KR102094428B1 - Method and System for Non-Orthogonal Multiple Access Communication Using Space-Time Line Code Based Phase Steering - Google Patents

Method and System for Non-Orthogonal Multiple Access Communication Using Space-Time Line Code Based Phase Steering Download PDF

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KR102094428B1
KR102094428B1 KR1020180173548A KR20180173548A KR102094428B1 KR 102094428 B1 KR102094428 B1 KR 102094428B1 KR 1020180173548 A KR1020180173548 A KR 1020180173548A KR 20180173548 A KR20180173548 A KR 20180173548A KR 102094428 B1 KR102094428 B1 KR 102094428B1
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정진곤
염정선
이기훈
추은미
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충남대학교산학협력단
중앙대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a non-orthogonal multiple access communication method using space time line code based on a phase steering, and a system thereof. The non-orthogonal multiple access communication method using space time line code based on a phase steering according to one embodiment of the present invention, for a method for communicating a plurality of transmitters having one antenna, respectively, to a receiver having a plurality of antennas in a non-orthogonal multiple access (NOMA) method, comprises the steps of: allowing the transmitters to apply different phases to a modulating symbol in order to have different constellation for each modulating symbol; allowing the transmitters to use channel information for the modulating symbol having different phases applied thereto to encode the same in a space time line code (STLC) method, and transmit the same to the receiver simultaneously; and allowing the receiver to combine a plurality of signals received through the multiple antennas without channel information and decode an information symbol. Accordingly, the present invention can improve a total transmission rate.

Description

위상 조향 기반 시공간 선 부호화를 이용한 비직교 다중 접속 통신 방법 및 그 시스템{Method and System for Non-Orthogonal Multiple Access Communication Using Space-Time Line Code Based Phase Steering}Method and System for Non-Orthogonal Multiple Access Communication Using Space-Time Line Code Based Phase Steering}

본 발명은 위상 조향 기반 시공간 선 부호화를 이용한 비직교 다중 접속 통신 방법 및 그 시스템에 관한 것으로, 특히 상향링크 NOMA 시스템에서 위상 조향 기반 시공간 선 부호 기법을 사용하여 송신장치만이 채널정보를 알고 있어도 최대 다이버시티를 획득할 수 있는 위상 조향 기반 시공간 선 부호화를 이용한 비직교 다중 접속 통신 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a non-orthogonal multiple access communication method and system using phase-steering-based spatio-temporal line coding. In particular, in an uplink NOMA system, a phase-steering-based spatio-temporal line coding technique is used, so that only a transmitting device knows channel information. It relates to a non-orthogonal multiple access communication method and system using phase-steering-based space-time line coding capable of obtaining diversity.

셀룰러 네트워크에서 주파수 효율성과 셀 용량의 증대를 위한 기술인 비직교 다중 접속(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA) 시스템은 두 개 이상의 송신장치들이 동시에 동일한 주파수로 하나의 수신장치로 신호를 전송하고, 수신장치는 두 개 이상의 신호가 중첩된 수신 신호를 전력 측면에서 각각의 신호를 검출하는 무선 통신 시스템이다.In a cellular network, a non-orthogonal multiple access (NOMA) system, which is a technology for increasing frequency efficiency and cell capacity, transmits a signal to a single receiving device at the same frequency by two or more transmitting devices. Is a wireless communication system that detects each signal in terms of power for a received signal in which two or more signals overlap.

이러한 다중 안테나 수신장치를 포함하는 NOMA 시스템은 수신장치가 채널 정보를 알고 있어야만 최대 다이버시티를 얻을 수 있다.In the NOMA system including such a multi-antenna receiving apparatus, maximum diversity can be obtained only when the receiving apparatus knows channel information.

그러나, 종래의 다중 안테나 수신장치를 포함하는 무선통신 시스템에서 송신장치들만이 채널 정보를 알고 있는 경우, 사용할 수 있는 최대비 전송(Maximum Ratio Transmission, MRT)기법은 송신장치에서 수신장치의 수신 안테나 하나에 대해서만 채널 정보를 기반으로 신호를 부호화하기 때문에 최대 다이버시티를 얻을 수 없으며, 이로 인해 좋은 성능을 기대할 수 없었다. However, in a conventional wireless communication system including a multi-antenna receiving apparatus, when only the transmitting apparatuses know the channel information, the maximum ratio transmission (MRT) technique that can be used is one receiving antenna of the receiving apparatus in the transmitting apparatus. The maximum diversity cannot be obtained because the signal is encoded based only on the channel information. Therefore, good performance cannot be expected.

이에, NOMA 시스템에서 송신장치에서만 채널 정보를 알고 있는 경우 최대 다이버시티를 얻을 수 있는 통신 방법에 대한 추가적인 연구가 필요하다.Accordingly, in the NOMA system, if channel information is known only from the transmitting device, additional research is needed on a communication method that can obtain maximum diversity.

이에 관련하여, 발명의 명칭이 " UW(unique-word)를 사용하는 시공간 블록 부호화 기반의 송수신 장치 및 방법"인 한국등록특허 제 10-1275851호가 존재한다.
In this regard, Korean Registered Patent No. 10-1275851, entitled " Transmission and reception apparatus and method based on space-time block encoding using U (q) (n).

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상향링크 비직교 다중 접속 시스템에서 송신장치만이 채널정보를 알고 있어도 최대 다이버시티를 획득할 수 있는 위상 조향 기반 시공간 선 부호를 이용한 비직교 다중 접속 통신 방법 및 그 시스템을 제공하는 것이다.Technical problem to be solved by the present invention is a non-orthogonal multiple access communication method using a phase steering-based space-time line code capable of obtaining maximum diversity even when only a transmitting device knows channel information in an uplink non-orthogonal multiple access system and the same It is to provide a system.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by a person skilled in the art from the following description.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 조향 기반 시공간 선 부호를 이용한 비직교 다중 접속 통신 방법은, 하나의 안테나가 각각 구비된 복수의 송신장치와 복수의 안테나가 구비된 수신장치가 비직교 다중 접속(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA) 방식으로 통신하는 방법에 있어서, 상기 복수의 송신장치가, 각각의 변조 심볼에 대해 서로 다른 성상도를 갖도록 상기 변조 심볼에 서로 다른 위상을 적용하는 단계, 상기 복수의 송신장치가, 상기 서로 다른 위상이 적용된 변조 심볼에 대해 채널정보를 이용하여 시공간 선 부호(STLC) 방식으로 부호화하여, 상기 수신장치로 동시에 전송하는 단계, 상기 수신장치는 상기 복수의 안테나를 통해 수신된 복수의 신호를 채널정보 없이 결합하여, 정보 심볼을 복조하는 단계를 포함한다. In order to solve the above technical problem, a non-orthogonal multiple access communication method using a phase steering-based space-time line code according to an embodiment of the present invention includes a plurality of transmitting devices each having one antenna and a receiving device having a plurality of antennas. A method in which a device communicates in a non-orthogonal multiple access (NOMA) method, wherein the plurality of transmitting devices have different phases in the modulation symbol so that they have different constellations for each modulation symbol. Applying, the plurality of transmitting devices, using the channel information for the modulation symbols to which the different phases are applied, encoding in a space-time line code (STLC) method, and simultaneously transmitting to the receiving device, the receiving device And combining a plurality of signals received through the plurality of antennas without channel information to demodulate information symbols.

바람직하게는, 상기 시공간 선 코딩 방식으로 부호화하는 단계 이전에, 상기 수신장치는 상기 복수의 송신장치 각각의 위상 조향을 위해 서로 다른 위상각을 각각 할당하고, 상기 할당된 위상각에 대한 정보를 포함하는 파일럿 신호를 상기 복수의 송신장치로 전송하는 단계, 상기 복수의 송신장치 각각은 상기 파일럿 신호로부터 채널정보를 획득하고, 상기 획득된 채널정보와 상기 위상각을 각각 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다. Preferably, prior to the step of encoding by the space-time line coding method, the receiving device allocates different phase angles for phase steering of each of the plurality of transmitting devices, and includes information about the assigned phase angles. The method may further include transmitting a pilot signal to the plurality of transmitting devices, and each of the plurality of transmitting devices acquires channel information from the pilot signal and sets the obtained channel information and the phase angle, respectively. have.

바람직하게는, 상기 복수의 송신장치가, 각각의 변조 심볼에 대해 서로 다른 성상도를 갖도록 상기 변조 심볼에 서로 다른 위상을 적용하는 단계는, 상기 복수의 송신장치가, 각각의 정보심볼을 소정의 변조 방식으로 변조하여 변조심볼을 출력하는 단계, 상기 복수의 송신장치가, 각각의 변조 심볼에 서로 다른 위상을 적용하는 단계를 포함할 수 있다. Preferably, in the step of applying different phases to the modulation symbols such that the plurality of transmission devices have different constellations for each modulation symbol, the plurality of transmission devices may set each information symbol to a predetermined value. The method may include modulating a modulation method to output a modulation symbol, and applying a different phase to each modulation symbol by the plurality of transmitting devices.

바람직하게는, 상기 수신장치로 동시에 전송하는 단계에서, 상기 복수의 송신장치가 2개이고, 각각 2개의 정보심볼을 시공간 선 부호화한 경우, 상기 수신장치로 전송하는 신호는 아래 수학식으로 표현될 수 있다.Preferably, in the step of simultaneously transmitting to the receiving device, when the plurality of transmitting devices are two, and each of two information symbols is space-time line-encoded, the signal transmitted to the receiving device may be expressed by the following equation: have.

[수학식] [Mathematics]

Figure 112018132260524-pat00001
Figure 112018132260524-pat00001

여기서,

Figure 112018132260524-pat00002
는 i번째 송신장치의 j번째 타임슬롯에서 변조된 변조 심벌,
Figure 112018132260524-pat00003
는 i번째 송신장치의 j번째 타임슬롯에 송신할 시공간 선 부호화된 심볼,
Figure 112018132260524-pat00004
는 i번째 송신장치에서부터 수신장치의 k번째 안테나까지의 레일-레이 페이딩 채널,
Figure 112018132260524-pat00005
는 위상 조향을 위한 임의의 위상각을 의미함.here,
Figure 112018132260524-pat00002
Is a modulation symbol modulated in the j-th timeslot of the i-th transmitter,
Figure 112018132260524-pat00003
Is a space-time line-encoded symbol to be transmitted in the j-th time slot of the i-th transmission device,
Figure 112018132260524-pat00004
Is a rail-ray fading channel from the i th transmitting device to the k th antenna of the receiving device,
Figure 112018132260524-pat00005
Means an arbitrary phase angle for phase steering.

바람직하게는, 상기 정보 심볼을 복조하는 단계에서, 상기 채널 정보 없이 결합된 신호(

Figure 112018132260524-pat00006
)는 아래 수학식으로 정의될 수 있다. Preferably, in the step of demodulating the information symbol, the combined signal without the channel information (
Figure 112018132260524-pat00006
) May be defined by the following equation.

[수학식] [Mathematics]

Figure 112018132260524-pat00007
Figure 112018132260524-pat00007

여기서,

Figure 112018132260524-pat00008
Figure 112018132260524-pat00009
는 수신장치의 k번째 안테나로 j번째 타임슬롯에 수신한 신호와 잡음,
Figure 112018132260524-pat00010
는 i번째 송신장치의 j번째 타임슬롯에 변조된 변조 심벌,
Figure 112018132260524-pat00011
Figure 112018132260524-pat00012
번째 송신장치의 무선 채널의 노름을 의미함.here,
Figure 112018132260524-pat00008
Wow
Figure 112018132260524-pat00009
Is the kth antenna of the receiving device, the signal and noise received in the jth timeslot,
Figure 112018132260524-pat00010
Is a modulation symbol modulated in the j-th timeslot of the i-th transmitter,
Figure 112018132260524-pat00011
The
Figure 112018132260524-pat00012
It means the gambling of the wireless channel of the first transmitting device.

바람직하게는, 상기 정보 심볼은 결합 최대우도 검파(joint Maximum Likelihood Detection)에 따른 아래 수학식에 의해 복조될 수 있다. Preferably, the information symbol can be demodulated by the following equation according to joint maximum likelihood detection.

[수학식][Mathematics]

Figure 112018132260524-pat00013
Figure 112018132260524-pat00013

여기서,

Figure 112018132260524-pat00014
는 수신장치에서 복조한 첫번째 송신장치의 j번째 정보 심볼,
Figure 112018132260524-pat00015
는 수신장치에서 복조한 두번째 송신장치의 j번째 정보 심볼을 의미하며
Figure 112018132260524-pat00016
는 변조된 신호의 집합을 의미함.here,
Figure 112018132260524-pat00014
Is the jth information symbol of the first transmitting device demodulated by the receiving device,
Figure 112018132260524-pat00015
Denotes the j-th information symbol of the second transmitting device demodulated by the receiving device,
Figure 112018132260524-pat00016
Means a set of modulated signals.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 송신장치는, 안테나, 정보 심볼을 소정의 변조 방식으로 변조하여 변조 심볼을 출력하는 변조부, 상기 변조 심볼에 기 설정된 위상을 적용하는 위상 조향부(phase steerer), 채널정보를 이용하여 상기 위상 조향된 변조 심볼을 시공간 선 부호(STLC) 방식으로 부호화하는 STLC(Space-Time Line Code) 인코더, 상기 부호화된 STLC 심볼을 상기 안테나를 통해 수신장치로 전송하는 송신부를 포함한다. The transmission apparatus according to another embodiment of the present invention for solving the above technical problem, a modulator for modulating an antenna, an information symbol with a predetermined modulation method, and outputting a modulation symbol, a phase for applying a preset phase to the modulation symbol A phase steerer, a space-time line code (STLC) encoder that encodes the phase-steered modulation symbol using a space-time line code (STLC) method, receives the coded STLC symbol through the antenna It includes a transmitter for transmitting to the device.

바람직하게는, 상기 수신장치로부터 채널 정보 및 위상 조향을 위한 위상각을 포함하는 파일럿 신호를 수신하고, 상기 위상 조향부에 위상각, 상기 STLC 인코더에 상기 채널 정보를 제공하는 설정부를 더 포함할 수 있다. Preferably, the receiver may further include a setting unit that receives a pilot signal including channel information and a phase angle for phase steering, and provides a phase angle to the phase steering unit and the channel information to the STLC encoder. have.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수신장치는, 복수의 안테나, 상기 복수의 안테나를 통해 신호를 수신하는 수신부, 상기 수신된 복수의 신호를 선형 결합하여 선형결합신호를 생성하는 STLC 디코더, 상기 선형결합신호를 결합 최대우도(joint maximum likelihood(ML)) 검파 기법을 사용하여 변조 심볼을 검출하는 검출부, 상기 검출된 변조 심볼을 소정의 복조 방식으로 복조하여 정보 심볼을 출력하는 복조부를 포함한다. A receiving apparatus according to another embodiment of the present invention for solving the above technical problem, a plurality of antennas, a receiving unit for receiving a signal through the plurality of antennas, linearly combines the received plurality of signals to obtain a linear combined signal A STLC decoder to generate, a detection unit that detects a modulation symbol using a joint maximum likelihood (ML) detection technique, and demodulates the detected modulation symbol by a predetermined demodulation method to output an information symbol It includes a demodulator.

바람직하게는, 상기 수신장치의 커버리지 내에 복수의 송신장치가 존재하는 경우, 상기 복수의 송신장치 각각의 위상 조향을 위해 서로 다른 위상각을 할당하고, 상기 할당된 위상각에 대한 정보를 포함하는 파일럿 신호를 상기 복수의 송신장치에 전송하는 전처리부를 더 포함할 수 있다. Preferably, when a plurality of transmitting devices exist in the coverage of the receiving device, a different phase angle is allocated for phase steering of each of the plurality of transmitting devices, and a pilot including information on the assigned phase angle It may further include a pre-processing unit for transmitting a signal to the plurality of transmission devices.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 위상 조향 기반 시공간 선 부호화를 이용한 비직교 다중 접속 시스템은, 하나의 안테나가 각각 구비된 복수의 송신장치와 복수의 안테나가 구비된 수신장치가 비직교 다중 접속(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA) 방식으로 통신하는 방법에 있어서, 복수의 변조 심볼에 대해 서로 다른 성상도를 갖도록 서로 다른 위상을 적용하고, 채널정보를 이용하여 시공간 선 부호(STLC) 방식으로 부호화하며, 비직교 다중 접속(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA) 방식으로 수신장치에 전송하는 복수의 송신장치, 복수의 안테나가 구비되어, 상기 복수의 안테나를 통해 수신된 복수의 신호를 채널정보 없이 결합하여, 정보 심볼을 복조하는 수신장치를 포함한다.
In order to solve the above technical problem, a non-orthogonal multiple access system using phase steering-based space-time line coding according to another embodiment of the present invention includes a plurality of transmitting devices each having one antenna and a receiving device having a plurality of antennas. In a method in which a device communicates in a non-orthogonal multiple access (NOMA) method, different phases are applied so as to have different constellations for a plurality of modulation symbols, and space-time line codes are used using channel information. (STLC) method, and a plurality of transmitting devices, a plurality of antennas are provided for transmitting to a receiving device in a non-orthogonal multiple access (NOMA) method, a plurality of received through the plurality of antennas And a receiving device for demodulating information symbols by combining signals without channel information.

본 발명에 따르면, 상향링크 셀룰러 네트워크에서 높은 주파수 효율성을 요구하는 기지국(지역, 수신장치)에 대해 NOMA 시스템에서 위상 조향 기반 시공간 선 부호 기법을 사용할 시, 두 배 이상의 주파수 효율성으로 인해 더 많은 단말기들(송신장치)을 수용할 수 있으며, 다중 안테나를 사용하는 기지국에 대해 단말기들이 최대 다이버시티를 달성할 수 있으므로 총 전송률을 향상시킬 수 있다. According to the present invention, when using a phase-steering-based space-time line coding technique in a NOMA system for a base station (region, receiving device) that requires high frequency efficiency in an uplink cellular network, more terminals due to more than twice the frequency efficiency (Transmission device) can be accommodated, and for a base station using multiple antennas, terminals can achieve maximum diversity, thereby improving the total transmission rate.

또한, 기지국에서 서비스하는 단말이 많을 경우 기지국에서 감당해야 하는 연산량을 분배할 수 있어서 기지국의 부하를 낮출 수 있다.In addition, when there are many terminals serving in the base station, it is possible to distribute a computational amount to be handled by the base station, thereby reducing the load on the base station.

또한, 다중 안테나를 가지는 수신장치에서 채널을 알지 못하더라도 송신장치에서 시공간 선 부호 기법으로 부호화된 신호를 전송함으로써, 수신신호들의 단순 연산으로 송신장치의 신호를 복호화할 수 있다. In addition, even if a channel is not known to a receiving apparatus having multiple antennas, the signal of the transmitting apparatus can be decoded by simple calculation of the received signals by transmitting the signal encoded by the space-time line coding technique.

또한, 성능 향상을 위한 방법으로는 송신전력을 제어하거나 복잡한 연산을 요구하지 않고 단순하게 신호의 위상만을 조향함으로써 구현할 수 있다. In addition, as a method for improving performance, it can be implemented by simply controlling the phase of the signal without controlling transmission power or requiring complicated calculation.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1 및 도 2는 발명의 일 실시예에 따른 위상 조향 기반 시공간 선형 부호화를 이용한 비직교 다중 접속 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 조향 기반 시공간 선 부호를 이용한 상향링크 비직교 다중 접속 시스템에서 송신장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 조향 기반 시공간 선 부호를 이용한 상향링크 비직교 다중 접속 시스템에서 수신장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 조향 기반 시공간 선형 부호화를 이용한 비직교 다중 접속 통신 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 조향을 위한 위상각

Figure 112018132260524-pat00017
값이 0일 때,
Figure 112018132260524-pat00018
의 성상도를 설명하기 위한 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 조향을 위한 위상각
Figure 112018132260524-pat00019
값이 0이 아닐 때,
Figure 112018132260524-pat00020
의 성상도를 설명하기 위한 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 여러 조향 위상각에 대한 QPSK 신호에 신호 대 잡음비에 따른 비트 오류율 성능을 비교한 그래프이다.1 and 2 are diagrams for explaining a non-orthogonal multiple access system using phase-steering-based space-time linear encoding according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining a transmitting apparatus in an uplink non-orthogonal multiple access system using a phase steering-based space-time line code according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram for explaining a receiving apparatus in an uplink non-orthogonal multiple access system using a phase steering-based space-time line code according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining a non-orthogonal multiple access communication method using phase-steering-based spatio-temporal linear encoding according to an embodiment of the present invention.
6 is a phase angle for phase steering according to an embodiment of the present invention
Figure 112018132260524-pat00017
When the value is 0,
Figure 112018132260524-pat00018
It is an example for explaining the constellation of.
7 is a phase angle for phase steering according to an embodiment of the present invention
Figure 112018132260524-pat00019
When the value is not 0,
Figure 112018132260524-pat00020
It is an example for explaining the constellation of.
8 is a graph comparing bit error rate performance according to signal-to-noise ratio to QPSK signals for various steering phase angles according to an embodiment of the present invention.

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.The present invention can be applied to various changes and may have various embodiments, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each drawing, similar reference numerals are used for similar components.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first, second, A, and B can be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from other components. For example, the first component may be referred to as a second component without departing from the scope of the present invention, and similarly, the second component may be referred to as a first component. The term and / or includes a combination of a plurality of related described items or any one of a plurality of related described items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When an element is said to be "connected" or "connected" to another component, it is understood that other components may be directly connected to or connected to the other component, but may exist in the middle. It should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that no other component exists in the middle.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in this application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "include" or "have" are intended to indicate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts or combinations thereof described herein, one or more other features. It should be understood that the existence or addition possibilities of fields or numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof are not excluded in advance.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art to which the present invention pertains. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having meanings consistent with meanings in the context of related technologies, and should not be interpreted as ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined in the present application. Does not.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 및 도 2는 발명의 일 실시예에 따른 시공간 선 부호화를 이용한 비직교 다중 접속 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 1 and 2 are diagrams for explaining a non-orthogonal multiple access system using space-time line coding according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 시공간 선 부호화를 이용한 비직교 다중 접속 시스템은 복수의 송신장치(100), 복수의 안테나가 구비된 수신장치(200)를 포함한다. 1 and 2, a non-orthogonal multiple access system using space-time line coding according to an embodiment of the present invention includes a plurality of transmitting devices 100 and a receiving device 200 with a plurality of antennas. .

송신장치(100)는 복수의 변조 심볼에 대해 서로 다른 위상을 적용한 후, 채널 정보를 이용하여 시공간 선 부호 기법으로 부호화하고, 비직교 다중 접속(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA) 방식을 통해 수신장치(200)로 전송한다. 이러한 송신장치(100)는 예컨대, IoT 장치, 센서, 스마트폰 등의 무선 장치를 포함할 수 있다. After applying different phases to a plurality of modulation symbols, the transmitting apparatus 100 encodes the space-time line coding technique using channel information, and receives the apparatus through a non-orthogonal multiple access (NOMA) method. (200). The transmission device 100 may include, for example, an IoT device, a sensor, a wireless device such as a smartphone.

수신장치(200)는 복수의 안테나를 통해 수신된 복수의 신호를 채널정보 없이 선형 결합하여, 정보 심볼을 복조한다.The receiving apparatus 200 demodulates information symbols by linearly combining a plurality of signals received through a plurality of antennas without channel information.

이러한 수신장치(200)는 예컨대, 기지국일 수 있다. The receiving device 200 may be, for example, a base station.

한편, 본 발명은 상향링크로 신호를 전송하는 비직교 다중 접속 시스템에 관한 것으로, 기지국(200) 전송 범위(커버리지) 내에는 다수의 송신장치(100)가 있으나, 이하에서는 설명의 편의를 위해 송신장치는 2개이고, 수신장치(기지국)(200)는 2개의 안테나를 구비한 경우로 한정하여 설명하기로 한다. 따라서, 본 발명은 두 개의 송신장치(100a, 100b)와 두 개의 수신 안테나를 갖는 기지국(200)이 존재하는 상향링크 셀룰러 무선통신 환경을 고려하며 동시에 동일한 주파수로 신호를 송수신하는 비직교 다중 접속 시스템에 관한 것이다. On the other hand, the present invention relates to a non-orthogonal multiple access system for transmitting a signal in an uplink, there are a plurality of transmission devices 100 in the transmission range (coverage) of the base station 200, but for convenience of description, the following description There are two devices, and the receiving device (base station) 200 will be described as being limited to two antennas. Accordingly, the present invention considers an uplink cellular radio communication environment in which a base station 200 having two transmitting devices 100a and 100b and two receiving antennas is present, and simultaneously transmits and receives signals at the same frequency. It is about.

수신장치(200)는 채널 정보를 모르고, 각 송신장치(100a, 100b)는 수신장치(200)의 파일럿 신호로부터 채널 정보를 획득하며, 그 채널 정보만을 가지고 시공간 선 부호(STLC)를 이용하여 최대 다이버시티를 얻을 수 있다. 따라서, 수신장치(200)는 채널 추정을 위한 파일럿 신호를 전송하고, 각 송신장치(100a, 100b)는 파일럿 신호로부터 채널정보를 추정할 수 있다.The receiving device 200 does not know the channel information, and each transmitting device 100a, 100b acquires channel information from the pilot signal of the receiving device 200, and uses only the channel information to use the space-time line code (STLC) to maximize Diversity can be obtained. Accordingly, the receiving device 200 transmits a pilot signal for channel estimation, and each transmitting device 100a and 100b can estimate channel information from the pilot signal.

제1 및 제2 송신장치(100a, 100b)는 제1 및 제2 타임슬롯 동안 변조 신호에 위상 조향 기법을 적용하여 위상을 특정 각도(

Figure 112018132260524-pat00021
)로 조향하고 STLC를 이용하여 부호화된 두 개의 신호를 전송한다. 이때, 두 개의 신호는 각 송신장치(100a, 100b)에서 기지국(200)까지의 채널 정보를 이용하여 부호화된다. 이처럼, 송신장치(100a, 100b) 중 하나의 송신장치(100a)는 심볼의 성상도를 특정 각도(
Figure 112018132260524-pat00022
)로 회전시켜 신호를 전송함으로써, 최대 다이버시티를 얻게 하여 비트 오류율 성능을 향상시킬 수 있다.The first and second transmitting devices 100a and 100b apply a phase steering technique to the modulated signal during the first and second timeslots to determine the phase at a specific angle (
Figure 112018132260524-pat00021
) And transmits two signals encoded using STLC. At this time, the two signals are encoded using channel information from each of the transmitting devices 100a and 100b to the base station 200. As described above, one of the transmitting devices 100a and 100b transmits the constellation of the symbol at a specific angle (
Figure 112018132260524-pat00022
) To transmit the signal to obtain maximum diversity, thereby improving bit error rate performance.

수신장치(200)는 NOMA에 의해 제1 및 제2 송신장치(100a, 100b)의 신호를 동시에 수신하고, STLC의 특성을 이용하여 제1 및 제2 타임 슬롯동안 두개의 수신 안테나로 수신된 신호들의 선형 조합으로 중첩을 이루는 두 신호에 대해서 송수신단간의 위상 차이를 보상할 수 있게 되므로, 각 신호의 복호를 가능하게 한다.The receiving device 200 simultaneously receives signals of the first and second transmitting devices 100a and 100b by NOMA, and uses the characteristics of STLC to receive signals received by two receiving antennas during the first and second time slots. Since the phase difference between the transmitting and receiving terminals can be compensated for the two signals constituting in a linear combination of them, decoding of each signal is possible.

이하, 본 발명에 따른 송신장치(100)와 수신장치(200)의 동작에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, the operation of the transmitting apparatus 100 and the receiving apparatus 200 according to the present invention will be described.

제1 및 제2 송신장치(100a, 100b)는 각각 두 개의 정보 심볼을 가지고 있고, 각 정보 심볼을 변조한다. 즉, 제1 송신장치(100a)는 두 개의 정보 심볼을 직교 진폭 변조(Quadrature Amplitude Modulation, QAM)하여 변조 심볼 x1,1 및 x1,2를 생성하고, 제2 송신장치(100b)는 두 개의 데이터를 직교 진폭 변조하여 변조 심볼 x2,1 및 x2,2를 생성한다.The first and second transmission devices 100a and 100b each have two information symbols, and modulate each information symbol. That is, the first transmission device 100a generates quadrature amplitude modulation (QAM) of two information symbols to generate modulation symbols x 1, 1 and x 1,2 , and the second transmission device 100 b includes two information symbols. Modulation symbols x 2,1 and x 2,2 are generated by orthogonal amplitude modulation of the two pieces of data.

또한, 제1 및 제2 송신장치(100a, 100b)는 각 변조 심볼이 서로 다른 성상도를 갖도록 위상을 특정 각도(

Figure 112018132260524-pat00023
) 회전시키고 채널 정보를 이용하여 STLC로 부호화하여, STLC 심볼을 생성한다. 따라서 제1 송신장치(100a)와 제2 송신장치(100b)는 아래 수학식 1과 같은 STLC 심볼을 생성한다. In addition, the first and second transmitting devices 100a and 100b are configured to set the phase to a specific angle (so that each modulation symbol has a different constellation.
Figure 112018132260524-pat00023
) Rotate and encode to STLC using channel information to generate STLC symbols. Accordingly, the first transmission device 100a and the second transmission device 100b generate STLC symbols as shown in Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112018132260524-pat00024
Figure 112018132260524-pat00024

여기서,

Figure 112018132260524-pat00025
는 i번째 송신장치의 j번째 타임슬롯에서 변조된 변조 심벌,
Figure 112018132260524-pat00026
Figure 112018132260524-pat00027
i번째 송신장치의 j번째 타임슬롯에 송신할 시공간 선 부호화된 STLC 심볼,
Figure 112018132260524-pat00028
는 i번째 송신장치에서부터 수신장치의 k번째 안테나까지의 레일-레이 페이딩 채널,
Figure 112018132260524-pat00029
는 위상 조향을 위한 임의의 위상각을 의미한다. 채널은 제1 및 제2 타임슬롯동안 변하지 않고 모든 채널은
Figure 112018132260524-pat00030
분포를 따른다고 가정한다.here,
Figure 112018132260524-pat00025
Is a modulation symbol modulated in the j-th timeslot of the i-th transmitter,
Figure 112018132260524-pat00026
The
Figure 112018132260524-pat00027
a space-time line-encoded STLC symbol to be transmitted in the j-th timeslot of the i-th transmitter,
Figure 112018132260524-pat00028
Is a rail-ray fading channel from the i th transmitting device to the k th antenna of the receiving device,
Figure 112018132260524-pat00029
Means an arbitrary phase angle for phase steering. Channels do not change during the first and second timeslots and all channels
Figure 112018132260524-pat00030
Assume that you follow the distribution.

수학식 1과 같이 STLC 심볼이 생성되면, 제1 및 제2 송신장치(100a, 100b)는 각각 제1 및 제2 타임슬롯에서 안테나를 통해 제1 STLC 심볼 및 제2 STLC 심볼을 순차적으로 전송한다. 즉, 제1 및 제2 송신장치(100a, 100b)는 제1 타임슬롯에서 제1 STLC 심볼 s1,1, 제1 STLC 심볼 s2,1을 동시에 전송하고, 제2 타임슬롯에서 제2 STLC 심볼 s1,2, 제1 STLC 심볼 s2,2을 동시에 전송한다. 이처럼 제1 및 제2 송신장치(100a, 100b)는 2개의 STLC 심볼을 제1 타임슬롯 및 제2 타임슬롯 동안 연속적으로 전송한다. When the STLC symbol is generated as shown in Equation 1, the first and second transmission devices 100a and 100b sequentially transmit the first STLC symbol and the second STLC symbol through the antenna in the first and second timeslots, respectively. . That is, the first and second transmitting devices 100a and 100b simultaneously transmit the first STLC symbols s 1,1 and the first STLC symbols s 2,1 in the first timeslot, and the second STLC in the second timeslot. The symbols s 1,2 and the first STLC symbols s 2 and 2 are transmitted simultaneously. As described above, the first and second transmitting devices 100a and 100b continuously transmit two STLC symbols during the first timeslot and the second timeslot.

상술한 바와 같이 제1 및 제2 송신장치(100a, 100b)는 하나의 타임슬롯 동안 동시에 동일한 주파수로 신호를 송신하기 때문에, 수신장치(200)에서 제1 및 제2 타임슬롯에 걸쳐 받은 신호는 아래 수학식 2와 같을 수 있다. 즉, j번째 타임슬롯(제j 타임슬롯)에 k번째 안테나(제k 안테나)에서의 수신 신호를 yk,j로 나타낼 때, 4개의 수신 신호는 아래 표 1에 따라 수학식 2와 같이 표현할 수 있다.As described above, since the first and second transmitting devices 100a and 100b simultaneously transmit signals at the same frequency during one timeslot, the signals received from the receiving device 200 over the first and second timeslots are Equation 2 below may be the same. That is, when the received signal from the k-th antenna (the k-th antenna) is represented by y k, j in the j-th timeslot (the j-th timeslot), the four received signals can be expressed as Equation 2 according to Table 1 below. You can.

[표 1][Table 1]

Figure 112018132260524-pat00031
Figure 112018132260524-pat00031

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112018132260524-pat00032
Figure 112018132260524-pat00032

여기서,

Figure 112018132260524-pat00033
Figure 112018132260524-pat00034
는 수신장치의 k번째 안테나로 j번째 타임슬롯에 수신한 신호와 잡음을 의미한다.here,
Figure 112018132260524-pat00033
Wow
Figure 112018132260524-pat00034
Denotes the signal and noise received in the j-th timeslot as the k-th antenna of the receiving device.

수신장치(200)는 송신장치(100)로부터 전송된 심볼을 복호하기 위해 수학식 2의 4개의 수신 신호를 선형결합한다. 즉, 수신장치(200)는 4개의 수신신호를 선형결합하여 아래 수학식 3과 같은 선형결합신호(

Figure 112018132260524-pat00035
)를 생성한다. The receiving device 200 linearly combines four received signals of Equation 2 to decode symbols transmitted from the transmitting device 100. That is, the receiving device 200 linearly combines the four received signals to form a linear combined signal (Equation 3 below)
Figure 112018132260524-pat00035
).

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112018132260524-pat00036
Figure 112018132260524-pat00036

수학식 3의 선형결합신호에는 제1 및 제2 송신장치(100a, 100b)의 송신 신호가 중첩되어 있으므로, 수신장치(200)는 결합 최대우도(joint maximum likelihood(ML)) 검파 기법을 사용하여 각 심벌을 복호한다. 즉, 수신장치(200)는 아래 수학식 4와 같이 각 심볼을 복원한다.Since the transmission signals of the first and second transmission devices 100a and 100b are superimposed on the linear combination signal of Equation 3, the reception device 200 uses a joint maximum likelihood (ML) detection technique. Decrypt each symbol. That is, the receiving device 200 restores each symbol as shown in Equation 4 below.

[수학식 4][Equation 4]

Figure 112018132260524-pat00037
Figure 112018132260524-pat00037

여기서,

Figure 112018132260524-pat00038
는 수신장치에서 복조한 첫번째 송신장치의 j번째 정보 심볼,
Figure 112018132260524-pat00039
는 수신장치에서 복조한 두번째 송신장치의 j번째 정보 심볼,
Figure 112018132260524-pat00040
는 소정의 변조 심벌의 집합을 의미한다.here,
Figure 112018132260524-pat00038
Is the jth information symbol of the first transmitting device demodulated by the receiving device,
Figure 112018132260524-pat00039
Is the jth information symbol of the second transmitter demodulated by the receiver,
Figure 112018132260524-pat00040
Means a set of predetermined modulation symbols.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 조향 기반 시공간 선 부호를 이용한 상향링크 비직교 다중 접속 시스템에서 송신장치를 설명하기 위한 도면이다. 3 is a view for explaining a transmitting apparatus in an uplink non-orthogonal multiple access system using a phase steering-based space-time line code according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 시공간 선 부호를 이용한 상향링크 비직교 다중 접속 시스템에서 송신장치(100)는 변조부(110), 위상 조향부(phase steerer)(120), STLC 인코더(130), 송신부(140), 안테나(150)를 포함한다.Referring to FIG. 3, in an uplink non-orthogonal multiple access system using a space-time line code according to an embodiment of the present invention, the transmitter 100 includes a modulator 110, a phase steerer 120, It includes an STLC encoder 130, a transmitter 140, and an antenna 150.

본 발명에 따른 송신장치(100)는 수신장치로부터 위상 조향을 위한 위상각을 포함하는 파일럿 신호를 수신하고, 파일럿 신호로부터 채널정보를 획득하며, 획득된 위상각을 위상 조향부(120)에 제공하고, 채널정보를 STLC 인코더(130)에 제공하는 설정부(미도시)를 더 포함할 수 있다.The transmitting apparatus 100 according to the present invention receives a pilot signal including a phase angle for phase steering from a receiving device, obtains channel information from the pilot signal, and provides the obtained phase angle to the phase steering unit 120 And, it may further include a setting unit (not shown) for providing the channel information to the STLC encoder 130.

변조부(110)는 입력 정보 심볼을 소정의 변조 방식으로 변조하여 변조 심볼을 출력한다. 이때, 변조 방식으로는 예컨대, BPSK(Binary Phase Shift Keying), QPSK(Quadrature Phase Shift Keying), QAM(Quadrature Amplitude Modulation), PAM(Pulse Amplitude Modulation), PSK(PhaseShift Keying) 등과 같은 다양한 변조 방식들 중 어느 하나가 적용될 수 있다. 바람직하게는 QAM 방식으로 정보 심볼을 변조할 수 있다.The modulator 110 modulates the input information symbol by a predetermined modulation method and outputs a modulation symbol. At this time, as a modulation method, for example, among a variety of modulation methods such as BPSK (Binary Phase Shift Keying), QPSK (Quadrature Phase Shift Keying), QAM (Quadrature Amplitude Modulation), PAM (Pulse Amplitude Modulation), and PSK (Phase Shift Keying). Either can be applied. Preferably, the information symbol can be modulated in QAM.

위상 조향부(120)는 변조부(110)에서 변조된 변조 심볼 x1,1 및 x1,2 와 x2,1 및 x2,2에 기 설정된 위상을 적용한다. 즉, 위상 조향부(120)는 설정부에 의해 설정된 위상각이 존재하는 경우, 변조부(110)에서 변조된 변조 심볼을 위상각에 해당하는 각도(

Figure 112018132260524-pat00041
)만큼 조향시킨다.The phase steering unit 120 applies a preset phase to the modulation symbols x 1,1 and x 1,2 and x 2,1 and x 2,2 modulated by the modulation unit 110. That is, the phase steering unit 120, when the phase angle set by the setting unit, the modulation symbol modulated by the modulation unit 110 corresponds to the angle (
Figure 112018132260524-pat00041
).

STLC 인코더(130)는 위상 조향부(120)에서 출력된 변조 심볼에 대해 채널 정보를 이용하여 시공간 선 부호화한다. 즉, STLC 인코더(130)는 변조된 2개의 변조 심볼 x1,1 및 x1,2 와 x2,1 및 x2,2를 각각 제1 타임슬롯과 제2 타임슬롯동안 채널 정보를 이용하여 STLC 방식으로 부호화하여, STLC 심볼을 출력한다. The STLC encoder 130 performs space-time line encoding on the modulation symbol output from the phase steering unit 120 using channel information. That is, the STLC encoder 130 uses the modulated two modulation symbols x 1, 1 and x 1,2 and x 2,1 and x 2,2 using channel information during the first timeslot and the second timeslot, respectively. It encodes in the STLC method, and outputs an STLC symbol.

송신부(140)는 STLC 인코더(130)에서 생성된 STLC 심볼 s1,1 및 s1,2을 안테나(150)를 통해 수신장치로 송신한다. 이때, 송신부(140)는 제1 타임슬롯 동안 제1 STLC 심볼 s1,1 및 s2,1을 전송하고, 제2 타임슬롯 동안 제2 STLC 심볼 s1,2 및 s2,2를 전송한다. The transmitter 140 transmits the STLC symbols s 1, 1 and s 1,2 generated by the STLC encoder 130 to the receiving device through the antenna 150. At this time, the transmitting unit 140 transmits the first STLC symbols s 1,1 and s 2,1 during the first timeslot, and transmits the second STLC symbols s 1,2 and s 2,2 during the second timeslot. .

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 조향 기반 시공간 선 부호를 이용한 상향링크 비직교 다중 접속 시스템에서 수신장치를 설명하기 위한 도면이다. 4 is a diagram for explaining a receiving apparatus in an uplink non-orthogonal multiple access system using a phase steering-based space-time line code according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 시공간 선 부호를 이용한 상향링크 비직교 다중 접속 시스템에서 수신장치(200)는 복수의 안테나(210), 수신부(220), STLC 디코더(230), 검출부(240), 복조부(250)를 포함한다. FIG. 4 illustrates that in the uplink non-orthogonal multiple access system using space-time line codes according to an embodiment of the present invention, the receiving device 200 includes a plurality of antennas 210, a receiving unit 220, an STLC decoder 230, and a detecting unit ( 240), a demodulator 250.

또한, 본 발명에 따른 수신장치(200)는 자신의 커버리지 내에 복수의 송신장치가 존재하는 경우, 복수의 송신장치 각각의 위상 조향을 위해 서로 다른 위상각을 할당하고, 상기 할당된 위상각에 대한 정보를 포함하는 파일럿 신호를 복수의 송신장치에 전송하는 전처리부(미도시)를 더 포함할 수 있다. In addition, when a plurality of transmitting devices exist in their coverage, the receiving device 200 according to the present invention allocates different phase angles for phase steering of each of the plurality of transmitting devices, and for the assigned phase angle It may further include a pre-processing unit (not shown) for transmitting the pilot signal including the information to a plurality of transmission devices.

수신부(220)는 복수의 안테나(210)를 통해 신호를 수신한다. The receiver 220 receives signals through a plurality of antennas 210.

STLC 디코더(230)는 복수의 안테나(210)를 통해 수신된 신호들을 선형 결합하여 선형결합신호를 생성한다. 선형결합신호는 수학식 3과 같다. The STLC decoder 230 linearly combines signals received through the plurality of antennas 210 to generate a linear combined signal. The linear combined signal is expressed by Equation 3.

검출부(240)는 STLC 디코더(230)에서 생성된 선형결합 신호를 결합 최대우도(joint maximum likelihood(ML)) 검파 기법을 사용하여 변조 심볼을 검출한다. 즉, 검출부(240)는 수학식 4를 이용하여 변조 심볼을 검출한다. 그러면, 아래 수학식 5와 같은 변조 심볼을 검출할 수 있다. The detector 240 detects a modulation symbol by using a joint maximum likelihood (ML) detection technique of the linear combined signal generated by the STLC decoder 230. That is, the detection unit 240 detects a modulation symbol using Equation (4). Then, a modulation symbol such as Equation 5 below can be detected.

[수학식 5][Equation 5]

Figure 112018132260524-pat00042
Figure 112018132260524-pat00042

복조부(250)는 검출부(240)에서 검출된 변조 심볼을 소정의 복조 방식으로 복조하여 송신장치의 원 정보 심볼을 출력한다. 이때, 복조 방식으로는 예컨대, BPSK(Binary Phase Shift Keying), QPSK(Quadrature Phase Shift Keying), QAM(Quadrature Amplitude Modulation), PAM(Pulse Amplitude Modulation), PSK(PhaseShift Keying) 등과 같은 다양한 복조 방식들 중 어느 하나가 적용될 수 있다. 바람직하게는 QAM 방식으로 원 정보 심볼을 복조할 수 있다. The demodulator 250 demodulates the modulation symbol detected by the detector 240 in a predetermined demodulation method and outputs the original information symbol of the transmitter. At this time, as a demodulation method, for example, among various demodulation methods such as binary phase shift keying (BPSK), quadrature phase shift keying (QPSK), quadrature amplitude modulation (QAM), pulse amplitude modulation (PAM), and phase shift keying (PSK). Either can be applied. Preferably, the original information symbol can be demodulated in QAM.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 조향 기반 시공간 선형 부호화를 이용한 비직교 다중 접속 통신 방법을 설명하기 위한 도면이다.5 is a view for explaining a non-orthogonal multiple access communication method using phase-steering-based spatio-temporal linear encoding according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 제1 및 제2 송신장치는 각 정보심볼에 대해 소정의 변조 방식으로 변조하여 변조 심볼을 출력한다(S510). 이때, 제1 송신장치에는 위상 조향을 위한 위상각이 설정되어 있고, 제2 송신장치에는 위상각이 설정되어 있지 않다고 가정한다. Referring to FIG. 5, the first and second transmitting devices modulate a predetermined modulation method for each information symbol and output modulation symbols (S510). At this time, it is assumed that the phase angle for phase steering is set in the first transmission device, and the phase angle is not set in the second transmission device.

단계 S510이 수행되면, 제1 송신장치는 변조 심볼을 위상각에 해당하는 각도(

Figure 112018132260524-pat00043
)만큼 조향시키고(S520), 시공간 선 부호화하여 STLC 심볼을 생성한다(S530). 이때, 제2 송신장치에는 위상각이 설정되어 있지 않으므로, 변조 심볼을 시공간 선 부호화하여 STLC 심볼로 생성한다(S530).When the step S510 is performed, the first transmission device generates an modulation symbol corresponding to the phase angle (
Figure 112018132260524-pat00043
) (S520) and space-time line encoding to generate an STLC symbol (S530). At this time, since the phase angle is not set in the second transmission device, the modulation symbols are space-time line-encoded to generate STLC symbols (S530).

단계 S530이 수행되면, 제1 및 제2 송신장치는 각각 생성된 STLC 심볼을 동시에 수신장치로 전송한다(S540).When step S530 is performed, the first and second transmitting devices simultaneously transmit the generated STLC symbols to the receiving device (S540).

그러면, 수신장치는 복수의 안테나를 통해 제1 및 제2 송신장치가 전송한 신호를 수신하고, 수신된 신호들을 선형 결합하여 선형결합신호를 생성한다(S550).Then, the reception device receives signals transmitted by the first and second transmission devices through a plurality of antennas, and linearly combines the received signals to generate a linear combined signal (S550).

그런 후, 수신장치는 선형결합 신호를 결합 최대우도(joint maximum likelihood(ML)) 검파 기법을 사용하여 정보심볼을 복조한다(S560).Then, the receiving device demodulates the information symbol using a joint maximum likelihood (ML) detection technique for the linear combined signal (S560).

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 조향을 위한 위상각

Figure 112018132260524-pat00044
값이 0일 때,
Figure 112018132260524-pat00045
의 성상도를 설명하기 위한 예시도, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 조향을 위한 위상각
Figure 112018132260524-pat00046
값이 0이 아닐 때,
Figure 112018132260524-pat00047
의 성상도를 설명하기 위한 예시도, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 여러 조향 위상각에 대한 QPSK 신호에 신호 대 잡음비에 따른 비트 오류율 성능을 비교한 그래프이다. 6 is a phase angle for phase steering according to an embodiment of the present invention
Figure 112018132260524-pat00044
When the value is 0,
Figure 112018132260524-pat00045
Exemplary diagram for explaining the constellation of Figure, Figure 7 is a phase angle for phase steering according to an embodiment of the present invention
Figure 112018132260524-pat00046
When the value is not 0,
Figure 112018132260524-pat00047
8 is a graph comparing bit error rate performance according to signal-to-noise ratio to QPSK signals for various steering phase angles according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 통신 성능의 척도 중 하나인 성상도의 신호 점간의 최소 거리(Minimum distance)는 큰 값일수록 성능이 좋다. 하지만

Figure 112018132260524-pat00048
일 때 성상도의 신호 점들이 겹치는 부분이 생성되어 신호의 성능을 크게 떨어뜨리며 이는 도 8의 비트 오류율 측면에 대해서 확인할 수 있다. 도 7을 참조하면, 성상도의 신호 점간의 최소 거리가 더 증가한 것을 확인할 수 있다. 이는 한 송신장치에 대해서 성상도의 위상을 임의의 각도로 조향함으로 인해 의도적으로 신호 점들의 겹침을 회피하였기 때문이다. 이 결과에 대한 성능은 도 8의 비트 오류율 측면에 대해서 확인할 수 있으며
Figure 112018132260524-pat00049
가 22.5°일 때 최적의 값임을 수치적으로 확인하였다. 추가로 높은 신호 대 잡음비 구간에서는 직교 다중화 접속(Orthogonal Multiple Access, OMA)과 거의 동일한 성능을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6, the larger the minimum distance between signal points of constellations, which is one of the measures of communication performance, the better the performance. But
Figure 112018132260524-pat00048
In this case, a portion where signal points of the constellation overlap is generated, which significantly degrades the performance of the signal, which can be confirmed with respect to the bit error rate aspect of FIG. 8. Referring to FIG. 7, it can be seen that the minimum distance between the signal points of the constellation is further increased. This is because the overlapping of signal points is intentionally avoided by steering the phase of the constellation with an arbitrary angle for one transmission device. The performance of this result can be confirmed with respect to the bit error rate aspect of FIG. 8,
Figure 112018132260524-pat00049
It was numerically confirmed that is an optimal value when is 22.5 °. In the additional high signal-to-noise ratio section, almost the same performance as orthogonal multiple access (OMA) can be confirmed.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
So far, the present invention has been focused on the preferred embodiments. Those skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in terms of explanation, not limitation. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent range should be interpreted as being included in the present invention.

100 : 송신장치
110 : 변조부
120 : STLC 인코더
130 : 위상 조향부
140 : 송신부
150, 210 : 안테나
200 : 수신장치
220 : 수신부
230 : STLC 디코더
240 : 검출부
250 : 복조부
100: transmitting device
110: modulator
120: STLC encoder
130: phase steering unit
140: transmitting unit
150, 210: antenna
200: receiving device
220: receiver
230: STLC decoder
240: detection unit
250: demodulator

Claims (11)

하나의 안테나가 각각 구비된 복수의 송신장치와 복수의 안테나가 구비된 수신장치가 비직교 다중 접속(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA) 방식으로 통신하는 방법에 있어서,
상기 복수의 송신장치가, 각각의 변조 심볼에 대해 서로 다른 성상도를 갖도록 상기 변조 심볼에 서로 다른 위상을 적용하는 단계;
상기 복수의 송신장치가, 상기 서로 다른 위상이 적용된 변조 심볼에 대해 채널정보를 이용하여 시공간 선 부호(STLC) 방식으로 부호화하여, 상기 수신장치로 동시에 전송하는 단계; 및
상기 수신장치는 상기 복수의 안테나를 통해 수신된 복수의 신호를 채널정보 없이 결합하여, 정보 심볼을 복조하는 단계
를 포함하는, 위상 조향 기반 시공간 선 부호화를 이용한 비직교 다중 접속 통신 방법.
A method of communicating in a non-orthogonal multiple access (NOMA) method by a plurality of transmitting devices each having one antenna and a receiving device having multiple antennas,
Applying a different phase to the modulation symbols such that the plurality of transmission devices have different constellations for each modulation symbol;
The plurality of transmitting apparatuses encoding channel-modulated symbols with different phases by using space-time line code (STLC), and simultaneously transmitting them to the receiving apparatus; And
The receiving device demodulates information symbols by combining a plurality of signals received through the plurality of antennas without channel information.
A non-orthogonal multiple access communication method using phase steering-based space-time line coding.
제1항에 있어서,
상기 시공간 선 코딩 방식으로 부호화하는 단계 이전에,
상기 수신장치는 상기 복수의 송신장치 각각의 위상 조향을 위해 서로 다른 위상각을 각각 할당하고, 상기 할당된 위상각에 대한 정보를 포함하는 파일럿 신호를 상기 복수의 송신장치로 전송하는 단계; 및
상기 복수의 송신장치 각각은 상기 파일럿 신호로부터 채널정보를 획득하고, 상기 획득된 채널정보와 상기 위상각을 각각 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시공간 선 부호화를 이용한 비직교 다중 접속 통신 방법.
According to claim 1,
Before the step of encoding with the space-time line coding method,
The receiving device respectively assigning different phase angles for phase steering of each of the plurality of transmitting devices, and transmitting a pilot signal including information on the assigned phase angles to the plurality of transmitting devices; And
Each of the plurality of transmitting apparatuses further comprises obtaining channel information from the pilot signal, and setting the obtained channel information and the phase angle, respectively, and non-orthogonal multiple access communication method using space-time line coding. .
제1항에 있어서,
상기 복수의 송신장치가, 각각의 변조 심볼에 대해 서로 다른 성상도를 갖도록 상기 변조 심볼에 서로 다른 위상을 적용하는 단계는,
상기 복수의 송신장치가, 각각의 정보심볼을 소정의 변조 방식으로 변조하여 변조심볼을 출력하는 단계; 및
상기 복수의 송신장치가, 각각의 변조 심볼에 서로 다른 위상을 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 조향 기반 시공간 선 부호화를 이용한 비직교 다중 접속 통신 방법.
According to claim 1,
The step of applying different phases to the modulation symbols such that the plurality of transmission devices have different constellations for each modulation symbol,
The plurality of transmitting devices modulating each information symbol by a predetermined modulation method to output a modulation symbol; And
The plurality of transmitting apparatus, applying a different phase to each modulation symbol, characterized in that it comprises a phase steering-based space-time line coding non-orthogonal multiple access communication method.
제1항에 있어서,
상기 수신장치로 동시에 전송하는 단계에서,
상기 복수의 송신장치가 2개이고, 각각 2개의 정보심볼을 시공간 선 부호화한 경우, 상기 수신장치로 전송하는 신호는 아래 수학식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 위상 조향 기반 시공간 선 부호화를 이용한 비직교 다중 접속 통신 방법.
[수학식]
Figure 112018132260524-pat00050

여기서,
Figure 112018132260524-pat00051
는 i번째 송신장치의 j번째 타임슬롯에서 변조된 변조 심벌,
Figure 112018132260524-pat00052
는 i번째 송신장치의 j번째 타임슬롯에 송신할 시공간 선 부호화된 심볼,
Figure 112018132260524-pat00053
는 i번째 송신장치에서부터 수신장치의 k번째 안테나까지의 레일-레이 페이딩 채널,
Figure 112018132260524-pat00054
는 위상 조향을 위한 임의의 위상각을 의미함.
According to claim 1,
In the step of simultaneously transmitting to the receiving device,
When the plurality of transmission apparatuses are two and each of the two information symbols is space-time line-encoded, a signal transmitted to the reception apparatus is represented by the following equation, and non-orthogonal multiplexing using phase-steering-based space-time line encoding. Connection communication method.
[Mathematics]
Figure 112018132260524-pat00050

here,
Figure 112018132260524-pat00051
Is a modulation symbol modulated in the j-th timeslot of the i-th transmitter,
Figure 112018132260524-pat00052
Is a space-time line-encoded symbol to be transmitted in the j-th time slot of the i-th transmission device,
Figure 112018132260524-pat00053
Is a rail-ray fading channel from the i th transmitting device to the k th antenna of the receiving device,
Figure 112018132260524-pat00054
Means an arbitrary phase angle for phase steering.
제4항에 있어서,
상기 정보 심볼을 복조하는 단계에서,
상기 채널 정보 없이 결합된 신호(
Figure 112018132260524-pat00055
)는 아래 수학식으로 정의되는 것을 특징으로 하는 위상 조향 기반 시공간 선 부호화를 이용한 비직교 다중 접속 통신 방법.
[수학식]
Figure 112018132260524-pat00056

여기서,
Figure 112018132260524-pat00057
Figure 112018132260524-pat00058
는 는 수신장치의 k번째 안테나로 j번째 타임슬롯에 수신한 신호와 잡음,
Figure 112018132260524-pat00059
는 i번째 송신장치의 j번째 타임슬롯에 변조된 변조 심벌,
Figure 112018132260524-pat00060
Figure 112018132260524-pat00061
번째 송신장치의 무선 채널의 노름을 의미함.
According to claim 4,
In the step of demodulating the information symbol,
The combined signal without the channel information (
Figure 112018132260524-pat00055
) Is a non-orthogonal multiple access communication method using phase-steering-based space-time line coding, characterized by being defined by the following equation.
[Mathematics]
Figure 112018132260524-pat00056

here,
Figure 112018132260524-pat00057
Wow
Figure 112018132260524-pat00058
Is the kth antenna of the receiving device, the signal and noise received in the jth timeslot,
Figure 112018132260524-pat00059
Is a modulation symbol modulated in the j-th timeslot of the i-th transmitter,
Figure 112018132260524-pat00060
The
Figure 112018132260524-pat00061
It means the gambling of the wireless channel of the first transmitting device.
제5항에 있어서,
상기 정보 심볼은 결합 최대우도 검파(joint Maximum Likelihood Detection)에 따른 아래 수학식에 의해 복조되는 것을 특징으로 하는 위상 조향 기반 시공간 선 부호화를 이용한 비직교 다중 접속 통신 방법.
[수학식]
Figure 112018132260524-pat00062

여기서,
Figure 112018132260524-pat00063
는 수신장치에서 복조한 첫번째 송신장치의 j번째 정보 심볼,
Figure 112018132260524-pat00064
는 수신장치에서 복조한 두번째 송신장치의 j번째 정보 심볼을 의미하며,
Figure 112018132260524-pat00065
는 변조된 신호의 집합을 의미함.
The method of claim 5,
The information symbol is demodulated by the following equation according to the joint maximum likelihood detection (joint Maximum Likelihood Detection), non-orthogonal multiple access communication method using phase-steering-based space-time line coding.
[Mathematics]
Figure 112018132260524-pat00062

here,
Figure 112018132260524-pat00063
Is the jth information symbol of the first transmitting device demodulated by the receiving device,
Figure 112018132260524-pat00064
Denotes the j-th information symbol of the second transmitting device demodulated by the receiving device,
Figure 112018132260524-pat00065
Means a set of modulated signals.
안테나;
정보 심볼을 소정의 변조 방식으로 변조하여 변조 심볼을 출력하는 변조부;
상기 변조 심볼에 기 설정된 위상을 적용하는 위상 조향부(phase steerer);
채널정보를 이용하여 상기 위상 조향된 변조 심볼을 시공간 선 부호(STLC) 방식으로 부호화하는 STLC(Space-Time Line Code) 인코더; 및
상기 부호화된 STLC 심볼을 상기 안테나를 통해 수신장치로 전송하는 송신부
를 포함하는 송신장치.
antenna;
A modulator for modulating the information symbol by a predetermined modulation method and outputting a modulation symbol;
A phase steerer applying a preset phase to the modulation symbol;
A space-time line code (STLC) encoder for encoding the phase-steered modulation symbol using channel information in a space-time line code (STLC) method; And
Transmitter for transmitting the coded STLC symbol to the receiving device through the antenna
Transmission device comprising a.
제7항에 있어서,
상기 수신장치로부터 채널 정보 및 위상 조향을 위한 위상각을 포함하는 파일럿 신호를 수신하고, 상기 위상 조향부에 위상각, 상기 STLC 인코더에 상기 채널 정보를 제공하는 설정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 송신장치.
The method of claim 7,
And receiving a pilot signal including channel information and a phase angle for phase steering from the receiving device, and further comprising a setting unit configured to provide the phase angle to the phase steering unit and the channel information to the STLC encoder. Device.
복수의 안테나;
상기 복수의 안테나를 통해 신호를 수신하는 수신부;
상기 수신된 복수의 신호를 선형 결합하여 선형결합신호를 생성하는 STLC 디코더;
상기 선형결합신호를 결합 최대우도(joint maximum likelihood(ML)) 검파 기법을 사용하여 변조 심볼을 검출하는 검출부; 및
상기 검출된 변조 심볼을 소정의 복조 방식으로 복조하여 정보 심볼을 출력하는 복조부
를 포함하는 수신장치.
A plurality of antennas;
A receiver configured to receive signals through the plurality of antennas;
An STLC decoder that linearly combines the received plurality of signals to generate a linear combined signal;
A detection unit that detects a modulation symbol using a joint maximum likelihood (ML) detection technique for the linear combined signal; And
A demodulator that demodulates the detected modulation symbol by a predetermined demodulation method and outputs information symbols.
Receiving device comprising a.
제9항에 있어서,
상기 수신장치의 커버리지 내에 복수의 송신장치가 존재하는 경우, 상기 복수의 송신장치 각각의 위상 조향을 위해 서로 다른 위상각을 할당하고, 상기 할당된 위상각에 대한 정보를 포함하는 파일럿 신호를 상기 복수의 송신장치에 전송하는 전처리부를 더 포함하는 수신장치.
The method of claim 9,
When a plurality of transmission devices exist in the coverage of the reception device, different phase angles are allocated for phase steering of each of the plurality of transmission devices, and a plurality of pilot signals including information on the assigned phase angles are transmitted to the plurality of transmission devices. Further comprising a pre-processing unit for transmitting to the transmitting device.
하나의 안테나가 각각 구비된 복수의 송신장치와 복수의 안테나가 구비된 수신장치가 비직교 다중 접속(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA) 방식으로 통신하는 방법에 있어서,
복수의 변조 심볼에 대해 서로 다른 성상도를 갖도록 서로 다른 위상을 적용하고, 채널정보를 이용하여 시공간 선 부호(STLC) 방식으로 부호화하며, 비직교 다중 접속(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA) 방식으로 수신장치에 전송하는 복수의 송신장치; 및
복수의 안테나가 구비되어, 상기 복수의 안테나를 통해 수신된 복수의 신호를 채널정보 없이 결합하여, 정보 심볼을 복조하는 수신장치
를 포함하는 위상 조향 기반 시공간 선 부호화를 이용한 비직교 다중 접속 시스템.
A method of communicating in a non-orthogonal multiple access (NOMA) method by a plurality of transmitting devices each having one antenna and a receiving device having multiple antennas,
Different phases are applied to a plurality of modulation symbols to have different constellations, and the channel information is used to encode in space-time line code (STLC) and non-orthogonal multiple access (NOMA). A plurality of transmitting devices transmitting to the receiving device; And
A receiving device provided with a plurality of antennas, combining a plurality of signals received through the plurality of antennas without channel information, and demodulating information symbols
A non-orthogonal multiple access system using space-time line coding based on phase steering including a.
KR1020180173548A 2018-12-31 2018-12-31 Method and System for Non-Orthogonal Multiple Access Communication Using Space-Time Line Code Based Phase Steering KR102094428B1 (en)

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