스펙트럼 스컬프팅을 가능하게 하기 위한 다중 대역OFDM 시스템의 시간 영역 윈도잉(TIME-DOMAIN WINDOWING OF MULTI-BAND OFDM SYSTEM TO ENABLE SPECTRAL SCULPTING)

(19)대한민국특허청(KR)
(12) 공개특허공보(A)

(51) 。Int. Cl.
H04J 11/00 (2006.01)
H04K 1/10 (2006.01)
H04L 27/36 (2006.01)
H04K 1/10 (2006.01)
H04L 27/36 (2006.01)
(11) 공개번호
(43) 공개일자
10-2007-0041551
2007년04월18일
(21) 출원번호 10-2007-7002652
(22) 출원일자 2007년02월01일
심사청구일자 없음
번역문 제출일자 2007년02월01일
(86) 국제출원번호 PCT/US2005/023840 (87) 국제공개번호 WO 2006/007599
국제출원일자 2005년07월01일 국제공개일자 2006년01월19일
(30) 우선권주장 60/584,571
60/592,300
2004년07월01일
2004년07월28일
미국(US)
미국(US)
(71) 출원인 텍사스 인스트루먼츠 인코포레이티드
미국 75251 텍사스주 달라스 메일 스테이션 3999 처칠 웨이 7839
(72) 발명자 발라크리시난, 자이가네시
인도 560 075 카나타카 반갈로레 할 3 스테이지 식스티 피트 로드플롯
넘버 12 에이피티. 비1 수만갈라 아파트먼트
배트라, 아누즈
미국 75204 텍사스주 달라스 워딩톤 스트리트 2510
야마구찌, 히로히사
일본 305-0035 이바라끼껭 쯔꾸바시 마쯔시로 4-5-25
(74) 대리인 주성민
장수길
전체 청구항 수 : 총 15 항
(54) 스펙트럼 스컬프팅을 가능하게 하기 위한 다중 대역ＯＦＤＭ 시스템의 시간 영역 윈도잉
(57) 요약
무선으로 통신하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법은 광대역 직교 주파수 분할 다중화(W-OFDM : wideband orthogonal
frequency division multiplex) 심볼(310)을 위한 복수의 톤(tone)들을 생성하는 단계 - 상기 톤들은 복수의 연속 제로 값
톤들을 포함함 - 와, 상기 톤들을 복수의 시간 영역 샘플들(312)로 역 푸리에 변환하는 단계와, 복수의 상기 시간 영역 샘
플들을 순환 블록(314)의 일부로서 복사하는 단계 - 상기 순환 블록(314)은 상기 시간 영역 샘플들(312)과 연속함 - 와,
상기 시간 영역 샘플들(312) 및 상기 순환 블록(314)을 시간 영역 윈도우 필터링하여 상기 광대역 직교 주파수 분할 다중
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화 심볼(310)의 일부를 형성하는 단계 - 상기 시간 영역 윈도우 필터는 φ(k) φ(k Nfft)가 상수 θ와 대략 같은 특성을 갖
는 함수 φ(k)이고, 상기 Nfft는 톤들의 수임 - 와, 상기 광대역 직교 주파수 분할 다중화 심볼(310)을 송신하는 단계를 포함
한다.
대표도
도 3
특허청구의 범위
청구항 1.
광대역 직교 주파수 분할 다중화(W-OFDM : wideband orthogonal frequency division multiplex) 심볼을 위한 복수의
톤(tone)들을 생성하는 단계 - 상기 톤들은 복수의 연속 제로 값 톤들을 포함함 -;
상기 톤들을 복수의 시간 영역 샘플들로 역 푸리에 변환하는 단계;
상기 복수의 톤들 중 적어도 일부를 순환 블록의 일부로 이용하는 단계 - 상기 순환 블록은 상기 시간 영역 샘플들과 연속
함 -;
상기 시간 영역 샘플들 및 상기 순환 블록을 시간 영역 윈도우 필터링하여 상기 광대역 직교 주파수 분할 다중화 심볼의 일
부를 형성하는 단계 - 상기 시간 영역 윈도우 필터는 φ(k) φ(k Nfft)가 상수 θ와 거의 같은 특성을 갖는 함수 φ(k)이고,
상기 Nfft는 톤들의 수임 -; 및
상기 광대역 직교 주파수 분할 다중화 심볼을 송신하는 단계
를 포함하는 무선 통신 방법.
청구항 2.
제1항에 있어서,
상기 연속 제로 값 톤들은 희생 주파수 대역과 관련되는 방법.
청구항 3.
제1항에 있어서,
상기 윈도잉 함수 φ(k)는:
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로서 정의되는 올림형 코사인 함수(raised-cosine function)이고,
여기서 LP는 상기 순환 블록의 일부로서 복사되는 시간 영역 샘플들의 수인 방법.
청구항 4.
제1항에 있어서,
상기 윈도잉 함수 φ(k)는:
로서 정의되는 사다리꼴 함수(trapezoidal function)이고,
여기서 LP는 상기 순환 블록의 일부로서 복사되는 시간 영역 샘플들의 수인 방법.
청구항 5.
제1항에 있어서,
상기 생성하는 단계는 상기 톤들을 LP의 함수로서 선형 위상과 곱하는 단계를 포함하고, 여기서 LP는 상기 순환 블록의 일
부로서 복사되는 시간 영역 샘플들의 수인 방법.
청구항 6.
제5항에 있어서,
상기 톤들은 X(k)로 표현되고 상기 선형적으로 위상 보상된 톤들은 Xcyc(k)로 표현되고,
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인 방법.
청구항 7.
복수의 톤들을 포함하는 주파수 영역 신호를 시간 영역 신호로 변환하도록 동작가능한 역 푸리에 변환기 - 상기 톤들은 부
분적으로 복수의 연속 제로 값 톤들을 포함함 -; 및
상기 시간 영역 신호를 윈도잉 함수에 기초하여 필터링하도록 동작가능한 윈도잉 필터 - φ(k)로 표현되는 상기 윈도잉 함
수는 φ(k) φ(k Nfft)가 상수 θ와 거의 같은 특성을 갖고, 상기 Nfft는 톤들의 수이고, 상기 윈도잉 필터의 출력은 상기 송
신기에 의해 송신되는 다중 대역 직교 주파수 분할 다중화 심볼의 일부를 포함함 -
를 포함하는 송신기.
청구항 8.
제7항에 있어서,
상기 윈도잉 함수 φ(k)는:
로서 정의되는 올림형 코사인 함수이고,
여기서 LP는 상기 순환 블록의 일부로서 복사되는 시간 영역 샘플들의 수인 송신기.
청구항 9.
제7항에 있어서,
상기 윈도잉 함수 φ(k)는:
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로서 정의되는 사다리꼴 함수이고,
여기서 LP는 상기 순환 블록의 일부로서 복사되는 시간 영역 샘플들의 수인 송신기.
청구항 10.
제7항에 있어서,
상기 복수의 연속 제로 값 톤들은 하나 이상의 희생 주파수 대역들을 보호하기 위해 선택되는 송신기.
청구항 11.
제10항에 있어서,
상기 희생 주파수 대역들은 일본 전파 천문학 대역(Japanese radio astronomy band), 위성 대역, 와이맥스(WiMax) 대역,
고정 무선 액세스 대역(fixed wireless access band), 고정 서비스 대역, 및 제4 세대 무선 대역으로 이루어지는 그룹으로
부터 선택되는 송신기.
청구항 12.
제10항에 있어서,
복수의 제거 톤 생성기들을 포함하는 간섭 제거 컴포넌트를 더 포함하고,
각각의 제거 톤 생성기는,
v개 값들을 저장하는 톤 최적화 어레이 - v는 직교 주파수 분할 다중화 톤들의 수와 같고, 상기 v개 값들은 능동 간섭 제거
를 최적화하는 것에 기초하여, 그리고 복수의 능동 간섭 제거 값들 및 복수의 보호-에지 값들의 평균 전력을 최대 전력 레
벨 이하로 제약하는 것, 및 복수의 데이터 값들에 더욱 기초하여 결정됨 -;
상기 v개 값들 중 하나를 관련 데이터 값과 곱하도록 동작가능한 승산기; 및
상기 승산기에 의해 출력된 곱을 누적하도록 동작가능한 누산 레지스터를 포함하고,
상기 간섭 제거 컴포넌트는 u개의 제거 톤 생성기들을 포함하고, 상기 수 u는 직교 주파수 분할 다중화 신호의 일부를 형성
하는 복수의 능동 간섭 제거 톤들 및 복수의 보호-에지 톤들의 수에 기초하고, 상기 제거 톤 생성기들 각각은 상기 능동 간
섭 제거 톤들 중 하나에 할당될 능동 간섭 제거 값과 상기 보호-에지 톤들 중 하나에 할당될 보호-에지 값 중 하나를 결정
하고, 상기 u개의 톤 최적화 어레이들은 u × v 행렬 W로서 표현될 수 있는 값들을 포함하고, W는 로
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서 결정되고, 여기서 P는 s × v 행렬이고, P의 행(row) a와 열(column) b의 원소 Pa,b는 로서
결정되고, 여기서 k=b-1이고 l=a-1 오프셋이고, 여기서 오프셋은 간섭 대역폭 및 간섭 중심 주파수에 기초하고, P1은
상기 간섭 중심 주파수에 기초하여 P로부터 선택된 u개의 인접한 열들로 구성되는 s × u 행렬이고, P1T는 P1의 전치 행렬
(transpose matrix)이고, 괄호와 관련된 음의 지수(negative exponent)는 역행렬 연산(matrix inversion)을 나타내는 송
신기.
청구항 13.
송신 모드에서 Nfft 길이의 비트 시퀀스(sequence of bits)를 다중 대역 직교 주파수 분할 다중화 심볼의 일부로서 송신하
기 전에 Nfft개 병렬 비트들로 변환하도록 동작가능한 다중화 직렬-병렬 변환기(multiplex serial-to-parallel converter)
- 상기 다중화 직렬-병렬 변환기는 수신 모드에서 다중 대역 직교 주파수 분할 다중화 심볼의 적어도 일부의 Nfft 길이의
데이터 시퀀스를 Nfft개 병렬 샘플들로 변환하도록 더 동작 가능함 -;
상기 송신 모드에서 주파수 영역 내의 상기 Nfft개 병렬 비트들을 시간 영역 내의 Nfft개 샘플들로 역 푸리에 변환하도록 동
작가능한 푸리에 변환기 - 상기 푸리에 변환기는 상기 수신 모드에서 상기 시간 영역 내의 상기 Nfft개 병렬 샘플들을 상기
주파수 영역 내의 Nfft개 병렬 비트들로 푸리에 변환하도록 더 동작가능함 -; 및
상기 송신 모드에서 윈도잉 함수를 이용하여 상기 시간 영역 내의 상기 Nfft개 샘플들을 처리하도록 동작가능한 윈도잉 컴
포넌트 - 상기 윈도잉 컴포넌트는 상기 수신 모드에서 상기 주파수 영역 내의 상기 Nfft개 병렬 비트들 사이에 포함된 하나
이상의 파일럿 톤들에 기초하여 상기 Nfft개 병렬 비트들의 미세 주파수 오프셋 조정을 제공하기 위해 상기 주파수 영역 내
의 상기 Nfft개 병렬 비트들을 처리하도록 더 동작가능함 -
를 포함하는 송수신기.
청구항 14.
제13항에 있어서,
상기 윈도잉 함수는:
로서 정의되는 올림형 코사인 함수 φ(k)이고,
여기서 LP는 상기 Nfft개 톤들과 관련된 순환 블록의 일부로서 복사되는 시간 영역 샘플들의 수인 송수신기.
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청구항 15.
제13항에 있어서,
상기 윈도잉 함수는:
로서 정의되는 사다리꼴 함수 φ(k)이고,
여기서 LP는 상기 Nfft개 톤들과 관련된 순환 블록의 일부로서 복사되는 시간 영역 샘플들의 수인 송수신기.
명세서
기술분야
본 발명은 무선 통신에 관한 것으로, 특히, 스펙트럼 스컬프팅(spectral sculpting)을 가능케 하기 위한 다중 대역 OFDM
(Mmulti-band OFDM)의 시간 영역 윈도잉(time-domain windowing)을 위한 시스템 및 방법에 관한 것이며, 이에 제한되
는 것은 아니다.
배경기술
네트워크는 네트워크의 멤버들 사이의 통신을 제공한다. 무선 네트워크는 접속 없는 통신을 가능케 한다. 무선 근거리 통
신망(wireless local area networks)은 일반적으로 컴퓨터들에 의한 사용을 위해 맞추어져 있고 매우 정교한 프로토콜을
이용하여 통신을 촉진시킨다. 약 10 미터 범위의 무선 개인 영역 통신망(WPAN : wireless personal area networks)이 성
장 중에 있고, 무선 개인 영역 통신망을 지원하는 프로토콜의 개발을 위한 기술 개발 노력이 증가하고 있다.
제한된 범위로 인해, 무선 개인 영역 통신망은 무선 근거리 통신망보다 적은 수의 멤버들을 갖고 있으며 보다 적은 전력을
필요로 할 수 있다. IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)는 IEEE 802.15.3a 무선 개인 영역 통신망
표준을 개발하고 있다. 피코넷(piconet)이라는 용어는 통신 디바이스들을 포함하는 애드 혹 토폴로지(ad hoc topology)를
갖는 무선 개인 영역 통신망을 지칭한다. 피코넷의 멤버들인 디바이스들 사이의 통신은 피코넷 코디네이터(PNC)에 의해
조정(coordinate)된다. 다양한 무선 디바이스들이 서로의 근접 거리에 들어가거나 근접 거리에서 벗어남에 따라 저절로
피코넷들이 형성되고, 수정되고, 완화(abate)된다. 피코넷들은 그들의 제한된 시간적 및 공간적 한도에 의해 특징지어질
수 있다. 물리적으로 인접한 무선 디바이스들은 스스로 그룹을 이루어 동시에 작동하는 다수의 피코넷들을 형성할 수 있
다.
IEEE 802.15.3a 태스크 그룹에의 하나의 제안은 3.1 GHz에서 10.6 GHz까지의 7.5 GHz 초광대역(UWB : ultra wide
band) 대역폭을, 각 대역의 폭이 528 MHz이 되도록 14개의 대역으로 분할하는 것이다. 이들 14개의 대역들은 각각이 3개
의 528 MHz 대역을 갖는 4개의 대역 그룹 및 2개의 528 MHz 대역을 갖는 하나의 대역 그룹으로 편성된다. 피코넷의 한
멤버인 송수신기(transceiver)와 같은 예시적인 제1 디바이스가 한 대역 그룹의 제1 주파수 대역에서 제1의 312.5 nS 시
간 동안 제1 MB-OFDM 심볼을 송신하고, 그 대역 그룹의 제2 주파수 대역에서 제2의 312.5 nS 시간 동안 제2 MB-
OFDM 심볼을 송신하고, 그 대역 그룹의 제3 주파수 대역에서 제3의 312.5 nS 시간 동안 제3 MB-OFDM 심볼을 송신할
수 있다. 또한 상이한 피코넷에 속하는 예시적인 제2 디바이스가 동일 대역 그룹을 이용하여 제1 디바이스와 동시에 송신
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할 수도 있고, 이 경우 제2 디바이스는 상이한 시간-주파수 코드 및 구별되는 프리앰블 시퀀스(preamble sequence)를 이
용함으로써 자신의 송신을 제1 디바이스의 송신과 구별한다. 이와 같이 한 대역 그룹의 3개의 528 MHz 폭 주파수의 각각
에서 송신함으로써 상이한 피코넷들의 멤버들이 대역 그룹을 공유하는 방법은 시간 주파수 코딩 또는 시간 주파수 인터리
빙(TFI : time frequency interleaving)으로 불릴 수 있다. 대안적으로는, 하나의 피코넷의 멤버들이 대역 그룹의 하나의
주파수 대역에서 독점적으로 송신하는 한편 다른 피코넷의 멤버들은 다른 주파수 대역에서 독점적으로 송신할 수도 있으
며, 이것은 고정 주파수 인터리빙(FFI : fixed frequency interleaving)으로 불릴 수 있다.
발명의 상세한 설명
무선으로 통신하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법은 광대역 직교 주파수 분할 다중화(W-OFDM : wideband orthogonal
frequency division multiplex) 심볼을 위한 복수의 톤(tone)들을 생성하는 단계 - 상기 톤들은 복수의 연속 제로 값 톤들
을 포함함 - 와, 상기 톤들을 복수의 시간 영역 샘플들로 역 푸리에 변환하는 단계와, 복수의 상기 시간 영역 샘플들을 순환
블록의 일부로서 복사하는 단계 - 상기 순환 블록은 상기 시간 영역 샘플들과 연속함 - 와, 상기 시간 영역 샘플들 및 상기
순환 블록을 시간 영역 윈도우 필터링하여 상기 광대역 직교 주파수 분할 다중화 심볼의 일부를 형성하는 단계 - 상기 시
간 영역 윈도우 필터는 φ(k) φ(k Nfft)가 상수 θ와 거의 같은 특성을 갖는 함수 φ(k)이고, 상기 Nfft는 톤들의 수임 - 와,
상기 광대역 직교 주파수 분할 다중화 심볼을 송신하는 단계를 포함한다.
송신기가 개시되어 있다. 이 송신기는 복수의 톤들을 포함하는 주파수 영역 신호를 시간 영역 신호로 변환하도록 동작 가
능한 역 푸리에 변환기 - 상기 톤들은 부분적으로 복수의 연속 제로 값 톤들을 포함함 - 와, 상기 시간 영역 신호를 윈도잉
함수에 기초하여 필터링하도록 동작 가능한 윈도잉 필터 - 상기 윈도잉 함수 φ(k)는 φ(k) φ(k Nfft)가 상수 θ와 거의
같은 특성을 갖고, 상기 Nfft는 톤들의 수이고, 상기 윈도잉 필터의 출력은 상기 송신기에 의해 송신되는 다중 대역 직교 주
파수 분할 다중화 심볼의 일부를 포함함 - 를 포함한다.
송수신기가 개시되어 있다. 이 송수신기는 송신 모드에서 Nfft 길이의 비트 시퀀스(sequence of bits)를 다중 대역 직교 주
파수 분할 다중화 심볼의 일부로서 송신하기 전에 Nfft개 병렬 비트들로 변환하도록 동작 가능한 다중화 직렬-병렬 변환기
(multiplex serial-to-parallel converter) - 상기 다중화 직렬-병렬 변환기는 수신 모드에서 다중 대역 직교 주파수 분할
다중화 심볼의 적어도 일부의 Nfft 길이의 데이터 시퀀스를 Nfft개 병렬 샘플들로 변환하도록 더 동작 가능함 - 와, 상기 송
신 모드에서 주파수 영역 내의 상기 Nfft개 병렬 비트들을 시간 영역 내의 Nfft개 샘플들로 역 푸리에 변환하도록 동작 가능
한 푸리에 변환기 - 상기 푸리에 변환기는 또한 상기 수신 모드에서 상기 시간 영역 내의 상기 Nfft개 병렬 샘플들을 상기
주파수 영역 내의 Nfft개 병렬 비트들로 푸리에 변환하도록 동작 가능함 - 와, 상기 송신 모드에서 윈도잉 함수를 이용하여
상기 시간 영역 내의 상기 Nfft개 샘플들을 처리하도록 동작 가능한 윈도잉 컴포넌트 - 상기 윈도잉 컴포넌트는 또한 상기
수신 모드에서 상기 주파수 영역 내의 상기 Nfft개 병렬 비트들 사이에 포함된 하나 이상의 파일럿 톤들에 기초하여 상기
Nfft개 병렬 비트들의 미세한 주파수 오프셋 조정을 제공하기 위해 상기 주파수 영역 내의 상기 Nfft개 병렬 비트들을 처리
하도록 동작 가능함 - 를 포함한다.
이들 및 그 밖의 특징들 및 이점들은 첨부 도면들 및 청구항들과 관련하여 이하의 상세한 설명으로부터 보다 명확히 이해
될 것이다.
실시예
본 명세서의 일 실시예의 예시적인 구현이 아래에 예시되어 있지만, 본 시스템은, 현재 알려져 있든 존재하든, 임의의 수의
기법들을 이용하여 구현될 수 있다는 것을 처음에 이해해야 할 것이다. 본 명세서는 여기에서 예시되고 설명된 예시적인
설계 및 구현을 포함하여, 아래에 예시된 예시적인 구현들, 도면들, 및 기법들에 결코 제한되어서는 안 된다.
근거리의 높은 데이터 전송속도 통신 기술로서 다중 대역 직교 주파수 분할 다중화(MB-OFDM)에 기초한 초광대역
(UWB) 기술이 산업 표준으로서 논의되고 있다. 종래의 서비스 대역으로 지칭될 수 있는, 핸드폰(cellular phone), 방송,
위성 TV, 전파 천문학(radio astronomy), 지상 감시 위성(earth surveillance satellite), 기상 및 공중 레이더(weather
and airborne radar) 등과 같은 종래의 인가된 무선 서비스와 달리, UWB 무선 기술(UWB radio)은 종래의 서비스 대역과
오버레이하는 3.1 내지 10.6 GHz를 이용한 비인가된 무선 기술이다. 이들 기존의 종래 서비스 대역들에의 간섭 가능성을
제거하기 위하여, 개정된 연방통신위원회(FCC) 규정은 UWB의 송신 전력 레벨을 3.1 GHz와 10.6 GHz 사이에서 -41.25
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dBm/MHz 이하로 제한한다. 이 송신 전력 레벨에 관하여, ITU-R 권고 및 지역 전파법(ITU-R Recommendation and
regional Radio Law)에 의해 보호되는 대역의 사용자들, 예를 들면 3260 MHz 내지 3267 MHz, 3332 MHz 내지 3339
MHz, 3345.8 MHz 내지 3352.5 MHz, 4825 MHz 내지 4835 MHz, 4950 MHz 내지 4990 MHz, 4990 MHz 내지 5000
MHz, 6650 MHz 내지 6675.2 MHz의 일본 전파 천문학 대역의 사용자들에 의해 강력한 반론이 제기되었다. 본 명세서의
나머지 부분에서는 7 MHz 폭의 전파 천문학 대역, 예를 들면 3260 MHz 내지 3267 MHz 대역에의 간섭을 피하는 MB-
OFDM 송신의 경우가 특정 예로서 논의되지만, 당업자라면 이 예시적인 전파 천문학 대역에 관하여 설명된 분석 및 방법
은 대안적인 OFDM 기술들을 이용하여 그 밖의 종래의 서비스 대역들에 적용될 수 있다는 것을 쉽사리 알 수 있을 것이다.
특정 대역에의 간섭의 제거는 대역폭과 감쇠 레벨 모두에 있어서 문제이다. 예를 들면, 현행 일본 전파법 하에서, 일반적으
로 허용 가능한 주위 방사 레벨은 -64.3 dBm/MHz로 규정되어 있다. 이것은 최고 신호 전력 레벨이지만, 1 MHz 대역폭에
서는, 최고 및 평균 전력 레벨이 거의 동일한 것으로 알려져 있다. UWB 신호의 대역내(3.1-10.6 GHz) 방사는 FCC R