KR20190069113A - 행렬 기반의 신호 모델링을 이용한 신호 검출 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

행렬 기반의 신호 모델링을 이용한 신호 검출 방법 및 이를 위한 장치 Download PDF

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KR20190069113A
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김영수
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Abstract

행렬 기반의 신호 모델링을 이용한 신호 검출 방법 및 이를 위한 장치가 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른 신호 검출 방법은 에프티엔(Faster Than Nyquist, FTN) 방식으로 코드화되어 수신된 수신 신호와 수신 신호에 적용된 필터를 고려하여 신호 모델링을 수행하고, 신호 모델링을 통해 생성된 신호 행렬 모델을 복수개의 신호 검출 그룹들로 분할하고, 신호 행렬 모델에 포함된 필터 계수와 수신 심볼(symbol)을 기반으로 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 상응하는 심볼 간 간섭을 검출하고, 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에서 심볼 간 간섭을 제거하여 수신 신호에 상응하는 송신 신호를 검출한다.

Description

행렬 기반의 신호 모델링을 이용한 신호 검출 방법 및 이를 위한 장치 {METHOD FOR DETECTING SIGNAL USING SIGNAL MODELING BASED ON MATRIX AND APPARATUS USING THE SAME}
본 발명은 신호 검출 기술에 관한 것으로, 특히 심볼 간 간섭이 존재하는 FTN 방식의 전송 신호를 송수신하는 시스템에서 행렬을 기반으로 모델링된 신호를 이용하여 송신 신호를 검출하는 기술에 관한 것이다.
일반적인 통신 시스템은 심볼(symbol)간의 간섭이 없이 신호를 전송하기 위하여 나이키스트 속도(Nyquist rate)를 사용하여 신호를 전송한다. 또한, 통상적인 직교 주파수 분할 다중화(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM) 시스템에서는 허용된 대역폭에서 심볼 간의 간섭 없이 신호를 전송하기 위해 펄스의 모양과 속도가 결정된다. 이를 나이키스트 관점의 펄스 생성 방법이라고 한다. 이러한 나이키스트 관점의 펄스 생성 방법에 따라 결정된 펄스는 주어진 대역폭에서 심볼간 간섭 없이 최대의 전송률을 가질 수 있다.
도 1은 나이키스트 관점의 펄스 생성 방법에 따라 생성된 복수의 펄스들을 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 나이키스트 관점의 펄스를 사용하는 경우, 각 펄스는 심볼간 간섭 없이 전송될 수 있다. 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 방식에 따라 생성된 복수의 펄스들을 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, FTN 방식은 FTN factor인 τ(τ≤1)를 적용하여 심볼 간의 간격을 줄임으로써 송신 신호에서 필연적으로 심볼 간 간섭(inter-symbol intergerence, ISI)을 발생시킨다. 하지만, 이와 같이 필연적으로 발생하는 심볼 간 간섭에도 불구하고, 비트 오율(BER)의 손실 없이 나이키스트 속도보다 심볼 전송 속도를 어느 정도 높일 수 있다는 것이 알려져 있다.
또한, FTN 전송 방식에서 FTN factor인 τ의 값을 각 심볼마다 다르게 적용하면, 각 심볼 별 위치 및 간섭패턴이 달라지므로 보안성을 향상시킬 수 있다. 이와 같이 심볼의 위치 및 간섭패턴을 조절하는 τ값을 각 심볼 별로 다르게 적용하는 방법으로 τ의 코드화가 활용될 수 있다. 즉, τ의 값을 시퀀스로 생성하여 심볼의 위치 및 간섭패턴의 조절이 가능하다. 이러한 τ의 시퀀스는 FTN 코드라 명명하고 τ로 표기한다.
예를 들어, 도 3을 참조하면, FTN 코드는 τ = [1, 0.8, 0.7, 0.5, 0.4]에 상응할 수 있다. 이 때, 신호를 송신하는 송신단은 FTN 코드에 상응하는 간섭 패턴에 따라 FTN 신호를 송신한다. 신호를 수신하는 수신단은 간섭 패턴과 관련된 보안 키를 이용하여 수신된 FTN 신호로부터 송신된 데이터를 복원할 수 있다. 이때, 보안 키를 가진 단말은 신호를 정상적으로 복원할 수 있지만, 보안 키를 갖지 않은 단말은 신호를 복원할 수 없다.
한국 공개 특허 제10-2016-0092714호, 2016년 8월 5일 공개(명칭: 통신 장치 및 방법)
본 발명의 목적은 보안 기술이 적용된 코드화된 FTN 신호의 간섭을 효과적으로 제거하고 신호를 검출할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 신호를 복원할 때 간섭신호의 필터계수와 심볼정보를 활용하여 보다 효과적으로 간섭을 제거하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 신호 검출 방법은 에프티엔(Faster Than Nyquist, FTN) 방식으로 코드화되어 수신된 수신 신호와 상기 수신 신호에 적용된 필터를 고려하여 신호 모델링을 수행하는 단계; 상기 신호 모델링을 통해 생성된 신호 행렬 모델을 복수개의 신호 검출 그룹들로 분할하는 단계; 상기 신호 행렬 모델에 포함된 필터 계수와 수신 심볼(symbol)을 기반으로 상기 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 상응하는 심볼 간 간섭을 검출하는 단계; 및 상기 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에서 상기 심볼 간 간섭을 제거하여 상기 수신 신호에 상응하는 송신 신호를 검출하는 단계를 포함한다.
이 때, 심볼 간 간섭을 검출하는 단계는 상기 필터 계수와 상기 수신 심볼을 이용하여 상기 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 대해 심볼 간 간섭을 고려하지 않은 1차 송신 심볼을 산출하는 단계; 및 상기 1차 송신 심볼, 상기 필터 계수 및 상기 수신 심볼 중 적어도 하나를 기반으로 상기 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 상응하는 간섭 심볼에 의한 적어도 하나의 간섭을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
이 때, 1차 송신 심볼을 산출하는 단계는 주파수 변조 방식을 고려하여 상기 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 대해 복수개의 후보 심볼 조합들을 생성하는 단계; 및 상기 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 상응하는 필터 계수 행렬, 수신 심볼 행렬 및 상기 복수개의 후보 심볼 조합들 중 적어도 하나를 기반으로 복수개의 1차 송신 심볼들을 산출하고, 상기 복수개의 1차 송신 심볼들 중 최소값을 갖는 어느 하나를 상기 1차 송신 심볼로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
이 때, 적어도 하나의 간섭을 검출하는 단계는 상기 복수개의 신호 검출 그룹들 각각의 선행 간섭 심볼에 의한 선행 간섭을 검출하는 단계; 및 상기 복수개의 신호 검출 그룹들 각각의 후행 간섭 심볼에 의한 후행 간섭을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
이 때, 송신 신호를 검출하는 단계는 상기 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 상응하는 수신 심볼 행렬에서 상기 선행 간섭과 상기 후행 간섭을 제거하여 상기 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 상응하는 간섭 제거 행렬을 생성하는 단계; 및 상기 필터 계수 행렬과 상기 간섭 제거 행렬을 기반으로 상기 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 대한 최종 송신 심볼을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
이 때, 분할하는 단계는 기설정된 분할 계수와 행렬의 크기를 고려하여 상기 신호 행렬 모델에 포함된 필터 계수 행렬, 수신 심볼 행렬 및 송신 심볼 행렬 중 적어도 하나를 분할할 수 있다.
이 때, 최종 송신 심볼을 검출하는 단계는 상기 복수개의 신호 검출 그룹들 중 첫 번째 송신 심볼이 포함된 제1 신호 검출 그룹에 상응하는 제1 최종 송신 심볼을 검출하고, 상기 제1 최종 송신 심볼을 기반으로 상기 복수개의 신호 검출 그룹들 중 상기 제1 신호 검출 그룹을 제외한 나머지 신호 검출 그룹에 상응하는 최종 송신 심볼을 검출할 수 있다.
이 때, 신호 모델링을 수행하는 단계는 상기 심볼 간 간섭에 상응하는 간섭 심볼의 개수를 고려하여 상기 신호 행렬 모델을 생성할 수 있다.
이 때, 수신 신호는 에프티엔(Faster Than Nyquist, FTN) 코드에 상응하는 비균일 심볼 간 간섭이 포함된 신호에 상응할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 신호 검출 장치는, 에프티엔(Faster Than Nyquist, FTN) 방식으로 코드화되어 수신된 수신 신호와 상기 수신 신호에 적용된 필터를 고려하여 신호 모델링을 수행하고, 상기 신호 모델링을 통해 생성된 신호 행렬 모델을 복수개의 신호 검출 그룹들로 분할하고, 상기 신호 행렬 모델에 포함된 필터 계수와 수신 심볼(symbol)을 기반으로 상기 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 상응하는 심볼 간 간섭을 검출하고, 상기 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에서 상기 심볼 간 간섭을 제거하여 상기 수신 신호에 상응하는 송신 신호를 검출하는 프로세서; 및 상기 수신 신호, 상기 필터 계수 및 상기 신호 행렬 모델 중 적어도 하나를 저장하는 메모리를 포함한다.
이 때, 프로세서는 상기 필터 계수와 상기 수신 심볼을 이용하여 상기 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 대해 심볼 간 간섭을 고려하지 않은 1차 송신 심볼을 산출하고, 상기 1차 송신 심볼, 상기 필터 계수 및 상기 수신 심볼 중 적어도 하나를 기반으로 상기 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 상응하는 간섭 심볼에 의한 적어도 하나의 간섭을 검출할 수 있다.
이 때, 프로세서는 주파수 변조 방식을 고려하여 상기 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 대해 복수개의 후보 심볼 조합들을 생성하고, 상기 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 상응하는 필터 계수 행렬, 수신 심볼 행렬 및 상기 복수개의 후보 심볼 조합들 중 적어도 하나를 기반으로 복수개의 1차 송신 심볼들을 산출하고, 상기 복수개의 1차 송신 심볼들 중 최소값을 갖는 어느 하나를 상기 1차 송신 심볼로 결정할 수 있다.
이 때, 프로세서는 상기 복수개의 신호 검출 그룹들 각각의 선행 간섭 심볼에 의한 선행 간섭을 검출하고, 상기 복수개의 신호 검출 그룹들 각각의 후행 간섭 심볼에 의한 후행 간섭을 검출할 수 있다.
이 때, 프로세서는 상기 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 상응하는 수신 심볼 행렬에서 상기 선행 간섭과 상기 후행 간섭을 제거하여 상기 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 상응하는 간섭 제거 행렬을 생성하고, 상기 필터 계수 행렬과 상기 간섭 제거 행렬을 기반으로 상기 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 대한 최종 송신 심볼을 검출할 수 있다.
이 때, 프로세서는 기설정된 분할 계수와 행렬의 크기를 고려하여 상기 신호 행렬 모델에 포함된 필터 계수 행렬, 수신 심볼 행렬 및 송신 심볼 행렬 중 적어도 하나를 분할할 수 있다.
이 때, 프로세서는 상기 복수개의 신호 검출 그룹들 중 첫 번째 송신 심볼이 포함된 제1 신호 검출 그룹에 상응하는 제1 최종 송신 심볼을 검출하고, 상기 제1 최종 송신 심볼을 기반으로 상기 복수개의 신호 검출 그룹들 중 상기 제1 신호 검출 그룹을 제외한 나머지 신호 검출 그룹에 상응하는 최종 송신 심볼을 검출할 수 있다.
이 때, 프로세서는 상기 심볼 간 간섭에 상응하는 간섭 심볼의 개수를 고려하여 상기 신호 행렬 모델을 생성할 수 있다.
이 때, 수신 신호는 에프티엔(Faster Than Nyquist, FTN) 코드에 상응하는 비균일 심볼 간 간섭이 포함된 신호에 상응할 수 있다.
본 발명에 따르면, 보안 기술이 적용된 코드화된 FTN 신호의 간섭을 효과적으로 제거하고 신호를 검출할 수 있는 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 신호를 복원할 때 간섭신호의 필터계수와 심볼정보를 활용하여 보다 효과적으로 간섭을 제거할 수 있다.
도 1은 나이키스트 관점의 펄스 생성 방법에 따라 생성된 복수의 펄스들을 나타낸 도면이다.
도 2는 FTN 방식에 따라 생성된 복수의 펄스들을 나타낸 도면이다.
도 3은 FTN 코드를 기반으로 코드화된 FTN 신호의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 신호 검출 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 5는 본 발명에 따라 FTN 코드를 기반으로 생성된 복수의 펄스들의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 코드화된 FTN 송수신 시스템의 기능 블록 구조의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 7는 본 발명에 따른 신호 행렬 모델의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 코드화된 FTN 신호의 변복조 과정의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명에 따라 심볼 간 간섭을 제거하는 간섭제거모듈의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 신호 검출 장치를 나타낸 블록도이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 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.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 신호 검출 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 신호 검출 방법은 에프티엔(Faster Than Nyquist, FTN) 방식으로 코드화되어 수신된 수신 신호와 수신 신호에 적용된 필터를 고려하여 신호 모델링을 수행한다(S410).
이 때, 수신 신호는 에프티엔(Faster Than Nyquist, FTN) 코드에 상응하는 비균일 심볼 간 간섭이 포함된 신호에 상응할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 FTN 전송 방식과 같이 FTN 전송파라미터에 해당하는 τ의 값을 각 심볼마다 다르게 적용함으로써 균일하지 않은 간섭패턴에 의해 균일하지 않은 심볼 간 간섭이 필연적으로 발생할 수 있다. 이러한 FTN 코드를 이용하면, 각 심볼 별 위치나 간섭패턴이 상이하게 되므로 신호의 보안성을 향상시킬 수 있다.
즉, 코드화된 FTN 방식의 송수신 시스템에서는 FTN factor τ를 심볼 단위로 조절하여 보안이 향상된 신호를 생성할 수 있다. 따라서, 설명한 τ값이 보안키로 활용될 수 있다.
예를 들어, 도 5를 참조하면, 심볼 별로 다른 τ값(τ1, τ2, τ3)이 적용된 경우의 신호 위치와 간섭패턴을 알 수 있다.
이 때, 도 5에 도시된 심볼 a1, a2, a3, a4를 검출하는 경우, 각 심볼의 앞뒤로 비균일한 간섭이 포함될 수 있다. 이 때, 비균일한 간섭은 심볼에 적용되는 펄스의 계수와 인접한 심볼이 곱해진 형태로 각 심볼에 더해질 수 있다.
이 때, 송신 심볼의 길이가 L인 경우 ak는 [수학식 1]과 같이 L개의 심볼을 갖는 벡터 열로 표현할 수 있다.
[수학식 1]
A = [a1a2…al…aL]
또한, 송신 심볼에 적용되는 FTN 코드는 [수학식 2]와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 2]
τcode = [τ1τ2…τl…τL]
이 때, [수학식 2]에서 τl은 l번째 심볼에 적용되는 τ값에 해당하며, l값에 따라 각각 다른 값을 가질 수 있다. 예를 들어, τl = 0.8, τl +1 = 0.7과 같이 각각 다른 값을 할당하는 것이 가능하다.
이 때, 도 6에 도시된 것과 같은 본 발명의 일실시예에 따른 코드화된 FTN 송수신 시스템의 송신단에서는 전송하려는 디지털 데이터 신호를 발생시켜 특정 심볼로 디지털 데이터 신호를 변조한다. 이 때, 일반적인 통신시스템에서 사용하는 PSK(Phase Shift Keying) 또는 QAM(Quadrature Amplitude Modulation)심볼을 나타낼 수 있다. 이렇게 변환된 심볼은 송신 필터(610)를 통해 심볼 전송속도 τT로 선형 변조되어 전송될 수 있다.
이 때, 송신 필터(610)를 통해 전송되는 송신 심볼은 [수학식 3]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00001
이 때, [수학식 3]에서 τ은 샘플링 시간 조절 함수에 상응할 수 있다.
예를 들어, 송신단에서 τ<1에 상응하는 조건이 설정되면, 신호를 전송하기 위한 전송 필터들 사이에서 중첩이 발생하여 결과적으로 심볼 간 간섭(ISI)이 발생하게 된다. 이 때, τ값이 작아질수록 중첩되는 심볼의 수가 늘어나게 되고, 이에 따라 큰 ISI가 발생하게 된다. 그러나, τ값이 작아질수록 심볼의 송신 주기를 빠르게 하므로 신호의 전송률을 향상시킬 수 있다. 이론적으로 τ값이 0.5일 경우, 전송률을 두 배 향상시킬 수 있는 것을 의미한다.
이렇게 전송된 신호는 가우시안 잡음채널을 거쳐 수신되고, 수신된 신호는 임펄스 응답 g*(-t)을 갖는 수신 필터(620)를 통과한 후 1/τT의 속도로 샘플링 될 수 있다. 이 때, 샘플링된 신호 y(nτT)는 [수학식 4]와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00002
이 때, [수학식 4]에서 x(t) = g(t)*g*(-t)를 의미하고, w(t)는 가우시안 잡음을 의미할 수 있다.
이 때, [수학식 2]에 나타낸 τcode가 적용된 코드화된 FTN 시스템의 송신 심볼은 [수학식 5]와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 5]
Figure pat00003
이 때, 본 발명에서는 [수학식 5]와 같이 전송된 송신 신호와 송신 신호에 적용되는 필터를 벡터와 행렬을 통해 모델링하여 보다 간편하게 신호를 검출할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.
이 때, 심볼 간 간섭에 상응하는 간섭 심볼의 개수를 고려하여 신호 행렬 모델을 생성할 수 있다.
예를 들어, 송신 심볼을 검출하는 경우에는 필터들 사이에 간섭에 의해 도 5에 도시된 것과 같이 검출해야 하는 심볼의 앞뒤로 간섭심볼이 존재할 수 있다.
이 때, 간섭심볼의 개수는 τ값에 따라 결정될 수 있으며, τ값이 작아질수록 필터들 사이의 간격이 좁아지게 되어 간섭 심볼의 개수가 증가할 수 있다.
이 때, 본 발명의 일실시예에 따라 2N개에 상응하는 간섭 심볼을 고려하여 특정 심볼을 검출하는 경우를 신호 모델링하면 [수학식 6]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 6]
Figure pat00004
이 때, [수학식 6]에서 xl은 l번째 간섭 심볼에 적용되는 필터 계수에 해당하고, xT는 검출될 특정 심볼에 적용되는 필터 계수에 해당할 수 있다. 이와 같은 신호 모델링은 신호에 포함된 전체 심볼에 적용될 수 있다.
예를 들어, 간섭 심볼에 상응하는 N값은 2이고, 송신 심볼의 길이 L이 9인 경우, [수학식 7]과 같이 신호 모델링을 수행할 수 있다.
[수학식 7]
Figure pat00005
Figure pat00006
이 때, [수학식 7]에서 X는 LXL 사이즈의 채널 필터 계수로 구성된 행렬이고 W는 L개의 수신 심볼에 적용되는 가우시안 잡음을 의미할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 신호 검출 방법은 신호 모델링을 통해 생성된 신호 행렬 모델을 복수개의 신호 검출 그룹들로 분할한다(S420).
이 때, 기설정된 분할 계수와 행렬의 크기를 고려하여 신호 행렬 모델에 포함된 필터 계수 행렬, 수신 심볼 행렬 및 송신 심볼 행렬 중 적어도 하나를 분할할 수 있다. 즉, 한번의 검출절차에서 검출되는 심볼들을 기설정된 분할 계수에 상응하게 분할하여 검출할 수 있다.
이 때, 기설정된 분할 계수를 C라고 가정한다면, L개의 길이를 갖는 심볼들을 한번에 검출하는 것이 아니라, C개의 심볼들을 L/C의 절차를 통해 검출할 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 신호 행렬 모델은 9개의 심볼들을 3개로 분할한 경우의 신호 행렬 모델을 나타낸 것이다. 이 때, 도 7에 도시된 신호 행렬 모델의 분할 계수는 3에 상응할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 신호 검출 방법은 신호 행렬 모델에 포함된 필터 계수와 수신 심볼(Symbol)을 기반으로 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 상응하는 심볼 간 간섭을 검출한다(S430).
이 때, 필터 계수와 수신 심볼을 이용하여 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 대해 심볼 간 간섭을 고려하지 않은 1차 송신 심볼을 산출할 수 있다.
먼저, [수학식 8]과 같이 필터 계수 행렬의 처음 CXC 부분에 해당하는 X(1)을 추출할 수 있다.
[수학식 8]
Figure pat00007
Figure pat00008
이 때, [수학식 8]의 필터 계수 행렬(711)의 원소들인 x의 인덱스는 (1, 1)부터 (C, C)로 일반화하여 표기할 수 있다. 이 때, 분할된 부분의 검출을 위해 [수학식 9]와 같이 C의 길이를 갖는 첫 수신 심볼 행렬(701) Y(1)을 이용할 수 있다.
[수학식 9]
Figure pat00009
Figure pat00010
이 때, 주파수 변조 방식을 고려하여 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 대해 복수개의 후보 심볼 조합들을 생성할 수 있다. 이 때, 복수개의 후보 심볼 조합들은 기설정된 분할 계수의 길이를 갖는 ML 신호 조합에 상응할 수 있다.
예를 들어, 기설정된 분할 계수 C의 값에 따라 [수학식 10]과 같이 후보 심볼 조합들을 구성할 수 있다.
[수학식 10]
Figure pat00011
이 때, [수학식 10]의
Figure pat00012
은 M-PSK 또는 M-QAM 송수신 환경에서 C의 길이를 갖는 후보 심볼들을 출력하는 함수에 해당하고, M은 신호 변조에 적용되는 modulation alphabet size를 의미할 수 있다. 이 때,
Figure pat00013
의 출력은
Figure pat00014
가지의 심볼 조합에 상응할 수 있다.
예를 들어, BPSK 변조를 사용하고, C의 값이 4인 경우에 출력 함수는
Figure pat00015
와 같이 나타낼 수 있으며 출력값은 [수학식 11]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 11]
Figure pat00016
Figure pat00017
이 때, [수학식 11]의 출력값에서 알 수 있듯이, 복수개의 후보 심볼 조합에 상응하게 길이가 C값에 해당하는 BPSL 변조의 모든 조합이 생성될 수 있다.
따라서, [수학식 11]에서는 24에 상응하는 16가지(S=16)의 후보 심볼 조합이 출력될 수 있다.
이 때, [수학식 11]에 도시된 것과 같은 행렬
Figure pat00018
의 각 열인
Figure pat00019
를 송신 심볼을 검출하는데 사용할 수 있다.
이 때, 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 상응하는 필터 계수 행렬, 수신 심볼 행렬 및 복수개의 후보 심볼 조합들 중 적어도 하나를 기반으로 복수개의 1차 송신 심볼들을 산출하고, 복수개의 1차 송신 심볼들 중 최소값을 갖는 어느 하나를 1차 송신 심볼로 결정할 수 있다.
예를 들어, 도 7에 도시된 신호 행렬 모델을 기준으로 8개의 후보 심볼 조합들이 생성되었다고 가정한다면, 8개의 후보 심볼 조합들 가운데 [수학식 12]에 의해 1차 송신 심볼인
Figure pat00020
를 최소값으로 출력하는 어느 하나를 후보 심볼 조합으로 선택할 수 있다.
[수학식 12]
Figure pat00021
이와 같은 방식으로, C개로 분할된 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 대해 1차 송신 심볼을 검출 할 수 있다.
예를 들어, 두 번째 수신 심볼 행렬(702) Y(2)는 [수학식 13]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 13]
Figure pat00022
Figure pat00023
이 때, 수신 심볼 행렬(702) Y(2)를 통해 송신 심볼 행렬(742) A(2)를 검출하기 위해 [수학식 14]와 같이 두 번째 필터 계수 행렬(722) X(2)를 추출할 수 있다.
[수학식 14]
Figure pat00024
Figure pat00025
이 때, 1차 송신 심볼, 필터 계수 및 수신 심볼 중 적어도 하나를 기반으로 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 상응하는 간섭 심볼에 의한 적어도 하나의 간섭을 검출할 수 있다.
이 때, 복수개의 신호 검출 그룹들 각각의 선행 간섭 심볼에 의한 선행 간섭을 검출할 수 있다.
이 때, 선행 간섭은 각 심볼의 이전에 송출된 이전 심볼에 의해 발생하는 심볼 간 간섭에 상응할 수 있다.
예를 들어, 도 7을 참조하면, 수신 심볼 행렬(702) Y(2)에는 첫 번째로 송출된 송신 심볼 행렬(741) A(1)에 의한 간섭 심볼이 선행 간섭으로 포함된 것을 알 수 있다. 따라서, 두 번째 송신 심볼 행렬(742) A(2)을 검출하기 위해서는 첫 번째로 송출된 송신 심볼 행렬(741) A(1)에 의한 선행 간섭을 제거해야 할 필요가 있다.
이러한 선행 간섭을 제거하기 위한 절차는 [수학식 15]와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 15]
Figure pat00026
이 때,
Figure pat00027
는 선행 간섭을 의미하는 것으로 [수학식 16]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 16]
Figure pat00028
Figure pat00029
이 때, [수학식 16]의
Figure pat00030
는 도 8에 도시된 필터 계수 행렬(722) X(2)의 앞에 배치된 CXC 크기의 필터 계수 행렬(721)에 상응하고,
Figure pat00031
는 [수학식 12]에서 산출된 첫 번째 송신 심볼 행렬(741) A(1)에 대한 1차 송신 심볼에 상응할 수 있다.
따라서, [수학식 15] 내지 [수학식 16]과 같이 선행 간섭이 제거된 수신 심볼 행렬
Figure pat00032
와 [수학식 14]의 두 번째 필터 계수 행렬(722) X(2)를 이용하여 두 번째 송신 심볼 행렬(742) A(2)에 대한 1차 송신 심볼을 검출할 수 있다.
이 때, 두 번째 송신 심볼 행렬(742) A(2)에 대한 1차 송신 심볼도 첫 번째 송신 심볼 행렬(741) A(1)의 1차 송신 심볼
Figure pat00033
과 동일하게 [수학식 12]를 활용하여 검출할 수 있다. 이러한 절차를 마지막 L/C번째 송신 심볼 행렬(743) A(3)까지 반복한 뒤 검출된 1차 송신 심볼은 [수학식 17]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 17]
Figure pat00034
이 때, 복수개의 신호 검출 그룹들 각각의 후행 간섭 심볼에 의한 후행 간섭을 검출할 수 있다.
이 때, 후행 간섭은 각 심볼의 이후에 송출될 이후 심볼에 의해 발생하는 심볼 간 간섭에 상응할 수 있다.
이 때, 후행 간섭을 검출하고 제거하는 과정은 이후 최종 송신 심볼을 검출하는 과정에서 보다 상세하게 설명하도록 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 신호 검출 방법은 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에서 심볼 간 간섭을 제거하여 수신 신호에 상응하는 송신 신호를 검출한다(S440).
이 때, 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 상응하는 수신 심볼 행렬에서 선행 간섭과 후행 간섭을 제거하여 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 상응하는 간섭 제거 행렬을 생성할 수 있다.
예를 들어, 도 8에 도시된 첫 번째 수신 심볼 행렬(701) Y(1)의 구성은 [수학식 18]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 18]
Figure pat00035
이 때, [수학식 18]과 같이 최종 송신 심볼
Figure pat00036
를 검출하기 위해서는 Y(1)에 포함되어 있는 후행 간섭
Figure pat00037
검출하여 제거해야 함을 알 수 있다. 따라서, [수학식 17]에서 산출된 1차 송신 심볼을 이용하여 [수학식 19]와 같이 후행 간섭을 제거한 간섭 제거 행렬
Figure pat00038
을 검출할 수 있다.
[수학식 19]
Figure pat00039
이 때, 필터 계수 행렬과 간섭 제거 행렬을 기반으로 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 대한 최종 송신 심볼을 검출할 수 있다.
예를 들어, 간섭 제거 행렬
Figure pat00040
와 첫 번째 필터 계수 행렬(711) X(1)을 이용하여 [수학식 20]과 같이 첫 번째 송신 심볼 행렬(741) A(1)에 대한 최종 송신 심볼
Figure pat00041
을 검출할 수 있다.
[수학식 20]
Figure pat00042
이 때, 복수개의 신호 검출 그룹들 중 첫 번째 송신 심볼이 포함된 제1 신호 검출 그룹에 상응하는 제1 최종 송신 심볼을 검출하고, 제1 최종 송신 심볼을 기반으로 복수개의 신호 검출 그룹들 중 제1 신호 검출 그룹을 제외한 나머지 신호 검출 그룹에 상응하는 최종 송신 심볼을 검출할 수 있다.
예를 들어, 두 번째 수신 심볼 행렬(702) Y(2)은 [수학식 21]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 21]
Figure pat00043
이 때, 두 번째 수신 심볼 행렬(702) Y(2)에 대한 후행 간섭
Figure pat00044
는 [수학식 17]에서 검출된 1차 송신 심볼
Figure pat00045
를 이용하여 제거할 수 있고, 선행 간섭
Figure pat00046
는 [수학식 20]에서 산출된 최종 송신 심볼
Figure pat00047
를 이용하여 제거할 수 있다. 이러한 과정을 통해 [수학식 22]와 같이 간섭 제거 행렬
Figure pat00048
을 검출할 수 있다.
[수학식 22]
Figure pat00049
이 때, 간섭 제거 행렬
Figure pat00050
와 두 번째 필터 계수 행렬(722) X(2)를 [수학식 23]과 같이 두 번째 송신 심볼 행렬(742) A(2)에 대한 최종 송신 심볼
Figure pat00051
을 검출할 수 있다.
[수학식 23]
Figure pat00052
이와 같은 과정을 마지막 L/C 단계까지 반복하여 복수개의 신호 검출 그룹들에 대한 최종 송신 심볼을 검출할 수 있으며, 최종 검출 심볼
Figure pat00053
은 [수학식 24]와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 24]
Figure pat00054
또한, 도 4에는 도시하지 아니하였으나, 본 발명의 일실시예에 따른 신호 검출 방법은 상술한 신호 검출 과정에서 발생하는 다양한 정보를 별도의 저장 모듈에 저장할 수 있다.
이와 같은 신호 검출 방법을 통해 보안 기술이 적용된 코드화된 FTN 신호의 간섭을 효과적으로 제거하고 신호를 검출할 수 있다.
또한, 신호를 복원할 때 간섭신호의 필터계수와 심볼정보를 활용하여 보다 효과적으로 간섭을 제거할 수도 있다.
도 8은 본 발명에 따른 코드화된 FTN 신호의 변복조 과정의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 신호를 송신하는 송신단(810)은 미리 정해진 간섭 패턴에 따라 FTN 신호를 송신할 수 있다.
이 후, 신호를 수신하는 수신단(820)은 간섭 패턴과 관련된 보안 키를 이용하여 수신한 FTN 신호로부터 송신된 데이터를 복원할 수 있다. 예를 들어, 보안 키는 FTN 코드에 상응할 수 있다.
이 때, 보안 키를 가진 단말은 신호를 정상적으로 복원할 수 있지만, 보안 키를 갖지 않은 단말은 신호를 복원할 수 없다.
이 때, 본 발명의 일실시예에 따른 신호 검출 방법을 이용하여 수신단(820)에서 수신한 FTN 신호에 포함된 심볼 간 간섭을 효과적으로 제거할 수 있다.
도 9는 본 발명에 따라 심볼 간 간섭을 제거하는 간섭제거모듈의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 간섭제거모듈은 수신 신호 Y(l)에 대해서, Y(l)보다 이전에 수신된 신호 Y(l-1)에 의한 선행 간섭 β(l-1)을 제거하여 간섭 제거 신호
Figure pat00055
를 검출할 수 있다.
이 후, 후보 심볼 생성기에서 수신 신호 Y(l)에 상응하는 신호 행렬 모델의 분할 계수에 기반하여 복수개의 후보 심볼 조합들을 생성할 수 있다.
이 때, 복수개의 후보 심볼 조합들 중에서 최소값의 1차 송신 심볼을 출력하는 어느 하나의 후보 심볼 조합을 이용하여 1차 송신 심볼
Figure pat00056
을 검출할 수 있다.
이 후, 검출된 1차 송신 심볼
Figure pat00057
은 수신 신호 Y(l)의 후행 간섭을 검출하여 제거하는데 사용되거나, 수신 신호 Y(l)의 이후에 수신되는 수신 신호 Y(l+1) 또는 Y(l+2)에 대한 선행 간섭을 검출하고 제거하는데 사용될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 신호 검출 장치를 나타낸 블록도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 신호 검출 장치는 통신부(1010), 프로세서(1020) 및 메모리(1030)를 포함한다.
통신부(1010)는 신호 검출을 위해 필요한 정보를 송수신하는 역할을 한다. 특히, 본 발명의 일실시예에 따른 통신부(1010)는 수신단으로부터 수신되는 신호를 수신하거나, 검출된 송신 신호를 제공할 수 있다.
프로세서(1020)는 에프티엔(Faster Than Nyquist, FTN) 방식으로 코드화되어 수신된 수신 신호와 수신 신호에 적용된 필터를 고려하여 신호 모델링을 수행한다.
이 때, 수신 신호는 에프티엔(Faster Than Nyquist, FTN) 코드에 상응하는 비균일 심볼 간 간섭이 포함된 신호에 상응할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 FTN 전송 방식과 같이 FTN 전송파라미터에 해당하는 τ의 값을 각 심볼마다 다르게 적용함으로써 균일하지 않은 간섭패턴에 의해 균일하지 않은 심볼 간 간섭이 필연적으로 발생할 수 있다. 이러한 FTN 코드를 이용하면, 각 심볼 별 위치나 간섭패턴이 상이하게 되므로 신호의 보안성을 향상시킬 수 있다.
즉, 코드화된 FTN 방식의 송수신 시스템에서는 FTN factor τ를 심볼 단위로 조절하여 보안이 향상된 신호를 생성할 수 있다. 따라서, 설명한 τ값이 보안키로 활용될 수 있다.
예를 들어, 도 5를 참조하면, 심볼 별로 다른 τ값(τ1, τ2, τ3)이 적용된 경우의 신호 위치와 간섭패턴을 알 수 있다.
이 때, 도 5에 도시된 심볼 a1, a2, a3, a4를 검출하는 경우, 각 심볼의 앞뒤로 비균일한 간섭이 포함될 수 있다. 이 때, 비균일한 간섭은 심볼에 적용되는 펄스의 계수와 인접한 심볼이 곱해진 형태로 각 심볼에 더해질 수 있다.
이 때, 송신 심볼의 길이가 L인 경우 ak는 [수학식 1]과 같이 L개의 심볼을 갖는 벡터 열로 표현할 수 있다.
[수학식 1]
A = [a1a2…al…aL]
또한, 송신 심볼에 적용되는 FTN 코드는 [수학식 2]와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 2]
τcode = [τ1τ2…τl…τL]
이 때, [수학식 2]에서 τl은 l번째 심볼에 적용되는 τ값에 해당하며, l값에 따라 각각 다른 값을 가질 수 있다. 예를 들어, τl = 0.8, τl +1 = 0.7과 같이 각각 다른 값을 할당하는 것이 가능하다.
이 때, 도 6에 도시된 것과 같은 본 발명의 일실시예에 따른 코드화된 FTN 송수신 시스템의 송신단에서는 전송하려는 디지털 데이터 신호를 발생시켜 특정 심볼로 디지털 데이터 신호를 변조한다. 이 때, 일반적인 통신시스템에서 사용하는 PSK(Phase Shift Keying) 또는 QAM(Quadrature Amplitude Modulation)심볼을 나타낼 수 있다. 이렇게 변환된 심볼은 송신 필터(610)를 통해 심볼 전송속도 τT로 선형 변조되어 전송될 수 있다.
이 때, 송신 필터(610)를 통해 전송되는 송신 심볼은 [수학식 3]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00058
이 때, [수학식 3]에서 τ은 샘플링 시간 조절 함수에 상응할 수 있다.
예를 들어, 송신단에서 τ<1에 상응하는 조건이 설정되면, 신호를 전송하기 위한 전송 필터들 사이에서 중첩이 발생하여 결과적으로 심볼 간 간섭(ISI)이 발생하게 된다. 이 때, τ값이 작아질수록 중첩되는 심볼의 수가 늘어나게 되고, 이에 따라 큰 ISI가 발생하게 된다. 그러나, τ값이 작아질수록 심볼의 송신 주기를 빠르게 하므로 신호의 전송률을 향상시킬 수 있다. 이론적으로 τ값이 0.5일 경우, 전송률을 두 배 향상시킬 수 있는 것을 의미한다.
이렇게 전송된 신호는 가우시안 잡음채널을 거쳐 수신되고, 수신된 신호는 임펄스 응답 g*(-t)을 갖는 수신 필터(620)를 통과한 후 1/τT의 속도로 샘플링 될 수 있다. 이 때, 샘플링된 신호 y(nτT)는 [수학식 4]와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00059
이 때, [수학식 4]에서 x(t) = g(t)*g*(-t)를 의미하고, w(t)는 가우시안 잡음을 의미할 수 있다.
이 때, [수학식 2]에 나타낸 τcode가 적용된 코드화된 FTN 시스템의 송신 심볼은 [수학식 5]와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 5]
Figure pat00060
이 때, 본 발명에서는 [수학식 5]와 같이 전송된 송신 신호와 송신 신호에 적용되는 필터를 벡터와 행렬을 통해 모델링하여 보다 간편하게 신호를 검출할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.
이 때, 심볼 간 간섭에 상응하는 간섭 심볼의 개수를 고려하여 신호 행렬 모델을 생성할 수 있다.
예를 들어, 송신 심볼을 검출하는 경우에는 필터들 사이에 간섭에 의해 도 5에 도시된 것과 같이 검출해야 하는 심볼의 앞뒤로 간섭심볼이 존재할 수 있다.
이 때, 간섭심볼의 개수는 τ값에 따라 결정될 수 있으며, τ값이 작아질수록 필터들 사이의 간격이 좁아지게 되어 간섭 심볼의 개수가 증가할 수 있다.
이 때, 본 발명의 일실시예에 따라 2N개에 상응하는 간섭 심볼을 고려하여 특정 심볼을 검출하는 경우를 신호 모델링하면 [수학식 6]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 6]
Figure pat00061
이 때, [수학식 6]에서 xl은 l번째 간섭 심볼에 적용되는 필터 계수에 해당하고, xT는 검출될 특정 심볼에 적용되는 필터 계수에 해당할 수 있다. 이와 같은 신호 모델링은 신호에 포함된 전체 심볼에 적용될 수 있다.
예를 들어, 간섭 심볼에 상응하는 N값은 2이고, 송신 심볼의 길이 L이 9인 경우, [수학식 7]과 같이 신호 모델링을 수행할 수 있다.
[수학식 7]
Figure pat00062
Figure pat00063
이 때, [수학식 7]에서 X는 LXL 사이즈의 채널 필터 계수로 구성된 행렬이고 W는 L개의 수신 심볼에 적용되는 가우시안 잡음을 의미할 수 있다.
또한, 프로세서(1020)는 신호 모델링을 통해 생성된 신호 행렬 모델을 복수개의 신호 검출 그룹들로 분할한다.
이 때, 기설정된 분할 계수와 행렬의 크기를 고려하여 신호 행렬 모델에 포함된 필터 계수 행렬, 수신 심볼 행렬 및 송신 심볼 행렬 중 적어도 하나를 분할할 수 있다. 즉, 한번의 검출절차에서 검출되는 심볼들을 기설정된 분할 계수에 상응하게 분할하여 검출할 수 있다.
이 때, 기설정된 분할 계수를 C라고 가정한다면, L개의 길이를 갖는 심볼들을 한번에 검출하는 것이 아니라, C개의 심볼들을 L/C의 절차를 통해 검출할 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 신호 행렬 모델은 9개의 심볼들을 3개로 분할한 경우의 신호 행렬 모델을 나타낸 것이다. 이 때, 도 7에 도시된 신호 행렬 모델의 분할 계수는 3에 상응할 수 있다.
또한, 프로세서(1020)는 신호 행렬 모델에 포함된 필터 계수와 수신 심볼(Symbol)을 기반으로 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 상응하는 심볼 간 간섭을 검출한다.
이 때, 필터 계수와 수신 심볼을 이용하여 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 대해 심볼 간 간섭을 고려하지 않은 1차 송신 심볼을 산출할 수 있다.
먼저, [수학식 8]과 같이 필터 계수 행렬의 처음 CXC 부분에 해당하는 X(1)을 추출할 수 있다.
[수학식 8]
Figure pat00064
Figure pat00065
이 때, [수학식 8]의 필터 계수 행렬(711)의 원소들인 x의 인덱스는 (1, 1)부터 (C, C)로 일반화하여 표기할 수 있다. 이 때, 분할된 부분의 검출을 위해 [수학식 9]와 같이 C의 길이를 갖는 첫 수신 심볼 행렬(701) Y(1)을 이용할 수 있다.
[수학식 9]
Figure pat00066
Figure pat00067
이 때, 주파수 변조 방식을 고려하여 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 대해 복수개의 후보 심볼 조합들을 생성할 수 있다. 이 때, 복수개의 후보 심볼 조합들은 기설정된 분할 계수의 길이를 갖는 ML 신호 조합에 상응할 수 있다.
예를 들어, 기설정된 분할 계수 C의 값에 따라 [수학식 10]과 같이 후보 심볼 조합들을 구성할 수 있다.
[수학식 10]
Figure pat00068
이 때, [수학식 10]의
Figure pat00069
은 M-PSK 또는 M-QAM 송수신 환경에서 C의 길이를 갖는 후보 심볼들을 출력하는 함수에 해당하고, M은 신호 변조에 적용되는 modulation alphabet size를 의미할 수 있다. 이 때,
Figure pat00070
의 출력은
Figure pat00071
가지의 심볼 조합에 상응할 수 있다.
예를 들어, BPSK 변조를 사용하고, C의 값이 4인 경우에 출력 함수는
Figure pat00072
와 같이 나타낼 수 있으며 출력값은 [수학식 11]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 11]
Figure pat00073
Figure pat00074
이 때, [수학식 11]의 출력값에서 알 수 있듯이, 복수개의 후보 심볼 조합에 상응하게 길이가 C값에 해당하는 BPSL 변조의 모든 조합이 생성될 수 있다.
따라서, [수학식 11]에서는 24에 상응하는 16가지(S=16)의 후보 심볼 조합이 출력될 수 있다.
이 때, [수학식 11]에 도시된 것과 같은 행렬
Figure pat00075
의 각 열인
Figure pat00076
를 송신 심볼을 검출하는데 사용할 수 있다.
이 때, 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 상응하는 필터 계수 행렬, 수신 심볼 행렬 및 복수개의 후보 심볼 조합들 중 적어도 하나를 기반으로 복수개의 1차 송신 심볼들을 산출하고, 복수개의 1차 송신 심볼들 중 최소값을 갖는 어느 하나를 1차 송신 심볼로 결정할 수 있다.
예를 들어, 도 7에 도시된 신호 행렬 모델을 기준으로 8개의 후보 심볼 조합들이 생성되었다고 가정한다면, 8개의 후보 심볼 조합들 가운데 [수학식 12]에 의해 1차 송신 심볼인
Figure pat00077
를 최소값으로 출력하는 어느 하나를 후보 심볼 조합으로 선택할 수 있다.
[수학식 12]
Figure pat00078
이와 같은 방식으로, C개로 분할된 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 대해 1차 송신 심볼을 검출 할 수 있다.
예를 들어, 두 번째 수신 심볼 행렬(702) Y(2)는 [수학식 13]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 13]
Figure pat00079
Figure pat00080
이 때, 수신 심볼 행렬(702) Y(2)를 통해 송신 심볼 행렬(742) A(2)를 검출하기 위해 [수학식 14]와 같이 두 번째 필터 계수 행렬(722) X(2)를 추출할 수 있다.
[수학식 14]
Figure pat00081
Figure pat00082
이 때, 1차 송신 심볼, 필터 계수 및 수신 심볼 중 적어도 하나를 기반으로 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 상응하는 간섭 심볼에 의한 적어도 하나의 간섭을 검출할 수 있다.
이 때, 복수개의 신호 검출 그룹들 각각의 선행 간섭 심볼에 의한 선행 간섭을 검출할 수 있다.
이 때, 선행 간섭은 각 심볼의 이전에 송출된 이전 심볼에 의해 발생하는 심볼 간 간섭에 상응할 수 있다.
예를 들어, 도 7을 참조하면, 수신 심볼 행렬(702) Y(2)에는 첫 번째로 송출된 송신 심볼 행렬(741) A(1)에 의한 간섭 심볼이 선행 간섭으로 포함된 것을 알 수 있다. 따라서, 두 번째 송신 심볼 행렬(742) A(2)을 검출하기 위해서는 첫 번째로 송출된 송신 심볼 행렬(741) A(1)에 의한 선행 간섭을 제거해야 할 필요가 있다.
이러한 선행 간섭을 제거하기 위한 절차는 [수학식 15]와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 15]
Figure pat00083
이 때,
Figure pat00084
는 선행 간섭을 의미하는 것으로 [수학식 16]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 16]
Figure pat00085
Figure pat00086
이 때, [수학식 16]의
Figure pat00087
는 도 8에 도시된 필터 계수 행렬(722) X(2)의 앞에 배치된 CXC 크기의 필터 계수 행렬(721)에 상응하고,
Figure pat00088
는 [수학식 12]에서 산출된 첫 번째 송신 심볼 행렬(741) A(1)에 대한 1차 송신 심볼에 상응할 수 있다.
따라서, [수학식 15] 내지 [수학식 16]과 같이 선행 간섭이 제거된 수신 심볼 행렬
Figure pat00089
와 [수학식 14]의 두 번째 필터 계수 행렬(722) X(2)를 이용하여 두 번째 송신 심볼 행렬(742) A(2)에 대한 1차 송신 심볼을 검출할 수 있다.
이 때, 두 번째 송신 심볼 행렬(742) A(2)에 대한 1차 송신 심볼도 첫 번째 송신 심볼 행렬(741) A(1)의 1차 송신 심볼
Figure pat00090
과 동일하게 [수학식 12]를 활용하여 검출할 수 있다. 이러한 절차를 마지막 L/C번째 송신 심볼 행렬(743) A(3)까지 반복한 뒤 검출된 1차 송신 심볼은 [수학식 17]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 17]
Figure pat00091
이 때, 복수개의 신호 검출 그룹들 각각의 후행 간섭 심볼에 의한 후행 간섭을 검출할 수 있다.
이 때, 후행 간섭은 각 심볼의 이후에 송출될 이후 심볼에 의해 발생하는 심볼 간 간섭에 상응할 수 있다.
이 때, 후행 간섭을 검출하고 제거하는 과정은 이후 최종 송신 심볼을 검출하는 과정에서 보다 상세하게 설명하도록 한다.
또한, 프로세서(1020)는 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에서 심볼 간 간섭을 제거하여 수신 신호에 상응하는 송신 신호를 검출한다.
이 때, 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 상응하는 수신 심볼 행렬에서 선행 간섭과 후행 간섭을 제거하여 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 상응하는 간섭 제거 행렬을 생성할 수 있다.
예를 들어, 도 8에 도시된 첫 번째 수신 심볼 행렬(701) Y(1)의 구성은 [수학식 18]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 18]
Figure pat00092
이 때, [수학식 18]과 같이 최종 송신 심볼
Figure pat00093
를 검출하기 위해서는 Y(1)에 포함되어 있는 후행 간섭
Figure pat00094
검출하여 제거해야 함을 알 수 있다. 따라서, [수학식 17]에서 산출된 1차 송신 심볼을 이용하여 [수학식 19]와 같이 후행 간섭을 제거한 간섭 제거 행렬
Figure pat00095
을 검출할 수 있다.
[수학식 19]
Figure pat00096
이 때, 필터 계수 행렬과 간섭 제거 행렬을 기반으로 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 대한 최종 송신 심볼을 검출할 수 있다.
예를 들어, 간섭 제거 행렬
Figure pat00097
와 첫 번째 필터 계수 행렬(711) X(1)을 이용하여 [수학식 20]과 같이 첫 번째 송신 심볼 행렬(741) A(1)에 대한 최종 송신 심볼
Figure pat00098
을 검출할 수 있다.
[수학식 20]
Figure pat00099
이 때, 복수개의 신호 검출 그룹들 중 첫 번째 송신 심볼이 포함된 제1 신호 검출 그룹에 상응하는 제1 최종 송신 심볼을 검출하고, 제1 최종 송신 심볼을 기반으로 복수개의 신호 검출 그룹들 중 제1 신호 검출 그룹을 제외한 나머지 신호 검출 그룹에 상응하는 최종 송신 심볼을 검출할 수 있다.
예를 들어, 두 번째 수신 심볼 행렬(702) Y(2)은 [수학식 21]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 21]
Figure pat00100
이 때, 두 번째 수신 심볼 행렬(702) Y(2)에 대한 후행 간섭
Figure pat00101
는 [수학식 17]에서 검출된 1차 송신 심볼
Figure pat00102
를 이용하여 제거할 수 있고, 선행 간섭
Figure pat00103
는 [수학식 20]에서 산출된 최종 송신 심볼
Figure pat00104
를 이용하여 제거할 수 있다. 이러한 과정을 통해 [수학식 22]와 같이 간섭 제거 행렬
Figure pat00105
을 검출할 수 있다.
[수학식 22]
Figure pat00106
이 때, 간섭 제거 행렬
Figure pat00107
와 두 번째 필터 계수 행렬(722) X(2)를 [수학식 23]과 같이 두 번째 송신 심볼 행렬(742) A(2)에 대한 최종 송신 심볼
Figure pat00108
을 검출할 수 있다.
[수학식 23]
Figure pat00109
이와 같은 과정을 마지막 L/C 단계까지 반복하여 복수개의 신호 검출 그룹들에 대한 최종 송신 심볼을 검출할 수 있으며, 최종 검출 심볼
Figure pat00110
은 [수학식 24]와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 24]
Figure pat00111
메모리(1030)는 수신 신호, 필터 계수 및 신호 행렬 모델 중 적어도 하나를 저장한다.
또한, 메모리(1030)는 상술한 신호 검출 과정에서 발생하는 다양한 정보를 저장한다.
이와 같은 신호 검출 장치를 이용하여, 보안 기술이 적용된 코드화된 FTN 신호의 간섭을 효과적으로 제거하고 신호를 검출할 수 있다.
또한, 신호를 복원할 때 간섭신호의 필터계수와 심볼정보를 활용하여 보다 효과적으로 간섭을 제거할 수도 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 행렬 기반의 신호 모델링을 이용한 신호 검출 방법 및 이를 위한 장치는 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
610: FTN 송신필터 620: FTN 수신필터
701~703: 수신 심볼 행렬
711, 712, 721~723, 732, 733: 필터 계수 행렬
741~743: 송신 심볼 행렬 751~753: 잡음 행렬
810: 송신단 820: 수신단
1010: 통신부 1020: 프로세서
1030: 메모리

Claims (18)

  1. 에프티엔(Faster Than Nyquist, FTN) 방식으로 코드화되어 수신된 수신 신호와 상기 수신 신호에 적용된 필터를 고려하여 신호 모델링을 수행하는 단계;
    상기 신호 모델링을 통해 생성된 신호 행렬 모델을 복수개의 신호 검출 그룹들로 분할하는 단계;
    상기 신호 행렬 모델에 포함된 필터 계수와 수신 심볼(symbol)을 기반으로 상기 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 상응하는 심볼 간 간섭을 검출하는 단계; 및
    상기 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에서 상기 심볼 간 간섭을 제거하여 상기 수신 신호에 상응하는 송신 신호를 검출하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 검출 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 심볼 간 간섭을 검출하는 단계는
    상기 필터 계수와 상기 수신 심볼을 이용하여 상기 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 대해 심볼 간 간섭을 고려하지 않은 1차 송신 심볼을 산출하는 단계; 및
    상기 1차 송신 심볼, 상기 필터 계수 및 상기 수신 심볼 중 적어도 하나를 기반으로 상기 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 상응하는 간섭 심볼에 의한 적어도 하나의 간섭을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 검출 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 1차 송신 심볼을 산출하는 단계는
    주파수 변조 방식을 고려하여 상기 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 대해 복수개의 후보 심볼 조합들을 생성하는 단계; 및
    상기 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 상응하는 필터 계수 행렬, 수신 심볼 행렬 및 상기 복수개의 후보 심볼 조합들 중 적어도 하나를 기반으로 복수개의 1차 송신 심볼들을 산출하고, 상기 복수개의 1차 송신 심볼들 중 최소값을 갖는 어느 하나를 상기 1차 송신 심볼로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 검출 방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 적어도 하나의 간섭을 검출하는 단계는
    상기 복수개의 신호 검출 그룹들 각각의 선행 간섭 심볼에 의한 선행 간섭을 검출하는 단계; 및
    상기 복수개의 신호 검출 그룹들 각각의 후행 간섭 심볼에 의한 후행 간섭을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 검출 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 송신 신호를 검출하는 단계는
    상기 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 상응하는 수신 심볼 행렬에서 상기 선행 간섭과 상기 후행 간섭을 제거하여 상기 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 상응하는 간섭 제거 행렬을 생성하는 단계; 및
    상기 필터 계수 행렬과 상기 간섭 제거 행렬을 기반으로 상기 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 대한 최종 송신 심볼을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 검출 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 분할하는 단계는
    기설정된 분할 계수와 행렬의 크기를 고려하여 상기 신호 행렬 모델에 포함된 필터 계수 행렬, 수신 심볼 행렬 및 송신 심볼 행렬 중 적어도 하나를 분할하는 것을 특징으로 하는 신호 검출 방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 최종 송신 심볼을 검출하는 단계는
    상기 복수개의 신호 검출 그룹들 중 첫 번째 송신 심볼이 포함된 제1 신호 검출 그룹에 상응하는 제1 최종 송신 심볼을 검출하고, 상기 제1 최종 송신 심볼을 기반으로 상기 복수개의 신호 검출 그룹들 중 상기 제1 신호 검출 그룹을 제외한 나머지 신호 검출 그룹에 상응하는 최종 송신 심볼을 검출하는 것을 특징으로 하는 신호 검출 방법.
  8. 청구항 2에 있어서,
    상기 신호 모델링을 수행하는 단계는
    상기 심볼 간 간섭에 상응하는 간섭 심볼의 개수를 고려하여 상기 신호 행렬 모델을 생성하는 것을 특징으로 하는 신호 검출 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 수신 신호는
    에프티엔(Faster Than Nyquist, FTN) 코드에 상응하는 비균일 심볼 간 간섭이 포함된 신호에 상응하는 것을 특징으로 하는 신호 검출 방법.
  10. 에프티엔(Faster Than Nyquist, FTN) 방식으로 코드화되어 수신된 수신 신호와 상기 수신 신호에 적용된 필터를 고려하여 신호 모델링을 수행하고, 상기 신호 모델링을 통해 생성된 신호 행렬 모델을 복수개의 신호 검출 그룹들로 분할하고, 상기 신호 행렬 모델에 포함된 필터 계수와 수신 심볼(symbol)을 기반으로 상기 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 상응하는 심볼 간 간섭을 검출하고, 상기 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에서 상기 심볼 간 간섭을 제거하여 상기 수신 신호에 상응하는 송신 신호를 검출하는 프로세서; 및
    상기 수신 신호, 상기 필터 계수 및 상기 신호 행렬 모델 중 적어도 하나를 저장하는 메모리
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 검출 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 필터 계수와 상기 수신 심볼을 이용하여 상기 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 대해 심볼 간 간섭을 고려하지 않은 1차 송신 심볼을 산출하고, 상기 1차 송신 심볼, 상기 필터 계수 및 상기 수신 심볼 중 적어도 하나를 기반으로 상기 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 상응하는 간섭 심볼에 의한 적어도 하나의 간섭을 검출하는 것을 특징으로 하는 신호 검출 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 프로세서는
    주파수 변조 방식을 고려하여 상기 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 대해 복수개의 후보 심볼 조합들을 생성하고, 상기 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 상응하는 필터 계수 행렬, 수신 심볼 행렬 및 상기 복수개의 후보 심볼 조합들 중 적어도 하나를 기반으로 복수개의 1차 송신 심볼들을 산출하고, 상기 복수개의 1차 송신 심볼들 중 최소값을 갖는 어느 하나를 상기 1차 송신 심볼로 결정하는 것을 특징으로 하는 신호 검출 장치.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 복수개의 신호 검출 그룹들 각각의 선행 간섭 심볼에 의한 선행 간섭을 검출하고, 상기 복수개의 신호 검출 그룹들 각각의 후행 간섭 심볼에 의한 후행 간섭을 검출하는 것을 특징으로 하는 신호 검출 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 상응하는 수신 심볼 행렬에서 상기 선행 간섭과 상기 후행 간섭을 제거하여 상기 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 상응하는 간섭 제거 행렬을 생성하고, 상기 필터 계수 행렬과 상기 간섭 제거 행렬을 기반으로 상기 복수개의 신호 검출 그룹들 각각에 대한 최종 송신 심볼을 검출하는 것을 특징으로 하는 신호 검출 장치.
  15. 청구항 10에 있어서,
    상기 프로세서는
    기설정된 분할 계수와 행렬의 크기를 고려하여 상기 신호 행렬 모델에 포함된 필터 계수 행렬, 수신 심볼 행렬 및 송신 심볼 행렬 중 적어도 하나를 분할하는 것을 특징으로 하는 신호 검출 장치.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 복수개의 신호 검출 그룹들 중 첫 번째 송신 심볼이 포함된 제1 신호 검출 그룹에 상응하는 제1 최종 송신 심볼을 검출하고, 상기 제1 최종 송신 심볼을 기반으로 상기 복수개의 신호 검출 그룹들 중 상기 제1 신호 검출 그룹을 제외한 나머지 신호 검출 그룹에 상응하는 최종 송신 심볼을 검출하는 것을 특징으로 하는 신호 검출 장치.
  17. 청구항 11에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 심볼 간 간섭에 상응하는 간섭 심볼의 개수를 고려하여 상기 신호 행렬 모델을 생성하는 것을 특징으로 하는 신호 검출 장치.
  18. 청구항 10에 있어서,
    상기 수신 신호는
    에프티엔(Faster Than Nyquist, FTN) 코드에 상응하는 비균일 심볼 간 간섭이 포함된 신호에 상응하는 것을 특징으로 하는 신호 검출 장치.
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