KR20180078824A - Wavelet based non-orthogonal multiple access downlink transceiver - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 다중 접속 송수신기에 관한 것으로서, 더 상세하게는 5세대 또는 그 이후의 무선 이동 통신을 위한 비직교 다중 접속 송수신기에 웨이블릿 기반의 스펙트럼 성형 방식을 도입함으로써, 기존의 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing; 직교 주파수 분할 다중화) 스펙트럼 성형 방식에 비해 상대적으로 작은 대역폭이 필요하고, PAPR(peak-to-average power ratio)도 낮출 수 있는 웨이블릿 기반 비직교 다중 접속 다운링크 송수신기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
4G 기반의 통신 시스템은 전 세계 주요 지역에 배치되어 있다. 그러나 서비스의 다양성과 함께 이동 통신 트래픽의 성장도 또한 매일 증가하고 있으며, 이로 인해 5G 시스템에 대한 연구가 이루어졌다. 따라서 이동 통신 네트워크의 엄청난 트래픽에 대한 요구를 충족시키기 위해 차세대(5G) 모바일 네트워크를 설계하기 위한 산업 및 학술 연구가 주목받고 있다. 이전 세대의 모바일 통신과 비교하여 5G 시스템은 높은 데이터 전송률, 더 넓은 적용 범위, 낮은 대기 시간, 향상된 신뢰성 및 더 좋은 에너지 효율성을 지원할 필요가 있다. 유연성과 확장성은 다양한 서비스의 요구 사항을 해결하기 위해 계획된 5G 시스템의 주요 설계 목표이다.4G-based communication systems are deployed in major regions around the world. However, along with the diversity of services, the growth of mobile communication traffic is also increasing day by day, which has led to the study of 5G systems. Therefore, industrial and academic research for designing a next generation (5G) mobile network has been attracting attention in order to meet the demand for huge traffic of a mobile communication network. Compared to previous generation mobile communications, 5G systems need to support high data rates, wider coverage, lower latency, improved reliability and better energy efficiency. Flexibility and scalability are key design goals of a planned 5G system to address the needs of various services.
2020년을 향해 FRA(future radio access) 기술을 설계하기 위해, 주요 요구 사항들 중 하나는 기존의 LTE(Long Term Evolution)에 비해 스펙트럼 효율을 최소 3배까지 향상시키는 것이다. 따라서 트래픽의 기하 급수적인 증가를 지원하기 위해, 5G에 대한 다중 접속(multiple access, MA) 기술이 가장 중요한 연구 과제 중 하나이다. 5G를 위한 MA 기법은 서로 다른 사용자들 사이의 자원 할당 기법에 기반하여 직교 MA와 비직교 MA로 분류된다. LTE 및 LTE-Advanced(LTE-A)와 같은 현재의 모바일 네트워크에서, MA 기술은 다운 링크를 위한 직교 주파수 분할 다중 접속(orthogonal frequency division multiple access, OFDMA) 또는 업링크 전송을 위한 단일 캐리어 주파수 분할 다중 접속(single carrier frequency division multiple access, SC-FDMA)의 형태로 채택된다. 향후 트래픽 수요를 수용하기 위해 SIC(successive interference cancellation)를 갖춘 NOMA(non-orthogonal multiple access, 비직교 다중 접속)가 5G MA의 후보로 주목받고 있다. 이전 세대에서는 사용자가 시간 및 주파수 도메인을 사용하여 다중화되었지만, NOMA는 전원 또는 코드 도메인을 사용하여 다른 사용자에게 서비스를 제공한다. NOMA는 채널 조건에 따라 여러 사용자에게 서로 다른 전력 레벨을 할당함으로써 시스템 성능을 크게 향상시키는 것으로 알려져 있다. 서로 다른 사용자들을 역 다중화하기 위해, SIC는 다중 사용자 간섭에 대처하기 위해 수신기 측에서 종종 사용된다.One of the key requirements for designing future radio access (FRA) technology towards 2020 is to improve spectral efficiency by at least 3 times over conventional LTE (Long Term Evolution). Therefore, to support the exponential growth of traffic, the multiple access (MA) technology for 5G is one of the most important research projects. The MA scheme for 5G is classified as orthogonal MA and non - orthogonal MA based on resource allocation among different users. In current mobile networks, such as LTE and LTE-Advanced (LTE-A), the MA technology is used for orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) for downlink or single carrier frequency division multiplex And is adopted in the form of single carrier frequency division multiple access (SC-FDMA). In order to accommodate future traffic demand, non-orthogonal multiple access (NOMA) with successive interference cancellation (SIC) is attracting attention as a candidate for 5G MA. In previous generations, users were multiplexed using time and frequency domains, but NOMA uses a power or code domain to serve other users. NOMA is known to significantly improve system performance by allocating different power levels to different users according to channel conditions. In order to demultiplex different users, SIC is often used at the receiver side to cope with multiuser interference.
5G 시스템이 더 우수한 스펙트럼 억제를 달성하는 데 도움이 되는 또 다른 유망한 기술은 새로운 파형의 설계이다. 파형 선택은 시스템 복잡성, 트랜시버 설계 및 링크 성능에서 중요한 역할을 한다. 더욱이, 분산 채널의 도전적인 문제 중 하나인 심볼 간 간섭(ISI)을 회피하기 위해서는 파형의 신중한 선택이 불가피하다. 3.9/4G에서, 서로 다른 장점, 즉 다중 경로에 대한 강건성, 낮은 복잡성 및 다중 입력 다중 출력(MIMO) 기술에 대한 호환성을 제공하기 위해 OFDM이 채택된다. OFDM은 시스템 처리량을 증가시키는 대신 더 높은 데이터 전송률을 달성할 수 있지만, OFDM은 여전히 많은 제한사항을 가지고 있다. OFDM에서 역 고속 푸리에 변환(IFFT)/고속 푸리에 변환(FFT) 필터 뱅크의 불량한 응답은 스펙트럼 누설을 야기하고, 13dB의 낮은 사이드 로브가 ICI를 더 많이 일으킨다.Another promising technology that helps 5G systems achieve better spectral suppression is the design of new waveforms. Waveform selection plays an important role in system complexity, transceiver design, and link performance. Moreover, careful selection of waveforms is inevitable to avoid inter-symbol interference (ISI), one of the challenging problems of distributed channels. At 3.9 / 4G, OFDM is adopted to provide different advantages, namely robustness to multipath, low complexity, and compatibility with multiple input multiple output (MIMO) techniques. OFDM can achieve higher data rates instead of increasing system throughput, but OFDM still has many limitations. In OFDM, poor response of an IFFT / FFT filterbank causes spectral leakage, and a low side lobe of 13dB causes more ICI.
오늘날까지 모든 연구자들의 주된 관심사는 OFDM 기반의 NOMA 시스템이다. 그러나 스펙트럼 누출, PAPR, 그리고 CP(cyclic prefix)의 포함으로 인한 스펙트럼 효율성 저하 문제로 인해 OFDM은 5G 시스템을 위한 스펙트럼 요구사항을 충족시키는 파형 성형을 위한 적절한 선택으로 보기 어렵다. 따라서, 용량 및 SE(spectral efficiency)를 개선하기 위해, 새로운 파형 성형 기법이 전력 영역 NOMA 송수신기에 대해 요구된다.To date, all researchers are interested in OFDM-based NOMA systems. However, due to spectral efficiency degradation due to the inclusion of spectral leakage, PAPR, and cyclic prefix (CP), OFDM is not a viable option for waveform shaping to meet the spectrum requirements for 5G systems. Therefore, to improve capacity and SE (spectral efficiency), a new waveform shaping technique is required for the power domain NOMA transceiver.
한편, 공개특허공보 제10-2014-0104315호(특허문헌 1)에는 "첨두대 평균전력비 감소를 위한 OFDM 통신 시스템 및 그 방법"이 개시되어 있는바, 이에 따른 첨두대 평균전력비 감소를 위한 OFDM 통신 시스템은, 수신장치로 전송할 데이터 신호들에 대해 역고속 푸리에 변환을 하는 역고속 푸리에 변환부; 상기 역고속 푸리에 변환부로부터 출력되는 신호들에 대해 기설정된 임계 진폭값으로 클리핑을 하고, 클리핑된 신호와 클리핑 이전 신호를 비교하여 산출된 값으로 상기 부반송파들 각각의 크기를 결정하는 제어부; 및 상기 크기가 결정된 복수의 부반송파들을 이용하여 상기 데이터 신호를 수신장치로 전송하는 부반송파 할당부를 포함하여 구성된다.On the other hand, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-2014-0104315 (Patent Document 1), "OFDM communication system and method thereof for reducing peak-to-average power ratio" is disclosed, and OFDM communication The system includes an inverse fast Fourier transform unit performing an inverse fast Fourier transform on data signals to be transmitted to a receiving apparatus; A controller for performing clipping on signals output from the inverse fast Fourier transform unit with a predetermined threshold amplitude value and for comparing the clipped signal with a pre-clipping signal to determine a size of each of the subcarriers; And a subcarrier allocator for transmitting the data signal to a receiver using the determined plurality of subcarriers.
이상과 같은 특허문헌 1의 경우, 클리핑 잡음을 이용하여 서로 다른 부반송파 각각에 대응하는 임계치를 산출하고, 산출한 임계치를 기초로 부반송파들의 크기를 각각 제한함으로써, 종래 클리핑 시에 주사용자에게 발생하였던 클리핑 잡음에 대한 간섭을 최소화하면서도 첨두대 평균 전력비(PAPR) 증가를 효율적으로 감소시킬 수 있는 효과가 있을지는 모르겠으나, 이 또한 기본적으로 OFDM을 기반으로 하는 통신 시스템이기 때문에 스펙트럼 누설이나 간섭이 발생하는 문제가 있다.In the case of
본 발명은 상기와 같은 사항을 감안하여 창출된 것으로서, 5세대 또는 그 이후의 무선 이동 통신을 위한 비직교 다중 접속 송수신기에 웨이블릿 기반의 스펙트럼 성형 방식을 도입함으로써, 기존의 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing; 직교 주파수 분할 다중화) 스펙트럼 성형 방식에 비해 상대적으로 작은 대역폭이 필요하고, PAPR(peak-to-average power ratio)도 낮출 수 있는 웨이블릿 기반 비직교 다중 접속 다운링크 송수신기를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) system by introducing a wavelet-based spectrum shaping method into a non-orthogonal multiple access transceiver for fifth generation or later wireless mobile communication. Orthogonal frequency division multiplexing) spectral shaping method and a wavelet-based non-orthogonal multiple access downlink transceiver that can reduce a peak-to-average power ratio (PAPR).
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 웨이블릿 기반 비직교 다중 접속 다운링크 송수신기는,According to an aspect of the present invention, there is provided a wavelet-based non-orthogonal multiple access downlink transceiver,
사용자 단말기에 전송될 신호들을 동적으로 할당하고, 직렬로 전송할 이진 비트열 신호를 병렬로 변환하는 신호 할당 및 변환부;A signal assignment and conversion unit for dynamically allocating signals to be transmitted to the user terminal and converting the binary bit string signals to be transmitted in series into parallel signals;
상기 신호 할당 및 변환부에 의해 병렬화된 입력 신호들을 2차원 신호 성상도(constellation)의 신호 점에 각각 매핑시키는 성상도 매핑(mapping)부;A constellation mapping unit that maps input signals parallelized by the signal allocation and conversion unit to signal points of a two-dimensional signal constellation, respectively;
상기 신호 매핑부로부터의 출력신호를 수신하여 복수의 사용자 단말기들을 전력 영역(domain)에서 중첩 코딩을 수행하며, 채널 이득에 따라 대응하는 전력을 할당하는 부분 송신 전력 할당(fractional transmit power allocation: FTPA)부;A fractional transmit power allocation (FTPA) scheme that receives an output signal from the signal mapping unit to perform superposition coding of a plurality of user terminals in a power domain, and allocates a corresponding power according to a channel gain; part;
상기 부분 송신 전력 할당(FTPA)부를 거친 신호를 수신하여 직렬로 전송할 이진 비트열 신호를 다시 한 번 병렬화시키는 직렬/병렬 변환부;A serial / parallel converter for receiving a signal transmitted through the partial transmission power allocation (FTPA) and parallelizing the binary bit string signal to be transmitted serially;
상기 직렬/병렬 변환부로부터의 출력신호를 수신하여 각각의 필터로부터 온전한 신호를 재생하는 합성 필터-뱅크(synthesis filter-bank)부;A synthesis filter-bank unit for receiving an output signal from the serial-to-parallel conversion unit and reproducing an entire signal from each filter;
상기 합성 필터-뱅크부로부터 전송된 신호 및 외부로부터의 신호를 수신하고, 수신된 신호로부터 각각의 필터들을 통해 각 서브채널별 성분들을 분석하는 분석 필터-뱅크부;An analysis filter-bank unit for receiving signals transmitted from the synthesis filter-bank unit and an external signal, and analyzing the components of each subchannel through the respective filters from the received signals;
상기 분석 필터-뱅크(analysis filter-bank)부로부터의 출력신호(병렬 신호)를 수신하여 직렬 신호로 변환하는 제1 병렬/직렬 변환부; A first parallel / serial converter for receiving an output signal (parallel signal) from the analysis filter-bank unit and converting the parallel signal into a serial signal;
상기 병렬/직렬 변환부로부터의 출력신호를 수신하여 복수의 사용자 단말기들의 각 신호들을 분리하고, 순차적으로 간섭을 제거하여 원 신호를 복원하는 순차적 간섭 제거(successive interference cancellation: SIC)부;A successive interference cancellation (SIC) unit for receiving an output signal from the parallel / serial converter and separating signals of a plurality of user terminals and sequentially recovering the original signal by eliminating interference;
상기 순차적 간섭 제거(SIC)부로부터의 출력신호를 수신하여 2차원 신호 성상도로부터 원래의 이진 비트 신호를 추출하는 성상도 디-매핑(de-mapping)부; 및A constellation de-mapping unit for receiving an output signal from the sequential interference cancellation (SIC) unit and extracting an original binary bit signal from the two-dimensional signal constellation; And
상기 성상도 디-매핑부로부터의 출력신호를 수신하여 병렬 신호를 각각 다시 한 번 직렬 신호로 변환하는 제2 병렬/직렬 변환부를 포함하는 점에 그 특징이 있다.And a second parallel / serial converter for receiving an output signal from the constellation de-mapping unit and converting the parallel signals into serial signals once again.
여기서, 상기 부분 송신 전력 할당(FTPA)부는 채널 이득에 따라 대응하는 전력을 할당함에 있어서, 채널 이득이 높은 사용자 단말기에는 낮은 전력을 할당하고, 채널 이득이 낮은 사용자 단말기에는 높은 전력을 할당할 수 있다.Herein, the partial transmission power allocation (FTPA) allocates a low power to a user terminal having a high channel gain and a high power to a user terminal having a low channel gain when allocating a corresponding power according to a channel gain .
또한, 상기 분석 필터-뱅크부의 전단에는 상기 합성 필터-뱅크부로부터 전송된 신호와 외부로부터의 신호를 수신하여, 수신 신호의 진폭, 위상의 일그러짐을 완화하거나 신호 펄스에 포함된 왜곡을 제거하여 신호 파형을 이상적인 파형에 가깝도록 등화하는 등화부를 더 포함할 수 있다.In addition, a signal transmitted from the synthesis filter-bank unit and an external signal are received at the front end of the analysis filter-bank unit to alleviate the distortion of the amplitude and phase of the received signal or to remove the distortion included in the signal pulse, And an equalizer that equalizes the waveform so as to be close to an ideal waveform.
이와 같은 본 발명에 의하면, 5세대 또는 그 이후의 무선 이동 통신을 위한 비직교 다중 접속 송수신기에 웨이블릿 기반의 스펙트럼 성형 방식을 도입함으로써, 기존의 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing; 직교 주파수 분할 다중화) 스펙트럼 성형 방식에 비해 상대적으로 작은 대역폭이 필요하고, PAPR(peak-to-average power ratio)도 낮출 수 있는 장점이 있다.According to the present invention, by introducing a wavelet-based spectrum shaping method into a non-orthogonal multiple access transceiver for fifth generation or later wireless mobile communication, orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) spectral shaping A relatively small bandwidth is required and a peak-to-average power ratio (PAPR) can be lowered.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 웨이블릿 기반 비직교 다중 접속 다운링크 송수신기의 시스템 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 C-NOMA와 W-NOMA의 PAPR 감소 성능 비교를 보여주는 도면이다.
도 3은 W-NOMA 기반 시스템에 대한 다양한 유형의 PAPR 성능 비교를 보여주는 도면이다.
도 4는 C-NOMA와 W-NOMA의 시뮬레이션된 PSD 추정치를 보여주는 도면이다.
도 5는 C-NOMA와 W-NOMA에 대한 개별 사용자의 SE 비교를 보여주는 도면이다.
도 6은 C-NOMA 및 W-NOMA 기반 시스템에 의해 달성된 전체 SE를 보여주는 도면이다.1 is a diagram schematically illustrating a system configuration of a wavelet-based non-orthogonal multiple access downlink transceiver according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph showing a comparison of PAPR reduction performance between C-NOMA and W-NOMA.
3 is a diagram illustrating various types of PAPR performance comparisons for a W-NOMA based system.
Figure 4 is a diagram showing simulated PSD estimates of C-NOMA and W-NOMA.
5 is a diagram showing SE comparison of individual users for C-NOMA and W-NOMA.
Figure 6 is a diagram showing the total SE achieved by the C-NOMA and W-NOMA based systems.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되지 말아야 하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms and the inventor can properly define the concept of the term to describe its invention in the best way Should be construed in accordance with the principles and meanings and concepts consistent with the technical idea of the present invention.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when an element is referred to as " comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise. Also, the terms " part, " " module, " and " device "Lt; / RTI >
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 웨이블릿 기반 비직교 다중 접속 다운링크 송수신기의 시스템 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a diagram schematically illustrating a system configuration of a wavelet-based non-orthogonal multiple access downlink transceiver according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 웨이블릿 기반 비직교 다중 접속 다운링크 송수신기(100)는 신호 할당 및 변환부(101), 성상도 매핑(mapping)부(102), 부분 송신 전력 할당(fractional transmit power allocation: FTPA)부(103), 직렬/병렬 변환부(104), 합성 필터-뱅크(synthesis filter-bank)부(105), 분석 필터-뱅크부(108), 제1 병렬/직렬 변환부(109), 순차적 간섭 제거부(110), 성상도 디-매핑부(111), 제2 병렬/직렬 변환부(112)를 포함하여 구성된다.1, a wavelet-based non-orthogonal multiple
신호 할당 및 변환부(101)는 사용자 단말기(예를 들면, 스마트폰)에 전송될 신호들을 동적으로 할당하고, 직렬로 전송할 이진 비트열 신호를 병렬로 변환한다. The signal assignment and
성상도 매핑부(102)는 상기 신호 할당 및 변환부(110)에 의해 병렬화된 입력 신호들을 2차원 신호 성상도(constellation)의 신호 점에 각각 매핑시킨다. The
부분 송신 전력 할당(FTPA)부(103)는 상기 신호 매핑부(102)로부터의 출력신호를 수신하여 복수의 사용자 단말기들을 전력 영역(domain)에서 중첩 코딩을 수행하며, 채널 이득에 따라 대응하는 전력을 할당한다. 여기서, 이와 같은 부분 송신 전력 할당(FTPA)부(103)는 채널 이득에 따라 대응하는 전력을 할당함에 있어서, 예를 들면, 채널 이득이 높은 사용자 단말기에는 낮은 전력을 할당하고, 채널 이득이 낮은 사용자 단말기에는 높은 전력을 할당할 수 있다.The partial transmission power allocation (FTPA)
직렬/병렬 변환부(104)는 상기 부분 송신 전력 할당(FTPA)부(103)를 거친 신호를 수신하여 직렬로 전송할 이진 비트열 신호를 다시 한 번 병렬화시킨다.The serial /
합성 필터-뱅크(synthesis filter-bank)부(105)는 상기 직렬/병렬 변환부(104)로부터의 출력신호를 수신하여 각각의 필터로부터 온전한 신호를 재생한다.A synthesis filter-
분석 필터-뱅크부(108)는 상기 합성 필터-뱅크부(105)로부터 전송된 신호와 외부로부터의 신호를 수신하고, 수신된 신호로부터 각각의 필터들을 통해 각 서브채널별 성분들을 분석한다. 여기서, 이와 같은 분석 필터-뱅크부(108)의 전단에는 합성 필터-뱅크부(105)로부터 전송된 신호와 외부로부터의 신호(예를 들면, 다른 사용자 단말기로부터의 전송 신호)를 수신하여, 수신 신호의 진폭, 위상의 일그러짐을 완화하거나 신호 펄스에 포함된 왜곡을 제거하여 신호 파형을 이상적인 파형에 가깝도록 등화하는 등화부(107)를 더 포함할 수 있다.The analysis filter-
제1 병렬/직렬 변환부(109)는 상기 분석 필터-뱅크부(108)로부터의 출력신호(병렬 신호)를 수신하여 직렬 신호로 변환한다. The first parallel /
순차적 간섭 제거(SIC)부(110)는 상기 병렬/직렬 변환부(109)로부터의 출력신호를 수신하여 복수의 사용자 단말기들의 각 신호들을 분리하고, 순차적으로 간섭을 제거하여 원 신호를 복원한다.The sequential interference cancellation (SIC)
성상도 디-매핑(de-mapping)부(111)는 상기 순차적 간섭 제거(SIC)부(110)로부터의 출력신호를 수신하여 2차원 신호 성상도로부터 원래의 이진 비트 신호를 추출한다. The
제2 병렬/직렬 변환부(112)는 상기 성상도 디-매핑부(111)로부터의 출력신호를 수신하여 병렬 신호를 각각 다시 한 번 직렬 신호로 변환한다.The second parallel /
도 1에서 참조번호 106은 신호가 전송되는 무선 채널을 나타낸다. 또한, 상부 측의 점선 박스 영역은 송신부를 나타내고, 하부 측의 점선 박스 영역은 수신부를 나타낸다.1,
그러면, 이하에서는 이상과 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 웨이블릿 기반 비직교 다중 접속 다운링크 송수신기(100)와 관련하여 부연 설명을 해보기로 한다.Hereinafter, a wavelet-based non-orthogonal multiple
본 발명에서는 전력 영역 NOMA(non-orthogonal multiple access) 송수신기가 SE(spectral efficiency)를 개선하고 OOB(out of band) 방사 및 PAPR(peak-to-average power ratio) 문제를 줄이기 위한 파형 성형 방식으로 WOFDM(wavelet OFDM)을 도입한다. 본 발명에서는 파형 성형 방식으로 NOMA와 FFT-OFDM을 구비하는 시스템은 종래의 NOMA(C-NOMA)라고 지칭하고, 파형 성형 방식으로 NOMA 및 WOFDM을 구비하는 시스템을 웨이블릿 NOMA(W-NOMA)로 지칭한다. 시뮬레이션된 시스템에서, 사용자는 전력 영역에서 비직교 방식으로 다중화되는 반면, 두 개의 상이한 파형 성형 기술이 데이터 전송을 위해 고려된다. 두 시스템의 링크 레벨 성능이 분석되고, PAPR 감소, OOB 방사, SE 및 CC(computational complexity)를 위해 비교된다. 시뮬레이션 결과는 W-NOMA가 감소, OOB 방사 및 SE 측면에서 C-NOMA를 능가한다는 것을 보여준다.In the present invention, a power-domain non-orthogonal multiple access (WDM) transceiver is used as a waveform shaping method to improve SE (spectral efficiency) and reduce OOB (out of band) radiation and PAPR (peak-to- (wavelet OFDM). In the present invention, a system including NOMA and FFT-OFDM in a waveform shaping method is referred to as a conventional NOMA (C-NOMA), and a system including NOMA and WOFDM in a waveform shaping method is referred to as a wavelet NOMA (W-NOMA) do. In a simulated system, users are multiplexed in a non-orthogonal manner in the power domain, whereas two different waveform shaping techniques are considered for data transmission. Link-level performance of both systems is analyzed and compared for PAPR reduction, OOB radiation, SE and computational complexity (CC). The simulation results show that W-NOMA outperforms C-NOMA in terms of reduction, OOB radiation and SE.
FBMC(filter-bank multicarrier) 기술은 1960년대 중반에 시작되었다. CMFB(cosine modulated filter bank) 또는 CMT(cosine modulated multitone), SMT(staggered multitone) 및 FMT(filtered multi-tone)와 같은 FBMC의 다양한 구현이 FRA(future radio access)의 후보로 고려 중이다. CMT는 웨이브렛 필터 뱅크 기반의 이산 웨이브렛 멀티 톤(DWMT)과 동일한 합성 및 분석 필터 뱅크를 사용한다.Filter-bank multicarrier (FBMC) technology began in the mid-1960s. Various implementations of FBMC such as cosine modulated filter bank (CMFB), cosine modulated multitone (CMT), staggered multitone (SMT) and filtered multi-tone (FMT) are considered candidates for future radio access. CMT uses the same synthesis and analysis filter bank as the Discrete Wavelet Multitone (DWMT) based wavelet filter bank.
본 발명에 따른 송수신기의 경우, CMT와 같은 웨이브렛 필터 뱅크는 옥타브 간격 또는 2채널 트리 구조로 구현된다. 트리 구조에서, 저역 통과 필터(LPF) 및 고역 통과 필터(HPF)는 입력 데이터를 2개의 서브 밴드로 분해한 다음 2로 다운 샘플링하는데 사용된다. 저역 통과 데이터는 동일한 필터링 프로세스를 통해 반복된다. 이러한 구조는 저역 통과 필터(LPF)와 고역 통과 필터(HPF)의 보완 관계 때문에 QMF(Quadrature Mirror Filterbank)라고도 한다. 따라서, 본 발명의 송수신기의 구조에서 낮은 복잡도의 설계 프로세스를 달성하기 위해 코사인 변조를 이용한 PR-QMF가 도입된다. 필터 뱅크는 데이터 전송에 다중 경로 영향을 주기 위해 다양한 유형의 MA(multiple access) 기술로 구현된다.In the case of a transceiver according to the present invention, a wavelet filter bank such as a CMT is implemented with an octave interval or a two-channel tree structure. In the tree structure, a low pass filter (LPF) and a high pass filter (HPF) are used to decompose the input data into two subbands and then downsample to 2. The lowpass data is repeated through the same filtering process. This structure is also referred to as QMF (Quadrature Mirror Filterbank) due to the complementary relationship between a low pass filter (LPF) and a high pass filter (HPF). Therefore, PR-QMF using cosine modulation is introduced to achieve a low-complexity design process in the structure of the transceiver of the present invention. Filter banks are implemented with various types of multiple access (MA) techniques to affect multipath effects on data transmission.
전술한 도 1에서와 같은 본 발명에 따른 웨이블릿 기반 비직교 다중 접속 다운링크 송수신기(100)에서, 단순화를 위해, 기지국(BS)에서 하나의 송신 안테나, 즉 Nt= 1Tx을 갖는 단일 입력 다중 출력(SIMO) 시스템을 고려하지만, 사용자 장비(UE)에서의 수신 안테나들의 수(N)는 총(total) 사용자들에 대한 안테나들(Nr = NRx)이다. 본 발명의 송수신기 시스템은 근거리 사용자(NEU)로서 BS에 가까운 사용자 및 원거리 사용자(FEU)로서 BS로부터 멀리 떨어져 있는 사용자와 같은 2 명의 사용자를 갖는 것으로 가정한다. 또한, 두 사용자가 전원 도메인 NOMA의 주요 특징인 서로 쌍을 이루는 것으로 고려된다. NOMA 시스템에서 두 명 이상의 사용자와 전력 배분이 여러 연구 그룹에 의해 여전히 조사중이다. 본 발명에서 두 명의 사용자가 고려된다고 해도, 본 발명의 송수신기 시스템에서의 분석은 두 명 이상의 사용자에게 적용될 수 있다. W-NOMA는 C-NOMA와 유사하다. 유일한 차이점은 DFT 필터 뱅크를 웨이브렛 필터 뱅크로 대체하여 신호 파형이 변환되는 방식에 있다.Having a single transmit antenna, i.e., N t = 1T x in the wavelet-based non-orthogonal multiple
송신기에서 사용자 장비(UE1 ∼UET)에 대한 입력 데이터 비트는 적응형 방식으로 로딩된다. 모든 서브-채널에 대한 신호 대 잡음비(SNR)가 계산되고, 이러한 신호 대 잡음비들을 기초로 하여 비트가 로드된다. 더 많은 비트가 높은 신호 대 잡음비를 갖는 서브 채널로 패킹되고, 낮은 신호 대 잡음비를 갖는 서브 채널은 더 적은 수의 비트로 채워진다. 속도 적응형 물 채움(Rate adaptive water filling) 알고리즘은 모든 서브 채널의 신호 대 잡음비를 계산하기 위해 사용된다. 비트는 M-QAM을 이용하여 기호(symbol)로 매핑된다. 이 시점에서 각 데이터 스트림은 다음의 수식 관계로 표현될 수 있다.At the transmitter input data bits to the user equipment (UE 1 ~UE T) it is loaded into an adaptive manner. The signal-to-noise ratio (SNR) for all sub-channels is calculated, and the bits are loaded based on these signal-to-noise ratios. More bits are packed into subchannels with a high signal-to-noise ratio, and subchannels with a low signal-to-noise ratio are filled with fewer bits. Rate adaptive water filling algorithm is used to calculate the signal-to-noise ratio of all subchannels. The bits are mapped to symbols using M-QAM. At this point, each data stream can be represented by the following equation:
여기서, Q는 부반송파의 수를 나타내고, u는 q번째 부반송파들 중의 어느 것에 존재하는 심볼의 인덱스를 나타낸다. 는 q번째 부반송파 내의 u번째 심볼이다. Here, Q denotes the number of subcarriers, and u denotes an index of a symbol existing in any of the qth subcarriers. Is the u-th symbol in the q-th subcarrier.
송신 전력 ρ는 FTPA(fractional transmit power allocation)를 사용하는 채널 이득에 따라 모든 사용자에게 할당된다. 즉, 더 낮은 전력이 더 높은 채널 이득을 갖는 사용자에게 할당되고, 그 반대도 마찬가지이다.The transmit power p is assigned to all users according to the channel gain using fractional transmit power allocation (FTPA). That is, the lower power is assigned to the user with the higher channel gain, and vice versa.
SIMO(single input multiple output)의 경우, 할당된 전력이 다른 모든 i 번째 데이터 스트림은 이제 중첩 코딩(superposition coding, SC)을 사용하여 다중화된다. 그것은 직교 다중화에 비해 더 큰 용량이 달성될 수 있기 때문에 비직교 방식으로 모든 사용자의 다중화를 허용한다. 결과적으로 중첩 부호화된(코딩된) 신호 (S)는 다음의 수식으로 주어진다.In the case of single input multiple output (SIMO), all i-th data streams with different assigned power are now multiplexed using superposition coding (SC). It allows multiplexing of all users in a non-orthogonal manner since a larger capacity can be achieved compared to orthogonal multiplexing. As a result, the superposition coded (coded) signal S is given by the following equation.
여기서, xi는 UEi의 송신 신호를 나타내고, ρ i는 UEi에 할당된 전력을 나타낸다. T는 시스템의 총 사용자 수를 나타낸다.Here, x i denotes a transmission signal of the UE i, ρ i represents the power allocated to UE i. T represents the total number of users in the system.
또한, 중첩 부호화된 신호(S)는 다음의 수식으로 표현할 수 있다.The superposition coded signal S can be expressed by the following equation.
여기서, Sq,u,i는 총 Q 개의 부반송파 중 q 번째 부반송파의 i 번째 사용자에 대한 QAM 부호화된 U 번째 심볼이다. 그런 다음 합성 필터 뱅크(SFB)를 통과한다.Here, S q, u, i are QAM-encoded U-th symbols for the i-th user of the q-th subcarrier among Q subcarriers in total. It then passes through the synthesis filter bank (SFB).
널리 사용되는 멀티캐리어 기술인 OFDM은 푸리에 변환의 크기와 동일한 크기의 프로토타입(prototype) 필터로서 직사각형 윈도우를 사용한다. 그러나 WOFDM에서는 서로 다른 웨이브렛 패밀리에 속하는 웨이브렛 필터가 각각 송신기와 수신기 측에서 역이산 웨이브렛 변환(IDWT)과 이산 웨이브렛 변환(DWT)의 형태로 프로토타입 필터로 사용된다. 합성 필터 뱅크(SFB)를 통과한 후에, 다중화된 QAM 인코딩된 심볼 S는 웨이브렛 심볼 Sidwt로 변환된다. 웨이브렛 시스템으로의 입력 신호 S를 기술하기 위해, 스케일링 및 웨이브렛 계수의 공지된 세트와 함께 스케일링 및 웨이브렛 함수가 요구된다.OFDM, a widely used multi-carrier technique, uses a rectangular window as a prototype filter with the same size as the Fourier transform. In WOFDM, however, wavelet filters belonging to different wavelet families are used as prototype filters in the form of inverse discrete wavelet transform (IDWT) and discrete wavelet transform (DWT) on the transmitter and receiver sides, respectively. After passing through the synthesis filter bank SFB, the multiplexed QAM encoded symbol S is transformed into a wavelet symbol S idwt . To describe the input signal S to the wavelet system, a scaling and wavelet function is required along with a known set of scaling and wavelet coefficients.
입력 신호 S의 스펙트럼은 고역 통과 필터(HPF) dn 및 저역 통과 필터 (LPF) zn을 통과한 후에 고역 및 저역 통과 성분으로 분해된다. IDWT 후의 출력 신호는 다음의 수식으로 표현될 수 있다.The spectrum of the input signal S is decomposed into high and low pass components after passing through a high pass filter (HPF) d n and a low pass filter (LPF) z n . The output signal after IDWT can be expressed by the following equation.
여기서 은 n = 0 ... j-1 인 복소수 값 QAM 심볼이다. I는 색인 집합이며 보통 정수로 취해진다. J는 양의 정수이며 분해 수준을 나타낸다. 스케일링 함수 φ(m)와 웨이브렛 함수 ψ(m)는 다음과 같이 주어진다.here Is a complex-valued QAM symbol with n = 0 ... j-1. I is an index set and is usually taken as an integer. J is a positive integer and indicates the decomposition level. The scaling function φ (m) and the wavelet function φ (m) are given by
이때, 의 관계를 갖는다.At this time, .
Sidwt는 레일리 페이딩 채널을 통해 전송된다. i 번째 사용자의 r 번째 수신 안테나에서의 수신 신호, 즉 Nt 안테나가 있는 단일 송신기를 고려한 수신 신호 yir는 다음과 같이 주어진다.S idwt is transmitted over the Rayleigh fading channel. the reception signal at the rth reception antenna of the i-th user, that is, N t The received signal y ir considering a single transmitter with an antenna is given by
hirv는 사용자 i에 대한 송신 안테나 v와 수신 안테나 r 사이의 채널 계수를 나타낸다. ηir은 사용자 및 안테나에 대한 평균 제로 및 분산을 갖는 부가 백색 가우스 잡음(AWGN)을 나타낸다. Sidwt는 안테나 v를 통해 송신된 할당된 전력 ρ i를 갖는 사용자 i에 대한 신호를 나타낸다. 송신 및 수신 안테나의 범위는 각각 r = 1,2, ..., Nr 및 v = 1,2, ..., Nt이다. 여기에서의 입출력 관계는 다음과 같이 나타낼 수 있다.h irv represents the channel coefficient between transmit antenna v and receive antenna r for user i. eta ir represents an additive white Gaussian noise (AWGN) with mean zero and variance for the user and antenna. S idwt represents a signal for user i having an assigned power p i transmitted via antenna v. The ranges of the transmit and receive antennas are r = 1,2, ..., Nr and v = 1,2, ..., Nt, respectively. The input / output relationship here can be expressed as follows.
여기서, Sidwt(Sidwt = [Sidwt1, ...,SidwtNt]')는 크기 (Nt × 1)을 갖는 복소수 송신 신호 벡터이고, yir(= [yi1,..., yiNr]')은 크기 (Nr × 1)을 갖는 복소수 수신 신호 벡터이며, ηir(= [ηi1,..., ηiNr]')은 크기 (Nr × 1)을 갖는 부가 잡음 신호 벡터이다 Here, S idwt (S idwt = [ S idwt1, ..., S idwtNt] ') is the size of the complex transmission signal vector having a (N t × 1), y ir (= [y i1, ..., y iNr] ') is large (complex received signal vector having a N r × 1) and, η ir (= [η i1 , ..., η iNr]') is added noise signal with a size (N r × 1) It is a vector
수신기 측에서, 바람직하지 않은 채널 효과는 등화를 사용함으로써 보상된다. 등화된 데이터는 분석 필터 뱅크 z-n에 적용되고, DWT를 위한 d-n은 다음과 같이 주어진다.On the receiver side, undesirable channel effects are compensated for by using equalization. The equalized data is applied to the analysis filter bank z- n , and d- n for DWT is given as follows.
순방향 변환 후에, 데이터 스트림은 디코딩을 위해 순차적 간섭 제거(SIC)부로 전달된다. SIC는 강한 신호뿐만 아니라 약한 신호를 복구할 수 있다. 먼저, 강한 신호가 디코딩된 다음 약한 신호를 디코딩하기 위해 결합된 신호에서 강한 신호를 뺀다. 즉, 순차적 간섭 제거(SIC)부는 강한 신호와 약한 신호가 결합된 신호를 수신한 경우, 먼저, 강한 신호를 디코딩한 후 약한 신호를 디코딩하기 위해 결합된 신호에서 강한 신호를 뺀다. 원래의(original) 데이터 비트는 복조 후에 복구된다.After forward conversion, the data stream is forwarded to a sequential interference cancellation (SIC) unit for decoding. SIC can recover weak signals as well as strong signals. First, a strong signal is decoded and then a strong signal is subtracted from the combined signal to decode the weak signal. That is, when receiving a signal combining a strong signal and a weak signal, the sequential interference cancellation (SIC) unit first decodes the strong signal, and subtracts the strong signal from the combined signal to decode the weak signal. The original data bits are recovered after demodulation.
한편, OFDM 기반의 다중 캐리어 시스템은 IFFT/FFT 연산의 특성 때문에 높은 PAPR에 직면해 있다. OFDM 신호는 서로 다른 톤들의 협대역 신호들의 조합이다. 이들 Q 협대역 신호가 건설적으로 추가될 때, 이들 피크의 순시 전력은 평균 신호 전력보다 높아진다. 그 결과, OFDM 신호의 피크 전력은 평균 전력의 Q 배가 될 것이다. 큰 PAPR로 인해, 고출력 증폭기(HPA)는 비선형 모드에서 동작하며, 이것은 상호 변조 왜곡(IMD)을 초래한다. On the other hand, OFDM-based multi-carrier systems face high PAPR due to the nature of the IFFT / FFT operation. The OFDM signal is a combination of narrowband signals of different tones. When these Q narrowband signals are constructively added, the instantaneous power of these peaks becomes higher than the average signal power. As a result, the peak power of the OFDM signal will be Q times the average power. Due to the large PAPR, the high power amplifier (HPA) operates in a nonlinear mode, which results in intermodulation distortion (IMD).
모든 신호의 PAPR은 피크 순간 전력 대 평균 전력의 비율로 정의할 수 있다. 따라서, Sidwt의 PAPR은 다음의 수식 관계로 표현될 수 있다.The PAPR of all signals can be defined as the ratio of peak instantaneous power to average power. Therefore, the PAPR of S idwt can be expressed by the following equation.
여기서, maxn{■}은 모든 순시값들 중 시간 인덱스 n의 최대값을 나타낸다. E{■2}는 하나의 심볼 기간 동안 계산된 전체 평균을 나타낸다.Here, max n {circle over ()} denotes the maximum value of the time index n among all the instantaneous values. E {{ 2 }} represents the total average calculated during one symbol period.
모든 MCM 기법의 PAPR은 파형 모양에 따라 달라진다. 따라서 아래의 방정식에 나타난 것과 같은 적절한 파형을 선택함으로써 PAPR을 줄일 수 있다.The PAPR of all MCM techniques depends on the shape of the waveform. Therefore, the PAPR can be reduced by selecting the appropriate waveform as shown in the equation below.
여기서, φ(m)은 스케일링 함수이고, Q는 부반송파의 총 개수이다. 그러나 CCDF = 1-CDF로 정의된 보완 누적 분포 함수(CCDF)는 주로 PAPR의 통계적 특성을 설명하기 위해 사용된다. IDWT 프레임의 CCDF는 특정 프레임의 PAPR이 주어진 임계 값을 초과하는 방법을 보여준다. Here,? (M) is a scaling function and Q is the total number of subcarriers. However, the complementary cumulative distribution function (CCDF) defined by CCDF = 1-CDF is mainly used to describe the statistical properties of the PAPR. The CCDF of the IDWT frame shows how the PAPR of a particular frame exceeds a given threshold.
한편, 비직교 모드에서 자원을 공유하는 사용자들로부터 수신된 데이터에 대해 OFDM 및 WOFDM 파형 성형을 적용한 후 시뮬레이션 결과에 대해 살펴보기로 한다. 도 2는 C-NOMA와 W-NOMA의 PAPR 감소 성능 비교를 보여준다.Meanwhile, simulation results will be described after applying OFDM and WOFDM waveform shaping to data received from users sharing resources in non-orthogonal mode. 2 shows a comparison of PAPR reduction performance between C-NOMA and W-NOMA.
도 2로부터, WOFDM 기반 NOMA에 대한 가장 단순한 웨이브 (즉, Haar)의 적용으로, 어떠한 PAPR 감소 기술 없이도 2dB의 이득을 얻는 것을 알 수 있다.From Fig. 2, it can be seen that with the application of the simplest wave (i. E. Haar) for WOFDM based NOMA, a gain of 2 dB is obtained without any PAPR reduction technique.
10-4의 CCDF에서, C-NOMA 시스템은 14dB의 PAPR을 가지지만, W-NOMA 시스템의 경우, 그 값은 12dB이다. 따라서, 펄스 모양 설계로 인해 W-NOMA 기반 시스템에서 보다 C-NOMA 기반 시스템에서 더 높은 PAPR을 가질 확률이 더 높다는 것을 추론할 수 있다.In CCDF of 10 -4, C-NOMA system for only have a PAPR of 14dB, W-NOMA system, its value is 12dB. Thus, it can be inferred that the pulse shape design is more likely to have a higher PAPR in a C-NOMA based system than in a W-NOMA based system.
또한, W-NOMA 기반 시스템은 서로 다른 웨이블릿 패밀리의 가용성으로 인해 전송 시나리오의 특성에 따라 베이스 함수 선택에 유연성을 제공한다. 다른 한편, C-NOMA 기반 통신 시스템은 사인(sine) 또는 코사인(cosines)을 베이스 함수로 사용할 수 있다. PAPR의 관점에서 웨이브렛 기반 통신 시스템과 비교된 FFT 필터 뱅크 기반 통신 시스템의 우수한 성능은 다양한 가용 작업에서 분명해졌다. 따라서, OFDM을 WOFDM으로 대체함으로써, 본 발명의 송수신기 시스템은 효과적으로 PAPR 문제를 줄일 수 있다.In addition, W-NOMA-based systems provide flexibility in base function selection depending on the characteristics of the transmission scenario due to the availability of different wavelet families. On the other hand, a C-NOMA based communication system can use sines or cosines as a base function. The superior performance of FFT filterbank based communication systems compared to wavelet based communication systems in terms of PAPR has become evident in a variety of available tasks. Thus, by replacing OFDM with WOFDM, the transceiver system of the present invention can effectively reduce the PAPR problem.
도 3은 W-NOMA 기반 시스템에 대한 다양한 유형의 PAPR 성능 비교를 보여준다. 첫째, 동일 계열에 속하지만 필터 길이/차수(L)가 다른 웨이브렛 필터가 사용될 때 W-NOMA의 거동을 평가한다. 둘째, 동일한 길이이지만 다른 가정의 웨이브렛 필터를 사용하는 시스템의 동작을 조사한다.Figure 3 shows a comparison of various types of PAPR performance for a W-NOMA based system. First, the behavior of W-NOMA is evaluated when a wavelet filter belonging to the same family but different in filter length / order (L) is used. Second, investigate the behavior of a system that uses the same length but other household wavelet filters.
또한, W-NOMA 시스템의 PAPR 성능에 대한 부반송파(Q)의 영향을 조사한다. Daubechies 6 (db6), Daubechies 10 (db10), Daubechies 20 (db20), Cioflet 2 (coif 2) 및 Symlet (sym6)에 대해 CCDF의 다른 모양이 획득된다. 이 시뮬레이션 세트에서, W-NOMA 시스템은 2단계의 웨이브렛 분해(wavelet decomposition, J)를 사용함으로써 실현된다.We also investigate the effect of subcarriers (Q) on the PAPR performance of the W-NOMA system. Different shapes of CCDF are obtained for Daubechies 6 (db6), Daubechies 10 (db10), Daubechies 20 (db20), Cioflet 2 (coif 2) and Symlet (sym6). In this set of simulations, the W-NOMA system is realized by using two-stage wavelet decomposition (J).
도 3으로부터, L = 12 및 Q = 128인 db6은 필터 L = 12 및 Q = 256인 db6보다 성능이 우수하다는 것을 분석할 수 있다. 부반송파의 수에 대한 PAPR 감소의 경향은 부반송파의 수에 있어서의 증가는 PAPR 감소를 저하시킨다. 실제로, PAPR에서의 이러한 증가는 누적 신호의 최대 전력을 증가시키는 부반송파의 수와 직접적인 관계가 있다. 따라서, 부반송파의 수와 PAPR 값 사이에는 트레이드 오프 (tradeoff)가 있다. Q = 256인 db6, db10 및 db20을 비교하면 L의 증가가 PAPR 감소 이득을 저하시킨다는 것을 알 수 있다.From Figure 3 it can be seen that db6 with L = 12 and Q = 128 performs better than db6 with filters L = 12 and Q = 256. The tendency of PAPR reduction with respect to the number of subcarriers is that the increase in the number of subcarriers degrades the PAPR reduction. In practice, this increase in PAPR is directly related to the number of subcarriers that increase the maximum power of the cumulative signal. Therefore, there is a tradeoff between the number of subcarriers and the PAPR value. Comparing db6, db10 and db20 with Q = 256, it can be seen that an increase in L degrades the PAPR reduction gain.
도 4는 Q = 256에 고정된 부반송파의 수를 사용하여 두 시스템의 시뮬레이션된 PSD 추정치를 보여준다. 시뮬레이션 결과를 통해 두 시스템에서 신호 전력이 주 대역 내에서 일정하게 유지된다는 것을 추론할 수 있다. 하지만, C-NOMA의 인접 채널 누설률(ACLR)은 W-NOMA보다 높다. 2.5Hz에서, ACLR 레벨은 각각 종래의 NOMA 및 웨이브렛 NOMA에 대해 -60dB 및 -71dB이다.Figure 4 shows the simulated PSD estimates of the two systems using the number of subcarriers fixed at Q = 256. From the simulation results, it can be deduced that the signal power is kept constant in the main band in both systems. However, the adjacent channel leakage rate (ACLR) of C-NOMA is higher than that of W-NOMA. At 2.5 Hz, the ACLR levels are -60 dB and -71 dB for conventional NOMA and wavelet NOMA, respectively.
도 5 및 도 6은 기존 및 웨이브렛 NOMA의 스펙트럼 효율을 각각 보여준다.Figures 5 and 6 show the spectral efficiencies of conventional and wavelet NOMA, respectively.
도 5에서 두 시스템의 두 사용자의 SE는 잡음, 다른 사용자의 간섭 및 HPA의 왜곡이 존재하는 상태에서 비교된다. WNOMA의 U1과 U2가 C-NOMA에 비해 더 나은 스펙트럼 이득을 달성한다는 것을 관찰할 수 있다. 20dB의 SINDR에서 WNOMA 기반 시스템의 U1 및 U2는 각각 3.421b/s/Hz 및 1.617b/s/Hz를 달성하는 반면, CNOMA 기반 시스템의 U1 및 U2는 2.119b/s/Hz 및 1.456b를 각각 달성한다. 도 6은 두 시스템, 즉 WNOMA 및 CNOMA의 전체적인 이론 및 시뮬레이션된 SE를 보여준다.In FIG. 5, SE of two users of the two systems are compared in the presence of noise, interference of other users, and HPA distortion. It can be observed that U 1 and U 2 of WNOMA achieve better spectral gain than C-NOMA. Of WNOMA-based systems of 20dB SINDR U 1 and U 2 are each 3.421b / s / Hz and U 1 and U 2 in the other hand, CNOMA based system to achieve 1.617b / s / Hz is 2.119b / s / Hz, and Respectively. Figure 6 shows the overall theory and simulated SE of the two systems, WNOMA and CNOMA.
그래프로부터, SINDR 20dB에서 NOMA의 이론적인 SE는 6.66 b/s/Hz인 반면, WNOMA와 CNOMA의 시뮬레이션된 SE는 각각 5.037 b/s/Hz와 3.575 b/s/Hz임을 분석 할 수 있다. 이는 WOFDM을 사용하는 NOMA가 동일한 시스템 파라미터 하에서 기존의 OFDM 기반 NOMA보다 20% 높은 스펙트럼 효율을 달성한다는 것을 보여준다. 그것은 WOFDM 기반 통신 시스템이 보다 강건하며 CP를 사용하지 않기 때문이며, 이로 인해 기존의 전송 방법과 비교하여 스펙트럼을 효율적으로 만든다.From the graph, the theoretical SE of NOMA at SINDR 20dB is 6.66 b / s / Hz, while the simulated SE of WNOMA and CNOMA can be analyzed to be 5.037 b / s / Hz and 3.575 b / s / Hz, respectively. This shows that the NOMA using WOFDM achieves 20% higher spectral efficiency than the conventional OFDM based NOMA under the same system parameters. This is because WOFDM-based communication systems are more robust and do not use CPs, which makes the spectrum more efficient compared to conventional transmission methods.
이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 웨이블릿 기반 비직교 다중 접속 다운링크 송수신기는 5세대 또는 그 이후의 무선 이동 통신을 위한 비직교 다중 접속 송수신기에 웨이블릿 기반의 스펙트럼 성형 방식을 도입함으로써, 기존의 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing; 직교 주파수 분할 다중화) 스펙트럼 성형 방식에 비해 상대적으로 작은 대역폭이 필요하고, PAPR(peak-to-average power ratio)도 낮출 수 있는 장점이 있다.As described above, the wavelet-based non-orthogonal multiple access downlink transceiver according to the present invention introduces a wavelet-based spectral shaping scheme to a non-orthogonal multiple access transceiver for fifth generation or later wireless mobile communication, orthogonal frequency division multiplexing (OFDM), a relatively small bandwidth is required and a peak-to-average power ratio (PAPR) is also reduced.
이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but many variations and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention. Be clear to the technician. Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of the same should be construed as being included in the scope of the present invention.
100: (본 발명)웨이블릿 기반 비직교 다중 접속 다운링크 송수신기
101: 신호 할당 및 변환부 102: 성상도 매핑(mapping)부
103: 부분 송신 전력 할당(FTPA)부 104: 직렬/병렬 변환부
105: 합성 필터-뱅크부 106: 송신용 무선 채널
107: 등화부 108: 분석 필터-뱅크부
109: 제1 병렬/직렬 변환부 110: 순차적 간섭 제거부
111: 성상도 디-매핑부 112: 제2 병렬/직렬 변환부100: (inventive) wavelet based non-orthogonal multiple access downlink transceiver
101: Signal allocation and conversion unit 102: Constellation mapping unit
103: partial transmission power allocation (FTPA) unit 104: serial /
105: synthesis filter-bank unit 106: radio channel for transmission
107: equalization section 108: analysis filter-bank section
109: first parallel / serial converter 110: sequential interference eliminator
111: constellation de-mapping unit 112: second parallel /
Claims (5)
상기 신호 할당 및 변환부에 의해 병렬화된 입력 신호들을 2차원 신호 성상도(constellation)의 신호 점에 각각 매핑시키는 성상도 매핑(mapping)부;
상기 신호 매핑부로부터의 출력신호를 수신하여 복수의 사용자 단말기들을 전력 영역(domain)에서 중첩 코딩을 수행하며, 채널 이득에 따라 대응하는 전력을 할당하는 부분 송신 전력 할당(fractional transmit power allocation: FTPA)부;
상기 부분 송신 전력 할당(FTPA)부를 거친 신호를 수신하여 직렬로 전송할 이진 비트열 신호를 다시 한 번 병렬화시키는 직렬/병렬 변환부;
상기 직렬/병렬 변환부로부터의 출력신호를 수신하여 각각의 필터로부터 온전한 신호를 재생하는 합성 필터-뱅크(synthesis filter-bank)부;
상기 합성 필터-뱅크부로부터 전송된 신호 및 외부로부터의 신호를 수신하고, 수신된 신호로부터 각각의 필터들을 통해 각 서브채널별 성분들을 분석하는 분석 필터-뱅크부;
상기 분석 필터-뱅크(analysis filter-bank)부로부터의 출력신호(병렬 신호)를 수신하여 직렬 신호로 변환하는 제1 병렬/직렬 변환부;
상기 병렬/직렬 변환부로부터의 출력신호를 수신하여 복수의 사용자 단말기들의 각 신호들을 분리하고, 순차적으로 간섭을 제거하여 원 신호를 복원하는 순차적 간섭 제거(successive interference cancellation: SIC)부;
상기 순차적 간섭 제거(SIC)부로부터의 출력신호를 수신하여 2차원 신호 성상도로부터 원래의 이진 비트 신호를 추출하는 성상도 디-매핑(de-mapping)부; 및
상기 성상도 디-매핑부로부터의 출력신호를 수신하여 병렬 신호를 각각 다시 한 번 직렬 신호로 변환하는 제2 병렬/직렬 변환부를 포함하는 웨이블릿 기반 비직교 다중 접속 다운링크 송수신기.
A signal assignment and conversion unit for dynamically allocating signals to be transmitted to the user terminal and converting the binary bit string signals to be transmitted in series into parallel signals;
A constellation mapping unit that maps input signals parallelized by the signal allocation and conversion unit to signal points of a two-dimensional signal constellation, respectively;
A fractional transmit power allocation (FTPA) scheme that receives an output signal from the signal mapping unit to perform superposition coding of a plurality of user terminals in a power domain, and allocates a corresponding power according to a channel gain; part;
A serial / parallel converter for receiving a signal transmitted through the partial transmission power allocation (FTPA) and parallelizing the binary bit string signal to be transmitted serially;
A synthesis filter-bank unit for receiving an output signal from the serial-to-parallel conversion unit and reproducing an entire signal from each filter;
An analysis filter-bank unit for receiving signals transmitted from the synthesis filter-bank unit and an external signal, and analyzing the components of each subchannel through the respective filters from the received signals;
A first parallel / serial converter for receiving an output signal (parallel signal) from the analysis filter-bank unit and converting the parallel signal into a serial signal;
A successive interference cancellation (SIC) unit for receiving an output signal from the parallel / serial converter and separating signals of a plurality of user terminals and sequentially recovering the original signal by eliminating interference;
A constellation de-mapping unit for receiving an output signal from the sequential interference cancellation (SIC) unit and extracting an original binary bit signal from the two-dimensional signal constellation; And
And a second parallel-to-serial converter for receiving an output signal from the constellation de-mapping unit and converting the parallel signals into a serial signal once again.
상기 부분 송신 전력 할당(FTPA)부는 채널 이득에 따라 대응하는 전력을 할당함에 있어서, 채널 이득이 높은 사용자 단말기에는 낮은 전력을 할당하고, 채널 이득이 낮은 사용자 단말기에는 높은 전력을 할당하는 것을 특징으로 하는 웨이블릿 기반 비직교 다중 접속 다운링크 송수신기.
The method according to claim 1,
Wherein the partial transmission power allocation (FTPA) allocates a low power to a user terminal having a high channel gain and a high power to a user terminal having a low channel gain in assigning corresponding power according to a channel gain, Wavelet - based non - orthogonal multiple access downlink transceiver.
상기 분석 필터-뱅크부의 전단에는 상기 합성 필터-뱅크부로부터 전송된 신호와 외부로부터의 신호를 수신하여, 수신 신호의 진폭, 위상의 일그러짐을 완화하거나 신호 펄스에 포함된 왜곡을 제거하여 신호 파형을 이상적인 파형에 가깝도록 등화하는 등화부를 더 포함하는 웨이블릿 기반 비직교 다중 접속 다운링크 송수신기.
The method according to claim 1,
A signal transmitted from the synthesis filter-bank unit and a signal from the outside are received at the front end of the analysis filter-bank unit to alleviate the distortion of the amplitude and phase of the reception signal or to remove the distortion included in the signal pulse, Based wavelet based non-orthogonal multiple access downlink transceiver further comprising an equalizer that is equalized to approximate an ideal waveform.
상기 부분 송신 전력 할당(FTPA)부에 의해 중첩 코딩된 신호(S)는 다음의 수식으로 주어지는 것을 특징으로 하는 웨이블릿 기반 비직교 다중 접속 다운링크 송수신기.
여기서, xi는 UEi의 송신 신호를 나타내고, ρ i는 UEi에 할당된 전력을 나타낸다. T는 시스템의 총 사용자 수를 나타낸다.
The method according to claim 1,
Wherein the superposition coded signal (S) by the partial transmit power allocation (FTPA) section is given by the following equation: < EMI ID = 17.1 >
Here, x i denotes a transmission signal of the UE i, ρ i represents the power allocated to UE i. T represents the total number of users in the system.
상기 순차적 간섭 제거(SIC)부는 강한 신호와 약한 신호가 결합된 신호를 수신한 경우, 먼저, 강한 신호를 디코딩한 후 약한 신호를 디코딩하기 위해 결합된 신호에서 강한 신호를 빼는 것을 특징으로 하는 웨이블릿 기반 비직교 다중 접속 다운링크 송수신기.The method according to claim 1,
Wherein the sequential interference cancellation (SIC) unit decodes the strong signal and subtracts a strong signal from the combined signal to decode the weak signal when the strong signal is combined with the weak signal. Non - orthogonal multiple access downlink transceiver.
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CN116708112A (en) * | 2023-08-07 | 2023-09-05 | 中国电子科技集团公司第二十九研究所 | Transmission and detection method, medium and device for reducing PAPR of FMT system |
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2016
- 2016-12-30 KR KR1020160184008A patent/KR20180078824A/en not_active Application Discontinuation
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CN116708112A (en) * | 2023-08-07 | 2023-09-05 | 中国电子科技集团公司第二十九研究所 | Transmission and detection method, medium and device for reducing PAPR of FMT system |
CN116708112B (en) * | 2023-08-07 | 2023-10-03 | 中国电子科技集团公司第二十九研究所 | Transmission and detection method, medium and device for reducing PAPR of FMT system |
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