KR20070050119A - Ｆａ 다중화 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스펙트럼 효율을 증가시켜 동일한 허가 대역 내에서 2배 이상의 정보를 전송하여 멀티미디어서비스를 구현하는 FA 다중화 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은, 이동 통신 시스템에 있어서, 전송하는 정보 데이터를 다중화하는 OFDM 블럭기를 구비하고, 상기 OFDM 블럭기는, 상기 병렬 입력된 정보데이터에 대해 소정 배수의 스펙트럼 효율로 향상시키기 위해 역 고속 푸리에 변환을 행하는 IFFT기와, 상기 IFFT기에서 출력한 신호를 입력하여 직렬 변환하는 P/S 변환기를 포함하는 FA 다중화 장치 및 그 방법을 제안한다.

CDMA, OFDM, 부반송파

Description

ＦＡ 다중화 방법 및 그 장치{Frequency Assignment multiplexing method and apparatus at the same of}

도 1은 본 발명에 따른 OFDM 방식에 따른 CDMA 기지국에서의 다중화 방식을 나타낸 도면이다.

도 2는 도 1에 도시한 OFDM 방법으로 FA 다중화 방식을 적용한 CDMA 기지국의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.

본 발명은 이동 통신 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스펙트럼 효율을 증가시켜 동일한 허가 대역 내에서 2배 이상의 정보를 전송하여 멀티미디어서비스를 구현하는 FA 다중화 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

1970년대 말 미국에서 셀룰라(cellular) 방식의 무선 이동 통신 시스템(Mobile Telecommunication System)이 개발된 이래 국내에서는 아날로그 방식의 1세대(1G: 1st Generation) 이동 통신 시스템이라고 할 수 있는 AMPS(Advanced Mobile Phone Service) 방식으로 음성 통신 서비스를 제공하기 시작하였다. 이후, 1990년대 중반 2세대(2G: 2nd Generation) 이동 통신 시스템으로서 코드 분할 다중 접속(CDMA: Code Division Multiple Access, 이하 'CDMA'라 칭하기로 한다) 방식의 시스템을 상용화하여 음성 및 저속 데이터 서비스를 제공하였다.

또한, 1990년대 말부터 향상된 무선 멀티미디어 서비스, 범 세계적 로밍(roaming), 고속 데이터 서비스 등을 목표로 시작된 3세대(3G: 3rd Generation) 이동 통신 시스템인 IMT-2000(International Mobile Telecommunication-2000)은 현재 일부 상용화되어 서비스가 운영되고 있다. 특히, 상기 3세대 이동 통신 시스템은 이동 통신 시스템에서 서비스하는 데이터량이 급속하게 증가함에 따라 보다 고속의 데이터를 전송하기 위해 개발되었다.

또한, 현재는 3세대 이동 통신 시스템에서 4세대(4G: 4th Generation) 이동 통신 시스템으로 발전해 나가고 있는 상태이다. 상기 4세대 이동 통신 시스템은 이전 세대의 이동 통신 시스템들과 같이 단순한 무선 통신 서비스에 그치지 않고 유선 통신 네트워크와 무선 통신 네트워크와의 효율적 연동 및 통합 서비스를 목표로 하여 표준화되고 있다. 따라서, 무선 통신 네트워크에서 유선 통신 네트워크의 용량(capacity)에 근접하는 대용량 데이터를 전송할 수 있는 기술 개발이 요구되고 있다.

그래서, 상기 4세대 이동 통신 시스템에서는 유.무선 채널에서 고속 데이터 전송에 유용한 방식으로 직교 주파수 분할 다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 'OFDM'이라 칭하기로 한다) 방식을 활발하게 연구하고 있다.

또한, 상기 OFDM 방식은 멀티-캐리어(Multi-Carrier)를 사용하여 데이터를 전송하는 방식으로서, 직렬로 입력되는 심벌(Symbol)열을 병렬 변환하여 이들 각각을 상호 직교성을 갖는 다수의 서브 캐리어(sub-carrier)들, 즉 다수의 서브 캐리어 채널(sub-carrier channel)들로 변조하여 전송하는 멀티 캐리어 변조(MCM: Multi Carrier Modulation) 방식의 일종이다.

이와 같은 멀티 캐리어 변조 방식을 사용하는 시스템은 1950년대 후반 군용 HF 라디오에 처음 사용되었으며, 다수의 직교하는 서브 캐리어를 중첩시키는 OFDM 방식은 1970년대부터 발전하기 시작하였으나, 멀티 캐리어들간의 직교 변조의 구현이 난이한 문제였었기 때문에 실제 시스템 사용에 한계가 있었다. 그러나, 1971년 Weinstein 등이 상기 OFDM 방식을 사용하는 변복조는 DFT(Discrete Fourier Transform)를 이용하여 효율적으로 처리가 가능함을 발표하면서 OFDM 방식에 대한 기술개발이 급속히 발전했다.

또한, 보호구간(guard interval)의 사용과 cyclic prefix 보호구간 삽입 방식이 알려지면서 다중경로 및 지연 확산(delay spread)에 대한 시스템의 부정적 영향을 더욱 감소시키게 되었다. 그래서, 이런 OFDM 방식 기술은 디지털 오디오 방송(Digital Audio Broadcasting: DAB)과 디지털 텔레비젼, 무선 근거리 통신망(WLAN:Wireless Local Area Network) 그리고 무선 비동기 전송 모드(WATM: Wireless Asynchronous Transfer Mode) 등의 디지털 전송 기술에 광범위하게 사용되어지고 있다.

즉, 하드웨어적인 복잡도(Complexity)로 인하여 널리 사용되지 못하다가 최근 고속 푸리에 변환(FFT:Fast Fourier Transform, 이하 'FFT'라 칭하기도 한다)과 역 고속 푸리에 변환기(IFFT:Inverse Fast Fourier Transform, 이하 'IFFT'라 칭하기로 한다)을 포함한 각종 디지털 신호 처리 기술이 발전함으로써 실현 가능해 졌다.

상기 OFDM 방식은 종래의 주파수 분할 다중(FDM: Frequency Division Multiplexing) 방식과 비슷하나 무엇보다도 다수개의 서브 캐리어들간의 직교성(Orthogonality)을 유지하여 전송함으로써, 고속 데이터 전송시 최적의 전송 효율을 얻을 수 있는 특징을 가진다.

또한, 주파수 사용 효율이 좋고 다중 경로 페이딩(multi-path fading)에 강한 특성이 있어, 고속 데이터 전송시 최적의 전송 효율을 얻을 수 있다는 특징을 가진다.

또한, 주파수 스펙트럼을 중첩하여 사용하므로 주파수 사용이 효율적이고, 주파수 선택적 페이딩(frequency selective fading)에 강하다.

또한, 다중경로 페이딩에 강하고, 보호구간을 이용하여 심벌간 간섭(ISI:Inter Symbol Interference) 영향을 줄일 수 있으며, 하드웨어적으로 등화기 구조를 간단하게 설계하는 것이 가능하며, 임펄스(impulse)성 잡음에 강하다는 장점을 가지고 있어서 통신 시스템 구조에 적극 활용되고 있는 추세에 있다.

특히, 4G에서 요구하는 고속의 멀티미디어 서비스를 위해서는 기존의 주파수 자원의 효과적인 사용이 필요하며, 이와 같은 필요는 높은 스펙트럼 효율의 변복조 방법 및 다중화 방식을 요구하므로, 상기 OFDM 방식의 적극적 활용이 도모되고 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 종래의 FDM 방법으로 FA 다중화하던 방식을 OFDM 방식을 사용하여 다중화함으로써, 스펙트럼 효율을 증가시킬 수 있는 FA 다중화 방법 및 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일측면에 따르면, 이동통신 시스템에서 FA 다중화하는 방법에 있어서, 상기 FA 다중화 방식에서 OFDM을 사용하여 다중화하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이동통신 시스템은 CDMA 시스템인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 이동 통신 시스템에 있어서, 전송하는 정보 데이터를 다중화하는 OFDM 블럭기를 구비하고, 상기 OFDM 블럭기는, 상기 병렬 입력된 정보데이터에 대해 소정 배수의 스펙트럼 효율로 향상시키기 위해 역 고속 푸리에 변환을 행하는 IFFT기와, 상기 IFFT기에서 출력한 신호를 입력하여 직렬 변환하는 P/S 변환기를 포함하는 FA 다중화 장치를 제공한다.

또한, 상기 이동 통신 시스템은 CDMA 시스템인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 OFDM 블럭기는 CDMA 기지국의 PA 단의 입력부에 구비되는 것을 특징으로 한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예가 상세히 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 OFDM 방식에 따른 CDMA 기지국에서의 다중화 방식을 나타낸 도면이다.

일반적으로 CDMA에서 확산 변조를 위해서 사용하는 기본적인 주파수 대역폭을 FA(Frequency Assignment)라고 한다.

또한, CDMA의 용량이라 함은 1FA인 경우로 표준화(Nomalization) 하여 표현하는데, 도심지역의 CDMA 기지국은 많은 가입자 용량을 제공하기 위해서 여러 개의 FA를 다중화하여 사용한다. 이때 사용되는 다중화 방식은 FDM(Frequency Division Multiplexing) 방식으로, 이것은 도 1에 도시된 바와 같이, 인접 채널간의 주파수거리가 1FA이다.

그러나, 인접주파수 대역과 최소한의 거리를 유지하면서 통신하는 다중접속방법인 직교주파수 분할 다중화 방식(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)은 인접채널간의 주파수 거리가 0.5FA로 FDM에 비해서 약 2배의 스펙트럼 효율을 가질 수 있다.

즉, 본 발명은 종래의 FDM 방법으로 FA 다중화하던 방식을 OFDM을 사용하여 다중화함으로써, 스펙트럼 효율을 증가시킬 수 있는 이점이 있으며, 이로 인해서 동일한 허가 대역 내에서 2배의 정보를 전송할 수 있는 멀티미디어서비스 지향적인 시스템을 구현할 수 있다.

도 2는 도 1에 도시한 OFDM 방법으로 FA 다중화 방식을 적용한 CDMA 기지국(200)의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 OFDM 방식 FA를 적용한 CDMA 기지 국(200)은, CDMA 기지국의 PA(Power Amplifier)단의 입력부에서 FDM 블럭을 OFDM 블럭(210)으로 대체한다.

이때, OFDM 블럭(210)은 IFFT기(212)를 통해 기존 FDM 다중화 방식에서 보다 약 2배의 스펙트럼 효율을 갖는 부반송파(subcarrier)(FA)를 얻게 되며, 각각의 부반송파는 CDMA 확산대역신호들이다.

즉, 종래의 FDM 블럭을 통한 다중화 방식의 경우에는 인접 채널간의 주파수 거리가 1FA인 반면에, 본 발명의 OFDM 블럭(210)을 통한 다중화 방식의 경우에는 인접 채널간의 주파수 거리가 0.5FA로 FDM에 비해서 약 2배의 스펙트럼 효율을 가질 수 있다(도 1 참조).

도 2를 참조하여, 본 발명의 OFDM 블럭(210)을 통한 다중화 과정을 살펴보면 다음과 같다.

여기서, 상기 OFDM 블럭(210)은 IFFT기(Inverse Fast Fourier Transform, 역 고속 푸리에 변환기)(212)와, P/S 변환기(parallel to serial converter)(213)를 구비한다.

먼저, 전송하고자 하는 정보 데이터(information data)가 발생하면, 발생된 정보 데이터가 확산 과정(spread sequence)을 거쳐 OFDM 블럭(210)으로 입력된다.

상기 정보 데이터가 OFDM 블럭(210)으로 입력되기 전에 정보 데이터들은 각각 1st FA.....nth FA로 병렬 변환되어 OFDM 블럭(210)의 IFFT기(212)로 입력된다.

상기 IFFT기(220)는 병렬 입력된 FA 신호를 N-포인트(N-point) 역 고속 푸리에 변환을 수행하는데, 이 과정에서 인접 채널간의 주파수 거리가 1FA에서 0.5FA로 변환시켜 P/S 변환기(213)로 출력한다.

상기 P/S 변환기(213)는 상기 IFFT기(230)에서 출력한 신호를 입력하여 직렬 변환한 후 PA(Power Amplifier)를 통해 증폭 후 수신 MSS로 송신하게 된다.

한편, 무선채널은 안테나에 수신되는 신호의 다중경로 성분들로 인해서 주파수 선택적이고 빠른 페이딩의 형태로 나타나는 레일레이 페이딩 채널을 사용하는 것이 일반적이다.

이러한 페이딩 채널에 대응하기 위해서 CDMA 방식의 경우 코히어런트 대역폭을 통해서 신호를 결합하는 레이크 수신기를 사용하며, OFDM 방식의 경우 보호구간(guard interval)을 통해서 이와 같은 주파수 선택적 페이딩에 대처할 수 있다.

즉, 상기 보호구간은 OFDMA 통신 시스템에서 OFDM 신호를 송신할 때, 이전 OFDM 전송 시간에 송신한 OFDM 신호와 현재 OFDM 전송 시간에 송신할 현재 OFDM 신호 간에 간섭(interference)을 제거하기 위해서 삽입된다.

이와 같이, OFDM 방식의 경우 보호구간(guard interval)의 사용과 cyclic prefix 보호구간 삽입을 통해 다중경로 페이딩 및 지연 확산(delay spread)을 방지한다.

그러나, 본 발명에서는, OFDM 블럭(210)에서 보호구간 삽입기를 구비하지 않으며, cyclic prefix 보호구간도 삽입하지 않는다.

다만, IFFT기(212)를 통해 인접 채널간의 주파수 거리를 1FA에서 0.5FA로 변환시키는 역 고속 푸리에 변환을 수행하여 스펙트럼 효율을 향상시킨다.

이와 같이, 본 발명에 따른 OFDM 방법으로 FA 다중화 방식을 적용한 CDMA 기 지국(200)은 CDMA 방식과 OFDM 방식의 결합형태로서, 기존 OFDM 방식의 보호구간 등이 해결하는 주파수 선택적 페이딩 대응책은 CDMA 방식에서 찾고, OFDM 블럭의 사용은 스펙트럼 효율 측면에서만 고려한 시스템이다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 FA 다중화 방법 및 그 장치는, 종래의 FDM 방법으로 FA 다중화하던 방식을 OFDM을 사용하여 다중화함으로써, 스펙트럼 효율을 증가시켜 동일한 허가 대역 내에서 2배의 정보를 전송할 수 있는 멀티미디어서비스 지향적인 시스템을 구현할 수 있게 한다.

또한, CDMA 방식과 OFDM 방식을 결합하여, 주파수 선택적 페이딩 대응책은 기존의 CDMA 방식을 통해 해결하고, OFDM 블럭의 사용을 통해 스펙트럼 효율의 극대화하여 사용자의 편의성 및 비용 절감을 도모할 수 있게 한다.

Claims (5)

1. 이동통신 시스템에서 FA 다중화하는 방법에 있어서,

   상기 FA 다중화 방식에서 OFDM을 사용하여 다중화하는 것을 특징으로 하는 FA 다중화 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 이동통신 시스템은 CDMA 시스템인 것을 특징으로 하는 FA 다중화 방법.
3. 이동 통신 시스템에 있어서,

   전송하는 정보 데이터를 다중화하는 OFDM 블럭기를 구비하고,

   상기 OFDM 블럭기는, 상기 병렬 입력된 정보데이터에 대해 소정 배수의 스펙트럼 효율로 향상시키기 위해 역 고속 푸리에 변환을 행하는 IFFT기와, 상기 IFFT기에서 출력한 신호를 입력하여 직렬 변환하는 P/S 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 FA 다중화 장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 이동 통신 시스템은 CDMA 시스템인 것을 특징으로 하는 FA 다중화 장치.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서,

   상기 OFDM 블럭기는 CDMA 기지국의 PA 단의 입력부에 구비되는 것을 특징으로 하는 FA 다중화 장치.

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