KR20160103356A

KR20160103356A - 이동 통신 시스템에서 동기화 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20160103356A
Application number: KR1020150025748A
Authority: KR
Inventors: 김찬홍; 설지윤; 윤여훈; 김경연; 손재승; 이병환; 호카밍
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2015-02-24
Filing date: 2015-02-24
Publication date: 2016-09-01
Also published as: US20180109410A1; US10237110B2; KR102299663B1; WO2016137213A1

Abstract

본 발명의 실시 예에 따르면, FBMC(filter bank multi carrier) 시스템에서 기지국의 동기 신호 전송 방법에 있어서, 동기 신호에 대한 길이 K의 주파수 영역 QAM (quadrature amplitude modulation) 심볼 (symbol) 시퀀스 (sequence)를 생성하는 단계, 상기 QAM 심볼 시퀀스를 상기 동기 신호의 코릴레이션 (correlation) 특성에 기반하여 필터 뱅크의 부반송파에 매핑하는 단계, 상기 매핑에 기반하여 동기 신호가 포함된 QAM-FBMC (filter bank multi carrier) 심볼을 생성하는 단계 및 상기 생성된 QAM-FBMC 심볼을 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법 및 이를 이용하는 기지국을 제공할 수 있다. 또한, 상기 기지국 통신하는 단말 및 단말의 동작 방법을 제공할 수 있다.

Description

이동 통신 시스템에서 동기화 방법 및 장치 {Method and Apparatus for a synchronization in a mobile communication system}

본 발명은 이동 통신 시스템에서 동기화 방법 및 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 FBMC(filter bank multi carrier) 기반 셀룰러 시스템을 위한 초기 동기화 방법 및 장치에 관한 것이다.

현재 무선 통신망의 데이터 사용량은 기하급수적으로 증가하고 있어 이를 대비한 기가 비트(bit)급 무선통신기술이 절실히 요구되고 있다. 단순히 가용 주파수 대역만을 확장하여 운용하기에는 어려움이 있어 다음 세대 (beyond 4G) 이동 통신 기술은 CP-OFDM (cyclic prefixed orthogonal frequency division multiplexing) 대비 더욱 주파수 효율적인 다중접속 (multiple access) 기술이 필요하다. 이에 따라 CP 없이 송수신을 하는 FBMC 기술이 최근 주목을 받고 있다. 기존 FBMC 기술은 부반송파 별로 필터를 적용하여 OFDM과 달리 보호대역 (guard band) 및 CP 없이 전송이 가능하여 CP-OFDM 대비 주파수 효율을 더욱 향상시킬 수 있으나 시간/주파수 자원 사이의 직교성(orthogonality)을 유지하기 위해 변조 방식을 QAM(quadrature amplitude modulation)이 아닌 OQAM (offset-QAM)을 사용해야만 했다. 즉, OQAM-FBMC는 복소 영역 (complex domain) 직교성이 아닌 실수 영역 (real domain) 직교성만 보장하기 때문에 실제 복소 (complex) 무선 채널을 겪을 경우 내재적 간섭 (intrinsic interference)이 크게 발생하여 채널 추정 및 기존 MIMO(multi input multi output) 기법 적용에 어려움이 있다. 반면에, FMT (filtered multi-tone)와 같이 FBMC에서 QAM을 사용하는 방법도 제안되었으나 주파수 효율이 CP-OFDM 대비 떨어지는 단점이 있어 크게 주목 받지 못했다. 그러나 최근 QAM을 이용한 FBMC 전송 방식에 대한 새로운 연구 결과가 발표되었는데, 새로운 QAM-FBMC 기술의 큰 특징은 기존 OQAM-FBMC와 달리 기본필터 (base filter)를 2개 이상 사용하여 QAM 심볼 간 간섭이 없거나 최소화 되도록 필터를 설계하여 QAM 심볼을 송/수신하는 것이다. 다시 말하면, OFDM이나 OQAM-FBMC는 싱글 펄스(single pulse = one prototype filter) 멀티 캐리어(multicarrier) (SP-MC) 시스템이라 할 수 있고, QAM-FBMC는 멀티 펄스 멀티 캐리어(multi-pulse multicarrier, MP-MC) 시스템이라 할 수 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이동 시스템에서 개선된 동기화 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 FBMC 기반 셀룰러 시스템에서 초기 시간 동기 및 셀 확인 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 실시 예에 따르면, FBMC(filter bank multi carrier) 시스템에서 기지국의 동기 신호 전송 방법에 있어서, 동기 신호에 대한 길이 K의 주파수 영역 QAM (quadrature amplitude modulation) 심볼 (symbol) 시퀀스 (sequence)를 생성하는 단계, 상기 QAM 심볼 시퀀스를 상기 동기 신호의 코릴레이션 (correlation) 특성에 기반하여 필터 뱅크의 부반송파에 매핑하는 단계, 상기 매핑에 기반하여 동기 신호가 포함된 QAM-FBMC (filter bank multi carrier) 심볼을 생성하는 단계 및 상기 생성된 QAM-FBMC 심볼을 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, FBMC(filter bank multi carrier) 시스템의 기지국에 있어서, 신호를 전송 및 수신하는 통신부 및 동기 신호에 대한 길이 K의 주파수 영역 QAM (quadrature amplitude modulation) 심볼 (symbol) 시퀀스 (sequence)를 생성하고, 상기 QAM 심볼 시퀀스를 상기 동기 신호의 코릴레이션 (correlation) 특성에 기반하여 필터 뱅크의 부반송파에 매핑하며, 상기 매핑에 기반하여 동기 신호가 포함된 QAM-FBMC (filter bank multi carrier) 심볼을 생성하고, 상기 생성된 QAM-FBMC 심볼을 전송하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, QAM(quadrature amplitude modulation) FBMC(filter bank multi carrier) 시스템에서 단말의 동기화 방법에 있어서, QAM FBMC 심볼들에 대한 샘플 값들을 저장하는 단계, 상기 저장된 샘플 값들에 대하여 가중치를 적용하는 단계, 가중치가 적용된 샘플 값들을 기 설정된 간격으로 합하여 시퀀스를 생성하는 단계 및 상기 시퀀스에 기반하여 동기 정보를 식별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, QAM(quadrature amplitude modulation) FBMC(filter bank multi carrier) 시스템의 단말에 있어서, 신호를 송신 및 수신하는 통신부 및 QAM FBMC 심볼들에 대한 샘플 값들을 저장하고, 상기 저장된 샘플 값들에 대하여 가중치를 적용하며, 가중치가 적용된 샘플 값들을 기 설정된 간격으로 합하여 시퀀스를 생성하고, 상기 시퀀스에 기반하여 동기 정보를 식별하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말을 제공할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 이동 시스템에서 개선된 동기화 방법 및 장치를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, FBMC 기반 셀룰러 시스템에서 초기 시간 동기 및 셀 확인 방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 실시 예에서 제안하는 동기 신호 생성 방법, 대응하는 수신 초기 동기 방법, 셀 식별 과정에서 필터 뱅크 인덱스 기반 시스템 정보 획득 방법을 활용하면, QAM-FBMC 기반 셀룰러 망을 효율적으로 구성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 QAM-FBMC 송신 시스템의 구조를 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 QAM-FBMC 시스템의 심볼 생성 구조를 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 QAM 시스템에서 오버랩(overlap) 및 섬(sum) 방법을 설명하는 도면이다.
도 4는 FBMC 동기 프리앰블 형태를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 다른 동기 시퀀스가 포함되었을 때, QAM-FBMC 심볼을 생성하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 QAM-FBMC 에서 동기 심볼 전송 형태를 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초기 동기화를 위한 수신 장치의 구성 및 신호 흐름을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 WFS-Correlator 내부의 신호 흐름을 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 QAM FBMC 심볼 생성 및 전송 방법을 설명하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 FBMC 단말의 동기화 방법을 설명하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기지국을 설명하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단말을 설명하는 도면이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 다양한 실시 예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면들에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 하기의 설명에서는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 QAM-FBMC 송신 시스템의 구조를 설명하는 도면이다.

도 1을 참조하면, QAM-FBMC 시스템(100)은 데이터 비트 생성기(110), 터보 인코더(120), QAM 변조기(130), 자원 매핑기(140), 심볼 생성기(150) 및 오버랩 및 섬 모듈(160)을 포함할 수 있다.

데이터 비트 생성기(110)는 송신할 데이터 비트를 생성하고, 터보 인코더(120)는 채널 인코딩(터보 부호)을 수행하며, QAM 변조기(130)는 QAM 변조 동작을 수행한다. 상기 동작은 기존 OFDM이나 OQAM-FBMC와 같은 싱글 펄스 멀티 캐리어(SP-MC) 시스템과 동일하거나 유사하다. 하지만, 본 발명의 실시 예에서는 자원 매핑기(140)의 소스 할당, 심볼 생성기(150)에서의 FBMC 심볼 생성 및 오버랩 및 섬 모듈(160)을 이용한 최종적인 송신 심볼을 생성하는 동작은 OFDM 및 OAQAM-FBMC 동작과 차이가 있다.

상기 QAM-FBMC 시스템(100)은 송신 장치 또는 기지국일 수 있다. 또한, 상기 QAM-FBMC 시스템(100)은 송신 장치 또는 기지국에 포함된 서브 장치 일 수 있다. 예를 들어, QAM-FBMC 시스템(100)은 송신 장치 또는 기지국의 컨트롤러 또는 QAM-FBMC 컨트롤러라 명명할 수도 있다. 이때, 컨트롤러 또는 QAM-FBMC 컨트롤러는 상기 데이터 비트 생성기(110), 터보 인코더(120), QAM 변조기(130), 자원 매핑기(140), 심볼 생성기(150) 및 오버랩 및 섬 모듈(160)의 동작을 수행할 수 있다. 이와 같이, QAM-FBMC 시스템(100)의 구조는 상기 도 1의 구조에 한정하지 않는다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 QAM-FBMC 시스템의 심볼 생성 구조를 설명하는 도면이다.

도 2는 도 1에서 심볼 생성기(150) 1개를 확대한 것이다. 즉, QAM-FBMC 심볼 1개를 생성하는 블록을 확대한 것으로, 필터 뱅크(filter bank)를 시간 영역에서 구현한 것이다. 기존 OFDM 시스템에서는 M개의 QAM 심볼이 IFFT(inverse fast fourier transform)를 통해 하나의 OFDM 심볼로 변환되지만, QAM-FBMC 시스템에서는 M개의 QAM 심볼이 M/B개 심볼을 가진 B개의 그룹으로 나뉜 다음 각 QAM 심볼 그룹은 서로 다른 필터 뱅크 (M/B-IFFT + BL 반복 + phase rotation + 필터 계수 곱셈)를 거친 후 더해져서 최종적으로 하나의 FBMC 심볼로 변환된다. 여기서 페이즈 로테이션(phase rotation)은 설계된 베이스 필터(base filter)에 따라 생략될 수도 있으며, 필터 뱅크 구현은 주파수 영역에서도 가능하므로 상기 도 2에서 언급한 방법과 다른 방법으로도 QAM-FBMC 심볼 1개를 생성할 수도 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 QAM 시스템에서 오버랩(overlap) 및 섬(sum) 방법을 설명하는 도면이다.

도 3을 참조하면, 도 3은 도 2의 과정을 거친 FBMC 심볼을 M만큼 이동(shift) 시킨 후 오버랩(overlap) 시키는 과정을 설명한다. 물론, 도 2와 다른 방법으로 생성된 QAM-FBMC 심볼일 수도 있다. 도 3에서 L은 오버래핑 팩터(overlapping factor)이며, L은 2 이상의 자연수 이다. 오버래핑 팩터는 필터 설계에 따라 달라질 수 있다. 도 3의 실시 예는 L이 4로 설정된 경우이다. L이 4이기 때문에 4 개의 심볼이 부분적으로 오버랩되고, 4개의 오버랩 된 심볼에 대하여 합(sum)을 한다. LM 구간이 하나의 섬 구간 일 수 있다. QAM-FBMC 시스템에서는 이렇게 오버랩 및 합한 신호를 최종적인 아날로그 단으로 전송한다.

이러한 QAM-FBMC 전송 방법이 기존 OQAM-FBMC 전송 방법과 차별되는 점은 OQAM-FBMC의 경우 매시간/주파수 자원단위로 PAM(pulse amplitude modulation) 신호를 in-phase/quadrature 신호로 번갈아 매핑한 후 한 종류의 필터 (prototype filter) 만으로 부반송파 별로 셰이핑(shaping)을 가하며 오버래핑(overlapping) 주기도 M이 아닌 M/2으로 짧아져 더 많은 심볼이 부분적으로 중첩되어 전송된다는 것이다. 즉, QAM-FBMC에서는 다수 개의 QAM 심볼이 부반송파에 매핑되어 하나의 QAM-FBMC 심볼을 형성하고 이 심볼을 중심으로 이전 (L-1)개의 심볼과 이후 (L-1)개의 심볼이 해당 심볼과 부분적 중첩을 이룬다. 반면, OQAM-FBMC에서는 다수개의 PAM 심볼이 부반송파에 매핑되어 하나의 OQAM-FBMC 심볼을 형성하고 이 심볼을 중심으로 이전(2L-1)개의 심볼과 이후 (2L-1)개의 심볼이 해당 심볼과 부분적 중첩을 이룬다.

셀룰러 통신 시스템에서 단말이 셀에 진입하기 위해서는 기지국이 주기적으로 전송하는 기준신호 (reference signal, RS)를 통해 시간 동기화 및 셀 검색 과정이 필요하다. OFDM 기반 셀룰러 시스템은 LTE, mobile WiMAX 등과 같은 4세대 이동 통신 상용화 과정을 통해 동기화 기술이 많이 성숙되어 있다. 그러나 FBMC의 경우 셀룰러보다는 Wi-Fi와 같은 일대일 전송 기술로 주로 연구되어 왔기 때문에 초기 동기화를 위한 송신단 RS로 패킷 기반 전송을 고려한 프리앰블(preamble) 형태의 디자인이 대다수 알려져 있는데, 오버헤드를 고려하지 않고 설계된 경우가 많았다. 게다가 FBMC는 OFDM과 달리 연속된 심볼이 부분 중첩되어 전송되어야 OFDM과 동일한 데이터 전송률을 맞출 수 있기 때문에 OFDM 대비 spectral efficiency를 희생하지 않으려면 동기 심볼과 데이터 심볼 간의 중첩도 허용해야 하는데 이를 고려한 동기 신호 설계 및 수신 동기 알고리즘은 거의 알려진 바가 없다.

따라서 하기 본 발명의 실시 예에서는 CP-OFDM 대비 더 주파수 효율적인 FBMC 기반 셀룰러 시스템을 구축하기 위해 오버헤드가 적은 동기 신호설계 방식 및 수신 동기 알고리즘을 제안하며, QAM-FBMC에 특화된 셀 식별(identification) 방식을 제안한다.

본 발명의 실시 예에서 FBMC 기반 셀룰러 시스템의 동기 신호 설계에서 고려되어야 할 요소는 크게 3가지로 나눌 수 있다.

첫째, 전송 자원 내 동기 심볼이 차지하는 오버헤드가 CP-OFDM 대비 동일 하거나 유사해야 한다. FBMC는 OFDM과는 달리, 도 3에서 언급한 바와 같이, 연속된 심볼들이 부분 중첩되어 있기 때문에 동기 심볼 설계 시 데이터 심볼 간의 간섭을 반드시 고려해야 한다. 간섭 회피를 위해 동기 심볼을 데이터 심볼과 중첩을 허용하지 않게 하면 OFDM 대비 오버헤드가 크게 증대되어 CP 제거로 얻은 스펙트럼 효율(spectral efficiency) 이득(gain)이 다 사라지거나 더 감소될 수 있다. 예를 들어, FBMC 심볼 길이는 OFDM 심볼 길이의 4배 (L=4)라 하면, 동기 심볼 앞/뒤 각각 세 심볼을 사용하지 않아야 동기 심볼과 중첩이 없어지는데 이 경우 7개의 OFDM 심볼 길이를 동기를 위해 할애하는 셈이 된다.

도 4는 FBMC 대표 프로젝트인 EU의 PHYDYAS 프로젝트에서 공개된 동기 프리앰블(preamble) 형태를 보여주고 있다. 수신단이 모바일 와이맥스(mobile WiMAX)와 유사하게 반복 패턴을 활용한 지연 코릴레이션(delay correlation)으로 초기 동기를 잡기 위해 OFDM 심볼 길이의 L ~ 2L 배 길이의 시간 구간을 모두 동기 신호를 보내는데 할애하고 있다. 이러한 구조는 주기적으로 동기 신호를 보내야 하는 셀룰러 시스템에는 오버헤드가 너무 커 적합하지 않다. 따라서 오버헤드를 고려한 동기 심볼 구조가 요구된다.

둘째, 동기 심볼 설계 시 FBMC 자체의 파형(waveform)을 변형시키지 않아야 한다. FBMC 파형(waveform)은 연속된 L개의 심볼이 중첩되더라도 직교성을 어느 정도 유지할 수 있도록 설계되어 있기 때문에 동기 심볼만 별도의 파형(waveform)으로 만들게되면 데이터 심볼과의 중첩 시 서로 간 간섭량이 증가하게 되어 수신 동기 성능 및 데이터 수신 성능이 모두 열화될 수 있다. 또한, 해당 파형의 대역 외 스펙트럼 방사량도 기존과 차이가 발생할 수 있어 OFDM 대비 채널 대역 내 보호대역을 줄일 수 있는 FBMC의 장점이 사라질 가능성이 있다. 그러나 FBMC 심볼 1개의 시간 영역 구조를 도 2에서 살펴보면 각 필터뱅크 별로 M/B-point IFFT데이터가 BL번 반복된 후 특정 필터 계수와 곱처리 과정이 포함되어 있다. 이 경우, BL번 반복된 IFFT 샘플 값들이 서로 다른 필터 계수와 각각 곱해짐으로 인해 기존 OFDM에서 사용하는 지연 코릴레이션(delay correlation) (mobile WiMAX), 크로스 코릴레이션(cross correlation) (LTE)과 같은 수신 동기 방법을 적용해보면 correlation 피크(peak)가 두드러지게 확인되지 않아 OFDM에서 사용했던 수신 동기 알고리즘을 그대로 적용하기에 어려움이 있다.

셋째, FBMC도 OFDM과 마찬가지로 다중반송파 (multicarrier) 기술이므로 FBMC 기반 셀룰러 시스템도 OFDM 기반 시스템에서와 같이 운용대역의 크기에 의존하지 않는 서브 밴드 형태의 동기 신호 설계가 필요하다. 예를 들어 LTE의 경우 운용대역이 1.4MHz, 3MHz, 5MHz, 10MHz, 15MHz, 20MHz로 다양 하지만 동기신호인 PSS(primary synchronization signal) 및 SSS(secondary synchronization signal)는 DC(direct current) 또는 중심 주파수(center frequency) 근방 6PRB(physical resource block) 내부 반송파에만 할당되어 있어 단말이 기지국의 운용대역 크기에 관계없이 low sampling-rate 기반 알고리즘으로 동기를 잡을 수 있게 설계되어 있다.

본 발명의 실시 예는 상기에서 언급한 3가지 요건 중 적어도 하나를 만족하는 FBMC 시스템 기반 셀룰러 시스템에서의 동기화 방법 및 상기 세 가지 조건을 모두 만족할 수 있는 FBMC 기반 셀룰러 시스템 동기화 방법 및 장치를 설명한다.

본 발명의 이해를 돕기 위해서, 도 2에서의 각 필터뱅크의 IFFT 인덱스(index)와 실제 물리적 부반송파 (physical subcarrier)와의 대응 관계에 대해 다음과 같이 정의한다.

[정의 1]

(

)

-

:

번째 필터뱅크의

번째 IFFT index에 대응하는 기저대역 (base-band, i.e. digital) 물리적 부반송파 주파수 (physical subcarrier frequency)

-

: base filter 개수 (≥2)

-

: Null subcarrier를 포함한 QAM-FBMC 심볼의 전체 부반송파 수

(이는 OFDM 기준 FFT/IFFT size와 동일)

-

:

번째 필터 뱅크 내에서 매핑할 수 있는 최대 QAM 심볼 수 (

)

-

:

번째 필터뱅크 내 nulling subcarrier 개수 (DC, guard subcarrier 포함)

(

)

-

: 시간영역 phase rotation에 대응되는 주파수 영역 frequency shift 값

(

, 필터뱅크에 따라 다를 수 있음에 유의)

- 각 부반송파 QAM 심볼은

형태로 변조됨

QAM-FBMC에서는 적어도 2개 이상(=B)의 필터 뱅크 베이스 필터(base filter) 조합 (pair or set)이 일반 나이키스트 조건(Generalized Nyquist Condition)을 만족하도록 설계되며. 이때 각 필터뱅크내의 페이즈 로테이션(phase rotation)의 값은 설계된 베이스 필터 세트(base filter set)에 따라 달라질 수 있다. 이에 따라 OFDM처럼 M개의 IFFT index와 M개의 물리적 부반송파와 일 대 일 대응관계를 가질 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다 (예를 들어.

일 경우).

다음으로 상기 정의 1을 이용하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 2가지 다른 형태의 송신단 동기 기준 신호(RS, reference signal) 구조를 제안한다. 각 동기 RS 구조는 이후 제안될 수신 동기 알고리즘 내에서 코릴레이션(correlation)을 취하는 2가지 방식에 각각 대응된다. 아래 실시 예에서는 콜릴레이션을 취하는 방식에 기반한 송신단의 동기 신호 매핑 방법을 제안한다.

[RS 1] Cross-correlation 유형

길이

인 (단,

, 짝수일 필요는 없으나 보통 center frequency 기준 대칭성을 위해 짝수로 설정됨) 주파수 영역 심볼 sequence를

라하고 (

), 이를 주기적으로 QAM-FBMC 심볼 내 특정 필터 뱅크 내 부반송파에 한정하여 아래 표와 같이 매핑한다. 단, 동기 RS의 주기 및 필터뱅크 인덱스(index)는 시스템에 따라 달라질 수 있으나 송/수신단 사이 미리 약속되어 있어야 한다. 여기서는 정해진 필터뱅크의 인덱스(index)가 0이라고 가정하고, 이러한 가정은 일반성을 잃지 않는다.

또한, 동기 RS가 포함된 QAM-FBMC 심볼과 전/후 (L-1)개 연속된 QAM-FBMC 심볼에는 정보 전송을 위한 임의의 QAM 데이터 심볼이 매핑되며, 도 3과 같은 overlap & sum 과정, 즉 중첩 전송을 허용한다. (이를 명확히 하기 위해서나 전송 오버헤드 감소측면으로 볼 때 RS 주기는 L보다 크다고 하는 것이 일반적일 것이다.)

또한, 동기 RS가 포함된 QAM-FBMC 심볼 내에서 RS가 매핑된 이외의 가용자원 즉, 0번 필터 뱅크 내 일부 서브밴드 (RS 매핑 제외 데이터 부반송파, 물론 성능을 위해 일부를 보호대역으로 nulling 할 수도 있음) 및 0번이 아닌 다른 필터뱅크 내 모든 데이터 부반송파에는 임의의 QAM 데이터 심볼이 할당될 수 있다. 이렇게 함으로써 CP-OFDM (LTE) 대비동기 RS 자원 오버헤드를 유사하게 맞출 수 있다.

IFFT index	0	1
RS					X

표 1은 DC subcarrier가 존재하지 않거나 존재하더라도 자원 할당 위치로 포함하는 경우이다.

IFFT index	0	1
RS	X					X

표 2는 DC subcarrier가 존재하고 자원 할당 위치에서 제외된 경우 (

을 가정하여

일 때 DC에 해당한 경우의 예,

인 DC의 경우도 같은 원리로 확장 가능함)

상기 [RS 1] 유형을 OQAM-FBMC에 적용하는 경우, 2-phase(+1, -1 or +j, -j)로 한정하여, 2k or 2k + 1 물리적 부반송파에만 매핑하는 방법으로 적용할 수 있다.

[RS 2]반복 패턴 활용 delay-correlation 유형

길이

인 (단,

, 짝수일 필요는 없으나 보통 center frequency 기준 대칭성을 위해 짝수로 설정됨,

은 보통 IFFT 구현 효율성을 위해 2의 거듭제곱 수로 설정됨) 주파수 영역 심볼 sequence를

라 하고 (

), 이를 주기적으로 QAM-FBMC 심볼 내 특정 필터뱅크 내 짝수 또는 홀수번째 부반송파에 한정하여 아래 표와 같이 매핑한다. 단, 동기 RS의 주기 및 필터뱅크 index는 시스템에 따라 달라질 수 있으나 송/수신단 사이 미리 약속되어 있어야 한다. 여기서는 정해진 필터뱅크의 index가 0이라고 가정하고, 이러한 가정은 일반성을 잃지 않는다.

또한 동기 RS가 포함된 QAM-FBMC 심볼과 전/후 (L-1)개 연속된 QAM-FBMC 심볼에는 정보 전송을 위한 임의의 QAM 데이터 심볼이 매핑되며 [도 3]과 같은 overlap & sum 과정, 즉 중첩 전송을 허용한다. (이를 명확히 하기 위해서나 전송 오버헤드 감소 측면으로 볼 때 RS 주기는 L보다 크다고 하는 것이 일반적일 것이다.)

또한 동기 RS가 포함된 QAM-FBMC 심볼 내에서 RS가 매핑된 필터뱅크를 제외한 다른 필터뱅크 내 모든 데이터 부반송파에는 임의의 QAM 데이터 심볼이 할당될 수 있다. (즉, 동기 RS를 포함하는 필터뱅크 내에서는 동기 RS 매핑 이외 부반송파에는 모두 0이 할당된다. 즉, zero padding) 이렇게 함으로써 CP-OFDM (mobile WiMAX) 대비 동기 RS 자원 오버헤드를 유사하게 맞출 수 있다.

IFFT index	RS
0
1	0
2
3	0


	0
	0

	0

	0


	0

표 3은 DC subcarrier가 짝수 index에 존재하지 않거나 존재하더라도 자원 할당 위치로 포함하는 경우 짝수 index에 매핑하는 예 (같은 원리로 홀수 index에 매핑하는 예 생성 가능) 이다.

IFFT index	RS
0	0
1	0
2
3	0
4


	0

	0

	0

	0


	0

표 4는 DC subcarrier가 짝수 index에서 존재하고 자원 할당 위치에서 제외시키고 짝수 index에 매핑하는 예 (같은 원리로 홀수 index에 매핑하는 예 생성 가능) 이다.

상기 [RS 1] 유형을 OQAM-FBMC에 적용하는 경우, 물리적 부반송파 그룹을 4개로 나누어 (4k, 4k+1, 4k+2, 4k+3) 그 중 하나의 그룹에만 매핑하여 이용할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 다른 동기 시퀀스가 포함되었을 때, QAM-FBMC 심볼을 생성하는 과정을 설명하는 도면이다.

도 5를 참조하면, 동기 시퀀스 주기를 P symbol이라 할 때, 매 P번째 심볼을 생성할 때, 도 5의 구조가 이용될 수 있다. 그 외 (P-1) 개 심볼 생성은 도 2에서 설명한 구조가 이용될 수 있다. 동기 시퀀스를 포함하는 심볼을 구성하는 방법은 다음과 같이 2가지 옵션을 어떻게 선택하느냐에 따라 구분될 수 있다. (아래 옵션에서는 0번 필터 뱅크에 동기 시퀀스가 실리는 것으로 가정한다.)

Option 1 : 0번 필터뱅크에 동기 시퀀스를 전송할 때, 0번 필터뱅크 내 잔여 리소스 영역에 데이터를 전송하는 경우와 전송하지 않는 경우.

Option 2 : 0번 필터뱅크에 동기 시퀀스를 전송할 때, 0번 외 필터뱅크 내 리소스 영역에 데이터를 전송하는 경우와 전송하지 않는 경우.

만약 동기 심볼이 데이터를 포함하지 않는 프리앰블 형태라면, 옵션 1에서 데이터를 전송하지 않는 경우에 해당된다. 즉, 도 5에서 510 블록이 null 처리된다. LTE 시스템과 유사하게 서브밴드 형태로 동기 시퀀스를 전송한다면, 옵션 1에서 잔여 리소스 영역에 데이터를 전송할 수도 있고(즉, Resource mapper가 도 5의 510 블록에 자원을 할당), 다른 목적을 위해 데이터를 전송하지 않을 수도 있다.

옵션 2의 경우, QAM-FBMC 시스템은 필터 뱅크 간 (base filter 간) 직교성을 유지하게 되므로, 데이터 심볼 전송을 허용하는 경우가 일반적이다. 즉, resource mapper가 도 5의 520, 525 블록에 자원을 할당할 수 있다. 단말의 수신 동기 성능 향을 위해서 경우에 따라 데이터 심볼을 전송하지 않을 수도 있다. 옵션 2는 QAM-FBMC 내에서만 고려될 수 있는 동기 심볼 구성 방법이라 할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 QAM-FBMC 에서 동기 심볼 전송 형태를 설명하는 도면이다.

도 6을 참조하면, 도 2 내지 도 5를 통해 설명한 과정을 통해 생성된 동기 심볼이 데이터 심볼과 어떻게 중첩되어 전송되는지가 나타난다. 즉, 도 6은 도 2 및 도 5의 심볼 생성 과정과, 도 3의 오버랩(overlap) 및 섬(sum) 과정을 함께 설명하는 도면이다. 도 6은 필터 뱅크를 2개 (B=2) 인 경우를 예를 들어 설명한다. 도 6은 필터 뱅크를 2개 사용하는 시스템에서 0번 필터 뱅크에 주기적으로 동기 시퀀스(630)가 포함된 심볼이 전송되는 경우를 도시한다. 0번 필터 뱅크에 주기적으로 동기 시퀀스가 포함된 심볼(630)이 0번 필터 뱅크의 전후 데이터 심볼(610) 및 1번 필터 뱅크의 데이터 심볼(620)과 부분 중첩되어 전송된다.

다음으로 본 발명의 실시 예에 따른 수신 동기 방법에 대하여 설명한다. 수신단은 RF(radio frequency), ADC (analog-to-digital converter)를 거쳐, 송신단과 약속된 샘플링 레이트(sampling rate)로 기저 대역(baseband) 복소 (complex) 신호를 만들 수 있다. 만약, LTE 시스템과 유사하게 서브 밴드 형태로 동기 시퀀스가 전송된다면, 밴드 영역만 볼 수 있도록 다운 샘플링 (down-sampling) 처리 후 동기화 과정을 시작할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초기 동기화를 위한 수신 장치의 구성 및 신호 흐름을 설명하는 도면이다. 상기 수신 장치는 단말을 포함할 수 있다. 한편, 도 7에서 수신 장치의 구성을 블록을 나누어 설명하지만, 본 발명의 실시 예에서 수신 장치의 구성을 이에 한정하는 것은 아니다. 수신 장치의 구성은, 동기 신호를 수신하는 통신부 및 동기화 제어부로 구성될 수 있다.

도 7을 참조하면, 수신 장치는 수신 샘플 버퍼(710, Rx sample Buffer), 가중 폴딩 섬 코릴레이터(720, WFS-correlator, Weighting-Folding-Sum-Correlator), 가중 제어기(730, weight controller) 및 메트릭 버퍼(740, metric buffer)를 포함할 수 있다. Weight controller(730)는 WFS-correlator(720)를 아래와 같이 동작하도록 제어할 수 있다. Weight controller(730)는 생략될 수 있고, 이 경우 그 기능은 WFS-correlator (720)의 기능에 포함될 수 있다. Metric buffer (740)는 일련의 과정을 통해 도출되는

값들을 저장할 수 있다.

도 7은 수신단의 초기 시간 동기 획득 과정을 나타낸 것이다. 수신된 기저 대역 복소 신호는 길이 J의 버퍼(710)에 우선 저장된다. 즉, 수신 샘플 버퍼에 저장된다. 이때, J는 시스템 샘플링 레이트(sampling rate)를 가정한다면 적어도 동기 신호 주기 P 이상의 심볼에 해당하는 샘플 값들을 처리할 수 있도록 설계될 것이다. QAM-FBMC 심볼 길이가 LM(L은 overlapping factor, M은 QAM 심볼 수)이므로 보통 J는 LM보다 큰 값이 될 것이다. 한 주기의 샘플을 모두 저장한다면 J = PLM, 더 긴 주기 동안의 값들을 저장한다면 J = nPLM이 될 것이다. 그런 다음 슬라이딩 윈도우 방식으로 LM 만큼의 샘플 값이 차례로 본 발명에서 제안하는 WFS-Correlator(720)의 입력으로 들어간다.

WFS-Correlator (720)의 입력에 대한 처리는 도 8을 참조하여 설명한다.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 WFS-Correlator 내부의 신호 흐름을 설명하는 도면이다. 도 8의 실시 예는 필터 뱅크 수 B = 2, 오버래핑 팩터 L=2, QAM 심볼 수 M = 8 인 경우를 예로 들어 설명한다. 가중치 적용은 SNR(signal to noise ratio), SIR(signal to interference ratio), SINR(signal to interference pluse noise ratio) 등 다양한 기준을 적용할 수 있다.

도 8은

번째 샘플부터

개를 취한 버퍼 값들 (810)이 입력이 되었을 때 출력

(850)를 구하는 WFS-Correlator(720)의 내부 상세 흐름을 도시한 것이다. 입력 값

(810)는 weighting factor

와 곱해진 후

간격(도 8의 실시 예에서 4 간격)의 값들이

개(도 8의 실시 예에서 4개)만큼 서로 더해져서 길이

의 복소 시퀀스

이 생성된다(830). 이를 수식화하면 다음과 같다.

[수학식 1]

이제 생성된

을 이용하여 주어진 correlation metric 값

를 구할 수 있다. 시퀀스에 대한 correlation 기법은 수학적으로 많이 알려져 있다. 기존 OFDM 기반 셀룰러 시스템에서도 cross-correlation 방식 (LTE), 반복 패턴 활용 delay-correlation (mobile WiMAX) 방식 등이 사용되고 있다. 본 발명에서도 correlation metric는 시퀀스 종류에 따라 다음과 같이 다양하게 정의될 수 있다.

[RS 1]Cross-correlation 수신 type 용

[수학식 2]

여기서

은 (표 1), (표 2)에서 설명했던 동기 RS

를 IFFT 취한 시간 영역 동기 시퀀스이다.

[RS 2]반복 패턴 활용 delay-correlation 수신 type 용

[수학식 3]

[수학식 2], [수학식 3]은 기존 OFDM 문헌이나 시퀀스 문헌 등에 찾아볼 수 있는 수식 형태이다. 종전 문헌들에서는

값이 아닌, 수신 신호

그 자체 값을 사용하였다. 하지만 본 발명의 실시 예에서는, 수학식 2, 3을 적용할 때,

값을 사용하는 것이 아니라, 상기 [수학식 1]을 바탕으로 얻어진 (Weighted, Folded, & Summed, WFS)

이 사용된다는 점에서 본 발명의 차별성이 존재한다.

상기 일련의 과정을 통해 계산된

값들은 [도 7]에서 볼 수 있듯이 metric buffer(740)에 저장된다. 그 값들 중 가장 큰 값을 가지는 index j*가 동기 RS의 시작점으로 최종 결정될 수 있다. 이후 주파수 오프셋 (frequency offset) 보상, 채널 추정(channel estimation) 등의 일련의 과정은 기존 OFDM 셀룰러 시스템 단말기의 동작과 유사하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

단말이 셀룰러 망 내에 초기 진입하거나, 슬립 모드(sleep mode or idle mode)에서 깨어나 데이터를 주고 받으려 할 때 셀룰러 망 재접속을 가능하게 하려면, 기지국을 식별할 수 있는 셀 식별자 (cell ID)를 구성하여 각 기지국에 부여하고 단말에게 cell ID를 획득하는 방법을 제공해야 한다. 현재의 셀룰러 망은 수 백 개의 cell ID로 운용되고 있어 (LTE의 경우 504개) 효율적인 셀 서치(cell search)를 할 수 있도록 cell ID를 구성하는 방법이 요구된다.

QAM-FBMC 시스템은 적어도 2개 이상의 필터뱅크를 이용하고 있으므로 송/수신단 사이에 사용할 필터뱅크 및 해당 인덱스(index) 정보는 서로 약속되어 있다. 따라서 본 발명의 실시 예에서는 단말이 기지국의 시스템 정보(system information)를 받기 전 셀 식별(cell identification) 과정에서 획득해야 하는 정보, 예를 들어 물리 식별자(PHY ID, physical identifier), 셀 그룹 식별자(Cell Group ID), TDD/FDD 구분, 프레임의 시작과 끝 알림 등에서 적어도 하나 이상을 필터 뱅크 인덱스(index)를 이용한 내재적(intrinsic) 규칙을 만들어 단말이 초기 동기를 획득하면 자연스럽게 해당 정보를 획득하는 방법을 제안한다. 또한, 특정 필터뱅크에만 동기 신호를 싣는 특성을 같이 조합한 방법도 제안한다. 단말과 기지국 사이에 필터 뱅크 인덱스를 이용한 내재적 규칙을 이용하기 위해서, 기지국과 단말에는 상기 내재적 규칙에 대한 설정이 미리 되어 있을 수 있다.

[Cell search를 위한 Cell ID 구성 방법]

1. Physical layer (PHY) ID mapping 방법

1-A (sequence 기반) common filter-bank의 동일 자원에 auto-correlation, cross-correlation 특성이 좋은 서로 다른 시퀀스(sequence)를 매핑하여 구분 (예. 0번 필터뱅크 자원에 Zadoff-Chu 3 root sequence 사용)

1-B (주파수 기반) 동일 시퀀스(sequence)를 하나의 common filter-bank의 물리적 부반송파 위치를 이동시켜 구분 (예. 3k / 3k+1 / 3k+2)

1-C (필터 기반, QAM-FBMC only) 동일 시퀀스(sequence)를 B개의 common base filter에 mapping (예. B=3 base filter로 3 sectoring)

1-D (시퀀스 + 필터 동시 사용, QAM-FBMC only) 서로 다른 B개의 시퀀스(sequence)를 B개의 common base filter에 일대 일 대응

2. Cell group ID mapping 방법: Sequence + 주파수/필터 혼용

2-A (Sequence only) common filter-bank의 동일 자원에 서로 다른 sequence를 mapping (예. LTE의 168가지 SSS)

2-B (Sequence + Freq.) 하나의 common filter-bank의 물리적 부반송파 위치를 이동시켜 다수의 그룹 생성 후 그룹 내에서는 서로 다른 sequence로 구분 (예. 802.16m의 SA-Preamble)

2-C (Sequence + Base filter, QAM-FBMC only) Base filter로 그룹핑, base filter 내 서로 다른 sequence로 구분

본 발명의 실시 예에서 제안한 초기 시간 동기화 기법의 송신단 동기 신호를 상기 PHY ID 구성 방법과 연계하여 생성할 수 있고, 이를 통해 단말이 초기 시간 동기를 획득하면 자연스럽게 해당 기지국의 PHY ID를 획득할 수 있다. (동기 신호의 구성 방식 또는 전송 패턴이 PHY ID와 일대 일 대응을 이루도록 하는 것이므로 1-A, 1-B, 1-C, 1-D 중에서 배타적으로 하나만 선택하여 운용한다.) 예를 들어 1-A 방법의 경우, 3가지 서로 다른 Zadoff-Chu root sequence가 각각 서로 다른 PHY ID에 일대 일 대응이 되어 있고 기지국은 3가지 PHY ID 중 하나만 부여 받아 그에 대응하는 시퀀스(sequence)를 0번 필터뱅크의 자원을 통해 전송하고, 단말은 3가지 루트 시퀀스(root sequence)로 WFS-correlation 기법을 각각 적용하여 가장 높은 값을 갖는 시퀀스(sequence)의 index j*에 동기를 맞추고 해당 sequence (PHY ID)의 기지국에 해당하는 셀 그룹 식별자(Cell group ID)를 검색하여 접속을 시도한다. (2-A, 2-B, 2-C의 경우도 상기 방법과 유사하게 배타적으로 하나만 선택하여 운용한다.)

[TDD/FDD 구별 방법]

듀플렉스(Duplex) 별로 특정 필터뱅크에만 배타적으로 동기 신호를 할당할 수 있다. 예를 들어, 단말이 0번 필터뱅크에서 동기 신호가 검출되면 FDD, 1번 필터뱅크에서 동기 신호가 검출되면 TDD로 판단한다. 기지국은 FDD를 이용하는 경우 0번 필터 뱅크를 통해 동기 신호를 전송하고, TDD를 이용하는 경우 1번 필터 뱅크를 통해 동기 신호를 전송할 수 있다. 사용되는 필터 뱅크의 번호 및 개수는 상기 실시 예에 한정하지 않고, 다른 필터 뱅크 번호가 이용되거나, 더 많은 필터 뱅크가 이용될 수도 있다.

[프레임 동기화 방법]

프레임의 시작과 끝을 알리는 동기 신호를 각각 서로 다른 필터뱅크 내 자원에 할당할 수 있다. 예를 들어, 단말이 0번 필터뱅크에서 동기 신호가 검출되면 프레임이 시작됨을 인식하고, 1번 필터뱅크에서 동기 신호가 검출되면 프레임이 끝남을 인식한다. 기지국은 프레임 시작을 알리기 위해서 0번 필터 뱅크를 통해 동기 신호를 전송하고, 프레임 끝을 알리기 위해 1번 필터 뱅크를 통해 동기 신호를 전송할 수 있다. 사용되는 필터 뱅크의 번호 및 개수는 상기 실시 예에 한정하지 않고, 다른 필터 뱅크 번호가 이용되거나, 더 많은 필터 뱅크가 이용될 수도 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 QAM FBMC 심볼 생성 및 전송 방법을 설명하는 도면이다.

기지국은 동기 신호에 대한 길이 K의 주파수 영역 QAM (quadrature amplitude modulation) 심볼 (symbol) 시퀀스 (sequence)를 생성한다 (910). 또한, 기지국은 동기 신호를 포함하지 않는 데이터 심볼을 생성할 수 있다.

기지국은 상기 QAM 심볼 시퀀스를 상기 동기 신호의 코릴레이션 (correlation) 특성에 기반하여 필터 뱅크의 부반송파에 매핑한다 (920). 예를 들어, 상기 동기 신호가 크로스 코릴레이션(cross correlation)에 기반하는 경우, 복수의 필터 뱅크 중 기 설정된 특정 필터 뱅크의 부반송파에만 상기 QAM 심볼 시퀀스를 매핑한다. 또한, 상기 동기 신호가 지연 코릴레이션 (delay correlation)에 기반하는 경우, 상 복수의 필터 뱅크 중 기 설정된 특정 필터 뱅크의 홀수 번째 부반송파 그룹 또는 짝수 번째 부반송파 그룹 중 하나의 그룹에만 상기 QAM 심볼 시퀀스를 매핑할 수 있다. 또한, 상기 특정 필터 뱅크에서 상기 QAM 심볼 시퀀스가 매핑되지 않은 부반송파에 0을 매핑할 수 있다. 구체적인 상기 매핑 방법에 대해서는 본 발명의 실시 예에서 [RS 1] 생성 방법 및 [RS 2] 생성 방법을 참조한다.

또한, 상기 매핑 시에 상기 필터 뱅크의 인덱스에 기반하여 물리 식별자, 셀 그룹 식별자, TDD/FDD 구분 식별자, 프레임 식별자 중 적어도 하나의 시스템 정보를 식별할 수 있도록 상기 QAM 심볼 시퀀스를 매핑할 수 있다. 구체적인 방법은 본 발명의 실시 예에서 설명한 [Cell search를 위한 Cell ID 구성 방법], [TDD/FDD 구별 방법], [프레임 동기화 방법]의 설명을 참조한다.

한편, 본 발명의 실시 예에서 동기 신호 전송 방법은 도 9의 방법에 한정하고, 도 1 내지 도 8 및 관련 설명 및 실시 예들로부터 도출되는 다양한 변형에 의해 수행될 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 FBMC 단말의 동기화 방법을 설명하는 도면이다.

도 10을 참조하면, 단말은 QAM FBMC 심볼을 수신하고, 수신한 심볼들에 대한 샘플 값들을 저장한다(1010). 구체적인 심볼 수신 및 샘플 값 저장 동작은 도 7 및 도 7의 관련 설명을 참조한다.

단말은 저장된 샘플 값들에 대하여 가중치를 적용한다(1020). 가중치 적용은 SNR(signal to noise ratio), SIR(signal to interference ratio), SINR(signal to interference pluse noise ratio) 등 다양한 기준을 적용할 수 있다. 구체적인 가중치 적용에 대한 동작은 도 8 및 도 8의 관련 설명을 참조한다.

단말은 가중치가 적용된 샘플 값들을 기 설정된 간격으로 합하여 시퀀스를 생성한다(1030). 단말은 M/B 간격으로 가중치가 적용된 샘플을 합한다. 이때, B*L 개의 샘플 값들을 합한다. 이때, 상기 L은 오버래핑 팩터(overlapping factor), 상기 M은 QAM FBMC 심볼의 수, 상기 B는 필터 뱅크 수이다.

단말은 상기 시퀀스로부터 동기화 정보를 식별할 수 있다(1040). 상기 단말은 상기 시퀀스에 대한 코릴레이션 메트릭(metric) 값을 결정할 수 있다. 단말은 상기 코릴레이션 메트릭 값들을 저장할 수 있다. 1030 동작에서 복수의 시퀀스가 생성되고, 상기 복수의 시퀀스 각각에 대해서 코릴레이션 메트릭이 결정, 계산 또는 식별 될 수 있다. 상기 단말은 저장된 코릴레이션 메트릭 값 중 가장 큰 값을 가지는 심볼의 인덱스를 동기 시작점으로 식별할 수 있다.

한편, 상기 단말은 동기화 정보를 식별하는 과정에서 기지국의 시스템 정보 중 일부를 획득할 수도 있다. 단말은 동기 정보가 식별되는 필터 뱅크의 인덱스를 식별할 수 있다. 단말은 상기 필터 뱅크 인덱스에 기반하여, 물리 식별자, 셀 그룹 식별자, TDD/FDD 구분 식별자, 프레임 식별자 중 적어도 하나의 시스템 정보를 식별할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시 예에서 동기화 방법은 도 10의 방법에 한정하고, 도 1 내지 도 8 및 관련 설명 및 실시 예들로부터 도출되는 다양한 변형에 의해 수행될 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기지국을 설명하는 도면이다.

도 11을 참조하면, 기지국(1100)은 신호를 송신 및 수신하는 통신부(1110) 및 상기 기지국의 동작을 제어하는 제어부(1130)를 포함할 수 있다. 상기 제어부는 본 발명의 실시 예에 따른 동기 신호를 포함하는 QAM-FBMC 심볼을 생성 및 전송하도록 제어할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 제어부(1130)는 동기 신호에 대한 길이 K의 주파수 영역 QAM (quadrature amplitude modulation) 심볼 (symbol) 시퀀스 (sequence)를 생성하고, 상기 QAM 심볼 시퀀스를 상기 동기 신호의 코릴레이션 (correlation) 특성에 기반하여 필터 뱅크의 부반송파에 매핑하며, 상기 매핑에 기반하여 동기 신호가 포함된 QAM-FBMC (filter bank multi carrier) 심볼을 생성하고, 상기 생성된 QAM-FBMC 심볼을 전송하도록 제어할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 제어부(1130)는 상기 동기 신호가 크로스 코릴레이션(cross correlation)에 기반하는 경우, 복수의 필터 뱅크 중 기 설정된 특정 필터 뱅크의 부반송파에만 상기 QAM 심볼 시퀀스를 매핑하도록 제어할 수 있다. 상기 제어부(1130)는 상기 동기 신호가 지연 코릴레이션 (delay correlation)에 기반하는 경우, 상 복수의 필터 뱅크 중 기 설정된 특정 필터 뱅크의 홀수 번째 부반송파 그룹 또는 짝수 번째 부반송파 그룹 중 하나의 그룹에만 상기 QAM 심볼 시퀀스를 매핑하도록 제어할 수 있다. 또한, 상기 제어부(1130)는 상기 특정 필터 뱅크에서 상기 QAM 심볼 시퀀스가 매핑되지 않은 부반송파에 0을 매핑하도록 제어할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 제어부(1130)는 상기 QAM 심볼 시퀀스를 특정 필터 뱅크의 부반송파에 매핑하고, 데이터에 대한 QAM 심볼 시퀀스를 상기 특정 필터 뱅크의 잔여 부반송파 또는 다른 필터 뱅크의 부반송파에 매핑하며, 상기 동기 신호를 포함하는 QAM FBMC 심볼 및 상기 데이터에 대하여 생성된 QAM FBMC 심볼을 중첩하여 전송하도록 제어할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 제어부(1130)는 상기 제어부는,

상기 필터 뱅크의 인덱스에 기반하여 물리 식별자, 셀 그룹 식별자, TDD/FDD 구분 식별자, 프레임 식별자 중 적어도 하나의 시스템 정보를 식별할 수 있도록 상기 QAM 심볼 시퀀스를 매핑하도록 제어할 수 있다.

한편, 상기 기지국(1100) 및 제어부(1130)의 기능 및 동작은 도 11에서 언급한 동작에 한정하지 않는다. 상기 기지국(1100) 및 제어부(1130)는 도 1 내지 도 8 및 관련 설명을 통해 도출되는 FBMC 동기 심볼 전송 장치의 동작 및 기능을 수행할 수 있다.

도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단말을 설명하는 도면이다.

도 12를 참조하면, 단말(1200)은 신호를 송신 및 수신하는 통신부(1210) 및 상기 단말(1200)의 전반적인 동작을 제어하는 제어부(1230)를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 제어부(1230)는 QAM FBMC 심볼들에 대한 샘플 값들을 저장하고, 상기 저장된 샘플 값들에 대하여 가중치를 적용하며, 가중치가 적용된 샘플 값들을 기 설정된 간격으로 합하여 시퀀스를 생성하고, 상기 시퀀스에 기반하여 동기 정보를 식별하도록 제어할 수 있다. 이때, 상기 시퀀스는 M/B 간격으로 가중치가 적용된 B*L 개의 샘플 값들의 합으로 생성될 수 있다. 여기서, 상기 L은 오버래핑 팩터(overlapping factor), 상기 M은 QAM FBMC 심볼의 수, 상기 B는 필터 뱅크 수 이다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따르면 상기 제어부(1230)는 상기 시퀀스에 대한 코릴레이션 메트릭(correlation metric)를 값을 결정하고, 상기 결정된 코릴레이션 메트릭 값을 저장하도록 제어할 수 있다.

또한, 상기 제어부(1230)는 상기 저장된 코릴레이션 메트릭 값 중 가장 큰 값을 가지는 값을 동기 시작점으로 식별하도록 제어할 수 있다. 상기 제어부(1230)는 상기 동기 정보가 식별되는 필터 뱅크의 인덱스를 식별하고, 상기 필터 뱅크 인덱스에 기반하여 리 식별자, 셀 그룹 식별자, TDD/FDD 구분 식별자, 프레임 식별자 중 적어도 하나의 시스템 정보를 식별하도록 제어할 수 있다.

한편, 상기 단말(1200) 및 제어부(1230)의 기능 및 동작은 도 12에서 언급한 동작에 한정하지 않는다. 상기 기지국(1200) 및 제어부(1230)는 도 1 내지 도 8 및 관련 설명을 통해 도출되는 FBMC 동기 심볼 전송 장치의 동작 및 기능을 수행할 수 있다.

본 발명에서 제안한 동기 신호 생성 방법, 대응 수신 초기 동기 방법, 셀 식별(cell identification) 과정에서 필터 뱅크 인덱스(filter-bank index) 기반 시스템 정보 내재적 획득 방법을 활용하면 QAM-FBMC 기반 셀룰러 망을 효율적으로 구축 가능하다. 특히, 기존 FBMC 동기 방식은 FBMC 자체 특성인 overlap & sum으로 인해 동기 신호를 구성할 때 인접 데이터 간 간섭 문제 및 OFDM 대비 늘어나는 오버헤드로 효율적인 동기 신호 구성 방식이 부재했다.

본 발명은 약간의 복잡도가 상승한다는 점을 제외하면 기존 OFDM 동기 방식의 장점을 모두 활용하고 있다. (Transmit information independent sequence만으로 구성, periodic 1 symbol, subband 형태 가능) 특히, overlap & sum 과정에서 동기 심볼이 인접 데이터 심볼과 중첩되더라도 필터뱅크 자원 간의 직교성을 잘 활용하고 있고 수신 동기 성능이 열화되지 않아 OFDM 대비 동기 RS 오버헤드를 유사하게 맞출 수 있는 큰 장점이 있다.

또한 QAM-FBMC 동기 심볼도 데이터 심볼과 마찬가지로 FBMC 자체의 송신 파형(waveform)에 변형을 가하지 않고 그대로 전송하므로 주파수 영역에서의 송신 스펙트럼 특성 (low our-of-band radiation, OOBR)도 기존 FBMC가 가지는 장점 그대로 유지 가능하다. 또한 본 발명의 수신 동기 방식은 동기 신호가 프리앰블 형태이든 sequence 기반 서브밴드 형태이든 상관없이 해당 동기 신호에 맞게 동작 가능하다.

마지막으로, 본 발명의 동기 방식 중에서 2개 이상의 필터뱅크를 사용하는 특성을 활용하는 방법을 제외한다면 GNC (Generalized Nyquist Condition) 필터를 사용하는 모든 필터뱅크 기반 시스템, 예를 들어 FMT (Filtered Multi-Tone), GFDM(Generalized Frequency Division Multiplexing), BFDM(Bi-orthogonal Frequency Division Multiplexing) 등에도 적용 가능하다.

그리고 본 명세서와 도면에 개시된 실시 예들은 본 발명의 내용을 쉽게 설명하고, 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서 본 발명의 범위는 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

FBMC(filter bank multi carrier) 시스템에서 기지국의 동기 신호 전송 방법에 있어서,
동기 신호에 대한 길이 K의 주파수 영역 QAM (quadrature amplitude modulation) 심볼 (symbol) 시퀀스 (sequence)를 생성하는 단계;
상기 QAM 심볼 시퀀스를 상기 동기 신호의 코릴레이션 (correlation) 특성에 기반하여 필터 뱅크의 부반송파에 매핑하는 단계;
상기 매핑에 기반하여 동기 신호가 포함된 QAM-FBMC (filter bank multi carrier) 심볼을 생성하는 단계; 및
상기 생성된 QAM-FBMC 심볼을 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 매핑하는 단계는,
상기 동기 신호가 크로스 코릴레이션(cross correlation)에 기반하는 경우, 복수의 필터 뱅크 중 기 설정된 특정 필터 뱅크의 부반송파에만 상기 QAM 심볼 시퀀스를 매핑하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 매핑하는 단계는,
상기 동기 신호가 지연 코릴레이션 (delay correlation)에 기반하는 경우, 상 복수의 필터 뱅크 중 기 설정된 특정 필터 뱅크의 홀수 번째 부반송파 그룹 또는 짝수 번째 부반송파 그룹 중 하나의 그룹에만 상기 QAM 심볼 시퀀스를 매핑하는 것을 특징으로 하는 방법.
제3항에 있어서, 상기 매핑하는 단계는,
상기 특정 필터 뱅크에서 상기 QAM 심볼 시퀀스가 매핑되지 않은 부반송파에 0을 매핑하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 매핑하는 단계는,
상기 QAM 심볼 시퀀스를 특정 필터 뱅크의 부반송파에 매핑하는 단계, 그리고
데이터에 대한 QAM 심볼 시퀀스를 상기 특정 필터 뱅크의 잔여 부반송파 또는 다른 필터 뱅크의 부반송파에 매핑하는 단계를 포함하고,
상기 전송하는 단계는,
상기 동기 신호를 포함하는 QAM FBMC 심볼 및 상기 데이터에 대하여 생성된 QAM FBMC 심볼을 중첩하여 전송하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 매핑하는 단계는,
상기 필터 뱅크의 인덱스에 기반하여 물리 식별자, 셀 그룹 식별자, TDD/FDD 구분 식별자, 프레임 식별자 중 적어도 하나의 시스템 정보를 식별할 수 있도록 상기 QAM 심볼 시퀀스를 매핑하는 것을 특징으로 하는 방법.
FBMC(filter bank multi carrier) 시스템의 기지국에 있어서,
신호를 전송 및 수신하는 통신부; 및
동기 신호에 대한 길이 K의 주파수 영역 QAM (quadrature amplitude modulation) 심볼 (symbol) 시퀀스 (sequence)를 생성하고, 상기 QAM 심볼 시퀀스를 상기 동기 신호의 코릴레이션 (correlation) 특성에 기반하여 필터 뱅크의 부반송파에 매핑하며, 상기 매핑에 기반하여 동기 신호가 포함된 QAM-FBMC (filter bank multi carrier) 심볼을 생성하고, 상기 생성된 QAM-FBMC 심볼을 전송하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국.
제7항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 동기 신호가 크로스 코릴레이션(cross correlation)에 기반하는 경우, 복수의 필터 뱅크 중 기 설정된 특정 필터 뱅크의 부반송파에만 상기 QAM 심볼 시퀀스를 매핑하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기지국.
제7항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 동기 신호가 지연 코릴레이션 (delay correlation)에 기반하는 경우, 상 복수의 필터 뱅크 중 기 설정된 특정 필터 뱅크의 홀수 번째 부반송파 그룹 또는 짝수 번째 부반송파 그룹 중 하나의 그룹에만 상기 QAM 심볼 시퀀스를 매핑하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기지국.
제9항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 특정 필터 뱅크에서 상기 QAM 심볼 시퀀스가 매핑되지 않은 부반송파에 0을 매핑하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기지국.
제7항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 QAM 심볼 시퀀스를 특정 필터 뱅크의 부반송파에 매핑하고, 데이터에 대한 QAM 심볼 시퀀스를 상기 특정 필터 뱅크의 잔여 부반송파 또는 다른 필터 뱅크의 부반송파에 매핑하며,
상기 동기 신호를 포함하는 QAM FBMC 심볼 및 상기 데이터에 대하여 생성된 QAM FBMC 심볼을 중첩하여 전송하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기지국.
제7항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 필터 뱅크의 인덱스에 기반하여 물리 식별자, 셀 그룹 식별자, TDD/FDD 구분 식별자, 프레임 식별자 중 적어도 하나의 시스템 정보를 식별할 수 있도록 상기 QAM 심볼 시퀀스를 매핑하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기지국.
QAM(quadrature amplitude modulation) FBMC(filter bank multi carrier) 시스템에서 단말의 동기화 방법에 있어서,
QAM FBMC 심볼들에 대한 샘플 값들을 저장하는 단계;
상기 저장된 샘플 값들에 대하여 가중치를 적용하는 단계;
가중치가 적용된 샘플 값들을 기 설정된 간격으로 합하여 시퀀스를 생성하는 단계; 및
상기 시퀀스에 기반하여 동기 정보를 식별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제13항에 있어서,
상기 시퀀스는 M/B 간격으로 가중치가 적용된 B*L 개의 샘플 값들의 합으로 생성되고,
상기 L은 오버래핑 팩터(overlapping factor), 상기 M은 QAM FBMC 심볼의 수, 상기 B는 필터 뱅크 수인 것을 특징으로 하는 방법.
제13항에 있어서,
상기 시퀀스에 대한 코릴레이션 메트릭(correlation metric) 값을 결정하는 단계; 및
상기 결정된 코릴레이션 메트릭 값을 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제15항에 있어서, 상기 동기 정보를 식별하는 단계는,
상기 저장된 코릴레이션 메트릭 값 중 가장 큰 값을 가지는 심볼의 인덱스를 동기 시작점으로 식별하는 것을 특징으로 하는 방법.
제13항에 있어서,
상기 동기 정보가 식별되는 필터 뱅크의 인덱스를 식별하는 단계; 및
상기 필터 뱅크 인덱스에 기반하여 물리 식별자, 셀 그룹 식별자, TDD/FDD 구분 식별자, 프레임 식별자 중 적어도 하나의 시스템 정보를 식별하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
QAM(quadrature amplitude modulation) FBMC(filter bank multi carrier) 시스템의 단말에 있어서,
신호를 송신 및 수신하는 통신부; 및
QAM FBMC 심볼들에 대한 샘플 값들을 저장하고, 상기 저장된 샘플 값들에 대하여 가중치를 적용하며, 가중치가 적용된 샘플 값들을 기 설정된 간격으로 합하여 시퀀스를 생성하고, 상기 시퀀스에 기반하여 동기 정보를 식별하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말.
제18항에 있어서,
상기 시퀀스는 M/B 간격으로 가중치가 적용된 B*L 개의 샘플 값들의 합으로 생성되고,
상기 L은 오버래핑 팩터(overlapping factor), 상기 M은 QAM FBMC 심볼의 수, 상기 B는 필터 뱅크 수인 것을 특징으로 하는 단말.
제18항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 시퀀스에 대한 코릴레이션 메트릭(correlation metric) 값을 결정하고, 상기 결정된 코릴레이션 메트릭 값을 저장하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 단말.
제20항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 저장된 코릴레이션 메트릭 값 중 가장 큰 값을 가지는 심볼의 인덱스를 동기 시작점으로 식별하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 단말.
제18항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 동기 정보가 식별되는 필터 뱅크의 인덱스를 식별하고, 상기 필터 뱅크 인덱스에 기반하여 물리 식별자, 셀 그룹 식별자, TDD/FDD 구분 식별자, 프레임 식별자 중 적어도 하나의 시스템 정보를 식별하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 단말.