KR102247801B1 - 필터뱅크 다중반송파 시스템에서 간섭 감쇄 또는 간섭 제거 방법 및 장치 - Google Patents

필터뱅크 다중반송파 시스템에서 간섭 감쇄 또는 간섭 제거 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 필터뱅크 다중반송파(Filter-Bank Multi-Carrier, 이하 "FBMC"라 함) 무선 통신 시스템에서 채널의 추정 및 간섭 채널의 복원을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 방법은, 필터뱅크 다중반송파(FBMC) 시스템의 수신기에서 수신 신호의 간섭을 감쇄시키기 위한 방법으로, 수신된 FMBC 심볼에서 데이터와 기준 신호를 분리하여 추출하는 단계; 상기 추출된 기준 신호로부터 채널 추정을 통해 원하는 심볼의 대각 성분 채널을 획득하는 단계; 상기 채널 추정된 대각 성분을 이용하여 상기 원하는 심볼의 비대각 성분과 간섭 심볼의 대각 성분 및 비대각 성분의 간섭 채널 행렬을 생성하는 단계; 상기 간섭 채널 행렬을 이용하여 밴디드 채널 행렬로 재구성하는 단계; 및 상기 재구성된 밴디드 채널 행렬 정보와 상기 필터뱅크 다중반송파 시스템의 송신기의 필터 정보를 이용하여 상기 추출된 데이터에 포함된 간섭을 감쇄시키는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

필터뱅크 다중반송파 시스템에서 간섭 감쇄 또는 간섭 제거 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR REDUCING OR CANCELING INTERFERENCE IN A FILTER-BANK MULTI-CARRIER SYSTEM}
본 발명은 필터뱅크 다중반송파(Filter-Bank Multi-Carrier, 이하 "FBMC"라 함) 무선 통신 시스템에서 채널의 간섭을 감쇄 또는 제거하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
무선 통신 시스템에서 데이터의 수요가 증가하면서, 3세대(3G) 이동통신 방식으로 대표되는 CDMA 방식을 사용하던 무선 통신 시스템에서 보다 많은 양의 데이터를 빠르게 전송하기 위해 4세대(4G)에서는 OFDMA 방식을 사용하기에 이르렀다. OFDMA 방식은 직교하는 다수의 주파수 성분을 이용하여 데이터를 전송함으로써 3세대 무선 통신 방식인 CDMA 방식보다 많은 양의 데이터를 고속으로 전송할 수 있게 되었다. 이러한 OFDM 방식은 LTE 및 LTE-A의 이동통신 시스템은 물론, Wibro 등의 다양한 무선 통신 시스템에서 채택되어 사용되고 있다.
하지만, 사용자가 요구하는 데이터의 양은 기하급수적으로 증가하고 있고, 다음 세대(beyond 4G)의 무선 통신 시스템에서는 CP-OFDM(cyclic prefixed orthogonal frequency division multiplexing) 보다 효율적인 다중접속(multiple access) 기술이 필요하다.
이처럼 OFDMA 방식의 무선 통신 시스템에서 전송할 수 있는 양보다 많은 양의 데이터를 전송하기 위한 기술들 중 하나로 대두되고 있는 대표적인 후보 기술 중 하나로 FBMC 무선 통신 방식이 있다.
FBMC 시스템은 기존 CP-OFDM과 비교하여 볼 때, CP를 전송하지 않는 다는 점에서 심볼 전송률 상에서 큰 이득을 가져올 것으로 기대하고 있다. 또한 에너지가 신호 밴드 내에 잘 갇혀있는 특성(spectrum confinement)으로 가드밴드(guard band)를 줄일 수 있어 연속된 스펙트럼을 사용하지 않는 비동기 이종망이나 기계타입 통신(Machine type communication)에서의 지원 가능 기기의 수를 더욱 증대시킬 것으로 기대된다. 송신 신호 관점에서 FBMC의 대표적인 특징으로는 사용되는 필터가 시간 축에서 긴 구간을 차지한다는 것이고, 효과적인 심볼 전송률을 위해 심볼을 중첩전송 한다는 것이다. 결과적으로 이러한 방식이 긴 데이터를 연속적으로 전송하는 경우에, 기존 CP-OFDM에서 CP없이 보내는 방식과 동일한 심볼 전송률을 가능하게 하였다.
FBMC시스템에서의 중첩구조는 가산 잡음만 있는 경우에는 중첩하지 않은 경우와 동일 수신 성능을 보이지만 다중경로 페이딩을 겪게 되면 중첩구조로 인하여 인접 심볼로부터 간섭이 발생하게 된다. 또한 FBMC에서는 CP를 사용하지 않기 때문에 다중경로 페이딩을 겪은 후 간섭이 발생하게 되는데 이는 주파수축 채널을 볼 때 비대각 성분으로 나타나게 된다. 따라서 이러한 간섭 성분으로 인해 간섭이 없는 경우를 고려하는 CP-OFDM에서 사용하는 1탭(tap) 등화기를 FBMC시스템에서 사용할 경우 수신 성능의 열화를 가져오는 문제점이 있다.
따라서 본 발명에서는 FBMC 시스템에서 간섭 완화를 위한 간섭 감쇄 또는 간섭 제거 방법 및 장치를 제공한다.
또한 본 발명에서는 FBMC 시스템에서 간섭 채널로 전송된 심볼을 복원하기 위한 간섭 감쇄 또는 간섭 제거 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 장치는, 수신 신호의 간섭을 감쇄시키기 위한 필터뱅크 다중반송파(FBMC) 시스템의 수신기 장치로, 수신된 FMBC 심볼에서 데이터와 기준 신호를 분리하여 추출하는 신호 추출부; 상기 추출된 기준 신호로부터 채널 추정을 통해 원하는 심볼의 대각 성분 채널을 획득하는 채널 추정부; 상기 채널 추정된 신호를 이용하여 상기 원하는 심볼의 비대각 성분과 간섭 심볼의 대각 성분 및 비대각 성분의 간섭 채널을 생성하는 간섭 채널 행렬 복원부; 상기 간섭 채널을 이용하여 밴디드 채널 행렬로 재구성하는 밴드디 채널 재구성부; 및 상기 재구성된 밴디드 채널 행렬 정보와 상기 필터뱅크 다중반송파 시스템의 송신기의 필터 정보를 이용하여 상기 추출된 데이터에 포함된 간섭을 감쇄시키는 간섭 감쇄부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 장치는, 필터뱅크 다중반송파(FBMC) 시스템의 수신기에서 수신 신호의 간섭을 제거하기 위한 장치로, 수신된 FMBC 심볼에서 데이터와 기준 신호를 분리하여 추출하는 신호 추출부; 상기 추출된 기준 신호로부터 채널 추정을 통해 원하는 심볼의 대각 성분 채널을 획득하는 채널 추정부; 상기 채널 추정된 신호를 이용하여 상기 원하는 심볼의 비대각 성분과 간섭 심볼의 대각 성분 및 비대각 성분의 간섭 채널을 생성하는 간섭 채널 행렬 복원부; 상기 간섭 채널을 이용하여 밴디드 채널 행렬로 재구성하는 밴드디 채널 재구성부; 상기 필터뱅크 다중반송파 시스템의 송신기의 필터 정보와 상기 재구성된 밴디드 채널 행렬 정보 및 궤환된 정보를 이용하여 간섭 신호를 생성하는 간섭신호 생성부; 및 상기 추출된 데이터에서 상기 간섭 신호의 차를 계산하는 가산부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 방법은, 필터뱅크 다중반송파(FBMC) 시스템의 수신기에서 수신 신호의 간섭을 감쇄시키기 위한 방법으로, 수신된 FMBC 심볼에서 데이터와 기준 신호를 분리하여 추출하는 단계; 상기 추출된 기준 신호로부터 채널 추정을 통해 원하는 심볼의 대각 성분 채널을 획득하는 단계; 상기 채널 추정된 대각 성분을 이용하여 상기 원하는 심볼의 비대각 성분과 간섭 심볼의 대각 성분 및 비대각 성분의 간섭 채널 행렬을 생성하는 단계; 상기 간섭 채널 행렬을 이용하여 밴디드 채널 행렬로 재구성하는 단계; 및 상기 재구성된 밴디드 채널 행렬 정보와 상기 필터뱅크 다중반송파 시스템의 송신기의 필터 정보를 이용하여 상기 추출된 데이터에 포함된 간섭을 감쇄시키는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 방법은, 필터뱅크 다중반송파(FBMC) 시스템의 수신기에서 수신 신호의 간섭을 제거하기 위한 방법으로, 수신된 FMBC 심볼에서 데이터와 기준 신호를 분리하여 추출하는 단계; 상기 추출된 기준 신호로부터 채널 추정을 통해 원하는 심볼의 대각 성분 채널을 획득하는 단계; 상기 채널 추정된 대각 성분을 이용하여 상기 원하는 심볼의 비대각 성분과 간섭 심볼의 대각 성분 및 비대각 성분의 간섭 채널 행렬을 생성하는 단계; 상기 간섭 채널 행렬을 이용하여 밴디드 채널 행렬로 재구성하는 단계; 상기 필터뱅크 다중반송파 시스템의 송신기의 필터 정보와 상기 재구성된 밴디드 채널 행렬 정보 및 궤환된 정보를 이용하여 간섭 신호를 생성하는 단계; 및 상기 추출된 데이터에서 상기 간섭 신호의 차를 계산하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, FBMC 시스템에서 간섭성분에 대한 채널 정보를 확보하고, 등화(Equalization) 또는 로그우도율(LLR) 계산 등에서 간섭 제거 또는 완화를 가능하게 하거나 또는 간섭을 제거할 수 있다. 또한 본 발명에 따르면, 낮은 복잡도의 간섭 성분 채널을 확보할 수 있다. 또한 본 발명에 따르면, FBMC 시스템에서 전송된 심볼을 보다 효율적으로 복원할 수 있다.
도 1은 QAM 방식을 사용하는 FBMC 시스템에서 시간 축에서 중첩되어 전송되는 심볼을 예시한 도면,
도 2a는 FBMC 심볼의 전송 시 송신 및 수신 주파수 인덱스를 이용한 신호의 대각 성분 및 비대각 성분의 에너지 분포도,
도 2b는 FBMC 심볼의 전송 시 송신 및 수신 주파수 인덱스에서 대각성분으로부터 일정한 값만큼 이격된 성분을 이용하여 복원된 밴드 구조의 채널을 예시한 도면,
도 2c는 본 발명에 따라 밴디드 채널 형태로 재구성하기 위한 방법을 설명하기 위한 개념도,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 시간 축의 채널로부터 FMBC 심볼의 간섭 채널을 복원하여 원하는 FBMC 심볼에 보상하기 위한 블록 구성도,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따라 주파수 축의 채널로부터 FMBC 심볼의 간섭 채널을 복원하여 원하는 FBMC 심볼에 보상하기 위한 블록 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 FBMC 심볼의 간섭 감쇄부를 대체하기 위한 심볼 레벨 간섭 제거기의 예시도,
도 6은 본 발명에 따른 FBMC 심볼의 간섭 감쇄부를 대체하기 위한 코드 레벨 간섭 제거기의 예시도,
도 7은 본 발명에 따라 FMBC 시스템의 수신 장치에서 채널 추정 및 데이터 복원 시의 제어 흐름도,
도 8은 본 발명에 따라 송신기와 수신기 간 필터 정보를 설정 및 설정된 필터 정보에 근거하여 데이터를 송수신하기 위한 신호 흐름도.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 다양한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면들에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 이하에 첨부된 본 발명의 도면은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공되는 것으로, 본 발명의 도면에 예시된 형태 또는 배치 등에 본 발명이 제한되지 않음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 하기의 설명에서는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
도 1은 QAM 방식을 사용하는 FBMC 시스템에서 시간 축에서 중첩되어 전송되는 심볼을 예시한 도면이다.
도 1을 참조하면, FMBC 심볼들 100, 110, 120, 130은 각각 CP 없는 OFDM 심볼 길이(M)의 2배 길이를 갖는 FBMC 심볼들을 예로써 도시하였다. 즉, 중첩도 (over-lapping factor : L)가 2인 경우이다. 도 1에서 각 시점들은 CP 없는 OFDM 심볼들의 전송 시간 단위가 될 수 있다. 즉, t0~t1, t1~t2, t2~t3, t3~t4, t4~t5 또는 t5~t6은 모두 CP 없는 OFDM 심볼의 전송 시간 구간이 될 수 있다.
도 1에 예시한 FMBC 심볼들 100, 110, 120, 130의 길이(M)는 CP 없는 OFDM 심볼 길이(M)의 2배 길이를 갖는 FMBC 심볼들이다. 이를 보다 상세히 설명하면, 제1 FBMC 심볼 100은 t0의 구간부터 t2의 구간까지 전송되고, 제2 FBMC 심볼 110은 t1의 구간부터 t3의 구간까지 전송되고, 제3 FBMC 심볼 120은 t2의 구간부터 t4의 구간까지 전송되고, 제4 FBMC 심볼 130은 t3의 구간부터 t5의 구간까지 전송된다.
또한 각각의 FBMC 심볼들 100, 110, 120, 13은 실제로 전송 구간의 변이 예를 들어, 송신 시점에서 수신 시점으로의 전환 또는 수신 시점에서 송신 시점으로의 전환이 발생하지 않는 경우 제3 FBMC 심볼 120과 같이 하나의 CP 없는 OFDM 심볼 구간마다 인접한 시간 구간의 심볼로부터 간섭을 갖는 형태로 전송된다.
이를 보다 상세히 살펴보면, 제3 FMBC 심볼 120의 앞부분의 CP 없는 OFDM 심볼과 동일한 길이의 심볼 전송 구간(t2~t3)에서는 제2 FMBC 심볼 110의 뒷부분의 CP 없는 OFDM 심볼과 동일한 길이의 심볼 전송 구간에서 간섭이 발생한다. 또한 제3 FMBC 심볼 120의 뒷부분의 CP 없는 OFDM 심볼과 동일한 길이의 심볼 전송 구간(t3~t4)에서는 제4 FMBC 심볼 130의 앞부분의 CP 없는 OFDM 심볼과 동일한 길이의 심볼 전송 구간에서 간섭이 발생한다.
OQAM(Offset QAM)을 사용하는 FBMC 방식을 사용하는 경우 전송되는 심볼이 M/2단위로 중첩하므로 중첩 심볼 수가 증가하지만 이상에서 설명한 QAM 방식을 사용하는 FBMC 심볼의 전송과 송신 구조 자체는 동일하다.
또한 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이 FBMC 심볼들 100, 110, 120, 130에서 심볼 전송이 완료된 이후의 시간 구간에서도 에너지들 101, 111, 121, 131이 존재함을 확인할 수 있다. 이는 전송되는 심볼이 다중 경로 페이딩을 겪게 되면서 발생하는 현상이며, 이들 또한 인접한 심볼에 간섭으로 작용할 수 있다.
이를 좀 더 상세히 살펴보면, 제3 FMBC 심볼 120의 앞부분의 CP 없는 OFDM 심볼과 동일한 길이의 심볼 전송 구간(t2~t3)에서는 제2 FMBC 심볼 110의 뒷부분의 CP 없는 OFDM 심볼과 동일한 길이의 심볼 전송 구간에서 간섭이 발생한다. 이외에 부가적으로, 제3 FMBC 심볼 120의 앞부분의 CP 없는 OFDM 심볼과 동일한 길이의 심볼 전송 구간(t2~t3)에서는 제1심볼 100의 전송 완료 이후에 다중경로로 인하여 발생한 심볼 에너지 101의 간섭을 받게 된다. 또한 제3 FMBC 심볼 120의 뒷부분의 CP 없는 OFDM 심볼과 동일한 길이의 심볼 전송 구간(t3~t4)에서는 제4 FMBC 심볼 130의 앞부분의 CP 없는 OFDM 심볼과 동일한 길이의 심볼 전송 구간에서 간섭이 발생한다. 이외에 부가적으로, 제3 FMBC 심볼 120의 뒷부분의 CP 없는 OFDM 심볼과 동일한 길이의 심볼 전송 구간(t2~t3)에서는 제2심볼 110의 전송 완료 이후에 다중경로로 인하여 발생한 심볼 에너지 111의 간섭을 받게 된다.
이러한 현상들은 중첩도(L)에 따라 원하는 심볼의 전/후 L-1개의 심볼로부터 간섭을 받게 된다. 또한 다중경로 페이딩에 의해 이전 심볼에 의한 영향이 다음 심볼에 영향을 주므로 결국 원하는 심볼 전송 전 L개의 심볼들과 원하는 심볼 전송 후 L-1개의 심볼들로부터 간섭의 영향을 받게 된다. 이하에서 편의상 심볼의 인덱스를 k라 하고, 원하는 심볼의 인덱스를 "k=0"라 하자. 그러면 원하는 심볼 이전에 전송된 인접 심볼들은 "k=-L, -L+1, … , -1"의 인덱스를 갖게 되고, 원하는 심볼의 전송 시점 이후의 인접 심볼들을 "k=1, 2, …, L-1"의 인덱스를 갖게 된다. 또한 각 심볼에서의 주파수축 채널을 살펴보면, CP가 없음으로 인해 부반송파(subcarrier)간 간섭이 발생하며, 이는 주파수축 채널의 비대각 성분으로 나타나게 된다. 즉 FBMC 시스템에서는 중첩 송신 구조로 인한 인접 심볼 간섭(inter-symbol interference : ISI)과 CP가 없음으로 인해 발생하는 인접한 부반송파간 간섭(inter-carrier interference : ICI)이 발생한다.
관찰하고 있는 채널 상으로 전송되는 중첩된 FMBC 심볼 블록 내에서 채널이 거의 변하지 않는다고 가정하자. 수신 장치가 원하는 FBMC 심볼을 획득하고자 하는 경우 원하는 심볼의 대각 성분으로부터 시간 축의 채널을 획득하고, 관찰 블록 전체의 시간 축의 채널을 이용하여 원하는 심볼 및 간섭 심볼의 전체 채널 행렬을 복원할 수 있다. 하지만, 이러한 직관적인 방법을 사용하는 경우 전체 FMBC 심볼 블록의 길이를 N이라 할 때, 연산량은 N3 오더의 연산량을 가지게 된다. 즉, 매우 많은 연산량을 갖게 되어, 장치의 부하가 높아지는 문제가 있다.
따라서 본 발명에서는 이러한 간섭을 효과적으로 완화하기 위한 수신기 장치 및 수신 방법을 제공한다.
가장 손쉽게 생각할 수 있는 방법으로 우리가 간섭에 대한 채널을 알고 있다면 이러한 간섭을 등화기나 소프트 디매퍼(soft de-mapper) 등에서 고려함으로써 간섭을 제거하거나 완화할 수 있는 방법들이 존재한다. 그러나 기존의 채널 추정방법을 사용할 경우 원하는 FBMC 심볼의 대각성분만을 얻을 수 있다. 본 발명에서는 원하는 심볼의 대각성분으로부터 CP가 없음으로 인해 발생하는 원하는 심볼 자체에서의 간섭 성분(비대각 성분)과 CP가 없고, 중첩 송신을 하기 때문에 발생하는 인접 심볼의 간섭성분(대각 성분 및 비대각 성분)을 얻는 방법에 대해 이하에서 살펴보기로 한다.
도 2a는 한 FBMC 심볼의 전송 시 송신 및 수신 주파수 일부를 볼 때, 채널의 대각 성분 및 비대각 성분의 에너지 분포도이다.
도 2a를 참조하면, 세로축은 수신 신호 측면에서 부반송파(subcarrier) 인덱스들이며, 가로축은 송신 신호 측면에서 부반송파 인덱스들이고, 이러한 인덱스들간에 영향을 미치는 채널에 대한 에너지 분포도를 시뮬레이션 하여 예시한 그래프이다. 도 2a에서는 OFDM 심볼 길이(M)가 512이고, 중첩도(L)가 2인 경우를 예로써 도시하였다.
도 2a에 예시된 바와 같이 채널의 에너지 분포는 주로 동일한 인덱스가 매핑되는 대각선 성분 210의 위치에 에너지가 밀집되어 있음을 확인할 수 있다. 하지만, 대각성분이 아닌 위치들에서도 에너지가 분포되어 있다. 예컨대, 도 2a에서 수신 신호 측면에서 수신 부반송파 인덱스 376에 대한 에너지 분포를 살펴보면, 송신 부반송파 371부터 송신 부반송파 383까지 에너지가 분포되어 있음을 알 수 있다. 즉, 부반송파 376에 해당하는 신호를 검출하고자 할 때, 부반송파 376에 해당하는 수신신호는 부반송파 371에서부터 부반송파 383까지의 송신신호들이 모두 영향을 미칠 수 있음을 알 수 있다. 보통 에너지 분포는 대각성분을 중심으로 대칭적으로 나타나는 편이며, 도 2a에서는 일부 부반송파를 예시하였기 때문에 비대칭적으로 보이는 부분이 있음에 유의하자.
도 2a를 살펴보면, 주파수 축에서의 채널 행렬은 대각성분이 우세하다는 점과 필터를 고려할 때 대각성분으로부터 일정한 값만큼 떨어진(이격된) 구간의 채널이 수신 성능에 영향을 많이 미치게 됨을 확인할 수 있다. 주파수 축에서의 채널 행렬에서 대각 성분으로부터 L만큼 이격된 구간까지의 성분이 주요한 채널 간섭으로써 영향을 미치게 된다. 따라서 본 발명에서는 도 2a의 에너지 분포도를 토대로 대각성분으로부터 일정한 값만큼 이격된 정보만을 이용하여 간섭 채널의 일부를 복원하도록 하며, 이처럼 복원된 밴드 구조의 채널은 도 2b와 같이 예시할 수 있다.
도 2b는 FBMC 심볼의 전송 시 송신 및 수신 주파수 인덱스에서 대각성분으로부터 일정한 값만큼 이격된 성분을 이용하여 복원된 밴드 구조의 채널을 예시한 도면이다.
도 2b와 같이 밴드 구조를 갖는 복원된 채널 구조를 좀 더 상세히 살펴보기로 하자. 도 2b를 참조하면, 송신 주파수 인덱스와 수신 주파수 인덱스가 같은 지점들을 연결한 대각성분 201은 송신 부반송파 인덱스에서의 FBMC 심볼과 수신 부반송파 인덱스에서의 FMBC 심볼의 에너지 위치가 된다. 또한 대각 성분 201을 중심으로 좌우로 BL만큼씩 즉, 밴드 성분의 폭은 "2BL" 값을 가질 수 있다. 즉, 대각성분 201로부터 도 2a에 예시한 바와 같이 에너지가 분포하는 모든 성분을 고려하는 것이 아니라, 대각 성분 201로부터 좌우로 L의 배수의 거리마다 B개의 비대각 성분을 가지게 된다. 밴드의 크기를 결정하는 B는 채널의 특성과 필터의 제한(confinement) 값에 따라 조절할 수 있는 값이다. 필터의 에너지 분포가 가운데로 집중되어 있는 대부분의 필터의 경우, L의 배수에 해당하는 채널이 영향을 많이 미치게 되며, 필터의 에너지 분포 모양에 따라 주된 영향을 미치는 비대각성분의 위치는 달라질 수 있다. 여기서 필터의 제한값, 중첩도(L), 필터의 에너지 분포 등은 필터에 따라 달라질 수 있는 정보이다. 또한 상기한 값들은 송신기 및 수신기가 모두 알아야 하는 값이므로 기지국으로부터 정보를 얻거나, 단말이 상기한 값들을 선택할 경우 기지국으로 피드백하여 기지국에서도 동시에 알 수 있도록 해야 하는 정보이다.
FBMC 시스템에서 복원하고자 하는 간섭 채널은 원하는 심볼 및 간섭 심볼의 비대각 성분과 인접 간섭 심볼의 대각 성분으로 이루어진다. 간섭 심볼의 대각 성분은 인덱스(k)에 따라 바뀌며, 각 심볼의 비대각 성분은 원하는 심볼의 대각성분 201로부터의 거리(d, 일례로 대각 성분의 좌우로 d = L, 2L, …, BL)와 간섭 심볼 인덱스에 따라 바뀐다. 여기서 d=0인 경우를 대각 성분으로 본다. 원하는 FMBC 심볼의 대각 성분으로부터 시간 축의 채널을 얻고 이를 스케일(scale), 순환 쉬프트(circular shift) 및 고속 퓨리에 변환(FFT)을 통해 얻을 수 있다. 여기서 스케일은 대각 성분으로부터의 거리(d)와 인접 심볼 인덱스(k)의 함수이며, 쉬프트 정도는 인접 심볼 인덱스의 함수이다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 한 심볼을 검출하기 위해 이전 및 이후 심볼을 포함하여 2L개의 심볼을 고려하고, 각 심볼 별로 좌우로 BL만큼의 밴디드 채널을 고려하게 된다. 앞서 설명한 시간축 채널의 스케일, 순환 쉬프트, 고속 퓨리에 변환을 통해 특정 심볼(k)과 대각 성분으로부터의 거리(d)에 따라 길이 N의 대각 또는 비대각 성분을 얻게 된다.
도 2c는 이렇게 얻어진 각각의 대각 또는 비대각 성분을 이용하여 도 2b의 밴디드 채널을 재구성하는 방법을 표현한 것이다. 즉 이전 심볼 및 원하는 심볼의 경우 길이 N의 벡터를 대각 행렬로 만든 후 d만큼 순환 쉬프트 하여 하나의 비대각 성분을 만들 수 있다. 또한 d를 바꾸어 가며 이를 2B만큼 반복 실행한 후 2B개의 비대각 성분을 더하면 도 2b와 같은 밴디드 채널을 얻을 수 있다.
이후 심볼의 경우는 길이 N의 벡터를 -d만큼 순환 쉬프트 한 후 대각 행렬로 만들어 다시 d만큼 순환 쉬프트를 하여 하나의 비대각 성분을 만들 수 있다. 그런 후 이를 2B만큼 반복 실행하여 생성한 2B개의 비대각 성분들을 대각 성분과 더하여 도 2b와 같은 밴디드 채널을 얻을 수 있다.
하나의 비대각 성분을 만드는 다른 방법으로, 주파수축에서의 채널을 이용할 수 있다. 즉, 스케일 텀(scale term)의 고속 퓨리에 변환(FFT)한 값과 주파수축 채널의 순환 컨볼루션(circular convolution)으로부터 얻을 수 있다.
그러면 이하에서 위에서 설명한 방법으로 수신된 FMBC 심볼의 간섭 채널 복원을 위한 장치들에 대하여 살펴보기로 하자.
도 3a는 본 발명의 일 실시 예에 따라 시간 축의 채널로부터 FMBC 심볼의 간섭 채널을 복원하여 원하는 FBMC 심볼에 보상하기 위한 블록 구성도이다.
도 3a를 참조하면, 수신된 신호는 제1고속 퓨리에 변환부 301에서 수신된 FBMC 심볼을 고속 퓨리에 변환하여 출력한다. 이처럼 제1고속 퓨리에 변환부 301에서 고속 퓨리에 변환을 통해 시간 도메인의 신호를 주파수 도메인의 신호로 변환할 수 있다. 이처럼 주파수 도메인 신호로 변환된 FBMC 심볼은 데이터 추출부 303과 필터링 및 기준 신호(Reference Signal) 추출부 305로 각각 출력된다. 데이터 추출부 303은 주파수 도메인 상의 FBMC 심볼에서 데이터만을 추출한다. 또한 필터링 및 기준 신호 추출부 305는 주파수 도메인 상의 FMBC 심볼에서 기준 신호(reference signal)만을 추출한다. 이러한 데이터 추출부 303 및 필터링 기준 신호 추출부 305는 "신호 추출부"로 통칭할 수 있다.
추출된 기준 신호는 채널 추정부 310으로 입력된다. 채널 추정부 310은 채널 재생성부 311, 역 고속 퓨리에 변환부 313, 디노이즈부 315 및 보간부 317로 구성된다. 채널 재생성부 311은 기준 신호가 전송되어 온 채널을 추정하기 위해 최소 자승(least square) 방식을 적용할 수 있다. 최소 자승 방식을 통해 채널 상태로 재생성된 신호는 역 고속 퓨리에 변환부 313으로 입력된다. 역 고속 퓨리에 변환부 313은 주파수 도메인의 신호를 다시 시간 도메인의 신호로 변환하여 출력한다. 시간 도메인으로 변환된 신호는 디노이즈부 315에서 노이즈를 제거하여 출력된다.
이때, 본 발명에서는 채널 추정부 310의 출력 중 노이즈가 제거된 시간 도메인의 신호는 본 발명에 따른 간섭 채널 행렬 복원부 320으로 입력된다. 또한 노이즈가 제거된 신호는 보간부 317로 입력된다. 보간부 317은 노이즈가 제거된 신호를 시간 도메인에서의 보간(interpolation)을 수행하고, 고속 퓨리에 변환하여 주파수 도메인에서의 보간을 수행하여 출력할 수 있다. 이때 얻어진 채널은 원하는 심볼의 대각 성분에 해당하는 채널이다.
한편, 간섭 채널 행렬 복원부 320은 스케일링부 321, 쉬프트부 323 및 제2고속 퓨리에 변환부 325를 포함하여 구성할 수 있다. 간섭 채널 행렬 복원부 320은 도 2b에 예시한 바와 같은 형태의 밴디드 채널을 가정하기 위해 밴드의 크기를 선정할 수 있다. 이때, 밴드의 크기는 채널의 지연 프로파일(delay profile) 및 필터 제한(filter confinement) 값을 고려하여 설정할 수 있다.
간섭 채널 행렬 복원부 320에서 수행되는 동작을 수학식으로 표시하면, 하기 <수학식 1>과 같이 예시할 수 있다. 일례로 원하는 심볼의 비대각 성분 및 간섭으로 작용하는 이후 심볼들에 대한 대각 및 비대각 성분을 생성하는 식으로 심볼 인덱스 k와 대각 성분으로 부터의 거리 d의 함수로 주어진다. 또한 원하는 심볼의 비대각 성분 및 간섭으로 작용하는 이후 심볼들에 대한 대각 및 비대각 성분은 원하는 심볼의 대각 성분을 기반으로 생성한다.
Figure 112014079269787-pat00001
여기서,
Figure 112014079269787-pat00002
은 다중경로 페이딩 채널로써, 길이 Lc의 벡터이다. 또한 Vec{ㅇ}는 0을 삽입함으로써 N X 1 크기의 벡터를 만드는 것이고, circshift(a,n)는 벡터 a를 n만큼 순환 쉬프트하는 함수이다. 여기서, k는 원하는 심볼 및 이후의 인접 심볼의 인덱스로 0 ~ L-1까지 변화하는 인덱스로, k=0는 원하는 FBMC 심볼을 의미한다. 대각 성분을 생성하는 경우 d=0이며, d는 대각 성분으로부터의 거리를 의미하는 것으로 -N/2 ~ N/2-1의 값을 가질 수 있으나, 본 발명에서는 -BL ~ BL의 값으로 한정한다.
원하는 심볼의 대각 성분으로부터 시간 축의 채널을 추정하면,
Figure 112014079269787-pat00003
에 해당하는 값을 얻을 수 있는데, 이와 <수학식 1>을 비교해 볼 때, 인접 심볼 인덱스 k와 대각 성분으로부터의 거리 d에 따른 스케일링과, 인접 심볼 인덱스에 따른 kM 만큼의 순환 쉬프트 후 고속 퓨리에 변환을 통해 주파수 축 채널을 생성할 수 있다. 여기서 M은 L배 오버샘플하기 전 퓨리에 변환 사이즈로, 중첩 송신 쉬프트하는 정도에 의해 결정된다. 따라서 원하는 심볼의 비대각 성분을 구성할 때는 쉬프트가 필요 없다. 또한, OQAM/FBMC의 경우 K*M/2의 값이 된다. 인접 심볼의 대각 성분을 생성하고자 할 때 k는 0이 아니며, d=0인 경우로 생성할 수 있다. 이전 심볼의 경우도 <수학식 1>과 비슷한 형태로 나타낼 수 있는데, 스케일링 부분이 달라진다.
<수학식 1>과 같이 계산된 채널 행렬 복원부 320의 출력은 밴디드 채널 재구성부 330으로 입력된다. 밴디드 채널 재구성부 330은 도 2c와 같은 형태로 채널을 재구성할 수 있다. 즉, 각 심볼 별로 d를 바꾸어 가며 <수학식 1>과 같이 길이 N의 벡터를 생성하고, 도 2b의 밴디드 채널을 구성하는 것을 개념적으로 보여준 것이 도 2c라고 하자. 그러면 도 2b와 같은 밴디드 채널을 만들기 위해서는 실제로 각각의 생성된 벡터를 대각 행렬로 만든 후 d만큼 순환 쉬프트 하여 하나의 비대각 성분을 만든다. 이후 d를 바꾸어 가며 비대각 성분의 생성을 2B만큼 반복 실행하여 원하는 수만큼의 비대각 성분을 생성할 수 있다. 이처럼 생성된 대각 성분과 2B개의 비대각 성분들 더하여 도 2b와 같은 밴디드 채널을 얻을 수 있다.
도 2b와 같은 형태의 밴디드 채널로 원하는 심볼 및 간섭 심볼의 채널을 재구성하는 경우 중앙의 위치 실제 FBMC 심볼이 전송되는 위치 이외에 사각형의 대각선 방향과 평행한 다른 2개의 모서리 부분에 에너지 분포를 결정해야 한다. 이처럼 에너지 분포를 결정하는 경우 도 2c와 같이 윈도우로 특정한 밴드를 구성할 시 모두 포함되지 않는 영역들 220a, 230a이 존재한다. 이 영역들을 참조부호 221 및 231과 같은 형태로 이동시켜 윈도우 형태로 표현할 시 해당하는 모서리 방향으로 이동시켜, 에너지들을 갖는 220b, 230b와 같은 형태로 재구성한다.
밴디드 채널 재구성부 330에서 도 2c에서 설명한 방법을 통해 2L개의 밴디드 채널을 구성한 밴디드 채널 데이터는 등화 계수 계산부 340로 입력된다. 등화 계수 계산부 340은 보간부 317로부터 입력된 신호와 밴디드 채널 재구성부 330으로부터 입력된 신호 및 미리 설정된 필터 정보 370을 이용하여 채널을 보정한다. 등화 계수 계산부 340에서 수행되는 동작은 하기 <수학식 2> 내지 <수학식 4> 중 어느 하나의 형태가 될 수 있다.
Figure 112014079269787-pat00004
Figure 112014079269787-pat00005
Figure 112014079269787-pat00006
위 <수학식 2>는 본 발명에 따라 등화 계수 계산부 340에서 변경되는 등화 방법의 하나가 될 수 있으며, <수학식 3> 및 <수학식 4>는 등화 계수 계산부 340에서 본 발명에 따라 새롭게 가능하게 된 등화 방법이 될 수 있다. 즉, <수학식 2>에서는 원하는 심볼의 대각 성분만을 이용하는 기존의 1탭(tap) MMSE 대비 잡음의 분산값(
Figure 112014079269787-pat00007
)이 잡음 및 간섭의 분산값(
Figure 112014079269787-pat00008
)으로 변경되는 것이며, <수학식 3> 및 <수학식 4>의 경우에서처럼 인접 심볼의 채널의 정보(
Figure 112014079269787-pat00009
)를 이용하여 등화가 가능하다. 여기서 인접 심볼의 대각 성분만을 이용할 경우 <수학식 3>에서는 <수학식 2> 대비 1탭 등화기를 사용한다는 측면에서 동일하지만, 부반송파별 다른 간섭의 정보를 추가적으로 고려할 수 있다. 또한 밴디드 행렬을 재구성한 경우 밴디드 형태의 등화기 구조를 갖는다. <수학식 4>의 경우는 등화기 구성 시 필터계수까지 고려한 것으로 필터와 채널을 함께 고려함으로써 성능을 향상시킬 수 있다.
여기서, 필터링을 고려한다함은 필터계수를 모아 행렬로 만든 NXM 크기의 행렬을 PT라하고 간섭채널에 송신필터 행렬 PT와 수신필터 행렬로
Figure 112014079269787-pat00010
을 곱함으로써 행할 수 있다. 필터링 후 등화를 하는 경우는 송수신 필터링된 후 보여지는 채널을 등화하는 것으로 <수학식 2>와 <수학식 3>에서
Figure 112014079269787-pat00011
대신에
Figure 112014079269787-pat00012
로 대체하고 수신 신호 구성 시 등화 후 필터링 즉, <수학식 5>에서
Figure 112014079269787-pat00013
을 없앰으로써, 표현할 수 있다. 여기서 사용된 간섭 채널은 본 발명으로 재구성한 채널이다.
본 실시 예에서는 밴디드 형태의 등화기만을 고려하였지만, 재생성한 간섭 채널을 이용하여 등화할 부반송파의 위치별 K탭을 고려하는 블록 형태의 등화기도 고려 가능하다. 밴디드 행렬을 사용할 것인지 또는 블록 형태를 사용할 것인지의 결정은 수신기의 연산량과 성능과의 트레이드 오프(trade off) 관계에 있다.
이처럼 본 발명을 적용하는 경우 원하는 심볼의 대각 행렬만이 아니라 인접 심볼의 대각 행렬을 고려하거나 원하는 심볼의 채널과 인접 심볼의 채널이 밴디드 구조(banded structure)를 가지게 된다. 따라서 1탭(tap) 등화기인 경우도 간섭 전력이나 간섭채널을 고려할 수 있게 된다. 이는 로그 우도율 계산 시 활용할 수 있다.
등화 후 필터링한 수신 신호를 살펴보면, 하기 <수학식 5>와 같이 표현할 수 있다. 즉, 주파수 축 수신신호
Figure 112014079269787-pat00014
를 GMMSE로 등화한 후 m번째 부반송파에 해당하는 필터로 필터링을 수행한 경우의 수신 신호이다.
Figure 112014079269787-pat00015
이때, 등화 및 필터링 된 신호의 이득은
Figure 112014079269787-pat00016
으로 나타낼 수 있고,
Figure 112014079269787-pat00017
는 수신 잡음 및 간섭신호에 해당한다. 수신 잡음 및 간섭신호는 다시 <수학식 6>과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112014079269787-pat00018
<수학식 6>에서 m'은 m과 같지 않은 부반송파 인덱스를 나타낸다. 첫 번째 구성 요소는 원하는 심볼의 비대각 성분으로부터 발생하는 간섭성분이며, 두 번째 구성 요소는 인접 심볼의 대각 및 비대각 성분으로부터 발생하는 간섭을 의미하고, 마지막 성분은 잡음에 의해 발생하는 성분으로 등화기에 의해 부반송파 별 분산값이 변하는 컬러드 잡음(colored noise)이다. 이때, 잡음 및 간섭은 평군이 0이므로, 분산값은
Figure 112014079269787-pat00019
과 같이 정의된다. 여기서 *는 conjugate를 의미한다. 원하는 심볼을 의미하는 인덱스 [0]를 제거하고, 잡음 및 간섭의 분포를 가우시안이라고 가정하면, m번째 부반송파에서 j번째 비트 bj에 대한 로그우도율은 하기 <수학식 7>과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112014079269787-pat00020
여기서, Bayers' 규칙과 max-log 근사화를 사용하면 <수학식 7>과 같이 펴현할 수 있다.
Figure 112014079269787-pat00021
과
Figure 112014079269787-pat00022
는 j번째 비트가 0 또는 1이 될 수 있는 심볼의 집합을 의미한다. 앞에서 설명한 <수학식 6>으로부터 잡음 및 신호의 분산을 구할 수 있으며, 이때 이용 가능한 정보에 따라 즉 채널 행렬이 추정 또는 복원한 채널
Figure 112014079269787-pat00023
로 주어지게 되고, 본 발명을 이용하는 경우 간섭채널의 대각성분을 복원하거나 밴디드 형태의 원하는 심볼 및 간섭 심볼을 구성하여 부반송파 별 신호대 간섭 및 잡음비(SINR)을 구성할 수 있다. 또한 이 값은 로그우도율 계산부의 입력값으로 사용된다. 즉, 부반송파 별 신호대 간섭 및 잡음비는 복원된 채널, 등화기 및 필터와 백색 가우시안 잡음의 분산값으로 결정된다.
등화 계수 계산부 340에서 계산된 등화기의 계수 및 부반송파 별 신호대 간섭 및 잡음의 비는 등화 및 필터부 350과 로그 우도율 계산부 360으로 입력된다. 등화 및 필터부 350은 데이터 추출부 303에서 추출된 데이터 심볼들에 대하여 등화 계수 계산부 340으로부터 수신된 신호를 이용하여 등화 및 필터링을 수행할 수 있다.
등화 및 필터부 350에서 필터링된 신호는 로그 우도율(LLR) 계산부 360으로 입력된다. 로그 우도율 계산부 360은 등화 계수 계산부 340에서 입력된 정보와 등화 및 필터부 350에서 등화되어 출력된 데이터의 로그 우도율을 계산하여 원하는 데이터를 복원할 수 있다.
도 3에서와 같이 시간 축의 채널로부터 FBMC 심볼의 간섭 채널을 복원하여 FBMC 데이터 심볼에 복원하는 경우 각 부반송파별 간섭전력의 계산이 가능하며, 기존 등화기(EQ)를 사용하는 경우, 간섭전력이 달라짐으로 인해 로그 우도율(LLR) 값이 달라진다. 또한 새로운 등화기(EQ)를 사용하는 경우, 채널과 등화기에 따른 간섭전력 계산 가능하다. 뿐만 아니라 본 발명을 통해 간섭 전력 외에도 원하는 파라미터를 추출할 수 있으며, 간섭의 분포에 따라 간섭 전력 외에 필요 파라미터가 달라질 수 있다. 또한 본 발명의 실시 예에서는 가우시안 분포를 가정하여 간섭 전력에 의한 신호대 간섭 및 잡음의 비를 구하였다. 하지만 이 분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 사상을 이용하여 다른 형태로 변형하여 적용할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따라 주파수 축의 채널로부터 FMBC 심볼의 간섭 채널을 복원하여 원하는 FBMC 심볼에 보상하기 위한 블록 구성도이다.
도 4의 구성은 도 3과 대비할 때, 채널 추정부 310의 출력을 간섭 채널 행렬 복원부 410으로 입력하도록 구성한 경우이다. 즉, 보간부 317에서의 출력은 앞서 설명한 바와 같이 다시 고속 퓨리에 변환된 신호이므로 주파수 도메인에서의 신호이다.
따라서 간섭 채널 행렬 복원부 410은 주파수 도메인에서 신호를 이용하여 채널 행렬을 구성해야 하므로, 제2스케일링부 411, 순환 컨볼루션부(circular convolution unit) 413 및 페이즈 쉬프트(phase shift) 415를 포함할 수 있다. 여기서 제2 스케일링 부는 대각성분으로부터의 거리 d와 인접 심볼 인덱스 k의 함수로 도 3a에서의 제1스케일링을 주파수축에서 표현한 것으로 원하는 심볼의 주파수축 채널의 대각 성분과 순환 컨볼루션함으로써 원하는 심볼의 비대각 성분을 구성하고 인접 심볼의 경우 추가적인 페이즈 쉬프트가 필요하다.
도 4에서의 구성은 도 3과 대비할 때, 도 3의 시간 도메인에서의 동작을 주파수 도메인에서의 동작으로 변환한 방법이며, 그 외의 나머지 부분들은 동일한 구성 및 동작을 수행할 수 있다.
이상에서 설명한 도 3 및 도 4에서는 간섭을 감쇄시키기 위한 형태의 구성을 살펴보았다. 도 3 및 도 4에서 간섭 감쇄부의 구성을 간섭 제거기로 대체하여 FBMC 심볼의 간섭을 제거하는 형태로 구성할 수도 있다. 즉, 추정 및 재구성된 간섭 채널을 이용하여 간섭을 제거할 수 있다. 이때, 간섭 제거기는 심볼 레벨 간섭 제거기와 코드 레벨 간섭 제거기 형태로 구성할 수 있으며, 각각에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 살펴보기로 하자.
도 5는 본 발명에 따른 FBMC 심볼의 간섭 감쇄부를 대체하기 위한 심볼 레벨 간섭 제거기의 예시도이다. 도 5에서도 도 3 및 도 4의 구성과 동일한 구성에 대하여는 동일한 참조부호를 사용하였음에 유의하자.
도 5를 참조하면, 심볼 레벨 간섭 제거기로 입력되는 데이터는 도 3 및 도 4의 데이터 추출부 303에서 추출된 데이터를 의미한다. 또한 심볼 레벨 간섭 제거기로 입력되는 밴디드 채널 재구성 데이터는 밴디드 채널 재구성부 330에서 밴디드 채널로 재구성된 데이터이며, 필터 정보 370은 송신 장치 또는 수신 장치에서 선택한 필터의 정보이다. 마지막으로 채널 추정부 310의 출력은 등화 계수 계산부 340으로 입력된다.
간섭 신호 생성부 520은 최초 동작 시 밴디드 채널 재구성 데이터와 필터 정보를 이용하여 간섭 채널의 신호를 생성하여 가산부 510으로 출력한다. 가산부 510은 데이터에서 간섭 신호 생성부 520에서 출력되는 간섭 신호를 제거하여(차를 계산하여) 간섭 신호를 제거할 수 있다. 가산기 510에서 간섭 신호가 제거된 데이터는 등화 및 필터부 350으로 입력된다.
등화 및 필터부 350은 앞서 설명한 바와 같이 등화 계수 계산부 340에서 계산된 등화 계수를 이용하여 등화 및 필터링이 이루어진다. 이에 대하여는 앞서 설명한 도 3 및 도 4에서와 바와 같은 형태이므로, 추가적인 설명은 생략하기로 한다. 등화 및 필터부 350의 출력은 로그 우도율 계산부 360으로 입력됨과 동시에 간섭 신호 생성부 520으로 피드백 된다.
이처럼 등화 및 필터부 350으로부터 간섭 신호 생성부 520로 피드백 신호가 존재하는 경우 간섭 신호 생성부 520은 피드백 신호를 고려하여 간섭 신호를 생성한다. 가령, 간섭 신호 생성부 520은 피드백 신호를 이용하여 밴디드 채널 재구성 데이터에 간섭 채널을 고려하는 형태로 다시 간섭 신호를 생성할 수 있다. 이때, 필요에 따라서는 등화 계수 계산부 340에서도 등화 및 필터부 350에서 피드백하는 정보를 이용하여 등화계수를 추가적으로 계산할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 FBMC 심볼의 간섭 감쇄부를 대체하기 위한 코드 레벨 간섭 제거기의 예시도이다. 도 6에서도 도 3 및 도 4의 구성과 동일한 구성에 대하여는 동일한 참조부호를 사용하였음에 유의하자.
도 6을 참조하면, 코드 레벨 간섭 제거기로 입력되는 데이터는 도 3 및 도 4의 데이터 추출부 303에서 추출된 데이터를 의미한다. 또한 코드 레벨 간섭 제거기로 입력되는 밴디드 채널 재구성 데이터는 밴디드 채널 재구성부 330에서 밴디드 채널로 재구성된 데이터이며, 필터 정보 370은 송신 장치에서 또는 수신 장치에서 선택한 필터의 정보이다. 마지막으로 채널 추정부 310의 출력은 등화 계수 계산부 340으로 입력된다.
간섭 신호 생성부 560은 최초 동작 시 밴디드 채널 재구성 데이터와 필터 정보를 이용하여 간섭 채널의 신호를 생성하여 가산부 610으로 출력한다. 가산부 610은 데이터에서 간섭 신호 생성부 660에서 출력되는 간섭 신호를 제거하여(차를 계산하여) 간섭 신호를 제거할 수 있다. 가산부 610에서 간섭 신호가 제거된 데이터는 등화 및 필터부 350으로 입력된다.
등화 및 필터부 350은 앞서 설명한 바와 같이 등화 계수 계산부 340에서 계산된 등화 계수를 이용하여 등화 및 필터링이 이루어진다. 이에 대하여는 앞서 설명한 도 3 및 도 4에서와 바와 같은 형태이므로, 추가적인 설명은 생략하기로 한다. 등화 및 필터부 340의 출력은 로그 우도율 계산부 360로 입력된다. 도 5와 대비할 때, 도 5는 심볼 레벨의 간섭을 제거하는 경우이고 도 6은 코드 레벨의 간섭을 제거하기 때문에 궤환되는 정보 및 궤환 위치가 다르게 된다.
즉, 도 6에서는 로그 우도율 계산부 360에서 계산된 LLR 값을 비트 디인터리버 620에서 비트 단위로 디인터리빙을 수행한다. 여기서 비트 단위로 디인터리빙을 수행하는 것은 송신 장치에서 비트 단위로 인터리빙된 과정의 역 과정이 된다.
비트 디인터리버 620의 출력은 채널 복호기 630에서 채널 복호된다. 채널 복호기 630은 채널 부호화 방식에 따라 다양한 형태가 가능하며, 본 발명에서는 채널 부호화 방식 및 복호 방식에 대한 특별한 제약을 두지는 않는다. 따라서 알려진 다양한 방식의 채널 복호기들 중 어떠한 것을 사용하더라도 무방하다.
또한 채널 복호기 630에서 채널 복호된 값은 오류 유무에 따라 오류가 없는 경우 데이터로 사용할 수 있으며, 오류가 존재하는 경우 반복 복호가 이루어질 수 있다. 이처럼 반복 복호가 이루어지는 경우를 가정하여 설명하기로 한다.
채널 복호기 630에서 반복 복호 시 채널 복호기의 출력은 비트 인터리버 640으로 입력될 수 있다. 비트 인터리버 640은 채널 복호기의 출력을 비트 단위로 인터리빙하여 연성 재 변조기(soft remodulator) 650으로 입력된다. 연성 재변조기는 채널 복호기 630의 출력이 인터리빙된 형태의 데이터를 연성 재변조하여 간섭신호 생성부 660 및 등화계수 계산부 340으로 출력한다.
등화 계수 계산부 340은 연성 재변조된 심볼을 고려하여 등화 계수를 갱신할 수 있다. 이처럼 갱신된 등화 계수는 등화 및 필터부 350으로 입력되며, 등화 계수 계산부 340에서 계산된 신호대 잡음 간섭비(SINR)는 로그 우도율 계산부 360으로 입력된다.
또한 간섭 신호 생성부 660은 연성 재변조기 650에서 연성 재변조된 신호의 평균 또는 평균과 분산을 이용하여 밴디드 채널 재구성 데이터를 갱신하여 간섭 신호를 재구성할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 코드 레벨 간섭 제거기는 로그 우도율 계산 후 채널 디코딩을 하게 되며, 채널 디코딩 후 검출된 신호와 본 발명으로 재구성된 간섭채널을 바탕으로 간섭신호를 구성하고 이를 제거할 수 있다.
이상에서 설명한 도 5 및 도 6의 본 발명이 적용된 간섭 제거기들을 이용하는 경우 보다 많은 간섭 채널에 대한 정보를 이용할 수 있으므로, FBMC 시스템에서 간섭을 효과적으로 제거할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따라 FMBC 시스템의 수신 장치에서 채널 추정 및 데이터 복원 시의 제어 흐름도이다.
도 7을 참조하면, FBMC 시스템의 수신 장치는 700단계에서 FBMC 심볼을 수신하여 데이터 및 기준 신호를 추출할 수 있다. 이때, 시스템의 구성에 따라 기준 신호만을 먼저 추출할 수도 있고, 기준 신호와 데이터가 섞여 있는 경우 함께 추출할 수도 있다. 이후 수신 장치는 702단계에서 파일럿 신호와 같은 기준 신호를 이용하여 채널을 추정할 수 있다. 이처럼 채널 추정이 이루어지면, 도 2b에서 살펴본 바와 같이 원하는 심볼의 대각 성분을 획득할 수 있다.
이후 수신 장치는 704단계에서 채널의 주파수 선택적 특성과 필터의 confinement의 정도에 따라 밴드 크기(band size)를 결정할 수 있다. 이때 밴드 크기가 1인 경우 대각 성분만을 고려하는 경우가 된다. 밴드의 크기를 결정한 후 수신 장치는 706단계에서 추정한 채널로부터 간섭 채널을 복원할 수 있다. 여기서 간섭 채널은 원하는 심볼의 비대각 성분, 인접 심볼의 대각 및 비대각 성분으로 구성된다. 따라서 간섭 채널의 복원은 원하는 심볼의 시간축 채널, 스케일링, 순환 쉬프트(circular shift) 및 고속 퓨리에 변환(FFT)이 이루어질 수 있다.
여기서, 스케일링 값은 인접 심볼 인덱스 k, 대각 성분으로부터의 거리 d에 따라 스케일 값이 달라질 수 있으며, 순환 쉬프트(Circular shift) 정도는 인접 심볼 인덱스 k에 따라 다른 값이 될 수 있다. 이는 <수학식 1>에 의해 계산될 수 있으며, 앞서 설명한 바와 같이 대각 성분으로부터 일정한 거리만큼 이격된 하나의 비대각 성분의 선에 해당하는 채널을 생성하는 과정이 될 수 있다. 이에 대해서는 도 2b 및 도 2c에서 보다 상세히 설명하였으므로, 여기서는 설명을 생략하기로 한다.
그런 후 수신 장치는 708단계에서 재구성된 채널을 이용하여 추출된 데이터를 등화 및 필터링을 수행할 수 있다. 이때 등화 후 필터링을 수행할 수도 있으며 필터링 후 등화를 수행할 수도 있다. 등화 및 필터링을 수행한 후 수신 장치는 710단계에서 등화 계수와 필터 정보 및 간섭 채널의 정보를 고려하여 부반송파별 신호대 간섭 및 잡음비(SINR)를 구할 수 있다. 이때, 등화기 계수 계산은 등화기에서 수행할 수 있다.
수신 장치는 712단계에서 등화 및 필터링 된 신호와 환산된 신호대 간섭 잡음비를 이용하여 가우시안 분포 가정 하에 로그 우도율(LLR) 계산을 수행할 수 있다. 이후 수신 장치는 714단계에서 채널 복호를 통해 원하는 데이터의 복호를 수행할 수 있다.
이상에서 설명한 도 7에서는 시간축 채널로부터 간섭채널 복원과 주파수축 채널로부터의 간섭채널을 복원하는 경우를 모두 포함한 경우이다.
그러면 다음으로 송신기와 수신기 관점에서 필터 정보를 설정하기 위한 동작에 대하여 살펴보기로 하자.
도 8은 본 발명에 따라 송신기와 수신기 간 필터 정보를 설정 및 설정된 필터 정보에 근거하여 데이터를 송수신하기 위한 신호 흐름도이다.
도 8에서 송신기 10은 일반적으로 NodeB 또는 eNB가 될 수 있으며, 수신기 20은 UE가 될 수 있다. 그 역도 가능함은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 또한 그 밖에 일반적인 송신기 및 수신기에 대하여도 동일하게 적용할 수 있다.
수신기 20은 800단계에서 송신기 10과 RRC-Connection 셋업 시 단말의 능력(UE capability) 정보를 보고(feedback)할 수 있다. 이때, 보고되는 정보는 UE의 가능한 밴드 크기(Band size), 등화기(EQ)의 종류(banded vs. block) 등을 포함할 수 있다. 그러면 송신기 10은 802단계에서 수신기 20에 인접한 다른 UE들을 고려하여 파라미터를 선택하고, 선택된 파라미터들을 수신기 20으로 전송한다. 이때, 선택된 파라미터에는 가능한 필터 셋(filter set)을 한정하여 필터 셋 정보를 통보하거나 또는 필터 셋을 한정하기 위한 정보(fall-off rate, non-zero coeffi.수 등)를 포함하여 통보할 수 있다.
그러면 수신기 20은 802단계에서 필터 셋에 대한 정보를 수신하고, 채널 추정 및 간섭 채널의 재구성을 수행한다. 그런 후 수신기 20은 신호대 간섭비(SNR) 또는 신호대 잡음 간섭비(SINR)가 최대가 되는 최적의 필터를 선택하고, 선택된 최적의 필터 인덱스 또는 정보를 804단계에서 송신기 10으로 전송한다.
이처럼 수신기 20에서 최적의 필터 인덱스 또는 정보를 송신기 10으로 전송하도록 함으로써 실제 데이터를 수신하는 수신기 20에서 데이터 수신 시에 최적의 필터를 선택할 수 있도록 한다.
송신기 10은 수신기 20으로 데이터를 송신할 최적의 프로토타입 필터(Best Prototype Filter)의 사용을 승인(confirm)하는 정보를 806단계에서 전송한다.
최적의 프로토타입 필터의 사용 승인 정보를 수신한 수신기 20은 최적의 프로토타입 필터를 이용하여 이후 수신되는 데이터를 수신하도록 설정할 수 있다. 이러한 정보는 도 3 및 도 4에서 설명한 필터 정보 370이 될 수 있다.
이후 송신기 10은 808단계에서 수신기 20으로 송신할 데이터를 최적 필터를 적용하여 수신할 수 있도록 송신한다. 그러면 수신기 20은 넌-제로 코이피션트(non-zero coeff.)의 수, 채널, 요구 성능에 따른 밴드 사이즈를 선정하고, 채널 추정 및 간섭 채널 복원을 수행한다. 또한 복원된 간섭을 이용하여 등화(Equalization) 및 로그 우도율(LLR)을 계산함으로써 데이터의 수신 성능을 높일 수 있다.
이상에서 설명한 본 명세서와 도면에 개시된 실시 예들은 본 발명의 내용을 쉽게 설명하고, 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서 본 발명의 범위는 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100, 110, 120, 130 : FMBC 심볼
101, 111, 121, 131 : 다중 경로로 인한 FBMC 심볼의 지연 전송된 에너지
210 : FBMC 심볼의 수신 신호 측면과 송신 신호 측면에서 대각 성분
301, 325 : 고속 퓨리에 변환부(FFT)
303 : 데이터 추출부
305 : 필터링 및 기준신호 추출부
310 : 채널 추정부
311 : 채널 재생성부
313 : 역 고속 퓨리에 변환부
315 : 디노이즈부
317 : 보간부
320, 410 : 간섭 채널 행렬 복원부
321, 411 : 스케일링부
323 : 쉬프트부
330 : 밴디드 채널 재구성부
340 : 등화 계수 계산부
350 : 등화 및 필터부
360 : 로그 우도율 계산부
413 : 순환 컨볼루션부
510, 610 : 가산부
520, 660 : 간섭 신호 생성부
620 : 비트 디인터리버
630 : 채널 복호기
640 : 비트 인터리버
650 : 연성 재 변조기

Claims (20)

  1. 필터뱅크 다중반송파(FBMC) 시스템의 수신기에서 수신 신호의 간섭을 감쇄시키기 위한 방법에 있어서,
    수신된 FBMC 심볼에서 데이터와 기준 신호를 분리하여 추출하는 단계;
    상기 추출된 기준 신호로부터 채널 추정을 통해 원하는 심볼의 대각 성분 채널을 획득하는 단계;
    상기 채널 추정된 대각 성분을 이용하여 상기 원하는 심볼의 비대각 성분과 간섭 심볼의 대각 성분 및 비대각 성분의 간섭 채널 행렬을 생성하는 단계;
    상기 간섭 채널 행렬을 이용하여 밴디드 채널 행렬로 재구성하는 단계; 및
    상기 재구성된 밴디드 채널 행렬 정보와 상기 필터뱅크 다중반송파 시스템의 송신기의 필터 정보를 이용하여 상기 추출된 데이터에 포함된 간섭을 감쇄시키는 단계;를 포함하는, 필터뱅크 다중반송파 시스템의 수신기에서 간섭 감쇄 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원하는 심볼의 대각 성분 채널 획득 후 상기 송신기에서 사용되는 필터의 제한 값, 중첩도(L) 또는 필터의 에너지 분포 특성 중 적어도 하나의 이상의 정보에 근거하여 밴드 크기를 결정하는 단계를 더 포함하는, 필터뱅크 다중반송파 시스템의 수신기에서 간섭 감쇄 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 간섭을 감쇄시키는 단계는,
    상기 재구성된 밴디드 채널 정보를 이용하여 등화 계수 및 등화와 필터를 고려한 환산된 신호대 간섭 및 잡음비(effective SINR)를 계산하는 단계;
    상기 계산된 등화 계수를 이용하여 상기 데이터를 등화 및 필터링하는 단계; 및
    상기 등화 및 필터링 된 데이터를 상기 환산된 신호대 간섭 및 잡음비(effective SINR)를 이용하여 로그 우도율을 계산하는 단계;를 포함하는, 필터뱅크 다중반송파 시스템의 수신기에서 간섭 감쇄 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 채널 추정된 대각 성분은 시간 도메인의 채널인, 필터뱅크 다중반송파 시스템의 수신기에서 간섭 감쇄 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 간섭 채널을 생성하는 단계는,
    상기 원하는 심볼 블록의 대각 성분으로부터 시간 도메인에서 획득한 채널을 스케일(scale)하고, 순환 쉬프트(circular shift) 및 고속 퓨리에 변환(FFT)하는 단계를 포함하는, 필터뱅크 다중반송파 시스템의 수신기에서 간섭 감쇄 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 채널 추정된 대각 성분은 주파수 도메인의 채널인, 필터뱅크 다중반송파 시스템의 수신기에서 간섭 감쇄 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 간섭 채널을 생성하는 단계는,
    상기 원하는 심볼 블록의 대각 성분으로부터 주파수 도메인에서 획득한 채널을 스케일(scale)하고, 순환 컨볼루션 및 페이즈 쉬프트하는 단계를 포함하는, 필터뱅크 다중반송파 시스템의 수신기에서 간섭 감쇄 방법.
  8. 수신 신호의 간섭을 감쇄시키기 위한 필터뱅크 다중반송파(FBMC) 시스템의 수신기 장치에 있어서,
    수신된 FBMC 심볼에서 데이터와 기준 신호를 분리하여 추출하는 신호 추출부;
    상기 추출된 기준 신호로부터 채널 추정을 통해 원하는 심볼의 대각 성분 채널을 획득하는 채널 추정부;
    상기 채널 추정된 신호를 이용하여 상기 원하는 심볼의 비대각 성분과 간섭 심볼의 대각 성분 및 비대각 성분의 간섭 채널을 생성하는 간섭 채널 행렬 복원부;
    상기 간섭 채널을 이용하여 밴디드 채널 행렬로 재구성하는 밴드디 채널 재구성부; 및
    상기 재구성된 밴디드 채널 행렬 정보와 상기 필터뱅크 다중반송파 시스템의 송신기의 필터 정보를 이용하여 상기 추출된 데이터에 포함된 간섭을 감쇄시키는 간섭 감쇄부;를 포함하는, 필터뱅크 다중반송파 시스템의 수신기에서 간섭 감쇄 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 간섭 채널 행렬 복원부는,
    상기 송신기에서 사용되는 필터의 제한 값, 중첩도(L) 또는 필터의 에너지 분포 특성 중 적어도 하나의 이상의 정보에 근거하여 밴드 크기를 결정하는, 필터뱅크 다중반송파 시스템의 수신기에서 간섭 감쇄 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 간섭 감쇄부는,
    상기 재구성된 밴디드 채널 정보를 이용하여 등화 계수 및 등화와 필터를 고려한 환산된 신호대 간섭 및 잡음비(effective SINR)를 계산하는 등화 계수 계산부;
    상기 계산된 등화 계수를 이용하여 상기 데이터를 등화 및 필터링하는 등화 및 필터부; 및
    상기 등화 및 필터링 된 데이터를 상기 환산된 신호대 간섭 및 잡음비(effective SINR)를 이용하여 로그 우도율을 계산하는 로그 우도율 계산부;를 포함하는, 필터뱅크 다중반송파 시스템의 수신기에서 간섭 감쇄 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 채널 추정된 대각 성분은 시간 도메인의 채널인, 필터뱅크 다중반송파 시스템의 수신기에서 간섭 감쇄 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 간섭 채널 행렬 복원부는,
    상기 원하는 심볼 블록의 대각 성분으로부터 시간 도메인에서 획득한 채널을 스케일(scale)링 하는 스케일링부;
    상기 스케일링된 신호를 순환 쉬프트(circular shift)하는 순환 쉬프트부; 및
    상기 순환 쉬프트 된 신호를 고속 퓨리에 변환(FFT)하여 주파수 도메인의 신호로 변환하는 고속 퓨리에 변환부;를 포함하는, 필터뱅크 다중반송파 시스템의 수신기에서 간섭 감쇄 장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 채널 추정된 대각 성분은 주파수 도메인의 채널인, 필터뱅크 다중반송파 시스템의 수신기에서 간섭 감쇄 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 간섭 채널 행렬 복원부는.
    상기 원하는 심볼 블록의 대각 성분으로부터 주파수 도메인에서 획득한 채널을 스케일(scale)링 하는 스케일링부;
    상기 스케일링된 신호를 순환 컨볼루션하는 순환 컨볼루션부; 및
    순환 컨볼루션 된 신호를 페이즈 쉬프트하는 페이즈 쉬프트부;를 포함하는, 필터뱅크 다중반송파 시스템의 수신기에서 간섭 감쇄 장치.
  15. 필터뱅크 다중반송파(FBMC) 시스템의 수신기에서 수신 신호의 간섭을 제거하기 위한 방법에 있어서,
    수신된 FBMC 심볼에서 데이터와 기준 신호를 분리하여 추출하는 단계;
    상기 추출된 기준 신호로부터 채널 추정을 통해 원하는 심볼의 대각 성분 채널을 획득하는 단계;
    상기 채널 추정된 대각 성분을 이용하여 상기 원하는 심볼의 비대각 성분과 간섭 심볼의 대각 성분 및 비대각 성분의 간섭 채널 행렬을 생성하는 단계;
    상기 간섭 채널 행렬을 이용하여 밴디드 채널 행렬로 재구성하는 단계;
    상기 필터뱅크 다중반송파 시스템의 송신기의 필터 정보와 상기 재구성된 밴디드 채널 행렬 정보 및 궤환된 정보를 이용하여 간섭 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 추출된 데이터에서 상기 간섭 신호의 차를 계산하는 단계;를 포함하는, 필터뱅크 다중반송파 시스템의 수신기에서 간섭 제거 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 궤환된 정보는,
    이전 시점에서 등화 및 필터링 된 신호인, 필터뱅크 다중반송파 시스템의 수신기에서 간섭 제거 방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 궤환된 정보는,
    이전 시점에서 채널 복호된 신호를 채널 복호 전의 신호로 재구성한 신호인, 필터뱅크 다중반송파 시스템의 수신기에서 간섭 제거 방법.
  18. 필터뱅크 다중반송파(FBMC) 시스템의 수신기에서 수신 신호의 간섭을 제거하기 위한 장치에 있어서,
    수신된 FBMC 심볼에서 데이터와 기준 신호를 분리하여 추출하는 신호 추출부;
    상기 추출된 기준 신호로부터 채널 추정을 통해 원하는 심볼의 대각 성분 채널을 획득하는 채널 추정부;
    상기 채널 추정된 신호를 이용하여 상기 원하는 심볼의 비대각 성분과 간섭 심볼의 대각 성분 및 비대각 성분의 간섭 채널을 생성하는 간섭 채널 행렬 복원부;
    상기 간섭 채널을 이용하여 밴디드 채널 행렬로 재구성하는 밴드디 채널 재구성부;
    상기 필터뱅크 다중반송파 시스템의 송신기의 필터 정보와 상기 재구성된 밴디드 채널 행렬 정보 및 궤환된 정보를 이용하여 간섭 신호를 생성하는 간섭신호 생성부; 및
    상기 추출된 데이터에서 상기 간섭 신호의 차를 계산하는 가산부;를 포함하는, 필터뱅크 다중반송파 시스템의 수신기에서 간섭 제거 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 궤환된 정보는,
    이전 시점에서 등화 및 필터링 된 신호인, 필터뱅크 다중반송파 시스템의 수신기에서 간섭 제거 장치.
  20. 제18항에 있어서, 상기 궤환된 정보는,
    이전 시점에서 채널 복호된 신호를 채널 복호 전의 신호로 재구성한 신호인, 필터뱅크 다중반송파 시스템의 수신기에서 간섭 제거 장치.
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