KR20200094611A - 5g 통신 시스템을 위한 nsc 데이터 검출 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 5G 통신 시스템을 위한 NSC 데이터 검출 방법에 관한 것으로서, 수신부가 수신된 신호의 SIR (Signal to Interference Ratio)를 계산하는 단계; 수신부가 계산한 SIR 값이 0보다 큰 값인지 여부를 검사하는 단계; 검사결과, SIR 값이 0 이하인 경우, 데이터 검출부가 IRC (Interference Rejection Combining) 를 통해 간섭 신호를 검출하는 단계; 및 데이터 검출부가 SIC 기법을 통해 자기 신호를 검출하는 단계를 포함한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, NR 기술 중 256 QAM 및 LDPC 코드를 적용하여 향상된 데이터 검출 기법을 통해 신뢰성을 높이는 NSC를 제공함으로써, 5G의 요구 사항인 고신뢰성 및 높은 데이터 전송률을 만족시키고, IRC 와 SIC를 통해 간섭을 억제 및 제거할 수 있다.

Description

5G 통신 시스템을 위한 NSC 데이터 검출 방법{NSC Data detection Method for 5G Communication System}

본 발명은 5G 통신 시스템을 위한 NSC 데이터 검출 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 5G 및 B5G 통신 시스템에서 높은 데이터 전송률 및 신뢰성 있는 5G 통신 시스템을 구현하기 위한 데이터 검출 기법에 관한 것이다.

통신 및 다양한 업계에서는 초대용량 및 초저지연의 차세대 네트워크를 지원하는 5G 서비스 도입을 열망하고 있다. 본격적인 5G 도입 및 상용화 준비에 앞서 3GPP (3rd Generation Partnership Project)에서 표준화 작업이 활발하게 진행되고 있으며, Release 15 표준부터 5G 기술로 규정하고 있다.

3GPP에서 고려하는 5G는 크게 LTE (Long Term Evolution)와 NR (New Radio)로 구성된다. NR은 기존의 LTE와 상통하지 않는 새로운 무선 접속 기술로 새로운 물리 채널 구조 및 채널 코딩 방식을 사용하는 것이 허용된다.

5G는 전송속도 위주의 이전 세대 표준 방향과 달리 전송속도를 강조하는 eMBB (enhanced Mobile Broad Band) 외에도 mMTC (massive Machine Type Communication)와 URLLC (Ultra Reliable and Low Latency Communication) 측면에서 살펴볼 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이 5G의 주요 요구사항으로 다운링크 기준 최대 전송률은 20 Gbps로 기존 LTE 대비 20배 가량 증가하여 사용자의 체감 전송속도는 100 내지 100 Mbps가 될 것이다. 또한 1 ms 이하의 초저지연과 고신회성 등도 요구하고 있다.

이에 본 출원인은 5G의 요구 사항인 고신뢰성 및 높은 데이터 전송률을 만족하기 위해 NR 기술 중 256 QAM 및 LDPC (Low Density Parity Check)코드를 적용하고, 향상된 데이터 검출 기법을 통해 신뢰성을 높이는 NSC를 제안하고자 한다. 이러한 데이터 검출 기법에 따르면 IRC 와 SIC를 통해 간섭을 억제 및 제거할 수 있다.

한국등록특허 제10-1670599호(2016.10.24.등록)

본 발명의 목적은, NR 기술 중 256 QAM 및 LDPC 코드를 적용하여 향상된 데이터 검출 기법을 통해 신뢰성을 높이는 NSC를 제공함으로써, 5G의 요구 사항인 고신뢰성 및 높은 데이터 전송률을 만족시키고, IRC (Interference Rejection Combining)와 SIC (Successive Interference Cancellation)를 통해 간섭을 억제 및 제거하는데 있다.

이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는 5G 통신 시스템을 위한 NSC 데이터 검출 방법으로서, 수신부가 수신된 신호의 SIR (Signal to Interference Ratio)를 계산하는 단계; 수신부가 계산한 SIR 값이 0보다 큰 값인지 여부를 검사하는 단계; 검사결과, SIR 값이 0 이하인 경우, 데이터 검출부가 IRC (Interference Rejection Combining) 를 통해 간섭 신호를 검출하는 단계; 및 데이터 검출부가 SIC 기법을 통해 자기 신호를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

검사결과, SIR이 0보다 큰 경우, 데이터 검출부가 IRC를 통해 자기 신호를 검출하는 단계; 데이터 검출부가 SIC를 통해 간섭 신호를 검출하는 단계; 및 데이터 검출부가 SIC 기법을 통해 자기 신호를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, NR 기술 중 256 QAM 및 LDPC 코드를 적용하여 향상된 데이터 검출 기법을 통해 신뢰성을 높이는 NSC를 제공함으로써, 5G의 요구 사항인 고신뢰성 및 높은 데이터 전송률을 만족시키고, IRC 와 SIC를 통해 간섭을 억제 및 제거할 수 있다.

도 1은 5G 요구사항을 도시한 도면.
도 2는 256 QAM 성상도를 보여주는 도면.
도 3은 전송 블록 과정을 보여주는 도면.
도 4는 LDPC 기본 그래프 1:

을 보여주는 도면.
도 5는 Richardson’efficient를 보여주는 도면.
도 6은 Raptor like LDPC를 보여주는 도면.
도 7은 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 5G 통신 시스템을 위한 NSC 데이터 검출 방법의 NSC 수신부에 의한 수신 신호 처리 흐름을 도시한 흐름도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 5G 통신 시스템을 위한 NSC 데이터 검출 방법의 BER 성능을 보여주는 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 5G 통신 시스템을 위한 NSC 데이터 검출 방법의 BLER 성능을 보여주는 도면.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 5G 통신 시스템을 위한 NSC 데이터 검출 방법의 FER 성능을 보여주는 도면.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 5G 통신 시스템을 위한 NSC 데이터 검출 방법의 전송률 성능을 보여주는 도면.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 5G 통신 시스템을 위한 NSC 데이터 검출 방법의 스펙트럼 효율 성능을 보여주는 도면.

본 발명의 구체적인 특징 및 이점들은 첨부 도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.

[NR 기반 5G 통신 시스템]

256 QAM

eV2X를 위해 높은 데이터 전송률을 제공하는 측면에서 256 QAM을 적용할 수 있으며 도 2는 256 QAM의 성상도를 도시한 도면이다.

256 QAM의 8개의 입력 비트는,

,

,

,

,

,

,

,

, 하나의 심볼로 다음의 [수학식 1]과 같이 맵핑된다.

[수학식 1]

따라서, 256 QAM은 기존 64 QAM의 6 bits/symbol 전송에서 256 QAM의 8 bits/symbol 전송으로 무선 전송효율이 8/6배 개선된다.

LDPC 코드

NR에 도입되는 새로운 채널 코딩 기법인 LDPC 코드는 5G 통신 시스템에 고신뢰성을 제공할 수 있다.

채널 코딩 기법은 도 3과 같이 오류 검출 (Error Detection), 오류 정정 (Error Correction), 속도 정합 (Rate Matching)의 과정을 거친다. 본 논문에서는 오류 정정 코드로 LDPC 코드가 적용된다.

3GPP NR에서 부호화율

을 갖는 전송 블록 (Transport Block)과 동일한 전송 블록의 후속 재송신의 초기 전송을 위해, 전송 블록의 각 코드 블록 (Code Block)은 다음에 따라 LDPC 기본 그래프 (BG: Base Graph) 1 또는 2로 인코딩 된다.

if

, or if

and

, or if

, LDPC base graph 2 is used otherwise, LDPC base graph 1 is used.

여기서, A는 TBS (Transport Block Size)이다. 이를 정리하면 아래의 [표 1]과 같다.

[표 1]

LDPC BG 1인 경우, 행렬

는 46 열 (인덱스

)과 68 열 (인덱스

)을 갖는다. LDPC BG 2인 경우, 행렬

는 42 열(인덱스

)과 52 열 (인덱스

)을 갖는다.

패리티 체크 행렬

는

의 각 원소를

행렬로 대체하여 다음과 같이 얻을 수 있다. 여기서

는 리프팅 (Lifting) 사이즈이다.

에서 0 값을 갖는 각 원소는 크기

의 영 행렬 0으로 대체한다.

에서 1 값을 갖는 각 원소는 크기

의 원 순열 (Circular Permutation) 행렬

로 대체한다. 여기서

와

는 원소의 행과 열 인덱스이고

는 크기

의 단위행렬을 오른쪽으로

번 순환적으로 이동 (Circularly Shifting)하여 얻을 수 있다.

이고,

값은 인덱스

와 BG에 따라 3GPP TS 38.212의 표 5.3.2-2와 표 5.3.2-3에 주어진다.

패리티 체크 행렬

구한 후

를 만족하는 패리티 비트

를 계산한다.

패리티 비트는 도 4와 같이 Richardson’Efficient와 Raptor Like LDPC를 통해 다음과 같이 계산된다.

Step 1) Richardson’Efficient:

Richardson’Efficient는 행렬을 도 5와 같이 A, B, C, D, E 및 T로 나누어

을 다음의 [수학식 2] 및 [수학식 3]을 통해 계산한다.

[수학식 2]

[수학식 3]

여기서

이다.

Step 2) Raptor Like LDPC:

Raptor Like LDPC는 행렬을 도 6과 같이 A, B, C, O, 및 I로 나누어

를 다음 [수학식 4]를 통해 계산한다.

[수학식 4]

[기존 데이터 검출 기법]

이하, 기존 데이터 검출 기법에 대해서 살피면 아래와 같다. 기존 기법으로는 MMSE (Minimum Mean Square Error), IRC 그리고 SIC 기법이 있다. NR 기반 5G 통신 시스템에서 수신 신호는 다음의 [수학식 5]와 같다.

[수학식 5]

여기서

와

는 각각 서빙 셀 (serving cell)의 신호와 해당 전파 채널이다.

와

는 각각

번째 인접 셀 (inter cell)의 신호와 해당 전파 채널이고

은 잡음이다.

MMSE

MMSE는 간섭제거를 위한 일반적인 방식으로, 방식적용을 위해 간섭 및 잡음 파워

가 요구된다. MMSE를 적용 후 검출된 신호는 다음의 [수학식 6]과 같다.

[수학식 6]

IRC

IRC 기법을 적용 후 검출된 신호는 다음의 [수학식 7]과 같다.

[수학식 7]

여기서

은 간섭 및 잡음 공분산 행렬이다.

SIC

SIC 기법을 적용할 경우 간섭 신호에 대한 변조 차수 및 간섭을 일으키는 채널 행렬에 대한 정보가 요구된다. SIC 기법을 적용 후 검출된 신호는 다음의 [수학식 8]과 같다.

[수학식 8]

위 식에서

는 간섭 신호

에 대한 양자화 된 추정 값이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 5G 통신 시스템을 위한 NSC 데이터 검출 방법의 NSC 수신부에 의한 수신 신호 처리 흐름을 도시한 흐름도이다.

먼저, 수신부가 수신된 신호의 SIR (Signal to Interference Ratio)를 계산한다(S702).

이어서, 수신부가 SIR 값이 0보다 큰 값인지 여부를 검사한다(S704).

상기 S704단계의 검사결과, SIR 값이 0 이하인 경우, 즉 간섭 신호의 크기가 클 경우, 데이터 검출부가 IRC를 통해 간섭 신호

를 검출한다(S706).

이때, 간섭 신호를 검출하는 절차는 다음의 [수학식 9]와 같이 표현된다.

뒤이어, 데이터 검출부가 SIC 기법을 통해 간섭 신호에 대한 검증을 수행한다.

[수학식 9]

여기서

는 자기신호 및 잡음의 공분산 행렬이다.

다음으로, 데이터 검출부가 SIC 기법을 통해 자기 신호를 검출한다(S708).

이때, 검출한 자기 신호는 다음의 [수학식 10]과 같이 표현된다.

[수학식 10]

위 식에서,

은 잡음의 공분산 행렬이다.

반대로 상기 제S704단계의 검사결과, SIR이 0보다 클 경우, 즉 자기 신호의 크기가 클 경우 데이터 검출부가 다음의 두 단계를 걸쳐 자기 신호를 검출한다.

제S704단계 이후, 데이터 검출부가 IRC를 통해 하기의 [수학식 11]에 따라 자기 신호

를 검출한다(S710).

[수학식 11]

여기서,

은 간섭 신호 및 잡음의 공분산 행렬을 의미한다.

그 후 데이터 검출부가 SIC를 통해 간섭 신호를 검출하며(S712), 이때, 검출된 간섭 신호는 다음의 [수학식 12]와 같이 표현된다.

[수학식 12]

그리고, 검출된 간섭 신호를 수신신호에서 제거하기 위하여 최종적으로 데이터 검출부가 SIC 기법을 통해 자기 신호를 검출한다(S708).

이때, 자기 신호 검출은 상기 [수학식 10]과 같이 표현된다.

전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 5G 통신 시스템을 위한 NSC 데이터 검출 방법을 뒷받침하는 구성은 아래와 같다.

먼저, 수신부가 외부로부터의 신호를 안테나를 통해 수신한다.

또한, 데이터 검출부가 수신부를 통해 수신된 신호의 SIR (Signal to Interference Ratio)을 계산하여 계산된 SIR 값이 0을 초과하는 경우, IRC (Interference Rejection Combining) 복호 방식을 통해 자기 신호를 검출하고, SIC (Successive Interference Cancellation) 복호 방식을 통해 간섭 신호 검출하며, SIC를 통해 간섭 신호를 제거하고 복호화하여 자기 신호를 검출한다.

반면에, 계산한 SIR 값이 0보다 작은 경우, 데이터 검출부가 SIC를 통해 간섭 신호를 제거한다.

[모의실험 결과 및 성능 분석]

모의실험은 NR 기반 5G 이동통신 시스템을 기반으로 이루어 졌으며, 모의실험 파라미터는 아래의 [표 2]와 같다.

[표 2]

기존의 데이터 검출 기법 MMSE, IRC, SIC, 그리고 제안 기법 NSC에 대해 성능을 평가한다. 성능 평가는 채널코딩 LDPC 기법이 적용된 BER (Bit Error Rate), BLER (BLock Error Rate), FER (Frame Error Rate)과 이에 따른 전송률과 스펙트럼 효율에 대하여 이루어진다.

도 8은 데이터 검출 기법에 따른 BER 성능을 나타낸다. BER 10^-2을 기준으로 이를 만족시키기 위한 각 기법들의 요구되는 SNR은 아래 [표 3]에서 보이고 있다.

[표 3]

MMSE와 IRC는 간섭 신호의 영향으로 비트 에러가 많이 발생하고, IRC가 MMSE 보다 성능이 우수함을 볼 수 있다. SIC와 제안 기법 NSC는 간섭 신호를 제거하므로 MMSE와 IRC보다 성능이 우수하고, NSC가 SIC보다 성능이 향상된 것을 볼 수 있다.

도 9와 도 10은 데이터 검출 기법에 따른 BLER 과 FER 성능을 나타낸다. BLER과 FER의 10^-1을 기준으로 이를 만족시키기 위한 각 기법들의 요구되는 SNR은 아래의 [표 4] 및 [표 5]에서 보이고 있다. BER과 비교했을 때, 전체적인 에러율은 증가하였고, BER 분석과 동일하다.

[표 4]

[표 5]

도 11과 도 12는 데이터검출 기법에 따른 전송률과 스펙트럼 효율 성능이다. 각 성능은 아래 [표 6] 및 [표 7]에서 나타내고 있다. 3GPP TS 38.101을 따라 CQI 표 2의 CQI 인덱스 13을 사용하였을 때, 참조 신호와 제어 채널을 고려한 이론적인 최대 전송률과 스펙트럼 효율은 각각 427.31 Mbps와 21.36 bps/Hz 이다. 평균 전송률과 스펙트럼 효율은 MMSE, IRC, SIC, NSC 순으로 성능이 향상된 것을 볼 수 있다.

[표 6]

[표 7]

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등 물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 5G 통신 시스템을 위한 NSC 데이터 검출 방법에 의하면, 이동통신 성능의 향상은 물론, 단말기·부품 수출 및 네트워크 구축에도 크게 기여할 것으로 예상된다. 구체적으로 표준화 경쟁에서 우위 확보 및 차세대 이동통신 시장 선점에 기여할 것이며, 차세대 이동통신 관련 특허와 같은 지적소유권의 산업체 이전을 통한 국내 이동통신 산업의 기술 자립도 향상 및 가격 경쟁력 제고와, 확보된 특허의 국제적 상호사용승인(cross-licensing)으로 인한 이동통신 산업의 비용절감은 물론, 차세대 이동통신의 핵심기술 확보를 통한 기술료 지불경감 및 수입대체 효과가 예상된다.

Claims (2)

1. 수신부가 수신된 신호의 SIR (Signal to Interference Ratio)를 계산하는 단계;
   수신부가 계산한 SIR 값이 0보다 큰 값인지 여부를 검사하는 단계;
   상기 검사결과, SIR 값이 0 이하인 경우, 데이터 검출부가 IRC (Interference Rejection Combining) 를 통해 간섭 신호를 검출하는 단계; 및
   데이터 검출부가 SIC 기법을 통해 자기 신호를 검출하는 단계를
   포함하는 것을 특징으로 하는 5G 통신 시스템을 위한 NSC 데이터 검출 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 검사결과, SIR이 0보다 큰 경우,
   데이터 검출부가 IRC를 통해 자기 신호를 검출하는 단계;
   데이터 검출부가 SIC를 통해 간섭 신호를 검출하는 단계; 및
   데이터 검출부가 SIC 기법을 통해 자기 신호를 검출하는 단계를
   포함하는 것을 특징으로 하는 5G 통신 시스템을 위한 NSC 데이터 검출 방법.

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