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KR100572577B1 - 직교 주파수 분할 다중 통신 시스템 및 방법 - Google Patents

직교 주파수 분할 다중 통신 시스템 및 방법 Download PDF

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KR100572577B1
KR100572577B1 KR1020050007431A KR20050007431A KR100572577B1 KR 100572577 B1 KR100572577 B1 KR 100572577B1 KR 1020050007431 A KR1020050007431 A KR 1020050007431A KR 20050007431 A KR20050007431 A KR 20050007431A KR 100572577 B1 KR100572577 B1 KR 100572577B1
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노리유키 마에다
히로유키 아타라시
마모루 사와하시
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가부시키가이샤 엔티티 도코모
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Abstract

직교 주파수 분할 다중(OFDM; orthogonal frequency division mltiplexing) 방식에 기초한 무선 통신 시스템에 사용되는 송신기(200)는 데이터 송신시의 신호 품질 정보와 간섭 정보 중 적어도 하나에 기초하여 제어 채널에 대한 확산 계수 및 진폭을 결정하도록 구성된 결정 유닛(216), 데이터 채널을 확산 계수 및 진폭에 기초하여 코드-확산된 제어 채널과 다중화하도록 구성된 다중화 유닛(212), 및 다중화된 신호를 OFDM 방식으로 변조하고 변조된 신호를 OFDM 심볼들로서 송신하도록 구성된 수단(214)을 포함한다.
직교 주파수 분할 다중, 무선 통신 시스템, 신호 품질 정보, 간섭 정보

Description

직교 주파수 분할 다중 통신 시스템 및 방법{OFDM communication system and method}
도 1a 및 도 1b는 데이터 채널과 다중화된 파일롯 채널을 설명하는 개략도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 OFDM 통신 시스템에 사용되는 무선 송신기의 블록도.
도 3은 도 2에 도시된 무선 송신기에 사용되는 2차원 확산 유닛의 블록도.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 OFDM 통신 시스템에 사용되는 무선 수신기의 블록도.
도 5는 도 4에 도시된 무선 수신기에 사용되는 2차원 역확산 유닛의 블록도.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 채널과 제어 채널 간의 관계를 설명하는 개략도.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 OFDM 통신 시스템에 사용되는 무선 송신기의 블록도.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 OFDM 통신 시스템에 사용되는 무선 수신기의 블록도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 방법의 흐름도.
도 10은 무선 송신기에 사용되는 확산 계수 및 진폭 결정 유닛의 블록도.
도 11은 다중화 전후의 데이터 채널의 송신 전력과 제어 채널의 송신 전력 간의 관계를 설명하는 개략도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
202: 채널 부호기 204: 데이터 변조기
206, 208: S/P 변환기 210: 2차원 확산 유닛
212: 제어 채널 다중화 유닛 214: 역 고속 푸리에 변환 유닛
216: 확산 계수 및 진폭 결정 유닛
218: 확산 계수 제어 유닛 220: 진폭 제어 유닛
발명의 분야
본 발명은 무선 통신에 관한 것으로, 특히, 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 송신 기술 및 OFDM에 사용되는 송신기 및 수신기에 관한 것이다.
발명의 배경
OFDM 송신은 다중 경로 전파 환경에서의 유리한 특징 때문에 무선 통신 분야에서 유망한 액세스 방식이다. OFDM 송신에 있어서, 송신될 데이터 채널(또는 심볼들의 시퀀스)은 서로 직교하도록 선택된 다중 부반송파들과 연관이 있고, OFDM 심볼들로서 송신되기 전에, 역 푸리에 변환 및 보호 구간의 적용이 행해진다. 수신단에서, 보호 구간은 수신된 신호로부터 제거되고, 푸리에 변환이 수행되어 각각의 반송파들로부터 정보를 추출한다. 이후, 송신된 데이터 채널이 복원된다.
무선 수신기는 데이터 채널뿐만 아니라 제어 채널을 수신한다. 제어 채널은 기지(旣知)의 심볼들을 포함하는 파일럿 채널, 공통 정보를 시스템내의 모든 무선 수신기들에 송신하기 위해 사용되는 공통 제어 채널, 및 개개의 데이터 아이템을 무선 수신기에 송신하기 위해 사용되는 개개의 제어 채널을 포함한다. 전용 자원들이 제어 채널에 할당되고, 제어 채널은 무선 송신기로부터 송신된 OFDM 심볼들과 다중화된다. 무선 수신기는 파일럿 채널을 포함하는 제어 채널을 수신된 OFDM 심볼들로부터 추출하고, 채널 추정 및 동기화 타이밍의 확보를 행한다. OFDM 방식을 이용하는 이러한 형태의 무선 송신에 대해서는 일본공개특허 제 2001-144724A호에 설명되어 있다.
도 1a 및 도 1b는 데이터 채널과 다중화되는 제어 채널을 도시하는 개략도이다. 도 1a에 있어서, 제어 채널은 스펙트럼의 특정 대역을 할당함으로써 데이터 채널과 주파수-다중화된다. 도 1b에 있어서, 제어 채널은 특정 타임 슬롯을 파일럿 채널에 할당함으로써 데이터 채널과 시간-다중화된다.
고품질의 서비스를 제공하기 위한 관점에서, 이동 단말들의 이동 속도를 증가시키고, 이용 가능한 주파수 대역을 확장시키고, 더욱 높은 범위의 주파수로 이동시키기 위해 이러한 분야의 기술이 더욱더 필요로 될 것이다. 따라서, 통신 환경에서 일어나는 시간 및 주파수 축에 따른 신호 레벨의 급격한 변화에 충분히 부합할 수 있는 통신 서비스들을 제공할 필요가 있다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 것과 같이, 제어 채널(예를 들면 파일럿 채널)이 주파수 축 또는 시간 축을 따라 특정 영역에만 삽입된다. 이 때문에, 신호 레벨이 파일럿 채널이 삽입되지 않은 영역에서 급격하게 변하면, 만족할 만한 채널 추정이 수행될 수 없다. 이 경우, 파일럿 채널의 기능 및 목적이 충분히 달성될 수 없다. 이것은 그 제어 채널에 할당된 자원들이 효율적으로 사용되지 않는다는 것을 의미한다.
더욱이, 전용 자원들이 제어 채널에 할당되므로, 데이터 채널에 할당될 자원들이 감소한다. 제어 채널에 전용으로 할당된 자원들이 효율적으로 사용될 수 없으면, 다른 채널들에 할당될 자원들을 감소시키면서, 제어 채널에 전용 채널을 할당하는 것은 무의미하게 된다.
그러므로, 본 발명의 목적은 종래 기술의 전술한 문제점을 해결하고 데이터 채널 및 제어 채널에 할당된 자원의 효율적인 사용을 달성할 수 있는 OFDM 무선 송신 기술을 제공하는 것이다.
본 발명에 있어서, 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 방식에 기초한 무선 통신 시스템이 제공된다. 이 시스템은 송신기 및 수신기를 구비한다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 통신 시스템에 사용되는 송신기는:
(a) 데이터 송신시의 신호 품질 정보와 간섭 정보 중 적어도 하나에 기초하여 제어 채널에 대한 확산 계수 및 진폭을 결정하도록 구성된 결정 유닛;
(b) 데이터 채널을 상기 확산 계수 및 상기 진폭에 기초하여 코드-확산된 제어 채널과 다중화하도록 구성된 다중화 유닛; 및
(c) 상기 다중화된 신호를 OFDM 방식으로 변조하고 상기 변조된 신호를 OFDM 심볼들로서 송신하도록 구성된 수단을 포함한다.
바람직한 예에 있어서, 송신기는 다중-캐리어 코드 분할 다중 접속(MC-CDMA) 방식으로 제어 채널을 코드-확산하도록 구성된 확산 유닛을 더 구비한다.
이러한 예에 있어서, 제어 채널은 넓은 범위의 주파수 영역에 걸쳐 연속적으로 삽입되고, 그 결과 신호 레벨의 급격한 변화가 주파수 영역에서 일어날지라도 채널 추정이 전체 범위에 걸쳐 정확하게 수행될 수 있다.
다른 예에 있어서, 송신기는 상기 제어 채널을 직접 시퀀스-코드 분할 다중 접속(DS-CDMA; direct sequence-code division multiple access) 방식으로 코드-확산하도록 구성된 확산 유닛을 더 구비한다.
이러한 예에 있어서, 제어 채널은 시간 영역의 전체 프레임에 걸쳐 연속적으로 삽입되고, 그 결과 신호 레벨의 급격한 변화가 시간 도메인에서 일어날지라도 채널 추정이 정확하게 수행될 수 있다.
또 다른 예에 있어서, 송신기는 고립된 셀내의 무선 기지국에 적용된다. 고립된 셀에서, 코드-확산 제어 채널을 송신하면서, 코드를 확산하지 않고 데이터 채널을 송신하는 것이 유리하게 된다.
또 다른 예에 있어서, 상기 결정 유닛은 상기 데이터 채널에 대한 상기 제어 채널의 영향이 미리 정해진 레벨보다 작도록 상기 확산 계수 및 상기 진폭을 조절 한다.
이러한 장치에 있어서, 코드-확산 제어 채널은 데이터 채널의 복원을 방해하지 않도록 데이터 채널과 다중화될 수 있다.
또 다른 예에 있어서, 코드-확산 제어 채널의 확산 계수 및 진폭을 나타내는 정보는 수신기에 송신된다.
이러한 장치는 수신기가 제어 채널을 수신된 신호로부터 신속하게 복원할 수 있게 한다.
본 발명의 다른 목적들, 특징들, 및 이점들은 첨부 도면을 참조한 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백하게 될 것이다.
최선의 실시예의 상세한 설명
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 첨부 도면들은 OFDM 송신에 사용되는 무선 송신기 및 무선 수신기를 구성하는 여러 기능 요소들 중, 본 발명과 관련된 구성 요소들을 도시한 것임을 알아야 한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 OFDM 통신 시스템에 사용되는 무선 송신기(200)의 블록도이다. 무선 송신기(200)는 채널 부호기(202), 데이터 변조기(204), 직렬-병렬 변환기들(S/P 변환기들; 206, 208), 2차원 확산 유닛(210), 제어 채널 다중화 유닛(212), 역 고속 푸리에 변환(inverse fast Fourier transform; IFFT) 유닛(214), 확산 계수 및 진폭 결정 유닛(216), 확산 계수 제어 유닛(218), 및 진폭 제어 유닛(220)을 가지고 있다.
채널 부호기(202)는 OFDM 심볼들로 사용자에 의해 송신될 데이터의 내용들을 나타내는 비트 스트림을 수신하며, 수신된 비트 스트림에 대해 적절한 코딩을 수행한다. 코딩의 일례는 콘볼루션 코딩 또는 터보 코딩(turbo coding)과 같은 에러 정정 코딩이다.
데이터 변조기(204)는 소정의 변조 방식을 이용하여 적절하게 부호화된 비트 스트림을 변조한다. QPSK, 16-레벨 직교 진폭 변조(16QAM) 또는 64-레벨 직교 진폭 변조(64QAM)와 같은 임의의 적합한 변조 방식이 이용될 수 있다.
제 1 직렬-병렬 변환기(206)는 사용자 데이터의 직렬 변조된 비트 스트림을 병렬 비트 스트림들로 변환한다. 단순화하기 위해, 이 실시예에서 사용자 데이터의 병렬 비트 스트림들의 수는 부반송파들의 수(Nc)와 동일하지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 병렬 비트 스트림들은 제어 채널 다중화 유닛(212)에 공급된다.
제 2 직렬-병렬 변환기(208)는 제어 채널(즉, 파일럿 채널)을 나타내는 직렬 제어 비트 스트림을 병렬 제어 비트 스트림들로 변환한다. 단순화하기 위해, 병렬 제어 비트 스트림들의 수는 부반송파들의 수(Nc)를 코드 확산 계수(SF)로 나누어 얻은 수(Nc/SF)와 같지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다.
2차원 확산 유닛(210)은 병렬 제어 비트 스트림들을 확산 코드로 승산한다.
도 3은 도 2에 도시된 무선 송신기(200)에 사용되는 2차원 확산 유닛(210)의 블록도이다. 2차원 확산 유닛(210)은 다중-캐리어 코드 분할 다중 접속(Multi-Carrier Code Division Multiple Access; MC-CDMA) 방식을 이용하여 코드 확산을 수행한다. 2차원 확산 유닛(210)은 병렬 비트 스트림들에 대응하는 심볼 복사 유닛들(302), 확산 코드 발생기(304), 및 확산 코드 승산기들(306)을 구비한다. MC-CDMA는 OFCDM(Orthogonal Frequency and Code Division Multiplexing)이라고도 한다.
각각의 심볼 복사 유닛들(302)은 제 2 S/P 변환기(208)로부터 공급된 병렬 비트 스트림들 중 하나로부터 소정 수(예를 들면, 확산 계수 SF와 같은)의 병렬 제어 비트 스트림들을 생성한다. 심볼 복사 유닛(302)으로부터 출력된 각각의 복사된 제어 비트 스트림들은 연관된 확산 코드 승산기(306)의 입력 단자들 중 하나에 접속된다. 확산 코드 발생기(304)에 의해 발생된 확산 코드는 각각의 확산 코드 승산기들(306)의 다른 입력 단자에 공급된다. 각각의 확산 코드 승산기들(306)은 제어 비트 스트림들을 확산 코드로 승산하여 제어 비트 스트림에 대해 코드 확산을 수행한다. 코드-확산 제어 비트 스트림의 진폭 레벨은 승산기(222)에서 적절히 조절되고, 진폭-조정된 비트 스트림은 제어 채널 승산 유닛(212)에 공급된다.
도 2를 참조하면, 확산 계수 및 진폭 결정 유닛(216)은 현재의 무선 통신에서 요구되는 신호 품질, 제어 채널로 인한 데이터 채널의 간섭 레벨에 대한 정보, 및 그 밖의 필요 정보를 획득, 감시 또는 추정한다. 획득된 정보에 기초하여, 제어 채널에 대한 확산 계수 및 진폭이 결정되고, 그 결정 결과들은 확산 코드 제어 유닛(218) 및 진폭 제어 유닛(220)에 각각 공급된다.
도 10은 확산 계수 및 진폭 결정 유닛(216)의 블록도이다. 확산 계수 및 진폭 결정 유닛(216)은 제어 채널 송신 전력 결정 유닛(1002), 확산 계수 결정 유닛 (1004), 및 진폭 결정 유닛(1006)을 구비한다.
제어 채널 송신 전력 결정 유닛(1002)은 송신 전력(Pcontrol)을 결정하고, 여기서 전력은 비확산(non-spread) 제어 채널이 송신될 때 비확산 제어 채널에 할당된다. 이러한 송신 전력은 도 2에 도시된 2차원 확산 유닛(210)으로부터의 출력 신호의 전력에 대응하고, 이하에 기술되는 것과 같이, 무선 수신기로부터 공급된 피드백 정보에 기초하여 결정된다. 피드백 정보는 무선 수신기에서 수신된 신호의 신호 품질(예를 들어 SINR), 및 제어 채널로 인한 데이터 채널의 간섭 레벨을 포함한다. 제어 채널의 송신 전력(Pcontrol)은 다음과 같은 식 (1)로부터 계산될 수 있다.
Pcontrol > α*[데이터 채널의 간섭 레벨 + (잡음 성분)] (1)
여기서 잡음 성분은 수신단(receiving end)의 SINR로부터 추정되고 α는 고정 값을 가진 소정의 스케일링 팩터이다. 계산된 송신 전력 Pcontrol은 확산 계수 결정 유닛(1004)에 공급된다.
확산 계수 결정 유닛(1004)은 확산 제어 채널의 송신 전력(Pcontrol/SF) 대 데이터 채널의 송신 전력(Pdata)의 비가 소정 임계치(Th)를 초과하지 않도록 확산 계수(SF)를 결정한다. 임계치(Th)는 피드백 정보에 포함되어 있는 수신된 SINR에 기초하여 다이나믹하게 결정되는 고정값들 또는 가변값일 수 있다. 이러한 관계는 다음과 같은 식 (2)로 표현된다.
(Pcontrol/SF)/Pdata <Th (2)
계산된 확산 계수는 진폭 결정 유닛(1006)과 도 2에 도시된 확산 계수 제어 유닛(218)에 공급된다.
진폭 결정 유닛(1006)은 식 (2)에 따라 결정된 후-확산(post-spreading) 제어 채널의 송신 전력(Pcontrol/SF)을 실현할 수 있도록 진폭(Acontrol)을 결정한다. 일반적으로, 신호의 전력은 진폭의 제곱에 비례하므로, 진폭은 다음과 같은 식 (3)로부터 결정될 수 있다.
Acontrol = (Pcontrol/SF)1/2 (3)
결정된 진폭은 진폭 제어 유닛(220)에 공급된다.
도 11은 확산 전후의 제어 채널 송신 전력(Pcontrol)과 데이터 채널 송신 전력(Pdata) 간의 관계를 개략적으로 도시한다. 이 실시예에 있어서, 제어 채널은 주파수 축을 따라 연속적으로 삽입된다. 도 11에 있어서, 수직축은 전력에 대응하고, 수평축은 주파수에 대응한다. 상기한 방식으로 각 채널의 전력 레벨을 설정함으로써, 제어 채널로 인한 데이터 채널에 대한 간섭 영향이 임계치(Th) 아래로 유지될 수 있다.
도 2를 다시 참조하면, 확산 계수 제어 유닛(218)은 확산 계수 및 진폭 결정 유닛(216)으로부터 공급된 정보에 기초하여 적절한 확산 계수를 설정하기 위한 제어 신호를 발생하고, 이 제어 신호를 2차원 확산 유닛(210)[보다 상세하게는, 심볼 복사 유닛들(302)]에 공급한다. 확산 계수(SF)의 목표값("목표 SF")은 확산 계수 제어 유닛(218)에 입력되고, 제어 신호가 목표 SF를 실현하도록 발생된다.
진폭 제어 유닛(220)은 확산 계수 및 진폭 결정 유닛(216)으로부터 공급된 정보에 기초하여 적절한 진폭 레벨 또는 전력 레벨을 설정하기 위한 제어 신호를 발생하고, 이 제어 신호를 승산기(222)에 공급한다. 목표 Acontrol은 진폭 제어 유닛(220)에 공급되고, 제어 신호가 목표 Acontrol를 실현하도록 발생된다.
제어 채널 다중화 유닛(212)은 제 1 직렬-병렬 변환기(206)로부터 공급된 사용자 데이터의 병렬 비트 스트림들을 각각의 부반송파들을 위한 제어 채널의 코드-확산 병렬 비트 스트림들에 가산하고, Nc 비트 스트림들을 출력한다. Nc 비트 스트림들은 대응하는 다중화된 사용자 데이터와 제어 채널의 코드-확산 비트 스트림들을 포함한다.
역 고속 푸리에 변환(IFFT) 유닛(214)은 Nc 비트 스트림들에 대한 역 고속 푸리에 변환을 행하여 부반송파들과 연관된 정보를 시간-영역 비트 스트림들로 변환한다. 시간-영역 비트 스트림들은 대역-제한 처리 유닛, 주파수 변환기, 및 전력 증폭기를 구비하는 RF 유닛(도시하지 않음)에 공급되고, 안테나로부터 송신된다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 OFDM 통신 시스템에 사용되는 무선 수신기(400)의 블록도이다. 무선 수신기(400)는 심볼 타이밍 동기화 유닛(402), 보호 구간(guard-interval) 제거 유닛(404), 고속 푸리에 변환(FFT) 유닛(406), 확산 계수 및 채널 형태 검출 유닛(408), 및 2차원 확산 유닛(410)을 가진다.
심볼 타이밍 동기화 유닛(402)은 수신된 OFDM 심볼들에 기초하여 동기화를 취하여 적절한 타이밍을 보장한다. 보호 구간 제거 유닛(404)은 수신된 OFDM 심볼들로부터 보호 구간을 제거하고, 후속 잔여 부분을 추출한다. 고속 푸리에 변환 유닛(406)은 고속 푸리에 변환을 행하고, 각각의 부반송파들 상에서 송신된 정보를 출력한다. 이후, 적절한 처리들이 행해져서(도 4에 도시되지 않은 구성요소들에 의해) 송신된 정보를 복원한다.
2차원 확산 유닛(410)은 푸리에-변환된 병렬 비트 스트림들을 적절한 확산 코드로 승산하여 수신된 비트 스트림들을 역확산한다. 이 경우, 확산 계수 및 채널 형태 검출 유닛(408)은 확산 코드의 확산 계수에 대한 정보를 2차원 역확산 유닛(410)에 공급하고, 어떤 형태의 코드-확산 정보가 현재 처리되고 있는지를 결정한다. 예를 들면, 파일롯 채널만이 제어 채널로 코드-확산될 수 있고, 다른 채널들은 다른 방식을 이용하여, 확산되지 않고 송신될 수 있다. 확산 계수 및 채널 형태에 대한 정보가 무선 송신기로부터 획득된다.
도 5는 2차원 역확산 유닛(410)의 블록도이다. 2차원 역확산 유닛(410)은 MC-CDMA 방식에 기초하여 역확산을 수행하고, 확산 코드 발생기(502), 확산 코드 승산기들(504), 및 심볼 결합 유닛들(506)을 구비한다. FFT 유닛(406)으로부터 공급된 각각의 비트 스트림들은-스트림들의 수가 예를 들면 부반송파들의 수와 같은- 확산 코드 승산기들(504) 중 하나의 입력 단자들 중 하나에 공급된다. 확산 코드 발생기(502)에 의해 발생된 확산 코드는 승산기들(504)의 나머지 입력에 공급된다. 각각의 확산 코드 승산기들(504)은 확산 코드로 연관된 비트 스트림을 승산하여 제어 비트 스트림을 역확산을 통해 추출한다. 각각의 심볼 결합 유닛들(506)은 소정 수의 비트 스트림들(예를 들면, 확산 계수 SF에 대응)을 하나의 비트 스트림으로 결합한다. 이후, 제어 채널이 후속 처리들(도시하지 않음)을 통해 복원된다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 제어 채널 및 데이터 채널의 다중화 및 분리를 도시한 흐름도이다. 데이터 채널은 보통의 OFDM 심볼들을 포함하는 비트 스트림 데이터이며, 제어 채널은 MC-CDMA 방식에 기초한 코드-확산 비트 스트림이다. 제어 채널 및 데이터 채널은 무선 송신기(200)의 제어 채널 다중화 유닛(212)에 의해 서로 가산된다(단계 904). 다중화된(또는 가산된) 신호는 IFFT 유닛(214)에 의해 변조되고, 보호 구간의 적용이 행해지고, OFDM 심볼로서 안테나로부터 송신된다(단계 906). 제어 채널이 코드-확산되므로, 주파수 영역에서의 다중화된 신호의 스펙트럼은 도 6a에 도시된 것과 같이 된다. 이러한 스펙트럼은 데이터 채널과 비확산 제어 채널의 종래의 다중화를 설명하는 도 1a에 도시된 것과 크게 다르다.
무선 수신기(400)는 수신된 신호로부터 제어 채널 및 데이터 채널을 식별하고, 이들 채널들을 복원한다(단계 908). 무선 수신기에서 데이터 채널을 복원할 때, 제어 채널은 잡음으로서 취급된다. 잡음은 도 6a에 도시된 것과 같이, 넓은 범위의 주파수에 걸쳐 낮은 진폭 레벨을 가지기 때문에, 데이터 채널의 복원은 잡음에 의해 방해받지 않는다. 환언하면, 무선 송신기(200)의 확산 계수 및 진폭 결정 유닛(216)은 코드-확산 제어 채널이 데이터 채널의 복원을 방해하지 않도록 송신될 제어 채널에 대한 확산 계수(SF) 및 진폭(Acontrol)을 결정한다. 결정된 값들은 현재 처리되고 있는 채널에 대한 확산 계수(SF)와 진폭(Pcontrol)을 적절히 조절하도록 확 산 계수 제어 유닛(218)과 진폭 제어 유닛(220)에 각각 보고된다. 확산 계수에 대한 정보는, 송신된 정보의 복원을 위해 필요한 정보가 무선 수신기(400)에 의해 사용될 수 있는 한, 데이터 채널의 일부를 이용하거나 임의의 적합한 수단에 의해, 방송 제어 채널과 같은 부호화되지 않은 채널을 통해 무선 수신기(400)에 송신될 수 있다.
제어 채널이 주파수 영역의 전체 범위에 걸쳐 삽입되기 때문에, 주파수 축에 따른 진폭 레벨의 급격한 변화 또는 페이딩으로 인해 순간적으로 변하는 신호가 전체 범위에 걸쳐 정확하게 추종될 수 있다. 더욱이, 제어 채널은 이 제어 채널이 확산 코드에 의해 확산되는지의 여부에 기초하여 데이터 채널로부터 구별될 수 있으므로, 제어 채널에 전용 채널을 할당할 필요가 없다. 그 결과, 종래 기술에서 제어 채널에 독점적으로 할당되었던 자원들은 데이터 채널에 할당될 수 있다. 제어 채널 내에서는, 파일럿 채널만이 코드-확산될 수 있다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 OFDM 통신 시스템에 사용되는 무선 송신기(700)의 블록도이다. 무선 송신기(700)는 채널 부호기(702), 데이터 변조기(704), 직렬-병렬 변환기(S/P 변환기)(706), 역 고속 푸리에 변환(IFFT) 유닛(708), 확산 유닛(710), 제어 채널 다중화 유닛(712), 확산 계수 및 진폭 결정 유닛(716), 확산 계수 제어 유닛(718), 진폭 제어 유닛(720), 및 승산기(722)를 가진다.
채널 부호기(702)는 OFDM 심볼들에서 사용자에 의해 송신될 데이터의 내용들을 나타내는 비트 스트림을 수신하고, 수신된 비트 스트림에 대해 적절한 코딩을 수행한다. 코딩의 일례는 콘볼루션 코딩 또는 터보 코딩과 같은 에러 정정 코딩이다.
데이터 변조기(704)는 소정의 변조 방식을 이용하여 적절하게 부호화된 비트 스트림을 변조한다. 직렬-병렬 변환기(706)는 사용자 데이터의 직렬 변조된 비트 스트림을 부반송파들의 수(Nc)만큼 많은 병렬 비트 스트림들로 변환한다. 병렬 비트 스트림들은 IFFT 유닛(708)에 공급된다.
IFFT 유닛(708)은 Nc 비트 스트림들에 대해 역 고속 푸리에 변환을 수행하여 부반송파 상에서 반송될 사용자 데이터를 시간-영역 비트 스트림들로 변환한다. 시간-영역 비트 스트림들은 제어 채널 다중화 유닛(712)에 공급된다.
확산 유닛(710)은 제어 비트 스트림을 확산 코드로 승산한다. 확산 유닛(710)은 직접 시퀀스-코드 분할 다중 접속(DS-CDMA) 방식을 이용하여 코드 확산을 수행한다. 확산 유닛(710)은 확산 코드 발생기(도시하지 않음) 및 확산 코드 승산기(도시하지 않음)를 구비한다. 코드-확산 제어 비트 스트림은 진폭 레벨의 적절한 조정을 위해 승산기(722)에 공급되고 이후 제어 채널 다중화 유닛(712)에 입력된다.
확산 계수 및 진폭 결정 유닛(716)은 현재의 무선 통신에서 요구되는 신호 품질, 제어 채널로 인한 데이터 채널의 간섭 레벨에 대한 정보, 및 그 밖의 필요 정보를 획득, 감시 또는 추정한다. 획득된 정보에 기초하여 결정된 제어 채널의 확산 계수 및 진폭은 확산 코드 제어 유닛(718) 및 진폭 제어 유닛(720)에 각각 공급된다. 확산 계수 및 진폭 결정 유닛(716)은 도 10을 참조하여 제 1 실시예에 설명 된 것과 동일한 구조를 가질 수 있다. 그러나, 제 2 실시예에서, 제어 채널은 제어 채널이 주파수 축을 따라 삽입되는 제 1 실시예와는 달리, 시간 축을 따라 연속적으로 삽입된다.
확산 계수 제어 유닛(718)은 확산 계수 및 진폭 결정 유닛(716)으로부터 공급된 정보에 기초하여 적절한 확산 계수를 설정하기 위해 제어 신호를 발생하고, 이 제어 신호를 확산 유닛(710)에 공급한다. 진폭 제어 유닛(720)은 확산 계수 및 진폭 결정 유닛(716)으로부터 공급된 정보에 기초하여 적절한 진폭 레벨 또는 전력 레벨을 설정하기 위한 제어 신호를 발생하고, 이 제어 신호를 승산기(722)에 공급한다.
제어 채널 다중화 유닛(712)은 IFFT 유닛(708)으로부터 공급된 사용자 데이터의 병렬 비트 스트림들을 제어 채널의 코드-확산 비트 스트림에 가산하고, 사용자 데이터 스트림을 확산 제어 비트 스트림과 결합하여 다중화된 비트 스트림을 출력한다. 이후 이러한 비트 스트림은 보호 구간의 적용이 행해지고, 대역-제한 처리 유닛, 주파수 변환기, 및 전력 증폭기를 구비하는 RF 유닛(도시하지 않음)에 공급되고, 안테나로부터 송신된다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 OFDM 통신 시스템에 사용되는 무선 수신기(800)의 블록도이다. 무선 수신기(800)는 심볼 타이밍 동기화 유닛(802), 보호 구간 제거 유닛(804), 고속 푸리에 변환(FFT) 유닛(806), 레이크 결합 유닛(808), 경로 탐색 유닛(810), 채널 추정 유닛(812), 및 확산 계수 및 채널 형태 추정 검출 유닛(814)을 가진다.
심볼 타이밍 동기화 유닛(802)은 적절한 타이밍을 보장하기 위해 수신된 OFDM 심볼들에 기초하여 동기화를 취한다. 보호 구간 제거 유닛(804)은 수신된 OFDM 심볼로부터 보호 구간을 제거하고, 후속 잔여 부분을 추출한다. 고속 푸리에 변환(FFT) 유닛(806)은 고속 푸리에 변환을 수행하고, 각각의 부반송파들 상에서 송신된 정보를 출력한다. 이후, 적절한 처리들이 행해져서(도 8에 도시하지 않은 구성 요소들에 의해) 송신된 정보를 복원한다.
수신된 OFDM 심볼들은 또한 레이크 결합 유닛(808) 및 경로 탐색 유닛(810)에 입력된다. 경로 탐색 유닛(810)은 수신된 OFDM 심볼들의 다중 전파 경로들의 타이밍을 검출한다. 채널 추정 유닛(812)은 각 경로에서의 페이딩 변동을 보상하기 위한 제어 신호를 레이크 결합 유닛(808)에 공급한다. 확산 계수 및 채널 형태 검출 유닛(814)은 확산 코드의 확산 계수에 대한 정보를 레이크 결합 유닛(808)에 공급하고, 어떤 형태의 코드-확산 정보가 현재 처리되고 있는지를 결정한다. 레이크 결합 유닛(808)은 제어 신호에 기초하여 각 경로에 대한 페이딩의 영향을 보상하면서, 각각의 다중 경로들로부터의 신호들을 결합한다. 그 결과, 적절하게 역확산된 제어 비트 스트림이 제어 채널에 대해 얻어질 수 있다. 제어 비트 스트림들에 기초하여, 무선 송신기(700)로부터 송신된 제어 채널은 후속 구성 요소들(도시하지 않음)에 의해 복원된다.
다음에, 제어 채널 및 데이터 채널의 다중화 및 분리에 대해 설명한다. 기본 절차는 도 9를 참조하여 이미 설명된 것과 동일하다. 제 2 실시예에 있어서, 데이터 채널은 사용자 보통의(ordinary) OFDM 심볼들을 포함하는 사용자 비트 스트림 데이터이며, 반면 제어 채널은 DS-CDMA 방식에 기초한 코드-확산 비트 스트림이다. 데이터 채널 및 제어 채널은 제어 채널 다중화 유닛(712)에서 서로 가산된다. 다중화된 비트 스트림은 보호 구간의 적용이 행해지고, 안테나로부터 OFDM 심볼들로서 송신된다. 제어 채널이 시간 영역에서 코드-확산되므로, 송신될 신호의 시간-영역 스펙트럼은 도 6b에 도시된 것과 같이 되며, 이것은 도 1b에 도시된 종래 기술의 시간-영역 스펙트럼과 크게 다르다.
무선 수신기(800)에서 데이터 채널을 복원할 때, 제어 채널은 잡음으로서 취급된다. 잡음은 도 6b에 도시된 것과 같이 프레임의 전체 구역에 걸쳐 낮은 진폭 레벨을 가지며, 따라서, 데이터 채널의 복원은 잡음에 의해 방해받지 않는다. 환언하면, 확산 계수 제어 유닛(718) 및 진폭 제어 유닛(720)은 제어 채널이 데이터 채널의 복원을 방해하지 않도록 확산 계수 및 진폭(또는 전력)을 적절히 조정한다.
제 2 실시예에 있어서, 제어 채널은 시간 영역의 전체 프레임에 걸쳐 연속적으로 삽입된다. (제 1 실시예에서, 제어 채널은 주파수 영역의 전체 범위에 걸쳐 연속적으로 삽입된다. 시간 축에 따른 진폭 레벨의 급격한 변화 또는 페이딩으로 인해 순간적으로 변하는 신호는 전체 프레임에 걸쳐 정확하게 추종될 수 있다. 더욱이, 제어 채널은 채널이 확산 코드에 의해 확산되는지의 여부에 기초하여 데이터 채널로부터 구별될 수 있기 때문에, 전용 채널을 제어 채널에 할당할 필요가 없다. 그 결과, 종래 기술에서 제어 채널에 독점적으로 할당되었던 자원들은 데이터 채널에 할당될 수 있다. 제어 채널 내에서는, 파일럿 채널만이 코드-확산될 수 있다.
제 1 및 제 2 실시예(주파수 영역 및 시간 영역 각각에서 제어 채널을 확산 하기 위한)에서, 데이터 채널을 확산하는 것도 기술적으로 가능하다. 이와 같은 장치는 다수의 셀들이 넓은 범위의 서비스 영역을 정의할 때 유리하다. CDMA 방식에 있어서, 자신의 국으로 어드레싱되지 않은 모든 신호들은 잡음으로 된다. 이와 같은 잡음은 셀 내에서의 간섭과 인접 셀들로부터의 간섭을 포함한다. 데이터 채널이 코드-확산되면, 인접 셀들로부터의 간섭은 데이터 채널의 추출 중 효율적으로 저감될 수 있다. 따라서, 이와 같은 통신 환경에서는, 데이터 채널의 확산이 유리하다.
그러나, 다른 셀들로부터의 간섭이 고려되지 않아야 하는 몇몇 환경들이 있다. 예를 들면, 셀 또는 서비스 영역은 스폿(spot) 또는 고립된 셀로서 제공된다. 데이터 채널이 이와 같은 환경에서 확산되면, 셀 내의 간섭은 제어 채널의 확산 코드와 데이터 채널의 확산 코드 사이의 간섭으로 인해 증가한다. 이것은 데이터 채널을 위한 자원의 바람직하지 않은 제한으로 이어질 수 있다. 따라서, 고립된 셀들을 정의하는 무선 통신 시스템이 제어 채널을 확산하지만 코드를 확산하지 않고, 보통의 OFDM 심볼들로서 데이터 채널을 송신하는 것이 유리하다. 제 1 및 제 2 실시예에 설명된 무선 송신기는 데이터 채널이 코드-확산 파일럿 채널과 다중화되도록 고립된 셀의 무선 기지국에 유리하게 적용될 수 있다.
본 발명에 의하면 데이터 채널 및 제어 채널에 할당된 자원의 효율적인 사용을 달성할 수 있는 OFDM 무선 송신 기술을 제공할 수 있다.

Claims (9)

  1. 송신기 및 수신기를 구비하는, 직교 주파수 분할 다중(OFDM; orthogonal frequency division mltiplexing) 방식을 이용하는 무선 통신 시스템에 있어서,
    상기 송신기는:
    데이터 송신시의 신호 품질 정보와 간섭 정보 중 적어도 하나에 기초하여 제어 채널에 대한 확산 계수 및 진폭을 결정하도록 구성된 결정 유닛;
    데이터 채널을 상기 확산 계수 및 상기 진폭에 기초하여 코드-확산된 상기 제어 채널과 다중화하도록 구성된 다중화 유닛; 및
    상기 다중화된 신호를 OFDM 방식으로 변조하고 상기 변조된 신호를 OFDM 심볼들로서 송신하는 수단을 포함하고,
    상기 수신기는:
    상기 제어 채널을 추출하기 위해 상기 OFDM 심볼들을 복조하고 상기 복조된 심볼들을 역확산하는 수단을 구비하는, 무선 통신 시스템.
  2. 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 방식에 기초한 무선 통신 시스템에 사용되는 송신기에 있어서,
    데이터 송신시의 신호 품질 정보와 간섭 정보 중 적어도 하나에 기초하여 제어 채널에 대한 확산 계수 및 진폭을 결정하도록 구성된 결정 유닛;
    데이터 채널을 상기 확산 계수 및 상기 진폭에 기초하여 코드-확산된 상기 제어 채널과 다중화하도록 구성된 다중화 유닛; 및
    상기 다중화된 신호를 OFDM 방식으로 변조하고 상기 변조된 신호를 OFDM 심볼들로서 송신하는 수단을 포함하는, 송신기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어 채널을 다중-캐리어 코드 분할 다중 접속(MC-CDMA; multi-carrier code division multiple access) 방식으로 코드 확산하도록 구성된 확산 유닛을 더 포함하는, 송신기.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어 채널을 직접 시퀀스-코드 분할 다중 접속(DS-CDMA; direct sequence-code division multiple access) 방식으로 코드-확산하도록 구성된 확산 유닛을 더 포함하는, 송신기.
  5. 제 2 항에 있어서,
    고립된 셀(isolated cell)의 무선 기지국에 적용되는, 송신기.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 결정 유닛은 상기 데이터 채널에 대한 상기 제어 채널의 영향이 미리 정해진 레벨보다 작도록 상기 확산 계수 및 상기 진폭을 제어하는, 송신기.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 코드-확산 제어 채널의 상기 확산 계수 및 상기 진폭을 나타내는 정보가 송신되는, 송신기.
  8. 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 방식에 기초한 무선 통신 시스템에 사용되는 수신기에 있어서,
    수신된 신호로부터 확산 계수 및 채널 형태를 검출하도록 구성된 검출 유닛으로서, 상기 수신된 신호는 함께 다중화되는 데이터 채널 및 제어 채널인, 상기 검출 유닛; 및
    상기 확산 계수 및 상기 채널 형태에 기초하여 상기 수신된 신호로부터 상기 제어 채널을 복원하는 제어 채널 복원 수단을 포함하는, 수신기.
  9. 직교 주파수 분할 다중(OFDM; orthogonal frequency division mltiplexing) 방식에 기초한 무선 통신 방법에 있어서,
    데이터 송신시의 신호 품질 정보 및 간섭 레벨에 기초하여 송신될 제어 채널에 대한 확산 계수 및 진폭을 결정하는 단계;
    데이터 채널을 상기 결정된 확산 계수 및 진폭을 이용하여 코드-확산된 제어 채널과 다중화하는 단계;
    상기 다중화된 신호를 상기 OFDM 방식으로 변조하는 단계;
    상기 변조된 신호를 송신하는 단계;
    상기 송신된 신호를 상기 OFDM 방식으로 수신기에서 복조하는 단계; 및
    상기 제어 채널을 추출하기 위해 상기 변조된 신호를 역확산하는 단계를 포함하는, 무선 통신 방법.
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