KR101285395B1 - 제로 입력 신호를 갖는 고속 퓨리에 변환 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 통신 방식에서의 고속 퓨리에 변환 방법에 관한 것으로, 수신 데이터에서 유효 데이터가 실린 서브 캐리어 수를 파악하고, 파악된 캐리어 수에 기초하여 퓨리에 변환 차수를 결정하여, 수신 데이터에 복소 곱셈을 수행한 이 후에, 결정된 퓨리에 변환 차수의 퓨리에 변환을 수행하는 고속 퓨리에 변환 방법에 의해 FDM 시스템에서 고속 퓨리에 변환에 대해 연산량을 줄이고, 복잡도를 감소시킬 수 있어 하드웨어 설계 구조를 단순화할 수 있다.

OFDM, 퓨리에, FFT

Description

제로 입력 신호를 갖는 고속 퓨리에 변환 장치 및 방법{Apparatus and method for FFT with a zero input}

본 발명은 고속 퓨리에 변환에 관한 것으로, 특히 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 통신 방식에서의 고속 퓨리에 변환 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명은 지식경제부의 IT 성장동력기술개발 사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다.[국가관리번호 : 2008-S-002-02, 과제명 : 3GPP LTE 단말모뎀 칩셋 개발]

직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 방식의 전송 방식에서 퓨리에 변환 과정은 필수적이다. 퓨리에 변환에 따른 설계 연산량을 줄이기 위해 제안된 방식이 고속 퓨리에 변환(FFT) 알고리즘이다. 3GPP LTE 시스템의 상향링크 랜덤 엑세스 채널과 같은 경우에, 24576-포인트 IFFT가 요구된다. 24576-포인트 IFFT를 수행하려면 실제 연산량이 복잡하고, 많다는 문제가 있다. 이런 문제를 해결하기 위해 적은 포인트의 IFFT를 구현하기 위한 기술이 제안되었다. 예를 들어, 시간 영역에서의 보간 필터를 사용하고 주파수 천이를 하는 방식을 이용하는 방법이 있다. 그러나 이 방식의 경우, 필터 탭 수에 제한이 있고, 계수(coefficient)의 정확도가 떨어지기 때문에 정확한 24576-포인트 IFFT를 수행하는 데에는 여전히 어려움이 있다.

본 발명은 이 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 적은 포인트의 FFT를 구현함으로써 실제 고속 퓨리에 변환의 연산량을 줄이고, 복잡도를 낮출 수 있는 고속 퓨리에 변환 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 기술적 과제는 수신 데이터에서 유효 데이터가 실린 서브 캐리어 수를 파악하고, 파악된 캐리어 수에 기초하여 퓨리에 변환 차수를 결정하여, 수신 데이터에 복소 곱셈을 수행한 이 후에, 결정된 퓨리에 변환 차수의 퓨리에 변환을 수행하는 고속 퓨리에 변환 방법에 의해 달성된다.

퓨리에 변환 차수를 결정하는 단계는 유효 데이터가 실린 서브 캐리어 수보다 큰 상기 수신 데이터의 전체 서브 캐리어 수의 약수 중 최소값으로 퓨리에 변환 차수를 결정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 퓨리에 변환을 수행하는 단계 이후에, 상기 퓨리에 변환 수행 결과에 복소 곱셈을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 수신 데이터에서 유효 데이터가 실린 서브 캐리어 수를 파악하여, 유효 데이터가 실린 캐리어 수에 기초하여 퓨리에 변환 차수를 결정하는 차수 결정부, 수신 데이터에 복소 곱셈을 수행하는 복소 곱셈부, 및 복소 곱셈부의 결과값에 상기 결정된 퓨리에 변환 차수의 퓨리에 변환을 수행하는 퓨리에 변환부를 포함하는 고속 퓨리에 변환 장치에 의해서도 달성된다.

본 발명에 따르면, OFDM 시스템에서 고속 퓨리에 변환에 대해 연산량을 줄이고, 복잡도를 감소시킬 수 있어 하드웨어 설계 구조를 단순화할 수 있다. 즉, 저전력 설계가 가능하여 구조의 효율성을 향상시킬 수 있다.

전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면들을 참조하여 설명되는 바람직한 실시예들을 통해 더욱 명확해질 것이다. 이하에서는 본 발명을 이러한 실시예들을 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 일 실시예에 따른 고속 퓨리에 변환 장치의 블록도이고, 도 2 는 일 실시예에 따른 고속 퓨리에 변환 장치에서 동작 설명을 위해 보다 상세히 도시한 예시도이다.

도시된 바와 같이 일 실시예에 따른 고속 퓨리에 변환 장치는 차수 결정부(100), 복소 곱셈부(110), 및 퓨리에 변환부(120)를 포함한다.

차수 결정부(100)는 총 N개의 서브 캐리어를 갖는 OFDM 신호를 수신한다. 그리고 수신 데이터의 총 N개의 서브 캐리어들 중 실제 유효 데이터를 실은 유효 캐리어가 몇 개 있는지를 파악한다. 이때 유효 캐리어는 널 서브 캐리어(null-sub carrier)가 아닌 실제 유효한 데이터들을 싣고 있는 캐리어이다.

그리고 파악되는 실제 유효 캐리어 수에 기초하여 퓨리에 변환 차수(M)를 결정한다. 여기서, 퓨리에 변환 차수(M)는 총 캐리어 수인 N보다는 작고, 실제 유효 캐리어의 수보다는 크다. 일 양상에 따라 차수 결정부(100)는 실제 유효 캐리어 수보다 큰 N의 약수들 중 최소값으로 퓨리에 변환 차수(M)를 결정한다.

복소 곱셈부(110)는 수신 데이터에 복소 곱셈을 수행한다. 일 실시예에 있어서 복소 곱셈부(110)는 수신 데이터에 포함되는 캐리어 데이터들 각각에

를 곱한다. 여기서 p는 수신데이터의 총 캐리어수 마다 변환 차수(M) 단위로 나누었을 때, 그 캐리어의 순서 정보이다.

퓨리에 변환부(120)는 복소 곱셈부(110)에서 복소 곱셈된 데이터들에 M-포인트 퓨리에 변환을 수행한다.

이때 전술한 각 구성에서 수행되는 과정에서의 데이터 값은 예를 들어 도 2 에 도시된 바와 같다.

도 3은 다른 실시예에 따른 고속 퓨리에 변환 장치의 블록도이고, 도 4는 도 3 에 도시된 다른 일 실시예에 따른 고속 퓨리에 변환 장치에서 동작 설명을 위해 보다 상세히 도시한 예시도이다.

도 3 에 도시된 바와 같이 퓨리에 변환부(120)의 출력단 측에 제 2 복소 곱셈부(200)가 더 추가로 포함될 수 있다. 일 실시예에 있어서 제 2 복소 곱셈부(200)는 전술한 복소 곱셈부(110)와 동일한 구성으로 구현될 수 있다.

이때 전술한 각 구성에서 수행되는 과정에서의 데이터 값은 예를 들어 도 4 에 도시된 바와 같다.

이하, 퓨리에 변환 차수 결정 방법에 대해 보다 상세히 설명한다.

일반적으로 N-Point 고속 퓨리에 변환기 수식은 다음과 같다.

이는 총 N개의 입력 값을 퓨리에 변환하여 N개의 출력값으로 출력하는 것을 나타낸 것이다. 그런데 N개의 입력 모두에 유효 데이터가 실리지 않고, 그중 일부에는 null값이 실릴 수 있다.

도 5 및 도 6은 일 실시예에 따른 N-포인트 퓨리에 변환장치의 예시도이다. 도 5 에 도시된 바와 같이, 입력되는 수신 데이터 일부에 '0'이 포함되는 경우에 수식은 다음과 같이 변경될 수 있다.

이때 실제 유효 데이터가 실리는 캐리어 수는 항상 총 입력 데이터 수인 N보다는 작다. 예를 들어 N이 24576이고, 실제 유효 데이터가 실린 캐리어 수가 864인 경우, N과 정수배 차이가 나도록 퓨리에 변환 차수(M)를 설정하는 것이 가능하 다. 예를 들어, 퓨리에 변환 차수(M)를 유효 데이터가 실린 캐리어 수보다는 크고 N과 정수배만큼 차이나도록 1024로 설정할 수 있다. 이에 따라 N과 M은 24배만큼 차이가 난다. 그리고, 차수 결정부(100)는 1024에서 864를 뺀 나머지만큼 '0'을 채운다.

즉, N과 퓨리에 변환 차수(M)의 관계식은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

수학식 3의 M과 N의 관계를 수학식 2에 적용하면, 다음과 같다.

(단, k=0, 1, 2, ..., N-1)

일 실시예에 있어서, 출력 X(k)에 대해 다음과 같이 나누어 볼 수 있다.

여기서,

이다. 그리고 k'를 수학식 4에 적용하면, 다음과 같은 결과를 얻을 수 있다.

...

결과적으로,

는 M-포인트 퓨리에 변환기로 구현된다. 즉, 퓨리에 변환부(120)는 M-포인트 퓨리에 변환을 수행할 수 있다.

따라서,

는 복소 곱셈부(110)가 수신 데이터에

를 곱하고, 퓨리에 변환부(120)가 M-포인트 퓨리에 변환을 수행함으로써 얻어질 수 있다.

마찬가지로,

는 입력에

를 곱하여 M-포인트 퓨리에 변환을 수행하여 얻을 수 있다. 결과적으로 M-포인트 퓨리에 변환을 α 번 수행함으로써, N-포인트 퓨리에 변환을 수행한 것과 동일한 결과를 얻을 수 있다.

한편, 도 6에 도시된 바와 같이, '0'을 담은 캐리어의 입력 위치가 다른 경우, '0'이 아닌 유효한 데이터를 담은 캐리어가 i번째 이후로 수신된다고 하면, 전술한 수학식 2 는 다음 수학식 6과 같이 일반화시킬 수 있다.

여기서 입력

와

는 같은 의미로 볼 수 있다. 따라서 정리하면, 다음 수학식 7과 같다.

위의 수식에서 앞서 구한 수학식 4와 비교해보면, M-포인트 FFT 출력에

를 곱한 형태이다. 도 5 에 도시된 바와 같이 유효 데이터를 실은 캐 리어가 처음부터 수신된 경우에는, i=0이기 때문에,

을 곱하는 경우가 된다.

결국, M-포인트 FFT를 이용하여 N-포인트 FFT를 구현할 수 있는 M-포인트 퓨리에 변환부(120)의 입력단 측에 복소 곱셈부(110)를 추가하고, 퓨리에 변환부(120)의 출력단에 제 2 복소 곱셈부(200)를 더 추가하여 구현함으로써, 수신 데이터가 어느 정도 입력된 이후에 유효 데이터를 실은 캐리어가 수신되더라도, M포인트 퓨리에 변환을 수행할 수 있는 고속 퓨리에 변환 장치를 구현할 수 있다.

도 7은 일 실시예에 따른 고속 퓨리에 변환 방법의 흐름도이다.

먼저, 수신 데이터에서 실제 유효 데이터를 실은 유효 캐리어수를 파악한다(500). 그리고, 파악되는 유효 캐리어 수에 기초하여 퓨리에 변환 차수(M)를 결정한다(510). 여기서, 퓨리에 변환 차수(M)는 총 캐리어 수인 N보다는 작고, 실제 유효 캐리어의 수보다는 크다. 일 양상에 따라 차수 결정부(100)는 실제 유효 캐리어 수보다 큰 N의 약수들 중 최소값으로 퓨리에 변환 차수(M)를 결정한다.

그리고 수신 데이터에 복소 곱셈을 수행한다(530). 일 실시예에 있어서 복소 곱셈을 수행하는 것은 수신 데이터에 포함되는 캐리어 데이터들 각각에

를 곱하는 것이다. 여기서 J는 수신데이터의 총 캐리어수 마다 변환 차수(M) 단위로 나누었을 때 그 캐리어의 순서 정보이다.

그리고, 복소 곱셈된 데이터들에 M-포인트 퓨리에를 수행한다(540). 이때, 수신 데이터에 복소 곱셈을 하고, N포인트 퓨리에 변환을 수행하는 것을 총 α번 반복해야 한다(520, 550, 560). 여기서, α는 N을 M으로 나눈 값이다. α가 정수값임은 자명하다.

도 8 은 또 다른 실시예에 따른 고속 퓨리에 변환 방법의 흐름도이다.

도시된 바와 같이, 퓨리에 변환되어 출력되는 데이터에 복소 곱셈을 더 수행하여(600), 수신 데이터가 어느 정도 입력된 이후에, 유효 데이터를 실은 캐리어가 수신되더라도, M포인트 퓨리에 변환을 수행할 수 있는 고속 퓨리에 변환 장치를 구현할 수 있다.

한편, 전술한 고속 퓨리에 변환 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성 가능하다. 또한, 상기 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 정보저장매체(computer readable media)에 저장되고, 컴퓨터에 의해 읽혀지고 실행됨으로써 구현될 수 있다. 상기 저장매체는 자기 기록매체, 광 기록 매체 등을 포함한다.

이제까지 본 발명에 대해 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1 은 일 실시예에 따른 고속 퓨리에 변환 장치의 블록도,

도 2 는 일 실시예에 따른 고속 퓨리에 변환 장치에서 동작 설명을 위해 보다 상세히 도시한 예시,

도 3 은 다른 실시예에 따른 고속 퓨리에 변환 장치의 블록도,

도 4 는 도 3 에 도시된 다른 일 실시예에 따른 고속 퓨리에 변환 장치에서 동작 설명을 위해 보다 상세히 도시한 예시도,

도 5 및 도 6 은 일 실시예에 따른 N-포인트 퓨리에 변환장치의 예시도,

도 7 은 일 실시예에 따른 고속 퓨리에 변환 방법의 흐름도,

도 8 은 또 다른 실시예에 따른 고속 퓨리에 변환 방법의 흐름도이다.

Claims (10)

1. 삭제
2. 수신 데이터에서 유효 데이터가 실린 서브 캐리어 수를 파악하는 단계;

   상기 파악된 캐리어 수에 기초하여 퓨리에 변환 차수를 결정하는 단계;

   상기 수신 데이터에 복소 곱셈을 수행하는 단계; 및

   복소 곱셈을 수행한 이후에, 상기 결정된 퓨리에 변환 차수의 퓨리에 변환을 수행하는 단계;를 포함하되,

   상기 퓨리에 변환 차수를 결정하는 단계는 상기 유효 데이터가 실린 서브 캐리어 수보다 큰 상기 수신 데이터의 전체 서브 캐리어 수의 약수 중 최소값으로 퓨리에 변환 차수를 결정하며,

   상기 퓨리에 변환을 수행하는 단계는 상기 수신 데이터의 전체 서브 캐리어 수를 상기 결정된 변환 차수로 나눈 수만큼 반복하여 퓨리에 변환을 수행하는 것을 특징으로 하는 고속 퓨리에 변환 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 퓨리에 변환을 수행하는 단계 이후에,

   상기 퓨리에 변환 수행 결과에 복소 곱셈을 수행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 퓨리에 변환 방법.
4. 삭제
5. 제 2 항에 있어서,

   수신 데이터에서 유효 데이터가 실리지 않은 서브 캐리어의 데이터 값을 0으로 설정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 퓨리에 변환 방법.
6. 삭제
7. 수신 데이터에서 유효 데이터가 실린 서브 캐리어 수를 파악하여, 유효 데이터가 실린 캐리어 수에 기초하여 퓨리에 변환 차수를 결정하는 차수 결정부;

   상기 수신 데이터에 복소 곱셈을 수행하는 복소 곱셈부; 및

   상기 복소 곱셈부의 결과값에 상기 결정된 퓨리에 변환 차수의 퓨리에 변환을 수행하는 퓨리에 변환부;를 포함하되,

   상기 차수 결정부는 상기 유효 데이터가 실린 서브 캐리어 수보다 큰 상기 수신 데이터의 전체 서브 캐리어 수의 약수 중 최소값으로 퓨리에 변환 차수를 결정하며,

   상기 퓨리에 변환부는

   상기 수신 데이터의 전체 서브 캐리어 수를 상기 결정된 변환 차수로 나눈 수 만큼 반복하여 퓨리에 변환을 수행하는 것을 특징으로 하는 고속 퓨리에 변환 장치.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 퓨리에 변환부로부터의 결과값에 복소 곱셈을 수행하는 제 2 복소 곱셈부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 퓨리에 변환 장치.
9. 삭제
10. 제 7 항에 있어서, 상기 차수 결정부는,

    상기 수신 데이터에서 유효 데이터가 실리지 않은 서브 캐리어의 데이터 값을 0으로 설정하는 것을 특징으로 하는 고속 퓨리에 변환 장치.

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