KR101687493B1 - Ftn 시스템에서 신호 전송 방법 및 장치 - Google Patents

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최정민
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Abstract

펄스 성형을 위한 대역폭 사용을 줄이고, 비트 에러율을 감소시킬 수 FTN 시스템에서 신호 전송 방법 및 장치에 관한 기술이 개시된다. 개시된 신호 전송 방법은 전송 심볼을 생성하는 단계; 듀오바이너리 PR 필터를 이용하여, 상기 전송 심볼을 필터링하는 단계; 및 상기 필터링된 전송 심볼을 수신 장치로 전송하는 단계를 포함한다.

Description

FTN 시스템에서 신호 전송 방법 및 장치{Method and Device for transmitting signal in FTN system}
본 발명은 무선 통신 시스템에서의 신호 전송 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 FTN 시스템에서 신호 전송 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 멀티미디어 서비스 같은 고용량 서비스에 대한 사용자의 요구가 증가함에 따라, 전송률 향상을 위한 새로운 전송 시스템에 대한 필요성이 증대되고 있다. 이에 따라 기존 직교 시그널링 기법보다 스펙트럼 효율을 극대화하기 위한 비직교 시그널링 기술에 대해 연구가 이루어지고 있다.
이 중, Faster-than-Nyquist(FTN) 전송 기법은 J. Mazo에 의해 제안된 기법으로 유클리드 거리(Euclidean distance)를 감소시키지 않으면서, 심볼을 나이퀴스트(Nyquist) 전송률보다 빠르게 전송하는 기법으로 시스템 용량을 크게 향상시킨다. FTN 시스템은 위성 디지털 방송 표준(DVB-S2) 기술로 고려되고 있다.
종래 통신 시스템에서는 인접 심볼과의 간섭을 피하기 위하여 나이퀴스트 조건(Nyquist criteria)을 만족하도록 펄스 성형(pulse shaping)이 수행되었지만, FTN(Faster-than-Nyquist) 시스템은 인접 심볼을 겹쳐 전송 속도를 증가시킨다. 인접 심볼이 겹쳐져 전송되기 때문에, 심볼간 간섭(ISI)이 발생하며, 따라서 수신측에서 심볼간 간섭이 제거될 수 있도록 펄스 성형이 수행된다.
관련 선행문헌으로 대한민국 공개특허 10-2015-0031177호가 있다.
도 1은 종래 FTN 시스템에서 펄스 성형을 위해 이용되는 RC 필터(Raised Cosine Filter)의 주파수 응답을 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, RC 필터의 주파수 응답 특성은 롤-오프(roll-off) 팩터에 의해 조절되는데, 롤-오프(roll-off) 팩터(β)가 커질수록 펄스 성형을 위해 이용되는 대역폭이 증가한다. 즉, RC 필터를 이용하는 FTN 시스템의 경우, 롤-오프 팩터에 따라 중첩되는 심볼간 간섭이 감소될 수 있지만, 이용되는 대역폭이 증가함으로써 스펙트럼 효율이 떨어지는 문제가 있다.
본 발명은, 펄스 성형을 위한 대역폭 사용을 줄이고, 비트 에러율을 감소시킬 수 FTN 시스템에서 신호 전송 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따르면, FTN 시스템에서 신호 전송 방법에 있어서, 전송 심볼을 생성하는 단계; 듀오바이너리 PR 필터를 이용하여, 상기 전송 심볼을 필터링하는 단계; 및 상기 필터링된 전송 심볼을 수신 장치로 전송하는 단계를 포함하는 신호 전송 방법을제공한다.
또한 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 다른 실시예에 따르면, FTN 시스템에서 신호 전송 방법에 있어서, 전송 심볼을 생성하는 단계; 상기 FTN 시스템의 FTN 팩터 값에 따라, 듀오바이너리 PR 필터 또는 RC 필터를 선택하는 단계; 상기 선택된 필터를 이용하여 상기 전송 심볼을 필터링하는 단계; 및 상기 필터링된 전송 심볼을 수신 장치로 전송하는 단계를 포함하는 신호 전송 방법을 제공한다.
또한 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, FTN 시스템에서 신호 전송 장치에 있어서, 전송 심볼을 생성하는 심볼 생성부; 듀오바이너리 PR 필터를 이용하여, 상기 전송 심볼을 필터링하는 필터부; 및 상기 필터링된 전송 심볼을 수신 장치로 전송하는 심볼 전송부를 포함하는 신호 전송 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 듀오바이너리 PR 필터를 이용함으로써, 주파수 대역 확장 없이 심볼간 간섭이 용이하게 제거될 수 있으며, SINR에 따라 조절된 필터 계수를 이용함으로써 비트 에러율을 감소시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 듀오바이너리 PR 필터 또는 RC 필터를 선택적으로 이용함으로써 비트 에러율을 감소시킬 수 있다.
도 1은 종래 FTN 시스템에서 펄스 성형을 위해 이용되는 RC 필터(Raised Cosine Filter)의 주파수 응답을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 FTN 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에서 이용되는 듀오 바이너리 PR 필터를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 FTN 시스템에서의 신호 전송 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 FTN 시스템에서의 신호 전송 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 신호 전송 방법의 비트 에러율을 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 FTN 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 FTN 시스템은 신호 전송 장치(210) 및 수신 장치(220)를 포함한다. 신호 전송 장치(210)는 심볼 생성부(211), 필터부(213) 및 심볼 전송부(215)를 포함하며, 실시예에 따라서 필터 선택부(217)를 더 포함할 수 있다.
심볼 생성부(211)는 전송 심볼을 생성하며, 필터부(213)는 듀오바이너리 부분 응답(Duobinary Partial Response) 필터를 이용하여, 전송 심볼을 필터링한다. 즉, 필터부(213)는 듀오바이너리 PR 필터를 포함할 수 있으며, 심볼이 겹쳐지도록 펄스 성형을 수행하되, 수신 장치(220)에서 용이하게 심볼간 간섭이 제거될 수 있도록 펄스 성형을 수행한다.
여기서, 부분 응답은, 디지털 데이터를 전송할 때, 복호 시에 제거 가능한 부호간 간섭을 부가하는 기법으로, 듀오바이너리 PR 필터는 부분 응답의 클래스 중 클래스 1에 해당하는 부분 응답을 이용하는 필터이다. 듀오바이너리 PR 필터는 두개의 인접한 심볼의 합을 나이퀴스트 필터로 통과시켜 필터링을 수행하며, 도 3에서 보다 상세히 설명된다.
심볼 전송부(215)는 필터링된 전송 심볼을 수신 장치(220)로 전송한다.
신호 전송 장치(210)의 듀오바이너리 PR 필터의 필터 계수는 초기값으로 설정될 수 있으며, 신호 전송 장치(210)는 수신 장치로부터 전송되는 필터 계수 정보를 이용하여 듀오바이너리 PR 필터의 필터 계수를 조절할 수 있다.
수신 장치(220)는 신호 전송 장치(210)의 전송 신호를 수신하고, 수신 신호에 포함된 전송 심볼, 간섭 성분 및 노이즈 성분을 이용하여, SINR에 따라 듀오바이너리 PR 필터의 필터 계수를 결정한다. 그리고 수신 장치(220)는 수신 신호의 SINR이 최대가 되도록 듀오바이너리 PR 필터의 필터 계수를 결정할 수 있으며, 결정된 필터 계수 값을 포함하는 필터 계수 정보를 신호 전송 장치(210)로 전송한다.
한편, FTN 시스템은 FTN 팩터 값에 따라 심볼간 중첩 정도를 조절하여 신호를 전송할 수 있다. 즉, FTN 팩터 값은 심볼간 중첩 정도를 나타내는 파라미터이다. FTN 팩터 값이 작을수록, FTN 시스템은 심볼간 중첩 정도를 높게하여 심볼을 전송하며, 동일 구간동안 전송되는 심볼 양이 증가하므로 전송 속도는 빨라지는 반면 심볼간 간섭이 증가하므로 비트 에러율은 증가할 수 있다.
필터 선택부(217)는 FTN 시스템의 FTN 팩터 값에 따라, 듀오바이너리 PR 필터 및 RC 필터 중 하나를 선택할 수 있으며, 필터부(213)는 필터 선택부(217)의 선택 결과에 따라 RC 필터를 이용하여 전송 심볼을 필터링할 수도 있다.
본 발명에 따르면, 듀오바이너리 PR 필터를 이용함으로써, 주파수 대역 확장 없이 심볼간 간섭이 용이하게 제거될 수 있으며, SINR에 따라 조절된 필터 계수를 이용함으로써 비트 에러율을 감소시킬 수 있다.
도 3은 본 발명에서 이용되는 듀오 바이너리 PR 필터를 설명하기 위한 도면이다.
듀오 바이너리 PR 필터는 신호 변환부(310) 및 나이퀴스트 필터(320)를 포함한다. 신호 변환부(310)는 전송 심볼을 3레벨의 신호로 변환하고, 나이퀴스트 필터(320)는 변환된 신호를 입력받아 필터링하여 출력한다.
신호 변환부(310)는 전송 심볼을 3레벨의 신호로 변환하기 위해, 전송 심볼을 [표 1]과 같이, An 신호로 변환하고 1심볼만큼 지연시켜 결합한다. An 신호는 1심볼만큼 지연되어 결합되기 때문에, 신호 변환부(310)는 전송 심볼의 맨 앞에 초기 비트 값(1)이 부여되고, 전송 심볼의 0을 -1로 변환한다. 따라서 An 신호 및 1심볼만큼 지연된 An 신호(An-1)가 결합되면, [표 1]과 같이 3레벨의 출력 신호(OUT)가 생성될 수 있다.
전송
심볼		 1 0 0 0 1 1 0
An 1 1 -1 -1 -1 1 1 -1
An-1 1 1 -1 -1 -1 1 1
출력
신호		 2 0 -2 -2 0 2 0
듀오 바이너리 PR 필터(g(t))를 수학식으로 표현하면, [수학식 1]과 같이 컨벌루션 형태로 표현될 수 있다. w(t)는 신호 변환부(310)의 전달 함수를 나타내며, r(t)는 나이퀴스트 필터(320)의 전달함수를 나타낸다. 그리고 T0는 나이퀴스트 전송률을 만족시키는 시스템 주기로,
Figure 112015078279845-pat00001
의 관계이며, T는 심볼의 전송 주기, ρ는 FTN 팩터 값을 나타낸다.
Figure 112015078279845-pat00002
및
Figure 112015078279845-pat00003
는 필터 계수를 나타내며, 초기값 1로 설정될 수 있다.
Figure 112015078279845-pat00004
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 FTN 시스템에서의 신호 전송 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 도 4에서는 도 1에서 설명된 신호 전송 장치의 신호 전송 방법이 일실시예로서 설명된다.
본 발명에 따른 신호 전송 장치는 전송 심볼을 생성(S410)하고, 듀오바이너리 PR 필터를 이용하여, 전송 심볼을 필터링(S420)한다. 그리고 신호 전송 장치는 필터링된 전송 심볼을 수신 장치(S403)로 전송한다.
이 때, 듀오바이너리 PR 필터의 필터 계수는 수신 장치에서 수신된 신호의 SINR에 따라 결정될 수 있으며, 수신 장치는 수신 신호를 이용하여 듀오바이너리 PR 필터의 필터 계수를 결정할 수 있다. 신호 전송 장치는 수신 장치에서 결정된 필터 계수 정보를 수신하여, 듀오바이너리 PR 필터의 필터 계수를 조절할 수 있다.
수신 장치에서 수신된 수신 신호(
Figure 112015078279845-pat00005
)는 [수학식 2]와 같이 표현될 수 있으며, mT동안 전송 심볼이 전송된다고 할 때, [수학식 2]는 다시 [수학식 3]으로 표현될 수 있다.
Figure 112015078279845-pat00006
Figure 112015078279845-pat00007
여기서, E는 전송 평균 파워를 나타내며, Sn은 전송 심볼을 나타낸다. 그리고
Figure 112015078279845-pat00008
는 듀오바이너리 PR 필터의 전달함수를 나타내며,
Figure 112015078279845-pat00009
는 노이즈 성분을 나타낸다.
[수학식 3]과 같이, 수신 장치의 수신 신호는 전송 심볼(Desired signal), 간섭 성분(Interference signal) 및 노이즈 성분(Noise)을 포함하며, 수신 장치는 수신 신호에 포함된 성분을 이용하여 [수학식 4]와 같이 SINR을 계산할 수 있다.
Figure 112015078279845-pat00010
도 3에서 설명된 바와 같이, 듀오 바이너리 PR 필터의 응답 함수는 필터 계수(
Figure 112015078279845-pat00011
,
Figure 112015078279845-pat00012
)를 포함하므로, 수신 장치는 [수학식 4]를 이용하여, 필터 계수를 결정할 수 있으며, 일실시예로서, SINR이 최대가 되는 필터 계수를 결정할 수 있다.
컨벡스(convex) 최적화 알고리즘을 이용하여 SINR이 최대가 되는 필터 계수를 구할 경우, [수학식 5]와 같이 필터 계수(
Figure 112015078279845-pat00013
,
Figure 112015078279845-pat00014
)가 결정될 수 있다.
Figure 112015078279845-pat00015
한편, 신호 전송 장치는 FTN 시스템의 FTN 팩터 값에 따라, 전송 심볼을 필터링할 수 있으며, 도 5에서 보다 상세히 설명된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 FTN 시스템에서의 신호 전송 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 도 5에서는 도 1에서 설명된 신호 전송 장치의 신호 전송 방법이 일실시예로서 설명된다.
본 발명에 따른 신호 전송 장치는 전송 심볼을 생성(S510)하고, FTN 시스템의 FTN 팩터 값에 따라, 듀오바이너리 PR 필터 또는 RC 필터를 선택(S520)한다. 시스템 환경에 따라서 RC 필터를 이용하는 경우 비트 에러율이 감소할 수 있으며, 따라서 대역폭에 손해를 보더라도 신호 전송 장치는 RC 필터를 선택함으로써 비트 에러율을 감소시킬 수 있다.
신호 전송 장치는 선택된 필터를 이용하여 전송 심볼을 필터링(S530)하며, 필터링된 전송 심볼을 수신 장치로 전송(S540)한다.
도 6은 본 발명에 따른 신호 전송 방법의 비트 에러율을 나타내는 도면이다.
도 6에서는 LDPC 코드로 인코딩된 전송 심볼을 수신한 수신장치가 FTN 시스템에서 이용되는 BCJR 알고리즘에 따라 디코딩을 수행한 결과가 도시된다. 도 6(a)는 FTN 팩터(ρ) 값이 0.9인 경우의 비트 에러율을 나타내며, 도 6(b)는 FTN 팩터(ρ) 값이 0.8인 경우의 비트 에러율을 나타낸다. 도 6에서 RRC-FTN은 RC 필터 계열의 하나인 Root-Raised Cosine 필터를 이용한 경우를 나타내며 DPR-FTN은 듀오바이너리 PR 필터를 이용한 경우를 나타낸다. ODPR-FTN은 필터 계수가 조절된 듀오바이너리 PR 필터를 이용한 경우를 나타낸다.
도 6에 도시된 바와 같이, 동일한 SNR 환경에서 ODPR-FTN의 비트 에러율이 가장 작은 것을 확인할 수 있다. 하지만 FTN 팩터에 따라 RRC-FTN의 비트 에러율이 DPR-FTN보다 작은 경우가 발생하며, 따라서 본 발명은 FTN 팩터에 따라 듀오바이너리 PR 필터 또는 RC 필터를 선택적으로 이용함으로써 비트 에러율을 감소시킬 수 있다.
앞서 설명한 기술적 내용들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예들을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 하드웨어 장치는 실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (10)

  1. FTN 시스템에서 신호 전송 방법에 있어서,
    전송 심볼을 생성하는 단계;
    듀오바이너리 PR 필터를 이용하여, 상기 전송 심볼을 필터링하는 단계;
    상기 필터링된 전송 심볼을 수신 장치로 전송하는 단계; 및
    상기 수신 장치로부터 전송되는 필터 계수 정보를 이용하여, 상기 듀오바이너리 PR 필터의 필터 계수를 조절하는 단계를 포함하며,
    상기 수신 장치는
    수신 신호에 포함된 상기 전송 심볼, 간섭 성분 및 노이즈 성분을 이용하여, 상기 수신 신호의 SINR에 따라 상기 필터 계수 정보를 생성하는
    신호 전송 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 전송 심볼을 필터링하는 단계는
    상기 FTN 시스템의 FTN 팩터 값에 따라, 상기 전송 심볼을 필터링하는
    신호 전송 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. FTN 시스템에서 신호 전송 장치에 있어서,
    전송 심볼을 생성하는 심볼 생성부;
    상기 FTN 시스템의 심볼간 중첩 정도를 나타내는 FTN 팩터 값에 따라, 듀오바이너리 PR 필터 및 RC 필터 중 하나를 선택하는 필터 선택부;
    상기 선택된 필터를 이용하여, 듀오바이너리 PR 필터를 이용하여, 상기 전송 심볼을 필터링하는 필터부; 및
    상기 필터링된 전송 심볼을 수신 장치로 전송하는 심볼 전송부를 포함하며,
    상기 신호 전송 장치는 상기 수신 장치로부터 전송되는 필터 계수 정보를 이용하여, 상기 듀오바이너리 PR 필터의 필터 계수를 조절하며,
    상기 듀오바이너리 PR 필터의 계수는
    상기 수신 장치로 수신된 신호의 SINR에 따라 결정되며,
    상기 수신 장치는
    수신 신호에 포함된 상기 전송 심볼, 간섭 성분 및 노이즈 성분을 이용하여, 상기 SINR에 따라 상기 필터 계수 정보를 생성하는
    신호 전송 장치.

  9. 삭제
  10. 삭제
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000059892A (ja) * 1998-07-24 2000-02-25 Central Res Lab Ltd 複数チャンネルオ―ディオ信号処理方法
US8514966B2 (en) * 2008-10-27 2013-08-20 Novelsat Ltd. High-performance faster-than-nyquist (FTN) signaling schemes

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