KR20190003039A - 변조 패턴 및 간섭 패턴을 이용한 신호 송수신 방법 및 그 장치 - Google Patents

변조 패턴 및 간섭 패턴을 이용한 신호 송수신 방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 보안키를 이용하여 변조 패턴을 생성하는 단계; 상기 변조 패턴을 이용하여 전송할 비트 스트림으로부터 심볼열을 생성하는 단계; 상기 보안키를 이용하여 간섭 패턴을 생성하는 단계; 상기 간섭 패턴을 이용하여 상기 심볼열로부터 FTN 신호를 생성하는 단계; 및 상기 FTN 신호를 송신하는 단계; 를 포함하는, 신호 송신 방법을 제공한다.

Description

변조 패턴 및 간섭 패턴을 이용한 신호 송수신 방법 및 그 장치 {METHOD FOR TRANSMITTING AND RECEIVING SIGNALS USING MODULATION PATTERNS AND INTERFERENCE PATTERNS AND APPARATUS FOR THE SAME}
본 발명은 물리계층에서 의도된 패턴에 따라 변조 방식을 달리하고 인위적인 심볼 간 간섭을 통해 신호의 보안성을 향상시키는 송수신 기술로서, 더 자세하게는 기설정된 보안키에 의해 생성된 변조 패턴 및 간섭 패턴을 이용하여 신호를 송수신하는 신호 송수신 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
통상 직교 주파수 분할 다중화(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM) 시스템에서는 허용된 대역폭에서 심볼 간의 간섭 없이 신호를 전송하기 위해 펄스의 모양 및 속도가 결정된다. 이를 나이키스트(nyquist) 관점의 펄스 생성 방법이라고 한다. 나이키스트 관점의 펄스 생성 방법에 따라 결정된 펄스는 주어진 대역폭에서 심볼 간 간섭 없이 최대의 전송률을 가질 수 있다.
도 1은 나이키스트 관점의 펄스 생성 방법에 따라 생성된 복수의 펄스의 예시를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 각 펄스는 심볼 간의 간섭 없이 전송되고 있다. 즉, 현재 전송되는 심볼은 앞/뒤 심볼들에 간섭을 주지 않으며 전송되는 나이키스트 관점의 펄스 생성 방법에 따라 생성된 것이다. 전송하는 심볼값을 [1, -1, 1, -1, -1]이라고 가정할 때, 각각의 신호에 대해 펄스 생성을 하여 최종으로 전송되는 신호는 굵은 실선으로 표시되었다. 즉, 시간 0, Ts, 2Ts, 3Ts, 4Ts에서 굵은 실선 신호는 심볼 간의 간섭 없이 값 [1, -1, 1, -1, -1]을 갖는다. 이때, Ts는 나이키스트 관점의 펄스 생성 방법에 따른 심볼 간의 주기를 나타낸다.
하지만, 나이키스트 관점의 펄스 생성 방법에는 전송 속도 측면에서 한계가 있으며, 이를 개선하기 위해 FTN(Faster Than Nyquist) 방식의 펄스 생성 방법이 등장하였다.
도 2는 FTN 방식의 펄스 생성 방법에 따라 생성된 복수의 펄스의 예시를 나타낸 도면이다.
도 2는 종래 나이키스트 관점의 펄스 생성 방법을 뛰어넘어 더 넓은 대역폭 또는 더 높은 변조 차수를 사용하지 않고 전송 속도를 높일 수 있는 FTN 방식의 펄스 생성 방법을 도시하고 있다. FTN 전송 방법은 대역폭에 따라 주어지는 펄스 형태는 그대로 유지하며, 펄스 생성 주기를 더 빠르게 하는 방법이다.
FTN 전송 방법에는 심볼 간 간섭이 필연적으로 발생하지만, 동일 대역폭에서 전송하는 속도는 기존의 나이키스트 관점의 펄스 생성 방법보다 증가하게 된다.
도 3은 도 1에 도시된 예시와 동일한 심볼값에 대해서, FTN 방식의 펄스 생성 방법에 따라 생성된 복수의 펄스 예시를 나타낸 도면이다.
FTN 방식의 펄스 생성 방법은, 펄스 모양은 그대로 두고, 심볼 간 간섭 없이 전송할 수 있는 심볼 전송 주기(Ts) 보다 더 빠른 τ×Ts 주기로 신호를 송신하는 방법이다. 이때, τ는 FTN 전송 파라미터로서, 인위적인 심볼 간 중첩 정도를 나타내고, 0에서 1사이의 값을 가진다(0<τ<1). τ가 작으면 전송 속도는 더 빨라지게 된다. 예를 들어, τ가 0.5이면 기존 나이키스트 방식보다 2배 빠른 속도로 신호를 전송할 수 있다.
도 3을 참조하면, 심볼값이 [1, -1, 1, -1, -1] 일 때, 4(τ×Ts) 동안 각 심볼은 서로 중첩되어 전송된다(도 3의 굵은 실선). 하지만, 전송되는 신호는 [1, -1, 1, -1, -1]이 아닌 심볼 간의 간섭이 합쳐진 신호가 전송된다. 이때 심볼 간 간섭은 수신단에서 제거할 수 있다.
국내 등록특허공보 제10-1268730호
본 발명의 목적은 FTN 방직으로 신호를 송수신할 때, 송수신 신호에 강화된 보안성을 제공하기 위해 인위적으로 변조 패턴 및 심볼 간 간섭 패턴을 적용한 신호를 송수신하는 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예는, 보안키를 이용하여 변조 패턴을 생성하는 단계; 상기 변조 패턴을 이용하여 전송할 비트 스트림으로부터 심볼열을 생성하는 단계; 상기 보안키를 이용하여 간섭 패턴을 생성하는 단계; 상기 간섭 패턴을 이용하여 상기 심볼열로부터 FTN 신호를 생성하는 단계; 및 상기 FTN 신호를 송신하는 단계; 를 포함하는, 신호 송신 방법을 제공한다.
이때, 상기 보안키는 상기 변조 패턴에 대한 정보와 상기 간섭 패턴에 대한 정보를 포함할 수 있다.
이때, 상기 간섭 패턴은 상기 변조 패턴과 독립적으로 생성될 수 있다.
이때, 상기 간섭 패턴은 상기 변조 패턴과의 기설정된 상관관계에 의하여 생성될 수 있다.
이때, 상기 기설정된 상관관계는 상기 변조 패턴에 사용되는 변조 방식들에 상응하는 변조 차수와 간섭 패턴 파라미터 사이의 음의 상관관계일 수 있다.
이때, 상기 비트 스트림은 채널 부호화와 인터리빙이 적용된 것일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예는, FTN 신호를 수신하는 단계; 보안키를 이용하여 간섭 패턴을 생성하는 단계; 상기 간섭 패턴을 이용하여 상기 FTN 신호로부터 심볼열을 복원하는 단계; 상기 심볼열에 대해서 채널 등화를 통해 채널 왜곡을 보상하는 단계; 상기 보안키를 이용하여 변조 패턴을 생성하는 단계; 및 상기 변조 패턴을 이용하여 상기 심볼열로부터 비트 스트림을 복원하는 단계; 를 포함하는, 신호 수신 방법을 제공한다.
이때, 상기 보안키는 상기 변조 패턴에 대한 정보와 상기 간섭 패턴에 대한 정보를 포함할 수 있다.
이때, 상기 변조 패턴은 상기 간섭 패턴과 독립적으로 생성될 수 있다.
이때, 상기 변조 패턴은 상기 간섭 패턴과의 기설정된 상관관계에 의하여 생성될 수 있다.
이때, 상기 기설정된 상관관계는 상기 변조 패턴에 사용되는 변조 방식들에 상응하는 변조 차수와 간섭 패턴 파라미터 사이의 음의 상관관계일 수 있다.
이때, 상기 신호 송신 방법은 복원된 상기 비트 스트림에 대해서 디인터리빙과 채널 복호화 하는 단계; 를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예는, 보안키를 이용하여 변조 패턴을 생성하는 변조 패턴 제어부; 상기 변조 패턴을 이용하여 전송할 비트 스트림으로부터 심볼열을 생성하는 변조부; 상기 보안키를 이용하여 간섭 패턴을 생성하는 간섭 패턴 제어부; 상기 간섭 패턴을 이용하여 상기 심볼열로부터 FTN 신호를 생성하는 FTN 신호 생성부; 및 상기 FTN 신호를 송신하는 송신단 통신부; 를 포함하는, 신호 송신 장치를 제공한다.
이때, 상기 보안키는 상기 변조 패턴에 대한 정보와 상기 간섭 패턴에 대한 정보를 포함할 수 있다.
이때, 상기 간섭 패턴은 상기 변조 패턴과 독립적으로 생성될 수 있다.
이때, 상기 간섭 패턴은 상기 변조 패턴과의 기설정된 상관관계에 의하여 생성될 수 있다.
이때, 상기 기설정된 상관관계는 상기 변조 패턴에 사용되는 변조 방식들에 상응하는 변조 차수와 간섭 패턴 파라미터 사이의 음의 상관관계일 수 있다.
이때, 상기 비트 스트림은 채널 부호화와 인터리빙이 적용된 것일 수 있다.
본 발명에 따르면, 물리계층에서 비화된 신호를 전송하는 방식 중 미리 정해진 변조 패턴을 통해 지속적으로 변화하는 변조 방식을 이용하여 심볼을 생성한 뒤, 각 심볼마다 인위적으로 심볼 간 간섭 패턴 코드를 이용해 비화하여 전송하고, 수신단에서는 이러한 패턴을 알고 있는 경우에만 신호를 정상적으로 복원할 수 있는 새로운 물리계층 비화 전송 방법을 제공할 수 있다. 즉, 보안키를 정확히 알고 있는 수신단에서만 송신단에서 송신한 신호를 복원할 수 있어, 보안성이 높은 전송 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 나이키스트 관점의 펄스 생성 방법에 따라 생성된 복수의 펄스의 예시를 나타낸 도면이다.
도 2는 FTN 방식의 펄스 생성 방법에 따라 생성된 복수의 펄스의 예시를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 예시와 동일한 심볼값에 대해서, FTN 방식의 펄스 생성 방법에 따라 생성된 복수의 펄스 예시를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 송수신 시스템을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 송수신 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 송신 장치에서 생성된 코드화된 FTN 송신 신호를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 FTN 송신 신호를 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 수신 장치에서 복원한 비트 스트림을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 송신 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 수신 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성되어 다양한 형태로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 송수신 시스템을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 신호 송신 장치(100)는 기지국이고 신호 수신 장치(200 또는 200a)는 단말로 도시되어 있다. 하지만, 경우에 따라 단말이 신호 송신 장치이고, 기지국이 신호 수신 장치로 동작할 수 있다.
여기서 단말(terminal)은 이동국(mobile station, MS), 이동 단말(mobile terminal, MT), 진보된 이동국(advanced mobile station, AMS), 고신뢰성 이동국(high reliability mobile station, HR-MS), 가입자국(subscriber station, SS), 휴대 가입자국(portable subscriber station, PSS), 접근 단말(access terminal, AT), 사용자 장비(user equipment, UE) 등을 지칭할 수도 있고, MT, MS, AMS, HR-MS, SS, PSS, AT, UE 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다
또한, 기지국(base station, BS)은 진보된 기지국(advanced base station, ABS), 고신뢰성 기지국(high reliability base station, HR-BS), 노드B(node B), 고도화 노드B(evolved node B, eNodeB), 접근점(access point, AP), 무선 접근국(radio access station, RAS), 송수신 기지국(base transceiver station, BTS), MMR(mobile multihop relay)-BS, 기지국 역할을 수행하는 중계기(relay station, RS), 기지국 역할을 수행하는 중계 노드(relay node, RN), 기지국 역할을 수행하는 진보된 중계기(advanced relay station, ARS), 기지국 역할을 수행하는 고신뢰성 중계기(high reliability relay station, HR-RS), 소형 기지국 등을 지칭할 수도 있고, ABS, 노드B, eNodeB, AP, RAS, BTS, MMR-BS, RS, RN, ARS, HR-RS, 소형 기지국 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
신호 송신 장치(100)는 신호 수신 장치(200 또는 200a)와 상호 연결된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 신호 송신 장치(100)는 FTN(Faster Than Nyquist) 기반의 전송 기술을 응용하여 물리계층 전송 신호의 전송율 향상과 동시에 물리계층 신호를 비화하기 위하여 지속적으로 변화하는 변조 방식을 이용하여 심볼을 생성한다. 그리고, 매 심볼마다 보안키를 이용하여 FTN 인자 τ값을 변화시키면서 인위적으로 생성한 코드화된 변조 패턴과 간섭 패턴을 적용하여 전송 신호를 암호화하여 신호 수신 장치(200 또는 200a)로 전송한다.
신호 수신 장치(200 또는 200a)는 보안키를 소유한 신호 수신 장치(200)와 보안키를 소유하지 않은 신호 수신 장치(200a)로 구분된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 수신 장치는 보안키를 소유한 신호 수신 장치(200)이다. 즉, 신호 송신 장치(100)와 보안키를 공유하는 신호 수신 장치(200)가 서로 신호를 주고 받는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 신호 수신 장치(200)는 수신한 신호에 대해서 정합 필터를 거친 후, 신호 송신 장치(100)와 동일한 보안키를 이용하여 코드화된 간섭 패턴과 변조 패턴을 생성한다. 그리고, 코드화된 변조 패턴과 간섭 패턴을 이용하여 수신 신호를 복호화하여 원래 신호인 비트 스트림을 복원한다.
보안키를 소유하지 않은 신호 수신 장치(200a)는 신호 송신 장치(100)와 보안키를 공유하지 못하고, 신호 수신 장치(200)에 부여된 인위적인 심볼 간 간섭 패턴 및 심볼을 복조 하는데 사용되어야 할 변조 패턴에 대한 정보가 없으므로 신호 송신 장치(100)에서 전송한 신호를 복원하는 것이 어렵다.
특히, 비트 스트림에 적용되는 변조 패턴에 따른 변조 방식의 변화와 각 심볼에 적용되는 심볼 간 간섭 패턴의 변화가 누적됨에 따라, 보안키에 대한 정보를 알지 못하는 경우 수신 신호의 심볼 타이밍이 송신 신호의 심볼 타이밍과 무관해지고 각 심볼에 해당되는 변조 방식에 적합한 복조를 수행하지 못함으로써 송신된 비트 스트림의 복원이 불가능해질 수 있다.
선택적 실시예에서, 신호 송신 장치(100)에 채널 부호화 또는 인터리빙이 적용된 비트 스트림이 입력된 경우에는 신호 수신 장치(200)에서 복조된 비트 스트림에 대해 신호 송신 장치(100)에 적용된 채널 부호화 또는 인터리빙의 역순으로 디인터리빙 또는 채널 복호화가 적용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 송수신 시스템(1)을 나타낸 블록도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 송수신 시스템(1)은 신호 송신 장치(100)와 신호 수신 장치(200)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 신호 송신 장치(100)는 변조 패턴 제어부(110), 변조부(120), 간섭 패턴 제어부(130), FTN 신호 생성부(140) 및 송신단 통신부(150) 등을 포함한다.
상세히, 변조 패턴 제어부(110)는 신호를 전달하고자 하는 신호 수신 장치(200)와 공유하는 보안키를 이용하여 변조 패턴을 생성한다. 여기서, 변조 패턴을 생성할 때 사용되는 변조 방식은 QPSK(Quadrature Phase-Shift Keying, 직교 위상 천이 변조) 및 QAM(Quadrature Amplitude Modulation, 직교 진폭 변조) 등을 이용할 수 있다.
예컨대, 변조 패턴의 일 예로 s = [16QAM, 64QAM, QPSK, 64QAM, 16QAM]가 사용될 수 있다.
변조부(120)는 변조 패턴 제어부(110)에서 생성된 변조 패턴을 이용하여 전송할 비트 스트림을 변조하여 심볼열을 생성한다. 이때, 변조 패턴은 QPSK, 16QAM 및 64QAM 등의 변조 방식이 적용될 수 있다.
이때, 전송할 비트 스트림은 변조부(120)에서 변조되기 전에 채널 부호화 및 인터리빙이 적용될 수 있다.
간섭 패턴 제어부(130)는 신호를 전달하고자 하는 신호 수신 장치(200)와 공유하는 보안키를 이용하여 간섭 패턴을 생성한다.
이때, 간섭 패턴은 시간 차원에 관한 간섭 패턴 또는 주파수에 관한 간섭 패턴을 포함할 수 있다. 이때, 간섭 패턴은, FTN 전송 파라미터인 τ의 나열 패턴(시퀀스)이 될 수 있다. 시간 차원에 관한 간섭 패턴에서 τ는 심볼 간 간섭의 정도를 나타낼 수 있고, 주파수 차원에 관한 간섭 패턴에서 τ는 부반송파 간 간섭의 정도를 나타낼 수 있다.
예컨대, 간섭 패턴의 일 예로 τ = [1, 0.7, 0.8, 0.5, 0.4]가 사용될 수 있다.
특히, 보안키는 변조 패턴 정보와 간섭 패턴 정보를 포함할 수 있다. 즉, 신호 송신 장치(100)와 신호 수신 장치(200)에서 보안키를 사용하여 변조 패턴을 생성하기 위한 정보와 간섭 패턴을 생성하기 위한 정보를 포함할 수 있다. 이때, 변조 패턴과 간섭 패턴은 크게 두가지 방법으로 생성될 수 있다.
첫 번째는, 간섭 패턴과 변조 패턴이 서로 독립적으로 생성하는 방법이다. 이 경우, 간섭 패턴과 변조 패턴은 서로 상관관계 없이 생성될 수 있다. 예컨대, 변조 패턴이 s = [16QAM, 64QAM, QPSK, 64QAM, 16QAM]이고, 간섭 패턴이 τ = [1, 0.7, 0.8, 0.5, 0.4]으로 서로 상관관계가 없이 독립적일 수 있다.
두 번째는, 간섭 패턴과 변조 패턴이 서로 종속적으로 생성하는 방법이다. 즉, 간섭 패턴과 변조 패턴 사이에 상관관계가 존재하여, 그 관계에 의해 간섭 패턴과 변조 패턴이 생성될 수 있다. 예컨대, QPSK 일 경우 τ=0.5, 16QAM 일 경우 τ=0.7, 64QAM 일 경우 τ=0.8 과 같은 상관관계를 갖도록 인위적으로 설정한 경우에, 변조 패턴이 s = [16QAM, 64QAM, QPSK, 64QAM, 16QAM]라면 간섭 패턴이 τ = [0.7, 0.8, 0.5, 0.8, 0.7]으로 생성될 수 있다.
특히, 간섭 패턴과 변조 패턴이 서로의 상관관계에 의하여 생성될 경우, 변조 패턴에 사용되는 변조 방식들에 상응하는 변조 차수와 간섭 패턴 파라미터가 음의 상관관계를 갖도록 간섭 패턴과 변조 패턴이 생성될 수 있다. 예컨대, QPSK과 같이 변조 차수가 낮은 경우에는 강력한 간섭 패턴 파라미터인 τ=0.5를 선택하고, 64QAM과 같이 변조 차수가 높을 경우에는 상대적으로 인위적 간섭의 양이 적은 τ=0.8을 선택할 수 있다. 이 방식은 64QAM과 같은 변조 차수가 높은 변조 방식에 τ=0.5와 같은 강력한 간섭 패턴 파라미터가 적용되어 신호를 복원하는데 발생할 수 있는 성능열화를 미리 방지하여 안정적인 신호 복원을 가능하게 한다.
FTN 신호 생성부(140)는 생성된 심볼열에 대해서 간섭 패턴에 따라 업샘플링(Up-sampling)을 통해 비화 전송(secret transmission)을 위한 송신 신호를 생성하게 된다. 여기서, 각각의 심볼들은 간섭 패턴에 따라 서로 다른 τ 값이 적용되어 업샘플링될 수 있다.
여기서, FTN 신호 생성부(140)는 송신단 필터부(145)를 포함할 수 있다. 그리고, 송신단 필터부(145)를 통해 송신 전에 FTN 신호를 구성하는 심볼 펄스의 모양과 송신 스펙트럼을 결정할 수 있다.
송신단 통신부(150)는 송신 신호를 채널을 통해 신호 수신 장치(200)으로 전송한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 신호 수신 장치(200)는 수신단 통신부(210), 간섭 패턴 생성부(220), FTN 수신 심볼 추출부(230), FTN 간섭 제거부(240), 채널 등화부(250), 변조 패턴 생성부(260) 및 복조부(270) 등을 포함한다.
상세히, 수신단 통신부(210)는 신호 송신 장치(100)에서 생성되어 채널을 통해 전송된 코드화된 FTN 신호를 수신한다.
간섭 패턴 생성부(220)는 신호를 전송한 신호 송신 장치(100)와 공유하는 보안키를 이용하여 간섭 패턴을 생성한다. 만약, 보안키에 대한 정보를 알지 못하는 경우에는 수신한 신호에 대해서 비트 스트림을 복원할 수 없다.
FTN 수신 심볼 추출부(230)는 신호 송신 장치(100)로부터 수신한 신호를 간섭 패턴에 따라 다운샘플링(Down-sampling)을 수행한다.
선택적 실시예에서, FTN 수신 심볼 추출부(230)는 수신단 필터부(235)를 포함할 수 있다. 그리고, 수신한 FTN 신호에 대해서 다운샘플링을 하기 전에 수신단 필터부(235)를 이용하여 노이즈를 필터링할 수 있다. 특히, 수신단 필터부(235)는 정합 필터를 이용할 수 있다.
FTN 간섭 제거부(240)는 다운샘플링된 신호에 대해서 간섭 패턴에 따라 간섭을 제거하여 간섭이 제거된 심볼열을 생성한다.
채널 등화부(250)는 간섭이 제거된 심볼열에 대해서 채널 등화를 통하여 진폭 왜곡 또는 위상 왜곡 등의 채널 왜곡을 보상한다.
변조 패턴 생성부(260)는 신호를 전송한 신호 송신 장치(100)와 공유하는 보안키를 이용하여 변조 패턴을 생성한다. 만약, 보안키에 대한 정보를 알지 못하는 경우에는 수신한 신호에 대해서 비트 스트림을 복원할 수 없다.
복조부(270)는 변조 패턴 생성부(260)에서 생성된 변조 패턴을 이용하여 간섭이 제거된 심볼열의 각 심볼에 대해 복조를 수행하여 비트 스트림을 복원한다.
선택적 실시예에서, 신호 송신 장치(100)에 채널 부호화 또는 인터리빙이 적용된 비트 스트림이 입력된 경우에는 복조부(270)에서 복조된 비트 스트림에 대해 신호 송신 장치(100)에 적용된 채널 부호화 또는 인터리빙의 역순으로 디인터리빙과 채널 복호화가 적용될 수 있다. 이때, 디인터리빙과 채널 복호화는 복조부(270), 채널 등화부(250) 및 FTN 간섭 제거부(240)를 포함하는 반복 루프 구조의 터보 등화기에 적용될 수 있다.
즉, 비트 스트림에 적용되는 변조 패턴에 따른 변조 방식의 변화와 각 심볼에 적용되는 심볼 간 간섭 패턴의 변화가 누적됨에 따라, 보안키에 대한 정보를 알지 못하는 경우 수신 신호의 심볼 타이밍이 송신 신호의 심볼 타이밍과 무관해지고 각 심볼에 해당되는 변조 방식에 적합한 복조를 수행하지 못함으로써 송신된 비트 스트림의 복원이 불가능해질 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 송신 장치(도 5의 100 참조)에서 생성된 코드화된 FTN 송신 신호를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 송신 장치(도 5의 100 참조)는 원신호에 해당하는 비트 스트림(6a)에 적용되는 특정 보안키로부터 변조 패턴 s = [16QAM, 64QAM, QPSK, 64QAM, 16QAM]을 생성한다. 그리고, 비트 스트림에 대해서 생성된 변조 패턴이 적용된 심볼열(6b)을 생성한다.
이후, 보안키로부터 코드화된 간섭 패턴 τ = [1, 0.7, 0.8, 0.5, 0.4]를 생성한다. 그리고, FTN 신호 생성부(도 5의 140 참조)는 변조 패턴이 적용된 심볼열에 대해 간섭 패턴이 적용하여 FTN 송신 신호(6c)를 생성한다.
즉, 기설정된 t초 동안 τ=1로 첫 번째 송신 신호를 생성한다. 그리고, t초 후 τ=0.7에 대한 두 번째 송신 신호를 생성한다. 마찬가지로 0.7×t초 후 τ=0.8에 대한 세 번째 송신 신호를 생성한다. 0.8×t초 후 τ=0.5에 대한 네 번째 송신 신호를 생성한다. 마지막으로, 0.5×t초 후 τ=0.4에 대한 다섯 번째 송신 신호를 생성한다. 이에 따라, 코드화된 FTN 신호(6c)가 생성 및 전송된다.
여기서, 신호 송신 장치(도 5의 100 참조)에서 송신되는 신호(6c)는 도 6에 도시된 것과 같이 각 심볼이 인위적으로 간섭된다. 즉, 심볼 간 간섭의 정도는 미리 정해진 보안키에 따른 심볼 간 간섭 패턴에 따라 서로 각각 다를 수 있다.
도 7은 도 6에 도시된 FTN 송신 신호를 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 수신 장치(도 5의 200 참조)에서 복원한 비트 스트림을 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 수신 장치(도 5의 200 참조)는 신호 송신 장치(도 5의 100 참조)에서 생성되어 전송된 코드화된 FTN 신호(7a)를 수신한다. 여기서, 코드화된 FTN 신호(7a)는 신호 구간 마다 심볼 간의 간섭이 일정하지 않고 가변적이다. 따라서, 신호 송신 장치(도 5의 100 참조)에서 사용한 것과 동일한 간섭 패턴을 이용하여 간섭을 제거하여야만 원래의 비트 스트림을 복원할 수 있다.
신호 수신 장치(도 5의 200 참조)는 신호 송신 장치(도 5의 100 참조)가 사용한 것과 동일한 보안키에 따른 간섭 패턴 τ = [1, 0.7, 0.8, 0.5, 0.4]를 생성한다. 그리고, 간섭 패턴을 이용하여 FTN 수신 신호(7a)에 인가된 인위적인 심볼 간 간섭을 제거하여 간섭 패턴이 적용되기 전의 심볼열(7b)을 구할 수 있다.
이후, 신호 송신 장치(도 5의 100 참조)가 사용한 것과 동일한 보안키에 따른 변조 패턴 s = [16QAM, 64QAM, QPSK, 64QAM, 16QAM]을 생성한다. 그리고, 변조 패턴을 이용하여 각 심볼에 해당하는 변조 방식이 적용된 복조를 수행하여 변조 패턴이 제거된 비트 스트림(7c)을 생성하게 된다. 이로써, 비화되기 전의 변조 패턴과 간섭 패턴이 제거된 비트 스트림인 원신호를 복원하게 된다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 송신 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 송신 방법은 신호 송신 장치(도 5의 100 참조)가, 보안키를 이용하여 변조 패턴을 생성한다(S801). 여기서, 변조 패턴을 생성할 때 사용되는 변조 방식은 QPSK 및 QAM 등을 이용할 수 있다.
이때, 보안키는 변조 패턴에 대한 정보를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 송신 방법은 신호 송신 장치(도 5의 100 참조)가, 생성된 변조 패턴을 이용하여 전송할 비트 스트림을 변조하여 심볼열을 생성한다(S803). 이때, 변조 패턴은 QPSK, 16QAM 및 64QAM 등의 변조 방식이 적용될 수 있다.
여기서, 전송할 비트 스트림은 변조되기 전에 채널 부호화 및 인터리빙이 적용된 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 송신 방법은 신호 송신 장치(도 5의 100 참조)가, 보안키를 이용하여 간섭 패턴을 생성한다(S805). 이때, 간섭 패턴은 시간 차원에 관한 간섭 패턴 또는 주파수에 관한 간섭 패턴을 포함할 수 있다. 이때, 간섭 패턴은, FTN 전송 파라미터인 τ의 나열 패턴(시퀀스)이 될 수 있다.
이때, 보안키는 간섭 패턴에 대한 정보를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 송신 방법은 신호 송신 장치(도 5의 100 참조)가, 간섭 패턴을 이용하여 심볼열로부터 FTN 신호를 생성한다(S807). 여기서, 각각의 심볼들은 간섭 패턴에 따라 서로 다른 τ 값이 적용되어 업샘플링될 수 있다.
이때, 간섭 패턴과 변조 패턴은 독립적으로 생성되거나, 서로의 상관관계에 의하여 생성될 수 있다.
특히, 간섭 패턴과 변조 패턴이 서로의 상관관계에 의하여 생성될 경우, 변조 패턴에 사용되는 변조 방식들에 상응하는 변조 차수와 간섭 패턴 파라미터가 음의 상관관계를 갖도록 간섭 패턴과 변조 패턴이 생성될 수 있다. 이 경우, 64QAM과 같은 변조 차수가 높은 변조 방식에 τ=0.5와 같은 강력한 간섭 패턴 파라미터가 적용되어 신호를 복원하는데 발생할 수 있는 성능열화를 미리 방지하여 안정적인 신호 복원을 가능하게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 송신 방법은 신호 송신 장치(도 5의 100 참조)가, 생성된 FTN 신호를 채널을 통해 송신한다(S809).
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 수신 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 수신 방법은 신호 수신 장치(도 5의 200 참조)가, 채널을 통해 전송된 FTN 신호를 수신한다(S901).
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 수신 방법은 신호 수신 장치(도 5의 200 참조)가, 보안키를 이용하여 간섭 패턴을 생성한다(S903). 만약, 보안키에 대한 정보를 알지 못하는 경우에는 수신한 신호에 대해서 비트 스트림을 복원할 수 없다.
이때, 보안키는 간섭 패턴에 대한 정보를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 수신 방법은 신호 수신 장치(도 5의 200 참조)가, 간섭 패턴을 이용하여 FTN 신호로부터 간섭을 제거하여 심볼열을 복원한다(S905).
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 수신 방법은 신호 수신 장치(도 5의 200 참조)가, 간섭이 제거된 심볼열에 대해서 채널 등화를 통하여 진폭 왜곡 또는 위상 왜곡 등의 채널 왜곡을 보상한다(S907).
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 수신 방법은 신호 수신 장치(도 5의 200 참조)가, 보안키를 이용하여 변조 패턴을 생성한다(S909). 만약, 보안키에 대한 정보를 알지 못하는 경우에는 수신한 신호에 대해서 비트 스트림을 복원할 수 없다.
이때, 보안키는 변조 패턴에 대한 정보를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 수신 방법은 신호 수신 장치(도 5의 200 참조)가, 변조 패턴을 이용하여 간섭이 제거된 심볼열의 각 심볼에 대해 복조를 수행하여 비트 스트림을 복원한다(S911).
이때, 복원된 비트 스트림에 대해서 디인터리빙 및 채널 복호화를 수행할 수 있다.
즉, 비트 스트림에 적용되는 변조 패턴에 따른 변조 방식의 변화와 각 심볼에 적용되는 심볼 간 간섭 패턴의 변화가 누적됨에 따라, 보안키에 대한 정보를 알지 못하는 경우 수신 신호의 심볼 타이밍이 송신 신호의 심볼 타이밍과 무관해지고 각 심볼에 해당되는 변조 방식에 적합한 복조를 수행하지 못함으로써 송신된 비트 스트림의 복원이 불가능해질 수 있다.
이상 설명된 본 발명에 따른 실시예는 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 실행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은, 프로그램 명령어를 저장하고 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위하여 하나 이상의 소프트웨어 모듈로 변경될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
본 발명에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시 예들로서, 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, “필수적인”, “중요하게” 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
1: 신호 송수신 시스템
100: 신호 송신 장치 110: 변조 패턴 제어부
120: 변조부 130: 간섭 패턴 제어부
140: FTN 신호 생성부 145: 송신단 필터부
150: 송신단 통신부
200: 신호 수신 장치 210: 수신단 통신부
220: 간섭 패턴 생성부 230: FTN 수신 심볼 추출부
235: 수신단 필터부 240: FTN 간섭 제거부
250: 채널 등화부 260: 변조 패턴 생성부
270: 복조부

Claims (18)

  1. 보안키를 이용하여 변조 패턴을 생성하는 단계;
    상기 변조 패턴을 이용하여 전송할 비트 스트림으로부터 심볼열을 생성하는 단계;
    상기 보안키를 이용하여 간섭 패턴을 생성하는 단계;
    상기 간섭 패턴을 이용하여 상기 심볼열로부터 FTN 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 FTN 신호를 송신하는 단계;
    를 포함하는, 신호 송신 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 보안키는
    상기 변조 패턴에 대한 정보와 상기 간섭 패턴에 대한 정보를 포함하고 있는 것인, 신호 송신 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 간섭 패턴은
    상기 변조 패턴과 독립적으로 생성되는 것인, 신호 송신 방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 간섭 패턴은
    상기 변조 패턴과의 기설정된 상관관계에 의하여 생성되는 것인, 신호 송신 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 기설정된 상관관계는
    상기 변조 패턴에 사용되는 변조 방식들에 상응하는 변조 차수와 간섭 패턴 파라미터 사이의 음의 상관관계인 것인, 신호 송신 방법.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 비트 스트림은
    채널 부호화와 인터리빙이 적용된 것인, 신호 송신 방법.
  7. FTN 신호를 수신하는 단계;
    보안키를 이용하여 간섭 패턴을 생성하는 단계;
    상기 간섭 패턴을 이용하여 상기 FTN 신호로부터 심볼열을 복원하는 단계;
    상기 심볼열에 대해서 채널 등화를 통해 채널 왜곡을 보상하는 단계;
    상기 보안키를 이용하여 변조 패턴을 생성하는 단계; 및
    상기 변조 패턴을 이용하여 상기 심볼열로부터 비트 스트림을 복원하는 단계;
    를 포함하는, 신호 수신 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 보안키는
    상기 변조 패턴에 대한 정보와 상기 간섭 패턴에 대한 정보를 포함하고 있는 것인, 신호 수신 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 변조 패턴은
    상기 간섭 패턴과 독립적으로 생성되는 것인, 신호 수신 방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 변조 패턴은
    상기 간섭 패턴과의 기설정된 상관관계에 의하여 생성되는 것인 신호 수신 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 기설정된 상관관계는
    상기 변조 패턴에 사용되는 변조 방식들에 상응하는 변조 차수와 간섭 패턴 파라미터 사이의 음의 상관관계인 것인, 신호 수신 방법.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 신호 수신 방법은
    복원된 상기 비트 스트림에 대해서 디인터리빙과 채널 복호화하는 단계;
    를 더 포함하는 것인, 신호 수신 방법.
  13. 보안키를 이용하여 변조 패턴을 생성하는 변조 패턴 제어부;
    상기 변조 패턴을 이용하여 전송할 비트 스트림으로부터 심볼열을 생성하는 변조부;
    상기 보안키를 이용하여 간섭 패턴을 생성하는 간섭 패턴 제어부;
    상기 간섭 패턴을 이용하여 상기 심볼열로부터 FTN 신호를 생성하는 FTN 신호 생성부; 및
    상기 FTN 신호를 송신하는 송신단 통신부;
    를 포함하는, 신호 송신 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 보안키는
    상기 변조 패턴에 대한 정보와 상기 간섭 패턴에 대한 정보를 포함하고 있는 것인, 신호 송신 장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 간섭 패턴은
    상기 변조 패턴과 독립적으로 생성되는 것인, 신호 송신 장치.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 간섭 패턴은
    상기 변조 패턴과의 기설정된 상관관계에 의하여 생성되는 것인, 신호 송신 장치.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 기설정된 상관관계는
    상기 변조 패턴에 사용되는 변조 방식들에 상응하는 변조 차수와 간섭 패턴 파라미터 사이의 음의 상관관계인 것인, 신호 송신 장치.
  18. 청구항 14에 있어서,
    상기 비트 스트림은
    채널 부호화와 인터리빙이 적용된 것인, 신호 송신 장치.
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