KR102264443B1 - 필터 뱅크에 기반한 단일 캐리어 주파수 분할 다중접속 시스템에서 통신 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 개시는 LTE와 같은 4G 통신 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 제공될 5G 또는 pre-5G 통신 시스템에 관련된 것이다.
특히, 본 발명은 필터뱅크 기반 단일 캐리어 주파수 분할 다중접속(filter-bank based single carrier frequency division multiple access, FB based SC-FDMA) 시스템에서 통신 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 상향링크에서 최대전력 대비 평균 전력의 비율(Peak to average power ratio, PAPR)을 낮추기 위한 통신 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

필터 뱅크에 기반한 단일 캐리어 주파수 분할 다중접속 시스템에서 통신 장치 및 방법{COMMUNICATING APPARATUS AND METHOD IN A SINGLE CARRIER FREQUENCY DIVISION MULTIPLE ACCESS SYSTEM BASED ON FILTER-BANK}

본 발명은 필터뱅크 기반 단일 캐리어 주파수 분할 다중접속(filter-bank based single carrier frequency division multiple access, FB based SC-FDMA) 시스템에서 통신 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 상향링크에서 최대전력 대비 평균 전력의 비율(Peak to average power ratio, PAPR)을 낮추기 위한 통신 장치 및 방법에 관한 것이다.

전자통신 기술이 비약적으로 발전하면서, 우리 생활 속에서 무선 통신 장비는 없어서는 안되는 장비들이 되었다. 이러한 무선 통신 장비는 기본적으로 무선 대역을 자원으로 사용한다. 무선 통신 네트워크는 오래 전부터 존재해 온 라디오 방송, TV 방송에서 보다 진화하여 개개인에게 음성 및 데이터 서비스를 제공하는 이동통신 네트워크는 물론 위성 통신 분야, 군사 통신 분야 등 다양한 영역에서 사용되고 있다.

이동통신 분야인 4G 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후(Beyond 4G Network) 통신 시스템 또는 LTE 시스템 이후 (Post LTE) 이후의 시스템이라 불리어지고 있다.

높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역 (예를 들어, 60기가(60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO), 전차원 다중입출력(Full Dimensional MIMO: FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 및 대규모 안테나 (large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다.

또한 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀(advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud radio access network: cloud RAN), 초고밀도 네트워크(ultra-dense network), 기기 간 통신(Device to Device communication: D2D), 무선 백홀(wireless backhaul), 이동 네트워크(moving network), 협력 통신(cooperative communication), CoMP(Coordinated Multi-Points), 및 수신 간섭제거 (interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다.

이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조(Advanced Coding Modulation: ACM) 방식인 FQAM(Hybrid FSK and QAM Modulation) 및 SWSC(Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(Filter Bank Multi Carrier), NOMA(non orthogonal multiple access), 및 SCMA(sparse code multiple access) 등이 개발되고 있다.

또한 현재 무선 통신 네트워크는 이상에서 언급한 통신 영역 이외에 사물 인터넷(Internet of Things, IoT)/기기 타입 통신(Machine type communication, MTC) 등의 출현으로 인해 무선 통신 기기의 수가 기하급수적으로 증가할 것으로 예상된다. 이처럼 무선 통신 기기 수의 증가는 결과적으로 제한된 무선 자원을 사용함으로 인해 각 무선 통신 장치마다 필요로 하는 전송률에 제약을 받을 수 있다. 따라서 이러한 현상들에 대비하기 위해 무선 통신 네트워크에서는 보다 높은 데이터 전송률 증가가 계속적으로 요구되고 있다.

이처럼 무선 통신 네트워크에서 보다 높은 데이터 전송률을 제공하기 위한 가장 단순한 방법은 가용 주파수 대역의 확장을 고려할 수 있다. 하지만, 단순히 가용 주파수 대역만을 확장하는 데에는 앞서 살핀 바와 같이 다른 무선 통신 방식들에서 점유하고 있는 주파수 대역의 재분배 등이 필요하므로, 실현 불가능한 정도에 이르렀다.

현재 이동통신 네트워크에서 사용하는 방식은 3세대(3rd Generation, 3G)를 지나 4세대(4G) 이동통신 방식이 적용되어 사용되고 있다. 하지만 앞에서 설명한 바와 같이 4세대 이동통신 방식만으로는 증가하는 무선 통신 장비의 수와 요구되는 데이터 전송률을 모두 만족할 수 없는 상황이 곧 다가올 수 있다.

따라서 다음 세대(beyond 4G) 이동 통신 기술은 현재 직교주파수분할다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 방식에서 사용하고 있는 순환 전치 심볼(Cyclic Prefixed OFDM, CP-OFDM) 대비 더욱 효율적인 주파수 다중접속(multiple access) 기술이 필요하다.

이러한 요구에 부응할 수 있는 기술 중 하나로 앞서 언급한 필터뱅크 멀티캐리어(Filter Bank Multi-Carrier, FBMC) 기술이 있다. FBMC 시스템은 OFDM 방식을 사용하되, 기존의 방식과 다르게 순환 전치 심볼(Cyclic Prefix, CP)를 사용하지 않는다. 따라서 FBMC 시스템은 기존 OFDM 방식에서 CP를 사용함으로 인하여 발생하는 대역폭의 낭비를 방지할 수 있다. 또한 FBMC 시스템은 부반송파별 필터링을 사용함으로 우수한 주파수 제한(confinement) 특성을 갖게 되므로 통신 대역 내외적으로 사용하던 보호구간을 줄임으로써 큰 이득을 가져올 것으로 기대하고 있다. 특히 FBMC 시스템은 많은 사용자 또는 기기를 지원하는 경우에 그 이득이 극대화 될 것으로 보고 있다.

한편, 다중 캐리어(multi-carrier) 시스템은 주파수 축의 신호 분할로 인하여 시간 축에서 다중신호의 중첩이 있을 수밖에 없으며, 시간 축에서 다중신호의 중첩으로 인해 첨두 대비 평균 전력 비(Peak to Average Power Ratio, PAPR)의 증가가 불가피하다. 다중 캐리어를 사용하는 무선 통신 시스템에서 이러한 PAPR을 감소시키기 위한 방법들로 클리핑(clipping) 방식이나 프리코딩(precoding) 등의 방법이 제안되어 있다. 하지만, 이러한 방업들은 주파수 스펙트럼의 특성을 왜곡하게 되므로, FBMC 시스템의 장점을 유지하기 어렵다는 문제가 있다.

본 발명에서는 다중 캐리어를 사용하는 FBMC 방식의 무선 통신 시스템에서 FBMC 방식의 장점은 유지하면서 PAPR을 낮출 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 장치는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 장치는, 필터 뱅크 방식의 다중접속 무선 통신 시스템에서 송신 장치로, 송신할 데이터를 변조하여 출력하는 변조부; 중첩 팩터와 송신할 변조된 심볼의 양에 따라 시간 축에서 소정의 간격으로 상기 변조된 심볼을 할당하는 시간 자원 매핑부; 상기 시간 자원에 매핑된 변조 심볼들을 송신하기 위해 선택된 합성 필터 뱅크에서의 역 과정을 수행하는 복수의 분석 필터 뱅크들; 상기 복수의 분석 필터 뱅크들 중 하나로부터 출력된 필터링된 심볼을 미리 할당된 주파수 자원에 매핑하는 주파수 자원 매핑부; 상기 주파수 자원에 매핑된 심볼을 합성하여 시간 축의 신호로 복원하여 출력하는 합성 필터 뱅크; 상기 합성 필터 뱅크의 출력을 미리 설정된 중첩 팩터로 중첩 및 결합하여 출력하는 중첩 및 결합부; 및 상기 복수의 분석 필터 뱅크들 중 자기 신호 대 간섭비(self SIR) 및 최대전력 대비 평균 전력의 비율(PAPR)을 최소가 되는 분석 필터 뱅크를 선택하기 위한 제어부;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 송신 방법은,

필터 뱅크 방식으로 통신하는 다중접속 무선 통신 시스템의 송신 장치에서 데이터 송신 방법으로, 송신할 데이터를 변조하여 출력하는 단계; 중첩 팩터와 송신할 변조된 심볼의 양에 따라 시간 축에서 소정의 간격으로 상기 변조된 심볼을 할당하는 단계; 상기 데이터를 송신하기 위해 선택된 합성 필터 뱅크의 역 과정을 수행하는 복수의 분석 필터 뱅크들 중 기 신호 대 간섭비(self SIR) 및 최대전력 대비 평균 전력의 비율(PAPR)을 최소가 되는 분석 필터 뱅크를 선택하는 단계; 상기 선택된 분석 필터 뱅크를 이용하여 상기 시간 자원에 매핑된 변조 심볼들을 상기 선택된 합성 필터 뱅크에서의 역 과정을 수행하는 단계; 상기 분석 필터 뱅크의 출력을 미리 할당된 주파수 자원에 매핑하는 단계; 상기 선택된 합성 필터 뱅크에서 상기 주파수 자원에 매핑된 심볼을 합성하여 시간 축의 신호로 복원하여 출력하는 단계; 및 상기 합성 필터 뱅크의 출력을 미리 설정된 중첩 팩터로 중첩 및 결합하여 송신하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 송신 방법은, 필터 뱅크 방식으로 통신하는 다중접속 무선 통신 시스템의 송신 장치에서 데이터 송신 방법으로, 기지국으로 스케줄링을 요청하여 데이터 송신에 필요한 스케줄링 정보를 수신하는 단계; 상기 수신된 스케줄링 정보에 근거하여 사용할 합성 필터 뱅크 정보 및 할당된 자원 정보를 획득하는 단계; 상기 사용할 합성 필터 뱅크의 역 과정을 수행하는 복수의 분석 필터 뱅크들 중 자기 신호 대 간섭비(self SIR) 및 최대전력 대비 평균 전력의 비율(PAPR)이 최소가 되는 분석 필터 뱅크를 선택하는 단계; 중첩 팩터와 송신할 변조된 심볼의 양에 따라 시간 축에서 소정의 간격으로 상기 변조된 심볼을 할당하는 단계; 상기 시간 자원에 매핑된 변조 심볼들을 상기 선택된 분석 필터 뱅크를 이용하여 상기 합성 필터 뱅크에서의 역 과정을 수행하는 단계; 상기 분석 필터 뱅크의 출력을 미리 할당된 주파수 자원에 매핑하는 단계; 상기 선택된 합성 필터 뱅크에서 상기 주파수 자원에 매핑된 심볼을 합성하여 시간 축의 신호로 복원하여 출력하는 단계; 및 상기 합성 필터 뱅크의 출력을 미리 설정된 중첩 팩터로 중첩 및 결합하여 송신하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 송신 장치는, 필터 뱅크 방식의 다중접속 무선 통신 시스템에서 데이터를 송신하기 위한 장치로, 송신할 데이터를 부호화하는 부호기; 상기 부호기에서 부호화된 심볼을 변조하고, 상기 변조된 심볼을 할당된 자원에 매핑하며, 상기 필터 뱅크 방식에서 송신 가능한 심볼로 변환하여 출력하는 변조 및 송신부; 및 상기 부호기의 부호율을 제어하고, 상기 변조 및 송신부에서 출력되는 심볼이 상기 필터 뱅크 방식으로 전송되는 신호의 자기 신호 대비 간섭비와 최대전력 대비 평균 전력의 비율(PAPR)이 최소가 되도록 필터 뱅크들을 선택하는 제어부;를 포함하며,

상기 변조 및 송신부는,

상기 부호화된 심볼을 변조하는 변조부; 상기 변조된 심볼을 중첩 팩터와 송신할 변조된 심볼의 양에 따라 시간 축에서 소정의 간격으로 할당하는 시간 자원 매핑부; 상기 시간 자원에 매핑된 변조 심볼들을 송신하기 위해 선택된 합성 필터 뱅크에서의 역 과정을 수행하는 복수의 분석 필터 뱅크들; 상기 복수의 분석 필터 뱅크들 중 하나로부터 출력된 필터링된 심볼을 미리 할당된 주파수 자원에 매핑하는 주파수 자원 매핑부; 상기 주파수 자원에 매핑된 심볼을 합성하여 시간 축의 신호로 복원하여 출력하는 합성 필터 뱅크; 및 상기 합성 필터 뱅크의 출력을 미리 설정된 중첩 팩터로 중첩 및 결합하여 출력하는 중첩 및 결합부;를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, FBMC 시스템의 장점(spectrum confinement)을 유지하면서 PAPR을 낮출 수 있다. 또한 적응적으로 분석 필터 뱅크를 선택하거나 또는 합성 필터 뱅크와 분석 필터 뱅크를 함께 선택함으로써 PAPR을 낮출 수 있다. 뿐만 아니라 본 발명은 QAM-FBSC-FDMA, OQAM-FBSC-FDMA에서 모두 사용 가능하며, Self SIR이 시간 축에 따라 달라짐을 활용하여 집중 방식으로 주파수 자원을 할당하는 경우 전송률 증대를 꾀할 수 있다. 또한 Self SIR을 고려한 다중 MCS 자원을 시간 축으로 할당하여 전송률을 높일 수 있으며, Self SIR이 시간 축에 따라 달라짐을 활용하여 집중 방식으로 주파수 자원을 할당하는 경우 수신 성능 향상을 도모할 수 있다. 또한 분석 필터 뱅크에 따라 Self SIR의 시간 축 변화량이 다름을 고려하여 기지국과 단말이 서로 알고 있는 패턴을 이용하여 시간 축 채널의 변화를 인위적으로 주어 다이버시티 이득을 얻을 수 있으며, QAM-FBMC 시스템에서 단일 캐리어(single carrier)로 데이터의 전송이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따라 FBMC 방식의 무선 통신 시스템에서 단일 캐리어로 데이터를 송신하기 위한 송신 장치의 블록 구성도,
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따라 QAM-FBMC 방식으로 단일 캐리어 전송을 위한 송신 장치의 블록 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 FBMC 시스템에서 단일 캐리어로 통신을 수행하기 위한 통신 장치의 기능적 내부 블록 구성도,
도 4는 본 발명이 적용되는 FBMC 시스템에서 상향링크로 단일 캐리어 통신을 수행하기 위한 기지국0의 개념적인 블록 구성도,
도 5a는 본 발명의 일 실시 예에 따라 기지국에서 합성 필터 뱅크가 결정되는 경우 분석 필터 뱅크를 설정하여 데이터를 송신하기까지의 신호 흐름도
도 5b는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 기지국에서 합성 필터 뱅크 그룹이 결정되는 경우 단말에서 합성 필터 뱅크와 분석 필터 뱅크를 설정하여 데이터를 송신하기까지의 신호 흐름도,
도 6은 본 발명에 따른 통신 장치에서 자원을 할당받아 통신을 수행할 시의 제어 흐름도,
도 7은 본 발명에 따른 기지국에서 단말에 자원을 할당하고, 할당된 자원을 통해 데이터를 수신하는 경우의 제어 흐름도,
도 8은 본 발명에 따라 기지국이 단말에게 주파수 축 자원을 할당할 시 자원 할당 방법을 설명하기 위한 개념도,
도 9는 본 발명에 따른 QAM 및 OQAM 방식의 FBMC 시스템에서 집중 방식을 사용하는 경우 시간 축에서 self SIR이 변하는 현상을 시뮬레이션 한 그래프,
도 10은 본 발명에 따라 QAM-FBMC 시스템에서 집중 방식을 사용하는 경우 한 사용자가 시간 축으로 서로 다른 MCS를 적용하기 위한 송신 장치의 일 예시도,
도 11은 이처럼 분석 필터 뱅크를 변경하는 경우 시간 축에서 self SIR이 변화하는 경우를 시뮬레이션한 그래프.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 다양한 실시 예들을 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.

이하에서 설명되는 본 발명에서는 FBMC 방식의 무선 통신 시스템에서 사용하는 필터뱅크를 이용하되 송신하고자 하는 데이터를 단일 캐리어로 전송하여 FBMC 방식의 무선 통신 시스템의 장점을 유지하면서 PAPR을 낮추기 위한 방법을 설명할 것이다. 그러면 먼저 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 살펴보기로 하자.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따라 FBMC 방식의 무선 통신 시스템에서 단일 캐리어로 데이터를 송신하기 위한 송신 장치의 블록 구성도이다.

송신할 소스 정보(source information)(10)는 부호화된 심볼이 될 수 있다. 일반적으로 무선 통신 시스템에서 송신할 데이터(또는 심볼) 또는 시그널링을 위한 송신하기 위한 신호는 미리 결정된 방식으로 부호화가 이루어진 후 변조가 이루어진다. 그러므로 도 1에서 송신할 소스 정보(10)는 부호화된 신호(또는 심볼)가 될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 부호화된 송신할 데이터 또는 부호화된 시그널링을 위한 송신하기 위한 신호를 소스 정보(10)라 칭하기로 한다. 소스 정보(10)는 FBMC 시스템의 송신 방식을 적용하기 위해 변조부(101)로 입력된다. 도 1에 예시한 변조부(101)는 OQAM 변조 방식 또는 QAM 변조 방식을 사용할 수 있다. 이하의 설명에서 도 1의 변조부(101)는 OQAM 변조 방식 또는 QAM 변조 방식으로 변조하는 것을 총칭함에 유의하자.

변조부(101)는 입력된 소스 정보(10)를 QAM 방식 또는 QAM 변조 방식으로 변조하여 출력할 수 있다. 변조부(101)에서 변조되어 출력된 변조된 심볼은 분석 필터 뱅크(Analysis Filter Bank, AFB)(103)로 입력된다. 분석 필터 뱅크(103)는 단일 캐리어로 변조된 심볼을 전송하기 위해 설정된 방식으로 필터링을 수행하여 출력한다. 분석 필터 뱅크(103)의 구체적인 필터링 동작에 대해서는 이하에서 좀 더 설명하기로 하자.

분석 필터 뱅크(103)에서 필터링되어 출력된 심볼은 주파수 자원 매핑부(105)로 입력된다. 주파수 자원 매핑부(105)는 분석 필터 뱅크(103)에서 필터링된 심볼을 미리 설정된 또는 스케줄링 된 주파수 자원에 매핑하여 출력한다. 주파수 자원 매핑부(105)에서 특정 주파수 자원에 매핑된 심볼들은 합성 필터 뱅크(Synthesis Filter Bank, SFB)(107)로 입력된다. 합성 필터 뱅크(107)는 각 주파수 자원에 매핑된 즉, 서브 밴드로 나누어진 심볼을 합성하여 시간 축의 신호로 복원하여 출력한다. 합성 필터 뱅크(107)의 필터링 동작에 대하여도 이하에서 좀 더 살펴보기로 하자.

합성 필터 뱅크(107)에서 시간 축으로 복원된 심볼은 FBMC 시스템에서 전송하는 방식인 중첩 및 합성(overlap & sum)부(109)로 입력되어 FBMC 시스템에서 설정된 중첩 팩터(overlap factor)에 따라 중첩 및 중첩 영역의 신호들을 합성(sum)하여 출력한다. 이처럼 중첩 및 합성되어 출력된 신호가 송신 FBMC 신호(20)가 된다.

이상에서 살펴본 도 1의 구성에서 일반적인 FBMC 방식의 무선 통신 시스템에서 사용하는 필터 뱅크는 합성 필터 뱅크(107)가 될 수 있다. 따라서 본 발명에서는 도 1에 합성 필터 뱅크(107)의 앞 단에 분석 필터 뱅크(103)를 추가로 구성하였음을 알 수 있다. 도 1에서와 같이 합성 필터 뱅크(107)의 앞 단에 분석 필터 뱅크(103)를 추가로 구성함으로써 FBMC 시스템에서 단일 캐리어로 데이터를 전송할 수 있게 된다.

여기서 분석 필터 뱅크(103)는 QAM 변조 방식 또는 OQAM 변조 방식으로 변조된 신호를 주파수 축에서 서브 밴드로 나누는 필터 뱅크로, 이산 퓨리에 변환(Discrete Fourier Transform, DFT)을 포함한다. 따라서 분석 필터 뱅크(103)의 이후에 위치한 합성 필터 뱅크(107)는 서브 밴드로 나누어진 심볼을 합성하여 시간 축의 심볼로 복원하는 동작을 수행한다. 그러므로 합성 필터 뱅크(107)는 역 이산 퓨리에 변환(Inverse Discrete Fourier Transform, IDFT)을 동작을 수행할 수 있다.

이처럼 분석 필터 뱅크(103)에서 DFT 처리된 신호를 합성 필터 뱅크(107)에서 IDFT 처리할 때, 필터 뱅크 이론에서 말하는 소위 완벽한 신호로 복원하기 위해서는 하기 <수학식 1>과 같은 조건을 만족해야 한다.

<수학식 1>에서

는 분석 필터 뱅크(103)를 행렬로 표현한 것이며,

는 합성 필터 뱅크(107)를 행렬로 표현한 것이다. 또한 <수학식 1>의 결과 값인

는 항등 행렬을 의미한다.

결국 <수학식 1>은 분석 필터 뱅크(103)와 합성 필터 뱅크(107)가 직렬(cascade)로 연산이 이루어지는 경우 그 결과가 임펄스(impulse)의 형태로 출력됨을 의미한다.

또한 일반적인 필터 뱅크 이론에 근거하여 위 <수학식 1>을 고려할 때, 하나의 합성 필터 뱅크(107)가 결정될 시 완벽한 신호 복원을 위해 사용할 수 있는 분석 필터 뱅크의 수가 유일하게 정해지는 것으로 생각할 수 있다. 하지만, 실제 상황에서 분석 필터 뱅크(103)에서 사용되는 DFT의 크기와 합성 필터 뱅크(107)에서 사용되는 IDFT의 크기가 다를 수 있다. 또한 분석 필터 뱅크(103)와 합성 필터 뱅크(107)의 사이의 주파수 자원 매핑부(107)에서 주파수 축의 자원 할당이 이루어지는 동작이 존재할 뿐 아니라 분석 필터 뱅크(103)와 합성 필터 뱅크(107)에서 각각 주파수 축의 역확산 및 확산 효과가 발생하므로, 항상 최적의 분석 필터 뱅크(103)가 유일하게 존재하지는 않게 된다. 이를 좀더 상술하면, 하나의 분석 필터 뱅크(103)가 결정될 시 결정된 분석 필터 뱅크에 대하여 <수학식 1>을 만족하는 합성 필터 뱅크(107)가 둘 이상이 존재할 수 있음을 의미한다. 또한 바꾸어 말하면, 하나의 합성 필터 뱅크(107)가 결정될 시 결정된 합성 필터 뱅크에 대하여 <수학식 1>을 만족하는 분석 필터 뱅크(103)가 둘 이상 존재할 수 있게 된다.

이처럼 최적의 분석 필터 뱅크가 유일하게 존재하지 않는다는 점을 이용하여 본 발명의 바람직한 실시 예에서는 스펙트럼 컨파인먼트(spectrum confinement)를 만족하는 조건 하에서 분석 필터 뱅크를 선택적으로 사용할 수 있도록 한다.

또한 일반적으로 FBMC 방식을 사용하는 무선 통신 시스템에서 주파수 축으로 인접하여 자원을 할당하는 경우 시간 축에서 자기 신호 대 간섭비(self signal to interference ratio, self SIR)가 달라진다. 따라서 본 발명의 바람직한 실시 예에서는 시간 축에서 자원을 할당하도록 하거나 또는 분석 필터 뱅크에 변화를 주어 다이버시티 이득을 얻을 수 있는 방법을 제공한다.

또한 본 발명에서는 2개 이상의 기본 필터(Prototype filter)를 사용하여 QAM 방식으로 변조된 신호를 전송하는 QAM-FBMC 방식의 송신기에서 단일 캐리어 전송을 위한 구조를 제공한다. 그러면 이러한 본 발명의 바람직한 실시 예들을 구현할 수 있는 송신 장치를 첨부된 도 2a 및 도 2b를 참조하여 살펴보기로 하자.

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따라 QAM-FBMC 방식으로 단일 캐리어 전송을 위한 송신 장치의 블록 구성도이다.

먼저 도 2a를 참조하기에 앞서 앞에서 설명한 바와 같이 송신할 소스 정보(source information)(10)는 부호화된 신호가 될 수 있다. 일반적으로 무선 통신 시스템에서 송신할 데이터 또는 시그널링을 위한 송신하기 위한 신호는 미리 결정된 방식으로 부호화가 이루어진 후 변조가 이루어진다. 따라서 이하의 설명에서는 설명의 편의를 위해 부호화된 송신할 데이터(또는 심볼) 또는 부호화된 시그널링을 위한 송신하기 위한 신호를 소스 정보(10)라 칭하기로 한다.

소스 정보(10)는 FBMC 시스템의 송신 방식을 적용하기 위해 QAM 변조부(101)로 입력된다. QAM 변조부(101)는 입력된 소스 정보(10)를 QAM 방식으로 변조하여 출력할 수 있다. 여기서 QAM 변조부(101)는 앞서 도 1에서 설명한 변조부(101)가 QAM 변조 방식을 사용하는 경우와 동일한 구성 및 동일한 동작을 수행할 수 있다. 도 2a에서 도 1과 동일한 참조부호를 사용하였으며, 이는 도 1의 변조부(101)가 QAM 변조 방식을 사용하는 경우임에 유의하자.

한편, 도 2a에서는 앞에서 설명한 도 1과 다르게 QAM 변조부(101)에서 출력된 신호가 시간 자원 매핑부(201)로 입력된다. 이는 앞서 설명한 바와 같이 FBMC 방식을 사용하는 무선 통신 시스템에서 주파수 축으로 인접하여 자원을 할당하는 경우 시간 축에서 자기 신호 대 간섭비(self SIR)가 달라지는 것을 방지하기 위해 시간 축에서 자원을 할당하기 위함이다. 따라서 시간 자원 매핑부(201)는 시간 축에서 자기 신호 대 간섭비(self SIR)가 달라지는 것을 방지하기 위한 방식으로 QAM 변조 심볼을 시간 자원에 매핑한다.

시간 자원 매핑부(201)가 QAM 방식으로 변조된 심볼을 시간 축 자원으로 할당하기 위한 최적의 할당 패턴이 존재한다. 그러면, 시간 자원 매핑부(201)가 QAM 변조 심볼을 시간 축 자원에 할당하는 패턴에 대하여 살펴보기로 하자. 일반적으로 FBMC 방식을 사용하는 무선 통신 시스템에서 송신되는 데이터(또는 심볼)의 길이는 중첩 팩터(overlap factor)의 값만큼 데이터(또는 심볼)의 길이가 길어진다. 이처럼 길어진 데이터(또는 심볼)의 길이에 의한 영향으로 PAPR이나 self SIR의 효과를 줄일 수 있는 최적의 할당 패턴이 존재하며, 이러한 할당 패턴은 중첩 팩터 즉, QAM 방식으로 변조된 심볼이 할당되기 위한 전체 자원의 길이에 따라 결정될 수 있다. PAPR이나 self SIR의 효과를 줄일 수 있는 최적의 할당 패턴 값을

로 정의할 때,

값은 시간 축에서 할당된 자원간의 거리 값이 될 수 있다. 따라서 시간 자원인

간격으로 QAM 변조 심볼을 할당하고, QAM 변조 심볼이 할당되지 않은 위치에는 '0'값을 패딩(zero padding)하도록 구성할 수 있다. 결과적으로 시간 자원 매핑부(201)는 위와 같은 규칙에 의거하여 QAM 변조된 심볼을 시간 자원에 매핑할 수 있다.

이처럼 시간 자원 매핑부(201)에 의해 시간 자원에 매핑된 심볼들은 제1분석 필터 뱅크(211) 및 제2분석 필터 뱅크(213)로 입력될 수 있다. 제1분석 필터 뱅크(211)와 제2분석 필터 뱅크(213)는 최적의 분석 필터 뱅크를 선택하기 위함이며, 특정한 제어 신호에 근거하여 하나의 분석 필터 뱅크가 선택될 수 있다. 만일 제1분석 필터 뱅크(211)가 선택되는 경우 제1분석 필터 뱅크(211)가 활성화되어 시간 자원 매핑부(201)에 의해 시간 자원에 매핑된 심볼들을 필터링한다. 반면에 제2분석 필터 뱅크(213)가 선택되는 경우 제2분석 필터 뱅크(213)가 활성화되어 시간 자원 매핑부(201)에 의해 시간 자원에 매핑된 심볼들을 필터링한다. 따라서 제1분석 필터 뱅크(211)와 제2분석 필터 뱅크(213)가 동시에 구동되지는 않음에 유의하자. 또한 이때, 제1분석 필터 뱅크(211) 또는 제2분석 필터 뱅크(213)의 중첩 팩터를

라 할 때, 시간 축에서 할당된 자원간의 거리인

와는 하기 <수학식 2>의 조건을 만족해야 한다.

또한 앞에서 설명한 바와 같이 분석 필터 뱅크는 다양하게 존재할 수 있다. 다만, 스펙트럼 컨파인먼트(spectrum confinement)에서 손해를 보지 않으려면 하기 <수학식 3>의 조건을 만족해야 한다.

<수학식 3>에서

는

의 허미션 함수이다. 또한 분석 필터 뱅크는 DFT만으로도 하나의 분석 필터 뱅크를 구성할 수 있다.

이처럼 시간 자원에 매핑된 심볼들은 제1분석 필터 뱅크(211) 또는 제2분석 필터 뱅크(213)에서 필터링되어 주파수 자원 매핑부(105)로 입력된다. 주파수 자원 매핑부(105)는 제1분석 필터 뱅크(211) 또는 제2분석 필터 뱅크(213)에서 필터링된 신호(또는 심볼)를 미리 설정된 또는 스케줄링 된 주파수 자원에 매핑하여 출력한다. 주파수 자원 매핑부(105)에서 특정 주파수에 매핑된 자원들은 합성 필터 뱅크(SFB)(107)로 입력된다. 합성 필터 뱅크(107)는 각 주파수에 매핑된 즉, 서브 밴드로 나누어진 심볼을 합성하여 시간 축의 심볼로 복원하여 출력한다.

합성 필터 뱅크(107)에서 시간 축으로 복원된 심볼은 FBMC 시스템에서 전송하는 방식인 중첩 및 합성(overlap & sum)부(109)로 입력된다. 중첩 및 합성(overlap & sum)부(109)는 FBMC 시스템에서 설정된 중첩 팩터(overlap factor)에 따라 중첩 및 중첩 영역의 심볼들을 합성(sum)하여 출력한다. 이처럼 중첩 및 합성되어 출력된 심볼이 송신 FBMC 신호(20)가 된다.

다음으로 도 2b를 참조하여 살펴보기로 하자. 도 2b를 도 2a와 대비하여 살펴보면, 도 2a에서는 합성 필터 뱅크가 하나인 경우이며, 도 2b는 제1합성 필터 뱅크(221)와 제2합성 필터 뱅크(223)를 갖는 즉, 2개의 합성 필터 뱅크를 사용하는 경우를 예시하고 있다.

도 2a와 도 2b를 대비하여 살피기에 앞서 본 발명에 따라 QAM 방식으로 변조된 신호를 전송하는 필터 뱅크 기반 단일 캐리어 주파수 분할 다중접속 기법을 사용하는 시스템에서는 분석 필터 뱅크를 사용해야만 한다. 또한 본 발명의 실시 예에서는 단순히 분석 필터 뱅크를 사용하는 것이 아니라 서로 다른 둘 이상의 분석 필터 뱅크들을 이용하도록 구성한다. 이에 따라 본 발명의 실시 예에서는 서로 다른 둘 이상의 분석 필터 뱅크들 중 최적의 분석 필터 뱅크를 선택하여 사용할 수 있다. 즉, 도 2a 및 도 2b의 실시 예에 따른 구성에서는 공통적으로 서로 다른 2개의 분석 필터 뱅크들(211, 213)을 갖는 형태로 예시하였다. 도 2a 및 도 2b의 예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 형태이며, 실제 구현에서는 2개의 분석 필터 뱅크들만 사용될 수도 있고, 3개 이상의 분석 필터 뱅크들이 사용될 수도 있다. 또한 만일 하나의 분석 필터 뱅크가 파라미터를 변경하여 둘 이상의 분석 필터 뱅크처럼 구동될 수 있는 경우 실제 구현에서는 하나의 분석 필터 뱅크가 둘 이상의 파라미터를 적용할 수 있는 형태로 구현할 수도 있음에 유의하자.

한편, 일반적으로 한 사용자가 전 주파수 대역을 모두 사용하지는 않는다. 따라서 도 2a와 같이 주파수 축의 자원 할당에서 하나의 합성 필터 뱅크를 사용할 수도 있고, 도 2b에 예시한 바와 같이 다중의 합성 필터 뱅크들(221, 223)을 사용할 수도 있다. 그러나 앞에서 설명한 바와 같이 도 2a와 도 2b의 경우 모두 분석 필터 뱅크들로 사용되는 기본 필터(prototype filter)의 개수는 모두 2개를 사용하는 형태를 예시하였다. 이러한 분석 필터 뱅크의 개수는 앞에서 설명한 바와 같이 2개 이상이 사용될 수 있음에 유의하자.

그러면, 이하에서 OQAM-FBMC 방식과 QAM-FBMC 방식을 대비하여 살펴보기로 하자. 합성 필터 뱅크에서 주파수 축의 자원 할당과 무관하게 하나의 기본 필터를 사용하는지 두 개 이상의 기본 필터를 사용하는지에 따라 OQAM-FBMC 방식과 QAM-FBMC 방식을 구분할 수 있다. 또한 OQAM 변조 방식은 QAM 변조 방식과 대비하여 offset QAM 변조 심볼을 전송한다는 점에서 차이를 가진다. 따라서 OQAM 변조 방식을 사용하는 경우는 하나의 분석 필터 뱅크만을 사용할 수 있다.

반면에 QAM-FBMC 방식을 사용하는 경우 다중 분석 필터 뱅크를 사용하므로, 기본 필터가 2개 이상이 된다. 또한 QAM-FBMC 방식의 경우 다중 분석 필터 뱅크들이 가중합에 의해 SIR이 유지되며, PAPR에도 영향을 주기 때문에 합성 필터 뱅크가 하나가 사용되든 2개가 사용되든 다중(둘 이상의) 분석 필터 뱅크가 필요하게 된다. QAM-FBMC 방식에서 분석 필터 뱅크가 위의 <수학식 3>의 조건을 만족하면 스펙트럼 컨파인먼트(spectrum confinement)는 합성 필터 뱅크에 의해 결정된다. 따라서 QAM-FBMC 방식에서 평균 self SIR은 합성 필터 뱅크에 의해 결정되게 된다. 다만 QAM-FBMC 방식에서는 분석 필터 뱅크를 조절함으로써 self SIR의 지역적인 변화를 줄 수 있다. 또한 분석 필터 뱅크를 조절하여 self SIR의 지역적인 변화를 주는 경우 PAPR을 조절할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 내용을 종합적으로 다시 살펴보면, 본 발명에서는 하나의 합성 필터 뱅크에 대응하여 상술한 <수학식 1>의 조건을 만족하는 분석 필터 뱅크는 둘 이상 존재할 수 있다. 따라서 본 발명에서는 특정한 하나의 합성 필터 뱅크와 <수학식 1>의 조건을 만족하는 다수의 분석 필터 뱅크들 중에서 PAPR을 줄일 수 있는 최적의 분석 필터 뱅크를 선택하여 데이터를 전송하도록 할 수 있다. 이처럼 하나의 합성 필터 뱅크에 대응하여 <수학식 1>의 조건을 만족하는 다수의 분석 필터 뱅크들 중 최적의 분석 필터 뱅크를 선택적으로 운용하기 위한 방법은 후술하는 도 5a 및 도 5b에서 살펴보기로 하자.

도 3은 본 발명에 따른 FBMC 시스템에서 단일 캐리어로 통신을 수행하기 위한 통신 장치의 기능적 내부 블록 구성도이다.

도 3에서 예시한 통신 장치는 사용자 단말의 블록 구성을 예시하고 있다. 도 3을 참조하면, 통신 장치(300)는 제어부(301), 수신 처리부(303), 부호기(305), 변조 및 송신부(310), 안테나(ANT), 메모리(321) 및 사용자 인터페이스(323)를 포함할 수 있다.

제어부(301)는 본 발명이 적용되는 통신 장치(300)의 전반적인 제어 및 사용자의 요구에 대응한 동작을 수행하기 위한 제어 등의 각종 제어를 수행하기 위한 장치로, 예컨대 어플리케이션 프로세서(application processor)와 데이터를 송신 및 수신하기 위한 제어를 수행하기 위한 통신 프로세서(communication processor)를 포함할 수 있다. 도 3에서는 설명의 편의를 위해 제어부(301)에 어플리케이션 프로세서 및 통신 프로세서를 포함하는 형태로 예시하였으나, 각각의 프로세서는 별도의 반도체 칩으로 구현할 수도 있다.

수신 처리부(303)는 FBMC 시스템의 기지국으로부터 RF 신호를 수신하여 제어부(301)에서 처리할 수 있는 기저대역의 디지털 데이터로 변환하는 동작을 수행한다. 이러한 수신 처리부(303)는 저잡음 증폭기, 대역 하강 변환기, 복조기 및 복호기 등을 포함할 수 있으며, 설명의 편의를 위해 수신 처리부(305)로 예시하였음에 유의하자. 또한 수신 처리부(303)의 일부 구성은 부호기(305)와 변조 및 송신부(310)의 구성 중 일부와 공통으로 사용할 수 있는 구성들이 존재할 수 있다. 본 발명에서는 이러한 실제 제품에 적용 형태에 따른 구성이 아닌 발명에서 필요한 동작의 설명을 돕기 위한 형태로 예시하였음에 유의하자.

부호기(305)는 제어부(301)에서 출력되는 송신할 데이터 또는 시그널링을 신호를 부호화하여 출력한다. 본 발명에서는 부호기(305)에서 부호화하는 방식에 대하여는 제약을 두지 않기로 한다. 다만, 부호기(305)는 필요에 따라 서로 다른 형태의 부호화 방식을 사용하여 송신할 데이터를 서로 다른 형식의 부호화 방법으로 부호화하거나 또는 시그널링을 위한 신호를 서로 다른 방식의 부호화 방법으로 부호화할 수 있다. 이처럼 부호기(305)에서 출력된 신호는 도 1과 도 2a 및 도 2b에서 설명한 소스 정보(10)가 될 수 있다.

부호기에서 출력된 소스 정보(10)는 변조 및 송신부(310)로 입력된다. 그러면 변조 및 송신부(310)는 앞서 설명한 도 1 또는 도 2a 또는 도 2b의 형태를 갖는 변조 및 송신부(310)에서 신호의 변조 및 자원 매핑 동작을 통해 송신할 FBMC 신호로 생성하고, 안테나(ANT)를 통해 송신된다. 변조 및 송신부(310)의 구성 및 동작에 대하여는 이미 앞에서 설명하였으므로, 여기서 추가적인 설명은 생략하기로 한다. 다만, 변조 및 송신부(310)에 포함된 필터 뱅크들의 선택은 제어부(301)에서 출력된 제어 신호에 의거하여 필터 뱅크들이 선택될 수 있다. 가령, 도 2a의 경우 제어부(301)에서 출력된 제어 신호에 의거하여 제1분석 필터 뱅크(211) 또는 제2분석 필터 뱅크(213) 중 하나를 선택할 수 있다. 또한 도 2b의 경우 제어부(301)에서 출력된 제어 신호에 의거하여 제1분석 필터 뱅크(211) 또는 제2분석 필터 뱅크(213) 중 하나와 제1합성 필터 뱅크(221) 및 제2합성 필터 뱅크(223) 중 하나를 선택할 수 있다. 또한 시간 자원 매핑부(201)의 매핑 정보와 주파수 자원 매핑부(105)의 매핑 정보도 역시 제어부(301)로부터 제공받을 수 있다.

메모리(321)는 통신 장치(300)에서 제어에 필요한 데이터를 저장하기 위한 영역과 제어 시에 발생되는 데이터를 저장하기 위한 영역을 포함하며, 사용자의 필요에 따른 데이터를 저장하기 위한 영역을 더 포함할 수 있다. 본 발명에서는 이러한 메모리(321)가 통신 장치(300)에 포함되는 형태(예를 들어 내장형 또는 외장형) 뿐 아니라 메모리(321)의 제작 형태(SDRAM, 플래시 메모리, 하드디스크 메모리 등) 등의 사항에 제약을 두지 않는다.

사용자 인터페이스(323)는 통신 장치(300)와 사용자간 인터페이스를 제공하기 위한 모듈로, 표시 모듈과 입력 모듈을 포함할 수 있다. 본 발명에서는 사용자 인터페이스(323)에 대하여도 특별한 제약이 없음에 유의하자.

도 4는 본 발명이 적용되는 FBMC 시스템에서 상향링크로 단일 캐리어 통신을 수행하기 위한 기지국의 개념적인 블록 구성도이다.

도 4를 참조하면, 기지국(400)은 기지국 제어기(401), 기지국 수신부(411), 기지국 송신부(421) 및 기지국 메모리(403)를 포함할 수 있다. 또한 기지국(400)은 통신 장치들과 무선 통신을 위한 안테나(ANT)를 포함할 수 있다.

기지국 수신부(411)는 안테나(ANT)를 통해 통신 장치로부터 수신된 RF 대역의 신호를 대역 하강 변환 및 복조/복호하여 기저대역의 디지털 신호로 출력한다. 이러한 기지국 수신부(411)는 본 발명에 따라 FBMC 시스템에서 통신 장치 예컨대 단말로부터 기지국(400)으로 즉, 상향링크로 전송되는 단일 캐리어 신호를 수신하여 처리할 수 있다.

기지국 송신부(421)는 송신할 데이터 또는 신호를 기지국 제어기(401)로부터 수신하여 FBMC 방식의 무선통신 시스템에서 송신하기 위한 형식으로 변환하여 안테나(ANT)를 통해 송신한다. 이를 통해 통신 장치들은 기지국(400)으로부터 하향링크로 데이터를 수신할 수 있다.

기지국 제어기(401)는 기지국의 전반적인 동작을 제어하며, 각 통신 장치들의 스케줄링에 대한 제어를 수행한다. 즉, 기지국 제어기(401)는 스케줄러를 포함할 수 있다. 따라서 기지국 제어기(401)는 본 발명에 따라 통신 장치에서 사용할 필터 설정 및 자원 할당 정보를 해당하는 통신 장치로 제공할 수 있다. 기지국 제어기(401)는 그밖에 무선 통신 시스템의 네트워크로 데이터를 송/수신하기 위한 동작 및 통신 단말의 인증에 필요한 절차 등을 수행할 수 있다. 이러한 일반적인 동작에 대하여는 본 발명의 요지를 흐릴 수 있으므로 생략하기로 한다. 또한 기지국 제어기(401)의 동작에 대해서는 후술되는 도면 등을 통해 좀 더 명확히 설명될 것이다.

기지국 메모리(403)는 기지국(400)의 제어에 필요한 데이터를 저장하기 위한 영역과 기지국 제어기(401)의 제어 시에 발생되는 데이터를 임시로 저장하기 위한 영역 및 통신 장치들과 통신 시에 송신 또는 수신된 데이터를 임시 저장하기 위한 영역 등을 가질 수 있다. 도 4에 예시한 기지국 메모리(403)에 대하여도 도 3의 통신 장치와 마찬가지로 포함되는 형태 및 제작 형태에 대하여 특별한 제약이 없으며, 이상에서 설명한 데이터들 이외에 필요에 따라 추가적으로 데이터를 저장하기 위한 영역들을 더 가질 수 있다.

그러면 이상에서 설명한 통신 장치(300)와 기지국(400) 간에 스케줄링을 요청하여 본 발명에 따라 상향링크로 단일 캐리어 통신을 수행하기 위한 신호 흐름을 살펴보기로 하자.

도 5a는 본 발명의 일 실시 예에 따라 기지국에서 합성 필터 뱅크가 결정되는 경우 분석 필터 뱅크를 설정하여 데이터를 송신하기까지의 신호 흐름도이다.

도 5a에서 단말(User Equipment, UE)(300)은 도 3에 예시한 통신 장치가 될 수 있으며, 기지국(Enhanced Node B, eNB)(400)은 도 4에 예시한 기지국 장치가 될 수 있다. 또한 단말(300)은 앞서 설명한 도 1 또는 도 2a 또는 도 2b의 구성을 가질 수 있다. 이하의 설명에서 단말(300)의 변조 및 송신부(310)의 구성은 도 2a의 경우 또는 도 2b의 경우를 가정하여 설명하기로 한다.

단말(300)은 상향링크로 데이터 송신이 필요한 경우 500단계에서 기지국(400)으로 스케줄링 요청 메시지를 생성하여 송신할 수 있다. 이때, 스케줄링 요청 메시지에는 단말(300)에서 사용할 수 있는 합성 필터 뱅크 정보가 포함되어 있을 수도 있다. 다른 예로 기지국(400)은 단말(300)이 사용할 수 있는 합성 필터 뱅크를 기지국 메모리(403)에 미리 저장하고 있을 수도 있다. 기지국(400)이 단말(300)의 합성 필터 뱅크 정보를 미리 가지고 있는 경우는 단말(300)이 기지국(400)으로 미리 해당 정보들을 제공한 경우가 될 수 있다. 가령, 단말(300)이 초기 구동 시에 기지국(400)으로 등록 요청을 수행하거나 또는 다른 기지국의 영역에서 해당 기지국의 영역으로 진입하여 단말(300)의 정보를 제공한 경우 또는 기지국을 포함하는 네트워크의 상위 노드에 미리 단말(300)의 정보를 제공하여 해당 노드로부터 단말(300)의 정보를 제공받을 수 있는 경우 등이 될 수 있다. 이하의 설명에서는 설명의 편의를 위해 단말(300)이 500단계에서 스케줄링 요청 신호에 합섭 필터 뱅크 정보를 제공하는 경우를 가정하여 설명하기로 하자.

그러면 기지국(400)은 500단계에서 전송되어 온 스케줄링 요청 메시지를 수신하고, 502단계에서 해당 단말에 대하여 스케줄링을 수행한다. 502단계에서 기지국(400)이 스케줄링을 수행한다는 것은 단말(300)이 사용할 주파수 축 자원인 자원 블록(Resource Block, RB)의 수를 결정하고, 자원의 할당 방법, 예를 들어 집중 방식(localized mode) 또는 분산 방식(distributed mode)을 설정하며, 특정한 합성 필터 뱅크 지시 정보 예컨대, 단말이 사용할 수 있는 합성 필터 뱅크들 중 특정한 합성 필터 뱅크를 지시하는 합성 필터 뱅크 인덱스(SFB index)를 결정할 수 있다. 자원 할당의 방법과 자원 할당 파라미터에 대해서는 후술하는 도 8에서 더 설명하기로 한다.

이후 기지국(400)은 504단계로 진행하여 위와 같이 스케줄링을 수행하여 생성된 스케줄링 정보 즉, 합성 필터 뱅크 인덱스(SFB index)를 포함하는 자원 할당 정보를 단말(300)로 전송한다. 이때, 기지국(400)은 특정한 단말에 주파수 자원을 할당할 시 인접한 다른 사용자에게 할당된 주파수 자원을 고려하여 자원을 할당할 수 있다. 즉, 기지국(400)은 스케줄링이 요청된 단말에 대한 스펙트럼 컨파인먼트(spectrum confinement)에 대한 요구 조건을 결정할 수 있다.

그러면 단말(300)은 504단계에서 전송되어 온 스케줄링 정보에 근거하여 506단계에서 상향링크로 전송할 자원을 결정하고, 분석 필터 뱅크를 결정할 수 있다. 여기서 스케줄링 정보는 자원 할당 정보를 포함할 수 있다. 또한 분석 필터 뱅크는 앞에서 설명한 바와 같이 하나의 합성 필터 뱅크가 결정될 시 둘 이상의 분석 필터 뱅크가 존재할 수 있다. 따라서 단말(300)은 506단계에서 기지국이 결정한 합성 필터 뱅크에 대응하여 <수학식 1>을 만족하는 다수의 분석 필터 뱅크들 중 PAPR과 self SIR을 최소로 하는 최적의 분석 필터 뱅크를 결정한다.

그런 후 단말(300)은 508단계로 진행하면, 506단계에서 결정된 분석 필터 뱅크 정보를 기지국(400)으로 전송한다. 이처럼 단말(300)이 기지국(4000)으로 분석 필터 뱅크 정보(400)를 전송함으로써 기지국(400)은 단말(300)에서 어떠한 분석 필터 뱅크가 사용되었는지를 알 수 있게 된다.

또한 단말(300)은 이후 510단계에서 504단계를 통해 단말(300)에 수신된 할당된 자원을 통해 송신할 FBMC 데이터를 생성한다. 이때, 단말(300)은 송신할 FBMC 데이터 생성 시에 앞서 506단계에서 결정한 분석 필터 뱅크를 이용하여 송신할 FBMC 데이터를 생성한다. 이후 단말(300)은 512단계에서 생성된 FBMC 데이터를 할당된 자원을 이용하여 상향링크를 통해 기지국(400)으로 전송할 수 있다.

이상에서 설명한 도 5a의 흐름도는 단말이 사용할 수 있는 합성 필터 뱅크들 중 특정한 하나의 합성 필터 뱅크를 결정해서 단말로 알려주는 경우의 제어 흐름도이다. 그러면 도 5b를 참조하여 기지국이 단말이 사용할 수 있는 합성 필터 뱅크의 그룹 정보를 제공하는 경우에 대하여 살펴보기로 하자.

도 5b는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 기지국에서 합성 필터 뱅크 그룹이 결정되는 경우 단말에서 합성 필터 뱅크와 분석 필터 뱅크를 설정하여 데이터를 송신하기까지의 신호 흐름도이다.

도 5b에서도 단말(User Equipment, UE)(400)은 도 3에 예시한 통신 장치가 될 수 있으며, 기지국(Enhanced Node B, eNB)(400) 또한 도 4에 예시한 기지국 장치가 될 수 있다. 또한 단말(300)은 앞서 설명한 도 1 또는 도 2a 또는 도 2b의 구성을 가질 수 있다. 이하의 설명에서 단말(300)의 변조 및 송신부(310)의 구성은 도 2a의 경우 또는 도 2b의 경우를 가정하여 설명하기로 한다.

단말(300)은 상향링크로 데이터 송신이 필요한 경우 530단계에서 기지국(400)으로 스케줄링 요청 메시지를 생성하여 송신할 수 있다. 이때, 스케줄링 요청 메시지에는 앞에서 설명한 바와 같이 단말(300)에서 사용할 수 있는 합성 필터 뱅크 그룹 정보가 포함되어 있을 수도 있다. 다른 예로 기지국(400)은 단말(300)이 사용할 수 있는 합성 필터 뱅크 그룹 정보를 기지국 메모리(403)에 미리 저장하고 있을 수도 있다. 기지국(400)이 미리 단말(300)에서 사용할 수 있는 합성 필터 뱅크 그룹 정보를 가지는 경우는 앞서 설명한 도 5a에서와 동일한 경우가 될 수 있다. 그러면 기지국(400)은 530단계에서 전송되어 온 스케줄링 요청 메시지를 수신하고, 532단계에서 해당 단말에 대하여 스케줄링을 수행한다.

532단계에서 기지국(400)이 스케줄링을 수행한다는 것은 앞서 설명한 바와 같이 단말(300)이 사용할 주파수 축 자원인 자원 블록(Resource Block, RB)의 수를 결정하고, 자원의 할당 방법, 예를 들어 집중 방식(localized mode) 또는 분산 방식(distributed mode)을 설정하며, 특정한 합성 필터 뱅크 그룹 지시 정보 예컨대, 합성 필터 뱅크 그룹 인덱스(SFB Group index)를 결정할 수 있다. 자원 할당의 방법과 자원 할당 파라미터에 대해서는 이의 도 8에서 더 설명하기로 한다.

이때에도 기지국(400)은 특정한 단말에 주파수 자원을 할당할 시 인접한 다른 사용자에게 할당된 주파수 자원을 고려하여 스케줄링이 요청된 단말에 대한 스펙트럼 컨파인먼트(spectrum confinement)에 대한 요구 조건을 결정할 수 있다. 즉, 기지국(400)은 특정한 컴파인먼트 조건 및 SIR 조건을 제한하는 합성 필터 뱅크 그룹 인덱스를 단말에게 알려줄 수도 있다. 이처럼 합성 필터 그룹 인덱스를 전송한다는 것은 특정한 스펙트럼 컴파인먼트 조건 및 SIR 조건을 제한하기 위한 합성 필터 뱅크들을 하나의 그룹으로 하여 해당 정보를 단말로 전송하는 동작이 될 수 있다.

기지국(400)은 532단계에서 위와 같이 스케줄링을 수행하여 생성된 스케줄링 정보를 즉, 합성 필터 뱅크 그룹 인덱스(SFB Group index)를 포함하는 자원 할당 정보를 534단계에서 단말(300)로 전송한다.

그러면 단말(300)은 534단계에서 전송되어 온 스케줄링 정보에 근거하여 536단계에서 상향링크로 전송할 자원을 결정하고, 분석 필터 뱅크를 결정할 수 있다. 이때, 분석 필터 뱅크 결정 시 기지국으로부터 합성 필터 뱅크 그룹 정보를 수신하였으므로, 합성 필터 뱅크 그룹 내에 포함된 합성 필터들 중 하나의 합성 필터를 선택할 수 있다. 또한 하나의 합성 필터 뱅크가 결정될 시 단말(300)은 결정된 합성 필터 뱅크에 대응하여 상술한 <수학식 1>의 조건을 만족하면서 최소의 PAPR 및 최소의 self SIR을 갖는 최적의 분석 필터를 결정할 수 있다. 이때 단말(300)은 필요한 경우 합성 필터 뱅크 그룹 내에 있는 모든 합성 필터 뱅크들에 대하여 각각 독립적으로 최소의 PAPR 및 최소의 self SIR을 갖는 분석 필터들을 생성할 수 있다. 또한 이처럼 생성된 하나의 쌍 중 최적의 쌍을 데이터 전송에 사용할 필터 뱅크 쌍으로 결정할 수 있다. 즉, 필터 뱅크 쌍이란 하나의 합성 필터 뱅크와 하나의 분석 필터 뱅크가 될 수 있다.

그런 후 단말(300)은 538단계에서 결정된 합성 필터 뱅크 인덱스 정보와 분석 필터 뱅크 인덱스 정보를 기지국(400)으로 전송한다. 이때, 단말(300)은 538단계에서 추가적으로 분석 필터 뱅크의 중첩 팩터 정보를 더 송신할 수 있다. 이처럼 단말(300)이 기지국(400)으로 합성 필터 뱅크 정보 및 분석 필터 뱅크 정보를 전송함으로써 기지국(400)은 단말(300)에서 어떠한 합성 필터 뱅크와 어떠한 분석 필터 뱅크가 사용되었는지를 알 수 있게 된다.

또한 단말(300)은 이후 540단계에서 534단계를 통해 단말(300)에 수신된 할당된 자원을 통해 송신할 FBMC 데이터를 생성한다. 이때, 단말(300)은 송신할 FBMC 데이터 생성 시에 앞서 536단계에서 결정한 합성 필터 뱅크와 분석 필터 뱅크를 이용하여 송신할 FBMC 데이터를 생성한다. 이후 단말(300)은 542단계에서 생성된 FBMC 데이터를 534단계에서 할당된 자원을 이용하여 상향링크를 통해 기지국(400)으로 전송할 수 있다.

이상에서 설명한 도 5a 및 도 5b의 동작은 단말이 데이터 전송이 필요한 경우 1회만 이루어질 수도 있고, 단말이 데이터 전송 중 합성 필터 뱅크와 그에 대응하는 분석 필터 뱅크를 변경이 필요한 경우에 추가적으로 이루어질 수도 있다. 즉, 최초 통신이 필요한 경우 선택된 합성 필터 뱅크와 그에 대응하여 <수학식 1>을 만족하는 분석 필터 뱅크들 중 최적의 분석 필터 뱅크를 선택하여 통신하는 중 필터 뱅크의 변경이 필요할 시 합성 필터 뱅크 및 분석 필터 뱅크의 재선택 동작이 이루어질 수 있다.

또한 도 5b와 같이 기지국으로부터 합성 필터 뱅크 그룹 인덱스를 수신하는 경우 단말은 데이터 전송 중 현재 사용하지 않고 있으나, 532단계에서 기지국(400)으로부터 수신된 합성 필터 뱅크 그룹 인덱스에 포함된 다른 합성 필터 뱅크를 선택하고, 선택된 합성 필터 뱅크와 그에 대응하여 앞서 설명한 <수학식 1>의 조건을 충족하는 분석 필터 뱅크들 중 최적의 분석 필터 뱅크를 선택할 수도 있다. 이처럼 단말이 합성 필터 뱅크를 변경하는 경우 단말은 536단계 내지 542단계를 추가적으로 수행할 수도 있다.

도 6은 본 발명에 따른 통신 장치에서 자원을 할당받아 통신을 수행할 시의 제어 흐름도이다.

도 6을 참조하면, 통신 장치(300)의 제어부(301)는 600단계에서 스케줄링 요청 신호를 생성하여 부호기(305) 및 변조 및 송신부(310)를 제어하여 상향링크로 전송할 스케줄링 요청 신호를 생성하여 송신하도록 제어한다. 이후 제어부(301)는 602단계로 진행하여 기지국(400)으로부터 자원 할당 신호의 수신을 대기한다.

제어부(301)는 602단계에서 604단계로 진행하면, 수신 처리부(303)를 통해 자원 할당 신호가 수신되는가를 검사한다. 자원 할당 신호는 앞서 설명한 도 5a 또는 도 5b에서와 같이 기지국(400)은 통신 장치(300)가 상향링크로 데이터를 송신하기 위한 자원 할당 정보와 하나의 합성 필터 뱅크 정보 또는 합성 필터 뱅크 그룹 정보를 송신할 수 있다.

604단계의 검사결과 자원 할당 신호가 수신되는 경우 제어부(301)는 606단계로 진행하고, 자원 할당 신호가 수신되지 않는 경우 제어부(301)는 602단계의 자원 할당 신호 수신을 계속 대기한다.

자원 할당 신호가 수신된 경우 제어부(301)는 자원 할당 신호에 포함된 주파수 축 자원 할당 정보로부터 기지국(400)이 할당한 자원 정보를 획득할 수 있고, 자원 할당 파라미터를 이용하여 자원의 할당 방법에 대한 정보를 획득할 수 있다. 자원 할당 방법에 대해서는 후술되는 도 8에서 상세히 살펴보기로 한다.

제어부(301)는 또한 기지국(400)으로부터 수신된 합성 필터 뱅크 정보를 이용하여 분석 필터 뱅크를 선택할 수 있다. 가령 기지국(400)이 하나의 합성 필터 뱅크 정보를 제공하는 경우 제어부(301)는 기지국(400)이 결정하여 전송한 하나의 합성 필터 뱅크에 대응하여 최소의 PAPR 및 self SIR을 갖는 분석 필터 뱅크를 선택할 수 있다. 즉, 제어부(301)는 기지국(400)이 선택하여 전송한 합성 필터 뱅크와 <수학식 1>의 조건을 만족하는 복수의 분석 필터 뱅크들 중 최소의 PAPR 및 self SIR을 갖는 분석 필터 뱅크를 선택할 수 있다.

또한 기지국(400)이 합성 필터 뱅크 그룹 정보를 제공하는 경우 제어부(301)는 합성 필터 뱅크 그룹에 속한 각 합성 필터 뱅크들에 대하여 각각 최소의 PAPR 및 self SIR을 갖는 분석 필터 뱅크를 결정하고, 그 중 최적의 합성 필터 뱅크와 분석 필터 뱅크를 결정할 수 있다. 만일 제어부(301)가 합성 필터 뱅크 그룹에 속한 하나의 합성 필터 뱅크만을 지원할 수 있는 경우라면, 제어부(301)는 합성 필터 뱅크 그룹 정보를 수신하더라도 하나의 합성 필터 뱅크 정보를 수신한 경우와 동일한 방법으로 분석 필터 뱅크를 결정할 수 있다. 이때에도 합성 필터 뱅크 및 합성 필터 뱅크에 대응하는 분석 필터 뱅크를 선택하기 위한 조건은 앞서 설명한 수학식들의 조건을 충족하면 된다. 이처럼 분석 필터 뱅크를 합성 필터 뱅크 앞 단에 두도록 구성함으로써 단일 캐리어로 데이터를 전송할 수 있으며, 중첩 전송으로 인한 PAPR 상승을 낮출 수 있다.

이처럼 자원 할당 및 합성 필터 뱅크와 분석 필터 뱅크의 선택이 완료되면 제어부(301)는 608단계로 진행하여 결정된 필터 정보를 송신 메시지로 구성하여 기지국으로 전송한다. 608단계에서 전송하는 메시지는 기지국(400)이 제공한 자원 할당 정보에 따라 다르게 구성될 수 있다. 가령, 기지국(400)이 통신 장치(300)로 하나의 합성 필터 뱅크 정보만을 제공한 경우 제어부(301)는 분석 필터 뱅크에 대한 정보만을 기지국(400)으로 전송할 수 있다. 하지만, 기지국(400)이 통신 장치(300)로 합성 필터 뱅크 그룹 정보를 제공한 경우 제어부(301)는 선택한 합성 필터 뱅크 정보와 분석 필터 뱅크 정보를 함께 제공할 수 있다.

또한 다른 실시 예에 따르면, 608단계를 구성하지 않도록 하는 경우도 가능할 수 있다. 가령, 기지국(400)이 통신 장치(300)에서 사용할 수 있는 합성 필터 뱅크들과 분석 필터 뱅크들의 정보를 모두 가지고 있는 경우 기지국(400)이 합성 필터 뱅크 정보를 제공하면 통신 장치(300)가 선택할 분석 필터 뱅크 정보를 미리 알 수 있는 경우 608단계의 동작을 수행하지 않도록 구성할 수도 있다.

이후 제어부(301)는 610단계에서 기지국(400)이 선택된 합성 필터 뱅크와 분석 필터 뱅크를 이용하여 송신할 데이터를 구성하고, 기지국(400)이 할당한 자원에 구성된 데이터를 할당하여 송신할 수 있다.

이상에서 설명한 도 6에서는 데이터 전송이 완료될 때까지 합성 필터 뱅크가 변경되는 경우에 대해서는 설명하지 않았으나, 도 5b에서 설명한 바와 같은 동작을 추가로 수행하도록 구성할 수 있다. 즉, 기지국(400)으로부터 합성 필터 뱅크 그룹 정보를 수신하고, 합성 필터 뱅크들 중 하나의 합성 필터 뱅크를 선택한 후 최적의 분석 필터 뱅크를 선택하여 데이터를 송신하는 중에 특정한 요구 또는 필요에 의해 합성 필터를 변경하는 경우가 발생할 수 있다.

이러한 경우 610단계를 수행하는 중 기지국으로부터 제공된 합성 필터 뱅크 그룹 내에서 현재 데이터 전송에 사용하고 있는 합성 필터 뱅크를 제외한 나머지 합성 필터 뱅크들 중 하나를 선택할 수 있다. 이처럼 새로운 합성 필터 뱅크를 선택하는 경우 위에서 설명한 조건을 충족하는 다른 분석 필터 뱅크가 선택될 수 있다. 따라서 제어부(301)는 이처럼 새로운 합성 필터 뱅크 및 분석 필터 뱅크가 선택된 경우 해당 정보를 608단계와 같이 메시지로 구성하여 기지국으로 전송하여 데이터 전송에 사용할 새로운 합성 필터 뱅크 및 분석 필터 뱅크 셋에 대한 정보를 알릴 수 있다. 이후 제어부(301)는 다시 610단계와 같이 새롭게 선택된 합성 필터 뱅크와 분석 필터 뱅크를 이용하여 데이터를 상향링크로 송신할 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 기지국에서 단말에 자원을 할당하고, 할당된 자원을 통해 데이터를 수신하는 경우의 제어 흐름도이다.

도 7을 참조하면, 기지국 제어기(401)는 700단계에서 대기상태를 유지한다. 여기서 대기상태란, 기지국(400) 내의 통신 장치들로부터 상향링크로의 수신을 대기하거나 또는 외부 네트워크로부터 기지국(400) 내에 위치한 특정 통신 장치로 송신할 데이터의 수신을 대기하는 상태가 될 수 있다. 이러한 상태에서 기지국 제어기(401)는 702단계로 진행하여 특정한 통신 장치로부터 자원 할당 요청 신호가 수신되는지를 검사할 수 있다. 702단계의 검사결과 특정한 통신 장치로부터 자원 할당 요청 신호가 수신되는 경우 기지국 제어기(401)는 704단계로 진행하고 그렇지 않은 경우 700단계를 유지한다.

702단계에서 704단계로 진행하면 기지국 제어기(401)는 해당 단말에서 사용할 자원을 할당하고, 자원 할당 파라미터를 결정한다. 자원 할당 파라미터는 자원을 할당하기 위한 분배 방식을 결정하기 위함이며, 이에 대하여는 후술되는 도 8에서 더 상세히 설명하기로 한다. 또한 기지국 제어기(401)는 704단계에서 해당 단말에서 사용할 수 있는 합성 필터 뱅크 정보를 기지국 메모리(403)로부터 읽어와 해당 단말에서 사용할 합성 필터 뱅크를 선택한다. 이때, 기지국 제어기(401)는 하나의 합성 필터 뱅크를 선택할 수도 있고, 특정한 합성 필터 뱅크 그룹을 선택할 수도 있다. 이러한 선택을 완료한 후 기지국 제어기(401)는 자원 할당 정보, 자원할당 파라미터 및 합성 필터 뱅크 정보를 포함하는 신호를 자원 할당 신호로 생성하여 해당하는 단말로 전송할 수 있다.

여기서 기지국 제어기(401)는 특정한 단말에 주파수 자원을 할당할 시 인접한 다른 사용자에게 할당된 주파수 자원을 고려하여 스케줄링이 요청된 단말에 대한 스펙트럼 컨파인먼트(spectrum confinement)에 대한 요구 조건을 결정할 수 있다. 즉, 앞서 설명한 도 5a와 같이 특정한 합성 필터 뱅크를 선택하여 단말에게 알려줄 수도 있고, 도 5b에서와 같이 특정한 스펙트럼 컴파인먼트 조건 및 SIR 조건을 제한하는 합성 필터 그룹 인덱스를 단말에게 알려줄 수도 있다.

이에 대응하여 단말은 특정한 합성 필터 뱅크에 대응하는 하나의 분석 필터 뱅크를 선택할 수도 있고, 합성 필터 뱅크 그룹에 속한 합성 필터 뱅크들 중 하나의 합성 필터 뱅크에 대응하는 분석 필터 뱅크를 선택할 수도 있게 된다. 또한 만일 상황에 따라 합성 필터 뱅크가 변경되는 경우 단말은 분석 필터 뱅크도 변경해야 한다. 만일 분석 필터 뱅크를 변경하는 경우 단말은 앞에서 설명한 바와 같이 self SIR과 PAPR을 고려하여 선택할 수 있다.

이후 기지국 제어기(401)는 706단계로 진행하여 해당 단말로부터 신호 또는 데이터의 수신을 대기한다. 기지국 제어기(401)는 706단계를 수행하면서 708단계로 진행하여 필터 선택 정보가 수신되는가를 검사한다. 만일 706단계의 검사결과 필터 선택 정보가 수신되는 경우 기지국 제어기(401)는 710단계로 진행하고, 특정한 필터 선택 정보가 수신되지 않는 경우 706단계를 유지한다. 도 6에서 설명한 바와 같이 단말이 기지국으로 필터 선택 정보를 전송하지 않는 경우에 708단계는 상향링크 데이터 수신을 검사하도록 구성할 수도 있다.

이하에서는 특정한 필터 선택 정보가 수신되는 경우를 가정하여 설명하기로 한다. 기지국 제어기(401)는 708단계에서 710단계로 진행하는 경우 해당 단말로부터 수신된 필터 선택 정보에 인지하고, 그에 대응하여 할당된 자원을 통해 해당 단말로부터 FBMC 데이터를 수신할 수 있다.

도 8은 본 발명에 따라 기지국이 단말에게 주파수 축 자원을 할당할 시 자원 할당 방법을 설명하기 위한 개념도이다.

도 8에는 특정한 단말에 주파수 축에서 4개의 자원 블록을 할당할 수 있는 방법을 예시하였다. (a)와 (b) 및 (d)의 경우는 집중 방식(localized mode)의 경우가 될 수 있다. 또한 (c)의 경우는 분산 방식(distributed mode)이 될 수 있다.

도 8의 (a)를 참조하면, 주파수 축에서 소정의 간격만큼 이격한 주파수 자원들(811, 812, 813, 814)을 할당하였다. 이때, 이격된 주파수 축에서의 거리는 매우 짧은 거리가 될 수 있다. 즉, 도 8의 (d)와 같이 할당된 모든 주파수 자원들이 연속되도록 주파수 자원을 할당할 수도 있고, 미리 결정된 거리 이내의 간격으로 배치될 수도 있다.

도 8의 (c)는 분산 방식(distributed mode)을 예시한 도면이다. 즉, 주파수 대역 전체에 걸쳐 매우 주파수 자원을 할당하는 방식이다.

이처럼 집중 방식 또는 분산 방식의 주파수간 이격된 간격에 대한 정보가 자원 할당 파라미터가 될 수 있다. 그러면 자원 할당 파라미터를

라 할 때, 자원 할당 파라미터가 1인 경우 집중 방식인 경우가 되며, 도 8의 (d)에 예시한 형태가 될 수 있다. 또한 자원 할당 파라미터

가 2의 값을 갖는 경우는 도 8의 (a)의 경우가 될 수 있으며, 3의 값을 갖는 경우가 각각 도 8의 (b)의 경우가 될 수 있다. 이처럼 집중 방식은 특정한 주파수 대역에 할당된 자원 전체가 집중되어 있는 경우가 될 수 있다.

그러면 집중 방식과 대비되는 분산 방식에 대하여 살펴보기로 하자. 전체 주파수 자원을 M이라 하고, 할당된 주파수 자원을 K라 할 때, 분산 방식인 경우 자원 할당 파라미터

는 하기 <수학식 4>의 관계를 갖는 경우가 될 수 있다.

즉, 분산 방식인 경우 전체 주파수 자원에서 할당된 자원이 전체 대역에 일정하게 분포하도록 하는 방식이 될 수 있다.

한편, 기지국(400)은 주파수 축 자원은 도 8에서 예시한 바와 같이 자원 할당 파라미터를 단말로 제공할 수 있다. 하지만, 시간 축 자원할당 파라미터는 단말에서 할당된 자원의 양 및 주파수 축 자원할당을 고려하면 최적의 시간 축 파라마터를 알 수 있으므로 기지국(400)은 시간 축 자원 할당 파라미터를 단말(300)로 별도로 할당하지 않을 수 있다. 특히 분석 필터 뱅크의 중첩 팩터(overlapping factor)를 시간 축 자원 할당 파라미터로 고정한다면 기지국(400)이 단말(300)로 별도의 정보를 제공하지 않더라도 시간 축 자원을 할당할 수 있다. 반면에 만일 기지국(400)에서 해당 단말(300)에 대하여 특별한 시간 축 자원 할당이 필요하거나 또는 매 단말마다 시간 축 자원의 할당 방법을 지시하도록 시스템을 구성하는 경우에는 시간 축 자원 할당 파라미터를 단말로 전송하도록 구성할 수도 있다.

또한 기지국(400)은 이처럼 자원 할당 정보를 단말(300)로 제공하고, 단말에서 선택하는 특정 정보 예를 들면, 합성 필터 뱅크 정보와 분석 필터 뱅크 정보 또는 분석 필터 뱅크 정보만을 수신하는 경우 단말(300)로부터 수신된 데이터를 복원할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 분석 필터 뱅크를 적응적으로 선택하도록 하는 방법은 OQAM 방식을 사용하는 FBMC 시스템은 물론 QAM 방식을 사용하는 FBMC 시스템 모두에서 모두 사용 가능하다.

또한 앞서 설명한 주파수 축 자원 할당 방식 중 집중 방식(localized mode)은 다중 사용자의 주파수 축 자원 할당에 의한 다중 사용자 다이버시티 이득을 얻기 위한 하나의 방법이 될 수 있다.

도 9는 본 발명에 따른 QAM 및 OQAM 방식의 FBMC 시스템에서 집중 방식을 사용하는 경우 시간 축에서 self SIR이 변하는 현상을 시뮬레이션 한 그래프이다.

도 9에 참조부호 901과 같이 QAM 및 OQAM 방식의 FBMC 시스템에서 집중 방식을 사용하는 경우 시간 축에서 self SIR이 매우 크게 변화함을 알 수 있다. 이러한 self SIR의 변화를 고려하여 앞서 선택된 분석 필터 뱅크의 사용 시 한 사용자를 시간 축으로 두 개 이상의 그룹으로 구분하여 그룹마다 변조 및 부호화 방법(Modulation and Coding Scheme, MCS)을 달리하여 할당할 수 있다.

도 10은 본 발명에 따라 QAM-FBMC 시스템에서 집중 방식을 사용하는 경우 한 사용자가 시간 축으로 서로 다른 MCS를 적용하기 위한 송신 장치의 일 예시도이다.

도 10을 참조하기에 앞서 도 2b에서 설명한 시간 자원 매핑부(201), 제1분석 필터 뱅크(211), 제2분석 필터 뱅크(212) 등의 이하 구성을 참조부호 250을 사용하였음에 유의하자.

도 10과 같이 구성하는 경우 제1부호기(1011) 및 제2부호기(1012)를 두어 각각의 부호기에서 서로 다른 부호율로 부호화하거나 또는 다른 부호화 방식으로 부호화할 수 있다. 이하에서는 서로 다른 부호율로 부호화가 이루어지는 경우를 가정하여 설명하기로 한다. 이처럼 서로 다른 2개의 부호화기(1011, 1012)를 두는 경우 각각에 대응하는 QAM 방식의 변조기들(1021, 1022)을 포함하도록 구성할 수 있다. 이때, 제1부호기(1011)가 활성화되는 경우 제1변조기(1021)가 활성화되어 부호화 및 변조를 수행할 수 있으며, 제2부호기(1012)가 활성화되는 경우 제2변조기(1022)가 활성화되어 부호화 및 변조를 수행할 수 있다. 따라서 참조부호 250의 시간 자원 매핑부(201)는 제1변조기(1021) 또는 제1변조기(1022) 중 하나의 변조기로부터 데이터를 수신하여 해당 데이터를 시간 자원에 매핑할 수 있다.

한편, 앞서 설명한 바와 같이 하나의 합성 필터 뱅크에 대응하여 다양한 종류의 분석 필터 뱅크가 존재할 수 있다. 따라서 분석 필터 뱅크를 변경하는 경우 시간 축에서 self SIR이 변화하게 된다.

도 11은 이처럼 분석 필터 뱅크를 변경하는 경우 시간 축에서 self SIR이 변화하는 경우를 시뮬레이션 한 그래프이다.

도 11과 같은 특징을 활용하면 채널이 변하지 않는 상황에서도 분석 필터 뱅크를 바꾸어 줌으로써 마치 채널이 변화하는 환경을 만들어 다이버시티 이득을 얻을 수 있다. 앞서 살펴본 바와 같이 주어진 합성 필터 뱅크에 따라 분석 필터 뱅크의 셋을 기지국(400)과 단말(300)이 미리 정보를 가지고 있고, 분석 필터 뱅크 셋 내에서 분석 필터 뱅크를 바꾸는 변형 패턴에 대한 정보를 기지국(400)과 단말(300)이 둘 다 알고 있다면 그에 따라 분석 필터 뱅크를 변경 또는 변형함으로써 다이버시티로 인한 이득을 얻을 수 있다. 이때 분석 필터 뱅크의 변형 패턴은 기지국(400)과 단말(300)이 상호간 시그날링을 할 수도 있고, 단말(300)이 기지국(400)으로 피드백 할 수도 있으며, 단말 별로 미리 특정한 패턴을 갖도록 설정할 수도 있다. 이처럼 다이버시티를 얻기 위해서는 하나의 코딩 블록이 여러 종류의 분석 필터 뱅크로 분할되어 전송되어야 한다.

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.

101 : OQAM 변조부 103, 211, 213 : 분석 필터 뱅크
105 : 주파수 자원 매핑부 107, 221, 223 : 합성 필터 뱅크
109 : 중첩 및 결합부 201 : 시간 자원 매핑부
300 : 통신 장치/단말 301 : 제어부
303 : 수신 처리부 305 : 부호기
310 : 변조 및 송신부 321 : 메모리
323 : 사용자 인터페이스 400 : 기지국
401 : 기지국 제어기 411 : 기지국 수신부
421 : 기지국 송신부 403 : 기지국 메모리
1011, 1012 : 부호기 1021, 1022 : 변조기

Claims (20)

1. 필터 뱅크 방식의 다중접속 무선 통신 시스템에서 송신 장치에 있어서,
   송신할 데이터를 변조하여 출력하는 변조부;
   중첩 팩터와 송신할 변조된 심볼의 양에 따라 시간 축에서 소정의 간격으로 상기 변조된 심볼을 할당하는 시간 자원 매핑부;
   상기 시간 자원에 매핑된 변조 심볼들을 송신하기 위해 선택된 합성 필터 뱅크에서의 역 과정을 수행하는 복수의 분석 필터 뱅크들;
   상기 복수의 분석 필터 뱅크들 중 하나로부터 출력된 필터링된 심볼을 미리 할당된 주파수 자원에 매핑하는 주파수 자원 매핑부;
   상기 주파수 자원에 매핑된 심볼을 합성하여 시간 축의 신호로 복원하여 출력하는 합성 필터 뱅크;
   상기 합성 필터 뱅크의 출력을 미리 설정된 중첩 팩터로 중첩 및 결합하여 출력하는 중첩 및 결합부; 및
   상기 복수의 분석 필터 뱅크들 중 자기 신호 대 간섭비(self SIR) 및 최대전력 대비 평균 전력의 비율(PAPR)을 최소가 되는 분석 필터 뱅크를 선택하기 위한 제어부;를 포함하는, 필터 뱅크 방식의 다중접속 무선 통신 시스템에서 데이터를 송신하기 위한 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 합성 필터 뱅크는 역 이산 퓨리에 변환(IDFT) 동작을 수행하며,
   상기 복수의 분석 필터 뱅크들 각각은 이산 퓨리에 변환(DFT) 동작을 수행하는, 필터 뱅크 방식의 다중접속 무선 통신 시스템에서 데이터를 송신하기 위한 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 변조부는
   QAM(quadrature amplitude modulation) 방식의 변조 또는 OQAM(offset QAM) 방식의 변조를 수행하는, 필터 뱅크 방식의 다중접속 무선 통신 시스템에서 데이터를 송신하기 위한 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 시간 자원 매핑부는,
   상기 변조된 심볼을 시간 자원에 할당할 시, 상기 변조된 심볼이 할당되지 않은 영역에는 '0(zero)'값을 패딩하는, 필터 뱅크 방식의 다중접속 무선 통신 시스템에서 데이터를 송신하기 위한 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 합성 필터 뱅크가 둘 이상 존재하는 경우 상기 각 합성 필터 뱅크마다 상기 합성 필터 뱅크의 역 과정을 수행하는 복수의 분석 필터 뱅크들을 포함하는, 필터 뱅크 방식의 다중접속 무선 통신 시스템에서 데이터를 송신하기 위한 장치.
6. 필터 뱅크 방식으로 통신하는 다중접속 무선 통신 시스템의 송신 장치에서 데이터 송신 방법에 있어서,
   송신할 데이터를 변조하여 출력하는 단계;
   중첩 팩터와 송신할 변조된 심볼의 양에 따라 시간 축에서 소정의 간격으로 상기 변조된 심볼을 할당하는 단계;
   상기 데이터를 송신하기 위해 선택된 합성 필터 뱅크의 역 과정을 수행하는 복수의 분석 필터 뱅크들 중 기 신호 대 간섭비(self SIR) 및 최대전력 대비 평균 전력의 비율(PAPR)을 최소가 되는 분석 필터 뱅크를 선택하는 단계;
   상기 선택된 분석 필터 뱅크를 이용하여 상기 시간 자원에 매핑된 변조 심볼들을 상기 선택된 합성 필터 뱅크에서의 역 과정을 수행하는 단계;
   상기 분석 필터 뱅크의 출력을 미리 할당된 주파수 자원에 매핑하는 단계;
   상기 선택된 합성 필터 뱅크에서 상기 주파수 자원에 매핑된 심볼을 합성하여 시간 축의 신호로 복원하여 출력하는 단계; 및
   상기 합성 필터 뱅크의 출력을 미리 설정된 중첩 팩터로 중첩 및 결합하여 송신하는 단계;를 포함하는, 필터 뱅크 방식으로 통신하는 다중접속 무선 통신 시스템의 송신 장치에서 데이터 송신 방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 합성 필터 뱅크는 역 이산 퓨리에 변환(IDFT) 동작을 수행하며,
   상기 복수의 분석 필터 뱅크들 각각은 이산 퓨리에 변환(DFT) 동작을 수행하는, 필터 뱅크 방식으로 통신하는 다중접속 무선 통신 시스템의 송신 장치에서 데이터 송신 방법.
8. 제6항에 있어서,
   상기 송신할 데이터의 변조 방식은 QAM(quadrature amplitude modulation) 변조 또는 OQAM(offset QAM) 변조 방식인, 필터 뱅크 방식으로 통신하는 다중접속 무선 통신 시스템의 송신 장치에서 데이터 송신 방법.
9. 제6항에 있어서,
   상기 변조된 심볼을 시간 자원에 할당할 시, 상기 변조된 심볼이 할당되지 않은 영역에는 '0(zero)'값을 패딩하는, 필터 뱅크 방식으로 통신하는 다중접속 무선 통신 시스템의 송신 장치에서 데이터 송신 방법.
10. 제6항에 있어서,
    상기 합성 필터 뱅크가 둘 이상 존재하는 경우 상기 각 합성 필터 뱅크마다 상기 합성 필터 뱅크의 역 과정을 수행하는 복수의 분석 필터 뱅크들을 포함하며,
    상기 합성 필터 뱅크들 중 데이터 전송에 사용될 합성 필터 뱅크가 미리 결정되는, 필터 뱅크 방식으로 통신하는 다중접속 무선 통신 시스템의 송신 장치에서 데이터 송신 방법.
11. 필터 뱅크 방식으로 통신하는 다중접속 무선 통신 시스템의 송신 장치에서 데이터 송신 방법에 있어서,
    기지국으로 스케줄링을 요청하여 데이터 송신에 필요한 스케줄링 정보를 수신하는 단계;
    상기 수신된 스케줄링 정보에 근거하여 사용할 합성 필터 뱅크 정보 및 할당된 자원 정보를 획득하는 단계;
    상기 사용할 합성 필터 뱅크의 역 과정을 수행하는 복수의 분석 필터 뱅크들 중 자기 신호 대 간섭비(self SIR) 및 최대전력 대비 평균 전력의 비율(PAPR)이 최소가 되는 분석 필터 뱅크를 선택하는 단계;
    중첩 팩터와 송신할 변조된 심볼의 양에 따라 시간 축에서 소정의 간격으로 상기 변조된 심볼을 할당하는 단계;
    상기 시간 자원에 매핑된 변조 심볼들을 상기 선택된 분석 필터 뱅크를 이용하여 상기 합성 필터 뱅크에서의 역 과정을 수행하는 단계;
    상기 분석 필터 뱅크의 출력을 미리 할당된 주파수 자원에 매핑하는 단계;
    상기 선택된 합성 필터 뱅크에서 상기 주파수 자원에 매핑된 심볼을 합성하여 시간 축의 신호로 복원하여 출력하는 단계; 및
    상기 합성 필터 뱅크의 출력을 미리 설정된 중첩 팩터로 중첩 및 결합하여 송신하는 단계;를 포함하는, 필터 뱅크 방식으로 통신하는 다중접속 무선 통신 시스템의 송신 장치에서 데이터 송신 방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 합성 필터 뱅크는 역 이산 퓨리에 변환(IDFT) 동작을 수행하며,
    상기 복수의 분석 필터 뱅크들 각각은 이산 퓨리에 변환(DFT) 동작을 수행하는, 필터 뱅크 방식으로 통신하는 다중접속 무선 통신 시스템의 송신 장치에서 데이터 송신 방법.
13. 제11항에 있어서,
    상기 송신할 변조된 심볼의 변조 방식은 QAM(quadrature amplitude modulation) 변조 또는 OQAM(offset QAM) 변조 방식인, 필터 뱅크 방식으로 통신하는 다중접속 무선 통신 시스템의 송신 장치에서 데이터 송신 방법.
14. 제11항에 있어서,
    상기 변조된 심볼을 시간 자원에 할당할 시, 상기 변조된 심볼이 할당되지 않은 영역에는 '0(zero)'값을 패딩하는, 필터 뱅크 방식으로 통신하는 다중접속 무선 통신 시스템의 송신 장치에서 데이터 송신 방법.
15. 제11항에 있어서,
    상기 합성 필터 뱅크가 둘 이상 존재하는 경우 상기 각 합성 필터 뱅크마다 상기 합성 필터 뱅크의 역 과정을 수행하는 복수의 분석 필터 뱅크들을 포함하며,
    상기 합성 필터 뱅크들 중 데이터 전송에 사용될 합성 필터 뱅크가 미리 결정되는, 필터 뱅크 방식으로 통신하는 다중접속 무선 통신 시스템의 송신 장치에서 데이터 송신 방법.
16. 제11항에 있어서,
    상기 사용할 합성 필터 뱅크 정보가 합성 필터 뱅크 그룹 정보로 수신된 경우 각 합성 필터 뱅크마다 복수의 분석 필터 뱅크들 중 자기 신호 대 간섭비(self SIR) 및 최대전력 대비 평균 전력의 비율(PAPR)이 최소가 되는 분석 필터 뱅크를 선택하는 단계;
    상기 합성 필터 뱅크에 대응하여 선택된 분석 필터 뱅크의 쌍 중 데이터 송신에 최적의 쌍을 선택하는 단계;를 더 포함하는, 필터 뱅크 방식으로 통신하는 다중접속 무선 통신 시스템의 송신 장치에서 데이터 송신 방법.
17. 필터 뱅크 방식의 다중접속 무선 통신 시스템에서 데이터를 송신하기 위한 장치에 있어서,
    송신할 데이터를 부호화하는 부호기;
    상기 부호기에서 부호화된 심볼을 변조하고, 상기 변조된 심볼을 할당된 자원에 매핑하며, 상기 필터 뱅크 방식에서 송신 가능한 심볼로 변환하여 출력하는 변조 및 송신부; 및
    상기 부호기의 부호율을 제어하고, 상기 변조 및 송신부에서 출력되는 심볼이 상기 필터 뱅크 방식으로 전송되는 신호의 자기 신호 대비 간섭비와 최대전력 대비 평균 전력의 비율(PAPR)이 최소가 되도록 필터 뱅크들을 선택하는 제어부;를 포함하며,
    상기 변조 및 송신부는,
    상기 부호화된 심볼을 변조하는 변조부;
    상기 변조된 심볼을 중첩 팩터와 송신할 변조된 심볼의 양에 따라 시간 축에서 소정의 간격으로 할당하는 시간 자원 매핑부;
    상기 시간 자원에 매핑된 변조 심볼들을 송신하기 위해 선택된 합성 필터 뱅크에서의 역 과정을 수행하는 복수의 분석 필터 뱅크들;
    상기 복수의 분석 필터 뱅크들 중 하나로부터 출력된 필터링된 심볼을 미리 할당된 주파수 자원에 매핑하는 주파수 자원 매핑부;
    상기 주파수 자원에 매핑된 심볼을 합성하여 시간 축의 신호로 복원하여 출력하는 합성 필터 뱅크; 및
    상기 합성 필터 뱅크의 출력을 미리 설정된 중첩 팩터로 중첩 및 결합하여 출력하는 중첩 및 결합부;를 포함하는, 필터 뱅크 방식의 다중접속 무선 통신 시스템에서 데이터를 송신하기 위한 장치.
18. 제17항에 있어서, 상기 변조부는,
    QAM(quadrature amplitude modulation) 방식의 변조 또는 OQAM(offset QAM) 방식의 변조를 수행하는, 필터 뱅크 방식의 다중접속 무선 통신 시스템에서 데이터를 송신하기 위한 장치.
19. 제17항에 있어서,
    상기 분석 필터 뱅크들은, 이산 퓨리에 변환 동작을 수행하며, 상기 합성 필터 뱅크는, 역 이산 퓨리에 변환 동작을 수행하는, 필터 뱅크 방식의 다중접속 무선 통신 시스템에서 데이터를 송신하기 위한 장치.
20. 제17항에 있어서, 상기 시간 자원 매핑부는,
    상기 송신되는 심볼의 중첩 팩터에 대응하여 시간 자원에 심볼들을 할당하고, 심볼이 할당되지 않는 영역에는 '0(zero)'값을 패딩하는, 필터 뱅크 방식의 다중접속 무선 통신 시스템에서 데이터를 송신하기 위한 장치.

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