KR20180008171A

KR20180008171A - Gfdm 기반 신호 프레임, 및 이에 기반한 통신 방법 및 장치들

Info

Publication number: KR20180008171A
Application number: KR1020160090127A
Authority: KR
Inventors: 이용훈; 정의림; 이기원; 강민근; 박동조
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2016-07-15
Filing date: 2016-07-15
Publication date: 2018-01-24

Abstract

GFDM 기반 신호 프레임, 및 이에 기반한 통신 방법 및 장치들이 개시된다. 일 실시예에 따른 각각이 주파수 영역에서 복수의 서브 캐리어들로 구성된 시간 영역에서 복수의 서브 심볼들을 포함하는 GFDM 심볼 구조 기반의 신호 프레임은 상기 복수의 서브 캐리어들 중에서 적어도 하나의 서브 캐리어에 할당하는 제1 트레이닝 신호와, 상기 복수의 서브 심볼들 중에서 적어도 하나의 서브 심볼에 할당하는 제2 트레이닝 신호를 포함한다.

Description

GFDM 기반 신호 프레임, 및 이에 기반한 통신 방법 및 장치들{SIGNAL FRAME BASE OD GFDM, AND METHOD AND APPARATUSES FOR COMMUNICATION BASED ON THE SAME}

아래 실시예들은 GFDM 기반 신호 프레임, 및 이에 기반한 통신 방법 및 장치들에 관한 것이다.

5G 이동 통신에서 차세대 파형(waveform)으로 주목 받고 있는 GFDM(Generalized Frequency Division Multiplexing)은 현재 4세대 이동 통신에서 사용되고 있는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 및 SC-FDM (Single carrier Frequency Division Multiplexing)을 포함하는 확장된 전송 방식이다.

GFDM의 구조의 경우, x 축은 시간을 나타내고, y 축은 주파수를 나타낸다. 이때, GFDM은 시간 상에서 여러 개의 부 심볼로 구성되며 한 개의 부 심볼은 주파수 영역에서 여러 개의 부 반송파로 구성되어 있다.

GFDM은 상승 코사인 필터(raised cosine filter) 등을 이용한 파형 성형을 통해 송신 스펙트럼의 대역 외 방사(Out-of band emission)와 송신 신호의 첨두 대 평균 전력 비(Peak to Average Power Ratio(PAPR))를 낮출 수 있다. GFDM은 이러한 장점으로 인해 M2M 통신(Machine to Machine Communication) 및 촉감 통신(Tactile Internet)에서 요구하는 저전력 통신과 동적 주파수 자원 활용이 가능 해져 OFDM을 대신 할 차세대 이동 통신 파형(waveform)으로 주목을 받고 있다.

촉감 통신과 V2V(Vehicular to vehicular) 통신의 핵심 요구 사항 중 하나는 짧은 전송 단위의 burst통신을 통해 전송 지연 시간을 줄이는 것이다. 이에 따라 초저지연 통신(Ultra-Low Latency)을 위해서는 전송 데이터 프레임이 적은 수의 GFDM심볼로 구성되어야 한다.

실시예들은 적어도 하나의 서브 캐리어만을 트레이닝 신호로 사용하여 뛰어난 주파수 오차 추정 성능을 가진 신호 프레임을 제공할 수 있다.

또한, 실시예들은 적어도 하나의 서브 캐리어에 할당된 트레이닝 신호와 적어도 하나의 서브 심볼에 할당된 트레이닝 신호를 사용하여 정확한 시간 동기 추정 성능을 가진 하이브리드 구조의 신호 프레임을 제공할 수 있다.

일 실시예에 따른 각각이 주파수 영역에서 복수의 서브 캐리어들로 구성된 시간 영역에서 복수의 서브 심볼들을 포함하는 GFDM 심볼 구조 기반의 신호 프레임은 상기 복수의 서브 캐리어들 중에서 적어도 하나의 서브 캐리어에 할당하는 제1 트레이닝 신호와, 상기 복수의 서브 심볼들 중에서 적어도 하나의 서브 심볼에 할당하는 제2 트레이닝 신호를 포함할 수 있다.

상기 신호 프레임은 상기 복수의 서브 캐리어들 중에서 상기 적어도 하나의 서브 캐리어에 인접한 서브 캐리어에 할당하는 상기 적어도 하나의 서브 캐리어를 데이터의 간섭으로부터 보호하기 위한 보호 대역을 더 포함할 수 있다.

상기 제1 트레이닝 신호는 시간 동기 오차 추정과 주파수 동기 오차 추정에 사용되고, 상기 제2 트레이닝 신호는 시간 동기 오차 추정에 사용될 수 있다.

일 실시예에 따른 통신 방법은 각각이 주파수 영역에서 복수의 서브 캐리어들로 구성된 시간 영역에서 복수의 서브 심볼들을 포함하는 GFDM 심볼 구조 기반의 신호 프레임을 생성하는 단계와, 상기 신호 프레임을 전송하는 단계를 포함하고, 상기 신호 프레임은 상기 복수의 서브 캐리어들 중에서 적어도 하나의 서브 캐리어에 할당하는 제1 트레이닝 신호와, 상기 복수의 서브 심볼들 중에서 적어도 하나의 서브 심볼에 할당하는 제2 트레이닝 신호를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 각각이 주파수 영역에서 복수의 서브 캐리어들로 구성된 시간 영역에서 복수의 서브 심볼들을 포함하는 GFDM 심볼 구조 기반의 신호 프레임을 수신하는 단계와, 상기 신호 프레임을 필터링하는 단계를 포함하고, 상기 신호 프레임은 상기 복수의 서브 캐리어들 중에서 적어도 하나의 서브 캐리어에 할당하는 제1 트레이닝 신호와, 상기 복수의 서브 심볼들 중에서 적어도 하나의 서브 심볼에 할당하는 제2 트레이닝 신호를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 통신 장치는 각각이 주파수 영역에서 복수의 서브 캐리어들로 구성된 시간 영역에서 복수의 서브 심볼들을 포함하는 GFDM 심볼 구조 기반의 신호 프레임을 생성하는 컨트롤러와, 상기 신호 프레임을 전송하는 송신기를 포함하고, 상기 신호 프레임은 상기 복수의 서브 캐리어들 중에서 적어도 하나의 서브 캐리어에 할당하는 제1 트레이닝 신호와, 상기 복수의 서브 심볼들 중에서 적어도 하나의 서브 심볼에 할당하는 제2 트레이닝 신호를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 각각이 주파수 영역에서 복수의 서브 캐리어들로 구성된 시간 영역에서 복수의 서브 심볼들을 포함하는 GFDM 심볼 구조 기반의 신호 프레임을 수신하는 수신기와, 상기 신호 프레임을 필터링하는 컨트롤러를 포함하고, 상기 신호 프레임은 상기 복수의 서브 캐리어들 중에서 적어도 하나의 서브 캐리어에 할당하는 제1 트레이닝 신호와, 상기 복수의 서브 심볼들 중에서 적어도 하나의 서브 심볼에 할당하는 제2 트레이닝 신호를 포함할 수 있다.

도 1은 GFDM 심볼 구조를 나타낸다.
도 2는 GFDM 심볼 구조 기반의 신호 프레임의 일 예를 나타낸다.
도 3은 GFDM 심볼 구조 기반의 신호 프레임의 다른 예를 나타낸다.
도 4는 일 실시예에 따른 통신 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 GFDM 심볼 구조 기반의 신호 프레임의 일 예를 나타낸다.
도 6은 일 실시예에 따른 GFDM 심볼 구조 기반의 신호 프레임의 다른 예를 나타낸다.
도 7은 일 실시예에 따른 GFDM 심볼 구조 기반의 신호 프레임의 자기 상관 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 4에 도시된 수신 장치에 포함된 컨트롤러의 일 예에 대한 동기화 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9a는 EPA 채널 환경에서 각 트레이닝 신호의 주파수 오차 추정 성능을 나타낸다.
도 9b는 EVA 채널 환경에서 각 트레이닝 신호의 주파수 오차 추정 성능을 나타낸다.

본 명세서에서 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.

본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.

제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 "~사이에"와 "바로~사이에" 도는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 GFDM 심볼 구조를 나타낸다.

도 1을 참조하면, GFDM(Generalized Frequency Division Multiplexing) 심볼의 구조의 경우, x 축은 시간을 나타내고, y 축은 주파수를 나타낸다. GFDM 심볼은 시간 영역에서 복수의 서브 심볼들을 포함한다. 이때, 하나의 서브 심볼은 주파수 영역에서 복수의 서브 캐리어들로 구성된다.

예를 들어, 하나의 GFDM 심볼은 M개의 서브 심볼들과 K개의 서브 캐리어로 구성되어 총 N=MK의 데이터를 포함한다. M=1, N=K일 때, 즉 서브 심볼이 한 개인 경우, 기존의 OFDM 심볼 구조가 되고, GFDM 심볼에서 각 서브 캐리어 에 대한 필터링 과정이 생략된 경우 SC-FDM 심볼 구조가 된다.

이하에서는 초저지연 통신을 위해 GFDM 심볼 구조 기반의 신호 프레임에 대해서 설명한다.

도 2는 GFDM 심볼 구조 기반의 신호 프레임의 일 예를 나타낸다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 고립 프리앰블(Isolated preamble) 구조는 전송하는 한 개의 GFDM 심볼 앞에 2개의 반복되는 GFDM 서브 심볼을 이용한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 고립 프리앰블 구조는 프리앰블과 데이터 블록을 포함하며, 블록 사이의 간섭을 줄이기 위해 프리앰블 및 데이터 블록 각각에 CP(cyclic prefix)를 포함한다.

도 3은 GFDM 심볼 구조 기반의 신호 프레임의 다른 예를 나타낸다.

도 1 및 도 3을 참조하면, EM(Embedded midamble) 구조에서는 한 개의 GFDM 심볼 전송이 이루어 진다. 고립 프리앰블 구조의 방식에 비해, EM 구조의 방식에서는 프레임의 길이를 줄이고, 수신 동기와 채널 추정을 위해 GFDM 심볼을 구성하는 M개의 서브 심볼들 중에서 가운데 2개의 서브 심볼을 미드앰블, 즉 트레이닝 신호로 사용한다.

EM 구조, 즉 한 개의 GFDM 심볼을 이용하여 전송이 이루어지는 이 구조를 single-shot 통신이라 부른다. EM 구조는 하나의 GFDM 심볼에 트레이닝 신호와 데이터를 모두 전송하기 때문에 추가적인 프리앰블 및 CP를 필요하지 않아 초저지연 통신에 보다 적합하다.

예를 들어, K개의 파일럿(또는 파일럿 신호)을 GFDM 심볼의 중간의 2개의 서브 심볼들 각각에 할당하는 경우, EM 구조는 구현된다. 이때, EM 구조의 에너지는 시간 상에서 주변 서브 심볼로 퍼지지만, 대부분의 에너지는 GFDM 심볼의 중간에 집중된다.

상술한 EM 구조에 기존의 OFDM에서 사용하는 방법을 적용하여 동기화를 수행하게 된다. EM 구조를 이용하는 동기화 방법은 고립 프리앰블 구조를 이용하는 방법과 비교하면, 적은 오버헤드를 가지고, 시간 동기 오차 추정 성능이 같지만, 주파수 동기 오차 추정 성능의 경우 데이터 서브 심볼 사이의 간섭에 의해 심각하게 성능이 열화 된다.

도 4는 일 실시예에 따른 통신 시스템의 개략적인 블록도이고, 도 5는 일 실시예에 따른 GFDM 심볼 구조 기반의 신호 프레임의 일 예를 나타내고, 도 6은 일 실시예에 따른 GFDM 심볼 구조 기반의 신호 프레임의 다른 예를 나타낸다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 통신 시스템(communication system; 10)은 송신 장치(transmission apparatus; 100)와 수신 장치(receiving apparatus; 200)를 포함할 수 있다.

통신 시스템(10)은 무선 통신 환경에서 통신을 수행하는 초저지연 통신 시스템일 수 있다. 예를 들어, 통신 시스템(10)은 3GPP(3^rd Generation Partnership Project), LTE(Long-Term Evolution), LTE-A(LTE-Advanced), 3GPP2 및 WiMAX(World Interoperability for Microwave Access) 등에 구현될 수 있다.

또한, 통신 시스템(10)은 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access), SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access), GFDM(Generalized Frequency Division Multiplexing), UFMC(Universal Filtered Multi-Carrier), FBMC(Filter Bank Multicarrier), BFDM(Biorthogonal Frequency Division Multiplexing), NOMA(Non-Orthogonal multiple access) 등 적어도 하나에 기반하여 통신을 수행할 수 있다.

송신 장치(100)와 수신 장치(200) 각각은 기지국(base station), 중계국, 및 단말 등 중에서 적어도 하나로 구현될 수 있다. 이때, 기지국은 이동국(mobile station), 고정국(fixed station), Node B, eNode(eNB), 액세스 포인트(Access Point) 등을 의미할 수 있다.

단말은 휴대용 전자 장치로 구현될 수 있다. 휴대용 전자 장치는 랩탑(laptop) 컴퓨터, 이동 전화기, 스마트 폰(smart phone), 태블릿(tablet) PC, 모바일 인터넷 디바이스(mobile internet device(MID)), PDA(personal digital assistant), EDA(enterprise digital assistant), 디지털 스틸 카메라(digital still camera), 디지털 비디오 카메라(digital video camera), PMP(portable multimedia player), PND(personal navigation device 또는 portable navigation device), 휴대용 게임 콘솔(handheld game console), e-북(e-book), 스마트 디바이스(smart watch) 또는 스마트 밴드(smart band)로 구현될 수 있다.

송신 장치(100)는 GFDM 심볼 구조 기반의 신호 프레임을 생성할 수 있다. 송신 장치(100)는 컨트롤러(controller; 110) 및 송신기(transmitter; 130)를 포함할 수 있다.

컨트롤러(110)는 GFDM 심볼 구조 기반의 신호 프레임을 생성하고, 송신기(130)는 생성된 신호 프레임을 수신 장치(200)로 전송할 수 있다. 컨트롤러(110)는 하나 이상의 코어를 포함하는 적어도 하나의 프로세서로 구현될 수 있다.

예를 들어, GFDM 심볼 구조 기반의 신호 프레임은 송신 장치(100)의 신호 생성기(signal generator; 미도시)에서 생성될 수 있다. 신호 생성기는 프로세서로 구현될 수 있고, 컨트롤러(110)의 내부 또는 외부에 구현될 수 있다.

수신 장치(200)는 송신 장치(100)로부터 전송된 신호 프레임에 기초하여 동기화를 수행할 수 있다. 수신 장치(200)는 수신기(receiver; 210) 및 컨트롤러(controller; 230)를 포함할 수 있다.

수신기(210)는 송신 장치(100)로부터 전송된 신호 프레임을 수신하고, 컨트롤러(230)는 신호 프레임을 처리하고, 처리된 신호를 이용하여 동기화를 수행할 수 있다. 컨트롤러(230)는 하나 이상의 코어를 포함하는 적어도 하나의 프로세서로 구현될 수 있다. 컨트롤러(230)의 동기화 동작은 도 8에서 상세히 설명한다.

신호 프레임은 도 1의 GFDM 심볼 구조 기반일 수 있다. 상술한 바와 같이, GFDM 심볼 구조는 시간 영역에서 복수의 서브 심볼들을 포함하고, 복수의 서브 심볼들 각각은 주파수 영역에서 복수의 서브 캐리어들을 포함할 수 있다.

송신 장치(100)에서 생성되는 신호 프레임은 single-shot GFDM 통신에서 EM 구조의 주파수 동기 추정 성능 문제점을 해결하기 위한 새로운 형태의 임베디드 훈련 신호 구조일 수 있다.

일 예로, 신호 프레임은 복수의 서브 캐리어들 중에서 적어도 하나의 서브 캐리어에 할당하는(또는 대응하는) 제1 트레이닝 신호(TS1)를 포함할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 신호 프레임은 GFDM 심볼에서 주파수 영역의 적어도 하나의 서브 캐리어 전체를 제1 트레이닝 신호(TS1)로 사용하는 구조일 수 있다.

적어도 하나의 서브 캐리어는 ET-SC(Embedded Training Subcarrier)로 명명할 수 있다. 이 신호 프레임의 구조는 주파수 영역의 특정 서브 캐리어를 사용하기에 GFDM뿐만 아니라 GFDM의 특수한 경우인 OFDM 및 SC-FDM에도 적용 가능할 수 있다.

또한, 신호 프레임은 복수의 서브 캐리어들 중에서 적어도 하나의 서브 캐리어에 인접한 서브 캐리어에 할당하는(또는 대응하는) 보호 대역(GB)을 더 포함할 수 있다. 보호 대역(GB)은 적어도 하나의 서브 캐리어를 데이터의 간섭으로부터 보호하기 위한 것일 수 있다.

ET-SC는 수신 장치(200)에서 필터링을 통해서 추출되어 동기화를 위해 사용될 수 있다. 이러한 ET-SC는 시간 영역으로 옮겨 졌을 때 같은 신호가 반복되도록 설계 가능하므로 주파수 동기 추정에 유용할 수 있다. 신호 프레임의 ET-SC를 이용하는 경우, 적은 overhead만으로 시간 영역에서 길게 반복되는 신호를 얻을 수 있으므로 기존 EM 구조를 이용한 동기화 방법보다는 주파수 동기 추정에서 우수할 수 있다. 다만, 시간 오차 추정에서는 EM 구조를 이용한 동기화 방법에 비해 추정 성능이 떨어질 수 있다.

다른 예로, 신호 프레임은 복수의 서브 캐리어들 중에서 적어도 하나의 서브 캐리어에 할당하는(또는 대응하는) 제1 트레이닝 신호(TS1)와 복수의 서브 심볼들 중에서 적어도 하나의 서브 심볼에 할당하는(또는 대응하는) 제2 트레이닝 신호(TS2)를 포함할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 신호 프레임은 ET-SC와 함께 EM 구조를 사용하는 HT(Hybrid training) 구조일 수 있다.

이 HT 구조에서, 제1 트레이닝 신호(TS1)는 대략적인 시간 동기 오차 추정과 주파수 동기 오차 추정에 사용되고, 제2 트레이닝 신호(TS2)는 정확한 시간 동기 오차 추정에 사용될 수 있다.

도 7은 일 실시예에 따른 GFDM 심볼 구조 기반의 신호 프레임의 자기 상관 특성을 설명하기 위한 도면이다.

도 7을 참조하면, binary PN신호를 사용하는 경우, EM 구조, ET-SC, 및 HT 구조에서의 트레이닝 신호의 자기 상관 특성을 나타낸다. 트레이닝 신호의 자기 상관 특성이 임펄스 신호와 같은 모양일 때, 트레이닝 신호는 시간 동기를 잘 추정할 수 있는 우수한 트레이닝 신호일 수 있다.

EM과 HT 구조의 EM부분의 자기 상관은 임펄스 신호와 가까운 특성을 보인다. 이에 반해, ET-SC와 HT 구조의 경우엔 여러 피크들이 나타나고 보다 넓은 폭을 가지는 임펄스의 특성을 보여 시간 동기 추정에 적합하지 않음을 보인다.

다만, 도 7에 도시된 바와 같이, HT 구조가 바람직한 자기 상관 특성을 가지고 있진 않지만, 주파수 동기 오차 추정에 유용하게 쓰이는 반복적인 구조를 가지고 있음을 알 수 있다.

이에, ET-SC부분은 HT 구조로부터 필터링을 통해 길이 N/2의 반복되는 신호 형태로 추출되고, 대략적인 시간 동기 추정 및 주파수 동기 추정에 사용될 수 있다.

이하에서는 수신 장치(200)에서의 동기화 방법에 대해서 설명한다.

도 8은 도 4에 도시된 수신 장치에 포함된 컨트롤러의 일 예에 대한 동기화 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 8을 참조하면, 수신 장치(200), 예를 들어 컨트롤러(230)는 송신 장치(100)로부터 수신 신호

를 수신기(210)를 통해 수신할 수 있다.

수신 장치(200), 예를 들어 컨트롤러(230)에 포함된 필터는 수신 신호

로부터 데이터를 제거하고, ET-SC을 추출할 수 있다. 즉, 필터는 수신 신호

에 ET-SC만을 포함하도록 할 수 있다. 필터는 고역 필터(high pass filter)일 수 있다.

필터로부터 출력된 신호

는 대략적인 시간 동기 오차 추정과 주파수 동기 오차 추정에 사용될 수 있다. 대약적인 시간 동기

(또는 시간 동기 오차 추정)은 수학식 1을 통해 계산될 수 있다.

여기서,

은 정규화된 자기 상관을 의미하고, 수학식 2와 같이 정의될 수 있다.

이때,

에서의 각도를 구할 때, 수학식 3과 같이 주파수 오차를 추정할 수 있다.

수신 신호

에서 ET-SC부분을 없애기 위하여, 추정된 주파수 오차는 수신 신호

에서 필터로부터 출력된 신호

를 뺀

, 즉 HT 구조의 EM 부분에 곱함으로써 보상할 수 있다.

파인 시간 동기

는 CFO 보상을 마친 신호와 HT 구조의 EM부분

를 교차 상관(cross-correlation)을 사용함으로써 수학식 4와 수학식 5와 같이 획득될 수 있다.

도 9a는 EPA 채널 환경에서 각 트레이닝 신호의 주파수 오차 추정 성능을 나타내고, 도 9b는 EVA 채널 환경에서 각 트레이닝 신호의 주파수 오차 추정 성능을 나타낸다.

이하에서는 단일 안테나 환경 상향 링크 통신 환경을 가정하여 HT, ET-SC, isolated preamble, EM에 대하여 시간 오차 추정과 주파수 오차 추정 성능에 대해서 설명한다.

상향 링크 통신 상황에서는 기지국이 주기적으로 비콘 신호(beacon signal)를 전송하고 사용자는 이를 바탕으로 시간/주파수 오차를 수정한 후 기지국으로 데이터를 송신할 수 있다. 이 경우, 시간 오차는 신호의 전파 지연(propagation delay)

및 채널 지연 확산(channel delay spread)

에 의해서 결정되고, 주파수 오차는 동기화 후 오실레이터의 주파수 오차와 도플러 효과(Doppler effect)에 의해서 발생할 수 있다. 이때, CP의 길이를

보다 길게 할 경우 준-동기(quasi-synchronous) 환경이 되어 시간 동기가 단순화 되지만, 실시예에서는 지연 시간을 줄이기 위하여 CP의 길이를

로 줄였다.

이러한 상향 링크 통신 환경에선 시간 동기를 위한 search range는

로 제한될 수 있다. 채널 환경은 3GPP에서 제공하는 일반적인 보행자 환경인 EPA(Extended Pedestrian A) 모델과 차량 환경인 EVA (Extended Vehicular A) 모델을 사용한다.

이때, 실험 파라미터는 표 1과 같다.

GFDM에서 필터는 Dirichlet pulse shape를 사용하고 CP의 길이는

로 고정하였다. 셀 반경은 500m로 가정하고 있기 때문에 최대 전송 지연 시간은

이다. 시간 동기화 과정은 search range

안에서 추정하면 된다.

시간 오차 추정 성능을 분석하기 위해 false acquisition 확률을 고려하였다. 시간 오차 추정 값이 CP이내로 들어올 경우 주파수 영역에서 채널 보상이 가능하기 때문에 false acquisition은 시간 오차 추정 값이 CP를 벗어났을 경우로 정의하고, 수학식 6과 같다.

표 2는 일반적인 통신 환경으로 SNR이 5dB에서 25dB 상황에서 각 트레이닝 신호의

를 나타낸다.

HT, EM, Isolated preamble의 경우

는 SNR실험 환경 범위 내 전 구간에서

이하로 우수한 시간 오차 추정 성능을 가졌지만 ET-SC의 경우 시간 영역 트레이닝 신호가 interpolated 구조를 가지기 때문에 correlation 성능이 떨어져

가

에 머무는 것을 확인할 수 있다.

각 훈련 신호의 주파수 오차 추정 성능은 수학식 7과 같이 MSE(mean square error)로 나타낼 수 있다.

도 9a 및 도 9b를 참조하면, EM이 모든 환경에서 주파수 오차 추정 성능이 좋지 않은 데, 이는 서브 심볼간의 간섭으로 인해 중간의 트레이닝 신호 부분이 손상되기 때문이다. 반면에, ET-SC의 경우 가장 적은 오버헤드를 사용함에 불구하고 우수한 주파수 오차 추정 성능을 갖는다. 또한, ET-SC와 HT의 경우 sample 길이가 64인 서브 심볼 2개가 반복되는 Isolated preamble, 즉 총 128 sample 보다 뛰어난 성능을 보여 준다. 이는 ET-SC와 HT의 주파수 오차 추정에 반복되는 구조에 총 512 sample을 사용하기 때문이다. 각 트레이닝 신호의 시간/주파수 오차 추정 성능을 비교한 결과, 실시예에 따른 HT는 EM보다 적은 오버헤드를 사용하고도 더 뛰어난 주파수 추정 성능을 가지고, 시간 오차 추정 성능 역시 EM과 같이 우수함을 확인 할 수 있다.

초저지연 통신을 위해서는 데이터와 함께 동기화를 위한 트레이닝 신호를 동시에 전송하는 single-shot 통신에 기존의 EM보다 실시예에 다른 HT구조가 더 적합함을 알 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, FPGA(field programmable gate 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.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims

각각이 주파수 영역에서 복수의 서브 캐리어들로 구성된 시간 영역에서 복수의 서브 심볼들을 포함하는 GFDM 심볼 구조 기반의 신호 프레임에 있어서,
상기 복수의 서브 캐리어들 중에서 적어도 하나의 서브 캐리어에 할당하는 제1 트레이닝 신호; 및
상기 복수의 서브 심볼들 중에서 적어도 하나의 서브 심볼에 할당하는 제2 트레이닝 신호
를 포함하는 신호 프레임.
제1항에 있어서,
상기 복수의 서브 캐리어들 중에서 상기 적어도 하나의 서브 캐리어에 인접한 서브 캐리어에 할당하는 상기 적어도 하나의 서브 캐리어를 데이터의 간섭으로부터 보호하기 위한 보호 대역
을 더 포함하는 신호 프레임.
제1항에 있어서,
상기 제1 트레이닝 신호는 시간 동기 오차 추정과 주파수 동기 오차 추정에 사용되고, 상기 제2 트레이닝 신호는 시간 동기 오차 추정에 사용되는 신호 프레임.
각각이 주파수 영역에서 복수의 서브 캐리어들로 구성된 시간 영역에서 복수의 서브 심볼들을 포함하는 GFDM 심볼 구조 기반의 신호 프레임을 생성하는 단계; 및
상기 신호 프레임을 전송하는 단계
를 포함하고,
상기 신호 프레임은,
상기 복수의 서브 캐리어들 중에서 적어도 하나의 서브 캐리어에 할당하는 제1 트레이닝 신호; 및
상기 복수의 서브 심볼들 중에서 적어도 하나의 서브 심볼에 할당하는 제2 트레이닝 신호를 포함하는 통신 방법.
제4항에 있어서,
상기 신호 프레임은,
상기 복수의 서브 캐리어들 중에서 상기 적어도 하나의 서브 캐리어에 인접한 서브 캐리어에 할당하는 상기 적어도 하나의 서브 캐리어를 데이터의 간섭으로부터 보호하기 위한 보호 대역
을 더 포함하는 통신 방법.
제4항에 있어서,
상기 제1 트레이닝 신호는 시간 동기 오차 추정과 주파수 동기 오차 추정에 사용되고, 상기 제2 트레이닝 신호는 시간 동기 오차 추정에 사용되는 통신 방법.
각각이 주파수 영역에서 복수의 서브 캐리어들로 구성된 시간 영역에서 복수의 서브 심볼들을 포함하는 GFDM 심볼 구조 기반의 신호 프레임을 수신하는 단계; 및
상기 신호 프레임을 필터링하는 단계
를 포함하고,
상기 신호 프레임은,
상기 복수의 서브 캐리어들 중에서 적어도 하나의 서브 캐리어에 할당하는 제1 트레이닝 신호; 및
상기 복수의 서브 심볼들 중에서 적어도 하나의 서브 심볼에 할당하는 제2 트레이닝 신호를 포함하는 통신 방법.
제7항에 있어서,
상기 신호 프레임은,
상기 복수의 서브 캐리어들 중에서 상기 적어도 하나의 서브 캐리어에 인접한 서브 캐리어에 할당하는 상기 적어도 하나의 서브 캐리어를 데이터의 간섭으로부터 보호하기 위한 보호 대역
을 더 포함하는 통신 방법.
제7항에 있어서,
상기 제1 트레이닝 신호는 시간 동기 오차 추정과 주파수 동기 오차 추정에 사용되고, 상기 제2 트레이닝 신호는 시간 동기 오차 추정에 사용되는 통신 방법.
각각이 주파수 영역에서 복수의 서브 캐리어들로 구성된 시간 영역에서 복수의 서브 심볼들을 포함하는 GFDM 심볼 구조 기반의 신호 프레임을 생성하는 컨트롤러; 및
상기 신호 프레임을 전송하는 송신기
를 포함하고,
상기 신호 프레임은,
상기 복수의 서브 캐리어들 중에서 적어도 하나의 서브 캐리어에 할당하는 제1 트레이닝 신호; 및
상기 복수의 서브 심볼들 중에서 적어도 하나의 서브 심볼에 할당하는 제2 트레이닝 신호를 포함하는 통신 장치.
제10항에 있어서,
상기 신호 프레임은,
상기 복수의 서브 캐리어들 중에서 상기 적어도 하나의 서브 캐리어에 인접한 서브 캐리어에 할당하는 상기 적어도 하나의 서브 캐리어를 데이터의 간섭으로부터 보호하기 위한 보호 대역
을 더 포함하는 통신 장치.
제10항에 있어서,
상기 제1 트레이닝 신호는 시간 동기 오차 추정과 주파수 동기 오차 추정에 사용되고, 상기 제2 트레이닝 신호는 시간 동기 오차 추정에 사용되는 통신 장치.
각각이 주파수 영역에서 복수의 서브 캐리어들로 구성된 시간 영역에서 복수의 서브 심볼들을 포함하는 GFDM 심볼 구조 기반의 신호 프레임을 수신하는 수신기; 및
상기 신호 프레임을 필터링하는 컨트롤러
를 포함하고,
상기 신호 프레임은,
상기 복수의 서브 캐리어들 중에서 적어도 하나의 서브 캐리어에 할당하는 제1 트레이닝 신호; 및
상기 복수의 서브 심볼들 중에서 적어도 하나의 서브 심볼에 할당하는 제2 트레이닝 신호를 포함하는 통신 장치.
제13항에 있어서,
상기 신호 프레임은,
상기 복수의 서브 캐리어들 중에서 상기 적어도 하나의 서브 캐리어에 인접한 서브 캐리어에 할당하는 상기 적어도 하나의 서브 캐리어를 데이터의 간섭으로부터 보호하기 위한 보호 대역
을 더 포함하는 통신 장치.
제13항에 있어서,
상기 제1 트레이닝 신호는 시간 동기 오차 추정과 주파수 동기 오차 추정에 사용되고, 상기 제2 트레이닝 신호는 시간 동기 오차 추정에 사용되는 통신 장치.