KR100751098B1

KR100751098B1 - 직교 주파수 분할 다중화 기반 통신 시스템에서의 파일럿심볼 전송 방법 및 장치, 그 수신방법 및 장치

Info

Publication number: KR100751098B1
Application number: KR1020060015239A
Authority: KR
Inventors: 김동한; 박경
Original assignee: 주식회사 팬택앤큐리텔
Priority date: 2006-02-16
Filing date: 2006-02-16
Publication date: 2007-08-22
Also published as: EP1821482A3; EP1821482A2; US20070189406A1; KR20070082420A; CN101056301A; JP2007221796A

Abstract

직교 주파수 분할 다중화 기반 통신 시스템에서 채널추정을 위한 파일럿 심볼 전송 방법 및 장치, 그 수신방법 및 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 파일럿 심볼 전송 방법은, 직교 주파수 분할 다중화 기반 통신 시스템에서의 파일럿 심볼 전송 방법에 있어서, (a) 전송하고자 하는 파일럿 심볼에 대해 각 단말마다 할당된 파일럿 톤 주파수를 매핑하여 IFFT 를 수행하는 단계; 및 (b) IFFT 수행된 짝수번째 파일럿 심볼과 홀수번째 파일럿 심볼을 구분하여 어느 한쪽편의 파일럿 심볼들에만 위상 회전을 부여하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 채널추정의 과정에서 대역폭 효율의 손실없이 무선채널추정의 주파수 샘플링율을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

직교 주파수 분할 다중화 기반 통신 시스템에서의 파일럿 심볼 전송 방법 및 장치, 그 수신방법 및 장치 {Method and apparatus of transmitting pilot symbols in orthogonal frequency division multiplexing based communication system, method and apparatus of receiving the pilot symbols}

도 1은 OFDM 통신 시스템에서 사용되는 프레임 구조를 도시한 도면,

도 2는 도 1의 프레임 구조에 따른 심볼들을 시간 및 주파수 평면상에서 도시한 도면,

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 OFDM 통신 시스템에서 i번째 단말의 s번째 파일럿 심볼의 구성방법을 설명하기 위한 도면,

도 4는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 OFDM 통신 시스템에서 i번째 단말의 s번째 파일럿 심볼의 구성방법을 설명하기 위한 도면,

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파일럿 심볼 전송장치의 블록도,

도 6은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 파일럿 심볼 전송장치의 블록도,

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파일럿 심볼 수신장치의 블록도,

도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파일럿 심볼 전송방법의 흐름도,

도 9는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 파일럿 심볼 전송방법의 흐 름도,

도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파일럿 심볼 수신방법의 흐름도이다.

본 발명은 이동통신 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 직교 주파수 분할 다중화 기반 통신 시스템에서 채널추정을 위한 파일럿 심볼 전송 방법 및 장치, 그 수신방법 및 장치에 관한 것이다.

직교 주파수 분할 변조(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM) 방식은 직교성을 갖는 다수의 부반송파(subcarrier)를 사용하여 각 단말의 데이터를 전송하므로 주파수 효율이 높으며, 단말간 직교성이 유지되어 셀내에서 단말간 간섭이 적다. 또한 연속된 OFDM 심볼 사이에는 무선채널의 최대지연확산보다 긴 보호구간을 두고 여기에 순환전치(Cyclic Prefix, CP)를 부가하여 전송함으로써 다중경로 채널에 의한 심볼간 간섭을 방지할 수 있다. 또한 각 부반송파는 협대역 주파수 비선택 페이딩 채널로 근사화되기 때문에 채널추정 및 등화를 주파수 영역에서 간단하게 구현할 수 있는 장점이 있다.

더욱이 OFDM 방식은 송신단에서 역푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT)부에 입력되는 신호에 DFT(Discrete Fourier Transform)을 적용하면, 송신신호의 평균전력대 최대순시전력의 비(Peak to Average Power Ratio, PAPR)를 감소시킬 수 있어 송신단 전력제한이 심한 단말 구현에 적합하며, 송신신호의 PAPR이 작기 때문에 커버리지의 증가, 전력 효율 향상을 도모할 수 있는 장점이 있어 상향링크의 고속 데이터 전송 방식으로 OFDM 방식에 대한 연구가 최근 활발히 진행되고 있다.

OFDM 방식을 이용한 통신 시스템에서 하나의 프레임은

개의 파일럿 심볼과

개의 데이터 심볼로 구성된다. 그리고 하나의 프레임에 삽입되는 파일럿 심볼과 데이터 심볼은 시간 멀티플렉싱되며, 파일럿 심볼 전송에 따른 대역폭 오버헤드를 줄이기 위해 파일럿 심볼의 주기

는 데이터 심볼의 시간주기

의 1/2 이 된다. 또한, OFDM에서 심볼의 시간주기와 심볼을 구성하는 톤간 간격은 반비례관계에 있기 때문에 파일럿 심볼에서 파일럿 톤간 간격

는 데이터 심볼에서 데이터 톤간 간격

의 2배가 된다.

따라서

-번째 단말이

-번째 파일럿 심볼에서 파일럿 톤 전송을 위해 할당받는 파일럿 톤 주파수 집합

은 데이터 톤 전송을 위한 데이터 톤 주파수 집합

의 크기의 1/2이 되어 채널추정시에 샘플링율이 떨어진다는 단점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 종래기술로, 인접한 데이터 톤을 할당받아 데이터를 전송하는 집중형(localized) 데이터 톤 맵핑 방식에서는 파일럿 톤간의 보간을 사용하며, 등간격으로 존재하는 데이터 톤을 할당받아 데이터를 전송하는 분포형(distributed) 데이터 톤 맵핑 방식에서는 스태거드(staggered) 파일럿을 사 용한다.

그러나 스태거드(staggered) 파일럿을 사용한 매핑 방식은 파일럿 심볼마다 파일럿 톤 주파수 집합의 주파수 오프셋을 다르게 주어 채널추정의 샘플링율을 증가시킬 수는 있으나 데이터 심볼을 구성하는 각 데이터 톤에 대해

개의 파일럿 심볼중

개의 파일럿 심볼에만 파일럿 톤을 전송하기 때문에 파일럿 심볼의 주파수 효율성이 떨어진다는 단점이 있다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 직교 주파수 분할 다중화 기반의 통신 시스템에서 채널추정을 위한 파일럿 심볼 전송 방법 및 장치, 그 수신방법 및 장치를 제공하는 것이다.

즉, OFDM 변복조 기반 통신 시스템에서 하나의 프레임에 삽입되는 파일럿 심볼의 주기가 데이터 심볼 주기의 1/2인 경우에, 파일럿 심볼을 구성하는 파일럿 톤의 간격이 데이터 심볼을 구성하는 데이터 톤의 간격보다 2배 넓어짐에 따라 발생하는 무선채널 추정시의 주파수 샘플링율의 감소를 해결하기 위하여, 분포형(distributed) 데이터 톤 맵핑을 사용하는 송신단에서 대역폭 효율의 손실없이 무선 채널 추정의 샘플링율을 증가시킬 수 있는, 직교주파수 분할 다중화 기반의 통신 시스템에서 채널추정을 위한 파일럿 심볼 전송 방법 및 장치, 그 수신방법 및 장치를 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제는 본 발명에 따라, 직교 주파수 분할 다중화 기반 통신 시스템에서의 파일럿 심볼 전송 방법에 있어서, (a) 전송하고자 하는 파일럿 심볼에 대해 각 단말마다 할당된 파일럿 톤 주파수를 매핑하여 IFFT 를 수행하는 단계; 및 (b) IFFT 수행된 짝수번째 파일럿 심볼과 홀수번째 파일럿 심볼을 구분하여 어느 한쪽편의 파일럿 심볼들에만 위상 회전을 부여하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파일럿 심볼 전송 방법에 의해 달성된다.

상기 (a) 단계는, (a1) 파일럿 톤의 변조차수에 따라 상기 파일럿 톤 변조에 필요한 복수개의 파일럿 값을 생성하는 단계; (a2) 상기 생성된 파일럿 값을 병렬 데이터로 변환하고, 상기 변조차수에 따라 PSK/QAM 변조를 수행하는 단계; (a3) 상기 PSK/QAM 변조된 심볼들을 각 단말마다 할당된 파일럿 톤 주파수 집합으로 매핑하는 단계; 및 (a4) 상기 파일럿 톤 맵핑된 신호에 대해 IFFT를 수행하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 (b) 단계는, (b1)

번째 단말의 출력신호

에 대해서만 위상회전을 수행하는 단계; 및 (b2) 상기 위상회전된 출력신호

와 위상회전되지 않은 출력신호에 대해 순환전치를 삽입하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 기술적 과제는 직교 주파수 분할 다중화 기반 통신 시스템에서의 파일럿 심볼 전송 방법에 있어서, (a) 전송하고자 하는 파일럿 심볼에 대해 각 단말마다 할당된 파일럿 톤 주파수를 매핑하여 IFFT 를 수행하는 단계; 및 (b) 상기 IFFT 수행된 신호를 버퍼에 저장하고 이를 두 파일럿 심벌동안에 걸쳐 나누어 전송 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파일럿 심볼 전송 방법에 의해서도 달성된다.

상기 (b) 단계는, (b1) 상기 파일럿 톤 맵핑된 신호에 대해

-포인트 IFFT 를 수행하여 버퍼에 저장하고 이를 두 파일럿 심벌동안에 걸쳐 나누어 출력하는 단계; 및 (b2) 상기 버퍼에서의 출력신호

에 대해 순환전치를 삽입한 후 이를 직렬 데이터로 변환하여 전송하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 기술적 과제는 직교 주파수 분할 다중화 기반 통신 시스템에서의 파일럿 심볼 수신 방법에 있어서, (a) 상기 수신된 신호를 병렬 데이터로 변환하는 단계; (b) 상기 변환된 병렬 데이터에서 순환전치를 제거하는 단계; (c) 상기 순환전치가 제거된 파일럿 심볼 두개가 수신될 때까지 이를 버퍼에 저장하는 단계; (d) 상기 두 파일럿 심볼을 순서대로 연접하여

-포인트 FFT를 수행하는 단계; (e) 상기 FFT 출력신호에서 파일럿 톤을 추출하고, 추출된 파일럿 톤을 이용하여 채널을 추정하는 단계; 및 (f) 상기 채널 추정값을 바탕으로 데이터 심볼에 대해 채널 등화를 수행하여 데이터를 복조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파일럿 심볼 수신 방법에 의해서도 달성된다.

한편, 본 발명의 다른 분야에 따르면, 상기 기술적 과제는 직교 주파수 분할 다중화 기반 통신 시스템에서의 파일럿 심볼 전송 장치에 있어서, 전송하고자 하는 파일럿 심볼에 대해 각 단말마다 할당된 파일럿 톤 주파수를 매핑하는 톤 매핑부; 및 상기 매핑된 신호에 대해 IFFT 가 수행되면, 이를 수신하여 짝수번째 파일럿 심볼과 홀수번째 파일럿 심볼을 구분하여 어느 한쪽편의 파일럿 심볼들에만 위상 회전을 부여하는 위상 회전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 파일럿 심볼 전송 장치에 의해서도 달성된다.

또한, 상기 기술적 과제는 직교 주파수 분할 다중화 기반 통신 시스템에서의 파일럿 심볼 전송 장치에 있어서, 전송하고자 하는 파일럿 심볼에 대해 각 단말마다 할당된 파일럿 톤 주파수를 매핑하는 톤 매핑부; 및 상기 매핑된 신호에 대해 IFFT 가 수행되면, 이를 수신하여 버퍼에 저장하였다가 이를 두 파일럿 심벌동안에 걸쳐 나누어 전송하는 전송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 파일럿 심볼 전송 장치에 의해서도 달성된다.

또한, 상기 기술적 과제는 직교 주파수 분할 다중화 기반 통신 시스템에서의 파일럿 심볼 수신 장치에 있어서, 상기 수신된 신호를 병렬 데이터로 변환하는 S/P 변환부; 상기 변환된 병렬 데이터에서 순환전치를 제거하는 순환전치 제거부; 상기 순환전치가 제거된 파일럿 심볼 두개가 수신될 때까지 이를 저장하였다가 출력하는 버퍼; 상기 두 파일럿 심볼을 순서대로 연접하여

-포인트 FFT를 수행하는 FFT 수행부; 상기 FFT 출력신호에서 파일럿 톤을 추출하는 톤 추출부; 상기 추출된 파일럿 톤을 이용하여 채널을 추정하는 채널 추정부; 및 상기 채널 추정값을 바탕으로 데이터 심볼에 대해 채널 등화를 수행하는 채널 등화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 파일럿 심볼 수신 장치에 의해서도 달성된다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 OFDM 통신 시스템에서 사용되는 프레임 구조를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면,

의 시간주기를 갖는 하나의 프레임(110)은

개의 파일럿 심볼과

개의 데이터 심볼로 구성된다. 데이터 심볼은

의 시간주기를 가지며,

시간 주기 동안

개의 단말은 기지국으로부터 고유하게 할당받은

개의 데이터 톤(이를 서브 캐리어라고도 한다)을 사용하여 전송하고자 하는 데이터를 이 데이터 톤에 실어 전송한다. 여기서

은 송수신단에서 데이터 톤 변조를 위해 사용하는 IFFT의 크기이며 데이터 심볼에서 사용하는 총 톤(서브 캐리어) 수와 같다. 파일럿 심볼은 데이터 심볼과 함께 시분할 멀티플렉싱되어 전송되어 채널추정, 단말과 기지국간 동기, 상향링크 신호품질 측정을 위한 파일럿 톤(파일럿 신호를 실어 전송하기 위한 서브 캐리어)에 실려 전송되며, 파일럿 심볼은 파일럿 톤 전송에 따른 대역폭 오버헤드를 줄이기 위해 데이터 심볼의 1/2 주기인

시간주기를 갖는다.

OFDM의 파일럿 심볼과 데이터 심볼의 시간주기와 톤 간 주파수 간격은 반비례 관계에 있기 때문에 파일럿 심볼의 톤 간 간격

는 데이터 심볼의 톤 간 간 격

에 비해 2배 넓은 주파수 대역을 갖게 되며

, 따라서 파일럿 심볼의 총 톤 수

는 데이터 심볼의 총 톤 수

의 1/2이 된다. 즉, 파일럿 심볼은 파일럿 톤 변조를 위해

의 크기를 갖는 IFFT를 사용한다. 파일럿 심볼은

개의 파일럿 톤을 구현에 따라

개의 단말이 나누어 사용할 수 있지만, 일반적으로 각 단말마다

개의 파일럿 톤을 파일럿 전송한다. 파일럿 심볼과 데이터 심볼 모두 다중경로 지연성분에 의한 심볼간 간섭을 방지하기 위해 시간주기

를 갖는 보호구간을 각 심볼앞에 삽입하여 전송한다. 도 1의 예에서는 보호구간으로 순환전치(Cyclic Prefix, CP)를 사용하였다.

도 2는 도 1의 프레임 구조에 따른 심볼들을 시간 및 주파수 평면상에서 도시한 도면이다.

전술한 바와 같이 하나의 프레임(100)은 시간축상에서 보면

개의 파일럿 심볼과

개의 데이터 심볼로 구성된다. 그리고 주파수 축상에서는 각 단말들이 주파수를 분할하여 사용하기 때문에 각 단말에 할당된 주파수 대역을 사용한다. 예를 들어 단말1이 채널1을 사용하는 것으로 할당되어 있다면, 도 2에 도시한 바와 같이 일정한 주파수 간격으로 할당된 채널1이 단말1에 할당되어 있음을 알 수 있다.

한편, 다중접속을 위한 톤 맵핑 방법으로는 집중형 데이터 톤 맵핑 방법과 분포형 데이터 톤 맵핑 방법이 있다. 집중형 데이터 톤 맵핑 방법은

-번째 단말에 서로 인접한

개의 데이터 톤을 갖는 톤 주파수 집합

를 할당하여 다중접속을 수행하는 방식이다. 반면에 분포형 데이터 톤 맵핑 방법은

-번째 단말에

의 주파수 등 간격을 갖는

개의 데이터 톤 주파수 집합

를 할당하여 다중접속을 수행하는 방식이다. 본 발명에서는 분포형 데이터 톤 맵핑 방법을 사용하는 OFDM 기반 통신 시스템에서 채널추정의 주파수 샘플링율을 증가시키면서도 파일럿 톤의 주파수 효율의 증가시켜 채널추정 성능을 높인다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 OFDM 통신 시스템에서 i번째 단말의 s번째 파일럿 심볼의 구성방법을 설명하기 위한 도면이다.

즉, 도 3은 본 발명에 따른 OFDM 통신 시스템의 분포형 데이터 톤 맵핑에 적합한

-번째 단말의

-번째 파일럿 심볼에서 파일럿 톤 구성방법의 일예를 도시한 것이다. 도 3을 참조하면, 본 발명에서 제안된 파일럿 톤 맵핑은 우선

크기의 데이터 톤 주파수 집합

의 채널 추정을 위해, 데이터 톤의 톤간 간격

과 동일한

의 주파수 등간격을 갖는

개의 파일럿 톤을 매핑함을 알 수 있다. 도 3에 따른

-번째 단말의

-번째 파일럿 심볼에서의 파일럿 톤 매핑은 다음 수학식1에 따라 수행될 수 있다.

여기서

는

보다 작거나 같은 최대의 정수를 나타낸다. 도 3의 실시예에서는,

,

인 경우 4개의 단말에 할당된 파일럿 톤 주파수 집합

의 일 예를 나타낸 것이다.

수학식 1에 따라 수행된 파일럿 톤 매핑된 신호에 대해

-번째 단말은

-포인트 IFFT를 수행하고

-번째 파일럿 심볼 출력신호

을 생성한다. 여기서 임의의 정수 a,

에 대해

의 조건을 만족해야 한다. 그러나 수학식 1에 따른 파일럿 톤 매핑 후 IFFT 출력신호

를 파일럿 심볼에 삽입하여 전송할 경우 임의의 정수

에 대해

을 갖는 단말과

을 갖는 단말은 동일한 파일럿 톤을 사용하기 때문에 기지국에서 파일럿 톤끼리 서로 간섭을 주어 채널추정이 어렵다.

따라서 본 발명에서는

번째 단말의

-포인트 IFFT 출력신호

에 다음 수학식 2를 적용하여

을 갖는 단말과

을 갖는 단말의 파일럿 톤의 충돌을 간섭을 방지한다.

여기서

은

-번째 단말이 전송하는

-번째 파일럿 심볼 신호를 나타낸다. 반면,

번째 단말이 전송하는 파일럿 심볼 신호

는

이다. 수학식 2를 적용하여 파일럿 심볼을 전송하면 기지국에서 파일럿 톤 간의 간섭없이 채널추정의 샘플링율을 증가시킬 수 있으며, 파일럿 심볼의 주파수 효율을 증가시켜 채널추정 성능을 높일 수 있다.

도 4는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 OFDM 통신 시스템에서 i번째 단말의 s번째 파일럿 심볼의 구성방법을 설명하기 위한 도면이다.

즉, 도 4는 본 발명에 따른 OFDM 통신 시스템의 분포형 데이터 톤 맵핑에 적합한

-번째 단말의

-번째 파일럿 심볼에서 파일럿 톤 구성방법의 또 다른 일예를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면 파일럿 톤 맵핑은

의 등간격을 갖는

개의 데이터 톤의 채널추정을 위해 데이터 톤이 전송된 주파수와 동일한 주파수에 대해

의 등간격을 갖는

개의 파일럿 톤을 매핑함을 알 수 있다. 도 4에 따른

-번째 단말의

-번째 파일럿 심볼에서 파일럿 톤의 매핑은 다음 수학식 3에 따라 수행될 수 있다.

도 4의 예에서는

,

인 경우 4개의 단말에 할당된 파일럿 톤 주파수 집합

의 일 예를 도시한 것이다. 파일럿 톤 매핑된 신호에 대해 단말은

-포인트 IFFT를 수행하여 출력신호

을 생성한다. IFFT 출력신호

의 크기

은 파일럿 심볼의 크기

보다 2배 크기 때문에, 두 파일럿 심볼마다 한번씩 IFFT를 수행하며, 두 파일럿 심볼에 걸쳐 전송된다. 즉, IFFT 출력신호

의 앞부분

크기의 신호는

번째 파일럿 심볼에 전송되고, 뒷부분

크기의 신호는

번째 파일럿 심볼에 전송된다. 이를 수학식으로 표현하면 다음 수학식 4와 같다.

도 3과 도 4의 예시로 설명한 본 발명의 다른 파일럿 톤 구성방법은 다른 수학적, 도식적 구조를 갖지만 한 프레임내의 두 파일럿 심볼을 통해 전송되는 신호

는 동일하다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파일럿 심볼 전송장치의 블록도이다.

도 5의 파일럿 심볼 전송장치는 파일럿 값 생성부(510), S/P 변환부(520), PSK/QAM 변조부(530-1 내지 530-n), 톤 매핑부(540), IFFT 수행부(550), 위상 회전부(560), 순환전치 삽입부(570), P/S 변환부(580), RF 송신부(590)를 포함한다.

파일럿 값 생성부(510)는 변조차수

에 따라 파일럿 톤 변조에 필요한

개의 파일럿 값을 생성한다. S/P 변환부(520)는 이렇게 생성된 파일럿 값을 병렬 데이터로 변환하고, PSK/QAM 변조부(530-1 내지 530-n)는 이를 받아 파일럿 톤의 변조차수

에 따라 PSK/QAM 변조를 수행한다.

톤 매핑부(540)는 PSK/QAM 변조된 심볼들을

개씩 묶어 도 2를 참조하여 전술한 바와 같은 파일럿 톤 맵핑 방법에 따라 매핑하여 IFFT 수행부(550)에 전달한다. 즉, 파일럿 심볼을 구성하는

개의 톤에

개의 파일럿 심볼을

의 등간격으로 매핑하고 나머지 톤들은 0을 삽입하여 IFFT 수행부(550)로 전달한다. 다시 말하면 데이터 톤의 채널 추정을 위하여 데이터 톤이 전송된 주파수와 동일한 주파수에 대해 파일럿 톤을

의 등간격으로 매핑하고 나머지 톤들은 0을 삽입한다.

IFFT 수행부(550)는 파일럿 톤 맵핑된 신호를

-포인트 IFFT 수행하면, 위상 회전부(560)는 수학식 2에 따라

번째 단말의 출력신호

에 대해서만 위상회전을 수행한다. 그리고 순환전치 삽입부(570)는 위상회전된 출력신호

또는 위상회전되지 않은 신호에 대해 순환전치를 삽입하고, P/S 변환부(580)는 이를 직렬 데이터로 변환하여 RF 송신부(590)로 전달한다.

도 6은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 파일럿 심볼 전송장치의 블록도이다.

도 6의 파일럿 심볼 전송장치는 파일럿 값 생성부(610), S/P 변환부(620), PSK/QAM 변조부(630-1 내지 630-n), 톤 매핑부(640), IFFT 수행부(650), 버퍼(660), 순환전치 삽입부(670), P/S 변환부(680), RF 송신부(690)를 포함한다.

파일럿 값 생성부(610)는 변조차수

에 따라 파일럿 톤 변조에 필요한

개의 파일럿 값을 생성한다. S/P 변환부(620)는 이렇게 생성된 파일럿 값을 병렬 데이터로 변환하고, PSK/QAM 변조부(630-1 내지 630-n)는 이를 받아 파일럿 톤의 변조차수

에 따라 PSK/QAM 변조를 수행한다.

톤 매핑부(640)는 PSK/QAM 변조된 심볼들을

개씩 묶어 도 3을 참조하여 전술한 바와 같은 파일럿 톤 맵핑 방법에 따라 매핑하여 IFFT 수행부(650)에 전달한다. 즉, 파일럿 심볼을 구성하는

개의 톤에

개의 파일럿 심볼을

의 등간격으로 데이터 톤과 동일하게 매핑하고 나머지 톤들은 0을 삽입하여 IFFT 수행부(650)로 전달한다.

그리고 IFFT 수행부(650)는 파일럿 톤 맵핑된 신호를

-포인트 IFFT 수행하여 버퍼(660)에 저장하고, 순환전치 삽입부(670)는 버퍼(660)에서의 출력신호

에 대해 순환전치를 삽입하고, P/S 변환부(680)는 이를 직렬 데이터로 변환하여 RF 송신부(690)로 전달한다.

한편, 버퍼(660), 순환전치 삽입부(670), P/S 변환부(680) 및 RF 송신부(69)를 포함하여 전송부라고 하면, 전송부는 파일럿 톤 매핑된 신호에 대해 IFFT 가 수행되면, 이를 수신하여 버퍼(660)에 저장하였다가 이를 두 파일럿 심벌동안에 걸쳐 나누어 전송한다.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파일럿 심벌 수신장치의 블록도이다.

RF 수신부(710)를 통해 수신된 신호는 S/P 변환부(720)에 의해 병렬 데이터로 변환된다. 순환전치 제거부(730)는 여기에서 순환전치를 제거하며, 순환전치가 제거된 신호가 파일럿 심볼인 경우에는 파일럿 심볼을 버퍼(740)에 저장한다. FFT 수행부(750)는 두개의 파일럿 심볼이 수신될 때까지 기다렸다가, 두 파일럿 심볼을 순서대로 연접하여

-포인트 FFT를 수행한다.

-포인트 FFT를 수행하면 그 출력신호에는

개의 파일럿 톤이

의 간격을 가지며 직교성의 손실도 없게 된다. 또한 두 개의 파일럿 심볼을 통해 전송된

개의 파일럿 톤의 전력이 서로 결합되어 수신단에서

개의 파일럿 톤이 수신되므로, 수신단에서 각 파일럿 톤의 전력을 증가시킬 수 있어 파일럿 톤을 사용한 채널추정 성능을 증가시킬 수 있다.

톤 추출부(760)는 FFT 출력신호에서 파일럿 톤을 추출하고, 채널 추정부(770)는 추출된 파일럿 톤을 이용하여 채널을 추정한다. 본 실시예에서는 채널 추정을 수행하기 위한 파일럿 심볼의 송수신에 대하여 주로 설명하고, 파일럿 톤을 사용한 채널추정방법 자체에서는 상세히 설명하지 않는다. 그러나 일반적인 OFDM에 적용되는 Least square 기준 채널추정 또는 Minimum Mean Square Error 기준 채널추정과 같은 채널 추정방법들이 계산량과 성능에 따라 적절하게 적용될 수 있다. 채널 등화부(780)는 파일럿 톤을 사용한 채널 추정값을 바탕으로 데이터 심볼에 대해 채널 등화를 수행하며 데이터를 복조한다.

도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파일럿 심볼 전송방법의 흐름도이다.

먼저 변조차수

에 따라 파일럿 톤 변조에 필요한

개의 파일럿 값을 생성한다(S810). 그리고 이렇게 생성된 파일럿 값을 병렬 데이터로 변환하고(S820), 파일럿 톤의 변조차수

에 따라 PSK/QAM 변조를 수행한다(S830).

다음으로 PSK/QAM 변조된 심볼들을

개씩 묶어 도 2를 참조하여 전술한 바와 같은 파일럿 톤 맵핑 방법에 따라 매핑한다(S840). 즉, 파일럿 심볼을 구성하는

개의 톤에

개의 파일럿 심볼을

의 등간격으로 매핑하고 나머지 톤들은 0을 삽입한다. 다시 말하면 데이터 톤의 채널 추정을 위하여 데이터 톤이 전송된 주파수와 동일한 주파수에 대해 파일럿 톤을

의 등간격으로 매핑하고 나머지 톤들은 0을 삽입한다.

그리고 이렇게 파일럿 톤 맵핑된 신호를

-포인트 IFFT 수행한후(S850), 수학식 2에 따라

번째 단말의 출력신호

에 대해서만 위상회전을 수행한다(S860). 위상회전된 출력신호

또는 위상회전되지 않은 신호에 대해 순환전치를 삽입하고(S870), 이를 직렬 데이터로 변환하여 RF 송신부로 전달한다(S880).

도 9는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 파일럿 심볼 전송방법의 흐름도이다.

먼저 변조차수

에 따라 파일럿 톤 변조에 필요한

개의 파일럿 값을 생성한다(S910). 그리고 이렇게 생성된 파일럿 값을 병렬 데이터로 변환하고(S920), 이를 파일럿 톤의 변조차수

에 따라 PSK/QAM 변조를 수행한다(S930).

다음으로 PSK/QAM 변조된 심볼들을

개씩 묶어 도 3을 참조하여 전술한 바와 같은 파일럿 톤 맵핑 방법에 따라 매핑한다(S940). 즉, 파일럿 심볼을 구성하는

개의 톤에

개의 파일럿 심볼을

의 등간격으로 데이터 톤과 동일하게 매핑하고 나머지 톤들은 0을 삽입한다.

그리고 파일럿 톤 맵핑된 신호를

-포인트 IFFT 수행하여(S950), 이를 버퍼에 저장하고 두 파일럿 심볼동안 나누어 전송하고(S960), 버퍼에서의 출력신호

에 대해 순환전치를 삽입한다(S970). 그리고, 순환전치 삽입된 신호를 직렬 데이터로 변환하여 RF 송신부로 전달한다(S980).

먼저, RF 수신부를 통해 수신된 신호를 병렬 데이터로 변환한다(S1010). 그리고 이 병렬 데이터에서 순환전치를 제거하며(S1020), 순환전치가 제거된 신호가 파일럿 심볼인 경우에는 파일럿 심볼을 버퍼에 저장한다(S1030). 즉 FFT 수행을 하기 전에 두개의 파일럿 심볼이 수신될 때까지 기다려야 하므로 이를 버퍼에 저장한다. 다음으로 두 파일럿 심볼을 순서대로 연접하여

-포인트 FFT를 수행한다(S1040).

-포인트 FFT를 수행하면 그 출력신호에는

개의 파일럿 톤이

개의 파일럿 톤의 전력이 서로 결합되어 수신단에서

그리고, FFT 출력신호에서 파일럿 톤을 추출하고(S1050), 추출된 파일럿 톤을 이용하여 채널을 추정한다(S1060). 본 실시예에서는 채널 추정을 수행하기 위한 파일럿 심볼의 송수신에 대하여 주로 설명하고, 파일럿 톤을 사용한 채널추정방법 자체에서는 상세히 설명하지 않는다. 그러나 일반적인 OFDM에 적용되는 Least square 기준 채널추정 또는 Minimum Mean Square Error 기준 채널추정과 같은 채널 추정방법들이 계산량과 성능에 따라 적절하게 적용될 수 있다. 다음으로 파일럿 톤을 사용한 채널 추정값을 바탕으로 데이터 심볼에 대해 채널 등화를 수행하며 데이터를 복조한다(S1070).

한편, 본 발명의 파일럿 심볼 전송 및 수신 방법은 OFDM 변복조 방법을 사용하는 4G 나 무선랜 등의 분야에도 그대로 적용될 수 있다.

또한, 전술한 파일럿 심볼 전송 방법 및 이를 바탕으로 한 수신 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성 가능하다. 상기 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 또한, 상기 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 정보저장매체(computer readable media)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써 파일럿 톤 전송 방법 및 수신 방법을 구현한다. 상기 정보저장매체는 자기 기록매체, 광 기록매체, 및 캐리어 웨이브 매체를 포함한다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, OFDM 기반 통신 시스템에서 하나의 프레임에 삽입되는 파일럿 심볼의 주기가 데이터 심볼의 주기의 1/2을 갖는 경우, 파일럿 심볼을 구성하는 파일럿 톤의 간격이 데이터 심볼을 구성하는 데이터 톤의 간격보다 2배 넓어짐에 따라 발생하는 무선채널 추정의 주파수 샘플링율의 감소를 극복할 수 있는 효과가 있다. 즉, 채널추정의 과정에서 대역폭 효율의 손실없이 무선채널추정의 주파수 샘플링율을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 OFDM 기반 통신 시스템의 파일럿 송수신 방법 및 장치는 OFDM 변복조 기법에서의 적용에 대해서만 주로 설명하였으나, PAPR을 낮추기 위해 전송단의 PSK/QAM 변조부 출력심볼에 DFT를 적용한 DFT-spreading 방식 OFDM 시스템에서도 어떠한 변환없이 본 발명이 적용될 수 있다.

Claims

직교 주파수 분할 다중화 기반 통신 시스템에서의 파일럿 심볼 전송 방법에 있어서,

(a1) 전송하고자 하는 파일럿 심볼에 대해 각 단말마다 할당된 파일럿 톤의 변조차수에 따라 상기 파일럿 톤 변조에 필요한 복수개의 파일럿 값을 생성하는 단계;

(a2) 상기 생성된 파일럿 값을 병렬 데이터로 변환하고, 상기 변조차수에 따라 PSK/QAM 변조를 수행하는 단계;

(a3) 상기 PSK/QAM 변조된 심볼들을 각 단말마다 할당된 파일럿 톤 주파수 집합으로 매핑하는 단계;

(a4) 상기 파일럿 톤 맵핑된 신호에 대해 IFFT를 수행하는 단계; 및

(b) IFFT 수행된 짝수번째 파일럿 심볼과 홀수번째 파일럿 심볼을 구분하여 어느 한쪽편의 파일럿 심볼들에만 위상 회전을 부여하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파일럿 심볼 전송 방법.
삭제
제1항에 있어서, 상기 (a3) 단계는,

데이터 톤의 채널 추정을 위하여 데이터 톤이 전송된 주파수와 동일한 주파수에 대해 파일럿 톤을
의 등간격으로 매핑하고 나머지 톤들은 0을 삽입하는 것을 특징으로 하는 파일럿 심볼 전송 방법.

여기서, L은 단말의 수이고,
는 파일럿 심볼의 톤 간 간격이다.
제1항에 있어서, 상기 (a4) 단계는

상기 파일럿 톤 맵핑된 신호에 대해
-포인트 IFFT 수행하는 단계인 것을 특징으로 하는 파일럿 심볼 전송 방법.

여기서
는 파일럿 심볼의 총 톤 수이다.
제1항에 있어서, 상기 (b) 단계는

(b1)
번째 단말의 출력신호
에 대해서만 위상회전을 수행하는 단계; 및

(b2) 상기 위상회전된 출력신호
와 위상회전되지 않은 출력신호에 대해 순환전치를 삽입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파일럿 심볼 전송 방법.
직교 주파수 분할 다중화 기반 통신 시스템에서의 파일럿 심볼 전송 방법에 있어서,

(a1) 전송하고자 하는 파일럿 심볼에 대해 각 단말마다 할당된 파일럿 톤의 변조차수에 따라 상기 파일럿 톤 변조에 필요한 복수개의 파일럿 값을 생성하는 단계;

(a2) 상기 생성된 파일럿 값을 병렬 데이터로 변환하고, 상기 변조차수에 따라 PSK/QAM 변조를 수행하는 단계;

(a3) 상기 PSK/QAM 변조된 심볼들을 각 단말마다 할당된 파일럿 톤 주파수 집합으로 매핑하는 단계;

(a4) 상기 파일럿 톤 맵핑된 신호에 대해 IFFT를 수행하는 단계; 및

(b) 상기 IFFT 수행된 신호를 버퍼에 저장하고 이를 두 파일럿 심벌동안에 걸쳐 나누어 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파일럿 심볼 전송 방법.
삭제
제6항에 있어서, 상기 (a3) 단계는

데이터 톤의 채널 추정을 위하여 데이터 톤이 전송된 주파수와 동일한 주파수에 대해 파일럿 톤을
의 등간격으로 매핑하고 나머지 톤들은 0을 삽입하는 것을 특징으로 하는 파일럿 심볼 전송 방법.

여기서, L은 단말의 수이고,
는 데이터 심볼의 톤 간 간격이다.
제6항에 있어서, 상기 (b) 단계는

(b1) 상기 파일럿 톤 맵핑된 신호에 대해
-포인트 IFFT 를 수행하여 버퍼에 저장하고 이를 두 파일럿 심벌동안에 걸쳐 나누어 출력하는 단계; 및

(b2) 상기 버퍼에서의 출력신호
에 대해 순환전치를 삽입한 후 이를 직렬 데이터로 변환하여 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파일럿 심볼 전송 방법.

여기서
은 데이터 심볼의 총 톤 수이다.
직교 주파수 분할 다중화 기반 통신 시스템에서의 파일럿 심볼 수신 방법에 있어서,

(a) 상기 수신된 신호를 병렬 데이터로 변환하는 단계;

(b) 상기 변환된 병렬 데이터에서 순환전치를 제거하는 단계;

(c) 상기 순환전치가 제거된 파일럿 심볼 두개가 수신될 때까지 이를 버퍼에 저장하는 단계;

(d) 상기 두 파일럿 심볼을 순서대로 연접하여
-포인트 FFT를 수행하는 단계;

(e) 상기 FFT 출력신호에서 파일럿 톤을 추출하고, 추출된 파일럿 톤을 이용하여 채널을 추정하는 단계; 및

(f) 상기 채널 추정값을 바탕으로 데이터 심볼에 대해 채널 등화를 수행하여 데이터를 복조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파일럿 심볼 수신 방법.
직교 주파수 분할 다중화 기반 통신 시스템에서의 파일럿 심볼 전송 장치에 있어서,

전송하고자 하는 파일럿 심볼에 대해 각 단말마다 할당된 파일럿 톤 주파수를 매핑하는 톤 매핑부;

상기 매핑된 신호에 대해 IFFT 가 수행되면, 이를 수신하여 짝수번째 파일럿 심볼과 홀수번째 파일럿 심볼을 구분하여 어느 한쪽편의 파일럿 심볼들에만 위상 회전을 부여하는 위상 회전부;

상기 파일럿 톤의 변조차수에 따라 상기 파일럿 톤 변조에 필요한 복수개의 파일럿 값을 생성하는 파일럿 값 생성부; 및

상기 생성된 파일럿 값을 병렬 데이터로 변환하고, 상기 변조차수에 따라 PSK/QAM 변조를 수행하는 PSK/QAM 변조부를 포함하고,

상기 톤 매핑부는 상기 PSK/QAM 변조된 심볼들을 각 단말마다 할당된 파일럿 톤 주파수 집합으로 매핑하는 것을 특징으로 하는 파일럿 심볼 전송 장치.
삭제
제11항에 있어서, 상기 톤 매핑부는,

데이터 톤의 채널 추정을 위하여 데이터 톤이 전송된 주파수와 동일한 주파수에 대해 파일럿 톤을
의 등간격으로 매핑하고 나머지 톤들은 0을 삽입하는 것을 특징으로 하는 파일럿 심볼 전송 장치.

여기서, L은 단말의 수이고,
는 파일럿 심볼의 톤 간 간격이다.
제11항에 있어서,

상기 파일럿 톤 맵핑된 신호에 대해 IFFT를 수행하는 IFFT 수행부;

상기 위상 회전부에서 위상회전된 출력신호
와 위상회전되지 않은 출력신호에 대해 순환전치를 삽입하는 순환전치 삽입부; 및

상기 순환전치 삽입된 데이터를 직렬 데이터로 변환하는 P/S 변환부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파일럿 심볼 전송 장치.
제14항에 있어서, 상기 IFFT 수행부는

상기 파일럿 톤 맵핑된 신호에 대해
-포인트 IFFT 수행하는 단계인 것을 특징으로 하는 파일럿 심볼 전송 장치.

여기서
는 파일럿 심볼의 총 톤 수이다.
직교 주파수 분할 다중화 기반 통신 시스템에서의 파일럿 심볼 전송 장치에 있어서,

전송하고자 하는 파일럿 심볼에 대해 각 단말마다 할당된 파일럿 톤 주파수를 매핑하는 톤 매핑부;

상기 매핑된 신호에 대해 IFFT 가 수행되면, 이를 수신하여 버퍼에 저장하였다가 이를 두 파일럿 심벌동안에 걸쳐 나누어 전송하는 전송부;

파일럿 톤의 변조차수에 따라 상기 파일럿 톤 변조에 필요한 복수개의 파일럿 값을 생성하는 파일럿 값 생성부; 및

상기 생성된 파일럿 값을 병렬 데이터로 변환하고, 상기 변조차수에 따라 PSK/QAM 변조를 수행하는 PSK/QAM 변조부를 포함하고,

상기 톤 매핑부는 상기 PSK/QAM 변조된 심볼들을 각 단말마다 할당된 파일럿 톤 주파수 집합으로 매핑하는 것을 특징으로 하는 파일럿 심볼 전송 장치.
삭제
제16항에 있어서,

상기 파일럿 톤 맵핑된 신호에 대해 IFFT를 수행하는 IFFT 수행부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파일럿 심볼 전송 장치.
제18항에 있어서, 상기 IFFT 수행부는

데이터 톤의 채널 추정을 위하여 데이터 톤이 전송된 주파수와 동일한 주파수에 대해 파일럿 톤을
의 등간격으로 매핑하고 나머지 톤들은 0을 삽입하는 것을 특징으로 하는 파일럿 심볼 전송 장치.

여기서, L은 단말의 수이고,
는 데이터 심볼의 톤 간 간격이다.
제16항에 있어서, 상기 전송부는

상기 파일럿 톤 맵핑된 신호에 대해
-포인트 IFFT 가 수행되면, 이를 저장하였다가 두 파일럿 심벌동안에 걸쳐 나누어 출력하는 버퍼; 및

상기 버퍼에서의 출력신호
에 대해 순환전치를 삽입하는 순환전치 삽입부;

상기 순환전치 삽입된 데이터를 직렬 데이터로 변환하여 전송하는 P/S 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 파일럿 심볼 전송 장치.

여기서
은 데이터 심볼의 총 톤 수이다.
직교 주파수 분할 다중화 기반 통신 시스템에서의 파일럿 심볼 수신 장치에 있어서,

상기 수신된 신호를 병렬 데이터로 변환하는 S/P 변환부;

상기 변환된 병렬 데이터에서 순환전치를 제거하는 순환전치 제거부;

상기 순환전치가 제거된 파일럿 심볼 두개가 수신될 때까지 이를 저장하였다가 출력하는 버퍼;

상기 두 파일럿 심볼을 순서대로 연접하여
-포인트 FFT를 수행하는 FFT 수행부;

상기 FFT 출력신호에서 파일럿 톤을 추출하는 톤 추출부;

상기 추출된 파일럿 톤을 이용하여 채널을 추정하는 채널 추정부; 및

상기 채널 추정값을 바탕으로 데이터 심볼에 대해 채널 등화를 수행하는 채널 등화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 파일럿 심볼 수신 장치.
제21항의 파일럿 심볼 수신 장치를 포함하는 직교 주파수 분할 다중화 기반 통신 시스템에서의 이동통신 단말기.