KR100756335B1 - 직교주파수분할다중접속시스템의 심볼간 간섭 제거 방법 및시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직교주파수분할다중접속 (Orthogonal Frequency Division Multiple Access: OFDMA) 방식의 셀룰러 통신 시스템에서 소프트 핸드오버 시 핸드오버에 연루되어 있는 두 기지국의 심볼간 간섭 (Inter??Symbol Interference: 이하"ISI"라 칭함)을 최소화하기 위한 ISI 제거 방법 및 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 간섭 제거 방법은 송신기에서 시간 축 상에서 연속된 동일한 형태의 두 개의 패턴을 갖도록 OFDMA 심볼을 전송하는 과정과, 수신기에서 상기 OFDMA 심볼을 수신하여 시간축 상에서 전반부와 후반부로 분할하는 과정과, 상기 OFDMA 심볼의 후반부를 반복하여 OFDMA 심볼을 복구하는 과정과, 그리고 상기 복구된 OFDMA 심볼로부터 전송 신호를 복원하는 과정을 포함한다.

따라서 본 발명의 OFDMA 시스템을 위한 ISI 제거 방법은 많은 장점이 있음에도 불구하고 각 기지국에서 전송한 신호가 해당 단말로 도달하는데 걸리는 시간과 각 채널이 갖는 시간 지연에 의해 ISI가 발생하여 단말에서 복원이 어려웠으나 CDMA시스템에서는 각 기지국으로부터 신호간에 ISI가 발생하더라도 각각의 멀티패스로부터 신호를 분리하는 방식을 채택함으로써 ISI를 효율적으로 제거한다.

직교주파수분할다중접속(OFDMA), 핸드오버 (HANDOVER), 심볼 간섭 (ISI)

Description

직교주파수분할다중접속시스템의 심볼간 간섭 제거 방법 및 시스템{ISI CANCELLATION METHOD AND SYSTEM FOR ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLE ACCESS}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 OFDMA 셀룰러 통신 시스템의 기지국 송신기 구조를 개략적으로 보인 구성도

도 2는 도 1의 역푸리에 변환기에서 각 부채널에 IFFT 계수를 할당하는 과정을 설명하기 위한 개념도

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 OFDMA 심볼의 구조를 개략적으로 보인 도면이다.

본 발명은 직교주파수분할다중접속 (Orthogonal Frequency Division Multiple Access: OFDMA) 방식의 셀룰러 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 소프트 핸드오버 시 핸드오버에 연루되어 있는 두 기지국의 심 볼간 간섭 (Inter-Symbol Interference: ISI)을 최소화하기 위한 ISI 제거 방법 및 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, OFDMA 방식을 사용하는 무선 셀룰러 통신 시스템에서는 하드 핸 드오프 (Hard Handover) 방식이 사용된다. 그러나 주파수 재사용 계수를 1로 적용한 무선 망 구조에서는 다이버시티(Diversity) 이득 및 셀 엣지 (Cell edge)에서의 향상된 신호대 간섭 잡음비 (Carrier-to-interference-and-noise ratio: CINR)등의 장점을 가지는 소프트 핸드오프 (Soft Handover) 방식이 제안 및 연구되어 있다.

주파수 재사용 계수가 1인 무선 통신 시스템에서 소프트 핸드오버를 구현하기 위한 심볼 및 부반송파 할당은 세 가지 방식으로 구현될 수 있다.

첫 번째 방법은 두 개의 기지국에서 같은 타임 슬롯에 같은 부반송파를 이용해 동일한 신호를 전송하는 방법이다. 이 경우, 단말은 각 기지국이 신호를 구분할 필요 없이 한 기지국의 신호를 수신할 때와 같은 방법으로 신호를 수신하면 된다. 또한 두 기지국에서 동일한 자원을 할당하므로, 두 기지국에서 보내는 할당 정보 (MAP)를 모두 수신할 필요 없이 한쪽의 할당 정보만을 수신해도 신호 수신에 문제가 발생하지 않는다. 이 방법은 음역지역을 줄이고 수신 CINR을 높이는 효과가 있다.

두 번째 방법은 두 개의 기지국에서 같은 타임 슬롯에 다른 부반송파를 사용하여 전송하는 방법이다. 이 경우, 단말은 기본적으로 각 기지국이 보내는 할당 정보를 모두 수신할 수 있어야 각 기지국에서 할당한 부반송파를 알고 데이터 신호를 수신할 수 있다. 이 방법을 이용하는 경우 주파수 다이버시티 이득을 향상시킬 수 있다.

세 번째 방법은 두 개의 기지국에서 각기 다른 타임 슬롯과 부반송파를 사용하여 전송하는 방법이다. 이 방법은 두 번째 방법과 마찬가지로 각 기지국이 보내 는 할당 정보를 모두 수신해야만 데이터 수신이 가능하다.

이와 같이, 동일 타임슬롯 동일 부 채널, 동일 타임 슬롯 다른 부 채널, 다른 타임 슬롯 다른 부 채널 할당 방식을 이용하여 소프트 핸드오버를 구현할 경우, 단말은 핸드오버에 연루되어 있는 각 기지국으로부터의 신호를 정상적으로 수신하기 위해서는 단말 안테나로 입력되는 각 기지국의 심볼 타이밍이 순환 접두어 (Cyclic Prefix: CP) 이내의 오차로 동기가 되어 있어야 한다. 만약, CP 보다 긴 지연이 발생하면, 인접한 심볼간의 간섭, 즉 심볼간 간섭 (Inter-Symbol Interference: ISI)이 발생하여 수신 CINR이 급격하게 떨어지고, 수신 에러가 늘어나 신호 복원이 어려워진다.

일반적으로 각 기지국의 송신 안테나 별 프레임 동기는 WiBro 와 같이 GPS에 의해 동기화되어 있다. 그러나, 단말과 각 기지국 간의 왕복 지연 (Round Trip Delay: RTD)가 다르고, 또한 각 기지국과 단말 간 형성된 다중경로(Multipath)에 의한 지연 확산 (Delay Spread)에 의해 심볼 동기 오차는 CP 이상으로 발생할 수 있다.

따라서 본 발명의 목적은 OFDMA 기반의 셀룰러 무선 통신 시스템에서 소프트 핸드오버 시 ISI 제거 방법 및 시스템을 제공함에 있다.

상기 목적을 수행하기 위한 본 발명은 송신기에서 시간축 상에서 연속된 동일한 형태의 두 개의 패턴을 갖도록 OFDMA 심볼을 전송하는 과정과; 수신기에서 상기 OFDMA 심볼을 수신하여 시간축 상에서 전반부와 후반부로 분할하는 과정과; 상기 OFDMA 심볼의 후반부를 반복하여 OFDMA 심볼을 복구하는 과정과; 그리고 상기 복구된 OFDMA 심볼로부터 전송 신호를 복원하는 과정을 포함한다.

바람직하게는, OFDMA 심볼 전송 과정 전에 상기 OFDMA 심볼에 순환 전치 부호 (CP)를 삽입하는 과정을 더욱 포함한다.

바람직하게는, 상기 OFDMA 심볼 복구 과정 전에 상기 순환 전치 부호를 제거하는 과정을 더욱 포함한다.

바람직하게는, OFDMA 심볼을 전송하는 과정은 입력되는 비트 스트림을 구상 진폭 변조하여 병렬 신호들로 출력하는 과정과; 상기 병렬 신호들을 상기 OFDMA 심볼을 구성하는 짝수 번째 부반송파들에만 할당하여 역푸리에 변환을 수행하는 과정을 포함한다.

바람직하게는, 상기 OFDMA 심볼 전송 과정은 상기 OFDMA 심볼을 구성하는 0번째 부반송파와 홀수 번째 부반송파들에 0을 할당하는 과정을 포함한다.

본 발명의 다른 일 국면에 있어서, 상기한 목적은 소프트 핸드오프를 지원하는 직교주파수분할다중접속 (Orthogonal Frequency Division Multiple Access: OFDMA) 시스템의 간섭 제거 방법에 의해 달성된다.

본 발명의 간섭 제거 방법은 핸드오프에 연루된 기지국들 각각이 시간축 상에서 연속된 동일한 형태의 두 개의 패턴을 갖도록 OFDMA 심볼을 생성하는 과정; 상기 OFDMA 심볼에 순환 전치 부호 (CP)를 삽입하여 전송하는 과정과; 단말에서 상기 OFDMA 심볼을 수신하여 상기 순환 전치 부호를 제거하는 과정과; 시간축 상에서 상기 OFDMA 심볼을 전반부와 후반부로 분할하는 과정과; 상기 OFDMA 심볼의 후반부 를 반복하여 OFDMA 심볼을 복구하는 과정과; 그리고 상기 복구된 OFDMA 심볼로부터 전송 신호를 복원하는 과정을 포함한다.

바람직하게는, 상기 OFDMA 심볼을 생성하는 과정은 입력되는 비트 스트림을 구상 진폭 변조하여 병렬 신호들로 출력하는 과정과, 상기 병렬 신호들을 상기 OFDMA 심볼을 구성하는 짝수 번째 부반송파들에만 할당하여 역 푸리에 변환을 수행하는 과정을 포함한다.

바람직하게는, 상기 OFDMA 심볼을 생성하는 과정은 상기 OFDMA 심볼을 구성하는 0번째 부반송파와 홀수 번째 부반송파들에 0을 할당하는 과정을 포함한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 삽입한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명의 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 OFDMA 셀룰러 통신 시스템의 기지국 송신기 구조를 개략적으로 보인 구성도이다.

도 1에서 보는 바와 같이,

본 발명의 일 실시예에 따른 기지국 송신기는 입력되는 비트 스트림을 구상 진폭 변조 (Quadrature Aplitude Modulation: QAM) 방식으로 변조하여 로 출력하는 QAM 맵퍼 (101)와,

상기 QAM 맵퍼(101)로부터 출력되는 신호에 대해 역푸리에 변환을 수행하여 시간 영역의 OFDMA 심볼을 출력하는 역푸리에 변환기 (Inverse Fast Fourier Transform: IFFT) (103)와,

상기 역푸리에 변환기(103)로부터 출력되는 OFDMA 심볼에 CP를 삽입하는 CP 삽입기 (105)를 포함한다.

도 2는 도 1의 역푸리에 변환기(103)에서 각 부채널에 IFFT 계수를 할당하는 과정을 설명하기 위한 개념도이다.

도 2에서 보는 바와 같이, 상기 QAM 맵퍼 (101)로부터 출력되는 신호는 상기 역푸리에 변환기 (103)의 역푸리에 계수 (IFFT coefficient)로서 입력된다. 이 때, 짝수 인덱스의 부반송파에만 QAM 신호가 할당되며, 0 번째 부반송파 (DC 성분)와 홀수 인덱스의 부반송파에는 0이 할당된다.

상기와 같은 절차에 의해 기지국에서 생성된 신호를 수신한 단말은 심볼 동기를 획득하고, 수신된 OFDMA 심볼로부터 CP를 제거한 후 푸리에 변환을 수행하여 QAM 신호로 복원한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 OFDMA 심볼의 구조를 개략적으로 보인 도면이다.

수신된 OFDMA 심벌에서 CP (301)를 제거하면, 심볼은 동일한 패턴이 한 심볼 내에서 전반부 (303)와 후반부(305)에 정확히 2번 반복되는 형상을 갖는 구조이다.

따라서, 상기 심볼의 전반부 (303)와 후반부 (305)를 분할 한 후 둘 중 어는 것을 취하더라도 신호를 복원할 수 있게 된다.

그러나, 심볼의 전분부 (303)는 ISI에 의해 왜곡되었을 가능성이 있으므로 뒤쪽 반을 취함으로써 ISI를 제거할 수 있다. 이 경우 현재 심볼 길이는 1/2로 줄게 되므로, 취해진 심볼의 후반부를 두 번 반복하여 원래 길이의 OFDMA 심볼로 복원한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 소프트 핸드오버에 있어 많은 장점을 갖고 있음에도 불구하고 각 기지국에서 전송한 신호가 해당 단말로 도달하는데 걸리는 시 간과 각 채널이 갖는 시간 지연에 의해 발생하는 ISI로 인한 신호 왜곡으로 사용이 제한적이 였으나 소프트 핸드오버 방식을 적용함에 있어 각각의 단말 수신기에서 각각의 멀티 패스로부터의 신호를 분리하는 방식에 의해 ISI를 효율적으로 제거할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 ISI 제거 방법에서는 단말이 수신한 각 기지국으로부터의 신호가 CP 이상의 지연 시간을 갖더라도 수신 신호에 대한 ISI 제거가 가능하기 때문에 OFDMA 시스템에 소프트 핸드오버의 적용이 용이하며 신호 복원의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Claims (9)

1. 송.수신기를 가지는 직교주파수분할다중접속 (OFDMA) 시스템에 있어서,

   상기 송신기에서 시간 축 상에서 연속된 동일한 형태의 두 개의 패턴을 갖도록 OFDMA 심볼을 전송하는 과정과,

   상기 수신기에서 상기 OFDMA 심볼을 수신하여 시간 축 상에서 전반부와 후반부로 분할하는 과정과,

   상기 OFDMA 심볼의 후반부를 반복하여 OFDMA 심볼을 복구하는 과정과,

   상기 복구된 OFDMA 심볼로부터 전송 신호를 복원하는 과정을 포함하는 심볼 간섭 제거 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 OFDMA 심볼 전송 과정 전에 상기 OFDMA 심볼에 순환 전치 부호 (CP)를 삽입하는 과정을 더욱 포함하는 심볼 간섭 제거 방법.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 OFDMA 심볼 복구 과정 전에 상기 순환 전치 부호를 제거하는 과정을 더욱 포함하는 심볼 간섭 제거 방법.
4. 제 1항에 있어서, OFDMA 심볼을 전송하는 과정은:

   입력되는 비트 스트림을 구상 진폭 변조하여 병렬 신호들로 출력하는 과정과,

   상기 병렬 신호들을 상기 OFDMA 심볼을 구성하는 짝수번째 부반송파들에 만 할당하여 역푸리에 변환을 수행하는 과정을 포함하는 심볼 간섭 제거 방법.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 OFDMA 심볼 전송 과정은 상기 OFDMA 심볼을 구성하는 0번째 부반송파와 홀수 번째 부반송파들에 0을 할당하는 과정을 포함하는 심볼 간섭 제거 방법.
6. 소프트 핸드오프를 지원하는 직교주파수분할다중접속 (OFDMA) 시스템에 있어서,

   상기 핸드 오프에 연루된 기지국들 각각이 시간축 상에서 연속된 동일한 형태의 두 개의 패턴을 갖도록 OFDMA 심볼을 생성하는 과정과,

   상기 OFDMA 심볼에 순환 전치 부호 (CP)를 삽입하여 전송하는 과정과,

   상기 OFDMA 심볼을 단말에서 수신하여 상기 순환 전치 부호를 제거하는 과정과,

   상기 시간축 상에서 상기 OFDMA 심볼을 전반부와 후반부로 분할하는 과정과,

   상기 OFDMA 심볼의 후반부를 반복하여 OFDMA 심볼을 복구하는 과정과,

   상기 복구된 OFDMA 심볼로부터 전송 신호를 복원하는 과정을 포함하는 심볼 간섭 제거 방법.
7. 제 6항에 있어서, 상기 OFDMA 심볼을 생성하는 과정은:

   입력되는 비트 스트림을 구상 진폭 변조하여 병렬 신호들로 출력하는 과정과,

   상기 병렬 신호들을 상기 OFDMA 심볼을 구성하는 짝수번째 부반송파들에만 할당하여 역푸리에 변환을 수행하는 과정을 포함하는 심볼 간섭 제거 방법.
8. 제 7항에 있어서, 상기 OFDMA 심볼을 생성하는 과정은 상기 OFDMA 심볼을 구성하는 0 번째 부반송파와 홀수 번째 부반송파들에 0을 할당하는 과정을 포함하는 심볼 간섭 제거 방법.
9. 소프트 핸드오프를 지원하는 직교주파수분할다중접속 (OFDMA) 시스템에 있어서,

   상기 핸드 오프에 연루된 기지국들 각각이 시간축 상에서 연속된 동일한 형태의 두 개의 패턴을 갖도록 OFDMA 심볼을 생성하는 OFDMA 심볼생성부와,

   상기 생성된 OFDMA 심볼에 순환 전치 부호 (CP)를 삽입하여 전송하는 CP삽입부와,

   상기 CP가 삽입되어 전송된 OFDMA 심볼을 단말에서 수신하여 상기 순환 전치 부호를 제거하는 CP제거부와,

   상기 시간축 상에서 상기 OFDMA 심볼을 전반부와 후반부로 분할하는 전.후반 분활부와,

   상기 분활된 OFDMA 심볼의 후반부를 반복하여 OFDMA 심볼을 복구하는 OFDMA 심볼 복구부와,

   상기 복구된 OFDMA 심볼로부터 전송 신호를 복원하는 복원부를 포함하는 심볼 간섭 제거 시스템.

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