KR100638593B1 - 다입력 다출력 직교 주파수 분할 다중 변복조장치에서 고속푸리에 변환 장치의 동작 스케줄을 설계하는 방법 및 그방법을 사용한 변복조장치 - Google Patents

다입력 다출력 직교 주파수 분할 다중 변복조장치에서 고속푸리에 변환 장치의 동작 스케줄을 설계하는 방법 및 그방법을 사용한 변복조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 MIMO-OFDM 변복조장치에서 고속 푸리에 변환 장치의 동작 스케줄을 설계하는 방법 및 그 방법을 사용한 변복조장치를 제공한다.
이를 위하여 본 발명은 FFT의 동작 속도를 설정한 후, 수신 심볼을 FFT 스케줄에서 수신 이후의 OFDM 심볼구간에 배치하고, 송신 심볼을 FFT 스케줄에서 송신 이전의 OFDM 심볼구간에 배치하고, FFT 스케줄의 아이들 심볼 구간에 동일 시간 구간의 송수신 심볼을 삽입하여 채워 넣고, FFT 스케줄을 삭제하는 것과 함께 삭제된 심볼들을 심볼의 송수신 시간 타이밍에 오류가 없도록 재배치한다.
이를 통해 MIMO-OFDM 시스템의 변복조장치에서 FFT 연산기 혹은 IFFT 연산기의 개수를 줄이면서 데이터 처리 지연도 최소화할 수 있다.
MIMO, OFDM, FFT, 스케줄, 공유

Description

다입력 다출력 직교 주파수 분할 다중 변복조장치에서 고속 푸리에 변환 장치의 동작 스케줄을 설계하는 방법 및 그 방법을 사용한 변복조장치{METHOD FOR DESIGNING OPERATION SCHEDULES OF FFTs AND MIMO-OFDM MODEM THEREOF}
도 1은 MIMO-OFDM 시스템의 구성을 도시한 개략도이다.
도 2는 IFFT 연산기와 FFT 연산기가 단일 장치로 구현 가능함을 보여주는 블록도이다.
도 3a는 TDD 시스템에서 송신부와 수신부에 각각 IFFT 연산기와 FFT 연산기를 사용한 경우의 심볼 배치도이다.
도 3b는 FFT/IFFT 연산기의 동작 속도가 데이터 전송속도와 같은 경우 송신부와 수신부가 하나의 FFT/IFFT 연산기를 공유한 심볼 배치도이다.
도 4a는 송신부와 수신부가 하나의 FFT/IFFT 연산기를 사용하는 심볼 배치를 도시한 도면이다.
도 4b는 4개의 안테나와 4개의 FFT/IFFT 연산기를 가진 MIMO-OFDM 변복조장치에서 처리되는 심볼 배치를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 MIMO-OFDM 변복조장치에서 FFT의 스케줄을 설계하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 4개의 안테나와 3개의 FFT/IFFT 연산기를 가진 MIMO-OFDM 시스템의 FFT 스케줄에서의 심볼 배치를 완성하는 과정을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 4개의 안테나와 3개의 FFT/IFFT 연산기를 가진 MIMO-OFDM 변복조장치의 심볼 배치도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 8개의 안테나와 6개의 FFT/IFFT 연산기를 가진 MIMO-OFDM 변복조장치의 심볼 배치도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 MIMO-OFDM 변복조장치의 구성을 도시한 개략도이다.
본 발명은 다입력 다출력 직교 주파수 분할 다중(MIMO-OFDM) 변복조장치의 설계 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
더욱 상세하게, 본 발명은 MIMO-OFDM 변복조장치에서 고속 푸리에 변환 장치(FFT)의 동작 스케줄을 설계하는 방법 및 그 방법을 사용한 변복조장치에 관한 것이다.
MIMO-OFDM 통신기법에는 클러스터 구조 OFDM(Clustered-OFDM), 공간-시간 트렐리스 부호 OFDM(STTC-OFDM, Space-Time Trellis Codes OFDM), 공간-시간 블럭 부호 OFDM(STBC-OFDM, Space-Time Block Coded OFDM), 공간-주파수 블럭 부호 OFDM(SFBC-OFDM, Space-Frequency Block Coded OFDM) 등 여러 가지 종류가 있다.
MIMO-OFDM은 링크 버짓(Link Budget)을 향상시키고 수신단을 간단하게 구현하며 송신단의 최대전력 대 평균전력 비(PAPR, Peak-to-Average power Ratio)를 감소시키는 등의 효과가 있다. 그런데, 여기서 수신단이 간단해진다는 것은 수식적으로 간단해진다는 의미이며, 실제로 하드웨어로 구현할 때는 수신단에만 안테나의 개수만큼의 FFT 연산기가 필요하므로 송수신단의 크기가 커지게 된다.
도 1은 MIMO-OFDM 시스템의 구성을 도시한 개략도이다.
MIMO-OFDM 시스템은 송신단에는 MIMO-OFDM 부호화기(20), n개의 IFFT 연산기(30a, 30b, ..., 30n), n개의 송신용 안테나(40a, 40b, ..., 40n)를 포함하고, 수신단에는 n개의 수신용 안테나(50a, 50b, ..., 50n), n개의 FFT 연산기(60a, 60b, ..., 60n), MIMO-OFDM 복호화기(70)를 포함한다.
상기 MIMO-OFDM 부호화기(20)는 송신 정보 비트열(10)을 입력받아 송신 데이터 심볼을 생성한다.
상기 IFFT 연산기(30a, 30b, ..., 30n)는 상기 송신 데이터 심볼을 입력받아 송신 OFDM 심볼을 생성한다.
상기 FFT 연산기(60a, 60b, ..., 60n)는 상기 수신용 안테나(50a, 50b, ..., 50n)로부터 수신된 수신 OFDM 심볼을 입력받아 수신 데이터 심볼을 생성한다.
상기 MIMO-OFDM 복호화기(70)는 상기 수신 데이터 심볼을 입력 받아 수신 정보 비트열(80)을 생성한다.
OFDM 변복조장치에서는 OFDM 신호에 해당하는 OFDM 심볼을 생성하기 위하여 원 비트열이 QAM 변조(QPSK 변조, 16-QAM 변조, 64-QAM 변조 등) 등이 된 심볼을 사용하게 되는데 여기서는 이를 송신 데이터 심볼이라 칭하도록 한다. 또한 IFFT 연산기는 상기 송신 데이터 심볼을 입력받아 OFDM 심볼을 생성하게 되는데, 이 OFDM 심볼을 송신 OFDM 심볼이라 칭하도록 한다.
마찬가지로, 상기 수신용 안테나로부터 수신된 OFDM 심볼을 수신 OFDM 심볼이라 칭하도록 하고, FFT 연산기에서 상기 수신 OFDM 심볼을 입력받아 생성된 QAM 심볼을 수신 데이터 심볼이라 칭하도록 한다.
도 1에 도시된 바와 같이 단말기는 수신에만 n개의 FFT 연산기가 필요하게 된다. FFT 연산기나 IFFT 연산기는 상당한 크기의 로직을 요구하기 때문에 연산기 개수의 증가는 하드웨어, 특히 단말기에 큰 부담이 된다.
사용되는 FFT 연산기나 IFFT 연산기의 개수를 줄이는 가장 쉬운 방법은 연산기의 동작 속도를 높이는 것이다. FFT 연산기를 전송하는 데이터의 속도에 비해 4배로 빨리 동작시킨다면 개수를 1/4로 줄일 수 있게 된다. 그러나 FFT 연산기의 동작 속도를 높이는 데도 한계가 있으며 고속의 FFT 연산기는 더 복잡하게 구현되기 때문에 무작정 FFT 연산기의 동작 속도를 높일 수도 없다.
도 2는 IFFT 연산기와 FFT 연산기가 단일 장치로 구현 가능함을 보여주는 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 FFT 연산기(110)의 실수 입력과 허수 입력을 각각 IFFT 연산기(100)의 허수 입력과 실수 입력으로 두고, 상기 FFT 연산기(110)의 실수 출력과 허수 출력을 각각 상기 IFFT 연산기(100)의 허수 출력과 실수 출력으로 두면, FFT 연산기(110)로 IFFT 연산기(100)가 구현 가능하다. 이를 역으로 배치하 는 경우에는 FFT 연산기가 IFFT 연산기로 구현될 수 있음은 자명하다.
이하에서는, FFT 연산기와 IFFT 연산기의 기능을 모두 수행할 수 있도록 구현된 장치를 FFT/IFFT 연산기라 칭하도록 한다. 도 2에서 도시된 바와 같이 FFT/IFFT 연산기 1개를 구현하기 위해서는 FFT 연산기 1개를 구현하는 데 필요한 하드웨어 로직 외에 입출력을 바꾸는 로직 정도만이 필요하다.
FFT/IFFT 연산기를 사용하게 되면, 시분할 듀플렉스(TDD, Time Division Duplex) 시스템에서 수신부와 송신부가 같은 FFT/IFFT 연산기를 공유할 수 있게 된다.
도 3a는 TDD 시스템에서 송신부와 수신부에 각각 IFFT 연산기와 FFT 연산기를 사용한 경우의 심볼 배치도이다.
송수신 심볼 스트림은 수신 OFDM 심볼들(1, 2, 3, 4, 5)과 송신 OFDM 심볼들(6, 7, 8)이 무선 채널을 차지하고 있는 시간 영역을 도시하고 있다. 상기 수신 OFDM 심볼들(1, 2, 3, 4, 5)은 FFT 스케줄의 각 시간 슬롯(1, 2, 3, 4, 5)에 할당되어 복조되고, 상기 송신 OFDM 심볼들(6, 7, 8)은 IFFT 스케줄의 각 시간 슬롯(6, 7, 8)에서 변조되어 생성된 심볼들이다.
도 3a에 도시된 바와 같이 TDD 시스템에서는, 송신 OFDM 심볼들(6, 7, 8)을 준비하는 시간 때문에 수신 OFDM 심볼 중 뒷부분의 심볼들(4, 5)이 FFT 연산기를 사용하는 시간과 송신 OFDM 심볼 중 앞부분의 심볼들(6, 7)이 생성되기 위하여 IFFT 연산기를 사용하는 시간이 같아지게 된다. 즉 일반적인 OFDM 시스템에서조차 하나의 FFT/IFFT 연산기를 이용하여 모든 송수신 프로세스를 처리하려면 FFT/IFFT 연산기의 동작에 대한 시간적 분배(Time-Sharing)가 필요하게 된다.
도 3b는 FFT/IFFT 연산기의 동작 속도가 데이터 전송속도와 같은 경우 송신부와 수신부가 하나의 FFT/IFFT 연산기를 공유한 심볼 배치도이다.
FFT/IFFT 연산기의 동작에 대한 시간적 분배(Time-Sharing) 없이 송신부와 수신부가 하나의 FFT/IFFT 연산기를 공유하려면 도 3b처럼 수신 OFDM 심볼의 뒷부분 심볼들(4, 5)은 송신 OFDM 심볼들(6, 7, 8)이 FFT/IFFT 연산기를 통해 모두 생성된 다음의 시간 슬롯(4, 5)에 FFT 동작을 수행하도록 스케줄링 하면 된다. 하지만 이 경우 나중에 복조된 심볼들에 대한 데이터가 처리되는 시간이 지연되는 문제점이 생긴다. FFT 뒤에도 채널 추정, 등화, QAM Demapping, 채널 디코더 동작 및 MAC 계층 동작에 시간이 소요되는데, 일부 심볼이 나중에 복조되면 전체 복조 프로세서가 지연되어 문제가 될 수 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, MIMO-OFDM 시스템의 변복조장치에서 FFT 혹은 IFFT의 개수를 줄이면서도, 데이터 처리 지연도 최소화하는 방법 및 변복조 장치를 제공한다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 한 특징에 따른 고속 푸리에 변환 장치의 동작 스케줄 설계 방법은, FFT 연산 및 IFFT 연산을 수행하는 FFT/IFFT 연산기의 동작 속도를 데이터 전송 속도보다 높게 설정하는 단계, 채널구간으로부터 수신 OFDM 심볼을 수신한 이후에 상기 수신 OFDM 심볼이 복조될 수 있 도록 수신 OFDM 심볼을 FFT 스케줄에 배치하는 단계, 채널구간으로 송신 OFDM 심볼을 송신하기 이전에 상기 송신 OFDM 심볼이 생성될 수 있도록 송신 OFDM 심볼을 FFT 스케줄에 배치하는 단계, 상기 FFT/IFFT 연산기의 동작 속도 설정으로 생성된 제1 FFT 스케줄의 아이들 구간에, 제2 FFT 스케줄의 동일 시간구간의 OFDM 심볼구간에 속하는 심볼들을 삽입하여 상기 제1 FFT 스케줄을 채우는 단계, 복수의 FFT 스케줄 중 일부를 삭제하여도 모든 심볼의 스케줄링이 가능한 지 판단하는 단계, 상기 e) 단계에서 판단된 FFT 스케줄의 삭제 가능 개수와 같거나 그보다 적은 수의 FFT 스케줄을 삭제하는 단계, 삭제된 FFT 스케줄의 심볼들을 심볼의 송수신 시간 타이밍에 오류가 생기지 않도록 삭제되지 않은 FFT 스케줄에 재배치하고 심볼 배치를 종료하는 단계를 포함한다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 한 특징에 따른 MIMO-OFDM 변복조장치는, OFDM 신호의 송수신을 수행하는 적어도 하나의 안테나, 송신 데이터 심볼을 저장하는 제1 저장부, 상기 안테나로부터 수신된 수신 OFDM 심볼을 저장하는 제2 저장부, 상기 송신 데이터 심볼을 입력받아 송신 OFDM 심볼을 생성하는 IFFT 연산기로 동작하고 상기 수신 OFDM 심볼을 입력받아 수신 데이터 심볼을 생성하는 FFT 연산기로 동작하는 복수의 FFT/IFFT 연산기, 상기 제1 저장부와 상기 제2 저장부의 심볼을 상기 복수의 FFT/IFFT 연산기에 할당하는 할당 제어부, 상기 FFT/IFFT 연산기 그룹에서 생성된 심볼을 상기 송신 OFDM 심볼과 상기 수신 데이터 심볼로 구분하여 분배하는 분배 제어부, 상기 분배 제어부로부터의 상기 송신 OFDM 심볼을 상기 안테나를 통해 송신하기 전 일시 저장하는 제3 저장부, 상기 분배 제 어부로부터의 상기 수신 데이터 심볼을 저장하는 제4 저장부를 포함하고, 상기 FFT/IFFT 연산기는 동작 속도가 데이터 전송 속도보다 빠르게 구현되고, 상기 할당 제어부는 상기 안테나의 개수보다 적은 개수의 FFT/IFFT 연산기를 통해 모든 심볼이 연산될 수 있도록 하는 스케줄링 순서로 각 심볼을 상기 FFT/IFFT 연산기에 할당한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도 4a는 송신부와 수신부가 하나의 FFT/IFFT 연산기를 사용하는 심볼 배치를 도시한 도면이다.
송수신 심볼 스트림은 송수신 OFDM 심볼이 채널 구간의 시간축 상에 배치된 데이터 흐름이다. TDD 시스템에서는 한 채널의 시간축을 분배하여 송신과 수신을 모두 수행한다. 하나의 OFDM 심볼이 채널구간을 차지하는 시간 구간을 OFDM 심볼구간이라 칭하도록 한다. 예를 들어 도 4a의 송수신 심볼 스트림에서 심볼(1, 2) 등은 각각 1 OFDM 심볼구간이고, 도 4a의 FFT 스케줄에서는 심볼(4, 6)을 합하여야 1 OFDM 심볼구간이 된다.
FFT 스케줄은 FFT/IFFT 연산기에 각 심볼이 배치되는 일련의 순서를 의미한 다.
심볼을 FFT 스케줄에 배치한다는 것은 수신 OFDM 심볼을 FFT 스케줄에 배치하는 것과 송신 OFDM 심볼을 FFT 스케줄에 배치하는 것 모두를 의미한다.
수신 OFDM 심볼을 FFT 스케줄에 배치한다는 것은, 채널구간으로부터 수신된 수신 OFDM 심볼을 복조하기 위한 FFT/IFFT 연산기의 사용 시간 구간을 FFT 스케줄에 배치하는 것을 의미한다. 다시 말해, 채널구간으로부터 수신된 수신 OFDM 심볼을 FFT 연산으로 복조하여 수신 데이터 심볼을 생성하기 위한 시간 구간을 FFT 스케줄 상의 일정 시간 부분에 배치하는 것을 의미한다.
한편, 송신 OFDM 심볼을 FFT 스케줄에 배치한다는 것은, 채널구간에 송신될 송신 OFDM 심볼을 생성하기 위한 FFT/IFFT 연산기의 사용 시간 구간을 FFT 스케줄에 배치하는 것을 의미한다. 다시 말해, 송신 데이터 심볼을 IFFT 연산으로 변조하여 채널구간에 송신될 송신 OFDM 심볼을 생성하기 위한 시간 구간을 FFT 스케줄 상의 일정 시간 부분에 배치하는 것을 의미한다.
FFT/IFFT 연산기를 동작 속도가 데이터 전송속도의 2배가 되도록 설계하면,하나의 OFDM 심볼구간에 해당하는 FFT 스케줄 구간에는 2개의 심볼을 배치할 수 있다.
따라서 도 4a에 도시된 바와 같이 수신 OFDM 심볼(1, 2, 3, 4, 5)은 각 심볼의 바로 이후의 OFDM 심볼구간에 해당하는 FFT 스케줄의 앞 절반에 배치되고, 송신 OFDM 심볼(6, 7, 8)은 각 심볼의 바로 직전의 OFDM 심볼구간에 해당하는 FFT 스케줄의 뒤 절반에 배치된다.
상기와 같이 배치된 FFT 스케줄로 구현된 변복조장치를 이용하면 송신부과 수신부에 하나의 FFT 연산기를 사용할 수 있고, 또한 변복조 지연도 없앨 수 있다.
도 4b는 4개의 안테나와 4개의 FFT/IFFT 연산기를 가진 MIMO-OFDM 변복조장치에서 처리되는 심볼 배치를 도시한 도면이다.
도 4b의 심볼 배치는 도 4a의 심볼 배치를 안테나가 4개인 경우로 확장한 것이다. 도 4b와 같이 안테나가 4개인 MIMO-OFDM 변복조장치는 4개의 FFT/IFFT 연산기로 구현할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 안테나의 개수보다 적은 수의 FFT/IFFT 연산기를 이용하여 도 4b에 제시된 심볼 배치를 가진 OFDM 변복조장치와 동일한 처리 속도를 제공할 수 있는 방법을 제시한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 MIMO-OFDM 변복조장치에서 FFT의 스케줄을 설계하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, FFT/IFFT 연산기의 동작 속도를 데이터 전송 속도보다 높게 설정한다(S100). 다른 심볼들의 삽입이 가능한 아이들 구간을 생성하기 위해서 FFT/IFFT 연산기의 동작속도는 데이터의 송수신 속도보다 적어도 2배는 빨라야 한다. 상기 FFT/IFFT 연산기의 동작 속도는 반드시 2배에 한정하지 않고 하드웨어 구성이 따라준다면 더 높은 속도로 설정할 수도 있다.
그리고 채널구간으로부터 수신 OFDM 심볼을 수신한 이후에 수신 OFDM 심볼이 복조될 수 있도록 수신 OFDM 심볼을 FFT 스케줄에 배치하고(S110), 채널구간으로 송신 OFDM 심볼을 송신하기 이전에 송신 OFDM 심볼이 생성될 수 있도록 송신 OFDM 심볼을 FFT 스케줄에 배치한다(S120). 이는 수신의 경우 해당 OFDM 심볼이 모두 수신이 되어야 FFT 스케줄에 배치 가능하고, 송신의 경우에는 해당 송신 OFDM 심볼을 미리 생성하여야 하기 때문이다. 이 때, 채널구간으로부터 수신 OFDM 심볼을 수신한 시간보다 1 OFDM 심볼구간 이후에 수신 OFDM 심볼이 복조될 수 있도록 수신 OFDM 심볼을 FFT 스케줄에 배치하고, 채널구간으로 송신 OFDM 심볼을 송신하는 시간보다 1 OFDM 심볼구간 이전에 송신 OFDM 심볼이 생성될 수 있도록 송신 OFDM 심볼을 FFT 스케줄에 배치할 수 있다.
그 후, 높은 동작 속도 설정으로 생성된 제1 FFT 스케줄의 아이들 구간에, 상기 제1 FFT 스케줄의 아이들 구간과 동일한 OFDM 심볼구간에 속하는 제2 FFT 스케줄의 심볼을 삽입하여 제1 FFT 스케줄을 채운다(S130).
그리고 복수의 FFT 스케줄 중 일부를 삭제하여도 모든 심볼의 스케줄링이 가능한 지 판단하여(S140), 삭제가능하면 FFT 스케줄의 삭제 가능 개수와 같거나 그보다 적은 수의 FFT 스케줄을 삭제한다(S150).
FFT 스케줄 중 일부를 삭제하여도 모든 심볼의 스케줄링이 가능한 지 판단하는 기준을 수학식을 사용하여 상세히 설명하면 아래와 같다.
원래 처리되어야 할 OFDM 심볼구간에서 처리되지 못하고 다른 OFDM 심볼구간에서 처리되어야 하는 심볼의 개수
Figure 112005023576091-pat00001
는 다음 수학식 1과 같다.
Figure 112005023576091-pat00002
여기서
Figure 112005023576091-pat00003
는 안테나의 개수,
Figure 112005023576091-pat00004
는 사용되는 FFT/IFFT 연산기의 개수,
Figure 112005023576091-pat00005
는 FFT/IFFT 연산기의 속도, 즉 송수신 데이터의 속도 대비 FFT/IFFT 연산기의 속도를 의미한다.
Figure 112005023576091-pat00006
개의 심볼을 앞뒤의 다른 OFDM 심볼구간에 배치하려 할 때, 주위에 있는 1 OFDM 심볼구간에 배치해야 하는 심볼의 개수
Figure 112005023576091-pat00007
는 다음 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112005023576091-pat00008
심볼의 시간 지연 조건을 1 OFDM 심볼구간의 지연만을 허용하도록 심볼을 배치하려 한다면,
Figure 112005023576091-pat00009
이므로 사용되는 FFT/IFFT 연산기의 개수
Figure 112005023576091-pat00010
는 다음과 같은 조건을 만족해야 한다.
Figure 112005023576091-pat00011
수학식 3을 정리하면, 수학식 4와 같이 표현된다.
Figure 112005023576091-pat00012
수학식 4은 MIMO-OFDM 변복조기를 구현하기 위해 필요한 최소한의 FFT/IFFT 연산기의 개수를 나타내고 있다. FFT/IFFT 연산기의 개수는 사용되는 안테나의 개수와 FFT/IFFT 연산기의 동작 속도의 함수로 표시되게 된다. 심볼의 시간 지연 조 건을 1 OFDM 심볼구간 이상의 지연을 허용하도록 한다면, 더 적은 FFT 연산기로도 MIMO-OFDM 변복조기를 구현할 수 있으나, 전체 시스템의 변복조 타이밍에 영향을 줄 가능성이 더 높아지게 된다.
따라서 바람직하게는, 1 OFDM 심볼구간의 지연만 허용하는 MIMO-OFDM 변복조기를 구현가능 하도록 FFT 스케줄이 삭제 가능한 지를 판단할 때, 삭제 전의 FFT 스케줄의 개수가 상기 수학식 4에서 보는 바와 같이 안테나의 개수의 3배를 FFT/IFFT 연산기의 동작 속도의 2배로 나눈 값의 올림 정수보다 큰 지를 판단하고, 삭제 전의 FFT 스케줄의 개수가 크면 그 차이만큼 삭제가 가능하다.
마지막으로, 삭제된 FFT 스케줄의 심볼들을 심볼의 시간 타이밍에 오류가 생기지 않도록 삭제되지 않은 FFT 스케줄에 재배치하면 심볼 배치가 완료된다(S160). 이때, 삭제된 FFT 스케줄의 수신 심볼들을 원래 처리되어야할 OFDM 심볼구간에 해당하는 시간보다 1 OFDM 심볼구간 이하의 지연만 허용되도록 삭제되지 않은 FFT 스케줄에 재배치하고, 삭제된 FFT 스케줄의 송신 심볼들을 원래 처리되어야할 OFDM 심볼구간에 해당하는 시간보다 1 OFDM 심볼구간 이하의 선행만 허용되도록 삭제되지 않은 FFT 스케줄에 재배치하고, 수신 OFDM 심볼과 송신 OFDM 심볼은 각각 연속적으로 배치되도록 동일 OFDM 심볼구간에 해당하는 심볼들을 재배치할 수 있다.
심볼의 시간 타이밍에 있어서 오류라 함은 수신 OFDM 심볼이 채널구간으로부터 수신되기도 전에 수신 OFDM 심볼을 FFT 스케줄에 배치한다든지, 송신 OFDM 심볼이 채널구간으로 송신되어야 할 시간 이후에 송신 OFDM 심볼을 FFT 스케줄에 배치하는 등 심볼의 시간적 선후관계에 있어서의 모순을 의미한다.
따라서 삭제된 FFT 스케줄의 심볼들을 심볼의 시간 타이밍에 오류가 생기지 않도록 삭제되지 않은 FFT 스케줄에 재배치할 때는, 채널구간으로 송신 OFDM 심볼을 송신하기 이전에 송신 OFDM 심볼을 생성하고, 채널구간으로부터 수신 OFDM 심볼을 수신한 이후에 수신 OFDM 심볼이 복조될 수 있도록 심볼을 FFT 스케줄에 배치한다.
변조와 복조가 겹치지 않는 구간에서는 원래 처리되어야 할 OFDM 심볼구간에서 처리되지 못하고 다른 OFDM 심볼구간에 배치되어야 하는 심볼의 개수
Figure 112005023576091-pat00013
가 0 이하의 값이 나오지만 변조와 복조가 겹치는 2구간의 OFDM 심볼구간에서는
Figure 112005023576091-pat00014
가 0보다 큰 값이 나오게 된다. 따라서
Figure 112005023576091-pat00015
개의 변조용 심볼을 원래 처리되어야할 OFDM 심볼구간에 해당하는 시간보다 1 OFDM 심볼구간 이전에서 수행하고
Figure 112005023576091-pat00016
개의 복조용 심볼을 원래 처리되어야할 OFDM 심볼구간에 해당하는 시간보다 1 OFDM 심볼구간 이후에서 수행하면 된다.
같은 OFDM 심볼 구간 안에서는 심볼 배치가 바뀌어도 된다. 같은 FFT 스케줄 상의 심볼들간의 선후가 바뀌어도 되고, 다른 FFT 스케줄 간에도 심볼들의 배치가 바뀌어도 된다. 이와 같은 규칙을 적용하여 수신 OFDM 심볼과 송신 OFDM 심볼은 각각 연속적으로 배치되도록 심볼들을 재배치할 수 있는 것이다.
상기와 같은 과정을 본 발명의 실시예에 따라 보여주는 도면이 도 6이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 4개의 안테나와 3개의 FFT/IFFT 연산기를 가진 MIMO-OFDM 시스템의 FFT 스케줄에서의 심볼 배치를 완성하는 과정을 도시한 도면이다.
최종적인 심볼 배치도를 보면, 송신 OFDM 심볼은 송신 OFDM 심볼 별로 연속적으로 배치되도록 하고, 수신 OFDM 심볼은 수신 OFDM 심볼 별로 연속적으로 배치되도록 심볼들이 재배치된 것을 알 수 있다. 또한 일부의 수신 심볼들(25, 35)은 원래 처리되어야할 OFDM 심볼구간에 해당하는 시간보다 1 OFDM 심볼구간의 지연이 되었고, 일부의 송신 심볼들(06, 16)은 원래 처리되어야할 OFDM 심볼구간에 해당하는 시간보다 1 OFDM 심볼구간의 선행하고 있음을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 4개의 안테나와 3개의 FFT/IFFT 연산기를 가진 MIMO-OFDM 변복조장치의 심볼 배치도이다.
도 7에 도시된 실시예에서는 동일 OFDM 심볼구간에서 심볼의 이동이 이루어진 부분이 있으나, 도 5에 설명된 스케줄링 방법을 이용하였다는 점에서는 동일하다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 8개의 안테나와 6개의 FFT/IFFT 연산기를 가진 MIMO-OFDM 변복조장치의 심볼 배치도이다.
도 8 역시 안테나의 개수보다 적은 수의 FFT/IFFT 연산기를 이용하여 모든 심볼에 대한 FFT 연산 또는 IFFT 연산을 수행할 수 있음을 보여주는 실시예이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 MIMO-OFDM 변복조장치의 구성을 도시한 개략도이다.
4개의 송신 안테나와 4개의 수신 안테나를 사용하는 MIMO-OFDM 시스템의 경우 도 7에 도시된 바와 같이 3개의 FFT로 MIMO-OFDM 변복조장치를 구현할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 MIMO-OFDM 변복조장치는 MIMO-OFDM 부호화기(210), 제1 저장부(220), 수신안테나(230), 제2 저장부(240), 할당 제어부(250), 복수의 FFT/IFFT 연산기 그룹(260), 분배 제어부(270), 제3 저장부(280), 송신안테나(290), 제4 저장부(300), MIMO-OFDM 복호화기(310)를 포함한다.
상기 송신안테나(290)와 수신안테나(230)는 OFDM 신호의 송수신을 수행한다. 본 발명의 실시예에서는 4개의 송신안테나와 4개의 수신안테나를 사용하였다.
상기 MIMO-OFDM 부호화기(210)는 송신 정보 비트열(200)을 입력받아 송신 데이터 심볼을 생성한다. 송신 데이터 심볼은 OFDM 변복조장치에서 OFDM 신호에 해당하는 OFDM 심볼을 생성하기 위하여 원 비트열이 QAM 변조(QPSK 변조, 16-QAM 변조, 64-QAM 변조 등) 등이 된 심볼이다.
상기 송신 데이터 심볼은 제1 저장부(220)에 저장된다.
상기 수신안테나(230)로부터 수신된 수신 OFDM 심볼은 제2 저장부(240)에 저장된다.
상기 FFT/IFFT 연산기 그룹(260)은, 송신단의 경우 상기 송신 데이터 심볼을 입력받아 송신 OFDM 심볼을 생성하는 IFFT 연산기로 동작하고 수신단의 경우 수신 OFDM 심볼을 입력받아 상기 수신 데이터 심볼을 생성하는 FFT 연산기로 동작하는 복수의 FFT/IFFT 연산기(261, 262, 263)로 구성되어 있다. 상기 FFT/IFFT 연산기 그룹(260)은 상기 송수신 안테나(230, 290)의 개수보다 적은 개수의 FFT/IFFT 연산기(261, 262, 263)를 포함하고, 상기 FFT/IFFT 연산기(261, 262, 263)는 동작 속도가 데이터 전송 속도보다 빠르게 구현된다. 본 발명의 실시예에서는 3개의 FFT/IFFT 연산기를 사용하였다.
상기 할당 제어부(250)는 상기 제1 저장부(220)와 상기 제2 저장부(240)의 심볼을 상기 FFT/IFFT 연산기 그룹(260)의 각 FFT/IFFT 연산기(261, 262, 263)에 할당하는 역할을 한다. 이때, 상기 할당 제어부(250)는 상기 송수신 안테나(230, 290)의 개수보다 적은 개수의 FFT/IFFT 연산기(261, 262, 263)를 통해 모든 심볼이 연산될 수 있도록 하는 스케줄링 순서로 각 심볼을 할당한다.
MIMO-OFDM 부호화기를 거친 송신 데이터 심볼과 채널구간으로부터 수신된 수신 OFDM 심볼이 한 번에 모두 FFT/IFFT에 할당되지 못하는 이유로 상기 제1 저장부와 상기 제2 저장부가 필요하게 된다.
상기 분배 제어부(270)는 상기 FFT/IFFT 연산기 그룹(260)에서 생성된 심볼을 상기 송신 OFDM 심볼과 수신 데이터 심볼로 구분하여 분배하는 역할을 한다.
상기 분배 제어부(270)로부터의 상기 송신 OFDM 심볼은 상기 송신 안테나(290)를 통해 송신하기 전 상기 제3 저장부(280)에 일시 저장된다. 상기 송신 OFDM 심볼이 채널구간에 송신되기 전 상기 제3 저장부에 일시 저장되는 이유는 상기 송신 OFDM 심볼이 동시에 생성되지 않기 때문이다. 도 6에 도시된 바와 같이 송신 OFDM 심볼(06, 16, 26, 36)은 동시에 채널구간에 송신되지만, FFT 스케줄에서는 차례로 생성이 됨을 알 수 있다. 따라서 송신 전 일시 저장하기 위한 저장부가 필요하게 된다.
상기 분배 제어부(270)로부터의 상기 수신 데이터 심볼은 상기 제4 저장부(300)에 저장된다.
상기 MIMO-OFDM 복호화기(310)는 상기 제4 저장부(300)로부터 상기 수신 데이터 심볼을 입력 받아 수신 정보 비트열(320)을 생성한다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
본 발명의 구성에 따르면 MIMO-OFDM 변복조장치에서 FFT/IFFT 연산기의 공유를 통해 변복조 되어야 할 심볼을 적절하게 스케줄링 하여, 최소한의 FFT/IFFT 연산기를 사용하고 데이터 처리 지연도 최소화 할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

Claims (9)

  1. 고속 푸리에 변환 장치의 동작 스케줄 설계 방법에 있어서,
    a) FFT 연산 및 IFFT 연산을 수행하는 FFT/IFFT 연산기의 동작 속도를 데이터 전송 속도보다 높게 설정하는 단계;
    b) 채널구간으로부터 수신 OFDM 심볼을 수신한 이후에 상기 수신 OFDM 심볼이 복조될 수 있도록 수신 OFDM 심볼을 FFT 스케줄에 배치하는 단계;
    c) 채널구간으로 송신 OFDM 심볼을 송신하기 이전에 상기 송신 OFDM 심볼이 생성될 수 있도록 송신 OFDM 심볼을 FFT 스케줄에 배치하는 단계;
    d) 상기 a) 단계에 의해 생성된 제1 FFT 스케줄의 아이들 구간에, 제2 FFT 스케줄의 동일 시간구간의 OFDM 심볼구간에 속하는 심볼들을 삽입하여 상기 제1 FFT 스케줄을 채우는 단계;
    e) 복수의 FFT 스케줄 중 일부를 삭제하여도 모든 심볼의 스케줄링이 가능한 지 판단하는 단계;
    f) 상기 e) 단계에서 판단된 FFT 스케줄의 삭제 가능 개수와 같거나 그보다 적은 수의 FFT 스케줄을 삭제하는 단계;
    g) 상기 f) 단계에서 삭제된 FFT 스케줄의 심볼들을 심볼의 송수신 시간 타이밍에 오류가 생기지 않도록 삭제되지 않은 FFT 스케줄에 재배치하고 심볼 배치를 종료하는 단계를 포함하는 고속 푸리에 변환 장치의 동작 스케줄 설계 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 g) 단계는,
    삭제된 FFT 스케줄의 수신 심볼들을 원래 처리되어야할 OFDM 심볼구간에 해당하는 시간보다 1 OFDM 심볼구간 이하의 지연만 허용되도록 삭제되지 않은 FFT 스케줄에 재배치하는 고속 푸리에 변환 장치의 동작 스케줄 설계 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 g) 단계는,
    삭제된 FFT 스케줄의 송신 심볼들을 원래 처리되어야할 OFDM 심볼구간에 해당하는 시간보다 1 OFDM 심볼구간 이하의 선행만 허용되도록 삭제되지 않은 FFT 스케줄에 재배치하는 고속 푸리에 변환 장치의 동작 스케줄 설계 방법.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 g) 단계는,
    수신 OFDM 심볼과 송신 OFDM 심볼은 각각 연속적으로 배치되도록 동일 OFDM 심볼구간에 해당하는 심볼들을 재배치하는 고속 푸리에 변환 장치의 동작 스케줄 설계 방법.
  5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 b) 단계는,
    채널구간으로부터 수신 OFDM 심볼을 수신한 시간보다 1 OFDM 심볼구간 이후에 상기 수신 OFDM 심볼이 복조될 수 있도록 수신 OFDM 심볼을 FFT 스케줄에 배치하고,
    상기 c) 단계는,
    채널구간으로 송신 OFDM 심볼을 송신하는 시간보다 1 OFDM 심볼구간 이전에 상기 송신 OFDM 심볼이 생성될 수 있도록 송신 OFDM 심볼을 FFT 스케줄에 배치하는 고속 푸리에 변환 장치의 동작 스케줄 설계 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 e) 단계는,
    안테나의 개수의 3배를 FFT/IFFT 연산기의 동작 속도의 2배로 나눈 수의 올림 정수보다 FFT 스케줄의 개수가 많은 지 판단하고,
    상기 f) 단계는,
    상기 e) 단계에서 판단 결과 FFT 스케줄의 개수가 많은 경우 안테나의 3배를 FFT/IFFT 연산기의 동작 속도의 2배로 나눈 수의 올림 정수와 FFT 스케줄의 개수와의 차이보다 적거나 같은 수로 FFT 스케줄을 삭제하는 고속 푸리에 변환 장치의 동작 스케줄 설계 방법.
  7. OFDM 신호의 송수신을 수행하는 적어도 하나의 안테나;
    송신 데이터 심볼을 저장하는 제1 저장부;
    상기 안테나로부터 수신된 수신 OFDM 심볼을 저장하는 제2 저장부;
    상기 송신 데이터 심볼을 입력받아 송신 OFDM 심볼을 생성하는 IFFT 연산기로 동작하고, 상기 수신 OFDM 심볼을 입력받아 수신 데이터 심볼을 생성하는 FFT 연산기로 동작하는 복수의 FFT/IFFT 연산기;
    상기 제1 저장부와 상기 제2 저장부의 심볼을 상기 복수의 FFT/IFFT 연산기에 할당하는 할당 제어부;
    상기 FFT/IFFT 연산기 그룹에서 생성된 심볼을 상기 송신 OFDM 심볼과 상기 수신 데이터 심볼로 구분하여 분배하는 분배 제어부;
    상기 분배 제어부로부터의 상기 송신 OFDM 심볼을 상기 안테나를 통해 송신하기 전 일시 저장하는 제3 저장부;
    상기 분배 제어부로부터의 상기 수신 데이터 심볼을 저장하는 제4 저장부를 포함하고,
    상기 FFT/IFFT 연산기는 동작 속도가 데이터 전송 속도보다 빠르게 구현되고,
    상기 할당 제어부는 상기 안테나의 개수보다 적은 개수의 FFT/IFFT 연산기를 통해 모든 심볼이 연산될 수 있도록 하는 스케줄링 순서로 각 심볼을 상기 FFT/IFFT 연산기에 할당하는 MIMO-OFDM 변복조장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 할당 제어부는,
    상기 FFT/IFFT 연산기의 동작 속도 설정으로 생성된 제1 FFT 스케줄의 아이들 구간에 제2 FFT 스케줄의 동일 시간 구간의 OFDM 심볼구간에 속하는 심볼들을 삽입하여 구성된 스케줄링 순서로 각 심볼을 상기 FFT/IFFT 연산기에 할당하는 MIMO-OFDM 변복조장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 할당제어부는,
    FFT 스케줄 중 일부를 삭제하여도 모든 심볼의 스케줄링이 가능한 지 판단하고, FFT 스케줄의 삭제 가능 개수와 같거나 그보다 적은 수의 FFT 스케줄을 삭제하고, 삭제된 FFT 스케줄의 심볼들을 심볼의 송수신 시간 타이밍에 오류가 생기지 않도록 삭제되지 않은 FFT 스케줄에 재배치한 스케줄링 순서로 각 심볼을 상기 FFT/IFFT 연산기에 할당하는 MIMO-OFDM 변복조장치.
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