KR100586730B1

KR100586730B1 - 주파수 영역의 병렬 간섭 제거 알고리즘을 통해 반송파주파수 옵셋을 보상하는 직교 주파수 분할 다중 접속시스템의 수신장치

Info

Publication number: KR100586730B1
Application number: KR1020040002015A
Authority: KR
Inventors: 이재학; 정진용
Original assignee: 주식회사 쏠리테크
Priority date: 2004-01-12
Filing date: 2004-01-12
Publication date: 2006-06-08
Also published as: KR20050073897A

Abstract

본 발명은 다중 사용자 환경에서의 반송파 주파수 옵셋을 보상하기 위한 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 수신장치 및 보상방법에 관한 것이다. 특히, 사용자간의 반송파 주파수 옵셋차에 의한 간섭 성분을 주파수 영역의 병렬 간섭 제거(FDPIC: Frequency Domain Parallel Interference Cancellation) 알고리즘을 통해 제거함으로써, 다중 사용자 환경에서의 반송파 주파수 옵셋을 효과적으로 보상할 수 있는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 수신장치 및 보상방법에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명의 OFDMA 시스템 수신장치는 외부로부터 다중 사용자에 의한 OFDMA 방식의 제1 신호를 수신하여 상기 각 사용자별로 제1 신호에 포함된 반송파 주파수 옵셋 성분을 보상한 제2 신호를 출력하는 제1 수단과 제2 신호를 고속 푸리에 변환하여 주파수 영역의 제3 신호를 생성하는 제2 수단 및 제3 신호를 입력으로 하여 각 사용자별 반송파 주파수 옵셋차에 의한 간섭 성분을 제거한 제4 신호를 출력하는 제3 수단을 포함한다.

OFDM/FDMA, OFDMA 수신장치, 반송파 주파수 옵셋, Frequency Domain

Description

주파수 영역의 병렬 간섭 제거 알고리즘을 통해 반송파 주파수 옵셋을 보상하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 수신장치{RECEIVER OF ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLE ACCESS SYSTEM FOR CARRIER FREQUENCY OFFSET COMPENSATION EMPLOYING FREQUENCY DOMAIN PARALLEL INTERFERENCE CANCELLATION ALGORITHM}

도 1은 OFDMA를 이용하는 이동 단말기의 전송 모듈 및 채널 환경에 대한 블록 다이어그램이다.

도 2는 복소 함수값을 이용하여 반송파 주파수 옵셋을 보상하는 종래 OFDMA 수신장치의 블록도이다.

도 3 내지 도 6은 도 2와 같은 종래의 방법을 통해 반송파 주파수 옵셋을 보상한 이후에도 인접 사용자들간의 반송파 주파수 옵셋 차이에 의해 발생하는 간섭 성분을 보여주는 도면이다.

도 7은 본 발명에 있어서, 주파수 영역의 병렬 간섭 제거 알고리즘을 이용하여 구현된 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 수신장치를 보여주는 블록도이다.

도 8은 본 발명의 주파수 영역 병렬 간섭 제거기의 실시예를 보여주는 블록도이다.

도 9는 본 발명의 u 번째 신호 재생회로의 실시예를 보여주는 블록도이다.

도 10은 복소함수만을 이용한 종래의 OFDMA 수신장치와 본 발명에서 제안한 OFDMA 수신장치의 성능 평가 그래프이다.

본 발명은 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템(Orthogonal Frequency Division Multiple Access System)의 수신장치에 관한 것으로, 더 구체적으로는 다중 사용자 환경에서의 반송파 주파수 옵셋을 효과적으로 보상할 수 있는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 수신장치에 관한 것이다.

무선을 이용한 이동 통신 시스템에서 데이터를 고속으로 전송하는 경우에는 다중경로 페이딩(Multipath fading)과 도플러 확산(Doppler spread) 등의 영향으로 인해 전송되는 데이터의 비트 오율(Bit Error Probability)이 높아져 전송 데이터의 품질이 떨어지게 된다. 그래서, 최근에는 이러한 무선통신의 단점을 극복하기 위한 많은 연구가 진행되고 있다. 그 중에서도 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing: 이하, OFDM이라 칭함) 방식은 유, 무선 통신 시스템에서의 고속 데이터 전송에 적합한 방식으로 연구가 가장 활발히 진행되고 있는 분야이다.

OFDM 방식은 서로 직교하는 복수의 부반송파(sub-carrier)들로 구성된 신호를 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform)과 역 고속 푸리에 변환(IFFT: Inverse Fast Fourier Transform)을 이용하여 주어진 주파수 대역을 통해 송수신하는 다중 반송파 변조(MCM: Multi Carrier Modulation)방식의 일종이다. OFDM 방식은 상호 직교성을 갖는 복수의 반송파들을 사용하므로 주파수 이용효율이 높고, 또한 이동 환경에서의 다중 경로 페이딩에 강하다는 장점이 있다. 이러한 장점 때문에 OFDM 방식은 고속 무선 랜, 광대역 무선 접속(BWA: Broadband Wireless Access), 디지털 오디오 방송(DAB: Digital Audio Broadcasting)과 디지털 지상 텔레비젼 방송(DTTB: Digital Terrestrial Television Broadcasting) 그리고, ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line) 및 VDSL(Very high bit rate Digital Subscriber Line)의 표준방식으로 채택되어 광범위하게 사용되고 있다.

한편, OFDM 방식이 방송용이 아닌 이동 통신(Mobile Communication)이나, 무선 ATM, 무선 랜등에 사용되는 경우에는 단일 반송파 전송방식과 마찬가지로 다수 사용자를 위한 다중 접속(multiple access) 방식이 필요하다. 잘 알려진 바와 같이, 다중 접속 방식에는 시 분할 다중 접속(TDMA: Time Division Multiple Access)과 주파수 분할 다중 접속(FDMA: Frequency Division Multiple Access) 및 부호 분할 다중 접속(CDMA: Code Division Multiple Access) 방식이 있으며, 이들은 각각 OFDM 방식과 결합하여 사용될 수 있다. 이 중 OFDM 방식에 FDMA 접속방식을 적용한 것을 OFDM/FDMA 또는 OFDMA라 한다.(이하, OFDMA라 칭함)

현재 OFDMA는 서로 다른 주파수 대역에서의 고속 데이터 전송을 위한 무선 인터페이스 표준인 IEEE 802.16의 표준으로 채택되어 있으며, 가변적인 데이터 전송률을 구현하기 용이하고, 주파수 다이버시티(frequency diversity) 효과와 수신장치 구조가 간단하다는 장점이 있다.

OFDMA는 여러 개의 부반송파들 중 각 사용자들에게 특정의 부반송파들을 할당함으로써, 복수의 사용자들에 의한 다중 접속을 가능하게 한다. OFDMA 시스템은 부반송파의 할당 방법(SA: Subcarrier Allocation)에 따라 다중 사용자 접속에 의한 간섭현상(MAI: Multiple Access Interference)의 정도가 상이하게 나타난다. 즉, MAI에 의한 성능 열화의 정도가 상이하게 나타난다. 이와 같은 부반송파 할당방법에는 블록 부반송파 할당(BSA: Block Subcarrier Allocation), 블록 인터리브드 부반송파 할당(BISA: Block Interleaved Subcarrier Allocation), 랜덤 블록 및 인터리브드 부반송파 할당(RBISA: Random Block and Interleaved Subcarrier Allocation) 방법 등이 있다. 이 중, MAI에 대한 성능 열화가 가장 적은 방법은 RBISA로 알려져 있으나, 전송채널 환경에 따라 적응적으로 SA를 바꾸는 것이 전송량 측면에서는 최적의 방법이다.

한편, OFDM 방식은 상호 직교하는 복수의 부반송파들을 사용하기 때문에 이러한 부반송파 사이의 직교성이 파괴되는 경우에는 인접 사용자간의 반송파 간섭(ICI)이 발생하여 비트 오율이 크게 증가한다. OFDM 방식에서 부반송파간의 직교성이 파괴되는 가장 큰 원인은 수신단 또는 업 링크(UPLINK:이동 단말기에서 기지국으로의 전송)에서 반송파의 주파수 동기가 이루어지지 않아 발생하는 반송파 주파수 옵셋(CFO: Carrier Frequency Offset)에 의해서이다. 이러한 반송파 주파수 옵셋을 추정하여 보상하기 위한 다중 사용자 환경에서의 동기화 연구가 최근까지 활발히 진행되고 있다.

종래에 제안된 반송파 주파수 옵셋 보상방법(IEEE COMMUNICATION LETTERS, VOL.4, NO.12, DECEMBER 2000)에는 수신된 OFDM 심벌(symbol)들에 대해 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform)을 취하기 전에 복소 함수(Complex Exponents)값을 곱하여 반송파 주파수 옵셋을 보상하는 방법과 고속 푸리에 변환을 취한 후 순환 컨볼루션(Circular Convolution)을 이용하여 반송파 주파수 옵셋을 보상하는 방법이 있다.

도 1은 OFDMA를 이용하는 이동 단말기의 전송 모듈 및 채널 환경에 대한 블록 다이어그램이다. 도 1에서는 U 명의 사용자가 존재하고, N 개의 부반송파들을 사용하는 OFDMA 시스템을 가정한다. N 개의 부반송파들에는 실질적인 부반송파들(N_used)과 보호 대역(guard band)에서의 가상 부반송파들(virtual subcarriers)이 포함된다.

도 1을 참조하면, 각 사용자들(100-1, 100-2, ..., 100-U)에게 할당된 부반송파들(X_u,0, X_u,1, X_u,2, ..., X_u,N-1)은 각각 역 고속 푸리에 변환기(102-1, 102-2, ..., 102-U)에 의해 아래 [수학식 1]의 연산이 수행되어 병렬 형태의 심벌들(x_u,n 단, n=0,1,2,..., N-1)로 변환된다.

(단, X_u,k는 u번째 사용자의 k번째 부반송파,

=exp(-j2πkn/N))

그리고, 전송을 위한 전송 심벌들에는 인접 심벌들간의 간섭을 방지하기 위해 삽입되는 Cyclic Prefix들(CP: x_u,N-L, x_u,N-L+1,..., x_u,N-1)도 포함된다. 각각의 CP 들은 역 고속 푸리에 변환기로부터의 심벌들 중 마지막 L 개의 심벌들을 복사하여 삽입된다.

각 사용자별(100-1, 100-2, ..., 100-U)로 CP를 포함한 전송 심벌들은 병/직렬 변환기(104-1, 104-2, ..., 104-U)에 의해 각각 전송 심벌 벡터(

_u)로 변환된다. 아래 [수학식 2]는 u번째 사용자의 전송 심벌 벡터(

_u)를 나타낸 것이다.

상기 [수학식 2]에서 전송 심벌 벡터(

_u)의 각 원소들에 대한 정의는 상기 [수학식 1]에 개시되어 있다.

한편, 각각의 병/직렬 변환기(104-1, 104-2, ..., 104-U)에 의해 변환된 전송 심벌 벡터들(

₁,

₂,...,

_U)은 각 사용자별로 전송 채널(106-1, 106-2, ..., 106-U)을 통해 기지국(BS: Base Station)으로 전송된다. 이 때, 전송 채널(106-1, 106-2, ..., 106-U)을 통과한 각각의 데이터 심벌 벡터(

₁,

₂,...,

_U)에는 각 전송 채널(106-1, 106-2, ..., 106-U)들의 감쇠(attenuation)특성에 따른 감쇠 성분값(Η _u)이 존재한다. 아래 [수학식 3]은 전송 채널의 감쇠 성분을 포함한 u번째 사 용자의 데이터 심벌 벡터를 나타낸 것이다.

(단, )

위 [수학식 3]에서 Η _u는 u번째 사용자의 채널 감쇠 성분을 ((N+L)×(N+L)) 형태의 행렬식으로 표현한 것이다.(이 때,

은 u번째 사용자의 n번째 심벌의 반송 주파수 옵셋 성분을 의미하고,

은 레이라이 페이딩 프로파일(Rayleigh fading profile) 성분을 의미한다. 그리고, f ^u는 u번째 사용자와 업 링크 수신장치 사이의 일반화된 반송파 주파수 옵셋을 의미한다.)

한편, 기지국에서 수신되는 신호(

)에는 각 사용자들로부터의 데이터 심벌 벡터(

₁,

₂,...,

_U)의 합과 채널의 잡음(AWGN: Additive White Gaussian Noise) 성분(

)이 포함되어 있고, 이는 아래 [수학식 4]와 같이 나타낼 수 있다.

(단, )

도 2는 복소 함수값을 이용하여 반송파 주파수 옵셋을 보상하는 종래 OFDMA 수신장치의 블록도이다. 도 2를 참조하면, 종래의 OFDMA 수신장치는 곱셈기(200-1, 200-2, ..., 200-U), 직/병렬 변환기(202-1, 202-2, ..., 202-U), CP 제거기(204-1. 204-2, ..., 204-U) 및 고속 푸리에 변환기(206-1, 206-2, ..., 206-U)를 포함한다. 이하, 각 사용자별 블록 구성 및 동작이 유사함으로 임의의 한 사용자(u 번째 사용자)를 기준으로 도 2를 설명한다. (단, u는 1, 2, ..., U 중 하나)

u 번째 사용자의 곱셈기(200-u)에서는 OFDMA 수신장치의 수신 안테나를 통해 수신된 신호(

)에 반송파 주파수 옵셋 성분을 추정하여 획득한 복소 함수(제u 복소 함수)를 곱함으로써, 수신된 신호(

)에 포함된 u 번째 사용자의 반송파 주파수 옵셋 성분을 제거한다.

직/병렬 변환기(202-u)는 곱셈기(200-u)로부터 입력되는 신호를 병렬 형태의 심벌들(203-u 및

_u,0,

_u,1, ...,

_u,N-1)로 변환한다. 변환된 심벌들(203-u 및

_u,0,

_u,1, ...,

_u,N-1)에는 최초 송신시에 심벌간의 간섭을 방지하기 위해 삽입된 CP(203-u)성분도 포함되어 있다.

CP 제거기(204-u)는 직/병렬 변환기(202-u)로부터의 심벌들 중 CP 성분(203-u)을 제거한다.

고속 푸리에 변환기(206-u)는 CP 성분이 제거된 심벌들(

_u,0,

_u,1, ...,

_u,N-1)을 고속 푸리에 변환을 통해 전송 이전의 최초 심벌들( _u,0,

_u,1, ...,

_u,N-1)에 가까운 복원 심벌들(

_u,0,

_u,1, ...,

_u,N-1)로 변환한다.

그러나, 도 2에 보인 방법을 통해 반송파 주파수 옵셋 성분을 보상하여 획득 한 복원 심벌들(

_u,0,

_u,1, ...,

_u,N-1)에도 여전히 인접 사용자들간의 반송파 주파수 옵셋 차이에 의한 간섭 성분은 존재한다.

도 3 내지 도 6은 도 2와 같은 종래의 방법을 통해 반송파 주파수 옵셋을 보상한 이후에도 인접 사용자들간의 반송파 주파수 옵셋 차이에 의해 발생하는 간섭 성분을 보여주는 도면이다. 설명의 편의를 위해 두 사용자에 대한 각 사용자별 두 개의 반송파만을 도시한다.

도 3의 (a)는 제 1 사용자의 반송파 신호를 보여주는 도면이고, 도 3의 (b)는 제 2 사용자의 반송파 신호를 보여주는 도면이다. 도 3에 보인 것처럼, 각 사용자별 반송파는 △f 만큼의 주파수 차이를 갖는다. 그리고, 도 4의 (a)는 제 1 사용자에 있어서, 각 반송파간의 간섭에 의한 반송파 주파수 옵셋(f¹)이 포함된 신호를 보여주는 도면이고, 도 4의 (b)는 제 2 사용자에 있어서, 각 반송파간의 간섭에 의한 반송파 주파수 옵셋(-f²)이 포함된 신호를 보여주는 도면이다.

도 5는 각 사용자별 반송파 신호가 하나의 OFDMA 업 링크 채널을 통해 전송되는 신호를 보여주는 도면이다. 도 5에 보인 신호는 도 2에 보인 종래의 반송파 주파수 옵셋 보상방법을 통해 반송파 주파수 옵셋 성분을 제거하여 각 사용자별로 원래의 신호로 복원된다.

도 6은 도 2와 같은 종래의 주파수 옵셋 보상방법을 통해 반송파 주파수 옵셋 성분을 제거하여 각 사용자별로 복원된 신호를 보여주는 도면이다. 도 6의 (a) 에 보인 것처럼, 제 1 사용자의 복원된 신호에는 반송파 주파수 옵셋을 보상한 이후에도 최초 제 2 사용자와의 반송파 주파수 옵셋 차이에 의한 간섭 성분(-f¹-f²)이 여전히 존재한다. 제 2 사용자의 경우에도 도 6의 (b)에 보인 것처럼, 간섭 성분(f¹+f²)이 존재한다.

이상의 설명에서 보인 것처럼, 종래와 같이 반송파 주파수 옵셋을 추정하여 복소 함수를 곱함으로써 각 사용자별로 반송파 주파수 옵셋값을 보상한 이후에도 각 사용자간의 반송파 주파수 옵셋값의 차이에 의한 간섭 성분은 여전히 존재한다. 따라서, 이에 의해 OFDMA 수신장치의 성능 열화가 초래된다.

본 발명의 목적은 다중 사용자간의 반송파 주파수 옵셋차에 의해 발생하는 간섭 성분을 주파수 영역에서의 병렬 간섭 제거를 통해 보상할 수 있는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 수신장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 OFDMA 시스템 수신장치는 외부로부터 다중 사용자에 의한 OFDMA 방식의 제1 신호를 수신하여 상기 각 사용자별로 제1 신호에 포함된 반송파 주파수 옵셋 성분을 제거한 제2 신호를 출력하는 제1 수단과 제2 신호를 고속 푸리에 변환하여 주파수 영역의 제3 신호를 생성하는 제2 수단 및 제3 신호를 입력으로 하여 각 사용자별 반송파 주파수 옵셋차에 의한 간섭 성분을 제거한 제4 신호를 출력하는 제3 수단을 포함한다.

(실시예)

도 7은 주파수 영역의 병렬 간섭 제거를 이용하는 본 발명의 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 수신장치를 보여주는 블록도이다. 도 7에 보인 것처럼, OFDMA 시스템의 수신장치는 각 사용자별로 곱셈기(700-1, 700-2, ..., 700-U), 직/병렬 변환기(702-1, 702-2, ..., 702-U), CP 제거기(704-1, 704-2, ..., 704-U), 고속 푸리에 변환기(706-1, 706-2, ..., 706-U), 및 주파수 영역 병렬 간섭 제거기(708 이하, FDPIC: Frequency Domain Parallel Interference Canceller)를 포함한다.

각각의 사용자별로 곱셈기들(700-1, 700-2, ..., 700-U)은 OFDMA 수신장치의 수신 안테나를 통해 수신된 신호(

)에 각각 반송파 주파수 옵셋 성분을 추정하여 획득한 복소 함수를 곱함으로써, 수신된 신호(

)에 포함된 각 사용자별 반송파 주파수 옵셋 성분을 제거한 신호들을 출력한다.

직/병렬 변환기들(702-1, 702-2, ..., 702-U)은 각각의 곱셈기들(700-1, 700-2, ..., 700-U)로부터 입력되는 신호를 병렬 형태의 심벌들[(703-1 및

_1,0,

_1,1, ...,

_1,N-1), (703-2 및

_2,0,

_2,1, ...,

_2,N-1), ..., (703-U 및

_U,0,

_U,1, ...,

_U,N-1)]로 변환하여 출력한다. 이 때, 변환된 심벌들에는 최초 송신시에 심벌간의 간섭을 방지하기 위해 삽입된 CP 성분(703-1, 703-2, ..., 703-U)도 포함되어 있다.

CP 제거기들(704-1, 704-2, ..., 704-U)은 직/병렬 변환기(702-1, 702-2, ..., 702-U)로부터의 심벌들중 CP 성분들(703-1, 703-2, ..., 703-U)을 제거한 심벌들만을 출력한다. 이하, CP 제거기에 의해 출력되는 심벌들을 시간 영역의 1차 보상심벌이라 칭한다.(이는 복소함수를 이용하여 1차적으로 반송파 주파수 옵셋을 보상한 심벌이기 때문이다.)

한편, 이때 출력되는 시간 영역의 1차 보상심벌에는 앞서 종래 기술에서 언급한 바와 같이 각 사용자간의 반송파 주파수 옵셋 값의 차이에 의한 간섭 성분이 포함되어 있다. 이를 수식을 통해 보다 자세히 설명하면, u 번째 사용자에 있어서, CP 제거기(704-u)로부터 출력되는 심벌들(

_u,0,

_u,1, ...,

_u,N-1 이하, 벡터 형태인

로 표기함)은 아래 [수학식 5]와 같이 간략하게 벡터 형태로 표현되어 진다.

단, [수학식 5]에서

는 u 번째 사용자의 반송파 주파수 옵셋 추정값을 나타내며, 아래 [수학식 6]과 같이 표현된다.

위 [수학식 6]에서

은 u 번째 사용자의 n 번째 심벌에 대한 반송파 주파수 옵셋 추정값으로 다음 [수학식 7]과 같이 표현된다.

(단,

는 u 번째 사용자와 업 링크 수신장치 간의 반송파 주파수 옵셋 추정값이고, n=0, 1, 2, ..., N-1이다.)

[수학식 5]에서 u 번째 사용자의 n 번째 수신 심벌에 대한 영향은 아래 [수학식 8]과 같이 표현되어 지며, 이는 다시 아래 [수학식 9]와 같이 세 가지 성분으로 구분될 수 있다.

단,

은 u 번째 사용자의 n 번째 수신 심벌의 신호 성분을 의미하고,

은 사용자간의 반송파 주파수 옵셋차에 의해 발생하는 시간 영역의 간섭 성분을 의미하는 심벌이며,

은 백색 잡음(AWGN: Additive White Gaussian Noise) 성분을 의미한다. 이 중 시간 영역의 간섭 성분인

은 아래 [수학식 10]과 같이 정의될 수 있다.

고속 푸리에 변환기(706-1, 706-2, ..., 706-u)는 CP 제거기들(704-1, 704-2, ..., 704-U)로부터 입력되는 시간 영역의 1차 보상심벌들에 대한 고속 푸리에 변환을 수행한다. 예를 들어, u번째 CP 제거기(704-u)로부터 입력되는 기간 영역의 1차 보상심벌들(

)을 고속 푸리에 변환하여 주파수 영역의 1차 보상심벌들(

_u,0,

_u,1, ...,

_u,N-1 이하, 벡터 형태인

)을 생성한다. 고속 푸리에 변환기(706-u)에 의해 변환된 주파수 영역의 각 1차 보상심벌들(

)은 아래 [수학식 11]과 같이 표현될 수 있다. 즉, [수학식 9]의 푸리에 변환 형태가 된다.

[수학식 11]에서

는 주파수 영역에서 u번째 사용자의 k번째 부반송파의 간섭 성분으로 [수학식 10]에 정의된 시간 영역의 간섭 성분인

의 고속 푸리에 변환 후의 신호로서, 아래 [수학식 12]와 같이 정의된다.(단, α_u,n = 1 이라고 가정한다.)

FDPIC(708)는 고속 푸리에 변환기로부터 입력되는 주파수 영역의 1차 보상심벌들(

₁,

₂, ...,

_U)을 이용하여 각 사용자간의 반송파 주파수 옵셋 값의 차이에 의해 발생하는 주파수 영역의 간섭 성분들을 제거하여 출력한다.

도 8은 본 발명의 FDPIC(708)의 실시예를 보여주는 블록도이다. 도 8을 참조하면, FDPIC(708)는 신호 재생 블록(802)과 연산 블록(804) 및 간섭 제거 블록(806)을 포함한다. 도 8에 표기된 신호들은 심벌들의 집합인 벡터 형태의 신호로서 고속 푸리에 변환 후의 신호 즉, 주파수 영역의 신호들이다.

신호 재생 블록(802)은 각 사용자별로 대응되는 신호 재생 회로들(802-1, 802-2, ..., 802-U)로 구성되며, 각각의 신호 재생 회로(802-u)는 대응되는 고속 푸리에 변환기(706-u)로부터 입력되는 주파수 영역의 1차 보상심벌들(

_u)을 이용하여 1차 보상 이전의 심벌들을 재생한다. 이는 특정 사용자의 모든 반송파들이 다른 사용자의 반송파에 의해 영향을 받는 것은 아니기 때문에 가능하다. 다시 말해, 도 6의 (a)을 참조하면, 제 1 사용자의 반송파들(602a, 604a) 중 하나의 반송파(602a)는 제 2 사용자의 반송파들(602b, 604b)에 의해 영향을 받지 않는다.

도 9는 본 발명의 신호 재생회로의 실시예를 보여주는 블록도이다. 도 9를 참조하면 u번째 신호 재생회로(802-u)는 복조부(902), 디코딩부(904), 인코딩부(906) 및 변조부(908)를 포함한다. 신호 재생회로(802-u)는 고속 푸리에 변환기(704-u)로부터 입력되는 주파수 영역의 1차 보상심벌들(

_u)에 의해 획득되는 반송파들 중 다른 반송파의 영향을 받지 않는 반송파를 이용하여 주파수 영역에서 1차 보상 이전의 심벌들(

_u,0,

_u,1,... ,

_u,N-1 :이하, 벡터 형태인

_u로 표기함.)을 재생한다. 이를 위한 신호 재생회로의 복조, 디코딩, 인코딩 및 변조부의 동작은 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.

한편, 신호 재생 블록(802)을 통해 주파수 영역에서의 1차 보상 이전의 심벌들(

₁,

₂, ...,

_U)이 재생되면 연산 블록(804)에서는 아래 [수학식 13]을 이용한 연산을 통해 주파수 영역의 1차 보상심벌들에 포함되어 있는 사용자간의 반송파 주파수 옵셋값의 차에 의한 간섭 성분을 완전히 재생할 수 있다.

단,

이고,

는 순환 컨볼루션(Circular Convolution) 연산을 의미한다.

상기 [수학식 13]은 [수학식 12]에 의해 아래 [수학식 14]와 같은 과정을 통해 유도되어 진다.

간섭 제거 블록(806)에서는 아래 [수학식 15]에 보인 것처럼, 각각의 덧셈기(806-1, 806-2, ..., 806-U)를 이용하여 고속 푸리에 변환기들로부터 입력되는 주파수 영역의 1차 보상심벌들(

₁,

₂, ...,

_U)에서 연산 블록(804)에 의해 재생된 주파수 영역의 간섭 성분들(

₁,

₂, ...,

_U)을 빼줌으로써 반송파 주파수 옵셋이 보상된 심벌들(

₁,

₂, ...,

_U)을 출력한다.

도 10은 복소함수만을 이용한 종래의 OFDMA 수신장치와 본 발명에서 제안한 FDPIC 알고리즘을 적용한 OFDMA 수신장치의 성능 평가 그래프이다. 도 10의 그래프는 아래 [표 1]과 같은 파라메터를 적용하여 컴퓨터를 통해 시뮬레이션한 결과이다.

파라메터	적용값
전체 반송파수(N)	256
사용된 반송파 수(M ×U)	200
최대 사용자 수(U)	4
채널 코딩	컨볼루션 코드 K = 5
대역폭	10 MHz
CP(Cyclic Prefix : L)	64
변조 방식	QPSK
반송파 할당(SA)방식	BISA, RBISA
자유 반송파 주파수 옵셋(RCFO)	｜f^u｜≤vㆍΔf(v=2,4)

(단, [표 1]에서 v는 반송파 주파수 옵셋의 범위를 나타내고, Δf는 반송파 간의 간격을 의미한다.)

도 10을 참조하면, 실선으로 나타낸 부분{PR4(v=4이고, RBISA인 경우), PB2(v=2이고, BISA인 경우)}은 종래 기술에서 v 값과 반송파 할당방식에 따른 특성곡선이며, 점선{(FR4(v=4이고, RBISA인 경우), FR2(v=2이고, RBISA인 경우), FB2(v=이고, BISA인 경우)}은 본 발명의 TDPIC 보상방법을 적용한 경우 v 값과 반송파 할당방식에 따른 특성곡선이다. 그리고, 굵은 실선(IB)은 BISA를 적용한 이론적인(v=0) 특성곡선이다. 도 10에 보인 것처럼, 종래 기술에 비해 본 발명의 FDPIC 보상방법을 적용한 OFDMA 수신장치가 모든 v 값과 반송파 할당방식에 대해 비트 오율과 심벌 에너지 대 잡음 전력 스펙터럼 밀도(Es/No) 모두에서 탁월한 성능 향상이 있음을 알 수 있다. 특히, v = 2 인 경우(FR2, FB2)에는 이론적인 특성곡선(IB)과 거의 유사하며, v < 2 인 경우에는 이론적인 특성곡선(IB)과 완전히 일치한다.

이상에서, 본 발명에 따른 FDPIC 알고리즘 및 이를 이용한 OFDMA 시스템 수신장치의 구성 및 동작을 상기한 도면을 통해 상술하였지만, 이는 예시적인 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 응용 및 변경이 가능하다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 OFDMA 수신장치는 사용자 간섭에 의한 반송파 주파수 옵셋 뿐만 아니라, 사용자간의 반송파 주파수 옵셋차에 의한 간섭 성분도 제거함으로써, 다중 사용자 환경에서의 반송파 주파수 옵셋을 효과적으로 보상할 수 있다. 따라서, 비트 오율에서 탁월한 효과를 얻을 수 있다.

Claims

OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 시스템의 수신장치에 있어서,

외부로부터 다중 사용자에 의한 OFDMA 방식의 제1 신호를 수신하여 상기 각 사용자별로 상기 제1 신호에 포함된 반송파 주파수 옵셋 성분을 보상한 제2 신호를 출력하는 제1 수단;

상기 제2 신호를 고속 푸리에 변환하여 주파수 영역의 제3 신호를 생성하는 제2 수단; 및

상기 제3 신호를 입력으로 하여 상기 각 사용자별 반송파 주파수 옵셋차에 의한 간섭 성분을 제거한 제4 신호를 출력하는 제3 수단을 포함하되,

상기 제3 수단은 상기 제3 신호를 입력으로 하여 상기 제2 신호의 고속 푸리에 변환 후 형태의 신호들을 재생하는 신호 재생 블록과;

상기 신호 재생 블록으로부터의 재생 신호들을 입력으로 하여 상기 각 사용자별 주파수 옵셋

(단,
, N은 사용자별 부반송파의 수, U는 전체 사용자 수,
_i,k는 i번째 사용자의 k번째 부반송파에 대한 재생신호,
는 i번째 사용자와 업 링크 수신장치 간의 반송파 주파수 옵셋값 그리고,
는 u번째 사용자와 업 링크 수신장치 간의 반송파 주파수 옵셋 추정값이다.)을 계산하는 연산 블록; 및

각 사용자별로 상기 제3 신호에서 상기 연산블록으로부터의 상기 주파수 옵셋을 각각 빼주는 간섭 제거 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 OFDMA 시스템의 수신장치.
제 1항에 있어서,

상기 제1 신호 및 상기 제2 신호는 시간 영역의 신호임을 특징으로 하는 OFDMA 시스템의 수신장치.
제 1항에 있어서,

상기 제3 신호는 병렬형태의 심벌들로 표현됨을 특징으로 하는 OFDMA 시스템의 수신장치.
제 1항에 있어서,

상기 제1 수단은 상기 제1 신호와 각 사용자별로 상기 반송파 주파수 옵셋을 추정한 복소 함수를 곱하여 상기 반송파 주파수 옵셋을 보상하는 곱셈기;와

상기 곱셈기의 출력신호를 병렬 형태의 신호들로 변환하는 직/병렬 변환기; 및

상기 직/병렬 변환기로부터의 신호들로부터 CP 성분의 신호들을 제거하는 CP 제거기를 포함함을 특징으로 하는 OFDMA 시스템의 수신장치.
제 4항에 있어서,

상기 곱셈기와 상기 직/병렬 변환기 및 상기 CP 제거기는 상기 사용자들에 각각 대응되어 구성됨을 특징으로 하는 OFDMA 시스템의 수신장치.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 신호 재생 블록은 각 사용자별로 각각 대응되는 복수의 신호 재생회로들로 구성됨을 특징으로 하는 OFDMA 시스템의 수신장치.
제 7항에 있어서,

상기 신호 재생회로는 상기 제3 신호를 복조하는 복조부;

상기 복조부로부터의 신호를 디코딩하는 디코딩부;

상기 디코딩부로부터의 신호를 인코딩하는 인코딩부;

상기 인코딩부로부터의 신호를 변조하여 상기 제2 신호의 고속 푸리에 변환 후 형태의 신호를 재생하는 변조부를 포함함을 특징으로 하는 OFDMA 시스템의 수신장치.
제 1항에 있어서,

상기 연산 블록의 연산 결과들은 상기 사용자별 상기 제3 신호에 포함된 상기 간섭 성분과 동일함을 특징으로 하는 OFDMA 시스템의 수신장치.
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