KR100534410B1 - 시분할다중접속/직교주파수분할다중화 시스템의 송신방법및 그 장치와, 수신방법 및 그 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시분할다중접속/직교주파수분할다중화 시스템의 송신방법 및 그 장치와, 수신방법 및 그 장치에 관한 것이다.
본 발명의 하나의 특징에 따른 시분할다중접속/직교주파수분할다중화 시스템의 송신방법은 파일롯과 데이터의 비율이 상이한 다수의 파일롯 패턴에서 사용자간 지연 확산에 기초하여 하나의 파일롯 패턴을 선택하고, 선택된 파일롯 패턴에 따라 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼을 구성하여 수신 장치로 송신한다.
본 발명에 의하면, 다수의 파일롯 패턴 중 사용자간 지연 확산에 기초하여 데이터의 전송 효율을 향상시킬 수 있는 하나의 파일롯 패턴이 선택됨으로써, 데이터의 전송 속도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

시분할다중접속/직교주파수분할다중화 시스템의 송신방법 및 그 장치와, 수신방법 및 그 장치 {SENDING METHOD, SENDING APPARATUS AND, RECEIVING METHOD, RECEIVING APPARATUS OF TDMA/OFDM SYSTEM}
본 발명은 직교 주파수 분할 다중화 시스템에 관한 것으로, 특히 시분할다중접속(Time Division Multiple Access;TDMA)/직교주파수분할다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing;OFDM) 시스템에서 다수의 파일롯 패턴 중 사용자간 지연확산에 따라서 하나의 파일롯 패턴을 선택함으로써, 사용자의 데이터 전송 효율을 향상시킬 수 있는 TDMA/OFDM 시스템의 송신방법 및 그 장치와, 수신방법 및 그 장치에 관한 것이다.
고속의 신뢰성과 대용량 서비스가 가능한 무선 광대역 멀티미디어 시스템의 구현을 위해, 주로 수 GHz에서 수 십 GHz에 이르는 밀리미터파 대역의 시 분할 다중 접속 무선 채널에서 높은 전송률로 신호를 보낼 수 있는 OFDM 전송방식이 각광을 받고 있다.
OFDM은 송신할 데이터를 역고속 푸리에 변환하여 사용 대역폭을 여러 개의 서브캐리어(subcarrier;부반송파)로 나누어 송신하고, 상기 송신된 다수의 서브캐리어는 OFDM 수신장치에서 고속 푸리에 변환되어 원래의 데이터로 변환하여 처리하는 주파수 다중 방식으로, 서브캐리어 주파수 사이에 특정한 직교 조건을 부여하여 스펙트럼의 중첩에도 불구하고 수신장치에서 각각의 서브캐리어를 분리할 수 있도록 한 주파수 다중 통신 방식을 말한다.
도 1은 종래 TDMA/OFDM 시스템의 구성을 도시한 블록도로서, 이하 도 1을 참조하여 TDMA/OFDM 시스템의 송수신장치의 구조 및 동작을 설명한다.
우선, TDMA/OFDM 시스템의 송신장치(10)는 직/병렬 변환부(2), 변조부(4), 역고속 푸리에 변환부(Inverse Fast Fourier Transform: 이하, IFFT부라 한다.)(6), 병/직렬 변환부(8), 디지털/아날로그 변환(이하, D/A 변환이라 한다.) 및 필터부(12)를 포함한다.
직/병렬 변환부(2)는 직렬 수신되는 고속의 송신 데이터를 저속의 병렬 데이터로 변환한다.
변조부(4)는 직/병렬 변환부(2)를 통해 병렬로 변환된 데이터를 전송하고자하는 변조방식을 통해 변조한다.
IFFT부는 변조부(4)를 통해 변조된 데이터를 시간축의 신호로 변환하여 출력한다.
병/직렬 변환부(8)는 IFFT부를 통해 출력된 병렬의 데이터 신호를 직렬신호로 변환한다.
D/A 변환 및 필터부(12)는 병/직렬 변환부(8)를 통해 출력되는 직렬신호를 아날로그 신호로 변환하고 필터링하여 RF단을 통하여 수신장치로 출력한다.
즉, 직/병렬 변환부(2)를 통해 병렬로 출력되는 데이터 심볼들은 해당 반송파에 의해 변조되고 IFFT부(6)를 통해 OFDM 심볼을 구성하게 되며 최종적으로 RF단에 입력되어 채널로 전송된다.
또한, OFDM 심볼의 전송은 심볼단위로 이루어지나 OFDM 심볼이 다중경로 채널을 통해 전송되는 동안 이전 심볼에 의한 영향을 받게 된다. 이러한 OFDM 심볼간 간섭을 방지하기 위해 상기 병/직렬 변환부 전단 상기 인접한 OFDM 심볼 사이에 채널의 최대지연확산(Maximum delay spread)보다 길도록 길이를 설정하여 CP(Cyclic Prefix, 이하 CP라 한다.)를 추가 삽입한다.
다음으로, TDMA/OFDM 시스템의 수신장치(20)는 아날로그/디지털 변환(이하, A/D 변환이라 한다.) 및 필터부(29), 직/병렬 변환부(28), 고속 푸리에 변환부(Fast Fourier Transform: 이하, FFT부라 한다.)(26), 채널추정부(23), 복조부(24), 병/직렬 변환부(22)를 포함한다.
A/D 변환 및 필터부(29)는 송신장치(10)로부터 출력된 아날로그 신호를 RF단을 통하여 수신하고, 상기 수신된 신호를 필터링한 후, 디지털 신호로 변환한다.
직/병렬 변환부(28)는 A/D 변환 및 필터부(29)를 통해 디지털 신호로 변환된 데이터에 삽입된 CP를 제거한 후, 병렬 신호로 변환한다.
FFT부(26)는 직/병렬 변환부(28)를 통해 변환된 병렬 신호의 시간축 데이터를 고속 푸리에 변환하여 주파수 축 데이터 신호로 변환한다.
채널추정부(23)는 FFT부(26)를 통해 변환된 주파수 축 데이터 신호의 채널 추정값을 추정한다.
복조부(24)는 채널추정부(23)를 통해 구해진 채널 추정값을 이용하여 데이터를 복조한다.
병/직렬 변환부(22)는 복조부(24)를 통해 복조된 병렬 신호를 직렬 신호로 변환한다.
상기와 같이 구성된 TDMA/OFDM 시스템은 일련의 데이터 시퀀스를 변조에 사용되는 서브캐리어의 수만큼 병렬화하고 상기 병렬 데이터로 해당 서브캐리어를 변조시킴으로써, 전체 데이터 전송속도는 원래의 높은 속도를 유지하면서 각 서브캐리어를 포함하는 부채널에서의 심볼주기는 서브캐리어의 수만큼 길어지게 된다.
따라서, 주파수 선택적인 다중경로 페이딩 채널이 각 부채널의 관점에서는 주파수 비선택적인 채널로 근사화되므로 이에 의해 발생되는 왜곡은 간단한 수신장치 구조를 사용하여 쉽게 보상할 수 있게 되어 주파수 선택적 페이딩이 심한 광대역 전송에서 수신장치의 복잡도를 줄일 수 있는 장점이 있다.
즉, 수신장치의 복잡도를 줄이기 위해 CP를 이용하여 지연확산에 의한 영향을 제거하고, 동기 복조를 위해 채널 수정을 수행하는 것이다.
상기 동기 복조를 위해서 채널을 수행하기 위해서 도 2에서 도시된 바와 같이 파일롯을 삽입한다.
도 2는 종래 TDMA/OFDM 시스템의 파일롯 삽입을 도시한 실시도로서, 파일롯의 삽입은 나이퀴스트(Nyquist) 샘플링 이론을 만족할 수 있는 비율 이상으로 삽입한다.
파일롯은 정확한 채널 추정을 위하여 시간축으로는 가입자국(SS: Subscriber Station, 이하 SS라 한다.)의 이동성을 고려하여 삽입 주기를 결정하고, 주파수축으로는 지연확산을 고려하여 삽입주기를 결정하는데, 삽입주기는 하기 수학식 1과 수학식 2와 같다.
여기서, 은 최대지연확산, 는 서브캐리어 간격, 는 도플러 주파수, 는 OFDM 심볼 길이이다.
그러나, 고속의 이동성과 지연확산이 큰 시스템에서는 파일롯의 삽입 비율이 증가하며, 이러한 파일롯의 삽입 비율의 증가는 데이터의 전송 속도를 감소시키는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 하는 것으로,
본 발명의 목적은 TDMA/OFDM 시스템에서 다수의 파일롯 패턴을 저장하고 있는 송신장치에서 셀 반경 및 채널 환경에 따른 지연확산, 변조방식, 지연확산 추정에 따라서 파일롯 비율을 감소시킬 수 있는 하나의 파일롯 패턴을 선택하여 더 많은 데이터 비트를 전송토록 하여 전송효율을 향상시킬 수 있는 TDMA/OFDM 시스템의 송신장치 및 송신방법과 수신장치 및 수신방법을 제공하고자 하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여,
본 발명의 하나의 특징에 따른 TDMA/OFDM 시스템의 송신방법은,
TDMA/OFDM 시스템에서 송신장치가 파일롯을 삽입한 송신데이터를 수신장치로 송신하는 방법으로서,
a) 파일롯과 데이터의 비율이 상이한 다수의 파일롯 패턴에서 사용자간 지연 확산에 기초하여 하나의 파일롯 패턴을 선택하는 단계; b) 상기 복수의 파일롯 패턴 및 상기 선택된 파일롯 패턴의 정보를 송신하는 단계; c) 상기 선택된 파일롯 패턴에 기초하여 송신 데이터에 파일롯을 삽입하여 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼을 구성하는 단계; 및 d) 상기 구성된 OFDM 심볼을 상기 수신장치로 송신하는 단계를 포함한다.
상기 a)단계에서 상기 지연 확산에 대응하는 셀 반경 및 변조 방식에 따라 하나의 파일롯 패턴을 선택한다.
삭제
상기 c)단계는, 상기 선택된 파일롯 패턴에 따라서 데이터 서브캐리어 수와 파일롯 서브캐리어의 수를 결정하는 단계; 상기 결정된 데이터 서브캐리어와 파일롯 서브캐리어의 수에 따라 송신 데이터와 파일롯을 각각 병렬로 변환하고 변조하는 단계; 및 상기 변조된 데이터와 파일롯을 역고속 푸리에 변환하여 시간 영역의 송신 데이터로 변환하는 단계를 포함한다.
상기 d)단계는, 상기 역고속 푸리에 변환된 송신 데이터에 CP(Cyclic Prefix)를 추가하고 직렬로 변환하는 단계; 상기 직렬로 변환된 신호를 아날로그 신호로 변환하고 필터링하여 상기 수신장치로 송신하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따른 TDMA/OFDM 시스템의 수신방법은,
TDMA/OFDM 시스템에서 송신장치로부터 파일롯이 삽입되어 송신되는 데이터를 수신하는 방법으로서,
a) 상기 송신 장치로부터 다수의 파일롯 패턴에서 사용자간 지연 확산에 따라 선택된 하나의 파일롯 패턴에 기초하여 파일롯과 데이터로 구성된 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼을 수신하는 단계; b) 상기 송신 장치로부터 상기 각각의 파일롯 패턴에 대한 정보를 수신하여 상기 a)단계에서 수신한 OFDM 심볼에 대한 파일롯 패턴을 인식하는 단계; c) 상기 인식된 파일롯 패턴에 기초하여 상기 OFDM 심볼로부터 데이터와 파일롯을 분리하는 단계; 및 d) 상기 다수의 파일롯 패턴에서 공통으로 존재하는 파일롯을 이용하여 주파수 오프셋을 보상하고 상기 분리된 파일롯을 이용하여 채널을 추정하여, 상기 데이터를 복조하는 단계를 포함한다.
상기 c)단계는, 상기 송신장치로부터 송신된 OFDM 심볼을 필터링하고 디지털 신호로 변환하는 단계; 상기 디지털 신호로 변환된 OFDM 심볼로부터 CP(Cyclic Prefix)를 제거하고, 병렬로 변환하는 단계; 상기 병렬로 변환된 OFDM 심볼을 고속 푸리에 변환하는 단계; 및 상기 고속 푸리에 변환된 OFDM 심볼로부터 상기 b)단계에 의해 인식된 파일롯 패턴에 따라서 데이터와 파일롯을 분리하는 단계를 포함한다.
삭제
삭제
본 발명의 또 다른 특징에 따른 시분할다중접속/직교주파수분할다중화 시스템의 송신장치는,
시분할다중접속/직교주파수분할다중화 시스템에서 송신데이터에 파일롯을 삽입하여 수신장치로 송신하는 장치로서, 파일롯과 데이터 비율이 상이한 다수의 파일롯 패턴에서 사용자간 지연 확산에 기초하여 하나의 파일롯 패턴을 선택하고, 선택된 파일롯 패턴에 따라서 파일롯과 데이터의 수를 결정하는 파일롯 패턴 제어부; 상기 결정된 데이터와 파일롯의 수에 따라 데이터와 파일롯을 병렬로 변환하는 직/병렬 변환부; 상기 병렬로 변환된 데이터와 파일롯을 변조하는 변조부; 상기 변조된 데이터와 파일롯을 시간 영역의 신호로 변환하여 상기 선택된 파일롯 패턴에 따라 파일롯과 데이터가 삽입되어진 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼을 구성하여 출력하는 IFFT부; 상기 출력된 OFDM 심볼에 CP(Cyclic Prefix)를 추가하고 직렬신호로 변환하는 병/직렬 변환부; 및 상기 직렬신호로 변환된 OFDM 심볼을 아날로그 신호로 변환하고, 필터링하여 RF단을 통하여 상기 수신장치로 송신하는 D/A 변환 및 필터부를 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 시분할다중접속/직교주파수분할다중화 시스템의 수신장치는,
시분할다중접속/직교주파수분할다중화 시스템에서 송신장치로부터 파일롯이 삽입되어 송신되는 데이터를 수신하는 장치에 있어서,상기 송신 장치로부터 다수의 파일롯 패턴에서 사용자간 지연 확산에 따라 선택된 하나의 파일롯 패턴에 기초하여 파일롯과 데이터로 구성된 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼을 수신하여 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환 및 필터부; 상기 A/D 변환 및 필터부를 통해 변환된 OFDM 심볼에서 CP(Cyclic Prefix)를 제거하고 병렬로 변환하는 직/병렬 변환부; 상기 직/병렬 변환부를 통해 변환된 병렬의 OFDM 심볼을 고속푸리에 변환하여 주파수 영역으로 변환하는 FFT부;상기 송신 장치로부터 송신된 파일롯 패턴 정보를 분석하여 상기 선택된 파일롯 패턴을 인식하는 파일롯 패턴 인식부; 상기 파일롯 패턴 인식부에 의해 인식된 파일롯 패턴에 따라서 데이터와 파일롯을 분리하는 파일롯 패턴 제어부; 상기 다수의 파일롯 패턴에서 공통으로 존재하는 파일롯을 이용하여 주파수 오프셋을 보상하고 상기 분리된 파일롯을 이용하여 채널을 추정하여 상기 분리된 데이터를 복조하는 복조부; 및 상기 복조부를 통해 복조된 데이터를 직렬 데이터로 변환하는 병/직렬 변환부를 포함한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.
셀룰러 이동통신, 무선 ATM, 무선 LAN 등에 OFDM 전송방식을 사용하는 경우에 단일 반송파 전송방식과 마찬가지로 다수의 사용자를 위한 다중 억세스 방식이 결합되어 사용된다.
본 발명은 전체 대역이 N개의 부채널로 구성되어 있고 각 사용자는 할당된 시간동안 N개의 부채널을 모두 이용하는 TDMA/OFDM 시스템에서 데이터 전송 효율을 향상시키기 위한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 TDMA/OFDM 시스템에서 파일롯 삽입 구조를 도시한 도면으로서, 시간축으로 연속성을 갖는 형태로 서브캐리어를 삽입한 것으로 파일롯은 주파수 및 시간축으로 불연속적으로 다양한 형태로 삽입될 수 있다.
OFDM 시스템의 파라미터에서 파일롯(Pilot)의 삽입 비율은 시스템의 요구사항에 의하여 결정된다. 상기 시스템의 요구사항은 지연확산 및 최대 이동성을 고려하며, 셀룰러 시스템에서의 셀의 크기는 도심 밀집 지역과 주거지 등 다양한 환경에서 가입자 수 등에 따라서 달라지며, 셀 반경 및 채널 환경에 따라서 지연확산이 달라진다.
또한, 한 셀에 수용되어 있는 가입자들의 AP(Access Point)에서 거리 또한 각각의 SS(Subscriber Station; 가입자국)들이 다르며, 이에 따라 AP와 SS들의 지연확산도 달라진다.
예를 들면, 서브캐리어의 수:290, 데이터 서브캐리어의 수:240, 파일롯 서브캐리어의 수:50, 심볼 길이:36us(CP: 4us+데이터길이: 32us)일 경우, 파일롯이 삽입된 서브캐리어는 하기 수학식 3과 같이 나타난다.
여기서, 는 파일롯 서브캐리어의 위치, 은 서브캐리어 번호이다.
상기 도 4에서 도시된 파일롯의 삽입 형태는 수학식 3을 통해 구해진 것으로, 파일롯이 위치하는 서브캐리어는 {-145, -139, ... , 139, 145}이다.
지연확산이 작은 환경에서는 수학식 4 내지 수학식 6을 이용하여 파일롯의 삽입 비율을 변경할 수 있다.
하기 표 1을 참조하여 64QAM 변조방식을 사용할 경우, 상기 수학식 3 내지 수학식 6에 따른 각각의 전송속도를 비교하여 보면,
파일롯 패턴 전송속도
수학식 3 40Mbps
수학식 4 44Mbps
수학식 5 45.33Mbps
수학식 6 46Mbps
파일롯의 삽입 비율에서 데이터의 전송 속도는 서브캐리어당 데이터 전송속도와 데이터 서브캐리어 수의 곱으로 표현된다.
예를 들면, 64QAM의 변조 방식을 사용하고 수학식 3과 같은 파일롯 패턴의 데이터 전송속도는 6(심볼당 데이터 비트수)*(1/36us)*240(데이터 서브캐리어 수)이므로 40Mbps가 된다.
상기 표 1에서 도시된 바와 같이 수학식 3 내지 수학식 6의 전송속도와 비교하면, 최대 15% 정도의 전송 속도가 향상된 결과를 나타낸다. 따라서, 64QAM의 변조 방식을 사용할 경우에는 수학식 6에 해당하는 파일롯 패턴을 사용하는 것이 가장 효과적임을 알 수 있다.
즉, 데이터 전송 속도의 향상을 위하여 TDMA/OFDM 시스템의 AP는 수학식 3 내지 수학식 6에서와 같이 4가지의 파일롯 패턴을 가질 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 4가지의 파일롯 패턴을 갖는 송신장치를 도시하였지만, 이는 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용한 것으로, 기재된 파일롯 패턴의 수에 한정되지 아니한다.
AP와 같은 송신장치는 다수의 파일롯 패턴을 저장하고 상기 다수의 파일롯 패턴 중 하나의 파일롯 패턴을 선택하여 그에 해당하는 파일롯 패턴 정보를 SS와 같은 수신장치로 전송한다.
파일롯 패턴을 선택하기 위하여 다음의 방식들이 적용될 수 있으며, 복잡도 등을 고려하여 하나 이상의 방식을 조합 사용할 수도 있다.
첫번째로, 셀 반경 및 채널 환경에 따른 지연확산에 의해 파일롯의 패턴을 선택한다. 즉, 밀집 도심 지역의 셀 반경이 작은 경우에는 작은 지연확산을 수용하는 패턴을 사용하고, 셀 반경이 클 경우에는 큰 지연확산을 수용하는 패턴을 사용한다.
예를 들면, 반경 100ms이하의 셀은 상기 수학식 6, 반경 300ms이하의 셀은 상기 수학식 5, 반경 600ms이하의 셀은 수학식 4, 반경 600ms이상의 셀은 수학식 3과 같은 파일롯 패턴을 사용한다.
두 번째로, 16QAM, 64QAM과 같이 차수가 높은 변조는 높은 신호대 잡음비를 필요로 하며, 이러한 높은 신호대 잡음비를 얻기 위해서는 AP와 가까운 위치에 SS가 위치하게 된다.
따라서, 차수가 높은 변조를 사용할 경우에는 작은 지연확산을 수용하는 패턴을 사용하고, 차수가 낮은 변조를 사용할 경우에는 큰 지연확산을 수용하는 패턴을 사용한다.
예를 들면, 64QAM 변조방식을 사용하면 수학식 6, 16QAM 변조방식을 사용하면 수학식 5, QPSK 변조방식을 사용하면 수학식 3 또는 수학식 4의 파일롯 패턴을 사용한다.
세번째로, Uplink/downlink의 채널을 통하여 지연확산을 추정하여 파일롯 패턴을 결정한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 TDMA/OFDM 시스템에서 프리엠블을 이용하여 지연확산 추정을 도시한 그래프도로, 프리엠블을 이용하여 수신신호와 상관을 취하였을 경우의 값으로서 피크 값으로부터 임의의 dB 떨어진 값까지를 지연확산이라고 추정하여 파일롯 패턴을 결정한 것이다.
예를 들면, 지연확산 500ns이하는 수학식 6, 지연확산 1000ns이하는 수학식 5, 지연확산 2000ns이하는 수학식 4, 지연확산 4000ns이하는 수학식 3의 파일롯 패턴을 사용한다.
즉, 데이터 전송 속도의 향상을 위하여 TDMA/OFDM 시스템의 AP는 수학식 3 내지 수학식 6의 4가지 파일롯 패턴을 저장하고, SS의 채널 환경이나 셀 반경에 따른 지연확산, 변조방식, 지연확산 추정에 따라서 가장 적절한 하나의 파일롯 패턴을 선택한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 TDMA/OFDM 시스템에서 다수의 파일롯 패턴을 갖는 프레임의 구조를 도시한 도면이다.
파일롯 패턴 정보의 전송 또는 데이터의 송신은 하나의 공통채널을 이용하여 고속 시분할하여 각각의 채널들이 공통채널의 시분할된 타임슬롯을 이용한다.
공통채널은 정해진 파일롯 패턴(가장 큰 지연확산을 수용할 수 있는 파일롯 패턴)을 사용한다.
도 5에서 도시된 실시예를 참조하면, 수학식 3을 파일롯 패턴 1, 수학식 4는 파일롯 패턴 2, 수학식 5는 파일롯 패턴 3, 수학식 6는 파일롯 패턴 4이며, 가장 큰 지연확산을 수용할 수 있는 파일롯 패턴은 파일롯 패턴1이라고 가정한다.
공통채널은 파일롯 패턴 1을 사용하고, SS#1, SS#2, SS#3, SS#4 각각에서는 파일롯 패턴 4, 파일롯 패턴 1, 파일롯 패턴 3. 파일롯 패턴 4를 사용한다.
상기 각각의 SS(SS#1, SS#2, SS#3, SS#4)에서 사용하는 파일롯 패턴 정보를 공통채널을 이용하여 방송함으로써, 각각의 SS에서 사용된 파일롯 패턴을 알 수 있다.
이러한 파일롯 패턴 정보의 전송은 공통 채널 뿐만 아니라 SS와 특정 데디케이트(dedicated) 채널을 사용하여 전송할 수 있다.
상기 각각의 SS는 공통채널로부터 정해진 심볼 또는 슬롯만큼 이격되어 있으므로, 자신이 수신해야 할 위치에서는 공통채널을 수신할 때의 주파수로부터 천이되어 주파수 오프셋이 발생한다.
따라서, 데이터를 제대로 복조하기 위해서는 주파수 오프셋을 보상해야 하며, 파일롯 패턴의 최소 공배수에 해당하는 파일롯 서브캐리어를 사용하여 주파수 오프셋을 추정하여 보상한다.
본 발명에 따른 실시예에서는 주파수 오프셋을 추정하기 위하여 수학식 3 내지 수학식 6의 파일롯 패턴에 따른 최소 공배수에 해당하는 파일롯 서브캐리어를 사용하며, 수학식 7과 같이 나타난다.
즉, 주파수 오프셋을 추정하기 위하여 다수의 파일롯 패턴으로부터 각각 공통으로 존재하는 파일롯 서브캐리어를 이용하는 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 TDMA/OFDM 시스템의 데이터 전송 효율을 향상시키기 위한 송신장치와 수신장치의 블록 구성도이다.
본 발명에서는 데이터 전송 효율을 향상시키기 위하여 AP는 다수의 파일롯 패턴을 가지며, SS는 파일롯 패턴을 선택하는 기준으로 셀 반경 및 채널 환경에 따른 지연확산, 변조방식, 지연확산 추정 등에 따라 적절한 하나의 파일롯 패턴을 선택하여 공통채널 또는 데디케이트 채널을 통하여 전송하는 송신장치 및 수신장치의 구성 및 동작을 도 6을 참조하여 설명하기로 한다.
TDMA/OFDM 시스템의 송신장치(60)는 파일롯 패턴 제어부(61)와, 직/병렬 변환부(62), 변조부(64), IFFT부(67), 병/직렬 변환부(68), D/A 변환 및 필터부(69)를 포함하여 구성된다.
파일롯 패턴 제어부(61)는 다수의 파일롯 패턴 중 SS의 셀 반경 및 채널 환경에 따른 지연확산, 변조방식, 지연확산 추정 등의 특정 기준에 의하여 하나의 파일롯 패턴을 선택하고, 선택된 파일롯 패턴에 따라서 데이터 서브캐리어의 수와 파일롯 서브캐리어의 수 및 IFFT부(68) 입력단의 위치를 결정한다. 상기 선택된 파일롯 패턴 정보를 공통 채널 또는 특정 데디케이트 채널을 통하여 수신장치(70)로 전송한다.
직/병렬 변환부(62)는 파일롯 패턴 제어부(61)를 통해 결정된 데이터 서브캐리어의 수에 따라 직렬 수신되는 고속의 송신 데이터를 저속의 병렬 데이터로 변환하고, 파일롯 서브캐리어의 수에 따라 직렬 수신되는 파일롯을 병렬로 변환한다.
변조부(64)는 상기 병렬로 변환되어 입력되는 데이터와 파일롯을 정해진 변조방식에 의해 변조한다.
도 6에서 도시된 실시예에서는 데이터는 QAM 변조(66), 파일롯은 BPSK 또는 QPSK 변조(65)를 사용하였으나, 이에 한정되지 아니한다.
서브캐리어에서 사용되는 변조방식은 IEEE802.11a에서 1주기로 전송할 수 있는 데이터 양이 1bit의 BPSK, 2bit의 QPSK, 4bit의 16QAM, 6bit의 64QAM의 4종류로 규정하고 있다.
IFFT부(67)는 변조된 데이터와 파일롯 각각을 역고속 푸리에 변환하여 주파수 영역에서 직교성을 가지는 서로 다른 서브캐리어에 실리고, 상기 서브캐리어를 시간 신호로 변환하는 OFDM 변환 출력을 수행한다. IFFT부(67)를 통해 출력되는 데이터를 OFDM 심볼이라고 하며, IFFF(67)에서 출력되는 OFDM 심볼 간 간섭을 방지하기 위해 상기 병/직렬 변환부(68) 전단에 상기 인접한 OFDM 심볼 사이에 채널의 최대지연확산(Maximum delay spread)보다 길도록 길이를 설정하여 CP(Cyclic Prefix, 이하 CP라 한다.)를 추가 삽입한다.
병/직렬 변환부(68)는 CP가 추가 삽입된 병렬신호의 OFDM 심볼을 직렬신호로 변환출력한다.
D/A 변환 및 필터부(69)는 직렬신호로 변환출력된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하고, 필터링하여 RF단을 통하여 수신장치(70)로 송신한다.
다음으로, TDMA/OFDM 시스템의 수신장치(70)는 A/D 변환 및 필터부(72), 직/병렬 변환부(74), FFT부(76), 파일롯 패턴 인식부(78), 파일롯 패턴 제어부(80), 주파수 추정부(82), 복조부(84), 채널추정부(86), 병/직렬 변환부(88)를 포함하여 구성된다.
A/D 변환 및 필터부(72)는 송신장치(60)로부터 송신된 CP가 삽입되어진 직렬의 아날로그 OFDM 심볼을 수신하고 필터링한 후, 디지털 신호로 변환한다.
직/병렬 변환부(74)는 송신장치(60)로부터 CP가 삽입된 OFDM 심볼의 CP를 제거하고 병렬 신호로 변환한다.
FFT부(76)는 직/병렬 변환부(74)를 통해 변환된 병렬 신호를 고속푸리에 변환하여 시간 영역 신호를 주파수 영역에서의 OFDM 심볼로 변환한다.
파일롯 패턴 인식부(78)는 송신장치(60)로부터 송신된 특정 파일롯 패턴 정보를 분석하여 OFDM 심볼의 파일롯 패턴을 인식하고, 인식된 파일롯 패턴을 파일롯 패턴 제어부(80)로 전송한다.
파일롯 패턴 제어부(80)는 FFT부(76)를 통해 출력된 주파수 영역에서 변환된 OFDM 심볼을 입력받고, 상기 파일롯 패턴 인식부(78)에 의해서 인식된 파일롯 패턴에 따라서 OFDM 심볼을 데이터 서브캐리어와 파일롯 서브캐리어로 분리하여 삽입된 파일롯을 제거한다.
복조부(84)는 주파수 추정부(82)와, 채널 추정부(86)를 이용하여 채널로부터 전송된 OFDM 신호를 복조한다.
주파수 추정부(82)는 공통채널로부터 자신이 수신해야 할 위치에서 공통채널을 수신할 때의 주파수로부터 천이되어 주파수 오프셋이 발생함에 따라 공통채널과 각 파일롯 패턴의 공통 파일롯 위치로부터 주파수 오프셋을 추정하여 주파수 오프셋을 보상한다.
채널 추정부(86)는 정확한 동기복조를 위하여 파일롯 패턴 제어부(80)를 통해 분리된 파일롯 서브캐리어를 이용하여 채널을 추정한다.
본 발명의 실시예에서는 QAM 방식을 이용하여 복조하였으나, 이에 한정되지 아니한다.
병/직렬 변환부(88)는 복조된 병렬 데이터를 직렬 데이터로 변환하여 수신 데이터를 변환한다.
즉, 본 발명에 따른 TDMA/OFDM 시스템의 송신장치(60)는 불필요한 파일롯의 삽입을 방지할 수 있도록 파일롯과 데이터의 삽입 비율이 상이한 다수의 파일롯 패턴을 저장하고, 셀반경 및 채널 환경에 따른 지연확산, 변조방식, 지연확산 추정의 방식 중 어느 하나 또는 하나 이상의 방식을 조합하여 전송 효율이 가장 좋은 하나의 파일롯 패턴을 선택하여 사용한다.
여기서, 상기 선택된 파일롯 패턴 정보는 공통채널 또는 정해진 데디케이트 채널을 통해 수신장치(60)로 송신한다.
디지털화된 직렬 데이터와 파일롯을 상기와 같이 선택된 파일롯 패턴에 따라서 데이터 서브캐리어의 수와 파일롯 서브캐리어의 수를 결정하여 병렬화하고 변조한 후, 역고속 푸리에 변환을 거쳐 주파수영역에서 시간영역 신호로 변환한 OFDM 심볼을 구성하게 되며 최종적으로 수신장치로 송신된다.
수신장치(70)는 송신장치(60)로부터 송신된 시간 영역의 OFDM 심볼을 수신하고 CP를 제거한다. 그런 후에, 고속 푸리에 변환하여 다시 주파수 영역의 OFDM 심볼로 변환하고, 송신장치(60)로부터 송신된 파일롯 패턴 정보에 의해 파일롯 패턴을 인식하고, 상기 인식된 파일롯 패턴에 따라서 OFDM 심볼을 데이터 서브캐리어와 파일롯 서브캐리어로 분리하여 파일롯을 제거한다.
상기 다수개로 존재하는 파일롯 패턴에 공통으로 존재하는 파일롯 서브캐리어를 통해 주파수 추정 및 채널 추정을 이용하여 데이터를 복조하고 직렬 데이터로 변환 출력한다.
이상의 실시예들은 본원 발명을 설명하기 위한 것으로, 본원 발명의 범위는 실시예들에 한정되지 아니하며, 첨부된 청구 범위에 의거하여 정의되는 본원 발명의 범주 내에서 당업자들에 의하여 변형 또는 수정될 수 있다.
본 발명에 의하면, TDMA/OFDM 시스템에서 다수의 파일롯 패턴을 가지고 있는 AP는 SS에 의하여 파일롯 삽입 비율을 감소시킬 수 있는 가장 적절한 파일롯 패턴을 결정하여 사용자의 데이터 전송 속도 즉, 전송 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 불필요한 파일롯 서브캐리어의 삽입을 감소시켜 주파수 효율의 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 TDMA/OFDM 시스템의 구성 블록도이고,
도 2는 종래 TDMA/OFDM 시스템에서 파일롯 삽입 구조를 도시한 실시도이고,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 TDMA/OFDM 시스템에서 파일롯 삽입 구조도이고,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 TDMA/OFDM 시스템에서 프리엠블을 이용하여 지연확산 추정을 도시한 그래프도이고,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 TDMA/OFDM 시스템에서 다수의 파일롯 패턴을 갖는 프레임의 구조도이고,
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 TDMA/OFDM 시스템에서의 송신장치와 수신장치의 블록 구성도이다.

Claims (14)

  1. 시분할다중접속/직교주파수분할다중화 시스템에서 송신장치가 파일롯을 삽입한 송신데이터를 수신장치로 송신하는 방법에 있어서,
    a) 파일롯과 데이터의 비율이 상이한 다수의 파일롯 패턴에서 사용자간 지연 확산에 기초하여 하나의 파일롯 패턴을 선택하는 단계;
    b) 상기 복수의 파일롯 패턴 및 상기 선택된 파일롯 패턴의 정보를 송신하는 단계;
    c) 상기 선택된 파일롯 패턴에 기초하여 송신 데이터에 파일롯을 삽입하여 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼을 구성하는 단계; 및
    d) 상기 구성된 OFDM 심볼을 상기 수신장치로 송신하는 단계
    를 포함하는 시분할다중접속/직교주파수분할다중화 시스템의 송신방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 a)단계에서 상기 다수의 파일롯 패턴 각각은 송신 데이터에 삽입되는 파일롯이 시간축에 대해 연속성을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 시분할다중접속/직교주파수분할다중화 시스템의 송신방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 다수의 파일롯 패턴은 다음의 관계식
    ,
    ,
    ,
    여기서, 는 파일롯 서브캐리어의 위치, 은 서브캐리어 번호임
    에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 시분할다중접속/직교주파수분할다중화 시스템의 송신방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 a)단계에서 상기 지연 확산에 대응하는 셀 반경 및 변조 방식에 따라 하나의 파일롯 패턴을 선택하는 시분할다중접속/직교주파수분할다중화 시스템의 송신방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 c)단계는
    ⅰ) 상기 a)단계에서 선택된 파일롯 패턴에 따라서 데이터 서브캐리어의 수와 파일롯 서브캐리어의 수를 결정하는 단계;
    ⅱ) 상기 결정된 데이터 서브캐리어와 파일롯 서브캐리어의 수에 따라서 송신 데이터와 파일롯을 각각 병렬로 변환하고 변조하는 단계; 및
    ⅲ) 상기 변조된 데이터와 파일롯을 역고속 푸리에 변환하여 시간 영역의 송신 데이터로 변환하는 단계
    를 포함하는 시분할다중접속/직교주파수분할다중화 시스템의 송신방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 d)단계는
    상기 ⅲ)단계에서 변환 출력된 송신 데이터에 CP(Cyclic Prefix)를 추가하고 직렬로 변환하는 단계; 및
    상기 직렬로 변환된 신호를 아날로그 신호로 변환하고, 필터링 후 상기 수신장치로 송신하는 단계
    를 포함하는 시분할다중접속/직교주파수분할다중화 시스템의 송신방법.
  7. 시분할다중접속/직교주파수분할다중화 시스템에서 송신장치로부터 파일롯이 삽입되어 송신되는 데이터를 수신하는 방법에 있어서,
    a) 상기 송신 장치로부터 다수의 파일롯 패턴에서 사용자간 지연 확산에 따라 선택된 하나의 파일롯 패턴에 기초하여 파일롯과 데이터로 구성된 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼을 수신하는 단계;
    b) 상기 송신 장치로부터 상기 각각의 파일롯 패턴에 대한 정보를 수신하여 상기 a)단계에서 수신한 OFDM 심볼에 대한 파일롯 패턴을 인식하는 단계;
    c) 상기 인식된 파일롯 패턴에 기초하여 상기 OFDM 심볼로부터 데이터와 파일롯을 분리하는 단계; 및
    d) 상기 다수의 파일롯 패턴에서 공통으로 존재하는 파일롯을 이용하여 주파수 오프셋을 보상하고 상기 분리된 파일롯을 이용하여 채널을 추정하여, 상기 데이터를 복조하는 단계
    를 포함하는 시분할다중접속/직교주파수분할다중화 시스템의 수신 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 c)단계는
    상기 송신장치로부터 송신된 OFDM 심볼을 필터링하고 디지털 신호로 변환하는 단계;
    상기 디지털 신호로 변환된 OFDM 심볼로부터 CP(Cyclic Prefix)를 제거하고, 병렬로 변환하는 단계;
    상기 병렬로 변환된 OFDM 심볼을 고속 푸리에 변환하는 단계; 및
    상기 고속 푸리에 변환된 OFDM 심볼로부터 상기 b)단계에 의해 인식된 파일롯 패턴에 따라서 데이터와 파일롯을 분리하는 단계
    를 포함하는 시분할다중접속/직교주파수분할다중화 시스템의 수신방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 다수의 파일롯 패턴에서 상기 공통으로 존재하는 파일롯은 다음의 관계식
    여기서, 는 파일롯 서브캐리어의 위치, 은 서브캐리어 번호임
    에 의해 구해지는 시분할다중접속/직교주파수분할다중화 시스템의 수신방법.
  12. 시분할다중접속/직교주파수분할다중화 시스템에서 송신데이터에 파일롯을 삽입하여 수신장치로 송신하는 장치에 있어서,
    파일롯과 데이터 비율이 상이한 다수의 파일롯 패턴에서 사용자간 지연 확산에 기초하여 하나의 파일롯 패턴을 선택하고, 선택된 파일롯 패턴에 따라서 파일롯과 데이터의 수를 결정하는 파일롯 패턴 제어부;
    상기 결정된 데이터와 파일롯의 수에 따라 데이터와 파일롯을 병렬로 변환하는 직/병렬 변환부;
    상기 병렬로 변환된 데이터와 파일롯을 변조하는 변조부;
    상기 변조된 데이터와 파일롯을 시간 영역의 신호로 변환하여 상기 선택된 파일롯 패턴에 따라 파일롯과 데이터가 삽입되어진 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼을 구성하여 출력하는 IFFT부;
    상기 출력된 OFDM 심볼에 CP(Cyclic Prefix)를 추가하고 직렬신호로 변환하는 병/직렬 변환부; 및
    상기 직렬신호로 변환된 OFDM 심볼을 아날로그 신호로 변환하고, 필터링하여 RF단을 통하여 상기 수신장치로 송신하는 D/A 변환 및 필터부
    를 포함하는 시분할다중접속/직교주파수분할다중화 시스템의 송신장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 파일롯 패턴 제어부는 상기 지연 확산에 대응하는 셀 반경 및 변조 방식에 따라 하나의 파일롯 패턴을 선택하는 시분할다중접속/직교주파수분할다중화 시스템의 송신장치.
  14. 시분할다중접속/직교주파수분할다중화 시스템에서 송신장치로부터 파일롯이 삽입되어 송신되는 데이터를 수신하는 장치에 있어서,
    상기 송신 장치로부터 다수의 파일롯 패턴에서 사용자간 지연 확산에 따라 선택된 하나의 파일롯 패턴에 기초하여 파일롯과 데이터로 구성된 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼을 수신하여 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환 및 필터부;
    상기 A/D 변환 및 필터부를 통해 변환된 OFDM 심볼에서 CP(Cyclic Prefix)를 제거하고 병렬로 변환하는 직/병렬 변환부;
    상기 직/병렬 변환부를 통해 변환된 병렬의 OFDM 심볼을 고속푸리에 변환하여 주파수 영역으로 변환하는 FFT부;
    상기 송신 장치로부터 송신된 파일롯 패턴 정보를 분석하여 상기 선택된 파일롯 패턴을 인식하는 파일롯 패턴 인식부;
    상기 파일롯 패턴 인식부에 의해 인식된 파일롯 패턴에 따라서 데이터와 파일롯을 분리하는 파일롯 패턴 제어부;
    상기 다수의 파일롯 패턴에서 공통으로 존재하는 파일롯을 이용하여 주파수 오프셋을 보상하고 상기 분리된 파일롯을 이용하여 채널을 추정하여 상기 분리된 데이터를 복조하는 복조부; 및
    상기 복조부를 통해 복조된 데이터를 직렬 데이터로 변환하는 병/직렬 변환부
    를 포함하는 시분할다중접속/직교주파수분할다중화 시스템의 수신장치.
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