KR20060029292A

KR20060029292A - Ｏｆｄｍ 통신 시스템

Info

Publication number: KR20060029292A
Application number: KR1020067002014A
Authority: KR
Inventors: 토마스 피. 크라우스; 케빈 엘. 바움; 비자이 난지아
Original assignee: 모토로라 인코포레이티드
Priority date: 2003-07-28
Filing date: 2004-07-13
Publication date: 2006-04-05
Also published as: US20050063327A1; JP2007500472A; EP1652319A2; KR100740448B1; WO2005013530A3; US6999467B2; CN1826737B; CN1826737A; EP1652319A4; WO2005013530A2

Abstract

채널 추정을 개선하는 스태거링된 확산 OFCDM 방식이 이용된다. 제 1실시예에서, 각각의 칩 스트림은 미리 결정된 양만큼 시간 시프트되고(도 5의 유닛 305), 그후 미리 결정된 서브캐리어 상으로 전송된다. 이는, 시간 확산 심볼들이 상이한 서브캐리어들(도 4) 상에서 스태거링(시간-오프셋)되어, 채널의 샘플링을 더 자주 수행하게 한다. 제 2실시예에서, 스태거링된 확산 방식은, 주파수 차원에서 확산하는 시스템의 성능을 개선하기 위하여 주파수 차원(도 4)에 적용된다.

OFDM 통신 시스템, 시간 확산 심볼, 서브캐리어, 데이터 스트림, 파일럿 스트림

Description

ＯＦＤＭ 통신 시스템{ＯＦＤＭ communication system}

본 발명은 일반적으로 통신 시스템들에 관한 것이며, 특히 멀티캐리어 통신 시스템 내에서 전송 및 수신하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

직교 주파수 분할 다중화(OFDM)는 여러 무선 시스템 표준들에서 사용되는 공지된 멀티캐리어 변조 방법이다. OFDM을 사용하는 시스템들 중 일부는 5GHz 고데이터율 무선 LAN들(IEEE802.11a, HiperLan2, MMAC), 유럽 디지털 오디오 및 디지털 비디오 방송(각각 DAB 및 DVB-T) 및 IEEE802.16a와 같은 광대역 고정 무선 시스템들을 포함한다. OFDM 시스템은 이용 가능한 대역폭을 매우 많은 협대역 주파수(서브캐리어들)로 분할하며, 데이터는 서브캐리어들에 의하여 병렬로 전송된다. 각각의 서브캐리어는 점유된 주파수 대역의 상이한 부분을 이용한다.

다양한 형태들의 멀티캐리어 확산 스펙트럼을 제공하기 위하여 OFDM 시스템에서 데이터에 대하여 확산이 적용될 수 있다. 그러한 확산-OFDM 시스템들은 일반적으로 확산 OFDM(SOFDM), 멀티캐리어 CDMA(MC-CDMA) 또는 직교 주파수 코드 분할 다중화(OFCDM) 중 하나로서 언급된다. MC-CDMA를 사용하는 시스템들에 대하여, 주파수 차원에 확산이 적용되며, 다중 신호들(사용자들)은, 상이한 확산 코드들을 사용함으로써 서브캐리어들의 동일한 세트를 점유할 수 있다. OFCDM에 대하여, 상이 한 사용자들에는 상호 다른 직교 확산 코드들이 할당되며, 다운링크를 통한 전송 전에 확산 신호들이 결합된다. 주파수 차원 또는 시간 차원에 확산이 적용될 수 있거나, 또는 시간 및 주파수 확산의 결합이 사용될 수 있다. 임의의 경우에, 월시 코드들(Walsh codes)과 같은 직교 코드들은 확산 함수를 위하여 사용되며, 다중 데이터 심볼들은 상이한 월시 코드들(즉, 다중-코드 전송)로 다중화된 코드일 수 있다.

OFCDM 시스템들에 집중하면, 월시 코드들 간의 직교성은, 월시 코드에 의하여 스패닝되는(spanned) 시간/주파수 자원들의 모두에 대하여 채널이 일정한 경우에만 유지된다. 이는 상이한 시스템 파라미터들(예를 들면, 서브캐리어 및 OFDM 심볼 간격) 및 상이한 채널 조건들(예를 들면, 지연 확산 및 도플러 확산)에 대하여 시간 및 주파수 확산 간에 상이한 트레이드 오프들을 야기한다.

각각의 심볼이 SF 칩들에 의하여 표현되는 시간 차원에서 SF의 확산 인자를 가진 OFCDM에 대하여, SF 월시 코드들까지는 각각의 서브캐리어로 활성화될 수 있다. 채널 추정에서, 이들 월시 코드들 중 하나는 (IS-95와 같은 종래의 단일-캐리어 CDMA 시스템들에서 파일럿 신호가 생성되는 것과 동일한 방식으로) 파일럿 신호로서 할당된다. 그러나, 이러한 방법에 있어서의 문제점은, 예를 들면 차량의 이동으로 인하여 시간 변동이 중요할 때 월시 코드들의 직교성이 손실된다는 점이다. 이는 파일럿 채널이 다른 월시 코드에 의하여 간섭되도록 한다. 이러한 간섭으로 인하여 채널 추정이 저하된다. 부가적으로, 파일럿 채널을 역확산할 때, SF "칩들"의 전체 확산 블록에 대하여 단일 채널 추정이 이루어진다. 이러한 단일 채널 추정은 채널이 블록(SF 칩들) 전반에 걸쳐 상당히 변화할 때 정확하지 않다. 따라서, 정확한 채널 추정을 제공하면서 시변 채널들에 대하여 파일럿 채널 감쇠량을 감소시키는, OFDM 통신 시스템 내에서 전송하고 수신하는 방법 및 장치에 대한 필요성이 요망된다.

앞서 언급된 필요성을 충족시키기 위하여, 확산 OFDM 시스템에서 데이터를 전송 및 수신하는 방법 및 장치가 제공된다. 특히, 채널 추정을 개선하는 스태거링된(staggered) 시간-확산 OFCDM 방식이 이용된다. 제 1실시예에서, 각각의 칩 스트림은 미리 결정된 양만큼 시간 시프트되며, 미리 결정된 서브캐리어 상으로 전송된다. 이는, 시간-확산 심볼들이 상이한 서브캐리어들 상에서 스태거링(시간-오프셋)되어, 이에 따라 채널이 더 자주 샘플링되고 채널 추정이 개선된다. 제 2실시예에서, 스태거링된 확산 방법은, 주파수 차원에서 확산하는 시스템의 성능을 개선하기 위하여 주파수 차원에 적용된다.

본 발명은 개별 사용자로부터의 데이터가 다중 서브캐리어들로 전송되는 다중-캐리어 시스템에서 데이터를 전송하는 방법을 포함한다. 본 방법은: 복수의 역다중화된 데이터 스트림들을 생성하기 위하여 데이터 스트림을 역다중화하는 단계; 복수의 칩 스트림들을 생성하기 위하여 확산 코드로 역다중화된 데이터 스트림들을 확산하는 단계를 포함한다. 각각의 칩 스트림은 미리 결정된 양만큼 시간 시프트되며, 미리 결정된 서브캐리어 상으로 전송된다.

본 발명은 데이터를 전송하기 위한 방법을 더 포함한다. 본 방법은: 복수의 역다중화된 심볼들을 생성하기 위하여 심볼 스트림을 역다중화하는 단계; 및 복수의 확산 심볼들을 생성하기 위하여 확산 코드로 각각의 심볼을 확산하는 단계를 포함하며, 복수의 확산 심볼들의 각각은 미리 결정된 수의 칩들을 포함한다. 제 1전송 간격 동안 확산 심볼의 제 1칩은 미리 결정된 서브캐리어에 매핑되며, 제 2전송 간격 동안 확산 심볼의 제 1칩이 제 2서브캐리어에 매핑되며, 제 2서브캐리어는 제 1서브캐리어와 상이하다.

본 발명은, 복수의 서브캐리어들을 포함하는 멀티캐리어 신호를 수신하는 단계, 칩 스트림을 생성하기 위하여 멀티캐리어 신호를 복조하는 단계, 제 1심볼 기간 동안 제 1채널 추정을 생성하기 위하여 제 1심볼 기간 동안 파일럿 코드로 칩 스트림을 역확산하는 단계, 제 2심볼 기간 동안 제 2채널 추정을 생성하기 위하여 제 2심볼 기간 동안 파일럿 코드로 칩 스트림을 역확산하는 단계, 제 1 및 제 2 채널 추정들에 기초하여 제 1심볼 기간의 일부분 동안에만 제 3채널 추정을 생성하는 단계, 및 제 1 및 제 2 채널 추정들에 기초하여 제 1심볼 기간의 제 2부분 동안 제 4채널 추정을 생성하는 단계를 포함하는 방법을 또한 포함한다.

본 발명은, 장치로서: 복수의 역다중화된 스트림들을 생성하기 위하여 데이터 스트림을 역다중화하는 역다중화기; 복수의 칩 스트림들을 생성하기 위하여 확산 코드로 상기 역다중화된 데이터 스트림들을 확산하는 확산기; 미리 결정된 양만큼 각각의 칩 스트림을 시간 시프트하는 시간 시프터; 및 미리 결정된 서브캐리어 상으로 각각의 시간 시프트된 칩 스트림을 전송하는 송신기를 포함하는, 장치를 더 포함한다.

본 발명은, 복수의 역다중화된 심볼들을 생성하기 위하여 심볼 스트림을 역다중화하는 역다중화기, 미리 결정된 수의 칩들을 각각 포함하는 복수의 확산 심볼을 생성하기 위하여 확산 코드로 각각의 심볼을 확산하는 확산기, 및 제 1전송 간격 동안 미리 결정된 서브캐리어에 확산 심볼의 제 1칩을 매핑하고 제 2 전송 간격 동안 제 2서브캐리어에 확산 심볼의 제 1칩을 매핑하는 맵퍼를 포함하는 장치를 더 포함하며, 제 2서브캐리어는 제 1서브캐리어와 상이하다.

본 발명은, 장치로서: 복수의 서브캐리어들을 포함하는 멀티캐리어 신호를 수신하고, 칩 스트림을 생성하기 위해 상기 멀티캐리어 신호를 복조하는 수신기; 제 1심볼 기간 동안 제 1채널 추정치를 생성하기 위해 상기 제 1심볼 기간 동안 파일럿 코드로 상기 칩 스트림을 역확산하고, 제 2심볼 기간 동안 제 2채널 추정치를 생성하기 위해 상기 제 2심볼 기간 동안 상기 파일럿 코드로 상기 칩 스트림을 역확산하는 채널 추정기; 및 상기 제 1 및 제 2 채널 추정치들에 기초하여 상기 제 1심볼 기간 동안의 일부분 동안만 제 3채널 추정치를 생성하고, 상기 제 1 및 제 2채널 추정치들에 기초하여 상기 제 1심볼 기간의 제 2부분 동안 제 4 채널 추정치를 생성하는 보간기를 포함하는, 장치를 더 포함한다.

도 1 내지 도 3은 OFDM 기반 시스템에서 파일럿 심볼들을 포함하는 종래의 방법들에 대한 예를 도시한 도면.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 확산 OFDM 채널 구조를 예시한 도면.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 확산 OFDM 통신 시스템의 송신기의 블록도.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 도 4의 송신기의 동작을 도시한 흐름도.

도 7은 본 발명의 대안 실시예에 따른 확산 OFDM 채널 구조를 예시한 도면.

도 8은 본 발명의 대안 실시예에 따른 확산 OFDM 통신 시스템의 송신기의 블록도.

도 9는 본 발명의 대안 실시예에 따라 도 7의 송신기의 동작을 도시한 흐름도.

도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 채널 추정을 예시한 도면.

도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수신기의 블록도.

도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 채널 추정을 도시한 흐름도.

동일 도면 부호들이 동일한 요소들을 지시하는 도면들을 지금 참조하면, 도 1 및 도 2는 OFDM-기반 시스템에서 파일럿 심볼들을 포함하는 종래의 방법들에 대한 예들을 도시한다. 이들 종래의 방법들은 정규 OFDM 데이터 또는 확산 데이터(MC-CDMA, OFCDM과 같은)를 전송하는 시스템들에서 사용될 수 있다는 것에 유의해야 한다. 그러나, 각각의 개별 파일럿 심볼은 하나의 OFDM 심볼 기간만큼 단지 "하나의 서브캐리어"를 점유하고 파일럿 및 데이터가 다중화된 코드가 아니라는 것에 유의해야 한다. 대신에, 파일럿 심볼들은 데이터로부터 시간 및/또는 주파수로 분리된다. 이들 종래의 방법들에서, 채널 추정은 데이터 또는 확산 데이터 위치들로부터 분리되는 각각의 파일럿 심볼 위치에서 획득될 수 있다. 그 다음에, 채널은 시간-주파수 그리드의 다른 위치들, 특히 데이터 또는 확산 데이터가 배치되는 위치들에서 추정될 수 있으며, 그 결과 데이터는 역확산 및 검출될 수 있다.

도 1 및 도 2의 종래의 방법들과 대조적으로, 본 발명의 바람직한 실시예는 확산 데이터로 다중화되는 코드인 확산 파일럿을 사용한다.

도 3은 종래의 확산 OFDM 채널 구조를 기술한다. 특히, 도 3은 시간 차원에서 확산하는 OFDM 시스템을 기술한다. SF=8인 타입의 시스템에 대한 시간-주파수 그리드가 기술되며, 여기서 각각의 심볼은 8 칩들로 확산된다. 그 다음에, 8개의 칩들은 특정 주파수(서브캐리어)로 전송된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1심볼을 나타내는 8개의 칩들은 캐리어 1로 전송된 다음에, 다른 심볼을 나타내는 다른 8개의 칩들이 전송된다. 서브캐리어들 2 내지 4에서 유사한 전송들이 이루어진다. SF 심볼들까지는 동일한 시간/주파수 공간으로 다중화된 코드일 수 있다. 예를 들면, SF 심볼들까지는 단일 확산 블록 간격 b 동안 동일한 서브캐리어로 다중화된 코드일 수 있다. 코드 다중화 파일럿을 사용하는 시스템에서, 월시 코드들 중 적어도 하나는 파일럿 채널로서 사용된다.

시간-주파수 그리드의 특정 위치에서 복합 신호는 다음과 같이 기술된다.

여기서, b는 확산 블록 간격 인덱스이며(b가 하나의 모든 SF OFDM 심볼 기간들만큼 증가한다는 것에 유의해야 한다);

n은 b차 확산 블록 간격 내의 칩 인덱스이다. n이 각각의 확산 블록 간격 b내에서 1에서 SF까지 증가한다는 것에 유의해야 하며;

k는 서브캐리어 인덱스이며, 1≤k≤K이며;

c는 스크램블링 코드를 나타내며;

i는 월시 코드 인덱스이며, 1≤i≤SF이며;

p는 파일럿 채널을 위하여 사용되는 월시 코드 인덱스를 나타내며;

W_i는 i차 월시 코드를 나타내며;

A_i는 (예를 들면, 존재하는 경우에 전력 제어 세팅들에 기초하여) i차 월시 코드 채널에 적용된 (실제) 이득을 나타내며;

d_i는 i차 월시 코드를 변조하는 복소수 데이터 심볼을 나타낸다. d_p는 p차 월시 코드 채널(즉, 파일럿 채널)을 변조하는 파일럿 심볼을 나타낸다.

OFCDM 시스템이 종래의 단일-캐리어 CDM/CDMA 시스템들과 상이한 특징들을 가진다는 것에 유의해야 한다. 단일 캐리어 CDMA 시스템들에서, 신호 왜곡의 공통 소스는 다중경로 지연 확산으로 인하여 칩간 간섭(inter-chip interference)이다. 이러한 칩간 간섭은 비록 채널이 확산 블록 내에서 변화하지 않을지라도 다른 직교 확산 코드들 간의 직교성을 파괴한다. OFCDM와 같은 OFDM-기반 멀티캐리어 확산 시스템을 사용하면 OFDM-기반 시스템들에서 보통 사용되는 순환 접두사와 함께 감 소된 칩율로 인하여 칩간 간섭 문제가 제거된다. 그러나, OFCDM의 사용으로 인하여 새로운 문제점이 발생한다. OFCDM에서, 칩 구간(duration)은 비교가능한 대역폭 단일 캐리어 시스템에서 보다 훨씬 넓다. 결과로서, 확산 블록의 구간은 OFCDM 시스템에서 크게 확장되며, 이는 확산 블록 전반에 걸쳐 채널 변화에 고유한 민감성 문제를 유발한다. 확산 블록 내에서의 채널 변화는 직교 확산 코드들 간에 간섭을 유발하며, 더욱이 코드 다중화 파일럿이 사용되는 경우에 채널 추정 문제점들을 유발한다.

상술된 바와 같이, 종래의 확산 OFDM 시스템들은 시간-변화들이 확산 블록 내에서 발생할 때 직교성을 손실할 수 있다. 이는 파일럿 채널이 다른 월시 코드들로부터 간섭되도록 한다. 채널 추정은 이러한 간섭으로 인하여 저하된다. 부가적으로, 파일럿 채널을 역확산할 때, SF "칩들"의 전체 확산 블록에 대하여 단일 채널 추정이 수행된다. 이러한 단일 채널 추정은 채널이 블록에서 크게 번화할 때 정확하지 않다. 이들 문제점을 개선하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 채널 추정을 개선한 스태거링된 시간-확산 OFCDM 방식이 이용된다. 특히, 각각의 칩 스트림은 미리 결정된 크기만큼 시간 시프트되며 미리 결정된 서브캐리어들을 통해 전송된다. 이는 다른 서브캐리어들로 스태거링된(시간 오프셋된) 시간-확산 심볼들을 야기하여, 채널의 샘플링이 더 자주 수행된다. 증가된 채널 샘플링율은 채널 추정기 성능을 개선하고 높은 도플러들(예를 들면, 이동 무선 시스템에서 고속 차량 속도 또는 높은 채널 주파수)에 대한 채널 트래킹 능력이 개선된다. 더욱이, 본 발명은 결과적인 시스템이 채널 변화들에 더 강하기 때문에, OFCDM 시스템 의 파라미터들(SF, 칩 구간, 서브캐리어들의 수와 같은)을 선택할 때 더 융통적일 수 있다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 확산 OFDM 채널 구조를 기술한다. 명백한 바와 같이, 서브캐리어마다, 각각의 심볼에 대한 제 1칩은 시간에 대하여 스태거링된다. 이러한 특정 예에서, "스태거 오프셋"(Stagger Offset; SO)는 4와 동일하며, 그 결과 한 서브캐리어에서 다음 서브캐리어까지 각각의 심볼(SF 칩들을 포함함)은 4 칩 기간들만큼 오프셋된다. 이러한 예에 대하여, 도 3에 기술된 예에서와 같이, SF=8이며, 여기서 각각의 심볼은 8 칩들로 확산된다. 8개의 칩들은 특정 주파수(서브캐리어)로 전송된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 최대 SF*2 심볼들을 나타내는 16개의 칩들은 서브캐리어 1 상으로 전송되며, 16개의 칩들은 서브캐리어 2로 전송된 다른 최대 SF*2 심볼들을 나타낸다. 그러나, 서브캐리어 2로 전송된 16개의 칩들은 제 1칩의 전송이 서브캐리어 1에서 4차 칩의 전송과 동일한 기간 동안 발생하도록 시간에 대하여 시프트된다. 서브캐리어들 3 및 4에 대하여 유사한 전송 패턴이 발생한다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 확산 OFDM 통신 시스템의 송신기(300)에 대한 블록도이다. 도시된 바와 같이, 송신기(300)는 역다중화기(301), 확산기들(302, 304), 시간 시프터(305) 및 OFDM 변조기/송신기(306)를 포함한다. 단순화를 위하여, 단일 사용자로부터(예를 들면, 업링크) 또는 단일 사용자로(예를 들면, 다운링크)의 데이터는 도 5에 도시되나, 당업자는 전형적인 OFCDM 송신기에서 다중 사용자들이 동일한 시간/주파수 공간을 점유하는 최대 SF 심볼들과 동시에 전송한다(또는 전송된다)는 것을 인식할 것이다. 동작중에, 사용자로부터/사용자로 데이터 스트림은 데이터 스트림이 복수의 데이터 스트림들로 역다중화되는 역다중화기(301)에 입력된다. 전형적인 역다중화 동작들은 주어진 데이터율(R)의 데이터 스트림을 R/N의 데이터율을 각각 가진 N 데이터 스트림들로 변환한다.

계속하면, 역다중화된 데이터 스트림들은 표준 확산이 이루어지는 확산기(302)에 입력되어 복수의 칩 스트림들을 생성한다. 특히, 데이터 및 확산 코드들이 2진인 예시적인 시나리오에 대하여, 확산기(302) 모듈로 2는 데이터 심볼에 직교 코드(예를 들면, 8 칩 월시 코드)를 더한다. 예를 들면, 8 칩 확산에서, 데이터 심볼들은 데이터 심볼이 0인지 또는 1인지에 따라 8 칩 확산 코드 또는 이의 역으로 각각 대체된다. 더 상세히, 확산 코드는 추가 수식들에서 복소수 데이터 심볼, 예를 들면 d_i에 의하여 변조되며, 이러한 복소수 데이터 심볼은 예를 들면 M-ary QAM 또는 M-ary PSK 배열로부터 선택될 수 있다. 확산 코드는 바람직하게 월시 코드가 매트릭스의 단일 행 또는 열인 8×8 하다마르 매트릭스(Hadamard matrix )로부터의 월시 코드에 대응한다. 따라서, 각각의 데이터 스트림에 대하여, 확산기(302)는 현재의 입력 데이터 심볼값에 의하여 변조된 월시 코드를 반복적으로 출력한다. 본 발명의 대안 실시예에서 추가 확산 또는 다른 동작들이 확산기(302)에 의하여 발생할 수 있다는 것에 유의해야 한다. 예를 들면, 전력 제어 및/또는 데이터 스크램블링은 이전의 수식에 기술된 바와 같이 수행될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 서브채널당 단일 파일럿은 각각의 심볼 스 트림과 함께 방송되며, 이에 따라 전송된 신호의 후속 복조를 위하여 채널 추정이 이루어진다. 단일 파일럿 채널은 특정 주파수/시간 기간 동안 데이터를 수신하는 모든 사용자들에 의하여 이용된다. 본 발명의 대안 실시예들에서, 파일럿 채널의 전송은 채널 조건들이 허용될 때 더 많은 데이터를 전송하기 위하여 다양한 시간 기간들/서브캐리어들에서 "스킵(skipped)"될 수 있다. 시퀀스 및 시간 간격을 알고 있는 수신기는 파일럿과 다른 확산 코드들에서 발생하는 비-파일럿 방송들을 복조/디코딩할 때 상기 정보를 이용한다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 파일럿 스트림(공지된 심볼 패턴을 포함)은 8 직교 코드들로부터의 하나의 코드를 이용하여 적절하게 확산하는 확산기(304)에 입력된다. 그 다음에, 파일럿 칩 스트림은 합산기들(303)을 통해 각각의 데이터 칩 스트림과 합산된다. 하나 이상의 데이터 스트림에 대한 데이터가 합산기들(303)에서 합산될 수 있다는 것에 유의해야 한다. 다시 말해서, 특정 주파수/시간 기간 동안 전송된 각각의 사용자에 대한 데이터는 합산기(303)에서 합산된 다중 확산 코드들의 칩들을 가질 것이다. 결과적으로 합산된 칩 스트림은 시간 시프터(305)에 출력된다.

상술된 바와 같이, 시간 시프터(305)는 다른 서브캐리어들(주파수들)로 특정 칩 스트림들을 시간 시프트하여, 채널의 샘플링을 자주 수행할 수 있도록 한다. 특히, 인접 채널들은 제 1서브캐리어의 하나의 심볼 기간의 시작부가 제 2 서브캐리어의 제 2심볼 기간의 전송(바람직하게는 중도)동안 발생하도록 스태거링된 시작 심볼 기간(예를 들면, 각각의 월시 코드의 시작)를 가진다. 시간이 시프트되는지 여부에 상관없이, 모든 칩 스트림들은 표준 OFDM 변조가 이루어지는 OFDM 변조기 (306)에 입력된다.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도 5의 송신기 동작을 기술한 흐름도이다. 사용자로부터/사용자로의 데이터 스트림이 복수의 데이터 스트림들로 역다중화되는 단계(401)에서 논리 흐름이 시작된다. 단계(403)에서, 각각의 데이터 스트림은 특정 월시 코드로 확산되며 확산 파일럿 코드와 합산된다(단계 405). 합산된 칩 스트림들은, 전송될 서브캐리어에 따라 대략 시간 시프트하는 시간 시프터(305)에 입력된다(단계 407). 최종적으로, 단계(409)에서는 OFDM 변조 및 전송이 이루어진다.

다른 서브캐리어들을 통한 전송들이 미리 결정된 수의 칩들만큼 시간 시프트되는 시스템이 기술된다. 이는 다른 서브캐리어들로 스태거링된(시간-오프셋) 시간-확산 심볼들을 야기하며, 이에 따라 시변 채널이 양호하게 추정되도록 시간 차원에서 채널의 샘플링이 더 자주 수행될 수 있다.

본 발명의 대안 실시예에서, 시간 차원보다 오히려 주파수 차원(또는 결합하여)에서 확산이 수행된다. 이러한 실시예에서, 다중경로 지연 확산으로 인하여 서버캐리어들에 대하여 채널 변화가 발생하며, 이에 따라 파일럿 및 데이터 확산 코드들 간의 직교성이 손실되며 서브캐리어들에 대한 채널 변화들을 추정하기가 곤란해진다. 본 발명의 스태거링된 확산 방법은 도 7에 도시된 바와 같이 주파수 차원에서 확산하는 시스템의 성능을 개선하기 위하여 주파수 차원에 적용된다.

도 7에 도시된 바와 같이, 제 1기간 동안, 각각의 심볼의 제 1칩은 서브캐리어들(주파수들)의 미리 결정된 제 1세트로 전송된다. 제 2기간 동안, 각각의 심볼 의 제 1칩은 서브캐리어들의 미리 결정된 제 2세트로 전송되며, 여기서 서브캐리어들의 미리 결정된 제 2세트는 서브캐리어들의 미리 결정된 제 1세트와 다르다. 특정 사용자에 대하여, 확산 심볼의 제 1칩은 제 1전송 간격 동안 미리 결정된 서브캐리어에 매핑되며, 제 2전송 간격 동안 제 2서브캐리어에 매핑된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 확산 심볼은 제 1전송 간격 동안 서브캐리어들(k 내지 k+SF-1)에 매핑되며 제 2전송 간격 동안 서브캐리어들(m+SF-1)에 매핑된다. 확산 블록의 칩들이 주파수-차원 확산을 사용하여 다른 기간들을 스패닝할 필요가 없기 때문에 다중 데이터 심볼 또는 확산 블록 기간들이 단일 시간 간격(예를 들면, b=1 및 b=2)에서 표현될 수 있다는 것이 도 7에 기술된다.

도 8은 본 발명의 대안 실시예에 따른 확산 OFDM 통신 시스템의 송신기(600)의 블록도이다. 명백한 바와 같이, 송신기(600)는 시간 시프터(305)가 주파수/서브캐리어 맵퍼(605)에 의하여 대체되는 것을 제외하고 송신기(300)와 유사하다. 송신기(600)의 동작은 상술된 바와 같이 다른 서브캐리어들에 매핑되는 합산기들(603)로부터 출력되는 합산된 칩 스트림들이 맵퍼(605)에 입력되는 것을 제외하고 도 5와 관련하여 앞서 기술된 동작들과 유사하다. 특히, 제 1전송 간격 동안 맵퍼(605)는 미리 결정된 서브캐리어에 확산 심볼의 제 1칩을 매핑하며, 제 2전송 간격 동안 맵퍼(605)는 확산 심볼의 제 1칩을 제 2서브캐리어에 매핑하며, 여기서 제 2서브캐리어는 제 1서브캐리어와 상이하다.

도 4 및 도 7에서 전송들의 스태거링으로 인하여 빈공간을 유지하는 주파수/칩 위치들이 존재한다는 것에 유의해야 한다. 이들은 빈공간을 유지할 필요가 없 다. 예를 들면, 이들 중 하나는 작은 확산 인자를 사용하여 확산된 사용자 데이터 또는 제어 정보(코드 다중화 파일럿을 가지거나 또는 가지지 않은)를 전송하기 위하여 이들 공간들을 사용하거나, 또는 작은-길이 확산 인자를 사용하고 사용자의 데이터(코드 다중화 파일럿을 가지거나 또는 가지지 않은)를 사용하여 다중 갭들을 스패닝하거나 또는 수신기에서 채널을 추정하는데 도움이 되는 추가 파일럿 칩들 및/또는 파일럿 심볼들을 사용할 수 있다.

부가적으로, 확산 및 캐리어/OFDM 심볼 그리드로의 확산 심볼의 매핑과 관련하여 도 4 및 도 7의 변형들이 가능하다. 일 대안 실시예에서, 데이터 심볼들 및 파일럿 심볼(들)은 바람직하게 직교 가변 확산 인자(Orthogonal Variable Spreading Factor; OVSF) 코드들에 기초하여 다른 확산 인자들로 확산될 수 있다. 예를 들면, 도 4에서, 파일럿 칩 스트림은 SF_파일럿 = 8의 확산 인자를 가질 수 있는 반면에, 데이터는 SF_데이터 = 16의 확산 인자를 가질 수 있다. 이러한 경우에, 길이 16의 단일 확산 데이터 블록(도 4에서 b=1 및 b=2와 같은 SF=8 확산 블록들 중 두개를 연결시킴으로써 획득될 수 있음)은 파일럿 채널에 대한 수신 처리가 도 4와 관련한 바람직한 실시예와 거의 유사하도록 각각이 SF_파일럿 = 8를 가진 두개의 확산 파일럿 심볼들을 포함한다. 따라서, 이러한 실시예는 데이터를 위하여 사용된 확산 인자를 선택 또는 동적으로 조절할 때 추가 융통성을 제공한다. 그러나, 이러한 예에서는 SF_파일럿 = 8의 사용이 OVSF 코드들과 관련하여 공지된 바와 같이 데이터 채널로부터 16개의 코드들 중 2개의 사용을 차단한다는 것을 유의해야 한다. 이러한 대안 실시예의 추가 예에서, 16의 확산 인자를 사용하는 확 산 데이터는 추가 주파수 다이버시티를 제공하는 것으로 공지된 데이터에 대한 2차원 확산을 제공하기 위하여 두 개의 다른 서브캐리어들에 매핑될 수 있다. 이러한 예에서, 16개 확산 칩의 8개 칩들은 확산 블록 간격 b=1에 대하여 서브캐리어 k=1에 매핑될 수 있으며, 나머지 8개 칩들은 다른 서브캐리어에 매핑될 수 있다(예를 들면, 확산 블록 간격 b=1에 대하여 k=2, 확산 블록 b=1 또는 b=2에 대하여 k=3, 또는 다양한 다른 미리 결정된 결합들).

도 9는 본 발명의 대안 실시예에 따른 도 8의 송신기 동작을 기술한 흐름도이다. 사용자로부터/사용자로의 데이터 스트림이 복수의 데이터 스트림들로 역다중화되는 단계(701)에서 논리 흐름이 시작된다. 단계(703)에서, 각각의 데이터 스트림은 특정 월시 코드로 확산되며 확산 파일럿 코드와 합산된다(단계 705). 합산된 칩 스트림들은 특정 서브캐리어에 적절하게 매핑하는 주파수 맵퍼(605)에 입력된다(단계 707). 최종적으로, 단계(709)에서는 OFDM 변조 및 전송이 이루어진다. 앞서 기술된 바와 같이, 제 1전송 기간 동안, 전송될 모든 심볼들은 서브캐리어들의 미리 결정된 제 1세트를 통해 전송된 제 1칩을 가진다. 다음 기간 동안(칩 기간 동안) 전송될 모든 심볼들은 서브캐리어들의 미리 결정된 제 1세트를 통해 전송된 제 1입을 가진다. 본 발명의 대안 실시예에서, 서브캐리어들의 제 1 및 제 2 세트는 상호 배타적이다.

앞서 기술된 전송 방식들을 이용함으로써, 수신기는 채널을 더 자주 샘플링할 수 있다. 수신 동안, 베이스라인 채널 추정은 바람직하게 파일럿의 월시 코드에 의하여 수신된 신호를 역확산함으로써 확산 블록마다 얻어진다. 수신된 심볼은 다음과 같이 모델링될 수 있다.

여기서 h(b,n,k)는 채널이며,

는 b차 블록, n차 OFDM 심볼, k차 서브캐리어에서 열 잡음 및/또는 다른 잡음 및 간섭이다. 파일럿 채널은 바람직하게 파일럿의 월시 코드와 스크램블링 코드의 곱의 공액을 수신된 신호에 곱하고 요소들을 합산함으로써 확산되며: 이후에 이득 및 파일럿 심볼을 나눔으로써 바람직하게 복조된다.

이러한 역확산 채널 추정은 3개의 항목들의 합이며, 한 항목은 채널의 상수부로 인한 것이며, 한 항목은 열 잡음으로 인한 것이며, 한 항목은 확산 블록에 대한 채널 변화로부터 발생하는 데이터 사용자들로부터 코드간 간섭(ICI)로 인한 것이며, 특히

여기서

이 수식은 역확산 잡음 분포이며,

은 ICI로 인한 항목이다.

채널 추정을 개선하기 위하여, 확산 블록 및 서브캐리어마다 한번 이용가능한 기본 라인 채널 추정들

는 서브캐리어들 간에 존재하는 임의의 상관관계에 대한 장점을 취하고 확산 블록 내에서 칩 채널 추정치들을 획득하도록 결합된다. 필터링 및 보간이 지금 기술된다. 결합된 추정치

은 절대 심볼 인덱스 l-1,2,3,...에 의하여 인덱싱된 l차 OFDM 심볼의 k차 서브캐리어에서 최종으로 추정된 채널이다.

은 이하에서 상세히 기술된 바와 같이 확산 블록 채널 추정치들

를 보간 및 필터링함으로써 획득된다. 일 실시예에서, 채널 추정치는 확산 블록에 전반에 걸쳐 일정하게 유지되며, 주파수 필터링이 적용된다. 다른 실시예에서, 칩-레벨 채널 추정치들은 확산 블록 채널 추정치들을 보간함으로써 획득된다.

채널 추정치들은 SO OFDM 심볼들에 대하여 일정하게 유지되며, 여기서 SO는 "스태거 오프셋"이며, "스태거 기간"은 다음과 같이 정의된다.

스태거링하지 않은 특별한 경우는 SO=SF 및 SP=1를 세팅함으로써 획득된다. 절대 시간에 의하여 인덱싱된 유지된 채널 추정치들

는 역확산 파일럿들을 사용하여 "채워지게(filled in)"되며(즉, 샘플링 및 유지되며),

여기서,

는,

심볼 l 및 서브캐리어 k에 대한 블록 인덱스를 제공한다. 주어진 OFDM 심볼 l에 대하여, 다른 서브캐리어들은 스태거링된 확산의 경우에 가능한 다른 확산 블록들에 의하여 얻어진다.

시간 차원에서의 보간의 경우에, 예를 들면 선형 보간의 경우에, 유지된 채널 추정들은 다음과 같이 칩 인덱스에 따라 변화하는 채널 추정치들을 획득하기 위하여 결합된다.

이러한 과정은 도 10에 에시된다.

본 발명의 바람직한 실시예에서,

(또는 보간된 채널 추정치들에 대하여

)은 각각의 OFDM 심볼 l에 대한 서브캐리어들 전반에 걸쳐 필터링된다. 필터링은 여러 방식들로 구현될 수 있다. 일 방법은 IFFT를 취하여, 최대 예상된 지연 확산보다 더 큰 지연 확산들에 대응하는 부분들을 제로-아웃하기 위하여 시간영역 채널에 곱셈 윈도우를 적용하는 것이다. 그 다음에, 채널은 FFT를 취함으로써 획득된다. 필터링에 대한 다른 방법은 직접 주파수 영역에 관한 것이다. 어느 한 경우에, 채널은 모든 서브캐리어들에 저역통과 필터를 적용함으로써 수학적으로 다음과 같이 획득된다.

여기서,

는 k차 서브캐리어에 대한 채널 추정 필터링 계수들이다. g(k, k₁)의 일부가 제로일 수 있다는 것을 유의하라.

b차 확산 블록 및 k차 서브캐리어의 n차 칩에서 추정된 채널은 적절한 시간 및 주파수 인덱스에서

에 의하여 주어지며, 특히 스태거링되지 않으면 다음과 같이 된다.

스태거링된 확산 블록들의 경우에,

수신된 신호는 등화되며, 이에 따라 전송된 데이터 심볼들

의 추정치를 획득하기 위하여 제거 및 역확산된 코드를 스크램블링한다. b차 확산 블록 및 k차 서브캐리어의 n차 칩에서 등화기 계수를 f(b,n,k)로 놓는다. i차 월시코드로 변조된 전송된 데이터 심볼의 추정치는 다음과 같은 수식에 의하여 얻어진다.

등화기 계수는 EGC(Equal-Gain Chip Combing) 또는 MMSE 기준과 같은 임의의 기준에 따라 다음과 같이 선택될 수 있다.

여기서,

는

의 편차이며,

는 x(b,n,k)의 편차이다. 만일 주파수 선택 간섭이 존재하면,

는 1/SINR(b,n,k)로 대체될 수 있으며, 여기서 SINR은 신호대 간섭 + 잡음비이다. 이득 보상항은 선형 MMSE 등화기에 추가로 적용된다.

도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수신기(900)의 블록도이다. 도시된 바와 같이, 수신기(900)는 수신기/복조기(901), 버퍼(902), 역확산기(903), 채널 추정기(904), 칩-레벨 보간기(905), 및 다중화기(906)를 포함한다. 동작중에, 복조기(901)는 다중 서브캐리어들(멀티캐리어 신호)을 수신하고 이를 복조하여 복수의 칩 스트림들을 생성한다. 칩 스트림들은 버퍼(902)에 전송되어 저장된다. 버퍼(902)는 채널 추정이 이루어지는 동안 미리 결정된 시간 동안 복조된 칩 스트림을 저장한다. 각각의 칩 스트림에 대하여, 채널 추정기(904)는 버퍼(902)를 액세스함 제 1심볼 기간(즉, 제 1SF 칩들)동안 파일럿 코드로 칩 스트림을 역확산하여 제 1심볼 기간 동안 제 1채널 추정치를 생성한다. 유사한 방식으로, 채널 추정기(904)는 제 2심볼 기간 동안 파일럿 코드로 칩 스트림을 역확산하여 제 2심볼 기간 동안 제 2채널 추정치를 생성한다. 채널 추정치들은 제 3채널 추정치가 생성되는 칩-레벨 보간기(905)에 전송된다. 도 11를 참조하여 앞서 기술된 바와 같이, 제 3채널 추정치는 제 1심볼 기간의 부분(즉, SF 칩들보다 작은 부분)동안만 생성되며 제 1 및 제 2 채널 추정치들에 기초한다. 유사한 방식으로, 제 4채널 추정치는 제 1 및 제 2 채널 추정치들에 기초하여 제 1심볼 기간의 제 2부분 동안 생성된다. 채널 추정치들은 역확산기(903)에 전송되어 칩 스트림들을 다중 데이터 스트림들로 역확산할 때 이용된다. 다중화기(906)는 데이터 스트림들을 재결합한다.

요약하면, 멀티캐리어 시스템들에 대한 종래의 채널 추정과 다르게, 본 발명의 바람직한 실시예에서 칩당 채널 추정치들은 역확산 및 코딩 다중화 파일럿들로부터 획득되며, 이들 추정치들은 비록 역확산 파일럿이 확산 블록당 단일 채널 추정치만을 제공할지라도 단일 확산 블록 내의 채널 변형에 따른다. 결과로서, 심볼내의 각각의 칩은 잠재적으로 가변 채널 추정치를 가지며, 이에 따라 높은 도플러 들에 대하여 역확산기 성능 및 채널 추적이 크게 개선되며 잠재적인 시스템 파라미터들의 넓은 범위에 대하여 코드 다중화 파일럿을 사용할 수 있다. 도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 채널 추정을 기술한 흐름도이다. 복수의 서브캐리어들을 포함하는 멀티캐리어 신호가 수신되는 단계(1001)에서 논리 흐름이 시작된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 수신된 신호는 적어도 두 개의 서브캐리어들에 존재하는 상대적 시간 시프트된 칩 스트림들을 가진 멀티캐리어 신호를 포함한다. 수신된 신호는 복수의 칩 스트림들을 생성하기 위하여 복조된다(단계 1003). 단계(1005)에서 칩 스트림은 제 1심볼 기간 동안 파일럿 코드로 역확산되어 제 1 심볼 기간 동안 제 1채널 추정치를 생성하며, 단계(1007)에서 칩 스트림은 제 2 심볼 기간 동안 파일럿 코드로 역확산되어 제 2심볼 기간 동안 제 2채널 추정치를 생성한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 제 1 및 제 2 심볼 기간들은 시간적으로 중첩되지 않으며, 본 발명의 대안 실시예에서 제 1 및 제 2 심볼 기간들은 주파수에서 중첩되지 않는다.

계속해서, 단계(1009)에서 제 3 채널 추정치는 제 1 및 제 2 채널 추정치들에 기초하여 제 1심볼 기간의 부분 동안 생성되며, 단계(1011)에서 제 4 채널 추정치는 제 1 및 제 2 채널 추정치들에 기초하여 제 1심볼의 제 2부분 동안 생성된다.

본 발명이 특정 실시예와 관련하여 기술될지라도, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 특정 실시예를 변경 및 수정할 수 있다는 것이 당업자에게 이해될 것이다. 예를 들면, 비록 OFDM 변조를 포함하는 앞의 상세한 설명이 주로 제공될지라도, 당업자는 다른 멀티캐리어 변조 기술들이 또한 이용될 수 있다는 것을 인 식할 것이다. 따라서, 비록 앞서 기술된 실시예들이 시간 및 주파수 확산을 분리하여 다룰지라도, 당업자는 상술된 시간 및 주파수 확산 모두의 결합이 또한 이용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 이러한 변화들은 이하의 청구항들의 범위 내에 있다.

Claims

개별 사용자로부터의 데이터가 다중 서브캐리어들 상으로 전송되는 다중-캐리어 시스템에서 데이터를 전송하기 위한 방법으로서:

복수의 역다중화된 데이터 스트림들을 생성하기 위하여 데이터 스트림을 역다중화하는 단계;

복수의 칩 스트림들을 생성하기 위하여 확산 코드로 상기 역다중화된 데이터 스트림들을 확산하는 단계;

미리 결정된 양만큼 각각의 칩 스트림을 시간 시프트하는 단계; 및

미리 결정된 서브캐리어 상으로 각각의 시간 시프트된 칩 스트림을 전송하는 단계를 포함하는, 데이터 전송 방법.
제 1항에 있어서, 상기 칩 스트림으로 확산 파일럿을 코드 다중화하는 단계를 더 포함하는, 데이터 전송 방법.
제 1항에 있어서, 상기 역다중화된 데이터 스트림들 중 적어도 두 개에 대하여 상이한 확산 코드들이 사용되는, 데이터 전송 방법.
제 1항에 있어서,

확산 파일럿 스트림을 생성하기 위하여 파일럿 스트림을 확산하는 단계;

미리 결정된 양만큼 상기 파일럿 스트림을 시간 시프트하는 단계; 및

미리 결정된 서브캐리어 상으로 상기 파일럿 스트림을 전송하는 단계를 더 포함하는, 데이터 전송 방법.
제 1항에 있어서,

확산 파일럿 스트림을 생성하기 위하여 파일럿 스트림을 확산하는 단계; 및

상기 복수의 칩 스트림들 중 하나의 칩 스트림과 상기 파일럿 스트림을 결합하는 단계를 더 포함하며;

상기 각각의 칩 스트림을 시간 시프트하는 단계는 상기 파일럿 스트림 및 상기 칩 스트림의 결합을 시간 시프트하는 단계를 포함하는, 데이터 전송 방법.
데이터를 전송하기 위한 방법으로서:

복수의 역다중화된 심볼들을 생성하기 위하여 심볼 스트림을 역다중화(de-multiplexing)하는 단계;

미리 결정된 수의 칩들을 각각 포함하는 복수의 확산 심볼들을 생성하기 위하여 확산 코드로 각각의 심볼을 확산하는 단계;

제 1전송 간격 동안, 확산 심볼의 제 1칩을 미리 결정된 서브캐리어에 매핑하는 단계; 및

제 2전송 간격 동안, 확산 심볼의 제 1칩을 제 2서브캐리어에 매핑하는 단계로서, 상기 제 2서브캐리어는 상기 제 1서브캐리어와 상이한, 상기 매핑 단계를 포 함하는, 데이터 전송 방법.
제 6항에 있어서,

파일럿 칩들을 포함하는 확산 파일럿 스트림을 생성하기 위하여 파일럿 스트림을 확산하는 단계; 및

상기 서브캐리어들에 매핑된 칩들이 확산 심볼 칩들 및 파일럿 칩들의 결합을 포함하도록 상기 확산 심볼들의 칩들과 상기 파일럿 칩들을 결합하는 단계를 더 포함하는, 데이터 전송 방법.
복수의 역다중화된 스트림들을 생성하기 위하여 데이터 스트림을 역다중화하는 역다중화기;

복수의 칩 스트림들을 생성하기 위하여 확산 코드로 상기 역다중화된 데이터 스트림들을 확산하는 확산기;

미리 결정된 양만큼 각각의 칩 스트림을 시간 시프트하는 시간 시프터; 및

미리 결정된 서브캐리어 상으로 각각의 시간 시프트된 칩 스트림을 전송하는 송신기를 포함하는, 장치.
복수의 서브캐리어들을 포함하는 멀티캐리어 신호를 수신하고, 칩 스트림을 생성하기 위해 상기 멀티캐리어 신호를 복조하는 수신기;

제 1심볼 기간 동안 제 1채널 추정치를 생성하기 위해 상기 제 1심볼 기간 동안 파일럿 코드로 상기 칩 스트림을 역확산하고, 제 2심볼 기간 동안 제 2채널 추정치를 생성하기 위해 상기 제 2심볼 기간 동안 상기 파일럿 코드로 상기 칩 스트림을 역확산하는 채널 추정기; 및

상기 제 1 및 제 2 채널 추정치들에 기초하여 상기 제 1심볼 기간 동안의 일부분 동안만 제 3채널 추정치를 생성하고, 상기 제 1 및 제 2채널 추정치들에 기초하여 상기 제 1심볼 기간의 제 2부분 동안 제 4 채널 추정치를 생성하는 보간기를 포함하는, 장치.