KR20180031538A - 다중 입출력 통신 시스템에서 간섭을 제어하는 통신장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

다중 입출력 통신 시스템에서 간섭을 제어하는 통신장치 및 방법에 관한 것이다. 이러한 본 명세서는 N개의 서브캐리어들을 포함하는 주파수 대역에서 신호를 수신하는 복수의 RF 안테나, 여기서 상기 신호는 적어도 하나의 RF 안테나를 구비한 송신장치가 상기 수신장치를 위해 전송한 자기 신호를 포함함; 및 상기 N개의 서브캐리어들 중 상기 자기 신호의 전송을 위해 사용된 N_D개의 서브캐리어들을 제외한 나머지 서브캐리어들 중 적어도 하나의 서브케리어를 사용하여 상기 신호로부터 상기 자기 신호를 복원하는 프로세서를 포함하는 송신장치를 게시한다. 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

다중 입출력 통신 시스템에서 간섭을 제어하는 통신장치 및 방법{COMMUNICATION APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING INTERFERENCE IN MULTIPLE INPUT MULTIPLE OUTPUT COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다중 셀룰러 다중 입출력 통신 시스템에서 셀간 간섭 및 사용자간 간섭을 제어하는 직교 주파수 분할 다중화 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 다중 셀 다중 입출력 무선통신 시스템에서 간섭을 제어하기 위한 통신장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 기술적 과제는 다중 셀룰러 다중 입출력 통신 시스템에서 셀 간 간섭과 부반송파 간 간섭을 제거함과 동시에 다중 안테나의 사용으로부터 공간 다중화 및 공간 다이버시티 이득을 얻기 위하여, 직교 주파수 분할 다중화를 기반으로 하는 통신장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 서로 직교하는 N개의 서브캐리어(subcarrier)를 이용하여 통신을 수행함에 있어서 간섭을 제어하는 수신장치를 제공한다. 상기 수신장치는 상기 N개의 서브캐리어들을 포함하는 주파수 대역에서 신호를 수신하는 복수의 RF 안테나, 여기서 상기 신호는 적어도 하나의 RF 안테나를 구비한 송신장치가 상기 수신장치를 위해 전송한 자기 신호를 포함함; 및 상기 N개의 서브캐리어들 중 상기 자기 신호의 전송을 위해 사용된 N_D개의 서브캐리어들을 제외한 나머지 서브캐리어들 중 적어도 하나의 서브케리어를 사용하여 상기 신호로부터 상기 자기 신호를 복원하는 프로세서를 포함한다.

일 측면에서, 상기 프로세서가 상기 자기 신호를 복원하는 과정은, 상기 신호를 병렬 처리를 위해 다수의 병렬 서브 신호들로 출력하는 단계, 상기 병렬 서브 신호에 삽입된 부가요소(extra element)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 포함할 수 있다.

다른 측면에서, 상기 신호는 상기 자기 신호가 곱해진 송수신 채널 행렬과 간섭 신호가 곱해진 간섭 채널 행렬에 의해 정의되고, 상기 후처리 과정은, 상기 송수신 채널과 상기 간섭 채널 행렬을 각각 비순환성 행렬(non circulant matrix)과 순환성 행렬(circulant matrix)로 변환하는 단계, 및 상기 신호에 상기 적어도 하나의 서브캐리어를 곱하여 상기 간섭 신호를 제거한 유효 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 N_D는, 상기 송신장치의 각 RF 안테나와 상기 수신장치의 각 RF 안테나간에 형성되는 적어도 하나의 송수신 채널의 제1 다중 경로 탭 길이와, 상기 송신장치 이외의 다른 송신장치의 각 RF 안테나와 상기 수신장치의 각 RF 안테나간에 형성되는 적어도 하나의 간섭 채널의 제2 다중 경로 탭 길이의 함수에 의해 결정될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1 다중 경로 탭 길이의 최소값이 L_D이고, 상기 제2 다중 경로 탭 길이의 최대값이 L_I일 때,

일 수 있다.

또 다른 측면에서, 상기 N은 상기 송신장치의 RF 안테나 수 N_T와 상기 수신장치의 RF 안테나 수 N_R에 대한 함수로 결정될 수 있다. 보다 구체적으로,

일 수 있다.

또 다른 측면에서, 상기 부가요소는 주기적 전치 부호(cyclic prefix: CP)일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 주기적 전치 부호의 길이는, 상기 송신장치의 각 RF 안테나와 상기 수신장치의 각 RF 안테나간에 형성되는 적어도 하나의 송수신 채널의 제1 다중 경로 탭 길이와, 상기 송신장치 이외의 다른 송신장치의 각 RF 안테나와 상기 수신장치의 각 RF 안테나간에 형성되는 적어도 하나의 간섭 채널의 제2 다중 경로 탭 길이 중 적어도 하나의 함수에 의해 결정될 수 있다. 또는 상기 주기적 전치 부호의 길이는, 상기 제2 다중 경로 탭 길이-1일 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 서로 직교하는 N개의 서브캐리어(subcarrier)를 이용하여 통신을 수행함에 있어서 간섭을 제어하는 송신장치를 제공한다. 상기 송신장치는 병렬처리를 위한 N_D개의 데이터 심볼을 생성하고, 상기 데이터 심볼들을 상기 N개의 서브캐리어들의 부분집합인 N_D개의 서브캐리어에 맵핑하며, 상기 맵핑된 N_D개의 서브캐리어로써 IDFT(inverse discrete fourier transform)를 수행하여 N개의 병렬 서브 신호들을 출력하고, N개의 병렬 서브 신호들에 부가요소를 삽입하여 OFDM(orthorgonal frequency division multiplexing) 심볼을 생성하는 프로세서, 및 상기 OFDM 심볼을 반송파에 실어서 자기 신호(own signal)를 적어도 하나의 RF 안테나를 구비한 수신장치로 전송하는 복수의 RF 안테나를 포함할 수 있다.

일 측면에서 상기 N_D는, 상기 송신장치의 각 RF 안테나와 상기 수신장치의 각 RF 안테나간에 형성되는 적어도 하나의 송수신 채널의 제1 다중 경로 탭 길이와, 상기 송신장치 이외의 다른 송신장치의 각 RF 안테나와 상기 수신장치의 각 RF 안테나간에 형성되는 적어도 하나의 간섭 채널의 제2 다중 경로 탭 길이의 함수에 의해 결정될 수 있다.

다른 측면에서, 상기 제1 다중 경로 탭 길이의 최소값이 L_D이고, 상기 제2 다중 경로 탭 길이의 최대값이 L_I일 때,

일 수 있다.

또 다른 측면에서, 상기 N은 상기 송신장치의 RF 안테나 수 N_T와 상기 수신장치의 RF 안테나 수 N_R에 대한 함수로 결정될 수 있다. 보다 구체적으로,

일 수 있다.

또 다른 측면에서, 상기 부가요소는 주기적 전치 부호(cyclic prefix: CP)일 수 있다. 여기서, 상기 주기적 전치 부호의 길이는, 상기 송신장치의 각 RF 안테나와 상기 수신장치의 각 RF 안테나간에 형성되는 적어도 하나의 송수신 채널의 제1 다중 경로 탭 길이와, 상기 송신장치 이외의 다른 송신장치의 각 RF 안테나와 상기 수신장치의 각 RF 안테나간에 형성되는 적어도 하나의 간섭 채널의 제2 다중 경로 탭 길이 중 적어도 하나의 함수에 의해 결정될 수 있다. 또는, 상기 주기적 전치 부호의 길이는 상기 제2 다중 경로 탭 길이-1일 수 있다.

본 발명에 따른 다중 셀 다중 입출력 통신 시스템은, 서로 다른 송신기(기지국) 간의 협력 없이도 셀 간 간섭을 완벽히 제거할 수 있고, 다중 안테나로 인한 공간 다중화 및 공간 다이버시티를 얻을 수 있으므로, 무선 자원의 효과적인 공유 및 활용으로 인한 주파수 효율 향상을 꾀할 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 다중 입출력 통신 시스템에서 다수의 안테나를 구비한 다수의 송신기들과 다수의 안테나를 구비한 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 일 예에 따른 수신기로서 그 일부를 보다 상세하게 도시한 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일례에 따른 수신기의 동작을 도시한 순서도이다.
도 9는 본 발명의 다른 예에 따른 수신기로서 그 일부를 보다 상세하게 도시한 블록도이다.
도 10은 본 발명의 송신기가 생성하는 전송 프레임 구조의 일례이다.

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 제공하며, 다수의 안테나를 구비할 수 있다. 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. 단말(12)은 다수의 안테나를 구비할 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 T_s=T_g+T_b로 정의될 수 있다. 여기서, T_g는 CP(Cyclic Prefix)이고, T_b는 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. T_b는 T_s에서 CP를 제외한 나머지 부분이며, 실제 데이터를 복원하는데 필요한 OFDM 심볼 부분이다. T_g와 T_b간의 비를 G라 하면, 다음의 수학식이 성립한다.

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) X_k1를 수신하고, 인접한 셀(15c)의 기지국(11)으로부터 간섭 신호 X_i1을 수신한다. 동일한 셀(15a)에 연결된 단말(12-2)은 셀(15a)로부터 자기 신호 X_k2를 수신하고, 인접한 셀(15b)의 기지국(11)으로부터 간섭 신호 X_i2를 수신한다. 셀(15b)에 연결된 단말(12-3)은 셀(15b)로부터 자기 신호 X_k3을 수신하고, 인접한 셀(15c)의 기지국(11)으로부터 간섭 신호 X_i3을 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.

이와 같이 하나 또는 그 이상의 안테나를 구비하는 다수의 송신기와 하나 또는 그 이상의 안테나를 구비하는 다수의 수신기가 통신을 수행하는 다중 셀 다중 입출력 통신 시스템에서, 채널 상황은 송신기와 수신기의 개수 및 안테나의 조합의 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 다중 셀 다중 입출력 통신 시스템에서, 직교 주파수 분할 다중화를 이용하여 셀 간 간섭과 부반송파 간 간섭을 제거함과 동시에 다중 안테나의 사용으로부터 공간 다중화 및 공간 다이버시티 이득을 제공하는 통신장치 및 방법을 제공하고자 한다.

본 명세서의 일례에 따라 게시되는 송신기는, 각 송수신기 쌍의 송수신 채널과 간섭 채널 사이에 존재하는 채널 시간 지연 확산(delay spreads, dispersion)의 상대적인 차이(즉, 다중 경로(multi-path) 탭 개수의 상대적인 차이 또는 채널 임펄스 응답(channel impulse response) 길이의 상대적인 차이)를 기반으로 자기 신호를 생성하여 전송할 수 있다. 일 측면에서, 송신기는 특정 개수의 서브캐리어들만을 자기 신호의 송신에 사용하고, 상기 사용된 서브캐리어들의 개수, 송신 안테나의 개수 및 수신 안테나의 개수를 기반으로 역 이산 푸리에(inverse discrete fourier transformation: IDFT) 행렬의 크기를 결정하며, IDFT 행렬의 부분 행렬을 이용하여 상기 자기 신호를 다중 반송파로 변환하고, 수신기가 셀 간 간섭 제거를 수행하는 것을 지원하기 위해 상기 자기 신호에 부가요소를 삽입할 수 있다. 여기서, 상기 부가요소는 주기적 전치 부호(cyclic prefix, CP) 또는 영(0) 패딩(zero-padding)일 수 있다.

본 명세서의 일례에 따라 게시되는 수신기는, 각 송수신기 쌍의 송수신 채널과 간섭 채널 사이에 존재하는 채널 시간 지연 확산(delay spreads, dispersion)의 상대적인 차이(즉, 다중 경로(multi-path) 탭 개수의 상대적인 차이 또는 채널 임펄스 응답(channel impulse response) 길이의 상대적인 차이)를 이용하여 셀간 간섭을 제거한다. 일 측면에서, 수신기는 간섭 채널 행렬을 순환성 행렬 구조로 변환하고, 수신 신호를 자기 신호의 전송에 이용되지 않은 서브캐리어들에 대한 역 이산 푸리에 변환(IDFT) 행렬의 부분 행렬로 선형 결합하며, 셀 간 간섭 처리 이후 서브캐리어간 간섭을 처리할 수 있다.

이제 다중 셀룰러 다중 입출력 통신 시스템에서 간섭이 발생하는 양상을 수학적으로 표현하기 위해 도 3을 참조한다.

도 3은 본 발명이 적용되는 다중 셀룰러 다중 입출력 통신 시스템에서 다수의 안테나를 구비한 다수의 송신기들과 다수의 안테나를 구비한 다수의 수신기들이 통신을 수행하는 경우 발생할 수 있는 하향링크 간섭의 일 예이다.

도 3을 참조하면, 3개의 송신기(Tx1, Tx2, Tx3)가 3개의 대응되는 수신기(Rx1, Rx2, Rx3)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 Tx1의 2개의 안테나와 Rx1의 2개의 안테나간, Tx2의 2개의 안테나와 Rx2의 2개의 안테나간, Tx3의 2개의 안테나와 Rx3의 2개의 안테나 간의 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.

3개의 Tx의 안테나들(총 6개의 송신 안테나)과 3개의 Rx의 안테나들(총 6개의 수신 안테나) 사이의 채널(송수신 채널과 간섭 채널을 포함)을 하나의 시스템으로 보면, 6개의 송신안테나에서 송출되는 신호는 상기 시스템으로의 입력 신호로 볼 수 있고, 6개의 수신안테나들이 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, i 번째 송신기의 t 번째 안테나와 k 번째 수신기의 r 번째 안테나 사이에 존재하는 (무선 또는 유선) 채널의 채널 임펄스 응답(channel impulse response, CIR)은

으로 표현할 수 있다. 여기서 L_k,i는 i번째 송신기와 k 번째 수신기 사이의 다중 경로 탭 개수(또는 CIR의 길이)이다. 예를 들어, 다중 경로 탭 개수는 채널의 지연 확산 분포(delay spread)와 심볼 전송 길이(symbol duration)의 상대적인 차이 혹은 주파수 대역과 채널 상관 대역폭의 상대적인 차이에 의해서 결정될 수 있다.

K 개의 서로 다른 송신기가 같은 주파수 시간 자원을 이용하여 신호를 전송할 경우, k 번째 수신기의 r 번째 안테나에서 n 번째 단위 시간에 수신하는 신호는 다음과 같이 표현할 수 있다.

수학식 2를 참조하면,

은 i 번째 송신기의 t 번째 안테나에서 n 번째 단위 시간에 전송한 신호를 나타내고,

은 k 번째 수신기의 r 번째 안테나에서 n 번째 단위 시간에 들어오는 잡음 (noise), 그리고 N_T는 송신 안테나 수를 나타낸다. 수신 안테나 수는 N_R이라 한다. 수학식 2는 아래와 같은 동일한 식으로 나타낼 수 있다.

수학식 3을 참조하면, 우변의 두 번째 항은 k가 아닌 다른 i번째 송신기들로부터 간섭 채널을 거쳐서 전송되는 신호로써, 해당하는 수신기가 원하지 않는 셀 간 간섭 (inter-cell interference)신호들의 중첩으로 이루어져 있다. 이하에서 행렬 H _k,k ^r,t 는 송수신 채널의 임펄스 응답으로 구성되어 있으므로 송수신 채널 행렬이라 부르고, 행렬 H _k,i ^r,t 는 간섭 채널의 임펄스 응답으로 구성되어 있으므로 간섭 채널 행렬이라 부르기로 한다.

수학식 3에서 보는 바와 같이, k번째 수신기의 r번째 안테나가 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 송신 안테나를 구비하는 다수의 송신기와, 다수의 수신 안테나를 구비하는 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 타 송신 안테나로부터의 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. 즉, 본 명세서의 일 실시예에 따르면, 통신 시스템(또는 수신기)은 간섭 채널 행렬 H _k,i ^r,t 을 순환성 행렬로 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.

이하에서, 도 3의 통신 시스템에서 2개의 송신 안테나를 구비한 3개의 송신기들이 각각 2개의 안테나를 기반으로 동일한 주파수와 시간 자원을 이용하여 각 셀의 4개의 수신 안테나를 구비한 수신기들을 위한 데이터를 전송하는 환경을 고려한다(즉, K=3, N_T=2, N_R=4). 이 때, 모든 k 에 대해서 CIR 길이가 다음 수학식을 만족하는 통신 환경을 가정한다.

위와 같은 통신 환경 하에서 각 송신기는 N_D=L_D-L_I=2개의 데이터 심볼을 각 수신기에게 송신한다. 이 때, k 번째 수신기의 r 번째 안테나가 네 번째 단위 시간까지 수신하는 신호 y _k ^r 는 상기 수학식 3으로부터 다음과 같이 얻어진다.

수학식 6은 입력 신호와 송수신채널/간섭 채널의 임펄스 응답을 선형 컨벌루션(linear convolution)한 결과를 테플리츠 행렬(toeplitz matrix) 형태로 표현한 것이다. 여기서, 각 송신기는 네 번째 단위 시간까지 전송하는 신호를 다음과 같이 생성할 수 있다.

수학식 7 및 8을 참조하면, f _i 는 3-포인트 IDFT 행렬의 i 번째 열벡터(column vector)이며, 다음과 같이 정의될 수 있다.

수학식 9에서

이다. 수학식 6은 수학식 8로부터 아래와 같은 표현될 수 있다.

수학식 10을 참조하면, 간섭 채널 행렬 H _k,i ^r,t 는

로 변환되고, 송수신 채널 행렬 H _k,k ^r,t 는

로 변환된다.

수학식 10과 같은 수신 신호를 f ₃ 의 복합공액전치(conjugate transpose)로 결합하면 다음과 같은 유효 수신 신호가 얻어진다.

수학식 11을 참조하면, (ㅇ)^H는 복합공액전치 연산을 나타낸다. 행렬

는 아래와 같이 두 행렬의 합으로 나타낼 수 있다.

이 때

과

는 모두 순환성 행렬이므로 m=1,2에 대해서 수학식 13이 성립한다.

수학식 13을 수학식 11에 대입하면 k 번째 수신기의 r 번째 안테나에서 얻어지는 유효신호는 아래와 같이 나타낼 수 있다.

수학식 14를 참조하면,

이다. 위의 유효 수신 신호는 셀 간 간섭 신호를 포함하지 않으며, 오직 k 번째 송신기에서 송신한 신호들과 잡음만을 포함한다. k 번째 수신기가 각 수신 안테나의 유효 신호를 결합하면 아래와 같이 나타낼 수 있다.

수학식 15를 참조하면, k번째 수신기는

의 유효 채널 정보를 기반으로 k 번째 송신기에서 전송된 데이터 심볼 벡터인 s _k 를 검파할 수 있다. 이와 같은 방식으로 모든 수신기는 각 송신기에서 송신한 네 개의 데이터 심볼을 모두 복원할 수 있다.

한편, 상기와 같이 수신기가 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 적어도 하나의 RF 안테나(RF(radio frequency) antenna, 430)를 포함한다. 메모리(420)는 프로세서(410)와 연결되어, 프로세서(410)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. 적어도 하나의 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. 적어도 하나의 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 적어도 하나의 RF 안테나(465)를 포함한다. 메모리(455)는 프로세서(460)와 연결되어, 프로세서(460)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. 적어도 하나의 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 복수의 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 적어도 하나의 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), 적어도 하나의 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), 병렬처리부(520)의 출력 신호를 각 RF 안테나(430-1,…430-t)를 통해 전송하기 위한 신호처리부(530) 및 복수의 RF 안테나(430-1,…430-t)를 포함한다.

일례로서, 신호처리부(530)는 병렬처리부(520)의 출력 신호를 전달받아 각 RF 안테나(430-1,…430-t)별로 전송될 신호를 분리하여 병렬적으로 처리하기 위한 복수의 서브 신호처리부(535-1,…,535-t)를 포함할 수 있다. 각 서브 신호처리부(535-1,…,535-t)는 부분적 IDFT 처리부(partial IDFT processing unit: 540), 부가요소 삽입부(extra element insertion unit: 550), 직렬처리부(parallel to serial processing unit: 560)를 포함하며, 송수신 채널과 간섭 채널의 지연 확산의 차이를 이용해 OFDM 심볼구조를 생성한다. 송신기(500)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 데이터 심볼(또는 변조 심볼)들을 생성한다(S600).

병렬처리부(520)는 직렬로 입력되는 다수의 데이터 심볼을 동시에 병렬로 변환한다(S605). 즉, 병렬처리부(20)는 직렬의 다수의 데이터 심볼들을 병렬 처리를 위한 데이터 심볼 벡터로 변환한다. 동시에 병렬로 변환되는 데이터 심볼의 개수를 N_D라고 할 때, N_D는 송수신 채널과 간섭 채널의 다중 경로 탭의 함수로 결정될 수 있다. 여기서 N_D는 자원의 불필요한 낭비를 줄이고 주파수 효율을 높이기 위해 적절한 값으로 결정될 수 있다.

일례로서, 모든 k 번째 수신기와 k가 아닌 다른 i 번째 송신기 사이에 형성되는 간섭 채널들의 다중 경로 탭 길이들 중 최대값이 L_I라고 하고, 모든 k 번째 수신기와 k 번째 송신기 사이에 존재하는 송수신 채널들의 다중 경로 탭 길이들 중 최소값이 L_D라고 할 때, N_D≤L_D-L_I를 만족하도록 결정될 수 있다.

다른 예로서, N_D 는 통신 시스템 표준에 의해 전체 송신기와 전체 수신기간에 미리 정의 또는 규약된 값일 수 있다. 각 송신기는 N_D와 같거나 작은 범위 내에서 데이터 심볼의 개수를 생성하고, 그에 따른 데이터 심볼들을 전송할 수 있다.

또 다른 예로서, N_D는 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.

상기 여러가지 예시에 따라서 미리 정의되거나 적응적으로 결정되는 N_D에 관한 정보는 송신기와 수신기간에 서로 교환될 수 있다. 예를 들어, 송신기가 N_D에 관한 정보를 수신기로 전송하거나, 수신기가 N_D에 관한 정보를 송신기로 전송할 수 있다. 이때, N_D에 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.

부분 IDFT 변환부(540)는 부분적 IDFT 행렬을 이용하여 데이터 심볼 벡터를 다중 반송파의 합으로 만든다(S610). 보다 구체적으로, 부분 IDFT 변환부(540)는 병렬처리부(520)에서 출력된 N_D의 데이터 심볼 벡터를 N-포인트 IDFT 행렬의 열벡터들 중 N_D개의 열벡터들로 구성된 부분 행렬을 이용해 다중 반송파로 변환한다. N은 N_D와 송신 안테나 수 N_T와 수신 안테나 수 N_R에 대한 함수로 결정될 수 있다. 자원의 불필요한 낭비를 줄이고 주파수 효율을 높이기 위한 한 가지 예로, N은 아래의 식을 만족하도록 결정될 수 있다.

부분 IDFT 변환부(540)가 N-point IDFT 행렬의 열벡터들 중 N_D개의 열벡터들로 부분 행렬을 구성하기 위한 한 가지 실시 예로서, 통신 시스템에서 얻을 수 있는 주파수 효율의 합을 높이기 위한 최적의 N_D의 열벡터들을 선택할 수 있다. 선택된 N_D개의 열벡터들의 열 인덱스 집합을 S라고 하고, k 번째 송신기의 t 번째 안테나에서 병렬처리부(520)의 출력 신호인 데이터 심볼 벡터를 s _k ^t 라고 할 때, 상기 부분 IDFT 변환부(540)의 출력 신호

는 다음과 같다.

수학식 17에서, f _i 는 N-point IDFT 행렬의 i 번째 열벡터이고, S(d)는 S의 d 번째 성분을 나타낸다.

부가요소 삽입부(550)는 수신기(450)가 간섭 신호를 효율적으로 제거하는 동작을 지원하기 위해, 부분 IDFT 변환부(540)의 출력에 부가요소를 삽입할 수 있다(S615). 여기서, 부가요소는 수신기(450)가 송수신 채널 행렬을 비순환성 행렬 구조로 변환하고, 간섭 채널 행렬을 순환성 행렬 구조로 변환하는 기반을 제공한다.

일례로서, 부가요소 삽입부(550)는 부분 IDFT 변환부(540)의 출력신호의 앞에 L_I-1보다 길고 L_D-1보다 짧은 길이의 주기적 전치 부호(cyclic prefix, CP)를 삽입할 수 있다. 이러한 특정 길이의 CP가 삽입되면 수신기(450)가 CP를 제거하는 과정을 통해 송수신 채널 행렬을 비순환성 채널 행렬 구조로 변환할 수 있고, 간섭 채널 행렬을 순환성 채널 행렬 구조로 변환할 수 있다. 이 때, 자원의 불필요한 낭비를 줄이고 주파수 효율을 높이기 위해서 CP 길이는 L_I-1로 정의될 수 있다. 예를 들어 k 번째 송신기의 t 번째 송신 안테나에서 부분 IDFT 변환부(540)의 출력신호가

라고 할 때, 부가요소 삽입부(550)가 상기 출력신호에 L_I-1 길이의 CP를 삽입하여 출력하는 OFDM 신호는 다음 식과 같이 표현할 수 있다.

다른 예로서, 부가요소 삽입부(550)는 부분 IDFT 변환부(540)의 출력신호의 뒤에 L_I-1보다 길고 L_D-1보다 짧은 길이의 영(0) 패딩(padding)을 삽입할 수 있다. 이러한 zero-padding을 사용하면 수신기(450)가 적절한 선형 결합을 통해 송수신 채널 행렬을 비순환성 채널 행렬 구조로 변환할 수 있고, 간섭 채널 행렬을 순환성 채널 행렬 구조로 변환할 수 있다. 예를 들어 k 번째 송신기의 t 번째 안테나에서 부분 IDFT 변환부(540)의 출력신호가

라고 할 때, 부가요소 삽입부(550)가 상기 출력신호에 영(0)을 삽입하여 출력하는 OFDM 신호는 다음 식과 같이 표현할 수 있다.

직렬처리부(560)는 상기 OFDM 심볼에 대해 직렬처리(parallel to serial processing)를 수행하고, 대응하는 RF 안테나(430-t)는 상기 OFDM 심볼을 반송파에 실어서 전송한다(S620).

다시 도 4를 참조하면, 수신기(450)의 프로세서(460)와 적어도 하나의 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 적어도 하나의 RF 안테나(465)를 물리적 요소 및/또는 논리적 요소들로 세분화하면 도 7과 같다.

도 7은 본 발명의 일 예에 따른 수신기로서 그 일부를 보다 상세하게 도시한 블록도이다. 설명의 편의를 위해 메모리(455)는 생략되었으며, 도 7의 수신기(700)의 구성요소들은 각각 도 4의 수신기(450)의 프로세서(460), 메모리(455), 적어도 하나의 RF 안테나(465-1,…,465-r) 중 적어도 하나에 포함되어 있을 수 있다.

도 7을 참조하면, 수신기(700)는 적어도 하나의 RF 안테나(465-1,…,465-r), 각 RF 안테나로부터 제공되는 수신 신호에 대해 셀간 간섭처리를 수행하는 적어도 하나의 서브 신호처리부(710-1,…,710-r), 채널 추정부(channel estimation unit: 720), 서브캐리어간 간섭 처리 및 검파부(inter-subcarrier interference processing & detection unit: 730), 직렬 처리부(740)를 포함한다. 한편, 수신기(700)는 적어도 하나의 RF 안테나(465-1,…,465-r)와 적어도 하나의 서브 신호처리부(710-1,…,710-r) 사이에 저잡음 증폭기(low noise amplifier: LNA), 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(analog digital converter), 수신 신호 동기화를 위한 수신 심볼 동기화 유닛을 더 포함할 수 있다. 한편, 각 서브 신호처리부(710-1,…,710-r)는 병렬 처리부(712), 채널 변환부(channel transformation unit, 714) 및 셀간 간섭 처리부(inter-cell interference processing unit, 716)를 포함한다.

수신기(700)의 각 구성요소별 동작은 도 8과 같다. 도 8에서는 도 7의 수신기(700)의 각 구성요소 관점에서의 동작으로 서술되나, 전체적으로는 수신기 또는 통신 시스템의 처리, 동작 내지는 방법에 해당함은 당연하다.

도 8을 참조하면, 적어도 하나의 RF 안테나(465-1,…,465-r)는 송수신 채널과 간섭 채널의 영향, 그리고 지연 확산과 전파 지연 중 적어도 하나의 영향을 받은 신호 y _k 를 수신하고, 이를 병렬 처리부(712)와 채널 추정부(720)로 보낸다(S800). 병렬 처리부(712)는 수신 신호에 대해 CP를 제거하고, DFT를 수행하기 위해 수신 신호를 다수의 병렬 서브 신호들(즉, 데이터 심볼 벡터)로 출력한다.

채널 변환부(714)는 간섭 채널 행렬을 순환성 행렬 구조로 변환하는 동작 및 송수신 채널 행렬을 비순환성 행렬 구조로 변환하는 동작 중 적어도 하나를 수행한다(S805).

일례로서, 송신기의 부가요소 삽입부에서 L_I-1길이의 CP를 삽입하여 OFDM 신호를 생성한 경우, 채널 변환부(714)는 L_I-1길이의 CP 제거를 통해서 간섭 채널 행렬을 순환성 행렬 구조로 변환하는 동작 및 송수신 채널 행렬을 비순환성 행렬 구조로 변환하는 동작을 수행할 수 있다. CP 제거를 거친 뒤 k 번째 수신기의 r 번째 안테나에서 얻어지는 채널 변환부(714)의 출력 신호

는 다음 수학식과 같다.

수학식 10을 참조하면,

는 k 번째 송신기의 t 번째 안테나에서

에 해당하는 단위 시간에 송신한 신호를 벡터로 나타낸 것이며,

는 동일한 시간에 k 번째 송신기의 r 번째 안테나에서 받은 잡음을 벡터로 나타낸 것이다.

셀간 간섭 처리부(716)는 N-point IDFT 행렬 F 중에서 송신기에서 사용한 S의 여집합인 S^c={1,2,…,N}/S 의 인덱스에 해당하는 열벡터들과의 선형 결합이다. k 번째 수신기의 r 번째 안테나에서 셀간 간섭 처리부(716)의 출력 신호는 다음과 같다.

수학식 21을 참조하면,

은 k 번째 수신기의 r 번째 안테나와 k 번째 송신기의 t 번째 안테나 사이의 유효 채널이고,

는 이때의 유효 잡음이다. 즉, 셀간 간섭 처리부(716)는 전술된 바와 같이, 후처리 과정에 기반하여 간섭 신호를 제거할 수 있다(S810). 모든 수신기가 입력받은 유효 수신 신호들을 하나의 열 벡터에 배열하면 아래의 수학식처럼 표현할 수 있다.

채널 추정부(720)는 RF 안테나(465)로부터 받은 수신 신호 y _k 로부터 송수신 채널 또는 후처리 과정에 의해 변환된 송수신 채널의 추정을 수행하여 유효 채널 정보를 획득한다(S815).

한편, 서브캐리어간 간섭 처리 및 검파부(730)는 각 RF 안테나(465-1,…,465-r)의 셀간 간섭 처리부(716)로부터 출력되는 유효 수신 신호들을 입력받는다. 그리고 채널 추정부(720)에 의해 획득된 상기 유효 채널 정보에 기반하여, 셀간 간섭을 제거한

에 남아 있는 서브캐리어간 간섭을 제거하고, 셀간 간섭과 서브캐리어간 간섭이 제거된 신호를 획득하여 직렬 처리부(740)로 보낸다(S820). 이와 같이 서브캐리어간 간섭 처리 및 검파부(730)는 각 입력 받은 신호들에 대해서, 상기 유효 채널 정보를 기반으로 종래의 검파 기법을 사용하면, 모든 송신 안테나에서 송신한 데이터 심볼 벡터들을 복원할 수 있다. 다시 말해, 서브캐리어간 간섭 처리 및 검파부(730)는 모든 수신 안테나에서 수신한 유효 수신 신호들을 나타내는

에 대해서, 상기 유효 채널 정보

를 기반으로 종래의 최대 우도 검파 등의 기법을 사용하면, 모든 송신 안테나에서 송신한 데이터 심볼 벡터들을 포함한

를 복원할 수 있다. 직렬 처리부(740)는 병렬로 입력되는 신호를 직렬 스트림으로 출력한다.

도 9는 본 발명의 다른 예에 따른 수신기로서 그 일부를 보다 상세하게 도시한 블록도이다. 설명의 편의를 위해 메모리(420)는 생략되었으며, 도 9의 수신기(900)는 도 7의 수신기(700)의 구성요소들을 모두 포함하되, 서브캐리어간 간섭 처리 및 검파부(730)가 직렬 처리부(740)의 앞단과 뒷단으로 분할되어 연결되는 점에 차이가 있다.

즉, 수신기(900)는 적어도 하나의 RF 안테나(465-1,…,465-r), 각 RF 안테나로부터 제공되는 수신 신호에 대해 셀간 간섭처리를 수행하는 적어도 하나의 서브 신호처리부(710-1,…,710-r), 채널 추정부(channel estimation unit: 720), 서브캐리어간 간섭 처리부(inter-subcarrier interference processing unit: 910), 직렬 처리부(740) 및 심볼 검파부(920)를 포함한다. 한편, 수신기(900)는 적어도 하나의 RF 안테나(465-1,…,465-r)와 적어도 하나의 서브 신호처리부(710-1,…,710-r) 사이에 저잡음 증폭기(low noise amplifier: LNA), 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(analog digital converter), 수신 신호 동기화를 위한 수신 심볼 동기화 유닛을 더 포함할 수 있다. 한편, 각 서브 신호처리부(710-1,…,710-r)는 병렬 처리부(712), 채널 변환부(channel transformation unit, 714) 및 셀간 간섭 처리부(inter-cell interference processing unit, 716)를 포함한다.

도 10은 본 발명의 송신기가 생성하는 전송 프레임 구조의 일례이다.

도 10을 참조하면, 부가요소로서 CP가 사용된다. 프레임은 채널 추정을 위한 파일럿 신호와 B 개의 OFDM 심볼들로 이루어져 있으며 각 OFDM 심볼은 상기의 송신기의 실시 예에 따라 생성된 OFDM 신호를 의미한다. 이때 보호구간(guard time)은 각 OFDM 심볼이 다음 심볼에 간섭을 일으키지 않도록 하기 위해서 영(0)을 전송하는 부분이다.

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 (18)

1. 서로 직교하는 N개의 서브캐리어(subcarrier)를 이용하여 통신을 수행함에 있어서 간섭을 제어하는 수신장치로서,
   상기 N개의 서브캐리어들을 포함하는 주파수 대역에서 신호를 수신하는 복수의 RF 안테나, 여기서 상기 신호는 적어도 하나의 RF 안테나를 구비한 송신장치가 상기 수신장치를 위해 전송한 자기 신호를 포함함; 및
   상기 N개의 서브캐리어들 중 상기 자기 신호의 전송을 위해 사용된 N_D개의 서브캐리어들을 제외한 나머지 서브캐리어들 중 적어도 하나의 서브케리어를 사용하여 상기 신호로부터 상기 자기 신호를 복원하는 프로세서를 포함함을 특징으로 하는 수신장치.
2. 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 신호에 삽입된 부가요소(extra element)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.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 신호는 상기 자기 신호가 곱해진 송수신 채널 행렬과 간섭 신호가 곱해진 간섭 채널 행렬에 의해 정의되고,
   상기 후처리 과정은, 상기 송수신 채널과 상기 간섭 채널 행렬을 각각 비순환성 행렬(non circulant matrix)과 순환성 행렬(circulant matrix)로 변환하는 단계; 및
   상기 신호에 상기 적어도 하나의 서브캐리어를 곱하여 상기 간섭 신호를 제거한 유효 신호를 생성하는 단계를 포함함을 특징으로 하는, 수신장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 N_D는,
   상기 송신장치의 각 RF 안테나와 상기 수신장치의 각 RF 안테나간에 형성되는 적어도 하나의 송수신 채널의 제1 다중 경로 탭 길이와, 상기 송신장치 이외의 다른 송신장치의 각 RF 안테나와 상기 수신장치의 각 RF 안테나간에 형성되는 적어도 하나의 간섭 채널의 제2 다중 경로 탭 길이의 함수에 의해 결정됨을 특징으로 하는, 수신장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 제1 다중 경로 탭 길이의 최소값이 L_D이고, 상기 제2 다중 경로 탭 길이의 최대값이 L_I일 때,

   

   인 것을 특징으로 하는, 수신장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 N은 상기 송신장치의 RF 안테나 수 N_T와 상기 수신장치의 RF 안테나 수 N_R에 대한 함수로 결정됨을 특징으로 하는, 수신장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   

   

   인 것을 특징으로 하는, 수신장치.
8. 제 2 항에 있어서,
   상기 부가요소는 주기적 전치 부호(cyclic prefix: CP)인 것을 특징으로 하는, 수신장치.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 주기적 전치 부호의 길이는,
   상기 송신장치의 각 RF 안테나와 상기 수신장치의 각 RF 안테나간에 형성되는 적어도 하나의 송수신 채널의 제1 다중 경로 탭 길이와, 상기 송신장치 이외의 다른 송신장치의 각 RF 안테나와 상기 수신장치의 각 RF 안테나간에 형성되는 적어도 하나의 간섭 채널의 제2 다중 경로 탭 길이 중 적어도 하나의 함수에 의해 결정됨을 특징으로 하는, 수신장치.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 주기적 전치 부호의 길이는,
    상기 제2 다중 경로 탭 길이-1인 것을 특징으로 하는, 수신장치.
11. 서로 직교하는 N개의 서브캐리어(subcarrier)를 이용하여 통신을 수행함에 있어서 간섭을 제어하는 송신장치로서,
    병렬처리를 위한 N_D개의 데이터 심볼을 생성하고, 상기 데이터 심볼들을 상기 N개의 서브캐리어들의 부분집합인 N_D개의 서브캐리어에 맵핑하며, 상기 맵핑된 N_D개의 서브캐리어로써 IDFT(inverse discrete fourier transform)를 수행하여 N개의 병렬 서브 신호들을 출력하고, N개의 병렬 서브 신호들에 부가요소를 삽입하여 OFDM(orthorgonal frequency division multiplexing) 심볼을 생성하는 프로세서; 및
    상기 OFDM 심볼을 반송파에 실어서 자기 신호(own signal)를 적어도 하나의 RF 안테나를 구비한 수신장치로 전송하는 복수의 RF 안테나를 포함함을 특징으로 하는 송신장치.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 N_D는,
    상기 송신장치의 각 RF 안테나와 상기 수신장치의 각 RF 안테나간에 형성되는 적어도 하나의 송수신 채널의 제1 다중 경로 탭 길이와, 상기 송신장치 이외의 다른 송신장치의 각 RF 안테나와 상기 수신장치의 각 RF 안테나간에 형성되는 적어도 하나의 간섭 채널의 제2 다중 경로 탭 길이의 함수에 의해 결정됨을 특징으로 하는, 송신장치.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1 다중 경로 탭 길이의 최소값이 L_D이고, 상기 제2 다중 경로 탭 길이의 최대값이 L_I일 때,

    

    인 것을 특징으로 하는, 송신장치.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 N은 상기 송신장치의 RF 안테나 수 N_T와 상기 수신장치의 RF 안테나 수 N_R에 대한 함수로 결정됨을 특징으로 하는, 송신장치.
15. 제 14 항에 있어서,
    

    

    인 것을 특징으로 하는, 송신장치.
16. 제 11 항에 있어서,
    상기 부가요소는 주기적 전치 부호(cyclic prefix: CP)인 것을 특징으로 하는, 송신장치.
17. 제 16 항에 있어서, 상기 주기적 전치 부호의 길이는,
    상기 송신장치의 각 RF 안테나와 상기 수신장치의 각 RF 안테나간에 형성되는 적어도 하나의 송수신 채널의 제1 다중 경로 탭 길이와, 상기 송신장치 이외의 다른 송신장치의 각 RF 안테나와 상기 수신장치의 각 RF 안테나간에 형성되는 적어도 하나의 간섭 채널의 제2 다중 경로 탭 길이 중 적어도 하나의 함수에 의해 결정됨을 특징으로 하는, 송신장치.
18. 제 17 항에 있어서, 상기 주기적 전치 부호의 길이는,
    상기 제2 다중 경로 탭 길이-1인 것을 특징으로 하는, 송신장치.
    

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