KR101100199B1

KR101100199B1 - Ｉｆｄｍａ 시스템의 대역 제한 방법

Info

Publication number: KR101100199B1
Application number: KR1020050036819A
Authority: KR
Inventors: 김봉회; 안준기; 김학성; 노동욱; 서동연
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2005-05-02
Filing date: 2005-05-02
Publication date: 2011-12-28
Also published as: CN101171816A; WO2006118411A3; KR20060114755A; EP1878187A2; WO2006118411A2; US20090010150A1

Abstract

본 발명은 IFDMA 시스템의 대역 제한 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 컨벌루션(convolution) 함수의 수행에 따른 계산량의 증가를 방지할 수 있는 대역 제한 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 IFDMA 시스템의 대역 제한 방법은 IFDMA(Interleaved Frequency Division Multiple Access)를 사용하는 무선 이동통신 시스템에서의 대역 제한 방법에 있어서, 대역 제한을 위한 윈도우(window)를 형성하는 단계; 및 상기 윈도우를 이용하여 전송 신호의 대역을 제한하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 윈도우를 사용하면 윈도우 함수와 전송 신호와의 곱셈(multiplication) 만이 필요하기 때문에 계산의 복잡도를 줄일 수 있다.

IFDMA, 대역 제한, 윈도우, 계산량

Description

ＩＦＤＭＡ 시스템의 대역 제한 방법{method of band limiting for IFDMA commnuication system}

도1은 IFDMA(Interleaved Frequency Division Multiple Access) 심볼의 구조를 나타내는 개념도이다.

도2는 IFDMA 방식의 신호를 전송시킬 수 있는 시스템의 예시도이다.

도3은 본 발명의 바람직한 일실시예 따라 윈도우를 이용하여 IFDMA 시스템의 대역을 제한하는 방법을 나타내는 개념도이다.

도4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따라 선형 윈도우를 이용한 경우의 대역 제한 효과를 나타내는 도면이다.

본 발명은 대역 제한 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 컨벌루션(convolution) 함수의 수행에 따른 계산량의 증가를 방지할 수 있는 대역 제한 방법에 관한 것이다.

일반적으로 무선 자원을 여러 사용자가 공유하는 방식은 크게 주파수 분할 다중화 방식, 시간분할 다중화 방식, 코드분할 다중화 방식으로 구분할 수 있다.

상기 주파수 분할 다중화(FDMA; Frequency Division Multiple Access)방식은 주파수를 분할하여 여러 사용자를 구분하는 방식을 취한다. 상기 주파수 분할 다중화 방식은 데이터 통신에서 요구하는 전송 신호 대역폭보다 전송 매체의 유효 대역폭이 클 때 가능하다. 이 경우 전송 매체의 유효 대역폭을 일정한 간격으로 주파수 영역으로 나누고, 각각의 주파수 영역을 채널별로 할당하여 사용한다.

상기 시간분할 다중화 방식(TDMA; Time Division Multiple Access)은 특정 시간대를 분할하여 사용자를 구분하는 방식으로, 여러 사용자에게 자원을 사용할 수 있는 시간을 정해줌으로써 구분하는 방식이다.

상기 코드분할 다중화 방식(CDMA: Code Division Multiple Access)은 사용자마다 고유의 코드를 할당하여 구분하는 방식이다. 코드분할다중접속 방식에는 신호를 확산시키는 방법에 따라 직접 시퀀스(direct sequence)방식과 주파수도약(frequency hopping)방식, 이 2가지를 합한 복합(hybrid)방식 등이 있다. 직접 시퀀스 방식에서는 송신하려는 디지털 데이터에 주기가 훨씬 짧은 확산부호를 곱하여 주파수 대역폭을 넓히고, 주파수도약 방식에서는 신호의 반송파 주파수를 확산부호에 따라 변화시킨다.

도1은 IFDMA(Interleaved Frequency Division Multiple Access) 심볼의 구조를 나타내는 개념도이다. 이하 IFDMA의 도시한 바에 따라 IFDMA의 심볼구조를 설명한다.

IFDMA 방식은 FDMA의 일종으로 Q 개의 복소 심볼 데이터를 L번 반복함으로써 전송하는 방식이다. Q개의 복소 심볼 시퀀스를

로 표시할 수 있다. 여기서, i는 특정한 사용자를 나타내는 변수이다. IFDMA 방식에 따른 복소 심볼 시퀀스를 전송하는 경우, 데이터 블록 사이의 간섭을 막기 위해서 일정 길이의 보호 구간 (Guard Interval)이 형성된다. 상기 보호구간의 길이는 상기 복소 심볼 시퀀스가 전송되는 채널(channel)의 최대 지연 시간보다 커야한다. 도 1 및 하기 수학식 1은 상기 보호 구간의 길이

= 2이고, 복소 심볼 시퀀스의 반복 회수 L = 8, 데이터 블록 길이 Q=5인 IFDMA 심볼 c ⁱ 를 나타낸 것이다.

사용자 i의 IFDMA 심볼의 l번째 component, 즉 l번째 복소 심볼 데이터는

이다. 상기 수학식 1에 의해 데이터 블록(data block)이 생성되는바, 상기 데이터 블록은 상기 도1의 보호 구간 (Guard Interval) 및 정보 구간(Information Interval)에 구비된 복소 심볼 데이터를 포함한다.

상기 수학식 1에 의해 생성된 데이터 블록은 사용자 구별을 위해 사용자에 따른 고유의 위상 지연(phase shift)이 적용되어 전송된다. 상기 데이터 블록은 사용자에 따른 위상 벡터(user-dependent phase vector)에 곱해지는바, 상기 위상 벡 터는

에 의해 정해지고, 사용자에 따른 고유의 위상값(user-dependent phase)

는

에 의해 정해진다. 상기 위상 지연(phase shift)이 적용된 최종 전송 신호는, 하기 수학식 2로 표현된다.

상기 수학식 2에 의해 채널에 전송되는 최종 전송 신호는 각 사용자마다 고유의 위상 지연이 발생하는바, 특정 사용자에 따라 각각의 전송 신호가 서로 다른 주파수 영역에 자리잡게 된다.

도2는 IFDMA 방식의 신호를 전송시킬 수 있는 시스템의 예시도이다. 이상에서 설명한 IFDMA 방식의 신호를 전송시키는 시스템의 종류는 여러 가지가 있을 수 있으며, 이하 도2에 도시된 바에 따라 IFDMA 방식의 신호를 전송시키는 시스템의 일례를 설명한다.

도2는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)-FDMA(Frequency Division Multiple Access) 전송기의 구조를 나타낸다. 전송 데이터가 인코더 및 변조기 등을 거친 후 DFT 매트릭스(matrix)에 의해 DFT 확산(spreading)이 이루어지면, 상기 확산된 신호에 OFDM 변조를 적용한다. 상기 OFDM 변조를 적용함에 있어 subcarrier의 간격을 동일하게, 즉 등간격의 subcarrier를 할당하면, 이상에서 설명한 IFDMA 방식의 전송 신호를 얻을 수 있다.

일반적인 통신 시스템에서, 각각의 시스템에서 사용하고 있는 대역(bandwidth)이 인접 대역에 영향을 주는 것을 방지하기 위해 대역 제한 방법이 사용된다. 개념적인 통신 시스템의 모델에서는 구형파(rectangular wave)를 가정하는 실제 시스템에서 구형파를 전송에 사용하게 되면, 주파수 영역에서 전 대역으로 주파수 성분이 발생하므로 상기 인접 대역에 영향을 일으켜 간섭현상을 일으킨다. 이러한 문제를 방지하기 위해서 pulse shaping filter를 사용하게 되는바, 종래 기술에 따른 pulse shaping filter의 대표적인 예로는 square root raised cosine filter등이 있다. 상기 square root raised cosine filter의 filter response는 하기 수학식 3으로 표시할 수 있다.

상기 수학식 3에서 T는 샘플링 주기를 의미하며,

는 신호대역과 상기 신호대역을 초과하는 대역의 비율, 즉 신호대역과 excess bandwidth의 비(ratio)를 의미한다.

상술한 종래 기술에 따른 대역 제한 방법은 다음과 같은 문제점이 있다.

기존의 pulse shaping filter를 사용하여 대역 제한을 하는 경우, IFDMA방식 에 의한 최종 전송 신호와 filter 계수 간의 컨벌루션 연산(convolution operation)이 필요하고 데이터도 sampling 주파수에 비해서 높은 주파수로 sampling하여 계산되는바, 계산량이 많아진다.

또한 기존의 pulse shaping filter를 사용하여 대역 제한을 하는 경우, 컨벌루션 연산의 수행에 의해 최종 전송 신호와 filter 계수간에 곱셈과 상기 곱셈 결과의 덧셈이 반복됨에 따라 peak power의 급격한 상승이 이루어질 수 있는 문제가 있다. 즉, peak-to-average power ratio (PAPR)값이 급격하게 상승하여, 증폭 기능을 수행하는 전자소자의 동작점(operating point)이 원래의 의도된 동작점을 벗어나 오작동을 하거나, 기타 소자에 과부하가 걸리게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 계산량을 줄이는 IFDMA 시스템의 대역 제한 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 시간 지연을 줄이는 IFDMA 시스템의 대역 제한 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 PAPR 측면에서 유리한 IFDMA 시스템의 대역 제한 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 IFDMA 시스템의 대역 제한 방법은 IFDMA(Interleaved Frequency Division Multiple Access)를 사용하는 무선 이동통신 시스템에서의 대역 제한 방법에 있어서, 대역 제한을 위한 윈도우(window)를 형성하는 단계; 및 상 기 윈도우를 이용하여 전송 신호의 대역을 제한하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 IFDMA 시스템의 대역 제한 방법의 다른 특징은, 상기 윈도우(window)의 길이는 IFDMA 심볼의 개수에 의해 정해지는 것이고, 상기 윈도우는 일정한 길이(L1)를 갖는 헤드(head)와 일정한 길이(L2)를 갖는 테일(tail)을 갖는 것이다.

본 발명에 따른 IFDMA 시스템의 대역 제한 방법의 또 다른 특징은, n은 IFDMA 심볼의 일련번호이며, Nw는 상기 윈도우의 헤드(head)와 테일(tail)의 길이이고, N은 IFDMA 심볼에 있어 정보 구간(information interval)에 포함된 IFDMA 심볼의 개수이고, Np는 IFDMA 심볼에 있어 보호 구간(guard interval)에 포함된 IFDMA 심볼의 개수인 경우, 상기 윈도우는

에 의해 형성되고, 상기

은

인 것이다.

본 발명에 따른 IFDMA 시스템의 대역 제한 방법의 또 다른 특징은, 상기

은 상기 N+Np마다 반복 형성되어 각각의

이 서로 중첩되는 것이다.

본 발명에 따른 IFDMA 시스템의 대역 제한 방법의 또 다른 특징은, 상기 윈도우를 이용하여 전송 신호의 대역을 제한하는 단계는, 시간 영역(time domain)에 서 상기 윈도우와 상기 윈도우에 대응하는 전송 신호의 심볼을 곱하는 단계인 것이다.

본 발명에 따른 IFDMA 시스템의 대역 제한 방법의 또 다른 특징은, 상기 IFDMA를 사용하는 무선 이동통신 시스템은, 전송 신호를 DFT(Discrete Fourier Transform) 확산시키는 DFT 확산부; 및 상기 확산된 신호를 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식으로 변조를 수행하는 OFDM 변조부를 포함하는 것이고, 상기 OFDM 변조부는 상기 확산된 신호를 등(等) 간격의 서브 케리어(subcarrier)로 할당하는 것이다.

본 발명의 구성, 작용 및 다른 특징들은 첨부한 도면을 참조하여 설명되는 본 발명의 바람직한 일 실시예를 통해 명백해 질것이다.

본 발명에서는 IFDMA 시스템의 대역을 제한하기 위해서, 기존의 pulse shaping filter를 사용하는 대신에 송신 윈도우(window)를 사용하는 것을 제안한다.

본 발명에 따른 IFDMA 시스템의 대역 제한을 위한 윈도우(window)의 종류에는 제한이 없으며, 다양한 종류의 윈도우가 적용가능하다. 예를 들어, 선형 윈도우(linear window) 또는 비선형 윈도우(non-linear window)가 가능하며 상기 윈도우의 헤드(head)와 테일(tail)의 길이가 동일하거나 상이한 윈도우가 사용 가능하다. 이하, 본 발명에 따른 일 실시예로 윈도우의 헤드와 테일의 길이가 동일하며, 선형 윈도우(linear window)를 사용하는 IFDMA 시스템의 대역을 제한하는 방법을 설명한다.

도3은 본 발명의 바람직한 일실시예 따라 선형 윈도우를 이용하여 IFDMA 시스템의 대역을 제한하는 방법을 나타내는 개념도이다. 도3에 도시된 윈도우를 IFDMA 심볼의 일련번호 n에 따른 함수로 나타내면 하기 수학식 4와 같다.하기 수학시 4는 이하에서 설명되는

의 값이 32로 정해진 경우를 설명한다.

상기

는 상기 윈도우의 헤드(head)와 테일 부분(tail)의 부분의 길이를 상기 n의 단위로 표시한 상수이다. 상기 N은

로서, IFDMA 심볼에 있어 상기 정보 구간(Information Interval)에 포함된 IFDMA의 복소 심볼의 개수를 나타낸다. 상기

는

로서, 심볼에 있어 상기 보호 구간(Guard Interval)에 포함되는 복소 심볼의 개수를 나타낸다.

상기

수식으로 표현되는 윈도우는 이상에서 설명한 IFDMA 방식에 의한 최종전송신호와 곱해지며, 상기 곱해진 신호가 실제 전송 신호가 된다. 즉 상기

(단,

)과 상기

의 곱이 실제 전송 신호가 된다.

상기

에 있어서, 상기 n이 의 구간(이하, '구간1'이라 함)에 있는 경우, 상기

은 상기

의 선형 부분과 곱해지게 된다. 일반적으로 상기 구간 1에 있어서는, 상기

이 상기 보호 구간(Guard Interval)에 포함된 심볼을 포함하므로, 일반적으로 상기

의 선형 부분은 상기 보호 구간(Guard Interval)에 포함된 심볼과 곱해진다.

일반적으로, 상기 구간1에서

을 선형으로 구현하는 것이 실제 구현에 있어 복잡도를 낮추는 효과 및 전송 신호의 급격한 변화를 차단시켜 불필요한 고주파 성분을 억제하는 효과를 일으키나, 상기한 바와 같이 상기 윈도우의 종류에는 제한이 없는바 상기 구간1에서

의 형태는 비선형일 수 있다. 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 상기 구간1에서

형태의 변경에 따른 효과와 실제 구현상의 이점을 파악할 수 있을 것이다.

상기

에 있어서, 상기 n이

의 구간(이하, '구간2'이라 함)에 있는 경우, 상기

은 1이 곱해지게 된다. 상기 구간2에 있어서, 상기

은 상기 정보 구간(Information Interval)에 포함된 심볼을 포함하거나, 상기 보호 구간(Guard Interval)과 정보 구간(Information Interval) 모두 에 포함된 심볼을 포함할 수 있다. 상기 구간2에서,

은 시간축 영역(time domain)에서 1과 곱해지므로, 주파수 영역(frequency domain)에서의 대역 차단 효과가 발생한다.

상기

에 있어서, 상기 n이

의 구간(이하, '구간3'이라 함)에 있는 경우, 상기

은 상기

의 선형 부분과 곱해지게 된다.

상기한 바와 같이, 전체 IFDMA 심볼 길이는

인데, 상기 윈도우를 사용하면 구간3의 부분만큼 심볼 길이가 증가한다. 즉 심볼 길이가

로 증가하여,

만큼의 데이터 증가 발생하게 된다. 따라서 본 발명에서는 위와 같은 데이터 증가에 따른 전송 시간의 지연을 방지하기 위해 상기 구간3에서는 데이터의 중첩을 일으킨다.

도3에 도시한 바와 같이, 상기 첫번째 윈도우의 구간3에서는 두번째 윈도우의 구간1이 중첩되는바 상기

이 전송된후 다음에 전송되는

은 상기 첫번째 윈도우의 구간3과 두번째 윈도우의 구간1에 모두 곱해진다. 따라서, 상기 윈도우의 구조에 따라 심볼의 길이가 증가할 수 있음에도 불구하고, 전송 시간의 지연이 발생하지 않는다. 상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 윈도우(

)에 있 어서 헤드(head)와 테일(tail)의 길이는 동일하거나 상이할 수 있다. 이상 설명한 내용에서는 헤드 와 테일의 길이가 동일하였으나, 상기 헤드와 테일의 길이를 상이한 경우에도 윈도우(

)의 각 구간에 따른 수식을 변경하여 본 발명에 따른 대역제한을 할 수 있다.

이상 설명한 내용에 따라, 상기 수학식4에 의해 제시된 윈도우(

)을 위상 지연이 적용된 최종 전송 신호에 적용하게 되면 대역 제한이 이루어진다. 즉 실제 전송 신호는

이 된다.

도4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따라 선형 윈도우를 이용한 경우의 대역 제한 효과를 나타내는 도면이다. 상기 도면은 실제로 window를 사용하였을 때 대역 제한이 이루어지는 것을 보여준다.

본 발명의 바림직한 일 실시예에 따른 선형 윈도우를 적용한 경우의 결과가 w window로 표시되며, 윈도우를 적용하지 않은 경우가 w/o window로 표시된다. 여기서 IFDMA 심볼 길이는 64 이고, window 길이는 10인 경우의 결과이다. 도시된 바와 같이 윈도우를 적용한 경우, 신호대역을 초과하는 대역의 전력 밀도, 즉 excess bandwidth의 전력 밀도가 감소함을 알 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 권리 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용에 한정되는 것이 아니라, 특허청구의 범위에 의해 정해지는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 IFDMA 시스템의 대역 제한 방법의 효과를 설명하면 다음과 같다. IFDMA 시스템에서의 대역제한을 위해, pulse shaping filter 대신에 윈도우(window)를 사용함으로써 계산량을 줄일 수 있다. 즉, 필터(filter)를 사용하게 되면 필터 함수와 전송 신호와의 컨벌루션 연산(convolution operation)이 필요하지만, 윈도우를 사용하면 윈도우 함수와 전송 신호와의 곱셈(multiplication) 만이 필요하기 때문에 복잡도를 줄일 수 있다.

대역 제한의 효과뿐만 아니라 peak-to-average power ratio (PAPR) 측면에서도 유리한 점이 있다. 평균 전력(average power)의 관점에서는 Pulse shaping filter를 사용하는 경우와 윈도우를 사용하는 경우가 차이가 없다. 그러나, 최대 전력(peak power)의 관점에서는 Pulse shaping filter를 사용하게 되면 하나의 심볼이 filter와 convolution이 되기 때문에, 최대 전력의 급격한 상승 가능성이 있으나, 윈도우를 사용하게 되면 IFDMA 심볼이 그대로 전송되므로 최대 전력의 급격한 상승 가능성이 작다. 따라서 윈도우를 사용하는 경우 PARP의 관점에서 유리한 점이 있다.

Claims

IFDMA(Interleaved Frequency Division Multiple Access)를 사용하는 무선 이동통신 시스템에서의 대역 제한 방법에 있어서,

대역 제한을 위한 윈도우(window)를 형성하는 단계; 및

상기 윈도우를 이용하여 전송 신호의 대역을 제한하는 단계를 포함하여 이루어지며,

n은 IFDMA 심볼의 일련번호이며, Nw는 상기 윈도우의 헤드(head)와 테일(tail)의 길이이고, N은 IFDMA 심볼에 있어 정보 구간(information interval)에 포함된 IFDMA 심볼의 개수이고, Np는 IFDMA 심볼에 있어 보호 구간(guard interval)에 포함된 IFDMA 심볼의 개수인 경우,

상기 윈도우는
에 의해 형성되고, 상기
은

인 것을 특징으로 하는 IFDMA 시스템의 대역 제한 방법.
제1항에 있어서,

상기 윈도우(window)의 길이는 IFDMA 심볼의 개수에 의해 정해지는 것을 특징으로 하는 IFDMA 시스템의 대역 제한 방법.
제2항에 있어서,

상기 윈도우는 일정한 길이(L1)를 갖는 헤드(head)와 일정한 길이(L2)를 갖는 테일(tail)을 갖는 것을 특징으로 하는 IFDMA 시스템의 대역 제한 방법.
삭제
제1항에 있어서,

상기
은 상기 N+Np마다 반복 형성되어 각각의
이 서로 중첩되는 것을 특징으로 하는 IFDMA 시스템의 대역 제한 방법.
제1항에 있어서, 상기 윈도우를 이용하여 전송 신호의 대역을 제한하는 단계는,

시간 영역(time domain)에서 상기 윈도우와 상기 윈도우에 대응하는 전송 신호의 심볼을 곱하는 단계인 것을 특징으로 하는 IFDMA 시스템의 대역 제한 방법.
제1항에 있어서, 상기 IFDMA를 사용하는 무선 이동통신 시스템은,

전송 신호를 DFT(Discrete Fourier Transform) 확산시키는 DFT 확산부; 및

상기 확산된 신호를 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식으로 변조를 수행하는 OFDM 변조부를 포함하여 이루어지는 IFDMA 시스템의 대역 제한 방법.
제7항에 있어서,

상기 OFDM 변조부는 상기 확산된 신호를 등(等) 간격의 서브 케리어(subcarrier)로 할당하는 것을 특징으로 하는 IFDMA 시스템의 대역 제한 방법.