KR20200005122A - 직교성을 유지하는 변조 필터 생성 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

직교성을 유지하는 변조 필터 생성 방법 및 장치가 개시된다. 여기서 직교성을 유지하는 변조 필터 생성 방법은, 부반송파의 직교조건을 만족하는 부심볼 공통 성분을 결정하는 단계, 상기 부심볼의 개수와 상응하는 차수를 갖고 상기 부심볼의 직교조건을 충족하는 정방 행렬(square matrix)로 구성되는 부심볼 비공통 성분을 결정하는 단계 및 상기 부심볼 공통 성분과 상기 부심볼 비공통 성분의 곱을 계수로 갖는 변조 필터를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

직교성을 유지하는 변조 필터 생성 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR GENERATING MODULATION FILTER MAINTAINING ORTHOGONALITY}

본 발명은 직교성을 유지하는 변조 필터 생성 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대역폭을 제한하는 변조 필터에서의 필터 계수를 부심볼 직교 조건과 부반송파 직교 조건을 만족하도록 설정함으로써, 데이터 심볼의 필터링에 따른 직교성 훼손을 방지하는 기술에 관한 것이다.

일반적인 무선 통신 시스템에서는, 한정된 주파수 자원의 이용 효율을 증대시키기 위하여 대기 중으로 방사되는 전파의 대역폭을 제한한다. 이때, 대역폭을 제한하는 수단으로서 변조 필터가 사용되는데, 변조 필터는 저대역 필터(Low Pass Filter)로서의 특성을 가지며, 잡음, 동기화 오차, 전력 증폭기의 비선형성과 같은 성능 열화 요인에 대하여 강인한 특성을 갖도록 설계된다.

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)은 고속의 송신 신호를 다수의 직교(Orthogonal)하는 협대역 반송파로 다중화시키는 변조 방식으로서, 일정한 간격으로 떨어져 있는 다수의 부반송파들(subcarrier)로 데이터를 분산시켜 전송한다.

여기서 다수의 부반송파의 파형은 시간축상으로 직교하도록 설계되는데, 직교성(orthogonality)을 유지하기 위한 전력 스펙트럼의 누수가 비교적 크다는 문제점이 있다. 이 때문에 직교성에 대한 타협을 통해 상기 문제점을 해결하는 노력들이 이루어져 왔으나, 직교성이 훼손되면 심볼 간 간섭(ISI, InterSymbol Interference)이 심해져 고속으로 데이터 전송시 수신 측에서 데이터를 수신하기 어려워진다.

따라서, 직교성을 유지하면서 전력 스펙트럼의 누수를 최소화하는 방법이 필요한 실정이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 직교성을 유지하는 변조 필터 생성 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은, 직교성을 유지하는 변조 필터 생성 장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 목적은, OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 기반의 무선 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면은, 직교성을 유지하는 변조 필터 생성 방법을 제공한다.

여기서 직교성을 유지하는 변조 필터 생성 방법은, 부반송파의 직교조건을 만족하는 부심볼 공통 성분을 결정하는 단계, 상기 부심볼의 개수와 상응하는 차수를 갖고 상기 부심볼의 직교조건을 충족하는 정방 행렬(square matrix)로 구성되는 부심볼 비공통 성분을 결정하는 단계 및 상기 부심볼 공통 성분과 상기 부심볼 비공통 성분의 곱을 계수로 갖는 변조 필터를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서 상기 부심볼의 직교 조건은, 부심볼에 공통적으로 적용되는 변조 필터 계수에 대하여 적용되는 조건을 의미할 수 있다.

여기서 상기 부반송파의 직교 조건은, 부심볼마다 달리 적용되는 변조 필터 계수에 대하여 적용되는 조건을 의미할 수 있다.

여기서 상기 부심볼의 직교 조건은, 상기 부심볼에 공통적으로 적용되는 변조 필터 계수의 열 벡터 행렬(A)가 수학식

을 만족할 수 있다.

여기서 상기 부반송파의 직교 조건은, 상기 부심볼마다 달리 적용되는 변조 필터 계수의 열 벡터 행렬(B _l , B _{p ,} l은 부심볼의 인덱스)이 수학식

을 만족할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면은, 직교성을 유지하는 변조 필터 생성 장치를 제공한다.

여기서 직교성을 유지하는 변조 필터 생성 장치는, 적어도 하나의 프로세서(processor) 및 상기 적어도 하나의 프로세서가 적어도 하나의 단계를 수행하도록 지시하는 명령어들(instructions)을 저장하는 메모리(memory)를 포함할 수 있다.

여기서 적어도 하나의 단계는, 부반송파의 직교조건을 만족하는 부심볼 공통 성분을 결정하는 단계, 상기 부심볼의 개수와 상응하는 차수를 갖고 상기 부심볼의 직교조건을 충족하는 정방 행렬(square matrix)로 구성되는 부심볼 비공통 성분을 결정하는 단계 및 상기 부심볼 공통 성분과 상기 부심볼 비공통 성분의 곱을 계수로 갖는 변조 필터를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서 상기 부심볼의 직교 조건은, 부심볼에 공통적으로 적용되는 변조 필터 계수에 대하여 적용되는 조건을 의미할 수 있다.

여기서 상기 부반송파의 직교 조건은, 부심볼마다 달리 적용되는 변조 필터 계수에 대하여 적용되는 조건을 의미할 수 있다.

여기서 상기 부심볼의 직교 조건은, 상기 부심볼에 공통적으로 적용되는 변조 필터 계수의 열 벡터 행렬(A)가 수학식

을 만족할 수 있다.

여기서 상기 부반송파의 직교 조건은, 상기 부심볼마다 달리 적용되는 변조 필터 계수의 열 벡터 행렬(B _l , B _{p ,} l은 부심볼의 인덱스)이 수학식

을 만족할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면은, OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 기반의 무선 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법을 제공한다.

여기서 데이터 전송 방법은, 복수의 부심볼(subsymbol)로 구성되는 데이터 심볼(data symbol)에 대하여 이산 시간에서 역-푸리에 변환(IDFT, Inverse descrete fourier transform)을 수행하는 단계, 역-푸리에 변환된 데이터 심볼에 대하여 직교성(othogonality)을 유지하는 변조 필터 계수를 결정하는 단계, 결정된 변조 필터 계수를 갖는 변조 필터를 이용하여 상기 역-푸리에 변환된 데이터 심볼에 대한 필터링을 수행하는 단계 및 필터링이 수행된 데이터 심볼을 무선 네트워크를 통해 전송하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서 상기 변조 필터 계수를 결정하는 단계는, 부반송파의 직교조건을 만족하는 부심볼 공통 성분을 결정하는 단계, 상기 부심볼의 개수와 상응하는 차수를 갖고 상기 부심볼의 직교조건을 충족하는 정방 행렬(square matrix)로 구성되는 부심볼 비공통 성분을 결정하는 단계 및 상기 부심볼 공통 성분과 상기 부심볼 비공통 성분의 곱을 상기 변조 필터 계수로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서 상기 부심볼의 직교 조건은, 부심볼에 공통적으로 적용되는 변조 필터 계수에 대하여 적용되는 조건을 의미할 수 있다.

여기서 상기 부반송파의 직교 조건은, 부심볼마다 달리 적용되는 변조 필터 계수에 대하여 적용되는 조건을 의미할 수 있다.

여기서 상기 부심볼의 직교 조건은, 상기 부심볼에 공통적으로 적용되는 변조 필터 계수의 열 벡터 행렬(A)가 수학식

을 만족할 수 있다.

여기서 상기 부반송파의 직교 조건은, 상기 부심볼마다 달리 적용되는 변조 필터 계수의 열 벡터 행렬(B _l , B _{p ,} l은 부심볼의 인덱스)이 수학식

을 만족할 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따른 직교성을 유지하는 변조 필터 생성 방법 및 장치를 이용할 경우에는 데이터 신호의 필터링 이후에도 직교성이 양호하여 직교성 훼손에 따른 간섭 문제를 해결할 수 있다.

도 1은 통신 시스템의 개요를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서의 데이터 전송을 수행하는 송신 장치를 기능적으로 표현한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 직교성을 유지하는 변조 필터 생성 방법에 대한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 변조 필터를 생성하기 위한 비용 함수를 정의하는 예시 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 직교성을 유지하는 변조 필터 생성 장치에 대한 하드웨어 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 기반의 무선 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법에 대한 흐름도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명에 따른 일 실시예에서 설명하는 수학식에서는 별도의 설명이 없으면 볼드체(선이 굵은 문자)로 표현된 기호는 행렬로 해석될 수 있고, 동일한 기호는 같은 의미로 사용되는 것으로 해석될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 통신 시스템의 개요를 설명하기 위한 개념도이다.

도 1을 참조하면, 통신 시스템(100)은 복수의 통신 노드들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2, 130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)을 포함할 수 있다. 또한, 통신 시스템(100)은 코어 네트워크(core network)(예를 들어, S-GW(serving-gateway), P-GW(PDN(packet data network)-gateway), MME(mobility management entity))를 더 포함할 수 있다.

복수의 통신 노드들은 3GPP(3rd generation partnership project) 표준에서 규정된 4G 통신(예를 들어, LTE(long term evolution), LTE-A(advanced)), 5G 통신 등을 지원할 수 있다. 4G 통신은 6GHz 이하의 주파수 대역에서 수행될 수 있고, 5G 통신은 6GHz 이상의 주파수 대역에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 4G 통신 및 5G 통신을 위해 복수의 통신 노드들은 CDMA(code division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, WCDMA(wideband CDMA) 기반의 통신 프로토콜, TDMA(time division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, FDMA(frequency division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 기반의 통신 프로토콜, Filtered OFDM 기반의 통신 프로토콜, CP(cyclic prefix)-OFDM 기반의 통신 프로토콜, DFT-s-OFDM(discrete Fourier transform-spread-OFDM) 기반의 통신 프로토콜, OFDMA(orthogonal frequency division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, SC(single carrier)-FDMA 기반의 통신 프로토콜, NOMA(Non-orthogonal Multiple Access), GFDM(generalized frequency division multiplexing) 기반의 통신 프로토콜, FBMC(filter bank multi-carrier) 기반의 통신 프로토콜, UFMC(universal filtered multi-carrier) 기반의 통신 프로토콜, SDMA(Space Division Multiple Access) 기반의 통신 프로토콜 등을 지원할 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 통신 시스템(100)은 복수의 기지국들(base stations)(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2), 복수의 단말들(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)을 포함할 수 있다. 제1 기지국(110-1), 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3) 각각은 매크로 셀(macro cell)을 형성할 수 있다. 제4 기지국(120-1) 및 제5 기지국(120-2) 각각은 스몰 셀(small cell)을 형성할 수 있다. 제1 기지국(110-1)의 셀 커버리지(cell coverage) 내에 제4 기지국(120-1), 제3 단말(130-3) 및 제4 단말(130-4)이 속할 수 있다. 제2 기지국(110-2)의 셀 커버리지 내에 제2 단말(130-2), 제4 단말(130-4) 및 제5 단말(130-5)이 속할 수 있다. 제3 기지국(110-3)의 셀 커버리지 내에 제5 기지국(120-2), 제4 단말(130-4), 제5 단말(130-5) 및 제6 단말(130-6)이 속할 수 있다. 제4 기지국(120-1)의 셀 커버리지 내에 제1 단말(130-1)이 속할 수 있다. 제5 기지국(120-2)의 셀 커버리지 내에 제6 단말(130-6)이 속할 수 있다.

여기서, 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 노드B(NodeB), 고도화 노드B(evolved NodeB), BTS(base transceiver station), 무선 기지국(radio base station), 무선 트랜시버(radio transceiver), 액세스 포인트(access point), 액세스 노드(node) 등으로 지칭될 수 있다. 복수의 단말들(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6) 각각은 UE(user equipment), 터미널(terminal), 액세스 터미널(access terminal), 모바일 터미널(mobile terminal), 스테이션(station), 가입자 스테이션(subscriber station), 모바일 스테이션(mobile station), 휴대 가입자 스테이션(portable subscriber station), 노드(node), 다바이스(device) 등으로 지칭될 수 있다.

한편, 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 서로 다른 주파수 대역에서 동작할 수 있고, 또는 동일한 주파수 대역에서 동작할 수 있다. 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 아이디얼 백홀(ideal backhaul) 또는 논(non)-아이디얼 백홀을 통해 서로 연결될 수 있고, 아이디얼 백홀 또는 논-아이디얼 백홀을 통해 서로 정보를 교환할 수 있다. 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 아이디얼 백홀 또는 논-아이디얼 백홀을 통해 코어 네트워크와 연결될 수 있다. 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 코어 네트워크로부터 수신한 신호를 해당 단말(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)에 전송할 수 있고, 해당 단말(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)로부터 수신한 신호를 코어 네트워크에 전송할 수 있다.

또한, 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 MIMO 전송(예를 들어, SU(single user)-MIMO, MU(multi user)-MIMO, 대규모(massive) MIMO 등), CoMP(coordinated multipoint) 전송, CA(carrier aggregation) 전송, 비면허 대역(unlicensed band)에서 전송, 단말 간 직접 통신(device to device communication, D2D)(또는, ProSe(proximity services)) 등을 지원할 수 있다. 여기서, 복수의 단말들(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6) 각각은 기지국(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2)과 대응하는 동작, 기지국(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2)에 의해 지원되는 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제2 기지국(110-2)은 SU-MIMO 방식을 기반으로 신호를 제4 단말(130-4)에 전송할 수 있고, 제4 단말(130-4)은 SU-MIMO 방식에 의해 제2 기지국(110-2)으로부터 신호를 수신할 수 있다. 또는, 제2 기지국(110-2)은 MU-MIMO 방식을 기반으로 신호를 제4 단말(130-4) 및 제5 단말(130-5)에 전송할 수 있고, 제4 단말(130-4) 및 제5 단말(130-5) 각각은 MU-MIMO 방식에 의해 제2 기지국(110-2)으로부터 신호를 수신할 수 있다.

제1 기지국(110-1), 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3) 각각은 CoMP 방식을 기반으로 신호를 제4 단말(130-4)에 전송할 수 있고, 제4 단말(130-4)은 CoMP 방식에 의해 제1 기지국(110-1), 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3)으로부터 신호를 수신할 수 있다. 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 자신의 셀 커버리지 내에 속한 단말(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)과 CA 방식을 기반으로 신호를 송수신할 수 있다. 제1 기지국(110-1), 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3) 각각은 제4 단말(130-4)과 제5 단말(130-5) 간의 D2D를 제어할 수 있고, 제4 단말(130-4) 및 제5 단말(130-5) 각각은 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3) 각각의 제어에 의해 D2D를 수행할 수 있다.

한편, 통신 시스템은 세 가지 타입(type)의 프레임 구조들을 지원할 수 있다. 타입 1 프레임 구조는 FDD(frequency division duplex) 기반의 통신 시스템에 적용될 수 있고, 타입 2 프레임 구조는 TDD(time division duplex) 기반의 통신 시스템에 적용될 수 있고, 타입 3 프레임 구조는 비면허 대역 기반의 통신 시스템(예를 들어, LAA(licensed assisted access) 기반의 통신 시스템)에 적용될 수 있다.

이하에서는 앞에서 서술한 통신 시스템 중에서 OFDM 기반의 통신 시스템의 송신 장치를 중심으로 살펴본다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서의 데이터 전송을 수행하는 송신 장치를 기능적으로 표현한 예시도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서의 송신 장치는 L개의 부심볼(subsymbol)로 이루어지는 데이터 심볼(x_o, ... , x_L-1)에 대하여 이산시간에서 역-푸리에 변환을 수행하는 역푸리에변환부(IDFT, inverse discrete fourier transform, 10), 역푸리에변환부(10)에 따른 병렬 데이터 신호를 직렬 신호로 변환하는 직-병렬 변환부(P/S, 11), 직-병렬 변환부(11)의 출력 신호에 대한 대역폭을 제한하는 변조 필터부(12), 변조 필터부(12)에 의해 필터링된 부심볼 신호들을 합산하여 출력 신호를 생성하는 합산부(Sum, 13)를 포함할 수 있다.

여기서 역푸리에변환부(10)에서 수행되는 역-푸리에 변환은 데이터 심볼들을 일정한 주파수 간격을 갖는 복수의 부반송파로 분산시키는 과정을 의미할 수 있다.

한편, 변조 필터부(12)는 도면에서와 같이 부심볼 신호 각각에 대하여 계수 c_m,0 부터 c_{m,L -1} 를 갖는 변조 필터 계수를 이용하여 필터링을 수행한다. 이때 변조 필터부(12)가 직-병렬 변환부(11)의 출력 신호에 대해 대역폭을 제한하는 경우, 직교성이 훼손되기 쉽다. 따라서, 이하에서는 직교성을 유지하면서 필터링을 수행할 수 있는 변조 필터를 생성하는 방법에 대해 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 직교성을 유지하는 변조 필터 생성 방법에 대한 흐름도이다.

도 2에서와 같이 무선 통신 시스템에서의 송신 장치를 통해 전송되는 데이터 심볼들은 2차원 배열x_k,l로 정의할 수 있다. 이때, 부심볼의 개수가 L이고, 부반송파의 개수가 N일 때 k는 N보다 작고 0보다 크거나 같은 정수로, 부반송파를 지시하는 인덱스이다. 또한, l은 L보다 작고 0보다 크거나 같은 정수로 부심볼을 지시하는 인덱스이다. 이때, 송신기에 할당되지 않은 부반송파에 대해서는 데이터 심볼이 0의 값을 갖는 것으로 가정할 수 있다.

2차원 배열로 정의된 데이터 심볼들에 대하여 도 1에 따른 송신기의 변조 필터부를 거친 신호(s_n,m)는 다음과 같이 NХL 개의 샘플로 정의될 수 있다.

상기 수학식 1에서, 변조 필터 계수(c_n,m,l)는 다음과 같이 부심볼에 공통인 성분(a_n,q)과 부심볼에 따라 달라지는 성분(b_q,m,l)을 갖도록 구성될 수 있다.

한편, 수학식 1에서 이산시간에서의 역-푸리에 변환(IDFT)를 나타내는 성분(u_n,k)은 다음의 수학식 3과 같이 정의할 수 있다.

수학식 3에서 N은 푸리에 변환을 수행하는 포인트 수를 의미한다.

수학식 2에 따른 변조 필터 계수는 부반송파에 따라 달라지지 않으므로, 수학식 3에 따른 u_n,k를 k에 따른 열벡터로 이루어진 행렬 U로 표현하여 수학식 1을 달리 정의하면 다음과 같이 정의할 수 있다.

수학식 4에서, 송신기의 변조 필터부를 거친 변조 신호(s_n,m)에 관한 열 벡터 행렬(s _m )과 변조 필터 계수(c_o,m,l~c_{N - 1,m,l})에 대한 열 벡터 행렬(c _m,l ), 데이터 심볼(x_0,l ~ x_N-1,l)에 관한 열 벡터 행렬(x _l )을 각각 하나의 행렬 문자로 표현하면, 수학식 4는 다음의 수학식 5와 같이 정의할 수 있다.

수학식 5에서

로 정의하면, 수학식 5는 다음의 수학식 6과 같이 정의할 수 있다.

상기 수학식 6에 따른 변조 신호 열벡터(s _m )의 각 원소는 순차적으로 송신기에서 전송되며, 서로 다른 벡터는 구분된 전송 구간이나 안테나를 통해 전송될 수 있다.

이때, 부반송파간 간섭을 줄이고 무선 채널에서의 시간적 신호의 퍼짐(time-dispersive)에 민감하지 않도록 변조신호를 전송하기 위해서 CP(cyclic-prefix)가 데이터 심볼에 삽입될 수 있다. 예를 들어 CP가 삽입되는 과정은 변조심볼의 마지막 부분이 복사되어 변조심볼의 시작 부분에 삽입되는 과정일 수 있다.

한편, 수학식 6에 따른 송신기의 변조 신호 행렬(s _m )는 열 잡음 벡터(w _m , thermal noise)가 추가되어 수신측 단말에 도달하게 되며, 따라서 수신측 단말에서의 수신 신호(r_m)는 다음의 수학식 7과 같이 정의할 수 있다.

여기서 수신측 단말은 정합 필터링(matched filtering)을 수행하기 위해 송신기가 전송한 데이터 심볼을 다음의 수학식 8와 같이 추정할 수 있다.

수학식 8를 참조하면, 데이터 심볼에 대한 추정값(

)을 확인할 수 있고, 상기 수학식 8 의 전단에서, 수학식 6 및 8에 따른 관계식을 적용하면, 수학식 8의 후단을 도출할 수 있다.

수학식 8에서 송신기측의 데이터 심볼(x_p)이 수신기측으로 전송됨에 따라 결정되는 신호 전송 이득은 다음의 수학식 9과 같이 표현할 수 있다.

상기 수학식 9을 참조하면, C _p 는 m행 n열의 원소가 변조 필터 계수 c_m,n,p인 NХL 행렬을 의미한다. 여기서, 각 원소가 변조 필터 계수인 NХL행렬(C _l , C _p )은 수학식 2와 같이 부심볼에 공통인 성분과 부심볼에 따라 달리 결정되는 성분으로 구성될 수 있으므로, 부심볼에 공통인 성분을 원소로 하는 행렬을 A, 부심볼에 따라 달리 결정되는 성분을 원소로 하는 행렬을 B로 하면, 다음의 수학식 10과 같이 표현할 수 있다.

상기 수학식 10에서 부심볼이 서로 직교할 조건은 다음의 수학식 11와 같다.

상기 수학식 11에 따른 부심볼의 직교 조건을 수학식 10에 대입하면, 수학식 10은 다음의 수학식 12과 같은 관계식을 도출할 수 있다.

한편, 상기 수학식 11에서 부심볼의 직교 조건에 따르는 경우

는, L이 2와 4인 경우에 대하여 다음의 수학식 13 및 14와 같이 결정할 수 있다.

한편, 수학식 12에서 부반송파에 대한 직교 조건은 다음의 수학식 15와 같이 결정할 수 있다.

상기 수학식 15에서 1_N은 원소가 모두 1인 N차원 열 벡터를 의미할 수 있다. 상기 수학식 15에 따른 부반송파 직교 조건을 수학식 12에 추가로 적용하면, 다음의 수학식 16을 도출할 수 있다.

이때, 수학식 9 내지 12, 15의 관계를 이용하면, 수학식 8는 다음의 수학식 17과 같이 도출될 수 있다.

앞에서 서술한 내용을 종합하면 도 3에 따른 흐름도에 따라 변조 필터를 생성할 수 있다.

구체적으로 도3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 직교성을 유지하는 변조 필터 생성 방법은, 부반송파의 직교조건을 만족하는 부심볼 공통 성분을 결정하는 단계(S100), 상기 부심볼의 개수와 상응하는 차수를 갖고 상기 부심볼의 직교조건을 충족하는 정방 행렬(square matrix)로 구성되는 부심볼 비공통 성분을 결정하는 단계(S110) 및 상기 부심볼 공통 성분과 상기 부심볼 비공통 성분의 곱을 계수로 갖는 변조 필터를 생성하는 단계(S120)를 포함할 수 있다.

여기서 상기 부반송파의 직교 조건은, 부심볼에 공통적으로 적용되는 변조 필터 계수(예를 들면 수학식 2에 따른 필터 계수의 a_n,q 성분을 의미)에 대하여 적용되는 조건을 의미할 수 있다.

여기서 상기 부심볼의 직교 조건은, 부심볼마다 달리 적용되는 변조 필터 계수(예를 들면 수학식 2에 따른 필터 계수의 b_q,m,l 성분을 의미)에 대하여 적용되는 조건을 의미할 수 있다.

여기서 상기 부반송파의 직교 조건은, 상기 부심볼에 공통적으로 적용되는 변조 필터 계수의 열 벡터 행렬(A)가 수학식

을 만족할 수 있다.

여기서 상기 부심볼의 직교 조건은, 상기 부심볼마다 달리 적용되는 변조 필터 계수의 열 벡터 행렬(B _l , B _{p ,} l은 부심볼의 인덱스)이 수학식

을 만족할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 변조 필터를 생성하기 위한 비용 함수를 정의하는 예시 그래프이다.

앞선, 도 3에 따른 설명에서 제시한 부반송파의 직교 조건과 부심볼의 직교 조건을 만족하는 해는 하나 이상일 수 있다. 이 경우, 비용 함수를 정의하고 정의된 비용 함수를 최소화하는 해를 특정할 수 있다.

예를 들어, 상향링크 셀룰러 통신에서는 단말들이 전송한 신호가 기지국에 도착하는 시간과 발진 주파수를 동일하게 맞추는 동기화 과정을 거치지만, 동기오차가 잔존할 수 있으며, 이는 수신과정에 단말 간섭(other user interference)을 유발하게 된다.

이때, 비용함수로 평균 간섭량을 설정하면, 도 4에 따른 파형을 얻을 수 있다.

도 4를 참조하면, 부심볼의 개수(L)를 2개로 설정하고, 부반송파의 개수(N)는 16개로 설정하며, 가로축으로 부심볼 전송주기(T)에 따른 시간 (t)을 설정하였을 때, 두 개의 부심볼 신호(S_o(t), S_1(t))에 대한 그래프를 확인할 수 있다. 여기서, n을 0과 N 사이(또는 0 내지 15)의 부반송파 인덱스로 정의하고, l과 m을 0과 L 사이(또는 0 내지 1)의 부심볼 인덱스로 정의하면, 도 4에 따른 그래프는 다음의 수학식을 만족할 수 있다.

상기 수학식 18를 참조하면, 변조 신호 s_l과 변조 필터 계수 c_n,m,l 사이의 관계식을 확인할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 직교성을 유지하는 변조 필터 생성 장치에 대한 하드웨어 구성도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 직교성을 유지하는 변조 필터 생성 장치(200)는, 적어도 하나의 프로세서(processor, 210) 및 상기 적어도 하나의 프로세서가 적어도 하나의 단계를 수행하도록 지시하는 명령어들(instructions)을 저장하는 메모리(memory, 220)를 포함할 수 있다.

또한, 직교성을 유지하는 변조 필터 생성 장치(200)는, 무선 네트워크를 통해 통신을 수행하는 송수신 장치(transceiver)(230)를 포함할 수 있다. 또한, 직교성을 유지하는 변조 필터 생성 장치(200)는 입력 인터페이스 장치(240), 출력 인터페이스 장치(250), 저장 장치(260) 등을 더 포함할 수 있다. 변조 필터 생성 장치(200)에 포함된 각각의 구성 요소들은 버스(bus)(270)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.

여기서 프로세서(210)는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), 또는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 메모리(220) 및 저장 장치(260) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(220)는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.

여기서 상기 적어도 하나의 단계는, 부반송파의 직교조건을 만족하는 부심볼 공통 성분을 결정하는 단계, 상기 부심볼의 개수와 상응하는 차수를 갖고 상기 부심볼의 직교조건을 충족하는 정방 행렬(square matrix)로 구성되는 부심볼 비공통 성분을 결정하는 단계 및 상기 부심볼 공통 성분과 상기 부심볼 비공통 성분의 곱을 계수로 갖는 변조 필터를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서 상기 부반송파의 직교 조건은, 부심볼에 공통적으로 적용되는 변조 필터 계수(예를 들면 수학식 2에 따른 필터 계수의 a_n,q 성분을 의미)에 대하여 적용되는 조건을 의미할 수 있다.

여기서 상기 부심볼의 직교 조건은, 부심볼마다 달리 적용되는 변조 필터 계수(예를 들면 수학식 2에 따른 필터 계수의 b_q,m,l 성분을 의미)에 대하여 적용되는 조건을 의미할 수 있다.

여기서 상기 부반송파의 직교 조건은, 상기 부심볼에 공통적으로 적용되는 변조 필터 계수의 열 벡터 행렬(A)가 수학식

을 만족할 수 있다.

여기서 상기 부심볼의 직교 조건은, 상기 부심볼마다 달리 적용되는 변조 필터 계수의 열 벡터 행렬(B _l , B _{p ,} l은 부심볼의 인덱스)이 수학식

을 만족할 수 있다.

여기서 직교성을 유지하는 변조 필터 생성 장치(200)의 예를 들면, OFDM 기반의 통신이 가능한 데스크탑 컴퓨터(desktop computer), 랩탑 컴퓨터(laptop computer), 노트북(notebook), 스마트폰(smart phone), 태블릿 PC(tablet PC), 모바일폰(mobile phone), 스마트 워치(smart watch), 스마트 글래스(smart glass), e-book 리더기, PMP(portable multimedia player), 휴대용 게임기, 네비게이션(navigation) 장치, 디지털 카메라(digital camera), DMB(digital multimedia broadcasting) 재생기, 디지털 음성 녹음기(digital audio recorder), 디지털 음성 재생기(digital audio player), 디지털 동영상 녹화기(digital video recorder), 디지털 동영상 재생기(digital video player), PDA(Personal Digital Assistant) 등일 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 기반의 무선 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법에 대한 흐름도이다.

도 6을 참조하면, OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 기반의 무선 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법은, 복수의 부심볼(subsymbol)로 구성되는 데이터 심볼(data symbol)에 대하여 이산 시간에서 역-푸리에 변환(IDFT, Inverse descrete fourier transform)을 수행하는 단계, 역-푸리에 변환된 데이터 심볼에 대하여 직교성(orthogonality)을 유지하는 변조 필터 계수를 결정하는 단계, 결정된 변조 필터 계수를 갖는 변조 필터를 이용하여 상기 역-푸리에 변환된 데이터 심볼에 대한 필터링을 수행하는 단계 및 필터링이 수행된 데이터 심볼을 무선 네트워크를 통해 전송하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서 상기 변조 필터 계수를 결정하는 단계는, 부반송파의 직교조건을 만족하는 부심볼 공통 성분을 결정하는 단계, 상기 부심볼의 개수와 상응하는 차수를 갖고 상기 부심볼의 직교조건을 충족하는 정방 행렬(square matrix)로 구성되는 부심볼 비공통 성분을 결정하는 단계 및 상기 부심볼 공통 성분과 상기 부심볼 비공통 성분의 곱을 상기 변조 필터 계수로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서 상기 부반송파의 직교 조건은, 부심볼에 공통적으로 적용되는 변조 필터 계수(예를 들면 수학식 2에 따른 필터 계수의 a_n,q 성분을 의미)에 대하여 적용되는 조건을 의미할 수 있다.

여기서 상기 부심볼의 직교 조건은, 부심볼마다 달리 적용되는 변조 필터 계수(예를 들면 수학식 2에 따른 필터 계수의 b_q,m,l 성분을 의미)에 대하여 적용되는 조건을 의미할 수 있다.

여기서 상기 부반송파의 직교 조건은, 상기 부심볼에 공통적으로 적용되는 변조 필터 계수의 열 벡터 행렬(A)가 수학식

을 만족할 수 있다.

여기서 상기 부심볼의 직교 조건은, 상기 부심볼마다 달리 적용되는 변조 필터 계수의 열 벡터 행렬(B _l , B _{p ,} l은 부심볼의 인덱스)이 수학식

을 만족할 수 있다.

본 발명에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위해 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.

컴퓨터 판독 가능 매체의 예에는 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함될 수 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

또한, 상술한 방법 또는 장치는 그 구성이나 기능의 전부 또는 일부가 결합되어 구현되거나, 분리되어 구현될 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (16)

1. 복수의 부심볼(subsymbol)로 구성되는 데이터 심볼의 변조를 위해 직교성(Orthogonality)을 유지하는 변조 필터 생성 방법으로,
   부반송파의 직교조건을 만족하는 부심볼 공통 성분을 결정하는 단계;
   상기 부심볼의 개수와 상응하는 차수를 갖고 상기 부심볼의 직교조건을 충족하는 정방 행렬(square matrix)로 구성되는 부심볼 비공통 성분을 결정하는 단계; 및
   상기 부심볼 공통 성분과 상기 부심볼 비공통 성분의 곱을 계수로 갖는 변조 필터를 생성하는 단계를 포함하는, 직교성(orthogonality)을 유지하는 변조 필터 생성 방법.
2. 청구항 1에서,
   상기 부심볼의 직교 조건은,
   부심볼에 공통적으로 적용되는 변조 필터 계수에 대하여 적용되는 조건을 의미하는, 직교성을 유지하는 변조 필터 생성 방법.
3. 청구항 1에서,
   상기 부반송파의 직교 조건은,
   부심볼마다 달리 적용되는 변조 필터 계수에 대하여 적용되는 조건을 의미하는, 직교성을 유지하는 변조 필터 생성 방법.
4. 청구항 2에서,
   상기 부심볼의 직교 조건은,
   상기 부심볼에 공통적으로 적용되는 변조 필터 계수의 열 벡터 행렬(A)가 수학식
   

   

   을 만족하는, 직교성을 유지하는 변조 필터 생성 방법.
5. 청구항 3에서,
   상기 부심볼마다 달리 적용되는 변조 필터 계수의 열 벡터 행렬(B _l , B _{p ,} l은 부심볼의 인덱스)이 수학식
   

   

   을 만족하는, 직교성을 유지하는 변조 필터 생성 방법.
6. 복수의 부심볼(subsymbol)로 구성되는 데이터 심볼의 변조를 위해 직교성(Orthogonality)을 유지하는 변조 필터 생성 장치로,
   적어도 하나의 프로세서(processor); 및
   상기 적어도 하나의 프로세서가 적어도 하나의 단계를 수행하도록 지시하는 명령어들(instructions)을 저장하는 메모리(memory)를 포함하고,
   상기 적어도 하나의 단계는,
   부반송파의 직교조건을 만족하는 부심볼 공통 성분을 결정하는 단계;
   상기 부심볼의 개수와 상응하는 차수를 갖고 상기 부심볼의 직교조건을 충족하는 정방 행렬(square matrix)로 구성되는 부심볼 비공통 성분을 결정하는 단계; 및
   상기 부심볼 공통 성분과 상기 부심볼 비공통 성분의 곱을 계수로 갖는 변조 필터를 생성하는 단계를 포함하는, 직교성을 유지하는 변조 필터 생성 장치.
7. 청구항 6에서,
   상기 부심볼의 직교 조건은,
   부심볼에 공통적으로 적용되는 변조 필터 계수에 대하여 적용되는 조건을 의미하는, 직교성을 유지하는 변조 필터 생성 장치.
8. 청구항 6에서,
   상기 부반송파의 직교 조건은,
   부심볼마다 달리 적용되는 변조 필터 계수에 대하여 적용되는 조건을 의미하는, 직교성을 유지하는 변조 필터 생성 장치.
9. 청구항 7에서,
   상기 부심볼의 직교 조건은,
   상기 부심볼에 공통적으로 적용되는 변조 필터 계수의 열 벡터 행렬(A)가 수학식
   

   

   을 만족하는, 직교성을 유지하는 변조 필터 생성 장치.
10. 청구항 8에서,
    상기 부심볼마다 달리 적용되는 변조 필터 계수의 열 벡터 행렬(B _l , B _{p ,} l은 부심볼의 인덱스)이 수학식
    

    

    을 만족하는, 직교성을 유지하는 변조 필터 생성 장치.
11. OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 기반의 무선 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법으로,
    복수의 부심볼(subsymbol)로 구성되는 데이터 심볼(data symbol)에 대하여 이산 시간에서 역-푸리에 변환(IDFT, Inverse descrete fourier transform)을 수행하는 단계;
    역-푸리에 변환된 데이터 심볼의 변조를 위해 직교성(orthogonality)을 유지하는 변조 필터 계수를 결정하는 단계;
    결정된 변조 필터 계수를 갖는 변조 필터를 이용하여 상기 역-푸리에 변환된 데이터 심볼에 대한 필터링을 수행하는 단계; 및
    필터링이 수행된 데이터 심볼을 무선 네트워크를 통해 전송하는 단계를 포함하는, 데이터 전송 방법.
12. 청구항 11에서,
    상기 변조 필터 계수를 결정하는 단계는,
    부반송파의 직교조건을 만족하는 부심볼 공통 성분을 결정하는 단계;
    상기 부심볼의 개수와 상응하는 차수를 갖고 상기 부심볼의 직교조건을 충족하는 정방 행렬(square matrix)로 구성되는 부심볼 비공통 성분을 결정하는 단계; 및
    상기 부심볼 공통 성분과 상기 부심볼 비공통 성분의 곱을 상기 변조 필터 계수로 결정하는 단계를 포함하는, 데이터 전송 방법.
13. 청구항 12에서,
    상기 부심볼의 직교 조건은,
    부심볼에 공통적으로 적용되는 변조 필터 계수에 대하여 적용되는 조건을 의미하는, 데이터 전송 방법.
14. 청구항 12에서,
    상기 부반송파의 직교 조건은,
    부심볼마다 달리 적용되는 변조 필터 계수에 대하여 적용되는 조건을 의미하는, 데이터 전송 방법.
15. 청구항 13에서,
    상기 부심볼의 직교 조건은,
    상기 부심볼에 공통적으로 적용되는 변조 필터 계수의 열 벡터 행렬(A)가 수학식
    

    

    을 만족하는, 데이터 전송 방법.
16. 청구항 14에서,
    상기 부심볼마다 달리 적용되는 변조 필터 계수의 열 벡터 행렬(B _l , B _{p ,} l은 부심볼의 인덱스)이 수학식
    

    

    을 만족하는, 데이터 전송 방법.

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