KR101314248B1

KR101314248B1 - 직교주파수 분할 다중접속과 단일 반송파 주파수분할 다중접속을 혼용하기 위한 파일럿 송신장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR101314248B1
Application number: KR1020090038957A
Authority: KR
Inventors: 노태균; 임민중; 정병장; 이효진; 정현규
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2006-11-10
Filing date: 2009-05-04
Publication date: 2013-10-02
Also published as: KR20090053765A; US20100039927A1; US9071391B2; KR20080042680A

Abstract

본 발명은 차세대 이동통신 시스템에서 상향링크에 대해 직교주파수 분할 다중접속(OFDMA) 방식과 단일반송파 주파수분할 다중접속 방식을 혼용하기 위해, 파일럿을 위한 숏(short) 블록을 사용하지 않고 파일럿을 데이터 부분에 삽입하여 전송하는 송신 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 직교주파수분할다중접속(OFDMA)과 단일 반송파 주파수분할다중접속(SC-FDMA)을 선택적으로 사용하기 위해, 파일럿을 전송하기 위한 장치에 있어서, 변조된 심벌 내에 파일럿을 삽입하고, 상기 삽입된 파일럿을 위한 순환전치(CP) 부호를 삽입하기 위한 파일럿 삽입수단; 상기 파일럿 삽입수단에 의해 파일럿이 삽입된 심벌들을 입력받아 업 샘플링을 수행하는 업 샘플링 처리수단; 상기 업 샘플링 처리수단의 출력에 대해 주파수 영역의 데이터를 적당한 부반송파에 실을 수 있도록 보간 필터값과 순환 콘볼루션을 수행하여 보간 처리를 수행하는 보간 처리수단; 및 상기 보간 처리수단의 출력에 대해 순환전치 부호를 삽입하는 순환전치 삽입수단을 포함한다.

OFDMA, SC-FDMA, 직교, 주파수, 분할, 다중, 보호, 구간, 순환, 전치, 보간, 파일럿, CP

Description

직교주파수 분할 다중접속과 단일 반송파 주파수분할 다중접속을 혼용하기 위한 파일럿 송신장치 및 그 방법{Pilot transmission to coexist OFDMA and SC-FDMA}

본 발명은 직교주파수 분할 다중접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 방식과 단일 반송파 주파수분할 다중접속(SC-FDMA: Single Carrier - Frequency Division Multiple Access) 방식을 혼용하기 위한 파일럿 전송 기술에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 차세대 이동통신 시스템에서 상향링크에 대해 직교주파수 분할 다중접속(OFDMA) 방식과 단일반송파 주파수분할 다중접속 방식을 혼용하기 위해, 파일럿을 위한 숏(short) 블록을 사용하지 않고 파일럿을 데이터 부분에 삽입하여 전송하는 송신 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT신성장동력핵심기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2006-S-001-01, 과제명: 4세대 이동통신용 적응 무선접속 및 전송 기술 개발].

최근 무선 채널에서 고속 데이터 전송에 유용한 방식으로, 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 방식과 단일 반송파 주파수 분할 다중 접속(SC-FDMA: Single Carrier - Frequency Division Multiple Access) 방식이 활발하게 연구되고 있다.

OFDMA 방식은 다중 반송파(Multi-Carrier)를 사용하여 데이터를 전송하는 방식으로, 직렬로 입력되는 심벌(Symbol) 열을 병렬로 변환하여, 상호 직교성을 갖는 복수의 부반송파(sub-carrier)들로 변조하여 전송하는 방식을 말한다.

도 1은 일반적인 OFDMA 시스템의 송신 장치의 블록 구성도를 나타낸 것이다.

도 1을 참조하면, OFDMA 송신 장치는 부호화기(11)와 변조기(12)와 직/병렬(S/P) 변환기(13)와 사이즈 N의 역고속 푸리에 변환(IFFT: Inverse Fast Fourier Transform) 처리기(14)와 병/직렬(P/S) 변환기(15)와 순환전치(CP) 삽입기(16)를 포함한다.

부호화기(11)는 채널 인코딩(Channel encoding)을 수행하는 기능 블록으로, 소정의 정보 비트(Information bits) 열을 입력받아 채널 부호화를 수행한다. 일반적으로 부호화기(11)로 길쌈 부호기(Convolutional encoder)나, 터보 부호기(Turbo encoder) 또는 LDPC(Low Density Parity Check) 부호기 등이 사용된다.

변조기(12)는 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 또는 8PSK 또는 16QAM(16-ary Quadrature Amplitude Modulation) 또는 64QAM 또는 256QAM 등의 변조(Modulation)를 수행한다.

직/병렬(S/P) 변환기(13)는 변조기(12)의 출력을 입력으로 받아 병렬 데이터로 변환한다. 사이즈 N의 IFFT 처리기(14)는 직/병렬 변환기(13)의 출력 데이터를 입력으로 받아 IFFT 연산을 수행한다. IFFT 처리기(14)의 출력 데이터는 병/직렬(P/S) 변환기(15)에 의해 직렬 데이터로 변환된다. 순환전치(CP) 삽입기(16)는 병/직렬 변환기(15)의 출력 데이터에 순환전치(CP) 부호를 삽입한다.

역고속 푸리에 변환(IFFT) 처리기(14)는 주파수 영역의 입력 데이터를 시간 영역의 출력 데이터로 변환한다. 통상의 OFDMA 시스템의 경우 입력 데이터가 주파수 영역에서 처리되므로, IFFT 처리기(14)에 의해 시간 영역으로 변환되었을 경우 최대전력 대 평균전력 비(PAPR: Peak to Average Power Ratio)가 커지는 단점이 있다.

최대전력 대 평균전력 비(PAPR)는 역방향 전송에 있어서 고려되어야 하는 중요한 요소 중 하나이다. PAPR이 커지게 되면, 셀 커버리지가 줄어들게 되고, 이에 따라 단말에서 요구되는 신호 전력이 증가하게 된다.

이와 같은 OFDMA 시스템의 단점을 보완하기 위해 상향링크에 대해 단일 반송파 주파수분할 다중접속(SC-FDMA) 방식을 사용하는 방안이 제안되었다.

도 2는 일반적인 단일 반송파 주파수 분할다중 접속(SC-FDMA) 시스템에서 송신 장치의 블록 구성도를 나타낸 것이다.

도 2를 참조하면, SC-FDMA 방식의 송신 장치는 부호화기(21)와 변조기(22)와 직/병렬(S/P) 변환기(23)와 이산 푸리에 변환(DFT: Discrete Fourier Transform) 처리기(24)와 사이즈 N의 역고속 푸리에 변환(IFFT) 처리기(25)와 병/직렬(P/S) 변환기(26)와 순환전치(CP) 삽입기(27)를 포함한다.

부호화기(21)는 소정의 정보 비트열을 입력으로 받아 채널 부호화를 수행한 다. 변조기(22)는 상기 부호화기(21)의 출력에 대해 QPSK, 8PSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM 중 어느 하나의 변조를 수행한다. 직/병렬 변환기(23)는 상기 변조기(22)의 출력 데이터를 입력으로 받아 병렬 데이터로 변환한다. DFT 처리기(24)는 상기 직/병렬 변환기(23)의 출력 데이터를 입력으로 받아 이산 푸리에 변환(DFT)을 수행한다. IFFT 처리기(25)는 상기 DFT 처리기(24)의 출력 데이터에 대해 IFFT 연산을 수행한다. 여기서, DFT 처리기(24)와 IFFT 처리기(25) 사이에는 맵핑 처리기(도시되지 않음)가 구비될 수 있다.

맵핑 처리기는 DFT 처리기의 출력 데이터와 IFFT 처리기의 입력 데이터를 맵핑시키는 역할을 수행한다. 맵핑 처리기는 DFT 처리기를 통해 변환된 주파수 영역의 데이터를 적당한 부반송파(Sub-carrier)에 실을 수 있도록, 적당한 IFFT 처리기의 입력 위치들(points)에 맵핑시킨다. 이때, DFT 처리기의 출력 심벌들을 IFFT 처리기의 입력 위치들에 순차적으로 매핑시키게 되면, 주파수 영역 상에서 연속된 부반송파들을 사용하게 되며, 이러한 맵핑 방식을 국부(Localized) 할당이라 한다. 또한, DFT 처리기의 출력 심벌들을 소정의 동일 간격을 유지하면서 IFFT 처리기의 입력 위치들에 맵핑시키게 되면, 주파수 영역 상에서 등간격의 부반송파들을 사용하게 되며, 이러한 맵핑 방식을 분산 할당이라 한다.

IFFT 처리기(25)의 출력 데이터는 병/직렬 변환기(26)에 의해 직렬 데이터로 변환된다. CP 삽입기(27)는 병/직렬 변환기(26)의 출력 데이터에 순환전치(CP) 부호를 삽입한다.

한편, DFT 기능과 IDFT 기능들은 각각 고속 푸리에 변환(FFT) 기능과 IFFT 기능들로 대체될 수 있다. 이 경우 DFT 기능 및 IDFT 기능을 위해서는 N 값이 정수(1, 2, 3, 4, ...)일 수 있으나, FFT 기능 및 IFFT 기능을 위해서는 N 값은 2의 제곱 수인 정수(1, 2, 4, 8, ...)일 수 있다.

도 3은 일반적인 SC-FDMA 방식의 서브프레임 구조를 나타낸 것이다.

SC-FDMA 방식에서 역방향 전송 단위인 하나의 라디오프레임은 10ms의 길이로 정의된다. 하나의 라디오프레임은 20개의 서브프레임으로 구성되며, 하나의 서브프레임은 0.5ms의 길이를 가지게 된다. 하나의 서브프레임은 6개의 롱블록(Long Block, LB)과 2개의 숏블록(Short Block, SB)으로 구성되는데, 각 블록들 앞에는 순환전치(CP: Cyclic Prefix) 부호가 삽입된다. 상기 롱 블록은 파일럿을 제외한 정보들을 전송하기 위한 블록이며, 숏 블록은 파일럿 전송에만 사용된다.

이와 같은 단일 반송파 주파수 분할 다중 접속(SC-FDMA) 시스템은 최대 전력대 평균전력 비(PAPR)가 낮기 때문에, 큰 셀의 경계에 있는 단말의 상향링크에 대해 장점이 있다. 그러나 SC-FDMA는 OFDMA에 비해서 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 등 고차변조 방식에서 성능이 떨어지며, MIMO(Multiple Input Multiple Output) 등의 다중 안테나 시스템에 불리하고, 특정한 부반송파 할당 방법이 필요하여 자원 관리의 유연성이 떨어지며, 파일럿 패턴을 자유롭게 가져가기 어렵다는 단점이 있다. 따라서 단말의 송신 전력이 불충분하여 문제가 될 수 있는 큰 셀의 경계에서는 SC-FDMA 방식이 유리하고, 그 이외에는 OFDMA 방식이 유리하다고 할 수 있다. 이에 따라 항상 최적의 성능을 얻기 위해서는 환경에 따라 단말이 SC-FDMA나 OFDMA를 적절히 선택할 수 있는 방법이 필요하다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 차세대 이동통신 시스템에서 상향링크에 대해 직교주파수 분할 다중접속(OFDMA) 방식과 단일반송파 주파수분할 다중접속 방식을 혼용하기 위해, 파일럿을 위한 숏(short) 블록을 사용하지 않고 파일럿을 데이터 부분에 삽입하여 전송하는 송신 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 장치는, 직교주파수분할다중접속(OFDMA)과 단일 반송파 주파수분할다중접속(SC-FDMA)을 선택적으로 사용하기 위해, 파일럿을 전송하기 위한 장치에 있어서, 변조된 심벌 내에 파일럿을 삽입하고, 상기 삽입된 파일럿을 위한 순환전치(CP) 부호를 삽입하기 위한 파일럿 삽입수단; 상기 파일럿 삽입수단에 의해 파일럿이 삽입된 심벌들을 입력받아 푸리에 변환을 수행하는 푸리에 변환 처리수단; 상기 푸리에 변환 처리수단에 의해 처리된 심벌들을 역 고속 푸리에 변환하는 역 고속 푸리에 변환 처리수단; 상 기 푸리에 변환 처리수단에 의해 변환된 주파수 영역의 데이터를 적당한 부반송파에 실을 수 있도록, 상기 푸리에 변환 처리수단의 출력을 상기 역 고속 푸리에 변환 처리수단의 입력 위치에 맵핑시키는 맵핑 처리수단; 및 상기 역 고속 푸리에 변환 처리수단의 출력에 대해 순환전치 부호를 삽입하는 순환전치 삽입수단을 포함한다.

또한 본 발명의 다른 실시예에 따른 송신 장치는, 직교주파수분할다중접속(OFDMA)과 단일 반송파 주파수분할다중접속(SC-FDMA)을 선택적으로 사용하기 위해, 파일럿을 전송하기 위한 장치에 있어서, 변조된 심벌 내에 파일럿을 삽입하고, 상기 삽입된 파일럿을 위한 순환전치(CP) 부호를 삽입하기 위한 파일럿 삽입수단; 상기 파일럿 삽입수단에 의해 파일럿이 삽입된 심벌들을 입력받아 업 샘플링을 수행하는 업 샘플링 처리수단; 상기 업 샘플링 처리수단의 출력에 대해 주파수 영역의 데이터를 적당한 부반송파에 실을 수 있도록 보간 필터값과 순환 콘볼루션을 수행하여 보간 처리를 수행하는 보간 처리수단; 및 상기 보간 처리수단의 출력에 대해 순환전치 부호를 삽입하는 순환전치 삽입수단을 포함한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 방법은, 직교주파수분할다중접속(OFDMA)과 단일 반송파 주파수분할다중접속(SC-FDMA)을 선택적으로 사용하기 위해, 파일럿을 전송하기 위한 방법에 있어서, (a) 변조된 심벌 내에 파일럿을 삽입하고, 상기 삽입된 파일럿을 위한 순환전치(CP) 부호를 삽입하는 단계; (b) 상기 파일럿이 삽입된 심벌들에 대해 푸리에 변환을 통해 확산하는 단계; (c) 상기 푸리에 변환 처리된 주파수 영역의 데이터에 대해 국부 할당 방식으로 부반송파를 할당 하도록 역 고속 푸리에 변환을 수행하는 단계; 및 (d) 상기 역 고속 푸리에 변환된 데이터에 대해 순환전치 부호를 삽입하는 단계를 포함한다.

또한 본 발명의 다른 실시예에 따른 송신 방법은, 직교주파수분할다중접속(OFDMA)과 단일 반송파 주파수분할다중접속(SC-FDMA)을 선택적으로 사용하기 위해, 파일럿을 전송하기 위한 방법에 있어서, (a) 변조된 심벌 내에 파일럿을 삽입하고, 상기 삽입된 파일럿을 위한 순환전치(CP) 부호를 삽입하는 단계; (b) 상기 파일럿이 삽입된 심벌들에 대해 업 샘플링을 수행하는 단계; (c) 상기 업 샘플링된 데이터에 대해 주파수 영역의 데이터를 부반송파에 할당하기 위해 보간 필터값과 순환 콘볼루션을 수행하여 보간 처리를 수행하는 단계; 및 (d) 상기 보간 처리된 출력 데이터에 대해 순환전치 부호를 삽입하는 단계를 포함한다.

상기와 같은 본 발명은, 차세대 이동통신 시스템에서 숏 블록을 이용해 파일럿을 전송하는 것이 아니라 SC-FDMA 심벌 내에 파일럿을 포함시켜 전송함으로써, 일반적인 심벌의 틀을 유지하면서 채널 추정이 가능하며, 이에 따라 채널의 상태에 기초하여 OFDMA와 SC-FDMA를 선택적으로 사용할 수 있다. 또한 본 발명은 SC-FDMA 심벌 내에 내장된 파일럿이 자유로운 패턴을 가질 수 있도록 함으로써, 채널 환경에 따라 적절한 형태의 파일럿을 사용할 수 있다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명에 따른 SC-FDMA 심벌 내에 파일럿이 삽입되는 위치를 설명하기 위한 도면이다.

통상 블록 호핑의 경우 각 블록은 주파수축에서 독립이므로 SC-FDMA나 OFDMA를 선택할 수 있다. 하지만 SC-FDMA와 OFDMA가 혼재하기 위해서는 SC-FDMA에서 숏 블록과 같은 별도의 파일럿을 위한 블록이 추가되는 것은 문제가 있으며, OFDMA와 유사한 구조로 데이터의 위치에 파일럿이 추가되어야 한다.

따라서 본 발명은 도 4에 도시된 바와 같이 SC-FDMA 심벌 블록의 일부분에 파일럿을 삽입하여 별도의 숏 블록을 사용하지 않고 채널 추정을 할 수 있도록 한다. 이에 따라 OFDMA와 SC-FDMA의 블록 구조가 동일하게 유지되고, 각 블록은 자유롭게 OFDMA나 SC-FDMA를 선택할 수 있다.

도 4에서 (a)는 파일럿이 삽입되는 시작 위치가 0이 아닌 경우를 나타낸 것이다. 도면에서 41과 44은 신호의 보호 구간을 위한 순환전치(CP) 부호를 각각 나타내며, 43은 심벌 내에 삽입된 파일럿을 나타내며, 42는 파일럿을 위한 순환전 치(CP) 부호를 나타낸다.

또한, 도 4에서 (b)는 파일럿이 삽입되는 시작 위치가 0인 경우를 나타낸 것이다. 도면에서 45는 신호의 보호 구간을 위한 순환전치(CP) 부호를 나타내며, 46은 심벌 내에 삽입된 파일럿을 나타낸다. 그리고 47은 파일럿을 위한 순환전치(CP) 부호를 나타낸다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 파일럿을 전송하기 위한 송신 장치의 블록 구성도이다.

본 발명에 따른 송신 장치는 부호화기(51)와 변조기(52)와 파일럿 삽입기(53)와 직/병렬(S/P) 변환기(54)와 이산 푸리에 변환(DFT) 처리기(55)와 사이즈 N의 역고속 푸리에 변환(IFFT) 처리기(56)와 병/직렬(P/S) 변환기(57)와 순환전치(CP) 삽입기(58)를 포함한다.

부호화기(51)는 전송할 데이터의 비트열을 입력받아 채널 부호화를 수행한다. 변조기(52)는 상기 부호화기(51)의 출력에 대해 QPSK, 8PSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM 중 어느 하나의 변조를 수행한다.

파일럿 삽입기(53)는 파일럿 정보를 전달받아 심벌 내에 파일럿을 삽입한다. 파일럿은 도 4에서 설명한 바와 같이 시작위치가 0인 위치에 삽입될 수 있고, 신호의 중간 임의 위치에 삽입될 수도 있다. 삽입되는 파일럿의 형태는 숏 블록을 이용하는 방식과 동일하다. 또한 파일럿 삽입기(53)는 삽입된 파일럿을 위한 순환전치(CP) 부호를 심벌 내에 삽입한다. 다시 말해, 도 7에 도시된 바와 같이 파일럿 삽입기(53)는 파일럿 정보의 마지막 부분의 일부를 복사하여 파일럿을 위한 순환전 치(CP) 부호를 삽입한다. 또한, 파일럿 삽입기(53)는 IFFT 처리된 중간값들도 파일럿을 위한 순환전치 구간을 만족하도록 하기 위해, 도 8에 도시된 바와 같이 파일럿의 처음 일부를 파일럿의 마지막 부분에 복사하고, 파일럿의 순환전치를 위해 복사된 신호의 바로 인접 신호를 순환전치 구간의 앞 부분에 복사하여 순환전치 구간을 확장할 수 있다. 본 발명에서는 이와 같은 파일럿 삽입기(53)가 변조기(52) 후단에 위치하는 것으로 설명하고 있지만, 파일럿 삽입기(53)는 직/병렬 변환기(54) 후단에 위치할 수도 있다.

직/병렬 변환기(54)는 변조기(52)의 출력 데이터와 파일럿 삽입기(53)에 의해 파일럿이 삽입된 데이터를 입력받아 병렬 데이터로 변환한다. DFT 처리기(55)는 직/병렬 변환기(54)에 의해 병렬 데이터로 변환된 심벌들에 대해 이산 푸리에 변환을 통해 심벌을 확산한다.

DFT 처리기(55)와 IFFT 처리기(56) 사이에는 맵핑 처리기(도시되지 않음)가 구비될 수 있는데, 맵핑 처리기는 DFT 처리기(55)를 통해 변환된 주파수 영역의 데이터를 적당한 부반송파(Sub-carrier)에 실을 수 있도록, IFFT 처리기(56)의 입력 위치들(points)에 맵핑시키는 기능을 수행한다. 본 발명에서는 DFT 처리기(55)의 출력 심벌들을 IFFT 처리기(56)의 입력 위치들에 순차적으로 맵핑시키는 국부(Localized) 할당 방식이 이용된다.

이산 푸리에 변환(DFT) 처리된 주파수축 데이터를 국부 할당 방식을 이용하여 연속적인 부반송파에 할당한다면 임의의 P 위치에 할당되는 심벌은 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.

또한, 맵핑 처리기는 윈도우를 적용하여 부반송파를 할당할 수 있다. 다시 말해, 맵핑 처리기는 IFFT 처리된 심벌들을 근사화시키기 위해 부반송파 신호의 꼬리 부분을 줄이도록 한다. 주파수축에서 직사각형 형태의 부반송파가 할당되면, 신호의 형태가 싱크(sinc) 함수 형태를 가지게 되지만, 주파수축에서 raised-cosine 윈도우를 취하여 부반송파 할당을 하면 신호의 꼬리 부분이 훨씬 감소될 수 있다.

이와 같이 윈도우를 적용하면 신호의 꼬리 부분이 줄어들게 되고, 주변값들의 영향을 더 적게 받아 IFFT 처리된 심벌들을 근사화시킬 수 있다. 또한 윈도우를 적용하는 경우 최대전력 대 평균 전력 비(PAPR: Peak-to-Average Power Ratio)를 줄일 수 있다. 그러나 윈도우의 적용은 부반송파를 필요량보다 많이 사용함으로, 자원이 낭비될 수 있다.

IFFT 처리기(56)는 맵핑 처리기에 의해 국부 할당 방식으로 각 입력 위치들에 맵핑된 데이터에 대해 역 고속 푸리에 변환(IFFT)을 수행한다. IFFT 처리기(56)의 출력 데이터는 병/직렬 변환기(57)에 의해 직렬 데이터로 변환된다. CP 삽입기(58)는 병/직렬 변환기(57)의 출력 데이터에 대해 순환전치(CP) 부호를 삽입한다.

한편, 전술한 바와 같이 DFT 기능과 IDFT 기능들은 각각 고속 푸리에 변환(FFT) 기능과 역 고속 푸리에 변환(IFFT) 기능들로 대체될 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 파일럿을 전송하기 위한 송신 장치의 블록 구성도이다.

본 발명에 따른 송신 장치는 부호화기(61)와 변조기(62)와 파일럿 삽입기(63)와 직/병렬(S/P) 변환기(64)와 업 샘플링 처리기(65)와 보간 처리기(66)와 병/직렬(P/S) 변환기(67)와 순환전치(CP) 삽입기(68)를 포함한다.

부호화기(61)는 전송 데이터의 비트열을 입력받아 채널 부호화를 수행한다. 변조기(62)는 상기 부호화기(61)의 출력에 대해 QPSK, 8PSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM 중 어느 하나의 변조를 수행한다.

파일럿 삽입기(63)는 도 5에서 설명한 바와 같이, 파일럿 정보를 전달받아 심벌 내에 파일럿을 삽입한다. 파일럿은 시작위치가 0인 위치에 삽입될 수 있고, 신호의 중간 임의 위치에 삽입될 수도 있다. 또한 파일럿 삽입기(63)는 삽입된 파일럿을 위한 순환전치(CP) 부호를 심벌 내에 삽입한다. 본 발명에서는 이와 같은 파일럿 삽입기(63)가 변조기(62) 후단에 위치하는 것으로 설명하고 있지만, 파일럿 삽입기(63)는 직/병렬 변환기(64) 후단에 위치할 수도 있다.

직/병렬 변환기(64)는 변조기(62)의 출력 데이터와 파일럿 삽입기(63)에 의해 파일럿이 삽입된 데이터를 입력받아 병렬 데이터로 변환한다. 업 샘플링 처리기(65)는 직/병렬 변환기(64)로부터 입력된 병렬 데이터를 업 샘플링(Up sampling)한다.

보간 처리기(66)는 업 샘플링 처리기(65)에 의해 업 샘플링된 심벌들에 대해 보간을 수행한다. 또한 보간 처리기(66)는 윈도우를 적용하여 부반송파를 할당한 다. 다시 말해, 보간 처리기(66)는 보간된 심벌들을 근사화시키기 위해 부반송파 신호의 꼬리 부분을 줄이도록 한다. 주파수축에서 직사각형 형태의 부반송파가 할당되면 부반송파 신호는 싱크(sinc) 함수 형태를 가지게 되지만, 주파수축에서 raised-cosine 윈도우를 취하여 부반송파 할당을 하면 신호의 꼬리 부분을 훨씬 감소시킬 수 있다.

이와 같이 윈도우를 적용하면 신호의 꼬리 부분이 줄어들게 되고 주변값들의 영향을 더 적게 받아 보간된 심벌들을 근사화시킬 수 있다. 또한 윈도우를 적용하는 경우 최대전력 대 평균 전력 비(PAPR: Peak-to-Average Power Ratio)를 줄일 수 있다. 그러나 윈도우의 적용은 부반송파를 필요량보다 많이 사용함으로, 자원이 낭비될 수 있다. 이와 같은 업 샘플링 처리기(65) 및 보간 처리기(66)에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.

보간 처리기(66)의 출력 데이터는 병/직렬 변환기(67)에 의해 직렬 데이터로 변환된다. CP 삽입기(68)는 병/직렬 변환기(67)의 출력 데이터에 대해 순환전치(CP) 부호를 삽입한다.

이하, 업샘플링 처리기(65)와 보간 처리기(66)에 대한 구체적인 동작을 설명한다.

국부 할당 방식의 SC-FDMA 시스템에서 시간축 신호 S가 보간(interpolation)되어 보간된 출력 신호 x가 되는 과정을 설명한다. 먼저 업 샘플링 처리기(65)에 의해 시간축 신호 S가 업 샘플링된다. 그리고, 보간 처리기(66)는 업 샘플링된 신호와 보간 필터값을 순환(circular) 콘볼루션(convolution) 한다.

N/L이 정수이고, 0≤n<N, 0≤l<L 이라고 할 때, 시간축 신호 S를 업 샘플링한 신호

는 수학식 2과 같이 표현될 수 있다.

-N/2≤n<N/2 이라고 할 때, 보간 필터 값

은 수학식 3과 같이 정의된다.

그리고, 보간 처리기(66)에 의해 보간된 신호 x는 수학식 4과 같이 표현될 수 있다.

상기 수학식 3의 보간 필터 값은 수학식 5와 같은 성질을 만족하므로, 수학식 6과 같이 정의될 수 있으며, 그 이외의 값들은 보간 처리기에 의해 보간된 값을 가진다.

SC-FDMA 심벌에서 파일럿의 시작 위치가 0이고 파일럿은 전체 SC-FDMA의 1/J을 차지한다고 하고, 순환전치 구간의 크기를 K라 할 때, 파일럿의 순환전치 구간 은 수학식 7을 만족하여야 한다.

파일럿을 위한 순환전치 구간의 생성을 위해서 시간축 신호 S를 수학식 8과 같이 정의한다.

상기 시간축 신호 S를 업 샘플링(up-sampling)한 신호

는 수학식 9와 같이 된다.

보간 처리기(66)에 의해 업 샘플링된 신호에 대해 보간된 후의 값은 수학식 10과 같다.

상기 수학식 10에서 보간된 중간값들은 수학식 7을 만족시킬 수 없다. 보간된 중간값들도 수학식 7을 만족시키기 위해서는 도 8에 도시된 바와 같이 파일럿을 위한 순환전치 부호를 추가로 확장해야 한다. 파일럿을 위한 순환 전치의 추가확장구간을 α라고 할 때, 시간축 신호 S는 수학식 11과 같이 정의된다.

보간된 값을 근사화시키는 다른 방법은 신호의 꼬리 부분을 줄이는 것이다. 수학식 11을 이용하여 주파수축에서 직사각형 형태의 부반송파 할당을 하면, 보간 필터는 수학식 3의 싱크(sinc) 함수 형태를 얻게 되지만, 주파수축에서 raised-cosine 윈도우를 취하여 부분송파 할당을 하면 보간 필터의 꼬리 부분은 훨씬 감소하게 된다. 주파수축의 윈도우를 β(k)라 할 때 부반송파 할당은 수학식 12와 같다.

윈도우를 취하였을 때의 보간 필터

은 수학식 13과 같이 정의된다.

상기 수학식 13을 적용하였을 때의 보간된 신호 x는 다음 수학식 14와 같다.

윈도우를 적용하면 보간 필터의 꼬리 부분의 크기가 줄어들게 되고, 주변값들의 영향을 더 적게 받아 보간된 값을 근사화시킬 수 있다. 또한 윈도우의 적용은 PAPR을 줄이는 효과도 있다. 그러나 윈도우의 적용은 부반송파를 필요량보다 많이 사용함으로써 자원을 낭비한다.

한편, 전술한 바와 같은 본 발명의 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성이 가능하다. 그리고 상기 프로그램을 구성하는 코드 및 코드 세그먼트는 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.　또한, 상기 작성된 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(정보저장매체)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 판독되고 실행됨으로써 본 발명의 방법을 구현한다. 그리고 상기 기록매체는 컴퓨터가 판독할 수 있는 모든 형태의 기록매체를 포함한다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

도 1은 일반적인 직교주파수분할다중접속(OFDMA) 시스템에서 송신 장치의 블록 구성도,

도 2는 일반적인 단일 반송파 주파수분할다중접속(SC-FDMA) 시스템에서 송신 장치의 블록 구성도,

도 3은 단일 반송파 주파수분할다중접속 시스템에서 프레임 구조를 설명하기 위한 도면,

도 4는 본 발명에 따른 파일럿의 삽입 위치를 설명하기 위한 도면,

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 장치의 블록 구성도,

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 송신 장치의 블록 구성도,

도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 파일럿을 위한 순환전치 부호의 생성 과정을 설명하기 위한 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

61: 부호화기 62: 변조기

63: 파일럿 삽압기 64: 직/병렬 변환기

65: 업샘플링 처리기 66; 보간 처리기

67: 병/직렬 변환기 68: CP 삽입기

Claims

무선 통신 시스템에서 데이터를 송신하기 위한 장치에 있어서,

상기 데이터에 대하여 채널 부호화를 수행하는 부호화 수단;

채널 부호화된 상기 데이터를 변조하여 변조된 심벌을 출력하는 변조 수단;

파일럿 신호와 제1 순환전치(CP) 부호를 상기 변조된 심벌에 삽입-상기 제1 순환전치(CP) 부호는 상기 변조된 심벌에 삽입된 상기 파일럿 신호의 적어도 일부를 이용하여 상기 변조된 심벌에 삽입됨-하기 위한 제1 삽입수단;

상기 파일럿 신호 및 상기 제1 순환전치 부호가 삽입된 상기 변조된 심벌을 이산 푸리에 변환하는 이산 푸리에 변환 수단;

상기 이산 푸리에 변환 수단의 출력을 역 이산 푸리에 변환을 위한 부반송파에 맵핑시키는 맵핑 수단; 및

상기 이산 푸리에 변환 수단의 출력을 역 이산 푸리에 변환하는 역 이산 푸리에 변환 수단; 및

상기 역 이산 푸리에 변환 수단의 출력에 제2 순환전치 부호를 삽입하는 제2 삽입수단

을 포함하는 송신 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 삽입수단은

상기 파일럿 신호를 상기 변조된 심벌의 시작 위치에 삽입하는

송신 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 순환전치 부호는

상기 파일럿 신호의 일부인

송신 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 삽입수단은

상기 제1 순환전치 부호를 상기 변조된 심벌의 마지막 위치에 삽입하는

송신 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 맵핑 수단은

상기 이산 푸리에 변환 수단의 출력에 윈도우 필터를 적용하는

송신 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 맵핑 수단은

상기 이산 푸리에 변환 수단의 출력을 상기 역 이산 푸리에 변환 수단의 부반송파에 연속적으로 맵핑시키는

송신 장치.
무선 통신 시스템에서 데이터를 송신하기 위한 장치에 있어서,

상기 데이터에 대하여 채널 부호화를 수행하는 부호화 수단;

채널 부호화된 상기 데이터를 변조하여 변조된 심벌을 출력하는 변조 수단;

파일럿 신호와 제1 순환전치(CP) 부호를 상기 변조된 심벌에 삽입-상기 제1 순환전치(CP) 부호는 상기 변조된 심벌에 삽입된 상기 파일럿 신호의 적어도 일부를 이용하여 상기 변조된 심벌에 삽입됨-하기 위한 제1 삽입수단;

상기 파일럿 신호 및 상기 제1 순환전치 부호가 삽입된 상기 변조된 심벌에 대하여 업 샘플링을 수행하는 업 샘플링 수단;

상기 업 샘플링 수단의 출력에 대하여 보간 필터링과 순환 콘볼루션을 수행하여 보간 처리를 수행하는 보간 수단; 및

상기 보간 수단의 출력에 제2 순환전치 부호를 삽입하는 제2 삽입수단

을 포함하는 송신 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 제1 삽입수단은,

상기 파일럿 신호를 상기 변조된 심벌의 시작 위치에 삽입하는

송신 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 제1 순환전치 부호는

상기 파일럿 신호의 일부인

송신 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 제1 삽입수단은,

상기 제1 순환전치 부호를 상기 변조된 심벌의 마지막 위치에 삽입하는

송신 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 보간 수단은,

상기 업 샘플링 수단의 출력에 윈도우 필터를 적용하는

송신 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 보간 수단은,

부반송파를 연속적으로 할당하는

송신 장치.
무선 통신 시스템에서 데이터를 송신하기 위한 방법에 있어서,

상기 데이터에 대하여 채널 부호화를 수행하는 단계;

채널 부호화된 상기 데이터를 변조하여 변조된 심벌을 출력하는 단계;

파일럿 신호와 제1 순환전치(CP) 부호를 상기 변조된 심벌에 삽입-상기 제1 순환전치(CP) 부호는 상기 변조된 심벌에 삽입된 상기 파일럿 신호의 적어도 일부를 이용하여 상기 변조된 심벌에 삽입됨-하는 단계;

상기 파일럿신호 및 상기 제1 순환전치 부호가 삽입된 상기 변조된 심벌을 이산 푸리에 변환하는 단계;

상기 이산 푸리에 변환된 상기 변조된 심벌을 역 이산 푸리에 변환을 위한 부반송파에 맵핑시키는 단계;

상기 이산 푸리에 변환된 상기 변조된 심벌을 역 이산 푸리에 변환하는 단계; 및

상기 역 이산 푸리에 변환된 상기 변조된 심벌에 제2 순환전치 부호를 삽입하는 단계

를 포함하는 송신 방법.
제 13 항에 있어서,

상기 파일럿 신호와 제1 순환전치(CP) 부호를 상기 변조된 심벌에 삽입하는 단계는

상기 파일럿 신호를 상기 변조된 심벌의 시작 위치에 삽입하는

송신 방법.
제 13 항에 있어서,

상기 제1 순환전치 부호는

상기 파일럿 신호의 일부인

송신 방법.
제 13 항에 있어서,

상기 파일럿 신호와 제1 순환전치(CP) 부호를 상기 변조된 심벌에 삽입하는 단계는

상기 제1 순환전치 부호를 상기 변조된 심벌의 마지막 위치에 삽입하는

송신 방법.
무선 통신 시스템에서 데이터를 송신하기 위한 방법에 있어서,

상기 데이터에 대하여 채널 부호화를 수행하는 단계;

채널 부호화된 상기 데이터를 변조하여 변조된 심벌을 출력하는 단계;

파일럿 신호와 제1 순환전치(CP) 부호를 상기 변조된 심벌에 삽입-상기 제1 순환전치(CP) 부호는 상기 변조된 심벌에 삽입된 상기 파일럿 신호의 적어도 일부를 이용하여 상기 변조된 심벌에 삽입됨-하는 단계;

상기 파일럿 신호 및 상기 제1 순환전치 부호가 삽입된 상기 변조된 심벌에 대해 업 샘플링을 수행하는 단계;

상기 업 샘플링된 데이터에 대해 보간 필터링과 순환 콘볼루션을 수행하여 보간 처리를 수행하는 단계; 및

상기 보간 처리된 출력 데이터에 대해 제2 순환전치 부호를 삽입하는 단계

를 포함하는 송신 방법.
제 17 항에 있어서,

상기 파일럿 신호와 제1 순환전치(CP) 부호를 상기 변조된 심벌에 삽입하는 단계는

상기 파일럿 신호를 상기 변조된 심벌의 시작 위치에 삽입하는

송신 방법.
제 17 항에 있어서,

상기 제1 순환전치 부호는

상기 파일럿 신호의 일부인

송신 방법.
제 17 항에 있어서,

상기 파일럿 신호와 제1 순환전치(CP) 부호를 상기 변조된 심벌에 삽입하는 단계는

상기 제1 순환전치 부호를 상기 변조된 심벌의 마지막 위치에 삽입하는

송신 방법.