KR100961557B1 - Three dimensional orthogonal frequency division multiplexing apparatus and method for realizing three dimensional space-lattice type signal constellation - Google Patents

Three dimensional orthogonal frequency division multiplexing apparatus and method for realizing three dimensional space-lattice type signal constellation Download PDF

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Abstract

삼차원 신호성상도를 이용하는 직교 주파수분할다중화 장치가 개시된다. 본 발명의 직교 주파수분할다중화 장치는, 직렬 입력 신호를 병렬로 변환하는 직병렬 변환부; 상기 병렬화된 입력 신호들을 공간격자형 신호성상도의 삼차원 좌표점들로 각각 매핑하는 삼차원 신호 매핑부; 및 상기 매핑된 삼차원 좌표점들을 기초로 이차원 행렬을 생성하여 역푸리에 변환을 수행하는 역푸리에 변환부;를 포함한다. 이에 의해 이차원 신호성상도를 이용하는 것에 비해 신호대 잡음비가 개선되고 송신전력을 감소시킬 수 있다.An orthogonal frequency division multiplexing apparatus using three-dimensional signal constellation is disclosed. Orthogonal frequency division multiplexing apparatus of the present invention, the parallel-parallel conversion unit for converting the serial input signal in parallel; A three-dimensional signal mapping unit for mapping the parallelized input signals to three-dimensional coordinate points of a spatial grid signal constellation; And an inverse Fourier transform unit that generates an inverse Fourier transform by generating a two-dimensional matrix based on the mapped three-dimensional coordinate points. This improves the signal-to-noise ratio and reduces the transmission power compared to using the two-dimensional signal constellation.

Description

삼차원 직교 주파수분할다중화 장치 및 그 장치에 이용되는 삼차원 공간격자형 신호성상도 구현 방법{Three dimensional orthogonal frequency division multiplexing apparatus and method for realizing three dimensional space-lattice type signal constellation}Three dimensional orthogonal frequency division multiplexing apparatus and method for realizing three dimensional space-lattice type signal constellation}

본 발명은 변조 기술에 관한 것으로, 특히 직교 주파수분할다중화 기술에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to modulation techniques, and more particularly to orthogonal frequency division multiplexing techniques.

본 연구는 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 정보통신표준개발지원사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다.[과제관리번호: 2008-P1-03-08K53, WPAN/WBAN 표준개발]This study is derived from the research conducted as part of the Information and Communication Standards Development Support Project of the Ministry of Knowledge Economy and the Ministry of Information and Telecommunication Research and Development. [Task Management No .: 2008-P1-03-08K53, WPAN / WBAN Standard Development]

직교 주파수분할다중화(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식은 하나의 고속 데이터 스트림을 다수의 저속 데이터 스트림으로 나누고, 다수의 저속 데이터 스트림을 상호 직교하는 부반송파를 이용하여 동시에 전송함으로써 전송효율을 높일 수 있다. 직교 주파수분할다중화 장치에 대한 기술은 1980년대 초반에 이차원 신호성상도(signal constellation)와 일차원 고속 역푸리에변환을 이용하는 형태로 개발되었으며, 현재 무선통신장치나 이동통신(mobile communication) 장치에 가장 널리 사용되고 있다.Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) can improve transmission efficiency by dividing one high speed data stream into a plurality of low speed data streams and simultaneously transmitting a plurality of low speed data streams using mutually orthogonal subcarriers. . The orthogonal frequency division multiplexing device was developed in the early 1980s in the form of two-dimensional signal constellation and one-dimensional high-speed inverse Fourier transform, and is currently widely used in wireless communication devices or mobile communication devices. have.

본 발명은 이 같은 배경에서 도출된 것으로, 이차원 신호성상도가 아닌 삼차원 신호성상도 구현 및 이를 이용한 직교 주파수분할다중화 장치를 제공함을 목적으로 한다.The present invention is derived from such a background, and an object of the present invention is to provide a three-dimensional signal constellation that is not a two-dimensional signal constellation and an orthogonal frequency division multiplexing apparatus using the same.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 직교 주파수분할다중화 장치는, 직렬 입력 신호를 병렬로 변환하는 직병렬 변환부; 상기 병렬화된 입력 신호들을 공간격자형 신호성상도의 삼차원 좌표점들로 각각 매핑하는 삼차원 신호 매핑부; 및 상기 매핑된 삼차원 좌표점들을 기초로 이차원 행렬을 생성하여 역푸리에 변환을 수행하는 역푸리에 변환부;를 포함한다.Orthogonal frequency division multiplexing apparatus of the present invention for achieving the above-described technical problem, the serial-parallel conversion unit for converting a serial input signal in parallel; A three-dimensional signal mapping unit for mapping the parallelized input signals to three-dimensional coordinate points of a spatial grid signal constellation; And an inverse Fourier transform unit that generates an inverse Fourier transform by generating a two-dimensional matrix based on the mapped three-dimensional coordinate points.

상기 공간격자형 신호성상도는, 32진 공간격자형 신호성상도이며, 비 상진폭(non-constant amplitude) 특성을 가진다.The spatial lattice signal constellation is a 32-degree spatial lattice signal constellation, and has a non-constant amplitude characteristic.

한편 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 삼차원 신호성상도 구현 방법은, 정육면체의 무게중심점이 삼차원 직각좌표계의 중심에 위치하도록 삼차원 직각좌표계 상에 배치하는 단계; 삼차원 직각좌표계의 3축에 6개의 중심점을 표시하는 단계; 및 상기 6개의 중심점 각각을 무게중심점으로 하여 상기 정육면체와 동일한 크기를 갖는 6개의 외부 정육면체를 배치하는 단계;를 포함한다.On the other hand, the three-dimensional signal constellation implementation method of the present invention for achieving the above-described technical problem, the method comprising: placing on the three-dimensional rectangular coordinate system so that the center of gravity of the cube is located in the center of the three-dimensional rectangular coordinate system; Displaying six center points on three axes of a three-dimensional rectangular coordinate system; And disposing six outer cubes having the same size as the cube with each of the six center points as the center of gravity.

본 발명은 삼차원 신호성상도를 이용한 직교 주파수분할다중화 장치 및 방법 을 실현한다. 이에 의해 본 발명은 이차원 신호성상도를 신호 매핑에 이용한 기존의 직교 주파수분할다중화 장치에 비하여 심볼오율 측면에서 더욱 우수한 성능을 보이며, 동일한 기준 심볼오율을 달성하기 위하여 요구되는 송신전력을 현저히 감소시킨다.The present invention realizes an orthogonal frequency division multiplexing apparatus and method using three-dimensional signal constellation. As a result, the present invention exhibits better performance in terms of symbol error rate than the conventional orthogonal frequency division multiplexing apparatus using two-dimensional signal constellation for signal mapping, and significantly reduces the transmission power required to achieve the same reference symbol error rate.

나아가 본 발명은 디지털 통신을 위하여 사용되는 직교진폭변조(quadrature amplitude modulation, QAM)의 삼차원 확장형으로 해석 가능한 공간격자형 구조를 가지는 신호성상도를 이용하여 직교 주파수분할다중화의 각 부채널에 5비트를 할당할 수 있도록 하였다. 따라서 구면 내접 다면체 구조를 가지는 삼차원 신호성상도를 이용하는 방식에 비하여 각 부채널에 2비트 혹은 3비트를 더 할당할 수 있어서, 추가적인 주파수 대역의 확장이 없이도 1.6배 혹은 2.5배 높은 전송속도를 달성하는 효과를 창출한다.Furthermore, the present invention utilizes a signal constellation having a spatial lattice structure that can be interpreted as a three-dimensional extension of quadrature amplitude modulation (QAM) used for digital communication, and uses five bits in each subchannel of orthogonal frequency division multiplexing. To be allocated. Therefore, two or three bits can be allocated to each subchannel as compared with the three-dimensional signal constellation having a spherical intrinsic polyhedral structure, thereby achieving 1.6 times or 2.5 times higher transmission speed without additional frequency band extension. Create an effect.

전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명을 이러한 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.The foregoing and further aspects of the present invention will become more apparent through the preferred embodiments described with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, the present invention will be described in detail to enable those skilled in the art to easily understand and reproduce the present invention.

도 1은 이차원 신호성상도를 이용한 직교 주파수분할다중화 장치의 블록도이다.1 is a block diagram of an orthogonal frequency division multiplexing apparatus using two-dimensional signal constellation.

도시된 바와 같이, 이차원 신호성상도를 이용한 직교 주파수분할다중화 장치는 직병렬 변환부(100), 이차원 신호 매핑부(110), 역푸리에 변환부(120), 및 병직 렬 변환부(130)를 포함한다. 직병렬 변환부(100)는 직렬 이진시퀀스 입력을 병렬화한다. 이차원 신호 매핑부(110)는 병렬화된 입력 신호들을 이차원 신호성상도(signal constellation)의 신호점에 각각 매핑시킨다. 이에 의해 입력 신호들은 복수개의 복소수 좌표값들로 변경된다. 역푸리에 변환부(120)는 이차원 신호 매핑부(110)에 의해 변경된 복소수 좌표값들을 다음의 수학식 1을 이용하여 고속 변조한다. 병직렬 변환부(130)는 역푸리에 변환된 N개의 좌표값을 직렬 변환하여 출력(x)한다.As shown in the drawing, an orthogonal frequency division multiplexing apparatus using two-dimensional signal constellation includes a parallel-parallel conversion unit 100, a two-dimensional signal mapping unit 110, an inverse Fourier transform unit 120, and a parallel-parallel conversion unit 130. Include. The serial to parallel converter 100 parallelizes the serial binary sequence input. The two-dimensional signal mapping unit 110 maps the parallelized input signals to signal points of a two-dimensional signal constellation. The input signals are thereby changed into a plurality of complex coordinate values. The inverse Fourier transform unit 120 modulates the complex coordinate values changed by the two-dimensional signal mapping unit 110 using Equation 1 below. The parallel-to-serial converter 130 serially converts the N coordinate values inversely Fourier transformed and outputs (x).

Figure 112008066848778-pat00001
Figure 112008066848778-pat00001

수학식 1에서 0≤n≤N-1이다.In Equation 1, 0 ≦ n ≦ N−1.

여기서, N은 직교 주파수분할다중화 장치에서 사용되는 부채널의 수를 나타내고, k는 각각의 부채널을 나타낸다.Here, N represents the number of subchannels used in the orthogonal frequency division multiplexing apparatus, and k represents each subchannel.

도 2는 본 발명에 따른 삼차원 신호성상도를 이용한 직교 주파수분할다중화 장치의 블록도이다.2 is a block diagram of an orthogonal frequency division multiplexing apparatus using a 3D signal constellation according to the present invention.

도시된 바와 같이, 삼차원 신호성상도를 이용한 직교 주파수분할다중화 장치는 직병렬 변환부(200), 삼차원 신호 매핑부(210), 이차원 역푸리에 변환부(220), 및 병직렬 변환부(230)를 포함한다. 직병렬 변환부(200)는 직렬 이진시퀀스 입 력(xb)을 N개의 직교 주파수분할다중화의 부채널에 할당될 수 있도록 병렬화(xb ,0 , xb ,1, ..... ,xb, xb ,N-1)한다. 삼차원 신호 매핑부(210)는 직병렬 변환부(200)에 의해 병렬화된 이진 시퀀스들을 삼차원 신호성상도의 신호점들에 각각 매핑시켜 N개의 복소수 값으로 변경한다.As shown, an orthogonal frequency division multiplexing apparatus using three-dimensional signal constellation includes a parallel-parallel converter 200, a three-dimensional signal mapper 210, a two-dimensional inverse Fourier transformer 220, and a parallel-serial converter 230. It includes. The serial-to-parallel conversion unit 200 parallelizes (x b , 0 , x b , 1 ,... , So that the serial binary sequence input (x b ) can be allocated to subchannels of N orthogonal frequency division multiplexing. x b , x b , N-1 ). The three-dimensional signal mapping unit 210 maps binary sequences parallelized by the serial-to-parallel conversion unit 200 to signal points of the three-dimensional signal constellation, respectively, and changes them into N complex values.

삼차원 신호 매핑부(210)에 의하여 생성된 N개의 벡터는 3축 방향 좌표값(x, y, z)에 따라 수학식 2와 같이 이차원 행렬로 변환된다.N vectors generated by the three-dimensional signal mapping unit 210 are converted into two-dimensional matrices as shown in Equation 2 according to three-axis coordinate values (x, y, z).

Figure 112008066848778-pat00002
Figure 112008066848778-pat00002

수학식 2에 나타낸 바와 같이 이차원 행렬에서 각 열은 N개의 삼차원 좌표값이 해당된다. 그리고 k1, k2 값은 이차원 역푸리에 변환부(220)에서 이용된다. 이처럼 복소수의 삼차원 좌표값을 이차원 행렬로 변환하는 이유는 역푸리에 변환을 가능토록 하기 위함이다.As shown in Equation 2, each column corresponds to N three-dimensional coordinate values in the two-dimensional matrix. The k 1 and k 2 values are used by the two-dimensional inverse Fourier transform unit 220. The reason for converting complex three-dimensional coordinate values into two-dimensional matrix is to enable inverse Fourier transform.

이차원 역푸리에 변환부(220)는 이차원 행렬로 표현된 N개의 삼차원 좌표값들을 수학식 3을 이용하여 동시에 고속 역푸리에 변환을 수행한다.The two-dimensional inverse Fourier transform unit 220 simultaneously performs fast inverse Fourier transform on the N three-dimensional coordinate values represented by the two-dimensional matrix using Equation 3.

Figure 112008066848778-pat00003
Figure 112008066848778-pat00003

수학식 3에서 N1과 N2는 각각 수학식 2의 행렬에서의 행과 열의 수와 동일하다.In Equation 3, N1 and N2 are equal to the number of rows and columns in the matrix of Equation 2, respectively.

병직렬 변환부(230)는 이차원 역푸리에 변환부(220)에 의해 고속으로 역푸리에 변환된 N개의 삼차원 좌표값을 직렬 변환하여 출력(s)한다.The parallel-to-serial converter 230 serially converts the N three-dimensional coordinate values inversely Fourier transformed by the two-dimensional inverse Fourier transform unit 220 to output ( s ).

도 3은 구면 내접 정사면체의 4개 꼭지점을 신호점으로 이용하는 삼차원 4진 신호성상도이며, 도 4는 도 3의 삼차원 4진 신호성상도의 4개 신호점에 대한 삼차원 좌표값을 나타낸다. 그리고 도 5는 구면 내접 정육면체의 8개 꼭지점을 신호점으로 이용하는 삼차원 8진 신호성상도이며, 도 6은 도 5의 삼차원 8진 신호성상도의 8개 신호점에 대한 삼차원 좌표값을 나타낸다.FIG. 3 is a three-dimensional quadratic signal constellation using four vertices of a spherical inscribed tetrahedron as a signal point, and FIG. 4 shows three-dimensional coordinate values for four signal points of the three-dimensional quadratic signal constellation of FIG. 5 is a three-dimensional octal signal constellation using eight vertices of a spherical inscribed cube as a signal point, and FIG. 6 shows three-dimensional coordinate values for eight signal points of the three-dimensional octal signal constellation of FIG.

삼차원 4진 신호성상도를 이용하는 경우, 도 2의 직교 주파수분할다중화 장치는 각각의 부채널에 2비트를 할당할 수 있으며, 그 좌표값은 도 4에 나타낸 바와 같다. 그리고 삼차원 8진 신호성상도를 이용하는 경우, 도 2의 직교 주파수분할다중화 장치는 각각의 부채널에 3비트를 할당할 수 있으며, 그 좌표값은 도 6에 나타낸 바와 같다.In the case of using the three-dimensional quaternary signal constellation, the orthogonal frequency division multiplexing apparatus of FIG. 2 may allocate two bits to each subchannel, and the coordinate values thereof are shown in FIG. 4. When the three-dimensional octal signal constellation is used, the orthogonal frequency division multiplexing apparatus of FIG. 2 may allocate three bits to each subchannel, and the coordinate values thereof are shown in FIG. 6.

도 7은 도 3의 삼차원 4진 신호성상도를 이용한 도 2의 직교 주파수분할다중화 장치의 심볼오율(symbol error rate)과 기존 이차원 신호성상도를 이용한 도 1의 직교 주파수분할다중화 장치의 심볼오율을 비교한 그래프이다.7 is a symbol error rate of the orthogonal frequency division multiplexing apparatus of FIG. 2 using the three-dimensional quadrature signal constellation of FIG. 3 and a symbol error rate of the orthogonal frequency division multiplexing apparatus of FIG. It is a graph comparing.

기존의 도 1에 도시된 바와 같은 직교 주파수분할다중화 장치의 경우, 심볼오율 Ps = 10-4.5(log 형태로 표현하는 경우 -4.5)를 달성할 수 있는 신호대 잡음비 Es/No는 15.3dB이다. 그리고 삼차원 4진 신호성상도를 이용한 도 2의 직교 주파수분할다중화 장치의 경우, 심볼오율 Ps = 10-4.5(log 형태로 표현하는 경우 -4.5)를 달성할 수 있는 신호 대 잡음비 Es/No는 12.2dB이다. 따라서 약 3dB 가량 송신기에서 송신전력을 감소시킴을 알 수 있다.In the conventional orthogonal frequency division multiplexing apparatus as shown in FIG. 1, the signal-to-noise ratio E s / N o that can achieve the symbol error rate Ps = 10 -4.5 ( -4.5 in log form) is 15.3 dB. . In the orthogonal frequency division multiplexing apparatus of FIG. 2 using three-dimensional quadrature signal constellation, the signal-to-noise ratio E s / N o that can achieve a symbol error rate Ps = 10 -4.5 ( -4.5 in log form). Is 12.2 dB. Therefore, it can be seen that the transmitter reduces transmission power by about 3 dB.

도 8은 도 5의 삼차원 8진 신호성상도를 이용한 도 2의 직교 주파수분할다중화 장치의 심볼오율(symbol error rate)과 기존 이차원 신호성상도를 이용한 도 1의 직교 주파수분할다중화 장치의 심볼오율을 비교한 그래프이다.8 shows symbol error rates of the orthogonal frequency division multiplexing apparatus of FIG. 2 using the three-dimensional octal signal constellation of FIG. 5 and symbol error rates of the orthogonal frequency division multiplexing apparatus of FIG. It is a graph comparing.

기존의 도 1에 도시된 바와 같은 직교 주파수분할다중화 장치의 경우, 심볼오율 Ps = 10-4.5(log 형태로 표현하는 경우 -4.5)를 달성할 수 있는 신호대 잡음비 Es/No는 19.9dB이다. 그리고 삼차원 8진 신호성상도를 이용한 도 2의 직교 주파수 분할다중화 장치의 경우, 심볼오율 Ps = 10-4.5(log 형태로 표현하는 경우 -4.5)를 달성할 수 있는 신호 대 잡음비 Es/No는 13.1dB이다. 따라서 약 6dB 가량 송신기에서 송신전력을 감소시킴을 알 수 있다.In the conventional orthogonal frequency division multiplexing apparatus as shown in FIG. 1, the signal-to-noise ratio E s / N o that can achieve a symbol error rate Ps = 10 -4.5 ( -4.5 in log form) is 19.9 dB. . In the orthogonal frequency division multiplexing apparatus of FIG. 2 using three-dimensional octal signal constellation, the signal-to-noise ratio E s / N o that can achieve a symbol error rate Ps = 10 -4.5 ( -4.5 in log form). Is 13.1 dB. Therefore, it can be seen that the transmitter reduces transmission power by about 6 dB.

이상에서와 같이, 삼차원 신호성상도를 신호 매핑에 이용한 직교 주파수분할다중화 장치는 이차원 신호성상도를 신호 매핑에 이용한 기존의 직교 주파수분할다중화 장치에 비해 신호대 잡음비 측면에서 우수한 성능을 보이며, 동일한 기준 심볼오율에 있어서 현저히 감소된 송신전력을 사용할 수 있다. 그러나, 상술한 구면 내접 다면체(inscribed polyhedron) 방식의 삼차원 신호성상도는 구면에 내접하는 정다면체의 꼭지점 좌표들로 구성됨으로 인하여 모든 신호점들이 동일한 전력을 가져 상진폭(constatnt amplitude) 특성을 가지는 유리한 점이 있으나, 꼭지점의 개수가 8개보다 크면서 2의 승수에 해당되는 정다면체의 기하학적 작도가 불가능함에 따라 각 부채널에 4비트 이상 할당할 수 있는 삼차원 신호성상도의 구현이 불가능하다.As described above, the orthogonal frequency division multiplexing apparatus using the three-dimensional signal constellation for signal mapping has superior performance in terms of signal-to-noise ratio and the same reference symbol compared to the conventional orthogonal frequency division multiplexing apparatus using the two-dimensional signal constellation for signal mapping. Significantly reduced transmit power can be used for error rates. However, the above-described three-dimensional signal constellation of the inscribed polyhedron method is composed of vertex coordinates of a regular polyhedron inscribed into a sphere, so that all signal points have the same power and have an advantageous amplitude. However, as the number of vertices is greater than eight and the geometric construction of a regular polyhedron corresponding to a multiplier of two is impossible, it is impossible to implement a three-dimensional signal constellation that can be assigned more than four bits to each subchannel.

부연 설명하면, 도 3과 도 5에 보인 삼차원 신호성상도에서는 모든 신호점이 삼차원 구면(sphere)에 내접하는 정사면체(a regular tetrahedron)와 정육면체(a regular hexahedron)의 꼭지점으로 구성된다. 따라서 이와 같은 성상도는 각각 4개와 8개의 동일한 진폭을 가지는 신호점들로 구성되며, 각 부채널에 할당될 수 있는 비트 수는 아래의 수학식 4에 따라 2비트와 3비트가 된다.In detail, the three-dimensional signal constellation shown in FIGS. 3 and 5 includes vertices of a regular tetrahedron and a regular hexahedron in which all signal points are inscribed in the three-dimensional sphere. Therefore, the constellation is composed of four and eight signal points each having the same amplitude, and the number of bits that can be allocated to each subchannel becomes 2 bits and 3 bits according to Equation 4 below.

Nb = log2NS (단위 : 비트, bit)N b = log 2 N S (unit: bit, bit)

여기서 NS는 신호성상도를 구성하는 신호점의 수를 나타낸다.Here, N S represents the number of signal points constituting the signal constellation.

이 같은 단점을 보완하기 위해, 본 발명은 상진폭 특성을 가지는 구면 내접 다면체 방식의 삼차원 신호성상도 대신에, 비 상진폭(non-constant amplitude) 특성을 가지는 공간격자형(space-lattice) 삼차원 신호성상도를 제안한다. 구체적으로는 비 상진폭(non-constant amplitude) 특성을 가지는 공간격자형 삼차원 32진 신호성상도가 제안된다.In order to compensate for this disadvantage, the present invention is a space-lattice three-dimensional signal having a non-constant amplitude characteristic, instead of the three-dimensional signal constellation of the spherical inscribed polyhedral method having the phase amplitude characteristic. Suggest constellations. Specifically, a spatial lattice three-dimensional 32-degree signal constellation with non-constant amplitude characteristics is proposed.

도 9는 디지털 통신에서 일반적으로 이용되는 직교진폭변조(quadrature amplitude modulation, QAM) 성상도이다. 가장 내부의 점선으로 둘러싸인 4개의 신호점은 4진 신호성상도를 나타내고, 실선으로 둘러싸인 16개의 신호점은 16진 신호성상도를 나타내며, 전체 64개의 신호점은 64진 신호성상도를 구성한다.9 is a quadrature amplitude modulation (QAM) constellation generally used in digital communication. The four signal points enclosed by the innermost dotted line represent the hexadecimal signal constellation, the sixteen signal points enclosed by the solid line represent the hexadecimal signal constellation, and the total 64 signal points constitute the hexadecimal signal constellation.

도 10은 본 발명에 따른 삼차원 32진 공간격자형 신호성상도이다.10 is a three-dimensional 32-bit spatial grid signal constellation according to the present invention.

본 발명에 따른 공간격자형 신호성상도는 도 9에 도시된 직교진폭변조의 삼차원 확장형으로 해석 가능한 공간격자형 구조를 가진다. 구체적으로, 도 10에 나타낸 본 발명의 공간격자형 신호성상도에서는 신호점들이 2가지의 진폭을 가진다. 즉, 32개의 신호점 가운데 P00, P02, P04, P06, P11, P13, P15, P17의 8개 신호점은 내부 정육면체의 꼭지점에 위치한다. 이들은 삼차원 공간의 원점인 (x, y, z) = (0, 0, 0)으로부터 같은 거리에 있다. 따라서 이들은 반지름이 d1인 구의 표면에 위치하므로 동일한 진폭 d1을 갖는다. 그리고 위에 열거된 8개 신호점 외의 24개 신호점은 내부 정육면체의 6면에 접한 6개의 외부 정육면체 각각의 바깥쪽 4개 신호점들로 구성된다. 이들은 (x, y, z) = (0, 0, 0)으로부터 반지름이 d2인 구의 표면에 위치하며, 신호들의 진폭은 d2가 된다. 여기서 d2는 d1보다 크다.The spatial lattice signal constellation according to the present invention has a spatial lattice structure that can be interpreted as a three-dimensional extended type of orthogonal amplitude modulation shown in FIG. 9. Specifically, in the spatial lattice signal constellation of the present invention shown in Fig. 10, the signal points have two amplitudes. That is, among the 32 signal points, 8 signal points of P 00 , P 02 , P 04 , P 06 , P 11 , P 13 , P 15 , and P 17 are located at the vertices of the internal cube. They are equidistant from (x, y, z) = (0, 0, 0), the origin of three-dimensional space. They therefore have the same amplitude d 1 since they are located on the surface of the sphere with radius d 1 . In addition to the eight signal points listed above, 24 signal points consist of four signal points on the outer side of each of the six outer cubes on the six sides of the inner cube. They are located on the surface of the sphere with radius d 2 from (x, y, z) = (0, 0, 0) and the amplitudes of the signals are d 2 . Where d 2 is greater than d 1 .

도 11은 본 발명에 따른 공간격자형 신호성상도를 구성하기 위하여 사용되는 단위격자의 예시도이며, 도 12는 본 발명에 따른 공간격자형 신호성상도를 구성하기 위하여 사용되는 직각좌표계의 3축에 위치한 무게중심점의 예시도이다.11 is an exemplary diagram of a unit grid used to construct a spatial lattice signal constellation according to the present invention, Figure 12 is a three-axis of the rectangular coordinate system used to construct a spatial lattice signal constellation according to the present invention An illustration of the center of gravity located at.

도 11 및 도 12를 참조하여 본 발명에 따른 삼차원 32진 공간격자형 신호성상도를 구성하는 방법을 설명한다. 우선, 도 11과 같은 정육면체 신호성상도를 작도한다. 그리고 작도된 정육면체의 중심이 도 12에 표시된 3축의 6개의 중심점 C0, C1, C2, C3, C4, C5 와 일치하도록 정렬시킨다. 이때 외부의 정육면체와 내부 정육면체의 한 면이 접하도록 6개의 중심점을 작도한다. 이 같은 방식에 의해 도 10에 도시된 삼차원 32진 공간격자형 신호성상도가 구성되며, 이와 같은 작도법은 수학식의 사용을 최대한 억제할 수 있는 유리한 점을 갖는다.A method of constructing a three-dimensional 32-degree spatial lattice signal constellation according to the present invention will be described with reference to FIGS. 11 and 12. First, a cube signal constellation as shown in FIG. 11 is constructed. And the center of the constructed cube is aligned so as to coincide with the six center points C 0 , C 1 , C 2 , C 3 , C 4 , C 5 of the three axes shown in FIG. 12. At this time, six center points are constructed such that one side of the outer cube and the inner cube are in contact with each other. In this manner, the three-dimensional 32-degree spatial lattice signal constellation shown in FIG. 10 is constructed, and such a drawing method has an advantage that the use of the equation can be suppressed as much as possible.

따라서 6개의 정육면체가 사용되는 경우 신호점은 6×8=48개까지 생성될 수 있으나, 위 P00, P02, P04, P06, P11, P13, P15, P17 인 8개의 신호점은 3개의 정육면체 꼭지점과 중복된 결과이므로, 2×8=16개의 신호점이 제외되므로, 본 발명에 제시된 공간격자형 신호성상도에서 실제 이용 가능한 신호점의 수는 32개가 된다. 그리고 이 수는 수학식 4에 따라 5개의 비트로 구성되는 비트열이 된다.Therefore, if six cubes are used, up to 6 × 8 = 48 signal points can be generated, but P 00 , P 02 , P 04 , P 06 , P 11 , P 13 , P 15 , P 17 Since 8 signal points are a result of overlapping with three cube vertices, 2 × 8 = 16 signal points are excluded, and thus the number of actually available signal points in the spatial lattice signal constellation presented in the present invention is 32. This number becomes a bit string consisting of five bits according to equation (4).

도 13은 본 발명에 따른 공간격자형 신호성상도의 32개 신호점에 이진 비트열을 체계적으로 대응시키기 위한 예시도이다.FIG. 13 is an exemplary diagram for systematically mapping a binary bit string to 32 signal points of a spatial lattice signal constellation according to the present invention.

32개의 신호점에 따른 5비트 길이를 가지는 비트열이 (b4, b3, b2, b1, b0)라 한다. b4는 신호점의 x축 성분의 부호를 결정하고, b3는 신호점의 y축 성분의 부호를 결정하며, b2는 신호점의 z축 성분의 부호를 결정한다. 그리고 나머지 두 비트인 b1, b0는 도 13에 나타낸 바와 같이 3축 성분의 크기를 결정한다. 그러나 이는 예시적인 것으로, 이에 한정되지 않는다.A bit string having a 5-bit length corresponding to 32 signal points is called (b4, b3, b2, b1, b0). b4 determines the sign of the x-axis component of the signal point, b3 determines the sign of the y-axis component of the signal point, and b2 determines the sign of the z-axis component of the signal point. The remaining two bits b1 and b0 determine the size of the three-axis component as shown in FIG. However, this is exemplary and is not limited thereto.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위 에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far I looked at the center of the preferred embodiment for the present invention. Those skilled in the art will appreciate that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential features of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in descriptive sense only and not for purposes of limitation. The scope of the present invention is shown not in the above description but in the claims, and all differences within the scope will be construed as being included in the present invention.

도 1은 이차원 신호성상도를 이용한 직교 주파수분할다중화 장치의 블록도.1 is a block diagram of an orthogonal frequency division multiplexing apparatus using two-dimensional signal constellation.

도 2는 본 발명에 따른 삼차원 신호성상도를 이용한 직교 주파수분할다중화 장치의 블록도.2 is a block diagram of an orthogonal frequency division multiplexing apparatus using a three-dimensional signal constellation according to the present invention;

도 3은 구면 내접 정사면체의 4개 꼭지점을 신호점으로 이용하는 삼차원 4진 신호성상도.3 is a three-dimensional quadratic signal constellation using four vertices of a spherical inscribed tetrahedron as signal points;

도 4는 도 3의 삼차원 4진 신호성상도의 4개 신호점에 대한 삼차원 좌표값 예시도.4 is an exemplary diagram of three-dimensional coordinate values of four signal points of the three-dimensional quadratic signal constellation of FIG.

도 5는 구면 내접 정육면체의 8개 꼭지점을 신호점으로 이용하는 삼차원 8진 신호성상도.5 is a three-dimensional octal signal constellation using eight vertices of a spherical inscribed cube as signal points;

도 6은 도 5의 삼차원 8진 신호성상도의 8개 신호점에 대한 삼차원 좌표값 예시도.6 is an exemplary diagram of three-dimensional coordinate values of eight signal points of the three-dimensional octal signal constellation of FIG.

도 7은 도 3의 삼차원 4진 신호성상도를 이용한 도 2의 직교 주파수분할다중화 장치의 심볼오율(symbol error rate)과 기존 이차원 신호성상도를 이용한 도 1의 직교 주파수분할다중화 장치의 심볼오율을 비교한 그래프.7 is a symbol error rate of the orthogonal frequency division multiplexing apparatus of FIG. 2 using the three-dimensional quadrature signal constellation of FIG. 3 and a symbol error rate of the orthogonal frequency division multiplexing apparatus of FIG. Graph compared.

도 8은 도 5의 삼차원 8진 신호성상도를 이용한 도 2의 직교 주파수분할다중화 장치의 심볼오율(symbol error rate)과 기존 이차원 신호성상도를 이용한 도 1의 직교 주파수분할다중화 장치의 심볼오율을 비교한 그래프.8 shows symbol error rates of the orthogonal frequency division multiplexing apparatus of FIG. 2 using the three-dimensional octal signal constellation of FIG. 5 and symbol error rates of the orthogonal frequency division multiplexing apparatus of FIG. Graph compared.

도 9는 디지털 통신에서 일반적으로 이용되는 직교 진폭 변조 성상도.9 is a quadrature amplitude modulation constellation diagram generally used in digital communications;

도 10은 본 발명에 따른 삼차원 32진 공간격자형 신호성상도.10 is a three-dimensional 32-bit spatial grid signal constellation according to the present invention.

도 11은 본 발명에 따른 공간격자형 신호성상도를 구성하기 위하여 사용되는 단위격자의 예시도.11 is an exemplary diagram of a unit lattice used to construct a spatial lattice signal constellation according to the present invention.

도 12는 본 발명에 따른 공간격자형 신호성상도를 구성하기 위하여 사용되는 직각좌표계의 3축에 위치한 무게중심점의 예시도.Figure 12 is an illustration of the center of gravity points located on the three axes of the rectangular coordinate system used to construct a spatial lattice signal constellation according to the present invention.

도 13은 본 발명에 따른 공간격자형 신호성상도의 32개 신호점에 이진비트열을 체계적으로 대응시키기 위한 예시도.13 is an exemplary diagram for systematically mapping a binary bit string to 32 signal points of a spatial lattice signal constellation according to the present invention;

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

200 : 직병렬 변환부 210 : 삼차원 신호 매핑부200: series-parallel conversion unit 210: three-dimensional signal mapping unit

220 : 이차원 역푸리에 변환부 230 : 병직렬 변환부220: two-dimensional inverse Fourier transform unit 230: parallel series converter

Claims (10)

직렬 입력 신호를 병렬로 변환하는 직병렬 변환부;A serial-to-parallel converter for converting serial input signals in parallel; 상기 병렬화된 입력 신호들을, 삼차원 직각좌표계의 중점을 무게중심점으로 하는 내부 정육면체와, 삼차원 직각좌표계의 3축에 위치한 여섯 개의 표시점을 무게중심점으로 하며 일면이 상기 내부 정육면체와 접하는 여섯 개의 외부 정육면체로 구성되는 32개의 신호점을 갖는 32진 삼차원 공간격자형 신호성상도의 삼차원 좌표점들로 각각 매핑하는 삼차원 신호 매핑부; 및The parallelized input signals include an internal cube having a center of gravity as the center of gravity of the three-dimensional rectangular coordinate system, and six external cubes having one surface in contact with the internal cube with six mark points located on three axes of the three-dimensional rectangular coordinate system. A three-dimensional signal mapping unit for mapping each of the three-dimensional coordinate points of the 32-dimensional three-dimensional space grid signal constellation having 32 signal points configured; And 상기 매핑된 삼차원 좌표점들을 기초로 이차원 행렬을 생성하여 역푸리에 변환을 수행하는 역푸리에 변환부;An inverse Fourier transform unit for generating a two-dimensional matrix based on the mapped three-dimensional coordinate points and performing an inverse Fourier transform; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 직교 주파수분할다중화 장치.Orthogonal frequency division multiplexing device comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 역푸리에 변환된 병렬 신호들을 직렬 변환하여 출력하는 병직렬 변환부;A parallel-to-serial converter for serially converting the inverse Fourier transformed parallel signals and outputting the serial signals; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직교 주파수분할다중화 장치.Orthogonal frequency division multiplexing apparatus further comprising a. 삭제delete 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 공간격자형 신호성상도는, 비 상진폭(non-constant amplitude) 특성을 가짐을 특징으로 하는 직교 주파수분할다중화 장치.And the spatial lattice signal constellation has a non-constant amplitude characteristic. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 공간격자형 신호성상도는, 서로 다른 두 진폭을 가짐을 특징으로 하는 직교 주파수분할다중화 장치.Orthogonal frequency division multiplexing device characterized in that the spatial lattice signal constellation has two different amplitudes. 삭제delete 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 삼차원 신호 매핑부는, 병렬화된 5비트 길이를 가지는 32개의 비트열을 상기 32개의 신호점에 매핑하되, 5비트 중에서 1비트로 신호점의 제1축 성분 부호를 결정하고, 1비트로 신호점의 제2축 성분 부호를 결정하고, 1비트로 신호점의 제3축 성분 부호를 결정하며, 나머지 2비트로 3축 성분의 크기를 결정하여 해당 신호점에 매핑함을 특징으로 하는 직교 주파수분할다중화 장치.The three-dimensional signal mapping unit maps the 32 bit strings having the parallelized 5-bit length to the 32 signal points, and determines the first axis component code of the signal point with 1 bit out of 5 bits, and sets the 1st bit of the signal point with 1 bit. An orthogonal frequency division multiplexing device comprising: determining a two-axis component code, determining a third axis component code of a signal point with one bit, and determining the magnitude of the three-axis component with two remaining bits and mapping the corresponding signal point. 정육면체의 무게중심점이 삼차원 직각좌표계의 중심에 위치하도록 삼차원 직각좌표계 상에 배치하는 단계; Arranging on the three-dimensional rectangular coordinate system such that the center of gravity of the cube is located at the center of the three-dimensional rectangular coordinate system; 삼차원 직각좌표계의 3축에 6개의 중심점을 표시하는 단계; 및Displaying six center points on three axes of a three-dimensional rectangular coordinate system; And 상기 6개의 중심점 각각을 무게중심점으로 하여 상기 정육면체와 동일한 크기를 갖는 6개의 외부 정육면체를 배치하는 단계;Disposing six outer cubes having the same size as the cube with each of the six center points as a center of gravity; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼차원 신호성상도 구현 방법.3D signal constellation implementation method comprising a. 제8항에 있어서, The method of claim 8, 상기 표시 단계는, 상기 외부 정육면체와 상기 정육면체의 일면이 접하도록 삼차원 직각좌표계의 3축에 6개의 중심점을 표시함을 특징으로 하는 삼차원 신호성상도 구현 방법.The displaying may include displaying six center points on three axes of a three-dimensional rectangular coordinate system such that the outer cube and one surface of the cube contact each other. 제9항에 있어서,10. The method of claim 9, 상기 삼차원 신호성상도는, 상기 정육면체 및 상기 외부 정육면체의 꼭지점을 신호점으로 이용하는 32진 공간격자형 삼차원 신호성상도임을 특징으로 하는 삼차원 신호성상도 구현 방법.The three-dimensional signal constellation, three-dimensional signal constellation implementation method characterized in that the three-dimensional spatial grid type three-dimensional signal constellation using the vertex of the cube and the outer cube as a signal point.
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