WO2012134050A1 - 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 주파수 옵셋에 의하여 발생하는 채널간 간섭 신호 제거 방법 및 시스템 - Google Patents

직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 주파수 옵셋에 의하여 발생하는 채널간 간섭 신호 제거 방법 및 시스템 Download PDF

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서보석
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Definitions

  • the present invention provides a frequency offset between an oscillator of a plurality of users and an oscillator of a receiver in a receiver of a distributed orthogonal frequency division multiple access system (OFDMA) scheme in which subcarriers are distributed and distributed to a plurality of users.
  • OFDMA orthogonal frequency division multiple access system
  • the present invention relates to an interchannel interference signal cancellation system and method for canceling interchannel interference occurring when present.
  • OFDM orthogonal frequency division multiplexing
  • FFT Fast Fourier Transform
  • IFFT Inverse Fast Fourier Transform
  • MCM multicarrier modulation
  • the OFDM scheme uses a plurality of carriers having mutual orthogonality, and thus has an advantage of high frequency utilization efficiency and robustness to multipath fading in a mobile environment.
  • OFDM frequency division multiple access
  • OFDMA enables multiple access by multiple users by assigning specific subcarriers to each user among multiple subcarriers.
  • the OFDMA receiver is sensitive to the frequency offset, so a method for reducing the frequency offset itself or reducing the influence of the frequency offset is necessary. Since OFDMA is a form in which different users access the base station at the same time, each user has a different frequency offset. Therefore, there is a need for a method for compensating for multiple frequency offsets that appear differently for each user.
  • a method of reducing the frequency offset itself is performed in the time domain, and a method of reducing the influence of the frequency offset is performed in the frequency domain after the Discrete Fourier Transform (DFT) of the received signal.
  • DFT Discrete Fourier Transform
  • Frequency offset compensation methods for OFDMA can be classified into two types.
  • the first method is to estimate the effect of frequency offset and compensate the resulting phase rotation by multiplying the received signal in the opposite direction. This method is relatively simple, but only a single offset can be corrected.
  • the second method is to compensate and remove the estimated frequency offset in the time domain and the frequency domain. That is, in the case where multiple frequency offsets occur, even though compensation is performed in the time domain, the channel interference is not completely removed.
  • the conventional technique has been mainly applied to the centralized OFDMA scheme for allocating adjacent bands to transmit data of each user, in which case only the dual frequency offset considering the neighboring users is considered.
  • the present invention has been invented to solve the above problems, and an object of the present invention is to remove offsets in the time and frequency domains by performing first-order frequency offset compensation in the time domain and second-order parallel interference cancellation in the frequency domain. Eliminate the effects of offset.
  • the present invention reduces the complexity by limiting the inter-channel interference cancellation range up to subcarriers with a relatively large magnitude of the interference signal in the frequency domain in removing the inter-channel interference caused by the frequency offset.
  • the present invention for performing such an object,
  • a parallel interference cancellation step is performed to remove inter-channel interference in a frequency domain that primarily removes interference from subcarriers of a signal adjacent to a desired user signal by calculating the magnitude of the interference signal simultaneously for all subcarriers whose frequency offset is compensated. .
  • the inter-channel interference cancellation system and the method generated by the frequency offset are adjacent to the range where the desired user signal and the interference signal greatly affect the complexity in the parallel interference cancellation step. Inter-channel interference is eliminated only on subcarriers.
  • the parallel interference step may be expected to improve the inter-channel interference signal cancellation performance by repeating the operation of removing the interference signal from the subcarrier of the signal adjacent to the user signal in multiple stages.
  • the inter-channel interference cancellation system and the method caused by the frequency offset are generated in the receiver of the distributed OFDMA transmission system when multiple users are connected at the same time with the frequency offset.
  • 1 is a graph illustrating a user subcarrier allocation method in a distributed OFDMA system in general.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the structure of an OFDMA receiver applying an inter-channel interference cancellation system according to the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a structure of a parallel interference canceller in FIG. 2.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a structure in which parallel interference cancellers in the frequency domain of FIG. 3 are connected in multiple stages.
  • interchannel interference a part of adjacent subcarrier components (called interchannel interference, and multiple access interference when adjacent subcarriers are different user signals) are introduced into the data component subcarrier signal. This increases the error of the data as noise is introduced.
  • the inter-channel interference cancellation system generated by frequency offset in the orthogonal frequency division multiple access system according to the present invention is to reduce the influence of the multiple frequency offset generated in the distributed OFDMA system with a relatively small amount of calculation.
  • a training signal is transmitted before transmitting data in the OFDMA system to estimate a frequency offset of a desired user signal.
  • the subcarrier structure of the transmission signal allocates M subcarriers at a predetermined interval to each user as shown in FIG. 1.
  • N / M U represents the maximum number of users that can be transmitted simultaneously as integers.
  • N is assumed to match the magnitude of the discrete Fourier transform (DFT) at the transmitter.
  • DFT discrete Fourier transform
  • the subcarrier structure of the transmission signal allocates M subcarriers at a predetermined interval to each user as shown in FIG. 1.
  • N / M U represents the maximum number of users that can be transmitted simultaneously as integers.
  • N is assumed to match the magnitude of the discrete Fourier transform (DFT) at the transmitter.
  • DFT discrete Fourier transform
  • the transmission signal of the u-th user not considering the protection interval may be represented by Equation 1 below.
  • N is the size of DFT
  • the OFDMA received signal having the guard interval removed can be expressed as Equation 2 below.
  • Equation 2 Means channel gain of kth subcarrier of uth user, Denotes additive white gaussian noise (AWGN). Demodulation of the received signal is performed through the DFT, and the k-th symbol may be represented as follows.
  • AWGN additive white gaussian noise
  • Equation 4 The regular frequency offset between the oscillator of the receiver and the uth user signal When present, the OFDMA received signal represented by Equation 2 is expressed as Equation 4 below.
  • Equation 5 the k-th subcarrier symbol of the u-th user may be expressed as Equation 5 below.
  • the training signal is transmitted before the data is transmitted in the OFDMA system to estimate the frequency offset of the desired user signal to calculate the interfering signal, that is, interchannel interference signal, which flows from the neighboring subcarriers to the kth subcarrier.
  • the OFDMA receiver receives the received signal having the frequency offset, thereby performing the first frequency offset compensation in the time domain and the second parallel interference cancellation in the frequency domain, thereby eliminating the time and frequency domain. Remove the offset from each and remove the effects of the offset.
  • the guard interval remover 120 is formed at the output side of the time domain frequency offset compensator 110.
  • N-point FFT processor 130, the user extractor 140 and the channel equalizer 150 are sequentially formed on the output side of the guard interval remover 120.
  • a frequency domain parallel interference canceller 160 and a symbol determiner 170 are formed on the output side of the channel equalizer 150.
  • the time domain frequency offset compensator 110 of the OFDMA receiver calculates the following Equation 7 with respect to a received signal having a frequency offset to reverse the phase of the received signal.
  • the time domain frequency offset compensator 110 removes the frequency offset primarily by rotating in the opposite direction by the phase generated by the frequency offset in the time domain.
  • the received signal from which the frequency offset is first removed from the time domain frequency offset compensator 110 is input to the N-point FFT processor 130 through the guard interval remover 120 that removes the signal corresponding to the guard interval.
  • the N-point FFT processor 130 performs discrete Fourier transform (DFT) every N in accordance with the synchronization of the OFDMA signal.
  • the Discrete Fourier Transform is implemented using a Fast Fourier Transform (FFT) processor.
  • FFT Fast Fourier Transform
  • Equation 8 Wow Represents the inter-channel interference signal and the noise signal changed by the primary frequency offset correction in the time domain. Can be summarized as in Equation 9.
  • Equation 9 represents an interference signal flowing into the k th subcarrier of the u th user, Is the difference between the frequency offset between the u-th user and the i-th user signal and is expressed as in Equation 10 below.
  • the NFT FFT processor 130 and the user extractor 140 are DFT-processed to extract a carrier wave corresponding to each user signal from the output signal and are input to the channel equalizer 150 for compensating for a different channel for each user. .
  • the channel equalizer 150 when the noise is ignored, the k-th subcarrier symbol of the u-th user and the interference signal of the equation 9 in Equation 8 are expressed as Equations 11 and 12 below.
  • Equation 11 is the original transmitted symbol Inter-channel interference signal Included form. Therefore, if the inter-channel interference signal is removed from Equation 11, a signal without interference can be obtained. However, referring back to FIG. 1, since the magnitude of interference decreases exponentially as the distance from the k-th subcarrier increases, the neighboring sub-carriers affecting the k-th subcarrier data of the u-th user, the interference introduced from a few adjacent subcarriers Even removal of the interference does not significantly reduce the interference cancellation performance.
  • Equation 13 if the position of the subcarrier is less than 1 or greater than N, it is determined cyclically by applying a mod N operation.
  • the symbol transmitted to the symbol determiner 170 through the frequency domain parallel interference canceller 160 is obtained from Equation 11 It can be obtained as shown in Equation 14.
  • Equation 15 Means an interference signal flowing from the subcarrier belonging to the k-th subcarrier of the u-th user. Substituting Equation 12 into Equation 14 and reexpressing it can be expressed as Equation 15 below.
  • Equation 15 Is Indicates a signal determined by Is expressed as follows from Equation 12.
  • Equation 15 is described with reference to the k-th subcarrier of the u-th user.
  • a process of removing interference introduced from adjacent subcarriers and a signal from which interference is removed may be input to the frequency domain interference canceller 160 and may be repeatedly performed.
  • the frequency domain interference canceller 160 is connected in multiple stages and the interference cancellation process is repeated, better performance can be obtained.
  • the present invention reduces the complexity of the receiver by limiting the range of subcarriers for removing interference in a method for removing interchannel interference caused by multiple frequency offsets in a distributed OFDMA system.

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  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Noise Elimination (AREA)

Abstract

본 발명은 부반송파를 여러 사용자에게 분산해서 배분하는 분산형 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 방식 전송시스템의 수신기에서 여러 사용자의 발진기와 수신기의 발진기 사이에 주파수 옵셋이 존재할 때 발생하는 채널간 간섭을 제거하는 것이다. 주파수 옵셋이 발생할 때 OFDMA 방식의 수신기에서는 다른 사용자의 신호가 채널간 간섭 신호로 유입되어 시스템의 성능을 저하시킨다. 본 발명은 시간 영역에서의 1차 보상과 주파수 영역에서의 2차 병렬 간섭제거 방법을 적용하여 이러한 채널간 간섭 신호을 제거하는 것이다. 또한, 간섭신호의 크기 가 비교적 큰 부반송파까지 병렬 간섭제거 범위를 제한함으로써 복잡도를 감소시키는 것을 특징으로 한다.

Description

직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 주파수 옵셋에 의하여 발생하는 채널간 간섭 신호 제거 방법 및 시스템
본 발명은 부반송파를 다수의 사용자에게 분산해서 배분하는 분산형 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템(Orthogonal Frequency Division Multiple Access; 이하 OFDMA이라 함) 방식의 수신기에서 다수 사용자의 발진기와 수신기의 발진기 사이에 주파수 옵셋이 존재할 때 발생하는 채널간 간섭을 제거하기 위한 채널간 간섭 신호 제거 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing: 이하, OFDM이라 칭함) 방식은 유무선 통신 시스템에서의 고속 데이터 전송에 적합한 방식으로 연구가 가장 활발히 진행되고 있는 분야이다. OFDM 방식은 서로 직교하는 복수의 부반송파(subcarrier)들로 구성된 신호를 고속 퓨리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform)과 역 고속 퓨리에 변환(IFFT: Inverse Fast Fourier Transform)을 이용하여 주어진 주파수 대역을 통해 송수신하는 다중 반송파 변조(MCM: Multicarrier Modulation)방식의 일종이다.
OFDM 방식은 상호 직교성을 가지는 복수의 반송파들을 사용하므로 주파수 이용효율이 높고, 또한 이동 환경에서의 다중 경로 페이딩에 강하다는 장점이 있다. OFDM 방식이 이동 통신(Mobile Communication)이나, 무선 ATM, 무선 LAN(Local Area Network)등에 사용되면 단일 반송파 전송방식과 마찬가지로 다수 사용자를 위한 다중 접속(multiple access) 방식이 필요하다. OFDM 방식에 주파수 분할 다중 접속(Frequency Division Multiple Access) 접속방식을 적용한 것을 OFDM/FDMA 또는 OFDMA라 한다.
OFDMA는 여러 개의 부반송파들 중 각 사용자들에게 특정의 부반송파들을 할당함으로써, 복수의 사용자들에 의한 다중 접속을 가능하게 한다. 그러나 OFDMA 수신기는 주파수 옵셋에 민감하여 주파수 옵셋 자체를 줄이거나, 주파수 옵셋의 영향을 줄이기 위한 방법이 반드시 필요하다. OFDMA는 서로 다른 사용자가 동시에 기지국에 접속하는 형태이므로, 사용자마다 서로 다른 주파수 옵셋을 가지게 된다. 따라서 사용자마다 다르게 나타나는 다중 주파수 옵셋을 보상할 수 있는 방법이 필요하다.
일반적으로 주파수 옵셋 자체를 줄이는 방법은 시간 영역에서 수행되며, 주파수 옵셋의 영향을 줄이는 방법은 수신신호를 DFT(Discrete Fourier Transform)한 후 주파수 영역에서 수행된다. 그러나 여러 사용자가 동시에 접속하는 경우 시간 영역에서 주파수 옵셋을 완전히 제거할 수는 없으므로, 주파수 영역에서 주파수 옵셋에 의한 영향을 추가적으로 제거할 필요가 있다.
OFDMA를 위한 주파수 옵셋 보상방법은 크게 두 가지로 구분할 수 있다. 첫 번째는 주파수 옵셋의 영향을 추정하여 결과적으로 나타나는 위상회전을 수신신호에 반대방향으로 곱하여 보상하는 방법이다. 이 방법은 비교적 간단하지만 단일 옵셋만 보정이 가능하다. 두 번째는 추정한 주파수 옵셋을 시간 영역 및 주파수 영역에서 보상 및 제거해 주는 방법이다. 즉, 다중 주파수 옵셋이 발생한 경우, 시간 영역에서 보상을 하더라도 채널간간섭이 완전히 제거되지 않기 때문에 주파수 영역에서 추가적으로 제거하는 방법이지만 상당히 복잡한 단점이 있다.
한편 지금까지의 기술은 주로 각 사용자의 데이터를 전송하기 위해 인접한 대역을 할당하는 집중형 OFDMA 방식에 대해 적용하였으며, 이 경우 인접 사용자를 고려한 2중 주파수 옵셋만을 고려한 방법이었다.
그러나 각 사용자의 부반송파를 대역 전체에 분산시켜 배치하는 분산형 OFDMA의 경우, 주파수 옵셋을 가진 인접 사용자가 다수 존재하게 된다. 따라서 3중 이상의 다중 주파수 옵셋이 발생하는데, 이러한 3중 이상의 다중 주파수 옵셋을 제거하는 기술은 활발하게 연구되지 않은 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로 본 발명의 목적은 시간 영역에서의 1차적인 주파수 옵셋 보상과 주파수 영역에서의 2차 병렬 간섭 제거를 통하여 시간 및 주파수 영역에서 각각 옵셋을 제거하고 옵셋의 영향을 제거한다. 또한, 본 발명은 주파수 옵셋에 의하여 발생하는 채널간 간섭을 제거함에 있어서, 주파수 영역에서 간섭신호의 크기가 비교적 큰 부반송파까지만 채널간 간섭 제거 범위를 제한함으로써 복잡도를 감소시킨다.
이와 같은 목적을 수행하기 위한 본 발명은,
데이터를 전송하기 전에 훈련신호를 전송하여 원하는 사용자 신호의 주파수 옵셋을 추정하는 단계;
OFDMA에 수신된 원하는 사용자의 신호에 대하여 시간 영역에서 주파수 옵셋에 의해 발생하는 위상만큼 반대방향으로 회전시켜 1차적으로 주파수 옵셋을 보상하는 1차 보상단계; 그리고,
1차적으로 주파수 옵셋이 보상된 모든 부반송파에 대해서 동시에 간섭 신호의 크기를 계산하여 원하는 사용자 신호와 인접한 신호의 부반송파에서 간섭 신호를 제거해 주는 주파수 영역에서 채널간 간섭을 제거하는 병렬 간섭 제거 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 주파수 옵셋에 의하여 발생하는 채널간 간섭 제거 시스템 및 그 방법은 병렬 간섭 제거 단계에서 복잡도를 줄이기 위하여 원하는 사용자 신호와 간섭신호가 크게 영향을 미치는 범위까지 인접된 부반송파에서만 채널간 간섭을 제거한다.
또한, 병렬간섭단계는 사용자 신호와 인접한 신호의 부반송파에서 간섭 신호를 제거해 주는 동작을 다단으로 반복하여 채널간 간섭 신호 제거 성능의 개선을 기대할 수 있다.
본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 주파수 옵셋에 의하여 발생하는 채널간 간섭 제거 시스템 및 그 방법은 분산형 OFDMA 방식 전송시스템의 수신기에서 여러 사용자가 주파수 옵셋이 존재하면서 동시에 접속했을 때 발생하는 채널간 간섭을 유발하는 다중 주파수 옵셋에 의한 영향을 제거할 때, 최대한 복잡도를 줄이면서 기존의 방법과 유사한 성능을 낼 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 일반적으로 분산형 OFDMA 시스템에서 사용자 부반송파 할당 방법을 보여주기 위한 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 채널간 간섭 제거 시스템을 적용하는 OFDMA 수신기 구조를 보여주기 위한 블럭도이다.
도 3은 도 2에서 병렬 간섭 제거기의 구조를 보여주기 위한 블럭도이다.
도 4는 도 3의 주파수 영역의 병렬 간섭 제거기를 다단으로 연결한 구조를 보여주는 블럭도이다.
OFDMA 시스템에서 주파수 옵셋이 존재하면 인접한 부반송파 성분의 일부(채널간 간섭이라고 부르고, 인접 부반송파가 다른 사용자 신호인 경우 다중접속 간섭이라고 부름)가 데이터성분 부반송파 신호로 유입된다. 따라서 잡음이 유입된 것과 같이 데이터의 오류를 증가시키게 된다.
본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 주파수 옵셋에 의하여 발생하는 채널간 간섭 제거 시스템은 분산형 OFDMA 시스템에서 발생하는 다중 주파수 옵셋의 영향을 비교적 적은 계산량으로 감소시키기 위한 것이다.
주파수 옵셋에 의하여 발생하는 채널간 간섭 제거 방법은 먼저, OFDMA 시스템에서 데이터를 전송하기 전에 훈련신호를 전송하여 원하는 사용자 신호의 주파수 옵셋을 추정한다.
전체 N개의 부반송파를 사용하는 분산형 OFDMA 시스템에서 각 사용자가 M개의 부반송파를 사용할 때, 송신신호의 부반송파 구조는 도 1에서 보는 바와 같이 각 사용자에게 일정 간격의 M개 부반송파를 할당한다. 여기서 N/M=U는 정수로서 동시에 전송할 수 있는 최대 사용자 수를 나타낸다. 편의상 N은 송신기에서 이산 푸리에 변환(discrete Fourier transform : DFT)의 크기와 일치한다고 가정한다.
전체 N개의 부반송파를 사용하는 분산형 OFDMA 시스템에서 각 사용자가 M개의 부반송파를 사용할 때, 송신신호의 부반송파 구조는 도 1에서 보는 바와 같이 각 사용자에게 일정 간격의 M개 부반송파를 할당한다. 여기서 N/M=U는 정수로서 동시에 전송할 수 있는 최대 사용자 수를 나타낸다. 편의상 N은 송신기에서 이산 푸리에 변환(discrete Fourier transform : DFT)의 크기와 일치한다고 가정한다.
보호구간을 고려하지 않은 u번째 사용자의 송신신호는 하기 식1과 같이 나타낼 수 있다.
[식 1]
[규칙 제26조에 의한 보정 16.04.2012]　
Figure WO-DOC-FIGURE-30
[규칙 제26조에 의한 보정 16.04.2012]　
식 1에서 N은 DFT의 크기,
Figure WO-DOC-FIGURE-31a
은 시간 영역에서 u번째 사용자의 n번째 신호이고,
Figure WO-DOC-FIGURE-31b
는 u번째 사용자의 k번째 부반송파 심볼을 나타낸다.
Figure WO-DOC-FIGURE-31c
는 u번째 사용자에 할당된 부반송파의 집합을 의미한다 .
수신기에서 최대 U명의 사용자 신호가 모두 동시에 수신되므로 시간 및 주파수 옵셋이 없는 경우, 보호구간을 제거한 OFDMA 수신신호는 다음 식 2와 같이 표현할 수 있다.
[식 2]
[규칙 제26조에 의한 보정 16.04.2012]　
Figure WO-DOC-FIGURE-34
[규칙 제26조에 의한 보정 16.04.2012]　
식 2에서
Figure WO-DOC-FIGURE-35a
는 u번째 사용자의 k번째 부반송파의 채널이득을 의미하고,
Figure WO-DOC-FIGURE-35b
은 부가성 백색 가우스 잡음(additive whi te gaussian noise : AWGN)을 의미한다. 수신신호의 복조는 DFT를 통해 이루어지며 k번째 심볼은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
[식 3]
[규칙 제26조에 의한 보정 16.04.2012]　]　
Figure WO-DOC-FIGURE-37
[규칙 제26조에 의한 보정 16.04.2012]　
수신기의 발진기와 u번째 사용자 신호 사이에 정규 주파수 옵셋이
Figure WO-DOC-FIGURE-38
만큼 존재할 때, 식 2에서 표현된 OFDMA 수신 신호는 다음 식4와 같이 표현된다.
[식 4]
[규칙 제26조에 의한 보정 16.04.2012]　
Figure WO-DOC-FIGURE-39
식 4에서 표현된 신호를 DFT하면 u번째 사용자의 k번째 부반송파 심볼은 다음 식 5와 같이 나타낼 수 있다.
[식 5]
[규칙 제26조에 의한 보정 16.04.2012]　
Figure WO-DOC-FIGURE-43
[규칙 제26조에 의한 보정 16.04.2012]　
식 5의 우변 첫 항에서
Figure WO-DOC-FIGURE-44a
와 곱한 부분은 주파수 옵셋
Figure WO-DOC-FIGURE-44b
이 k번째 부반송파에 미치는 영향을 나타내는 것으로, 진폭을 감소시키고 위상을 회전시킨다.
Figure WO-DOC-FIGURE-44c
는 주변 부반송파에서 k번째 부반송파로 유입되는 간섭 신호 즉, 채널간 간섭 신호를 나타낸다. 이 간섭 신호
Figure WO-DOC-FIGURE-44d
는 다음과 식 6과 같이 정의할 수 있다.
[식 6]
[규칙 제26조에 의한 보정 16.04.2012]　
Figure WO-DOC-FIGURE-46
식 1 내지 식 6과 같이 OFDMA 시스템에서 데이터를 전송하기 전에 훈련신호를 전송하여 원하는 사용자 신호의 주파수 옵셋을 추정하여 주변 부반송파에서 k번째 부반송파로 유입되는 간섭 신호 즉, 채널간 간섭 신호를 계산한다.
이와 같이 계산된 채널간 간섭 신호를 이용하여 OFDMA 수신기는 주파수 옵셋이 존재하는 수신신호를 수신하여 시간 영역에서의 1차적인 주파수 옵셋 보상과 주파수 영역에서의 2차 병렬 간섭 제거를 통하여 시간 및 주파수 영역에서 각각 옵셋을 제거하고 옵셋의 영향을 제거한다.
본 발명에 따른 OFDMA 수신기는 도 2에서 보는 바와 같이 시간 영역 주파수 옵셋 보상기(110)의 출력측에 보호구간 제거기(120)가 형성된다. 보호구간 제거기(120)의 출력측에는 순차적으로 N점 FFT 처리기(130), 사용자 추출기(140) 및 채널등화기(150)가 형성된다. 채널등화기(150)의 출력측에는 주파수 영역 병렬 간섭제거기(160) 및 심볼 판정기(170)가 형성된다.
본 발명에 따른 OFDMA 수신기의 시간 영역 주파수 옵셋 보상기(110)는 주파수 옵셋이 존재하는 수신신호에 다음 식 7을 연산하여 수신신호의 위상을 반대로 회전시킨다. 시간 영역 주파수 옵셋 보상기(110)는 시간 영역에서 주파수 옵셋에 의해 발생하는 위상만큼 반대방향으로 회전시켜 1차적으로 주파수 옵셋을 제거한다.
[식 7]
[규칙 제26조에 의한 보정 16.04.2012]　
Figure WO-DOC-FIGURE-52
시간 영역 주파수 옵셋 보상기(110)에서 1차적으로 주파수 옵셋이 제거된 수신신호는 보호구간에 해당하는 신호를 제거하는 보호 구간 제거기(120)를 통하여 N점 FFT 처리기(130)에 입력된다. N점 FFT 처리기(130)는 OFDMA 신호의 동기에 맞춰 N개마다 이산 푸리에 변환(DFT)한다. 이산 푸리에 변환은 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT) 처리기를 이용하여 구현된다. N점 FFT 처리기(130)를 통하여 추출된 u번 째 사용자의 심볼 신호는 다음 식 8과 같다.
[식 8]
[규칙 제26조에 의한 보정 16.04.2012]　
Figure WO-DOC-FIGURE-55
[규칙 제26조에 의한 보정 16.04.2012]　
식 8에서
Figure WO-DOC-FIGURE-56a
와
Figure WO-DOC-FIGURE-56b
은 시간 영역에서의 1차적인 주파수 옵셋 보정에 의해 변경된 채널간 간섭 신호와 잡음 신호를 나타내며, 간섭 신호
Figure WO-DOC-FIGURE-56c
는 다음 식 9와 같이 정리될 수 있다.
[식 9]
[규칙 제26조에 의한 보정 16.04.2012]　
Figure WO-DOC-FIGURE-58
[규칙 제26조에 의한 보정 16.04.2012]　
식 9는 u번째 사용자의 k번째 부반송파로 유입되는 간섭신호를 나타내며,
Figure WO-DOC-FIGURE-59
는 u번째 사용자와 i번째 사용자 신호 사 이의 주파수 옵셋의 차이로서 다음 식 10과 같이 표현된다.
[식 10]
[규칙 제26조에 의한 보정 16.04.2012]　
Figure WO-DOC-FIGURE-61
N점 FFT 처리기(130) 및 사용자 추출기(140)에서 DFT 처리되어 출력 신호로부터 각 사용자 신호에 해당하는 반송파가 추출된 신호는 각 사용자별로 다른 채널을 보상하기 위한 채널등화기(150)에 입력된다. 채널등화기(150)에서는 잡음을 무시했을 때, 식 8에서 u번째 사용자의 k번째 부반송파 심볼 및 식 9의 간섭 신호는 다음 식 11 및 12와 같이 표현된다.
[식 11]
[규칙 제26조에 의한 보정 16.04.2012]　
Figure WO-DOC-FIGURE-64
[식 12]
[규칙 제26조에 의한 보정 16.04.2012]　
Figure WO-DOC-FIGURE-66
[규칙 제26조에 의한 보정 16.04.2012]　
식 11은 원래 전송된 심볼
Figure WO-DOC-FIGURE-67
에 채널간 간섭 신호
Figure WO-DOC-FIGURE-67b
가 포함된 형태이다. 따라서 식 11로부터 채널간 간섭 신호를 제거하면 간섭이 없는 신호를 얻을 수 있다. 그런데 도 1을 다시 참조하면 u 번째 사용자의 k번째 부반송파 데이터에 영향을 주는 인접 부반송파는, k 째 부반송파로부터 멀리 떨어질수록 간섭의 크기가 지수함수적으로 감소하기 때문에, 인접한 소수의 부반송파로부터 유입된 간섭만을 제거해 주어도 간섭제거 성능이 크게 저하되지 않는다.
[규칙 제26조에 의한 보정 16.04.2012]　
k번째 부반송파을 중심으로 좌우 K 개만의 부반송파로 이루어진 집합을
Figure WO-DOC-FIGURE-68a
라고하면
Figure WO-DOC-FIGURE-68b
는 다음 식 13과 같이 표현된다.
[식 13]
[규칙 제26조에 의한 보정 16.04.2012]　
Figure WO-DOC-FIGURE-70
식 13에서 부반송파의 위치는 1보다 작거나 N보다 크면 mod N 연산을 적용하여 순환적으로 결정되는데, 주파수 영역 병렬 간섭 제거기(160)을 통하여 심볼 판정기(170)에 전송된 심볼은 식 11로부터 다음 식 14와 같이 구할 수 있다.
[식 14]
[규칙 제26조에 의한 보정 16.04.2012]　
Figure WO-DOC-FIGURE-73
[규칙 제26조에 의한 보정 16.04.2012]　
여기서
Figure WO-DOC-FIGURE-74a
는
Figure WO-DOC-FIGURE-74b
에 속하는 부반송파로부터 u번째 사용자의 k번째 부반송파로 유입되는 간섭 신호를 의미한다. 식 12를 식 14에 대입하여 다시 표현하면 다음과 식 15와 같이 나타낼 수 있다.
[식 15]
[규칙 제26조에 의한 보정 16.04.2012]　
Figure WO-DOC-FIGURE-76
[규칙 제26조에 의한 보정 16.04.2012]　
식 15에서
Figure WO-DOC-FIGURE-77a
는
Figure WO-DOC-FIGURE-77b
를 판정한 신호를 나타내며,
Figure WO-DOC-FIGURE-77c
는 식 12로부터 다음과 같이 표현된다.
[식 16]
[규칙 제26조에 의한 보정 16.04.2012]　
Figure WO-DOC-FIGURE-78
식 15를 u번째 사용자의 k번째 부반송파에 대해 설명하면 도 3과 같다. 도 3에서 보는 같이 인접 부반송파로부터 유입된 간섭을 제거하는 과정과 간섭을 제거한 신호를 다시 주파수 영역 간섭 제거기(160)에 입력하여 반복 수행할 수 있다. 도 4와 같이 주파수 영역 간섭 제거기(160)를 다단으로 접속하여 간섭제거과정을 반복하면 점점 더 나은 성능을 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 분산형 OFDMA 시스템에서 발생하는 다중 주파수 옵셋에 의한 채널간 간섭을 제거하는 방법에서 간섭을 제거하는 부반송파의 범위를 제한함으로써 수신기의 복잡도를 경감한다.

Claims (5)

  1. 데이터를 전송하기 전에 훈련신호를 전송하여 원하는 사용자 신호의 주파수 옵셋을 추정하는 추정 단계;
    상기 추정단계 후에 OFDMA에 수신된 원하는 사용자의 신호에 대하여 시간 영역에서 주파수 옵셋에 의해 발생하는 위상만큼 반대방향으로 회전시켜 1차적으로 주파수 옵셋을 보상하는 1차 보상단계; 그리고,
    상기 1차 보상단계에서 1차적으로 주파수 옵셋이 보상된 모든 부반송파에 대해서 동시에 간섭 신호의 크기를 계산하여 원하는 사용자 신호와 인접한 신호의 부반송파에서만 채널간 간섭 신호를 제거해 주는 병렬간섭제거단계를 포함하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 주파수 옵셋에 의하여 발생하는 채널간 간섭 신호 제거 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 병렬간섭 제거단계는 사용자 신호와 인접한 신호의 부반송파에서 간섭 신호를 제거해 주는 동작을 다단으로 반복하는 단계임을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 주파수 옵셋에 의하여 발생하는 채널간 간섭 신호 제거 방법.
  3. OFDMA에 수신된 신호에 대하여 시간 영역에서 주파수 옵셋에 의해 발생하는 위상만큼 반대방향으로 회전시켜 1차적으로 주파수 옵셋을 보상하는 시간 영역 주파수 옵셋 보상기 (110);
    상기 주파수 옵셋이 보상된 신호를 입력받아 보호구간에 해당하는 신호를 제거하는 보호 구간 제거기(120) 및 상기 OFDMA 신호의 동기에 맞춰 N개마다 이산 푸리에 변환하는 N점 FFT 처리기(130);
    상기 N점 FFT 처리기(130)의 출력 신호로부터 각 사용자 신호에 해당하는 반송파를 추출하는 사용자 추출기(140) 및 추출된 각 사용자 신호별로 다른 채널을 보상하기 위한 채널등화기(150);
    상기 채널등화기(150)의 출력측에 접속되어 주파수 옵셋이 보상된 모든 부반송파에 대해서 동시에 간섭 신호의 크기를 계산하여 원하는 사용자 신호와 인접한 신호의 부반송파에서만 채널간 간섭을 제거하는 주파수 영역 병렬간섭 제거기(160)를 포함하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 주파수 옵셋에 의하여 발생하는 채널간 간섭 신호 제거 시스템.
  4. [규칙 제26조에 의한 보정 16.04.2012]
    제 3항에 있어서, 상기 병렬간섭 제거기는 원하는 사용자 신호인 k번째 부반송파을 중심으로 좌우 K 개만의 부반송파로 이루어진 하기 식 1과 같은 집합 에서만 채널간 간섭을 제거하는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 주파수 옵셋에 의하여 발생하는 채널간 간섭 신호 제거 시스템
    Figure PCTKR2012000822-appb-I000040
    [식 1].
    Figure WO-DOC-FIGURE-c4
  5. [규칙 제26조에 의한 보정 16.04.2012]　
    제 3항에 있어서, 상기 병렬간섭제거기는 하기 식 2과 같이 채널간 간섭을 제거하는 것을 특징으로 하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 주파수 옵셋에 의하여 발생하는 채널간 간섭 신호 제거 시스템.
    [식 2]

    Figure WO-DOC-FIGURE-c5a

    상기 식 2에서
    Figure WO-DOC-FIGURE-c5b
    는 원래 전송된 심볼
    Figure WO-DOC-FIGURE-c5c
    에 채널간 간섭 신호
    Figure WO-DOC-FIGURE-c5d
    가 포함된
    Figure WO-DOC-FIGURE-c5e
    를 판정한 신호를 나타내며,
    Figure WO-DOC-FIGURE-c5f
    는 다음 식 3과 같이 표현됨.
    [식 3]
    Figure WO-DOC-FIGURE-c5g
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