KR20070109563A - Frequency diversity apparatus and method in mobile communication system - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 일반적인 OFDM 시스템에서 송신 및 수신을 위한 물리계층의 블록 구성을 도시한 도면,1 is a block diagram of a physical layer for transmission and reception in a typical OFDM system,
도 2는 본 발명이 적용된 OFDM 시스템에서 송신 및 수신을 위한 물리계층의 블록 구성을 도시한 도면,2 is a block diagram of a physical layer for transmission and reception in an OFDM system to which the present invention is applied;
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 주파수 다이버시티 방법을 적용한 송신기의 동작을 도시한 흐름도,3 is a flowchart illustrating an operation of a transmitter to which a frequency diversity method is applied in a wireless communication system according to an embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 주파수 다이버시티 방법을 적용한 수신기의 동작을 도시한 흐름도,4 is a flowchart illustrating an operation of a receiver to which a frequency diversity method is applied in a wireless communication system according to an embodiment of the present invention;
도 5는 PAPR을 고려하지 않고 인터리빙된 QPSK를 적용한 경우와 종래의 주파수 다이버시티를 적용한 경우의 성능 분석도,5 is a performance analysis diagram when the interleaved QPSK is applied without considering the PAPR and the conventional frequency diversity is applied;
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 주파수 다이버시티 방법을 적용한 방법과 그렇지 않은 경우의 성능 분석도.6 is a diagram illustrating a method of applying a frequency diversity method in a wireless communication system according to an exemplary embodiment of the present invention and a performance analysis in the case of not doing so.
본 발명은 무선통신 시스템에서 주파수 다이버시티 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 직교주파수다중접속 방식의 무선통신 시스템에서 주파수 다이버시티 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a frequency diversity apparatus and method in a wireless communication system, and more particularly, to a frequency diversity apparatus and method in a wireless communication system of an orthogonal frequency multiple access method.
일반적으로, 무선통신 시스템의 대표적인 시스템으로 셀룰라 통신 방식을 이용하는 이동통신 시스템이 대표적이다. 이러한 이동통신 시스템은 다수의 사용자들과 동시에 통신하기 위해서 다중 접속 방식을 사용하고 있다. 상기 다중 접속 방식은 시분할 다중 접속(TDMA) 방식과, 코드 분할 다중 접속(CDMA), 주파수 분할 다중 접속(FDMA) 방식이 대표적으로 사용되고 있다. 이 중에서, 상기 코드 분할 다중 접속 방식의 시스템은 기술의 비약적인 발전에 따라 음성 통신을 주로 제공하는 시스템에서 고속의 패킷 데이터를 전송할 수 있는 형태로 발전하고 있다.In general, a mobile communication system using a cellular communication method is a representative system of a wireless communication system. Such mobile communication systems use a multiple access scheme to simultaneously communicate with multiple users. As the multiple access scheme, time division multiple access (TDMA), code division multiple access (CDMA) and frequency division multiple access (FDMA) schemes are typically used. Among them, the code division multiple access system has been developed in a form capable of transmitting high-speed packet data in a system mainly providing voice communication according to the rapid development of technology.
그러나, 최근에 상기 코드 분할 다중 접속 방식에서 자원인 코드의 사용 한계를 극복하기 위해서 직교주파수분할다중접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 'OFDMA'라 칭함) 방식이 대두되고 있다.Recently, orthogonal frequency division multiple access (hereinafter referred to as 'OFDMA') has emerged in order to overcome the limitation of the use of a resource code in the code division multiple access scheme.
상기 OFDMA 방식은 직교주파수분할다중(OFDM) 전송 방식을 근간으로 하여 구성되는데, 여기서 OFDM 시스템은 멀티-캐리어(Multi-Carrier)를 사용하여 데이터를 전송하는 방식으로서, 직렬로 입력되는 심벌(Symbol)열을 병렬 변환하여 이들 각각을 상호 직교성을 갖는 다수의 서브 캐리어(sub-carrier)들, 즉 다수의 서브 캐리어 채널(sub-carrier channel)들로 변조하여 전송하는 멀티캐리어 변조(MCM : Multi Carrier Modulation) 방식의 일종이다.The OFDMA scheme is configured based on an Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) transmission scheme, wherein the OFDM system transmits data using a multi-carrier, and is a symbol input in series. Multi Carrier Modulation (MCM), which modulates and transmits a plurality of sub-carriers, that is, a plurality of sub-carrier channels, each of which is mutually orthogonal, by converting columns in parallel. ) Is a kind of way.
이와 같은 멀티캐리어 변조 방식을 적용하는 시스템은 1950년대 후반 군용 HF radio에 처음 적용되었으며, 다수의 직교하는 서브 캐리어를 중첩시키는 OFDM 방식은 1970년대부터 발전하기 시작하였으나, 멀티 캐리어들간의 직교 변조의 구현이 난이한 문제였었기 때문에 실제 시스템 적용에 한계가 있었다. 그러나 1971년 Weinstein 등이 상기 OFDM 방식을 사용하는 변복조는 DFT(Discrete Fourier Transform)를 이용하여 효율적으로 처리가 가능함을 발표하면서 OFDM 방식에 대한 기술 개발이 급속히 발전했다. 또한 보호구간(guard interval)을 사용하고, 보호구간에 싸이클릭 프리픽스(cyclic prefix, CP)의 삽입 방식이 알려지면서 다중경로 및 지연 확산(delay spread)에 대한 시스템의 부정적 영향을 더욱 감소시키게 되었다.The system applying the multicarrier modulation scheme was first applied to military HF radio in the late 1950s, and the OFDM scheme of superimposing a plurality of orthogonal subcarriers started to develop in the 1970s, but the implementation of orthogonal modulation between multicarriers was implemented. Since this was a difficult problem, there was a limit to the actual system application. However, in 1971, Weinstein et al. Announced that modulation and demodulation using the OFDM scheme can be efficiently processed using a Discrete Fourier Transform (DFT). In addition, the use of guard intervals and the introduction of cyclic prefix (CP) into guard intervals are known, further reducing the negative effects of the system on multipath and delay spread.
이러한 기술적 발전에 힘입어 OFDM 방식 기술은 디지털 오디오 방송(Digital Audio Broadcasting : DAB)과 디지털 텔레비젼, 무선 근거리 통신망(WLAN : Wireless Local Area Network) 그리고 무선 비동기 전송 모드(WATM : Wireless Asynchronous Transfer Mode) 등의 디지털 전송 기술에 광범위하게 적용되어지고 있다. 즉, 하드웨어적인 복잡도(Complexity)로 인하여 널리 사용되지 못하다가 최근 고속 푸리에 변환(FFT : Fast Fourier Transform, 이하 "FFT"라 칭하기로 한다)과 역 고속 푸리에 변환(IFFT: Inverse Fast Fourier Transform, 이하 "IFFT"라 칭하기로 한다)을 포함한 각종 디지털 신호 처리 기술이 발전함으로써 실현 가능해 졌다. 상기 OFDM 방식은 종래의 주파수 분할 다중(FDM : Frequency Division Multiplexing) 방식과 비슷하나 무엇보다도 다수개의 서브 캐리어들간의 직교 성(Orthogonality)을 유지하여 전송함으로써 고속 데이터 전송시 최적의 전송 효율을 얻을 수 있는 특징을 가진다. 또한, OFDM 방식은 주파수 사용 효율이 좋고 다중 경로 페이딩(multi-path fading)에 강한 특성이 있어 고속 데이터 전송시 최적의 전송 효율을 얻을 수 있다는 특징을 가진다. 뿐만 아니라 주파수 스펙트럼을 중첩하여 사용하므로 주파수 사용이 효율적이고, 주파수 선택적 페이딩(frequency selective fading)에 강하고, 다중경로 페이딩에 강하며, 보호구간을 이용하여 심벌간 간섭(Inter Symbol Interference, ISI) 영향을 줄일 수 있고, 하드웨어적으로 등화기 구조를 간단하게 설계하는 것이 가능하며, 임펄스(impulse)성 잡음에 강하다는 장점을 가지고 있어서 통신시스템 구조에 적극 활용되고 있는 추세에 있다.Thanks to these technological advances, OFDM technology is used for digital audio broadcasting (DAB), digital television, wireless local area network (WLAN), and wireless asynchronous transfer mode (WATM). It is widely applied to digital transmission technology. In other words, due to hardware complexity, it is not widely used, but recently, the Fast Fourier Transform (FFT) and the Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) are referred to as "FFT". The development of various digital signal processing technologies, including IFFT " The OFDM scheme is similar to the conventional Frequency Division Multiplexing (FDM) scheme, but most of all, an optimal transmission efficiency can be obtained during high-speed data transmission by maintaining orthogonality among a plurality of subcarriers. Has characteristics. In addition, the OFDM method has a characteristic of good frequency usage efficiency and strong characteristics of multi-path fading, thereby obtaining an optimum transmission efficiency in high-speed data transmission. In addition, because the frequency spectrum is superimposed, frequency use is efficient, strong in frequency selective fading, strong in multipath fading, and inter-symbol interference (ISI) effects using guard intervals. It is possible to reduce the design, and to simply design the equalizer structure in terms of hardware, and has the advantage of being resistant to impulsive noise, which is being actively used in the communication system structure.
도 1은 일반적인 OFDM 시스템에서 송신 및 수신을 위한 물리계층의 블록 구성을 도시한 도면이다.1 is a block diagram of a physical layer for transmission and reception in a typical OFDM system.
송신기는 송신하고자 하는 입력 데이터를 주파수 다이버시티 방식으로 전송하기 위해서 같은 데이터를 다른 주파수에 동시에 전송한다. 즉, 상기 입력 데이터는 도 1에 도시된 바와 같이, 입력 데이터(101)와 상기 입력 데이터의 복사(copy)한 것을 나타내는 입력 데이터 복사본(102)과 같은 형태로 다른 주파수에 동시에 전송된다. 상기 주파수 다이버시티는 동일한 송신점에서 동시에 서로 다른 둘 이상의 주파수를 방사하는 방식으로, 주파수가 다르므로 감쇠 정도가 다르다. 따라서 상기 주파수 다이버시티는 페이딩의 영향을 적게할 수 있고, 주파수 차이가 수백 KHz 이상 떨어져야 서로 독립된 페이딩 효과를 얻을 수 있다.The transmitter simultaneously transmits the same data to different frequencies in order to transmit the input data to be transmitted in the frequency diversity scheme. That is, the input data are simultaneously transmitted to different frequencies in the same form as the
상기에서 기술한 입력 데이터(101)와 입력 데이터 복사본(102)은 직/병렬 변 환기(103)로 입력된다. 상기 직/병렬 변환기(103)는 상기 입력 데이터(101)와 입력 데이터 복사본(102)를 입력받아 직렬 비트 스트림 형태의 데이터를 병렬 비트 스트림으로 변환하여 출력한다. 상기 직/병렬 변환기(103)에서 직렬 비트 스트림을 병렬 비트 스트림으로 변환하는 것은 고속 역 퓨리에 변환을 수행하기 위함이다. 따라서 상기 직/병렬 변환기(103)에서 출력된 병렬 비트 스트림은 고속 역 퓨리에 변환기(104)로 입력된다. 이때, 병렬 비트 스트림은 N개의 심볼들이라 가정한다. 이와 같이 N개의 심볼들을 수신하는 것으로 가정한 이유는 상기 고속 역 퓨리에 변환기(104)가 입력된 스트림들을 N개의 단위로 역 퓨리에 변환을 수행하기 때문이다.The
따라서 상기 고속 역 퓨리에 변환기(IFFT)(104)는 병렬로 수신된 N 개의 심볼들을 수신하여 전송할 심볼들을 고속 역 퓨리에 변환함으로써 주파수 영역의 심볼들을 시간 영역의 심볼들로 변환한다. 이와 같이 시간 영역으로 변환된 심볼들은 병/직렬 변환기(105)로 입력된다. 상기 고속 역 퓨리에 변환기(104)의 출력을 통해서 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)을 측정할 수 있다. 상기 병/직렬 변환기(105)는 병렬로 입력되는 N개의 시간 영역 심볼들을 직렬의 즉, 순차적인 N개의 비트 스트림으로 변환하여 출력한다. 이와 같이 상기 순차적으로 출력된 N개의 비트 스트림을 이하에서 "OFDM 심볼"이라 칭한다.Accordingly, the fast inverse Fourier transformer (IFFT) 104 receives N symbols received in parallel and converts the symbols in the frequency domain into symbols in the time domain by fast inverse Fourier transforming the symbols to be transmitted. The symbols converted into the time domain are input to the parallel /
상기 OFDM 심볼은 CP 추가기(Cyclic Prefix Adder)(106)로 입력된다. 상기 CP 추가기(106)는 입력된 OFDM 심볼 중 마지막 비트로부터 역으로 소정 개수만큼의 비트들을 복사하고, 이를 OFDM 심볼의 최초 비트 앞에 삽입한다. 이와 같이 순환 전치 심볼을 부가하는 이유는, 다중경로 채널의 영향을 제거하기 위함이다. 상기 CP가 부가된 OFDM 심볼은 디지털-아날로그 변환기(107)로 입력된다. 상기 디지털-아날로그 변환기(107)로 입력되기 전에, 클리퍼(clipper)(도면에 기재하지 않음)에서 클립핑(clipping)을 수행할 수 있다. 그러면 상기 디지털-아날로그 변환기(107)는 입력된 디지털 심볼들을 아날로그 심볼들로 변환하여 수신기로 전송한다.The OFDM symbol is input to a
상기와 같이 전송되는 아날로그 심볼들은 다중 경로를 가지는 소정의 채널(110)을 거쳐 수신기로 입력된다. 그러면 계속해서 수신기의 구성 및 동작에 대하여 살펴보기로 한다.The analog symbols transmitted as described above are input to the receiver via a
수신기의 아날로그-디지털 변환기(121)는 상기 채널(110)을 통해 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. 이와 같이 아날로그-디지털 변환기(121)에서 디지털 신호로 변환된 신호들은 CP 제거기(122)로 입력된다. 상기 CP 제거기(122)는 다중경로의 영향으로 오염된 싸이클릭 프리픽스 즉, 순환 전치 심볼들을 제거한다. 상기 CP 제거기(122)에서 CP들이 제거된 신호는 직렬의 신호이다. 따라서 순환 전치 심볼들이 제거된 신호는 고속 역 퓨리에 변환을 위해 직/병렬 변환기(123)로 입력된다. 상기 직/병렬 변환기(123)는 직렬로 입력된 심볼들을 N개 단위로 병렬 변환하여 출력한다.The analog-to-
상기한 바와 같이 직렬로 입력된 심볼들을 N개의 단위로 병렬 변환하여 출력하는 것은 송신측에서 N개 단위로 퓨리에 변환이 이루어졌기 때문이다. 따라서 상기 고속 퓨리에 변환기(FFT)(124)는 N개 단위의 병렬 데이터를 수신하고, 그 신호들을 퓨리에 변환한다. 즉, 퓨리에 변환기(124)에서 시간 영역의 심볼들을 주파수 영역의 심볼들로 변환한다. 주파수 영역으로 변환된 심볼들은 등화 기(Equalizer)(125)로 입력된다. 상기 등화기(125)는 주파수 영역으로 변환되어 입력된 심볼들에서 전송되어 온 채널(110)의 영향을 상쇄하여 출력한다. 이때 상기 등화기(125)는 ZF(Zero Forcing)나 MMSE(Minimum Mean-Squared Error) 등을 이용하여 채널을 추정한다. 상기 등화기(125)에서 출력된 심볼들은 병/직렬 변환기(126)에서 병렬의 입력 심볼들을 다시 직렬의 심볼들로 변환하여 출력한다. 따라서 상기 병/직렬 변환기(126)에서 직렬로 변환되는 심볼들의 단위는 N개의 심볼들이 된다. 이와 같이 N개의 단위로 직렬 변환된 심볼들은 각각 입력 데이터 출력기(127)와 입력 데이터 복사본 출력기(128)로 입력된다. 상기 입력 데이터 출력기(127)는 상기 직렬 변환된 심볼들에서 입력 데이터를 결합기(129)로 출력하고, 상기 입력 데이터 복사본 출력기(128)는 상기 직렬 변환된 심볼들에서 입력 데이터 복사본을 결합기(129)로 출력한다. 상기 결합기(129)는 상기 입력 데이터와 입력 데이터 복사본을 결합한 후, 신호 검출기(130)로 출력된다.As described above, the serially inputted symbols are output in parallel in N units because the Fourier transformation is performed in N units on the transmitting side. Accordingly, the fast Fourier transformer (FFT) 124 receives N units of parallel data and Fourier transforms the signals. That is, the Fourier
상기 신호 검출기(130)는 상기 결합기(129)의 출력을 이용하여 미리 정해진 임계값에 따라 송신 신호를 추정한다.The
상기와 같은 OFDM 시스템은 단일 주파수 변조 방식(single carrier modulation scheme)에 비해 전송 대역을 효율적으로 사용할 수 있어 광대역 전송 방식에 많이 적용되고 있다.The OFDM system is widely applied to a wideband transmission method because the OFDM system can efficiently use a transmission band as compared to a single carrier modulation scheme.
수신 특성에 있어서 OFDM 시스템은 단일 반송파 전송 방식에 비해 주파수 선택적 다중 경로 페이딩 채널(frequency selective multipath fading channel)에 강한 특성을 보인다. 이것은 수신기의 입력 신호 특성이 복수 개의 부반송파가 차지 하는 대역에 있어서는 주파수 선택적 채널이 되지만 각각의 부반송파 대역에 있어서는 주파수 비선택적 채널(frequency nonselective channel)이 되므로 간단한 채널 등화 과정을 거쳐서 쉽게 채널 보상이 가능하기 때문이다. 특히, 각각의 OFDM 심벌 앞에는 그 OFDM 심벌의 후반부를 복사하여 전송하는 순환 전치 심벌(cyclic prefix)을 전송함으로써 이전 심벌로부터의 간섭 성분(intersymbol interference, ISI)을 제거할 수 있다. 따라서, 이와 같은 다중 경로 페이딩 채널에 강한 특성은 OFDM 전송 방식을 광대역 고속 통신에 적합한 전송 방식이 되도록 한다. In reception characteristics, an OFDM system exhibits stronger characteristics than a frequency selective multipath fading channel compared to a single carrier transmission scheme. The receiver's input signal characteristics become frequency-selective channels in a band occupied by a plurality of subcarriers, but in each subcarrier band, they become frequency nonselective channels, so channel compensation can be easily performed through a simple channel equalization process. Because. In particular, by transmitting a cyclic prefix for copying and transmitting the second half of the OFDM symbol in front of each OFDM symbol, it is possible to remove the intersymbol interference (ISI) from the previous symbol. Therefore, such a strong characteristic of the multipath fading channel makes the OFDM transmission scheme suitable for wideband high speed communication.
이러한 장점에도 불구하고, 직교주파수다중접속 방식의 무선통신 시스템은 상기 주파수 다이버시티 방식을 이용할 경우, 동시에 전송되는 서브캐리어들의 자기상관(autocorrletion)이 높아진다. 상기 자기상관이 높아지게 되면 상기에서 언급한 IFFT(104)에서 측정 가능한 PAPR이 높아진다. Despite these advantages, in the orthogonal frequency multiple access wireless communication system, autocorrletion of subcarriers simultaneously transmitted is increased when the frequency diversity scheme is used. The higher the autocorrelation, the higher the PAPR measurable in the above-mentioned
또한 일반적으로 무선 주파수(Radio frequency) 상의 성좌도(Constellation)에서 제로 크로싱(zero crossing)이 발생하면 상기 PAPR이 높아진다.Also, in general, when zero crossing occurs in a constellation on a radio frequency, the PAPR is increased.
높은 PAPR은 전송단의 전력 증폭기(power amplifier)의 비선형 특성으로 인해서 송신 전력을 감소시켜야 하는 원인이 된다. 또한, 높은 PAPR은 수신단의 잡음률(signal-to-noise ratio, SNR)을 떨어뜨린다. 또한, 높은 PAPR을 갖는 신호는 선형 증폭기의 효율을 나쁘게 하며, 비선형 증폭기에서는 동작점을 비선형 영역에 위치하게 하여 비선형 왜곡이 되며, 반송파들간의 상호 변조와 스펙트럼 방사를 발생한다. 결과적으로, 직교주파수다중접속 방식의 무선통신 시스템에서 주파수 다이버시티의 사용하게 되면 PAPR의 높아지고, 전송신호 자체의 왜곡으로 인해서 수신 성 능을 저하시키는 문제점이 있다. High PAPR causes the transmission power to be reduced due to the nonlinear nature of the power amplifier of the transmit stage. In addition, high PAPR reduces the receiver's signal-to-noise ratio (SNR). In addition, a signal with a high PAPR degrades the efficiency of the linear amplifier. In the nonlinear amplifier, the operating point is located in the nonlinear region, resulting in nonlinear distortion, and intermodulation and spectral emission between carriers are generated. As a result, in the orthogonal frequency multiple access wireless communication system, the use of frequency diversity increases the PAPR and reduces the reception performance due to distortion of the transmission signal itself.
따라서 본 발명의 목적은 직교주파수다중접속 방식의 무선통신 시스템에서 주파수 다이버시티 이득을 얻으면서 PAPR을 감소시키는 무선통신 시스템에서 주파수 다이버시티 장치 및 방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a frequency diversity apparatus and method in a wireless communication system for reducing PAPR while obtaining a frequency diversity gain in a wireless communication system of an orthogonal frequency multiple access method.
본 발명의 다른 목적은 직교주파수다중접속 방식의 무선통신 시스템에서 주파수 다이버시티 이득을 얻으면서 동시에 PAPR을 감소시켜 수신 성능을 향상시키는 무선통신 시스템에서 주파수 다이버시티 장치 및 방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a frequency diversity apparatus and method in a wireless communication system that improves reception performance by reducing the PAPR while simultaneously obtaining a frequency diversity gain in a wireless communication system using an orthogonal frequency multiple access method.
본 발명의 실시예에 따른 무선통신 시스템에서 주파수 다이버시티 장치는 직교주파수다중접속 방식의 무선통신 시스템에서의 송신기에서의 주파수 다이버시티 장치에 있어서, 입력 데이터를 수신받아 I 신호를 발생하여 출력하는 I 신호 발생기와, 상기 입력 데이터의 복사본인 입력 데이터 복사본을 수신받아 인터리빙하여 출력하는 인터리버와, 상기 인터리버의 출력을 복곱셈한 후, 복곱셈 결과를 출력하는 곱셈기와, 상기 복곱셈 결과를 통해 Q 신호를 발생하여 출력하는 Q 신호 발생기와, 상기 I 신호 발생기의 출력 신호인 I 신호와 상기 Q 신호 발생기의 출력 신호인 Q 신호를 결합하여 출력하는 결합기를 포함함을 특징으로 한다.A frequency diversity apparatus in a wireless communication system according to an embodiment of the present invention is a frequency diversity apparatus in a transmitter in a wireless communication system of an orthogonal frequency multiple access method, and receives input data and generates and outputs an I signal. A signal generator, an interleaver for receiving and interleaving a copy of the input data which is a copy of the input data, a multiplier for multiplying the output of the interleaver, and outputting a multiplication result, and a Q signal through the multiplication result And a combiner for combining and outputting a Q signal generator for generating and outputting a Q signal, which is an output signal of the I signal generator, and a Q signal, which is an output signal of the Q signal generator.
본 발명의 실시예에 따른 무선통신 시스템에서 주파수 다이버시티 방법은 직교주파수다중접속 방식의 무선통신 시스템에서의 송신기에서의 주파수 다이버시티 방법에 있어서, 입력 데이터를 수신받아 I 신호를 발생하여 출력하는 과정과, 상기 입력 데이터의 복사본인 입력 데이터 복사본을 수신받아 인터리빙하여 출력하는 과정과, 상기 인터리빙된 출력을 복곱셈한 후, 복곱셈 결과를 출력하는 과정과, 상기 복곱셈 결과를 통해 Q(직교) 신호를 발생하여 출력하는 과정과, 상기 I 신호와 Q 신호를 결합하여 출력하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.A frequency diversity method in a wireless communication system according to an embodiment of the present invention is a frequency diversity method in a transmitter in a wireless communication system of an orthogonal frequency multiple access method, which receives input data and generates and outputs an I signal. And receiving and interleaving a copy of the input data, which is a copy of the input data, outputting the interleaved output, multiplying the interleaved output, and outputting a multiplication result, and Q (orthogonal) through the multiplication result. Generating and outputting a signal; and outputting a combination of the I and Q signals.
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.In the following description of the present invention, detailed descriptions of well-known functions or configurations will be omitted if it is determined that the detailed description of the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention. Terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, and may be changed according to intentions or customs of users or operators. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout the specification.
도 2는 본 발명이 적용된 OFDM 시스템에서 송신 및 수신을 위한 물리계층의 블록 구성을 도시한 도면이다. 2 is a block diagram of a physical layer for transmission and reception in an OFDM system to which the present invention is applied.
이하에서, 도 2는 도 1과 유사한 구성 요소들이 있기 때문에, 도 1에서 달라진 구성에 대해서만 설명하기로 한다.Hereinafter, since there are components similar to those of FIG. 1, only the configuration changed from FIG. 1 will be described.
송신기에서 입력 데이터는 I 신호 발생기(212)로 입력되고, 상기 입력 데이터의 복사본은 인터리버(211)로 입력된다. 이때, 주파수 다이버시티 방식을 적용하기 위해서 같은 데이터를 다른 주파수에 동시에 전송한다. At the transmitter, input data is input to the
상기 I 신호 발생기(212)는 상기 입력 데이터를 수신받아 I 신호를 발생하여 결합기(215)로 출력한다. The I signal
상기 인터리버(211)는 상기 입력 데이터 복사본을 데이터를 수신받아 인터리빙한 후, 곱셈기(213)로 출력한다.The
상기 곱셈기(213)는 상기 인터리버(211)의 출력을 복곱셈한 후, 복곱셈 결과를 Q 신호 발생기(214)로 출력한다. 상기 인터리버(211)의 출력을 복곱셈하는 이유는 허수 축과 실수 축으로 구별됨으로써 위상을 변경하고, 무선 주파수(Radio frequency) 상의 성좌도(Constellation)에서 제로 크로싱(Zero Crossing)의 발생 빈도를 줄이기 위함이다The
상기 Q 신호 발생기(214)는 상기 곱셈기(213)의 복곱셈 결과로 Q 신호를 발생한 후, 상기 결합기(215)로 출력한다.The
상기 결합기(215)는 I 신호 발생기(212)의 I 신호와 Q 신호 발생기(214)의 Q 신호를 결합한 후, 직/병렬 변환기(103)로 출력한다. 상기 결합기(215)에서의 I 신호와 Q 신호의 결합으로 인해서 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 매핑되어 변조(modulation)가 발생한다. 변조된 신호는 I 신호와 Q 신호로 랜덤하게 변조했고, 직교성을 갖기 때문에 독립적인 신호이다. The
따라서, 자기 상관이 낮아지고, IFFT(104)의 출력을 통해서 측정 가능한 PAPR이 감소된다.Thus, the autocorrelation is lowered and the PAPR measurable through the output of the
디지털-아날로그 변환기(107)로 입력되기 전에, 클리퍼(clipper)에서 클립핑(clipping)을 수행할 수 있는데, 상기 PAPR에 대해서 2dB나 4dB 클립핑을 할 경우, 3dB 이상의 우수한 수신 성능을 갖는다. 이에 대한 컴퓨터 시뮬레이션 결과는 후술할 도 6을 설명하면서 다시 설명하도록 한다.Before the input to the digital-to-
상기 직/병렬 변환기(103), IFFT(104), 병/직렬 변환기(105), CP 추가기(106), 디지털-아날로그 변환기(107)를 포함하는 송신기와, 아날로그-디지털 변환기(121), CP 제거기(122), 직/병렬 변환기(123), FFT(124), 등화기(125), 병/직렬 변환기(126)를 포함하는 수신기는 종래의 기술과 동일하다. A transmitter including the serial /
상기 병/직렬 변환기(126)에서 출력된 N개의 단위로 직렬 변환된 심볼들은 실수 검출기(281)와 허수 검출기(283)로 각각 입력된다.The symbols serially converted into N units output from the parallel /
상기 실수 검출기(281)는 상기 직렬 변환된 심볼들 중에서 실수 성분을 검출하여 결합기(287)로 출력한다.The
상기 허수 검출기(283)는 상기 직렬 변환된 심볼들 중에서 허수 성분을 검출한 후, 디인터리버(285)로 출력한다. 상기 디인터리버(285)는 검출된 허수 성분을 디인터리빙한 후, 상기 결합기(287)로 출력한다.The
상기 결합기(287)는 상기 실수 검출기(283)와 디인터리버(285)의 출력을 결합하여 신호 검출기(130)로 출력한다. 이때, 결합 방법은 동일 이득 결합(Equal Gain Combining, EGC) 기법을 사용하지만, 상황에 따라서 MRC(Maximum Rate Combining)을 사용할 수 있다. The
상기 신호 검출기(130)는 상기 결합기(287)의 출력을 이용하여 미리 정해진 임계값에 따라 송신 신호를 추정한다.The
본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 주파수 다이버시티 방법을 도 3을 참조하여 설명하기로 한다. 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시 스템에서 주파수 다이버시티 방법을 적용한 송신기의 동작을 도시한 흐름도이다.A frequency diversity method in a wireless communication system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3. 3 is a flowchart illustrating an operation of a transmitter to which a frequency diversity method is applied in a wireless communication system according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 송신기는 301 단계에서 입력 데이터를 수신한다. 이후, 상기 입력 데이터는 송신기의 I 신호 발생기(212)에 입력되고, 상기 입력 데이터의 복사본인 입력 데이터 복사본은 인터리버(212)에 입력된다. 그러면 송신기의 인터리버(212)에서는 303 단계에서 수신된 입력 데이터를 인터리빙한 후, 곱셈기(213)로 출력한다. 그러면, 상기 곱셈기(213)는 305 단계에서 인터리빙된 데이터와 복곱셈하여 Q 신호 발생기(214)로 출력한다. Referring to FIG. 3, the transmitter receives input data in
이후, Q 신호 발생기(214)는 307 단계에서 상기 곱셈기(213)의 복곱셈 결과를 통해서 Q 신호를 발생한 후, 겹합기(215)로 출력한다. In
상기 인터리버(211)의 인터리빙 동작과 동시에, I 신호 발생기(212)에서는 309 단계에서 상기 입력 데이터를 통해서 I 신호를 발생한 후, 결합기(215)로 출력한다.Simultaneously with the interleaving operation of the
상기 결합기(215)는 311 단계에서 I 신호와 Q 신호를 결합하여 출력한다. 상기 결합기(215)의 I 신호와 Q 신호의 결합으로 QPSK 변조된다. 변조된 신호는 I 신호와 Q 신호로 랜덤하게 변조했고, 직교성을 갖기 때문에 독립적인 신호가 된다. The
따라서, 자기 상관이 낮아지고, IFFT(104)의 출력을 통해서 측정 가능한 PAPR이 감소된다.Thus, the autocorrelation is lowered and the PAPR measurable through the output of the
본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 주파수 다이버시티 방법을 도 4를 참조하여 설명하기로 한다. 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 주파수 다이버시티 방법을 적용한 수신기의 동작을 도시한 흐름도이다.A frequency diversity method in a wireless communication system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4. 4 is a flowchart illustrating an operation of a receiver to which a frequency diversity method is applied in a wireless communication system according to an exemplary embodiment of the present invention.
실수 검출기(281)와 허수 검출기(283)는 401 단계에서 수신기의 병/직렬 변환기(126)로부터 출력된 N개의 단위로 직렬 변환된 심볼들을 수신한다.The
상기 허수 검출기(283)는 403 단계에서 상기 직렬 변환된 심볼들 중에서 허수 성분을 검출한 후, 디인터리버(285)로 출력한다. 상기 디인터리버(285)는 407 단계에서 상기 허부 검출기(283)에서 검출된 허수 성분을 디인터리빙한 후, 상기 결합기(287)로 출력한다.The
상기 실수 검출기(281)는 405 단계에서 상기 직렬 변환된 심볼들 중에서 실수 성분을 검출하여 결합기(287)로 출력한다.The
상기 결합기(287)는 409 단계에서 상기 실수 검출기(283)와 디인터리버(285)의 출력을 결합하여 신호 검출기(130)로 출력한다. 이때, 결합 방법은 동일 이득 결합(Equal Gain Combining, EGC) 기법을 사용하지만, 상황에 따라서 MRC(Maximum Rate Combining)을 사용할 수 있다. The
상기 신호 검출기(130)는 411 단계에서 상기 결합기(287)의 출력을 이용하여 미리 정해진 임계값에 따라 송신 신호를 추정한다.The
도 5는 PAPR을 고려하지 않고 인터리빙된 QPSK를 적용한 경우와 종래의 주파수 다이버시티를 적용한 경우의 성능 분석도이다.5 is a performance analysis diagram when the interleaved QPSK is applied without considering the PAPR and when the conventional frequency diversity is applied.
도 5를 살펴보면, 컴퓨터 시뮬레이션을 통해서 BPSK를 적용한 경우(510), QPSK를 적용한 경우(520), 일반적인 주파수 다이버시티 QPSK를 적용한 경우(530), PAPR을 고려하지 않고 인터리빙된 QPSK를 적용한 경우(540)를 나타낸 것이다.Referring to FIG. 5, when BPSK is applied through computer simulation (510), when QPSK is applied (520), when general frequency diversity QPSK is applied (530), when interleaved QPSK is applied without considering PAPR (540). ).
도 5를 통해서 BPSK를 적용한 경우(510)와 QPSK를 적용한 경우(520)의 성능 이 동일함을 알 수 있다. 또한, 종래의 주파수 다이버시티 QPSK를 적용한 경우(530)와 PAPR을 고려하지 않고 인터리빙된 QPSK를 적용한 경우(540)의 성능이 거의 동일함을 알 수 있다.It can be seen from FIG. 5 that the performance of the case of applying BPSK (510) and the case of applying QPSK (520) is the same. In addition, it can be seen that the performance of the conventional frequency diversity QPSK 530 and the interleaved QPSK 540 without considering PAPR are almost the same.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 주파수 다이버시티 방법을 적용한 방법과 그렇지 않은 경우의 성능 분석도이다. 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 주파수 다이버시티 방법은 도 5에 기재된 PAPR을 고려하지 않고 인터리빙된 QPSK를 적용한 경우(540)와는 달리 PAPR을 고려하고 인터리빙된 QPSK를 적용한 경우이다. 6 is a diagram illustrating a method of applying a frequency diversity method in a wireless communication system according to an exemplary embodiment of the present invention and a performance analysis when the method is not. In a wireless communication system according to an embodiment of the present invention, the frequency diversity method is a case in which the interleaved QPSK is considered and the interleaved QPSK is applied unlike the case in which the interleaved QPSK is applied without considering the PAPR shown in FIG. 5.
도 6을 통해서 클립핑(clipping)이 안되고, 인터리빙된 QPSK(inter QPSK Org)(610)를 적용한 경우와 클립핑이 안되고, 주파수 다이버시티 QPSK(freq div QPSK Org)(640)의 경우의 수신 성능이 동일함을 알 수 있다.6, the reception performance is the same in the case of not applying clipping and applying interleaved inter QPSK Org (610) to clipping and not having frequency diversity QPSK Org (640). It can be seen.
도 6을 통해서 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 다이버시티를 적용한 경우, 즉 인터리빙된 QPSK P2(620)의 경우와 인터리빙된 QPSK P4(630)의 경우는 종래의 주파수 다이버시티를 적용한 경우 즉, 주파수 다이버시티 QPSK P2(650)의 경우와 주파수 다이버시티 QPSK P4(660)의 경우 보다 수신 성능이 높음을 알 수 있다. 이때, P2는 PAPR 레벨(level)이 2dB임을 나타내고, P4는 PAPR 레벨이 4dB임을 나타낸다.6, in the case of applying frequency diversity according to an embodiment of the present invention, that is, in the case of interleaved
또한, 도 6을 통해서 PAPR에 대해서 2dB나 4dB 클립핑을 할 경우, 3dB 이상의 우수한 수신 성능을 갖는다는 것을 알 수 있다.In addition, it can be seen from FIG. 6 that 2dB or 4dB clipping for the PAPR has an excellent reception performance of 3dB or more.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 동작하는 본 발명에 있어서, 개시되는 발명 중 대표적인 것에 의하여 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 다음과 같다.In the present invention operating as described in detail above, the effects obtained by the representative ones of the disclosed inventions will be briefly described as follows.
본 발명은, 직교주파수다중접속 방식의 무선통신 시스템에서 주파수 다이버시티 이득을 얻으면서 PAPR을 감소시킬 수 있다.The present invention can reduce the PAPR while obtaining a frequency diversity gain in a wireless communication system of an orthogonal frequency multiple access method.
또한 본 발명은, 직교주파수다중접속 방식의 무선통신 시스템에서 주파수 다이버시티 이득을 얻으면서 동시에 PAPR을 감소시켜 수신 성능을 향상시킬 수 있다.In addition, the present invention can improve the reception performance by reducing the PAPR while at the same time gaining the frequency diversity gain in the orthogonal frequency multiple access wireless communication system.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020060042684A KR20070109563A (en) | 2006-05-11 | 2006-05-11 | Frequency diversity apparatus and method in mobile communication system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020060042684A KR20070109563A (en) | 2006-05-11 | 2006-05-11 | Frequency diversity apparatus and method in mobile communication system |
Publications (1)
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KR20070109563A true KR20070109563A (en) | 2007-11-15 |
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Family Applications (1)
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KR1020060042684A KR20070109563A (en) | 2006-05-11 | 2006-05-11 | Frequency diversity apparatus and method in mobile communication system |
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KR (1) | KR20070109563A (en) |
-
2006
- 2006-05-11 KR KR1020060042684A patent/KR20070109563A/en not_active Application Discontinuation
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