KR102394230B1

KR102394230B1 - 다중 반송파 시스템에서 공간 시간 블록 코드 또는 공간 주파수 블록 코드를 이용해 신호를 전송하는 방법 및 장치

Info

Publication number: KR102394230B1
Application number: KR1020150121163A
Authority: KR
Inventors: 호카밍; 김경연; 김찬홍; 설지윤; 윤여훈; 조용호
Original assignee: 삼성전자 주식회사
Priority date: 2015-08-27
Filing date: 2015-08-27
Publication date: 2022-05-04
Also published as: US10142061B2; US20180167166A1; KR20170025155A; WO2017034369A1

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 발명은 시간 도메인 상에서 심볼이 중첩되는 구조를 특징으로 하는 필터 뱅크 다중 반송파 (FBMC) 시스템에서 STBC/SFBC 전송 방식으로 신호를 전송하는 방식에 대한 것으로, 수신기는 송신기로부터 수신기가 사용할 필터의 필터 인덱스를 수신하고, 송신기는 필터 인덱스에 따라 기준 심볼과 기준 심볼에 미치는 간섭값에 따라 선택된 심볼 또는 부반송파에 STBC/SFBC 심볼을 전송하는 것을 특징으로 한다.

Description

다중 반송파 시스템에서 공간 시간 블록 코드 또는 공간 주파수 블록 코드를 이용해 신호를 전송하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR TRANSMITTING SIGNAL USING SPACE TIME BLOCK CODE OR SPACE FREQUENCY BLOCK CODE IN MULTI-CARRIER SYSTEM}

본 발명은 다중 반송파 시스템에서 공간 시간 블록 코드 또는 공간 주파수 블록 코드를 이용해 신호를 전송하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

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), 및SCMA(sparse code multiple access) 등이 개발되고 있다.

그런데 필터 뱅크 다중 반송파(Filter Bank Multi Carrier, 이하 FBMC) 시스템은 종래 직교 주파수 분할 다중 방식(Orthogonal frequency-division multiplexing, 이하 OFDM)와 달리 심볼이 중첩되는 구조를 가지고 있고, 반송파간 직교성(orthogonality)이 없으므로 심볼간 간섭(inter-symbol interference, ISI), 반송파간 간섭(inter-carrier interference, ICI)이 존재한다는 단점이 존재한다. 이 경우 FBMC 시스템의 구조를 고려해 공간 시간 블록 코드(space time block code, STBC)를 적용하기 위한 방법이 필요하다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 송신기가 다이버시티 전송 모드를 이용해 수신기로 신호를 전송하는 방법에 있어서, 수신기로 상기 수신기에 할당된 필터의 필터 인덱스를 전송하는 단계; 및 상기 필터 인덱스를 기반으로 선택된 심볼을 이용해 STBC 심볼을 상기 수신기로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 수신기가 송신기가 다이버시티 전송 모드를 이용해 전송하는 신호를 수신하는 방법에 있어서, 상기 송신기로부터 상기 수신기에 할당된 필터의 필터 인덱스를 수신하는 단계; 및 상기 필터 인덱스를 기반으로 선택된 심볼을 이용해 STBC 심볼을 상기 수신기로 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 다이버시티 전송 모드를 이용해 수신기로 신호를 전송하는 송신기에 있어서, 상기 수신기와 신호를 송수신하는 송수신부; 및 상기 수신기로 상기 수신기에 할당된 필터의 필터 인덱스를 전송하고, 상기 필터 인덱스를 기반으로 선택된 심볼을 이용해 STBC 심볼을 상기 수신기로 전송하도록 상기 송수신부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 송신기가 다이버시티 전송 모드를 이용해 전송하는 신호를 수신하는 수신기에 있어서, 상기 송신기와 신호를 송수신하는 송수신부; 및 상기 송신기로부터 상기 수신기에 할당된 필터의 필터 인덱스를 수신하고, 상기 필터 인덱스를 기반으로 선택된 심볼을 이용해 STBC 심볼을 상기 수신기로 수신하도록 상기 송수신부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 방법에 따르면 FBMC 시스템을 비롯한 직교성이 보장되지 않는 다중 반송파 시스템에서 STBC/SFBC 전송 방식을 이용해 신호를 효율적으로 전송할 수 있다.

도 1은 공간 시간 블록 코드(space time block code, 이하 STBC)를 수행하는 송수신기를 도시한 도면이다.
도 2는 STBC 전송 방식을 FBMC 시스템에 적용한 경우 심볼 구조를 도시한 도면이다.
도 3a은 종래 STBC 전송 방식에 적용되는 등화기의 구조를 도시한 도면이다.
도 3b는 본 발명에서 제안하는 STBC 전송 방식에 적용되는 등화기의 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명을 수행하는 송신기의 동작을 도시한 흐름도이다.
도 5는 본 발명을 수행하는 송신기의 동작을 도시한 흐름도이다.
도 6는 초기 전송(initial communication) 동안, 송신기와 수신기간 수행되는 제어 시그널링을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명을 수행할 수 있는 송신기 및 수신기를 도시한 블록도이다.
도 8은 본 발명에 따른 전송 성능 이득을 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세히 설명한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 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.

또한, 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명함에 있어서, FBMC 기반의 무선통신 시스템을 주된 대상으로 할 것이지만, 본 발명의 주요한 요지는 유사한 기술적 배경 및 채널형태를 가지는 여타의 통신 시스템에도 본 발명의 범위를 크게 벗어나지 아니하는 범위에서 약간의 변형으로 적용 가능하며, 이는 본 발명의 기술분야에서 숙련된 기술적 지식을 가진 자의 판단으로 가능할 것이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이 때, 처리 흐름도 도면들의 각 블록과 흐름도 도면들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.

또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실행 예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.

이 때, 본 실시 예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.

현재 사용되는 3GPP LTE(3GPP Long Term Evolution), WiMax(Worldwide Interoperability for Microwave Access) 와 같은 4세대 이동 통신 시스템은 직교 주파수 분할 다중 방식(Orthogonal frequency-division multiplexing, 이하 OFDM) 을 기반으로 하는 물리 계층 전송 구조를 가지며, OFDM 은 반송파의 직교성을 이용하여 주파수 자원의 효율을 높여 빠른 데이터 전송 속도를 원하는 사용자의 요구를 충족시켰다. 그러나 현재의 OFDM은 주파수 밴드 간 많은 양의 누출 전력을 발생시켜 가드 밴드가 필요하다는 단점이 있다. 이와 같은 단점을 극복하기 위해 필터 뱅크 다중 반송파(Filter Bank Multi Carrier, 이하 FBMC) 전송 기술이 5세대 이동 통신을 위한 물리 계층 전송 기법으로 연구되고 있다. FBMC는 주파수 필터를 이용해 누출 전력을 줄여 높은 주파수 효율을 얻을 수 있으나 구현이 복잡하고 OFDM 시스템과 달리 시간축 상에서 각 심볼이 중첩되고 반송파간 직교성(orthogonality)이 존재하지 않으므로 심볼간 간섭(inter-symbol interference, ISI), 반송파간 간섭(inter-carrier interference, ICI)가 존재한다는 등의 단점을 포함하고 있다.

도 1은 공간 시간 블록 코드(space time block code, 이하 STBC)를 수행하는 송수신기를 도시한 도면이다.

도 1에 따르면, 송신기(100, 기지국이 될 수 있다)는 수신기(110, 단말이 될 수 있다)로 STBC 전송을 수행한다. 송신기는 2개의 독립적인 신호를 전송할 수 있는 안테나를 포함하고 수신기는 1개의 안테나를 포함한다. 송신기는 시간 슬롯 1(120)에서 2개의 안테나 안테나 1과 안테나 2로 부반송파(subcarrier) 1과 부반송파 2를 이용해 각각 x1, x2 심볼을 전송한다. 이 때 안테나 1에서 전송된 x1 심볼은 송신기와 수신기 사이의 채널 h1을 겪게 되고, 안테나 2로 전송된 x2 심볼은 채널 h2를 겪게 된다. 송신기는 시간 슬롯 2(130)에서 안테나 1과 부반송파 1을 이용해 -x2^* 심볼을 전송하고 안테나 2과 부반송파 2를 이용해 x1^* 심볼을 전송한다. -x2^* 심볼은 시간 슬롯 1과 마찬가지로 채널 h1을 겪게 되고, x1^* 심볼은 채널 h2를 겪게 된다.

이 때 수신기가 각 시간 슬롯당 수신하는 신호는 아래 식 1과 같다. y는 수신 신호를 의미하고, n은 잡음을 의미한다.

[식 1]

수신기는 식 1을 기반으로 송신기가 전송한 심볼을 아래 식 2와 같이 계산할 수 있다.

[식 2]

이러한 STBC 전송 방식은 다이버시티(diversity) 이득을 얻을 수 있는 개루프(open loop) 다중 입출력(multi-input multi-output, 이하 MIMO) 전송 방식 중 하나로 널리 사용되고 있다. 종래의 STBC 전송 방식은 준정적인(quasi-static) 채널과 각 부반송파가 독립적이어야 한다는 요구사항을 가진다.

그러나 FBMC 시스템에서는 각 부반송파가 독립적이지 않기 때문에 종래의 STBC 전송 방식을 그대로 적용하기 어렵다.

도 2는 STBC 전송 방식을 FBMC 시스템에 적용한 경우 심볼 구조를 도시한 도면이다.

도 2에 따르면, 종래의 STBC 전송 방식을 FBMC 시스템에 적용할 경우 수신 심볼 Y[0](200)의 위치에서 송신기가 심볼 X1, X2를 전송하고, 수신 심볼 Y[1](210)의 위치에서 송신기가 심볼 -X2^*, X1^*를 전송하고, 수신 심볼 Y[2](220)의 위치에서 송신기가 심볼 X3, X4를 전송하고, 수신 심볼 Y[3](230)의 위치에서 송신기가 심볼 -X4^*, X3^*를 전송할 수 있다.

이 때 심볼의 길이가 Lc일 때 채널 벡터는

이고, 블록 프로세싱을 위한 채널 벡터를 아래 방향으로 수직으로 쉬프트(shift)해 구성한 퇴플리츠 행렬(Toeplitz matrix)은

으로 표현된다. 이 때 주파수 도메인(frequency domain)의 채널을

이라고 표현할 수 있다. 위첨자는 안테나 1, 2를 의미하고, k는 심볼 번호를 의미하며, W는 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, 이하 FFT) 동작을 수행하는 행렬이다. 심볼을 절단하는 행렬 T[k]는 아래 식 3과 같다.

[식 3]

오버래핑 팩터(overlapping factor) L이 4라고 가정하면 FBMC 시스템의 심볼 7개가 중첩되는 구조를 고려할 때, 실제로 수신기가 수신하는 신호 y[k]와 송신기가 전송한 복소수(complex-valued) 심볼 s[k]의 관계는 아래 식 4와 같다. 이 때 k는 심볼 번호를 의미하고

는 FBMC 시스템의 주파수 도메인 필터 계수(filter coefficient)를 의미한다.

[식 4]

식 4에서 볼 수 있듯이, 수신 신호 y[0]이 수신되었을 때, 수신기는 원하는 심볼과 함께 전후 심볼에서 발생한 간섭을 함께 수신하게 된다.

만약 오직 주파수 도메인의 채널 중 대각선 성분만이 사용된다면, SFBC 전송을 위한 등화기는 행렬

중 대각선 성분만을 고려할 수 있다. 이 때 w[n] 과 w[n+1] 값은 각각 시간 인덱스 n, n+1에서의 간섭을 의미한다.

이 때 종래의 LM-포인트 등화(equalization) 을 사용할 경우 송수신된 심볼의 관계는 식 5와 같다. 식 5의 경우는 원하는 채널만을 모델링하고, 나머지 간섭은 잡음으로 간주한 것이다.

[식 5]

이 경우 MMSE 등화기(Minimum Mean Square Error equilazer)를 사용할 경우 등화 행렬 G는 아래 식 6과 같다.

[식 6]

식 7은 FBMC 시스템의 구조를 고려해 간섭을 보다 자세하게 기술한 송수신된 심볼의 관계이다.

[식 7]

식 7에 따라 FBMC 시스템의 심볼간의 중첩 구조와 STBC 구조를 모두 고려한 새로운 MMSE 등화기는 아래 식 8과 같다.

[식 8]

이 때

는 아래 식 9와 같다.

[식 9]

FBMC 시스템의 중첩 구조를 고려하지 않고

를 계산하면 북동쪽 및 서남쪽 블록 행렬은 0이 된다. FBMC 시스템의 중첩 구조를 고려한 본 발명에서 제안하는

값 및 이를 기반으로 한 등화 행렬은 보다 많은 정보를 포함하고 있으므로 더 우수한 성능을 보일 수 있다.

도 3a은 종래 STBC 전송 방식에 적용되는 등화기의 구조를 도시한 도면이다.

도 3a에 따르면, 수신된 신호 y[1]은 FFT부(310)에서 FFT 변환되고 공액복소수(complex conjugated number)로 변환하는 변환부(320)에서 공액복소수로 변환되어 등화기(330)에 입력된다. 수신된 신호 y[0]은 지연부(300)에서 M 만큼 지연된 후 마찬가지로 FFT부에서 FFT 변환되어 등화기에 입력된다. 등화기에서는 수신된 y[0]과 y[1]에 아래 식 10의 행렬을 적용하여 신호를 등화(equalization)하고, 등화된 신호는 복조부(340)에서 복조된다.

[식 10]

도 3b는 본 발명에서 제안하는 STBC 전송 방식에 적용되는 등화기의 구조를 도시한 도면이다.

도 3b에 따르면, 수신된 신호 y[0]은 FFT부(310)에서 FFT 변환되고, 그대로 등화기(350)에 입력되고, 변환부(320)에서 공액복소수로 변환되어 등화기에 입력된다. 수신된 신호 y[1]은 지연부(300)에서 M만큼 지연된 뒤 FFT부(310)에서 FFT 변환되고, 그대로 등화기에 입력되고, 변환부에서 공액복소수로 변환되어 등화기에 입력된다. 등화기는 y[0], y[1]의 입력과 아래 식 11의 행렬을 이용하고, y[0]^*, y[1]^*의 입력과 아래 식 12의 행렬을 이용해 신호를 등화하고, 등화된 신호는 복조부(340)에서 복조된다.

[식 11]

[식 12]

아래에서는 FBMC 시스템에서 STBC 전송 방식을 적용하기 위해 아래와 같은 STBC 전송 구조와 방법을 수행하기 위한 장치를 제안한다. 본 발명에서 제안하는 기술적 사상은 공간 주파수 블록 코딩(space frequency block coding, 이하 SFBC) 전송 구조에도 적용될 수 있다.

아래는 FBMC 시스템에서 사용되는 필터의 성질을 고려해 수신기가 원하는 심볼의 채널 강도(channel strength)를 높일 수 있도록 STBC/SFBC 심볼을 매핑(mapping)할 위치를 선택하는 방법에 대해 기술한다.

각 송신기 및 수신기는 송수신기가 사용하는 필터 뱅크에 따라 각 부반송파와 심볼의 간섭 정도를 지시하는 간섭 표를 저장하고 있을 수 있다. 아래 표 1 및 표 2는 간섭 표의 예시이며, 가로축은 심볼을 의미하고, 세로축은 부반송파를 의미한다. 표 1 및 표 2의 표 1에 따르면, 가로축과 세로축의 중앙에 위치한 1을 원하는 심볼이라고 한다면, 각 숫자는 각 위치의 심볼이 원하는 심볼에 미치는 간섭의 정도를 표현하는 것이다. 표 1의 경우 원하는 심볼(기준 심볼과 혼용한다)을 x[0]이라고 한다면, x[1]과 x[-1]은 0.01, x[2]과 x[-2]은 0.1만큼의 간섭을 미친다는 것을 알 수 있다. 표 2의 경우 원하는 심볼을 x[0]이라고 한다면, x[1]과 x[-1]은 0.01, x[2]과 x[-2]은 0.005만큼의 간섭을 미친다는 것을 알 수 있다.

[표 1]

[표 2]

표 1과 표 2와 같은 간섭 표를 기반으로, 송수신기는 STBC/SFBC 심볼을 매핑할 위치를 선택할 수 있다.

첫 번째 일례로, 코딩된 심볼은 가장 간섭이 강한 위치에 위치할 수 있다. 아래 표 3은 표 1을 기반으로 심볼 0과 심볼 0에게 가장 간섭이 강하게 미치는 심볼 2의 위치에 심볼 0에 상응하는 STBC 심볼을 매핑한 경우이다. 심볼 1의 경우 심볼 1에게 가장 간섭이 강하게 미치는 심볼 3의 위치에 심볼 1에 상응하는 STBC 심볼을 매핑하였다.

[표 3]

아래 표 4는 표 2를 기반으로 심볼 0과 심볼 0에게 가장 간섭이 강하게 미치는 심볼 3의 위치에 심볼 0에 상응하는 STBC 심볼을 매핑한 경우이다. 심볼 1의 경우 심볼 1에게 가장 간섭이 강하게 미치는 심볼 4의 위치에 심볼 1에 상응하는 STBC 심볼을 매핑하였다.

[표 4]

코딩된 심볼은 기준 심볼에게 가장 간섭이 강하게 미치는 심볼 위치에 위치할 수 있으나(옵션 1), 이 외에도 다른 요소를 고려해 코딩된 심볼의 위치가 결정될 수 있다. 채널과 필터를 모두 고려해 기준 심볼의 채널과 등가의(equivalent) 채널을 겪는 심볼 중 가장 간섭을 강하게 미치는 심볼에 코딩된 심볼이 매핑될 수 있으며(옵션 2), 시스템이나 송수신기의 지연 요구사항(delay requirement)를 고려해 기준 심볼을 기준으로 결정된 범위 내에서 기준 심볼에 가장 간섭을 강하게 미치는 심볼에 코딩된 심볼이 매핑될 수 있다(옵션 3). 또한 송수신기의 저장 장치 요구사항(memory requirement)를 고려해 저장 장치에 저장될 수 있는 심볼 중 기준 심볼에 가장 간섭을 강하게 미치는 심볼에 코딩된 심볼이 매핑될 수 있다(옵션 4).

또한 위 방법 중 어느 방법을 사용할지는 송신기가 수신기에게 초기화 과정(initialization phase)에서 통지할 수 있다. 또한 옵션 2 내지 옵션 4가 선택된 경우, 수신기는 초기화 과정에서 송신기에게 선호하는 심볼의 위치를 통지할 수 있다.

이러한 방법은 심볼이 중첩된다는 FBMC 시스템의 구조를 이용해 기준 심볼과 기준 심볼에게 가장 간섭을 강하게 미치는 심볼에 상응하는 STBC 심볼을 매핑해 STBC 심볼의 신호 크기를 최대화하여 높은 전송 성능을 얻기 위한 것이다. 또한 본 발명은 기준 부반송파와 기준 부반송파에게 가장 간섭을 강하게 미치는 부반송파에 SFBC 심볼을 매핑하는 방법으로 SFBC 전송 방식에도 적용 가능할 것이다.

도 4는 본 발명을 수행하는 송신기의 동작을 도시한 흐름도이다. 송신기는 기지국이 될 수 있고, 수신기는 단말이 될 수 있다.

도 4에 따르면, 송신기는 수신기 k 와 다이버시티 전송 모드를 개시(400)한다. 송신기는 수신기 k에게 할당된 필터 뱅크의 필터 인덱스(filter index)를 확인(410)한다. 이 때 확인된 필터 인덱스는 수신기 k에게 통지될 수 있다. 만약 수신기 k에게 할당된 필터 셋이 리프레시되고 필터가 새롭게 할당되었다면, 송신기는 필터 인덱스와 심볼(시간) 차이에 따른 간섭값, 주파수(부반송파) 차이에 따른 간섭값을 포함하는 간섭 표의 항목을 구성(420)한다. 또는 송신기는 필터 인덱스에 상응하는 기준 심볼에게 가장 간섭이 크게 미치는 심볼(시간)과 부반송파(주파수)의 기준 심볼과의 차이값을 포함하는 간섭 표의 항목을 구성한다. 이후 송신기는 구성한 간섭 표를 제어 채널 또는 데이터 채널을 통해 수신기 k로 전송(430)한다. 이 때 제어 채널은 물리 하향링크 제어 채널(physical downlink control channel, PDCCH)일 수 있다. 송신기는 필터 인덱스를 이용해 저장하고 있거나 새롭게 구성된 필터 인덱스에 해당하는 간섭 표에서 심볼과 부반송파에 따른 간섭 정도(간섭값과 혼용한다)를 추출(440)한다. 또는 송신기는 필터 인덱스를 이용해 기준 심볼에게 가장 간섭이 크게 미치는 심볼(시간)과 부반송파(주파수)의 기준 심볼과의 차이값을 확인(440)한다. 이 때 이러한 차이값은 송신기에 미리 저장되어 있을 수 있고 또는 새롭게 구성된 간섭 표를 통해 도출된 것일 수 있다.

이후 송신기는 추출한 간섭값 또는 기준 심볼과 가장 간섭이 강한 심볼과의 심볼 및 부반송파의 차이값을 기반으로 STBC 심볼을 매핑할 심볼을 선택하고, STBC 코드워드를 시간 도메인에서 일정 심볼 이상 떨어진 위치에 매핑하여 구성하고 수신기 k로 전송(450)한다. 또는 송신기는 추출한 간섭값을 기반으로 SFBC 심볼을 매핑할 부반송파를 선택하고, SFBC 코드워드를 주파수 도메인에서 일정 부반송파 이상 떨어진 위치에 매핑하여 구성하고 수신기 k로 전송(460)한다. 이 때 STBC 심볼 또는 SFBC 심볼을 매핑할 심볼 또는 부반송파는 먼저 기술한 옵션 1 내지 옵션 4의 방법으로 선택될 수 있다.

이 과정에서 간섭 표는 송수신기에 저장되어 있을 수 있으며, 이는 필터 인덱스에 의해 지시된다. 필터 인덱스를 송수신기가 알고 있다면, 직접적인 이에 대한 피드-포워드(feed-forward) 시그널링은 필요하지 않다. 그러나 만약 송수신기가 필터 셋을 리프레시했을 경우 새로운 간섭 표는 먼저 피드백(feed-forward) 되거나 송신기 및 수신기에서 각자 구성될 수 있다. (단 송신기의 심볼 매핑은 간섭 표 뿐만이 아닌 다양한 조건을 고려해 이루어지므로, 심볼 매핑이 이루어지는 방법(옵션 1 내지 옵션 4)는 먼저 기술한 대로 송수신기 사이에서 공유되어야 한다.) 또한 기준 신호(reference signal, 파일럿(pilot) 신호 등과 혼용될 수 있다)를 기반으로 송수신기가 채널 상태를 알 경우 데이터 심볼을 채널 상태에 따라 주파수 도메인과 시간 도메인 상에서 쉬프트하는 공간 시간 주파수 블록 코드(space time frequency block code)의 사용도 가능하다. 만약 하나 이상의 가장 큰 간섭값을 가지는 심볼/부반송파 위치가 존재할 경우, 송신기는 가장 작은 지연을 가지는 위치를 선택할 수 있다.

도 5는 본 발명을 수행하는 송신기의 동작을 도시한 흐름도이다. 송신기는 기지국이 될 수 있고, 수신기는 단말이 될 수 있다.

도 5에 따르면, 수신기는 송신기로부터 다이버시티 전송 모드가 개시된다는 지시 및 필터 인덱스 정보를 수신(500)한다. 다이버시티 전송 모드가 개시된다는 지시 및 필터 인덱스는 PDCCH로 전송될 수 있다. 만약 필터 인덱스가 지시하는 간섭 표가 수신기가 저장하고 있는 것이 아니라면, 수신기는 송신기가 전송한 새로운 간섭 표(간섭 표는 도 4의 420 단계에서 구성된 것일 수 있다)를 수신(520)하고 또한 이를 저장할 수 있다. 필터 인덱스가 지시하는 간섭 표가 수신기가 저장하고 있는 것이라면, 수신기는 미리 정해진 간섭 표의 심볼과 부반송파에 따른 간섭 정도(간섭값과 혼용한다)를 추출(510)한다. 또는 수신기는 필터 인덱스를 이용해 기준 심볼에게 가장 간섭이 크게 미치는 심볼(시간)과 부반송파(주파수)의 기준 심볼과의 차이값을 확인(510)한다. 이 때 이러한 차이값은 수신기에 미리 저장되어 있을 수 있고 또는 송신기로부터 수신한 새롭게 구성된 간섭 표를 통해 도출된 것일 수 있다.

수신기는 추출한 간섭값 또는 기준 심볼과 가장 간섭이 강한 심볼과의 심볼 및 부반송파의 차이값을 이용해 STBC 심볼이 매핑된 심볼을 확인하고, 송신기가 전송한 시간 도메인에서 일정 심볼 이상 떨어진 위치에 매핑된 STBC 코드워드를 수신하고 디코딩(530)한다. 또는 수신기는 추출한 간섭값을 이용해 SFBC 심볼이 매핑된 부반송파를 확인하고, 송신기가 전송한 주파수 도메인에서 일정 부반송파 이상 떨어진 위치에 매핑된 SFBC 코드워드를 수신하고 디코딩(540)한다. 이 때 STBC 심볼 또는 SFBC 심볼은 먼저 기술한 옵션 1 내지 옵션 4의 방법을 기반으로 심볼 또는 부반송파에 매핑될 수 있다.

이 때 수신기는 송신기로부터 간섭 표를 제어 채널 또는 데이터 채널을 이용해 수신할 수 있으며, 특히 간섭 표는 PDCCH를 통해 수신될 수 있다.

도 6는 초기 전송(initial communication) 동안, 송신기와 수신기간 수행되는 제어 시그널링을 도시한 도면이다. 송신기는 기지국이 될 수 있고, 수신기는 단말이 될 수 있다.

도 6에 따르면, 송신기(610)는 STBC/SFBC 전송을 지원하는 다이버시티 전송 모드를 개시하고 이를 수신기(600)에게 통지(620)한다. 다이버시티 전송 모드 개시함을 통지받은 수신기는 어떤 전송 방식을 지원 가능한지 알리는 능력 인덱스(capability index)을 송신기에게 전송(630)한다. 능력 인덱스는 다양한 방법으로 구성이 가능하나, 일례로 3비트로 구성되어 그 값이 0일 경우 종래의 STBC/SFBC 전송 방식만이 지원 가능함을 지시하고, 그 값이 1 내지 4일 경우 옵션 1 내지 옵션 4를 지시하는 것일 수 있다. 또다른 일례로 1비트로 구성되어 그 값이 0일 경우 종래의 STBC/SFBC 전송 방식만이 지원 가능함을 지시하고, 그 값이 1일 경우 본 발명에서 제안하는 개선된 STBC/SFBC 전송 방식을 지원 가능함을 나타낼 수 있다. 이 경우 송수신기는 개선된 STBC/SFBC 전송 방식 중 어느 방식을 사용할 것인지를 지시하는 지시자를 추가적으로 송수신할 수 있다.

수신기가 전송한 능력 인덱스를 수신한 송신기는 능력 인덱스가 지시하는 전송 방식을 확인하고, 수신기에 적용될 필터 인덱스를 전송(640)한다. 이후 송수신기는 결정된 전송 방식 및 필터 인덱스에 따른 간섭 표에 따라 STBC/SFBC 심볼을 구성해 신호를 송수신한다.

도 7은 본 발명을 수행할 수 있는 송신기 및 수신기를 도시한 블록도이다.

도 7에 따르면, 송신기(700)은 제어부(710) 및 송수신부(710)으로 구성된다. 송수신부는 다이버시티 전송 모드가 개시된다는 통지 및 필터 인덱스를 수신기로 전송하고, 수신기로부터 능력 지시자를 수신할 수 있다. 또한 송수신부는 필터 인덱스와 능력 지시자를 기반으로 결정된 심볼 또는 부반송파을 이용해 STBC/SFBC 심볼을 전송할 수 있다. 제어부는 상기와 같은 송수신부의 동작을 제어하고, 다이버시티 전송 모드를 개시하도록 제어하고, 본 발명의 내용에 따라 필터 인덱스와 능력 지시자를 기반으로 STBC/SFBC 심볼을 전송할 심볼 또는 부반송파를 결정한다.

수신기(730)은 제어부(740) 및 송수신부(750)으로 구성된다. 송수신부는 다이버시티 전송 모드가 개시된다는 통지 및 필터 인덱스를 송신기로부터 수신하고, 송신기로 능력 지시자를 전송할 수 있다. 또한 송수신부는 필터 인덱스와 능력 지시자를 기반으로 결정된 심볼 또는 부반송파을 이용해 송신기가 전송하는 STBC/SFBC 심볼을 수신할 수 있다. 제어부는 상기와 같은 송수신부의 동작을 제어하고, 송신기로 전송할 능력 지시자를 결정하고, 본 발명의 내용에 따라 필터 인덱스와 능력 지시자를 기반으로 STBC/SFBC 심볼을 전송할 심볼 또는 부반송파를 결정해 송신기로부터 전송되는 STBC/SFBC 심볼을 수신한다. 또한 제어부는 식 8과 식 9를 기반으로 수신된 STBC/SFBC 심볼을 등화해 복조할 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 전송 성능 이득을 도시한 도면이다.

도 8에 따르면, 본 발명에 따라 STBC 전송(특히 Alamouti 코드를 이용)한 경우 16직교진폭변조(Quadrature Amplitude Modulation, QAM)을 이용한 경우나 64QAM을 이용한 경우 동일한 비트 오류율(bit error rate, BER)의 경우 신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio, SNR) 3dB 이득을 볼 수 있음을 알 수 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

상술한 실시 예들에서, 모든 단계 및 메시지는 선택적인 수행의 대상이 되거나 생략의 대상이 될 수 있다. 또한 각 실시 예에서 단계들은 반드시 순서대로 일어날 필요는 없으며, 뒤바뀔 수 있다. 메시지 전달도 반드시 순서대로 일어날 필요는 없으며, 뒤바뀔 수 있다. 각 단계 및 메시지는 독립적으로 수행될 수 있다.

상술한 실시 예들에서 예시로 보인 표의 일부 혹은 전체는 본 발명의 실시 예를 구체적으로 보여주어 이해를 돕기 위한 것이다. 따라서 표의 세부 내용은 본 발명에서 제안하는 방법 및 장치의 일부를 표현하는 것이라 볼 수 있다. 즉, 본 명세서의 표의 내용은 통사론적으로 접근되는 것보다 의미론적으로 접근되는 것이 바람직할 수 있다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 즉 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims

송신기가 다이버시티 전송 모드를 이용해 수신기로 신호를 전송하는 방법에 있어서,
수신기로 상기 수신기에 할당된 FBMC(filter bank multi carrier)를 위한 필터의 필터 인덱스를 전송하는 단계; 및
상기 수신기에게 전송한 상기 필터 인덱스를 기반으로 선택된 심볼을 이용해 STBC(space time block code) 심볼을 상기 수신기로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 전송 방법.
제 1항에 있어서,
상기 수신기로 상기 다이버시티 전송 모드가 개시됨을 지시하는 지시자를 전송하는 단계; 및
상기 지시자를 수신한 상기 수신기로부터 상기 수신기가 지원하는 전송 방식을 지시하는 능력 지시자를 수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 전송 방법.
제 1항에 있어서, 상기 필터 인덱스를 기반으로 선택된 심볼은,
상기 필터 인덱스가 지시하는 기준 심볼으로부터 가장 간섭이 강한 심볼의 시간 도메인상 차이값 및 주파수 도메인상 차이값 중 적어도 하나를 기반으로 결정된 것임을 특징으로 하는 신호 전송 방법.
제 1항에 있어서,
상기 필터 인덱스에 대한 정보가 상기 송신기에 저장되어 있지 않을 경우, 상기 필터 인덱스에 상응하는 간섭 관련 정보를 구성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 전송 방법.
수신기가 송신기가 다이버시티 전송 모드를 이용해 전송하는 신호를 수신하는 방법에 있어서,
상기 송신기로부터 상기 수신기에 할당된 FBMC(filter bank multi carrier)를 위한 필터의 필터 인덱스를 수신하는 단계; 및
상기 수신기로부터 수신한 상기 필터 인덱스를 기반으로 선택된 심볼을 이용해 STBC(space time block code) 심볼을 상기 수신기로 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 수신 방법.
제 5항에 있어서,
상기 송신기로부터 상기 다이버시티 전송 모드가 개시됨을 지시하는 지시자를 수신하는 단계; 및
상기 수신기가 지원하는 전송 방식을 지시하는 능력 지시자를 상기 송신기로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 수신 방법.
제 5항에 있어서, 상기 필터 인덱스를 기반으로 선택된 심볼은,
상기 필터 인덱스가 지시하는 기준 심볼으로부터 가장 간섭이 강한 심볼의 시간 도메인상 차이값 및 주파수 도메인상 차이값 중 적어도 하나를 기반으로 결정된 것임을 특징으로 하는 신호 수신 방법.
제 5항에 있어서,
상기 필터 인덱스에 대한 정보가 상기 송신기에 저장되어 있지 않을 경우, 상기 송신기가 구성한 상기 필터 인덱스에 상응하는 간섭 관련 정보를 수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 수신 방법.
다이버시티 전송 모드를 이용해 수신기로 신호를 전송하는 송신기에 있어서,
상기 수신기와 신호를 송수신하는 송수신부; 및
상기 수신기로 상기 수신기에 할당된 FBMC(filter bank multi carrier)를 위한 필터의 필터 인덱스를 전송하고, 상기 수신기에게 전송한 상기 필터 인덱스를 기반으로 선택된 심볼을 이용해 STBC(space time block code) 심볼을 상기 수신기로 전송하도록 상기 송수신부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 송신기.
제 9항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 수신기로 상기 다이버시티 전송 모드가 개시됨을 지시하는 지시자를 전송하고, 상기 지시자를 수신한 상기 수신기로부터 상기 수신기가 지원하는 전송 방식을 지시하는 능력 지시자를 수신하도록 상기 송수신부를 더 제어하는 것을 특징으로 하는 송신기.
제 9항에 있어서, 상기 필터 인덱스를 기반으로 선택된 심볼은,
상기 필터 인덱스가 지시하는 기준 심볼으로부터 가장 간섭이 강한 심볼의 시간 도메인상 차이값 및 주파수 도메인상 차이값 중 적어도 하나를 기반으로 결정된 것임을 특징으로 하는 송신기.
제 9항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 필터 인덱스에 대한 정보가 상기 송신기에 저장되어 있지 않을 경우, 상기 필터 인덱스에 상응하는 간섭 관련 정보를 더 구성하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 송신기.
송신기가 다이버시티 전송 모드를 이용해 전송하는 신호를 수신하는 수신기에 있어서,
상기 송신기와 신호를 송수신하는 송수신부; 및
상기 송신기로부터 상기 수신기에 할당된 FBMC(filter bank multi carrier)를 위한 필터의 필터 인덱스를 수신하고, 상기 수신기로부터 수신한 상기 필터 인덱스를 기반으로 선택된 심볼을 이용해 STBC(space time block code) 심볼을 상기 수신기로 수신하도록 상기 송수신부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수신기.
제 13항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 송신기로부터 상기 다이버시티 전송 모드가 개시됨을 지시하는 지시자를 수신하고, 상기 수신기가 지원하는 전송 방식을 지시하는 능력 지시자를 상기 송신기로 전송하도록 상기 송수신부를 더 제어하는 것을 특징으로 하는 수신기.
제 13항에 있어서, 상기 필터 인덱스를 기반으로 선택된 심볼은,
상기 필터 인덱스가 지시하는 기준 심볼으로부터 가장 간섭이 강한 심볼의 시간 도메인상 차이값 및 주파수 도메인상 차이값 중 적어도 하나를 기반으로 결정된 것임을 특징으로 하는 수신기.
제 13항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 필터 인덱스에 대한 정보가 상기 송신기에 저장되어 있지 않을 경우, 상기 송신기가 구성한 상기 필터 인덱스에 상응하는 간섭 관련 정보를 수신하도록 상기 송수신부를 더 제어하는 것을 특징으로 하는 수신기.