KR20200126663A - SVD-based F-OFDM System and Transmitting/Receiving Method Thereof - Google Patents

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KR20200126663A KR1020190050576A KR20190050576A KR20200126663A KR 20200126663 A KR20200126663 A KR 20200126663A KR 1020190050576 A KR1020190050576 A KR 1020190050576A KR 20190050576 A KR20190050576 A KR 20190050576A KR 20200126663 A KR20200126663 A KR 20200126663A
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Abstract

The present invention can provide a filtered-orthogonal frequency division multiplexing (F-OFDM) system and a transmission/reception method thereof, which can perform pre- and post-processing at the time of transmission and reception of the F-OFDM system according to a singular value decomposition (SVD) method according to a pre-processing matrix and a post-processing matrix, thereby greatly reducing computational complexity by reducing the filter length of the F-OFDM system requiring high computational complexity, setting the filter lengths of the transmitter and receiver to be different from each other, and offering the low out-of-band emission, low bit error rate, and low peak-to-average power ratio.

Description

특이값 분해 기반 필터 직교 주파수 분할 다중화 시스템 및 이의 송수신 방법{SVD-based F-OFDM System and Transmitting/Receiving Method Thereof}Singular value decomposition-based filter orthogonal frequency division multiplexing system and its transmission/reception method {SVD-based F-OFDM System and Transmitting/Receiving Method Thereof}

본 발명은 필터 직교 주파수 분할 다중화 시스템 및 이의 송수신 방법에 관한 것으로, 특이값 분해 기반 필터 직교 주파수 분할 다중화 시스템 및 이의 송수신 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a filter orthogonal frequency division multiplexing system and a transmission/reception method thereof, and to a filter orthogonal frequency division multiplexing system based on singular value decomposition and a transmission/reception method thereof.

현재 무선 통신 시스템에서는 주기적 전치 부호-직교 주파수 분할 다중화 방식(Cyclic Prefix-Orthogonal Frequency Division Multiplexing: 이하 CP-OFDM)이 이용되고 있다. 그러나 최근에는 주기적 전치 부호(Cyclic Prefix: 이하 CP)가 부가됨으로 CP-OFDM에 발생되는 단점을 보완하기 위한 다양한 기법이 연구되었다.In the current wireless communication system, a cyclic prefix-orthogonal frequency division multiplexing (CP-OFDM) is used. However, in recent years, as a cyclic prefix (hereinafter referred to as CP) is added, various techniques have been studied to compensate for the shortcomings occurring in CP-OFDM.

이중 하나로 CP-OFDM에 매우 큰 주파수 감쇄 특성을 갖는 필터 추가로 적용하여, CP-OFDM보다 매우 낮은 아웃 오브 밴드(out-of-band: 이하 OOB) 방출을 갖도록 하는 필터 직교 주파수 분할 다중화(Filtered-Orthogonal Frequency Division Multiplexing: 이하 F-OFDM) 방식이 있다. F-OFDM은 CP-OFDM보다 매우 낮은 OOB 방출을 갖기 때문에 신호가 인접한 서브 밴드(subband)에서 비동기적으로 수신되는 경우에도 서브 밴드들 간의 간섭이 거의 없다는 장점이 있다. 즉 F-OFDM은 인접한 서브 밴드 사이의 간섭 관리가 주요 이슈인 동기/비동기 시스템의 혼합하여 이용할 수 있도록 한다.As one of them, a filter having a very large frequency attenuation characteristic is added to the CP-OFDM, so that the out-of-band (OOB) emission is much lower than that of the CP-OFDM. Orthogonal frequency division multiplexing (Filtered- There is an Orthogonal Frequency Division Multiplexing (F-OFDM) scheme. Since F-OFDM has a much lower OOB emission than CP-OFDM, even when signals are asynchronously received in adjacent subbands, there is an advantage in that there is little interference between subbands. In other words, F-OFDM allows a combination of a synchronous/asynchronous system in which interference management between adjacent subbands is a major issue.

그러나 F-OFDM은 추가되는 필터의 높은 연산 복잡도와 높은 피크대 평균 전력비(Peak to Average Power Ratio: PAPR) 등의 문제로 인해 무선 통신 시스템에 적용이 어렵다는 한계가 있다.However, F-OFDM has a limitation in that it is difficult to apply to a wireless communication system due to problems such as high computational complexity of an added filter and high peak to average power ratio (PAPR).

이러한 F-OFDM 의 단점을 보완하기 위해 이전 제안된 자원 블럭 필터 직교 주파수 분할 다중화(Resource Block Filtered-Orthogonal Frequency Division Multiplexing: 이하 RB-F-OFDM), 고속 컨볼루션 필터 직교 주파수 분할 다중화(Fast Convolution Filtered-Orthogonal Frequency Division Multiplexing: 이하 FC-F-OFDM)등이 제안되었다.To compensate for the shortcomings of F-OFDM, previously proposed Resource Block Filtered-Orthogonal Frequency Division Multiplexing (RB-F-OFDM), Fast Convolution Filtered Fast Convolution Filtered -Orthogonal Frequency Division Multiplexing: FC-F-OFDM), etc. have been proposed.

그러나 RB-F-OFDM은 대역폭을 다수의 리소스 블록으로 나누어 크기가 작은 IFFT, FFT 및 필터를 사용하여 복잡도를 줄이지만, 짧은 심볼 길이로 인해 오류 성능이 저하되는 문제가 있다. 그리고 FC-F-OFDM은 시간 영역의 필터링 윈도우를 주파수 영역의 필터링 윈도우로 변환하여 복잡도를 줄이지만, 추가되는 IFFT 및 FFT 모듈의 오버랩 구조로 인해 역 호환성을 제공하지 못한다는 문제가 있다.However, although the RB-F-OFDM divides the bandwidth into a plurality of resource blocks and uses small IFFT, FFT, and filters to reduce complexity, there is a problem in that error performance is degraded due to a short symbol length. In addition, FC-F-OFDM reduces complexity by converting the filtering window in the time domain into the filtering window in the frequency domain, but there is a problem that backward compatibility cannot be provided due to the overlap structure of the added IFFT and FFT modules.

한국 등록 특허 제10-0996535호 (2010.11.18 등록)Korean Patent Registration No. 10-0996535 (registered on November 18, 2010)

본 발명의 목적은 특이값 분해를 통해 낮은 연산 복잡도를 갖는 필터 직교 주파수 분할 다중화 시스템 및 이의 송수신 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a filter orthogonal frequency division multiplexing system having a low computational complexity through singular value decomposition and a transmission/reception method thereof.

본 발명의 다른 목적은 필터 길이가 제약되지 않는 필터 직교 주파수 분할 다중화 시스템 및 이의 송수신 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a filter orthogonal frequency division multiplexing system in which a filter length is not restricted, and a transmission/reception method thereof.

본 발명의 또 다른 목적은 송신기와 수신기의 서로 상이한 길이의 필터를 가질 수 있는 필터 직교 주파수 분할 다중화 시스템 및 이의 송수신 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a filter orthogonal frequency division multiplexing system capable of having filters of different lengths between a transmitter and a receiver, and a transmission/reception method thereof.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 직교 주파수 분할 다중화 시스템의 송신기는 송신 데이터를 인가받아 미리 설정된 전처리 행렬에 따라 전처리하여 전처리된 송신 데이터를 획득하는 전처리부; 및 상기 전처리된 송신 데이터로부터 기지정된 방식으로 CP-OFDM 심볼을 획득하고, 상기 CP-OFDM 심볼을 기지정된 필터 길이(LF)를 갖는 송신 필터를 이용하여 필터링하여 획득되는 SF-OFDM 심볼을 전송하는 송신부; 를 포함하고, 상기 전처리부는 상기 F-OFDM 시스템에서 상기 전처리부와 상기 전처리부에 대응하여 수신기에 포함되는 후처리부를 제외한 나머지 구성이 수행하는 모든 처리에 대응하는 시스템 행렬(Ck)을 특이값 분해(이하 SVD) 기법에 따라 다수의 행렬로 분해하고, 분해된 다수의 행렬 중 적어도 하나를 이용하여 획득되는 전처리 행렬에 따라 상기 송신 데이터를 전처리할 수 있다.In order to achieve the above object, a transmitter of a filter orthogonal frequency division multiplexing system according to an embodiment of the present invention includes: a preprocessor for receiving transmission data and preprocessing according to a preset preprocessing matrix to obtain preprocessed transmission data; And transmitting an SF-OFDM symbol obtained by obtaining a CP-OFDM symbol from the preprocessed transmission data in a known manner and filtering the CP-OFDM symbol using a transmission filter having a predetermined filter length (L F ). A transmitting unit; Including, the pre-processing unit in the F-OFDM system, corresponding to the pre-processing unit and the pre-processing unit, except for the post-processing unit included in the receiver, a system matrix (C k ) corresponding to all processing performed by a singular value The transmission data may be decomposed into a plurality of matrices according to a decomposition (hereinafter, referred to as SVD) technique, and the transmission data may be preprocessed according to a preprocessing matrix obtained using at least one of the decomposed plurality of matrices.

상기 전처리 행렬은 상기 시스템 행렬(Ck)을 복소 단위 행렬인 제1 및 제2 특이 행렬 벡터(Uk, VH k)와 대각 형렬(Λk)로 분해하고, 분해된 제2 특이 행렬 벡터(VH k)의 에르미트 행렬(Vk)과 대각 행렬(Λk)의 역수(1/Λk)를 이용하여,

Figure pat00001
로 획득될 수 있다.The preprocessing matrix decomposes the system matrix (C k ) into first and second singular matrix vectors (U k , V H k ) and diagonal matrix (Λ k ), which are complex identity matrices, and the decomposed second singular matrix vector by using the inverse number (1 / Λ k) of the Hermitian matrix (V k) and diagonal matrix (Λ k) of (V H k),
Figure pat00001
Can be obtained with

상기 송신부는 상기 전처리된 송신 데이터를 지정된 방식으로 OFDM 심볼로 변환하는 IDFT부; 상기 OFDM 심볼에 기지정된 길이의 주기적 전치 부호를 삽입하고, 직렬화하여 상기 CP-OFDM 심볼을 획득하는 CP 삽입부; 및 상기 송신 필터를 이용하여 상기 CP-OFDM 심볼을 필터링하여 상기 SF-OFDM 심볼을 획득하여 전송하는 송신 필터부; 를 포함할 수 있다.The transmitting unit includes an IDFT unit that converts the preprocessed transmission data into OFDM symbols in a designated manner; A CP inserting unit that inserts a periodic prefix of a predetermined length into the OFDM symbol and serializes it to obtain the CP-OFDM symbol; And a transmission filter unit configured to obtain and transmit the SF-OFDM symbol by filtering the CP-OFDM symbol using the transmission filter. It may include.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 필터 직교 주파수 분할 다중화 시스템의 수신기는 송신기에서 전송된 SF-OFDM 심볼을 인가받아 기지정된 필터 길이(LF)를 갖는 수신 필터를 이용하여 필터링하여 CP-OFDM 심볼을 획득하고, 상기 CP-OFDM 심볼로부터 기지정된 방식으로 수신 데이터를 획득하는 수신부; 및 상기 수신 데이터를 인가받아 미리 설정된 후처리 행렬에 따라 후처리하여 후처리된 수신 데이터를 획득하는 후처리부; 를 포함하고, 상기 후처리부는 상기 F-OFDM 시스템에서 상기 후처리부와 상기 후처리부에 대응하여 송신기에 포함되는 전처리부를 제외한 나머지 구성이 수행하는 모든 처리에 대응하는 시스템 행렬(Ck)을 특이값 분해(이하 SVD) 기법에 따라 다수의 행렬로 분해하고, 분해된 다수의 행렬 중 적어도 하나를 이용하여 획득되는 후처리 행렬에 따라 상기 수신 데이터를 후처리할 수 있다.A receiver of a filter orthogonal frequency division multiplexing system according to another embodiment of the present invention to achieve the above object receives the SF-OFDM symbol transmitted from the transmitter and filters using a reception filter having a predetermined filter length (L F ). A receiving unit that obtains a CP-OFDM symbol and obtains received data from the CP-OFDM symbol in a known manner; And a post-processing unit receiving the received data and performing post-processing according to a preset post-processing matrix to obtain post-processed received data. Including, the post-processing unit in the F-OFDM system corresponding to the post-processing unit and the post-processing unit, except for the pre-processing unit included in the transmitter, a system matrix (C k ) corresponding to all processing performed by a singular value The received data may be decomposed into a plurality of matrices according to a decomposition (hereinafter SVD) technique, and the received data may be post-processed according to a post-processing matrix obtained using at least one of the decomposed plurality of matrices.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 필터 직교 주파수 분할 다중화 시스템의 송신 방법은 송신 데이터를 인가받아 미리 설정된 전처리 행렬에 따라 전처리하여 전처리된 송신 데이터를 획득하는 전처리 단계; 및 상기 전처리된 송신 데이터로부터 기지정된 방식으로 CP-OFDM 심볼을 획득하고, 상기 CP-OFDM 심볼을 기지정된 필터 길이(LF)를 갖는 송신 필터를 이용하여 필터링하여 획득되는 SF-OFDM 심볼을 전송하는 송신 단계; 를 포함하고, 상기 전처리 단계는 상기 F-OFDM 시스템에서 상기 전처리 단계와 상기 전처리에 대응하여 수신 시에 수행되는 후처리 단계를 제외한 모든 과정을 분석 및 통합하여 획득되는 시스템 행렬(Ck)을 특이값 분해(이하 SVD) 기법에 따라 다수의 행렬로 분해하고, 분해된 다수의 행렬 중 적어도 하나를 이용하여 획득되는 전처리 행렬에 따라 상기 송신 데이터를 전처리할 수 있다.In order to achieve the above object, a transmission method of a filter orthogonal frequency division multiplexing system according to another embodiment of the present invention includes: a preprocessing step of acquiring preprocessed transmission data by receiving transmission data and preprocessing according to a preset preprocessing matrix; And transmitting an SF-OFDM symbol obtained by obtaining a CP-OFDM symbol from the preprocessed transmission data in a known manner and filtering the CP-OFDM symbol using a transmission filter having a predetermined filter length (L F ). Transmitting step; Including, the pre-processing step is a system matrix (C k ) obtained by analyzing and integrating all processes except for the pre-processing step and the post-processing step performed at the time of reception corresponding to the pre-processing in the F-OFDM system. The transmission data may be decomposed into a plurality of matrices according to a value decomposition (hereinafter, referred to as SVD) technique, and the transmission data may be preprocessed according to a preprocessing matrix obtained using at least one of the decomposed plurality of matrices.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 필터 직교 주파수 분할 다중화 시스템의 수신 방법은 SF-OFDM 심볼을 인가받아 기지정된 필터 길이(LF)를 갖는 수신 필터를 이용하여 필터링하여 CP-OFDM 심볼을 획득하고, 상기 CP-OFDM 심볼로부터 기지정된 방식으로 수신 데이터를 획득하는 수신 단계; 및 상기 수신 데이터를 인가받아 미리 설정된 후처리 행렬에 따라 후처리하여 후처리된 수신 데이터를 획득하는 후처리 단계; 를 포함하고, 상기 후처리 단계는 상기 F-OFDM 시스템에서 상기 후처리 단계와 상기 후처리에 대응하여 송신 시에 수행되는 전처리 단계를 제외한 모든 과정을 분석 및 통합하여 획득되는 시스템 행렬(Ck)을 특이값 분해(이하 SVD) 기법에 따라 다수의 행렬로 분해하고, 분해된 다수의 행렬 중 적어도 하나를 이용하여 획득되는 후처리 행렬에 따라 상기 수신 데이터를 후처리할 수 있다.The receiving method of a filter orthogonal frequency division multiplexing system according to another embodiment of the present invention to achieve the above object is to receive a SF-OFDM symbol and filter using a reception filter having a predetermined filter length (L F ) A receiving step of obtaining an OFDM symbol and obtaining received data from the CP-OFDM symbol in a predetermined manner; And a post-processing step of obtaining post-processed received data by receiving the received data and performing post-processing according to a preset post-processing matrix. Including, the post-processing step is a system matrix (C k ) obtained by analyzing and integrating all processes except for the post-processing step and the pre-processing step performed at the time of transmission corresponding to the post-processing in the F-OFDM system The received data may be decomposed into a plurality of matrices according to a singular value decomposition (hereinafter SVD) technique, and the received data may be post-processed according to a post-processing matrix obtained using at least one of the decomposed plurality of matrices.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 필터 직교 주파수 분할 다중화 시스템 및 이의 송수신 방법은 높은 연산 복잡도를 요구하는 필터 직교 주파수 분할 다중화 시스템의 필터 길이를 줄여 연산 복잡도를 크게 저감시킬 수 있으며, 송신기와 수신기의 필터 길이를 서로 상이하게 설정할 수 있도록 한다. 또한 낮은 아웃 오브 밴드 방출과 낮은 비트 오류율 및 낮은 피크대 평균 전력비를 제공할 수 있다.Therefore, the filter orthogonal frequency division multiplexing system according to an embodiment of the present invention and its transmission/reception method can greatly reduce computational complexity by reducing the filter length of the filter orthogonal frequency division multiplexing system that requires high computational complexity. Make it possible to set the filter lengths differently from each other. It can also provide low out-of-band emission, low bit error rate and low peak-to-average power ratio.

도 1은 F-OFDM 시스템의 개략적 구조를 나타낸다.
도 2 및 도 3은 필터 길이에 따른 시간 및 주파수 영역에서의 필터 응답 특성을 나타낸다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 SF-OFDM 시스템의 송신기와 수신기의 개략적 구조를 나타낸다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 SF-OFDM 시스템의 송수신 방법을 나타낸다.
도 8 내지 도 14는 본 실시예에 따른 SF-OFDM 시스템의 성능을 시뮬레이션한 결과를 나타낸다.
1 shows a schematic structure of an F-OFDM system.
2 and 3 show filter response characteristics in the time and frequency domains according to the filter length.
4 and 5 show schematic structures of a transmitter and a receiver of an SF-OFDM system according to an embodiment of the present invention.
6 and 7 illustrate a method of transmitting and receiving an SF-OFDM system according to an embodiment of the present invention.
8 to 14 show simulation results of the SF-OFDM system according to the present embodiment.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. In order to fully understand the present invention, operational advantages of the present invention, and objects achieved by the implementation of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings illustrating preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다. Hereinafter, the present invention will be described in detail by describing a preferred embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be implemented in various different forms, and is not limited to the described embodiments. In addition, in order to clearly describe the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals in the drawings indicate the same members.

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 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. Throughout the specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary. In addition, terms such as "... unit", "... group", "module", and "block" described in the specification mean units that process at least one function or operation, which is hardware, software, or hardware. And software.

본 명세서에서 a* 는 스칼라 a의 켤레 복소수를 의미하고, Aa ×b 는 a×b 차원의 행렬을 의미하며, [A]ij는 행렬 A의 i행 j열의 원소를 의미한다. 그리고 AT 는 i행 j열의 원소가 [A]ji 인 전치 행렬(transpose matrix)을 나타내고, AH 는 i행 j열의 원소가 [A]* ji 인 켤레 복소 행렬(complex conjugate matrix)인 에르미트 행렬(Hermitian matrix)를 나타낸다. 또한 Ia 는 a×a 차원의 항등 행렬(identity matrix)을 나타내고, 0a×b 는 a×b 차원의 0 행렬(zero matrix)을 나타낸다.In the present specification, a * denotes a complex conjugate of the scalar a, A a ×b denotes a matrix of dimension a×b, and [A] ij denotes an element of row i and column j of matrix A. And A T denotes a transpose matrix in which the elements in row i and j are [A] ji , and A H is Hermit, which is a complex conjugate matrix in which elements in row i and j are [A] * ji . Represents a Hermitian matrix. In addition, I a represents the identity matrix of a × a dimension (identity matrix), 0 a × b denotes a dimension of a × b matrix 0 (zero matrix).

이하에서는 본 실시예의 SVD 기반 F-OFDM 시스템을 설명하기에 앞서, 우선 F-OFDM 시스템을 설명한다.Hereinafter, prior to describing the SVD-based F-OFDM system of the present embodiment, the F-OFDM system will be described first.

도 1은 F-OFDM 시스템의 개략적 구조를 나타낸다.1 shows a schematic structure of an F-OFDM system.

도 1을 참조하면, F-OFDM 시스템은 송신기(100)와 수신기(200)를 포함한다. 그리고 송신기(100)는 IDFT부(110), CP 삽입부(120) 및 송신 필터부(130)를 포함하고, 수신기(200)는 수신 필터부(210), CP 제거부(220) 및 DFT부(230)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the F-OFDM system includes a transmitter 100 and a receiver 200. In addition, the transmitter 100 includes an IDFT unit 110, a CP insertion unit 120, and a transmission filter unit 130, and the receiver 200 includes a reception filter unit 210, a CP removal unit 220, and a DFT unit. It may include 230.

여기서는 K개의 서브밴드 각각이 M개의 서브 캐리어를 가지고, 전체 N(N ≤ KM)개의 서브 캐리어를 갖는 F-OFDM 시스템을 가정한다. 그리고 i번째 심볼 구간에서 k번째 서브 밴드의 변조된 송신 데이터(si,k)는 si,k = [si,k(0),si,k(1), ..., si,k(M-1)]T와 같이 벡터로 표현될 수 있다.Here, assume an F-OFDM system in which each of the K subbands has M subcarriers and has a total of N (N≦KM) subcarriers. And the modulated transmission data (s i,k ) of the k-th subband in the i-th symbol interval is s i,k = [s i,k (0),s i,k (1), ..., s i ,k (M-1)] T can be expressed as a vector.

IDFT부(110)는 전송할 송신 데이터(si,k)를 각 서브 밴드별로 역 이산 푸리에 변환을 수행하여 OFDM 심볼을 출력한다. CP 삽입부(120)는 OFDM 심볼을 인가받아 직렬화하고, CP를 삽입하여 CP-OFDM 심볼을 출력한다. 송신 필터부(130)는 CP-OFDM 심볼을 필터링하여 F-OFDM 심볼(xi,k)을 송신한다. 여기서 송신 필터부(130)는 k번째 서브 밴드에 대한 싱크 필터(Sinc filter)와 0이 아닌(non-zero) 샘플을 갖는 길이가 Lw 인 윈도우 함수와의 곱으로 구현되는 송신 필터 행렬(Fk)로 CP-OFDM 심볼을 필터링함으로써, F-OFDM 심볼(xi,k)을 획득할 수 있다.The IDFT unit 110 outputs an OFDM symbol by performing an inverse discrete Fourier transform on the transmission data s i, k to be transmitted for each subband. The CP insertion unit 120 receives and serializes the OFDM symbol, inserts the CP, and outputs a CP-OFDM symbol. The transmission filter unit 130 transmits an F-OFDM symbol (x i,k ) by filtering the CP-OFDM symbol. Here, the transmission filter unit 130 is a transmission filter matrix (F) that is implemented by multiplying a sync filter for the k-th subband and a window function having a length L w having a non-zero sample. By filtering the CP-OFDM symbol by k ), an F-OFDM symbol (x i,k ) can be obtained.

송신기(100)에서 i번째 심볼 구간에 k번째 서브 밴드에서 송신되는 F-OFDM 심볼(xi,k)은 수학식 1로 표현 될 수 있다.The F-OFDM symbol (x i,k ) transmitted in the k-th subband in the i-th symbol period in the transmitter 100 may be expressed by Equation 1.

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서 WH K 는 a행 b열의 원소([WH K]ab)가

Figure pat00003
인 k번째 서브 밴드에 대한 IDFT 행렬로서, IDFT부(110)의 변환 행렬이다. 그리고 Rt는 CP 삽입부(120)가 OFDM 심볼에 지정된 길이(LCP)의 CP를 추가한 행렬로서,
Figure pat00004
이다. Fk는 송신 필터부(130)의 송신 필터 행렬로서 [fk(0), 01×(N+LCP-1)]T 의 제1 열과 [fk(0), 01×(N+LCP-1)]의 제1 행을 갖는 퇴플리츠 행렬(Toeplitz matrix)이며, 여기서 fk 는 LF 길이를 갖는 k 번째 서브 밴드에 대한 송신 필터의 임펄스 응답으로 fk = [fk(0), fk(1), ..., fk(LF-1)]이다.Where W H K is the element in row a and column b ([W H K ] ab )
Figure pat00003
An IDFT matrix for the k-th subband, which is a transform matrix of the IDFT unit 110. And R t is a matrix in which the CP inserting unit 120 adds a CP having a length (L CP ) designated to an OFDM symbol,
Figure pat00004
to be. F k is the transmission filter matrix of the transmission filter unit 130 and the first column of [f k (0), 0 1×(N+LCP-1) ] T and [f k (0), 0 1×(N+) LCP-1) ] is a Toeplitz matrix with the first row, where f k is the impulse response of the transmission filter for the k-th subband of length L F , where f k = [f k (0) , f k (1), ..., f k (L F -1)].

수학식 1에서 Ak 는 k번째 서브 밴드로 송신 데이터(si,k)에 대응하는 F-OFMD 심볼을 전송하기 위한 전체 과정에 대한 송신 처리 행렬로서 Ak = FkRtWH k 로 정의된다.In Equation 1, A k is a transmission processing matrix for the entire process for transmitting the F-OFMD symbol corresponding to the transmission data (s i,k ) in the k-th subband , as A k = F k R t W H k Is defined.

그리고 필터 꼬리(filter tail)를 오버랩 한 후, F-OFDM 심볼(xi,k)은 k번째 서브밴드에서 전송된다.And after overlapping the filter tail, the F-OFDM symbol (x i,k ) is transmitted in the kth subband.

한편, 수신기(200)에서 수신 필터부(210)는 k 번째 서브 밴드의 데이터(si,k)를 복원하기 위해, 수신된 F-OFDM 심볼을 필터링한다. 수신 필터부(210)는 송신 필터부(130)의 송신 필터 행렬(Fk)에 대응하여 구성된 수신 필터 행렬(Gk)로 수신된 F-OFDM 심볼을 필터링한다. k번째 서브 밴드에 대한 수신 필터(gk)의 임펄스 응답을 LG 길이를 갖는 gk = [gk(0), gk(1), ..., gk(LG-1)]로 가정할 수 있다.Meanwhile, in the receiver 200, the reception filter unit 210 filters the received F-OFDM symbols in order to restore data (s i,k ) of the k-th subband. The reception filter unit 210 filters the received F-OFDM symbols with a reception filter matrix G k configured to correspond to the transmission filter matrix F k of the transmission filter unit 130. The impulse response of the receiving filter (g k ) for the k-th subband is L G with length g k = [g k (0), g k (1), ..., g k (L G -1)] Can be assumed.

CP 제거부(220)는 수신 필터부(210)에서 필터링되어 출력되는 CP-OFDM 심볼에서 CP와 함께 필터 꼬리를 제거하고, 병렬화하여 OFDM 심볼을 출력한다. DFT부(230)는 CP 제거부(220)에서 출력되는 OFDM 심볼에서 N개의 샘플을 이산 푸리에 변환하여 수신 데이터(y)를 획득한다. 수신 신호(y)에는 심볼 간 간섭(inter symbol interference: 이하 ISI) 및 노이즈가 포함되므로, i번째 심볼 구간에서 k번째 서브 밴드의 수신 데이터(yi,k)는 수학식 2로 표현된다.The CP removal unit 220 removes the filter tail together with the CP from the CP-OFDM symbol filtered and output by the reception filter unit 210, and parallelizes the CP-OFDM symbol to output an OFDM symbol. The DFT unit 230 obtains received data y by performing discrete Fourier transform of N samples from the OFDM symbol output from the CP removing unit 220. Since the received signal y includes inter symbol interference (hereinafter referred to as ISI) and noise, the received data y i, k of the k-th subband in the i-th symbol period is expressed by Equation 2.

Figure pat00005
Figure pat00005

여기서, yDES,k 는 획득하고자 하는 요구 데이터이고, yISI,k

Figure pat00006
는 각각 k번째 서브밴드에서의 ISI 성분과 노이즈 성분이다.Here, y DES,k is the requested data to be acquired, y ISI,k and
Figure pat00006
Is an ISI component and a noise component in the k-th subband, respectively.

수학식 2에서 요구 데이터(yDES,k)에는 송신 데이터(si,k)가 포함되며, 수학식 3으로 표현될 수 있다.In Equation 2, the requested data (y DES,k ) includes transmission data (s i,k ), and may be expressed by Equation 3.

Figure pat00007
Figure pat00007

수학식 3에서 Hk 는 채널 행렬로서 제1 열이

Figure pat00008
이고, 제1 행이
Figure pat00009
인 퇴플리츠 행렬이며, hk 는 최대 지역 확산 길이(LCH)를 갖는 k 번째 서브 밴드에 다중 경로 채널의 임펄스 응답으로 hk = [hk(0), hk(1), ..., hk(LCH-1)]이다. 그리고 Gk 는 송신 필터부(210)의 수신 필터 행렬로서 제1 열이
Figure pat00010
이고, 제1 행이
Figure pat00011
인 퇴플리츠 행렬이다. 한편, Rr은 CP 제거부(220)가 CP와 필터 꼬리를 제거하기 위한 행렬로
Figure pat00012
이다.In Equation 3, H k is a channel matrix and the first column is
Figure pat00008
And the first row is
Figure pat00009
In Toeplitz matrix, h k is the impulse response of the multipath channel in the kth subband with the maximum local spreading length (L CH ), h k = [h k (0), h k (1), ... , h k (L CH -1)]. In addition, G k is the reception filter matrix of the transmission filter unit 210 and the first column is
Figure pat00010
And the first row is
Figure pat00011
It is the Intouplitz procession. Meanwhile, R r is a matrix for the CP removal unit 220 to remove CP and the filter tail.
Figure pat00012
to be.

Wk 는 k번째 서브 밴드에 대한 DFT 행렬로서, DFT부(230)의 변환 행렬이다.W k is a DFT matrix for the k-th subband, and is a transform matrix of the DFT unit 230.

수학식 3에서 Bk 는 k번째 서브 밴드에서 수신된 F-OFDM 신호로부터 요구 데이터(yDES,k)를 획득하기 위한 전체 과정에 대한 수신 처리 행렬로서 Bk = WkRrGk 로 정의된다.In Equation 3, B k is a reception processing matrix for the entire process for obtaining requested data (y DES,k ) from the F-OFDM signal received in the k-th subband , and is defined as B k = W k R r G k do.

한편 수학식 3에서 채널 행렬(Hk)의 곱셈은 hm(m ∈ [0, M-1])로 정의된 채널의 주파수 응답과 대각 행렬의 곱인 채널 계수 행렬(diag{hm})로 근사화 될 수 있으며, 따라서 수학식 3은 수학식 1을 참조하여 수학식 4로 다시 표현될 수 있다.Meanwhile, the multiplication of the channel matrix (H k ) in Equation 3 is a channel coefficient matrix (diag{h m }) that is the product of the diagonal matrix and the frequency response of the channel defined as h m (m ∈ [0, M-1]). It can be approximated, and thus Equation 3 can be expressed again as Equation 4 with reference to Equation 1.

Figure pat00013
Figure pat00013

수학식 4에 따르면, Ck = BkAk 는 F-OFDM 시스템에서 k번째 서브 밴드에 대한 전체 신호 처리 과정에 대한 시스템 행렬로 정의될 수 있다. 그리고 시스템 행렬(Ck)이 항등 행렬이면, 왜곡없이 수신된 신호를 복원할 수 있다. 그러나 일반적으로 F-OFDM은 유한 임펄스 응답(FIR)을 사용하기 때문에, 시스템 행렬(Ck)은 정확한 항등 행렬이 될 수 없다. 그러나 시스템 행렬(Ck)은 동등한 파워의 대각 원소와 0과 유사한 파워의 비대각(non-diagonal) 원소를 갖는다. 이는 서브 밴드 내에서 동등한 파워로 채널간 간섭(channel interference: ICI)가 거의없이 수신 될 수 있음을 의미한다.According to Equation 4, C k = B k A k may be defined as a system matrix for the entire signal processing process for the k-th subband in the F-OFDM system. In addition, if the system matrix C k is an identity matrix, the received signal can be restored without distortion. However, since F-OFDM generally uses a finite impulse response (FIR), the system matrix C k cannot be an exact identity matrix. However, the system matrix C k has a diagonal element of equal power and a non-diagonal element of power similar to zero. This means that channel interference (ICI) can be received with almost no inter-channel interference (ICI) with equal power within the subband.

한편 수학식 2에서 ISI 성분(yISI,k)은 다중 경로 채널의 지연 확산과 (i-1) 번째 및 (i + 1) 번째 수신된 F-OFDM 심볼의 필터 꼬리로 인해 발생된 심볼간 간섭 성분으로 수학식 1과 수학식 3 및 4에 따라 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.Meanwhile, the ISI component (y ISI,k ) in Equation 2 is the intersymbol interference caused by the delay spread of the multipath channel and the filter tail of the (i-1)-th and (i + 1)-th received F-OFDM symbols. As a component, it may be expressed as Equation 5 according to Equation 1 and Equations 3 and 4.

Figure pat00014
Figure pat00014

수학식 5에서

Figure pat00015
는 이전 전송된 심볼(xi-1,k)의 마지막 (LF-1)개의 샘플이고,
Figure pat00016
는 다음 전송되는 심볼(xi+1,k)의 첫 번째 (LF-1)개의 샘플로서 각각 수학식 6으로 표현된다.In Equation 5
Figure pat00015
Is the last (L F -1) samples of the previously transmitted symbol (x i-1,k ),
Figure pat00016
Is the first (L F -1) samples of the next transmitted symbol (x i+1,k ) and is represented by Equation 6, respectively.

Figure pat00017
Figure pat00017

그리고 다중 경로 채널의 최대 지연 확산 및 수신 필터(gk)의 길이(LG)를 고려하면, ISI는 수학식 7로 재작성될 수 있다.In addition, considering the maximum delay spread of the multipath channel and the length L G of the reception filter g k , the ISI can be rewritten as Equation 7.

Figure pat00018
Figure pat00018

여기서

Figure pat00019
Figure pat00020
는 각각 수신 필터(Gk)가 필터링하고, CP와 필터 꼬리를 제거한 이후 시간 도메인에서의 나머지 이전 심볼(xi-1,k) 및 다음 심볼(xi+1,k)을 의미한다.here
Figure pat00019
Wow
Figure pat00020
Denotes the remaining previous symbols (x i-1,k ) and next symbols (x i+1,k ) in the time domain after the reception filter (G k ) filters and removes the CP and the filter tail, respectively.

일반적으로 F-OFDM에서 송신 필터(fk)와 수신 필터(gk) 각각의 필터 길이(LF, LG)는 전체 서브 캐리어의 개수(N)에 대해 동일하게 N/2+1(OFDM 심볼 길이의 1/2)로 제약되므로, 이전 심볼(xi-1,k) 및 다음 심볼(xi+1,k)에 의해 야기되는 ISI 각각은 수학식 8에 따른 0이 아닌 Lp 및 Ln 개의 샘플 개수, 즉 길이를 가진다.In general, in F-OFDM, the filter length (L F , L G ) of each of the transmit filter (f k ) and the receive filter (g k ) is equal to N/2+1 (OFDM) for the total number of subcarriers (N). 1/2 of the symbol length), so each of the ISI caused by the previous symbol (x i-1,k ) and the next symbol (x i+1,k ) is L p and non-zero according to Equation 8 It has the number of L n samples, that is, the length.

Figure pat00021
Figure pat00021

수학식 8을 참조하면, 이전 심볼(xi-1,k) 및 다음 심볼(xi+1,k) 각각에 의한 ISI의 길이(Lp, Ln)는 송신 필터(fk)와 수신 필터(fk)의 길이(LF, LG)에 의존하지만, 필터 길이(LF, LG)가 고정되기 때문에 ISI의 길이(Lp, Ln) 또한 변화하지 않는다.Referring to Equation 8, the length of the ISI (L p , L n ) by each of the previous symbol (x i-1,k ) and the next symbol (x i+1,k ) is a transmission filter (f k ) and a reception It depends on the length (L F , L G ) of the filter (f k ), but the length of the ISI (L p , L n ) also does not change because the filter length (L F , L G ) is fixed.

상기한 F-OFDM 시스템은 송신기(100) 및 수신기(200) 양측에서 필터링이 수행되고, 필터링은 컨볼루션 연산 등으로 수행되므로, 높은 연산 복잡도를 갖는다. 높은 연산량을 요구하는 복소수 곱셈(complex multiplication)의 개수(CM)를 기준으로 송신기(100)의 연산 복잡도(CMTX)와 수신기(200)의 연산 복잡도(CMRX) 각각은 수학식 9와 같이 계산할 수 있다.In the F-OFDM system described above, filtering is performed at both sides of the transmitter 100 and the receiver 200, and filtering is performed by a convolution operation or the like, and thus has a high computational complexity. Based on the number of complex multiplications (CM) that require a high amount of computation, the computational complexity of the transmitter 100 (CM TX ) and the computational complexity of the receiver 200 (CM RX ) can be calculated as shown in Equation 9. I can.

Figure pat00022
Figure pat00022

수학식 9에 따르면, F-OFDM 시스템에서 송신기(100)의 연산 복잡도는 송신 필터(Fk)의 길이(LF)에 의존하지만, 수신기(200)의 연산 복잡도는 수신 필터(Gk)의 길이(LG)뿐만 아니라, 송신 필터(Fk)의 길이(LF)에도 영향을 받는다.According to Equation 9, the computational complexity of the transmitter 100 in the F-OFDM system depends on the length L F of the transmission filter F k , but the computational complexity of the receiver 200 is of the reception filter G k Not only the length (L G ), but also the length (L F ) of the transmission filter (F k ) is affected.

상기한 바와 같이, 일반적으로 F-OFDM 시스템에서는 송신 필터(Fk)와 수신 필터(Gk) 각각의 필터 길이(LF, LG)가 동일하게 N/2+1 로 제약되기 때문에 긴 필터 길이(LF, LG)에 의해 연산량이 증가하여 높은 복잡도를 가지며, 이는 F-OFDM 방식을 무선 통신 시스템에 적용하는데 장애 요소가 되고 있다.As described above, in general, in the F-OFDM system, since the filter lengths (L F , L G ) of the transmit filter (F k ) and the receive filter (G k ) are equally limited to N/2+1, a long filter The amount of computation increases according to the length (L F , L G ), resulting in high complexity, which is an obstacle in applying the F-OFDM method to a wireless communication system.

따라서 송신 필터(Fk)와 수신 필터(Gk) 각각의 필터 길이(LF, LG)를 줄일 수 있다면, 연산 복잡도를 크게 줄일 수 있다. 또한 송신 필터(Fk)와 수신 필터(Gk) 각각의 필터 길이(LF, LG)가 상이하게 설정될 수 있다면 송신기(100) 또는 수신기(200)의 설계 및 구현 시에 크기나 제조 비용 등으로 인한 한계를 극복하여 F-OMDM 방식이 용이하게 무선 통신 시스템에 적용되도록 할 수 있다.Therefore, if the filter lengths L F and L G of the transmission filter F k and the reception filter G k can be reduced, the computational complexity can be greatly reduced. In addition, if the filter length (L F , L G ) of each of the transmission filter (F k ) and the reception filter (G k ) can be set differently, the size or manufacturing of the transmitter 100 or the receiver 200 is designed and implemented. By overcoming limitations due to cost, etc., the F-OMDM method can be easily applied to a wireless communication system.

다만 필터(fk, gk)의 길이(LF, LG)가 일반적으로 지정된 길이(N/2+1)보다 짧아지면 수신되는 데이터에 왜곡이 발생할 수 있다.However, if the lengths (L F , L G ) of the filters (f k , g k ) become shorter than the generally designated length (N/2+1), distortion may occur in the received data.

도 2 및 도 3은 필터 길이에 따른 시간 및 주파수 영역에서의 필터 응답 특성을 나타낸다.2 and 3 show filter response characteristics in the time and frequency domains according to the filter length.

도 2 및 도 3에서는 전체 서브 캐리어의 개수(N)가 1024개(N=1024)이고, 각각 36개(M = 36)의 서브 캐리어를 이용하는 3개의 자원 블록(Resource Block: RB)에 대해 도시하였다.In FIGS. 2 and 3, the total number of subcarriers (N) is 1024 (N=1024), and three resource blocks (RBs) using 36 (M = 36) subcarriers each are shown. I did.

도 2 및 도 3은 싱크 필터(Sinc filter)와 0이 아닌 샘플을 갖는 길이(Lw)의 윈도우 함수가 곱해져서 구현되는 송신 필터(Fk)와 수신 필터(Gk)의 싱크 임펄스 응답이며 주파수 도메인에서는 사각 형태로 나타난다.2 and 3 are sync impulse responses of a transmit filter (F k ) and a receive filter (G k ) implemented by multiplying a sync filter with a window function of a length L w having non-zero samples. It appears as a square in the frequency domain.

필터(fk, gk)의 길이(LF, LG)가 짧아지게 되면, 즉 윈도우 함수에서 0이 아닌 샘플을 갖는 길이(Lw)가 짧아지게 되면, 도 2에 도시된 바와 같이 필터 꼬리가 시간 도메인에서의 필터 꼬리가 더 짧아진다. 이는 도 3에 도시된 바와 같이, 주파수 도메인에서 사각형 형태의 응답을 갖지 않도록 되어 더 많은 변화를 유발한다.When the length (L F , L G ) of the filter (f k , g k ) becomes short, that is, when the length (L w ) with non-zero samples in the window function is shortened, the filter as shown in FIG. The tail becomes shorter in the filter tail in the time domain. As shown in FIG. 3, this causes more changes because it does not have a square-shaped response in the frequency domain.

따라서 짧은 길이(LF, LG)의 필터(fk, gk)를 이용하는 경우, 수학식 4에서 시스템 행렬(Ck)이 불균등 전력을 갖는 대각 원소를 갖는다. 따라서 수신된 신호의 신호 대 노이즈비(이하 SNR)가 서브 밴드 내의 서브 캐리어들에서 일정하지 않게 되어 오류 성능이 저하된다.Therefore, in the case of using the short-length (L F , L G ) filters (f k , g k ), the system matrix (C k ) in Equation 4 has diagonal elements having unequal power. Therefore, the signal-to-noise ratio (hereinafter, SNR) of the received signal is not constant in the sub-carriers in the sub-band, thereby deteriorating the error performance.

한편 송신 필터(Fk)와 수신 필터(Gk) 각각의 필터 길이(LF, LG)가 서로 상이(LF ≠ LG)하면, 송신 필터(Fk)와 수신 필터(Gk)의 필터 길이(LF, LG)가 동일할 때 정합 필터링에 의해 발생되는 SNR 최대화 효과를 이용할 수 없으며, 필터 길이(LF, LG)가 짧아지는 경우와 마찬가지로, 시스템 행렬(Ck)이 불균등 전력을 가져 오류 성능이 저하되는 문제를 초래한다.On the other hand the transmitting filter (F k) and the reception filter (G k), each of the filter length (L F, L G) is different from (L F ≠ L G) if a transmission filter (F k) and the reception filter (G k) with each other When the filter lengths (L F , L G ) of are the same, the SNR maximization effect generated by matched filtering cannot be used, and as in the case where the filter lengths (L F , L G ) are shortened, the system matrix (C k ) This uneven power leads to a problem of deteriorating error performance.

이에 본 실시예에서는 송신 필터(Fk)와 수신 필터(Gk) 각각의 필터 길이(LF, LG)가 전체 캐리어 수(N) 대비 N/2+1 미만(LF < N/2 + 1, LG < N/2 + 1)이거나 필터 길이(LF, LG)가 서로 상이한 경우(LF ≠ LG)에 발생할 수 있는 데이터 왜곡을 SVD 기반으로 해소 할 수 있도록 함으로써, F-OFDM 시스템의 연산 복잡도를 크게 낮출 수 있도록 한다. 이하에서는 본 실시예에 따른 특이값 분해(Singular Value Decomposition : 이하 SVD) 기반 F-OFDM 시스템을 SF-OFDM 시스템이라 한다.Therefore, in this embodiment, the filter lengths (L F , L G ) of each of the transmit filter (F k ) and the receive filter (G k ) are less than N/2+1 compared to the total number of carriers (N) (L F <N/2 + 1, L G <N/2 + 1) or when the filter lengths (L F , L G ) are different (L F ≠ L G ), it is possible to solve the data distortion based on SVD. -It is possible to greatly reduce the computational complexity of the OFDM system. Hereinafter, the Singular Value Decomposition (SVD) based F-OFDM system according to the present embodiment is referred to as an SF-OFDM system.

도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 SF-OFDM 시스템의 송신기와 수신기의 개략적 구조를 나타낸다.4 and 5 show schematic structures of a transmitter and a receiver of an SF-OFDM system according to an embodiment of the present invention.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 SF-OFDM 시스템은 송신기 및 수신기를 포함한다. 송신기는 전처리부(300)와 송신부(400)를 포함할 수 있다. 그리고 송신부(400)는 IDFT부(410), CP 삽입부(420) 및 송신 필터부(430)를 포함하고, 수신기는 수신부(500)와 후처리부(600)를 포함할 수 있으며, 수신부(500)는 수신 필터부(510), CP 제거부(520) 및 DFT부(530)를 포함할 수 있다.4 and 5, the SF-OFDM system according to the present embodiment includes a transmitter and a receiver. The transmitter may include a preprocessor 300 and a transmitter 400. In addition, the transmission unit 400 includes an IDFT unit 410, a CP insertion unit 420, and a transmission filter unit 430, and the receiver may include a receiving unit 500 and a post-processing unit 600, and the receiving unit 500 ) May include a receiving filter unit 510, a CP removing unit 520, and a DFT unit 530.

즉 도 4에 도시된 본 실시예에 따른 SF-OFDM 시스템은 도 1에 도시된 SF-OFDM 시스템에 비해 송신기에 전처리부(300)가 더 포함되고, 수신기에 후처리부(600)가 더 포함된다.That is, the SF-OFDM system according to the present embodiment illustrated in FIG. 4 further includes a preprocessor 300 in the transmitter and a post-processor 600 in the receiver, compared to the SF-OFDM system illustrated in FIG. 1. .

여기서 전처리부(300)와 후처리부(600)는 송신 필터부(430)와 수신 필터부(510)의 송신 필터(Fk)와 수신 필터(Gk) 각각의 필터 길이(LF, LG)가 OFDM 심볼 길이의 1/2 미만(LF < N/2 + 1, LG < N/2 + 1)이거나 필터 길이(LF, LG)가 서로 상이한 경우(LF ≠ LG)에도 사전 및 사후 처리로 데이터 왜곡을 보상할 수 있도록 하기 위함이다.Here, the pre-processing unit 300 and the post-processing unit 600 are the transmission filter (F k ) and the reception filter (G k ) of the transmission filter unit 430 and the reception filter unit 510, respectively, the filter length (L F , L G) ) Is less than 1/2 of the OFDM symbol length (L F <N/2 + 1, L G <N/2 + 1) or the filter lengths (L F , L G ) are different (L F ≠ L G ) Also, it is to compensate for data distortion through pre- and post-processing.

본 실시예에 따른 SF-OFDM 시스템에서 전처리부(300)와 후처리부(600)는 시스템 행렬(Ck)이 송신 필터(Fk)와 수신 필터(Gk)의 필터 길이(LF, LG)와 무관하게 항등 행렬(identity matrix)이 되도록 함으로써, 필터 길이(LF, LG)에 의한 데이터 왜곡이 발생하는 문제를 해결한다.In the SF-OFDM system according to the present embodiment, the pre-processing unit 300 and the post-processing unit 600 include the system matrix C k and the filter lengths L F and L of the transmission filter F k and the reception filter G k . By making the identity matrix independent of G ), the problem of data distortion caused by the filter lengths (L F and L G ) is solved.

도 4에서 송신부의 IDFT부(410)는 전처리부(300)에서 전처리된 송신 데이터(s'i,k)를 각 서브 밴드별로 역 이산 푸리에 변환을 수행하여 OFDM 심볼을 출력한다. 그리고 CP 삽입부(420) 및 송신 필터부(430) 각각은 도 1에서 (a)의 CP 삽입부(120)와 송신 필터부(130)와 마찬가지로 OFDM 심볼에 CP를 삽입하여 CP-OFDM 심볼을 출력하고, CP-OFDM 심볼을 필터링하여 SF-OFDM 심볼(x'i,k)을 송신한다.In FIG. 4, the IDFT unit 410 of the transmission unit outputs OFDM symbols by performing inverse discrete Fourier transform on the transmission data s'i, k preprocessed by the preprocessing unit 300 for each subband. In addition, each of the CP insertion unit 420 and the transmission filter unit 430 inserts a CP into the OFDM symbol as in the CP insertion unit 120 and the transmission filter unit 130 of FIG. 1 (a) to generate a CP-OFDM symbol. It outputs, filters the CP-OFDM symbol, and transmits the SF-OFDM symbol (x' i,k ).

한편, 도 5에서 수신부의 수신 필터부(510), CP 제거부(520) 및 DFT부(530)는 도 1의 (b)의 수신 필터부(210), CP 제거부(220) 및 DFT부(230)와 마찬가지로 수신된 SF-OFDM 심볼을 필터링하고, 수신 필터 행렬(Gk)로 수신된 SF-OFDM 심볼을 필터링하며, 필터링되어 출력되는 CP-OFDM 심볼에서 CP와 함께 필터 꼬리를 제거하고, 병렬화하여 OFDM 심볼을 획득하고, OFDM 심볼에서 N개의 샘플을 이산 푸리에 변환하여 수신 데이터(yi,k)를 획득한다.Meanwhile, in FIG. 5, the receiving filter unit 510, the CP removing unit 520 and the DFT unit 530 of the receiving unit are the receiving filter unit 210, the CP removing unit 220 and the DFT unit of Fig. 1(b). Like (230), the received SF-OFDM symbol is filtered, the received SF-OFDM symbol is filtered with the reception filter matrix (G k ), and the filter tail along with the CP is removed from the filtered output CP-OFDM symbol. , The OFDM symbol is obtained by paralleling, and received data (y i,k ) is obtained by performing discrete Fourier transform of N samples in the OFDM symbol.

여기서 도 5에 도시된 바와 같이, 수신 필터부(510)의 수신 필터(Gk)의 필터 길이(LG)는 송신 필터부(430)의 송신 필터(Fk)의 필터 길이(LF)와 상이(LF ≠ LG)할 수 있으며, 송신 필터(Fk)와 수신 필터(Gk)의 필터 길이(LG)는 OFDM 심볼 길이의 1/2 미만(LF < N/2 + 1, LG < N/2 + 1)일 수 있다.Here, the filter length (L G) of the receive filter (G k) of the receive filter 510 is the filter length (L F) of the transmission filter (F k) of the transmitting filter 430, as shown in Figure 5 It can be different from (L F ≠ L G ), and the filter length (L G ) of the transmit filter (F k ) and the receive filter (G k ) is less than 1/2 of the OFDM symbol length (L F <N/2 + 1, L G <N/2 + 1).

후처리부(600)는 수신 데이터(yi,k)에 대해 후처리를 수행하여 보상된 수신 데이터(y'i,k)를 출력한다.After the processing unit 600 outputs the received data (y i, k) is performed a process to compensate the received data (y 'i, k) after about.

본 실시예에서는 MIMO(multiple-input multiple-output) 시스템에서 균일한 서브 채널 이득을 제공하기 위해 주로 이용되는 SVD 기법을 이용하여, 전처리부(300) 및 후처리부(600)가 필터 길이(LF, LG)에 의한 데이터 왜곡을 보상할 수 있도록 한다.In this embodiment, the preprocessor 300 and the postprocessor 600 use the SVD technique mainly used to provide a uniform subchannel gain in a multiple-input multiple-output (MIMO) system, and the filter length (L F , L G ) to compensate for data distortion.

이에 수학식 4의 시스템 행렬(Ck)을 SVD 기법에 따라 수학식 10과 같이 복소 단위 행렬(complex unitary matrices)(Uk, VH k)과 음수가 아닌 실수(λm)를 대각 원소로 갖는 대각 형렬(Λk)로 분해한다.Accordingly, the system matrix (C k ) of Equation 4 is used as a diagonal element using complex unitary matrices (U k , V H k ) and non-negative real numbers (λ m ) as shown in Equation 10 according to the SVD technique. It is decomposed into a diagonal matrix (Λ k ).

Figure pat00023
Figure pat00023

여기서 Uk 는 CkCH k 의 고유 벡터(Eigenvector)로 구성되는 제1 특이 행렬 벡터이고, VH k 는 CH kCk 의 고유 벡터로 구성되는 제2 특이 행렬 벡터이다.Here, U k is a first singular matrix vector consisting of C k C H k eigenvectors, and V H k is a second singular matrix vector consisting of C H k C k eigenvectors.

전처리부(300)는 k번째 서브밴드에서 변조된 송신 데이터(si,k)를 대각 행렬(Λk)의 역수(1/Λk)와 제2 특이 행렬 벡터(VH k)의 에르미트 행렬(Vk)을 이용하여 수학식 11과 같이 전처리함으로써, 전처리된 송신 데이터(s'i,k)를 출력한다.A pre-processing unit 300 El of the transmitted data (s i, k) modulated by the k-th subband diagonal matrix (Λ k), the inverse (1 / Λ k) and a second specific matrix vector (V H k) of the contact By preprocessing as in Equation 11 using the matrix V k , the preprocessed transmission data s'i, k is output.

Figure pat00024
Figure pat00024

즉 수학식 11에서

Figure pat00025
를 전처리부(300)가 송신 데이터(si,k)에 대해 전처리를 수행하는 전처리 행렬로 볼 수 있다. 이에 수학식 1을 참조하면, 송신기에서 전송되는 SF-OFDM 심볼(x'i,k)은 수학식 12와 표현될 수 있다.That is, in Equation 11
Figure pat00025
May be regarded as a preprocessing matrix in which the preprocessor 300 performs preprocessing on the transmission data (s i,k ). Accordingly, referring to Equation 1, the SF-OFDM symbol (x′ i, k ) transmitted from the transmitter may be expressed as Equation 12.

Figure pat00026
Figure pat00026

수학식 12에 따르면, 송신기는 송신 데이터(si,k)에 대해 송신 처리 행렬(Ak)과 전처리 행렬(

Figure pat00027
)의 곱으로 정의되는 송신 처리를 수행하여, SF-OFDM 심볼(x'i,k)을 획득할 수 있다.According to Equation 12, a transmitter transmission processing matrix (A k) and the pre-matrix for the data transmission (s i, k) (
Figure pat00027
By performing transmission processing defined as the product of ), an SF-OFDM symbol (x' i,k ) can be obtained.

한편, 수신기에서 후처리부(600)는 제1 특이 행렬 벡터(Uk)의 에르미트 행렬(UH k)을 이용하여 수신 데이터(yi,k)에 대해 수학식 13과 같이 후처리함으로써, 후처리된 수신 데이터(y'i,k)를 출력한다.Meanwhile, in the receiver, the post-processing unit 600 post-processes the received data (y i,k ) using the Hermit matrix (U H k ) of the first singular matrix vector (U k ) as shown in Equation 13, The post-processed received data (y' i,k ) is output.

Figure pat00028
Figure pat00028

여기서

Figure pat00029
는 후처리 이후의 수신 노이즈로
Figure pat00030
이다.here
Figure pat00029
Is the received noise after post processing
Figure pat00030
to be.

수학식 13에서 UH k는 후처리부(600)가 수신 데이터(yi,k)에 대해 후처리를 수행하는 후처리 행렬로 볼 수 있다.In Equation 13, U H k may be viewed as a post-processing matrix in which the post-processing unit 600 performs post-processing on the received data (y i,k ).

수학식 4에 송신 데이터(si,k)와 F-OFDM 심볼(xi,k) 대신 전처리된 송신 데이터(s'i,k)와 SF-OFDM 심볼(x'i,k)을 대입하고, 수학식 11을 참조하면, 수학식 13에서 보상된 요구 데이터(y'DES,k)는 수학식 14로 다시 표현될 수 있다.And assigns the transmission data (s i, k) and F-OFDM symbols (x i, k) pretreated transmitted instead of the data (s 'i, k) and SF-OFDM symbols (x' i, k) in equation (4) , Referring to Equation 11, the requested data ( y'DES,k ) compensated in Equation 13 may be expressed again as Equation 14.

Figure pat00031
Figure pat00031

즉 보상된 요구 데이터(y'DES,k)는 채널 계수(hm)를 곱한 송신 데이터(si,k)와 동일한 형태로 복구된다. 즉 데이터 왜곡 없이 복구될 수 있음을 의미한다. 이는 SVD 기반 전처리부(300)의 전처리 및 후처리부(600)의 후처리가 전체 시스템 행렬(Ck)을 단위 매트릭스로 전환하기 때문이다.That is, the compensated request data (y' DES,k ) is recovered in the same form as the transmission data (s i,k ) multiplied by the channel coefficient (h m ). This means that data can be recovered without distortion. This is because the pre-processing of the SVD-based pre-processing unit 300 and the post-processing of the post-processing unit 600 convert the entire system matrix C k into a unit matrix.

결과적으로 송신 필터(Fk)와 수신 필터(Gk)의 필터 길이(LF, LG)는 OFDM 심볼 길이의 1/2 미만(LF < N/2 + 1, LG < N/2 + 1)이거나, 서로 상이(LF ≠ LG)하더라도 전처리 및 후처리를 통해 데이터 왜곡 없이 송신 데이터(si,k)를 복구할 수 있다는 것을 알 수 있다.As a result, the filter length (L F , L G ) of the transmit filter (F k ) and the receive filter (G k ) is less than 1/2 of the OFDM symbol length (L F <N/2 + 1, L G <N/2 It can be seen that transmission data (s i, k ) can be recovered without data distortion through pre-processing and post-processing even if they are + 1) or are different from each other (L F ≠ L G ).

한편, 수학식 5 및 수학식 7을 참조하면, 이전 전송된 심볼(x'i-1,k)과 다음 전송되는 심볼(x'i+1,k)에 의한 보상된 ISI 성분(y'ISI,k)은 수학식 15와 같이 표현될 수 있다.Meanwhile, referring to Equations 5 and 7, the compensated ISI component (y' ISI ) by the previously transmitted symbol (x' i-1,k ) and the next transmitted symbol (x' i+1,k ) ,k ) can be expressed as Equation 15.

Figure pat00032
Figure pat00032

여기서

Figure pat00033
Figure pat00034
는 이전 전송된 심볼(x'i-1,k)의 마지막 (LF-1)개의 샘플과 다음 전송되는 심볼(x'i+1,k)의 첫 번째 (LF-1)개의 샘플이다.here
Figure pat00033
Wow
Figure pat00034
Was previously transmitted symbol (x 'i-1, k ) the last (F L -1) samples and then a transmission symbol (x is a "is the first one second (F L -1) of a sample i + 1, k) .

송신 필터(Fk)와 수신 필터(Gk)의 필터 길이(LF, LG)는 OFDM 심볼 길이의 1/2 미만(LF < N/2 + 1, LG < N/2 + 1)이거나, 서로 상이(LF ≠ LG)할 수 있으므로, 수학식 8을 참조하여 이전 심볼(x'i-1,k) 및 다음 심볼('xi+1,k)에 의해 야기되는 ISI 각각은 수학식 16에 따른 0이 아닌 L'p 및 L'n 개의 샘플 개수, 즉 길이를 가진다.The filter length (L F , L G ) of the transmit filter (F k ) and the receive filter (G k ) is less than 1/2 of the OFDM symbol length (L F <N/2 + 1, L G <N/2 + 1 ), or may be different from each other (L F ≠ L G ) , ISI caused by the previous symbol (x' i-1,k ) and the next symbol ('x i+1,k ) with reference to Equation 8 Each has a non-zero number of L' p and L' n samples, that is, a length according to Equation 16.

Figure pat00035
Figure pat00035

수학식 16을 참조하면, 보상된 ISI 성분(y'ISI,k) 또한 송신 필터(Fk)와 수신 필터(Gk)의 필터 길이(LF, LG)의 길이를 고려해야 하지만, 필터 길이(LF, LG)가 짧아지면, ISI 성분의 샘플 개수(L'p, L'n)가 줄어들어 ISI 를 오히려 줄일 수 있다. 또한 필터 길이(LF, LG)를 송신기 및 수신기 각각의 성능에 따라 서로 상이하게 조정하여 ISI 를 줄일 수 있다.Referring to Equation 16, the compensated ISI component (y' ISI,k ) also considers the length of the filter length (L F , L G ) of the transmission filter (F k ) and the reception filter (G k ), but the filter length If (L F , L G ) is shortened, the number of samples (L' p , L' n ) of the ISI component decreases, so that ISI can be rather reduced. In addition, ISI can be reduced by adjusting the filter lengths L F and L G differently according to the performance of the transmitter and the receiver.

즉 본 실시예에 따른 SF-OFDM 시스템은 F-OFDM 시스템의 시스템 행렬(Ck)을 SVD 기법에 따라 2개의 복소 단위 행렬(Uk, VH k)과 대각 형렬(Λk)의 결합으로 분해(Ck = UkΛkVH k)하고, 분해된 2개의 복소 단위 행렬(Uk, VH k) 중 제2 특이 행렬 벡터(VH k)의 에르미트 행렬(Vk)과 대각 형렬(Λk)을 이용하여 송신기가 송신 데이터(si,k)에 대해 수학식 11에 따라 전처리하고, 수신기는 제1 특이 행렬 벡터(Uk)의 에르미트 행렬(UH k)을 이용하여 수신 데이터(yi,k)에 대해 수학식 13에 따라 후처리 함으로써, 송신 필터(Fk)와 수신 필터(Gk)의 필터 길이(LF, LG)에 무관하게 데이터 왜곡 없이 데이터를 전송할 수 있도록 한다.That is, in the SF-OFDM system according to the present embodiment, the system matrix (C k ) of the F-OFDM system is combined with two complex identity matrices (U k , V H k ) and a diagonal matrix (Λ k ) according to the SVD technique. Decomposition (C k = U k Λ k V H k ), and the Hermitian matrix (V k ) of the second singular matrix vector (V H k ) of the two decomposed complex identity matrices (U k , V H k ) Using a diagonal matrix (Λ k ), the transmitter preprocesses the transmission data (s i,k ) according to Equation 11, and the receiver calculates the Hermitian matrix (U H k ) of the first singular matrix vector (U k ). By post-processing the received data (y i,k ) according to Equation 13 using, regardless of the filter length (L F , L G ) of the transmission filter (F k ) and the reception filter (G k ), without data distortion Make it possible to transmit data.

수학식 9에 따르면, F-OFDM 시스템에서 송신기(100)의 연산 복잡도는 송신 필터(Fk)의 길이(LF)에 의존하지만, 수신기(200)의 연산 복잡도는 수신 필터(Gk)의 길이(LG)뿐만 아니라, 송신 필터(Fk)의 길이(LF)에도 영향을 받는다.According to Equation 9, the computational complexity of the transmitter 100 in the F-OFDM system depends on the length L F of the transmission filter F k , but the computational complexity of the receiver 200 is of the reception filter G k Not only the length (L G ), but also the length (L F ) of the transmission filter (F k ) is affected.

도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 SF-OFDM 시스템의 송수신 방법을 나타낸다.6 and 7 illustrate a method of transmitting and receiving an SF-OFDM system according to an embodiment of the present invention.

도 4 및 도 5를 참조하여, 도 6의 SF-OFDM 시스템의 송신 방법을 설명하면, 우선 송신 필터(Fk)와 수신 필터(Gk) 각각의 필터 길이(LF, LG)를 설정한다(S11). 여기서 송신 필터(Fk)와 수신 필터(Gk) 각각의 필터 길이(LF, LG)는 OFDM 심볼 길이의 1/2 미만(LF < N/2 + 1, LG < N/2 + 1)이거나 필터 길이(LF, LG)가 서로 상이(LF ≠ LG)하게 설정될 수 있다.Referring to FIGS. 4 and 5, the transmission method of the SF-OFDM system of FIG. 6 will be described. First, filter lengths L F and L G of the transmission filter F k and the reception filter G k are set. Do (S11). Here, the filter length (L F , L G ) of each of the transmit filter (F k ) and the receive filter (G k ) is less than 1/2 of the OFDM symbol length (L F <N/2 + 1, L G <N/2 + 1) or the filter lengths (L F , L G ) can be set to be different from each other (L F ≠ L G ).

그리고 송신 필터(Fk)와 수신 필터(Gk)의 필터 길이(LF, LG)가 설정되면, 설정된 필터 길이(LF, LG)에 따른 F-OFMD 시스템을 분석하여, 송신 처리 행렬(Ak)과 수신 처리 행렬(Bk) 및 송신 처리 행렬(Ak)과 수신 처리 행렬(Bk)로부터 시스템 행렬(Ck)을 획득한다(S12).And when the filter lengths (L F , L G ) of the transmission filter (F k ) and the reception filter (G k ) are set, the F-OFMD system according to the set filter length (L F , L G ) is analyzed and transmitted. The system matrix C k is obtained from the matrix A k , the reception processing matrix B k , and the transmission processing matrix A k and the reception processing matrix B k (S12).

시스템 행렬(Ck)이 획득되면, 획득된 시스템 행렬을 SVD 기법에 따라 수학식 10과 같이 제1 및 제2 특이 행렬 벡터(Uk, VH k)와 음수가 아닌 실수(λm)를 대각 원소로 갖는 대각 형렬(Λk)로 분해한다(S13). SVD 기법에 따라 시스템 행렬(Ck)이 제1 및 제2 특이 행렬 벡터(Uk, VH k)과 대각 형렬(Λk)로 분해되면, 제2 특이 행렬 벡터(VH k)의 에르미트 행렬(Vk)과 대각 행렬(Λk)의 역수(1/Λk)를 이용하여 전처리 행렬(

Figure pat00036
)을 획득한다(S14).When the system matrix (C k ) is obtained, the obtained system matrix is converted to the first and second singular matrix vectors (U k , V H k ) and non-negative real numbers (λ m ) as shown in Equation 10 according to the SVD technique. It is decomposed into a diagonal matrix (Λ k ) having a diagonal element (S13). When the system matrix (C k ) is decomposed into first and second singular matrix vectors (U k , V H k ) and diagonal matrix (Λ k ) according to the SVD technique, the er of the second singular matrix vector (V H k ) Using the meat matrix (V k ) and the reciprocal of the diagonal matrix (Λ k ) (1/Λ k ), the preprocessing matrix (
Figure pat00036
) Is obtained (S14).

여기서 필터 길이(LF, LG)를 설정하는 단계(S11)부터 전처리 행렬(

Figure pat00037
)을 획득하는 단계(S14)까지는 송신기를 설정하는 단계로서, 송신기는 전처리 행렬(
Figure pat00038
)이 획득되면, 이후 SF-OFDM 방식으로 신호를 전송할 수 있다. 즉 송신기를 설정하는 단계는 송신기의 구성 시에 적용되며, 이후 송신 데이터를 송신하는 경우에는 반복적으로 적용될 필요가 없다.Here, from the step (S11) of setting the filter length (L F , L G ), the preprocessing matrix (
Figure pat00037
) Until the step (S14) of acquiring a transmitter is a step of setting the transmitter, and the transmitter is a preprocessing matrix (
Figure pat00038
) Is obtained, then the signal can be transmitted in the SF-OFDM scheme. That is, the step of setting the transmitter is applied when configuring the transmitter, and does not need to be repeatedly applied when transmitting data afterwards.

송신기를 설정하는 단계 이후, 송신 데이터를 전송하는 단계에서는 획득된 전처리 행렬(

Figure pat00039
)에 따라 수학식 11과 같이 k번째 서브밴드에서 변조된 송신 데이터(si,k)를 전처리하여 전처리된 송신 데이터(s'i,k)를 획득한다(S15).After the step of setting the transmitter, in the step of transmitting the transmission data, the obtained preprocessing matrix (
Figure pat00039
) According to Equation 11, the transmitted data s i,k modulated in the k-th subband is pre-processed to obtain pre-processed transmission data s'i, k (S15).

그리고 전처리된 송신 데이터(s'i,k)를 OFDM 심볼로 변환한다(S16). 이때 송신기는 일예로 전처리된 송신 데이터(s'i,k)에 대해 IDFT를 수행하여 OFDM 심볼로 변환할 수 있다. 이후 OFDM 심볼에 CP를 삽입하고 직렬화하여 CP-OFDM 심볼을 획득한다(S17). CP-OFDM 심볼이 획득되면, 기지정된 필터 길이(LF)를 갖는 송신 필터(Fk)를 이용하여 CP-OFDM 심볼을 필터링함으로써, SF-OFDM 심볼(x'i,k)을 획득한다(S18). 그리고 획득된 SF-OFDM 심볼(x'i,k)을 적어도 하나의 안테나를 통해 전송한다(S19).Then, the preprocessed transmission data s'i, k is converted into OFDM symbols (S16). In this case, as an example, the transmitter may perform IDFT on the preprocessed transmission data (s' i, k ) and convert it into OFDM symbols. Thereafter, a CP is inserted into an OFDM symbol and serialized to obtain a CP-OFDM symbol (S17). When the CP-OFDM symbol is obtained, the SF-OFDM symbol (x′ i,k ) is obtained by filtering the CP-OFDM symbol using a transmission filter (F k ) having a predetermined filter length (L F ) ( S18). Then, the obtained SF-OFDM symbol (x' i,k ) is transmitted through at least one antenna (S19).

한편, 도 7의 SF-OFDM 시스템의 수신 방법을 살펴보면, 도 6과 유사하게, 우선 송신 필터(Fk)와 수신 필터(Gk) 각각의 필터 길이(LF, LG)를 설정한다(S21). 그리고 설정된 필터 길이(LF, LG)에 따른 F-OFMD 시스템을 분석하여, 송신 처리 행렬(Ak)과 수신 처리 행렬(Bk) 및 송신 처리 행렬(Ak)과 수신 처리 행렬(Bk)로부터 시스템 행렬(Ck)을 획득한다. 이때 채널의 주파수 응답에 따른 채널 계수 행렬(diag{hm})을 함께 획득할 수 있다.On the other hand, looking at the reception method of the SF-OFDM system of FIG. 7, similar to FIG. 6, first, filter lengths L F and L G of each of the transmission filter F k and the reception filter G k are set ( S21). And by analyzing the F-OFMD system according to the set filter length (L F , L G ), the transmission processing matrix (A k ), the reception processing matrix (B k ), the transmission processing matrix (A k ), and the reception processing matrix (B A system matrix (C k ) is obtained from k ). In this case, a channel coefficient matrix (diag{h m }) according to the frequency response of the channel may be obtained together.

시스템 행렬(Ck)이 획득되면, 획득된 시스템 행렬을 SVD 기법에 따라 수학식 10과 같이 제1 및 제2 특이 행렬 벡터(Uk, VH k)과 음수가 아닌 실수(λm)를 대각 원소로 갖는 대각 형렬(Λk)로 분해한다(S23). 그리고 제1 특이 행렬 벡터(Uk)의 에르미트 행렬(UH k)을 후처리 행렬로 획득한다(S24).When the system matrix (C k ) is obtained, the obtained system matrix is converted to the first and second singular matrix vectors (U k , V H k ) and non-negative real numbers (λ m ) as shown in Equation 10 according to the SVD technique. It is decomposed into a diagonal matrix (Λ k ) having a diagonal element (S23). Then, the Hermitian matrix U H k of the first singular matrix vector U k is obtained as a post-processing matrix (S24).

여기서 필터 길이(LF, LG)를 설정하는 단계(S21)부터 후처리 행렬(UH k)을 획득하는 단계(S34)까지는 도 6의 송신기를 설정하는 단계에 대응하는 수신기를 설정하는 단계로 볼 수 있으며, 후처리 행렬(UH k)이 획득되면, 수신기는 SF-OFDM 방식으로 전송되는 SF-OFDM 심볼(x'i,k)을 수신하여 데이터를 복원할 수 있다. 수신기를 설정하는 단계는 수신기의 구성 시에 적용되며, 이후 SF-OFDM 심볼(x'i,k)을 수신하는 경우에는 반복적으로 적용될 필요가 없다.Here, from the step of setting the filter length (L F , L G ) (S21) to the step of acquiring the post-processing matrix (U H k ) (S34), the step of setting a receiver corresponding to the step of setting the transmitter of FIG. When the post-processing matrix (U H k ) is obtained, the receiver may recover data by receiving the SF-OFDM symbol (x′ i, k ) transmitted in the SF-OFDM scheme. The step of configuring the receiver is applied when configuring the receiver, and does not need to be repeatedly applied when the SF-OFDM symbol (x' i,k ) is received thereafter.

수신기를 설정하는 단계에 의해 수신기가 구성되면, SF-OFDM 심볼(x'i,k)을 수신한다(S25). SF-OFDM 심볼(x'i,k)이 수신되면, 기지정된 필터 길이(LG)를 갖는 송신 필터(Gk)를 이용하여 SF-OFDM 심볼(x'i,k)을 필터링함으로써, CP-OFDM 심볼을 획득한다(S26). 그리고 CP-OFDM 심볼에서 CP를 제거하고 병렬화하여, OFDM 심볼을 획득한다(S27). OFDM 심볼이 획득되면, OFDM 심볼을 기지정된 방식으로 변환하여 수신 데이터(yi,k)를 획득한다(S28). 여기서 수신 데이터(yi,k)는 일예로 OFDM 심볼에 대해 DFT를 수행하여 획득될 수 있다.When the receiver is configured by the step of setting the receiver, the SF-OFDM symbol (x' i,k ) is received (S25). When the SF-OFDM symbol (x' i,k ) is received, the SF-OFDM symbol (x' i, k ) is filtered using a transmission filter (G k ) having a predetermined filter length (L G ), thereby CP Acquire the -OFDM symbol (S26). Then, the CP is removed from the CP-OFDM symbol and parallelized to obtain an OFDM symbol (S27). When the OFDM symbol is obtained, the OFDM symbol is converted in a known manner to obtain received data (y i,k ) (S28). Here, the received data (y i,k ) may be obtained by performing DFT on an OFDM symbol, for example.

이에 획득된 후처리 행렬(UH k)에 따라 수신 데이터(yi,k)를 수학식 13과 같이 후처리하여, 후처리된 수신 데이터(y'i,k)를 획득한다. 여기서 후처리된 수신 데이터(y'i,k)에는 보상된 요구 데이터(y'DES,k)가 포함되어 있으며, 수학식 14와 같이 채널 계수 행렬(diag{hm})을 이용하여 보상된 요구 데이터(y'DES,k)로부터 송신 데이터(si,k)를 복구 할 수 있다.The received data y i,k is post-processed according to the obtained post-processing matrix U H k as shown in Equation 13 to obtain post-processed received data y'i, k . Here, the post-processed received data (y' i,k ) includes compensated request data (y' DES,k ), and compensated using the channel coefficient matrix (diag{h m }) as shown in Equation 14. Transmission data (s i,k ) can be recovered from the requested data (y' DES,k ).

도 8 내지 도 14은 본 실시예에 따른 SF-OFDM 시스템의 성능을 시뮬레이션한 결과를 나타낸다.8 to 14 show simulation results of the SF-OFDM system according to the present embodiment.

이하에서는 전체 서브 캐리어의 수(N)가 1024개(N = 1024)이고, 각 자원 블록(RB)이 36개(M = 36)의 서브 캐리어수를 갖는 것으로 설정하여 시뮬레이션을 수행하였다. CP의 길이(LCP)를 72인 것으로 지정하였으며, 송신 필터(Fk) 및 수신 필터(Gk)는 해밍 윈도우(Hamming window)를 이용하여 생성되었다.Hereinafter, the simulation was performed by setting the total number of subcarriers (N) to be 1024 (N = 1024) and each resource block (RB) to have the number of subcarriers of 36 (M = 36). The length of the CP (L CP ) was designated as 72, and the transmission filter (F k ) and the reception filter (G k ) were generated using a Hamming window.

도 8은 본 실시예에 따른 SF-OFDM 시스템의 연산 복잡도를 시뮬레이션한 결과로서, 6개의 자원 블록(RB)이 있는 경우에 송신 필터(Fk) 및 수신 필터(Gk)의 필터 길이(LF, LG)에 따른 연산 복잡도를 도시하였다.8 is a result of simulating the computational complexity of the SF-OFDM system according to the present embodiment. When there are 6 resource blocks RB, the filter length L of the transmission filter F k and the reception filter G k The computational complexity according to F and L G ) is shown.

도 8에서 x축은 송신 필터(Fk)의 필터 길이(LF)를 나타내고, y축은 수신 필터(Gk)의 필터 길이(LG)를 나타내고, 우측의 레벨은 전체 복잡도를 나타낸다.In FIG. 8, the x-axis represents the filter length (L F ) of the transmission filter (F k ), the y-axis represents the filter length (L G ) of the reception filter (G k ), and the level on the right represents the overall complexity.

본 실시예에 따른 SF-OFDM 시스템은 F-OFDM에 비해 전처리 및 후 처리를 위해 송신 처리 행렬(Ak)에 전처리 행렬(

Figure pat00040
)을 곱하고, 수신 처리 행렬(Bk)에 후처리 행렬(UH k)을 곱하는 추가 단계를 가지고 있다.For the pre-treatment and post-treatment SF-OFDM system, compared to F-OFDM in accordance with the present embodiment pre-processing matrices to the transmission processing matrix (A k) (
Figure pat00040
) And multiplying the received processing matrix (B k ) by the post processing matrix (U H k ).

이에 본 실시예에 따른 SF-OFDM 시스템은 복소수 곱셈의 개수(CM)를 기준으로 송신기의 연산 복잡도(CMSF,TX)와 수신기의 연산 복잡도(CMSF,RX) 각각은 서브 밴드별 서브 캐리어의 수가 M개인 경우, 수학식 17과 같이 계산된다.Accordingly, in the SF-OFDM system according to the present embodiment, the computational complexity of the transmitter (CM SF, TX ) and the computational complexity of the receiver (CM SF, RX ) are each of the subcarriers for each subband based on the number of complex multiplications (CM) When the number is M, it is calculated as in Equation 17.

Figure pat00041
Figure pat00041

수학식 17에 따라 시뮬레이션된 도 8을 참조하면, 송신 필터(Fk)의 필터 길이(LF) 또는 수신 필터(Gk)의 필터 길이(LG) 중 적어도 하나가 감소함에 따라 SF-OFDM 시스템의 연산 복잡도(CM)가 감소한다. 만일 본 실시예의 SF-OFDM 시스템이 F-OFDM 시스템과 동일하게 513의 필터 길이(LF = LG = N/2 + 1 = 513)를 이용하는 경우, F-OFDM 시스템의 연산 복잡도인 1.397e + 06 CM보다 조금 더 큰 1.408e + 06 CM의 연산 복잡도를 필요로 한다.Referring to FIG. 8 simulated according to Equation 17, SF-OFDM as at least one of the filter length (L F ) of the transmission filter (F k ) or the filter length (L G ) of the reception filter (G k ) decreases. The computational complexity (CM) of the system is reduced. If the SF-OFDM system of this embodiment uses the filter length of 513 (L F = L G = N/2 + 1 = 513) in the same way as the F-OFDM system, the computational complexity of the F-OFDM system is 1.397e + It requires a computational complexity of 1.408e + 06 CM, which is slightly larger than 06 CM.

그러나 본 실시예의 SF-OFDM 시스템은 F-OFDM 시스템보다 더 짧은 길이의 필터를 이용할 수 있으며, 일예로 257의 필터 길이(LF = LG = N/8 + 1 = 257)를 이용하는 경우, SF-OFDM 시스템은 F-OFDM 시스템보다 53.50 % 적은 복소수 곱셈 연산(CM)을 갖는다. 또한 33의 필터 길이(LF = LG = N/32 + 1 = 33)를 이용하는 경우, SF-OFDM 시스템은 F-OFDM 시스템보다 93.27% 적은 복소수 곱셈 연산을 갖는다.However, the SF-OFDM system of this embodiment may use a filter having a shorter length than that of the F-OFDM system. For example, when using a filter length of 257 (L F = L G = N/8 + 1 = 257), SF -OFDM system has 53.50% less complex multiplication operation (CM) than F-OFDM system. Also, when using a filter length of 33 (L F = L G = N/32 + 1 = 33), the SF-OFDM system has 93.27% less complex multiplication operations than the F-OFDM system.

도 9 및 도 10은 각각 송신 필터(Fk)의 필터 길이(LF)와 수신 필터(Gk)의 필터 길이(LG)에 따른 SF-OFDM 시스템과 F-OFDM 시스템 및 CP-OFDM 시스템의 파워 스펙트럼 밀도(Power Spectral Density: 이하 PSD)를 비교하여 시뮬레이션한 결과이다.9 and 10 are an SF-OFDM system, an F-OFDM system, and a CP-OFDM system according to a filter length (L F ) of a transmission filter (F k ) and a filter length (L G ) of a reception filter (G k ), respectively. This is a simulation result by comparing the power spectral density of (hereinafter referred to as PSD).

도 9에서 SF-OFDM 시스템은 수신 필터(Gk)의 필터 길이(LG)가 F-OFDM 시스템에서와 같이 LG = N/2+1를 사용하는 경우를 가정하였다. SF-OFDM 시스템은 송신 필터(Fk)의 필터 길이(LF)가 F-OFDM 시스템과 같이 LF = N/2+1 인 경우, 거의 동일한 낮은 OOB 방출을 갖는다. 그러나 송신 필터(Fk)의 필터 길이(LF)가 짧아질수록 더 높은 OOB 방출이 발생된다. 다만, 송신 필터(Fk)의 필터 길이(LF)가 LF = N/32+1 로 매우 경우에도 CP-OFDM보다 훨씬 낮은 OOB 방출을 가짐을 알 수 있다.In FIG. 9, it is assumed that the SF-OFDM system uses L G = N/2+1 as in the F-OFDM system in which the filter length L G of the reception filter G k is used. The SF-OFDM system has almost the same low OOB emission when the filter length (L F ) of the transmit filter (F k ) is L F = N/2+1 like the F-OFDM system. However, the shorter the filter length L F of the transmission filter F k , the higher OOB emission occurs. However, it can be seen that even when the filter length (L F ) of the transmission filter (F k ) is very low as L F = N/32+1, it has a much lower OOB emission than that of CP-OFDM.

도 10에서 SF-OFDM 시스템과 F-OFDM 시스템은 송신 필터(Fk)의 필터 길이(LF)가 LG = N/2+1인 경우를 가정하였다. 수신 필터(Gk)의 필터 길이(LG)가 클수록 서브 밴드에서 중앙 서브캐리어에 대한 에지 서브캐리어의 전력이 더 큼을 알 수 있다. 그러나 필터 길이(LG)가 변경되더라도 서브 밴드 외부의 서브 캐리어의 전력은 크게 영향을 받지 않음을 알 수 있다. 즉 전처리는 서브 밴드 내의 서브 캐리어의 전력에는 영향을 미치지만, OOB 방출에는 거의 영향을 미치지 않음을 알 수 있다.In FIG. 10, it is assumed that the SF-OFDM system and the F-OFDM system have a filter length (L F ) of a transmission filter (F k ) of L G = N/2+1. It can be seen that the greater the filter length L G of the reception filter G k , the greater the power of the edge subcarrier relative to the center subcarrier in the subband. However, it can be seen that even if the filter length L G is changed, the power of the subcarrier outside the subband is not significantly affected. That is, it can be seen that the preprocessing affects the power of the subcarriers in the subband, but has little effect on the OOB emission.

따라서 본 실시예의 SF-OFDM 시스템은 송신 필터링의 효과로 인해 F-OFDM 시스템과 같이 낮은 OOB 방출을 가지며, 더 작은 송신 필터 길이(LF)는 SF-OFDM 시스템의 OOB 방출을 증가 시키지만, 여전히 CP-OFDM의 낮은 OOB 방출을 가진다. 또한, SF-OFDM 시스템의 OOB 방출은 송신 필터 길이(LG)에 크게 의존하지 않는다는 것을 알 수 있다.Therefore, the SF-OFDM system of this embodiment has a low OOB emission like the F-OFDM system due to the effect of transmission filtering, and a smaller transmission filter length (L F ) increases the OOB emission of the SF-OFDM system, but still CP -It has low OOB emission of OFDM. In addition, it can be seen that the OOB emission of the SF-OFDM system is not highly dependent on the transmit filter length (L G ).

결과적으로, SF-OFDM 시스템은 또한 CP-OFDM 시스템보다 인접한 서브 밴드로부터의 간섭을 훨씬 덜 받는 F-OFDM 시스템의 장점을 유지한다.As a result, the SF-OFDM system also retains the advantages of the F-OFDM system, which is much less susceptible to interference from adjacent subbands than the CP-OFDM system.

도 11 및 도 12는 매우 긴 지연 확산(delay spread)을 갖는 TDL-A 채널에서 각각 변조가 16 QAM과 64 QAM 인 SF-OFDM 시스템, F-OFDM 시스템 및 CP-OFDM 시스템의 비트 오류율(Bit Error Rate: 이하 BER)을 나타낸다.11 and 12 show bit error rates of an SF-OFDM system, an F-OFDM system, and a CP-OFDM system with modulations of 16 QAM and 64 QAM, respectively, in a TDL-A channel having a very long delay spread. Rate: BER).

도 11 및 도 12의 BER은 표 1의 파라미터에 따라 3개의 서브 밴드 각각에서 14개의 심볼이 전송되는 경우를 시뮬레이션 하여 가운데 서브 밴드의 BER을 평가하였다.The BER of FIGS. 11 and 12 was evaluated by simulating a case in which 14 symbols are transmitted in each of the three subbands according to the parameters of Table 1, and the BER of the middle subband was evaluated.

Figure pat00042
Figure pat00042

도 11 에서는 본 실시예에 따른 SF-OFDM 시스템뿐만 아니라 F-OFDM 시스템의 필터 길이(LF, LG) 또한 다양하게 변형하여 비교하였다. 도 11에 도시된 바와 같이, F-OFDM 시스템의 경우, 필터 길이(LF, LG)가 짧아지면 BER 성능이 크게 저하되는데 반해, 본 실시예의 SF-OFDM 시스템은 SVD에 기반하여 전처리 및 후처리를 수행함에 따라 거의 동일한 BER 성능을 유지함을 알 수 있다. 즉 본 실시예의 SF-OFDM 시스템은 짧은 길이 또는 서로 다른 길이의 필터(Fk, Gk)를 이용하더라도, 데이터 왜곡이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한 서브 밴드 내의 모든 서브 캐리어에서 동일한 전력을 갖는 신호를 수신할 수 있다.In FIG. 11, filter lengths (L F , L G ) of the F-OFDM system as well as the SF-OFDM system according to the present embodiment are variously modified and compared. As shown in FIG. 11, in the case of the F-OFDM system, when the filter length (L F , L G ) is shortened, the BER performance is greatly degraded, whereas the SF-OFDM system of the present embodiment is preprocessed and after the SVD It can be seen that almost the same BER performance is maintained as processing is performed. That is, the SF-OFDM system of the present embodiment can prevent data distortion from occurring even when filters F k and G k of a short length or different lengths are used. In addition, signals having the same power can be received in all subcarriers in the subband.

도 13은 16QAM 변조에서 다중 사용자를 고려한 BER을 나타낸다.13 shows BER in consideration of multiple users in 16QAM modulation.

여기서 제1 및 제3 서브밴드에서 신호가 비동기적으로 수신되는 것으로 가정하고, [0, M/4]에 각 서브 밴드의 시간 오프셋(τ)을 랜덤하게 설정하였다. 비동기적으로 수신된 신호는 인접한 서브 밴드들로의 간섭 유발하고, 따라서 BER 성능을 저하시킨다. 비동기 시스템으로부터의 CP-OFDM 시스템의 BER 저하는 F-OFDM 시스템보다 더 크다. 이는 CP-OFDM 시스템의 높은 OOB 방출이 F-OFDM 시스템보다 인접한 서브 밴드에 더 큰 간섭을 야기하기 때문이다. 그에 반해 본 실시예의 SF-OFDM 시스템은 짧은 필터 길이(LF)의 송신 필터(Fk)를 이용하지만 비동기 다중 사용자의 경우에도 BER이 크게 저하되지 않음을 알 수 있다. 이는 SF-OFDM 시스템이 짧은 필터 길이(LF)의 송신 필터(Fk)를 이용하더라도, 도 9에 CP-OFDM보다 여전히 OOB 방출이 낮기 때문이다.Here, assuming that signals are received asynchronously in the first and third subbands, a time offset (τ) of each subband is randomly set to [0, M/4]. Asynchronously received signals cause interference to adjacent subbands, thus degrading BER performance. The BER degradation of the CP-OFDM system from the asynchronous system is greater than that of the F-OFDM system. This is because the high OOB emission of the CP-OFDM system causes more interference to adjacent subbands than the F-OFDM system. In contrast, the SF-OFDM system of this embodiment uses a transmission filter (F k ) having a short filter length (L F ), but it can be seen that the BER does not significantly decrease even in the case of asynchronous multi-users. This is because even if the SF-OFDM system uses a transmission filter (F k ) of a short filter length (L F ), OOB emission is still lower than that of CP-OFDM in FIG. 9.

결론적으로, 본 실시예의 SF-OFDM 시스템은 변조 차수에 상관없이 CP-OFDM 시스템 및 F-OFDM 시스템과 유사한 BER 레벨을 갖는다. 특히, 다중 사용자의 경우, SF-OFDM 시스템은 CP-OFDM 시스템보다 낮은 BER을 갖는다. 또한 SF-OFDM 시스템은 낮은 OOB 방출로 인해 인접 서브 밴드들 사이의 낮은 간섭을 갖는 F-OFDM의 이점을 갖는다.In conclusion, the SF-OFDM system of this embodiment has a BER level similar to that of the CP-OFDM system and the F-OFDM system regardless of the modulation order. In particular, in the case of multiple users, the SF-OFDM system has a lower BER than the CP-OFDM system. In addition, the SF-OFDM system has the advantage of F-OFDM with low interference between adjacent subbands due to low OOB emission.

도 14는 SF-OFDM 시스템, F-OFDM 시스템 및 CP-OFDM 시스템의 피크대 평균 전력비(Peak to Average Power Ratio: 이하 PAPR)의 보완적 누적 분포 함수(Complementary Cumulative Distribution Function: CCDF)를 나타낸다. 도 14에서도 SF-OFDM 시스템은 필터 길이(LF, LG)가 변경될 뿐만 아니라 서로 다르게 설정되는 경우도 함께 도시하였다.14 shows a complementary cumulative distribution function (CCDF) of a peak to average power ratio (PAPR) of an SF-OFDM system, an F-OFDM system, and a CP-OFDM system. In FIG. 14, in the SF-OFDM system, not only the filter lengths L F and L G are changed, but also a case where the filter lengths L F and L G are changed and set differently.

PAPR은 수학식 18로 계산될 수 있다.PAPR can be calculated by Equation 18.

Figure pat00043
Figure pat00043

여기서 |xpeak|는 송신된 신호의 피크 진폭이고, xrms는 송신 된 신호의 전력의 제곱 평균 제곱근(RMS) 값이다.Where |x peak | is the peak amplitude of the transmitted signal, and x rms is the root mean square (RMS) value of the power of the transmitted signal.

도 14를 참조하면, F-OFDM 시스템은 송신 필터링으로 인해 높은 PAPR을 가지며, 이는 매우 작은 값의 송신 필터 꼬리를 가짐으로써 PAPR의 분모인 필터링된 신호의 평균 전력(xrms)을 낮추기 때문이다. 그러나 송신 필터 길이(LF)가 짧아질수록 평균 전력(xrms)이 증가되고, PAPR은 감소된다.Referring to FIG. 14, the F-OFDM system has a high PAPR due to transmission filtering, which is because the average power (x rms ) of the filtered signal, which is the denominator of PAPR, is lowered by having a very small transmission filter tail. However, as the transmission filter length (L F ) decreases, the average power (x rms ) increases and the PAPR decreases.

SF-OFDM 시스템은 짧은 송신 필터 길이(LF)를 이용하는 경우, 낮은 PAPR을 갖는다. 이는 짧은 필터로 인한 데이터 왜곡 문제를 해결했기 때문이다. 송신 필터 길이(LF)가 LF = N / 32 +1 인 송신 필터(Fk)를 사용할 때, 본 실시예의 SF-OFDM은 CP-OFDM과 유사한 PAPR을 갖는다. 또한, 수신 필터 길이(LG)는 송신에서의 전처리에 영향을 미치지만, PAPR에 거의 영향을 주지 않음을 알 수 있다.The SF-OFDM system has a low PAPR when using a short transmission filter length (L F ). This is because the data distortion problem caused by the short filter has been solved. When using the transmission filter F k whose transmission filter length L F is L F = N / 32 +1, the SF-OFDM of this embodiment has a PAPR similar to that of the CP-OFDM. In addition, it can be seen that the reception filter length (L G ) affects preprocessing in transmission, but does not affect PAPR.

높은 연산 복잡도 이외에도 F-OFDM 시스템의 주된 단점은 송신 필터링이 PAPR을 증가시킨다는 것이다. 그러나 본 실시예의 SF-OFDM 시스템은 짧은 길이의 송신 필터의 사용을 가능하게 함으로써, CP-OFDM 시스템과 유사한 낮은 PAPR을 달성할 수 있다.In addition to the high computational complexity, the main drawback of the F-OFDM system is that transmit filtering increases PAPR. However, the SF-OFDM system of this embodiment can achieve a low PAPR similar to that of the CP-OFDM system by enabling the use of a transmission filter of a short length.

즉, SF-OFDM 시스템은 데이터 왜곡을 발생시키지 않으면서, 짧은 길이(LF, LG)의 송신 및 수신 필터(Fk, Gk)를 사용할 수 있도록 함으로써 F-OFDM의 주요 단점인 높은 연산 복잡도 및 높은 PAPR을 해결할 수 있다.In other words, the SF-OFDM system allows the use of transmission and reception filters (F k , G k ) of short length (L F , L G ) without causing data distortion, which is the main drawback of F-OFDM. Complexity and high PAPR can be solved.

본 발명에 따른 방법은 컴퓨터에서 실행 시키기 위한 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수 있다. 여기서 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스 될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 또한 컴퓨터 저장 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함하며, ROM(판독 전용 메모리), RAM(랜덤 액세스 메모리), CD(컴팩트 디스크)-ROM, DVD(디지털 비디오 디스크)-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등을 포함할 수 있다.The method according to the present invention may be implemented as a computer program stored in a medium for execution on a computer. Here, the computer-readable medium may be any available medium that can be accessed by a computer, and may also include all computer storage media. Computer storage media includes both volatile and nonvolatile, removable and non-removable media implemented in any method or technology for storage of information such as computer readable instructions, data structures, program modules or other data, and ROM (Read Dedicated memory), RAM (random access memory), CD (compact disk)-ROM, DVD (digital video disk)-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, and the like.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely exemplary, and those of ordinary skill in the art will appreciate that various modifications and other equivalent embodiments are possible therefrom.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

300: 전처리부 410: IDFT부
420: CP 삽입부 430: 송신 필터부
510: 수신 필터부 520: CP 제거부
530: DFT부 600: 후처리부
300: preprocessing unit 410: IDFT unit
420: CP insertion unit 430: transmission filter unit
510: receiving filter unit 520: CP removing unit
530: DFT unit 600: post-processing unit

Claims (12)

F-OFDM(Filtered-Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템의 송신기에 있어서,
송신 데이터를 인가받아 미리 설정된 전처리 행렬에 따라 전처리하여 전처리된 송신 데이터를 획득하는 전처리부; 및
상기 전처리된 송신 데이터로부터 기지정된 방식으로 CP-OFDM 심볼을 획득하고, 상기 CP-OFDM 심볼을 기지정된 필터 길이(LF)를 갖는 송신 필터를 이용하여 필터링하여 획득되는 SF-OFDM 심볼을 전송하는 송신부; 를 포함하고,
상기 전처리부는
상기 F-OFDM 시스템에서 상기 전처리부와 상기 전처리부에 대응하여 수신기에 포함되는 후처리부를 제외한 나머지 구성이 수행하는 모든 처리에 대응하는 시스템 행렬(Ck)을 특이값 분해(이하 SVD) 기법에 따라 다수의 행렬로 분해하고, 분해된 다수의 행렬 중 적어도 하나를 이용하여 획득되는 전처리 행렬에 따라 상기 송신 데이터를 전처리하는 F-OFDM 시스템의 송신기.
In the transmitter of the F-OFDM (Filtered-Orthogonal Frequency Division Multiplexing) system,
A preprocessor for receiving transmission data and preprocessing according to a preset preprocessing matrix to obtain preprocessed transmission data; And
Transmitting an SF-OFDM symbol obtained by obtaining a CP-OFDM symbol from the preprocessed transmission data in a known manner and filtering the CP-OFDM symbol using a transmission filter having a predetermined filter length (L F ) Transmission unit; Including,
The pretreatment unit
In the F-OFDM system, a system matrix (C k ) corresponding to the preprocessor and the preprocessor, corresponding to the preprocessor and the system matrix (C k ) corresponding to all processing performed by the other components except for the postprocessor included in the receiver, is performed using a singular value decomposition (hereinafter, SVD) technique A transmitter of an F-OFDM system that decomposes into a plurality of matrices accordingly and preprocesses the transmission data according to a preprocessing matrix obtained using at least one of the decomposed plurality of matrices.
제1 항에 있어서, 상기 전처리 행렬은
상기 시스템 행렬(Ck)을 복소 단위 행렬인 제1 및 제2 특이 행렬 벡터(Uk, VH k)와 대각 형렬(Λk)로 분해하고, 분해된 제2 특이 행렬 벡터(VH k)의 에르미트 행렬(Vk)과 대각 행렬(Λk)의 역수(1/Λk)를 이용하여,
Figure pat00044
로 획득되는 F-OFDM 시스템의 송신기.
The method of claim 1, wherein the preprocessing matrix is
The system matrix (C k ) is decomposed into first and second singular matrix vectors (U k , V H k ) and diagonal matrix (Λ k ), which are complex identity matrices, and the decomposed second singular matrix vector (V H k) Using the Hermit matrix (V k ) of) and the reciprocal of the diagonal matrix (Λ k ) (1/Λ k ),
Figure pat00044
Transmitter of the F-OFDM system obtained as a.
제1 항에 있어서, 상기 송신부는
상기 전처리된 송신 데이터를 지정된 방식으로 OFDM 심볼로 변환하는 IDFT부;
상기 OFDM 심볼에 기지정된 길이의 주기적 전치 부호를 삽입하고, 직렬화하여 상기 CP-OFDM 심볼을 획득하는 CP 삽입부; 및
상기 송신 필터를 이용하여 상기 CP-OFDM 심볼을 필터링하여 상기 SF-OFDM 심볼을 획득하여 전송하는 송신 필터부; 를 포함하는 F-OFDM 시스템의 송신기.
The method of claim 1, wherein the transmission unit
An IDFT unit converting the preprocessed transmission data into OFDM symbols in a designated manner;
A CP inserting unit that inserts a periodic prefix of a predetermined length into the OFDM symbol and serializes it to obtain the CP-OFDM symbol; And
A transmission filter unit configured to obtain and transmit the SF-OFDM symbol by filtering the CP-OFDM symbol using the transmission filter; Transmitter of the F-OFDM system comprising a.
F-OFDM 시스템의 수신기에 있어서,
송신기에서 전송된 SF-OFDM 심볼을 인가받아 기지정된 필터 길이(LF)를 갖는 수신 필터를 이용하여 필터링하여 CP-OFDM 심볼을 획득하고, 상기 CP-OFDM 심볼로부터 기지정된 방식으로 수신 데이터를 획득하는 수신부; 및
상기 수신 데이터를 인가받아 미리 설정된 후처리 행렬에 따라 후처리하여 후처리된 수신 데이터를 획득하는 후처리부; 를 포함하고,
상기 후처리부는
상기 F-OFDM 시스템에서 상기 후처리부와 상기 후처리부에 대응하여 송신기에 포함되는 전처리부를 제외한 나머지 구성이 수행하는 모든 처리에 대응하는 시스템 행렬(Ck)을 특이값 분해(이하 SVD) 기법에 따라 다수의 행렬로 분해하고, 분해된 다수의 행렬 중 적어도 하나를 이용하여 획득되는 후처리 행렬에 따라 상기 수신 데이터를 후처리하는 F-OFDM 시스템의 수신기.
In the receiver of the F-OFDM system,
The SF-OFDM symbol transmitted from the transmitter is received and filtered using a reception filter having a predetermined filter length (L F ) to obtain a CP-OFDM symbol, and received data is obtained from the CP-OFDM symbol in a known manner. A receiving unit; And
A post-processing unit receiving the received data and performing post-processing according to a preset post-processing matrix to obtain post-processed received data; Including,
The post-processing unit
In the F-OFDM system, in response to the post-processing unit and the post-processing unit, a system matrix (C k ) corresponding to all processing performed by the remaining components except for the pre-processing unit included in the transmitter is decomposed according to the singular value decomposition (hereinafter, SVD) method. A receiver of an F-OFDM system that decomposes into a plurality of matrices and post-processes the received data according to a post-processing matrix obtained by using at least one of the decomposed plurality of matrices.
제4 항에 있어서, 상기 후처리 행렬은
상기 시스템 행렬(Ck)을 복소 단위 행렬인 제1 및 제2 특이 행렬 벡터(Uk, VH k)와 대각 형렬(Λk)로 분해하고, 분해된 제1 특이 행렬 벡터(Uk)의 에르미트 행렬(UH k)로 획득되는 F-OFDM 시스템의 수신기.
The method of claim 4, wherein the post-processing matrix is
The system matrix (C k ) is decomposed into first and second singular matrix vectors (U k , V H k ) and diagonal matrix (Λ k ), which are complex identity matrices, and the decomposed first singular matrix vector (U k ) The receiver of the F-OFDM system obtained by the Hermit matrix (U H k ) of.
제4 항에 있어서, 상기 수신부는
상기 수신 필터를 이용하여 상기 SF-OFDM 심볼을 필터링하여 CP-OFDM 심볼을 획득하는 수신 필터부;
상기 CP-OFDM 심볼에 기지정된 길이로 삽입된 주기적 전치 부호를 제거하고, 병렬화하여 OFDM 심볼을 획득하는 CP 제거부; 및
OFDM 심볼을 지정된 방식으로 상기 수신 데이터로 변환하는 DFT부; 를 포함하는 F-OFDM 시스템의 수신기.
The method of claim 4, wherein the receiving unit
A reception filter unit for obtaining a CP-OFDM symbol by filtering the SF-OFDM symbol using the reception filter;
A CP removal unit that removes a periodic prefix inserted in the CP-OFDM symbol with a predetermined length and performs parallelization to obtain an OFDM symbol; And
A DFT unit converting the OFDM symbol into the received data in a specified manner; Receiver of the F-OFDM system comprising a.
F-OFDM 시스템의 송신 방법에 있어서,
송신 데이터를 인가받아 미리 설정된 전처리 행렬에 따라 전처리하여 전처리된 송신 데이터를 획득하는 전처리 단계; 및
상기 전처리된 송신 데이터로부터 기지정된 방식으로 CP-OFDM 심볼을 획득하고, 상기 CP-OFDM 심볼을 기지정된 필터 길이(LF)를 갖는 송신 필터를 이용하여 필터링하여 획득되는 SF-OFDM 심볼을 전송하는 송신 단계; 를 포함하고,
상기 전처리 단계는
상기 F-OFDM 시스템에서 상기 전처리 단계와 상기 전처리에 대응하여 수신 시에 수행되는 후처리 단계를 제외한 모든 과정을 분석 및 통합하여 획득되는 시스템 행렬(Ck)을 특이값 분해(이하 SVD) 기법에 따라 다수의 행렬로 분해하고, 분해된 다수의 행렬 중 적어도 하나를 이용하여 획득되는 전처리 행렬에 따라 상기 송신 데이터를 전처리하는 F-OFDM 시스템의 송신 방법.
In the transmission method of the F-OFDM system,
A preprocessing step of receiving transmission data and preprocessing according to a preset preprocessing matrix to obtain preprocessed transmission data; And
Transmitting an SF-OFDM symbol obtained by obtaining a CP-OFDM symbol from the preprocessed transmission data in a known manner and filtering the CP-OFDM symbol using a transmission filter having a predetermined filter length (L F ) Sending step; Including,
The pretreatment step
In the F-OFDM system, a system matrix (C k ) obtained by analyzing and integrating all processes except for the pre-processing step and the post-processing step performed at the time of reception corresponding to the pre-processing is analyzed and integrated into a singular value decomposition (hereinafter, referred to as SVD) technique. A transmission method of an F-OFDM system in which the transmission data is decomposed into a plurality of matrices accordingly and the transmission data is pre-processed according to a preprocessing matrix obtained using at least one of the decomposed plurality of matrices.
제7 항에 있어서, 상기 전처리 행렬은
상기 시스템 행렬(Ck)을 복소 단위 행렬인 제1 및 제2 특이 행렬 벡터(Uk, VH k)와 대각 형렬(Λk)로 분해하고, 분해된 제2 특이 행렬 벡터(VH k)의 에르미트 행렬(Vk)과 대각 행렬(Λk)의 역수(1/Λk)를 이용하여
Figure pat00045
로 획득되는 F-OFDM 시스템의 송신 방법.
The method of claim 7, wherein the preprocessing matrix is
The system matrix (C k ) is decomposed into first and second singular matrix vectors (U k , V H k ) and diagonal matrix (Λ k ), which are complex identity matrices, and the decomposed second singular matrix vector (V H k) ) Of the Hermitian matrix (V k ) and the diagonal matrix (Λ k ) inverse (1/Λ k )
Figure pat00045
Transmission method of the F-OFDM system obtained as.
제7 항에 있어서, 상기 송신 단계는
상기 전처리된 송신 데이터를 지정된 방식으로 OFDM 심볼로 변환하는 단계;
상기 OFDM 심볼에 기지정된 길이의 주기적 전치 부호를 삽입하고, 직렬화하여 상기 CP-OFDM 심볼을 획득하는 단계; 및
상기 송신 필터를 이용하여 상기 CP-OFDM 심볼을 필터링하여 상기 SF-OFDM 심볼을 획득하여 전송하는 단계; 를 포함하는 F-OFDM 시스템의 송신 방법.
The method of claim 7, wherein the transmitting step
Converting the preprocessed transmission data into OFDM symbols in a designated manner;
Inserting a periodic prefix of a predetermined length into the OFDM symbol and serializing it to obtain the CP-OFDM symbol; And
Filtering the CP-OFDM symbol using the transmission filter to obtain and transmit the SF-OFDM symbol; Transmission method of the F-OFDM system comprising a.
F-OFDM 시스템의 수신 방법에 있어서,
SF-OFDM 심볼을 인가받아 기지정된 필터 길이(LF)를 갖는 수신 필터를 이용하여 필터링하여 CP-OFDM 심볼을 획득하고, 상기 CP-OFDM 심볼로부터 기지정된 방식으로 수신 데이터를 획득하는 수신 단계; 및
상기 수신 데이터를 인가받아 미리 설정된 후처리 행렬에 따라 후처리하여 후처리된 수신 데이터를 획득하는 후처리 단계; 를 포함하고,
상기 후처리 단계는
상기 F-OFDM 시스템에서 상기 후처리 단계와 상기 후처리에 대응하여 송신 시에 수행되는 전처리 단계를 제외한 모든 과정을 분석 및 통합하여 획득되는 시스템 행렬(Ck)을 특이값 분해(이하 SVD) 기법에 따라 다수의 행렬로 분해하고, 분해된 다수의 행렬 중 적어도 하나를 이용하여 획득되는 후처리 행렬에 따라 상기 수신 데이터를 후처리하는 F-OFDM 시스템의 수신 방법.
In the receiving method of the F-OFDM system,
A receiving step of obtaining a CP-OFDM symbol by receiving an SF-OFDM symbol and filtering using a reception filter having a predetermined filter length (L F ), and obtaining received data from the CP-OFDM symbol in a known manner; And
A post-processing step of obtaining post-processed received data by receiving the received data and performing post-processing according to a preset post-processing matrix; Including,
The post-treatment step
Singular value decomposition (hereinafter referred to as SVD) method of a system matrix (C k ) obtained by analyzing and integrating all processes except for the post-processing step and the pre-processing step performed at the time of transmission in response to the post-processing in the F-OFDM system A reception method of an F-OFDM system for decomposing into a plurality of matrices according to the method and post-processing the received data according to a post-processing matrix obtained by using at least one of the decomposed plurality of matrices.
제10 항에 있어서, 상기 후처리 행렬은
상기 시스템 행렬(Ck)을 복소 단위 행렬인 제1 및 제2 특이 행렬 벡터(Uk, VH k)와 대각 형렬(Λk)로 분해하고, 분해된 제1 특이 행렬 벡터(Uk)의 에르미트 행렬(UH k)로 획득되는 F-OFDM 시스템의 수신 방법.
The method of claim 10, wherein the post-processing matrix is
The system matrix (C k ) is decomposed into first and second singular matrix vectors (U k , V H k ) and diagonal matrix (Λ k ), which are complex identity matrices, and the decomposed first singular matrix vector (U k ) The reception method of the F-OFDM system obtained by the Hermit matrix (U H k ) of.
제10 항에 있어서, 상기 수신 단계는
상기 수신 필터를 이용하여 상기 SF-OFDM 심볼을 필터링하여 CP-OFDM 심볼을 획득하는 단계;
상기 CP-OFDM 심볼에 기지정된 길이로 삽입된 주기적 전치 부호를 제거하고, 병렬화하여 OFDM 심볼을 획득하는 단계; 및
OFDM 심볼을 지정된 방식으로 상기 수신 데이터로 변환하는 단계; 를 포함하는 F-OFDM 시스템의 수신 방법.
The method of claim 10, wherein the receiving step
Filtering the SF-OFDM symbol using the reception filter to obtain a CP-OFDM symbol;
Removing a periodic prefix inserted into the CP-OFDM symbol with a predetermined length and performing parallelization to obtain an OFDM symbol; And
Converting the OFDM symbol into the received data in a designated manner; F-OFDM system receiving method comprising a.
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