KR20180027300A - 통신 시스템에서 간섭을 제어하는 통신장치 및 방법 - Google Patents

통신 시스템에서 간섭을 제어하는 통신장치 및 방법 Download PDF

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KR20180027300A
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Abstract

본 발명은 통신 시스템에서 간섭을 제어하는 통신장치 및 방법에 관한 것이다. 이러한 본 명세서는 서로 직교하는 N개의 서브캐리어들을 이용하는 통신 시스템에서 간섭을 제어하는 수신장치를 게시하며, 구체적으로 상기 수신장치는 상기 N개의 서브캐리어들을 포함하는 주파수 대역에서 신호를 수신하는 RF 안테나, 및 상기 N개의 서브캐리어들 중 자기 신호의 전송을 위해 최대로 사용 가능한 M개의 서브캐리어를 제외한 나머지 서브캐리어들 중 적어도 하나의 서브캐리어를 사용하여 상기 신호로부터 상기 자기 신호를 복원하는 프로세서를 포함한다. 다중 셀 내의 모든 셀간 간섭을 송신기들간 및 수신기들간 협력 없이(즉, 송신기간 채널 정보 공유 없이) 회피 또는 제거할 수 있어, 무선자원의 공유로 인한 성능향상을 크게 얻을 수 있다.

Description

통신 시스템에서 간섭을 제어하는 통신장치 및 방법{COMMUNICATION APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING INTERFERENCE IN COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다중 셀룰러 다중 사용자 광대역 통신 시스템에서 셀간 간섭 및 사용자간 간섭을 제어하기 위한 통신장치 및 방법에 관한 것이다.
데이터 전송률 및 통신의 신뢰도를 향상시키기 위해 광대역을 사용하는 다중 셀룰러(cellular) 통신 시스템 연구가 활발히 진행되고 있다. 광대역 다중 셀룰러 통신 시스템에서 다수의 송신기(예를 들어 하향링크에서 기지국, 상향링크에서 단말)와 다수의 수신기(예를 들어 하향링크에서 단말, 상향링크에서 기지국)들이 무선 자원(예를 들어, 주파수, 시간, 안테나, 코드 자원등)을 사용하여 통신을 하는 경우, 전송효율을 저하시키는 두 가지 근본적인 간섭 현상이 발생한다. 첫 번째 간섭현상은 심볼간 간섭(inter-symbol-interference: ISI)으로서, 신호 전송 대역폭이 채널 코히런스 대역폭(channel coherence bandwidth) 보다 큰 경우 발생한다. 두 번째 간섭 현상은 셀간(혹은 다중 단말(또는 사용자)간 간섭)으로, 여러 셀 및/또는 단말(또는 사용자)이 동일 무선자원(시간, 주파수, 안테나)을 사용하는 경우 발생한다. 상기 2가지 간섭 현상들은 광대역을 사용하는 다중 셀룰러 통신시스템의 성능을 크게 저하시킨다.
4세대 이통통신 시스템 및 디지털 방송 시스템은 ISI를 효과적으로 제어하고 데이터 전송률을 높이기 위한 변조 방식으로서 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)방식을 이용한다. OFDM의 기본 원리는 광대역 채널을 여러 개의 직교성(orthogonality)을 지닌 서브채널(subchannel) 또는 서브캐리어(subcarrier)로 분해하여 데이터를 전송하는 것이다. OFDM 방식에 의할 경우, 하나의 서브채널의 대역폭이 채널 코히런스 대역폭보다 작게 설정될 수 있어 심볼간 간섭이 제거될 수 있다. 따라서, 각 서브채널당 간단한 채널등화기 (Equalizer)를 이용해 데이터를 복원할 수 있는 장점이 있다.
하지만, 한정된 동일한 무선자원을 이용하는 다중 셀 통신 시스템의 특성상, 각 셀에 존재하는 다수의 송신기와 다수의 수신기들(송수신 페어라고도 함)이 OFDM 방식에 기반하여 서로 데이터를 주고받는 경우 다른 셀의 송신기로부터 동일한 무선 자원을 통해 전송된 간섭 신호로 인해 전송률이 현저히 떨어지는 현상이 발생한다.
이러한 문제의 해결을 위해 최근 셀간 간섭을 제어하기 위해 다중 송신기간 (기지국간) 협력 통신 기법(Cooperative Multiple Point: CoMP)에 관한 연구가 이루어져 왔다. 특히, 간섭 정렬 기법은 다중 셀 간섭을 최적으로 제어할 수 있는 기법으로 각광을 받아왔지만, 간섭정렬을 수행하기 위한 기지국간 협력 과정(채널 추정 및 채널 정보 피드백, 기지국간 채널정보 교환 등)에서 발생하는 무선 자원의 손실과 구현의 복잡성으로 인해 실제 이동 통신 시스템에서 적용이 매우 어렵다. 나아가 다중 송신기간 협력 통신 기법에서는 기지국들이 상위단(higher level)에서 서로 백홀망을 통해 간섭 제어 관련 정보들을 서로 주고받은 뒤 종합적인 스케줄링 프로세스를 수행함으로써 최종적인 간섭 제어가 이루어지기 때문에, 상당한 지연이 발생하는 문제가 있다. 간섭은 이동 환경에서 순시적으로 발생하기 때문에 상당한 지연은 허용되기 어렵다.
따라서, 기지국간 협력 없이도 심볼간 간섭 및 셀간 간섭을 동시에 제어하고, 지연에 강인한 간섭 제어 및 시스템 수율의 향상을 도모할 수 있는 새로운 개념의 통신 시스템, 장치 및 방법이 요구된다.
본 발명의 기술적 과제는 무선통신 시스템에서 간섭을 제어하기 위한 통신장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 기술적 과제는 다중 셀룰러 다중 사용자 광대역 통신 시스템에서 셀간 간섭 및 사용자간 간섭을 제어하기 위한 통신장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명은 또 다른 기술적 과제는 다중 셀룰러 광대역 통신 시스템에서 심볼간 간섭 및 셀간 간섭 문제점을 동시에 해결하기 위하여, 기지국 협력 없이 다중 셀 간섭의 정렬을 가능하게 하는 직교 주파수 분할 다중화 송수신 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 기술적 과제는 정렬된 다중 셀 간섭을 제거한 후 남아 있는 심볼간 간섭(주파수 영역에서는 부반송파간 간섭)을 제거하는 통신 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, (추후 작성)서로 직교하는 N개의 서브캐리어(subcarrier)들을 이용하는 통신 시스템에서 간섭을 제어하는 수신장치를 제공한다. 상기 수신장치는 상기 N개의 서브캐리어들을 포함하는 주파수 대역에서 신호를 수신하는 RF 안테나(여기서 상기 신호는 송신장치가 상기 수신장치를 위해 전송한 자기 신호를 포함), 및 상기 N개의 서브캐리어들 중 상기 자기 신호의 전송을 위해 최대로 사용 가능한 M개의 서브캐리어를 제외한 나머지 서브캐리어들 중 적어도 하나의 서브캐리어를 사용하여 상기 신호로부터 상기 자기 신호를 복원하는 프로세서를 포함한다.
일 측면에서, M<=N/2일 수 있다.
다른 측면에서, 상기 M은 상기 자기 신호의 지연 확산(delay spread)과, 상기 신호에 포함된 간섭 신호의 지연 확산의 함수로 결정될 수 있다.
또 다른 측면에서, 상기 함수는 차이(subtraction)일 수 있다.
또 다른 측면에서, 상기 M은 상기 자기 신호의 지연 확산, 상기 신호에 포함된 간섭 신호의 지연 확산 및 상기 신호의 전파 지연(propagation delay)의 함수로 결정될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 RF 안테나는, 상기 M개의 서브캐리어에 관한 정보를 상기 송신장치로부터 수신할 수 있다.
일 측면에서, 상기 RF 안테나는, 상기 적어도 하나의 서브캐리어에 관한 정보를 상기 송신장치로부터 수신할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 프로세서가 상기 자기 신호를 복원하는 과정은, 상기 신호를 병렬 처리를 위해 다수의 병렬 서브 신호들로 출력하는 단계, 상기 병렬 서브 신호들로부터 CP(cyclic prefix)를 제거하여 N개의 병렬 서브 신호들을 출력하는 단계, 상기 N개의 병렬 서브 신호들에 DFT(discrete fourier transform)를 취하는 단계, 및 상기 DFT의 출력에서, 후처리 과정에 기반하여 상기 신호로부터 간섭 신호를 제거하는 단계를 포함한다.
일 측면에서, 상기 후처리 과정은, 상기 자기 신호가 곱해진 송수신 채널 행렬과 간섭 신호가 곱해진 간섭 채널 행렬을 각각 비순환성 행렬(non circulant matrix)과 순환성 행렬(circulant matrix)로 변환하는 단계, 및 상기 변환에 상기 적어도 하나의 서브캐리어를 곱하여 상기 간섭 신호를 제거한 출력을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 프로세서는, 상기 간섭 신호가 제거된 출력을 행렬분해하여 상기 자기 신호를 획득하는 단계를 더 수행할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 신호는 서브캐리어간 간섭을 제거하기 위해 상기 송신장치에 의해 선처리된 것이고, 상기 프로세서는 상기 선처리된 정보에 기반하여 상기 서브캐리어간 간섭을 제거하는 과정을 더 수행할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 서로 직교하는 N개의 서브캐리어(subcarrier)들을 이용하는 통신 시스템에서 간섭을 제어하는 송신장치를 제공한다. 상기 송신장치는 병렬처리를 위한 최대 M개의 데이터 심볼을 생성하고, 상기 데이터 심볼들을 상기 N개의 서브캐리어들의 부분집합인 M개의 서브캐리어에 맵핑하며, 상기 맵핑된 M개의 서브캐리어로써 IDFT(inverse discrete fourier transform)를 수행하여 N개의 병렬 서브 신호들을 출력하고, N개의 병렬 서브 신호들에 CP를 추가하여 OFDM(orthorgonal frequency division multiplexing) 심볼을 생성하는 프로세서, 및 상기 OFDM 심볼을 반송파에 실어서 자기 신호(own signal)를 수신장치로 전송하는 RF 안테나를 포함한다.
일 측면에서, M<=N/2 일 수 있다.
다른 측면에서, 상기 M은 상기 자기 신호의 지연 확산(delay spread)과, 상기 신호에 포함된 간섭 신호의 지연 확산의 함수로 결정될 수 있다.
또 다른 측면에서, 상기 함수는 차이(subtraction)일 수 있다.
또 다른 측면에서, 상기 M은 상기 자기 신호의 지연 확산, 상기 신호에 포함된 간섭 신호의 지연 확산 및 상기 신호의 전파 지연(propagation delay)의 함수로 결정될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 RF 안테나는, 상기 M개의 서브캐리어에 관한 정보를 상기 수신장치로 전송할 수 있다.
일 측면에서, 상기 RF 안테나는, 상기 적어도 하나의 서브캐리어에 관한 정보를 상기 수신장치로 전송할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 CP는 상기 OFDM 심볼의 심볼간 간섭 제거를 위한 제1 CP와, 셀간 간섭 신호를 제거하기 위한 제2 CP를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 통신 시스템에서 동작하는 모든 송신장치들에서 최대 상기 M개까지의 데이터 심볼들이 전송될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 프로세서는, 상기 수신장치로부터 받은 채널 환경에 관한 측정결과에 기반하여 상기 M을 결정할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 프로세서는, 상기 수신장치로부터 획득한 채널정보를 이용하여 서브캐리어간 간섭을 선처리를 통해 제거하는 과정을 더 수행할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 서로 직교하는 다수의 서브캐리어(subcarrier)들을 이용하여 통신을 수행함에 있어서 간섭을 제어하는 통신 시스템을 제공한다. 상기 통신 시스템은 자기 신호를 전송하는 송신 장치, 및 상기 자기 신호를 송수신 채널을 통해 수신하고, 상기 자기 신호에 간섭을 일으키는 간섭 신호를 간섭 채널을 통해 수신하는 수신 장치를 포함하되, 상기 송신 장치 및 상기 수신 장치 중 적어도 하나는 상기 송수신 채널에 관한 행렬과 상기 간섭 채널에 관한 행렬을 각각 비순환성 행렬(non circulant matrix)과 순환성 행렬(circulant matrix)로 변환할 수 있다.
본 발명에 따른 통신 시스템은 다중 셀 내의 모든 셀간 간섭을 송신기들간 및 수신기들간 협력 없이(즉, 송신기간 채널 정보 공유 없이) 회피 또는 제거할 수 있어, 무선자원의 공유로 인한 성능향상을 크게 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 통신 시스템은 다중 셀간 간섭뿐만 아니라 부반송파간 간섭(즉, ISI)을 동시에 없앨 수 있어 하나의 셀에 여러 사용자가 동시에 서로 다른 부반송파를 이용해 기지국과 통신할 수 있는 새로운 다중 접속 방식으로 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 무선통신 시스템을 나타낸다.
도 2는 OFDM 심볼 구조의 일 예를 나타낸다.
도 3은 본 발명이 적용되는 다중 셀룰러 광대역 통신 시스템에서 다수의 송신기들과 다수의 수신기들이 통신을 수행하는 경우 발생할 수 있는 하향링크 간섭의 일 예이다.
도 4는 본 발명의 일례에 따른 송신기를 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 다른 예에 따른 송신기로서 그 일부를 보다 상세하게 도시한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일례에 따른 송신기의 동작을 도시한 순서도이다
도 7은 본 발명의 또 다른 예에 따른 송신기로서 그 일부를 보다 상세하게 도시한 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일 예에 따른 수신기로서 그 일부를 보다 상세하게 도시한 블록도이다.
도 9는 본 발명의 일례에 따른 수신기의 동작을 도시한 순서도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 송신기의 구조를 도시한 블록도이다.
도 11은 본 발명에 따른 송신기가 생성하는 프레임 구조의 일례이다.
도 12는 본 발명에 따른 송신기가 생성하는 프레임 구조의 다른 예이다.
도 13은 본 발명의 다른 예에 따른 수신기로서 그 일부를 보다 상세하게 도시한 블록도이다.
이하, 본 명세서에서는 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 명세서의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 명세서의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한 본 명세서는 무선 통신 네트워크를 대상으로 설명하며, 무선 통신 네트워크에서 이루어지는 작업은 해당 무선 통신 네트워크를 관할하는 시스템(예를 들어 기지국)에서 네트워크를 제어하고 데이터를 송신하는 과정에서 이루어지거나, 해당 무선 네트워크에 결합한 단말에서 작업이 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 무선통신 시스템을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 무선통신 시스템(10)은 음성, 패킷 데이터 등과 같은 다양한 통신 서비스를 제공하기 위해 널리 배치된다. 무선통신 시스템(10)은 광대역(wideband) 셀룰러 통신 시스템일 수 있다. 무선통신 시스템(10)은 적어도 하나의 기지국(11; evolved-NodeB, eNB)을 포함한다. 각 기지국(11)은 특정한 셀(cell)(15a, 15b, 15c)에 대해 통신 서비스를 제공한다. 셀은 다시 다수의 영역(섹터라고 함)으로 나누어질 수 있다.
단말(12; User Equipment, UE)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, 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) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 기지국(11)은 BS(base station), BTS(base transceiver system), 액세스 포인트(access point), 펨토(femto) 기지국, 가내 기지국(Home nodeB), 릴레이(relay) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 셀은 메가셀, 매크로셀, 마이크로셀, 피코셀, 펨토셀 등 다양한 커버리지 영역을 모두 포괄하는 의미이다.
이하에서 하향링크(downlink: DL)는 기지국(11)에서 단말(12)로의 통신을 의미하며, 상향링크(uplink: UL)는 단말(12)에서 기지국(11)으로의 통신을 의미한다. 하향링크에서 송신기는 기지국(11)의 일부분일 수 있고, 수신기는 단말(12)의 일부분일 수 있다. 상향링크에서 송신기는 단말(12)의 일부분일 수 있고, 수신기는 기지국(11)의 일부분일 수 있다. 상향링크 전송 및 하향링크 전송은 서로 다른 시간을 사용하여 전송되는 TDD(Time Division Duplex) 방식이 사용될 수 있고, 또는 서로 다른 주파수를 사용하여 전송되는 FDD(Frequency Division Duplex) 방식이 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 무선통신 시스템(10)에 적용되는 다중 접속 기법에는 제한이 없다. CDMA(Code Division Multiple Access), TDMA(Time Division Multiple Access), FDMA(Frequency Division Multiple Access), OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing), OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access), SC-FDMA(Single Carrier-FDMA), OFDM-FDMA, OFDM-TDMA, OFDM-CDMA와 같은 다양한 다중 접속 기법을 사용할 수 있다. 하향링크와 상향링크 전송을 위한 다중 접속 방식은 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 하향링크는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)를 사용하고, 상향링크는 SC-FDMA(Single Carrier-Frequency Division Multiple Access)를 사용할 수 있다.
SC-FDMA 방식은 OFDM 방식의 기본 원리를 동일하게 따르되 PAPR(peak to average power ratio) 측면을 고려하여 OFDM 방식을 일부 변형한 것이다. 따라서, 이하에서 본 발명에 따른 무선통신 시스템(10)의 다중 접속 기법이 OFDM인 경우를 주요한 예로서 설명하나, 본원 발명에 따른 실시예와 특징들은 SC-FDMA 및 다른 다중 접속 기법에도 동일하게 적용될 수 있다. 즉, 본원 발명의 실시예들과 특징이 동일 또는 유사하게 다른 다중 접속 기법에 적용되어 파생되는 추가적인 실시예들도 모두 본원 발명의 실시예에 해당한다.
OFDM 또는 SC-FDMA 방식에서, 송신기와 수신기는 다수의 직교 서브캐리어(subcarrier)를 이용하여 통신을 수행한다. 송신기의 신호(또는 데이터 심볼)는 OFDM 방식에 의해 변조되어 수신기로 전송되는데, 이를 OFDM 심볼(symbol) 또는 SC-FDMA 심볼이라고도 한다. OFDM 방식에 따른 통신을 구현하기 위해 IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform)과 DFT(Discrete Fourier Transform)가 이용될 수 있다. 즉, 송신기는 데이터 심볼(data symbol)들에 IDFT를 취하여 OFDM 심볼을 생성하고, 이를 수신기로 전송할 수 있다. 수신기는 수신된 OFDM 심볼에 대해 DFT를 취하여 원래 데이터 심볼들을 복원할 수 있다.
도 2는 OFDM 심볼 구조의 일 예를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 하나의 OFDM 심볼의 총 시간길이는 Ts=Tg+Tb로 정의될 수 있다. 여기서, Tg는 CP(Cyclic Prefix)이고, Tb는 유효 심볼 시간(useful symbol time)이다. CP는 OFDM 방식에서 다중 경로에 의한 심볼 간 간섭(inter-symbol interference)을 제거하기 위한 용도로 사용되며, 보호구간(guard interval) 또는 보호시간(guard time)이라 불릴 수도 있다. Tb는 Ts에서 CP를 제외한 나머지 부분이며, 실제 데이터를 복원하는데 필요한 OFDM 심볼 부분이다. Tg와 Tb간의 비를 G라 하면, 다음의 수학식이 성립한다.
Figure pat00001
여기서, G=1/8 또는 1/16일 수 있다. G가 1/16일 경우의 CP는 일반 CP(normal CP)라고 불리고, G가 1/8일 경우의 CP는 확장된 CP(extended CP)라고 불린다.
다시 도 1을 참조하면, 셀 경계(cell edge) 부근에 위치하는 일부의 단말(12-1, 12-2, 12-3)은 자신이 연결(connected) 또는 캠프온(camp on)한 셀 이외의 다른 셀로부터 전송되는 신호에 의해 셀간 간섭을 경험할 수 있다. 예를 들어, 도 1에서 셀(15a)에 연결된 단말(12-1)은 셀(15a)로부터 자기 신호(own signal) Xk1를 수신하고, 인접한 셀(15c)의 기지국(11)으로부터 간섭 신호 Xi1을 수신한다. 동일한 셀(15a)에 연결된 단말(12-2)은 셀(15a)로부터 자기 신호 Xk2를 수신하고, 인접한 셀(15b)의 기지국(11)으로부터 간섭 신호 Xi2를 수신한다. 셀(15b)에 연결된 단말(12-3)은 셀(15b)로부터 자기 신호 Xk3을 수신하고, 인접한 셀(15c)의 기지국(11)으로부터 간섭 신호 Xi3을 수신한다. 여기에서는 송신기가 기지국이고 수신기가 단말인 하향링크 전송 상황에서 간섭을 설명하였지만, 이와 동일한 원리에 의해 송신기가 단말이고 수신기가 기지국인 상향링크 전송 상황에서도 셀간 간섭이 발생할 수 있다.
이제 다중 셀룰러 광대역 통신 시스템에서 간섭이 발생하는 양상을 수학적으로 표현하기 위해 도 3을 참조한다.
도 3은 본 발명이 적용되는 다중 셀룰러 광대역 통신 시스템에서 다수의 송신기들과 다수의 수신기들이 통신을 수행하는 경우 발생할 수 있는 하향링크 간섭의 일 예이다.
도 3을 참조하면, 4개의 송신기(Tx1, Tx2, Tx3, Tx4)가 4개의 대응되는 수신기(Rx1, Rx2, Rx3, Rx4)로 데이터를 전송한다. 동일한 인덱스 k를 가지는 송신기(Tx_k)와 수신기(Rx_k) 간에는 통신 링크가 설정되어 서로 페어(pair)를 이루어 통신을 수행하며(실선 표시), 다른 인덱스를 가지는 송신기로부터 전송되는 신호는 간섭 신호이다(점선 표시). 도 3에서는 송신기와 수신기의 개수가 동일한 것을 예로 들었으나, 송신기와 수신기의 개수는 다를 수 있음은 물론이다.
이하에서, 서로간에 통신 링크가 설정된(또는 RRC(radio resource control) 연결이 수립된(established)) 송신기와 수신기간에 신호가 송수신될 때 경험하는(또는 통과하는) 채널을 송수신 채널(transmission & reception channel: TxRx channel)이라 한다. 예컨대, 도 3에서 송수신 채널은 Tx1과 Rx1간, Tx2와 Rx2간, Tx3과 Rx3간, Tx4와 Rx4간의 채널로서 정의될 수 있다. 송수신 채널은 자기채널(own channel) 또는 데이터 채널(data channel)이라는 명칭으로 혼용되어 사용될 수 있으나, 모두 동일한 의미를 가짐은 당업자에게 자명하다.
한편, 본 명세서에서는 송수신 채널과 구별하여, 간섭 신호가 전송 또는 수신되는 채널을 간섭 채널(interference channel)이라 명명한다. 즉, 간섭 채널은 송신기의 의도(또는 스케줄링)에 의해 생성되어 수신기로 전송된 자기 신호가 아닌, 다른 송신기에 의한 간섭 신호가 전송 또는 수신되는 채널이다. 예컨대, 도 3에서 간섭 채널은 Tx2와 Rx1간, Tx3과 Rx1간, Tx4와 Rx1간에 정의될 수 있다(점선 표시). 이는 Rx2와 Rx3, Rx4에 대해서도 마찬가지이다.
4개의 Tx와 4개의 Rx 사이의 채널(송수신 채널과 간섭 채널을 포함)을 하나의 시스템으로 보면, 4개의 Tx로부터 전송되는 신호는 상기 시스템으로의 입력 신호로 볼 수 있고, 4개의 Rx가 수신하는 신호는 상기 시스템에서의 출력 신호로 볼 수 있다. 시스템의 고유한 성질을 나타내는 임펄스 응답(impulse response)은 도 3의 통신 시스템에도 동일하게 적용될 수 있다.
먼저, 송수신 채널의 고유한 성질을 파악하기 위해 k번째 송신기에서 임펄스 신호 xk가 입력 신호로서 인가되면 k번째 수신기에서 송수신 채널에 대한 임펄스 응답을 얻을 수 있으며 이는
Figure pat00002
로 표현된다. 도 3은 k번째 송신기와 k번째 수신기간에 송수신 채널의 임펄스 응답을 박스안에 표시하였다. 여기서, Ld는 임펄스 응답의 길이(송수신 채널의 길이 또는 시간 지연 확산(time delay spread) 또는 다중 경로 탭(multi-path tap)이라고도 함)이며, 도 3에서는 임펄스 응답이 5개의 길이(hk,k[1], hk,k[2], hk,k[3], hk,k[4], hk,k[5])를 가지는 모습을 예시적으로 표시하였다. 이와 같은 임펄스 응답이 지연 확산(다수의 길이)를 가지는 경우, 수신기가 디코딩 등의 신호 처리를 수행할 때 추가적인 간섭을 야기하게 되는데 이는 수학식 2에서 자세히 후술된다.
다음으로, 간섭 채널의 고유한 성질을 파악하기 위해 k번째 송신기에서 임펄스 신호 xk가 입력 신호로서 인가되면 i번째 수신기에서 간섭 채널에 대한 임펄스 응답을 얻을 수 있으며 이는
Figure pat00003
로 표현된다. 여기서, LI는 간섭 채널에서의 임펄스 응답의 길이를 나타낸다. 따라서, 모든 송신기에서 동일한 주파수와 동일한 시간 자원, 또는 동일한 주파수 자원 또는 동일한 시간 자원을 이용하여 각각 신호를 전송했을 경우, k번째 수신기가 수신하는 신호는 다음의 수학식과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00004
수학식 2를 참조하면, yk[n]은 k번째 수신기가 n번째 시간 슬롯에서 수신하는 신호이고, xk[n]은 k번째 송신기에서 n번째 시간 슬롯에서 전송한 신호이며, zk[n]은 k번째 수신기에서 n번째 시간 슬롯에서 받은 잡음(noise)을 나타낸다. 따라서, k번째 수신기에서 n번째 시간 슬롯에 들어오는 간섭의 종류는 두 가지로 나누어 볼 수 있다. 첫 번째 간섭은 i번째 송신기(i≠k)로부터 전송된 간섭 신호가 일으키는 셀간 간섭이다. 두 번째 간섭은 yk[n]으로부터 xk[n]을 획득하기 위해 디코딩을 수행할 때, xk[n-1], xk[n-2],..., xk[n-Ld+1]와 같이 자기 신호(또는 자기 심볼)의 지연 확산이 일으키는 간섭이다.
예를 들어 송수신 채널의 지연 확산 Ld=3이고 간섭 채널의 지연 확산 LI=2인 경우를 가정하자. 만약 모든 송신기에서 두 개의 데이터 심볼을 보내고, k번째 수신기가 4번째 시간 슬롯까지 받은 신호를 y k 라 정하는 경우 수학식 2는 수학식 3과 같이 행렬형태로 다시 표현될 수 있다.
Figure pat00005
수학식 3은 입력 신호와 송수신채널/간섭 채널의 임펄스 응답을 선형 컨벌루션(linear convolution)한 결과를 테플리츠 행렬(toeplitz matrix) 형태로 표현한 것이다. 이하에서 행렬 H k,k 는 송수신 채널의 임펄스 응답으로 구성되어 있으므로 송수신 채널 행렬이라 부르고, 행렬 H k,i 는 간섭 채널의 임펄스 응답으로 구성되어 있으므로 간섭 채널 행렬이라 부르기로 한다.
수학식 3에서 보는 바와 같이, k번째 수신기가 수신한 신호는 송수신 채널 행렬에 관한 항(term)과 간섭 채널 행렬에 관한 항을 포함한다. 따라서 수신기가 디코딩을 통해 자기 신호를 획득하기 위해서는 간섭 채널 행렬에 관한 정보를 파악할 필요가 있다. 그러나, 다수의 송신기와 다수의 수신기가 통신을 수행하는 통신 환경 또는 채널 상황은 송신기와 수신기의 개수의 변화, 수신기의 위치와 이동속도, 주변 환경 등에 의해 시시각각 변화하기 때문에, 간섭 채널 행렬을 실시간으로 정확히 파악하는 것은 불가능에 가깝다. 나아가, 다수의 송신기가 협력하여 간섭 채널 행렬에 관한 정보를 교환하여 간섭을 제거하는 방법 또한 구현 측면에서 쉽지 않다.
따라서, 본 명세서는 선/후처리에 기반하여 셀간 간섭 또는 타송신기로부터의 간섭과, 심볼간 간섭의 회피하여 신뢰성있는 통신을 수행하는 장치와 방법을 제공하고자 한다.
수학식 3에 따르면, 송수신 채널 행렬에 관한 항과 간섭 채널 행렬에 관한 항이 구분되어 있으므로, 간섭 채널 행렬에 적절한 변경을 가하여 순환성 행렬(circulant matrix) 구조로 만들 수 있다. 따라서, 본 명세서의 일 실시예에 따르면, 통신 시스템(또는 수신기)은 간섭 채널 행렬 H k,i 을 순환성 행렬
Figure pat00006
로 변환하는 후처리 과정을 수행할 수 있다. 순환성 행렬이란, 각 행 벡터(row vector)가 선행하는 행 벡터에 대해 한 요소(element)씩 좌 또는 우로 회전(rotate)되는 테플리츠 행렬을 의미할 수 있다. 예를 들어, 수학식 3의 간섭 채널 행렬은 수학식 4와 같은 순환성 행렬 구조로 변환될 수 있다.
Figure pat00007
수학식 4를 참조하면, 1행의 벡터인 [hk,i[1], hk,i[2]]은 2행의 벡터인 [hk,i[2], hk,i[1]]에 대해 회전된 형태임을 알 수 있다.
변환된 간섭 채널 행렬이 순환성 행렬 구조를 가질 경우, 통신 시스템(또는 수신기)은 상기 변환된 간섭 채널 행렬을 IDFT 행렬과 DFT 행렬을 기반으로 수학식 5와 같이 분해하는 단계를 수행할 수 있다.
Figure pat00008
수학식 5에서, 전체 서브캐리어의 개수(또는 IDFT 크기)가 총 2개인 것으로 가정하였고, f n 은 IDFT 행렬의 n번째 열 벡터(또는 n번째 서브캐리어)를 의미한다(1≤n≤N). 상기 변환된 간섭 채널 행렬이 수학식 5와 같이 행렬분해가 가능하므로, 통신 시스템(또는 수신기)은 변환된 간섭 채널 행렬이 가지는 직교성을 이용하여 간섭 신호를 제거하고 자기 신호를 획득할 수 있다.
후처리 과정은 간섭 채널 행렬을 순환성 행렬 구조로 변환하는 단계 뿐만 아니라, 송수신 채널을 비순환성 행렬(non circulant matrix) 구조로 변환하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이와 같은 후처리 과정은 간섭 채널 행렬을 포함하는 항만을 직교성에 의해 제거하고 송수신 채널을 포함하는 항만을 남김으로써, 자기 신호의 복호화를 용이하게 할 수 있다. 후처리 과정의 일례로서, 통신 시스템(또는 수신기)은 서로 다른 슬롯에서 수신된 신호들의 합(summation) 또는 차(subtraction)와 같은 연산에 기반하여 후처리 과정을 수행할 수 있다. 예를 들어, 수학식 6과 같이 첫 번째 슬롯에서 받은 신호 yk[1]과 세 번째 슬롯에서 받은 신호 yk[3]의 합을 하나의 새로운 받은 신호로 정하면, 송수신 채널 행렬은 비순환성 행렬 구조로 변환되고, 간섭 채널 행렬은 순환성 행렬 구조로 변환됨을 알 수 있다.
Figure pat00009
이외에도 통신 시스템(또는 수신기)는 다양한 실시예에 따른 후처리 과정을 통해 간섭 채널 행렬을 순환성 행렬 구조로 변환하고 송수신 채널을 비순환성 행렬 구조로 변환하는 단계를 수행할 수 있다. 상기와 같은 순환성 행렬 구조에 기반하면 다수의 송신기가 존재하는 통신 시스템에서의 셀간 간섭이 매우 효과적으로 회피 또는 제거될 수 있다. 예를 들어, 수학식 3 내지 수학식 6의 예시를 계속 참조하여, 각 송신기에서 1개의 데이터 심볼을 전송하되 모두 동일한 첫 번째 서브캐리어(즉, IDFT 행렬의 첫번째 열 벡터 f 1 )에 맵핑하여 전송하는 경우를 가정하자. 이는 다수의 송신기를 포함하는 통신 시스템 관점에서 볼 때, 데이터 심볼들이 모두 IDFT 행렬의 첫번째 열 벡터(서브캐리어 벡터)인 f 1 에 실려 전송되는 것과 같다. 따라서, 자기 신호 x k 는 수학식 7와 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00010
수학식 7을 참조하면, sk는 k번째 송신기의 데이터 심볼을 나타낸다. 이 상황에서 k번째 수신기가 수신하는 신호는 수학식 8과 같다.
Figure pat00011
수학식 8을 참조하면, k번째 수신기 입장에서 볼 때, k번 송신기가 아닌 다른 송신기로부터 수신되는 모든 간섭 신호는 첫 번째 서브캐리어에만 존재한다. 반면, 송수신 채널 행렬이 비순환성 행렬이기 때문에 획득(또는 디코딩)하고자 하는 데이터 심볼은 첫 번째 서브캐리어와 두 번째 서브캐리어에 모두 존재한다. 따라서, k번째 수신기가 DFT 행렬의 두 번째 행 벡터 f 2 H 를 수신 신호 백터와 내적을 취하면, 아래 수학식 9와 같이 다른 송신기로부터 전송된 모든 간섭이 사라진다.
Figure pat00012
즉, 두 번째 서브캐리어에 존재하는 데이터 심볼을 얻기 위해 복잡한 연산을 취할 필요가 없이, 수신기는 단순한 연산에 의해 원하는 데이터 심볼을 복원할 수 있게 된다.
위의 예시는 본 발명에 따라 송수신 채널과 간섭 채널의 지연 확산의 차이에 기반하여, 송수신 채널 행렬을 비순환성 행렬 구조로 만들고 간섭 채널 행렬을 순환성 행렬 구조로 만든 뒤 간섭 채널을 제거하는 방법을 설명한 것이다. 위의 원리와 예시는 각 송신기가 하나의 데이터 심볼을 보내는 경우뿐만 아니라 M개의 데이터 심볼을 전송하는 경우에도 동일하게 적용될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 송수신 채널과 간섭 채널의 지연 확산의 차이는 데이터 전송을 위한 서브캐리어의 개수(number of subcarrier), CP의 길이(또는 크기), 그리고 DFT 행렬과 IDFT 행렬의 크기를 결정하는데 사용될 수 있으며, 이에 관한 자세한 내용은 후술된다.
한편, 상기와 같이 통신 시스템(또는 수신기)이 간섭 채널 행렬을 순환성 행렬 구조로 변환하는 후처리 과정에 대응하여 또는 후처리 과정과는 별개로, 통신 시스템(또는 송신기)은 자기 신호의 전송시 선처리 과정을 수행함으로써 물리계층 수준에서 셀간 간섭과 심볼간 간섭을 회피할 수 있다. 이하에서는 본 명세서의 다른 실시예에 따른 선처리 과정을 포함하는 송신기의 동작과, 후처리 과정을 포함하는 수신기의 동작을 보다 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 일례에 따른 송신기를 도시한 블록도이다.
도 4를 참조하면, 송신기(400)는 프로세서(410), 메모리(memory, 420) 및 RF 안테나(RF(radio frequency) antenna, 430)을 포함한다. 메모리(420)는 프로세서(410)와 연결되어, 프로세서(410)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. RF 안테나(430)는 프로세서(410)와 연결되어, 송신기 신호를 전송 및/또는 수신기 신호를 수신한다. 프로세서(410)는 본 명세서에 게시된 송신기의 모든 동작, 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 프로세서(410)는 ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 메모리(420)는 ROM(read-only memory), RAM(random access memory), 플래쉬 메모리, 메모리 카드, 저장 매체 및/또는 다른 저장 장치를 포함할 수 있다. RF 안테나(430)는 무선 신호를 처리하기 위한 베이스밴드 회로를 포함할 수 있다. 실시예가 소프트웨어로 구현될 때, 본 명세서의 실시예들의 기능을 수행하는 모듈(과정, 기능 등)로 구현될 수 있다. 모듈은 메모리(420)에 저장되고, 프로세서(410)에 의해 실행될 수 있다. 메모리(420)는 프로세서(410) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서(410)와 연결될 수 있다.
수신기(450)는 프로세서(460), 메모리(455) 및 RF 안테나(465)를 포함한다. 메모리(455)는 프로세서(460)와 연결되어, 프로세서(460)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. RF 안테나(465)는 프로세서(460)와 연결되어, 수신기 신호를 전송 및/또는 송신기 신호를 수신한다. 프로세서(460)는 제안된 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 본 명세서에 게시된 수신기의 모든 동작, 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 프로세서(460)는 ASIC, 다른 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 메모리(455)는 ROM, RAM, 플래쉬 메모리, 메모리 카드, 저장 매체 및/또는 다른 저장 장치를 포함할 수 있다.
도 4는 무선 통신 시스템에서의 송신기와 수신기를 예로 들었으나, 본 명세서의 간섭 회피 방법 및 송수신 구조는 무선 채널 환경뿐 아니라 여러 개의 파이버(fiber)를 이용한 광통신 환경과 같은 유선 통신 환경에서도 적용될 수 있음은 물론이다.
송신기(400)의 프로세서(410)와 RF 안테나(430)는 본 명세서에 따른 간섭 회피 방법을 수행하기 위해 다수의 물리적 요소 또는 다수의 논리적 요소 또는 다수의 물리적 요소와 논리적 요소가 혼재된 형태로 구현될 수 있다. 이러한 프로세서(410)와 RF 안테나(430)를 물리적 요소 및/또는 논리적 요소들로 세분화하면 도 5와 같다.
도 5는 본 발명의 다른 예에 따른 송신기로서 그 일부를 보다 상세하게 도시한 블록도이다. 설명의 편의를 위해 메모리(420)는 생략되었으며, 도 5의 송신기(500)의 구성요소들은 각각 도 4의 송신기(400)의 프로세서(410), 메모리(420), RF 안테나(430) 중 적어도 하나에 포함되어 있을 수 있다.
도 5를 참조하면, 송신기(500)는 데이터 심볼 생성부(data symbol unit: 510), 병렬처리부(serial to parallel processing unit: 520), IDFT 처리부(IDFT processing unit: 530), CP 추가부(CP adding unit: 540), 직렬처리부(parallel to serial processing unit: 550) 및 RF 안테나(RF antenna: 430)를 포함하며, 송수신 채널과 간섭 채널의 지연 확산의 차이를 이용해 OFDM 심볼구조를 생성한다. 송신기(400)의 각 구성요소별 동작은 도 6과 같다.
도 6은 본 발명의 일례에 따른 송신기의 동작을 도시한 순서도이다. 도 6에서는 도 5의 송신기(500)의 각 구성요소 관점에서의 동작으로 서술되나, 전체적으로는 송신기 또는 통신 시스템의 처리, 동작 내지는 방법에 해당함은 당연하다. 본 발명에 따른 송신기의 OFDM 변조방식을 무간섭(interference free) OFDM 변조방식이라 부를 수 있다.
도 6을 참조하면, 데이터 심볼 생성부(510)는 병렬 처리를 위한 M개의 데이터 심볼(또는 변조 심볼)을 생성한다(S600).
병렬처리부(520)는 직렬로 입력되는 M개의 데이터 심볼을 병렬화하고, 상기 M개의 데이터 심볼(즉, 1×M의 데이터 벡터)들을 서로 직교성을 가지는 N(N>M)개의 서브캐리어들의 제1 부분집합인 M개의 서브캐리어에 맵핑한다(S605). 여기서, N은 IDFT의 출력의 크기일 수 있다. 도면에 도시되지는 않았으나, 단계 S605에는 수신기가 주파수 영역 채널을 추정하는데 사용되는 파일롯(pilot)을 생성하여 추가하는 과정이 포함될 수 있다.
IDFT 처리부(530)는 상기 M개의 데이터 심볼에 대해 상기 M개의 서브캐리어로써 IDFT를 수행하여 N개의 신호를 출력한다(S610).
CP 추가부(540)는 상기 IDFT의 출력 신호에 CP를 추가하여 OFDM 심볼을 생성한다(S615).
직렬처리부(550)는 상기 OFDM 심볼에 대해 직렬처리(parallel to serial processing)를 수행하고, RF 안테나(430)는 상기 OFDM 심볼을 반송파에 실어서 전송한다(S620).
이하에서 각 구성요소별 또는 각 구성요소의 동작(또는 단계)별로, 보다 상세한 실시예들을 설명한다.
먼저 데이터 심볼 생성부((510)의 동작 또는 단계 S600의 방법에 관해 구체적으로 설명한다.
데이터 심볼 생성부(510)는 병렬 처리를 위한 M개 또는 그 이하의 데이터 심볼(또는 변조 심볼)을 생성한다.
일 측면에 있어서, M은 통신 시스템 표준에 의해 전체 송신기와 전체 수신기간에 미리 정의 또는 규약된 값일 수 있다. 각 송신기는 M과 같거나 작은 범위 내에서 데이터 심볼의 개수를 생성하고, 그에 따른 데이터 심볼들을 전송할 수 있다. 예를 들어, k개의 송신기들이 각각 M1, M2, M3,…Mk 개의 데이터 심볼 개수를 전송하며, 이때 M1, M2, M3,…Mk ≤ M 일 수 있다.
다른 측면에서, M은 통신 시스템(또는 송신기 또는 수신기)이 채널 환경(예컨대 송수신 채널 및/또는 간섭 채널의 응답 특성)을 측정(measure)하고, 측정결과에 따라 적응적으로(adaptively) 결정 또는 계산하는 값일 수도 있다.
또 다른 측면에서, 데이터 심볼의 개수 M은 동일한 자원을 사용하는 k개의 송신기들이 전송하는 데이터 심볼 개수의 최대값 또는 적어도 그 보다 큰 값일 수 있다. 따라서, 다수의 송신기들(또는 모든 송신기들)은 동일한 자원을 이용하여 각각 최대 M개의 데이터 심볼을 전송할 수 있다. 이는 전술된 변형된 간섭 채널 행렬에 기반하여 간섭을 제거하는 동작을 구현하기 위한 전제일 수 있다. 다른 관점에서 보면, k개의 송신기들이 전송하는 데이터 심볼 개수를 각각 M1, M2, M3,…Mk라 하면, M=max{M1, M2, M3,…Mk}로 결정될 수 있다.
또 다른 측면에서, 동일한 자원을 사용하는 k개의 송신기들에게 공통으로 적용되는 동일한 값일 수 있다. 즉, k개의 송신기들이 모두 M개의 데이터 심볼을 생성하고 전송할 수 있다.
또 다른 측면에서, M은 동일 자원을 사용하되 무간섭 통신을 수행하길 원하는(또는 수행할 필요가 있는) 특정 그룹의 송신기 및/또는 수신기에 대해서만 미리 규약된 값일 수 있다. 예를 들어, 셀 경계에 위치하는 등 셀간 간섭의 영향을 상대적으로 크게 받는 단말들의 그룹이 동일한 M에 기반하여 통신을 수행할 수도 있다. 여기서, 상기 특정 그룹은 통신 시스템에 의해 정의될 수 있다.
상기 여러가지 측면에 따라서 미리 정의되거나 적응적으로 결정되는 M에 관한 정보는 송신기와 수신기간에 서로 교환된다. 예를 들어, 송신기가 M에 관한 정보를 수신기로 전송하거나, 수신기가 M에 관한 정보를 송신기로 전송할 수 있다. 이때, M에 관한 정보는 시스템 정보, 동기 정보, 물리계층(physical layer) 메시지, 매체접근제어(medium access control: MAC) 계층 메시지, RRC(radio resource control) 메시지 중 어느 하나에 포함되어 전송될 수 있다. 또는 M에 관한 정보는 기준 신호(reference signal)나 프리앰블(preamble)에 마스킹(masking) 또는 스크램블링(scrambling)되어 전송될 수도 있다.
한편, 상기 여러가지 측면에 따라서 M이 미리 정의되거나 적응적으로 결정됨은, 특정한 기준에 근거할 수 있다. 상기 특정한 기준은, 간섭 채널 행렬을 순환형 행렬 구조로 가공하고 셀간 간섭과 심볼간 간섭을 제거하기 위한 실질적인 기초를 제공한다.
일례로서, 상기 특정한 기준은 송수신 채널의 응답 특성과 간섭 채널의 응답 특성간의 함수일 수 있다.
일 측면에서, 상기 응답 특성은 지연 확산 L을 포함할 수 있다. 이 경우 M은 송수신 채널의 지연 확산 Ld와 간섭 채널의 지연 확산 Li간의 함수로서 미리 정의되거나 적응적으로 결정될 수 있다. 또한, 상기 함수는 차이(subtraction)일 수 있다. 이 경우, M은 송수신 채널의 지연 확산 Ld와 간섭 채널의 지연 확산 Li간의 차이인 M=Ld-Li로서 정의 또는 결정될 수 있다. 또는, 상기 함수는 k개의 송수신 페어 환경에서, k개의 송수신 채널 중 최대 지연 확산이 Ld _ max이고 (k-1)k개의 간섭 채널 중 최대 지연 확산이 Li _ max일 때, M≤Ld _max-Li _max로서 정의되거나 결정될 수 있다. 또는, 상기 함수는 k개의 송수신 페어 환경에서, k개의 송수신 채널 중 최소 지연 확산이 Ld _ min이고 (k-1)k개의 간섭 채널 중 최대 지연 확산이 Li _ max일 때, M≤Ld_min-Li_max로서 정의되거나 결정될 수 있다.
다른 측면에서, 상기 응답 특성은 지연 확산 L 및 전파 지연(propagation delay) P를 포함할 수 있다. 이 경우 M은 송수신 채널의 지연 확산 Ld, 간섭 채널의 지연 확산 Li 및 전파 지연 P의 함수로서 미리 정의되거나 적응적으로 결정될 수 있다. 전파 지연으로 인해 적어도 하나의 슬롯에서의 간섭 신호의 수신 세기가 영(zero)으로 관찰될 수 있다. 이러한 전파 지연의 영향으로 수신기는 시작 시점의 적어도 하나의 슬롯에서 영 신호를 수신하고, 이후 슬롯에서 지연 확산에 따른 간섭 신호를 수신할 수 있는데, 수신기 관점에서는 간섭 신호가 자기 신호보다 더 큰 지연 확산을 가지는 것처럼 인식할 수 있다(즉, Li>Ld). 그러나, 이러한 전파 지연을 고려하더라도(즉, Li>Ld인 상황에서도), 본 발명에 따라 간섭 채널을 제거하는 방법은 동일하게 적용될 수 있다.
다른 예로서, 상기 특정한 기준은 M=f(N)일 수 있다. 즉, M은 미리 고정된 IDFT 출력의 크기인 N에 의존적으로 결정될 수 있다. 예를 들어, M=N/2일 수 있다.
다음으로 병렬 처리부(520)의 동작 또는 단계 S605의 방법에 관해 구체적으로 설명한다.
가용한 전체 N개의 서브캐리어들 중에서 M개의 데이터 심볼들이 맵핑될 부분집합인 M개의 서브캐리어들은, 상기 통신 시스템의 표준에 의해 미리 정의되어 송신기와 수신기가 미리 알고 있는 것일 수 있다. 예를 들어, N=4이고 M=2라고 할 때, 서브캐리어 f 1 , f 2 , f 3 , f 4 중에서 2개의 데이터 심볼들은 표준으로 미리 정해진 f 2 , f 4 에 맵핑될 수 있다.
또는 상기 M개의 서브캐리어들은 채널 환경 등을 측정한 결과에 기반하여 적응적으로 통신 시스템(또는 송신기 또는 수신기)에 의해 결정될 수도 있다. 이 경우, 송신기가 사용한(또는 선택한) M개의 서브캐리어의 인덱스 정보를 수신기로 전송할 수 있다. 즉, 수신기는 송신기가 사용한(또는 선택한) M개의 서브캐리어의 인덱스 정보를 송신기로부터 수신하고, 데이터 심볼을 복원하는데 참조할 수 있다. 또는 반대로, 송신기가 사용한(또는 선택한) M개의 서브캐리어 이외에 임의의 서브캐리어에 관한 인덱스 정보를 수신기로 전송할 수 있다. 이는 수신기가 후처리 과정에 의한 결과에서 자기 신호 또는 송수신채널을 포함하는 항(term)을 추출하고 자기 신호를 복원하는데 사용되는 정보이다. 즉, 수신기는 송신기가 자기 신호의 전송에 사용하지 않은 서브캐리어의 인덱스 정보를 송신기로부터 수신하고, 데이터 심볼을 복원하는데 사용할 수 있다.
M개의 서브캐리어를 결정한다 함은, 결국 가용한 전체 N개의 서브캐리어들 중에서, 어떤 서브캐리어에 데이터 심볼을 보낼지를 결정하는 것과 동일한 의미이다. 따라서, M개의 서브캐리어는 데이터 전송 효율이 높은 서브캐리어 집합으로 설정될 수 있다. 또는 M개의 서브캐리어는 셀간 간섭 및/또는 심볼간 간섭이 제거된 뒤, 데이터 전송 효율이 높은 서브캐리어 집합으로 설정될 수 있다.
이렇게 송신기가 전체 N개의 서브캐리어 중에서 M개의 서브캐리어(또는 제1 집합의 서브캐리어 또는 다수의 송신기 관점에서 M개의 서브캐리어 벡터들)를 사용하여 데이터 심볼을 전송할 경우, 수신기는 변환된 간섭 행렬 구조에 기반하여 셀간 간섭 및/또는 심볼간 간섭을 제거한 뒤 자기 신호를 추정해낼 수 있다. 구체적으로, 수신기는 송신기에서 사용하지 않은 N-M개의 서브캐리어(또는 제2 집합의 서브캐리어 또는 다수의 송신기 관점에서 N-M개의 서브캐리어 벡터들) 중 적어도 하나와 상기 변환된 간섭 행렬 구조를 기반으로 수신 신호 yk로부터 간섭 채널을 제거하는 과정을 수행할 수 있다.
다음으로 IDFT 처리부(530)의 동작 또는 단계 S610의 방법에 관해 구체적으로 설명한다.
IDFT 처리부(530)는 M개의 데이터 심볼에 대해 M개의 서브캐리어들로써 IDFT 처리를 수행할 수 있다. 이때 IDFT 행렬의 크기는 N(즉 N-포인트(point) IDFT 행렬)일 수 있다. IDFT 크기 N보다 작은 M개의 데이터 심볼만이 IDFT로써 처리되기 때문에, 단계 S610의 동작을 부분적(partial) IDFT 처리(processing)이라고 부를 수 있다. 도 5에 도시된 IDFT 처리부(530)의 행렬 F H S 는 S 라는 집합의 원소에 해당하는 열 벡터(column vector)들은 모아 놓은 NxM 행렬이다. 즉, IDFT 처리부(530)가 IDFT를 수행하는데 사용하는 IDFT 행렬의 크기가 NxM이므로, IDFT 처리부(530)로의 입력은 M개이고 출력은 N개이다. 즉, IDFT 처리부(530)의 입출력의 크기가 상이하다. 한편, 전술된 바와 같이 M이 통신 시스템(또는 송신기 또는 수신기)의 채널 환경에 따라 적응적으로 가변할 경우, IDFT 행렬의 크기 또한 M과 연동하여 가변할 수 있고, IDFT 처리부(530)으로의 입력과 출력의 크기 또한 M과 연동하여 가변할 수 있다.
통신 시스템에서 가용한 전체 서브캐리어의 개수(또는 IDFT 크기) N은 상기 통신 시스템에서 고정적으로 제공될 수 있다. 셀간 간섭 등을 효과적으로 회피 또는 제거하기 위한 N 값은, 송수신 채널의 응답 특성과 간섭 채널의 응답 특성간의 함수에 의해 도출될 수 있다. 응답 특성으로서 지연 확산이 사용될 경우, N은 송수신 채널의 지연 확산 Ld와 간섭 채널의 지연 확산 Li간의 함수에 의해 결정된다. 즉, M을 결정하는데 사용되는 파라미터인 지연 확산이 N을 결정하는 데에도 동일하게 사용될 수 있다. 예를 들어, 자원낭비를 줄여 주파수 효율을 증대시키기 위해, N은 2(Ld-Li)와 Li 중 최대값으로 설정될 수 있다(즉, N=max{2(Ld-Li), Li}). 여기서 N=2(Ld-Li)이고 M=Ld-Li인 경우, N=2M (또는 M=N/2)이 성립한다. 또는, 통신의 목적에 따라 N은 2(Ld-Li)≤N≤Li의 범위에서 선택적으로 설정될 수도 있다.
다음으로 CP 추가부(540)의 동작 또는 단계 S615의 방법에 관해 구체적으로 설명한다. CP 추가부(540)는 상기 IDFT의 출력에 CP를 추가하여 OFDM 심볼을 생성하는 단계를 수행한다. 여기서, IDFT의 출력에 CP를 추가하는 동작은 송수신 채널 행렬을 비순환성 행렬 구조로 변환하고 간섭 채널 행렬을 순환성 행렬 구조로 변환하는 동작 내지는 예비동작에 해당할 수 있다. 예를 들어, 송신기에서 CP를 추가하는 동작은, 기본적인 심볼간 간섭의 제거를 위한 제1 CP의 추가 뿐만 아니라, 송수신 채널 행렬을 비순환성 행렬 구조로 변환하고 간섭 채널 행렬을 순환성 행렬 구조로 변환하는 제2 CP의 추가를 포함할 수 있다. 물론 실제 프로세싱 과정에서는 제1 CP와 제2 CP가 합쳐져서 하나의 단일 CP가 생성되는 것으로 보여질 수도 있으며, 이 경우 CP의 길이는 기존 OFDM 심볼에서의 CP 길이보다 길 수 있다. 이러한 제2 CP의 추가는 전술된 후처리 동작과 함께, 또는 취사선택하여 적용될 수 있다. 즉, 송수신 채널 행렬을 비순환성 행렬 구조로 변환하고 간섭 채널 행렬을 순환성 행렬 구조로 변환하는 과정은, 송신기에서 제2 CP의 추가에 의해 구현될 수도 있고, 수신기에서 후처리 과정에 의해 구현될 수도 있으며, 두 가지 모두를 통해 구현될 수도 있다.
제2 CP의 길이 LCP는 통신 시스템 표준에 의해 미리 정의되어 송신기와 수신기가 이미 알고 있는 정보일 수 있다. 또는, LCP는 송수신 채널의 응답 특성과 간섭 채널의 응답 특성간의 함수에 의해 도출될 수 있다. 응답 특성으로서 지연 확산이 사용될 경우, LCP는 송수신 채널의 지연 확산 Ld와 간섭 채널의 지연 확산 Li간의 함수에 의해 결정된다. 즉, 전술된 M과 N을 결정하는데 사용되는 파라미터인 지연 확산이 LCP을 결정하는데에도 동일하게 사용될 수 있다. 예를 들어, LCP는 Li-1로 설정될 수 있다. 또는, 통신의 목적에 따라 LCP는 Li-1<LCP<Ld-1 범위에서 선택적으로 설정될 수도 있다.
다음으로 직렬 처리부(550)와 RF 안테나(430)의 동작 또는 단계 S620의 방법에 관해 구체적으로 설명한다.
직렬 처리부(550)는 OFDM 심볼에 대해 직렬처리를 수행하고, RF 안테나(430)는 DAC, RF 체인(chain), 안테나를 OFDM 심볼을 전송한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 예에 따른 송신기로서 그 일부를 보다 상세하게 도시한 블록도이다. 설명의 편의를 위해 메모리(420)는 생략되었으며, 도 7의 송신기(700)는 도 5의 송신기(500)의 구성요소들을 모두 포함하되, 선간섭제거부(pre-cancellation unit, 710)을 더 포함하는 점에서 차이가 있다. 선간섭제거부(710)는, 송신기(700)가 채널 피드백 등에 의해 채널 정보를 아는 경우, IDFT 이전에 서브캐리어간 간섭을 미리 제거하는데 사용될 수 있다. 또한 선간섭제거부(710)는 서브캐리어간 간섭을 제거함과 동시에 전력 제어 동작을 추가적으로 수행하여 송수신 효율향상을 도모할 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 수신기(450)의 프로세서(460)와 RF 안테나(465)는 본 명세서에 따른 간섭 회피 방법을 수행하기 위해 다수의 물리적 요소 또는 다수의 논리적 요소 또는 다수의 물리적 요소와 논리적 요소가 혼재된 형태로 구현될 수 있다. 이러한 프로세서(460)와 RF 안테나(465)를 물리적 요소 및/또는 논리적 요소들로 세분화하면 도 8과 같다.
도 8은 본 발명의 일 예에 따른 수신기로서 그 일부를 보다 상세하게 도시한 블록도이다. 설명의 편의를 위해 메모리(455)는 생략되었으며, 도 8의 수신기(800)의 구성요소들은 각각 도 4의 수신기(450)의 프로세서(460), 메모리(455), RF 안테나(465) 중 적어도 하나에 포함되어 있을 수 있다.
도 8을 참조하면, 수신기(800)는 RF 안테나(465), 병렬 처리부(810), 셀간 간섭 제거부(inter-cell interference cancellation unit: 820), 채널 추정부(channel estimation unit: 830), 서브캐리어간 간섭 제거부(inter-subcarrier interference cancellation unit: 840), 직렬 처리부(850), ML 검출부(maximum likelihood detection unit: 860)을 포함하며, 송수신 채널과 간섭 채널의 지연 확산의 차이를 이용해 자기 신호를 복호한다. 도면에 도시되지 않았으나, 수신기(800)는 RF 안테나(465)와 병렬 처리부(810) 사이에 저잡음 증폭기(low noise amplifier: LNA), ADC(analog digital converter), 수신 심볼 동기화 유닛을 더 포함할 수 있다.
수신기(800)의 각 구성요소별 동작은 도 9와 같다. 도 9에서는 도 8의 수신기(800)의 각 구성요소 관점에서의 동작으로 서술되나, 전체적으로는 수신기 또는 통신 시스템의 처리, 동작 내지는 방법에 해당함은 당연하다.
도 9를 참조하면, RF 안테나(465)는 송수신 채널과 간섭 채널의 영향, 그리고 지연 확산과 전파 지연 중 적어도 하나의 영향을 받은 신호 y k 를 수신하고, 이를 병렬 처리부(810)와 채널 추정부(820)로 보낸다(S900). 병렬 처리부(810)는 수신 신호에 대해 CP를 제거하고 DFT를 수행하기 위해 수신 신호를 다수의 병렬 서브 신호들로 출력한다. 여기서, DFT 행렬의 크기(또는 DFT 크기)는 IDFT 행렬의 전치(transpose)로서, MxN일 수 있다. 그리고 M은 수신기(800)가 미리 알고 있는 값일 수 있다.
셀간 간섭 제거부(820)는 전술된 바와 같이, 후처리 과정에 기반하여 간섭 신호를 제거한다(S905). 그리고 셀간 간섭 제거부(820)는 수신 신호 y k 로부터 간섭 신호가 제거된 신호
Figure pat00013
를 채널 추정부(830)로 보낸다.
채널 추정부(830)는 RF 안테나(465)로부터 받은 수신 신호 y k 로부터 송수신 채널 또는 후처리 과정에 의해 변환된 송수신 채널의 추정을 수행하여 채널 정보를 획득한다(S910). 그리고 채널 추정부(830)는 채널 정보를 서브캐리어간 간섭 제거부(840)로 보낸다.
서브캐리어간 간섭 제거부(840)는 채널 정보에 기반하여, 간섭 신호가 제거된 신호
Figure pat00014
로부터 셀간 간섭을 제거한 후 남아 있는 서브캐리어간 간섭을 제거하고, 셀간 간섭과 서브캐리어간 간섭이 제거된 신호를 획득하여 직렬 처리부(850)로 보낸다(S915).
직렬 처리부(850)는 병렬로 입력되는 신호를 직렬 스트림으로 출력한다. ML 검출부(maximum likelihood detection unit: 860)는 잡음이 섞여진 신호로부터 잡음이 제거된 자기 신호를 출력한다(S920). ML 검출부(860)는 변환된 송수신 채널 행렬(또는 유효 채널 행렬)에 대한 행렬분해를 위해, SVD(singular value decomposition) 기법 또는 V-BLAST 기법 등을 사용할 수 있다.
이하에서 각 구성요소별 또는 각 구성요소의 동작(또는 단계)별로, 보다 상세한 실시예들을 설명한다.
먼저 셀간 간섭 제거부(820)의 동작 또는 단계 S905의 방법에 관해 구체적으로 설명한다.
셀간 간섭 제거부(820)가 간섭 신호를 제거하는 과정은 전술된 바와 같이 간섭 채널 행렬을 순환성 행렬 구조로 변환하고 송수신 채널 행렬을 비순환성 행렬 구조로 변환하는 후처리 과정에 기반한다. 설명의 편의를 위해 송수신 채널의 지연 확산 Ld=3이고 간섭 채널의 지연 확산 Li=1인 경우를 예로 들어 설명한다. 송신기는 2개(M=Ld-Li)의 데이터 심볼에 대해 IDFT를 수행할 수 있고, 가용한 4개(N=2M)의 서브캐리어(또는 IDFT 행렬의 열 벡터) 중에서 2개의 서브캐리어가 상기 2개의 데이터 심볼의 전송을 위해 사용된다. 물론 4개 중 서로 다른 임의의 두 개의 서브캐리어가 사용될 수 있다.
만약 k번째 송신기가 IDFT 행렬의 1번, 3번 행 벡터(또는 첫번째와 세번째 서브캐리어)를 사용하여 데이터 심볼 sk를 전송한 경우, 전송 신호 x k 는 다음의 수학식과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00015
k번째 수신기는 하기 수학식 11과 같은 신호를 수신한다.
Figure pat00016
본 명세서의 실시예에 따른 후처리 과정에 의해 간섭 채널 행렬을 순환성 행렬 구조로 변환하면, 수학식 11은 수학식 12와 같이 변환된다.
Figure pat00017
수신기는 서브캐리어 f 1 과 f 3 이 데이터 심볼의 전송을 위해 사용됨을 이미 알고 있으므로, 이들과 직교성을 가진 4-포인트 DFT 행렬의 두 번째와 네 번째 행 벡터(또는 두 번째와 네번째 서브캐리어 f 2 , f 4 )들을 사용하여 간섭 채널(또는 간섭 신호)를 제거할 수 있다. 예컨대, 수신기는 상기 변환된 수신 신호에 두 번째와 네번째 서브캐리어 f 2 , f 4 로 내적을 취하여 수학식 13과 같은 결과를 얻을 수 있다.
Figure pat00018
즉, 수신기는 간섭 채널 행렬이 포함된 항이 완전히 제거된 신호(또는 간섭 신호가 제거된 신호)를 획득할 수 있다.
다음으로 채널 추정부(830)의 동작 또는 단계 S910의 방법에 관해 구체적으로 설명한다.
채널 추정부(830)는 RF 안테나(465)로부터 받은 수신 신호 y k 로부터 송수신 채널 또는 후처리 과정에 의해 변환된 송수신 채널의 추정을 수행하여 채널 정보(또는 유효 채널 행렬(effective channel matrix))를 획득한다. 유효 채널 행렬은 서브캐리어간 간섭 제거를 위해 필요한 정보이다.
다음으로 서브캐리어간 간섭 제거부(840)의 동작 또는 단계 S915의 방법에 관해 구체적으로 설명한다.
서브캐리어간 간섭 제거부(840)는 채널 정보에 기반하여, 간섭 신호가 제거된 신호
Figure pat00019
로부터 셀간 간섭을 제거한 후 남아 있는 서브캐리어간 간섭을 제거하고, 셀간 간섭과 서브캐리어간 간섭이 제거된 신호를 획득한다.
일 측면에 따르면, 간섭 제거부(840)는 송신기에서 사용한 서브캐리어(즉, IDFT 행렬의 열 벡터들), 각 송수신기간 무선채널, 그리고 수신기에서 셀간 간섭을 없애기 위해 사용한 DFT 행렬의 행 백터의 함수로 이루어진 유효 채널 행렬의 역행렬을 계산하고, 이를 적용함으로써 서브캐리어간 간섭을 제거할 수 있다.
다른 측면에서 따르면, 간섭 제거부(840)는 SVD 기반 행렬분해 또는 V-BLAST를 기반으로 서브캐리어간 간섭을 제거할 수 있다. 보다 상세하게는, SVD 기반 행렬분해를 이용하여 서브캐리어간 간섭을 제거하는 경우, 수신기(800)는 상기에서 정의된 유효 채널 행렬(예를 들어 IDFT 행렬, 송수신 채널, 또는 DFT 행렬)의 좌측 고유벡터들(left singular vectors) 및 고유값(singular value)을 송신기로 피드백할 수 있다.
이하에서는 앞서 설명했던 본 발명의 다양한 실시예를 기반으로 변형된 실시예들을 게시한다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 송신기의 구조를 도시한 블록도이다.
도 10을 참조하면, 송신기(1000)는 서브블록간(또는 OFDM 심볼간) 간섭이 생기지 않게 서브블록 또는 심볼 사이에 보호시간(guard-time)을 삽입한 프레임 구조를 생성할 수 있으며, 도 5와 구조가 동일하다. 그에 따른 프레임 구조의 일례는 도 11과 같다.
한편, 도 5와 같은 송신기(500)는 도 12와 같은 프레임 구조를 생성할 수도 있는데, 이는 서로 다른 서브블록들이 서로 접하는 구조여서 서브블록간(또는 OFDM 심볼간) 간섭이 발생하는 원인을 제공한다. 따라서, 서브블록간(또는 OFDM 심볼간) 간섭을 효과적으로 제거하기 위하여, 도 13과 같은 수신기가 요구될 수 있다.
도 13은 본 발명의 다른 예에 따른 수신기로서 그 일부를 보다 상세하게 도시한 블록도이다. 설명의 편의를 위해 메모리(420)는 생략되었으며, 도 13의 수신기(1300)는 도 8의 수신기(800)의 구성요소들을 모두 포함하되, 송신기가 복수의 서브블록을 통해 신호를 전송하는 경우에 서브블록간의 간섭을 효과적으로 제거하기 위해 서브블록간 간섭 제거부(inter-subblock interference cancellation unit: 1310)과 유효채널 획득부(effective channel obtaining unit: 1320)를 더 포함하는 점에서 차이가 있다.
본 실시예에 따른 서브블록간 간섭을 제어하는 방법은, 셀간 간섭 제거부(820)와 서브캐리어간 간섭 제거부(840)가 각각 제1 서브블록에 대해 셀간 간섭 제거와 서브캐리어간 간섭 제거 수행하여 데이터 심볼을 획득하는 단계와, 서브블록간 간섭 제거부(1310)가 상기 데이터 심볼과 채널 정보를 기반으로 상기 제1 서브블록과 제2 서브블록간의 간섭을 제거하는 단계를 포함한다. 또한 서브블록간 간섭을 제어하는 방법은, 서브블록간 간섭 제거부(1310)가 다시 상기 제2 서브블록에 대해 셀간 간섭 제거와 서브캐리어간 간섭 제거를 수행하여 데이터 심볼을 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.
설명의 편의를 위해 송수신 채널의 지연 확산 Ld=3이고 간섭 채널의 지연 확산 Li=1인 경우를 예로 들어 설명한다. 송신기는 2개(M=Ld-Li)의 데이터 심볼에 대해 IDFT를 수행할 수 있고, 가용한 4개(N=2M)의 서브캐리어(또는 IDFT 행렬의 열 벡터) 중에서 2개의 서브캐리어가 상기 2개의 데이터 심볼의 전송을 위해 사용된다. 물론 4개 중 서로 다른 임의의 두 개의 서브캐리어가 사용될 수도 있다. 이 경우 k번째 송신기는 본 명세서의 실시예에 따른 OFDM 심볼의 생성 방법에 따라 두 개의 서브블록 신호를 수학식 14와 같이 생성할 수 있다.
Figure pat00020
수학식 14를 참조하면, k번째 송신기는 하나의 서브블록(즉, 4개의 전송 심볼)기간 동안 두 개의 데이터 심볼을 선형 합을 통해 전송한다. 여기서 k번째 송신기는 IDFT 행렬의 1번, 3번 행 벡터(또는 첫번째와 세번째 서브캐리어)를 사용하여 데이터 심볼 sk,1과 sk,3을 각각 전송하며, 제1 서브블록을 통해 xk 1이 전송되고 제2 서브블록을 통해 xk 2가 전송된다.
상기 k번째 송신기가 두 개의 서브블록을 이용해 데이터 심볼을 전송한 경우 8번의 시간 슬롯 동안 k번째 수신기가 수신하는 신호는 수학식 15와 같이 표현된다.
Figure pat00021
서브블록간 간섭 제거부(1310)는 셀간 간섭을 효과적으로 제거하기 위하여, 상기 수신 신호에서 제1 서브블록의 신호만을 분리하여 다음 수학식 16과 같이 정리할 수 있다.
Figure pat00022
이후, 셀간 간섭 제거부(820)는 서브캐리어 f 1 과 f 3 이 데이터 심볼 sk,1과 sk,3의 전송을 위해 사용됨을 이미 알고 있으므로, 이들과 직교성을 가진 4-포인트 DFT 행렬의 두 번째와 네 번째 행 벡터(또는 두 번째와 네번째 서브캐리어 f 2 , f 4 )들을 사용하여 간섭 채널(또는 간섭 신호)를 제거할 수 있다. 예컨대, 셀간 간섭 제거부(820)는 상기 변환된 수신 신호에 두 번째와 네번째 서브캐리어 f 2 , f 4 로 내적을 취하여 수학식 17과 같은 결과를 얻을 수 있다.
Figure pat00023
즉, 제1 서브블록의 신호에서 다중 셀 간섭을 제거한 뒤에 출력되는 신호의 모델은 수학식 17로서, 서브캐리어간 간섭 제거부(840)로 입력된다.
한편, 서브캐리어간 간섭 제거부(840)는 입력되는 신호로부터 서브캐리어간 간섭을 제거하고, 제1 서브블록을 통해 전송된 2개의 데이터 심볼을 검파한다. 일 측면에서, 서브캐리어간 간섭 제거부(840)가 상기 2개의 데이터 심볼을 검파하는 동작은 유효 채널 획득부(1320)가 제공하는 유효 채널 행렬을 기반으로 한다. 즉 서브캐리어간 간섭 제거부(840)는 제1 서브블록의 신호에서 다중 셀 간섭을 제거한 뒤에 출력되는 신호 및 상기 유효 채널 행렬과 함께, 다중 안테나 시스템에서의 수신 신호 검출 기법을 이용하여 상기 제1 서브블록을 통해 전송된 2개의 데이터 심볼을 획득할 수 있다. 일례로서, 다중 안테나 시스템에서의 수신 신호 검출 기법으로 Joint ML, zero-forcing decoding, MMSE, V-BLAST 중 적어도 하나가 사용될 수 있다.
다음으로, 수신기(1300)는 제2 서브블록을 통해 전송된 2개의 데이터 심볼을 검파한다. 그런데, 위 2개의 데이터 심볼을 정확히 검파하기 위해서는 먼저 제1 서브블록과 제2 서브블록간에 간섭을 제거해야 한다. 서브블록간 간섭을 수학적으로 관찰하기 위해, 수학식 15의 수신 신호에서 제2 서브블록에 관한 신호만을 분리하면 수학식 18과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00024
수학식 18을 참조하면, 수신된 제2 서브블록에 관한 신호는 셀간 간섭과 서브블록간 간섭을 나타내는 항(term)들을 포함한다. 따라서, 서브블록간 간섭 제거부(1310)는 제1 서브블록으로부터 획득된 데이터 심볼과 채널 정보를 기반으로 상기 제1 서브블록과 제2 서브블록간의 간섭을 제거하는 단계를 수행할 수 있다.
본 발명에서 사용하는 송수신 구조는 무선 채널 환경뿐 아니라 여러 개의 fiber를 이용한 광통신 환경에서도 다수의 광 채널 간 간섭 및 하나의 광 채널에서 디스펄전 (dispersion)으로 생기는 자기 신호간섭을 없애는데 사용할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (23)

  1. 서로 직교하는 N개의 서브캐리어(subcarrier)들을 이용하는 통신 시스템에서 간섭을 제어하는 수신장치로서,
    상기 N개의 서브캐리어들을 포함하는 주파수 대역에서 신호를 수신하는 RF 안테나, 여기서 상기 신호는 송신장치가 상기 수신장치를 위해 전송한 자기 신호를 포함함; 및
    상기 N개의 서브캐리어들 중 상기 자기 신호의 전송을 위해 최대로 사용 가능한 M개의 서브캐리어를 제외한 나머지 서브캐리어들 중 적어도 하나의 서브캐리어를 사용하여 상기 신호로부터 상기 자기 신호를 복원하는 프로세서를 포함함을 특징으로 하는 수신장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    M<=N/2인 것을 특징으로 하는, 수신장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 M은 상기 자기 신호의 지연 확산(delay spread)과, 상기 신호에 포함된 간섭 신호의 지연 확산의 함수로 결정됨을 특징으로 하는, 수신장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 함수는 차이(subtraction)임을 특징으로 하는, 수신장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 M은 상기 자기 신호의 지연 확산, 상기 신호에 포함된 간섭 신호의 지연 확산 및 상기 신호의 전파 지연(propagation delay)의 함수로 결정됨을 특징으로 하는, 수신장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 RF 안테나는,
    상기 M개의 서브캐리어에 관한 정보를 상기 송신장치로부터 수신함을 특징으로 하는, 수신장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 RF 안테나는,
    상기 적어도 하나의 서브캐리어에 관한 정보를 상기 송신장치로부터 수신함을 특징으로 하는, 수신장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 프로세서가 상기 자기 신호를 복원하는 과정은,
    상기 신호를 병렬 처리를 위해 다수의 병렬 서브 신호들로 출력하는 단계;
    상기 병렬 서브 신호들로부터 CP(cyclic prefix)를 제거하여 N개의 병렬 서브 신호들을 출력하는 단계;
    상기 N개의 병렬 서브 신호들에 DFT(discrete fourier transform)를 취하는 단계; 및
    상기 DFT의 출력에서, 후처리 과정에 기반하여 상기 신호로부터 간섭 신호를 제거하는 단계를 포함함을 특징으로 하는, 수신장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 후처리 과정은,
    상기 자기 신호가 곱해진 송수신 채널 행렬과 간섭 신호가 곱해진 간섭 채널 행렬을 각각 비순환성 행렬(non circulant matrix)과 순환성 행렬(circulant matrix)로 변환하는 단계; 및
    상기 변환에 상기 적어도 하나의 서브캐리어를 곱하여 상기 간섭 신호를 제거한 출력을 생성하는 단계를 포함함을 특징으로 하는, 수신장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 프로세서는,
    상기 간섭 신호가 제거된 출력을 행렬분해하여 상기 자기 신호를 획득하는 단계를 더 수행함을 특징으로 하는, 수신장치.
  11. 서로 직교하는 N개의 서브캐리어(subcarrier)들을 이용하는 통신 시스템에서 간섭을 제어하는 송신장치로서,
    병렬처리를 위한 최대 M개의 데이터 심볼을 생성하고, 상기 데이터 심볼들을 상기 N개의 서브캐리어들의 부분집합인 M개의 서브캐리어에 맵핑하며, 상기 맵핑된 M개의 서브캐리어로써 IDFT(inverse discrete fourier transform)를 수행하여 N개의 병렬 서브 신호들을 출력하고, N개의 병렬 서브 신호들에 CP를 추가하여 OFDM(orthorgonal frequency division multiplexing) 심볼을 생성하는 프로세서; 및
    상기 OFDM 심볼을 반송파에 실어서 자기 신호(own signal)를 수신장치로 전송하는 RF 안테나를 포함함을 특징으로 하는 송신장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    M<=N/2인 것을 특징으로 하는, 송신장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 M은 상기 자기 신호의 지연 확산(delay spread)과, 상기 신호에 포함된 간섭 신호의 지연 확산의 함수로 결정됨을 특징으로 하는, 송신장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 함수는 차이(subtraction)임을 특징으로 하는, 송신장치.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 M은 상기 자기 신호의 지연 확산, 상기 신호에 포함된 간섭 신호의 지연 확산 및 상기 신호의 전파 지연(propagation delay)의 함수로 결정됨을 특징으로 하는, 송신장치.
  16. 제 11 항에 있어서, 상기 RF 안테나는,
    상기 M개의 서브캐리어에 관한 정보를 상기 수신장치로 전송함을 특징으로 하는, 송신장치.
  17. 제 11 항에 있어서, 상기 RF 안테나는,
    상기 적어도 하나의 서브캐리어에 관한 정보를 상기 수신장치로 전송함을 특징으로 하는, 송신장치.
  18. 제 11 항에 있어서, 상기 CP는 상기 OFDM 심볼의 심볼간 간섭 제거를 위한 제1 CP와, 셀간 간섭 신호를 제거하기 위한 제2 CP를 포함함을 특징으로 하는, 송신장치.
  19. 제 11 항에 있어서, 상기 통신 시스템에서 동작하는 모든 송신장치들에서 최대 상기 M개까지의 데이터 심볼들이 전송됨을 특징으로 하는, 송신장치.
  20. 제 11 항에 있어서, 상기 프로세서는,
    상기 수신장치로부터 받은 채널 환경에 관한 측정결과에 기반하여 상기 M을 결정함을 특징으로 하는, 송신장치.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호는 서브캐리어간 간섭을 제거하기 위해 상기 송신장치에 의해 선처리된 것이고,
    상기 프로세서는 상기 선처리된 정보에 기반하여 상기 서브캐리어간 간섭을 제거하는 과정을 더 수행함을 특징으로 하는, 수신장치.
  22. 제 11 항에 있어서, 상기 프로세서는,
    상기 수신장치로부터 획득한 채널정보를 이용하여 서브캐리어간 간섭을 선처리를 통해 제거하는 과정을 더 수행함을 특징으로 하는, 송신장치.
  23. 서로 직교하는 다수의 서브캐리어(subcarrier)들을 이용하여 통신을 수행함에 있어서 간섭을 제어하는 통신 시스템으로서,
    자기 신호를 전송하는 송신 장치; 및
    상기 자기 신호를 송수신 채널을 통해 수신하고, 상기 자기 신호에 간섭을 일으키는 간섭 신호를 간섭 채널을 통해 수신하는 수신 장치를 포함하되,
    상기 송신 장치 및 상기 수신 장치 중 적어도 하나는 상기 송수신 채널에 관한 행렬과 상기 간섭 채널에 관한 행렬을 각각 비순환성 행렬(non circulant matrix)과 순환성 행렬(circulant matrix)로 변환하는 것을 특징으로 하는, 통신 시스템.
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KR20200126663A (ko) * 2019-04-30 2020-11-09 연세대학교 산학협력단 특이값 분해 기반 필터 직교 주파수 분할 다중화 시스템 및 이의 송수신 방법

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