KR101165629B1

KR101165629B1 - Ｏｆｄｍ 신호 생성/복원 방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR101165629B1
Application number: KR1020050105114A
Authority: KR
Inventors: 권영현; 윤영우; 한승희; 노민석
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2005-11-03
Filing date: 2005-11-03
Publication date: 2012-07-17
Also published as: KR20070048087A; EP1952569A4; CN101366215A; JP4699525B2; CN101366215B; JP2009515413A; US20090296564A1; WO2007052965A2; EP1952569B1; EP1952569A2; WO2007052965A3; US7929511B2

Abstract

본 발명은 다수의 작은 IFFT 블록을 사용하여 다중 계층으로 OFDM 심볼을 생성하는 방법을 개시한다. 생성되는 OFDM 심볼은 종래의 OFDM 심볼이 가지는 직교성을 유지하면서 IFFT 또는 FFT 수행시의 복잡도는 감소된다. 즉, N-크기(N-size) IFFT를 사용하는 종래의 방식을 탈피하여, N 개의 데이터 심볼들을 Q 개씩의 데이터 심볼들로 구성되는 P 개(N=P·Q)의 그룹으로 그룹화하여 계층화된 IFFT 변환을 수행한다. 종래기술에 따른 N-크기 IFFT와 동일한 OFDM 신호를 생성하기 위해서는 그룹별로 Q-크기 IFFT가 수행된 데이터 심볼들에 대하여 위상을 정렬시켜야 한다. 본 발명에 따른 계층화된 OFDM 신호 생성 방식에 의하면, OFDM 신호 생성 과정에서 PAPR 개선, CDMA 시스템 등과 같은 다른 통신 시스템과의 호환을 위한 새로운 채널 생성, 제어 데이터 등의 데이터 삽입, 또는 다른 서비스 모델을 같이 수용 등을 위한 데이터 조작 과정이 종래기술에 비해 훨씬 용이해 질 수 있다.

OFDM, IFFT, 데이터 심볼, 계층화, FFT

Description

ＯＦＤＭ 신호 생성/복원 방법 및 그 장치{Method and apparatus for producing/recovering OFDM signals}

도1a 종래기술에 있어서 송신측에서 OFDM 신호를 생성하는 과정을 도시한 것임.

도1b는 종래기술에 있어서 수신측에서 송신측으로부터 전송된 OFDM 신호를 수신하여 복원하는 과정을 도시한 것임.

도2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 송신측 블록 구성도임.

도3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 수신측 블록 구성도임.

본 발명은 직교 주파수 분할 다중화 방식 통신 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 OFDM 방식 통신 시스템에서 계층화된 역이산 푸리에 변환(layered IFFT) 방식을 사용한 OFDM 신호 생성과 복원 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; 이하 OFDM 이라 함) 방식의 통신 기법은 다양한 시스템(IEEE 802.11a/g, HiperLAN, IEEE 802.16, DSL, DAB, DVB 등)에서 사용되고 있는 방법으로 통신 채널이 선택적 감쇄(selective-fading) 현상을 보일 때 효율적인 방법이다. OFDM 방식에서는 다수의 부 반송파 (sub-carrier)를 사용함으로써, 상기 선택적 감쇄 현상은 평탄 감쇄(flat-fading)로 보이게 되고, 전체 시스템에서 감쇄 현상을 보상하기 위한 기법이 단순해지는 장점이 있다.

상기 특징을 얻기 위해서 OFDM 시스템은 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform)과 역 푸리에 변환(IFFT: Inverse Fast Fourier Transform)을 통한 변조/복조 기법을 도입하였다. 전송될 데이터는 먼저 각 부 반송파에 할당되고 이를 직접 IFFT하여 시간 공간에서의 신호를 얻어낸다. 수신단에서는 수신신호를 FFT하고, 전송시에 설정된 파일럿 부반송파를 통해 채널을 추정하고 데이터 신호를 이끌어 내는 방법을 취한다.

OFDM 신호는 코드분할다중접속(CDMA) 시스템에서 문제가 되었던 최대순간파워 대 평균파워 비율(PAPR: Peak Power to Average Power)이 높아지는 현상이 마찬가지로 나타난다. 특히, OFDM 심볼의 크기가 커지면 이 문제가 더 심각해진다. 이를 보정하기 위해서 다양한 PAPR 기법들이 제안되고 있는데, 이러한 기법들은 주파수 영역에서 데이터 조작에 의한 기법들이 대부분이다. 종래의 PAPR 기법들은 주파수 영역에서 데이터 조작을 하고 시간 영역에서 PAPR를 확인하는 과정을 반복하여 최적의 PAPR을 찾게 되는데, 이 과정에서 거대 OFDM 심볼을 생성하기 위한 복잡성을 매번 반복하는 단점을 가지게 된다.

OFDM 변조 기법에 다중사용자를 수용할 수 있다. 그 구현을 보통 OFDMA (OFDM multiple access) 기법이라 하며, 하나의 거대 OFDM 심볼 내의 부 반송파를 서로 다른 사용자들에게 나눠줌으로써 구현된다. 각 사용자는 자신에게 할당된 부 반송파 채널들을 복조하여 해당하는 데이터를 수신해야 하는데, 이를 위해서 보통은 거대 OFDM 심볼 전체를 복조해야만 신호를 알아낼 수 있다. 자신에게 해당하는 부 반송파의 개수에 상관없는 이러한 작업은 각 사용자의 전력을 낭비하며 고성능의 하드웨어를 요구하게 된다.

도1a 종래기술에 있어서 송신측에서 OFDM 신호를 생성하는 과정을 도시한 것이고, 도1b는 수신측에서 송신측으로부터 전송된 OFDM 신호를 수신하여 복원하는 과정을 도시한 것이다.

도1a를 참조하면, 입력 데이터 심볼

을 직렬-병렬(S/P) 변환하여 크기가 N(N-size)인 역푸리에 변환(IFFT)을 수행한 후 병렬-직렬(P/S) 변환된다. 다음의 수학식 1은 역 푸리에 변환 과정을 나타낸다.

여기서

는 푸리에 변환 행렬이다. 벡터

에는 싸이클릭 프리픽스(CP: Cyclic Prefix)가 삽입되고 반송주파수로 다시 변조된 다음 안테나를 통해서 전송된다.

수신측에서 송신측으로부터 수신된 신호로부터 CP를 제거한 신호는 다음의 수학식 2로 표현될 수 있다.

여기서,

는 채널의 응답 벡터이고

는 수신잡음에 해당한다. 벡터

은 직렬-병렬(S/P) 변환되어 푸리에 변환(FFT)을 통해 복조된다. 푸리에 변환된 신호는 다음의 수학식 3과 같이 표현된다.

여기서 채널이 추정되어 있으면 다음의 수학식 4와 같이 전송신호가 복조된다.

도1a 및 도1b에 도시된 바와 같은 과정은 대부분의 OFDM 시스템에서 사용되는 방법이다.

이하에서는 종래기술에 따른 다중사용자 억세스(multiple access) 구조 및 PAPR 개선 방법의 복잡도에 대해서 설명하도록 한다.

다중 사용자 억세스 구조를 형성하려면, 먼저 각 사용자는 자기에게 할당된 부 반송파가 어떤 것들인지 알아야 한다. 각 개인에게 할당된 부반송파 위치에는 각 개인에 전송될 해당 데이터가 할당되고 모든 사용자에게 전송될 데이터가 모여 데이터 벡터

가 이루어진다. 그리고, 수학식 1을 통해서 시간 영역 신호를 생성 하고 수신측에서 수학식 4와 같이 수행함으로써 모든 데이터에 대한 추정값을 얻어내야 한다. 그 다음에 각 개인은 자기에게 할당된 부 반송파 위치에서의 데이터 값들을 뽑아내는 과정을 거친다. 이 과정에서 각 사용자는 수학식 3을 거쳐야 함으로 언제나

의 복잡도로 복조를 수행해야 한다.

PAPR을 개선하기 위해서 사용되는 기법들은 대부분 다음의 수학식 5와 같이 표현되는 방식을 이용한다.

여기서,

는 데이터 벡터

의 위상성분을 변형하기 위한 행렬이고,

는 데이터 벡터

의 순서를 재정렬하기 위한 퍼뮤테이션 행렬이다. 수학식 5에 따라 변형된

를 수학식 1에 의해서 시간 영역으로 변환한 다음 PAPR를 구하게 된다. PAPR이 감쇄되기 위해서는 여러 가지 조합의

와

를 사용해서 시간 영역의 신호를 다 구해보고, 그 중에서 가장 성능이 좋은 것을 찾는 것이 일반적인 접근 방법이다. 따라서, PAPR 개선을 주파수 영역에서 수행하려면 여러 가지 조합의

와

에 대한 PAPR을 구하기 위해서 언제나 수학식 1의 변환을 사용해야 되고, 수학식 1에 의한 변환 시마다

의 복잡도가 추가된다.

상기한 바와 같은 종래기술에 따른 OFDM 시스템에 있어서는 다중 사용자 환경을 구현하기 위하여 각 사용자가 변/복조해야 하는 복잡도가, 자신에게 할당된 부 반송파의 개수에 상관없이 전체 OFDM 심볼 크기와 같기 때문에 각 사용자에게 많은 계산을 요함으로써 더 많은 배터리 손실과 고성능의 하드웨어를 요구하게 되는 문제점이 있다.

또한, OFDM 시스템에서 PAPR 문제를 해결하기 위한 각종 기법들이 주파수 영역에서의 데이터 조작에 의존하게 되는데, 데이터 조작 후 그 성능을 알아보기 위해서 매번 IFFT를 수행하여 실제 전송 신호의 PAPR를 확인하는 과정을 거치게 된다. 이때, 거대 OFDM 심볼을 매번 변조해야 하기 때문에 많은 계산이 필요하게 되어 마찬가지로 더 많은 배터리 손실과 하드웨어 성능을 요구하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 OFDM 방식 통신 시스템에서 계층화된 역이산 푸리에 변환(layered IFFT) 방식을 사용한 OFDM 신호 생성과 복원 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, OFDM 방식 통신 시스템에서 다중 사용자를 수용하기 위한 다중 접속(multiple access) 방식 및 전력 변화의 감소를 효율적으로 구현할 수 있는 송신측에서의 OFDM 신호 생성 방법 및 장치, 수신측에서의 OFDM 신호 복원 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 다수의 작은 IFFT 블록을 사용하여 다중 계층으로 OFDM 심볼을 생성하는 방법을 개시한다. 생성되는 OFDM 심볼은 종래의 OFDM 심볼이 가지는 직교성을 유지하면서 IFFT 또는 FFT 수행시의 복잡도는 감소된다. 즉, N-크기(N-size) IFFT를 사용하는 종래의 방식을 탈피하여, N 개의 데이터 심볼들을 Q 개씩의 데이터 심볼들로 구성되는 P 개(N=P·Q)의 그룹으로 그룹화하여 계층화된 IFFT 변환을 수행한다. 종래기술에 따른 N-크기 IFFT와 동일한 OFDM 신호를 생성하기 위해서는 그룹별로 Q-크기 IFFT가 수행된 데이터 심볼들에 대하여 위상을 정렬시키는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 계층화된 OFDM 신호 생성 방식에 의하면, OFDM 신호 생성 과정에서 PAPR 개선, CDMA 시스템 등과 같은 다른 통신 시스템과의 호환을 위한 새로운 채널 생성, 제어 데이터 등의 데이터 삽입, 또는 다른 서비스 모델을 같이 수용 등을 위한 데이터 조작 과정이 종래기술에 비해 훨씬 용이해 질 수 있다.

본 발명의 일 양상으로서, 본 발명에 따른 OFDM 신호 생성 방법은, 다수의 데이터 심볼들을 다수의 그룹으로 그룹핑하여 각 그룹별로 역이산 푸리에 변환(IFFT)을 수행하는 제1단계; 역이산 푸리에 변환된 각 그룹별 심볼들을 위상 천이(phase shift)시키는 제2단계; 및 위상 천이된 각 그룹별 하나씩의 데이터 심볼들을 입력으로 하여 역이산 푸리에 변환(IFFT)을 수행하는 제3단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 양상으로서, 본 발명에 따른 OFDM 신호 생성 장치는, 다수의 그룹으로 그룹핑된 다수의 데이터 심볼들에 대하여 각 그룹별로 역이산 푸리에 변환(IFFT)을 수행하는 제1 IFFT 모듈; 상기 제1 IFFT 모듈에 의해 역이산 푸리에 변 환된 각 그룹별 심볼들을 위상 천이(phase shift)시키는 위상 천이 모듈; 및 상기 위상 천이 모듈에 의해 위상 천이된 각 그룹별 하나씩의 데이터 심볼들을 입력으로 하여 역이산 푸리에 변환(IFFT)을 수행하는 제2 IFFT 모듈을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 양상으로서, 본 발명에 따른 OFDM 신호 복원 방법은, 송신측으로부터 수신된 N 개의 데이터 심볼을 각 Q 개의 데이터 심볼들을 갖는 P 개(N=P·Q)의 그룹으로 그룹핑하여 일정 순서에 따라 각 그룹별로 하나씩의 데이터 심볼을 출력하는 제1단계; 상기 각 그룹별로 하나씩 출력된 P 개의 데이터 심볼들에 대하여 P-크기(P-size) FFT를 수행하는 제2단계; 상기 제2단계에서 FFT 변환된 각 그룹별 데이터 심볼들의 위상을 재정렬시키는 제3단계; 상기 제3단계에서 위상 재정렬된 각 그룹별 데이터 심볼들을 Q-크기(Q-size) FFT를 수행하는 제4단계; 및 상기 제4단계에서 Q-크기 FFT 수행된 각 그룹별 데이터 심볼들을 특정 순서에 따라 직렬로 출력하는 제5단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 양상으로서, 본 발명에 따른 OFDM 신호 복원 장치는, 송신측으로부터 수신된 N 개의 데이터 심볼을 각 Q 개의 데이터 심볼들을 갖는 P 개(N=P·Q)의 그룹으로 그룹핑하여 일정 순서에 따라 각 그룹별로 하나씩의 데이터 심볼을 출력하는 S/P 변환 및 심볼 정렬 모듈; 상기 각 그룹별로 하나씩 출력된 P 개의 데이터 심볼들에 대하여 P-크기(P-size) FFT를 수행하는 제1 FFT 모듈; 상기 제1 FFT 모듈에 의해 FFT 변환된 각 그룹별 데이터 심볼들의 위상을 재정렬시키는 위상 재정렬 모듈; 상기 위상 재정렬 모듈에 의해 위상 재정렬된 각 그룹별 데이터 심볼들을 Q-크기(Q-size) FFT를 수행하는 제2 FFT 모듈; 및 상기 제2 FFT 모듈에 의해 Q-크기 FFT 수행된 각 그룹별 데이터 심볼들을 특정 순서에 따라 직렬로 출력하는 P/S 변환 및 심볼 정렬 모듈을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의해 본 발명의 구성, 작용 및 다른 특징들이 용이하게 이해될 수 있을 것이다. 도2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 송신측 블록 구성도이고, 도3은 수신측 블록 구성도이다.

도2를 참조하면, N 개의 데이터 심볼(symbol)을 갖는 벡터

는 S/P 변환 및 심볼 정렬 모듈(21)에서 병렬 데이터로 변환된 후 정렬된다. 상기 데이터 심볼 벡터

는 BPSK, QPSK, QAM 등의 방법에 의해 디지털 변조(digital modulation), 즉 심볼 매핑(symbol mapping) 과정을 거친 것이다. 디지털 변조 이전 과정에서는 필요에 따라 채널 코딩이나 인터리빙 등의 과정을 거칠 수 있음은 자명하다.

상기 S/P 변환 및 심볼 정렬 모듈(21)에서는 Q 개의 데이터 심볼들을 하나의 그룹으로 하여 P 개(여기서, N=P·Q)의 그룹들로 그룹핑이 이루어지는데, 수학식 6과 같이 일정한 패턴에 따라 심볼 정렬이 이루어진다.

여기서,

는 k번째 그룹이며 k=0,..., P-1이고,

은 데이터 벡터의 m 번째 심볼이다. 수학식 6에 따라 정렬된 각 그룹별 데이터 벡터

는 제1 IFFT 모듈(22)에 의해 크기가 Q(Q-size)인 IFFT 변환을 거치게 되는데, 이때 기본 주파수는

가 된다. 여기서,

는 도1a에 도시된 바와 같은 크기가 N(N-size)인 IFFT 변환시 사용된 기본 주파수이다. 다시 말해서, 도1a의 종래기술과 비교했을 때, 종래기술에서는 N 개의 데이터 심볼에 대하여 크기가 N인 IFFT 변환을 수행한 것이고, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 N 개의 데이터 심볼을 Q 개씩을 데이터 심볼들을 갖는 P 개의 그룹으로 분할하여 각각의 그룹에 대하여 크기가 Q인 IFFT 변환을 수행한 것이다. 이때, 각 그룹에 대한 IFFT 변환시 기본 주파수는

로서 모두 같다.

상기 제1 IFFT 모듈(22)에 의해 IFFT 변환된 각 그룹별 심볼들은 위상 천이 모듈(23)에 의해 위상 천이가 이루어진다. 각 그룹별 심볼들에 대하여 위상 천이를 수행하는 이유는 상기 제1 IFFT 모듈(22)에 의한 IFFT 변환시 모들 그룹에 대한 기본 주파수를

로 한 것을 보상하기 위한 것으로서, 최종 생성된 OFDM 신호가 도2A에 도시된 바에 따라 생성된 OFDM 심볼과 일치하도록 필요한 위상 천이를 수행하는 것이다. 각 데이터 심볼 그룹에 대한 Q-크기 IFFT 변환 출력에 곱해져야 하는 위상 벡터는 다음의 수학식 7과 같이 표현할 수 있다.

여기서, 는 k 번째 그룹 벡터 IFFT 변환 출력이고, 는 위상 천이가 수행된 결과 벡터이며, 는 위상 천이 행렬이다. 상기 위상 천이 행렬은 다음의 수학식 8과 같이 표현될 수 있다.

상기 위상 천이 모듈(23)에서 위상 천이가 이루어진 데이터 심볼들은 P/S 변환 모듈(24)에 의해 각 그룹별로 병렬-직렬(P/S) 변환이 이루어진다. 병렬-직렬 변환된 각 그룹은 Q 개의 직렬 벡터 행렬이 되고, 이러한 직렬 벡터 행렬이 총 P 개가 발생한다.

시퀀스 제어 모듈(25)은 시스템 요구사항에 따른 데이터 조작을 수행한다. 예를 들어, PAPR 감소를 위한 코딩 기법이나, CDMA 시스템 등과 같은 다른 통신 시스템과의 호환을 위한 새로운 채널 생성, 제어 데이터 등의 데이터 삽입, 또는 다른 서비스 모델을 같이 수용할 수 있도록 만들 수 있다. 상기의 예들 중에서 PAPR을 감소시키기 위한 데이터 조작의 예를 들면 다음과 같다.

전술한 바와 같이, PAPR 개선 기법에서는 일반적으로 수학식 5에 따라 변형된

를 IFFT 변환에 의해서 시간 영역으로 변환한 다음 PAPR를 구하게 된다. PAPR을 감쇄시키기 위하여 여러 가지 조합의

와

를 사용해서 시간 영역의 신호를 다 구해보고, 그 중에서 가장 성능이 좋은 것을 찾는다. 따라서, 종래기술에 있어서 PAPR 개선을 주파수 영역에서 수행하려면 여러 가지 조합의

와

에 대 한 PAPR을 구하기 위해서 언제나 N-크기 IFFT를 사용해야 되고, 그때마다

의 복잡도가 추가된다. 그러나, 상기의 PAPR 개선 기법을 본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서의 상기 시퀀스 제어 모듈(25)을 통하여 수행할 경우 PAPR을 구하기 위한 IFFT 변환시 P-크기 IFFT를 사용하면 되므로 종래기술에 비해 복잡도를 줄일 수 있다.

상기한 바와 같이 주파수 영역에서 데이터를 변경시킨 다음 시간 영역 변환을 통해서 성능 개선을 시키는 방법과 달리, 시간 영역에서 바로 PAPR을 개선시킬 수 있는 방법은 PTS(Partial Transmit Sequence) 기법이다.

PTS 기법에서는 주파수 영역에서 데이터 심볼을 변경하지 않고, 데이터 심볼들을 일정한 그룹으로 그룹핑한 다음 그룹별로 시간 영역으로 변환한다. 그리고 나서 변환된 시간 영역의 심볼들을 하나로 합하기 전에 각 심볼에 서로 다른 위상 패턴을 적용하고 합하는 방식을 취한다. 그룹별로 쪼개진 데이터 심볼은 수학식 9에서처럼 여러 개의 벡터를 구성한다.

, 여기서, G는 데이터 심볼의 총 개수 N을 나누는 정수이다. 각 그룹별 데이터 벡터 (k=1,..., G)는 다음의 수학식 10과 같이 주어진다.

각 그룹별 데이터 벡터는 IFFT에 의해 시간 영역으로 변환되어 각각

(k=1,..., G) 신호를 생성한다. IFFT에 의해 생성된 신호를 기반으로 곱해지는 위상 성분들을 변화시켜가면서 여러 가지 전송신호를 생성해 보고, 상기 여러 가지 신호 중에서 가장 PAPR이 작은 것을 선택하여 전송하게 된다. 이러한 과정은 다음의 수학식 11에 의해 표현될 수 있다.

, 여기서, 는 PAPR를 개선시키기 위한 위상 성분들로 미리 정해진 값들 중에 선택하게 된다.

PTS 기법의 장점은 신호의 영역변환이 초기에만 이루어지고 나중에는 시간영역에서의 단순 합으로 표시되므로 영역 변환으로 인한 계산 복잡도가 낮아진다는 것이다.

상기한 바와 같은 PAPR을 개선시키기 위한 PTS 기법을 도3에 도시된 본 발명의 바람직한 일 실시예에 적용할 수 있다. 즉, 상기 위상 천이 모듈(23)에서 위상 천이가 이루어진 후에 상기 P/S 변환 모듈(24)에 의해 각 그룹별로 병렬-직렬(P/S) 변환이 이루어진 각 그룹별 심볼들에 상기 시퀀스 제어 모듈(25)에서 다양한 위상 성분들을 변화시켜가면서 곱하여 다양한 심볼들을 생성해 보고, 상기 다양한 신호 중에서 가장 PAPR이 작은 것을 선택하여 출력하는 것이다.

한편, 상기 PTS 기법에서 위상성분을 곱하는 대신 각 심볼을 순환이동(circular shift)시킴으로써 위상성분을 곱한 것과 같은 효과를 얻는 것도 가능하다. 예를 들어, 벡터

를

만큼 순환이동시키면 다음의 수학식 12와 같은 벡터가 형성되고, 결과적으로 상기 벡터

에 위상성분을 곱한 것과 마찬가지가 된다.

상기 데이터 벡터의 순환이동은 실제 구현상으로는 상기 데이터 벡터를 메모리에 저장하였다가 순서를 달리하여 출력하는 과정에 의해 이루어질 수 있으므로, 위상성분을 곱하기 하는 등의 계산을 수행하지 않고도 동일한 성능을 얻을 수 있는 효과가 있다.

상기 시퀀스 제어 모듈(25)에 의해 데이터 조작을 거친 각 그룹별 신호 벡터를

라 할 경우, P 개의 벡터 중에서 같은 위치에 있는 것끼리 모아서 벡터를 만들게 되면 수학식 13과 같이 표현될 수 있다.

각

벡터는 제2 IFFT 변환 모듈(25)에 의해 P-크기 IFFT 변환된다. 이때, 상기 제2 IFFT 변환 모듈(25)에서의 기본주파수는

이다. 즉, 상기 시퀀스 제어 모듈(25)에 의한 데이터 조작을 거친 각 그룹별로 하나씩의 심볼이

벡터를 구 성하여 상기 제2 IFFT 변환 모듈(25)에 의해 IFFT 변환되는 것이다. 각 그룹의 데이터 심볼의 개수는 Q 개이므로 상기 제2 IFFT 변환 모듈(25)에서는 IFFT 변환이 Q 회에 걸쳐 수행된다.

P/S 변환 및 심볼 정렬 모듈(27)은 상기 제2 IFFT 변환 모듈(25)에 의해 IFFT 변환된 심볼들을 병렬-직렬(P/S) 변환하고 순서를 다시 정렬시킨다. 순서 정렬시 각

벡터가 상기 제2 IFFT 변환 모듈(25)에 의해 IFFT 변환된 벡터의 순서는 다음의 수학식 14에 따라 결정된다.

따라서,

의 상기 제2 IFFT 변환 모듈(25)에 의한 IFFT 출력

는 수학식 11에 표기된 위치로 순서대로 시간축에 정렬되게 된다. Q 번의 P-크기 IFFT를 모두 수행하고 나면, 최종적인 신호는 도1a에서의 OFDM 신호

와 동일한 값과 구조를 가지게 된다. 채널에 전송되기 전에 싸이클릭 프리픽스(cyclic prefix)를 붙이는 것이 바람직하다.

도3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 수신측 블록 구성도로서, 도2에 도시된 송신측에서의 데이터 처리 과정에 의해 생성된 OFDM 신호를 복원하는 과정이다.

도3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예로서의 OFDM 신호 복원 장치는, 송신측으로부터 수신된 N 개의 데이터 심볼을 각 Q 개의 데이터 심볼들을 갖는 P 개(N=P·Q)의 그룹으로 그룹핑하여 일정 순서에 따라 각 그룹별로 하나씩의 데이터 심볼을 출력하는 S/P 변환 및 심볼 정렬 모듈(31)과, 상기 각 그룹별로 하나씩 출력된 P 개의 데이터 심볼들에 대하여 P-크기(P-size) FFT를 수행하는 제1 FFT 모듈(32)과, 상기 제1 FFT 모듈(32)에 의해 FFT 변환된 각 그룹별 데이터 심볼들을 상기 송신측으로부터 전송된 PAPR 제어 정보에 따라 데이터 심볼 복원을 위하여 데이터 심볼을 조작하는 시퀀스 역제어 모듈(33)과, 상기 시퀀스 역제어 모듈(33)의 출력을 직렬-병렬 변환하는 직렬-병렬 변환 모듈(34)과, 상기 각 그룹별 데이터 심볼들의 위상을 재정렬시키는 위상 재정렬 모듈(35)과, 상기 위상 재정렬 모듈(35)에 의해 위상 재정렬된 각 그룹별 데이터 심볼들을 Q-크기(Q-size) FFT를 수행하는 제2 FFT 모듈(36)과, 상기 제2 FFT 모듈(36)에 의해 Q-크기 FFT 수행된 각 그룹별 데이터 심볼들을 특정 순서에 따라 직렬로 출력하는 P/S 변환 및 심볼 정렬 모듈(37)을 포함하여 구성된다.

도3의 수신측에서의 데이터 처리 과정은 도2의 송신측에서의 데이터 처리 과정과 정반대의 순서로 동작한다. 즉, 송신측에서의 IFFT 변환은 FFT 변환에 대응되고, 위상 역천이 모듈에서의 위상 역천이는 수학식 8의 켤레복소수(conjugate)을 곱해주면 된다. 데이터 심볼 정렬 및 그룹핑 해제는 수학식 14와 수학식 6의 역이 되도록 해주면 된다. 도2에서 상기 P/S 변환 및 심볼 정렬 모듈(27)에서는 입력되는 신호를 병렬-직렬 변환만 해 주고 수학식 11에 따른 심볼 정렬을 하지 않고 전송하는 것도 가능하다. 이 경우, 도3에서, 수신된 신호를 직렬-병렬 변환하여 다음 단으로 전달하면 된다. 수신측에서의 데이터 처리 과정은 송신측의 역과정이므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.

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 발명은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 다중 사용자 환경에서 각 사용자는 자신에게 할당된 그룹에 대해서만 복조 연산을 수행하면 되므로 적은 양의 계산으로 자신에게 할당된 채널의 데이터를 알아낼 수 있다.

둘째, OFDM 시스템에서 성능 열화를 가져오는 PAPR을 해결하기 위한 방안으로 여러 기법들이 사용될 때, 계산을 적게 수행하고도 동일한 효과를 낼 수 있다.

셋째, 심볼 생성의 중간 단계에서 시퀀스 제어 모듈을 통해 다양한 서비스를 삽입할 수 있다.

도4 및 도5는 본 발명의 효과를 설명하기 위한 시뮬레이션 결과를 그래프로 도시한 것이다. 도4에서, 가로축은 최적의 PAPR을 얻기 위하여 PAPR 기법을 적용한 회수이고, 세로축은 본 발명에 따른 OFDM 신호 생성 방법과 종래기술에 따른 OFDM 신호 생성 방법의 복잡도 비(complexity ratio of layered OFDM to conventional OFDM)를 나타낸다. 입력 데이터 심볼의 크기(N)을 일정하게 하고, 데이터 심볼 그 룹의 크기(P)를 가변시키면서 시뮬레이션을 한 결과, P가 작을수록 또한 PAPR 기법 적용 회수가 클수록 본 발명에 따른 OFDM 생성 방법의 복잡도가 종래기술에 비해 감소됨을 알 수 있다.

도5는 수신측에서 각 사용자에게 할당되는 서브캐리어(sub-carrier)의 개수에 따른 본 발명에 따른 OFDM 신호 생성 방법과 종래기술에 따른 OFDM 신호 생성 방법의 복잡도 비와 관련된 시뮬레이션 결과를 도시한 것이다. 이때, 종래기술에 있어서는 하나의 사용자에게 전체 서브캐리어가 모두 할당된 것으로 하고 시뮬레이션을 진행하였다. 도5를 통하여 알 수 있는 바와 같이, 각 사용자에게 할당되는 서브캐리어의 개수가 작을수록 본 발명에 따른 OFDM 신호 생성 방법이 종래기술에 비해 복잡도가 감소된다.

Claims

송신측에서 OFDM 신호를 생성하는 방법에 있어서,수신측으로 전송될 N개의 데이터 심볼을 각 그룹이 Q개의 데이터 심볼을 포함하는 P개 그룹으로 그룹핑(여기서, N 및 P는 1보다 큰 정수, Q는 양의 정수, N=P*Q)하고, 상기 P개 그룹에 대하여 P개의 Q-크기 역이산푸리에변환(IFFT)을 병렬로 수행하는 제1단계; 및

상기 역이산푸리에변환된 P개 그룹을 그룹별로 위상천이시키는 제2단계;

상기 위상 천이된 P개 그룹의 각 그룹 내 하나씩의 데이터 심볼을 입력으로 하여 P-크기 역이산푸리에변환을 수행하는 제3단계를 포함하는,

OFDM 신호 생성 방법.
제1항에 있어서,

상기 P개 그룹으로 그룹핑되는 상기 N개의 데이터 심볼을 데이터 심볼 벡터
라고 하면, k번째 그룹
는
이며, 여기서 k=0,...,P-1이고
은 상기 데이터 심볼 벡터의 m번째 심볼인,

OFDM 신호 생성 방법.
제2항에 있어서,

상기 제1단계는, Pw₀를 상기 Q-크기 역이산푸리에변환의 기본주파수로 사용하는 것을 특징으로 하되, 여기서 w₀는 N-크기 역이산푸리에변환의 기본 주파수인,

OFDM 신호 생성 방법.
제3항에 있어서,

상기 제3단계는 상기 P-크기 역이산푸리에변환을 Q회 반복하여 수행하는 것을 특징으로 하는,

OFDM 신호 생성 방법.
제4항에 있어서,

상기 제3단계에 의해 역이산푸리에변환이 완료된 심볼들을 상기 데이터 심볼 벡터
의 순서에 따라 정렬하는 단계를 더 포함하는,

OFDM 신호 생성 방법.
제1항에 있어서,

상기 그룹별로 위상천이된 데이터 심볼들을 이용하여 최대순간파워 대 평균파워의 비율(peak power to average power ratio, PARR)를 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,

OFDM 신호 생성 방법.
제6항에 있어서,

상기 PARR 조정 단계는 상기 PARR를 PTS(partial transmit sequence) 기법을 이용하여 조정하는 것을 특징으로 하는,

OFDM 신호 생성 방법.
제7항에 있어서,

상기 PTS 기법에 의한 PAPR 조정은 각 그룹의 위상 천이된 데이터 심볼들을 순환이동(circular shift)시킴으로써 상기 각 그룹의 위상을 조정하는 것을 특징으로 하는,

OFDM 신호 생성 방법.
제3항에 있어서,

상기 제3단계는, Qw₀를 상기 P-크기 역이산푸리에변환의 기본주파수로 사용하는 것을 특징으로 하는,

OFDM 신호 생성 방법.
송신측에서 OFDM 신호를 생성하는 장치에 있어서,

수신측으로 전송될 N개의 데이터 심볼을 각 그룹이 Q개의 데이터 심볼을 포함하는 P개 그룹으로 그룹핑(여기서, N 및 P는 1보다 큰 정수, Q는 양의 정수, N=P*Q)하도록 구성된 심볼정렬모듈;

상기 P개 그룹에 대하여 P개의 Q-크기 역이산푸리에변환(IFFT)을 병렬로 수행하도록 구성된 제1 IFFT모듈; 및

상기 역이산푸리에변환된 P개 그룹을 그룹별로 위상천이시키도록 구성된 위상천이모듈;

상기 위상 천이된 P개 그룹의 각 그룹 내 하나씩의 데이터 심볼을 입력으로 하여 P-크기 역이산푸리에변환을 수행하도록 구성된 제2 IFFT 모듈을 포함하는,

OFDM 신호 생성 장치.
제10항에 있어서,

상기 P개 그룹으로 그룹핑되는 상기 N개의 데이터 심볼을 데이터 심볼 벡터
라고 하면, k번째 그룹
는
이며, 여기서 k=0,...,P-1이고
은 상기 데이터 심볼 벡터의 m번째 심볼인,

OFDM 신호 생성 장치.
제11항에 있어서,

상기 제1 IFFT 모듈은 Q-크기(Q-size)의 역이산푸리에변환을 수행하도록 구성된 Q-크기 IFFT 모듈을 P개 포함하는 것을 특징으로 하는,

OFDM 신호 생성 장치.
제11항에 있어서,

상기 제1 IFFT 모듈은, Pw₀를 상기 Q-크기 역이산푸리에변환의 기본주파수로 사용하도록 구성된 것을 특징으로 하되, 여기서 w₀는 N-크기 역이산푸리에변환의 기본 주파수인,

OFDM 신호 생성 장치.
제13항에 있어서,

상기 제2 IFFT 모듈은, 상기 P-크기 역이산푸리에변환을 Q회 반복하여 수행하도록 구성된 것을 특징으로 하는,

OFDM 신호 생성 장치.
제14항에 있어서,

상기 제2 IFFT 모듈에 의해 역이산푸리에변환이 완료된 심볼들을 상기 데이터 심볼 벡터
의 순서에 따라 정렬하도록 구성된 S/P 변환 및 심볼 정렬 모듈을 더 포함하는,

OFDM 신호 생성 장치.
제10항에 있어서,

상기 그룹별로 위상천이된 데이터 심볼들을 이용하여 최대순간파워 대 평균파워의 비율(peak power to average power ratio, PARR)를 조정하도록 구성된 시퀀스 제어 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,

OFDM 신호 생성 장치.
제16항에 있어서,

상기 시퀀스 제어 모듈은 상기 PARR를 PTS(partial transmit sequence) 기법을 이용하여 조정하도록 구성된,

OFDM 신호 생성 장치.
제17항에 있어서,

상기 시퀀스 제어 모듈은 상기 PTS 기법에 의해 PAPR를 조정함에 있어서 각 그룹의 위상 천이된 데이터 심볼들을 순환이동(circular shift)시킴으로써 상기 각 그룹의 위상을 조정하도록 구성된 것을 특징으로 하는,

OFDM 신호 생성 장치.
제13항에 있어서,

상기 제2 IFFT 모듈은, Qw₀를 상기 P-크기 역이산푸리에변환의 기본주파수로 사용하는 것을 특징으로 하는,

OFDM 신호 생성 장치.
수신측에서 OFDM 신호를 복원하는 방법에 있어서,

송신측으로부터 수신된 N개의 데이터 심볼을 각 Q개의 데이터 심볼들을 갖는 P개의 그룹으로 그룹핑(여기서, N 및 P는 1보다 큰 정수, Q는 양의 정수, N=P*Q)하여 일정 순서에 따라 각 그룹별로 하나씩의 데이터 심볼을 출력하는 제1단계;

상기 각 그룹별로 하나씩 출력된 P개의 데이터 심볼들에 대하여 P-크기(P-size) 이산푸리에변환(FFT)을 Q회 수행하는 제2단계; 및

상기 이산푸리에변환된 각 그룹별 데이터 심볼들의 위상을 재정렬하는 제3단계;

그룹별로 상기 위상 재정렬된 Q개의 데이터 심볼을 포함하는 상기 P개 그룹에 대하여P개의 Q-크기(Q-size) 이산푸리에변환을 병렬로 수행하는 제4단계;

상기 Q-크기 이산푸리에변환된 각 그룹의 데이터 심볼들을 특정 순서에 따라 직렬로 출력하는 제5단계를 포함하는,

OFDM 신호 복원 방법.
제20항에 있어서,

상기 제2단계 이후에, 상기 송신측으로부터 전송된 PAPR 제어 정보에 따라 데이터 심볼 복원을 위하여, P-크기 이산푸리에변환된 데이터 심볼을 조작하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,

OFDM 신호 복원 방법.
수신측에서 OFDM 신호를 복원하는 장치에 있어서,

송신측으로부터 수신된 N개의 데이터 심볼을 각 Q개의 데이터 심볼들을 갖는 P개의 그룹으로 그룹핑(여기서, N 및 P는 1보다 큰 정수, Q는 양의 정수, N=P*Q)하여 일정 순서에 따라 각 그룹별로 하나씩의 데이터 심볼을 출력하도록 구성된 S/P 변환 및 심볼 정렬 모듈; 및

상기 각 그룹별로 하나씩 출력된 P개의 데이터 심볼들에 대하여 P-크기(P-size) 이산푸리에변환(FFT)을 Q회 수행하도록 구성된 제1 FFT 모듈; 및

상기 이산푸리에변환된 각 그룹별 데이터 심볼들의 위상을 재정렬하도록 구성된 위상 재정렬 모듈;

그룹별로 상기 위상 재정렬된 Q개의 데이터 심볼을 포함하는 상기 P개 그룹에 대하여P개의 Q-크기(Q-size) 이산푸리에변환을 병렬로 수행하도록 구성된 제2 FFT 모듈;

상기 Q-크기 이산푸리에변환된 각 그룹의 데이터 심볼들을 특정 순서에 따라 직렬로 출력하도록 구성된 P/S 변환 및 심볼 정렬 모듈을 포함하는,

OFDM 신호 복원 장치.
제22항에 있어서,

상기 송신측으로부터 전송된 PAPR 제어 정보에 따라 데이터 심볼 복원을 위하여, 상기 제1 FFT 모듈에 의해 P-크기 이산푸리에변환된 데이터 심볼들을 조작하도록 구성된 시퀀스 역제어 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,

OFDM 신호 복원 장치.
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