KR20160092714A - 통신 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

비균일한 심벌간 간섭 패턴을 이용하여 신호를 송신하는 장치가 제공된다. 일실시예에 따르면 FTN(Faster Than Nyquist) 방식에 따라 심벌 별 전송 신호의 위치 및 간섭 패턴을 제어할 수 있는 파라미터 시퀀스를 이용하여 입력 신호를 변조한 출력 신호를 송신함으로써 중첩된 시간 대역 또는 주파수 대역만큼 자원을 절약하고, 효율적으로 신호를 송수신할 수 있다.

Description

통신 장치 및 방법{COMMUNICATION APPARATUS AND METHOD}
무선 통신에 연관되며, 보다 구체적으로는 신호의 간섭에 기반하여 신호를 송수신하는 방법 및 장치에 연관된다.
심벌 간의 간섭이 없이 신호를 전송하기 위해 나이키스트 속도 (Nyquist rate)가 사용된다. 그리고 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 시스템에서는 허용된 대역폭에서 심볼 간의 간섭 없이 신호를 전송하기 위해 펄스의 모양 및 속도를 결정한다. 이를 나이키스트 관점의 펄스 생성 방법이라고 한다. 나이키스트 관점의 펄스 생성 방법에 따라 결정된 펄스는 주어진 대역폭에서 심볼 간 간섭 없이 최대의 전송률을 가질 수 있다.
한편, 나이키스트 관점의 펄스 생성 방법의 전송 속도를 높이기 위한 방법으로 FTN(Faster Than Nyquist) 방식의 펄스 생성 방법이 있다. FTN 전송 방법은 송신 신호에서 필연적으로 심벌간 간섭 (inter-symbol interference; ISI)을 발생시키지만 이러한 ISI에도 불구하고, 비트 에러율(BER; Bit Error Rate)의 손실 없이 나이키스트 속도보다 심볼 전송 속도를 어느 정도 높일 수 있다는 것이 알려져 있다.
이와 더불어 주파수 자원의 효율적인 사용 및 높은 보안성의 확보를 위해 DS-SS (Direct Sequence Spread Spectrum) 및 FH-SS (Frequency Hopping Spread Spectrum) 방식이 널리 사용되고 있다. 상기의 주파수 확산 방식은 사용자 각각이 고유의 확산 코드 및 주파수 호핑 패턴을 활용하여 신호를 송수신 하므로 다중 사용자의 주파수 공유 및 고유 코드 및 패턴을 통한 보안통신이 가능한 기술이다.
미국등록특허공보 제8,514,966호, 2013.08.20 공개.
일측에 따르면, FTN (Faster Than Nyquist) 방식에 따른 심벌 별 신호 위치 및 중첩 정도에 연관되는 파라미터 시퀀스에 따라 전송 신호의 위치 및 간섭 패턴을 제어하는 제어부; 및 입력 신호를 상기 파라미터 시퀀스에 따라 변조한 출력 신호를 송신하는 송신부를 포함하는 신호 송신 장치가 제공된다. 상기 파라미터 시퀀스는 수신 장치와 보안 키를 이용한 보안 통신으로 공유될 수 있으며, 상기 출력 신호는 상기 파라미터 시퀀스를 이용하여 상기 입력 신호로 복호화 가능한 것일 수 있다. 또한, 상기 변조는 상기 파라미터 시퀀스를 이용하여 시간 대역 및 주파수 대역 중 적어도 하나에 대해 상기 심벌 별 신호의 위치 및 중첩 정도를 변경하는 것을 포함할 수 있다.
상기 일실시예에서 상기 제어부는 전송 속도에 반비례하도록 상기 시간 대역에 대한 상기 파라미터 시퀀스 값을 설정하거나, 상기 주파수 대역의 범위에 반비례하도록 상기 주파수 대역에 대한 상기 파라미터 시퀀스 값을 설정할 수 있다. 이때 상기 파라미터 시퀀스는 상기 적용하는 변수에 적응적으로 결정될 수 있다.
다른 일측에 따르면, FTN (Faster Than Nyquist) 방식에 따른 심벌 별 신호의 위치 및 중첩 정도에 연관되는 파라미터 시퀀스에 따라 주파수 확장에 관여하는 확산 코드를 제어하는 제어부; 및 상기 파라미터 시퀀스에 따라 변조된 상기 확산 코드를 이용하여 입력 신호의 주파수 대역을 확산한 확산 신호를 송신하는 송신부를 포함하는 신호 송신 장치가 제공된다. 상기 제어부는, 상기 심벌 별 동일한 파라미터 시퀀스를 적용하여 각 코드의 길이를 일정한 비율로 중첩시키거나, 상기 심벌 별 상이한 파라미터 시퀀스를 이용하여 각 코드의 길이를 서로 상이한 비율로 중첩시킬 수 있다. 상기 파라미터 시퀀스는 수신 장치와 보안 키를 이용한 보안 통신으로 공유될 수 있고, 상기 확산 신호는 상기 파라미터 시퀀스를 이용하여 상기 확산 코드 및 상기 입력 신호로 복호화 가능하다.
또 다른 일측에 따르면, FTN (Faster Than Nyquist) 방식에 따른 심벌 별 신호의 위치 및 중첩 정도에 연관되는 파라미터 시퀀스에 따라 주파수 호핑 패턴을 조절하는 제어부; 및 상기 조절된 주파수 호핑 패턴에 따라 신호를 송신하는 송신부를 포함하는 신호 송신 장치가 제공된다. 상기 파라미터 시퀀스는 상기 주파수 호핑 패턴을 구성하는 주파수 대역에 적용함으로써 중심 주파수의 중첩 정도를 제어할 수 있다. 또한 상기 파라미터 시퀀스는 주파수 호핑 주기마다 가변적으로 적용될 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 신호 송신 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2는 나이키스트 속도에 의해 신호를 송신하는 그래프를 나타낸 것이다.
도 3은 FTN에 의해 신호를 송신하는 그래프를 나타낸 것이다.
도 4는 일실시예에 따른 신호 송신 장치에 의해 신호를 송신하는 그래프를 나타낸 것이다.
도 5a는 일실시예에 따라 시간 대역에 FTN 신호 송수신 방법을 적용한 개념도이다.
도 5b는 일실시예에 따라 주파수 대역에 FTN 신호 송수신 방법을 적용한 개념도이다.
도 5c는 일실시예에 따라 시간 대역 및 주파수 대역 모두에 FTN 신호 송수신 방법을 적용한 개념도이다.
도 6a 및 도 6b는 다른 실시예에 따라 주파수 확산 코드에 파라미터 시퀀스를 적용한 개념도이다.
도 7a는 주파수 확산 코드의 일 예를 나타낸 것이다.
도 7b는 다른 실시예에 따라 동일한 파라미터 시퀀스를 이용하여 도 7a의 확산 코드를 변조한 예시이고, 도 7c는 다른 실시예에 따라 상이한 파라미터 시퀀스를 이용하여 도 7a의 확산 코드를 변조한 예시이다.
도 8a는 5개의 주파수 대역을 이용하여 구성된 주파수 호핑 패턴에 따라 신호를 전송하는 예시를 나타낸 것이다.
도 8b는 또 다른 실시예에 따라 동일한 파라미터 시퀀스를 이용하여 도 8a의 주파수 호핑 패턴을 변조한 예시이고, 도 8c는 또 다른 실시예에 따라 상이한 파라미터 시퀀스를 이용하여 도 8a의 주파수 호핑 패턴을 변조한 예시이다.
도 8d는 또 다른 실시예에 따라 주파수 호핑 주기에 따라 파라미터 시퀀스를 변경하여 적용한 예시이다.
이하에서, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 이러한 실시예들에 의해 권리범위가 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적으로 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안되며, 실시예들을 설명하기 위한 예시적인 용어로 이해되어야 한다.
또한 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.
도 1은 일실시예에 따른 신호 송신 장치(100)를 나타낸 것으로, 제어부(110) 및 송신부(120)를 포함할 수 있다. 신호 송신 장치(100)는 FTN (Faster Than Nyquist) 방식에 따라 신호를 송신할 수 있는데, 나이키스트 속도(Nyquist rate)에 의해 심벌 간의 간섭이 없이 신호를 전송하는 것보다 빠른 속도(Faster Than Nyquist)로 신호를 전송함으로써 인위적인 심벌간 간섭(inter-symbol inference; ISI)을 발생시키게 된다. 이러한 필연적인 ISI에도 불구하고 수신 장치와 간섭 정보를 공유하기 때문에 비트 오류율(Bit Error Rate)의 손실 없이 신호를 전송할 수 있으며, 심볼 전송 속도는 향상된다.
제어부(110)는 FTN 방식에 따른 심벌 별 신호 위치 및 중첩 정도에 연관되는 파라미터 시퀀스에 따라 전송 신호의 위치 및 간섭 패턴을 제어할 수 있다. 상세한 설명을 위해 나이키스트 속도에 의해 신호를 송신하는 그래프(도 2)를 먼저 설명한다. 도 2는 나이키스트 속도에 의해 신호를 송신하는 그래프로서, 시간에 대한 펄스를 나타낸 그래프이다. 심벌간 간섭 없이 신호를 전송할 수 있는 심볼 전송 주기를 단위 시간 Ts라고 정의할 때, 나이키스트 속도는 Ts마다 a1, a2, a3 순서로 신호를 송신하는 것을 의미한다. 도 2의 그래프를 참조하면 Ts, 2Ts, 3Ts 에서 순차적으로 a1, a2, a3 등이 송신되고 있으며, 송신하고자 하는 신호 외에 다른 신호에 의한 간섭은 발생하지 않는 것을 알 수 있다. 예를 들어, a2 신호를 전송하는 Ts에서 이전 신호인 a1 신호가 0 값을 갖기 때문에 간섭이 0이 된다.
반면에 도 3은 FTN에 의해 신호를 송신하는 그래프로서, 동일한 펄스 모양을 가지는 a1, a2, a3 등에 대해 Ts보다 더 빠른 τxTs 주기로 신호를 송신하는 방법을 그래프로 나타내고 있다. 따라서 동일 대역폭에서 전송할 수 있는 속도는 기존의 나이키스트 속도의 신호 송신에 비해 빨라지게 된다. 이때 τ는 FTN 전송 파라미터로서, 인위적인 심벌 간 중첩 정도를 나타내며 0에서 1 사이의 값을 가진다(0<τ<1). τ가 작을수록 전송 속도는 더 빨라지게 되고, τ가 1인 경우 나이키스트 속도와 동일하다. 예를 들어, τ가 0.5이면 기존 나이키스트 속도보다 2배 빠른 속도로 신호를 전송할 수 있다.
다시 도 1로 돌아가서 제어부(110)는 이와 같은 FTN 방식에 따른 신호 위치 및 중첩 정도에 연관되는 파라미터 시퀀스를 이용하여 전송 신호의 위치 및 간섭 패턴을 제어할 수 있다. 상기 FTN 전송 파라미터 τ는 파라미터 시퀀스의 예시로서 설명될 수 있으며, τ 값을 변경함으로써 나이키스트 속도보다 빠른 전송 속도로 신호를 전송할 수 있다. 구체적으로 τ값이 0에 가까워질수록 신호의 위치가 그래프 상에서 왼쪽으로 이동하며, 신호들은 더 많이 중첩되어 간섭이 크게 발생하는 패턴을 만들게 된다. 도 3을 참조하면, a1 신호를 전송할 때(시간 값이 0일 때) 다음 신호인 a2의 신호가 일부 중첩되고 있으며, a2 신호를 전송할 때는 이전 신호인 a1 신호와 다음 신호인 a3 신호가 모두 중첩되는 것을 알 수 있다. 이때 동일한 τ값이 모든 Ts에 적용되기 때문에 균일한 간섭이 발생하게 된다. 따라서 상기 신호를 수신한 단말에서는 τ값을 알면 간섭을 제거하여 원래 신호를 찾아낼 수 있다. 이와 같이 일실시예에서 상기 파라미터 시퀀스는 수신 장치와 보안 키를 이용한 보안 통신으로 공유될 수 있다. 허가된 수신 장치만이 송신 장치가 전송한 원본 데이터를 복호화 할 수 있게 하기 위함이다.
도 4는 일실시예에 따른 신호 송신 장치(100)에 의해 신호를 송신하는 그래프를 나타낸 것이다. 제어부(110)는 파라미터 시퀀스에 따라 전송 신호의 위치 및 간섭 패턴을 제어할 수 있다. 도 3과 같이 동일한 하나의 τ값에 따라 전송 신호의 위치를 변경하고 균일한 간섭을 발생시킬 수도 있지만, 도 4와 같이 τ값을 각 신호마다 다르게 적용할 수도 있다. a1, a2, a3, a4, a5 신호에 대해 간섭이 없이 신호를 전송할 수 있는 심벌 전송 주기를 Ts라고 할 때, 도 4는 각 Ts 별로 다른 τ값(τ1, τ2, τ3)이 적용되었을 경우의 신호 위치 및 간섭 패턴을 도시하고 있다. 즉, 도 4에서 파라미터 시퀀스는 τ1, τ2, τ3가 된다. 파라미터 시퀀스에 의해 각 전송 주기(τ1Ts, τ2Ts, τ3Ts)는 그 간격이 모두 상이하기 때문에 각 신호를 전송할 때 발생하는 간섭이 규칙적이지 않다. 하지만, 도 4의 신호를 수신한 수신 장치에서 τ1, τ2, τ3를 알고 있기 때문에 불규칙한 간섭을 제거하고 원래 a1, a2, a3, a4, a5 신호를 생성해낼 수 있다.
다시 도 1로 돌아가서, 송신부(120)는 입력 신호를 상기 파라미터 시퀀스에 따라 변조한 출력 신호를 송신할 수 있다. 즉, 파라미터 시퀀스에 의해 입력 신호는 전송 신호의 위치가 변경되고, 간섭 패턴에 상응하여 각 신호가 중첩된 형태로 출력 신호가 생성된다. 시간 대역 및 주파수 대역 중 적어도 하나에 파라미터 시퀀스를 적용하면, 출력 신호는 입력 신호보다 시간 대역 혹은 주파수 대역이 짧아진 형태가 될 수 있다. 따라서, 파라미터 시퀀스에 의해 중첩되는 만큼 전송 속도가 빨라지고 사용하는 주파수 대역이 줄어들게 되어 시간 또는 주파수 자원을 절약할 수 있게 된다. 따라서 송신부(120)에 의해 생성되는 출력 신호는 상기 파라미터 시퀀스를 이용하여 상기 입력 신호로 다시 복호화가 가능한 것이다. 때문에 파라미터 시퀀스를 공유하는 수신 장치는 출력 신호를 수신하여 입력 신호를 얻을 수 있다.
도 5a는 일실시예에 따라 시간 대역에 FTN 신호 송수신 방법을 적용한 개념도이고, 도 5b는 일실시예에 따라 주파수 대역에 FTN 신호 송수신 방법을 적용한 개념도이다. 도 5a를 참조하면 시간 대역에 발생한 간섭에 따라 중첩되는 만큼 시간 이득이 발생하는 것을 알 수 있다. 전송 주기를 조절함으로써 동일한 시간 내에 더 많은 데이터를 전송할 수 있게 되는 것이다. 비록 간섭이 발생하나 인위적으로 파라미터 시퀀스를 기초로 발생한 것이기 때문에 수신 장치와 파라미터 시퀀스를 공유함으로써 인위적인 간섭을 제거하고 원본 데이터를 복호화 할 수 있다. 따라서 일실시예에 따른 제어부(120)는 전송 속도에 반비례하도록 시간 대역에 대한 파라미터 시퀀스 값을 설정할 수 있다. 또한, 도 5b를 참조하면 주파수 대역에 발생한 간섭에 따라 중첩되는 만큼 주파수 이득이 발생하는 것을 알 수 있다. 주파수 자원은 한정적이기 때문에 좁은 대역만을 이용하여 신호를 송수신할 수 있다면 전체적인 데이터 전송 효율이 높아질 수 있다. 따라서 일실시예에 따른 제어부(120)는 주파수 대역의 범위에 반비례하도록 상기 주파수 대역에 대한 상기 파라미터 시퀀스 값을 설정할 수 있다.
한편, 제어부(110)는 파라미터 시퀀스를 이용하여 시간 대역 및 주파수 대역 모두에 FTN 신호 송수신 방법을 적용하여 각 심벌 별 신호의 위치 및 중첩 정도를 변경할 수 있다. 즉, 시간 대역에 상응하는 파라미터 시퀀스를 적용하여 전송 주기를 짧게 만들 수 있는 동시에 주파수 대역에 상응하는 파라미터 시퀀스를 적용하여 중첩되는 주파수 대역을 이용하여 신호를 전송할 수 있다. 도 5c는 일실시예에 따라 시간 대역 및 주파수 대역 모두에 FTN 신호 송수신 방법을 적용한 개념도로서, 전송 시간을 절약하는 동시에 사용하는 주파수 대역을 절약함으로써 적은 자원으로 동일한 데이터를 송수신할 수 있어 전체적인 데이터 전송 효율이 좋아질 수 있다. 그러므로 2가지 이상의 파라미터 시퀀스가 사용되는 경우 적용하는 변수(시간 대역 혹은 주파수 대역 등)에 적응적으로 파라미터 시퀀스를 결정할 수 있다.
주파수 대역에 FTN 신호 송수신 방법을 적용하는 실시예와 관련하여, 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; OFDM) 시스템의 부반송파(subcarrier) 간격에 대하여 파라미터 시퀀스를 적용하여 간섭 패턴을 형성할 수도 있다. 즉, 부반송파 간격을 τ (여기서, 0 < τ < 1 임)의 비율로 좁혀서 전송함으로써, 동일한 주파수 대역 폭에서 더 많은 데이터를 전송할 수 있다. 발생한 부반송파 간섭은 τ를 공유하는 수신 장치에서 제거될 수 있다. 나아가 전송 신호 자체에 대하여 FTN 신호 송수신 방법을 적용하는 동시에 부반송파에 대하여도 FTN 신호 송수신 방법을 적용할 수 있다. 즉, 주파수 차원의 FTN 신호 송수신 방법이 적용된 심벌(통상의 OFDM 심벌보다 좁은 간격을 갖는 복수의 심볼)이 간섭 패턴에 따라 서로 중첩 전송됨으로써, 동일한 시간과 동일한 주파수 대역폭에서 더 많은 데이터를 전송할 수 있다. 이때 부반송파 간 간섭 및 심벌 간 간섭은 수신 장치에서 제거될 수 있다. 각 변수에 적용되는 파라미터 시퀀스는 상이할 수 있으며, 수신 장치와 파라미터 시퀀스를 공유함으로써 데이터 송수신의 정확도를 담보할 수 있다.
일실시예에 따른 신호 송신 장치에서 파라미터 시퀀스는 심벌 간에 동일한 값을 적용할 수도 있고, 심벌 간에 다른 값을 적용할 수도 있다. 이를 동일한 값을 적용하기 위해서는 단일 τ 값으로 정의할 수 있고, 상이한 값을 적용하기 위해서는 Τ = [τ1, τ2, τ3, τ4, τ5] = [1, 0.8, 0.7, 0.5, 0.4] 와 같이 정의될 수 있다. 단일 값으로 적용된 것보다 소정 개수의 상이한 값의 시퀀스로 정의된 파라미터 시퀀스를 이용하는 경우 원래 신호로 복호화 하기 위해서 복잡한 파라미터 시퀀스를 알아야 하기 때문에 보안성이 향상될 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 일실시예에 따라 상이한 값의 파라미터 시퀀스를 적용한 개념도이다. Τ = [1, 0.8, 0.7, 0.5, 0.4]인 파라미터 시퀀스를 이용하여 시간 대역에 대한 간섭 패턴을 조절하여 도 6a의 입력 신호를 도 6b의 출력 신호로 변조하는 것을 나타낸 것이다. 전송 주기마다 중첩되는 정도가 다르며, 0에 가까운 값인 경우 중첩의 정도가 커지고 반대로 1인 경우 중첩되지 않고 원래의 전송 주기에 따라 신호가 변조된 것을 알 수 있다.
데이터 신호를 전송할 때, 비트 스트림(beat stream)을 위상 편이 변조(phase shift keying, PSK) 또는 직교 진폭 변조(Quadrature Amplitude Modulation, QAM) 등의 방식에 따라 신호를 변조하여 송수신할 수 있다. 이때 변조되기 전 비트 스트림에는 채널 부호화 및 인터리빙이 적용될 수 있으며, 변조 과정에서 직접 시퀀스 확산 스펙트럼(direct sequence spread spectrum, DS-SS), 주파수 호핑 확산 스펙트럼(frequency hopping spread spectrum. FH-SS), 시간 호핑 확산 스펙트럼(time hopping spread spectrum, TH-SS) 등 보안성을 갖는 전송 기술이 추가로 적용될 수 있다.
이 중 가장 대표적인 기술로 DS-SS는 협대역의 신호에 상대적으로 긴 구간의 코드를 적용하여 대역 확산을 수행하는 방법이다. 확산 코드(spread code)는 전송 데이터에 적용되어 대역 확산을 수행하는데, 수신 장치에서 확산 코드를 다시 활용하여 역확산 및 신호 검출을 수행하게 된다. 신호 검출을 위한 역확산 수행 과정에서 데이터의 전력은 확산 코드의 길이에 비례하여 증가한다. 따라서 긴 코드를 활용한 역확산은 신호의 안정성 및 성능 증가를 위해 효과적이다. 그러나 길이가 길어짐에 따라 전송률의 감소를 초래하기 때문에 적당한 길이의 코드가 선택 및 활용된다. 이때 다른 실시예에 따라 FTN 방식에 따른 파라미터 시퀀스를 이용하여 확산 코드인 전송 신호의 위치 및 간섭 패턴을 조절할 수 있다.
다른 실시예에 따른 제어부(110)는 FTN (Faster Than Nyquist) 방식에 따른 심벌 별 신호의 위치 및 중첩 정도에 연관되는 파라미터 시퀀스에 따라 주파수 확장에 관여하는 확산 코드를 제어할 수 있다. 또한 다른 실시예에 따른 송신부(120)는 상기 파라미터 시퀀스에 따라 변조된 상기 확산 코드를 이용하여 입력 신호의 주파수 대역을 확산한 확산 신호를 송신할 수 있다. 도 7a는 주파수 확산 코드의 일 예를 나타낸 것이다. 확산 코드는 일반적으로 1과 -1로 구성된다. 수신 장치에서 DS-SS의 확산 코드를 파악하지 못하고 있다면 수신 신호의 복조는 불가능하다. 따라서 송신 장치와 허가된 수신 장치에서만 확산 코드를 공유하고 있는 경우 데이터를 송수신할 수 있기 때문에 통신의 보안성을 높이는 것이 가능하다. 더불어 일실시예에 따라 FTN 방식에 따른 파라미터 시퀀스를 이용한다면 확산 코드의 효율성(확산 코드의 길이를 단축할 수 있음) 및 보안성(확산 코드 외에 파라미터 시퀀스도 공유해야만 수신 신호의 복조가 가능함)이 한층 강화될 수 있다.
다른 실시예에 따른 제어부(110)는 심벌 별 동일한 파라미터 시퀀스를 적용하여 각 코드의 길이를 일정한 비율로 중첩시킬 수 있다. 또한, 심벌 별 상이한 파라미터 시퀀스를 이용하여 각 코드의 길이를 서로 상이한 비율로 중첩시킬 수도 있다. 예시로서, 도 7b는 다른 실시예에 따라 동일한 파라미터 시퀀스를 이용하여 도 7a의 확산 코드를 변조한 것이고, 도 7c는 다른 실시예에 따라 상이한 파라미터 시퀀스를 이용하여 도 7a의 확산 코드를 변조한 것이다. 도 7b의 경우 동일한 값으로 확산 코드의 각 구성단위(Code value #0, Code value #1, Code value #2, … 등)가 균일하게 중첩되었고, 도 7c의 경우 상이한 값으로 확산 코드의 각 구성단위가 비균일하게 중첩되었다. 원래 확산 코드의 길이에 파라미터 시퀀스의 값을 곱하여 새로운 확산 코드를 가변하기 때문에 파라미터 시퀀스는 0부터 1 사이의 값으로 표현될 수 있고, 1일 때 중첩되지 않고 원래 확산 코드의 길이를 가지며, 0에 가까워질수록 중첩되는 정도가 커져 전체 확산 코드의 길이가 줄어들게 된다.
이와 같은 다른 실시예에서 상기 파라미터 시퀀스는 수신 장치와 보안 키를 이용한 보안 통신으로 공유될 수 있다. 또한, 송신부(120)에 의해 송신되는 확산 신호는 상기 파라미터 시퀀스를 이용하여 확산 코드 및 입력 신호로 복호화 가능한 것일 수 있다. 한편, 보안성과 관련하여 하나의 파라미터 시퀀스 값으로 확산 코드의 각 구성 단위에 적용되는 것보다 도 7c와 같이 서로 다른 값으로 각 구성 단위를 중첩시키면, 코드의 위치 및 간섭량 등을 모두 파악해야 신호의 검출이 가능하므로 보안성을 크게 향상시키는 것이 가능하다.
FH-SS 방법은 주파수 확산 기술 중의 하나로 소정의 주파수 대역(Band)를 시간에 따라 일정한 규칙에 따라 선택적으로 이용하여 신호를 송수신하는 방법을 말한다. 상기 일정한 규칙을 주파수 호핑 패턴이라고 한다. 도 8a는 5개의 주파수 대역을 이용하여 구성된 주파수 호핑 패턴에 따라 신호를 전송하는 예시를 나타낸 것으로, 이때의 주파수 호핑 패턴은 [1, 2, 3, 5, 4]가 된다.
주파수 호핑 패턴은 송신 장치와 수신 장치가 공유함으로써 데이터를 송수신할 수 있다. 다시 말해 수신 장치에서는 주파수 호핑 패턴에 따라 수신 대역을 변경하여 신호를 수신해야 하므로 주파수 호핑 패턴을 파악하고 있지 못한 경우 신호를 수신하는 것이 불가능하다. 통상적인 주파수 호핑 패턴을 이용하여 신호를 전송할 때는 도 8a와 같이 주파수 대역폭 f는 신호 사이의 간섭을 최소화 하기 위해 신호 대역폭 이상의 충분한 주파수 이격거리를 고려하여 설정된다. 이때 또 다른 실시예로서, FTN 방식에 따른 파라미터 시퀀스를 주파수 호핑 패턴에 적용할 수 있다. 또 다른 실시예에 따른 제어부(110)는 FTN (Faster Than Nyquist) 방식에 따른 심벌 별 신호의 위치 및 중첩 정도에 연관되는 파라미터 시퀀스에 따라 주파수 호핑 패턴을 조절할 수 있다. 그리고 또 다른 실시예에 따른 송신부(120)는 상기 조절된 주파수 호핑 패턴에 따라 신호를 송신할 수 있다. 파라미터 시퀀스는 주파수 호핑 패턴을 구성하는 주파수 대역에 적용됨으로써 중심 주파수 중첩 정도를 제어할 수 있다.
이와 같이 또 다른 실시예에 따라 변경된 주파수 호핑 패턴에서는 각 전송 대역폭은 신호의 대역폭 이하로 축소되고, 중심 주파수 또한 변경된다. 도 8b는 또 다른 실시예에 따라 동일한 파라미터 시퀀스를 이용하여 도 8a의 주파수 호핑 패턴을 변조한 예시이고, 도 8c는 또 다른 실시예에 따라 상이한 파라미터 시퀀스를 이용하여 도 8a의 주파수 호핑 패턴을 변조한 예시이다. 수신 장치는 단순히 송신 장치와 주파수 호핑 패턴만을 공유해서는 안되고, 파라미터 시퀀스에 의해 중심 주파수가 변경되는 값을 알아야 신호를 제대로 수신할 수 있다. 따라서, 파라미터 시퀀스는 수신 장치와 보안 키를 이용한 보안 통신으로 주파수 호핑 패턴과 함께 공유될 수 있다.
나아가 주파수 호핑 패턴은 호핑 주기마다 갱신될 수 있으며, 이때 또 다른 실시예의 파라미터 시퀀스도 갱신하여 이전 파라미터 시퀀스와 다른 값으로 변경될 수 있다. 도 8d는 또 다른 실시예에 따라 주파수 호핑 주기에 따라 파라미터 시퀀스를 변경하여 적용한 예시이다. T(0)에서 T(1)의 호핑 주기 동안 τ0 (1)f, τ1 (1)f, τ2 (1)f, τ3 (1)f, τ4 (1)f, τ5 (1)f 가 적용되었고, 다음 주기인 T(1)에서 T(2)의 호핑 주기 동안 τ0 (2)f, τ1 (2)f, τ2 (2)f, τ3 (2)f, τ4 (2)f, τ5 (2)f 가 적용되어 중심 주파수가 변경되는 것을 알 수 있다.
상기 설명한 실시예들에 따라, 신호 송신 장치는 미리 정해진 심벌 간 간섭 패턴을 이용하여 비트 스트림에 대하여 코드화된 신호를 송신할 수 있다. 그리고 송신 장치에서 사용한 간섭 패턴과 동일한 간섭 패턴을 가지는 수신 장치만이 수신한 코드화된 신호에서 비트 스트림을 복원할 수 있다. 간섭 패턴은 파라미터 시퀀스에 의해 제어되며 송신 장치와 수신 장치는 파라미터 시퀀스를 보안 키를 이용한 보안 통신으로 공유함으로써 간섭을 발생 또는 제거시킬 수 있다. 앞서 설명한 실시예 외에 다양한 주파수 확산 기술에 FTN 방식에 따른 파라미터 시퀀스를 적용함으로써 전송 효율뿐만 아니라 보안성의 향상을 획득할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
100: 신호 송신 장치
110: 제어부
120: 송신부

Claims (15)

  1. FTN (Faster Than Nyquist) 방식에 따른 심벌 별 신호 위치 및 중첩 정도에 연관되는 파라미터 시퀀스에 따라 전송 신호의 위치 및 간섭 패턴을 제어하는 제어부; 및
    입력 신호를 상기 파라미터 시퀀스에 따라 변조한 출력 신호를 송신하는 송신부
    를 포함하는 신호 송신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파라미터 시퀀스는 수신 장치와 보안 키를 이용한 보안 통신으로 공유되는 것인 신호 송신 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 출력 신호는 상기 파라미터 시퀀스를 이용하여 상기 입력 신호로 복호화 가능한 것인 신호 송신 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 변조는 상기 파라미터 시퀀스를 이용하여 시간 대역 및 주파수 대역 중 적어도 하나에 대해 상기 심볼 별 신호의 위치 및 중첩 정도를 변경하는 것을 포함하는 신호 송신 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는 전송 속도에 반비례하도록 상기 시간 대역에 대한 상기 파라미터 시퀀스 값을 설정하는 신호 송신 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는 주파수 대역의 범위에 반비례하도록 상기 주파수 대역에 대한 상기 파라미터 시퀀스 값을 설정하는 신호 송신 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 파라미터 시퀀스는 상기 적용하는 변수에 적응적으로 결정되는 신호 송신 장치.
  8. FTN (Faster Than Nyquist) 방식에 따른 심벌 별 신호의 위치 및 중첩 정도에 연관되는 파라미터 시퀀스에 따라 주파수 확장에 관여하는 확산 코드를 제어하는 제어부; 및
    상기 파라미터 시퀀스에 따라 변조된 상기 확산 코드를 이용하여 입력 신호의 주파수 대역을 확산한 확산 신호를 송신하는 송신부
    를 포함하는 신호 송신 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 심벌 별 동일한 파라미터 시퀀스를 적용하여 각 코드의 길이를 일정한 비율로 중첩시키는 신호 송신 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 심벌 별 상이한 파라미터 시퀀스를 이용하여 각 코드의 길이를 서로 상이한 비율로 중첩시키는 신호 송신 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 파라미터 시퀀스는 수신 장치와 보안 키를 이용한 보안 통신으로 공유되는 것인 신호 송신 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 확산 신호는 상기 파라미터 시퀀스를 이용하여 상기 확산 코드 및 상기 입력 신호로 복호화 가능한 것인 신호 송신 장치.
  13. FTN (Faster Than Nyquist) 방식에 따른 심벌 별 신호의 위치 및 중첩 정도에 연관되는 파라미터 시퀀스에 따라 주파수 호핑 패턴을 조절하는 제어부; 및
    상기 조절된 주파수 호핑 패턴에 따라 신호를 송신하는 송신부
    를 포함하는 신호 송신 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 파라미터 시퀀스는 상기 주파수 호핑 패턴을 구성하는 주파수 대역에 적용함으로써 중심 주파수의 중첩 정도를 제어하는 신호 송신 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 파라미터 시퀀스는 주파수 호핑 주기마다 가변적인 신호 송신 장치.
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