KR20130045178A - 신호 송수신 방법 및 그 장치 - Google Patents

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권선형
김흥묵
허남호
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한국전자통신연구원
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Abstract

송신하고자 하는 제1 입력 신호 및 제2 입력 신호에 대하여 각각 심볼 매핑(mapping)을 토대로 한 변조를 수행한다. 그리고 변조된 제1 및 제2 입력 신호에 대하여 선택적으로 위상값을 조정한다. 선택적으로 위상 조정된 제1 입력 신호 및 제2 입력 신호에 대하여 각각 각변조를 수행한다. 그리고 각변조가 수행된 제1 및 제2 입력 신호를 송신한다.

Description

신호 송수신 방법 및 그 장치{Method and apparatus for transmitting/ receiving signal}
본 발명은 신호 송수신 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 방식은 간단한 등화기를 가지면서도 다중 경로 페이딩에 강한 특성을 지니고 있어, 근래 무선 통신에서 널리 사용되고 있는 전송 방식이다. 이러한, OFDM 방식은 무선 근거리 통신망(WLAN: wireless local area network), 무선 도시권 통신망 (WMAN: wireless metropolitan area network), 디지털 오디오 방송 (DAB: digital audio broadcasting), 디지털 비디오 방송 (DVB: digital video broadcasting) 등의 여러 무선 통신 시스템에서 채택되어 사용되고 있다.
그러나, OFDM 신호는 일반적으로 전송단에서 매우 높은 평균 전력 대 첨두전력비(PAPR: Peak-to-Average Power Ratio)를 가진다. 이러한 높은 PAPR은 OFDM 방식의 송신 장치가 전력 증폭기(PA: power amplifier)에 의해 야기되는 비선형 왜곡에 매우 민감하게 동작하도록 한다. 전력에 대한 충분한 백오프(backoff)를 주지 않으면, 시스템의 주파수 스펙트럼이 넓어지고 상호 주파수간 변조에 의한 왜곡이 발생하여 결과적으로 시스템 성능의 저하가 초래된다.
이에 따라, OFDM 변조 방식과 각(angle) 변조 방식과의 결합을 통해 PAPR을 0dB까지 낮출 수 있다. 이러한 변조방식을 CE-OFDM(Constant Envelope Orthogonal Frequency Division Multiplexing)이라 명명한다. CE-OFDM 방식은 다중 경로 페이딩에 강인한 OFDM 특징을 만족함과 동시에 진폭이 일정한 특징을 가진다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 CE-OFDM(Constant Envelope Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식을 사용하는 무선 통신 시스템에서 신호를 송수신하는 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 특징에 따른 송신 방법은, 송신하고자 하는 제1 입력 신호 및 제2 입력 신호에 대하여 각각 심볼 매핑(mapping)을 토대로 한 변조를 수행하는 단계; 상기 변조된 제2 입력 신호에 대한 위상값을 조정하는 단계; 상기 제1 입력 신호에 대하여 각변조를 수행하는 단계; 상기 위상값이 조정된 제2 입력 신호에 대하여 각변조를 수행하는 단계; 및 상기 각 변조가 수행된 제1 및 제2 입력 신호를 송신하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 변조를 수행하는 단계 다음에, 상기 변조된 제1 입력 신호 및 제2 입력 신호의 위상값들을 스케일링하여 설정 범위내에 위치하도록 하는 단계를 더 포함
한편, 상기 제2 입력 신호에 대한 위상값을 조정하는 단계는 상기 스케일링된 상기 제2 입력 신호에 대한 위상값을 조정하고, 상기 제1 입력 신호에 대하여 각변조를 수행하는 단계는 상기 스케일링된 상기 제1 입력 신호에 대한 각변조를 수행할 수 있다.
또한 상기 위치하도록 하는 단계는 제1 입력 신호 및 제2 입력 신호의 위상값들이 -π/4 보다 크고, π/4 보다 적도록, 상기 위상값들을 스케일링할 수 있다.
이외에도, 상기 송신 방법은, 상기 변조된 제1 입력 신호에 대한 위상값을 조정하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 제1 입력 신호에 대하여 각변조를 수행하는 단계는, 상기 위상값이 조정된 제1 입력 신호에 대하여 각변조를 수행할 수 있다.
여기서, 상기 제1 입력 신호에 대한 위상값을 조정하는 단계와 상기 제2 입력 신호에 대한 위상값을 조정하는 단계는, 상기 제1 입력 신호의 위상값과 상기 제2 입력 신호의 위상값의 위상 차가 설정값이 되도록 하는 위상 조정값들을 토대로, 해당 입력 신호에 대한 위상값을 조정할 수 있다.
이외에도, 상기 제1 입력 신호에 대하여 각변조를 수행하는 단계 및 상기 제2 입력 신호에 대하여 각변조를 수행하는 단계는, 해당 입력 신호에 대한 위상값을 cos(위상값) + j×sin(위상값)으로 변환하여 각변조를 수행할 수 있다.
한편 본 발명의 다른 특징에 따른 송신 장치는, 송신하고자 하는 제1 입력 신호에 대하여 심볼 매핑을 토대로 한 변조를 수행하고, 변조된 제1 입력 신호에 대하여 각변조를 수행하는 제1 송신 처리부; 송신하고자 하는 제2 입력 신호에 대하여 심볼 매핑을 토대로 한 변조를 수행하고, 변조된 제2 입력 신호의 위상을 조정한 다음에, 위상 조정된 제2 입력 신호에 대하여 각변조를 수행하는 제2 송신 처리부; 및 상기 각 변조가 수행된 제1 및 제2 입력 신호를 송신하는 송신부를 포함한다.
여기서, 상기 제1 송신 처리부는 상기 제1 입력 신호를 병렬 형태로 변환하는 신호 변환부; 상기 병렬 형태의 제1 입력 신호에 대하여 심볼 매핑을 수행하는 심볼 매핑부; 상기 심볼 매핑된 제1 입력 신호를 IFFT(inverse fast fourier transform)변환을 수행하는 IFFT 부; 상기 IFFT 변환된 제1 입력 신호에 대응하는 위상값들이 설정 범위에 위치하도록 스케일링하는 스케일링부; 및 상기 스케일링된 제1 입력 신호를 각변조 하는 각변조부를 포함할 수 있다.
또한 상기 제2 송신 처리부는 상기 제2 입력 신호를 병렬 형태로 변환하는 신호 변환부; 상기 병렬 형태의 제2 입력 신호에 대하여 심볼 매핑을 수행하는 심볼 매핑부; 상기 심볼 매핑된 제2 입력 신호를 IFFT 변환을 수행하는 IFFT 부; 상기 IFFT 변환된 제2 입력 신호에 대응하는 위상값들이 설정 범위에 위치하도록 스케일링하는 스케일링부; 상기 스케일링된 상기 제2 입력 신호에 대응하는 위상값들의 위상을 조정하는 위상 조정부; 상기 위상 조정된 제2 입력 신호를 각변조 하는 각변조부를 포함할 수 있다.
또한 상기 제1 송신 처리부는, 상기 스케일링된 상기 제1 입력 신호에 대응하는 위상값들의 위상을 조정하는 위상 조정부를 더 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 각변조부는 상기 위상 조정된 제2 입력 신호를 각변조 할 수 있다.
한편, 상기 제1 송신 처리부의 위상 조정부 및 상기 제2 송신 처리부의 위상 조정부는, 상기 제1 입력 신호의 위상값과 상기 제2 입력 신호의 위상값의 위상 차가 설정값이 되도록 하는 위상 조정값들을 토대로, 해당 입력 신호에 대한 위상값을 조정할 수 있다.
한편 상기 송신부는 상기 각 변조가 수행된 제1 입력 신호와 상기 각변조가 수행된 제2 입력 신호를 결합하여 전송 신호를 생성하는 신호 결합부; 상기 전송 신호를 증폭하는 신호 증폭부; 및 상기 전송 신호를 송신하는 송신 안테나를 포함할 수 있다.
또한 상기 송신부는 상기 각변조가 수행된 제1 입력 신호를 증폭하는 신호 증폭부; 상기 각변조가 수행된 제2 입력 신호를 증폭하는 신호 증폭부; 상기 증폭된 제1 입력 신호와 상기 제2 입력 신호를 결합하여 전송 신호를 생성하는 신호 결합부; 및 상기 전송 신호를 송신하는 송신 안테나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 송신부는 상기 각변조가 수행된 제1 입력 신호를 증폭하는 신호 증폭부; 상기 각변조가 수행된 제2 입력 신호를 증폭하는 신호 증폭부; 상기 증폭된 제1 입력 신호를 송신하는 송신 안테나; 및 상기 증폭된 제2 입력 신호를 송신하는 송신 안테나를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 수신 방법은, 송신 장치로부터 제1 입력 신호 및 제2 입력 신호가 각각 각변조되어 있는 수신 신호를 수신하는 단계; 상기 제1 입력 신호 및 제2 입력 신호가 각변조되기 전의 위상 값들인 위상 정보를 획득하는 단계; 상기 위상 정보를 토대로 상기 수신 신호를 상기 제1 입력 신호에 대응하는 제1 수신 신호와 상기 제2 입력 신호에 대응하는 제2 수신 신호로 분리하는 단계; 상기 제1 수신 신호를 복조하여 제1 입력 신호에 대응하는 데이터를 획득하는 단계; 및 상기 제2 수신 신호를 복조하여 제2 입력 신호에 대응하는 데이터를 획득하는 단계를 포함한다.
상기 위상 정보를 획득하는 단계는, 상기 제1 입력 신호와 상기 제2 입력 신호와의 위상 차이값을 토대로 상기 제1 입력 신호와 상기 제2 입력 신호의 차이를 산출하는 단계; 및 상기 제1 입력 신호와 상기 제2 입력 신호의 차이를 토대로 상기 제1 입력 신호 및 제2 입력 신호가 각변조되기 전의 위상 값들인 위상 정보를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
한편 상기 제1 입력 신호와 제2 입력 신호가 각각 위상 조정된 다음에 각변조되어 송신된 경우, 상기 위상 정보를 획득하는 단계는, 상기 제1 입력 신호와 상기 제2 입력 신호와의 위상 차이값을 토대로 상기 제1 입력 신호와 상기 제2 입력 신호의 차이를 산출하는 단계; 및 상기 제1 입력 신호와 상기 제2 입력 신호의 차이와, 상기 제1 입력 신호와 상기 제2 입력 신호의 합, 그리고 상기 제1 입력 신호와 제2 입력 신호의 위상 차이값이 설정값이 되도록 상기 제1 입력 신호 및 제2 입력 신호를 조정한 위상 조정값들을 토대로, 상기 제1 입력 신호 및 제2 입력 신호가 각변조되기 전의 위상 값들인 위상 정보를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
한편 상기 위상 정보를 획득하는 단계는, 상기 제1 입력 신호와 상기 제2 입력 신호를 구성하는 각각의 위성값들에 대한 통계적 특성을 토대로, 상기 제1 입력 신호 및 제2 입력 신호가 각변조되기 전의 위상 값들인 위상 정보를 획득할 수 있다.
또한 본 발명의 다른 특징에 따른 수신 장치는, 송신 장치로부터 제1 입력 신호 및 제2 입력 신호가 각각 각변조되어 있는 수신 신호를 수신하고, 상기 제1 입력 신호 및 제2 입력 신호가 각변조되기 전의 위상 값들인 위상 정보를 토대로, 상기 수신 신호를 상기 제1 입력 신호에 대응하는 제1 수신 신호와 상기 제2 입력 신호에 대응하는 제2 수신 신호로 분리하는 각 복조부; 상기 제1 수신 신호를 복조하여 제1 입력 신호에 대응하는 데이터를 획득하는 제1 수신 처리부; 및 상기 제2 수신 신호를 복조하여 제2 입력 신호에 대응하는 데이터를 획득하는 제2 수신 처리부를 포함한다.
상기 각 복조부는 상기 제1 입력 신호와 상기 제2 입력 신호와의 위상 차이값을 토대로 상기 제1 입력 신호와 상기 제2 입력 신호의 차이를 토대로 상기 제1 입력 신호 및 제2 입력 신호가 각변조되기 전의 위상 값들인 위상 정보를 획득할 수 있다.
한편 상기 제1 입력 신호와 제2 입력 신호가 각각 위상 조정된 다음에 각변조되어 송신된 경우, 상기 각 복조부는 상기 제1 입력 신호와 상기 제2 입력 신호와의 위상 차이값을 토대로 상기 제1 입력 신호와 상기 제2 입력 신호의 차이, 상기 제1 입력 신호와 상기 제2 입력 신호의 합, 그리고 상기 제1 입력 신호와 제2 입력 신호의 위상 차이값이 설정값이 되도록 상기 제1 입력 신호 및 제2 입력 신호를 조정한 위상 조정값들을 토대로, 상기 제1 입력 신호 및 제2 입력 신호가 각변조되기 전의 위상 값들인 위상 정보를 획득할 수 있다.
한편 상기 제1 수신 처리부 및 제2 수신 처리부는 입력되는 신호에 대하여 송신측에서 적용한 변조 지수를 적용하여 위상을 스케일링하는 스케일링부; 상기 스케일링된 신호를 병렬 형태로 변환하는 신호 변환부; 상기 병렬 형태의 신호에 대하여 FFT 변환을 수행하는 FFT 부; 및 상기 FFT 변환된 신호에 대하여 신호 디매핑(demapping)을 수행하여 복조하여 대응하는 데이터를 획득하는 신호 디매핑부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, OFDM 변조 방식과 각변조 방식을 결합하여 신호를 송수신하면서, 입력 데이터들에 대하여 위상 조정을 수행하여 송신함으로써, 수신측에서 신호 분리가 용이하게 이루어질 수 있다.
또한 신호 분리가 용이하게 이루어질 수 있으므로, 전송되는 데이터 전송량을 보다 증가시킬 수 있다.
또한 OFDM 변조 방식을 통하여 멀티패스에 강인한 특성을 가지는 신호 송수신이 이루어지며, 또한 OFDM 변조 방식과 각변조 방식과의 결합을 통해 PAPR을 0dB까지 낮춤과 동시에 데이터 전송속도를 개선시킬 수 있다.
또한 서로 다른 2개의 송신 신호를 1개의 수신 안테나를 사용으로 신호를 분리가 가능함으로써, 전송 용량을 개선할 수 있으며, 수신 장치의 설계 및 제작이 용이하다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 CE-OFDM(Constant Envelope Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 통신 시스템에서 송신 장치의 구조를 나타낸 도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 송신 장치의 다른 구조를 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 송신 방법의 흐름도이다.
도 5는 송신하고자 하는 심볼 신호의 배치를 나타낸 도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 CE-OFDM 통신 시스템에서 수신 장치의 구조를 나타낸 도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 수신 방법의 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 입력 데이터의 가우시안 분포 특성을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 위상값 cos(Sθ1(tk)) 및 cos(Sθ2(tk))의 특성을 나타낸 그래프이며, 도 10은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 위상값 sin(Sθ1(tk)) 및 sin(Sθ2(tk))의 특성을 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 제2 실 시 예에 따른 송신 장치의 구조를 나타낸 도이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 송신 장치의 다른 구조를 나타낸 도이다.
도 14는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 송신 방법의 흐름도이다.
도 15 및 도 16은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 위상 조정된 신호들을 나타낸 그래프이다.
도 17은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 수신 방법의 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 신호 송수신 방법 및 그 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 CE-OFDM(Constant Envelope Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 통신 시스템에서 송신 장치의 구조를 나타낸 도이다.
첨부한 도 1에서와 같이, 송신 장치(1)는 제1 송신 처리부(11), 제2 송신 처리부(12), 신호 결합부(13), 신호 증폭부(14) 그리고 송신 안테나(15)를 포함한다.
제1 송신 처리부(11)는 입력되는 데이터를 병렬 데이터로 변환하는 S/P(Serial-to-Parallel) 변환부(110), 병렬 데이터에 대하여 심볼을 매핑하여 심볼 신호를 생성하는 심볼 매핑부(111), 심볼 신호를 IFFT(inverse fast fourier transform) 변환하는 IFFT부(112), 그리고 IFFT 변환된 신호를 직렬 형태의 신호로 변환하는 P/S(Parallel-to-Serial) 변환부(113), 직렬 형태의 신호를 스케일링(scaling)하는 스케일링부(114), 스케일링된 신호를 각(angle) 변조하는 각변조부(115)를 포함한다.
제2 송신 처리부(12)도 입력되는 데이터를 병렬 데이터로 변환하는 S/P 변환부(120), 심볼 신호를 생성하는 심볼 매핑부(121), 심볼 신호를 IFFT(inverse fast fourier transform) 변환하는 IFFT부(122), P/S 변환부(123), 스케일링부(124)를 포함하며, 스케일링된 신호에 대한 위상을 조정하는 위상 조정부(125), 그리고 위상 조정된 신호를 각(angle) 변조하는 각변조부(126)를 포함한다.
여기서, S/P 변환부(110,120), 심볼 매핑부(111, 121), IFFT부(112,122), P/S 변환부(113, 123)를 "OFDM 변조기(modulator)"라고 명명할 수 있다. 그리고 신호 결합부(13), 신호 증폭부(14) 그리고 송신 안테나(15)를 포함하여 "송신부"라고 명명할 수 있다.
이와 같이 송신 장치(1)는 OFDM 변조와 각변조가 결합된 구조로 이루어진다.
한편, 본 발명의 제1 실시 예에서, 송신 장치(1)는 다양한 형태로 변형이 가능하다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 송신 장치의 다른 구조를 나타낸 도이다.
본 발명의 제1 실시 예에 다른 송신 장치(1)는 두 개의 신호 증폭부를 사용할 수 있다. 즉, 첨부한 도 2에서와 같이, 제1 송신 처리부(11)의 출력단에 제1 신호 증폭부(14a)가 연결되고, 제2 송신 처리부(12)의 출력단에 제2 신호 증폭부(14b)가 연결되며, 제1 신호 증폭부(14a)와 제2 신호 증폭부(14b)의 출력단에 신호 결합부(13)가 연결될 수 있다. 이 경우, 제1 신호 증폭부(14a)는 제1 송신 처리부(11)에서 처리되어 출력되는 신호를 증폭하여 출력하고, 제2 신호 증폭부(14b)는 제2 송신 처리부(12)에서 처리되어 출력되는 신호를 증폭하여 출력하며, 신호 결합부(13)는 두 신호 증폭부(14a, 14b)에서 출력되는 신호를 결합하여 송신 안테나(15)를 통하여 전송한다.
또한 본 발명의 제1 실시 예에 따른 송신 장치(1)는 신호 결합부를 사용하지 않고, 서로 독립된 두 개의 송신 안테나를 통하여 각각의 신호들을 전송할 수 있다.
즉, 도 3에 도시되어 있듯이, 송신 장치(1)는 도 2에 도시된 구조를 기반으로 하면서 두 개의 송신 안테나(15a, 15b)를 포함하는 형태로 구현될 수 있으며, 이 경우, 신호 결합부(13)는 사용되지 않는다. 따라서, 제1 신호 증폭부(14a)에서 출력되는 신호는 송신 안테나(15a)를 통하여 전송되고, 제2 신호 증폭부(14b)에서 출력되는 신호는 송신 안테나(15b)를 통하여 전송된다.
다음에는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 송신 방법에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 송신 방법의 흐름도이며, 도 5는 송신하고자 하는 심볼 신호의 배치를 나타낸 도이다.
비트 형태의 데이터가 시리얼(serial)로 입력되면, 입력되는 데이터는 제1 송신 처리부(11) 및 제2 송신 처리부(12)를 통하여 전송가능한 신호로 처리된다. 즉, 입력 데이터 #1(제1 입력 신호라고 명명될 수 있음)와 입력 데이터 #2(제2 입력 신호라고 명명될 수 있음)는 각각 S/P 변환과, QPSK(quadrature phase shift keying), 16QAM(quadrature amplitude modulation), 64QAM 등의 심볼 맵핑을 거쳐 IFFT 변환된 다음에 스케일링되며, 입력 데이터 #2는 위상값이 조정된다. 이후 이들 데이터들에 해당하는 신호들이 각 변조된 다음에 결합되어 전송 신호로 처리되며, 전송 신호는 증폭된 다음에 반송 주파수와 곱해져서 하나의 송신 안테나를 통하여 송출된다.
이러한 송신 방법을 보다 구체적으로 설명하면, 도 4에서와 같이, 입력 데이터 #1은 S/P(Serial-to-Parallel) 변환부(110)를 통하여 병렬 형태로 변환되어 심볼 매핑부(111)로 입력된다. 또한 입력 데이터 #2도 S/P 변환부(120)를 통하여 병렬 형태로 변환되어 심볼 매핑부(121)로 입력된다. 심볼 매핑부(111, 121)는 QPSK, 16QAM, 64QAM 등의 방식을 사용하여 변조를 수행하여 심볼 신호를 생성한다(S100). 이때, 심볼 신호의 위치는 도 5와 같다. 도 5에서, X(k)는 k번째 심볼 맵핑된 신호이고, X(0) = 0이다. IFFT부(112)는 심볼 신호를 IFFT 변환하여 시간 영역의 신호로 출력한다.
심볼 매핑부(111, 121)의 출력 신호는 복소수 신호가 아닌 실수만을 가지는 신호가 된다. 만약 켤레(conjugate) 신호에 마이너스(-)부호를 붙이고 IFFT 변환을 수행하면, 켤레 신호는 허수 부분만을 가지는 신호가 된다.
예를 들어, IFFT 크기가 128이고, OFDM 변조 방식이 16QAM이고, 심볼 매핑부(111)의 출력 신호가 "1+j, 3+3×j, -1-j, …, "라고 가정한다. 심볼 매핑부(111)를 출력 신호에서 실수 값만 가지도록 하기 위하여, 도 5와 같은 구조에서 심볼 배치를 아래와 같이 할 수 있다.
Figure pat00001
위의 수학식 1과 같이 배치되는 심볼 신호가 IFFT부(112, 122)로 입력되며, 심볼 신호가 시간축을 통하여 전송되도록 IFFT 변환되고, P/S 변환부(113, 123)를 통하여 직렬 형태의 신호로 변환된 다음에 스케일링부(114, 124)로 입력된다(S110). 스케일링부(114, 124)는 입력되는 신호의 값이 설정 범위내에 위치하도록 스케일링하여 출력한다.
입력 데이터 #1에 대한 IFFT부(112)의 출력 신호를 X1 , t1, X1 , t2, …, X1 , tn이라고 하고, 입력 데이터 #2의 IFFT부(122)의 출력 신호를 X2 , t1, X2 , t2, …, X2 , tn이라고 가정하자. 여기서 IFFT부(112, 122)의 출력 신호는 각 변조를 하기 위한 위상 값이 된다. 따라서, 입력 데이터 #1 의 IFFT 출력 신호 즉, 위상 값을 θ1(t), 입력 데이터 #2 의 IFFT 출력신호 즉 위상 값을 θ2(t)라 표시한다. 그리고 입력 데이터 #1의 IFFT 출력 신호를 구성하는 개별적 위상 값들은 θ1(t1), θ1(t2), θ1(t3), θ1(t4),…, θ1(tn)로 나타내고, 입력 데이터 #2의 IFFT 출력신호를 구성하는 개별적 위상 값들은 θ2(t1), θ2(t2), θ2(t3), θ2(t4),…, θ2(tn)로 나타낼 수 있으며, n은 IFFT 크기를 나타낸다.
스케일리부(114, 124)는 각 위상 값들이 제1 설정 범위내에 위치하도록 위상값들을 스케일링한다(S120).
구체적으로, 입력 데이터 #1에 대한 위상값들 θ1(t1), θ1(t2), θ1(t3), θ1(t4),…, θ1(tn) 및 입력 데이터 #2에 대한 위상값들 θ2(t1), θ2(t2), θ2(t3), θ2(t4),…, θ2(tn)이 제1 설정 범위 즉, -π/4보다 크고, π/4 보다 적은 범위 내에 위치하도록 스케일링 한다.
본 발명의 실시 예에서는 입력 데이터 #1에 대한, 스케일링된 위상값을 Sθ1(t1), Sθ1(t2), Sθ1(t3), Sθ1(t4),…, Sθ1(tn)로 나타내고, 입력 데이터 #2에 대한, 스케일링된 위상 값을 Sθ2(t1), Sθ2(t2), Sθ2(t3), Sθ2(t4),…, Sθ2(tn)로 나타낸다. 여기서 스케일링된 값을 각 변조지수(m)라 명명한다.
한편, 스케일링부(114)로부터 출력된 입력 데이터 #1에 대한 스케일링된 위상값들은 각 변조부(115)로 입력되며, 스케일링부(124)로부터 출력된 입력 데이터 #2에 대한 스케일링된 위상값들은 위상 조정부(125)로 입력된다.
위상 조정부(125)는 수신측에서 입력 데이터 #1와 입력 데이터 #2를 분리할 수 있도록, 입력 데이터 #2에 대하여 위상 조정을 수행한다(S130). 즉, 입력 데이터 #2에 대한, 스케일링된 위상값들을 하기의 수학식 2와 같이 조정하여, 입력 데이터 #1에 대한 스케일링된 위상 값들과의 위상 차가 설정값 즉, π/2이 되도록 한다.
Figure pat00002
여기서, 위상 조정값 a=±1, b=±1이며, a, b값을 임의로 각 1개씩 선택할 수 있다. 입력 데이터 #2에 대한, 스케일링된 위상 값들을 위상 조정한 값들을 Cθ2(t1), Cθ2(t2), Cθ2(t3), Cθ2(t4),…, Cθ2(tn)로 나타낼 수 있다.
한편 각 변조부(115, 126)는 입력되는 신호들에 대하여 각변조를 수행하며, 입력되는 각 개별 위상값들을 다음 수학식 3과 같이 변환한다.
Figure pat00003
각 변조부(115)는 스케일링부(114)로부터 출력되는 입력 데이터 #1에 대한 스케일링된 위상값들을 토대로, cos(Sθ(t1), Sθ(t2), …, Sθ(tn)), sin(Sθ(t1), Sθ(t2), …, Sθ(tn))를 획득하며(S140), 이들을 보다 간결하게 표현하기 위하여 다음과 같은 행렬로 나타낼 수 있다.
Figure pat00004
이러한 행렬을 토대로 입력 데이터 #1에 대한 스케일링된 위상값을 수학식 3을 토대로 변환하여 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00005
한편, 수학식 5를 다음 수학식 6과 같이 일반화할 수 있다.
Figure pat00006
여기서, c=±1, d=±1이며, c, d 값을 임의로 각 1개씩 선택할 수 있다.
한편, 각 변조부(126)는 위상 조정부(125)로부터 출력되는 입력 데이터 #2에 대한 스케일링되고 위상 조정된 위상값들에 대하여 각변조를 수행한다. 즉, 수학식 3을 토대로 입력 데이터 #2에 대한 스케일링되고 위상 조정된 위상값들을 변환하여 다음 수학식 7과 같은 값들을 획득한다.
Figure pat00007
위의 수학식 7과 같이 표시되는 입력 데이터 #2에 대한 각변조된 위상값들을 위상 조정값 a, b를 고려하여 하기와 같이 다양하게 나타낼 수 있다.
먼저, a=1, b=1인 경우, 입력 데이터 #2에 대한 각변조된 위상값들은 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00008
또한, a=1, b=-1인 경우, 입력 데이터 #2에 대한 각변조된 위상값들은 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00009
또한, a=-1, b=1인 경우, 입력 데이터 #2에 대한 각변조된 위상값들은 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00010
또한, a=-1, b=-1인 경우, 입력 데이터 #2에 대한 각변조된 위상값들은 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00011
위에 기술된 바와 같이 각 변조부(115, 126)를 통하여 각변조되어 출력되는 신호들은 신호 결합부(13)로 입력된다. 신호 결합부(13)는 각변조부(115)에서 출력되는 신호 즉, 입력 데이터 #1에 대한 각변조된 위상값들과, 각변조부(126)를 통하여 출력되는 신호 즉, 입력 데이터 #2에 대한 각변조된 위상값들을 결합하여 전송 신호로 출력한다(S160).
이 경우, 위의 수학식 6에 해당하는 신호와, 위의 수학식 7~수학식 11 중 하나에 해당하는 신호가 결합되어 전송 신호로 출력된다. 다음 표 1은 신호가 결합되는 경우들을 나타낸다.
Figure pat00012
Figure pat00013
위의 수학식 6에 해당하는 신호와, 위의 수학식 7~수학식 11 중 하나에 해당하는 신호들이 표 1에 나타낸 바와 같은 다수의 경우 중 하나와 같이 결합되어 전송 신호로 출력된다. 전송 신호는 신호 증폭부(14)를 통하여 증폭된 다음에 안테나(15)를 통하여 전송된다(S170).
여기서 송신 장치(1)가 도 2에서와 같이, 두 개의 신호 증폭부를 포함하는 경우에는, 위의 수학식 6에 해당하는 신호와, 위의 수학식 7~수학식 11 중 하나에 해당하는 신호가 각각 증폭된 다음에 결합된 후 송신 안테나(15)를 통하여 전송될 수 있다. 또한 송신 장치(1)가 도 3에서와 같이, 두개의 송신 안테나를 포함하는 경우에는, 위의 수학식 6에 해당하는 신호와, 위의 수학식 7~수학식 11 중 하나에 해당하는 신호가 각각 증폭된 다음에 각각의 송신 안테나를 통하여 각각 전송될 수 있다.
다음에는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 수신 장치 및 수신 방법에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 CE-OFDM 통신 시스템에서 수신 장치의 구조를 나타낸 도이다.
첨부한 도 6에서와 같이, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 수신 장치(2)는 수신 안테나(21), 각복조부(22), 제1 수신 처리부(23), 제2 수신 처리부(24)를 포함한다.
수신 안테나(21)는 송신 장치(1)로부터 전송되는 신호를 수신하며, 각복조부(22)는 수신 신호로부터 제1 수신 신호와 제2 수신 신호를 분리하여 출력한다.
제1 수신 처리부(23)는 각복조부(22)로부터 입력되는 제1 수신 신호를 스케일링하여 출력하는 스케일링부(231), 스케일링된 제1 수신 신호를 병렬 형태로 출력하는 S/P 변환부(232), 병렬 형태의 제1 수신 신호를 FFT 변환하여 주파수 영역의 신호로 출력하는 FFT부(233), FFT 변환된 제1 수신 신호를 복조하여 출력하는 신호 디매핑(demapping)부(234), 그리고 복조되어 출력되는 신호를 시리얼 형태로 변환하여 원래의 정보인 입력 데이터 #1를 출력하는 P/S 변환부(235)를 포함한다.
제2 수신 처리부(24)도 각복조부(22)로부터 입력되는 제2 수신 신호를 스케일링하여 출력하는 스케일링부(241), 스케일링된 제2 수신 신호를 병렬 형태로 출력하는 S/P 변환부(242), 병렬 형태의 제2 수신 신호를 FFT 변환하여 주파수 영역의 신호로 출력하는 FFT부(243), FFT 변환된 제2 수신 신호를 복조하여 출력하는 신호 디매핑부(244), 그리고 복조되어 출력되는 신호를 시리얼 형태로 변환하여 원래의 정보인 입력 데이터 #2를 출력하는 P/S 변환부(245)를 포함한다.
여기서, S/P 변환부(232, 242), 신호 디매핑부(233, 243), FFT부(234, 244), P/S 변환부(235, 245)를 "OFDM 복조기(demodulator)"라고 명명할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 수신 방법의 흐름도이다.
수신 장치(2)는 송신 장치(1)로부터 전송된 신호를 수신하며, 수신된 신호는 입력 데이터 #1과 입력 데이터 #2가 각각 각변조된 신호가 더해진 신호이다(S200). 수신 신호로부터 입력 데이터 #1에 대응하는 제1 수신 신호와 입력 데이터 #2에 대응하는 제2 수신 신호를 분리한다(S210).
본 발명의 실시 예에서는 다음과 같이, 송신 장치에서의 각변조 전 위상값들인 위상정보를 토대로 수신 신호로부터 제1 수신 신호와 제2 수신 신호를 분리한다.
만약 수신 장치(2)에서 입력 데이터 #1과 입력 데이터 #2가 각각 각변조된 신호들에 대하여 서로를 감산한 신호를 알 수 있으면, 수신 신호로부터 각변조된 신호들을 분리해 낼 수 있다.
수식적 표현을 간결하기 위하여, 송신 장치(1)에서 입력 데이터 #1에 대하여 각변조한 후의 신호를 P(위의 수학식 6 참조)라 하고, 입력 데이터 #2에 대하여 각 변조한 후의 신호를 M(위의 수학식 8~수학식 11 참조)라 하면, 송신 장치(1)에서 전송된 신호를 P+M 신호로 나타낼 수 있다.
여기서 P-M 신호의 절대값을 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00014
그리고 두 신호의 위상 차이값 즉, ∠(P-M)-∠(P+M)은 다음 표 2와 같다.
위의 수학식 12와 표 2를 이용하면, P-M을 구할 수 있다. 여기서, a, b, c, d는 송신 장치(1)의 각 변조부(115, 126)에서 선택된 값들을 나타낸다. 입력 데이터 #1에 대한 송신 장치에서의 각변조 전 위상값들인 위상정보(Sθ1(t1), Sθ1(t2), Sθ1(t3), Sθ1(t4),…, Sθ1(tn))는 P+M 과 P-M을 더하고 그 값을 2로 나눈 값(
Figure pat00016
)에 c, d를 적용하면 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00017
또한 입력 데이터 #2에 대한 송신 장치에서의 각변조 전 위상값들인 위상 정보(Sθ2(t1), Sθ2(t2), Sθ2(t3), Sθ2(t4),…, Sθ2(tn))는, P+M에서 P-M를 빼고 그 값을 2로 나눈 값 (
Figure pat00018
)에 a, b를 적용하면, 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00019
수신 신호에 대한 송신 장치에서의 각변조 전 위상 정보를 이용하여, 수신 신호로부터 입력 데이터 #1에 대응하는 제1 수신 신호와 입력 데이터 #2에 대응하는 제2 수신 신호를 분리할 수 있다.
한편 위에 기술된 방법과는 달리, 수신 신호로부터 제1 수신 신호와 제2 수신 신호를 분리할 수 있다.
구체적으로, 송신 장치(1)에서 전송한 입력 데이터 #1의 k번째 개별 위상값(Sθ1(tk)) 및 입력 데이터 #2의 k번째 개별 위상값(Sθ2(tk))을 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00020
Sθ1(tk)과 Sθ2(tk)는 통계적 특성을 가지는데, 도 8과 같은 가우시안 분포 특성을 가진다. 도 8은 입력 데이터의 가우시안 분포 특성을 나타낸 그래프이며, 특히 도 8의 (A)는 입력 데이터 #1의 k번째 개별 위상값(Sθ1(tk))의 가우시간 분포 특성을 나타낸 그래프이고, 도 8의 (B)는 입력 데이터 #2의 k번째 개별 위상값(Sθ2(tk))의 가우시안 분포 특성을 나타낸 그래프이다. 또한 도 9는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 위상값 cos(Sθ1(tk)) 및 cos(Sθ2(tk))의 특성을 나타낸 그래프이며, 도 10은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 위상값 sin(Sθ1(tk)) 및 sin(Sθ2(tk))의 특성을 나타낸 그래프이다.
또한 위의 수학식 15에서, sin(Sθ1(tk)) 및 sin(Sθ2(tk))는 도 10에 도시된 바와 같이, Sθ1(tk)과 Sθ2(tk)와 유사하게 가우시안 분포를 가진다. cos(Sθ1(tk)) 및 cos(Sθ2(tk))는 도 9에서와 같이, 1 근처에 값이 몰려 있는 특성을 가진다. 즉, sin(Sθ1(tk)) 및 sin(Sθ2(tk))에 비해 cos(Sθ1(tk)) 및 cos(Sθ2(tk))의 변동폭이 매우 작다.
이러한 특성을 이용하여,
Figure pat00021
_이고
Figure pat00022
와 같이 근사화 할 수 있다. 또한, 도 8 내지 도 10에 도시된 분포 특성을 이용하여, θ1과 θ2는 0에 가깝다고 가정하면, 다음과 같은 관계식을 얻을 수 있다.
Figure pat00023
이러한 통계적 특성을 이용하면, 수신 신호에서 입력 데이터 #1의 k번째 개별 위상값 Sθ1(tk)와 입력 데이터 #2의 k번째 개별 위상값 Sθ2(tk)를 다음과 같이 분리해 낼 수 있다.
Figure pat00024
여기서,
Figure pat00025
가 만족된다. a, b, c, d는 송신 장치의 각변조부(115, 126)에서 선택된 값들을 나타낸다.
위의 수학식 17을 이용하여, 최종적으로 Sθ1(tk)과 Sθ2(tk)를 다음과 같이 구할 수 있다.
Figure pat00026
수신 신호에서 입력 데이터 #1에 대응하는 제1 수신 신호 (Sθ1(tk))와 입력 데이터 #2에 대응하는 제2 수신 신호(Sθ2(tk))를 분리한다.
위에 기술된 바와 같은 방법들을 통하여, 각복조부(22)는 수신 신호로부터 제1 수신 신호와 제2 수신 신호를 분리하여 출력하며, 제1 수신 신호는 제1 수신 처리부(23)로 입력되고, 제2 수신 신호는 제2 수신 처리부(24)로 입력된다.
각 수신 처리부(23, 24)로 입력된 제1 수신 신호 및 제2 수신 신호는, 먼저 스케일링부(231, 241)에 의하여 위상 조정된다. 구체적으로 스케일링부(231, 241)는 입력되는 신호에 대하여 각각 송신 장치(1)에서 적용한 변조 지수(m)을 적용한다. 즉, 각복조부(21)에서 산출된 입력 데이터 #1에 대응하는 위상 추정치인 제1 수신 신호를 변조 지수(m)로 나누고, 각복조부(21)에서 산출된 입력 데이터 #2에 대응하는 위상 추정치인 제2 수신 신호를 변조 지수(m)로 나눈다.
이후 스케링일 처리가 이루어진 제1 및 제2 수신 신호는 FFT 변환을 위하여 S/P 변환부(232, 242)에 의하여 병렬 형태로 변환되며(S220), FFT부(232,242)는 병렬 변환된 신호들에 대하여 FFT 변환을 수행하여 주파수 영역의 신호로 변환한다(S230).
이후, 신호 디매핑부(233, 243)는 FFT 변환된 주파수 영역의 신호에 대하여 신호 디매핑을 수행하여 송신 심볼을 복원한다(S240). P/S 변환부(234, 244)는 복원된 송신 심볼을 시리얼 형태로 변환하여 원래 정보인 입력 데이터 #1과 입력 데이터 #2를 획득한다(S250).
다음에는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 신호 송수신 방법 및 그 장치에 대하여 설명한다.
도 11은 본 발명의 제2 실 시 예에 따른 송신 장치(1')의 구조를 나타낸 도이다.
첨부한 도 11에서와 같이, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 송신 장치(1')는 제1 송신 처리부(11'), 제2 송신 처리부(12), 신호 결합부(13), 신호 증폭부(14) 그리고 송신 안테나(15)를 포함한다.
제1 송신 처리부(11')는 제1 실시 예와 같이, S/P 변환부(110), 심볼 매핑부(111), IFFT부(112), P/S 변환부(113), 스케일링부(114), 각변조부(115)를 포함한다. 그러나, 제1 실시 예와는 달리, 제2 실시 예에 따른 제1 송신 처리부(11')는 스케일링부(114)와 각변조부(115) 사이에 위상 조정부(116)를 더 포함한다.
위상 조정부(116)는 스케일리부(114)에 의하여 스케일링되어 출력되는 신호에 대하여 위상 조정을 수행하며, 이에 대해서는 추후에 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
제2 송신 처리부(12)는 제1 실시 예와 같이, S/P 변환부(120), 심볼 매핑부(121), IFFT 부(122), P/S 변환부(123), 스케일링부(124), 위상 조정부(125), 그리고 각변조부(126)를 포함한다.
한편, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 송신 장치(1')도 다양한 형태로 변형이 가능하다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 송신 장치의 다른 구조를 나타낸 도이다.
본 발명의 제2 실시 예에 다른 송신 장치(1')는 두 개의 신호 증폭부를 사용할 수 있다. 즉, 첨부한 도 12에서와 같이, 제1 송신 처리부(11)의 출력단에 제1 신호 증폭부(14a)가 연결되고, 제2 송신 처리부(12)의 출력단에 제2 신호 증폭부(14b)가 연결되며, 제1 신호 증폭부(14a)와 제2 신호 증폭부(14b)의 출력단에 신호 결합부(13)가 연결될 수 있다. 이 경우, 제1 신호 증폭부(14a)는 제1 송신 처리부(11)에서 처리되어 출력되는 신호를 증폭하여 출력하고, 제2 신호 증폭부(14b)는 제2 송신 처리부(12)에서 처리되어 출력되는 신호를 증폭하여 출력하며, 신호 결합부(13)는 두 신호 증폭부(14a, 14b)에서 출력되는 신호를 결합하여 송신 안테나(15)를 통하여 전송한다.
또한 본 발명의 제2 실시 예에 따른 송신 장치(1')는 신호 결합부를 사용하지 않고, 서로 독립된 두 개의 송신 안테나를 통하여 각각의 신호들을 전송할 수 있다.
즉, 도 13에 도시되어 있듯이, 송신 장치(1')는 도 12에 도시된 구조를 기반으로 하면서 두 개의 송신 안테나(15a, 15b)를 포함하는 형태로 구현될 수 있으며, 이 경우, 신호 결합부(13)는 사용되지 않는다. 따라서, 제1 신호 증폭부(14a)에서 출력되는 신호는 송신 안테나(15a)를 통하여 전송되고, 제2 신호 증폭부(14b)에서 출력되는 신호는 송신 안테나(15b)를 통하여 전송된다.
다음에는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 송신 방법에 대하여 설명한다.
도 14는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 송신 방법의 흐름도이다.
비트 형태의 데이터가 시리얼로 입력되면, 입력되는 데이터는 제1 송신 처리부(11) 및 제2 송신 처리부(12)를 통하여 전송가능한 신호로 처리된다. 즉, 입력 데이터 #1와 입력 데이터 #2는 각각 S/P 변환과, QPSK(quadrature phase shift keying), 16QAM(quadrature amplitude modulation), 64QAM 등의 심볼 맵핑을 거쳐 IFFT 변환된 다음에 스케일링되며 각각 위상값이 조정된다. 이후 이들 데이터들에 해당하는 신호들이 각 변조된 다음에 결합되어 전송 신호로 처리되며, 전송 신호는 증폭된 다음에 반송 주파수와 곱해져서 하나의 송신 안테나를 통하여 송출된다.
이러한 송신 방법을 보다 구체적으로 설명하면, 도 14에서와 같이, 입력 데이터 #1은 S/P 변환부(110)를 통하여 병렬 형태로 변환되어 심볼 매핑부(111)로 입력된다. 또한 입력 데이터 #2도 S/P 변환부(120)를 통하여 병렬 형태로 변환되어 심볼 매핑부(121)로 입력된다. 심볼 매핑부(111, 121)는 QPSK, 16QAM, 64QAM 등의 방식을 사용하여 변조를 수행하여 심볼 신호를 생성한다(S300). 이때, 심볼 신호의 위치는 도 5와 같다.
심볼 매핑부(111, 121)의 출력 신호는 복소수 신호가 아닌 실수만을 가지는 신호가 된다. 만약 켤레(conjugate) 신호에 마이너스(-)부호를 붙이고 IFFT 변환을 수행하면, 켤레 신호는 허수 부분만을 가지는 신호가 된다.
예를 들어, IFFT 크기가 128이고, OFDM 변조 방식이 16QAM이고, 심볼 매핑부(111)의 출력 신호가 "1+j, 3+3×j, -1-j, …, "라고 가정한다. 심볼 매핑부(111)를 출력 신호에서 실수 값만 가지도록 하기 위하여, 도 5와 같은 구조에서 심볼 배치를 위의 수학식 1과 같이 할 수 있다.
위의 수학식 1과 같이 배치되는 심볼 신호가 IFFT부(112, 122)로 입력되며, 심볼 신호가 시간축을 통하여 전송되도록 IFFT 변환되고, P/S 변환부(113, 123)를 통하여 직렬 형태의 신호로 변환된 다음에 스케일링부(114, 124)로 입력된다(S310). 스케일링부(114, 124)는 입력되는 신호의 값이 설정 범위내에 위치하도록 스케일링하여 출력한다.
위에 기술된 제1 실시 예와 동일하게, 입력 데이터 #1에 대한 IFFT부(112)의 출력 신호를 X1 , t1, X1 , t2, …, X1 , tn이라고 하고, 입력 데이터 #2의 IFFT부(122)의 출력 신호를 X2 , t1, X2 , t2, …, X2 , tn이라고 가정하고, 입력 데이터 #1의 IFFT 출력 신호를 구성하는 개별적 위상 값들 θ1(t1), θ1(t2), θ1(t3), θ1(t4),…, θ1(tn)과, 입력 데이터 #2의 IFFT 출력신호를 구성하는 개별적 위상 값들 θ2(t1), θ2(t2), θ2(t3), θ2(t4),…, θ2(tn)이 제1 설정 범위내에 위치하도록 위상값들을 스케일링한다(S320).
즉, 입력 데이터 #1에 대한 위상값들θ1(t1), θ1(t2), θ1(t3), θ1(t4),…, θ1(tn) 및 입력 데이터 #2에 대한 위상값들 θ2(t1), θ2(t2), θ2(t3), θ2(t4),…, θ2(tn)이 제1 설정 범위 즉, -π/4보다 크고, π/4 보다 적은 범위 내에 위치하도록 스케일링 한다.
본 발명의 실시 예에서는 입력 데이터 #1에 대한, 스케일링된 위상값들인 Sθ1(t1), Sθ1(t2), Sθ1(t3), Sθ1(t4),…, Sθ1(tn)에 대한 벡터값을
Figure pat00027
로 나타내고, 입력 데이터 #2에 대한, 스케일링된 위상 값들인 Sθ2(t1), Sθ2(t2), Sθ2(t3), Sθ2(t4),…, Sθ2(tn)에 대한 벡터값을
Figure pat00028
로 나타낸다. 여기서 스케일링된 값을 각 변조지수(m)라 명명한다.
한편, 스케일링부(114, 124)로부터 출력된 입력 데이터 #1에 대한 스케일링된 위상값들과 입력 데이터 #2에 대한 스케일링된 위상값들은 위상 조정부(116, 125)로 각각 입력된다.
수신 장치에서 수신 장치로부터 입력 데이터 #1와 입력 데이터 #2를 분리할 수 있도록 위상 조정을 수행하는데, 구체적으로, 위상 조정부(116, 125)는 입력 데이터 #1에 대한 스케일링된 위상값들과 입력 데이터 #2에 대한 스케일링된 위상값들의 위상 차가 설정값 즉, π/2이 되도록 각각 위상 조정을 수행한다(S330).
본 발명의 제2 실시 예에서, 설명의 편의를 위하여, 위상 조정부(116)로 입력되는 입력 데이터 #1에 대한 스케일링된 위상값들을 입력 위상 신호 #1이라고 명명하고, 입력 데이터 #2에 대한 스케일링된 위상값들을 입력 위상 신호 #2라고 명명한다.
입력 위상 신호 #1를 위상 조정한 후의 신호에 대한 위상 벡터 값을
Figure pat00029
라 나타내고, 입력 위상 신호 #2를 위상 조정한 후의 신호에 대한 위상 벡터값을
Figure pat00030
라 나타낸다. 도 15 및 도 16은 위상 조정된 신호들을 나타낸 그래프이다.
여기서,
Figure pat00031
이라 하고,
Figure pat00032
라 하면,
Figure pat00033
이 되도록 위상조정값1과 위상조정값2를 설정한다.
예를 들어, 입력 위상 신호 #1의 위상 조정 후 위상 벡터 값이
Figure pat00034
이라고 가정하면, 도 15에서와 같이, 입력 위상 신호 #2의 위상 조정 후 위상 벡터 값(
Figure pat00035
)은
Figure pat00036
이 된다. 또는
Figure pat00037
이면, 도 16에서와 같이,
Figure pat00038
이 된다. 또한
Figure pat00039
이면,
Figure pat00040
이 된다.
위에 기술된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 예에서는 입력 데이터 #1에 대응하는 입력 위상 신호 #1와 입력 데이터 #2에 대응하는 입력 위상 신호 #2의 위상 차가 설정값(π/2)이 되도록, 입력 위상 신호 #1와 입력 위상 신호 #2를 각각 위상 조정한다.
이후, 각 변조부(115, 126)는 입력되는 입력 위상 신호 #1를 위상 조정한 신호와 입력 위상 신호 #2를 위상 조정한 신호들에 대하여 각각 각변조를 수행한다(S340). 각변조는 위에 기술된 제1 실시 예와 동일하게 수행될 수 있으며, 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
각 변조부(115)로부터 출력되는 신호를
Figure pat00041
로 나타낼 수 있으며, 또한 각 변조부(126)로부터 출력되는 신호를
Figure pat00042
로 나타낼 수 있다.
이후, 신호 결합부(13)는 각 변조부(115)로부터 출력되는 신호와 각 변조부(116)로부터 출력되는 신호를 결합하여 전송 신호로 출력하며(S350), 전송 신호는 신호 증폭부(14)를 통하여 증폭된 다음에 안테나(15)를 통하여 전송된다(S360).
여기서 송신 장치(1')가 도 12에서와 같이, 두 개의 신호 증폭부를 포함하는 경우에는, 각 변조부(115)로부터 출력되는 신호와 각 변조부(116)로부터 출력되는 신호가 각각 증폭된 다음에 결합된 후 송신 안테나(15)를 통하여 전송될 수 있다. 또한 송신 장치(1')가 도 13에서와 같이, 두 개의 송신 안테나를 포함하는 경우에는, 각 변조부(115)로부터 출력되는 신호와 각 변조부(116)로부터 출력되는 신호가 각각 증폭된 다음에 각각의 송신 안테나를 통하여 각각 전송될 수 있다.
다음에는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 수신 방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 수신 장치(2)는 위의 제1 실시 예와 동일한 구조로 이루어진다. 즉, 수신 안테나(21), 각복조부(22), 제1 수신 처리부(23), 제2 수신 처리부(24)를 포함하며, 이에 대해서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 17은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 수신 방법의 흐름도이다.
수신 장치(2)는 송신 장치(1')로부터 전송된 신호를 수신하며, 수신된 신호는 입력 데이터 #1과 입력 데이터 #2가 각각 각변조된 신호가 더해진 신호이다(S400). 수신 신호로부터 입력 데이터 #1에 대응하는 제1 수신 신호와 입력 데이터 #2에 대응하는 제2 수신 신호를 분리한다(S410).
송신 장치(1)에서 입력 데이터 #1에 대하여 각 변조한 후의 신호를 P라 하고, 입력 데이터 #2에 대하여 각 변조한 후의 신호를 M이라고 하면, P는
Figure pat00043
와 같이 나타낼 수 있으며, M은
Figure pat00044
로 나타낼 수 있다. 따라서 수신된 신호는 P+M이며, 이를 크기와 위상을 가지는 신호로 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00045
Figure pat00046
수학식 19는 수신 신호 P+M을 크기로 나타낸 것이며, 수학식 20은 수신 신호 P+M을 위상으로 나타낸 것이다.
한편 P-M 신호는 하기와 같이 구할 수 있다.
P-M의 절대값을 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00047
그리고 두 신호의 위상값은 다음과 같이 구할 수 있다.
Figure pat00048
P+M, P-M의 값들을 이용하여, 입력 데이터 #1에 대한 송신 장치에서의 각변조 전 위상값들인 위상정보(Sθ1(t1), Sθ1(t2), Sθ1(t3), Sθ1(t4),…, Sθ1(tn))는 P+M 과 P-M을 더하고 그 값을 2로 나눈 값(
Figure pat00049
)에서,
Figure pat00050
의 위상에서 위상차가 π/2가 되도록 조정한 값을 빼주면 구할 수 있다. 즉, 하기와 같이 구할 수 있다.
Figure pat00051
예를 들어 송신 장치(1')의 위상 조정 후의 신호가
Figure pat00052
일 경우, 각 변조 전 위상은
Figure pat00053
이 된다.
또한 입력 데이터 #2에 대한 송신 장치(1)에서의 각변조 전의 위상 정보(Sθ2(t1), Sθ2(t2), Sθ2(t3), Sθ2(t4),…, Sθ2(tn))은 P+M에서 P-M을 뺀 값 (
Figure pat00054
)에서,
Figure pat00055
의 위상에서 위상 차가 π/2이 되도록 조정한 값을 빼주면 된다. 즉, 하기와 같이 구할 수 있다.
Figure pat00056
예를 들어 송신 장치(1')의 위상 조정 후의 신호가
Figure pat00057
일 경우, 각 변조 전 위상은
Figure pat00058
이 된다.
위에 기술된 바와 같이, 수신 신호에 대한 송신 장치에서의 각변조 전 위상 정보를 이용하여, 수신 신호로부터 입력 데이터 #1에 대응하는 제1 수신 신호와 입력 데이터 #2에 대응하는 제2 수신 신호를 분리할 수 있다.
각복조부(22)는 수신 신호로부터 제1 수신 신호와 제2 수신 신호를 분리하여 출력하며, 제1 수신 신호는 제1 수신 처리부(23)로 입력되고, 제2 수신 신호는 제2 수신 처리부(24)로 입력된다.
각 수신 처리부(23, 24)로 입력된 제1 수신 신호 및 제2 수신 신호는, 먼저 스케일링부(231, 241)에 의하여 위상 조정된다. 구체적으로 스케일링부(231, 241)는 입력되는 신호에 대하여 각각 송신 장치(1)에서 적용한 변조 지수(m)을 적용한다. 즉, 각복조부(21)에서 산출된 입력 데이터 #1에 대응하는 위상 추정치인 제1 수신 신호를 변조 지수(m)로 나누고, 각복조부(21)에서 산출된 입력 데이터 #2에 대응하는 위상 추정치인 제2 수신 신호를 변조 지수(m)로 나눈다.
각 수신 처리부(23, 24)로 입력된 제1 수신 신호 및 제2 수신 신호는, FFT 변환을 위하여 S/P 변환부(232, 242)에 의하여 병렬 형태로 변환되며(S420), FFT부(232,242)는 병렬 변환된 신호들에 대하여 FFT 변환을 수행하여 주파수 영역의 신호로 변환한다(S430).
이후, 신호 디매핑부(233, 243)는 FFT 변환된 주파수 영역의 신호에 대하여 신호 디매핑을 수행하여 송신 심볼을 복원한다(S440). P/S 변환부(234, 244)는 복원된 송신 심볼을 시리얼 형태로 변환하여 원래 정보인 입력 데이터 #1과 입력 데이터 #2를 획득한다(S450).
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (24)

  1. 송신하고자 하는 제1 입력 신호 및 제2 입력 신호에 대하여 각각 심볼 매핑(mapping)을 토대로 한 변조를 수행하는 단계;
    상기 변조된 제2 입력 신호에 대한 위상값을 조정하는 단계;
    상기 제1 입력 신호에 대하여 각변조를 수행하는 단계;
    상기 위상값이 조정된 제2 입력 신호에 대하여 각변조를 수행하는 단계; 및
    상기 각 변조가 수행된 제1 및 제2 입력 신호를 송신하는 단계
    를 포함하는, 송신 방법.
  2. 제1항에 있어서
    상기 변조를 수행하는 단계 다음에,
    상기 변조된 제1 입력 신호 및 제2 입력 신호의 위상값들을 스케일링하여 설정 범위내에 위치하도록 하는 단계를 더 포함하는, 송신 방법.
  3. 제2항에 있어서
    상기 제2 입력 신호에 대한 위상값을 조정하는 단계는 상기 스케일링된 상기 제2 입력 신호에 대한 위상값을 조정하고,
    상기 제1 입력 신호에 대하여 각변조를 수행하는 단계는 상기 스케일링된 상기 제1 입력 신호에 대한 각변조를 수행하는, 송신 방법.
  4. 제2항에 있어서
    상기 위치하도록 하는 단계는 제1 입력 신호 및 제2 입력 신호의 위상값들이 -π/4 보다 크고, π/4 보다 적도록, 상기 위상값들을 스케일링하는, 송신 방법.
  5. 제1항에 있어서
    상기 변조된 제1 입력 신호에 대한 위상값을 조정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제1 입력 신호에 대하여 각변조를 수행하는 단계는, 상기 위상값이 조정된 제1 입력 신호에 대하여 각변조를 수행하는, 송신 방법.
  6. 제5항에 있어서
    상기 제1 입력 신호에 대한 위상값을 조정하는 단계와 상기 제2 입력 신호에 대한 위상값을 조정하는 단계는,
    상기 제1 입력 신호의 위상값과 상기 제2 입력 신호의 위상값의 위상 차가 설정값이 되도록 하는 위상 조정값들을 토대로, 해당 입력 신호에 대한 위상값을 조정하는 송신 방법.
  7. 제6항에 있어서
    상기 제1 입력 신호의 위상 조정된 위상값들에 대한 벡터값이
    Figure pat00059
    이고, 상기 제2 입력 신호의 위상 조정된 위상값들에 대한 벡터값이
    Figure pat00060
    인 경우, 다음의 조건이 만족되는 송신 방법.
    Figure pat00061
  8. 제1항에 있어서
    상기 제1 입력 신호에 대하여 각변조를 수행하는 단계 및 상기 제2 입력 신호에 대하여 각변조를 수행하는 단계는,
    해당 입력 신호에 대한 위상값을 cos(위상값) + j×sin(위상값)으로 변환하여 각변조를 수행하는, 송신 방법.
  9. 송신하고자 하는 제1 입력 신호에 대하여 심볼 매핑을 토대로 한 변조를 수행하고, 변조된 제1 입력 신호에 대하여 각변조를 수행하는 제1 송신 처리부;
    송신하고자 하는 제2 입력 신호에 대하여 심볼 매핑을 토대로 한 변조를 수행하고, 변조된 제2 입력 신호의 위상을 조정한 다음에, 위상 조정된 제2 입력 신호에 대하여 각변조를 수행하는 제2 송신 처리부; 및
    상기 각 변조가 수행된 제1 및 제2 입력 신호를 송신하는 송신부
    를 포함하는, 송신 장치.
  10. 제9항에 있어서
    상기 제1 송신 처리부는
    상기 제1 입력 신호를 병렬 형태로 변환하는 신호 변환부;
    상기 병렬 형태의 제1 입력 신호에 대하여 심볼 매핑을 수행하는 심볼 매핑부;
    상기 심볼 매핑된 제1 입력 신호를 IFFT(inverse fast fourier transform)변환을 수행하는 IFFT 부;
    상기 IFFT 변환된 제1 입력 신호에 대응하는 위상값들이 설정 범위에 위치하도록 스케일링하는 스케일링부; 및
    상기 스케일링된 제1 입력 신호를 각변조 하는 각변조부
    를 포함하는, 송신 장치.
  11. 제9항에 있어서
    상기 제2 송신 처리부는
    상기 제2 입력 신호를 병렬 형태로 변환하는 신호 변환부;
    상기 병렬 형태의 제2 입력 신호에 대하여 심볼 매핑을 수행하는 심볼 매핑부;
    상기 심볼 매핑된 제2 입력 신호를 IFFT 변환을 수행하는 IFFT 부;
    상기 IFFT 변환된 제2 입력 신호에 대응하는 위상값들이 설정 범위에 위치하도록 스케일링하는 스케일링부;
    상기 스케일링된 상기 제2 입력 신호에 대응하는 위상값들의 위상을 조정하는 위상 조정부;
    상기 위상 조정된 제2 입력 신호를 각변조 하는 각변조부
    를 포함하는, 송신 장치.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서
    상기 제1 송신 처리부는,
    상기 스케일링된 상기 제1 입력 신호에 대응하는 위상값들의 위상을 조정하는 위상 조정부를 더 포함하고,
    상기 각변조부는 상기 위상 조정된 제2 입력 신호를 각변조 하는, 송신 장치.
  13. 제12항에 있어서
    상기 제1 송신 처리부의 위상 조정부 및 상기 제2 송신 처리부의 위상 조정부는, 상기 제1 입력 신호의 위상값과 상기 제2 입력 신호의 위상값의 위상 차가 설정값이 되도록 하는 위상 조정값들을 토대로, 해당 입력 신호에 대한 위상값을 조정하는, 송신 장치.
  14. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서
    상기 송신부는
    상기 각 변조가 수행된 제1 입력 신호와 상기 각변조가 수행된 제2 입력 신호를 결합하여 전송 신호를 생성하는 신호 결합부;
    상기 전송 신호를 증폭하는 신호 증폭부; 및
    상기 전송 신호를 송신하는 송신 안테나
    를 포함하는, 송신 장치.
  15. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서
    상기 송신부는
    상기 각변조가 수행된 제1 입력 신호를 증폭하는 신호 증폭부;
    상기 각변조가 수행된 제2 입력 신호를 증폭하는 신호 증폭부;
    상기 증폭된 제1 입력 신호와 상기 제2 입력 신호를 결합하여 전송 신호를 생성하는 신호 결합부; 및
    상기 전송 신호를 송신하는 송신 안테나
    를 포함하는, 송신 장치.
  16. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서
    상기 송신부는
    상기 각변조가 수행된 제1 입력 신호를 증폭하는 신호 증폭부;
    상기 각변조가 수행된 제2 입력 신호를 증폭하는 신호 증폭부;
    상기 증폭된 제1 입력 신호를 송신하는 송신 안테나; 및
    상기 증폭된 제2 입력 신호를 송신하는 송신 안테나
    를 포함하는, 송신 장치.
  17. 송신 장치로부터 제1 입력 신호 및 제2 입력 신호가 각각 각변조되어 있는 수신 신호를 수신하는 단계;
    상기 제1 입력 신호 및 제2 입력 신호가 각변조되기 전의 위상 값들인 위상 정보를 획득하는 단계;
    상기 위상 정보를 토대로 상기 수신 신호를 상기 제1 입력 신호에 대응하는 제1 수신 신호와 상기 제2 입력 신호에 대응하는 제2 수신 신호로 분리하는 단계;
    상기 제1 수신 신호를 복조하여 제1 입력 신호에 대응하는 데이터를 획득하는 단계; 및
    상기 제2 수신 신호를 복조하여 제2 입력 신호에 대응하는 데이터를 획득하는 단계
    를 포함하는, 수신 방법.
  18. 제17항에 있어서
    상기 위상 정보를 획득하는 단계는,
    상기 제1 입력 신호와 상기 제2 입력 신호와의 위상 차이값을 토대로 상기 제1 입력 신호와 상기 제2 입력 신호의 차이를 산출하는 단계; 및
    상기 제1 입력 신호와 상기 제2 입력 신호의 차이를 토대로 상기 제1 입력 신호 및 제2 입력 신호가 각변조되기 전의 위상 값들인 위상 정보를 획득하는 단계
    를 포함하는, 수신 방법.
  19. 제17항에 있어서
    상기 제1 입력 신호와 제2 입력 신호가 각각 위상 조정된 다음에 각변조되어 송신된 경우,
    상기 위상 정보를 획득하는 단계는,
    상기 제1 입력 신호와 상기 제2 입력 신호와의 위상 차이값을 토대로 상기 제1 입력 신호와 상기 제2 입력 신호의 차이를 산출하는 단계; 및
    상기 제1 입력 신호와 상기 제2 입력 신호의 차이와, 상기 제1 입력 신호와 상기 제2 입력 신호의 합, 그리고 상기 제1 입력 신호와 제2 입력 신호의 위상 차이값이 설정값이 되도록 상기 제1 입력 신호 및 제2 입력 신호를 조정한 위상 조정값들을 토대로, 상기 제1 입력 신호 및 제2 입력 신호가 각변조되기 전의 위상 값들인 위상 정보를 획득하는 단계
    를 포함하는, 수신 방법.
  20. 제17항에 있어서
    상기 위상 정보를 획득하는 단계는, 상기 제1 입력 신호와 상기 제2 입력 신호를 구성하는 각각의 위성값들에 대한 통계적 특성을 토대로, 상기 제1 입력 신호 및 제2 입력 신호가 각변조되기 전의 위상 값들인 위상 정보를 획득하는, 수신 방법.
  21. 송신 장치로부터 제1 입력 신호 및 제2 입력 신호가 각각 각변조되어 있는 수신 신호를 수신하고, 상기 제1 입력 신호 및 제2 입력 신호가 각변조되기 전의 위상 값들인 위상 정보를 토대로, 상기 수신 신호를 상기 제1 입력 신호에 대응하는 제1 수신 신호와 상기 제2 입력 신호에 대응하는 제2 수신 신호로 분리하는 각 복조부;
    상기 제1 수신 신호를 복조하여 제1 입력 신호에 대응하는 데이터를 획득하는 제1 수신 처리부; 및
    상기 제2 수신 신호를 복조하여 제2 입력 신호에 대응하는 데이터를 획득하는 제2 수신 처리부
    를 포함하는, 수신 장치.
  22. 제21항에 있어서
    상기 각 복조부는
    상기 제1 입력 신호와 상기 제2 입력 신호와의 위상 차이값을 토대로 상기 제1 입력 신호와 상기 제2 입력 신호의 차이를 토대로 상기 제1 입력 신호 및 제2 입력 신호가 각변조되기 전의 위상 값들인 위상 정보를 획득하는, 수신 장치.
  23. 제21항에 있어서
    상기 제1 입력 신호와 제2 입력 신호가 각각 위상 조정된 다음에 각변조되어 송신된 경우,
    상기 각 복조부는
    상기 제1 입력 신호와 상기 제2 입력 신호와의 위상 차이값을 토대로 상기 제1 입력 신호와 상기 제2 입력 신호의 차이, 상기 제1 입력 신호와 상기 제2 입력 신호의 합, 그리고 상기 제1 입력 신호와 제2 입력 신호의 위상 차이값이 설정값이 되도록 상기 제1 입력 신호 및 제2 입력 신호를 조정한 위상 조정값들을 토대로, 상기 제1 입력 신호 및 제2 입력 신호가 각변조되기 전의 위상 값들인 위상 정보를 획득하는, 수신 장치.
  24. 제21항에 있어서
    상기 제1 수신 처리부 및 제2 수신 처리부는
    입력되는 신호에 대하여 송신측에서 적용한 변조 지수를 적용하여 위상을스케일링하는 스케일링부;
    상기 스케일링된 신호를 병렬 형태로 변환하는 신호 변환부;
    상기 병렬 형태의 신호에 대하여 FFT 변환을 수행하는 FFT 부; 및
    상기 FFT 변환된 신호에 대하여 신호 디매핑(demapping)을 수행하여 복조하여 대응하는 데이터를 획득하는 신호 디매핑부
    를 포함하는, 수신 장치.
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