KR102407117B1 - 무선 환경에서 papr을 낮추어 신호를 송수신하는 장치 및 방법 - Google Patents

무선 환경에서 papr을 낮추어 신호를 송수신하는 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 양태는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템에서의 송신 장치를 개시하고 있다. 상기 장치는 송신 신호와 관련된 블록의 M개의 데이터 심볼 벡터를 입력하는 입력부(여기서 M은 자연수임), 상기 M개의 데이터 심볼 벡터를 실수부와 허수부로 구분하여 복수의 선형 위상 쉬프트(linear phase shift)를 수행하여 위상이 엇갈린 심볼 벡터를 생성하는 오프셋(Offset) 심볼 생성기, 상기 오프셋 심볼 생성기에서 생성된 심볼 벡터에 대해 N-포인트 역퓨리에 변환을 수행하는 IDFT(inverse discrete Fourier transform) 수행부(여기서, N은 자연수임) 및 상기 IDFT 수행부에서 역퓨리에 변환된 심볼에 순환 전치(cyclic prefix)를 부가하는 순환전치 부가부를 포함한다.

Description

무선 환경에서 PAPR을 낮추어 신호를 송수신하는 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TRANSMITTING OR RECEIVING SIGNAL BY REDUCING PAPR IN WIRELESS ENVIRONMENT SYSTEM}
본 발명은 무선 통신 시스템(wireless environment system)에 관한 것으로, 보다 구체적으로 무선 통신 시스템에서 신호를 송수신하는 방법 및 구조에 관한 것이다.
4G 이동통신에서는 상향링크에서는 PAPR(peak-to-average-power ratio)를 낮추기 위해 로컬라이즈드 SC-FDMA(localized single-carrier frequency domain multiple access)의 일종인 DFT-s-OFDM(DFT(Descrete Fourier Tramsform) spread OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)) 기술을 사용하여 무선 통신을 수행한다.
또한, 5G 이동통신의 상향링크에서도 PAPR이 큰 문제를 해결하기 위해 종래의 DFT-s-OFDM과 더불어 pi/2-BPSK 심볼을 사용하여 PAPR을 낮추고자 한다.
전력이 제한된(Power limited) 환경인 상향링크 및 모바일 환경에서 PAPR은 배터리 구동 시간 및 통신 품질, 데이터 전송 속도 등 모든 통신 성능과 연관이 되어 있다.
특히, 40GHz 이상 대역의 통신을 고려하고 있는 5G 에서는 PA(power amp)의 효율이 낮아지고 사용하는 대역폭이 기존에 비해 매우 넓어져 PAPR을 낮추는 기술의 적용이 필수적인데, 이를 해결할 수 있는 수단이 부족한 것이 현실이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 양태에 따른 목적은 4G 상향 링크에서 사용하고 있는 DFT-s-OFDM 기술을 변형하여 장점들은 유지하면서 PAPR을 더욱 낮출 수 있는 무선 환경에서 PAPR을 낮추어 신호를 송수신하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
특히, 특히 전송 속도 및 수신 성능은 그대로 유지하면서 약간의 추가 송수신 복잡도를 이용해 PAPR을 낮출 수 있는 신호 송수신 장치 및 방법을 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태에 따른 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템에서의 송신 장치는 송신 신호와 관련된 블록의 M개의 데이터 심볼 벡터를 입력하는 입력부(여기서 M은 자연수임), 상기 M개의 데이터 심볼 벡터를 실수부와 허수부로 구분하여 복수의 선형 위상 쉬프트(linear phase shift)를 수행하여 위상이 엇갈린 심볼 벡터를 생성하는 오프셋(Offset) 심볼 생성기, 상기 오프셋 심볼 생성기에서 생성된 심볼 벡터에 대해 N-포인트 역퓨리에 변환을 수행하는 IDFT(inverse discrete Fourier transform) 수행부(여기서, N은 자연수임) 및 상기 IDFT 수행부에서 역퓨리에 변환된 심볼에 순환 전치(cyclic prefix)를 부가하는 순환전치 부가부를 포함할 수 있다.
상기 오프셋 심볼 생성기는 상기 M개의 데이터 심볼 벡터를 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 신호가 포함되어 있는 데이터 심볼 벡터의 실수부와 QAM 신호가 포함되어 있는 데이터 심볼 벡터의 허수부로 구분하는 구분부, 상기 QAM 신호가 포함되어 있는 데이터 심볼 벡터의 실수부에 대해 한 번의 선형 위상 쉬프트를 수행하는 실수부 처리기, 상기 QAM 신호가 포함되어 있는 데이터 심볼 벡터의 허수부에 대해 두 번의 선형 위상 쉬프트를 수행하는 허수부 처리기 및 상기 실수부 처리기에서 생성된 심볼 벡터와 상기 허수부 처리기에서 생성된 심볼 벡터를 합산하는 합산기를 포함할 수 있다.
상기 실수부 처리기는 제 1 선형 위상 쉬프트를 수행한 뒤, 위상 쉬프트된 벡터를 다시 M-포인트 DFT(discrete Fourier transform)를 수행할 수 있다.
상기 허수부 처리기는 상기 QAM 신호가 포함되어 있는 데이터 심볼 벡터의 허수부에 대해 제 2 선형 위상 쉬프트시킨 후, M-포인트 DFT를 수행하고, M-포인트 DFT가 수행된 벡터에 대해 제 3 선형 위상 쉬프트를 수행할 수 있다.
상기 QAM 신호는 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 신호, 16QAM 신호 및 64QAM 신호 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태에 따른 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템에서의 송신 방법은 송신 신호와 관련된 블록의 M개의 데이터 심볼 벡터를 입력하는 단계(여기서 M은 자연수임), 상기 M개의 데이터 심볼 벡터를 실수부와 허수부로 구분하여 복수의 선형 위상 쉬프트(linear phase shift)를 수행하여 위상이 엇갈린 심볼 벡터를 생성하는 단계, 상기 엇갈린 심볼 벡터에 대해 N-포인트 역퓨리에 변환을 수행하는 단계(여기서, N은 자연수임) 및 상기 IDFT 수행부에서 역퓨리에 변환된 심볼에 순환 전치(cyclic prefix)를 부가하는 단계를 포함할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태에 따른 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템에서의 수신 장치는 엇갈린 심복 벡터를 기반으로 생성된 수신 신호에서 순환 전치(cyclic prefix)를 제거하는 순환전치 제거부, 상기 순환 전치가 제거된 신호에 대해 N-포인트 DFT(discrete Fourier transform)를 수행하는 DFT 수행부(여기서 N은 자연수임), 상기 DFT가 수행된 신호에 대해 등화(equalizing)를 수행하는 등화기 및 상기 등화기를 통과한 신호에 대해 허수부와 실수부로 구분하여 복수의 선형 위상 쉬프트(linear phase shift)를 수행하여 정렬된 심볼 벡터를 생성하는 오프셋(Offset) 심볼 수신기를 포함할 수 있다.
상기 오프셋 심볼 생성기는 상기 수신 신호의 M개의 데이터 심볼 벡터를 두 개의 부분으로 구분하는 구분부(여기서, M은 자연수임), 상기 심볼 벡터의 제 1 부분에 대해 한 번의 선형 위상 쉬프트를 수행한 후 실수부를 취하는 실수부 수신기, 상기 심볼 벡터의 제 2 부분에 대해 두 번의 선형 위상 쉬프트를 수행한 후 허수를 생성하는 허수부 수신기 및 상기 실수부 수신기에서 생성된 심볼 벡터와 상기 허수부 수신기에서 생성된 심볼 벡터를 합산하는 합산기를 포함할 수 있다.
상기 실수부 수신기는 상기 심볼 벡터의 제 1 부분에 대해 M-포인트 IDFT(inverse discrete Fourier transform)를 수행한 후, 역퓨리에 변환된 심볼 벡터에 대해 제 1 선형 위상 쉬프트를 수행하고 실수부를 취할 수 있다.
상기 허수부 수신기는 상기 심볼 벡터의 제 2 부분에 대해 제 2 선형 위상 쉬프트를 수행한 뒤, M-포인트 IDFT를 수행하고, M-포인트 역퓨리에 변환된 심볼 벡터에 대해 제 3 선형 위상 쉬프트를 수행한 후, 실수부를 취한 다음 허수 1j를 곱하여 허수를 생성할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태에 따른 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템에서의 수신 방법은 엇갈린 심복 벡터를 기반으로 생성된 수신 신호에서 순환 전치(cyclic prefix)를 제거하는 단계, 상기 순환 전치가 제거된 신호에 대해 N-포인트 DFT(discrete Fourier transform)를 수행하는 단계(여기서 N은 자연수임), 상기 DFT가 수행된 신호에 대해 등화(equalizing)를 수행하는 단계 및 상기 등화기를 통과한 신호에 대해 허수부와 실수부로 구분하여 복수의 선형 위상 쉬프트(linear phase shift)를 수행하여 정렬된 심볼 벡터를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 무선 환경에서 PAPR을 낮추어 신호를 송수신하는 장치 및 방법에 따르면 장치에 의해 생성된 송신 신호는 종래 DFT-s-OFDM과 같은 전송 속도 및 수신 성능을 갖으면서도 PAPR은 0.7~ 1 dB 정도 저감시키는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 DFT-s-OFDM 송신기 구조를 나타낸 블록도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 PAPR을 낮추는 변형된 DFT-s-OFDM 전체 송신기 구조를 나타낸 블록도,
도 3은 도2의 오프셋 심볼 생성기의 세부 구조를 나타낸 상세블록도,
도 4은 도3 및 도10의 (a), (a*), (b), (b*), (c), (c*) 블록에 사용되는 선형 위상 쉬프트(linear phase shift) 블록의 기능을 나타낸 블록도,
도 5은 도3의 (a) 블록 동작 세부구조를 나타낸 상세블록도,
도 6는 도3의 (b) 블록 동작 세부구조를 나타낸 상세블록도,
도 7는 도3의 (c) 블록 동작 세부구조를 나타낸 상세블록도,
도 8은 일반적인 DFT-s-OFDM 수신기 구조를 나타낸 블록도,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기 구조를 나타낸 블륵도,
도 10은 도9의 offset 심볼 수신기 세부 구조를 나타낸 상세 블록도,
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신기의 QPSK에서의 성능 향상 효과를 나타내는 그래프,
도 12은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신기의 16-QAM 에서의 성능 향상 효과를 나타내는 그래프,
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신기의 64-QAM 에서의 성능 향상 효과를 나타내는 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
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.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 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 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
본 명세서 상에서, OFDM 및 SC-FDMA 시스템은 기지국 및/또는 단말을 포함할 수 있다. 또한, OFDM 및 SC-FDMA 시스템은 상향링크 및/또는 하향링크 신호 전송에 사용될 수 있다.
여기서, 단말은 이동국(MS), 사용자 장비(UE; User Equipment), 사용자 터미널(UT; User Terminal), 무선 터미널, 액세스 터미널(AT), 터미널, 고정 또는 이동 가입자 유닛(Subscriber Unit), 가입자 스테이션(SS; Subscriber Station), 셀룰러 전화, 무선 기기(wireless device), 무선 통신 디바이스, 무선송수신유닛(WTRU; Wireless Transmit/Receive Unit), 이동 노드, 모바일, 모바일국, 개인 휴대 정보 단말(personal digital assistant; PDA), 스마트폰, 랩톱, 넷북, 개인용 컴퓨터, 무선 센서, 소비자 전자기기(CE) 또는 다른 용어들로서 지칭될 수 있다. 단말의 다양한 실시예들은 셀룰러 전화기, 무선 통신 기능을 가지는 스마트 폰, 무선 통신 기능을 가지는 개인 휴대용 단말기(PDA), 무선 모뎀, 무선 통신 기능을 가지는 휴대용 컴퓨터, 무선 통신 기능을 가지는 디지털 카메라와 같은 촬영 장치, 무선 통신 기능을 가지는 게이밍 장치, 무선 통신 기능을 가지는 음악저장 및 재생 가전제품, 무선 인터넷 접속 및 브라우징이 가능한 인터넷 가전제품뿐만 아니라 그러한 기능들의 조합들을 통합하고 있는 휴대형 유닛 또는 단말기들을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
기지국은 일반적으로 단말과 통신하는 고정된 지점을 말하며, 베이스 스테이션(base station), 노드-B(Node-B), e노드-B(eNode-B), 어드밴스드 기지국(advanced base station; ABS), HR-BS, 사이트 제어기, BTS(base transceiver system), 액세스 포인트(Access Point, AP) 또는 무선 환경에서 동작할 수 있는 임의의 다른 타입의 인터페이싱 디바이스를 포함할 수 있지만, 이들로 제한되진 않는다.
기지국은 기지국 제어기(base station controller; BSC), 라디오 네트워크 제어기(radio network controller; RNC), 중계 노드들 등과 같은 다른 기지국들 및/또는 네트워크 엘리먼트들을 또한 포함할 수 있는 RAN의 일부일 수 있다.
기지국은 셀로서 지칭될 수 있는 특정한 지리적인 영역 내에서 무선 신호들을 송신 및/또는 수신하도록 구성될 수 있다.
셀은 또한 셀 섹터들로 분할될 수 있다. 예를 들어, 기지국과 연관된 셀은 3개의 섹터들로 분할될 수 있다. 따라서 일 실시예에서, 기지국은 3개의 트랜시버들, 즉 셀의 각 섹터마다 하나의 트랜시버를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 기지국은 다중-입력 다중 출력(MIMO) 기술을 이용할 수 있고, 그러므로 셀의 각 섹터에 대해 다수의 트랜시버들을 활용할 수 있다.
송신기 구조
도 1은 일반적인 DFT-s-OFDM 송신기 구조를 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, DFT-s-0FDM 송신기는 M-포인트 DFT(Descrete Fourier Tramsform) 수행부(110), N-포인트 IDFT(Inverse Descrete Fourier Tramsform) 수행부(120) 및 CP 부가부(130)를 포함할 수 있다. 이러한 일반적인 송신기는 다음의 수학식의 연산을 기반으로 동작한다. 여기서, M과 N은 자연수를 나타낸다.
Figure 112017106632190-pat00001
여기서, y는 수신신호, x는 송신신호, n은 노이즈를 나타내고, H는 다중경로 채널(multipath channel)로 Toeplitz matrix이다.
먼저, k번째 블록의 M개의 데이터 심볼벡터
Figure 112017106632190-pat00002
를 전송할 때, M-포인트 DFT 수행기(110)는 M X 1의 벡터
Figure 112017106632190-pat00003
를 M-포인트 DFT 시킨다.
그리고는 N-포인트 벡터를 서브캐이어 매핑(subcarrier mapping)시킨 후에, N-포인트 IDFT 수행부(120)에서 N-포인트 역퓨리에 변환을 수행한다.
CP 부가부(130)는 역퓨리에 변환된 심볼 벡터에 CP를 붙여 수신기측으로 전송한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 PAPR을 낮추는 변형된 DFT-s-OFDM 전체 송신기 구조를 나타낸 블록도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 송신기는 오프셋 심볼 생성기(210), N-포인트 IDFT 수행부(220) 및 CP 부가부(230)를 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 송신하고자 하는 입력 데이터가 앞서와 같이
Figure 112017106632190-pat00004
로 주어졌을 때, 이는 서브캐리어를 할당하는 형태로 M x 1의 매트릭스 복수 개로 할당된다. 본 발명의 실시예에 따르면, PAPR을 낮추기 위해, 일반적인 M-포인트 DFT를 사용하지 않고, 오프셋 심볼 생성기(210)를 활용한다.
오프셋 심볼 생성기(210)는 M개의 데이터 심볼 벡터를 실수부와 허수부로 구분하여 복수의 선형 위상 쉬프트(linear phase shift)를 수행하여 위상이 엇갈린 심볼 벡터를 생성한다.
그리고, N-포인트 IDFT 수행부(220) 및 CP 부가부(230)는 도 1의 N-포인트 IDFT 수행부(120) 및 CP 부가부(130)와 동일한 기능을 수행한다.
오프셋 심볼 생성기(210)의 동작을 보다 상세히 살펴보면, 다음과 같다.
도 3은 도2의 오프셋 심볼 생성기의 세부 구조를 나타낸 상세블록도이다.
도 3을 참조하면, 오프셋 심볼 생성기는
Figure 112017106632190-pat00005
(M개의 데이터 심볼 벡터)에 대해 2개의 스트림으로 데이터를 구분한 후에 구분된 데이터에 별도의 연산 처리를 수행한 후, 합산하여 전송한다.
2개의 스트림은 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 신호가 포함되어 있는 데이터 심볼 벡터의 실수부(Re)와 QAM 신호가 포함되어 있는 데이터 심볼 벡터의 허수부(Im)로 구분된다. 그래서, 실수부는 도 3의 실시예에 따른 도면에서 상단에, 허수부는 도면에서 하단에서 연산 처리가 된다.
특히, 실수부에 대한 처리는 하나의 선형 위상 쉬프트 관련 블록((a) 블록)을 포함하고 있고, (a) 블록과 관련된 선형 위상 쉬프트 이후, M-포인트 DFT 과정을 거치게 된다.
허수부에 대한 처리는 두 번의 위상 쉬프트 관련 블록((b) 블록 및 (c) 블록)을 포함하고 있고, (b) 블록과 (c) 블록 사이에 M-포인트 DFT 과정이 포함되어 있다.
이와 같이 실수부에 대해서는 1번의 선형 위상 쉬프트를, 허수부에 대해서는 2번의 선형 위상 쉬프트를 수행하여 위상이 엇갈린 심볼 벡터를 생성함으로써, DFT-s-OFDM과 같은 전송 속도 및 수신 성능을 갖으면서도 PAPR을 감소시킬 수 있다.
도 4은 도3 및 도10의 (a), (a*), (b), (b*), (c), (c*) 블록에 사용되는 선형 위상 쉬프트(linear phase shift) 블록의 기능을 나타낸 블록도이다.
도 4를 참조하면, 선형 위상 쉬프트와 관련하여, R(φ) 및 φ0와 관련된 수학식이 나오는데, 이는 다음과 같은 연산을 나타낸다.
Figure 112017106632190-pat00006
Figure 112017106632190-pat00007
위와 같은 연산을 통해
Figure 112017106632190-pat00008
라는 M x 1의 데이터 심볼 벡터가 들어갔을 경우,
Figure 112017106632190-pat00009
이라는 연산 결과가 도출된다. 이를 도 3의 (a), (b) 및 (c) 블록에 각각 적용하는 것을 도 5 내지 도 7을 통해 설명한다.
도 5은 도3의 (a) 블록 동작 세부구조를 나타낸 상세블록도이다.
도 5를 참조하면, (a) 블록은
Figure 112017106632190-pat00010
의 실수부인 Re(
Figure 112017106632190-pat00011
)를 입력으로 받아, R(φ0)의 선형 위상 쉬프트 연산을 수행한다. 이에 따라, R(φ0)Re(
Figure 112017106632190-pat00012
)를 출력으로 내보내고, 이렇게 출력된 위상 쉬프트된 벡터, R(φ0)Re(
Figure 112017106632190-pat00013
)는 다시 M-포인트 DFT를 거쳐 허수부와 합산된다.
도 6는 도3의 (b) 블록 동작 세부구조를 나타낸 상세블록도이다.
도 6을 참조하면, (b) 블록은 두 번째 스트림을 처리한다. 이는 QAM 신호가 들어있는 데이터 심볼 벡터의 허수부이다. 즉,
Figure 112017106632190-pat00014
의 허수부인 IM(
Figure 112017106632190-pat00015
)를 입력으로 받아,
Figure 112017106632190-pat00016
의 선형 위상 쉬프트 연산을 수행한다. 상기 연산에 따라 출력된 심볼 벡터는 M-포인트 DFT 연산으로 들어가고, DFT 연산 이후 (c) 블록에서 다시 한번 선형 위상 쉬프트가 된다.
도 7는 도3의 (c) 블록 동작 세부구조를 나타낸 상세블록도이다.
도 7을 참조하면, (c) 블록은 (b) 블록의 선형 위상 쉬프트 이후, DFT 연산이 된 심볼 벡터
Figure 112017106632190-pat00017
를 입력으로 받아, R(-π/M))의 선형 위상 쉬프트 연산을 수행한다. 그리고는, 상기 연산에 따라 출력된 값을 실수부 연산을 통해 출력된 값과 합산할 수 있다. 합산된 값은 N-포인트 IDFT부로 제공된다.
수신기 구조
도 8은 일반적인 DFT-s-OFDM 수신기 구조를 나타낸 블록도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, DFT-s-OFDM 수신기는 CP 제거부(820), N-포인트 DFT 수행부(830), 등화기(840) 및 M-포인트 IDFT부(850)를 포함할 수 있다.
도 8을 참조하면, 수신기는 도 1의 과정의 역순으로 CP 제거부(820)는 수신 신호에서 순환 전치를 제거하고, N-포인트 DFT 수행부(830)는 N-포인트 퓨리에 변환을 수행하며, 등화기(840)는 등화 연산을 수행하고, M-포인트 IDFT부(850)는 등화 연산이 수행된 신호에 대해 M-포인트 역퓨리에 변환을 수행한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기 구조를 나타낸 블륵도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기는 CP 제거부(920), N-포인트 DFT 수행부(930), 등화기(940) 및 오프셋 심볼 수신기(950)를 포함할 수 있다.
도 9를 참조하면, M-포인트 역퓨리에 변환부가 오프셋 심볼 수신기로 교체된 형태로 볼 수 있다. 오프셋 심볼 수신기의 세부블록은 도 10과 같다. 또한, 오프셋 심볼 수신기(950) 이외의 다른 구성요소들, CP 제거부(920), N-포인트 DFT 수행부(930), 등화기(940)는 도 8의 CP 제거부(820), N-포인트 DFT 수행부(830), 등화기(840)와 동일한 기능을 수행한다.
도 10은 도9의 offset 심볼 수신기 세부 구조를 나타낸 상세 블록도이다.
도 10을 참조하면, (a*) 블록, (b*) 블록 및 (c*) 블록이 포함되어 있는데, 이는 도 5 내지 도 7의 (a) 블록, (b) 블록 및 (c) 블록의 역과정을 나타낸다.
즉, CP 제거 이후, N-포인트 DFT를 수행하고, 등화 연산을 거친 입력 신호
Figure 112017106632190-pat00018
에 대해 두 개의 스트림으로 나눠서 처리한다.
여기서, 두 부분으로 나눠서 상단의 연산 처리에서는 M-포인트 IDFT 이후 (a*) 블록의 선형위상 쉬프트 연산, 그리고, 실수부를 취한다. 하단의 연산 처리에서는, (c*) 블록 연산을 먼저 수행한 후, M-포인트 IDFT 연산을 수행하고, M-포인트 IDFT 연산이 수행된 출력 값에 대해 다시 (b*) 연산을 수행한다. 그리고는, 연산의 결과 값에서 실수부를 취한 다음 허수 1j를 곱한다.
그리고는, 상단 연산과 하단 연산의 결과 값을 더하여 QAM 신호를 복원해 낸다. 이때, 소프트 출력(soft output)으로 사용하여 에러 정정 코드(error correcting code) 등이 사용된 경우에도 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 송수신기는 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 신호, 16QAM 신호 및 64QAM 신호 등 적절히 복잡한(proper complex) 다중 QAM 신호에 대해 모두 적용가능하다.
시뮬레이션 결과
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신기의 QPSK에서의 성능 향상 효과를 나타내는 그래프이고, 도 12은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신기의 16-QAM 에서의 성능 향상 효과를 나타내는 그래프이며, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신기의 64-QAM 에서의 성능 향상 효과를 나타내는 그래프이다.
도 11 내지 도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 송신기의 성능과 관련하여, QPSK뿐만 아니라, 16QAM 및 64QAM 신호에 대해서도, DFT-s-OFDM 방식에 비해 PARP 저감 효과가 있음을 확인할 수 있다.
이상 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위가 상기 도면 또는 실시예에 의해 한정되는 것을 의미하지는 않으며 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (11)

  1. OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템에서의 송신 장치에 있어서,
    송신 신호와 관련된 블록의 M개의 데이터 심볼 벡터를 입력하는 입력부, 여기서 M은 자연수임;
    상기 M개의 데이터 심볼 벡터를 실수부와 허수부로 구분하여 복수의 선형 위상 쉬프트(linear phase shift)를 수행하여 위상이 엇갈린 심볼 벡터를 생성하는 오프셋(Offset) 심볼 생성기;
    상기 오프셋 심볼 생성기에서 생성된 심볼 벡터에 대해 N-포인트 역퓨리에 변환을 수행하는 IDFT(inverse discrete Fourier transform) 수행부, 여기서, N은 자연수임; 및
    상기 IDFT 수행부에서 역퓨리에 변환된 심볼에 순환 전치(cyclic prefix)를 부가하는 순환전치 부가부를 포함하는 OFDM 시스템에서의 송신 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 오프셋 심볼 생성기는
    상기 M개의 데이터 심볼 벡터를 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 신호가 포함되어 있는 데이터 심볼 벡터의 실수부와 QAM 신호가 포함되어 있는 데이터 심볼 벡터의 허수부로 구분하는 구분부;
    상기 QAM 신호가 포함되어 있는 데이터 심볼 벡터의 실수부에 대해 한 번의 선형 위상 쉬프트를 수행하는 실수부 처리기;
    상기 QAM 신호가 포함되어 있는 데이터 심볼 벡터의 허수부에 대해 두 번의 선형 위상 쉬프트를 수행하는 허수부 처리기; 및
    상기 실수부 처리기에서 생성된 심볼 벡터와 상기 허수부 처리기에서 생성된 심볼 벡터를 합산하는 합산기를 포함하는 OFDM 시스템에서의 송신 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 실수부 처리기는 제 1 선형 위상 쉬프트를 수행한 뒤, 위상 쉬프트된 벡터를 다시 M-포인트 DFT(discrete Fourier transform)를 수행하는 OFDM 시스템에서의 송신 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 허수부 처리기는
    상기 QAM 신호가 포함되어 있는 데이터 심볼 벡터의 허수부에 대해 제 2 선형 위상 쉬프트시킨 후, M-포인트 DFT를 수행하고, M-포인트 DFT가 수행된 벡터에 대해 제 3 선형 위상 쉬프트를 수행하는 OFDM 시스템에서의 송신 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 QAM 신호는 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 신호, 16QAM 신호 및 64QAM 신호 중 적어도 하나를 포함하는 OFDM 시스템에서의 송신 장치.
  6. OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템에서의 송신 방법에 있어서,
    송신 신호와 관련된 블록의 M개의 데이터 심볼 벡터를 입력하는 단계, 여기서 M은 자연수임;
    상기 M개의 데이터 심볼 벡터를 실수부와 허수부로 구분하여 복수의 선형 위상 쉬프트(linear phase shift)를 수행하여 위상이 엇갈린 심볼 벡터를 생성하는 단계;
    상기 엇갈린 심볼 벡터에 대해 N-포인트 역퓨리에 변환을 수행하는 단계, 여기서, N은 자연수임; 및
    상기 역퓨리에 변환된 심볼에 순환 전치(cyclic prefix)를 부가하는 단계를 포함하는 OFDM 시스템에서의 송신 방법.
  7. OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템에서의 수신 장치에 있어서,
    엇갈린 심복 벡터를 기반으로 생성된 수신 신호에서 순환 전치(cyclic prefix)를 제거하는 순환전치 제거부;
    상기 순환 전치가 제거된 신호에 대해 N-포인트 DFT(discrete Fourier transform)를 수행하는 DFT 수행부, 여기서 N은 자연수임;
    상기 DFT가 수행된 신호에 대해 등화(equalizing)를 수행하는 등화기; 및
    상기 등화기를 통과한 신호에 대해 허수부와 실수부로 구분하여 복수의 선형 위상 쉬프트(linear phase shift)를 수행하여 정렬된 심볼 벡터를 생성하는 오프셋(Offset) 심볼 수신기를 포함하는 OFDM 시스템에서의 수신 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 오프셋 심볼 수신기는
    상기 수신 신호의 M개의 데이터 심볼 벡터를 두 개의 부분으로 구분하는 구분부, 여기서, M은 자연수임;
    상기 심볼 벡터의 제 1 부분에 대해 한 번의 선형 위상 쉬프트를 수행한 후 실수부를 취하는 실수부 수신기;
    상기 심볼 벡터의 제 2 부분에 대해 두 번의 선형 위상 쉬프트를 수행한 후 허수를 생성하는 허수부 수신기; 및
    상기 실수부 수신기에서 생성된 심볼 벡터와 상기 허수부 수신기에서 생성된 심볼 벡터를 합산하는 합산기를 포함하는 OFDM 시스템에서의 수신 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 실수부 수신기는 상기 심볼 벡터의 제 1 부분에 대해 M-포인트 IDFT(inverse discrete Fourier transform)를 수행한 후, 역퓨리에 변환된 심볼 벡터에 대해 제 1 선형 위상 쉬프트를 수행하고 실수부를 취하는 OFDM 시스템에서의 수신 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 허수부 수신기는 상기 심볼 벡터의 제 2 부분에 대해 제 2 선형 위상 쉬프트를 수행한 뒤, M-포인트 IDFT를 수행하고, M-포인트 역퓨리에 변환된 심볼 벡터에 대해 제 3 선형 위상 쉬프트를 수행한 후, 실수부를 취한 다음 허수 1j를 곱하여 허수를 생성하는 OFDM 시스템에서의 수신 장치.
  11. OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템에서의 수신 방법에 있어서,
    엇갈린 심복 벡터를 기반으로 생성된 수신 신호에서 순환 전치(cyclic prefix)를 제거하는 단계;
    상기 순환 전치가 제거된 신호에 대해 N-포인트 DFT(discrete Fourier transform)를 수행하는 단계, 여기서 N은 자연수임;
    상기 DFT가 수행된 신호에 대해 등화(equalizing)를 수행하는 단계; 및
    상기 등화가 수행된 신호에 대해 허수부와 실수부로 구분하여 복수의 선형 위상 쉬프트(linear phase shift)를 수행하여 정렬된 심볼 벡터를 생성하는 단계를 포함하는 OFDM 시스템에서의 수신 방법.

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