KR101137329B1 - 다중 반송파 시스템에서의 부반송파 할당 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다중 반송파 시스템인 OFDMA 시스템에서 인접채널간 간섭(ICI: Inter Channel Interference)에 강인한 성능과 낮은 PAPR(Peak to Average Power Ratio) 특성을 나타내는 부반송파 할당 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 본 발명은 다수의 데이터 심볼을 적어도 둘 이상의 데이터 심볼에 의해 구성되는 다수의 데이터 심볼 그룹으로 그룹핑(grouping)하고, 다수의 부반송파도 적어도 둘 이상의 부반송파에 의해 구성되는 다수의 부반송파 그룹으로 그룹핑하여 각 데이터 심볼 그룹에 각 부반송파 그룹을 그룹 단위로 할당하는 것을 특징으로 한다. 데이터 심볼 및 부반송파를 그룹핑하는 과정에서 강인한 인접 채널간 간섭 특성(ICI) 및 낮은 PAPR 특성을 나타낼 수 있도록 그룹핑해야 한다. 또한, 각 데이터 심볼 그룹에 각 부반송파 그룹을 할당할 때도 ICI 및 PAPR 특성을 고려해야 한다.

OFDMA, 데이터 심볼, 부반송파, 매핑, 그룹핑

Description

다중 반송파 시스템에서의 부반송파 할당 방법 및 그 장치{Method and apparatus for allocating subcarriers in OFDMA}

도1은 상향 링크에서의 OFDMA의 송수신단의 블록 구성도임.

도2a 내지 도2c는 전체 Nc 개의 부반송파 중에서 Nu 개의 부반송파를 매핑하는 다양한 방법을 도시한 것임.

도3은 DFT 확산 OFDMA 방식에 따른 송수신단의 블록 구성도임.

도4는 본 발명에 따른 부반송파 할당 방법의 바람직한 일 실시예를 도시한 것임.

도5a 내지 도5c는 본 발명에 따른 부반송파 할당 방법의 다른 실시예들을 도시한 것임.

본 발명은 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 다중 반송파 시스템인 OFDMA 시스템에서 인접채널간 간섭(ICI: Inter-Carrier Interference)에 강인한 성능과 낮은 PAPR(Peak to Average Power Ratio) 특성을 나타내는 부반송파 할당 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

OFDM 또는 OFDMA 방식은 유무선 채널에서 고속 데이터 전송에 적합한 방식으로 최근 활발히 연구되고 있다. OFDM 방식에서는 상호 직교성을 갖는 다수의 반송파를 사용하므로 주파수 이용 효율이 높아지고, 송수신단에서 이러한 다수의 반송파를 변복조하는 과정은 각각 IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform)와 DFT(Discrete Fourier Transform)를 수행한 것과 같은 결과가 되어 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)와 FFT(Fast Fourier Transform)를 사용하여 고속으로 구현할 수 있다.

OFDM의 원리는 고속의 데이터 스트림을 다수의 저속 데이터 스트림으로 분할하여 다수의 부반송파(subcarrier)를 사용하여 동시에 전송함으로써 심벌 구간(symbol duration)을 증가시켜 다중 경로 지연 확산(multi-path delay spread)에 의한 시간 영역에서 상대적인 분산(dispersion)을 감소시키는 것이다. OFDM 방식에 의한 데이터의 전송은 전송 심벌을 단위로 한다.

OFDMA 물리계층에서는 활성 반송파를 그룹으로 분리해서, 그룹별로 각기 다른 수신단으로 송신된다. 이렇게 한 수신단에 전송되는 반송파의 그룹을 부채널(sub-channel)이라고 부른다. 각 부채널을 구성하는 반송파는 서로 인접하거나 또는 등간격으로 떨어져 있을 수도 있다. 이와 같이 부채널 단위로 다중 접속이 가능하도록 함으로써 구현상의 복잡도가 증가하나 주파수 다이버시티 이득, 전력의 집중에 따른 이득, 그리고 순방향 전력 제어를 효율적으로 수행할 수 있는 장점이 있다.

도1은 상향 링크에서의 OFDMA의 송수신단의 블록 구성도이다. 먼저 데이터 스트림은 QPSK, 16QAM 등으로 매핑된 후 Nu 개씩 병렬 데이터(parallel data)로 변환된다. 이 심볼들은 전체 Nc 개의 부반송파(subcarrier) 중에서 할당 받은 Nu 개의 부반송파에 매핑되고 나머지 (Nc-Nu) 개의 부반송파는 0으로 패딩(zero padding)된 후 Nc-포인트(Nc-point) IFFT(inverse fast Fourier Transform)를 하게 된다. 다음으로 심볼간 간섭(ISI: inter-symbol interference)를 줄이기 위해서 싸이클릭 프리픽스(cyclic prefix)를 더한 후 병렬-직렬 변환(parallel to serial conversion)하여 전송한다. 수신단(Receiver)은 송신단의 역과정으로 설명될 수 있다. 다른 사용자의 데이터는 앞서의 사용자가 사용하지 않은 (Nc-Nu) 개의 부반송파 중에서 사용 가능한 부반송파를 할당 받아 전송한다.

도2a 내지 도2c는 전체 Nc 개의 부반송파 중에서 Nu 개의 부반송파를 매핑하는 다양한 방법을 도시한 것이다. 도2a는 일정한 규칙성 없이 랜덤(random)하게 할당하는 방법이고, 도2b는 대역의 일부에 모아서 할당하는 방법이며, 도2c는 부반송파 하나씩을 전대역에 걸쳐 등간격으로 할당하는 방법이다.

도2a 및 도2c에 도시된 방법에서는 전체 주파수 대역을 사용하므로 주파수 다이버시티(frequency diversity)를 얻을 수 있는 반면에 부반송파(subcarrier)들이 하나씩 할당되므로 다른 사용자의 OFDM 심볼의 시간 동기(timing synchronization)가 맞지 않거나, 도플러 주파수(Doppler frequency)가 클 경우 다른 사용자가 사용하는 인접 부반송파에 따른 성능 저하가 생길 수 있다. 또한, 기존 OFDMA 방식은 한 사용자가 다수의 부반송파를 사용함에 따라서 나쁜 PAPR 특성 을 보이고, 이를 해결하기 위해 고가의 전력증폭기(power amplifier)를 필요로 한다.

상기한 바와 같은 나쁜 PAPR 특성을 개선하기 위해 DFT(Discrete Fourier Transform) 매트릭스(matrix)로 데이터 심볼을 프리코딩(precoding)하는 방식인 DFT 확산 OFDMA(DFT spread OFDMA) 방식이 제안되었다. 도3은 DFT 확산 OFDMA 방식에 따른 송수신단의 블록 구성도이다.

DFT 확산 OFDMA 방식의 종래의 OFDMA와 다른 점은 Nu 개의 데이터 심볼(data symbol)을 Nu-포인트(Nu-point) DFT를 한 후 도2c와 같이 전체 Nc 개의 부반송파에 등간격으로 매핑한다. DFT 확산 OFDMA 방식에 의해 PAPR을 상당히 줄일 수 있지만, DFT 매트릭스로 프리코딩(DFT spreading)하여 등간격으로 부반송파를 할당하는 DFT 확산 OFDMA는 ICI에 의해 성능이 쉽게 열화되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다중 반송파 시스템인 OFDMA 시스템에서 인접채널간 간섭(ICI: Inter Channel Interference)에 강인한 성능과 낮은 PAPR(Peak to Average Power Ratio) 특성을 나타내는 부반송파 할당 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 다수의 데이터 심볼을 적어도 둘 이상의 데이터 심볼에 의해 구성되는 다수의 데이터 심볼 그룹으로 그룹핑(grouping)하고, 다수의 부반송파도 적어 도 둘 이상의 부반송파에 의해 구성되는 다수의 부반송파 그룹으로 그룹핑하여 각 데이터 심볼 그룹에 각 부반송파 그룹을 그룹 단위로 할당하는 것을 특징으로 한다. 데이터 심볼 및 부반송파를 그룹핑하는 과정에서 강인한 인접 채널간 간섭 특성(ICI) 및 낮은 PAPR 특성을 나타낼 수 있도록 그룹핑해야 한다. 또한, 각 데이터 심볼 그룹에 각 부반송파 그룹을 할당할 때도 ICI 및 PAPR 특성을 고려해야 한다.

본 발명의 일 양상으로서, 본 발명에 따른 OFDMA 무선접속 시스템에서의 부반송파 할당 방법은, 직렬(serial) 데이터 심볼을 병렬(parallel) 데이터 심볼로 변환하는 단계; 상기 병렬 데이터 심볼을 적어도 둘 이상의 그룹으로 그룹핑(grouping)하는 단계; 및 상기 그룹핑된 각 데이터 심볼 그룹에 적어도 둘 이상의 부반송파에 의해 그룹핑된 각 부반송파 그룹을 할당하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 양상으로서 본 발명에 따른 OFDMA 무선접속 시스템에서의 부반송파 할당 방법은, 직렬 데이터 심볼을 병렬 데이터 심볼로 변환하는 단계; 상기 병렬 데이터 심볼을 이산 푸리에 변환(DFT: Discrete Fourier Transform)에 의해 프리코딩(precoding)하는 단계; 상기 프리코딩된 데이터 심볼을 적어도 둘 이상의 그룹으로 그룹핑하는 단계; 및 상기 그룹핑된 각 데이터 심볼 그룹에 적어도 둘 이상의 부반송파에 의해 그룹핑된 각 부반송파 그룹을 할당하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 양상으로서, 본 발명에 따른 OFDMA 무선접속 시스템에서의 부반송파 할당 장치는, 직렬(serial) 데이터 심볼을 병렬(parallel) 데이터 심 볼로 변환하는 직렬-병렬 변환 모듈; 및 상기 병렬 데이터 심볼을 적어도 둘 이상의 그룹으로 그룹핑(grouping)하여 각 데이터 심볼 그룹에 적어도 둘 이상의 부반송파에 의해 그룹핑된 각 부반송파 그룹을 할당하는 심볼-부반송파 매핑 모듈을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 양상으로서, 본 발명에 따른 OFDMA 무선접속 시스템에서의 부반송파 할당 장치는, 직렬 데이터 심볼을 병렬 데이터 심볼로 변환하는 직렬-병렬 변환 모듈; 상기 병렬 데이터 심볼을 이산 푸리에 변환(DFT: Discrete Fourier Transform)에 의해 프리코딩(precoding)하는 DFT 모듈; 및 상기 프리코딩된 데이터 심볼을 적어도 둘 이상의 그룹으로 그룹핑하여 각 데이터 심볼 그룹에 적어도 둘 이상의 부반송파에 의해 그룹핑된 각 부반송파 그룹을 할당하는 심볼-부반송파 매핑 모듈을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명의 세부적 특징으로서, 상기 프리코딩 단계에서, 상기 병렬 데이터 심볼을 다수의 포인트(point) DFT에 의해 프리코딩하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 세부적 특징으로서, 상기 각 데이터 심볼 그룹은 이웃하는 다수의 데이터 심볼에 의해 그룹핑되거나, 일정 간격만큼 이격된 다수의 데이터 심볼에 의해 그룹핑될 수 있다.

본 발명의 또 다른 세부적 특징으로서, 이웃하는 부반송파 그룹 간에는 일정 간격만큼 이격되도록 그룹핑하는 것이 바람직하다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 본 발명의 바람직한 실시예에 의해 본 발명의 구성, 작용 및 다른 특징들이 용이하게 이해될 수 있을 것이다.

도4는 본 발명에 따른 부반송파 할당 방법의 바람직한 일 실시예를 도시한 것이다. 도4에 도시된 실시예에서는 OFDMA 시스템에서 주파수 다이버시티(frequency diversity)를 얻기 위해 Nc 개의 부반송파(subcarrier) 전대역에 걸쳐 Nu 개의 데이터 심볼(data symbol)을 할당할 때, 상기 데이터 심볼을 이웃하는 Ns 개의 데이터 심볼을 하나의 그룹으로 그룹핑하여 총 Ng 개의 데이터 심볼 그룹을 형성하여(즉, Nu = Ng×Ns) 그룹 단위로 할당하는 방식이다. 이때, 각 데이터 심볼 그룹에는 다수의 부반송파로 구성되는 각 부반송파 그룹이 할당된다. 각 부반송파 그룹을 각 데이터 심볼 그룹에 할당함에 있어서는 다른 사용자에 의하여 생기는 ICI의 영향이 그룹의 외곽에 위치한 부반송파에만 영향을 미치게 하여 ICI에 강인한 특성을 나타낼 수 있도록 해야 한다. 그 일예로서, 이웃하는 부반송파 그룹 간에는 일정 간격만큼 이격되도록 상기 부반송파 그룹을 그룹핑하는 것이 바람직하다. 또한, 이 경우 그룹을 전대역에 걸쳐서 분포하도록 할당하는 것이 바람직하다.

도5a 내지 도5c는 본 발명에 따른 부반송파 할당 방법의 다른 실시예들을 도시한 것으로서, 본 발명에 따른 기술적 사상을 DFT 확산 OFDMA 방식에 적용한 경우의 실시예들이다.

도5a는 Nu 개의 데이터 심볼을 Nu-포인트 DFT에 의해 확산하여 프리코딩한 후 인접 DFT 출력값(output)들을, Ns 개의 엘리먼트를 가진 Ng 개의 데이터 심볼 그룹으로 그룹핑하여 차례로 부반송파를 할당하는 실시예를 도시한 것이다. 예를 들어, Nu=12, Nc=24일 경우 DFT 출력값을 차례로 {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12} 라 할 때 이를 Ng=4, Ns=3가 되도록 {1,5,9}, {2,6,10}, {3,7,11}, {4,8,12}의 데이터 심볼 그룹으로 그룹핑 한 후, 각 데이터 심볼 그룹을 Nc 개의 부반송파를 그룹핑하여 형성된 부반송파 그룹 {1,2,3}, {7,8,9}, {13,14,15}, {19,20,21} 또는 {4,5,6}, {10,11,12}, {16,17,18}, {22,23,24}에 할당한다.

도5b에 도시된 실시예는 Nu 개의 데이터 심볼을 Nu-포인트 DFT 확산(spreading) 후 인접하는 DFT 출력값들을 Ns 개씩 묶어 등간격으로 Ng 개의 그룹으로 그룹핑하여 부반송파를 할당하는 방법에 관한 것이다. 예를 들어, Nu=12, Nc=24일 경우 DFT 출력값인 데이터 심볼을 차례로 {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12} 라 하는 경우, 상기 출력값을 Ng=4, Ns=3가 되도록 {1,2,3}, {4,5,6}, {7,8,9}, {10,11,12}로 그룹핑한 후 각 그룹을 Nc 개의 부반송파를 그룹핑하여 형성된 부반송파 그룹 {1,2,3}, {7,8,9}, {13,14,15}, {19,20,21} 또는 {4,5,6}, {10,11,12}, {16,17,18}, {22,23,24} 각각에 할당하는 방식이다.

도5c에 도시된 실시예는 Nu 개의 데이터 심볼을 Ns 개의 Ng-포인트 DFT 확산 한 다음 데이터 심볼을 재배열하여 그룹핑한 후 각 데이터 심볼 그룹에 부반송파를 할당하는 방법에 관한 것이다. 예를 들어, Nu=12, Nc=24일 때에 Ng=4, Ns=3가 되도록 4-포인트 DFT 출력값을 차례로 {1,2,3,4}, {5,6,7,8}, {9,10,11,12} 라 할 경우, 상기 출력값을 재배열하여 {1,5,9}, {2,6,10}, {3,7,11}, {4,8,12}의 네 개의 데이터 심볼 그룹으로 그룹핑한 후 각 데이터 심볼 그룹을 Nc 개의 부반송파를 그룹핑하여 형성된 부반송파 그룹 {1,2,3}, {7,8,9}, {13,14,15}, {19,20,21} 또는 {4,5,6}, {10,11,12}, {16,17,18}, {22,23,24}의 각각에 할당하는 방식이다.

도5d에서는 Nu 개의 데이터 심볼을 Ng 개의 Ns-포인트 DFT 확산 한 다음 각 DFT 출력값(output) 그룹을 그대로 데이터 심볼 그룹으로 하여 각 데이터 심볼 그룹별로 부반송파 그룹을 할당하는 방법이다. 예를 들어, Nu=12, Nc=24일 때에 Ng=4, Ns=3가 되도록 3-포인트 DFT 출력값을 차례로 {1,2,3}, {4,5,6}, {7,8,9}, {10,11,12}의 데이터 심볼 그룹으로 그룹핑할 경우, 각 데이터 심볼 그룹을 Nc 개의 부반송파를 그룹핑하여 형성된 부반송파 그룹 {1,2,3}, {7,8,9}, {13,14,15}, {19,20,21} 또는 {4,5,6}, {10,11,12}, {16,17,18}, {22,23,24}의 각각에 할당한다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

본 발명에 따르면, OFDMA 시스템에서 인접채널간 간섭(ICI: Inter Channel Interference)에 강인한 성능과 낮은 PAPR(Peak to Average Power Ratio) 특성을 나타내는 효과가 있다.

Claims (15)

1. OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 무선접속 시스템에서 이동국으로부터 기지국으로 복수개의 데이터 심볼(data symbol)을 전송하는 방법에 있어서,

   상기 복수개의 데이터 심볼을 복수개의 부반송파 그룹에 할당하는 단계로서, 하나의 데이터 심볼은 하나의 부반송파에 매핑되는, 할당 단계; 및

   할당된 상기 복수개의 데이터 심볼을 상기 기지국으로 전송하는 단계를 포함하고,

   상기 복수개의 부반송파 그룹의 각각은 인접하는 부반송파들로 구성되고,

   상기 복수개의 부반송파 그룹 간에는 일정 간격만큼 이격되는, 데이터 심볼 전송 방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,

   상기 복수개의 데이터 심볼을 적어도 하나의 프리코딩 모듈의 프리코딩 행렬을 이용하여 프리코딩(precoding)하는 단계를 더 포함하는, 데이터 심볼 전송 방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 프리코딩 행렬은 이산 푸리에 변환(DFT) 행렬인 것을 특징으로 하는 데이터 심볼 전송 방법.
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. OFDMA 무선접속 시스템에서 복수개의 데이터 심볼을 전송하는 장치에 있어서,

    상기 복수개의 데이터 심볼을 복수개의 부반송파 그룹에 할당하면서 하나의 데이터 심볼을 하나의 부반송파에 매핑시키는, 심볼-부반송파 매핑 모듈; 및

    할당된 상기 복수개의 데이터 심볼을 수신단으로 전송하는 전송 모듈을 포함하고,

    상기 복수개의 부반송파 그룹의 각각은 인접하는 부반송파들로 구성되고,

    상기 복수개의 부반송파 그룹 간에는 일정 간격만큼 이격되는, 데이터 심볼 전송 장치.
15. 제14항에 있어서,

    프리코딩 행렬을 이용하여 상기 복수개의 데이터 심볼을 프리코딩하는 프리코딩 모듈을 더 포함하는, 데이터 심볼 전송 장치.

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