KR20180100837A - Orthogonal frequency division multiplexing system using windowed Cyclic Prefix and Cyclic Postfix - Google Patents

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Abstract

An orthogonal frequency division multiplexing system according to the present invention includes: a transmitter which is configured to map a plurality of data symbols to a plurality of subcarriers through an inverse discrete Fourier transform (iDFT) operation, add a cyclic prefix to the beginning of the data in the mapped signal, add a cyclic postfix to the rear portion of the data, perform windowing to apply a window function to the added cyclic prefix and cyclic postfix portions, and transmit the signal through a channel; and a receiver which is configured to receive a signal from the transmitter, perform DFT window sliding to perform a discrete Fourier transform (DFT) process by sliding the received signal backward, extract a data symbol mapped to a plurality of subcarriers, and restore an extracted data symbol using an equalizer. According to the present invention, the power of the out-of-band (OOB) spectrum may be reduced.

Description

윈도윙과 사이클릭 프리픽스와 사이클릭 포스트픽스를 이용한 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템 {Orthogonal frequency division multiplexing system using windowed Cyclic Prefix and Cyclic Postfix}[0001] The present invention relates to an orthogonal frequency division multiplexing system using windowing, cyclic prefix, and cyclic postfix,

본 발명은 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 기술에 관한 것으로서, OOB(Out-of-band) 스펙트럼 전력을 효과적으로 저감시키는 WCPP-OFDM(Windowed Cyclic Prefix and Cyclic Postfix Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템의 설계 방법과 장치 구성에 관한 것이다. The present invention relates to an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) technique, and more particularly, to a method and an apparatus for designing a WCPP-OFDM (Windowed Cyclic Prefix and Cyclic Postfix Orthogonal Frequency Division Multiplexing) system for effectively reducing OOB (Out-of-band) will be.

현재 4세대 이동통신 시스템은 CP-OFDM (Cyclic Prefix - Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템을 기반으로 한다. CP-OFDM 시스템은 다중 반송파 시스템으로서, 다수의 직교 부반송파(subcarrier)에 다수의 데이터 심볼(symbol)을 맵핑(mapping)하여 전송하는 방식이다. 특히, 송신기에 CP(Cyclic Prefix)를 추가하여, 무선 채널환경에서 발생할 수 있는 부호간 간섭(ISI: Inter-Symbol Interference)을 효과적으로 제거한다. 이로 인해, 수신기에서 수신 신호를 등화할 때, 낮은 복잡도의 등화기를 이용하여 빠르게 등화를 수행할 수 있다. 그래서, 고속 데이터 송수신이 가능해진다. 그러나, 주어진 대역 바깥으로의 주파수 스펙트럼, 즉 대역밖(OOB: Out-Of-Band) 전력 스펙트럼의 크기가 크기 때문에, 자신의 신호대역 좌우의 가장자리의 많은 대역을 정보가 아닌 제로(Zero) 값을 배치하고, 또 보호대역을 넓게 설정해야 하므로, 주파수 사용 효율을 크게 저하시키는 문제점이 있다. 그러므로, 더욱 높은 채널 용량과 주파수 사용 효율을 요구하는 5세대 또는 그 이후의 이동통신 시스템을 위해서는 기존 CP-OFDM으로는 부족하고 보다 더욱 발전된 개선된 형태의 시스템이 필요하다. Currently, the fourth generation mobile communication system is based on a CP-OFDM (Cyclic Prefix-Orthogonal Frequency Division Multiplexing) system. The CP-OFDM system is a multicarrier system that maps a plurality of data symbols to a plurality of orthogonal subcarriers and transmits the same. In particular, CP (Cyclic Prefix) is added to the transmitter to effectively eliminate Inter-Symbol Interference (ISI) that may occur in a wireless channel environment. Thus, when equalizing the received signal at the receiver, fast equalization can be performed using a low complexity equalizer. Thus, high-speed data transmission and reception become possible. However, since the frequency spectrum outside a given band, that is, the out-of-band (OOB) power spectrum is large, many bands on the left and right edges of the signal band are not information but zero values And the guard band needs to be set to be wider, resulting in a problem of significantly lowering the frequency use efficiency. Therefore, for the fifth generation or later mobile communication systems requiring higher channel capacity and frequency use efficiency, the existing CP-OFDM system is insufficient and requires a more advanced and improved system.

그러므로, 5세대 또는 그 이후의 이동통신 시스템에서는 더욱 새롭고 주파수 효율을 높여서, 채널 용량을 근본적으로 향상시키는 것을 목표로 하고 있다. 주파수 효율을 증가시키기 위해서 송신 신호의 스펙트럼 특성을 향상시키는 것이 무엇보다 중요하며, 이의 핵심인 대역밖 전력 스펙트럼, 즉, OOB(Out-Of-Band) 전력 스펙트럼을 저감시키는 것이 필수적이다. Therefore, in the fifth generation or later mobile communication system, the aim is to fundamentally improve the channel capacity by improving the frequency efficiency. In order to increase the frequency efficiency, it is important to improve the spectral characteristics of the transmission signal, and it is essential to reduce the out-of-band power spectrum, that is, the out-of-band (OOB) power spectrum.

즉, 앞으로 5세대 및 그 이후 이동통신기술로 사용되기 위해서는, 기존 CP-OFDM의 장점을 유지하면서, 단점이 높은 OOB 전력 스펙트럼을 크게 저감시켜서, 전체적으로 스펙트럼 효율을 향상시켜야 한다. 높은 OOB 스펙트럼 전력을 낮추면, 인접 채널로 방사되는 간섭이 줄어들고, 이로써 보호대역(Guard Band) 등이 크게 줄어들게 되면서, 채널간 간격을 매우 좁힐 수 있게 되어, 전체적인 주파수 자원 효율이 크게 향상시킬 수 있다. 그리하여 전체적으로 스펙트럼 효율이 저하되며, 부족하고 한정된 주파수자원을 효과적으로 사용할 수 있게 된다. In other words, in order to be used in the mobile communication technology of the fifth generation and thereafter, it is necessary to improve spectral efficiency as a whole by greatly reducing the disadvantageous OOB power spectrum while maintaining the advantages of the existing CP-OFDM. Lowering the high OOB spectral power can reduce interference radiated to adjacent channels, which greatly reduces the guard band, etc., so that the interchannel spacing can be greatly narrowed, thereby greatly improving the overall frequency resource efficiency. Thus, the spectrum efficiency as a whole deteriorates, and the limited and limited frequency resources can be effectively used.

기존 5세대 이동통신 시스템을 위한 후보 변조 기술로서 OOB 스펙트럼 전력을 저감하기 위한 방법을 크게 두 가지로 나눌 수 있는데, 필터를 사용하는 방식과 윈도윙(windowing)을 사용하는 방법이 그것이다. As a candidate modulation technique for the existing 5th generation mobile communication system, there are two methods for reducing OOB spectrum power: a method using a filter and a method using windowing.

먼저, F-OFDM(Filtered-OFDM), UFMC(Universal Filtered Multi-Carrier), FBMC(Filter Bank Multi-Carrier) 시스템 등이 대표적인 필터를 사용하는 방식이다.First, F-OFDM (Filtered-OFDM), Universal Filtered Multi-Carrier (UFMC), and Filter Bank Multi-Carrier (FBMC) systems use representative filters.

이와 같은 기술들은 기존 CP-OFDM 시스템에 비하여 OOB 전력을 매우 효과적으로 저감시킨다. 특히, FBMC 시스템의 경우, F-OFDM, UFMC 시스템과 비교할 때, 가장 높은 OOB 저감 성능을 보인다. 그러나, 이와 같은 시스템들은 그 시스템 구성 특성상 심각한 문제점을 가지고 있다. 즉, FBMC 시스템은 매우 높은 복잡도를 가지고 있으며, 보통의 QAM 변조방식을 사용하기 어렵고, 기존 4세대 이동통신 시스템과의 호환 및 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 기술과의 결합이 어려운 단점이 있다. UFMC 시스템의 경우, 송신기에서 서브밴드별 iDFT 연산 및 수신기에서 부반송파 개수의 2배에 해당하는 크기의 DFT 연산으로 인해 높은 시스템 복잡도를 가지며, CP를 사용하지 않음으로 인하여 다중 경로 환경에서 ISI 문제를 야기시킬 수 있다. These techniques significantly reduce OOB power compared to conventional CP-OFDM systems. In particular, the FBMC system exhibits the highest OOB reduction performance when compared to the F-OFDM and UFMC systems. However, such systems have serious problems due to their system configuration characteristics. That is, the FBMC system has a very high complexity, and it is difficult to use the normal QAM modulation method, and it is difficult to integrate with the conventional 4th generation mobile communication system and MIMO (Multiple Input Multiple Output) technology. In the case of the UFMC system, the system has high system complexity due to the iDFT operation for each subband in the transmitter and the DFT operation corresponding to twice the number of subcarriers in the receiver. Since the UFMC system does not use the CP, .

마지막으로 F-OFDM 시스템의 경우, 컨볼루션(Convolution) 연산을 이용하여 필터링을 수행하는데 있어 높은 복잡도를 가지며, 필터링 시에 왜곡된 위상 정보를 부가적으로 전치 처리해야 한다. 특히, 부반송파 사이에 보호 구간을 삽입해야 하며, 이는 기존에 사용된 주파수 영역의 정규적인 자원 할당 구조를 위한하는 문제점을 갖는다. 더욱이, F-OFDM, UFMC, FBMC 시스템들의 경우, 기존 CP-OFDM 시스템과 비교하여, 전송 심볼의 길이가 더 길어지게 된다. 이렇게 될 경우, 시간 자원의 손실이 이루어지는 추가적인 단점이 존재한다.Finally, the F-OFDM system has a high complexity in performing filtering using a convolution operation, and the distorted phase information should be additionally pre-processed at the time of filtering. In particular, a guard interval must be inserted between subcarriers, which has a problem for a regular resource allocation structure in a frequency domain used in the past. Moreover, for F-OFDM, UFMC, and FBMC systems, the length of the transmission symbol becomes longer as compared with the existing CP-OFDM system. In this case, there is a further disadvantage that loss of time resources occurs.

다음, 필터 방식에 비하여 상대적으로 훨씬 복잡도가 낮은 윈도윙을 사용하는 OFDM 기술에 대한 연구가 있다. 기본적으로 윈도윙(Windowing)은 이산(discrete) 시간 영역에서 신호에 준비한 윈도우 함수의 일정 크기를 곱셈 연산하는 간단한 처리만으로 OOB 전력 저감이 가능하다. Next, there is research on OFDM technology using windowing which has a relatively lower complexity than the filter method. Basically, windowing can reduce OOB power by a simple process of multiplying a certain size of the window function prepared in the signal in the discrete time domain.

윈도윙을 사용하는 방식 중에 WOLA -OFDM(Weighted Over-Lap and Add Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식이 가장 대표적이다. 이 방식은 기존 CP-OFDM을 바탕으로 하는데, 일단 CP-OFDM을 구성해 놓은 뒤에, 다시 OFDM의 심볼 왼쪽 일부 부분과 오른쪽 일부 부분 OFDM 정보를 각각 복사하고, 이를 CP-OFDM 오른쪽과 왼쪽의 반대방향으로 이동시켜 추가하여 붙인다. 즉, 기본 CO-OFDM에다가 좌우에 일정 부분이 추가된 상태가 된다. 이 추가된 부분에 이산 윈도우 함수의 값을 곱하여 윈도윙(windowing) 처리함으로써, OOB(Out-of-band) 전력을 저감하는 방식이다. Wavelength-over-Lap and Add-Orthogonal Frequency Division Multiplexing (WOLA-OFDM) is the most popular method of using windowing. This method is based on the existing CP-OFDM. Once the CP-OFDM is configured, the left part of the OFDM symbol and the right part of the OFDM information are respectively copied, and the CP- And then added. That is, a certain portion is added to the left and right in addition to the basic CO-OFDM. The added portion is multiplied by the value of the discrete window function to perform windowing processing to reduce the out-of-band (OOB) power.

그러나, 이 WOLA -OFDM 방식은 주파수 자원 효율을 향상시키는 장점을 보이고 있으나, OFDM의 심볼의 왼쪽과 오른쪽에 OFDM 정보의 일부분을 복사하여 추가하는 과정에서 OFDM의 전체 심볼 길이가 좌우 추가한 부분만큼, 길어지게 되어 시간 자원 손실이 발생하는 문제점이 있다. However, the WOLA-OFDM scheme has an advantage of improving frequency resource efficiency. However, in a process of copying and adding a part of OFDM information to the left and right of a symbol of OFDM, There is a problem in that time resource loss occurs.

이러한 시간 자원 손실을 방지하기 위하여 길어진 CP-OFDM 심볼을 오버랩(overlap) 하는 과정에서 현재 OFDM 심벌의 왼쪽에 추가된 정보 부분이 그전 OFDM 심벌의 오른쪽 부분을 침범하여 겹치게 되어 데이터끼리 충돌하는 심각한 문제가 발생한다. 물론, 현재 OFDM 심벌은 바로 다음에 인접해서 올 OFDM 심벌의 왼쪽 추가된 부분이 현재의 OFDM 심벌의 오른쪽부분을 침범하여 겹치게 되어 데이터끼리 충돌한다. 이러한 겹침과 데이터 충돌이 매 OFDM심벌에서 계속되게 되는 매우 심각한 문제가 생긴다. 더구나, 이것은 전송하기도 전인 송신단에서 발생하는 문제이므로 채널 추정이나 수신단 적응 등화기를 사용하여 해결하기도 힘들다. 이러한 충돌 문제를 줄이기 위해서는 추가 부분을 작게 하여야 하는데, 작게 하더라도 충돌은 존재하며, OOB(Out-of-band) 스펙트럼 전력이 별로 크게 저감되지 않는다. 또한, 다른 기존의 윈도윙 방식들도 대부분 추가적인 시간 영역의 확장을 한 후, 윈도윙(Windowing)을 하는 구조로 되어있어 시간 자원의 손실이 발생하거나 하는 등의 문제점을 갖고 있다.In order to prevent such time resource loss, in the process of overlapping the long CP-OFDM symbols, the information part added to the left of the current OFDM symbol overlaps the right part of the previous OFDM symbol, Occurs. Of course, immediately after the current OFDM symbol, the left-added part of all the OFDM symbols are adjacent to the right part of the current OFDM symbol, overlapping with each other, and the data collide with each other. There is a very serious problem that such overlapping and data collision continues in every OFDM symbol. Moreover, since this is a problem that occurs in the transmitter before the transmission, it is difficult to solve using the channel estimation or the receiver adaptive equalizer. In order to reduce the collision problem, it is necessary to make the additional portion small. Even if it is small, there is a collision, and the out-of-band spectrum power is not greatly reduced. In addition, other conventional windowing schemes have a problem of time resource loss due to the structure of windowing after an additional time domain is extended.

대한민국 등록특허 10-1219287Korean Patent No. 10-1219287

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, OOB(Out-of-Band) 전력 스펙트럼을 저감시킴으로써, 주파수 자원 효율을 향상시킬 수 있는 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) system capable of improving frequency resource efficiency by reducing an out-of-band (OOB) power spectrum.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템은 다수의 데이터 심볼을 iDFT(inverse Discrete Fourier Transform) 연산을 통해 다수의 부반송파에 맵핑(mapping)하고, 맵핑된 신호에서 데이터의 앞 부분에 사이클릭 프리픽스(cyclic prefix)를 추가하고, 데이터의 뒷 부분에 사이클릭 포스트픽스(cyclic postfix)를 추가하고, 추가된 사이클릭 프리픽스 및 사이클릭 포스트픽스 부분에 윈도우 함수(window function)를 적용하는 윈도윙(windowing)을 수행하고, 이 신호를 채널을 통해 송신하는 송신기 및 상기 송신기로부터 신호를 수신하면, 수신된 신호를 뒤로 이동(sliding)시켜서 DFT(Discrete Fourier Transform) 처리를 하는 DFT 윈도우 슬라이딩(window sliding)을 수행하고, 이를 통해 다수의 부반송파에 맵핑된 데이터 심볼을 추출하고, 등화기(Equalizer)를 이용하여 추출된 데이터 심볼을 복원하는 수신기를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided an orthogonal frequency division multiplexing system for mapping a plurality of data symbols to a plurality of subcarriers through an inverse discrete Fourier transform (iDFT) operation, A window that adds a cyclic prefix, appends a cyclic postfix to the back of the data, and applies a window function to the added cyclic prefix and cyclic postfix portions A DFT window sliding window for performing a windowing operation and transmitting the signal through a channel and a DFT (Discrete Fourier Transform) processing by sliding a received signal back upon receiving a signal from the transmitter, sliding the data symbols, extracting the data symbols mapped to a plurality of subcarriers, and using an equalizer And a restoring the extracted data symbols to a receiver.

본 발명의 일 실시예에서 상기 DFT 윈도우 슬라이딩을 수행 시에, 수신된 신호를 상기 사이클릭 포스트픽스 길이만큼 상기 사이클릭 포스트픽스 방향으로 이동시켜서 DFT 처리를 할 수 있다. In one embodiment of the present invention, when the DFT window sliding is performed, DFT processing can be performed by moving the received signal in the direction of the cyclic postfix by the cyclic postfix length.

상기 사이클릭 포스트픽스는 기존 CP OFDM(Cyclic Prefix - Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템에서의 CP(Cyclic Prefix) 부분을 절반으로 분할하여 할당될 수 있다. The cyclic postfix can be allocated by dividing a cyclic prefix (CP) part in a conventional CP OFDM (Cyclic Prefix-Orthogonal Frequency Division Multiplexing) system in half.

본 발명의 일 실시예에서 상기 등화기는 데이터를 고속으로 송수신하기 위한 단일 탭 등화기로 구현될 수 있다. In an embodiment of the present invention, the equalizer may be implemented as a single tap equalizer for transmitting and receiving data at high speed.

본 발명에 의하면, 윈도윙과 CPP(Cyclic Prefix and Cyclic Postfix)를 사용하여 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템을 제공함으로써, OOB(Out-of-band) 스펙트럼의 전력을 저감시킬 수 있는 효과가 있다. According to the present invention, the power of the out-of-band (OOB) spectrum can be reduced by providing an orthogonal frequency division multiplexing system using windowing and CPP (Cyclic Prefix and Cyclic Postfix).

이처럼, 본 발명에서 OOB 스펙트럼 전력을 낮추면, 인접 채널로 방사되는 간섭이 줄어들고, 이로써 보호 대역 등이 크게 줄어들면서 채널간 간격을 매우 좁힐 수 있게 되므로, 전체적인 주파수 자원 효율이 크게 향상되는 효과가 있다. As described above, in the present invention, when the OOB spectrum power is lowered, the interference radiated to the adjacent channel is reduced, the guard band is greatly reduced, and the inter-channel spacing can be greatly narrowed, thereby greatly improving the overall frequency resource efficiency.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도윙과 CPP를 사용하는 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템의 심볼 구조를 보여주는 도면이다.
도 3은 다중 경로 환경에서 기존 CP-OFDM 시스템의 수신 신호를 보여주는 도면이다.
도 4는 다중 경로 환경에서 본 발명의 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템의 수신 신호를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템의 스펙트럼 특성 평가를 위한 윈도우 길이를 설정을 보여주는 도면이다.
도 6은 윈도우 길이에 따른 본 발명의 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템의 스펙트럼 특성을 보여주는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 DFT 윈도우 슬라이딩 기법을 사용하지 않은 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템의 BER 성능을 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 DFT 윈도우 슬라이딩 기법을 사용한 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템의 BER 성능을 도시한 그래프이다. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an orthogonal frequency division multiplexing system using windowing and CPP according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a symbol structure of an orthogonal frequency division multiplexing system according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a received signal of an existing CP-OFDM system in a multipath environment.
4 is a diagram showing received signals of an orthogonal frequency division multiplexing system of the present invention in a multipath environment;
FIG. 5 is a diagram illustrating a window length setting for spectrum characteristic evaluation of an orthogonal frequency division multiplexing system according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG.
6 is a graph showing the spectral characteristics of the orthogonal frequency division multiplexing system of the present invention according to the window length.
7 is a graph illustrating BER performance of an orthogonal frequency division multiplexing system without using the DFT window sliding method of the present invention.
8 is a graph showing BER performance of an orthogonal frequency division multiplexing system using the DFT window sliding method of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 갖는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted in an ideal or overly formal sense unless expressly defined in the present application Do not.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In the following description of the present invention with reference to the accompanying drawings, the same components are denoted by the same reference numerals regardless of the reference numerals, and redundant explanations thereof will be omitted. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

본 발명은 기존 기술이 갖고 있는 문제점을 극복하면서도 OOB(Out-of-band) 스펙트럼 전력을 효과적으로 저감시키는 WCPP-OFDM(Windowed Cyclic Prefix and Cyclic Postfix Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템의 설계 방법과 장치 구성에 관한 것이다. The present invention relates to a design method and apparatus for a WCPP-OFDM (Windowed Cyclic Prefix and Cyclic Postfix Orthogonal Frequency Division Multiplexing) system that effectively overcomes OOB (Out-of-band) spectral power while overcoming the problems of existing technologies. will be.

본 발명의 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템은 기존 CP-OFDM(Cyclic Prefix - Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템에서 사용하는 CP(Cyclic Prefix)의 절반을 사이클릭 포스트픽스(Cyclic Postfix)로 나누어 할당하며, 전체 심볼 길이는 기존 CP-OFDM과 동일하다. In the orthogonal frequency division multiplexing system of the present invention, half of a CP (Cyclic Prefix) used in a conventional CP-OFDM (Cyclic Prefix-Orthogonal Frequency Division Multiplexing) system is divided by a cyclic postfix, Is the same as the existing CP-OFDM.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도윙과 CPP를 사용하는 직교 주파수 분할 멀티플렉싱(WCPP-OFDM: Windowed Cyclic Prefix and Cyclic Postfix Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템의 구성을 보여주는 블록도이다. FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a Windowed Cyclic Prefix and Cyclic Postfix Orthogonal Frequency Division Multiplexing (WCPP-OFDM) system using windowing and CPP according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템은 다중 반송파 시스템으로서, 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix)와 사이클릭 포스트픽스(Cyclic Postfix)를 사용하며, 사이클릭 프리픽스와 사이클릭 포스트픽스 부분에 윈도윙(Windowing)을 수행하여 인접 심볼 간 연속성을 향상시키며, OOB 전력 스펙트럼을 저감시킨다. Referring to FIG. 1, an orthogonal frequency division multiplexing system according to an embodiment of the present invention is a multi-carrier system using a cyclic prefix and a cyclic postfix, Windowing is performed on the click postfix portion to improve the continuity between neighboring symbols and reduce the OOB power spectrum.

본 발명의 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템은 복잡한 컨볼루션(Convolution) 연산을 사용하는 필터링 기술을 사용하지 않으며, 단순한 시간 영역 곱셈 연산인 웨이팅(weighting)을 이용하는 윈도윙(Windowing) 기술을 사용하여 OOB 전력을 저감시킨다.The orthogonal frequency division multiplexing system of the present invention does not use a filtering technique that uses a complex convolution operation and uses a windowing technique that uses a simple time domain multiplication operation to weight OOB power .

도 1에서 송신기(100)는 다수의 데이터 심볼이 iDFT(inverse discrete Fourier transform) 연산을 통해 다수의 부반송파에 맵핑(mapping)된다. 그 다음 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix)와 사이클릭 포스트픽스(Cyclic Postfix)가 추가된다. 그 다음 사이클릭 프리픽스와 사이클릭 포스트픽스 부분을 윈도윙하여 OOB 전력을 저감시킨다. In FIG. 1, the transmitter 100 maps a plurality of data symbols to a plurality of subcarriers through an inverse discrete Fourier transform (iDFT) operation. Then a cyclic prefix and a cyclic postfix are added. It then windowed the cyclic prefix and cyclic postfix portions to reduce OOB power.

본 발명의 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템에서는 기존 CP-OFDM 시스템에서 사용하는 CP(Cyclic Prefix)의 절반을 사이클릭 포스트픽스(Cyclic Postfix)로 나누어 배치시킴으로써, 기존 시스템 대비 앞 부분의 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix)의 크기가 줄어들지만, 뒤에 사이클릭 포스트픽스(Cyclic Postfix)가 추가되는 구조이다. In the orthogonal frequency division multiplexing system of the present invention, half of the CP (Cyclic Prefix) used in the existing CP-OFDM system is divided into cyclic postfixes, and thus a cyclic prefix ) Is reduced, but a cyclic postfix is added later.

이러한 구조에서 채널을 경유하여 수신단에 도착한 심벌들을 다중경로 간섭으로부터 효과적으로 수신처리하게 위해서, 본 발명에서는 수신단 DFT 처리를 사이클릭 포스트픽스(Cyclic Postfix) 길이만큼 뒤로 이동(sliding)하여 OFDM 복조를 하며, 이에 따라 기존 CP-OFDM 시스템과 동일한 오차 성능을 갖게 된다. 즉, 본 발명의 수신기(200)에서는 DFT 연산을 수행하기 전에, 수신단 DFT 처리를 사이클릭 포스트픽스의 길이만큼 뒤로 이동(sliding) 하는 DFT(discrete Fourier transform) 윈도우 슬라이딩(Window Sliding)을 통해 최적의 데이터 심볼 복조 구간을 설정한다. 즉, 간섭이 들어오지 않는 부분을 선택하여 데이터 심볼을 추출하기 위하여 DFT 윈도우 슬라이딩(Window Sliding)을 수행하게 된다. 예를 들어, 이 DFT 윈도우 슬라이딩은 채널 환경을 추정한 후, 다중 경로의 최장 지연 시간을 계산하거나, 기본적으로는 추가된 사이클릭 포스트픽스(Cyclic Postfix)의 길이만큼 뒤로 이동(sliding) 하는 정도 크기의 슬라이딩 구간을 설정하면 된다. 그 다음, DFT 연산을 통해 다수의 부반송파에 맵핑된 데이터 심볼을 추출하고, 단일 탭 등화기(Equalizer)를 이용하여 데이터 심볼을 복원한다.In order to effectively receive and process the symbols arriving at the receiving end via the channel in the above structure from the multipath interference, in the present invention, OFDM demodulation is performed by sliding the receiving end DFT process backward by a cyclic postfix length, This results in the same error performance as that of the existing CP-OFDM system. That is, in the receiver 200 of the present invention, a DFT (discrete Fourier transform) window sliding that slides the receiving end DFT process backward by the length of the cyclic postfix is performed before the DFT operation, Set the data symbol demodulation interval. That is, a DFT window sliding is performed to extract a data symbol by selecting a part where interference does not exist. For example, the DFT window sliding can estimate the longest delay time of the multipath after estimating the channel environment, or basically, the degree of sliding (sliding) by the length of the added cyclic postfix And the sliding section of the display device. Then, a data symbol mapped to a plurality of subcarriers is extracted through a DFT operation, and a data symbol is recovered using a single tap equalizer.

정리하면, 본 발명의 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템에서 송신기(100)는 다수의 데이터 심볼을 iDFT(inverse Discrete Fourier Transform) 연산을 통해 다수의 부반송파(subcarrier)에 맵핑(mapping)하고, 맵핑된 신호에서 데이터의 앞 부분에 사이클릭 프리픽스(cyclic prefix)를 추가하고, 데이터의 뒷 부분에 사이클릭 포스트픽스(cyclic postfix)를 추가하고, 추가된 사이클릭 프리픽스 및 사이클릭 포스트픽스 부분에 윈도우 함수(window function)를 적용하는 윈도윙(windowing)을 수행하고, 이 신호를 채널을 통해 송신한다. In summary, in the orthogonal frequency division multiplexing system of the present invention, the transmitter 100 maps a plurality of data symbols to a plurality of subcarriers through an inverse discrete Fourier transform (iDFT) operation, A cyclic prefix is added to the front part of the data and a cyclic postfix is added to the rear part of the data and a window function is added to the added cyclic prefix and cyclic postfix part. , And transmits the signal through the channel.

그리고, 수신기(200)는 송신기(100)로부터 신호를 수신하면, 수신된 신호를 뒤로 이동(sliding)시켜서 DFT(Discrete Fourier Transform) 처리를 하는 DFT 윈도우 슬라이딩(window sliding)을 수행하고, 이를 통해 다수의 부반송파에 맵핑된 데이터 심볼을 추출하고, 등화기(Equalizer)(250)를 이용하여 추출된 데이터 심볼을 복원한다. Upon receiving a signal from the transmitter 100, the receiver 200 performs a DFT window sliding process for performing a DFT (Discrete Fourier Transform) process by sliding the received signal back, And extracts the extracted data symbols using an equalizer 250. The equalized data symbols are used to recover the data symbols.

본 발명에서 DFT 윈도우 슬라이딩을 수행 시에, 수신된 신호를 사이클릭 포스트픽스 길이만큼 사이클릭 포스트픽스 방향으로 이동시켜서 DFT 처리를 한다. In carrying out the DFT window sliding in the present invention, the received signal is shifted in the cyclic postfix direction by the cyclic postfix length and subjected to DFT processing.

그리고, 사이클릭 포스트픽스는 CP OFDM(Cyclic Prefix - Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템에서의 사이클릭 프리픽스 부분을 절반으로 분할하여 할당될 수 있다. The cyclic postfix can be allocated by dividing the cyclic prefix part in the CP OFDM (Cyclic Prefix-Orthogonal Frequency Division Multiplexing) system in half.

본 발명의 일 실시예에서 등화기(250)는 데이터를 고속으로 송수신하기 위한 단일 탭 등화기로 구현될 수 있다. In an embodiment of the present invention, the equalizer 250 may be implemented as a single tap equalizer for transmitting and receiving data at high speed.

도 1의 실시예에서 송신기(100)는 제1 S/P(Serial/Parallel) 변환부(110), iDFT(inverse Discrete Fourier Transform)부(120), 제1 P/S(Parallel/Serial) 변환부(130), 사이클릭 프리픽스/사이클릭 포스트픽스 추가부(140), 윈도윙부(150), 베이스밴드/RF(Baseband to RF)부(160)를 포함한다. 1, the transmitter 100 includes a first S / P (Serial / Parallel) converter 110, an iDFT (Inverse Discrete Fourier Transform) unit 120, a first P / S A cyclic prefix / cyclic postfix adding unit 140, a windowing unit 150, and a baseband / RF (RF) unit 160.

제1 S/P 변환부(110)는 입력된 데이터 심볼에 대해 직렬 신호를 병렬 신호로 변환한다. The first S / P converter 110 converts the serial signal into a parallel signal with respect to the input data symbol.

그리고, iDFT부(120)에서는 변환된 병렬 신호에 대해 역 DFT 연산 처리를 하여 다수의 부반송파에 맵핑한다. Then, the iDFT unit 120 performs an inverse DFT operation on the converted parallel signals and maps the parallel signals to a plurality of subcarriers.

다음, 제1 P/S 변환부(140)를 통해 직렬 신호로 변환된 신호에 대하여 사이클릭 프리픽스/사이클릭 포스트픽스 추가부(140)에서 사이클릭 프리픽스를 데이터의 앞 부분에 추가하고, 사이클릭 포스트픽스를 데이터의 뒷 부분에 추가한다. Next, a cyclic prefix / cyclic postfix addition unit 140 adds a cyclic prefix to the serial signal through the first P / S conversion unit 140, Add the postfix to the back of the data.

다음, 윈도윙부(150)에서 사이클릭 프리픽스 및 사이클릭 포스트픽스 부분에 대해 웨이팅을 주는 윈도우 함수를 적용하는 방식으로 윈도윙을 수행한다. Next, windowing is performed by applying a window function for weighting the cyclic prefix and the cyclic postfix portion in the windowing unit 150.

여기서, 윈도우 함수(window function)란 함수의 중심을 기준으로 양끝으로 갈수록 0에 가까워지는 형태를 가지는 함수를 의미한다. 이러한 윈도우 함수는 신호 처리에 있어서 시간 영역의 신호에 불연속성을 막아주고, 주파수 스펙트럼의 왜곡을 방지하기 위해 사용되며, 다양한 종류의 윈도우 함수가 있다.Here, a window function means a function having a shape that approaches 0 toward both ends with respect to the center of the function. These window functions are used in signal processing to prevent discontinuity in time domain signals and to prevent distortion of the frequency spectrum, and there are various kinds of window functions.

다음, 베이스밴드/RF부(160)를 거쳐서 채널을 통해 신호가 송신된다. Next, a signal is transmitted through the channel through the baseband / RF unit 160.

수신기(200)는 RF/베이스밴드(RF to Baseband)부(210), DFT 윈도우 슬라이딩부(220), 제2 S/P 변환부(230), DFT부(240), 등화기(250), 제2 P/S부(260)를 포함한다. The receiver 200 includes an RF to baseband unit 210, a DFT window sliding unit 220, a second S / P conversion unit 230, a DFT unit 240, an equalizer 250, And a second P / S unit 260.

DFT 윈도우 슬라이딩부(220)는 RF/베이스밴드부(210)를 통해 수신된 신호에 대해 사이클릭 포스트픽스 길이만큼 사이클릭 포스트픽스 방향으로 이동시킨다. The DFT window sliding unit 220 moves the received signal through the RF / baseband unit 210 in the cyclic postfix direction by the cyclic postfix length.

그리고, 제2 S/P 변환부(230)와 DFT부(240)에서 DFT(Discrete Fourier Transform) 처리를 수행하게 된다.The second S / P conversion unit 230 and the DFT unit 240 perform a DFT (Discrete Fourier Transform) process.

다음, 등화기(150)와 제2 P/S 변환부(260)를 통해 데이터 심볼이 복원된다. Next, the data symbols are recovered through the equalizer 150 and the second P / S converter 260.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템의 심볼 구조를 보여주는 도면이다. 2 is a diagram illustrating a symbol structure of an orthogonal frequency division multiplexing system according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템의 경우, 전체 심볼의 길이는 기존의 CP-OFDM 시스템과 같으며, 기존 CP-OFDM 시스템의 CP길이의 절반에 해당하는 사이클릭 프리픽스와 사이클릭 포스트픽스를 사용한다. 즉, 기존의 CP-OFDM 시스템이 DFT 크기의 1/4에 해당하는 CP를 사용하였다면, 본 발명의 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템의 경우, DFT 크기의 1/8에 해당하는 사이클릭 프리픽스와 사이클릭 포스트픽스를 각각 사용하게 된다. 본 발명의 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템은 이 사이클릭 프리픽스와 사이클릭 포스트픽스 구간을 윈도윙(Windowing)하여, OOB 전력을 저감시킨다. 여기에서는 시간 영역의 확장이 없으며, 심볼의 데이터 구간을 왜곡시키지 않는 장점이 있다.Referring to FIG. 2, in the orthogonal frequency division multiplexing system of the present invention, the total symbol length is the same as that of the conventional CP-OFDM system, and the cyclic prefix corresponding to half the CP length of the existing CP- Use click postfix. That is, if the conventional CP-OFDM system uses a CP corresponding to 1/4 of the DFT size, in the case of the orthogonal frequency division multiplexing system of the present invention, a cyclic prefix corresponding to 1/8 of the DFT size and a cyclic post Respectively. The orthogonal frequency division multiplexing system of the present invention reduces the OOB power by windowing the cyclic prefix and the cyclic postfix interval. Here, there is no extension of the time domain, and there is an advantage that the data section of the symbol is not distorted.

도 3은 다중 경로 환경에서 기존 CP-OFDM 시스템의 수신 신호를 보여주는 도면이다. 3 is a diagram illustrating a received signal of an existing CP-OFDM system in a multipath environment.

기존 CP-OFDM 시스템의 경우 CP를 이용하여 OFDM 데이터 심볼간 보호 구간을 형성하여, 다중 경로에 의해 발생하는 인접 심볼간 간섭을 극복하게 되는데, 도 3은 이때의 다중 경로 환경에서 기존 CP-OFDM 시스템의 수신 신호 특성을 나타낸다.In the conventional CP-OFDM system, a protection interval between OFDM data symbols is formed using a CP to overcome the interference between adjacent symbols generated by a multipath. FIG. 3 illustrates a conventional CP- Lt; / RTI >

도 3에서 다중 경로 환경에 의해 송신된 CP-OFDM 시스템의 심볼이 경로 별로 지연되어 수신되는 것을 확인할 수 있다. 기존 CP-OFDM 시스템은 다중 경로에 의해 심볼의 지연이 일어나도 심볼 간 보호 구간인 CP가 존재하여, 수신기에서 DFT 윈도우 영역에 인접 심볼의 간섭 신호가 영향을 주지 않음을 확인할 수 있다. In FIG. 3, it can be seen that the symbols of the CP-OFDM system transmitted by the multipath environment are delayed and received on a path-by-path basis. In the existing CP-OFDM system, even if the delay of the symbol occurs due to the multipath, CP exists between the symbols and the interference signal of the adjacent symbol does not affect the DFT window region of the receiver.

도 4는 다중 경로 환경에서 본 발명의 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템의 수신 신호를 보여주는 도면이다. 4 is a diagram showing received signals of an orthogonal frequency division multiplexing system of the present invention in a multipath environment;

도 4 (a)는 본 발명의 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템에서 DFT 슬라이딩 기법을 수하지 않을 경우 발생할 수 있는 부호간 간섭(ISI: Inter-Symbol Interference) 현상을 나타낸다. FIG. 4 (a) shows an inter-symbol interference (ISI) phenomenon that may occur when the DFT sliding technique can not be performed in the orthogonal frequency division multiplexing system of the present invention.

본 발명의 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템의 심볼은 사이클릭 프리픽스 구간이 기존 CP-OFDM 시스템에 비하여 절반으로 줄기 때문에, 다중 경로 환경에 의한 지연된 인접 심볼에 의해 간섭 영향을 받을 수 있다. 즉, 도 4 (a)에서 보는 바와 같이, 수신기(200)에서 DFT 윈도우 슬라이딩(Window Sliding) 기법을 사용하지 않을 경우, 부호간 간섭(ISI)으로 인하여 시스템의 성능 열화가 발생할 가능성이 있음을 확인할 수 있다. The symbol of the orthogonal frequency division multiplexing system of the present invention may be influenced by the delayed adjacent symbol due to the multipath environment because the cyclic prefix period is reduced to half compared with the conventional CP-OFDM system. That is, as shown in FIG. 4 (a), when the receiver 200 does not use the DFT window sliding method, it is confirmed that performance deterioration of the system may occur due to intersymbol interference (ISI) .

따라서 이와 같은 문제점의 극복을 위해서, 본 발명의 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템은 도 4 (b)에서 보는 바와 같이, DFT 윈도우 슬라이딩 기법을 사용하며, 수신기(200)에서 DFT 윈도우를 사이클릭 포스트픽스(Cyclic Postfix) 방향으로 이동시켜 부호간 간섭(ISI) 영향을 제거할 수 있다. Therefore, in order to overcome such a problem, the orthogonal frequency division multiplexing system of the present invention uses a DFT window sliding technique as shown in FIG. 4 (b), and a receiver 200 uses a DFT window as a cyclic post- Postfix) direction to eliminate the effect of intersymbol interference (ISI).

이와 같은 DFT 윈도우 슬라이딩 기법을 사용하는 WCPP-OFDM 시스템의 경우, OOB 전력 저감을 위해 저 복잡도의 윈도윙 기법을 사용하며, 윈도윙을 위한 시간 영역의 확장이 없기 때문에, 시간 자원을 낭비하지 않는다. 더욱이 윈도윙 구간이 CPP(Cyclic Prefix, Cyclic Postfix) 구간으로 한정되기 때문에 데이터 심볼 구간이 윈도윙으로 인해 왜곡되지 않는다. 또한, 본 발명의 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템은 다중 경로 환경에서도 채널 추정을 통해, DFT 윈도우를 이동시켜 부호간 간섭(ISI) 영향을 제거하여 기존 CP-OFDM 시스템과 같이 아주 간단한 단일 탭 등화기를 사용할 수 있는 장점이 있다.In the WCPP-OFDM system using the DFT window sliding technique, a low complexity windowing scheme is used for OOB power reduction, and there is no wasted time resource because there is no time domain expansion for windowing. Furthermore, since the windowing interval is limited to a CPP (Cyclic Prefix) interval, the data symbol interval is not distorted by the windowing. In addition, the orthogonal frequency division multiplexing system of the present invention can use a very simple single tap equalizer like the existing CP-OFDM system by removing the influence of intersymbol interference (ISI) by moving a DFT window through channel estimation even in a multipath environment There is an advantage.

이제 본 발명에서 제안하는 WCPP-OFDM 시스템에 대한 실험을 진행하여, 그 성능을 분석한 결과를 설명하면 다음과 같다. Experiments on the WCPP-OFDM system proposed by the present invention will now be described, and the results of the analysis will be described below.

본 발명의 WCPP-OFDM 시스템에서 스펙트럼 특성 및 BER 성능을 평가하기 위하여 다음 표 1과 같은 시뮬레이션 환경을 구성하였다. In order to evaluate the spectral characteristics and the BER performance in the WCPP-OFDM system of the present invention, a simulation environment as shown in Table 1 below was constructed.

Figure pat00001
Figure pat00001

표 1을 참조하면, WCPP-OFDM 시스템에 대한 성능을 평가하기 위하여, 기본 데이터 심볼은 QAM 변조를 고려하고, DFT 크기는 1024를 고려하였으며, 이 중 제로 DC 부분을 포함하여 비할당 부반송파의 개수는 423개로 설정하였다. 즉, 601개의 부반송파를 사용하였다. WCPP-OFDM 시스템에서 OOB 전력 저감을 위한 윈도윙 기법을 위해 Hann 함수를 사용하였다. 그리고 사이클릭 프리픽스와 사이클릭 포스트픽스 쪽에 각각 16, 32, 64, 128의 윈도우 길이를 고려하여 윈도윙을 수행하였다. 추가로 다중 경로 채널 환경에서 BER 성능 분석을 위해 다중 경로 환경을 고려하였으며, 최대 지연 경로의 지연 구간을 150 샘플로 고려하였다.Referring to Table 1, in order to evaluate the performance of the WCPP-OFDM system, the basic data symbols are considered for QAM modulation and the DFT size is considered to be 1024. Among them, the number of unallocated subcarriers including the zero DC part is 423. That is, 601 subcarriers are used. The Hann function is used for the windowing scheme for OOB power reduction in the WCPP-OFDM system. The windowing was performed considering the 16, 32, 64, and 128 window lengths for the cyclic prefix and the cyclic postfix, respectively. In addition, we considered multi - path environment for BER performance analysis in multi - path channel environment and considered 150 samples of maximum delay path.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템의 스펙트럼 특성 평가를 위한 윈도우 길이를 설정을 보여주는 도면이다. 즉, 도 5는 WCPP-OFDM 시스템의 스펙트럼 특성 평가를 위해 고려한 윈도우 길이 조건을 나타낸다. FIG. 5 is a diagram illustrating a window length setting for spectrum characteristic evaluation of an orthogonal frequency division multiplexing system according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG. That is, FIG. 5 shows the window length conditions considered for the spectral characteristic evaluation of the WCPP-OFDM system.

도 5에서, 본 발명에서는 WCPP-OFDM 시스템에서 CPP 길이를 각각 128로 설정하였으며, 윈도우 길이를 128, 64, 32, 16으로 고려하였다. 윈도우 구간은 CPP 구간을 벗어나지 않기 때문에 데이터 영역을 침범하지 않는다. 즉, WCPP-OFDM 시스템은 기존 CP-OFDM 시스템과 같은 심볼 길이를 유지하면서 데이터 구간에 손상없이 윈도윙(Widowing)을 수행할 수 있다.5, in the present invention, the CPP length is set to 128 in the WCPP-OFDM system, and the window lengths are considered to be 128, 64, 32, and 16, respectively. The window section does not go beyond the CPP section, so it does not invade the data area. That is, the WCPP-OFDM system can perform windowing without damaging the data section while maintaining the same symbol length as the existing CP-OFDM system.

도 6은 윈도우 길이에 따른 본 발명의 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템의 스펙트럼 특성을 보여주는 그래프이다. 6 is a graph showing the spectral characteristics of the orthogonal frequency division multiplexing system of the present invention according to the window length.

도 6을 참조하면, CPP 구간에 적용되는 윈도우 길이가 길수록 OOB 전력 저감 효과가 크게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 즉, 윈도우 길이가 CPP에 각각 128일 경우 약 -110dB의 OOB 전력 저감 효과가 있으며, 반면 윈도우 길이가 16일 경우 약 -78dB의 OOB 전력 저감 효과가 있는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 6, it can be seen that the longer the window length applied to the CPP section, the greater the OOB power reduction effect is. That is, when the window length is 128 in the CPP, the OOB power reduction effect is about -110dB, whereas when the window length is 16, the OOB power reduction effect is about -78dB.

도 7은 본 발명의 DFT 윈도우 슬라이딩 기법을 사용하지 않은 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템의 BER 성능을 도시한 그래프이다. 7 is a graph illustrating BER performance of an orthogonal frequency division multiplexing system without using the DFT window sliding method of the present invention.

도 7을 참조하면, DFT 윈도우 슬라이딩 기법을 사용하지 않을 경우, 즉, 기존 CP-OFDM 시스템과 같은 수신기를 사용할 경우에는 이전 심볼의 지연에 의한 부호간 간섭(ISI) 영향으로, 단일 탭의 등화를 수행하여도 간섭 영향이 제거되지 않아 BER 성능이 열화되는 것을 확인할 수 있다. 이는 WCPP-OFDM 시스템의 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix) 길이가 기존 CP-OFDM 시스템에 비하여 짧기 때문에 발생하는 현상으로, DFT 윈도우 슬라이딩 기법을 사용하여 이 문제를 극복할 수 있다. DFT 슬라이딩 기법을 사용하면, 채널추정을 기반으로 최적의 DFT 윈도우 이동 구간을 결정할 수 있다. DFT 윈도우 구간을 사이클릭 포스트픽스 방향으로 이동시키게 될 경우, 사이클릭 프리픽스 부분을 넘어선 부호간 간섭(ISI) 영향을 극복할 수 있다.Referring to FIG. 7, when a DFT window sliding scheme is not used, that is, when a receiver such as an existing CP-OFDM system is used, the equalization of a single tap is affected by inter- symbol interference (ISI) It is possible to confirm that the interference effect is not removed and the BER performance deteriorates. This is because the cyclic prefix length of the WCPP-OFDM system is shorter than that of the conventional CP-OFDM system, and this problem can be overcome by using the DFT window sliding method. Using the DFT sliding technique, an optimal DFT window shift interval can be determined based on channel estimation. If the DFT window section is moved in the direction of the cyclic postfix, it is possible to overcome the effect of intersymbol interference (ISI) beyond the cyclic prefix portion.

도 8은 본 발명의 DFT 윈도우 슬라이딩 기법을 사용한 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템의 BER(bit error rate) 성능을 도시한 그래프이다. 8 is a graph illustrating bit error rate (BER) performance of an orthogonal frequency division multiplexing system using the DFT window sliding method of the present invention.

본 발명에서는 DFT 윈도우를 20에서 100까지 이동시켰을 때의 BER 성능을 평가하였다. In the present invention, the BER performance is evaluated when the DFT window is moved from 20 to 100.

도 8의 (a), (b), (c), (d)를 보면, DFT 윈도우를 사이클릭 포스트픽스 방향으로 이동시킴에 따라 BER 성능이 개선되는 것을 확인할 수 있다. 이는 부호간 간섭(ISI)이 사이클릭 프리픽스의 영역을 넘어서서 간섭을 일으키기 때문이다. 따라서 DFT 윈도우를 이동하여 간섭을 피하는 것이 중요하다. DFT 윈도우를 100만큼 이동시켰을 때, 윈도우 길이가 128, 64, 32, 16일 경우, 20dB에서 각각 10-2, 5×10-3, 4×10-3, 3.5×10- 3 의 BER 성능을 내는 것을 확인할 수 있다. 8 (a), 8 (b), 8 (c) and 8 (d), it can be seen that the BER performance is improved by moving the DFT window in the direction of the cyclic postfix. This is because inter-symbol interference (ISI) causes interference beyond the region of the cyclic prefix. It is therefore important to avoid interference by moving the DFT window. DFT time window is moved as much as 100, if the window length of 128, 64, 32, 16, 20dB in each 10 -2, 5 × 10 -3, 4 × 10 -3, 3.5 × 10 - BER performance of a 3 I can confirm that it is issued.

도 8의 (a), (b), (c), (d)를 종합해보면, 윈도우 길이가 짧을수록 DFT 윈도윙 슬라이딩(Windowing Sliding) 기법을 사용하였을 때, BER 성능 열화를 더욱 효과적으로 극복할 수 있음을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명에서 제안하는 WCPP-OFDM 시스템은 스펙트럼 특성과 BER 성능을 모두 고려하였을 때, OOB 전력을 효과적으로 저감시키면서, BER 성능을 확보하기 위해 적절한 윈도우 길이를 선택하는 것이 중요함을 확인할 수 있다.8 (a), 8 (b), 8 (c), and 8 (d), when the window length is short, the DFT windowing sliding method can more effectively overcome the BER performance degradation . That is, when considering both the spectrum characteristics and the BER performance, it is important that the WCPP-OFDM system proposed in the present invention selects an appropriate window length in order to effectively reduce the OOB power and secure the BER performance.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix)와 사이클릭 포스트픽스(Cyclic Postfix) 부분에 웨이팅(weighting)을 주어 윈도윙(windowing) 처리함으로써, OOB(Out-of-band) 스펙트럼 전력을 저감하는 방식을 제안한다. 본 발명의 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템은 기존 WOLA-OFDM과 달리, OFDM 심볼의 부분 복사 및 추가가 없으므로, 데이터 침범과 충돌이 전혀 없으며 처리과정이 단순하다. 또한, 본 발명의 WCPP-OFDM 시스템은 추가적인 시간 자원의 손실이 발생하지 않으며, 매우 간단하고 효과적으로 OOB 전력을 저감시킨다. 다만, 기존 CP-OFDM 시스템에서 사용하는 CP(Cyclic Prefix)의 절반을 사이클릭 포스트픽스(Cyclic Postfix)로 나누어 배치시킴으로써, 기존 시스템 대비 앞 부분의 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix)가 줄어들지만 뒷 부분에 사이클릭 포스트픽스(Cyclic Postfix)가 추가된다. 이런 구조에서 채널을 경유하여 수신단에 도착한 심벌들을 다중 경로 간섭으로부터 효과적으로 수신처리하도록 하기 위하여, 수신단 DFT 처리를 사이클릭 포스트픽스(Cyclic Postfix) 길이만큼 뒤로 이동(sliding) 하여 OFDM 복조를 하면 기존 CP-OFDM 시스템과 동일한 오차 성능을 보일 수 있다. As described above, according to the present invention, weighting is applied to a cyclic prefix and a cyclic postfix to perform a windowing process, so that an out-of-band (OOB) We propose a method to reduce power. In the orthogonal frequency division multiplexing system of the present invention, unlike the conventional WOLA-OFDM, there is no partial copy and addition of OFDM symbols, so there is no data invasion and collision, and the processing is simple. Further, the WCPP-OFDM system of the present invention does not incur any additional loss of time resources, and it is very simple and effective to reduce OOB power. However, by allocating half of the CP (Cyclic Prefix) used in the existing CP-OFDM system by the cyclic postfix, the cyclic prefix of the former part of the existing system is reduced, Cyclic Postfix is added. In this structure, if OFDM demodulation is performed by sliding the receiver DFT processing back by a cyclic postfix length in order to effectively receive and process the symbols arriving at the receiver via the channel from multipath interference, The same error performance as that of the OFDM system can be shown.

본 발명의 WCPP-OFDM 시스템의 향상된 스펙트럼 특성은 5G 및 그 이후 이동 통신 시스템에 적용하는데 적절하고, 다중 경로 환경에서의 기존 CP-OFDM과 유사한 비트 오차율(bit error rate) 성능을 보인다. 그러므로, 본 발명의 WCPP-OFDM 시스템은 기존 CP-OFDM의 장점을 그대로 간직하면서, OOB 특성을 대폭 개선시킴으로써, 스펙트럼 효율과 주파수 자원 효율을 향상시킬 수 있는 시스템이다.The improved spectral characteristics of the WCPP-OFDM system of the present invention are suitable for 5G and later mobile communication systems and exhibit bit error rate performance similar to the existing CP-OFDM in a multipath environment. Therefore, the WCPP-OFDM system of the present invention can improve spectral efficiency and frequency resource efficiency by greatly improving the OOB characteristics while retaining the advantages of the existing CP-OFDM.

이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.While the present invention has been described with reference to several preferred embodiments, these embodiments are illustrative and not restrictive. It will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made therein without departing from the spirit of the invention and the scope of the appended claims.

100 송신기 200 수신기
110 제1 S/P 변환부 120 iDFT부
130 제1 P/S 변환부
140 사이클릭 프리픽스/사이클릭 포스트픽스 추가부
150 윈도윙부 160 베이스밴드/RF부
210 RF/베이스밴드부 220 DFT 윈도우 슬라이딩부
230 제2 S/P 변환부 240 DFT부
250 등화기 260 제2 P/S 변환부100 transmitter 200 receiver
110 first S / P conversion unit 120 iDFT unit
130 first P / S conversion section
140 cyclic prefix / cyclic postfix addition section
150 Window Wing part 160 Baseband / RF part
210 RF / baseband part 220 DFT window sliding part
230 second S / P conversion unit 240 DFT unit
250 equalizer 260 Second P / S converter

Claims (4)

다수의 데이터 심볼을 iDFT(inverse Discrete Fourier Transform) 연산을 통해 다수의 부반송파에 맵핑(mapping)하고, 맵핑된 신호에서 데이터의 앞 부분에 사이클릭 프리픽스(cyclic prefix)를 추가하고, 데이터의 뒷 부분에 사이클릭 포스트픽스(cyclic postfix)를 추가하고, 추가된 사이클릭 프리픽스 및 사이클릭 포스트픽스 부분에 윈도우 함수(window function)를 적용하는 윈도윙(windowing)을 수행하고, 이 신호를 채널을 통해 송신하는 송신기; 및
상기 송신기로부터 신호를 수신하면, 수신된 신호를 뒤로 이동(sliding)시켜서 DFT(Discrete Fourier Transform) 처리를 하는 DFT 윈도우 슬라이딩(window sliding)을 수행하고, 이를 통해 다수의 부반송파에 맵핑된 데이터 심볼을 추출하고, 등화기(Equalizer)를 이용하여 추출된 데이터 심볼을 복원하는 수신기를 포함하는 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템.
A plurality of data symbols are mapped to a plurality of subcarriers through an inverse discrete Fourier transform (iDFT) operation, a cyclic prefix is added to the beginning of data in the mapped signal, It performs windowing to add a cyclic postfix, apply a window function to the added cyclic prefix and cyclic postfix portions, and send the signal through a channel transmitter; And
Upon receiving a signal from the transmitter, the receiver slides back the received signal and performs a DFT window sliding process to perform a Discrete Fourier Transform (DFT) process, thereby extracting a data symbol mapped to a plurality of subcarriers And a receiver for recovering the extracted data symbols using an equalizer.
청구항 1에 있어서,
상기 DFT 윈도우 슬라이딩을 수행 시에, 수신된 신호를 상기 사이클릭 포스트픽스 길이만큼 상기 사이클릭 포스트픽스 방향으로 이동시켜서 DFT 처리를 하는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the DFT processing is performed by moving the received signal in the cyclic postfix direction by the cyclic postfix length when the DFT window sliding is performed.
청구항 1에 있어서,
상기 사이클릭 포스트픽스는 CP OFDM(Cyclic Prefix - Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템에서의 CP(Cyclic Prefix) 부분을 절반으로 분할하여 할당되는 것임을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the cyclic postfix is allocated by dividing a CP (Cyclic Prefix) part in a CP OFDM (Cyclic Prefix-Orthogonal Frequency Division Multiplexing) system in half.
청구항 1에 있어서,
상기 등화기는 데이터를 고속으로 송수신하기 위한 단일 탭 등화기인 것임을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the equalizer is a single tap equalizer for transmitting and receiving data at high speed.
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