KR101042774B1 - 고속 주파수 도약-직교 주파수 분할 통신 시스템의 신호송수신 장치 및 방법 - Google Patents

고속 주파수 도약-직교 주파수 분할 통신 시스템의 신호송수신 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전체 주파수 대역을 다수의 서브 캐리어 대역들로 분할하고, 적어도 1개의 서브 캐리어 대역들의 집합인 다수의 서브 채널들을 구비하는 고속 주파수 도약-직교 주파수 분할 다중(FFH-OFDM: Fast Frequency Hopping-Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 통신 시스템에서, 입력 데이터를 상기 다수의 서브 캐리어들중 상기 입력 데이터를 송신할, 미리 설정된 개수의 서브 캐리어들을 제외한 서브 캐리어들에 널 데이터를 삽입하고, 입력 데이터를 상기 설정 개수의 서브 캐리어들에 일대일 대응되도록 입력하고, 상기 널 데이터가 삽입된 서브 캐리어 신호들을 입력하여 미리 설정한 고속 주파수 도약 패턴에 상응하게 고속 주파수 도약을 수행한 후, 상기 고속 주파수 도약된 신호를 고속 푸리에 변환하고, 상기 고속 푸리에 변환된 신호에서 상기 설정 개수의 서브 캐리어들을 제외한 서브 캐리어들에 널 데이터를 삽입한 후, 상기 고속 푸리에 변환된 설정 개수의 서브 캐리어 신호들과 제4과정에서 상기 널 데이터가 삽입된 상기 설정 개수의 서브 캐리어들을 제외한 서브 캐리어 신호들을 입력하여 역고속 푸리에 변환하고, 상기 역고속 푸리에 변환된 신호를 송신한다.
Figure R1020050029629
고속 주파수 도약, 일부 주파수 대역, 전체 주파수 대역

Description

고속 주파수 도약-직교 주파수 분할 통신 시스템의 신호 송수신 장치 및 방법{METHOD AND APPARATUS FOR TRANSMITTING/RECEIVING A SIGNAL IN A FAST FREQUENCY HOPPING - ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING COMMUNICATION SYSTEM}
도 1은 본 발명의 제1실시예에서의 기능을 수행하는 고속 주파수 도약-OFDM 통신 시스템의 송신기 구조를 도시한 블록도
도 2는 본 발명의 제1실시예에서의 기능을 수행하는 고속 주파수 도약-OFDM 통신 시스템의 수신기 구조를 도시한 블록도
도 3은 본 발명의 제2실시예에서의 기능을 수행하는 고속 주파수 도약-OFDM 통신 시스템의 송신기 구조를 도시한 블록도
도 4는 본 발명의 제2실시예에서의 기능을 수행하는 고속 주파수 도약-OFDM 통신 시스템의 수신기 구조를 도시한 블록도
도 5는 본 발명의 제3실시예에서의 기능을 수행하는 고속 주파수 도약-OFDM 통신 시스템의 송신기 구조를 도시한 블록도
도 6은 본 발명의 제3실시예에서의 기능을 수행하는 고속 주파수 도약-OFDM 통신 시스템의 수신기 구조를 도시한 블록도
도 7은 본 발명의 제4실시예에서의 기능을 수행하는 고속 주파수 도약-OFDMA 통신 시스템의 송신기 구조를 도시한 블록도
본 발명은 고속 주파수 도약(FFH: Fast Frequency Hopping) 방식 및 직교 주파수 분할 다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 'OFDM'라 칭하기로 한다) 방식을 사용하는 통신 시스템(이하 '고속 주파수 도약-OFDM 통신 시스템'이라 칭하기로 한다)에 관한 것으로서, 특히 상기 고속 주파수 도약-OFDM 통신 시스템에서 사용하는 전체 주파수 대역중 일부의 주파수 대역만을 사용하여 신호를 송수신하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
차세대 통신 시스템인 4세대(4G: 4th Generation, 이하 '4G'라 칭하기로 한다) 이동 통신 시스템에서는 고속의 전송 속도를 가지는 다양한 서비스 품질(QoS: Quality of Service, 이하 'QoS' 칭하기로 한다)을 가지는 서비스들을 사용자들에게 제공하기 위한 활발한 연구가 진행되고 있다. 따라서, 현재 4G 이동 통신 시스템에서는 비교적 높은 전송 속도를 보장하는 무선 근거리 통신 네트워크(Local Area Network; 이하 'LAN'이라 칭하기로 한다) 시스템 및 무선 도시 지역 네트워크(MAN: Metropolitan Area Network, 이하 'MAN'이라 칭하기로 한다) 시스템에 이동성(mobility)과 QoS를 보장하는 형태로 새로운 통신 시스템을 개발하여 고속 서비 스를 지원하도록 하는 연구가 활발하게 진행되고 있다.
상기 무선 MAN 시스템의 물리 채널(physical channel)에 광대역(broadband) 전송 네트워크를 지원하기 위해 OFDM 방식 및 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 'OFDMA'라 칭하기로 한다) 방식이 적극적으로 활용되고 있는 추세에 있다. 상기 OFDM/OFDMA 방식은 다수의 서브 캐리어(sub-carrier)들을 사용하여 물리 채널 신호를 송신함으로써 고속 데이터 송신이 가능하며, 신호가 송신되는 주파수 대역을 서로 상이한 서브 캐리어 대역을 사용하도록 함으로써 주파수 다이버시티(frequency diversity) 이득을 획득할 수 있는 방식이다.
상기 OFDM 통신 시스템은 다수의 서브 캐리어들을 사용하기 때문에 동일 데이터 전송 속도면에서 단일 서브 캐리어를 사용할 경우에 비해 심볼(symbol) 주기가 서브 캐리어들의 수에 비례하여 길어지고, 보호 구간(guard interval), 일 예로 시간 영역의 OFDM 심벌의 마지막 일정 샘플(sample)들을 복사하여 유효 OFDM 심벌에 삽입하는 형태의 'cyclic prefix' 방식으로 삽입되는 보호 구간 혹은 시간 영역의 OFDM 심벌의 처음 일정 샘플들을 복사하여 유효 OFDM 심벌에 삽입하는 형태의 'cyclic postfix' 방식으로 삽입되는 보호 구간을 사용할 경우 다중 경로 페이딩(multipath fading)을 갖는 무선 채널에서 심벌간 간섭(ISI: Inter Symbol Interference, 이하 'ISI'라 칭하기로 한다)의 영향을 감소시킬 수 있다.
또한, 각 서브 캐리어 대역의 채널 응답(channel response)이 서브 캐리어 대역내에서는 플랫(flat)한 형태로 근사화되며 각 서브 캐리어 주파수간의 차이 (
Figure 112005018580214-pat00001
)를 샘플링 주기(Ts)의 역수배가 되도록(
Figure 112005018580214-pat00002
) 설정함으로써 1개의 OFDM 심볼 주기 동안 캐리어간 간섭(ICI: Inter Carrier Interference, 이하 'ICI'라 칭하기로 한다)의 영향을 감소시킬 수 있다. 상기 서브 캐리어들이 직교하여 간섭의 영향이 존재하지 않을 경우 상기 OFDM 통신 시스템의 수신기에서는 비교적 간단한 단일 탭(tap) 등화기만을 사용하여 데이터를 복조할 수 있다. 또한, 상기 OFDM 통신 시스템은 역고속 푸리에 변환(IFFT: Inverse Fast Fourier Transform, 이하 'IFFT'라 칭하기로 한다) 방식 및 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform， 이하 'FFT'라 칭하기로 한다) 방식을 사용하여 다수의 서브 캐리어들을 변복조하므로 시스템 복잡도를 최소화시킬 수 있다. 상기 IFFT 방식을 사용하는 역고속 푸리에 변환기(이하, 'IFFT기'라 칭하기로 한다)의 동작은 상기 OFDM 통신 시스템에서의 주파수 변조 동작에 해당하는 것이며, 이는 하기 수학식 1에 나타낸 행렬
Figure 112005018580214-pat00003
로 표현 가능하다.
Figure 112005018580214-pat00004
상기 수학식 1에서, Q는 상기 OFDM 통신 시스템에서 사용하는 전체 서브 캐리어들의 개수를 나타내며, n은 샘플(sample) 인덱스(index)를 나타내며, m은 서브 채널(sub-channel) 인덱스를 나타낸다. 결과적으로, 상기
Figure 112005018580214-pat00005
는 크기가
Figure 112005018580214-pat00006
인 IFFT 행렬을 나타낸다. 여기서, 상기 서브 채널이라 함은 다수의, 즉 적어도 1개 이상의 서브 캐리어들로 구성되는 채널을 의미한다. 또한, 상기 IFFT기에 대응되 는, 상기 FFT 방식을 사용하는 고속 푸리에 변환기(이하, 'FFT기'라 칭하기로 한다)의 동작은 상기 수학식 1에 나타낸 IFFT 행렬
Figure 112005018580214-pat00007
의 허미시안(Hermitian)
Figure 112005018580214-pat00008
으로 표현 가능하다.
한편, 상기에서 설명한 바와 같이 상기 OFDM 통신 시스템은 다수의 서브 캐리어들을 사용하므로 상기 다수의 서브 캐리어들중 딥 페이딩(deep fading) 현상을 겪는 서브 캐리어들이 존재할 경우, 상기 딥 페이딩 현상을 겪는 서브 캐리어들을 통해 송신되는 데이터들은 수신기에서 정상적으로 복조될 확률이 낮아진다. 상기 딥 페이딩 현상으로 인한 성능 저하를 극복하기 위해 제안된 방식들로는 주파수 도약 방식 및 순방향 에러 정정(FEC: Forward Error Correction) 방식 등이 있다.
상기 주파수 도약 방식은 신호가 송신되는 주파수 대역을 미리 설정된 주파수 도약 패턴(pattern)에 따라 도약시키는 방식으로, 인접 셀간 간섭(Inter Cell Interference)의 평균화 이득을 획득할 수 있는 방식이다. 즉, 상기 주파수 도약 방식은 주파수 선택적 채널 특성에 따라 임의의 한 사용자에게 지속적으로 딥 페이딩 현상을 겪는 서브 캐리어들을 통해 신호를 송신하는 것을 방지하기 위해 미리 설정된 시간마다 주기적으로 서브 캐리어들을 상기 주파수 도약 패턴에 따라 도약시키면서 신호를 송신하는 방식이다. 여기서, 상기 주파수 도약의 주기는 OFDM 심볼 시간 혹은 상기 OFDM 심볼의 정수배에 해당하는 시간이다. 결과적으로, 상기 주파수 도약 방식을 사용할 경우 임의의 사용자에게 임의의 OFDM 심볼 시간에서는 딥 페이딩 현상을 겪는 서브 캐리어들을 통해 신호를 송신한다고 할지라도, 다음 OFDM 심볼 시간에서는 딥 페이딩 현상을 겪지 않는 서브 캐리어들을 통해 신호를 송신함 으로써 연속적으로 딥 페이딩 현상의 영향을 받지 않도록 하여 주파수 다이버시티 이득 및 간섭을 평균화시킬 수 있다.
또한, 상기 주파수 도약 방식과 OFDM 방식을 결합한 방식이 FH-OFDM 방식이며, 상기 FH-OFDM 방식은 사용자들 각각에게 서로 다른 서브 채널을 할당하고, 상기 사용자들 각각에게 할당된 서브 채널들을 미리 설정한 주기로 주파수 도약시킴으로써 주파수 다이버시티 이득 및 인접 셀간 간섭 평균화 이득을 획득할 수 있는 방식이다.
그런데, 종래의 OFDM 통신 시스템에서 주파수 도약 방식으로 인한 충분한 이득을 얻기 위해서는 여러 OFDM 심볼 시간에 걸친 주파수 도약 수행이 필요하며, 사용자들의 수도 많아야 할 뿐만 아니라 채널들에 따라 적절한 주파수 도약 패턴을 선택해야만 한다는 제한을 가진다는 문제점을 가진다. 또한, 종래의 OFDM 통신 시스템에서는 주파수 도약 방식을 사용할 경우 한 사용자에게 연속적으로 딥 페이딩 현상을 겪는 서브 캐리어들을 통해 신호를 송신하지는 않지만, 매 OFDM 심볼 시간마다 딥 페이딩 현상을 겪는 서브 캐리어들을 통해 송신되는 신호는 여전히 수신기에게 복조 불가능하다는 문제점을 가진다.
따라서, 본 발명의 목적은 고속 주파수 도약-OFDM 통신 시스템에서 신호를 송수신하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 고속 주파수 도약-OFDM 통신 시스템에서 사용하는 전 체 주파수 대역중 일부 주파수 대역만을 사용하여 고속 주파수 도약을 수행하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 장치는; 전체 주파수 대역을 다수의 서브 캐리어 대역들로 분할하고, 적어도 1개의 서브 캐리어 대역들의 집합인 다수의 서브 채널들을 구비하는 고속 주파수 도약-직교 주파수 분할 다중(OFDM: Frequency Hopping-Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 통신 시스템의 신호 송신 장치에 있어서, 입력 데이터를 상기 다수의 서브 캐리어들중 상기 입력 데이터를 송신할, 미리 설정된 개수의 서브 캐리어들에 일대일 대응되도록 대응시킨 후 미리 설정한 고속 주파수 도약 패턴에 상응하게 고속 주파수 도약을 수행하는 고속 주파수 도약기와, 상기 고속 주파수 도약된 신호를 고속 푸리에 변환하는 고속 푸리에 변환기와, 상기 설정 개수의 서브 캐리어들을 제외한 서브 캐리어들에 널 데이터를 삽입하는 제어기와, 상기 고속 푸리에 변환된 설정 개수의 서브 캐리어 신호들과 상기 널 데이터가 삽입된 상기 설정 개수의 서브 캐리어들을 제외한 서브 캐리어 신호들을 입력하여 역고속 푸리에 변환하는 제1역고속 푸리에 변환기와, 상기 제1역고속 푸리에 변환기에서 역고속 푸리에 변환된 신호를 송신하는 송신기를 포함함을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 다른 장치는; 전체 주파수 대역을 다수의 서브 캐리어 대역들로 분할하고, 적어도 1개의 서브 캐리어 대역들의 집합인 다수의 서브 채널들을 구비하는 고속 주파수 도약-직교 주파수 분할 다중(OFDM: Frequency Hopping-Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 통신 시스템의 신호 수신 장치에 있어서, 수신 신호를 고속 푸리에 변환하는 제1고속 푸리에 변환기와, 상기 제1고속 푸리에 변환기에서 고속 푸리에 변환된 신호에서 송신 장치가 상기 다수의 서브 캐리어들중 데이터를 송신한, 미리 설정된 개수의 서브 캐리어들을 제외한 나머지 서브 캐리어들에 대응되는 신호들을 제거하고, 상기 나머지 서브 캐리어들에 대응되도록 널 데이터를 삽입하는 제어기와, 상기 제어기의 출력 신호를 주파수 영역에서 등화하는 제1등화기와, 상기 주파수 영역에서 등화된 신호를 상기 송신 장치에서 적용한 고속 주파수 도약 행렬에 상응하게 역고속 푸리에 변환하는 역고속 푸리에 변환기와, 상기 역고속 푸리에 변환된 신호를 시간 영역에서 등화하는 제2등화기와, 상기 시간 영역에서 등화된 신호를 상기 고속 주파수 도약 행렬의 허미시안에 상응하게 고속 푸리에 변환하는 제2고속 푸리에 변환기를 포함함을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 장치는; 전체 주파수 대역을 다수의 서브 캐리어 대역들로 분할하고, 적어도 1개의 서브 캐리어 대역들의 집합인 다수의 서브 채널들을 구비하는 고속 주파수 도약-직교 주파수 분할 다중(OFDM: Frequency Hopping-Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 통신 시스템의 신호 송신 장치에 있어서, 입력 데이터를 상기 다수의 서브 캐리어들중 상기 입력 데이터를 송신할, 미리 설정된 개수의 서브 캐리어들을 제외한 서브 캐리어들에 널 데이터를 삽입하는 제1제어기와, 입력 데이터를 상기 설정 개수의 서브 캐리어들에 일대일 대응되도록 입력하고, 상기 제1제어기에서 널 데이터가 삽입된 서브 캐리어 신호들을 입력하여 미리 설정한 고속 주파수 도약 패턴에 상응하게 고 속 주파수 도약을 수행하는 고속 주파수 도약기와, 상기 고속 주파수 도약된 신호를 고속 푸리에 변환하는 고속 푸리에 변환기와, 상기 고속 푸리에 변환된 신호에서 상기 설정 개수의 서브 캐리어들을 제외한 서브 캐리어들에 널 데이터를 삽입하는 제2제어기와, 상기 고속 푸리에 변환된 설정 개수의 서브 캐리어 신호들과 제2제어기에서 상기 널 데이터가 삽입된 상기 설정 개수의 서브 캐리어들을 제외한 서브 캐리어 신호들을 입력하여 역고속 푸리에 변환하는 제1역고속 푸리에 변환기와, 상기 제1역고속 푸리에 변환기에서 역고속 푸리에 변환된 신호를 송신하는 송신기를 포함함을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 장치는; 전체 주파수 대역을 다수의 서브 캐리어 대역들로 분할하고, 적어도 1개의 서브 캐리어 대역들의 집합인 다수의 서브 채널들을 구비하는 고속 주파수 도약-직교 주파수 분할 다중(OFDM: Frequency Hopping-Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 통신 시스템의 신호 수신 장치에 있어서, 수신 신호를 고속 푸리에 변환하는 제1고속 푸리에 변환기와, 상기 제1고속 푸리에 변환기에서 고속 푸리에 변환된 신호에서 송신 장치가 상기 다수의 서브 캐리어들중 데이터를 송신한, 미리 설정된 개수의 서브 캐리어들을 제외한 나머지 서브 캐리어들에 대응되는 신호들을 제거하고, 상기 나머지 서브 캐리어들에 대응되도록 널 데이터를 삽입하는 제1제어기와, 상기 제1제어기의 출력 신호를 주파수 영역에서 등화하는 제1등화기와, 상기 주파수 영역에서 등화된 신호를 상기 송신 장치에서 적용한 고속 주파수 도약 행렬에 상응하게 역고속 푸리에 변환하는 역고속 푸리에 변환기와, 상기 역고속 푸리에 변환된 신호를 시간 영역에서 등화하는 제2등화기와, 상기 시간 영역에서 등화된 신호를 상기 고속 주파수 도약 행렬의 허미시안에 상응하게 고속 푸리에 변환하는 제2고속 푸리에 변환기와, 상기 제2고속 푸리에 변환기에서 고속 푸리에 변환한 신호에서 상기 나머지 서브 캐리어들에 대응되는 신호들을 제거하고, 상기 나머지 서브 캐리어들에 대응되도록 널 데이터를 삽입하는 제2제어기를 포함함을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 방법은; 입력 데이터를 상기 다수의 서브 캐리어들중 상기 입력 데이터를 송신할, 미리 설정된 개수의 서브 캐리어들에 일대일 대응되도록 대응시킨 후 미리 설정한 고속 주파수 도약 패턴에 상응하게 고속 주파수 도약을 수행하는 과정과, 상기 고속 주파수 도약된 신호를 고속 푸리에 변환하는 과정과, 상기 설정 개수의 서브 캐리어들을 제외한 서브 캐리어들에 널 데이터를 삽입하는 과정과, 상기 고속 푸리에 변환된 설정 개수의 서브 캐리어 신호들과 상기 널 데이터가 삽입된 상기 설정 개수의 서브 캐리어들을 제외한 서브 캐리어 신호들을 입력하여 역고속 푸리에 변환하는 과정과, 상기 역고속 푸리에 변환된 신호를 송신하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 다른 방법은; 전체 주파수 대역을 다수의 서브 캐리어 대역들로 분할하고, 적어도 1개의 서브 캐리어 대역들의 집합인 다수의 서브 채널들을 구비하는 고속 주파수 도약-직교 주파수 분할 다중(OFDM: Frequency Hopping-Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 통신 시스템의 신호 수신 방법에 있어서, 수신 신호를 고속 푸리에 변환하는 제1과정과, 상기 제1과정에서 고속 푸리에 변환된 신호에서 송신 장치가 상기 다수의 서브 캐리어들중 데이터를 송신한, 미리 설정된 개수의 서브 캐리어들을 제외한 나머지 서브 캐리어들에 대응되는 신호들을 제거하고, 상기 나머지 서브 캐리어들에 대응되도록 널 데이터를 삽입하는 제2과정과, 상기 제2과정에서 생성된 신호를 주파수 영역에서 등화하는 제3과정과, 상기 주파수 영역에서 등화된 신호를 상기 송신 장치에서 적용한 고속 주파수 도약 행렬에 상응하게 역고속 푸리에 변환하는 제4과정과, 상기 역고속 푸리에 변환된 신호를 시간 영역에서 등화하는 제5과정과, 상기 시간 영역에서 등화된 신호를 상기 고속 주파수 도약 행렬의 허미시안에 상응하게 고속 푸리에 변환하는 제6과정을 포함함을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 방법은; 전체 주파수 대역을 다수의 서브 캐리어 대역들로 분할하고, 적어도 1개의 서브 캐리어 대역들의 집합인 다수의 서브 채널들을 구비하는 고속 주파수 도약-직교 주파수 분할 다중(OFDM: Frequency Hopping-Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 통신 시스템의 신호 송신 방법에 있어서, 입력 데이터를 상기 다수의 서브 캐리어들중 상기 입력 데이터를 송신할, 미리 설정된 개수의 서브 캐리어들을 제외한 서브 캐리어들에 널 데이터를 삽입하는 제1과정과, 입력 데이터를 상기 설정 개수의 서브 캐리어들에 일대일 대응되도록 입력하고, 상기 제1과정에서 널 데이터가 삽입된 서브 캐리어 신호들을 입력하여 미리 설정한 고속 주파수 도약 패턴에 상응하게 고속 주파수 도약을 수행하는 제2과정과, 상기 고속 주파수 도약된 신호를 고속 푸리에 변환하는 제3과정과, 상기 고속 푸리에 변환된 신호에서 상기 설정 개수의 서브 캐리어들을 제외한 서브 캐리어들에 널 데이터를 삽입하는 제4과정과, 상기 고속 푸리 에 변환된 설정 개수의 서브 캐리어 신호들과 제4과정에서 상기 널 데이터가 삽입된 상기 설정 개수의 서브 캐리어들을 제외한 서브 캐리어 신호들을 입력하여 역고속 푸리에 변환하는 제5과정과, 상기 제5과정에서 역고속 푸리에 변환된 신호를 송신하는 제6과정을 포함함을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 방법은; 전체 주파수 대역을 다수의 서브 캐리어 대역들로 분할하고, 적어도 1개의 서브 캐리어 대역들의 집합인 다수의 서브 채널들을 구비하는 고속 주파수 도약-직교 주파수 분할 다중(OFDM: Frequency Hopping-Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 통신 시스템의 수신 방법에 있어서, 수신 신호를 고속 푸리에 변환하는 제1과정과, 상기 제1과정에서 고속 푸리에 변환된 신호에서 송신 장치가 상기 다수의 서브 캐리어들중 데이터를 송신한, 미리 설정된 개수의 서브 캐리어들을 제외한 나머지 서브 캐리어들에 대응되는 신호들을 제거하고, 상기 나머지 서브 캐리어들에 대응되도록 널 데이터를 삽입하는 제2과정과, 상기 제2과정에서 생성된 신호를 주파수 영역에서 등화하는 제3과정과, 상기 주파수 영역에서 등화된 신호를 상기 송신 장치에서 적용한 고속 주파수 도약 행렬에 상응하게 역고속 푸리에 변환하는 제4과정과, 상기 역고속 푸리에 변환된 신호를 시간 영역에서 등화하는 제5과정과, 상기 시간 영역에서 등화된 신호를 상기 고속 주파수 도약 행렬의 허미시안에 상응하게 고속 푸리에 변환하는 제6과정과, 상기 제6과정에서 고속 푸리에 변환한 신호에서 상기 나머지 서브 캐리어들에 대응되는 신호들을 제거하고, 상기 나머지 서브 캐리어들에 대응되도록 널 데이터를 삽입하는 제7과정을 포함함을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
본 발명은 고속 주파수 도약(FFH: Fast Frequency Hopping) 방식 및 직교 주파수 분할 다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 'OFDM'라 칭하기로 한다) 방식을 사용하는 통신 시스템(이하 'FFH-OFDM 통신 시스템'이라 칭하기로 한다)에서 사용하는 전체 주파수 대역중 일부 주파수 대역만을 사용하여 고속 주파수 도약을 수행하여 신호를 송수신하는 장치 및 방법을 제안한다. 여기서, 상기 고속 주파수 도약 방식은 주파수 도약을 수행하는 주기를 OFDM 심볼(symbol) 주기가 아닌 OFDM 샘플(sample) 주기 혹은 상기 OFDM 샘플의 정수배에 해당하는 주기로 설정하여 고속으로 주파수 도약을 수행하는 방식으로서, 상기 고속 주파수 도약 방식을 사용할 경우 1개의 OFDM 심볼이 주파수 영역에서 다수개의 서브 캐리어(sub-carrier)들로 확산되어 송신되는 효과를 가지는 방식이다.
먼저, 도 1을 참조하여 FFH-OFDM 통신 시스템에서 전체 주파수 대역을 사용하여 고속 주파수 도약을 수행할 경우의 송신기 구조에 대해서 설명하기로 한다.
상기 도 1은 본 발명의 제1실시예에서의 기능을 수행하는 FFH-OFDM 통신 시스템의 송신기 구조를 도시한 블록도이다.
상기 도 1을 참조하면, 상기 송신기는 직렬/병렬 변환기(serial to parallel converter)(111)와, 고속 주파수 도약기(120)와, 병렬/직렬 변환기(parallel to serial converter)(131)와, 보호 구간 삽입기(guard interval inserter)(133)와, 디지털/아날로그 변환기(digital to analog converter)(135)와, 무선 주파수(RF: Radio Frequency, 이하 'RF'라 칭하기로 한다) 처리기(processor)(137)로 구성된다. 또한, 상기 고속 주파수 도약기(120)는 역고속 푸리에 변환(IFFT: Inverse Fast Fourier Transform, 이하 'IFFT'라 칭하기로 한다)기(121)와 선형 처리기(123)로 구성된다.
먼저, 전송하고자 하는 입력 데이터 심볼들이 발생하면, 상기 입력 데이터 심볼들은 상기 직렬/병렬 변환기(111)로 입력된다. 여기서, 상기 데이터라함은 실제 사용자 데이터(user data) 혹은 파일럿(pilot) 등과 같은 기준 데이터(reference data)를 나타낸다. 상기 직렬/병렬 변환기(111)는 상기 입력 데이터 심볼들을 병렬 변환한 후 상기 IFFT기(121)로 출력한다. 여기서, 상기 직렬/병렬 변환기(111)에서 출력하는 병렬 신호를
Figure 112005018580214-pat00009
라고 칭하기로 하며, 상기 병렬 신호
Figure 112005018580214-pat00010
는 하기 수학식 2와 같이 표현된다.
Figure 112005018580214-pat00011
상기 수학식 2에서 T는 이항(transpose) 연산을 나타내며, Q는 상기 FFH-OFDM 통신 시스템에서 사용하는 전체 서브 캐리어들의 개수를 나타낸다.
상기 IFFT기(121)는 상기 직렬/병렬 변환기(111)에서 출력한 신호
Figure 112005018580214-pat00012
를 Q-포인트(Q-point) IFFT를 수행한 후 상기 선형 처리기(123)로 출력한다. 상기 선형 처리기(123)는 상기 IFFT기(121)에서 출력한 신호를 입력하여 선형 처리한 후 상기 병렬/직렬 변환기(131)로 출력한다.
그러면 여기서 상기 IFFT기(121)와 선형 처리기(123)의 동작에 대해서 설명하기로 한다.
먼저, 상기 도 1에서는 전체 주파수 대역을 사용하므로 매 OFDM 샘플 시간 혹은 상기 OFDM 샘플 시간의 배수에 해당하는 시간마다 데이터를 송신하는 서브 캐리어들을 도약하는 고속 주파수 도약을 수행할 경우 본 발명의 종래 기술 부분에서 설명한 IFFT 행렬
Figure 112005018580214-pat00013
과는 상이한, 하기 수학식 3과 같은 새로운 행렬, 즉 고속 주파수 도약 방식을 적용하여 주파수 변조를 수행하는
Figure 112005018580214-pat00014
크기의 행렬(이하, '고속 주파수 도약 행렬'이라 칭하기로 한다)
Figure 112005018580214-pat00015
로 변경된다. 여기서, 상기 IFFT 행렬
Figure 112005018580214-pat00016
는 상기 종래 기술 부분에서 설명한 바와 같이 IFFT기의 주파수 변조 동작에 해당하는 행렬이다.
Figure 112005018580214-pat00017
상기 수학식 3에서, n은 샘플 인덱스(index)를 나타내며, m은 서브 채널(sub-channel) 인덱스를 나타낸다. 또한,
Figure 112005018580214-pat00018
은 n번째 샘플에서 m번째 서브 채널의 데이터가 송신되는 서브 캐리어를 나타내며, 따라서
Figure 112005018580214-pat00019
이 상기 고속 주파수 도약 수행 시 고속 주파수 도약 패턴을 결정한다. 또한, 본 발명에서는 임의의 샘플에서 데이터가 송신되는 서브 캐리어가 중복되지 않도록 하는 고속 주파수 도약 패턴을 가정하며, 모든 고속 주파수 도약 패턴들에 대해 상기 고속 주파수 도약 행렬
Figure 112005018580214-pat00020
은 하기 수학식 4와 같이 표현된다.
Figure 112005018580214-pat00021
상기 수학식 4에서 고속 주파수 도약 행렬
Figure 112005018580214-pat00022
및 행렬
Figure 112005018580214-pat00023
의 엘리먼트(element) 값들은 상기 고속 주파수 도약 패턴에 따라 미리 결정된 값으로 주어진다. 여기서, 상기 행렬
Figure 112005018580214-pat00024
는 그 크기가
Figure 112005018580214-pat00025
이다.
상기 고속 주파수 도약 패턴의 fn을 n번째 샘플에서 첫 번째 서브 채널의 데이터가 송신되는 서브 캐리어라고 가정할 때 하기 수학식 5와 같이 정의되는 순환(cyclic) 고속 주파수 도약 패턴을 사용하면 상기 수학식 4의 행렬
Figure 112005018580214-pat00026
는 항상 대각(diagonal) 행렬로 생성된다.
Figure 112005018580214-pat00027
이 경우, 상기 고속 주파수 도약 행렬
Figure 112005018580214-pat00028
은 일반적인 IFFT 행렬
Figure 112005018580214-pat00029
에 상기 행렬
Figure 112005018580214-pat00030
를 곱한 형태로 표현되며, 따라서 상기 고속 주파수 도약을 수행하는 장치는 IFFT기와 상기 행렬
Figure 112005018580214-pat00031
를 곱해주는 선형 처리기로 구현 가능하게 되는 것이다. 한편, 본 발명에서는 설명의 편의상 상기 고속 주파수 도약 패턴을 순환 고속 주파수 도약 패턴을 일 예로 하여 설명하며, 따라서 상기 행렬
Figure 112005018580214-pat00032
역시 대 각 행렬로 정의되는 것이며, 상기 고속 주파수 도약 패턴의 형태는 변형 가능함은 물론이다.
한편, 상기 선형 처리기(123)에서 출력하는 신호를
Figure 112005018580214-pat00033
라고 표현하기로 하며, 상기 신호
Figure 112005018580214-pat00034
는 하기 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112005018580214-pat00035
상기 병렬/직렬 변환기(131)는 상기 선형 처리기(123)에서 출력한 신호
Figure 112005018580214-pat00036
를 입력하여 직렬 변환한 후 보호 구간 삽입기(133)로 출력한다. 상기 보호 구간 삽입기(133)는 상기 병렬/직렬 변환기(131)에서 출력한 신호를 입력하여 보호 구간 신호를 삽입한 후 상기 디지털/아날로그 변환기(135)로 출력한다. 여기서, 상기 보호 구간은 상기 FFH-OFDM 통신 시스템에서 OFDM 심벌을 송신할 때 이전 OFDM 심벌 시간에 송신한 OFDM 심벌과 현재 OFDM 심벌 시간에 송신할 현재 OFDM 심벌간에 간섭(interference)을 간섭을 제거하기 위해서 삽입된다. 또한, 상기 보호 구간 신호는 시간 영역의 OFDM 심벌의 마지막 일정 샘플들을 복사하여 유효 OFDM 심벌에 삽입하는 형태의 'Cyclic Prefix' 방식이나 혹은 시간 영역의 OFDM 심벌의 처음 일정 샘플들을 복사하여 유효 OFDM 심벌에 삽입하는 'Cyclic Postfix' 방식중 어느 한 방식을 사용하여 생성된다.
상기 디지털/아날로그 변환기(135)는 상기 보호 구간 삽입기(133)에서 출력한 신호를 입력하여 아날로그 변환한 후 상기 RF 처리기(137)로 출력한다. 여기서, 상기 RF 처리기(137)는 필터(filter)와 전처리기(front end unit) 등의 구성들을 포함하며, 상기 디지털/아날로그 변환기(135)에서 출력한 신호를 RF 처리한 후 실제 채널로 전송한다.
상기 도 1에서는 본 발명의 제1실시예에서의 기능을 수행하는 FFH-OFDM 통신 시스템의 송신기 구조에 대해서 설명하였으며, 다음으로 도 2를 참조하여 본 발명의 제1실시예에서의 기능을 수행하는 FFH-OFDM 통신 시스템의 수신기 구조에 대해서 설명하기로 한다.
상기 도 2는 본 발명의 제1실시예에서의 기능을 수행하는 FFH-OFDM 통신 시스템의 수신기 구조를 도시한 블록도이다.
상기 도 2를 참조하면, 상기 수신기는 RF 처리기(211)와, 아날로그/디지털 변환기(analog/digital converter)(213)와, 채널 추정기(channel estimator)(215)와, 보호 구간 제거기(guard interval remover)(217)와, 직렬/병렬 변환기(219)와, 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform， 이하 'FFT'라 칭하기로 한다)기(221)와, 등화기(equalizer)(223)와, IFFT기(225)와, 등화기(227)와, FFT기(229)와, 병렬/직렬 변환기(231)로 구성된다.
먼저, 상기 도 1에서 설명한 바와 같은 FFH-OFDM 통신 시스템의 송신기에서 송신한 신호는 다중 경로 채널(multipath channel)을 통한 후 백색 가산성 가우시안 잡음(AWGN: Additive White Gaussian Noise) 등과 같은 잡음이 가산된 형태로 안테나를 통해 상기 RF 처리기(211)로 입력된다. 여기서, 상기 다중 경로 채널의 채널 응답(channel response)을 나타내는 채널 행렬을
Figure 112005018580214-pat00037
라고 칭하기로 하며, 상 기 잡음을
Figure 112005018580214-pat00038
이라고 칭하기로 하며, t는 시간 영역(time domain)에서 측정된 것임을 나타낸다. 상기 RF 처리기(211)는 상기 안테나를 통해 수신된 신호를 중간 주파수(IF: Intermediate Frequency) 대역으로 다운 컨버팅(down converting)한 후 상기 아날로그/디지털 변환기(213)로 출력한다. 상기 아날로그/디지털 변환기(213)는 상기 RF 처리기(211)에서 출력한 아날로그 신호를 디지털 변환한 후 상기 채널 추정기(215) 및 보호 구간 제거기(217)로 출력한다.
상기 채널 추정기(215)는 상기 아날로그/디지털 변환기(213)에서 출력한 신호를 입력하여 채널 추정을 수행하고 그 결과를 상기 등화기(223)로 출력한다. 여기서, 상기 채널 추정기(215)의 채널 추정 동작은 본 발명과 직접적인 연관이 없으므로 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 상기 보호 구간 제거기(217)는 상기 아날로그/디지털 변환기(213)에서 출력한 신호를 입력하여 보호 구간 신호를 제거한 후 상기 직렬/병렬 변환기(219)로 출력한다. 상기 직렬/병렬 변환기(219)는 상기 보호 구간 제거기(217)에서 출력한 신호를 입력하여 병렬 변환한 후 상기 FFT기(221)로 출력한다. 여기서, 상기 직렬/병렬 변환기(219)에서 출력한 신호를
Figure 112005018580214-pat00039
라고 칭하기로 하며, 상기 신호
Figure 112005018580214-pat00040
는 시간 영역의 신호로서 하기 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112005018580214-pat00041
상기 FFT기(221)는 상기 직렬/병렬 변환기(219)에서 출력한 신호
Figure 112005018580214-pat00042
를 Q-포 인트 FFT를 수행한 후 상기 등화기(223)로 출력한다. 여기서, 상기 FFT기(221)에서 출력하는 신호를
Figure 112005018580214-pat00043
라고 칭하기로 하며, 상기 신호
Figure 112005018580214-pat00044
는 주파수 영역의 신호로서 하기 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112005018580214-pat00045
상기 수학식 8에서,
Figure 112005018580214-pat00046
는 상기 IFFT 행렬
Figure 112005018580214-pat00047
의 허미시안(Hermitian)을 나타낸다.
한편, 상기 다중 경로 채널에 의한 신호의 왜곡을 보상하기 위해서 등화 동작을 수행해야만 하는데, 상기 FFH-OFDM 통신 시스템에서는 상기 등화 동작을 시간 영역과 주파수 영역 모두에서 수행해야만 한다. 따라서, 등화기 역시 시간 영역에서의 신호를 입력하여 등화 동작을 수행하는 시간 영역의 등화기와 주파수 영역에서의 신호를 입력하여 등화 동작을 수행하는 주파수 영역의 등화기의 2개의 등화기들이 필요로 하게 된다.
따라서, 상기 등화기(223)는 상기 FFT기(221)에서 출력한 신호를 주파수 영역에서 등화한 후 IFFT기(225)로 출력한다. 상기 등화기(223)는 주파수 영역의 채널 응답을 보상하는 역할을 수행한다. 상기 FFH-OFDM 통신 시스템은 보호 구간 신호를 사용하기 때문에 시간 영역에서의 채널 응답과 주파수 영역에서의 채널 응답은 서로 Singular Value Decomposition 관계에 있으며, 이를 하기 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112005018580214-pat00048
상기 수학식 9에서
Figure 112005018580214-pat00049
는 주파수 영역에서의 채널 응답을 나타내는 채널 행렬을 나타내며, 상기 채널 행렬
Figure 112005018580214-pat00050
은 대각 행렬이므로 단일 탭(tap) 등화기로도 구현 가능하다. 즉, 주파수 영역의 등화 동작을 수행하는 등화기(223)는 일반적인 OFDM 통신 시스템의 등화기와 실질적으로 동일한 동작을 수행하며, 채널 보상 방식에 따라 ZF(Zero Forcing) 등화기와, 최소 평균 제곱 에러(MMSE: Minimum Mean Square Error) 등화기와, 매칭 필터(matched filter) 등을 모두 포함하는 구조를 가진다.
또한, 상기 IFFT기(225)는 상기 등화기(223)에서 출력한 신호를 입력하여 Q-포인트 IFFT를 수행한 후 상기 등화기(227)로 출력한다. 여기서, 상기 IFFT기(225)는 상기 도 1의 송신기의 IFFT기(121)와 동일한 동작을 수행하므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 등화기(227)는 상기 IFFT기(225)에서 출력한 신호를 입력하여 시간 영역에서 등화한 후 상기 FFT기(229)로 출력한다. 여기서, 상기 시간 영역에서의 등화 동작은
Figure 112005018580214-pat00051
으로 정의하기로 하며, 상기 시간 영역에서의 등화 동작
Figure 112005018580214-pat00052
는 하기 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112005018580214-pat00053
상기 수학식 10에 나타낸 바와 같이 상기 시간 영역에서의 등화 동작
Figure 112005018580214-pat00054
는 상기 수학식 4에서 나타낸 바와 같은 행렬
Figure 112005018580214-pat00055
의 허미시안
Figure 112005018580214-pat00056
으로 표현되며, 따라서 상기 행렬
Figure 112005018580214-pat00057
역시 대각 행렬이 되는 것이다.
상기 FFT기(229)는 상기 등화기(227)에서 출력한 신호를 입력하여 Q-포인트 FFT를 수행한 후 상기 병렬/직렬 변환기(231)로 출력한다. 여기서, 상기 FFT기(229)의 동작은 FFT기(221)의 동작과 실질적으로 동일하므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 상기 FFT기(229)에서 출력하는 신호, 즉 입력 데이터 심볼 추정 벡터
Figure 112005018580214-pat00058
는 하기 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112005018580214-pat00059
일 예로, 상기 등화기(223)가 수학식 8에 나타낸 바와 같은 주파수 영역의 신호를 각 서브 캐리어별 채널 응답을 분류하는 ZF 등화기를 사용하고, 상기 등화기(227)가 상기 수학식 10에 나타낸 바와 같은 등화 동작
Figure 112005018580214-pat00060
를 수행할 경우 상기 수학식 11에 나타낸 바와 같은 입력 데이터 심볼 추정 벡터
Figure 112005018580214-pat00061
는 하기 수학식 12와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112005018580214-pat00062
상기 병렬/직렬 변환기(231)는 상기 FFT기(229)에서 출력한 신호를 직렬 변 환하여 최종 입력 심볼들로 출력한다.
상기 도 1 및 도 2에서는 본 발명의 제1실시예에 따른, 즉 전체 주파수 대역을 사용하여 고속 주파수 도약을 수행하는 FFH-OFDM 통신 시스템에 대해서 설명하였으며, 다음으로는 본 발명의 제2실시예 및 제3실시예에 따른, 즉 일부 주파수 대역을 사용하여 고속 주파수 도약을 수행하는 FFH-OFDM 통신 시스템에 대해서 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명의 본 발명의 제2실시예 및 제3실시예에서 일부 주파수 대역을 사용하여 고속 주파수 도약을 수행하는 것을 고려하는 이유는 실제 FFH-OFDM 통신 시스템에서는 특정 서브 캐리어들에 해당하는 주파수 대역을 보호 대역(guard band)으로 사용하기 위해 상기 보호 대역에 해당하는 주파수 대역에서 신호를 송신하지 않거나 혹은 사용자들 각각에 전체 주파수 대역중 특정 서브 캐리어들에 해당하는 일부의 주파수 대역을 할당하여 신호를 송신하는 방법이 필요하기 때문이다. 특히, 상기 FFH-OFDM 통신 시스템에서 매 시점에서 사용자들의 채널 상태에 상응하게 서브 채널을 동적으로 할당하는 동적 채널 할당(DCA: Dynamic channel allocation, 이하 'DCA'라고 칭하기로 한다) 방식을 사용할 경우 시스템 성능이 크게 향상되게 된다. 따라서, 본 발명의 제2실시예 및 제3실시예에서는 전체 주파수 대역중 일부 주파수 대역을 사용하여 고속 주파수 도약을 수행하는 방안을 제안하는 것이다. 이하, 본 발명의 제2실시예 및 제3실시예를 설명함에 있어 상기 FFH-OFDM 통신 시스템에서 사용하는 전체 서브 캐리어들의 개수를 Q라고 가정하기로 하며, 일부 주파수 대역에 해당하는 서브 캐리어들의 개수를
Figure 112005018580214-pat00063
이라고 가정하 기로 한다.
또한, 상기 본 발명의 제2실시예와 제3실시예의 차이점에 대해서 간략하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명의 제2실시예는 상기 M개의 서브 캐리어들에 대해서만 고속 주파수 도약을 수행하여 송신하고, 나머지 서브 캐리어들, 즉 Q-M개의 서브 캐리어들에 대해서는 널 데이터(null data), 일 예로 0을 삽입하여 송신하는 것이다. 이 경우, 상기 M개의 서브 캐리어들에 해당하는 주파수 대역을 전체 주파수 대역으로 가정하면 상기 본 발명의 제1실시예에서 설명한 방식과 동일한 방식으로 구현 가능하게 되는 것이다.
다음으로, 본 발명의 제3실시예는 M개의 서브 캐리어들과 Q-M개의 서브 캐리어들의 총 Q개의 서브 캐리어들에 대해 고속 주파수 도약을 수행하여 데이터를 확산시킨 후 상기 M개의 서브 캐리어들을 제외한 Q-M개의 서브 캐리어들에 널 데이터를 삽입하여 송신하는 것이다. 즉, 상기 본 발명의 제3실시예에서는 Q-M개의 서브 캐리어들에 널 데이터를 미리 삽입한 후 Q개의 서브 캐리어들에 대해서 고속 주파수 도약을 수행한 후 다시 Q-M개의 서브 캐리어들에 널 데이터를 삽입하여 송신하는 것이다. 단, 본 발명의 제3실시예가 본 발명의 제2실시예와 동일한 송신 신호를 생성하기 위해서는 2가지 조건들을 만족해야만 하는데, 상기 2가지 조건들에 대해서는 하기에서 구체적으로 설명할 것이므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
그러면 여기서 도 3을 참조하여 본 발명의 제2실시예에서의 기능을 수행하는 FFH-OFDM 통신 시스템의 송신기 구조에 대해서 설명하기로 한다.
상기 도 3은 본 발명의 제2실시예에서의 기능을 수행하는 FFH-OFDM 통신 시스템의 송신기 구조를 도시한 블록도이다.
상기 도 3을 참조하면, 상기 송신기는 직렬/병렬 변환기(311)와, 고속 주파수 도약기(320)와, FFT기(331)와, 제어기(333)와, IFFT기(335)와, 병렬/직렬 변환기(337)와, 보호 구간 삽입기(339)와, 디지털/아날로그 변환기(341)와, RF 처리기(343)로 구성된다. 또한, 상기 고속 주파수 도약기(320)는 IFFT기(321)와 선형 처리기(323)로 구성된다.
먼저, 전송하고자 하는 입력 데이터 심볼들이 발생하면, 상기 입력 데이터 심볼들은 상기 직렬/병렬 변환기(311)로 입력된다. 여기서, 상기 데이터라함은 실제 사용자 데이터 혹은 파일럿 등과 같은 기준 데이터를 나타내며, 본 발명의 제2실시예에서는 M개의 서브 캐리어들에 대해서만 고속 주파수 도약을 수행하는 경우를 제안하므로 상기 직렬/병렬 변환기(311)는 상기 입력 데이터 심볼들을 M개의 심벌들로 병렬 변환한 후 상기 IFFT기(321)로 출력한다. 여기서, 상기 직렬/병렬 변환기(311)에서 출력하는 병렬 신호를
Figure 112005018580214-pat00064
라고 칭하기로 하며, 상기 병렬 신호
Figure 112005018580214-pat00065
는 하기 수학식 13과 같이 표현된다.
Figure 112005018580214-pat00066
상기 IFFT기(321)는 상기 직렬/병렬 변환기(311)에서 출력한 병렬 신호
Figure 112005018580214-pat00067
를 M-포인트 IFFT를 수행한 후 상기 선형 처리기(323)로 출력한다. 상기 선형 처리기(323)는 상기 IFFT기(321)에서 출력한 신호를 입력하여 선형 처리한 후 상기 FFT기(331)로 출력한다.
그러면 여기서 상기 IFFT기(321)와 선형 처리기(323)의 동작에 대해서 설명하기로 한다.
먼저, 상기 도 3에서는 전체 주파수 대역이 아닌 M개의 서브 캐리어들만을 사용하므로 매 OFDM 샘플 시간 혹은 상기 OFDM 샘플 시간의 배수에 해당하는 시간마다 데이터를 송신하는 서브 캐리어들을 도약하는 고속 주파수 도약을 수행할 경우 본 발명의 제1실시예에서 설명한 고속 주파수 도약행렬
Figure 112005018580214-pat00068
와 동일한 방식으로 생성되지만, 그 행렬 크기가 상이한 고속 주파수 도약 행렬
Figure 112005018580214-pat00069
로 변경되며, 상기 고속 주파수 도약 행렬
Figure 112005018580214-pat00070
은 하기 수학식 14와 같이 표현된다.
Figure 112005018580214-pat00071
상기 수학식 14에서 고속 주파수 도약 행렬
Figure 112005018580214-pat00072
은 그 크기가
Figure 112005018580214-pat00073
이다.
또한, 본 발명에서는 임의의 샘플에서 데이터가 송신되는 서브 캐리어가 중복되지 않도록 하는 고속 주파수 도약 패턴을 가정하며, 모든 고속 주파수 도약 패턴들에 대해 상기 고속 주파수 도약 행렬
Figure 112005018580214-pat00074
를 하기 수학식 15와 같이 표현할 수 있다.
Figure 112005018580214-pat00075
상기 수학식 15에서 고속 주파수 도약 행렬
Figure 112005018580214-pat00076
및 행렬
Figure 112005018580214-pat00077
의 엘리먼트 값들은 상기 고속 주파수 도약 패턴에 따라 미리 결정된 값으로 주어진다.
상기 고속 주파수 도약 패턴의 fn을 n번째 샘플에서 첫 번째 서브 채널의 데이터가 송신되는 서브 캐리어라고 가정할 때 하기 수학식 16과 같이 정의되는 순환 고속 주파수 도약 패턴을 사용하면 상기 수학식 15의 행렬
Figure 112005018580214-pat00078
는 항상 대각 행렬로 생성된다.
Figure 112005018580214-pat00079
이 경우, 상기 고속 주파수 도약 행렬
Figure 112005018580214-pat00080
은 일반적인 IFFT 행렬
Figure 112005018580214-pat00081
에 상기 행렬
Figure 112005018580214-pat00082
를 곱한 형태로 표현되며, 따라서 상기 고속 주파수 도약을 수행하는 장치는 IFFT기와 상기 행렬
Figure 112005018580214-pat00083
를 곱해주는 선형 처리기로 구현 가능하게 되는 것이다. 한편, 본 발명에서는 설명의 편의상 상기 고속 주파수 도약 패턴을 순환 고속 주파수 도약 패턴을 일 예로 하여 설명하며, 따라서 상기 행렬
Figure 112005018580214-pat00084
역시 대각 행렬로 정의되는 것이며, 상기 고속 주파수 도약 패턴의 형태는 변형 가능함은 물론이다.
한편, 상기 선형 처리기(323)에서 출력하는 신호를
Figure 112005018580214-pat00085
라고 표현하기로 하며, 상기 신호
Figure 112005018580214-pat00086
는 하기 수학식 17과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112005018580214-pat00087
상기 FFT기(331)는 상기 선형 처리기(123)에서 출력한 신호
Figure 112005018580214-pat00088
를 입력하여 M-포인트 FFT를 수행한 후 상기 제어기(333)로 출력한다. 상기 제어기(333)는 상기 FFT기(331)에서 출력한 신호를 입력하고, 상기 M개의 서브 캐리어 대역들 이외의 Q-M개의 서브 캐리어 대역들에 널 데이터, 일 예로 0을 삽입한 후 상기 IFFT기(335)로 출력한다. 여기서, 상기 제어기(333)는 일종의 0 삽입기(0 inserter)로서 동작하는 것이며, 상기 제어기(333)의 0 삽입 동작은 하기 수학식 18과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112005018580214-pat00089
상기
Figure 112005018580214-pat00090
은 상기 도 3의 제어기(333)의 동작을 나타내는 행렬이며, 상기에서 설명한 바와 같이 상기 제어기(333)의 출력 신호 중에서 상기 M개의 서브 캐리어들을 통해 송신되는 데이터들에 대해서는 이미 고속 주파수 도약이 수행된 것이며, 상기 Q-M개의 서브 캐리어들을 통해 송신되는 널 데이터들에 대해서는 전혀 고속 주파수 도약이 되어 있지 않은 상태이다.
상기 IFFT기(335)는 제어기(333)에서 출력한 신호를 입력하여 Q-포인트 IFFT를 수행한 후 상기 병렬/직렬 변환기(337)로 출력한다. 여기서, 상기 IFFT기(335)에서 출력하는 신호를
Figure 112005018580214-pat00091
라고 칭하기로 하며, 상기 신호
Figure 112005018580214-pat00092
은 하기 수학식 19와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112005018580214-pat00093
상기 병렬/직렬 변환기(337)와, 보호 구간 삽입기(339)와, 디지털/아날로그 변환기(341)와, RF 처리기(343)는 상기 도 1의 병렬/직렬 변환기(131)와, 보호 구간 삽입기(133)와, 디지털/아날로그 변환기(135)와, RF 처리기(137)과 동일한 동작을 수행하므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
상기 도 3에서는 본 발명의 제2실시예에서의 기능을 수행하는 FFH-OFDM 통신 시스템의 송신기 구조에 대해서 설명하였으며, 다음으로 도 4를 참조하여 본 발명의 제2실시예에서의 기능을 수행하는 FFH-OFDM 통신 시스템의 수신기 구조에 대해서 설명하기로 한다.
상기 도 4는 본 발명의 제2실시예에서의 기능을 수행하는 FFH-OFDM 통신 시스템의 수신기 구조를 도시한 블록도이다.
상기 도 4를 참조하면, 상기 수신기는 RF 처리기(411)와, 아날로그/디지털 변환기(413)와, 채널 추정기(415)와, 보호 구간 제거기(417)와, 직렬/병렬 변환기(419)와, FFT기(421)와, 제어기(423)와, 등화기(425)와, IFFT기(427)와, 등화기(429)와, FFT기(431)와, 병렬/직렬 변환기(433)로 구성된다. 상기 도 4에서 RF 처리기(411)와, 아날로그/디지털 변환기(413)와, 보호 구간 제거기(417)와, 직렬/병렬 변환기(419)는 상기 도 2에서 설명한 RF 처리기(211)와, 아날로그/디지털 변환 기(213)와, 보호 구간 제거기(217)와, 직렬/병렬 변환기(219)와 동일한 동작을 수행하므로 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
상기 직렬/병렬 변환기(419)에서 출력한 신호를
Figure 112005018580214-pat00094
라고 칭하기로 하며, 상기 신호
Figure 112005018580214-pat00095
는 시간 영역의 신호로서 하기 수학식 20과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112005018580214-pat00096
상기 FFT기(421)는 상기 직렬/병렬 변환기(419)에서 출력한 신호
Figure 112005018580214-pat00097
를 Q-포인트 FFT를 수행한 후 상기 제어기(423)로 출력한다. 여기서, 상기 FFT기(421)에서 출력하는 신호를
Figure 112005018580214-pat00098
라고 칭하기로 하며, 상기 신호
Figure 112005018580214-pat00099
는 주파수 영역의 신호로서 하기 수학식 21과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112005018580214-pat00100
한편, 상기 FFT기(421)에서 출력하는 Q개의 서브 캐리어 신호들 중 M개의 서브 캐리어 신호들에만 데이터가 포함되어 있으므로, 상기 제어기(423)는 상기 FFT기(421)에서 출력한
Figure 112005018580214-pat00101
에서 널 데이터, 일 예로 0이 포함되어 있는 Q-M개의 서브 캐리어 신호들을 제거하고 M개의 서브 캐리어들만을 상기 등화기(425)로 출력한다. 여기서, 상기 제어기(423)는 일종의 0 제거기(0 remover)로서 동작하는 것이며, 상기 제어기(423)의 동작은 상기 도 3의 제어기(333)에서 삽입한 0을 제거하는 것이다.
한편, 상기 제어기(423)의 동작은 하기 수학식 22와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112005018580214-pat00102
한편, 상기 다중 경로 채널에 의한 신호의 왜곡을 보상하기 위해서 등화 동작을 수행해야만 하는데, 상기 FFH-OFDM 통신 시스템에서는 상기 등화 동작을 시간 영역과 주파수 영역 모두에서 수행해야만 한다. 따라서, 등화기 역시 시간 영역에서의 신호를 입력하여 등화 동작을 수행하는 시간 영역의 등화기와 주파수 영역에서의 신호를 입력하여 등화 동작을 수행하는 주파수 영역의 등화기의 2개의 등화기들이 필요로 하게 된다.
따라서, 상기 등화기(425)는 상기 제어기(423)에서 출력한 신호를 주파수 영역에서 등화한 후 IFFT기(427)로 출력한다. 상기 등화기(425)는 주파수 영역의 채널 응답을 보상하는 역할을 수행한다.
또한, 상기 IFFT기(427)는 상기 등화기(425)에서 출력한 신호를 입력하여 M-포인트 IFFT를 수행한 후 상기 등화기(429)로 출력한다. 여기서, 상기 IFFT기(427)는 상기 도 3의 송신기의 IFFT기(321)와 동일한 동작을 수행하므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 등화기(429)는 상기 IFFT기(427)에서 출력한 신호를 입력하여 시간 영역에서 등화한 후 상기 FFT기(431)로 출력한다. 여기서, 상기 시간 영역에서의 등화 동작은
Figure 112005018580214-pat00103
으로 정의하기로 하며, 상기 시간 영역에서의 등화 동작
Figure 112005018580214-pat00104
은 하기 수학식 23과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112005018580214-pat00105
상기 수학식 23에 나타낸 바와 같이 상기 시간 영역에서의 등화 동작
Figure 112005018580214-pat00106
은 상기 수학식 15에서 나타낸 바와 같은 행렬
Figure 112005018580214-pat00107
의 허미시안
Figure 112005018580214-pat00108
으로 표현되며, 따라서 상기 행렬
Figure 112005018580214-pat00109
역시 대각 행렬이 되는 것이다.
상기 FFT기(431)는 상기 등화기(429)에서 출력한 신호를 입력하여 M-포인트 FFT를 수행한 후 상기 병렬/직렬 변환기(433)로 출력한다. 여기서, 상기 FFT기(431)의 동작은 도 3의 FFT기(331)의 동작과 실질적으로 동일하므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 상기 FFT기(431)에서 출력하는 신호, 즉 입력 데이터 심볼 추정 벡터
Figure 112005018580214-pat00110
는 하기 수학식 24와 같이 나타낼 수 있다. 한편, 하기 수학식 24에서
Figure 112005018580214-pat00111
는 상기 FFT기(431)에서 출력되어 상기 제어기(423)로 입력되는 신호로서,
Figure 112005018580214-pat00112
,
Figure 112005018580214-pat00113
,
Figure 112005018580214-pat00114
,
Figure 112005018580214-pat00115
,
Figure 112005018580214-pat00116
각각은 차례로 상기 FFT기(431)와, 등화기(429)와, IFFT기(427)와, 등화기(425)와, 제어기(423)를 나타내는 행렬이다.
Figure 112005018580214-pat00117
상기 병렬/직렬 변환기(433)는 상기 FFT기(431)에서 출력한 신호를 직렬 변환하여 최종 입력 심볼들로 출력한다.
상기 도 4에서는 본 발명의 제2실시예에서의 기능을 수행하는 FFH-OFDM 통신 시스템의 수신기 구조에 대해서 설명하였으며, 다음으로 도 5를 참조하여 본 발명의 제3실시예에서의 기능을 수행하는 FFH-OFDM 통신 시스템의 송신기 구조에 대해서 설명하기로 한다.
상기 도 5는 본 발명의 제3실시예에서의 기능을 수행하는 FFH-OFDM 통신 시스템의 송신기 구조를 도시한 블록도이다.
상기 도 5를 참조하면, 상기 송신기는 직렬/병렬 변환기(511)와, 제어기(513)와, 고속 주파수 도약기(520)와, FFT기(531)와, 제어기(533)와, IFFT기(535)와, 병렬/직렬 변환기(537)와, 보호 구간 삽입기(539)와, 디지털/아날로그 변환기(541)와, RF 처리기(543)로 구성된다. 또한, 상기 고속 주파수 도약기(520)는 IFFT기(521)와 선형 처리기(523)로 구성된다.
먼저, 전송하고자 하는 입력 데이터 심볼들이 발생하면, 상기 입력 데이터 심볼들은 상기 직렬/병렬 변환기(511)로 입력된다. 여기서, 상기 데이터라함은 실제 사용자 데이터 혹은 파일럿 등과 같은 기준 신호를 나타내며, 본 발명의 제3실시예에서는 M개의 서브 캐리어들에 대해서만 고속 주파수 도약을 수행하는 경우를 제안하므로 상기 직렬/병렬 변환기(511)는 상기 입력 데이터 심볼들을 M개의 심벌들로 병렬 변환한 후 상기 제어기(513)로 출력한다. 상기 제어기(513)는 상기 직렬/병렬 변환기(511)에서 출력한 신호를 입력하고, 상기 M개의 서브 캐리어 대역들 이외의 Q-M개의 서브 캐리어 대역들에 널 데이터, 일 예로 0을 삽입한 후 상기 IFFT기(521)로 출력한다. 여기서, 상기 제어기(513)는 일종의 0 삽입기로서 동작하 는 것이다.
상기 IFFT기(521)는 상기 제어기(513)에서 출력한 신호를 입력하여 Q-포인트 IFFT를 수행한 후 상기 선형 처리기(523)로 출력한다. 상기 선형 처리기(523)는 상기 IFFT기(521)에서 출력한 신호를 입력하여 선형 처리한 후 상기 FFT기(531)로 출력한다. 여기서, 상기 IFFT기(521) 및 선형 처리기(523)의 동작은 도 1의 IFFT기(121) 및 선형 처리기(123)의 동작과 동일하므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 FFT기(531)는 상기 선형 처리기(123)에서 출력한 신호를 입력하여 Q-포인트 FFT를 수행한 후 상기 제어기(533)로 출력한다. 여기서, 상기 FFT기(531)에서 출력한 신호를
Figure 112005018580214-pat00118
라고 칭하기로 하며, 상기 신호
Figure 112005018580214-pat00119
는 데이터가 포함된 M개의 서브 캐리어 신호들과 널 데이터가 포함된 Q-M개의 서브 캐리어 신호들이 시간 영역에서 확산된 신호이다.
상기 제어기(533)는 상기 FFT기(531)에서 출력한 신호
Figure 112005018580214-pat00120
를 입력하여 Q-M개의 서브 캐리어들에 대응되도록 0을 삽입한 후 상기 IFFT기(535)로 출력한다. 여기서, 상기 제어기(533) 역시 일종의 0 삽입기로서 동작하는 것이며, 상기 제어기(533)의 0 삽입 동작은 하기 수학식 25와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112005018580214-pat00121
상기 IFFT기(535)는 상기 제어기(533)에서 출력한 신호를 입력하여 Q-포인트 IFFT를 수행한 후 상기 병렬/직렬 변한기(537)로 출력한다. 여기서, 상기 IFFT기(535)에서 출력하는 신호를
Figure 112005018580214-pat00122
라고 칭하기로 하며, 상기 신호
Figure 112005018580214-pat00123
은 하기 수학식 26과 같이 나타낼 수 있다. 한편, 하기 수학식 26에서
Figure 112005018580214-pat00124
은 상기 제어기(513)로 입력되는 데이터 벡터를 나타내며,
Figure 112005018580214-pat00125
,
Figure 112005018580214-pat00126
,
Figure 112005018580214-pat00127
,
Figure 112005018580214-pat00128
,
Figure 112005018580214-pat00129
,
Figure 112005018580214-pat00130
각각은 차례로 상기 제어기(513)와, 상기 IFFT기(521)와, 선형 처리기(523)와, FFT기(531)와, 제어기(533)와, IFFT기(535)를 나타내는 행렬들이다.
Figure 112005018580214-pat00131
상기 수학식 26에 나타낸 바와 같이 데이터가 송신되는 M개의 서브 캐리어 신호들과 널 데이터가 송신되는 Q-M개의 서브 캐리어 신호들을 가산하여 크기 Q의 신호로 생성한 후 고속 주파수 도약을 수행할 경우 상기 송신기의 각 구성들에서 사용되는 서브 캐리어들의 개수가 Q개로 고정되기 때문에 실제 데이터가 송신되는 서브 캐리어들의 개수 M과 상관없이 하드웨어적으로 안정적인 송신기 구성이 가능하게 된다는 장점을 가진다.
한편, 상기 수학식 19에 나타낸 바와 같은 송신 벡터
Figure 112005018580214-pat00132
와 상기 수학식 26에 나타낸 바와 같은 송신 벡터
Figure 112005018580214-pat00133
는 다음과 같은 2가지 조건들을 만족해야만 한다.
(1) 제1조건
송신 벡터
Figure 112005018580214-pat00134
와 송신 벡터
Figure 112005018580214-pat00135
를 동일한 형태로 해주기 위해
Figure 112005018580214-pat00136
의 엘리먼트들의 값들을 기반으로 하여
Figure 112005018580214-pat00137
의 엘리먼트들의 값들을 설정해야만 한다. 상기 제1조건은 하기 수학식 27과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112005018580214-pat00138
상기에서 설명한 바와 같이 상기 본 발명의 제3실시예에서는 Q-M개의 서브 캐리어들을 통해 송신되는 신호들을 널 데이터들로 교체하였기 때문에 상기 본 발명의 제2실시예에서와 동일한 전체 에너지를 갖도록 하기 위해 상기 수학식 27에서
Figure 112005018580214-pat00139
이 곱해지는 것이다.
(2) 제2조건
상기 제2조건은 본 발명의 제2실시예와 제3실시예에서 송신되는 송신 벡터가 항상 동일한 값이 되도록 하기 위한 조건으로서, 하기 수학식 28과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112005018580214-pat00140
상기 병렬/직렬 변환기(537)와, 보호 구간 삽입기(539)와, 디지털/아날로그 변환기(541)와, RF 처리기(543)는 상기 도 1의 병렬/직렬 변환기(131)와, 보호 구간 삽입기(133)와, 디지털/아날로그 변환기(135)와, RF 처리기(137)과 동일한 동작을 수행하므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
상기 도 5에서는 본 발명의 제3실시예에서의 기능을 수행하는 FFH-OFDM 통신 시스템의 송신기 구조에 대해서 설명하였으며, 다음으로 도 6을 참조하여 본 발명의 제3실시예에서의 기능을 수행하는 FFH-OFDM 통신 시스템의 수신기 구조에 대해서 설명하기로 한다.
상기 도 6은 본 발명의 제3실시예에서의 기능을 수행하는 FFH-OFDM 통신 시스템의 수신기 구조를 도시한 블록도이다.
상기 도 6을 참조하면, 상기 수신기는 RF 처리기(611)와, 아날로그/디지털 변환기(613)와, 채널 추정기(615)와, 보호 구간 제거기(617)와, 직렬/병렬 변환기(619)와, FFT기(621)와, 제어기(623)와, 등화기(625)와, IFFT기(627)와, 등화기(629)와, FFT기(631)와, 제어기(633)와, 병렬/직렬 변환기(635)로 구성된다. 상기 도 6에서 RF 처리기(611)와, 아날로그/디지털 변환기(613)와, 보호 구간 제거기(617)와, 직렬/병렬 변환기(619)는 상기 도 2에서 설명한 RF 처리기(211)와, 아날로그/디지털 변환기(213)와, 보호 구간 제거기(217)와, 직렬/병렬 변환기(219)와 동일한 동작을 수행하므로 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 또한, 상기 FFT기(621)는 상기 도 4에서 설명한 FFT기(421)와 동일한 동작을 수행하므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
한편, 상기 FFT기(621)로 입력되는 신호
Figure 112005018580214-pat00141
와 상기 FFT기(621)에서 출력하 는 신호
Figure 112005018580214-pat00142
는 상기 수학식 20 및 수학식 21에서 설명한
Figure 112005018580214-pat00143
와
Figure 112005018580214-pat00144
와 동일한 신호이다. 그리고, 상기 도 5에서 설명한 송신기에서 실제 데이터를 송신하는 서브 캐리어들의 개수는 M개이므로 상기 주파수 영역의 신호
Figure 112005018580214-pat00145
는 M개의 서브 캐리어 신호들에는 데이터가, 나머지 Q-M개의 서브 캐리어 신호들에는 잡음만 포함되어 있다. 따라서, 상기 제어기(623)는 상기 FFT기(621)에서 출력한 신호
Figure 112005018580214-pat00146
에서 Q-M개의 서브 캐리어들에 해당하는 신호들을 제거하고 널 데이터, 일 예로 0을 삽입한 후 상기 등화기(625)로 출력한다. 여기서, 상기 제어기(623)는 일종이 0 삽입기로서, 상기 도 4에서 설명한 제어기(423)와 동일한 동작을 수행하므로 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
상기 등화기(625)는 상기 제어기(623)에서 출력한 신호를 입력하여 주파수 영역에서 등화한 후 상기 IFFT기(627)로 출력한다. 상기 IFFT기(627)는 상기 등화기(625)에서 출력한 신호를 입력하여 Q-포인트 IFFT를 수행한 후 상기 등화기(629)로 출력한다. 상기 등화기(629)는 상기 IFFT기(627)에서 출력한 신호를 입력하여 시간 영역에서 등화한 후 상기 FFT기(631)로 출력한다. 여기서, 상기 등화기(629)는 상기 도 5의 송신기의 선형 처리기(623)의 행렬
Figure 112005018580214-pat00147
의 허미시안으로 정의되며 이는 하기 수학식 29와 같이 표현된다.
Figure 112005018580214-pat00148
상기 FFT기(631)는 상기 등화기(629)에서 출력한 신호를 입력하여 Q-포인트 FFT를 수행한 후 상기 제어기(633)로 출력한다. 상기 FFT기(631)에서 출력하는 신호 역시 실제 데이터를 송신하는 서브 캐리어들의 개수는 M개이므로 상기 제어기(633)는 하기 수학식 30과 같이 상기 M개의 추정 데이터에 해당하는 신호만을 선택하여 출력한다. 여기서, 상기 제어기(633)는 일종의 선택기(selector)로서 동작하는 것이다.
Figure 112005018580214-pat00149
상기 병렬/직렬 변환기(635)는 상기 FFT기(633)에서 출력한 신호를 직렬 변환하여 최종 입력 심볼들로 출력한다.
상기에서 설명한 바와 같이 본 발명의 제2실시예 및 제3실시예의 송신기들에서 송신하는 송신 벡터가 동일하기 때문에 본 발명의 제2실시예의 송신기에 대응하여 본 발명의 제3실시예의 수신기를 사용할 수도 있고, 본 발명의 제3실시예의 송신기에 대응하여 본 발명의 제2실시예의 수신기를 사용할 수도 있도 있다.
한편, 본 발명의 제2실시예 및 제3실시예에서는 한 명의 사용자만을 타겟으로 하는 데이터를 송신할 경우를 가정하여 고속 주파수 도약을 수행하는 동작에 대해서 설명하였으나, OFDAM 통신 시스템과 같이 다운링크(downlink) 채널에서 전체 주파수 대역을 분할하여 다수의 사용자들에게 할당할 경우 상기 다수의 사용자들 각각에 대해서는 본 발명의 제2실시예 및 제3실시예에서와 같이 일부 주파수 대역을 사용하여 고속 주파수 도약을 수행하는 송신기 및 수신기가 필요로하게 된다. 상기 다수의 사용자들을 고려하는, 즉 다중 접속을 고려하는 고속 주파수 도약을 수행하는 방안을 본 발명의 제4실시예에서 제안하기로 한다.
그러면 여기서 도 7을 참조하여 다수의 사용자들을 고려하여 고속 주파수 도약을 수행하는 OFDMA 통신 시스템(이하 '고속 주파수 도약 OFDMA 통신 시스템'이라 칭하기로 한다)에 대해서 설명하기로 한다.
상기 도 7은 본 발명의 제4실시예에서의 기능을 수행하는 고속 주파수 도약 OFDMA 통신 시스템의 송신기 구조를 도시한 블록도이다.
상기 도 7을 참조하면, 상기 송신기는 고속 주파수 도약/OFDM 처리부(710)와, 다중화기(multiplexer)(720)와, IFFT기(730)와, 병렬/직렬 변환기(740)와, 보호 구간 삽입기(750)와, 디지털/아날로그 변환기(760)와, RF 처리기(770)로 구성된다. 또한, 상기 고속 주파수 도약/OFDM 처리부(710)는 다수의 고속 주파수 도약/OFDM 처리기들, 즉 제1사용자를 타겟으로 하는 데이터를 처리하는 제1고속 주파수 도약/OFDM 처리기(711-1) 내지 제K사용자를 타겟으로 하는 데이터를 처리하는 제k고속 주파수 도약/OFDM 처리기(711-K)로 구성된다.
먼저, 상기 제1사용자 내지 제K사용자에게 할당되는 서브 캐리어들의 개수를 M1 내지 MK라고 가정하기로 하며, 상기 제1사용자 내지 제K사용자에게 송신될 데이터를
Figure 112005018580214-pat00150
내지
Figure 112005018580214-pat00151
라고 가정하기로 한다. 상기 데이터
Figure 112005018580214-pat00152
는 상기 제1고속 주파수 도약/OFDM 처리기(711-1)로, 이런 식으로 상기 데이터
Figure 112005018580214-pat00153
는 상기 제K고속 주파수 도약/OFDM 처리기(711-K)로 입력된다.
상기 제1고속 주파수 도약/OFDM 처리기(711-1) 내지 제K고속 주파수 도약/OFDM 처리기(711-K)는 본 발명의 제2실시예 혹은 제3실시예서 설명한 바와 같은 방식으로 고속 주파수 도약 및 OFDM 변조를 수행한 후 변조 신호
Figure 112005018580214-pat00154
내지
Figure 112005018580214-pat00155
를 출력한다. 일 예로, 상기 제K고속 주파수 도약/OFDM 처리기(711-K)가 본 발명의 제2실시예와 같은 방식으로 고속 주파수 도약 및 OFDM 변조를 수행할 경우 도 3의 제어기(333)에서 출력하는 신호중 실제 사용하는 서브 캐리어들의 개수인 Mk 개의 엘리먼트들이
Figure 112005018580214-pat00156
가 되는 것이며, 이와는 달리 상기 제K고속 주파수 도약/OFDM 처리기(711-K)가 본 발명의 제3실시예와 같은 방식으로 고속 주파수 도약 및 OFDM 변조를 수행할 경우 도 5의 제어기(533)에서 출력하는 신호중 실제 사용하는 서브 캐리어들의 개수인 Mk 개의 엘리먼트들이
Figure 112005018580214-pat00157
가 되는 것이다.
상기 제1고속 주파수 도약/OFDM 처리기(711-1) 내지 제K고속 주파수 도약/OFDM 처리기(711-K)에서 출력하는 신호
Figure 112005018580214-pat00158
내지
Figure 112005018580214-pat00159
는 상기 다중화기(720)로 입력되고, 상기 다중화기(720)는 어떤 사용자에게도 할당되지 않은
Figure 112005018580214-pat00160
에 해당하는 서브 캐리어 신호들에 0을 삽입한 후 상기 IFFT기(730)로 출력한다. 상기 IFFT기(730)는 상기 다중화기(720)에서 출력한 신호를 입력하여 Q-포인트 IFFT를 수행한 후 상기 병렬/직렬 변환기(740)로 출력한다. 상기 병렬/직렬 변환기(740)와, 보호 구간 삽입기(750)와, 디지털/아날로그 변환기(760)와, RF 처리기(770)는 상기 도 1의 병렬/직렬 변환기(131)와, 보호 구간 삽입기(133)와, 디지털/아날로그 변환기(135)와, RF 처리기(137)과 동일한 동작을 수행하므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 또한 도 7은 송신기에서 여러 사용자를 신호를 함께 다중화(multiplexing)하여 전송하는 반면, 수신기에서는 이와 상관없이 항상 자기 신호만 복조하므로 별도의 구현을 필요로 하지 않고 상기 본 발명의 제2실시예 또는 제3실시예에서 설명한 수신기를 사용할 수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같은 본 발명은, OFDM 통신 시스템에서 고속 주파수 도약을 가능하게 하여 한 OFDM 심볼 시간내에서도 주파수 다이버시티(diversity) 이득을 획득할 수 있도록 하여 시스템 성능을 향상시킨다는 이점을 가진다. 또한, 본 발명은 OFDM 통신 시스템에서 전체 주파수 대역 뿐만 아니라 일부 주파수 대역에도 고속 주파수 도약 방식을 적용하는 것을 가능하게 하여 상기 OFDM 통신 시스템에 DCA 방식을 적용하거나 혹은 보호 대역 등을 사용하는 등에도 상기 고속 주파수 도약 방식을 적용할 수 있도록 하여 시스템 성능을 향상시킨다는 이점을 가진다.

Claims (45)

  1. 통신 시스템의 신호 송신 장치에 있어서,
    입력 데이터를 M-포인트(point) 고속 푸리에 변환하는 고속 푸리에 변환기와,
    상기 M-포인트 고속 푸리에 변환된 데이터와 널 데이터를 N-포인트 역고속 푸리에 변환하는 역고속 푸리에 변환기를 포함하며,
    상기 M-포인트 고속 푸리에 변환된 데이터는 상기 역고속 푸리에 변환기의 입력 N-포인트들 중 미리 결정된 입력 포인트들에 연속적으로 매핑됨을 특징으로 하는 신호 송신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 N-포인트 역고속 푸리에 변환된 데이터를 직렬 변환하는 병렬/직렬 변환기와,
    상기 직렬 변환된 데이터에 보호 구간 데이터를 삽입하는 보호 구간 삽입기와,
    상기 보호 구간 데이터가 삽입된 데이터를 무선 주파수 처리하여 송신하는 무선 주파수 처리기를 더 포함하는 신호 송신 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 통신 시스템에서 신호 송신 장치가 신호를 송신하는 방법에 있어서,
    입력 데이터를 M-포인트(point) 고속 푸리에 변환하는 과정과,
    상기 M-포인트 고속 푸리에 변환된 데이터와 널 데이터를 N-포인트 역고속 푸리에 변환하는 과정을 포함하며,
    상기 M-포인트 고속 푸리에 변환된 데이터는 상기 N-포인트 역고속 푸리에 변환을 수행하는 역고속 푸리에 변환기의 입력 N-포인트들 중 미리 결정된 입력 포인트들에 연속적으로 매핑됨을 특징으로 하는 신호 송신 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 N-포인트 역고속 푸리에 변환된 데이터를 직렬 변환하는 과정과,
    상기 직렬 변환된 데이터에 보호 구간 데이터를 삽입하는 과정과,
    상기 보호 구간 데이터가 삽입된 데이터를 무선 주파수 처리하여 송신하는 과정을 더 포함하는 신호 송신 방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 통신 시스템의 신호 수신 장치에 있어서,
    입력 데이터를 N-포인트(point) 고속 푸리에 변환하는 고속 푸리에 변환기와,
    상기 N-포인트 고속 푸리에 변환된 데이터에서 널 데이터를 제외하여 M-포인트 역고속 푸리에 변환하는 역고속 푸리에 변환기를 포함하는 신호 수신 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    수신 신호를 중간 주파수 대역으로 다운 컨버팅하는 무선 주파수 처리기와,
    상기 다운 컨버팅된 신호에서 보호 구간 데이터를 제거하는 보호 구간 제거기와,
    상기 보호 구간 제거된 신호를 병렬 변환하여 상기 입력 데이터로 생성하는 직렬/병렬 변환기를 더 포함하는 신호 수신 장치.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 통신 시스템에서 신호 수신 장치의 신호 수신 방법에 있어서,
    입력 데이터를 N-포인트(point) 고속 푸리에 변환하는 과정과,
    상기 N-포인트 고속 푸리에 변환된 데이터에서 널 데이터를 제외하여 M-포인트 역고속 푸리에 변환하는 과정을 포함하는 신호 수신 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    수신 신호를 중간 주파수 대역으로 다운 컨버팅하는 과정과,
    상기 다운 컨버팅된 신호에서 보호 구간 데이터를 제거하는 과정과,
    상기 보호 구간 제거된 신호를 병렬 변환하여 상기 입력 데이터로 생성하는 과정을 더 포함하는 신호 수신 방법.
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 삭제
  30. 삭제
  31. 삭제
  32. 삭제
  33. 삭제
  34. 삭제
  35. 삭제
  36. 삭제
  37. 삭제
  38. 삭제
  39. 삭제
  40. 삭제
  41. 삭제
  42. 삭제
  43. 삭제
  44. 삭제
  45. 삭제
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