KR20060054508A

KR20060054508A - 부채널수 변화에 따른 이득값 조절이 가능한직교주파수분할다중접속 시스템의 송신장치 및 그장치에서의 데이터 송신방법

Info

Publication number: KR20060054508A
Application number: KR1020040093568A
Authority: KR
Inventors: 김대호; 김준우; 박윤옥
Original assignee: 한국전자통신연구원; 삼성전자주식회사; 주식회사 케이티; 주식회사 케이티프리텔; 에스케이 텔레콤주식회사; 하나로텔레콤 주식회사
Priority date: 2004-11-16
Filing date: 2004-11-16
Publication date: 2006-05-22
Also published as: US20070291633A1; US7953165B2; WO2006054826A2; KR100635011B1; WO2006054826A3

Abstract

본 발명은 부채널수 변화에 따른 이득값 조절이 가능한 직교주파수분할다중접속 시스템의 송신장치 및 그 장치에서의 데이터 송신방법에 관한 것이다. 이 장치는 부채널수의 변동에 따른 변조기에서의 최대 출력값이 일정하도록 그 이득을 조절하기 위해 부채널수 결정기, 변조기, 디지털/아날로그 변환기 및 이득 제어기를 포함한다. 부채널수 결정기는 통신환경에 따라 사용하는 부채널수를 결정하고, 변조기는 부채널수 결정기에 의해 결정된 부채널수에 기초하여 송신 데이터를 변조 처리하여 출력한다. 디지털/아날로그 변환기는 변조기에서 출력되는 송신 데이터를 아날로그 데이터로 변환하여 송신용 안테나를 통해 무선으로 송신한다. 이득 제어기는 부채널수 결정기에서 결정된 부채널수에 대응되는 이득값－여기서 이득값은 변조기에서 디지털/아날로그 변환기로 입력되는 출력값이 일정하도록 부채널수에 따라 결정되어 있음－에 따라 변조기에서 디지털/아날로그 변환기로 입력되는 송신 데이터의 이득을 제어한다. 본 발명에 따르면, 송신신호의 신호대잡음비를 일정하게 유지시켜서 부채널수의 변화에 따라 전체적인 성능열화를 제거할 수 있다.

직교주파수분할다중접속 시스템, OFDMA, 부채널, 부채널수, 이득 조절

Description

부채널수 변화에 따른 이득값 조절이 가능한 직교주파수분할다중접속 시스템의 송신장치 및 그 장치에서의 데이터 송신방법 {TRANSMITTING APPARATUS IN ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING ACCESS SYSTEM CAPABLE OF CONTROLLING GAIN FOR VARIATION OF SUB-CHANNEL ALLOCATION AND METHOD FOR TRANSMITTING DATA THEREOF}

도 1은 일반적인 OFDMA 시스템에서의 송신기의 블록을 도시한 도면이다.

도 2의 (a)는 일반적인 OFDMA 시스템에서 부채널 수의 변화에 따른 역퓨리에변환기 출력의 최대값을 변조 방식의 종류별로 나타난 도면이고, 도 2의 (b)는 최대값 출력이 감소하는 경우 이를 보상하기 위한 이득값을 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 부채널수 변화에 따른 이득값 조절이 가능한 OFDMA 시스템의 블록도이다.

도 4는 도 3의 시스템에서 부채널수 변화에 따라 설정되는 이득값을 나타낸 그래프이다.

도 5는 도 3의 시스템에서 부채널수 변화에 따른 이득값 조절 방법에 따라 보상된 결과값을 나타낸 도면이다.

본 발명은 직교주파수분할다중접속 시스템(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access, 이하 OFDMA라고 함)에 관한 것으로, 더욱 상세하게 말하자면, OFDMA 시스템의 송신기에서 사용되는 부채널 수의 변화에 따른 이득값 조절이 가능한 OFDMA 시스템의 송신장치 및 그 장치에서의 데이터 송신방법에 관한 것이다.

초고속 멀티미디어 서비스 등 사용자 요구가 급속히 증대되는 차세대 이동통신을 달성하기 위한 후보기술로써 OFDM을 근간으로 하는 여러 다중접속 방식들이 활발히 연구되고 있다. 이중 OFDMA는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)을 바탕으로 하여 각 사용자별 데이터가 전체 직교 부반송파(orthogonal sub-carriers) 중에서 일부 부분집합으로 구성되어 다중 접속을 달성하는 방식이다. 여기서, OFDM은 주파수 선택적 페이딩 채널(frequency selective fading channel)에 강인한 주파수 효율적인 변조 방식으로써, 고속의 직렬 신호를 저속의 여러 병렬 신호로 분리한 후 이를 각각의 직교 부반송파(sub-carrier)에 변조하여 송/수신하는 방식이다.

이러한 OFDMA 시스템에서 반송파 할당과 관련된 기술로는 대한민국 특허공개공보 제2003-0070218호(직교주파수 분할다중 접속 시스템에서 파일럿 반송파 할당 방법) 및 제2003-0075117호(직교주파수 분할다중 접속 시스템에서 적응적 파일럿 반송파 할당 방법 및 장치)가 있다. 이러한 기술들은 OFDMA 시스템에서의 위상오차 추정성능을 향상시키고, 가입자 사이의 충돌을 최소화하거나 또는 각 부채널에 할당된 파일롯 반송파의 수를 최적화하기 위한 것이다.

또한, 부반송파 할당과 전력 할당 알고리즘과 관련된 기술로는 키방크 디.(Kivanc D.) 등의 "Subcarrier allocation and Power Control for OFDMA"(34^th Asilomar Conference, Vol. 1., pp. 147-151, 2000. 10. 30)가 있으며, 여기서는 서로 다른 서비스를 요구하는 각 사용자에게 비트오류확률(Bit Error Ratio)과 전송율을 기반으로 총 전력소비를 최소화할 수 있는 방식에 대해 개시하고 있다.

한편, OFDMA 시스템의 송신기에서 특히 변조기는 사용하는 부채널의 반송파에 송신하고자 하는 데이터를 실은 다음에 이를 역퓨리에변환(Inverse Fast Fourier Transform)하여 그 결과 데이터를 송신용 안테나를 통해 수신기, 예를 들어 사용자 무선 단말기로 전송한다. 이 때, OFDMA 시스템의 송수신기간의 통신 환경에 따라 송신기가 사용하는 부채널의 수가 변화될 수가 있고, 이러한 부채널 수의 변화에 따라 변조기의 역퓨리에변환기 출력의 최대값이 함께 변화하게 된다. 즉, 사용하는 부채널 수의 변화에 따라 변조기 출력의 최대값이 변화하면 변조기 출력을 아날로그 데이터로 변환하여 송신용 안테나로 전달하는 디지털/아날로그 변환기(Digital/Anolog Converter)의 전체 동작 영역을 이용하지 못하기 때문에 잡음에 대한 상대적인 크기가 변화하고, 이에 따라 송신기 출력단의 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio:SNR)가 변화하여 전체적인 OFDMA 송신기의 성능 저하를 가져오게 되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 부채널 수의 변화에 따라 변하는 역퓨리에변환기의 최대 출력값의 이득을 조절하여 송신 신호의 출력 및 신호대잡음비 감소 현상을 제거할 수 있는 부채널수 변화에 따른 이득값 조절이 가능한 OFDMA 시스템의 송신장치 및 그 장치에서의 데이터 송신방법을 제공하는 데 있다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 하나의 특징에 따른 OFDMA 시스템의 송신장치는,

통신환경에 따라 사용하는 부채널수 가변이 가능한 OFDMA 시스템의 송신장치로서,

통신환경에 따라 사용하는 부채널수를 결정하는 부채널수 결정기; 상기 부채널수 결정기에 의해 결정된 부채널수에 기초하여 송신 데이터를 변조 처리하여 출력하는 변조기; 상기 변조기에서 출력되는 송신 데이터를 아날로그 데이터로 변환하여 송신용 안테나를 통해 무선으로 송신하는 디지털/아날로그 변환기; 및 상기 부채널수 결정기에서 결정된 부채널수에 대응되는 이득값－여기서 이득값은 상기 변조기에서 상기 디지털/아날로그 변환기로 입력되는 출력값이 일정하도록 상기 부채널수에 따라 결정되어 있음－에 따라 상기 변조기에서 상기 디지털/아날로그 변환기로 입력되는 송신 데이터의 이득을 제어하는 이득 제어기를 포함한다.

여기서, 상기 이득값은 사용되는 부채널수가 최대인 경우에 상기 변조기에서의 최대 출력값－여기서 변조기의 최대 출력값은 상기 디지털/아날로그 변환기의 최대 입력값과 일치함－과 부채널수의 변화에 따라 변동된 상기 변조기의 출력값이 동일해지도록 상기 부채널수의 변화에 따라 변동된 상기 변조기의 출력값을 보상하는 값으로 설정되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 부채널수의 변동 범위를 둘 이상의 그룹으로 분할하고, 상기 분할된 각 그룹에 대표되는 이득값을 해당되는 그룹에 속한 부채널수에 대해 할당하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 각 그룹에 할당되는 이득값이 2의 지수승 단위의 값을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징에 따른 OFDMA 시스템에서의 데이터 송신 방법은,

통신환경에 따라 사용하는 부채널수 가변이 가능한 OFDMA 시스템에서 데이터를 송신하는 방법으로서,

a) 통신환경에 따라 결정된 부채널수에 기초하여 송신 데이터를 변조 처리하여 단계; b) 상기 결정된 부채널수에 대응되는 이득값－여기서 이득값은 상기 변조 처리된 송신 데이터의 출력값이 일정하도록 상기 결정된 부채널수에 따라 결정되어 있음－에 따라 상기 변조 처리된 송신 데이터의 이득을 제어하는 단계; 및 c) 상기 이득 제어된 송신 데이터를 아날로그 데이터로 변환하여 무선으로 송신하는 단계를 포함한다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여 기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 부채널수 변화에 따른 이득값 조절이 가능한 OFDMA 시스템에 대해서 상세하게 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 OFDMA 시스템의 송신기에서 부채널수 결정기(12)에서 결정된 부채널수에 기초하여 반송파 할당기(10)가 송신 데이터에 반송파를 할당한다. 그 후, 반송파에 할당된 송신 데이터는 직렬/병렬 변환기(14)에 의해 병렬 데이터로 변환되고, 역퓨리에 변환기(16)에 의해 역퓨리에 변환 처리된 후 병렬/직렬 변환기(18)에 의해 다시 직렬 데이터로 변환되어 디지털/아날로그 변환기(DAC, 20)로 입력된다.

디지털/아날로그 변환기(20)는 병렬/직렬 변환기(18)로부터 입력되는 직렬 데이터를 아날로그 데이터로 변환하여 송신 안테나(24)를 통해 출력한다.

이 때, 통신 환경에 따라 사용하는 부채널의 수가 변화하면 역퓨리에 변환기(16) 출력의 최대값이 변화하게 된다. 즉, 부채널 수의 변화에 따라 역퓨리에 변환기(16)의 출력값이 변화하게 되면, 디지털/아날로그 변환기(DAC)의 동작 범위(Dynamic Range)를 효율적으로 사용할 수 없게 된다. 디지털/아날로그 변환 과정에서 디지털/아날로그 변환기(DAC)에서 발생하는 양자화 잡음 및 열잡음의 영향을 최소화하기 위해서는 역퓨리에 변환기(16) 출력의 최대값이 디지털/아날로그 변환 기(DAC)의 최대 입력값과 일치하는 것이 바람직하다. 그러나, 역퓨리에 변환기(16) 출력의 최대값과 디지털/아날로그 변환기(DAC)의 최대 입력값을 일치시키는 것은 불가능하고, 역퓨리에 변환기(16)의 출력값이 디지털/아날로그 변환기(DAC)의 최대값보다 크게 되면 포화(Saturation) 현상이 발생하여 심각한 왜곡을 초래할 수 있기 때문에 최대 수의 부채널을 사용할 때 변조기 출력의 최대값이 디지털/아날로그 변환기(DAC) 최대 입력값보다 같거나 작은 범위에서 사용도록 하고 있다. 이러한 조건에서 부채널수가 감소하면 역퓨리에 변환기(16)의 출력값이 감소하게 되고 이는 디지털/아날로그 변환기(DAC) 출력의 신호대잡음비(SNR)를 감소시키는 동시에 안테나 출력단의 송신 전력을 감소시키는 문제가 발생한다.

이를 방지하기 위해서, 디지털/아날로그 변환기(DAC)와 송신 안테나(24) 사이에 가변 이득 증폭기(22)를 배치하고, 부채널 수의 변화에 따라 가변 이득 증폭기(22)의 이득을 증가시켜서 보상 제어하는 전력 제어기(26)에서 출력되는 전력 제어값을 펄스폭 변조기(28)를 통해 변조하고, 저역통과 필터(30)를 통해 필터링하여 가변 이득 증폭기(22)로 입력시켜서 디지털/아날로그 변환기(DAC)의 출력값 감소를 보상한다.

그러나 전력 제어기(26)가 동작을 하여 가변 이득 증폭기(22)의 이득을 증가시켜서 부채널 수의 감소에 의해서 발생한 송신 전력의 감소를 보상할 수는 있지만 부채널 수의 변화에 따라 가변 이득 증폭기(22)의 이득을 조절해야 하므로 전력 제어 알고리즘이 복잡해지게 된다. 즉 부채널 수가 감소하면 역퓨리에변환기(16)의 출력값이 감소하여 디지털/아날로그 변환기(DAC) 출력의 신호대잡음비(SNR)와 진폭 이 감소하고 이러한 진폭 감소를 보상하는 과정에서 전력 제어 알고리즘이 복잡해지는 문제점이 발생한다.

일반적으로, OFDMA 시스템에서는 사용하는 전체 반송파 T개 중에서 사용하지않는 보호 반송파(Guard Carrier) G개를 제외한 (T-G)개의 반송파를 N개씩 그룹으로 묶어서 부채널로 명명하고, 각 사용자에 대한 채널 할당은 부채널 단위로 이루어진다. 따라서, 부채널의 수 S는 (T-G)/N 으로 구해진다. 일례로 802.16a 시스템에서 상향링크의 경우 T = 2048, G = 352 그리고 N = 53 이므로 부채널 수 S = (2048-352)/53 = 32가 된다. 즉 802.16a 시스템의 상향링크는 32개의 부채널을 사용하며 부채널 당 53개의 반송파를 사용한다.

이러한 802.16a 시스템에서 부채널 수의 변화에 따른 역퓨리에변환기 출력의 최대값과, 출력의 최대값의 감소를 보상하기 위한 이득값을 도 2에 도시하였다.

도2의 (a)에 도시된 바와 같이, 변조 방식의 종류와 관계없이 부채널의 수가 증가함에 따라 역퓨리에변환기(16) 출력의 최대값이 증가함을 알 수 있다. 예를 들어, 부채널의 수가 30일 때 최대값이 출력되고, 부채널의 수가 0으로 가까워질수록 최대값도 0 가까이 감소됨을 알 수 있다.

한편, 역퓨리에변환기(16)의 최대 출력, 즉 부채널 수가 30일 때의 출력의 최대값이 디지털/아날로그 변환기(20)로 입력되어야 하므로 부채널의 수가 감소하 는 경우 이를 보상하기 위해 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 역퓨리에변환기(16)의 출력값의 이득을 증가시키는 보상을 해야한다.

도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 부채널의 수가 10미만일 때 이득 곡선의 기울기가 급하고 10이상일 때는 완만한 것을 알 수 있다. 실제 상황에서는 대부분의 경우에 상향링크에서 사용하는 부채널의 수는 10개 미만이므로 이때는 디지털/아날로그 변환기(20)의 동작범위를 효율적으로 사용하지 못하여 송신 신호의 신호대잡음비 특성이 좋지 않게 된다. 즉, 부채널의 수가 감소할 때 전력 제어기(26)의 제어에 따라 도 2의 (b)에 도시된 바와 같은 이득 제어가 가변 이득 증폭기(22)를 통해 수행되어 송신 출력이 최대의 부채널이 할당되었을 때와 동일한 출력이 되도록 하지만, 실제 하드웨어 구현에서 가변 이득 증폭기(22)에서 디지털/아날로그 변환기(20)의 출력에 저역 통과 필터(30)에서 출력되는 이득값을 곱하기 위해 곱셈기를 사용하면 게이트 크기가 증가하고 소비전력이 증가하며, 곱셈기 출력단의 비트 수가 증가하는 문제가 발생한다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 실시예에서는 디지털/아날로그 변환기로 출력되는 역퓨리에변환기의 최대 출력값이 최대의 부채널 수가 할당되었을 때의 최대 출력값과 동일해지도록 역퓨리에변환기 출력의 이득을 제어하는 것을 특징으로 한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 부채널수 변화에 따른 이득값 조절이 가능한 OFDMA 시스템은 반송파 할당기(100), 직렬/병렬 변환기(102), 역퓨리에변환기(104), 병렬/직렬 변환기(106), 이득 조절기(108), 디지털/아날로그 변환기(110), 송신 안테나(112), 부채널수 결정기(114) 및 이득값 저장부(116)를 포함한다.

반송파 할당기(100)는 부채널수 결정기(114)에 의해 결정된 부채널수에 따라 송신 데이터에 반송파를 할당한다. 여기서, 본 발명의 실시예에 따른 OFDMA 시스템은 통신 환경에 따라 사용하는 부채널수를 가변할 수 있는 시스템이며, 통신 환경은 송신기 또는 수신기에 의해 측정된 각종의 파라미터들을 사용하여 판단되는 것으로, 이에 대해서는 이미 당업자에 의해 잘 알려져 있는 기술을 사용하므로 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.

따라서 부채널수 결정기(114)는 통신 환경에 따라 부채널수를 결정하여 반송파 할당기(100)로 전달하여 송신 데이터에 대한 반송파 할당이 이루어질 수 있도록 한다.

직렬/병렬 변환기(102)는 반송파 할당기(100)에 의해 반송파가 할당된 송신 데이터를 입력받아서 병렬 데이터로 변환하여 출력하고, 역퓨리에변환기(104)는 직렬/병렬 변환기(102)에서 출력되는 병렬 데이터에 대해 이미 잘 알려져 있는 역퓨리에변환(Inverse Fast Fourier Transform) 처리를 수행하여 출력한다.

병렬/직렬 변환기(106)는 역퓨리에변환기(104)에 의해 역퓨리에변환되어 출력되는 데이터를 직렬 데이터로 다시 변환하여 출력한다.

이득값 저장부(116)는 본 발명의 실시예에 따른 OFDMA 시스템의 송신기에서 부채널수에 대응되는 이득값을 각각 저장하고 있으며, 부채널수 결정기(114)에 의해 결정되어 출력되는 부채널수에 대응되는 이득값을 찾아서 출력한다. 여기서, 이득값 저장부(116)에는 부채널수의 변화에 따라 변동되는 역퓨리에변환기(104)의 최대 출력값이 최대 부채널수인 경우에 출력되는 역퓨리에변환기(104)의 최대 출력값이 되도록 보상하기 위한 이득값이 저장된다.

이득 조절기(108)는 이득값 저장부(116)에서 출력되는 이득값에 기초하여 병렬/직렬 변환기(106)에서 출력되는 직렬 데이터의 이득을 조절하여 출력한다. 따라서, 이득 조절기(108)에서 출력되는 직렬 데이터의 최대 출력값은 최대 부채널수일 때 역퓨리에변환기(104)의 최대 출력값과 거의 동일하도록 유지된다.

디지털/아날로그 변환기(110)는 이득 조절기(108)에서 출력되는 직렬 데이터를 아날로그 데이터로 변환하여 출력하고, 송신 안테나(112)는 이 아날로그 데이터를 외부로 송출된다.

여기에서, 반송파 할당기(100), 직렬/병렬 변환기(102), 역퓨리에변환기(104) 및 병렬/직렬 변환기(106)는 본 발명의 실시예에 따른 OFDMA 시스템에서 통신환경에 따라 사용하는 부채널수를 가변하여 변조 처리하는 변조기를 구성한다.

또한, 이득값 저장부(116) 및 이득 조절기(108)는 변조기에서 디지털/아날로그 변환기(110)로 입력되는 송신 데이터의 이득을 제어하는 이득 제어기를 구성한다.

한편, 상기에서 이득값 저장부(116)에는 상기 예에서와 같이 802.16a 시스템의 상향링크에서 부채널의 수가 1부터 30까지 변화할 때 도 2의 (b)에서와 같이 부 채널 수에 대응되는 이득값이 각각 저장될 수 있다.

그러나, 도 2의 (a)에서와 같이 일반적으로 부채널 수의 변화에 따른 역퓨리에변환기(104) 출력값의 변화가 선형적이지 않은 것을 알 수 있다. 예를 들어, 부채널의 수가 10 이상일 때는 역퓨리에변환기(104) 출력값의 변화량이 크지 않으나, 부채널의 수가 10 이하일 때는 그 변화량이 크기 때문에 이득값 저장부(116)가 이러한 변화량에 대한 이득값을 모두 저장하여 역퓨리에변환기(104) 출력값의 이득을 조절하는 것은 시스템의 구성상 소모적이므로 부채널 수의 변화에 대한 이득값을 선형 구간을 갖는 범위를 기준으로 하여 몇 개의 구간으로 묶어서 이득값 조절을 적용할 수 있다.

예를 들어, 상기한 802.16a 시스템의 상향링크의 예를 참조하면, 부채널 수의 변화에 대한 이득값의 변화량을 부채널 수가 1∼3개인 구간, 4∼10개인 구간, 그리고 11∼40개인 구간으로 묶어서, 각각의 이득값을 대표되는 이득값으로 정할 수 있다. 이렇게 함으로써 부채널수의 변화에 대해 각각 이득값을 정하여 저장할 필요가 없으므로, 부채널수의 변화에 대한 이득값 제어 알고리즘이 간단해지는 이점이 있다.

또한, 이득 조절기(108)가 병렬/직렬 변환기(106)에서 출력되는 데이터에 이득값 저장부(116)에서 출력되는 이득값을 적용할 때 곱셈기를 사용하는 경우 종래와 같은 문제점이 발생할 수 있기 때문에, 본 발명의 실시예에서는 곱셈기를 사용하지 않기 위해서 각 구간에 대해 적용되는 이득값을 2의 지수승 단위로 양자화시킨다. 예를 들어, 상기에서 3개의 구간에 대해 각각 2의 지수승인 4, 2, 1의 이득 값을 적용함으로써 곱셈기를 사용하지 않고 다중화기(Multiplexer:MUX)를 사용하여 구현할 수 있으므로 이득 조절기(108)의 구조가 간단해지고 소비전력을 감소시킬 수 있다. 이와 같이, 부채널수의 범위를 3개의 구간으로 분할하고, 각 구간에 대해 2의 지수승 단위의 이득값을 할당한 것을 첨부한 도 4와 같이 그래프로 나타낼 수 있다.

다음의 [표 1]에는 디지털/아날로그 변환기(110)의 입력 비트수가 K 비트이고, 병렬/직렬 변환기(106)의 출력 비트수가 M비트이며, 상기 예에서 제안한 부채널수의 분리된 구간과 이들에 대해 제안된 이득값을 사용하였을 때 다중화기(MUX)를 사용하여 구현된 이득 조절기(108)의 출력 비트가 예시되어 있다.

[표 1] 부채널 수에 따른 이득값과 그 때의 이득 조절기 출력 비트의 예

이하, 본 발명의 실시예에 따른 부채널수 변화에 따른 이득값 조절이 가능한 OFDMA 시스템의 동작에 대해 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 OFDMA 시스템의 송신기가 수신기로 송신하고자 하는 송신 데이터는 반송파 할당기(100)에서 사용자별로 부채널 단위로 반송파가 할당된다. 이 때, 반송파 할당기(100)는 부채널수 결정기(114)에서 통신 환경에 따라 결정된 부채널수를 참조하여 반송파를 할당한다. 예를 들어, 통신 환경이 좋으면 많은 수의 부채널을 사용할 수 있지만, 통신 환경이 악화되는 경우에는 부채널의 수를 감소시켜 적은 개수의 부채널이 사용되도록 결정된다.

반송파가 할당된 송신 데이터는 주파수를 축으로 하는 직렬 데이터이므로 역퓨리에변환을 위해 직렬/병렬 변환기(102)에서 병렬 데이터로 변환된 후 역퓨리에변환기(104)에 의해 시간축의 병렬 데이터로 변환된다.

그 후, 원래대로의 직렬 데이터 변환을 위해 역퓨리에변환된 병렬 데이터는 병렬/직렬 변환기(106)에 의해 다시 M 비트의 직렬 데이터로 변환되어 이득 조절기(108)로 출력된다.

한편, 이득값 저장부(116)는 부채널수 결정기(114)에 의해 결정된 부채널수를 전달받아서 이에 대응되는 이득값을 찾아서 이득 조절기(108)로 출력한다. 즉, 이득값 저장부(116)는 상기 [표 1]을 참조하여 설명한 바와 같이, 부채널수를 몇 개의 그룹으로 분할하고, 분할된 각 그룹에 대해 대표되는 이득값을 각각 저장하고 있으므로, 부채널수 결정기(114)에 의해 결정된 부채널수가 속하는 그룹의 이득값이 결과적으로 이득 조절기(108)로 출력된다. [표 1]을 참조하여 예를 들면, 부채널수가 2개로 결정된 경우, 이득값 저장부(116)는 4의 이득값을 이득 조절기(108)로 출력한다. 상기에서는 802.16a에 따른 OFDMA 시스템의 상향링크의 경우에 대해서만 예를 들었지만, 이외에도 통신 환경에 따라 부채널수를 변경하여 사용하는 통신 시스템에 대해서는 상기한 바와 같이 부채널수의 변화에 따른 역퓨리에변환기(104)의 출력을 보상하기 위한 이득값의 범위를 몇 개의 그룹으로 분할하고, 각 그룹에 대표되는 이득값을 2의 지수승 단위로 하나만 사용하는 것이 가능하다는 것은 본 기술분야의 당업자라면 누구나 이해할 것이다.

한편, 이득 조절기(108)로 입력된 M 비트의 직렬 데이터는 이득값 저장부(116)에서 출력되는 이득값에 따라 그 이득이 조절되어 출력된다. 즉, 이득 조절기(108)가 다중화기(MUX)로 구성되어 있으므로, 2의 지수승 단위인 이득값에 따라 병렬/직렬 변환기(106)로부터 입력되는 M 비트의 출력 비트를 선택하여 출력함으로써 그 이득을 조절할 수 있다.

예를 들면, [표 1]에 예시되어 있는 바와 같이, 병렬/직렬 변환기(106)에서 출력되는 데이터가 M 비트이고, 부채널의 수가 1∼3인 경우에는 그 이득값이 4이므로 이득 조절기(108)에서 선택되어 출력되는 비트는 M-2∼(M-2-K)이고, 부채널의 수가 4∼10인 경우에는 그 이득값이 2이므로 이득 조절기(108)에서 선택되어 출력되는 비트는 M-1∼(M-1-K)이며, 11∼30인 경우에는 그 이득값이 1이므로 이득 조절기(108)에서 선택되어 출력되는 비트는 M∼(M-K)이 된다.

이와 같이, 이득 조절기(108)에서 이득이 조절되어 출력되는 직렬 데이터는 디지털/아날로그 변환기(110)를 통해 아날로그 데이터로 변환된 후 송신 안테나(112)를 통해 무선으로 송신된다.

이 때, 이득 조절기(108)에서 이득이 조절되어 출력되는 직렬 데이터 출력은 최대 부채널 수가 할당된 경우에 역퓨리에변환기(104)에서 출력되어 병렬/직렬 변환기(106)를 통해 출력되는 데이터의 최대 출력값과 동일해진다.

따라서, 통신 환경의 변화에 따라 사용하는 부채널수의 변화에 상관없이 최대 부채널수가 할당된 경우에 역퓨리에변환기(104)에서 출력되어 병렬/직렬 변환기 (106)를 통해 출력되는 데이터의 최대 출력값과 동일한 데이터가 디지털/아날로그 변환기(110)로 입력될 수 있다. 따라서, 디지털/아날로그 변환기(110)의 동작범위를 효율적으로 사용할 수 있으므로, 디지털/아날로그 변환 과정에서 발생하는 양자화 잡음 및 열잡음의 영향을 최소화할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 OFDMA 시스템에서의 부채널수 변화에 따른 이득값 조절 방법에 따라 보상된 결과값을 나타낸 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 OFDMA 시스템에서의 부채널수 변화에 따른 이득값 조절 방법에 따르면 부채널수의 범위를 분할하는 경계 부근에서 결과값이 불규칙하게 변하는 경우가 발생하지만, 대체로 최대 부채널수를 사용할 때의 최대 출력값 근처에 있는 것을 알 수 있다.

한편, 부채널수의 변화에 따른 역퓨리에변환기(104) 출력의 최대값 중에서 부채널수의 변화에 따른 최대값과 최소값의 비를 수식으로 표현하면 다음의 [수학식 1]과 같다.

여기서, k는 IFFT 인덱스로서, k=0,1,2,…,K-1이며,

n은 부채널수로서, n=1,2,…,N이다.

이러한 [수학식 1]을 도 2의 (a)에 도시된 종래의 방식에 적용하는 경우, 부채널수의 변화에 따라 이득값을 조절하지 않은 경우에

값은 거의 6이 되고, 이는 한 개의 부채널을 사용할 때 디지털/아날로그 변환기(20) 입력비트의 2.5 비트를 사용하지 않는 결과를 초래하여 신호대잡음비가 감소하며, 송신출력을 약 18.5 dB 감소시킨다.

반면에, 본 발명의 실시예에 따라 부채널수의 변화에 따라 이득값을 조절한 경우에는 도 5에 도시된 바와 같이

값이 1.8로 줄어드는 것을 알 수 있다. 이는 실제 사용되는 부채널수의 변화에 따라 본 발명의 실시예에 따른 방식으로 이득값을 조절하면 부채널수에 관계없이 변조기의 출력이 일정하게 되고, 디지털/아날로그 변환기(110)의 전체 동작영역을 사용함으로써 신호대잡음비가 감소하지 않으며, 송신출력의 변화도 거의 일어나지 않음을 보여준다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 그 외의 다양한 변경이나 변형이 가능하다.

본 발명에 따르면, 부채널수의 변화에 따라 역퓨리에변환기의 출력값의 이득을 조절함으로써 변조기의 출력값을 일정하게 유지시킬 수 있다.

또한, 디지털/아날로그 변환기의 전체 동작영역을 사용함으로써 송신신호의 신호대잡음비를 일정하게 유지시켜서 부채널수의 변화에 따라 전체적인 성능열화를 제거할 수 있다.

Claims

통신환경에 따라 사용하는 부채널수 가변이 가능한 직교주파수분할다중접속 시스템의 송신장치에 있어서,

통신환경에 따라 사용하는 부채널수를 결정하는 부채널수 결정기;

상기 부채널수 결정기에 의해 결정된 부채널수에 기초하여 송신 데이터를 변조 처리하여 출력하는 변조기;

상기 변조기에서 출력되는 송신 데이터를 아날로그 데이터로 변환하여 송신용 안테나를 통해 무선으로 송신하는 디지털/아날로그 변환기; 및

상기 부채널수 결정기에서 결정된 부채널수에 대응되는 이득값－여기서 이득값은 상기 변조기에서 상기 디지털/아날로그 변환기로 입력되는 출력값이 일정하도록 상기 부채널수에 따라 결정되어 있음－에 따라 상기 변조기에서 상기 디지털/아날로그 변환기로 입력되는 송신 데이터의 이득을 제어하는 이득 제어기

를 포함하는 직교주파수분할다중접속 시스템의 송신장치.
제1항에 있어서,

상기 이득값은 사용되는 부채널수가 최대인 경우에 상기 변조기에서의 최대 출력값－여기서 변조기의 최대 출력값은 상기 디지털/아날로그 변환기의 최대 입력값과 일치함－과 부채널수의 변화에 따라 변동된 상기 변조기의 출력값이 동일해지도록 상기 부채널수의 변화에 따라 변동된 상기 변조기의 출력값을 보상하는 값으 로 설정되는 것을 특징으로 하는 직교주파수분할다중접속 시스템의 송신장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 변조기는,

상기 부채널수 결정기에 의해 결정된 부채널수에 기초하여 송신 데이터에 반송파를 할당하는 반송파 할당기;

상기 반송파 할당기에 의해 반송파가 할당된 송신 데이터를 입력받아서 병렬 데이터로 변환하여 출력하는 직렬/병렬 변환기;

상기 직렬/병렬 변환기에서 출력되는 병렬 데이터에 대해 역퓨리에변환(Inverse Fast Fourier Transform) 처리를 수행하여 출력하는 역퓨리에변환기; 및

상기 역퓨리에변환기에 의해 역퓨리에변환되어 출력되는 데이터를 직렬 데이터로 변환하여 상기 이득 제어기로 출력하는 병렬/직렬 변환기

를 포함하는 직교주파수분할다중접속 시스템의 송신장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 이득 제어기는,

상기 부채널수 결정기에서 결정된 부채널수에 대응되는 이득값을 저장하는 이득값 저장부; 및

상기 변조기와 상기 디지털/아날로그 변환기 사이에 위치하며, 상기 변조기에서 상기 디지털/아날로그 변환기로 입력되는 송신 데이터의 이득을 상기 이득값 저장부에서 출력되는 이득값을 사용하여 조절하는 이득 조절기

를 포함하는 직교주파수분할다중접속 시스템의 송신장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 부채널수의 변동 범위를 둘 이상의 그룹으로 분할하고, 상기 분할된 각 그룹에 대표되는 이득값을 해당되는 그룹에 속한 부채널수에 대해 할당하는 것을 특징으로 하는 직교주파수분할다중접속 시스템의 송신장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 각 그룹에 할당되는 이득값이 2의 지수승 단위의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 직교주파수분할다중접속 시스템의 송신장치.
제5항에 있어서,

상기 직교주파수분할다중접속 시스템이 최대 30개의 부채널을 사용하는 경우, 30개의 변동 범위를 3개의 그룹으로 분할하는 것을 특징으로 하는 직교주파수분할다중접속 시스템의 송신장치.
제7항에 있어서,

상기 3개 그룹의 변동 범위는 각각 1∼3, 4∼10 및 11∼30인 것을 특징으로 하는 직교주파수분할다중접속 시스템의 송신장치.
제6항에 있어서,

상기 부채널수의 변동 범위가 3개의 그룹으로 분할된 경우, 각 그룹에 속한 부채널수에 대응되는 이득값으로 각각 1, 2 및 4가 할당되는 것을 특징으로 하는 직교주파수분할다중접속 시스템의 송신장치.
제4항에 있어서,

상기 이득 조절기는,

상기 이득 저장값에서 출력되는 이득값에 따라 상기 변조기에서 출력되는 송신 데이터를 다중화하여 출력하는 다중화기를 포함하는 것을 특징으로 하는 직교주파수분할다중접속 시스템의 송신장치.
통신환경에 따라 사용하는 부채널수 가변이 가능한 직교주파수분할다중접속 시스템에서 데이터를 송신하는 방법에 있어서,

a) 통신환경에 따라 결정된 부채널수에 기초하여 송신 데이터를 변조 처리하여 단계;

b) 상기 결정된 부채널수에 대응되는 이득값－여기서 이득값은 상기 변조 처리된 송신 데이터의 출력값이 일정하도록 상기 결정된 부채널수에 따라 결정되어 있음－에 따라 상기 변조 처리된 송신 데이터의 이득을 제어하는 단계; 및

c) 상기 이득 제어된 송신 데이터를 아날로그 데이터로 변환하여 무선으로 송신하는 단계

를 포함하는 직교주파수분할다중접속 시스템에서의 데이터 송신방법.
제11항에 있어서,

상기 부채널수의 변동 범위를 둘 이상의 그룹으로 분할하고, 상기 분할된 각 그룹에 대표되는 이득값을 2의 지수승 단위로 설정하여 해당되는 그룹에 속한 각 부채널수에 대해 할당하는 것을 특징으로 하는 직교주파수분할다중접속 시스템에서의 데이터 송신방법.
제12항에 있어서,

상기 b) 단계에서, 상기 부채널수에 대해 설정된 이득값에 기초하여 상기 변조 처리된 송신 데이터를 다중화 처리하여 이득을 제어하는 것을 특징으로 하는 직교주파수분할다중접속 시스템에서의 송신방법.