DFT spread OFDMA 시스템에서 파일럿을 DFT matrix에 의해 spreading하지 않고 특정한 주파수 영역에 위치하는 부 반송파에 할당하여 전송함으로써 전력제어를 용이하게 하고, 수신단에서 채널 추정을 용이하게 할 수 있다.

또, 데이터 전송을 위한 심볼과 파일럿 전송을 위한 심볼을 분리하여 전송함으로써, DFT 확산 OFDMA의 PAPR을 감소시키는 효과를 유지할 수 있다.

본 발명은 파일럿 전송 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, DFT spread OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 시스템에서 사용할 수 있는 파일럿 전송 방법에 관한 것이다.

아래그림은 상향 링크에서의 OFDMA의 송신단의 블록도이다

먼저 사용자에게 전송되는 데이터 스트림을 QPSK, 16 QAM 등을 이용하여 디지털 변조를 수행한다.

이러한 단계를 수행한 후 Constellation Mapping을 실시한 후 직/병렬 변환기를 통과하여 Nu개씩의 병렬(parallel) 심볼로 변환된다. 상기 Nu는 어느 한 사용자를 위한 단말에게 할당된 부반송파(subcarrier)의 개수를 의미한다.

이 심볼들은 전체 Nc개의 부반송파(subcarrier)중 에서 할당 받은 Nu개의 (subcarrier)에 매핑되고, 나머지 Nc-Nu개의 부반송파(subcarrier)에는 0이 매핑된다.

상기 Nc는 순환전치(cyclic prefix)가 더해지기 전의 부반송파의 총 개수를 나타낸다.

즉 나머지 Nc-Nu개의 부반송파는 0으로 zero 패딩(padding)된 후 Nc포인트(point) IFFT(inverse fast Fourier Transform)를 하게 된다. 다음으로 ISI(inter-symbol interference)를 줄이기 위해서 순환전치(cyclic prefix)가 더해진 후 직/병렬 변환기(parallel to serial)를 통과하여 채널로 전송되게 된다.

채널로 전송되는 심볼은 상기 IFFT와 순환전치에 의해 Np+Nc 만큼의 부반송파에 매핑되어 전송된다.

위 그림에서 도시된 바와 같이, OFDMA 수신부(Receiver)는 전송단이 수행한 단계를 역으로 수행한다.

종래기술에 따른 심볼과 부반송파의 매핑관계를 설명하면 다음과 같다.

먼저 아래그림을 참조하여 종래기술에 따른 심볼과 부반송파의 매핑관계를 설명한다. (a)의 경우는 특정 사용자의 단말을 위한 심볼들이 일정한 규칙성 없이 무작위로(random) 부반송파에 할당되는 방법을 나타낸다.

A)

이하 아래그림을 참조하여 종래기술에 따른 심볼과 부반송파의 매핑관계를 설명한다.

(b)의 경우는 특정 사용자의 단말을 위한 심볼들이 주파수 대역의 일부에 모여서 위치한 부반송파에 할당되는 방법을 나타낸다.

도B)

‘이하 아래그림을 참조하여 종래기술에 따른 심볼과 부반송파의 매핑관계를 설명한다.

(c)의 경우는 특정 사용자의 단말을 위한 심볼들이 부반송파(subcarrier) 하나씩을 전대역에 걸쳐 등(等) 간격으로 할당되는 방법을 나타낸다.

도C)

(a), (c) 방법에서는 특정 주파수 대역의 부반송파에 한정되지 않고 전체 주파수 대역을 사용하므로 주파수 다이버시티(frequency diversity)를 얻을 수 있는 반면에, 특정 단말을 위한 심볼 각각이 부반송파(subcarrier)들에 하나씩 할당되므로 다른 사용자의 단말에 대한 OFDM심볼의 동기(timing synch)가 맞지 않는다거나 도플러 주파(Doppler frequency)가

클 경우, 시스템 내에서 다른 사용자의 단말에게 할당된 인접 부반송파(subcarrier)에 따른 성능저하가 생길 수 있다.

또한 기존 OFDMA 방식은 한 사용자를 위한 심볼이 다수의 반송파에 할당함에 따라 PAPR(Peak-to-Average PowerRatio) 특성이 나빠지는 문제가 있다.

즉 시간 영역에서 OFDMA 신호는 독립적으로 변조된 많은 부반송파들로 구성되므로 이들이 같은 위상으로 더해질때 큰크기의 신호가 발생하는 문제가 발생한다. 평균전력은 일정한 수치로 고정되는 최대전력은 급격하게 상승할 수 있어 PARP가 증가하는 문제가 발생한다. PARP가 커지면, ADC와 DAC의 복잡도가 증가하고 RF 전력 증폭기의 효율이 감소하는 문제가 발생한다.

이러한 PARP의 열화의 문제를 해결하기 위해 신호를 왜곡하거나, 큰 PARP를 갖는 OFDM 심볼을 제외시킨 특수한 전방오류정정 부호집합을 통해 부호화 기법을 사용하는 방법 등이 제안되었다.

상기와 같은 PAPR 특성의 열화를 개선하기 위해 아래그림과 같이 DFT (Discrete Fourier Transform) matrix로 데이터 심볼을 precoding 하는 방식이 제안되었다 (DFT 확산(spread) OFDMA).

기존의 OFDMA와 다른 점은 Nu개의 데이터 심볼을 Nu-포인트 DFT를 한 후, 도 그림C에서 설명한 (c) 방법과 같이 특정 사용자를 위한 데이터 심볼을 전체 Nc 부반송파(subcarrier)에 등 간격으로 매핑하는 것이다.

이와 같은 DFT spread OFDMA는 기존의 OFDMA에 비해서 개선된 PAPR 특성을 갖는다고 알려졌다.

상기 DFT spread OFDMA의 시스템에서 데이터들은 주파수 영역에서 할당되기 때문에 주파수 영역의 채널을 추정

(channel estimation)할 필요가 있다.

종래의 OFDMA 시스템의 경우는 데이터와 파일럿이 동시에 주파수 영역에서 할당되지만, DFT spread OFDMA의 경우 데이터는 DFT matrix에 의해 확산(spreading)되므로 파일럿과 나머지 데이터를 함께 처리하는 경우 파일럿이 함께 확산되면서 채널 추정이 상대적으로 어려워진다.

특허 기술 설명

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 채널 주정을 용이하게 할 수 있는 파일럿 전송 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 DFT spread OFDMA 시스템을 사용하면서도 PARP를 개선할 수 있는 파일럿 전송 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 DFT spread OFDMA 시스템의 파일럿 전송 방법은, DFT 확산(spread) OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 시스템에 있어서, 파일럿을 제외한 데이터의 전송을 위한 심볼을 DFT(Discrete Fourier Transsform) 행렬(matrix)에 의해 확산하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 DFT spread OFDMA 시스템의 파일럿 전송 방법은, DFT 확산(spread) OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 시스템에 있어서, 파일럿 전송을 위한 심볼과 데이터 전송을 위한 심볼을 분리하여 입력 신호를 구성하는 단계;

및 상기 구성된 신호 중 데이터 전송을 위한 심볼을 DFT(Discrete Fourier Transsform)

행렬(matrix)에 의해 확산하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 DFT spread OFDMA 시스템의 파일럿 전송 방법의 또 다른 특징은, 상기 확산된 심볼을 부판송파에 매핑하는 단계를 더 포함하는 것이며, 또한, 상기 파일럿이 포함된 심볼을 부판송파에 매핑하는 단계를 더 포함하는 것이다.

또한, 상기 부반송파는 주파수 영역에서 같은 간격으로 배치되는 것이 바람직하다.

본 발명의 구성, 작용 및 다른 특징들은 첨부한 도면을 참조하여 설명되는 본 발명의 바람직한 일실시예를 통해 명백해질것이다.

앞서 언급하였듯이 종래의 DFT spread OFDMA 시스템에 의하는 경우, 비트 스트림(bit stream) 데이터는 DFT matrix에 의해 확산된후 주파수 영역에서 등간격으로 특정 사용자에게 할당된 부반송파(subcarrier)를 통해 전송된다.

이 경우 일반적인 데이터와 함께 파일럿도 동일한 방법에 의해 전송된다. 파일럿의 경우 상기 DFT matrix에 의해 확산된 후 부반 송파에 매핑이 되는 경우 Nc개 만큼의 부반송파가 위치하는 전 주파수 영역으로 파일럿이 분산된다. 즉 파일럿이 매핑된 부반송파가 상기 전 주파수 영역에 분포하게 되어 전력 레벨도 일정하게 되지 않아 채널 추정(channel estimation)이 어렵게 된다.

따라서, 본 발명에서는 DFT spread OFDMA 시스템에서 파일럿을 전송하는 방법을 제안한다.

아래그림은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 방법이 적용되는 DFT spread OFDMA의 송신단과 수신단을 나타내는 블록도이다.

도4)

또한, 아래 그림은 본 발명의 제1 실시예에 따른 파일럿 전송 방법과 그에 따른 부반송파의 모습을 나타내는 개념도이다.

도5)

이하 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 제1 실시예를 설명한다.

본 발명의 제1 실시예에서 파일럿은 상기 DFT matrix에 의한 확산(spreading)을 하지 않고, 상기 Nc개 만큼의 부반송파에 할당하여 전송된다.

본 실시예에서는, 파일럿이 상기 DFT matrix에 의해 확산(spreading) 되지 않기 때문에 파일럿 신호 성분은 상기 Nc개 만큼의 부반송파(subcarrier) 중에 특정한 몇몇 부반송파에 할당되며, 이를 통해 주파수 상의 전력레벨을 일정하게 하여 송신하여 수신측의 채널 추정을 용이하게 할 수 있다.

상기 도 4에 도시된 바와 같이, 파일럿 비트(pilot bit)는 DFT matrix에 의해 확산하는 단계를 거치지 않고 부반송파에 매핑되며, 데이터 비트는 DFT matrix에 의해 확산을 거친 후에 부반송파에 매핑된다. 도5는 상기와 같은 단계를 수행하는 경우 각 부반송파들이 담고 있는 정보를 나타낸다.

도5의 데이터(D)는 도 4에서 DFT spreading 단계를 수행한 이후, 즉 Nc 포인트 IFFT를 수행하기 전 단계에 해당되는 데이터이다.

파일럿(P)은 도 4의 각 심볼을 부반송파에 매핑하는 단계 후단에서 상기 파일럿을 제외한 데이터와 함께IFFT로 입력 된다. 상기 도5에 도시된 바와 같이, 상기 파일럿(P)은 Nc 만큼의 주파수에 위치한 부반송파중에 특정한 주파수에 위치한 부반송파들에만 위치한다.

이를 통해 주파수 상의 전력 레벨을 일정하게 하여 송신하여 수신측의 채널 추정을 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 방법이 적용되는 DFT spread OFDMA의 송신단과 수신단

본 발명의 제1 실시예에 따른 파일럿 전송 방법과 그에 따른 부반송파의 모습

본 발명의 제2 실시예는 파일럿과 데이터를 분리하여 전송하는 특징

 
특정한 사용자에게 전송되는 비트 스트림은 파일럿 만을 포함하는 심볼과 데이터만을 심볼을 포함한다.

본 발명의 제2 실시예에 상기 파일럿은 상기 도4에 도시된 바와 같이 상기 DFT 확산을 수행하지 않는다)

본 발명의 제2 실시예는 제1 실시예에 비해 PARP 특성이 우수한 특징이 있다. 상기 제1 실시예는 비록 파일럿이 DFT 확산을 수행하지는 않지만, 파일럿과 데이터 심볼이 구분되어 있지 않고 파일럿과 데이터가 동시에 전송된다.

이 때문에, DFT 확산(spread) OFDMA이 종래의 OFDMA에 대해 갖고 있는 주된 장점인 PAPR을 감소시키는 효과가 일정부분 감소한다.

상기 제1 실시예와 같이 파일럿은 DFT 확산단계를 거치지 않고 주파수 영역의 특정 부반송파에(subcarrier) 배치되므로 DFT 확산단계를 거치는 것에 비하여 PAPR 특성이 열화되게 된다.

이러한 경우, 본 발명의 제2 실시예와 같이 데이터 전송을 위한 심볼과 파일럿 전송을 위한 심볼을 분리하여 전송하면, 파일럿 전송도 데이터 전송과 같이 PAPR이 감소하는 효과를 볼 수 있게 된다.

제2 실시예에서는 파일럿 전송을 위한 심볼과 데이터 전송을 위한 심볼이 분리되므로 일부 주

파수 영역에서 채널 추정에 관한 정보가 포함되지 않는다.

이 경우 파일럿은 전 주파수 영역이 아닌 특정 주파수 영역에 할당하고 나머지 파일럿이 전송되지 않는 주파수 영역의 채널은 보간(interpolation)을 수행하여 채널 상태를 추정하는 것이

일반적이다.

또한, 모든 주파수 영역에 파일럿이 전송되는 것은 아니므로 파일럿이 전송되지 않는 부반송파(subcarrier)는 다른 사용자의 데이터 전송에 사용될 수도 있다. 도 6은 특정한 주파수의 부반송파에 할당된 파일럿 의 모습을 나타내며, 상술한 바와 같이 파일럿이 전송되지 않는 부반송파에는 다른 사용자의 데이터가 전송될 수 있다. 또한, 파일럿이 전송되지 않는 영역에서의 채널 추정은 보간(interpolation)을 수행하여 채널 추정을 수행할 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 권리 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구의 범위에 의해 정해져야 할 것이다.

발명자: 김봉회, 안준기, 김학성, 노동욱, 서동연, 이정훈

대리인: 김용인, 심창섭