KR102395391B1 - 상호 상관을 이용한 부가 정보가 없는 선택사상 통신 방법 및 장치 - Google Patents

상호 상관을 이용한 부가 정보가 없는 선택사상 통신 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

상호 상관을 이용한 부가 정보 없는 통신 장치 및 통신 방법이 개시된다. 일 실시예에 따른 통신 방법은 수신 신호로부터 수신 파일럿 신호를 획득하는 단계와, 상기 수신 파일럿 신호에 기초하여 송신 신호에 사용된 위상 시퀀스를 검출하는 단계를 포함한다.

Description

상호 상관을 이용한 부가 정보가 없는 선택사상 통신 방법 및 장치{SELECTED MAPPING COMMUNICATION METHOD AND APPARATUS WITHOUT SIDE INFORMATION USING CROSS CORRELATION}
아래 실시예들은 무선 통신 시스템의 PAPR을 줄이기 위한 OFDM-SLM 장치에서 부가 정보를 전송하지 않고 사용된 위상 시퀀스를 검출하는 방법 및 이를 수행하기 위한 장치에 관한 것이다.
OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템은 802.11, DVB-T, LTE 등 다양한 무선 통신 시스템에서 주파수 선택적 채널에 강하다는 이유로 널리 사용되어 왔다. 이 OFDM 시스템은 다중의 서브 캐리어를 사용하여 전송하기 때문에 PAPR(Peak to Average Power Ratio)이 높아지는 문제가 발생한다. PAPR이 높아지면 전력 증폭기의 비선형성이 증가하여 신호가 왜곡되므로 수신단에서 검출이 제대로 이루어지지 않는 문제가 발생한다. 이 때문에 PAPR을 줄이기 위한 기술들이 지속적으로 연구되고 있다.
실시예들은 전송 효율 감소 문제를 해결하기 위해 사용된 위상 시퀀스에 관한 부가 정보를 전송하지 않고 수신 장치에서 사용된 위상 시퀀스를 검출함으로써 전송효율을 높이는 기술을 제공할 수 있다.
일 실시예에 따른 통신 방법은 수신 신호로부터 수신 파일럿 신호를 획득하는 단계와, 상기 수신 파일럿 신호에 기초하여 송신 신호에 사용된 위상 시퀀스를 검출하는 단계를 포함한다.
상기 검출하는 단계는 상기 수신 파일럿 신호와 송신 파일럿 신호에 기초하여 상호 상관을 수행함으로써 상기 사용된 위상 시퀀스를 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 상호 상관을 수행함으로써 상기 사용된 위상 시퀀스를 검출하는 단계는 상기 송신 파일럿 신호에 복수의 위상 시퀀스를 곱하여 변조하는 단계와, 변조된 송신 파일럿 신호와 상기 수신 파일럿 신호를 상호 상관(cross correlation) 연산하여 상호 상관 값들을 생성하고, 상기 상호 상관 값을 제곱하여 더하는 단계와, 상기 상호 상관 값을 제곱하여 더한 값들로부터 최대값을 선택하여 상기 사용된 위상 시퀀스를 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 검출하는 단계는 하기 수학식에 기초하여 상기 사용된 위상 시퀀스를 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
[수학식]
Figure 112017029856282-pat00001
여기서
Figure 112017029856282-pat00002
는 검출되는 위상 시퀀스의 인덱스를 의미하고,
Figure 112017029856282-pat00003
은 변조된 송신 파일럿 신호(
Figure 112017029856282-pat00004
)와 수신 파일럿 신호(
Figure 112017029856282-pat00005
)의 상호 상관 값을 의미하고, Np는 상기 송/수신 파일럿 신호의 개수를 의미한다.
상기 생성하는 단계는 하기 수학식에 기초하여 상기 상호 상관 값들을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
[수학식]
Figure 112017029856282-pat00006
여기서
Figure 112017029856282-pat00007
는 상기 변조된 송신 파일럿 신호를 의미하고,
Figure 112017029856282-pat00008
는 상기 수신 파일럿 신호를 의미하며 Np는 상기 송/수신 파일럿 신호의 개수를 의미함.
상기 통신 방법은 검출된 위상 시퀀스에 기초하여 데이터를 검출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 데이터를 검출하는 단계는 상기 검출된 위상 시퀀스를 이용하여 최대 우도(Maximum Likelihood) 방법을 통해 상기 데이터를 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 통신 장치는 수신 신호로부터 수신 파일럿 신호를 획득하는 수신기와, 상기 수신 파일럿 신호에 기초하여 송신 신호에 사용된 위상 시퀀스를 검출하는 계산기를 포함한다.
상기 계산기는 상기 수신 파일럿 신호와 송신 파일럿 신호에 기초하여 상호 상관을 수행함으로써 상기 사용된 위상 시퀀스를 검출할 수 있다.
상기 계산기는 상기 송신 파일럿 신호에 복수의 위상 시퀀스를 곱하여 변조하는 곱셈기와, 변조된 송신 파일럿 신호와 상기 수신 파일럿 신호를 상호 상관 연산하여 상호 상관 값을 생성하고, 상기 상호 상관 값을 제곱하여 더하는 상호 상관 연산기와, 상기 상호 상관 값을 제곱하여 더한 값들로부터 최대값을 선택하여 상기 사용된 위상 시퀀스를 검출하는 선택기를 포함할 수 있다.
상기 선택기는 하기 수학식에 기초하여 상기 사용된 위상 시퀀스를 검출할 수 있다.
[수학식]
Figure 112017029856282-pat00009
여기서
Figure 112017029856282-pat00010
는 검출되는 위상 시퀀스의 인덱스를 의미하고,
Figure 112017029856282-pat00011
은 변조된 송신 파일럿 신호(
Figure 112017029856282-pat00012
)와 수신 파일럿 신호(
Figure 112017029856282-pat00013
)의 상호 상관 값을 의미하고, Np는 상기 송/수신 파일럿 신호의 개수를 의미한다.
상기 상호 상관 연산기는 하기 수학식에 기초하여 상기 상호 상관 값들을 결정할 수 있다.
[수학식]
Figure 112017029856282-pat00014
여기서
Figure 112017029856282-pat00015
는 상기 변조된 송신 파일럿 신호를 의미하고,
Figure 112017029856282-pat00016
는 상기 수신 파일럿 신호를 의미하며 Np는 상기 송/수신 파일럿 신호의 개수를 의미함.
상기 통신 장치는 검출된 위상 시퀀스에 기초하여 데이터를 검출하는 검출기를 더 포함할 수 있다.
상기 데이터를 검출하는 검출기는 상기 검출된 위상 시퀀스를 이용하여 최대 우도 방법을 통해 상기 데이터를 검출할 수 있다.
도 1은 OFDM 통신 시스템의 선택 사상 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 통신 장치의 개략적인 블록도를 나타낸다.
도 3은 일 실시예에 따른 계산기의 개략적인 블록도를 나타낸다.
도 4는 도 2에 도시된 통신 장치의 동작을 설명하기 위한 구조도의 일 예를 나타낸다.
도 5는 도 4에 도시된 통신 장치에 대한 위상 시퀀스 검출 성능의 일 예를 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 도 4에 도시된 통신 장치에 대한 위상 시퀀스 검출 성능의 다른 예를 설명하기 위한 그래프이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “연결되어” 있다거나 “접속되어” 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “직접 연결되어” 있다거나 “직접 접속되어” 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 “~사이에”와 “바로~사이에” 또는 “~에 직접 이웃하는” 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 통신 시스템의 선택 사상 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1을 참조하면, OFDM 시스템(10)은 송신 장치(20)와 수신 장치(30)를 포함한다.
송신 장치(20)는 송신하고자 하는 송신 데이터를 위상 시퀀스들을 이용하여 변조한다. 송신 장치(20)는 변조된 신호들에 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)를 수행하여 시간 영역(time domain) 신호들(또는 시간 축 신호들)로 변환한다. 송신 장치(20)는 변환된 시간 영역 신호들에 선택 사상(SeLected Mapping(SLM)) 방법을 수행하여 PAPR(Peak to Average Power Ratio)이 가장 작은 신호를 선택한다. 송신 장치(20)는 선택한 신호에 CP(Cyclic Prefix)를 부가(add)하여 채널을 통해 수신 장치(30)로 송신한다.
이때, 송신 장치(20)는 PAPR이 가장 작은 신호에 사용된 위상 시퀀스에 대한 정보인 부가 정보를 수신 장치(30)로 전송한다.
수신 장치(30)는 수신 신호에서 CP를 제거한 후 FFT(Fast Fourier Transform)를 수행하고, 부가 정보를 이용하여 데이터를 검출한다.
이하에서는 OFDM 시스템(10)에서 PAPR 계산 방법 및 SLM 방법에 관하여 설명한다.
N개의 부반송파(subcarrier)를 가지는 일반적인 OFDM 시스템에서, 주파수 영역(frequency domain)에서 입력데이터 심볼에 파일럿이 삽입된 신호를 X(k)라고 한다. 이 때, IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)을 통하여 시간 영역으로 변형된 신호(또는 시간 축으로 변형된 신호), 즉 시간 영역 신호를 x(n)이라고 하면, x(n)은 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017029856282-pat00017
여기서, N은 부반송파의 개수를 의미한다. IFFT를 수행한 후 시간 영역으로 바뀐 신호 x(n)의 부반송파 중 최대 전력 값을 가진 부반송파의 전력을
Figure 112017029856282-pat00018
이라 하고, 부 반송파들의 전력 평균 값을
Figure 112017029856282-pat00019
이라고 하면, PARR은 수학식 2와 같이 계산된다.
Figure 112017029856282-pat00020
PAPR을 줄이기 위한 SLM 방법은 다음과 같다.
SLM 방법에서는 길이가 N인 U개의 위상 시퀀스를 생성한다. 파일럿 신호의 간격을 L로 정의하고 k/L의 몫을 m, 나머지를 l이라고 한다. 주파수 영역에서 생성된 송신 신호, 주파수 영역 송신 신호에는 채널 추정을 위하여 파일럿 신호가 삽입되므로, 송신 신호는 데이터 신호와 파일럿 신호로 구분되며, 이는 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017029856282-pat00021
여기서, Xp는 파일럿 신호를 의미하고, Np는 파일럿 신호의 개수를 의미하며, Xd는 데이터 신호를 의미한다. 시간 영역으로 신호를 전송하기 위해서, 위상 시퀀스가 곱해진 신호에 대하여 IFFT를 수행하면 N 개의 부반송파를 가진 시간 영역 신호가 생성되고 이는 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017029856282-pat00022
여기서, Pu(k)는 u 번째 위상 시퀀스가 k 번째 부반송파에 곱해지는 위상 값을 의미한다. 각각의 위상 시퀀스가 곱해진 신호에 대하여 IFFT를 수행하여 U 개의 시간 영역 신호가 생성된다. U 개의 시간 영역 신호 각각에 대하여 PAPR을 계산한 뒤 가장 작은 PAPR을 가진 신호를 송신 신호로 송신한다. PAPR이 가장 작은 신호는 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112017029856282-pat00023
이 때, 수신 장치(30)는 송신 장치(20)가 송신한 송신 신호에 사용한 위상 시퀀스에 관한 정보를 모르기 때문에 송신 장치(20)에서 위상 시퀀스 정보를 수신 장치(30)에게 제공해야만 한다. 이에, 송신 장치(20)는 송신 신호에 사용된 위상 시퀀스에 관한 정보인 부가 정보(Side Information(SI))에 채널 코딩을 수행하여 오류에 강인하게 만든 후 수신 장치(30)로 송신한다. 수신 장치(30)는 부가 정보로부터 얻은 위상 시퀀스에 기초하여 데이터를 검출한다.
OFDM 시스템(10)은 상술한 선택 사상 방법을 통해 데이터의 손실 없이 PAPR을 감소 시킬 수 있지만, 부가 정보를 송신하기 때문에 log2U만큼의 비트수가 추가로 필요하다. 이로 인해 전송 효율이 감소된다. 또한, 수신 장치(30)가 부가 정보를 잘못 수신하게 되면, 수신 장치(30)가 모든 송신 신호를 잘못 판단할 수 있기 때문에 강력한 채널 코딩을 사용해야 하고, 이로 인해 전송 효율은 더욱 감소하는 문제점이 있다.
이하에서는 상술한 바와 같이 OFDM 시스템에서 전송 효율이 감소되는 문제점을 해결하기 위하여 부가 정보를 송/수신 하지 않고, 송신 신호에 사용된 위상 시퀀스를 검출(detect)하는 방법 및 이를 수행하는 통신 장치(50)에 관하여 설명한다.
도 2는 일 실시예에 따른 통신 장치(50)의 개략적인 블록도를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 통신 장치(50)는 송신 장치(100)와 수신 장치(200)를 포함한다. 통신 장치(50)는 OFDM 통신 시스템 또는 OFDM-SLM 통신 시스템에 의해 구현될 수 있다.
송신 장치(100)는 송신 데이터를 위상 시퀀스들을 이용하여 변조한다. 송신 장치(100)는 변조된 신호들에 IFFT를 수행하여 시간 영역 신호로 변환한다. 송신 장치(100)는 변환된 시간 영역 신호들에 SLM 방법을 수행하여 PAPR이 가장 작은 신호를 선택한다. 송신 장치(100)는 선택한 신호에 CP를 부가(add)하여 채널을 통해 수신 장치(200)로 송신한다.
송신 장치(100)는 도 1에서 설명한 송신 장치(20)의 동작을 실질적으로 동일하게 수행할 수 있다.
수신 장치(200)는 송신 장치(100)로부터 전송된 신호, 예를 들어 수신 신호를 수신하고, 수신 신호에 기초하여 송신 장치(100)에서 송신 신호에 사용한 위상 시퀀스를 검출할 수 있다. 또한, 수신 장치(200)는 검출된 위상 시퀀스를 이용하여 데이터를 검출할 수 있다.
예를 들어, 수신 신호는 송신 장치(100)로부터 전송된 송신 신호가 채널을 통과한 신호일 수 있다. 또한, 수신 신호는 AWGN(Additive White Gaussian Noise)을 포함할 수 있다. 수신 신호는 수학식 6과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112017029856282-pat00024
여기서,
Figure 112017029856282-pat00025
는 송신 장치(100)에서 송신 신호에 사용한 위상 시퀀스를 의미하고, X(k)는 송신 신호를 의미하고, H(k)는 채널의 응답을 의미하고, W(k)는 AWGN을 의미할 수 있다.
수신 장치(200)는 수신기(receiver; 210), 계산기(calculator; 230) 및 검출기(detector; 250)를 포함할 수 있다.
수신기(210)는 송신 장치(100)에서 부가한 CP를 제거(remove)한다. 수신기(210)는 수신 신호를 수신하고, 수신 신호로부터 수신 파일럿 신호 및 데이터 신호를 획득(또는 검출)할 수 있다. 수신기(210)는 수신 파일럿 신호 및 데이터 신호를 계산기(230)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 수신 파일럿 신호 및 데이터 신호는 주파수 영역 신호 및/또는 시간 영역 신호일 수 있다.
또한, 수신기(210)는 송신 장치(100)에서 이용하는 송신 파일럿 신호와 위상 시퀀스 등에 대한 정보를 저장하고, 송신 파일럿 신호 및 위상 시퀀스를 계산기(230)로 출력할 수 있다.
송/수신 파일럿 신호의 수는 OFDM 한 심볼 안에 존재하는 파일럿을 전송하는 부반송파의 개수일 수 있다. 송/수신 파일럿 신호는 복수의 송신 파일럿 신호 및/또는 복수의 수신 파일럿 신호로 나타낼 수 있다.
예를 들어, 송신 파일럿 신호 및 위상 시퀀스는 주파수 영역 신호 및/또는 시간 영역 신호일 수 있다. 수신기(210)의 구성 및 동작은 도 4를 참조하여 자세하게 설명할 것이다.
계산기(230)는 수신기(210)로부터 출력된 출력 신호에 기초하여 송신 신호에 사용된 위상 시퀀스를 검출할 수 있다. 예를 들어, 출력 신호는 송신 장치(100)에서 이용하는 송신 파일럿 신호, 위상 시퀀스 및 수신 파일럿 신호를 포함할 수 있다. 계산기(230)는 검출된 위상 시퀀스(또는 검출된 위상 시퀀스 정보)를 검출기(250)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 계산기(230)가 입력 받는 신호는 송신 파일럿 신호, 위상 시퀀스 및 수신 파일럿 신호를 포함할 수 있으며, 이들은 시간 영역 신호 및/또는 주파수 영역 신호일 수 있다.
검출기(250)는 채널 추정(channel estimation), 채널 보간(channel interpolation) 및 데이터 검출(data detection)을 수행할 수 있다. 예를 들어, 검출기(250)는 검출된 위상 시퀀스 및 데이터 신호에 기초하여 송신 데이터를 검출할 수 있다. 이때, 검출기(250)는 데이터 검출방법으로 최대 우도(Maximum Likelihood(ML)) 방법을 수행하여 송신 데이터를 검출할 수 있다. 검출기(250)의 동작도 도 4를 참조하여 자세하게 설명할 것이다.
도 3은 일 실시예에 따른 계산기(230)의 개략적인 블록도를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 계산기(230)는 곱셈기(multiplier; 231), 상호 상관 연산기(cross correlation operator; 233) 및 선택기(selector; 235)를 포함한다.
곱셈기(231)는 송신 파일럿 신호를 변조할 수 있다. 예를 들어, 곱셈기(231)는 수신기(210)로부터 송신 파일럿 신호와 복수의 위상 시퀀스를 수신할 수 있다. 곱셈기(231)는 송신 파일럿 신호에 복수의 위상 시퀀스를 곱하는 연산을 수행하여 변조된 송신 파일럿 신호(예를 들어, 송신 파일럿 신호를 변조한 복수의 신호)를 생성할 수 있다.
곱셈기(231)는 변조된 송신 파일럿 신호를 상호 상관 연산기(233)로 출력할 수 있다.
상호 상관 연산기(233)는 변조된 송신 파일럿 신호 및 수신기(210)로부터 수신된 수신 파일럿 신호에 대하여 상호 상관 연산을 수행하여 상호 상관 값을 생성할 수 있다. 예를 들어, 수신 파일럿 신호는 복수일 수 있으며, 수신 파일럿 신호의 수는 부반송파의 개수일 수 있다.
또한, 상호 상관 연산기(233)는 생성된 상호 상관 값을 제곱하여 더하는 연산을 수행할 수 있다.
상호 상관 연산기(233)는 상호 상관 값을 선택기(235)로 출력할 수 있다. 상호 상관 연산기(233)의 상호 상관 값을 생성하는 동작은 도 4를 참조하여 자세하게 설명할 것이다.
선택기(235)는 상호 상관 값에 기초하여 송신 신호에 사용된 위상 시퀀스를 검출할 수 있다. 선택기(235)가 위상 시퀀스를 검출하는 동작은 도 4를 참조하여 자세하게 설명할 것이다.
선택기(235)는 검출된 위상 시퀀스를 검출기(250)로 출력할 수 있다.
이하에서는 도 4 내지 도 6을 참조하여, 통신 장치(50)의 각 구성의 동작에 대해서 보다 상세하게 설명한다.
도 4는 도 2에 도시된 통신 장치(50)의 동작을 설명하기 위한 구조도의 일 예를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 수신기(210)는 안테나(antenna; 211), 메모리(memory; 213) 및 변환기(converter; 215)를 포함할 수 있다.
안테나(211)는 송신 장치(100)로부터 전송된 신호, 예를 들어 수신 신호를 수신할 수 있다. 안테나(211)는 수신 신호를 변환기(215)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 수신 신호는 송신 장치(100)로부터 전송된 송신 신호가 채널을 통과한 시간 영역 신호일 수 있다. 또한, 수신 신호는 AWGN 및 페이딩 채널의 응답 값을 포함할 수 있다.
메모리(213)는 송신 장치(100)에서 사용하는 송신 파일럿 신호와 위상 시퀀스를 저장할 수 있다. 메모리(213)는 계산기(230)로 송신 파일럿 신호와 위상 시퀀스를 출력할 수 있다.
변환기(215)는 수신 신호로부터 수신 파일럿 신호 및 데이터 신호를 획득(또는 검출)할 수 있다. 또한, 변환기(215)는 FFT를 수행할 수 있다. 예를 들어, 수신 파일럿 신호 및 데이터 신호는 주파수 영역으로 변형된 신호, 즉 주파 수 영역 신호일 수 있다.
변환기(215)는 수신 파일럿 신호 및 데이터 신호를 계산기(230)로 출력할 수 있다.
곱셈기(231)는 메모리(213)로부터 출력된 송신 파일럿 신호와 위상 시퀀스를 이용하여 곱셈을 수행할 수 있다. 예를 들어, 곱셈기(231)는 각각의 송신 파일럿 신호에 복수의 위상 시퀀스를 곱하여 변조된 송신 파일럿 신호(예를 들어, 송신 파일럿 신호를 변조한 복수의 신호)를 생성할 수 있다. 변조된 송신 파일럿 신호의 개수는 위상 시퀀스의 개수일 수 있다. 변조된 송신 파일럿 신호의 일 예는 수학식 7과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112017029856282-pat00026
여기서, m은 복수의 부반송파를 나타내기 위한 인덱스일 수 있다. u는 복수의 위상 시퀀스를 나타내기 위한 인덱스일 수 있다. 즉, 송신 파일럿 신호와 위상 시퀀스는 복수 개일 수 있다. Xp(m)는 m 번째 부반송파에 대응하는(또는 해당하는) 송신 파일럿 신호를 의미하고, Pu(m)는 u 번째 위상 시퀀스를 의미한다.
부반송파의 개수가 Np라고 가정하면 m은 1≤m≤Np의 범위를 가지며, Np는 송신 파일럿 신호의 개수를 의미한다. 위상 시퀀스의 수가 U개라고 하면 u는 1≤u≤U의 범위를 갖는다.
곱셈기(231)는 복수의 변조된 송신 파일럿 신호, 즉
Figure 112017029856282-pat00027
을 상호 상관 연산기(233)로 출력할 수 있다. 이때,
Figure 112017029856282-pat00028
의 개수는 최대 Np×U 개 일 수 있다.
상호 상관 연산기(233)는 곱셈기(231)로부터 출력된 변조된 송신 파일럿 신호
Figure 112017029856282-pat00029
을 수신하고, 변환기(215)로부터 출력된 수신 파일럿 신호
Figure 112017029856282-pat00030
를 수신할 수 있다.
상호 상관 연산기(233)는 변조된 송신 파일럿 신호
Figure 112017029856282-pat00031
와 수신 파일럿 신호
Figure 112017029856282-pat00032
에 기초하여 상호 상관 연산을 수행할 수 있다. 예를 들어, 상호 상관 연산기(233)는 변조된 송신 파일럿 신호의 켤레 복소수 값과 복수의 수신 파일럿 신호를 각각의 부반송파에 따라 모두 곱하여 상호 상관 값
Figure 112017029856282-pat00033
를 생성할 수 있다. 상호 상관 값
Figure 112017029856282-pat00034
는 수학식 8과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112017029856282-pat00035
여기서,
Figure 112017029856282-pat00036
는 상호 상관 값을 의미하고,
Figure 112017029856282-pat00037
은 m+i 번째 부반송파에서 u번째 위상 시퀀스에 의해 변조된 송신 파일럿 신호의 켤레복소수 값을 의미할 수 있다. 또한,
Figure 112017029856282-pat00038
는 m 번째 부반송파에의해 전송된 수신 파일럿 신호를 의미하고, Np는 송/수신 파일럿 신호의 개수를 의미한다.
상호 상관 연산기(233)는 수학식 8에 해당하는 연산을 위상 시퀀스 별로 모두 수행하여 각각의 위상 시퀀스에 대한 상호 상관 값을 생성할 수 있다. 즉, 상호 상관 연산기(233)는 수학식 8에 해당하는 연산을 U번 반복하여 상호 상관 값을 생성할 수 있다.
상호 상관 연산기(233)는 각각의 부반송파에서 계산된 상호 상관 값을 모두 제곱하여 더하는 연산을 수행할 수 있다. 상호 상관 연산기(233)는 한 심볼에 적용되는 모든 위상 시퀀스에 대하여 이 연산을 반복할 수 있다.
상호 상관 연산기(233)는 생성된 상호 상관 값을 제곱하여 더한 값을 선택기(235)로 출력할 수 있다.
선택기(235)는 상호 상관 값을 제곱하여 더한 값에 기초하여 위상 시퀀스를 선택하며, 선택된 위상 시퀀스를 송신 신호에 사용된 위상 시퀀스로 검출한다.
선택기(250)는 상호 상관 값의 제곱의 합이 최대값을 가질 때의 위상 시퀀스를 선택하여, 선택된 위상 시퀀스를 송신 신호에서 사용된 위상 시퀀스로 검출한다. 상호 상관 값의 제곱의 합이 가장 크다는 것은 유사도가 가장 높다는 것을 의미할 수 있다. 위상 시퀀스를 검출하는 동작은 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017029856282-pat00039
여기서,
Figure 112017029856282-pat00040
는 선택된 위상 시퀀스의 인덱스를 의미하고,
Figure 112017029856282-pat00041
은 변조된 송신 파일럿 신호(
Figure 112017029856282-pat00042
)와 수신 파일럿 신호(
Figure 112017029856282-pat00043
)의 상호 상관 값을 의미하고, Np는 송/수신 파일럿 신호의 개수를 의미한다.
그 후, 선택기(250)는 검출된 위상 시퀀스에 관한 정보를 검출기(250)로 출력할 수 있다.
검출기(250)는 채널 추정 및 채널 보간 동작을 수행하고, 데이터 검출 동작을 수행할 수 있다.
검출기(250)는 파일럿 신호를 통하여 채널 추정 및 채널 보간을 수행할 수 있다. 예를 들어, 파일럿 신호는 송신 파일럿 신호 및/또는 수신 파일럿 신호를 포함할 수 있다. 예를 들어, 채널을 추정하는 방법은 LS(Least Square)방식일 수 있고, 채널 보간 방법은 선형 보간법일 수 있다.
검출기(250)는 변환기(215)로부터 전송된 데이터 신호 및 수신 파일럿 신호와, 선택기(235)로부터 검출된 위상 시퀀스의 켤레복소수 값에 기초하여 데이터 검출을 수행할 수 있다.
데이터의 검출 방법은 최대 우도 방법일 수 있다. 최대 우도 방법에서, 데이터를 검출하는 방법은 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017029856282-pat00044
여기서, D는 검출 메트릭(detection metric)를 의미하고,
Figure 112017029856282-pat00045
는 k 번째 부반송파에서 송신 신호에 사용된 위상 시퀀스에 의해 변조된 데이터 신호를 의미할 수 있다. 또한,
Figure 112017029856282-pat00046
는 k 번째 부반송파에서 검출된 위상 시퀀스의 켤레복소수 값을 의미하며,
Figure 112017029856282-pat00047
는 k 번째 부반송 파에서 추정된 채널의 응답을 의미할 수 있다.
Figure 112017029856282-pat00048
는 k 번째 부반송파에 해당하는 검출된 데이터 신호를 의미하며, Q는 변조 방식에 따른 심볼을 의미할 수 있다.
이하에서는 상술한 실시예들에 대한 성능에 대해서 설명하기로 한다.
도 5는 도 4에 도시된 통신 장치(50)에 대한 위상 시퀀스 검출 성능의 일 예를 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 도 4에서 설명한 위상 시퀀스 검출 방법에 따른 모의 실험을 통한 SNR(Signal to Noise Ratio)에 대한 BER(Beat Error Rate) 성능을 나타내는 그래프이다.
도 5는 부반송파를 1024개, 파일럿 신호를 128개 가지는 선택 사상 OFDM 시스템에서 선행 논문 기술과 본 발명의 BER을 비교하여 나타내고 있다. 이 때 위상 시퀀스는 4개를 사용하였으며, 채널은 AWGN 채널을 사용하였으며, 비선형 증폭기는 p=2인 SSPA(Solid State Power Amplifier) Rapp 모델을 사용하였다.
도 5에 도시된 바와 같이, 비선형 증폭기를 사용한 OFDM 시스템에 비해 본 발명에서 제안되는 통신 방법(proposed scheme) BER 성능이 SNR값이 증가할수록 현저하게 개선됨을 알 수 있다.
도 6은 도 4에 도시된 통신 장치(50)에 대한 위상 시퀀스 검출 성능의 다른 예를 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 일 실시예에 따른 모의 실험을 통한 SNR에 대한 SIER(Side Information Error Rate) 성능을 나타내는 그래프이다.
SIER은 수신 장치(200)가 부가 정보 검출에 실패할 확률을 나타낸다.
도 6는 부반송파를 1024개 가지는 선택 사상 OFDM 시스템에서 선행 논문 기술과 본 발명의 SIER을 비교한 것이다. 본 발명은 선행 논문 기술과 비교하여 부가 정보를 검출하는데 약 0.5dB의 SNR 이득을 가지는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (14)

  1. 수신 신호로부터 수신 파일럿 신호를 획득하는 단계;
    상기 수신 파일럿 신호에 기초하여 송신 신호에 사용된 위상 시퀀스를 검출하는 단계; 및
    상기 송신 신호의 송신을 위한 부반송파에서 상기 송신 신호에 사용된 위상 시퀀스에 의해 변조된 데이터 신호, 상기 위상 시퀀스의 켤레복소수, 상기 부반송파에서 추정된 채널의 응답 및 상기 부반송파에 해당하는 검출된 데이터 신호에 기초하여 검출 메트릭을 계산함으로써 데이터를 검출하는 단계
    를 포함하고,
    상기 위상 시퀀스를 검출하는 단계는,
    상기 송신 신호에 삽입된 송신 파일럿 신호에 복수의 위상 시퀀스를 곱하여 변조하는 단계;
    변조된 송신 파일럿 신호와 상기 수신 파일럿 신호를 상호 상관(cross correlation) 연산하여 상호 상관 값들을 생성하는 단계;
    상기 상호 상관 값을 제곱하여 더하는 단계; 및
    상기 상호 상관 값을 제곱하여 더한 값들로부터 최대값을 선택하여 상기 송신 신호에 사용된 위상 시퀀스를 검출하는 단계를 포함하고,
    상기 상호 상관 값들을 생성하는 단계는,
    상기 변조된 송신 파일럿 신호의 켤레 복소수 값과 상기 수신 파일럿 신호를 각각의 부반송파에 따라 모두 곱함으로써 상기 상호 상관 값들을 생성하는 단계를 포함하는,
    통신 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수신 파일럿 신호에 기초하여 송신 신호에 사용된 위상 시퀀스를 검출하는 단계는,
    하기 수학식에 기초하여 상기 송신 신호에 사용된 위상 시퀀스를 검출하는 단계
    를 포함하는 통신 방법.
    [수학식]
    Figure 112021129742282-pat00049

    여기서
    Figure 112021129742282-pat00050
    는 검출되는 위상 시퀀스의 인덱스를 의미하고,
    Figure 112021129742282-pat00051
    은 변조된 송신 파일럿 신호(
    Figure 112021129742282-pat00052
    )와 수신 파일럿 신호(
    Figure 112021129742282-pat00053
    )의 상호 상관 값을 의미하고, Np는 상기 송신 파일럿 신호 또는 상기 수신 파일럿 신호의 개수를 의미함.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 변조된 송신 파일럿 신호의 켤레 복소수 값과 상기 수신 파일럿 신호를 각각의 부반송파에 따라 모두 곱함으로써 상기 상호 상관 값들을 생성하는 단계는,
    하기 수학식에 기초하여 상기 상호 상관 값들을 결정하는 단계
    를 포함하는 통신 방법.
    [수학식]
    Figure 112021129742282-pat00054

    여기서
    Figure 112021129742282-pat00055
    는 상기 변조된 송신 파일럿 신호를 의미하고,
    Figure 112021129742282-pat00056
    는 상기 수신 파일럿 신호를 의미하며 Np는 상기 송신 파일럿 신호 또는 상기 수신 파일럿 신호의 개수를 의미함.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 데이터를 검출하는 단계는,
    상기 검출된 위상 시퀀스를 이용하여 최대 우도(Maximum Likelihood) 방법을 통해 상기 데이터를 검출하는 단계
    를 포함하는 통신 방법.
  8. 수신 신호로부터 수신 파일럿 신호를 획득하는 수신기;
    상기 수신 파일럿 신호에 기초하여 송신 신호에 사용된 위상 시퀀스를 검출하는 계산기; 및
    상기 송신 신호의 송신을 위한 부반송파에서 상기 송신 신호에 사용된 위상 시퀀스에 의해 변조된 데이터 신호, 상기 위상 시퀀스의 켤레복소수, 상기 부반송파에서 추정된 채널의 응답 및 상기 부반송파에 해당하는 검출된 데이터 신호에 기초하여 검출 메트릭을 계산함으로써 데이터를 검출하는 검출기
    를 포함하고,
    상기 계산기는,
    상기 송신 신호에 삽입된 송신 파일럿 신호에 복수의 위상 시퀀스를 곱하여 변조하는 곱셈기;
    변조된 송신 파일럿 신호와 상기 수신 파일럿 신호를 상호 상관(cross correlation) 연산하여 상호 상관 값들을 생성하고, 상기 상호 상관 값을 제곱하여 더하는 상호 상관 연산기; 및
    상기 상호 상관 값을 제곱하여 더한 값들로부터 최대값을 선택하여 상기 송신 신호에 사용된 위상 시퀀스를 검출하는 선택기를 포함하고,
    상기 상호 상관 연산기는,
    상기 변조된 송신 파일럿 신호의 켤레 복소수 값과 상기 수신 파일럿 신호를 각각의 부반송파에 따라 모두 곱함으로써 상기 상호 상관 값들을 생성하는,
    통신 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제8항에 있어서,
    상기 선택기는,
    하기 수학식에 기초하여 상기 송신 신호에 사용된 위상 시퀀스를 검출하는
    통신 장치.
    [수학식]
    Figure 112021129742282-pat00057

    여기서
    Figure 112021129742282-pat00058
    는 검출되는 위상 시퀀스의 인덱스를 의미하고,
    Figure 112021129742282-pat00059
    은 변조된 송신 파일럿 신호(
    Figure 112021129742282-pat00060
    )와 수신 파일럿 신호(
    Figure 112021129742282-pat00061
    )의 상호 상관 값을 의미하고, Np는 상기 송신 파일럿 신호 또는 상기 수신 파일럿 신호의 개수를 의미함.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 상호 상관 연산기는,
    하기 수학식에 기초하여 상기 상호 상관 값들을 결정하는
    통신 장치.
    [수학식]
    Figure 112021129742282-pat00062

    여기서
    Figure 112021129742282-pat00063
    는 상기 변조된 송신 파일럿 신호를 의미하고,
    Figure 112021129742282-pat00064
    는 상기 수신 파일럿 신호를 의미하며 Np는 상기 송신 파일럿 신호 또는 상기 수신 파일럿 신호의 개수를 의미함.
  13. 삭제
  14. 제8항에 있어서,
    상기 데이터를 검출하는 검출기는
    상기 검출된 위상 시퀀스를 이용하여 최대 우도 방법을 통해 상기 데이터를 검출하는
    통신 장치.
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