KR20050033032A - 직교주파수 분할다중 시스템용 송신기 및 수신기 - Google Patents

직교주파수 분할다중 시스템용 송신기 및 수신기 Download PDF

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KR20050033032A
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tones
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데이소우라브알.
마지데이비드피.
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텍사스 인스트루먼츠 인코포레이티드
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Abstract

본 발명에서는 직교주파수 분할다중(OFDM) 통신시스템(100)에서 사용하기 위한 송신기(110)와 수신기(130)를 개시한다. 일실시예에서, OFDM 통신시스템(100)은 그 보호대역에서 분할톤을 포함하는 트레이닝 시퀀스를 발생시켜, 이 트레이닝 시퀀스를 채널(120)을 통해 송신시키는 OFDM 송신기(110) 를 포함한다. OFDM 통신시스템(100)은 또한 이 트레이닝 시퀀스를 수신하는 OFDM 수신기(130)를 포함한다.

Description

직교주파수 분할다중 시스템용 송신기 및 수신기{TRANSMITTER AND RECEIVER FOR USE WITH AN ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING SYSTEM}
본 발명은 일반적으로 무선 통신시스템에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는, 직교주파수 분할다중(이하, OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 통신시스템에 사용하기 위한 송신기 및 수신기, 및 이와 관련된 채널응답 추정치를 획득하는 방법에 관한 것이다.
무선 통신시스템의 사용은 무선장비와 무선통신시스템의 발전과 함께 계속적으로 확장된다. 더욱 많은 사용자들이 페이저, 셀룰러 전화 및 기타 무선 통신제품을 통해 정보를 교환하고 있다. 또한, 무선통신은 사용자로 하여금 무선 근거리 통신망(WLAN)와 같은 무선 네트워크를 통해 개인적 및 사업상 정보를 교환하도록 한다. WLAN은 유선 네트워크에 연결되지 않고도, 컴퓨터 네트워크로의 액세스를 가능하게 함으로써 사용자들에 대하여 융통성과 이동성을 제공한다.
몇몇 표준이 제정되어, 통일성을 제공하며, 따라서, 무선 네트워크 개발에 있어 발전을 가져왔다. 이러한 표준들중 하나로, IEEE에서 공표된 802.11로서, 참조로 본 명세서에 포함된다. IEEE 802.11은 WLAN 기술에 속하는 명세사항의 부류 (Specification Family)를 포괄하는 기본 표준(umbrella standard)이다. 일반적으로, IEEE 802.11은 무선 클라이언트와 기지국간의 또는 두 개의 무선 클라이언트간의 무선(over-the-air) 인터페이스를 명시한다.
IEEE 802.11 부류에는, 무선으로 데이터를 통신하기 위한 상이한 통신속도, 인코딩 체계, 및 주파수대역과 같은 주제를 포함하는 몇몇 명세사항들이 있다. 예컨대, IEEE 802.11(a)는 IEEE 802.11의 확장으로서, 2.4GHz의 주파수 대역에서 54Mbps까지의 데이터속도를 갖는 WLAN을 상세하게 나타낸다. 또한, IEEE 802.11(a)는 직교주파수 분할다중(OFDM) 인코딩 체계를 명시하고 있다.
IEEE 802.11(a)에 명시된 OFDM 시스템은 WLAN 에 대하여 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 및 54 Mbps의 데이터 페이로드 통신성능을 제공한다. IEEE 802.11(a) OFDM 시스템은 데이터속도에 따라 BPSK/QPSK(binary or quadrature phase shift keying), 16-QAM(quadrature amplitude modulation), 또는 64-QAM을 사용하여 변조되는 52개의 서브케리어들, 또는 서브 채널들을 사용한다. 1/2, 2/3, 또는 3/4의 부호화율이 순방향 오류정정부호화(콘볼루션 부호화)에 사용된다.
IEEE 802.11(a) 수행 시스템내에는 롱 트레이닝 시퀀스(long training sequence)가 존재하며, 채널추정에 사용될 수 있다. 주파수 영역에서, 롱 트레이닝 시퀀스는 수학식 1로 주어진다.
-32 ≤ k ≤ 31에 대해
롱 트레이닝 시퀀스는 DC 제로톤(수학식 1에서 중간탭(k=0)으로 강조됨) 및 52개의 여기된 톤들(k=[-26, -1] 및 k=[1,26])의 양측에 제로들로 이루어진 보호대역(수학식 1에서 강조되어 있음)을 갖는다. 일반적으로, 여기된 톤은 정보 및 제로톤을 포함할 것이며, 여기되지 않은 톤은 의도적으로 아무런 정보도 포함하고 있지 않다. 롱 트레이닝 시퀀스가 무선 다경로채널을 통해 전송되기 전에, 수학식 1의 IFFT(inverse fast fourier transform)가 수행되며, 주기적으로 80개의 샘플로 확장된다.
채널추정기는 수신기에서 왜곡된 형태의 롱 트레이닝 시퀀스를 수신하며, 왜곡되어 있는 수신된 롱 트레이닝 시퀀스의 타이밍 취득, 주파수 오프셋, 및 FFT 등의 기능을 수행한다. 수학적으로, 왜곡된 형태의 롱 트레이닝 시퀀스는 주파수 영역에서 Y[k]로 표현될 수 있다:
Y[k] = X[k]H[k] + N[k]
여기서, H[k]는 무선채널응답이며, N[k]는 잡음. 수학식 1의 롱 트레이닝 시퀀스 X[k]는 수신기에 알려진 것이므로, 채널추정기는 알려진 롱 트레이닝 시퀀스(X[k]) 및 그 왜곡된 형태(Y[k])를 사용하여 수신기에 대한 채널 응답추정치([k])를 발생시킨다. 시간영역에서, 무선 다중경로 채널은 수학식 3에 표현된 시간한정 채널 임펄스응답으로 모델링된다:
여기서, L은 다중경로 지연의 개수, ai는 레일리(Rayleigh) 또는 라이센(Ricean) 분포의 복소 탭이득, τi는 i번째 경로의 지연, Ts는 샘플링 주기를 나타낸다. 또한, 0 < τiTs < Tg, 즉, 전채 채널 임펄스응답은 보호대역(guard band) 내에 있다. 일반적으로, 지연(τi)은 정수가 아니여서, 채널 임펄스응답은 이산시간 샘플에 해당하지 아니한다.
샘플링되어 이산 시간으로 변환되는 경우, 이산시간 채널은 비정수 이산시간 지연으로 해석될 수 있다. 해석으로서 이산시간신호의 연속시간 처리를 사용하여, h[n]은 시간제한채널 임펄스응답(h(t))의 대역제한된 보간의 샘플링된 버전, 즉 전체 채널 임펄스응답에 대하여 콘볼루션 된 sinc (convolutive sinc)로 볼 수 있다. 수학적으로, 이산시간채널 임펄스응답은 수학식 4로 간단화된다.
이러한 계산을 수행하기 위해, 채널추정기는 주로 프로세서 기반의 시스템에서 구현된다. 어떠한 프로세서라도, 성능과 가능한 MIPS(million instruction per second) 사이에 상반관계(trade-off)가 존재한다. 원한는 바 일지라도, 전술한 바와 같이 고성능 채널추정기는 일반적으로 알고리즘의 복잡성을 증가시키는 복소수 계산을 포함한다. 그러므로, 수신기의 설계시 자주 품질과 복잡성 사이의 균형을 요구한다.
그 전체가 본 출원에서 재현된 바와 같이, 본 출원에 참조로서 포함되며, 본 출원과 현재 동시에 출원되고, 출원인이 동일한, 관련 미국특허출원 제10/677,605호 "CHANNEL ESTIMATOR FOR A RECEIVER AND METHOD OF OPERATION THEREOF," 에서는, 계산이 덜 복잡한 OFDM 수신기가 개시되어 있다. 개선된 OFDM 수신기는 잡음의 기여도를 줄이기 위하여 채널 임펄스응답과 관련된 중간탭들을 실질적으로 제로화함으로써 개선된 채널응답 추정을 제공한다. 그러나, 개선된 OFDM 수신기에 더하여, 개선된 OFDM 송신기 또는 OFDM 통신시스템이 또한 계산이 덜 복잡한 OFDM 수신기를 제공하는데 기여할 수도 있다.
따라서, 트레이닝 시퀀스를 사용하여 채널정보의 복구를 더욱 향상시키고, OFDM 통신시스템의 채널응답추정치를 획득하는 방법이 당업계에서 요구되는 바이다.
종래 기술의 전술한 문제점들을 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시형태에서는, 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 송신기를 제공한다. 일실시예에서, OFDM 송신기는 그 보호대역에 분할톤(fractional tone)을 포함하는 트레이닝 시퀀스를 생성하도록 구성된 트레이닝 시퀀스 발생기를 포함한다. 이 OFDM 송신기는 트레이닝 시퀀스 발생기에 결합되고, 채널을 통해 트레이닝 시퀀스를 전송하도록 구성된 OFDM 송신 회로를 더 포함한다.
또 다른 실시형태에서, 본 발명은 OFDM 수신기를 제공한다. 일실시예에서, OFDM 수신기는 그 보호대역에 분할톤을 포함하는 트레이닝 시퀀스를 채널을 통해 수신하도록 구성된 OFDM 수신 회로를 포함한다. OFDM 수신기는 채널 응답 추정을 획득하기 위해 분할톤을 사용하도록 구성된 OFDM 수신 회로에 결합된 채널추정기를 더 포함한다.
그러므로, 본 발명은 IEEE 802.11(a) 통신 시스템과 관련된 롱 트레이닝 시퀀스와 같은 트레이닝 시퀀스를 변경시키는 OFDM 송신기를 제시하며, 이는 OFDM 수신기에서의 컴퓨팅 요구사항 및 해당 메모리 요구사항을 줄이면서, 채널 응답 추정을 제공하도록 OFDM 수신기에 유리하게 사용된다. 보다 낮은 계산 복잡성을 갖지만, OFDM 수신기의 채널추정기는 종래의 채널추정기들과 같거나 더 나은 채널 응답 추정치을 제공할 수 있다. 채널추정기는 OFDM 수신기에 의해 개선된 데이터 복구가 가능한 개선된 채널 응답 추정치 대하여 부가적인 채널정보를 제공하기 위해, 변경된 롱 트레이닝 시퀀스를 이용할 수 있다.
또 다른 실시형태에서, 본 발명은 OFDM 통신 시스템에 사용하기 위한 채널 응답 추정치를 획득하는 방법을 제공한다. 일실시예에서, 본 방법은 트레이닝 시퀀스의 보호대역에서 분할톤을 발생시키는 단계, 채널을 통해 트레이닝 시퀀스를 전송하는 단계, 및 채널 응답 추정치를 획득하기 위해 분할톤을 사용하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시형태에서, 본 발명은 또한 OFDM 통신 시스템을 제공한다. 일실시예에서, OFDM 통신 시스템은 보호대역에 분할톤을 포함하는 트레이닝 시퀀스를 생성하고 그 트레이닝 시퀀스를 채널을 통해 전송하는 OFDM 송신기를 포함한다. 그 OFDM 통신 시스템은 트레이닝 시퀀스를 수신하고 채널 응답 추정을 획득하기 위해 분할톤을 사용하는 OFDM 수신기를 더 포함한다.
전술한 바는, 본 기술분야의 당업자들이 아래의 발명의 상세한 설명을 더 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 바람직한 특징들 및 대안의 특징들을 개괄한 것이다. 본 발명의 청구범위의 청구대상을 형성하는 본 발명의 부가적인 특징들이 이후 기술될 것이다. 본 기술분야의 당업자들은 본 발명의 동일한 목적을 수행하는 다른 구성들을 설계 또는 변경하기 위한 기반으로서 공개된 개념 및 특정 실시예를 쉽게 이용할 수 있음을 이해해야 한다. 본 기술분야의 당업자들은 또한 그러한 동일한 구성들이 보다 넓은 형태로 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어나지 않음을 이해해야 한다.
본 발명의 보다 완벽한 이해를 위하여, 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
먼저, 도 1에서는 본 발명의 원리에 따라 구성된 OFDM 통신 시스템(100)의 일 실시예의 블록도를 나타내고 있다. OFDM 통신 시스템(100)은 무선 채널(120)을 통해 통신하는 OFDM 송신기(110) 및 OFDM 수신기(130)를 포함한다.
OFDM 통신 시스템(100)은 무선 근거리 통신망(WLAN)일 수 있다. 예를 들어, OFDM 송신기(110)는 액세스 지점일 수 있고, OFDM 수신기(130)는 랩탑 컴퓨터, 판매 시점 관리 단말기 또는 개인 휴대 정보 단말기(PDA)일 수 있다. 다른 실시예에서, OFDM 통신 시스템(100)은 OFDM 송신기(100) 및 OFDM 수신기(130)를 포함하는 OFDM 송수신기내에 탑재될 수 있다. OFDM 통신 시스템(100)은 하나의 송신 및 하나의 수신 안테나를 갖는 1x1 시스템으로서 동작할 수 있다. 또한, OFDM 통신 시스템(100)은 2x2 시스템과 같은 다중 안테나 시스템으로서 동작할 수 있다.
OFDM 통신 시스템(100)은 IEEE 802.11(a)에 따라 동작할 수 있다. 이와 같이, OFDM 통신 시스템(100)은 데이터의 복조 및 복구를 지원하기 위해, OFDM 수신기에 의해 사용되는 프리앰블 및 헤더를 갖는 데이터를 송신할 것이다. 프리앰블은 OFDM 수신기(130)가 채널 추정 및 미세 주파수 획득을 위해 사용할 수 있는 롱 트레이닝 시퀀스의 2회 반복을 포함할 수 있다. 또한, 데이터 및 관련 프리앰블이 보호대역을 포함할 수 있다.
OFDM 송신기(110)는 보호대역에서 분할톤(fractional tone)을 포함하는 트레이닝 시퀀스를 생성하도록 구성될 수 있다. 분할톤은 양 또는 음의 부호일 수 있다. 일 실시예에서, 생성된 분할톤은 보호대역의 중심에 위치될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 트레이닝 시퀀스는 보호대역에서 추가의 분할톤을 갖는 IEEE 802.11(a)에 따라 변형된 롱 트레이닝 시퀀스에 따라 생성될 수 있다. 수학식 1의 볼드체 활자에 의해 나타낸 바와 같이, 롱 트레이닝 시퀀스의 보호대역은 일반적으로 데이터대역의 전방에 6개의 서브캐리어 및 후방에 5개의 서브캐리어 제로 톤을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 분할톤은 롱 트레이닝 시퀀스의 데이터 대역의 톤들로부터 약 12 데시벨 감소될 수 있다. 다른 실시예에서 분할톤은 롱 트레이닝 시퀀스의 데이터대역의 톤들로부터 약 6 데시벨 감소될 수 있다. 물론, 본 기술분야의 당업자라면 분할톤은 다른 데시벨 레벨일 수 있음을 이해할 것이다.
보호대역은 분할톤 이외의 여기된 톤이 없을 수 있다. 대체실시예에서, 분할톤은 보호대역의 복수의 서브캐리어에서 생성될 수 있다. 각각의 분할톤은 대략 동일한 데시벨 레벨일 수 있거나 또는 각각의 분할톤은 다른 데시벨 레벨을 가질 수 있다. 예를 들어, 분할톤은 데이터 대역에 인접한 서브캐리어로부터 보호대역의 시작 및 끝에 위치하는 서브캐리어에 이르기까지 데시벨 레벨로 감소할 수 있다. 이러한 방식으로, 분할톤은 데이터 대역으로부터 점점 감소하여 다른 송신과의 간섭을 방지할 수 있다.
그러므로, OFDM 송신기(110)는 IEEE 802.11(a)에 따라 일반적으로 활성화되거나 여기되는 롱 트레이닝 시퀀스의 빈(bin)들에서의 분할톤 또는 서브캐리어를 생성할 수 있다. 롱 트레이닝 시퀀스의 보호대역에서 톤은 일반적으로 활성화되지 않으므로, 보호대역 서브캐리어에 대하여 채널정보가 거의 획득되지 않거나 아예 획득되지 않는다. 그러므로, OFDM 송신기(110)는 롱 트레이닝 시퀀스의 보호대역에서 적어도 하나의 서브캐리어를 활성화하여 대응하는 OFDM 수신기(130)에서 채널 응답 추정을 획득하기 위한 추가 정보를 제공한다.
또한, OFDM 송신기(110)는 데이터 및 롱 트레이닝 시퀀스를 무선 채널(120)을 통해 OFDM 신호로서 송신할 수 있다. OFDM 송신기(110)는 데이터 및 롱 트레이닝 시퀀스를 IEEE 802.11(a)에 따라 송신할 수 있다. OFDM 송신기(110)는 2.4 GHz 또는 5 GHz에서 OFDM 신호를 송신할 수 있다. 물론, 본 기술분야의 당업자라면 OFDM 송신기(110)가 다른 주파수에서 작동될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 본 기술분야의 당업자라면 OFDM 송신기 및 OFDM 수신기의 일반적인 작동 및 구성을 이해할 것이다.
OFDM 수신기(130)는 무선 채널(120)을 통해 OFDM 신호를 수신하고 무선 채널(120)의 채널 응답 추정치를 획득하기 위하여 트레이닝 시퀀스 및 분할톤을 이용하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, OFDM 수신기(130)는 보호대역에서 수신된 단일 분할톤에 기초하여 보호대역의 각각의 서브캐리어에 대한 보호대역 톤을 보간할 수 있다. 바람직한 실시예에서, OFDM 수신기(130)는 적어도 하나의 분할톤에 기초하여 보호대역 톤들을 선형적으로 보간한다. 몇몇 실시예에서, OFDM 수신기(130)는 보호대역의 중심에 위치하는 분할톤에 기초하여 보간을 실행할 수 있다. 또한, OFDM 수신기(130)는 롱 트레이닝 시퀀스와 관련된 다중 분할톤을 이용하여 비활성화된 보호대역 서브캐리어의 톤을 보간할 수 있다.
또한, OFDM 수신기(130)는 인접 서브캐리어에서의 톤에 기초하여 DC 톤 또는 제로 톤을 보간할 수 있다. DC 톤의 보간으로 채널 응답 추정에 크게 기여하여 데이터 수신을 향상시킬 수 있다. 따라서, 덜 복잡한 수신기로서 보다 복잡하고 고가의 수신기와 동등하게 또는 더 향상되어 실행되는 OFDM 수신기(130)를 제공할 수 있다.
이하에서는, 도 2를 참조하여 본 발명의 원리에 따라 구성된 OFDM 송신기(200)의 일 실시예의 블록도를 설명한다. OFDM 송신기(200)는 트레이닝 시퀀스 발생기(220) 및 OFDM 송신 회로(260)를 포함한다. 트레이닝 시퀀스 발생기(220) 및 OFDM 송신 회로(260)는 ASIC(Apllication Specific Integrated Circuit), 또는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 또는 디지털 신호 처리장치(DSP)와 같은 프로그램가능 장치에 탑재될 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 본 기술분야의 당업자라면 OFDM 송신기(200)가 도시되지 않은 추가의 구성요소를 포함할 수 있지만, 종래의 OFDM 송신기내에서 이용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
트레이닝 시퀀스 발생기(220)는 보호대역에서 분할톤을 포함하는 트레이닝 시퀀스을 생성하도록 구성될 수 있다. 종래의 OFDM 송신기에서, IEEE 802.11(a)에 따른 롱 트레이닝 시퀀스의 보호대역의 톤은 활성화되지 않는다. 그러므로, OFDM 수신기에서는, 보호대역에서 수집되는 채널정보가 없을 수 있다. 따라서, OFDM 송신기(200)의 트레이닝 시퀀스 발생기(220)는 유리하게도 롱 트레이닝 시퀀스의 보호대역에서 적어도 하나의 분할톤을 생성하고 송신하여 OFDM 수신기에 대하여 채널정보를 제공한다.
바람직한 실시예에서, 분할톤은, 보호대역의 적어도 하나의 서브 캐리어가 활성화되는 롱 트레이닝 시퀀스를 생성하기 위해 일반적으로 이용되는 알고리즘을 변형함으로써 생성된다. 일 실시예에서, 보호대역은 롱 트레이닝 시퀀스의 데이터 대역의 보호대역으로부터 6 데시벨 낮아진 형태로 여기되어 스펙트럼 누설 및 기타 엣지효과를 최소화시킬 수 있다. 또한 여기(excitation)는 데이터 대역으로부터 12 데시벨 낮게 일어날 수 있고, 여전히 적합한 성능을 제공한다. 물론, 다른 데시벨 레벨이 사용될 수도 있다.
예를 들어, 트레이닝 시퀀스 발생기(220)는 주파수영역에서 수학식 5에 의해주어진 변형된 롱 트레이닝 시퀀스와 같은 톤들의 트레이닝 시퀀스를 생성하도록 구성될 수 있다.
-32≤k≤31 에 대하여
다른 실시예에서, 트레이닝 시퀀스 발생기(220)는 주파수영역에서 수학식 6에 나타낸 바와 같이 보호대역의 각각의 서브캐리어에서의 분할톤을 갖는 롱 트레이닝 시퀀스을 변형하여 구성될 수 있다.
-32≤k≤31 에 대하여,
다른 실시예에서, 보호대역의 분할톤의 데시벨 레벨은 데이터 대역에 인접한 보호대역 서브캐리어로부터 최외측 보호대역 서브캐리어로 감소될 수 있다. 이러한 분할톤들의 테이퍼링(tapering) 효과는, OFDM 수신기의 필터(예컨대, 대역 통과 필터)의 스펙트럼 형태와 실질적으로 일치하도록 구성되어 다른 데이터 대역과의 간섭을 방지할 수 있다.
트레이닝 시퀀스 발생기(220)에 접속된 OFDM 송신회로(260)는, 채널을 통하여 분할톤을 포함하는 롱 트레이닝 시퀀스를 전송하도록 구성될 수 있다. OFDM 송신회로(260)는 OFDM 송신기내에 공통적으로 위치되는 종래의 구성품들을 포함할 수 있다. 예컨대, OFDM 송신회로(260)는 데이터의 순방향 오류정정(FEC) 부호화를 사용하는 인코더를 포함할 수 있다. 또한, OFDM 송신회로(260)는 무선전송에 대하여 부호화된 데이터를 준비하는 데이터 프로세서를 포함할 수 있다. 데이터 프로세서는 IFFT(inverse Fast Fourier Transform) 알고리즘을 사용하여, 인터리브, 맵핑, 및 데이터를 시간영역으로 변환할 수 있다. 또한, 데이터 프로세서는 보호 인터페이스를 추가시켜, 요구되는 데이터 속도에 따라, 2상 또는 4상의 위상편이방식(BPSK/QPSK), 16상 직교 진폭변조(QAM) 방식, 또는 64-QAM을 사용하는 전송을 위해, 데이터를 변형 및 변조시킬 수 있다. 당업자라면 OFDM 송신회로(260)의 동작 및 구성을 이해할 수 있을 것이다.
도 3을 참조하면, 도 3은 본 발명의 원리에 따라 구성되고, 도면부호가 300인, OFDM 수신기의 일실시예를 나타낸 블록도이다. OFDM 수신기(300)는 OFDM 수신회로(320)와 채널추정기(360)를 포함한다. OFDM 수신회로(320) 및 채널추정기(360)는 ASIC(Apllication Specific Integrated Circuit) 내에서, 또는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 또는 DSP(Digital Signal Processor) 등의 프로그래머블 장치내에서 실시될 수 있다. 당업자라면 OFDM 수신기(300)가 도시되지 않은 추가의 구성품을 포함할 수도 있으며, 종래 OFDM 수신기들 내에서 실시될 수 있음을 이해할 것이다.
OFDM 수신회로(320)는, 보호대역내에서 분할톤을 포함하는 트레이닝 시퀀스를 포함하는 무선채널을 통해 OFDM 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. OFDM 수신회로(320)는 무선주파수(RF)회로의 전단장치(front end), A/D 변환기, 및 데이터 프로세서를 포함할 수 있다. 또한, OFDM 수신회로(320)는 OFDM 송신기에서 송신된 데이터를 복구하도록 채널추정기(360)의 결과를 사용하는 데이터 디코더를 포함할 수 있다.
OFDM 수신회로(320)에 접속되는 채널추정기(360)는 채널의 채널응답추정치를 획득하기 위해 분할톤을 사용하도록 구성될 수 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 보호대역의 각각의 서브케리어는, 채널추정기(360)가 채널응답추정치를 획득하기 위해 사용하는 분할톤으로 활성화된다. 일 실시예에 있어서는, 보호대역의 각 서브케리어는 다른 데시벨 레벨에서 활성화 될 수 있다. 분할톤은 롱 트레이닝 시퀀스의 데이터대역의 톤들로부터 약 6 데시벨 정도 감쇄될 수도 있다. 분할톤은 롱 트레이닝 시퀀스의 데이터대역의 톤들로부터 약 12 데시벨 정도 감쇄될 수도 있으며, 또는 다른 실시예에서는, 다른 데시벨 레벨로 감쇄될 수도 있다.
바람직한 실시예에서는, 채널추정기(360)는 추널응답추정치를 획득하기 위해 도 2에 대하여 전술하였으며, 수학식 6으로 주어지는 바와 같은, 변형된 롱 트레이닝 시퀀스를 사용할 수도 있다. 따라서, 채널추정기(360)는 채널응답추정치를 제공하기 위해 전통적으로 높은 계산상의 복잡성을 요구하였던 것 보다 적은 계산상의 복잡성을 이용할 수 있다. 채널추정기(360)는 또한 잡음 및 채널 훼손(degradation) 등으로 인한 변경된 롱 트레이닝 시퀀스의 변형된 형태인 64-포인트 FET 시퀀스를 사용할 수도 있다.
채널추정기(360)는 채널응답추정치를 제공하기 위해 종래 기술의 곱셈기, IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 알고리즘, FFT(Fast Fourier Transform) 알고리즘을 포함할 수도 있다. 일실시예에서는, 채널추정기(360)는 OFDM 수신회로(320)의 타이밍 획득블록으로부터 변경된 롱 트레이닝 시퀀스의 변형된 형태를 수신할 수도 있다. 채널추정기(360)는 수학식 7로 나타낸 최소자승 채널응답추정치()를 가져오는, 알려진 변경된 롱 트레이닝 시퀀스로, 변형된 롱 트레이닝 시퀀스의 변형된 형태를 조합함으로써 최소자승법을 제공할 수도 있다.
k∈{-26, -1} and {1,26}에 대하여
여기서, Ym[k]는 롱 트레이닝 시퀀스의 변형된 형태이며, Xm[k]는 알려진 롱 트레이닝 시퀀스이다.
따라서, 최소자승추정치는, 보호대역의 각 서브케리어들이 분할톤으로 활성화되므로, 63개의 활성화된 톤들을 포함할 수 있다. 그러나, DC 톤은 여전히 0 일 수 있다.
몇몇 실시예에 있어서, 채널추정기(360)는 변경된 롱 트레이닝 시퀀스의 인접한 톤들에 기초하여 DC 톤을 보간하도록 구성될 수 있다. DC 톤 또는 제로 톤은 음(-)의 제1 톤()과 양(+)의 제1 톤()에서의 최소자승 추정치로부터 선형적으로 보간될 수도 있다. 수학적으로 DC 톤의 값은 수학식 8과 같은 평균화 연산을 통해 얻어질 수 있다.
따라서, 최소자승 추정치는 총 64개의 톤들을 포함할 수 있다. 물론, 당업자라면, 주파수 영역에서 최소자승법을 달성하기 위해 DC 톤들을 처리하는 기타의 방법 또는 기법들을 사용할 수 있을 것이다.
다음, 채널추정기(360)는 주파수 영역에서 시간 영역으로 64-포인트 최소자승 추정치를 변환하기 위해 IFFT 알고리즘을 사용할 수 있다. 시간영역에서, 64-포인트 시퀀스는 채널임펄스응답의 추정치가 된다. 채널응답추정치에 대한 잡음의 기여도를 감소시키기 위해, 관련특허인 미국특허출원 제10/677,566호 "CHANNEL ESTIMATOR FOR A RECEIVER AND METHOD OF OPERTION THEREOF"에 기재된 된 바와 같이, 채널임펄스응답과 관련되는 중간탭들이 실질적으로 0으로 설정될 수도 있다. 일단 채널임펄스응답과 관련된 지정된 탭들이 실질적으로 제로화되면, 채널추정기(360)는 시간영역의 64-포인트 최소자승 추정치를 채널응답 추정치를 가져오는 FFT 알고리즘을 사용하여 주파수 영역으로 다시 변환시킬 수도 있다. 그 후, 채널응답 추정치는 데이터복구를 지원하도록 이용될 수 있다.
몇몇 실시예에 있어서, 보호대역은 분할톤을 제외한 여기된 톤들이 없게 될 수도 있으며, 채널추정기(360)는 보호대역의 잔여 톤들을 선형적으로 보간시킬 수도 있다. 보호대역을 여기시키는 것은 스펙트럼상의 누설을 일으킬 수도 있으며, 또한 IEEE 802.11(a) 통신시스템과 관련되는 문제점을 유발시킬 수도 있다. 따라서, 보호대역의 단 하나의 단일 톤이 활성화 될 수 있다. 활성화 된 톤은 보호대역의 중심(X[-32])에 위치될 수 있다. 따라서, 채널추정기에서 64-포인트 최소자승 추정치가 취해지는 경우, 32번째 톤()에서 최소자승 채널응답 추정치 중 양측의 어느 한 쪽에서 5개의 소실 톤(missing tone)들이 있을 수 있다. 또한, 보호대역의 활성화된 서브케리어들을 보간하기 위해 하나 이상의 분할톤이 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 채널추정기(360)는 활성화된 보호대역 서브케리어들을 결정하기 위해 선형적으로 보간을 실시한다.
도 4를 참조하면, 도 4는 본 발명의 원리에 따라 구성된 수신기에 따라서, 보호대역 톤들의 선형보간을 설명하기 위한 도면이다. 중심 톤(X[-32])은 보호대역의 중심에 위치된다. 따라서, 채널추정기(360)에 의해 제공되는 최소자승 추정치는 음의 32번째 톤()에서의 최소자승 채널응답추정치의 양측의 어느 한 쪽에 다섯개의 소실 톤들을 가질 수 있다. 채널추정기(360)는 중심 톤에서 최소자승 추정치를 획득하고, 참조로서, 음의 26번째 톤()과 양의 26번째 톤()에서의 최소자승 채널응답 추정치를 사용하여 보호대역의 5개의 소실 톤들을 선형적으로 추정할 수 있다. 자세하게는, 근사화 톤들([27,32])이 양의 26번째 톤()에서의 최소자승 채널응답 추정치와 음의 32번째 톤()에서의 최소자승 채널응답 추정치 사이의 선형보간을 사용하여 근사화 될 수 있으며, 근사화 톤들([-31, -27])이 음의 26번째 톤()에서의 최소자승 채널응답 추정치와 음의 32번째 톤()에서의 최소자승 채널응답 추정치와의 선형보간을 사용하여 근사화될 수 있다. 선형보간후 채널추정기(360)는 변형된 롱 트레이닝 시퀀스의 64개 톤들에서 최소자승 추정치를 가질 수 있다. 다음, 채널추정기(64)는, FFT 알고리즘을 사용하여 주파수 영역으로 변환하기 전에 더욱 처리하여 채널응답 추정치를 제공하기 위해서, 최소자승 시퀀스를 시간영역으로 변환하는 IFFT 알고리즘을 사용할 수 있다.
도 5를 참조하면, 도 5는 본 발명의 원리에 따라 수행되는 채널추정의 성능을 나타내는 그래프이다. 더욱 자세하게는, 도 5는, 수학식 6에서 주어진 바와 같이, 보호대역에서 활성화된 톤들을 갖는, 변경된 롱 트레이닝 시퀀스를 사용하는 채널 추정의 이론적인 성능을 나타낸다. 또한, 도 5는 수학식 8에 주어진 바와 같이 DC 톤을 추정하는 것을 반영하고 있으며, 전술한 관련특허에서와 같이 잡음의 기여도를 줄이고자 채널 임펄스 응답에 관련된 중간 탭들을 제로화하도록 실질적으로 설정하는 것을 반영한다.
채널 응답의 추정성능은 부동소수점 행렬 연산(MATLAB) 시뮬레이션을 사용하여 측정되었다. 측정치로서 출력의 신호대잡음비(SNR)를 사용하여 완전채널정보로부터 성능저하가 측정되었다. 채널변형없이, 입력의 SNR은 이하의 수학식 9로 주어진다.
출력 SNR은 채널 추정오류로 인한 출력에서의 결과적인 SNR이며, 수학식 10으로 주어진다.
여기서, σc 는 데이터가 전송된 52개의 톤들을 대상으로 채널에 대하여 정규화된 채널 오류의 분산이다. 채널오류가 제로 평균이라고 가정하면, σc 의 표현은 수학식 11로 주어진다.
완전한 채널정보가 주어진다면, 입력의 SNR(SNRi)은 출력의 SNR(SNRo)과 같다. 그러나, 일반적으로 입력 SNRi는 출력 SNRo 보다 작다.
그 성능을 산정하기 위해, 출력의 SNRo에 대한 입력의 SNRi이 채널추정기로 측정되었다. 그 결과는 다수의 다중경로 채널들에 걸쳐 평균화된 것으로 나타내어진다.
다시 도 6을 참조하면, 본 발명의 원리에 따라 수행되는 채널추정의 대표적인 성능의 그래프를 나타낸다. 더욱 자세하게는, 도 6은 전술한 바와 같이 보호대역 톤들을 보간하고, 수학식 5에 주어진 바와 같이 변경된 롱 트레이닝 시퀀스를 사용하는 것을 반영한다.
그러므로, 본 발명은 IEEE 802.11(a) 통신 시스템과 관련된 롱 트레이닝 시퀀스와 같은 트레이닝 시퀀스를 변경시키는 OFDM 송신기를 제시하며, 이는 OFDM 수신기에서의 컴퓨팅 요구사항 및 해당 메모리 요구사항을 줄이면서, 채널 응답 추정을 제공하도록 OFDM 수신기에 유리하게 사용된다. 보다 낮은 계산 복잡성을 갖지만, OFDM 수신기의 채널추정기는 종래의 채널추정기들과 같거나 더 나은 채널 응답 추정치을 제공할 수 있다. 채널추정기는 OFDM 수신기에 의해 개선된 데이터 복구가 가능한 개선된 채널 응답 추정치 대하여 부가적인 채널정보를 제공하기 위해, 변경된 롱 트레이닝 시퀀스를 이용할 수 있다.
본 발명이 자세하게 설명되었지만, 당업자라면 이들의 다양한 변형예, 치환예, 변경예들이 본 발명의 개념과 범주를 일탈하지 않고서 가장 넓은 형태로 가능할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 원리에 따라 구성된 OFDM 통신 시스템의 일 실시예를 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명의 원리에 따라 구성된 OFDM 송신기의 일 실시예를 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명의 원리에 따라 구성된 OFDM 수신기의 일 실시예를 나타낸 블록도.
도 4는 본 발명의 원리에 따라 구성된 보호대역 톤들의 선형보간을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 원리에 따라 수행되는 채널 추정을 나타낸 성능 그래프.
도 6은 본 발명의 원리에 따라 수행되는 채널 추정을 나타낸 성능 그래프.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
110: OFDM 송신기
120: 무선채널
130: OFDM 수신기
220: 트레이닝 시퀀스 발생기
260: OFDM 송신회로
320: OFDM 수신회로
360: 채널추정기

Claims (17)

  1. 직교주파수 분할다중(OFDM; orthogonal frequency division multiplexing) 송신기로서,
    그 보호대역에서 분할톤을 포함하는 트레이닝 시퀀스를 발생시키도록 구성되는 트레이닝 시퀀스 발생기; 및
    상기 트레이닝 시퀀스 발생기에 접속되며, 상기 트레이닝 시퀀스를 채널을 통해 전송하도록 형성되는 OFDM 송신회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 직교주파수 분할다중 송신기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분할톤은 상기 보호대역의 중심에 위치되는 것을 특징으로 하는 직교주파수 분할다중 송신기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 분할톤은 상기 트레이닝 시퀀스의 데이터 대역에서의 톤들로부터 적어도 약 6 데시벨 정도의 데시벨 레벨로 감쇄되는 것을 특징으로 하는 직교주파수 분할다중 송신기.
  4. 직교주파수 분할다중(OFDM) 수신기로서,
    그 보호대역에서 분할톤을 포함하는 트레이닝 시퀀스을 채널을 통하여 수신하도록 구성되는 OFDM 수신회로; 및
    상기 OFDM 수신회로에 접속되며, 채널응답추정치를 획득하기 위해 상기 분할톤을 사용하도록 구성되는 채널추정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 직교주파수 분할다중 수신기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 분할톤은 상기 보호대역의 중심에 위치되며, 상기 채널추정기는 상기 보호대역의 나머지 톤들을 보간하는 것을 특징으로 하는 직교주파수 분할다중 수신기.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 분할톤은 상기 트레이닝 시퀀스의 데이터 대역에서의 톤으로부터 적어도 약 6 데시벨 정도의 데시벨 레벨로 감쇄되는 것을 특징으로 하는 직교주파수 분할다중 수신기.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 채널추정기는 또한 상기 트레이닝 시퀀스의 인접한 톤들에 기초하여 DC 톤을 보간하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 직교주파수 분할다중 수신기.
  8. 직교주파수 분할다중(OFDM) 통신시스템에서 사용하기 위한 채널응답추정치를 획득하는 방법에 있어서,
    트레이닝 시퀀스의 보호대역에서 분할톤을 발생시키는 단계;
    채널을 통하여 상기 트레이닝 시퀀스를 전송하는 단계; 및
    채널응답추정치를 획득하기 위해 상기 분할톤을 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 채널응답추정치 획득방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 분할톤은 상기 보호대역의 중심에서 발생되며, 상기 분할톤의 사용은 상기 보호대역의 나머지 톤들을 보간하는 것을 포함하는 것을 특징으로하는 채널응답추정치 획득방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 트레이닝 시퀀스의 데이터 대역의 톤들로부터 적어도 약 6 데시벨의 데시벨 레벨로 상기 분할톤을 감쇄시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 채널응답추정치 획득방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 분할톤을 발생시키는 단계는,
    상기 트레이닝 시퀀스의 복수의 보호대역들에서 분할톤을 발생시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 채널응답추정치 획득방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 트레이닝 시퀀스의 인접한 톤들에 기초하여 DC 톤을 보간하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 채널응답추정치 획득방법.
  13. 직교주파수 분할다중(OFDM) 통신시스템으로서,
    그 보호대역에서 분할톤을 포함하며, 채널을 통하여 상기 트레이닝 시퀀스를 전송하는 트레이닝 시퀀스를 발생시키는 OFDM 송신기; 및
    상기 트레이닝 시퀀스를 수신하고, 채널응답추정을 획득하기 위해 상기 분할톤을 사용하는 OFDM 수신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 직교주파수 분할다중 통신시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 분할톤은 상기 보호대역의 중심에 위치되며, 상기 OFDM 수신기는 상기 보호대역의 나머지 톤들을 보간하는 것을 특징으로 하는 직교주파수 분할다중 통신시스템.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 분할톤은 상기 트레이닝 시퀀스의 데이터 대역에서의 톤들로부터 적어도 약 6 데시벨의 데시벨 레벨로 감쇄되는 것을 특징으로 하는 직교주파수 분할다중 통신시스템.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 OFDM 송신기는 복수의 보호대역들에서 분할톤을 발생시키며, 상기 OFDM 수신기는 상기 채널응답추정치를 획득하기 위해 상기 분할톤들 중 적어도 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 직교주파수 분할다중 통신시스템.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 OFDM 수신기는 상기 트레이닝 시퀀스의 인접한 톤들에 기초하여 DC 톤을 보간하는 것을 특징으로 하는 직교주파수 분할다중 통신시스템.
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