KR20070053655A

KR20070053655A - 적응 변조를 위한 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20070053655A
Application number: KR1020067020812A
Authority: KR
Inventors: 에릭 제이. 던; 머빈 엘. 그린달; 키스 바네스
Original assignee: 넥스트넷 와이어리스 인크.
Priority date: 2004-03-05
Filing date: 2005-03-04
Publication date: 2007-05-25
Also published as: WO2005086729A2; EA200601638A1; US20050195908A1; CA2558240A1; JP2007528164A; WO2005086729A3; IL177680A0; BRPI0508408A; US7702031B2; EA009631B1; MXPA06010110A; AU2005220798A2; CN101076986A; AU2005220798A1; EP1776793A2

Abstract

무선 통신 시스템은 전송된 심볼의 적응 변조를 위하여 구성된다. 특정 변조 및/또는 부호화는 고유하게 식별되고, 이에 관련된 데이터는 전송된 심볼 내에 삽입된다. 수신기는 전송된 심볼로부터 파일럿 신호들을 추출하고 상관관계 분석을 수행하여 그 특정 전송 심볼에 대하여 사용된 특정 변조/부호화를 식별한다. 이에 의해, 심볼 단위로 적응 변조가 가능하게 된다. 복수의 주변 가입자와 통신하는 기지국은 채널 상태들에 따라 각각의 가입자에 대하여 상이한 변조/부호화를 이용할 수도 있다.

적응 변조, 부호화, 심볼, 파일럿 신호, 무선 통신 시스템, 단말 장치

Description

적응 변조를 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR ADAPTIVE MODULATION}

본 발명은 일반적으로 통신 시스템에 관한 것으로, 특히, 적응 변조를 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

무선 데이터 시스템은 무선 채널을 가장 효율적으로 이용하기 위하여 변조 및 부호화의 형태를 이상적으로 선택해야 한다. 송신기와 수신기 사이의 무선 링크의 품질은 변조 및 부호화의 어떠한 조합들이 데이터에 이용될 수 있는지를 결정한다.

고정 회선들은 확장 채널 응답 측정을 최초에 수행하여 가장 효과적인 변조를 결정할 수 있다. 예를 들어, DSL(digital subscriber line) 기술은 전화선들을 통해 직교 주파수 분할 다중(OFDM)을 위한 비트 로딩(bit loading)을 사용한다. 채널 응답은 개시 시 측정되고, 변조는 전체 처리량을 최대화하기 위해 톤별로(tone-by-tone) 변화된다. 각각의 단말 장치는 각각의 톤에 이용된 변조를 알고 있어야 한다. 회선 테스트의 완료시, 데이터 전송 속도들을 최대화하기 위해 특정 형태의 변조 및 부호화가 선택된다. 비록 이 방식이 완전할 수 있지만, 시간 소모적이고, 매우 정적이고 시간에 따라 변화하지 않는 채널에 의존한다. 이와 같이, 이 방식은 무선 환경에 적절하지 않다.

유선 시스템들과 달리, 무선 채널은 매우 동적이다. 이 기술분야의 당업자들이라면, 예측할 수 있는 인자들 및 예측할 수 없는 인자들 양쪽의 다수의 인자들이 결합하여 특정 무선 링크에 영향을 미친다는 것을 알 것이다. 예를 들어, 무선 주파수 간섭, 송신기와 수신기 사이의 상대적 이동, 및 다른 인자들이 유선 시스템들에서 이용되는 장기간 채널 추정들(long-term channel estimates)의 유효성을 감소시킨다.

종래의 기술들은 시간 동기화 및 채널 추정을 위한 특수한 트레이닝 심볼들(training symbols)의 이용을 기술하고 있다. 이러한 시스템들은, 특수한 트레이닝 심볼이 하나 이상의 OFDM 심볼들을 포함하는 에어링크 버스트(air link burst)에 선행하는 것을 필요로 한다. 이 종래의 기술은 송신되는 하나 이상의 파일럿 OFDM 심볼들에 의존하기 때문에, 짧은 버스트(short burst)들, 및 에어링크를 위해 다수의 사용자가 경합하는 환경들에서 덜 효율적이다.

따라서, 에어링크 상태들의 변경에 대하여 변조 기술들을 적응시키기 위한 시스템 및 방법에 대해 상당한 필요성이 존재한다는 것을 알 수 있다. 다음의 상세한 설명 및 첨부 도면들로부터 명백해지는 바와 같이 본 발명은 이러한 이점 및 다른 이점들을 제공한다.

도 1은 무선 통신 시스템의 기능 블록도.

도 2는 도 1의 무선 시스템의 무선국의 기능 블록도.

도 3은 도 2의 무선국을 위한 파일럿 분석 회로의 개략도.

본원에서 보다 상세하게 기술되는 바와 같이, 본원에 개시되는 시스템 및 방법은 에어링크를 통한 동적 상태들이 변화함에 따라 신속하게 변화할 수 있는 적응 변조를 제공하도록 구성될 수 있다. 단일 단말 장치(예를 들어, 기지국)를 이용하여 다수의 단말 장치(예를 들어, 가입자들)와 통신하는 시스템들에서, 데이터에 이용될 수 있는 변조/부호화 조합들은 기지국과 각 가입자 사이의 무선 링크의 품질에 의해 결정된다.

적응 변조 OFDM 시스템은 각 OFDM 심볼 내의 삽입된 제어 정보(embedded control information)를 이용하여 그 심볼 내의 데이터에 이용된 변조 및 부호화를 식별한다. 이와 같이, 변조/부호화는 심볼 단위로 변경될 수 있다. 삽입된 정보는 충분한 용장도(redundancy)를 갖고 있어서, 삽입된 데이터 자체가 복구될 수 없을 때에도 용이하게 복호될 수 있다. OFDM 심볼 내에 사용된 변조 및 부호화를 식별하기 위한 임베디드 신호방식(embedded signaling)을 이용하면, 무선 링크의 매우 효율적인 이용 및 정확한 패킷 교환 네트워킹을 용이하게 할 수 있다. 이것은, 에어링크의 가용성에 대해 다수의 사용자가 경합하고 있는 경합 기반 에어링크(contention-based airlink)에서 특히 중요할 수 있다.

본 발명은, 무선 통신망(102)으로 구현되는 도 1에 예시된 시스템(100)에 구현된다. 무선 통신망(102)은 안테나 시스템(106)에 연결된 기지국(104)을 포함한다. 안테나 시스템(106)은 공지된 원리들에 따라서 구현되므로, 본원에서는 더 상 세하게 기술할 필요가 없다. 비록 기지국의 일반적인 동작에 대해서는 잘 알려져 있지만, 시스템(100)을 구현하는데 이용되는 특정한 추가적인 특징들에 대해서는 아래에서 더 상세하게 기술될 것이다.

무선 통신망(102)은 또한 다수의 CPE(customer premise equipment)(108-112)를 포함하며, 이 CPE들은 각각 무선 통신 링크들(114-118)을 통하여 기지국(104)과 통신한다. 통신 링크들(114-118)은 도 1에서, 기지국(104)을 개개의 CPE들(108-112)에 각각 연결하는 것으로서 예시되어 있다. 그러나, 이 기술분야의 당업자들이면, 무선 통신 링크들(114-118)은, 도 1에서 경합 기반 링크(120)로서 예시되어 있는, CPE들(108-112)이 단일 주파수 채널에서 기지국과 통신하고 있을 때의 단일 경합 기반 통신 링크로서 여겨질 수 있다는 것을 알 것이다. 통상적인 구현에서는, 단일 기지국(104)이 100개 이상의 CPE들과 통신할 수 있다.

기지국(104)으로부터의 전송들은 "다운링크(downlink)"라고 지칭되고, 기지국(104)으로의 전송들은 "업링크(uplink)"라고 지칭된다. CPE들(108-112)은 다운링크를 감시하여 그들의 무선 링크에 의해 어떠한 변조/부호화 조합들이 지원되는지를 결정한다. 각 CPE로부터의 업링크 버스트들은 무선 링크를 가장 효율적으로 이용하도록 변조/부호화될 수 있다. 초기 파워 업(power up)시, 및 동작 도중에, CPE는 기지국(104)에 등록할 것이다. 통신할 기지국의 선택뿐 아니라, 등록 처리 자체도, 이 기술분야의 당업자에게 공지되어 있으므로 본원에서는 기술할 필요가 없다. 등록 처리의 일부분으로서, CPE는 검출할 수 있는 변조/부호화의 유형을 표시할 수 있다. 또한, CPE는 하나 이상의 바람직한 변조/부호화 방법들을 표시할 수 있다. 시스템(100)은 가입자 폴링(polling)을 피하고 경합 기반 링크(120)를 통한 짧은 업링크 버스트들을 이용함으로써, 경합 링크의 효율성을 향상시킬 수 있다.

시스템(100)은 송신국이 에어링크에 이용가능한 가장 효과적인 변조/부호화 기술을 이용할 수 있게 한다. 주의할 점은, "송신국(sending station)"이라는 용어는 기지국(104) 또는 CPE들(108-112) 중 임의의 것에 동등하게 적용가능하다는 것이다. 즉, 기지국(104)이 하나 이상의 CPE에 데이터를 전송하고 있을 때, 기지국(104)을 송신국이라고 간주한다. 반대로, CPE(110)가 기지국(104)에 데이터를 전송하고 있을 때, CPE(110)를 송신국이라고 간주한다.

수신국은 OFDM 심볼 내에 삽입된 파일럿 신호들을 검출함으로써, 그 특정 심볼을 전송하는데 이용된 변조/부호화 조합을 정확하게 결정할 수 있다. "수신국(receiving station)"이라는 용어는 기지국(104)과 CPE들(108-112)에 동등하게 적용할 수 있다. 즉, 기지국(104)이 CPE들 중 하나로부터 전송된 데이터를 수신할 때, 기지국(104)이 수신국이다. 반대로, 하나 이상의 CPE들이 기지국(104)으로부터 전송된 데이터를 수신할 때, 하나 이상의 CPE들을 수신국들이라고 간주한다. 따라서, 본 발명을 위하여, 기지국(104)과 CPE들(108-112)은 본질적으로 서로 등가이다.

도 2는 무선국(140)의 기능 블록도이다. 전술한 바와 같이, 무선국(140)은 기지국(104) 또는 CPE들(108-112) 중 임의의 것으로서 구현될 수 있다. 무선국(140)은 송신기(142) 및 수신기(144)를 포함한다. 이 기술분야의 당업자이면, 송신기(142) 및 수신기(144)의 부분들을 결합하여 송수신기(146)를 형성할 수 있다는 것을 알 것이다. 이들 구성요소들의 동작은 이 기술분야에 공지되어 있으므로, 본원에서는 더 상세하게 기술할 필요가 없다.

송신기 및 수신기는 안테나(148)에 연결되어 있다. 무선국(140)이 도 1의 기지국(104)으로서 구현되는 경우, 안테나(148)는 통상적으로 안테나(106)와 같이 외부에 장착될 수 있다. 그러나, 무선국(140)이 CPE(예를 들어, 도 1의 CPE(108))인 경우, 안테나(148)는 외부 또는 내부 안테나로서 구현될 수 있다.

내부 구내 안테나를 갖는 OFDM 비가시선(non-line-of-sight) CPE를 사용하는 무선 동작의 예가, 2000년 10월 23일자 출원된 "FIXED OFDM WIRELESS MAN UTILIZING CPE HAVING INTERNAL ANTENNA"라는 제목의 미국 출원 번호 제09/694,766호에 제공되어 있다. 본 발명의 양수인에게 양도된 이 출원은 본원에 참조로서 그대로 포함된다.

통상적인 실시예에서, 무선국(140)은 또한 중앙 처리 장치(CPU)(150) 및 메모리(152)를 포함한다. CPU(150)는 통상적인 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 디지털 신호 처리 장치, 프로그램가능한 게이트 어레이 등에 의해 충분히 구현될 수 있다. 본 발명은 CPU(150)의 특정 구현에 의해 한정되지 않는다. 마찬가지로, 메모리(152)는 RAM(random access memory), ROM(read-only memory), 플래시 메모리 등과 같은 하나 이상의 통상적인 데이터 저장 구성요소들을 포함할 수 있고, 이들 요소들의 조합을 포함할 수 있다. 일반적으로, CPU는 메모리(152)에 저장된 명령들을 실행한다.

무선국(140)은 또한 키보드, 디스플레이 커서 제어 장치, 대용량 저장 장치(들) 등과 같은 다수의 서로 다른 I/O 장치들(154)을 포함할 수 있다. 간결함을 위하여, 그 동작을 잘 알 수 있는 이들 다양한 구성요소들을 I/O 장치들(154)이라고 지칭한다. 무선국(140)의 다양한 구성요소들은 버스 시스템(156)에 의해 함께 연결된다. 버스 시스템(156)은 어드레스 버스, 데이터 버스, 제어 버스, 전원 버스 등을 포함할 수 있다. 편리함을 위하여, 다양한 버스들은 도 2에서 버스 시스템(156)으로서 예시된다.

무선국(140)은 또한 변조기 선택 처리 장치(158) 및 부호기(encoder)(159)를 포함한다. 변조기 선택 처리 장치(158)는 다수의 서로 다른 이용가능한 변조 유형 중 어떠한 변조 유형이 송신기(142)에 의해 이용될 것인지를 결정한다. 부호기(159)가 선택적으로 사용되어 변조된 신호에 부호화를 제공할 수 있다.

전술한 구성요소들 이외에, 무선국(140)은 아래에서 보다 상세하게 기술될 파일럿 분석 회로(160)를 포함한다. 파일럿 분석 회로(160)는 수신 심볼을 분석하고, 거기에 삽입된 파일럿 신호들을 식별하고, 그 특정 심볼에 어떠한 유형의 변조/부호화가 이용되었는지를 결정한다.

이 기술분야의 당업자이면, OFDM 심볼들이 다양한 서로 다른 변조 기술들을 이용하여 성공적으로 전송될 수 있다는 것을 알 것이다. 이러한 기술들은 BPSK(binary phase shift keying), 및 일반적으로 4QAM(때때로 직교 위상 편이 변조에 대해 QPSK라고 불림), 16QAM 및 64QAM으로 지칭되는 QAM(quadrature amplitude modulation) 방식들을 포함하며, 이것으로 한정되지 않는다. 전술한 변 조의 다양한 형태들은 각각 OFDM 심볼당 더 많은 또는 더 적은 수의 데이터 바이트를 전달할 수 있다. 예를 들어, BPSK는 OFDM 톤(tone)당 1 데이터 비트를 제공한다. 대조적으로, 4QAM은 톤당 2 데이터 비트, 또는 BPSK의 페이로드의 2배를 제공한다. 16QAM으로 변경하면, 페이로드는 4QAM 데이터 속도(톤당 4 데이터 비트)의 2배가 된다. 마지막으로, 64QAM 변조는 톤당 6 데이터 비트를 제공함으로써, 결과적으로 4QAM 변조의 페이로드보다 3배 큰 페이로드가 된다.

이 기술분야의 당업자들은, 에어링크의 동적 상태들이 64QAM과 같은 높은 데이터 속도를 허용할 수 없다는 것을 알 것이다. 또한, 다른 하드웨어 제한들이 특정 변조들을 이용하지 못하게 할 수 있다. 예를 들어, CPE(108)(도 1 참조)는 64QAM 변조를 지원하지 않는 저가의 송신기(142)(도 2 참조)를 포함할 수 있다. 이 예에서, CPE(108)는, 기지국(104)이 본래 이러한 변조를 할 수 있더라도 기지국(104)과 통신하고 있을 때 64QAM 변조를 이용할 수 없다.

변조기 선택 처리 장치(158)는, 에어링크의 현재의 상태를 고려하여 가장 효과적일 수 있는 변조 처리 및 이용가능한 변조 처리들을 결정한다. 이 기술분야의 당업자이면, 변조기 선택 처리 장치(158)가 메모리(152)에 저장되고 CPU(150)에 의해 실행되는 명령들의 세트로서 구현될 수 있다는 것을 알 것이다. 그러나, 변조기 선택 처리 장치(158)는 별개의 기능을 수행하기 때문에 도 3에서 별도의 블록으로서 예시되어 있다.

부호기(159)는 상태들이 보장되면 변조된 신호를 부호화한다. 에어링크의 상태가 이상적인 것보다 못한 경우 오류 정정 능력을 제공하기 위해 블록 부호화 또는 컨볼루션 부호화와 같은 부호화가 사용된다. 부호기(159)는 강건한 오류 검출 및 정정을 제공하지만, 또한 데이터 처리량을 감소시킨다. 이 기술분야의 당업자들은 부호화 처리가 부호기에 입력으로서 제공되는 각 OFDM 데이터 비트에 대한 전송된 데이터 비트들의 수를 증가시킨다는 것을 이해할 것이다. 이러한 부호화 없이 에어링크에서 낮은 오류율을 얻을 수 있으면, 부호기(159)를 우회하여 데이터 전송 속도를 증가시킬 수 있다.

특정 변조 및 선택적 부호화가 선택되면, 변조/부호화의 특정 조합에 기초한 결정론적 방식으로 파일럿 신호들이 할당되고 OFDM 심볼에 걸쳐 분산되어 변조 및 부호화의 선택된 조합의 표시를 제공한다. 예시적인 실시예에서는, 의사 난수(PN) 시퀀스를 사용하여 각 파일럿 신호의 위상을 결정한다. 데이터에 사용되는 변조/부호화의 각 조합에 대해 상이한 PN 시퀀스 또는 상이한 위상의 동일한 PN 시퀀스를 사용하여 위상 스크램블링(phase scrambling)을 달성할 수 있다.

OFDM 샘플이 하나 이상의 수신기에 전송된다. 무선 유닛(140)(도 2 참조)이 OFDM 심볼을 수신하면, 파일럿 분석 회로(160)는 파일럿 톤들을 검출 및 분석하여 그 특정 심볼에 사용되는 변조/부호화의 조합을 결정한다.

변조/부호화를 결정하기 위한 파일럿 분석 회로(160)의 동작 및 파일럿 신호들의 사용을 보다 잘 이해하기 위해, OFDM 심볼 내의 매 6번째 샘플이 파일럿 신호인 예를 고려한다. 또한, OFDM 심볼 내에 136개의 파일럿 신호가 있고 각 심볼은 그 OFDM 심볼에 사용되는 변조/부호화의 조합에 대응하는 의사 랜덤 노이즈(PN: pseudo random noise) 시퀀스에 의해 변조된다고 가정한다.

수신기(144)는 OFDM 심볼을 수신하지만, OFDM 심볼 내에 삽입된 파일럿 신호들을 검출하기 위해 검색을 필요로 하는 특정 고유 주파수 부정확성을 가진다. 수신기(144) 내의 발진기(도시되지 않음)는 검색 범위가 ±4 OFDM 톤들(주파수 빈(bin)들)로 제한될 수 있을 정도로 충분한 정확성을 가진다. 따라서, 수신된 OFDM 심볼은 -4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4의 범위 내에서 경계내 주파수 빈 시프트(bounded frequency bin shift)를 가지도록 고려된다. 파일럿 분석 회로(160)의 작업은 수신된 심볼을 디스크램블(descramble)하고 9개의 가능한 입력 시프트들(즉, ±4 빈들) 각각에 대하여 그의 136개의 파일럿 신호들의 상관관계(correlation)를 계산하는 것이다.

파일럿 분석 회로(160)는 단일 PN 스크램블링 시퀀스에 대한 9개의 가능한 입력 시프트들의 각각에 대하여 파일럿 상관관계를 계산해야 한다. PN 시퀀스를 변경함으로써, 변조/부호화 조합들 중 임의의 것에 대해 그 기능이 수행될 수 있다.

상관관계 분석은 파일럿 분석 회로(160)가 복잡한 상관관계들의 세트를 계산할 것을 요구한다. 파일럿 신호들을 정렬하는 래그 값(lagged value)들에 대한 상관관계들은 큰 값을 가질 것이고, 다른 신호들은 작은 값들을 가질 것이다. 이러한 방식으로, 파일럿 분석 회로(160)는 파일럿 신호들을 검출한다. 본원에서 사용되는 "래그(lag)"라는 용어는 정수의 주파수 빈 시프트(integral frequency bin shift)와 등가이다. 파일럿 분석 회로(160)에 의해 실행되는 상관관계 함수는 이하의 수학식 1로 주어진다.

여기서,

x는 수신된 심볼(보호 대역(guard band)으로 인해 명목상의 경우에 106 샘플 오프셋이 존재하고, 이는 시스템(100)을 이해함에 있어서 간단함을 위해 무시된다는 것에 유의한다),

n은 파일럿 인덱스,

l은 래그(주파수 빈 오프셋), l∈{-4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4},

PN은 변조기에서 심볼을 스크램블링하는 의사 랜덤 노이즈 시퀀스이다.

PN 시퀀스는 전송된 데이터와 파일럿들에 (1+j0) 또는 (-1+j0)을 곱한다.

수학식 1은 상당히 복잡하지만, 아래의 표 1에 도시된, 파일럿 상관관계의 처음 2개 항들의 확장은, 데이터 샘플들이 6개 샘플들마다 이격된 파일럿 신호들과 함께 순차 입력되는 것을 보여준다. 이것은 임의의 주어진 시간에 파일럿 분석 회로(160)에 3개의 상이한 PN 번호만이 저장될 것을 요구하기 때문에, 필요로 하는 회로의 양을 크게 감소시킨다.

주의: 인덱싱을 간단히 하기 위해, 보호 대역 오프셋(106 샘플들)은 무시하였다.

상기 그래프 표시로 명확해진 바와 같이, 데이터 샘플들은 6개 샘플들마다 이격된 파일럿들과 함께 순차 입력된다. 3개의 상이한 PN 번호만이 임의의 시간에 파일럿 분석 회로(160) 블록에 저장되어야 하기 때문에, 블록의 크기를 크게 감소시킨다. 표 1의 예에서는, 합산한 제1 및 제2 항들의 분석을 위해 PN(0), PN(6) 및 PN(12)만이 요구된다.

공액(conjugate) 연산은 PN 항들의 값이 실수이기 때문에 그 값을 변화시키지 않는다는 것에 유의함으로써 더 간단해질 수 있다. PN(6n+6) 및 PN(6n)의 곱은 ±1의 인수로 단순화되고, 이로써, 수학식 1이 아래와 같이 풀릴 수 있다.

주의할 점은, 수학식 1 및 2가 매 6번째 톤이 파일럿 신호인 상관관계 분석을 예시한다는 것이다. 그러나, 본원에 구현된 진보적 개념은 이러한 파일럿 신호 구성에 의해 제한되지 않는다. 삽입된 파일럿 톤들의 다른 구성들도 충분히 사용될 수 있다. 예를 들어, 매 7번째 톤이 파일럿 신호인 경우, 매 7번째 신호 사이의 상관관계를 평가하기 위해 수학식 1 및 2는 이 기술분야의 당업자들이 명확히 이해하는 방식으로 변경될 것이다. 또한, 수학식 1 및 2는 단지 예시적인 상관관계 분석을 제공한다. 그러나, 본 발명은 파일럿 신호들을 검출하는데 사용되는 특정 형태의 분석으로 제한되지 않는다.

도 3은 파일럿 분석 회로(160)의 예시적인 실시예의 개략도이다. 도 3에서, 곱 계산 회로(162)는 직렬 데이터를 수신하고 곱 x*(6n+106+l)x(6n+106+6+l)를 계산한다. 주의할 점은, 곱 계산 회로(162) 내의 6 샘플 지연은 6개 샘플마다 파일럿 신호들을 배치하는 공학 판정에 기초하고 있다는 것이다. 이 기술분야의 당업자들은 시스템(100)에 대한 변경들(예를 들어, 7개의 샘플들마다 이격되어 있는 파일럿들)은 도 3의 회로에 대한 변경들을 필요로 할 것이라는 점을 이해할 것이다. 곱 계산 회로(162)에 의해 계산된 곱은 합에 가산되거나 이동 합(running sum)으로부터 감산된다.

도 3의 PN 곱 회로(164)는 PN 곱들을 생성하고 다중화기들을 제어하여 곱 계산 회로(162)로부터의 곱 계산이 이동 합에 대해 가산되는지 또는 감산되는지를 결정한다. 도 1의 PN 곱 회로(164)는 곱 PN(n)PN(n+6) 및 PN(n+6)PN(n+12)를 계산한다.

합산 회로(166)는 곱 계산 회로(162)로부터의 현재의 곱 계산 값을 이동 총합(running total)에 대해 가산하거나 감산한다. 부정 회로(168)는 곱 계산 회로(162)에 의해 결정된 곱 계산에 대하여 양의 값 및 음의 값 모두를 생성한다. 양의 값 또는 음의 값의 선택은 PN 곱 회로(164)에 의해 제어된다. 이 값(양의 값 또는 음의 값 중 하나)은 합산 회로(166)에 의해 이동 총합에 가산된다. 합산 회로(166)는 9개의 가능한 래그 시간들의 각각에 대하여 개별적인 출력들을 생성한다. 표 1을 다시 참조하면, 시간 t=2에서, r_xx*(-4)의 제1 합산 곱(summation product)이 가산기 Sum0 및 다중화기 Mux0을 사용하여 계산되고, lag_4n_0i,q로 명칭이 붙여진 레지스터 내에 저장된다. 시간 t=5에서, r_xx*(-3)의 제1 합산 곱이 계산되고, lag_3n_0i,q(도시되지 않음)로 명칭이 붙여진 레지스터 내에 저장된다. 이 처리는, 2개의 곱이 계산되는 경우에, 시간 t=8일 때까지 계속된다. 가산기 Sum1 및 다중화기 Mux1를 사용하여 합산 회로(166)의 하위 분지에서 항 x*(2)x(8)PN(6)PN(0)이 계산되고 lag_2p_1i,q로 명칭이 붙여진 레지스터의 내용에 가산된다. 가산기 Sum0 및 다중화기 Mux0를 사용하여 합산 회로(166)의 상위 분지에서 제2 곱인 x*(2)x(8)PN(12)PN(6)이 계산되고 lag_4n_0i,q로 명칭이 붙여진 레지스터의 내용에 가산된다. 이 처리는 모든 수신 데이터가 회로를 통과할 때까지 계속된다. 이 처리의 끝에서, lag_4n_0i,q로 명칭이 붙여진 레지스터는 r_xx*(-4)의 값을 포함하고, lag_3n_0i,q로 명칭이 붙여진 레지스터는 r_xx*(-3)의 값을 포함하고, 이러한 방식으로 진행되어, lag_4p_1i,q로 명칭이 붙여진 레지스터는 r_xx*(4)의 값을 포함한다.

이 처리를 완료하면, 합산 회로(166) 내의 9개의 레지스터 중 하나의 출력은 다른 레지스터들보다 큰 값을 포함할 것이고, 이것은 그 특정 PN 시퀀스에 대해 어떤 래그 시간이 정확한지를 표시한다. PN 곱 회로(164)의 PN 시퀀스를 변경함으로써, 파일럿 분석 회로(160)는 변조/부호화의 가능한 조합들 각각에 대응하는 PN 시퀀스에 대하여 동일한 계산 처리를 수행할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 변조/부호화의 각각의 가능한 조합에 대하여 도 3의 회로가 재현된다. 예를 들어, 3개의 예시적인 부호화 방식들(논(none), 블록, 컨볼루션)뿐 아니라 여러 개의 가능한 선택적 변조 방식들(BPSK, 4QAM, 16QAM, 및 64QAM)이 기술되었다. 이러한 예들에 의하면, 총 12개의 상이한 조합들에 대해 4개의 변조 가능성 및 3개의 부호화 가능성이 존재한다. 이 예에서, 도 3의 회로는 12번 재현될 것이다. 주의할 점은, 모든 계산에 대해 동일하기 때문에 곱 계산 회로(162)를 여러 번 재현할 필요는 없다는 것이다.

전술한 변조/부호화 예들을 사용하여, 도 3의 파일럿 분석 회로(160)의 12개의 "사본들"의 각각은 경계내 래그 시간들(즉, ±4 주파수 빈 오프셋들)에 대응하는 9개의 출력들을 생성한다. 따라서, 총 108개의 출력이 생성된다. 108개의 출력들 중 하나는 나머지 출력들보다 큰 크기를 가질 것이다. 크기가 가장 큰 상관관계 합을 찾음으로써, 송신기에 의해 사용되는 PN 시퀀스 및 수신기에서의 주파수 오프셋을 식별한다. PN 시퀀스는, 설계상, 송신기에 의해 사용되는 변조/부호화의 각각의 조합에 대하여 고유하다. 따라서, 적절한 PN 시퀀스의 식별은 그 특정 OFDM 심볼에 사용되는 변조/부호화를 고유하게 식별한다. 고유한 파일럿 및 부호화의 이러한 구성에 의해, 변조/부호화는 심볼 단위로 변화하고 무선 채널의 효율적인 사용을 가능하게 한다.

따라서, 파일럿 분석 회로(160)는 수신된 OFDM 심볼을 효율적으로 분석하고, 그 특정 OFDM 심볼에 대한 특정 변조/부호화를 결정한다. 변조/부호화를 고유하게 식별하기 위해 PN 시퀀스를 사용하여 시스템(100)이 기술되었지만, 이 기술분야의 당업자들이라면, 변조/부호화 조합들을 고유하게 부호화하는데 임의의 결정론적 스크램블링 시스템이 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

시스템(100)은 또한 채널 응답의 간단한 측정을 가능하게 한다. 송신된 데이터 값에 대해, 수신된 데이터는 주파수 영역에서의 채널 응답에 의해 변경된다. 검출된 파일럿 빈들에서의 진폭과 위상을 알아차림으로써 채널 응답이 간단히 결정될 수 있다. 송신기에서의 진폭과 위상은 공지되어 있기 때문에(즉, 0°또는 180°에서 크기 1), 채널 응답 측정은 파일럿들을 포함하는 빈들에서 바로 측정된다.

시스템(100)은 또한 파일럿 신호로부터 파일럿 신호로의 평균 위상 시프트를 결정함으로써 시간 동기화 오류의 추정을 가능하게 한다. 공지된 방법으로 평균 위상 시프트를 사용하여 시간 동기화 오류를 추정한다.

도 1로 다시 돌아가면, 단일 기지국(104)은 기지국과 개별 CPE들 사이의 통신 링크들(114-118)의 특정 상태들에 따라 각각에 대해 상이한 변조/부호화 조합들을 사용하여 개별 CPE들(108-112)과 통신할 수 있다. 이것은 경합 기반 링크(120)의 효율성을 훨씬 더 크게 한다는 이점이 있다.

전술한 실시예들은 상이한 구성요소들이 상이한 다른 구성요소들 내에 포함되거나 또는 그와 접속된 것을 도시하고 있다. 그러한 도시된 아키텍처들은 단지 예시적인 것이고 동일한 기능을 실현하는 많은 다른 아키텍처들이 실제로 구현될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 시스템(100)은 무선 통신망(102)의 예시적인 실시예에서 설명되었다. 그러나, 이 기술분야의 당업자들은 적응 변조 기술들이 유선 시스템에 동등하게 적용가능하다는 것을 이해할 것이다. 전술한 바와 같이, DSL 시스템들은 전화선을 사용하여 OFDM 시스템들을 구현한다. 본원에 설명된 적응 변조 기술들은 이러한 유선 시스템들에 적용가능하다. 또한, OFDM을 사용하는 적응 변조 예들은 다른 변조 기술들에 적용가능하다. 따라서, 본 발명은 OFDM만을 사용하는 적응 변조로 한정되지 않는다.

개념적 의미에서, 동일한 기능을 실현하는 구성요소들의 임의의 구성은 원하는 기능이 실현되도록 효과적으로 "연관"된다. 따라서, 특정 기능을 실현하기 위해 결합된 본원의 임의의 2개의 구성요소는, 아키텍처 또는 중간 구성요소들에 관 계없이, 원하는 기능이 실현되도록 서로 "연관"된 것처럼 보일 수 있다. 마찬가지로, 그렇게 연관된 임의의 2개의 구성요소는 또한 원하는 기능을 실현하기 위해 서로 "동작가능하게 접속" 또는 "동작가능하게 결합"된 것으로 보여질 수 있다.

본 발명의 특정 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본원의 교시에 기초하여, 본 발명 및 그의 더 광범위한 양태들로부터 벗어나지 않고 변경들과 수정들이 이루어질 수 있으며, 따라서, 첨부된 청구항들은 본 발명의 진정한 사상 및 범위 내에 있는 모든 이러한 변경들과 수정들을 그 범위 내에 포함한다는 것이 이 기술분야의 당업자에게 자명할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구항들에 의해서만 정의된다는 것을 이해해야 한다. 일반적으로, 본원, 특히 첨부된 청구항들(예를 들어, 첨부된 청구항들의 본문들)에서 사용되는 용어는 일반적으로 "개방형(open)" 용어(예를 들어, "포함하는"이라는 용어는 "포함하지만 이에 한정되지 않는"으로 해석되어야 하며, "갖는"이라는 용어는 "적어도 갖는"으로 해석되어야 하며, "포함한다"라는 용어는 "포함하지만 이에 한정되지 않는다"로 해석되어야 하는 것 등)로서 의도된다는 것이 당업자에게 이해될 것이다. 특정 수의 도입된 청구항 기재가 의도된다면, 이러한 의도는 그 청구항에 명백하게 기재될 것이며, 이러한 기재 없이는 이러한 의도는 존재하지 않는다는 것을 본 기술분야의 당업자라면 또한 이해할 것이다. 예를 들어, 이해를 돕는 것으로서, 다음에 첨부된 청구항들은 청구항 기재들을 도입하기 위해 "적어도 하나" 및 "하나 이상"과 같은 소개구들의 사용을 포함할 수 있다. 그러나, 동일한 청구항이 "하나 이상" 또는 "적어도 하나"와 같은 소개구 및 부정관사들(영어에서의 "a" 또는 "an"과 같은 것들)(예를 들어 이와 같은 부정관사들은 통상적으로 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"을 의미하도록 해석되어야 함)을 포함하고; 청구항 기재들을 도입하는데 사용되는 정관사의 사용에 대하여 동일한 것이 유효한 경우라도, (영어에서의 "a" 또는 "an"와 같은) 부정관사들에 의한 청구항 기재의 도입은 이처럼 도입된 청구항 기재를 포함하는 임의의 특정 청구항을, 하나의 이러한 기재만을 포함하는 발명들로 한정하는 것을 의미하는 것으로 이러한 구들의 사용이 해석되어서는 안 된다. 또한, 특정 수의 도입된 청구항 기재가 명백히 기재되어 있더라도, 이 기술분야의 당업자는 이러한 기재가 통상적으로 적어도 기재된 수를 의미하도록 해석되어야 한다(예를 들어, 다른 수식 어구들 없이 "2개의 기재"라는 드러난 기재는 통상적으로 적어도 2개의 기재, 또는 2개 이상의 기재를 의미함)는 것을 이 기술분야의 당업자라면 인식할 것이다.

Claims

직교 주파수 분할 다중(OFDM) 변조 방법으로서,

복수의 변조 기술 중 선택된 변조 기술을 사용하여 심볼을 생성하는 단계;

상기 심볼에 걸쳐 소정의 간격들로 분산되는 복수의 파일럿 톤(pilot tone)을 삽입하는 단계; 및

파일럿 톤들의 조합이 상기 복수의 변조 기술 중 상기 선택된 변조 기술을 고유하게 식별하도록 상기 파일럿 톤들을 부호화하는 단계

를 포함하는 방법.
제1항에 있어서,

파일럿 톤은 상기 심볼에 걸쳐 6번째 간격마다 삽입되는 방법.
제1항에 있어서,

상기 삽입된 파일럿 톤들 각각은 결정론적 방식으로 할당되는 연관된 위상을 가지며, 상기 파일럿 톤들의 상기 연관된 위상들은 상기 복수의 변조 기술 중 상기 선택된 변조 기술을 고유하게 식별하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 삽입된 파일럿 톤들 각각은 의사 난수(PN) 시퀀스를 사용하여 할당되는 연관된 위상을 가지며, 상기 파일럿 톤들의 상기 연관된 위상들은 상기 복수의 변조 기술 중 상기 선택된 변조 기술을 고유하게 식별하는 방법.
제4항에 있어서,

상기 삽입된 파일럿 톤들에 할당되는 상기 연관된 위상들은 상기 PN 시퀀스에 기초하여 0° 또는 180°의 위상을 갖는 방법.
제1항에 있어서,

상기 심볼을 생성하는 단계는, 복수의 부호화 기술 중 선택된 부호화 기술을 사용하여 상기 심볼을 부호화하는 단계를 더 포함하고, 상기 파일럿 톤들의 조합은 상기 복수의 변조 기술 중 상기 선택된 변조 기술과 상기 복수의 부호화 기술 중 상기 선택된 부호화 기술을 고유하게 식별하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 변조된 심볼이 전송되며, 상기 방법은,

상기 심볼을 수신하는 단계;

상기 심볼 내에 삽입되는 상기 파일럿 신호들 중 적어도 일부를 검출하는 단계; 및

상기 검출된 파일럿 신호들에 기초하여 사용되는 상기 복수의 변조 기술 중 상기 선택된 변조 기술을 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
제7항에 있어서,

상기 심볼 내에 삽입되는 상기 검출된 파일럿 신호들의 위치는 거친 주파수 동기화(coarse frequency synchronization)를 제공하는 방법.
제7항에 있어서,

파일럿 신호로부터 파일럿 신호로의 평균 위상 시프트를 결정하는 단계 및 상기 평균 위상 시프트를 사용하여 시간 동기화 오류를 추정하는 단계를 더 포함하는 방법.
제7항에 있어서,

선택된 파일럿 신호의 진폭과 위상을 사용하여 상기 선택된 파일럿 신호의 위치에서 채널 신호 레벨 플러스 노이즈를 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
수신된 심볼에 대한 변조 유형을 식별하기 위한 방법으로서,

상기 심볼을 분석하여 그 심볼 내에 삽입된 복수의 파일럿 톤을 식별하는 단계;

상기 파일럿 톤들을 분석하는 단계; 및

상기 파일럿 톤 분석에 기초하여, 상기 수신된 심볼에 대한 상기 변조 유형을 고유하게 식별하는 단계

를 포함하는 방법.
제11항에 있어서,

상기 삽입된 파일럿 톤들 각각은 결정론적 방식으로 할당되는 연관된 위상을 가지며, 상기 파일럿 톤들을 분석하는 단계는 상기 파일럿 톤들의 상기 연관된 위상들을 분석하여 상기 변조 유형을 고유하게 식별하는 단계를 포함하는 방법.
제11항에 있어서,

상기 삽입된 파일럿 톤들 각각은 의사 난수(PN) 시퀀스를 사용하여 할당되는 연관된 위상을 가지며, 상기 파일럿 톤들을 분석하는 단계는 상기 파일럿 톤들의 상기 연관된 위상들을 분석하여 상기 변조 유형을 고유하게 식별하는 단계를 포함하는 방법.
제13항에 있어서,

상기 삽입된 파일럿 톤들에 할당되는 상기 연관된 위상들은 상기 PN 시퀀스에 기초하여 0° 또는 180°의 위상을 갖는 방법.
제11항에 있어서,

파일럿 톤은 상기 심볼에 걸쳐 6번째 간격마다 삽입되는 방법.
제11항에 있어서,

상기 심볼을 분석하는 단계는 상기 수신된 심볼의 상관관계(correlation) 분석을 수행하는 단계를 포함하는 방법.
제16항에 있어서,

상기 수신된 심볼의 상기 상관관계 분석은 상기 변조 유형들에 대응하는 패턴들을 사용하는 상관관계 분석을 포함하는 방법.
제11항에 있어서,

상기 심볼은 복수의 부호화 기술 중 선택된 부호화 기술을 사용하여 부호화되고, 상기 파일럿 톤들을 분석하는 단계는 복수의 변조 기술 중 선택된 변조 기술과 상기 복수의 부호화 기술 중 상기 선택된 부호화 기술을 고유하게 식별하는 방법.
변조 시스템으로서,

복수의 변조 유형으로부터 선택되는 변조 유형을 선택하는 변조 선택 처리 장치; 및

데이터를 변조하여 전송을 위한 심볼을 생성하는 변조기

를 포함하며,

상기 변조기는 상기 심볼에 걸쳐 소정의 간격들로 복수의 파일럿 톤을 삽입 하도록 구성되고, 상기 파일럿 톤들은 파일럿 톤들의 조합이 복수의 변조 기술 중 선택된 변조 기술을 고유하게 식별하도록 부호화되는 시스템.
제19항에 있어서,

파일럿 톤은 상기 심볼에 걸쳐 주기적인 간격들로 삽입되는 시스템.
제19항에 있어서,

상기 변조기는 결정론적 방식으로 상기 삽입된 파일럿 톤들의 각각에 위상을 할당하도록 더 구성되며, 상기 파일럿 톤들의 상기 할당된 위상들은 상기 복수의 변조 기술 중 상기 선택된 변조 기술을 고유하게 식별하는 시스템.
제19항에 있어서,

상기 변조기는 의사 난수(PN) 시퀀스를 사용하여 상기 삽입된 파일럿 톤들의 각각에 위상을 할당하도록 더 구성되며, 상기 파일럿 톤들의 상기 할당된 위상들은 상기 복수의 변조 유형 중 상기 선택된 변조 유형을 고유하게 식별하는 시스템.
제22항에 있어서,

상기 변조기는 상기 PN 시퀀스에 기초하여 상기 삽입된 파일럿 톤들에 0° 또는 180°의 위상을 할당하도록 구성되는 시스템.
제19항에 있어서,

복수의 부호화 유형 중 선택된 부호화 유형을 사용하여 상기 변조된 심볼을 부호화하는 부호기(encoder)를 더 포함하고, 상기 파일럿 톤들의 조합은 상기 복수의 변조 유형 중 상기 선택된 변조 유형과 상기 복수의 부호화 유형 중 상기 선택된 부호화 유형을 고유하게 식별하는 시스템.
제19항에 있어서,

상기 변조된 심볼이 전송되며, 상기 시스템은,

상기 심볼을 수신하고 그 심볼 내에 삽입되는 상기 파일럿 신호들의 적어도 일부를 검출하는 수신기를 더 포함하며,

상기 수신기는 상기 검출된 파일럿 신호들에 기초하여 사용되는 상기 복수의 변조 유형 중 상기 선택된 변조 유형을 결정하도록 구성되는 시스템.
제25항에 있어서,

상기 수신기는 상기 심볼 내에 삽입되는 상기 검출된 파일럿 신호들의 위치에 기초하여 거친 주파수 동기화를 유도하도록 구성되는 시스템.
제25항에 있어서,

상기 수신기는 파일럿 신호로부터 파일럿 신호로의 평균 위상 시프트를 유도하고 상기 평균 위상 시프트에 기초하여 시간 동기화 오류를 추정하도록 구성되는 시스템.
제25항에 있어서,

상기 수신기는 선택된 파일럿 신호의 진폭과 위상을 사용하여 상기 선택된 파일럿 신호의 위치에서 채널 신호 레벨 플러스 노이즈를 결정하도록 더 구성되는 시스템.
복수의 변조 유형 중 선택된 변조 유형을 사용하여 변조되는 변조 심볼로서,

데이터를 표시하는 복수의 톤; 및

상기 심볼에 걸쳐 소정의 간격들로 분산되는 복수의 파일럿 신호

를 포함하고,

상기 파일럿 신호들은 파일럿 신호들의 조합이 상기 복수의 변조 유형 중 상기 선택된 변조 유형을 고유하게 식별하도록 부호화되는 심볼.
제29항에 있어서,

상기 파일럿 신호들 각각은 결정론적 방식으로 할당되는 연관된 위상을 가지며, 상기 파일럿 신호들의 상기 연관된 위상들은 상기 변조 유형을 고유하게 식별하는 심볼.
제29항에 있어서,

상기 삽입된 파일럿 신호들 각각은 의사 난수(PN) 시퀀스를 사용하여 할당되는 연관된 위상을 가지며, 상기 파일럿 신호들의 상기 연관된 위상들은 상기 변조 유형을 고유하게 식별하는 심볼.
제29항에 있어서,

상기 심볼은 복수의 부호화 기술 중 선택된 부호화 기술을 사용하여 부호화되고, 상기 파일럿 신호들은 상기 복수의 변조 유형 중 상기 선택된 변조 유형과 상기 복수의 부호화 기술 중 상기 선택된 부호화 기술을 고유하게 식별하는 심볼.
변조 유형을 식별하는 장치로서,

심볼을 수신하는 수신기; 및

상기 심볼을 분석하여 그 심볼 내에 삽입되는 복수의 파일럿 신호를 식별하고, 상기 파일럿 신호들을 분석하고, 상기 파일럿 신호 분석에 기초하여 상기 수신된 심볼에 대한 상기 변조 유형을 고유하게 식별하도록 구성되는 파일럿 분석 회로

를 포함하는 장치.
제33항에 있어서,

상기 삽입된 파일럿 신호들 각각은 결정론적 방식으로 할당되는 연관된 위상을 가지며, 상기 파일럿 분석 회로는 상기 파일럿 신호들의 상기 할당된 위상들을 분석하여 상기 변조 유형을 고유하게 식별하도록 더 구성되는 장치.
제33항에 있어서,

상기 삽입된 파일럿 신호들 각각은 의사 난수(PN) 시퀀스를 사용하여 할당되는 연관된 위상을 가지며, 상기 파일럿 분석 회로는 상기 의사 난수(PN) 시퀀스를 사용하여 할당되는 상기 파일럿 신호들의 상기 연관된 위상들을 분석하여 상기 변조 유형을 고유하게 식별하도록 더 구성되는 장치.
제33항에 있어서,

파일럿 신호들은 상기 심볼에 걸쳐 주기적인 간격들로 삽입되고 상기 파일럿 분석 회로는 삽입되는 복수의 파일럿 신호를 식별하도록 더 구성되는 장치.
제33항에 있어서,

상기 파일럿 분석 회로는 상기 수신된 심볼의 상관관계 분석을 수행하도록 더 구성되는 장치.
제37항에 있어서,

상기 파일럿 분석 회로는 상기 변조 유형들에 대응하는 패턴들을 사용하여 상기 상관관계 분석을 수행하는 장치.
제33항에 있어서,

상기 심볼은 복수의 부호화 유형 중 선택된 부호화 유형을 사용하여 부호화되고, 상기 파일럿 분석 회로는 상기 파일럿 신호들을 분석하여 복수의 변조 유형 중 선택된 변조 유형과 상기 복수의 부호화 유형 중 상기 선택된 부호화 유형을 고유하게 식별하도록 더 구성되는 장치.