KR20040110348A - 직교 주파수 분할 다중 방식을 사용하는 통신 시스템에서기지국 구분을 위한 파일럿 패턴 세트 송수신 장치 및 방법 - Google Patents

직교 주파수 분할 다중 방식을 사용하는 통신 시스템에서기지국 구분을 위한 파일럿 패턴 세트 송수신 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전체 주파수 대역을 다수의 서브 주파수 대역들로 분할하고, 상기 서브 주파수 대역들에서 기준 신호들을 송신하고, 상기 기준 신호들이 송신되는 서브 주파수 대역들 이외의 서브 주파수 대역들에서 데이터 신호들을 송신하는 무선 통신 시스템에서 기지국 구분 패턴이 적용되는데 필요한 시구간인 기지국 구분 패턴 시구간을 미리 설정한 설정 개수의 서브 시구간들로 분할하고, 상기 서브 시구간들 각각에서 미리 설정한 설정 시간과 설정 대역폭을 고려하여 생성 가능한 기준 신호 패턴들을 결정한 후, 상기 서브 시구간들 각각에서 상기 결정한 기준 신호 패턴들중 미리 설정된 개수의 기준 신호 패턴을 선택하고, 상기 서브 시구간들 각각에서 선택한 기준 신호 패턴들을 조합하여 기지국 구분을 위한 기지국 구분 패턴으로 결정함으로써 구분 가능한 기지국들 수를 최대화한다.

Description

직교 주파수 분할 다중 방식을 사용하는 통신 시스템에서 기지국 구분을 위한 파일럿 패턴 세트 송수신 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TRANSMITTING/RECEIVING PILOT PATTERN SET FOR DISTINGUISH BASE STATION IN COMMUNICATION USING ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING SCHEME}
본 발명은 직교 주파수 분할 다중 방식을 사용하는 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 기지국 구분을 위한 파일럿 패턴을 생성하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 유·무선 채널에서 고속데이터 전송에 유용한 방식으로 사용되고 있는 직교 주파수 분할 다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 "OFDM"이라 칭하기로 한다) 방식은 복수 반송파(Multi-Carrier)를 사용하여 데이터를 전송하는 방식으로서, 직렬로 입력되는 심벌(Symbol)열을 병렬변환하여 이들 각각을 상호 직교성을 갖는 다수의 서브 캐리어(sub-carrier)들, 즉 다수의 서브 채널(sub-channel)들로 변조하여 전송하는 다중 반송파 변조(MCM : Multi Carrier Modulation) 방식의 일종이다.
이와 같은 다중 반송파 변조 방식을 적용하는 시스템은 1950년대 후반 군용 HF radio에 처음 적용되었으며, 다수의 직교하는 서브 캐리어를 중첩시키는 OFDM 방식은 1970년대부터 발전하기 시작하였으나, 다중 반송파간의 직교 변조의 구현이 난이한 문제였었기 때문에 실제 시스템 적용에 한계가 있었다. 그러나 1971년 Weinstein 등이 상기 OFDM 방식을 사용하는 변복조는 DFT(Discrete Fourier Transform)를 이용하여 효율적으로 처리가 가능함을 발표하면서 OFDM 방식에 대한 기술개발이 급속히 발전했다. 또한 보호구간(guard interval)을 사용과 cyclic prefix 보호구간 삽입 방식이 알려지면서 다중경로 및 지연 확산(delay spread)에 대한 시스템의 부정적 영향을 더욱 감소시키게 되었다. 그래서, 이런 OFDM 방식 기술은 디지털 오디오 방송(Digital Audio Broadcasting: DAB)과 디지털 텔레비젼, 무선 근거리 통신망(WLAN: Wireless Local Area Network) 그리고 무선 비동기 전송 모드(WATM: Wireless Asynchronous Transfer Mode) 등의 디지털 전송 기술에 광범위하게 적용되어지고 있다. 즉, 하드웨어적인 복잡도(Complexity)로 인하여 널리 사용되지 못하다가 최근 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform， 이하 "FFT"라 칭하기로 한다)과 역 고속 푸리에 변환(IFFT: Inverse Fast Fourier Transform, 이하 "IFFT"라 칭하기로 한다)을 포함한 각종 디지털 신호 처리 기술이 발전함으로써 실현 가능해 졌다. 상기 OFDM 방식은 종래의 주파수 분할 다중(FDM: Frequency Division Multiplexing) 방식과 비슷하나 무엇보다도 다수개의 서브 캐리어들간의 직교성(Orthogonality)을 유지하여 전송함으로써 고속 데이터 전송시 최적의 전송 효율을 얻을 수 있는 특징을 가지며, 또한 주파수 사용 효율이 좋고다중 경로 페이딩(multi-path fading)에 강한 특성이 있어 고속 데이터 전송시 최적의 전송 효율을 얻을수 있다는 특징을 가진다. 또한, 주파수 스펙트럼을 중첩하여 사용하므로 주파수 사용이 효율적이고, 주파수 선택적 페이딩(frequency selective fading)에 강하고, 다중경로 페이딩에 강하고, 보호구간을 이용하여 심벌간 간섭(ISI: Inter Symbol Interference) 영향을 줄일 수 있으며, 하드웨어적으로 등화기 구조를 간단하게 설계하는 것이 가능하며, 임펄스(impulse)성 잡음에 강하다는 장점을 가지고 있어서 통신시스템 구조에 적극 활용되고 있는 추세에 있다.
그러면 여기서, 상기 OFDM 방식을 사용하는 통신 시스템(이하 "OFDM 통신 시스템"이라 칭하기로 한다)의 송신기와 수신기의 동작을 간략하게 살펴보면 다음과 같다.
상기 OFDM 통신 시스템의 송신기에서 입력 데이터는 스크램블러(scrambler), 인코더(encoder), 인터리버(interleaver)를 통해서 서브 캐리어들로 변조된다. 이때, 상기 송신기는 다양한 가변 데이터 레이트(data rate)를 제공하게 되는데, 상기 데이터 레이트에 따라서 각기 다른 코딩 레이트(coding rate)와, 인터리빙 크기(interleaving size) 및 변조 방식을 갖게 된다. 통상적으로 상기 인코더는 1/2, 3/4 등의 코딩 레이트를 사용하고, 버스트 에러(burst error)를 막기 위한 인터리버의 크기는 OFDM 심벌(symbol)당 코딩된 비트 수(NCBPS: Number of Coded Bits per Symbol)에 따라 결정된다. 상기 변조 방식은 데이터 레이트에 따라 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying), 8PSK(Phase Shift Keying), 16QAM(Quadrature Amplitude Modulation), 64QAM 등을 사용한다. 한편, 상기한 구성들에 의해 소정 개수의 서브 캐리어들로 변조된 신호는 소정 개수의 파일럿(pilot) 서브 캐리어들이 가산되고, 이는 IFFT 블록을 통과하여 하나의 OFDM 심벌을 생성한다. 여기에 다중 경로(multi-path) 채널 환경에서의 심벌간 간섭을 제거하기 위한 보호구간(guard interval)을 삽입한 뒤 심벌 파형 생성기를 통화하여 최종적으로 무선 주파수(RF) 처리기로 입력되고, 상기 무선 주파수 처리기는 입력된 신호를 무선 주파수 처리하여 에어(air)상으로 전송한다.
상기에서 설명한 바와 같은 송신기에 대응하는 OFDM 통신 시스템의 수신기에서는 상기 송신기에서 수행한 과정에 대한 역 과정이 일어나며 동기화 과정이 첨가된다. 먼저, 수신된 OFDM 심벌에 대해서 미리 설정되어 있는 트레이닝 심벌(training symbol)을 이용하여 주파수 오프셋(frequency offset) 및 심벌 오프셋을(symbol offset) 추정하는 과정이 선행되어야 한다. 그 뒤에 보호 구간을 제거한 데이터 심벌이 FFT 블록을 통과하여 소정 개수의 파일럿 서브 캐리어들이 가산된 소정 개수의 서브 캐리어들로 복원된다. 또한, 실제 무선 채널상에서의 경로 지연 현상을 극복하기 위해 등화기는 수신된 채널 신호에 대한 채널 상태를 추정하여 수신된 채널 신호로부터 실제 무선 채널상에서의 신호 왜곡을 제거한다. 상기 등화기를 통과하여 채널 추정된 데이터는 비트열로 변환되어 디인터리버(de-interleaver)를 통과한 다음, 에러 정정을 위한 디코더(decoder)와 디스크램블러(de-scrambler)를 거쳐서 최종 데이터로 출력된다.
한편, 상기에서 설명한 바와 같이 OFDM 통신 시스템에서 송신기, 즉 기지국(BS: Base Station)은 수신기, 즉 단말기로 파일럿 서브 캐리어(이하 "파일럿 채널"이라 칭하기로 한다) 신호들을 송신한다. 상기 기지국은 데이터 서브 캐리어(이하 "데이터 채널"이라 칭하기로 한다) 신호들을 송신함과 동시에 상기 파일럿 채널 신호들을 동시에 송신한다. 여기서, 상기 파일럿 채널 신호들을 송신하는 이유는 동기 획득(synchronization acquisition)과 채널 추정(channel estimation) 및 기지국 구분을 위해서이다. 상기 파일럿 채널 신호들은 일종의 트레이닝 시퀀스(training sequence)로서 동작하여 송신기와 수신기간 채널 추정을 수행할 수 있도록 하고, 또한 상기 파일럿 채널 신호들을 이용하여 단말기가 단말기 자신이 속한 기지국을 구분할 수 있도록 한다. 상기 파일럿 채널 신호들이 송신되는 위치는 송신기와 수신기간에 미리 규약되어 있다. 결과적으로, 상기 파일럿 채널 신호들은 일종의 기준 신호(reference signal)로서 동작하게 된다.
그러면 여기서, 상기 파일럿 채널 신호들을 사용하여 단말기가 단말기 자신이 속한 기지국을 구분하는 과정을 설명하기로 한다.
먼저, 기지국은 상기 파일럿 채널 신호들이 특정한 패턴, 즉 파일럿 패턴(pilot pattern)을 가지면서도 상기 데이터 채널 신호들에 비해서 비교적 높은 송신 전력(transmit power)으로 셀 반경(cell boundary)까지 도달할 수 있도록 송신한다. 여기서, 상기 기지국이 상기 파일럿 채널 신호들을 특정한 파일럿 패턴을 가지면서도 높은 송신 전력으로 셀 반경까지 도달할 수 있도록 송신하는 이유는 다음과 같다. 단말기는 셀(cell)에 진입하였을 때 단말기 자신이 현재 속해 있는 기지국에 대한 어떤 정보도 가지고 있지 않다. 상기 단말기가 단말기 자신이 속해있는 기지국을 검출하기 위해서는 상기 파일럿 채널 신호들을 이용해야만 하고, 그래서 상기 기지국은 상기 파일럿 채널 신호들을 비교적 높은 송신 전력으로 특정한 파일럿 패턴을 가지도록 송신함으로써 상기 단말기가 단말기 자신이 속해있는 기지국을 검출할 수 있도록 한다.
한편, 상기 파일럿 패턴은 기지국에서 송신하는 파일럿 채널 신호들이 생성하는 패턴을 의미한다. 즉, 상기 파일럿 패턴은 상기 파일럿 채널 신호들의 기울기(slope)와 상기 파일럿 채널 신호들이 송신되기 시작하는 시작점(start point)에 의해 생성된다. 그래서, 상기 OFDM 통신 시스템은 상기 OFDM 통신 시스템을 구성하는 기지국들 각각을 구분하도록 하기 위해 상기 기지국들 각각이 상이한 파일럿 패턴을 가지도록 설계해야만 한다. 또한, 상기 파일럿 패턴은 코히어런스 대역폭(coherence bandwidth)과 코히어런스 시간(coherence time)을 고려해서 생성된다. 그러면 여기서 상기 코히어런스 대역폭과 코히어런스 시간에 대해서 설명하기로 한다.
상기 코히어런스 대역폭은 주파수 영역(frequency domain)에서 채널(channel)이 의사(quasi) 동일하다고, 즉 채널이 변하지 않는다고 가정할 수 있는 최대 대역폭을 나타낸다. 상기 코히어런스 시간은 시간 영역(time domain)에서 채널이 의사(quasi) 동일하다고, 즉 채널이 변하지 않는다고 가정할 수 있는 최대 시간을 나타낸다. 이렇게 상기 코히어런스 대역폭과 코히어런스 시간내에서는 채널이 일정(quasi equal)하다고 가정할 수 있기 때문에, 상기 코히어런스 대역폭과 코히어런스 시간 동안에 한 개의 파일럿 채널 신호만을 송신해도 동기 획득과 채널 추정 및 기지국 구분등에 충분하며, 또한 데이터 채널 신호들의 송신을 최대화할 수 있어 시스템 전체 성능을 향상시키게 된다. 결과적으로 파일럿 채널 신호들을 송신하는 최소 주파수 간격은 코히어런스 대역폭이고, 상기 파일럿 채널 신호들을 송신하는 최소 시간 간격, 즉 최소 OFDM 심벌 시간 간격은 코히어런스 시간이다.
한편, 상기 OFDM 통신 시스템을 구성하는 기지국들의 수는 상기 OFDM 통신 시스템의 크기에 따라 가변적이나, 상기 OFDM 통신 시스템의 크기가 커질수록 증가하게 된다. 그러므로 상기 기지국들 각각을 구분하기 위해서는 서로 다른 기울기와 시작점을 가지는 파일럿 패턴들이 상기 기지국들 수만큼 존재해야만 한다. 그러나, 상기 OFDM 통신 시스템에서 시간-주파수 영역(time-frequency domain)에서 파일럿 채널 신호를 송신하려면 상기에서 설명한 바와 같이 코히어런스 대역폭과 코히어런스 시간을 고려해야만 하고, 상기 코히어런스 대역폭과 코히어런스 시간을 고려할 경우 상기 서로 다른 기울기와 시작점을 가지는 파일럿 패턴들은 제한적으로 생성된다. 상기 코히어런스 대역폭과 코히어런스 시간을 고려하지 않고 파일럿 패턴을 생성할 경우 서로 다른 기지국을 나타내는 파일럿 패턴들내의 파일럿 채널 신호들이 혼재하게 되고, 이 경우 파일럿 패턴을 사용하여 기지국을 구분하는 것은 불가능하다.
그러면 여기서 도 1을 참조하여 1개의 파일럿 서브 캐리어를 사용하는 OFDM 통신 시스템의 파일럿 패턴을 설명하기로 한다.
상기 도 1은 통상적인 OFDM 통신 시스템에서 1개의 파일럿 서브 캐리어를 사용할 경우 파일럿 패턴에 따른 파일럿 채널 신호들이 송신되는 위치를 개략적으로도시한 도면이다.
상기 도 1을 설명하기에 앞서, 상기 도 1에 도시되어 있는 원들은 실제 파일럿 채널 신호들이 송신되는 위치를 나타내며, 상기 파일럿 채널 신호들의 송신 위치는 (시간 영역, 주파수 영역)으로 표현하기로 한다. 상기 도 1을 참조하면, 먼저 첫 번째 파일럿 채널 신호는 (1,1)(101)에서 송신되고, 두 번째 파일럿 채널 신호는 (2,4)(102)에서 송신되고, 세 번째 파일럿 채널 신호는 (3,7)(103)에서 송신되고, 네 번째 파일럿 채널 신호는 (4,10)(104)에서 송신되고, 다섯 번째 파일럿 채널 신호는 (5,2)(105)에서 송신되고, 여섯 번째 파일럿 채널 신호는 (6,5)(106)에서 송신되고, 일곱 번째 파일럿 채널 신호는 (7,8)(107)에서 송신되고, 여덟 번째 파일럿 채널 신호는 (8,11)(108)에서 송신된다. 상기 도 1에서는 8개의 OFDM 심벌들이 하나의 OFDM 프레임(frame)을 구성하는 경우를 가정한 것이며, 상기 도 1에서는 8개의 파일럿 채널 신호들이 1개의 파일럿 패턴을 구성하는 경우를 가정한 것이다.
상기 도 1에 도시한 파일럿 패턴은 그 시작점이 (1,1)(101)이며 기울기가 3인 형태를 가진다. 즉, 상기 (1,1)(101)의 위치에서 파일럿 채널 신호를 송신하며 이후 3의 기울기를 가지고 나머지 파일럿 채널 신호들을 송신하는 것이다. 또한, 상기 시간-주파수 영역에서 송신되는 파일럿 패턴에 따른 파일럿 채널 신호들은 하기 수학식 1과 같이 표현된다.
상기 수학식 1에서,은 시간 t에서 기울기 s를 갖는 j번째 파일럿 채널 신호의 송신 위치를 나타내고, nj는 주파수 오프셋으로 첫 번째 파일럿 채널 신호가 상기 시간-주파수 영역의 원점에서 이격된 위치를 나타내며, N은 상기 OFDM 통신 시스템의 전체 서브 캐리어들의 개수를 나타내고, Np는파일럿 서브 캐리어들의 개수를 나타낸다. 여기서, 상기 파일럿 서브 캐리어들의 개수 Np는 상기 OFDM 통신 시스템에서 미리 설정된 개수로서, 송신기와 수신기 모두 알고 있다.
결과적으로, 상기 도 1에 도시되어 있는 파일럿 패턴은 기울기 s는 3이고(s = 3), 주파수 오프셋 nj은 0이고(nj= 0), OFDM 통신 시스템의 전체 서브 캐리어들의 개수 N은 11이며(N = 11)이며, 파일럿 서브 캐리어들의 개수 Np는 1개인 파일럿 패턴이다.
상기 도 1에서는 1개의 파일럿 서브 캐리어를 사용할 경우의 파일럿 패턴을 설명하였으며, 다음으로 도 2를 참조하여 2개의 파일럿 서브 캐리어들을 사용하는 OFDM 통신 시스템의 파일럿 패턴을 설명하기로 한다.
상기 도 2는 통상적인 OFDM 통신 시스템에서 2개의 파일럿 서브 캐리어들을 사용할 경우 파일럿 패턴에 따른 파일럿 채널 신호들이 송신되는 위치를 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 2를 설명하기에 앞서, 상기 도 2에 도시되어 있는 원들 및 사선 처리된 원들은 실제 파일럿 채널 신호들이 송신되는 위치를 나타내며, 상기 파일럿채널 신호들의 송신 위치는 상기 도 1에서 설명한 바와 같이 (시간 영역, 주파수 영역)으로 표현하기로 한다. 그리고, 상기 도 2에서는 코히어런스 대역폭(201)이 주파수 영역에서 6이고, 즉 코히어런스 대역폭(201)이 6개의 서브 캐리어들에 해당하는 대역폭이고, 코히어런스 시간(202)은 시간 영역에서 1이고, 즉 코히어런스 시간(202)은 1개의 OFDM 심벌이라고 가정하기로 한다. 상기 가정과 같이 코히어런스 대역폭(201)이 6개의 서브 캐리어들에 해당하는 대역폭이고 코히어런스 시간(202)이 1개의 OFDM 심벌이므로 파일럿 채널 신호는 최소 6개의 서브 캐리어들에 해당하는 대역폭만큼 이격되고, 최소 1 OFDM 심벌마다 송신되어야만 채널 상태를 반영할 수 있다. 물론, 상기 코히어런스 대역폭(201) 내에서 다수의 파일럿 채널 신호들을 송신할 수도 있지만, 이 경우 상기 파일럿 채널 신호들의 송신으로 인해 더 적은 데이터 채널 신호들을 송신함으로써 데이터 레이트가 저하된다. 그래서, 상기 도 2에서는 상기 코히어런스 대역폭(201) 내에서는 1개의 파일럿 채널 신호만을 송신하고 있는 것이다.
상기 도 2를 참조하면, 제1파일럿 패턴과 제2파일럿 패턴의 2개의 파일럿 패턴들이 도시되어 있는데, 첫 번째로 상기 제1파일럿 패턴을 설명하기로 한다. 상기 제1파일럿 패턴의 첫 번째 파일럿 채널 신호는 (1,1)(211)에서 송신되고, 두 번째 파일럿 채널 신호는 (2,4)(212)에서 송신되고, 세 번째 파일럿 채널 신호는 (3,7)(213)에서 송신되고, 네 번째 파일럿 채널 신호는 (4,10)(214)에서 송신되고, 다섯 번째 파일럿 채널 신호는 (5,2)(215)에서 송신되고, 여섯 번째 파일럿 채널 신호는 (6,5)(216)에서 송신되고, 일곱 번째 파일럿 채널 신호는 (7,8)(217)에서송신되고, 여덟 번째 파일럿 채널 신호는 (8,11)(218)에서 송신된다. 두 번째로, 상기 제2파일럿 패턴의 첫 번째 파일럿 채널 신호는 (1,7)(221)에서 송신되고, 두 번째 파일럿 채널 신호는 (2,10)(222)에서 송신되고, 세 번째 파일럿 채널 신호는 (3,2)(223)에서 송신되고, 네 번째 파일럿 채널 신호는 (4,5)(224)에서 송신되고, 다섯 번째 파일럿 채널 신호는 (5,8)(225)에서 송신되고, 여섯 번째 파일럿 채널 신호는 (6,10)(226)에서 송신되고, 일곱 번째 파일럿 채널 신호는 (7,3)(227)에서 송신되고, 여덟 번째 파일럿 채널 신호는 (8,6)(228)에서 송신된다.
결과적으로, 상기 제1파일럿 패턴은 기울기 s1는 3이고(s1= 3), 주파수 오프셋 nj은 0이고(nj= 0), OFDM 통신 시스템의 전체 서브 캐리어들의 개수 N은 11이며(N = 11)이며, 파일럿 서브 캐리어들의 개수 Np는 2개인 파일럿 패턴이다. 그리고, 상기 제2파일럿 패턴은 기울기 s2는 3이고(s2= 3), 주파수 오프셋 nj은 6이고(nj= 6), OFDM 통신 시스템의 전체 서브 캐리어들의 개수 N은 11이며(N = 11)이며, 파일럿 서브 캐리어들의 개수 Np는 2개인 파일럿 패턴이다.
상기 도 2에서는 2개의 파일럿 서브 캐리어를 사용할 경우의 파일럿 패턴을 설명하였으며, 다음으로 도 3을 참조하여 파일럿 패턴으로 생성 가능한 모든 기울기들을 설명하기로 한다.
상기 도 3은 통상적인 OFDM 통신 시스템에서 파일럿 패턴으로 생성 가능한 모든 기울기들을 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 3을 참조하면, 파일럿 패턴으로 생성 가능한 기울기들과 그 수는, 즉 파일럿 채널 신호 송신에 따른 기울기들과 그 수는 코히어런스 대역폭(201)과 코히어런스 시간(202)에 따라 제한된다. 상기 도 2에서 설명한 바와 같이 상기 코히어런스 대역폭(201)이 6이고, 코히어런스 시간(202)이 1일 때, 파일럿 패턴의 기울기가 정수라고 가정하면, 상기 조건에서 발생 가능한 파일럿 패턴의 기울기는 s=0(301)부터 s=5(306)까지 6개가 된다. 즉, 상기 조건에서 발생 가능한 파일럿 패턴의 기울기는 0부터 5까지 정수중의 어느 한 정수값이 된다. 이렇게, 발생 가능한 파일럿 패턴의 기울기가 6개라는 것은 상기 조건을 만족하는 OFDM 통신 시스템에서 상기 파일럿 패턴을 사용하여 구분할 수 있는 기지국들의 수가 6개라는 것을 의미한다. 그리고, 상기 도 3에 도시되어 있는 사선 처리된 원(308)은 코히어런스 대역폭(201)만큼 이격되어 있는 파일럿 서브 채널 신호를 나타낸 것이다.
여기서, 상기 파일럿 패턴으로 생성 가능한 모든 기울기들을 나타내면 하기 수학식 2와 같다.
상기 수학식 2에서 sval은 OFDM 통신 시스템에서 발생 가능한 파일럿 패턴의 기울기를 나타내며, 상기 파일럿 패턴의 기울기는 정수인 경우가 바람직하지만 반드시 정수일 필요는 없다. 또한, 상기 수학식 2에서 TC는 코히어런스 시간, 즉 시간 영역에서 상기 코히어런스 시간을 구성하는 기본 데이터 단위들의 개수를 나타낸다. 상기 도 3에서는 상기 코히어런스 시간을 구성하는 기본 데이터 단위는 OFDM 심벌이며, 따라서 상기 TC는 OFDM 심벌들의 개수를 나타낸다. 또한, 상기 수학식 2에서 BC는 코히어런스 대역폭, 즉 주파수 영역에서 상기 코히어런스 대역폭을 구성하는 기본 서브 캐리어 단위들의 개수를 나타낸다.
그리고, 실제 파일럿 패턴으로 생성 가능한 최대 기울기 개수를 나타내면 하기 수학식 3과 같다.
상기 수학식 3에서, 수학식 3에서 Sno_max는 상기 OFDM 통신 시스템에서 파일럿 패턴으로 생성 가능한 최대 기울기의 개수를 나타낸다.
상기 도 3에서는 코히어런스 대역폭과 코히어런스 시간을 고려하여 파일럿 패턴으로 생성 가능한 모든 기울기들에 대해서 설명하였으며, 다음으로 도 4를 참조하여 코히어런스 대역폭을 고려하지 않고 생성한 파일럿 패턴을 오추정하는 경우를 설명하기로 한다.
상기 도 4는 통상적인 OFDM 통신 시스템에서 코히어런스 대역폭을 고려하지 않고 생성한 파일럿 패턴의 오추정 동작을 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 4를 설명하기에 앞서, 상기 도 4에 도시되어 있는 원들 및 사선 처리된 원들은 실제 파일럿 채널 신호들이 송신되는 위치를 나타내며, 상기 파일럿채널 신호들의 송신 위치는 상기에서 설명한 바와 같이 (시간 영역, 주파수 영역)으로 표현하기로 한다. 그리고, 상기 도 4에서는 상기 도 2 및 도 3에서 설명한 바와 같이 코히어런스 대역폭(201)이 주파수 영역에서 6이고, 즉 코히어런스 대역폭(201)이 6개의 서브 캐리어들에 해당하는 대역폭이고, 코히어런스 시간(202)은 시간 영역에서 1이고, 즉 코히어런스 시간(202)은 1개의 OFDM 심벌이라고 가정하기로 한다. 그리고, 상기 도 4에 도시되어 있는 2개의 파일럿 패턴들, 즉 제1파일럿 패턴과, 제2파일럿 패턴은 상기 코히어런스 대역폭(201)을 고려하지 않고 생성된 파일럿 패턴들을 따른 것이다.
상기 도 4를 참조하면, 상기 제1파일럿 패턴의 기울기 s1이 7(s1= 7)로 상기 제1파일럿 패턴의 기울기 s1은 상기 제1파일럿 패턴의 최대기울기 5를 초과하고, 상기 제2파일럿 패턴의 기울기 s2이 7(s2= 7)로 상기 제2파일럿 패턴의 기울기 s2역시 상기 제2파일럿 패턴의 최대기울기 5를 초과한다. 이렇게 파일럿 패턴의 기울기가 파일럿 패턴의 최대기울기를 초과할 경우 파일럿 패턴의 기울기가 오추정될 수 있는데, 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 제1파일럿 패턴의 첫 번째 파일럿 채널 신호는 (1,1)(411)에서 송신되고, 두 번째 파일럿 채널 신호는 (2,8)(412)에서 송신되고, 세 번째 파일럿 채널 신호는 (3,4)(413)에서 송신되고, 네 번째 파일럿 채널 신호는 (4,11)(414)에서 송신되고, 다섯 번째 파일럿 채널 신호는 (5,7)(415)에서 송신되고, 여섯 번째 파일럿 채널 신호는 (6,3)(416)에서 송신되고, 일곱 번째 파일럿 채널 신호는(7,10)(417)에서 송신되고, 여덟 번째 파일럿 채널 신호는 (8,6)(418)에서 송신된다. 또한, 상기 제2파일럿 패턴의 첫 번째 파일럿 채널 신호는 (1,7)(421)에서 송신되고, 두 번째 파일럿 채널 신호는 (2,3)(422)에서 송신되고, 세 번째 파일럿 채널 신호는 (3,10)(423)에서 송신되고, 네 번째 파일럿 채널 신호는 (4,6)(424)에서 송신되고, 다섯 번째 파일럿 채널 신호는 (5,2)(425)에서 송신되고, 여섯 번째 파일럿 채널 신호는 (6,9)(426)에서 송신되고, 일곱 번째 파일럿 채널 신호는 (7,5)(427)에서 송신되고, 여덟 번째 파일럿 채널 신호는 (8,1)(428)에서 송신된다.
그런데, 상기 도 4에 도시한 바와 같이 상기 제1파일럿 패턴의 기울기 및 제2파일럿 패턴의 기울기는 상기 제1파일럿 패턴의 최대 기울기 5 및 제2파일럿 패턴의 최대기울기 5를 초과하기 때문에 수신기, 즉 통신 단말기는 상기 제1파일럿 패턴의 기울기 및 제2파일럿 패턴의 기울기를 오추정할 수 있다. 일 예로, 상기 제1파일럿 패턴의 기울기는 7이지만 상기 통신 단말기는 상기 제1파일럿 패턴의 첫 번째 파일럿 신호와 제2파일럿 패턴의 두 번째 파일럿 신호를 가지고 기울기를 측정하여 상기 제1파일럿 패턴의 기울기를 2(s1,wrong= 2)이라고 오추정하게 된다. 이렇게 제1파일럿 패턴의 기울기를 오추정하게된 이유는 상기 제1파일럿 패턴이 상기 제1파일럿 패턴의 최대 기울기 5 즉, 상기 코히어런스 대역폭(201) 6을 고려하지 않고 그 기울기를 7로 설정하였기 때문에 다른 파일럿 패턴, 즉 제2파일럿 패턴의 파일럿 신호가 제1파일럿 패턴의 파일럿 신호로 오인되었기 때문이다. 이와 마찬가지로, 상기 제2파일럿 패턴의 기울기는 7이지만 상기 통신 단말기는 상기 제2파일럿 패턴의 첫 번째 파일럿 신호와 제1파일럿 패턴의 두 번째 파일럿 신호를 가지고 기울기를 측정하여 상기 제2파일럿 패턴의 기울기를 1(s2,wrong= 1)이라고 오추정하게 된다. 이렇게 제2파일럿 패턴의 기울기를 오추정하게된 이유 역시 상기 제2파일럿 패턴이 상기 제2파일럿 패턴의 최대 기울기 5 즉, 상기 코히어런스 대역폭(201) 6을 고려하지 않고 그 기울기를 7로 설정하였기 때문에 다른 파일럿 패턴, 즉 제1파일럿 패턴의 파일럿 신호가 제2파일럿 패턴의 파일럿 신호로 오인되었기 때문이다.
그래서, 상기 파일럿 패턴의 기울기는 정수값이고 코히어런스 대역폭에 제한된다는 특성으로 인해 상기 파일럿 패턴의 양의 기울기와 음의 기울기는 하기 수학식 4와 같은 관계를 가진다.
상기 수학식 4에서 s+는 파일럿 패턴의 양의 기울기를 나타내며, s-는 파일럿 패턴의 음의 기울기를 나타내고, 상기 수학식 2의 조건을 만족하면서 쌍(pair)를 생성한다.
결국, 상기에서 설명한 바와 같이 OFDM 통신 시스템에서 상기 OFDM 통신 시스템을 구성하는 기지국들을 구분하기 위해 사용되는 파일럿 패턴은 코히어런스 대역폭과 코히어런스 시간에 제한되어 발생되므로 그 생성 가능한 패턴수에 제한이발생한다. 그래서, 상기 OFDM 통신 시스템을 구성하는 기지국들의 개수가 증가할 경우 생성 가능한 패턴수의 제한으로 인해 구분할 수 있는 기지국들 개수에 제한이 발생한다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 OFDM 통신 시스템에서 기지국 구분을 위한 파일럿 패턴 세트를 송수신하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
따라서, 본 발명의 다른 목적은 OFDM 통신 시스템에서 기지국 구분을 위한 파일럿 패턴 세트를 발생하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 OFDM 통신 시스템에서 기지국 구분을 위한 파일럿 패턴수를 최대화시키는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제1장치는; 전체 주파수 대역을 다수의 서브 주파수 대역들로 분할하고, 상기 서브 주파수 대역들에서 기준 신호들을 송신하고, 상기 기준 신호들이 송신되는 서브 주파수 대역들 이외의 서브 주파수 대역들에서 데이터 신호들을 송신하는 무선 통신 시스템에서 상기 무선 통신 시스템을 구성하는 기지국들 각각을 구분하기 위한 기지국 구분 패턴을 생성하는 장치에 있어서, 상기 기지국 구분 패턴이 적용되는데 필요한 시구간인 기지국 구분 패턴 시구간을 미리 설정한 설정 개수의 서브 시구간들로 분할하고, 상기 서브 시구간들 각각에서 미리 설정한 설정 시간과 설정 대역폭을 고려하여 생성 가능한 기준 신호 패턴들을 결정하는 기준 신호 패턴수 계산기와, 상기 서브 시구간들 각각에서 상기 결정한 기준 신호 패턴들중 미리 설정된 개수의 기준 신호 패턴을 선택하고, 상기 서브 시구간들 각각에서 선택한 기준 신호 패턴들을 조합하여 기지국 구분을 위한 기지국 구분 패턴으로 결정하는 기지국 구분 패턴 결정기를 포함함을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제2장치는; 전체 주파수 대역을 다수의 서브 주파수 대역들로 분할하고, 상기 서브 주파수 대역들에서 파일럿 신호들을 송신하고, 상기 파일럿 신호들이 송신되는 서브 주파수 대역들 이외의 서브 주파수 대역들에서 데이터 신호들을 송신하는 무선 통신 시스템의 기지국 송신 장치에 있어서, 병렬 변환된 정보 데이터 신호들을 입력하고, 미리 설정되어 있는, 상기 기지국 장치를 구분하기 위한 파일럿 패턴 세트에 상응하는 파일럿 신호들을 생성하여 상기 병렬 변환된 정보 데이터 신호들에 삽입하여 출력하는 파일럿 패턴 생성기와, 상기 파일럿 패턴 생성기에서 출력한 신호를 입력하여 역고속 푸리에 변환하는 역고속 푸리에 변환기와, 상기 역고속 푸리에 변환된 병렬 신호들을 직렬 변환하고, 상기 직렬 변환된 신호에 미리 설정되어 있는 보호 구간 신호를 삽입하여 송신하는 송신기를 포함함을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제3장치는; 전체 주파수 대역을 다수의 서브 주파수 대역들로 분할하고, 상기 서브 주파수 대역들에서 파일럿 신호들을 송신하고, 상기 파일럿 신호들이 송신되는 서브 주파수 대역들 이외의 서브 주파수 대역들에서 데이터 신호들을 송신하는 무선 통신 시스템의 단말기 수신 장치에 있어서, 입력되는 수신 신호의 미리 설정된 구간에서 보호 구간 신호를 제거하고, 상기 보호 구간 제거된 신호를 병렬 변환하는 수신기와, 상기 수신기에서 출력한 신호를 고속 푸리에 변환하는 고속 푸리에 변환기와, 상기 고속 푸리에 변환된 신호들중 파일럿 신호들을 추출하는 파일럿 추출기와, 상기 파일럿 추출기에서 추출한 파일럿 신호들의 파일럿 패턴 세트를 검출하여 상기 단말기 자신이 속한 기지국을 구분하는 동기 및 채널 추정기를 포함함을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제1방법은; 전체 주파수 대역을 다수의 서브 주파수 대역들로 분할하고, 상기 서브 주파수 대역들에서 기준 신호들을 송신하고, 상기 기준 신호들이 송신되는 서브 주파수 대역들 이외의 서브 주파수 대역들에서 데이터 신호들을 송신하는 무선 통신 시스템에서 상기 무선 통신 시스템을 구성하는 기지국들 각각을 구분하기 위한 기지국 구분 패턴을 생성하는 방법에 있어서, 상기 기지국 구분 패턴이 적용되는데 필요한 시구간인 기지국 구분 패턴 시구간을 미리 설정한 설정 개수의 서브 시구간들로 분할하는 과정과, 상기 서브 시구간들 각각에서 미리 설정한 설정 시간과 설정 대역폭을 고려하여 생성 가능한 기준 신호 패턴들을 결정하는 과정과, 상기 서브 시구간들 각각에서 상기 결정한 기준 신호 패턴들중 미리 설정된 개수의 기준 신호 패턴을 선택하고, 상기 서브 시구간들 각각에서 선택한 기준 신호 패턴들을 조합하여 기지국 구분을 위한 기지국 구분 패턴으로 결정하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제2방법은; 전체 주파수 대역을 다수의 서브 주파수 대역들로 분할하고, 상기 서브 주파수 대역들에서 파일럿 신호들을 송신하고, 상기 파일럿 신호들이 송신되는 서브 주파수 대역들 이외의 서브주파수 대역들에서 데이터 신호들을 송신하는 무선 통신 시스템의 기지국 송신 방법에 있어서, 병렬 변환된 정보 데이터 신호들을 입력하고, 미리 설정되어 있는, 상기 기지국 장치를 구분하기 위한 파일럿 패턴 세트에 상응하는 파일럿 신호들을 생성하여 상기 병렬 변환된 정보 데이터 신호들에 삽입하여 출력하는 과정과, 상기 병렬 변환된 정보 데이터 신호들에 파일럿 신호들이 삽입된 신호를 입력하여 역고속 푸리에 변환하는 과정과, 상기 역고속 푸리에 변환된 병렬 신호들을 직렬 변환하고, 상기 직렬 변환된 신호에 미리 설정되어 있는 보호 구간 신호를 삽입하여 송신하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제3방법은; 전체 주파수 대역을 다수의 서브 주파수 대역들로 분할하고, 상기 서브 주파수 대역들에서 파일럿 신호들을 송신하고, 상기 파일럿 신호들이 송신되는 서브 주파수 대역들 이외의 서브 주파수 대역들에서 데이터 신호들을 송신하는 무선 통신 시스템의 단말기 수신 방법에 있어서, 입력되는 수신 신호의 미리 설정된 구간에서 보호 구간 신호를 제거하고, 상기 보호 구간 제거된 신호를 병렬 변환하는 과정과, 상기 병렬 변환된 신호를 고속 푸리에 변환하는 과정과, 상기 고속 푸리에 변환된 신호들중 파일럿 신호들을 추출하는 과정과, 상기 추출한 파일럿 신호들의 파일럿 패턴 세트를 검출하여 상기 단말기 자신이 속한 기지국을 구분하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
도 1은 통상적인 OFDM 통신 시스템에서 1개의 파일럿 서브 캐리어를 사용할 경우 파일럿 패턴에 따른 파일럿 채널 신호들이 송신되는 위치를 개략적으로 도시한 도면
도 2는 통상적인 OFDM 통신 시스템에서 2개의 파일럿 서브 캐리어들을 사용할 경우 파일럿 패턴에 따른 파일럿 채널 신호들이 송신되는 위치를 개략적으로 도시한 도면
도 3은 통상적인 OFDM 통신 시스템에서 파일럿 패턴으로 생성 가능한 모든 기울기들을 개략적으로 도시한 도면
도 4는 통상적인 OFDM 통신 시스템에서 코히어런스 대역폭을 고려하지 않고 생성한 파일럿 패턴의 오추정 동작을 개략적으로 도시한 도면
도 5a-도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 통신 시스템에서 파일럿 패턴 세트에 따른 파일럿 채널 신호들이 송신되는 위치를 개략적으로 도시한 도면
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 파일럿 패턴 세트를 할당하는 과정을 도시한 순서도
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 파일럿 패턴 세트를 할당하는 장치를 도시한 도면
도 8은 본 발명의 실시예에서의 기능을 수행하기 위한 OFDM 통신 시스템을 개략적으로 도시한 도면
이하, 본 발명에 따른 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
본 발명은 직교 주파수 분할 다중 방식(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 "OFDM"이라 칭하기로 한다) 방식을 사용하는 통신 시스템(이하 "OFDM 통신 시스템"이라 칭하기로 한다)에서 기지국(BS: Base Station) 구분을 위한 파일럿 패턴(pilot pattern)을 생성하는 방안을 제안한다. 특히, 본 발명은 OFDM 통신 시스템에서 미리 설정한 설정 시구간 단위들 각각에서 파일럿 패턴을 생성하여 OFDM 통신 시스템에서 사용 가능한 전체 파일럿 패턴들의 수를 최대화한다.
그러면 여기서 도 5a 및 도 5b를 참조하여 본 발명에서 제안하는 파일럿 패턴을 설명하기로 한다.
상기 도 5a-도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 통신 시스템에서 파일럿 패턴 세트에 따른 파일럿 채널 신호들이 송신되는 위치를 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 5a 및 도 5b를 설명하기에 앞서, 상기 종래 기술 부분에서 설명한 바와 같이 OFDM 통신 시스템에서 송신기, 즉 기지국은 수신기, 즉 단말기로 파일럿 서브 캐리어(pilot sub-carrier, 이하 "파일럿 채널"이라 칭하기로 한다) 신호들을 송신한다. 상기 기지국은 데이터 서브 캐리어(data sub-carrier, 이하 "데이터 채널"이라 칭하기로 한다) 신호들을 송신함과 동시에 상기 파일럿 채널 신호들을 동시에 송신한다. 여기서, 상기 파일럿 채널 신호들을 송신하는 이유는 동기 획득(synchronization acquisition)과 채널 추정(channel estimation) 및 기지국 구분을 위해서이다. 상기 파일럿 채널 신호들은 일종의 트레이닝 시퀀스(training sequence)로서 동작하여 송신기와 수신기간 채널 추정을 수행할 수 있도록 하고, 또한 상기 파일럿 채널 신호들을 이용하여 단말기가 단말기 자신이 속한 기지국을 구분할 수 있도록 한다. 상기 파일럿 채널 신호들이 송신되는 위치는 송신기와 수신기간에 미리 규약되어 있다. 그리고, 상기 파일럿 패턴은 기지국에서 송신하는 파일럿 채널 신호들이 생성하는 패턴을 의미한다. 즉, 상기 파일럿 패턴은 상기 파일럿 채널 신호들의 기울기(slope)와 상기 파일럿 채널 신호들이 송신되기 시작하는 시작점(start point)에 의해 생성된다. 그래서, 상기 OFDM 통신 시스템은 상기 OFDM 통신 시스템을 구성하는 기지국들 각각을 구분하도록 하기 위해 상기 기지국들 각각이 상이한 파일럿 패턴을 가지도록 설계해야만 한다. 또한, 상기 파일럿 패턴은 코히어런스 대역폭(coherence bandwidth)과 코히어런스 시간(coherence time)을 고려해서 생성되는데, 상기 종래 기술에서 설명한 바와 같이 상기 코히어런스 대역폭은 주파수 영역(frequency domain)에서 채널(channel)이 의사(quasi) 동일하다고, 즉 채널이 변하지 않는다고 가정할 수 있는 최대 대역폭을 나타내고, 상기 코히어런스 시간은 시간 영역(time domain)에서 채널이 의사(quasi) 동일하다고, 즉 채널이 변하지 않는다고 가정할 수 있는 최대 시간을 나타낸다. 이렇게 상기 코히어런스 대역폭과 코히어런스 시간에서는 채널이 의사(quasi) 동일하다고 가정할 수 있기 때문에 상기 코히어런스 대역폭과 코히어런스 시간에서는 한 개의 파일럿채널 신호만을 송신해도 동기 획득과, 채널 추정 및 기지국 구분등에 전혀 문제가 발생되지 않으며, 또한 데이터 채널 신호들의 송신을 최대화할 수 있어 시스템 전체 성능을 향상시키게 된다. 그래서, 통상적인 OFDM 통신 시스템에서는 파일럿 채널 신호들을 송신하는 최소 주파수 간격은 코히어런스 대역폭이고, 상기 파일럿 채널 신호들을 송신하는 최소 시간 간격, 즉 최소 OFDM 심벌 시간 간격은 코히어런스 시간으로 고려하며, 상기 파일럿 패턴 역시 상기 코히어런스 대역폭 및 코히어런스 시간을 고려해서 생성함으로써 발생되는 패턴수에 제한이 있었다.
이렇게 발생되는 파일럿 패턴들의 개수가 제한되기 때문에 상기 OFDM 통신 시스템의 기지국들 수가 증가할 경우 상기 기지국들을 구분할 수 있는 파일럿 패턴들이 부족하여 기지국들을 구분할 수 없는 문제점이 발생하게 된다. 그래서 본 발명에서는 상기 OFDM 통신 시스템에서 미리 설정한 설정 시구간들 각각에서 독립적으로 파일럿 패턴을 발생한다.
그러면, 첫 번째로 상기 도 5a를 참조하여 제1기지국(BS 1)에 할당된 파일럿 패턴 세트(pilot pattern set)에 상응하는 파일럿 채널 신호들의 송신 위치를 설명하기로 한다.
상기 도 5a에는 일 예로 제1기지국에 할당된 파일럿 패턴 세트에 따라 파일럿 채널 신호들이 송신되는 위치가 도시되어 있다. 여기서, 상기 파일럿 패턴 세트는 하기에서 설명할 것이므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 상기 도 5a를 참조하면, 도시되어 있는 바와 같이 시간 영역(time domain)에서 미리 설정한 설정 개수의 시구간들 각각에서 코히어런스 대역폭(501)과 코히어런스시간(502)을 고려하여 파일럿 패턴을 생성한다. 상기 도 5a에서는 설명의 편의상 상기 코히어런스 대역폭(501)과 코히어런스 시간(502) 동안 1개의 파일럿 채널만을 송신하는 경우를 가정한 것이며, 다수개의 파일럿 채널들이 송신될 수도 있음은 물론이다. 또한, 상기 도 5a에서는 제1서브 시구간(511) 내지 제2서브 시구간(513)의 크기가 동일하게 도시되어 있으나, 상기 서브 시구간들의 크기는 가변적으로 설정될 수 있음은 물론이다.
그러면 여기서 본 발명의 파일럿 패턴 세트 생성 방법을 설명하기로 한다.
먼저, 상기 파일럿 패턴 세트는 OFDM 통신 시스템에서 기지국을 구분하기 위해 사용되는 파일럿 패턴들의 기울기 세트로 정의된다. 상기 OFDM 통신 시스템을 구성하는 기지국들 각각에 파일럿 패턴 세트를 할당하고, 단말기들은 다수의 파일럿 패턴 세트들중 단말기 자신에 해당하는 파일럿 패턴 세트를 구분하고, 상기 구분된 파일럿 패턴 세트에 해당하는 기지국을 단말기 자신이 속한 기지국으로 판단하게 되는 것이다. 결국, 상기 파일럿 패턴 세트는 상기 기지국들 각각을 구분하는 일종의 기지국 구분 패턴이 되는 것이다. 본 발명에서는 상기 파일럿 패턴 세트를 판단하기 위한 기본 시구간을 "파일럿 패턴 세트 시구간"이라고 정의하기로 하며, 상기 파일럿 패턴 세트 시구간을 다수개의 서브 시구간(sub-time interval)들로 분할하여 상기 서브 시구간들 각각에서 파일럿 패턴들을 발생한다. 그리고, 상기 서브 시구간들 각각에서 발생 가능한 파일럿 패턴들중 하나씩을 선택하고, 상기 서브 시구간들 각각에서 선택한 파일럿 패턴들을 조합하여, 즉 파일럿 패턴들의 기울기들을 조합하여 파일럿 패턴 세트로 결정한다. 본 발명에서는 설명의 편의상 상기파일럿 패턴 세트 시구간을 2개의 서브 시구간들로 구성된다고 가정하기로 하며, 상기 서브 시구간들은 최소 데이터 송신 시구간의 1/2이 되는 시구간이라고 가정하기로 한다. 여기서, 상기 서브 시구간이 최소 데이터 송신 시구간의 1/2이 되도록 정의하는 이유는 기지국이 단 1개의 데이터 송신 시구간동안 데이터만을 송신할 때라도 상기 파일럿 패턴 세트를 송신할 수 있도록 하여 단말기가 상기 기지국을 구분할 수 있도록 하기 위함이다.. 본 발명에서는 설명의 편의상 최소 데이터 송신 시구간이 10 OFDM 심벌 구간이라l고 정의하기로 하며, 따라서 상기 서브 시구간은 5 OFDM 심벌 시구간이 된다.
한편, 상기 도 5a에 도시되어 있는 바와 같이 제1서브 시구간(sub-time interval 1)(511)의 파일럿 패턴은 기울기가 s1이며, 제2서브 시구간(sub-time interval 2)(513)의 파일럿 패턴은 기울기가 s3이다. 결과적으로 단말기가 상기 제1기지국을 구분하기 위해서는 상기 제1기지국에서 발생 가능한 모든 파일럿 패턴들의 기울기 세트(slope set), 즉 상기 제1서브 시구간(511) 및 제2서브 시구간(513) 각각에서 발생하는 각각에서 발생 가능한 파일럿 패턴의 기울기들중 상기 제1서브 시구간(511) 및 제2서브 시구간(513) 각각에서 선택된 파일럿 패턴 기울기들의 조합을 알고 있어야만 한다. 그리고, 상기 파일럿 패턴 세트를 구성하는 파일럿 패턴들 각각이 변경되는 시점을 기울기 변경 시점(slope turning point)라고 칭하기로 한다. 이렇게 송신기, 즉 제1기지국과 수신기, 즉 단말기간에 상기 파일럿 패턴들의 기울기 세트를 미리 규약하고 있으면, 상기 단말기는 상기 제1기지국을 구분할 수 있다. 결국, 상기 OFDM 통신 시스템을 구성하는 기지국들 각각에 파일럿 패턴 세트를 할당하고, 단말기들은 다수의 파일럿 패턴 세트들중 단말기 자신에 해당하는 파일럿 패턴 세트를 구분하고, 상기 구분된 파일럿 패턴 세트에 해당하는 기지국을 단말기 자신이 속한 기지국으로 판단하게 되는 것이다. 결국, 상기 파일럿 패턴 세트는 상기 기지국들 각각을 구분하는 일종의 기지국 구분 패턴이 되는 것이다.
그러면 여기서 상기 단말기가 상기 파일럿 패턴 세트를 검출하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
상기 단말기는 상기 제1서브 시구간(511) 및 제2서브 시구간(513) 각각에 할당된 파일럿 패턴의 기울기들을 검출하여 상기 파일럿 패턴의 기울기들의 조합, 즉 파일럿 패턴 세트를 검출한다. 상기 단말기는 상기 파일럿 패턴 세트에 대응되는 기지국을 검출하고, 상기 검출한 기지국을 자신이 속한 기지국, 즉 제1기지국으로 판단하게 된다.
상기 도 5a에서는 제1기지국을 구분하기 위한 파일럿 패턴 세트를 설명하였으며, 다음으로 도 5b를 참조하여 제2기지국(BS 2)에 할당된 파일럿 패턴 세트에 상응하는 파일럿 채널 신호들의 송신 위치를 설명하기로 한다.
상기 도 5b에는 일 예로 제2기지국에 할당된 파일럿 패턴 세트에 따라 파일럿 채널 신호들이 송신되는 위치가 도시되어 있다.
상기 도 5b를 참조하면, 도시되어 있는 바와 같이 시간 영역에서 미리 설정한 설정 개수의 시구간들 각각에서 코히어런스 대역폭(501)과 코히어런스시간(502)을 고려하여 파일럿 패턴을 생성한다. 상기 도 5b에서는 설명의 편의상 상기 코히어런스 대역폭(501)과 코히어런스 시간(502) 동안 1개의 파일럿 채널만을 송신하는 경우를 가정한 것이며, 다수개의 파일럿 채널들이 송신될 수도 있음은 물론이다. 여기서, 상기 도 5a 및 도 5b의 서브 시구간들은 각 서브 시구간에서 발생한 파일럿 패턴들의 기울기들중 어느 한 파일럿 패턴의 기울기를 선택하는지가 상이한 것이다. 이렇게 서브 시구간들 각각의 파일럿 패턴들의 기울기를 상이하게 선택하여 파일럿 패턴 세트를 생성함으로써 서로 다른 기지국들을 구분할 수 있도록 하는 것이다.
상기 도 5b에 도시되어 있는 바와 같이 제1서브 시구간(511)의 파일럿 패턴은 기울기가 s1이며, 제2서브 시구간(513)의 파일럿 패턴은 기울기가 s2이다. 결과적으로 단말기가 상기 제2기지국을 구분하기 위해서는 상기 제2기지국에서 발생 가능한 모든 파일럿 패턴들의 기울기 세트, 즉 상기 제1서브 시구간(511) 및 제2서브 시구간(513) 각각에서 발생하는 각각에서 발생 가능한 파일럿 패턴의 기울기들중 상기 제1서브 시구간(511) 및 제2서브 시구간(513) 각각에서 선택된 파일럿 패턴 기울기들의 조합을 알고 있어야만 한다. 그리고, 상기 파일럿 패턴 세트를 구성하는 파일럿 패턴들 각각이 변경되는 시점을 기울기 변경 시점(slope turning point)라고 칭하기로 한다. 이렇게 송신기, 즉 제2기지국과 수신기, 즉 단말기간에 상기 파일럿 패턴들의 기울기 세트를 미리 규약하고 있으면, 상기 단말기는 상기 제2기지국을 구분할 수 있다.
그러면 여기서 상기 OFDM 통신 시스템에서 파일럿 패턴 세트를 사용하여 기지국을 구분하는 방법을 정리하면 다음과 같다.
먼저, OFDM 통신 시스템의 파일럿 패턴 세트 시구간을 설정 개수, 일 예로 p개의 서브 시구간들로 분할한다. 상기 p개의 서브 시구간들 각각에서 코히어런스 대역폭과 코히어런스 시간을 고려하여 파일럿 패턴들을 발생한다. 일 예로, 상기 서브 시구간들 각각에서 발생 가능한 파일럿 패턴들이 M개라고 가정하기로 한다. 그러면 상기 서브 시구간들 각각에서 발생 가능한 M개의 파일럿 패턴들중 1개씩을 선택하고, 상기 각 서브 시구간들에서 선택한 파일럿 패턴의 기울기 세트를 파일럿 패턴 세트로 생성한다. 이런식으로 파일럿 패턴 세트를 생성할 경우 생성 가능한 파일럿 패턴 세트들 수는 하기 수학식 5와 같이 표현된다.
상기 수학식 5에서, number of pilot pattern sets는 OFDM 통신 시스템에서 생성 가능한 파일럿 패턴 세트의 수를 나타내며, smax는 OFDM 통신 시스템의 각 서브 시구간들에서 발생할 수 있는 파일럿 패턴의 기울기 수, 즉 파일럿 패턴들의 수를 나타내며, p는 파일럿 패턴 세트 시구간을 구성하는 서브 시구간 개수를 나타낸다. 일 예로, 상기 서브 시구간들 각각에서 발생 가능한 최대 파일럿 패턴들의 수가 4이고( smax= 4), 상기 OFDM 통신 시스템의 상기 파일럿 패턴 세트 시구간이 5개의 서브 시구간들로 구성될 경우(p = 5) 상기 OFDM 통신 시스템에서 구분 가능한 전체기지국들의 수는 1024개(45= 1024)이다.
그러면 다음으로 도 6을 참조하여 파일럿 패턴 세트를 할당하는 과정을 설명하기로 한다.
상기 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 파일럿 패턴 세트를 할당하는 과정을 도시한 순서도이다.
상기 도 6을 설명하기에 앞서, OFDM 통신 시스템의 상위 계층(upper layer)의 제어기(controller)(도시하지 않음)는 상기 도 6과 같은 동작을 수행하여 상기 OFDM 통신 시스템을 구성하는 기지국들 각각에 파일럿 패턴 세트를 할당한다. 그리고, 상기 제어기는 이렇게 상기 기지국들 각각에 할당된 파일럿 패턴 세트에 대한 정보를 상기 기지국들 각각에 통보하고, 또한 단말기들 각각으로 통보한다. 그래서, 상기 기지국들은 자신에게 할당된 파일럿 패턴 세트에 상응하게 파일럿 기지국 구분을 위한 파일럿 패턴 신호를 송신하고, 단말기들은 수신되는 파일럿 패턴 신호의 파일럿 패턴 세트를 가지고 단말기 자신이 어떤 기지국에 속해있는지를 구분하게 되는 것이다.
상기 도 6을 참조하면, 611단계에서 상기 제어기는 상기 OFDM 통신 시스템의 파일럿 패턴 세트 시구간을 다수의 서브 시구간들로 분할한 후 613단계로 진행한다. 여기서, 상기 OFDM 통신 시스템의 파일럿 패턴 세트 시구간을 어느 정도의 길이로 결정할지, 또한 상기 파일럿 패턴 세트 시구간을 몇 개의 서브 시구간들로 분할할지는 상기 OFDM 통신 시스템의 특성에 상응하게 결정되며, 상기 분할되는 서브시구간들 수는 가변적으로 결정될 수 있음은 물론이다. 상기 613단계에서 상기 제어기는 상기 분할된 서브 시구간들 각각에서 생성 가능한 파일럿 패턴들을 결정하고 615단계로 진행한다. 여기서, 상기 서브 시구간들 각각에서 생성 가능한 파일럿 패턴들을 결정할 때는 상기에서 설명한 바와 같이 코히어런스 대역폭 및 코히어런스 시간을 고려하여 결정한다.
상기 615단계에서 상기 제어기는 상기 OFDM 통신 시스템을 구성하는 기지국들 각각에 할당할 파일럿 패턴 세트를 결정한 후 617단계로 진행한다. 여기서, 상기 파일럿 패턴 세트는 상기 서브 시구간들 각각에서 생성 가능한 파일럿 패턴들중 한 파일럿 패턴을 선택하여 생성되며, 상기에서 설명한 바와 같이 각 서브 시구간들별로 선택된 파일럿 패턴의 기울기 세트 형태를 가진다. 상기 617단계에서 상기 제어기는 상기 현재 결정된 파일럿 패턴 세트 수 NOBS가 상기 OFDM 통신 시스템을 구성하는 전체 기지국들 수 MAX_NOBS와 동일한지를 검사한다. 상기 검사 결과 상기 현재 결정된 파일럿 패턴 세트 수 NOBS가 상기 OFDM 통신 시스템을 구성하는 전체 기지국들 수 MAX_NOBS와 동일하지 않을 경우 상기 제어기는 619단계로 진행한다. 상기 619단계에서 상기 제어기는 상기 현재 결정된 파일럿 패턴 세트 수 NOBS를 1증가시킨 후(NOBS++) 상기 613단계로 진행한다. 한편, 상기 617단계에서 상기 검사 결과 상기 현재 결정된 파일럿 패턴 세트 수 NOBS가 상기 OFDM 통신 시스템을 구성하는 전체 기지국들 수 MAX_NOBS와 동일할 경우 상기 제어기는 현재까지의 과정을 종료한다.
상기 도 6에서는 파일럿 패턴 세트를 할당하는 과정을 설명하였으며, 다음으로 도 7을 참조하여 파일럿 패턴 세트를 할당하는 장치를 설명하기로 한다.
상기 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 파일럿 패턴 세트를 할당하는 장치를 도시한 도면이다.
상기 도 7을 참조하면, 상기 파일럿 패턴 세트 할당 장치는 파일럿 패턴 수 계산기(711)와, 파일럿 패턴 세트 결정기(713)와, 파일럿 패턴 세트 할당기(715)로 구성된다. 먼저, 상기 파일럿 패턴 수 계산기(711)는 상기 OFDM 통신 시스템에서 적용하는 최소 데이터 송신 시구간 길이와, 파일럿 패턴 세트 시구간 길이와, 코히어런스 시간 및 코히어런스 대역폭을 입력받고, 상기 입력받은 최소 데이터 송신 시구간 길이와, 파일럿 패턴 세트 시구간 길이와, 코히어런스 시간 및 코히어런스 대역폭을 고려하여 상기 파일럿 패턴 세트 시구간을 구성하는 서브 시구간들, 즉 p개의 서브 시구간들 각각에서 발생 가능한 파일럿 패턴들을 수를 계산한다. 일 예로, 상기 p개의 서브 시구간들 각각에서 발생 가능한 파일럿 패턴들의 수를 smax라고 가정하기로 한다. 즉, 상기 p개의 서브 시구간들 각각에서는 s1내지 smax의 기울기([s1, ... , smax)]를 가지는 파일럿 패턴들이 발생 가능하다.
상기 파일럿 패턴 수 계산기(711)는 상기 p개의 서브 시구간들 각각에서 발생 가능한 파일럿 패턴들의 수 smax를 상기 파일럿 패턴 세트 결정기(713)로 출력한다. 상기 파일럿 패턴 세트 결정기(713)는 상기 파일럿 패턴 수 계산기(711)에서출력한, 상기 p개의 서브 시구간들 각각에서 발생 가능한 파일럿 패턴들의 수 smax를 입력하여 상기 p개의 서브 시구간들 각각에서 발생 가능한 파일럿 패턴들중 하나씩을 선택하여 파일럿 패턴 세트를 결정한다. 여기서, 상기 파일럿 패턴 세트수는 상기 수학식 5에서 설명한 바와 같이 상기 서브 시구간들 각각에서 발생 가능한 파일럿 패턴들의 수와 상기 서브 시구간들의 수에 의해 결정된다().
상기 파일럿 패턴 세트 결정기(713)는 상기 결정한 파일럿 패턴 세트들을 파일럿 세트 할당기(715)로 출력한다. 상기 파일럿 세트 할당기(715)는 상기 파일럿 패턴 세트 결정기(713)에서 출력한 파일럿 패턴 세트들을 입력하여 상기 OFDM 통신 시스템을 구성하는 기지국들 각각에 할당한다.
상기 도 7에서는 파일럿 패턴 세트를 할당하는 장치를 설명하였으며, 다음으로 도 8을 참조하여 상기 파일럿 패턴 세트를 사용하여 기지국을 구분하는 기지국 장치 및 단말기 장치를 설명하기로 한다.
상기 도 8은 본 발명의 실시예에서의 기능을 수행하기 위한 OFDM 통신 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 8을 참조하면, 먼저 상기 OFDM 통신 시스템은 송신기 장치, 즉 기지국 장치(800)와 수신기 장치, 즉 단말기 장치(850)로 구성된다. 첫 번째로, 상기 기지국 장치(800)에 대해서 설명하기로 한다.
상기 기지국 장치(800)는 심벌 매핑기(symbol mapper)(811)와, 직렬/병렬 변환기(serial to parallel converter)(813)와, 파일럿 패턴 생성기(pilot pattern generator)(815)와, 역고속 푸리에 변환(IFFT: Inverse Fast Fourier Transform, 이하 "IFFT"라 칭하기로 한다)기(817)와, 병렬/직렬 변환기(parallel to serial converter)(819)와, 보호 구간 삽입기(guard interval inserter)(821)와, 디지털/아날로그 변환기(digital to analog converter)(823)와, 무선 주파수(RF: Radio Frequency, 이하 "RF"라 칭하기로 한다) 처리기(processor)(825)로 구성된다.
먼저, 전송하고자 하는 정보 데이터 비트들(information data bits)이 발생하면, 상기 정보 데이터 비트는 상기 심벌 매핑기(811)로 입력된다. 상기 심벌 매핑기(811)는 상기 입력되는 정보 데이터 비트들을 미리 설정되어 있는 변조 방식으로 변조하여 심벌 변환한 뒤 상기 직렬/병렬 변환기(813)로 출력한다. 여기서, 상기 변조 방식으로는 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 방식 혹은 16QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 방식 등이 사용될 수 있다. 상기 직렬/병렬 변환기(813)는 상기 심벌 매핑기(811)에서 출력하는 직렬 변조 심벌들을 입력하여 병렬 변환한 후 상기 파일럿 패턴 생성기(815)로 출력한다. 상기 파일럿 패턴 생성기(815)는 상기 직렬/병렬 변환기(813)에서 출력한 병렬 변환된 변조된 심벌들을 입력하고, 상기에서 설명한 바와 같이 기지국 자신에 할당되어 있는 파일럿 패턴 세트에 상응하게 서브 시구간별로 파일럿 패턴들을 생성하여 상기 병렬 변환된 변조된 심벌들에 삽입하여 상기 IFFT기(817)로 출력한다. 여기서, 상기 파일럿 패턴 생성기(815)에서 출력되는 신호, 즉 상기 변조된 변조 심벌들과 파일럿 패턴들에 상응하는 파일럿 심벌들이 포함된 병렬 신호를 Xl(k)라고 칭하기로 한다.
상기 IFFT기(817)는 상기 파일럿 패턴 생성기(815)에서 출력한 신호 Xl(k)를 입력하여 N-포인트(N-point) IFFT를 수행한 후 상기 병렬/직렬 변환기(819)로 출력한다. 상기 병렬/직렬 변환기(819)는 상기 IFFT기(817)에서 출력한 신호를 입력하여 직렬 변환한 후 상기 보호 구간 삽입기(821)로 출력한다. 여기서, 상기 병렬/직렬 변환기(819)에서 출력한 신호를 xl(n)이라고 칭하기로 한다. 상기 보호 구간 삽입기(821)는 상기 병렬/직렬 변환기(819)에서 출력한 신호를 입력하여 보호 구간 신호를 삽입한 후 상기 디지털/아날로그 변환기(823)로 출력한다. 여기서, 상기 보호 구간은 상기 OFDM 통신시스템에서 OFDM 심벌을 송신할 때 이전 OFDM 심벌 시간에 송신한 OFDM 심벌과 현재 OFDM 심벌 시간에 송신할 현재 OFDM 심벌간에 간섭(interference)을 간섭을 제거하기 위해서 삽입된다. 또한, 상기 보호 구간은 일정 구간의 널(null) 데이터를 삽입하는 형태로 제안되었으나, 상기 보호 구간에 널 데이터를 전송하는 형태는 수신기에서 OFDM 심벌의 시작점을 잘못 추정하는 경우 서브 캐리어들간에 간섭이 발생하여 수신 OFDM 심벌의 오판정 확률이 높아지는 단점이 존재하여 시간 영역의 OFDM 심벌의 마지막 일정 비트들을 복사하여 유효 OFDM 심벌에 삽입하는 형태의 "Cyclic Prefix" 방식이나 혹은 시간 영역의 OFDM 심벌의 처음 일정 비트들을 복사하여 유효 OFDM 심벌에 삽입하는 "Cyclic Postfix" 방식으로 사용하고 있다. 그리고, 상기 보호 구간 삽입기(821)에서 출력하는 신호를이라고 칭하기로 하며, 결국 상기 보호 구간 삽입기(821)에서 출력하는 신호 이 1개의 OFDM 심벌이 되는 것이다.
상기 디지털/아날로그 변환기(823)는 상기 보호 구간 삽입기(821)에서 출력한 신호를 입력하여 아날로그 변환한 후 상기 무선 주파수 처리기(825)로 출력한다. 여기서, 상기 RF 처리기(825)는 필터(filter)와 전처리기(front end unit) 등의 구성들을 포함하며, 상기 디지털/아날로그 변환기(823)에서 출력한 신호를 실제 에어(air)상에서 전송 가능하도록 RF 처리한 후 안테나(antenna)를 통해 에어(air)상으로 전송한다.
상기에서는 기지국 장치(800)에 대해서 설명하였으며, 두 번째로, 상기 단말기 장치(850)에 대해서 설명하기로 한다.
상기 단말기 장치(850)는 RF 처리기(851)와, 아날로그/디지털 변환기(analog/digital converter)(853)와, 보호 구간 제거기(guard intervalremover)(855)와, 직렬/병렬 변환기(857)와, 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform， 이하 "FFT"라 칭하기로 한다)기(859)와, 등화기(equalizer)(861)와, 파일럿 추출기(pilot extractor)(863)와, 동기 & 채널 추정기(synchronization & channel estimator)(865)와, 병렬/직렬 변환기(867)와, 심벌 디매핑기(symbol demapper)(869)로 구성된다.
먼저, 상기 기지국 장치(800)에서 송신한 신호는 다중 경로 채널(multipath channel)을 겪고 잡음(noise) 성분이 가산된 형태로 상기 단말기 장치(850)의 안테나를 통해 수신된다. 상기 안테나를 통해 수신된 신호는 상기 RF 처리기(851)로 입력되고, 상기 RF 처리기(851)는 상기 안테나를 통해 수신된 신호를 중간 주파수(IF: Intermediate Frequency) 대역으로 다운 컨버팅(down coverting)한 후 상기 아날로그/디지털 변환기(853)로 출력한다. 상기 아날로그/디지털 변환기(853)는 상기 RF 처리기(851)에서 출력한 아날로그 신호를 디지털 변환한 후 상기 보호 구간 제거기(855) 및 상기 파일럿 추출기(863)로 출력한다. 여기서, 상기 아날로그/디지털 변환기(853)에서 출력하는 디지털 신호를이라 칭하기로 한다.
상기 보호 구간 제거기(855)는 상기 아날로그/디지털 변환기(853)에서 출력한 신호를 입력하여 보호 구간 신호를 제거한 후 상기 직렬/병렬 변환기(857)로 출력한다. 여기서, 상기 보호 구간 제거기(855)에서 출력하는 신호를이라고 칭하기로 한다. 상기 직렬/병렬 변환기(857)는 상기 보호 구간 제거기(855)에서 출력한 직렬 신호를 입력하여 병렬 변환한 후 상기 FFT기(859)로 출력한다. 상기 FFT기(859)는 상기 직렬/병렬 변환기(857)에서 출력한 신호를 N-포인트 FFT를 수행한 후 상기 등화기(861) 및 상기 파일럿 추출기(863)로 출력한다. 여기서, 상기 FFT기(859)에서 출력하는 신호를라 칭하기로 한다. 상기 등화기(861)는 상기 FFT기(859)에서 출력한 신호를 입력하여 채널 등화(channel equalization)한 후 상기 병렬/직렬 변환기(867)로 출력한다. 여기서, 상기 등화기(861)에서 출력하는 신호를라고 칭하기로 한다.상기 병렬/직렬 변환기(867)는 상기 등화기(861)에서 출력한 병렬 신호를 입력하여 직렬 변환한 후 상기 심벌 디매핑기(869)로 출력한다. 상기 심벌 디매핑기(869)는 상기 병렬/직렬 변환기(867)에서 출력한 신호를 입력하여 기지국 장치(800)에서 적용한 변조 방식에 상응하는 복조 방식으로 복조하여 수신 정보 데이터 비트로 출력한다.
한편, 상기 FFT기(859)에서 출력한 신호는 상기 파일럿 추출기(863)로 입력되고, 상기 파일럿 추출기(863)는 상기 FFT기(859)에서 출력한 신호에서 파일럿 심벌들을 검출하고, 상기 검출한 파일럿 심벌들을 상기 동기 & 채널 추정기(865)로 출력한다. 상기 동기 & 채널 추정기(865)는 상기 파일럿 추출기(863)에서 출력한 파일럿 심벌들을 이용하여 동기 및 채널 추정을 수행하고 그 결과를 상기 등화기(861)로 출력한다. 여기서, 상기 동기 & 채널 추정기(865)는 상기에서 설명한 바와 같이 상기 OFDM 통신 시스템을 구성하는 기지국들 각각의 파일럿 패턴 세트들을 일종의 테이블(table) 형태로 구비하고 있으며, 상기 파일럿 추출기(863)에서 출력하는 파일럿 심벌들이 상기 파일럿 패턴 세트들중 어떤 파일럿 패턴 세트와 일치하는지를 검사하고, 그 일치하는 파일럿 패턴 세트에 해당하는 기지국을 상기 단말기 장치(850) 자신이 속한 기지국으로 추정하게 된다. 또한, 상기 동기 & 채널 추정기(865)는 상기에서 설명한 바와 같이 전체 OFDM 통신 시스템의 서브 시구간들별로 파일럿 패턴, 즉 파일럿 패턴의 기울기를 검출하여 파일럿 패턴 세트를 확인해야만 하는 것이다.
상술한 바와 같은 본 발명은, OFDM 통신 시스템에서 파일럿 패턴 세트가 송신되는 파일럿 패턴 세트 시구간을 다수의 서브 시구간들로 분할하여 상기 서브 시구간별로 코히어런스 대역폭 및 코히어런스 시간을 고려하여 파일럿 패턴들을 생성한다. 그리고, 상기 서브 시구간별로 생성된 파일럿 패턴들을 조합하여 파일럿 패턴 세트들을 생성한 후 상기 파일럿 패턴 세트들로서 상기 OFDM 통신 시스템을 구성하는 기지국들을 구분함으로써 구분 가능한 기지국들의 개수를 증가시킬 수 있다는 이점을 가진다. 결과적으로, 한정된 무선 자원, 즉 한정된 파일럿 패턴 자원을 세트화시켜 효율적으로 사용함으로써 시스템 전체 성능을 향상시킨다는 이점을 가진다.

Claims (31)

  1. 전체 주파수 대역을 다수의 서브 주파수 대역들로 분할하고, 상기 서브 주파수 대역들에서 기준 신호들을 송신하고, 상기 기준 신호들이 송신되는 서브 주파수 대역들 이외의 서브 주파수 대역들에서 데이터 신호들을 송신하는 무선 통신 시스템에서 상기 무선 통신 시스템을 구성하는 기지국들 각각을 구분하기 위한 기지국 구분 패턴을 생성하는 방법에 있어서,
    상기 기지국 구분 패턴이 적용되는데 필요한 시구간인 기지국 구분 패턴 시구간을 미리 설정한 설정 개수의 서브 시구간들로 분할하는 과정과,
    상기 서브 시구간들 각각에서 미리 설정한 설정 시간과 설정 대역폭을 고려하여 생성 가능한 기준 신호 패턴들을 결정하는 과정과,
    상기 서브 시구간들 각각에서 상기 결정한 기준 신호 패턴들중 미리 설정된 개수의 기준 신호 패턴을 선택하고, 상기 서브 시구간들 각각에서 선택한 기준 신호 패턴들을 조합하여 기지국 구분을 위한 기지국 구분 패턴으로 결정하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기준 신호 패턴은 상기 서브 시구간내의 서브 주파수 대역들에서 송신되는 기준 신호들의 기울기임을 특징으로 하는 상기 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기지국 구분 패턴은 상기 선택된 기준 신호 패턴들이 나타내는 기울기들의 조합임을 특징으로 하는 상기 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 설정 시간은 무선 채널 환경이 의사(quasi) 동일하게 유지되는 시간이며, 상기 설정 대역폭은 무선 채널 환경이 의사 동일하게 유지되는 대역폭임을 특징으로 하는 상기 방법.
  5. 전체 주파수 대역을 다수의 서브 주파수 대역들로 분할하고, 상기 서브 주파수 대역들에서 기준 신호들을 송신하고, 상기 기준 신호들이 송신되는 서브 주파수 대역들 이외의 서브 주파수 대역들에서 데이터 신호들을 송신하는 무선 통신 시스템에서 상기 무선 통신 시스템을 구성하는 기지국들 각각을 구분하기 위한 기지국 구분 패턴을 생성하는 장치에 있어서,
    상기 기지국 구분 패턴이 적용되는데 필요한 시구간인 기지국 구분 패턴 시구간을 미리 설정한 설정 개수의 서브 시구간들로 분할하고, 상기 서브 시구간들 각각에서 미리 설정한 설정 시간과 설정 대역폭을 고려하여 생성 가능한 기준 신호패턴들을 결정하는 기준 신호 패턴수 계산기와,
    상기 서브 시구간들 각각에서 상기 결정한 기준 신호 패턴들중 미리 설정된 개수의 기준 신호 패턴을 선택하고, 상기 서브 시구간들 각각에서 선택한 기준 신호 패턴들을 조합하여 기지국 구분을 위한 기지국 구분 패턴으로 결정하는 기지국 구분 패턴 결정기를 포함함을 특징으로 하는 상기 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 장치는 상기 결정된 기지국 구분 패턴들 각각을 해당하는 기지국들 각각에 할당하는 기지국 구분 패턴 할당기를 더 포함함을 특징으로 하는 상기 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 기준 신호 패턴은 상기 서브 시구간내의 서브 주파수 대역들에서 송신되는 기준 신호들의 기울기임을 특징으로 하는 상기 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기지국 구분 패턴은 상기 선택된 기준 신호 패턴들이 나타내는 기울기들의 조합임을 특징으로 하는 상기 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 설정 시간은 무선 채널 환경이 의사(quasi) 동일하게 유지되는 시간이며, 상기 설정 대역폭은 무선 채널 환경이 의사 동일하게 유지되는 대역폭임을 특징으로 하는 상기 장치.
  10. 전체 주파수 대역을 다수의 서브 주파수 대역들로 분할하고, 상기 서브 주파수 대역들에서 파일럿 신호들을 송신하고, 상기 파일럿 신호들이 송신되는 서브 주파수 대역들 이외의 서브 주파수 대역들에서 데이터 신호들을 송신하는 무선 통신 시스템의 기지국 송신 장치에 있어서,
    병렬 변환된 정보 데이터 신호들을 입력하고, 미리 설정되어 있는, 상기 기지국 장치를 구분하기 위한 파일럿 패턴 세트에 상응하는 파일럿 신호들을 생성하여 상기 병렬 변환된 정보 데이터 신호들에 삽입하여 출력하는 파일럿 패턴 생성기와,
    상기 파일럿 패턴 생성기에서 출력한 신호를 입력하여 역고속 푸리에 변환하는 역고속 푸리에 변환기와,
    상기 역고속 푸리에 변환된 병렬 신호들을 직렬 변환하고, 상기 직렬 변환된 신호에 미리 설정되어 있는 보호 구간 신호를 삽입하여 송신하는 송신기를 포함함을 특징으로 하는 상기 기지국 송신 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 송신기는;
    상기 역고속 푸리에 변환된 병렬 신호들을 입력하여 직렬 변환하는 병렬/직렬 변환기와,
    상기 병렬/직렬 변환기에서 출력된 직렬 신호에 상기 보호 구간 신호를 삽입하는 보호구간 삽입기와,
    상기 보호 구간 삽입기에서 출력된 신호를 무선 주파수 처리하여 송신하는 무선 주파수 처리기를 포함함을 특징으로 하는 상기 기지국 송신 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 파일럿 패턴 세트는 상기 기지국 구분 패턴이 적용되는데 필요한 시구간인 기지국 구분 패턴 시구간을 미리 설정한 설정 개수의 서브 시구간들로 분할하고, 상기 서브 시구간들 각각에서 미리 설정한 설정 시간과 설정 대역폭을 고려하여 생성 가능한 파일럿 패턴들중 미리 설정된 개수의 파일럿 패턴을 선택하고, 상기 서브 시구간들 각각에서 선택한 파일럿 패턴들을 조합하여 생성된 것임을 특징으로 하는 상기 기지국 송신 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 파일럿 패턴은 상기 서브 시구간내 서브 주파수 대역들에서 송신되는 파일럿 신호들의 기울기임을 특징으로 하는 상기 기지국 송신 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 파일럿 패턴 세트는 상기 선택된 파일럿 패턴들이 나타내는 기울기들의 조합임을 특징으로 하는 상기 기지국 송신 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 설정 시간은 무선 채널 환경이 의사(quasi) 동일하게 유지되는 시간이며, 상기 설정 대역폭은 무선 채널 환경이 의사 동일하게 유지되는 대역폭임을 특징으로 하는 상기 기지국 송신 장치.
  16. 전체 주파수 대역을 다수의 서브 주파수 대역들로 분할하고, 상기 서브 주파수 대역들에서 파일럿 신호들을 송신하고, 상기 파일럿 신호들이 송신되는 서브 주파수 대역들 이외의 서브 주파수 대역들에서 데이터 신호들을 송신하는 무선 통신 시스템의 기지국 송신 방법에 있어서,
    병렬 변환된 정보 데이터 신호들을 입력하고, 미리 설정되어 있는, 상기 기지국 장치를 구분하기 위한 파일럿 패턴 세트에 상응하는 파일럿 신호들을 생성하여 상기 병렬 변환된 정보 데이터 신호들에 삽입하여 출력하는 과정과,
    상기 병렬 변환된 정보 데이터 신호들에 파일럿 신호들이 삽입된 신호를 입력하여 역고속 푸리에 변환하는 과정과,
    상기 역고속 푸리에 변환된 병렬 신호들을 직렬 변환하고, 상기 직렬 변환된 신호에 미리 설정되어 있는 보호 구간 신호를 삽입하여 송신하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 기지국 송신 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 파일럿 패턴 세트는 상기 기지국 구분 패턴이 적용되는데 필요한 시구간인 기지국 구분 패턴 시구간을 미리 설정한 설정 개수의 서브 시구간들로 분할하고, 상기 서브 시구간들 각각에서 미리 설정한 설정 시간과 설정 대역폭을 고려하여 생성 가능한 파일럿 패턴들중 미리 설정된 개수의 파일럿 패턴을 선택하고, 상기 서브 시구간들 각각에서 선택한 파일럿 패턴들을 조합하여 생성된 것임을 특징으로 하는 상기 기지국 송신 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 파일럿 패턴은 상기 서브 시구간내 서브 주파수 대역들에서 송신되는 파일럿 신호들의 기울기임을 특징으로 하는 상기 기지국 송신 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 파일럿 패턴 세트는 상기 선택된 파일럿 패턴들이 나타내는 기울기들의 조합임을 특징으로 하는 상기 기지국 송신 방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 설정 시간은 무선 채널 환경이 의사(quasi) 동일하게 유지되는 시간이며, 상기 설정 대역폭은 무선 채널 환경이 의사 동일하게 유지되는 대역폭임을 특징으로 하는 상기 기지국 송신 방법.
  21. 전체 주파수 대역을 다수의 서브 주파수 대역들로 분할하고, 상기 서브 주파수 대역들에서 파일럿 신호들을 송신하고, 상기 파일럿 신호들이 송신되는 서브 주파수 대역들 이외의 서브 주파수 대역들에서 데이터 신호들을 송신하는 무선 통신 시스템의 단말기 수신 장치에 있어서,
    입력되는 수신 신호의 미리 설정된 구간에서 보호 구간 신호를 제거하고, 상기 보호 구간 제거된 신호를 병렬 변환하는 수신기와,
    상기 수신기에서 출력한 신호를 고속 푸리에 변환하는 고속 푸리에 변환기와,
    상기 고속 푸리에 변환된 신호들중 파일럿 신호들을 추출하는 파일럿 추출기와,
    상기 파일럿 추출기에서 추출한 파일럿 신호들의 파일럿 패턴 세트를 검출하여 상기 단말기 자신이 속한 기지국을 구분하는 동기 및 채널 추정기를 포함함을 특징으로 하는 상기 단말기 수신 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 수신기는;
    상기 수신 신호에서 상기 보호 구간 신호를 제거하는 보호 구간 제거기와,
    상기 보호 구간 신호가 제거된 직렬 신호를 병렬 변환하는 직렬/병렬 변환기를 포함함을 특징으로 하는 상기 장치.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 파일럿 패턴 세트는 상기 기지국 구분 패턴이 적용되는데 필요한 시구간인 기지국 구분 패턴 시구간을 미리 설정한 설정 개수의 서브 시구간들로 분할하고, 상기 서브 시구간들 각각에서 미리 설정한 설정 시간과 설정 대역폭을 고려하여 생성 가능한 파일럿 패턴들중 미리 설정된 개수의 파일럿 패턴을 선택하고, 상기 서브 시구간들 각각에서 선택한 파일럿 패턴들을 조합하여 생성된 것임을 특징으로 하는 상기 단말기 수신 장치.
  24. 제21항에 있어서,
    상기 파일럿 패턴은 상기 서브 시구간내 서브 주파수 대역들에서 송신되는 파일럿 신호들의 기울기임을 특징으로 하는 상기 단말기 수신 장치.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 파일럿 패턴 세트는 상기 선택된 파일럿 패턴들이 나타내는 기울기들의 조합임을 특징으로 하는 상기 단말기 수신 장치.
  26. 제23항에 있어서,
    상기 설정 시간은 무선 채널 환경이 의사(quasi) 동일하게 유지되는 시간이며, 상기 설정 대역폭은 무선 채널 환경이 의사 동일하게 유지되는 대역폭임을 특징으로 하는 상기 단말기 수신 장치.
  27. 전체 주파수 대역을 다수의 서브 주파수 대역들로 분할하고, 상기 서브 주파수 대역들에서 파일럿 신호들을 송신하고, 상기 파일럿 신호들이 송신되는 서브 주파수 대역들 이외의 서브 주파수 대역들에서 데이터 신호들을 송신하는 무선 통신 시스템의 단말기 수신 방법에 있어서,
    입력되는 수신 신호의 미리 설정된 구간에서 보호 구간 신호를 제거하고, 상기 보호 구간 제거된 신호를 병렬 변환하는 과정과,
    상기 병렬 변환된 신호를 고속 푸리에 변환하는 과정과,
    상기 고속 푸리에 변환된 신호들중 파일럿 신호들을 추출하는 과정과,
    상기 추출한 파일럿 신호들의 파일럿 패턴 세트를 검출하여 상기 단말기 자신이 속한 기지국을 구분하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 단말기 수신 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 파일럿 패턴 세트는 상기 기지국 구분 패턴이 적용되는데 필요한 시구간인 기지국 구분 패턴 시구간을 미리 설정한 설정 개수의 서브 시구간들로 분할하고, 상기 서브 시구간들 각각에서 미리 설정한 설정 시간과 설정 대역폭을 고려하여 생성 가능한 파일럿 패턴들중 미리 설정된 개수의 파일럿 패턴을 선택하고, 상기 서브 시구간들 각각에서 선택한 파일럿 패턴들을 조합하여 생성된 것임을 특징으로 하는 상기 단말기 수신 방법.
  29. 제27항에 있어서,
    상기 파일럿 패턴은 상기 서브 시구간내 서브 주파수 대역들에서 송신되는 파일럿 신호들의 기울기임을 특징으로 하는 상기 단말기 수신 방법.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 파일럿 패턴 세트는 상기 선택된 파일럿 패턴들이 나타내는 기울기들의 조합임을 특징으로 하는 상기 단말기 수신 방법.
  31. 제28항에 있어서,
    상기 설정 시간은 무선 채널 환경이 의사(quasi) 동일하게 유지되는 시간이며, 상기 설정 대역폭은 무선 채널 환경이 의사 동일하게 유지되는 대역폭임을 특징으로 하는 상기 단말기 수신 방법.
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