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KR101303553B1 - 주파수 영역 확산을 사용하는 ｏｆｄｍ 규격에서의 프레임 생성 방법 및 장치 - Google Patents

주파수 영역 확산을 사용하는 ｏｆｄｍ 규격에서의 프레임 생성 방법 및 장치 Download PDF

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KR101303553B1
KR101303553B1 KR1020100082433A KR20100082433A KR101303553B1 KR 101303553 B1 KR101303553 B1 KR 101303553B1 KR 1020100082433 A KR1020100082433 A KR 1020100082433A KR 20100082433 A KR20100082433 A KR 20100082433A KR 101303553 B1 KR101303553 B1 KR 101303553B1
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South Korea
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bits
pad
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ofdm
cbps
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신철호
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한국전자통신연구원
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Abstract

주파수 영역 확산을 사용하는 OFDM 규격에서의 프레임 생성 방법 및 장치가 제공된다. 상기 방법 및 장치는 다양한 FDS 및 인터리버 크기에 기반하여 패드 비트의 개수를 결정하고, 결정된 개수만큼의 패드 비트를 삽입한 프레임을 구성함으로써 다양한 FDS를 사용하는 데이터 전송률에 적합한 프레임을 제공하며, 잉여 OFDM 심볼의 구성을 최소화한 프레임을 제공한다.

Description

주파수 영역 확산을 사용하는 ＯＦＤＭ 규격에서의 프레임 생성 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CREATING FRAME OF OFDM SPECIFICATION USING FREQUENCY DOMAIN SPREADING}
아래의 실시예들은 OFDM 규격에서의 프레임 생성 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주파수 영역 확산을 사용하는 OFDM 규격에서의 프레임 생성 방법 및 장치에 관한 것이다.
전력, 가스 및 수도 계량을 무선으로 수행하기 위한 SUN(Smart Utility Network) 시스템의 물리 계층(Physical Layer; PHY) 규격 표준화가 IEEE 802.15.4g에서 진행되고 있다.
IEEE 802.15.4g에서 표준화를 진행하는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 전송 방식은 높은 링크 마진을 제공하기 위한 주파수 영역 확산(Frequency Domain Spreading; FDS) 및 채널 코딩(Channel Coding)의 효과를 극대화하기 위한 인터리버(Interleaver) 구조를 제공한다. 이렇게 구성된 인터리버 크기(size) 및 FDS 간에는 프레임(Frame) 구성에 있어서 밀접한 관계가 있어서, 전체적인 프레임을 구성함에 있어 양자 간의 관계가 명확하게 정의되지 않으면 프레임 구성이 어렵게 된다.
본 발명에의 일 실시예들은, IEEE 802.15.4g SUN 규격에서 정의하는 OFDM의 고속 푸리에 트랜스폼(Fast Fourier Transform; FFT) 크기(size)에 따른 다양한 옵션(option)들에게 공통으로 적용될 수 있는 프레임 구성 방법들을 개시한다.
세계 각국에서 전략 사업으로 적극 추진하고 있는 지능형 전력망인 스마트그리드(Smart Grid)는 효율적 에너지 관리를 통한 비용절감, 신재생 에너지 생산 및 연계를 통한 저탄소 지향 등을 목적으로 하고 있다. 미국, 유럽 등 선진국은 2000년 초부터 IT기반의 다양한 전력망 정책을 추진하고 있으며, 국내의 경우도 2009년부터 국가 단위의 정책 및 전략을 추진하고 있다.'
IEEE 802.15.4g 테스크 그룹(Task Group)은, 스마트그리드의 무선 관리망으로 사용될 수 있는 무선 전력 계측 시스템인 SUN PHY 표준에 대하여, 2009년 5월부터 제안서를 받아 표준화 작업을 하고 있다. 제안된 기술은 저전력 설계 및 열악한 전파 환경을 극복하기 위한 높은 링크 마진 특성을 제공하기 위해 스마트그리드 무선 관리망에 특화된 전용 무선 시스템으로 개발될 것이다.
본 발명에서의 일 실시예들은, IEEE 802.15.4g SUN 표준화 그룹에서 요구하는, 저전력을 소모하고 열악한 전파 환경을 극복하기 위한 높은 링크 마진 특성을 제공할 수 있도록 설계된 FDS 및 인터리버 크기를 고려한 프레임 구성 방안들을 제시한다. 이는 기존에 FDS 특징을 고려하지 않고 개발된 타 OFDM 시스템 규격들이 제시한 시스템 구성 기법과 차별화 된다.
본 발명의 일측에 따르면, 복수 개의 OFDM 옵션들에서 공통으로 사용될 수 있는 OFDM 심볼로 구성되는 프레임을 생성하는 방법에 있어서, 상기 복수 개의 OFDM 옵션들의 주파수 변조 확산에 의한 동일 데이터 반복 횟수들 중 최대 값이 NF일 때, 상기 NF 및 인터리버의 크기 Ncbps에 기반하여 상기 NF개의 OFDM 심볼 당 처리할 코드된 비트의 개수 NCBPS를 결정하는 단계, 상기 NCBPS 및 코딩률 R에 기반하여 상기 OFDM 심볼 당 처리할 데이터 비트의 개수인 NDBPS를 결정하는 단계, 상기 NDBPS에 기반하여 패드 비트의 개수 NPAD를 결정하는 단계 및 물리 레이어 헤더 필드에 상기 NPAD만큼의 패드 비트들 더하여 인코드될 비트를 생성하는 단계를 포함하는, 프레임 생성 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 일측에 따르면, 주파수 변조 확산에 의해 동일 데이터가 NF번 반복되는 프레임을 생성하는 방법에 있어서, 인터리버의 크기 Ncbps에 기반하여 상기 프레임 내의 상기 NF개의 OFDM 심볼 당 처리할 코드된 비트의 개수 NCBPS를 결정하는 단계, 상기 NCBPS 및 코딩률 R에 기반하여 상기 NF개의 OFDM 심볼 당 처리할 데이터 비트의 개수인 NDBPS 결정하는 단계, 상기 NDBPS에 기반하여 패드 비트의 개수 NPAD를 결정하는 단계 및 물리 레이어 헤더 필드에 상기 NPAD만큼의 패드 비트들 더하여 인코드될 비트를 생성하는 단계를 포함하는, 프레임 생성 방법이 제공된다.
상기 NF 및 상기 NDBPS에 기반하여 상기 프레임 내의 상기 OFDM 심볼의 개수 NSYM을 결정하는 단계가 더 포함될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일측에 따르면, 헤더 비트에 패드 비트를 더하여 입력 비트를 생성하는 입력 비트 생성기, 상기 입력 비트를 인코딩하여 인코딩된 입력 비트를 출력하는 인코더, 상기 인코딩된 입력 비트를 인터리빙하여 인터리빙된 입력 비트를 출력하는 인터리버, 상기 인터리빙된 입력비트를 반송파로 변환하는 부반송파 변조 매퍼, 상기 변환된 반송파에 주파수 영역 확산을 적용하여 상기 주파수 영역 확산된 반송파를 생성하는 주파수 영역 확산기 및 상기 주파수 영역 확산된 반송파에 역 푸리에 변환을 수행하여 OFDM 심볼을 생성하는 역 푸리에 변환기를 포함하고, 상기 패드 비트의 개수 NPAD는 상기 인터리빙의 인터리버 크기 Ncbps, 상기 주파수 영역 확산의 배수 NF 및 코딩률 R 기반하는, OFDM 송신기가 제공된다.
상기 헤더 비트는 OFDM 전송 프레임의 물리 계층 헤더일 수 있다.
상기 부반송파 변조 매퍼는 이 위상 편위 변조, 직교 위상 편이 변조, 이중 반송파 변조 및 16-QAM 중 하나 이상의 변조 방법을 사용하여 상기 인터리빙된 입력비트를 반송파로 변환할 수 있다.
IEEE 802.15.4g SUN 표준을 포함한, 다양한 OFDM 옵션들에게 공통적으로 적용될 수 있는 프레임 구성 방법 및 장치가 제공된다.
특히, 전달 정보가 짧은 경우에 있어서 저전력 시스템 구축에 용이한 FDS 및 인터리버 크기 관계를 고려하면서, 잉여 OFDM 심볼의 구성을 최소화할 수 있는 프레임 구성 방법 및 장치가 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 OFDM 옵션 및 데이터 전송을 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 예에 따른 OFDM 전송 방식을 사용하는 송신기의 구조도이다.
도 3은 본 발명의 일 예에 따른 물리 레이어 수렴 절차 구성 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 예에 따른 전송될 데이터의 길이가 3Bytes일 때, 프레임을 구성하는데 필요한 PSDU 파라미터들을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 예에 따른, IEEE 802.15.4g SUN 규격의 옵션 1에서 Nbpsc가 1일 경우의 인터리빙의 예를 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 예에 따른, IEEE 802.15.4g SUN 규격의 옵션 1에서 Nbpsc가 2일 경우의 인터리빙의 예를 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 생성 방법의 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 예에 따른 전송될 데이터의 길이가 3Bytes일 때 프레임을 구성하는데 필요한 PSDU 파라미터들을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 생성 방법의 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 일 예에 따른 전송될 데이터의 길이가 3Bytes일 때 프레임을 구성하는데 필요한 PSDU 파라미터들을 나타낸다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 OFDM 송신기의 구조도이다.
이하에서, 본 발명의 일 실시예를, 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 OFDM 옵션 및 데이터 전송을 도시한다.
도 1의 표는 IEEE 802.15.4g SUN 규격에 따른 것일 수 있다.
상기 표의 제2 열 내지 제6 열에서 도시된 것처럼, SUN을 위한 OFDM 시스템 송신 규격은 제2 행의 FFT 크기에 따라 5개의 옵션들로 구성된다. 이러한 옵션들은 세계 각국의 비허가 주파수 대역의 사용 조건을 고려하여 FFT 크기를 조절함으로써 다양한 주파수 대역폭을 제공한다.
상기 표의 제6 행 내지 제14 행은 각각 변조 방식 및 전송률(rate)에 따른 변조 및 코딩 스킴(modulation and coding scheme; MCS)을 나타낸다.
상기 표에서 나타난 것처럼, 변조 방식은 이 위상 편위 변조(Binary Phase Shift Keying; BPSK), 직교 위상 편이 변조(Quadrature Phase Shift Keying; QPSK), 이중 반송파 변조(Dual Carrier Modulation) QPSK 및 16-QAM Quadrature Amplitude Modulation)을 포함하며, 전송률은 1/2 및 3/4를 포함한다.
상기 표에서 나타난 것처럼, 각각의 옵션은 상이한 FDS를 제공한다. 즉, 일부 옵션의 낮은 데이터 전송률 모드에서는 2배 또는 4배의 주파수 확산이 사용된다. 또한 각각의 옵션은 상이한 인터리버 크기를 제공한다. 이러한 인터리버 크기 및 FDS 간에는 프레임 구성에 있어서 밀접한 관계가 있다.
OFDN 옵션들은 서로 상이한 FDS를 갖기 때문에 어느 한 옵션에만 특화된 프레임 생성 구조가 사용되는 경우, 이러한 프레임 생성 구조로 인해 생성된 프레임은 다른 옵션에서는 올바른 프레임 구성이 될 수 없거나 직접적인 데이터 전송과는 관계없는 잉여(redundancy) 심볼(symbol)을 포함하게 된다.
따라서, 후술될 본 발명의 실시예들에서는, 전술된 다양한 FFT 크기를 사용하는 OFDM 옵션들에게 공통으로 적용될 수 있는, FDS 및 인터리버 크기를 고려한 패드 비트(Pad Bit) 생성 방법 및 프레임 구성 방법이 개시된다. 상기 방법들은 SUN의 물리 계층(Physical Layer; PHY) 규격으로 사용될 수 있다.
한 개의 OFDM 심볼에 실리는 데이터 비트는 OFDM 전송 방식의 일부 옵션 및 데이터 전송률에 사용되는 FDS에 의해 달라진다. 프레임에 사용될 패드 비트 수 및 프레임을 구성하는 OFDM 심볼 개수는 이러한 데이터 비트의 특성 및 인터리버 사이즈를 고려하여 결정되어야 한다.
본 발명의 일 실시예는 가장 높은 FDS를 사용하는 데이터 전송률에 적합한 프레임 구성 방법을 다른 FDS를 사용하는 데이터 전송률에 대해서도 모두 동일하게 적용한다. 이러한 경우, 프레임은 동일한 방식에 의해 구성되나, 프레임 내에 잉여 OFDM 심볼이 발생할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 FDS 사용에 따라 조건 별로 다른 프레임 구성이 적용되어, 잉여 심볼이 발생하지 않는 프레임 구성 방법을 제공한다.
도 2는 본 발명의 일 예에 따른 OFDM 전송 방식을 사용하는 송신기의 구조도이다. 도 2의 OFDM 변조 다이어그램(diagram)은 IEEE 802.15.4g SUN 규격에 따른 것일 수 있다.
송신기(200)는 MAC(210), 스크램블러(Scrambler)(220), 인코더(Encoder)(222), 펑쳐러(Puncturer)(224), 인터리버(Interleaver)(230), 부반송파 변조 매퍼(Subcarrier Modulation Mapper)(240), 주파수 영역 확산기(Frequency Domain Spreading; FDS)(250), 멀티플렉서(Multiplexer)(260), 역 푸리에 변환기(Inverse Fast Fourier Transform; IFFT)(270), 순회 프리픽스 삽입기(Cyclic Prefix Insertion)(280), 필터링기(Filtering)(282) 및 DAC(digital-to-analog converter)/RF(Radio Frequency) 트랜스시버(Transceiver)/PA(Power Amplifier)(290)를 포함할 수 있다.
MAC(210)은 802.15.4 규격에 따른 매체 접근 제어(Media Access Control) 계층(layer)를 나타내며, 신호를 수신하여 스크램블러(220)로 출력한다.
스크램블러(220)는 입력 신호를 스크램블링하여 출력한다.
인코더(222)는 입력 신호에 대해 인코딩 작업을 수행한다. 인코더(220)에 의해 출력된 신호는 전송률(R)이 1/2이 아닌 경우 펑쳐러(224)를 거치게 되고, 펑쳐러(224)에 의한 신호 처리가 수행된다.
인터리버(230)는 입력 신호에 대해 인터리빙을 수행하여 인터리빙된 신호를 출력한다.
부반송파 변조 매퍼(240)는 입력 비트를 반송파로 변환하여 출력한다.
주파수 영역 확산기(250)는 인터리버(240)를 거친 인터리빙된 비트가 IFFT(260)에 입력되기 전에 주파수 영역 확산을 구성한다.
주파수 영역 확산기(250)는 OFDM 전송 방식에서 높은 링크 마진(link margin)을 확보하기 위해 낮은 데이터 전송률 모드에서 동일 전송 데이터를 2배 또는 4배 반복하여 IFFT(270)에 입력한다.
멀티플렉서(260)는 부반송파 변조 매퍼(240) 및 주파수 영역 확산기(250)로부터 신호를 입력받아 멀티플렉싱된 신호를 출력한다.
IFFT(270)는 변환된 반송파에 역 푸리에 변환을 가해 심볼을 출력한다.
출력된 심볼은 순회 프리픽스 삽입기(280)에 의해 순회 프리픽스가 삽입되고, 필터링기(282)에 의해 필터링을 거친다.
필터링을 거친 심볼은 DAC/RF 트랜스시버/PA(290)를 통해 출력된다.
도 3은 본 발명의 일 예에 따른 물리 레이어 수렴 절차(Physical Layer Convergence Procedure; PLCD) 구성 블록도이다. PLCD 구성 블록(300)은 IEEE 802.15.4g SUN 규격에 따른 OFDM 방식을 위해 사용될 수 있다.
PLCD 구성 블록(300)에서, 입력값은 물리 계층 서비스 데이터 유닛(PHY Service Data Unit; PSDU)(310), 6개의 0 비트(테일 비트(Tail Bits))(320) 및 패드 비트(Pad Bits)(330)를 포함한다.
상기 6개의 0 비트(320) 및 패드 비트(330)는 프레임을 구성하기 위해 추가되는 것으로서, PSDU(310)의 데이터 길이(Length)를 이용하여 추가된다. 6개의 0 비트(320)는 콘벌류우션 코드 레지스터(Convolutional Code Register)를 초기화하기 위한 것이다.
상기 입력값들은 추가 및 스크램블(Append and Scramble)(340)되며, 출력값이 생성된다.
출력값은 스크램블된 PSDU(350), 6개의 0 비트(360)가 추가된 스크램블되지 않은 테일 비트(Unscrambled Tail Bits)(362) 및 스크램블된 패드 비트(370)를 포함한다.
하기의 수학식 1은, 전송할 데이터의 길이(length)에 따른 프레임을 구성하기 위하여 OFDM 심볼의 개수 및 패드 비트의 개수를 계산하는 수식을 제시한다. 상기 OFDM 심볼은 인터리버 크기는 고려하지 않고, 일반적으로 FDS 만을 고려하는 방법에 의하여 구성된 것이다.
Figure 112010054880819-pat00001
여기서, NSYM은 심볼의 개수를 나타낸다. ceil 함수는 주어진 인수보다 작지 않은 최소 정수를 출력한다. LENGTH는 전송할 데이터의 길이이다. NDBPS는 IFFT(270)에서 OFDM 심볼 당 처리할 데이터 비트의 개수(Data Bits/OFDM symbol at IFFT)를 나타낸다.
NDATA는 프레임의 비트 수를 나타내며, NPAD는 패드 비트의 개수를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 예에 따른 전송될 데이터의 길이가 3Bytes일 때, 상기 수학식 1에 따라 프레임을 구성하는데 필요한 PSDU 파라미터들을 나타낸다. 도 4의 각 행은 IEEE 802.15.4g SUN 규격에 따른 OFDM 옵션(제1 열) 및 상기 옵션의 데이터 전송률(제2 열)을 나타낸다.
즉, 상기 파라미터들은 언터리버 크기는 고려하지 않고, FDS 만을 고려하여 OFDM 심볼이 구성되었을 경우의 파라미터들이다.
파라미터 중, NCBPS는 IFFT(270)에서 OFDM 심볼 당 코드된 데이터 비트의 개수(Coded Bits/OFDM symbol at IFFT)를 나타낸다.
도 4에서 도시된 것처럼, 전송될 데이터의 길이가 3Bytes인 경우, 옵션 1의 MCS0에 따른 프레임 구성에 필요한 OFDM 심볼 개수 및 이를 구성하기 위한 패드 비트의 개수는 하기의 수학식 2에 따라 계산될 수 있다.
Figure 112010054880819-pat00002
수학식 2에서 나타난 것처럼, 6개의 패드 비트들을 추가함으로써 3개의 OFDM 심볼로 프레임이 구성될 수 있다.
6개의 패드 비트를 포함한 30개의 데이터 비트가 코딩률(coding rate) R이 1/2인 콘벌류우션 인코더(222)를 통과하면 60개의 코드된(coded) 비트가 된다.
60개의 코드된 비트들로는, 도5 및 도 6에서 후술될 것과 같이, 인터리버 크기가 96인 옵션 1의 MSC0를 구성하는 인터리버 구조를 생성할 수 없다.
이러한 문제는, OFDM 전송 방식을 사용하는 송신기(200)에서, 높은 링크 마진을 획득하기 위해 동일한 전송 데이터를 2배 또는 4배 반복하여 IFFT(260)에 입력하는 FDS(250)가 사용되는 반면에, 인터리빙을 수행하는 데이터 비트들 및 OFDM 심볼을 구성하는 데이터 비트들 사이에서 FDS(250)에 의해 데이터가 반복되는 것은 고려되지 않기 때문에 발생한다.
따라서, FDS를 사용하는 OFDM(예컨대 IEEE 802.15.4g SUN)에서 프레임이 구성되기 위해서는 인터리버의 크기 및 FDS 간의 관계가 고려되어야 한다.
IEEE 802.15.4g SUN 규격에 따른 OFDM 전송 방식에서 인터리빙은 하기의 수학식 3과 같이 정의된다.
Figure 112010054880819-pat00003
여기서, floor 함수는 인자보다 작거나 같은 최대 정수 값을 반환한다. Nrow는 인터리버 어레이(array)의 행의 크기를 나타낸다. Ncbps는 인터리버(230)에서의 OFDM 심볼 당 코드된 비트들의 개수를 나타낸다(Coded Bits/OFDM symbol at interleaver). Nbpsc는 BPSK의 경우 1, QPSK의 경우 2이며, 16QAM의 경우 4이다.
s는 파스(parse)될 비트들의 개수이다. i는 인터리버가 동작하는 스트림(stream)의 인덱스(index)이고, j는 제2 순열(permutation) 뒤의 인덱스이다.
상기 수학식 3에 의해 Nrow = 12이면, OFDM 옵션 1에서 Ncbps = 96 * Nbpsc 이고, OFDM 옵션 2에서 Ncbps = 48 * Nbpsc 이고, OFDM 옵션 3에서 Ncbps = 24 * Nbpsc 이고, OFDM 옵션 4에서 Ncbps = 12 * Nbpsc 이고, OFDM 옵션 5에서 Ncbps = 4 * Nbpsc 이다.
도 5는 본 발명의 일 예에 따른, IEEE 802.15.4g SUN 규격의 옵션 1에서 Nbpsc가 1일 경우의 인터리빙의 예를 도시한다.
Nbpsc가 1이므로, 도 5는 BPSK가 사용될 경우의 인터리빙의 예이다.
상단에 표시된 사각형들은 각각 인터리빙 이전의 비트를 나타내며, 하단에 표시된 사각형들은 각각 인터리빙 이후의 비트를 나타낸다. 사각형 안의 번호를 통해 특정 비트가 인터리빙을 통해 옮겨지는 비트를 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 예에 따른, IEEE 802.15.4g SUN 규격의 옵션 1에서 Nbpsc가 2일 경우의 인터리빙의 예를 도시한다.
Nbpsc가 2이므로, 도 6은 QPSK가 사용될 경우의 인터리빙의 예이다.
상단에 표시된 사각형들은 각각 인터리빙 이전의 비트를 나타내며, 하단에 표시된 사각형들은 각각 인터리빙 이후의 비트를 나타낸다. 사각형 안의 번호를 통해 특정 비트가 인터리빙을 통해 옮겨지는 비트를 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 생성 방법의 흐름도이다.
본 실시예의 프레임 생성 방법은 복수 개의 OFDM 옵션들에서 공통으로 사용될 수 있는, OFDM 심볼로 구성되는 프레임을 생성하는 방법일 수 있다.
하기의 수학식 4는, 전송할 데이터의 길이에 따른 프레임을 구성하기 위하여 코드된 비트의 개수, 데이터 비트의 개수, 패드 비트의 개수 및 프레임 전송에 필요한 OFDM 심볼의 개수를 계산하는 수식을 제시한다. 상기 프레임은 FDS 및 인터리버 크기 간의 관계를 고려하는 방법에 의하여 구성된 것이다.
상기 프레임은 최대 4배의 FDS를 사용하는 데이터 전송률에 맞춰진 것일 수 있다.
Figure 112010054880819-pat00004
여기서, NF는 IFFT(270)에 입력될 주파수 변조 확산기(260)에 의한 동일 데이터의 반복 횟수 중 최대 값을 나타낸다. 수학식 4에서 NF는 4인 것으로 가정되었다. max 함수는 두 개의 인자 중 작지 않은 값을 반환한다.
단계(S710)에서, NF 및 인터리버의 크기 Ncbps에 기반하여 NF개의 OFDM 심볼 당 처리할 코드된 비트의 개수인 NCBPS가 결정된다.
단계(S720)에서, NCBPS 및 코딩률 R에 기반하여 OFDM 심볼 당 처리할 데이터 비트의 개수인 NDBPS가 결정된다.
단계(S730)에서, NDBPS에 기반하여 패드 비트의 개수 NPAD가 결정된다.
단계(S740)에서, NF 및 NDBPS에 기반하여 프레임 내의 OFDM 심볼의 개수 NSYM가 결정된다.
단계(S750)에서, 물리 레이어 헤더 필드에 상기 NPAD만큼의 패드 비트들 더하여 인코드될 비트가 생성된다.
단계(S710, S720, S730 및 S740)에서 NCBPS, NDBPS, NDBPS 및 NSYM를 결정하는 구체적인 방법이 수학식 4에서 전술되었다.
도 8은 본 발명의 일 예에 따른 전송될 데이터의 길이가 3Bytes일 때, 상기 수학식 4에 따라 프레임을 구성하는데 필요한 PSDU 파라미터들을 나타낸다. 도 8의 각 행은 IEEE 802.15.4g SUN 규격에 따른 OFDM 옵션(제1 열) 및 상기 옵션의 데이터 전송률(제2 열)을 나타낸다.
수학식 4 및 도 8에 따르면, 전송될 데이터의 길이가 3Bytes일 경우, 옵션 1의 MCS0에 따르는 프레임을 구성하기 위해 필요한 OFDM 심볼 개수 및 상기 프레임을 구성하기 위한 PAD 비트의 개수는 하기의 수학식 5에 의해 계산될 수 있다.
Figure 112010054880819-pat00005
즉, 18개의 패드 비트가 추가되어, 총 4개의 OFDM 심볼이 프레임을 구성한다.
여기서, 18개의 패드 비트가 추가된 총 48개의 데이터 비트가, 코딩률 R이 1/2인 콘벌류우션 인코더(222)를 통과하면 96개의 코드된 비트가 된다.
이러한 96개의 코드된 비트는 수학식 3, 도 5 및 도 6에 대해 전술되었듯이 인터리버 크기가 96인 옵션 1의 MCS0을 구성하는 인터리버 구조를 생성함에 있어 문제가 없다.
최대 4배의 FDS를 사용하는 데이터 전송률에 맞춰진 프레임 구성 방법에 따라서 프레임이 구성되는 경우를 검토한다.
수학식 4에 대해서 전술된 것과 같이, 전송될 데이터 길이가 3Bytes이면 옵션 1의 MCS4에 따르는 프레임을 구성하기 위해 필요한 OFDM 심볼 개수 및 상기 프레임을 구성하기 위한 PAD 비트의 개수는 하기의 수학식 6에 의해 계산될 수 있다.
Figure 112010054880819-pat00006
즉, 354개의 패드 비트가 추가되어, 총 4개의 OFDM 심볼이 프레임을 구성한다.
수학식 6에 의해 나타난 것처럼, 최대 FDS를 사용하는 데이터 전송률에 맞추어 프레임을 구성할 경우, 모든 옵션 모드 및 데이터 전송률 모드에서 동일한 프레임 구성 구조가 제공될 수 있다는 단점이 있다. 그러나, 이러한 구성은 FDS를 사용하지 않는 전송률 모드에서 과도한 PAD 비트가 추가되며, 잉여 OFDM 심볼이 구성되는 문제를 발생시킨다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 생성 방법의 흐름도이다.
하기의 수학식 7는, 데이터 전송률에 적용된 FDS에 맞추어 최소의 OFDM 심볼을 이용하여(즉, 잉여 심볼을 최소화하여) 프레임을 구성하기 위해서 코드된 비트의 개수, 데이터 비트의 개수, 패드 비트의 개수 및 프레임 전송에 필요한 OFDM 심볼의 개수를 계산하는 수식을 제시한다. 상기 프레임은 FDS 및 인터리버 크기 간의 관계를 고려하는 방법에 의하여 구성된 것이며, 데이터 전송률에 따러서 적용된 FDS에 맞추어진 것이다.
Figure 112010054880819-pat00007
단계(S910)에서, 인터리버의 크기 Ncbps에 기반하여 프레임 내의 NF개의 OFDM 심볼 당 처리할 코드된 비트의 개수인 NCBPS가 결정된다.
단계(S920)에서, NCBPS 및 코딩률 R에 기반하여 OFDM 심볼 당 처리할 데이터 비트의 개수인 NDBPS가 결정된다.
단계(S930)에서, NDBPS에 기반하여 패드 비트의 개수 NPAD가 결정된다.
단계(S940)에서, NF 및 NDBPS에 기반하여 프레임 내의 OFDM 심볼의 개수 NSYM가 결정된다.
단계(S950)에서, 물리 레이어 헤더 필드에 상기 NPAD만큼의 패드 비트들 더하여 인코드될 비트가 생성된다.
단계(S910, S920, S930 및 S940)에서 NCBPS, NDBPS, NDBPS 및 NSYM를 결정하는 구체적인 방법이 수학식 7에서 전술되었다.
도 10은 본 발명의 일 예에 따른 전송될 데이터의 길이가 3Bytes일 때, 상기 수학식 7에 따라 프레임을 구성하는데 필요한 PSDU 파라미터들을 나타낸다. 도 10의 각 행은 IEEE 802.15.4g SUN 규격에 따른 OFDM 옵션(제1 열) 및 상기 옵션의 데이터 전송률(제2 열)을 나타낸다.
수학식 7에 대해서 전술된 것과 같이, 전송될 데이터 길이가 3Bytes이면 옵션 1의 MCS0에 따르는 프레임을 구성하기 위해 필요한 OFDM 심볼 개수 및 상기 프레임을 구성하기 위한 PAD 비트의 개수는 하기의 수학식 8에 의해 계산될 수 있다.
Figure 112010054880819-pat00008
즉, 18개의 패드 비트가 추가되어, 총 4개의 OFDM 심볼이 프레임을 구성한다.
여기서, 18개의 패드 비트가 추가된 총 48개의 데이터 비트가, 코딩률 R이 1/2인 콘벌류우션 인코더(222)를 통과하면 96개의 코드된 비트가 된다.
이러한 96개의 코드된 비트는 수학식 3, 도 5 및 도 6에 대해 전술되었듯이 인터리버 크기가 96인 옵션 1의 MCS0을 구성하는 인터리버 구조를 생성함에 있어 문제가 없다.
수학식 7에 대해서 전술된 것과 같이, 데이터 전송률에 적용된 FDS에 맞추어 최소의 OFDM 심볼을 이용하여(즉, 잉여 심볼을 최소화하여) 프레임을 구성하는 방법에 따라 프레임이 구성된 경우, 전송될 데이터 길이가 3Bytes인 경우 옵션 1의 MCS4에 따르는 프레임을 구성하기 위한 OFDM 심볼 개수 및 상기 프레임을 구성하기 위한 PAD 비트의 개수는 하기의 수학식 9에 의해 계산될 수 있다.
Figure 112010054880819-pat00009
즉, 66개의 패드 비트가 추가되어, 총 1개의 OFDM 심볼이 프레임을 구성한다.
전술된 것처럼, 데이터 전송률에 적용된 FDS에 맞추어 최소의 OFDM 심볼을 이용하여 프레임을 구성하는 방법은, 인터리버 크기를 고려하여 FDS의 사용 유무에 따른 최소의 PAD 비트를 추가함으로써 잉여 심볼을 발생시키지 않는 장점이 있다. 이러한 프레임 구성 방법은 프레임 당 전송할 데이터가 적을수록 저전력 시스템을 구성하는데 있어서 특히 유리하다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 OFDM 송신기의 구조도이다.
OFDM 송신기(1100)는 입력 비트 생성기(1110), 인코더(1120), 인터리버(1130), 부반송파 변조 매퍼(1140), 주파수 영역 확산기(FDS)(1150), 멀티플렉서(1160), 역 푸리에 변환기(IFFT)(1170), 순간 프리픽스 삽입기(1180), 필터링(1185), DAC/RF 트랜스시버/PA(1190)를 포함한다.
입력 비트 생성기(1110)는 헤더 비트에 패드 비트를 가하여 입력 비트를 생성한다.
헤더 비트는 OFDM 전송 프레임의 물리 계층 헤더일 수 있으며, 임의의 비트 스트림의 일부일 수 있다.
가해지는 패드 비트의 개수는 전술된 본 발명의 다른 실시예에 따라 결정된다.
편의상, 입력 비트는 x개인 것으로 본다. 즉, 헤더 비트는 x-z개이고, 패드 비트는 z개이며, 입력 비트 생성기(1110)에 의해 양자가 합해짐으로써 x개의 입력 비트가 생성된다.
인코더(1120)는 입력 비트에 대한 인코딩을 수행하여 인코딩된 입력 비트를 출력한다. 본 실시예에서, 인코더(1120)의 코딩률 R은 1/2이다. 따라서, 입력 비트가 x개이면, 인코딩된 입력 비트는 2x개이다.
인터리버(1130)는 인코딩된 입력 비트에 대한 인터리빙을 수행하여 인터리빙된 입력 비트를 출력한다. 인터리빙의 일 예에 대하여 도 5 및 도 6을 참조하여 전술되었다. 본 실시예에서, 인터리버의 크기 2x는 예시적인 것이다.
부반송파 변조 매퍼(1140)는 인터리빙된 입력 비트를 반송파로 변환하여 출력한다. 입력 비트가 2x개이므로, 출력되는 반송파도 2x개이다.
주파수 영역 확산기(1150)는 변환된 반송파에 주파수 영역 확산을 적용하여 주파수 영역 확산된 반송파를 출력한다. 예시적으로, 주파수 영역 확산기(1150)는 4배의 주파수 확산(X4)을 가한다. 또한, 주파수 영역 확산기(1150)의 OFDM 심볼 당 반송파(carriers/OFDM symbol)은 w이다.
멀티플렉서(1160)은 주파수 영역 확산된 반송파 및 다른 신호(도시되지 않음)를 멀티플렉싱하여 출력한다.
역 푸리에 변환기(1170)는 주파수 영역 확산된 반송파에 대해 역 푸리에 변환을 수행하여 OFDM 심볼을 출력한다. 전술된 것처럼, OFDM 심볼 당 반송파가 w이므로, 역 푸리에 변환기(1170)에서 출력되는 심볼은 2x/w개이다.
출력된 OFDM 심볼은 순환 프리픽스 삽입기(1180), 필터링기(1185) 및 DAC/RF 트랜스시버/PA(1190)의 처리를 거친 후 출력된다.
앞서 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명된 본 발명의 일 실시예에 따른 기술 적 내용들이 본 실시예에도 그대로 적용될 수 있다. 중복되는 설명은 이하 생략한다.
특히 본 실시예의 인코더(1120), 인터리버(1130), 부반송파 변조 매퍼(1140), 주파수 영역 확산기(1150), 멀티플렉서(1160), 역 푸리에 변환기(1170), 순간 프리픽스 삽입기(1180), 필터링기(1185) 및 DAC/RF 트랜스시버/PA(1190)는 각각 도 2를 참조하여 전술된 인코더(222), 인터리버(230), 부반송파 변조 매퍼(240), 주파수 영역 확산기(250), 멀티플렉서(260), 역 푸리에 변환기(270), 순간 프리픽스 삽입기(280), 필터링기(282) 및 DAC/RF 트랜스시버/PA(290)에 대응한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
300: PLCD 구성 블록도
1010: OFDM 송신기

Claims (13)

  1. 복수 개의 OFDM 옵션들에서 공통으로 사용될 수 있는 OFDM 심볼로 구성되는 프레임을 생성하는 방법에 있어서, 상기 복수 개의 OFDM 옵션들의 주파수 변조 확산에 의한 동일 데이터 반복 횟수들 중 최대 값이 NF일 때,
    상기 NF 및 인터리버의 크기 Ncbps에 기반하여 상기 NF개의 OFDM 심볼 당 처리할 코드된 비트의 개수 NCBPS를 결정하는 단계;
    상기 NCBPS 및 코딩률 R에 기반하여 상기 OFDM 심볼 당 처리할 데이터 비트의 개수인 NDBPS를 결정하는 단계;
    상기 NDBPS에 기반하여 패드 비트의 개수 NPAD를 결정하는 단계; 및
    물리 레이어 헤더 필드에 상기 NPAD만큼의 패드 비트들 더하여 인코드될 비트를 생성하는 단계
    를 포함하는, 프레임 생성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 NCBPS, NDBPS 및 NDBPS는 하기 수학식 1에 의해 결정되는, 프레임 생성 방법
    [수학식 1]
    Figure 112010054880819-pat00010

    여기서 max 함수는 두 개의 인수들 중 작지 않은 값을 반환하고, ceil 함수는 주어진 인수보다 작지 않은 최소 정수를 출력한다.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 NF 및 상기 NDBPS에 기반하여 상기 프레임 내의 상기 OFDM 심볼의 개수 NSYM을 결정하는 단계를 더 포함하는, 프레임 생성 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 NSYM는 하기 수학식 2에 의해 결정되는, 프레임 생성 방법.
    [수학식 2]
    Figure 112010054880819-pat00011

    여기서 max 함수는 두 개의 인수들 중 작지 않은 값을 반환하고, ceil 함수는 주어진 인수보다 작지 않은 최소 정수를 출력한다.
  5. 주파수 변조 확산에 의해 동일 데이터가 NF번 반복되는 프레임을 생성하는 방법에 있어서,
    인터리버의 크기 Ncbps에 기반하여 상기 프레임 내의 상기 NF개의 OFDM 심볼 당 처리할 코드된 비트의 개수 NCBPS를 결정하는 단계;
    상기 NCBPS 및 코딩률 R에 기반하여 상기 NF개의 OFDM 심볼 당 처리할 데이터 비트의 개수인 NDBPS 결정하는 단계;
    상기 NDBPS에 기반하여 패드 비트의 개수 NPAD를 결정하는 단계; 및
    물리 레이어 헤더 필드에 상기 NPAD만큼의 패드 비트들 더하여 인코드될 비트를 생성하는 단계를 포함하는, 프레임 생성 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 NCBPS, NDBPS 및 NPAD는 하기 수학식 3에 의해 결정되는, 프레임 생성 방법
    [수학식 3]
    Figure 112010054880819-pat00012
    여기서 ceil 함수는 주어진 인수보다 작지 않은 최소 정수를 출력한다.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 NF 및 상기 NDBPS에 기반하여 상기 프레임 내의 상기 OFDM 심볼의 개수 NSYM을 결정하는 단계를 더 포함하는, 프레임 생성 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 NSYM는 하기 수학식 4에 의해 결정되는, 프레임 생성 방법.
    [수학식 4]
    Figure 112010054880819-pat00013

    여기서, ceil 함수는 주어진 인수보다 작지 않은 최소 정수를 출력한다.
  9. 헤더 비트에 패드 비트를 더하여 입력 비트를 생성하는 입력 비트 생성기;
    상기 입력 비트를 인코딩하여 인코딩된 입력 비트를 출력하는 인코더;
    상기 인코딩된 입력 비트를 인터리빙하여 인터리빙된 입력 비트를 출력하는 인터리버;
    상기 인터리빙된 입력비트를 반송파로 변환하는 부반송파 변조 매퍼;
    상기 변환된 반송파에 주파수 영역 확산을 적용하여 상기 주파수 영역 확산된 반송파를 생성하는 주파수 영역 확산기; 및
    상기 주파수 영역 확산된 반송파에 역 푸리에 변환을 수행하여 OFDM 심볼을 생성하는 역 푸리에 변환기
    를 포함하고, 상기 패드 비트의 개수 NPAD는 상기 인터리버의 인터리버 크기 Ncbps, 상기 주파수 영역 확산기의 주파수 영역 확산 배수 NF 및 상기 인코더의 코딩률 R에 기반하는, OFDM 송신기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 NPAD는 하기 수학식 5에 의해 결정되는, OFDM 송신기.
    [수학식 5]
    Figure 112010054880819-pat00014

    여기서 max 함수는 두 개의 인수들 중 작지 않은 값을 반환하고, ceil 함수는 주어진 인수보다 작지 않은 최소 정수를 출력한다.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 NPAD는 하기 수학식 6에 의해 결정되는, OFDM 송신기.
    [수학식 6]
    Figure 112010054880819-pat00015

    여기서 ceil 함수는 주어진 인수보다 작지 않은 최소 정수를 출력한다.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 헤더 비트는 OFDM 전송 프레임의 물리 계층 헤더인, OFDM 송신기.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 부반송파 변조 매퍼는 이 위상 편위 변조, 직교 위상 편이 변조, 이중 반송파 변조 및 16-QAM 중 하나 이상의 변조 방법을 사용하여 상기 인터리빙된 입력비트를 반송파로 변환하는, OFDM 송신기.
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