KR20060006542A - Ｏｆｄｍ기반의 무선랜 시스템을 위한 ｍｉｍｏ 전송장치및 전송방식 - Google Patents

Ｏｆｄｍ기반의 무선랜 시스템을 위한 ｍｉｍｏ 전송장치및 전송방식 Download PDF

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Abstract

OFDM기반의 무선랜 시스템을 위한 MIMO 전송장치 및 전송방식이 개시된다. 본 발명에 의하면, 먼저 다수개의 안테나의 전송경로를 구비한 MIMO 전송장치로 입력되어 부호화되는 복수개 열의 비트 스트림(bit stream)은 정해진 경로만을 통하여 정해진 각 채널 안테나를 통해 전송되는 것이 아니라, 각 비트 스트림의 비트가 다수개의 각 경로로 순차적으로 스위칭되면서 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 변조되어 전송된다. 이러한 송신 안테나 간의 비트 교환을 통하여 RMS delay spread가 작은 플랫 페이딩(flat fading) 환경에서 채널 부호화에 의한 다이버시티 이득을 높일 수 있다.
무선랜 전송장치, OFDM, MIMO, Spatial bit exchange

Description

ＯＦＤＭ기반의 무선랜 시스템을 위한 ＭＩＭＯ 전송장치 및 전송방식{MIMO Transmitter for WLAN system at the base of OFDM and Methods thereof}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 OFDM기반의 무선랜 시스템을 위한 MIMO 전송장치의 블럭도,
도 2는 도 1의 공간비트교환부의 블럭도,
도 3은 도 2의 공간비트교환부의 동작을 설명을 위한 일 실시예를 도시한 도면, 그리고
도 4는 공간비트교환부의 비트 스트림 교환을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 무선랜(WLAN:Wireless Local Area Network) 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플랫 페이딩(flat fading)환경에서의 MIMO(Multiple Inpur Multiple Output)-OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식의 전송시스템의 다이버시티(diversity) 효과를 증대시키기 위한 OFDM 기반의 무선랜 시스템을 위한 MIMO 전송장치 및 전송방식에 관한 것이다.
기존의 IEEE 802.11 무선랜은 DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum), FHSS(Frequency Hopping Spread Spectrum), IR(Infrared) 방식을 사용하여 2.4 GHz ISM(Industrial, Scientific and Medical) 대역에서 2 Mbps 의 전송률을 지원하였다. 그러나, 이러한 규격으로는 증가해 가는 높은 전송속도에 대한 요구를 만족시킬 수 없어, 1999년 IEEE802.11a 와 IEEE 802.11b의 새로운 물리계층 표준안이 확정되었다.
IEEE 802.11a 는 5 GHz 대의 U-NII (Unlicenced National Information Infrastructure) 비면허 대역에서 DSSS 방식의 한계를 극복하고 더 높은 전송속도를 얻기 위하여 OFDM 변조방식을 채택하였다. 에러정정을 위하여는 부호율 1/2, 2/3, 3/4의 컨볼루션 부호기와 1/2 비터비 복호기를 사용하며, 부반송파 변조에는 BPSK(Binary Phase Shift Keying), QPSK(Quadrature Phase Shift Keying), 16-QAM(Quadrature Amplitude modulation), 64-QAM을 사용한다.
따라서, 채널의 상황에 따라 부호기와 변조기를 조합하여 6Mbps에서 54Mbps의 고속 가변전송률을 지원한다. 또한, 실내 환경에서의 이더넷(ethernet) 기반 서비스를 목표로 하기 때문에 52개 부반송파의 간단한 구조를 가지며, OFDM 방식을 사용함으로써 짧은 훈련시간 및 간단한 등화가 가능하고, 다중경로 간섭에 강건한 장점을 가진다.
또한, 현재의 무선통신 시스템은 제한된 주파수에 고품질, 대용량의 멀티미디어 데이터 전송을 목표로 하며, 이를 위하여 제한된 주파수를 사용해서 많은 용량의 데이터를 보내기 위해 다수의 안테나를 사용하는 MIMO 시스템을 구성하여 송신 데이터율을 높인다.
MIMO 시스템이 가진 고속전송시의 심볼간 간섭(ISI:Inter Symbol Interference), 주파수 선택적 페이딩(fading)은 OFDM 방식을 함께 사용함으로써 거의 완벽하게 제거할 수 있다.
종래의 MIMO-OFDM 기반의 무선랜 전송시스템은, 컨벌루셔널 엔코더, Puncturer 및 인터리버를 통해 부호화된 신호를 심볼 맵퍼에 의해 BPSK, QPSK, QAM 등의 변조 신호로 바뀌고, 역 고속퓨리에변환에 의해 변조하면서 보호구간을 삽입한다. 마지막으로 변조된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 안테나를 통해 전송한다.
문제는, 무선랜이 주로 사용되는 실내 환경은 실외 환경에 비하여 전파영역이 좁기 때문에, 반사파의 지연(delay)의 표준편차(또는 root mean square) 값인 채널의 RMS(Root Mean Square) delay spread가 약 100nS 이하일 확율이 높다. 약 20㎒ 대역을 사용하는 무선랜 시스템의 경우, 이러한 RMS delay spread에 의해 채널의 주파수 특성은 주파수에 무관한 플랫 페이딩(flat fading) 성향을 가지며, 모든 부반송파가 유사한 페이딩의 영향을 받는다.
이러한 페이딩 환경에서는 채널부호화에 의한 다이버시티(diversity) 효과가 없어 수신성능이 저하되며, 이러한 문제는, 다수의 안테나를 사용하는 MIMO 시스템에서도 동일하게 발생한다.
따라서 본 발명의 목적은, RMS delay spread가 작은 채널 환경에서 채널 부호화를 통하여 다이버시티의 효과를 얻을 수 있도록 각각의 안테나로 전송되는 비 트 스트림들의 비트를 상호 교환하여 전송하는, OFDM기반의 무선랜 시스템을 위한 MIMO 전송장치 및 전송방식을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 OFDM기반의 무선랜 시스템을 위한 MIMO 전송장치는, 입력되는 송신 비트 스트림(Bit Stream)을 적어도 하나의 경로로 분배하기 위해 적어도 하나의 비트 스트림으로 분배하는 De-mux부, 상기 De-mux부에서 출력되는 상기 적어도 하나의 비트 스트림을 부호화하는 적어도 하나의 채널코딩부, 상기 적어도 하나의 채널코딩부의 부호화율의 조절하는 적어도 하나의 Puncturer, 상기 적어도 하나의 Puncturer로부터 출력되는 상기 비트 스트림의 비트들이 상기 적어도 하나의 경로로 순환적으로 배치되도록 상기 적어도 하나의 비트 스트림의 비트들을 스위칭하는 공간비트교환부, 상기 공간비트교환부로부터 출력되는 스위칭된 적어도 하나의 비트 스트림에 대하여 전송채널에서 발생할 수 있는 오류를 분산시키는 적어도 하나의 인터리버(Interleaver), 상기 적어도 하나의 인터리버에서 출력되는 비트 스트림에 대하여 각 부반송파를 위한 변조를 행하는 적어도 하나의 심볼 맵퍼(Symbol Mapper), 상기 적어도 하나의 심볼 맵퍼에 의해 변조된 상기 비트 스트림를 역고속퓨리에변환(Inverse Fast Fourier Transform)을 하고, 보호구간(GI:Guard Interval)을 삽입하는 적어도 하나의 IFFT/GI삽입부, 상기 적어도 하나의 IFFT/GI삽입부로부터의 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하고 무선으로 전송하는 적어도 하나의 DAC/RF부 및 상기 적어도 하나의 DAC/RF부에 연결되는 적어도 하나의 채널을 위한 적어도 하나의 안테나를 포함한다.
바람직하게는, 상기 공간비트교환부는, 상기 적어도 하나의 Puncturer로부터의 적어도 하나의 비트 스트림의 각 비트를 서로 다른 경로로 스위칭하는 스위칭부 및 하나의 경로의 비트 스트림의 비트가 적어도 하나의 경로로 순차적으로 전송되도록 기 설정된 알고리즘에 의하여 상기 스위칭부의 순차적인 스위칭 동작을 제어하는 라우팅제어부를 포함한다.
이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 OFDM기반의 무선랜 시스템을 위한 MIMO 전송장치의 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전송장치(100)는, De-mux부(101), 채널코딩부(103a 내지 103n), Puncturer(105a 내지 105n), 공간비트교환부(107), 인터리버(109a 내지 109n), 심볼맵퍼(111a 내지 111n), IFFT/GI삽입부(113a 내지 113n), DAC/RF부(115a 내지 115n) 및 안테나(117a 내지 117n)를 포함한다.
본 발명의 전송장치(100)의 각 장치는 입력되는 비트 스트림을 무선으로 전송하기 위한 일련의 채널 부호화 및 변조과정을 수행한다. 전송장치(100)는, 다수개의 안테나(117a 내지 117n)에 의한 다수개의 전송경로를 구비한 MIMO(Multiple Input, Multiple Output) 시스템이다.
MIMO 전송장치(100)로 입력되는 비트 스트림(bit stream)은 De-mux부(101)를 거쳐 다수의 비트 스트림으로 나뉘어, 다수의 경로를 통해 부호화되고 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 변조되어 전송된다.
또한, De-mux부(101)에서 나누어진 단일 비트 스트림을 동일한 송신 안테나 로 전송하게 되면 모든 비트들이 플랫 페이딩(flat fading) 환경으로 인하여 동일한 페이딩 영향을 받게 되므로, 공간비트교환부(spatial bit exchanger)(107)를 사용하여 단일 비트 스트림의 비트들을 여러 송신 안테나(117a 내지 117n)로 순차적으로 교환하면서 전송한다. 이를 통해, 비트들이 서로 다른 송신 안테나로 전송되므로 그 페이딩 특성이 서로 다르게 되어 다이버시티(diversity)에 의한 이득을 얻을 수 있다.
De-mux부(101)는, 입력되는 단일한 송신 비트 스트림(Bit Stream)을 각각의 송신 안테나(117a 내지 117n)의 경로로 분배하기 위하여 다수의 비트 스트림으로 나눈다.
채널코딩부(103a 내지 103n)는 컨벌루션널 코드(convolutional code)등을 이용하여 채널 부호화를 행한다.
Puncturer(105a 내지 105n)는 채널코딩부(103a 내지 103n)의 부호화율의 조절한다. Puncturer(105a 내지 105n)는 채널코딩부(103a 내지 103n)의 코딩 오버헤드(coding overhead)를 줄이기 위하여 소정의 선택된 비트를 삭제한다.
인터리버(Interleaver)(109a 내지 109n)는 전송채널에서 발생하는 일정구간에 집중적으로 발생할 수 있는 오류를 분산시켜 수정할 수 있도록 한다.
심볼맵퍼(Symbol Mapper)(111a 내지 111n)는 각 OFDM 부반송파로 전송될 비트 스트림에 대하여 BPSK(Binary Phase Shift Keying), QPSK(Quadrature Phase Shift Keying), QAM(Quadrature Amplitude modulation) 등의 변조를 행한다.
IFFT/GI삽입부(113a 내지 113n)는, 심볼맵퍼(111a 내지 111n)에 의해 변조된 디지털 신호를 시간영역의 데이터로 만드는 역고속퓨리에변환(IFFT:Inverse Fast Fourier Transform)을 행함으로써 OFDM 변조를 하고, 심볼간 간섭을 완화시키기 위한 보호구간(GI:Guard Interval)을 각 프레임마다 삽입한다.
DAC(Digital to Analog Converter)/RF부(115a 내지 115n)는, 실제 신호 전송을 위하여 OFDM 변조된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하며, 이것이 각 채널별 안테나(117a 내지 117n)를 통해 전송된다.
공간비트교환부(107)는, 각각의 송신 안테나(117a 내지 117n)의 해당 신호 처리 경로에서 채널코딩부(103a 내지 103n)와 Puncturer(105a 내지 105n)를 통과한 비트 스트림들이 해당 인터리버(109a 내지 109n)로 입력되기 전에 전송경로를 교환하게 한다.
공간비트교환부(107)는 입력되는 비트들을 송신 안테나(117a 내지 117n)간의 공간적인 차원에서 서로 교환하여 하나의 입력 비트 스트림이 단일한 안테나로 전송되는 것이 아니라 다수의 안테나(117a 내지 117n)로 전송될 수 있도록 한다.
도 2는 도 1의 공간비트교환부의 블럭도이다.
도 2를 참조하면, 공간비트교환부(107)는 스위칭부(201)와 라우팅제어부(203)를 포함한다.
라우팅제어부(203)는 n 열의 비트 스트림을 n개의 Puncturer(105a 내지 105n)로부터 수신하여 서로 다른 경로로 스위칭하도록 스위칭부(201)를 제어한다. 라우팅제어부(203)는 기 설정된 알고리즘에 의하여 각 시점에서 각 경로로 수신되는 비트들을 서로 다른 경로로 스위칭한다.
라우팅제어부(203)의 스위칭 알고리즘은 하나의 경로로 입력되는 비트 스트림의 비트들이 다수개의 경로로 분산되어 출력되도록 하는 다양한 방법을 포함한다.
스위칭부(201)는 라우팅제어부(203)의 제어에 의하여 입력되는 각 경로의 비트 스트림을 서로 다른 경로로 스위칭한다.
도 3은 도 2의 공간비트교환부의 동작을 설명을 위한 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 공간비트교환부(107)의 일 실시예는 3개의 안테나에 연결된 3개의 경로를 가진 MIMO 전송장치를 기준으로 한다. 공간비트교환부(107)에 3열의 비트 스트림이 입력된다.
라우팅제어부(203)는 현재 시점의 제 1비트 스트림의 비트는 두번째 안테나(117b), 제 2비트 스트림의 비트는 세번째 안테나(117c), 제 3비트 스트림의 비트는 첫번째 송신 안테나(117a)의 경로로 전달하도록 제어하며, 그 이후의 비트는 또 다른 방식으로 다른 경로로 전달하도록 제어한다.
도 4는 공간비트교환부의 비트 스트림 교환을 설명하기 위한 도면이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, a는 공간비트교환부(107)로 입력되는 3 열의 비트 스트림을 나타내고, b는 공간비트교환부(107)를 통해 출력되는 비트 스트림을 나타낸다.
공간비트교환부(107)는 각각의 입력 비트 스트림의 비트들이 세개의 송신 안테나(117a,117b,117c)에 순환적으로 배치되도록 입력 비트 스트림의 비트들을 스위칭한다. 즉, 제 1비트 스트림의 비트들인 A0, A1, A2는 각각 첫번째 안테나(117a), 두번째 안테나(117b), 세번째 송신 안테나(117c)로 전송되며, 이후의 비트들도 동일한 방식으로 송신 안테나들(117a,117b,117c)에 순환 배치되어 전송된다.
따라서, 한 개 비트 스트림의 비트들이 서로 다른 송신 안테나(117a 내지 117n)로 전송되므로 그 페이딩(fading) 특성이 서로 다르게 되어 다이버시티(diversity)에 의한 이득을 얻을 수 있다.
이와 같은 전송장치에 의하여, OFDM기반의 무선랜 시스템을 위한 MIMO 전송방식이 수행된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, MIMO-OFDM기반의 무선랜 시스템에서 송신 안테나 간의 비트 교환을 통하여 RMS delay spread가 작은 플랫 페이딩(flat fading) 환경에서 채널 부호화에 의한 다이버시티 이득을 높일 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (2)

  1. 입력되는 송신 비트 스트림(Bit Stream)을 적어도 하나의 경로로 분배하기 위해 적어도 하나의 비트 스트림으로 분배하는 De-mux부;
    상기 De-mux부에서 출력되는 상기 비트 스트림을 부호화하는 적어도 하나의 채널코딩부;
    상기 채널코딩부의 부호화율의 조절하는 적어도 하나의 Puncturer;
    상기 Puncturer로부터 출력되는 상기 적어도 하나의 비트 스트림의 비트들이 상기 적어도 하나의 경로로 순환적으로 배치되도록 상기 비트들을 스위칭하는 공간비트교환부;
    상기 공간비트교환부로부터 출력되는 스위칭된 비트 스트림에 대하여 전송채널에서 발생할 수 있는 오류를 분산시키는 적어도 하나의 인터리버(Interleaver);
    상기 인터리버에서 출력되는 비트 스트림에 대하여 각 부반송파를 위한 변조를 행하는 적어도 하나의 심볼 맵퍼(Symbol Mapper);
    상기 심볼 맵퍼에 의해 변조된 상기 비트 스트림를 역고속퓨리에변환(Inverse Fast Fourier Transform)을 하고, 보호구간(Guard Interval)을 삽입하는 적어도 하나의 IFFT/GI삽입부;
    상기 IFFT/GI삽입부의 출력을 아날로그 신호로 변환하여 무선으로 전송하는 적어도 하나의 DAC/RF부; 및
    상기 DAC/RF부에 연결되는 적어도 하나의 안테나;를 포함하는 것을 특징으로 하는 OFDM기반의 무선랜 시스템을 위한 MIMO전송장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 공간비트교환부는,
    상기 적어도 하나의 Puncturer로부터의 적어도 하나의 비트 스트림의 각 비트를 서로 다른 경로로 스위칭하는 스위칭부; 및
    하나의 경로의 비트 스트림의 비트가 적어도 하나의 경로로 순차적으로 전송되도록 기 설정된 알고리즘에 의하여 상기 스위칭부의 순차적인 스위칭 동작을 제어하는 라우팅제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 OFDM기반의 무선랜 시스템을 위한 MIMO 전송장치.
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