KR20060048239A - Ofdm 심볼의 신뢰성을 개선하는 방법 - Google Patents

Ofdm 심볼의 신뢰성을 개선하는 방법 Download PDF

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Abstract

OFDM 통신 시스템에서, 주기적 전치부호 및 후치부호 샘플을 이용하여 수신된 OFDM 심볼의 신뢰성을 개선한다. 전형적으로, 전치부호 및 후치부호 확장부는 단지 디코딩 프로세스 동안 일상적으로 간단히 폐기되는 OFDM 심볼의 반복되는 부분이다. 본 발명에서, 주기적 전치부호 및 후치부호 샘플은 무차별적으로 폐기되지 않고, 오히려 그들은 제일 먼저 분석되어 어느 것이 손상되었는지를 결정한다. 손상된 샘플은 폐기되지만, 손상되지 않은 샘플은 OFDM 심볼의 대응 부분과 결합하여 OFDM 심볼 복조/디코딩 신뢰성을 개선한다.

Description

OFDM 심볼의 신뢰성을 개선하는 방법{A BANDWIDTH EFFICIENT ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING COMMUNICATION SYSTEM}
도 1은 OFDM 송신기 체인에 대한 도면,
도 2는 도 1의 OFDM 송신에서의 역 고속 퓨리에 변환에 대한 도면,
도 3은 전치부호 확장부를 갖는 OFDM 심볼에 대한 도면,
도 4는 후치부호 확장부를 갖는 OFDM 심볼에 대한 도면,
도 5는 전치부호 및 후치부호 확장부 모두를 갖는 OFDM 심볼에 대한 도면,
도 6은 OFDM 수신기에서의 고속 퓨리에 변환 동작에 대한 도면,
도 7은 손상된 및 손상되지 않은 샘플을 포함하는 전치부호 확장부를 갖는 OFDM 심볼에 대한 도면,
도 8은 OFDM 수신기에서의 고속 퓨리에 변환 동작에 대한 도면,
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100 : OFDM 송신기 체인 110 : 디-멀티플렉서
125 : 멀티플렉서 130 : 기저대역 필터
본 발명은 일반적으로 원격통신에 관한 것으로, 특히 무선 통신에 관한 것이다.
직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 변조는 반송파 간 간섭(ICI)을 일으키지 않고서 가능한 근접하게 변조된 부반송파를 배치시킴으로써 라디오 스펙트럼을 효율적으로 사용한다. OFDM 변조는 다양한 표준, 특히 디지털 오디오 방송(DAB), 디지털 비디오 방송(DVB), 비대칭 디지털 가입자 라인(ADSL), IEEE LAN(802,11a 및 802.11g) 및 IEEE MAN 802.16a에 채택될 수 있다. OFDM 변조는 또한 다양한 차세대 무선 표준으로 고려되고 있다.
전형적으로, OFDM 변조는 데이터 샘플 또는 심볼과 함께 보호 시간(guard periods)을 송신한다. 전형적으로, 보호 시간은 주기적 전치부호 및/또는 주기적 후치부호 확장부(cyclic prefix and/or cyclic postfix extension)로 구성되며, 이 확장부는 심볼의 시작 또는 끝에 덧붙여지고, 또한 채널 지연 확산의 결과로서의 시간이 감소되었을 때까지 다음 심볼의 송신을 지연시키려 한다. 최악의 경우의 채널 지연 확산에 대한 보호 시간의 크기를 정함으로써, 시스템은 심볼에 포함된 데이터가 손상될 확률을 감소시킨다. 다소, 보호 시간의 데이터만이 손상되지만, 이 보호 시간 데이터는 일반적으로 동작 오버헤드로서 간주되고 그것이 실제로 손상되었는지와는 무관하게 폐기된다.
채널 지연 확산의 영향은 시간에 따라 달라진다. 즉, 때때로, 전체 보호 시간이 손상되고, 때로는 보호 시간의 일부만이 손상된다. 그럼에도 불구하고, 종래의 시스템은 전형적으로 전체 보호 시간을 폐기하였고 임의의 부가적인 목적을 위해 손상되지 않은 데이터를 이용하려는 노력을 하지 않았다.
본 발명은 앞서 설명한 문제점 중 하나 이상의 영향을 극복하거나, 또는 적어도 줄이는 것에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에서, 하나의 방법이 제공된다. 이 방법은 심볼 및 보호 시간으로 구성된 신호를 수신하는 단계를 포함한다. 심볼 및 보호 시간의 적어도 일부분은 결합되고(combined), 결합된 심볼 및 보호 기간은 심볼 샘플의 또 다른 프로세싱에 사용된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 하나의 방법이 제공된다. 이 방법은 다수의 데이터 샘플로 구성된 심볼과 다수의 데이터 샘플의 적어도 일부분으로 구성된 보호 시간을 수신하는 단계를 포함한다. 보호 시간에 포함된 데이터 샘플의 적어도 일부분은 심볼에 포함된 데이터 샘플과 결합되고, 결합된 데이터 샘플은 심볼 샘플의 또 다른 프로세싱에 이용된다.
본 발명은 첨부한 도면과 연계하여 후속하는 설명을 참조하여 이해될 수 있으며, 도면에서는 유사한 참조 번호는 유사한 구성요소를 식별한다.
본 발명은 다양한 수정 및 또 다른 형태가 가능하지만, 본 발명의 특정 실시예가 도면에서 예를 들어 도시되어 있고 본 명세서에서 자세히 설명된다. 그러나, 본 명세서에서의 특정 실시예의 설명은 본 발명을 개시되어 있는 특정 형태로 제한하려 하지 않으며, 그와 반대로, 본 발명은 첨부한 청구항에 의해 정의된 본 발명의 사상 및 범주 내에서 모든 수정, 등가물 및 또 다른 실시예를 커버하려 한다.
이하에서는 본 발명의 예시적인 실시예가 설명된다. 명료하게 하기 위해, 실제 구현에서의 모든 피쳐들을 본 명세서에서 기술하지는 않는다. 물론 임의의 이러한 실제 실시예의 전개에서, 개발자의 특정 목적을 달성하기 위해, 예를 들어 시스템 관련 및 비즈니스 관련 제약을 따르기 위해 구현에 따라 다수의 특정 결정이 이루어져야 하는데, 상기 제약은 구현마다 달라질 것이다. 또한, 이러한 개발 노력은 복잡할 수 있고 시간 소비적일 수 있지만, 그럼에도 불구하고 본 개시물을 이용하면 당업자에게는 루틴한 작업일 수 있다.
일반적으로, 본 발명은 주기적 전치부호 및 후치부호 샘플을 이용하여 수신된 OFDM 심볼의 신뢰성을 개선한다. 전형적으로, 전치부호 및 후치부호 확장부는 단지 디코딩 프로세스 동안 일상적으로 간단히 폐기되는 OFDM 심볼의 반복되는 부분이다. 본 발명에서, 주기적 전치부호 및 후치부호 샘플은 무차별적으로 폐기되지 않고, 오히려 그들은 제일 먼저 분석되어 어느 것이 손상되었는지를 결정한다. 손상된 샘플은 폐기되지만, 손상되지 않은 샘플은 OFDM 심볼의 대응 부분과 결합하여 OFDM 심볼 복조/디코딩 신뢰성을 개선한다.
도 1은 종래의 OFDM 송신기 체인(100)을 도시하는 도면이다. 일반적으로, 인코더 패킷으로 지칭되는 정보 비트 세트는 하드웨어/소프트웨어/펌웨어(105)에 의해 Q 심볼 및 I 심볼로 코딩, 인터리브 및 변조된다. I 및 Q 심볼 그룹은 디-멀티플렉서(110)에 의해 직렬-병렬 변환되고 이용가능한 부반송파에 매핑된다. 사용되지 않는 부반송파는 0으로 채워지고, 따라서 심볼을 전달하지 않으며, 이는 참조 번호(115)로 도시되어 있다. 참조번호(120)에서, 부반송파 심볼에 대해 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 동작이 수행되고 결과적인 심볼은 멀티플렉서(125)에 의해 병렬-직렬 변환되어 시간 영역 신호를 형성하는데 이 신호는 하드웨어/소프트웨어/펌웨어(130)에 의해 송신용의 RF 주파수로 직각 변조 및 변환된다. OFDM 송신기 체인(100)의 몇몇 실시예에서, 기저대역 필터(135)는 RF 주파수로의 변환 이전에 이용될 수 있다.
도 1의 IFFT 동작은 도 2에 더 확장되어 있다. a(0),a(1),...,a(N-1)로 표시된 직렬-병렬 변환기의 출력에서의 총 데이터 심볼은 IFFT 블록에 공급된다. IFFT 블록의 출력에서, S(0),S(1),...,S(N-1)로 표시되어 있는 또 다른 N개의 심볼 세트를 취득한다. 이들 심볼은 병렬-직렬 (다중화되어) 변환되어 OFDM 심볼로 지칭되는 시간 영역 신호를 형성한다.
OFDM은 ISI(Inter-Symbol-Interference)에 대해 원상복구되는데 그 이유는 그 심볼 기간은 CDMA 및 TDMA 기법과 같은 단일 반송파 변조에서의 심볼 기간과 비교해 더 길기 때문이다. ISI를 더 줄이기 위해, 보호 시간은 OFDM 심볼에 덧붙여진다. 보호 시간은 OFDM 심볼의 주기적 전치부호 및/또는 주기적 후치부호 확장부 로 구성될 수 있다. 보호 시간의 기간이 채널 지연 확산보다 더 길도록 보호 시간을 선택하는 경우, ISI는 완전히 제거될 수 있다. 예를 들어, 보호 시간은 전형적으로 사용되지 않은 정보를 포함하고, 따라서 이 사용되지 않은 정보를 혼란시키는 임의의 반사 또는 간섭은 OFDM 심볼의 무결성에 영향을 미치지 않는데, 그 이유는 보호 시간의 정보는 그것이 간섭에 의해 손상되었는지 여부에 상관없이 무시 또는 폐기될 수 있기 때문이다.
일반적으로, 보호 시간은 시스템에서 최악의 경우의 채널 지연 확산보다 더 길도록 선택된다. 채널 지연 확산이 보호 시간보다 짧은 경우, 지연 확산은 각 OFDM 부반송파마다 상이한 위상 시프트를 야기하지만 부반송파 사이의 직교성은 파괴하지 않는다. 일반적으로, 보호 시간은 OFDM 심볼의 일부분을 반복함으로써 형성된다. 예를 들어, OFDM 심볼의 일부분은 전치부로서 OFDM 심볼의 끝에서 추출될 수 있고 그 시작부에 부가될 수 있다. 도 3은 데이터 샘플(S(N-M) 내지 S(N-1))이 OFDM 심볼의 끝에서 추출되거나 또는 복사되고 또한 OFDM 심볼의 시작부에 덧붙여져 전치부호 확장부를 형성한다는 것을 도시한다.
또 다른 가능성은 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 시작부로부터 OFDM 심볼의 일부분을 추출하고 그것을 후치부호 확장부로서 끝에 덧붙인다. 데이터 샘플(S(0) 내지 S(k))은 OFDM 심볼로부터 추출되고 후치부호 확장부로서 OFDM 심볼의 끝에 덧붙여지는 것으로 도시되어 있다. 일부 애플리케이션에 있어서, 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 전치부호 및 후치부호 확장부를 사용하는 것이 유용할 수 있다. 당업자라면 OFDM 심볼로부터 추출되고 전치부호/후치부호 확장부로서 부가 될 수 있는 데이터 샘플의 수는 실질적으로 구현되는 OFDM 통신 시스템의 환경, 및 그것이 설치되는 주변 환경에 따라 달라질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 보호 시간에 시용되는 샘플의 수는 OFDM 통신 시스템에 의해 겪게되는 채널 지연 확산에 상당히 의존한다.
OFDM 수신기에서의 FFT(Fast Fourier Transform) 동작의 예가 도 6에 도시되어 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 지금까지 주기적 전치부호 및/또는 후치부호 확장부는 보호 시간 데이터가 손상되었는지 여부와는 상관없이 FFT 동작 이전에 폐기되었다.
채널 지연 확산에 의해 손상되는 보호 시간 샘플(주기적 전치부호 또는 후치부호 확장부)의 수는 제일 먼저 채널 임펄스 응답 평가에 기초하여 결정된다. 손상된 것으로 간주되는 보호 시간 샘플은 수신기에서 폐기된다. 나머지 보호 시간 샘플은 OFDM 심볼의 데이터 샘플과 결합되어 심볼 복조/디코딩 신뢰성을 개선시킨다.
주기적 전치부호 샘플과 OFDM 데이터 샘플을 결합하는 예시적인 방법이 도 7에 도시되어 있다. 예시되어 있는 실시에에서, 전치부호 확장부는 샘플(S(N-M) 내지 S(N-1))로 구성되며, 이 샘플은 이상적인 조건 하에서 OFDM 심볼의 샘플(S(N-M) 내지 S(N-1))과 제각각 결합된다. 그러나, 예시되어 있는 예에서, S(N-M)은 손상된 것으로 식별되었고, 나머지 샘플은 손상되지 않았다. 그러므로, 손상된 샘플은 폐기되고 OFDM 심볼의 마지막 부분으로터의 데이터 샘플의 복사본인 손상되지 않은 샘플은 결합되어 이들 샘플에 대한 Es/No(노이즈 스펙트럼 밀도에 대한 심볼 에너 지의 비율)를 개선한다. 손상되지 않은 주기적 전치부호 데이터 샘플을 OFDM 데이터 샘플과 결합한 후, 총 N개의 샘플이 획득된다. 이상적인 조건 하에서, 모든 M개의 주기적 전치부호 샘플은 OFDM 심볼의 샘플(S(N-M) 내지 S(N-1))과 결합되어 새로운 시퀀스의 샘플(S(1),S(2),....,S'(N-M),...S'(N-2),S'(N-1)) 유발할 수 있다. 이들 N개의 샘플은 도 8에 도시되어 있는 바와 같이 FFT에 대한 입력으로서 사용된다.
채널 지연 확산으로 인해 손상된 보호 시간 샘플의 수는 채널 임펄스 응답 평가에 기초하여 결정될 수 있다. 채널 임펄스 응답은 당업자에게 잘 알려져 있는 종래의 파일럿 심볼로부터 평가될 수 있다. 파일럿 심볼은 시간 영역, 주파수 영역 또는 이 시간 및 주파수 영역 모두에 제공될 수 있다.
보호 시간 샘플을 OFDM 데이터 샘플과 결합하는 다양한 알려져 있는 방법이 사용될 수 있다. 몇몇 예는 MRC(Maximum Ratio Combining), Zero-Forcing 및 MMSE(Minimum Mean Square Error) 등이다. 이와 달리, 몇몇 애플리케이션에서, OFDM 심볼의 대응 샘플을 보호 시간으로부터의 손상되지 않은 샘플로 간단히 대체하는 것이 유용할 수 있다.
당업자라면 본 명세서에서의 다양한 실시예에 예시되어 있는 다양한 시스템 층, 루틴, 또는 모듈은 실행가능한 제어 유닛일 수 있다는 것을 이해할 것이다. 제어 유닛은 마이크로프로세서, 디지털 신호 프로세서, 프로세서 카드(하나 이상의 마이크로프로세서 또는 제어기를 포함함), 또는 다른 제어 또는 컴퓨팅 장치, 또한 하나 이상의 저장 장치에 저장된 실행가능 인스트럭션을 포함할 수 있다. 저장 장 치는 데이터 및 인스트럭션을 저장하는 하나 이상의 기계 판독가능 저장 장치를 포함할 수 있다. 저장 매체는 동적 또는 정적 랜덤 액세스 메모리(DRAM 또는 SRAM), 소거가능 및 프로그램가능 판독 전용 메모리(EPROM), 전기적 소거가능 및 프로그램가능 판독 전용 메모리(EEPROM) 및 플래시 메모리와 같은 반도체 메모리 장치를 포함하는 다양한 형태의 메모리와, 고정형, 플로피식, 착탈가능 디스크와 같은 자기 디스크와, 테이프를 포함하는 다른 자기 매체, 및 컴팩트 디스크(CD) 또는 디지털 비디오 디스크(DVD)와 같은 광학 매체를 포함한다. 다양한 시스템 내에서 다양한 소프트웨어 층, 루틴 또는 모듈을 구성하는 인스트럭션은 제각기의 저장 장치에 저장될 수 있다. 이 인스트럭션은 제각기의 제어 유닛에 의해 실행되는 경우 대응 시스템으로 하여금 프로그램된 동작을 수행하도록 유발시킨다.
위에서 설명한 특정 실시예는 단지 예시적일 뿐인데, 그 이유는 당업자가 본 명세서의 개시물을 이용하여 본 발명을 상이하나 등가적 방식으로 수정 및 실행시킬 수 있기 때문이다. 또한, 이하의 청구항에 기재된 것을 제외하고는 본 명세서에 도시된 구성 또는 설계의 세부사항에 제한되려 하지 않는다. 따라서, 위에서 개시된 특정 실시예는 변경 또는 수정될 수 있고 또한 이러한 모든 변형은 본 발명의 범주 및 사상 내에서 고련된다. 따라서, 본 명세서에서 추구되는 보호 범위는 이하의 청구항에서 설명된다.
본 발명에 따르면, OFDM 통신 시스템에서, 주기적 전치부호 및 후치부호 샘 플을 이용하여 수신된 OFDM 심볼의 신뢰성을 개선한다.

Claims (8)

  1. 심볼 및 보호 시간(guard period)으로 구성된 신호를 수신하는 단계와,
    상기 심볼 및 보호 시간의 적어도 일부분을 선택적으로 결합하는 단계와,
    상기 결합된 심볼 및 보호 시간을 사용하여 상기 심볼을 처리하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 심볼 및 상기 보호 시간으로 구성된 상기 신호를 수신하는 단계는 다수의 데이터 샘플로 구성된 심볼과 상기 다수의 데이터 샘플의 적어도 일부분으로 구성된 보호 시간을 수신하는 단계를 더 포함하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 심볼 및 상기 보호 시간의 적어도 일부분을 선택적으로 결합하는 단계는 상기 보호 시간에 포함된 상기 데이터 샘플의 적어도 일부분을 상기 심볼에 포함된 상기 데이터 샘플과 결합하는 단계를 더 포함하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 보호 시간 내에서 손상되지 않은 데이터 샘플을 식별하는 단계를 더 포함하되, 상기 보호 시간 내에 포함된 데이터 샘플의 적어도 일부분을 상기 심볼 내에 포함된 상기 데이터 샘플과 결합하는 단계는 상기 손상되지 않은 데이터 샘플을 상기 심볼 내에 포함된 데이터 샘플과 결합하는 단계를 더 포함하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 심볼 및 상기 보호 시간의 적어도 일부분을 선택적으로 결합하는 단계는 최대 결합 비율을 상기 심볼 및 상기 보호 시간의 적어도 일부분에 적용하는 단계를 더 포함하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 심볼 및 상기 보호 시간의 적어도 일부분을 선택적으로 결합하는 단계는 상기 심볼 및 상기 보호 시간의 적어도 일부분에 제로 강요(zero-forcing)를 적용하는 단계를 더 포함하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 심볼 및 상기 보호 시간의 적어도 일부분을 선택적으로 결합하는 단계는 상기 심볼 및 상기 보호 시간의 적어도 일부분에 최소 평균 제곱 에러 검출을 적용하는 단계를 더 포함하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 결합된 심볼 및 보호 시간을 사용하여 상기 심볼을 처리하는 단계는 상기 결합된 심볼 및 보호 시간을 이용하여 고속 퓨리에 변환을 수행하는 단계를 더 포함하는 방법.
KR1020050048628A 2004-06-09 2005-06-08 Ofdm 심볼의 신뢰성을 개선하는 방법 KR20060048239A (ko)

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