KR100705441B1

KR100705441B1 - 직교 주파수 분할 다중 시스템에서의 부반송파 할당 장치및 방법과, 부반송파 역할당 장치 및 방법

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Publication number: KR100705441B1
Application number: KR1020040104461A
Authority: KR
Inventors: 김준우; 채수창; 이영하; 홍언영; 박윤옥
Original assignee: 한국전자통신연구원; 에스케이 텔레콤주식회사; 주식회사 케이티프리텔; 삼성전자주식회사; 하나로텔레콤 주식회사; 주식회사 케이티
Priority date: 2004-12-10
Filing date: 2004-12-10
Publication date: 2007-04-10
Also published as: WO2006062299A3; US20100061223A1; KR20060065353A; US8134914B2; WO2006062299A2

Abstract

본 발명은 직교 주파수 분할 다중 시스템에서의 부반송파 할당 장치 및 방법과, 부반송파 역할당 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 부반송파 할당 장치는 데이터 부반송파를 피지컬 인덱스로 할당하기 위해 로지컬 인덱스를 생성한 후, 로지컬 인덱스와 파일럿 위치상수와의 특정 연산을 통해 중간 인덱스로 변환하고 보호구간(Guard Interval)인 널 부반송파의 삽입을 위해 상기 널 부반송파의 좌우에 할당하는 데이터의 개수에 기초하여 피지컬 인덱스로 변환하여 전송한다.

그리고 본 발명에 따른 부반송파 역할당 장치는 수신한 피지컬 인덱스를 로지컬 인덱스로 매핑하기 위해 널 부반송파를 먼저 구분하기 위한 중간 인덱스로 변환한 후, 로지컬 인덱스로 변환한다. 이 때, 피지컬 인덱스를 로지컬 인덱스로 매핑할 때 9로 나눈 나머지와 몫을 이용하여 데이터와 파일럿을 구분한다. 이와 같이 본 발명에 따르면, 데이터와 파일럿을 구분할 때, 대용량의 롬 테이블을 사용하지 않아도 되므로 하드웨어의 크기를 줄일 수 있는 효과가 있다.

OFDM, 부반송파, 데이터, 파일럿, 널(NULL), 로지컬, 피지컬, 연산

Description

직교 주파수 분할 다중 시스템에서의 부반송파 할당 장치 및 방법과, 부반송파 역할당 장치 및 방법{SUBCARRIER ALLOCATION APPARATUS AND METHOD, SUBCARRIER DE-ALLOCATION APPARATUS AND METHOD IN OFDM SYSTEM}

도 1은 OFDM 시스템에서 매 심볼마다 위치가 변하는 분산 파일럿이 있는 경우 심볼 내의 파일럿 부반송파와 데이터 부반송파의 위치를 나타낸 도면이다.

도 2는 종래 OFDM 시스템에서 분산 파일럿이 존재할 경우의 데이터와 파일럿 및 Null 부반송파 배치 방법을 나타낸 도면이다.

도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명이 적용되는 OFDM 시스템의 송신 장치 및 수신 장치를 나타낸 도면이다.

도 4는 도 3a에 도시된 부반송파 할당부의 구조를 나타낸 도면이다.

도 5는 도 3b에 도시된 부반송파 역할당부의 구성를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 6은 도 5에 도시된 중간 인덱스 생성부의 동작 과정을 나타낸 도면이다.

도 7 및 도 8은 도 5에 도시된 로지컬 인덱스부의 동작 과정을 나타낸 도면이다.

본 발명은 직교 주파수 분할 다중 시스템(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 ‘OFDM’이라 함)에 관한 것으로, 특히 매 심볼마다 위치가 변하는 분산 파일럿(Scattered Pilot)이 있는 경우 데이터를 올바른 부반송파 위치에 할당하고 복조 시에 이를 간단하게 구분하여 채널 추정을 용이하게 할 수 있는 OFDM 시스템에서의 부반송파 할당 장치 및 방법과, 부반송파 역할당 장치 및 방법에 관한 것이다.

고속의 신뢰성과 대용량 서비스가 가능한 무선 광대역 멀티미디어 시스템의 구현을 위해, 주로 수 GHz에서 수 십 GHz에 이르는 밀리미터파 대역에서 높은 전송률로 신호를 보낼 수 있는 직교 주파수 분할 다중화 방식이 각광을 받고 있다.

OFDM 방식은 현재 고속 데이터 전송에 가장 적합한 변조 방식으로, 하나의 데이터열이 보다 낮은 데이터 전송률을 갖는 부반송파를 통해 전송한다. 무선통신을 위한 채널환경은 건물과 같은 장애물로 인해 다중경로를 갖는다. 다중경로가 있는 무선채널에서는 다중경로에 의한 지연확산이 생기고 다음 심벌이 전송되는 시간 보다 지연확산시간이 클 경우 심벌 간 간섭(ISI)이 발생하게 된다. 이 경우 주파수 영역에서 보면 선택적으로 페이딩(Frequency Selective Fading)이 발생하는데 하나의 반송주파수(single-carrier)를 사용하는 경우 심벌 간 간섭성분을 제거하기 위해 등화기를 사용한다. 하지만, 점점 데이터의 속도가 증가하면서 등화기의 복잡도도 함께 증가한다. 따라서, OFDM 시스템에서는 고속의 데이터를 다수의 부반송파를 이용하여 병렬로 전송함으로 데이터를 병렬 처리함으로써 고속의 데이터스트림을 저속으로 분할하여, 반송파를 사용하여 동시에 전송한다. 이와 같이 저속의 병렬 반송파를 사용함으로써 심벌구간이 증가하게 되므로 ISI가 줄어들게 되고 또한 보호구간(guard interval)의 사용으로 거의 완벽히 ISI가 제거된다. 또한 OFDM 시스템은 여러 개의 반송파를 이용함으로써 주파수 선택적 페이딩에 강한 장점이 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, OFDM 심볼은 Null 부반송파, 파일럿 부반송파 및 데이터 부반송파로 이루어져 있다. Null 부반송파는 인덱스 0번인 DC와 보호구간(guard interval)을 구성하는 부반송파들이며, 파일럿 부반송파는 채널 추정 등의 용도로 사용되고 나머지 영역을 데이터 부반송파들이 차지하고 있다.

도 1과 같이, 파일럿 부반송파들이 한 심볼 내에서 9 부반송파 거리씩 떨어져 있고 다음 심볼에서는 3 부반송파 거리씩 이동하는 OFDM 시스템의 경우, 각 심볼에는 일정한 수의 데이터 부반송파가 할당되지만, 심볼 내에서의 위치는 심볼 번호에 따라 달라지는 것을 알 수 있다.

예를 들어, 데이터 부반송파 0번은 모든 심볼에서 1번 부반송파에 매핑(Mapping)되지만, 데이터 부반송파 1번을 보면 첫 번째, 두 번째, 다섯 번째 및 여섯 번째 심볼에서는 2번 부반송파에 매핑되지만 0번째와 세 번째 심볼에서는 3번 부반송파에 매핑된다. 따라서, 데이터 부반송파들의 위치를 심볼 내의 실제 부반송파 위치에 매핑시키는 로직이 필요하게 된다. 여기서, 데이터 부반송파 만으로 이루어진 인덱스를 로지컬 인덱스(Logical Index), 심볼 내의 실제 부반송파 위치를 피지컬 인덱스(Physical Index)라고 부르기도 한다.

이러한 로지컬 인덱스를 피지컬 인덱스로 매핑하는 가장 간단한 방법은 도 2에 도시한 바와 같이 롬(ROM) 테이블을 이용하는 것이다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 복조기의 FFT(10)에서 계산된 결과는 우선 NULL 부반송파, 데이터 부반송파 및 파일럿 부반송파로 구분되어 NULL 부반송파는 버려지고 데이터 부반송파 및 파일럿 부반송파는 각각 FFT 메모리(20)의 데이터 메모리(22) 및 파일럿 메모리(24)에 저장된다. 이 때, FFT(10)에서 출력되는 피지컬 인덱스에 따라 각 부반송파를 버릴 것인지 데이터 메모리(22) 및 파일럿 메모리(24)의 몇 번째 번지에 저장할 것인지를 부반송파 매핑 롬 테이블(30)에서 결정한다.

이러한 기능을 수행하는 부반송파 매핑 롬 테이블(30)에는 FFT(10)에서 출력되는 피지컬 인덱스의 값에 해당하는 부반송파가 NULL인지 데이터인지 파일럿인지, 그리고 몇 번째 번지에 해당하는지 등의 정보가 저장되어 있다.

채널 추정부(40)에서 파일럿 메모리(24)에 저장된 파일럿 부반송파들을 이용하여 해당 부반송파 및 인접 부반송파의 채널 특성을 추정하고, 등화기(40)에서 그 채널 특성값을 참조하여 데이터 부반송파들을 등화한다. 그리고 QAM 복조부(50)를 통해 채널 디코더로 전송할 데이터를 얻게 된다. 그러면 최종적으로 채널 디코더에서 채널 디코딩을 수행하여 원하는 데이터를 복조하게 된다.

그런데 도 1과 같이 파일럿 부반송파의 위치가 매 심볼마다 달라지면 그 종 류만큼 부반송파 매핑 롬 테이블(30)의 크기도 커지게 된다. 즉, 파일럿 부반송파가 배치되는 수가 많고 FFT(10)의 크기가 크면 부반송파 매핑 롬 테이블(30)의 크기도 커지게 되어 분산 파일럿이 존재할 경우 반송파 매핑 롬 테이블(30)을 이용하는 것은 비효율적이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 OFDM 시스템에서 매 심볼(Symbol)마다 위치가 변하는 분산 파일럿이 존재하는 경우 데이터를 올바른 부반송파 위치에 간단하게 할당하는 부반송파 할당 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

또한 상기 부반송파 할당 장치에 의해서 할당된 부반송파들을 쉽게 구분하여 채널 추정을 용이하게 수행할 수 있는 부반송파 역할당 장치 및 방법을 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.

이러한 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 한 특징에 따르면, 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; OFDM) 시스템에서 서로 직교하는 다수의 부반송파에 송신 데이터를 할당하는 장치가 제공된다. 이 장치에 따르면, 데이터 부반송파를 피지컬 인덱스로 할당하기 위한 로지컬 인덱스―여기서, 로지컬 인덱스는 데이터 부반송파만으로 이루어진 인덱스임―를 생성하는 로지컬 인덱스 생성부; 상기 생성된 로지컬 인덱스와 파일럿 위치상수를 이용하여 상기 로지컬 인덱스를 중간 인덱스로 변환하는 중간 인덱스 변환부; 및 보호구간(Guard Interval)인 널 부반송파의 삽입을 위해 상기 널 부반송파의 좌우에 할당하는 데이터의 개수에 기초하여 상기 중간 인덱스를 피지컬 인덱스―여기서, 피지컬 인덱스는 심볼 내의 실제 부반송파 위치를 말함―로 변환하는 피지컬 인덱스 변환부를 포함한다. 이 때, 상기 특정 연산은 8로 나눈 몫을 구하는 연산일 수 있다.

그리고 상기 피지컬 인덱스 변환부는, 상기 파일럿 위치상수에 기초하여 발생되는 파일럿 부반송파를 시간 축과 주파수 축에 대해 일정한 간격으로 분산 할당한다.

본 발명의 다른 한 특징에 따르면, 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; OFDM) 시스템에서 서로 직교하는 다수의 부반송파에 송신 데이터를 할당하는 방법이 제공된다. 이 방법에 따르면, a) 데이터 부반송파를 구분하여 로지컬 인덱스에 매핑하는 단계; b) 파일럿 배치 간격을 고려하여 상기 로지컬 인덱스를 모듈로(Modulo) 연산하여 중간 인덱스를 생성하는 단계; 및 c) 상기 중간 인덱스에 보호구간으로 사용하는 널(NULL) 부반송파를 삽입하여 피지컬 인덱스―여기서, 피지컬 인덱스는 심볼 내의 실제 부반송파 위치를 말함―로 변환하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 한 특징에 따르면, 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; OFDM) 시스템에서 송신 데이터가 할당된 다수의 부반송파로부터 상기 송신 데이터를 역할당하는 장치가 제공된다. 이 장치에 따르면, 현재의 피지컬 인덱스―여기서, 피지컬 인덱스는 심볼 내의 실제 부반송파 위치를 말함―에서 보호구간(Guard Interval)인 널 부반송파들을 제거하여 중간 인덱스를 생성하는 중간 인덱스 생성부; 및 상기 생성된 중간 인덱스와 파일럿 위치상수를 이용하여 현재 부반송파가 데이터인지 파일럿인지 구별하여 실제 로지컬 인덱스―여기서, 로지컬 인덱스는 데이터 부반송파만으로 이루어진 인덱스임―를 구하는 로지컬 인덱스부를 포함한다.

이 때, 상기 특정 연산은 상기 중간 인덱스에서 파일럿 위치상수를 뺀 값을 9로 나누는 연산일 수 있다.

그리고 상기 로지컬 인덱스부는, 상기 9로 나눈 나머지 값에 기초하여 상기 데이터와 파일럿을 구분할 수 있으며, 현재 부반송파가 파일럿일 때, 상기 9 나눗셈 연산한 몫에 기초하여 몇 번째 파일럿인지를 구별할 수 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 직교 주파수 분할 다중 시스템에서의 부반송파 할당 장치 및 방법과, 부반송파 역할당 장치 및 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명이 적용되는 OFDM 시스템에 대해서 도 3a 및 도 3b를 참고로 하여 상세하게 설명한다.

먼저, 도 3a에 나타낸 바와 같이, OFDM 시스템의 송신 장치는, 채널 인코딩부(110), 변조부(120), 파일럿 발생부(130), 부반송파 할당부(140), IFFT부(150), CP 삽입부(160) 및 D/A 변환부(170)를 포함한다.

채널 인코더부(110)는 신호의 변환에 의해 송신 데이터가 채널에서 받을 수 있는 각종 잡음, 감쇄 등의 영향으로부터 강인해지도록 송신 데이터를 채널 코딩한다.

변조부(120)는 채널 코딩한 송신 데이터를 정해진 변조 방식에 따라 매핑하여 데이터 부반송파(Data Subcarrier)를 생성한다. 일반적으로 사용되는 변조방식은 IEEE802.11a에서 1주기로 전송할 수 있는 데이터 양이 1bit의 BPSK, 2bit의 QPSK(Quaternary Phase Shift Keying), 4bit의 16QAM, 6bit의 64QAM의 4종류로 규정하고 있으며, 통상 QAM 방식으로 매핑한다.

파일럿 발생부(130)는 송·수신 장치에서 모두 알고 있는 신호로서, 채널을 통과할 때 이 반송파 위상의 뒤틀림 정도를 미루어 채널을 추정하게 되는 파일럿을 발생시킨다. 이 때, 채널 환경에 따른 지연확산, 변조방식, 지연확산 추정 등에 따라 파일럿 부반송파의 수가 결정될 수 있다.

부반송파 할당부(ubcarrier allocation)(140)는 데이터 부반송파와 파일럿 부반송파를 입력받아 데이터 부반송파 및 파일럿 부반송파를 올바른 부반송파 위치 에 할당한다. 이렇게 부반송파들을 할당하는 이유는 특정 사용자에게 할당된 부반송파들을 넓은 주파수 영역으로 분산시켜 주파수 다이버시티(Frequency Diversity) 효과를 얻기 위함이다.

IFFT부(150)는 부반송파 할당부(140)에 의해 할당된 데이터 부반송파 및 파일럿 부반송파를 역고속 푸리에 변환하여 주파수 영역에서 직교성을 가지는 서로 다른 부반송파에 싣고, 실제로 전송할 수 있는 시간 영역의 신호로 변환시킨다. 이 때, IFFT부(150)로부터 출력되는 데이터를 OFDM 심볼이라고 한다.

CP 삽입부(160)는 IFFT(150)에서 출력되는 OFDM 심볼 간 간섭을 방지하기 위해 인접한 OFDM 심볼 사이에 채널의 최대지연확산(Maximum delay spread)보다 긴 보호구간(guard interval)을 삽입한다. 따라서 신호 주기는 실제 데이터가 전송되는 유효심볼주기와 보호구간의 합이 되며, 수신 장치에서는 보호구간을 제거한 후 유효심볼주기 동안의 데이터를 취하여 복조를 수행한다. 보호구간에는 부채널의 지연에 의해 발생할 수 있는 직교성의 파괴를 방지하기 위해 유효심볼구간에서 마지막 구간의 신호를 복사하여 삽입하게 되며 이를 전치 순환(cyclic prefix:CP)이라 한다.

D/A 변환부(170)는 CP가 추가 삽입된 OFDM 심볼을 아날로그화하여 RF단을 통하여 수신장치로 송신한다.

다음, 도 3b에 나타낸 바와 같이, OFDM 시스템의 수신 장치는, A/D 변환부(210), CP 제거부(220), FFT부(230), 부반송파 역할당부(240), 채널 추정부(250), 등화부(260), 복조부(270) 및 채널 디코더부(280)를 포함한다.

A/D 변환부(210)는 RF단을 통해 수신되는 아날로그 OFDM 심볼을 디지털화한다.

CP 제거부(220)는 한 프레임의 OFDM 심볼의 동기 신호를 검출하여 그 프레임의 시작점을 찾아 FFT 윈도우 위치를 복원한 다음 검출된 동기 신호로부터 OFDM 심볼의 미세 주파수를 복원한다. 프레임 동기 검출 및 미세 주파수가 복원된 OFDM 심볼로부터 보호구간(즉, CP)을 제거한다.

FFT부(230)는 보호구간이 제거된 OFDM 심볼을 고속 푸리에 변환하여 시간 영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변환시킨다. 이 때, 데이터 부반송파와 파일럿 부반송파가 혼합되어 있다.

부반송파 역할당부(240)는 고속 푸리에 변환된 신호로부터 원하는 데이터 부반송파와 채널 추정에 필요한 파일럿 부반송파를 가려낸다.

채널 추정부(250)는 파일럿 부반송파를 이용하여 보간법(interpolation) 또는 보외법(extrapolation)을 이용하여 채널 추정을 수행한다.

등화부(260)는 추정된 채널 상태에 따라 데이터를 등화한다. 이 때, 등화부(260)는 채널의 비이상적인 특성 즉, 각종 잡음, 인접 채널과의 간섭, 다중경로 등에 의한 채널 왜곡을 보상해주는 역할을 수행한다.

복조부(270)는 등화부(260)로부터 출력된 신호를 역매핑하여 송신 신호를 복조한다.

채널 디코더부(280)는 복조된 신호를 채널 디코딩하여 최종적으로 원하는 데이터를 복조한다.

아래에서, 본 발명의 실시 예에 따른 직교 주파수 분할 다중 시스템에서의 부반송파 할당 장치 및 방법에 대해서 상세하게 설명한다.

본 발명에서는 파일럿 부반송파의 분산 유형 중 가장 일반적인 형태로, 시간 축과 주파수 축에 대해 일정한 간격으로 파일럿 부반송파가 분산되어 있는 도 1과 같은 형태에 적용된다. 아래에서는 도 1과 같이, 파일럿 부반송파들이 한 심볼 내에서 9 부반송파 거리씩 떨어져 있고 다음 심볼에서는 3 부반송파 거리씩 이동하는 OFDM 시스템을 예로 들어서 설명한다. 그리고 데이터 부반송파 만으로 이루어진 인덱스를 로지컬 인덱스(Logical Index), 심볼 내의 실제 부반송파 위치를 피지컬 인덱스(Physical Index)라고 한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 도 1과 같은 형태로 파일럿 부반송파들이 분산되어 있는 경우, 첫 번째 심볼에서 로지컬 인덱스가 피지컬 인덱스로 매핑되는 식은 수학식 1과 같다. 여기서, 앞서 설명한 것처럼 데이터 부반송파 만으로 이루어진 인덱스를 로지컬 인덱스(Logical Index)라 하고, 심볼 내의 실제 부반송파 위치를 피지컬 인덱스(Physical Index)라 한다. 그리고 피지컬 인덱스의 0번 부반송파는 모든 심볼에서 DC인 널(Null) 부반송파이다.

여기서, Pi는 피지컬 인덱스이고 Li는 로지컬 인덱스이며, mod8은 8로 나눈 몫을 구하는 연산으로, 실제 하드웨어로 구현할 때에는 Li의 최하위 3비트를 제외 한 상위비트들의 값이다.

마찬가지로, 두 번째 심볼과 세 번째 심볼에 대해서는 각각 수학식 2 및 수학식 3과 같이 매핑된다. 그 뒤의 심볼들은 이 세 가지 경우의 주기적인 반복으로 부반송파들을 할당하게 된다.

한편, 이 세 가지 경우를 하나의 식으로 나타내면 다음의 수학식 4와 같이 표현할 수 있다.

실제로 IFFT부(150)의 입력으로 들어가는 신호에는 보호구간인 다수의 널 부반송파들이 있기 때문에 이를 전후하여 수학식 4에서 약간의 파라미터들이 달라지게 된다.

예를 들어, 1K 크기의 IFFT를 사용하는 시스템에서 데이터 및 파일럿 부반송 파와 널 부반송파들이 수학식 5와 같이 배치되어 있다면, 로지컬 인덱스를 피지컬 인덱스로 매핑하는 식은 최종적으로 수학식 6과 같이 된다.

다음으로, 수학식 6과 같은 부반송파 할당식에 따라 로지컬 인덱스를 피지컬 인덱스로 할당하는 부반송파 할당부(140)에 대해 도 4를 참고로 하여 상세하게 설명한다. 수학식 6에서 더하거나 빼지는 값은 예를 들어 설명한 것이며, 시스템의 특징에 따라 달라질 수 있다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 부반송파 할당부(140)는 로지컬 인덱스 생성부(142), 중간 인덱스 변환부(144) 및 피지컬 인덱스 변환부(146)를 포함한다.

로지컬 인덱스 생성부(142)는 데이터 부반송파를 로지컬 인덱스에 따라 피지 컬 인덱스로 할당하기 위한 로지컬 인덱스를 생성한다.

중간 인덱스 변환부(144)는 비교부(144-1), 매핑부(144-2) 및 먹스부(114-3)를 포함한다.

비교부(144-1)는 데이터 부반송파를 로지컬 인덱스에 따라 피지컬 인덱스로 할당하기 위해 로지컬 인덱스와 파일럿 위치상수(K)를 비교한다.

매핑부(144-2)는 뺄셈부(144-2a), 쉬프트 연산부(144-2b) 및 덧셈부(144-2c)를 포함하며, 수학식 4에 나타낸 바와 같이 뺄셈, 나눗셈 및 덧셈 연산을 통해 로지컬 인덱스로부터 중간 인덱스를 생성한다. 뺄셈부(144-2a)는 로지컬 인덱스에서 파일럿 위치상수(K)만큼을 뺀다. 쉬프트 연산부(144-2b)는 로지컬 인덱스에서 파일럿 위치상수를 뺀 값에 나눗셈 연산을 수행한다. 이 때, 쉬프트 연산부는 mod 8 연산을 사용하며, mod 8 연산은 8로 나눈 몫을 구하는 연산으로, 하위 비트들을 버리는 것으로 쉽게 구현할 수가 있다. 덧셈부(144-2c)는 로지컬 인덱스와 쉬프트 연산부(1442-2b)에서 계산된 값을 더하여 중간 인덱스 값을 생성한다.

먹스부(114-3)는 비교부(144-1)의 비교 결과에 따라 중간 인덱스(Ti)를 선택한다. 이 때, 먹스부(114-3)는 로지컬 인덱스가 파일럿 위치상수(K)보다 작으면 로지컬 인덱스를 그대로 중간 인덱스로 사용하고, 로지컬 인덱스가 파일럿 위치상수(K)보다 크면 매핑부(114-2)에서 구해진 중간 인덱스를 사용한다.

피지컬 인덱스 변환부(146)는 비교부(146-1), 매핑부(146-2) 및 먹스부(146-3)를 포함한다.

비교부(146-1)는 IFFF부(150)에서 널 부반송파의 좌우에 할당하는 데이터의 개수와 먹스부(114-3)에서 출력되는 중간 인덱스를 비교한다.

매핑부(146-2)는 매핑부(146-2)는 뺄셈부(146-2a) 및 덧셈부(146-2b)를 포함하며, 수학식 6에 나타낸 바와 같이, 뺄셈 및 덧셈 연산을 통해 피지컬 인덱스를 생성한다. 뺄셈부(146-2a)는 중간 인덱스에서 431을 뺀 값으로부터 피지컬 인덱스를 생성하고, 덧셈부(146-2b)는 중간 인덱스에서 592를 더한 값으로부터 피지컬 인덱스를 생성한다.

먹스부(146-3)는 비교부(146-1)의 비교 결과에 따라 뺄셈부(146-2a) 또는 덧셈부(146-2b)에 의해 생성된 피지컬 인덱스를 결정한다. 이 때, 수학식 6에서와 같이 중간 인덱스 값이 널 부반송파의 좌우에 할당되는 데이터 개수인 432보다 큰 경우에는 뺄셈부(146-2a)에 의해 생성된 피지컬 인덱스를 사용하고, 중간 인덱스 값이 널 부반송파의 좌우에 할당되는 데이터 개수인 432보다 작은 경우에는 덧셈부(146-2b)에 의해 생성된 피지컬 인덱스를 사용한다.

그리고 파일럿 부반송파의 할당은 수학식 7과 같다.

상술한 바와 같이 할당된 송신 데이터를 부반송파에 실어 최종적으로 RF단에 입력되어 채널로 전송된다. 그러면, 채널을 통과해 수신된 신호는 기저대역으로 변환된 후 복조 과정이 수행된다.

다음, 본 발명의 실시 예에 따른 직교 주파수 분할 다중 시스템에서의 부반송파 할당 장치 및 방법에 대해서 도 5 내지 도 8을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

부반송파 역할당부(240)는 수신 장치에서 수신한 신호로부터 데이터 부반송파를 찾는데, 이는 수학식 6의 역과정을 통해 수행된다. 그런데, 수학식 6에 사용된 mod 연산은 비가역적이므로 데이터 부반송파를 찾는 식은 수학식 8과 같이 나타난다. 여기서, 널 부반송파에 해당하는 곳은 수학식에서 도시하지 않았으며, rem 9는 9로 나눈 나머지를 구하는 연산을 나타낸다.

도 5는 도 3b에 도시된 부반송파 역할당부의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 부반송파 역할당부(240)는 중간 인덱스 생성부(242) 및 로지컬 인덱스부(244)를 포함한다.

중간 인덱스 생성부(242)는 현재의 피지컬 인덱스에서 널 부반송파들을 제거 하여 중간 인덱스를 생성한다.

로지컬 인덱스부(244)는 생성된 중간 인덱스와 파일럿 위치상수와의 mod 9 연산을 통해 현재 부반송파가 데이터인지 파일럿인지 구별하여 실제 로지컬 인덱스를 구한다.

먼저, 중간 인덱스 생성부(242)의 동작에 대해서 도 6을 참고로 하여 상세하게 설명한다. 도 6은 도 5에 도시된 중간 인덱스 생성부의 동작 과정을 나타낸 도면이다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 우선, 중간 인덱스 생성부(242)는 현재의 피지컬 인덱스(Pi)가 ‘0’인지 확인하여(S510∼S520) ‘0’이면 널(NULL) 부반송파이고(S570), 그 외의 경우에는 간단한 두 번의 비교 과정을 통하여 널 부반송파인지 유효한 부반송파인지를 구분할 수 있다(S530∼S560).

이러한 기능을 수행하는 중간 인덱스 생성부(242)는 중간 인덱스로부터 피지컬 인덱스로 변환하는 피지컬 인덱스 변환부(146)의 역과정으로 이루어지므로, 피지컬 인덱스 변환부(146)의 구성 요소와 동일하므로 그 구성 요소에 대한 설명은 생략하였다.

한편, 로지컬 인덱스부(244)는 중간 인덱스(Ti)로부터 실제 로지컬 인덱스(Li)를 구하기 위해서 중간 인덱스 생성부(242)에서 생성된 중간 인덱스(Ti)와 파일럿 위치상수와의 특정 연산을 통해 실제 로지컬 인덱스를 구한다. 이 때, 로지컬 인덱스부(244)는 중간 인덱스(T1)에서 파일럿 위치상수(K)를 뺀 값에 mod 9 연산을 사용하여 로지컬 인덱스를 구하는데, 이러한 (Ti-K) mod 9 연산을 하드웨어로 구현 하면, 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다. 여기서, 인덱스를 변환할 데이터 부반송파의 좌우에 몇 개의 파일럿 부반송파가 있느냐에 따라 로지컬 인덱스가 달라지므로 수학식 9와 같은 연산이 필요하게 된다.

수학식 9를 구현하기 위한 로지컬 인덱스부(244)의 구성 및 동작에 대해서 도 7 및 도8을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 7 및 도 8은 5에 도시된 로지컬 인덱스부의 동작 과정을 나타낸 도면이다.

먼저, 도 7에 나타낸 바와 같이, 로지컬 인덱스부(244)는 파일럿 반송파 개수 결정부(244-1), 멀티플렉서(244-2) 및 덧셈부(244-3)를 포함한다.

수학식 9의 곱셈 연산에 대해 실제 구현을 멀티플렉서(Multiplexer)(244-2a∼422-2g)로 구현한다. 그리고 멀티플렉서(Multiplexer)(244-2a∼422-2g)에서 사용되는 sign 값을 모두 7개를 사용하는 이유는 도 1과 같이 파일럿이 9 부반송파 간격으로 이격되어 있고, 1K IFFT를 사용하는 경우, 한 심볼에는 총 96개의 파일럿 부반송파가 있기 때문이다. 그리고 각 멀티플렉서(244-2a∼422-2g)에서 출력된 값은 덧셈부(244-3)에서 더함으로써 수학식 9의 연산을 구현한다.

이 때, 멀티플렉서(244-2a∼422-2f)에 입력되는 sign 값은 수학식 9와 같이 반전되어 입력되므로, 각 멀티플렉서는 sign 값을 반전시키는 인버터(244-4a∼244-4f)를 사용하며, 수학식 9의 마지막 부분의 sign(5)×not[sign(6)]의 연산 부분에서는 멀티플렉서(422-2g)의 입력을 위해 인버터(244-4g) 및 AND게이트(244-5)를 사용하여 구현한다.

한편, 수학식 9에서 사용되는 sign 값은 로지컬 인덱스로 변환할 부반송파의 좌우에 파일럿 부반송파가 몇 개가 있는지를 나타내는 값으로, 파일럿 반송파 개수 결정부(244-1)에서 각 sign 값을 결정한다. 이 때, 유효한 부반송파의 개수가 864개이므로 우선 432보다 큰지 작은지 각각의 비교기(244-6a)를 통해 비교하고 그 비교 결과에 따라 선택기(244-7a)에서 첫 번째 sign 값(sign(0))을 결정한다. 두 개의 결과 중 양의 값을 다음 비교기(244-6b)에서 그 절반값 값인 216과 비교하고 그 비교 결과에 따라 선택기(244-7b)에서 두 번째 sign 값(sign(1))을 결정한다. 이러한 식으로 복수의 비교기(244-6c∼244-6g)와 복수의 선택기(244-7c∼244-7g)를 통해 일곱 번째 sign 값(sign(6))까지 결정하는데, 뒷 부분의 27은 2로 나누어 떨어지지 않기 때문에 선택기(244-7h)를 두어 다소 복잡한 계산 과정을 수행하게 된다.

다음, 도 8에 나타낸 바와 같이, 로지컬 인덱스부(244)는 현재 부반송파가 데이터인지 파일럿인지는 (Ti-K)값을 9로 나눈 나머지가 ‘0’인지 살피면 알 수 있다(S810∼S830). 이 값이 ‘0’이면 현재의 부반송파가 파일럿이고(S840), 이 값이 ‘0’이 아니면 현재의 부반송파가 데이터이다(S850∼S860). 이 값은 도 7에 도시된 Remnant 값이다.

그리고 현재 부반송파가 파일럿일 때, 몇 번째 파일럿인지는 (Ti-K)를 9로 나눈 몫으로부터 알 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

본 발명에 의하면, 직교 주파수 분할 다중 시스템에서 매 심볼마다 위치가 변하는 분산 파일럿이 있을 경우, 수신한 부반송파가 데이터인지 파일럿인지, 그리고 몇 번째 데이터 또는 파일럿 부반송파인지를 롬 테이블없이 계산할 수 있다. 따라서 대용량 롬 테이블을 사용하지 않기 때문에 하드웨어 크기를 줄일 수 있다.

Claims

직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; OFDM) 시스템에서 서로 직교하는 다수의 부반송파에 송신 데이터를 할당하는 장치에 있어서,

데이터 부반송파를 피지컬 인덱스로 할당하기 위한 로지컬 인덱스―여기서, 로지컬 인덱스는 데이터 부반송파만으로 이루어진 인덱스임―를 생성하는 로지컬 인덱스 생성부;

상기 생성된 로지컬 인덱스와 파일럿 위치상수를 이용하여 상기 로지컬 인덱스를 중간 인덱스로 변환하는 중간 인덱스 변환부; 및

보호구간(Guard Interval)인 널 부반송파의 삽입을 위해 상기 널 부반송파의 좌우에 할당하는 데이터의 개수에 기초하여 상기 중간 인덱스를 피지컬 인덱스―여기서, 피지컬 인덱스는 심볼 내의 실제 부반송파 위치를 말함―로 변환하는 피지컬 인덱스 변환부

를 포함하는 직교 주파수 분할 다중 시스템에서의 부반송파 할당 장치.
제1항에 있어서,

상기 피지컬 인덱스 변환부는, 상기 파일럿 위치상수에 기초하여 발생되는 파일럿 부반송파를 시간 축과 주파수 축에 대해 일정한 간격으로 분산 할당하는 직교 주파수 분할 다중 시스템에서의 부반송파 할당 장치.
제2항에 있어서,

상기 중간 인덱스 변환부는,

상기 로지컬 인덱스와 파일럿 위치상수를 비교하는 제1 비교부;

매핑을 통해 상기 로지컬 인덱스를 중간 인덱스로 변환하는 매핑부; 및

상기 제1 비교부의 비교 결과에 기초하여 중간 인덱스를 결정하는 제1 먹스부

를 포함하는 직교 주파수 분할 다중 시스템에서의 부반송파 할당 장치.
삭제
제3항에 있어서,

상기 매핑부는,

상기 로지컬 인덱스로부터 상기 파일럿 위치상수를 뺄셈연산하는 뺄셈기;

상기 뺄셈연산된 값에 대해 8로 나눈 몫을 구하는 연산을 수행하는 쉬프트 연산기; 및

상기 나눗셈 연산된 몫과 상기 로지컬 인덱스를 덧셈연산하여 상기 중간 인덱스를 구하는 덧셈기

를 포함하는 직교 주파수 분할 다중 시스템에서의 부반송파 할당 장치.
제5항에 있어서,

상기 쉬프트 연산기는, 상기 8로 나눈 몫을 구하는 연산을 상기 로지컬 인덱스의 최하위 3비트를 제외한 상위 비트 값으로 구현하는 직교 주파수 분할 다중 시스템에서의 부반송파 할당 장치.
제5항에 있어서,

상기 제1 먹스부는,

상기 로지컬 인덱스가 상기 파일럿 위치상수보다 작은 경우, 상기 로지컬 인덱스를 그대로 상기 중간 인덱스로 선택하며,

상기 로지컬 인덱스가 싱기 파일럿 위치상수보다 큰 경우, 상기 매핑부에서 상기 매핑부로부터 변환된 중간 인덱스를 선택하는 직교 주파수 분할 다중 시스템에서의 부반송파 할당 장치.
제3항에 있어서,

상기 피지컬 인덱스 변환부는,

상기 널 부반송파의 좌우에 할당하는 데이터의 개수와 상기 제1 먹스부에 의해 결정된 중간 인덱스를 비교하는 제2 비교부;

상기 제1 먹스부에 의해 결정된 중간 인덱스에 뺄셈 연산 또는 덧셈 연산하여 피지컬 인덱스를 생성하는 매핑부; 및

상기 제2 비교부의 비교 결과에 따라 상기 뺄셈 연산 또는 덧셈 연산에 의해 생성된 피지컬 인덱스로부터 피지컬 인덱스를 결정하는 제2 먹스부

를 포함하는 직교 주파수 분할 다중 시스템에서의 부반송파 할당 장치.
직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; OFDM) 시스템에서 서로 직교하는 다수의 부반송파에 송신 데이터를 할당하는 방법에 있어서,

a) 데이터 부반송파를 구분하여 로지컬 인덱스에 매핑하는 단계;

b) 파일럿 배치 간격을 고려하여 상기 로지컬 인덱스를 모듈로(Modulo) 연산하여 중간 인덱스를 생성하는 단계; 및

c) 상기 중간 인덱스에 보호구간으로 사용하는 널(NULL) 부반송파를 삽입하여 피지컬 인덱스―여기서, 피지컬 인덱스는 심볼 내의 실제 부반송파 위치를 말함―로 변환하는 단계

를 포함하는 직교 주파수 분할 다중 시스템에서의 부반송파 할당 방법.
제9항에 있어서,

상기 b)단계는,

b-1) 상기 생성된 로지컬 인덱스를 파일럿 위치상수와 비교하는 단계;

b-2) 상기 비교 결과에 따라 중간 인덱스를 결정하는 단계

를 포함하며,

상기 로지컬 인덱스가 파일럿 위치상수보다 작은 경우, 상기 생성된 로지컬 인덱스를 그대로 중간 인덱스로 사용하는 직교 주파수 분할 다중 시스템에서의 부반송파 할당 방법.
제10항에 있어서,

b-3) 상기 로지컬 인덱스에서 상기 파일럿 위치상수를 뺀 후 8로 나눈 몫을 구하는 단계

를 더 포함하며,

상기 로지컬 인덱스가 파일럿 위치상수보다 큰 경우, 상기 b-3)단계에서 구해진 몫을 중간 인덱스로 사용하는 직교 주파수 분할 다중 시스템에서의 부반송파 할당 방법.
제10항에 있어서,

상기 c)단계는,

상기 b)단계에서 생성된 중간 인덱스에 특정 값을 더하거나 특정 값을 빼는 단계;

상기 널 부반송파의 좌우에 할당되는 데이터와 상기 생성된 중간 인덱스를 비교하는 단계; 및

상기 비교 결과에 따라 상기 뺄셈 연산 또는 덧셈 연산의 값을 상기 피지컬 인덱스로 결정하는 단계

를 포함하는 직교 주파수 분할 다중 시스템에서의 부반송파 할당 방법.
제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

시간 축과 주파수 축에 대해 일정한 간격으로 파일럿 부반송파가 분산되어 있는 직교 주파수 분할 다중 시스템에서의 부반송파 할당 방법.
직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; OFDM) 시스템에서 송신 데이터가 할당된 다수의 부반송파로부터 상기 송신 데이터를 역할당하는 장치에 있어서,

현재의 피지컬 인덱스―여기서, 피지컬 인덱스는 심볼 내의 실제 부반송파 위치를 말함―에서 보호구간(Guard Interval)인 널 부반송파들을 제거하여 중간 인덱스를 생성하는 중간 인덱스 생성부; 및

상기 생성된 중간 인덱스와 파일럿 위치상수를 이용하여 현재 부반송파가 데이터인지 파일럿인지 구별하여 실제 로지컬 인덱스―여기서, 로지컬 인덱스는 데이터 부반송파만으로 이루어진 인덱스임―를 구하는 로지컬 인덱스부

를 포함하는 직교 주파수 분할 다중 시스템에서의 부반송파 역할당 장치.
삭제
제14항에 있어서,

상기 로지컬 인덱스부는,

상기 중간 인덱스에서 파일럿 위치상수를 뺀 값을 9로 나눈 나머지 값에 기초하여 상기 데이터와 파일럿을 구분하는 직교 주파수 분할 다중 시스템에서의 부반송파 역할당 장치.
제16항에 있어서,

상기 로지컬 인덱스부는,

현재 부반송파가 파일럿일 때, 상기 9 나눗셈 연산한 몫에 기초하여 몇 번째 파일럿인지를 구별하는 직교 주파수 분할 다중 시스템에서의 부반송파 역할당 장치.
제14항에 있어서,

상기 로지컬 인덱스부는,

파일럿이 9 반송파 간격으로 이격되어 있고 1K FFT를 사용하는 경우, 다음의 관계식

여기서, sign()은 로지컬 인덱스로 변환할 부반송파의 좌우에 위치한 파일럿 부반송파의 개수를 나타내는 값임.

으로부터 9로 나누는 연산을 수행하는 직교 주파수 분할 다중 시스템에서의 부반송파 역할당 장치.
제18항에 있어서,

상기 관계식에서 곱셈 연산은 멀티플렉서로 구현되는 직교 주파수 분할 다중 시스템에서의 부반송파 역할당 장치.
직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; OFDM) 시스템에서 송신 데이터가 할당된 다수의 부반송파로부터 상기 송신 데이터를 역할당하는 방법에 있어서,

a) 현재의 피지컬 인덱스―여기서, 피지컬 인덱스는 심볼 내의 실제 부반송파 위치를 말함―로부터 널 부반송파를 제거한 중간 인덱스를 생성하여 유효한 부반송파를 구분하는 단계;

b) 상기 구분된 유효한 부반송파의 좌우에 위치한 파일럿 부반송파의 개수를 구하는 단계; 및

c) 상기 b)단계에서 구해진 파일럿 부반송파의 개수에 기초하여 상기 중간 인덱스로부터 실제 로지컬 인덱스를 구하는 단계

를 포함하는 구현되는 직교 주파수 분할 다중 시스템에서의 부반송파 역할당 방법.
삭제
제20항에 있어서,

상기 c)단계에서, 상기 중간 인덱스에서 파일럿 위치상수를 뺀 값을 9로 나눈 나머지 값에 기초하여 파일럿 및 데이터를 구분하는 직교 주파수 분할 다중 시스템에서의 부반송파 역할당 방법.
제22항에 있어서,

상기 중간 인덱스에서 파일럿 위치상수를 뺀 값을 9로 나눈 몫에 기초하여 현재 부반송파가 파일럿일 때 상기 파일럿의 위치를 구분하는 직교 주파수 분할 다중 시스템에서의 부반송파 역할당 방법.