KR20190055424A

KR20190055424A - 송신기 및 그를 포함하는 무선 통신 시스템 및 데이터 송수신 방법

Info

Publication number: KR20190055424A
Application number: KR1020170152128A
Authority: KR
Inventors: 김남현; 김민호; 박정현; 이준영; 정진주; 황두찬
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2017-11-15
Filing date: 2017-11-15
Publication date: 2019-05-23
Also published as: WO2019098647A1

Abstract

개시된 일 측면의 OFDM 기반 무선 통신 시스템은 보호 구간을 변경시킨 OFDM 데이터를 송신함으로써, 데이터 전송률 높이고, 초기 데이터 전송 시 Pre-echo로 인한 ISI((Inter Symbol Interference)발생을 줄일 수 있으며, Fine STO(Symbol Timing Offset) 완료 전 안정적인 채널 추정이 가능해져 초기 전송에서 버려지는 데이터를 줄일 수 있는 OFDM 송신기 및 그를 포함하는 무선 통신 시스템 및 그 데이터 송수신 방법에 관한 것이다.

Description

송신기 및 그를 포함하는 무선 통신 시스템 및 데이터 송수신 방법{OFDM TRANSMITTER AND WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM HAVING THE SHME AND METHOD FOR DATA TRANSMITTING AND RECEIVING}

개시된 발명은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 기반 FDD(Frequency Division Duplexing) 무선 통신 시스템에서 보호 구간(Guard Interval)을 조정하는 OFDM 송신기 및 그를 포함하는 무선 통신 시스템 및 그 데이터 송수신 방법에 관한 것이다.

통신 서비스는 본격적인 디지털화, 다채널화, 광대역화, 고품질화의 시대를 맞이하고 있다. 특히 최근에 고화질 디지털 TV 및 PMP, 휴대방송 기기 보급이 확대됨에 따라 디지털 통신 서비스도 다양한 송, 수신방식 지원에 대한 요구가 증대되고 있다.

최근 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 방식으로 코딩된 신호를 변,복조하고 동기를 수행하는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)을 이용한 통신 시스템이 각광받고 있다.

OFDM은 복수의 직교 부반송파를 사용하여 데이터를 병렬로 전송하고 각 부채널에서 등화기로 채널의 왜곡을 보상하기 때문에 고속 멀티미디어 데이터 전송 시스템(예컨대, 디지털 발송)에 적합한 방식으로 최근 여러 응용 분야에서 사용되고 있다.

개시된 일 실시예에 따른 송신기는, 송신할 데이터에 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)를 실행하여 OFDM 데이터를 생성하는 IFFT 처리부; 상기 생성된 OFDM 데이터에 제1 보호 구간을 삽입하는 보호 구간 삽입부; 신호 정보를 생성하고, 상기 제1 보호 구간이 삽입된 OFDM 데이터에 상기 신호 정보를 삽입하는 L1 신호 생성부; 프리앰블을 생성하고, 상기 신호 정보가 삽입된 OFDM 데이터에 상기 프리앰블을 삽입하는 프리앰블 생성부; 상기 프리앰블이 삽입된 OFDM 데이터를 아날로그 신호로 변환하는 컨버터; 및 상기 제1 보호 구간 및 상기 제1 보호 구간과 길이가 상이한 제2 보호 구간을 삽입하도록 상기 보호 구간 삽입부를 제어하는 보호 구간 제어부;를 포함한다.

상기 보호 구간 제어부는, 상기 제1 보호 구간을 OFDM 데이터의 초기 프레임에 삽입할 수 있다.

상기 신호 정보는, 상기 OFDM 데이터의 심볼의 개수, 제1 보호 구간의 길이 정보 및 상기 제2 보호 구간 길이 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 제2 보호 구간의 길이는, 상기 제1 보호 구간의 길이의 절반일 수 있다.

상기 보호 구간 제어부는, 제2 보호 구간만을 포함하는 상기 OFDM 데이터를 송신하고, 상기 OFDM 데이터를 수신한 수신기가 CIR(Channel Response Impulse) 정보에 기초하여 변경한 제3 보호 구간의 길이를 수신하여 상기 제2 보호 구간의 길이를 변경할 수 있다.

개시된 다른 실시예에 따른 무선 통신 시스템은, 송신할 데이터에 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 실행하고, 제1 보호 구간, 신호 정보 및 프리앰블을 삽입한 OFDM 데이터를 송신하는 송신기; 상기 OFDM 데이터를 수신하는 수신기;를 포함하고, 상기 송신기는, 상기 제1 보호 구간 및 상기 제1 보호 구간과 길이가 상이한 제2 보호 구간을 포함하는 상기 OFDM 데이터를 생성할 수 있다.

상기 수신기는, 상기 수신한 OFDM 데이터가 상기 제1 보호 구간을 포함하면, FFT(Fast Fourier Transform) 시작 지점을 이동하여 FFT를 실행할 수 있다.

상기 수신기는, 상기 수신한 OFDM 데이터가 상기 제1 보호 구간을 포함하면, 페이즈 로테이션을 실행할 수 있다.

상기 수신기는, 상기 수신한 OFDM 데이터가 상기 제2 보호 구간만을 포함하면, CIR 정보를 추출하여 상기 제1 보호 구간의 길이와 상이한 제3 보호 구간의 길이를 산출할 수 있다.

상기 송신기는, 상기 수신기가 전달하는 상기 제3 보호 구간의 길이에 기초하여 상기 OFDM 데이터의 상기 제1 보호 구간 및 상기 제2 보호 구간의 길이를 변경할 수 있다.

상기 수신기는, 아날로그 신호로 전송되는 상기 OFDM 데이터를 디지털 신호로 변경하는 컨버터; 상기 OFDM 데이터에 삽입된 상기 프리앰블을 검색하는 프리앰블 탐색부; 상기 프리앰블이 검색되면, 상기 신호 정보를 디코딩하는 L1 신호 디코더; 상기 디코딩된 신호 정보에 기초하여 상기 ODFM 데이터의 FFT(Fast Fourier Transform)를 실행하는 FFT 처리부; 상기 FFT가 실행된 OFDM 데이터의 필터링을 수행하는 이퀄라이저; 및 상기 이퀄라이저가 수집한 CIR 정보에 기초하여 상기 제3 보호 구간의 길이를 산출하는 보호 구간 계산부;를 더 포함한다.

상기 보호 구간 계산부는, 산출된 제3 보호 구간의 길이를 상기 송신기로 전달할 수 있다.

개시된 또 다른 실시예에 따른 데이터 송수신 방법은, 송신할 데이터에 IFFT를 실행하여 OFDM 데이터를 생성하고; 상기 OFDM 데이터에 제1 보호 구간의 길이의 절반인 제2 보호 구간을 삽입하고; 상기 제2 보호 구간이 삽입된 OFDM 데이터를 송신하고; 상기 송신된 OFDM 데이터를 수신하여 FFT를 실행하고; 상기 FFT가 실행된 OFDM 데이터의 필터링을 수행하고; 및 상기 필터링에서 수집된 CIR 정보에 기초하여 상기 제2 보호 길이와 상이한 제3 보호 구간의 길이를 산출하는 것;을 포함한다.

상기 삽입하는 것은, 상기 OFDM 데이터에 상기 제1 보호 구간 및 상기 제2 보호 구간을 삽입하는 것;을 포함할 수 있다.

상기 FFT를 실행하는 것은, FFT 시작 지점을 이동시켜FFT를 실행하는 것;을 포함할 수 있다.

상기 FFT를 실행하는 것은, 페이즈 로테이션을 실행하는 것;을 포함할 수 있다.

상기 산출된 제3 보호 구간의 길이를 수신하는 것;을 더 포함할 수 있다.

상기 OFDM 데이터에 상기 제3 보호 구간만을 다시 삽입하고; 상기 제3 보호 구간만이 삽입된 OFDM 데이터에 신호 정보 및 프리앰블을 삽입하고; 상기 신호 정보 및 상기 프리앰블이 삽입된 OFDM 데이터를 디지털 신호로 변환하여 재 송신하는 것;을 더 포함할 수 있다.

개시된 OFDM 송신기 및 그를 포함하는 무선 통신 시스템 및 그 데이터 송수신 방법은 보호 구간을 변경시킨 OFDM 데이터를 송신함으로써, 데이터 전송률 높이고, 초기 데이터 전송 시 Pre-echo로 인한 ISI((Inter Symbol Interference)발생을 줄일 수 있으며, Fine STO(Symbol Timing Offset) 완료 전 안정적인 채널 추정이 가능해져 초기 전송에서 버려지는 데이터를 줄일 수 있다.

도 1은 개시된 무선 통신 시스템의 각 구성을 도시한 제어 블록도이다.
도 2는 도1에서 도시한 구성의 구체적인 제어 블록도이다.
도 3은 개시된 일 실시예에 따른 OFDM 송신기의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 종래 일반적인 OFDM 데이터를 설명하기 위한 도면이고, 도 5a 및 도 5b는 실시예에 따른 OFDM 데이터를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 OFDM 데이터가 송수신되는 방법에 관한 순서도이다.
도 7 및 도 8은 다른 실시예에 따른 OFDM 데이터가 송수신되는 방법에 관한 순서도이다.
도 9는 종래 일반적인 OFDM 송수신에서 ISI가 발생하는 이유를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 개시된 다른 실시예에 따른 FFT 시작 지점의 이동을 설명하기 위한 도면이고, 도 11은 개시된 다른 실시예에 따른 페이즈 로테이션을 설명하기 위한 도면이다.
도 12및 도 13은 개시된 OFDM 데이터를 수신한 OFDM 수신기의 동작 상태를 확인하기 위한 시뮬레이션 결과이다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 명세서가 실시예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시예들 간에 중복되는 내용은 생략한다. 명세서에서 사용되는 '부, 모듈, 부재, 블록'이라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시예들에 따라 복수의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 하나의 구성요소로 구현되거나, 하나의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 복수의 구성요소들을 포함하는 것도 가능하다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 간접적으로 연결되어 있는 경우를 포함하고, 간접적인 연결은 무선 통신망을 통해 연결되는 것을 포함한다.

또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

제 1, 제 2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 전술된 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다.

이하 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명의 작용 원리 및 실시예들에 대해 설명한다.

도 1은 개시된 무선 통신 시스템의 각 구성을 도시한 제어 블록도이다.

도 1을 참조하면, 개시된 무선 통신 시스템(1)은 송신기(이하 OFDM 송신기, 10) 및 수신기(이하 OFDM 수신기, 20)를 포함하며, OFDM 송신기(10)는 OFDM 수신기(20)로 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 데이터를 전달한다.

여기서 OFDM이란 직교 주파수 분할 다중화 방식으로, 다중 반송파(multiple carrier frequencies)를 이용하여 디지털 데이터를 인코딩하며, 주파수 대역을 여러 개의 작은 서브 채널(Channel)들로 분할해서 다수의 정보를 전송한다. 정보의 전송은 심볼(Symbol) 단위이다.

OFDM 수신기(20)에서는 반송파(Carrier)간 간섭(Inter Carrier Interference, ICI)없이, 복조가 가능하다.

한편, OFDM 송신기(10)는 보내고자 하는 정보, 즉 데이터에 퓨리에 역변환을 수행하고, 보호 구간(Guard Interval)을 삽입한 후, 보호 구간의 정보를 포함하는 신호 정보를 삽입한다.

여기서 보호 구간은 OFDM 방식에서 심볼 간 간섭(Inter Symbol Interference, ISI)을 해결하는데 도움을 준다.

구체적으로 OFDM 송신기(10)가 신호를 송신하면, OFDM 수신기(20)는 OFDM 송신기(10)에서 직접 도달하는 신호를 수신할 수도 있지만, 주변 지형지물에 반사 또는 회절에 의한 신호를 함께 수신할 수도 있다. 즉, OFDM 송신기(10)과 ODFM 수신기(20)의 경로 차이로 인해, 다중 경로에 의한 지연 확산(Delay Spread)이 발생한다. 이러한 다중 경로 지연 확산에 심볼이 더해지면, 인접 심볼에 간섭이 발생할 수 있으므로, OFDM 송신기(10)는 보호 구간을 삽입하여 데이터를 전송한다.

종래 일반적인 OFDM 송신기는 보호 구간의 길이(Duration)을 다중 경로에서 발생하는 가장 긴(Worst) 지연 확산보다 더욱 길게 디자인하였으며, 프레임(Frame)에 디자인된 일괄적인 보호 구간이 삽입되었다.

그러나 개시된 무선 통신 시스템(1)은 삽입되는 보호 구간을 적절하게 조절 또는 변경시킴으로써, 종래 OFDM에서 버려지던 데이터를 줄이고, ISI의 감소 및 정확한 채널 추정이 가능토록 한다.

도 2는 도1에서 도시한 구성의 구체적인 제어 블록도이다.

도 2를 참조하면, OFDM 송신기(10)는 송신할 데이터에 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)을 수행하는 IFFT 처리부(110), 보호 구간을 삽입하는 보호 구간 삽입부(111), IFFT를 처리한 신호를 디코딩하기 위한 L1 신호를 생성하고, 생성한 신호 정보를 삽입하는 L1 신호 생성부(112), 프리앰블(Preamble) 신호를 생성하고 삽입하는 프리앰블 생성부(113) 및 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 DAC 컨버터(Digital-to-Analog Converter), 115) 및 보호 구간을 변경시키는 보호 구간 제어부(100)를 포함한다.

OFDM 수신기(20)는 OFDM 송신기(10)가 전달하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC 컨버터(Analog-to-Digital Converter , 125), OFDM 데이터에 삽입된 프리앰블을 탐색하는 프리앰블 탐색부(123), 신호 정보에 기초하여 디코딩하는 L1 신호 디코더(122) 및 FFT(Fast Fourier Transform)을 실행하는 FFT 처리부(121) 및 필터링을 수행하는 이퀄라이저(120)를 포함하고, OFDM 송신기(10)로 피드백할 보호 구간의 길이를 산출하는 보호 구간 계산부(200)를 더 포함한다.

구체적으로 OFDM 송신기(10)에서 IFFT 처리부(110)는 전송하고자 하는 데이터를 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)하고 OFDM 데이터를 생성한다. IFFT 처리부(110)는 FFT 사이즈를 결정하고, 결정된 FFT 사이즈에 기초하여 수백 개의 반송파를 동시에 변조하는 IFFT를 실행한다.

보호 구간 삽입부(111)는 생성된 OFDM 데이터에 보호 구간을 삽입한다. 개시된 보호 구간 삽입부(111)는 보호 구간 제어부(100)가 결정한 보호 구간의 삽입한다.

보호 구간 제어부(100)는 종래 일괄적으로 동일한 길이의 보호 구간을 삽입하는 대신, OFDM 데이터의 초기 프레임에 서로 다른 길이를 포함하는 보호 구간을 삽입할 수 있다.

일 예로, 보호 구간 제어부(100)는 종래 일반적인 보호 구간의 길이의 두 배가 되는 보호 구간(이하 제1 보호 구간) 및 제1 보호 구간의 길이에 1/2에 해당하는 길이를 가지는 보호 구간(이하 제 2보호 구간)을 삽입할 수 있다.

이 경우, 전송되는 OFDM 데이터의 초기 프레임은 미리 설정된 개수를 포함하는 제1 보호 구간과 그 데이터 및 미리 설정된 개수만큼의 제2 보호 구간과 그 데이터를 포함할 수 있다.

다른 실시예로 보호 구간 제어부(100)는 OFDM 수신기(20)에서 피드백하는 보호 구간의 길이에 기초하여 보호 구간을 삽입할 수도 있다.

구체적으로 보호 구간 삽입부(111)는 보호 구간 계산부(200)가 피드백하는 보호 구간의 길이를 포함하는 보호 구간(이하 제3 보호 구간)을 삽입할 수 있다.

여기서 제3 보호 구간은 OFDM 송신기(10)가 제2 보호 구간만을 포함하는 OFDM 데이터를 전송하고, 이를 수신한 OFDM 수신기(20)가 판단하여 다음 송신 시, 삽입되기를 희망하는 보호 구간을 의미한다. 따라서 제3 보호 구간의 길이는 제1 보호 구간 및 제2 보호 구간의 길이와 상이하며 피드백되는 상황에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

보호 구간의 길이에 대한 구체적인 사항은 이하의 다른 도면을 통해 후술한다.

보호 구간이 삽입되면, L1 신호 생성부(112)는 L1 신호(이하 신호 정보)를 삽입한다. 신호 정보는 프레임에서 보호 구간보다 앞 부분에 삽입되며, 보호 구간의 길이 및 보호 구간의 개수에 관한 정보를 포함한다. 개시된 일 예는 보호 구간이 다양하게 결정되어 삽입되므로, 종래의 신호 정보보다 많은 정보를 포함하는 신호 정보가 삽입된다.

프리앰블 생성부(113)는 프리앰블을 생성한 후, L1 신호 생성부(112)가 전달하는 OFDM 데이터에 생성한 프리앰블을 삽입한다. 여기서 프리앰블은 OFDM 송신기(10)와 OFDM 수신기(20) 사이에 전송 타이밍을 동기화하기 위해 사용되는 신호이다.

DAC 컨버터(115)는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변경한다. 즉, 프리앰블이 삽입된 최종적인 ODFD 데이터의 디지털 신호는 컨버터(115)에 의해서 아날로그 신호로 변환된다.

이후 OFDM 송신기(10)는 OFDM 수신기(20)로 변경된 아날로그 신호를 송신한다.

OFDM 수신기(20)에서 OFDM 송신기(10)가 송신하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC 컨버터(125)를 포함한다.

변환된 신호는 프리앰블 탐색부(123)에 의해서 동기화된다.

구체적으로 프리앰블 탐색부(123)의 동기화는 FFT 시작 지점을 탐색하며, 점진적으로 STO(Symbol Timing Offset)을 추정 및 보상한다.

종래 일반적인 FFT 시작 지점은 CIR(Channel Impulse Response) 파워가 가장 큰 쪽으로 선택되었다. 따라서 선택되지 않은 심볼 성분은 다음 FFT에 들어오게 되고 이는 ISI의 원인이 되었다.

개시된 일 실시예에 따라 제1 보호 구간이 삽입된 OFDM 데이터가 수신되면, FFT 시작 지점을 이동시켜 ISI발생을 억제한다. 이와 관련된 구체적인 설명은 도 6등을 통해 후술한다.

L1 신호 디코더(122)는 프리앰블이 탐색된 OFDM 데이터에서 L1 신호를 디코딩하여 OFDM 송신기(10)에서 삽입된 보호 구간을 제거한 실제 데이터 구간을 판단한다.

FFT 처리부(121)는 FFT 사이즈에 기초하여 FFT(Fast Fourier Transform)를 실행한다.

종래 일반적인 FFT 처리부(121)는 프리앰블 탐색부(123)가 선택한 FFT 시작 지점에서 일괄적으로 FFT를 실행하였다.

이와 비교하여 개시된 제1 보호 구간 및 길이가 상이한 제2 보호 구간이 삽입된 OFDM 데이터가 수신되면, FFT 처리부(121)는 페이즈 로테이션(Phase rotation)을 실행하여 프리앰블 탐색부(123)가 추정한 STO에서 FFT를 실행한 것과 동일한 효과를 준다. 이와 관련된 구체적인 설명은 이하의 다른 도면을 통해 구체적으로 후술한다.

이퀄라이저(Equalizer, 120)는 ISI를 제거하거나 감소시키기 위한 신호 처리, 즉 필터링을 수행한다. 개시된 이퀄라이저(120)는 FFT가 실행된 주파수 영역에서 필터링을 수행할 수 있으며, 주파수 성분 별로 선택적인 증폭과 감쇠를 실행한다.

또한, 이퀄라이저(120)는 필터링 수행과정에서 수집되는 CIR(Channel Impulse response) 정보를 보호 구간 계산부(200)로 전달할 수 있다.

여기서 CIR 정보는 OFDM 데이터가 수신될 때 수집되는 정보를 의미하며, 일괄적인 제2 보호 구간이 삽입된 데이터에서 버려지는 초기 데이터에 대한 정보를 포함한다.

보호 구간 계산부(200)는 이퀄라이저(200)가 전달하는 CIR 정보에 기초하여 OFDM 수신기(20)가 OFDM 데이터를 수신할 때 최적의 보호 구간의 길이, 즉 제3 보호 구간의 길이를 산출한다.

이렇게 산출되는 제3 보호 구간의 길이에 대한 정보는 OFDM 송신기(10)의 보호 구간 제어부(100)로 피드백되어 다음 송신에 사용된다.

이를 통해서 개시된 무선 통신 시스템(10)은 데이터 전송률 높이고, 초기 데이터 전송 시 Pre-echo로 인한 ISI((Inter Symbol Interference)발생을 줄일 수 있으며, Fine STO(Symbol Timing Offset) 완료 전 안정적인 채널 추정이 가능해져 초기 전송에서 버려지는 데이터를 줄일 수 있다.

한편, 도 2에 포함된 구성은 구성의 동작을 제어하기 위한 알고리즘 또는 알고리즘을 재현한 프로그램에 대한 데이터를 저장하는 메모리(미도시), 및 메모리에 저장된 데이터를 이용하여 전술한 동작을 수행하는 프로세서(미도시)로 구현될 수 있다. 이때, 메모리와 프로세서는 각각 별개의 칩으로 구현될 수 있다. 또는, 메모리와 프로세서는 단일 칩으로 구현될 수도 있다.

또한, OFDM 송신기(10) 및 수신기(20)는 통신에 필요한 다양한 모듈을 포함할 수 있으며, 도 2의 구성들의 성능에 대응하여 적어도 하나의 구성요소가 추가되거나 삭제될 수도 있다.

도 3은 개시된 일 실시예에 따른 OFDM 송신기의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.

도 3을 참조하면, OFDM 송신기(10)는 FFT 사이즈에 기초하여 IFFT를 실행한다(300).

IFFT를 통해서 전달하고자 하는 데이터는 주파수 도메인에서 시간 도메인으로 변환된다.

OFDM 송신기(10)는 변환된 데이터에 가변적인 보호 구간을 삽입한다(310).

구체적으로 보호 구간은 보호 구간 제어부(100)에 의해서 결정되며, 보호 구간 제어부(100)는 보호 구간의 길이를 결정한다.

일 실시예에 따르면, 삽입될 보호 구간은, 제1 보호 구간 및 제1 보호 구간의 길이에 절반에 해당하는 제2 보호 구간 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

다른 실시예에 따르면 삽입될 보호 구간은 제1 보호 구간과 제2 보호 구간과 길이가 상이한 제3 보호 구간만으로 삽입될 수 있다.

보호 구간 제어부(100)는 보호 구간의 길이가 결정되면, 보호 구간 삽입부(111)에 결정된 보호 구간의 길이에 대한 정보를 전달한다.

OFDM 송신기(10)는 보호 구간이 삽입된 후, 신호 정보를 삽입한다(320).

신호 정보는 삽입된 보호 구간의 길이 및 종류에 관한 정보를 포함하고 있으며, L1 신호 생성부(112)가 신호 정보를 삽입할 수 있다.

프리앰블 생성부(113)는 프리앰블을 삽입한다(330).

프리앰블은 OFDM 수신기(20)가 FFT 시작 시점을 결정할 수 있는 역할을 한다.

프리앰블이 삽입된 디지털 신호는 컨버터(115)에 의해서 아날로그 신호로 변환되고, OFDM 수신기(20)로 전달된다(340).

도 4는 종래 일반적인 OFDM 데이터를 설명하기 위한 도면이고, 도 5a 및 도 5b는 실시예에 따른 OFDM 데이터를 설명하기 위한 도면이다. 중복되는 설명을 피하기 위해서 이하 함께 설명한다.

도 4를 참조하면, 종래 OFDM 데이터 패킷(Packet)의 구조는 여러 복수의 프레임(Frame, 50)을 포함할 수 있다.

각각의 프레임(50)은 프리앰블(60), 신호정보(70) 및 데이터(80) 순으로 구성되고, OFDM 수신기(20)는 신호 정보(70)를 디코딩하여 데이터(80)의 디코딩에 필요한 FFT 사이즈, 심볼 개수 및 보호 구간 길이 등과 같은 PHY 파라미터를 획득한다. 즉, OFDM 수신기(20)는 신호 정보(70)에 획득된 파라미터를 통해서 데이터를 디코딩한다.

구체적으로 도 4의 신호 정보(70)에서 도시된 N_sym_GI은 보호 구간의 개수(즉, 심볼 개수)를 의미하고, GI_Length는 보호 구간의 길이(GI)를 의미한다. 종래 일반적인 보호 구간(제2 보호 구간)의 길이는 800nSec일 수 있다.

데이터(80)는 전달하고자 하는 데이터를 포함하는 부분으로, 복수 개(m)의 보호 구간(81) 및 데이터 구간(85)으로 구분할 수 있다.

여기서 보호 구간(81)은 데이터 구간(85)의 끝 부분 중 미리 설정된 길이만큼 데이터 부분이 삽입된 것으로, 데이터 개수에 맞춰 복수 개 마련된다.

도 5a를 참조하면, 개시된 OFDM 데이터의 패킷 구조(30)는 신호 정보(70)에 복수 개의 보호 구간의 길이 및 개수에 대한 정보를 포함하고, 데이터(80)는 제1 보호 구간(GI1) 및 제2 보호 구간(GI2) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

구체적으로 개시된 일 실시예는 신호 정보(70)는 제1 보호 구간의 개수(N_sym_GI1)가 m개 마련되고, 제2 보호 구간의 개수(N_sym_GI2)가 n개를 표시하도록 마련될 수 있다. 또한, 신호 정보(70)는 제1 보호 구간의 길이(GI1_Length) 및 제2 보호 구간의 길이(GI2_Length)가 포함될 수 있다.

여기서 제1 보호 구간(82)의 길이는 제2 보호 구간(81)의 길이에 비해 2배의 길이를 가지도록 마련될 수 있으며, 일 예로 제1 보호 구간(82)의 길이는 1600nSec이며, 제2 보호 구간(81)의 길이는 800nSec일 수 있다. 다만 실시예에 불과할 뿐, 길이의 크기는 다양할 수 있다.

이에 따라 일 실시예에 따른 데이터 구조(80)는 도 5a와 같이 m 개의 제1 보호 구간(82) 및 데이터를 포함하고, n개의 제2 보호 구간(81) 및 데이터를 포함할 수 있다.

도 5b를 참조하면, 개시된 다른 실시예에 따른 OFDM 데이터의 패킷 구조(31)는 신호 정보(70)에 제3 보호 구간의 길이 및 개수에 대한 정보를 포함하고, 복수 개의 데이터(80) 구간은 제3 보호 구간(GI3) 및 데이터(85)를 포함할 수 있다.

구체적으로 개시된 다른 실시예서 신호 정보(70)는 제3보호 구간의 개수(N_sym_GI3)가 m개 및 제3 보호 구간의 길이(GI3_Length)에 대한 정보가 포함될 수 있다.

여기서 제3 보호 구간(83)은 제1 보호 구간(82) 및 제2 보호 구간(81)과 길이가 상이한 것으로, OFDM수신기(20)가 전달하는 피드백에 의해서 결정된다. 또한, 실시예에서 OFDM 송신기(10)는 도 4 또는 도 5a에서 도시한 OFDM 데이터를 전송한 후 OFDM 수신기(20)가 피드백하는 보호 구간의 길이에 기초하여 제3 보호 구간(83)의 길이를 결정할 수도 있다.

한편, 도 5b의 실시예에 따른 제3 보호 구간(83)의 길이는 다음 전송 시, 다시 변경될 수 있다.

도 6은 일 실시예에 따른 OFDM 데이터가 송수신되는 방법에 관한 순서도이다.

도 6을 참조하면, OFDM 송신기(10)는 초기 프레임에 제1 보호 구간과 제2 보호 구간을 삽입한다(400).

여기서 초기 프레임은 OFDM 데이터 전송 시, OFDM 수신기(20)에 처음으로 수신되는 첫 번째 프레임(60)을 의미한다. 개시된 발명은 초기 데이터의 손실을 최소화하기 위함이므로, 제 1 프레임에 전술한 보호 구간을 삽입할 수 있다.

제1 보호 구간과 제2 보호 구간의 길이는 상이하며, 일 예에 따라 제2 보호 구간의 길이는 제1 보호 구간의 길이의 절반에 해당할 수 있다.

OFDM 송신기(10)는 신호 정보 및 프리앰블을 삽입한 후 아날로그 신호로 변환하여 수신기로 OFDM 데이터를 전송한다(410).

신호 정보는 전술한 바와 같이, 제1 보호 구간의 개수 및 제 2 보호 구간의 개수와 각각의 길이 정보를 포함한다.

OFDM 수신기(20)는 디지털 신호로 변환한다(420).

구체적으로 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 구성은 ADC 컨버터(125)가 수행할 수 있다.

OFDM 수신기(20)는 신호 정보(70)를 기초로 보호 구간의 길이를 판단한다(430). 만약 제1 보호 구간에 관한 정보가 있다면, OFDM 수신기(20)는 440 이하의 단계를 진행한다.

만약 제2 보호 구간만이 포함되면, OFDM 수신기(20)는 종래 일반적인 기술과 같이 450 이하를 진행한다.

구체적으로 OFDM 수신기(20)가 제2 보호 구간만을 포함하는 OFDM 데이터 패킷을 수신하면, 프리앰블 탐색부(123)는 프리앰블(60)에서 가장 큰 CIR 파워를 가지는 지점을 FFT 시작 지점으로 선택한다(450).

L1 신호 디코더(122)는 신호 정보를 디코딩하고, FFT 처리부(121)는 FFT 실행한다(451).

구체적으로 FFT는 제2 보호 구간이 제거된 후 진행될 수 있으며, 추정된 심볼 타이밍, 즉 FFT 시작 지점에서 FFT가 실행된다.

주파수 변환이 이뤄진 후, 이퀄라이저(120)는 필터링을 실행한다(450).

이와 비교하여 수신되는 개시된 OFDM 패킷은 제1 보호 구간 및 제 2보호 구간을 포함한 보호 구간이 삽입될 수 있다.

제1 보호 구간이 탐색되면, L1 신호 디코더(122)는 FFT 시작 지점을 이동시킨다(440).

구체적으로 프리앰블 탐색부(123)는 제1 보호 구간에서 가장 큰 CIR 파워를 가지는 시점으로 STO를 추정할 수 있다. 그러나 제1 보호 구간의 길이는 제2 보호 구간의 길이의 두 배가 되므로, L1 신호 디코더(122)는 추정된 FFT 시작 지점을 앞으로 이동시킨다. 일 예로, FFT 시작 지점은 프리앰블 탐색부(123)가 추정한 시작 지점에서 제1 보호 구간의 길이의 절반만큼 이동할 수 있다.

FFT 처리부(121)는 이동된 시작 지점에 기초하여 FFT를 실행한다(441).

또한, FFT 처리부(121)는 FFT를 반복적으로 실행, 즉 페이즈(Phase) 로테이션(442)를 실행한다.

전술한 바와 같이, 제1 보호 구간의 길이의 절반에 해당하는 만큼 FFT 시작 지점이 이동되었으므로, 제1 보호 구간의 절반의 길이에 해당하는 페이즈만큼 FFT 출력 신호를 로테이션한다.

이퀄라이저(120)가 필터링을 수행하고 데이터를 추출한다(443).

도 7 및 도 8은 다른 실시예에 따른 OFDM 데이터가 송수신되는 방법에 관한 순서도이다.

도 7을 먼저 참조하면, OFDM 송신기(10)는 초기 프레임에 제2 보호 구간을 삽입한다(500).

여기서 제2 보호 구간은 종래 일반적인 보호 구간을 의미한다.

OFDM 송신기(10)는 신호 정보 및 프리앰블을 삽입한 후 아날로그 신호로 변환하여 수신기로 OFDM 데이터를 전송한다(510).

OFDM 수신기(20)는 도 6에서 전술한 바와 같이, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고(520), 삽입된 제2 보호 구간을 제거하며(530), FFT를 실행(540)한다.

여기서 FFT의 시작 지점은 제2 보호 구간의 CIR중 가장 큰 파워를 가지는 지점으로 선택되며, 이에 따라 선택되지 않은 앞 부분의 CIR 성분은 디코딩되지 않으므로 ISI가 발생한다.

FFT가 실행된 후 이퀄라이저(120)는 필터링을 실행한다(550).

또한, 개시된 이퀄라이저(120)는 필터링을 과정에서 추출되는 CIR 정보를 보호 구간 계산부(200)로 전달한다(560).

보호 구간 계산부(200)는 전달받은 CIR 정보를 기초로 초기 디코딩되지 않는 부분을 포함시키는 보호 구간의 길이, 즉 제3 보호 구간의 길이를 산출한다(570).

OFDM 수신기(20)는 제3 보호 구간의 길이에 관한 정보를 OFDM 송신기(10)로 전달한다(580).

즉, OFDM 수신기(20)는 OFDM 데이터를 최소 일회 이상 수신한 뒤, CIR정보에 기초하여 버려지는 데이터를 줄일 수 있는 보호 구간의 길이를 결정하고 이를 피드백한다(A).

도 8을 참조하면, OFDM 송신기(10), 구체적으로 보호 구간 제어부(100)가 제3 보호 구간의 길이 정보를 수신한다(600).

수신되는 정보는 복수 개의 OFDM 수신기(20)에 따라 다양할 수 있다.

보호 구간 제어부(100)는 수신된 정보를 기초로 다음 OFDM 데이터를 송신할 때 삽입될 보호 구간의 길이를 결정한다(610).

보호 구간의 길이가 결정되면, IFFT 처리부(110)가 FFT 사이즈에 기초하여 IFFT 실행한다(620).

보호 구간 삽입부(111)는 결정된 제3 보호 구간의 길이에 기초하여 제3 보호 구간을 삽입한다(630).

이후 L1 신호 생성부(112)는 결정된 제3 보호 구간에 관한 정보, 예를 들면, 제3 보호 구간의 길이 및 개수에 관한 정보를 포함하는 신호 정보를 삽입한다(640).

프리앰블 생성부(113)가 생성된 프리앰블을 삽입한다(650).

컨버터(115)는 L1 신호 생성부 및 상기 프리앰블 생성부를 거처 생성된 OFDM 데이터는 아날로그 신호로 변환한다(660).

OFDM 송신기(10)가 OFDM 수신기(20)로 변환된 OFDM 데이터를 송신한다(670).

이를 통해서 OFDM 수신기(20)는 ISI를 줄일 수 있는 제3 보호 구간이 삽입된 OFDM 데이터를 수신하게 되고, Fine STO 추정 전 안정적인 채널 추정이 가능하며 데이터 전송률을 높일 수 있다.

도 9는 종래 일반적인 OFDM 송수신에서 ISI가 발생하는 이유를 설명하기 위한 도면이다.

도 9를 참조하면, 종래 초기 프레임(80a)은 제2 보호 구간(81) 및 데이터(85)를 포함할 수 있다.

제2 보호 구간(81)은 데이터(85)의 끝 부분의 일정 구간(85a)과 동일한 데이터를 복사하여 삽입된다. 또한 제2 보호 구간(81)은 가장 긴(Worst) 다중 경로 지연 확산보다 긴 길이를 가지도록 디자인된다.

전술한 바와 같이, OFDM 수신기(20)는 프리앰블에서 가장 큰 파워를 가지는 CIR 성분을 포함하는 지점(90)이 FFT의 시작 지점(91), 즉 심볼 타이밍을 추정한다.

따라서 Fine STO가 완료 되기 전까지Pre-Echo 채널 및 Mobile 채널에서 크기가 작은 CIR 성분(92)은 디코딩에서 제외된다. 이 때문에 ISI 또는 SNR 저하가 발생하고, 초기 신호가 디코딩 실패(Decoding Fail)이 발생한다.

도 10은 개시된 다른 실시예에 따른 FFT 시작 지점의 이동을 설명하기 위한 도면이고, 도 11은 개시된 다른 실시예에 따른 페이즈 로테이션을 설명하기 위한 도면이다.

도 10을 참조하면, OFDM 수신기(20)는 OFDM 송신기(10)로부터 직접 송신되는 경로로 수신되는 메인 OFDM 데이터(Main Path) 및 경로 차이로 인해 메인 OFDM 데이터보다 먼저 들어오는 OFDM 데이터(Worst Pre-Echo)를 수신할 수 있다.

개시된 일 실시예에 따라 수신되는 OFDM 데이터는 제2 보호 구간보다 길이가 긴 제1 보호 구간(81)을 각각 포함한다.

전술한 바와 같이, 제1 보호 구간(81)이 수신되면, OFDM 수신기(20)는 제2 보호 구간이 수신될 때 FFT를 실행하는 FFT 시작 시점(90a)를 제1 보호 구간 길이(1600nSec)의 반 만큼 앞으로 이동시켜 FFT를 실행한다. 즉, 개시된 일 실시예에서 FFT 시작 시점은 90b로 이동된다. 일 예에서 FFT 시작 시점은 800nSec만큼 이동할 수 있다.

또한, 디코딩 실패가 발생할 수 있는 최대 거리(800nsec), worst Pre-echo에서 FFT 사이즈(91)는 Pre-echo에 포함된 데이터(85)를 모두 포함할 수 있다. 따라서 Pre-echo에서도 STO 추정에 따른 ISI는 발생하지 않는다.

도 11을 참조하면, OFDM 수신기(20)는 OFDM 송신기(10)로부터 직접 송신되는 경로, 즉 Main path로 수신되는 메인 OFDM 데이터 및 경로 차이로 인해 메인 OFDM 데이터보다 나중에 들어오는 Post-Echo OFDM 데이터를 수신할 수 있다.

도 10에서 전술한 바와 같이, FFT 사이즈(91)가 형성되면, 800nSec만큼 나중에 들어오는 Worst Post-Echo에서 제1 CIR 성분(93)만이 FFT 사이즈(91)에 포함된다. 즉, Worst Post-Echo의 제2 CIR 성분(94)는 FFT 사이즈(91)에 포함되지 않을 수 있다.

따라서 개시된 일 실시예에 따른 OFDM 수신기(20)는 디코딩 실패가 발생될 수 있는 Post-Echo의 데이터에 페이즈 로테이션을 실행하여 마치 FFT 시작 지점이 이동하지 않은 것과 같은 효과를 줄 수 있다.

도 12및 도 13은 개시된 OFDM 데이터를 수신한 OFDM 수신기의 동작 상태를 확인하기 위한 시뮬레이션 결과이다.

구체적으로 도 12는 Pre-Echo에서 확인할 수 있는 SYNC constellation(700a) 및 EQ constellation(700b)이고, 도 13은 Post-Echo에서 확인할 수 있는 SYNC constellation(710a) 및 EQ constellation(710b)이다.

구체적으로 도 12의 SYNC constellation(700a) 및 도 13의 SYNC constellation(710a)는 FFT 실행 전 싱크 출력을 의미한다. 또한, 도 12의 EQ constellation(700b) 및 도 13의 EQ constellation(710b)은 이퀄라이저(120)에서 필터링을 완료한 결과값이다.

도 12 및 도 13을 참조하면, 700a 및 710a과 같이 FFT 전 무분별하게 수신되는 무리(constellation)는 개시된 일 예에 따른 송수신 방법을 거친 후, 700b 및 710b와 같이 정상적인 데이터를 디코딩할 수 있다.

즉, 개시된 실시예에 따른 OFDM 기반 무선 통신 시스템은 보호 구간을 변경시킨 OFDM 데이터를 송신함으로써, 데이터 전송률 높이고, 초기 데이터 전송 시 Pre-echo로 인한 ISI((Inter Symbol Interference)발생을 줄일 수 있으며, Fine STO(Symbol Timing Offset) 완료 전 안정적인 채널 추정이 가능해져 초기 전송에서 버려지는 데이터를 줄일 수 있다.

1: 무선 통신 시스템 10: OFDM 송신기
20: OFDM 수신기 100: 보호 구간 제어부
200: 보호 구간 계산부

Claims

송신할 데이터에 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)를 실행하여 OFDM 데이터를 생성하는 IFFT 처리부;
상기 생성된 OFDM 데이터에 제1 보호 구간을 삽입하는 보호 구간 삽입부;
신호 정보를 생성하고, 상기 제1 보호 구간이 삽입된 OFDM 데이터에 상기 신호 정보를 삽입하는 L1 신호 생성부;
프리앰블을 생성하고, 상기 신호 정보가 삽입된 OFDM 데이터에 상기 프리앰블을 삽입하는 프리앰블 생성부;
상기 프리앰블이 삽입된 OFDM 데이터를 아날로그 신호로 변환하는 컨버터; 및
상기 제1 보호 구간 및 상기 제1 보호 구간과 길이가 상이한 제2 보호 구간을 삽입하도록 상기 보호 구간 삽입부를 제어하는 보호 구간 제어부;를 포함하는 송신기.
제 1항에 있어서,
상기 보호 구간 제어부는,
상기 제1 보호 구간을 OFDM 데이터의 초기 프레임에 삽입하는 송신기.
제 1항에 있어서,
상기 신호 정보는,
상기 OFDM 데이터의 심볼의 개수, 제1 보호 구간의 길이 정보 및 상기 제2 보호 구간 길이 정보 중 적어도 하나를 포함하는 송신기.
제 1항에 있어서,
상기 제2 보호 구간의 길이는,
상기 제1 보호 구간의 길이의 절반인 송신기.
제 1항에 있어서,
상기 보호 구간 제어부는,
제2 보호 구간만을 포함하는 상기 OFDM 데이터를 송신하고, 상기 OFDM 데이터를 수신한 수신기가 CIR(Channel Response Impulse) 정보에 기초하여 변경한 제3 보호 구간의 길이를 수신하여 상기 제2 보호 구간의 길이를 변경하는 송신기.
송신할 데이터에 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 실행하고, 제1 보호 구간, 신호 정보 및 프리앰블을 삽입한 OFDM 데이터를 송신하는 송신기;
상기 OFDM 데이터를 수신하는 수신기;를 포함하고,
상기 송신기는,
상기 제1 보호 구간 및 상기 제1 보호 구간과 길이가 상이한 제2 보호 구간을 포함하는 상기 OFDM 데이터를 생성하는 무선 통신 시스템.
제 6항에 있어서,
상기 제2 보호 구간의 길이는,
상기 제1 보호 구간의 길이의 절반인 무선 통신 시스템.
제 7항에 있어서,
상기 수신기는,
상기 수신한 OFDM 데이터가 상기 제1 보호 구간을 포함하면, FFT(Fast Fourier Transform) 시작 지점을 이동하여 FFT를 실행하는 무선 통신 시스템.
제 7항에 있어서,
상기 수신기는,
상기 수신한 OFDM 데이터가 상기 제1 보호 구간을 포함하면, 페이즈 로테이션을 실행하는 무선 통신 시스템.
제 6항에 있어서,
상기 수신기는,
상기 수신한 OFDM 데이터가 상기 제2 보호 구간만을 포함하면, CIR 정보를 추출하여 상기 제1 보호 구간의 길이와 상이한 제3 보호 구간의 길이를 산출하는 무선 통신 시스템.
제 10항에 있어서,
상기 송신기는,
상기 수신기가 전달하는 상기 제3 보호 구간의 길이에 기초하여 상기 OFDM 데이터의 상기 제1 보호 구간 및 상기 제2 보호 구간의 길이를 변경하는 무선 통신 시스템.
제 11항에 있어서,
상기 수신기는,
아날로그 신호로 전송되는 상기 OFDM 데이터를 디지털 신호로 변경하는 컨버터;
상기 OFDM 데이터에 삽입된 상기 프리앰블을 검색하는 프리앰블 탐색부;
상기 프리앰블이 검색되면, 상기 신호 정보를 디코딩하는 L1 신호 디코더;
상기 디코딩된 신호 정보에 기초하여 상기 ODFM 데이터의 FFT(Fast Fourier Transform)를 실행하는 FFT 처리부;
상기 FFT가 실행된 OFDM 데이터의 필터링을 수행하는 이퀄라이저; 및
상기 이퀄라이저가 수집한 CIR 정보에 기초하여 상기 제3 보호 구간의 길이를 산출하는 보호 구간 계산부;를 더 포함하는 무선 통신 시스템.
제 12항에 있어서,
상기 보호 구간 계산부는,
산출된 제3 보호 구간의 길이를 상기 송신기로 전달하는 무선 통신 시스템.
송신할 데이터에 IFFT를 실행하여 OFDM 데이터를 생성하고;
상기 OFDM 데이터에 제1 보호 구간의 길이의 절반인 제2 보호 구간을 삽입하고;
상기 제2 보호 구간이 삽입된 OFDM 데이터를 송신하고;
상기 송신된 OFDM 데이터를 수신하여 FFT를 실행하고;
상기 FFT가 실행된 OFDM 데이터의 필터링을 수행하고; 및
상기 필터링에서 수집된 CIR 정보에 기초하여 상기 제2 보호 길이와 상이한 제3 보호 구간의 길이를 산출하는 것;을 포함하는 데이터 송수신 방법.
제 14항에 있어서,
상기 삽입하는 것은,
상기 OFDM 데이터에 상기 제1 보호 구간 및 상기 제2 보호 구간을 삽입하는 것;을 포함하는 데이터 송수신 방법.
제 15항에 있어서,
상기 FFT를 실행하는 것은,
FFT 시작 지점을 이동시켜FFT를 실행하는 것;을 포함하는 데이터 송수신 방법.
제 16항에 있어서,
상기 FFT를 실행하는 것은,
페이즈 로테이션을 실행하는 것;을 포함하는 데이터 송수신 방법.
제 15항에 있어서,
상기 산출된 제3 보호 구간의 길이를 수신하는 것;을 더 포함하는 데이터 송수신 방법.
제 18항에 있어서,
상기 OFDM 데이터에 상기 제3 보호 구간만을 다시 삽입하고;
상기 제3 보호 구간만이 삽입된 OFDM 데이터에 신호 정보 및 프리앰블을 삽입하고;
상기 신호 정보 및 상기 프리앰블이 삽입된 OFDM 데이터를 디지털 신호로 변환하여 재 송신하는 것;을 더 포함하는 데이터 송수신 방법.