KR102188694B1

KR102188694B1 - 필터 뱅크 멀티 캐리어 변조 기반의 통신 방법 및 장치

Info

Publication number: KR102188694B1
Application number: KR1020150184281A
Authority: KR
Inventors: 펑페이 선; 빈 유; 달린 주
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2015-01-16
Filing date: 2015-12-22
Publication date: 2020-12-08
Also published as: CN105847209A; KR20160088792A; CN105847209B

Abstract

본 개시는 LTE와 같은 4G 통신 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위해 제공될 5G 또는 pre-5G 통신 시스템에 관련된 것이다. 본 개시는 필터 뱅크 멀티-캐리어(filter bank multi-carrier, FBMC) 변조에 기반한 신호 전송 방법, FBMC 변조에 기반한 신호 수신 방법 및 대응하는 송신 장치 및 수신 장치를 제공한다. FBMC 변조 기반의 신호 전송 방법은, 1 이상의 심볼(symbol)들을 포함하는 데이터 블록 내의 미리 결정된 심볼들을 전처리(preprocessing)하는 과정과, 상기 필터 뱅크 멀티-캐리어 변조를 이용하여 상기 전처리된 데이터 블록을 변조하는 과정과, 상기 변조된 데이터 블록을 절단하여 테일링 데이터(tailing data)의 일부 또는 전부를 제거하는 과정과, 상기 변조된 데이터 블록을 전송하는 과정을 포함하고, 여기서 상기 데이터 블록으로부터의 테일링 데이터의 일부 또는 전부는 제거되며, 상기 미리 결정된 심볼들은 절단에 의한 영향을 받는 심볼들인 방법이다.

Description

필터 뱅크 멀티 캐리어 변조 기반의 통신 방법 및 장치{COMMUNICATION METHOD AND APPARATUS BASED ON A FILTER BANK MULTI-CARRIER MODULATION}

본 개시는 이동 통신 분야에 관한 것이며, 특히, 필터 뱅크 멀티-캐리어(filter bank multiple carrier) 변조 기반의 통신에 관한 것이다.

다. 일반적인 FBMC는 스펙트럼 효율을 극대화하기 위해 오프셋 직교 진폭 변조(offset quadrature amplitude modulation, OQAM)로 지칭되는 기술을 이용한다. 그리하여, 이러한 기술은 FBMC/OQAM 시스템으로 지칭되며, 또한 OFDM/OQAM 시스템으로 지칭된다. 디지털 통신에서 FBMC의 활용은 일찍이 "Analysis and design of OFDM/OQAM systems based on filter bank theory (IEEE Transactions on Signal Processing, Vol.50, No.5, 2002)"라는 제목의 기사에서 논의되었다.

FBMC는 OFDM이 갖지 못한 몇몇 이로운 특성들을 갖기 때문에, FBMC는 5G 연구에 있어서 주목을 받지만, 몇몇 고유한 문제점들이 모바일 통신서의 활용에서 문제가 되며, 이러한 문제점들은 시급히 해결될 필요가 있고 지속적으로 연구된다. 이러한 문제점들 중 하나는, FBMC에서 채용된 필터들이 전환 주기 문제(transition period problem)로도 알려진 길어진 테일 효과(tail effect)를 유발한다는 것이다. 짧은 데이터 블록들(데이터 프레임들)에 기반한 상향링크 다중-사용자 전송 중에, 만약 테일과 다른 데이터 블록들 사이의 오버래핑(overlapping)을 피하기 위해 데이터 블록들의 길이가 테일 효과를 포함한다면, 활성 시간내에 전송되는 심볼들의 개수가 감소하고, 스펙트럼 효율이 감소하게 된다. 반면에, 만약 데이터 블록의 길이가 테일 효과를 포함하지 않으면, 테일의 부분은 다른 데이터 블록들과(특히, 다른 사용자로부터의 데이터 블록들과) 오버랩(overlap)되고, 적절하게 해결되지 않으면 이는 심각한 블록간 간섭을 유발할 수 있으며, 스펙트럼 이용 효율을 더욱 감소시킨다. 다중 사용자 간섭에 더하여, 시 분할 이중화(time division duplexing, TDD) 시스템에서, 테일 효과로 인해 생성된 불필요한 상향링크/하향링크 크로스톡(crosstalk)을 피하기 위해 상향링크/하향링크 전환 주기는 또한 적합하게 증가될 필요가 있으며, 증가된 전환 주기는 시스템의 스펙트럼 효율을 감소시킨다. 현재, 존재하는 방법은 다른 데이터 블록들과의 오버 래핑을 피하기 위해 테일의 부분을 절단(truncating)하는 것이다. 그러나, 파형의 절단은 신호의 왜곡을 유발하고, 신호의 왜곡은 스펙트럼의 효율에 영향을 미친다. 나아가, 절단된 신호들의 스펙트럼은 연장되어, 캐리어간 간섭(inter-carrier interference, ICI)를 생성한다. 이에 따라, 이러한 직접 절단은 효과적이지 않다.

결론적으로, 후보 기술들 중에서 FBMC의 경쟁력을 향상시키기 위해, 이로운 특성들을 개발하는 것에 더하여 고유한 문제점들을 해결하는 것이 요구된다. 5G의 다양한 시나리오에서의 산발적 접속을 위한 서비스 모드들에 대하여, 특히 IoT 시나리오들에서, 모바일 통신 시스템에서 FBMC의 테일 효과에 의해 유발되는 문제점들을 해결하기 위한 효율적인 방법을 이용하는 것이 중요하다.

데이터 블록이 전송되는 FBMC 시스템에서의 테일링 문제에 대해서, 번짐 효과(smearing effect)에 의한 시스템으로의 영향을 감소시키기 위한 효율적인 방법이 아직 존재하지 않는다.

본 개시의 한 실시 예에서, 필터 뱅크 멀티 캐리어(Filter Bank Multiple Carrier, FBMC) 기반의 신호 전송 방법이 제공된다.

본 개시의 제1 측면에 따르면, 필터 뱅크 멀티 캐리어(filter bank multi carrier, FBMC) 변조 기반의 신호 전송 방법이 제공된다. 신호 전송 방법은 1 이상의 심볼(symbol)들을 포함하는 데이터 블록 내의 미리 결정된 심볼들을 전처리(preprocessing)하는 과정과, FMBC 변조를 이용하여 데이터 블록을 변조하는 과정과, 변조된 데이터 블록을 절단(truncating)하여 변조된 데이터 블록의 테일링 데이터(tailing data)의 일부 또는 전부를 제거하는 과정과, 테일링 데이터의 일부 또는 전부가 제거되고 변조된 데이터 블록을 전송하는 과정을 포함하고, 미리 결정된 심볼들은 절단에 의한 영향을 받는 심볼들이다.

일 실시 예에서, 미리 결정된 심볼들을 전처리(preprocessing)하는 과정은 미리 결정된 심볼들을 프리코딩(pre-coding)하는 과정을 포함한다.

일 실시 예에서, 프리코딩에 이용되는 프리코딩 행렬은 FBMC 변조에 이용되는 파라미터와 절단에 이용되는 파라미터에 따라 결정된다.

일 실시 예에서, 절단에 이용되는 파라미터는 미리 결정된 절단 길이를 포함한다.

일 실시 예에서, 프리코딩 행렬은 N×N 또는 N₀×N₀의 차원을 가지고, 여기서 N은 스케줄링 서브-캐리어의 개수이고, N₀는 고정된 값이고 N보다 작으며, N0×N0의 차원을 갖는 프리코딩 행렬은 미리 결정된 심볼들 내의 N₀개의 서브-캐리어 신호들을 프리코딩하도록 반복적으로 이용되어 모든 N개의 서브-캐리어 신호들을 프리코딩한다.

일 실시 예에서 프리코딩 행렬은 절단 이후 상기 변조된 데이터 블록에 의해 생성된 캐리어간 간섭 행렬의 역행렬, 또는 최소 평균 제곱 오차(minimum mean square error, MMSE) 기준에 기반하여 추정된 캐리어간 간섭 행렬의 유사 역행렬(pseudo-inverse-matrix)이다.

일 실시 예에서, 프리코딩하는 과정은 미리 결정된 심볼들에 이용되는 변조 차수(modulation order)에 기반하여 동적으로 프리코딩을 조절하는 과정을 포함한다.

일 실시 예에서, 프리코딩을 조절하는 과정은 낮은 차수 변조로 미리 결정된 심볼들이 변조될 때 프리코딩을 비활성화(disabling)하는 과정과, 높은 차수 변조로 상기 미리 결정된 심볼들이 변조될 때 프리코딩을 활성화(enabling)하는 과정을 포함한다.

일 실시 예에서, 미리 결정된 심볼들을 전처리하는 과정은 데이터 블록 내의 기준 신호들을 미리 결정된 심볼들로 할당하는 과정을 포함한다.

일 실시 예에서, 데이터 블록 내의 기준 신호들을 미리 결정된 심볼들로 할당하는 과정은 기준 심볼들 내의 간섭 제거 심볼들 또는 보호 심볼들을 상기 미리 결정된 심볼들로 할당하는 과정을 포함한다.

일 실시 예에서, 미리 결정된 심볼들을 전처리하는 과정은 데이터 블록 내의 낮은 차수 변조 모드에 필요한 채널들을 상기 미리 결정된 심볼들로 할당하는 과정을 포함한다.

일 실시 예에서, 낮은 차수 변조에 필요한 채널들은 제어 채널들을 포함한다.

일 실시 예에서, 미리 결정된 심볼들을 전처리하는 과정은 최초로 전송된 데이터 블록 내의 미리 결정된 심볼들이 아닌 심볼들에 포함된 데이터를 미리 결정된 심볼들로 할당하는 과정을 포함한다.

일 실시 예에서, 변조된 데이터 블록을 절단하는 과정은 절단된 데이터 블록의 길이가 정수 단위(integer unit)가 되도록 하는 절단 길이를 선택하는 과정을 포함한다.

일 실시 예에서, 변조된 데이터 블록을 절단하는 과정은 테일링 데이터의 일부 또는 전부를 0으로 설정하는 과정과, 테일링 데이터의 일부 또는 전부를 윈도잉(windowing)하는 과정 중에서 적어도 하나의 과정을 포함한다.

일 실시 예에서, 변조된 데이터 블록을 절단하는 과정은 절단된 데이터 블록의 인접 주파수 누출이 미리 결정된 기준값(threshold)보다 작은 것과, 1 이상의 사용자들로부터의 복수의 데이터 블록들의 시간 영역들에서의 블록간 간섭이 미리 결정된 레벨(level)을 넘지 않는 것 중에서 적어도 하나의 조건을 만족하도록 한다.

본 발명의 제2 측면에 따르면, 필터 뱅크 멀티-캐리어(filter bank multi-carrier, FBMC) 변조 기반의 신호 수신 방법이 제공된다. 신호 수신 방법은 미리 결정된 절단 길이에 따라 데이터 블록 내의 1 이상의 심볼들을 수신하는 과정과, FBMC 복조 모드에 기반하여 상기 심볼들 각각을 복조하는 과정을 포함한다.

일 실시 예에서, 심볼들을 수신하는 과정은 절단에 의한 영향을 받는 미리 결정된 심볼들이 수신되면, 전송될 때 상기 심볼들의 절단되지 않은 부분을 수신하는 과정을 포함한다.

일 실시 예에서, 심볼들 각각을 복조하는 과정은 절단에 의해 영향을 받는 미리 결정된 심볼들에 대해, 미리 결정된 절단 길이에 따라 심볼들의 절단되지 않은 부분을 0으로 패딩(padding)하여 심볼들의 원래 길이를 갖는 심볼들을 획득하는 과정과, FBMC에 기반하여 원래의 심볼 길이를 갖는 심볼들을 복조하는 과정을 포함한다.

본 개시의 제3 측면에 따르면, 송신 장치가 제공된다. 송신 장치는 1 이상의 심볼(symbol)들을 포함하는 데이터 블록 내의 미리 결정된 심볼들을 전처리(preprocessing)하는 전처리부와, 필터 뱅크 멀티-캐리어(filter bank multi-carrier) 변조를 이용하여 전처리된 데이터 블록을 변조하는 변조부와, 데이터 블록의 테일링 데이터(tailing data)의 일부 또는 전부를 제거하기 위해 변조된 데이터 블록을 절단(truncating)하는 절단부와, 상기 테일링 데이터(tailing data)의 일부 또는 전부가 제거되고 변조된 데이터 블록을 전송하는 전송부를 포함하고, 미리 결정된 심볼들은 절단에 의한 영향을 받는다.

본 개시의 제4 측면에 따르면, 수신 장치가 제공된다. 수신 장치는 미리 결정된 절단 길이에 따라 데이터 블록 내의 1 이상의 심볼들을 수신하는 수신부와, 필터 뱅크 멀티-캐리어(filter bank multi-carrier) 복조 모드에 기반하여 상기 심볼들의 각각을 복조하는 복조부를 포함한다.

본 개시는 테일링을 억제하는 방법을 제공하며, 이 방법은 높은 신호 수신 성능 및 주파수 스펙트럼 누출 효과를 보장하여 필터 뱅크 멀티 캐리어(filter bank multi-carrier, FBMC) 시스템의 주파수 스펙트럼 효율이 최대화되도록 하면서 번짐 효과로 인한 추가적인 소모를 방지한다.

본 개시의 이후의 특징들, 목적들 및 이점들은 첨부된 도면들을 참고한 이하의 제한없는 실시예들의 상세한 설명의 검토와 함께 더욱 명백할 것이다.
도 1은 FBMC/OQAM 신호들의 생성에 대한 블록도를 도시한다.
도 2는 본 개시의 예시적인 실시 예에 따른 필터 뱅크 멀티 캐리어 변조(Filter Bank Multi Carrier Modulation) 기반의 신호 송신을 위한 방법에 대한 예시적인 흐름도 200을 도시한다.
도 3은 절단된 데이터 블록 및 신호에 대한 개략도를 도시한다.
도 4는 본 개시의 예시적인 실시 예에 따른 프리코딩 방법의 성능 시뮬레이션 결과를 도시한다.
도 5는 데이터 블록 내의 기준 신호 할당에 대한 개략도를 도시한다.
도 6은 제로 값 보호 심볼들을 포함하는 기준 신호 할당에 대한 개략도를 도시한다.
도 7은 최초의 전송 데이터 블록 및 재전송 데이터 블록의 할당에 대한 개략도를 도시한다.
도 8은 2개의 절단 방법들에 대한 개략도를 도시한다.
도 9는 2개의 절단 방법들에 대한 주파수 영역 응답에 대한 개략도를 도시한다.
도 10은 윈도윙(windowing)을 포함하는 절단 방법을 이용했을 때의 데이터 블록들 간의 오버랩(overlap)에 대한 개략도를 도시한다.
도 11은 본 개시의 실시 예에 따른 다중 사용자 상향링크 시나리오에서의 예시적인 적용을 도시한다.
도 12는 본 개시의 실시 예에 따른 시 분할 이중화(time division duplexing, TDD) 시스템에서의 예시적인 활용을 도시한다.
도 13은 본 개시의 실시 예들에 따른 필터 뱅크 멀티 캐리어 변조(Filter Bank Multi Carrier Modulation) 기반의 수신 방법에 대한 흐름도 1300을 도시한다.
도 14는 본 개시의 예시적인 실시 예에 따른 개략적인 송신 장치를 도시한다.
도 15는 본 개시의 예시적인 실시 예에 따른 개략적인 수신 장치를 도시한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시 예들의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 다양한 실시 예들을 설명에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 다양한 실시 예들에서의 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 본 개시는 무선 통신 시스템에서 필터 뱅크 멀티-캐리어 기반의 신호의 송신 및 수신을 위한 기술에 대해 설명한다.

이하 설명에서 사용되는 제어 정보를 지칭하는 용어, 상태 변화를 지칭하는 용어(예: 모드(mode)), 장치의 구성 요소를 지칭하는 용어 등은 설명의 편의를 위해 예시된 것이다. 따라서, 본 발명이 후술되는 용어들에 한정되는 것은 아니며, 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어가 사용될 수 있다.

충돌이 없다면, 실시 예들, 및 본 개시의 실시 예들의 특징들은 결합될 수 있다. 이하, 본 개시는 실시 예들과 연결된 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명될 것이다.

개선된 시간/주파수 로컬화(time/frequency localization, TFL)를 갖는 신호 파형은 필터 뱅크 멀티 캐리어(filter bank multi-carrier, FBMC)에 기반한 변조를 통해 획득될 수 있으며, FBMC는 등방 직교 변환 알고리즘(isotropic orthogonal transform algorithm, IOTA), 연장된 가우시안 함수(extended Gaussian function, EGA) 및 유러피안(European) PHYDYAS 등과 같은 프로토타입(prototype) 필터 함수들에 기반 할 수 있다. FBMC는 개선된 TFL을 갖는 정형 필터(shaping filter)를 이용함으로써 각각의 서브캐리어(sub-carrier)의 신호들에 대한 펄스 정형(pulse shaping)을 구현할 수 있다. 그리하여, 1) FBMC는 순환 전치(cyclic prefix, CP)없이 다중경로들로부터의 심볼 간 간섭(inter-symbol interference, ISI)을 크게 억제할 수 있으며, OFDM에 비해 높은 주파수 스펙트럼 효율 및 에너지 효율을 얻을 수 있고, 또한 비동기 전송을 허용함으로써, 증가된 타이밍 동기화 오차에서도 높은 수신 신뢰도를 얻을 수 있다. 2)개선된 TFL을 이용하여, FBMC는 매우 협소한 주파수 대역 내에서 신호를 전송할 수 있고 도플러(Doppler) 및 위상 잡음으로부터의 ICI를 억제하여 낮은 대역 외 누출을 유지할 수 있다. 따라서, FBMC는 조각된 대역 접속 및 비동기 전송 등에 있어서 큰 잠재력을 갖는다.

FBMC의 최대 주파수 스펙트럼 효율을 획득하기 위해서, 오프셋 직교 진폭 변조(offset quadrature amplitude modulation, OQAM)가 필요하며, OQAM은 FBMC/OQAM 또는 OFDM/OQAM으로 지칭될 수 있다(이하 OQAM으로 나타냄). OQAM에서, 하나의 OQAM 심볼은 2개의 신호들로 분할되고, 분할된 2개의 신호들은 각각 교대로 서브캐리어의 실수부 또는 허수부로 변조되며, 변조된 신호들은 시간 오프셋과 함께 전송된다. 수신단에서, 만약 채널로부터의 영향이 없으면, 전송된 신호는 각각의 서브캐리어에 대한 실수 또는 허수부를 교대로 추출함으로써 회복될 수 있다.

도 1은 FBMC/OQAM 신호를 생성하는 예시적인 블록도를 도시한다.

도 1에서 도시된 것과 같이, 복소 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 심볼과 같은 복소 변조된 입력 데이터가 직렬/병렬 변환 모듈 101을 통해 직렬-병렬 변환된 후 M개의 병렬 데이터들이 획득되며, M은 서브캐리어들의 개수이다. 각각의 신호는 2개의 신호들로 분할되고, 두 신호들의 실수부 및 허수부가 실수부 추출 모듈 102 및 허수부 추출 모율 103을 통해 각각 추출된다. 그러면, 신호들의 실수부 및 허수부는 각각 역 고속 푸리에 변환 모듈 104를 통해 각각 변조된다. 변조된 신호들은 펄스 형성을 수행하는 합성 필터 뱅크 모듈 105로 전송된다. 마지막으로, 신호들의 실수부 및 허수부는 결합되고, 결합된 신호들은 병렬/직렬 변환 모듈 106을 통해 OQAM 신호로 출력된다.

도 1에서 도시된 각 모듈의 기능들은 OQAM 신호의 수학적 신호 모델링으로부터 쉽게 이해될 수 있다. 연속-시간 멀티-캐리어 FBMC/OQAM 신호의 기저 대역의 등가 형태는 이하의 수학식1과 같이 나타낼 수 있다.

여기서

는 주파수-시간 포인트이고,

는 n번째 심볼의 m번째 서브-캐리어에 대한 실수 변조된 신호를 나타낸다. 즉, 펄스 진폭 변조(pulse amplitude modulation, PAM) 심볼

는 심볼 주기

인 복소수 QAM 심볼

의 실수부 또는 허수부의 값을 나타내며 아래의 수학식2와 같다.

및

는 각각 추출한 실수부 및 추출한 허수부를 나타낸다.

는 허수를 나타내며,

는 실수-허수 교대를 나타내며, 이는 도 1의

를 통해 나타난다. M은 서브-캐리어의 개수를 나타내는 짝수이다. Z는 전송된 심볼의 집합이다.

는 서브-캐리어 간의 스페이싱을 나타낸다.

는 OQAM의 심볼 주기를 나타내며

이다.

는 프로토타입(prototype) 필터 함수로, 시간 영역 임펄스 응답 길이는 일반적으로

곱하기

이며, 인접한

심볼들의 시간 영역 파형의 오버래핑을 발생시키고, 그리하여

는 일반적으로 필터의 오버래핑 인자로 지칭된다.

는

를 변조하기 위한 완전한 합성 필터 함수이다. OQAM의 심볼 레이트(symbol rate)는 종래의 순환 전치(cyclic prefix, CP)의 더함 없는 OFDM 의 심볼 레이트의 2배임을 알 수 있다. OQAM의 변조가 실수에 기반하기 때문에, 각각의 OQAM 심볼의 정보량은 종래의 OFDM의 그것의 절반이다. 즉, OQAM 시스템의 신호 전송 레이트는 CP없는 OFDM 시스템의 그것과 같다.

OQAM의 실수부 직교성(real field orthogonality)는 프로토타입 필터 함수

를 설계함으로써 획득된다. 전송단에서의 합성 필터 함수 및 수신단에서의 분석 필터 함수의 내적(inner product)은 수학식 3 또는 수학식 3과 근사하게 만족시킬 필요가 있으며, 이는 프로토타입 필터가 이하의 수학식을 만족할 필요가 있다는 것이다.

여기서 *는 복소 공액,

는 실수부를 추출하는 연산자,

는 내적, 만약

및

이면 각각

，

이고 다른 경우에는 0이다. 즉, 만약

또는

이면, 내적은 순 허수이다. 설명의 편의를 위해서,

는 내적을 나타내기 위해 이용된다. 다른 서브-캐리어들 및 다른 심볼들 사이의 신호들에 의해 생성된 간섭은 순 허수부 간섭임이 명백하다. 따라서, FBMC/OQAM에 의해 변조된 신호

가 왜곡으로부터 자유로운 채널(distortion-free channel)을 통과할 때, 송신 합성 필터(synthesis filter, SF)와 매칭되는

수신 분석 필터 (analysis filter, AF)

를 통하여 수신된 신호를 수학식 4에 따라 간단하게 처리함으로써 원래의 전송된 실수 신호

의 완벽한 복원(perfect reconstruction, PR)이 획득될 수 있다.

여기서,

는 잡음 성분으로서 복소 QAM 신호

를 합성함으로써 원래의 데이터가 변조될 수 있다.

상술한 바와 같이, FBMC의 중요한 문제점은 적용된 필터가 시간 영역 파형의 긴 테일링 효과(tailing effect)를 일으킬 수 있다는 것이다. 만약 테일링 부분이 절단(truncating)된다면, 신호 왜곡이 발생할 것이고, 주파수 스펙트럼 효율에 영향을 미칠 것이다.

도 2는 본 개시의 예시적인 실시 예에 따른 필터 뱅크 멀티 캐리어 변조(Filter Bank Multi Carrier Modulation) 기반의 신호 송신을 위한 방법에 대한 예시적인 흐름도 200을 도시한다.

도 2에 도시된 것과 같이, 201 단계에서, 1 이상의 심볼들을 포함하는 데이터 블록 내의 미리 결정된 심볼들이 전처리된다.

그러면, 202 단계에서, 전처리된 데이터 블록은 필터 뱅크 멀티-캐리어 변조를 통해 변조된다.

이후, 203 단계에서, 변조된 데이터 블록은 테일링 데이터의 일부 또는 전부를 제거하기 위해 절단된다.

최종적으로, 204 단계에서, 변조된 데이터 블록(테일링 데이터의 일부 또는 전부가 제거된 데이터 블록)이 전송된다.

전처리 단계 201에서, 미리 결정된 심볼들은 절단에 의해 영향을 받을 심볼들이다. 예를 들면, 미리 결정된 심볼들은 처음과 끝 심볼들과 같은 절단 위치 근처의 심볼들로, 절단으로 인해 왜곡될 수 있는 심볼들이다.

높은 신호 수신 성능 및 주파수 스펙트럼 누출 성능을 유지하고 필터 뱅크 멀티-캐리어 시스템의 주파수 스펙트럼 효율을 극대화하기 위해, 절단 이전에 절단에 의해 영향을 받을 심볼들을 전처리함으로써, 절단으로 인한 테일링 효과는 효과적으로 억제될 수 있다.

미리 결정된 심볼들을 전처리하는 많은 방법들이 존재한다. 이하, 본 개시의 실시 예에 따른 신호의 전송 방법들이 특정 예시들을 참고하여 설명된다.

실시 예 1

본 실시 예에서, 전처리 과정은 미리 결정된 심볼들을 프리코딩(pre-coding)하는 과정을 포함하는데, 즉, 주파수 영역 멀티-캐리어 신호들을 프리코딩하는 것으로서, 이는 이후 절단으로부터의 간섭에 대항하기 위한 것이다.

이해를 돕기 위해서, 만약 미리 결정된 심볼들이 전처리 되지 않은 경우 절단으로부터의 간섭이 분석되어야 한다.

예를 들면,

개의 서브-캐리어들을 이용하는 것을 가정하면, 데이터 블록은 28개의 OQAM 심볼들(

)을 포함하고, 오버래핑 인자

및 PHYDYAS 필터는 필터 파라미터로서 이용된다. 시간 영역 응답은 이하의 수학식으로 표현될 수 있다.

여기서,

이다.

이때, 데이터 블록의 시간 영역 샘플링 포인트들의 개수는

이다. 상대적으로, 동일한 레이트를 가지나 CP가 제외된 OFDM 데이터 블록 (14개의 OFDM 심볼들)은

개의 시간 영역 샘플링 포인트들을 포함한다. 이 둘을 비교함으로써, OQAM의 변조 방법은

개의 시간 영역 샘플링 포인트들을 더 가지며,

개의 샘플링 포인트들은

개의 샘플링 포인트들을 이용한 정형 필터들의 파형들의 적용으로부터 발생한 것이며, 다른

개의 샘플링 포인트들은 OQAM 변조의 IQ(in-phase/quadrature) 채널들의 딜레이로부터 발생한 것이다. 일반적으로, 이러한 샘플링 포인트들은 테일링 효과처럼 보여질 수 있다. 만약

개의 샘플링 포인트들이 OQAM 데이터 블록의 2개의 측면에서 각각 절단된다면, OQAM 변조의 테일링 효과는 완전히 제거될 것이다. 그러나, 이러한 절단과정은 파형, 특히 앞과 끝 OQAM 심볼들에 큰 영향을 미치고, 그리하여 데이터 블록의 수신 성능의 저하를 유발한다.

도 3(a)는 2개의 측면에 각각 400개의 샘플링 포인트에 대한 데이터 블록의 절단을 개략적으로 설명하는 도면을 도시한다. 도 3(a)의 좌측 패널은 완전한 데이터 블록의 신호 파형을 도시하고, 우측 패널은 절단 이후의 데이터 블록의 신호 파형을 도시한다.

도 3(b)는 도3(a)에서 도시된 데이터 블록의 첫번째 OQAM 심볼의 절단을 도시하며, 400개의 샘플링 포인트들이 심볼의 앞 부분에서 절단된다. 도3(a)의 좌측 패널은 OQAM 심볼의 완전한 파형을 도시하고, 우측 패널은 절단된 OQAM의 파형을 도시한다. 도 3에서 도시된 것과 같은 절단 과정은 절단 영역에서의 신호들을 직접 0으로 설정한다.

는 심볼상에 허수부-실수부가 교대로 있는 신호를 변조하는 것과 같이 정의되며,

는 순 실수 신호이고,

는 허수 부호이다. 채널 및 잡음의 영향을 제외하면, 수신된 신호는

이며,

는 복소 신호이다. 전송된 신호 및 수신된 신호의 관계는 이하의 수학식과 같이 나타낼 수 있다.

여기서,

는 간섭 행렬이다.

는 인접한 캐리어들에 대한 캐리어의 간섭 인자이며, 순 실수이다. 심볼간 간섭(inter-symbol interference, ISI)보다는, 오직 캐리어간 간섭(inter-carrier interference, ICI)만이 고려된다는 것이 주목되어야 하는데 이는 이후의 분석에서 설명되는 것과 같이 ICI가 절단에 따른 지배적인 효과를 가져오기 때문이다. 수학식 6에 따르면, 간섭 행렬의 대각 성분들이 1이고 간섭 인자(interference factor)

는 실수이기 때문에, 수신기에 의해 수신된 간섭은 실수부 및 허수부를 추출함으로써 제거될 수 있다. 도 3에서 도시된 것과 같은 절단 과정을 수행할 때, 수신된 신호는 ICI에 의해 영향을 받을 것이고 ICI는 실수부 및 허수부를 추출함으로써 제거될 수 없다. 이 때, 신호의 모델은 이하의 수학식 7과 같이 표현될 수 있다.

수학식 7에 따르면,

,

는 복소수이고, 전송된 신호

는

로부터 실수부 및 허수부를 추출함으로써 회복될 수 없다.

로 신호를 정의함으로써 이하의 수학식 8이 획득될 수 있다.

여기서

는 등가 간섭 행렬이다.

,

는 순 실수들이다. 여기서, 등가 간섭 행렬은 순 실수들로 구성된다. 즉, 실수부 및 허수부가 수신단에서 추출되는 PAM 신호는 원래의 PAM 신호에 순 실수들로 구성된 등가 간섭 행렬을 곱한 것과 같다.

그리하여, 본 개시에서, 절단으로 인한 간섭을 극복하기 위해 전송된 신호들을 프리코딩하도록 전송단에서 프리코딩 행렬이 이용될 수 있다.

예를 들면, 전송된 신호들의 프리코딩은 이하의 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.

여기서

는

의 차원을 갖는 프리코딩 행렬이다. 그러면, 실수-허수가 반복된

가 OQAM 변조를 이용함으로써 전송단에서 전송된다. 그리하여, 적절한 프리코딩 행렬

를 선택하는 것은 절단 과정으로부터의 ICI 를 효과적으로 극복할 수 있다. 등가 간섭 행렬 및 필터 뱅크 멀티-캐리어 변조에서 이용되는 필터 파라미터들은 절단 과정에서 이용되는 파라미터들과 관련되기 때문에, 절단 과정으로부터의 간섭에 대응하기 위한 프리코딩에 이용되는 프리코딩 행렬은 필터 뱅크 멀티-캐리어 변조에서 이용되는 파라미터들 및 절단 과정에서 이용되는 파라미터들에 기반하여 결정될 수 있다.

일 실시 예에서, 프리코딩 행렬은 간단하고 효과적인 방법인 제로 포싱(zero forcing) 방법을 이용하여 결정될 수 있다. 본 예시에서의 프리코딩 행렬은 다음과 같다.

는 절단 이후 생성된 캐리어간 간섭 행렬의 역행렬이다. 미리 결정된 절단 길이 및 필터 파라미터가 결정된 경우, 등가 간섭 행렬

는 오프라인(off-line) 계산 및 시뮬레이션을 통해 획득될 수 있다. 그리하여,

에 기반하여 계산된 프리코딩 행렬이 적용될 수 있고(예를 들면,

) 절단 과정에 의해 영향을 받는 특정 심볼들은 전송단에서 프리코딩될 수 있다.

다른 예에서, 추정 방법이 이용될 수 있으며, 예를 들면, 프리코딩 행렬은 최소 평균 제곱 오차(minimum mean square error, MMSE) 기준에 기반하여 추정될 수 있다. MMSE 기준에 의해 추정된 프리코딩 행렬은 절단 과정 이후에 생성된 캐리어간 간섭 행렬의 유사-역행렬(pseudo-inverse-matrix)이다.

상술한 분석으로부터 프리코딩 행렬은 오직 필터 파라미터 및 절단 길이와 관련된다는 것을 알 수 있다. 따라서, 프리코딩 행렬의 계산은 오프라인으로 수행될 수 있으며, 알고리즘의 구현 복잡도를 크게 감소시킨다.

몇몇 실시 예에서, 프리코딩 행렬은

의 차원을 가지며,

은 스케줄된 서브-캐리어들의 개수이다.

이 상대적으로 클 때, 프리코딩(수학식 9와 같은 프리코딩)은 여전히 높은 계산 복잡도를 갖는다.

선택적으로, 몇몇 실시 예들에서, 프리코딩에 이용되는 프리코딩 행렬은 고정된 차원을 가질 수 있다. 이러한 행렬은 고정된 길이를 갖는 서브-캐리어 블록을 프리코딩하는데 이용되고, 프리코딩은 모든 N 개의 서브-캐리어 신호들을 프리코딩하도록 반복될 수 있다. OQAM은 개선된 주파수 로컬화를 갖기 때문에, 대부분은 간섭은 인접한 캐리어들 근처로 집중되며, 즉, 간섭 행렬은 오직 대각 성분들 근처에서만 0이 아닌 값을 갖는다. 그리하여, 낮은 복잡도를 갖는 방법은 오직 상대적으로 적은 고정된 차원을 갖는 프리코딩 행렬을 이용하는 것이다. 예를 들면, 고정된 차원을 갖는 프리코딩 행렬은 이하의 수학식과 같이 나타낼 수 있다.

여기서

는

의 차원을 갖는 프리코딩 행렬이며,

이고,

는 프리코딩 고정된 최소의 프리코딩 단위 차원이다.

예를 들면, LTE(long term evolution) 시스템에서 12개의 서브-캐리어들을 포함하는 물리 자원 블록(physical resource block, PRB)는 최소의 스케줄링 단위이다. 그리하여,

가 적절한 값으로 이용될 수 있다.

는

의 차원을 갖는 행렬이며,

의 성분은

의 행 1 내지

및 열 1 내지

의 성분과 각각 같다. 이는 아래의 수학식 11과 같다.

그리하여, 전송단은 매번

를 통해

개의 서브-캐리어들을 프리코딩할 수 있으며, 모든 N개의 서브-캐리어들이 프리코딩될 때까지 프리코딩과정을 반복할 수 있으며, 그리하여 행렬 계산의 복잡도는 크게 감소될 수 있고, 특히 많은 캐리어가 있을 때 복잡도가 크게 감소될 수 있다.

전송 시스템에서, 송신단은 일반적으로 채널의 상태에 따라서 동적으로 변조 및 코딩 방식(modulation and coding scheme, MCS)을 조절한다. BPSK 또는 QPSK 변조와 같은 낮은 차수의 변조가 데이터 블록에 이용될 때, 절단으로부터 신호의 복조에 대한 영향은 무시될 수 있다. 그리하여, 몇몇 예에서, 프리코딩은 데이터 블록 내 심볼들에 의해 이용되는 변조 및 코딩 방식에 기반하여 동적으로 조절될 수 있다. 예를 들면, 심볼들이 낮은 차수 변조로 변조될 때, 프리코딩은 필수적이지 않으므로, 프리코딩 모듈을 종료, 비활성화하거나 생략할 수 있다. 심볼들이 높은 차수의 변조에 의해 변조될 때, 예를 들면, 프리코딩은 프리코딩 모듈을 동작시키거나 활성화 시킴으로써 수행될 수 있다.

도 4는 본 개시의 예시적인 실시 예에 따른 프리코딩 방법의 성능 시뮬레이션 결과를 도시한다. 도시된 시뮬레이션에서, 시스템은

개의 서브-캐리어들을 이용하고, 반복 인자는

이며, 데이터 블록은 28개의 OQAM 심볼들을 포함하고, 필터는 PHYDYAS 필터이고, 채널은 ETU(Extended Typical Urban) 채널이고, 변조 방식은 64QAM이다. 도 4는 프리코딩 없는 절단 과정의 성능 시뮬레이션 결과 및 본 실시 예의 프리코딩을 포함한 절단뿐만 아니라, 절단 과정없는 시스템 성능 시뮬레이션 결과를 각각 도시한다. 도 4에서 도시된 것과 같이, 시스템이 절단 과정을 수행할 때(예를 들면 본 시뮬레이션에서, 2개의 측면 각각에 대해

개의 샘플링 포인트들을 절단), 신호대 잡음 비(signal-noise ratio, SNR)이 높을 때의 시스템의 비트 에러 레이트(bit error rate, BER)의 성능은 저하된다. 프리코딩의 방법을 이용할 때, 본 실시 예의 시뮬레이션에서, 상술된 것과 같은 낮은 복잡도의 프리코딩은 오직 첫번째 심볼 및 마지막 심볼에 대해서만 수행된다. 절단으로 인한 성능 저하가 사라진다는 것을 알 수 있다. 그 결과로서, 본 개시의 실시 예에 의해 제공되는 프리코딩의 방법은 데이터 블록의 절단으로부터의 성능의 영향을 효과적으로 제거할 수 있다.

실시 예2

본 실시 예에서, 미리 결정된 심볼의 전처리 과정은 전송되는 데이터 블록에 대한 다른 조건에 따라 미리 결정된 심볼로 할당되는 신호를 선택하는 과정을 포함한다.

한 구현에서, 전처리 과정은 데이터 블록 내 요구되는 기준 신호를 절단 과정에 의해 영향을 받는 미리 결정된 심볼로 할당하는 과정을 포함한다.

일반적으로, 데이터 블록에서, 페이로드(payload) 데이터에 더하여, 특정 자원들은 기준 신호를 전송하기 위해 보존되어야 하며, 그렇게 함으로써 수신단은 채널 추정을 수행할 수 있다. 기준 신호들은 알려진 신호들이고 절단 과정으로부터의 영향은 주로 또한 알려진 ICI에 관한 것이기 때문에, 기준 신호들을 절단 과정에 의해 영향을 받는 심볼로 할당하는 것은 수신단으로 하여금 완전한 채널 추정을 수행하도록 한다.

도 5는 데이터 블록 내의 기준 신호 할당에 대한 개략도를 도시한다. 도 5에서 도시된 것과 같이, 기준 신호는 최 외각의 2개의 심볼들에 할당된다. 기준 신호는 절단 처리 이후의 ICI에 의한 간섭일 수 있다. 예를 들면, 간섭은 이하의 수학식 12와 같이 나타낼 수 있다.

여기서

는 원래의 기준 신호 벡터이다.

간섭 행렬 및 원래의 기준 신호는 모두 알려진 것이므로, 절단 과정 이후의 기준 신호 벡터

는 수신단에서 계산될 수 있고, 기준 신호 벡터에 따라 채널 추정이 수행되는데, 즉,

이며, 여기서

은 주파수 영역에서 n 번째 서브-캐리어에 수신된 복소 신호이고

은 주파수 영역 채널 추정치이다.

나아가, OQAM 시스템에서, OQAM시스템에서의 ISI 간섭은 언제나 기준 신호의 설계에 있어서 고려된다. 그리하여, 특수한 보호 심볼의 이용이 몇몇 기준 신호 설계들에서 제안된다. 보호 심볼은 기준 신호에 대한 간섭을 제거하도록 생성된 제로 값 보호 심볼 또는 다른 간섭 제거 심볼들일 수 있다.

따라서, 몇몇 실시 예에서, 데이터 블록에서 의도된 기준 신호를 절단 과정에 의해 영향을 받는 미리 결정된 심볼로 할당하는 것은 기준 신호 내의 보호 심볼 또는 간섭 제거 심볼들을 미리 결정된 심볼로 할당하는 것을 포함한다. 그리하여, 절단된 데이터 블록 내에서, 제로 값 보호 심볼은 절단된 심볼로 할당될 수 있다. 절단 과정은 시스템에 어떤 영향도 미치지 않는데, 왜냐하면 수신단은 제로 값 심볼들을 이용하지 않기 때문이다.

도 6은 제로 값 보호 심볼들을 포함하는 기준 신호 할당에 대한 개략도를 도시한다. 도 6에서 도시된 것과 같이, 제로 값 보호 심볼들은 절단에 의해 영향을 받는 반면, 기준 신호는 영향을 받지 않는다. 간섭 제거 방법을 이용하는 다른 기준 신호 설계는 유사한 할당에 적용될 수 있고, 그리하여 간섭 제거를 위한 심볼만이 절단에 의해 영향을 받을 수 있다.

다른 구현에서, 전처리 과정은 데이터 블록 내에서 낮은 차수의 변조를 필요로 하는 채널을 절단 과정에 의한 영향을 받는 미리 결정된 심볼로 할당하는 과정을 포함할 수 있다.

상술한 바와 같이, 전송 시스템에서, 전송단은 채널 상태에 따라 동적으로 변조 및 코딩 방식을 조절할 수 있다. 데이터 블록이 예를 들면, BPSK 또는 QPSK 변조와 같은 낮은 차수의 변조 모드를 이용할 때, 신호 복조에 대한 절단 과정의 영향은 무시할만하다. 결과적으로, 한정되는 것은 아니나 예를 들면, 제어 채널과 같이 데이터 블록 내 낮은 차수의 변조를 필요로 하는 채널은 절단에 의해 영향을 받는 미리 결정된 심볼로 할당될 수 있다. 제어 채널은 언제나 낮은 차수 변조를 이용하기 때문에, 절단 과정에도 불구하고 시스템 성능은 크게 영향을 받지 않을 것이다.

다른 구현에서, 전처리 과정은 재전송되는 데이터 블록을 전송할 때 초기 전송 데이터 블록 내 미리 결정되지 아니한(un-predetermined) 심볼들 내의 데이터를 간섭에 의해 영향을 받는 미리 결정된 심볼들로 할당하는 과정을 포함한다.

자동적 재전송 쿼리(automatic retransmission query, ARQ)를 이용하는 시스템에서, 재전송 신호는 원래의 신호에 소프트 결합을 적용할 수 있다. 절단 과정은 특정 심볼들에 영향을 미치고, 그리하여 이러한 심볼들에 로딩된 데이터들은 강한 간섭의 대상이 될 가능성이 높다. 따라서, 인터리빙(interleaving) 방법이 시스템 내의 재전송 데이터 블록에서 이용될 수 있으며, 그리하여 다른 데이터를 재전송 데이터 블록의 특정 심볼들로 로딩할 수 있다.

도 7은 최초의 전송 데이터 블록 및 재전송 데이터 블록의 할당에 대한 개략도를 도시한다. 도 7에서 도시된 것과 같이, 원래의 전송 데이터 블록에서 #1번 및 #N번은 절단에 의해 영향을 받는 미리 결정된 심볼에 할당된다. 재전송 데이터 블록에서, #2 번 및 #N-1번은 절단에 의해 영향을 받는 미리 결정된 심볼에 할당된다. 그리하여, 어느 데이터는 2개의 전송의 소프트 결합(soft combination) 동안에 2번의 연속적인 절단에 의해 영향을 받지 않을 것이다.

실시 예 1 및 실시 예 2에서의 전처리 방법은 개별적으로 또는 결합되어 구현될 수 있다는 것을 주목할 만하다. 예를 들면, 한 구현에서, 절단에 의해 영향을 받을 미리 결정된 심볼들로 할당된 데이터 블록 내 기준 신호와 미리 결정된 심볼은 동시에 프리코딩될 수 있다. 이러한 방식으로, 절단으로 인한 간섭은 제거되거나 기준 신호에 대한 오프셋(offset)이 될 수 있다. 통상의 기술자에 의해 충돌없이 다양한 결합이 가능하다는 것은 주목할 만하다. 이러한 결합은 본원에서 일일이 열거되지 않는다.

실시 예 3

실시 예 1 및 실시 예 2에서 이용되는 절단은 절단 구간 내의 신호들을 직접 0으로 설정하는 것이며, 즉, 테일링 데이터의 일부 또는 전부를 0으로 설정하는 것이다. 이 방법은 데이터 블록의 길이를 효과적으로 축소시킬 수 있다는 이점이 있다. 그러나, 이 방법의 문제점은 신호의 주파수 영역 로컬화가 파형의 손상으로 인해 열화된다는 것이며, 이러한 열화는 강한 대역 외 누출을 유발한다. 본 실시 예에서, 절단은 테일링 데이터의 일부 또는 전부에 대한 윈도잉(windowing)을 포함할 수 있다. 한 구현에서, 절단 영역에서의 샘플링 포인트들의 일부를 0으로 설정하고 나머지 샘플링 포인트들에 대해 윈도잉을 수행할 수 있다. 예를 들면, 실시 예 1에서의 데이터 블록을 가정하면, 데이터 블록의 양 쪽에서 448개의 샘플 포인트들이 절단되는데, 200개의 샘플 포인트들이0으로 설정되며, 나머지 248개의 샘플 포인트들은 윈도잉된다.

도 8은 2개의 절단 방법들에 대한 개략도를 도시하며, 좌측 도면은 직접 제로 설정 절단 방법을 나타내고, 우측 도면은 제로 설정 및 윈도잉 방법을 나타낸다. 도 8의 우측 도면에서 도시된 방법에서, 200개의 샘플 포인트들은 0으로 설정되고, 나머지 248개의 샘플 포인트들은 해밍(Hamming) 윈도우를 이용하여 윈도잉될 수 있다.

2개의 절단 방법들의 영향들 또는 기능들을 비교하기 위해, 도 9는 2개의 방법들의 주파수-영역 응답의 개략도를 도시한다. 도 9에서 보여지는 것과 같이, 샘플 포인트들의 일부에 대한 윈도잉은 파형의 주파수-영역 응답이 빠르게 롤링 오프(rolling off)하도록 하고, 그리하여 향상된 주파수 영역 로컬화를 획득할 수 있고 대역 외 누출을 감소시킬 수 있다.

윈도잉 방법이 절단을 위해 이용될 때, 블록간 간섭(inter-block interference, IBI)를 피하기 위한 2개의 데이터 블록들 간의 가드 구간(guard period, GP)이 설정될 필요가 있다는 것이 중요하다. 샘플링 에러 및 채널 딜레이를 고려하지 않을 때, 2개의 데이터 블록들 사이의 최소의 가드 구간은 윈도잉된 샘플 포인트들의 개수 및 2개의 데이터 블록이 오버랩되는 윈도잉 영역일 수 있다.

도 10은 윈도잉(windowing) 절단 방법을 이용했을 때의 복수의 데이터 블록들 간의 오버랩(overlap)에 대한 개략도를 도시한다. 도 10에서 도시된 것과 같이, 2개의 데이터 블록들(데이터 블록 1 및 데이터 블록 2)는 윈도잉된 샘플 포인트들의 개수와 동일한 248개의 샘플 포인트들의 오버랩을 갖는다. 윈도잉된 샘플 포인트들은 절단 영역에 속하기 때문에 윈도잉된 샘플 포인트들은 수신단에서 수신되지 않을 것이고, 그리하여 수신 방법은 제로 설정 절단 방법이 이용될 의 수신 방법과 동일하게 된다.

특정 시스템에서, 제로 설정 절단 및 윈도잉 절단은 채널의 딜레이 특성, 대역 외 누출 요구사항 및 데이터 블록 설계 요구사항 및 다른 인자에 기반하여 함께 고려될 수 있다. 따라서, 몇몇 실시 예에서, 제로 설정 길이 및/또는 윈도잉 길이는 이하의 조건들이 만족되도록 선택될 수 있다. (1) 절단 이후의 데이터 블록의 인접 채널 누출이 미리 결정된 기준값(threshold)를 넘지 않는다. (2) 1 이상의 사용자들로부터의 복수의 데이터 블록들 사이의 간섭이 미리 결정된 레벨을 넘지 않는다.

예를 들면, 실시 예 1에 기반하여, 데이터 블록은 아래와 같이 구성될 수 있다. 1ms의 한 데이터 블록은 28개의 유효한 QAM 심볼들을 포함하고 윈도잉을 위해 200개의 샘플 포인트들을 이용한다. 블록들 사이의 가드 구간은 256 샘플 포인트들이며, 윈도잉된 샘플 포인트들은 대역 외 누출을 효과적으로 억제한다. 데이터 블록 구성은 채널 딜레이 및 동기화 에러로 인한 블록들 간의 간섭을 피하기 위해 이용되는 56개의 샘플 포인트들을 가진다. 샘플링 레이트는 LTE와 동일하게 3.84MHz일 수 있다.

몇몇 실시 예들에서, 절단 길이는 절단된 데이터 블록의 길이가 정수 단위(integer unit)가 되도록 선택될 수 있다. 예를 들면, 정수 단위는 1ms, 5ms, 10ms 등이 될 수 있다.

상술된 설계에 기반하여, 데이터 블록은 데이터 블록의 길이를 축소시킬 수 있고, 데이터 블록의 길이는 제한된 스펙트럼 오버헤드를 축소시키고 개선된 주파수 영역 로컬화를 유지할 수 있다. 이러한 데이터 블록 설계는 특히 상향링크 다중-사용자 또는 TDD 시스템의 경우에 있어서 무선 통신 시스템의 성능을 상당히 향상시킨다.

도 11은 본 개시의 실시 예에 따른 다중 사용자 상향링크 시나리오에서의 예시적인 적용을 도시한다. 도 11의 위쪽 도면은 절단되지 않은 데이터 블록이고, 아래쪽 도면은 본 개시의 실시 예에 따른 윈도잉을 통해 절단된 데이터 블록이다. 여러 사용자들이 교대로 신호를 전송할 때, 데이터 블록의 양쪽 측면에 설정된 가드 구간은 양쪽 측면의 번짐(smearing) 이상이 되어서 블록간 간섭을 피할 수 있어야 한다. 절단 방법을 이용하는 데이터 블록에 대해서 블록간 가드 구간은 상당히 축소되어서 스펙트럼 효율이 크게 개선된다. 그리하여, 절단 방법은 상향링크 다중 사용자의 교차적인 전송에 이용될 때 스펙트럼 이용을 크게 향상시킬 수 있다. 만약 한 사용자의 복수의 데이터 블록들이 결과적으로 스케줄된다면 블록간 가드 영역은 필요하지 않으며, 즉, 스펙트럼 효율에 있어서 절단된 데이터 블록의 개선은 단일 사용자의 연속적인 전송에 있어서는 적다.

도 12는 본 개시의 실시 예에 따른 시 분할 이중화(time division duplexing, TDD) 시스템에서의 예시적인 활용을 도시한다. 도 12에서의 위쪽 도면은 절단되지 않은 데이터 블록이고, 아래쪽 도면은 본 개시의 실시 예에 따른 윈도잉을 통해 절단된 데이터 블록이다. TDD 시스템에서, 하향링크와 상향링크 사이의 크로스톡(crosstalk)을 피하기 위해 하향링크와 상향링크의 슬롯 전환을 위한 가드 구간이 설정될 필요가 있다. 번짐 현상으로 인해서, 절단되지 않은 데이터 블록은 가드 구간 또는 가드 인터벌(interval)의 연장에 대한 필요성을 증가시키고, 그리하여 스펙트럼 효율을 감소시킨다. 만약 절단 방법이 하향링크 데이터 블록의 끝 심볼 및 상향링크 데이터 블록의 앞 심볼에 이용된다면, 상향링크 및 하향링크의 가드 구간의 길이는 단축될 것이고, 그리하여 스펙트럼 효율을 개선할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참고하여 본 개시에 따른 다양한 실시 예들에서 제공되는 필터 뱅크 멀티-캐리어 변조 기반의 신호 전송을 위한 방법이 설명되었다. 본원에서 제공되는 실시 예들에 따르면, 절단으로 인한 번짐은 절단에 의해 영향을 받는 심볼들을 절단 이전에 전처리 함으로써 효과적으로 억제될 수 있으며, 그리하여 높은 신호 수신 성능 및 스펙트럼 누출 특성을 보호하고 FBMC 시스템의 스펙트럼 효율을 극대화할 수 있다. 따라서, 본 개시는 이에 대응하는 신호 수신 방법을 제공한다.

도 13은 본 개시의 실시 예들에 따른 필터 뱅크 멀티-캐리어 변조(Filter Bank Multi-Carrier Modulation) 기반의 수신 방법에 대한 흐름도 1300을 도시한다.

도 13에서 도시된 것과 같이, 1310 단계에서, 데이터 블록 내의 1 이상의 심볼들은 미리 결정된 절단 길이에 따라 수신된다.

전송단에서 전송되는 데이터 블록에 대한 절단이 수행되었기 때문에, 수신단에서의 수신 과정은 오직 간섭을 피하기 위해 유효한 데이터만의 수신이 될 수 있다. 절단 길이는 이미 결정된 것이므로, 수신단은 정확한 시간 동기 내에서 절단된 데이터 블록만을 수신할 수 있다. 즉, 절단에 의해 영향을 받는 미리 결정된 심볼들을 수신하거나 샘플링할 때 송신단에서 절단되지 않은 심볼들만이 수신되거나 샘플된다. 예를 들면, 실시 예1에서의 송신단은 측면 각각에서 448개의 샘플 포인트들을 절단하고, 그리하여 수신은 오직 14×M = 3584개의 샘플 포인트들 만을 수신할 필요가 있게된다.

그러면, 1320 단계에서, 각 심볼은 필터 뱅크 멀티-캐리어에 기반한 복조 모드를 통해 복조될 수 있다.

몇몇 구현에 있어서, 송신단에서 프리코딩이 수행될 때, 필터 뱅크 멀티-캐리어에 기반한 복조 모드를 통한 각 심볼의 복조 과정은, 1321 단계의 절단에 의해 영향을 받는 미리 결정된 심볼들에 대해, 절단되지 않은 심볼들의 일부를 미리 결정된 절단 길이에 따라 0으로 패딩(padding)하여 심볼들의 원래 길이를 갖는 심볼들을 획득하는 과정과, 1322 단계의 필터 뱅크 멀티-캐리어에 기반하여 원래 심볼 길이를 갖는 심볼들을 복조하는 과정, 즉 통상적인 OQAM 복조를 포함할 수 있다.

송신단에서 프리코딩이 수행되기 때문에, 수신단은 추가적인 처리과정을 필요로하지 않으며, 신호는 제로 패딩(zero padding)이후에 통상적인 OQAM 복조에 의해 복조될 수 있다.

제로 설정 절단(zero setting truncation)이 송신단에서 이용될 때, 수신된 절단되지 않은 심볼들 부분은 0으로 패딩되고 상술된 방법에 의해 복조된다. 윈도잉 절단이 송신단에서 이용될 때, 윈도잉된 샘플 포인트들은 절단 영역에 포함되므로 수신되지 않고, 수신 방법은 제로 설정 절단 방법이 이용될 때의 수신 방법과 동일하다.

몇몇 다른 구현에서, 송신단에서의 미리 결정된 심볼에 대한 전처리 과정이 전송되는 데이터 블록들의 다른 조건들에 대하여 미리 결정된 심볼로 할당되는 신호를 선택하는 과정을 포함할 때, 미리 결정된 심볼로 할당되는 신호에 따라 대응하는 수신 방법이 이용될 수 있다.

미리 결정된 심볼에 대한 전처리 과정이 데이터 블록내의 의도된 기준 신호를 절단에 의해 영향을 받는 미리 결정된 심볼로 할당하는 과정을 포함할 때, 수신단은 절단된 기준 신호 벡터를 계산할 수 있고 기준 신호 벡터에 기반하여 채널 추정을 수행할 수 있는데, 이는 원래의 가준 신호는 알려진 신호이고 절단으로 인한 ICI 또한 알려진 것, 즉 간섭 행렬이 알려진 것이기 때문이다.

미리 결정된 심볼에 대한 전처리 과정이 데이터 블록 내 낮은 차수 변조 모드를 필요로 하는 채널을 절단에 의해 영향을 받는 미리 결정된 심볼로 할당하는 과정일 때, 신호는 통상적인 방법으로 복조 및 수신될 수 있는데, 이는 낮은 차수의 변조된 데이터 블록의 신호의 복조에 대한 절단의 영향 때문이다.

미리 결정된 심볼에 대한 처리과정이 재전송된 데이터 블록을 전송하고 최초로 전송된 데이터 블록 내의 미리 결정되지 않은 심볼들에 포함된 데이터를 절단에 의해 영향을 받는 미리 결정된 심볼들로 할당하는 과정을 포함할 때, 재전송된 신호 및 원래의 신호는 소프트-결합되어 데이터 블록 내 절단에 의해 영향을 받는 데이터는 존재하지 않게 된다. 그리하여, 수신과정 및 복조과정은 통상적인 방법으로 수행될 수 있다.

도 14는 본 개시의 예시적인 실시 예에 따른 예시적인 실시 예를 구현하도록 구성된 송신 장치의 개략적인 블록도를 도시한다.

도 14에서 도시된 것과 같이, 전송 장치 1400은 전처리부 1410, 변조부 1420, 절단부 1430 및 전송부 1440을 포함할 수 있다.

전처리부 1410은 1이상의 심볼들을 포함하는 데이터 블록 내의 미리 결정된 심볼들을 전처리 하도록 구성되고, 미리 결정된 심볼들은 절단에 의해 영향을 받는 심볼들이다.

몇몇 실시 예에서, 전처리부 1410은 미리 결정된 심볼들을 프리코딩하도록 구성된다. 프리코딩에 이용되는 프리코딩 행렬은 필터 뱅크 멀티-캐리어 변조에 이용되는 필터 파라미터들 및 절단에 이용되는 파라미터들에 따라 결정된다.

몇몇 실시 예들에서, 전처리부 1410은 데이터 블록내 요구되는 기준 신호를 미리 결정된 심볼들로 할당하도록 구성된다.

다른 몇몇 실시 예들에서, 전처리부 1410은 데이터 블록 내 낮은 차수 변조를 필요로하는 채널을 미리 결정된 심볼들로 할당하도록 구성된다.

다른 몇몇 실시 예들에서, 전처리부 1410은 데이터 블록이 재전송되는 데이터 블록일 때 최초로 전송되는 데이터 블록 내 미리 결정된 심볼들에 대한 데이터를 미리 결정된 심볼들로 할당하도록 구성된다.

복조부 1420은 필터 뱅크 멀티-캐리어 변조를 이용하여 전처리된 데이터 블록을 변조하도록 구성된다.

절단부 1430은 테일링 데이터의 일부 또는 전부를 제거하기 위해 변조된 데이터 블록을 절단하도록 구성된다.

몇몇 실시 예에서, 절단부 1430은 절단된 데이터 블록이 하나의 정수 배가 되도록 절단 길이를 선택하도록 더 구성된다.

몇몇 실시 예들에서, 절단부 1430은 이하의 적어도 하나의 과정을 통해 절단 과정을 수행하도록 구성된다: 테일링 데이터의 전부 또는 일부를 0으로 설정하는 과정과, 테일링 데이터의 일부 또는 전부를 윈도잉하는 과정이다. 제로 설정 길이 및/또는 윈도잉 길이는 이하의 적어도 하나의 조건이 만족되도록 선택될 수 있다: 절단 이후의 데이터 블록의 인접 채널 누출이 미리 결정된 기준값(threshold)를 넘지 않는 것과, 1 이상의 사용자들로부터의 복수의 데이터 블록들의 블록들 사이의 간섭이 미리 결정된 레벨을 넘지 않는 것이다.

전송부 1440은 절단 이후의 복조된 데이터 블록을 전송하도록 구성된다.

전송 장치 1400에 포함된 다양한 유닛(unit)들 및 서브-유닛(sub-unit)들은 본 개시의 예시적인 실시 에들을 구현하도록 구성된다. 그리하여, 도 2 내지 12를 결합하여 설명된 상술한 동작들 및 특징들은 전송 장치 1400 및 전송 장치 1400의 유닛들/서브-유닛들에 적용될 수 있고, 장치에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 15는 본 개시의 예시적인 실시 예들을 구현하도록 구성된 수신 장치의 개략적인 블록도를 도시한다.

도 15에서 도시된 것과 같이, 수신 장치 1500은 수신부 1510 및 복조부 1520을 포함한다.

수신부 1510은 데이터 블록 내 1 이상의 심볼들을 수신하도록 구성된다. 수신부 1510은 절단에 의해 영향을 받는 미리 결정된 심볼이 수신되거나 샘플링될 때 전송단에서 절단된 심볼의 일부만을 수신하거나 샘플링하도록 더 구성된다.

복조부 1520은 필터 뱅크 멀티-캐리어 복조 모드에 기반하여 각각의 심볼들을 복조하도록 구성된다.

몇몇 실시 예들에서, 전송단에서 프리코딩이 수행될 때, 복조부 1520은, 절단에 의해 영향을 받는 미리 결정된 심볼들에 대해서, 미리 결정된 절단 길이에 따라 절단되지 않은 심볼들의 일부를 제로 패딩(zero padding)하여 심볼들의 원래 길이를 갖는 심볼들을 획득하고, 제로 패딩 이후 필터 뱅크 멀티-캐리어 에 기반하여 원래의 심볼 길이를 갖는 심볼들을 복조하도록, 즉, 통상적인 OQAM 복조를 수행하도록 구성된다.

수신 장치 1500에 포함된 유닛(unit)들 및 서브-유닛(sub-unit)들은 본 개시의 예시적인 실시 예들을 구현하도록 구성된다. 그리하여, 도 13과 결합하여 설명된 상술된 동작들 및 특징들은 수신 장치 1500 및 수신 장치 1500의 유닛들/서브-유닛들에 적용될 수 있으며, 상세한 설명은 이하 생략된다.

본 개시에 따른 실시 예들에서의 모듈(module)들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 결합을 이용하여 구현될 수 있다. 추가적으로, 본 개시에서 설명되는 모듈들은 프로세서 내에서 구현될 수 있다. 예를 들면, 아래와 같이 설명될 수 있다: 요청 수신 모듈(request receiving module), 정보 읽기 모듈(information reading module), 뷰 빌딩 모듈(view building module) 및 기능 활성화 모듈(function enabling module)을 포함하는 프로세서(processor). 몇몇 경우들의 모듈들의 명칭이 모듈들 자체의 어떤 제한을 가하기 위해 의도된 것은 아니다. 예를 들면, 요청 수신 모듈은 "위젯(widget)들을 호출하도록 사용자에 의해 제출된 요청을 수신하는 모듈"로 설명될 수 도 있다.

본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합의 형태로 구현될(implemented) 수 있다.

그러한 소프트웨어는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는, 적어도 하나의 프로그램(소프트웨어 모듈), 전자 장치에서 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때 전자 장치가 본 개시의 방법을 실시하게 하는 명령어들(instructions)을 포함하는 적어도 하나의 프로그램을 저장한다.

이러한 소프트웨어는, 휘발성(volatile) 또는 (ROM: Read Only Memory)과 같은 불휘발성(non-volatile) 저장장치의 형태로, 또는 램(RAM: random access memory), 메모리 칩(memory chips), 장치 또는 집적 회로(integrated circuits)와 같은 메모리의 형태로, 또는 컴팩트 디스크 롬(CD-ROM: Compact Disc-ROM), 디지털 다목적 디스크(DVDs: Digital Versatile Discs), 자기 디스크(magnetic disk) 또는 자기 테이프(magnetic tape) 등과 같은 광학 또는 자기적 판독 가능 매체에, 저장될 수 있다.

저장 장치 및 저장 미디어는, 실행될 때 일 실시 예들을 구현하는 명령어들을 포함하는 그로그램 또는 프로그램들을 저장하기에 적절한 기계-판독 가능 저장 수단의 실시 예들이다. 실시 예들은 본 명세서의 청구항들 중 어느 하나에 청구된 바와 같은 장치 또는 방법을 구현하기 위한 코드를 포함하는 프로그램, 및 그러한 프로그램을 저장하는 기계-판독 가능 저장 매체를 제공한다. 나아가, 그러한 프로그램들은 유선 또는 무선 연결을 통해 전달되는 통신 신호와 같은 어떠한 매체에 의해 전자적으로 전달될 수 있으며, 실시 예들은 동등한 것을 적절히 포함한다.

상술한 구체적인 실시 예들에서, 발명에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다. 그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 상술한 실시 에들이 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.

한편 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 다양한 실시 예들이 내포하는 기술적 사상의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims

필터 뱅크 멀티-캐리어(filter bank multi-carrier, FBMC) 변조 기반의 신호 전송 방법에 있어서,
데이터 블록으로부터의 절단(truncating)이 적용될 테일링 데이터(tailing data)의 적어도 일부의 위치에 기반하여 상기 데이터 블록에서 적어도 하나의 심볼을 식별하는 과정과,
상기 절단과 관련된 캐리어 간 간섭(inter-carrier interference, ICI)에 기반하여 적어도 하나의 심볼(symbol)을 전처리(preprocessing)하는 과정과,
상기 FBMC 변조를 이용하여 상기 전처리된 적어도 하나의 심볼을 포함하는 데이터 블록을 변조하는 과정과,
상기 변조된 데이터 블록의 상기 테일링 데이터(tailing data)의 적어도 일부에 대한 절단(truncating)을 적용하는 과정과,
상기 절단이 적용된 상기 테일링 데이터의 적어도 일부에서부터 상기 변조된 데이터 블록을 전송하는 과정을 포함하는 방법.
제 1항에 있어서,
미리 결정된 심볼을 전처리하는 과정은,
상기 미리 결정된 심볼을 프리코딩(pre-coding)하는 과정을 포함하는 방법.
제 2항에 있어서,
상기 프리코딩에 이용되는 프리코딩 행렬은, FBMC 변조에 이용되는 파라미터와 절단에 이용되는 파라미터에 따라 결정되는 방법.
제 3항에 있어서,
상기 절단에 이용되는 파라미터는, 미리 결정된 절단 길이를 포함하는 방법.
제 3항에 있어서,
상기 프리코딩 행렬은, N×N 또는 N0×N0의 차원을 가지고, 여기서 N은 스케줄링 서브-캐리어(scheduling sub-carrier)들의 개수이고, N0은 고정된 값이고 N보다 작은 값이며,
상기 N0×N0의 차원을 갖는 프리코딩 행렬은, 상기 미리 결정된 심볼 내의 N0개의 서브-캐리어 신호들을 프리코딩하도록 반복적으로 이용되어 모든 N개의 서브-캐리어 신호들을 프리코딩하는 방법.
제 3항에 있어서,
상기 프리코딩 행렬은, 절단 이후 상기 변조된 데이터 블록에 의해 생성된 캐리어간 간섭 행렬의 역행렬, 또는 최소 평균 제곱 오차(minimum mean square error, MMSE) 기준에 기반하여 추정된 캐리어간 간섭 행렬의 유사 역행렬(pseudo-inverse-matrix)인 방법.
제 2항에 있어서,
상기 미리 결정된 심볼에 이용되는 변조 차수(modulation order)에 기반하여 동적으로 상기 프리코딩을 조절하는 과정을 더 포함하는 방법.
제 1항에 있어서,
미리 결정된 심볼들을 전처리하는 과정은,
상기 데이터 블록 내의 요구되는 기준 신호들을 상기 미리 결정된 심볼로 할당하는 과정을 포함하는 방법.
제 8항에 있어서,
상기 데이터 블록 내의 기준 신호들을 상기 미리 결정된 심볼로 할당하는 과정은,
기준 심볼 내의 간섭 제거 심볼 또는 보호 심볼을 상기 미리 결정된 심볼로 할당하는 과정을 포함하는 방법.
제 1항에 있어서,
미리 결정된 심볼들을 전처리하는 과정은,
최초로 전송된 데이터 블록 내의 미리 결정되지 아니한(un-predetermined) 심볼에 포함된 데이터를 상기 미리 결정된 심볼로 할당하는 과정을 포함하는 방법.
제 1항에 있어서,
상기 변조된 데이터 블록을 절단하는 과정은,
상기 절단된 데이터 블록의 길이가 정수 단위(integer unit)가 되도록 하는 절단 길이를 선택하는 과정을 포함하는 방법.
제 1항에 있어서,
상기 변조된 데이터 블록을 절단하는 과정은,
상기 테일링 데이터의 일부 또는 전부를 0으로 설정하는 과정과,
상기 테일링 데이터의 일부 또는 전부를 윈도잉(windowing)하는 과정 중에서 적어도 하나의 과정을 포함하는 방법.
제 12항에 있어서,
상기 변조된 데이터 블록을 절단하는 과정은,
상기 절단된 데이터 블록의 인접 주파수 누출이 미리 결정된 기준값(threshold)보다 작은 것과, 한 명 이상의 사용자들로부터의 복수의 데이터 블록들의 시간 영역들에서의 블록간 간섭이 미리 결정된 레벨(level)을 넘지 않는 것 중에서 적어도 하나의 조건을 만족하는 방법.
필터 뱅크 멀티-캐리어(filter bank multi-carrier, FBMC) 변조 기반의 신호 수신 방법에 있어서,
절단과 관련된 캐리어 간 간섭에 기반하여 절단 길이에 따라 데이터 블록 내의 적어도 하나의 심볼을 수신하는 과정과,
FBMC 복조 모드에 기반하여 상기 심볼을 복조하는 과정을 포함하는 방법.
제 14항에 있어서,
상기 심볼을 수신하는 과정은,
절단에 의한 영향을 받는 미리 결정된 심볼이 수신되면, 전송될 때 상기 심볼의 절단되지 않은 부분 만을 수신하는 과정을 포함하는 방법.
제 15항에 있어서,
상기 심볼을 복조하는 과정은,
절단에 의해 영향을 받는 상기 미리 결정된 심볼에 대해, 상기 미리 결정된 절단 길이에 따라 상기 심볼의 절단되지 않은 부분을 0으로 패딩(padding)하여 상기 심볼의 원래 길이를 갖는 심볼을 획득하는 과정과,
상기 FBMC에 기반하여 원래의 심볼 길이를 갖는 상기 심볼을 복조하는 과정을 포함하는 방법.
송신 장치에 있어서,
데이터 블록으로부터의 절단(truncating)이 적용될 테일링 데이터(tailing data)의 적어도 일부의 위치에 기반하여 상기 데이터 블록에서 적어도 하나의 심볼을 식별하는 식별부와,
상기 절단과 관련된 캐리어 간 간섭(inter-carrier interference, ICI)에 기반하여 적어도 하나의 심볼(symbol)을 전처리(preprocessing)하는 전처리부와,
필터 뱅크 멀티-캐리어(filter bank multi-carrier) 변조를 이용하여 상기 전처리된 적어도 하나의 심볼을 포함하는 데이터 블록을 변조하는 변조부와,
상기 데이터 블록으로부터의 상기 테일링 데이터(tailing data)의 적어도 일부에 대한 절단(truncating)하는 절단부와,
상기 절단된 상기 테일링 데이터의 적어도 일부에서부터 상기 변조된 데이터 블록을 전송하는 전송부를 포함하는 장치
수신 장치에 있어서,
절단과 관련된 캐리어 간 간섭에 기반하여 절단 길이에 따라 데이터 블록 내의 적어도 하나의 심볼을 수신하는 수신부와,
필터 뱅크 멀티-캐리어(filter bank multi-carrier) 복조 모드에 기반하여 상기 심볼을 복조하는 복조부를 포함하는 장치.
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