KR101190107B1 - 고속 이동 단말의 통신 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고속 이동 통신 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히, 고속 이동체 간의 통신에 필요한 시변채널 패이딩 내성 능력과 항재밍 능력을 이용하여 차량 또는 비행체와 같은 고속이동체의 통신 수단을 제공하는 적응형 DAFT에 기반한 고속이동 통신 장치 및 방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 이동 단말의 통신 장치에 있어서, 하나의 심볼을 적어도 두개의 심볼들로 생성하여 주파수 영역을 확산하고, 상기 주파수 영역이 확산된 적어도 두개의 심볼을 각각의 채널 특성에 따라 신호 경로를 제어한 후 역 이산 어파인 퓨리에 변환을 수행하고, 통신 방식, 동기 및 채널 특성을 추정하기 위한 프리앰블을 삽입하여 전송하는 송신부와, 수신된 심볼 각각에 대해서 프리엠블을 검출하여 동기 및 채널 특성을 추정하고, 상기 추정된 채널 특성에 따라서 신호 경로를 제어한 후 이산 어파인 퓨리에 변환을 수행하고, 상기 각각의 심볼들을 하나의 심볼로 결합하는 수신부를 포함한다.

Description

고속 이동 단말의 통신 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR COMMUNICATIONS OF HIGH-SPEED MOBILE TERMINAL}
본 발명은 고속 이동 단말의 통신 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히, 차량 또는 비행체와 같은 고속의 이동 단말들 간의 통신에 필요한 시변 채널 패이딩 내성 능력과 항재밍 능력을 이용하여 심볼을 송수신하는 고속 이동 단말의 통신 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)방식을 이용하는 이산 퓨리에 변환(Discrete Fourier Transform, DFT) 기반 멀티캐리어 통신은 시변채널 환경에서 급격한 성능저하를 나타낸다. 이러한 특성은 OFDM의 서브캐리어 방식이 전체 대역을 여러 개의 좁은 대역으로 나눈 것으로서 주파수 선택적 패이딩 환경에서는 단순한 크기 보상만으로도 등화가 가능하지만, 시간영역에서는 긴 주기를 가지기 때문에 시변 채널에 대해 영향을 크게 받게 된다. 이런 이유로 OFDM의 특징인 주파수영역의 간단 등화를 통해서도 복구가 곤란하고 도플러 효과가 발생될 때는 부채널간의 직교성 파괴로 채널간 간섭(Inter Channel Interference, ICI)가 발생되어 성능이 크게 열화된다. 또한, 항재밍 성능을 보강하는 기존의 멀티캐리어 스프레드 스펙트럼(Multicarrier Spread Spectrum) 시스템들의 경우에도 역시 이산 퓨리에 변환 기반의 OFDM변조방식을 사용함으로써 시변채널 환경에서는 채널간 간섭의 영향을 크게 받는다.
이러한, OFDM기반 기술들은, Cyclic Prefix 기간을 초과하지 않는 시불변 다중경로 페이딩 채널에 대해서는 심볼간 간섭(Inter Symbol Interface, ISI)와 채널간 간섭이 발생되지 않지만 시간적으로 변하고 도플러 효과를 가지는 채널의 경우에는 채널간 간섭이 발생되어 심각한 성능저하를 발생시킨다. 그래서 OFDM방식의 장점을 활용하면서 항 재밍 성능까지 제공하기 위하여 멀티캐리어 방식을 사용하게 된다.
그런데, 이러한 방법 역시 이산 퓨리에 변환 기반의 OFDM방식으로서 시변채널에 대한 내성을 제공할 수 없게 된다. 따라서, 군 통신과 같은 특수한 응용에 대해 항 재밍능력과 시변채널 내성 능력을 효과적으로 제공할 수 있는 기술이 제시되어 있지 않다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 차량 또는 비행체와 같은 고속의 이동 단말들간의 통신에 필요한 시변 채널 패이딩 내성 능력과 항재밍 능력을 이용하여 심볼을 송수신하는 고속 이동 단말의 통신 장치 및 방법을 제공한다.
상술한 바를 달성하기 위한 본 발명은 이동 단말의 통신 장치에 있어서, 하나의 심볼을 적어도 두개의 심볼들로 생성하여 주파수 영역을 확산하고, 상기 주파수 영역이 확산된 적어도 두개의 심볼을 각각의 채널 특성에 따라 신호 경로를 제어한 후 역 이산 어파인 퓨리에 변환을 수행하고, 통신 방식, 동기 및 채널 특성을 추정하기 위한 프리앰블을 삽입하여 전송하는 송신부와, 수신된 심볼 각각에 대해서 프리엠블을 검출하여 동기 및 채널 특성을 추정하고, 상기 추정된 채널 특성에 따라서 신호 경로를 제어한 후 이산 어파인 퓨리에 변환을 수행하고, 상기 각각의 심볼들을 하나의 심볼로 결합하는 수신부를 포함한다.
또한, 상술한 바를 달성하기 위한 본 발명은 이동 단말의 심볼 송신 방법에 있어서, 하나의 심볼을 적어도 두개의 심볼들로 생성하여 복소수 2차 시퀀스를 곱하여 주파수 영역을 확산하는 과정과, 상기 주파수 영역이 확산된 각각의 심볼을 채널 특성에 따라 신호 경로를 제어한 후, 역 이산 어파인 퓨리에 변환을 수행하여 다중 캐리어 첩 변조를 수행하는 과정과, 상기 변조가 수행된 각각의 심볼에 간섭을 방지하기 위한 사이클릭 프리픽스(cyclic prefix)를 삽입하는 과정과, 상기 사이클릭 프리픽스가 삽입된 심볼을 송신하기 위한 통신 방식, 동기 및 채널 특성을 추정하기 위한 프리앰블을 삽입하여 송신하는 과정을 포함한다.
또한, 상술한 바를 달성하기 위한 본 발명은 이동 단말의 심볼 수신 방법에 있어서, 수신되는 심볼 각각에 대해서 프리엠블을 검출하여 주파수 옵셋, 서브캐리어 인덱스, 동기 및 채널 특성을 추정하는 과정과, 프리엠블이 제거된 심볼로부터 사이클릭 프리픽스를 제거하는 과정과, 상기 추정된 주파수 옵셋을 이용하여 상기 사이클릭 프리픽스가 제거된 심볼의 위상을 천이하는 과정과, 상기 추정된 동기 및 채널 특성에 따라서 신호 경로를 제어한 후, 이산 어파인 퓨리에 변환을 수행하는 과정과, 상기 채널로 인해 왜곡된 심볼을 등화 보정하고, 상기 보정된 심볼에 복소수 2차 시퀀스의 복소 공액을 곱하는 과정과, 상기 추정된 서브캐리어 인덱스를 이용하여 상기 복소 공액이 곱해진 적어도 2개 이상의 심볼을 결합하는 과정을 포함한다.
본 발명은 차량 또는 비행체와 같은 고속의 이동 단말들 간의 통신에 필요한 시변 채널 패이딩 내성 능력과 항재밍 능력을 이용하여 심볼을 송수신하는 고속 이동 단말의 통신 장치 및 방법을 제공함으로써, 고속의 이동 단말들이 통신을 수행할 때 겪는 시변 채널에서 OFDM 기술을 효과적으로 활용할 수 있으며, 하나의 시스템에서 채널 특성에 따라 적응적으로 일반적인 OFDM 기술을 활용할 수 있고, 도플러에 대한 내성을 줄 수 있는 첩 신호를 이용하여 이산 어파인 퓨리에 변환에 기반한 OFDM 기술을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고속 이동체 통신 장치를 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 고속 이동체 통신 장치에서 송신부의 IDAFT 변환부를 보다 상세히 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 고속 이동체 통신 장치에서 수신부의 DAFT 변환부를 보다 상세히 나타낸 블록도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 고속 이동체 통신 장치에서 송신부의 심볼 송신 방법을 나타낸 순서도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 고속 이동체 통신 장치에서 수신부의 심볼 수신 방법을 나타낸 순서도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 사용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고속 이동체 통신 장치를 나타낸 블록도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 고속 이동체 통신 장치(100)는 송신부(110)와 수신부(120)로 구성된다.
상기 송신부(110)는 임의의 심볼 신호를 수신하여 N개의 심볼 신호를 생성하는 생성부(111)와, 상기 생성된 N개의 심볼 신호에 복소수 2차 시퀀스(complex quadratic sequence)를 곱하여 주파수 영역을 확산시키는 곱셈부(112)와, 주파수 영역이 확산된 신호를 역 이산 어파인 푸리에 변환(Inverse Discrete Affine Fourier Transform, IDAFT)하여 다중 캐리어 첩(multicarrier chirp) 변조를 수행하는 적응형 IDAFT 변환부(113)와, 상기 적응형 IDAFT 변환부(113)에 의해 생성된 심볼에 간섭을 방지하기 위해 첩 주기(chirp-periodic) 성질을 이용하여 사이클릭 프리픽스(cyclic prefix)를 삽입해주는 가드 인터벌 삽입부(114)와, 통신 방식 결정, 동기 및 채널 특성 추정을 위한 프리앰블을 삽입하는 프리앰블 삽입부(115)로 구성된다.
이러한, 송신부는 PSK(Phase Shift Keying)와 같은 임의의 입력심볼을 입력 받아서 직렬로 심볼을 복사하여 심볼을 반복 생성하거나 각 심볼을 병렬로 복사하여 다중 심볼을 생성할 수 있다. 만일, 직렬로 심볼을 반복한 후 반복된 각 심볼을 다시 병렬로 복사하여 다중 심볼을 생성할 경우, 시간적으로 비연속성인 광대역 또는 전대역 재밍신호에 대해서 다이버시티 효과를 줄 수 있다. 그리고, 만일 직렬 반복없이 병렬로만 심볼을 복사하여 다중 심볼을 생성하는 경우, 전대역 재밍을 제외한 협대역 재밍, 톤 재밍에 효과적인 재밍 수단을 제공할 수 있다. 또한, 심볼 반복수를 1로 설정할 경우, 단순 직병렬 변환 기능을 수행하여 이산 어파인 퓨리에 변환에 기반한 고속전송율의 다중캐리어 첩 OFDM(Multicarrier chirped OFDM) 또는 역 이산 퓨리에 변환에 기반한 고속전송율의 일반 OFDM 방식으로도 시스템을 사용할 수 있는 유연한 설정을 제공 할 수 있다.
그리고, 상기 수신부(120)는 상기 송신부(110)로부터 수신된 첩 스프레드 스펙트럼 OFDM 심볼의 프리엠블로부터 프리엠블을 검출하고, 동기 및 채널을 추정하는 동기 및 채널 추정부(123)와, 수신된 첩 스프레드 스펙트럼 OFDM 심볼로부터 사이클릭 프리픽스를 제거하고, 위상 수정부(124)로 전송하는 가드 인터벌 제거부(121)와, 상기 동기 및 채널 추정부(123)로부터 추정된 주파수 옵셋 성분을 이용하여 각 적응형 이산 어파인 퓨리에 변환부(125)의 각 입력 샘플 신호에 위상 천이를 시키는 위상 수정부(124)와, 상기 동기 및 채널 추정부(123)로부터 추정된 채널 상태 정보에 따라서 신호 경로를 제어하는 적응형 이산 어파인 퓨리에 변환부(125)와, 채널에 의한 왜곡을 보정하는 등화부(126)와, 등화가 이루어진 각각의 심볼들에 복소수 2차 시퀀스의 복소 공액을 곱하여 복조하는 역 곱셈부(127)와, 상기 동기 및 채널 추정부(123)로부터 추정된 주파수 옵셋/위상 옵셋, 프레임 또는 심볼 동기 신호를 수신하여 재밍 신호로부터 오염된 멀티캐리어의 해당 서브캐리어 인덱스를 찾는 잼머 추정부(122)와, 상기 잼머 추정부(122)로부터 간섭받은 서브캐리어 인덱스 정보를 수신하여 오염 심볼을 제거하고 나머지 신호들을 결합하여 최종 심볼을 출력하는 결합부(128)를 포함한다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 고속 이동체 통신 장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.
송신부(100)의 생성부(111)는 PSK(Phase Shift Keying)와 같은 임의의 심볼 신호(Uk)를 입력 받아서 N개의 복사된 신호를 생성한다. 생성부(111)는 PSK와 같은 심볼신호를 입력받아 직렬로 심볼을 복사하여 반복 생성할 수 있거나 각 심볼을 병렬로 복사하여 다중 생성할 수도 있다. 직렬로 심볼을 반복한 후 반복된 각 심볼을 다시 병렬로 복사하여 다중 심볼을 생성할 경우 시간적으로 비연속성인 광대역 혹은 전대역 재밍신호에 대해서 다이버시티 효과가 있다. 또한, 직렬 반복없이 병렬로만 심볼을 복사하여 다중 심볼을 생성하는 경우는 전대역 재밍을 제외한 협대역 재밍, 톤 재밍에 효과적인 재밍 수단을 제공한다. 또한, 심볼 반복수를 1로 설정할 경우, 단순 직병렬 변환 기능을 수행하여 적응형 이산 어파인 퓨리에 변환에 기반한 고속전송율의 Multicarrier chirped OFDM 혹은 역 이산 퓨리에 변환에 기반한 고속전송율의 일반 OFDM 방식으로도 시스템을 사용할 수 있는 Flexible한 설정을 제공할 수 있다.
이와 같이, 생성부(111)에 의해서 복사된 N개의 신호가 생성되면, 곱셈부(112)는 복소수 2차 시퀀스를 생성된 N개의 신호에 각각 곱하여 s(t) 신호를 생성하고 적응형 IDAFT 변환부(113)로 입력한다.
상기 복소수 2차 시퀀스는 아래 <수학식 1>과 같이 정의된다.
Figure 112011001440713-pat00001
IDAFT 변환부(113)는 입력된 심볼 S(f) 각각에 2차 첩(Chirp) 역변환(Inverse T2=Λ-c2)을 수행하고, 2차로 역 이산 퓨리에 변환을 수행하여 시간영역 신호로 변환한다. 그리고, 시간영역 상에서 다시 1차 첩 역변환(Inverse T1=Λ-c1) 처리를 하여 최종 역 이산 어파인 퓨리에 변환을 수행한다. 상기 <수학식 1>에서 N은 자연수로서 이산 퓨리에 변환 또는 역 이산 퓨리에 변환 포이트 수를 나타낸다.
그리고, 상기 1차 첩 변환과 2차 첩 변환은 아래 <수학식 2>로 정의된다.
Figure 112011001440713-pat00002
상기 <수학식 2>에서 det(M)=ad-bc=1이고, b≠0이고, b>0이다. 즉, M은 단위 Determinant를 가지는 2 X 2 실수 가역행렬이다.
상기 T1과 T2로부터 역 이산 어파인 퓨리에 변환에 대한 수식은 연속 시간 t를 nT로 대치하여 얻을 수 있다.
M값의 요소인 a, b, c, d는 det(M)=1을 만족하는 임의의 실수값이다. 따라서, k1과 k2 역시 임의의 실수값을 가질 수 있으며 k1과 k2의 최적값은 사용하는 채널의 통계적 특성에 따라 적절한 값을 선정하여 적용할 수 있다. 또한, 필요시에는 동기 및 채널 추정부(123)로부터의 추출된 채널특성 파라미터(도플러 쉬프트 주파수, 채널 지연 프로파일 정보, 신호대 간섭비율(Signal to Interference Ratio))를 이용하여 최적값을 실시간으로 적용시킬 수 있다. 실제 시스템 적용의 한 예로, 고속 퓨리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)이전에 정정되어야 할 채널간 간섭(Inter Channel Interference, ICI)의 원인요인은 c2= k2F2 와는 무관하므로 k2=0(즉, a=0)으로 설정하여 시스템을 간략화 할 수 있다.
따라서, 프리엠블 혹은 파일럿 신호를 이용하여 신호대 간섭비율이 최대가 되도록 k1 만을 선택할 수 있다. 주파수 스켈링 팩터인 β 를 1로 두어 주파수 대역을 천이를 시키지 않으면, b=1/(2π)이 되어 M식을 만족하도록 c=-2π로 둘 수 있고, a=0이므로 d값만 채널특성에 따른 최적값을 선택하면 된다. 즉, 최적의 k1값이 결정될 수 있다. 따라서, 실제 이산 어파인 퓨리에 변환에 기반한 시스템에서 추정된 채널특성 파라미터(도플러 쉬프트 주파수, 채널 지연 프로파일 정보, 신호대 간섭 비율)를 이용하여 최적 c1=k1T2을 찾게 된다. 여기서 T는 이미 시스템 설계상에서 고정된 상수값인 샘플 시간이다.
그리고, 상기 <수학식 2>에서 이산 퓨리에 변환을 포함한 이산 어파인 퓨리에 변환은 아래 <수학식 3>으로 정의된다.
Figure 112011001440713-pat00003
상기 <수학식 3>에서 Sn은 s(t)의 이산 신호를 간략하게 표현한 것이다.
그리고, 상기 <수학식 3>에서 m=0,..., N-1이고, c1=k1T2 이고, c2=k2F2이다.
T는 샘플 시간을 나타내고, F=1/(βNT)로서 주파수 양(frequency quantum)을 나타낸다.
이산 어파인 퓨리에 변환 전후의 신호를 다음 <수학식 4>으로 표현할 경우, 이산 어파인 퓨리에 변환은 아래 <수학식 5>로 표현된다.
Figure 112011001440713-pat00004
상기 <수학식 4>에서 T는 샘플 시간을 나타내고, F=1/(βNT)로서 주파수 양자(frequency quantum)을 나타낸다.
Figure 112011001440713-pat00005
상기 <수학식 5>에서 F는 이산 퓨리에 변환 매트릭스이기 때문에 아래 <수학식 6>으로 표현된다.
Figure 112011001440713-pat00006
그리고, 첩 신호 매트릭스를 아래 <수학식 7>과 같이 정의하고, 이산 어파인 퓨리에 변환 A를 다시
Figure 112011001440713-pat00007
로 스켈링하면, A를 아래 <수학식 8>로 표현할 수 있다.
Figure 112011001440713-pat00008
Figure 112011001440713-pat00009
상기 <수학식 8>에서 c1=k1T2 이고, c2=k2F2이다.
그리고, 이산 어파인 퓨리에 변환을 상기 <수학식 8>으로 표현할 경우, 역 이산 어파인 퓨리에 변환은 아래 <수학식 9>로 표현된다.
Figure 112011001440713-pat00010
상기 <수학식 9>에서 *는 컨주케이트 전치(conjugate transposition)을 나타낸다.
IDAFT 변환부(113)는 필요시 채널특성에 따라서 시변채널용 역 이산 어파인 퓨리에 변환을 수행하거나, 시불변채널용 역 이산 퓨리에 변환이 가능하도록 유연하게 적용될 수 있다. 이러한 유연한 기능을 수행하기 위해서는 후술할 수신부(120)의 프리엠블 검출 및 동기 채널추정부(123)로부터 시변채널 여부의 정보를 받아야 한다. 도1 에서 "P"로 표기된 tag는 이러한 정보 연결성을 나타낸다. 역 이산 어파인 퓨리에 변환 내부의 상세한 절체 경로 및 구조는 도2 에서 후술한다. 즉, 채널 추정된 정보에 의해 시변채널과 시불변채널에 따라, 신호경로의 절체가 이루어 질 수 있다. 물론, 시변채널과 시불변채널의 유연한 동작의 사용 유무 역시 시스템에서 설정하여 선택 적용할 수 있다. 즉, 시변 및 시불변 채널에 관계없이 항상 역 이산 어파인 퓨리에 변환 방식으로 사용할 수도 있다. 반대로 항상 역 이산 퓨리에 방식으로 사용할 수도 있다.
가드 인터벌 삽입부(114)는 상기 적응형 IDAFT 변환부(113)에 의해 변환된 첩 스프레딩(Chirp Spreading)된 심볼에 첩 주기(Chirp Periodic) 성질을 이용하여 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix)를 추가함으로써 첩 스프레드 스펙트럼된 OFDM 심볼을 생성한다. 그리고, 상기 생성된 첩 스프레드 스펙트럼된 OFDM 심볼을 수신부(120)의 동기 및 채널 추정부(123)로 전송한다. 이러한, 사이클릭 프리픽스를 적용한 최종 OFDM 심볼은 아래 <수학식 10>과 같이 표현된다.
Figure 112011001440713-pat00011
그리고, 프리엠블 삽입부(115)는 역 이산 어파인 퓨리에 변환 또는 역 이산 퓨리에 변환과 같은 통신 방식을 결정하고, 동기, 채널 특성을 추정하기 위한 프리엠블 신호를 삽입한다. 그리고, 프리엠블 신호가 삽입된 신호는 수신부(120)로 전송되고, 전송되는 도중에 재밍 노이즈가 발생될 수 있다.
그리고, 수신부(120)의 동기 및 채널 추정부(123)는 수신된 첩 스프레드 스펙트럼 OFDM 심볼의 프리엠블로부터 프리엠블의 패턴 분석을 통하여 역 이산 어파인 퓨리에 변환 방식인지 또는 역 이산 퓨리에 방식인지를 검출한다. 그리고, 검출된 정보를 DAFT 변환부(125)에 전송한다. 그리고, 신호 복원에 필요한 주파수옵셋/위상옵셋, 프레임 혹은 심볼 동기 신호 등을 추출하여 수신부의 가드 인터벌 제거부(121), 위상 수정부(124) 및 잼머 추정부(122)에 전달한다. 또한, 프리엠블로부터 추정된 채널특성 정보를 등화부(126)로 전송한다.
가드 인터벌 제거부(121)는 첩 스프레드 스펙트럼 OFDM 심볼로부터 사이클릭 프리픽스를 제거하고 위상 수정부(124)로 전송한다.
그리고, 위상 수정부(124)는 동기 및 채널 추정부(123)에서 추정된 주파수 옵셋 성분을 이용하여 적응형 DAFT 변환부(125)의 각 입력 샘플 신호에 위상천이를 시킨다. 시간 영역에서의 위상 천이는 주파수 영역에서 주파수 천이 효과를 가져오기 때문에 채널에 의해 왜곡된 주파수 옵셋을 사전에 정정하여 고속 퓨리에 변환 처리 후, 채널간 간섭을 최소화 한다.
적응형 DAFT 변환부(125)는 상기 송신부(110)의 적응형 IDAFT 변환부(113)에서 수행된 과정을 역으로 수행한다. 즉, 1차 첩 변환을 수행한 후, DFT를 수행하고, 그 이후에 2차 첩 변환을 수행한다. 상기 적응형 IDAFT 변환부(113)와 마찬가지로 동기 및 채널 추정부(123)로부터 추정된 채널 상태 정보에 따라서 신호 경로 절체가 가능하다. 이렇기 때문에 채널 적응형 이산 어파인 퓨리에 변환 및 이산 퓨리에 변환 방식이 가능하고, 적응형 선택 역시 시스템에서 설정하여 선택할 수 있다. 즉, 시변/시불변 채널에 관계없이 항상 이산 어파인 퓨리에 변환 방식으로 사용할 수도 있고 반대로 항상 이산 퓨리에 변환 방식으로 사용할 수 있다.
등화부(126)는 적응형 DAFT 변환부(125)로부터 출력된 복조된 심볼에서 채널에 의한 왜곡을 보정한 후, 역 곱셈부(127)으로 전달한다. 또한, 등화부(126)는 복조된 각 심볼의 이상적인 크기는 항상 동일한 세기(Magnitude)를 가지기 때문에 OFDM의 One-tap 등화를 적용할 수 있다. 또한, 등화부(126)는 일반적인 OFDM 방식에서의 간단한 채널 추정 방식을 적용할 수 있다.
역 곱셈부(127)는 등화부(126)에 의해 보정된 심볼들에 송신부(110)의 곱셈부(112)에서 곱해진 복소수 2차 시퀀스(Gk)의 복소공액 시퀀스(gN)를 곱하여 복조한 후, 결합부(128)로 전달한다.
그리고, 잼머 추정부(122)는 동기 및 채널 추정부(123)으로부터 추출된 주파수 옵셋, 위상 옵셋, 프레임 또는 심볼 동기 신호등을 수신하여 재밍 신호로부터 오염된 멀티캐리어의 해당 서브캐리어 인덱스를 찾는다. 상기 서브캐리어 인덱스를 찾는 알고리즘으로는 최대우도(Maximum-likelihood) 알고리즘을 사용할 수 있다. 또한, 잼머 추정부(122)는 검출된 재밍 상태 정보를 결합부(128)로 전송하여 결합 동작 시 오염된 심볼을 제거할 수 있다.
결합부(128)는 잼머 추정부(122)로부터 간섭받은 서브캐리어 인텍스 정보를 수신받아 오염심볼을 제거하고 나머지 신호들을 결합하여 최종 심볼을 출력한다. 또한, 결합부(128)는 송신부(110)의 생성부(111)과 마찬가지로 결합 신호가 1인 경우는 단순하게 병렬에서 직렬로 변환을 수행하고, 1이 아닌 경우는 결합부의 기능으로 사용되어 다이버시티 이득을 가지고 심볼을 복원한다. 결합 알고리즘은 여러 가지가 사용될 수 있으며, 예로서, 단순히 심볼들을 더하고 평균하여 최종 심볼값을 생성하는 방법도 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 고속 이동체 통신 장치에서 송신부의 IDAFT 변환부를 보다 상세히 나타낸 블록도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 고속 이동체 통신 장치에서 송신부의 적응형 IDAFT 변환부(113)는 입력되는 각각의 심볼(S0(f), S1(f), S2(f),..., SN-1(f)) 각각에 대해서 2차 첩 변환(Inverse T2)을 수행하고, 2차로 역 이산 퓨리에 변환을 수행하여 시간영역으로 변환한다. 그리고, 1차 첩 변환을 수행한다(Inverse T1). 이러한 2차 첩 변환은 채널 상태에 따라서 다르게 수행된다. 즉, 심볼이 전송된 채널 환경이 시변 채널이면, 입력되는 심볼에 제1 위상을 곱하고, 심볼이 전송된 채널 환경이 시불변 채널이면, 제1 위상을 곱하지 않는다. 상기 제1 위상은 입력되는 심볼의 시퀀스 넘버에 맞게 표현된다. 예를 들어, 입력되는 심볼이 첫 번째 심볼 즉, S0(f)이면, 위상
Figure 112011001440713-pat00012
을 곱한다. 그리고, c2=k2F2이다. 그리고, 적응형 IDAFT 변환부(113)는 이러한 채널 환경이 시변 또는 시불변에 따라서 제1 위상이 곱해진 심볼을 선택하거나 제1 위상이 곱해지지 않은 심볼을 선택하기 위해 스위칭한다.
그리고, 제1 위상이 곱해지거나 또는 곱해지지 않은 심볼을 역 이산 어파인 퓨리에 변환을 수행한다. 그리고, 역 이산 어파인 퓨리에 변환된 심볼을 채널 상태에 따라서 다시 스위칭한다. 그리고, 채널 상태에 따라서 제2 위상을 곱해주거나 또는 곱하지 않는다. 상기 제2 위상은 첫 번째 심볼인 경우
Figure 112011001440713-pat00013
이다. 그리고, c1=k1T2이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 고속 이동체 통신 장치에서 수신부의 DAFT 변환부를 보다 상세히 나타낸 블록도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 고속 이동체 통신 장치에서 수신부의 적응형 DAFT 변환부는 송신부의 적응형 IDAFT 변환부(113)과 마찬가지로 수신부(120)을 통해 입력되는 각각의 심볼들(s0(t), s1(t), s2(t),..., sN-1(t))을 각각에 대해서 1차 첩 변환(Inverse T1)을 수행하고, 이산 퓨리에 변환을 수행하여 주파수 영역으로 변환한다. 그리고, 2차 첩 변환을 수행한다(Inverse T2). 이러한 1차 첩 변환은 채널 상태에 따라서 다르게 수행된다. 즉, 심볼이 전송된 채널 환경이 시변 채널이면, 입력되는 심볼에 제3 위상을 곱하고, 심볼이 전송된 채널 환경이 시불변 채널이면, 제3 위상을 곱하지 않는다. 상기 제3 위상은 입력되는 심볼의 시퀀스 넘버에 맞게 표현된다. 예를 들어, 입력되는 심볼이 첫 번째 심볼 즉, so(t)이면, 위상
Figure 112011001440713-pat00014
을 곱한다. 그리고, c1=k1T2이다. 그리고, DAFT 변환부(125)는 이러한 채널 환경이 시변 또는 시불변에 따라서 제3 위상이 곱해진 심볼을 선택하거나 제3 위상이 곱해지지 않은 심볼을 선택하기 위해 스위칭한다.
그리고, 제3 위상이 곱해지거나 또는 곱해지지 않은 심볼을 이산 어파인 퓨리에 변환을 수행한다. 그리고, 이산 어파인 퓨리에 변환된 심볼을 채널 상태에 따라서 다시 스위칭한다. 그리고, 채널 상태에 따라서 제4 위상을 곱해주거나 또는 곱하지 않는다. 상기 제4 위상은 첫 번째 심볼인 경우
Figure 112011001440713-pat00015
이다. 그리고, c2=k2F2이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 고속 이동체 통신 장치에서 송신부의 심볼 송신 방법을 나타낸 순서도이다.
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 고속 이동체 통신 장치에서 송신부의 심볼 송신 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
심볼이 입력되면, 입력된 심볼을 복사하여 N개의 심볼들로 생성한다(S410, S412). 입력된 심볼이 Uk라 하면, N개의 심볼들 즉, U1, U2, U3,...,UN-1을 생성한다. 입력되는 심볼은 PSK와 같은 심볼이다. 또한, 심볼들을 생성하는데 있어서, N개의 심볼들을 직렬로 생성할 수도 있고, 병렬로 생성할 수도 있다.
생성된 각각의 심볼에 복소수 2차 시퀀스(Complex Quadratic Sequence)를 곱한다(S414). 수신부로부터 시변 채널 여부를 나타내는 정보가 수신되면, 수신된 정보를 통해 시변 또는 시불변 채널에 해당되는 변환 방식으로 심볼을 변환한다(S416, S418). 즉, 수신된 정보를 통해서 채널 특성에 따라서 시변 채널용 역 이산 어파인 퓨리에 변환 방식을 적용하거나 시불변 채널용 역 이산 퓨리에 변환 방식을 적용할 수 있다. 시변 채널과 시불변 채널의 적응적 동작의 사용 유무에 따라서 통신 장치에서 선택적으로 적용하여 사용할 수 있다. 또한, 시변 및 시불변 채널에 관계 없이 항상 역 이산 어파인 퓨리에 변환 방식을 사용할 수 있거나, 반대로 역 이산 퓨리에 변환 방식으로 사용할 수 있다.
변환된 심볼에 간섭을 방지하기 위한 순환 프리픽스를 삽입한다(S420). 즉, 역 이산 어파인 퓨리에 변환된 첩 스프레딩된 심볼에 첩 주기 성질을 이용하여 순환 프리픽스를 삽입한다. 그리고, 첩 스프레드 스펙트럼된 OFDM 심볼을 최종적으로 생성한다. 그리고, 수신된 채널 특성에 대응하는 패턴을 가지는 통신방식, 채널 특성 추정을 위한 프리앰블을 삽입하여 전송한다(S422).
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 고속 이동체 통신 장치에서 수신부의 심볼 수신 방법을 나타낸 순서도이다.
이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 고속 이동체 통신 장치에서 수신부의 심볼 수신 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
송신부로부터 심볼이 수신되면, 수신된 심볼의 프리엠블의 유형을 판별한다(S510, S512). 수신된 첩 스프레드 스펙트럼 OFDM 심볼의 프리엠블로부터 프리엠블의 패턴이 역 이산 어파인 퓨리에 변환 방식인지 역 이산 퓨리에 변환 방식인지를 판별한다. 판별 결과, 유형이 시변이면, 시변 기반의 시스템으로 유지를 한다(S514, S516). 유형이 시불변이면, 시불변 기반의 시스템으로 절체한다(S518). 이와 같이, 추정된 채널 상태에 따라 신호 경로를 절체한다(S516, S518). 즉, 채널 추정된 정보에 의한 시변채널과 시불변채널에 따라, 신호경로의 절체가 이루어 진다. 이는 시변채널과 시불변채널의 유연한 동작의 사용 유무 역시 시스템에서 설정하여 선택 적용할 수 있다. 또한, 시변 및 시불변 채널에 관계없이 항상 이산 어파인 퓨리에 변환 방식으로 사용할 수도 있으며, 반대로 항상 이산 퓨리에 방식으로 사용할 수도 있다.
그리고, 상기 프리엠블을 검출하여 동기, 잼머 및 채널을 추정하고, 시변, 시불변 채널에 따라 송신할 프리엠블 패턴을 결정한다(S520). 상기 동기는 신호 복원을 위해 필요한 주파수 옵셋, 위상 옵셋과, 프레임, 심볼의 동기를 포함한다. 그리고, 잼머 추정은 재밍 신호로부터 오염된 멀티캐리어의 해당 서브캐리어 인덱스를 찾는 과정을 말하며, 검출된 재밍 상태 정보를 통해서 오염된 심볼을 제거한다. 또한, 채널 추정은 채널 추정 및 파일럿을 이용하여 채널 임펄스 응답을 추출하는 것을 말한다. 이러한 추출을 통해서 송신 프리엠블의 패턴을 결정한다.
그리고, 첩 스프레드 스펙트럼 OFDM 심볼로부터 사이클릭 프리픽스를 제거한다(S522). 상기 사이클릭 프리픽스는 송신부(110)에서 간섭을 방지하기 위해 첩 주기(chirp-periodic) 성질을 이용하여 삽입된 것이다.
그리고, 프리엠블을 통하여 검출된 채널에 의한 주파수 옵셋을 보정하기 위해 위상수정을 한다(S524). 그리고, 프리엠블 유형판별을 통해 추정된 채널상태에 따라 결정된 해당변환방식으로 심볼을 변환한다(S526). 그리고, 푸리엠블을 통하여 추정된 채널 특성 정보를 이용하여 채널 왜곡을 보정한다(S528). 왜곡이 보정되면, 변환된 심볼 각각에 대해 복소수 2차 시퀀스의 복소 공액 시퀀스를 곱하여 역확산한다(S530). 즉, 송신부(110)의 곱셈부(112)에서 곱해진 복소수 2차 시퀀스(Gk)의 복소공액 시퀀스(gN)를 곱하여 역확산한다. 그리고, 서브 캐리어 인덱스를 통해 오염된 심볼을 제거하고, 심볼들을 결합하여 단일 유효심볼로 복조한 후 출력한다(S532, S534).
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (10)

  1. 이동 단말의 통신 장치에 있어서,
    하나의 심볼을 적어도 두개의 심볼들로 생성하고, 상기 생성된 심볼들 각각에 복소수 2차 시퀀스를 곱하여 주파수 영역을 확산하고, 상기 주파수 영역이 확산된 적어도 두개의 심볼을 각각의 채널 특성에 따라 신호 경로를 제어한 후 역 이산 어파인 퓨리에 변환을 수행하고, 상기 역 이산 어파인 퓨리에 변환이 수행된 심볼에 간섭을 방지하기 위해 첩 주기(chirp-periodic)를 이용하여 사이클릭 프리픽스(cyclic prefix)를 삽입하고, 통신 방식, 동기 및 채널 특성을 추정하기 위한 프리앰블을 삽입하여 전송하는 송신부와,
    수신된 심볼 각각에 대해서 프리엠블을 검출하여 주파수 옵셋, 서브캐리어 인덱스, 동기 및 채널 특성을 추정하고, 상기 수신된 심볼 각각에서 사이클릭 프리픽스를 제거하고, 상기 추정된 주파수 옵셋을 이용하여 상기 사이클릭 프리픽스가 제거된 심볼의 위상을 천이하고, 상기 추정된 채널 특성에 따라서 신호 경로를 제어한 후 이산 어파인 퓨리에 변환을 수행하고, 상기 추정된 채널 특성에 따라서 상기 이산 어파인 퓨리에 변환이 수행된 심볼에 해당되는 채널 왜곡을 보정하고, 상기 채널 왜곡이 보정된 심볼에 복소수 2차 시퀀스의 복소 공액을 곱하여 복조하고, 상기 복조된 각각의 심볼들을 하나의 심볼로 결합하는 수신부를 포함하는 이동 단말의 통신 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 송신부는
    상기 채널 특성이 시불변이면 상기 각각의 심볼을 역 이산 퓨리에 변환하고, 시변이면 상기 각각의 심볼에 위상을 곱하여 역 이산 어파인 퓨리에 변환하는 이동 단말의 통신 장치.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 수신부는
    상기 채널 특성이 시불변이면, 상기 각각의 심볼을 이산 퓨리에 변환하고, 시변이면 상기 각각의 심볼에 역 위상( Complex Conjugated Phase)을 곱하여 이산 어파인 퓨리에 변환하는 이동 단말의 통신 장치.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 송신부는
    상기 신호 경로가 제어된 적어도 두개의 심볼 각각에 대해 역 이산 어파인 퓨리에 변환을 통한 다중 캐리어 첩(multicarrier chirp) 변조를 수행하는 역 이산 어파인 퓨리에 변환부를 포함하는 이동 단말의 통신 장치.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 역 이산 어파인 퓨리에 변환부는
    상기 적어도 두개의 심볼 각각에 대해서 2차 첩(chirp) 역변환을 수행하고, 상기 역 이산 퓨리에 변환을 수행하여 시간영역 심볼로 변환하고, 시간영역 상에서 다시 1차 첩 역변환을 수행하여 역 이산 어파인 퓨리에 변환을 수행하는 이동 단말의 통신 장치.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 수신부는
    상기 수신된 심볼 각각에 대해 이산 어파인 퓨리에 변환을 수행하여 다중 캐리어 첩(multicarrier chirp) 복조를 수행하는 이산 어파인 퓨리에 변환부를 포함하는 이동 단말의 통신 장치.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 이산 어파인 퓨리에 변환부는
    상기 심볼 각각에 대해서 1차 첩(chirp) 변환을 수행하고, 상기 이산 퓨리에 변환을 수행하여 주파수영역 심볼로 변환하고, 주파수영역 상에서 다시 2차 첩 변환을 수행하여 이산 어파인 퓨리에 변환을 수행하는 이동 단말의 통신 장치.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 송신부는
    상기 하나의 심볼을 직렬로 복사하여 반복 생성하거나, 병렬로 복사하여 다중 심볼을 생성하는 이동 단말의 통신 장치.
  9. 이동 단말의 심볼 송신 방법에 있어서,
    하나의 심볼을 적어도 두개의 심볼들로 생성하고, 상기 생성된 심볼들 각각에 복소수 2차 시퀀스를 곱하여 주파수 영역을 확산하는 과정과,
    상기 주파수 영역이 확산된 각각의 심볼을 채널 특성에 따라 신호 경로를 제어한 후, 역 이산 어파인 퓨리에 변환을 수행하여 다중 캐리어 첩 변조를 수행하는 과정과,
    상기 역 이산 어파인 퓨리에 변환이 수행된 심볼에 간섭을 방지하기 위해 첩 주기(chirp-periodic)를 이용하여 사이클릭 프리픽스(cyclic prefix)를 삽입하는 과정과,
    상기 사이클릭 프리픽스가 삽입된 심볼을 송신하기 위한 통신 방식, 동기 및 채널 특성을 추정하기 위한 프리앰블을 삽입하여 송신하는 과정을 포함하는 심볼 송신 방법.
  10. 이동 단말의 심볼 수신 방법에 있어서,
    수신되는 심볼 각각에 대해서 프리엠블을 검출하여 주파수 옵셋, 서브캐리어 인덱스, 동기 및 채널 특성을 추정하는 과정과,
    프리엠블이 제거된 심볼로부터 사이클릭 프리픽스를 제거하는 과정과,
    상기 추정된 주파수 옵셋을 이용하여 상기 사이클릭 프리픽스가 제거된 심볼의 위상을 천이하는 과정과,
    상기 추정된 동기 및 채널 특성에 따라서 신호 경로를 제어한 후, 이산 어파인 퓨리에 변환을 수행하는 과정과,
    상기 추정된 채널 특성에 따라서 상기 이산 어파인 퓨리에 변환이 수행된 심볼에 해당되는 채널 왜곡을 보정하고, 상기 채널 왜곡이 보정된 심볼에 복소수 2차 시퀀스의 복소 공액을 곱하여 복조하는 과정과,
    상기 추정된 서브캐리어 인덱스를 이용하여 상기 복소 공액이 곱해진 적어도 2개 이상의 심볼을 결합하는 과정을 포함하는 심볼 수신 방법.
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