KR20130033947A

KR20130033947A - 데이터 송수신 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20130033947A
Application number: KR1020120089115A
Authority: KR
Inventors: 임종수; 권선형
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2011-09-27
Filing date: 2012-08-14
Publication date: 2013-04-04

Abstract

데이터 송신 장치는 입력되는 데이터를 심볼 매핑하여 복수의 변조 데이터 심볼을 생성하고, 복수의 변조 데이터 심볼을 주파수 영역에서 시간 영역의 실수 신호로 변환한 후 각변조하고, 각변조된 신호를 주파수 영역의 신호에서 순환 자리 이동시킨 후 송신한다.

Description

데이터 송수신 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TRANSMITTING AND RECEIVING DATA}

본 발명은 데이터 송수신 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal frequency-division multiplexing, OFDM) 변조와 각변조를 이용한 데이터 송수신 장치 및 방법에 관한 것이다.

OFDM은 간단한 등화기를 통해 구현될 수 있으면서도 다중경로 페이딩에 강한 특성을 지니고 있어, 무선 근거리 통신망(Wireless Local Area Network, WLAN), 무선 도시권 통신망 (Wireless Metropolitan Area Network, WMAN), 디지털 오디오 방송(Digital Audio Broadcast, DAB), 디지털 비디오 방송(Digital Video Broadcast, DVB) 등의 여러 무선통신 시스템에서 채택되어 사용되고 있다.

그러나 OFDM 신호는 높은 평균전력 대 첨두전력비(Peak-to-Average Power Ratio, PAPR)를 가지며, 이와 같은 높은 PAPR로 인하여 OFDM 신호의 상호 주파수간 변조에 의한 왜곡이 발생하여 결과적으로 시스템 성능을 저하를 초래한다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 PAPR을 낮출 수 있는 데이터 송수신 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 한 실시 예에 따르면, 데이터를 송신하는 장치가 제공된다. 데이터 송신 장치는 OFDM(Orthogonal frequency-division multiplexing) 변조부, PAPR(Peak-to-Average Power Ratio) 제어기, 그리고 신호 송신부를 포함한다. 상기 OFDM 변조부는 입력되는 데이터를 심볼 매핑하여 복수의 변조 데이터 심볼을 생성하고, 상기 복수의 변조 데이터 심볼을 주파수 영역에서 시간 영역의 실수 신호로 변환한다. 상기 PAPR 제어기는 상기 시간 영역의 실수 신호를 각변조한 후에 상기 각변조된 신호를 주파수 영역의 신호에서 순환 자리 이동시킨다. 그리고 상기 신호 송신부는 상기 순환 자리 이동시킨 신호를 송신한다.

상기 OFDM 변조부는 상기 복수의 변조 데이터 심볼을 이용하여 복수의 입력 신호를 생성하는 입력 신호 처리부, 그리고 상기 복수의 입력 신호를 역고속 푸리에 변환하여 상기 실수 신호를 생성하는 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)부를 포함한다. 이때 상기 복수의 입력 신호는 상기 복수의 변조 데이터 심볼과 상기 복수의 변조 데이터 심볼을 공액 복소 변환하여 생성된 복수의 공액 복소 심볼을 포함할 수 있다.

상기 역고속 푸리에 변환의 크기가 N인 경우, 상기 복수의 변조 데이터 심볼의 수는 N/2개이며, 상기 입력 신호 처리부는 N/2개의 변조 데이터 심볼을 0부터 N/2-1번째 입력 신호의 위치에 대응시키고, N/2개의 복수의 공액 복소 심볼을 N/2부터 (N-1)번째 입력 신호의 위치에 대응시키며, N/2번째부터 (N-1)까지의 입력 신호의 위치에 (N/2-k)번째 입력 신호의 복소 공액 심볼을 위치시킬 수 있다. 이때 상기 N은 양수이고, k는 N/2부터 N-1까지의 값일 수 있다.

상기 PAPR 제어기는 상기 각변조된 신호를 시간 영역의 신호에서 주파수 영역의 신호로 변환하는 FFT (Fast Fourier Transform)부, 상기 주파수 영역의 신호를 설정된 순환 자리 이동 값만큼 이동시키는 쉬프트부, 그리고 상기 순환 자리 이동시킨 신호를 주파수 영역의 신호에서 시간 영역의 신호로 변환한 후 상기 신호 송신부로 출력하는 IFFT부를 포함할 수 있다.

상기 PAPR 제어기는 상기 시간 영역의 실수 신호에 각변조지수를 곱하여 상기 실수 신호의 크기를 조정하는 스케일링부를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 한 실시 예에 따르면, 데이터를 수신하는 장치가 제공된다. 데이터 수신 장치는 신호 수신부, PAPR(Peak-to-Average Power Ratio) 제어기, 그리고 OFDM(Orthogonal frequency-division multiplexing) 복조부를 포함한다. 상기 신호 수신부는 데이터 송신 장치로부터의 신호를 수신한다. 상기 PAPR 제어기는 수신 신호를 시간 영역에서 주파수 영역의 신호로 변환하고, 데이터 송신 장치의 순환 자리 이동 값만큼 반대 방향으로 상기 주파수 영역의 신호를 순환 자리 이동시킨 후 각복조하여 위성 추정 값을 계산한다. 그리고 OFDM 복조부는 상기 위상 추정 값을 시간 영역에서 주파수 영역의 신호로 변환한 후 심볼 디매핑하여 데이터를 복원한다.

상기 PAPR 제어기는 상기 수신 신호를 시간 영역에서 주파수 영역의 신호로 변환하는 FFT (Fast Fourier Transform)부, 상기 주파수 영역의 신호 중에서 상기 데이터 송신 장치에서 순환 자리 이동 값에 의해 이동된 DC 성분의 크기로부터 채널을 추정하는 채널 추정부, 그리고 상기 추정된 채널을 이용하여 상기 주파수 영역의 신호를 보상하는 등화부를 포함할 수 있다.

상기 PAPR 제어기는 상기 순환 자리 이동시킨 주파수 영역의 신호를 시간 영역의 신호로 변환하는 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)부, 그리고 상기 시간 영역의 신호에서 허수 값을 실수 값으로 나눈 값을 역탄젠트하여 위상 추정 값을 계산하는 각복조부를 포함할 수 있다.

상기 PAPR 제어기는 상기 위상 추정 값에 각변조지수를 나누어 상기 위성 추정 값의 크기를 조정하는 스케일링부를 포함할 수 있다. 이때 상기 각변조지수는 상기 데이터 송신 장치에서 신호의 크기를 조정하는 데 사용된다.

본 발명의 또 다른 한 실시 예에 따르면, 데이터 송신 장치에서 데이터를 송신하는 방법이 제공된다. 데이터 송신 방법은 입력되는 데이터를 심볼 매핑하여 복수의 변조 데이터 심볼을 생성하는 단계, 상기 복수의 변조 데이터 심볼을 주파수 영역에서 시간 영역의 실수 신호로 변환하는 단계, 상기 시간 영역의 실수 신호를 각변조하는 단계, 상기 각변조된 신호를 주파수 영역의 신호에서 순환 자리 이동시키는 단계, 그리고 순환 자리 이동시킨 신호를 송신하는 단계를 포함한다.

상기 이동시키는 단계는 상기 각변조된 신호를 시간 영역의 신호에서 상기 주파수 영역의 신호로 변환하는 단계, 그리고 상기 주파수 영역의 신호 전체를 정해진 순환 자리 이동 값만큼 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기 변환하는 단계는 상기 복수의 변조 데이터 심볼을 이용하여 복수의 입력 신호를 생성하는 단계, 그리고 상기 복수의 입력 신호를 역고속 푸리에 변환하여 상기 실수 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 이때 상기 복수의 입력 신호는 상기 복수의 변조 데이터 심볼과 상기 복수의 변조 데이터 심볼을 공액 복소 변환하여 생성된 복수의 공액 복소 심볼을 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 한 실시 예에 따르면, 데이터 수신 장치에서 데이터를 수신하는 방법이 제공된다. 데이터 수신 방법은 수신 신호를 시간 영역에서 주파수 영역의 신호로 변환하는 단계, 상기 주파수 영역의 신호 중에서 데이터 송신 장치에서 순환 자리 이동 값에 의해 이동된 DC 성분의 크기로부터 채널을 추정하는 단계, 그리고 상기 추정된 채널을 이용하여 상기 주파수 영역의 신호의 왜곡을 보상하는 단계를 포함한다.

상기 데이터 수신 방법은 상기 왜곡이 보상된 주파수 영역의 신호를 상기 순환 자리 이동 값만큼 반대 방향으로 순환 자리 이동시킨 후 각복조하여 위상 추정 값을 계산하는 단계, 그리고 상기 위상 추정 값을 주파수 영역의 신호에서 심볼 디매핑하여 상기 데이터를 복원하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 의하면, 다중경로 페이딩에 강인한 OFDM 특성을 만족함과 동시에 PAPR이 0dB를 가질 수 있다.

또한 주파수 영역에서 에너지가 집중된 DC 성분을 이동시킴으로써 주파수 채널 추정에 이용할 수 있을 뿐만 아니라, 시간 영역에서 시간 동기를 맞추는 데도 활용될 수 있다. 이를 활용하면, 파일럿과 같이 특정 부반송파 위치에 채널 추정을 위한 추가 정보 신호를 주기적으로 보내지 않아도 되기 때문에 데이터 전송 용량을 증대시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 CE-OFDM 데이터 송신 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 제1 실시 예에 따른 CE-OFDM 데이터 송신 장치의 데이터 송신 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 도 1에 도시된 RSC을 나타낸 도면이다.
도 4는 순환 자리 이동하지 않은 FFT부(124)의 출력 신호의 크기를 나타낸 도면이다.
도 5는 오른쪽 방향으로 20번 순환 자리 이동한 FFT부(124)의 출력 신호의 크기를 나타낸 도면이다.
도 6a는 순환 자리 이동이 없는 신호에 대한 IFFT부(126)의 출력 신호를 나타낸 도면이다.
도 6b는 순환 자리 이동이 없는 신호에 대한 IFFT부(126)의 출력 신호의 크기를 나타낸 도면이다.
도 7a는 오른쪽 방향으로 20번 순환 자리 이동한 신호에 대한 IFFT부(126)의 출력 신호를 나타낸 도면이다.
도 7b는 오른쪽 방향으로 20번 순환 자리 이동한 신호에 대한 IFFT부(126)의 출력 신호의 크기를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 한 실시 예에 따른 CE-OFDM 데이터 수신 장치를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 한 실시 예에 따른 CE-OFDM 데이터 수신 장치의 데이터 수신 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 10은 도 9에 도시된 FFT부(822)로부터 출력되는 주파수 영역의 신호의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 11은 도 8에 도시된 RSDC를 나타낸 도면이다.

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. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 송수신 장치 및 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 CE-OFDM 데이터 송신 장치를 나타낸 도면이고, 도 2는 제1 실시 예에 따른 CE-OFDM 데이터 송신 장치의 데이터 송신 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 1을 참고하면, CE-OFDM(Constant Envelope-Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 데이터 송신 장치(100)는 OFDM 변조부(110), PAPR 제어부(120) 및 신호 송신부(130)를 포함한다.

OFDM 변조부(110)는 직렬/병렬 변환부(Serial to Parallel Converter, SPC)(111), 심볼 매핑부(Symbol mapper)(112) 및 실수 신호 변환부(Real Signal Converter, RSC)(113)을 포함한다.

PAPR 제어부(120)는 스케일링(scaling)부(121), 각변조부(122), SPC(123), 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)부(124), 쉬프트(shift)부(125), 역고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT)부(126) 및 병렬/직렬 변환부(Parallel to Serial Converter, PSC)(127)를 포함한다.

도 2를 보면, SPC(111)는 직렬로 입력되는 정보 비트를 복수의 병렬 신호로 변환하여 심볼 매핑부로 출력한다(S202).

심볼 매핑부(112)는 SPC(111)로부터 출력되는 복수의 병렬 신호를 BPSK(Binary Phase Shift Keying), QAM(Quadrature Amplitude Modulation), 16-QAM, 64-QAM 등과 같은 디지털 변조를 통해 심볼 매핑하여 복수의 변조 데이터 심볼을 생성하고(S204), 생성한 복수의 변조 데이터 심볼을 RSC(113)로 출력한다.

복수의 변조 데이터 심볼을 각변조부(122)에서 각변조하기 위해서는 복수의 변조 데이터 심볼을 실수 신호로 변환해야 하며, 이러한 기능을 RSC(113)에서 수행한다.

도 3은 도 1에 도시된 RSC을 나타낸 도면이다.

도 3을 참고하면, RSC(113)는 입력 신호 처리부(1131), IFFT부(1132) 및 PSC(1133)를 포함한다.

입력 신호 처리부(1131)는 복수의 변조 데이터 심볼을 이용하여 IFFT부(1132)의 복수의 입력 신호를 생성한다.

IFFT부(1132)의 크기가 N인 경우, 변조 데이터 심볼의 수는 N/2개일 수 있다. 여기서, N은 2의 배수에 해당한다. 따라서, 입력 신호 처리부(1131)는 N/2개의 변조 데이터 심볼을 공액 복소 변환(conjugate)하여 N/2개의 공액 복소 변환 심볼을 생성하고, N/2개의 변조 데이터 심볼과 N/2개의 공액 복소 변환 심볼을 IFFT부(1132)로 출력한다.

즉, IFFT부(1132)의 입력 신호[X(0), X(1), …, X(N/2-1)]는 심볼 매핑부(112)로부터 출력되는 N/2개의 변조 데이터 심볼에 해당하고, IFFT부(1132)의 입력 신호[X(N/2), X(N/2+1), …, X(2N-1)]는 N/2개의 변조 데이터 심볼이 각각 공액 복소 변환(conjugate)된 N/2개의 공액 복소 변환 심볼에 해당한다. 이때 0번째 변조 데이터 심볼은 0이며, 이에 따라 입력 신호[X(0), (X(N/2)]로 입력되는 변조 데이터 심볼은 0이 된다.

즉, 입력 신호[X(1), …, X(N/2-1)]로 0번째부터 {(N/2)-1}번째의 변조 데이터 심볼이 사용되고, 입력 신호[X(N/2+1), …, X(N-1)]로 입력 신호[X(N-k)]의 변조 데이터 심볼을 공액 복소 변환하여 사용된다. 여기서, k는 N/2+1, N/2+2, …, N-1이다. 이와 같이 함으로써, IFFT부(1132)의 출력 신호가 실수 신호가 될 수 있다.

IFFT부(1132)는 입력 신호[(X(0), X(1), …, X(N-1)]를 IFFT한다. 그러면, 주파수 영역의 변조 데이터 심볼이 시간 영역의 실수 신호[(X'(0), X'(1), …, X'(N-1)]로 변환된다.

PSC(1133)는 실수 신호[(X'(0), X'(1), …, X'(N-1)]를 병렬 신호에서 직렬 신호로 변환한다.

이와 같이, RSC(113)는 복수의 변조 데이터 심볼을 주파수 영역에서 시간 영역의 실수 신호로 변환하며(S206), 시간 영역의 실수 신호를 직렬 신호로 변환한 후(S208), 직렬 신호를 스케일링부(121)로 출력한다.

예를 들어, IFFT부(1132)의 크기가 128이고, 디지털 변조 방식이 16QAM이며, 심볼 매핑부(112)로부터 출력되는 복수의 변조 데이터 심볼이 1+j, 3+3*j, -1-j, …인 경우, IFFT부(1132)의 출력이 실수 값만 가지도록 하기 위해서 입력 신호 처리부(1131)에 의해 생성된 128개의 입력 신호는 [(X(0) ]=0, [(X(1)]= 1+j, [(X(2)]= 3+3*j, [(X(3)]= -1-j, …, [(X(64) ]=0, …, [(X(125)]= -1+j, [(X(126)]= 3-3*j, [(X(127)]= 1-j이 된다.

한편, 입력 신호 처리부(1131)에서 N/2개의 공액 복소 변환 심볼에 -1을 곱한 값을 입력 신호[X(N/2+1), …, X(N-1)]로 사용하면, IFFT부(1132)의 출력 신호는 허수 부분만을 가지는 시간 영역의 허수 신호로 변환되며, 이러한 허수 신호를 스케일링부(121)로 출력할 수도 있다.

스케일링부(121)는 PSC(1133)로부터 출력되는 실수 신호에 각변조지수(m)를 곱하여 실수 신호의 크기를 조정하고(S210), 크기가 조정된 신호를 각변조부(122)로 출력한다. 예를 들어, PSC(1133)로부터 출력되는 실수 신호를 x_t라 정의하고, x_t=x_t1, x_t2, x_t3,..., x_tn이라고 가정하면, x_t가

가 되도록, x_t에 각변조지수(m)를 곱할 수 있다. 여기서, π는 원주율이다.

각변조부(122)는 스케일링부(121)로부터 출력되는 신호를 각변조한다(S212). 각변조부(122)에 의해 k번째 실수 신호의 각 변조된 신호를

라 정의하면,

는 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.

일반적으로 하나의 OFDM 심볼 내의 PAPR은 수학식 2와 같이 표현된다. RSC(113)로부터 출력되는 시간 영역의 직렬 신호에 보호 구간이 삽입되며, 보호 구간과 하나의 변조 데이터 심볼에 대응하는 신호를 합쳐서 OFDM 심볼이라 한다.

여기서, E{.}는 기대치를 의미하며, T는 하나의 OFDM 심볼의 주기를 나타낸다.

이때,

는 수학식 3과 같이 표현 될 수 있다.

[수학식 3]

그러므로, 본 발명의 실시 따른 PAPR(dB)는 수학식 4와 같이 0으로 표현될 수 있다.

다음, SPC(123)는 각변조된 신호를 직렬 신호에서 병렬 신호로 변환한 후(S214), FFT부(123)로 출력한다.

FFT부(124)는 SPC(123)로부터 출력되는 복수의 병렬 신호를 FFT하여, 시간 영역의 신호에서 주파수 영역의 신호로 변환하고(S216), 주파수 영역의 복수의 병렬 신호를 쉬프트부(125)로 출력한다.

쉬프트부(125)는 FFT부(124)로부터 출력되는 복수의 병렬 신호를 오른쪽 또는 왼쪽 방향으로 정해진 순환 자리 이동 값만큼 순환 자리 이동(circular shift)시킨다(S218). 그리고 쉬프트부(125)는 순환 자리 이동시킨 병렬 신호를 IFFT부(126)로 출력한다.

FFT부(124)의 크기가 128인 경우, 0~127만큼 순환 자리 이동이 가능하다. 여기서, 0은 순환 자리 이동이 없는 경우에 해당한다. 즉, 순환 자리 이동 값은 0에서 127 값 중 하나로 설정될 수 있다. 여기서, 0은 순환 자리 이동이 없는 경우에 해당한다.

도 4는 순환 자리 이동하지 않은 FFT부(124)의 출력 신호의 크기를 나타낸 도면이고, 도 5는 오른쪽 방향으로 20번 순환 자리 이동한 FFT부(124)의 출력 신호의 크기를 나타낸 도면이다.

FFT부(124)로부터 출력되는 복수의 병렬 신호는 도 4에 도시한 바와 같이 DC 성분(0번째 부반송파 위치)에 에너지가 집중되어 있는 특성을 가진다. FFT부(124)로부터 출력되는 복수의 병렬 신호를 오른쪽 방향으로 20번 순환 자리 이동하면, 도 5와 같이 DC 성분도 같이 이동한다.

이와 같이, 주파수 영역에서 에너지가 집중된 DC 성분을 이동시킴으로써 주파수 채널 추정에 이용할 수 있을 뿐만 아니라, 시간 영역에서 시간 동기를 맞추는 데도 활용될 수 있다. 이를 활용하면, 파일럿과 같이 특정 부반송파 위치에 채널 추정을 위한 추가 정보 신호를 주기적으로 보내지 않을 수 있다.

IFFT부(126)는 쉬프트부(125)로부터 출력되는 순환 자리 이동시킨 신호를 IFFT하여 다시 주파수 영역에서 시간 영역의 신호로 변환한다(S220).

도 6a는 순환 자리 이동이 없는 신호에 대한 IFFT부(126)의 출력 신호를 나타낸 도면이고, 도 6b는 순환 자리 이동이 없는 신호에 대한 IFFT부(126)의 출력 신호의 크기를 나타낸 도면이다.

또한 도 7a는 오른쪽 방향으로 20번 순환 자리 이동한 신호에 대한 IFFT부(126)의 출력 신호를 나타낸 도면이고, 도 7b는 오른쪽 방향으로 20번 순환 자리 이동한 신호에 대한 IFFT부(126)의 출력 신호의 크기를 나타낸 도면이다.

도 6b 및 도 7b를 보면 알 수 있듯이, IFFT부(126)의 출력 신호의 크기는 순환 자리 이동 값에 무관하게 1이 되는 것을 알 수 있다. 즉, IFFT부(126)의 출력 신호는 순환 자리 이동 값에 무관하게 PAPR이 0dB가 된다.

다시, 도 2를 보면, PSC(127)는 IFFT부(126)로부터 출력되는 시간 영역의 병렬 신호를 직렬 신호로 변환하고(S222), 변환한 직렬 신호를 신호 송신부(130)로 출력한다.

신호 송신부(130)는 PSC(127)로부터 출력되는 신호를 무선 주파수 신호로 변환한 후 송신한다(S224).

도 8은 본 발명의 한 실시 예에 따른 CE-OFDM 데이터 수신 장치를 나타낸 도면이고, 도 9는 본 발명의 한 실시 예에 따른 CE-OFDM 데이터 수신 장치의 데이터 수신 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 8을 참고하면, CE-OFDM 데이터 수신 장치(800)는 신호 수신부(810), PAPR 제어부(820) 및 OFDM 복조부(830)를 포함한다.

신호 수신부(810), PAPR 제어부(820) 및 OFDM 복조부(830)는 각각 CE-OFDM 데이터 송신 장치(100)의 신호 송신부(130), PAPR 제어부(120) 및 OFDM 변조부(110)의 역기능을 수행한다.

이러한 PAPR 제어부(820)는 SPC(821), FFT부(822), 채널 추정부(823), 등화부(824), 디쉬프트부(825), IFFT부(826), PSC(827), 각복조부(828) 및 스케일링부(829)를 포함한다. 또한 OFDM 복조부(830)는 실수 신호 역변환부(Real Signal De-Converter, RSDC)(831), 심볼 디매핑부(832) 및 PSC(833)를 포함한다.

도 9를 보면, 신호 수신부(810)는 무선 주파수 신호를 수신하면(S902), 수신한 신호를 처리하여 PAPR 제어부(820)의 SPC(821)로 출력한다.

SPC(821)는 직렬로 수신되는 신호를 복수의 병렬 신호로 변환한 후 FFT부(822)로 출력한다(S904).

FFT부(822)는 입력되는 복수의 병렬 신호를 FFT하여 시간 영역의 신호에서 주파수 영역의 신호로 변환하고(S906), 주파수 영역의 신호를 채널 추정부(823) 및 등화부(824)로 출력한다.

채널 추정부(823)는 FFT부(822)로부터 출력되는 주파수 영역의 신호 중에서 순환 자리 이동 값에 의해 이동된 DC 성분의 위치에 해당하는 주파수 영역의 신호를 이용하여 해당 주파수 영역의 채널을 추정한다(S908).

도 10은 도 9에 도시된 FFT부(822)로부터 출력되는 주파수 영역의 신호의 일 예를 나타낸 도면이다.

도 10을 참고하면, CE-OFDM 데이터 송신 장치(100)의 쉬프트부(125)에서 FFT부(124)로부터 출력되는 복수의 병렬 신호를 오른쪽 방향으로 20번 순환 자리 이동시킨 경우, 쉬프트부(125)의 출력 신호는 점선으로 도시한 것과 같은 경향성을 가진다. 즉, 순환 자리 이동 값에 의해 이동된 DC 성분의 위치에 에너지가 집중된다. 만약, FFT 크기가 128이고, OFDM 변조 방식이 16QAM일 때, DC 성분의 크기는 통계적으로 10정도의 값을 가진다.

쉬프트부(125)의 출력 신호가 앞에서 설명한 바와 같이 신호 처리되어서 송신되고, CE-OFDM 데이터 수신 장치(800)에서 수신된 신호가 실선과 같다고 가정하면, 채널 추정부(823)는 순환 자리 이동 값에 의해 이동된 DC 성분의 위치(20번째 샘플 번호에 해당하는 부반송파 위치)에 해당하는 주파수 영역의 신호의 크기를 계산하고, 계산한 크기와 DC 성분의 크기로부터 채널을 추정한다. 이렇게 하면, 1개의 OFDM 심볼당 1개의 부반송파에 대한 채널 정보를 얻을 수 있다.

채널 추정부(823)는 해당 부반송파의 위치에서의 채널 추정 값을 계산한 채널 추정 값으로 업데이트할 수 있다.

다시, 도 9를 보면, 등화부(824)는 FFT부(822)로부터 출력되는 주파수 영역의 신호에 대해 채널 추정부(823)에 의해 추정된 채널을 이용하여 채널에 의한 왜곡을 보상한 후(S910), 디쉬프트부(825)로 출력한다. 예를 들어, 채널 추정부(823)에서 출력된 채널 추정 값이 h_f1, h_f2, …, h_fn이라 하고, FFT부(822)로부터 출력되는 주파수 영역의 신호가 y_f1, y_f2, …, y_fn이라 하면, 등화부(824)는 수학식 5와 같은 등화 과정을 수행한다.

이와 같이, CE-OFDM 데이터 송신 장치(100)에서 DC 성분의 위치를 순환 자리 이동 값에 의해 이동시킴에 따라서 CE-OFDM 데이터 송신 장치(800)에서는 파일럿과 같은 추가 정보 없이도 순환 자리 이동 값으로부터 채널을 추정하고, 채널 추정 값을 이용하여 FFT부(822)로부터 출력되는 주파수 영역의 신호의 왜곡을 보상할 수가 있다.

디쉬프트부(825)는 CE-OFDM 데이터 송신 장치(100)의 쉬프트부(125)에서 순환 자리 이동한 값만큼 반대 방향으로 등화부(824)로부터 출력되는 신호를 순환 자리 이동시키고(S912), 순환 자리 이동시킨 신호를 IFFT부(826)로 출력한다. 예를 들어, CE-OFDM 데이터 송신 장치(100)의 쉬프트부(125)에서 FFT부(124)의 출력 신호를 오른쪽 방향으로 20번 순환 자리 이동한 경우, 디쉬프트부(825)는 등화부(824)의 출력 신호를 왼쪽 방향으로 20번 순환 자리 이동시킨다.

IFFT부(826)는 디쉬프트부(825)로부터 출력되는 신호를 IFFT하여 주파수 영역의 신호에서 시간 영역의 신호로 변환하고(S914), 시간 영역의 신호를 PSC(827)로 출력한다.

다음, PSC(827)는 IFFT부(824)로부터 출력되는 신호를 병렬 신호에서 직렬 신호로 변환한 후(S916), 각복조부(828)로 출력한다.

각복조부(828)는 PSC(827)로부터 출력되는 신호를 각복조하여 위상을 추정한다(S918). 각복조부(828)는 위상 추정 값을 스케일링부(829)로 출력한다. PSC(827)로부터 출력되는 신호를 IS라 정의하고, 위상 추정 값을 P라 정의하면, 위상 추정 값은 수학식 6과 같이 IS의 허수 부분을 IS의 실수 부분으로 나눈 값을 역탄젠트하여 계산될 수 있다.

스케일링부(829)는 각복조부(828)에 의해 계산된 위상 추정 값을 각변조지수(m)로 나누어 위상 추정 값의 크기를 조정한 후(S920), 위상 추정 값을 RSDC(830)로 출력한다.

도 11은 도 8에 도시된 RSDC를 나타낸 도면이다.

도 11을 참고하면, RSDC(831)는 SPC(8311), FFT부(8312) 및 출력부(8313)를 포함한다.

다시, 도 9를 보면, SPC(8311)는 위상 추정 값에 해당하는 신호를 FFT하기 위해 위상 추정 값을 직렬 신호에서 병렬 신호로 변환하여 FFT부(8312)로 출력한다(S922).

SPC(8311)에 의해 변환된 병렬 신호가 FFT부(8312)의 입력 신호[P(0), P(1), …, P(N-1)]로 입력되면, FFT부(8312)는 입력 신호[P(0), P(1), …, P(N-1)]를 FFT한다. 그러면, 입력 신호[P(0), P(1), …, P(N-1)]가 시간 영역에서 주파수 영역의 신호[X(0), X(1), …, X(N-1)]로 변환된다(S924).

출력부(8313)는 주파수 영역의 신호[(X(0), X(1), …, X(N-1)] 중 주파수 영역의 신호[(X(0), X(1), …, X(N/2-1)]를 심볼 디매핑부(832)로 출력한다. 이때, 출력부(8313)는 데이터 심볼[(X(0), X(1), …, X(N/2-1))을 그대로 심볼 디매핑부(832)로 출력할 수 있다. 또는 출력부(8313)는 주파수 영역의 데이터 심볼[X(N/2), …, X(N-1)]을 복소 공액 변환(conjugate)한 후 X(N-k)의 위치에 데이터 심볼을 재배치(relocation)하여 심볼 디매핑부(832)로 출력할 수 있다. 여기서, k는 N/2, N/2+1, …, N-1이다. 예를 들어, FFT한 후의 주파수 영역의 심볼[X(N-1)]의 경우, 출력부(8313)는 주파수 영역의 심볼[X(N-1)]을 복소 공액 변환한 후 X(1)의 위치에 재배치할 수 있다.

다음, 심볼 디매핑부(832)는 출력부(8313)로부터 출력되는 신호에 BPSK, QAM, 16-QAM, 64-QAM 등과 같은 디지털 복조를 통해 심볼 디매핑하여 PSC(833)로 출력한다(S926).

PSC(833)는 심볼 디매핑부(832)로부터 출력되는 신호를 병렬 신호에서 직렬 신호로 변환함으로써(S928), 정보 비트가 복원된다.

본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims

데이터를 송신하는 장치에서,
입력되는 데이터를 심볼 매핑하여 복수의 변조 데이터 심볼을 생성하고, 상기 복수의 변조 데이터 심볼을 주파수 영역에서 시간 영역의 실수 신호로 변환하는 OFDM(Orthogonal frequency-division multiplexing) 변조부,
상기 시간 영역의 실수 신호를 각변조한 후에 상기 각변조된 신호를 주파수 영역의 신호에서 순환 자리 이동시키는 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio) 제어기, 그리고
순환 자리 이동시킨 신호를 송신하는 신호 송신부
를 포함하는 데이터 송신 장치.
제1항에서,
상기 OFDM 변조부는
상기 복수의 변조 데이터 심볼을 이용하여 복수의 입력 신호를 생성하는 입력 신호 처리부, 그리고
상기 복수의 입력 신호를 역고속 푸리에 변환하여 상기 실수 신호를 생성하는 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)부를 포함하고,
상기 복수의 입력 신호는 상기 복수의 변조 데이터 심볼과 상기 복수의 변조 데이터 심볼을 공액 복소 변환하여 생성된 복수의 공액 복소 심볼을 포함하는 데이터 송신 장치.
제2항에서,
상기 역고속 푸리에 변환의 크기가 N인 경우, 상기 복수의 변조 데이터 심볼의 수는 N/2개이며,
상기 입력 신호 처리부는 N/2개의 변조 데이터 심볼을 0부터 N/2-1번째 입력 신호의 위치에 대응시키고, N/2개의 복수의 공액 복소 심볼을 N/2부터 (N-1)번째 입력 신호의 위치에 대응시키며, N/2번째부터 (N-1)까지의 입력 신호의 위치에 (N/2-k)번째 입력 신호의 복소 공액 심볼을 위치시키고,
상기 N은 양수이고, k는 N/2부터 N-1까지의 값인 데이터 송신 장치.
제1항에서,
상기 PAPR 제어기는
상기 각변조된 신호를 시간 영역의 신호에서 주파수 영역의 신호로 변환하는 FFT(Fast Fourier Transform)부,
상기 주파수 영역의 신호를 설정된 순환 자리 이동 값만큼 이동시키는 쉬프트부, 그리고
상기 순환 자리 이동시킨 신호를 주파수 영역의 신호에서 시간 영역의 신호로 변환한 후 상기 신호 송신부로 출력하는 IFFT부를 포함하는 데이터 송신 장치.
제1항에서,
상기 PAPR 제어기는 상기 시간 영역의 실수 신호에 각변조지수를 곱하여 상기 실수 신호의 크기를 조정하는 스케일링부를 포함하는 데이터 송신 장치.
데이터를 수신하는 장치에서,
데이터 송신 장치로부터의 신호를 수신하는 신호 수신부,
수신 신호를 시간 영역에서 주파수 영역의 신호로 변환하고, 데이터 송신 장치의 순환 자리 이동 값만큼 반대 방향으로 상기 주파수 영역의 신호를 순환 자리 이동시킨 후 각복조하여 위성 추정 값을 계산하는 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio) 제어기, 그리고
상기 위상 추정 값을 시간 영역에서 주파수 영역의 신호로 변환한 후 심볼 디매핑하여 데이터를 복원하는 OFDM(Orthogonal frequency-division multiplexing) 복조부
를 포함하는 데이터 수신 장치.
제6항에서,
상기 PAPR 제어기는
상기 수신 신호를 시간 영역에서 주파수 영역의 신호로 변환하는 FFT(Fast Fourier Transform)부,
상기 주파수 영역의 신호 중에서 상기 데이터 송신 장치에서 순환 자리 이동 값에 의해 이동된 DC 성분의 크기로부터 채널을 추정하는 채널 추정부, 그리고
상기 추정된 채널을 이용하여 상기 주파수 영역의 신호를 보상하는 등화부를 포함하는 데이터 수신 장치.
제7항에서,
상기 PAPR 제어기는 상기 위상 추정 값에 각변조지수를 나누어 상기 위성 추정 값의 크기를 조정하는 스케일링부를 더 포함하고,
상기 각변조지수는 상기 데이터 송신 장치에서 신호의 크기를 조정하는 데 사용되는 데이터 수신 장치.
제6항에서,
상기 PAPR 제어기는
순환 자리 이동시킨 주파수 영역의 신호를 시간 영역의 신호로 변환하는 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)부, 그리고
상기 시간 영역의 신호에서 허수 값을 실수 값으로 나눈 값을 역탄젠트하여 위상 추정 값을 계산하는 각복조부를 포함하는 데이터 수신 장치.
데이터 송신 장치에서 데이터를 송신하는 방법으로서,
입력되는 데이터를 심볼 매핑하여 복수의 변조 데이터 심볼을 생성하는 단계,
상기 복수의 변조 데이터 심볼을 주파수 영역에서 시간 영역의 실수 신호로 변환하는 단계,
상기 시간 영역의 실수 신호를 각변조하는 단계,
상기 각변조된 신호를 주파수 영역의 신호에서 순환 자리 이동시키는 단계, 그리고
순환 자리 이동시킨 신호를 송신하는 단계
를 포함하는 데이터 송신 방법.
제10항에서,
상기 이동시키는 단계는
상기 각변조된 신호를 시간 영역의 신호에서 상기 주파수 영역의 신호로 변환하는 단계, 그리고
상기 주파수 영역의 신호 전체를 정해진 순환 자리 이동 값만큼 이동시키는 단계를 포함하는 데이터 송신 방법.
제10항에서,
상기 송신하는 단계는
상기 순환 자리 이동시킨 신호를 상기 주파수 영역에서 시간 영역의 신호로 변환하는 단계, 그리고
상기 시간 영역의 신호를 무선 주파수 신호로 변환하는 단계를 포함하는 데이터 송신 방법.
제10항에서,
상기 변환하는 단계는
상기 복수의 변조 데이터 심볼을 이용하여 복수의 입력 신호를 생성하는 단계, 그리고
상기 복수의 입력 신호를 역고속 푸리에 변환하여 상기 실수 신호를 생성하는 단계를 포함하고,
상기 복수의 입력 신호는 상기 복수의 변조 데이터 심볼과 상기 복수의 변조 데이터 심볼을 공액 복소 변환하여 생성된 복수의 공액 복소 심볼을 포함하는 데이터 송신 방법.
제13항에서,
상기 역고속 푸리에 변환의 크기가 N인 경우, 상기 복수의 변조 데이터 심볼의 수는 N/2개이며,
0부터 N/2-1번째 입력 신호로 N/2개의 변조 데이터 심볼이 사용되고, N/2번째부터 (N-1)까지의 입력 신호로 (N/2-k)번째 입력 신호의 복소 공액 심볼이 사용되며,
상기 N은 양수이고, k는 N/2부터 N-1까지의 값인 데이터 송신 방법.
데이터 수신 장치에서 데이터를 수신하는 방법으로서,
수신 신호를 시간 영역에서 주파수 영역의 신호로 변환하는 단계,
상기 주파수 영역의 신호 중에서 데이터 송신 장치에서 순환 자리 이동 값에 의해 이동된 DC 성분의 크기로부터 채널을 추정하는 단계, 그리고
상기 추정된 채널을 이용하여 상기 주파수 영역의 신호의 왜곡을 보상하는 단계
를 포함하는 데이터 수신 방법.
제15항에서,
상기 왜곡이 보상된 주파수 영역의 신호를 상기 순환 자리 이동 값만큼 반대 방향으로 순환 자리 이동시킨 후 각복조하여 위상 추정 값을 계산하는 단계, 그리고
상기 위상 추정 값을 주파수 영역의 신호에서 심볼 디매핑하여 상기 데이터를 복원하는 단계
를 더 포함하는 데이터 수신 방법.
제16항에서,
상기 계산하는 단계는
상기 순환 자리 이동된 신호를 주파수 영역에서 시간 영역의 신호로 변환하는 단계, 그리고
상기 시간 영역의 신호를 각복조하는 단계를 포함하는 데이터 수신 방법.
제16항에서,
상기 복원하는 단계는
상기 위상 추정 값을 직렬 신호에서 병렬 신호로 변환하는 단계,
상기 병렬 신호와 상기 병렬 신호를 공액 복소 변환하여 생성된 복수의 공액 복소 신호를 고속 푸리에 변환하는 단계, 그리고
상기 고속 푸리에 변환된 데이터 심볼 중 일부를 상기 복수의 데이터 심볼로 선택하는 단계를 포함하는 데이터 수신 방법.