서브심볼 처리를 이용한 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 document_id A220623073229

직교 주파수 분할 멀티플렉싱(OFDM)은 통신 분야에서 널리 공지되어 있는 신호 처리 기술이다. 일반적으로, OFDM은 주파수 스펙트럼은 더 작은 서브대역(subband)들(서브캐리어(subcarrier)들로서 별칭됨)로 분할하고 이러한 서브캐리어들을 데이터 심볼(data symbol)들로 변조함으로써 동작한다. 도 1은 종래 기술 OFDM 송신기(100)의 하나의 구현예의 간소화된 블록도를 도시한다. 송신기(100)는 디지털 입력 데이터를 수신하고 상기 데이터를 송신용 아날로그 OFDM 신호로 변환한다. 데이터의 변환은 데이터 심볼 맵핑(data symbol mapping)(102), 역 고속 푸리에 변환(IFFT) 처리(104), 주기적 프리픽스 추가(cyclic prefix appending)(106), 디지털-대-아날로그 변환(DAC)(108), 및 스펙트럼 쉐이핑(spectral shaping)(110)의 순차적인 단계들을 통해 발생한다. 데이터 심볼 맵핑 블록(102)은 유한 길이의 그룹들로 분할되는 이진 데이터 비트들을 수신한다. 하나 이상의 데이터 심볼들(a[n])이 차동 직교 위상-변이-변조(differential quadrature phase-shift-keying: DQPSK) 또는 직교 진폭 변조(quadrature amplitude modulation: QAM)과 같은 종래 기술에 통상적으로 공지되어 있는 다수의 변조 기술들 중 어느 하나를 이용하여 각 그룹의 비트들에 대해 생성된다. 각 그룹의 길이 및 이에 따른 데이터 심볼 당 입력 데이터 비트들의 수는 채용되는 변조 기술에 의해 결정된다. IFFT(104)는 0에서부터 N-1로 넘버링(numbering)된 N개의 서브캐리어들의 세트로 N개의 데이터 심볼들(a[n])의 각 세트를 순차적으로 적용하며, 여기서 하나의 데이터 심볼(a[n])은 각 서브캐리어와 쌍을 이룬다. OFDM에 의해 채용된 서브캐리어들은 서로 직교로 배열되어, 각 서브캐리어는 심볼간 간섭 없이 구별될 수 있다. 그 후, N개의 데이터 심볼(a[n]) 및 서브캐리어 쌍들의 각 세트(k)는 IFFT(104)에 의해 주파수-영역 표현(frequency-domain representation)들로부터 N개의 샘플들(Sk[i])로 이루어진 시간-영역 OFDM 심볼(Sk)로 변환되며, 여기서 i는 0 내지 N-1과 동일하다. 각 OFDM 심볼(Sk)에 대한 이산 모델은 다음과 같이 식(1)에 의해 표현될 수 있고: 여기서 T/N은 샘플 기간(sample period)이고, w[i]는 이산 윈도우 함수(discrete window function)이며, 는 서브캐리어들의 유한 길이 복소 지수 시퀀스를 나타낸다. 그 후, OFDM 심볼들(Sk)이 송신을 위해 준비된다. 먼저, 주기적 프리픽스가 주기적 프리픽스 추가(106)에 의해 각 OFDM 심볼(Sk)의 시작부에서 삽입된다. 이 프리픽스는 수신기가 다중경로 반사들에 기인하는 신호 에코(signal echo)들을 극복할 수 있도록 한다. 다음으로, OFDM 심볼들 및 프리픽스들은 디지털-대-아날로그 변환기(DAC)(108)를 이용하여 디지털 포맷으로부터 아날로그 포맷으로 변환된다. 마지막으로, DAC(108)로부터의 아날로그 출력은 송신용 OFDM 신호를 생성하기 위하여 스펙트럼 쉐이핑 블록(110)에 의해 스펙트럼 쉐이핑 된다. 종래-기술 OFDM 신호의 생성의 예로서, IFFT(104)가 384개의 데이터 심볼들(a[n])(여기서 n=0,...,383)을 수신하고 N=128개의 서브캐리어들을 채용한다고 가정하자. N개의 데이터 심볼들(a[n])의 각 세트내의 하나의 데이터 심볼(a[n])이 각 서브캐리어에 할당되기 때문에, 생성된 OFDM 심볼들(Sk)의 수는 3(128개의 서브캐리어들로 나누어진 384개의 데이터 심볼들(a[n]))과 동일하다. 주파수 영역에서의 데이터 심볼들(a[n])의 그룹화가 테이블 I에 도시되어 있다. 테이블 I에 도시된 바와 같이, 종래-기술 OFDM 시스템에서, 데이터 심볼들((a[0]) 내지 (a[127]))은 OFDM 심볼(S0)에 할당되고, 데이터 심볼들((a[128]) 내지 (a[255]))은 OFDM 심볼(S1)에 할당되며, 데이터 심볼들((a[256]) 내지 (a[383]))은 OFDM 심볼(S2)에 할당된다. 테이블 II는 IFFT(104)에 의한 변환 이후의 시간 영역에서의 샘플들(Sk[i])(여기서, k=0,1,2이고, i=0,...,127이다)의 그룹화를 도시한다. 종래-기술 OFDM 시스템에서, 각 OFDM 심볼(Sk)의 샘플들(Sk[i])은 함께 그룹화된 채로 유지되고, OFDM 심볼들(Sk)은 연속적으로 송신된다. 즉, OFDM 심볼들(S0)의 샘플들(S0[0] 내지 S0[127])은 OFDM 심볼(S1)의 샘플들(S1[0] 내지 S1[127]) 전에 송신되며, 상기 OFDM 심볼(S1)의 샘플들(S1[0] 내지 S1[127])은 OFDM 심볼(S2)의 샘플들(S2[0] 내지 S2[127]) 전에 송신된다. 도 2는 상기 예에서 설명된 종래-기술 OFDM 심볼(S0)의 주파수-영역 표현을 도시한다. 단일 파형으로 표현된 각 서브캐리어가 하나의 데이터 심볼(a[n])에 할당된다. 부가적으로, 서브캐리어들이 이격되어 떨어져, 각 서브캐리어의 피크(peak)가 모든 다른 서브캐리어의 제로 레벨(zero level)에 대응한다는 점을 주의하라. 이것은 서브캐리어들의 세트의 직교 특성을 나타낸다. 도 3은 OFDM 송신기(100)에 의해 수행된 동작들을 반전시키는 종래-기술 OFDM 수신기(300)의 하나의 구현예의 간소화된 블록도를 도시한다. 수신기(300)는 아날로그 OFDM 신호들을 수신하고 원래 디지털 데이터를 추출한다. 추출은 매칭된 필터링(matched filtering)(302), 아날로그-대-디지털 변환(ADC)(304), 주기적 프리픽스 제거(306), 고속 푸리에 변환(FFT) 처리(308), 및 데이터 심볼 디맵핑(data symbol demapping)(310)의 순차적인 단계들을 통하여 발생한다. 먼저, 수신된 OFDM 신호는 수신기의 RF 프론트 엔드(front end)에서 기저대역 아날로그 신호로 다운-변환된다(down-converted). 기저대역 아날로그 신호는 매칭된 필터링 블록(302)에 의해 필터링되고, ADC(304)에 의해 디지털 포맷으로 변환된다. 다음으로, 동기화 및 채널 추정이 수행될 수 있다(도시되지 않음). 그 후, 주기적 프리픽스 제거 블록(306)이 시간-영역 OFDM 심볼들(Sk)로부터 주기적 프리픽스들을 제거한다. FFT(308)는 디지털 OFDM 심볼들(Sk)을 수신하고, 다음과 같이 식 (2)에 따라 데이터 심볼들(a[n])을 획득하기 위하여 각각으로부터 N개의 서브캐리어들을 추출한다: 마지막으로, 데이터 심볼들(a[n])은 도 1의 데이터 심볼 맵핑(102)에 의해 채용된 변조 기술에 따라 데이터 심볼들을 복조하는 데이터 심볼 디맵핑 블록(310)을 이용하여 원래 이진 비트들로 디맵핑된다.