KR20170089673A - 시간 효율성 증대를 위한 신호의 적응적 송수신 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에서 신호를 수신기로 전송하는 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것으로서, 상기 수신기로부터 참조 신호를 수신하는 단계; 상기 수신된 참조 신호에 기초하여 신호 채널과 간섭 채널을 추정하는 단계; 상기 추정된 간섭 채널에 기초하여 심볼간 간섭(inter-symbol interference)정도를 결정하고 상기 결정된 심볼간 간섭 정도를 특정 임계값과 비교하는 단계; 상기 결정된 심볼간 간섭 정도가 상기 임계값보다 작은 경우 인접한 심볼들을 특정 길이만큼 중첩시켜 데이터 신호를 상기 수신기로 전송하는 단계; 및 상기 결정된 심볼간 간섭 정도가 상기 임계값보다 큰 경우 인접한 심볼들이 상기 특정 길이만큼 중첩되지 않도록 상기 데이터 신호를 상기 수신기로 전송하는 단계를 포함하는 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.

Description

시간 효율성 증대를 위한 신호의 적응적 송수신 방법 및 이를 위한 장치{A method and apparatus for adaptive transmission and reception of a signal for enhanced time efficiency}

본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 시간 효율성 증대를 위해 신호를 적응적으로 송수신하는 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.

스마트폰과 같은 다양한 사용자 기기의 보급으로 인해 데이터 이용량이 급증하고 있다. 데이터 이용량의 급증에 따라 더 많은 데이터를 송수신할 수 있는 통신 시스템에 대한 필요성이 대두되고 있다. 현재 3GPP (3rd Generation Partnership Project) LTE(Long Term Evolution) 시스템이 널리 사용되고 있으며, LTE 시스템에서는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)에 기반한 파형(waveform) 기술이 이용되고 있다.

하지만, OFDM 기술은 부반송파 간의 효율성을 높일 수는 있으나 밴드 간에는 사이드로브(Side-lobe)의 누출 전력을 발생시키므로 채널 간 간섭을 막기 위한 가드 밴드(Guard band)로 인한 주파수 낭비가 있으며, 부반송파간 간섭(ICI : Inter Carrier Interference)을 제거하여 사용하는 순환 전치(Cyclic Prefix, CP)로 인한 대역 손실도 발생한다.

따라서, OFDM 기술은 늘어나는 데이터 전송량을 수용하기에 한계에 이르렀으며 더 많은 데이터 전송량을 보장할 수 있는 새로운 파형 기술이 요구된다.

본 발명의 목적은 다중 경로 채널에서 순환 전치 없이 신호를 전송하는 경우 심볼 간 간섭을 효율적으로 제거하여 신호를 송수신하기 위한 방법 및 이를 위한 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 다중 경로 채널에서 UFMC 심볼을 이용하여 신호를 전송하는 경우 심볼 간 간섭을 효율적으로 제거하여 신호를 송수신하기 위한 방법 및 이를 위한 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 시간 효율성 증대를 위해 심볼을 적응적으로 중첩시켜 신호를 송수신하기 위한 방법 및 이를 위한 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 상기 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 양상으로서, 무선 통신 시스템에서 송신기가 신호를 수신기로 전송하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 상기 수신기로부터 참조 신호를 수신하는 단계; 상기 수신된 참조 신호에 기초하여 신호 채널과 간섭 채널을 추정하는 단계; 상기 추정된 간섭 채널에 기초하여 심볼간 간섭(inter-symbol interference)정도를 결정하고 상기 결정된 심볼간 간섭 정도를 특정 임계값과 비교하는 단계; 상기 결정된 심볼간 간섭 정도가 상기 임계값보다 작은 경우 인접한 심볼들을 특정 길이만큼 중첩시켜 데이터 신호를 상기 수신기로 전송하는 단계; 및 상기 결정된 심볼간 간섭 정도가 상기 임계값보다 큰 경우 인접한 심볼들이 상기 특정 길이만큼 중첩되지 않도록 상기 데이터 신호를 상기 수신기로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 방법은 주파수 영역에서 적어도 하나의 부반송파에 대해 필터링을 수행하는 단계를 더 포함하며, 상기 특정 길이는 상기 필터링에 의해 시간 영역에서 늘어나는 심볼 길이에 해당할 수 있다.

바람직하게는, 상기 방법은 상기 인접한 심볼들의 중첩 여부를 지시하는 제어 정보를 상기 수신기로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제어 정보는 물리 계층 신호 또는 상위 계층 신호를 통해 전송될 수 있다.

더욱 바람직하게는, 상기 물리 계층 신호는 물리 상향링크 제어 채널 또는 물리 하향링크 제어 채널을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 데이터 신호는 순환 전치(cyclic prefix)가 적용되지 않는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼을 통해 전송될 수 있다.

바람직하게는, 상기 데이터 신호는 UFMC(Universal Filtered Multi-Carrier) 심볼을 통해 전송될 수 있다.

바람직하게는, 상기 간섭 정도는 상기 간섭 채널의 위샤르트(Wishart) 행렬의 프로베니우스 놈(Frobenious Norm)에 기초하여 결정될 수 있다.

본 발명의 다른 양상으로서, 무선 통신 시스템에서 신호를 수신기로 전송하도록 구성된 송신기가 제공되며, 상기 송신기는 무선 주파수(RF) 유닛; 및 상기 RF 유닛에 동작시 연결되는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는 상기 수신기로부터 참조 신호를 수신하고, 상기 수신된 참조 신호에 기초하여 신호 채널과 간섭 채널을 추정하고, 상기 추정된 간섭 채널에 기초하여 심볼간 간섭(inter-symbol interference)정도를 결정하고 상기 결정된 심볼간 간섭 정도를 특정 임계값과 비교하고, 상기 결정된 심볼간 간섭 정도가 상기 임계값보다 작은 경우 인접한 심볼들을 특정 길이만큼 중첩시켜 데이터 신호를 상기 수신기로 전송하고, 상기 결정된 심볼간 간섭 정도가 상기 임계값보다 큰 경우 인접한 심볼들이 상기 특정 길이만큼 중첩되지 않도록 상기 데이터 신호를 상기 수신기로 전송하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양상으로서, 무선 통신 시스템에서 수신기가 송신기로부터 신호를 수신하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 상기 송신기로부터 인접한 심볼들의 중첩 여부를 지시하는 제어 정보를 수신하는 단계; 상기 제어 정보가 상기 인접한 심볼들이 특정 길이만큼 중첩됨을 지시하는 경우, 상기 신호에 대해 등화(equalization) 과정을 수행하는 단계를 포함하되, 상기 등화 과정은 상기 인접한 심볼들 중 현재 심볼에서 제1 등화와 제2 등화를 수행하는 것을 포함하고, 상기 제1 등화는 상기 인접한 심볼 중에서 이전 심볼이 상기 현재 심볼에 유발하는 간섭을 제거하도록 구성된 제1 등화기에 의해 수행되고, 상기 제2 등화는 상기 인접한 심볼 중에서 상기 현재 심볼 내에서 발생하는 간섭을 제거하도록 구성된 제2 등화기에 의해 수행될 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 등화기는 결정 피드백 등화기(DFE)를 포함하고, 상기 제2 등화기는 최소 자승 에러 등화기(MMSE)를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 신호는 순환 전치(cyclic prefix) 없이 전송될 수 있다.

바람직하게는, 상기 제어 정보는 물리 계층 신호 또는 상위 계층 신호를 통해 전송될 수 있다.

더욱 바람직하게는, 상기 물리 계층 신호는 물리 상향링크 제어 채널 또는 물리 하향링크 제어 채널을 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양상으로서, 무선 통신 시스템에서 송신기로부터 신호를 수신하도록 구성된 수신기가 제공되며, 상기 수신기는 무선 주파수(RF) 유닛; 및 상기 RF 유닛에 동작시 연결되는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는 상기 송신기로부터 인접한 심볼들의 중첩 여부를 지시하는 제어 정보를 수신하고, 상기 제어 정보가 상기 인접한 심볼들이 특정 길이만큼 중첩됨을 지시하는 경우, 상기 신호에 대해 등화(equalization) 과정을 수행하도록 구성되며, 상기 등화 과정은 상기 인접한 심볼들 중 현재 심볼에서 제1 등화와 제2 등화를 수행하는 것을 포함하고, 상기 제1 등화는 상기 인접한 심볼 중에서 이전 심볼이 상기 현재 심볼에 유발하는 간섭을 제거하도록 구성된 제1 등화기에 의해 수행되고, 상기 제2 등화는 상기 인접한 심볼 중에서 상기 현재 심볼 내에서 발생하는 간섭을 제거하도록 구성된 제2 등화기에 의해 수행될 수 있다.

본 발명에 의하면, 다중 경로 채널에서 순환 전치 없이 신호를 전송하는 경우 심볼 간 간섭을 효율적으로 제거하여 신호를 송수신할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 다중 경로 채널에서 UFMC 심볼을 이용하여 신호를 전송하는 경우 심볼 간 간섭을 효율적으로 제거하여 신호를 송수신할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 시간 효율성 증대를 위해 심볼을 적응적으로 중첩시켜 신호를 송수신할 수 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

첨부 도면은 본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되며, 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 물리 채널들 및 이들을 이용한 일반적인 신호 전송 방법을 예시한다.
도 2는 LTE(-A) 시스템을 위한 하향링크 슬롯을 위한 자원 그리드를 예시한다.
도 3은 LTE(-A) 시스템을 위한 하향링크 서브프레임의 구조를 예시한다.
도 4는 안테나 포트에 따른 CRS의 매핑 패턴을 예시한다.
도 5는 안테나 포트에 따른 CSI-RS 매핑 패턴을 예시한다.
도 6은 상향링크 서브프레임의 구조를 예시한다.
도 7은 LTE 시스템의 상향 링크 서브프레임에서 사용되는 참조 신호를 예시한다.
도 8은 UFMC 파형을 예시한다.
도 9는 UFMC 심볼을 전송하는 예를 예시한다.
도 10은 본 발명에서 제안하는 수신기를 예시한다.
도 11은 MMSE 등화기만을 포함하는 수신기를 예시한다.
도 12는 다중 경로 채널 통신 환경을 예시한다.
도 13은 UFMC 심볼과 UFMC 심볼에 대한 유효 채널을 예시한다.
도 14 및 도 15는 시뮬레이션 결과를 도시한 것이다.
도 16은 시뮬레이션에서 사용된 MMSE 행렬을 예시한다.
도 17은 본 발명에 따른 적응적 심볼 송수신 방법의 순서도를 예시한다.
도 18은 본 발명에 적용될 수 있는 기지국 및 단말을 예시한다.

이하의 기술은 CDMA(Code Division Multiple Access), FDMA(Frequency Division Multiple Access), TDMA(Time Division Multiple Access), OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access), SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access) 등과 같은 다양한 무선 접속 시스템에 사용될 수 있다. CDMA는 UTRA(Universal Terrestrial Radio Access)나 CDMA2000과 같은 무선 기술(radio technology)로 구현될 수 있다. TDMA는 GSM(Global System for Mobile communications)/GPRS(General Packet Radio Service)/EDGE(Enhanced Data Rates for GSM Evolution)와 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. OFDMA는 IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802.20, E-UTRA(Evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. UTRA는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)의 일부이다. 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(long term evolution)은 E-UTRA를 사용하는 E-UMTS(Evolved UMTS)의 일부이고 LTE-A(Advanced)는 3GPP LTE의 진화된 버전이다.

설명을 명확하게 하기 위해, 3GPP LTE/LTE-A를 참조하여 기술하지만 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 이하의 설명에서 사용되는 특정(特定) 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.

본 명세서에서, 사용자기기(user equipment, UE)는 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, 기지국(base station, BS)과 통신하여 데이터 및/또는 제어 정보를 송수신하는 각종 기기들을 포함한다. UE는 단말(Terminal), 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) 등으로 지칭될 수 있다. 이하에서, UE는 단말과 혼용될 수 있다.

본 명세서에서, 기지국(BS)은 일반적으로 UE 및/또는 다른 BS와 통신하는 고정국(fixed station)을 말하며, UE 및 다른 BS와 통신하여 각종 데이터 및 제어정보를 교환한다. 기지국(BS)은 ABS(Advanced Base Station), NB(Node-B), eNB(evolved-NodeB), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point), PS(Processing Server), 노드(node), TP(Transmission Point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 이하에서, 기지국(BS)은 eNB와 혼용될 수 있다.

무선 접속 시스템에서 단말은 하향링크(DL: Downlink)를 통해 기지국으로부터 정보를 수신하고, 상향링크(UL: Uplink)를 통해 기지국으로 정보를 전송한다. 기지국과 단말이 송수신하는 정보는 일반 데이터 정보 및 다양한 제어 정보를 포함하고, 이들이 송수신 하는 정보의 종류/용도에 따라 다양한 물리 채널이 존재한다.

도 1은 물리 채널들 및 이들을 이용한 일반적인 신호 전송 방법을 예시한다.

전원이 꺼진 상태에서 다시 전원이 켜지거나, 새로이 셀에 진입한 단말은 단계 S101에서 기지국과 동기를 맞추는 등의 초기 셀 탐색(initial cell search) 작업을 수행한다. 이를 위해 단말은 기지국으로부터 주동기 채널(Primary Synchronization Channel, P-SCH) 및 부동기 채널(Secondary Synchronization Channel, S-SCH)을 수신하여 기지국과 동기를 맞추고, 셀 ID(cell identity) 등의 정보를 획득한다. 그 후, 단말은 기지국으로부터 물리 브로드캐스트 채널(Physical Broadcast Channel, PBCH)을 수신하여 셀 내 브로드캐스트 정보를 획득할 수 있다. 한편, 단말은 초기 셀 탐색 단계에서 하향링크 참조 신호(Downlink Reference Signal, DL RS)를 수신하여 하향링크 채널 상태를 확인할 수 있다.

초기 셀 탐색을 마친 단말은 단계 S102에서 물리 하향링크 제어 채널(Physical Downlink Control Channel, PDCCH) 및 물리 하향링크 제어 채널 정보에 따른 물리 하향링크 공유 채널(Physical Downlink Shared Channel, PDSCH)을 수신하여 좀더 구체적인 시스템 정보를 획득할 수 있다.

이후, 단말은 기지국에 접속을 완료하기 위해 단계 S103 내지 단계 S106과 같은 랜덤 접속 과정(Random Access Procedure)을 수행할 수 있다. 이를 위해 단말은 물리 랜덤 접속 채널(Physical Random Access Channel, PRACH)을 통해 프리앰블(preamble)을 전송하고(S103), 물리 하향링크 제어 채널 및 이에 대응하는 물리 하향링크 공유 채널을 통해 프리앰블에 대한 응답 메시지를 수신할 수 있다(S104). 경쟁 기반 랜덤 접속(contention based random access)의 경우 추가적인 물리 랜덤 접속 채널의 전송(S105)과 물리 하향링크 제어 채널 및 이에 대응하는 물리 하향링크 공유 채널 수신(S106)과 같은 충돌 해결 절차(contention Resolution Procedure)를 수행할 수 있다.

상술한 바와 같은 절차를 수행한 단말은 이후 일반적인 상향/하향링크 신호 전송 절차로서 물리 하향링크 제어 채널/물리 하향링크 공유 채널 수신(S107) 및 물리 상향링크 공유 채널(Physical Uplink Shared Channel, PUSCH)/물리 상향링크 제어 채널(Physical Uplink Control Channel, PUCCH) 전송(S108)을 수행할 수 있다. 단말이 기지국으로 전송하는 제어 정보를 통칭하여 상향링크 제어 정보(Uplink Control Information, UCI)라고 지칭한다. UCI는 HARQ ACK/NACK(Hybrid Automatic Repeat and reQuest Acknowledgement/Negative-ACK), SR(Scheduling Request), CSI(Channel State Information) 등을 포함한다. CSI는 CQI(Channel Quality Indicator), PMI(Precoding Matrix Indicator), RI(Rank Indication) 등을 포함한다. UCI는 일반적으로 PUCCH를 통해 전송되지만, 제어 정보와 트래픽 데이터가 동시에 전송되어야 할 경우 PUSCH를 통해 전송될 수 있다. 또한, 네트워크의 요청/지시에 의해 PUSCH를 통해 UCI를 비주기적으로 전송할 수 있다.

도 2는 LTE(-A) 시스템을 위한 하향링크 슬롯을 위한 자원 그리드를 예시한다.

도 2를 참조하면, 하향링크 슬롯은 시간 도메인에서 복수의 OFDM 심볼을 포함한다. 여기서, 하나의 하향링크 슬롯은 7개의 OFDM 심볼을 포함하고, 하나의 자원 블록(RB)은 주파수 도메인에서 12개의 부반송파(subcarrier)를 포함하는 것으로 예시되었다. 도 2의 예는 표준 CP의 경우에 적용될 수 있으며, 확장 CP의 경우 하나의 하향링크 슬롯은 시간 도메인에서 6개의 OFDM 심볼을 포함할 수 있다. 자원 그리드 상에서 각각의 요소는 자원요소(Resource Element, RE)로 지칭된다. 하나의 RB는 12×7 RE들을 포함한다. 하향링크 슬롯에 포함된 RB의 개수 N_DL는 하향링크 전송 대역에 의존한다. 상향링크 슬롯의 구조는 하향링크 슬롯의 구조와 동일할 수 있다.

도 3은 LTE(-A) 시스템을 위한 하향링크 서브프레임의 구조를 예시한다.

도 3을 참조하면, 서브프레임 내에서 첫 번째 슬롯의 앞에 위치한 최대 3(4)개의 OFDM 심볼이 제어 채널 할당을 위한 제어 영역에 해당한다. 나머지 OFDM 심볼은 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel)가 할당되는 데이터 영역에 해당하며, 데이터 영역의 기본 자원 단위는 자원 블록(RB)이다. LTE(-A) 시스템에서 사용되는 하향링크 제어 채널의 예는 PCFICH(Physical Control Format Indicator Channel), PDCCH(Physical Downlink Control Channel), PHICH(Physical Hybrid ARQ Indicator Channel) 등을 포함한다.

PCFICH는 서브프레임의 첫 번째 OFDM 심볼에서 전송되고 서브프레임 내에서 제어 채널의 전송에 사용되는 OFDM 심볼의 개수에 관한 정보를 나른다. PCFICH는 4개의 REG로 구성되고, 각각의 REG는 셀 ID에 기초하여 제어 영역 내에 균등하게 분산된다. PCFICH는 1 내지 3(또는 2 내지 4)의 값을 지시하며 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)를 이용하여 변조된다.

PDCCH는 하향링크 공유 채널(downlink shared channel, DL-SCH)의 전송 포맷 및 자원 할당 정보, 상향링크 공유 채널(uplink shared channel, UL-SCH)의 전송 포맷 및 자원 할당 정보, 페이징 채널(paging channel, PCH) 상의 페이징 정보, DL-SCH 상의 시스템 정보, PDSCH 상에서 전송되는 랜덤 접속 응답과 같은 상위 계층 제어 메시지의 자원 할당 정보, 단말 그룹 내의 개별 단말들에 대한 Tx 파워 제어 명령 세트, Tx 파워 제어 명령, VoIP(Voice over IP)의 활성화 지시 정보 등을 나른다. PDCCH는 서브프레임의 처음 n OFDM 심볼(이하, 제어 영역) 내에 할당된다. 여기에서, n은 1 이상의 정수로서 PCFICH에 의해 지시된다. PDCCH를 통해 전송되는 제어 정보를 DCI(Downlink Control Information)라고 한다.

PHICH는 상향링크 전송에 대한 응답으로 HARQ ACK/NACK 신호를 나른다. PHICH 기간(duration)에 의해 설정된 하나 이상의 OFDM 심볼들에서 CRS 및 PCFICH(첫 번째 OFDM 심볼)를 제외하고 남은 REG 상에 PHICH가 할당된다. PHICH는 주파수 도메인 상에서 최대한 분산된 3개의 REG에 할당된다.

무선 통신 시스템에서 신호를 전송할 때, 전송되는 신호는 무선 채널을 통해서 전송되기 때문에 전송과정에서 신호의 왜곡이 발생할 수 있다. 왜곡된 신호를 수신측에서 올바로 수신하기 위해서는 채널 정보를 이용하여 수신 신호에서 왜곡을 보정하여야 한다. 채널 정보를 알아내기 위해서, 송신측과 수신측에서 모두 알고 있는 신호를 전송하여, 상기 신호가 채널을 통해 수신될 때의 왜곡 정도를 가지고 채널 정보를 알아내는 방법을 주로 사용한다. 상기 신호를 파일럿 신호(Pilot Signal) 또는 참조 신호(Reference Signal, RS)라고 한다.

다중 안테나를 사용하여 데이터를 송수신하는 경우에는 각 송신 안테나와 수신 안테나 사이의 채널 상황을 알아야 올바른 신호를 수신할 수 있다. 따라서, 송신 안테나 또는 안테나 포트(안테나 포트) 별로 별도의 참조 신호가 존재할 필요가 있다.

참조 신호는 채널 정보 획득을 위한 참조 신호와 데이터 복조를 위해 사용되는 참조 신호가 있다. 전자는 UE가 하향 링크로의 채널 정보를 획득할 수 있는데 그 목적이 있으므로, 광대역으로 전송되어야 하고, 특정 서브 프레임에서 하향 링크 데이터를 수신하지 않는 단말이라도 그 참조 신호를 수신하여야 한다. 또한 이는 핸드 오버 등의 상황에서도 사용된다. 후자는 기지국이 하향링크를 보낼 때 해당 리소스에 함께 보내는 참조 신호로서, 단말은 해당 참조 신호를 수신함으로써 데이터를 복조할 수 있다. 이 참조 신호는 데이터가 전송되는 영역에 전송되어야 한다.

하향링크 참조 신호에는,

i) 셀 내의 모든 단말이 공유하는 셀-특정 참조 신호(Cell-specific Reference Signal, CRS)

ii) 특정 단말만을 위한 단말-특정 참조 신호(UE-specific Reference Signal)

iii) PDSCH가 전송되는 경우 코히런트한(coherent) 복조를 위해 전송되는 (DeModulation-Reference Signal, DM-RS)

iv) 하향링크 DMRS가 전송되는 경우 채널 상태 정보(Channel State Information, CSI)를 전달하기 위한 채널 상태 정보 참조 신호(Channel State Information- Reference Signal, CSI-RS)

v) MBSFN(Multimedia Broadcast Single Frequency Network) 모드로 전송되는 신호에 대한 코히런트한 복조를 위해 전송되는 MBSFN 참조 신호(MBSFN Reference Signal)

vi) 단말의 지리적 위치 정보를 추정하는 데 사용되는 위치 참조 신호(Positioning Reference Signal)가 있다.

도 4는 안테나 포트에 따른 CRS의 매핑 패턴을 예시한다. CRS는 채널 정보 획득 및 데이터 복조의 두 가지 목적으로 사용되며, 단말 특정 참조 신호는 데이터 복조용으로만 사용된다. CRS는 광대역에 대해서 매 서브 프레임마다 전송되며, 기지국의 전송 안테나 개수에 따라서 최대 4개의 안테나 포트에 대한 참조 신호가 전송된다.

도 5는 안테나 포트에 따른 CSI-RS 매핑 패턴을 예시한다. CSI-RS가 할당/전송되는 시간-주파수 자원을 CSI-RS 자원이라 지칭하고, CSI-RS를 전송하는 소정 자원 영역 내 자원의 위치를 CSI-RS 패턴 혹은 CSI-RS 자원 구성(resource configuration)이라 지칭한다. 또한, CSI-RS 전송에 사용되는 자원 요소(resource element, RE)는 CSI-RS RE라 지칭한다. CRS의 경우 안테나 포트별 CRS가 전송되는 RE의 위치가 고정되는 것과 달리, CSI-RS는 이종 네트워크 환경을 포함한 다중셀(multi-cell) 환경에서 셀간 간섭(inter-cell interference, ICI)를 줄이기 위하여, 최대 32가지의 서로 다른 구성을 갖는다. CSI-RS에 대한 구성은 셀 내 안테나 포트 수에 따라 서로 다르며, 인접 셀들이 최대한 다른 구성을 갖도록 구성된다.

도 6은 상향링크 서브프레임의 구조를 예시한다.

도 6을 참조하면, 상향링크 서브프레임은 복수(예, 2개)의 슬롯을 포함한다. 슬롯은 CP(Cyclic Prefix) 길이에 따라 서로 다른 수의 SC-FDMA 심볼을 포함할 수 있다. 일 예로, 표준(normal) CP의 경우 하나의 슬롯은 7개의 SC-FDMA 심볼을 포함할 수 있고, 확장(extended) CP의 경우 하나의 슬롯은 6개의 SC-FDMA 심볼을 포함할 수 있다. 상향링크 서브프레임은 데이터 영역과 제어 영역으로 구분된다. 데이터 영역은 PUSCH를 포함하고 음성 등의 데이터 신호를 전송하는 데 사용된다. 제어 영역은 PUCCH를 포함하고 제어 정보를 전송하는 데 사용된다. PUCCH는 주파수 축에서 데이터 영역의 양 끝부분에 위치한 RB 쌍(RB pair)(예, m=0,1,2,3))(예, 주파수 반사(frequency mirrored)된 위치의 RB 쌍)을 포함하며 슬롯을 경계로 호핑한다. 상향링크 제어 정보(즉, UCI)는 HARQ ACK/NACK, CQI(Channel Quality Indicator), PMI(Precoding Matrix Indicator), RI(Rank Indication) 등을 포함한다.

도 7은 LTE 시스템의 상향 링크 서브프레임에서 사용되는 참조 신호를 예시한다. LTE 시스템에서는 상향링크 참조 신호로서 사운딩 참조 신호(SRS: Sounding Reference Signal)와 복조 참조 신호(DeModulation-Reference Signal, DMRS)가 지원된다. 복조 참조 신호는 PUSCH 또는 PUCCH의 전송과 결합될 수 있으며, 상향링크 신호의 복조를 위해 단말이 기지국으로 전송할 수 있다. 사운딩 참조 신호는 상향링크 스케줄링을 위해 단말이 기지국으로 전송할 수 있다. 기지국은 수신된 사운딩 참조 신호를 통해 상향링크 채널을 추정하고, 추정된 상향링크 채널을 상향링크 스케줄링에 이용한다. 사운딩 참조 신호는 PUSCH 또는 PUCCH의 전송과 결합되지 않는다. 복조 참조 신호와 사운딩 참조 신호를 위하여 동일한 종류의 기본 시퀀스(base sequence)가 사용될 수 있다.

한편, 차세대 5G(5th Generation) 통신을 위한 새로운 파형(waveform) 기술들이 제안되고 있다(예, G. Wunder et al., “5GNOW: non-orthogonal, asynchronous waveforms for future mobile applications,” IEEE Communications Magazine, vol. 52, no. 2, pp. 97-105, February 2014 참조). 새로운 파형 기술들 중에서 유력한 후보로는 UFMC(Universal Filtered Multi-Carrier) 기술이 제안되었다(예, V. Vakilian, T. Wild, F. Schaich, S. t. Brink, J.-F. Frigon, “Universal Filtered Multi-Carrier Technique for Wireless Systems Beyond LTE”, IEEE Globecom'13, December 2013 참조).

UFMC는 5G 통신을 위하여 고안된 새로운 파형 기술들 중 하나로서, 기존에 사용되던 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)에 비하여 비동기 네트워크에서 강력하고 잘게 나누어진 주파수 대역들을 효율적으로 사용할 수 있는 등의 이점을 갖고 있다. 그러나 UFMC는 OFDM처럼 다중 경로(multipath) 채널로 인한 순환 전치(cyclic prefix, CP)를 사용하지 않는데도 필터링으로 인해 심볼 길이가 늘어나게 되는데, 이로 인해 시간 효율 손실이 발생할 수 있다. 본 발명에서는 이러한 시간 효율 손실을 없애면서도 좋은 성능을 보이는 낮은 복잡도를 갖는 수신기 및 수신 방법을 제안한다. 본 발명에 따른 수신기는 결정 피드백 등화기(Decision-Feedback Equalizer, DFE)와 최소 자승 에러(Minimum Mean-Square Error, MMSE) 등화기를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에서는, UFMC의 경우 본 발명에 따른 수신기 및 수신 방법을 이용할 때, 심볼 전송 시에 심볼 앞뒤로 필터링으로 인해 길어진 부분들을 전후의 심볼들과 겹쳐서 전송하는 방법 및 장치를 제안한다. 이 경우 전체 프레임의 앞뒤 부분을 제외하고는 완벽히 100% 시간 효율을 달성할 수 있으나, 전후 심볼 간의 추가적인 간섭 효과가 발생하게 된다. 따라서, 본 발명에서는 심볼 간 간섭(Inter-Symbol Interference, ISI)의 정도를 판별하고 판별된 심볼 간 간섭의 정도를 기반으로 적응적으로 심볼 구조를 생성하는 방법 및 장치를 제안한다.

도 8은 UFMC 파형을 예시한다. UFMC는 기존 다중 반송파(multicarrier) 통신 변조 기술인 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)의 주파수 영역의 심볼 집단에 추가적으로 필터링을 수행하는 기술을 지칭한다. 주파수 영역에서의 필터링은 OFDM 부반송파의 싱크 형태(sinc shape)가 갖는 높은 피크(peak)의 사이드로브(side-lobe)를 낮춰주어서 가드 밴드를 줄여줄 수 있고 단편화된 스펙트럼(fragmented spectrum)을 지원하기에 적합하다.

도 8을 참조하면, UFCM을 적용했을 때 가드 밴드의 크기가 OFDM을 적용했을 때보다 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 또한, 이러한 장점은 CFO(carrier frequency offset)로 인한 간섭 효과도 줄여주는 역할을 할 수 있다. 따라서, 5G의 중요한 시나리오 중 하나인 비동기 네트워크에서 좋은 성능을 보여줄 수 있으며, 연구들을 통해 이러한 효과는 검증되었다.

다만, UFMC의 경우 주파수 영역의 필터링으로 인해 시간 영역에서 다중 반송파(multi-carrier) 심볼 길이가 필터 길이에 따라 증가하게 되어 시간 효율 손실이 발생할 수 있다. 예를 들어, 심볼 길이가 길어짐으로 인해 FFT(Fast Fourier Transform) 크기 N 샘플들보다 더 많은 샘플이 데이터에 포함되기 때문에, 수신기에서는 2N 크기의 FFT를 통해서 데이터를 복원할 수 있다.

도 9는 UFMC 심볼을 전송하는 예를 예시한다. 도 9(a)는 UFMC 심볼을 독립적으로 전송하는 예를 나타내고, 도 9(b)는 UFMC 심볼을 시간 효율 100%로 전송하는 예를 나타낸다.

도 9(a)를 참조하면, OFDM 방식과 비교하여 UFMC의 경우 주파수 영역에서 부반송파에 대한 필터링로 인해 시간 영역에서 UFMC 심볼 길이가 늘어날 수 있다. 주파수 영역 필터링으로 인해 늘어난 심볼 길이를 고려하여 각 심볼들을 중첩되지 않도록 독립적으로 전송한다면 늘어난 심볼 길이만큼 시간 효율 손실이 발생할 수 있다. 본 명세서에서, UFMC 심볼에서 OFDM 심볼 길이에 비해 주파수 영역 필터링으로 인해 늘어난 심볼 길이를 중첩되지 않도록 전송하는 것을 UFMC 심볼을 독립적으로 전송한다고 지칭할 수 있다. 따라서, 각 UFMC 심볼들을 독립적으로 전송한다면 시간 효율 손실이 발생할 수 있다.

도 9(b)를 참조하면, 시간 효율 손실을 방지하기 위해 OFDM 방식과 비교하여 주파수 영역 필터링으로 인해 늘어난 심볼 길이를 전후 심볼들과 중첩되도록 전송할 수 있다. 본 명세서에서, OFDM 심볼 길이에 비해 UFMC 심볼에서 주파수 영역 필터링으로 인해 늘어난 심볼 길이를 중첩시켜 전송하는 것을 시간 효율 100%로 전송한다고 지칭할 수 있다. 도 9(b)에 예시된 바와 같이 시간 효율 100%로 전송할 경우 UFMC 심볼들 간에 간섭이 발생할 수 있으며 간섭 효과로 인해 성능 손실이 크게 나타난다. 또한, UFMC는 다중 경로 채널을 위한 순환 전치(CP)를 사용하지 않기 때문에 주파수 영역 필터링으로 인해 늘어난 심볼 길이만큼 중첩됨으로 인한 간섭 효과도 필연적으로 발생을 하게 된다.

이에 본 발명에서는 UFMC 심볼에서 주파수 영역 필터링으로 인해 늘어난 심볼 길이를 중첩시킴으로써 발생하는 간섭 효과와 순환 전치(CP)를 사용하지 않음으로써 발생하는 간섭 효과를 함께 처리할 수 있는 저 복잡도의 수신기를 제안한다. 또한, 본 발명에서는 심볼 간 간섭(ISI) 정도를 판단하여 적응적으로 심볼을 중첩시켜 송수신하는 방법을 제안한다.

심볼 간 간섭 처리를 위한 수신기

기존의 OFDM 방식은 다중 경로(multipath) 채널의 최대 지연 시간보다 길이가 긴 순환 전치(CP)를 사용하여 채널 간섭 효과를 방지하고, 주파수 영역에서 간단한 단일 탭(single-tap) 등화 방식을 사용하였다. 이에 반해, 5G 시나리오에서는 비동기 방식 전송을 고려할 수 있으며, 순환 전치(Cyclic Prefix, CP)로 인한 데이터 손실을 줄이기 위해 CP가 적용되지 않는(또는 CP 없는, CP-free) 심볼을 고려할 수 있다. CP 없는 OFDM 심볼의 경우 주파수 영역에서의 MMSE 등화 방식을 이용하여 거의 완벽하게 채널 간섭 효과를 없앨 수 있음을 확인하였으며, MMSE 등화기의 경우 실제로 등화기를 구현할 때 필요한 등화기 탭 개수가 상대적으로 많지 않다는 이점도 있다.

이러한 결과로부터 시간 효율 100%의 UFMC 통신을 고려할 수 있다. 시간 효율 100% UFMC 통신에서는 UFMC에 적용되는 주파수 영역 필터링과 다중 경로 채널 부분을 합쳐서 유효(effective) 채널로 고려하여 MMSE 등화 방식을 사용할 수 있다. 하지만, OFDM 방식과 달리 UFMC 방식에서는 CP가 사용되지 않기 때문에 다중 경로 채널 환경에서는 간섭 효과를 수반할 수 있다.

도 10은 본 발명에서 제안하는 수신기를 예시한다.

도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 수신기는 결정 피드백 등화기(DFE)와 최소 자승 에러(MMSE) 등화기를 포함할 수 있다. MMSE 등화기는 현재 심볼의 여러 개의 패스로 인한 간섭 효과를 줄여주기 위해 사용될 수 있다. MMSE 등화기가 올바르게 작동하기 위해서는 이전 심볼이 현재 심볼을 침범하는 부분을 제거해주어야 하는데, 이를 위해 DFE를 먼저 적용하여 이전 심볼이 현재 심볼을 침범하는 부분을 없애준다. 따라서, DFE는 이전 심볼을 MMSE로 복원한 값에 의존하여 작동한다.

프레임 또는 서브프레임의 첫 번째 심볼의 경우 이전 심볼이 없기 때문에 바로 MMSE 등화를 수행하고, 두 번째 심볼부터 첫 번째 심볼의 MMSE 등화 결과를 이용하여 DFE를 수행한 다음 MMSE 등화를 수행할 수 있다. 따라서, DFE가 좋은 성능을 내기 위해서는 이전 심볼에 대한 MMSE 등화 성능이 좋아야 하므로, MMSE 등화기의 성능이 전체 성능에 영향을 줄 수 있다.

도 11은 MMSE 등화기만을 포함하는 수신기를 예시한다.

도 11을 참조하면, DFE를 수행하지 않고 MMSE만을 수행하도록 수신기가 구성될 수 있다. 이 경우 DFE가 적용되지 않으므로 이전 심볼이 현재 심볼에 대한 간섭 효과를 주더라도 간섭 효과를 제거하지 못할 수 있다. 따라서, MMSE 등화기만을 포함하는 수신기의 경우 MMSE 성능이 좋다고 하더라도 전반적인 성능은 저하될 수 밖에 없다. 다만, 앞서 설명한 바와 같이, 프레임 또는 서브프레임의 첫 번째 심볼의 경우 이전 심볼이 없기 때문에 도 10에 예시된 수신기는 도 11에 예시된 수신기로 대체될 수 있다.

본 발명에서 제안하는 수신기는 CP 없는 OFDM (CP-free OFDM)에서 다중 경로 채널로 인한 간섭 효과를 해결하는데 사용할 수 있다.

도 12는 다중 경로 채널 통신 환경을 예시한다.

도 12를 참조하면, 점선으로 표시된 부분은 하나의 심볼에 해당하는 시간 구간을 나타낸다. 현재 심볼을 통해 전송되는 신호는 심볼 구간에 맞게 전송될 수도 있지만, 지연이 발생하여 이전 심볼이 현재 심볼 구간과 중첩될 수 있다. 이 경우, 이전 심볼은 현재 심볼에 대해 간섭으로 작용할 수 있으므로 현재 심볼을 복원하기 위해서 이전 심볼의 간섭을 제거해주어야 한다.

주파수 영역에서 현재 심볼의 채널 행렬을 H라 하고, 이전 심볼이 현재 심볼과 중첩되는 부분에 대한 간섭 채널을 H_isi라 할 때 수신 신호 Y는 수학식 1과 같이 표현될 수 있다. 수학식 1에서 X는 현재 심볼에서 전송되는 신호를 나타내고 Xprev는 이전 심볼에서 전송되는 신호를 나타낸다.

[수학식 1]

수신 신호 Y가 수학식 1과 같이 표현될 경우, DFE 이후에 적용하는 MMSE 과정을 R_MMSE1라 하면 수학식 2와 같이 표현될 수 있고, DFE 없이 적용하는 MMSE 과정인 R_MMSE2는 수학식 3과 같이 표현될 수 있다. 예를 들어, 수학식 2는 도 10의 수신기에 포함된 MMSE 등화를 위해 사용될 수 있고, 수학식 3은 도 11의 수신기에 포함된 MMSE 등화를 위해 사용될 수 있다. 수학식 2와 3에서

는 노이즈의 분산 값을 나타낸다.

[수학식 2]

[수학식 3]

본 발명에서 제안하는 수신기는 CP 없는 OFDM(CP-free OFDM)처럼 다중 경로 채널에 대해 적용될 수 있지만, UFMC에도 적용 가능하다. 예를 들어, UFMC에서 100% 시간 효율 전송을 위해 주파수 영역 필터링으로 인해 늘어나는 심볼 길이 만큼 인접한 심볼들을 중첩하여 전송/수신할 경우에 본 발명에서 제안하는 수신기가 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명에서 제안하는 수신기는 100% 시간 효율 UFMC 전송을 가능케 한다는 점에서 특장점이 있다.

도 9를 참조하여 설명한 바와 같이, 주파수 영역에서 필터링을 거친 UFMC 심볼은 시간 영역에서 심볼 길이가 앞뒤로 길어질 수 있다. 이 경우, UFMC 심볼을 중첩하지 않고 전송할 경우 전후 심볼 간의 간섭은 방지할 수 있지만, 시간 효율이 저하되는 문제점이 있다. 따라서, 도 9(b)에 예시된 바와 같이, 전후 심볼들에서 주파수 영역 필터링으로 인해 시간 영역에서 늘어난 심볼 길이 만큼 전후 심볼을 중첩시켜 전송한다면 주파수 영역 필터링으로 인한 시간 효율 손실을 줄일 수 있게 된다.

UFMC의 주파수 영역 필터링은 채널과 마찬가지로 시간 영역에서 컨볼루션(convolution) 형태로 표현되고, 이는 다중 경로 채널과 합쳐질 수 있다. 각 사용자들에 대해 합쳐진 채널은 유효 채널(effective channel)로 지칭하고, h_eff,i로 나타낼 수 있다. 서로 다른 필터링이 가해지는 사용자들의 데이터들에 대해 별도로 MMSE가 적용되어야 하다는 점에서 본 발명에서 제안된 수신기는 단순 다중 경로 채널에 대한 MMSE 등화 방식과 차이가 있다. UFMC 심볼을 이용하여 수신되는 신호는 수학식 4와 같이 표현될 수 있다. 수학식 4에서 다중 경로 채널 벡터를 h, 각 사용자의 주파수 영역 필터를 g_i, 시간 영역 전송 신호를 x_i, 시간 영역 수신 신호를 y로 나타낸다.

[수학식 4]

도 13은 UFMC 심볼과 UFMC 심볼에 대한 유효 채널을 예시한다.

도 13(a)은 다중 경로 채널 h를 예시하며, UFMC 심볼이 다중 경로 채널 h를 통해 전송/수신되는 것을 나타낸다. 도 13(a)의 예에서, 채널 탭(channel tap) 개수를 L_ch로 나타내면 시간 영역 전송 신호 x_i는 L_ch 개의 다중 경로 채널 h를 통해 전송될 수 있다.

도 13(b)는 도 13(a)와 등가인 UFMC 심볼의 유효 채널 h_eff,i을 예시하며, 원 신호가 유효 채널 h_eff,i을 통해 전송/수신되는 것을 나타낸다. 각 UFMC 심볼에 적용되는 필터 g_i의 필터 탭 개수를 L_f라 나타내면 다중 경로 채널 h와 필터 g_i의 컨볼루션은 h_eff,i로서 표현될 수 있으며, 유효 채널 h_eff,i은 다중 경로 채널 h와 필터 g_i의 컨볼루션에 의해 (L_ch + L_f - 1)개의 경로를 가진다고 볼 수 있고, 시간 영역 전송 신호 x_i는 (L_ch + L_f - 1)개의 경로를 통해 전송되는 것과 등가로 표현될 수 있다.

따라서, 시간 영역 전송 신호 x_i를 중첩하지 않고 전송하는 경우, 시간 영역 전송 신호 x_i는 (L_ch + L_f - 1)개의 경로를 가지는 유효 채널 h_eff,i을 통해 전송되는 것과 등가적으로 표현될 수 있다. 따라서, 서로 다른 필터링을 가해주는 사용자 기기 별로 (L_ch + L_f - 1)개의 경로에 대해 본 발명에서 제안하는 수신기들을 적용시키면 시간 효율 100%의 UFMC 전송을 달성할 수 있다.

도 14 및 도 15는 시뮬레이션 결과를 도시한 것이다.

본 발명에서 제안한 바와 같이, DFE의 필요성을 확인하기 위하여 MMSE 등화 과정만 거치는 수신기의 성능을 비교하였다. 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에서 제안하는 수신기는 현재 심볼 내에서 발생하는 간섭 효과뿐 아니라 이전 심볼과의 간섭 효과까지 고려하여 최소 자승 에러(MSE)를 최소화시키는 방식으로 설계되었다. 본 발명에서 제안하는 수신기의 경우 채널 추정이 동반될 수 있다. 예를 들어, 이전 심볼과 현재 심볼이 통과한 다중 경로 채널 값이 상이한 경우 이전 심볼의 채널 값도 알아야 하므로, 이러한 경우 이전 심볼의 데이터 뿐만 아니라 채널 값까지 저장할 필요가 있다.

본 발명에서 제안하는 수신기를 검증하는 시뮬레이션에서 채널 정보를 가지고 있으며, 프레임 내 심볼들은 모두 동일한 다중 경로 채널을 통과한다고 가정하였다. 또한, 시뮬레이션에서 UFMC의 필터는 16개의 필터 탭을 가지고 -40dB의 사이드로브 피크(side-lobe peak)를 제공하는 돌프 체비세프(Dolph-Chebyshev) 필터를 사용하였다. 또한, 한 사용자 기기의 주파수 대역은 3개의 UFMC 필터로 구분되어 있어서 한 필터는 12개의 부반송파(sub-carrier)를 커버하고, 나머지 매개변수들은 CP 없는 OFDM(CP-free OFDM)의 경우와 동일하다.

비교 대상으로는 주파수 영역 필터링으로 인해 길이가 늘어난 UFMC 심볼을 중첩시키지 않고 전송하여 시간 효율 손실이 발생하는 기존 방식의 UFMC에 주파수 영역 단일 탭(single-tap) 등화과정 및 DFE를 적용한 것(Single-tap Eq. & real DFE for Conventional UFMC)과, 이 기존 방식의 UFMC에 다중 경로 채널에 대해서만 본 발명에서 제안하는 수신기를 적용한 것(MMSE Eq. & real DFE for Conventional UFMC), 시간 효율 100% UFMC 전송 시스템에서 단일 탭(single-tap) 등화과정 및 DFE를 적용한 것(Single-tap Eq. & real DFE for 100% Time Eff. UFMC)과, MMSE만 적용한 것(Only MMSE Eq. for 100% Time Eff. UFMC)을 포함하였다.

도 14 및 도 15를 참조하면, 각각 코딩 BER(bit error rate)/FER(frame erasure rate) 성능을 보여준다. 모두 시간 효율 손실을 감수하는 기존 방식의 UFMC 전송에 제안하는 수신기를 이용하여 다중 경로 효과를 줄여준 경우(MMSE Eq. & real DFE for Conventional UFMC) 성능이 가장 잘 나오는 것을 확인할 수 있다. 기존 OFDM에서 사용하던 단일 탭(single-tap) 등화기를 사용한 경우에는 DFE를 사용하더라도 성능 손실이 매우 크다. 이는 시간 효율 100% UFMC에 단일 탭 등화기 및 DFE를 사용한 것과 성능이 비슷한데, 단일 탭 등화기의 성능이 좋지 않아서 DFE의 성능까지 좋지 않게 된 것으로 해석될 수 있다.

반면 시간 효율 100% UFMC에 본 발명에서 제안하는 수신기를 적용한 것(MMSE Eq. & real DFE for 100% Time Eff. UFMC)은 훨씬 준수한 성능을 보이며, MMSE만을 수행하는 수신기 역시 제안하는 수신기만큼은 아니지만 좋은 성능을 보이고 있다. 따라서 기존 UFMC 전송 방식을 따르더라도 다중 경로 채널로 인한 성능 손실이 워낙 크기 때문에 제안하는 수신기를 사용하는 것이 훨씬 좋으며, 약간의 성능 손실을 감수하더라도 타겟 BER/FER을 달성할 수 있다면은 제안하는 수신기를 이용하여 시간 효율 100%의 UFMC 전송을 하는 것이 바람직할 수 있다. MMSE만을 고려한 수신기도 유용하게 사용될 수 있음을 알 수 있다.

특히, 코딩이 적용된 경우의 결과들을 보면 제안하는 MMSE를 시간 효율 100% UFMC 전송에 적용한 경우의 성능이 시간 효율 손실을 감수하는 기존 UFMC의 채널 경로들에 대해서만 제안하는 MMSE를 사용한 경우의 성능과도 거의 비슷하게 나오는 것을 볼 수 있다. 이는 실제(practical) 환경에서도 본 발명에서 제안하는 등화 기법이 매우 잘 작동하는 것을 반증한다.

도 16은 시뮬레이션에서 사용된 MMSE 행렬을 예시한다.

실제 환경에의 적용을 위해서는 해당 수신기의 복잡도 역시 중요한 고려 대상이다. 도 16을 참조하면, 시뮬레이션 상에서는 하나의 필터 주파수 대역에 대해서 이상적인 12개의 부반송파에 대응하는 12×12 행렬을 사용하였는데, 사용된 MMSE 행렬의 거듭제곱(power) 값을 살펴보면 대각선 요소의 값에 비해 비대각선 위치의 값들이 매우 작은 값을 갖고 있다. 따라서, 실제로는 그리 많은 등화기 탭 개수를 필요로 하지 않을 수 있다. 또한, DFE 역시 FFT(Fast Fourier Transform) 과정 한 번 정도의 추가 프로세스만을 필요로 하므로 그리 크지 않은 복잡도가 요구된다.

따라서, 시간 효율 100% UFMC 전송/수신에 본 발명에서 제안하는 수신기를 적용할 경우 수신기의 복잡도에 큰 영향을 주지 않으면서도 수신 성능의 저하 없이 송수신의 시간 효율성을 높일 수 있다.

적응적 심볼 송수신 방법

시간 효율 100% 전송을 위해 심볼을 중첩시켜 발생한 심볼 간 간섭(ISI)은 본 발명에서 제안하는 수신기를 이용하여 상쇄될 수 있다. 하지만, 간섭 채널의 영향으로 인해 수신 성능이 열화될 수 있으며, 다중 경로 채널의 최대 지연(maximum delay)이 커질수록 이전 심볼에 의한 심볼 간 간섭이 커질 수 있다. 이 경우 채널 추정에도 영향을 주기 때문에 전반적인 시스템의 성능이 열화될 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 심볼 간 간섭의 정도를 고려하여 적응적으로 심볼을 송수신하는 방법을 제안한다. 본 명세서에서 심볼은 시간 영역에서의 자원을 지칭하며, 일정한 시간 구간에 해당한다. 예를 들어, 심볼은 UFMC 심볼 또는 순환 전치(CP)가 적용되지 않는 OFDM 심볼을 지칭할 수 있다.

심볼 간 간섭의 정도를 나타내는 척도로서 심볼 간 간섭을 나타내는 간섭 채널 H_isi의 위샤르트 행렬(Wishart matrix)을 이용할 수 있다. 간섭 채널 H_isi는 수학식 1의 간섭 채널에 해당할 수 있으며, 참조 신호(reference signal)에 기초하여 구할 수 있다. 일 예로, 간섭 채널의 위샤르트 행렬은 수학식 5에 의해 표현될 수 있다. 수학식 5에서 A^H는 행렬 A의 에르미트 행렬(Hermitian matrix)을 나타내며, 행렬 A의 복소 공액 전치(complex conjugate transpose) 행렬에 해당한다.

[수학식 5]

간섭 채널의 위샤르트 행렬이 제로 행렬(zero matrix)이면 심볼 간 간섭이 전혀 발생하지 않는 것을 의미하는 반면, 간섭 채널의 위샤르트 행렬의 요소들이 큰 값을 갖는다는 것은 심볼 간 간섭이 크다는 것을 의미한다. 따라서, 간섭 채널의 위샤르트 행렬의 놈(norm)을 기반으로 심볼 간 간섭의 정도를 판별할 수 있다.

예를 들어, 심볼 간 간섭의 정도를 판별하기 위해 간섭 채널의 위샤르트 행렬의 프로베니우스 놈(Frobenius norm)이 사용될 수 있다. 프로베니우스 놈은 행렬의 각 요소들의 절대값의 제곱의 합으로서 표현될 수 있으며, 예를 들어 수학식 6에 의해 표현될 수 있다. 수학식 6에서 h_ij는 M×N 간섭 채널 H_isi의 (i,j) 요소를 나타낸다.

[수학식 6]

간섭 채널의 위샤르트 행렬의 프로베니우스 놈 값이 특정 임계값보다 큰 경우 심볼 간 간섭이 크다고 판단할 수 있고, UFMC 심볼들을 중첩시켜 시간 효율 100% 전송을 수행할 수 있다. 반대로, 간섭 채널의 위샤르트 행렬의 프로베니우스 놈 값이 특정 임계값보다 작거나 같은 경우 심볼 간 간섭이 작다고 판단할 수 있고, UFMC 심볼들이 중첩되지 않도록 전송할 수 있다.

도 17은 본 발명에 따른 적응적 심볼 송수신 방법의 순서도를 예시한다.

도 17을 참조하면, S1702 단계에서, 수신기는 송신기로부터 전송되는 참조 신호를 이용하여 신호 채널과 간섭 채널을 추정할 수 있다. 보다 구체적으로, S1702 단계에서, 수신기는 참조 신호를 이용하여 수학식 1에 대응되는 신호 채널 H와 간섭 채널 H_isi를 추정할 수 있다. 예를 들어, 하향링크의 경우 송신기는 기지국이고 수신기는 단말일 수 있으며, 이 경우 참조 신호로서 CRS(common reference signal 또는 cell reference signal) 또는 CSI-RS(channel status information reference signal)가 이용될 수 있다. 다른 예로, 상향링크의 경우 송신기는 단말이고 수신기는 기지국일 수 있으며, 이 경우 참조 신호로서 SRS(sounding reference signal)이 이용될 수 있다.

S1704 단계에서, 수신기는 추정된 간섭 채널을 기반으로 심볼 간 간섭(ISI)의 정도를 판별할 수 있다. 예를 들어, 수신기는 심볼 간 간섭의 정도를 판별하기 위해 추정된 간섭 채널의 위샤르트 행렬의 프로베니우스 놈을 계산하고, 계산된 결과 값이 특정 값보다 큰지 여부를 판별할 수 있다. 계산 결과가 특정 값보다 큰 경우 심볼 간 간섭의 정도가 크다고 판별할 수 있는 반면, 계산 결과가 특정 값보다 작거나 같은 경우 심볼 간 간섭의 정도가 작다고 판별할 수 있다.

보다 구체적인 예로, S1704 단계에서, 수신기는 심볼 간 간섭의 정도를 수학식 7에 따라 판별할 수 있다. 수학식 7에서 H_isi는 S1702 단계에서 수신기가 추정한 간섭 채널을 지칭하고, δ는 미리 정의된 특정 임계값을 지칭할 수 있다. 수학식 7에서, 수신기는 간섭 채널 H_isi의 프로베니우스 놈 값이 δ보다 큰 경우 심볼 간 간섭의 정도가 크다고 판별하고, 간섭 채널 H_isi의 프로베니우스 놈 값이 δ보다 작거나 같은 경우 심볼 간 간섭의 정도가 작다고 판별할 수 있다.

[수학식 7]

S1704 단계에서 심볼 간 간섭의 정도가 특정 임계값보다 작거나 같은 경우, 수신기는 S1706 단계에서 100% 시간 효율을 가지도록 심볼을 중첩시켜 신호를 전송할 수 있다. 100% 시간 효율 전송 여부를 알려주기 위해 물리 계층 또는 상위 계층을 통해 1 비트의 제어 정보를 전송할 수 있다. 1 비트 제어 정보의 값이 1인 경우 심볼 간 중첩을 통해 신호가 전송됨을 지시할 수 있고, 1 비트 제어 정보의 값이 0인 경우 심볼 간 중첩 없이 신호가 전송됨을 지시할 수 있다. 혹은, 반대로, 1 비트 제어 정보의 값이 0인 경우 심볼 간 중첩을 통해 신호가 전송됨을 지시할 수 있고, 1 비트 제어 정보의 값이 1인 경우 심볼 간 중첩 없이 신호가 전송됨을 지시할 수 있다.

예를 들어, S1706 단계에서, 상향링크 신호 전송의 경우, 수신기(예, 단말)는 물리 상향링크 제어 채널(PUCCH)을 통해 중첩 여부를 지시하는 제어 정보를 송신기(예, 기지국)로 전송하고, 물리 상향링크 공유 채널(PUSCH)을 통해 심볼을 중첩시켜 데이터를 전송할 수 있다.

다른 예로, S1706 단계에서, 하향링크 신호 전송의 경우, 수신기(예, 기지국)는 물리 하향링크 제어 채널(PDCCH)을 통해 중첩 여부를 지시하는 제어 정보를 송신기(예, 단말)로 전송하고, 물리 하향링크 공유 채널(PDSCH)을 통해 심볼을 중첩시켜 데이터를 전송할 수 있다.

S1704 단계에서 심볼 간 간섭의 정도가 특정 임계값보다 큰 경우, 수신기는 S1708 단계에서 심볼을 중첩시키지 않고 신호를 전송할 수 있다. 마찬가지로, 심볼의 중첩 여부를 지시하기 위해 물리 계층 또는 상위 계층을 통해 1 비트의 제어 정보를 전송할 수 있다. 1 비트 제어 정보의 값이 1인 경우 심볼 간 중첩을 통해 신호가 전송됨을 지시할 수 있고, 0인 경우 심볼 간 중첩 없이 신호가 전송됨을 지시할 수 있다. 혹은, 반대로, 1 비트 제어 정보의 값이 0인 경우 심볼 간 중첩을 통해 신호가 전송됨을 지시할 수 있고, 1인 경우 심볼 간 중첩 없이 신호가 전송됨을 지시할 수 있다.

예를 들어, S1708 단계에서, 상향링크 신호 전송의 경우, 수신기(예, 단말)는 물리 상향링크 제어 채널(PUCCH)을 통해 중첩 여부를 지시하는 제어 정보를 송신기(예, 기지국)로 전송하고, 물리 상향링크 공유 채널(PUSCH)을 통해 심볼 중첩 없이 데이터를 전송할 수 있다.

다른 예로, S1708 단계에서, 하향링크 신호 전송의 경우, 수신기(예, 기지국)는 물리 하향링크 제어 채널(PDCCH)을 통해 중첩 여부를 지시하는 제어 정보를 송신기(예, 단말)로 전송하고 물리 하향링크 공유 채널(PDSCH)을 통해 심볼 중첩 없이 데이터를 전송할 수 있다.

상기 동작에서 데이터 중첩 여부의 판단은 단말 또는 기지국에서 시스템 설계 방식에 따라 다르게 결정될 수 있으며, 심볼의 중첩 여부를 지시하는 제어 정보의 전송은 기존 제어 채널 또는 새로운 제어 채널의 설계를 통해서 전송될 수 있다.

도 18은 본 발명에 적용될 수 있는 기지국 및 단말을 예시한다.

도 18을 참조하면, 무선 통신 시스템은 기지국(BS, 110) 및 단말(UE, 120)을 포함한다. 무선 통신 시스템이 릴레이를 포함하는 경우, 기지국 또는 단말은 릴레이로 대체될 수 있다.

기지국(110)은 프로세서(112), 메모리(114) 및 무선 주파수(Radio Frequency: RF) 유닛(116)을 포함한다. 프로세서(112)는 본 발명에서 제안한 절차 및/또는 방법들을 구현하도록 구성될 수 있다. 메모리(114)는 프로세서(112)와 연결되고 프로세서(112)의 동작과 관련한 다양한 정보를 저장한다. RF 유닛(116)은 프로세서(112)와 연결되고 무선 신호를 송신 및/또는 수신한다. 단말(120)은 프로세서(122), 메모리(124) 및 무선 주파수 유닛(126)을 포함한다. 프로세서(122)는 본 발명에서 제안한 절차 및/또는 방법들을 구현하도록 구성될 수 있다. 메모리(124)는 프로세서(122)와 연결되고 프로세서(122)의 동작과 관련한 다양한 정보를 저장한다. RF 유닛(126)은 프로세서(122)와 연결되고 무선 신호를 송신 및/또는 수신한다.

이상에서 설명된 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려되어야 한다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성하는 것도 가능하다. 본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다. 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다.

본 문서에서 기지국에 의해 수행된다고 설명된 특정 동작은 경우에 따라서는 그 상위 노드(upper node)에 의해 수행될 수 있다. 즉, 기지국을 포함하는 복수의 네트워크 노드들(network nodes)로 이루어지는 네트워크에서 단말과의 통신을 위해 수행되는 다양한 동작들은 기지국 또는 기지국 이외의 다른 네트워크 노드들에 의해 수행될 수 있음은 자명하다.

본 발명에 따른 실시예는 다양한 수단, 예를 들어, 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시예는 하나 또는 그 이상의 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서, 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.

펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명에 따른 방법들은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차, 함수 등과 같은 소프트웨어 코드로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 명령어 및/또는 데이터와 같은 형태로 컴퓨터 판독가능한 매체에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독가능한 매체는 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.

본 발명은 본 발명의 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

본 발명은 단말, 기지국 등과 같은 무선 통신 장치에 사용될 수 있다.

Claims (9)

1. 무선 통신 시스템에서 송신기가 신호를 수신기로 전송하는 방법으로서,
   상기 수신기로부터 참조 신호를 수신하는 단계;
   상기 수신된 참조 신호에 기초하여 신호 채널과 간섭 채널을 추정하는 단계;
   상기 추정된 간섭 채널에 기초하여 심볼간 간섭(inter-symbol interference)정도를 결정하고 상기 결정된 심볼간 간섭 정도를 특정 임계값과 비교하는 단계;
   상기 결정된 심볼간 간섭 정도가 상기 임계값보다 작은 경우 인접한 심볼들을 특정 길이만큼 중첩시켜 데이터 신호를 상기 수신기로 전송하는 단계; 및
   상기 결정된 심볼간 간섭 정도가 상기 임계값보다 큰 경우 인접한 심볼들이 상기 특정 길이만큼 중첩되지 않도록 상기 데이터 신호를 상기 수신기로 전송하는 단계를 포함하는, 방법.
2. 제1항에 있어서,
   주파수 영역에서 적어도 하나의 부반송파에 대해 필터링을 수행하는 단계를 더 포함하되,
   상기 특정 길이는 상기 필터링에 의해 시간 영역에서 늘어나는 심볼 길이에 해당하는, 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 인접한 심볼들의 중첩 여부를 지시하는 제어 정보를 상기 수신기로 전송하는 단계를 더 포함하는, 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제어 정보는 물리 계층 신호 또는 상위 계층 신호를 통해 전송되는, 방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 물리 계층 신호는 물리 상향링크 제어 채널 또는 물리 하향링크 제어 채널을 포함하는, 방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 데이터 신호는 순환 전치(cyclic prefix)가 적용되지 않는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼을 통해 전송되는, 방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 데이터 신호는 UFMC(Universal Filtered Multi-Carrier) 심볼을 통해 전송되는, 방법.
8. 제1항에 있어서,
   상기 간섭 정도는 상기 간섭 채널의 위샤르트(Wishart) 행렬의 프로베니우스 놈(Frobenious Norm)에 기초하여 결정되는, 방법.
9. 무선 통신 시스템에서 신호를 수신기로 전송하도록 구성된 송신기에 있어서, 상기 송신기는
   무선 주파수(RF) 유닛; 및
   상기 RF 유닛에 동작시 연결되는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는
   상기 수신기로부터 참조 신호를 수신하고,
   상기 수신된 참조 신호에 기초하여 신호 채널과 간섭 채널을 추정하고,
   상기 추정된 간섭 채널에 기초하여 심볼간 간섭(inter-symbol interference)정도를 결정하고 상기 결정된 심볼간 간섭 정도를 특정 임계값과 비교하고,
   상기 결정된 심볼간 간섭 정도가 상기 임계값보다 작은 경우 인접한 심볼들을 특정 길이만큼 중첩시켜 데이터 신호를 상기 수신기로 전송하고,
   상기 결정된 심볼간 간섭 정도가 상기 임계값보다 큰 경우 인접한 심볼들이 상기 특정 길이만큼 중첩되지 않도록 상기 데이터 신호를 상기 수신기로 전송하도록 구성된, 송신기.

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