KR100787026B1 - 적응 변조기법과 다중 반송파를 이용한 데이터 송신기 및수신기 - Google Patents

적응 변조기법과 다중 반송파를 이용한 데이터 송신기 및수신기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 멀티미디어 서비스 시스템에서 일정한 전송품질을 보장하면서 동시에 높은 데이터 전송율로 데이터를 전송하는 기술에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 입력되는 데이터(Tb)열을 병렬 데이터로 변환하는 직렬/병렬변환기(11)와; 상기 직렬/병렬변환기(11)로부터 입력받은 데이터를 시스템 파라미터인 직병렬변환 개수(M)와 데이터복사 개수(S)의 변화에 대해 일정한 전송 대역폭을 유지시키기 위한 데이터 반복 전송부(12A-12M)와; 상기 데이터 반복 전송부(12)에서 S개의 부반송파에 실려 출력되는 S개 만큼의 동일 데이터를 CDMA 방식으로 전송하기 위한 변조부(13A-13M)에 의해 달성된다.

Description

적응 변조기법과 다중 반송파를 이용한 데이터 송신기 및 수신기{DATA TRANSMITTER AND RECEIVER USING ADAPTIVE MODULATION TECHNIQUE AND MULTI-CARRIER WAVE}
도 1은 본 발명의 적응 변조기법과 다중 반송파를 이용한 데이터 송신기의 블록도.
도 2는 본 발명의 적응 변조기법과 다중 반송파를 이용한 데이터 수신기의 블록도.
도 3은 시스템 파라미터 변화에 따른 성능변화를 보인 그래프.
***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***
11 : 직렬/병렬변환기 12A-12M : 데이터 반복 전송부
13A-13M : 변조부 14 : 합성기
20A-20M : 수신부 21A-21S : 복조기
22A-22S : 레이크 수신기 23 : 서브채널 컴바이너
24 : 하드 디시젼부 25 : 병렬/직렬변환기
본 발명은 무선 멀티미디어 서비스 시스템에서 일정한 전송품질을 보장하면서 동시에 최대 데이터 전송율로 데이터를 전송하는 기술에 관한 것으로, 특히 멀티 레벨 QAM을 이용한 적응 변조 기법에 다중 반송파 시스템을 이용하여 채널 상황이 변화되더라도 일정한 전송품질을 유지하면서 최대 데이터 전송율을 보장할 수 있도록 한 적응 변조기법과 다중 반송파를 이용한 데이터 송신기 및 수신기에 관한 것이다.
종래의 멀티 레벨(Multi-level) QAM을 이용한 적응 변조 기법에 있어서는, 채널 상황의 변화에 관계없이 일정한 전송품질을 얻기 위해 적절한 컨스틸레이션(constellation)을 선택하여 그에 상응되는 속도로 데이터를 전송하였다. 즉, 양호한 채널 구간에서는 컨스틸레이션 사이즈의 크기를 늘려 고속으로 데이터를 전송하고, 반대로 채널 상황이 악화되었을 때에는 컨스틸레이션 사이즈를 줄여 데이터 전송율이 저하되는 것을 감수하고 향상된 전송품질을 유지할 수 있도록 하였다.
종래의 다중 반송파 방식의 전송 시스템에 있어서는, 여러개의 반송파를 이용하여 데이터를 전송하게 되므로 높은 데이터 전송율을 얻을 수 있으며, 주파수 선택적 채널에서 우수한 성능을 발휘한다.
그러나, 종래의 멀티 레벨(Multi-level) QAM을 이용한 적응 변조 기술에 있어서는 주파수 선택적 채널에서의 지연 확산(delay-spread)에 영향을 받아 고속으로 데이터를 전송하는데 어려움이 있는데, 이는 신호의 지연 확산이 전송 심볼의 전송율에 영향을 받기 때문이다. 또한, 종래 기술에 의한 다중 반송파 방식의 전송 시스템에서는, 채널 상황을 고려하지 않는 고정된 주파수 다이버시티 이득을 갖는 경우 데이터 전송 효율 및 성능이 떨어지는 결함이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 멀티 레벨 QAM을 이용한 적응 변조 기법과 다중 반송파 시스템을 이용하여, 전송 채널의 주파수 선택적 특성에 별다른 영향을 받지 않고 다양한 환경에서도 일정한 전송 품질을 유지하면서 최대의 전송율을 보장하는 적응 변조기법과 다중 반송파를 이용한 데이터 송수신기를 제공함에 있다.
도 1은 본 발명에 의한 적응 변조기법과 다중 반송파를 이용한 데이터 송신기의 일실시 구현예를 보인 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 입력되는 데이터(Tb)열을 병렬 데이터로 변환하는 직렬/병렬변환기(11)와; 상기 직렬/병렬변환기(11)로부터 입력받은 데이터를 시스템 파라미터인 직병렬변환 개수와 데이터복사 개수의 변화에 대해 일정한 전송 대역폭을 유지시키기 위한 데이터 반복 전송부(12A-12M)와; 상기 데이터 반복 전송부(12)에서 S개의 부반송파에 실려 출력되는 S개 만큼의 동일 데이터를 CDMA 방식으로 전송하기 위한 변조부(13A-13M)를 포함하여 구성하였다.
도 2는 본 발명에 의한 적응 변조기법과 다중 반송파를 이용한 데이터 수신 기의 일실시 구현예를 보인 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 전송 채널을 통해 수신되는 신호를 복조하기 위한 복조기(21A-21S)와; 상기 복조기(21A-21S)의 출력 데이터에 대한 다중 경로 페이딩을 보상하여 경로 다이버시티를 얻기 위한 레이크(rake) 수신기(22A-22S)와; 상기 레이크 수신기(22A-22S)에서 출력되는 데이터를 결합하여 주파수 다이버시티를 얻기 위한 서브채널 컴바이너(23)와; 컴바인된 신호를 하드 디시젼하기 위한 하드 디시젼부(24)로 구성된 수신부(20A) 및 이와 동일하게 구성된 수신부(20B-20M)와; 상기 각 수신부(20A-20M)로부터 출력되는 데이터로부터 데이터열을 얻기 위한 병렬/직렬변환기(25)로 구성한 것으로, 이와 같이 구성한 본 발명의 작용을 첨부한 도 3을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
입력되는 데이터(Tb)열이 직렬/병렬변환기(11)를 통해 M개의 데이터로 직병력 변환된 후 출력되고, 이들이 각 데이터 반복 전송부(12A-12M)를 통해 S개로 복사된 후 유저 직교코드가 곱해진 후 S개의 의 부반송파에 실려 전송된다.
이때, 상기 데이터가 복사되기 직전 시스템 파라미터인 M과 S의 변화에 관계없이 항상 일정한 대역폭을 유지하기 위해 데이터 복사 개수인 S개 만큼 레퍼티션(repetition) 전송이 이루어진다. 또한, 전체 대역폭을 항상 일정하게 유지하기 위하여 M과 S의 곱은 항상 일정한 값(예: 32)으로 고정된다.
이와 같이 M과 S의 곱의 결과치를 고정시키되, 수신기로부터의 피드백 정보에 따라 그 M과 S의 값을 적절히 변화시킴으로써, 최적의 성능을 발휘할 수 있게 된다. 또한, S개 만큼 복사된 동일한 데이터가 S개의 다른 부반송파에 실려 전송되므로 주파수 다이버시티(diversity) 효과를 얻을 수 있으며, 채널의 주파수 선택적 특성에도 별다른 영향을 받지 않는다.
상기 반복 전송부(12A-12M)에서 각각 S개의 부반송파에 실려 출력되는 S개 만큼의 동일 데이터가 각각의 변조부(13A-13M)를 통해 CDMA 방식으로 전송된다. 예를 들어, 반복 전송부(12A)에서 출력되는 S개의 데이터는 변조부(13A)에서 S개의 경로 상에서 각각 유저코드 Ck(t)와 곱해지고, 캐리어신호 COS(
Figure 112001035717570-pat00001
)와 곱해진다.
예를 들어, k번째 사용자의 송신 신호는 다음의 [수학식1]과 같이 표현된다.
Figure 112001035717570-pat00002
여기서,
Figure 112001035717570-pat00003
이고,
Figure 112001035717570-pat00004
,
Figure 112001035717570-pat00005
이다.
한편, 수신단에서는 채널을 통과한 신호가 M개의 수신부(20A-20M)를 통해 수신처리되는데, 여기서는 수신부(20A)를 예로하여 설명한다.
상기 송신신호가 전송 채널을 통과한 후 복조기(21A-21S)에서 캐리어신호로 각기 복조처리된 후 레이크 수신기(22A-22S)를 통과하게 되는데, 이때, 다중 경로 다이버시티 이득을 얻을 수 있다. 상기 레이크 수신기(22A-22S)를 통과한 S개의 신호가 서브채널 컴바이너(23)를 통해 더해진 후 하드 디시젼부(24)에 의해 하드 디시젼 처리된다.
상기와 같이 M개의 수신부(20A-20M)를 통해 병렬 처리된 신호가 병렬/직렬변환기(25)를 통해 직렬 데이터로 변환된다.
만일, 송신기에서 송신된 신호가 다음의 [수학식2]와 같은 다중경로 페이딩 전송채널을 통과하는 경우, 수신된 신호는 [수학식3]과 같이 나타난다.
Figure 112001035717570-pat00006
여기서,L은 다중 경로의 계수이며,
Figure 112001035717570-pat00007
으로 제로 민(zero mean)과
Figure 112001035717570-pat00008
의 분산값을 갖는 복소 가우시안 확률 변수이다. 다중 경로의 경로 이득(path gain)
Figure 112001035717570-pat00009
은 레일리(rayleigh) 확률변수
Figure 112001035717570-pat00010
와
Figure 112001035717570-pat00011
까지의 유니폼 앵글(uniform angle)
Figure 112001035717570-pat00012
를 갖는다.
Figure 112001035717570-pat00013
여기서,
Figure 112001035717570-pat00014
는 제로 민, 파워 스펙트럴 덴시티(power spectral density)
Figure 112001035717570-pat00015
를 갖는 AWGN이며,
Figure 112001035717570-pat00016
와 같다.
상기 레이크 수신기(22A-22S)를 통과한 신호는 다음의 [수학식4]와 같이 표현되며, 레이크 폭을
Figure 112001035717570-pat00017
라고 할 때, 수신된 신호
Figure 112001035717570-pat00018
의 최종 디시젼 스태틱스(decision statics )는 다음의 [수학식5]와 같이 표현된다.
Figure 112001035717570-pat00019
Figure 112001035717570-pat00020
여기서, D는 목표로 하는 신호이고,
Figure 112001035717570-pat00021
는 제로 민과 베어리언스 (zero mean and variance)
Figure 112001035717570-pat00022
의 가우시안 확률 변수이며, I는 간섭성분이다.
도 3의 그래프에 나타낸 바와 같이, 상기 시스템 파라미터인 데이터 복사 개수 S의 값을 증가시킴으로써, 보다 높은 주파수 다이버시티 이득을 얻을 수 있음을 알 수 있다. 이와 같이 본 송수신기는 변조 레벨이 제어 시스템에 다중 반송파 시스템 구조를 적용함으로써, 도 3에서 볼 수 있듯이 일반적인 MC-DS-CDMA 시스템(S가 1인 경우)보다 우수한 성능을 발휘하며, 채널의 주파수 선택적 특성에 의한 성능 저하를 방지할 수 있게 된다.
하지만, S의 값이 증가함에 따라 M=32/S의 관계에 의해 데이터 전송율은 떨어지게 된다. 도 3의 그래프는 일정한 전송 품질을 보장하면서 동시에 최대 데이터 전송율을 보장하는 시스템 파라미터 S(또는 M)의 값을 보여주고 있으며, 이와 같은 원리를 이용하여 채널 환경 변화에 따른 전송 품질의 큰 변화없이 최대한의 데이터 전송율을 제공하는 시스템을 운용할 수 있게 된다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 시스템 파라미터인 데이터 복사 개수 S의 값을 증가시킴으로써, 보다 높은 주파수 다이버시티 이득을 얻을 수 있는 효과가 있다. 또한, 시스템 파라미터 S(또는 M)의 값을 적절히 조정함으로써, 일정한 전송 품질을 보장하면서 동시에 최대 데이터 전송율을 보장할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 입력되는 데이터(Tb)열을 병렬 데이터로 변환하는 직렬/병렬변환기(11)와; 상기 직렬/병렬변환기(11)로부터 입력받은 데이터를 시스템 파라미터인 직병렬변환 개수(M)와 데이터복사 개수(S)의 변화에 대해 일정한 전송 대역폭을 유지시키기 위한 데이터 반복 전송부(12A-12M)와; 상기 데이터 반복 전송부(12)에서 S개의 부반송파에 실려 출력되는 S개 만큼의 동일 데이터를 CDMA 방식으로 전송하기 위한 변조부(13A-13M)를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 적응 변조기법과 다중 반송파를 이용한 데이터 송신기.
  2. 제1항에 있어서, 데이터 반복 전송부(12A-12M)는 전체 대역폭을 항상 일정하게 유지하기 위하여 복사되기 직전 시스템 파라미터인 M과 S의 곱을 항상 일정한 값으로 유지하는 것을 특징으로 하는 적응 변조기법과 다중 반송파를 이용한 데이터 송신기.
  3. 제2항에 있어서, 시스템 파라미터인 M과 S의 곱은 32인 것을 특징으로 하는 적응 변조기법과 다중 반송파를 이용한 데이터 송신기.
  4. 제1항에 있어서, 데이터 반복 전송부(12A-12M)는 최적의 성능을 발휘하기 위해 수신기로부터의 피드백 정보에 따라 상기 M과 S의 값을 적절히 변화시키는 것을 특징으로 하는 적응 변조기법과 다중 반송파를 이용한 데이터 송신기.
  5. 전송 채널을 통해 수신되는 신호를 복조하기 위한 복조기(21A-21S)와; 상기 복조기(21A-21S)의 출력 데이터에 대한 다중 경로 페이딩을 보상하여 경로 다이버시티를 얻기 위한 레이크 수신기(22A-22S)와; 상기 레이크 수신기(22A-22S)에서 출력되는 데이터를 결합하여 주파수 다이버시티를 얻기 위한 서브채널 컴바이너(23)와; 컴바인된 신호를 하드 디시젼하기 위한 하드 디시젼부(24)로 수신부(20A)를 구성하고, 이 수신부(20A)에 그와 동일하게 구성된 수신부(20B-20M)를 병렬로 접속하여 구성한 것을 특징으로 하는 적응 변조기법과 다중 반송파를 이용한 데이터 수신기.
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