KR100970973B1 - 멀티-밴드 직교주파수분할다중화 통신 시스템의 인터리버 장치 - Google Patents

멀티-밴드 직교주파수분할다중화 통신 시스템의 인터리버 장치 Download PDF

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Abstract

멀티-밴드 직교주파수분할다중화(MB-OFDM) 통신 시스템의 인터리버 장치가 개시된다. 6개의 OFDM 심볼로 전송될 비트열(s)을 입력받아 N(N은 6 이하의 자연수)개의 비트열(a1, a2, ..., aN)로 분리하고, 각 비트열(a1, a2, ..., aN) 별로 인터리빙을 수행하며, N개의 인터리빙된 비트열(s1, s2, ..., sN)을 6개의 OFDM 심볼로 전송될 비트열(m)로 재결합하여 출력하는 심볼 인터리버, 심볼 인터리버에서 출력된 비트열(m)을 OFDM 심볼 단위로 나누어 톤 인터리빙하는 톤 인터리버 및 톤 인터리버가 출력하는 톤 인터리빙된 비트열을 순환 이동시키는 사이클릭 쉬프터를 포함하여 멀티-밴드 OFDM 통신 시스템의 인터리버 장치를 구성한다. 따라서, 종래의 인터리버 장치에 비하여 일부 부반송파에서 발생하는 연속된 오류에 대해 보다 효율적으로 대응하여 시스템의 전체적 성능 향상을 가져올 수 있다.
UWB, 초광대역통신, MB-OFDM, OFDM, 인터리빙

Description

멀티-밴드 직교주파수분할다중화 통신 시스템의 인터리버 장치{INTERLEAVER OF MULTI-BAND ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLE ACESS SYSTEM}
본 발명은 멀티-밴드 직교주파수분할다중화 통신 시스템의 인터리버 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초광대역 통신 시스템에서 다른 통신 시스템과의 간섭으로 인해 일부 대역에서 발생될 수 있는 성능 열화를 해결하기 위한, 종래 멀티-밴드 직교주파수분할다중화 통신 시스템의 인터리버 장치 구조보다 효율적인 인터리버 장치에 관한 것이다.
초광대역(UWB: Ultra Wide-Band, 이하 UWB) 통신 시스템은 대역별로 배타적인 주파수 이용권한이 부여되는 방식을 탈피하여, 매우 넓은 주파수 대역을 활용하면서도 기존에 할당된 주파수 대역을 사용하고 있는 여타 서비스에 주파수 간섭을 일으키지 않고 동시에 수백 Mbps 이상의 데이터 전송을 실현할 수 있는 기술이다.
즉, 초광대역 통신 시스템은 일반적으로 3.1~10.6GHz 대역에서 100Mbps 이상의 전송속도로 기존의 스펙트럼에 비하여 매우 넓은 대역에 걸쳐 낮은 전력으로 초고속 통신을 실현하는 근거리 무선 통신 기술로 정의된다.
초기 표준안에서는 UWB 통신 시스템으로 기존의 협태역 통신방식에서 사용하 는 연속적인 반송파를 사용하지 않고, 단일 펄스를 이용하는 통신 방식이 제안되었으나 제외된 상태이며, 현재는 XtremeSpectrum 사에서 제안한 DS-CDMA(Direct Sequence Code Division Multiple Access) 방식과 멀티-밴드 진영에서 제안한 직교주파수분할다중화(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 OFDM) 방식이 표준안으로 제안되어, 양분되어 개발되고 있다.
이들 중, 특히 멀티-밴드 OFDM(이하, MB-OFDM) 방식은 CDMA 기술에 기반을 둔 DS-CDMA 방식에 비하여 OFDM 기술을 기반으로 하는 것에 의하여, 노이즈에 강하며 주파수 대역을 효율적으로 사용할 수 있다는 강점이 있다. 즉, OFDM 방식의 경우에 있어서는, 각각의 부반송파(sub-carrier)가 인접하고 있으나 서로 간섭하지 않고 분산되어 전달되기 때문에 특정 부반송파가 노이즈의 영향을 받아도 전체적인 손실이 적다.
그러나, UWB 시스템에 할당된 주파수 대역은 3.1GHz에서 10.6GHz에 이르는 광대역에 해당하므로 다른 통신 시스템과의 간섭문제가 본질적으로 발생된다. 예컨대, 5.15GHz에서 5.85GHz 대역에서 동작하는 IEEE802.11a WLAN(Wireless LAN)이나 2GHz에서 11GHz의 대역에서 동작하는 IEEE802.16 MobileWiMAX의 경우가 불가피하게 UWB 시스템과 간섭을 일으킬 수 밖에 없는 상황이다.
따라서, 대부분의 통신 시스템에서 연속된 오류(burst error)에 대응하기 위하여 적용되는 인터리버(interleaver)가 MB-OFDM 시스템에도 당연히 적용되고 있다.
도 1은 현재 MB-OFDM 시스템의 표준안에 제시된 인터리버 장치를 예시한 블 록도이다.
현재 MB-OFDM 시스템의 표준안에 제시된 인터리버 장치(100)는 심볼 인터리버(symbol interleaver; 110), 톤 인터리버(tone interleaver; 120) 및 사이클릭 쉬프터(cyclic shifter; 130)를 포함하여 구성된다.
심볼 인터리버(110)는 6개의 OFDM 심볼 단위로 인터리빙을 수행하며 채널 코딩부(미도시, 예컨대 convolutional 인코더)에서 코드화되어 출력된 비트들이 심볼 인터리버(110)의 입력으로 들어가게 되고 하기 수학식 1에 의해 심볼 인터리빙된 후 톤 인터리버(120)로 입력된다.
[수학식 1]
Figure 112008081243459-pat00001
Figure 112008081243459-pat00002
여기에서, NCBPS는 하나의 OFDM 심볼 당 비트 수(coded bits per symbol)를 의미하며, NCBP6S는 여섯 개 OFDM 심볼당 비트 수(coded bits per six symbols)를 의미한다(예컨대, NCBPS가 200이면, NCBP6S는 1200이 됨). i는 심볼 인터리빙되는 단위인 6개 OFDM 심볼의 비트열(s) 내의 비트 위치를 지정한다. 따라서, a[0, ..., NCBP6S-1]는 심볼 인터리버로 입력되는 비트열이며, s[0, ..., NCBP6S-1]는 심볼 인터리 버(110)에서 심볼 인터리빙이 수행되어 출력되는 비트열을 의미한다. 즉, a[0, ..., NCBP6S-1]와 s[0, ..., NCBP6S-1]는 6개 OFDM 심볼의 총 비트수(NCBP6S)의 길이를 가지는 비트열이다.
다음으로, 심볼 인터리버(110)에서 출력된 s[0, ..., NCBP6S-1]는 톤 인터리버(120)로 입력되며, 톤 인터리버(120)에서는 1개의 OFDM 심볼에 들어가는 비트수인 NCBPS 단위로 s[0, ..., NCBP6S-1]를 나누어서 부반송파(subcarrier, tone)별로 인터리빙을 수행하게 된다. 하기 수학식 2는 톤 인터리버(120)에서 수행되는 톤 인터리빙을 표현하기 위한 수학식이다.
[수학식 2]
Figure 112008081243459-pat00003
Figure 112008081243459-pat00004
여기에서, s[0, ..., NCBP6S-1]는 심볼 인터리버(110)의 출력이며, t[0, ..., 부반송파수-1]은 톤 인터리버(120)의 출력에 해당된다. 따라서, j는 0에서 부반송파수-1(예컨대, 부반송파수가 100인 경우 99)까지의 값을 가지게 된다. 예컨대, 한번의 심볼 인터리버(110)의 출력에 대하여 톤 인터리빙은 6차례 수행된다. 한편, NTint는 톤 인터리빙의 단위를 의미하며 전송 데이터 레이트에 따라서 10 또는 20의 값을 가지게 된다.
마지막으로, 사이클릭 쉬프터(130)는 주파수 선택적 페이딩(frequency selective fading)에 의해 특정 부반송파들의 왜곡을 방지하기 위하여 하기 수학식 3에 의하여 OFDM 심볼 내의 비트 위치를 규칙적으로 이동시키는 동작을 수행하게 된다.
[수학식 3]
Figure 112008081243459-pat00005
Figure 112008081243459-pat00006
Figure 112008081243459-pat00007
여기에서, Ncyc는 사이클릭 인터리버 쉬프트값을 의미하며, 예컨대, 데이터 전송속도에 따라 33 또는 66 값을 가지게 된다.
그러나, 앞서 언급된 바와 같이, UWB 시스템에 할당된 주파수 대역은 3.1GHz에서 10.6GHz에 이르는 광대역에 해당하므로 다른 통신 시스템과의 간섭문제가 본질적으로 다른 통신 방식에 비하여 심각하게 작용하므로, 상술된 인터리버에 비하여 일부 부반송파에서 발생하는 연속된 오류에 대해 보다 효율적으로 대응하여 시스템의 전체적 성능 향상을 가져올 수 있는 새로운 인터리버 장치의 구조가 절실히 요청되는 상황이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 종래의 MB-OFDM 시스템의 인터리버 장치에 비하여 연속적인 오류에 보다 효율적으로 대응하여 시스템의 전체적인 성능 향상을 가져올 수 있는 인터리버 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 멀티-밴드 OFDM 시스템의 인터리버에 있어서, 6개의 OFDM 심볼로 전송될 비트열(s)을 입력받아 N(N은 6 이하의 자연수)개의 비트열(a1, a2, ..., aN)로 분리하고, 각 비트열(a1, a2, ..., aN) 별로 인터리빙을 수행하며, N개의 인터리빙된 비트열(s1, s2, ..., sN)을 6개의 OFDM 심볼로 전송될 비트열(m)로 재결합하여 출력하는 심볼 인터리버, 상기 심볼 매퍼에서 출력된 비트열(m)을 OFDM 심볼 단위로 나누어 톤 인터리빙하는 톤 인터리버 및 상기 톤 인터리버가 출력하는 톤 인터리빙된 비트열을 순환 이동시키는 사이클릭 쉬프터를 포함한 것을 특징으로 하는 멀티-밴드 OFDM 시스템의 인터리버 장치를 제공한다.
여기에서, 상기 N은 OFDM 심볼 당 비트수를 나누어 떨어지는 자연수일 수 있으며, 보다 바람직하게는 상기 N은 4일 수 있다.
여기에서, 상기 심볼 인터리버는 6개의 OFDM 심볼로 전송될 비트열(s)을 입력받아 N(N은 6 이하의 자연수)개의 비트열(a1, a2, ..., aN)로 분리하여 출력하는 비트열 분리부, 상기 N개의 비트열((a1, a2, ..., aN) 별로 인터리빙을 수행하여, N 개의 인터리빙된 비트열(s1, s2, ..., sN)을 출력하는 심볼 인터리빙부 및 상기 N개의 인터리빙된 비트열(s1, s2, ..., sN)을 6개의 OFDM 심볼로 전송될 비트열(m)로 재결합하여 출력하는 비트열 재결합부를 포함하여 구성될 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 인터리버 장치를 이용할 경우에는, 3.1GHz에서 10.6GHz에 이르는 광대역을 이용하는 UWB 시스템에 있어서, 종래 기술의 인터리버 장치에 비하여 일부 부반송파에서 발생하는 연속된 오류에 대해 보다 효율적으로 대응하여 시스템의 전체적 성능 향상을 가져올 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일 치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 MB-OFDM 시스템의 인터리버 장치
도 2는 본 발명에 따른 MB-OFDM 시스템의 인터리버 장치를 예시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 MB-OFDM 시스템의 인터리버 장치(200)는, 심볼 인터리버(210), 톤 인터리버(220) 및 사이클릭 쉬프터(230)를 포함하여 구성될 수 있다. 도 1에서 예시한 종래 기술에 따른 MB-OFDM 시스템의 인터리버 장치(100)와 비교하면, 본 발명에 따른 MB-OFDM 시스템의 인터리버 장치(200)는 심볼 인터리버(210)가 세부적으로 개선된 구조를 가진다.
이하에서는, 심볼 인터리버(210)의 기능을 중심으로 본 발명에 따른 MB-OFDM 시스템의 인터리버 장치(200)가 상술된다.
심볼 인터리버(210)는 6개의 OFDM 심볼로 전송될 비트열(s)을 입력받아 N(N은 6 이하의 자연수)개의 비트열(a1, a2, ..., aN) 로 분리하고, 각 비트열(a1, a2, ..., aN) 별로 인터리빙을 수행하며, N개의 인터리빙된 비트열(s1, s2, ..., sN)을 6개의 OFDM 심볼로 전송될 비트열(m)로 재결합하여 출력하는 구성요소이다.
MB-OFDM 시스템에서는 128개의 부반송파를 이용하여 정보를 전송하며, 그 중 100개의 부반송파에 데이터를 실어서 전송을 하게 된다. 즉, 나머지 28개의 부반송파는 파일럿(pilot) 신호 용도로 이용되거나, 제로 패딩(zero-padding) 등의 목적으로 이용된다.
128개의 부반송파 신호가 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)를 거쳐서 하나의 OFDM 심볼로 생성되는데, MB-OFDM 시스템에서는 PAM 환경에서 페이딩(fading) 상황을 극복하기 위해서 패킷 하나의 길이가 6개의 OFDM 심볼이면 전송 시에 문제가 생기지 않으므로 6개의 OFDM 심볼을 하나의 패킷으로 묶어서 전송을 하게 된다. 따라서, 심볼 인터리버(210)에는 6개 OFDM 심볼을 하나의 단위로 전송될 비트열(s)이 채널 인코딩부(미도시)로부터 입력된다.
이때, 각각의 부반송파별 신호가 QPSK로 변조된다면 하나의 OFDM 심볼은 200bit의 정보를 가지게 되고(100 QPSK symbols / 1 OFDM symbol), 여섯개의 OFDM 심볼은 1200bit의 정보를 가지게 된다.
따라서, 이하의 수학식들에서 표현되는 상수인 NCBPS는 하나의 OFDM 심볼 당 전송되는 데이터 비트수를 의미하며(coded bits per symbol), NCBP6S는 여섯개 OFDM 심볼 당 전송되는 데이터 비트수를 의미한다(coded bits per six symbols).
도 3은 본 발명에 따른 인터리버 장치에서 인터리빙 동작시에 적용되는 인터리빙 파라미터들을 도시한 도표이다.
도 3을 참조하면, 목표 전송 속도(data rate)와, 변조방식-QPSK 또는 DCM(Dual Carrier Modulation), 타임 도메인 스프레딩(TDS; Time Domain Spreading)의 적용여부, 채널코딩률(coding rate)에 따라서 결정되는, NCBPS 상수와 NCBP6S 상수, NTint(톤 인터리버 블록 사이즈 상수) 및 Ncyc(사이클릭 쉬프터 상수)가 예시된다.
도 2를 다시 참조하면, 상술된 심볼 인터리버(210)의 기능을 수행하기 위해서 심볼 인터리버(210)는 보다 자세하게는, 비트열 분리부(211), 심볼 인터리빙부(212) 및 비트열 결합부(213)를 포함하여 구성될 수 있다. 따라서, 이하에서는 심볼 인터리버(210)의 기능을 비트열 분리부(211), 심볼 인터리빙부(212) 및 비트열 결합부(213) 순서대로 상술하도록 한다.
먼저, 심볼 인터리버(210)의 비트열 분리부(211)는 6개의 OFDM 심볼로 전송될 비트열(s)을 입력받아 N개의 비트열(a1, a2, ..., aN)로 분리하게 된다.
이 경우, 비트열 분리부(211)는 비트열(s)을 순차적으로 N개의 비트열(a1, a2, ..., aN)으로 분리할 수도 있으나(예컨대, 0번째 비트부터 NCBP6S/N-1 번째 비트까지를 제1비트열, NCBP6S/N번째 비트부터 (2*NCBP6S/N)-1 번째 비트까지를 제 2 비트열로 분리하는 방식), 인터리빙 효과를 얻기 위해서 하기 수학식 4에 의하여 비트열(s)을 병렬적으로 N개의 비트열(a1, a2, ..., aN)로 분리할 수 있다. 이때, 비트열 분리부(211)는 직렬-병렬 변환(serial to parallel)의 역할을 수행하는 것으로도 설명 가능하다.
[수학식 4]
Figure 112008081243459-pat00008
Figure 112008081243459-pat00009
...
Figure 112008081243459-pat00010
Figure 112008081243459-pat00011
(여기에서, NCBPS는 하나의 OFDM 심볼 당 비트수, NCBP6S는 6개의 OFDM 심볼의 비트수, s[0, ..., NCBPS6-1]은 입력받은 6개의 OFDM 심볼로 전송될 비트열, a1[0, ..., NCBP6S/N-1], a2[0, ..., NCBP6S/N-1], ..., aN[0, ..., NCBP6S/N-1]은 분리된 N개의 비트열)
한편, 분리되는 비트열의 숫자인 N은 다음과 같은 조건을 만족하는 6이하의 자연수 중에서 선택될 수 있다. 첫째로, N으로 심볼당 데이터 비트 수인 NCBPS를 나누어서 떨어져야 하며, 둘째로, 디인터리빙된 하나의 QPSK 심볼이 비터비(viterbi) 디코더의 트레이스백 길이(traceback length)보다 커야하고 오류비트의 분산정도가 좋아야 하며, 셋째로, 전체적인 시스템의 성능을 최대화시킬 수 있는 값이 선택되어야 한다. 본 발명에 따른 MB-OFDM 시스템의 인터리버에서는 심볼 인터리버(210)의 구현 복잡도 및 상기 세 가지 관점을 고려하여 5이하의 값이 바람직하다.
다음으로, 심볼 인터리버(210)의 심볼 인터리빙부(212)는 분리된 비트열(a1, a2, ..., aN) 별로 인터리빙을 수행하고, N개의 인터리빙된 비트열(s1, s2, ..., sN)을 생성하여 출력하게 된다.
심볼 인터리빙부(212)에서 수행되는 분리된 비트열 별의 인터리빙 동작은 하기 수학식 5에 의하여 표현될 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112008081243459-pat00012
Figure 112008081243459-pat00013
...
Figure 112008081243459-pat00014
Figure 112008081243459-pat00015
(여기에서, 여기에서, NCBPS는 하나의 OFDM 심볼 당 비트수, NCBP6S는 6개의 OFDM 심볼의 비트수, a1[0, ..., NCBP6S/N-1], a2[0, ..., NCBP6S/N-1], ..., aN[0, ..., NCBP6S/N-1]은 분리된 N개의 비트열, NTDS는 타임-도메인 스프레딩 팩터, s1[0, ..., NCBP6S/N-1], s2[0, ..., NCBP6S/N-1], ..., sN[0, ..., NCBP6S/N-1]는 각각 인터리빙된 N개의 비트열)
다음으로, 심볼 인터리빙부(212)에서 출력된 인터리빙된 비트열(s1, s2, ..., sN)은 비트열 결합부(213)로 출력된다.
비트열 결합부(213)는 심볼 인터리빙부(212)로부터 상기 N개의 인터리빙된 비트열(s1, s2, ..., sN)을 입력받아 6개의 OFDM 심볼로 전송될 비트열(m)로 재결합하여 출력하는 구성요소이다.
비트열 결합부(213)에서 이루어지는 N개의 인터리빙된 비트열(s1, s2, ..., sN)을 비트열(m)로 재결합하는 동작은 하기 수학식 6에 의하여 표현될 수 있다. 즉, 앞서 수학식 4에 의하여 표현된 비트열 분리부(211)에서 이루어진 작업의 역이 되는 작업을 수행하는 것으로 설명 가능하며, 비트열 결합부(213)의 동작은 병렬-직렬 변환(Parallel to Serial)의 역할을 수행하는 것으로도 설명 가능하다.
[수학식 6]
Figure 112008081243459-pat00016
Figure 112008081243459-pat00017
...
Figure 112008081243459-pat00018
Figure 112008081243459-pat00019
(여기에서, NCBP6S는 6개의 OFDM 심볼의 비트수, m[0, ..., NCBPS6-1]은 비트열 결합부의 출력 비트열, s1[0, ..., NCBP6S/N-1], s2[0, ..., NCBP6S/N-1], ..., sN[0, ..., NCBP6S/N-1]는 각각 인터리빙된 N개의 비트열)
이하, 최종적으로 비트열 결합부(213)에서 출력된 비트열(m), 즉 심벌 인터리버(210)에 출력된 비트열(m)은 톤 인터리버(220)로 입력되며, 톤 인터리버(220) 에서는 1개의 OFDM 심볼에 들어가는 비트수인 NCBPS 단위로 s[0, ..., NCBP6S-1]를 나누어서 부반송파별로 인터리빙을 수행하게 된다. 또한, 톤 인터리버(220)의 출력은 사이클릭 쉬프터(230)로 입력되어 주파수 선택적 페이딩(frequency selective fading)에 의해 특정 부반송파들의 왜곡을 방지하기 위하여 OFDM 심볼 내의 비트 위치를 규칙적으로 이동시키는 동작을 수행하게 된다.
이상의 톤 인터리버(220) 및 사이클릭 쉬프터(230)의 동작은 도 1을 통하여 설명된 종래 기술의 톤 인터리버(120) 및 사이클릭 쉬프터(130)의 동작과 동일하므로 자세한 설명은 생략된다.
본 발명에 따른 인터리버의 성능평가 시뮬레이션
UWB 채널 모델은 UWB환경에 적합한 채널 모델을 개발하기 위하여 구성된 IEEE 802.15 SG3a의 분과 위원회가 2003년 2월 802.15.TG3Aa의 물리 계층 성능 분석을 위하여 최종 제안된 모델이다. 몇몇 기존 모델에 근거하여 측정을 통하여 관찰된 클러스터링 현상을 기초로 UWB채널은 기존의 Saleh-Valenzuela 모델에서 약간의 수정을 통하여 모델링될 수 있다. 채널 측정 결과에 따르면 UWB 채널의 경우, 일반적인 채널 모델에 적용되는 Rayleigh 분포보다는 Log Nomal 분포를 따르고, 클러스터뿐만 아니라 클러스터 내의 각 레이도 독립적인 페이딩을 겪음을 알 수 있다. 따라서 UWB 다중 경로 채널 모델을 간단히 수식으로 나타내면 하기 수학식 7과 같다.
[수학식 7]
Figure 112008081243459-pat00020
(여기에서,
Figure 112008081243459-pat00021
는 i번째 구현 채널의 l번째 클러스터 지연을 나타낸다.
Figure 112008081243459-pat00022
는 i번째 구현 채널의 l번째 클러스터의 k번째 다중 경로의 지연에 해당된다. 그리고,
Figure 112008081243459-pat00023
는 i번째 구현 채널의 l번째 클러스터의 k번째 다중 경로의 크기에 해당한다. 그리고,
Figure 112008081243459-pat00024
는 i번째 구현 채널의 log Normal 쉐도잉의 영향을 나타낸다.)
이때,
Figure 112008081243459-pat00025
는 하기 수학식 8과 같이 표기할 수 있다.
[수학식 8]
Figure 112008081243459-pat00026
(여기에서,
Figure 112008081243459-pat00027
은 l번째 클러스터와 관련된 페이징,
Figure 112008081243459-pat00028
은 l번째 클러스터의 k번째 레이와 관련된 페이딩,
Figure 112008081243459-pat00029
은 반사로 인한 반전을 계산하기 위한
Figure 112008081243459-pat00030
값이다.)
여기에서,
Figure 112008081243459-pat00031
는 하기 수학식 9에 의해서 표현되는 것과 같은 특성을 갖는다.
[수학식 9]
Figure 112008081243459-pat00032
(여기에서, n1과 n2는 서로 독립적이고, 각각의 클러스터와 레이의 페이딩에 해당된다)
Figure 112008081243459-pat00033
은 하기 수학식 10에 의하여 표현된다.
[수학식 10]
Figure 112008081243459-pat00034
(여기에서,
Figure 112008081243459-pat00035
는 클러스터 감쇄 요소,
Figure 112008081243459-pat00036
는 레이 감쇄 요소,
Figure 112008081243459-pat00037
은 클러스터 log normal 페이딩의 표준 편차,
Figure 112008081243459-pat00038
는 레이의 log normal 페이딩의 표준 편차를 나타낸다.)
또한, 쉐도잉은 하기 수학식 11로 표현이 가능하다.
[수학식 11]
Figure 112008081243459-pat00039
클러스터 도달시간과 레이 도달 시간을 지수 확률 밀도 함수로 표현하면 아래의 수학식 12와 같다.
[수학식 12]
Figure 112008081243459-pat00040
Figure 112008081243459-pat00041
(이중, A는 클러스터 도달율,
Figure 112008081243459-pat00042
는 레이 도달율을 나타낸다.)
채널의 전력지연분포 특성은 하기 수학식 13과 같다.
[수학식 13]
Figure 112008081243459-pat00043
(여기에서,
Figure 112008081243459-pat00044
은 l의 초과 지연이고,
Figure 112008081243459-pat00045
는 첫번째 클러스터의 첫번째 경로의 평균 에너지로서 전체 수신 에너지의 정규화를 위한 값이다. 총 다중대역 에너지의 log normal 쉐도잉은
Figure 112008081243459-pat00046
이고,
Figure 112008081243459-pat00047
에 포함된 총 에너지는 각 신호에 대하여 정규화된다. 실제로 유효한 에너지는 직진 경로 성분의 에너지로부터 최대 10dB 감소하는 경우까지 감안한다.)
도 4는 본 발명에 따른 인터리버 및 인터리빙 방법의 성능 평가에 적용된 채널 환경들의 파라미터들을 도시한 도표이다.
앞서 설명된 SG3a UWB 채널 모델은 도 4에 나타난 바와 같이 CM1~CM4의 4가지로 주어지며, 이중 CM1, CM2, CM3는 실제 측정된 파라미터를 기반으로 모델링되었고, CM4는 최악의 경우로 RMS delay가 25ns에 이르는 열악한 상황을 고려하였다. 이러한 채널 모델에 따라 각각 100개의 구현 채널이 주어진다.
따라서, 본 발명에 따른 인터리버 장치의 성능 평가에서는 주파수 호핑을 고려하여, SG3a UWB채널을 각각의 서브 밴드 주파수 영역에 해당되는 대역으로 필터링한 후, 이 채널들로 MB-OFDM의 성능을 시뮬레이션하였으며, 106.7Mbps의 전송속도하에, QPSK 변조방식, 100개의 부반송파수를 이용하며, 100개 중 한 개의 부 반송파에서 간섭이 일어나, 한 개의 부반송파에 실린 데이터에서 오류가 발생한 상황을 가정하였다.
도 5a는 기존의 인터리버 장치를 이용할 경우에 디 인터리빙된 비트열을 예시한 개념도이며, 도 5b는 본 발명에 따른 인터리버 장치를 이용할 경우에 디 인터 리빙된 비트열을 예시한 개념도이다.
도 5a를 참조하면, 기존의 인버리버 장치를 적용했을 경우에 6비트의 오류 비트에 대하여 디인터리빙된 결과는 오류 비트가 30비트의 간격을 가지고 3개의 군집을 이룸을 알 수 있다.
반면에, 도 5b를 참조하면, 본 발명에 따른 인터리버 장치를 적용했을 경우에는 100비트 이상의 이격 간격을 보이며 비교적 균일하게 오류 비트가 분산 됐음을 확인 할 수 있다.
따라서 제안한 인터리버는 기존 인터리버에 비해 비터비 디코더의 트레이스백 길이(traceback length)보다 크고 균일한 오류 분포를 만듬으로써 보다 좋은 시스템 성능을 보장할 수 있음을 알 수 있다.
다음으로 기존의 인터리버와 제안된 인터리버가 적용된 MB-OFDM 시스템의 성능 분석을 위해 IEEE 802.15.3A 표준에서 제공하는 Saleh-Valenzuela UWB 채널 모델을 사용하여 분석한다. 다중경로에 의한 효과는 MB-OFDM 시스템의 사이클릭 프리릭스(Cyclic prefix)가 충분히 길어 없다고 가정하고, OFDM 심볼동안 채널이 일정하게 유지되어 독립적인 부반송파를 갖는다고 가정한다.
도 6은 본 발명에 따른 인터리버 장치의 성능평가에 적용된 시뮬레이션 파라미터들을 도시한 도표이다.
도 6에서 볼 수 있듯이 시스템 입력비트는 컨볼루션 코딩단을 거친후 1/3rate에 따라 3배가 된다. 또한 인터리버 장치를 지나 QPSK 매핑된 정보는 각 밴 드에 대해 OFDM 변조를 통해 전송된다. OFDM 부반송파들은 128 IFFT/FFT를 사용하여 효과적으로 이중 100개의 부반송파만 실제로 데이터가 입력되며, 나머지 12개의 부반송파는 전체 주파수에 걸쳐 균등하게 배치되는 파일롯 신호 전송용도로 사용하고, 나머지 16개는 송수신단 필터의 유연성과 더불어 다양한 목적으로 이용할 수 있도록 보호 또는 가상 부반송파로 사용된다. 또한 기존의 인터리버 장치와 제안된 인터리버 장치의 보다 명확한 성능 비교를 위해 협대역 잡음이 5개의 부반송파에 악영향을 미친다고 가정한다. 협대역 잡음은 대역 제한된 가산적 가우시안 잡음으로 구현하였다.
도 7은 본 발명에 따른 인터리버 장치의 심볼 인터리빙부의 N값에 따른 시스템 성능 변화를 도시한 그래프이다.
도 7은 도 6에서 보여진 시뮬레이션 파라미터가 적용된 CM2 채널 환경에서 제안된 인터리빙 장치의 N값을 다르게 한 경우(N=2, N=4, N=5인 경우), 각각의 MB-OFDM 시스템 성능을 비트 오류 확률(BER; Bit Error Ratio)로서 보여주는 시뮬레이션 결과이다. 이것으로 본 발명에 따른 인터리버 장치에서 N값이 4인 경우에 가장 우수한 시스템 성능을 보여줌을 알 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 인터리버 장치를 CM2 채널 환경에서 기존 인터리버 장치와 성능 비교한 그래프이다.
도 8은 도 6의 시뮬레이션 파라미터가 적용된 CM2 채널 환경에서 기존의 인터리버 장치(100)와 제안된 인터리버 장치(200)가 각각 적용된 MB-OFDM 시스템의 비트 오류 확률(BER)을 비교한 그림이다.
도 8을 참조하면, 비트 오류 확률이 10-5에서 제안된 인터리버 장치가 적용된 시스템이 기존의 인터리버 장치가 적용된 시스템에 비해 약 1dB 정도의 이득을 보임을 알 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 인터리버 장치를 CM3 채널 환경에서 기존 인터리버 장치와 성능 비교한 그래프이다.
도 9는 도 6의 시뮬레이션 파라미터가 적용된 CM3 채널 환경에서 기존의 인터리버 장치와 제안된 인터리버 장치를 각각 MB-OFDM 시스템에 적용하여 BER을 측정한 것이다. 제안된 인터리버 장치를 적용했을 경우 기존의 인터리버 장치를 적용한 경우에 비해 10-4 에서 약 2dB 정도의 이득을 보이며, 보다 좋은 성능을 보이는 것을 확인할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 현재 MB-OFDM 시스템의 표준안에 제시된 인터리버 장치를 예시한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 MB-OFDM 시스템의 인터리버 장치를 예시한 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 인터리버 장치에서 인터리빙 동작시에 적용되는 인터리빙 파라미터들을 도시한 도표이다.
도 4는 본 발명에 따른 인터리버 및 인터리빙 방법의 성능 평가에 적용된 채널 환경들의 파라미터들을 도시한 도표이다.
도 5a는 기존의 인터리버 장치를 이용할 경우에 디 인터리빙된 비트열을 예시한 개념도이며, 도 5b는 본 발명에 따른 인터리버 장치를 이용할 경우에 디 인터리빙된 비트열을 예시한 개념도이다.
도 6은 본 발명에 따른 인터리버 장치의 성능평가에 적용된 시뮬레이션 파라미터들을 도시한 도표이다.
도 7은 본 발명에 따른 인터리버 장치의 심볼 인터리빙부의 N값에 따른 시스템 성능 변화를 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따른 인터리버 장치를 CM2 채널 환경에서 기존 인터리버 장치와 성능 비교한 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따른 인터리버 장치를 CM3 채널 환경에서 기존 인터리버 장치와 성능 비교한 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
210: 심볼 인터리버
211: 비트열 분리부 212: 심볼 인터리빙부
213: 비트열 결합부
220: 톤 인터리버 230: 사이클릭 쉬프터

Claims (7)

  1. 멀티-밴드 OFDM 시스템의 인터리버에 있어서,
    6개의 OFDM 심볼로 전송될 비트열(s)을 입력받아 N(N은 6 이하의 자연수)개의 비트열(a1, a2, ..., aN)로 분리하여 출력하는 비트열 분리부, 상기 N개의 비트열(a1, a2, ..., aN) 별로 인터리빙을 수행하여 N개의 인터리빙된 비트열(s1, s2, ..., sN)을 출력하는 심볼 인터리빙부 및 상기 N개의 인터리빙된 비트열(s1, s2, ..., sN)을 6개의 OFDM 심볼로 전송될 비트열(m)로 재결합하여 출력하는 비트열 결합부를 포함하여 구성되는 심볼 인터리버;
    상기 심볼 인터리버에서 출력된 비트열(m)을 OFDM 심볼 단위로 나누어 톤 인터리빙하는 톤 인터리버; 및
    상기 톤 인터리버가 출력하는 톤 인터리빙된 비트열을 순환 이동시키는 사이클릭 쉬프터를 포함하고,
    상기 비트열 분리부는, 6개의 OFDM 심볼로 전송될 비트열(s)을 입력받아 하기 수학식에 의하여 N개의 비트열(a1, a2, ..., aN)로 분리하는 것을 특징으로 하는 멀티-밴드 OFDM 시스템의 인터리버 장치.
    [수학식]
    Figure 112010018558608-pat00070
    Figure 112010018558608-pat00071
    ...
    Figure 112010018558608-pat00072
    Figure 112010018558608-pat00073
    (여기에서, NCBPS는 하나의 OFDM 심볼 당 비트수, NCBP6S는 6개의 OFDM 심볼의 비트수, s[0, ..., NCBPS6-1]은 입력받은 6개의 OFDM 심볼로 전송될 비트열, a1[0, ..., NCBP6S/N-1], a2[0, ..., NCBP6S/N-1], ..., aN[0, ..., NCBP6S/N-1]은 분리된 N개의 비트열)
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 N은 OFDM 심볼당 비트수를 나누어 떨어지는 자연수인 것을 특징으로 하는 멀티-밴드 OFDM 시스템의 인터리버 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 N은 4인 것을 특징으로 하는 멀티-밴드 OFDM 시스템의 인터리버 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 심볼 인터리버의 상기 심볼 인터리빙부는, 분리된 N개의 비트열(a1, a2, ..., aN)에 대하여 하기 수학식에 의하여 각 비트열별로 인터리빙을 수행하고, N개의 인터리빙된 비트열(s1, s2, ..., sN)을 출력하는 것을 특징으로 하는 멀티-밴드 OFDM 시스템의 인터리버 장치.
    [수학식]
    Figure 112010018558608-pat00052
    Figure 112010018558608-pat00053
    ...
    Figure 112010018558608-pat00054
    Figure 112010018558608-pat00055
    (여기에서, NCBPS는 하나의 OFDM 심볼 당 비트수, NCBP6S는 6개의 OFDM 심볼의 비트수 , a1[0, ..., NCBP6S/N-1], a2[0, ..., NCBP6S/N-1], ..., aN[0, ..., NCBP6S/N-1]은 분리된 N개의 비트열, NTDS는 타임-도메인 스프레딩 팩터, s1[0, ..., NCBP6S/N-1], s2[0, ..., NCBP6S/N-1], ..., sN[0, ..., NCBP6S/N-1]는 각각 인터리빙된 N개의 비트열)
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 심볼 인터리버의 상기 비트열 결합부는 하기 수학식에 의하여 표현되는 매핑관계에 따라 상기 심볼 인터리빙부로부터 N개의 인터리빙된 비트열(s1, s2, ..., sN)을 입력받아 6개의 OFDM 심볼로 전송될 비트열(m)로 결합하여 출력하는 것을 특징으로 하는 멀티-밴드 OFDM 시스템의 인터리버 장치.
    [수학식]
    Figure 112010018558608-pat00056
    Figure 112010018558608-pat00057
    ...
    Figure 112010018558608-pat00058
    Figure 112010018558608-pat00059
    (여기에서, NCBP6S는 6개의 OFDM 심볼의 비트수, m[0, ..., NCBPS6-1]은 비트열 결합부의 출력 비트열, s1[0, ..., NCBP6S/N-1], s2[0, ..., NCBP6S/N-1], ..., sN[0, ..., NCBP6S/N-1]는 각각 인터리빙된 N개의 비트열)
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