KR20110040405A - 채널 추정에 사용되는 데이터의 오버헤드를 줄이기 위한 통신 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 채널 추정에 사용되는 데이터의 오버헤드를 줄이기 위한 통신 시스템 및 방법에 관한 것이다. 이를 위해, 본 발명은 송신기가 유효 데이터를 포함하는 트레이닝 시퀀스를 변조하여 전송하면, 수신기가 수신한 트레이닝 시퀀스를 복조하고, 복조된 트레이닝 시퀀스를 변조한 후 변조된 트레이닝 시퀀스를 반전시키고, 반전된 트레이닝 시퀀스와 수신한 트레이닝 시퀀스를 곱하여 채널 응답 추정치를 산출한다. 이에 따라, 본 발명은 이미 알려져 있는 데이터가 아닌 유효 데이터를 포함한 트레이닝 시퀀스를 사용해도 채널 응답 추정치를 산출할 수 있기 때문에 채널 추정에 사용되는 데이터에 의해 발생되는 오버헤드를 줄일 수 있게 된다.
Figure P1020090097654
트레이닝 시퀀스, 유효 데이터, OFDM

Description

채널 추정에 사용되는 데이터의 오버헤드를 줄이기 위한 통신 시스템 및 방법{COMMUNICATION SYSTEM AND METHOD FOR REDUCING OVERHEAD OF DATA USED IN CHANNEL ESTIMATION}
본 발명은 트레이닝 시퀀스를 이용하여 채널을 추정하는 통신 시스템 및 방법에 관한 것으로, 상세하게는 채널 추정에 사용되는 트레이닝 시퀀스로 인해 발생하는 오버헤드를 줄이기 위하여 트레이닝 시퀀스를 유효 데이터로 구성하고, 유효 데이터를 포함하는 트레이닝 시퀀스로부터 채널 추정을 할 수 있도록 한 통신 시스템 및 방법에 관한 것이다.
무선 채널로 전송된 신호는 송신기와 수신기 사이에 존재하는 다양한 장애물에 의해 다중경로(multi-path) 간섭을 받는다. 다중경로가 존재하는 무선 채널의 특성은 채널의 최대지연확산(maximum delay spread)과 신호의 전송주기로 규정된다. 최대지연확산보다 전송주기가 긴 경우 연속된 신호 사이에 간섭이 발생하지 않는다. 그러나 광대역을 사용하는 고속 전송의 경우에는 전송주기가 최대 지연확산 보다 짧아 연속된 신호 사이에 간섭(즉, 심볼간 간섭)이 발생한다. 일반적으로 단일 반송파(Single Carrier) 전송방식에서는 심볼간 간섭(Inter-Symbol Interference)을 제거하기 위해 등화기(Equalizer)가 요구된다. 그런데 다양한 서비스 지원을 위해 통신 시스템의 대역폭이 증가함에 따라 심볼간 간섭이 증가하여 등화기의 복잡도가 증가되는 문제점이 있다. 이와 같이 광대역의 단일 반송파 전송방식에서 등화 문제를 해결하기 위한 대안으로, 직교주파수분할다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템이 제안되었다.
통상적으로 OFDM 방식은 시간분할접속(Time Division Access)과 주파수분할접속(Frequency Division Access) 기술이 결합된 2차원 접속방식으로 정의할 수 있다. OFDMA 방식에 의해 데이터를 전송함에 있어서 각각의 OFDMA 심볼은 다수의 서브-캐리어(sub-carrier)에 나뉘어 실려 전송된다. 즉, OFDM 방식은 직렬로 입력되는 데이터를 병렬로 변환하여 이들 각각을 상호 직교성(orthogonal)을 갖는 다수의 서브-캐리어(Sub-Carrier)로 변조하여 전송하는 다중 반송파 변조(Multi Carrier Modulation) 방식의 일종이다.
OFDM 방식은 서브-캐리어가 상호 직교성을 유지하면서 서로 중첩되어 있기 때문에 스펙트럼 효율이 좋고, 역 고속 푸리에 변환(IFFT: Inverse Fast Fourier Transform)과 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform)을 사용하므로 서브-캐리어의 하드웨어 구성이 간단하고 변/복조부의 효율적인 디지털 구현이 가능하다.
이와 같은 OFDM 시스템에서, 각각의 서브-캐리어는 서로 다른 신호대잡음 비(SNR: Signal Noise Ratio)를 가진다.
OFDM 시스템의 수신기는 서브-캐리어의 신호대잡음비에 따라 각각의 서브-캐리어의 디지털 변조 방식(Modulation Scheme)을 결정한다. 예를 들어, 신호대잡음비가 높아 무선 채널 환경이 좋으면 256QAM, 512QAM 등과 같은 높은 데이터 전송율(data rate)을 가진 변조방식을 사용할 수 있고, 신호대잡음비가 낮아 무선 채널 환경이 나쁘면 QPSK, 8QAM 등의 낮은 데이터 전송율을 가진 변조방식을 선택할 수 있다.
현재, 각 서브-캐리어의 신호대잡음비를 측정하여 채널을 추정하는 경우 트레이닝 시퀀스(training sequence)를 사용하고 있다. 트레이닝 시퀀스는 송신기와 수신기에서 이미 알려져 있는 정보로서, 복수개의 프레임으로 구성되어 있다. 트레이닝 시퀀스를 구성하는 복수 개의 프레임은 동일한 프레임이 여러 번 반복된 것이며, 통상적으로 PN(Pseudo Noise) 시퀀스가 사용된다.
이하, OFDM 시스템에서 사용되는 송신기의 구조에 대하여 도 1을 참조하여 살펴본다. 도 1은 트레이닝 시퀀스로 PN 시퀀스를 사용하고 있으며 하나의 서브-캐리어에 대응되는 구조임에 유의한다.
실제 데이터의 초기 전송에 앞서, 먼저 PN 시퀀스 발생부(10)는 PN 시퀀스를 순차 생성한다. PN 시퀀스 발생부(10)에서 생성된 PN 시퀀스는 변조부(20)로 입력된다. 변조부(20)는 소정의 변조 방식에 따라 PN 시퀀스를 변조한다.
변조부(20)에서 변조된 PN 시퀀스는 역 고속 푸리에 변환부(30)로 입력되어 역 고속 푸리에 변환된다. 이후, 순환 전치 부가부(40)는 역 고속 푸리에 변환된 PN 시퀀스에 사이클릭 프리픽스(cyclic prefix)를 부가한다. 사이클릭 프리픽스는 심볼간 간섭을 방지하기 위해 심볼 사이에 삽입되는 것으로 최대지연확산보다 긴 보호구간(guard interval)을 의미한다. 사이클릭 프리픽스가 부가된 PN 시퀀스는 전력 증폭된 후 안테나를 통해 전송된다.
수신기는 송신기로부터 전송된 트레이닝 시퀀스를 복조하여 서브-캐리어의 채널 상태를 추정한다. 트레이닝 시퀀스는 이미 알려져 있는 신호이므로 복조된 트레이닝 시퀀스와 기준 트레이닝 시퀀스를 비교함으로써 채널 상태를 추정할 수 있다. 그러나 트레이닝 시퀀스는 상기에서 언급한 것처럼 단순히 채널 상태만을 추정하기 위해 사용되는 데이터이므로 전송 효율 면에서 오버헤드로 작용한다. 이에 따라 채널 추정에 사용되는 데이터로 인해 발생되는 오버헤드를 최대한 줄여 전송 효율을 높일 수 있는 기술 개발이 요구되고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 전력 제어 및 채널 할당 명령과 같은 제어 정보를 전달하는데 사용되는 부 데이터를 사용하여 트레이닝을 수행하는 기술이 제안된 적이 있었다.
종래 제안된 부 데이터를 사용하여 트레이닝을 수행하는 기술을 설명한다. 먼저, 부 데이터는 일정한 정보만을 전달하기 때문에 유한수의 코드워드 중 하나를 포함하고, 수신기 측에 코드워드 세트로 알려져 있다.
송신기는 부 데이터를 부호화할 시 주 데이터 변조방식에 비해 낮은 전송율을 갖는 변조방식을 사용한다. 이렇게 함으로써 수신기에서 부 데이터를 보다 에러 없이 복호화할 수 있다.
이에 따라 수신기는 수신한 부 데이터를 복호화하는데, 부 데이터의 일부 심볼이 정확하게 복호화되지 않더라도 코드워드 세트 중 복호화된 부 데이터와 가장 가까운 코드워드를 확인할 수 있다.
이후, 복호화 된 부 데이터와 상기 확인된 코드워드를 비교함으로써 트레이닝을 수행하고, 채널 파라미터를 결정한다.
그러나 수신 측에서 부 데이터를 보다 에러 없이 복호화 하기 위해 낮은 전송율을 가지는 변조방식으로 변조하기 때문에 전송효율이 매우 떨어지게 된다. 그러므로 트레이닝을 위한 데이터 전송에 따른 전송효율은 여전히 개선되지 못하였다.
또한, 트레이닝을 위해 사용되는 데이터는 수신기에 알려져 있는 코드워드 세트 중에서만 선택하여 사용할 수 밖에 없기 때문에 사용할 수 있는 데이터가 매우 제한적일 수 밖에 없었다.
따라서 본 발명은 채널 추정에 사용되는 데이터에 의한 오버헤드를 줄여 전송 효율을 높일 수 있는 통신 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 채널 추정에 사용하기 위한 데이터 사용 시 수신기에 알려져 있는 데이터에 제한되지 않고, 송신기에서 수신기로 전송하고자 하는 데이터의 일부를 사용할 수 있도록 하여 데이터 사용 제한 범위를 넓히기 위한 통신 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바를 달성하기 위한 본 발명은, 채널 추정에 사용되는 데이터의 오버헤드를 줄이기 위한 통신 시스템에 있어서, 유효 데이터를 포함하는 트레이닝 시퀀스를 변조시켜 전송하는 송신기와, 상기 트레이닝 시퀀스를 수신하여 트레이닝 시퀀스를 복조하고, 상기 복조한 트레이닝 시퀀스를 변조한 후 상기 변조한 트레이닝 시퀀스를 반전시키고, 상기 반전시킨 트레이닝 시퀀스와 상기 수신한 트레이닝 시퀀스를 곱하여 채널 응답 추정치를 산출하는 수신기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 채널 추정에 사용되는 데이터의 오버헤드를 줄이기 위한 송신기에 있어서, 유효 데이터를 포함하는 트레이닝 시퀀스를 변조하는 변조부와, 상기 변조부를 통해 변조된 트레이닝 시퀀스를 역 고속 푸리에 변환시키는 역 고속 푸리에 변환부와, 상기 역 고속 푸리에 변환된 트레이닝 시퀀스에 사이클릭 프리픽스를 부가시키는 순환 전치 부가부와, 상기 사이클릭 프리픽스가 부가된 트레이닝 시퀀스를 전송하는 안테나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 채널 추정에 사용되는 데이터의 오버헤드를 줄이기 위한 수신기에 있어서, 유효 데이터를 포함하며 복수개의 프레임으로 구성되는 트레이닝 시퀀스를 수신하는 안테나와, 상기 트레이닝 시퀀스를 복조하는 복조부와, 상기 복조된 트레이닝 시퀀스를 변조하는 변조부와, 상기 변조된 트레이닝 시퀀스를 반전시키는 반전부와, 상기 반전된 트레이닝 시퀀스와 상기 안테나를 통해 수신된 트레이닝 시퀀스를 곱하여 각 프레임에 대한 무선 채널 환경을 출력하는 곱셈부와, 상기 곱셈부를 통해 출력되는 각 프레임 별 무선 채널 환경에 기반하여 서브-캐리어에 대한 채널 응답 추정치를 산출하는 채널 추정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 송신기와 수신기를 포함하는 통신 시스템에서 채널 추정에 사용되는 데이터의 오버헤드를 줄이기 위한 방법에 있어서, 상기 송신기가 유효 데이터를 포함하는 트레이닝 시퀀스를 변조시켜 전송하는 과정과, 상기 수신기가 상기 트레이닝 시퀀스를 수신하여 복조하는 과정과, 상기 수신기가 상기 복조된 트레이닝 시퀀스를 변조한 후 상기 변조된 트레이닝 시퀀스를 반전시키는 과정과, 상기 수신기가 상기 반전된 트레이닝 시퀀스와 상기 수신한 트레이닝 시퀀스를 곱하여 채널 응답 추정치를 산출하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 통신 시스템의 송신기에서 채널 추정에 사용되는 데이터의 오버헤드를 줄이기 위한 방법에 있어서, 유효 데이터를 포함하는 트레이닝 시퀀스를 변조하는 과정과, 상기 변조된 트레이닝 시퀀스를 역 고속 푸리에 변환시키는 과정과, 상기 역 고속 푸리에 변환된 트레이닝 시퀀스에 사이클릭 프리픽스를 부가시키는 과정과, 상기 사이클릭 프리픽스가 부가된 트레이닝 시퀀스를 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 통신 시스템의 수신기에서 채널 추정에 사용되는 데이터의 오버헤드를 줄이기 위한 방법에 있어서, 유효 데이터를 포함하며 복수개의 프레임으로 구성되는 트레이닝 시퀀스를 수신하는 과정과, 상기 트레이닝 시퀀스를 복조하는 과정과, 상기 복조된 트레이닝 시퀀스를 변조하는 과정과, 상기 변조된 트레이닝 시퀀스를 반전시키는 과정과, 상기 반전된 트레이닝 시퀀스와 상기 수신된 트레이닝 시퀀스를 곱하여 각 프레임에 대한 무선 채널 환경을 산출하는 과정과, 상기 산출된 각 프레임 별 무선 채널 환경에 기반하여 서브-캐리어에 대한 채널 응답 추정치를 산출하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 채널 상태만을 추정하기 위해 이미 알려진 무의미한 데이터를 트레이닝 시퀀스로 사용하지 않고, 유효한 데이터를 사용하면서도 채널 추정을 할 수 있으므로 무의미한 데이터를 트레이닝 시퀀스로 사용함으로써 발생되는 데이터의 오버헤드를 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 종래와 같이 채널 추정에 사용되는 데이터를 변조 할 시 낮은 전송율을 갖는 변조방식으로 변조할 필요가 없으므로 트레이닝을 위한 데이터 전송에 따른 전송효율을 종래에 비해 높일 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 종래와 같이 채널 추정에 사용하기 위한 데이터가 수신기에 알려져 있는 데이터에 제한되지 않고, 유효한 데이터라면 어떤 데이터를 사용하든지 상관이 없으므로 데이터 사용 범위가 제한되지 않는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 트레이닝 시퀀스에 포함되는 유효한 데이터로서 매체 접속 제어 정보를 사용함으로써 데이터 전송을 위한 물리적인 주소를 미리 복조하여 데이터 접속 경로를 신속하게 설정할 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다. 하기에서 설명되는 구체적인 특정 사항은 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 생략한다.
본 발명에서는 PN 시퀀스와 같이 채널 추정을 위한 별도의 트레이닝 시퀀스를 사용하지 않고, 실제 필요한 데이터인 유효 데이터를 포함하는 트레이닝 시퀀스를 사용하여 채널 추정을 할 수 있는 방안을 제안한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 송신기의 구조를 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 송신기는 직렬/병렬 변환부(110), 변조부(120), 역 고속 푸리에 변환부(130), 병렬/직렬 변환부(140), 순환 전치 부가부(150) 등을 포함한다.
직렬/병렬 변환부(110)는 전송하고자 하는 실제 데이터가 비트 스트림(bit stream)의 형태로 입력되면 직렬의 비트 스트림을 병렬로 변환하여 변조부(120)로 전달한다. 여기서 서브-캐리어의 수가 N개 일 때, XN은 X1 X2 …… Xn으로 변환된다.
변조부(120)는 입력 받은 병렬 데이터를 각 서브-캐리어에 설정된 변조 방식으로 변조한다. 각 서브-캐리어의 변조 방식은 후술하는 채널 응답 추정치를 기반으로 설정된다. 여기서, 채널 응답 추정치는 수신기에서 각 서브-캐리어마다 산출되는 값으로, 무선 채널 환경(H)이 그 값에 반영된다. 각 서브-캐리어의 채널 응답 추정치 산출 동작에 대해서는 하기의 수신기 구성에서 살펴보도록 한다. 또한, 무선 채널 환경에 따라 데이터 오류가 최대한 발생하지 않고, 효율적으로 전송될 수 있도록 하기 위해 수신기는 채널 응답 추정치에 따른 변조방식을 미리 설정한다. 이에 따라, 수신기에서 산출된 각 서브-캐리어의 채널 응답 추정치를 기반으로 각 서브-캐리어의 변조 방식이 결정되고, 변조부(120)에서는 이와 같이 결정된 각 서브-캐리어의 변조방식을 사용하여 전송 데이터를 변조하는 것이다.역 고속 푸리에 변환부(130)는 변조된 데이터에 대하여 역 고속 푸리에 변환을 한다. 이러한 역 고속 푸리에 변환부(130)는 디지털 신호 프로세서에서 소프트웨어로 구현되기 때문에 서브-캐리어마다 필요한 밴드 패스 필터(BPF: Band Pass Filter), 믹서(Mixer), 주파수 발생기(오실레이터)와 같은 하드웨어 구성을 사용하지 않아도 된다.
병렬/직렬 변환부(140)는 병렬로 입력되는 역 고속 푸리에 변환된 데이터를 직렬로 변환하여 순환 전치 부가부(150)로 전달한다. 순환 전치 부가부(150)는 직렬로 입력되는 데이터의 사이에 사이클릭 프리픽스를 삽입한다. 사이클릭 프리픽스가 삽입된 데이터는 전력 증폭된 후 송신 안테나를 통해 수신기로 전송된다.
본 발명의 실시 예에 의한 송신기에서는, 실제 데이터를 전송하기에 앞서, 변조부(120)가 매체 접속 제어 계층(MAC layer: Media Access Control Layer)(100)으로부터 매체 접속 제어 정보를 입력 받는다. 매체 접속 제어 정보는 종래 데이터의 헤더(header) 부분에 실려 전송되는 것이나, 본 발명의 실시 예에서는 매체 접속 제어 정보가 트레이닝 시퀀스로 사용된다.
본 발명의 실시 예에서는 트레이닝 시퀀스로서 매체 접속 제어 정보를 사용하고 있으나, 매체 접속 제어 정보 외에 다른 유효 데이터를 사용할 수 있음은 물론이다.
매체 접속 제어 계층(100)으로부터 전송된 매체 접속 제어 정보가 변조부(120)에 입력되면, 각 서브-캐리어에 설정된 변조 방식으로 변조된 후 상술한 바와 같이 역 고속 푸리에 변환 과정, 병렬/직렬 변환 과정, 사이클릭 프리픽스 부가 과정 등을 거쳐 수신기로 전송된다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 수신기의 구조를 나타낸 것이다.
도 3에 도시된 수신기는 하나의 서브-캐리어에 대응하는 구조임에 유의한다. 또한, 도 3의 수신기에서는 사이클릭 프리픽스를 제거하기 위한 부분과 고속 푸리에 변환을 수행하는 부분은 설명의 편의를 위해 생략함에 유의한다.
도 3을 참조하면, 송신기로부터 전송된 트레이닝 시퀀스는 수신 안테나를 통 해 수신된 후 동기화부(200)로 입력된다. 수신기에 수신되는 트레이닝 시퀀스는 도 2에서 상술한 것처럼 매체 접속 제어 정보가 포함된 트레이닝 시퀀스이다. 여기서, 수신 안테나를 통해 수신된 트레이닝 시퀀스는 무선 채널 환경(H)이 반영된 신호이다.
도 4는 무선 채널 환경(H)이 반영된 신호의 분포를 나타낸 다이어그램(constellation diagram)이다.
도 4는 QPSK 방식에서 신호의 분포를 나타내며, -1, j, -j, 1 주변에 분포하는 점들에 대응하는 신호가 무선 채널 환경(H)이 반영된 신호를 의미한다. 즉, 수신된 신호가 노이즈가 없는 경우 -1, j, -j, 1 중 어느 하나의 점에 대응하게 되나, 노이즈가 있으면 -1, j, -j, 1가 아닌 그 주변의 점에 대응하게 된다.
수신 안테나를 통해 트레이닝 시퀀스가 입력되면 동기화부(200)는 트레이닝 시퀀스의 동기 헤더를 이용하여 동기(synchronization)를 맞춘 후 복조부(210)로 출력한다.
트레이닝 시퀀스는 복수개의 프레임으로 구성되므로 수신기는 프레임 단위로 신호를 처리하나, 설명의 편의를 위해 이하에서는 하나의 트레이닝 시퀀스를 처리하는 것으로 설명한다.
복조부(210)는 트레이닝 시퀀스를 복조한 후 복조된 트레이닝 시퀀스를 변조부(220)로 출력한다. 또한, 복조부(210)는 복조된 트레이닝 시퀀스 즉, 매체 접속 제어 정보를 매체 접속 제어 계층(280)으로 출력한다. 본 발명의 실시 예에서는 트레이닝 시퀀스에 포함되는 유효 데이터를 매체 접속 제어 정보로 가정하여 설명하 기 때문에 복조부(210)가 복조된 트레이닝 시퀀스를 매체 접속 제어 계층(280)으로 출력하지만, 다른 유효 데이터를 사용할 경우에는 그 유효 데이터가 사용되어야 할 곳으로 출력하게 될 것이다.
복조된 트레이닝 시퀀스를 입력 받은 변조부(220)는 트레이닝 시퀀스를 다시 변조한 후 반전부(230)로 출력한다. 이때, 변조부(220)는 수신된 트레이닝 시퀀스의 변조 방식과 동일한 방식으로 변조한다. 반전부(230)는 변조된 트레이닝 시퀀스를 반전시킨 후 곱셈부(240)로 출력한다.
곱셈부(240)는 반전된 트레이닝 시퀀스와 수신 안테나를 통해 수신된 트레이닝 시퀀스를 곱하여 하나의 프레임에 대한 무선 채널 환경(H)을 출력한다.
곱셈부(240)를 통해 각 프레임에 대한 무선 채널 환경(H)이 순차적으로 채널 추정부(250)로 입력되고, 채널 추정부(250)는 각 프레임 별 무선 채널 환경(H)을 기반으로 하나의 서브-캐리어에 대한 채널 응답 추정치(channel response estimation result)를 산출한다.
채널 추정부(250)는 하기의 <수학식 1>을 통해 하나의 서브-캐리어에 대한 채널 응답 추정치를 계산할 수 있다.
Figure 112009062925041-PAT00001
여기서, N은 트레이닝 시퀀스에 포함된 프레임의 개수이고, K는 서브-캐리어의 개수이다. 따라서, H(k)는 k 번째 서브-캐리어에 대한 채널 응답 추정치이고, Hnk는 k 번째 서브-캐리어에서 트레이닝 시퀀스의 n 번째 프레임 의 무선 채널 환경을 의미한다. 예를 들어, 트레이닝 시퀀스의 프레임 개수가 4개일 때, 5번째 서브-캐리어에 대한 채널 응답 추정치 H(5)는 (H15+H25+H35+H45)/4가 된다.
신호대잡음비 추정부(260)는 채널 추정부(250)를 통해 산출된 채널 응답 추정치를 기반으로 하나의 서브-캐리어의 신호대잡음비를 산출한다.
산출된 서브-캐리어의 신호대잡음비는 송신기의 변조 방식을 결정하는데 사용된다. 이를 위해 수신기는 서브-캐리어의 신호대잡음비에 기반하여 송신기의 변조 방식을 테이블 형태로 미리 저장한다. 이와 같은 테이블은 도 6과 같이 도시할 수 있다. 여기서, 도 6의 테이블은 시뮬레이션을 통해 도출한 결과로서, 이는 단지 일 실시 예일 뿐 이에 한정되는 것은 아니다.
이후, 수신기는 도 6의 테이블을 확인하여, 산출된 서브-캐리어의 신호대잡음비에 대응되는 송신기의 변조 방식을 결정한다. 도 6을 참조하면, 산출된 서브-캐리어의 신호대잡음비가 24dB인 경우, 해당 서브-캐리어에 대한 변조 방식은 32QAM 방식으로 결정될 것이다.
다시 도 3을 참조하면, 시간/주파수 옵셋 추정부(270)는 신호대잡음비 추정부(260)로부터 출력된 각 서브-캐리어에 대한 신호대잡음비 및 채널 추정부(250)로부터 출력된 각 서브-캐리어에 대한 채널 응답 추정치를 기반으로 시간/주파수 옵셋 값을 산출한다. 시간/주파수 옵셋 추정부(270)는 일반적인 시간/주파수 옵셋 추 정을 위한 알고리즘을 사용하여 산출이 가능하므로, 본 발명에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
상기와 같이 구성되는 송신기와 수신기에서, 채널 추정을 위한 수행 동작에 따른 트레이닝 시퀀스의 상태를 도 5의 상태도와 함께 도 2 및 도 3을 참조하여 구체적으로 설명한다.
트레이닝 시퀀스는 복수개의 프레임으로 구성되고, 각 프레임은 복수개의 소스 비트로 구성된다. 도 5의 상태도는 각 프레임이 2비트의 소스 비트로 구성되며 QPSK 변조 방식이 사용되는 경우이다. 도 5의 상태도에서는 설명의 편의를 위해 2비트의 소스비트를 사용하였지만, n비트의 소스비트를 사용할 수 있음을 물론이다.
도 5를 참조하여, 트레이닝 시퀀스의 프레임에 대응하는 소스 비트 “01”이 전송된다면(col. 1), “01”은 변조부(120)를 통해 “j”로 변조된다(col. 2). 변조부(120)에서 변조된 소스 비트는 역 고속 푸리에 변환부(130), 병렬/직렬 변환부(140), 순환 전치 부가부(150)를 거쳐 송신 안테나를 통해 송출된다. 송신 안테나를 통해 송출된 신호는 무선 채널을 통과하면서 무선 채널 환경(H)의 영향에 의해 “jⓧH”로 왜곡되어 수신기의 수신 안테나를 통해 수신된다(col. 3).
수신 안테나를 통해 수신된 “jⓧH”는 복조부(210)에서 “01”으로 복조된다(col. 4). 여기서, 복조 시에는 에러가 없는 것으로 가정한다. 복조부(210)에서 복조된 “01”은 변조부(220)를 통해 “j”로 변조된다(col. 5). 이후, 반전부(230)를 통해 “j”는 “-j”로 반전된다(col. 6).
이때, 수신기에서 변조 후 신호(4개의 신호“1”,”j”, “-1”, “-j”)에 대해서는 서로 90°위상 차가 있고, 실수부와 허수부의 합으로 표현될 수 있다. 본 발명에서는 2비트의 소스비트로 예를 들어 설명하였으므로 각 신호에 대해서는 90°위상 차가 발생하지만, n비트의 소스 비트를 사용한다면 360°/n 만큼의 위상 차가 발생할 것이다.
그리고, 각 변조 후 신호는 하기의 <수학식 2>와 같이 표현될 수 있다.
cosθ + jsinθ
만약 θ값이 0°라고 가정하면 각각 90°위상 차에 따라 θ=0°인 신호는 “1”로, θ=90°인 신호는 ”j”, θ=180°인 신호는 “-1”로, θ=270°인 신호는 “-j”로 표현될 수 있다.
이때, 만약 θ를 반전시켜 -θ로 계산하면, -θ=0°인 신호는 “-1”로, -θ=-90°인 신호는 ”-j”, -θ=-180°인 신호는 “-1”로, -θ=-270°인 신호는 “-j”로 표현된다.
즉, 본 발명에서의 반전이란 위상의 반전을 의미하므로,“1”,”j”, “-1”, “-j”신호를 반전하면, “1”,”-j”, “-1”, “j”이 된다.
곱셈부(240)는 수신 안테나를 통해 수신된 “jⓧH”와 반전부(230)를 통해 반전된 “-j”를 곱하여 무선 채널 환경(H)을 산출한다(col. 7). 여기서, 무선 채널 환경(H)은 트레이닝 시퀀스에 포함된 하나의 프레임에 대한 무선 채널 환경을 의미한다. 하나의 서브-캐리어에 대한 채널 응답 추정치는 트레이닝 시퀀스에 포함 된 모든 프레임에 대한 무선 채널 환경을 고려하여 산출된다. 즉, 서브-캐리어에 대한 채널 응답 추정치는 상기 <수학식 1>에 의해 산출될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 이상에서 기술한 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 특허청구범위에 의해 정의될 뿐이다.
종래 통신 시스템에서 트레이닝 시퀀스는 PN 시퀀스와 같이 채널 추정에만 사용되는 데이터를 사용하여 오버헤드를 증가시켰으나, 본 발명은 트레이닝 시퀀스로 유효 데이터를 사용함으로써 오버헤드를 줄일 수 있는 장점이 있기 때문에, OFDM 시스템을 비롯하여 데이터의 오버헤드를 줄여 전송 효율을 향상시켜야 하는 통신 시스템 분야에 널리 적용될 수 있다.
도 1은 일반적인 OFDM 시스템의 수신기의 내부 구성도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 송신기의 내부 구성도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 수신기의 내부 구성도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 수신기에서 수신된 데이터를 표시하는 다이어그램.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 송신기와 수신기에서 채널 추정을 위한 수행 동작에 따른 트레이닝 시퀀스의 상태 변화를 나타내는 상태도.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따라 서브-캐리어의 신호대잡음비에 기반하여 송신기의 변조 방식을 매핑시킨 테이블을 도시하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100, 280: 매체 접속 제어 계층 110: 직렬/병렬 변환부
120: 변조부 130: 역 고속 푸리에 변환부
140: 병렬/직렬 변환부 150: 순환 전치 부가부
200: 동기화부 210: 복조부
220: 변조부 230: 반전부
240: 곱셈부 250: 채널 추정부
260: 신호대잡음비 추정부 270: 시간/주파수 옵셋 추정부

Claims (14)

  1. 채널 추정에 사용되는 데이터의 오버헤드를 줄이기 위한 통신 시스템에 있어서,
    유효 데이터를 포함하는 트레이닝 시퀀스를 변조시켜 전송하는 송신기와,
    상기 트레이닝 시퀀스를 수신하여 트레이닝 시퀀스를 복조하고, 상기 복조한 트레이닝 시퀀스를 변조한 후 상기 변조한 트레이닝 시퀀스를 반전시키고, 상기 반전시킨 트레이닝 시퀀스와 상기 수신한 트레이닝 시퀀스를 곱하여 채널 응답 추정치를 산출하는 수신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유효 데이터는 매체 접속 제어 정보인 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  3. 채널 추정에 사용되는 데이터의 오버헤드를 줄이기 위한 송신기에 있어서,
    유효 데이터를 포함하는 트레이닝 시퀀스를 변조하는 변조부와,
    상기 변조부를 통해 변조된 트레이닝 시퀀스를 역 고속 푸리에 변환시키는 역 고속 푸리에 변환부와,
    상기 역 고속 푸리에 변환된 트레이닝 시퀀스에 사이클릭 프리픽스를 부가시키는 순환 전치 부가부와,
    상기 사이클릭 프리픽스가 부가된 트레이닝 시퀀스를 전송하는 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 송신기.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 유효 데이터는 매체 접속 제어 정보인 것을 특징으로 하는 송신기.
  5. 채널 추정에 사용되는 데이터의 오버헤드를 줄이기 위한 수신기에 있어서,
    유효 데이터를 포함하며 복수개의 프레임으로 구성되는 트레이닝 시퀀스를 수신하는 안테나와,
    상기 트레이닝 시퀀스를 복조하는 복조부와,
    상기 복조된 트레이닝 시퀀스를 변조하는 변조부와,
    상기 변조된 트레이닝 시퀀스를 반전시키는 반전부와,
    상기 반전된 트레이닝 시퀀스와 상기 안테나를 통해 수신된 트레이닝 시퀀스를 곱하여 각 프레임에 대한 무선 채널 환경을 출력하는 곱셈부와,
    상기 곱셈부를 통해 출력되는 각 프레임 별 무선 채널 환경에 기반하여 서브-캐리어에 대한 채널 응답 추정치를 산출하는 채널 추정부를 포함하는 것을 특징으 로 하는 수신기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 유효 데이터는 매체 접속 제어 정보이고, 상기 복조부는 상기 트레이닝 시퀀스를 복조하여 얻은 매체 접속 제어 정보를 매체 접속 제어 계층으로 출력하는 것을 특징으로 하는 수신기.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 채널 추정부를 통해 산출된 채널 응답 추정치를 이용하여 서브-캐리어의 신호대잡음비를 산출하는 신호대잡음비 추정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수신기.
  8. 송신기와 수신기를 포함하는 통신 시스템에서 채널 추정에 사용되는 데이터의 오버헤드를 줄이기 위한 방법에 있어서,
    상기 송신기가 유효 데이터를 포함하는 트레이닝 시퀀스를 변조시켜 전송하는 과정과,
    상기 수신기가 상기 트레이닝 시퀀스를 수신하여 복조하는 과정과,
    상기 수신기가 상기 복조된 트레이닝 시퀀스를 변조한 후 상기 변조된 트레이닝 시퀀스를 반전시키는 과정과,
    상기 수신기가 상기 반전된 트레이닝 시퀀스와 상기 수신한 트레이닝 시퀀스를 곱하여 채널 응답 추정치를 산출하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 유효 데이터는 매체 접속 제어 정보인 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 통신 시스템의 송신기에서 채널 추정에 사용되는 데이터의 오버헤드를 줄이기 위한 방법에 있어서,
    유효 데이터를 포함하는 트레이닝 시퀀스를 변조하는 과정과,
    상기 변조된 트레이닝 시퀀스를 역 고속 푸리에 변환시키는 과정과,
    상기 역 고속 푸리에 변환된 트레이닝 시퀀스에 사이클릭 프리픽스를 부가시키는 과정과,
    상기 사이클릭 프리픽스가 부가된 트레이닝 시퀀스를 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 유효 데이터는 매체 접속 제어 정보인 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 통신 시스템의 수신기에서 채널 추정에 사용되는 데이터의 오버헤드를 줄이기 위한 방법에 있어서,
    유효 데이터를 포함하며 복수개의 프레임으로 구성되는 트레이닝 시퀀스를 수신하는 과정과,
    상기 트레이닝 시퀀스를 복조하는 과정과,
    상기 복조된 트레이닝 시퀀스를 변조하는 과정과,
    상기 변조된 트레이닝 시퀀스를 반전시키는 과정과,
    상기 반전된 트레이닝 시퀀스와 상기 수신된 트레이닝 시퀀스를 곱하여 각 프레임에 대한 무선 채널 환경을 산출하는 과정과,
    상기 산출된 각 프레임 별 무선 채널 환경에 기반하여 서브-캐리어에 대한 채널 응답 추정치를 산출하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 유효 데이터는 매체 접속 제어 정보이고, 상기 트레이닝 시퀀스를 복조 하여 얻은 매체 접속 제어 정보를 매체 접속 제어 계층으로 출력하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 산출된 서브-캐리어에 대한 채널 응답 추정치를 이용하여 신호대잡음비를 산출하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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