KR102012258B1

KR102012258B1 - Qam 성상도에 기반한 신호 송수신 방법 및 장치

Info

Publication number: KR102012258B1
Application number: KR1020170051478A
Authority: KR
Inventors: 회빙; 김준형; 김일규; 이훈; 정희상; 최성우
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2016-04-21
Filing date: 2017-04-21
Publication date: 2019-08-22
Also published as: KR20170121080A

Abstract

미리 결정된 2^q-QAM 성상도에 기반하여 데이터를 물리 신호로 변조하는 단계, 그리고 변조된 물리 신호를 수신 장치에게 송신하는 단계를 수행하는 송신 장치와, 미리 결정된 2^q-QAM 성상도에 기반하여 신호를 복조하는 수신 장치가 제공된다.

Description

QAM 성상도에 기반한 신호 송수신 방법 및 장치{APPARATUS AND METHOD FOR TRANSMITTING AND RECEIVING SIGNAL BASED ON QAM CONSTELLATION}

본 기재는 새로운 2^q-QAM 성상도를 이용하여 신호를 송신하는 방법, 복조하는 방법, 및 장치에 관한 것이다.

근래, 직교 진폭 변조(Quadrature Amplitude Modulation, QAM) 방식은 통신 시스템의 변조 기법(즉, 심볼 매핑(symbol mapping))으로서 널리 사용되고 있다. QAM 변조 방식을 이용함으로써, 임의의 높은 스펙트럼 효율이 적당한 성상(constellation) 크기를 설정하여 달성될 수 있다. QAM 변조 방식의 성능에 관한 유일한 한계는 노이즈 레벨 및 통신 채널의 선형성이다.

시간이 경과할수록, 이동 전화 가입자는 더 나은 에러율(error rate performance), 더 빠른 프로세싱 속도, 그리고 더 낮은 배터리 소모 등과 같은 서비스 품질 및 더욱더 빠른 데이터 전송율을 요구한다. 사용자 요구의 증가를 충족시킬 수 있도록, 변조 방식 관점에서의 일반적인 해결 방안은 더 높은 차수의 변조 방식을 사용하는 것이다. 그러나 고차 변조 방식의 성능은 노이즈 레벨 및 통신 채널의 환경에 의해 제한된다. 따라서, 현재 사용되는 상대적으로 낮은 차수의 QAM 변조 방식의 성능을 개선하고, 이를 보다 잘 사용하는 것이 대안이 될 수 있다.

한 실시예는 새로운 2^q-QAM 성상도를 이용하여 신호를 송신하는 장치를 제공한다.

다른 실시예는 새로운 2^q-QAM 성상도를 이용하여 신호를 송신하는 방법을 제공한다.

또 다른 실시예는 새로운 2^q-QAM 성상도를 이용하여 신호를 복조하는 장치를 제공한다.

한 실시예에 따르면, 무선 통신 시스템에서 데이터를 송신하는 송신 장치가 제공된다. 상기 송신 장치는, 프로세서, 메모리, 그리고 무선 통신부를 포함하고, 프로세서는 메모리에 저장된 프로그램을 실행하여, 미리 결정된 2^q-직교 진폭 변조(Quadrature Amplitude Modulation, QAM) 성상도에 기반하여 데이터를 물리 신호로 변조하는 단계, 그리고 물리 신호를 수신 장치에게 송신하는 단계를 수행하고, 여기서 q는 2보다 큰 2의 배수이고, 데이터는 q비트이고, 미리 결정된 2^q-QAM 성상도의 하나의 사분면은 미리 결정된 2^q-2-QAM 성상도 및 기본 4-QAM 성상도에 기반하여 결정되며, 미리 결정된 2^q-QAM 성상도의 나머지 사분면은 미리 결정된 2^q-QAM 성상도의 하나의 사분면 및 기본 4-QAM 성상도에 기반하여 결정된다.

상기 송신 장치에서, 미리 결정된 2^q-QAM 성상도의 하나의 사분면에 대응하는 q비트 중 마지막 q-2 비트는 미리 결정된 2^q-2-QAM 성상도의 그레이 코드와 동일하고, 미리 결정된 2^q-QAM 성상도의 나머지 사분면에 대응하는 q비트 중 마지막 q-2 비트는 미리 결정된 2^q-QAM 성상도의 하나의 사분면에 대응하는 마지막 q-2 비트의 x축 또는 y축 대칭이동을 통해서 결정되며, 미리 결정된 2^q-QAM 성상도의 각 사분면에 대응하는 q비트 중 처음 2비트는 기본 4-QAM 성상도에 의해 결정될 수 있다.

상기 송신 장치에서, 미리 결정된 2^q-QAM 성상도는 미리 결정된 16-QAM 성상도이고, 데이터는 4비트이고, 미리 결정된 16-QAM 성상도의 하나의 사분면에 대응하는 4비트 중 마지막 2비트는 기본 4-QAM 성상도의 그레이 코드와 동일하고, 미리 결정된 16-QAM 성상도의 나머지 사분면에 대응하는 4비트 중 마지막 2비트는 미리 결정된 16-QAM 성상도의 하나의 사분면에 대응하는 마지막 2비트의 x축 및 y축 대칭이동을 통해서 결정되며, 미리 결정된 16-QAM 성상도의 각 사분면에 대응하는 4비트 중 처음 2비트는 기본 4-QAM 성상도에 의해 결정될 수 있다.

상기 송신 장치에서, 미리 결정된 2^q-QAM 성상도는 미리 결정된 64-QAM 성상도이고, 데이터는 6비트이고, 미리 결정된 64-QAM 성상도의 하나의 사분면에 대응하는 6비트 중 마지막 4비트는 미리 결정된 16-QAM 성상도의 그레이 코드와 동일하고, 미리 결정된 64-QAM의 나머지 사분면에 대응하는 6비트 중 마지막 4비트는 미리 결정된 64-QAM의 하나의 사분면에 대응하는 마지막 4비트의 x축 또는 y축 대칭이동을 통해서 결정되며, 미리 결정된 64-QAM의 각 사분면에 대응하는 6비트 중 처음 2비트는 기본 4-QAM 성상도에 의해 결정될 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 이동통신 시스템에서 신호를 수신하는 수신 장치가 제공된다. 상기 수신 장치는, 프로세서, 메모리, 그리고 무선 통신부를 포함하고, 프로세서는 메모리에 저장된 프로그램을 실행하여, 송신 장치로부터 신호를 수신하는 단계, 그리고 q비트의 심볼이 각각 대응되는 2^q개의 심볼 결정 영역을 포함하는 미리 결정된 2^q-직교 진폭 변조(Quadrature Amplitude Modulation, QAM) 성상도에 기반하여 신호를 심볼로 복조하는 단계를 수행하고, 프로세서는 복조하는 단계를 수행할 때, 심볼의 처음 2비트를 결정하기 위해서, 4개의 제1 결합 결정 영역 중 신호가 위치하는 심볼 결정 영역을 포함하는 제1 결합 결정 영역을 결정하는 단계, 심볼의 n번째 2비트를 결정하기 위해서, 4개의 제n 결합 결정 영역 중 신호가 위치하는 심볼 결정 영역을 포함하는 제n 결합 결정 영역을 결정하는 단계, 그리고 결정된 제1 결합 결정 영역 및 결정된 제n 결합 결정 영역에 공통적으로 포함된 최종 심볼 결정 영역을 결정하는 단계를 수행할 수 있다.

상기 수신 장치에서, 심볼은 최종 심볼 결정 영역에 할당된 심볼일 수 있다.

상기 수신 장치에서, 제1 결합 결정 영역 및 제n 결합 결정 영역은 각각 4개의 서로 다른 심볼 결정 영역을 포함할 수 있다.

상기 수신 장치에서, 미리 결정된 2^q-QAM 성상도는 미리 결정된 16-QAM 성상도이고, 심볼은 4비트이며, 프로세서는 복조하는 단계를 수행할 때, 심볼의 처음 2비트를 결정하기 위해서, 4개의 제1 결합 결정 영역 중 신호가 위치하는 심볼 결정 영역을 포함하는 제1 결합 결정 영역을 결정하는 단계, 심볼의 마지막 2비트를 결정하기 위해서, 4개의 제2 결합 결정 영역 중 신호가 위치하는 심볼 결정 영역을 포함하는 제2 결합 결정 영역을 결정하는 단계, 그리고 결정된 제1 결합 결정 영역 및 결정된 제2 결합 결정 영역에 공통적으로 포함된 최종 심볼 결정 영역을 결정하는 단계를 수행할 수 있다.

상기 수신 장치에서, 미리 결정된 16-QAM 성상도의 하나의 사분면에 대응하는 4비트 중 마지막 2비트는 기본 4-QAM 성상도의 그레이 코드와 동일하고, 미리 결정된 16-QAM 성상도의 나머지 사분면에 대응하는 4비트 중 마지막 2비트는 미리 결정된 16-QAM의 하나의 사분면에 대응하는 마지막 2비트의 x축 및 y축 대칭이동을 통해서 결정되며, 미리 결정된 16-QAM 성상도의 각 사분면에 대응하는 4비트 중 처음 2비트는 기본 4-QAM 성상도에 의해 결정될 수 있다.

상기 수신 장치에서, 하나의 사분면은 16-QAM 성상도의 2사분면이고, 나머지 사분면 중 1사분면에 대응하는 4비트 중 마지막 2비트는 미리 결정된 16-QAM의 2사분면의 마지막 2비트의 y축 대칭이동을 통해서 결정되고, 나머지 사분면 중 3사분면에 대응하는 4비트 중 마지막 2비트는 미리 결정된 16-QAM의 2사분면의 마지막 2비트의 x축 대칭이동을 통해서 결정되며, 나머지 사분면 중 4사분면에 대응하는 4비트 중 마지막 2비트는 미리 결정된 16-QAM의 1사분면의 마지막 2비트의 x축 대칭이동을 통해서 결정되거나 또는 3사분면의 마지막 2비트의 y축 대칭이동을 통해서 결정될 수 있다.

상기 수신 장치에서, 미리 결정된 2^q-QAM 성상도는 미리 결정된 64-QAM 성상도이고, 심볼은 6비트이며, 프로세서는 복조하는 단계를 수행할 때, 심볼의 처음 2비트를 결정하기 위해서, 4개의 제1 결합 결정 영역 중 신호가 위치하는 심볼 결정 영역을 포함하는 제1 결합 결정 영역을 결정하는 단계, 심볼의 2번째 2비트를 결정하기 위해서, 4개의 제2 결합 결정 영역 중 신호가 위치하는 심볼 결정 영역을 포함하는 제2 결합 결정 영역을 결정하는 단계, 심볼의 마지막 2비트를 결정하기 위해서, 4개의 제3 결합 결정 영역 중 신호가 위치하는 심볼 결정 영역을 포함하는 제3 결합 결정 영역을 결정하는 단계, 그리고 결정된 제1 결합 결정 영역, 결정된 제2 결합 결정 영역, 그리고 결정된 제3 결합 결정 영역에 공통적으로 포함된 최종 심볼 결정 영역을 결정하는 단계를 수행할 수 있다.

상기 수신 장치에서, 미리 결정된 64-QAM 성상도의 하나의 사분면에 대응하는 6비트 중 마지막 4비트는 미리 결정된 16-QAM 성상도의 그레이 코드와 동일하고, 미리 결정된 64-QAM 성상도의 나머지 사분면에 대응하는 6비트 중 마지막 4비트는 미리 결정된 64-QAM의 하나의 사분면에 대응하는 마지막 4비트의 x축 및 y축 대칭이동을 통해서 결정되며, 미리 결정된 64-QAM 성상도의 각 사분면에 대응하는 6비트 중 처음 2비트는 기본 4-QAM 성상도에 의해 결정될 수 있다.

상기 수신 장치에서, 하나의 사분면은 64-QAM 성상도의 2사분면이고, 나머지 사분면 중 1사분면에 대응하는 6비트 중 마지막 4비트는 미리 결정된 64-QAM의 2사분면의 마지막 4비트의 y축 대칭이동을 통해서 결정되고, 나머지 사분면 중 3사분면에 대응하는 6비트 중 마지막 4비트는 미리 결정된 64-QAM의 2사분면의 마지막 4비트의 x축 대칭이동을 통해서 결정되며, 나머지 사분면 중 4사분면에 대응하는 6비트 중 마지막 4비트는 미리 결정된 64-QAM의 1사분면의 마지막 4비트의 x축 대칭이동을 통해서 결정되거나 또는 3사분면의 마지막 4비트의 y축 대칭이동을 통해서 결정될 수 있다.

또 다른 실시예에 따르면, 이동통신 시스템에서 신호를 수신하는 방법이 제공된다. 상기 신호 수신 방법은, 송신 장치로부터 신호를 수신하는 단계, 그리고 q비트의 심볼이 각각 대응되는 2^q개의 심볼 결정 영역을 포함하는 미리 결정된 2^q-직교 진폭 변조(Quadrature Amplitude Modulation, QAM) 성상도에 기반하여 신호를 심볼로 복조하는 단계를 포함하고, 복조하는 단계는, 심볼의 처음 2비트를 결정하기 위해서, 4개의 제1 결합 결정 영역 중 신호가 위치하는 심볼 결정 영역을 포함하는 제1 결합 결정 영역을 결정하는 단계, 심볼의 n번째 2비트를 결정하기 위해서, 4개의 제n 결합 결정 영역 중 신호가 위치하는 심볼 결정 영역을 포함하는 제n 결합 결정 영역을 결정하는 단계, 그리고 결정된 제1 결합 결정 영역 및 결정된 제n 결합 결정 영역에 공통적으로 포함된 최종 심볼 결정 영역을 결정하는 단계를 포함한다.

상기 신호 수신 방법에서, 심볼은 최종 심볼 결정 영역에 할당된 심볼일 수 있다.

상기 신호 수신 방법에서, 제1 결합 결정 영역 및 제n 결합 결정 영역은 각각 4개의 서로 다른 심볼 결정 영역을 포함할 수 있다.

상기 신호 수신 방법에서, 미리 결정된 2^q-QAM 성상도는 미리 결정된 16-QAM 성상도이고, 심볼은 4비트이며, 복조하는 단계는, 심볼의 처음 2비트를 결정하기 위해서, 4개의 제1 결합 결정 영역 중 신호가 위치하는 심볼 결정 영역을 포함하는 제1 결합 결정 영역을 결정하는 단계, 심볼의 마지막 2비트를 결정하기 위해서, 4개의 제2 결합 결정 영역 중 신호가 위치하는 심볼 결정 영역을 포함하는 제2 결합 결정 영역을 결정하는 단계, 그리고 결정된 제1 결합 결정 영역 및 결정된 제2 결합 결정 영역에 공통적으로 포함된 최종 심볼 결정 영역을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 신호 수신 방법에서, 미리 결정된 16-QAM 성상도의 하나의 사분면에 대응하는 4비트 중 마지막 2비트는 기본 4-QAM 성상도의 그레이 코드와 동일하고, 미리 결정된 16-QAM 성상도의 나머지 사분면에 대응하는 4비트 중 마지막 2비트는 미리 결정된 16-QAM의 하나의 사분면에 대응하는 마지막 2비트의 x축 및 y축 대칭이동을 통해서 결정되며, 미리 결정된 16-QAM 성상도의 각 사분면에 대응하는 4비트 중 처음 2비트는 기본 4-QAM 성상도에 의해 결정될 수 있다.

상기 신호 수신 방법에서, 미리 결정된 2^q-QAM 성상도는 미리 결정된 64-QAM 성상도이고, 심볼은 6비트이며, 복조하는 단계는, 심볼의 처음 2비트를 결정하기 위해서, 4개의 제1 결합 결정 영역 중 신호가 위치하는 심볼 결정 영역을 포함하는 제1 결합 결정 영역을 결정하는 단계, 심볼의 2번째 2비트를 결정하기 위해서, 4개의 제2 결합 결정 영역 중 신호가 위치하는 심볼 결정 영역을 포함하는 제2 결합 결정 영역을 결정하는 단계, 심볼의 마지막 2비트를 결정하기 위해서, 4개의 제3 결합 결정 영역 중 신호가 위치하는 심볼 결정 영역을 포함하는 제3 결합 결정 영역을 결정하는 단계, 그리고 결정된 제1 결합 결정 영역, 결정된 제2 결합 결정 영역, 그리고 결정된 제3 결합 결정 영역에 공통적으로 포함된 최종 심볼 결정 영역을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 신호 수신 방법에서, 미리 결정된 64-QAM 성상도의 하나의 사분면에 대응하는 6비트 중 마지막 4비트는 미리 결정된 16-QAM 성상도의 그레이 코드와 동일하고, 미리 결정된 64-QAM 성상도의 나머지 사분면에 대응하는 6비트 중 마지막 4비트는 미리 결정된 64-QAM의 하나의 사분면에 대응하는 마지막 4비트의 x축 및 y축 대칭이동을 통해서 결정되며, 미리 결정된 64-QAM 성상도의 각 사분면에 대응하는 6비트 중 처음 2비트는 기본 4-QAM 성상도에 의해 결정될 수 있다.

비트 위치 다이버시티를 획득할 수 있고, MIMO 시스템 및 NOMA 시스템 등에 적합하며, WSN 및 RFID 시스템에도 적합한 새로운 2^q-QAM 성상도 매핑 및 복조 방법이 제공된다.

도 1은 16-QAM의 2차원 직교 성상도를 나타낸 도면이다.
도 2는 64-QAM의 2차원 직교 성상도를 나타낸 도면이다.
도 3은 한 실시예에 따른 기본 4-QAM 성상 그레이 코드 매핑을 나타낸 도면이다.
도 4는 한 실시예에 따른 16-QAM의 2차원 직교 성상도를 나타낸 도면이다.
도 5는 한 실시예에 따른 16-QAM으로부터 획득된 64-QAM의 2차원 직교 성상도를 나타낸 도면이다.
도 6은 한 실시예에 따른 2^q-QAM 성상도의 BER과 종래 QAM 성상도의 BER를 비교한 그래프이다.
도 7은 한 실시예에 따른 비트 위치 다이버시티의 개념도이다.
도 8은 한 실시예에 따른 무선 통신 시스템을 나타낸 블록도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 기재의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 기재는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 기재를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 송신기(transmitter) 및 수신기(receiver)는, 단말(terminal), 이동국(mobile station, MS), 이동 단말(mobile terminal, MT), 진보된 이동국(advanced mobile station, AMS), 고신뢰성 이동국(high reliability mobile station, HR-MS), 가입자국(subscriber station, SS), 휴대 가입자국(portable subscriber station, PSS), 접근 단말(access terminal, AT), 사용자 장비(user equipment, UE), 기계형 통신 장비(machine type communication device, MTC device) 등을 지칭할 수도 있고, MT, MS, AMS, HR-MS, SS, PSS, AT, UE 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.

또한, 송신기(transmitter) 및 수신기(receiver)는, 기지국(base station, BS)은 진보된 기지국(advanced base station, ABS), 고신뢰성 기지국(high reliability base station, HR-BS), 노드B(node B), 고도화 노드B(evolved node B, eNodeB), 접근점(access point, AP), 무선 접근국(radio access station, RAS), 송수신 기지국(base transceiver station, BTS), MMR(mobile multihop relay)-BS, 기지국 역할을 수행하는 중계기(relay station, RS), 기지국 역할을 수행하는 중계 노드(relay node, RN), 기지국 역할을 수행하는 진보된 중계기(advanced relay station, ARS), 기지국 역할을 수행하는 고신뢰성 중계기(high reliability relay station, HR-RS), 소형 기지국[펨토 기지국(femto BS), 홈 노드B(home node B, HNB), 홈 eNodeB(HeNB), 피코 기지국(pico BS), 매크로 기지국(macro BS), 마이크로 기지국(micro BS) 등] 등을 지칭할 수도 있고, ABS, 노드B, eNodeB, AP, RAS, BTS, MMR-BS, RS, RN, ARS, HR-RS, 소형 기지국 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.

도 1은 16-QAM의 2차원 직교 성상도를 나타낸 도면이고, 도 2는 64-QAM의 2차원 직교 성상도를 나타낸 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 성상점(constellation point)들은 직교 축을 갖는 2차원 평면에 위치되어 있다. A_i,j는 i번째 행 및 j번째 열의 심볼 결정 영역(symbol decision region)(또는 심볼 결정 구역(symbol decision partition))을 나타낸다. 도 1 및 도 2에서 심볼 결정 영역의 경계는 점선으로 표시되어 있다. 그리고, 그레이 코드(Gray code)가 QAM 성상도에 도입되었다. 그레이 코드는 에러 정정(error correction)을 위해 중요한 역할을 수행할 수 있다. QAM 변조 방식에서, 데이터는 통상적으로 4비트의 심볼(16-QAM) 또는 더 많은 비트의 심볼(더 높은 차수의 QAM)로 전송될 수 있고, 신호의 성상도는 인접한 성상점(constellation point)에 의해 운반되는 비트 패턴이 오직 1비트만 서로 다르도록 배열된다. 단일 비트 에러를 정정할 수 있는 포워드 에러 정정(forward error correction)과 그레이 코드를 결합함으로써, 성상점이 근처 성상점의 심볼 결정 영역으로 벗어나게 할 수 있는 어떤 형태의 전송 에러도 수신기에서 정정할 수 있게 되고, 전송 시스템을 노이즈에 덜 민감하게 할 수 있다.

일반적으로 캠포피아노-글레이져(Campopiano-Glazer) 구성 규칙으로 알려진 성상 규칙은, 최적의 신호 세트 성능을 가져올 수 있다. 이 규칙은, 정규 어레이(regular array) 또는 격자(lattice) 내에 가까이 묶인 포인트들의 무한 어레이로부터, 신호 성상점으로서 2k의 인접 팩 서브세트(packed subset)를 선택한다. 그러므로, 2차원 신호 공간에서, 성상점의 어레이를 둘러짠 최적의 경계는 원을 셩성한다. 즉, 최적의 성능은 원형 경계를 갖는 성상도를 이용할 때 달성될 수 있다. 하지만, 직교 성상도와 비교하여 원형 경계로부터의 성능 향상 결과는 매우 작다는 것(즉, 약 0.2dB)이 증명되었다. 대신 직교 성상도는 직교 캐리어(quadrature carrier) 상의 두 개의 펄스 진폭 변조(pulse amplitude modulation, PAM) 신호로 쉽게 변환될 수 있고 쉽게 복조될 수 있다는 장점이 있다.

도 1을 참조하면, 총 16의 구역(A_i,j)이 있고, 각 구역은 복조 과정에서 심볼 에러의 결정 영역으로 사용될 수 있다. 이 경우, 모든 상성점에 대한 복조 이후의 심볼 에러율(symbol error rate, SER) 성능은 채널 특성 및 결정 영역의 면적 크기에 따라서 결정된다. 분명한 것은, 채널 환경이 고정될 때, SER 성능은 주어진 심볼 전력을 갖는 결정 영역의 영역 크기에 따라 결정될 수 있다는 것이다. 결정 영역의 크기가 클수록, SER 성능이 향상될 수 있다.

한 실시예에 따른 16-QAM 성상도의 그레이 매핑 방법은 아래와 같다.

1. 한 실시예에 따른 그레이 코드 매핑은 도 3에 도시된 기본 4-QAM 성상도로부터 시작한다. 기본 4-QAM 성상도는 종래의 그레이 코드 매핑 방식에 따른다. 임의의 기본 4-QAM 성상 그레이 코드 매핑이 사용될 수 있으며, 도 3은 그것의 한 가지 예시이다.

2. 다음, 한 실시예에 따른 새로운 16-QAM 그레이 매핑을 위해서 새로운 16-QAM 성상도의 2사분면에 대응하는 마지막 2비트는 도 3의 기본 4-QAM 그레이 코드에 의해 결정된다. 즉, 심볼 결정 영역 A_1,1, A_1,2, A_2,1, 및 A_2,2의 마지막 2비트는 기본 4 -QAM 그레이 매핑과 동일하다.

3. 새로운 16-QAM의 1사분면에 대응하는 마지막 2비트는, 2사분면의 마지막 2비트의 y축 대칭이동에 의해 결정된다. 또한, 새로운 16-QAM의 3사분면에 대응하는 마지막 2비트는, 2사분면의 마지막 2비트의 x축 대칭이동에 의해 결정된다. 또한, 새로운 16-QAM의 4사분면에 대응하는 마지막 2비트는, 3사분면의 마지막 2비트의 y축 대칭이동 또는 1사분면의 마지막 2비트의 x축 대칭이동에 의해 결정된다.

4. 각 사분면의 처음 2비트에 대한 그레이 코드는, 기본 4-QAM 그레이 코드 매핑에 따를 수 있다. 예를 들어, 1사분면의 처음 2비트에는 01이 할당되고, 2사분면의 처음 2비트에는 00이 할당되고, 3사분면의 처음 2비트에는 10이 할당되며, 4사분면의 처음 2비트에는 11이 할당될 수 있다.

이때, 기본 4-QAM 성상도의 각 사분면 내의 그레이 코드 매핑의 순서는 중요하지 않다. 하지만, 처음 2비트에 대한 새로운 그레이 코드 매핑은 기본 4-QAM 성상도의 그레이 코드 매핑 방식과 동일할 수 있다.

도 4는 한 실시예에 따른 16-QAM의 2차원 직교 성상도를 나타낸 도면이고, 도 5는 한 실시예에 따른 16-QAM으로부터 획득된 64-QAM의 2차원 직교 성상도를 나타낸 도면이다.

한 실시예에 따르면, 송신기는 새로운 2^q-QAM 성상도를 바탕으로 데이터를 변조하고, 변조된 데이터를 수신기에게 송신한다.

한 실시예에 따른 64-QAM의 그레이 코드 매핑은, 새로운 64-QAM의 2사분면에 대응하는 마지막 4비트를 도 4에 도시된 16-QAM 성상도에 기반하여 결정함으로써 시작된다. 이후, 1 사분면 내의 새로운 64-QAM의 마지막 4비트에 대한 그레이 코드는 2사분면의 그레이 코드의 y축 대칭이동이고, 3사분면 내의 새로운 64-QAM의 마지막 4비트에 대한 그레이 코드는, 2사분면의 그레이 코드의 x축 대칭이동이며, 4사분면 내의 새로운 64-QAM의 마지막 4비트에 대한 그레이 코드는 3사분면의 그레이 코드의 y축 대칭이동이거나, 또는 1사분면의 그레이 코드의 x축 대칭이동이다.

한 실시예에 따르면, 심볼이 q 비트인 2^q-QAM (q=4,6,8, ..., 즉 q는 2보다 큰 2의 배수)의 그레이 코드 매핑(또는 성상 매핑(constellation mapping))은, 2^q-2-QAM 성상도의 그레이 코드를 2^q-QAM 성상도에 포함된 사분면 중 하나의 사분면의 심볼 중 마지막 q-2 비트에 적용하는 것으로서 시작된다. 그리고 2^q-QAM 성상도에 포함된 나머지 사분면에 대응하는 마지막 q-2 비트는 2^q-2-QAM 성상도가 적용된 사분면의 x축 및 y축 대칭이동으로 결정될 수 있다.

예를 들어, 2^q-2-QAM 그레이 코드는 2^q-QAM 성상도의 2사분면에 대응하는 마지막 q-2 비트에 적용될 수 있다. 이후, 2^q-QAM 성상도에 포함된 나머지 사분면에 대응하는 마지막 q-2 비트는 2사분면의 마지막 q-2 비트의 x축 또는 y축 대칭이동으로서 결정될 수 있다. 즉, 2^q-QAM 성상도의 1사분면에 대응하는 마지막 q-2 비트는 2사분면의 마지막 q-2 비트의 y축 대칭을 통해 결정되고, 2^q-QAM 성상도의 3사분면에 대응하는 마지막 q-2 비트는 2사분면의 마지막 q-2 비트의 x축 대칭이동을 통해 결정되며, 2^q-QAM 성상도의 4사분면에 대응하는 마지막 q-2 비트는 3사분면의 마지막 q-2 비트의 y축 대칭이동, 또는 1사분면의 마지막 q-2 비트의 x축 대칭이동을 통해 결정된다. 그리고 2^q-QAM의 처음 2비트(즉, q 비트 중 마지막 q-2 비트를 제외한 나머지 처음 2비트)에 대한 매핑은 기본 4-QAM 성상도의 패턴에 따를 수 있다.

한 실시예에 따르면, 수신기는 한 실시예에 따른 2^q-QAM 성상도를 바탕으로 송신기로부터 수신된 심볼에 대해 동시 병렬 복조 프로세스(simultaneous parallel demodulation process)를 수행한다. 이때 병렬 복조 프로세스는 16-QAM 이상의 변조 차수를 갖는 2차원 직교 QAM 변조 방식에 적합할 수 있고, 2개의 인접한 비트마다 다른 복조 프로세스가 수행되고, 심볼이 q비트이면, q/2개의 복조 프로세스가 동시에 병렬적으로 수행된다.

한 실시예에 따른 복조는 수신된 심볼의 2개의 인접한 비트 단위로 수행된다. 그리고 한 실시예에 따른 복조 프로세스는 결합 결정 영역(combined decision region)을 사용하여 2개의 인접한 비트를 복조한다. 한 실시예에 따르면, 2^q-QAM 성상도는 2^q개의 심볼 결정 영역을 포함하고, 각 심볼 결정 영역에는 q비트의 심볼이 대응된다. 또한, 복조 프로세스의 개수 n은 q/2로 결정되고, 각 복조 프로세스에는 4개의 결합 결정 영역이 사용되고, 따라서 각 복조 프로세스의 결합 결정 영역에 포함된 심볼 결정 영역은 2^q/4개이며, 각 복조 프로세스에 대응하는 결합 결정 영역은 서로 다른 심볼 결정 영역을 포함한다.

예를 들어, 새로운 16-QAM의 심볼은 4비트이므로, 2비트 단위로 총 2개의 복조 프로세스가 병렬적으로 수행된다. 16-QAM에 기반하여 수신된 심볼의 처음 2비트(first 2-bit)는 제1 복조 프로세스의 제1 결합 결정 영역을 사용하여 복조된다. 즉, 제1 복조 프로세스에서, 심볼의 첫 번째 2개 비트를 결정하기 위해서 수신된 신호가 4개의 심볼 결정 영역을 포함하는 4개의 제1 결합 결정 영역 중 어떤 제1 결합 결정 영역에 위치하는지 결정된다. 이때 제1 결합 결정 영역에 포함된 4개의 심볼 결정 영역의 심볼은 처음 2비트가 모두 동일하다. 한 실시예에 따른 16-QAM 성상도의 각 사분면은 제1 복조 프로세스의 결합 결정 영역과 동일한 심볼 결정 영역을 포함한다. 도 4를 참조하면, 2사분면에 포함된 4개의 심볼 결정 영역에서 각 심볼의 처음 2비트는 모두 00이고, 1사분면의 심볼의 처음 2비트는 모두 01이며, 3사분면의 심볼의 처음 2비트는 모두 10이고, 4사분면의 심볼의 처음 2비트는 모두 11이다. 다음은 제1 결합 결정 영역에 포함된 4개의 심볼 결정 영역을 나타낸다.

- 한 실시예에 따른 16-QAM의 제1 복조 프로세스의 제1 결합 결정 영역

제1-1 결합 결정 영역: {A_1, ₁,A₁ _, ₂,A₂ _, ₁,A₂ _,2}

제1-2 결합 결정 영역: {A_1, ₃,A₁ _, ₄,A₂ _, ₃,A₂ _,4}

제1-3 결합 결정 영역: {A_3, ₁,A₃ _, ₂,A₄ _, ₁,A₄ _,2}

제1-4 결합 결정 영역: {A_3, ₃,A₃ _, ₄,A₄ _, ₃,A₄ _,4}

제1 복조 프로세스와 동시에 수행될 수 있는 제2 복조 프로세스에서, 16-QAM에 기반하여 수신된 심볼의 마지막 2비트(last 2-bit)는 제2 결합 결정 영역을 사용하여 복조된다. 즉, 심볼의 마지막 2비트를 결정하기 위해서, 수신된 심볼이 4개의 제2 결합 결정 영역 중 어느 제2 결합 결정 영역에 위치하는지 결정된다. 새로운 16-QAM 성상도에 따른 제2 복조 프로세스의 제2 결합 결정 영역에 포함된 4개의 심볼 결정 영역의 심볼은 마지막 2비트가 모두 동일하다. 각 제2 결합 결정 영역에 포함되는 4개의 심볼 결정 영역은 다음과 같다.

- 한 실시예에 따른 16-QAM의 제2 복조 프로세스의 제2 결합 결정 영역

제2-1 결합 결정 영역: {A_1, ₁,A₁ _, ₄,A₄ _, ₁,A₄ _,4}

제2-2 결합 결정 영역: {A_1, ₂,A₁ _, ₃,A₄ _, ₂,A₄ _,3}

제2-3 결합 결정 영역: {A_2, ₂,A₂ _, ₃,A₃ _, ₂,A₃ _,3}

제2-4 결합 결정 영역: {A_2, ₁,A₂ _, ₄,A₃ _, ₁,A₃ _,4}

이후, 수신된 심볼은, q/2개의 복조 프로세스를 통해 결정된 q/2개의 결합 결정 영역에 공통적으로 포함된 심볼 결정 영역에 대응된다고 결정된다. 예를 들어, 새로운 16-QAM 성상도에 따른 복조에서, 제1 복조 프로세스에서 수신된 심볼이 제1-2 결합 결정 영역에 위치하는 것으로 결정되고, 제2 복조 프로세스에서 수신된 심볼이 제2-3 결합 결정 영역에 위치하는 것으로 결정되면, 수신된 심볼의 심볼 결정 영역은 A_2,3이고, 수신된 심볼은 "0111"이다.

명백한 것은, 결합 결정 영역의 면적이 종래 QAM 복조 방식의 결정 영역, 즉 단일 결정 영역의 면적에 비해 크다는 것이다. 위에서 보여진 것처럼, 새로운 16-QAM 성상도를 이용한 제1 복조 프로세스의 결합 결정 영역의 면적은 4-QAM 복조 방식의 전체 영역의 면적과 동일하고, 제2 복조 프로세스의 결합 결정 영역의 면적은 종래 16-QAM 복조 방식의 단일 결정 영역의 면적에 비해 크다.

예를 들어, 새로운 64-QAM 성상도에서 심볼은 6비트이므로, 2비트 단위로 3개의 복조 프로세스가 병렬적으로 수행된다. 첫 번째 2비트를 결정하기 위한 제1 복조 프로세스의 제1 결합 결정 영역은 처음 2비트가 동일한 16개의 심볼 결정 영역을 포함하고, 두 번째 2비트를 결정하기 위한 제2 복조 프로세스의 제2 결합 결정 영역은 두 번째 2비트가 동일한 16개의 심볼 결정 영역을 포함하며, 마지막 2비트를 결정하기 위한 제3 복조 프로세스의 제3 결합 결정 영역은 마지막 2비트가 동일한 16개의 심볼 결정 영역을 포함한다. 도 5를 참조하면, 각 결합 결정 영역에 포함된 심볼 결정 영역은 다음과 같다.

- 제1 복조 프로세스의 제1 결합 결정 영역

{A_1,1,A_1,2,A_1,3,A_1,4,A_2,1,A_2,2,A_2,3,A_2,4,A_3,1,A_3,2,A_3,3,A_3,4,A_4,1,A_4,2,A_4,3,A_4,4}

{A_1,5,A_1,6,A_1,7,A_1,8,A_2,5,A_2,6,A_2,7,A_2,8,A_3,5,A_3,6,A_3,7,A_3,8,A_4,5,A_4,6,A_4,7,A_4,8}

{A_5,1,A_5,2,A_5,3,A_5,4,A_6,1,A_6,2,A_6,3,A_6,4,A_7,1,A_7,2,A_7,3,A_7,4,A_8,1,A_8,2,A_8,3,A_8,4},

{A_5, ₅,A₅ _, ₆,A₅ _, ₇,A₅ _, ₈,A₆ _, ₅,A₆ _, ₆,A₆ _, ₇,A₆ _, ₈,A₇ _, ₅,A_7, ₆,A₇ _, ₇,A₇ _, ₈,A₈ _, ₅,A₈ _, ₆,A₈ _, ₇,A₈ _,8}.

- 제2 복조 프로세스의 제2 결합 결정 영역

{A_1,1,A_1,2,A_1,7,A_1,8,A_2,1,A_2,2,A_2,7,A_2,8,A_7,1,A_7,2,A_7,7,A_7,8,A_8,1,A_8,2,A_8,7,A_8,8}

{A_1,3,A_1,4,A_1,5,A_1,6,A_2,3,A_2,4,A_2,5,A_2,6,A_7,3,A_7,4,A_7,5,A_7,6,A_8,3,A_8,4,A_8,5,A_8,6}

{A_3,3,A_3,4,A_3,5,A_3,6,A_4,3,A_4,4,A_4,5,A_4,6,A_5,3,A_5,4,A_5,5,A_5,6,A_6,3,A_6,4,A_6,5,A_6,6}

{A_3,1,A_3,2,A_3,7,A_3,8,A_4,1,A_4,2,A_4,7,A_4,8,A_5,1,A_5,2,A_5,7,A_5,8,A_6,1,A_6,2,A_6,7,A_6,8}

- 제3 복조 프로세스의 제3 결합 결정 영역

{A_1,1,A_1,4,A_1,5,A_1,8,A_4,1,A_4,4,A_4,5,A_4,8,A_5,1,A_5,4,A_5,5,A_5,8,A_8,1,A_8,4,A_8,5,A_8,8}

{A_1,2,A_1,3,A_1,6,A_1,7,A_4,2,A_4,3,A_4,6,A_4,7,A_5,2,A_5,3,A_5,6,A_5,7,A_8,2,A_8,3,A_8,6,A_8,7}

{A_2,2,A_2,3,A_2,6,A_2,7,A_3,2,A_3,3,A_3,6,A_3,7,A_6,2,A_6,3,A_6,6,A_6,7,A_7,2,A_7,3,A_7,6,A_7,7}

{A_2,1,A_2,4,A_2,5,A_2,8,A_3,1,A_3,4,A_3,5,A_3,8,A_6,1,A_6,4,A_6,5,A_6,8,A_7,1,A_7,4,A_7,5,A_7,8}.

명심해야 할 것은, 매 2비트에 대한 병렬 복조는 각 비트가 서로 독립적이기 때문에 가능하며, 매 2비트에 대한 복조 프로세스는 서로 독립적인 과정이라는 것이다.

앞서 설명한 대로, 한 실시예에 따른 복조 방법은 종래보다 큰 면적의 결정 영역을 제공한다. 하지만, 결정 영역의 크기 및 채널 외에, 각 결정 영역 내의 성상도 분포도 또한 에러 확률 성능(error probability performance)에 영향을 미친다. 전술한 바와 같이, 소스 정보 비트는 독립적이며 동등한 확률로 랜덤하게 생성되고, 채널은 평균이 0이고 분산이

인 가산성 백색 가우시안 노이즈(additive white Gaussian noise, AWGN) 채널인 것으로 가정한다. 이때, 종래 QAM 방식에 따른 결정 영역 A1,1에서의 16-QAM 심볼의 에러 확률은 아래 수학식 1과 같다.

수학식 1에서,

는 결정 영역의 i번째 행 및 j번째 열의 심볼 에러 확률이다.

는 Q-함수로서 아래 수학식 2와 같이 알려져 있고, 이때 인접 심볼 에러(1비트 에러)만이 고려된다.

그리고 결정 영역 A_1,2, A_2,1, 및 A_2,2에 대한 심볼 에러 확률 또한 아래 수학식 3과 같이 획득될 수 있다.

소스 정보의 출현 확률을 고려하여, 종래 16-QAM 복조 방식에서의 전체 SER 및 비트 에러율(bit error rate, BER)은 아래 수학식 4와 같다.

수학식 4에서, 16-QAM의 심볼은 4비트이기 때문에 BER의 확률 P_conBER은 SER의 확률 P_conSER의 1/4이다.

한 실시예에 따른 병렬 복조 방법에 따르면, 16-QAM의 심볼은 두 개의 인접한 비트에 대응하는 두 개의 가상 심볼 V₁ 및 V₂로 구성될 수 있다. 이때 V₁은 처음 2비트에 대응하고, V₂는 마지막 2비트에 대응할 수 있다. 각 가상 심볼 V1 및 V2에 대해서 섹션 II의 서브섹션 B 내에 주어진 결합 결정 영역을 사용하여 SER 및 BER을 계산하면 아래 수학식 5와 같다.

수학식 4 및 5를 참조하면, 한 실시예에 따른 성상도 매핑 및 복조 방법을 사용하면, 전체 SER 및 BER 성능은 종래 QAM 성상도 매핑 및 복조 방법의 그것과 동일하다. 즉, 수학식 6과 같다. 그 이유는, 종래 QAM 성상도 및 한 실시예에 따른 QAM 성상도에 그레이 코드가 할당되고, 이론적으로는 임의의 유형의 성상도 매핑을 사용하는 코딩되지 않은 SER 및 BER은 동일한 에러 확률 성능을 나타내기 때문이다.

표 1은 한 실시예에 따른 2^q-QAM 변조 방식의 SER 및 BER 성능 및 전체 성능을 나타내고 있다.

V₁: b₁b₂

...

전체
(종래 복조방식)

SER_V1

BER_V1

SER_V2

BER_V2

SER_V3

BER_V3

SER_V4

BER_V4

SER_V5

BER_V5

SER

4-QAM

2Q

Q

2Q

16-QAM

Q

Q/2

2Q

Q

3Q

64-QAM

Q/2

Q/4

Q

Q/2

2Q

Q

3.5Q

256-QAM

Q/4

Q/8

Q/2

Q/4

Q

Q/2

2Q

Q

3.75Q

1024-QAM

Q/8

Q/16

Q/4

Q/8

Q/2

Q/4

Q

Q/2

2Q

Q

3.875Q

2^q-QAM

Q

Q/2

...

2Q

Q

표 1에서 V_i는 i번째 가상 심볼을 나타내고, b_i는 i번째 비트를 나타낸다. 각 가상 심볼은 인접한 2비트에 각각 대응한다. 예를 들어, V₁은 b₁b₂에 대응하고, 표 1에서 V₁: b₁b₂로 표시된다. Q는 Q-함수의 약자이므로,

이다. 표 1에서, 가상 심볼의 SER 값은 공비가 1/2인 등비 수열(geoemtric progression)임을 알 수 있다. 표 1의 특성은

로 나타낼 수 있다.

표 1 및 수학식 7을 참조하면, 한 실시예에 따른 성상도 매핑 및 복조 방법을 사용함으로써, 서로 다른 가상 심볼 사이에 성능 차이가 존재함을 알 수 있다. 이러한 성능 차이는, 심볼 내의 비트 위치와 관련되므로, 비트 위치 다이버시티(bit position diversity)라고 한다.

위에서 설명한 것과 같이, 한 실시예에 따른 성상도 매핑 및 복조 방법은 전체 에러의 개수를 직접적으로 감소시킬 수는 없지만, 비트 위치 다이버시티가 시스템에 도입될 수 있다. 비트 위치 다이버시티 이득을 활용하는 다양한 방법이 존재하며, 예를 들어, 비직교 다중 접속(non-orthogonal multiple access, NOMA)에 비트 위치 다이버시티가 적용될 수 있다.

서로 다른 가상 심볼은 서로 다른 성능을 나타내며, 항상 앞선 가상 심볼이 뒤따르는 가상 심볼보다 우수한 성능을 나타내므로, 서로 다른 가상 심볼이 NOMA 시스템의 서로 다른 사용자에게 할당 될 수 있다. 서로 다른 사용자에 대한 심볼 내의 비트 수는 융통성있게 채택될 수 있다. 예를 들어, 64-QAM에서, 하나의 심볼은 6비트이고 사용자가 3명이면 각 사용자에게 2비트씩(2, 2, 2) 할당 될 수 있고, 사용자가 2명이면, (2, 4) 또는 (4, 2)로 비트가 할당될 수 있다. 이때, (m, n)은 하나의 심볼 내의 처음 m비트가 제1 사용자에게 할당되고 나머지 n비트가 제2 사용자에게 할당된다는 것을 의미한다. 이러한 방식을 통해서, 비트 위치 다이버시티가 다중 사용자 다이버시티로 변환 될 수 있고 다이버시티 이득이 쉽게 획득될 수 있다. 또한, 한 실시예에 따른 성상도 매핑 및 복조 방법은, 종래의 QAM 복조 방법을 사용하는 종래의 NOMA 연속 간섭 제거(successive interference cancellation, SIC) 수신기에 비해서 더 나은 성능을 제공 할 수 있다.

도 6은 한 실시예에 따른 2^q-QAM 성상도의 BER과 종래 QAM 성상도의 BER를 비교한 그래프이고, 도 7은 한 실시예에 따른 비트 위치 다이버시티의 개념도이다.

도 6을 참조하면, 기존의 16-QAM 복조의 이론적인 BER 곡선과(민무늬선), 한 실시예에 따른 성상도 매핑 및 복조 방법이 적용된 16-QAM, 64-QAM 및 256-QAM의 BER 곡선이 비교되어 있다. 16-QAM 복조에서, 처음 2비트(즉, 제1 가상 심볼)의 BER 성능은 목표 BER이 10-3일 때, 이론적 곡선의 BER 성능보다 약 0.4dB 더 좋고 마지막 2비트보다(제2 가상 심볼) 0.6dB 더 좋다. 즉, 2개의 가상 심볼 사이에는 0.6dB 차이가 있다(비트 위치 다이버시티).

또한, 종래의 복조의 성능을 나타내는 이론적 곡선은 2개의 가상 심볼의 BER 곡선 사이에 놓여 있다. 이는 한 실시예에 따른 성상도 매핑 방법 및 복조 방법을 사용함으로써, 종래의 복조 방법을 통한 심볼 복조보다 제1 가상 심볼이 더 나은 성능을 달성할 수 있음을 의미한다. 표 1에 기초하면, 제1 가상 심볼이 더 나은 성능을 보인다는 것은 임의의 2^q-QAM 복조 방식들에 대해 사실이다. 2^q-QAM 복조 방식에서 첫 번째 가상 심볼 또는 복수의 가상 심볼의 성능은 종래의 QAM 복조에 의한 성능보다 우수하다. 한편, 서로 다른 변조 방식에 의한 비트 위치 다이버시티의 양은, 변조 차수 q가 증가함에 따라 더 커질 수 있다.

한 실시예에 따른 64-QAM에서, 비트는 세 가지 시나리오, 즉 (2,2,2), (2,4), (4,2)로 할당될 수 있다. 비트가 (2,2,2)로 할당되면, 최대 다이버시티가 달성될 수 있고, 목표 BER 10^-3에서 처음 2비트의 BER 성능은 중간 2비트의 BER 성능보다 약 0.8dB 더 우수하고, 마지막 2비트보다 1.4dB보다 우수하다. 그러나 비트가 (2,4)로 할당되면, 처음 2비트와 마지막 4비트 사이의 성능 차이는 1.16dB이고, (4, 2)로 할당되면, 처음 4 비트와 마지막 2 비트 사이의 성능 차이는 0.93dB이다. 즉, 특정 한 사용자에게 더 많은 비트가 할당되면, 전체 사용자에 대한 전반적인 성능이 종래의 복조의 성능으로 수렴할 수 있다. 또한, (2, 4)의 BER 곡선이 (4, 2)의 BER 곡선보다 더 나은 성능을 나타내기 때문에 복수의 사용자에게 동일한 수의 비트를 할당할 수 없다면, QAM 심볼 내의 처음 비트를 더 적게 할당하는 것이 비트 위치 다이버시티를 달성하는 데 더 유리하다.

도 7에서 수평선은 수신기에 의해 관측된, 복조 이후의 실질 채널 이득(practical channel gain)(실선)을 나타낸다. 하나의 QAM 심볼 내의 채널이 플랫 페이딩 채널(flat fading channel)이라고 가정하면, 한 실시예에 따른 2^q-QAM 성상도 매핑 방법 및 복조 방법을 사용함으로써, 수신기에 의해 관측된 등가 채널 이득(equivalent channel gain)(점선)은 더 변동이 심하다. 그리고 이때, 앞쪽 2비트에 대한 등가 채널 이득은 뒤따르는 모든 2비트에 대한 등가 채널 이득에 비해 크다.

위에서 설명한 것과 같이, 한 실시예에 따른 2^q-QAM 성상도 매핑 및 복조 방법을 사용하여 비트 위치 다이버시티가 획득될 수 있다. 또한, 성상도 다중화(constellation multiplexing)와 유사하게, 유연한 송/수신기 구조가 MIMO 시스템에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 고도로 상관된 채널 환경(correlated channel environment)에서, 복수의 송신기는 한 실시예에 따른 성상도를 공동으로 형성할 수 있고, 형성된 성상도에 따라서 적어도 하나의 수신기에게 데이터를 송신할 수 있다. 또한, 한 실시예에 따른 2^q-QAM 성상도 매핑 방법 및 복조 방법은 NOMA 시스템에 사용될 수 있다. 또한, 한 실시예에 따른 2^q-QAM 성상도 매핑 방법 및 복조 방법은 다수의 저비용(low cost) 센서가 수집기에게 동시에 데이터를 전송하는 무선 센서 네트워크(wireless sensor network, WSN)에도 적합하다. 또한 한 실시예에 따른 2^q-QAM 성상도 매핑 방법 및 복조 방법은, 무선 주파수 식별(radio frequency identification, RFID) 리더가 다수의 태그로부터 동시에 빠르게 데이터를 읽어 들이게 할 수 있으므로, RFID 시스템에도 적합하다.

도 8은 한 실시예에 따른 무선 통신 시스템을 나타낸 블록도이다.

도 8을 참조하면, 한 실시예에 따른 무선 통신 시스템은, 송신 장치(810)와 수신 장치(820)를 포함한다.

송신 장치(810)는, 프로세서(processor)(811), 메모리(memory)(812), 그리고 무선 통신부(radio frequency unit, RF unit)(813)를 포함한다. 메모리(812)는 프로세서(811)와 연결되어 프로세서(811)를 구동하기 위한 다양한 정보 또는 프로세서(811)에 의해 실행되는 적어도 하나의 프로그램을 저장할 수 있다. 무선 통신부(813)는 프로세서(811)와 연결되어 무선 신호를 송수신 할 수 있다. 프로세서(811)는 본 기재의 실시예에서 제안한 기능, 과정, 또는 방법을 구현할 수 있다. 이때, 본 기재의 한 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 무선 인터페이스 프로토콜 계층은 프로세서(811)에 의해 구현될 수 있다. 한 실시예에 따른 송신 장치(810)의 동작은 프로세서(811)에 의해 구현될 수 있다.

수신 장치(820)는, 프로세서(821), 메모리(822), 그리고 무선 통신부(823)를 포함한다. 메모리(822)는 프로세서(821)와 연결되어 프로세서(821)를 구동하기 위한 다양한 정보 또는 프로세서(821)에 의해 실행되는 적어도 하나의 프로그램을 저장할 수 있다. 무선 통신부(823)는 프로세서(821)와 연결되어 무선 신호를 송수신 할 수 있다. 프로세서(821)는 본 기재의 실시예에서 제안한 기능, 단계, 또는 방법을 구현할 수 있다. 이때, 본 기재의 한 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 무선 인터페이스 프로토콜 계층은 프로세서(821)에 의해 구현될 수 있다. 한 실시예에 따른 수신 장치(820)의 동작은 프로세서(821)에 의해 구현될 수 있다.

본 기재의 실시예에서 메모리는 프로세서의 내부 또는 외부에 위치할 수 있고, 메모리는 이미 알려진 다양한 수단을 통해 프로세서와 연결될 수 있다. 메모리는 다양한 형태의 휘발성 또는 비휘발성 저장 매체이며, 예를 들어, 메모리는 읽기 전용 메모리(read-only memory, ROM) 또는 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM)를 포함할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims

삭제
삭제
삭제
삭제
이동통신 시스템에서 신호를 수신하는 수신 장치로서,
프로세서, 메모리, 그리고 무선 통신부를 포함하고,
상기 프로세서는 상기 메모리에 저장된 프로그램을 실행하여,
송신 장치로부터 신호를 수신하는 단계, 그리고
q비트의 심볼이 각각 대응되는 2^q개의 심볼 결정 영역을 포함하는 미리 결정된 2^q-직교 진폭 변조(Quadrature Amplitude Modulation, QAM) 성상도에 기반하여 상기 신호를 심볼로 복조하는 단계
를 수행하고,
상기 프로세서는 상기 복조하는 단계를 수행할 때,
상기 심볼의 처음 2비트를 결정하기 위해서, 4개의 제1 결합 결정 영역 중 상기 신호가 위치하는 심볼 결정 영역을 포함하는 제1 결합 결정 영역을 결정하는 단계,
상기 심볼의 n번째 2비트를 결정하기 위해서, 4개의 제n 결합 결정 영역 중 상기 신호가 위치하는 심볼 결정 영역을 포함하는 제n 결합 결정 영역을 결정하는 단계, 그리고
상기 결정된 제1 결합 결정 영역 및 상기 결정된 제n 결합 결정 영역에 공통적으로 포함된 최종 심볼 결정 영역을 결정하는 단계
를 수행하는, 수신 장치.
제5항에서,
상기 심볼은 상기 최종 심볼 결정 영역에 할당된 심볼인, 수신 장치.
제5항에서,
상기 제1 결합 결정 영역 및 상기 제n 결합 결정 영역은 각각 4개의 서로 다른 심볼 결정 영역을 포함하는, 수신 장치.
제5항에서,
상기 미리 결정된 2^q-QAM 성상도는 미리 결정된 16-QAM 성상도이고, 상기 심볼은 4비트이며,
상기 프로세서는 상기 복조하는 단계를 수행할 때,
상기 심볼의 처음 2비트를 결정하기 위해서, 4개의 제1 결합 결정 영역 중 상기 신호가 위치하는 심볼 결정 영역을 포함하는 제1 결합 결정 영역을 결정하는 단계,
상기 심볼의 마지막 2비트를 결정하기 위해서, 4개의 제2 결합 결정 영역 중 상기 신호가 위치하는 심볼 결정 영역을 포함하는 제2 결합 결정 영역을 결정하는 단계, 그리고
상기 결정된 제1 결합 결정 영역 및 상기 결정된 제2 결합 결정 영역에 공통적으로 포함된 최종 심볼 결정 영역을 결정하는 단계
를 수행하는, 수신 장치.
제8항에서,
상기 미리 결정된 16-QAM 성상도의 하나의 사분면에 대응하는 4비트 중 마지막 2비트는 기본 4-QAM 성상도의 그레이 코드와 동일하고, 상기 미리 결정된 16-QAM 성상도의 나머지 사분면에 대응하는 4비트 중 마지막 2비트는 상기 미리 결정된 16-QAM의 상기 하나의 사분면에 대응하는 상기 마지막 2비트의 x축 및 y축 대칭이동을 통해서 결정되며, 상기 미리 결정된 16-QAM 성상도의 각 사분면에 대응하는 4비트 중 처음 2비트는 상기 기본 4-QAM 성상도에 의해 결정되는, 수신 장치.
제9항에서,
상기 하나의 사분면은 상기 16-QAM 성상도의 2사분면이고, 상기 나머지 사분면 중 1사분면에 대응하는 4비트 중 마지막 2비트는 상기 미리 결정된 16-QAM의 상기 2사분면의 상기 마지막 2비트의 y축 대칭이동을 통해서 결정되고, 상기 나머지 사분면 중 3사분면에 대응하는 4비트 중 마지막 2비트는 상기 미리 결정된 16-QAM의 상기 2사분면의 상기 마지막 2비트의 x축 대칭이동을 통해서 결정되며, 상기 나머지 사분면 중 4사분면에 대응하는 4비트 중 마지막 2비트는 상기 미리 결정된 16-QAM의 상기 1사분면의 상기 마지막 2비트의 x축 대칭이동을 통해서 결정되거나 또는 상기 3사분면의 상기 마지막 2비트의 y축 대칭이동을 통해서 결정되는, 수신 장치.
제9항에서,
상기 미리 결정된 2^q-QAM 성상도는 미리 결정된 64-QAM 성상도이고, 상기 심볼은 6비트이며,
상기 프로세서는 상기 복조하는 단계를 수행할 때,
상기 심볼의 처음 2비트를 결정하기 위해서, 4개의 제1 결합 결정 영역 중 상기 신호가 위치하는 심볼 결정 영역을 포함하는 제1 결합 결정 영역을 결정하는 단계,
상기 심볼의 2번째 2비트를 결정하기 위해서, 4개의 제2 결합 결정 영역 중 상기 신호가 위치하는 심볼 결정 영역을 포함하는 제2 결합 결정 영역을 결정하는 단계,
상기 심볼의 마지막 2비트를 결정하기 위해서, 4개의 제3 결합 결정 영역 중 상기 신호가 위치하는 심볼 결정 영역을 포함하는 제3 결합 결정 영역을 결정하는 단계, 그리고
상기 결정된 제1 결합 결정 영역, 상기 결정된 제2 결합 결정 영역, 그리고 상기 결정된 제3 결합 결정 영역에 공통적으로 포함된 최종 심볼 결정 영역을 결정하는 단계
를 수행하는, 수신 장치.
제11항에서,
상기 미리 결정된 64-QAM 성상도의 하나의 사분면에 대응하는 6비트 중 마지막 4비트는 상기 미리 결정된 16-QAM 성상도의 그레이 코드와 동일하고, 상기 미리 결정된 64-QAM 성상도의 나머지 사분면에 대응하는 6비트 중 마지막 4비트는 상기 미리 결정된 64-QAM의 상기 하나의 사분면에 대응하는 상기 마지막 4비트의 x축 및 y축 대칭이동을 통해서 결정되며, 상기 미리 결정된 64-QAM 성상도의 각 사분면에 대응하는 6비트 중 처음 2비트는 상기 기본 4-QAM 성상도에 의해 결정되는, 수신 장치.
제12항에서,
상기 하나의 사분면은 상기 64-QAM 성상도의 2사분면이고, 상기 나머지 사분면 중 1사분면에 대응하는 6비트 중 마지막 4비트는 상기 미리 결정된 64-QAM의 상기 2사분면의 상기 마지막 4비트의 y축 대칭이동을 통해서 결정되고, 상기 나머지 사분면 중 3사분면에 대응하는 6비트 중 마지막 4비트는 상기 미리 결정된 64-QAM의 상기 2사분면의 상기 마지막 4비트의 x축 대칭이동을 통해서 결정되며, 상기 나머지 사분면 중 4사분면에 대응하는 6비트 중 마지막 4비트는 상기 미리 결정된 64-QAM의 상기 1사분면의 상기 마지막 4비트의 x축 대칭이동을 통해서 결정되거나 또는 상기 3사분면의 상기 마지막 4비트의 y축 대칭이동을 통해서 결정되는, 수신 장치.
이동통신 시스템에서 신호를 수신하는 방법으로서,
송신 장치로부터 신호를 수신하는 단계, 그리고
q비트의 심볼이 각각 대응되는 2^q개의 심볼 결정 영역을 포함하는 미리 결정된 2^q-직교 진폭 변조(Quadrature Amplitude Modulation, QAM) 성상도에 기반하여 상기 신호를 심볼로 복조하는 단계
를 포함하고,
상기 복조하는 단계는,
상기 심볼의 처음 2비트를 결정하기 위해서, 4개의 제1 결합 결정 영역 중 상기 신호가 위치하는 심볼 결정 영역을 포함하는 제1 결합 결정 영역을 결정하는 단계,
상기 심볼의 n번째 2비트를 결정하기 위해서, 4개의 제n 결합 결정 영역 중 상기 신호가 위치하는 심볼 결정 영역을 포함하는 제n 결합 결정 영역을 결정하는 단계, 그리고
상기 결정된 제1 결합 결정 영역 및 상기 결정된 제n 결합 결정 영역에 공통적으로 포함된 최종 심볼 결정 영역을 결정하는 단계
를 포함하는, 신호 수신 방법.
제14항에서,
상기 심볼은 상기 최종 심볼 결정 영역에 할당된 심볼인, 신호 수신 방법.
제14항에서,
상기 제1 결합 결정 영역 및 상기 제n 결합 결정 영역은 각각 4개의 서로 다른 심볼 결정 영역을 포함하는, 신호 수신 방법.
제14항에서,
상기 미리 결정된 2^q-QAM 성상도는 미리 결정된 16-QAM 성상도이고, 상기 심볼은 4비트이며,
상기 복조하는 단계는,
상기 심볼의 처음 2비트를 결정하기 위해서, 4개의 제1 결합 결정 영역 중 상기 신호가 위치하는 심볼 결정 영역을 포함하는 제1 결합 결정 영역을 결정하는 단계,
상기 심볼의 마지막 2비트를 결정하기 위해서, 4개의 제2 결합 결정 영역 중 상기 신호가 위치하는 심볼 결정 영역을 포함하는 제2 결합 결정 영역을 결정하는 단계, 그리고
상기 결정된 제1 결합 결정 영역 및 상기 결정된 제2 결합 결정 영역에 공통적으로 포함된 최종 심볼 결정 영역을 결정하는 단계
를 포함하는, 신호 수신 방법.
제17항에서,
상기 미리 결정된 16-QAM 성상도의 하나의 사분면에 대응하는 4비트 중 마지막 2비트는 기본 4-QAM 성상도의 그레이 코드와 동일하고, 상기 미리 결정된 16-QAM 성상도의 나머지 사분면에 대응하는 4비트 중 마지막 2비트는 상기 미리 결정된 16-QAM의 상기 하나의 사분면에 대응하는 상기 마지막 2비트의 x축 및 y축 대칭이동을 통해서 결정되며, 상기 미리 결정된 16-QAM 성상도의 각 사분면에 대응하는 4비트 중 처음 2비트는 상기 기본 4-QAM 성상도에 의해 결정되는, 신호 수신 방법.
제17항에서,
상기 미리 결정된 2^q-QAM 성상도는 미리 결정된 64-QAM 성상도이고, 상기 심볼은 6비트이며,
상기 복조하는 단계는,
상기 심볼의 처음 2비트를 결정하기 위해서, 4개의 제1 결합 결정 영역 중 상기 신호가 위치하는 심볼 결정 영역을 포함하는 제1 결합 결정 영역을 결정하는 단계,
상기 심볼의 2번째 2비트를 결정하기 위해서, 4개의 제2 결합 결정 영역 중 상기 신호가 위치하는 심볼 결정 영역을 포함하는 제2 결합 결정 영역을 결정하는 단계,
상기 심볼의 마지막 2비트를 결정하기 위해서, 4개의 제3 결합 결정 영역 중 상기 신호가 위치하는 심볼 결정 영역을 포함하는 제3 결합 결정 영역을 결정하는 단계, 그리고
상기 결정된 제1 결합 결정 영역, 상기 결정된 제2 결합 결정 영역, 그리고 상기 결정된 제3 결합 결정 영역에 공통적으로 포함된 최종 심볼 결정 영역을 결정하는 단계
를 포함하는, 신호 수신 방법.
제19항에서,
상기 미리 결정된 64-QAM 성상도의 하나의 사분면에 대응하는 6비트 중 마지막 4비트는 상기 미리 결정된 16-QAM 성상도의 그레이 코드와 동일하고, 상기 미리 결정된 64-QAM 성상도의 나머지 사분면에 대응하는 6비트 중 마지막 4비트는 상기 미리 결정된 64-QAM의 상기 하나의 사분면에 대응하는 상기 마지막 4비트의 x축 및 y축 대칭이동을 통해서 결정되며, 상기 미리 결정된 64-QAM 성상도의 각 사분면에 대응하는 6비트 중 처음 2비트는 기본 4-QAM 성상도에 의해 결정되는, 신호 수신 방법.