KR20060036960A

KR20060036960A - 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 확산 방법 및 송신장치, 직교 주파수 분할 다중 접속 방법

Info

Publication number: KR20060036960A
Application number: KR1020040086031A
Authority: KR
Inventors: 박형원; 임재성
Original assignee: 임재성
Priority date: 2004-10-27
Filing date: 2004-10-27
Publication date: 2006-05-03
Also published as: KR100698628B1

Abstract

본 발명은 무선 이동통신 네트워크에서 고속의 패킷 서비스 제공을 위한 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA : Orthogonal Frequency Division Multiple Access)시스템에 관한 것으로, OCC(Orthogonal Complementary Code)를 이용하는 TS-OFDMA(Time spreading-OFDMA)기술이다.

종래의 OFDM/TDMA(Time Division Multiple Access) 방식은 망 내의 사용자간 간섭이 없기 때문에 높은 데이터 전송 속도를 제공하기에 용이하지만, 인접 망 간 동일 주파수를 사용할 수 없기 때문에 세밀한 주파수 분배 및 충분한 대역 확보가 필요하다.

반면에, OFDM/CDMA(Code Division Multiple Access) 방식은 망 내의 사용자간 간섭으로 인해 채널의 용량이 제한되는 문제점이 있지만, 주파수 재사용률을 1로 만들 수 있으며, 코드 길이 만큼의 추가적인 확산 이득을 얻을 수 있다.

이와 같이 TDMA, CDMA 기반의 OFDM 시스템은 서로 상반되는 장, 단점을 갖고 있다. 본 발명은 새로운 시간 축 확산 방식을 제안하여 이러한 OFDM 기반의 TDMA/CDMA 시스템들의 단점을 해결함과 동시에, 각각의 장점을 수용한다.

OFDM, 시간 축 확산, Orthogonal Complementary Code

Description

직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 확산 방법 및 송신 장치, 직교 주파수 분할 다중 접속 방법{METHOD AND APPARATUS FOR Orthogonal Frequency Division Multiple Access}

도 1은 본 발명이 적용된 송신단을 설명하는 도면.

도 2는 본 발명이 적용된 수신단을 설명하는 도면.

도 3과 도 4는 기존의 multi-carrier CDMA 환경에서 OCC를 사용하여 각 사용자들의 정보가 확산 전송되는 경우와 OCC를 사용하지 않은 경우를 비교하여 설명하는 도면.

도 5와 도 6은 TS-OFDMA 방식을 통한 데이터의 확산을 설명하는 도면.

도 7 내지 도 10은 종래의 하다마드 코드를 사용하는 OFDM/CDMA 방식과 TS-OFDMA와의 비교 예.

도 11과 도 12는 코드 길이 16인 OCC를 사용하여 각 사용자들의 정보가 중첩되는 것을 설명하는 송신단 및 수신단의 실시예.

본 발명은 직교 주파수 분할 다중(OFDM : Orthogonal Frequency Division Multiplexing)을 물리 계층으로 사용하는 네트워크에서 각 단말이 서로 효과적으로 통신할 수 있는 다중접속방식에 관한 것이다.

특히, 칩(chip)간 직교성을 보장해 주는 OCC(Orthogonal Complementary Code)를 사용하여 주파수 축 확산 및 시간 축 확산(Time spreading)을 통해 고속의 무선 이동통신 환경에서 OFDM/TDMA 기반의 시스템 뿐만 아니라 OFDM/CDMA 기반 시스템의 장점을 모두 얻을 수 있다.

OFDM방식은 넓은 대역의 주파수를 다수의 직교하는 부반송파로 나누어 다중화하는 디지털 변조 방식으로 고주파 대역을 사용함으로 인해 발생하게 되는 다중 경로 페이딩 현상을 줄이고 고속의 이퀄라이져 사용을 피할 수 있도록 한다. 또한, 부반송파간 오버래핑을 통해 가용 대역을 충분히 사용할 수 있도록 고안되었다.

고속의 데이터 통신을 위해서는 필수 불가결하게 고주파 대역을 사용해야 하기 때문에, OFDM은 이동통신의 요소로 부상하고 있으며, 현재 무선랜, Wireless MAN, 디지털 방송등 많은 시스템에서 OFDM을 사용하고 있다.

OFDM방식을 사용하는 시스템에서 고려해야 할 중요한 사항 중 하나는 많은 사용자들이 OFDM방식을 통하여 무선 채널에 접속하는 다중접속방식이다.

다중접속방식에 있어서 각각의 부반송파로 나뉘어진 무선 자원을 어떻게 사용할 것인지에 대한 많은 논의가 진행되었으며, 고속 데이터 전송을 위한 시스템으로는 크게 OFDM/TDMA, OFDM/CDMA방식으로 나뉠 수 있다.

TDMA 통신 시스템에서 무선 자원은 시간 슬롯들로 구분되며, 각 시간 슬롯은 한 명의 사용자만이 사용할 수 있도록 분배된다. 따라서 할당된 시간동안 사용자는 다른 사용자들에 의한 간섭 없이 독립적으로 무선 자원을 사용할 수 있다. OFDM/TDMA는 각 사용자 별로 시간에 따라 별도의 부반송파를 할당한다.

CDMA 통신 시스템에서는 채널화를 수행하는 직교 코드들이나 시퀀스에 의해 상이한 무선 채널들이 구별된다. 채널화 코드들은 각 사용자들의 정보를 인코딩하는데 사용되며, 인코딩된 정보 스트림은 다른 사용자의 스트림과 직교하는 특성을 지닌다. OFDM/CDMA 방식은 병렬로 들어오는 정보열을 하다마드 코드를 사용하여 확산한다. 즉, 다수 혹은 전체 부반송파 대역으로 확산된 정보가 전송된다.

이러한 시간에 따라 별도의 무선 자원으로 나누어 사용하는 OFDM/TDMA방식과 주파수 영역에서 직교 코드를 사용하여 확산하는 OFDM/CDMA방식은 서로 상반되는 장, 단점을 갖는다.

OFDM/TDMA 방식은 할당된 시간동안 각 사용자들이 배타적으로 무선 자원을 사용하므로 망내의 다른 사용자에 의한 간섭이 없다. 이에 반해 OFDM/CDMA방식은 동일 망내에서 서비스 받는 모든 사용자들은 같은 무선 채널을 통해 동시에 정보열이 전송되므로 망내의 다른 사용자에 의한 간섭이 존재하며, 때문에 OFDM/TDMA 방식에 비해 고속의 데이터 전송 속도를 제공하는데 문제점이 있다.

또한, OFDM/TDMA 방식은 각 사용자의 정보 전송시 부반송파 단위로 자원을 할당할 수 있기 때문에, 사용자들의 상태를 기반으로 동적 부반송파 할당 및 부반송파 별 동적 코딩 및 변조등을 통해 최상의 성능을 얻을 수 있다. 이에 반해 OFDM/CDMA방식의 경우, 확산된 스트림이 다수의 부반송파를 통해 전송되기 때문에 이와 같은 장점을 수용하기 힘들다.

그러나, 채널화 코드를 사용하여, 확산된 정보 스트림을 전송하는 OFDM/CDMA 방식은 사용자의 정보가 여러개의 부반송파로 전송되기 때문에 주파수 다이버시티 이득을 얻을 수 있으며 전송시 추가로 코드 길이 만큼의 확산 이득을 얻을 수 있다. 그러나 OFDM/TDMA 방식은 이와 같은 추가적인 이득을 얻을 수 없다. 따라서 이러한 이득으로 인하여 OFDM/CDMA 기반 시스템은 OFDM/TDMA 기반 시스템보다 시스템 용량이 더 크다.

또한, OFDM/CDMA 기반 시스템에서는 인접 망에서도 코드를 통해 동일 주파수 대역을 사용할 수 있다. 이에 반해 OFDM/TDMA기반의 시스템에서는 인접 망간 동일 주파수 대역을 사용할 수 없다. 때문에 별도의 세밀한 망간 주파수 분배가 필요하다. 이는 고속의 무선 통신시 필요한 광대역 주파수 채널을 다수개 확보해야 함을 의미하며, 이는 큰 문제점이 된다.

이와 같이 기존의 OFDM/TDMA 방식과 OFDM/CDMA 방식은 서로 상반되는 장, 단점을 갖고 있기 때문에 어느 하나를 선택해서는 적절한 성능을 낼 수 없다.

즉, OFDM/TDMA 방식의 문제점은 OFDM/CDMA에서 해결 되지만, 반대로 OFDM/TDMA의 장점은 OFDM/CDMA에서 얻을 수 없다. 반대의 경우도 마찬가지이다.

따라서, 이러한 각 방식 간 문제점을 해결하면서 두 시스템의 장점을 모두 포용할 수 있는 새로운 다중 접속 방식이 필요하다.

따라서, 본 발명의 목적은 OFDM/TDMA 방식과 OFDM/CDMA 방식의 장점을 모두 얻을 수 있는 새로운 다중 접속 방식을 제공하는 것이다. 또한 여기에서 더 나아가 새로운 다중 접속 방식에 적합한 다양한 응용에 이용할 수 있는 OFDM 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하도록 한다.

일반적으로 확산을 사용한 데이터 전송 방법들은 크게 주파수 축 확산과 시간 축 확산 방식으로 나눌 수 있다.

상기 주파수 축 확산은 확산된 데이터를 각각의 부반송파로 한번에 전송하는 방식으로써 데이터가 전체 또는 다수의 부반송파를 사용하여 전송하기 때문에 동적 주파수 할당 이득을 얻을 수 없다.

상기 시간 축 확산은 2G/3G 시스템의 CDMA와 마찬가지로 데이터를 확산하여 보내되 하나의 부반송파로 확산된 데이터를 전송하는 방식이다. 하지만, 하나의 부반송파로 전송하는 경우 전송 속도가 감소하기 때문에 부반송파의 대역폭을 넓게 하여 데이터를 전송한다. 이 경우 전송 속도는 그대로지만 대역폭이 증가하게 되어 주파수 선택적 페이딩 효과를 없앨 수 없다.

상기 시간 축 확산은 실제로 시간 축 상에서 확산된 것이 없기 때문에 진정한 시간 축 확산이라고 볼 수 없다. 즉, 종래의 시간 축 확산이라고 불리우는 전송방법은 실제 시간 축 상에서 확산된 내용이 없으며, 본 발명에서 제시하는 시간 축 확산은 실제 시간 축 상에서 확산되는 개념을 갖고 있다. 즉, 본 발명에서 시간 축으로의 확산은 실제 시간 축에서 확산되는 것을 의미한다.

그러나, 본 발명에서 제시하는 시간 축 확산은 실제 시간 축에서 확산됨에도 불구하고 데이터 전송 속도 저하를 막을 수 있다.

본 발명은 사용자들이 부반송파로 나누어진 무선 자원을 사용하여 효과적으로 통신을 하는 방법을 제공한다.

보다 상세하게, 본 발명은 직교코드인 OCC(Orthogonal Complementary Code)를 사용하여, 각 사용자들의 정보를 시간 축에서 확산하여 전송함으로써, TDMA 기반의 OFDM시스템의 장점과 CDMA 기반의 OFDM시스템의 장점을 수용하여 보다 효과적인 통신 방법을 제공한다.

도 1은 본 발명이 적용된 송신단을 설명하는 도면이고, 도 2는 본 발명이 적용된 수신단을 설명하는 도면이다.

전송될 데이터 스트림(Data stream)은 채널 인코더(Channel encoder)를 통해 채널 코딩되고, 데이터 모듈레이터(Data Modulator)에서 변조된다. 그리고, 직렬/병렬 변환기(S/P : Serial to palallel)를 거친다.

b_n에서 n은 동시에 보낼 data의 개수를 의미하며 최대 부반송파의 개수와 같을 수 있다.

다음으로 각 데이터는 확산 코드인 OCC를 통해 주파수 축으로 확산된다.

각 사용자의 확산된 스트림은 시프트 에더(shift adder)에서 1칩씩 지연 및 중첩되어 시간 축으로 확산되고, 다중화(Multiplexing) 된다.

그리고, 역이산 푸리에 변환기(IFFT : Inverse Fast Fourier Transform)에서 부반송파로 변조되는 과정을 거친후 가드 인터벌(Guard Interval)이 삽입 (Insertion)되어 전송된다.

한편, 도 2에 도시된 수신단은 수신된 정보에서 가드 인터벌(Guard Interval)을 제거(Deletion)하고, 이산 푸리에 변환(FFT : Fast Fourier Transform) 과정을 거친 후에 시프트 버퍼(Shift Buffer)를 거치면서 역확산되어 복구된다.

그리고, 직렬/병렬 변환기(P/S : Palallel to Serial)를 거쳐 채널 디코더(Channel decoder)에서 채널 디코딩된다.

도 3과 도 4는 기존의 multi-carrier CDMA 환경에서 OCC를 사용하여 각 사용자들의 정보가 확산 전송되는 경우와 OCC를 사용하지 않은 경우를 비교하여 설명하는 도면이다.

도 3은 확산 코드를 사용하지 않는 경우를 나타내며, 도 4는 OCC를 사용한 종래의 시간 축 확산 방식이다.

OCC는 다수의 element로 구성된 flock으로 구성되어 있다. 만약, 코드셋(C)이 L개의 flock(C_i)으로 이루어진다고 가정하면, 하나의 flock을 구성하는 element(C_i,j)의 개수는 L이고, 각 elements는 L²개의 확산 코드(C_i,j,k)로 구성된다.

하나의 데이터를 전송하기 위해서는 하나의 flock을 사용한다.

따라서 동시에 한명의 사용자의 L개의 데이터 혹은 L명의 사용자의 한개의 데이터가 flock을 통해 확산되어 전송될 수 있다.

하나의 flock은 L²길이의 element로 구성되어 있기 때문에 한명의 사용자의 데이터는 L²길이를 갖는 L개의 확산 스트림이 된다. L개의 확산 스트림은 각각 별도의 반송파를 사용할 경우 동시에 전송할 수 있다. 결국 L개의 데이터가 동시에 L개의 반송파를 통해 전송된다. 따라서 확산 이득은 L³이 된다.

그러나, 기존의 시간 축 확산 방식은 데이터 전송 속도 저하를 막기 위해 반송파의 대역폭을 증가시켜야 한다. 즉, 1개의 데이터를 전송하는 시간을 감소시키지 않기 위해 확산된 코드 역시 동일한 시간 동안 전송되어야 한다.

따라서, 도 3에서 알 수 있듯이 기존의 데이터 1개를 전송하는데 걸리는 시간t_b이 라면, 확산된 스트림 역시 t_b시간 내에 전송되어야 한다. 그 결과 반송파의 대역폭이 코드를 사용하지 않는 경우에 비해 확산 이득 배 만큼 커져야 하는 문제점이 있다.

도 4에서 볼 수 있는 바와 같이 OCC를 사용하는 경우 L²으로 확산된 칩(chip)을 동시에 전송하기 위해서 반송파의 대역이 L²배 증가해야 한다.

여기서, 칩(chip)의 전송시간(t_c)은 t_b/L²으로 확산된 칩(chip)의 전송시간은 데이터 전송시간에 비해 확산 이득 배 만큼 작아져야 하는 것을 알 수 있다.

즉, 칩 듀레이션(chip duration)과 비트 듀레이션(bit duration)이 다르게 된다.

이와 같이 종래의 시간 축 확산 방식을 사용하는 OFDM 시스템에 OCC를 적용할 경우, 협대역 주파수 채널이 광대역화 된다. 그러나, 주파수 선택적 페이딩 효과를 최대한 방지하기 위해서는 결국, 반송파의 대역은 제한적일 수 밖에 없다. 따라서, 기존의 시간 축 확산 방식에 OCC를 적용하는 것은 용이하지 않다.

반대로 OCC를 사용하여 주파수 영역에서 확산을 시도할 경우는 전체 확산 이득인 L³만큼의 부반송파를 사용하게 되며, 이는 기존의 하다마드 코드를 직교 코드로 사용하여 주파수 영역에서 확산을 시도하는 OFDM/CDMA와 동일하게 된다.

이와 같이 기존의 OCC를 OFDM 시스템에 적용하는 것은 무리일뿐더러 OFDM/CDMA 방식처럼 주파수 영역 확산을 이용할 시는 OFDM/CDMA 가 내포하고 있는 문제점을 해결할 수 없다.

도 5와 도 6 TS-OFDMA 방식을 통한 데이터의 확산을 설명하는 도면이다.

도시된 바와 같이, 각 사용자의 데이터는 OCC를 사용하여 시간 영역에서 확산하되 부반송파의 대역을 늘리지 않고 시간 영역에서 1칩(chip) 혹은 1비트(bit) 지연 (TS-OFDMA 방식에서는 부반송파의 대역을 코드 길이 만큼 증가 시키지 않으므로 chip의 전송 시간과 bit의 전송 시간이 같다.) 마다 확산된 정보를 중첩시켜 전송한다.

이를 통해 다수의 협대역 부반송파를 사용하는 OFDM 시스템에서 OCC를 사용하여 시간 축 확산을 통해 TDMA와 CDMA의 장점을 모두 포괄 할 수 있게 된다.

전송될 데이터 열은 {1,-1,1,-1,1,1} 이라 가정했으며, 코드 길이가 4인 OCC 를 사용하였다.

먼저 도 5에 도시된 송신부를 살펴보면, 입력되는 각 데이터는 OCC로 확산된다. 각 데이터는 길이가 4인 element 2개로 구성된 flock을 통해 확산된다. 따라서 입력된 데이터는 길이가 4인 2개의 스트림이 되며, 2개의 부반송파를 통해 전송된다.

기존의 하다마드 코드를 사용하는 CDMA 방식에서 시간 영역에서 확산 시 반송파 대역이 확산 이득인 4배 만큼 증가하지 않을 경우 데이터 전송 속도가 감소한다.

그러나, TS-OFDMA 방식은 zero shift를 제외한 모든 지연에 대해 auto correlation 값이 0이며, zero shift를 포함하여 모든 지연에 대해 cross correlation 값이 0이되는 OCC의 특징을 이용하여 각각의 확산된 스트림을 전송하는 부반송파의 주파수 대역을 늘리지 않고 사용자의 데이터 전송 속도를 유지할 수 있다.

도 5의 예에서 알 수 있듯이 확산된 각 데이터 스트림들은 1칩(1-chip) 지연마다 중첩하여 전송된다. 이 때 확산된 스트림을 전부 전송하지 않고 1칩(1-chip)만 전송한다. 남은 3칩(3-chip)은 다음 데이터가 확산된 스트림에 중첩된다. 마찬가지로 다음 전송시 중첩된 스트림 중 1-chip만이 전송되며 남은 스트림은 다음 스트림에 중첩된다.

부반송파의 대역을 그대로 유지 시키기 때문에 결국 1-chip은 1-bit와 동일한 의미가 된다.

그러나, 1-chip 지연마다 다음 스트림을 중첩하여 전송하므로 전송속도의 감소는 무시할 수 있다. 즉, 정보 1개를 보내는 데 걸리는 시간이 1이라 하면, M개의 정보를 보낼 때, M + Code length - 1의 시간이 걸리게 되며 코드 길이는 상수 값이므로, 결국

이 되므로 전송 속도의 손실은 없게 된다.

도 6에 도시된 수신단에서는 마찬가지로 1-chip 지연마다 OCC를 통해 역확산을 수행하여 전송된 데이터를 복조한다. 역확산 과정은 확산시 적용한 코드를 동일하게 적용함으로써 가능하다.

본 발명의 직교 코드가 zero shift를 제외한 모든 지연에 대해 auto correlation 값이 0이기 때문에 중첩된 데이터를 복구할 수 있다.

한편, 도 6의 수신단에서 알 수 있듯이 확산 이득은 8이 된다.

도 7 내지 도 10는 종래의 하다마드 코드를 사용하는 OFDM/CDMA 방식과 TS-OFDMA와의 비교 예이다.

도면에는, 512개의 부반송파를 사용하는 OFDM 시스템을 예로 들었으며, 전송하는 데이터는 N개로 가정하였다.

x_i,j는 i번째 사용자의 j번째 데이터를 의미한다. 만약 512의 확산 이득을 얻는 시스템을 가정하면, 도 7에 도시된 바와 같이 TS-OFDMA 방식의 경우 길이가 64 인 코드를 사용하여 8개의 확산 스트림으로 확산되면 된다.

도 8에 도시된 종래의 OFDM/CDMA 방식은 512길이의 하다마드 코드를 사용해야 한다.

시간 영역 및 주파수 영역에서 확산할 경우와 성능을 비교하면, 종래의 하다마드 코드를 사용하여 주파수 영역에서 확산을 수행하는 OFDM/CDMA에서는 도 8에 도시된 바와 같이 512의 확산 이득을 얻기 위해서는 512개의 부반송파 모두를 사용해야 한다. 따라서 부반송파를 동적으로 운용하여 시스템의 성능을 최적화 시킬 수 있는 근본적인 OFDM의 장점을 수용할 수 없다.

종래의 하다마드 코드를 사용하여 시간 영역에서 확산을 하는 경우 TS-OFDMA와 동일하게 8개의 부반송파로 전송된다고 가정하면, 도 10에서 알 수 있듯이 전송 속도가 64배 감소하게 된다. 그러나, 종래의 OFDM/CDMA 방식과는 달리 TS-OFDMA 방식에서는 도 9에 도시된 바와 같이 시간 영역에서 확산된 스트림의 chip 전송 속도와 bit 전송 속도를 맞추어 1-chip 지연 마다 스트림을 중첩 시켜 전송함으로써, 단지 8개의 부반송파 만을 이용하여 512의 확산 이득을 얻으며 데이터를 전송할 수 있다.

또한, TS-OFDMA 방식은 코드를 사용하는 확산 시스템이기 때문에, 기존의 OFDM/CDMA 시스템과 마찬가지로 간단하게 망 간 주파수 재사용률을 1로 만들 수 있다.

그리고, TS-OFDMA 방식을 통한 확산의 경우, 주파수 다이버시티 이득과 함께 시간 영역에서 인터리빙 효과도 얻을 수 있다. 그리고 각 사용자에게 필요한 부반 송파를 기준으로 전체 부반송파를 그룹으로 나누어 그룹 기반 자원 할당을 통해 OFDM/TDMA와 동일한 장점을 얻을 수 있다. 또한 8개의 부반송파 역시 그룹별로 동적으로 할당받음으로써 더 높은 주파수 다이버시티 이득과 동적 주파수 할당으로 인한 이득을 얻을 수 있다.

이와 같이 TS-OFDMA 방식은 OFDM/CDMA의 장점이라 할 수 있는 확산 이득, 주파수 재사용 및 주파수 다이버시티 이득등의 장점을 얻음과 동시에 TDMA와 유사하게 무선 자원을 할당 받을 수 있다.

다음의 [표 1]은 OCC의 각 코드 길이에 따른 flock의 개수와 확산 이득, 그리고 필요한 부반송파의 개수를 나타낸다.

코드 길이	4	16	64	256	1024	4096
확산 이득	8	64	512	4096	32768	262144
flock의 수	2	4	8	16	32	64
코드셋 당 element의 수	2	4	8	16	32	64

표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 확산 이득 면에서도 기존의 하다마드 코드를 사용하는 OFDM/CDMA 보다 동일한 길이의 코드 사용시 월등한 양의 이득을 얻을 수 있다.

만약, 동일한 길이의 코드를 사용한다고 가정하면, 기존의 하다마드 코드를 채널화 코드로 사용하는 OFDM/CDMA는 64만큼의 확산 이득 밖에 얻을 수 없는 것에 반해 TS-OFDMA 방식은 8배인 512의 확산 이득을 얻을 수 있다.

따라서, CDMA 기반 시스템의 특징인 높은 시스템 용량을 얻을 수 있을뿐더러 기존의 OFDM/CDMA 시스템에 비해 동일 길이 코드 대비 더 높은 시스템 용량을 얻을 수 있다.

또한, TS-OFDMA는 확산 이득을 얻음으로써 필연적으로 겪게 되는 동일 망 내 사용자 간섭을 기존의 OFDM/CDMA 방식보다 훨씬 적게 겪는다. 즉, L³의 확산 이득을 얻기 위한 시스템을 가정하면, 기존의 OFDM/CDMA의 경우 최대 L³-1명의 동일 망 내 사용자 간섭을 받아야 하는 것에 반해 TS-OFDMA 방식은 최대 L-1명의 동일 망 내 사용자 간섭만을 받는다.

즉, 도 8에서 알 수 있듯이, 기존의 하다마드 코드를 사용하는 OFDM/CDMA 시스템에서는 최대 511명의 망 내 사용자 간섭을 받게 되지만 TS-OFDMA 방식에서는 최대 7명의 망 내 사용자 간섭을 받게 된다. 또한, 시간 축으로 늘려서 전송되기 때문에 인터리빙과 동일한 효과를 자연스럽게 얻을 수 있다.

그리고, 기존의 OFDM/CDMA의 경우 전체 부반송파를 모두 사용하는 것에 반해, TS-OFDMA는 각 사용자가 64개의 그룹 중 하나를 사용하므로 사용자의 상태에 따른 동적인 무선 자원 할당을 통해 시스템의 성능을 최적화 시킬 수 있다. 즉, 각 사용자들은 나뉜 그룹을 기반으로 기존의 TDMA 방식과 동일하게 스케쥴링되어 서비스 받을 수 있다.

다음은 코드 길이가 16인 OCC 코드셋을 사용했을 경우, 여러 사용자가 다중화되는 예이다.

코드 길이가 16이므로, 총 4개의 코드셋으로 구성되며 각각의 flock은 4개의 element을 갖는다. 즉, 4개의 부반송파로 이루어진 그룹 내에서 4명의 사용자가 서 비스 받을 수 있는 시스템이다. 확산 이득은 64가 된다. 각 그룹은 독립적으로 운용되며, 그룹 내에서 사용되는 코드셋은 다른 그룹에서 동일하게 재사용된다. C_i,j는 i번째 flock의 j번째 element를 의미한다.

C_1,1={1,1,1,1,1,-1,1,-1,1,1,-1,-1,1,-1,-1,1}

C_1,2={1,1,1,1,1,-1,1,-1,1,1,-1,-1,1,-1,-1,1}

C_1,3={1,1,-1,-1,1,-1,-1,1,1,1,1,1,1,-1,1,-1}

C_1,4={1,-1,-1,1,1,1,-1,-1,1,-1,1,-1,1,1,1,1}

C_2,1={1,1,1,1,-1,1,-1,1,1,1,-1,-1,-1,1,1,-1}

C_2,2={1,-1,1,-1,-1,-1,-1,-1,1,-1,-1,1,-1,-1,1,1}

C_2,3={1,1,-1,-1,-1,1,1,-1,1,1,1,1,-1,1,-1,1}

C_2,4={1,-1,-1,1,-1,-1,1,1,1,-1,1,-1,-1,-1,-1,-1}

C_3,1={1,1,1,1,1,-1,1,-1,-1,-1,1,1,-1,1,1,-1}

C_3,2={1,-1,1,-1,1,1,1,1,-1,1,1,-1,-1,-1,1,1}

C_3,3={1,1,-1,-1,1,-1,-1,1,-1,-1,-1,-1,-1,1,-1,1}

C_3,4={1,-1,-1,1,1,1,-1,-1,-1,1,-1,1,-1,-1,-1,-1}

C_4,1={1,1,1,1,-1,1,-1,1,-1,-1,1,1,1,-1,-1,1}

C_4,2={1,-1,1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,1,1,-1,1,1,-1,-1}

C_4,3={1,1,-1,-1,-1,1,1,-1,-1,-1,-1,-1,1,-1,1,-1}

C_4,4={1,-1,-1,1,-1,-1,1,1,-1,1,-1,1,1,1,1,1}

이와 같이 64의 확산 이득을 얻기 위해 총 4개의 부반송파를 사용한다. 이는 기존의 OFDM/CDMA에서 64의 확산 이득을 얻기 위해 64개의 부반송파가 필요한 것에 반해 1/16배, 즉 1/L²배 만큼의 부반송파를 필요로 함을 나타낸다. 때문에 TDMA와 유사한 동적인 부반송파 할당이 가능하다.

4명의 사용자가 위의 코드셋을 통해 서비스 받는다고 가정할 때, 사용자1은 첫 번째 부반송파로 C_1,1로 확산된 스트림을 전송하며, 두 번째 부반송파로는 C_1,2로 확산된 스트림을 세 번째와 네 번째 부반송파로는 각각 C_1,3과 C_1,4로 확산된 스트림을 전송한다.

사용자2는 C_2,1로 확산된 스트림을 첫 번째 부반송파를 통해 전송하며 C_2,2, C_2,3, C_2,4로 확산된 스트림을 각각 두 번째, 세 번째, 네 번째 부반송파를 통해 전송한다. 사용자3과 사용자4도 위와 마찬가지 방식으로 자신에게 할당된 4개의 element를 사용하여 각각의 부반송파로 전송한다.

다음은 각 사용자의 데이터가 아래와 같을 경우 각 부반송파에서 확산된 스트림이 중첩되어 전송되는 양상을 나타내는 예이다. 각 사용자들은 모두 n개의 데 이터열을 전송한다. 각 사용자의 데이터는 OCC를 통해 확산된다. 사용자 순서대로 flock이 할당되었다고 가정한다. x_i,j는 i번째 사용자의 j번째 데이터를 의미한다. t_i,j,k는 i번째 사용자의 j번째 데이터의 k번째 확산열을 의미한다.

X₁={x₁₁, x₁₂, x₁₃,x₁₄, ... , x_1n}

X₂={x₂₁, x₂₂, x₂₃,x₂₄, ... , x_2n}

X₃={x₃₁, x₃₂, x₃₃,x₃₄, ... , x_3n}

X₄={x₄₁, x₄₂, x₄₃,x₄₄, ... , x_4n}

t_i,j,k= x_i,j×C_i

T_i,j = {t_i,j,1, t_i,j,2, t_i,j,3, t_i,j,4}

따라서, 번째 부반송파로 각 사용자의 전송될 j번째 데이터의 k번째 확산열은 다음과 같이 더해진다.

다음으로는 매 시간마다 1-chip 즉, 1-bit 씩 부반송파를 통해 전송된다. 도 11과 도 12는 위와 같은 코드 길이 16인 OCC를 사용하여 각 사용자들의 정보가 중첩되는 것을 설명하는 송신단 및 수신단의 실시예이다.

본 발명에 따르면, OFDM 기반의 시스템에서 협대역 부반송파의 대역을 넓히지 않고 전송속도의 감소 없이 각 사용자의 정보를 시간 축에서 확산하여 전송할 수 있다. 따라서, 부반송파의 동적 운용을 통해 시스템 성능을 최적화 시킬 수 있다. 동시에 자연적인 인터리빙 효과를 얻을 수 있다. 그리고 망 내 사용자 간섭을 줄일 수 있다. 또한, 복수개의 부반송파를 통해 각 사용자의 정보가 전송되기 때문에 주파수 다이버시티 효과도 얻을 수 있으며, 코드 사용으로 인해 얻는 확산 이득, 그리고 주파수 재사용률이 1이 가능하다.

본 발명에 따르면, OFDM 기반의 시스템에서 TS-OFDMA 시스템을 통해 TDMA 기반의 OFDM 시스템의 장점을 얻을 수 있을 뿐 아니라, 기존의 CDMA 기반의 OFDM 시스템의 장점도 얻을 수 있다. 그 결과 고속의 데이터 전송 속도를 얻을 수 있으며, 시스템의 용량을 증가 시킬 수 있으며, 시스템의 성능을 최적화 시킬 수 있다.

본 발명은 TS-OFDMA는 시간 축으로 데이터 열을 확산하여 전송하는 방안으로, 기존의 Hadamad 직교 코드를 사용하는 방법 대신 chip 간 직교성이 보장되는 OCC를 사용하여 TDMA 방식처럼 무선 자원을 할당할 수 있으며, 동시에 코드 사용으로 인한 장점도 얻는다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구 범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims

직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에 있어서,

입력된 데이터에 직교 코드를 적용하여 데이터를 주파수 영역에서 확산하는 단계와,

상기 확산된 데이터의 스트림들을 시간 영역에서 확산하는 단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 확산 방법.
제 1항에 있어서,

상기 직교 코드는 OCC(Orthogonal Complementary Code)인 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 확산 방법.
제 1항에 있어서,

상기 직교 코드는 zero shift를 제외한 모든 지연에 대해 auto correlation 값이 0이고, zero shift를 포함한 모든 지연에 대해 cross correlation 값이 0인 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 확산 방법.
제 1항에 있어서,

상기 확산된 데이터의 스트림들을 시간 영역에서 확산하는 단계는 확산된 데이터 스트림들의 일부를 지연시켜 중첩하는 것임을 특징으로 하는 직교 주파수 분 할 다중 접속 시스템의 확산 방법.
제 1항에 있어서,

상기 확산된 데이터의 스트림을 시간 영역에서 확산하는 단계는 확산된 데이터 스트림들을 1칩씩 지연시켜 중첩하는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 확산 방법.
제 1항에 있어서,

상기 확산된 데이터의 스트림을 시간 영역에서 확산함에 있어서 데이터의 1비트 듀레이션과 확산된 데이터 스트림의 1칩 듀레이션이 동일한 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 확산 방법.
직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에 있어서,

입력된 데이터에 직교 코드를 적용하여 데이터를 확산하는 단계와,

상기 확산된 데이터 스트림들을 일부씩 지연시켜 중첩함으로써 하나의 데이터 스트림을 생성하는 단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 확산 방법.
제 7항에 있어서,

상기 확산된 데이터의 스트림들을 일부씩 지연시켜 중첩함으로써 데이터 스 트림을 생성하는 단계는 확산된 데이터의 스트림들을 1칩씩 지연시켜 중첩함으로써 M+코드 길이-1의 데이터를 갖는 하나의 데이터 스트림을 생성하는 단계인 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 확산 방법.

(단, 여기서 M은 입력된 데이터의 길이)
제 7항에 있어서,

상기 직교 코드는 OCC(Orthogonal Complementary Code)인 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 확산 방법.
제 7항에 있어서,

상기 직교 코드는 zero shift를 제외한 모든 지연에 대해 auto correlation 값이 0이고, zero shift를 포함한 모든 지연에 대해 cross correlation 값이 0인 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 확산 방법.
직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에 있어서,

입력된 데이터에 직교 코드를 적용하여 데이터를 주파수 축으로 확산하는 단계와,

상기 확산된 데이터의 스트림들을 이용하여 시간 축으로 확산된 데이터 스트림을 생성하는 단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 확산 방법.
입력된 직렬 데이터를 병렬 데이터로 변환하는 직렬/병렬 변환수단과,

상기 병렬 데이터에 직교 코드를 적용하여 데이터를 주파수 영역에서 확산하고 상기 확산된 데이터의 스트림을 시간 영역에서 확산하는 데이터 확산 수단과,

상기 데이터 확산 수단에서 입력된 확산된 데이터 스트림을 부반송파로 변조하기 위한 역이산 푸리에 변환수단과,

상기 역이산 푸리에 변환수단에서 입력된 신호에 가드 인터벌을 삽입하기 위한 가드 인터벌 삽입수단이 포함되는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 송신장치.
제 12항에 있어서,

상기 직교 코드는 OCC(Orthogonal Complementary Code)인 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 송신장치.
제 12항에 있어서,

상기 데이터 확산 수단은 확산된 데이터의 스트림을 1칩씩 지연시켜 중첩시키는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 송신장치.
입력된 직렬 데이터를 병렬 데이터로 변환하는 직렬/병렬 변환수단과,

상기 병렬 데이터에 직교 코드를 적용하여 데이터를 확산하고 상기 확산된 데이터의 스트림들을 1칩씩 지연시켜 중첩함으로써 M+코드 길이-1의 길이를 갖는 스트림을 생성하는 데이터 확산 수단과,

상기 데이터 확산 수단에서 입력된 확산된 데이터 스트림을 부반송파로 변조하기 위한 역이산 푸리에 변환수단과,

상기 역이산 푸리에 변환수단에서 입력된 신호에 가드 인터벌을 삽입하기 위한 가드 인터벌 삽입수단이 포함되는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 송신장치.

(단, 여기서 M은 입력된 병렬 데이터의 길이)
입력된 직렬 데이터를 병렬 데이터로 변환하는 직렬/병렬 변환수단과,

상기 병렬 데이터에 직교 코드를 적용하여 데이터를 확산하고 상기 확산된 데이터의 스트림을 이용하여 시간 축으로 확산된 데이터 스트림을 생성하는 데이터 확산 수단과,

상기 데이터 확산 수단에서 입력된 확산된 데이터 스트림을 부반송파로 변조하기 위한 역이산 푸리에 변환수단과,

상기 역이산 푸리에 변환수단에서 입력된 신호에 가드 인터벌을 삽입하기 위한 가드 인터벌 삽입수단이 포함되는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템의 송신장치.
직렬 데이터를 직렬 병렬 데이터 변환수단을 이용하여 병렬 데이터로 변환하 는 단계와,

상기 병렬 데이터에 직교 코드를 적용하여 데이터를 확산하고 상기 확산된 데이터의 스트림들을 시간 영역에서 확산하는 단계와,

상기 확산된 데이터 스트림을 직교 주파수 분할 다중 변조하는 단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 접속 방법.
제 17항에 있어서,

상기 직교 코드는 OCC(Orthogonal Complementary Code)인 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 접속 방법.
제 17항에 있어서,

상기 데이터 스트림들을 시간 영역에서 확산하는 단계는 확산된 데이터의 스트림을 1칩씩 지연시켜 중첩시키는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 접속 방법.
제 17항에 있어서,

상기 확산된 데이터 스트림들은 부반송파를 통해 전송되고 상기 부반송파의 대역은 코드 길이 만큼 증가되지 않는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 접속 방법.
제 17항에 있어서,

상기 확산된 데이터의 스트림들을 시간 영역에서 확산함에 있어서 데이터의 1비트 듀레이션과 확산된 데이터 스트림의 1칩 듀레이션이 동일한 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 접속 방법.
제 17항에 있어서,

상기 확산된 데이터의 스트림들을 시간 영역에서 확산하는 단계는 확산된 데이터 스트림들을 일부씩 지연시켜 중첩함으로써 입력된 병렬 데이터보다 긴 데이터 스트림을 생성하는 단계임을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 접속 방법.
제 17항에 있어서,

상기 확산된 데이터의 스트림들을 시간 영역에서 확산하는 단계는 확산된 데이터의 스트림들을 1칩씩 지연시켜 중첩함으로써 M+코드 길이-1의 데이터를 갖는 스트림을 생성하는 단계인 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 접속 방법.

(단, 여기서 M은 입력된 병렬 데이터의 길이)
직교 주파수 분할 다중 접속 방법에 있어서,

입력된 데이터에 코드 길이가 L²인 직교 코드를 적용하여 L²길이를 갖는 다수의 데이터 스트림으로 구성된 L개의 확산 스트림을 생성하는 단계와,

상기 데이터 스트림을 지연, 중첩함으로써 시간 축으로 확산된 L개의 확산 스트림을 생성하는 단계와,

상기 L개의 확산 스트림을 직교 주파수 분할 다중 변조하는 단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 접속 방법.
제 24항에 있어서,

상기 직교 코드는 OCC인 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 접속 방법.
제 24항에 있어서,

상기 직교 코드는 zero shift를 제외한 모든 지연에 대해 auto correlation 값이 0이고, zero shift를 포함한 모든 지연에 대해 cross correlation 값이 0인 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 접속 방법.