KR20140134600A - 주파수 도약을 기반으로 데이터를 전송하는 방법 및 장치 - Google Patents

주파수 도약을 기반으로 데이터를 전송하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

주파수 도약을 기반으로 데이터를 전송하는 방법 및 장치가 개시되어 있다. 멀티-스트림 CPDMA 기반의 신호를 전송하는 방법은 단말이 주파수 도약 패턴에 기반하여 복수의 데이터 심볼을 복수의 데이터 스트림 각각으로 할당하는 단계, 단말이 상기 복수의 데이터 스트림 각각에 할당된 데이터 심볼에 대하여 DFT 함수 및 M회 반복 함수를 적용하는 단계, 단말이 상기 DFT 함수 및 상기 M회 반복 함수를 적용한 상기 복수의 데이터 스트림 각각에 스펙트럴 가중치 벡터를 적용하는 단계와 단말이 상기 스펙트럴 가중치 벡터가 적용된 상기 복수의 데이터 스트림에 대해 IDFT 함수 및 순환 전치 추가 절차를 수행하여 상기 멀티 스트림 CPDMA 기반의 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있되, 스펙트럴 가중치 벡터는 상기 복수의 데이터 스트림 각각이 사용하는 주파수 대역을 결정하기 위한 벡터일 수 있다.

Description

주파수 도약을 기반으로 데이터를 전송하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR TRANSMITTING DATA BASED ON FREQUENCY HOPPING}
본 발명은 무선 통신에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주파수 도약을 기반으로 데이터를 전송하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
FHSS(frequency hopping spread spectrum) 방식은 슈도 랜덤 시퀀스(pseudo-random sequence)를 이용하여 반송 주파수를 빠르게 변경하면서 신호를 전송하는 스프레드 스펙트럼(spread-spectrum) 기법의 일종이다.
FHSS는 복수개의 채널 전체에 걸쳐 랜덤 호핑 시퀀스(random hopping sequence)를 기반으로 무작위로 주파수 채널을 도약(Hopping)하며 데이터를 송신 및 수신할 수 있다. FHSS의 실시예 중 하나로 무작위로 채널 도약을 수행하기 전에 대상 채널에 대한 사전 스캐닝을 수행할 수 있다. 만약 도약하고자 하는 대상 채널에 잡음 또는 전파 간섭이 있을 경우, 그 채널을 피하여 시스템에 의해 자동으로 다른 채널로 도약할 수 있다. FHSS방식은 고정된 주파수를 사용하는 전송방식에 비해 보안성이 뛰어나고 협대역 간섭에 강하며 주파수 채널 다이버시티 이득이 크다는 장점을 가진다. 특히 보안성이 뛰어나다는 특징 때문에 FHSS는 군용 통신의 후보로 많이 거론되었다.
순환전치(cyclic prefix)를 사용하는 블록 전송 방법으로 구현되는 단일 스트림 CPDMA(single-stream cycle period division multiple access)는 상관 관계를 가지는 데이터 심볼을 주파수 축에서 일정간격으로 떨어진 서로 다른 서브캐리어에 실어 전송할 수 있다. CPDMA는 협대역 간섭에 강하고 큰 주파수 채널 다이버시티를 가질 수 있다. 단일 스트림 CPDMA를 구현하기 위한 구조에는 캐리어 가중치 필터가 있기 때문에 특정 블록의 신호를 전송하기 위해 사용되는 주파수를 자유롭게 선택할 수 있는 특징을 가진다.
본 발명의 목적은 주파수 도약을 기반으로 데이터를 전송하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 주파수 도약을 기반으로 데이터를 전송하는 방법을 수행하는 장치를 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 멀티-스트림 CPDMA(cycle period division multiple access) 기반의 신호를 전송하는 방법은 단말이 주파수 도약 패턴에 기반하여 복수의 데이터 심볼을 복수의 데이터 스트림 각각으로 할당하는 단계, 상기 단말이 상기 복수의 데이터 스트림 각각에 할당된 데이터 심볼에 대하여 DFT(discrete fourier transform) 함수 및 M회 반복 함수를 적용하는 단계, 상기 단말이 상기 DFT 함수 및 상기 M회 반복 함수를 적용한 상기 복수의 데이터 스트림 각각에 스펙트럴 가중치 벡터를 적용하는 단계와 상기 단말이 상기 스펙트럴 가중치 벡터가 적용된 상기 복수의 데이터 스트림에 대해 IDFT(inverse discrete fourier transform) 함수 및 순환 전치 추가 절차를 수행하여 상기 멀티 스트림 CPDMA 기반의 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있되, 상기 스펙트럴 가중치 벡터는 상기 복수의 데이터 스트림 각각이 사용하는 주파수 대역을 결정하기 위한 벡터일 수 있다.
상술한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 무선 통신 네트워크에서 동작하는 단말에 있어서, 상기 단말은 무선 신호를 송신 및 수신하기 위해 구현된 RF(radio frequency)부와 상기 RF부와 선택적으로 연결되는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는 주파수 도약 패턴에 기반하여 복수의 데이터 심볼을 복수의 데이터 스트림 각각으로 할당하고, 상기 복수의 데이터 스트림 각각에 할당된 데이터 심볼에 대하여 DFT(discrete fourier transform) 함수 및 M회 반복 함수를 적용하고, 상기 DFT 함수 및 상기 M회 반복 함수를 적용한 상기 복수의 데이터 스트림 각각에 스펙트럴 가중치 벡터를 적용하고, 상기 스펙트럴 가중치 벡터가 적용된 상기 복수의 데이터 스트림에 대해 IDFT(inverse discrete fourier transform) 함수 및 순환 전치 추가 절차를 수행하여 멀티 스트림 CPDMA(cycle period division multiple access) 기반의 신호를 생성하도록 구현될 수 있되, 상기 스펙트럴 가중치 벡터는 상기 복수의 데이터 스트림 각각이 사용하는 주파수 대역을 결정하기 위한 벡터일 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 멀티 스트림 CPDMA(multi-stream CPDMA)을 기반으로 하나의 블록 내에서 주파수 도약을 수행하는 방법에 대해 개시한다. 이러한 방법을 사용함으로써 심볼 단위의 다이버시티를 얻는 동시에 전송 속도의 저하를 가져오지 않는 장점을 가지며 주파수 도약 방식의 특징인 높은 보안성, 증가된 다이버시티 이득, 협대역 간섭에 강인한 특성을 가진다. 또한 CPDMA 신호처럼 서로 상관 관계를 가지는 심볼을 서로 다른 주파수에 할당함으로써 추가적인 성능 향상을 가져올 수 있다. 또한, 채널의 주파수 선택적 특성에 의한 성능 저하를 간단한 수신기 구조(1-tap 주파수축 등화기)만을 추가함으로써 유연하게 극복할 수 있고 송신기 구조에서 간단하게 파라미터를 조절하는 것 만으로 다중화(multiplexing)를 쉽게 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 블록 전송 방법을 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 사용자의 데이터 심볼을 멀티-스트림 심볼로 매핑하는 방법을 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 멀티 스트림 CPDMA를 기반으로 CPDMA 신호를 생성하는 방법에 대해 개시한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 데이터 심볼에 대한 웨이브폼을 나타낸 개념도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스펙트럴 가중치 벡터를 결정하기 위한
Figure pat00001
를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스펙트럴 가중치 벡터를 결정하는 과정을 나타낸 개념도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 멀티-스트림 CPDMA 신호를 기반으로 데이터를 전송하는 방법을 나타낸 개념도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 서로 직교하게 설계된 두 사용자의 거주 시간과 도약 시퀀스를 나타낸 개념도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 무선통신 시스템을 나타낸 블록도이다.
단말(User Equipment, UE)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, MS(mobile station), MT(mobile terminal), UT(user terminal), SS(subscriber station), 무선기기(wireless device), PDA(personal digital assistant), 무선 모뎀(wireless modem), 휴대기기(handheld device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.
기지국은 일반적으로 단말과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, eNB(evolved-NodeB), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.
FHSS(frequency hopping spread spectrum) 방식에서 통신을 수행하기 위해 특정 주파수에 머무르는 시간을 거주 시간(dwell time)이라 한다. 일반적으로 거주 시간이 짧을수록 심볼 단위의 다이버시티를 얻을 수 있기 때문에 성능 측면에서 유리하다. 그러나 전통적인 FHSS 전송 방식과는 다르게 단일-스트림 CPDMA(single-stream cycle period division multiple access) 기반의 블록 전송 방식을 사용하는 주파수 도약은 하나의 블록 내에서는 사용하는 주파수를 변경할 수 없기 때문에 거주시간이 길어지고 따라서 심볼 단위의 다이버시티를 얻지 못한다. 하나의 블록은 단말 또는 기지국이 상향링크 전송 또는 하향링크 전송하는 데이터의 정보 단위를 의미할 수 있다.
이러한 단일 스트림 CPDM의 문제점은 전송 블록의 길이를 줄임으로써 해결할 수 있다. 하지만, 채널의 최대 지연 확산(maximum delay spread)보다 긴 길이를 사용해야 하는 순환 전치의 특성 때문에 순환 전치의 길이는 유지해야 한다. 순환 전치의 길이를 유지하면서 전송 블록의 길이를 줄일 경우 평균 데이터 전송 속도, 즉, 데이터 처리양(throughput)의 저하를 가져온다.
이하, 본 발명의 실시예에서는 하나의 블록 내에서 평균 데이터 주파수 도약을 수행하여 전송을 수행할 수 있는 멀티-스트림 CPDMA(multi-stream CPDMA) 기반의 블록 전송 방법에 대해 개시한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 블록 전송 방법을 나타낸 개념도이다.
도 1을 참조하면
Figure pat00002
는 i번째 사용자의 데이터 심볼을 나타내고,
Figure pat00003
는 i번째 사용자의 주파수 도약 패턴을 나타낸다.
Figure pat00004
는 아래의 수학식 1을 기반으로 결정될 수 있다.
<수학식 1>
Figure pat00005
수학식 1을 참조하면, i번째 사용자 시그널이 심볼 시간 n에 k번째 주파수 빈(bin)에 존재하는 경우, 주파수 도약 패턴의 값은 1을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, i번째 사용자의 데이터 심볼
Figure pat00006
와 i 번째 사용자의 주파수 도약 패턴을 기반으로 j번째 스트림
Figure pat00007
를 결정될 수 있다. 주파수 도약 패턴
Figure pat00008
은 i번째 사용자의 신호
Figure pat00009
를 멀티-스트림 심볼
Figure pat00010
로 매핑하기 위해 사용될 수 있다. 주파수 도약 패턴
Figure pat00011
에 따라 i번째 사용자의 신호
Figure pat00012
를 멀티-스트림 심볼
Figure pat00013
로 매핑하는 방법에 대해서는 후술한다.
구체적인 예를 들어, 첫번째 사용자의 데이터 심볼
Figure pat00014
와 주파수 도약 패턴
Figure pat00015
이 입력되는 경우, 첫번째 사용자의 데이터 심볼은 j개의 멀티-스트림으로 매핑될 수 있다.
사용자의 데이터 심볼은 j개의 멀티-스트림은 각각의 스트림에 대응되는 스펙트럴 가중치 벡터(spectral weighting vector)
Figure pat00016
를 기반으로 j개의 멀티-스트림 각각에 할당된 주파수가 결정될 수 있다. j개의 멀티 스트림은 후술할 멀티-스트림 CPDMA(multi-stream CPDMA) 기반의 신호 생성 절차에 따라 CPDMA 신호(
Figure pat00017
)를 생성할 수 있다.
첫번째 사용자뿐만 아니라, k번째 사용자도 마찬가지로 위와 같은 절차를 수행할 수 있다. k번째 사용자의 데이터 심볼은 j개의 멀티-스트림으로 매핑될 수 있다. 각각의 스트림에 대응되는 스펙트럴 가중치 벡터(spectral weighting vector)
Figure pat00018
를 기반으로 j개의 멀티 스트림 각각에 할당된 주파수가 결정될 수 있다.
즉, 특정 사용자에 대한 데이터 심볼은 멀티-스트림에 매핑되고, 멀티-스트림에 포함된 각각의 스트림에 할당된 스펙트럴 가중치 벡터 정보를 기반으로 각각의 스트림이 사용할 주파수 대역을 결정함으로써 CPDMA 신호를 생성할 수 있다. CPDMA 신호를 생성하는 과정에 대해서는 구체적으로 후술한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 사용자의 데이터 심볼을 멀티-스트림 심볼로 매핑하는 방법을 나타낸 개념도이다.
도 2에서는 i번째 사용자의 데이터 심볼
Figure pat00019
와 i번째 사용자의 주파수 도약 패턴
Figure pat00020
를 기반으로 j번째 스트림에 매핑되는 i번째 사용자의 데이터 심볼
Figure pat00021
을 결정하는 방법에 대해 개시한다.
예를 들어, i번째 사용자의 데이터 심볼이 L개가 존재하는 경우를 가정할 수 있다. L개를 하나의 블록이라고 할 수 있다. 이러한 경우, L개의 데이터 심볼은 주파수 도약 패턴을 기반으로 복수개의 스트림으로 분할될 수 있다. 예를 들어, 도 2와 같이 L개의 데이터 심볼을 3개씩 각각 하나의 스트림에 매핑할 수 있다. 예를 들어, i번째 사용자의 데이터 심볼 중
Figure pat00022
는 제1 스트림에 매핑되고, i 번째 사용자의 데이터 심볼 중
Figure pat00023
는 제2 스트림에 매핑될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 멀티 스트림 CPDMA를 기반으로 CPDMA 신호를 생성하는 방법에 대해 개시한다.
도 3을 참조하면, 대각 행렬인 스펙트럴 가중치 필터(
Figure pat00024
)를 조절함으로써 사용자의 데이터 심볼
Figure pat00025
가 매핑된 스트림에 할당되는 주파수를 결정할 수 있다. 여기서,
Figure pat00026
Figure pat00027
는 각각 사용자 인덱스, 스트림 인덱스를 나타낸다. CPDMA 신호는 아래와 같은 절차로 생성될 수 있다.
우선 CPDMA 신호를 생성하기 위해 입력된 사용자의 데이터 심볼에 대하여 우선 L-포인트 DFT(L-point discrete fourier transform)(300)를 수행하고(
Figure pat00028
), M-회 반복(M-times repetition)(
Figure pat00029
) (310)을 수행한 후 스펙트럴 가중치(320)를 적용하는 절차를 수행할 수 있다. 이러한 절차는 멀티-스트림에 포함된 각각의 스트림에 대하여 수행될 수 있다. 전술한 바와 같이 스펙트럴 가중치 필터(
Figure pat00030
)를 적용하는 절차를 통해 매핑된 스트림에 할당되는 주파수가 결정될 수 있다. 즉, 멀티-스트림 CPDMA 신호를 생성하기 위해서는 각각의 스트림에 대하여 개별적으로 전술한 절차들이 수행될 수 있다.
각각의 스펙트럴 가중치가 적용된 멀티-스트림은 합쳐지고, 이후 LM-포인트 IDFT(inverse discrete fourier transform)(
Figure pat00031
)(330)을 수행할 수 있다. LM-포인트 IDFT를 수행한 이후 생성된 신호는 아래의 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
<수학식 2>
Figure pat00032
일 수 있다.
LM-포인트 IDFT를 수행한 이후 생성된 신호(
Figure pat00033
)에 순환 전치(cyclic prefix, CP)(340)를 추가하여 CPDMA 신호(
Figure pat00034
)를 생성할 수 있다.
도 3에서 개시한 것은 신호의 생성 방법으로 수신한 신호에 대한 디코딩은 도 3에서 개시한 절차와 반대로 수행될 수 있다.
위와 같은 방법으로 생성된 CPDMA 신호에 대하여 송신 필터
Figure pat00035
를 사용하여 선형 변조 하였을 때 나타나는 시간축 심볼 웨이브폼 벡터는 아래의 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.
<수학식 3>
Figure pat00036
여기서,
Figure pat00037
이다.
수학식 3은 데이터 심볼 벡터
Figure pat00038
의 n 번째 데이터 심볼
Figure pat00039
은
Figure pat00040
번째 데이터 심볼
Figure pat00041
이 사용하는 웨이브폼(waveform)을 시간축에서
Figure pat00042
만큼 순환 이동한 웨이브폼을 이용하여 전송함을 나타낸다. 이때
Figure pat00043
과
Figure pat00044
는 각각 CPDMA에서 사용된 반복 횟수와 심볼 주기이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 데이터 심볼에 대한 웨이브폼을 나타낸 개념도이다.
도 4를 참조하면,
Figure pat00045
는 첫번째 데이터 심볼이 사용하는 웨이브폼이고,
Figure pat00046
는 두번째 데이터 심볼이 사용하는 웨이브폼일 수 있다. 두번째 데이터 심볼이 사용하는 웨이브폼(
Figure pat00047
)은 첫번째 심볼이 사용하는 웨이브폼(
Figure pat00048
)을 MT만큼 순환 쉬프트시킨 경우를 나타낸다.
CPDMA 신호는 스펙트럴 가중치 필터(
Figure pat00049
)를 기반으로 CPDMA 신호를 위해 사용되는 시간 및 주파수에 대한 정보를 결정할 수 있다. 즉, CPDMA 신호가 0이 아닌(non-zero) 시간 자원 및 0인 아닌 주파수 자원이 결정될 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따르면 전술한 절차를 통해 특정 시간대에 특정 주파수 대역만을 사용하는 CPDMA 신호를 만들어낼 수 있다. 단일-스트림 CPDMA 구조를 사용할 경우, 하나의 사용자의 신호에 대하여 하나의 스펙트럴 가중치 필터만을 사용하여 만들기 때문에 하나의 블록에 대한 주파수 영역이 고정되어 버린다. 따라서, 단일-스트림 CPDMA 구조로는 하나의 블록 내에서 주파수 도약을 구현할 수 없다. 하지만 본 발명의 실시예와 같은 멀티-스트림 CPDMA 구조를 사용할 경우, 앞서 언급한 CPDMA 신호의 시간축/주파수축 특징을 이용하면 하나의 블록 내에서도 주파수 도약을 구현할 수 있다. 그러기 위해서는 주파수축에서 대역 제한(band-limited)인 동시에 시간축에서 거의 시간-제한(time-limited)인 이산-시간(discrete-time) 벡터의 설계가 필요하다.
이하, 본 발명의 실시예에서는 멀티-스트림 CPDMA 구조를 이용한 블록 내에서 주파수 도약 방법을 설명한다.
이하, 본 발명의 실시예에서는
Figure pat00050
인 멀티-스트림 CPDMA 구조를 가정하고, 설명의 편의상 멀티-스트림의 개수는 4로 가정한다. 이때 각 j번째 스트림을 위해 사용되는 스펙트럴 가중치 벡터
Figure pat00051
는 수학식 4와 같이 결정될 수 있다.
<수학식 4>
Figure pat00052
이 때
Figure pat00053
는 도 6과 같이 정의되며, vector-valued function
Figure pat00054
은 아래의 수학식 5와 같이 정의된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스펙트럴 가중치 벡터를 결정하기 위한
Figure pat00055
를 나타낸다.
도 5를 참조하면,
Figure pat00056
는 주파수 대역에서 가중치 벡터의 크기에 대해 나타낸다.
<수학식 5>
Figure pat00057
수학식 5에서
Figure pat00058
가 의미하는 것은
Figure pat00059
보다 작은 값은 가지는 vector x의 엔트리는 0으로 둔다는 것이다. 즉,
Figure pat00060
는 무시할 만큼 작은 에너지를 가지는 신호 부분을 잘라 없애는 과정이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스펙트럴 가중치 벡터를 결정하는 과정을 나타낸 개념도이다.
도 6에서는 수학식 4에 개시한 스펙트럴 가중치 벡터를 결정하는 과정에 대해 개시하고 있다.
도 6을 참조하면,
Figure pat00061
에 대하여 IDFT를 수행하여 가중치 벡터에 대한 정보를 시간 도메인으로 변경한 후 절삭 절차(truncation)를 수행할 수 있다. 절삭 절차를 수행한 이후 DFT를 수행하여 다시 주파수 도메인 신호로 변경한 후 다시 절삭 절차(truncation)를 수행할 수 있다.
위와 같은 방법으로 얻어진 스펙트럴 가중치 벡터
Figure pat00062
를 사용하면 주파수축에서는 대역 제한적(band-limited)이고 시간축에서는 거의 시간-제한적(time-limited)인 멀티-스트림 CPDMA 신호가 생성될 수 있다. 이러한 신호를 시간의 흐름에 따라 시간축과 주파수축에서 도시된 파형은 도 7과 같이 나타날 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 멀티-스트림 CPDMA 신호를 기반으로 데이터를 전송하는 방법을 나타낸 개념도이다.
도 7을 참조하면,
Figure pat00063
이 대응되는 제1 스트림의 경우, 제1 시간에
Figure pat00064
를 기반으로 결정되는 제1 주파수 대역을 통해 전송될 수 있다.
Figure pat00065
이 대응되는 제2 스트림의 경우, 제2 시간에
Figure pat00066
를 기반으로 결정되는 제2 주파수 대역을 통해 전송될 수 있다.
Figure pat00067
이 대응되는 제3 스트림의 경우, 제3 시간에
Figure pat00068
를 기반으로 결정되는 제3 주파수 대역을 통해 전송될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따르면, 하나의 블록 내에서 시간이 변함에 따라 주파수 도약이 이루어져 데이터가 전송될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에서는 전술한 도 2에서 개시된 사용자의 데이터 심볼이 주파수 도약 패턴을 기반으로 멀티- 스트림 CPDMA에 매핑되는 과정에 대해 구체적으로 개시한다.
멀티-스트림 CPDMA 구조로 주파수 도약을 구현하기 위해서는 i번째 사용자의 신호
Figure pat00069
를 멀티-스트림 심볼
Figure pat00070
로 매핑하는 과정이 필요하다. i번째 사용자의 신호
Figure pat00071
를 멀티-스트림 심볼
Figure pat00072
로 매핑하는 과정은 아래의 수학식 6에 나타난다.
<수학식 6>
Figure pat00073
여기서
Figure pat00074
는 서브-블록(sub-block) 행렬이 항등 행렬인 블록 대각 행렬이고, 항등 행렬을 가지는 서브-블록(sub-block)의 위치 및 크기는 전술한 수학식 1의 주파수 도약 패턴
Figure pat00075
를 기반으로 결정될 수 있다.
아래의 수학식 7은 수학식 6에 대한 하나의 실시예이다.
<수학식 7>
Figure pat00076
수학식 7을 참조하면, 서브-블록(sub-block) 행렬이 항등 행렬인 블록 대각 행렬을 기반으로 i번째 사용자의 신호
Figure pat00077
를 멀티-스트림 심볼
Figure pat00078
로 매핑될 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 고전적인 주파수 도약과 마찬가지로 여러 사용자의 신호가 서로 간섭을 주지 않는 직교 다중화가 가능하고 이는 전술한 수학식 1과 같은 주파수 도약 패턴
Figure pat00079
를 적절하게 선택함으로써 구현할 수 있다.
전술한 수학식 1은 주파수 도약 패턴
Figure pat00080
행렬
Figure pat00081
를 정의하고 있다. 이 행렬의 각 엔트리는 i번째 사용자의 신호가 심볼타임 n에서 k번째 주파수 빈을 차지하고 있으면 1, 그렇지 않으면 0을 갖는다. 이렇게 정의된 주파수도약 패턴은 다음 수학식 8을 만족하면 다중화하는 사용자들끼리 간섭이 사라진다.
<수학식 8>
Figure pat00082
여기서
Figure pat00083
로 정의될 수 있다.
수학식 8이 의미하는 바는 i번째 사용자와 i’번째 사용자의 신호가 심볼 타임 n에서 서로 직교하다는 것을 의미할 수 있다. 따라서 수학식 8을 만족하는 주파수도약 패턴을 사용하면 여러 사용자의 신호를 동일한 시간에 다중화하여도 서로 간섭을 일으키지 않을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 멀티-스트림 CPDMA에 기반한 데이터 송신 및 수신 방법을 사용하는 경우, CPDMA 기법에 의한 성능 향상을 가질 수 있다.
전술한 방식으로 주파수 도약 신호를 생성하는 경우를 가정할 수 있다. 이러한 경우, 논-제로(non-zero) 값을 가지는 스펙트럴 가중치 벡터
Figure pat00084
의 엔트리 개수가
Figure pat00085
보다 클 경우, 주파수축에서
Figure pat00086
길이의 데이터가
Figure pat00087
번 반복되는 CPDMA의 특성을 가질 수 있다. 이러한 경우, 전송되는 신호는 주파수축에서 자동적으로 중복되는(redundant) 심볼을 가지게 되어 기존 CPDMA가 가지는 특징(중복된 주파수축 데이터, 구조를 갖는 간섭신호 발생)을 그대로 가질 수 있다.
따라서, CPDMA 구조를 이용한 주파수 도약에서 스펙트럴 가중치 벡터의 길이가
Figure pat00088
이상인 경우, 주파수 도약에 의한 성능 향상 이외에도 CPDMA에 기반한 성능 향상을 가질 수 있다. 이때 만약 CPDMA에 의한 성능을 더 향상시키기 위해 스펙트럴 가중치 벡터의 논-제로(non-zero) 엔트리 길이를
Figure pat00089
보다 훨씬 크게 선택하면 주파수축에서 겹치지 않고 도약할 수 있는 공간이 줄어들게 됨을 알 수 있다. 즉, CPDMA에 의한 성능 향상과 주파수 도약에 의한 성능 향상은 트레이드 오프(trade-off) 관계를 가질 수 있다. 따라서, 두 값을 적응적으로 조절하여 데이터를 송신 및 수신함에 있어 성능 향상을 가지고 올 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 멀티-스트림 CPDMA에 기반한 데이터 송신 및 수신 방법을 사용하는 경우, 심볼 단위의 주파수 도약에 의한 성능 향상을 가질 수 있다.
만약 서로 다른 주파수를 사용하는 각 스트림의 심볼을 같게 두는 경우를 가정할 수 있다. 예를 들어 전술한 도 7에서
Figure pat00090
와
Figure pat00091
를 같은 값으로 두는 경우를 가정할 수 있다. 이러한 경우, 동일한 심볼이 서로 다른 시간에 서로 다른 주파수를 사용하게 되어 심볼 단위의 도약도 가능할 수 있다. 동일한 심볼을 다른 스트림에 많이 반복시킬수록 전체 데이터 전송률이 줄어들기 때문에, 이 경우에는 심볼 단위의 주파수 도약에 의한 성능 향상과 데이터 전송률은 트레이드 오프 관계를 가질 수 있다. 따라서, 두 값을 적응적으로 조절하여 데이터를 송신 및 수신함에 있어 성능 향상을 가지고 올 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 멀티-스트림 CPDMA에 기반한 데이터 송신 및 수신 방법을 사용하는 경우, 간단한 주파수축 1-tap 등화기로 채널의 주파수 선택적 특성에 의한 성능 감소를 극복할 수 있다. 만약 멀티패쓰 프로파게이션(multipath propagation)에 의해 채널에 주파수 선택적 특성이 생기면 이로 인해 시스템의 비트 오율이 증가할 수 있다. 하지만 본 발명의 실시예에 따른 멀티-스트림 CPDMA에 기반한 데이터 송신 및 수신 방법의 경우, 순환 전치를 사용하는 블록 전송 방법을 사용한다. 따라서, 최대 지연 확산보다 긴 순환 전치를 사용할 경우 매우 구현이 간단한 주파수축 1-tap 등화기의 설계가 가능하고 이를 이용해 채널의 주파수 선택적 특성에 의한 성능 감소를 극복할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 멀티-스트림 CPDMA에 기반한 데이터 송신 및 수신 방법을 사용하는 경우, 스펙트럴 가중치 벡터를 조절하여 간단하게 주파수축 다중화(FDM) 구현할 수 있다. 다중-스트림 CPDMA 구조를 이용해 만들어진
Figure pat00092
번째 사용자의 주파수 도약 신호는
Figure pat00093
번째 스펙트럴 가중치 벡터 에 의해 거주 시간과 도약 시퀀스가 결정될 수 있다. 만약 서로 다른 사용자의 거주 시간과 도약 시퀀스가 시간-주파수축에서 서로 직교(orthogonal)하면 주파수 영역에서 서로 겹치는 부분이 없기 때문에 사용자들간의 간섭이 사라지게 된다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 서로 직교하게 설계된 두 사용자의 거주 시간과 도약 시퀀스를 나타낸 개념도이다.
도 8을 참조하면, 두 사용자가 동일한 거주 시간을 갖는다고 가정했지만 그렇지 않은 경우에도 서로의 신호가 시간-주파수축에서 직교하기만 하면 서로 간섭을 주지 않은 다중화가 가능하다. 즉, 이는 서로의 스펙트럴 가중치 벡터의 설계만으로 쉽게 구현할 수 있는 장점을 가진다.
수신기에서 원래의 신호를 복원하기 위해서는 각 사용자가 갖는 스펙트럴 가중치 벡터의 논-제로 엔트리 길이가 적어도
Figure pat00095
이상이어야 한다. 이 제약 조건에 의해 다중-스트림 CPDMA 구조를 사용한 주파수 도약 시스템이 다중화 할 수 있는 최대 사용자 수는
Figure pat00096
이 된다. 중복되는 데이터를 추가하여 비트오율 성능을 높이기 위해서는 다중화하는 사용자의 수를 줄일 수 밖에 없기 때문에 성능과 최대 사용자 수는 트레이드-오프 관계에 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 무선통신 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 9를 참조하면, 기지국(900)은 프로세서(processor, 910), 메모리(memory, 920) 및 RF부(RF(radio frequency) unit, 930)을 포함한다. 메모리(920)는 프로세서(910)와 연결되어, 프로세서(910)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. RF부(920)는 프로세서(910)와 연결되어, 무선 신호를 송신 및/또는 수신한다. 프로세서(910)는 제안된 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 전술한 실시예에서 기지국의 동작은 프로세서(910)에 의해 구현될 수 있다.
마찬가지로 단말(950)은 프로세서(960), 메모리(970) 및 RF부(980)을 포함한다. 메모리(970)는 프로세서(960)와 연결되어, 프로세서(960)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. RF부(980)는 프로세서(960)와 연결되어, 무선 신호를 송신 및/또는 수신한다. 프로세서(960)는 제안된 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 전술한 실시예에서 단말의 동작은 프로세서(960)에 의해 구현될 수 있다.
예를 들어, 프로세서(910, 960)는 멀티-스트림 CPDMA 기반으로 생성된 신호를 사용하여 데이터를 송신 및 수신할 수 있다. 프로세서(910, 960)는 주파수 도약 패턴에 기반하여 복수의 데이터 심볼을 복수의 데이터 스트림 각각으로 할당하고, 복수의 데이터 스트림 각각에 할당된 데이터 심볼에 대하여 DFT 함수 및 M회 반복 함수를 적용할 수 있다. 또한, 프로세서(910, 960)은 DFT 함수 및 M회 반복 함수를 적용한 상기 복수의 데이터 스트림 각각에 스펙트럴 가중치 벡터를 적용하고, 스펙트럴 가중치 벡터가 적용된 복수의 데이터 스트림에 대해 IDFT 함수 및 순환 전치 추가 절차를 수행하여 멀티-스트림 CPDMA 기반의 신호를 생성하도록 구현될 수 잇다. 스펙트럴 가중치 벡터는 상기 복수의 데이터 스트림 각각이 사용하는 주파수 대역을 결정하기 위한 벡터일 수 있다.
프로세서는 ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 메모리는 ROM(read-only memory), RAM(random access memory), 플래쉬 메모리, 메모리 카드, 저장 매체 및/또는 다른 저장 장치를 포함할 수 있다. RF부는 무선 신호를 처리하기 위한 베이스밴드 회로를 포함할 수 있다. 실시예가 소프트웨어로 구현될 때, 상술한 기법은 상술한 기능을 수행하는 모듈(과정, 기능 등)로 구현될 수 있다. 모듈은 메모리에 저장되고, 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 메모리는 프로세서 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서와 연결될 수 있다.
상술한 예시적인 시스템에서, 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로써 순서도를 기초로 설명되고 있지만, 본 발명은 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당업자라면 순서도에 나타낸 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 멀티-스트림 CPDMA(cycle period division multiple access) 기반의 신호를 전송하는 방법에 있어서,
    단말이 주파수 도약 패턴에 기반하여 복수의 데이터 심볼을 복수의 데이터 스트림 각각으로 할당하는 단계;
    상기 단말이 상기 복수의 데이터 스트림 각각에 할당된 데이터 심볼에 대하여 DFT(discrete fourier transform) 함수 및 M회 반복 함수를 적용하는 단계;
    상기 단말이 상기 DFT 함수 및 상기 M회 반복 함수를 적용한 상기 복수의 데이터 스트림 각각에 스펙트럴 가중치 벡터를 적용하는 단계; 및
    상기 단말이 상기 스펙트럴 가중치 벡터가 적용된 상기 복수의 데이터 스트림에 대해 IDFT(inverse discrete fourier transform) 함수 및 순환 전치 추가 절차를 수행하여 상기 멀티 스트림 CPDMA 기반의 신호를 생성하는 단계를 포함하되,
    상기 스펙트럴 가중치 벡터는 상기 복수의 데이터 스트림 각각이 사용하는 주파수 대역을 결정하기 위한 벡터인 멀티-스트림 CPDMA 기반의 데이터 전송 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 데이터 스트림 각각에 할당된 데이터 심볼은
    Figure pat00097
    를 기반으로 결정되고,
    상기
    Figure pat00098
    는 서브-블록(sub-block) 행렬이 항등 행렬인 블록 대각 행렬이고, 상기 서브-블록의 위치 및 크기는 상기 주파수 도약 패턴을 기반으로 결정되고,
    상기
    Figure pat00099
    는 상기 복수의 데이터 심볼이고,
    상기
    Figure pat00100
    는 상기 복수의 데이터 스트림 중 j번째 데이터 스트림에 할당된 데이터 심볼인 멀티-스트림 CPDMA 기반의 데이터 전송 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 주파수 도약 패턴은 다른 단말의 주파수 도약 패턴과
    Figure pat00101
    의 관계를 가지고,
    상기
    Figure pat00102
    은 상기 주파수 도약 패턴이고,
    상기
    Figure pat00103
    은 상기 다른 단말의 주파수 도약 패턴인 멀티-스트림 CPDMA 기반의 데이터 전송 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스펙트럴 가중치 벡터는
    Figure pat00104
    를 기반으로 결정되고,
    상기
    Figure pat00105
    는 복수의 데이터 스트림 각각에 적용되는 주파수 대역별 가중치 함수이고,
    상기 Trunc는
    Figure pat00106
    인 멀티-스트림 CPDMA 기반의 데이터 전송 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 멀티 스트림 CPDMA 기반의 신호는,
    Figure pat00107
    에 순환 전치를 추가한
    Figure pat00108
    이고,
    상기
    Figure pat00109
    은 상기 IDFT 함수이고, 상기
    Figure pat00110
    는
    Figure pat00111
    이고 상기
    Figure pat00112
    는 상기 M회 반복 함수이고, 상기
    Figure pat00113
    은 상기 DFT 함수이고, 상기
    Figure pat00114
    는 상기 복수의 데이터 스트림 중 j번째 데이터 스트림에 할당된 데이터 심볼인 멀티-스트림 CPDMA 기반의 데이터 전송 방법.
  6. 무선 통신 네트워크에서 동작하는 단말에 있어서, 상기 단말은,
    무선 신호를 송신 및 수신하기 위해 구현된 RF(radio frequency)부; 및
    상기 RF부와 선택적으로 연결되는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는,
    주파수 도약 패턴에 기반하여 복수의 데이터 심볼을 복수의 데이터 스트림 각각으로 할당하고,
    상기 복수의 데이터 스트림 각각에 할당된 데이터 심볼에 대하여 DFT(discrete fourier transform) 함수 및 M회 반복 함수를 적용하고,
    상기 DFT 함수 및 상기 M회 반복 함수를 적용한 상기 복수의 데이터 스트림 각각에 스펙트럴 가중치 벡터를 적용하고,
    상기 스펙트럴 가중치 벡터가 적용된 상기 복수의 데이터 스트림에 대해 IDFT(inverse discrete fourier transform) 함수 및 순환 전치 추가 절차를 수행하여 멀티 스트림 CPDMA(code phase division multiple access) 기반의 신호를 생성하도록 구현되되,
    상기 스펙트럴 가중치 벡터는 상기 복수의 데이터 스트림 각각이 사용하는 주파수 대역을 결정하기 위한 벡터인 단말.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 데이터 스트림 각각에 할당된 데이터 심볼은
    Figure pat00115
    를 기반으로 결정되고,
    상기
    Figure pat00116
    는 서브-블록(sub-block) 행렬이 항등 행렬인 블록 대각 행렬이고, 상기 서브-블록의 위치 및 크기는 상기 주파수 도약 패턴을 기반으로 결정되고,
    상기
    Figure pat00117
    는 상기 복수의 데이터 심볼이고,
    상기
    Figure pat00118
    는 상기 복수의 데이터 스트림 중 j번째 데이터 스트림에 할당된 데이터 심볼인 단말.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 주파수 도약 패턴은 다른 단말의 주파수 도약 패턴과
    Figure pat00119
    의 관계를 가지고,
    상기
    Figure pat00120
    은 상기 주파수 도약 패턴이고,
    상기
    Figure pat00121
    은 다른 단말의 주파수 도약 패턴인 단말.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 스펙트럴 가중치 벡터는
    Figure pat00122
    를 기반으로 결정되고,
    상기
    Figure pat00123
    는 복수의 데이터 스트림 각각에 적용되는 주파수 대역별 가중치 함수이고,
    상기 Trunc는
    Figure pat00124
    인 단말.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 멀티 스트림 CPDMA 기반의 신호는,
    Figure pat00125
    에 순환 전치를 추가한
    Figure pat00126
    이고,
    상기
    Figure pat00127
    은 상기 IDFT 함수이고, 상기
    Figure pat00128
    는
    Figure pat00129
    이고 상기
    Figure pat00130
    는 상기 M회 반복 함수이고, 상기
    Figure pat00131
    은 상기 DFT 함수이고, 상기
    Figure pat00132
    는 상기 복수의 데이터 스트림 중 j번째 데이터 스트림에 할당된 데이터 심볼인 단말.
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