KR20030070218A - 직교주파수 분할다중 접속 시스템에서 파일럿 반송파 할당방법 - Google Patents

Abstract

직교주파수 분할다중(OFDM) 통신시스템에서 직교주파수 분할다중 접속(OFDMA)을 위해 파일롯 반송파를 할당하는 스케쥴링 방법이 개시되어 있다. 이러한 본 발명은 위상 오차 추정 성능을 향상시키고 가입자 사이의 충돌을 최소화하기 위해, OFDM 통신 시스템의 송신단에서 여러 가입자가 동시에 접속할 경우, 사용 시스템에 할당된 파일롯 반송파들을 가입자별로 나누는 것이 아니라 가입자들이 파일롯 반송파들을 시간차이를 두고 공유할 수 있도록 한다. 결과적으로 한 명의 가입자에게 할당된 파일롯 반송파의 수가 늘어남과 동시에 여러 가입자가 접속할 경우에도 한 가입자가 접속할 때와 같은 위상 오차 추정 성능을 낼 수 있다.

Description

직교주파수 분할다중 접속 시스템에서 파일럿 반송파 할당 방법 {PILOT CARRIER ALLOCATION METHOD IN AN ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLE ACCESS SYSTEM}

본 발명은 직교주파수 분할다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing : 이하 "OFDM"이라 칭함) 통신시스템에 관한 것으로, 특히 직교주파수 분할다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access : 이하 "OFDMA"라 칭함)을 위해 파일롯 반송파(pilot carrier)를 할당하는 스케쥴링 방법에 관한 것이다.

일반적으로 OFDMA 방식을 사용하는 통신시스템(이하 "OFDMA 시스템"이라 칭함)에서는 병렬화된 송신 데이터를 상호 직교성을 가지는개의 반송파 주파수에 실어 전송한다. 이때, 전송할 반송파의 양끝에는 크기가 0인개의 반송파들을 보호구간(guard interval)으로 삽입하여, 결과적으로개의 반송파를 이용하여 데이터를 전송하게 된다.개의 반송파는 데이터 반송파(data carrier)와개의 파일롯 반송파(pilot carrier)로 구성된다. 데이터 반송파는 데이터를 전송하는 반송파이고 파일롯 반송파는 송수신단에서 모두 알고 있는 신호로서, 채널을 통과할 때 이 반송파 위상의 뒤틀림 정도를 미루어 채널을 추정하게 된다. 따라서 전송되는 파일롯 반송파의 수가 작을 경우 어느 가입자가 얼마나 위상이 왜곡되었는지 알 수 없어 위상 오차 추정 성능이 나쁘고, 파일롯 반송파의 수가 많을수록 미세한 채널의 왜곡까지 파악할 수 있어 위상 오차 추정 성능은 현격히 증가한다.

또한, OFDMA 방식에서는개의 반송파가개의 부채널로 나뉘어진다. 한 개의 부채널은 한 명의 가입자가 접속할 수 있는 부채널의 최소단위로서, 한 명의 가입자는 한 개 이상의 부채널에 접속하여 데이터를 전송할 수 있다. 한편 한 개의 부채널은개의 반송파로 구성된다. 즉, OFDMA 방식에서 한 명의 가입자가 하나의 부채널에 접속한다면, 최대명의 가입자가 부채널을 사용할 수도 있어 가입자의 수를 증가시킬 수 있다.

이러한 OFDMA의 장점으로 인해 고속 데이터 전송시스템, 예를 들어, DAB(Digital Audio Broadcasting), DVB(Digital Video Broadcasting), DTTB(Digital Terrestrial Television Broadcasting), 무선 LAN(Wireless Local Area Network), 무선 ATM(Wireless Asynchronous Transfer Mode) 등의 OFDM 무선 통신 시스템들이 개발되고 있다. 물론, 이들 OFDMA 방식에서 각 가입자에게 파일롯 부반송파를 할당하는 기술은 필수적으로 요구되는 사항이다.

또한 ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line), VDSL(Very-high bit rate Digital Subscriber Line) 등과 같이 DMT(Discrete Multi-Tone)방식을 채용하는 디지털 유선 통신 시스템에서도 파일롯 부반송파를 할당하는 기술은 필수적 요구사항이다.

도 1은 전형적인 OFDMA 방식을 주파수 영역에서 보여주는 도면인데, 부채널이 3개인 경우의 예이다. 상기 도 1에서, 한 개의 부채널(101, 102 또는 103)은 위에서 언급한 데로 한 명의 가입자가 접속할 수 있는 최소 단위로서, 데이터 반송파 및 파일롯 반송파들이 나누어져개의 부채널을 구성한다. 그리고,보호구간(104)은 신호가 자연스럽게 감소하게 하여 벽돌모양(brick wall) 파형을 만들어, 이웃의 접속 채널에 간섭을 주지 않게 하여 경계를 짓는 역할을 한다. 한편 DC 반송파(105)는 중심을 잡는데 사용된다.

상기 도 1을 참조하면, 하나의 심볼이 부채널1(101), 부채널2(102), 부채널3(103)으로 논리적 구분이 되어 있고, 각 부채널은 각각 다른 반송파들로 구성되어 있다. 각 부채널로 나뉘어진 이유는 다중 접속이 가능하게 하여 많은 가입자를 수용할 수 있기 때문이다.

도 2에는 OFDMA 방식에서 반송파들이 부채널로 어떻게 구성되는지에 대한 종래의 반송파 할당 방법이 도시되어 있다. 도 2는 반송파들을 부채널로 구성하기 위하여 특수한 방정식을 이용한다. 이 식을 이용하여 위치가 가변인 파일롯 반송파(201)의 위치를 정하고, 파일롯 반송파의 위치를 정한 다음에는 데이터 반송파(202)의 위치를 정하여 부채널을 구성한다. 위치가 고정인 파일롯 반송파(203)는 정해진 위치에 삽입된다. 상기 도 2를 살펴보면, 심볼1(204)을 전송하기 위하여 가변 위치를 갖는 파일롯 반송파(201)를 선택하여 삽입한다. 이때 인덱스(205)는 각 반송파들이 심겨져 있는 논리적 위치이다. 즉, 실제로는 정해진 주파수대역에 퍼져 있는개의 반송파들 중에서 부채널의 데이터 반송파(개)와 부채널수만큼 나뉘어진 파일롯 반송파(개)들을 선택한 것이기 때문에, 주파수 대역에 ()개의 반송파들이 퍼져있는 형태이다. 그래서, 심볼1(204)은 0번째, 13번째, 27번째, 40번째에는 가변 위치 파일롯 반송파(201)가, 26번째에는 고정 위치 파일롯 반송파(203)가 위치하게 되며, 나머지 위치에는 데이터 반송파(202)들이 위치하게 된다. 가입자들이 심볼1을 전송할 경우에는, 파일롯 반송파들의 논리적인 위치는 같아도, 실제 주파수 대역에서는 모든 가입자들이 다른 부채널에 다른 반송파들을 사용하여 전송한다.

상기크기에 상관없이 OFDMA라는 방식은 부채널을 통하여 가입자들이 접속하기 때문에, 부채널 수만큼 데이터 반송파뿐만 아니라 파일롯 반송파도 나뉜다. 그리하여, 위상 오차 추정을 위한 파일롯 반송파가 충분하지 않아 성능이 떨어지므로 인해, 동시 가입자가 많아질수록 한 가입자에게 할당되는 파일롯 반송파의 수가 더욱 줄어드는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 동시에 접속하는 가입자들을 시간차이를 두어 구별하고, 각 가입자들에게 그 시스템에 할당된 모든 파일롯 반송파들을 할당하는 방법을 제공함을 목적으로 한다.

또한 본 발명의 목적은 OFDMA 방식을 사용하는 시스템에서 많은 가입자가 접속되어 있는 상황에서도 위상 오차 추정을 위한 파일롯 반송파가 충분하도록 하는 파일롯 반송파 할당 방법을 제공함에 있다.

또한 본 발명의 목적은 OFDMA 방식을 사용하는 시스템에서 가입자간의 충돌을 최소화하고, 이에 따라 위상 오차 추정 성능의 향상을 위한 파일롯 반송파 할당방법을 제공함에 있다.

이러한 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 위상 오차 추정 성능을 향상시키고 가입자 사이의 충돌을 최소화하기 위해, OFDM 통신 시스템의 송신단에서 여러 가입자가 동시에 접속할 경우, 사용 시스템에 할당된 파일롯 반송파들을 가입자별로 나누는 것이 아니라 가입자들이 파일롯 반송파들을 시간차이를 두고 공유할 수 있도록 한다. 결과적으로 한 명의 가입자에게 할당된 파일롯 반송파의 수가 늘어남과 동시에 여러 가입자가 접속할 경우에도 한 가입자가 접속할 때와 같은 위상 오차 추정 성능을 낼 수 있다.

전술한 바와 같은 내용은 당해 분야 통상의 지식을 가진 자는 후술되는 본 발명의 구체적인 설명으로 보다 잘 이해할 수 있도록 하기 위하여 본 발명의 특징들 및 기술적인 장점들을 다소 넓게 약술한 것이다.

본 발명의 청구범위의 주제를 형성하는 본 발명의 추가적인 특징들 및 장점들이 후술될 것이다. 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 동일한 목적들을 달성하기 위하여 다른 구조들을 변경하거나 설계하는 기초로서 발명의 개시된 개념 및 구체적인 실시예가 용이하게 사용될 수도 있다는 사실을 인식하여야 한다. 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 또한 발명과 균등한 구조들이 본 발명의 가장 넓은 형태의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않는다는 사실을 인식하여야 한다.

도 1은 전형적인 OFDMA 방식을 주파수 영역에서 보여주는 도면.

도 2는 종래 기술에 따라 OFDMA 방식의 부채널에 반송파를 할당하는 방법을 보여주는 도면.

도 3은 본 발명의 실시예에 따라 시간 스케쥴링을 이용하여 부채널에 파일롯 반송파를 할당하는 방법을 보여주는 도면.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 반송파가 할당된 부채널을 전송하는 흐름을 보여주는 도면.

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 반송파가 할당되어 전송된 부채널을 수신하여 처리하는 흐름을 보여주는 도면.

이하 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 참조번호들 및 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 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.

하기에서 설명될 본 발명은 OFDM 통신 시스템에서 OFDMA 방식을 사용할 시 위상 오차 추정 성능을 향상시킬 수 있는 파일롯 반송파(pilot carrier)의 스케쥴링, 즉 각 부채널에 파일롯 반송파(pilot carrier)를 할당하는 방법에 관한 것임을 밝혀두는 바이다. 전술한 바와 같이, 종래의 OFDM 시스템에서 OFDMA 방식을 사용하는 경우 위상 오차 추정을 위한 파일롯 반송파의 개수가 2 ~ 4개로 매우 작아 위상 오차 추정을 하기에 부족하다. 그리고, 파일롯 반송파의 스케쥴링이 없이 가입자(단말기)들(subscriber stations)이 파일롯 반송파들을 사용할 경우에는, 기지국에서 가입자들을 구별해낼 수가 없어, 가입자들 사이에 충돌이 일어나고 데이터 전송 자체가 어려워질 가능성이 크다. 이에 본 발명은 위상 오차 추정 성능을 향상시키고 가입자 사이의 충돌을 최소화하기 위해, 복수의 단말기(가입자)들을 포함하는 OFDM 통신 시스템의 송신단에서 여러 가입자가 동시에 접속할 경우, 사용 시스템에 할당된 파일롯 반송파들을 가입자별로 나누는 것이 아니라 가입자들이 파일롯 반송파들을 시간 차이를 두고 공유하도록 함으로써, 결과적으로 한 명의 가입자에게 할당된 파일롯 반송파의 수가 늘어남과 동시에 여러 가입자가 접속할 경우에도 한 가입자가 접속할 때와 같은 위상 오차 추정 성능을 낼 수 있다. 이러한 본 발명은 OFDM 통신시스템에서 송신 신호설계 및 무선 통신망의 물리계층 프로토콜 표준에 사용된다.

하기에서 설명될 본 발명에 따른 파일롯 반송파 할당 방법은 다음과 같은 특징이 있다.

첫째, 본 발명의 방법은 각 가입자가 접속하여 파일롯 반송파들을 전송할 때 파일롯 반송파들을 가입자수에 따라 나누는 것이 아니라 가입자를 시간차를 두어 전체 파일롯 반송파들을 이용하게 함으로써, 파일롯 반송파를 가입자들이 공유하는 것을 특징으로 한다.

둘째, 본 발명의 방법은 FFT(Fast Fourier Transform) 크기()나 부채널 할당 방법에 상관없이 시스템에 할당된 파일롯 반송파들을 모두 사용하는 것을 특징으로 한다.

셋째, 본 발명의 방법은 파일롯 반송파가 가변 위치를 갖는지 고정 위치를 갖는지에 상관없이 시스템에 할당된 파일롯 반송파들을 모두 사용하는 것을 특징으로 한다.

넷째, 본 발명의 방법은 파일롯 반송파들을 가입자들이 시간차를 두어 공유함에 있어서, 시간차를 정해진 일정 시간 간격으로 정하거나 랜덤으로 발생시켜 사용하는 것을 특징으로 한다. 이러한 본 발명은 OFDMA 방식에 관하여 각 가입자에 대해 파일롯 부반송파를 할당하고 위상 오차 추정을 하는 것을 보여주나, DMT 방식등에 적용 가능하며 다양하게 변형 적용될 수 있다는 사실에 유의하여야 한다.

도 3은 본 발명에 따라 OFDMA 방식에서 가입자들이 시간차이를 두어 파일롯 반송파들을 공유 하도록 하는 할당 방법을 보인 도면이다.

상기 도 3은 일 예로서 파일롯 반송파의 위치가 고정(301)이고, 데이터(304)를 전송할 경우이다. 그리고, 파일롯 반송파들을 공유하기 위한 시간차이는(302)이고, 부채널은 4개, 파일롯 반송파는 모두 8개가 사용된다고 가정한다. 이때, 모든 부채널에 가입자가 모두 접속하였다고 하면, 도 3과 같이만큼의 시간차이를 두어 부채널이 할당되게 된다. 시간 t(303)에서 부채널1을 전송하는데 사용되는 반송파의 갯수는 () 이다. 도 2와 비교하였을 때, 본 발명은 시스템에서 정해진 모든 파일롯 반송파개()를 사용함을 볼 수 있다. 시간에 부채널2(305)에 접속할 때에도 부채널1의 경우와 동일하고, 단지 시간차이를 두어 접속한 것이 다를 뿐이다. 다른 가입자가 부채널에 접속할 경우도 마찬가지이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 반송파가 할당된 부채널을 전송하는 흐름을 보여주는 도면이다. 여기서는, 도 3에서의 설명에서처럼, 4개의 부채널이 있고 시간차이를 두어 가입자1, 가입자2, 가입자3, 가입자4는 각각 부채널1, 부채널2, 부채널3, 부채널4에 접속한다고 가정한다.

상기 도 4를 참조하면, 임의의 시간 t(401단계 예)에 가입자1이 부채널1에접속하여 전송한다(402단계). 이때 가입자1은 자신이 전송하는 시간(t)과 반송파들을 부채널로 할당한 방법을 데이터와 같이 부채널1에 전송해야 한다. 시간 ()(403단계 예)에서는 가입자2가 부채널2에 접속하여 전송한다(404단계). 이때도 마찬가지로 가입자1과 같이 시간 정보 등을 전송해야 한다. 다른 가입자들이 부채널에 접속하였을 경우에도 마찬가지이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 반송파가 할당되어 전송된 부채널을 수신하고, 각각의 부채널을 추정하는 과정을 보인 순서도이다.

상기 도 5를 참조하면, 도 4에 도시된 바와 같이 송신단에서 각 가입자는 자신이 보낸 시간 정보와 반송파를 부채널로 할당한 방법들을 데이터와 함께 전송하므로, 기지국은 시간정보가 t(501단계 예)이면 가입자1이 부채널1을 보낸 것으로 판정할 수 있다(502단계). 수신된 부채널1은개의 파일롯 반송파를 이용하여 위상 오차 추정을 하고, 채널 추정하여 데이터를 수신하게 된다(503단계). 그리고, 시간정보가 ()(504단계 예)이면 기지국은 부채널2를 통해 반송파들이 전송된 것이라 판정하고(505단계), 전송된 파일롯 반송파들을 이용하여 부채널2를 추정하여 데이터를 수신하게 된다(506단계). 다른 부채널들도 같은 방법으로 수신하여 위상 오차를 추정한 후 데이터를 수신하게 된다.

그러므로, 본 발명에서는 OFDMA 접속 시 파일롯 부반송파 모두를 부채널에 사용할 수 있어 채널 추정에 사용되는 위상 오차 추정 성능을 향상시킬 수 있다.또한, 시간차를 두어 가입자들이 부채널에 접속하므로 이로부터 가입자간의 충돌을 최소화할 수 있는 특징을 갖는다.

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.

상술한 바와 같이 본 발명은 OFDM 통신 시스템 등에서 OFDMA 접속 방식을 사용할 때 부채널에 할당되는 파일롯 반송파의 개수를 사용 가능한 모두를 사용한다. 이 방식은 여러 가입자가 부채널에 접속 시 가입자들을 시간차이를 두어 접속하게 함으로써 가입자들간의 충돌을 최소화시킬 수 있고, 수신단에서 채널 추정 시 위상 오차 추정에 사용되는 파일롯 반송파의 수가 늘어나기 때문에 위상 오차 추정 성능이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (3)

1. 복수의 단말기들과 기지국을 포함하고, 상기 단말기들 각각이 적어도 하나의 부채널을 통해 상기 기지국에 접속하는 직교주파수 분할다중접속(OFDMA) 통신시스템에서 해당하는 부채널에 파일롯 반송파를 할당하는 방법에 있어서,

   상기 단말기들중 접속을 요구하는 단말기들이 미리 설정된 시간 간격으로 해당하는 부채널에 접속되도록 하는 과정과,

   상기 해당하는 부채널에 상기 통신시스템에서 사용가능한 파일롯 반송파를 할당하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 시간 간격은 동일하게 정해지는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 시간 간격은 랜덤하게 정해지는 것을 특징으로 하는 상기 방법.