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KR20050040988A - 주파수도약 직교 주파수 분할 다중화 기반 셀룰러시스템을 위한 통신방법 - Google Patents

주파수도약 직교 주파수 분할 다중화 기반 셀룰러시스템을 위한 통신방법 Download PDF

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KR20050040988A
KR20050040988A KR1020030075841A KR20030075841A KR20050040988A KR 20050040988 A KR20050040988 A KR 20050040988A KR 1020030075841 A KR1020030075841 A KR 1020030075841A KR 20030075841 A KR20030075841 A KR 20030075841A KR 20050040988 A KR20050040988 A KR 20050040988A
Authority
KR
South Korea
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pilot
pilot pattern
frequency hopping
pattern group
subcarriers
Prior art date
Application number
KR1020030075841A
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English (en)
Inventor
정영호
김응선
이종혁
정재학
황찬수
남승훈
이용훈
김영두
Original Assignee
삼성전자주식회사
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사, 한국과학기술원 filed Critical 삼성전자주식회사
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Priority to US10/972,034 priority patent/US20050147024A1/en
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Abstract

본 발명은 주파수도약(FH) 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 통신 시스템에서 기지국들을 구분하고 초기 동기를 수행하는 방법에 관한 것으로서, 시스템에서는 소정 개수의 파일럿 패턴들을 포함하며 파일럿의 전송을 위한 서로 다른 파일럿 부반송파들을 사용하는 소정 개수의 파일럿 패턴 그룹들을 생성하며, 상기 파일럿 패턴 그룹들 내의 각 파일럿 패턴들에 대해 서로 다른 주파수도약 수열 조합들을 대응시키고, 상기 복수의 기지국들의 서비스 영역에서 통신하는 단말들이 상기 복수의 기지국들을 식별할 수 있도록 상기 기지국들에게 서로 다른 상기 파일럿 패턴들과 그에 대응하는 주파수도약 수열 조합들을 할당한다. 단말은 기지국으로부터 각각 파일럿 샘플들을 포함하는 복수의 심볼들을 수신하고 상기 심볼들 각각에 대해 상기 파일럿 샘플들이 실린 부반송파들을 검출함으로써 상기 파일럿 부반송파들에 대응하는 파일럿 패턴 그룹을 식별하고, 상기 검출된 파일럿 샘플들의 패턴을 검출함으로써 상기 기지국으로부터 데이터를 수신하기 위해 상기 파일럿 패턴에 대응하는 주파수도약 수열 조합을 추정한다.

Description

주파수도약 직교 주파수 분할 다중화 기반 셀룰러 시스템을 위한 통신방법{COMMUNICATION METHOD FOR FREQUENCY HOPPING OFDM BASED CELLULAR SYSTEM}
본 발명은 주파수도약(Frequency Hopping: 이하 FH라 칭함) 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing: 이하 OFDM이라 칭함) 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 파일럿 패턴에 의해 기지국들을 구분하고 초기 동기를 수행하는 방법에 관한 것이다.
셀룰러 이동통신 시스템은 전체 서비스지역을 다수의 기지국(Base Station) 영역으로 분할하여 소규모의 서비스영역인 셀(cell)들로 구성하고, 이러한 기지국들을 이동 교환국(Mobile Switching Center: MSC)으로 집중 제어하여 가입자가 셀 간을 이동하면서도 통화를 계속할 수 있도록 한다. 셀룰러 시스템의 경우 단말이 전원을 켜고 기지국과 통신이 가능하기 위해서는 우선적으로 현재 단말이 속한 기지국의 특성을 알아내야 한다. 여기서 기지국의 특성이란 단말이 액세스하는 주파수 및 동기 정보를 포함한다.
직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 방식은 입력데이터를 단일 반송파로 고속 전송하는 대신 다수의 반송파들 상에서 병렬로 저속 전송함으로써, 주파수 선택적 페이딩이나 협대역 간섭에 대한 영향을 적게 받도록 하는 방식이다. 이러한 OFDM 방식은 서브 채널들의 스펙트럼들이 상호 직교성을 유지하면서 서로 중첩되어 있어 스펙트럼 효율이 좋다. OFDM 시스템에서, 송신 신호는 역 고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform, 이하 'IFFT'라 칭함)에 의해 변조되고, 수신 신호는 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, 이하 'FFT'라 칭함)에 의해 복조되기 때문에 디지털 변조 및 복조부의 효율적인 구성이 가능하다. 이러한 구성의 가장 큰 장점은 각 반송파마다 한 번의 복소 곱셈(complex multiplication)만이 필요한 단일 등화기(one-tap equalizer)로 간단하게 수신기를 구성할 수 있다는 점이다.
OFDM 기반 통신 시스템은 주파수 선택적 페이딩 채널에서 낮은 등화 복잡도로 고속 통신이 가능하다는 장점으로 인하여 3세대 이후의 이동통신 시스템의 물리계층 전송 방식으로 널리 고려되고 있다. OFDM 통신 시스템에서의 하향링크 초기 동기는 주파수 옵셋의 추정과 OFDM 심볼의 동기와 기지국 구분 및 프레임 동기로 이루어진다.
단말이 셀룰러 시스템의 전체 서비스영역을 이동하면서 통신의 지속성을 갖기 위해서는 충분한 수의 기지국 식별자가 필요하며, 단말에서는 해당 기지국의 기지국 식별자를 낮은 복잡도와 높은 검출 확률로 찾아낼 수 있어야 한다. 일반적으로 일반적으로 OFDM 시스템에서는 코히런스 대역폭(coherence bandwidth) 이내의 간격마다 파일럿을 전송하여 채널 추정 등에 사용한다. 이때 단말은 상기 파일럿의 위치를 검출하여 해당 위치에 따라 기지국을 식별할 수 있다.
OFDM 통신 시스템의 다중 액세스 기술(Multiple Access Scheme) 중 하나인 주파수도약(Frequency Hopping: 이하 FH라 칭함)-OFDM은 부반송파 레벨에서 주파수도약을 수행한다. FH-OFDM 통신을 지원하는 기지국은 고유한 주파수도약 수열 조합(FH sequence set)에 따라 매 심볼들마다 동적으로 부반송파들을 할당하여 주파수 다이버시티 이득을 얻고 셀간 간섭을 감소시킬 수 있다. 여기서 주파수도약 수열 조합은 서로 간에 직교한 주파수도약 수열들로 이루어져 있어, 인접한 기지국들은 셀간 간섭 없이 동시에 직교한 부반송파들을 사용할 수 있다. 단말은 파일럿 샘플들의 부반송파 레벨에서의 위치를 검출함으로써 기지국마다 서로 다른 주파수도약 수열들의 조합(Set)을 식별한다.
도 1은 기존 기술에 따른 FH-OFDM 기반 통신 시스템의 OFDM 프레임 구조를 나타낸 것으로서 도시한 행렬 형태의 프레임에서 세로축은 부반송파들을 나타내고 가로축은 심볼 시간을 나타낸다. 그러면 하나의 열은 하나의 OFDM 심볼이 되고 각각의 블록은 데이터 샘플이 된다.
상기 도 1을 참조하면, FH-OFDM 시스템은 인접한 기지국들 간에 동시에 동일한 부반송파들을 사용하지 않도록 각 기지국마다 라틴 스퀘어(Latin Square) 파일럿 패턴의 기울기를 서로 다르게 할당한다. 여기에서 심볼시간의 변화량에 대한 부반송파 변화량의 비를 나타내는 기울기는 4이고, 최초의 심볼시간에서 파일럿 샘플이 나타나는 부반송파의 위치가 주파수 옵셋이 된다.
상기와 같은 기존 기술에서는 파일럿 패턴에 따라 파일럿이 전송되는 부반송파들을 시간에 따라 바꾸고 있다. 이 경우 파일럿에 대한 셀 내의 간섭(intracell interference)은 없고, 인접 셀들은 서로 다른 기울기를 갖는 파일럿 패턴을 사용하므로 인접셀 간섭(intercell interference) 평균 효과를 얻을 수 있다.
단말은 OFDM 심볼마다 삽입되는 주기적 프리픽스(Cyclic Prefix: CP)의 반복 성질을 이용하여 주파수 옵셋을 추정하고 심볼 동기를 획득하며, 해당 기지국의 주파수도약 수열 조합에 따라 가변적인 위치에 있는 파일럿 심볼을 이용하여 파일럿 패턴 기울기와 시간 옵셋을 직접 추정한다. 여기서 파일럿 패턴의 기울기를 추정함은 해당 기지국의 주파수도약 수열 조합을 식별함을 의미하며, 시간 옵셋을 추정함은 해당 기지국의 동기 정보를 획득함을 의미한다.
상기한 기존 기술은 부반송파 개수만큼의 기지국 식별자를 확보 가능하며, 모든 OFDM 심볼들을 통해 파일럿 샘플들을 송신하므로 기지국 구분을 위해 특별한 물리채널을 사용할 필요가 없지만, 라틴 스퀘어 주파수도약 수열을 사용하는 경우에만 사용 가능하다는 한계가 있다. 더욱이 파일럿 샘플들과 데이터 샘플들이 함께 운반하고 있는 OFDM 프레임으로부터 파일럿 패턴 기울기와 옵셋을 추정하는 것은 큰 크기의 버퍼와 많은 계산량을 필요로 한다.
기지국 구분은 단말기에서 전원을 켰을 때 서비스 받기 위한 초기 기지국 검색에도 필요하지만 핸드오프를 위하여 주변의 기지국을 검색하는 데에도 필수적으로 필요하다. 인접 기지국의 라틴 스퀘어 주파수도약 수열의 기울기와 옵셋 값을 직접 추정하기 위해서는 인접 기지국과의 주파수 옵셋을 보상하고, OFDM 심볼에 맞추어 FFT(fast Fourier transform)을 수행한 후 기지국 검색을 수행하여야 하므로, 서비스 받고 있는 기지국으로부터의 통신을 잠시 중단해야만 한다. 따라서 이로 인해 전송용량이 감소되었다는 또 다른 문제점이 있다.
한편, OFDM 통신 시스템에서는 OFDM 프레임의 앞부분에 알려진 심볼들로 이루어진 프리앰블(Preamble)을 삽입하고, 단말에서 상기 프리앰블을 검출함으로써 OFDM 프레임의 시작점을 추정하도록 한다.
도 2는 전형적인 OFDM 통신 시스템에서 프리앰블을 포함하는 OFDM 프레임의 구조를 나타낸 것이다. 상기 도 2에 나타낸 바와 같이, 프리앰블은 OFDM 프레임에 프리픽스(prefix)로서 추가되는 몇몇 특수 심볼들을 말한다. 일반적으로, 프리앰블의 구조와 내용은 송신기와 수신기 사이에 알려져 있는(known) 것으로서, 구현하는데 있어서 상대적으로 복잡도가 낮으면서도 동기화 및 채널 추정에 있어서 최대의 성능을 얻도록 정해진다.
우수한 프리앰블 구조는 시간 동기화를 위한 우수한 보정특성, 고출력 전송을 위한 낮은 최대전력대 평균전력비(Peak to Average Power Ratio: 이하 PAPR이라 칭함), 적절한 채널추정 능력, 넓은 범위에 걸쳐 적합한 주파수 옵셋 추정 능력, 낮은 연산 복잡도, 낮은 오버헤드, 높은 정확도와 같은 특징들을 지녀야 한다. 그러나 FH-OFDM 기반 통신 시스템에서 상기한 특징들을 대부분 만족시키는 프리앰블 구조를 설계하는 것은 용이한 일이 아니다.
하기에 기존 FH-OFDM 통신 시스템의 알려진 초기 동기 기술의 대표적인 문제점들을 나열하였다.
1. FH-OFDM 시스템의 경우 기지국 구분을 위해 라틴 스퀘어 주파수도약 수열만을 사용하여야 한다는 한계가 있다.
2. 라틴 스퀘어 주파수도약 수열의 기울기와 옵셋을 기지국 구분자 및 동기정보로 사용하는 경우 최적의 검출 성능을 얻기 위해서는 많은 계산량을 필요로 한다.
3. 기존 방법은 주파수 영역에서의 수신 신호를 이용하므로 핸드오프시 인접 기지국의 기지국 구분 및 동기 정보 획득을 위해 서비스 받고 있는 기지국과의 통신 중단이 불가피 하며 이로 인한 전송 용량이 감소될 수 있다.
따라서 상기한 바와 같이 동작되는 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 본 발명은, FH-OFDM 통신 시스템에서 하향링크 통신을 개시하기 위한 초기 동기 방법을 제공한다.
본 발명은, FH-OFDM 기반 통신 시스템을 위한 기지국 구분 방법과 이를 이용한 초기 동기 방법을 제공한다.
본 발명은 FH-OFDM 기반 통신 시스템에서 파일럿 패턴의 종류와 시간 옵셋을 직접 검색하여 낮은 복잡도와 높은 검출 확률로 기지국을 구분할 수 있는 방법을 제공한다.
본 발명은 기지국 구분을 위해 파일럿 패턴 그룹을 구분하고 파일럿 패턴을 구분하며 프레임의 시작점을 찾아냄으로써, 서비스 받기 위한 기지국의 주파수도약 수열 및 동기 정보를 획득하는 방법을 제공한다.
본 발명은 FH-OFDM 기반 통신 시스템에서 초기 동기를 위한 OFDM 프레임의 시작점을 나타내는 프리앰블을 생성하는 방법을 제공한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 창안된 본 발명의 실시예는, 복수의 기지국들을 포함하는 주파수 도약 직교주파수 분할 다중화 통신 시스템의 통신 방법에 있어서,
소정 개수의 파일럿 패턴들을 포함하며 파일럿의 전송을 위한 서로 다른 파일럿 부반송파들을 사용하는 소정 개수의 파일럿 패턴 그룹들을 생성하는 과정과,
상기 파일럿 패턴 그룹들 내의 각 파일럿 패턴들에 대해 서로 다른 주파수도약 수열 조합들을 대응시키는 과정과,
상기 복수의 기지국들의 서비스 영역에서 통신하는 단말들이 상기 복수의 기지국들을 식별할 수 있도록 상기 기지국들에게 서로 다른 상기 파일럿 패턴들과 그에 대응하는 주파수도약 수열 조합들을 할당하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예는, 복수의 기지국들을 포함하는 주파수 도약 직교주파수 분할 다중화 통신 시스템을 단말에 의해 액세스하는 방법에 있어서,
기지국으로부터 각각 파일럿 샘플들을 포함하는 복수의 심볼들을 수신하고 상기 심볼들 각각에 대해 상기 파일럿 샘플들이 실린 부반송파들을 검출함으로써 상기 파일럿 부반송파들에 대응하는 파일럿 패턴 그룹을 식별하는 과정과,
상기 검출된 파일럿 샘플들의 패턴을 검출함으로써 상기 기지국으로부터 데이터를 수신하기 위해 상기 파일럿 패턴에 대응하는 주파수도약 수열 조합을 추정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 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.
후술되는 본 발명은 파일럿 패턴 그룹 및 파일럿 패턴을 이용한 기지국 구분 방법과, 시간영역(Time-domain) 프레임 동기를 위한 프리앰블(Preamble)의 생성 방법으로 이루어진다.
<기지국 구분>
FH-OFDM 시스템에서는 기지국들마다 서로 다른 파일럿 패턴을 할당하여 기지국들에서 사용하는 주파수도약 수열을 구분한다. 즉 파일럿 패턴은 기지국의 고유한 주파수도약 수열에 대응하므로, 단말은 파일럿 패턴의 식별에 의해 해당 기지국에서 사용하는 주파수도약 수열을 알아낼 수 있다. 파일럿 패턴의 할당은 셀 설계시 또는 셀 구조의 변경(기지국의 추가 또는 제거 등)시에 시스템 설계자에 의하여 이루어진다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 기지국들에게 파일럿 패턴을 할당하는 동작을 나타낸 흐름도이다.
상기 도 3을 참조하면, 과정(10)에서는 서로 다른 파일럿 위치를 사용하는 NPG개의 파일럿 패턴 그룹들이 생성된다. 여기서 각각의 파일럿 패턴 그룹은 동일한 파일럿 위치를 사용하는 NPP개의 파일럿 패턴들을 포함한다. 과정(12)에서 상기 각 파일럿 패턴 그룹내의 파일럿 패턴들에 대해서 서로 다른 주파수도약 수열 조합들이 대응된다. 과정(14)에서 상기 총 NPG*NPP개의 파일럿 패턴들이 기지국들에 할당된다. 예를 들어 부반송파들의 개수 N이 128이고 파일럿을 전송하는 부반송파들(이하 파일럿 부반송파들이라 칭함)의 개수 NP가 16이라고 할 때 파일럿 패턴 그룹들의 개수 NPG는 8이 된다. 이로써 기지국들은 서로 다른 파일럿 패턴들과 그에 대응하는 주파수도약 수열들을 할당받게 된다.
본 발명에 따른 파일럿 패턴 그룹과 파일럿의 설계를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명에 따른 파일럿 패턴 그룹 설계의 예를 나타내었다. 여기에서는 주파수 옵셋 값을 달리 하는 8개의 파일럿 패턴 그룹들을 나타내었으며 파일럿 샘플들은 음영으로 표시하였다. 도시한 바와 같이, 기지국은 시간에 관계없이 고정적으로 할당된 부반송파들을 통하여 파일럿 샘플들을 전송하고, 나머지 부반송파들에 대해 해당하는 주파수도약 수열 조합에 따른 주파수도약을 통하여 데이터 샘플들을 전송한다.
이 경우 셀 내에서 파일럿과 데이터 사이의 간섭은 없으나, 모든 셀에서 같은 위치의 부반송파에 파일럿 샘플을 전송하는 경우 파일럿에 대한 인접셀 간섭이 매우 커지게 된다. 따라서 본 발명에서는 서로 다른 주파수 옵셋을 갖는 NPG개의 파일럿 패턴 그룹을 재사용한다.
도 5는 본 발명에 따른 파일럿 패턴 그룹 재사용의 예를 나타낸 것이다. 여기에서는 7개의 7개의 파일럿 패턴 그룹을 이용한 재사용의 예를 나타내었다.
상기 도 5를 참조하면, 같은 부반송파를 이용하여 파일럿을 전송하는 가장 가까운 셀이 세 번째 층(tier)에 존재하게 되므로, 파일럿에 의한 인접셀 간섭의 영향은 크게 줄어들게 된다. 더욱이 각 셀에서는 인접 셀들의 파일럿 부반송파들을 데이터의 전송을 위한 주파수 도약에 사용하므로, 해당 부반송파에 인접셀 간섭이 발생할 확률이 낮아져서 주파수 도약으로 인한 간섭 평균 효과를 그대로 얻을 수 있다.
M개의 부반송파들마다 하나씩의 파일럿 부반송파를 할당한다고 할 때 m번째 파일럿 패턴 그룹에는 (p-1)M+m번째 부반송파가 할당된다. 여기서 p는 1부터 파일럿이 할당되는 부반송파들의 개수를 나타내는 NP 사이의 자연수이다.
본 발명에서는 NP개의 파일럿 부반송파들을 위해 길이 NP를 가지는 Npp 개의 파일럿 패턴들을 결정하고, 동일한 파일럿 패턴 그룹을 사용하는 Npp개의 기지국들이 서로 다른 파일럿 패턴들을 전송함으로써 서로 간에 구분되도록 한다. 할당된 파일럿 부반송파들을 통해 전송되는 파일럿 샘플들은 채널 추정 등에 이용될 수 있도록 수신기에서 이미 알고 있는 정보가 되어야 한다. 파일럿 패턴은 전 파일럿 부반송파들에 걸쳐서 설계하는 시스템의 최대 채널 변화속도와 파일럿 패턴의 수에 대해 파일럿 검출 확률을 최대화 할 수 있도록 정해진다.
바람직한 하나의 실시예로서, 기지국은 홀수 번째 심볼 시간에는 NP개의 모든 파일럿 부반송파들에서 1을 전송하고, 짝수 번째 심볼 시간에는 (NP, log2N PP) 이진 블럭코드(binary block code) 중 최소 해밍 거리(minimum Hamming distance)가 최대화 되는 코드 워드를 전송한다. 특히 파일럿 패턴들의 개수 Npp가 2의 누승일 경우에는 홀수 번째 심볼 시간에서는 Npp 크기를 가지는 하다마드 행렬(Hadamard matrix)의 각 열(column)이 전송된다.
도 6은 본 발명에 따라 하다마드 시퀀스(Hadamard sequence)를 이용한 파일럿 패턴 설계의 예를 나타낸 것으로서, 여기에서는 전체 부반송파들 중 8개의 파일럿 부반송파들을 통해 전송되는 8개의 파일럿 패턴들을 나타내었다.
도시된 바와 같이 홀수 번째 심볼 시간에서는 모든 파일럿 부반송파들을 통해 8개의 '1'들, 즉 '11111111'이 전송된다. 그리고 짝수 번째 심볼 시간에서는 모든 부반송파들을 통해 고유한 파일럿 패턴이 전송된다. 예를 들어 짝수 번째 심볼 시간에서 파일럿 패턴 2의 시퀀스는 '1111-1-1-1-1'이며, 파일럿 패턴 4의 시퀀스는 '11-1-1-1-111'이다. 각 패턴은 4개의 부반송파들에서 서로 다른 값을 가진다.
도 7은 본 발명이 적용되는 FH-OFDM 시스템에서 기지국 송신기의 구조를 나타낸 것이다.
상기 도 7을 참조하면, 주파수 도약기(120)는 프리앰블 발생기(Preamble Generator)(110)로부터 제공된 (K-2)개의 알려진(Known) 샘플들로 구성된 프리앰블 또는 (K-2)개의 데이터 샘플들을 입력으로 한다. 이때 상기 프리앰블은 OFDM 프레임의 시작점에서 선택되고, 그 이외의 시점에서는 상기 데이터 샘플들이 선택된다. 상기 주파수 도약기(120)는 도약수열 발생기(130)로부터 제공된 소정 도약수열에 따라 상기 (K-2)개의 샘플들 각각을 데이터 부반송파들로 할당한다.
역고속 퓨리에 변환기(Inverse Fast Fourier Transformer: 이하 IFFT 변환기라 칭함)(140)는 각 주파수 도약에 따라 해당하는 데이터 부반송파들에 할당된 데이터 샘플들과, 파일럿 부반송파들에 할당된 파일럿 샘플들을 IFFT 변환하여 OFDM 심볼을 출력한다. 여기서 상기 파일럿 샘플들은 해당 기지국의 파일럿 패턴 그룹에 따른 파일럿 부반송파들을 통해 전송되며, 해당 기지국의 파일럿 패턴에 따른 파일럿 시퀀스가 된다.
병렬/직렬 변환기(Parallel to Serial Converter: P/S)(140)는 상기 역고속 퓨리에 변환기(150)로부터 출력되는 OFDM 심볼을 직렬 변환하며 주기적 프리픽스(Cyclic Prefix: 이하 CP라 칭함) 삽입기(160)는 상기 직렬 변환된 OFDM 심볼의 앞에 보호구간(Guard Interval)으로서의 CP를 삽입한다. 여기서 상기 CP를 포함하는 소정 개수 Nframe개의 OFDM 심볼들은 OFDM 프레임을 구성한다. 도시하지 않을 것이지만, 상기 OFDM 프레임은 디지털/아날로그 변환기(Digital to Analog Converter: DAC)와 RF(Radio Frequency)부를 통해 안테나로 방사된다.
상기와 같이 기지국에서는 할당된 파일럿 패턴 그룹에 대응되는 부반송파들을 이용하여, 해당 그룹 내의 파일럿 패턴에 대응되는 파일럿 시퀀스를 전송한다. 즉 파일럿의 위치와 정보는 파일럿 패턴마다 다르게 할당되고, 단말에서는 이를 추정함으로써 파일럿 패턴을 간접적으로 추정할 수 있게 된다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 단말에서 기지국의 초기 동기를 획득하는 동작을 나타낸 흐름도이다.
상기 도 8을 참조하면, 과정(20)에서 단말은 기지국으로부터 OFDM 심볼들을 수신하면 상기 OFDM 심볼들 사이에 삽입된 주기적 프리픽스(CP)의 반복 특성을 이용하여 주파수 옵셋을 추정하고 심볼 동기를 획득한다. 여기서 주파수 옵셋의 추정과 심볼 동기의 획득은 본 발명의 주된 요지와는 관련이 없는 것이므로 그 상세한 설명을 생략한다.
과정(22)에서 단말은 상기 OFDM 심볼들에 포함된 파일럿 샘플들의 위치를 검출하여 상기 기지국의 파일럿 패턴 그룹을 식별한다. 과정(24)에서 단말은 상기 파일럿 샘플들의 시퀀스 형태를 검출하여 상기 기지국의 파일럿 패턴과 그에 대응하는 주파수도약 수열 조합을 식별한다. 상기 주파수도약 수열 조합은 단말이 상기 기지국으로부터 데이터를 수신하는데 이용된다. 마지막으로 과정(26)에서 단말은 파일럿 샘플들을 제외한 나머지 OFDM 심볼이 미리 알고 있는 프리앰블과 일치하는지를 판단함으로써 심볼 단위의 프레임 동기를 획득한다. 상기 프레임 동기를 획득하는데 효과적인 프리앰블의 구조에 대한 상세한 설명은 후술될 것이다.
이하 단말에 의한 파일럿 패턴 그룹의 식별과 파일럿 패턴의 식별에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
상기 과정(22)에서 파일럿 패턴 그룹을 식별하는 것은 가능한 NPG개의 옵셋 값들 중 가장 가능성이 높은 파일럿 패턴 그룹을 추정해내는 과정이다. 도 4에 나타낸 바와 같이 파일럿 부반송파들은 항상 파일럿 패턴의 시퀀스를 전송하므로, 주파수 도약에 의해 간헐적으로 신호가 존재하는 다른 부반송파들에 비하여 높은 평균 전력을 가지게 된다. 따라서 파일럿 패턴 그룹은 각 파일럿 패턴 그룹의 파일럿이 위치할 수 있는 부반송파들의 수신 신호 전력의 합을 비교하고, 이 중 최대값을 갖는 그룹을 파일럿 패턴 그룹의 추정치로 정함으로써 추정될 수 있다.
즉, i 번째 심볼 시간의 k번째 부반송파에 대한 주파수 영역의 수신 신호, 즉 OFDM 심볼을 Yk(i) 라고 할 때 파일럿 패턴 그룹의 추정된 인덱스 nPG는 아래 <수학식 1>과 같이 정해진다.
여기서 NS는 파일럿 패턴 그룹 및 패턴 추정에 사용하는 OFDM 심볼들의 개수이고, NP은 파일럿이 전송되는 부반송파들의 개수이고, M은 파일럿 패턴 그룹들의 개수이다. 또한 arg maxm(.)이라 함은 목적 식을 최대화하는 m을 출력하는 함수이다.
과정(24)에 나타낸 파일럿 패턴은 파일럿 패턴 그룹의 추정 이후에 이루어진다. NS개의 OFDM 심볼들을 이용하여 파일럿 패턴을 추정한다고 할 때, NP*NS 크기의 l번째 파일럿 패턴을 행렬 로 나타내면 i번째 심볼 시간의 k번째 파일럿 부반송파에 대한 주파수 영역 수신 신호를 Yk(i)을 (k,i)번째 원소로 하는 NP*NS 크기의 행렬 Y에 대한 조건부 확률 밀도 함수 (conditional probability density function)는 다음 <수학식 2>와 같다.
여기서 hp(i)는 p번째 파일럿 부반송파에 대한 i번째 심볼 시간에서의 채널 계수, dlk(i)은 Dl의 (k,i)번째 원소인 k번째 파일럿 부반송파에서 i번째 심볼시간에 전송되는 파일럿 샘플이다. 수신기에서는 채널 계수의 정확한 값을 알 수 없으므로, 단말은 Dl이 전송되었다는 가정하에 구한 최대우도(Maximum likelihood) 채널 추정치 h'lp(i)로 대체한 아래 <수학식 3>과 같은 확장된 조건부 확률 밀도 함수를 최대화 하는 파일럿 패턴으로 패턴 추정치를 정하게 된다. 이를 일반화된 최대우도 테스트(generalized likelihood ratio test: GLRT)라 칭한다.
상기 <수학식 3>의 조건부 확률 밀도 함수를 정리하여 전송된 파일럿 패턴에 관계있는 항목들만을 정리하면 아래 <수학식 4>과 같다.
그러면 파일럿 패턴에 대한 추정치 nPP는 아래 <수학식 5>와 같이 정해진다.
상기 <수학식 5>를 살펴보면 채널 추정치 h'lp가 목적 식에 들어있으므로 채널을 어떻게 추정하는가에 따라 목적 식이 달라지고, 그에 따른 파일럿 패턴 검출 확률을 최대화 할 수 있는 파일럿 패턴의 형태 역시 달라짐을 알 수 있다. 최적의 채널 추정 값은 채널이 변하지 않는 구간 내에서 최대한 순간 채널 추정 값을 평균하는 것이다. 따라서 채널의 변화 속도에 따라 상기한 목적 식의 형태가 어떻게 변화하는지 살펴보고, 각 경우에 있어서의 최적 파일럿 패턴의 설계에 관해 간략히 살펴보도록 하겠다.
채널 특성이 매 OFDM 심볼마다 변한다고 가정할 경우 채널 추정치 h'lp(i)는 다음 <수학식 6>과 같이 나타내어진다.
상기 <수학식 6>을 <수학식 4>에 대입하면 다음 <수학식 7>이 된다.
여기서 dlp(i)가 파일럿 패턴의 종류와 관계없이 일정한 에너지를 갖는다면, 상기 <수학식 7>의 목적식 역시 파일럿 패턴과 상관없이 일정한 값을 갖게 되어 파일럿 패턴 검출이 불가능하다. 따라서 파일럿 패턴들을 구분하기 위해서는 최소 두 개의 OFDM 심볼구간들 동안 채널 특성이 변하지 않아야 한다. 2개의 OFDM 심볼구간들 동안 채널특성이 변하지 않는다고 가정하는 경우 h'lp(i)는 다음 <수학식 8>과 같게 된다.
상기 <수학식 8>은 최대우도 채널 추정치이므로 이를 <수학식 5>에 대입하여 파일럿 패턴의 종류와 관계없는 항을 빼서 정리하면 다음 <수학식 9>와 같은 최종적인 파일럿 패턴 결정식을 얻을 수 있다.
상기 <수학식 9>의 결정식은 2개의 OFDM 심볼구간 동안 채널특성이 변화하지 않는 조건 하에서 구해진 것이다.
도 6에 나타낸 파일럿 패턴의 형태는 상기 조건이 맞는 경우에 대해 구한 결정값과 상기 조건이 잘못되었을 경우에 대해 구한 결정값의 차이가 최대화되도록 설계된 것이다. 각각의 부반송파에 대해 고려하면 dlp(i)와 dlp(i-1)의 조합이 (1, -1) 또는 (-1, 1)이고 dl'p(i)와 dl'p(i-1)의 조합이 (1, 1)인 경우에, 상기 조건이 맞는 경우에 구한 목적식의 평균 값은 1이 되고, 상기 조건이 잘못된 경우에 구한 목적식의 값은 -1이 되어 그 차이가 최대가 된다. 여기서 사용한 목적식은 상기 <수학식 9>의 이다.
시스템의 최대 채널 변화 속도가 적어서 임의의 수 F개의 OFDM 심볼구간 동안 채널특성이 고정되어 있는 조건 하에서, 최대우도 채널 추정치는 다음 <수학식 10>과 같다.
이 경우 파일럿 패턴에 대한 결정식은 다음 <수학식 11>과 같다.
마찬가지로, 파일럿 패턴의 형태는 상기 <수학식 11>의 조건이 맞는 경우에 대해 구한 결정값과 상기 조건이 잘못되었을 경우에 대해 구한 결정값의 차이가 최대화되도록 설계된다.
도 9는 본 발명이 적용되는 FH-OFDM 시스템에서 상기 도 6의 송신기 구조에 대응하는 단말 수신기의 구조를 나타낸 것이다.
상기 도 9를 참조하면, RF부와 아날로그/디지털 변환기를 거쳐 수신된 시간영역 OFDM 프레임은 CP 제거기(260)로 입력된다. CP 제거기(260)는 상기 OFDM 프레임에서 CP를 제거하여 Nframe개의 OFDM 심볼들을 구분하며, 직렬/병렬 변환기(S/P) (250)는 상기 OFDM 심볼들을 병렬 변환하여 출력한다.
고속 퓨리에 변환기(Fast Fourier Transformer: 이하 FFT 변환기라 칭함)(240)는 상기 OFDM 심볼들을 FFT 변환하여 매 OFDM 심볼 구간마다 K개의 부반송파들에 대응하는 K개의 샘플들을 출력하며, 주파수 도약기(220)는 도약수열 발생기(230)로부터 제공된 소정 도약수열에 따라 상기 K개의 샘플들을 원래의 순서로 복구한다.
프리앰블 검출기(210)는 상기 주파수 도약기(34)로부터 출력되는 샘플들에 대해 프리앰블을 검출하여 프레임의 시작이 되는 OFDM 심볼을 추정한다. 또한 파일럿 검출기(200)는 상기 주파수 도약기(34)로부터 출력되는 상기 K개의 샘플들 중에서 특정 부반송파 위치의 파일럿 샘플들을 검출하여 상기 부반송파 위치와 상기 파일럿 샘플들의 패턴에 따라 송신기에 의해 사용된 도약수열을 추정하고, 상기 추정된 도약수열에 대한 정보를 도약수열 발생기(230)로 제공한다. 상기 검출된 파일럿 샘플들을 제외한 나머지 데이터 샘플들은 파일럿 검출기(200)로부터 출력된다.
이와 같이 본 발명에서 제안한 파일럿 패턴 그룹과 파일럿 패턴을 이용할 경우 NPG*NPP 개의 기지국을 서로 구분할 수 있다. 두 가지 파라미터의 조합을 해당 기지국에서 사용하는 파일럿 패턴 집합과 일대일 대응되도록 함으로써 파일럿 패턴 그룹 및 파일럿 패턴의 추정만으로 기지국 고유의 특성을 추정해 낼 수 있다.
이러한 본 발명을 라틴 스퀘어 주파수도약 패턴을 사용하는 기존의 기술과 비교하면, 파일럿 패턴 그룹 인덱스 nPG {0, 1, …, NPG-1} 및 파일럿 패턴 인덱스 nPP {0, 1, …, NPG-1}과 라틴 스퀘어 주파수도약 패턴의 기울기 값 S를 nPG *NPP+ p와 같이 1:1 대응 시킬 수 있다. 즉 기존의 기지국 구분자 수와 동일한 수를 발생시킬 수 있다. 여기서 p는 1 내지 NP 사이의 파일럿 부반송파 인덱스이다.
따라서 본 발명은 기울기를 직접 추정하는 복잡한 계산을 거치지 않고도 파일럿 패턴 그룹 인덱스 nPG와 파일럿 패턴 인덱스 nPP 값을 추정하여 기지국 구분이 가능하다.
<프레임 동기 추정>
단말은 기지국의 파일럿 패턴을 추정하면 하향링크 방송정보를 수신하고 상향링크의 액세스를 시도하기 위해서 프레임 동기를 획득한다.(도 7의 과정 26) 프레임 동기의 획득은 OFDM 프레임의 앞부분에 삽입된 프리앰블의 검출에 의하여 이루어진다.
도 10은 본 발명에 따른 시간영역의 프리앰블을 포함하는 OFDM 프레임의 구조를 나타낸 것이다.
상기 도 10을 참조하면, 프레임의 시작 부분에는 소정 개수의 OFDM 심볼들에 해당하는 길이의 시간영역 프리앰블이 배치된다. 여기에서는 1개의 OFDM 심볼에 해당하는 시간영역 프리앰블을 나타내었다. 프리앰블은 앞서 설명한 파일럿 패턴 그룹에 따라 서로 다른 종류의 형태를 갖는다. 단말 수신기에서는 매 OFDM 심볼의 시작점에 맞추어 추정된 파일럿 패턴 그룹에 해당하는 프리앰블과 수신 신호와의 상관 값을 구하고 이를 기준치와 비교하여 프레임의 시작점을 추정한다.
앞서 언급한 도 6 및 도 9를 참조하여 보다 상세히 설명하면 하기와 같다.
기지국의 프리앰블 발생기(도 6의 110)는 Nframe개의 OFDM 심볼들, 즉 1개의 OFDM 프레임마다 1개의 OFDM 심볼 길이에 해당하는 시간영역 프리앰블을 주기적으로 삽입한다. 파일럿 패턴 그룹들의 개수가 NPG라고 할 때 실수 신호로 구성된 소정 시퀀스를 시간 영역에서 NPG회 반복하여 프리앰블을 만들게 되면, 주파수 영역에서 (p-1)M+1, p=1, 2, …, NP 번째 부반송파들에만 에너지가 존재하게 된다. 여기서 M은 파일럿 부반송파들간의 최소 간격이다. 또한 상기 시퀀스는 단말과의 사이에 미리 약속된 트레이닝 시퀀스로서 N/NPG의 길이를 가진다. 만약 m번째 파일럿 패턴 그룹(m=1, 2, ... NPG)에 대해 M(p-1)+m, p=1, 2, …, NP의 부반송파 위치로 옵셋값을 조절하기 위해서는, 시간영역 프리앰블의 N개의 샘플 중 n번째 샘플에 을 각각 곱해주면 된다.
단말의 프리앰블 검출기(도 9의 210)에서는 CP에 의해 검출된 각 OFDM 심볼의 시작점을 중심으로 W개의 샘플들 동안 수신되는 다중 경로 신호에, NPG개의 서로 다른 프리앰블 패턴들 중 추정된 파일럿 패턴 그룹에 대응되는 프리앰블와의 상관값을 결합하여 Nframe개의 심볼 위치들 중 상관값이 최대화 되는 OFDM 심볼의 위치를 프레임의 시작점으로 추정한다.
파일럿 패턴 그룹마다 서로 다른 종류의 프리앰블을 사용하는 이유는 다음 두 가지이다.
첫째로 일반적인 형태로 시간영역 프리앰블을 만들 경우 전 주파수 대역에 에너지가 존재하게 되므로, 프리앰블의 전송시점에서 인접 셀의 모든 부반송파들에 간섭이 발생하게 된다. 이를 막기 위하여, 프리앰블 전송 시간에 있어서도 해당 기지국의 파일럿 전송 위치(부반송파들)에만 에너지가 존재하여 인접 셀 간섭을 최소화 하도록 해당 파일럿 패턴 그룹에 맞게 제어된 주파수 응답을 갖는 프리앰블을 사용하는 것이다.
두 번째로는 핸드오프시의 편이성을 위해서이다. 즉, 단말에서는 핸드오프를 위하여 인접 기지국으로부터의 신호를 지속적으로 모니터링 하고, 기지국의 특성을 추정하여야 한다. 이때 파일럿 패턴 그룹마다 서로 다른 프리앰블을 사용한다면, FFT 이전의 시간영역 신호와 프리앰블와의 상관 값을 이용하여, 핸드오프 대상 기지국의 파일럿 패턴 그룹을 추정할 수 있다.
파일럿 패턴 그룹의 설계가 적절하게 이루어진 경우, 대부분의 경우 핸드오프 가능한 기지국들 중에 해당 추정된 파일럿 패턴 그룹을 갖는 기지국이 유일하도록 할 수 있다. 그러면 단말은 핸드오프시 추가적인 파일럿 패턴 추정 없이도 핸드오프를 위해 필요한 모든 인접 기지국 정보, 즉 프레임 동기정보와 주파수 도약 패턴을 알아낼 수 있다.
즉, 단말은, 파일럿 패턴 그룹들의 재사용 지수가 낮아서 서빙 기지국의 주위에 같은 파일럿 패턴 그룹을 갖는 두 개 이상의 인접 기지국들이 있는 경우에만, 주파수 영역 신호를 이용하여 파일럿 패턴 그룹을 식별하면 된다. 이는 기존 기술의 단점에서 언급한 바와 같은 FFT 이후의 신호를 이용한 연산을 해야 하는 필요성을 크게 줄이게 되므로, 인접 셀 신호 검색을 위해 통신의 중단 구간이 감소된다.
도 11은 본 발명에 따른 파일럿 패턴 그룹 및 파일럿 패턴 할당의 예를 나타낸 것이다. 도시한 바와 같이, 기지국들은 인접한 기지국들과 가급적 다른 파일럿 패턴 그룹의 동일한 파일럿 패턴을 사용한다.
예를 들어 셀 A에서 통신하고 있는 단말이 새로운 셀로 이동하고, 상기 새로운 셀로부터 송신되는 신호를 검색하여 시간영역 파일럿을 이용해 검출한 결과 상기 새로운 셀의 파일럿 패턴 그룹 인덱스가 1이란 것을 알아낸다. 이 경우, 셀 A의 주변에 있는 셀들 중 파일럿 패턴 그룹 인덱스가 1인 셀은 셀 B가 유일하므로 단말은 현재 자신이 이동하고자 하는 새로운 셀이 셀 B임을 식별할 수 있다. 이때 셀 B의 파일럿 패턴은 단말이 현재 통신하고 있는 셀 A의 파일럿 패턴과 동일하므로, 단말은 주파수 영역 신호를 이용한 신호처리, 즉 FFT의 수행 없이도 셀 B의 정보를 알아낼 수 있게 된다.
보다 상세히 설명하면, 통신중인 단말은 CP를 이용한 상관값에 의해 유효한 인접 셀의 신호를 모니터링한다. 유효한 인접 셀의 신호가 검출되면, 먼저 주파수 옵셋을 추정하고 심볼 동기를 획득한다. 다음으로 단말은 가능한 모든 파일럿 패턴 그룹들에 대응하는 가능한 모든 시간영역 프리앰블들과, 상기 인접 셀 신호와의 상관값을 이용하여 최대의 상관값을 가지는 파일럿 패턴 그룹을 결정하여 프레임 동기를 획득하고, 상기 파일럿 패턴 그룹에 따라 상기 인접 셀을 식별한다. 이로써 단말은 자신이 핸드오프하고자 하는 대상 셀을 식별할 수 있다.
이하 본 발명에 따른 기지국 구분 방법과 라틴 스퀘어 주파수도약 수열을 사용하는 기존 기술의 기지국 검색 성능을 모의실험을 통하여 비교해 보았다. 모의실험의 환경은 다음과 같다.
부반송파 수 (N) = 128
CP 길이 (Ncp) = 16
파일럿 부반송파들의 개수 (NP) = 16
채널 길이 (L) = 12
반송파 주파수 = 2GHz, 샘플링 속도 = 1.44MHz
단말 속도 = 60km/h (정규화된 도플러 주파수의 기준은 10-3~10-1)
라틴 스퀘어 주파수도약 수열의 기울기 (Nslope) = 127
파일럿 패턴 그룹의 수 (NPG) = 8
각 그룹별 파일럿 패턴의 수 (NPP) = 16
데이터 전송을 위한 주파수 도약 수열 : 라틴 스퀘어 패턴 (기존 기술의 경우 데이터 전송과 파일럿 전송에 모두 이용)
파일럿과 함께 30개의 주파수 도약 수열들을 이용하여 데이터 동시 전송
파일럿 심볼 에너지 대 데이터 심볼 에너지 비 = 2:1 (파일럿이 2배 큼)
파일럿 패턴 그룹 및 패턴 추정에 사용하는 OFDM 심볼들의 개수 (NS) = 3~9
여기에서는 라틴 스퀘어 주파수도약 수열을 이용하여 최적의 성능을 얻기 위한 최적 추정 알고리즘과, 계산량을 줄이기 위한 부최적 알고리즘을 본 발명과 비교한다.
도 12는 본 발명과 라틴 스퀘어 주파수도약 수열을 이용한 기존의 최적 추정 알고리즘에 대해 NS가 4인 경우 파일럿 샘플의 잡음 대비 비트 에너지(Eb/N0 )의 변화에 따른 검출 에러율을 비교한 것이다. 도시한 바와 같이 본 발명은 기존 기술의 최적 추정 알고리즘에 비하여 동일한 Eb/N0 환경에서 보다 월등한 기지국 검출 성능을 보인다.
도 13은 본 발명과 라틴 스퀘어 주파수도약 수열을 이용한 기존의 최적 추정 알고리즘에 대해 Eb/N0가 3dB인 경우 정규화된 도플러 주파수 fDT S와 NS의 변화에 따른 검출 에러율을 비교한 것이다. 여기서 fD는 도플러 주파수이고 TS는 샘플링 주기이다. fDTs = 0.001, 0.01, 0.1은 2GHz의 반송파 주파수에서 각각 5.3km/h 53km/h, 530km/h에 대응되는 채널 변화량이다. 반송파 주파수가 5GHz가 되면 각각 2.15km/h, 21.5km/h, 215km/h에 대응되게 된다. 도시한 바와 같이 검출 에러율 10-3을 얻기 위해 기존 기술의 경우 9개의 OFDM 심볼들을 필요로 하지만 본 발명의 경우 3개의 OFDM 심볼들이면 충분하다. 따라서 버퍼 크기나 계산 복잡도 측면에서 추가적인 이득을 얻을 수 있다.
구체적으로 계산 복잡도를 비교하면 다음과 같다. 도 14에 본 발명과 라틴 스퀘어 주파수도약 수열을 이용한 기존의 최적 추정 알고리즘에 대해 필요한 계산량을 비교하였다. 여기서 Nframe은 한 OFDM 프레임을 구성하는 OFDM 심볼 수, Nslope 는 주파수 도약 패턴의 기울기 집합의 원소 수, N은 총 부반송파 개수이다. 도시한 바와 같이, 기존 기술에서는 검출 에러율을 감소시키기 위해 보다 많은 OFDM 심볼들을 사용하는 경우 필요한 계산량이 크게 증가한다. 이에 비해 본 발명은 기존 기술에 비해 월등히 적은 계산량을 필요로 함을 알 수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 동작하는 본 발명에 있어서, 개시되는 발명중 대표적인 것에 의하여 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은, 파일럿 패턴 그룹과 파일럿 패턴의 조합으로 기지국을 구분하므로 보다 빠르고 적은 계산량으로 기지국들을 구분할 수 있으며 적은 계산량으로 충분한 기지국 구분자를 얻을 수 있고, 프레임 동기를 위한 시간 영역 프리앰블을 이용하여 핸드오프시 인접 기지국의 동기 정보를 현재 통신하고 있는 기지국과의 단절 없이 쉽게 얻을 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 기존 기술에 따른 FH-OFDM 기반 통신 시스템의 OFDM 프레임 구조.
도 2는 전형적인 OFDM 통신 시스템에서 프리앰블을 포함하는 OFDM 프레임의 구조.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 기지국들에게 파일럿 패턴을 할당하는 동작을 나타낸 흐름도.
도 4는 본 발명에 따른 파일럿 패턴 그룹 설계의 예를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 파일럿 패턴 그룹 재사용의 예를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 따라 하다마드 시퀀스(Hadamard sequence)를 이용한 파일럿 패턴 설계의 예를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명이 적용되는 FH-OFDM 시스템에서 기지국 송신기의 구조도.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 단말에서 기지국의 초기 동기를 획득하는 동작을 나타낸 흐름도.
도 9는 본 발명이 적용되는 FH-OFDM 시스템에서 상기 도 6의 송신기 구조에 대응하는 단말 수신기의 구조도.
도 10은 본 발명에 따른 시간영역의 프리앰블을 포함하는 OFDM 프레임의 구조도.
도 11은 본 발명에 따른 파일럿 패턴 그룹 및 파일럿 패턴 할당의 예.
도 12는 본 발명과 라틴 스퀘어 주파수도약 수열을 이용한 기존의 최적 추정 알고리즘에 대해 파일럿 샘플의 잡음 대비 비트 에너지(Eb/N0)의 변화에 따른 검출 에러율을 비교한 도면.
도 13은 본 발명과 라틴 스퀘어 주파수도약 수열을 이용한 기존의 최적 추정 알고리즘에 대해 정규화된 도플러 주파수 fDTS와 NS의 변화에 따른 검출 에러율을 비교한 .
도 14는 본 발명과 라틴 스퀘어 주파수도약 수열을 이용한 기존의 최적 추정 알고리즘에 대해 필요한 계산량을 비교한 도면.

Claims (16)

  1. 복수의 기지국들을 포함하는 주파수 도약 직교주파수 분할 다중화 통신 시스템의 통신 방법에 있어서,
    소정 개수의 파일럿 패턴들을 포함하며 파일럿의 전송을 위한 서로 다른 파일럿 부반송파들을 사용하는 소정 개수의 파일럿 패턴 그룹들을 생성하는 과정과,
    상기 파일럿 패턴 그룹들 내의 각 파일럿 패턴들에 대해 서로 다른 주파수도약 수열 조합들을 대응시키는 과정과,
    상기 복수의 기지국들의 서비스 영역에서 통신하는 단말들이 상기 복수의 기지국들을 식별할 수 있도록 상기 기지국들에게 서로 다른 상기 파일럿 패턴들과 그에 대응하는 주파수도약 수열 조합들을 할당하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 파일럿 패턴 그룹들 중 m번째 파일럿 패턴 그룹은 (p-1)M+m번째 부반송파들에 파일럿을 할당하며, 여기서 p는 1부터 NP까지 증가하는 자연수이고 NP는 파일럿이 할당되는 부반송파들의 개수인 것을 특징으로 하는 상기 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 파일럿 패턴들은,
    홀수 번째 심볼 시간에서는 모두 '1'인 시퀀스로 이루어지고, 짝수 번째 심볼 시간에서는 (NP, log2NPP) 이진 블록 코드 중 최소 해밍 거리가 최대화되는 코드 워드로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 파일럿 패턴들은
    홀수 번째 심볼 시간에서는 모두 '1'인 시퀀스로 이루어지고, 짝수 번째 심볼 시간에서는 각 파일럿 패턴 그룹에 포함되는 파일럿 패턴들의 개수와 동일한 길이를 가지는 하다마드 시퀀스로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 파일럿 패턴들을 할당하는 과정은,
    상기 기지국들 중 인접한 기지국들이 가능한 서로 다른 파일럿 패턴 그룹들의 파일럿 패턴들을 가지도록 할당하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 파일럿 패턴들을 할당하는 과정은,
    상기 기지국들 중 인접한 기지국들이 가능한 동일한 파일럿 패턴들을 가지도록 할당하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 기지국들이 상기 할당된 파일럿 패턴 그룹에 따른 부반송파 위치에서 상기 할당된 파일럿 패턴에 따른 파일럿 시퀀스를 전송하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 기지국들이 상기 할당된 파일럿 패턴 그룹에 대응하는 부반송파 위치에만 에너지가 존재하도록 프리앰블을 생성하는 과정과,
    상기 생성된 프리앰블을 매 프레임의 시작부분에 삽입하여 전송하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 프리앰블을 생성하는 과정은,
    실수 신호로 구성된 소정 시퀀스를 상기 생성된 파일럿 패턴 그룹들의 개수만큼 반복하고 시간영역 프리앰블을 구성하는 N개의 샘플들 중 n번째 샘플에 (여기서 m은 해당 기지국에 할당된 파일럿 패턴 그룹의 인덱스)을 곱하여 상기 프리앰블을 생성하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
  10. 복수의 기지국들을 포함하는 주파수 도약 직교주파수 분할 다중화 통신 시스템을 단말에 의해 액세스하는 방법에 있어서,
    기지국으로부터 각각 파일럿 샘플들을 포함하는 복수의 심볼들을 수신하고 상기 심볼들 각각에 대해 상기 파일럿 샘플들이 실린 부반송파들을 검출함으로써 상기 파일럿 부반송파들에 대응하는 파일럿 패턴 그룹을 식별하는 과정과,
    상기 검출된 파일럿 샘플들의 패턴을 검출함으로써 상기 기지국으로부터 데이터를 수신하기 위해 상기 파일럿 패턴에 대응하는 주파수도약 수열 조합을 추정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 파일럿 패턴 그룹을 식별하는 과정은,
    가능한 모든 파일럿 패턴 그룹들 중 최대의 평균전력을 가지는 부반송파들의 파일럿 패턴 그룹을 검출하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 파일럿 패턴 그룹을 식별하는 과정은,
    하기 수학식에 따라 상기 파일럿 패턴 그룹을 식별하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
    여기서 nPG는 식별된 파일럿 패턴 그룹의 인덱스이고, NS는 주파수도약 수열 조합의 추정에 사용되는 심볼들의 개수이고, NP은 파일럿 부반송파들의 개수이고, Yk(i)는 i번째 심볼 시간에서 k번째 부반송파를 통해 수신한 주파수 영역 수신 신호이고, M은 파일럿 부반송파들간의 최소 간격이고, NPG는 파일럿 패턴 그룹들의 개수임.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 파일럿 패턴을 식별하는 과정은,
    하기 수학식에 따라 상기 파일럿 패턴을 식별하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
    여기서 nPP는 식별된 파일럿 패턴의 인덱스이고, F는 고정된 채널 특성을 가지는 심볼 개수이고, NS는 주파수도약 수열 조합의 추정에 필요한 심볼들의 개수이고, NP는 파일럿 부반송파들의 개수이고, Yk(i)는 i번째 심볼시간에 k번째 파일럿 부반송파를 통해 수신한 주파수 영역 수신 신호이고, dlk(i)는 i번째 심볼시간에 k번째 파일럿 부반송파를 통해 전송되는 파일럿 샘플이고, NPP는 각 파일럿 패턴 그룹에 포함되는 파일럿 패턴 조합들의 개수임.
  14. 제 10 항에 있어서, 상기 복수의 심볼들 각각을 중심으로 하는 소정 개수의 다중 경로 신호들과 상기 식별된 파일럿 패턴 그룹에 대응하는 프리앰블과의 상관값을 구하여, 최대의 상관값을 가지는 심볼을 프레임의 시작점으로 판단하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
  15. 제 10 항에 있어서, 상기 주파수도약 수열 조합에 따라 상기 심볼들에 포함된 데이터 샘플들을 원래의 순서로 복구하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
  16. 제 10 항에 있어서, 인접 기지국으로부터의 유효한 신호를 검출하였을 시 가능한 모든 파일럿 패턴 그룹들 각각과 상기 인접 기지국의 신호와의 상관값을 구하여, 최대의 상관값을 가지는 파일럿 패턴 그룹을 검출하고, 상기 인접 기지국이 상기 검출된 파일럿 패턴 그룹과 상기 식별된 파일럿 패턴을 가지는 것으로 판단하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
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