KR970005594B1 - 다중반송파 송수신장치의 비트할당장치 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

다중반송파 송수신장치의 비트할당장치
제1도는 종래의 비트할당방법의 일예를 보이는 흐름도이다.
제2도는 종래의 비트할당방법의 다른 예를 보이는 흐름도이다.
제3도는 본 발명에 따른 다중반송파 송수신기를 보이는 블럭도이다.
제4도는 제3도에 도시된 잡음평가기의 상세한 구성을 보이는 블럭도이다.
제5도는 제3도에 도시된 비트할당조정기의 상세한 구성을 보이는 블럭도이다.
본 발명은 다중반송파 송수신기에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 각 서브채널에 최적의 비트수를 할당하는 비트할당장치에 관한 것이다.
다중반송파변조(multicarrier modulation)는 심볼간의 간섭(ISI ; Inter Symbol Interference)가 있는 채널에서 오류확율을 최소화하면서 최대의 전송속도를 얻을 수 있는 최적의 전송방식으로 평가되어지는 것으로서 주로 전화선로에 사용되었다.
최근에는 디지탈신호처리기술의 발달, 고속푸리에연산(FFT ; Fast Fourier Transform)의 도입 등에 힘입어 광대역, 고속화가 요구되는 무선채널에도 사용되고 있다.
다중반송파 통신에서 최대의 전송속도(throughput)와 송수신링크(link)간의 신뢰성을 확립하기 위해서는 우선 시스템 초기화시의 송수신기간의 동기가 신속, 정확히 이루어져야 하며, 다음으로는 신호대 잡음비가 우수하여야 한다. 신호대 잡음비는 채널의 응답과 잡음의 전력밀도로서 구해진다.
각 반송파들이 오류확률이 같고, 이 오류확률이 허용오류확률 안에 들기 위해서는 서브채널별 신호대 잡음비를 사용하여 각 서브채널의 상태에 적합한 비트수를 할당하여야 한다.
종래에도 각 서브채널에 최적의 비트수를 할당하기 위한 방법이 연구되어져 몇가지의 비트할당방법이 도출되었으나 계산량이 많고, 구현이 복잡하며, 초기화시간이 오래 걸린다는 등의 문제점을 내포하고 있었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서 연산의 복잡성과 과다한 초기화 소요시간을 해결하는 비트할당장치를 제공함을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하는 본 발명에 따른 다중반송파 송수신장치는
각 서브채널별 채널응답을 평가하는 채널응답평가기 ;
각 서브채널별 잡음의 전력밀도를 평가하는 잡음평가기 ;
상기 채널응답평가기에서 출력되는 채널응답과 상기 잡음평가기(169)에서 출력되는 잡음의 전력밀도를 입력하여 신호대 잡음비를 계산하는 신호대 잡음계산기 ; 및
신호대 잡음계산기에서 출력되는 신호대 잡음비를 입력하여 각서브채널별 할당비트수를 조정하는 비트할당 조정기를 포함함을 특징으로 한다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
제1도는 종래의 비트할당방법의 일예를 보이는 흐름도로서 Hughes-Hartogs 방법에 의한 비트할당방법을 보이는 것이다. Hughes-Hartogs 방법은 최소의 전력중분(incremental power)ΔP를 갖는 서브채널을 탐색하고, 그 서브채널에 한 비트를 추가시켜주는 처리를 전체비트수(BITtotal)와 목표비트수(BITtarget)가 같아질 때가지 반복하는 방법이다.
전력중분 ΔP는
ΔP=Pi, j-Pi-1, j …(1)
로서 표현된다.
여기서, i는 i번째 비트를 나타내고,
j는 j번째 서브채널을 나타낸다.
먼저, 전체비트수(BITtotal)와 전체전력(Ptotal)을 초기화한다. 전체비트수(BITtotal)는 각 서브채널에 할당된 비트수의 총합을 나타내고, 전체전력(Ptotal)은 이에 상응하는 전력의 총합을 나타낸다(100단계).
가장 작은 전력증분 ΔP을 갖는 서브채널을 탐색한다(110단계).
110단계에서 탐색된 서브채널에 한 비트를 추가시킨다(120단계).
전체비트수(BITtotal)와 전체전력(Ptotal)을 다시 산출한다(130단계).
즉,
BITtotal=BITtolal+1, Ptotal=Ptotal+ΔPi, j …(2)
110단계에서 탐색된 서브채널에 전력증분값을 더한다(140단계).
즉,
ΔPi,j=ΔPi+1, j ∀ i …(3)
전체비트수(BITtotal)와 전체전력(Ptotal)을 각각 목표비트수(BITtarget)와 목표전력(Ptarget)과 비교한다(150단계).
전체비트수(BITtotal)가 목표비트수(BITtarget) 보다 작거나, 전체전력(Ptotal)이 목표전력(Ptarget)보다 작으면 110단계로 복귀한다.
Hughes-Hartogs방법에 의하면 거의 최적의 비트할당이 이루어질 수 있으나, 탐색횟수(전체비트수×서브채널의 수)가 너무 많아 초기화시간이 길어지는 단점이 있다.
제2도는 종래의 비트할당방법의 다른 예를 보이는 흐름도로서 Alternative Loading 방법에 의한 비트할당방법을 보이는 것이다.
Alternative Loading 방법은 최적의 여유값margin을 갖도록 서브채널별로 비트를 할당하는 것을 전체비트수(BITtotal)와 목표비트수(BITtarget)가 같아질 때까지 반복하는 방법이다.
각 서브채널에 할당되는 비트수 b(i)는 다음의 식으로 나타내어진다.
b(i)=log2(1+SNR(i)/SNRgap) …(4)
여기서, i는 i번째 서브채널을 나타내고,
SNR(i)는 i번째 서브채널의 SNR(Signal to Noise Ratio)를 나타내고,
SNRgap는 허용오류확률을 만족하는 SNR값에 여유값을 더한 값을 나타낸다.
먼저, 모든 서브채널이 사용되고 있고, 각 서브채널의 에너지(Ei)가 1인 것으로 가정하고 모든 서브 채널의 SNR을 계산한다(200단계).
여유값(margin)과 반복횟수(IteratrCount)를 초기화한다(210단계).
전체비트수(BITtotal)를 초기화하고, 사용채널수(UsedCarriers)를 초기화한다. 여기서, 전체비트수(BITtota1)는 각 서브채널에 할당된 비트수의 총합을 나타내며, 사용채널수(UsedCarriers)는 최대채널수 N으로 초기화된다(220단계).
각 서브채널별로 b(i), b'(i), diff(i) 및 사용채널수(UsedCarriers)를 계산한다(230단계).
b'(i)=round[b(i)] …(5)
diff(i)=b(i)-b'(i) …(6)
If b'(i)=0, UsedCarriers=UsedCarriers-1 …(7)
여기서, round는 정수 라운드연산을 나타낸다.
전체비트수(BITtotal)을 계산한다(240단계).
…(8)
새로운 여유값을 계산한다(250단계).
…(9)
반복횟수를 증가시킨다(260단계).
IterateCount=IterateCount+1 …(10)
전체비트수(BITtotal)와 목표비트수(BITtarget)가 같지 않거나 반복횟수(IterateCount)가 최대반복횟수(MaxCount)보다 작으면 220단계로 복귀한다(270단계). 여기서, 최대반복횟수(MaxCount)는 이 알고리즘에서 수행될 수 있는 최대의 반복횟수를 말한다.
전체비트수(BITtotal)가 목표비트수(BITtarget)보다 작으면 비트테이블 b'(i)에서 diff(i)가 가장 작은 채널부터 한 비트씩 빼고, 이를 전체비트수(BITtotal)가 목표비트수(BITtarget)와 같아질 때까지 반복한다.(280단계∼285단계)
전체비트수(BITtotal)가 목표비트수(BITtarget)보다 크면 비트테이블 b'(i)에서 diff(i)가 가장 큰 채널부터 한 비트를 더해주고, 이를 전체비트수(BITtotal)가 목표비트수(BITtarget)와 같아질 때까지 반복한다.(290단계∼295단계)
주어진 비트테이블 b'(i)에서 모든 채널의 오류확률이 목표오류확률과 같아지도록 에너지분포를 조정한다.(300단계)
전체채널의 에너지(Etotal)와 목표에너지(Etarget)가 같아지도록 에너지분표를 조정한다.(310단계)
제3도의 흐름도에 도시된 바의 Alternative Loading방법은 Hughes-Hortogs방법에 비하여 반복횟수(최대반복횟수×서브채널의 수+서브채널의 수)가 적어 초기화시간이 비교적 작지만 역시 계산량이 많기 때문에 고속데이타전송에 적용하기는 부적합하다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서 복잡성과 과다한 연산시간을 해결하는 비트할당장치를 제공함을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하는 본 발명에 따른 비트할당장치는
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
제3도는 본 발명에 따른 비트할당장치를 적용한 다중반송과 송수신기를 보이는 블럭도이다. 제3도에 도시된 장치에 있어서 입력되는 디지탈데이타열{b1, b2………bk}(10)는 본 발명의 비트할당 조정기(180)에 의해 제어되는 비트할당기 및 비트맵퍼(20)에 의해 N개의 반송파에 최적의 비트수로 할당 및 맵핑되어져 변조기(30)으로 입력된다. 통상변조기(30)는 역푸리에변환기(IFFT;Inverse Fast Fourier Transform)로 구성되며, 그의 출력신호는 시간영역의 병렬신호이다.
변조기(30)에서 출력되는 시간영역의 병렬신호는 병렬/직렬변환기(40)을 통하여 시간영역의 신호열로 바뀌어지고, 디지탈/아탈로그 변환기(50)를 거쳐 송신출력신호(60)로 출력된다.
이 송신출력신호(60)는 잡음이 있는 전송채널(70)을 통하여 수신입력신호(80)가 된다. 여기서, 전송채널은 송신출력신호가 전송되는 매체를 말하는 것으로서 공중전화선, 무선채널 등이 될 수 있다.
수신입력신호(80)는 아날로그/디지탈 변환기(90)에 의해 디지탈신호로 바뀌어진다. 아날록,/디지탈 변환기(90)의 출력되는 디지탈신호는 직렬/병렬변환기(100)을 통하여 복조기(110)로 입력된다. 일반적으로 복조기는 푸리에변환기(FFT ; Fast Fourier Transform)로 구성되며, 복조기(110)의 출력신호는 주파수영역의 병렬신호 즉, N개의 다중반송파로 분류되어진다.
복조기(110)에서 출력되는 주파수영역의 병렬신호는 본 발명의 비트할당 조정기에 의해 제어되어지는 비트역할당기 및 비트판독기(120)에 의해 원래의 디지탈데이타열{b1, b2………bk}(130)가 복원되어 출력된다.
신호대 잡음평가기(140)와 비트할당 조정기(180)는 서브채널별로 최적의 비트수를 할당하기 위한 것으로서 비트할당기 및 맵퍼(20)와 비트열할당기 및 비트판독기에서의 비트할당을 조정한다.
신호대 잡음평가기(140)는 각 서브채널별 채널응답(손실)과 잡음의 전력밀도를 평가하기 위한 것으로서 채널응답평가기(150), 잡음평가기(160), 신호대 잡음계산기(170)로 구성된다.
채널응답평가기(150)는 아날로그/디지탈 변환기(90)의 출력을 입력하고, DSL(Deterministic Least Squares)방식에 의해 채널응답을 구한다.
잡음평가기(160)는 아날로그/디지탈 변환기(90)의 출력 및 채널응답평가기(150)의 출력을 입력하여 잡음의 전력밀도를 구한다.
신호대 잡음계산기(170)는 채널응답평가기(150)에서 출력되는 채널응답과 잡음평가기(160)에서 출력되기 잡음의 전력밀도를 입력하여 서브채널별 신호대 잡음비를 구한다.
제4도는 제3도에 도시된 잡음평가기의 상세한 구성을 보이는 도면이다. 제3도에 도시된 아날로그/디지탈 변환기(90)에서 출력되는 시간영역의 직렬신호는 채널응답 및 잡음을 포함한다. 채널응답은 채널응답평가기(162)를 통하여 구해진다.
잡음평가기(160)는 아날로그/디지탈 변환기(90)에서 출력되는 신호에서 채널응답을 빼줌으로써 잡음을 구하고, 이를 몇개의 신호구간에서 평균시켜 잡음의 전력밀도를 구한다.
채널응답평가기(150)에서 출력되는 주파수영역의 채널응답신호는 채널응답기(162)를 통하여 시간영역의 채널응답신호로 변환된 후 초기화시기의 약속된 신호열(Known Sequence)(163)과 콘볼루션계산기(164)를 통하여 콘볼루션(convolution)연산된다. 콘볼루션계산기(164)의 출력은 가산기(161)를 통하여 아날로그/디지탈 변환기(90)에서 출력되는 신호에 가산되고 그 결과로서 가산기(161)에서 잡음신호가 출력된다.
검출된 잡음신호는 잡음신호 분석기(165)로 입력되어져 체널별 잡음전력밀도가 생성된다.
반주기겹침기(166)은 후단에서의 평균값계산이 효율적으로 수행될 수 있게 하기 위하여 잡음신호를 반주기만큼 겹쳐지게 한다. 반주기겹침기(166)의 출력은 계속되는 잡음신호의 영향을 감소시키기 위하여 해밍윈도우(hamming window)(167)를 통하고, 잡음신호, 평가량의 평균값계산과 주파수영역으로의 변환을 위해 평균기 및 푸리에변환기(168)를 통하고, 절대값자승기(169)를 통하여 잡음전력밀도가 출력되게 된다.
이와 같이 구해진 주파수영역의 서브채널별 잡음전력밀도신호와 채널응답평가기(150)에서 출력되는 주파수영역의 서브채널별 채널응답신호가 신호대 잡음비 계산기(170)에 입력되어 수학식 11에 의해 계산되는 신호대 잡음비가 출력되어 비트할당조정기(180)로 제공된다.
…(11)
여기서, E(i)는 i번째 서브채널의 에너지이고,
; H(i) :2는 i번째 서브채널의 전력밀도이고,
σ2는 i번째 서브채널의 잡음전력밀도이다.
제5도는 비트할당조정기(18)의 상세한 구성을 보이는 블럭도이다. 제5도에 도시된 장치에 있어서 신호대 잡음평가기(140)에서 출력되는 N개의 서브채널에 상응하는 N개의 신호대 잡음비(SNR(1), SNR(2),……, SNR(n)는 병렬/직렬변환기(181)를 통하여 m개의 비교기와 m개의 덧셈기로 구성된 비교부(182)로 입력된다. 여기서, M은 각 서브채널에 할당될 수 있는 최대비트수이다. M개의 비교기에 입력되는 기준신호(REF1, REF2,……REFm)는 다음의 수학식 12에 의해 결정된다.
REF(k)=(2b(k)-1)·SNRgap …(12)
여기서, k는 비트순위를 나타내는 수로서 1,2 ……,m의 값을 갖고,
SNRgap는 허용오류확률+여유값을 나타낸다.
이때, 비교부(182)의 기준값 REFk는 기준값 상향기 및 래치(187)에 의해 미세하게 상향되거나 고정되어지고, 비교기1∼비교기m의 출력값은 비트수결정기(183)로 입력되어 서브채널별 비트수가 결정되고, 직렬/병렬변환기(184)에 의해 서브채널1∼서브채널N의 비트수가 출력되어 송신기의 비트할당기 및 비트맵퍼(20), 수신기의 비트역할당기 및 비트판독기(120)을 제어하게 된다.
또한, 계산된 서브채널별 비트수인 b(1), b(2),……, b(n)은 덧셈기(185)에 입력되어 전체비트수 BITtotal가 계산되고, 이 전체비트수(BITtotal)는 비교기(186)에 의해 목표비트수(BITtarget)와 비교된다.
전체비트수(BITtotal)가 목표비트수(BITtarget)보다 큰 경우에는 기준값 상향기 및 래치(187)의 기준값상향기를 조정하여 기준값을 상향시키고, 전체비트수(BITtotal)와 목표비트수(BITtarget)가 같아지면 래치가 동작되어 비트할당조정을 마친다.
만약, 전체비트수(BITtotal)가 목표비트수(BITtarget)보다 작을 경우에는 비트할당 에러검출기(188)을 동작시켜 에러플랙을 생성한다. 에러플랙은 후단의 전송속도변환부(도시되지 않음)에 제공되어 허용오류확률을 만족시키기 위한 최대데이타 전송속도를 변환시키게 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 비트할당장치는 간단한 하드웨어 구성에 의해 각 서브채널에의 비트할당시 소요되는 시간을 경감시킴으로써 고속데이타전송에 유리하다는 이점을 갖는다.

Claims (6)

  1. 입력되는 디지탈데이타열을 서로 다른 주파수의 반송파를 갖는 복수의 서브채널에 할당 및 맵핑시키는 비트할당 및 비트맵퍼(20); 비트할당 및 비트맵퍼(20)에서 출력되는 주파수영역의 신호를 시간영역의 신호로, 변환시켜 전송채널에 제공하는 변조기(30) ; 전송채널을 통하여 수신된 시간영역의 신호를 주파수영역의 신호로 변환하는 복조기(110); 복조기(110)에서 출력되는 신호로부터 원래의 디지탈데이타열을 복원시켜 출력하는 비트역할당기 및 비트판독기(120) 그리고 상기 비트할당기 및 맵퍼(20)과 비트역할당기 및 비트판독기(120)에서의 서브채널별 비트할당을 제어하는 비트할당장치를 구비하는 다중반송파 송수신장치에 있어서, 상기 비트할당장치는 각 서브채널별 채널응답을 평가하는 채널응답평가기(150) ; 각 서브채널별 잡음의 전력밀도를 평가하는 잡음평가기(160) ; 상기 채널응답평가기(160)에서 출력되는 채널응답과 상기 잡음평가기(169)에서 출력되는 잡음의 전력밀도를 입력하여 신호대 잡음비를 계산하는 신호대 잡음계산기(170) , 및 신호대 잡음계산기(170)에서 출력되는 신호대 잡음비를 입력하여 각 서브채널별 할당비트수를 조정하는 비트할당 조정기(180)를 포함함을 특징으로 하는 다중반송파 송수신장치.
  2. 제1항에 있어서 상기 잡음평가기는 채널응답평가기(150)에서 출력되는 주파수영역의 채널응답신호를 시간영역의 채널응답신호로 변환하는 채널응답기(162) ; 채널응답기(162)에서 출력되는 시간영역의 채널응답신호를 초기화시기의 약속된 신호열과 콘볼루션연산하는 콘볼루션계산기(164) ; 콘볼루션계산기(164)의 출력과 전송채널을 통하여 수신된 시간영역의 신호를 가산하여 잡음신호를 출력하는 가산기(161) ; 및 가산기(161)에서 출력되는 잡음신호를 입력하여 잡음전력밀도를 출력하는 잡음신호 분석기(165)를 포함함을 특징으로 하는 다중반송파 송수신장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 잡음신호 분석기(165)는 가산기(161)에서 출력되는 잡음신호를 입력하여 반주기만큼 겹쳐지게 하는 반주기겹침기(166) ; 상기 반주기겹침기(166)의 출력으로부터 계속되는 잡음신호의 영향을 감소시키는 해밍윈도우(167) ; 잡음신호의 평균값계산과 주파수영역으로의 변환을 행하는 평균기 및 푸리에변환기(168) ; 및 상기 평균기 및 푸레에변환기(188)의 출력을 입력하고 이로부터 잡음전력밀도를 연산하여 출력하는 절대값자승기(169)를 포함함을 특징으로 하는 다중반송파 송수신장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 비트할당 조정기(180)는 신호대 잡음평가기(140)에서 출력되는 신호대 잡음비를 소정의 기준값과 비교하는 비교부(182) ; 비교부(182)의 비교결과에 따라 서브채널별 비트수를 결정하여 상기 비트할당기 및 비트맵퍼(20)와 비트역할당기 및 비트판독기(120)에 제공하는 비트수결정기(183) ; 계산된 서브채널별 비트수인 b(1), b(2), ……, b(n)를 합산하여 전체비트수 BITtotal를 출력하는 덧셈기(185) ; 덧셈기(185)에서 출력되는 전체비트수(BITtotal)를 목표비트수(BITtarget)와 비교하여 전체비트수(BITtotal)가 목표비트수(BITtarget)보다 큰 경우에는 기준값 상향기 및 래치(187)의 기준값상향기를 조정하여 기준값을 상향시키고, 전체비트수(BITtotal)와 목표비트수(BITtarget)가 같아지면 래치가 동작되어 비트할당조정을 마치게 제어하는 비교기(186)를 포함함을 특징으로 하는 다중반송파 송수신장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 비교부는 서브채널에 할당될 수 있는 최대비트수에 상당하는 갯수 만큼의 비교기를 설치하고, 각각의 비교기는 상기 신호대 잡음평가기(140)에서 출력되는 신호대 잡음비와 하기의 식에 의해 결정되는 기준값 REF(k)을 비교하고, 그 결과를 상기 비트수결정기에 제공함을 특징으로 하는 다중반송파 송수신장치.
    REF(k)=(2b(k)-1)·SNRgap
    여기서, k는 비트순위를 나타내는 수로서 1, 2,……, m의 값을 갖고, m은 서브채널에 할당될 수 있는 최대비트수이고, SNRgap는 허용오류확률+여유값을 나타낸다.
  6. 제4항에 있어서, 상기 비교기(188)의 비교판단결과 전체비트수(BITtotal)가 목표비트수(BITtarget)보다 작을 경우에는 허용오류확률을 만족시키기 위한 최대 데이타 전송속도를 변환시키게 하는 플랙신호를 발생하는 비트할당 에러검출기(188)를 더 구비함을 특징으로 하는 다중반송파 송수신장치.
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