KR100842563B1 - Ｆｂｍ을 이용한 다중접속 기법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 필터를 통해 다중 톤의 전송신호들을 필터링하여 전송하는 단말들에 다중 접속 서비스를 제공하는 기지국으로 구성되는 다중 반송파 기반의 무선 통신 시스템에 관한 것으로 각각의 단말은 입력 신호를 다중화하여 다수의 전송 신호로 출력하는 다중화기, 상기 다수의 전송신호들을 필터링하는 적어도 하나의 필터 뱅크, 상기 필터 뱅크로부터 출력되는 필터링 전송신호들을 역푸리에 변환하는 역푸리에 변환기, 그리고 상기 필터 뱅크에 필터 정보를 제공하는 필터 정보 생성기로 이루어진다. 본 발명에 따른 송신기는 필터로 사용자를 구별하기 때문에 특히 다중 반송파 기반의 통신시스템의 상향 링크에서 문제가 되는 사용자간 동기화 과정이 필요하지 않으므로 시스템 성능의 향상을 기대할 수 있다.

다중접속, FBM (filter bank modulation), FMT (Filtered Multitone),

Description

ＦＢＭ을 이용한 다중접속 기법{FBM-BASED MULTIPLE ACCESS TECHNIQUE}

도 1은 종래의 FMT 변조 방식을 이용하는 송신기의 구조를 보인 블록도;

도 2는 종래의 FMT 변조 방식을 이용하는 수신기의 구조를 보인 블록도;

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 송신기의 구조를 보인 블록도;

도 4는 도 3의 FMT 송신기의 구조를 더욱 상세하게 보인 블록도; 그리고

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 반송파 기반의 신호 전송 방법을 설명하기 위한 순서도.

고속 무선 통신을 실현하는데 있어서 영향을 주는 제약 조건은 부가 잡음을 비롯한 다중경로에 의한 심볼간 간섭(Intersymbol Interference: ISI)을 들 수 있다. 다중 경로에 의한 지연 확산이 하나의 송신 심벌 구간보다 작을 때는 ISI의 영향을 무시 할 수 있으며 이는 심벌 레이트 (symbol rate)가 채널 응답에 의해 제한된다는 것을 의미한다. 다중 반송파 변조 기법은 이러한 제한을 극복하기 위한 한가지 방법으로서, 이른바 각 부채널 (subchannel) 내에서 병렬로 데이터 심볼을 전송하기 위해 일련의 부반송파들을 이용된다. 이러한 방법은 부채널 심벌 구간이 채널 응답 길이를 초과하는 것을 허용함으로써 고속 데이터 전송이 가능하게 한다.

다중 반송파 전송을 위한 여러가지 방법들이 존재하며, 이러한 다중 반송파 전송 방식들은 일반적으로 주파수 스팩트럼을 분할하는데 있어 부 주파수 밴드들의 중첩 여부에 따라 중첩 다중반송파 전송 방식과 및 비중첩 다중 반송파 전송 방식으로 분류할 수 있다.

현재, 디지털 오디오 방송 (digital audio broadcast), 비대칭 디지털 가입자 회선(Asymmetric Digital Subscriber Line: ADSL), 하이퍼랜(High PERformance Radio Local Area Network: HIPERLAN) 같은 표준에서 이용되고 있는 다중 반송파 기법은 인접 반송파들이 중첩된 중첩 다중반송파 전송방식에 속한다. 중첩 다중반송파 전송방식에서는 다중 경로에서 발생하여 직교성을 파괴하는 ISI를 방지하기 위해서 각 전송 심벌에 보호구간 (guard interval)인 삽입된다.

상기 보호구간의 길이가 무선 채널 상의 최대 지연 시간보다 크면 ISI 는 발생하지 않으며 부반송파 간의 직교성도 유지될 수 있다.

이 경우, 다중 경로는 부반송파 신호의 진폭과 위상만을 변화시키게 되고 이는 일련의 복소 이득 계수 (complex gain coefficients)로 쉽게 등화 될 수 있다. 그러나, 채널의 지역확산이 길어질수록 전송 효율이 떨어지게 된다. 이러한 방법들은 무선 통신 시스템에서 이산다중톤 (Discrete Multiton) 변조 혹은 직교주파수분할다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing: OFDM)로 알려져 있다.

이와는 반대로, 필터링된 다중 톤 (filtered Multiton: FMT) 변조 방식에서 는 주파수 스팩트럼이 비중첩 방식으로 이루어진다. FMT 변조 방식에서는 각 부채널 특성이 주파수 영역에서 적절히 쉐이핑되며 수신측에서 부채널 당 신호 등화가 수행된다. FMT 변조 방식은 로우 패스 표본 (일정한 필터 뱅크)의 주파수 편이된 버전들인 M 가지의 필터들을 기반으로 한다. 표본 필터(prototype filter)는, 다중 경로 채널의 길이에 관계없이, 시스템 내의 다른 잡음신호와 비교할 때 채널 간섭 (ICI)이 무시될 수 있고 부 반송파들이 직교에 가까워 지도록 높은 수준의 스팩트럼 봉쇄(spectral containment) 특성을 갖는다. 이런 식으로, FMT 는 다중경로가 존재하는 환경에서 부반송파의 직교성을 유지하기 위해 DMT/OFMD에서 이용되는 주기적 프리픽스 (cyclic prefix)를 필요로 하지 않으며 따라서 전체 용량도 증가하게 된다. 그러나, 여전히 남아있는 심볼간 간섭을 줄이기 위해서는 채널별 등화가 요구된다.

한편, 이동 통신시스템에서는 하향링크에 대해 OFDMA 방식의 적용이 쉬우나 상향링크에 대해서는 사용자간 프레임 동기가 어렵기 때문에 요구되는 OFDMA 성능을 기대하기는 어렵다. 이에 대한 해결책의 하나로 서로 다른 부채널을 사용하는 사용자간 동기화가 필요하지 않은 필터 뱅크 변조 (Filter Bank Modulation: FBM)에 기초한 다중 반송파 방식의 적용이 고려되고 있다.

도 1은 종래의 FMT 변조 방식을 이용하는 송신기를 보인 개략도로서, 사용자 i의 전송 신호

은 다중화기 (12)에 의해 다중화되어 각 부채널의 신호로 분할 된다. 입력신호의 주기를 T라고 하면 부채널 j의 심볼

은 확산기 (14)에 의해 주기가

인 칩 신호

와 곱해져서 주파수 대역

로 확산되고 이렇게 확산된 신호는 FMT 송신기 (16)에 의해 필터링 및 역푸리에변환을 거쳐 송신된다.

도 2는 종래의 FMT 변조 방식을 이용하는 수신기를 보인 개략도로서, 수신 신호는 FMT 수신기에 의해 필터 뱅크 복조(filter bank demodulation: FBD)와 역확산을 거치게 되고 역확산된 신호는 FSLE 등화기 (fractionally-spaced linear equalizer)의 간섭 억제 기능을 통해 다중 사용자의 신호로 검출된다. 여기서, 입력 신호 y(k)는 FMT 수신기 (22) 에 의해 복조되고, 상기 FMT 수신기의 출력 중 j번째 부채널의 수신신호는 다시 P개의 독립적인 FSLE (24)와 직교연결 DFE 등화기(decision feedback equalizer) (26)를 통과하게 된다. 상기 DFE 등화기를 통과한 신호는 각 사용자의 송신 신호를 추정에 이용된다.

그러나, 이와 같은 구조의 종래의 FMT 방식에서는 FMT 송신기 내부의 IFFT 수행 빈도가 심볼 주기의 P배로 늘어나는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 심볼주기 T 마다 IFFT를 수행함으로써 IFFT 횟수를 줄일 수 있는 다중 접속 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 각 사용자 별로 서로 다른 프로토타입 필터를 사 용함으로써 특히 상향링크에서 서로 다른 부채널 사용자들 간의 동기화가 필요하지 않은 다중 접속 방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일국면에 있어서 다중 반송파 기반의 무선통신 시스템을 위한 송신 장치는 입력 신호를 다중화하여 다수의 전송신호로 출력하는 다중화기, 상기 다수의 전송신호들을 필터링하여 전송하는 송신 유닛, 상기 송신 유닛에 필터링에 필요한 필터정보를 제공하는 필터 정보 생성기로 이루어진다.

상기 송신 유닛은 상기 전송신호들을 병렬로 필터링 하기 위한 다수의 필터들로 이루어지는 적어도 하나의 필터 뱅크를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 필터 정보 생성기는 적어도 하나의 수신기에 대한 필터 정보를 저장하거나 외부에서 제공되는 정보에 따라 상기 필터 정보를 생성하는 것을 특징으로 한다.

상기 송신 유닛은 상기 전송신호들을 병렬로 필터링하기 위한 다수의 필터들을 포함하는 필터 뱅크와 상기 필터 뱅크의 필터들로부터 출력되는 신호들을 역푸리에 변환하는 역푸리에 변환기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 일 국면에 있어서, 필터를 통해 다중 톤의 전송신호들을 필터링하여 전송하는 단말들에 다중 접속 서비스를 제공하는 기지국으로 구성되는 다중 반송파 기반의 무선 통신 시스템의 송신기는 입력 신호를 다중화하여 다수의 전송 신호로 출력하는 다중화기, 상기 다수의 전송신호들을 필터링하는 적어도 하나의 필터 뱅크, 상기 필터 뱅크로부터 출력되는 필터링 전송신호들을 역푸리에 변환하는 역푸리에 변환기, 그리고 상기 필터 뱅크에 필터 정보를 제공하는 필터 정보 생성기로 이루어진다.

상기 필터 뱅크는 상기 전송신호들을 병렬로 필터링하기 위한 다수의 필터들로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 필터 정보 생성기는 적어도 하나의 수신기에 대한 필터 정보를 저장하거나 상기 기지국에서 제공되는 정보에 따라 상기 필터 정보를 생성하는 것을 특징으로 한다.

상기 역푸리에 변환기는 상기 입력 신호 주기로 전송 신호들에 대해 역푸리에 변환을 수행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 일국면에 있어서, 다중 반송파 기반의 무선통신 시스템을 위한 송신 방법에서는 입력 신호를 주파수 영역에서 서로 다른 주파수 밴드의 전송신호들로 다중화하고, 상기 전송신호들을 해당 주파수 밴드의 필터들을 이용하여 병렬로 필터링하고, 상기 필터링 된 전송신호들을 입력신호 주기로 역푸리에 변환하여 전송한다.

상기 필터들은 별도의 메모리에 저장되어 있는 필터 정보를 이용하여 설정되거나 외부로부터 수신되는 필터 정보를 이용하여 설정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 일 국면에 있어서, 필터를 통해 다중 톤의 전송신호들을 필터링하여 전송하는 단말들에 다중 접속 서비스를 제공하는 기지국으로 구성되는 다중 반송파 기반의 무선 통신 시스템에서의 송신 방법은 특정 주파수 밴드들을 필터링 하도록 적어도 하나의 필터를 설정하고, 입력신호를 주파수 영역에서 서로 다른 주파수 밴드의 전송신호들로 다중화 하고, 상기 전송 신호들을 상기 필터에 병렬로 통과시켜 필터링하고, 상기 필터링된 전송신호들을 입력신호 주기로 역푸리에 변환하여 전송한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 접속 방법을 설명한다.

본 발명에 따른 신호 전송 기법에서는 T간격의 입력신호를

의 주파수 대역을 가지는 프로토타입 필터 (prototype filter)를 사용하여 확산 하여 전송한다. 다시 말해, 본 발명에 따른 전송 기법에서는 확산을 거치지 않은 T 간격으로 입력되는 신호를 P x K의 업샘플링 율 (upsampling ratio) 을 갖는 FMT 송신기를 이용하여 신호를 전송한다. 이 때 주파수대역이

인 프로토타입 필터를 사용하여 사용자를 구분한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는, 다중 반송파 기반의 통신시스템의 상향링크를 전송을 예를 들어 설명한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 송신기의 구조를 보인 개략도이다.

도 3에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 송신기는 입력 신호

를 다중 화하는 다중화기(32), 상기 다중화기(32)로부터 출력되는 병렬 신호들을 필터링하여 전송하는 FMT 송신기(34), 그리고 상기 FMT 송신기(34)에 필요한 필터 정보를 저장하거나 생성하여 제공하는 필터 정보 생성기(36)로 이루어진다.

도 4는 도 3의 FMT 송신기의 구조를 더욱 상세하게 보인 블록도이다.

상기 FMT 송신 모듈(34)은 다수의 필터 탭(42a)들을 포함하는 적어도 하나의 필터 뱅크(42)와 상기 상기 탭들로부터 출력되는 신호들에 역푸리에 변환을 수행하는 역푸리에 변환기(44)로 이루어진다.

이와 같이 구성된 송신기에 있어서, 사용자의 입력 신호

가 입력되면 상기 다중화기(32)는 상기 입력신호

를 주파수 영역에서 다중화 하여 병렬의 심볼들을 출력한다. 상기 각각의 심볼들은 상기 FMT 송신 모듈(34)의 필터 뱅크의 대응하는 필터 탭(42a)을 통과한 후 무선 채널을 통해 전송된다. 이 과정에서 상기 프로필터뱅크(42)에 의해 필터링 처리된 신호는 사용자별 필터 특성(user specific characteristic)을 갖고, 따라서 수신측에서는 수신신호의 필터특성을 이용하여 사용자를 구별할 수 있게 된다. 수신기의 경우, 필터 뱅크 복조와 FSLE를 이용한 기존의 방식을 적용하여 수신 신호를 처리할 수 있다.

상기 필터뱅크(42)의 필터 특성은 상기 필터 정보 생성기(36)로부터 제공되는 필터 정보에 의해 결정되며 상기 필터 정보 생성기(36)은 사용자 별 필터 정보를 저장하고 있는 저장매체일 수 도 있고 혹은 적절한 필터 정보 생성 알고리즘에 따라 필요한 필터 정보를 생성하는 생성장치일 수도 있다. 또한, 상기 필터 정보는 기지국으로부터 할당되는 채널을 기반으로 생성될 수도 있다.

상기 필터 정보가 상기 필터 정보 생성기에 저장되어 있는 경우, 상기 필터 정보는 기지국으로부터 할당 받을 수 있는 채널들과 해당 채널에 대응하는 미리 결정된 값들을 매칭하는 채널-필터값 매핑 테이블 형식으로 저장될 수도 있다. 따라서, 상기 필터 정보 생성기(36)는 기지국으로 할당 받은 채널에 따라 이에 대응하는 필터 값을 매핑 테이블에서 검색하여 필터뱅크에 제공하고, 상기 필터뱅크(42)는 상기 필터 값에 따라 필터 탭(42a)을 설정하게 된다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 반송파 기반의 신호 전송 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

먼저, 다중 반송파 기반의 통신시스템에 있어서, 송신측(단말 또는 기지국)과 수신측(단말 또는 기지국)은 제어신호 교환을 통해 사용자별 필터 값을 결정하고(S51), 결정된 필터 값에 따라 해당 사용자에 대한 송신 및 수신 필터뱅크를 설정한다(S52). 물론, 동일한 기지국과 통신을 하고 있는 모든 단말들은 서로 다른 필터 값을 할당 받게 되고 그에 따라 개별적으로 필터뱅크를 설정하게 된다.

이와 같은 과정을 거쳐 필터 뱅크의 각 하위 필터 탭들이 특정 주파수 밴드를필터링 하도록 설정된 후, 각 송신기에 전송 신호가 입력되면 (S53) 상기 전송신호는 다중화를 거쳐 다수의 전송 심벌로 분할되고 (S54) 해당 단말에 할당된 필터 값으로 설정된 필터들을 통과 하여 필터링 처리된다 (S55). 각각의 대응 밴드 필터를 통과한 심벌들은 역푸리에 변환된 후 무선채널을 통해 전송된다(S56).

수신기는 해당 송신기로부터 상기 전송신호를 수신하면 상기 전송신호에 포함되어 있는 필터 정보를 기반으로 해당 송신기를 확인하고 복조를 수행하게 된다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 송신 기법에서는 다중화된 신호를 확산부호로 확산하는 대신 주파수대역이

인 (여기서 T는 입력 신호 주기이고 P는 확산 길이 이다) 프로토타입 필터를 이용하여 필터링함으로써 확산 효과를 얻을 수 있으며 입력 신호 주기로 역푸리에 변환을 수행하므로 종래의 기술에 비해 역푸리에 변환의 횟수를 줄일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 송신 기법에서는 필터로서 사용자를 구별하기 때문에 특히 다중 반송파 기반의 통신시스템의 상향 링크에서 문제가 되는 사용자간 동기화 과정이 필요하지 않으므로 시스템 성능의 향상을 기대할 수 있다.

Claims (20)

1. 다중 반송파 기반의 무선통신 시스템의 송신기에 있어서,

   입력 신호를 다중화하여 다수의 전송신호들로 출력하는 다중화기;

   상기 다수의 전송신호들을 사용자별로 서로 다른 프로토 타입 필터를 사용하여 필터링하여 전송하는 송신 유닛; 및

   상기 송신 유닛에 상기 필터링에 필요한 필터정보를 제공하는 필터 정보 생성기를 포함하는 송신기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 송신 유닛은 상기 전송신호들을 병렬로 필터링 하기 위한 다수의 프로토 타입 필터들을 포함하는 적어도 하나의 필터 뱅크를 포함하는 송신기.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 필터 정보 생성기는 적어도 하나의 수신기에 대한 필터 정보를 저장하는 송신기.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 필터 정보 생성기는 사용자에게 할당되는 채널 정보에 따라 상기 필터 정보를 생성하는 송신기.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 송신 유닛은:

   상기 전송신호들을 병렬로 필터링하기 위한 다수의 프로토 타입 필터들을 포함하는 필터 뱅크; 및

   상기 필터 뱅크로부터 출력되는 신호들을 역푸리에 변환하는 역푸리에 변환기를 포함하는 송신기.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 필터 정보 생성기는 적어도 하나의 수신기에 대한 상기 필터 정보를 저장하는 송신기.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 필터 정보 생성기는 사용자에게 할당되는 채널 정보에 따라 상기 필터 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 송신기.
8. 제 5 항에 있어서, 상기 역푸리에변환기는 상기 입력 신호의 주기로 상기 전송 신호들에 대해 역푸리에 변환을 수행하는 송신기.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 무선 통신 시스템은 상기 프로토 타입 필터를 통해 다중 톤의 상기 전송 신호들을 필터링하여 사용자들에게 다중 접속 서비스를 제공하는 송신기.
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 다중 반송파 기반의 무선통신 시스템의 송신 방법에 있어서,

    입력 신호를 주파수 영역에서 서로 다른 주파수 밴드의 전송신호들로 다중화하는 과정;

    상기 전송 신호들을 사용자별로 서로 다른 프로토 타입 필터를 이용하여 병렬로 필터링하는 과정; 및

    상기 필터링된 전송 신호들을 상기 입력신호의 주기로 역푸리에 변환하여 전송하는 송신 방법.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 프로토 타입 필터들은 별도의 메모리에 저장되어 있는 필터 정보를 이용하여 설정되는 송신 방법.
16. 제 14 항에 있어서, 상기 프로토 타입 필터들은 사용자에게 할당되는 채널 정보에 따라 설정되는 송신 방법.
17. 제 14 항에 있어서, 상기 무선 통신 시스템은 상기 프로토 타입 필터를 통해 다중 톤의 상기 전송 신호들을 필터링하여 사용자들에게 다중 접속 서비스를 제공하는 송신 방법.
18. 삭제
19. 삭제
20. 제 14 항에 있어서, 상기 사용자는 상기 프로토 타입 필터에 의해 식별되는 송신 방법.

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