KR102054840B1 - 무선신호의 송수신 방법 - Google Patents

무선신호의 송수신 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선신호의 송수신 방법에 관한 것으로, 송신단에서 비직교 다중접속(NOMA) 및 WHT(Walsh Hadamard Transform)를 적용하여 복수의 사용자단말에 대응하는 무선신호를 송신하는 단계와, 상기 송신단으로부터 송신된 상기 무선신호를 수신단에서 수신하여 SIC(Successive Interference Cancellation)와 상기 비직교 다중접속(NOMA) 및 WHT를 적용하여 고이득 사용자단말에 대응하는 제 1 무선신호를 검출하는 단계와, 상기 송신단으로부터 송신된 상기 무선신호를 상기 비직교 다중접속(NOMA) 및 WHT를 적용하여 저이득 사용자단말에 대응하는 제 2 무선신호를 검출하는 단계를 포함함으로써, 수신단에서 무선신호의 수신 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

무선신호의 송수신 방법{METHOD FOR TRANSMITTING AND RECEIVING RADIO SIGNAL}
본 발명은 비직교 다중접속(NOMA : Non-Orthogonal Multiple Access) 및 WHT(Walsh Hadamard Transform, 이하 'WHT'라 함)를 적용하여 중첩 코딩된 무선신호를 송수신함으로써, 수신단에서 무선신호의 수신 성능을 향상시킬 수 있는 무선신호의 송수신 방법에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 이동 통신 시스템은 사용자의 활동성을 보장하면서 음성 서비스를 제공하기 위해 개발되었다. 그러나 이동 통신 시스템은 음성뿐 아니라 데이터 서비스까지 영역을 확장하였으며, 현재에는 폭발적인 트래픽의 증가로 인하여 자원의 부족현상이 야기되고 사용자들이 보다 고속의 서비스를 요구하게 되어 보다 발전된 이동 통신 시스템이 요구되고 있다.
이러한 차세대 이동 통신 시스템의 요구 조건은 크게 폭발적인 데이터 트래픽의 수용, 사용자 당 전송률의 획기적인 증가, 대폭 증가된 연결 디바이스 개수의 수용, 매우 낮은 단대단 지연(End-to-End Latency), 고에너지 효율을 지원할 수 있어야 한다.
이를 위하여 무선 통신 시스템에서 이중 연결성(Dual Connectivity), 대규모 다중 입출력(Massive MIMO : Massive Multiple Input Multiple Output), 전이중(In-band Full Duplex), 비직교 다중접속(NOMA), 초광대역(Super wideband) 지원, 단말 네트워킹(Device Networking) 등 다양한 기술들이 연구되고 있으며, 이들의 다양한 결합을 통해 수신 성능을 향상시키기 위한 기술들이 지속적으로 연구 개발되고 있다.
1. 한국공개특허 제10-2017-0106376호(2017.09.20.공개)
본 발명은 비직교 다중접속(NOMA) 및 WHT를 적용하여 중첩 코딩된 무선신호를 송수신함으로써, 수신단에서 무선신호의 수신 성능을 향상시킬 수 있는 무선신호의 송수신 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 송신단에서 비직교 다중접속(NOMA) 및 WHT를 적용하여 복수의 사용자단말에 대응하는 무선신호를 송신하고, 수신단에서 이를 수신하여 SIC(Successive Interference Cancellation, 이하 'SIC'라 함)와 비직교 다중접속(NOMA) 및 WHT를 적용하여 고이득 사용자단말에 대응하는 제 1 무선신호를 검출하고, 비직교 다중접속(NOMA) 및 WHT를 적용하여 저이득 사용자단말에 대응하는 제 2 무선신호를 검출함으로써, 송신단에서 송신한 무선신호를 수신단에서 효과적으로 수신 및 검출할 수 있는 무선신호의 송수신 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 송신단에서 비직교 다중접속(NOMA) 및 WHT(Walsh Hadamard Transform)를 적용하여 복수의 사용자단말에 대응하는 무선신호를 송신하는 단계와, 상기 송신단으로부터 송신된 상기 무선신호를 수신단에서 수신하여 SIC(Successive Interference Cancellation)와 상기 비직교 다중접속(NOMA) 및 WHT를 적용하여 고이득 사용자단말에 대응하는 제 1 무선신호를 검출하는 단계와, 상기 송신단으로부터 송신된 상기 무선신호를 상기 비직교 다중접속(NOMA) 및 WHT를 적용하여 저이득 사용자단말에 대응하는 제 2 무선신호를 검출하는 단계를 포함하는 무선신호의 송수신 방법이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 무선신호를 송신하는 단계는, 상기 송신단에서 복수의 상기 고이득 사용자단말에 대응하는 상기 제 1 무선신호를 상기 비직교 다중접속(NOMA) 및 WHT를 적용하여 중첩 코딩하는 단계와, 중첩 코딩된 상기 제 1 무선신호에 대한 송신전력을 할당하는 단계와, 상기 송신단에서 복수의 상기 저이득 사용자단말에 대응하는 상기 제 2 무선신호를 상기 비직교 다중접속(NOMA) 및 WHT를 적용하여 중첩 코딩하는 단계와, 중첩 코딩된 상기 제 2 무선신호에 대한 송신전력을 할당하는 단계와, 상기 송신전력이 각각 할당된 상기 제 1 무선신호 및 제 2 무선신호에 대한 역고속푸리에변환(IFFT)을 수행하여 상기 무선신호를 송신하는 단계를 포함하는 무선신호의 송수신 방법이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 역고속푸리에변환(IFFT)을 수행하여 상기 무선신호를 송신하는 단계는, 상기 무선신호에 다중경로채널의 간섭을 제거하기 위한 사이클릭프리픽스(Cyclic Prefix)를 부가하는 무선신호의 송수신 방법이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제 1 무선신호를 검출하는 단계는, 상기 무선신호를 수신하여 통신채널의 신호왜곡을 보상하는 제 1 채널 이퀄라이제이션(Channel Equalization) 및 제 1 고속푸리에변환(FFT)을 수행하는 단계와, 상기 무선신호에 대해 상기 SIC를 적용하여 상기 제 2 무선신호를 제거하는 단계와, 상기 제 2 무선신호를 제거한 후, 상기 비직교 다중접속(NOMA) 및 WHT를 적용하여 상기 제 1 무선신호를 검출하는 단계를 포함하는 무선신호의 송수신 방법이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제 1 채널 이퀄라이제이션 및 제 1 고속푸리에변환(FFT)을 수행하는 단계는, 상기 무선신호에 부가된 사이클릭프리픽스(Cyclic Prefix)를 제거하는 무선신호의 송수신 방법이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제 2 무선신호를 검출하는 단계는, 상기 무선신호를 수신하여 통신채널의 신호왜곡을 보상하는 제 2 채널 이퀄라이제이션(Channel Equalization) 및 제 2 고속푸리에변환(FFT)을 수행하는 단계와, 상기 비직교 다중접속(NOMA) 및 WHT를 적용하여 상기 제 2 무선신호를 검출하는 단계를 포함하는 무선신호의 송수신 방법이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제 2 채널 이퀄라이제이션 및 제 2 고속푸리에변환(FFT)을 수행하는 단계는, 상기 무선신호에 부가된 사이클릭프리픽스(Cyclic Prefix)를 제거하는 무선신호의 송수신 방법이 제공될 수 있다.
본 발명은 비직교 다중접속(NOMA) 및 WHT를 적용하여 중첩 코딩된 무선신호를 송수신함으로써, 수신단에서 무선신호의 수신 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 송신단에서 비직교 다중접속(NOMA) 및 WHT를 적용하여 복수의 용자단말에 대응하는 무선신호를 송신하고, 수신단에서 이를 수신하여 SIC와 비직교 다중접속(NOMA) 및 WHT를 적용하여 고이득 사용자단말에 대응하는 제 1 무선신호를 검출하고, 비직교 다중접속(NOMA) 및 WHT를 적용하여 저이득 사용자단말에 대응하는 제 2 무선신호를 검출함으로써, 송신단에서 송신한 무선신호를 수신단에서 효과적으로 수신 및 검출할 수 있다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 무선신호를 송수신하는 과정을 나타낸 플로우차트이고,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무선신호 송수신 시스템을 개략적으로 예시한 도면이며,
도 6 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따라 수신된 무선신호의 수신 성능을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 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 발명의 실시예에서의 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.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 무선신호를 송수신하는 과정을 나타낸 플로우차트이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무선신호 송수신 시스템을 개략적으로 예시한 도면이며, 도 6 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따라 수신된 무선신호의 수신 성능을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 무선신호의 송수신 방법은 송신단에서 비직교 다중접속(NOMA) 및 WHT를 적용하여 복수의 사용자단말에 대응하는 무선신호를 송신하는 단계(110)와, 송신단으로부터 송신된 무선신호를 수신단에서 수신하여 SIC와 비직교 다중접속(NOMA) 및 WHT를 적용하여 고이득 사용자단말에 대응하는 제 1 무선신호를 검출하는 단계(120)와, 송신단으로부터 송신된 무선신호를 비직교 다중접속(NOMA) 및 WHT를 적용하여 저이득 사용자단말에 대응하는 제 2 무선신호를 검출하는 단계(130)를 포함할 수 있다.
그리고, 송신단에서 비직교 다중접속(NOMA) 및 WHT를 적용하여 복수의 사용자단말에 대응하는 무선신호를 송신하는 단계(110)에 대해 구체적으로 설명하면, 송신단에서 복수의 고이득 사용자단말에 대응하는 제 1 무선신호를 비직교 다중접속(NOMA) 및 WHT를 적용하여 중첩 코딩하는 단계(111)와, 중첩 코딩된 제 1 무선신호에 대한 송신전력을 할당하는 단계(112)와, 송신단에서 복수의 저이득 사용자단말에 대응하는 제 2 무선신호를 비직교 다중접속(NOMA) 및 WHT를 적용하여 중첩 코딩하는 단계(113)와, 중첩 코딩된 제 2 무선신호에 대한 송신전력을 할당하는 단계(114)와, 송신전력이 각각 할당된 제 1 무선신호 및 제 2 무선신호에 대한 역고속푸리에변환(IFFT : Inverse Fast Fourier Transform, 이하 'IFFT'라 함)을 수행하여 무선신호를 송신하는 단계(115)를 포함할 수 있다.
여기에서, 송신전력이 각각 할당된 제 1 무선신호 및 제 2 무선신호에 대한 역고속푸리에변환(IFFT)을 수행하여 무선신호를 송신하는 단계(115)에서는 역고속푸리에변환(IFFT)을 수행한 후 무선신호를 송신하기 전에 무선신호에 다중경로채널의 간섭을 제거하기 위한 사이클릭프리픽스(Cyclic Prefix)를 부가할 수 있다.
또한, 송신단으로부터 송신된 무선신호를 수신단에서 수신하여 SIC와 비직교 다중접속(NOMA) 및 WHT를 적용하여 고이득 사용자단말에 대응하는 제 1 무선신호를 검출하는 단계(120)에 대해 구체적으로 설명하면, 무선신호를 수신하여 통신채널의 신호왜곡을 보상하는 제 1 채널 이퀄라이제이션(Channel Equalization) 및 제 1 고속푸리에변환(FFT : Fast Fourier Transform, 이하 'FFT'라 함)을 수행하는 단계(121)와, 무선신호에 대해 SIC를 적용하여 제 2 무선신호를 제거하는 단계(123)와, 제 2 무선신호를 제거한 후, 비직교 다중접속(NOMA) 및 WHT를 적용하여 제 1 무선신호를 검출하는 단계(125)를 포함할 수 있다.
여기에서, 무선신호를 수신하여 통신채널의 신호왜곡을 보상하는 제 1 채널 이퀄라이제이션 및 제 1 고속푸리에변환(FFT)을 수행하는 단계(121)에서는 다중경로채널의 간섭을 제거하기 위해 송신단에서 무선신호에 부가된 사이클릭프리픽스를 제거할 수 있다.
한편, 송신단으로부터 송신된 무선신호를 비직교 다중접속(NOMA) 및 WHT를 적용하여 저이득 사용자단말에 대응하는 제 2 무선신호를 검출하는 단계(130)에 대해 구체적으로 설명하면, 무선신호를 수신하여 통신채널의 신호왜곡을 보상하는 제 2 채널 이퀄라이제이션 및 제 2 고속푸리에변환(FFT)을 수행하는 단계(131)와, 비직교 다중접속(NOMA) 및 WHT를 적용하여 제 2 무선신호를 검출하는 단계(133)를 포함할 수 있다.
여기에서, 무선신호를 수신하여 통신채널의 신호왜곡을 보상하는 제 2 채널 이퀄라이제이션 및 제 2 고속푸리에변환(FFT)을 수행하는 단계(131)에서는 다중경로채널의 간섭을 제거하기 위해 송신단에서 무선신호에 부가된 사이클릭프리픽스를 제거할 수 있다.
다음에, 상술한 바와 같은 무선신호의 송수신 방법에서 비직교 다중접속(NOMA)과 WHT를 적용하는 과정에 대해 상세하게 설명한다.
먼저, 비직교 다중접속(NOMA)에 대해 설명하면, 기지국(BS : Base Station)이 k개의 쌍을 이룬 UE(User Equipment, 이하 'UE'라고 함)들에 대한 중첩 코딩된 신호(S)를 전송할 수 있는데, 이러한 중첩 코딩된 신호(S)는 다음의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017120692451-pat00001
여기에서, k∈{1,2,3, ..., N}, Sk는 k번째 UE의 신호이고 Pk는 k개의 쌍을 이룬 UE들에 대한 총송신전력을 의미한다.
그리고, 비직교 다중접속(NOMA) 시스템에서 사용자 페어링에는 2가지 종류의 UE, 즉 고이득 CCU(Cell Center User, 이하 'CCU'라 함) 및 저이득 CEU(Cell Edge User, 이하 'CEU'라 함)가 있는데, 지수 k의 상승값은 UE 채널 이득의 내림차순으로 할당될 수 있다. 즉, k=1은 CCU로 분류된 가장 높은 이득 사용자이며, k=N은 CEU로 분류된 가장 낮은 이득 사용자로 간주할 수 있으며, k번째 UE에서 수신된 중첩 코딩된 신호(yk)는 다음의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017120692451-pat00002
여기에서 hk는 기지국(BS)으로부터 k번째 UE로의 전송 채널의 응답을 제공하는데, 이 전송 채널은 레일리 페이딩 채널(Rayleigh fading channel)로 간주되며, n은 잡음을 나타내고, 평균과 편차가 0인 가산백색가우시안잡음(AWGN : additive white Gaussian noise)으로 간주될 수 있으며, Pk는 k번째 UE와 관련된 송신전력으로 다음의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017120692451-pat00003
여기에서, αk는 k번째 UE에 대한 전력할당비율을 나타내며, PBS는 제공되는 BS 송신전력을 나타내며, NSB는 시스템에서의 서브 밴드들의 수를 의미하고, 일반적으로 αk는 이론적인 값을 취할 수 있다.
상술한 바와 같이, k개의 쌍을 이룬 UE들의 수신된 중첩 부호화 신호로부터 원하는 신호정보를 추출하기 위해, UE 수신단은 SIC를 수행해야 하는데, 이러한 SIC를 수행하기 위해서 UE 수신단이 그 쌍을 이룬 UE들내에서 최적의 디코딩 순서를 판단하는 것이 매우 중요하다.
이 차수는 고이득 사용자(CCU)만이 저이득 사용자(CEU)의 신호정보를 제거하기 위해 SIC를 수행하는 방식으로, k개의 쌍을 이룬 UE들의 채널이득을 통해 결정될 수 있는데, k개의 짝을 이룬 UE들에서 높은 채널이득 사용자(m)를 CCU로 간주할 경우 UE-m은 그 페어링 내에서 저이득 UE들의 신호정보를 제거함으로써 고이득 UE들에 대한 신호를 추출하기 위해 SIC를 수행해야만 하고, UE-m에서 수신된 신호(ym)는 다음의 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017120692451-pat00004
여기에서, 두 사용자의 경우(즉, 2개의 UE 경우)에 있어서, UE-1에서 수신된 신호는 다음의 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017120692451-pat00005
여기에서, s1, P1 및 h1은 각각 고이득 사용자 UE-1의 신호정보, 전력 및 채널응답을 의미하고, s2 및 P2는 저이득 사용자 UE-2의 신호정보 및 전력을 의미한다.
다음에, 수신단에서 수신된 신호에 대해 이상적인 SIC를 갖는 비직교 다중접속(NOMA)와 불완전한 SIC를 갖는 NOMA에서의 수신신호 검출에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 이상적인 SIC를 갖춘 NOMA 수신단(수신기)의 경우에는 CCU가 CEU의 신호정보에 대한 완벽한 지식을 갖고 채널 효과를 고려하지 않는다고 가정되는 이상적인 SIC로 알려져 있는데, CEU의 신호정보가 SIC를 수행하여 CCU에서 완전히 제거됨을 의미하고, CCU 사용자가 k개의 페어링된 UE들에서 UE-m일 경우 이상적인 SIC를 수행함으로써 수신된 신호(sm)는 다음의 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017120692451-pat00006
여기에서, ??.??는 수신된 신호의 복조 및 검출을 나타내고, 2쌍의 UE의 경우, 고이득 사용자는 UE-1으로, 이상적인 SIC를 가진 UE-1에서 수신된 신호(s1)는 다음의 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017120692451-pat00007
한편, 불완전한 SIC가있는 NOMA 수신단(수신기)의 경우에는 CCU는 전송 채널에 의해 생성된 채널 효과의 존재하에서 SIC를 수행하는데, 이는 레일리 페이딩 채널이며, 이상적인 SIC 경우보다 더 실제적인 접근법을 제공할 수 있다.
여기에서, k개의 쌍을 이루는 UE들에서 UE-m에서의 수신된 신호에 대해 불완전한 상태를 갖는 CEU들의 신호 정보는 다음의 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017120692451-pat00008
여기에서, n은 가산백색가우시안잡음(AWGN)을 나타내고, hk는 레일리 페이딩 채널을 의미하는데, SIC 수행 후 UE-m의 신호 추출은 다음의 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017120692451-pat00009
여기에서, 2개의 쌍으로 된 UE의 경우, CEU는 UE-2이고, CCU는 UE-1이다.
따라서, UE-1에서의 수신신호에서, 레일리 페이딩 채널의 효과를 포함하는 UE-2의 신호정보는 다음의 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017120692451-pat00010
그리고, SIC를 수행한 후 추출된 UE-1의 신호는 다음의 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017120692451-pat00011
여기에서, ??.??는 수신된 신호의 복조 및 검출을 의미한다.
다음에, WHT(Walsh Hadamard Transform)에 대해 상세히 설명하면, WHT는 통신 시스템에서 직교가변확산인자(OVSF : orthogonal variable spreading factor)로 사용되며, 성상도 다양성를 달성하기 위해 WHT는 사용된 변조 방식의 송신심볼에 적용될 수 있는데, 그 변환은 송신단 측에서 WHT 행렬에 입력신호를 곱함으로써 달성될 수 있다. 이에 대응하여, 그 무선신호는 동일한 WHT 행렬에 수신된 신호를 곱함으로써 수신단 측에서 복원될 수 있는데, 그 입출력 표현은 다음의 수학식 12와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017120692451-pat00012
여기에서, S와 y는 각각 입력신호와 출력신호를 의미하고, Hi는 i=2l 길이코드(l∈Z+)인 WHT 행렬을 의미하는데, WHT 행렬에서 두 개의 서로 다른 행은 상호 직교하는 행을 갖는 두 개의 수직 벡터를 나타내며, H가 하다마드 행렬이고, 분할 행렬이
Figure 112017120692451-pat00013
과 같이 주어진다고 가정할 경우 WHT 행렬의 일반적인 순서는 다음의 수학식 13과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017120692451-pat00014
여기에서, 정규화 인수는 1/√i로 주어지고, j는 WHT 행렬 Hi를 유도하는 하다마드 행렬의 차수를 나타내며, 변조기 출력 데이터(QAM 또는 PSK와 같은)의 복소수 집합점이 x_data=[x_1 x_2 x_3 ... x_n]으로 주어진다면 WHT 행렬 적용 후 결과는 다음의 수학식 14와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017120692451-pat00015
여기에서, SH는 수학식 12를 이용하여 재구성할 수 있는데, 주어진 데이터가 2차 WHT 행렬, 즉 H2인 x_data=[x_1 x_2]라고 가정할 경우 수학식 13을 이용하여 수학식 14는 다음의 수학식 15와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017120692451-pat00016
그 결과는 다음의 수학식 16과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017120692451-pat00017
그리고, 원래 데이터 대신에 수학식 16의 파생된 결과점을 전송할 수 있는데, 전형적인 QPSK(직교위상편이변조, Quadrature Phase Shift Keying) 방식의 송신기를 고려하면, 변조기는 4개의 복소 성상도 포인트, 즉 00, 01, 10 및 11(예)을 산출할 수 있고, 이 점들에 대한 WHT 애플리케이션이 아래의 표 1에 도시되어 있는데, x1 및 x2는 각각의 x1 및 x2 변조 포인트의 복소 성상도 포인트이며, WHT 응용 프로그램 이후의 새로운 성상도 포인트는 s1 및 s2로 표시될 수 있다.
Figure 112017120692451-pat00018
한편, 수신단 측에서는 역 WHT의 경우 동일한 순서의 하다마드 행렬이 수신된 데이터에 적용될 수 있고, 그 역 WHT 프로세스는 다음의 수학식 17과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017120692451-pat00019
이러한 수학식 17은 WHT 기술을 사용하여 획득한 다양성을 나타낼 수 있다.
상술한 바와 같은 비직교 다중접속(NOMA)과 WHT를 적용한 본 발명의 WHT-NOMA의 개략적인 시스템 모델은 도 5에 도시되어 있는데, 송신단에서 중첩 코딩된 신호가 상기 수학식 1에 의해 주어지면, WHT 적용 후에 송신되는 무선신호(즉, 송신신호)는 다음의 수학식 18과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017120692451-pat00020
여기에서, s(H, k)는 WHT가 적용된 후 k번째 UE의 신호를 나타내고, 수학식 2를 사용하는 수신단 측에서, k번째 사용자에서의 수신신호는 다음의 수학식 19와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017120692451-pat00021
여기에서, hk는 레일리 페이딩 채널로 간주되는 채널 응답이고, n은 잡음을 나타내며, 평균 및 분산이 0인 가산백색가우시안잡음(AWGN)으로 간주될 수 있다.
그리고, WHT-NOMA에서 k개의 페어링된 UE들 내의 m번째 사용자의 경우, SIC를 수행하지 않고 수학식 4에서 고이득 사용자(UE-m)의 수신된 무선신호는 다음의 수학식 20과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017120692451-pat00022
유사하게, WHT-NOMA에서의 2개의 UE의 경우, SIC없이 UE-1에서 수신된 신호는 수학식 20을 이용하여 다음의 수학식 21과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017120692451-pat00023
여기에서도 종래의 NOMA와 유사하게 수신단에서의 SIC에 대해 2가지 경우, 즉 이상적인 SIC를 갖는 WHT-NOMA와 불완전한 SIC를 갖는 WHT-NOMA가 고려될 수 있다.
먼저, 이상적인 SIC를 갖는 WHT-NOMA 수신기에서는 종래 NOMA 수신기와 유사하게 CCU는 CEU의 신호정보를 완벽하게 알고 있다고 가정할 수 있고, CCU는 SIC를 사용하여 결합된 신호로부터 CEU의 신호 정보를 완전히 제거할 수 있고, WHT-NOMA 수신기에서, k개의 쌍을 이룬 UE들에서 고이득 사용자(UE-m)의 무선신호는 수학식 21을 이용하여 다음의 수학식 22와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017120692451-pat00024
여기에서, Hi는 송신기에 사용된 것과 동일한 차수(i)의 WHT 행렬이고, ??.??는 수신된 신호의 복조 및 검출을 나타내는데, 2개의 짝을 이룬 UE의 경우에, 고이득 사용자(UE-1)의 신호를 검색하기 위해 수학식 22는 다음의 수학식 23과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017120692451-pat00025
한편, 불완전한 SIC를 가진 WHT-NOMA 수신기에서는 종래의 NOMA 수신기와 유사하게 CCU는 전송 채널, 즉 레일리 페이딩 채널에 의해 생성된 채널 효과의 존재 하에서 SIC를 수행할 수 있고, 이 경우 WHT-NOMA에서는 UE-m에서의 CEU의 신호 정보는 수학식 20을 이용하여 다음의 수학식 24와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017120692451-pat00026
여기에서, n 및 hk는 각각 가산백색가우시안잡음(AWGN) 및 레일리 페이딩 채널을 나타내고, WHT-NOMA의 경우, UE-m의 신호 정보는 수학식 20과 수학식 24를 이용하여 다음의 수학식 25와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017120692451-pat00027
또한, WHT-NOMA의 2가지 사용자(즉, 고이득 CCU와 저이득 CEU) 경우에 대해, 레일리 페이딩 채널의 효과를 포함시킨 후, UE-1에서의 UE-2의 신호 정보는 수학식 24를 이용하여 다음의 수학식 26과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017120692451-pat00028
여기에서, UE-1 신호는 수학식 21과 수학식 26을 이용하여 다음의 수학식 27과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017120692451-pat00029
여기에서, Hi는 송신단에 대해 사용된 것과 동일한 차수(i)의 WHT 행렬이고,??.??는 수신된 신호의 복조 및 검출을 나타낸다.
한편, 종래의 NOMA와 본 발명의 실시예에 따른 WHT-NOMA의 처리량 계산에 대해 도 6 내지 도 9를 참조하여 설명하면, 처리량(throughput)과 BER(Bit Error Rate, 이하 'BER'이라 함)은 서로 관련이 있기 때문에 BER을 사용하여 스루풋을 계산할 수 있는데, 종래의 NOMA 및 WHT-NOMA의 경우 모두 처리량은 다음의 수학식 28과 같이 주어진 BER 성능에 따라 산출될 수 있다.
Figure 112017120692451-pat00030
여기에서, B는 대역폭이고, Q는 전송된 신호의 변조 차수를 의미한다.
상기 수학식 28을 이용하여 이상적인 SIC 조건과 불완전한 SIC 조건을 사용하는 종래의 NOMA 체계와 비교하여 본 발명의 실시예에 따른 WHT-NOMA에 대한 시뮬레이션 결과를 제공하는데, 작업의 시뮬레이션 매개 변수는 3GPP (Third-Generation Partnership Project) 사양에 명시된 LTE (Long-Term Evolution) 표준을 따르며, 시뮬레이션에 사용된 기본 신호 파형도 LTE 표준에 준하여 도출하였다.
그 시뮬레이션 파라미터는 아래의 표 2에 정의되어 있으며, 시뮬레이션 목적을 위한 사용자 전력 할당은 총 전력이 1, 즉 PCCU+PCEU=1 인 CCU=0.2 및 CEU=0.8로 설정하였고, WHT 행렬 순서에 대해, 사용된 변조 방식과 동일한 순서를 사용하였다. 예를 들어 BPSK 변조의 경우 WHT 행렬의 차수는 2이고 QPSK 변조의 경우 WHT 행렬의 차수는 4로 하여 시뮬레이션을 수행하였다.
Figure 112017120692451-pat00031
그 결과에 대해 설명하면, WHT-NOMA의 BER은 다른 변조 방식을 사용하는 이상적인 SIC 조건과 불완전한 SIC 조건에서 WHT-NOMA의 BER 성능을 종래의 NOMA와 비교하여 도 6 및 도 7에 도시하였다.
즉, QPSK 변조를 사용하는 종래의 NOMA 및 WHT-NOMA에 대한 결과는 도 6에 도시한 바와 같이 'Conventional NOMA-CCU with imperfect SIC/Conventional NOMA-CCU with perfect SIC/Conventional NOMA-CEU/WHT-NOMA-CCU with imperfect SIC/WHT-NOMA-CCU with perfect SIC/WHT-NOMA-CEU'의 순서로 종래의 NOMA보다 본 발명의 WHT-NOMA의 BER이 전체적으로 낮은 것을 알 수 있다.
또한, 직교진폭변조(QAM)를 사용하는 종래의 NOMA 및 WHT-NOMA에 대한 결과는 도 7에 도시한 바와 같이 QPSK 변조를 사용하는 시스템과 유사하게 'Conventional NOMA-CCU with imperfect SIC/Conventional NOMA-CCU with perfect SIC/Conventional NOMA-CEU/WHT-NOMA-CCU with imperfect SIC/WHT-NOMA-CCU with perfect SIC/WHT-NOMA-CEU'의 순서로 종래의 NOMA보다 본 발명의 WHT-NOMA의 BER이 전체적으로 낮은 것을 알 수 있다.
한편, WHT-NOMA의 처리량이상적인 SIC 조건과 불완전한 SIC 조건에서 종래의 NOMA와 비교하여 본 발명의 실시예에 따른 WHT-NOMA의 처리량 성능에 대해 설명하면, 이러한 처리량은 BER 성능을 기반으로 하는데, 그 결과는 도 8 및 도 9에 도시하였다.
즉, QPSK 변조를 사용하는 종래의 NOMA 및 WHT-NOMA에 대한 결과는 도 8에 도시한 바와 같이 'Conventional NOMA-CCU with imperfect SIC/Conventional NOMA-CCU with perfect SIC/Conventional NOMA-CEU/WHT-NOMA-CCU with imperfect SIC/WHT-NOMA-CCU with perfect SIC/WHT-NOMA-CEU'의 순서로 종래의 NOMA보다 본 발명의 WHT-NOMA의 처리량이 전체적으로 높게 나타나는 것을 알 수 있다.
또한, 직교진폭변조(QAM)를 사용하는 종래의 NOMA 및 WHT-NOMA에 대한 결과는 도 9에 도시한 바와 같이 QPSK 변조를 사용하는 시스템과 유사하게 'Conventional NOMA-CCU with imperfect SIC/Conventional NOMA-CCU with perfect SIC/Conventional NOMA-CEU/WHT-NOMA-CCU with imperfect SIC/WHT-NOMA-CCU with perfect SIC/WHT-NOMA-CEU'의 순서로 종래의 NOMA보다 본 발명의 WHT-NOMA의 처리량이 전체적으로 높게 나타나는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명은 비직교 다중접속(NOMA) 및 WHT를 적용하여 중첩 코딩된 무선신호를 송수신함으로써, 수신단에서 무선신호의 수신 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 송신단에서 비직교 다중접속(NOMA) 및 WHT를 적용하여 복수의 사용자단말에 대응하는 무선신호를 송신하고, 수신단에서 이를 수신하여 SIC(Successive Interference Cancellation)와 비직교 다중접속(NOMA) 및 WHT를 적용하여 고이득 사용자단말에 대응하는 제 1 무선신호를 검출하고, 비직교 다중접속(NOMA) 및 WHT를 적용하여 저이득 사용자단말에 대응하는 제 2 무선신호를 검출함으로써, 송신단에서 송신한 무선신호를 수신단에서 효과적으로 수신 및 검출할 수 있다.
이상의 설명에서는 본 발명의 다양한 실시예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다.

Claims (7)

  1. 송신단에서 비직교 다중접속(NOMA) 및 WHT(Walsh Hadamard Transform)를 적용하여 복수의 사용자단말에 대응하는 무선신호를 송신하는 단계와,
    상기 송신단으로부터 송신된 상기 무선신호를 수신단에서 수신하여 SIC(Successive Interference Cancellation)와 상기 비직교 다중접속(NOMA) 및 WHT를 적용하여 고이득 사용자단말에 대응하는 제 1 무선신호를 검출하는 단계와,
    상기 송신단으로부터 송신된 상기 무선신호를 상기 비직교 다중접속(NOMA) 및 WHT를 적용하여 저이득 사용자단말에 대응하는 제 2 무선신호를 검출하는 단계를 포함하며,
    상기 무선신호를 송신하는 단계는,
    상기 송신단에서 복수의 상기 고이득 사용자단말에 대응하는 상기 제 1 무선신호를 상기 비직교 다중접속(NOMA) 및 WHT를 적용하여 중첩 코딩하는 단계와, 중첩 코딩된 상기 제 1 무선신호에 대한 송신전력을 할당하는 단계와, 상기 송신단에서 복수의 상기 저이득 사용자단말에 대응하는 상기 제 2 무선신호를 상기 비직교 다중접속(NOMA) 및 WHT를 적용하여 중첩 코딩하는 단계와, 중첩 코딩된 상기 제 2 무선신호에 대한 송신전력을 할당하는 단계와, 상기 송신전력이 각각 할당된 상기 제 1 무선신호 및 제 2 무선신호에 대한 역고속푸리에변환(IFFT)을 수행하여 상기 무선신호를 송신하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 무선신호를 검출하는 단계는,
    상기 무선신호를 수신하여 통신채널의 신호왜곡을 보상하는 제 1 채널 이퀄라이제이션(Channel Equalization) 및 제 1 고속푸리에변환(FFT)을 수행하는 단계와, 상기 무선신호에 대해 상기 SIC를 적용하여 상기 제 2 무선신호를 제거하는 단계와, 상기 제 2 무선신호를 제거한 후, 상기 비직교 다중접속(NOMA) 및 WHT를 적용하여 상기 제 1 무선신호를 검출하는 단계를 포함하며,
    상기 제 2 무선신호를 검출하는 단계는,
    상기 무선신호를 수신하여 통신채널의 신호왜곡을 보상하는 제 2 채널 이퀄라이제이션(Channel Equalization) 및 제 2 고속푸리에변환(FFT)을 수행하는 단계와, 상기 비직교 다중접속(NOMA) 및 WHT를 적용하여 상기 제 2 무선신호를 검출하는 단계를 포함하는 무선신호의 송수신 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 역고속푸리에변환(IFFT)을 수행하여 상기 무선신호를 송신하는 단계는, 상기 무선신호에 다중경로채널의 간섭을 제거하기 위한 사이클릭프리픽스(Cyclic Prefix)를 부가하는 무선신호의 송수신 방법.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 채널 이퀄라이제이션 및 제 1 고속푸리에변환(FFT)을 수행하는 단계는, 상기 무선신호에 부가된 사이클릭프리픽스(Cyclic Prefix)를 제거하는 무선신호의 송수신 방법.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 채널 이퀄라이제이션 및 제 2 고속푸리에변환(FFT)을 수행하는 단계는, 상기 무선신호에 부가된 사이클릭프리픽스(Cyclic Prefix)를 제거하는 무선신호의 송수신 방법.
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