 다중 변조되어 수신되는 데이터 신호의 신드럼을 계산하여 상기 수신 데이터 신호에 대한 오류 발생을 검사하는 신드럼 계산부(308)와, 상기 데이터 신호에 오류가 발생하도록 간섭을 일으키는 주파수 도약 시스템의 간섭 주파수 성분을 검출하는 간섭주파수 검출부(310)와, 상기 검출된 간섭 주파수를 제거하여 해당 데이터 신호를 복원시키는 간섭주파수 제거부(312) 등으로 구성된다.
이하 상기 주파수 도약 간섭 제거장치의 동작 제어 흐름을 도시한 도 4를 참조하여 상기 주파수 도약 간섭 제거장치 각 부에서의 동작을 상세히 설명한다.
먼저 신드럼 계산부(308)는 채널을 통해 직교주파수 분할 다중 변조되어 수신되는 데이터 신호를 입력하고(S400), 상기 데이터 신호의 신드럼을 계산하여(S402) 상기 수신 데이터 신호에 대한 오류 발생을 검사한다(S404). 상기에서 수신 데이터 신호(rk)에는 아래의 [수학식 4]에서와 같이 주파수 도약 방식 송신부(300)로부터 송신되는 간섭 주파수 성분(fk), 직교주파수 분할 다중방식 송신부(302)로부터 송신되는 데이터 코드 벡터 성부(ck) 및 백색잡음(nk)이 포함된다.
이때 신드럼 계산부(308)는 상기 주파수 도약 시스템으로부터 송신된 간섭 주파수 성분이 (N-K)/2 개 이상 상기 수신 데이터 신호에 간섭되고 있는 것으로 판단하는 경우에는 복조불능으로 처리하고(S406), 간섭 주파수 성분이 (N-K)/2 개 이하로 오류 정정 가능한 것으로 판단하는 경우에는 상기 수신 데이터 신호를 간섭주파수 검출부(310)로 인가시킨다.
그러면 간섭주파수 검출부(310)는 간섭주파수 위치 계산부(314)를 통해 상기 수신 데이터 신호에 간섭되고 있는 주파수 도약 시스템으로부터의 간섭 주파수 성분의 위치를 계산하고(S408), 간섭주파수 크기 계산부(316)를 통해 상기 간섭 주파수 성분의 크기를 계산하여 간섭주파수 제거부(312)로 인가시킨다(S410). 이에 따라 간섭주파수 제거부(312)는 상기 간섭 주파수 성분의 위치 및 크기 정보를 이용하여 상기 데이터 신호에 간섭되고 있는 주파수 도약 시스템으로부터의 간섭 주파수 성분을 제거하여 해당 데이터 신호를 복원시켜 직교주파수 분할 다중방식 복조부(318)로 인가시키게 된다.
상기한 바와 같이 본 발명에서는 직교주파수 분할 다중 방식을 사용하는 모뎀 구현에 있어서 주파수 도약을 사용하는 대역확산 모뎀으로부터의 간섭 주파수 성분을 제거시킴으로써 직교 주파수 분한 다중 시스템의 성능을 개선시킬 수 있게 된다.
한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위에 의해 정하여져야 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 직교주파수 분할 다중 방식을 사용하는 모뎀 구현에 있어서 주파수 도약을 사용하는 대역확산 모뎀으로부터의 간섭 주파수 성분을 제거시킴으로써 직교 주파수 분한 다중 시스템의 성능을 개선시킬 수 있는 이점이 있으며, 시스템 성능 개선에 따라 주어진 셀내의 사용자 용량을 증가시킬 수 있게 되는 이점이 있다.

Claims (14)

  1. 직교주파수 분할 다중 통신 시스템에서 주파수 도약 간섭 제거장치에 있어서,
    직교주파수 분할 다중 변조되어 수신되는 데이터 신호의 신드럼을 계산하여 상기 수신 데이터 신호에 대한 오류 발생을 검사하는 신드럼 계산부와;
    상기 데이터 신호에 오류가 발생하도록 간섭을 일으키는 주파수 도약 시스템의 간섭 주파수 성분을 검출하는 간섭주파수 검출부와;
    상기 검출된 간섭 주파수를 제거하여 해당 데이터 신호를 복원시키는 간섭주파수 제거부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 도약 간섭 제거장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 신호는, 복조시 오류정정을 위해 아래의 [수학식]에서와 같이 계산되는 개수의 리던던시(Re) 정보가 포함되어 직교주파수 분할 다중화되는 것을 특징으로 하는 주파수 도약 간섭 제거장치.
    [수학식]
    Re=N-K
    N: 데이터 신호에 삽입되는 부호의 길이
    K: 데이터 신호의 개수
  3. 제2항에 있어서,
    상기 리던던시 정보는, 연속된 N-K개의 "0" 또는 "파일롯톤(P)" 신호인 것을 특징으로 하는 주파수 도약 간섭 제거장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 리던던시 정보가 포함된 직교주파수 다중분할 변조된 데이터 신호는, 복조시 블록 부호 복호화를 통해 오류정정되는 것을 특징으로 하는 주파수 도약 간섭 제거장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 블록 부호 복호화는, 리드솔로몬(RS) 부호 복호화 인 것을 특징으로 하는 주파수 도약 간섭 제거장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 신드럼 계산부는, 상기 오류 발생한 간섭 주파수의 개수가 (N-K)/2 이상 초과하는 경우 복조불능을 판단하는 것을 특징으로 하는 주파수 도약 간섭 제거장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 간섭 주파수 검출부는, 상기 간섭 주파수 성분의 위치를 계산하는 간섭주파수 위치 계산부와;
    상기 간섭 주파수 성분의 크기를 계산하는 간섭주파수 크기 계산부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 도약 간섭 제거장치.
  8. 직교주파수 분할 다중 통신 시스템에서 주파수 도약 간섭 제거방법에 있어서,
    (a)직교주파수 분할 다중 변조되어 수신되는 데이터 신호의 신드럼을 계산하여 상기 데이터 신호에 대한 오류 발생을 검사하는 단계와;
    (b)상기 데이터 신호에 오류가 발생하도록 간섭을 일으키는 주파수 도약 시스템의 간섭 주파수 성분을 검출하는 단계와;
    (c)상기 검출된 간섭 주파수 성분이 반송 주파수와 일치하는 경우 해당 간섭 주파수 성분을 제거하여 데이터 신호를 복원시키는 단계;를 포함하는 주파수 도약 간섭 제거방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 (a)단계의 수신 데이터 신호는, 복조시 오류 정정을 위해 아래의 [수학식]에서와 같이 계산되는 개수의 리던던시(Re) 정보가 포함되어 직교주파수 분할 다중화 되는 것을 특징으로 하는 주파수 도약 간섭 제거방법.
    [수학식]
    Re=N-K
    N: 데이터 신호에 삽입되는 부호의 길이
    K: 데이터 신호의 개수
  10. 제9항에 있어서,
    상기 리던던시 정보는, 연속된 N-K개의 "0" 또는 "파일롯톤(P)" 신호인 것을 특징으로 하는 주파수 도약 간섭 제거방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 리던던시 정보가 포함된 직교주파수 다중분할 변조된 데이터 신호는, 복조시 블록 부호 복호화를 통해 오류 정정되는 것을 특징으로 하는 주파수 도약 간섭 제거방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 블록 부호 복호화는, 리드솔로몬(RS) 부호 복호화 인 것을 특징으로 하는 주파수 도약 간섭 제거방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 (a)단계에서 상기 수신 데이터 신호에 발생한 간섭 주파수의 개수가 (N-K)/2 이상 초과하는 경우, (d)상기 수신 데이터 신호에 대해 복조불능으로 판단하는 단계;를 더 포함하는 특징으로 하는 주파수 도약 간섭 제거방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 (b)단계는, (b1)상기 간섭 주파수 성분의 위치를 계산하는 단계와;
    (b2)상기 간섭 주파수 성분의 크기를 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 도약 간섭 제거방법.
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