KR20160087656A

KR20160087656A - Method for Transmitting in Uplink for Constituting Return Channel

Info

Publication number: KR20160087656A
Application number: KR1020150006903A
Authority: KR
Inventors: 이상훈; 이호재; 전동현
Original assignee: 연세대학교 산학협력단
Priority date: 2015-01-14
Filing date: 2015-01-14
Publication date: 2016-07-22

Abstract

An uplink transmission method for a return channel configuration is disclosed. The method selects modulation capable of maximizing a data transmission amount of the entire system in consideration of an oversampled side-lobe interference type occurring in an adjacent channel due to a feature of an FBMC in a return channel. The method inserts the return channel into a protection band allocated by existing broadcast standards to increase an additional data transmission amount of an uplink.

Description

BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an uplink transmission method,

본 발명은 리턴 채널 구성을 위한 상향링크 전송 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an uplink transmission method for a return channel configuration.

도 1은 일반적인 T-DMB 방송 표준에서 채널 구조를 도시한 도면이다. T-DMB 방송 표준에서 채널 구조는 도 1 과 같이 구성되어 있다. 전체 주파수 대역 중 6MHz가 할당된 채널 대역폭 안에 OFDM 블락으로 1.536MHz씩 각각 3개의 방송 채널을 가지고 있으며, 하나의 OFDM 블락 안에서는 양쪽의 192kHz를 비우고 사용한다. 즉, 하나의 OFDM 블락 안에서 실제 데이터 전송에 사용되는 주파수 대역폭은 1.152MHz이다. 방송 표준에서는 캐리어의 간격을 1kHz로 정의하기 때문에 실질적으로 OFDM 한 블록당 1152개의 carrier를 사용한다. 그리고 각 OFDM 블락들 사이에는 0.192MHz로써 보호 대역이 존재한다. 이러한 보호 대역이 존재하는 이유는 OFDM의 특성상 주파수 축에서의 사이드 로브로 인해 인접한 블록이 있다면 서로 간섭이 크게 미치기 때문이다. 따라서 기존의 시스템에서는 주파수 효율을 높이는 데에 한계가 있다.
1 is a diagram illustrating a channel structure in a general T-DMB broadcasting standard. The channel structure in the T-DMB broadcasting standard is configured as shown in FIG. Of all the frequency bands, 6MHz is allocated to each channel, and each OFDM block has three broadcast channels at 1.536MHz. In one OFDM block, 192kHz is used for both channels. That is, the frequency bandwidth used for actual data transmission in one OFDM block is 1.152 MHz. In the broadcasting standard, since the carrier interval is defined as 1 kHz, 1152 carriers are actually used per OFDM block. There is a guard band at 0.192 MHz between each OFDM block. The reason for the existence of such guard bands is that, due to the side lobes in the frequency axis due to the characteristics of OFDM, interference exists between neighboring blocks. Therefore, there is a limit to increase the frequency efficiency in the existing system.

본 발명은 방송 시스템에서 리턴 채널 구성을 위한 상향링크 구성 기술 개발을 위해 기존 방송 표준들에서 할당한 보호 대역 내에 리턴 채널을 삽입하여 상향링크의 추가적인 데이터 전송량을 높이는데 목적이 있다.An object of the present invention is to increase the amount of data transmission in the uplink by inserting a return channel in a guard band allocated in existing broadcasting standards in order to develop an uplink configuration technique for a return channel configuration in a broadcasting system.

본 발명의 일 측면에 따르면, 리턴 채널에서 FBMC의 특성에 의해 인접채널에서 오는 오버샘플링 된 사이드로브 간섭 형태를 고려하여, 전체 시스템의 데이터 전송량을 최대화 할 수 있는 모듈레이션을 선택하는 리턴 채널 구성을 위한 상향링크 전송 방법이 제공된다.
According to an aspect of the present invention, there is provided a return channel configuration for selecting a modulation capable of maximizing a data transmission amount of the entire system considering an oversampled side lobe interference form coming from an adjacent channel by a characteristic of an FBMC in a return channel An uplink transmission method is provided.

본 발명에 의하면, 기존 방송 표준들에서 할당한 보호 대역 내에 리턴 채널을 삽입하여 상향링크의 추가적인 데이터 전송량을 높일 수 있는 장점이 있다.
According to the present invention, there is an advantage that a return channel is inserted in a guard band allocated in existing broadcast standards to increase the amount of additional data transmission in the uplink.

도 1은 일반적인 T-DMB 방송 표준에서 채널 구조를 도시한 도면.
도 2는 OFDM과 FBMC의 주파수 응답을 도시한 도면으로서, (a)OFDM의 싱글 캐리어 주파수 응답 (b)OFDM의 멀티 캐리어 주파수 응답 (c)FBMC의 싱글 캐리어 주파수 응답 (d)FBMC의 멀티 캐리어 주파수 응답을 각각 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 T-DMB 시스템 구조를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 TDD 방식 기반 방송 채널과 리턴 채널의 시간 축을 예시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 T-DMB 방송 채널 구조를 도시한 도면.
도 6은 FBMC의 간섭 형태를 도시한 도면.
도 7은 OFDM의 간섭 형태를 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 T-DMB 채널 구조에서 방송 채널과 리턴 채널간의 상호 간섭을 도시한 도면.
도 9는 ITU Vehicular A 채널에서 SNR이 20이고 임계 BER이 0.05일 때 모듈레이션 최적화를 위한 (a) 채널 게임과 (b) 최적의 모듈레이션 결정을 도시한 도면.1 is a diagram illustrating a channel structure in a general T-DMB broadcasting standard.
(B) OFDM multi-carrier frequency response (c) Single-carrier frequency response of FBMC (d) Multicarrier frequency of FBMC Fig. 2 shows the frequency response of OFDM and FBMC. Fig.
3 is a diagram illustrating a T-DMB system structure according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a time axis of a TDD-based broadcast channel and a return channel of the present invention.
5 is a diagram illustrating a T-DMB broadcast channel structure according to an embodiment of the present invention.
6 shows a form of interference of an FBMC;
7 is a diagram illustrating an OFDM interference pattern;
8 is a diagram illustrating mutual interference between a broadcast channel and a return channel in a T-DMB channel structure according to an embodiment of the present invention.
9 shows (a) channel game and (b) optimal modulation decision for modulation optimization when the SNR is 20 and the threshold BER is 0.05 in the ITU Vehicular A channel.

본 발명에서는 주파수 효율을 향상시키기 위해 비어 있는 보호 대역에 상호 간섭량을 최소화 시킬 수 있는 FBMC를 삽입하여 상향링크로써 리턴 채널을 구성함으로써 상향링크와 하향링크를 모두 고려했을 때 기존 시스템보다 데이터 전송률을 높일 수 있는 기술을 제안하였다. 여기서 리턴 채널에서 FBMC를 사용하는 이유는 사이드 로브가 거의 없기 때문에 기존의 하향링크인 OFDM 블락에 간섭량이 극소하기 때문이다.In order to improve the frequency efficiency, the FBMC that minimizes mutual interference in the empty guard band is inserted to improve the frequency efficiency. By configuring the return channel as the uplink, the data transmission rate is higher than that of the existing system when considering both the uplink and downlink To be able to do so. The reason for using the FBMC in the return channel is that there is very little side lobe, so the interference amount is extremely small in the existing downlink OFDM block.

도 2는 OFDM과 FBMC의 주파수 응답을 도시한 도면으로서, (a)OFDM의 싱글 캐리어 주파수 응답 (b)OFDM의 멀티 캐리어 주파수 응답 (c)FBMC의 싱글 캐리어 주파수 응답 (d)FBMC의 멀티 캐리어 주파수 응답을 각각 도시한 도면이다. (B) OFDM multi-carrier frequency response (c) Single-carrier frequency response of FBMC (d) Multicarrier frequency of FBMC Fig. 2 shows the frequency response of OFDM and FBMC. Respectively.

도 2에서와 같이 OFDM 전송기술보다 높은 수준의 주파수 효율성을 갖는 FBMC 전송기술에 대한 연구가 유럽을 중심으로 진행되고 있다. FBMC 전송기술은 OFDM보다 높은 복잡도를 요구하지만 사이드 로브 (sidelobe)에 의한 누출 전력이 거의 없고, CP를 사용하지 않아도 된다는 장점을 갖고 있다. 게다가 FBMC는 사이드 로브가 작은 장점으로 인해 도플러 효과에 강인하기 때문에 주파수 축 흔들림에 영향을 상대적으로 적게 받는다.As shown in FIG. 2, a study on FBMC transmission technology having a higher level of frequency efficiency than OFDM transmission technology is being conducted mainly in Europe. FBMC transmission technology requires higher complexity than OFDM, but has the advantage that there is little leakage power due to sidelobe and no use of CP. In addition, the FBMC is relatively immune to frequency drift because the side lobe is robust to the Doppler effect due to its small advantage.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 T-DMB 시스템 구조를 도시한 도면이다. 3 is a diagram illustrating a structure of a T-DMB system according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명에서 제안하는 T-DBM 시스템은 기지국과 중계기, 그리고 모바일 스테이션으로 이루어져 있으며 중계기는 기지국과 유선망으로 Backbone이 연결되어 있다고 가정한다. 상향링크 전송의 경우 모바일 유저가 가장 가까운 중계기로 피드백 정보가 포함된 데이터를 리턴 채널을 통해 전송하고, 하향링크 또한 가장 가까운 중계기로부터 리턴 채널을 통해 컨트롤 정보가 포함된 데이터가 전송된다.Referring to FIG. 3, the T-DBM system proposed in the present invention is composed of a base station, a repeater, and a mobile station, and a repeater assumes that a backbone is connected to a base station and a wired network. In the case of the uplink transmission, the mobile user transmits data including the feedback information to the nearest repeater through the return channel, and data including the control information is transmitted from the nearest repeater through the return channel.

도 4는 본 발명의 TDD 방식 기반 방송 채널과 리턴 채널의 시간 축을 예시한 도면이다. 4 is a diagram illustrating a time axis of a TDD-based broadcast channel and a return channel of the present invention.

T-DMB 시스템에서 유저들간 정보를 공유하기 어렵기 때문에 도 4 와 같이 중계기와 유저 사이에는 TDD 방식의 다중접속 방식을 적용한다. 따라서 리턴 채널의 경우 TDD 방식을 사용함으로써 하나의 carrier에서 타임슬롯들은 시스템 환경에 따라 상향링크 또는 하향링크로 유기적으로 사용될 수 있다.As it is difficult to share information among users in the T-DMB system, a TDD multi-access scheme is applied between the repeater and the user as shown in FIG. Therefore, by using the TDD scheme in the case of the return channel, time slots in one carrier can be used organically in uplink or downlink according to the system environment.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 T-DMB 방송 채널 구조를 도시한 도면이다. FIG. 5 is a diagram illustrating a T-DMB broadcast channel structure according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, OFDM을 기반으로 하는 방송 채널 사이의 보호 대역에 FBMC 기반의 리턴 채널을 삽입하게 되었을 때 방송 채널에서 실제 사용하는 carrier를 고려하여 FBMC가 OFDM에 주는 간섭량과 반대로 ODFM이 FBMC에 주는 간섭량을 분석하여 리턴 채널에서 실제로 사용할 carrier의 개수를 결정하여 제시한다.Referring to FIG. 5, when an FBMC-based return channel is inserted into a guard band between OFDM-based broadcast channels, the ODFM is applied to the FBMC in contrast to the interference amount of the FBMC to the OFDM considering the carriers used in the broadcast channel. The interference is analyzed and the number of carriers actually used in the return channel is determined and presented.

도 6은 FBMC의 간섭 형태를 도시한 도면이고, 도 7은 OFDM의 간섭 형태를 도시한 도면이다. FIG. 6 is a diagram illustrating an interference pattern of the FBMC, and FIG. 7 is a diagram illustrating an interference pattern of OFDM.

간섭량을 계산하기 위해 PSD를 분석하였다. OFDM의 멀티 캐리어에 대한 PSD는 도 7과 같고, FBMC의 멀티 캐리어에 대한 PSD는 도 6과 같다. FBMC 전송 기술의 특성상 주파수 축에서 필터 계수만큼의 오버샘플링이 일어나기 때문에 OFDM이 송신되었을 때 FBMC로 수신을 하게 되면 도 6과 같이 OFDM의 PSD 신호에 오버샘플링이 적용되어 간섭이 일어난다. 하지만 FBMC로 송신하였을 때 OFDM으로 수신한다면 도 7과 같이 간섭 형태는 오버샘플링 되기 전의 PSD로 존재한다.The PSD was analyzed to calculate interference. The PSD for the OFDM multicarrier is shown in FIG. 7, and the PSD for the multi-carrier of the FBMC is shown in FIG. Since oversampling occurs as much as the filter coefficient in the frequency axis due to the characteristics of the FBMC transmission technique, when the OFDM is transmitted, the FBMC receives the oversampling of the OFDM PSD signal as shown in FIG. However, if the signal is received by the FBMC and received by the OFDM, the interference pattern exists as the PSD before the oversampling as shown in FIG.

OFDM의 PSD에 의해 FBMC가 받는 간섭량은 도 6에서

, FBMC의 PSD에 의해 OFDM이 받는 간섭량은 도 7에서

과 같으며 이러한 원리로 대역폭 B에 의한 PSD 기판의 평균 간섭량

을 도출할 수 있다.

는 n번째 블록의 주파수 f에 대한 PSD를 나타낸다. 따라서, 방송 채널에서 null carrier의 개수,

, 실제 사용하는 캐리어의 개수

, 그리고 보호 대역의 케리어의 개수

라고 했을 때 리턴 채널의 양쪽 OFDM 블록에서 PSD에 의해 FBMC가 받는 간섭량

와 같은 원리로 리턴 채널의 FBMC 블록의 PSD에 의해 OFDM이 받는 간섭량

을 구해보면 도 8과 같다. The interference amount received by the FBMC by the PSD of OFDM is shown in FIG. 6

, The amount of interference received by the OFDM by the PSD of the FBMC is

And the average interference of the PSD substrate due to the bandwidth B

Can be derived.

Represents the PSD for the frequency f of the n-th block. Therefore, the number of null carriers in a broadcast channel,

, The number of actually used carriers

, And the number of carriers in the guard band

The amount of interference the FBMC receives by the PSD in both OFDM blocks of the return channel

The interference amount received by the OFDM by the PSD of the FBMC block of the return channel

As shown in FIG.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 T-DMB 채널 구조에서 방송 채널과 리턴 채널간의 상호 간섭을 도시한 도면이다. 8 is a diagram illustrating mutual interference between a broadcast channel and a return channel in a T-DMB channel structure according to an embodiment of the present invention.

보통 실제 T-DMB 환경에서는 송신기들의 오실레이터 동기문제가 발생하기 때문에 중심 주파수가 약 1-10ppm 정도 오차가 있을 수 있다. 따라서 OFDM의 중심 주파수

에 대해서 오실레이터 오프셋

으로 표현할 수 있고, 리턴 채널의 양쪽 끝에 널 캐리어를

로 계산할 수 있다. Usually, in the actual T-DMB environment, oscillator synchronization problems occur in the transmitters, so the center frequency may have an error of about 1-10 ppm. Therefore, the center frequency of OFDM

&Lt; / RTI >

And a null carrier at both ends of the return channel.

.

그리고, 이때 결정한 널 캐리어의 개수에 따라 OFDM에 미치는 기대 ICI 값은 앞의

수식을 이용하여 표현하면 다음의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다. The expected ICI value for OFDM depends on the number of null carriers determined at this time,

Expression using the equation can be expressed by the following equation (1).

OFDM과 FBMC의 carrier 개수에 따른 기대 간섭량을 알 수 있으므로 이를 이용해 Table 2와 같이 상향링크와 하향링크에 관해 주파수축 기대 SINR 값을 정리 할 수 있다. 특히 상향 링크와 하향링크에서 각각 모바일 유저와 중계기 사이의 SINR은 FBMC에 의한 멀티 패스 간섭

또한 고려를 해야 한다. As shown in Table 2, the expected SINR values of the frequency axis can be summarized for the uplink and downlink using the number of carriers of OFDM and FBMC. In particular, the SINR between the mobile user and the repeater in the uplink and the downlink, respectively,

You should also consider.

다음의 표 1은 상향 링크와 하향 링크 타임 슬롯의 주파수축 기대 SINR값을 나타낸 표이다. Table 1 below shows the SINR values of the frequency axis expected in the uplink and downlink timeslots.

표 1과 같이 도출한 도출한 SINR과 모듈레이션 값에 따른 AWGN과 Rayleigh 채널 환경 하에서 모듈레이션 M에 대한 BER 수식은 다음의 수학식 2와 같다. The BER equation for the modulation M in the AWGN and Rayleigh channel environment according to the derived SINR and modulation value derived as shown in Table 1 is expressed by Equation 2 below.

그리고 리턴 채널에서 유저의 최소 QoS를 맞추기 위한 FBMC의 임계 BER

를 정했을 때 데이터 전송량을 최대화할 수 있는 모듈레이션 최적화 수식은 다음의 수학식 3과 같다. And the critical BER of the FBMC for matching the user's minimum QoS on the return channel

The modulation optimization formula that can maximize the data transmission amount is expressed by Equation 3 below. &Quot; (3) "

b번째 FBMC 블록의 서브캐리어의 숫자가 N_b개일 때 QoS를 보장하기 위해서 리턴 채널의 임계 BER 이하를 유지하면서 최적의 모듈레이션이 결정된다.When the number of subcarriers of the b-th FBMC block is N _b , the optimal modulation is determined while maintaining the threshold BER or less of the return channel in order to guarantee the QoS.

도 9는 ITU Vehicular A 채널에서 SNR이 20이고 임계 BER이 0.05일 때 모듈레이션 최적화를 위한 (a) 채널 게임과 (b) 최적의 모듈레이션 결정을 도시한 도면이다. 9 shows (a) channel game and (b) optimal modulation decision for modulation optimization when the SNR is 20 and the threshold BER is 0.05 in the ITU Vehicular A channel.

도 9를 참조하면, 실제 방송 표준의 ITU-Vehicular A 채널 상황에서 유저의 SNR과 리턴 채널의 임계 BER이 주어 졌을 때, 채널 게인에 따라 최적의 모듈레이션 모드가 정해지는 것을 볼 수 있다.
Referring to FIG. 9, when the threshold BER of the user's SNR and the return channel is given in the ITU-Vehicular A channel situation of the actual broadcasting standard, the optimal modulation mode is determined according to the channel gain.

Claims

An uplink transmission method for a return channel configuration,
The uplink transmission method for selecting a modulation scheme capable of maximizing the data transmission amount of the entire system considering the oversampled side lobe interference pattern coming from the adjacent channel by the characteristic of the FBMC in the return channel.