KR102111975B1 - 희소 코딩을 이용한 정보 전송 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

무선 통신 시스템에서 송신단의 동작 방법은, 정보를 0이 아닌 심볼의 개수가 K인 희소도(sparsity)를 갖도록 희소 코딩하는 단계, 사용자 별로 스프레딩하기 위한 코드를 포함하여 코드북을 구성하는 단계, 상기 코드북에서 하나 이상의 코드를 이용하여 상기 코딩된 정보를 스프레딩하는 단계, 및 상기 스프레딩된 정보를 중첩하여 채널을 전송하는 단계를 포함한다. 이에 따라, 인코딩된 심볼의 개수가 증가하여도 실제로 값(value)이 있는 심볼의 개수를 매우 희소하게 구성함으로 송시기와 수신기의 복잡도가 증가하지 않는 이점을 가지며, 따라서 복원 성능이 향상된다.

Description

희소 코딩을 이용한 정보 전송 방법 및 장치{APPARATUS AND METHOD FOR TRANSMITTING INFORMATION USING SPARSE CODING}

본 발명은 정보 전송 기술에 관한 것으로, 특히 고신뢰저지연 통신(ultra-reliable and low latency communication: URLLC)에서 정보를 전송하기 위하여 희소 코딩(sparse coding)과 다중 코드 스프레딩(multi-code spreading) 및 압축 센싱(compressed sensing)에 의한 복원 수신기를 사용하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

최근, 미래 기술로써 고신뢰저지연 통신은 실시간, 가상현실, 무인 시설, 공장 자동화 시설에 활용하기 위하여 그 관심이 증가되고 있다. 이러한 URLLC 기술은 전송 실패가 거의 발생하지 않도록 전송하는 것과 동시에 전송 지연을 최소화하여 전송하여야 한다.

그런데, 현존하는 데이터 채널 전송 방법은 전송 실패를 방지하기 위하여 복잡한 채널 코딩과 채널 디코딩 방법에 의존하고 있다. 따라서, 복잡한 신호 처리로 저지연을 달성하기 어렵다. 또한, 에러 존재 연부를 판단하기 위하여 제어 정보와 함께 CRC(cyclic redundancy check)를 함께 전송하는데 이러한 방식은 고신뢰 전송을 위한 부가 정보를 위해서 너무 많은 자원을 사용해야 하는 문제를 가지고 있다. 뿐만 아니라 고신뢰 전송을 위해서는 채널 코딩의 code rate를 작게 가져가야 하는데 이 경우에 인코딩(encoding)된 심볼의 길이가 code rate이 작아질수록 점점 길어진다.

이에 따라서 향상된 신뢰성을 확보할 수 있지만 수신기에서 수신 신호를 복조 시 필요한 수신기의 복잡도는 심볼의 길이에 비례하여 증가한다. 따라서 복조 지연이 증가하여 저지연 달성이 어렵다. 즉, 기존의 채널 코딩 기법은 고신뢰 전송과 저지연 전송 간에 서로 트레이드오프(trade-off) 관계를 가지고 있다.

본 발명은 고신뢰 전송을 위하여 code rate이 매우 낮게 만들면서 계산적 복잡도를 증가시키지 않고 채널의 전송 성공률을 매우 높일 수 있는 희소 코딩 장치, 이를 다수의 코드를 이용하여 확산 전송하는 장치, 이를 수신하여 희소 신호를 복원하는 장치 및 방법을 제공한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 무선 통신 시스템에서 송신단의 동작 방법은, 정보를 0이 아닌 심볼의 개수가 K인 희소도(sparsity)를 갖도록 희소 코딩하는 단계, 사용자 별로 스프레딩하기 위한 코드를 포함하여 코드북을 구성하는 단계, 상기 코드북에서 하나 이상의 코드를 이용하여 상기 코딩된 정보를 스프레딩하는 단계, 및 상기 스프레딩된 정보를 중첩하여 채널을 전송하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 정보를 희소 코딩하는 단계는, 심볼의 크기 N에 희소도 K개의 0이 아닌 심볼이 위치한 위치 정보를 통해 표현 가능한 정수 값을 상기 정보와 일대일 대응시키는 정수 매핑(integer mapping) 방법으로 희소 코딩하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 정보를 희소 코딩하는 단계는, 심볼의 크기 N과 희소도 K를 통해 상기 정보에 대응하는 행렬의 열과 행의 0이 아닌 심볼의 개수가 동일하도록 구성하는 구조 매핑(structured mapping) 방법으로 희소 코딩하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 정보를 희소 코딩하는 단계는, 0이 아닌 심볼의 위치가 각각의 정보에 대응하는 정보 필드(field)에 따라 미리 구성되도록 하는 테이블 매핑(table mapping) 방법으로 희소 코딩하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 스프레딩하는 단계는, 상기 코드북에서 비직교적(non-orthogonal) 특성을 갖는 하나 이상의 코드를 이용하여 상기 코딩된 정보를 스프레딩하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 정보에 따라 자원을 할당하는 단계, 및 상기 할당된 자원을 통해 데이터 채널을 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 무선 통신 시스템에서 수신단의 동작 방법은, 사용자 별로 스프레딩하기 위한 코드를 포함하여 구성된 코드북을 획득하는 단계, 희소 코딩된 정보를 포함하는 채널을 수신하는 단계, 및 상기 코드북에 기반하여, 상기 수신한 채널로부터 상기 정보를 판별하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 정보를 판별하는 단계는, 상기 코드북을 이용하여 송신단에서 상기 수신한 채널의 스프레딩에 이용한 하나 이상의 코드를 식별하는 단계, 및 상기 하나 이상의 코드에 기반하여, 압축 센싱(compressed sensing) 기법을 이용하여 상기 수신한 채널로부터 상기 희소 코딩된 정보를 복원하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 정보를 판별하는 단계는, 상기 희소 코딩된 정보에 대해 희소 코딩의 역과정을 수행하여 상기 정보를 판별하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 정보에 기반하여 데이터 채널을 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 무선 통신 시스템에서 송신 장치는, 정보를 0이 아닌 심볼의 개수가 K인 희소도를 갖도록 희소 코딩하고, 사용자 별로 스프레딩하기 위한 코드를 포함하여 코드북을 구성하고, 상기 코드북에서 하나 이상의 코드를 이용하여 상기 코딩된 정보를 스프레딩하는 적어도 하나의 프로세서, 및 상기 스프레딩된 정보를 중첩하여 채널을 전송하는 송수신기를 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 적어도 하나의 프로세서는, 심볼의 크기 N에 희소도 K개의 0이 아닌 심볼이 위치한 위치 정보를 통해 표현 가능한 정수 값을 상기 정보와 일대일 대응시키는 정수 매핑 방법으로 희소 코딩할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 적어도 하나의 프로세서는, 심볼의 크기 N과 희소도 K를 통해 상기 정보에 대응하는 행렬의 열과 행의 0이 아닌 심볼의 개수가 동일하도록 구성하는 구조 매핑 방법으로 희소 코딩할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 적어도 하나의 프로세서는, 0이 아닌 심볼의 위치가 각각의 정보에 대응하는 정보 필드(field)에 따라 미리 구성되도록 하는 테이블 매핑 방법으로 희소 코딩할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 코드북에서 비직교적 특성을 갖는 하나 이상의 코드를 이용하여 상기 코딩된 정보를 스프레딩할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 정보에 따라 자원을 할당하고, 상기 송수신기는, 상기 할당된 자원을 통해 데이터 채널을 전송할 수 있다.

종래의 기술에서 인코딩된 심볼의 개수가 증가함에 따라, 송신기와 수신기의 복잡도가 증가하는 것과 달리, 본 발명에서는 인코딩된 심볼의 개수가 증가하여도 실제로 값(value)이 있는 심볼의 개수를 매우 희소하게 구성함으로 송시기와 수신기의 복잡도가 증가하지 않는다는 이점이 있다.

또한, 본 발명에서는 전송하는 심볼 각각에 정보를 보내는 것이 아니라 전송하는 심볼 중에서 0이 아닌 심볼의 위치를 활용하여 서로 다른 위치에 서로 다음 정보를 맵핑하여 전송하여 이전과 다른 방법의 정보 전달 방법을 사용한다는 점이다. 이를 통해 높은 수신 성능을 얻어 고신뢰 전송이 가능하다는 이점이 있다.

그리고, 본 발명에서 사용자 정보를 제어 정보와 함께 보내는 것이 아니라 스프레딩 코드북을 사용자 별로 다르게 구성함으로 전체 제어 정보의 양을 현격하게 줄일 수 있고, 제어채널 전송에 필요한 자원양을 감소시킬 수 있는 이점이 있다.

따라서, 본 발명에서 제안하는 기술을 통해 고신뢰 전송을 가능하게 하면서도 전송 지연을 줄임으로써 고신뢰저지연 통신을 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 하향 링크 URLLC시스템의 데이터 채널 구성의 예이다.
도 2는 종래의 제어채널 전송 과정을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어채널 전송 과정을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 희소 코딩 방법을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 코드 스프레딩 방법을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 제어채널, 파일럿 신호 동시 전송 방법을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어채널과 일반적인 제어채널의 BLER 성능을 비교하기 위한 그래프이다.
도 8a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어채널과 일반적인 제어채널의 BLER 성능을 제어 정보의 양에 따라 비교하기 위한 그래프이다.
도 8b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어채널과 일반적인 제어채널의 BLER 성능을 간섭 신호의 유무에 따라 비교하기 위한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어채널과 일반적인 제어채널의 전송 지연(transmission latency) 성능을 비교하기 위한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 송신 과정을 도시한 순서도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수신 과정을 도시한 순서도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 송신 장치도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수신 장치도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 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 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이며, 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 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.

첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들(실행 엔진)에 의해 수행될 수도 있으며, 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다.

이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다.

그리고 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명되는 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.

또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능들을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있으며, 몇 가지 대체 실시 예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하며, 또한 그 블록들 또는 단계들이 필요에 따라 해당하는 기능의 역순으로 수행되는 것도 가능하다.

이하, 무선 통신 시스템에서 희소 코딩을 이용하여 제어채널을 전송하고 수신하는 송신단과 수신단의 일 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 송신단(송신 장치)은 기지국을, 수신단(수신 장치)은 단말을 예시로 설명한다. 그러나 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에서는 제어채널 전송을 일 실시 예로 설명하지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 전송하는 정보의 크기가 작은 채널 구성에 일반적으로 적용될 수 있다. 본 발명의 실시 예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공된다.

도 1은 본 발명이 적용되는 하향 링크 URLLC시스템의 데이터 채널 구성의 예이다.

도 1에서 그래프(101)는 종래의 데이터 채널 전송 방법을 도시한 것이고 그래프(102)는 URLLC를 위한 데이터 전송 방법을 도시한 것이다. 종래의 데이터 채널 전송 방법은 시간과 주파수에 있어서 파일럿(103), 제어채널(104), 데이터 채널(105) 순으로 전송되는데 시간과 주파수의 2차원 자원에 매핑되어 전송되며 이는 사용자의 채널 정보를 기반으로 할당된다.

반면, URLLC는 전송 시간이 매우 짧아야 하므로 파일럿(106), 제어채널(107), 데이터 채널(108)이 주파수 축으로 매우 긴 구조를 가지면서 전송이 되어 시간 축에서는 매우 짧은 시간만 사용하도록 전송한다. 즉, 넓은 주파수 자원을 사용하면서 짧은 시간 동안 전송하도록 채널이 구성될 수 있다.

도 2는 종래의 제어채널 전송 과정을 도시한 도면이다. 데이터 전송 신호 중에 제어채널 신호는 데이터 채널을 복조하기 위한 정보를 포함하고 있는데 기존의 제어채널 전송을 위한 방법은 다음과 같다.

우선 스케줄링 정보(제어 정보 혹은 control information 혹은 scheduling information, 203)은 에러 존재 여부를 판단하기 위한 CRC(cyclic redundancy check)(201)와 함께 전송이 되는데 CRC(201)는 일반적으로 사용자 인덱스 값(204)으로 스크램블 장치(202)를 통해 스크램블링 되어 스케줄링 정보(203)와 함께 연접(205)되어 채널 인코더(206)로 보내진다.

예를 들어, CRC가 16bit으로 구성된 binary 신호이고 사용자 인덱스도 16bit으로 구성된 binary 신호인 경우 스크램블은 두 개의 binary 신호를 bit별로 exclusive OR (XOR) operation을 하는 것을 의미한다. 스케줄링 정보(203)와 함께 연접된 CRC(201)는 채널 인코더(206) 통해서 제어채널로 만들어진다.

일반적으로, 채널 인코더는 code rate를 통하여 코딩된 신호의 길이를 조절하는데 만약 b bit의 신호를 1/3의 code rate으로 인코딩하는 경우 코딩된 신호의 길이 N은 3b bit이 된다. Code rate이 작을수록 N은 커지며 제어채널의 신뢰도는 높아지고 복잡도는 증가한다. 이는 채널 코딩의 기본 원리에 따른 것이다.

채널 코딩의 기본 원리는 b bit으로 표현되는 임의의 신호를 b보다 큰 N의 자유도를 가지는 hyper-space에 매핑(mapping)하면서 2의 b승 개의 codepoint가 N차원의 hyper-space에서 서로 가장 멀리 떨어지도록 구성하는 방법을 의미한다.

따라서, b bit의 정보를 획득하기 위해서는 크기가 N인 심볼을 수신하고, 이 수신 신호가 구성한 codepoint 중에서 어느 codepoint에 가장 가까운지 판단하면 된다. 따라서, N이 커지면 codepoint간의 거리가 멀어져서 검출 성능은 증가하여 신뢰도가 증가하지만 검색을 위한 hyper-space의 차원이 커지기 때문에 그 복잡도가 증가한다. 본 발명에서는 N이 커짐에도 그 복잡도가 증가하지 않는 코딩의 방법으로 희소 코딩 방법을 활용한 제어채널 전송 방법을 제안한다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어채널 전송 과정을 도시한 도면이다. 본 발명에서 스케줄링 정보(301)가 희소 부호화기(302)를 통해 제안하는 희소 코딩기법을 사용하여 인코딩된 심볼의 길이는 스케줄링 정보보다 매우 길면서(길이 N), 그 중에서 0이 아닌 심볼이 매우 작게 만드는 방법을 제안한다.

이는 다시 말하면, N차원 hyper-space에서 2의 b승에 해당하는 정보가 사용하는 hyper-space를 서로 다르게 선택하는 방법을 사용한다. 또 다른 표현 방법으로 N차의 hyper-space에서 codepoint가 서로 겹치도록 구성하고 codepoint간의 거리가 아니라 codepoint들의 영역의 에너지의 합이 가장 큰 것을 선택하는 방법이다.

희소 코딩을 사용한 다음에는 사용자 인덱스(305)를 사용하여 확산 코드북 생성기(304)를 통해 사용자별로 서로 다른 확산 코드북을 구성한다. 확산 코드북은 N의 스프레딩 코드를 가지고 있으며 희소 코딩을 통하여 코드북에서 하나 이상의 확산 코드를 선택하고 이를 같은 자원에 동시에 보내는 선택적 다중 코드 확산 방법을 사용한다. 이것은 선택적 확산기(303)에 의해 수행된다. 확산된 신호는 제어채널(306)이 된다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 희소 코딩 방법을 도시한 도면이다. 희소 코딩을 위한 실시로 상세 방법을 기술한다. 제 1 방법은 정수 매핑(integer mapping (integer allocation)) 방법이다. 스케줄링 정보 z는 정수로 표현할 수 있으며, 예를 들어 00, 01, 10, 11을 0, 1, 2, 3으로 표현이 가능하다. 희소 코딩의 경우 N이 4이고 Non-zero element의 개수 K가 2인 경우 0011, 0110, 1001, 1010, 1100의 5가지가 가능하며, 이는 정수로 3, 6, 9, 10, 12로 표현될 수 있다. 따라서 희소 코딩은 z와 x간의 정수를 서로 매핑하는 과정으로 표현할 수 있다.

예를 들어 z=0 → x=3, z=1 → x=6, z=2 → x=9, z=4 → x=10으로 z와 x간의 정수 매핑을 통해 희소 코딩이 가능하다. 희소 코딩의 매핑 방법은 사용자간 동일한 매핑을 사용할 수 있으나 보안을 위해 서로 다른 매핑을 사용하는 것도 본 발명에서 포함한다.

제 2 방법은 구조 매핑(structured mapping) 방법이다. 스케줄링 정보 z가 예를 들어 00, 01, 10, 11인 경우 N이 4이고 Non-zero element의 개수 K가 2인 경우 중에서

0011

0110

1001

1100

의 4가지가 사용하면 4개의 binary로 구성된 하나의 행렬(matrix)에서 열과 행의 zero element 혹은 non-zero element의 개수가 모두 동일하게 2인 상태로 구성된다. 이러한 구성을 사용하면 정수로 3, 6, 9, 12로 표현될 수 있다.

제 1 방법과의 차이는 제 2 방법의 경우에는 희소 신호의 복원 시에 복원 가능한 신호의 희소 구성이 특이 구성 (non-zero의 개수가 열과 행에서 동일)하기 ?문에 복조 성능이 향상될 수 있다.

제 3 방법은 테이블 매핑(table mapping) 방법이다. 테이블 매핑 방법은 스케줄링 신호의 필드를 인코딩된 심볼의 non-zero element의 위치를 z의 필드로 매핑하는 방법이다. 도 4의 테이블(405)은 스케줄링 정보의 일부를 정보 이름과 bit 필드로 구성한 것이다. 여기서, 각각의 필드가 인코딩된 심볼(406)의 1의 위치를 다르게 구성하도록 인코딩 과정을 수행한다. 이러한 방법을 통해 정보를 구성하는 방법이다.

이러한 희소 코딩을 통해 non-sparse 신호는 길이는 N이고 이 중에서 non-zero element의 수가 K인 sparse 신호 x로 인코딩된다. K의 경우 QPSK 심볼을 사용하여 전송하는 경우 K는 2로 구성하고 이때 non-zero element의 value는 두 개 중에 하나는 1을 다른 하나는 j을 사용한다. 만약 두 개 모두 1을 사용하는 경우에는 BPSK 심볼을 통하여 전송할 수 있다. 16QAM을 사용하는 경우에는 K=4로 구성하고 4개의 non-zero element를 순서에 상관 없이 1, j, 2, 2j로 설정한다.

4개의 non-zero element를 모두 1로 구성하는 경우에는 9QAM으로 전송할 수 있다. 64QAM를 사용하는 경우에는 K=6으로 구성하고 6개의 non-zero element 중에서 순서에 상관없이 1, j, 2, 2j, 3, 3j로 구성한다. 6개 non-zero element를 모두 1로 구성하는 경우에는 zero point가 포함되는 16QAM를 사용할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 코드 스프레딩 방법을 도시한 도면이다. 전송하는 송신 신호의 자원의 크기를 m이라고 하면 스프레딩 코드의 길이도 m이고 따라서 길이 m으로 만들 수 있는 서로 다른 binary 코드의 개수는 2의 m승 개이다.

이 중에서 각 사용자는 N의 코드를 사용하게 되고 따라서 각 2^m/N 명의 사용자가 서로 다른 코드북 C를 사용할 수 있다. N개의 코드 중에서 실제로 전송에 사용되는 코드는 K개의 코드이고 이는 인코딩 과정에서 선택된 non-zero element의 위치에 따라 구성된다.

따라서, 도 5의 인코딩된 신호 x(505)에는 zero elements (506)들과 non-zero element(507, 508)가 있으며 이는 사용자 별로 다르게 구성된 코드북 C(503)에 곱해져서 N개의 code 중에서 K개의 코드가 선택되고 선택된 코드가 m의 자원에 중첩된다.

따라서, K가 2인 경우 2개의 스프레딩 코드가 동시에 전송된다. 이 때 x는 보안을 위해서 사용자 별로 시간 별로 전송되는 위치 별로 위치가 변경된 x를 사용할 수 있다. 가령 인코딩된 x가 0110인 경우에서 시간 t=1에서는 1100이 t=2에서는 1001이 사용될 수 있으며, 이러한 변경은 사전에 송신기와 수신기 사이에 정해진 규칙에 의해서 판단이 가능하다.

본 발명에서 사용된 코드북 C에서 각 코드 c간에 직교 혹은 비직교적 특징을 가질 수 있다. 예를 들어, 코드북 C에서 각 코드 c간에는 비직교적 특성을 가지지만 상관도가 매우 낮아 서로 다른 사용자가 서로 다른 코드북을 사용하여 수신하는 경우에 검출 가능성이 매우 낮은 특징을 가질 수 있다. 스프레딩된 신호는 채널(502)을 통과하여 수신기에는 y(501)의 형태로 수신될 수 있다.

도 6은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 제어채널, 파일럿 신호 동시 전송 방법을 도시한 도면이다. 도 5에서는 파일럿과 제어채널이 서로 다른 심볼 혹은 자원에 전송하는 방법을 도시한 것이다. 도 6에서는 파일럿과 제어채널이 하나로 구성되어 전송되는 방법을 도시한 것이다. 본 방법은 파일럿이 별도로 있는 경우와 파일럿이 존재하지 않는 방법 모두 가능하다.

만약 파일럿이 별도로 존재하지 않는 경우에는 수신 신호는 다중 코드 스프레딩된 신호가 수신되고 수신기는 도 5와 같이 x에서 non-zero element의 위치를 판단하는 것이 아니라 x의 non-zero element(604, 605)의 위치와 값(value)을 모두 판단함으로써 채널과 제어채널 정보를 모두 구할 수 있다.

본 발명의 수신 과정은 다음의 표에 따른다. 아래의 표 1은 수신기 동작 과정을 기술한 표이다.

본 수신기는 희소 신호를 복원하는 복원기로 수신된 신호 y로부터 x의 non-zero element의 위치와 값을 판별할 수 있다. 여기서, 본 발명은 희소 신호 복원 과정에서 사용자 정보를 판별하는 과정을 기술한다.

만약 K의 non-zero element를 검출한 뒤에 검출 후 남은 신호의 나머지(residual)가 원신호 y의 에너지를 많이 감소 시키지 못하는 경우 이 경우 검출된 K개의 non-zero element는 잘못된 검출로 판단하고 무시한다. 만약 검출 과정 중에서 non-zero element를 검출하지 못하면 자신에 할당된 제어채널이 아니라고 판단하고 무시하는 과정이다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 CCSE(control channel sparse encoding)에 의한 제어채널과 일반적인 제어채널인 PDCCH(physical downlink control channel)의 BLER 성능을 비교하기 위한 그래프이다. 도 7을 참조하면, 본 발명에서 제안하는 기술이 기존의 기술에 비해서 AWGN(additive white Gaussian noise) 및 다양한 실제 채널 환경(ETU(extended typical urban model), EPA(extended pedestrian A model))에서 4dB 성능 이득이 있는 것을 확인할 수 있다.

도 8a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어채널과 일반적인 제어채널의 BLER 성능을 제어 정보(information)의 양에 따라 비교하기 위한 그래프이다. 본 발명의 일 실시 예에 따라, 도 8a에서는 정보의 크기 b는 12 bit에서 96 bit 값으로 변하는 경우의 BLER 측정 결과를 도시한다. 도 8a를 참조하면, 본 발명에서 제안하는 기술이 정보의 크기가 작을수록 그 이득이 크고 정보의 크기가 커질수록 채널 코딩을 사용한 PDCCH의 성능의 차이가 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 이는 SNR(signal to noise ratio)이 작은 경우 기존의 PDCCH보다 2배 이상의 정보를 같은 자원에 전달할 수 있는 것을 의미한다.

도 8b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어채널과 일반적인 제어채널의 BLER 성능을 간섭(interference) 신호의 유무에 따라 비교하기 위한 그래프이다. 도 8b를 참조하면, 본 발명에서 제안하는 기술은 간섭의 영향을 적게 받는 것을 확인할 수 있다. 이는 확산 코드를 사용하기 때문이다. 다른 사용자를 위한 확산 코드에 의해서 간섭이 발생하는 경우에 기존의 기술은 성능 열화가 매우 크지만 제안하는 기술은 dispreading 후에 남은 간섭의 양이 매우 작기 때문에 성능이 우수한 것을 확인할 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어채널과 일반적인 제어채널의 전송 지연(transmission latency) 성능을 비교하기 위한 그래프이다. 도 9를 참조하면, 본 발명에서 제안하는 기술은 낮은 BLER 성능을 가지기 때문에 전송 실패 확률이 적으며, 따라서 재전송 없이도(n=1) 높은 확률로 낮은 전송 오류 조건을 만족할 수 있다. 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 제안하는 기술은 URLLC의 요구 조건인 0.00001의 전송 오류 조건을 0.85 msec 이내에 만족하는 것을 확인할 수 있다. 반면, 동일한 조건 하에서 기존의 전송 방법으로는 0.00001의 전송 오류 조건을 만족하기 위해 1.28 msec가 필요한 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명에서 제안하는 CCSE에 의한 전송의 경우가 전송 지연이 줄어드는 성능 이득을 갖는 것을 알 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 송신 과정을 도시한 순서도이다. 우선 도 10의 단계 1001과 같이 기지국은 사용자 별로 확산코드북을 생성하고, 이를 각 단말에 전달한다. 전달하는 과정은 단말 별로 저장장치에 미리 기록할 수 있으며 혹은 시그널링을 통해 지시하거나 구성 정보를 전달함으로 가능하다.

다음 도 10의 단계 1003와 같이 스케줄링 정보 전달이 필요한 경우 이를 우선 희소 코딩 과정을 수행한다. 이후 도 10의 단계 1005와 같이 코딩된 심볼을 활용하여 다중 코드 확산을 수행하고 이를 전송하고자 하는 자원에 도 10의 단계 1007과 같이 할당하고 송신 신호를 발생한다. 즉, 스케줄링 정보를 포함하는 제어채널을 전송한다. 그리고 스케줄링 정보를 기반으로 도 10의 단계 1009와 같이 데이터 채널을 송신한다.

도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수신 과정을 도시한 순서도이다. 단말은 도 11의 단계 1101과 같이 기지국으로부터 확산코드북을 수신하거나 그에 해당하는 정보를 수신하여 확산코드북을 구성한다. 이후 단계 1103에서 수신 제어채널 신호로부터 확산코드북을 이용하여 송신된 확산 코드를 식별한다. 이 때, 전송된 희소 코드의 복원은 압축 센싱 기법을 통해 수행될 수 있다. 압축 센싱은 적은 수의 측정치를 기반으로 전송된 신호를 복원하는 기법으로, 예를 들어, MMP-DF(multipath match pursuit with death first)와 같은 압축 센싱 알고리즘이 사용될 수 있다.

단계 1105에서 판별된 코드의 값 혹은 인덱스를 이용하여 희소 코딩의 역과정에 해당하는 희소 디코딩(sparse decoding)을 수행하여 스케줄링 정보를 확인한다. 이후 단계 1107과 같이 스케줄링 정보를 참조하여 데이터 채널을 수신하고 이를 복조한다.

도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 송신 장치도이며, 송신 장치도에서 신호 처리 흐름을 함께 도시한다. 도 12의 스케줄링 정보(1201) 는 희소 부호화기(1202)를 통해 희소 신호로 변환된다. 이후 확산 코드북을 이용하여 확산기(1203)를 통해 확산되는데, 확산 코드북은 사용자(단말)의 고유 식별자인 사용자 인덱스(1205)로부터 코드북 생성기(1204)를 이용하여 생성된다.

이후 레이트 매칭기(1206)를 통해 전송하는 자원의 양에 맞게 제어채널의 양이 조절되고, 이는 자원 할당기(1207)를 통해 시간/주파수 자원에 맵핑된다.

이후 하나의 이상의 안테나를 사용하여 전송하는 경우 레이어 매핑기(1208)를 통해 다중 안테나 전송을 위한 신호처리를 수행하고, 이를 RF 모듈(1209)로 전송하고 신호를 발생한다.

예를 들어, 송신 장치는 적어도 하나의 프로세서(processor)를 포함할 수 있으며, 희소 부호화기(1202), 확산기(1203), 코드북 생성기(1204), 레이트 매칭기(1206) 및 자원 할당기(1207)의 기능은 적어도 하나의 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 또한, 송신 장치는 송수신기(transceiver)를 포함할 수 있으며, 레이터 매핑기(1208) 및 RF 모듈(1209)의 기능은 송수신기에 의해 수행될 수 있다.

도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수신 장치도이며, 수신 장치에서 신호 처리 흐름을 함께 도시한다. 도 13을 참조하면, 단말은 RF 장치를 통하여 제어채널(1301) 신호를 수신한다. 수신된 제어채널(1301) 신호로부터 제안하는 압축 센싱 기반의 수신기(1302)를 통해 전송된 코드를 인지하는데, 이는 사용자(단말)의 고유 식별자인 사용자 인덱스(1304)로부터 코드북 생성기(1303)를 통해 생성된 코드북을 이용하여 수행된다. 압축 센싱은 적은 수의 측정치를 기반으로 전송된 신호를 복원하는 기법으로, 예를 들어, MMP-DF와 같은 압축 센싱 알고리즘이 사용될 수 있다. 예를 들어, 코드북에 기반하여 압축 센싱 기반 수신기(1302)를 통해 복원된 코드로부터 먼저 사용자(단말) 식별자(1307)를 구분하고, 수신 장치에 전송된 제어채널 정보인지 인지할 수 있다.

이후, 식별된 정보를 통해 희소 코딩의 역과정을 복호화기(1305)를 통해 수행하고, 이를 통해 확인된 스케줄링 정보(1306)를 획득한다. 수신 장치는 확인된 스케줄링 정보(1306)에 기반하여 송신 장치로부터 데이터 채널을 수신할 수 있다.

이상에서는 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (16)

1. 무선 통신 시스템에서 송신단의 동작 방법에 있어서,
   정보를 0이 아닌 심볼의 개수가 K인 희소도(sparsity)를 갖도록 희소 코딩하는 단계;
   사용자 별로 스프레딩하기 위한 코드를 포함하여 코드북을 구성하는 단계;
   상기 코드북에서 하나 이상의 코드를 이용하여 상기 코딩된 정보를 스프레딩하는 단계; 및
   상기 스프레딩된 정보를 중첩하여 채널을 전송하는 단계;를 포함하고,
   상기 정보를 희소 코딩하는 단계는,
   심볼의 크기 N에 희소도 K개의 0이 아닌 심볼이 위치한 위치 정보를 통해 표현 가능한 정수 값을 상기 정보와 일대일 대응시키는 정수 매핑(integer mapping) 방법으로 희소 코딩하는 단계를 포함하는, 송신단의 동작 방법.
2. 삭제
3. 무선 통신 시스템에서 송신단의 동작 방법에 있어서,
   정보를 0이 아닌 심볼의 개수가 K인 희소도(sparsity)를 갖도록 희소 코딩하는 단계;
   사용자 별로 스프레딩하기 위한 코드를 포함하여 코드북을 구성하는 단계;
   상기 코드북에서 하나 이상의 코드를 이용하여 상기 코딩된 정보를 스프레딩하는 단계; 및
   상기 스프레딩된 정보를 중첩하여 채널을 전송하는 단계;를 포함하고,
   상기 정보를 희소 코딩하는 단계는,
   심볼의 크기 N과 희소도 K를 통해 상기 정보에 대응하는 행렬의 열과 행의 0이 아닌 심볼의 개수가 동일하도록 구성하는 구조 매핑(structured mapping) 방법으로 희소 코딩하는 단계를 포함하는, 송신단의 동작 방법.
4. 무선 통신 시스템에서 송신단의 동작 방법에 있어서,
   정보를 0이 아닌 심볼의 개수가 K인 희소도(sparsity)를 갖도록 희소 코딩하는 단계;
   사용자 별로 스프레딩하기 위한 코드를 포함하여 코드북을 구성하는 단계;
   상기 코드북에서 하나 이상의 코드를 이용하여 상기 코딩된 정보를 스프레딩하는 단계; 및
   상기 스프레딩된 정보를 중첩하여 채널을 전송하는 단계;를 포함하고,
   상기 정보를 희소 코딩하는 단계는,
   0이 아닌 심볼의 위치가 각각의 정보에 대응하는 정보 필드(field)에 따라 미리 구성되도록 하는 테이블 매핑(table mapping) 방법으로 희소 코딩하는 단계를 포함하는, 송신단의 동작 방법.
5. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 스프레딩하는 단계는,
   상기 코드북에서 비직교적(non-orthogonal) 특성을 갖는 하나 이상의 코드를 이용하여 상기 코딩된 정보를 스프레딩하는 단계를 포함하는, 송신단의 동작 방법.
6. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 정보에 따라 자원을 할당하는 단계; 및
   상기 할당된 자원을 통해 데이터 채널을 전송하는 단계;를 더 포함하는 송신단의 동작 방법.
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 무선 통신 시스템에서 송신 장치에 있어서,
    정보를 0이 아닌 심볼의 개수가 K인 희소도(sparsity)를 갖도록 희소 코딩하고, 사용자 별로 스프레딩하기 위한 코드를 포함하여 코드북을 구성하고, 상기 코드북에서 하나 이상의 코드를 이용하여 상기 코딩된 정보를 스프레딩하는 적어도 하나의 프로세서; 및
    상기 스프레딩된 정보를 중첩하여 채널을 전송하는 송수신기를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    심볼의 크기 N에 희소도 K개의 0이 아닌 심볼이 위치한 위치 정보를 통해 표현 가능한 정수 값을 상기 정보와 일대일 대응시키는 정수 매핑(integer mapping) 방법으로 희소 코딩하는, 송신 장치.
13. 무선 통신 시스템에서 송신 장치에 있어서,
    정보를 0이 아닌 심볼의 개수가 K인 희소도(sparsity)를 갖도록 희소 코딩하고, 사용자 별로 스프레딩하기 위한 코드를 포함하여 코드북을 구성하고, 상기 코드북에서 하나 이상의 코드를 이용하여 상기 코딩된 정보를 스프레딩하는 적어도 하나의 프로세서; 및
    상기 스프레딩된 정보를 중첩하여 채널을 전송하는 송수신기를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    심볼의 크기 N과 희소도 K를 통해 상기 정보에 대응하는 행렬의 열과 행의 0이 아닌 심볼의 개수가 동일하도록 구성하는 구조 매핑(structured mapping) 방법으로 희소 코딩하는, 송신 장치.
14. 무선 통신 시스템에서 송신 장치에 있어서,
    정보를 0이 아닌 심볼의 개수가 K인 희소도(sparsity)를 갖도록 희소 코딩하고, 사용자 별로 스프레딩하기 위한 코드를 포함하여 코드북을 구성하고, 상기 코드북에서 하나 이상의 코드를 이용하여 상기 코딩된 정보를 스프레딩하는 적어도 하나의 프로세서; 및
    상기 스프레딩된 정보를 중첩하여 채널을 전송하는 송수신기를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    0이 아닌 심볼의 위치가 각각의 정보에 대응하는 정보 필드(field)에 따라 미리 구성되도록 하는 테이블 매핑(table mapping) 방법으로 희소 코딩하는, 송신 장치.
15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 코드북에서 비직교적(non-orthogonal) 특성을 갖는 하나 이상의 코드를 이용하여 상기 코딩된 정보를 스프레딩하는, 송신 장치.
16. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 정보에 따라 자원을 할당하고,
    상기 송수신기는, 상기 할당된 자원을 통해 데이터 채널을 전송하는, 송신 장치.

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