KR20080010069A

KR20080010069A - 무선통신시스템에서 상향링크 데이터 통신 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20080010069A
Application number: KR1020060070053A
Authority: KR
Inventors: 구진규; 종추앙; 정수룡; 박동식; 최호규; 조영권; 조재원; 최준영; 추안
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-07-26
Filing date: 2006-07-26
Publication date: 2008-01-30

Abstract

본 발명은 광대역 무선통신시스템에서 상향링크 데이터 통신 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 상향링크 송신 장치는, 송신 패킷신호를 소정 간격으로 부반송파에 매핑하기 위한 부반송파 인덱스를 계산하여 발생하는 인덱스 발생기와, 상기 패킷신호 전송구간의 소정 앞구간에서 파일럿 심볼을 상기 부반송파 인덱스에 따라 해당 부반송파에 매핑하여 출력하는 파일럿 심볼 매퍼와, 상기 패킷신호 전송구간의 소정 뒤구간에서 데이터 심볼을 상기 부반송파 인덱스에 따라 해당 부반송파에 매핑하여 출력하기 위한 데이터 심볼 매퍼와, 상기 부반송파 매핑된 파일럿 심볼 및 데이터 심볼을 역 고속 푸리에 변환하여 샘플데이터를 발생하는 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)연산기와, 상기 IFFT연산기로부터의 각 OFDMA심볼의 샘플데이터중 미리 정해진 일부를 추출하여 송신하기 위한 송신부를 포함한다.

OFDMA, 상향링크, 주파수 옵셋, 시간 옵셋

Description

무선통신시스템에서 상향링크 데이터 통신 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR COMMUNICATING UPLINK DATA IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광대역 무선통신시스템에서 시간-주파수 영역 상에 파일럿 심볼과 데이터 심볼을 할당하기 위한 규칙을 설명하는 도면.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광대역 무선통신시스템에서 하나의 OFDMA심볼에 해당하는 샘플데이터중 일부를 선택하여 전송하기 위한 방법을 설명하는 도면.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광대역 무선통신시스템에서 하나의 OFDMA심볼 구간동안 전송되는 복수의 사용자 신호들을 보여주는 도면.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광대역 무선통신시스템에서 수신단에 하나의 OFDMA심볼 구간동안 수신되는 다수의 패킷신호들을 도시한 도면.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광대역 무선통신시스템에서 송신기의 구성을 도시하는 도면.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 광대역 무선통신시스템에서 수신기의 구성을 도시하는 도면.

도 7은 도 6에서 설명된 옵셋 추정기(607)의 상세 구성을 도시하는 도면.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 광대역 무선통신시스템에서 송신기의 패킷신호 송신 절차를 도시하는 도면.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 광대역 무선통신시스템에서 수신기의 패킷신호 수신 절차를 도시하는 도면.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 수신기에서 옵셋 보정된 수신신호를 FFT 입력 신호로 복원하는 과정을 도시하는 도면.

본 발명은 무선 통신시스템에서 상향링크 데이터 통신 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 상향링크 주파수 옵셋을 추정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

오늘날 고속의 이동통신을 위해서 많은 무선통신 기술들이 후보로 제안되고 있으며, 이 중에서 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 OFDM이라 칭함) 기법은 현재 가장 유력한 차세대 무선 통신 기술로 인정받고 있다. 2010년경으로 예상되는 대부분의 무선통신 기술에서는 상기 OFDM 기술이 사용될 것으로 예상되며, 현재 3.5세대 기술이라고 불리는 IEEE 802.16 계열의 WMAN(Wireless Metropolitan Area Network)에서도 상기 OFDM(또는 OFDMA) 기술을 표준규격으로 채택하고 있다.

상기 OFDM 방식 통신시스템의 성능은 주파수 옵셋에 크게 영향을 받기 때문 에, 이를 해결하고자 그동안 많은 연구가 이루어져왔다. 그러나 대부분의 연구는 기지국에서 브로드캐스트한 신호를 단말기에서 받아 처리하는 하향링크 상황을 가정한 것이고, 상향링크 상황을 가정한 주파수 옵셋 추정 및 보정 방법은 아직 미미한 상태이다.

상향 링크에서는 하향링크와 달리 여러 사용자의 신호가 더해져서 수신되기 때문에, 하향링크를 가정하여 연구된 기존의 주파수 옵셋 추정 및 보정 기법들을 상향링크에 직접적으로 적용하는 것은 불가능하다. 그래서 사용자별로 서로 다른 대역을 사용하게 한 뒤 대역별로 필터를 두어 사용자별 신호를 분리함으로써, 하향링크와 같은 상황을 만들고 기존 하향링크 주파수 옵셋 추정 방법을 적용하고자 한 이론적 시도가 있었다. 그러나 이 방법은 대역을 세밀하게 분리하는 필터가 사용자 수만큼 필요하기 때문에, 현실적으로 구현하기가 매우 어려운 문제가 있다.

상술한 바와 같이, 기존에는 상향링크 주파수 옵셋을 추정하기 위한 기술이 전무한 실정이다. 특히, OFDM 기반의 시스템은 주파수 동기가 중요하기 때문에 상향링크 주파수 옵셋을 추정할 수 있는 기술이 절실히 요구되고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 광대역 무선통신시스템에서 상향링크 데이터 통신 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 광대역 무선통신시스템에서 상향링크 시간 옵셋을 추정하고 보정하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 광대역 무선통신시스템에서 상향링크 주파수 옵셋을 추정하고 보정하기 위한 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 광대역 무선통신시스템에서 상향링크 전송에 필요한 전력(에너지)을 절약하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 일 견지에 따르면, 광대역 무선통신시스템에서 송신기 장치에 있어서, 송신 패킷신호를 소정 간격으로 부반송파에 매핑하기 위한 부반송파 인덱스를 계산하여 발생하는 인덱스 발생기와, 상기 패킷신호 전송구간의 소정 앞구간에서 파일럿 심볼을 상기 부반송파 인덱스에 따라 해당 부반송파에 매핑하여 출력하는 파일럿 심볼 매퍼와, 상기 패킷신호 전송구간의 소정 뒤구간에서 데이터 심볼을 상기 부반송파 인덱스에 따라 해당 부반송파에 매핑하여 출력하기 위한 데이터 심볼 매퍼와, 상기 부반송파 매핑된 파일럿 심볼 및 데이터 심볼을 역 고속 푸리에 변환하여 샘플데이터를 발생하는 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)연산기와, 상기 IFFT연산기로부터의 각 OFDMA심볼의 샘플데이터중 미리 정해진 일부를 추출하여 송신하기 위한 송신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 견지에 따르면, 송신기가 q번째 패킷신호를 소정 간격으로 부반송파에 매핑하여 IFFT연산하고, 상기 IFFT연산후의 샘플데이터중 소정 일부를 추출하여 송신하는 광대역 무선통신시스템에서 상기 q번째 패킷신호를 수신하기 위한 수신기 장치에 있어서, 수신되는 샘플데이터를 상기 패킷신호의 전송구간 단위로 버퍼링하는 버퍼와, 상기 버퍼로부터의 각 OFDMA심볼의 샘플데이터에서 q번째 패킷신호에 해당하는 샘플들을 추출하고, 상기 추출된 샘플들을 이용해서 시간옵셋과 주파수 옵셋을 추정하는 옵셋 추정기와, 상기 버퍼로부터의 각 OFDAM심볼의 샘플데이터를 상기 시간옵셋과 상기 주파수옵셋으로 보정하고, 상기 보정된 각 OFDMA심볼의 샘플데이터에서 상기 q번째 패킷신호에 해당하는 샘플들을 추출하여 출력하는 옵셋 보정기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 견지에 따르면, 광대역 무선통신시스템에서 송신기의 송신 방법에 있어서, 송신 패킷신호를 소정 간격으로 부반송파에 매핑하기 위한 부반송파 인덱스를 계산하는 과정과, 상기 패킷신호 전송구간의 소정 앞구간에서 파일럿 심볼을 상기 부반송파 인덱스에 따라 해당 부반송파에 매핑하는 과정과, 상기 패킷신호 전송구간의 소정 뒤구간에서 데이터 심볼을 상기 부반송파 인덱스에 따라 해당 부반송파에 매핑하는 과정과, 상기 부반송파 매핑된 파일럿 심볼 및 데이터 심볼을 역 고속 푸리에 변환하여 샘플데이터를 발생하는 과정과, 상기 발생되는 각 OFDMA심볼의 샘플데이터중 미리 정해진 일부를 추출하여 송신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 견지에 따르면, 송신기가 q번째 패킷신호를 소정 간격으로 부반송파에 매핑하여 IFFT연산하고, 상기 IFFT연산후의 샘플데이터중 소정 일부를 추출하여 송신하는 광대역 무선통신시스템에서 수신기의 상기 q번째 패킷신호 수신 방법에 있어서, 수신 샘플데이터를 상기 패킷신호의 전송구간 단위로 버퍼링하는 과정과, 상기 버퍼링된 각 OFDMA심볼의 샘플데이터에서 상기 q번째 패킷신호에 해당하는 샘플들을 추출하고, 상기 추출된 샘플들을 이용해서 시간옵셋과 주파 수 옵셋을 추정하는 과정과, 상기 버퍼링된 각 OFDAM심볼의 샘플데이터를 상기 시간옵셋과 상기 주파수옵셋으로 보정하고, 상기 보정된 각 OFDMA심볼의 샘플데이터에서 상기 q번째 패킷신호에 해당하는 샘플들을 추출하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하, 광대역 무선통신시스템에서 상향링크 주파수 옵셋을 추정( 및 보정)을 위한 상향링크 송신 장치 및 방법에 대해 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 OFDMA 통신시스템은 송신단과 수신단에서 각각 크기가 N인 IFFT와 FFT를 사용한다. 또한, 동일 순간에 공존할 수 있는 패킷신호 수는 Q개이다. 따라서, 각 사용자마다 서로 다른 패킷신호를 하나씩 전송한다고 할 때, 최대 Q명의 서로 다른 사용자를 동시에 지원할 수 있다. 전송되는 패킷신호의 최소 전송 단위는 N₀개의 OFDMA심볼들이며, 각 OFDMA심볼을 구성하는 부반송파들은 하기 <표 1>과 같이 결정된다.

부반송파 색인 k

Qp+q , -N_c/2≤p<N_c/2, p는 정수

여기서, q는 패킷신호 색인으로 그 값은 q=0,1,...,Q-1이고, N_c는 q번째 패킷신호가 각 OFDMA심볼마다 차지하는 부반송파의 개수이다. 전체 N개의 부반송파들 중 (N-N_c×Q)개는 보호대역으로 남겨둔다. 각 패킷신호를 이루는 OFDMA심볼들 중 처음 두 개에는 파일럿 심볼이 매핑되고 나머지 OFDMA심볼들에는 데이터 심볼이 매핑된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광대역 무선통신시스템에서 시간-주파수 영역 상에 파일럿 심볼과 데이터 심볼을 할당하기 위한 규칙을 설명하는 도면이다.

N=1024, Q=8, N_c=112, N0=6, q=0 일 때의 매핑 규칙을 보여주는 것으로, 음영으로 표시된 부분은 파일럿 심볼을 나타내고, 흰색으로 표시된 부분은 데이터 심볼을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 최소 전송 단위는 6개의 OFDMA심볼들이고, 상기 표 1에 따라 하나의 OFDMA심볼을 구성하는 부반송파들은 {-448, -440, -432, -424,...432, 440}이 된다.

이하, 본 발명에 따른 기저대역신호를 생성하는 과정을 살펴보기로 한다.

먼저, 상기 <표 1>과 같이 심볼(파일럿 심볼 혹은 데이터 심볼)을 매핑할 경우, q번째 패킷신호의 I번째 OFDMA심볼에서 k번째 부반송파에 매핑된 파일럿 또는 데이터 심볼을

라 하면, 이를 IFFT한 결과는 다음 <수학식 1>과 같다.

여기서,

는

를 IFFT한 결과 값으로, N을 주리고 하는 주기함수이다.

본 발명에 따른 통신시스템은

중 일부 구간을 선택하여 전송한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광대역 무선통신시스템에서 하나의 OFDMA심볼에 해당하는 샘플데이터중 일부를 선택하여 전송하기 위한 방법을 설명하는 도면이다.

도시된 바와 같이, q번째 패킷신호의 i번째 OFDMA심볼에 해당하는 IFFT결과(수학식 1참조) 신호 성분 중, n이 qP-N_p ≤ n < (q+1)P+N_p인 구간의 신호 성분만 추출하여 지정된 순간에 전송한다. 즉, OFDMA심볼마다 전송되는 각 패킷신호의 실제 샘플 개수는 (2N_P+ P)개 이다. 여기서, N_P는 수신단의 수신 시작점과 실제 신호가 수신되는 시점 사이에 발생할 수 있는 최대 시간 옵셋의 절대값 보다 크게 설정되어야 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광대역 무선통신시스템에서 하나의 OFDMA심볼 구간동안 전송되는 복수의 사용자 신호들을 보여주는 도면이다.

도시된 바와 같이, OFDMA심볼의 전송 주기는 Q×N_s이다. 여기서, N_s=3N_P+P 이다. 즉, m이 시간 인덱스(또는 샘플 인덱스)라 할 때, 하나의 OFDMA심볼 구간은 0≤m≤QN_s 로 표현할 수 있다. q번째 패킷신호는 한 OFDMA심볼 구간동안 qN_s ≤ m< (q+1)N_s의 구간만 점유한다. 그리고, 상기 구간 중에서도 처음 N_P 시간 동안은 아무것도 전송하지 않는다. 따라서, q번째 패킷신호의 각 OFDMA심볼 구간동안 전송될 신호 성분은

시간 구간에서 처음

시간 경과후

시간동안에 전송된다. 따라서, i번째 OFDMA심볼 구간동안 전송되는 q번째 패킷신호

은 하기 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광대역 무선통신시스템에서 수신단에 하나의 OFDMA심볼 구간동안 수신되는 다수의 패킷신호들을 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이, 단말들에서 전송된 패킷신호들은 단말기의 이동 등 여러 가지 이유에 의해 서로 다른 시간에 기지국에 도착한다. q=0일 때의 패킷신호는 시 간옵셋이

인 모습을, q=Q-1인 패킷신호는 시간옵셋이

인 모습을 보여준다. 여기서, 시간옵셋이 음수인 경우는 예정된 시간보다 신호가 먼저 도착했다는 것을 의미하고, 시간옵셋이 양수인 경우 예정된 시간보다 신호가 늦게 도착했다는 것을 의미하다.

i번째 OFDMA심볼 구간에서 수신된 신호를

이라 가정한다. 설명의 편의상 송신단과 수신단 사이에 채널 왜곡이 없고, 채널 이득이 1이며 덧셈꼴 잡음도 없는 것으로 가정하면, 상기

는 하기 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.

여기서,

는 q번째 패킷신호의 시간 옵셋이고,

는 q번째 패킷신호를 전송한 송신단과 수신단 반송파주파수 사이의 주파수 옵셋이다. 상기 수학식 3의 두 번째 항은 (i-1)번째 OFDMA심볼의 (Q-1)번째 신호의 시간옵셋이 1 이상인 경우, (i-1)번째 OFDMA심볼 구간에서 전송된 신호 성분이 지연되어 i번째 OFDMA심볼 구간에 수신되는 경우를 표현한 것이다.

이하, 도 4와 같이 수신되는 신호로부터 시간 옵셋과 주파수 옵셋을 추정하고 신호를 검파하는 과정을 살펴보기로 한다.

상기 시간 옵셋은 패킷신호의 반복특성을 이용해 추정할 수 있다.

먼저, <수학식 1>로부터 하기 <수학식 4>의 관계가 성립함을 알 수 있다.

즉, 패킷신호를 구성하는 샘플들중 P만큼 떨어진 2개의 샘플들은 동일한 값을 갖는다.

따라서, 상기 <수학식 2>로부터 하기 <수학식 5>의 관계가 성립함을 알수 있다.

그리고, 각 패킷신호에서 첫 번째와 두 번째 OFDMA심볼은 동일한 값을 가지므로 하기 <수학식 6>을 이용해 각 패킷신호의 시간 옵셋

에 대한 추정치

을 구할 수 있다.

여기서,

,

이고, l은

의 범위를 갖는다.

한편, 상기 주파수 옵셋

의 추정치

는 상기 <수학식 3>으로 표현되 는 수신신호에서 다음 수학식 7과 같은 상관값

을 이용해 구할수 있다.

따라서, 상기

는 다음 <수학식 8>과 같이 구할 수 있다.

상기와 같이 추정된 시간 옵셋과 주파수 옵셋을 다음 수학식 9와 같이 보정한다.

여기서,

는 수신신호

을 q번째 패킷신호의 시간 옵셋과 주파수 옵셋으로 보정한 값을 의미한다. 시간 옵셋과 주파수 옵셋이 완벽히 추정되었다면,

와

사이에는 다음 수학식 10과 같이 관계가 성립한다.

한편,

는 P를 주기로 하는 주기함수가 되므로, 수학식 10의 관계를 이용해

의 추정치

을 다음 <수학식 11>과 같이 구할 수 있다.

여기서, %는 나머지(modulus) 연산을 나타낸다.

상기 수학식 11과 같이 구해진 신호

을 FFT연산기에 입력하면, 송신단에서 전송한 파일럿 및 데이터 심볼을 복원할 수 있다. 즉, FFT의 크기는 N이므로,

에 대한 관찰값

는 하기 수학식 12와 같이 구할 수 있다.

상기와 같이 구해진

으로부터 실제 심볼을 검파하는 기술은, 본 발명과 직접적인 관련이 없으므로 자세한 설명을 생략하기로 한다.

상술한 내용을 근거로 본 발명의 구체적인 동작을 상세히 살펴보면 다음과 같다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광대역 무선통신시스템에서 송신기의 구성을 도시하고 있다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 송신기는, 부호기(501), 변조기(503), 부반송파 인덱스 발생기(505), 데이터 심볼 매퍼(507), 파일럿 심볼 매퍼(509), IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)연산기(511), 전송구간 선택기(513), 디지털/아날로그 변환기(515) 및 RF처리기(517)를 포함하여 구성된다.

도 5를 참조하면, 부호기(501)는 입력되는 정보비트열을 해당 부호율로 부호화하여 부호화 데이터(coded bits)를 출력한다. 예를들어, 상기 부호기(501)는 길쌈부호기(convolutional encoder), 터보부호기(turbo encoder), LDPC(low density parity check) 부호기 등으로 구성될 수 있다.

변조기(503)는 상기 부호기(501)로부터의 심볼들을 주어진 변조방식(변조차수)에 의해 신호점 사상하여 복소심볼(complex symbols)들을 출력한다. 예를들어, 상기 변조방식에는 1개의 비트(s=1)를 하나의 신호점(복소심볼)에 사상하는 BPSK(Binary Phase Shift Keying), 2개의 비트(s=2)를 하나의 복소심볼에 사상하는 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying), 3개의 비트(s=3)를 하나의 복소심볼에 사상하는 8PSK(8-ary Phase Shift Keying), 4개의 비트(s=4)를 하나의 복소심볼에 사상하는 16QAM, 6개의 비트(s=6)를 하나의 복소심볼에 사상하는 64QAM 등이 있다.

부반송파 인덱스 발생기(505)는 동시에 공존할수 있는 패킷신호 개수(Q), 할당받은 패킷신호 인덱스(q), q번째 패킷신호가 각 OFDMA심볼마다 차지하는 부반송파 개수(N_c), 패킷신호의 전송주기를 나타내는 OFDMA심볼 개수(N₀)를 입력받아 송신될 패킷신호가 매핑될 부반송파 인덱스를 계산하여 데이터 심볼 매퍼(507)와 파일 럿 심볼 매퍼(509)로 제공한다. 여기서, 상기한 파라미터들(Q, N_c, N_o, q)은 미리 알고 있는 값 혹은 기지국으로부터 할당받은 정보일수 있다. 또한, 상기 부반송파 인덱스 발생기(505)는 상기 표 1을 이용해서 부반송파 인덱스를 계산하며, 계산된 부반송파 인덱스를 파일럿 심볼 전송 구간일 때는 상기 파일럿 심볼 매퍼(509)로 제공하고, 데이터 심볼 전송 구간일 때는 상기 데이터 심볼 매퍼(507)로 제공한다.

상기 데이터 심볼 매퍼(505)는 상기 변조기(403)로부터의 데이터 심볼들을 상기 부반송파 인덱스 발생기(505)로부터의 부반송파 인덱스에 근거해서 해당 부반송파에 매핑하여 출력한다. 여기서, 부반송파에 매핑한다는 것은, 데이터 심볼들 각각을 IFFT연산기(511)의 해당 입력(부반송파 위치)으로 제공하는 것을 의미한다.

상기 파일럿 심볼 매퍼(509)는 미리 정해진 값을 갖는 파일럿 심볼들을 상기 부반송파 인덱스 발생기(505)로부터의 부반송파 인덱스에 근거해서 해당 부반송파에 매핑하여 출력한다.,

상기 IFFT연산기(511)는 상기 데이터 심볼 매퍼(507)로부터의 데이터 심볼들 및 상기 파일럿 심볼 매퍼(509)로부터의 심볼들을 역 고속 푸리에 변환하여 시간영역의 샘플 데이터를 출력한다.

전송구간 선택기(513)는 상기 IFFT연산기(511)로부터의 샘플데이터 중 패킷신호 인덱스(q)에 따른 소정 구간의 샘플데이터(

개의 샘플들)를 추출하고, 상기 추출된 샘플데이터를 지정된 순간에 출력한다.

디지털/아날로그 변환기(515)는 상기 전송구간 선택기(513)로부터의 샘플 데 이터를 아날로그 신호로 변환하여 출력한다. RF처리기(517)는 필터(filter)와 전처리기(front end unit) 등의 구성들을 포함하며, 상기 디지털/아날로그 변환기(515)에서 출력한 신호를 실제 전송 가능하도록 RF처리한후 송신안테나(Tx antenna)를 통해 무선채널로 전송한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 광대역 무선통신시스템에서 수신기의 구성을 도시하고 있다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수신기는, RF처리기(601), A/D변환기(603), 버퍼(605), 옵셋추정기9607), 옵셋 보정기(609), 제1위상 보정기(611), 반복기(613), 제2위상 보정기(615), FFT연산기(619), 데이터 심볼 추출기(619), 변조기(621) 및 부호기(623)를 포함하여 구성된다. 이하, 하나의 패킷신호로부터 시간 옵셋과 주파수 옵셋을 추정하고, 상기 추정된 옵셋을 보정하여 데이터를 복원하는 동작 위주로 살펴보기로 한다.

도 6을 참조하면, 먼저 RF처리기(601)는 전처리기(front end unit)와 필터(filter) 등의 구성들을 포함하며, 무선채널을 통과한 고주파 대역의 신호를 기저대역 신호로 변환하여 출력한다. 아날로그/디지털 변환기(603)는 상기 RF처리기(601)로부터의 아날로그 기저대역 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다.

버퍼(605)는 상기 아날로그/디지털 변환기(603)로부터의 기저대역 샘플데이터를 입력받아 N_o개의 OFDMA심볼 기간동안 버퍼링하며, 상기 버퍼링된 데이터를 옵 셋 추정기(607)와 옵셋보정기(609)로 제공한다.

옵셋 추정기(607)는 상기 버퍼(605)로부터의 샘플데이터를 이용해서 시간옵셋(TO : Time Offset)과 주파수 옵셋(FO : Frequency Offset)을 추정하고, 상기 추정된 시간옵셋과 주파수옵셋을 상기 옵셋 보정기(609)로 제공한다. 상기 옵셋 추정기(607)는 상술한 수학식 6 내지 수학식 8을 이용해서 시간옵셋과 주파수 옵셋을 추정하며, 이에 대한 상세한 동작은 이후 도 7의 참조와 함께 상세히 살펴보기로 한다.

상기 옵셋 보정기(609)는 상기 버퍼(605)로부터의 샘플데이터를 상기 옵셋추정기(607)로부터의 시간옵셋과 주파수 옵셋을 이용해서 옵셋 보정하고, 상기 옵셋 보정된 신호에서 P개의 샘플들

을 읽어 출력한다. 즉, 상기 옵셋 보정기(609)는 상술한 수학식 9와 같이 각 OFDMA심볼 구간에서 수신된 q번째 패킷신호를 옵셋 보정하여 출력한다. 이렇게 출력된 샘플데이터를 나타내면 도 10의 (a)와 같다. 도 10의 (a)에서 점선으로 표시된 사각형은 아직 그 값을 모르는 부분을 의미한다.

제1위상 보정기(611)는 상기 옵셋보정기(609)로부터의 P개의 샘플들에 대해

와 같이 위상을 보정하여 출력한다. 이렇게 출력된 샘플데이터를 도시하면 도 10의 (b)와 같고, 그 값은

와 같다.

반복기(613)는 상기 제1위상 보정기(611)로부터의 샘플데이터를 (P-1)번 반 복하여

와 같이 길이 N인 샘플데이터를 출력한다. 이렇게 출력되는 샘플데이터를 도시하면 도 10의 (c)와 같고, 그 값은

와 같다.

제2위상보정기(615)는 상기 반복기(613)로부터의 샘플데이터에 대해

와 같이 다시 위상 보정을 수행하여 출력한다. 이렇게 출력된 샘플데이터를 도시하면 도 10의 (d)와 같고, 그 값은

와 같다. 이와 같이, 송신단에서의 IFFT 결과값을 복원한다.

FFT연산기(617)는 상기 제2위상보정기(615)로부터의 샘플데이터를 고속 푸리에 변환하여 주파수 영역의 데이터를 출력한다. 데이터 심볼 추출기(619)는 상기 FFT연산기(617)로부터의 데이터에서 미리 알고 있는 부반송파 위치들의 데이터 심볼들을 추출하여 출력한다. 변조기(621)는 상기 데이터 심볼 추출기(619)로부터의 데이터 심볼들을 송신기의 변조방식에 따라 복조하여 부호화 데이터를 출력한다. 복호기(623)는 상기 복조기(621)로부터의 부호화 데이터를 송신기의 부호방식에 따라 복호하여 원래의 정보데이터로 복원한다.

도 7은 도 6에서 설명된 옵셋 추정기(607)의 상세 구성을 도시하고 있다.

도시된 바와 같이, 옵셋 추정기(607)는 데이터 분리기(701), 파일럿 상관기(703), CP상관기(705), 시간 옵셋 검출기(707), 주파수 옵셋 검출기(709)를 포함하 여 구성된다.

도 7을 참조하면, 먼저 데이터 분리기(701)는 상기 버퍼(605)로부터의 샘플들을 CP상관기(7015)로 제공하고, 또한 상기 샘플데이터중 파일럿 구간에 해당하는 샘플들을 파일럿 상관기(703)로 제공한다.

상기 파일럿 상관기(703)는 상기 데이터 분리기(701)로부터의 파일럿 구간의 샘플들을 상기 수학식 6에서 설명된 바와 같이 상관하여 출력한다. 이를 수학적으로 나타내면

와 같다.

CP상관기(705)는 상기 데이터 분리기9701)로부터의 N_o개의 OFDMA심불 구간의 샘플들을 상기 수학식 6에서 설명된 바와 같이 상관하여 출력한다. 이를 수학적으로 나타내면

와 같다.

시간옵셋 검출기(707)는 상기 파일럿 상관기(703)로부터의 상관값들과 CP상관기(705)로부터의 상관값들을 인덱스(l)별로 가산하고, 상기 가산된 값들중 최대값(피크)을 검출하여 시간 옵셋(

)을 출력한다. 이렇게 구해진 시간 옵셋은 옵셋 보정기(609)로 제공된다. 한편, 상기 파일럿 상관기(703)는 상기 최대값이 해당하는 파일럿 상관값을 주파수 옵셋 검출기(709)로 제공한다.

그러면, 상기 주파수 옵셋 검출기(709)는 상기 파일럿 상관기(703)로부터의 파일럿 상관값에서 위상값을 추출하고, 상기 위상값을

으로 나누어 주파수 옵셋(

)을 출력한다. 이렇게 구해진 주파수 옵셋은 옵셋 보정기(609)로 제공된 다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 광대역 무선통신시스템에서 송신기의 패킷신호 송신 절차를 도시하고 있다.

도 8을 참조하면, 먼저 송신기는 801단계에서 패킷신호 송신에 필요한 파라미터 값들을 결정한다. 상기 파라미터들은 앞서 설명한 바와 같이 동시에 공존할수 있는 패킷신호 개수(Q), 할당받은 패킷신호 인덱스(q), q번째 패킷신호가 각 OFDMA심볼마다 차지하는 부반송파 개수(Nc), 패킷신호의 전송주기를 나타내는 OFDMA심볼 개수(N₀) 등이며, 이러한 파라미터들(Q, N_c, N_o, q)은 미리 알고 있는 값 혹은 기지국으로부터 할당받은 정보일수 있다.

이후, 상기 송신기는 803단계에서 상기 파라미터들을 이용해 송신될 패킷신호가 매핑될 부반송파 인덱스를 계산한다. 그리고, 상기 송신기는 805단계에서 상기 계산된 부반송파 인덱스에 따라 패킷신호를 구성하는 파일럿 심볼 및 데이터 심볼을 해당 부반송파에 매핑한다. 상기 도 1에 도시된 바와 같이, q번째 패킷신호를 구성하는 파일럿 심볼 및 데이터 심볼은 일정 간격으로 부반송파에 매핑된다.

그리고, 상기 송신기는 807단계에서 상기 부반송파에 매핑된 데이터를 역 고속 푸리에 변환하여 샘플데이터를 생성한다. 이후, 상기 송신기는 809단계에서 각 OFDMA심볼 구간에 대해 해당 전송구간에 해당하는 샘플데이터(

)를 추출하여 송신한다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 광대역 무선통신시스템에서 수신기의 패킷신호 수신 절차를 도시하고 있다.

도 9를 참조하면, 먼저 수신기는 901단계에서 패킷신호의 첫 번째와 두 번째 OFDMA심볼이 같은 값을 가지는 특성 및 각 OFDMA구간에서 수신된 패킷신호의 샘플들이 P간격으로 반복되는 특성을 이용해서 시간 옵셋을 추정한다. 이때, 상기한 두 가지 특성들중 하나만을 이용해서 시간 옵셋을 추정할수도 있다. 상기 시간 옵셋을 추정하는 동작은 상기 <수학식 6>과 같다.

이후, 상기 수신기는 903단계에서 상기 시간 옵셋이 검출된 시점의 파일럿 구간 상관값에서 위상값을 추출하고, 상기 위상값을

으로 나누어 주파수 옵셋을 추정한다. 상기 주파수 옵셋을 추정하는 동작은 상기 수학식 7 및 상기 수학식 8과 같다.

상기와 같이, 시간 옵셋과 주파수 옵셋을 추정한후, 상기 수신기는 905단계에서 수학식 9와 같이 수신된 패킷신호에 대하여 시간 옵셋과 주파수 옵셋을 보정한다. 이후, 상기 수신기는 909단계에서 상기 시간 옵셋과 주파수 옵셋이 보정된 신호를 송신단에서의 IFFT결과 데이터로 복원하고, 다시말해 FFT연산기의 입력신호를 복원한다.

그리고, 상기 수신기는 909단계에서 상기 복원된 데이터를 고속 푸리에 변환하여 주파수 영역의 데이터를 생성한다. 이후, 상기 수신기는 911단계에서 상기 주파수 영역의 데이터에서 미리 알고 있는 부반송파들의 데이터를 추출하고, 상기 추 출된 데이터를 복조(demodulation) 및 복호(decoding)하여 원래의 데이터로 복원한다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 OFDMA 기반의 광대역 무선통신시스템에서 상향링크 주파수 옵셋을 용이하게 추정하고 보정할 수 있는 이점이 있다. 또한, 본 발명은 상향링크 전송 시 OFDMA심볼의 샘플데이터를 전부 전송하지 않고 일부를 전송함으로써, 상향링크 전송에 필요한 에너지를 절약할 수 있는 이점이 있다.

Claims

광대역 무선통신시스템에서 송신기 장치에 있어서,

송신 패킷신호를 소정 간격으로 부반송파에 매핑하기 위한 부반송파 인덱스를 계산하여 발생하는 인덱스 발생기와,

상기 패킷신호 전송구간의 소정 앞구간에서 파일럿 심볼을 상기 부반송파 인덱스에 따라 해당 부반송파에 매핑하여 출력하는 파일럿 심볼 매퍼와,

상기 패킷신호 전송구간의 소정 뒤구간에서 데이터 심볼을 상기 부반송파 인덱스에 따라 해당 부반송파에 매핑하여 출력하기 위한 데이터 심볼 매퍼와,

상기 부반송파 매핑된 파일럿 심볼 및 데이터 심볼을 역 고속 푸리에 변환하여 샘플데이터를 발생하는 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)연산기와,

상기 IFFT연산기로부터의 각 OFDMA심볼의 샘플데이터중 미리 정해진 일부를 추출하여 송신하기 위한 송신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,

상기 인덱스 발생기는 다음 수식과 같이 부반송파 인덱스(k)를 계산하는 것을 특징으로 하는 장치.

여기서,
는 동시에 공존할수 있는 패킷신호 개수를 나타내고,
는 할당받 은 패킷신호 인덱스를 나타내며,
는
번째 패킷신호가 각 OFDMA심볼마다 차지하는 부반송파 개수를 나타냄.
제1항에 있어서,

상기 파일럿 심볼 매퍼는 상기 패킷신호 전송구간 중 처음 2개의 OFDMA심볼들에 파일럿 심볼을 매핑하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 송신부는,

상기 IFFT연산기로부터의 각 OFDMA심볼의 샘플데이터 중 할당받은 소정 전송구간의 샘플데이터를 추출하여 출력하는 전송구간 선택기와,

상기 전송구간 선택기로부터의 샘플데이터를 아날로그 신호로 변환하는 디지털/아날로그 변환기와,

상기 디지털/아날로그 변환기로부터의 기저대역 신호를 RF(Radio Frequency) 신호로 변환하여 송신하는 RF처리기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
송신기가 q번째 패킷신호를 소정 간격으로 부반송파에 매핑하여 IFFT연산하고, 상기 IFFT연산후의 샘플데이터중 소정 일부를 추출하여 송신하는 광대역 무선 통신시스템에서 상기 q번째 패킷신호를 수신하기 위한 수신기 장치에 있어서,

수신되는 샘플데이터를 상기 패킷신호의 전송구간 단위로 버퍼링하는 버퍼와,

상기 버퍼로부터의 각 OFDMA심볼의 샘플데이터에서 q번째 패킷신호에 해당하는 샘플들을 추출하고, 상기 추출된 샘플들을 이용해서 시간옵셋과 주파수 옵셋을 추정하는 옵셋 추정기와,

상기 버퍼로부터의 각 OFDAM심볼의 샘플데이터를 상기 시간옵셋과 상기 주파수옵셋으로 보정하고, 상기 보정된 각 OFDMA심볼의 샘플데이터에서 상기 q번째 패킷신호에 해당하는 샘플들을 추출하여 출력하는 옵셋 보정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제5항에 있어서,

상기 옵셋 보정기로부터의 샘플데이터를 위상 보정하여 위상 성분을 제거하는 제1위상 보정기와,

상기 제1위상 보정기로부터의 샘플데이터를 반복하여 각 OFDMA심볼에 대하여 FFT사이즈의 샘플데이터를 생성하는 반복기와,

상기 반복기로부터의 상기 FFT사이즈의 샘플데이터를 위상 보정하여 상기 송신기에서의 IFFT연산후의 데이터를 복원하는 제2위상 보정기와,

상기 반복기로부터의 샘플데이터를 고속 푸리에 변환하여 주파수 영역의 데 이터를 생성하는 FFT(Fast Fourier Transform)연산기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제5항에 있어서,

상기 옵셋 추정기는, 상기 패킷신호의 전송구간 중 처음 2개의 OFDMA심볼들에 파일럿 심볼이 매핑되며, 상기 2개의 OFDMA심볼들의 반복 특성을 이용해서 상기 시간 옵셋을 추정하는 것을 특징으로 하는 장치.
제7항에 있어서,

상기 옵셋 추정기는, 상기 시간 옵셋이 검출된 시점의 파일럿 구간 상관값에서 위상값을 추출하고, 상기 위상값을
(Q는 동시에 공존할 수 있는 패킷신호의 개수, N_s는 하나의 OFDMA심볼 구간에서 상기 패킷신호가 점유하는 구간, N은 FFT사이즈)로 나누어 상기 주파수 옵셋을 추정하는 것을 특징으로 하는 장치.
제5항에 있어서,

상기 옵셋 추정기는, 각 OFDMA구간에서 수신된 패킷신호의 샘플들이 소정 간 격으로 반복되는 특성을 이용하여 상기 시간 옵셋을 추정하는 것을 특징으로 하는 장치.
제6항에 있어서,

상기 FFT연산기로부터의 주파수 영역의 데이터에서 미리 알고 있는 부반송파 위치들의 데이터 심볼들을 추출하는 추출기와,

상기 추출기로부터의 데이터 심볼들을 복조하기 위한 복조기와,

상기 복조기로부터의 복조된 데이터를 복호하기 위한 복호기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
광대역 무선통신시스템에서 송신기의 송신 방법에 있어서,

송신 패킷신호를 소정 간격으로 부반송파에 매핑하기 위한 부반송파 인덱스를 계산하는 과정과,

상기 패킷신호 전송구간의 소정 앞구간에서 파일럿 심볼을 상기 부반송파 인덱스에 따라 해당 부반송파에 매핑하는 과정과,

상기 패킷신호 전송구간의 소정 뒤구간에서 데이터 심볼을 상기 부반송파 인덱스에 따라 해당 부반송파에 매핑하는 과정과,

상기 부반송파 매핑된 파일럿 심볼 및 데이터 심볼을 역 고속 푸리에 변환하 여 샘플데이터를 발생하는 과정과,

상기 발생되는 각 OFDMA심볼의 샘플데이터중 미리 정해진 일부를 추출하여 송신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제11항에 있어서,

상기 부반송파 인덱스(k)는 다음 수식과 같이 계산되는 것을 특징으로 하는 방법.

여기서,
는 동시에 공존할수 있는 패킷신호 개수를 나타내고,
는 할당받은 패킷신호 인덱스를 나타내며,
는
번째 패킷신호가 각 OFDMA심볼마다 차지하는 부반송파 개수를 나타냄.
제11항에 있어서,

상기 파일럿 심볼은 상기 패킷신호 전송구간 중 처음 2개의 OFDMA심볼들에 매핑되는 것을 특징으로 하는 방법.
제11항에 있어서, 상기 송신 과정은,

상기 발생되는 각 OFDMA심볼의 샘플데이터 중 할당받은 소정 전송구간의 샘플데이터를 추출하는 과정과,

상기 추출된 샘플데이터를 아날로그 신호로 변환하는 디지털/아날로그 변환기와,

상기 디지털/아날로그 변환기로부터의 기저대역 신호를 RF(Radio Frequency) 신호로 변환하여 송신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
송신기가 q번째 패킷신호를 소정 간격으로 부반송파에 매핑하여 IFFT연산하고, 상기 IFFT연산후의 샘플데이터중 소정 일부를 추출하여 송신하는 광대역 무선통신시스템에서 수신기의 상기 q번째 패킷신호 수신 방법에 있어서,

수신 샘플데이터를 상기 패킷신호의 전송구간 단위로 버퍼링하는 과정과,

상기 버퍼링된 각 OFDMA심볼의 샘플데이터에서 상기 q번째 패킷신호에 해당하는 샘플들을 추출하고, 상기 추출된 샘플들을 이용해서 시간옵셋과 주파수 옵셋을 추정하는 과정과,

상기 버퍼링된 각 OFDAM심볼의 샘플데이터를 상기 시간옵셋과 상기 주파수옵셋으로 보정하고, 상기 보정된 각 OFDMA심볼의 샘플데이터에서 상기 q번째 패킷신호에 해당하는 샘플들을 추출하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제15항에 있어서,

상기 추출된 샘플데이터를 위상 보정하여 위상 성분을 제거하는 과정과,

상기 위상 성분이 제거된 샘플데이터를 반복하여 각 OFDMA심볼에 대하여 FFT사이즈의 샘플데이터를 생성하는 과정과,

상기 생성된 FFT사이즈의 샘플데이터를 위상 보정하여 상기 송신기에서의 IFFT연산후의 데이터를 복원하는 과정과,

상기 복원된 샘플데이터를 고속 푸리에 변환하여 주파수 영역의 데이터를 생성하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제15항에 있어서, 상기 옵셋 추정 과정은,

상기 패킷신호 전송구간 중 처음 2개의 OFDMA심볼들에 파일럿 심볼이 매핑되며, 상기 2개의 OFDMA심볼들의 반복 특성을 이용해서 상기 시간 옵셋을 추정하는 것을 특징으로 하는 방법.
제17항에 있어서, 상기 옵셋 추정 과정은,

상기 시간 옵셋이 검출된 시점의 파일럿 구간 상관값에서 위상값을 추출하 고, 상기 위상값을
(Q는 동시에 공존할 수 있는 패킷신호의 개수, N_s는 하나의 OFDMA심볼 구간에서 상기 패킷신호가 점유하는 구간, N은 FFT사이즈)로 나누어 상기 주파수 옵셋을 추정하는 것을 특징으로 하는 방법.
제15항에 있어서, 상기 옵셋 추정 과정은,

각 OFDMA구간에서 수신된 패킷신호의 샘플들이 소정 간격으로 반복되는 특성을 이용하여 상기 시간 옵셋을 추정하는 것을 특징으로 하는 방법.
제16항에 있어서,

상기 주파수 영역의 데이터에서 미리 알고 있는 부반송파 위치들의 데이터 심볼들을 추출하는 과정과,

상기 추출된 데이터 심볼들을 복조(demodulation) 및 복호(decoding)하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.