KR20210127977A

KR20210127977A - 자도프-추 시퀀스들로 변조하는 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20210127977A
Application number: KR1020217029769A
Authority: KR
Inventors: 진 카노니치
Original assignee: 턴웨이브즈
Priority date: 2019-02-27
Filing date: 2020-02-24
Publication date: 2021-10-25
Also published as: PT3931991T; CA3130613A1; BR112021016933A2; DK3931991T3; US20240121021A1; MX2021010167A; JP2022522450A; EP3931991A1; WO2020174167A1; CN113475046A; PL3931991T3; FI3931991T3; FR3093257B1; ES2969251T3; EP3931991B1; AU2020227908A1; US20220149966A1; US11817942B2; IL285681A; SG11202109045RA

Abstract

본 발명은 Zadoff-Chu 시퀀스들로 변조하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 전송될 각 K-ary 심볼은 미리 설정된 길이 N 및 미리 설정된 루트 r의 Zadoff-Chu 시퀀스로 변환되며, 주파수 오프셋 q는 K-ary 심볼에 종속된다. 다양한 루트 값들은 별개의 업링크 및 다운링크 및 동기 또는 비동기 통신들을 분리하는 데 사용될 수 있다. 변조 장치는 주파수 영역에서 구현된다. 본 발명은 또한 이렇게 전송된 K-ary 심볼들이 복구되도록 허용하는 복조 방법 및 장치에 관한 것이다. 복조 장치는 시간 영역 또는 주파수 영역에서 구현될 수 있다.

Description

자도프-추 시퀀스들로 변조하는 방법 및 장치

본 발명은 일반적으로 디지털 전기통신(telecommunications) 분야, 보다 구체적으로 확산 스펙트럼(spread spectrum) 기술들을 사용하는 분야에 관한 것이다. 특히, 무선 통신 시스템과 사물 인터넷(Internet of Things; IoT)에 적용될 수 있다.

자율적인 저전력 소비 객체(autonomous, low power consumption object)들에 적용되는, 널리 보급되고 낮은 데이터 전송률(pervasive and low data rate)의 무선 기술들의 등장은, 최근 사물 인터넷(Internet of Things; IoT)의 개발을 가능하게 했다. IoT 네트워크의 무선 통신 시스템은 몇 가지 제약 조건들을 준수해야 한다.

첫째, 연결된 객체의 수신기(receiver)는 배치된 기지국(base station)들의 적은 개수와 이에 따른 그들의 커버리지 영역(coverage zone)들의 큰 크기 때문에 높은 감도(sensitivity)를 가져야 한다.

둘째, 연결된 객체의 송신기/수신기(transmitter/receiver)는 몇 년의 자율 기간(autonomy durations)을 허용하기 위해 특히 단순(simple)하고 에너지 효율적(energy-efficient)이어야 한다.

마지막으로, 무선 액세스 시스템은 기지국(IoT 게이트웨이(IoT gateway)라고도 함)이 연결된 많은 객체들에 서비스를 제공할 수 있어야 하는 한 확장 가능(scalable)해야 한다.

사물 인터넷은 현재 매우 다양한 네트워크들을 포괄한다.

그들 중 일부(LTE-M, NB-IoT)는 기존 셀룰러 인프라(cellular infrastructure)들의 기술들을 사용한다. 그러나, 이들은 종종 일반 응용 분야들에 너무 복잡하거나 에너지를 너무 많이 소비하는 것으로 판명된다.

다른 것들은 CSS(Chirped Spread Spectrum) 변조를 사용하는 LoRa 및 UNB(Ultra Narrow Band) 변조를 사용하는 SigFox와 같은, 특정 또는 독점 기술들에 의존한다. 이러한 기술들은 에너지-효율적이며 매우 낮은 수신 임계값들과, 그에 따라 매우 넓은 커버리지를 달성할 수 있다.

그러나, 이러한 특정 기술들은 신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio)의 저하(degradation)에 더하여 통신들에 영향을 미치는 간섭(interference)으로 인해, 동일한 커버리지 영역에서 동시에 서비스될 수 있는 사용자들의 수인, 용량(capacity)의 측면에서 제한이 있다. 특히, LoRa 시스템에서 CSS 신호들 사이에 해결되지 않은 충돌들의 많은 수는, 서로 다른 스펙트럴 확산 팩터(Spectral Spread Factor; SFs)가 사용된 경우에도, 이 기술을 기반으로 하는 대규모 LPWANs의 배포(deployment) 또는 다른 운영자(operator)들에 의한 네트워크들의 배포에 대한 장벽이다. 이러한 한계들에 대한 논의는 특히 IEEE Communication Letters, Vol. 22, No. 4, April 2018, pp. 796-799에 발행된 "Impact of LoRa imperfect orthogonality: analysis of link-level performance"라는 제목의 D. Croce et al.의 논문에서 찾을 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 IoT 네트워크들의 제약들에 특히 적합하고 통신간 간섭에 대해 더 큰 견고성(robustness)을 제공하는 변조 방법(및 관련된 변조기)을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 해당 복조 방법(및 관련된 복조기)을 제공하는 것이다. 마지막으로, 다른 사용자들의 통신들 간의 간섭을 줄이기 위해 문제의 변조 방법의 이점을 갖는, 데이터 전송 방법도 제공된다.

본 발명은 각각의 K-ary 심볼은 이 심볼과 연관된 자도프-추 시퀀스(Zadoff-Chu sequence)로 변환되고, 상기 자도프-추 시퀀스는 길이 N, 루트(root) r 및 주파수 오프셋(frequency offset) q를 가지며, 여기서 N은

인 양의 정수이고, r은 r > 1이고 N에 대해 소수(prime)인 정수이고, q는 상대 정수(relative integer)이고, 상기 복수 중 임의의 두 개의 K-ary 심볼들이 구별되는(distinct) 주파수 오프셋들을 갖는 자도프-추 시퀀스들과 연관되고, 각각의 K-ary 심볼은 상기 K-ary 심볼과 연관된 자도프-추 시퀀스의 연속적인 복소 요소(complex element)들의, 2^K 이상의 길이를 갖는 시퀀스의 형태로 변조되는, 전송 채널(transmission channel)을 통해 전송될 복수의 K-ary 심볼(symbol)들을 변조하기 위한 방법에 의해 정의된다.

제1 실시예에 따르면, 연속적인 복소 요소들의 시퀀스는 상기 자도프-추 시퀀스의 모든 요소(element)들로 구성된다. 자도프-추 시퀀스의 길이는 유리하게 2의 거듭제곱(power)과 동일하게 선택될 수 있다.

제2 실시예에 따르면, 상기 자도프-추 시퀀스의 길이는 2^K 보다 큰 최소 소수(smallest prime number)와 동일하게 선택되고 연속적인 복소 요소들의 시퀀스는 상기 자도프-추 시퀀스를 2^K 요소들로 절단(truncating)하는 것에 의해 획득될 수 있다.

바람직하게는, 자도프-추 시퀀스의 길이는 K-ary 심볼들을 변조하기 위한 최대 주파수 오프셋(maximum frequency offset)과, 자도프-추 시퀀스의 요소들의 전송 주기들의 수로 표시되는, 전송 채널의 시간 확산(time spread) 사이의 차이보다 크게 선택된다.

K-ary 심볼과 연관된 자도프-추 시퀀스의 연속적인 복소 요소들의 시퀀스의 요소들의 실수부 및 허수부들(real and imaginary parts)는 각각 두 개의 직교 반송파(quadrature carrier)들을 변조하고 획득된 변조 신호는 전송 채널을 통해 전송된다.

K-ary 심볼과 연관된 자도프-추 시퀀스의 연속적인 복소 요소들의 위상으로서 획득된, 기저대역(baseband)에서 위상 신호(phase signal)가 생성되고, 위상 신호는 RF-대역(RF-band)으로 변환되고, 획득된 RF 신호는 전송 채널을 통해 전송된다.

본 발명은 또한 전송될 데이터는 K-ary 심볼들로 변환되고, 다른 사용자들의 K-ary 심볼들은 상기 변조 방법에 의해 변조되고, 서로 다른 두 사용자들의 K-ary 심볼들을 변조하는 데 사용되는 자도프-추 시퀀스들의 루트들은 구별되게 선택되고 자도프-추 시퀀스들의 길이들은 공통 길이(common length)와 동일하게 선택되는, 복수의 통신(communication)들을 통해 서로 다른 사용자들에게 또는 서로 다른 사용자들로부터(to or from different users) 데이터를 전송하는 방법과 관련된다.

두 구별되는 사용자들의 K-ary 심볼들을 변조하는데 사용되는 루트들은 그 차이의 절대값이 상기 공통 길이에 대해 소수가 되도록 유리하게 선택된다.

본 발명은 전송 채널을 통해 전송될 복수의 K-ary 심볼들을 변조하기 위한 변조 장치와 더 관련되고, 상기 장치는 각 K-ary 심볼의 비트들 K를 별개의 정수 값으로 변환하는 2진-10진 변환기(binary to decimal converter), 및 시퀀스 길이 N 및 r > 1이고 N에 대해 소수(prime)인 정수 r과 같은 루트 r, 뿐만 아니라 q는 상대 정수인, 주파수 오프셋 q를 입력 파라미터들로 갖는 자도프-추 시퀀스 생성기(Zadoff-Chu sequence generator)를 포함하고, 상기 생성기는, 각각의 K-ary 심볼에 대해, 길이 N, 루트 r 및 상기 2진-10진 변환기에 의해 제공된 정수 값과 동일한 주파수 오프셋의 자도프-추 시퀀스의 복소 요소들에 의해 형성된, 2^K 이상의 길이를 갖는 시퀀스를 생성한다.

본 발명은 위에서 정의된 변조 방법에 의해 주파수 오프셋이 변조된 자도프-추 시퀀스를 나타내는 신호를 복조하는 방법과 더 관련된다. 상기 신호는 복소 샘플들의 시퀀스를 제공하기 위해 기저대역 샘플링되고(baseband sampled), 상기 복소 샘플들의 시퀀스는 순환 상관(cyclic correlation) 결과를 제공하기 위해 참조(reference) 자도프-추 시퀀스와 순환 상관(710)에 의해 상관되고, 획득된 순환 상관 결과의 모듈러스(modulus)에서 상관 피크(correlation peak)의 시간 위치(time position)가 검출되고, 주파수 오프셋이 상기 시간 위치에 대응하는

로부터 추정되고(deduced), 상기 주파수 오프셋은 10진-2진 변환기에 의해 K-ary 심볼로 변환된다.

본 발명은 또한 위에서 정의된 변조 방법에 의해 주파수 오프셋으로 변조된 자도프-추 시퀀스를 나타내는 신호를 복조하기 위한 장치에 관한 것이다.

제1 대안에 따르면, 상기 신호는 크기 N의 복소 요소들의 제1 블록(block)을 제공하기 위해 기저대역 샘플링되며, 상기 복조 장치는 복소 주파수 요소(complex frequency element)들의 제1 블록을 제공하기 위해 복소 요소들의 제1 블록의 크기 N의 이산 푸리에 변환(discrete Fourier transform)을 수행하도록 구성된 DFT 모듈, 참조 자도프-추 시퀀스의 이산 푸리에 변환의 복소 켤레(complex conjugation)에 의해 획득된 제2 블록의 복소 주파수 요소들과 제1 블록의 복소 주파수 요소들을 항별로(term by term) 승산(multiplying)하는 승산기(multiplier), 상기 제1 및 제2 복소 주파수 요소들의 곱셈 결과들의 모듈러스를 산출하는 모듈러스 산출기(modulus calculator)를 포함하고, 획득된 모듈러스 값들은 순환 상관 피크의 주파수 위치(frequency position)를 결정하기 위하여 상관 피크 검출기에서 비교되고, 주파수 위치에 대응하는 주파수 오프셋

는 그로부터 추정되고 K-ary 심볼을 생성하기 위해 10진-2진 변환기(decimal to binary converter)에 제공된다.

제2 대안에 따르면, 상기 신호는 크기 N의 복소 요소들의 제1 블록을 제공하기 위해 기저대역 샘플링되고, 복조 장치는 상기 제1 블록을 제2 블록과 순환적으로 상관시키기 위한 크기 N의 순환 상관기(cyclic correlator), 상기 제2 블록은 참조 자도프-추 시퀀스로 구성되며, 상기 순환 상관의 모듈러스를 산출하는 모듈러스 산출기(modulus calculator) 및 이 모듈러스로부터, 순환 상관 피크의 시간 위치를 결정하고 그로부터 상기 시간 위치에 대응하는 주파수 오프셋

을 추정하는 상관 피크 검출기(correlation peak detector)를 포함하고, 상기 주파수 오프셋은 K-ary 심볼을 생성하기 위해 2진-10진 변환기에 제공된다.

본 발명은 마지막으로, 위에서 정의된 것과 같이, 변조 장치 및 적어도 하나의 복조 장치를 포함하는 송신기/수신기(transmitter/receiver) 시스템에 관련된다.

시스템이 복수의 변조 장치들을 포함하는 경우, 상기 복수의 변조 장치 각각은 유리하게 상이한 루트 값에 대응하고, 및/또는 복수의 복조 장치들은 제1 또는 제2 대안에 따르고, 상기 복수의 복조 장치 각각은 상이한 루트 값에 대응한다.

본 개시에 따르면, 자도프-추 시퀀스들로 변조하는 방법 및 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 추가 특징들 및 이점들은 첨부 도면들을 참조하여 설명된, 본 발명의 바람직한 실시예를 읽는 경우 명백해질 것이다:
[도 1]은 본 발명의 일 실시예에 따른 변조 장치를 개략적으로 나타내고;
[도 2A] 및 [도 2b]는 각각 기본 Zadoff-Chu 시퀀스의 예 및 변조된 Zadoff-Chu 시퀀스의 예를 나타내고;
[도 3A], [도 3B] 및 [도 3C]는 각각 Zadoff-Chu 시퀀스 패밀리들의 세 가지 예들에 대한 순환 상관 피크 행렬(cyclic correlation peak matrix)을 나타내고;
[도 4]는 본 발명의 일 실시예에 따른 변조 방법을 사용하는 전송 프레임(transmission frame)을 개략적으로 나타내고;
[도 5]는 커버리지 코드(overage code)의 요소들이 곱해진 파일럿 심볼(pilot symbol)들의 시퀀스를 개략적으로 나타내고;
[도 6]은 본 발명의 제1 실시예에 따른 복조 장치를 개략적으로 나타내고;
[도 7]은 본 발명의 제2 실시예에 따른 복조 장치를 개략적으로 나타내고;
[도 8]은 본 발명의 일 실시예에 따른 복조 장치와 함께 사용될 수 있는 프리앰블 검출 동기화 장치(preamble detection synchronisation device)를 나타내고;
[도 9]는 본 발명의 일 실시예에 따른 변조 장치 및 복조 장치를 사용하는 제1 송신기/수신기를 개략적으로 나타내고;
[도 10]은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 송신기에서 사용 가능한 극성 변조기(polar modulator)를 개략적으로 나타낸다.

본 발명의 기초가 되는 아이디어는 자도프-추(Zadoff-Chu) 시퀀스의 오프셋 주파수를 변조함으로써 K-ary-to-signal 변조를 수행하는 것이며, 다른 동기(synchronous) 또는 비동기(asynchronous), 업링크(uplink) 또는 다운링크(downlink) 통신들 사이의 구분은, 다른 루트(root)들을 선택함으로써 획득된다.

루트 r, 길이 N 및 주파수 오프셋의 Zadoff-Chu 시퀀스는 복소 요소(complex element)들의 시퀀스에 의해 정의되는 것이 우선 상기된다:

(1)

(2)

여기서 N은 양의 정수이고, q는 상대 정수(relative integer)이며, 0 < r < N이고, r, N은 서로 소수(prime)이다. Zadoff-Chu 시퀀스들에 대한 소개는 IEEE Trans. Inform. Theory, vol. IT-18, pp. 531-532, July 1972에 발행된 “Polyphase codes with good correlation properties”라는 제목의 D.C. Chu의 논문에서 찾을 수 있다.

Zadoff-Chu 시퀀스의 연속적인 요소들의 위상(phase)들을 고려하면, 시간 인덱스 k에 따라 선형 성분(linear component)뿐만 아니라 2차 성분(quadratic component)도 포함함을 알 수 있다. 선형 성분은 주파수 오프셋

에 대응하며, 여기서 f_s는 시퀀스의 요소가 생성되는 주파수이고 2차 성분은 시퀀스의 길이에 대해 -rf_s의 편차(deviation)를 갖는 순시 주파수(instantaneous frequency)의 선형 변화에 대응한다.

Zadoff-Chu(ZC) 시퀀스에는 통신 시스템들에 대한 몇 가지 매우 흥미로운 특성들이 있다. 첫째, 일정한 진폭(constant amplitude)을 가지므로(ZC 시퀀스의 모든 요소들은 단위 원(unit circle)에 속함) 낮은 PAPR을 갖는 변조된 신호들을 발생시킨다. 둘째, ZC 시퀀스의 주기적 자기상관(periodic autocorrelation)은 어떠한 0이 아닌 오프셋에 대해 0이라는 점에서 완벽하다(즉, ZC 시퀀스의 주기적 자기상관 함수는 주기 N을 갖는 Dirac comb임). 마지막으로, 동일한 홀수 길이(odd length) N과 N에 대해 소수인 |r-u|를 갖는 별개의 루트들 r, u를 갖는 두 ZC 시퀀스들의 주기적 상호상관(periodic crosscorrelation)은 모듈러스가

에 의해 제한되는(bounded) 주기 함수이다. 또한 IEEE Trans. on Information Theory, Vol. IT-25, No. 6, Nov. 79, pp. 720-724에 발행된 "Bounds on crosscorrelation and autocorrelation of sequences"라는 제목의 D.V. Sarwate에 의한 논문에 따르면, 주기적 상호상관 함수에 대한 이 경계(bound)는 완벽한 주기적 자기상관 함수를 갖는 시퀀스에 대해 최적(optimal)이라는 것이 보여졌다. 다시 말해서, 자기상관과 상호상관 속성들의 관점에서 Zadoff-Chu 시퀀스들보다 더 나은 시퀀스들은 없다.

원래의 방식으로,

비트들의 워드(word)를 전송하기 위해 Zadoff-Chu 시퀀스의 주파수 오프셋을 변조하는 것이 제안된다. ZC 시퀀스의 주파수 오프셋은 LTE 시스템에서 프리앰블들의 생성의 경우와 같이, 동기화 목적들로 사용될 때 특히, 종래 기술에서 일반적으로 0으로 간주된다는 점에 유의해야 한다("preamble sequence generation"라는 제목의 3GPP TS 36.211, § 5.7.2 참조).

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 변조 장치를 개략적으로 도시한다.

변조 장치(100)는, 전송될 K 비트들의 워드, α₀, ... , α_K-1 (여기서, α₀는 LSB이고 α_K-1는 MSB)를 정수 값

로 변환하는 2진-10진 변환기(BDC, 110)를 포함한다. 이 정수 값은 Zadoff-Chu 시퀀스 생성기(120)에 주파수 오프셋 값으로 제공된다.

전송될 워드는 정보 심볼(information symbol)들이 인터리빙된(interleaved) 후 정보 심볼들의 채널 코딩(channel coding)으로 인해 발생할 수 있다. 대안적으로, 전송될 워드는 전송 채널에 대한 파일럿 심볼(pilot symbol)일 수 있다.

전송될 워드는 정보 심볼들의 그레이 코딩(Gray coding)으로 인해 발생할 수도 있다. 이 코딩에 따르면, 두 개의 연속적인 이진 워드(binary word)들은 한 비트만 다른 코드 워드(code word)들을 생성하는 것이 상기된다.

생성기(generator, 120)는 생성될 시퀀스의 루트 r 및 길이 N을 입력 파라미터들로서 더 수신한다. 파라미터 r 및 N은 이후에 설정되는 것과 같이 전송 자원 스케줄러(transmission resource scheduler)에 의해 제공될 수 있다.

생성기(120)에 의해 생성된 Zadoff-Chu 시퀀스

의 복소 요소(complex element)들은, 그 자체로 알려진 방식으로 (RF 또는 IF) 반송파(carrier)를 변조하는 데 사용된다.

모든 경우들에서, 변조기의 출력(output)에서 복소 요소 시퀀스는 위에서 정의한 것과 같이 Zadoff-Chu 시퀀스인 점에 유의하는 것이 중요하다. 특히, 생성기(120)의 출력에서 임의의 위상 보정(phase correction)을 수행할 필요가 없고 따라서 변조기의 구조가 특히 간단하다.

위에서 본 것과 같이, 정수들 r 및 N은 서로 소수가 되도록 선택된다.

제1 대안(alternative)에 따르면, 이 제약 조건을 준수하기 위해, 숫자 N이 소수로 선택된다. 후자의 경우, 동일한 길이 N, 그러나 별개의 루트들 r, u의 두 통신들 사이의 간섭은

에 비례하는, 동일한 값에 의해 제한될 것이다.

그러나, 바람직하게는, 구현의 용이함을 위해, 생성기에 의해 생성된 시퀀스

는

이고 2^K' < N인 길이 2^K'로 절단(truncated)될 수 있으며, 특히 최적 전송률(optimal rate)을 얻기 위해 길이 2^K로 절단될 수 있다.

제2 유리한 대안에 따르면, 이전에 표시된 구현의 단순성의 이유로, 그 숫자 N은 2의 거듭제곱(power)과 동일하게 선택될 것이고, 예를 들어, N=2^K,루트 r은 홀수이므로 r과 N은 서로 소수이다.

또한, ZC 시퀀스들의 루트들은 1(r > 1)보다 크게 선택될 것이다. 이 경우에, 변조되지 않은(unmodulated) ZC 시퀀스에 대한 위상 변화(phase variation)(즉, q=0와 함께)는 시퀀스의 연속적인 요소들 간에 적어도 하나의 앨리어싱(aliasing)을 나타내고, 즉, 순시 주파수(instantaneous frequency)는 시퀀스의 길이에 대해 적어도 하나의 불연속성(discontinuity)을 갖는다. 실제로, 두 개의 연속적인 요소들 사이의 위상 회전(phase rotation)은 다음과 같이 작성될 수 있다:

(3-1)

(3-2)

따라서, r > 1이면, 시퀀스 끝에서 위상 회전은 2π를 초과할 수 있다.

마찬가지로, 순시 주파수는 다음과 같이 표현될 수 있다:

(4)

그리고, r > 1이면, 순시 주파수는 시퀀스의 요소들이 생성되는 속도 f_s를 초과할 수 있다.

예를 들어, 변조되지 않은 Zadoff-Chu 시퀀스의 연속적인 요소들은 도 2a에 표시되어 있고 동일한 시퀀스의 연속적인 요소들은, 주파수 오프셋에 의해 변조되어, 도 2b에 표시되어 있다.

도시된 경우에서, 시퀀스의 길이는 N = 17이고 루트는 r = 4이다. 주어진 관계식 (3-1)에서, 보다 강력한 이유로 앨리어싱으로 이어지는(leading a fortiori to aliasing) 후속의(subsequent) 연속적인 요소들 사이의 위상 회전(phase rotation)들과 함께, 제1 위상 앨리어싱(phase aliasing)은 5번째와 6번째 요소들 사이에서 발생하는 것을 알 수 있다.

유사하게, 도 2b에서, 이번에는 오프셋 q = 1로 변조된, 동일한 시퀀스가 고려되었다. 제1 위상 앨리어싱은 4번째 요소와 5번째 요소 사이의 전환 즉시 여기에서 발생한다.

따라서, 동일한 기본 ZC 시퀀스에 대해, 변조된 시퀀스의 요소들의 별개의 분포(distribution)들이 상이한 주파수 오프셋들로 획득되는 것으로 이해된다.

도 3a는 길이 N = 521(소수) 및 각 루트들 r = 2, ... , 520의 변조되지 않은 Zadoff-Chu 시퀀스들(q = 0)의 순환 상관 최대값의 행렬(matrix of cyclic correlation maxima)을 개략적으로 나타낸다. 즉,

및

의 두 시퀀스들에 대해, 도 3a는 세로축에

의 최대값 τ을 나타내고 τ는 두 시퀀스들

및

사이의 시프트(shift)이고,

는 길이 N의 순환 상관을 나타낸다. 실제로 최대값 (N)이 대각선(diagonal)(자기상관 함수들의 최대값(maxima of the autocorrelation functions))에서 획득되고 순환 상호상관 함수들(cyclic crosscorrelation functions)이 낮은 모듈러스(modulus)(

에 의해 한정되는)를 갖는지 확인된다.

도 3b는 길이 N = 512 및 각 루트들 r = 2, ... , 511의 변조되지 않은 ZC 시퀀스들(q = 0)의 순환 상관 최대값의 행렬을 개략적으로 나타낸다. 이 시퀀스들 중 일부는 r 및 N이 서로 소수가 아닌 한 엄격하게 ZC 시퀀스들이라고 말할 수 없다는 점에 유의해야 한다.

행렬의 대각선은 항상 최대값들(N)로 구성되지만 순환 상호상관의 최대값들은 시퀀스들

,

의 쌍(pair)에 크게 의존한다. 루트들의 값들(특히 N에 대해 소수인 값들)을 적절하게 선택함으로써 순환 상호상관 함수들이 미리 결정된 최대값에 의해 제한되는 서브패밀리(ubfamily)가 획득된다.

도 3c는 길이가 소수 N=521이지만 512개의 요소들로 잘린 변조되지 않은 ZC 시퀀스들(q = 0)의 순환 상관 최대값들의 행렬을 개략적으로 나타낸다. 자기상관 및 순환 상호상관 성능(performance)은 도 3a에 도시된 것과 비교하여 단지 약간만 저하됨을 알 수 있다.

일반적으로, 2의 거듭제곱, P=2^K와 동일한 길이의 시퀀스를 선택하려는 경우, 길이 N이 P보다 큰 최소 소수(smallest prime number)와 동일한 ZC 시퀀스가 선택되고 P 요소들로 잘릴 수 있다. 따라서, 성능 손실은 비율과 상호 상관의 수준 측면 모두에서 최소화될 것이다.

따라서, 예를 들어, 길이 128, 256, 512, 1024, 2048, 4096의 시퀀스의 경우, 131, 257, 521, 1031, 2053, 4099의 길이인 ZC 시퀀스가 각각 선택될 것이다.

생성될 시퀀스들의 길이 N은 이후 설정되는 것과 같이 SNR(Signal to Noise Ratio), BER(Bit Error Rate), 필요한 통신 전송률(communication rate) 또는 전송 채널의 시간 확산(time spread)과 같은 다양한 기준의 함수로 선택될 수 있다.

보다 정확하게는, 확산 인자(Spreading Factor; SF)는 다름 아닌 N/K이며, N의 높은 값의 선택은 BER이 동일한 SNR 값에 대해 감소되거나 저하된 SNR 조건들에 대한 BER 비율(BER rate)에 따를 수 있게 한다. 마찬가지로, N의 낮은 값은 전송 대역폭(transmission bandwidth)이 감소되고 통신 전송률이 증가될 수 있게 한다.

그런 다음, N의 주어진 값에 대하여, 간섭이 감소되기를 원하는 통신들에 대해 별개의 루트들이 선택된다. 예를 들어, 두 통신들이 동기(synchronous)인지 여부에 관계없이, 두 개의 별개 루트들은, 동일한 기지국에서 시작되는 다운링크 채널의 두 통신들에 할당될 수 있고 이 기지국의 커버리지(coverage) 내에 위치한 두 개의 연결된 객체들 또는 두 개의 단말(terminal)들에 할당될 수 있다. 또한, 두 개의 별개의 루트들은 다운링크 채널에서 하나의 동일한 수신기에 대한 두 개의 별개의 통신들에 대해 할당될 수 있다.

유사하게, 업링크 채널의 경우, 간섭(interfere)할 수 있는 두 개의 연결된 객체들 또는 두 개의 단말들에 별개의 루트들이 할당될 수 있다.

시퀀스 길이들/루트들의 할당은 스케줄러(scheduler)에 의해 동적으로(dynamically) 수행될 수 있다. 어떤 경우들에는, 동적 스케줄링이 암시적(implicit)일 수 있다. 예를 들어, 두 개의 업링크 통신들이 간섭하는 경우, 기지국은 이 상황에 관련된 연결된 객체들에 알릴 수 있으며 그 중 적어도 하나는, 연결된 객체와 기지국 모두에 알려진, 미리 결정된 루트 시퀀스에서 다른 다음 루트(following root)로 전환할 수 있다. 통상의 기술자는 본 발명의 범위를 벗어남이 없이, 중앙집중식(centralised) 또는 분산(distributed) 모드에 따라, 인접 기지국들 간의 스케줄링의 다른 대안들을 제공할 수 있다.

실시예가 무엇이든, K-ary 심볼들의 패킷(packet)들, 즉 K 비트들의 워드(word)들의 전송은, 일반적으로 그 구조가 도 4에 도시된 전송 프레임(transmission frame)들에 의해 수행된다.

이 전송 프레임은 프리앰블(410)과 페이로드(420)를 포함한다. 프리앰블은 수신기가 프레임의 시작을 감지하고 동기화(synchronised)될 수 있도록 하는 파일럿 심볼(pilot symbol)들을 포함한다.

예를 들어, 파일럿 심볼들은, 전용 주파수 오프셋(dedicated frequency offset), q_0,예를 들어 q₀ = 0 과 연관될 것이다. 즉, 이 경우, 전송 프레임의 프리앰블은 변조되지 않은 ZC 시퀀스들로만 구성될 것이다.

파일럿 심볼들은 수신된 신호에 대해 실행 상관(running correlation)(또는 연속 상관(continuous correlation))을 수행하는 상관기(correlator)를 통해 수신기(receiver)에 의해 감지될 것이다. 예를 들어, 파일럿 심볼들의 미리 결정된 수(M)의 반복(repetition)은 프레임의 시작의 표시자(indicator)일 수 있다. 프레임(또는 프레임들의 시퀀스이라도)의 시작에 대한 동기화 및 검출을 용이하게 하기 위해, 이러한 파일럿 심볼들은, 예를 들어 Barker 코드(code)의 요소들과 같은, 양호한 비주기적 상관(good aperiodic correlation) 속성들을 갖는 커버리지 코드(coverage code)의 요소들과 곱해질 수 있다. 프리앰블 검출에 의한 수신기 동기화(receiver synchronisation)는 도 8과 관련하여 후술될 것이다. 수신기 재동기화(receiver resynchronisation)는 프레임들의 시퀀스의 수신 시간 동안, 모든 프레임 또는 일반적으로 J가 미리 결정된 정수인 모든 J 프레임들에서 규칙적으로 수행될 수 있다.

도 5는 프레임 프리앰블(frame preamble)의 일련의 파일럿 심볼들(series of pilot symbols)을 나타내며, 각각 CC(1), ... , CC(M)로 표시된 커버리지 코드의 M 요소들이 곱해진다. 즉, 첫 번째 파일럿 심볼에 대응하는, 첫 번째 ZC 시퀀스에 CC(1)을 곱하고, 두 번째 파일럿 심볼에 대응하는, 두 번째 ZC 시퀀스에 CC(2)를 곱하는 식으로, 마지막 ZC 시퀀스에, CC(M)을 곱한다.

예를 들어, 길이 M = 11의 Barker 코드의 요소들은 다음과 같이 주어진다:

+1,+1,+1,-1,-1,-1,+1,-1,-1,+1,-1

수신 시, 개별 파일럿 심볼들(즉, 이러한 파일럿 심볼들에 대응하는 ZC 시퀀스들)은, 연속 상관 이전 또는 이후에 동일한 커버리지 코드 요소들로 곱해집니다. 커버리지 코드 요소들이 파일럿 심볼들과 완벽하게 정렬(aligned)될 때, 상관 결과는 최대값을 갖는다.

전송 프레임의 페이로드(payload)는 전송될 K-ary 워드들에 의해 변조된 ZC 시퀀스들로 구성된다. 또한 CRC 심볼들에 의해 변조된 제어 헤더(control header) 및 ZC 시퀀스들을 포함할 수 있다.

K-ary 심볼들이 연속적으로 전송되기 때문에 이러한 심볼들에 의해 변조된 ZC 시퀀스들도 송신기(transmitter)에서 서로 연속되지만, 전송 채널이 다중경로 채널(multipath channel)인 경우, 심볼 간 간섭(inter-symbol interference)을 일으킬 수 있다. 다시 말해서, 첫 번째 심볼에 의해 변조된 ZC 시퀀스의 복제(replica)는 두 번째 심볼에 의해 변조된 ZC 시퀀스와 수신기에서 중첩(superimposed)될 수 있다.

심볼간 간섭을 줄이기 위해, 길이 N의 시퀀스는 다음과 같이 유리하게 선택될 것이다:

(5)

여기서 Δ는 전송 채널의 시간 확산이고 q_max는 K-ary 심볼들을 변조하기 위한 최대 주파수 오프셋이며, 둘 다 ZC 시퀀스의 요소 생성 주기(element generation period)들의 수로 표시된다. 실제로, 전송 채널 확산(transmission channel spread)으로 인해, 연속적인 심볼들 간의 중첩(overlap)이 ZC 시퀀스의 중복 부분(redundant part)의 지속 시간(duration) (N-2^K)보다 짧은 지속 시간이면, 문제의 심볼들은 정보의 손실 없이 복구될 수 있다.

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 복조 장치를 개략적으로 도시한다.

이 제1 실시예는 주파수 영역에서 순환 상관기(cyclic correlator)의 구현에 대응한다.

복조기(demodulator)는 전술한 바와 같이, 심볼들의 프레임에 대응하는 신호, 즉 이러한 심볼들을 변조하여 획득된 일련의 ZC 시퀀스들을 수신한다.

복조기(600)는, ZC 시퀀스들의 요소들이 생성되는 주파수 f_s에서 이전에 (2개의 직교 클록(quadrature clock)들에 의해) 샘플링된, 수신된 신호에 대해 크기 N (ZC 시퀀스의 길이와 동일)의 FFT를 수행하기 위하여, FFT 모듈(FFT module, 610)을 포함한다. FFT의 결과는 N 복소 값(complex value)들의 블록(block)이다.

프레임의 시작과 ZC 시퀀스들의 검출(detection)은 프리앰블 내의 일련의 파일럿 심볼들을 통해 이루어진다. 수신기는 후술하는 바와 같이 프리앰블 검출을 통해 미리 자신을 동기화한 것으로 가정된다.

복조기는 도 3 또는 도 4의 변조기에 존재하는 생성기(generator)와 동일한, 참조 ZC 시퀀스(reference ZC sequence)의 로컬 생성기(local generator, 605)를 포함한다. 로컬 생성기는 ZC 시퀀스의 길이 N, 통신에 사용되는 루트 r 및, 해당되는 경우(if applicable), 파일럿 심볼들에 대해 전용인(dedicated), 주파수 오프셋 q₀에 의해 파라미터화(parameterised)된다. 통신에 사용되는 루트 r은 후술하는 프리앰블 검출기(preamble detector)에 의해 제공될 수 있다.

이산 푸리에 변환(discrete Fourier transform; DFT) 모듈(615)은, 로컬 생성기(605)에 의해 제공되는 ZC 시퀀스의 요소들의 블록에 대해 크기 N의 DFT가 수행될 수 있도록 한다. N이 2의 거듭제곱일 때, DFT는 FFT를 사용하여 수행될 것이다.

DFT 모듈(610)로부터의 N 복소 값들의 블록과 620에서 항 별로(term by term) 곱해지기 전에, 주파수 영역에서 획득된 N 복소 값들의 블록은 컨쥬게이션 모듈(conjugation module, 625)에서 공액(conjugated)된다.

이러한 N 복소 값들의 모듈러스(moduli)는 630에서 산출되고 상관 피크 검출기(correlation peak detector, 640)에 의해 비교된다. 즉, 피크 검출기(640)는 수신된 블록에 대한 가장 큰 모듈러스 복소 값에 대응하는 주파수 오프셋을 결정한다.

동일한 길이 N, 동일한 루트 r 및 주파수 오프셋들

의 두 ZC 시퀀스들의 순환 상관 피크(cyclic correlation peak)는

값을 가지므로, 이 피크 식별(peak discrimination)은, 잘린(truncated) ZC 시퀀스들이 있는 경우에도, 매우 효과적이다. 따라서 640 검출기는 다음을 결정한다:

(6)

여기서 σ는 복조기에 의해 수신된 샘플들의 시퀀스 N을 나타내고 ρ는 순환 상관 연산(cyclic correlation operation)을 나타낸다.

이 주파수 오프셋은 최종적으로 10진-2진 변환기(decimal to binary converter, 650)(도면에서 비트 디매퍼(bit demapper)로 표시됨)에서 K 비트들의 워드

로 변환된다.

생성기(605)는 r 및, 해당되는 경우, N의 모든 가능한 값들에 대한 참조 시퀀스(reference sequence)들을 생성할 수 있다는 것에 유의해야 한다.

참조 시퀀스는 주파수 오프셋이 참조 주파수(reference frequency)를 생성하기 위해 사용된 것으로 상대적으로 결정될 수 있는 한 송신기에 의해 전송된 것과 동일한 길이 및 동일한 루트의 임의의 ZC 시퀀스일 수 있다. 따라서, 예를 들어, 참조 시퀀스는 변조되지 않은 ZC 시퀀스 또는 파일럿 심볼(및 따라서 오프셋 q₀)에 대응하는 ZC 시퀀스일 수 있다.

모든 경우에, 참조 시퀀스 생성기(605), DFT 모듈(615) 및 컨쥬게이션 모듈(625)로 구성된 세트(set)는 길이 N, 루트 r 및, 해당되는 경우, 참조 주파수 오프셋에 의해 어드레싱되는(addressed) 단순 메모리(simple memory)로 대체될 수 있다. 이 주소(address)의 메모리에 저장된 값은 간단히

일 것이고, 여기서

는, 주파수 ν에서,

의 이산 푸리에 변환에 의해 취해진 값이고,

는 z의 켤레(conjugate)이다. 메모리에서 읽은 값들

은 차례로(in turn) 승산기(multiplier, 620)에 제공된다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 복조 장치(demodulation device)를 개략적으로 도시한다.

이 제2 실시예는 시간 영역에서 순환 상관기(cyclic correlator)의 구현에 대응한다.

복조기(700)에 의해 수신된 신호는 ZC 시퀀스들의 요소들이 생성되는 주파수 f_s에서 (2개의 직교 클록(quadrature clock)들에 의해) 샘플링된다. 결과는 N 복소 값들의 블록(block)이다. 이 블록은 순환 상관기(cyclic correlator, 710)에 제공된다.

순환 상관기(710)는 로컬 생성기(local generator, 705)에 의해 생성된 참조 ZC 시퀀스(reference ZC sequence)의 N 연속적인 요소들을 추가로 수신한다. 이 로컬 생성기는 도 1의 변조기에 존재하는 생성기(generator)와 동일하다. 로컬 생성기는 ZC 시퀀스의 길이 N, 통신에 사용되는 루트 r 및, 해당되는 경우, 파일럿 심볼(pilot symbol)들에 대해 전용인(dedicated), 주파수 오프셋 q₀에 의해 파라미터화(parameterised)된다.

ZC 참조 시퀀스의 요소들은 순환 상관기(cyclic correlator, 710)에 제공된다. 순환 상관 결과(cyclic correlation result)들(시간 도메인에서 다른 지연 시간(different delay time)들에 해당)은 730에서 계산된 모듈러스(modulus)이고 블록의 최대 모듈러스 값은 상관 피크 검출기(correlation peak detector, 740)에 의해 결정된다. 피크 검출기(740)는 ZC 참조 시퀀스(ZC reference sequence)와 복조기에 의해 수신된 ZC 시퀀스 사이의 순환 상관 피크의 위치(position)를 결정하고 그로부터 대응하는 시간 오프셋(time offset)을 추정(deduce)한다.

ZC 시퀀스들의 정의가 주어지면, 시간 오프셋에 의한 ZC 시퀀스의 순환 순열(cyclic permutation)은 주파수 오프셋(frequency offset)을 초래한다(result)는 것이 보여질 수 있다:

N이 홀수 값(odd value)인 경우:

(7-1)

여기서

는 시퀀스를 따라 일정한 위상 항(constant phase term)이다.

마찬가지로, N이 짝수 값(even value)인 경우:

(7-2)

여기서

는 시퀀스를 따라 일정한 위상 항이다.

순환 상관 결과의 모듈러스에 대해 검출이 수행되기 때문에, 시간 오프셋 q', (

주기(period)들의 수로 표현됨)은 주파수에서의 오프셋 q'(

증분(increment)들로 표현됨)를 초래한다는 것이 이해될 것이다. 즉, 동일한 수신 신호에 대해, 피크 검출기(peak detector, 740)에 의해 제공되는 시간 오프셋 값(

주기들의 수로 표현됨)은 피크 검출기(peak detector, 640)에 의해 제공되는 주파수 오프셋 값과 동일할 것이다.

10진-2진 변환기(decimal to binary converter, 750)(도면에서 비트 디매퍼(bit demapper)라고 함)는 이 오프셋 값을 2진수(binary number),

로 변환한다.

생성기(705)는 r 및, 해당되는 경우, N의 모든 가능한 값들에 대한 참조 시퀀스들을 생성할 수 있다는 것에 유의해야 한다.

여하튼, 이전과 같이, 참조 시퀀스 생성기(reference sequence generator, 705)로 구성된 세트(set)는 길이 N, 루트 r, 참조 시간(또는 주파수) 오프셋에 의해 어드레싱되는(addressed) 단순 메모리(simple memory)로 대체될 수 있다. 이 주소(address)의 메모리에 저장된 값은 간단히

일 것이다. 메모리로부터 읽어진 값들

은 순환 상관기(710)에 제공된다.

도 8은 본 발명에 따른 복조 장치와 함께 사용될 수 있는 프리앰블 검출 동기화 장치(preamble detection synchronisation device)를 개략적으로 나타낸다.

보다 정확하게는, 이 동기화 장치는 한편으로는 통신에 사용되는 루트 r을 복조기에 제공할 수 있고, 다른 한편으로는, 프레임의 시작, 또는 심지어 페이로드의 시작에 대응하는 시간 인스턴트(time instant)를 제공할 수 있다.

연속 상관기(continuous correlator, 820)는, 제1 입력에서, 수신된 신호의 (복소) 샘플들의 스트림(stream)을 수신하고, 제2 입력에서, 프리앰블의 복제(replica)에 대응하는 샘플들의 시퀀스를 수신한다.

프리앰블의 복제는 로컬 생성기(local generator, 805)에 의해 생성된 ZC 시퀀스들로부터 모듈(module, 810)에 의해 형성된다. 로컬 생성기(805)는 이전에 설명된 생성기(605)(또는 705)와 동일하고 동일한 대안이 또한 적용된다. 프리앰블 형성 모듈(preamble formation module, 810)은 프리앰블의 파일럿 심볼들의 ZC 시퀀스들을 연결한다(concatenate). 예를 들어, 프리앰블이 M 개의 반복하는 동일한 파일럿 심볼들로 구성되면, 모듈(810)은 해당 파일럿 심볼의 ZC 시퀀스를 M 번 반복할 것이다. 또한, 프리앰블이 Barker 커버 시퀀스(Barker cover sequence)를 사용하는 경우, 모듈(810)은 각 ZC 시퀀스를 대응하는 코드 요소(code element)와 곱할 것이다.

물론, 생성기(805) 및 모듈(810)은 파일럿 심볼들에 대응하는 주파수 오프셋 q₀, 시퀀스의 루트 r 및 길이 N 및 파일럿 심볼들의 반복 횟수 M에 의해 어드레싱되는(addressed) 단순 메모리(simple memory)를 사용하여 구현될 수 있다.

상관기(820)는 수신 신호의 샘플들의 시퀀스와 모듈(810)에 의해 제공되는 프리앰블의 샘플들의 시퀀스의 실행 상관(running correlation)을 수행한다. 즉, 각 주기 T_s에서, 상관기는 MN개의 프리앰블 샘플들과 마지막 MN 개의 신호 샘플(last MN signal sample)들의 상관 결과를 산출한다.

이들 상관 결과들의 모듈러스는 830에서 산출되고 상관 피크 검출(correlation peak detection)은 검출기(detector, 840)에서 수행된다. 실제로, 검출기는 830에 의해 제공된 모듈러스 값을 N 보다 작은 미리 결정된 임계값(predetermined threshold)과 비교한다.

검출기는 프리앰블과 프레임의 시작을 나타내는, 상관 피크의 시간 위치(time position)를 제공한다. 그런 다음 복조기는 정보 심볼(information symbol)들을 복조하기 위해 페이로드의 시작 부분을 잠글(lock) 수 있다.

더욱이, 루트 r이 수신기에 알려지지 않은 경우, 동기화 장치는 가능한 루트들의 세트(set) 또는 심지어 후자의 서브세트(subset)에 속하는 루트들의 값들로부터 생성된 프리앰블들에 대해 순차적 또는 병렬 검색(sequential or parallel search)을 수행할 수 있습니다(예를 들어 루트들의 세트는 계층적(hierarchical)이고 수신기는 루트가 위치한 트리 분기(tree branch)에 대한 선험적 지식(priori knowledge)을 가진다). 순차 검색(sequential search)이란 테스트될 R 루트들에 대한 비율 Rf_s로 상관관계(correlation)가 수행됨을 의미한다. 병렬 검색(parallel search)이란 R 분기(branch)들에 대해 병렬로 상관관계가 수행되고, 각 분기는 테스트될 R 루트들 중 하나와 연관됨을 의미한다. 어떤 경우든, 상관 결과들은 검출기(840)에 의해 처리된다. 그 후 검출기는 (상관 피크를 제공하는) 루트 값 및 (이 피크의 위치로부터) 프리앰블의 시작 둘 다를 결정한다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 변조 장치 및 복조 장치를 사용하는 제1 송신기/수신기(transmitter/receiver)를 개략적으로 나타낸다.

송신기/수신기(900)는, 예를 들어, 기지국 또는 연결된 객체에 장착(fitted)될 수 있다.

이것은 도 1과 관련하여 설명된 실시예에 따른 변조 장치(910)를 포함한다. 변조 장치는 전송될 K-ary 심볼들을 ZC 시퀀스들로 변환하고, K-ary 심볼은 ZC 시퀀스의 주파수 오프셋으로 변환된다. ZC 시퀀스의 복소 요소들은 전송률 f_s로 변조 장치에 의해 제공된다. 이러한 복소 요소들의 실수부(real part)는 동상 채널(in-phase channel)에 제공되고 허수부(imaginary part)는 직교 채널(quadrature channel)에 제공되며, 각 채널은 일반적으로 저역-통과 필터(low-pass filter, 920) 및 기저대역 증폭기(baseband amplifier, 930)를 포함한다. 이러한 채널들의 I 및 Q 신호들은 각각 직교 변조기(quadrature modulator, 940)에서 2개의 직교 캐리어 신호(quadrature carrier signal)들과 혼합(mixed)된다. 캐리어 신호들은 주파수-안정화 사인파 발진기(frequency-stabilised sinusoidal oscillator, 950)에 의해 생성된다. 직교 변조기의 출력에서 RF 신호는 전력 증폭기(power amplifier, 960)에서 증폭되고, 이후 안테나(antenna, 980)에 의해, 듀플렉서(duplexer, 970)를 통해 전송된다.

수신 시, 듀플렉서(970)를 통해 수신된 안테나 신호(antenna signal)는 LNA(Low Noise Amplifier, 965)에서 증폭되고, 이 후 직교 혼합기(quadrature mixer, 945)에서 직교 복조(quadrature demodulated)된다. 혼합기(mixer)의 출력의 I, Q 신호들은 증폭기들(amplifiers, 935)에서 증폭되고, 저역 통과 필터들(925)에 의해 필터링되고, 전송률(rate) f_s에서 샘플링된다. 이렇게 획득된 복소 샘플들은, 도 6과 관련하여 설명된 바와 같이, 제1 실시예에 따라 또는, 도 7과 관련하여 설명된 바와 같이, 제2 실시예에 따라 복조 장치(915)에 제공된다.

도 9의 직접 변환 송신기/수신기(direct conversion transmitter/receiver)의 직교 변조기(940)는 전송될 ZC 시퀀스들의 요소들의 실수부와 허수부들을 사용한다. 직교 변조기 대신에, 극성 변조기(polar modulator)가 후술하는 바와 같이 사용될 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 송신기의 범위 내에서 사용 가능한 극성 변조기를 개략적으로 나타낸다.

일반적으로, 극성 변조기에서, 전송될 복소 심볼들은 극성 기저대역 변환기(polar baseband converter, 1020)에서 기저대역 신호(baseband signal)을 나타내는 포락선 신호(envelope signal)(복소 요소들의 모듈러스)와 위상 신호(phase signal)(복소 요소들의 순시 위상(instantaneous phase))로 변환된다:

(8)

A(t)는 포락선 신호이고

는 위상 신호이다. 그런 다음 위상 신호는 전력 증폭기(power amplifier, 1060)에 의해 증폭되기 전에 혼합기(mixer, 1050)에 의해 RF 대역(RF band)으로 변환된다. 포락선 신호는 진폭 분기(amplitude branch)와 위상 분기(phase branch) 사이에 존재할 수 있는 전파 시간(propagation time)의 차이를 보상(compensate)하기 위해 1025에서 지연되고, 전력 증폭기의 이득(gain)을 제어함으로써, 포락선 변조기(envelope modulator, 1040)에 의해 RF 신호의 진폭을 변조한다. 이렇게 변조된 RF 신호는 안테나(antenna, 1070)에 의해 전송된다.

본 발명에서와 같이, 변조기(1010)에 의해 생성된 것과 같은, ZC 시퀀스의 복소 요소들을 전송하는 문제인 경우, 이들 요소들의 모듈러스가 일정하고 1과 같은 한 포락선 신호의 생성은 불필요할 것으로 이해된다. 지연(delay, 1025) 및 포락선 변조기(envelope modulator, 1040)는 간단히 제거될 수 있고 전력 증폭기의 이득은 설정 포인트 값(set point value)으로 설정된다.

통상의 기술자는, 대칭적으로(symmetrically), 극성 복조기가 수신에서 구현될 수 있음을 이해할 것이다.

도 9 및 도 10에서 도시된 것들과는 다른 RF 송신기/수신기 아키텍처(architecture)들이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 더 고려될 수 있다.

물론, 서로 다른 기본(elementary) 변조/복조 장치들이 서로 다른 사용자들과의(to/from different users) 통신들을 분리(separate)하기 위하여 동일한 송신기/수신기 내에서 제공될 수 있다. 이전에 표시된 대로, 이러한 변조/복조 장치들은 고유한 루트 값들을 사용한다. 유리하게는, N과 동일한 ZC 시퀀스 길이, p=1, ... , P인 루트 값들 r_P에 대해 ,

이 N,

에 대해 소수가 되도록 선택될 것이다.

Claims

전송 채널(transmission channel)을 통해 전송될 복수의 K-ary 심볼(symbol)들을 변조하기 위한 방법에 있어서,
각각의 K-ary 심볼은 이 심볼과 연관된 자도프-추 시퀀스(Zadoff-Chu sequence)로 변환되고, 상기 자도프-추 시퀀스는 길이 N, 루트(root) r 및 주파수 오프셋(frequency offset) q를 가지며, 여기서 N은
인 양의 정수이고, r은 r > 1이고 N에 대해 소수(prime)인 정수이고, q는 상대 정수(relative integer)이고, 상기 복수 중 임의의 두 개의 K-ary 심볼들이 구별되는(distinct) 주파수 오프셋들을 갖는 자도프-추 시퀀스들과 연관되고, 각각의 K-ary 심볼은 상기 K-ary 심볼과 연관된 자도프-추 시퀀스의 연속적인 복소 요소(complex element)들의, 2^K 이상의 길이를 갖는 시퀀스의 형태로 변조되는 변조 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 연속적인 복소 요소들의 시퀀스는 상기 자도프-추 시퀀스의 모든 요소(element)들로 구성되는 것을 특징으로 하는 변조 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 자도프-추 시퀀스의 길이는 2의 거듭제곱(power)과 동일한 것을 특징으로 하는 변조 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 자도프-추 시퀀스의 길이는 2^K 보다 큰 최소 소수(smallest prime number)와 동일하게 선택되고 상기 연속적인 복소 요소들의 시퀀스는 상기 자도프-추 시퀀스를 2^K 요소들로 절단(truncating)하는 것에 의해 획득되는 것을 특징으로 하는 변조 방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자도프-추 시퀀스의 길이는 K-ary 심볼들을 변조하기 위한 최대 주파수 오프셋(maximum frequency offset)과, 자도프-추 시퀀스의 요소들의 전송 주기들의 수로 표시되는, 전송 채널의 시간 확산(time spread) 사이의 차이보다 크게 선택되는 것을 특징으로 하는 변조 방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
K-ary 심볼과 연관된 자도프-추 시퀀스의 연속적인 복소 요소들의 시퀀스의 요소들의 실수부(real part) 및 허수부(imaginary part)는 각각 두 개의 직교 반송파(quadrature carrier)들을 변조하고 획득된 변조 신호가 전송 채널을 통해 전송되는 것을 특징으로 하는 변조 방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
K-ary 심볼과 연관된 상기 자도프-추 시퀀스의 연속적인 복소 요소들의 위상으로서 획득된, 기저대역(baseband)에서 위상 신호(phase signal)가 생성되고, 상기 위상 신호는 RF-대역(RF-band)으로 변환되고, 획득된 RF 신호는 상기 전송 채널을 통해 전송되는 것을 특징으로 하는 변조 방법.
복수의 통신(communication)들을 통해 서로 다른 사용자들에게 또는 서로 다른 사용자들로부터(to or from different users) 데이터를 전송하는 방법에 있어서,
전송될 데이터는 K-ary 심볼들로 변환되고, 다른 사용자들의 K-ary 심볼들은 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 변조 방법에 의해 변조되고, 서로 다른 두 사용자들의 K-ary 심볼들을 변조하는 데 사용되는 자도프-추 시퀀스들의 루트들은 구별되게 선택되고 자도프-추 시퀀스들의 길이들은 공통 길이(common length)와 동일하게 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 8 항에 있어서,
두 구별되는 사용자들의 K-ary 심볼들을 변조하는데 사용되는 루트들은 그 차이의 절대값이 상기 공통 길이에 대해 소수가 되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
전송 채널을 통해 전송될 복수의 K-ary 심볼들을 변조하기 위한 변조 장치에 있어서,
각 K-ary 심볼의 비트들 K를 별개의 정수 값으로 변환하는 2진-10진 변환기(binary to decimal converter, 110), 및 시퀀스 길이 N 및 r > 1이고 N에 대해 소수(prime)인 정수 r과 같은 루트 r, 뿐만 아니라 q는 상대 정수인, 주파수 오프셋 q를 입력 파라미터들로 갖는 자도프-추 시퀀스 생성기(Zadoff-Chu sequence generator, 120), 상기 생성기는, 각각의 K-ary 심볼에 대해, 길이 N, 루트 r 및 상기 2진-10진 변환기에 의해 제공된 정수 값과 동일한 주파수 오프셋의 자도프-추 시퀀스의 복소 요소들에 의해 형성된, 2^K 이상의 길이를 갖는 시퀀스를 생성하고, 상기 자도프-추 시퀀스 생성기는 상기 복수 중 임의의 두 개의 K-ary 심볼들이 구별되는 주파수 오프셋들을 갖는 자도프-추 시퀀스들과 연관되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 변조 장치.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 변조 방법에 의해 주파수 오프셋이 변조된 자도프-추 시퀀스를 나타내는 신호를 복조하는 방법에 있어서,
상기 신호는 복소 샘플들의 시퀀스를 제공하기 위해 기저대역 샘플링되고(baseband sampled), 상기 복소 샘플들의 시퀀스는 순환 상관(cyclic correlation) 결과를 제공하기 위해 참조(reference) 자도프-추 시퀀스와 순환 상관(710)에 의해 상관되고, 획득된 순환 상관 결과의 모듈러스(modulus)에서 상관 피크(correlation peak)의 시간 위치(time position)가 검출되고(740), 주파수 오프셋이 상기 시간 위치에 대응하는
로부터 추정되고(deduced), 상기 주파수 오프셋은 10진-2진 변환기(750)에 의해 K-ary 심볼로 변환되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 변조 방법에 의해 주파수 오프셋으로 변조된 자도프-추 시퀀스를 나타내는 신호를 복조하기 위한 장치로서,
상기 신호는 크기 N의 복소 요소들의 제1 블록(block)을 제공하기 위해 기저대역 샘플링되며, 상기 장치는 복소 주파수 요소(complex frequency element)들의 제1 블록을 제공하기 위해 복소 요소들의 제1 블록의 크기 N의 이산 푸리에 변환(discrete Fourier transform)을 수행하도록 구성된 DFT 모듈(610), 참조 자도프-추 시퀀스의 이산 푸리에 변환의 복소 켤레(complex conjugation)에 의해 획득된 제2 블록의 복소 주파수 요소들과 제1 블록의 복소 주파수 요소들을 항별로(term by term) 승산(multiplying)하는 승산기(multiplier, 620), 상기 제1 및 제2 복소 주파수 요소들의 곱셈 결과들의 모듈러스를 산출하는 모듈러스 산출기(modulus calculator, 630)를 포함하고, 획득된 모듈러스 값들은 순환 상관 피크의 주파수 위치(frequency position)를 결정하기 위하여 상관 피크 검출기(640)에서 비교되고, 주파수 위치에 대응하는 주파수 오프셋
는 추정되고, 상기 주파수 오프셋은 K-ary 심볼을 생성하기 위해 10진-2진 변환기(decimal to binary converter, 650)에 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 변조 방법에 의해 주파수 오프셋으로 변조된 자도프-추 시퀀스를 나타내는 신호를 복조하기 위한 장치에 있어서,
상기 신호는 크기 N의 복소 요소들의 제1 블록을 제공하기 위해 기저대역 샘플링되고, 상기 제1 블록을 제2 블록과 순환적으로 상관시키기 위한 크기 N의 순환 상관기(cyclic correlator, 710), 상기 제2 블록은 참조 자도프-추 시퀀스로 구성되며, 상기 순환 상관의 모듈러스를 산출하는 모듈러스 산출기(modulus calculator, 730) 및 이 모듈러스로부터, 순환 상관 피크의 시간 위치를 결정하고 그로부터 상기 시간 위치에 대응하는 주파수 오프셋
을 추정하는 상관 피크 검출기(correlation peak detector, 740)를 포함하고, 상기 주파수 오프셋은 K-ary 심볼을 생성하기 위해 2진-10진 변환기에 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 10 항에 따른 적어도 하나의 변조 장치 및 제12항 또는 제13항 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 복조 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 송신기/수신기(transmitter/receiver).
제 14 항에 있어서,
제 10 항에 따른 복수의 변조 장치들, 상기 복수의 변조 장치 각각은 상이한 루트 값에 대응하고, 및/또는 제12항 또는 제13항 중 어느 한 항에 따른 복수의 복조 장치들, 상기 복수의 복조 장치 각각은 상이한 루트 값에 대응하는, 을 포함하는 것을 특징으로 하는 송신기/수신기.