KR102571570B1 - 단일 반송파 기반 무선 통신 시스템에서 sc-fde 신호를 송수신하는 방법 및 장치 - Google Patents

단일 반송파 기반 무선 통신 시스템에서 sc-fde 신호를 송수신하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

일 실시예에 따른 단일 반송파 기반 무선 통신 시스템의 송신 장치는, 트래픽 데이터를 변조하여 데이터 심볼을 생성하도록 구성되는 데이터 심볼 생성부, 상기 데이터 심볼을 기반으로 CP(cyclic prefix)를 생성하도록 구성되는 CP 생성부, 상기 데이터 심볼에 대한 파일럿(pilot) 심볼을 생성하도록 구성되는 파일럿 심볼 생성부, 및 상기 데이터 심볼, 상기 CP 및 상기 파일럿 심볼을 포함하는 SC-FDE(single carrier frequency domain equalizer) 프레임을 전송하도록 구성되는 전송부를 포함하되, 상기 데이터 심볼은 제1 데이터 심볼 및 제2 데이터 심볼을 포함하고, 상기 파일럿 심볼은 상기 제1 데이터 심볼의 전송 후 상기 제2 데이터 심볼의 전송 전에 전송될 수 있다.

Description

단일 반송파 기반 무선 통신 시스템에서 SC-FDE 신호를 송수신하는 방법 및 장치 {Method and apparatus for transmitting and receiving a single carrier frequency domain equalizer signal in a single carrier based wireless communication system}
본 발명은 단일 반송파 기반 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 적은 출력을 사용하는 고속의 이동통신 환경에서 채널 환경을 효과적으로 추정하고 데이터의 수신 성능을 높일 수 있는 SC-FDE(single carrier frequency domain equalizer) 기반 송수신 방법 및 장치에 관한 것이다.
다중경로 페이딩(multipath fading) 환경에서 데이터를 고속으로 전송하기 위해서는 넓은 대역폭의 신호를 사용해야 하며, 페이딩 채널의 왜곡을 보상하기 위해서는 채널 등화가 중요하다.
다양한 무선 통신 방식 중 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 방식은 이동통신 환경에서 채널 왜곡을 효과적으로 보상할 수 있지만, PAPR(peak to average power rate) 성능이 나쁘기 때문에 10dB 이상 B.O(Back Off)를 해야 하므로 전력증폭기의 전력 효율이 낮은 문제가 있다.
OFDM 방식과 유사하게 채널 보상을 주파수 영역에서 수행하면서 OFDM의 단점인 높은 PAPR을 개선하는 전송 방식으로 SC-FDE 방식이 있다. SC-FDE 방식으로 전송되는 프레임은 일반적으로 도 1에 도시된 것과 같이 시간 영역에서 CP 구간(cyclic prefix, 110), 파일럿 구간(120), 트래픽 데이터 구간(130) 순서로 구성된다. 이동속도가 낮고 채널의 변화가 적은 경우, 이러한 구성의 SC-FDE 프레임은 파일럿 구간에서 측정한 채널 특성을 트래픽 데이터 구간에 반영하여 채널 왜곡을 보상하는데 충분히 좋은 성능을 발휘한다. 그러나 이동속도가 빠르고 채널의 변화가 심한 경우에는 파일럿 구간에서 추정한 채널의 특성이 전체 SC-FDE 구간의 채널을 대표하지 못할 수 있다. 이는 트래픽 데이터의 앞 부분의 채널 상태는 파일럿 구간에서 추정한 채널 상태와 유사하겠지만, 트래픽 데이터의 뒷 부분에서는 파일럿 구간에서 추정한 채널과 실제 채널이 상당히 다를 수 있기 때문이다. 이와 같은 문제를 해결하는 가장 직관적인 방법은 SC-FDE 프레임의 길이를 줄이는 방법이다. 그러나 프레임의 길이를 줄이면 전체 전송 구간에서 CP와 파일럿이 차지하는 구간이 길어짐에 따라 오버헤드(overhead)가 증가하며, 이로 인해 결과적으로 데이터 전송속도가 느려지는 문제가 발생한다.
대한민국 등록특허공보 제10-1858993호, 등록일자 2018년 05월 11일.
본 발명의 기술적 과제는 단일 반송파 기반 무선 통신 시스템에서 효과적으로 채널을 추정하고 보상할 수 있는 SC-FDE 기반 송수신 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 기술적 과제는 단일 반송파 기반 무선 통신 시스템에서 하나의 프레임으로 전송하는 심볼의 개수를 줄이지 않고도 고속의 이동 환경에서 링크 성능을 유지할 수 있는 SC-FDE 기반 송수신 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 기술적 과제는 링크 버짓(link budget) 마진을 확보하고 잡음 간섭에 강인한 SC-FDE 기반 송수신 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 단일 반송파 기반 무선 통신 시스템의 송신 장치는, 트래픽 데이터를 변조하여 데이터 심볼을 생성하도록 구성되는 데이터 심볼 생성부, 상기 데이터 심볼을 기반으로 CP(cyclic prefix)를 생성하도록 구성되는 CP 생성부, 상기 데이터 심볼에 대한 파일럿(pilot) 심볼을 생성하도록 구성되는 파일럿 심볼 생성부, 및 상기 데이터 심볼, 상기 CP 및 상기 파일럿 심볼을 포함하는 SC-FDE(single carrier frequency domain equalizer) 프레임을 전송하도록 구성되는 전송부를 포함하되, 상기 데이터 심볼은 제1 데이터 심볼 및 제2 데이터 심볼을 포함하고, 상기 파일럿 심볼은 상기 제1 데이터 심볼의 전송 후 상기 제2 데이터 심볼의 전송 전에 전송될 수 있다.
여기서, 상기 제1 데이터 심볼의 개수 및 상기 제2 데이터 심볼의 개수는 동일할 수 있다.
또한, 상기 데이터 심볼은 상기 제1 데이터 심볼 및 상기 제2 데이터 심볼로 분할되고, 상기 파일럿 심볼은 상기 SC-FDE 프레임에서 상기 제1 데이터 심볼과 상기 제2 데이터 심볼 사이에서 배치될 수 있다.
또한, 상기 CP 생성부는 상기 제2 데이터 심볼을 기반으로 상기 CP를 생성할 수 있다.
또한, 상기 전송부는 상기 CP, 상기 제1 데이터 심볼, 상기 파일럿 심볼, 상기 제2 데이터 심볼이 순차적으로 포함되도록 상기 SC-FDE 프레임을 구성할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 단일 반송파 기반 무선 통신 시스템에서 송신 장치의 송신 방법은 트래픽 데이터를 변조하여 데이터 심볼을 생성하고 상기 데이터 심볼에 대한 파일럿 심볼을 생성하는 단계, 상기 데이터 심볼을 기반으로 CP를 생성하는 단계, 및 상기 데이터 심볼, 상기 CP 및 상기 파일럿 심볼을 포함하는 SC-FDE 프레임을 구성하는 단계를 포함하되, 상기 데이터 심볼은 제1 데이터 심볼 및 제2 데이터 심볼을 포함하고, 상기 파일럿 심볼은 상기 제1 데이터 심볼의 전송 후 상기 제2 데이터 심볼의 전송 전에 전송될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 단일 반송파 기반 무선 통신 시스템의 수신 장치는 SC-FDE 프레임을 수신하도록 구성되는 수신부, 상기 SC-FDE 프레임에서 CP를 제거하도록 구성되는 CP 제거부, 상기 CP가 제거된 SC-FDE 프레임으로부터 파일럿 심볼과 데이터 심볼을 추출하도록 구성되는 심볼 추출부, 및 상기 파일럿 심볼을 기반으로 상기 데이터 심볼로부터 트래픽 데이터를 복원하도록 구성되는 데이터 복원부를 포함하되, 상기 데이터 심볼은 제1 데이터 심볼 및 제2 데이터 심볼을 포함하고, 상기 파일럿 심볼은 상기 제1 데이터 심볼의 수신 후 상기 제2 데이터 심볼의 수신 전에 수신될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 단일 반송파 기반 무선 통신 시스템에서 수신 장치의 수신 방법에 있어서, SC-FDE 프레임을 수신하는 단계, 상기 SC-FDE 프레임에서 CP를 제거하는 단계, 상기 CP가 제거된 SC-FDE 프레임으로부터 파일럿 심볼과 데이터 심볼을 추출하는 단계, 및 상기 파일럿 심볼을 기반으로 상기 데이터 심볼로부터 트래픽 데이터를 복원하는 단계를 포함하되, 상기 데이터 심볼은 제1 데이터 심볼 및 제2 데이터 심볼을 포함하고, 상기 파일럿 심볼은 상기 제1 데이터 심볼의 수신 후 상기 제2 데이터 심볼의 수신 전에 수신될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 컴퓨터 판독 가능 기록매체에 저장되어 있는 컴퓨터 프로그램은, 프로세서에 의해 실행되면, 트래픽 데이터를 변조하여 데이터 심볼을 생성하고 상기 데이터 심볼에 대한 파일럿 심볼을 생성하는 단계, 상기 데이터 심볼을 기반으로 CP를 생성하는 단계, 및 상기 데이터 심볼, 상기 CP 및 상기 파일럿 심볼을 포함하는 SC-FDE 프레임을 구성하는 단계를 포함하는 송신 방법을 상기 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하되, 상기 데이터 심볼은 제1 데이터 심볼 및 제2 데이터 심볼을 포함하고, 상기 파일럿 심볼은 상기 제1 데이터 심볼의 전송 후 상기 제2 데이터 심볼의 전송 전에 전송될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 컴퓨터 판독 가능 기록매체는, 프로세서에 의해 실행되면, 트래픽 데이터를 변조하여 데이터 심볼을 생성하고 상기 데이터 심볼에 대한 파일럿 심볼을 생성하는 단계, 상기 데이터 심볼을 기반으로 CP를 생성하는 단계, 및 상기 데이터 심볼, 상기 CP 및 상기 파일럿 심볼을 포함하는 SC-FDE 프레임을 구성하는 단계를 포함하는 송신 방법을 상기 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하되, 상기 데이터 심볼은 제1 데이터 심볼 및 제2 데이터 심볼을 포함하고, 상기 파일럿 심볼은 상기 제1 데이터 심볼의 전송 후 상기 제2 데이터 심볼의 전송 전에 전송될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, SC-FDE 프레임 내에서 파일럿 구간이 트래픽 데이터 구간 사이에 배치되기 때문에 파일럿 구간과 트래픽 데이터 구간 간의 시간차이가 줄어들어 효과적으로 채널 추정의 오차를 보상할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 고속의 이동 환경에서도 파일럿 구간이 전체 채널을 대표할 수 있기 때문에 하나의 프레임으로 전송하는 심볼의 개수를 줄이지 않고도 고속의 이동 환경에서 링크 성능을 유지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 고속의 이동 환경에서도 낮은 MCS(modulation and coding scheme)를 사용하여 전송효율을 높일 수 있기 때문에 링크 버짓 마진을 확보하고 잡음 간섭을 견디는데 유리하다.
도 1은 기존의 SC-FDE 프레임의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 반송파 기반 무선 통신 시스템을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 SC-FDE 프레임의 구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 20km/H의 이동속도일 때 기존 SC-FDE 프레임 구조에서 채널 계수의 변화를 나타내는 도면이다.
도 5는 60km/H의 이동속도일 때 기존 SC-FDE 프레임 구조에서 채널 계수의 변화를 나타내는 도면이다.
도 6은 60km/H의 이동속도일 때 본 발명의 일 실시예에 따른 SC-FDE 프레임 구조가 채널 추정에 유리함을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 변조방식으로 8PSK를 사용할 때의 수신 성능을 나타내는 도면이다.
도 8은 변조방식으로 16QAM를 사용할 때의 수신 성능을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 반송파 기반 무선 통신 시스템에서의 송신 방법을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 반송파 기반 무선 통신 시스템에서의 수신 방법을 나타내는 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 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.
본 문서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
본 문서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 ‘포함’한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
또한, 본 문서에서 사용되는 ‘부’라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA나 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, 마이크로 코드, 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.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 반송파 기반 무선 통신 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 반송파 기반 무선 통신 시스템은 송신 장치(200) 및 수신 장치(210)를 포함한다.
송신 장치(200)는 데이터 심볼 생성부(201), CP 생성부(202), 파일럿 생성부(203) 및 전송부(204)를 포함할 수 있다.
데이터 심볼 생성부(201)는 트래픽 데이터를 변조하여 데이터 심볼을 생성할 수 있다. 예를 들어, 데이터 심볼 생성부(201)는 MCS(modulation and coding scheme)를 기반으로 트래픽 데이터를 성상도(constellation)에 매핑하여 데이터 심볼을 생성할 수 있다. 이 때, 상기 트래픽 데이터는 PSK(phase shift keying), QAM(quadrature amplitude modulation) 등으로 변조될 수 있다.
CP 생성부(202)는 심볼 생성부(201)에서 생성된 데이터 심볼을 기반으로 CP를 생성할 수 있다. 예를 들어, CP 생성부(202)는 데이터 심볼의 뒷부분을 사용하여 CP를 생성할 수 있다. 상기 CP는 심볼 간 간섭을 방지하기 위하여 해당 SC-FDE 프레임의 맨 앞부분에 포함될 수 있다.
파일럿 생성부(203)는 데이터 심볼 생성부(201)에서 생성된 데이터 심볼에 대한 파일럿(pilot) 심볼을 생성할 수 있다. 상기 파일럿 심볼은 채널 추정을 위한 것으로서, 수신 장치(210)는 상기 파일럿 심볼을 이용하여 채널 보상 계수를 산출하고 채널 왜곡을 보상할 수 있다.
전송부(204)는 데이터 심볼 생성부(201)에서 생성된 데이터 심볼, CP 생성부(202)에서 생성된 CP 및 파일럿 생성부(203)에서 생성된 파일럿 심볼을 포함하는 SC-FDE 프레임을 구성하고, 이를 적어도 하나의 안테나 및 RF 체인(radio frequency chain)을 이용하여 수신 장치(210)로 전송할 수 있다. 여기서, 상기 데이터 심볼은 상기 제1 데이터 심볼 및 상기 제2 데이터 심볼을 포함할 수 있다. 즉, 상기 데이터 심볼은 제1 데이터 심볼 및 제2 데이터 심볼로 분할될 수 있다.
예를 들어, 전송부(204)는 상기 SC-FDE 프레임을 구성함에 있어서 상기 제1 데이터 심볼과 상기 제2 데이터 심볼 사이에 상기 파일럿 심볼을 배치할 수 있다. 즉, 전송부(204)는 상기 CP, 상기 제1 데이터 심볼, 상기 파일럿 심볼, 상기 제2 데이터 심볼이 순차적으로 포함되도록 SC-FDE 프레임을 구성 또는 재구성할 수 있다. 따라서, 상기 파일럿 심볼은 상기 CP와 상기 제1 데이터 심볼이 전송된 이후 그리고 상기 제2 데이터 심볼의 전송 전에 전송될 수 있다. 여기서, 상기 제1 데이터 심볼의 개수 및 상기 제2 데이터 심볼의 개수는 동일할 수 있다. 즉, 상기 제1 데이터 심볼의 전송 구간과 상기 제2 데이터 심볼의 전송 구간은 동일한 길이를 가질 수 있다. 이 경우, 상기 파일럿 심볼이 SC-FDE 프레임의 중간에 위치하기 때문에 해당 SC-FDE 프레임의 채널 상태를 대표할 수 있으며, 고속의 이동 환경에서도 수신 장치가 채널 상태를 보다 정확하게 추정할 수 있다.
SC-FDE 프레임이 CP, 제1 데이터 심볼, 파일럿 심볼, 제2 데이터 심볼 순서로 구성되는 경우, CP 생성부(202)는 상기 제2 데이터 심볼을 기반으로 CP를 생성할 수 있다. 예를 들어, CP 생성부(202)는 제2 데이터 심볼의 뒷부분을 복사하여 CP를 생성할 수 있으며, 상기 CP는 제1 데이터 심볼의 앞부분에 배치될 수 있다.
한편, 수신 장치(210)는 수신부(211), CP 제거부(212), 심볼 추출부(213) 및 데이터 복원부(214)를 포함할 수 있다.
수신부(211)는 송신 장치(200)로부터의 SC-FDE 프레임을 수신할 수 있다. 이를 위하여 수신부(211)는 적어도 하나의 안테나 및 RF 체인을 포함할 수 있다.
CP 제거부(212)는 수신부(211)에서 수신된 SC-FDE 프레임에서 CP를 제거할 수 있다.
심볼 추출부(213)는 CP 제거부(212)에 의해 CP가 제거된 SC-FDE 프레임으로부터 파일럿 심볼과 데이터 심볼을 추출할 수 있다. 여기서, 상기 데이터 심볼은 제1 데이터 심볼 및 제2 데이터 심볼을 포함할 수 있다. 이 경우, 수신 장치(210)에서 수신되는 SC-FDE는 프레임은 상기 CP, 상기 제1 데이터 심볼, 상기 파일럿 심볼, 상기 제2 데이터 심볼을 순차적으로 포함할 수 있다. 즉, 수신 장치(210)에서는 상기 CP, 상기 제1 데이터 심볼, 상기 파일럿 심볼, 상기 제2 데이터 심볼이 순차적으로 수신될 수 있다.
심볼 추출부(213)는 상기 CP가 제거된 SC-FDE 프레임으로부터 상기 제1 데이터 심볼, 상기 파일럿 심볼 및 상기 제2 데이터 심볼을 분리하여 추출할 수 있다.
데이터 복원부(214)는 심볼 추출부(213)에서 추출된 파일럿 심볼을 기반으로 상기 데이터 심볼로부터 트래픽 데이터를 복원할 수 있다. 일 예로, 데이터 복원부(214)는 상기 파일럿 심볼을 기반으로 채널 임펄스 응답(impulse response)을 추정하여 시간 영역(time domain)에서 채널 계수를 산출하고, 상기 시간 영역의 채널 계수를 기반으로 주파수 영역(frequency domain)에서 채널 보상 계수를 산출할 수 있다. 그리고, 데이터 복원부(214)는 상기 데이터 심볼에 대해 FFT(fast fourier transform)를 수행하고, FFT 처리된 데이터 심볼에 상기 채널 보상 계수를 반영하여 채널의 영향을 제거할 수 있다. 이후, 데이터 복원부(214)는 상기 채널 보상 계수가 반영된 데이터 심볼에 대해 IFFT(inverse FFT)를 수행하여 시간 영역에서 채널 보상된 데이터 심볼을 생성하고, 이로부터 트래픽 데이터를 추출할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 SC-FDE 프레임의 구조를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 SC-FDE 프레임은 CP 구간(310), 제1 트래픽 데이터 구간(320), 파일럿 구간(330) 및 제2 트래픽 데이터 구간(330)을 포함한다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 SC-FDE 프레임은 파일럿 구간(330)에서 추정한 채널이 SC-FDE의 전체 구간을 대표할 수 있기 때문에 전송 심볼의 길이(또는 개수)를 줄이지 않고도 고속의 이동 환경에서도 보다 정확하게 채널을 추정 및 보상할 수 있다.
일 예로, FFT 512 샘플의 경우, CP로 32개의 심볼들, 파일럿으로 64개의 심볼들 및 트래픽 데이터로 448개의 심볼들이 사용될 수 있다. 이 경우, 제1 트래픽 데이터 구간(320) 및 제2 트래픽 데이터 구간(340)에는 각각 224개의 데이터 심볼들이 포함될 수 있으며, 필요에 따라 제1 트래픽 데이터 구간(320) 및 제2 트래픽 데이터 구간(340)에 포함되는 심볼들의 개수는 가변될 수 있다.
송신 장치는 제2 트래픽 데이터 구간(340)의 끝부분에 포함되는 32개의 심볼들을 복사하여 SC-FDE 프레임의 맨 앞쪽 1번째에서 32번째 기억장치에 저장할 수 있다. 여기서, 상기 기억장치는 전송 큐(transmission queue)를 포함할 수 있다.
또한, 송신 장치는 64개의 파일럿 심볼들을 생성하여 SC-FDE 프레임의 32+224+1번째에서 32+224+64번째 기억장치에 저장할 수 있다. 그리고, 데이터 심볼을 제1 데이터 심볼 및 제2 데이터 심볼로 나누어 제1 데이터 심볼은 SC-FDE 프레임의 32+1번째에서 32+224번째 기억장치에 저장하고, 제2 데이터 심볼은 SC-FDE 프레임의 마지막인 32+224+64+1번째에서 32+224+64+224번째 기억장치에 저장할 수 있다. 이와 같은 과정을 통해 기억장치에 저장된 심볼들은 순차적으로 출력되어 수신 장치로 전송될 수 있다.
도 4는 20km/H의 이동속도일 때 기존 SC-FDE 프레임 구조에서 채널 계수의 변화를 나타내는 도면이고, 도 5는 60km/H의 이동속도일 때 기존 SC-FDE 프레임 구조에서 채널 계수의 변화를 나타내는 도면이고, 도 6은 60km/H의 이동속도일 때 본 발명의 일 실시예에 따른 SC-FDE 프레임 구조가 채널 추정에 유리함을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 다중경로 성분의 평균 전력의 순서대로 채널 계수의 크기가 나타남을 확인할 수 있으며, 이동속도가 빠른 경우 다중경로 성분의 변화속도도 빠른 것을 확인할 수 있다. 특히 도 5의 경우, 2번째 다중경로 성분은 시간에 따라 빠르게 변하고 있으며 512 샘플 구간 내에서도 상당히 심한 변화가 발생하는 것을 확인할 수 있다. 이러한 경우에 SC-FDE 프레임의 앞쪽에 위치한 파일럿 구간(410, 520)을 이용하여 채널을 추정한다면 트래픽 데이터 구간(420, 520) 중 뒤쪽 구간에서는 실제 채널과 추정한 채널 사이에 상당한 차이가 발생할 수 있다. 그러나, 도 6에서와 같이 파일럿 구간(610)을 SC-FDE 프레임의 중간에 배치하여 채널을 추정한다면 파일럿 구간(610)과 트래픽 데이터 구간(620) 간의 시간차이가 줄어들기 때문에 보다 정확하게 채널을 추정할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 SC-FDE 프레임 구조를 사용하는 경우, FFT 크기를 줄이지 않고 성능을 유지할 수 있으며, 고속의 이동 환경에서도 전송효율을 높게 가져갈 수 있기 때문에 낮은 MCS를 사용할 수 있다.
도 7은 변조방식으로 8PSK를 사용할 때의 수신 성능을 나타내는 도면이고, 도 8은 변조방식으로 16QAM를 사용할 때의 수신 성능을 나타내는 도면이다.
도 7에는 변조방식이 8PSK이고, 이동속도가 60km/H인 경우 채널코드율 별 BER(bit error ratio) 성능이 도시되어 있고, 도 8에는 변조방식이 16QAM이고, 이동속도가 60km/H인 경우 채널코드율 별 BER 성능이 도시되어 있다. 도 7 및 도 8에서 굵은선은 본 발명의 일실시예에 따른 SC-FDE 프레임 구조를 적용한 경우를 나타내고, 가는선은 도 1에 도시된 것과 같은 기존의 SC-FDE 프레음 구조를 적용한 경우를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 채널코드율이 6/7인 경우 기존 프레임 구조에서는 BER 플로어(floor)가 발생하여 SNR(signal to noise ratio)가 아무리 높아져도 BER이 개선되지 않는 문제가 발생하나, 본 발명에 따른 프레임 구조를 적용하는 경우 SNR = 28 dB에서 BER = 10-7을 얻을 수 있음을 알 수 있다.
또한 도 8을 참조하면, 채널코드율이 2/3, 3/4, 6/7, 8/9인 경우 기존 프레임 구조에서는 BER 플로어가 발생하여 SNR가 아무리 높아져도 BER이 개선되지 않는 문제가 발생함을 확인할 수 있지만, 본 발명의 프레임 구조를 적용하는 경우 채널코드율 2/3, 3/4에서는 정상수신이 가능하고 6/7, 8/9에서만 BER 플로어가 발생하는 것을 확인할 수 있다. 이와 같은 결과는 본 발명에 따른 SC-FDE 프레임 구조를 사용하는 경우 고속의 이동환경에서 수신성능이 개선됨을 의미한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 반송파 기반 무선 통신 시스템에서의 송신 방법을 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 단일 반송파 기반 무선 통신 시스템에서의 송신 장치는 트래픽 데이터를 변조하여 데이터 심볼을 생성하고, 상기 데이터 심볼에 대한 파일럿 심볼을 생성할 수 있다(S900). 이를 위하여 일 예로, 송신 장치는 트래픽 데이터를 기 설정된 변조 방식에 따라 성상도 매핑하여 데이터 심볼 및/또는 파일럿 심볼을 생성할 수 있다. 여기서, 상기 변조 방식은 PSK, QAM 등을 포함할 수 있다.
한편, 송신 장치는 상기 데이터 심볼을 기반으로 CP를 생성할 수 있다(S910). 여기서, 상기 데이터 심볼은 두 개의 그룹으로 구분될 수 있다. 제1 그룹은 제1 데이터 심볼들을 포함할 수 있고, 제2 그룹은 제2 데이터 심볼을 포함할 수 있다. 상기 제1 그룹 내 제1 데이터 심볼들의 개수 및 상기 제2 그룹 내 제2 데이터 심볼들의 개수는 동일할 수 있다. 일 예로, 송신 장치는 상기 제2 그룹 내 제2 데이터 심볼들 중 뒷부분을 사용하여 CP를 생성할 수 있다. 상기 CP는 심볼 간 간섭을 방지하기 위하여 해당 SC-FDE 프레임의 맨 앞부분에 포함될 수 있다.
송신 장치는 상기 데이터 심볼, 상기 CP 및 상기 파일럿 심볼을 포함하는 SC-FDE 프레임을 구성하고(S920), 이를 수신 장치로 전송할 수 있다. 예를 들어, 송신 장치는 SC-FDE 프레임을 구성함에 있어서 상기 제1 데이터 심볼과 상기 제2 데이터 심볼 사이에 상기 파일럿 심볼을 배치할 수 있다. 즉, 송신 장치는 상기 CP, 상기 제1 데이터 심볼, 상기 파일럿 심볼, 상기 제2 데이터 심볼이 순차적으로 포함되도록 SC-FDE 프레임을 구성 또는 재구성할 수 있다. 따라서, 상기 파일럿 심볼은 상기 CP와 상기 제1 데이터 심볼이 전송된 이후 그리고 상기 제2 데이터 심볼의 전송 전에 전송될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 반송파 기반 무선 통신 시스템에서의 수신 방법을 나타내는 도면이다.
도 10을 참조하면, 수신 장치는 송신 장치로부터의 SC-FDE 프레이 수신되면(S100), 상기 SC-FDE 프레임에서 CP를 제거할 수 있다(S1010).
이후, 수신 장치는 CP가 제거된 SC-FDE 프레임으로부터 파일럿 심볼과 데이터 심볼을 추출할 수 있다(S1020). 여기서, 상기 데이터 심볼은 제1 데이터 심볼 및 제2 데이터 심볼을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 SC-FDE는 프레임은 상기 CP, 상기 제1 데이터 심볼, 상기 파일럿 심볼, 상기 제2 데이터 심볼을 순차적으로 포함할 수 있으며, 수신 장치는 CP가 제거된 SC-FDE 프레임으로부터 상기 제1 데이터 심볼, 상기 파일럿 심볼 및 상기 제2 데이터 심볼을 분리하여 추출할 수 있다.
수신 장치는 SC-FDE 프레임에서 추출된 파일럿 심볼을 기반으로 상기 데이터 심볼로부터 트래픽 데이터를 복원할 수 있다(S1030). 일 예로, 수신 장치는 상기 파일럿 심볼을 기반으로 시간 영역에서 채널 계수를 도출하고, 상기 시간 영역의 채널 계수를 기반으로 주파수 영역에서 채널 보상 계수를 도출할 수 있다. 그리고, 상기 데이터 심볼에 대해 FFT를 수행하고, FFT 처리된 데이터 심볼에 상기 채널 보상 계수를 반영하여 채널의 영향을 제거할 수 있다.
수신 장치는 상기 채널 보상 계수가 반영된 데이터 심볼에 대해 IFFT를 수행하여 시간 영역에서 채널 보상된 데이터 심볼을 생성하고, 이로부터 트래픽 데이터를 추출할 수 있다.
한편, 전술한 실시예에 따른 송신 장치 또는 수신 장치가 수행하는 수신 방법 또는 수신 방법에 포함된 각각의 단계는, 이러한 단계를 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하여 기록매체에 기록된 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수 있다.
또한, 전술한 실시예에 따른 송신 장치 또는 수신 장치가 수행하는 송신 방법 또는 수신 방법에 포함된 각각의 단계는, 이러한 단계를 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하는 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에서 구현될 수 있다.
본 발명에 첨부된 각 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 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 흐름도의 각 단계에서 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 기록매체에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 기록매체에 저장된 인스트럭션들은 흐름도의 각 단계에서 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 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 단계는 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 실시예들에서는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 품질에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
310: CP
320: 제1 트래픽 데이터
330: 파일럿
340: 제2 트래픽 데이터

Claims (20)

  1. 단일 반송파 기반 무선 통신 시스템의 송신 장치에 있어서,
    트래픽 데이터를 변조하여 제1데이터 심볼 및 제2데이터 심볼로 분할된 데이터 심볼을 생성하는 데이터 심볼 생성부;
    상기 제2데이터 심볼을 기반으로 CP(cyclic prefix)를 생성하는 CP 생성부;
    상기 데이터 심볼에 대한 파일럿(pilot) 심볼을 생성하도록 구성되는 파일럿 심볼 생성부; 및
    상기 CP, 상기 제1데이터 심볼, 상기 파일럿 심볼 및 상기 제2데이터 심볼이 순차적으로 포함되도록 SC-FDE(single carrier frequency domain equalizer) 프레임을 구성하여 수신 장치로 전송하는 전송부를 포함하고,
    상기 파일럿 심볼은, 상기 CP 및 상기 제1 데이터 심볼이 전송된 후 상기 제2 데이터 심볼의 전송 전에 전송되는 것을 특징으로 하는, 송신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 데이터 심볼의 개수 및 상기 제2 데이터 심볼의 개수는 동일한 것을 특징으로 하는, 송신 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 단일 반송파 기반 무선 통신 시스템에서 송신 장치의 송신 방법에 있어서,
    트래픽 데이터를 변조하여 제1데이터 심볼 및 제2데이터 심볼로 분할된 데이터 심볼을 생성하고, 상기 데이터 심볼에 대한 파일럿(pilot) 심볼을 생성하는 단계;
    상기 제2데이터 심볼을 기반으로 CP(cyclic prefix)를 생성하는 단계; 및
    상기 CP, 상기 제1데이터 심볼, 상기 파일럿 심볼 및 상기 제2데이터 심볼을 순차적으로 포함하는 SC-FDE(single carrier frequency domain equalizer) 프레임을 구성하여 수신 장치로 전송하는 단계를 포함하고,
    상기 파일럿 심볼은, 상기 CP 및 상기 제1 데이터 심볼이 전송된 후 상기 제2 데이터 심볼의 전송 전에 전송되는 것을 특징으로 하는, 송신 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 데이터 심볼의 개수 및 상기 제2 데이터 심볼의 개수는 동일한 것을 특징으로 하는, 송신 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 단일 반송파 기반 무선 통신 시스템의 수신 장치에 있어서,
    송신 장치로부터 SC-FDE(single carrier frequency domain equalizer) 프레임을 수신하는 수신부;
    상기 SC-FDE 프레임에서 CP(cyclic prefix)를 제거하는 CP 제거부;
    상기 CP가 제거된 SC-FDE 프레임으로부터 제1데이터 심볼, 파일럿(pilot) 심볼 및 제2데이터 심볼을 분리하여 추출하는 심볼 추출부; 및
    상기 파일럿 심볼을 기반으로 상기 제1데이터 심볼 및 상기 제2데이터 심볼로부터 트래픽 데이터를 복원하는 데이터 복원부를 포함하고,
    상기 파일럿 심볼은, 상기 CP 및 상기 제1 데이터 심볼이 수신된 후 상기 제2 데이터 심볼의 수신 전에 수신되는 것을 특징으로 하는 수신 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 데이터 심볼의 개수 및 상기 제2 데이터 심볼의 개수는 동일한 것을 특징으로 하는, 수신 장치.
  13. 삭제
  14. 제11항에 있어서,
    상기 SC-FDE는 프레임은,
    상기 CP, 상기 제1 데이터 심볼, 상기 파일럿 심볼, 상기 제2 데이터 심볼을 순차적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 수신 장치.
  15. 단일 반송파 기반 무선 통신 시스템에서 수신 장치의 수신 방법에 있어서,
    송신 장치로부터 SC-FDE(single carrier frequency domain equalizer) 프레임을 수신하는 단계;
    상기 SC-FDE 프레임에서 CP(cyclic prefix)를 제거하는 단계;
    상기 CP가 제거된 SC-FDE 프레임으로부터 제1데이터 심볼, 파일럿(pilot) 심볼 및 제2데이터 심볼을 분리하여 추출하는 단계; 및
    상기 파일럿 심볼을 기반으로 상기 제1데이터 심볼 및 상기 제2데이터 심볼로부터 트래픽 데이터를 복원하는 단계를 포함하고,
    상기 파일럿 심볼은, 상기 CP 및 상기 제1 데이터 심볼이 수신된 후 상기 제2 데이터 심볼의 수신 전에 수신되는 것을 특징으로 하는 수신 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 데이터 심볼의 개수 및 상기 제2 데이터 심볼의 개수는 동일한 것을 특징으로 하는, 수신 방법.
  17. 삭제
  18. 제15항에 있어서,
    상기 SC-FDE 프레임은,
    상기 CP, 상기 제1 데이터 심볼, 상기 파일럿 심볼, 상기 제2 데이터 심볼을 순차적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 수신 방법.
  19. 컴퓨터 판독 가능 기록매체에 저장되는 컴퓨터 프로그램으로서,
    상기 컴퓨터 프로그램은, 프로세서에 의해 실행되면,
    트래픽 데이터를 변조하여 제1데이터 심볼 및 제2데이터 심볼로 분할된 데이터 심볼을 생성하고, 상기 데이터 심볼에 대한 파일럿(pilot) 심볼을 생성하는 단계와,
    상기 제2데이터 심볼을 기반으로 CP(cyclic prefix)를 생성하는 단계와,
    상기 CP, 상기 제1데이터 심볼, 상기 파일럿 심볼 및 상기 제2데이터 심볼을 순차적으로 포함하는 SC-FDE(single carrier frequency domain equalizer) 프레임을 구성하여 수신 장치로 전송하는 단계를 포함하는 송신 방법을 상기 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하되,
    상기 파일럿 심볼은, 상기 CP 및 상기 제1 데이터 심볼이 전송된 후 상기 제2 데이터 심볼의 전송 전에 전송되는 것을 특징으로 하는, 컴퓨터 프로그램.
  20. 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 컴퓨터 판독 가능 기록매체로서,
    상기 컴퓨터 프로그램은, 프로세서에 의해 실행되면,
    트래픽 데이터를 변조하여 제1데이터 심볼 및 제2데이터 심볼로 분할된 데이터 심볼을 생성하고, 상기 데이터 심볼에 대한 파일럿(pilot) 심볼을 생성하는 단계와,
    상기 제2데이터 심볼을 기반으로 CP(cyclic prefix)를 생성하는 단계와,
    상기 CP, 상기 제1데이터 심볼, 상기 파일럿 심볼 및 상기 제2데이터 심볼을 순차적으로 포함하는 SC-FDE(single carrier frequency domain equalizer) 프레임을 구성하여 수신 장치로 전송하는 단계를 포함하는 송신 방법을 상기 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하되,
    상기 파일럿 심볼은, 상기 CP 및 상기 제1 데이터 심볼이 전송된 후 상기 제2 데이터 심볼의 전송 전에 전송되는 것을 특징으로 하는, 컴퓨터 판독 가능 기록매체.
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