KR20230050072A - 상향 링크 위성 통신의 비직교 다중 접속 시스템에서 신호 재생성을 이용한 간섭 제거 장치, 방법, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 및 컴퓨터 프로그램 - Google Patents

상향 링크 위성 통신의 비직교 다중 접속 시스템에서 신호 재생성을 이용한 간섭 제거 장치, 방법, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 및 컴퓨터 프로그램 Download PDF

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Abstract

일 실시예에 따른 간섭 제거 장치는 비직교 다중 접속 시스템에서 강신호 및 약신호를 포함하는 중첩 신호를 수신하여, 상기 중첩 신호를 복조하고 디코딩하여 강신호 비트를 추출하는 제1 수신기; 상기 강신호와 대응하는 동기 신호를 수신하여 상기 강신호의 채널 추정값을 판별하는 채널 추정부; 상기 강신호 비트 및 상기 채널 추정값을 이용하여 재생성 강신호를 생성하는 신호 재생성부; 및 오프셋 보정 중첩 신호와 상기 재생성 강신호의 파워 차이값을 기초로 상기 오프셋 보정 중첩 신호와 상기 재생성 강신호의 합 또는 차로 구성된 판별 신호를 발생시켜 직렬 간섭 제거를 수행하는 판별부를 포함할 수 있다.

Description

상향 링크 위성 통신의 비직교 다중 접속 시스템에서 신호 재생성을 이용한 간섭 제거 장치, 방법, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 및 컴퓨터 프로그램{APPARATUS, METHOD, COMPUTER-READABLE STORAGE MEDIUM AND COMPUTER PROGRAM FOR SUCCESSIVE INTERFERENCE CANCELLATION USING RE-GENERATING SIGNAL IN NON-ORTHOGONAL MULTIPLE ACCESS SYSTEM OF UPLINK SATELLITE COMMUNICATION}
본 발명은 상향 링크 위성 통신의 비직교 다중 접속 시스템에서 신호 재생성을 이용한 간섭 제거 장치, 방법, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.
비직교 다중 접속(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA) 시스템은 직교성을 갖지 않는 서로 다른 두 신호를 겹쳐서 송신하는 방식이다. 비직교 다중 접속 방식은 파워 도메인을 통해 신호를 구분하는 방식과 코드 도메인을 통해 신호를 구분하는 방식으로 나뉠 수 있다.
한편, 상향 링크의 저궤도 위성통신의 경우 고도에 따라 최대 580Hz/s 정도의 도플러 레이트가 발생한다. 비직교 다중 접속 신호를 복조하기 위해서는 수신단에서 직렬 간섭 제거(Successive Interference Cancellation, SIC)를 수행하여야 하는데, 저궤도 위성 통신의 환경에서 직렬 간섭 제거를 수행하는데 있어 도플러 레이트는 큰 방해 요소가 된다는 문제가 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-2074217호: 상향링크 비직교 다중접속 시스템을 위한 적응적 속도 분할 방법 및 시스템
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 상향 링크 위성 통신의 비직교 다중 접속(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA) 시스템에서 신호 재생성을 이용한 직렬 간섭 제거(Successive Interference Cancellation, SIC)를 효과적으로 수행하는 기술을 제안하는 것이다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 바로 제한되지 않으며, 언급되지는 않았으나 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있는 목적을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 간섭 제거 장치는 비직교 다중 접속(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA) 시스템에서 강신호 및 약신호를 포함하는 중첩 신호를 수신하여, 상기 중첩 신호를 복조하고 디코딩하여 강신호 비트를 추출하는 제1 수신기; 상기 강신호와 대응하는 동기 신호를 수신하여 상기 강신호의 채널 추정값을 판별하는 채널 추정부; 상기 강신호 비트 및 상기 채널 추정값을 이용하여 재생성 강신호를 생성하는 신호 재생성부; 및 오프셋 보정 중첩 신호와 상기 재생성 강신호의 파워 차이값을 기초로 상기 오프셋 보정 중첩 신호와 상기 재생성 강신호의 합 또는 차로 구성된 판별 신호를 발생시켜 직렬 간섭 제거(Successive Interference Cancellation, SIC)를 수행하는 판별부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 채널 추정부는 상기 강신호와 대응하는 동기 신호의 크기를 일정 범위로 유지시키는 자동 이득 제어부; 상기 자동 이득 제어부가 출력한 신호를 샘플링하는 제곱근 올림 코사인 필터부; 제곱근 올림 코사인 필터부가 출력한 신호에 대해 주파수 오프셋 보정을 수행하는 주파수 오프셋 보정부; 상기 주파수 오프셋 보정부가 출력한 신호에 대해 타이밍 오프셋을 보정하는 타이밍 오프셋 보정부; 및 상기 타이밍 오프셋 보정부가 출력한 신호를 기초로 상기 강신호의 사용 채널을 추정하는 상기 채널 추정값을 판별하는 채널 추정부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 주파수 오프셋 보정부는 상기 동기 신호를 기초로 상기 강신호에 사용된 주파수 오프셋 값을 판별할 수 있다.
또한, 상기 제1 수신기는 상기 주파수 오프셋 값을 기초로 상기 중첩 신호의 주파수 보정을 수행하여 상기 오프셋 보정 중첩 신호를 생성하고 상기 판별부에 전달할 수 있다.
또한, 상기 신호 재생성부는 상기 강신호 비트를 인코딩하는 채널 코딩부; 상기 인코딩된 강신호 비트를 변조하는 변조부; 변조된 신호를 샘플링하는 제곱근 올림 코사인 필터부; 및 상기 샘플링된 신호와 상기 채널 추정값을 이용하여 상기 재생성 강신호를 생성하는 채널 필터부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 판별부는 상기 오프셋 보정 중첩 신호에서 상기 재생성 강신호를 차감한 제1 신호를 생성하는 차감부; 상기 오프셋 보정 중첩 신호에서 상기 재생성 강신호를 합산한 제2 신호를 생성하는 합산부; 상기 제1 신호의 파워를 측정하는 파워 측정부; 및 상기 제1 신호의 파워 크기가 소정의 임계값보다 작거나 같으면 상기 제1 신호를 상기 판별 신호로 출력하고, 상기 제1 신호의 파워 크기가 소정의 임계값보다 크면 상기 제2 신호를 상기 판별 신호로 출력하는 스위치부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 장치는 상기 판별 신호를 복조하고 디코딩하여 약신호 비트를 추출하는 제2 수신기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 간섭 제거 장치가 수행하는 간섭 제거 방법은 비직교 다중 접속(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA) 시스템에서 강신호 및 약신호를 포함하는 중첩 신호를 수신하여, 상기 중첩 신호를 복조하고 디코딩하여 강신호 비트를 추출하는 단계; 상기 강신호와 대응하는 동기 신호를 수신하여 상기 강신호의 채널 추정값을 판별하는 단계; 상기 강신호 비트 및 상기 채널 추정값을 이용하여 재생성 강신호를 생성하는 단계; 및 오프셋 보정 중첩 신호와 상기 재생성 강신호의 파워 차이값을 기초로 상기 오프셋 보정 중첩 신호와 상기 재생성 강신호의 합 또는 차로 구성된 판별 신호를 발생시켜 직렬 간섭 제거(Successive Interference Cancellation, SIC)를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 채널 추정값을 판별하는 단계는 상기 강신호와 대응하는 동기 신호의 크기를 일정 범위로 유지시켜 출력하는 단계; 상기 출력된 신호를 샘플링하는 단계; 상기 출력된 신호에 대해 주파수 오프셋 보정을 수행하는 단계;
상기 출력된 신호에 대해 타이밍 오프셋을 보정하는 단계; 및 상기 출력된 신호를 기초로 상기 강신호의 사용 채널을 추정하는 상기 채널 추정값을 판별하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 채널 추정값을 판별하는 단계는 상기 동기 신호를 기초로 상기 강신호에 사용된 주파수 오프셋 값을 판별하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 강신호 비트를 추출하는 단계는 상기 주파수 오프셋 값을 기초로 상기 중첩 신호의 주파수 보정을 수행하여 상기 오프셋 보정 중첩 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 재생성 강신호를 생성하는 단계는 상기 강신호 비트를 인코딩하는 단계; 상기 인코딩된 강신호 비트를 변조하는 단계; 상기 변조된 신호를 샘플링하는 단계; 및 상기 샘플링된 신호와 상기 채널 추정값을 이용하여 상기 재생성 강신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 직렬 간섭 제거를 수행하는 단계는 상기 오프셋 보정 중첩 신호에서 상기 재생성 강신호를 차감한 제1 신호를 생성하는 단계; 상기 오프셋 보정 중첩 신호에서 상기 재생성 강신호를 합산한 제2 신호를 생성하는 단계; 상기 제1 신호의 파워를 측정하는 단계; 및 상기 제1 신호의 파워 크기가 소정의 임계값보다 작거나 같으면 상기 제1 신호를 상기 판별 신호로 출력하고, 상기 제1 신호의 파워 크기가 소정의 임계값보다 크면 상기 제2 신호를 상기 판별 신호로 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 방법은 상기 판별 신호를 복조하고 디코딩하여 약신호 비트를 추출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨터 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독 가능 기록매체로서, 비직교 다중 접속(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA) 시스템에서 강신호 및 약신호를 포함하는 중첩 신호를 수신하여, 상기 중첩 신호를 복조하고 디코딩하여 강신호 비트를 추출하는 단계; 상기 강신호와 대응하는 동기 신호를 수신하여 상기 강신호의 채널 추정값을 판별하는 단계; 상기 강신호 비트 및 상기 채널 추정값을 이용하여 재생성 강신호를 생성하는 단계; 및 오프셋 보정 중첩 신호와 상기 재생성 강신호의 파워 차이값을 기초로 상기 오프셋 보정 중첩 신호와 상기 재생성 강신호의 합 또는 차로 구성된 판별 신호를 발생시켜 직렬 간섭 제거(Successive Interference Cancellation, SIC)를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장되어 있는 컴퓨터 프로그램으로서, 비직교 다중 접속(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA) 시스템에서 강신호 및 약신호를 포함하는 중첩 신호를 수신하여, 상기 중첩 신호를 복조하고 디코딩하여 강신호 비트를 추출하는 단계; 상기 강신호와 대응하는 동기 신호를 수신하여 상기 강신호의 채널 추정값을 판별하는 단계; 상기 강신호 비트 및 상기 채널 추정값을 이용하여 재생성 강신호를 생성하는 단계; 및 오프셋 보정 중첩 신호와 상기 재생성 강신호의 파워 차이값을 기초로 상기 오프셋 보정 중첩 신호와 상기 재생성 강신호의 합 또는 차로 구성된 판별 신호를 발생시켜 직렬 간섭 제거(Successive Interference Cancellation, SIC)를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예는 도플러 영향이 큰 저궤도 위성 통신에서 탁월하며 파워 도메인 기반의 비직교 다중 접속(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA) 시스템 운용 시, 두 신호의 세기 차이가 낮은 구간에서도 직렬 간섭 제거(Successive Interference Cancellation, SIC)를 수행할 수 있으므로, 상향 링크 이용 시 두 신호의 세기 차이를 넓은 범위에서 효과적으로 운용할 수 있게 된다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상향 링크 위성 통신의 비직교 다중 접속 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 재생성을 이용한 간섭 제거 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 재생성을 이용한 간섭 제거 장치의 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 재생성부의 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 판별부의 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 수신기의 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 재생성을 이용한 간섭 제거 방법의 흐름도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범주는 청구항에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어 실제로 필요한 경우 외에는 생략될 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하 사용되는 '…부', '…기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상향 링크 위성 통신의 비직교 다중 접속 시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 상향 링크 위성 통신의 비직교 다중 접속(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA) 시스템은 신호 재생성을 이용한 간섭 제거 장치(100)(이하, "간섭 제거 장치(100)"로 지칭), 강신호 단말(200) 및 약신호 단말(300)을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 간섭 제거 장치(100)는 파워 도메인 기반의 비직교 다중 접속 신호를 사용할 수 있으며, 비직교 다중 접속의 두 신호의 세기에 대해 소정의 크기(dB) 만큼 차이를 두어 사용할 수 있다. 본 발명의 실시예에서 두 신호 중 상대적으로 크기(dB)가 큰 신호를 강신호라고 지칭하고, 상대적으로 크기(dB)가 작은 신호를 약신호라고 지칭한다. 간섭 제거 장치(100)는 상향 링크로 지상 단말의 신호를 수신하는 위성에 탑재된 컴퓨터 장치를 포함할 수 있다.
간섭 제거 장치(100)는 강신호 단말(200) 및 약신호 단말(300)의 신호가 중첩된 중첩 신호를 비직교 다중 접속 방식으로 동시에 수신할 수 있다. 일 예로, 간섭 제거 장치(100)는 비직교 다중 접속 방식의 트래픽 채널을 통해 강신호 단말(200)의 신호와 약신호 단말(300)의 신호를 중첩하여 수신할 수 있다. 일 예로, 간섭 제거 장치(100)는 TDMA(Time Division Multiple Access) 방식의 동기 채널을 통해 강신호에 대응하는 주파수 채널 및 약신호에 대응하는 주파수 채널을 추정하고, 동기를 수행할 수 있다.
강신호 단말(200)은 비직교 다중 접속 시스템의 신호 중 상대적으로 파워가 큰 신호를 간섭 제거 장치(100)에 송신하는 단말이다. 강신호 단말(200)은 트래픽 채널을 통해 강신호를 송신하고, 동기 채널을 통해 강신호에 대응하는 동기 신호를 송신할 수 있다.
약신호 단말(300)은 비직교 다중 접속 시스템의 신호 중 상대적으로 파워가 작은 신호를 간섭 제거 장치(100)에 송신하는 단말이다. 약신호 단말(300)은 트래픽 채널을 통해 약신호를 송신하고, 동기 채널을 통해 약신호에 대응하는 동기 신호를 송신할 수 있다.
강신호 단말(200) 및 약신호 단말(300)은 트래픽 채널과 동기 채널을 동시에 운용하며, 강신호 단말(200) 및 약신호 단말(300)의 변조 방식은 차동적(Differential) 변조 방식을 사용할 수 있다.
간섭 제거 장치(100)는 중첩 신호와 동기 신호를 동시에 수신하며, 간섭 제거를 위해, 강신호를 먼저 복조 및 디코딩하여 추출된 강신호 비트를 원신호로서 재생성하고, 수신된 중첩 신호에서 재생성된 강신호를 제거하여 약신호의 데이터를 복조할 수 있다. 이를 수행하는 간섭 제거 장치(100)의 구체적 구성은 도 2와 같다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 간섭 제거 장치(100)의 구성도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 간섭 제거 장치(100)는 하나 이상의 프로세서에 의해 전반적인 동작이 수행될 수 있고, 하나 이상의 프로세서는 도 2에 포함된 기능 블록들이 후술할 동작들을 수행하도록 제어할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 간섭 제거 장치(100)는 제1 수신기(110), 채널 추정부(120), 신호 재생성부(130), 판별부(140) 및 제2 수신기(150)를 포함할 수 있다.
제1 수신기(110)는 비직교 다중 접속 시스템에서 강신호 및 약신호를 포함하는 중첩 신호를 수신하여, 중첩 신호를 복조하고 디코딩하여 강신호 비트를 추출할 수 있다. 제1 수신기(110)는 트래픽 신호를 수신하여 오프셋 보정, 복조 및 디코딩을 수행하는 장치로서, 도 3에 예시된 구체적 기능 블록과 같은 일반적인 수신기의 구성을 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 재생성을 이용한 간섭 제거 장치(100)의 예시도이다.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 제1 수신기(110)는 수신한 중첩 신호의 크기를 일정 범위로 유지시키는 자동 이득 제어부(Auto Gain Control, AGC), 자동 이득 제어부가 출력한 신호를 샘플링하는 제곱근 올림 코사인 필터부(Square Root Raised Cosine Rx Filter), 오프셋 주파수 판별값을 기반으로 제곱근 올림 코사인 필터부가 출력한 신호의 주파수 오프셋 보정을 수행하여 오프셋 보정 중첩 신호를 생성하는 주파수 오프셋 보정부, 주파수 오프셋 보정부가 출력한 신호에 대해 타이밍 오프셋을 보정하는 타이밍 오프셋 보정부, 타이밍 오프셋 보정부가 출력한 신호에 대해 보다 정교한 주파수 오프셋 보정을 수행하는 미세 주파수 오프셋 보정부, 미세 주파수 오프셋 보정부가 출력한 신호에 대해 위상 오프셋 보정을 수행하는 위상 오프셋 보정부, 오프셋 보정이 수행된 신호를 복조하는 복조부 및 채널 디코딩을 수행하여 신호의 비트를 추출하는 채널 디코딩부를 포함할 수 있다.
도 3의 각 기능 블록을 통과하는 입력 신호 및 출력 신호는 아래 표 1의 예시와 같을 수 있다. 다만, 표 1의 신호는 이해를 위한 예시일 뿐 이에 한정되는 것은 아니다.
블록 입력 신호 출력 신호
자동 이득 제어부 중첩 트래픽 신호(NOMA) 입력 세기와 무관하게 일정한 세기를 갖는 중첩 트래픽 신호(NOMA)
제곱근 올림 코사인 필터 입력 세기와 무관하게 일정한 세기를 갖는 중첩 트래픽 신호(NOMA) 정합 필터로서 신호대 잡음비 이득을 얻은 중첩 트래픽 신호
주파수 오프셋 보정부 1. 정합 필터로서 신호대 잡음비 이득을 얻은 중첩 트래픽 신호
2. 강신호의 동기 신호를 통해 얻은 오프셋 주파수 판별값		 미세 주파수 오프셋을 보정한 중첩 트래픽 신호
타이밍 오프셋 보정부 미세 주파수 오프셋을 보정한 중첩 트래픽 신호 심볼 타이밍 오프셋이 보정된 중첩 트래픽 신호
미세 주파수 오프셋 보정부 심볼 타이밍 오프셋이 보정된 중첩 트래픽 신호 미세 주파수 오프셋이 보정된 중첩 트래픽 신호
위상 오프셋 보정부 미세 주파수 오프셋이 보정된 중첩 트래픽 신호 위상 오프셋이 보정된 중첩 트래픽 신호
복조부 위상 오프셋이 보정된 중첩 트래픽 신호 차동 복조를 통해 얻은 강신호의 비트 데이터
채널 디코딩부 차동 복조를 통해 얻은 강신호의 비트 데이터 채널 디코딩을 통해 얻은 강신호 비트
채널 추정부 동기 신호 (도 3의 예시에서는 일정한 세기를 갖고 정합 필터를 거쳐 SNR 이득을 얻었으며 미세 주파수 오프셋 및 심볼 타이밍 오프셋까지 보정된 동기 신호) 강신호의 동기 신호의 채널 추정 값
신호 재생성부 1. 채널 디코딩을 통해 얻은 강신호의 비트
2. 채널 추정값		 재생성된 강신호의 트래픽 신호
판별부 1. 재생성된 강신호의 트래픽 신호
2. 미세 주파수 보정부 출력 (도 3의 예시에서는 일정한 세기를 갖고 정합 필터를 통해 SNR 이득을 얻었으며, 미세 주파수 오프셋이 보정된 중첩 트래픽 신호)		 약신호의 트래픽 신호
제2 수신기 약신호의 트래픽 신호 약신호의 비트
채널 추정부(120)는 강신호와 대응하는 동기 신호를 수신하여 강신호의 채널 추정값을 판별할 수 있다. 채널 추정부(120)는 동기 신호를 수신하여 동기를 수행하고 오프셋 및 채널을 추정하는 장치로서, 도 3에 예시된 구체적 기능 블록과 같은 일반적인 구성을 포함할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 채널 추정부(120)는 강신호와 대응하는 동기 신호의 크기를 일정 범위로 유지시키는 자동 이득 제어부(Auto Gain Control, AGC), 자동 이득 제어부가 출력한 신호를 오버 샘플링하는 제곱근 올림 코사인 필터부(Square Root Raised Cosine Rx Filter), 제곱근 올림 코사인 필터부가 출력한 신호에 대해 주파수 오프셋 보정을 수행하고, 동기 신호에 포함된 정보를 기초로 트래픽 채널의 강신호에 사용된 주파수 오프셋 값을 판별하는 주파수 오프셋 보정부, 주파수 오프셋 보정부가 출력한 신호에 대해 타이밍 오프셋을 보정하는 타이밍 오프셋 보정부 및 타이밍 오프셋 보정부가 출력한 신호를 기초로 강신호의 사용 채널을 추정하는 채널 추정값을 판별하는 채널 추정부를 포함할 수 있다.
신호 재생성부(130)는 제1 수신기(110)가 출력한 강신호 비트와 채널 추정부(120)가 출력한 채널 추정값을 이용하여 재생성 강신호를 생성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 재생성부(130)의 예시도이다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 신호 재생성부(130)는 강신호 비트를 인코딩하는 채널 코딩부(131), 상기 인코딩된 강신호 비트를 변조하는 변조부(132), 변조된 신호에 대해 두 번의 샘플링(N oversampling, N/2 downsampling)을 수행하는 두 개의 제곱근 올림 코사인 필터부(133, 134) 및 샘플링된 신호와 채널 추정값을 이용하여 재생성 강신호를 생성하는 채널 필터부(135)를 포함할 수 있다.
도 4의 각 기능 블록을 통과하는 입력 신호 및 출력 신호는 아래 표 2의 예시와 같을 수 있다. 다만, 표 2의 신호는 이해를 위한 예시일 뿐 이에 한정되는 것은 아니다.
블록 입력 신호 출력 신호
채널 코딩부 강신호의 비트 채널 코딩된 비트
변조부 채널 코딩된 비트 차동 변조된 심볼
제곱근 올림 코사인 필터부(N oversample) 차동 변조된 심볼 N(지상 송신 단말과 같은 값)으로 오버샘플링된 신호
제곱근 올림 코사인 필터부(N/2 downsample) N(지상 송신 단말과 같은 값)으로 오버샘플링된 신호 N/2으로 downsample되어 심볼당 2개의 sample을 갖는 신호
채널 필터부 1. N/2으로 다운샘플링되어 심볼당 2개의 샘플을 갖는 신호
2. 채널 추정값		 채널 추정값을 필터 계수로 사용한 필터를 통과한 신호
판별부(140)는 오프셋 보정 중첩 신호와 재생성 강신호의 파워 차이값을 기초로 오프셋 보정 중첩 신호와 재생성 강신호의 합 또는 차로 구성된 판별 신호를 발생시켜 직렬 간섭 제거(Successive Interference Cancellation, SIC)를 수행할 수 있다. 강신호와 약신호는 서로 다른 도플러 채널을 통과하기 때문에, 판별부(140)는 보다 정확한 복조를 수행하기 위해서 두 비트의 위상 차이를 이용한 차동 변조 방식을 적용할 수 있다. 즉, 차동 변조 방식에서는 신호를 재생성 하는데 한 비트에서 에러가 발생하면, 그 다음 비트부터는 원 신호와 180도의 반대 위상을 갖는 신호를 생성하게 된다. 이를 해결하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 판별부(140)는 두 신호의 합과 차의 기준을 두어, 차잇값의 평균 파워(mean power)가 특정 임계값보다 클 경우와 작을 경우를 구분하여 신호를 스위칭할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 판별부(140)의 예시도이다.
도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 판별부(140)는 오프셋 보정 중첩 신호에서 재생성 강신호를 차감한 제1 신호를 생성하는 차감부(141), 오프셋 보정 중첩 신호에서 재생성 강신호를 합산한 제2 신호를 생성하는 합산부(142), 제1 신호의 파워를 측정하는 파워 측정부(143) 및 제1 신호의 파워 크기가 소정의 임계값보다 작거나 같으면 제1 신호를 판별 신호로 출력하고, 제1 신호의 파워 크기가 소정의 임계값보다 크면 제2 신호를 판별 신호로 출력하는 스위치부(144)를 포함할 수 있다.
제2 수신기(150)는 판별부(140)가 출력한 판별 신호를 복조하고 디코딩하여 약신호 비트를 추출할 수 있다. 제2 수신기(150)는 트래픽 신호를 수신하여 오프셋 보정, 복조 및 디코딩을 수행하는 장치로서, 도 6에 예시된 구체적 기능 블록과 같은 일반적인 구성을 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 수신기(150)의 예시도이다.
도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른 제2 수신기(150)는 입력된 신호의 크기를 일정 범위로 유지시키는 자동 이득 제어부(Auto Gain Control, AGC), 자동 이득 제어부가 출력한 신호를 샘플링하는 제곱근 올림 코사인 필터부(Square Root Raised Cosine Rx Filter), 오프셋 주파수 판별값을 기반으로 제곱근 올림 코사인 필터부가 출력한 신호의 주파수 오프셋 보정을 수행하여 오프셋 보정 중첩 신호를 생성하는 주파수 오프셋 보정부, 주파수 보정부가 출력한 신호에 대해 타이밍 오프셋을 보정하는 타이밍 오프셋 보정부, 타이밍 오프셋 보정부가 출력한 신호에 대해 보다 정교한 주파수 오프셋 보정을 수행하는 미세 주파수 오프셋 보정부, 미세 주파수 오프셋 보정부가 출력한 신호에 대해 위상 오프셋 보정을 수행하는 위상 오프셋 보정부, 오프셋 보정이 수행된 신호를 복조하는 복조부 및 채널 디코딩을 수행하여 신호의 비트를 추출하는 채널 디코딩부를 포함할 수 있다.
도 6의 각 기능 블록을 통과하는 입력 신호 및 출력 신호는 아래 표 3의 예시와 같을 수 있다. 다만, 표 3의 신호는 이해를 위한 예시일 뿐 이에 한정되는 것은 아니다.
블록 입력 신호 출력 신호
자동 이득 제어부 약신호 입력 세기와 무관하게 일정한 세기를 갖는 약신호
제곱근 올림
코사인 필터		 입력 세기와 무관하게 일정한 세기를 갖는 약신호 정합 필터로서 신호대 잡음비 이득을 얻은 중첩 트래픽 신호
주파수 오프셋 보정부 정합 필터로서 신호대 잡음비 이득을 얻은 중첩 트래픽 신호 주파수 오프셋이 보정된 약신호
타이밍 오프셋 보정부 주파수 오프셋을 보정한 약신호 심볼 타이밍 오프셋이 보정된 약신호
미세 주파수 보정부 심볼 타이밍 오프셋이 보정된 약신호 미세 주파수 오프셋이 보정된 약신호
위상 오프셋 보정부 미세 주파수 오프셋이 보정된 약신호 위상 오프셋이 보정된 약신호
복조부 위상 오프셋이 보정된 약신호 차동 복조를 통해 얻은 약신호의 비트 데이터
채널 디코딩부 차동 복조를 통해 얻은 약신호의 비트 데이터 채널 디코딩을 통해 얻은 약신호 비트
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 간섭 제거 방법의 흐름도이다. 도 7에 따른 간섭 제거 방법의 각 단계는 도 2를 통해 설명된 간섭 제거 장치(100)에 의해 수행될 수 있으며, 각 단계를 설명하면 다음과 같다.
S1010 단계에서, 제1 수신기(110)는 비직교 다중 접속 시스템에서 강신호 및 약신호를 포함하는 중첩 신호를 수신하여, 중첩 신호를 복조하고 디코딩하여 강신호 비트를 추출할 수 있다.
S1020 단계에서, 채널 추정부(120)는 강신호와 대응하는 동기 신호를 수신하여 강신호의 채널 추정값을 판별할 수 있다.
S1030 단계에서, 신호 재생성부(130)는 강신호 비트 및 채널 추정값을 이용하여 재생성 강신호를 생성할 수 있다.
S1040 단계에서, 판별부(140)는 오프셋 보정 중첩 신호와 재생성 강신호의 파워 차이값을 기초로 오프셋 보정 중첩 신호와 재생성 강신호의 합 또는 차로 구성된 판별 신호를 발생시켜 직렬 간섭 제거를 수행할 수 있다.
S1050 단계에서, 제2 수신기(150)는 판별 신호를 복조하고 디코딩하여 약신호 비트를 추출할 수 있다.
한편, 도 7에 도시된 단계 외에도, 상술한 프레임 제1 수신기(110), 채널 추정부(120), 신호 재생성부(130), 판별부(140) 및 제2 수신기(150)가 도 2 내지 도 6과 함께 설명된 동작을 수행하는 실시예들을 다양하게 구성함에 따라, 도 7의 단계에서도 각 기능 블록이 수행하는 새로운 단계가 부가될 수 있으며, 추가적인 단계의 구성 및 각 단계의 주체인 구성 요소들이 해당 단계를 실시하기 위한 동작은 도 2 내지 도 6에서 설명하였으므로 중복된 설명은 생략한다.
상술한 실시예들에 따르면, 본 발명의 실시예는 도플러 영향이 큰 저궤도 위성 통신에서 탁월하며 파워 도메인 기반의 비직교 다중 접속 시스템 운용 시, 두 신호의 세기 차이가 낮은 구간에서도 직렬 간섭 제거를 수행할 수 있으므로, 두 신호의 세기 차이를 넓은 범위에서 효과적으로 운용할 수 있게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 품질에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 간섭 제거 장치
110: 제1 수신기
120: 채널 추정부
130: 신호 재생성부
131: 채널 코딩부
132: 변조부
133, 134: 제곱근 올림 코사인 필터부
135: 채널 필터부
140: 판별부
141: 차감부
142: 합산부
143: 파워 측정부
144: 스위치부
150: 제2 수신기
200: 강신호 단말
300: 약신호 단말

Claims (16)

  1. 비직교 다중 접속(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA) 시스템에서 강신호 및 약신호를 포함하는 중첩 신호를 수신하여, 상기 중첩 신호를 복조하고 디코딩하여 강신호 비트를 추출하는 제1 수신기;
    상기 강신호와 대응하는 동기 신호를 수신하여 상기 강신호의 채널 추정값을 판별하는 채널 추정부;
    상기 강신호 비트 및 상기 채널 추정값을 이용하여 재생성 강신호를 생성하는 신호 재생성부; 및
    오프셋 보정 중첩 신호와 상기 재생성 강신호의 파워 차이값을 기초로 상기 오프셋 보정 중첩 신호와 상기 재생성 강신호의 합 또는 차로 구성된 판별 신호를 발생시켜 직렬 간섭 제거(Successive Interference Cancellation, SIC)를 수행하는 판별부를 포함하는,
    간섭 제거 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 채널 추정부는,
    상기 강신호와 대응하는 동기 신호의 크기를 일정 범위로 유지시키는 자동 이득 제어부;
    상기 자동 이득 제어부가 출력한 신호를 샘플링하는 제곱근 올림 코사인 필터부;
    제곱근 올림 코사인 필터부가 출력한 신호에 대해 주파수 오프셋 보정을 수행하는 주파수 오프셋 보정부;
    상기 주파수 오프셋 보정부가 출력한 신호에 대해 타이밍 오프셋을 보정하는 타이밍 오프셋 보정부; 및
    상기 타이밍 오프셋 보정부가 출력한 신호를 기초로 상기 강신호의 사용 채널을 추정하는 상기 채널 추정값을 판별하는 채널 추정부를 포함하는,
    간섭 제거 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 주파수 오프셋 보정부는,
    상기 동기 신호를 기초로 상기 강신호에 사용된 주파수 오프셋 값을 판별하는,
    간섭 제거 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 수신기는,
    상기 주파수 오프셋 값을 기초로 상기 중첩 신호의 주파수 보정을 수행하여 상기 오프셋 보정 중첩 신호를 생성하고 상기 판별부에 전달하는,
    간섭 제거 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 신호 재생성부는,
    상기 강신호 비트를 인코딩하는 채널 코딩부;
    상기 인코딩된 강신호 비트를 변조하는 변조부;
    변조된 신호를 샘플링하는 제곱근 올림 코사인 필터부; 및
    상기 샘플링된 신호와 상기 채널 추정값을 이용하여 상기 재생성 강신호를 생성하는 채널 필터부를 포함하는,
    간섭 제거 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 판별부는,
    상기 오프셋 보정 중첩 신호에서 상기 재생성 강신호를 차감한 제1 신호를 생성하는 차감부;
    상기 오프셋 보정 중첩 신호에서 상기 재생성 강신호를 합산한 제2 신호를 생성하는 합산부;
    상기 제1 신호의 파워를 측정하는 파워 측정부; 및
    상기 제1 신호의 파워 크기가 소정의 임계값보다 작거나 같으면 상기 제1 신호를 상기 판별 신호로 출력하고, 상기 제1 신호의 파워 크기가 소정의 임계값보다 크면 상기 제2 신호를 상기 판별 신호로 출력하는 스위치부를 포함하는,
    간섭 제거 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 장치는,
    상기 판별 신호를 복조하고 디코딩하여 약신호 비트를 추출하는 제2 수신기를 더 포함하는,
    간섭 제거 장치.
  8. 간섭 제거 장치가 수행하는 간섭 제거 방법에 있어서,
    비직교 다중 접속(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA) 시스템에서 강신호 및 약신호를 포함하는 중첩 신호를 수신하여, 상기 중첩 신호를 복조하고 디코딩하여 강신호 비트를 추출하는 단계;
    상기 강신호와 대응하는 동기 신호를 수신하여 상기 강신호의 채널 추정값을 판별하는 단계;
    상기 강신호 비트 및 상기 채널 추정값을 이용하여 재생성 강신호를 생성하는 단계; 및
    오프셋 보정 중첩 신호와 상기 재생성 강신호의 파워 차이값을 기초로 상기 오프셋 보정 중첩 신호와 상기 재생성 강신호의 합 또는 차로 구성된 판별 신호를 발생시켜 직렬 간섭 제거(Successive Interference Cancellation, SIC)를 수행하는 단계를 포함하는,
    간섭 제거 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 채널 추정값을 판별하는 단계는,
    상기 강신호와 대응하는 동기 신호의 크기를 일정 범위로 유지시켜 출력하는 단계;
    상기 출력된 신호를 샘플링하는 단계;
    상기 출력된 신호에 대해 주파수 오프셋 보정을 수행하는 단계;
    상기 출력된 신호에 대해 타이밍 오프셋을 보정하는 단계; 및
    상기 출력된 신호를 기초로 상기 강신호의 사용 채널을 추정하는 상기 채널 추정값을 판별하는 단계를 포함하는,
    간섭 제거 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 채널 추정값을 판별하는 단계는,
    상기 동기 신호를 기초로 상기 강신호에 사용된 주파수 오프셋 값을 판별하는 단계를 더 포함하는,
    간섭 제거 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 강신호 비트를 추출하는 단계는,
    상기 주파수 오프셋 값을 기초로 상기 중첩 신호의 주파수 보정을 수행하여 상기 오프셋 보정 중첩 신호를 생성하는 단계를 포함하는,
    간섭 제거 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 재생성 강신호를 생성하는 단계는,
    상기 강신호 비트를 인코딩하는 단계;
    상기 인코딩된 강신호 비트를 변조하는 단계;
    상기 변조된 신호를 샘플링하는 단계; 및
    상기 샘플링된 신호와 상기 채널 추정값을 이용하여 상기 재생성 강신호를 생성하는 단계를 포함하는,
    간섭 제거 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 직렬 간섭 제거를 수행하는 단계는,
    상기 오프셋 보정 중첩 신호에서 상기 재생성 강신호를 차감한 제1 신호를 생성하는 단계;
    상기 오프셋 보정 중첩 신호에서 상기 재생성 강신호를 합산한 제2 신호를 생성하는 단계;
    상기 제1 신호의 파워를 측정하는 단계; 및
    상기 제1 신호의 파워 크기가 소정의 임계값보다 작거나 같으면 상기 제1 신호를 상기 판별 신호로 출력하고, 상기 제1 신호의 파워 크기가 소정의 임계값보다 크면 상기 제2 신호를 상기 판별 신호로 출력하는 단계를 포함하는,
    간섭 제거 방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 판별 신호를 복조하고 디코딩하여 약신호 비트를 추출하는 단계를 더 포함하는,
    간섭 제거 방법.
  15. 컴퓨터 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독 가능 기록매체로서,
    비직교 다중 접속(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA) 시스템에서 강신호 및 약신호를 포함하는 중첩 신호를 수신하여, 상기 중첩 신호를 복조하고 디코딩하여 강신호 비트를 추출하는 단계;
    상기 강신호와 대응하는 동기 신호를 수신하여 상기 강신호의 채널 추정값을 판별하는 단계;
    상기 강신호 비트 및 상기 채널 추정값을 이용하여 재생성 강신호를 생성하는 단계; 및
    오프셋 보정 중첩 신호와 상기 재생성 강신호의 파워 차이값을 기초로 상기 오프셋 보정 중첩 신호와 상기 재생성 강신호의 합 또는 차로 구성된 판별 신호를 발생시켜 직렬 간섭 제거(Successive Interference Cancellation, SIC)를 수행하는 단계를 포함하는,
    간섭 제거 방법을 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하는, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
  16. 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장되어 있는 컴퓨터 프로그램으로서,
    비직교 다중 접속(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA) 시스템에서 강신호 및 약신호를 포함하는 중첩 신호를 수신하여, 상기 중첩 신호를 복조하고 디코딩하여 강신호 비트를 추출하는 단계;
    상기 강신호와 대응하는 동기 신호를 수신하여 상기 강신호의 채널 추정값을 판별하는 단계;
    상기 강신호 비트 및 상기 채널 추정값을 이용하여 재생성 강신호를 생성하는 단계; 및
    오프셋 보정 중첩 신호와 상기 재생성 강신호의 파워 차이값을 기초로 상기 오프셋 보정 중첩 신호와 상기 재생성 강신호의 합 또는 차로 구성된 판별 신호를 발생시켜 직렬 간섭 제거(Successive Interference Cancellation, SIC)를 수행하는 단계를 포함하는,
    간섭 제거 방법을 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하는, 컴퓨터 프로그램.
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