KR20060065355A - Ｍｉｍｏ-ｏｆｄｍ 시스템에서의 송신 장치 및 그 방법,수신 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 MIMO-OFDM 시스템에서의 송신 장치 및 그 방법, 수신 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 고유의 확산부호와 직교부호를 이용하여 정해진 대역폭 내에서 데이터 전송량을 증대시키기 위해 이진 전송 데이터 신호값을 이용하여 사용자가 사용하는 전체 대역폭의 증가없이 데이터 전송율을 증가시키고, 이 때 발생되는 신호간 간섭 문제를 직교주파수 분할 다중 방식을 이용하여 데이터를 병렬 처리하여 제거한다.
본 발명에 따른 MIMO-OFDM 시스템에서의 송신 장치는, 고유의 확산부호를 이용하여 파일럿 채널을 구성하고 파일럿 채널을 그룹화된 데이터 채널에 삽입하여 전송하고, MIMO-OFDM 시스템에서의 수신 장치는, 각각의 OFDM 부채널들의 특성을 보간법 및 보외법을 이용하여 지연특성과 주파 옵셋 등에 관련된 채널을 추정함으로써 시스템의 성능을 향상시킨다.
OFDM, MIMO, 채널 추정, 부채널, 파일럿, 직교부호, 이진신호, 고유확산부호

Description

ＭＩＭＯ-ＯＦＤＭ 시스템에서의 송신 장치 및 그 방법, 수신 장치 및 그 방법{SENDING METHOD, SENDING APPARATUS AND, RECEIVING METHOD, RECEIVING APPARATUS IN MIMO-OFDM SYSTEM}
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 MIMO-OFDM 시스템의 송신 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 단일 직교 부호부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 OFDM 신호 처리부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 MIMO-OFDM 시스템의 수신 장치를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 OFDM 신호 처리부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 4에 도시된 단일 직교 부호부의 구성을 나타낸 도면이다.
본 발명은 MIMO(Multiple Input Multiple Output)-OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)에서의 송신 장치 및 그 방법, 수신 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 고유의 확산부호와 직교 부호를 이용하여 사용자별 신호를 구 분하고, 이진 신호 값을 이용하여 사용자가 사용하는 전체 대역폭 증가없이 데이터 전송율을 증가시키며 이 때 발생되는 신호 간섭은 직교주파수 분할 다중을 이용하여 해결하는 MIMO-OFDM에서의 송신 장치 및 그 방법, 수신 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
현재의 무선통신 시스템은 제한된 주파수에 고품질, 대용량의 멀티미디어 데이터 전송을 목표로 한다. 이를 위해서 제한된 주파수를 사용해서 많은 용량의 데이터를 보내는 방법이 대두되고 있다. 이 방법이 MIMO 시스템이다.
MIMO 시스템은 송수신단에 다중 안테나를 사용함으로써 독립적인 페이딩 채널을 다수 개 형성하고 송신 안테나마다 다른 신호를 전송함으로써 데이터 전송 속도를 크게 향상시킬 수 있다. 따라서, 주파수를 더 늘리지 않고도 보다 많은 양의 데이터를 보낼 수 있다.
그러나 MIMO 시스템은 고속 전송 시 발생하는 심벌간의 간섭, 주파수 선택적 페이딩에 약하다는 단점이 있다. 이런 단점을 극복하기 위해 OFDM 방식을 함께 사용한다.
OFDM 방식은 현재 고속 데이터 전송에 가장 적합한 변조 방식으로, 하나의 데이터열이 보다 낮은 데이터 전송률을 갖는 부반송파를 통해 전송한다. 무선통신을 위한 채널환경은 건물과 같은 장애물로 인해 다중경로를 갖는다. 다중경로가 있는 무선채널에서는 다중경로에 의한 지연확산이 생기고 다음 심벌이 전송되는 시간 보다 지연확산시간이 클 경우 심벌 간 간섭(ISI)이 발생하게 된다. 이 경우 주파수 영역에서 보면 선택적으로 페이딩(Frequency Selective Fading)이 발생하는데 하나 의 반송주파수(single-carrier)를 사용하는 경우 심벌 간 간섭성분을 제거하기 위해 등화기를 사용한다. 하지만, 점점 데이터의 속도가 증가하면서 등화기의 복잡도도 함께 증가한다.
OFDM 시스템에서는 고속의 데이터를 다수의 부반송파를 이용하여 병렬로 전송함으로 데이터를 병렬 처리함으로써 고속의 데이터스트림을 저속으로 분할하여, 반송파를 사용하여 동시에 전송한다. 저속의 병렬 반송파를 사용함으로써 심벌구간이 증가하게 되므로 ISI가 줄어들게 되고 또한 보호구간(guard interval)의 사용으로 거의 완벽히 ISI가 제거된다. 또한 OFDM 시스템은 여러 개의 반송파를 이용함으로써 주파수 선택적 페이딩에 강한 장점이 있다.
결국 MIMO 시스템과 OFDM 시스템을 결합하게 되면, MIMO 시스템의 장점은 그대로 이용하고 단점은 OFDM 시스템을 이용해 상쇄시킬 수 있다. 즉, N개의 송신 안테나와 N개의 수신 안테나를 가지는 형태가 일반적인 MIMO 시스템이며, 이 시스템에 OFDM을 결합한 구조가 MIMO-OFDM 시스템의 기본이 된다.
따라서, MIMO-OFDM 시스템은 고속의 데이터를 다수의 부반송파를 이용하여 병렬로 전송하므로 서로 다른 채널 환경으로 인한 신호 왜곡으로 인해 간섭이 발생할 수 있다. 그런데 채널의 신호 왜곡 및 주파수 위상 오차가 보상되지 않으면 부반송파간의 직교성이 떨어지게 되어 송신 데이터를 정확하게 복조할 수 없게 된다. 따라서 수신단에서 각 부채널을 정확하게 추정하는 채널 추정이 필요하게 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 MIMO-OFDM 시스템에서 정확하게 채 널을 추정할 수 있도록 데이터를 송신하고 수신하는 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명은 정확한 채널 추정을 가능하게 하는 MIMO-OFDM 시스템의 송신 장치 및 수신 장치를 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 한 특징에 따른 MIMO-OFDM 시스템에서의 송신 장치는,
MIMO(Multiple Input Multiple Output)-OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템에서 서로 직교하는 다수의 부반송파에 송신 데이터를 실어 복수 개의 송신 안테나를 통해 송신하는 장치로서,
상기 송신 데이터로부터 이진 데이터를 생성하여 직교 부호를 할당하는 단일 직교 부호부; 상기 단일 직교 부호부로부터 출력된 신호에 고유확산 부호를 합성하여 확산하는 고유확산 부호부; 상기 확산된 신호를 상호 직교성을 가지는 복수의 반송파 주파수에 실어 전송하기 위해 파일럿 채널을 복수의 부채널 그룹으로 그룹화한 데이터 채널에 삽입하고 상기 복수의 부채널에 보호구간(guard interval)을 삽입하여 출력하는 OFDM 신호 처리부; 및 상기 OFDM 신호 처리부로부터 출력된 신호를 상기 각 송신 안테나를 통해 전송하기 위한 다중화를 수행하는 다중화부를 포함한다. 이 때, 상기 파일럿 채널은 상기 고유확산 부호에 기초하여 구성될 수 있다.
그리고 상기 OFDM 신호 처리부는, 상기 고유확산 부호가 합성되어 출력된 신호를 병렬로 변환하는 직/병렬 변환부; 상기 변환된 신호를 복수의 부채널―여기 서, 부채널은 데이터 채널과 파일럿 채널로 구성됨―로 그룹화하고, 상기 고유확산 부호를 상기 파일럿 채널로 삽입하는 파일럿 삽입부; 상기 부채널에 최대지연확산(Maximum delay spread)보다 긴 보호구간을 삽입하는 보호구간 삽입부; 상기 그룹화된 부채널을 고속 푸리에 변환하여 시간상의 OFDM 신호로 변환하는 IFFT부; 및 상기 시간상의 OFDM 신호를 직렬화하는 병/직렬 변환부를 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따른 MIMO-OFDM 시스템에서의 수신 장치는,
MIMO(Multiple Input Multiple Output)-OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템에서 복수 개의 송신 안테나를 통해 송신되는 데이터를 복수의 수신 안테나를 통해 수신하는 장치로서,
상기 수신 데이터로부터 보호구간을 제거하여 고속 푸리에 변환하여 데이터 채널에 파일럿 채널이 더해진 부채널로 복원한 후 채널 상태를 추정하여 수신 신호로부터 채널에 의한 신호 왜곡을 제거하는 OFDM 신호 처리부; 상기 OFDM 신호 처리부의 출력 신호를 역 다중화는 역 다중화부; 상기 역 다중화부로부터 출력된 신호에 고유확산 부호를 합성하여 역확산하는 고유확산 부호부; 및 상기 역확산된 신호에 직교부호를 할당하여 직교성을 갖는 신호를 직교성을 갖지 않는 이진 신호로 변환하여 출력하는 역 단일 직교 부호부를 포함한다.
이 때, 상기 OFDM 신호 처리부는, 상기 복수의 수신 안테나를 통해 수신되는 OFDM 신호를 병렬화하는 직/병렬 변환부; 상기 병렬화된 OFDM 신호로부터 프레임 동기를 검출하여 프레임의 시작점을 찾아 미세 주파수를 복원하고 상기 보호구간을 제거하고 상기 파일럿 채널을 추정하는 보호구간 제거부; 상기 보호구간이 제거된 OFDM 신호를 고속 푸리에 변환하여 데이터 채널에 파일럿 채널이 더해진 부채널로 복원하는 FFT(Fast Fourier Transform)부; 상기 파일럿 채널을 이용하여 상기 데이터 채널을 추정하는 채널 추정부; 상기 채널 추정값에 기초하여 상기 부채널 그룹의 데이터를 등화하고 복조하는 등화 복조부; 및 상기 복조된 데이터를 직렬화하는 병/직렬 변환부를 포함한다.
본 발명의 또 다른 한 특징에 따른 MIMO-OFDM 시스템에서의 송신 방법은,
MIMO(Multiple Input Multiple Output)-OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템에서 서로 직교하는 다수의 부반송파에 송신 데이터를 실어 복수 개의 송신 안테나를 통해 각각 송신하는 방법으로서,
a) 상기 송신 데이터로부터 이진 데이터를 생성하여 직교성을 갖는 데이터로 변환시키는 단계; b) 상기 직교성 데이터에 고유확산 부호를 합성하여 확산시키는 단계; c) 확산된 데이터로부터 파일럿 채널을 데이터 채널에 삽입하여 복수의 부채널 그룹으로 그룹화하는 단계; d) 상기 각 부채널에 보호구간을 삽입한 후 역고속 푸리에 변환하여 OFDM 신호를 생성하는 단계; 및 e) 상기 OFDM 신호를 다중화하여 상기 복수의 송신 안테나를 통해 각각 다른 신호를 전송하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 한 특징에 따른 MIMO-OFDM 시스템에서의 수신 방법은,
MIMO(Multiple Input Multiple Output)-OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템에서 복수 개의 송신 안테나를 통해 송신되는 데이터를 수신하는 방법으로서,
a) 상기 수신 신호로부터 프레임 동기를 검출하여 프레임의 시작점을 찾아 미세 주파수를 복원한 후 보호구간을 제거한 후 고속 푸리에 변환하여 데이터 채널에 파일럿 채널이 더해진 복수의 부채널로 복원하는 단계; b) 상기 파일럿 채널을 이용하여 상기 각 부채널의 데이터 채널을 추정하여 상기 송신 데이터를 등화하고 복조하는 단계; c) 상기 복조된 신호를 역다중화하는 단계; d) 상기 역다중화된 신호에 고유확산 부호를 합성하여 역확산하는 단계; 및 e) 상기 역확산된 신호에 직교부호를 할당하여 직교성을 갖지 않는 이진 데이터로 변환하여 출력하는 단계를 포함한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 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 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 MIMO-OFDM 시스템의 수신 장치 및 그의 채널 추정 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
먼저, 본 발명이 적용되는 MIMO-OFDM 시스템에 대해서 도 1 내지 도 3을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 MIMO-OFDM 시스템의 송신 장치를 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 단일 직교 부호부의 구성을 나타낸 도면이다. 그리고 도 3은 도 1에 도시된 OFDM 신호 처리부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, MIMO-OFDM 시스템의 송신 장치는 단일 직교 부호부(110), 고유확산 부호부(120), OFDM 신호 처리부(130) 및 다중화부(140)를 포함한다.
단일 직교 부호부(110)는 직/병렬 변환부(112), 직교 부호부(114) 및 직교부호 덧셈부(116)를 포함한다.
직/병렬 변환부(112)는 직렬 수신되는 고속의 송신 데이터를 저속의 병렬로 변환하여 출력한다. 이 때, 직/병렬 변환부(112)에서 출력되는 송신 데이터는 이진 신호 데이터이다.
직교 부호부(114)는 병렬로 변환된 송신 데이터에 직교 부호(orthogonal code)(Sub-w(1), Sub-w(2), Sub-w(3), Sub-w(4))를 사용하여 이 직교 부호에 의해 채널을 구분할 수 있도록 한다.
직교부호 덧셈부(116)는 직교 부호부(114)에서 각각 출력되는 직교 부호들을 더하여 고유확산 부호부(120)로 출력한다.
고유확산 부호부(120)는 직교 부호화된 송신 데이터에 고유확산 부호(W1)를 합성하여 OFDM 신호 처리부(130)로 출력한다.
OFDM 신호 처리부(130)는 직/병렬 변환부(131), 파일롯 삽입부(132), 보호구간 삽입부(133), 역고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform, 이하 ‘IFFT’라 함)부(134) 및 병/직렬 변환부(135)를 포함한다.
직/병렬 변환부(131)는 고유확산 부호부(120)로부터 출력되는 데이터를 다시 병렬로 변환한다.
이 때, 즉, 병렬화된 신호를 복수 개의 부채널 그룹으로 그룹화한다. 즉, 병렬화된 송신 데이터를 상호 직교성을 가지는 N 개의 반송파 주파수에 실어 전송하며, N의 반송파가 다시 N의 부채널로 나뉘어진다. 한 개의 부채널은 한 명의 가입자가 접속할 수 있는 부채널의 최소단위로서, 한 명의 가입자는 한 개 이상의 부채널에 접속하여 데이터를 전송할 수 있다.
파일롯 삽입부(132)는 N개의 부채널에 고유확산 부호(W1)를 파일롯 반송파로 삽입하고 다음에 데이터 반송파를 삽입하여 부채널을 구성한다. 이 때, 파일롯 반송파는 송·수신 장치에서 모두 알고 있는 신호로서, 채널을 통과할 때 이 반송파 위상의 뒤틀림 정도를 미루어 채널을 추정하게 된다.
보호구간 삽입부(133)는 전송할 반송파의 양 끝에 최대지연확산(Maximum delay spread)보다 긴 보호구간(guard interval)을 삽입한다. 따라서 신호 주기는 실제 데이터가 전송되는 유효심볼주기와 보호구간의 합이 되며, 수신단에서는 보호구간을 제거한 후 유효심볼주기 동안의 데이터를 취하여 복조를 수행한다. 보호구간에는 부채널의 지연에 의해 발생할 수 있는 직교성의 파괴를 방지하기 위해 유효심볼구간에서 마지막 구간의 신호를 복사하여 삽입하게 되며 이를 cyclic prefix(CP)라 한다.
IFFT부(134)는 파일럿 및 보호구간이 삽입된 복수 개의 신호를 역 고속 푸리에 변환하여 주파수 영역의 신호를 실제로 전송할 수 있는 시간 영역의 OFDM 신호로 변환한다.
병/직렬 변환부(135)는 시간 영역의 OFDM 신호를 직렬로 변환한 후 다중화부 (140)로 출력한다.
다중화부(140)는 각 송신 안테나에서 다른 신호들이 전송되도록 상기 병/직렬 변환부(135)로부터 순차적으로 전달되는 OFDM 신호들을 다중화하여 복수의 송신 안테나에 각각 할당한다. 이렇게 하면 순차적으로 발생되는 OFDM 신호들을 각 송신 안테나에서 병렬적으로 전송한다.
한편, 상기 송신 과정을 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 2에 나타낸 바와 같이, 직/병렬 변환부(112)에서 출력되는 이진 신호를 각각 d(1)=(d, -d, d, d)라 한다. 여기서, d는 신호점(constellation)의 최소 거리(minimum distance)를 의미한다.
단일 직교 부호부(110)의 직교 부호부(114)에 의하여 입력되는 데이터에 직교 부호(Sub-w(1), Sub-w(2), Sub-w(3), Sub-w(4))를 곱한다. 이 때, “0”과 “1”은 각각 “-”과 “+”로 표현하면, 직교 부호 및 고유확산 부호는 각각 수학식 1 및 수학식 2와 같다.
Sub-w(1)=(1 1 1 1)→(+ + + +)
Sub-w(2)=(1 0 1 0)→(+ - + -)
Sub-w(3)=(1 1 0 0)→(+ + - -)
Sub-w(4)=(1 0 0 1)→(+ - - +)
W(1)=(0 1 0 1 0 1 0 1)→(- + - + - + - +)
그리고 앞서 설명한 것처럼 이진 신호는 d(1)=(d, -d, d, d)이고, d는 상수로 간주하고 없애면, d(1)=(+1 -1 +1 +1)이 된다.
이 때, 단일 직교 부호부(110)의 직교 부호부(114)에 의하여 이진 신호 d(1)에 직교부호(Sub-w(1), Sub-w(2), Sub-w(3), Sub-w(4))를 각각 곱하면, 수학식 3과 같다.
C(1)=(+1 +1 +1 +1)
C(2)=(-1 +1 -1 +1)
C(3)=(+1 +1 -1 -1)
C(4)=(+1 -1 -1 +1)
그리고 수학식 3의 결과를 직교부호 덧셈부(116)에서 더하면, 그 결과 값(B1)은 다음과 같다.
B1=(+2 +2 -2 +2)
그리고 이 값(B1)에 고유확산 부호(W1)를 곱하면, 그 결과 값(D1)은 다음과 같다.
D1=(-2+2 -2+2 +2-2 -2+2)
이렇게 구해진 값(D1)이 직/병렬 변환부(131)의 입력이 된다.
이후, 도 3에 나타낸 바와 같이, 고유확산 부호부(120)의 출력(D1)인 (-2+2 -2+2 +2-2 -2+2)는 직/병렬 변환부(131)에 의하여 병렬로 변환되고 데이터 전송률에 따른 변조 방식에 따라 복수의 부채널 그룹으로 그룹화하고 각 그룹의 신호에 고유 확산부호가 파일롯 시퀀스로 삽입된 후 보호구간 처리를 수행한 후에 IFFF부(132)로 입력된다. 그런 다음에 IFFT(132)에서 그룹화된 부채널을 고속 푸리에 변환하여 OFDM 신호로 변환한 후 병/직렬 변환부(135)에서 직렬화되어 다중화부(140)로 출력된다.
이어서, 다중화부(140)는 병/직렬 변환부(135)로부터 OFDM 신호를 하나씩 입력받아 각 송신 안테나에서 다른 신호들이 전송되도록 다중화하고 각 송신 안테나를 통해 OFDM 신호를 전파한다.
다음으로, 도 4 내지 도 6을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 따른 MIMO-OFDM 시스템의 수신 장치 및 방법에 대해서 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 MIMO-OFDM 시스템의 수신 장치를 나타낸 도면이고 도 5는 도 4에 도시된 OFDM 신호 처리부의 구성을 나타낸 도면이다. 그리고 도 6은 도 4에 도시된 단일 직교 부호부의 구성을 나타낸 도면이다. 도 4 내지 도 6은 도 1의 송신 과정의 역 과정을 통해 원래의 신호로 복구하는 과정이다.
도 4 내지 도 6에 나타낸 바와 같이, MIMO-OFDM 시스템의 수신 장치는, OFDM 신호 처리부(410), 역 다중화부(420), 고유확산 부호부(430) 및 역 단일 직교 부호부(440)를 포함한다.
OFDM 신호 처리부(410)는 직/병렬 변환부(411), 파일럿 제거부(412), 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, 이하 ‘FFT’라 함)부(413), 채널 추정부(413), 등화 복조부(415) 및 병/직렬 변환부(416)를 포함한다. 여기서, 채널 추정부(413)는 상관부(414-1) 및 채널추정/위상보상부(414-2)를 포함한다.
직/병렬 변환부(411)는 복수의 수신 안테나를 통해 전송되는 한 프레임의 수신 OFDM 신호를 병렬로 변환한다.
보호구간 제거부(412)는 병렬로 변환된 한 프레임의 OFDM 신호의 동기 신호를 검출하여 그 프레임의 시작점을 찾아 FFT 윈도우 위치를 복원한 다음 검출된 동기 신호로부터 OFDM 신호의 미세 주파수를 복원한다. 그리고 프레임 동기 검출 및 미세 주파수가 복원된 OFDM 신호로부터 보호구간을 제거한 후 FFT부(413)로 전달한다. 그리고 보호구간 제거부(410)는 수신 채널의 상태를 측정하기 위해 각각의 그룹화된 부채널에서 파일롯 채널을 추출하여 채널 추정부(414)로 전달한다.
FFT부(413)는 프레임 동기 검출 및 미세 주파수가 복원된 OFDM 신호를 고속 푸리에 변환하여 주파수 영역의 N 개의 부채널 데이터로 복조한다. 이 때, 부채널 데이터는 데이터 채널의 부반송파와 파일롯 채널의 부반송파가 혼합된 데이터이다.
그리고 채널 추정부(414)는 상관기(414-1) 및 채널 추정/위상 보정부(414-2)를 포함하며, 파일럿 채널을 이용하여 OFDM 신호로부터 채널 추정 값을 구한다. 이 때, 상관기(414-1)는 보호구간 제거부(412)에서 검출된 프레임의 시작점 추정 신호를 입력받고 고속 푸리에 변환된 신호를 입력받아 파일럿 채널을 이용하여 부채널 중에 일부 부채널의 상관 값을 구한다. 채널 추정/위상 보정부(414-2)는 상관기(413-1)의 상관 값에 기초하여 위상 보상 및 채널 특성 등을 추정 처리한다. 이 때, 각각의 파일럿 채널에서 추정된 값은 보간법(interpolation)과 보외법(extrapolation)을 이용하여 그룹화된 부 채널과 위상 지연 등을 추정하게 된다.
등화 복조부(415)는 채널 추정/위상 보정부(414-2)의 추정 값을 이용하여 각 각의 그룹화된 부 채널 데이터를 등화하고 복조한다.
병/직렬 변환부(416)는 채널 등화부(415)로부터 복조된 신호를 직렬 신호로 변환한다.
역 다중화부(420)는 병/직렬 변환부(416)에서 직렬로 변환된 신호로부터 송신 안테나에서 각기 다르게 전송된 신호를 검출한다. 즉, 역 다중화부(420)는 송신 장치에서 복수의 송신 안테나를 사용하여 각각 서로 다르게 송신된 신호를 수신 장치에서 복수의 수신 안테나로 수신하고, 수신된 신호를 검출하여 고유확산 부호부(430)로 출력한다.
고유확산 부호부(430)는 검출된 신호에 고유확산 부호를 합성하여 역 단일 직교 부호부(440)로 출력한다.
역 단일 직교 부호부(440)는 직교 부호부(442), 적분기(444) 및 병/직렬 변환부(446)를 포함한다.
직교 부호부(442)는 고유확산 부호가 합성된 신호에 직교 부호(Sub-w(1), Sub-w(2), Sub-w(3), Sub-w(4))를 곱하여 적분기(444)로 출력한다.
적분기(444)는 직교 부호부(442)의 각각의 출력 값을 적분한다. 즉, 적분기(444)는 직교 부호부(442) 각각의 출력 값들을 한 주기 동안 합한 후 한 주기 동안의 값으로 나눈다. 그리고 이 값에 신호점의 최소 거리(d)를 곱하여 출력한다.
병/직렬 변환부(446)는 적분기(444)의 출력 신호를 직렬 변환하여 원래의 신호를 복구한다.
한편, 상기 수신 과정을 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 복수의 수신 안테나를 통해 수신된 OFDM 신호가 직/병렬 변환부(411)로 입력되어 병렬화되어 보호구간 제거부(412)로 출력된다. 보호구간 제거부(412)에서는 한 프레임의 OFDM 신호의 시작점을 찾아내고 보호구간을 제거하여 FFT부(413) 및 채널 추정부(414)로 출력한다. FFT부(413)에서는 보호구간이 제거된 OFDM 신호를 고속 푸리에 변환하여 복원하여 채널 추정부(414)로 출력한다. 채널 추정부(414)는 고유 확산 부호(W1)의 파일럿 반송파를 이용하여 데이터 부반송파의 채널을 추정한다. 그리고 추정된 출력 값은 등화 복조부(415)에 입력되어 각각의 그룹화된 부채널 데이터를 등화하고 복조한 후, 직/병렬 변환부(416)를 통해 병렬화되어 역 다중화부(420)로 출력된다. 그리고 역 다중화부(420)에서 각 송신 안테나에서 다르게 송신된 신호를 검출한다. 이 때, 그 결과는 (-2+2 -2+2 +2-2 -2+2)가 되며, 이는 고유확산 부호부(430)로 입력된다.
고유확산 부호(W1)는 송신 장치의 고유확산 부호(W1)와 동일하다. 즉, W(1)=(0 1 0 1 0 1 0 1)→(- + - + - + - +)이다.
다중화부(420)에서 출력된 신호에 고유확산 부호(W1)를 곱하면 그 결과(E(1))는 다음과 같다.
E(1)=(+2-2 +2-2 -2+2 +2-2)
이 결과 값(E(1))은 역 단일 직교 부호부(440)로 입력되고, 도 3에 나타낸 바와 같이 역 단일 직교 부호부(440)의 직교 부호부(442)에서는 입력된 신호에 각각 Sub-w(1)∼Sub-w(4)를 곱한다. 이 결과값(F(1)∼F(4))은 수학식 4와 다음과 같다.
F(1)=(+2-2 +2-2 -2+2 +2-2)
F(2)=(+2-2 -2+2 -2+2 -2+2)
F(3)=(+2-2 +2-2 +2-2 -2+2)
F(4)=(+2-2 -2+2 -2+2 -2+2)
수학식 4의 값들은 적분기(444)에서 한 주기동안 합하고 한 주기 동안의 값으로 나눈 후(여기서, W1의 한 주기가 8이므로, 각각 1/8 주기 구간씩 적분하여 전체 적분 구간이 되도록 한다.) 그 나눈 값의 각각에 d를 곱하면 (d -d d d)로 복구되고, 이는 병/직렬 변환부(446)를 통해 직렬화되어 원래의 신호인 (1, -1, 1, 1)이 출력된다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, MIMO 시스템과 OFDM 시스템을 결합하여 사용하고, 채널 용량 증대를 위해 사용되는 고유의 확산 코드와 직교 부호에서 고유의 확산 코드를 이용하여 파일럿 채널을 구성함으로써 지연특성과 주파수 옵셋 등에 관련된 채널을 추정할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시 예에 따른 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(시디롬, 램, 플로피 디스크, 하드디스크, 광자기디스크 등)에 저장될 수 있다.
이상의 실시 예들은 본원 발명을 설명하기 위한 것으로, 본원 발명의 범위는 실시 예들에 한정되지 아니하며, 첨부된 청구 범위에 의거하여 정의되는 본원 발명의 범주 내에서 당업자들에 의하여 변형 또는 수정될 수 있다.
본 발명에 의하면, 고유의 확산부호와 직교부호를 이용하여 정해진 대역폭 내에서 데이터 전송량을 증대시키기 위해 이진 전송 데이터 신호값을 이용함으로써 사용자가 사용하는 전체 대역폭의 증가없이 데이터 전송율을 증가시키고, 이 때 발생되는 신호간 간섭 문제를 직교주파수 분할 다중 방식을 이용하여 데이터를 병렬 처리함으로써 심벌구간이 증가하게 되므로 ISI가 줄어들게 되고 또한 보호구간(guard interval)의 사용으로 거의 완벽히 ISI가 제거된다.
또한 고유의 확산부호를 이용하여 파일럿 채널을 구성하고 파일럿 채널을 그룹화된 데이터 채널에 삽입함으로써 각각의 OFDM 부채널들의 특성을 보간법 및 보외법을 이용하여 지연특성과 주파 옵셋 등에 관련된 채널을 추정함으로써 시스템의 성능을 향상시킬 수 있게 된다.

Claims (16)

  1. MIMO(Multiple Input Multiple Output)-OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템에서 서로 직교하는 다수의 부반송파에 송신 데이터를 실어 복수 개의 송신 안테나를 통해 송신하는 장치에 있어서,
    상기 송신 데이터로부터 이진 데이터를 생성하여 직교 부호를 할당하는 단일 직교 부호부;
    상기 단일 직교 부호부로부터 출력된 신호에 고유확산 부호를 합성하여 확산하는 고유확산 부호부;
    상기 확산된 신호를 상호 직교성을 가지는 복수의 반송파 주파수에 실어 전송하기 위해 파일럿 채널을 복수의 부채널 그룹으로 그룹화한 데이터 채널에 삽입하고 상기 복수의 부채널에 보호구간(guard interval)을 삽입하여 출력하는 OFDM 신호 처리부; 및
    상기 OFDM 신호 처리부로부터 출력된 신호를 상기 각 송신 안테나를 통해 전송하기 위한 다중화를 수행하는 다중화부
    를 포함하는 MIMO-OFDM 시스템에서의 송신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파일럿 채널은 상기 고유확산 부호에 기초하여 구성되는 MIMO-OFDM 시스템에서의 송신 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 OFDM 신호 처리부는,
    상기 고유확산 부호가 합성되어 출력된 신호를 병렬로 변환하는 직/병렬 변환부;
    상기 변환된 신호를 복수의 부채널―여기서, 부채널은 데이터 채널과 파일럿 채널로 구성됨―로 그룹화하고, 상기 고유확산 부호를 상기 파일럿 채널로 삽입하는 파일럿 삽입부;
    상기 부채널에 최대지연확산(Maximum delay spread)보다 긴 보호구간을 삽입하는 보호구간 삽입부;
    상기 그룹화된 부채널을 고속 푸리에 변환하여 시간상의 OFDM 신호로 변환하는 IFFT부; 및
    상기 시간상의 OFDM 신호를 직렬화하는 병/직렬 변환부
    를 포함하는 MIMO-OFDM 시스템에서의 송신 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 단일 직교 부호부는,
    상기 이진 데이터를 병렬로 변환하는 직/병렬 변환부;
    상기 변환된 병렬 데이터에 각각 직교 부호를 각각 곱하여 출력하는 직교 부호부; 및
    상기 직교부호가 곱해져 출력된 각각의 데이터를 합성하는 덧셈부
    를 포함하는 MIMO-OFDM 시스템에서의 송신 장치.
  5. MIMO(Multiple Input Multiple Output)-OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템에서 복수 개의 송신 안테나를 통해 송신되는 데이터를 복수의 수신 안테나를 통해 수신하는 장치에 있어서,
    상기 수신 데이터로부터 보호구간을 제거하여 고속 푸리에 변환하여 데이터 채널에 파일럿 채널이 더해진 부채널로 복원한 후 채널 상태를 추정하여 수신 신호로부터 채널에 의한 신호 왜곡을 제거하는 OFDM 신호 처리부;
    상기 OFDM 신호 처리부의 출력 신호를 역 다중화는 역 다중화부;
    상기 역 다중화부로부터 출력된 신호에 고유확산 부호를 합성하여 역확산하는 고유확산 부호부; 및
    상기 역확산된 신호에 직교부호를 할당하여 직교성을 갖는 신호를 직교성을 갖지 않는 이진 신호로 변환하여 출력하는 역 단일 직교 부호부
    를 포함하는 MIMO-OFDM 시스템에서의 수신 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 파일럿 채널은 상기 고유확산 부호를 이용하여 상기 데이터 채널에 삽입하여 상기 송신 장치로부터 상기 부채널을 통해 전송되는 MIMO-OFDM 시스템에서의 수신 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 OFDM 신호 처리부는,
    상기 복수의 수신 안테나를 통해 수신되는 OFDM 신호를 병렬화하는 직/병렬 변환부;
    상기 병렬화된 OFDM 신호로부터 프레임 동기를 검출하여 프레임의 시작점을 찾아 미세 주파수를 복원하고 상기 보호구간을 제거하고 상기 파일럿 채널을 추정하는 보호구간 제거부;
    상기 보호구간이 제거된 OFDM 신호를 고속 푸리에 변환하여 데이터 채널에 파일럿 채널이 더해진 부채널로 복원하는 FFT(Fast Fourier Transform)부;
    상기 파일럿 채널을 이용하여 상기 데이터 채널을 추정하는 채널 추정부;
    상기 채널 추정값에 기초하여 상기 부채널 그룹의 데이터를 등화하고 복조하는 등화 복조부; 및
    상기 복조된 데이터를 직렬화하는 병/직렬 변환부
    를 포함하는 MIMO-OFDM 시스템에서의 수신 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 채널 추정부는,
    상기 고속 푸리에 변환된 신호 및 상기 프레임 시작점 추정 신호를 입력받아 상기 파일럿 채널에 기초하여 상기 부채널의 상관 값을 구하는 상관기; 및
    상기 상관 값에 기초하여 채널을 추정하고 위상을 보상하는 채널추정/위상보상부
    를 포함하는 MIMO-OFDM 시스템에서의 수신 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 채널추정/위상보상부는, 상기 상관 값에 기초하여 보간법(interpolation) 또는 보외법(extrapolation)을 이용하여 그룹화된 부 채널과 위상 지연을 추정하는 MIMO-OFDM 시스템에서의 수신 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 역 단일 직교 부호부는,
    상기 고유확산 부호부로부터 역확산된 신호에 직교부호를 할당하는 직교 부호부;
    상기 직교부호가 할당된 신호에 대하여 적분을 수행하여 송신 데이터를 복원하는 적분기; 및
    상기 복원된 데이터를 직렬화하는 병/직렬 변환부
    를 포함하는 MIMO-OFDM 시스템에서의 수신 장치.
  11. MIMO(Multiple Input Multiple Output)-OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템에서 서로 직교하는 다수의 부반송파에 송신 데이터를 실어 복수 개의 송신 안테나를 통해 각각 송신하는 방법에 있어서,
    a) 상기 송신 데이터로부터 이진 데이터를 생성하여 직교성을 갖는 데이터로 변환시키는 단계;
    b) 상기 직교성 데이터에 고유확산 부호를 합성하여 확산시키는 단계;
    c) 확산된 데이터로부터 파일럿 채널을 데이터 채널에 삽입하여 복수의 부채널 그룹으로 그룹화하는 단계;
    d) 상기 각 부채널에 보호구간을 삽입한 후 역고속 푸리에 변환하여 OFDM 신호를 생성하는 단계; 및
    e) 상기 OFDM 신호를 다중화하여 상기 복수의 송신 안테나를 통해 각각 다른 신호를 전송하는 단계
    를 포함하는 MIMO-OFDM 시스템에서의 송신 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 파일럿 채널은 상기 고유확산 부호를 이용하여 구성되는 MIMO-OFDM 시스템에서의 송신 방법.
  13. MIMO(Multiple Input Multiple Output)-OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템에서 복수 개의 송신 안테나를 통해 송신되는 데이터를 수신하는 방법에 있어서,
    a) 상기 수신 신호로부터 프레임 동기를 검출하여 프레임의 시작점을 찾아 미세 주파수를 복원한 후 보호구간을 제거한 후 고속 푸리에 변환하여 데이터 채널에 파일럿 채널이 더해진 복수의 부채널로 복원하는 단계;
    b) 상기 파일럿 채널을 이용하여 상기 각 부채널의 데이터 채널을 추정하여 상기 송신 데이터를 등화하고 복조하는 단계;
    c) 상기 복조된 신호를 역다중화하는 단계;
    d) 상기 역다중화된 신호에 고유확산 부호를 합성하여 역확산하는 단계; 및
    e) 상기 역확산된 신호에 직교부호를 할당하여 직교성을 갖지 않는 이진 데이터로 변환하여 출력하는 단계
    를 포함하는 MIMO-OFDM 시스템에서의 수신 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 고유확산 부호에 의해 상기 파일럿 채널이 구성되는 MIMO-OFDM 시스템에서의 수신 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 b)단계는,
    상기 프레임의 시작점 신호 및 상기 파일럿 채널 신호로부터 상기 부채널에서 일부 부채널에 대한 데이터 채널의 상관 값을 구하는 단계; 및
    상기 상관 값에 기초하여 채널 상태를 추정하고 위상을 보상하는 단계
    를 포함하는 MIMO-OFDM 시스템에서의 수신 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 e)단계는,
    상기 역확산된 신호에 직교부호를 곱하는 단계; 및
    상기 직교부호가 곱해진 신호에 적분을 수행하여 상기 송신 데이터를 복원하는 단계
    를 포함하는 MIMO-OFDM 시스템에서의 수신 방법.
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