KR100917708B1 - 데이터 전송 장치 및 방법, 데이터 수신 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

데이터 전송 장치는 복수의 디지털 변조 심볼을 복수의 부반송파에 할당하여 복수의 부반송파 신호를 생성하고, 복수의 시퀀스 중 어느 하나의 시퀀스를 복수의 부반송파 신호에 적용하여 복수의 시퀀스 적용 신호를 생성한다. 이후 복수의 시퀀스 적용 신호를 푸리에 역변환 하여 복수의 푸리에 역변환 심볼을 생성하고, 복수의 푸리에 역변환 심볼에 대한 첨두 대 평균 전력 비를 계산하여, 첨두 대 평균 전력 비가 임계값보다 큰 경우 복수의 시퀀스 중 다른 하나의 시퀀스를 복수의 부반송파 신호에 적용하여 복수의 시퀀스 적용 신호를 생성한다. 이를 통해 전송되는 데이터의 첨두 대 평균 전력 비를 감소 시킬 수 있다.
OFDM, SLM, PAPR, 위상

Description

데이터 전송 장치 및 방법, 데이터 수신 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TRANSMITTING DATA, APPARATUS AND METHOD FOR RECEIVING DATA}
도 1은 OFDM 통신 시스템에서 데이터 전송 장치의 구성도이다.
도 2는 OFDM 통신 시스템에서 데이터 수신 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 데이터 전송 장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 데이터 전송 장치가 전송하는 프레임의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 데이터 수신 장치의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 파일럿 패턴 생성부의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 데이터 전송 방법을 도시한 순서도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 데이터 수신 방법을 도시한 순서도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 데이터 전송 장치에 대한 보정 부적 분포 함수(Complementary Cumulative Distribution Function, CCDF)를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 데이터 전송 장치가 적용한 시퀀스에 대한 오류 검출율(Detection Error Rate, DER)을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 데이터 수신 장치가 생성한 데이터에 대한 비트 오류율(Bit Error Rate, BER)을 도시한 도면이다.
본 발명은 데이터 전송 장치 및 방법, 데이터 수신 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히 본 발명은 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 방식을 사용하는 통신 시스템의 데이터 전송 장치 및 방법, 데이터 수신 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT신성장동력핵심기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2005-S-002-03, 과제명: 스펙트럼 사용효율 개선을 위한 cognitive radio 기술].
OFDM 방식은 단일 반송파 전송 방식에 비해 높은 스펙트럼 효율을 가지고, 다중 경로 페이딩 환경에 강하기 때문에 고속 데이터 전송 시스템에 적합하다.
그러나 OFDM 방식은 전송 신호의 첨두 전력 대 평균 전력 비(Peak-to-Average Power Ratio, PAPR)가 크다는 단점이 있다. 이는 주파수 영역(frequency domain)에서 제한된 크기를 가지는 신호들이 IFFT 됨에 따라 시간 영역(time domain)에서는 높은 최대치를 가지는 신호가 생성되기 때문이다. 따라서 OFDM 방식을 따르는 전송 신호가 고 전력 증폭기(High Power Amplifier, HPA)와 같은 비선형 소자(nonlinear device)를 통과하는 경우 높은 PAPR로 인해서 신호가 왜곡되는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 OFDM 통신 시스템에서 PAPR을 감소시켜 데이터를 전송하는 장치 및 방법과, 데이터를 수신하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 데이터 전송 방법은 복수의 디지털 변조 심볼을 복수의 부반송파에 할당하여 복수의 부반송파 신호를 생성하는 단계, 복수의 시퀀스 중 어느 하나의 시퀀스를 복수의 부반송파 신호에 적용하여 복수의 부반송파 신호에 각각 대응하는 복수의 시퀀스 적용 신호를 생성하는 단계, 복수의 시퀀스 적용 신호를 푸리에 역변환 하여 복수의 푸리에 역변환 심볼을 생성하는 단계, 복수의 푸리에 역변환 심볼에 대한 첨두 대 평균 전력 비를 계산하는 단계, 및 첨두 대 평균 전력 비가 임계값보다 큰 경우, 복수의 시퀀스 중 다른 하나의 시퀀스를 복수의 부반송파 신호에 적용하여 복수의 시퀀스 적용 신호를 생성하는 단계를 포함한다.
이때 첨두 대 평균 전력 비가 임계값보다 작은 경우, 푸리에 역변환 심볼을 전송하는 단계를 더 포함한다.
또한 이때 복수의 시퀀스는 복수의 시퀀스에 각각 대응하는 복수의 인덱스를 가지고, 복수의 시퀀스 적용 신호를 생성하는 단계는 복수의 인덱스에 따라 복수의 시퀀스 중 우선 순위를 가지는 시퀀스를 복수의 부반송파 신호에 적용하여 복수의 시퀀스 적용 신호를 생성하는 단계를 포함한다.
또한 이때 복수의 시퀀스의 각각은 복수의 인자를 포함하고, 복수의 시퀀스 적용 신호를 생성하는 단계는 복수의 부반송파 신호에 복수의 시퀀스 중 어느 하나 의 시퀀스에 포함된 복수의 인자를 각각 적용하여 복수의 시퀀스 적용 신호를 생성하는 단계를 포함한다.
또한 이때 복수의 부반송파 신호를 생성하는 단계는 복수의 디지털 변호 심볼에 복수의 파일럿 심볼을 삽입하여 복수의 파일럿 삽입 심볼을 생성하는 단계, 및 파일럿 삽입 심볼을 복수의 부반송파에 할당하여 복수의 부반송파 신호를 생성하는 단계를 포함한다.
또한 이때 복수의 비트를 포함하는 데이터를 디지털 변조하여 복수의 비트에 대응하는 복수의 디지털 변조 심볼을 생성하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 데이터 수신 방법은 복수의 데이터 심볼과 프리앰블을 포함하는 프레임을 수신하는 단계, 복수의 데이터 심볼을 푸리에 변환하여 복수의 푸리에 변환 심볼을 생성하는 단계, 복수의 푸리에 변환 심볼에서 파일럿을 추출하여 복수의 파일럿 심볼을 생성하는 단계, 복수의 파일럿 심볼에 복수의 시퀀스를 각각 적용하여 복수의 시퀀스에 각각 대응하는 복수의 파일럿 패턴을 생성하는 단계, 복수의 파일럿 패턴 중 상호 상관이 가장 큰 파일럿 패턴에 대응하는 시퀀스를 출력하는 단계, 시퀀스를 바탕으로 복수의 파일럿 심볼에 각각 대응하는 복수의 채널 주파수 응답을 생성하는 단계, 및 복수의 채널 주파수 응답을 바탕으로 복수의 푸리에 변환 심볼을 복조하여 복수의 비트를 포함하는 데이터를 생성하는 단계를 포함한다.
이때 복수의 시퀀스의 각각은 복수의 인자를 포함하고, 복수의 파일럿 패턴을 생성하는 단계는 복수의 파일럿 심볼에 복수의 시퀀스 중 하나의 시퀀스에 포함 된 복수의 인자를 각각 적용하여 파일럿 패턴을 생성하는 단계를 포함한다.
또한 이때 프리앰블에 대응하는 프리앰블 채널 주파수 응답을 생성하는 단계를 포함하고, 복수의 파일럿 패턴을 생성하는 단계는 프리앰블 채널 주파수 응답을 바탕으로 복수의 파일럿 심볼을 보상하여 복수의 파일럿 심볼에 각각 대응하는 복수의 채널 보상된 파일럿 심볼을 생성하는 단계, 및 복수의 채널 보상된 파일럿 심볼에 복수의 시퀀스를 각각 적용하여 복수의 시퀀스에 각각 대응하는 복수의 파일럿 패턴을 생성하는 단계를 포함한다.
또한 이때 데이터를 생성하는 단계는 복수의 채널 주파수 응답을 보간하여 복수의 푸리에 변환 심볼에 각각 대응하는 복수의 보간된 채널 주파수 응답을 생성하는 단계, 및 복수의 보간된 채널 주파수 응답에 따라 복수의 푸리에 변환 심볼을 복조 하여 복수의 비트를 포함하는 데이터를 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 데이터 전송 장치는 변조부, 시퀀스 출력부, 복수의 곱셈부, 푸리에 역변환 연산부, 첨두 대 평균 전력 비 계산부, 및 반복 제어부를 포함한다. 변조부는 복수의 비트를 포함하는 데이터를 변조하여 복수의 비트에 대응하는 복수의 변조 심볼을 출력하고, 시퀀스 출력부는 각각이 복수의 인자를 포함하는 복수의 시퀀스 중 어느 하나의 시퀀스를 출력하며, 복수의 곱셈부는 복수의 변조 심볼에 시퀀스를 적용하여 복수의 시퀀스 변조 심볼을 출력한다. 푸리에 역변환 연산부는 복수의 시퀀스 변조 심볼을 푸리에 역변환 하여 복수의 푸리에 역변환 심볼을 출력하고, 첨두 대 평균 전력 비 계산부는 복수의 푸리에 역변환 심볼의 첨두 대 평균 전력 비를 계산하여 첨두 대 평균 전력 비와 임계값을 비교하 고, 첨두 대 평균 전력 비가 임계값보다 큰 경우 반복 메시지를 출력하며, 반복 제어부는 반복 메시지에 따라 시퀀스 출력 메시지를 출력한다. 이때 시퀀스 출력부는 시퀀스 출력 메시지에 따라 복수의 시퀀스 중 다른 하나의 시퀀스를 출력한다.
또한 이때 첨두 대 평균 전력 비 계산부는 첨두 대 평균 전력 비가 임계값보다 작은 경우 복수의 푸리에 역변환 심볼을 출력한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 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 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 데이터 전송 장치 및 방법, 데이터 수신 장치 및 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
다음은 도 1을 참고하여 OFDM 통신 시스템에서 선택 사상(Selective Mapping, SLM) 기법을 이용하는 데이터 전송 장치에 대해 설명한다.
도 1은 OFDM 통신 시스템에서 데이터 전송 장치의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 데이터 전송 장치(100)는 직렬-병렬 변환부(110), M 개의 위상 패턴 적용부(120), M 개의 고속 푸리에 역 변환 연산부(Inverse Fast Fourier Transform 연산부, IFFT 연산부)(130), 심볼 선택부(140), 병렬-직렬 변환부(150), 및 전송부(160)를 포함한다. 이때 M 개의 위상 패턴 적용부(120)는 M 개의 위상 패턴에 각각 대응하고, M 개의 IFFT 연산부(130)는 M 개의 위상 패턴 적용부(120)에 각각 대응한다.
직렬-병렬 변환부(110)는 복수의 디지털 변조 심볼로 구성되는 데이터를 직렬로 입력 받아 병렬로 출력한다.
M 개의 위상 패턴 적용부(120)의 각각은 직렬-병렬 변환부(110)로부터 복수의 디지털 변조 심볼을 병렬로 입력 받아, 복수의 디지털 변조 심볼의 각각에 해당 위상 패턴 적용부(120)에 대응하는 위상 패턴을 적용하여 복수의 위상 패턴 적용 심볼을 출력한다. 이때 복수의 위상 패턴 적용 심볼을 위상 패턴 적용 심볼 그룹이라고 한다. M 개의 위상 패턴 적용부(120)는 M 개의 위상 패턴에 각각 대응하는 M 개의 위상 패턴 적용 심볼 그룹을 출력한다.
M 개의 IFFT 연산부(130)의 각각은 해당 IFFT 연산부(130)에 대응하는 위상 패턴 적용부(120)로부터 복수의 위상 패턴 적용 심볼을 입력 받아, 복수의 위상 패턴 적용 심볼에 대해 고속 푸리에 역 변환(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT)을 수행하여 복수의 직교 주파수 분할 다중화 심볼(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Symbol, OFDM 심볼)을 출력한다. 이때 복수의 OFDM 심볼을 OFDM 심볼 그룹이라고 한다. M 개의 IFFT 연산부(130)는 M 개의 위상 패턴 적용 심볼 그룹에 각각 대응하는 M 개의 OFDM 심볼 그룹을 출력한다.
심볼 선택부(140)는 M 개의 IFFT 연산부(130)로부터 M 개의 OFDM 심볼 그룹을 입력 받아, M 개의 OFDM 심볼 그룹 중에서 첨두 전력 대 평균 전력 비(Peak-to-Average Power Ratio, PAPR)가 가장 작은 OFDM 심볼 그룹을 선택하여 선택된 OFDM 심볼 그룹과 선택된 OFDM 심볼 그룹의 위상 패턴 정보를 출력한다.
병렬-직렬 변환부(150)는 심볼 선택부(140)로부터 복수의 OFDM 심볼을 병렬로 입력 받아 직렬로 출력한다.
전송부(160)는 병렬-직렬 변환부(150)로부터 복수의 OFDM 심볼을 입력 받고, 선택된 위상 패턴의 정보를 심볼 선택부(140)로부터 입력 받아, 복수의 OFDM 심볼과 위상 패턴 정보를 채널을 통해 데이터 수신 장치로 전송한다.
다음은 도 2를 참고하여 OFDM 통신 시스템에서 SLM 기법을 이용하는 데이터 수신 장치에 대해 설명한다.
도 2는 OFDM 통신 시스템에서 데이터 수신 장치의 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 데이터 수신 장치(200)는 수신부(210), 직렬-병렬 변환부(220), 고속 푸리에 변환 연산부(Fast Fourier Transform 연산부, FFT 연산부)(230), 위상 보상부(240), 채널 추정부(250), 채널 보상부(260), 및 병렬-직렬 변환부(270)를 포함한다.
수신부(210)는 채널을 통해 데이터 전송 장치가 전송한 복수의 OFDM 심볼과 위상 패턴 정보를 수신한다.
직렬-병렬 변환부(220)는 수신부(210)로부터 복수의 OFDM 심볼을 직렬로 입력 받아 병렬로 출력한다.
FFT 연산부(230)는 직렬-병렬 변환부(220)로부터 복수의 OFDM 심볼을 입력 받아, 복수의 OFDM 심볼에 대해 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)을 수행하여 복수의 푸리에 변환 심볼을 출력한다.
위상 보상부(240)는 FFT 연산부(230)로부터 복수의 푸리에 변환 심볼을 입력 받고 수신부(210)로부터 위상 패턴 정보를 입력 받아, 위상 패턴 정보에 따라 복수의 푸리에 변환 심볼의 위상을 보상하여 복수의 위상 보상 심볼을 출력한다.
채널 추정부(250)는 위상 보상부(240)로부터 복수의 위상 보상 심볼을 입력 받아, 복수의 위상 보상 심볼에 대한 채널 주파수 응답을 구하여 복수의 위상 보상 심볼과 채널 주파수 응답을 출력한다.
채널 보상부(260)는 채널 추정부(250)로부터 복수의 위상 보상 심볼과 채널 주파수 응답을 입력 받아, 채널 주파수 응답에 따라 복수의 위상 보상 심볼을 보상하여 복수의 채널 보상 심볼을 출력한다.
병렬-직렬 변환부(270)는 채널 보상부(260)로부터 복수의 채널 보상 심볼을 병렬로 입력 받아, 직렬로 출력한다. 이때 병렬-직렬 변환부(270)가 출력하는 복수의 채널 보상 심볼은 데이터 전송 장치(100)에 입력된 데이터를 구성하는 복수의 디지털 변조 심볼에 대응한다.
다음은 도 3을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 데이터 전송 장치에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 데이터 전송 장치의 구성도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 데이터 전송 장치(300)는 디지털 변조부(301), 파일럿 삽입부(303), 부반송파 할당부(305), 직렬-병렬 변환부(307), 시퀀스 출력부(309), 복수의 곱셈부(313), IFFT 연산부(315), 첨두 전력 대 평균 전력 비 계산부(Peak-to-Average Power Ratio 계산부, PAPR 계산부)(317), 반복 제어부(319), 병렬-직렬 변환부(321), 프리앰블 삽입부(323), 및 전송부(325)를 포함한다.
디지털 변조부(301)는 복수의 비트로 구성된 데이터를 입력 받아, 데이터에 대해 디지털 변조를 수행하여 복수의 디지털 변조 심볼을 출력한다. 이때 디지털 변조부(301)는 이진 위상 편이 방식(Binary Phase Shift Keying, BPSK), 직교 위상 편이 방식(Quadrature Phase Shift Keying, QPSK), 직교 진폭 변조(Quadrature Amplitude Modulation, QAM) 등의 방법으로 디지털 변조를 수행할 수 있다.
파일럿 삽입부(303)는 디지털 변조부(301)로부터 복수의 디지털 변조 심볼을 입력 받아, 복수의 디지털 변조 심볼에 복수의 파일럿을 삽입하여 복수의 파일럿 삽입 심볼을 출력한다. 이때 파일럿이 삽입되는 위치는 미리 정의 된다.
부반송파 할당부(305)는 파일럿 삽입부(303)로부터 복수의 파일럿 삽입 심볼을 입력 받아, 복수의 부반송파에 복수의 파일럿 삽입 심볼을 할당하여 부반송파 할당 신호를 출력한다. 부반송파 할당 신호는 복수의 부반송파 신호로 구성되고, 복수의 부반송파 신호 각각은 복수의 파일럿 삽입 심볼 중 일부의 심볼로 구성된 다. 이때 부반송파 할당부(305)가 복수의 부반송파에 복수의 파일럿 삽입 심볼을 할당하는 방법은 미리 정의 된다.
직렬-병렬 변환부(307)는 부반송파 할당부(305)로부터 부반송파 할당 신호를 입력 받아, 부반송파 할당 신호를 병렬로 변환하여 복수의 부반송파 신호를 출력한다.
시퀀스 출력부(309)는 복수의 부반송파 신호에 각각 대응하는 복수의 인자를 포함하는 시퀀스를 출력한다. 이때 시퀀스는 복수의 부반송파 신호 각각의 위상을 변화시킨다. 시퀀스 출력부(309)는 복수의 시퀀스를 저장하고, 저장된 복수의 시퀀스 중 하나의 시퀀스를 출력할 수 있다. 시퀀스 출력부(309)는 M 개의 시퀀스를 저장할 수 있고, M 개의 시퀀스 각각은 1부터 M까지 M 개의 인덱스 중 하나의 인덱스를 가질 수 있다.
복수의 곱셈부(313)는 직렬-병렬 변환부(307)로부터 복수의 부반송파 신호를 입력 받아, 시퀀스에 포함된 복수의 인자를 복수의 부반송파 신호에 적용하여 복수의 부반송파 신호에 각각 대응하는 복수의 시퀀스 적용 신호를 출력한다. 이때 복수의 시퀀스 적용 신호의 각각은 복수의 시퀀스 변조 심볼을 포함할 수 있다.
IFFT 연산부(315)는 복수의 곱셈부(313)로부터 복수의 시퀀스 적용 신호를 입력 받아, 복수의 시퀀스 적용 신호에 대해 IFFT을 수행하여 복수의 OFDM 심볼을 출력한다. 이때 복수의 OFDM 심볼은 기저대역의 OFDM 신호에 해당한다.
PAPR 계산부(317)는 IFFT 연산부(315)로부터 OFDM 신호를 입력 받아, OFDM 신호에 대한 첨두 전력 대 평균 전력 비(Peak-to-Average Power Ratio, PAPR)을 계 산하여, 계산된 PAPR이 임계값보다 큰 경우 반복 메시지를 출력하고 계산된 PAPR이 임계값보다 작은 경우 입력된 OFDM 신호를 출력한다.
반복 제어부(319)는 PAPR 계산부(317)로부터 반복 제어 메시지를 입력 받아, 반복 제어 메시지에 대응하는 시퀀스 출력 메시지를 출력한다.
병렬-직렬 변환부(321)는 PAPR 계산부(317)로부터 OFDM 신호를 병렬로 입력 받아, 입력된 OFDM 신호를 직렬로 출력한다.
프리앰블 삽입부(323)는 병렬-직렬 변환부(321)로부터 OFDM 신호를 입력 받아, OFDM 신호에 프리앰블(Preamble)을 삽입하여 프레임을 출력한다. 이때 삽입되는 프리앰블은 복수의 파일럿으로 구성될 수 있다.
전송부(325)는 프리앰블 삽입부(323)로부터 프레임을 입력 받아, 입력된 프레임을 무선 채널을 통해 데이터 수신 장치로 전송한다.
다음은 도 4를 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 데이터 전송 장치가 전송하는 프레임에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 데이터 전송 장치가 전송하는 프레임의 구성도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 프레임(P100)은 프리앰블(P110), 및 복수의 데이터 심볼(Data Symbol)(P130)를 포함한다. 이때 복수의 데이터 심볼(P130)의 각각은 파일럿 심볼을 포함할 수 있다.
다음은 도 5를 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 데이터 수신 장치에 대해 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 데이터 수신 장치의 구성도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 데이터 수신 장치(400)는 수신부(401), 프레임 분리부(403), 채널 응답 계산부(405), 직렬-병렬 변환부(407), 고속 푸리에 변환 연산부(Fast Fourier Transform 연산부, FFT 연산부)(409), 파일럿 추출부(411), 채널 보상부(413), 파일럿 패턴 생성부(415), 파일럿 패턴 선택부(417), 채널 응답 계산부(419), 보간부(421), 및 복조부(423)를 포함한다.
수신부(401)는 무선 채널을 통해 전송된 프레임을 수신하여, 수신한 프레임을 출력한다.
프레임 분리부(403)는 수신부(401)로부터 프레임(P100)을 입력 받아, 프레임을 분리하여 프리앰블(P110)과 복수의 데이터 심볼(P130)을 출력한다.
채널 응답 계산부(405)는 프레임 분리부(403)로부터 프리앰블(P110)을 입력 받아, 프리앰블(P110)에 대한 채널 주파수 응답(Channel Frequency Response, CFR)을 계산하여 CFR을 출력한다.
직렬-병렬 변환부(407)는 프레임 분리부(403)로부터 복수의 데이터 심볼(P130)을 직렬로 입력 받아, 복수의 데이터 심볼(P130)을 병렬로 출력한다.
FFT 연산부(409)는 직렬-병렬 변환부(407)로부터 복수의 데이터 심볼(P130)을 입력 받아, 복수의 데이터 심볼(P130)에 대해 FFT를 수행하여 복수의 푸리에 변환 심볼을 출력한다.
파일럿 추출부(411)는 FFT 연산부(409)로부터 복수의 푸리에 변환 심볼을 입 력 받아, 복수의 푸리에 변환 심볼에서 파일럿을 추출하여 복수의 파일럿 심볼을 출력한다.
채널 보상부(413)는 파일럿 추출부(411)로부터 복수의 파일럿 심볼을 입력 받고 채널 응답 계산부(405)로부터 채널 주파수 응답을 입력 받아, 채널 주파수 응답을 바탕으로 복수의 파일럿 심볼을 보상하여 복수의 파일럿 심볼에 각각 대응하는 복수의 채널 보상된 파일럿 심볼을 출력한다.
파일럿 패턴 생성부(415)는 채널 보상부(413)로부터 복수의 채널 보상된 파일럿 심볼을 입력 받아, 복수의 채널 보상된 파일럿 심볼에 복수의 시퀀스를 적용하여 복수의 시퀀스에 각각 대응하는 복수의 파일럿 패턴을 출력한다. 이때 복수의 파일럿 패턴의 각각은 복수의 채널 보상된 파일럿 심볼에 각각 대응하는 복수의 시퀀스 적용 심볼로 구성된다.
파일럿 패턴 선택부(417)는 파일럿 패턴 생성부(415)로부터 복수의 파일럿 패턴을 입력 받아, 복수의 파일럿 패턴 중 미리 알고 있는 파일럿 패턴과 상호 상관이 가장 큰 파일럿 패턴을 선택하여 선택된 파일럿 패턴에 적용된 시퀀스를 출력한다.
채널 응답 계산부(419)는 파일럿 패턴 선택부(417)로부터 시퀀스를 입력 받아, 시퀀스를 바탕으로 복수의 파일럿 심볼에 각각 대응하는 복수의 채널 주파수 응답을 출력한다.
보간부(421)는 채널 응답 계산부(419)로부터 복수의 채널 주파수 응답을 입력 받아, 복수의 채널 주파수 응답을 선형 보간(Linear Interpolation) 하여 복수 의 보간된 채널 주파수 응답을 출력한다.
복조부(423)는 FFT 연산부(409)로부터 복수의 푸리에 변환 심볼을 입력 받고 보간부(421)로부터 복수의 보간된 채널 주파수 응답을 입력 받아, 복수의 보간된 채널 주파수 응답을 바탕으로 복수의 푸리에 변환 심볼을 복조 하여 복수의 비트로 구성된 데이터를 출력한다.
다음은 도 6을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 데이터 수신 장치의 파일럿 패턴 생성부에 대해 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 파일럿 패턴 생성부의 구성도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 파일럿 패턴 생성부(415)는 시퀀스 출력부(415a), 및 곱셈부(415c)를 포함한다.
시퀀스 출력부(415a)는 복수의 파일럿 심볼에 각각 대응하는 복수의 인자로 구성된 시퀀스를 출력한다. 시퀀스 출력부(415a)는 복수의 시퀀스를 생성할 수 있다.
복수의 곱셈부(415c)는 채널 보상부(413)로부터 복수의 채널 보상된 파일럿 심볼을 입력 받아, 복수의 채널 보상된 파일럿 심볼에 복수의 디지털 변조된 인자를 적용하여 복수의 시퀀스 적용 심볼을 출력한다.
다음은 도 7을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 데이터 전송 장치가 데이터를 전송하는 방법에 대해 설명한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 데이터 전송 방법을 도시한 순서도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 먼저 디지털 변조부(301)는 전송하고자 하는 데이 터에 포함된 복수의 비트 각각을 디지털 변조하여 복수의 비트에 각각 대응하는 복수의 디지털 변조 심볼을 생성한다(S101).
다음 파일럿 삽입부(303)는 복수의 디지털 변조 심볼에 복수의 파일럿을 삽입하여 복수의 파일럿 삽입 심볼을 생성한다(S103). 이때 파일럿의 삽입 위치는 미리 정의 될 수 있다.
이후 부반송파 할당부(305)는 복수의 부반송파에 복수의 파일럿 삽입 심볼을 할당하여 복수의 부반송파 신호를 포함하는 부반송파 할당 신호를 생성한다(S105). 이때 복수의 부반송파 신호 각각은 복수의 파일럿 삽입 심볼 중 일부의 심볼을 포함한다.
다음 시퀀스 출력부(309)는 각각 인덱스를 갖는 M 개의 시퀀스 중 첫 번째 시퀀스를 출력한다(S107). 이때 시퀀스는 복수의 인자를 포함한다. 또한 이때 M 개의 시퀀스는 미리 정의 될 수 있다.
이후 복수의 곱셈부(313)는 복수의 부반송파 신호에 시퀀스를 적용하여 복수의 부반송파 신호에 각각 대응하는 복수의 시퀀스 적용 신호를 생성한다(S109). 복수의 곱셈부(313)는 복수의 부반송파 신호의 각각에 복수의 인자의 각각을 적용하여 복수의 시퀀스 적용 신호를 생성할 수 있다.
다음 IFFT 연산부(315)는 복수의 시퀀스 적용 신호를 고속 푸리에 역 변환(IFFT)하여 복수의 OFDM 심볼을 생성한다(S111). 이때 OFDM 심볼은 수학식 1을 따른다.
Figure 112007047913645-pat00001
수학식 1에서 Xm[k]는 파일럿 삽입 심볼을 나타내고, Zm (i)[k]는 시퀀스를 나타내며, i는 시퀀스의 인덱스를 나타낸다. 또한 Spilot은 pilot index 집합이고, Sdata는 data index 집합을 나타낸다.
이후 PAPR 계산부(317)는 복수의 OFDM 심볼에 대한 PAPR을 계산한다(S113). 이때 계산된 PAPR은 수학식 2를 따른다.
Figure 112007047913645-pat00002
수학식 2에서 E[ㆍ]는 expectation 연산을 나타낸다.
다음 PAPR 계산부(317)는 계산된 PAPR과 임계값(PAPR0)를 비교한다(S115).
만약 계산된 PAPR이 임계값보다 큰 경우, PAPR 계산부(317)는 부반송파 할당 신호에 M 개의 시퀀스 중 적용되지 않은 시퀀스를 적용하기 위해 반복 제어부(319)로 반복 메시지를 전달한다(S117).
이후 반복 제어부(319)는 반복 메시지에 따라 시퀀스 출력부(309)로 시퀀스 출력 메시지를 전송한다(S119). 시퀀스 출력부(309)는 시퀀스 출력 메시지에 따라 두 번째 시퀀스를 출력하여 단계(S107) 이후의 단계가 수행 되도록 한다.
한편 계산된 PAPR이 임계값보다 큰 경우, 전송부(325)는 임계값보다 작은 PAPR에 대응하는 복수의 OFDM 심볼을 포함하는 프레임을 무선 채널을 통해 데이터 수신 장치로 전송한다(S121). 이때 전송부(325)는 프레임이 프리앰블을 포함하도록 할 수 있다.
다음은 도 8을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 데이터 수신 장치가 데이터를 수신하는 방법에 대해 설명한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 데이터 수신 방법을 도시한 순서도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 먼저 수신부(401)가 무선 채널을 통해 프레임을 수신하면(S201), 프레임 분리부(403)는 프레임을 프리앰블(Preamble)과 복수의 데이터 심볼(Data Symbol)로 분리한다(S203). 복수의 데이터 심볼의 각각은 복수의 파일럿 심볼을 포함한다. 이때 프레임 분리부(403)는 프리앰블을 채널 응답 계산부(405)로 전송하고, 복수의 데이터 심볼의 각각을 직렬-병렬 변환부(407)를 거쳐 FFT 연산부(409)로 전송한다. 이때 데이터 심볼(Ym[k])은 주파수 영역에서 수학식 3을 따를 수 있다.
Figure 112007047913645-pat00003
수학식 3에서 Hm[k]는 채널의 주파수 응답을 나타내고, Wm[k]는 부가성 백색 가우시안 잡음(Additive White Gaussian Noise, AWGN)을 나타낸다.
다음 채널 응답 계산부(405)는 프리앰블에 대한 채널 주파수 응답을 계산하 여 프리앰블의 CFR을 생성한다(S205). 이때 프리앰블에 대한 채널 주파수 응답은 수학식 4를 따를 수 있다.
Figure 112007047913645-pat00004
이때 FFT 연산부(409)는 데이터 심볼을 고속 푸리에 변환하여 복수의 푸리에 변환 심볼을 생성한다(S207).
이후 파일럿 추출부(411)는 복수의 푸리에 변환 심볼에서 복수의 파일럿 심볼을 추출한다(S209). 이때 파일럿 심볼(Ypilot,m[k])은 수학식 5를 따를 수 있다.
Figure 112007047913645-pat00005
수학식 5에서 Ym[k]는 푸리에 변환 심볼을 나타낸다.
다음 채널 보상부(413)는 프리앰블의 CFR을 바탕으로 복수의 파일럿 심볼을 보상하여 복수의 파일럿 심볼에 각각 대응하는 복수의 채널 보상된 파일럿 심볼을 생성한다(S211).
이후 파일럿 패턴 생성부(415)는 복수의 채널 보상된 파일럿 심볼에 복수의 시퀀스를 적용하여 복수의 시퀀스에 각각 대응하는 복수의 파일럿 패턴을 생성한다(S213). 이때 복수의 파일럿 패턴 각각은 복수의 채널 보상된 파일럿 심볼에 각각 대응하는 복수의 시퀀스 적용 심볼을 포함한다.
다음 파일럿 패턴 선택부(417)는 복수의 파일럿 패턴 중 미리 알고 있는 파 일럿 패턴과 상호 상관이 가장 큰 파일럿 패턴을 선택하여 선택된 파일럿 패턴에 적용된 시퀀스를 출력한다(S215).
이후 채널 응답 계산부(419)는 파일럿 패턴 선택부(417)가 출력한 시퀀스를 바탕으로 복수의 파일럿 심볼에 각각 대응하는 복수의 채널 주파수 응답(CFR)을 생성한다(S217). 이때 채널 주파수 응답은 수학식 6을 따를 수 있다.
Figure 112007047913645-pat00006
다음 보간부(421)는 복수의 채널 주파수 응답을 보간(Interpolation)하여 복수의 보간된 채널 주파수 응답을 생성한다(S219).
이후 복조부(423)는 복수의 보간된 채널 주파수 응답을 바탕으로 FFT 연산부(409)가 생성한 복수의 푸리에 변환 심볼을 복조 하여 복수의 비트로 구성된 데이터를 생성한다(S221). 이때 데이터를 구성하는 복수의 비트는 수학식 7을 따를 수 있다.
Figure 112007047913645-pat00007
다음은 도 9, 도 10, 및 도 11을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 데이터 전송 장치가 생성한 OFDM 신호의 성능에 대해 설명한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 데이터 전송 장치에 대한 보정 부적 분포 함수(Complementary Cumulative Distribution Function, CCDF)를 도시한 도면이다.
도 9에서 OFDM 신호의 PAPR에 대한 CCDF는 수학식 8을 따른다.
Figure 112007047913645-pat00008
도 9에 도시된 바와 같이, 실선으로 표현된 그래프는 PAPR 감소 기법을 적용하지 않은 시스템의 PAPR을 의미하고, M 값이 동일한 경우에는 SLM 기법에서의 성능과 유사하다는 것을 확인할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 OFDM 신호의 PAPR이 PAPR 감소 기법을 적용하지 않은 신호와 비교해서 M=4 일 때 약 2dB 정도 감소하는 것을 확인할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 데이터 전송 장치가 적용한 시퀀스에 대한 오류 검출율(Detection Error Rate, DER)을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 데이터 수신 장치가 생성한 데이터에 대한 비트 오류율(Bit Error Rate, BER)을 도시한 도면이다.
본 발명의 실시예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 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 권리범위에 속하는 것이다.
이상에서 설명한 본 발명에 따라 데이터 전송 장치의 복잡도를 줄이고, 추가적인 정보의 전송 없이 첨두 전력 대 평균 전력 비를 감소시켜 다중 경로 페이딩 채널 환경에서 데이터의 전송률을 향상 시킬 수 있다.

Claims (12)

  1. 복수의 디지털 변조 심볼을 복수의 부반송파에 할당하여 복수의 부반송파 신호를 생성하는 단계;
    복수의 시퀀스 중 어느 하나의 시퀀스를 상기 복수의 부반송파 신호에 적용하여 상기 복수의 부반송파 신호에 각각 대응하는 복수의 시퀀스 적용 신호를 생성하는 단계;
    상기 복수의 시퀀스 적용 신호를 푸리에 역변환 하여 복수의 푸리에 역변환 심볼을 생성하는 단계;
    상기 복수의 푸리에 역변환 심볼에 대한 첨두 대 평균 전력 비를 계산하는 단계; 및
    상기 첨두 대 평균 전력 비가 임계값보다 큰 경우, 상기 복수의 시퀀스 중 다른 하나의 시퀀스를 상기 복수의 부반송파 신호에 적용하여 상기 복수의 시퀀스 적용 신호를 생성하는 단계를 포함하는 데이터 전송 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 첨두 대 평균 전력 비가 임계값보다 작은 경우, 상기 푸리에 역변환 심볼을 전송하는 단계를 더 포함하는 데이터 전송 방법.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 시퀀스의 각각은 복수의 위상 회전 인자를 포함하고,
    상기 복수의 시퀀스 적용 신호를 생성하는 단계는
    상기 복수의 부반송파 신호에 상기 복수의 시퀀스 중 어느 하나의 시퀀스에 포함된 복수의 위상 회전 인자를 각각 적용하여 상기 복수의 시퀀스 적용 신호를 생성하는 단계를 포함하는 데이터 전송 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 부반송파 신호를 생성하는 단계는
    상기 복수의 디지털 변호 심볼에 복수의 파일럿 심볼을 삽입하여 복수의 파일럿 삽입 심볼을 생성하는 단계; 및
    상기 복수의 파일럿 삽입 심볼을 복수의 부반송파에 할당하여 상기 복수의 부반송파 신호를 생성하는 단계를 포함하는 데이터 전송 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    복수의 비트를 포함하는 데이터를 디지털 변조하여 상기 복수의 비트에 대응하는 상기 복수의 디지털 변조 심볼을 생성하는 단계를 더 포함하는 데이터 전송 방법.
  7. 복수의 데이터 심볼과 프리앰블을 포함하는 프레임을 수신하는 단계;
    상기 복수의 데이터 심볼을 푸리에 변환하여 복수의 푸리에 변환 심볼을 생성하는 단계;
    상기 복수의 푸리에 변환 심볼에서 파일럿을 추출하여 복수의 파일럿 심볼을 생성하는 단계;
    상기 복수의 파일럿 심볼에 복수의 시퀀스를 각각 적용하여 상기 복수의 시퀀스에 각각 대응하는 복수의 파일럿 패턴을 생성하는 단계;
    상기 복수의 파일럿 패턴 중 상호 상관이 가장 큰 파일럿 패턴에 대응하는 시퀀스를 출력하는 단계;
    상기 시퀀스를 바탕으로 상기 복수의 파일럿 심볼에 각각 대응하는 복수의 채널 주파수 응답을 생성하는 단계; 및
    상기 복수의 채널 주파수 응답을 바탕으로 상기 복수의 푸리에 변환 심볼을 복조하여 복수의 비트를 포함하는 데이터를 생성하는 단계를 포함하는 데이터 수신 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 시퀀스의 각각은 복수의 위상 회전 인자를 포함하고,
    상기 복수의 파일럿 패턴을 생성하는 단계는
    상기 복수의 파일럿 심볼에 상기 복수의 시퀀스 중 하나의 시퀀스에 포함된 복수의 위상 회전 인자를 각각 적용하여 파일럿 패턴을 생성하는 단계를 포함하는 데이터 수신 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 프리앰블에 대응하는 프리앰블 채널 주파수 응답을 생성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 복수의 파일럿 패턴을 생성하는 단계는
    상기 프리앰블 채널 주파수 응답을 바탕으로 상기 복수의 파일럿 심볼을 보상하여 상기 복수의 파일럿 심볼에 각각 대응하는 복수의 채널 보상된 파일럿 심볼을 생성하는 단계; 및
    상기 복수의 채널 보상된 파일럿 심볼에 상기 복수의 시퀀스를 각각 적용하여 상기 복수의 시퀀스에 각각 대응하는 상기 복수의 파일럿 패턴을 생성하는 단계를 포함하는 데이터 수신 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 데이터를 생성하는 단계는
    상기 복수의 채널 주파수 응답을 보간하여 상기 복수의 푸리에 변환 심볼에 각각 대응하는 복수의 보간된 채널 주파수 응답을 생성하는 단계; 및
    상기 복수의 보간된 채널 주파수 응답에 따라 상기 복수의 푸리에 변환 심볼을 복조하여 상기 복수의 비트를 포함하는 상기 데이터를 생성하는 단계를 포함하는 데이터 수신 방법.
  11. 복수의 비트를 포함하는 데이터를 변조하여 복수의 비트에 대응하는 복수의 변조 심볼을 출력하는 변조부;
    미리 저장된 복수의 시퀀스 중 어느 하나의 시퀀스를 출력하는 시퀀스 출력부;
    상기 복수의 변조 심볼에 상기 시퀀스를 적용하여 복수의 시퀀스 변조 심볼을 출력하는 복수의 곱셈부;
    상기 복수의 시퀀스 변조 심볼을 푸리에 역변환 하여 복수의 푸리에 역변환 심볼을 출력하는 푸리에 역변환 연산부;
    상기 복수의 푸리에 역변환 심볼의 첨두 대 평균 전력 비를 계산하여 상기 첨두 대 평균 전력 비와 임계값을 비교하고, 상기 첨두 대 평균 전력 비가 임계값보다 큰 경우 반복 메시지를 출력하는 첨두 대 평균 전력 비 계산부; 및
    상기 반복 메시지에 따라 시퀀스 출력 메시지를 출력하는 반복 제어부를 포함하고,
    상기 시퀀스 출력부는 상기 시퀀스 출력 메시지에 따라 복수의 시퀀스 중 다른 하나의 시퀀스를 출력하는 데이터 전송 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 첨두 대 평균 전력 비 계산부는 상기 첨두 대 평균 전력 비가 임계값보다 작은 경우 상기 복수의 푸리에 역변환 심볼을 출력하는 데이터 전송 장치.
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