KR20050041803A - 직교 주파수 분할 다중 방식을 사용하는 통신 시스템에서기지국 구분을 위한 파일럿 신호 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전체 주파수 대역을 다수의 서브 주파수 대역들로 분할하고, 상기 서브 캐리어 대역들에서 기준 신호들을 송신하고, 상기 기준 신호들이 송신되는 서브 캐리어 대역들 이외의 서브 캐리어 대역들에서 데이터 신호들을 송신하는 무선 통신 시스템에서 상기 기준 신호를 송신하기 위한 방법에 있어서, 미리 설정한 설정 시간과 설정 대역폭을 고려하여 상기 기준 신호를 송신하는 서브 캐리어 대역들의 위치를 나타내는 기준 신호 패턴을 결정하는 과정과, PN 코드와 왈쉬(walsh) 코드를 사용하여 상기 기준 신호를 생성하는 과정과, 상기 생성한 기준 신호를 상기 기준 신호 패턴에 상응하는 서브 캐리어 대역들에서 송신하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

Description

직교 주파수 분할 다중 방식을 사용하는 통신 시스템에서 기지국 구분을 위한 파일럿 신호 장치 및 방법{APPARATUS FOR TRANSMITTING/RECEIVING PILOT SIGNAL FOR DISTINGUISH BASE STATION IN COMMUNICATION USING ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING SCHEME AND METHOD THEREOF}
본 발명은 직교 주파수 분할 다중 방식을 사용하는 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 기지국 구분을 위한 파일럿 패턴을 생성하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 유·무선 채널에서 고속데이터 전송에 유용한 방식으로 사용되고 있는 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; 이하 'OFDM'이라 칭하기로 한다) 방식은 복수 반송파(Multi-Carrier)를 사용하여 데이터를 전송하는 방식으로서, 직렬로 입력되는 심볼(Symbol)열을 병렬 변환하여 이들 각각을 상호 직교성을 갖는 다수의 서브 캐리어(sub-carrier)들, 즉 다수의 서브 채널(sub-channel)들로 변조하여 전송하는 다중 반송파 변조(MCM; Multi Carrier Modulation) 방식의 일종이다.
이와 같은 다중 반송파 변조 방식을 적용하는 시스템은 1950년대 후반 군용 고주파 라디오(HF radio)에 처음 적용되었으며, 다수의 직교하는 서브 캐리어를 중첩시키는 상기 OFDM 방식은 1970년대부터 발전하기 시작하였으나, 다중 반송파간의 직교 변조 구현의 난해함으로 인해 실제 시스템 적용에는 한계가 있었다.
그러나, 1971년 Weinstein 등이 상기 OFDM 방식을 사용하는 변복조는 DFT(Discrete Fourier Transform)를 이용하여 효율적으로 처리가 가능함을 발표하면서 OFDM 방식에 대한 기술개발이 급속히 발전했다. 또한, 보호구간(guard interval)의 사용과 cyclic prefix 보호구간 삽입 방식이 알려지면서 다중경로 및 지연 확산(delay spread)에 대한 시스템의 문제점을 다소 해소시키게 되었다.
이에 따라, 상기 OFDM 방식 기술은 디지털 오디오 방송(Digital Audio Broadcasting; DAB)과 디지털 텔레비젼, 무선 근거리 통신망(WLAN; Wireless Local Area Network) 그리고 무선 비동기 전송 모드(WATM; Wireless Asynchronous Transfer Mode) 등의 디지털 전송 기술에 광범위하게 적용되어지고 있다. 즉, 상기 OFDM 방식은 하드웨어적인 복잡도(Complexity)로 인하여 널리 사용되지 못하다가 최근 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform; 이하 'FFT'라 칭하기로 한다)과 역 고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform; 이하 'IFFT'라 칭하기로 한다)을 포함한 각종 디지털 신호 처리 기술이 발전함으로써 실현 가능해졌다.
상기 OFDM 방식은 종래의 주파수 분할 다중(FDM; Frequency Division Multiplexing) 방식과 비슷하나 무엇보다도 다수개의 서브 캐리어들간의 직교성(Orthogonality)을 유지하여 전송함으로써 고속 데이터 전송시 최적의 전송 효율을 얻을 수 있는 특징을 가지며, 주파수 사용 효율이 좋고 다중 경로 페이딩(multi-path fading)에 강한 특성이 있어 고속 데이터 전송시 최적의 전송 효율을 얻을수 있다는 특징을 가진다.
또한, 주파수 스펙트럼을 중첩하여 사용하므로 주파수 사용이 효율적이고, 주파수 선택적 페이딩(frequency selective fading)에 강하며, 다중경로 페이딩에 강하다는 장점이 있다. 아울러, 보호구간을 이용하여 심볼간 간섭(ISI: Inter Symbol Interference) 영향을 줄일 수 있으며, 하드웨어적으로 등화기 구조를 간단하게 설계하는 것이 가능하며, 임펄스(impulse)성 잡음에 강하다는 장점을 가지고 있어서 통신시스템 구조에 적극 활용되고 있는 추세에 있다.
그러면 여기서, 상기 OFDM 방식을 사용하는 통신 시스템(이하, 'OFDM 통신 시스템'이라 칭하기로 한다)의 송신기와 수신기의 동작을 간략하게 살펴보면 다음과 같다.
상기 OFDM 통신 시스템의 송신기에서 입력 데이터는 스크램블러(scrambler), 인코더(encoder) 및 인터리버(interleaver)를 통하여 서브 캐리어들로 변조된다. 이때, 상기 송신기는 다양한 가변 데이터 레이트(data rate)를 제공하게 되는데, 상기 데이터 레이트에 따라서 각기 다른 코딩 레이트(coding rate)와, 인터리빙 크기(interleaving size) 및 변조 방식을 갖게 된다.
통상적으로 상기 인코더는 1/2, 3/4 등의 코딩 레이트를 사용하고, 버스트 에러(burst error)를 막기 위한 인터리버의 크기는 OFDM 심볼(symbol)당 코딩된 비트 수(NCBPS; Number of Coded Bits per Symbol)에 따라 결정된다. 상기 변조 방식은 데이터 레이트에 따라 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying), 8PSK(Phase Shift Keying), 16QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 및 64QAM 등을 사용한다.
한편, 상기한 구성들에 의해 소정 개수의 서브 캐리어들로 변조된 신호는 소정 개수의 파일럿(pilot) 서브 캐리어들이 가산되고, 이는 IFFT 블록을 통과하여 하나의 OFDM 심볼을 생성한다. 여기에 다중 경로(multi-path) 채널 환경에서의 심볼간 간섭을 제거하기 위한 보호구간(guard interval)을 삽입한 뒤 심볼 파형 생성기를 통화하여 최종적으로 무선 주파수(RF) 처리기로 입력되고, 상기 무선 주파수 처리기는 입력된 신호를 무선 주파수 처리하여 에어(air)상으로 전송한다.
상기에서 설명한 바와 같은 송신기에 대응하는 OFDM 통신 시스템의 수신기에서는 상기 송신기에서 수행한 과정에 대한 역 과정이 일어나며 동기화 과정이 첨가된다. 먼저, 수신된 OFDM 심볼에 대해서 미리 설정되어 있는 트레이닝 심볼(training symbol)을 이용하여 주파수 오프셋(frequency offset) 및 심볼 오프셋을(symbol offset) 추정하는 과정이 선행되어야 한다. 그 뒤에 보호 구간을 제거한 데이터 심볼들이 FFT 블록을 통과하여 소정 개수의 파일럿 서브 캐리어들이 가산된 소정 개수의 서브 캐리어들로 복원된다.
또한, 실제 무선 채널상에서의 경로 지연 현상을 극복하기 위해 등화기는 수신된 채널 신호에 대한 채널 상태를 추정하여 수신된 채널 신호로부터 실제 무선 채널상에서의 신호 왜곡을 제거한다. 상기 등화기를 통과하여 채널 추정된 데이터는 비트열로 변환되어 디인터리버(de-interleaver)를 통과한 다음, 에러 정정을 위한 디코더(decoder)와 디스크램블러(de-scrambler)를 거쳐서 최종 데이터로 출력된다.
한편, 상기에서 설명한 바와 같이 OFDM 통신 시스템에서 송신기, 즉 기지국(BS; Base Station)은 수신기, 즉 단말기로 파일럿 서브 캐리어(이하 '파일럿 채널'이라 칭하기로 한다) 신호들을 송신한다. 상기 기지국은 데이터 서브 캐리어(이하 '데이터 채널'이라 칭하기로 한다) 신호들을 송신함과 동시에 상기 파일럿 채널 신호들을 동시에 송신한다. 여기서, 상기 파일럿 채널 신호들을 송신하는 이유는 동기 획득(synchronization acquisition)과 채널 추정(channel estimation) 및 기지국 구분을 위해서이다.
또한, 상기 파일럿 채널 신호들은 일종의 트레이닝 시퀀스(training sequence)로서 동작하여 송신기와 수신기간 채널 추정을 수행할 수 있도록 하고, 또한 상기 파일럿 채널 신호들을 이용하여 단말기가 자신이 속한 기지국을 구분할 수 있도록 한다. 상기 파일럿 채널 신호들이 송신되는 위치는 송신기와 수신기간에 미리 규약되어 있다. 결과적으로, 상기 파일럿 채널 신호들은 일종의 기준 신호(reference signal)로서 동작하게 된다.
그러면 여기서, 상기 파일럿 채널 신호들을 사용하여 단말기가 단말기 자신이 속한 기지국을 구분하는 과정을 설명하기로 한다.
먼저, 기지국은 상기 파일럿 채널 신호들이 특정한 패턴, 즉 파일럿 패턴(pilot pattern)을 가지면서도 상기 데이터 채널 신호들에 비해서 비교적 높은 송신 전력(transmit power)(예컨대, 3dB 이상)으로 셀 반경(cell boundary)까지 도달할 수 있도록 송신한다.
여기서, 상기 기지국이 상기 파일럿 채널 신호들을 특정한 파일럿 패턴을 가지면서도 높은 송신 전력으로 셀 반경까지 도달할 수 있도록 송신하는 이유는 다음과 같다. 단말기는 셀(cell)에 진입하였을 때 단말기 자신이 현재 속해 있는 기지국에 대한 어떤 정보도 가지고 있지 않다. 상기 단말기가 단말기 자신이 속해있는 기지국을 검출하기 위해서는 상기 파일럿 채널 신호들을 이용해야만 한다. 따라서, 상기 기지국은 상기 파일럿 채널 신호들을 비교적 높은 송신 전력으로 특정한 파일럿 패턴을 가지도록 송신함으로써 상기 단말기가 단말기 자신이 속해있는 기지국을 검출할 수 있도록 한다.
한편, 상기 파일럿 패턴은 기지국에서 송신하는 파일럿 채널 신호들이 생성하는 패턴을 의미한다. 즉, 상기 파일럿 패턴은 상기 파일럿 채널 신호들의 기울기(slope)와 상기 파일럿 채널 신호들이 송신되기 시작하는 시작점(start point)에 의해 구별된다. 따라서, 상기 OFDM 통신 시스템은 상기 OFDM 통신 시스템을 구성하는 기지국들 각각을 구분하도록 하기 위해 상기 기지국들 각각이 상이한 파일럿 패턴을 가지도록 설계해야만 한다.
또한, 상기 파일럿 패턴은 코히어런스 대역폭(coherence bandwidth)과 코히어런스 시간(coherence time)을 고려해서 생성된다. 이하, 상기 코히어런스 대역폭과 코히어런스 시간에 대해서 설명하기로 한다.
상기 코히어런스 대역폭은 주파수 영역(frequency domain)에서 채널(channel)이 동일하다고 가정(즉, 채널이 변하지 않는다고 가정)할 수 있는 최대 대역폭을 나타낸다. 상기 코히어런스 시간은 시간 영역(time domain)에서 채널이 동일하다고, 즉 채널이 변하지 않는다고 가정할 수 있는 최대 시간을 나타낸다.
이와 같이, 상기 코히어런스 대역폭과 코히어런스 시간에서는 채널이 동일하다고 가정할 수 있기 때문에 상기 코히어런스 대역폭과 코히어런스 시간에서는 한 개의 파일럿 채널 신호만을 송신해도 동기 획득, 채널 추정 및 기지국 구분등에 전혀 문제가 발생되지 않으며, 데이터 채널 신호들의 송신을 최대화할 수 있어 시스템 전체 성능을 향상시키게 된다.
결과적으로 파일럿 채널 신호들을 송신하는 최소 주파수 간격은 코히어런스 대역폭이고, 상기 파일럿 채널 신호들을 송신하는 최소 시간 간격, 즉 최소 OFDM 심볼 시간 간격은 코히어런스 시간이다.
한편, 상기 OFDM 통신 시스템을 구성하는 기지국들의 수는 상기 OFDM 통신 시스템의 크기에 따라 가변적이나, 상기 OFDM 통신 시스템의 크기가 커질수록 증가하게 된다. 그러므로 상기 기지국들 각각을 구분하기 위해서는 서로 다른 기울기와 시작점을 가지는 파일럿 패턴들이 상기 기지국들 수만큼 존재해야만 한다.
그러나, 상기 OFDM 통신 시스템에서 시간-주파수 영역(time-frequency domain)에서 파일럿 채널 신호를 송신하려면 상기에서 설명한 바와 같이 코히어런스 대역폭과 코히어런스 시간을 고려해야만 하고, 상기 코히어런스 대역폭과 코히어런스 시간을 고려할 경우 상기 서로 다른 기울기와 시작점을 가지는 파일럿 패턴들은 제한적으로 생성되게 된다.
상기 코히어런스 대역폭과 코히어런스 시간을 고려하지 않고 파일럿 패턴을 생성할 경우 서로 다른 기지국을 나타내는 파일럿 패턴들내의 파일럿 채널 신호들이 혼재하게 되고, 이 경우 파일럿 패턴을 사용하여 기지국을 구분하는 것은 불가능하게 된다.
그러면 도 1을 참조하여 다양한 종류의 파일럿 채널의 패턴이 어떤 식으로 발생되는지 알아 보도록 하자.
도 1은 통상적인 OFDM 통신 시스템에서 파일럿 패턴으로 생성 가능한 모든 기울기들을 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 1을 참조하면, 파일럿 패턴으로 생성 가능한 기울기들과 그 수는, 즉 파일럿 채널 신호 송신에 따른 기울기들과 그 수는 코히어런스 대역폭과 코히어런스 시간에 따라 제한된다. 만약, 상기 코히어런스 대역폭이 6이고, 코히어런스 시간이 1일 때, 파일럿 패턴의 기울기가 정수라고 가정하면, 상기 조건에서 발생 가능한 파일럿 패턴의 기울기는 s=0부터 s=5까지 6개가 된다. 즉, 상기 조건에서 발생 가능한 파일럿 패턴의 기울기는 0부터 5까지 정수중의 어느 한 정수값이 된다. 이렇게, 발생 가능한 파일럿 패턴의 기울기가 6개라는 것은 상기 조건을 만족하는 OFDM 통신 시스템에서 상기 파일럿 패턴을 사용하여 구분할 수 있는 기지국들의 수가 6개라는 것을 의미한다.
한편, 상기 파일럿 패턴의 기울기 s=6인 파일럿 서브 캐리어에 대하여 살펴보면, 실제로 파일럿 패턴의 기울기 s=0인 경우와 s=6인 경우는 구분되지 않으므로, 상기 s=0인 경우와 s=6인 경우 둘 중 하나의 기울기만 사용할 수 있다. 즉, 상술한 바와 같이 파일럿 패턴의 기울기 s=6인 상기 파일럿 서브 캐리어는 상기 파일럿 서브 캐리어와 코히어런스 대역폭만큼 이격된 다른 파일럿 패턴에서의 기울기 s=0인 것과 같으므로, 상기 기울기 s=0인 경우와, s=6인 경우는 구별될 수 없다.
상기 도 1에 도시되어 있는 사선 처리된 원은 코히어런스 대역폭만큼 이격되어 있는 파일럿 서브 채널 신호를 나타낸 것이다. 결국, 상기 흰색원들로 표시된 파일럿 서브 캐리어가 기울기 s=6일 경우, 상기 사선 표시된 원으로 구분된 파일럿 서브 캐리어의 기울기 s=0인 경우와 같아지게 된다. 따라서, 상기 파일럿 서브 캐리어의 기울기는 코히어런스 대역폭으로 제한된다.
여기서, 상기 파일럿 패턴으로 생성 가능한 모든 기울기들을 나타내면 하기 수학식 1과 같다.
상기 수학식 1에서 sval은 OFDM 통신 시스템에서 발생 가능한 파일럿 패턴의 기울기를 나타내며, 상기 파일럿 패턴의 기울기는 정수인 경우가 바람직하지만 반드시 정수일 필요는 없다. 또한, 상기 수학식 1에서 TC는 코히어런스 시간, 즉 시간 영역에서 상기 코히어런스 시간을 구성하는 기본 데이터 단위들의 개수를 나타낸다. 상기 도 1에서는 상기 코히어런스 시간을 구성하는 기본 데이터 단위는 OFDM 심벌이며, 따라서 상기 TC는 OFDM 심벌들의 개수를 나타낸다. 또한, 상기 수학식 1에서 BC는 코히어런스 대역폭, 즉 주파수 영역에서 상기 코히어런스 대역폭을 구성하는 기본 서브 캐리어 단위들의 개수를 나타낸다.
그리고, 실제 파일럿 패턴으로 생성 가능한 최대 기울기 개수를 나타내면 하기 수학식 2와 같다.
상기 수학식 2에서 Sno_max는 상기 OFDM 통신 시스템에서 파일럿 패턴으로 생성 가능한 최대 기울기의 개수를 나타낸다.
결국, 상기에서 설명한 바와 같이 OFDM 통신 시스템에서 상기 OFDM 통신시스템을 구성하는 기지국들을 구분하기 위해 사용되는 파일럿 패턴은 코히어런스 대역폭과 코히어런스 시간에 제한되어 발생되므로 그 생성 가능한 패턴수에 제한이 발생한다. 따라서, 상기 OFDM 통신 시스템을 구성하는 기지국들의 개수가 증가할 경우 생성 가능한 패턴수의 제한으로 인해 구분할 수 있는 기지국들 개수에 제한이 발생한다는 문제점이 있으며 또한, 인접해있는 기지국들이 같은 파일럿 패턴을 가지게 될 수 있어 각 기지국의 구별이 불가능해지며 인접 셀간의 간섭으로 인한 정확한 채널 추정이 어렵다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 OFDM 통신 시스템에서 기지국 구분을 위한 파일럿 신호를 송수신하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 OFDM 통신 시스템에서 PN 코드와 월쉬 코드를 사용하여 파일럿 신호를 송수신하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 장치는; 전체 주파수 대역을 다수의 서브 주파수 대역들로 분할하고, 상기 서브 캐리어 대역들에서 기준 신호들을 송신하고, 상기 기준 신호들이 송신되는 서브 캐리어 대역들 이외의 서브 캐리어 대역들에서 데이터 신호들을 송신하는 무선 통신 시스템에서 상기 기준 신호를 송신하기 위한 장치에 있어서, 상기 PN 코드와 왈쉬 코드를 사용하여 상기 기준 신호를 생성하는 기준 신호 생성기와, 상기 생성한 기준 신호를 미리 설정한 설정 시간과 설정 대역폭을 고려하여 생성된, 상기 기준 신호를 송신하는 서브 캐리어 대역들의 위치를 나타내는 기준 신호 패턴에 상응하게 송신되도록 제어하는 선택기를 포함함을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 방법은; 전체 주파수 대역을 다수의 서브 주파수 대역들로 분할하고, 상기 서브 캐리어 대역들에서 기준 신호들을 송신하고, 상기 기준 신호들이 송신되는 서브 캐리어 대역들 이외의 서브 캐리어 대역들에서 데이터 신호들을 송신하는 무선 통신 시스템에서 상기 기준 신호를 송신하기 위한 방법에 있어서, 미리 설정한 설정 시간과 설정 대역폭을 고려하여 상기 기준 신호를 송신하는 서브 캐리어 대역들의 위치를 나타내는 기준 신호 패턴을 결정하는 과정과, PN 코드와 왈쉬(walsh) 코드를 사용하여 상기 기준 신호를 생성하는 과정과, 상기 생성한 기준 신호를 상기 기준 신호 패턴에 상응하는 서브 캐리어 대역들에서 송신하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
본 발명은 직교 주파수 분할 다중 방식(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 'OFDM' 이라 칭하기로 한다) 방식을 사용하는 통신 시스템(이하 'OFDM 통신 시스템'이라 칭하기로 한다)에서 기지국(BS: Base Station) 구분을 위한 파일럿 신호를 생성하는 방안을 제안한다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명이 적용된 OFDM 통신 시스템에서의 송신기 구조를 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 OFDM 통신 시스템에서 송신기 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 송신기는 변조기(201), 파일럿 발생기(203), 변조기(205), 선택기(207), 직렬/병렬 변환기(209), N-point IFFT(Inverse Fast Fourier Transform, 이하 'IFFT'라 칭하기로 한다)기(211), 병렬/직렬 변환기(213), 디지털/아날로그(D/A: Digital/Analog, 이하 'D/A'라 칭하기로 한다) 변환기(215) 및 무선 주파수(Radio Frequency, 이하 'RF'라 칭하기로 한다) 처리기(217)로 구성된다.
상기 도 2를 참조하면, 먼저 전송하고자 하는 데이터는 변조기(201)로 입력된다. 상기 변조기(201)는 소정의 변조 방식에 의해 데이터를 변조하여 선택기(207)로 전달한다. 상기 변조 방식은 데이터 레이트에 따라 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying), 8PSK(Phase Shift Keying), 16QAM(Quadrature Amplitude Modulation), 64QAM 등을 사용할 수 있다. 파이럿 발생기(203)는 해당 기지국에 부여된 의사잡음 오프셋(Pseudo Noise offset, 이하 'PN 오프셋'이라 칭하기로 한다)과 왈쉬(walsh) 코드를 입력으로 하여 파일럿을 발생하고 변조기(205)로 전달한다. 상기 파일럿 발생 과정은 후기될 도 4의 설명을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 상기 왈쉬 코드는 순방향링크(foward link)에서는 각 채널을 구분짓는 식별자로서 기능을 하며 역방향링크(backwark link)에서는 인접한 데이터 심벌간의 간섭을 최소화하기 위한 직교변조코드이다.
상기 변조기(205)는 파일럿을 입력으로 하여 상기 소정의 변조 방식으로 변조하여 선택기(207)로 전달한다. 일 예로, 상기 소정의 변조 방식은 BPSK가 될 수 있다. 상기 선택기(207)는 해당 기지국에 할당된 파일럿 기울기와 오프셋(파일럿의 첫 시작점)을 입력으로 하여 현 시점이 데이터를 위한 구간인지 파일럿을 위한 구간인지를 결정한다. 상기 선택기(207)가 수신하는 오프셋은 같은 파일럿 기울기를 가지는 파일럿 패턴 중에 파일럿의 첫 시작점이 다른 파일럿 패턴의 오프셋을 의미한다. 일 예로, 상기 도 1에서 파일럿 기울기가 1인 패턴은 코히어런스 시간이 1로 고정일때, 코히어런스 대역폭을 변화함으로써 다수의 파일럿 기울기 1을 만들 수가 있다. 이 경우 상기 파일럿 패턴의 다른 시작점이 오프셋이 된다. 한편, 상기 선택기(207)는 데이터 구간일때는 데이터를 출력하고 파일럿 구간일 때는 파일럿을 출력하여 직렬/병렬 변환기(209)를 거쳐 N-Point IFFT기(211)로 전달한다. 이후 상기 N-Point IFFT기(211)의 출력값은 병렬/직렬 변환기(213), D/A 변환기(215) 및 RF 처리기(215)를 거친후, 안테나를 통하여 송신된다.
다음으로, 도 3을 참조하여 본 발명이 적용된 OFDM 시스템에서의 송신단 구조를 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 OFDM 통신 시스템에서 수신기 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 3을 참조하면, 상기 수신기는 RF 처리기(301), 아날로그/디지털 변환기(Analog-Digital converter, 이하 'A/D 변환기'라 칭하기로 한다)(302), 직렬/병렬 변환기(303), N-Point FFT(Fast Fourier Transform)기(305), 기지국 검출기(307) 및 복조기(309)로 구성된다.
먼저, 상기 도 2의 송신기에서 송신한 신호는 수신기 안테나를 통해 RF 처리기(301)가 수신한다. 상기 RF 처리기(301)는 수신한 신호를 중간 주파(IF; Intermediate Frequency) 대역으로 다운 컨버팅(down converting)한 후 A/D 변환기(302)로 출력한다. 상기 A/D 변환기(302)는 수신한 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 직렬/병렬 변환기(303)로 출력한다. 상기 직렬/병렬 변환기(303)는 상기 아날로그-디지털 변환 및 RF기(301)에서 출력한 신호를 입력하여 병렬 변환한 후 N-Point FFT기(305)로 출력한다. 상기 N-Point FFT기(305)는 상기 직렬/병렬 변환기(303)에서 출력한 신호를 N-Point FFT를 수행한 후 변복조기(309)와 기지국 검출기(307)로 출력한다. 상기 기지국 검출기(307)는 상기 N-Point FFT기(305)의 출력신호를 입력으로 하여 파일럿의 기울기, 오프셋, PN 오프셋, 왈쉬 코드를 찾아 내어 기지국을 검출한다.
상기 기지국 검출기(307)가 기지국을 검출하는 방법은 상관(correlation)값을 구하는 것으로 모든 파일럿의 기울기, 오프셋, PN 오프셋, 왈쉬 코드에 대해 상관값을 구한 후, 그 중 가장 큰 값을 선택한다. 이렇게 선택된 값으로 수신기는 자신이 속한 해당 기지국을 식별하게 되고 상기 수신기는 파일럿의 위치와 데이터의 위치를 구별할 수 있다. 이후 상기 복조기(309)는 상기 N-Point FFT기(305)가 출력한 신호를 입력으로 데이터 값만을 뽑아 상기 송신기 변조 방식에 상응하는 복조 방식으로 복조하여 데이터를 복원한다.
다음으로, 도 4를 참조하여 상기 도 2의 파일럿 발생기(203)의 구조를 설명하기로 한다.
도 4는 도 2의 파일럿 발생기(203)의 내부 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 4를 참조하면, 먼저 각 기지국이 할당받은 PN 오프셋은 각 기지국별 및 각 프레임별로 고유의 값이다. 상기 각 기지국이 상기 PN 오프셋을 다르게 하는 이유는 인접 셀간의 간섭을 줄이기 위한 것이다. PN 코드 오프셋 발생기(401)는 상기와 같은 오프셋 된 PN 코드를 발생하여 덧셈기(405)로 출력한다. 만약 파일럿 길이가 Np라면 오프셋된 PN 코드의 길이도 Np가 된다. 한편, 왈쉬 코드 반복기(403)는 해당 기지국에 할당된 왈쉬 코드를 입력으로 파일럿 길이 Np를 왈쉬 코드 길이 Nw로 나눈 값 Np/Nw 만큼 반복하여 상기 덧셈기(405)로 출력한다. 상기 덧셈기(405)는 상기 오프셋된 PN 코드와 상기 Np/Nw를 입력으로 상기 두 입력값을 배타적 논리합(eXclusive OR, 이하 'XOR'로 칭하기로 한다)하여 파일럿을 발생한다.
다음으로 도 5를 참조하여 OFDM 통신 시스템에서의 송신 과정을 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 통신 시스템에서 신호 송신 과정을 도시한 흐름도이다.
상기 도 5를 참조하면, 먼저 501단계에서 파일럿 발생기(203)는 각 기지국별로 다르게 부여된 PN 오프셋과 왈쉬 코드를 입력으로 파일럿을 발생하고 505단계로 진행한다. 좀더 상세하게는 상기 오프셋된 PN 코드와 왈쉬 코드를 입력으로 상기 파일럿 발생기(203)의 덧셈기(405)는 XOR하여 파일럿을 발생한다. 상기 503단계에서 전송하고자 하는 데이터와 발생된 파일럿 신호는 변조기(201, 205)로 입력된다. 상기 변조기(201, 205)는 상기 파일럿 및 데이터를 소정의 변조 방식으로 변조하여 선택기(207)로 출력한다. 다음으로 505단계에서 상기 선택기(207)는 해당 기지국에 할당된 파일럿 기울기와 오프셋(파일럿의 첫 시작점)을 입력으로 현 시점이 데이터를 위한 구간인지 파일럿을 위한 구간인지를 결정하여 상기 파일럿과 데이터를 일정 주기로 선택 및 반복하여 직렬/병렬 변환기(209)로 출력한다. 다음으로 507단계에서 상기 직렬/병렬 변환기(209)의 병렬 신호를 수신한 N-Point IFFT기(211)는 상기 신호를 IFFT하여 D/A 변환기(215) 및 RF 처리기(217)를 거쳐 안테나를 통해 전송한다.
다음으로 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 OFDM 통신 시스템에서 수신 과정의 흐름을 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명에 따른 OFDM 통신 시스템에서 수신 과정을 도시한 흐름도이다.
상기 도 6을 참조하면, 먼저 601단계에서 안테나를 통해 수시한 신호를 RF처리기(301)는 중간 주파수 대역으로 다운 컨버팅한 후 A/D 변환기(302)로 출력하고 상기 A/D 변환기(302)는 아날로그 신호를 디지털 변환하여 직렬/병렬 변환기(303)를 거쳐 N-point FFT기(305)로 출력한다. 상기 N-point FFT기(305)는 상기 신호를 FFT 변환한다. 다음으로 603단계로 진행하여 상기 FFT 변환된 신호를 입력으로 기지국 검출기(307)는 파일럿의 기울기, 오프셋, PN 오프셋, 왈쉬 코드를 탐색하여 기지국을 검출하고 607단계로 진행한다. 상기 605단계에서 해당 기지국을 식별한 상기 수신기는 파일럿의 위치와 데이터를 위치를 구별할 수 있게 되고 이후 변복조기(309)는 상기 N-Point FFT기(305)가 출력한 신호를 입력으로 데이터만을 뽑아 상기 변조 방식에 상응한 복조 방식으로 복조하여 데이터를 복원한다.
다음으로 도 7을 참조하여 OFDM 시스템에서 파일럿이 발생되는 과정을 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명에 따른 OFDM 통신 시스템의 파일럿 발생기에서 파일럿을 발생하는 과정을 도시한 흐름도이다.
상기 도 7을 참조하면, 먼저 701단계에서 PN 코드 오프셋 발생기(401)는 해당 기지국의 PN 오프셋 값을 수신하여 PN 코드의 시작점을 결정하고 PN 코드를 발생하여 덧셈기(405)로 출력한다. 여기서 상기 PN 코드 오프셋 값은 기지국별로 각기 다르게 할당된 것이며 하나의 기지국에서도 프레임(frame)에 따라 변할 수 있는 값이다. 여기서 파일럿 길이가 Np라면 오프셋된 PN 코드의 길이도 Np이다. 다음으로 703단계에서 왈쉬 코드 반복기(403)는 해당 기지국에 할당된 왈쉬 코드를 입력으로 하나의 프레임에서의 파일럿 길이를 왈쉬 코드 길이로 나눈 값만큼 반복하여 값을 출력한다. 즉, 상기 파일럿 길이 Np를 왈쉬 코드 길이 Nw로 나눈 값 Np /Nw만큼 반복하여 상기 덧셈기(405)로 출력한다. 이후 705단계에서 상기 덧셈기(405)는 상기 PN 코드 오프셋 발생기(401)가 출력한 오프셋된 PN 코드와 상기 왈쉬 코드 반복기(403)가 출력한 Np/Nw를 XOR하여 파일럿을 발생한다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같은 본 발명은, OFDM 통신 시스템에서 PN 코드와 왈쉬 코드를 사용하여 파일럿 신호를 생성함으로써 구분 가능한 파일럿 신호들의 개수를 증가시킨다는 이점을 가진다. 또한, 상기 PN 코드와 왈쉬 코드를 사용하여 파일럿 신호를 생성함으로써 서로 다른 파일럿 신호들간의 상호 간섭을 제거한다는 이점을 가지며, 따라서 서로 다른 기지국들 혹은 셀들간 파일럿 신호들로 인한 상호 간섭을 최소화한다는 이점을 가진다.
도 1은 통상적인 OFDM 통신 시스템에서 파일럿 패턴으로 생성 가능한 모든 기울기들을 개략적으로 도시한 도면
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 통신 시스템에서 송신기 구조를 개략적으로 도시한 도면
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 통신 시스템에서 수신기 구조를 개략적으로 도시한 도면
도 4는 도 2의 파일럿 발생기(203)의 내부 구조를 개략적으로 도시한 도면
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 통신 시스템에서 신호 송신 과정을 도시한 흐름도
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 통신 시스템에서 신호 수신 과정을 도시한 흐름도
도 7은 도 2의 파일럿 발생기(203)의 동작 과정을 도시한 흐름도

Claims (4)

  1. 전체 주파수 대역을 다수의 서브 주파수 대역들로 분할하고, 상기 서브 캐리어 대역들에서 기준 신호들을 송신하고, 상기 기준 신호들이 송신되는 서브 캐리어 대역들 이외의 서브 캐리어 대역들에서 데이터 신호들을 송신하는 무선 통신 시스템에서 상기 기준 신호를 송신하기 위한 방법에 있어서,
    미리 설정한 설정 시간과 설정 대역폭을 고려하여 상기 기준 신호를 송신하는 서브 캐리어 대역들의 위치를 나타내는 기준 신호 패턴을 결정하는 과정과,
    PN 코드와 왈쉬(walsh) 코드를 사용하여 상기 기준 신호를 생성하는 과정과,
    상기 생성한 기준 신호를 상기 기준 신호 패턴에 상응하는 서브 캐리어 대역들에서 송신하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기준 신호는 상기 PN 코드와 왈쉬 코드를 배타적 논리합한 신호임을 특징으로 하는 상기 방법.
  3. 전체 주파수 대역을 다수의 서브 주파수 대역들로 분할하고, 상기 서브 캐리어 대역들에서 기준 신호들을 송신하고, 상기 기준 신호들이 송신되는 서브 캐리어 대역들 이외의 서브 캐리어 대역들에서 데이터 신호들을 송신하는 무선 통신 시스템에서 상기 기준 신호를 송신하기 위한 장치에 있어서,
    상기 PN 코드와 왈쉬 코드를 사용하여 상기 기준 신호를 생성하는 기준 신호 생성기와,
    상기 생성한 기준 신호를 미리 설정한 설정 시간과 설정 대역폭을 고려하여 생성된, 상기 기준 신호를 송신하는 서브 캐리어 대역들의 위치를 나타내는 기준 신호 패턴에 상응하게 송신되도록 제어하는 선택기를 포함함을 특징으로 하는 상기 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 기준 신호는 상기 PN 코드와 왈쉬 코드를 배타적 논리합한 신호임을 특징으로 하는 상기 장치.
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