KR20150145114A - 단말간 직접 통신에서의 신호 송수신 방법 및 장치 - Google Patents

단말간 직접 통신에서의 신호 송수신 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

단말간 직접 통신에서, 송신하고자 하는 데이터를 OQAM(offset Quadrature amplitude modulation) 변조하여 심볼 신호를 생성한다. 그리고 심볼 신호를 1/2 심볼 단위로 인코딩하여 송신 신호를 생성하여 송신한다.

Description

단말간 직접 통신에서의 신호 송수신 방법 및 장치{Method and apparatus for transmitting/receiving signal in direct communication between terminals}
본 발명은 신호 송수신 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게 말하자면, 단말간 직접 통신에서 신호를 송수신하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
최근 스마트 등의 개인 스마트 기기의 급격한 보급 확대로 모바일 트래픽이 폭발적으로 증가하고 있는데, 이에 대응하기 위한 셀룰러 무선 용량 증대에는 한계가 있으므로 이를 극복하기 위해 단말 간 직접 통신 기술이 주목받고 있다.
단말 간 직접 통신은 그 동안 블루투스(Bluetooth) 등 비면허 대역을 사용한 근거리 통신 영역에서 주로 기술 개발 및 표준화 논의가 이루어져 왔으나, 최근에 면허/준면허 대역 또는 공유 주파수 대역을 사용한 직접 통신 기술 개발 및 표준화 추진이 본격적으로 착수되고 있다.
최근 논의되고 있는 단말 간 직접 통신 기술은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식을 근간으로 하고 있다. 일반적인 OFDM 방식은 연속한 심볼 사이에 CP(Cyclic Prefix)를 삽입하므로써 시간 영역에서 다중 경로 채널에 강한 특성을 가진다. 하지만 이런 CP-OFDM 기반의 시스템은 일반적으로 부반송파 (subcarrier) 각각이 사각펄스의 형태를 가지고 있어 대역외 방출 (Out-of-band Emission)이 높다는 단점과 CP로 인하여 주파수 사용 효율을 저하시키는 문제점을 가진다.
한편 필터 뱅크 멀티캐리어(Filter Bank Multi-Carrier, FBMC) 전송 방식이 있는데, 이 방식은 개별적인 부반송파에 대해서 효과적인 펄스 쉐이핑이 가능하게 하는 필터 뱅크 (분석 및 합성 필터)를 적용하여 대역외 방출을 낯추는 장점을 가진다. 그러나 이 방식은 CP를 제거하여 기존 방식보다 주파수 효율이 높은 장점을 가지지만, 필터 처리 등으로 인하여 높은 복잡도를 요구하게 된다. 이에 따라, 디지털 다상(Poly Phase) 필터뱅크 구조를 사용하여 복잡도를 급격히 낮출 수 있는 방법들이 제시되고 있다.
또한 FBMC 방식은 시간과 주파수 영역에서의 직교성을 유지하지 위하여 OQAM (Offset QAM) 변조방식을 사용하는데, 이러한 OQAM 변조방식은 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 방식, 특히 송신 다이버시티를 적용하는데 문제점이 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는 단말 간 직접 통신에 있어서 필터 뱅크 멀티캐리어 전송 방식을 사용하는 경우, 송신 다이버시티를 효율적으로 구성하여 송신 성능을 향상시킬 수 있는 신호 송수신 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.
위의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 특징에 따른 신호 송신 방법은, 단말간 직접 통신에서 신호를 송신하는 방법에서, 송신하고자 하는 데이터를 OQAM(offset Quadrature amplitude modulation) 변조하여 심볼 신호를 생성하는 단계; 상기 심볼 신호를 1/2 심볼 단위로 인코딩하여 송신 신호를 생성하는 단계; 및 상기 송신 신호를 송신하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 단말간 직접통신 시스템에 있어서, 필터 뱅크 멀티캐리어(Filter Bank Multi-Carrier, FBMC) 전송 방식을 적용하여 신호 전송을 수행함으로써, 기존 CP-OFDM 대비 대역외 방출 성능 및 주파수 사용 효율이 증가된다.
이에 따라, 사용되지 않는 주파수 자원을 기회적으로 사용할 수 있게 되는 장점이 있으며, 이는 특히 단말 간 직접 통신에 있어서 효율적으로 작용하여 통신 성능을 향상시킨다. 그리고, 알라무티(Alamouti) 송신 다이버시티 방식을 FBMC 방식에 적용하여 신호를 송수신할 수 있으므로, 복잡도에 한계가 있는 단말기에도 이러한 송신 방법을 적용 가능하여 신호 송신 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 단말간 직접 통신 환경을 나타낸 도이다.
도 2는 CP-OFDM과 FBMC 전송 방식 사이의 변조 방식의 차이점을 나타낸 도이다.
도 3은 OFDM 방식과 FBMC 방식간 주파수 영역 특성을 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 단말간 직접 통신시 FBMC를 사용할 경우의 주파수 자원 사용 예를 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 신호 송신 방법의 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 인코딩 방식에 따른 신호 송신 과정을 나타낸 도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 신호 수신 방법의 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 송신 장치의 구조를 나타낸 도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 수신 장치의 구조를 나타낸 도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 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 실시예에 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 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 단말간 직접 통신에서의 신호 송수신 방법 및 그 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 단말간 직접 통신 환경을 나타낸 도이다.
첨부한 도 1에서와 같이, 단말은 기지국의 도움 없이 다른 단말과 직접적으로 데이터를 송수신할 수 있다. 단말과 단말 사이에 일대일 통신이 수행될 수 있으며, 또한 하나의 단말과 복수의 단말 사이에 일대다 통신이 수행될 수도 있다.
이러한 단말간 직접 통신시에, CP-OFDM(Cyclic Prefix Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식과, 필터 뱅크 멀티캐리어(Filter Bank Multi-Carrier, FBMC) 전송 방식이 있다.
도 2는 CP-OFDM과 FBMC 전송 방식 사이의 변조 방식의 차이점을 나타낸 도이다.
OFDM 시스템은 실수부와 허수부를 포함하는 복소수(complex) 심볼을 생성하고, CP(Cyclic 생성하여 Prefix)라고 불리는 보호구간을 사용하여 신호를 전송한다. CP로 인하여 다중 경로 채널에서 발생하는 ISI(Inter Symbol Interference)를 감소시킬 수 있다. 이러한 보호 구간은 데이터의 전송을 위해 사용되는 구간이 아니라 다중 경로 채널에서 발생하는 간섭을 발생하는 간섭을 줄이기 위해 사용되는 것으로 주파수 사용 효율을 저하시킬 수 있다.
보호 구간을 제거하여 주파수 사용 효율을 높이기 위해서는 각각의 부반송파들을 변조시키는 디지털 다상(Poly Phase) 필터뱅크를 사용할 수 있는데, 다상 필터 뱅크가 ISI와 ICI(Inter Carrier Interference)를 줄일 수 있도록 각각 시간과 주파수 영역에서 우수한 지역화 (Localization) 특성을 가져야 하며, 부반송파간의 직교성을 보장하여야 한다.
이와 같은 특성을 갖는 최적의 디지털 다상 필터뱅크 함수는 실수에 대해서만 직교성을 유지할 수 있다. FBMC 방식에서는 도 2에서와 같이, 허수부의 위치를 반 심볼 주기만큼 이동시키는 OQAM(offset Quadrature amplitude modulation) 변조 방식을 이용한다.
도 2에서, T는 심볼 길이를 나타낸다. FBMC 방식에서는 OQAM 변조 방식을 사용하기 때문에, 도 2에서와 같이, 시간 영역에서 실수부 데이터와 허수부 데이터가 반 심볼차이(T/2)로 겹쳐서 존재하게 된다.
도 3은 OFDM 방식과 FBMC 방식간 주파수 영역 특성을 나타낸 도이다.
첨부한 도 3을 참조하면, 각 부반송파별로 디지털 다상 필터뱅크를 적용한 FBMC 방식이 OFDM 방식에 비하여 대역외 방출 성능이 좋음을 알 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 단말간 직접 통신시 FBMC를 사용할 경우의 주파수 자원 사용 예를 나타낸 도이다.
FBMC의 경우, 도 3에서와 같이 높은 대역외 방출 성능을 가지기 때문에, 도 4에서와 같이, 우선 사용권이 주어진 1차 사용자(primary user)가 사용하지 않는 주파수 대역을 2차 사용자(secondary user)들이 기회적(opportunistic)으로 사용할 수 있다. 이러한 특성은 단말 간 직접 통신에 있어서 통신 성능을 향상시키는데 매우 중요한 요소가 된다.
본 발명의 실시 예에서는 단말간 직접통신시 FBMC를 기반으로 신호를 전송한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 신호 송신 방법의 흐름도이다.
송신하고자 하는 데이터가 생성되면(S100), 신호 송신 장치(1)는 송신 데이터를 변조하여 심볼 신호를 생성한다. 본 발명의 실시 예에서는 FBMC 방식에 따라 시간 영역과 주파수 영역에서의 직교성을 유지하지 위하여 OQAM (Offset QAM) 변조 방식을 사용하여 데이터를 변조한다(S110). 한편, OQAM 변조 방식에 따라 데이터를 변조하는 경우, 시간 영역에서 실수부 데이터와 허수부 데이터가 반 심볼 차이로 겹쳐서 존재하게 된다. 이러한 송신 신호가 복소 채널을 통과하게 되면 수신 신호에 복소 성분의 간섭이 존재하게 된다.
그러므로 본 발명의 실시 예에서는 이러한 간섭을 제거하기 위하여, 설정 단위(예를 들어, 1/2 심볼 단위)로 변조된 데이터를 인코딩한다(S120).
OQAM 변조된 심볼 신호를 설정 단위 특히, 1/2 심볼 주기로 인코딩하여 송신 신호를 생성한다(S120). 여기서는 알라무티(Alamouti) 방식으로 심볼 신호를 인코딩하여 송신 신호를 생성하고, 생성된 송신 신호를 송신 안테나별로 송신한다(S130).
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 인코딩 방식에 따른 신호 송신 과정을 나타낸 도이다.
예를 들어, 두 개의 송신 안테나와 두 개의 수신 안테나를 이용하여 신호를 송수신하는 경우, s 0, s 1는 송신 데이터라고 하고, r 0, r 1은 수신 데이터라고 할 수 있다. 도 6에서, *는 공액 복소수(complex conjugate)를 나타내고, h 0 은 송신 안테나 1에서 나온 신호가 거치는 채널을 나타내고, h 1는 송신 안테나 2에서 나온 신호가 거치는 채널을 나타낸다.
첨부한 도 6에서와 같이, 알라무티 방식은 1/2 심볼 주기 단위(T/2)로 동작하면서 인코딩을 수행한다. 본 발명의 실시 예에 따른 OQAM 변조에 의하여 생성된 실수부 데이터와 허수부 데이터가 시간 영역에서 1/2 심볼 차이로 겹쳐서 존재한다. 이러한 데이터가 심볼 주기 단위로 인코딩되어 송신되면, 복소 채널을 통과하면서 복소 성분의 간섭이 존재하게 된다.
그러나, 본 발명의 실시 예에서는 1/2 심볼 주기에 따라 알라무티 방식에 따라 인코딩이 수행됨으로써, 복소 성분의 간섭을 최대한 감소시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 신호 수신 방법의 흐름도이다.
신호 수신 장치(2)는 신호 송신 장치(1)로부터 송신된 신호를 수신하면, 수신된 신호를 디코딩한다. 특히, 본 발명의 실시 예에서는 설정 단위인 1/2 심볼 주기에 따라 수신된 신호를 알라무티 방식으로 디코딩한다(S200, S210).
이후, 디코딩된 데이터에 대하여 간섭 필터링을 수행하여, 복소 채널을 송신함에 따라 발생될 수 있는 복소 성분의 간섭을 제거한다(S220). 필터링된 데이터를 복조하여 원래의 데이터를 획득한다(S230). 이 때, OQAM 복조 방식에 따라 데이터를 복조하여 원래 데이터를 획득한다.
위와 같이 동작하는 수신 장치(2)에서의 수신 방법 즉, 수신 신호를 1/2 심볼주기로 알라무티 방식으로 디코딩한 다음에, 복소 채널에 의한 간섭을 제거하기 위한 필터링을 수행하고, OQAM 복조를 수행하여 데이터를 획득하는 것을 수식으로 나타내면, 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00001
여기서 s 0, s 1r 0, r 1은 각각 1/2 심볼 간격으로 송수신된 데이터를 나타내고, u 0, u 1은 OQAM 변조된 송신 신호가 복소 채널을 통과하면서 발생하는 간섭을 나타낸다.
알라무티 디코딩한 다음에 복원된 신호는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00002
위의 복원된 신호에는 복소 채널을 통과하면서 생성된 허수 성분의 간섭도 포함될 수 있다.
수신 장치(2)는 이러한 신호에서 최종적으로 간섭 신호를 분리하기 위하여 실수부를 취하는 필터를 통과하여 송신된 신호를 복원할 수 있다. 여기서는 위의 수식들을 간략화하기 위하여, 잡음에 대한 부분은 생략하였다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 송신 장치의 구조를 나타낸 도이다.
첨부한 도 8에서와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 송신 장치(1)는 변조부(11), 인코딩부(12)를 포함하며, IFFT((Inverse Fast Fourier Transform)부(13), 다상 필터링부(14), P/S(parallel/serial) 변환부(15)를 포함한다.
변조부(11)는 송신하고자 하는 데이터를 변조하며, 특히, OQAM 방식에 따라 송신 데이터를 변조한다.
인코딩부(12)는 변조된 데이터를 인코딩하며, 특히 설정 단위인 1/2 심볼 주기에 따라 변조된 데이터를 인코딩하여 출력한다. 여기서는 알라무티 방식으로 데이터를 인코딩한다.
IFFT부(13)는 인코딩된 데이터를 IFFT 처리하여 시간 영역상의 신호로 출력한다.
다상 필터링부(14)는 IFFT부(13)에서 출력되는 신호를 필터링하여 출력하며, P/S 변환부(15)는 필터링된 신호를 병렬 신호로 변환하고 송신 안테나를 통하여 송신한다.
IFFT부(13), 다상 필터링부(14), 그리고 P/S 변환부(15)는 송신 안테나별로 개별적으로 복수개 형성될 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 수신 장치의 구조를 나타낸 도이다.
첨부한 도 9에서와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 수신 장치(2)는 S/P 변환부(21), 다상 필터링부(22), FFT(Inverse Fast Fourier Transform)부(23), 디코딩부(24), 간섭 필터링부(25) 그리고 복조부(26)를 포함한다.
S/P 변환부(21)는 수신 안테나를 통하여 수신된 신호를 병렬 신호로 처리하여 출력한다.
다상 필터링부(22)는 S/P 변환부(21)에서 출력되는 신호를 필터링하여 출력하며, FFT부(23)는 필터링된 신호를 FFT 처리하여 주파수 영역상의 신호로 출력한다.
디코딩부(24)는 FFT부(23)에서 출력되는 수신 신호를 디코딩하며, 특히, 설정 단위를 1/2 심볼 주기에 따라 신호를 디코딩하여 출력한다. 여기서는 알라무티 방식으로 데이터를 인코딩한다.
간섭 필터링부(25)는 디코딩된 신호에서 간섭을 필터링하며, 신호 송신시 복소 채널을 통과하면서 생성된 허수 성분의 간섭을 제거한다.
변조부(26)는 간섭이 제거된 디코딩된 신호를 복조하여 신호를 복원한다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시 예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있다.
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 (1)

  1. 단말간 직접 통신에서 신호를 송신하는 방법에서,
    송신하고자 하는 데이터를 OQAM(offset Quadrature amplitude modulation) 변조하여 심볼 신호를 생성하는 단계;
    상기 심볼 신호를 1/2 심볼 단위로 인코딩하여 송신 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 송신 신호를 송신하는 단계
    를 포함하는 신호 송신 방법.










KR1020140074527A 2014-06-18 2014-06-18 단말간 직접 통신에서의 신호 송수신 방법 및 장치 KR20150145114A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20180081201A (ko) * 2017-01-05 2018-07-16 한국과학기술원 필터뱅크 기반 다중 반송파 시스템에서 시간 영역의 지역성을 고려한 필터 디자인

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