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KR100255561B1 - 가드 심볼을 이용한 수퍼프레임의 구성 방법 및기준신호추출 방법 - Google Patents

가드 심볼을 이용한 수퍼프레임의 구성 방법 및기준신호추출 방법 Download PDF

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KR100255561B1 KR1019970071096A KR19970071096A KR100255561B1 KR 100255561 B1 KR100255561 B1 KR 100255561B1 KR 1019970071096 A KR1019970071096 A KR 1019970071096A KR 19970071096 A KR19970071096 A KR 19970071096A KR 100255561 B1 KR100255561 B1 KR 100255561B1
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Abstract

본 발명은 가드 심볼(guard symbol)을 이용한 수퍼프레임의 구성 방법 및 기준 신호 추출 방법에 관한 것이다.
직교 주파수 분할 다중화 -코드분할 다중접속(Orthogonal Frequency Dividion Multiplexing - Code Division Multiple Access ;OFDM-CDMA) 방식에서 한 단말에 64kbps 이상의 넓은 전송 채널을 할당할 수 있도록 시스템을 설계하는 경우 할당된 전체 대역을 나누어 사용하기 위해서는 기준신호가 필요하다. 그러나 현재의 OFDM-CDMA 방식은 여러 가지 기술적인 난제들을 갖고 있으며, 이 방식으로 한 사용자에게 넓은 전송 대역을 할당하는 무선 통신시스템은 아직 실용화되지 않고 있다.
따라서, 본 발명에서는 사용자에게 할당되는 정보 채널에 가드 심볼을 이용한 수퍼프레임을 구성하고 이에 의해 기준신호를 서로 전달할 수 있게 하므로써 정보 채널을 미디어에 따라 원하는 크기로 세분화할 수 있는 가드 심볼을 이용한 수퍼프레임의 구성 방법 및 기준신호 추출 방법이 제시된다.

Description

가드 심볼을 이용한 수퍼프레임의 구성 방법 및 기준신호 추출 방법
본 발명은 가드 심볼을 이용한 수퍼프레임의 구성 방법 및 기준신호 추출 방법에 관한 것으로, 특히 가드 심볼을 이용하여 수퍼 프레임을 구성하고 이에 의해 서로간에 기준신호를 전달할 수 있는 가드 심볼을 이용한 수퍼 프레임의 구성 방법 및 기준신호 추출 방법에 관한 것이다.
직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing ; 이하 OFDM이라 함) 방식은 고속의 데이터 열을 직렬-병렬변환기를 통과시켜 다수의 저속 데이터 열로 변환시키고, 이들 저속 데이터 열에 의해 서로 직교인 서브캐리어들을 변조시키므로써 광대역 전송을 다수의 협대역 병렬 전송으로 바꾸어 주는 방식이다. 이 방식은 심볼간 간섭(InterSymbol Interference,;ISI)에 강한 특성을 보일 뿐만 아니라 서로 직교인 서브캐리어들을 사용함으로써 스펙트럼 겹침이 가능하게 되고, 그 결과로 주파수 사용 효율을 극대화 할 수 있는 장점이 있다. OFDM은 ISI에 강한 성질을 가지고 있어, 특히 방송과 같이 서비스 영역이 수백킬로의 반경을 가지고 있어 지연스프레드에 의한 영향이 심각한 환경 또는 고속 무선 전송 기술에 적합한 방식으로 잘 알려져 있다. 또한 OFDM은 코드분할 다중 접속(Code Division Multiple Access ;이하 CDMA라 함), 시분할 다중 접속(Time Division Multiple Access ;이하 TDMA라 함), 주파수 분할 다중 접속(Frequency Division Multiple Access ;FDMA) 방식 등과 결합시켜 다중접속을 가능하게 함으로써 무선으로 고속의 멀티미디어서비스를 제공할 수 있는 효과적인 변조 및 다중화 방식으로 연구되고 있다.
무선 채널에서 전송 신호는 다경로 채널환경에서 지연되어 수신되는 심볼이 연속해서 전송되는 다음 심볼에 겹치게 되고, 이에 따라 서로 간섭을 일으키게 된다. 이러한 현상으로 인해 현 심볼을 정확히 판별하기 어렵게 된다. 이러한 심볼간 간섭을 줄이기 위해 가드 심볼(guard symbol)을 사용하여 보호밴드의 폭을 설정하는 방식이 사용된다. 앞선 OFDM 프레임이 현 프레임에 미치는 심볼간 간섭을 흡수하기 위해서는 가드 심볼의 시간 간격이 지연확산(delay spread) 보다 길어야 한다. 또한 가드 심볼은 심볼간 간섭을 줄이기 위해서도 필요하지만 OFDM 무선 모뎀의 수신부에서 주파수 및 위상 동기를 효과적으로 찾기 위한 채널 추정(channel estimation)에도 사용된다. 즉, 송신부에서 정해진 패턴의 데이터를 가드 심볼로서 전송하고 수신부는 수신된 신호와 정해진 신호의 차이로 채널특성을 추정한다.
OFDM-TDMA 방식에서는 TDMA 프레임의 동기에서 8kHz 기준 신호가 쉽게 획득된다. 그러나 CDMA 방식에서는 예를 들어, 한 사용자에게 512kbps를 전송할 수 있도록 채널이 설정되고, 사용자가 멀티미디어 정보를 보내면서 특정 채널에 64kbps의 음성 정보를 전달한다고 하면, 음성 펄스 코드 변조(Pulse Code Modulation ;이하 PCM이라 함) 정보는 8kHz에 기반을 둔 디지털 신호이므로 512kbps 채널을 64kbps 채널들로 구분할 수 있는 기준신호가 필요하다. 이 기준신호는 전송 신호 프레임의 설계에 따라 다르기는 하지만 일반적으로, 125㎲마다 1옥텟(8비트)의 정보를 보내도록 설계된 시스템에서는 8kHz이다.
OFDM-CDMA방식에서 한 단말에 64kbps 이상의 넓은 전송채널을 할당할 수 있도록 시스템을 설계하는 경우, 할당된 전체 대역을 단일 채널로 사용하지 않고 음성, 텍스트, 영상 등의 여러 미디어를 보내기 위해 채널을 나누어 사용하기 위해서는 기준신호를 통신 양단간에 공유할 수 있어야 한다.
그러나 OFDM-CDMA 방식은 여러 기술적인 난제들을 갖고 있으며 이 방식으로 한 사용자에게 넓은 전송대역을 할당하는 무선 통신 시스템은 아직 실용화되어 있지 않은 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 사용자에게 할당되는 정보 채널에 가드 심볼을 이용한 수퍼프레임을 구성하고 이에 의해 기준신호를 서로 전달할 수 있게 하므로써 정보 채널을 미디어에 따라 원하는 크기로 세분화할 수 있는 가드 심볼을 이용한 수퍼프레임의 구성 방법 및 기준신호 추출 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가드 심볼을 이용한 수퍼프레임의 구성 방법은 직교 주파수 분할 다중화 - 코드분할 다중접속 시스템에서의 프레임 구성에 있어서, 상기 하나의 직교 주파수 분할 다중화 프레임마다 가드 심볼을 삽입하되 그 정수배마다 또다른 가드 심볼을 직교 주파수 분할 다중화 프레임에 삽입하는 것을 특징으로 한다.
또한 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가드 심볼을 이용한 기준신호 추출 방법은 표본화기를 이용하여 수신신호를 샘플링하는 단계와, 상기 표본화기에서 샘플링된 수신 신호와 제 1 가드 심볼의 PN 코드를 제 1 상관기를 이용하여 순차적으로 곱한 후 합산하는 단계와, 상기 표본화에서 샘플링된 수신 신호와 제 2 가드 심볼의 PN 코드를 제 2 상관기를 이용하여 순차적으로 곱한 후 합산하는 단계와, 상기 제 1 상관기의 출력을 미리 정해진 경계값과 비교하여 상기 제 1 상관기의 출력이 경계값보다 큰 경우 제 1 비교기를 이용하여 직교 주파수 분할 수퍼 프레임 기준신호를 발생하는 단계와, 상기 제 2 상관기의 출력을 미리 정해진 경계값과 비교하여 상기 제 2 상관기의 출력이 경계값보다 큰 경우 제 2 비교기를 이용하여 직교 주파수 분할 프레임 기준신호를 발생하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
도 1은 OFDM 송수신기의 블록도.
도 2는 OFDM 송신기의 구조도.
도 3은 OFDM 수신기의 블구조.
도 4는 본 발명에 따른 가드 심볼을 이용한 기준신호 추출 방법을 설명하기 위해 도시한 기능 블록도.
도 5는 OFDM 수퍼 프레임과 클럭간의 관계를 설명하기 위해 도시한 기능도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
41 : 표본화기 42, 44 : 제 1 및 제 2 가드 심볼
43, 45 : 제 1 및 제 2 상관기 46, 47 : 제 1 및 제 2 비교기
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에서는 음성의 PCM신호, T1 또는 E1의 중계선 신호, ISDN B채널신호 등의 8kHz에 기반을 둔 서비스가 무선에서 쉽게 연동될 수 있도록 OFDM-CDMA 방식의 무선 모뎀에서 가드 심볼을 이용하여 8kHz 기준신호를 서로 간에 전달할 수 있는 방식을 제시한다.
도 1은 OFDM 송수신기의 블록도이다.
송신기(11)의 데이터 소스(Data source) 블럭(101)에서 출력되는 데이터 열은 직렬-병렬 변환기(102)를 통하여 병렬 데이터로 변환된다. 직교 위상 천이 변조(Quadrature Phase Shift Keying ;QPSK), 직교 진폭 변조(Quadrature amplitude Modulation ;QAM) 등과 같은 2차원 변조 기법을 이용할 경우, 직렬-병렬 변환기(102)의 출력 신호는 맵퍼(mapper)(103)에 의해 동상(inphase) 성분 및 직교(quadrature) 성분으로 분리된 N개의 복소 심볼로 표현될 수 있다. 이러한 N개의 심볼이 역 고속 퓨리에 변환(Inverde Fst Furier Transform ;이하 IFFT라 함) 블럭(105)으로 입력되어 IFFT를 수행하면 실수 및 허수부 모두가 동상(inphase) 성분 및 직교(quadrature) 성분을 포함하고 있는 심볼이 출력된다. 이후 이 출력 심볼은 허수부 제거 블럭(106)에서 허수부가 제거되고, 보호 구간 삽입 블럭(107)을 거쳐 병렬-직렬 변환기(108)에서 직렬 데이터로 변환된다. 그러나 이 경우 이상적인 저역 통과 필터(109)를 사용하더라도 OFDM 심볼을 만들 수 없으므로, 2배 빨리 샘플된 2N개의 IFFT 출력이 필요하다. 이를 구현하기 위해 IFFT 전단에 N개의 제로(zero)를 삽입시켜 주는 제로 삽입 블럭(104)을 삽입하고 2N개의 복소값에 대하여 IFFT를 수행한 후 허수부 제거 블럭(106)에서 실수부 만을 취하고 병렬-직렬 변환기(108)를 통과시킨다. 이 시퀀스를 저역 통과 필터(109)에 가하면 원하는 OFDM 심볼을 생성할 수 있다. 이후 믹서(111)에서는 저역 통과 필터(109)의 출력 및 국부 발진기(Local Oscillator ;이하 LO라 함)(110)를 이용하여 변조된 신호를 결합하고 통신 채널(12)을 통해 수신기(13)로 전송된다.
수신기(13)로 수신된 신호는 대역 통과 필터(112)를 거쳐 LO(113)를 이용하여 믹서(114)로 입력된 후 이 신호를 표본화기(115)에서 샘플링하고 직렬-병렬 변환기(116), 보호 구간 제거 블럭(117)을 거쳐 고속 퓨리에 변환(Fast Furier Transform ;이하 FFT라 함)블럭(118)에서 FFT를 취함으로써 복조된다. 이후, 병렬-직렬 변환기(119) 및 디맵퍼(120)를 통과시키므로써 원래 신호로 복조될 수 있다.
도 2는 OFDM 송신기의 상세 구조도이다.
입력 신호 am[k]는 m번째 사용자의 확산 코드 cm[0], cm[1], …, cm[N-1]와 곱해진 후(21), 기본주파수(1/Tb) 즉, 심볼길이의 역수의 정수배인 서로 다른 서브캐리어들 cos(2πfct),
Figure 1019970071096_B1_M0001
, …,
Figure 1019970071096_B1_M0002
을 변조(22)시킨다. 서브캐리어 주파수들 간의 직교성은 그들의 간격이 F/Tb(F는 정수)로 되어야 유지되며 F는 서브캐리어들 간의 간격을 나타내는 척도가 된다. 이후 변조된 신호는 결합기(23)에서 더해져, 최종적으로 변조된 신호 sm(t)를 만든다.
도 3은 OFDM 수신기의 상세 구조도이다.
수신기로 신호 r(t)가 수신되면, 수신 신호는 각각
Figure 1019970071096_B1_M0003
,
Figure 1019970071096_B1_M0004
, …,
Figure 1019970071096_B1_M0005
과 곱해져(31), 복조된 후 m번째 사용자의 확산 코드 cm[0], cm[1], …, cm[N-1]와 곱해진다(32). 이후, 각 신호는 각각의 이득 보상회로(33)를 통하여 이득이 조절되고 결합기(34)에서 더해진다. 이후 적분기(35)를 통해 신호를 적분하면 복조된 신호 υk를 얻을 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 가드 심볼을 이용한 기준신호 추출 방법을 설명하기 위해 도시한 기능 블록도로서, 가드 심볼로서 PN 코드를 사용한다. 정해진 두개의 PN 코드를 사용하여 OFDM 프레임마다 제 2 가드 심볼을 삽입한다. OFDM-CDMA 시스템의 설계시 한 OFDM 프레임이 8kbps의 정수배를 전송하도록 하면, 정수배마다 제 1 가드 심볼을 OFDM 프레임에 삽입하여 수퍼프레임을 구성함으로써 8kHz 신호를 상대측으로 전송할 수 있다. 도면을 참조하여 보다 자세히 설명하면 다음과 같다.
수신신호는 표본화기(41)에서 샘플링된 후 제 1 및 제 2 상관기(45, 43)에서 제 1 및 제 2 가드 심볼(44, 42)의 PN 코드와 각각 순차적으로 곱한 후 이들 값들을 합산한다. 이를 상관연산 또는 코릴레이션(Correlation) 연산이라고 한다. PN 코드의 상관연산에서 상관값은 무선채널에서의 신호감쇄가 없고 잡음이 없다고 할 때 처리 이득(processing gain)이 64(=N)일 경우 64가 되고 순서가 맞지 않으면 상관값이 64에 비해 아주 작은 값(영 값 주위)을 나타낸다. 수신부에서 상관연산을 수행한 후의 결과값을 제 1 및 제 2 비교기(47, 46)을 이용하여 특정의 경계값과 비교하여 결과값이 경계값보다 크면 제 2 가드 심볼 또는 제 1 가드 심볼의 PN 코드가 수신된 경우이므로 이 정보를 이용하여 OFDM 프레임 동기를 찾을 수 있다. 특히 제 2 가드 심볼과 일치하는 정보만으로 임의의 기준신호(흔히 8kHz)를 추출할 수 있다.
도 5는 OFDM 수퍼 프레임과 클럭간의 관계를 설명하기 위해 도시한 기능도이다.
한 사용자에게 512kbps를 전달할 수 있는 시스템으로서, 월쉬(walsh) 코드로 16X16 크기를 사용하는 경우 OFDM 프레임, 수퍼프레임과 클럭과의 관계도를 예시하고 있다. 1옥텟은 월쉬 코드에 의해 확산(spreading)되어 128 데이터로 늘어나며 이 정보가 한 OFDM 프레임을 구성한다. OFDM 프레임마다 앞서 설명한 것처럼 가드 심볼이 삽입되어 전송되고 수신에서는 제 2 가드심볼 또는 제 1 가드 심볼의 상관값을 정해진 경계값과 비교하여 프레임 동기신호 그리고 수퍼프레임 동기신호를 추출할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 OFDM-CDMA에서 사용자에게 할당되는 정보채널에 수퍼프레임 구성에 의해 기준신호를 서로 전달할 수 있게 하므로써 정보 채널을 정보 미디어에 따라 원하는 크기로 세분하여 사용할 수 있으며, 특히 음성의 PCM 신호, T1 또는 E1의 중계선 신호, ISDN-B 등의 채널 신호 등의 8kHz에 기반을 둔 서비스를 쉽게 연동할 수 있는 탁월한 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 직교 주파수 분할 다중화 - 코드분할 다중접속 시스템에서의 프레임 구성에 있어서, 상기 하나의 직교 주파수 분할 다중화 프레임마다 가드 심볼을 삽입하되 그 정수배마다 또다른 가드 심볼을 직교 주파수 분할 다중화 프레임에 삽입하는 것을 특징으로 하는 가드 심볼을 이용한 수퍼프레임의 구성 방법.
  2. 표본화기를 이용하여 수신신호를 샘플링하는 단계와,
    상기 표본화기에서 샘플링된 수신 신호와 제 1 가드 심볼의 PN 코드를 제 1 상관기를 이용하여 순차적으로 곱한 후 합산하는 단계와,
    상기 표본화에서 샘플링된 수신 신호와 제 2 가드 심볼의 PN 코드를 제 2 상관기를 이용하여 순차적으로 곱한 후 합산하는 단계와,
    상기 제 1 상관기의 출력을 미리 정해진 경계값과 비교하여 상기 제 1 상관기의 출력이 경계값보다 큰 경우 제 1 비교기를 이용하여 직교 주파수 분할 수퍼 프레임 기준신호를 발생하는 단계와,
    상기 제 2 상관기의 출력을 미리 정해진 경계값과 비교하여 상기 제 2 상관기의 출력이 경계값보다 큰 경우 제 2 비교기를 이용하여 직교 주파수 분할 프레임 기준신호를 발생하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가드 심볼을 이용한 기준신호 추출 방법.
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