WO2023054771A1 - 통신 시스템에서 pi/2-펄스 진폭 변조 심볼 및 스펙트럼 성형을 이용한 송신기, 이의 송신 방법, 수신기 및 이의 수신 방법 - Google Patents
통신 시스템에서 pi/2-펄스 진폭 변조 심볼 및 스펙트럼 성형을 이용한 송신기, 이의 송신 방법, 수신기 및 이의 수신 방법 Download PDFInfo
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Definitions
- the present invention relates to signal transmission and reception using pi/2-pulse amplitude modulation (PAM) symbols and frequency-domain spectrum shaping (FDSS) in a communication system.
- PAM pi/2-pulse amplitude modulation
- FDSS frequency-domain spectrum shaping
- DFT discrete Fourier transform
- SC-FDMA single-carrier frequency domain multiple access
- OFDM transform-spread orthogonal frequency-division multiplexing
- DFT-spread OFDM is adopted for low PAPR performance as well as orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) for uplink.
- DFT-spread OFDM adopted in 5G mobile communication compared to 4G mobile communication uses pi/2-BPSK (binary phase shift keying) symbols and frequency-domain spectrum shaping (FDSS: frequency-domain spectrum shaping) to further improve PAPR performance. ) support.
- the use of the pi/2-BPSK symbol halves the frequency efficiency compared to the conventional QPSK symbol, and as a result, PAPR performance improvement is obtained at the expense of frequency efficiency. That is, PAPR and frequency efficiency generally have a trade-off relationship, but 5G mobile communication cannot provide a frequency efficiency value between pi/2-BPSK and QPSK.
- the prior art does not provide a method of transmitting a pi/2-pulse amplitude modulation (PAM) symbol that generalizes pi/2-BPSK.
- PAM pi/2-pulse amplitude modulation
- An object of the present invention is to provide a DFT-spread OFDM transmitter designed with a frequency domain spectral shaping vector to easily trade off PAPR and frequency efficiency without additional constellation rotation without pi/2-PAM inter-symbol interference, a transmission method, and a transmission method therefor. It is to provide a DFT-spread OFDM receiver and a receiving method capable of receiving a signal according to the present invention.
- a discrete Fourier transform (DFT)-spread orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) transmitter includes M pulse amplitude modulation (PAM) symbols.
- symbol vector ( ) is phase-shifted to obtain a pi/2-PAM symbol vector ( ), and the M-point DFT matrix ( ), the pi / 2-PAM symbol vector ( ) to spread the DFT spread pi/2-PAM symbol vector ( ), and the DFT spread pi / 2-PAM symbol vector ( )
- the frequency domain spectrum shaping unit is the DFT spread pi / 2-PAM symbol vector ( ) to the first shaping vector ( ) by Hadamard product, the frequency domain spectral shaped pi / 2-PAM symbol vector ( ) is generated, but the first shaping vector ( ) may be determined according to M and the number L of the subcarriers to be used.
- the first shape vector ( ) The mth component of is the following equation
- the frequency domain spectrum shaping unit includes the first shaping vector ( ) to a window vector of any one of Hamming, Hanning, Keiser, Gaussian, Tukey, Blackmann, and Dolph-Chebyshev ( ) second shape vector generated by Hadamard multiplication ( ) can be used to perform frequency domain spectral shaping.
- a DFT-spread OFDM transmission method performed by a discrete Fourier transform (DFT)-spread orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) transmitter according to another embodiment of the present invention
- M A symbol vector including pulse amplitude modulation (PAM) symbols ( ) is phase-shifted to obtain a pi/2-PAM symbol vector ( ), and the M-point DFT matrix ( ), the pi / 2-PAM symbol vector ( ) to spread the DFT spread pi/2-PAM symbol vector ( ), and the DFT spread pi / 2-PAM symbol vector ( )
- the frequency domain spectral shaped pi / 2-PAM symbol vector ( ) is the DFT spread pi / 2-PAM symbol vector ( ) to the first shaping vector ( ) by Hadamard product, the frequency domain spectral shaped pi / 2-PAM symbol vector ( ) is generated, but the first shaping vector ( ) may be determined according to M and the number L of the subcarriers to be used.
- the first shape vector ( ) The mth component of is the following equation
- the frequency domain spectral shaped pi / 2-PAM symbol vector ( ) The step of generating the first shape vector ( ) to a window vector of any one of Hamming, Hanning, Keiser, Gaussian, Tukey, Blackmann, and Dolph-Chebyshev ( ) second shape vector generated by Hadamard multiplication ( ) can be used to perform frequency domain spectral shaping.
- a discrete Fourier transform (DFT)-spread orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) receiver includes a signal passing through a channel ( ) is received, and the signal ( ) by removing the cyclic prefix (CP) from the vector with the cyclic prefix removed ( ), and a vector from which the cyclic prefix is removed ( ) by performing N-point discrete Fourier transform (N-point DFT) to generate a frequency domain reception vector, and selecting a part corresponding to a subcarrier of the allocated frequency range from the frequency domain reception vector A vector of length L ( ) After generating the vector ( ) by performing zero padding on a vector of length M ( ), and a subcarrier selection and zero padding unit that generates the zero-padded vector ( ) to the receive shaping vector ( ) by Hadamard multiplication of the complex conjugate vector of the frequency domain receive spectrum of length M.
- DFT discrete Fourier transform
- N-point DFT N-point discrete Fourier transform
- the zero padding is the vector ( ) can be performed by appending (M-L+1)/2 zeros (0) in front and (ML-1)/2 zeros (0) after it.
- the frequency domain reception spectrum shaping unit includes a first shaping vector including one or more zero (0) components ( ) to the channel equalization vector ( ) to a third shaping vector ( ) can be used to perform frequency domain receive spectrum shaping.
- a DFT-spread OFDM receiving method performed by a discrete Fourier transform (DFT)-spread orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) receiver includes: signal passed through ( ) is received, and the signal ( ) by removing the cyclic prefix (CP) from the vector with the cyclic prefix removed ( ), and the vector from which the cyclic prefix has been removed ( Generating a frequency domain reception vector by performing N-point discrete Fourier transform (DFT) on ), and selecting a part corresponding to a subcarrier of an allocated frequency range from the frequency domain reception vector ( ) and then performing zero padding, and the zero-padded vector ( ) to the receive shaping vector ( ) by Hadamard multiplication of the conjugate complex vector of the frequency domain receive spectrum shaped vector ( ), and the frequency domain receive spectrum shaped vector ( ) to the DFT matrix ( ) by multiplying the despread vector ( ), and the despread vector ( ), the phase shift matrix
- the zero padding is the vector ( ) can be performed by appending (M-L+1)/2 zeros (0) in front and (ML-1)/2 zeros (0) after it.
- the frequency domain receive spectrum shaped vector ( ) The step of generating a first shape vector (including one or more zero (0) components) ) to the channel equalization vector ( ) to a third shaping vector ( ) can be used to perform frequency domain receive spectrum shaping.
- the disclosed technology may have the following effects. However, it does not mean that a specific embodiment must include all of the following effects or only the following effects, so it should not be understood that the scope of rights of the disclosed technology is limited thereby.
- the frequency domain spectral shaping vector can be designed to easily trade off PAPR and frequency efficiency without additional phase rotation.
- FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a DFT-spread OFDM transmitter according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a detailed block diagram of a phase shifter of FIG. 1 .
- FIG. 3 is a detailed block diagram of the DFT spreading unit of FIG. 1 .
- FIG. 4 is a detailed block diagram of the frequency domain spectrum shaping unit of FIG. 1 .
- FIG. 5 is a flowchart of a DFT-spread OFDM transmission method according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of a DFT-spread OFDM receiver according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 7 is a flowchart of a DFT-spread OFDM receiving method according to an embodiment of the present invention.
- 8 is a graph showing frequency efficiency according to the number of BPSK symbols transmitted in a fixed number of subcarriers.
- 9 is a graph showing PAPR performance according to the number of BPSK symbols transmitted in a fixed number of subcarriers.
- first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first element may be termed a second element, and similarly, a second element may be termed a first element, without departing from the scope of the present invention.
- FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a DFT-spread OFDM transmitter according to an embodiment of the present invention
- FIG. 2 is a block diagram showing the phase shift unit of FIG. 1 in detail
- FIG. 3 is a detailed block diagram of the DFT spread unit of FIG.
- FIG. 4 is a detailed block diagram of the frequency domain spectrum shaping unit of FIG. 1 .
- a DFT-spread OFDM transmitter 100 includes a phase shifter 110, a DFT spreader 120, a frequency domain spectrum shaping unit 130, a subcarrier allocation unit ( 140) and a signal generator 150.
- the signal generator 150 may include an N-point IDFT unit 151 and a cyclic prefix inserter 153.
- the phase shifter 110 is a symbol vector including M PAM symbols ( ) is phase-shifted to obtain a pi/2-PAM symbol vector ( ) to create where M is an even number.
- the pi / 2-PAM symbol vector ( )Is It can be generated by, and the phase shift matrix, which is a diagonal matrix ( ) can be defined by Equation 1.
- phase shift matrix ( ) does not necessarily have only 1 and j as diagonal components, and the lth diagonal component and the (l+1)th diagonal component need only have a phase difference of +90° or -90°.
- the phase shift is a diagonal matrix ( ) as a symbol vector ( ) by Hadamard product.
- the DFT spreading unit 120 is a DFT matrix ( ), the pi / 2-PAM symbol vector ( ) to spread the DFT spread pi/2-PAM symbol vector ( ) to create As shown in FIG. 3, the DFT spread pi / 2-PAM symbol vector ( )Is It can be generated by, where the DFT matrix ( The (i, j) component of ) can be determined by Equation 2.
- indices i and j satisfy 1 ⁇ i ⁇ M and 1 ⁇ j ⁇ M, respectively.
- the frequency domain spectrum shaping unit 130 generates the DFT spread pi/2-PAM symbol vector ( A first shaping vector including one or more zero (0) components in ) ( ) by multiplying each component of the frequency domain spectrally shaped pi / 2-PAM symbol vector ( ) to create Alternatively, as shown in FIG. 4, the frequency domain spectral shaped pi / 2-PAM symbol vector ( ) is the DFT spread pi / 2-PAM symbol vector ( ) to the first forming vector ( ) by the Hadamard product or the first shaping vector ( ) as diagonal elements It can also be created by multiplying A first shaping vector of size M ⁇ 1 ( ) can be defined by Equation 3.
- the first shaping vector ( ) is a symbol vector ( ) may be determined according to the length M and the number L of allocated subcarriers. where L is an odd number. Specifically, the first shape vector ( ) The m-th component of ) can be determined by Equation 4.
- the frequency domain spectrum shaping unit 130 generates the first shaping vector ( ) to a window vector of any one of Hamming, Hanning, Keiser, Gaussian, Tukey, Blackmann, and Dolph-Chebyshev ( ) second shape vector generated by Hadamard multiplication ( ) can be used to perform frequency domain spectral shaping.
- the subcarrier allocator 140 generates the frequency domain spectrally shaped pi/2-PAM symbol vector ( In ), L non-zero components are allocated to subcarriers in the allocated frequency range.
- the frequency domain spectral shaped pi/2-PAM symbol vector ( ) is allocated to the subcarrier, the DFT-spread OFDM signal ( ) is created. Since the operations of the N-point IDFT unit 151 and the cyclic prefix inserter 153 are widely known in the art to which the present invention pertains, description thereof will be omitted herein.
- FIG. 5 is a flowchart of a DFT-spread OFDM transmission method according to an embodiment of the present invention.
- a DFT-spread OFDM transmission method may be performed by the DFT-spread OFDM transmitter 100 of FIG. 1 .
- a symbol vector including M PAM symbols ( ) is phase-shifted to obtain a pi/2-PAM symbol vector ( ) to create where M is an even number.
- the pi/2-PAM symbol vector ( )Is It can be generated by, and a phase shift matrix that is a diagonal matrix ( ) can be defined by Equation 1.
- step S520 the DFT matrix ( ), the pi / 2-PAM symbol vector ( ) to spread the DFT spread pi/2-PAM symbol vector ( ) to create At this time, the DFT matrix ( The (i, j) component of ) can be determined by Equation 2.
- the DFT spread pi / 2-PAM symbol vector ( A first shaping vector including one or more zero (0) components in ) ( ) by multiplying each component of the frequency domain spectrally shaped pi / 2-PAM symbol vector ( ) to create or the frequency domain spectral shaped pi/2-PAM symbol vector ( ) is the DFT spread pi / 2-PAM symbol vector ( ) to the first forming vector ( ) by the Hadamard product or the first shaping vector ( ) as diagonal elements It can also be created by multiplying At this time, the first shape vector ( ) The m-th component of ) can be determined by Equation 4.
- step S540 the frequency domain spectral shaped pi / 2-PAM symbol vector ( In ), L non-zero components are allocated to subcarriers in the allocated frequency range.
- step S550 the frequency domain spectral shaped pi / 2-PAM symbol vector ( ) is assigned to a subcarrier, N-point IDFT is performed, and a signal is generated by inserting a cyclic prefix.
- FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of a DFT-spread OFDM receiver according to an embodiment of the present invention.
- a DFT-spread OFDM receiver 600 includes a frequency domain received signal generator 610, a subcarrier selection and zero padding unit 620, a frequency domain receive spectrum shaping unit ( 630), an IDFT unit 640, an anti-phase shift unit 650, and an imaginary part remover 660.
- the frequency domain received signal generator 610 includes a cyclic prefix remover 611 and an N-point DFT unit 613.
- the cyclic prefix remover 611 is a signal that has passed through the channel ( ) is received, and the signal ( ), the vector with the cyclic prefix removed by removing the cyclic prefix from ( ), and the N-point DFT unit 613 removes the cyclic prefix vector ( ) to generate a frequency domain received vector by performing an N-point DFT. Since the operations of the cyclic prefix remover 611 and the N-point DFT unit 613 are well known in the art to which the present invention pertains, description thereof will be omitted herein.
- the subcarrier selection and zero padding unit 620 selects parts corresponding to the L subcarriers in the allocated frequency range from the frequency domain received vector ( ) and then performing zero padding to create a vector of length M ( ) to create Assuming that the first L subcarriers are allocated below, the vector ( ) can be defined by Equation 5.
- the zero padding is the vector ( It can be performed by attaching (M-L + 1) / 2 zeros (0) in front of and (ML - 1) / 2 zeros (0) in front of ), in which case the vector ( ) can be defined by Equation 6.
- the frequency domain receive spectrum shaping unit 630 performs the zero-padded vector ( ) to the receive shaping vector ( ) by Hadamard multiplication of the conjugate complex vector of the frequency domain receive spectrum shaped vector ( ) to create
- the receive shaping vector ( ) is the first shape vector ( ), and the first shape vector ( ) to the channel equalization vector ( ) to a third shaping vector ( ) may be the same as
- the IDFT unit 640 is the frequency domain receive spectrum shaped vector ( ) to the DFT matrix ( ) by multiplying the despread vector ( ) to create
- the anti-phase shifter 650 is the despread vector ( ), the phase shift matrix ( ), the antiphase-shifted vector ( ) to create
- the imaginary part remover 660 is the antiphase-shifted vector ( ) by taking the real part of the vector with imaginary part interference and noise removed ( ) to create Therefore, the estimate of the PAM symbol vector ( ) can be expressed as in Equation 7.
- FIG. 7 is a flowchart of a DFT-spread OFDM receiving method according to an embodiment of the present invention.
- the DFT-spread OFDM receiving method according to an embodiment of the present invention may be performed by the DFT-spread OFDM receiver 600 of FIG. 6 .
- step S710 a signal passing through the channel ( ) is received, and the signal ( ), the vector with the cyclic prefix removed by removing the cyclic prefix from ( ) is generated, and the vector with the cyclic prefix removed ( ) to generate a frequency domain received vector by performing an N-point DFT.
- step S720 a vector selected from the frequency domain reception vector corresponding to a subcarrier of an allocated frequency range ( ) and then performing zero padding to create a vector of length M ( ) to create If assigned to the first L subcarriers, the vector ( ) can be defined by Equation 5.
- the zero padding is the vector ( It can be performed by attaching (M-L + 1) / 2 zeros (0) in front of and (ML - 1) / 2 zeros (0) in front of ), in which case the vector ( ) can be defined by Equation 6.
- step S730 the zero padded vector ( ) to the receive shaping vector ( ) by Hadamard multiplication of the conjugate complex vector of the frequency domain receive spectrum shaped vector ( ) to create
- the receive shaping vector ( ) is the first shaping vector ( ), and the first shape vector ( ) to the channel equalization vector ( ) to a third shaping vector ( ) can be selected identically to
- step S740 the frequency domain receive spectrum shaped vector ( ) to the DFT matrix ( ) by multiplying the despread vector ( ) to create
- step S750 the despread vector ( ), the phase shift matrix ( ), the antiphase-shifted vector ( ) to create
- step S760 the anti-phase shifted vector ( ) by taking the real part of the vector with imaginary part interference and noise removed ( ) to create Therefore, an estimate of the PAM symbol vector ( ) can be expressed as in Equation 7.
- Equation 8 is a graph showing frequency efficiency according to the number (M) of pi/2-BPSK symbols transmitted in a fixed number of subcarriers.
- the spectral efficiency (SE) can be expressed as in Equation 8 below.
- the first shaping vector according to embodiments of the present invention has a higher frequency efficiency than the case without spectrum shaping, and when L is reduced to 25, the frequency efficiency of the case without spectrum shaping It improves the frequency efficiency by almost 2 times.
- the first shaping vector according to embodiments of the present invention has a lower PAPR than the case without spectral shaping, and by reducing L to 25, the frequency efficiency is improved by almost 2 times , still achieve lower PAPR performance.
- PAPR performance and frequency efficiency can be easily traded off by using the shaping vector according to the embodiments of the present invention.
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Abstract
심볼 간 간섭이 없으면서도 PAPR과 주파수 효율을 손쉽게 트레이드 오프할 수 있도록 주파수 영역 스펙트럼 성형 벡터가 설계된, M개의 PAM 심볼을 포함하는 심볼 벡터를 위상 편이시켜 pi/2-PAM 심볼 벡터를 생성하는 위상 편이부와, M-포인트 DFT 행렬을 이용하여 상기 pi/2-PAM 심볼 벡터를 확산시켜 DFT 확산된 pi/2-PAM 심볼 벡터를 생성하는 DFT 확산부와, 상기 DFT 확산된 pi/2-PAM 심볼 벡터의 각 성분마다 하나 이상의 영(0)인 성분을 포함하는 제 1 성형 벡터의 각 성분을 곱함으로써 주파수 영역 스펙트럼 성형된 pi/2-PAM 심볼 벡터를 생성하는 주파수 영역 스펙트럼 성형부와, 상기 주파수 영역 스펙트럼 성형된 pi/2-PAM 심볼 벡터에서 영(0)이 아닌 성분을 할당된 주파수 범위의 부반송파에 할당하는 부반송파 할당부를 포함하는 DFT-spread OFDM 송신기, 송신 방법, 및 이에 의한 신호를 수신할 수 있는 DFT-spread OFDM 수신기 및 수신 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 통신 시스템에서 pi/2-펄스 진폭 변조(PAM: pulse amplitude modulation) 심볼 및 스펙트럼 성형(FDSS: frequency-domain spectrum shaping)을 이용한 신호 송신 및 수신에 관한 것이다.
4G 이동통신에서는 상향 링크에서 낮은 첨두 대 평균 전력비(PAPR: peak-to-average power ratio)를 얻기 위해 localized SC-FDMA(single-carrier frequency domain multiple access)의 일종인 이산푸리에변환(DFT: discrete Fourier transform)-확산(spread) 직교주파수분할다중화(OFDM: orthogonal frequency-division multiplexing)가 채택되었다. 낮은 PAPR 성능은 사용자 장치(user equipment)의 전력 증폭기(power amplifier) 효율을 증가시켜 보다 넓은 셀 커버리지를 제공한다.
5G 이동통신에서도 상향 링크에 직교주파수분할다중접속(OFDMA: orthogonal frequency division multiple access)뿐만 아니라 낮은 PAPR 성능을 위해 종래의 DFT-spread OFDM을 채택하였다. 특히, 4G 이동통신에 비해 5G 이동통신에서 채택된 DFT-spread OFDM은 PAPR 성능을 더욱 개선하기 위해 pi/2-BPSK(binary phase shift keying) 심볼과 주파수 영역 스펙트럼 성형(FDSS: frequency-domain spectrum shaping)을 지원한다.
그러나 pi/2-BPSK 심볼의 사용은 종래의 QPSK 심볼에 비해 주파수 효율이 절반이 되며, 결과적으로 PAPR의 성능 개선은 주파수 효율의 희생으로 얻어진다. 즉, PAPR과 주파수 효율은 일반적으로 트레이드-오프(trade-off)의 관계를 가지는데, 5G 이동통신에서는 pi/2-BPSK와 QPSK 사이의 주파수 효율값을 제공하지 못하고 있다. 또한 종래의 기술은 pi/2-BPSK를 일반화한 pi/2-PAM(pulse amplitude modulation: 펄스 진폭 변조) 심볼의 전송 방법을 제공하지 못하고 있다. 선행기술문헌은 사실상 pi/2-PAM 심볼에 추가적인 성상 회전과 스펙트럼 성형을 이용하여 이와 유사한 효과를 거두고 있으나 6G 이후의 이동통신에서도 4G와 5G의 경우와 같이 pi/2-BPSK 심볼을 추가적인 성상회전 없이 전송하거나, 이를 일반화한 pi/2-PAM 심볼을 추가적인 성상 회전 없이 전송하는 방식을 따를 경우 새로운 성형 벡터의 설계가 필요하다. 따라서 pi/2-PAM 심볼을 추가적인 성상 회전 없이 전송할 때 PAPR과 주파수 효율을 적절히 트레이드-오프할 수 있는 본 발명이 필요하다.
(선행기술문헌)
(비특허문헌) J. Choi, J. Kim, J. H. Cho and J. S. Lehnert, "Widely-Linear Nyquist Criteria for DFT-Spread OFDM of Constellation-Rotated PAM Symbols," in IEEE Transactions on Communications, vol. 69, no. 5, pp. 2909-2922, May 2021, doi: 10.1109/TCOMM.2021.3056106.
본 발명의 목적은 pi/2-PAM 심볼간 간섭이 없으면서도 추가적인 성상회전 없이도 PAPR과 주파수 효율을 손쉽게 트레이드 오프할 수 있도록 주파수 영역 스펙트럼 성형 벡터를 설계한 DFT-spread OFDM 송신기, 송신 방법, 및 이에 의한 신호를 수신할 수 있는 DFT-spread OFDM 수신기 및 수신 방법을 제공하는 것이다.
다만, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이산푸리에변환(DFT: discrete Fourier transform)-확산(spread) 직교주파수분할다중화(OFDM: orthogonal frequency-division multiplexing) 송신기는, M개의 PAM(pulse amplitude modulation) 심볼을 포함하는 심볼 벡터(
)를 위상 편이시켜 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)를 생성하는 위상 편이부와, M-포인트 DFT 행렬(
)을 이용하여 상기 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)를 확산시켜 DFT 확산된 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)를 생성하는 DFT 확산부와, 상기 DFT 확산된 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)의 각 성분마다 하나 이상의 영(0)인 성분을 포함하는 제 1 성형 벡터(
)의 각 성분을 곱함으로써 주파수 영역 스펙트럼 성형된 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)를 생성하는 주파수 영역 스펙트럼 성형부와, 상기 주파수 영역 스펙트럼 성형된 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)에서 영(0)이 아닌 성분을 할당된 주파수 범위의 부반송파에 할당하는 부반송파 할당부를 포함한다.
일 측면에 따르면, 상기 주파수 영역 스펙트럼 성형부는 상기 DFT 확산된 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)에 상기 제 1 성형 벡터(
)를 하다마드 곱(Hadamard product)함으로써 상기 주파수 영역 스펙트럼 성형된 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)를 생성하되, 상기 제 1 성형 벡터(
)는 M 및 사용될 상기 부반송파의 개수 L에 따라 결정될 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 제 1 성형 벡터(
)의 m번째 성분은 하기의 수학식
에 의해 정의 - 여기서, m = 1, 2, …, M 이고, M은 짝수이고 L은 홀수이며 M/2<L<M 임 - 될 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 주파수 영역 스펙트럼 성형부는 상기 제 1 성형 벡터(
)에 Hamming, Hanning, Keiser, Gaussian, Tukey, Blackmann 및 Dolph-Chebyshev 중 어느 하나의 윈도 벡터(
)를 하다마드 곱함으로써 생성되는 제 2 성형 벡터(
)를 이용하여 주파수 영역 스펙트럼 성형을 수행할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이산푸리에변환(DFT: discrete Fourier transform)-확산(spread) 직교주파수분할다중화(OFDM: orthogonal frequency-division multiplexing) 송신기에 의해 수행되는 DFT-spread OFDM 송신 방법은, M개의 PAM(pulse amplitude modulation) 심볼을 포함하는 심볼 벡터(
)를 위상 편이시켜 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)를 생성하는 단계와, M-포인트 DFT 행렬(
)을 이용하여 상기 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)를 확산시켜 DFT 확산된 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)를 생성하는 단계와, 상기 DFT 확산된 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)의 각 성분마다 하나 이상의 영(0)인 성분을 포함하는 제 1 성형 벡터(
)의 각 성분을 곱함으로써 주파수 영역 스펙트럼 성형된 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)를 생성하는 단계와, 상기 주파수 영역 스펙트럼 성형된 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)에서 영(0)이 아닌 성분을 할당된 주파수 범위의 부반송파에 할당하는 단계를 포함한다.
일 측면에 따르면, 상기 주파수 영역 스펙트럼 성형된 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)를 생성하는 단계는 상기 DFT 확산된 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)에 상기 제 1 성형 벡터(
)를 하다마드 곱(Hadamard product)함으로써 상기 주파수 영역 스펙트럼 성형된 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)를 생성하되, 상기 제 1 성형 벡터(
)는 M 및 사용될 상기 부반송파의 개수 L에 따라 결정될 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 제 1 성형 벡터(
)의 m번째 성분은 하기의 수학식
에 의해 정의 - 여기서, m = 1, 2, …, M 이고, M은 짝수이고 L은 홀수이며 M/2<L<M 임 -, 될 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 주파수 영역 스펙트럼 성형된 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)를 생성하는 단계는 상기 제 1 성형 벡터(
)에 Hamming, Hanning, Keiser, Gaussian, Tukey, Blackmann 및 Dolph-Chebyshev 중 어느 하나의 윈도 벡터(
)를 하다마드 곱함으로써 생성되는 제 2 성형 벡터(
)를 이용하여 주파수 영역 스펙트럼 성형을 수행할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이산푸리에변환(DFT: discrete Fourier transform)-확산(spread) 직교주파수분할다중화(OFDM: orthogonal frequency-division multiplexing) 수신기는, 채널을 통과한 신호(
)를 수신하고, 상기 신호(
)로부터 순환 전치(CP: cyclic prefix)를 제거함으로써 순환 전치가 제거된 벡터(
)를 생성하는 순환 전치 제거부와, 상기 순환 전치가 제거된 벡터(
)에 N-포인트 DFT(N-point discrete Fourier transform)를 수행함으로써 주파수 영역 수신 벡터를 생성하는 N-포인트 DFT 부와, 상기 주파수 영역 수신 벡터에서 할당된 주파수 범위의 부반송파에 해당하는 부분을 선택하여 길이 L인 벡터(
)를 생성한 후 상기 벡터(
)에 제로 패딩(zero padding)을 수행함으로써 길이 M인 벡터(
)를 생성하는 부반송파 선택 및 제로 패딩부와, 상기 제로 패딩된 벡터(
)에 수신 성형 벡터(
)의 켤레 복소 벡터를 하다마드 곱함으로써 길이 M인 주파수 영역 수신 스펙트럼 성형된 벡터(
)를 생성하는 주파수 영역 수신 스펙트럼 성형부와, 상기 주파수 영역 수신 스펙트럼 성형된 벡터(
)에 전치된 DFT 행렬(
)을 곱함으로써 역확산된 벡터(
)를 생성하는 IDFT부와, 상기 역확산된 벡터(
)에 전치된 위상 편이 행렬(
)을 곱함으로써 역위상 편이된 벡터(
)를 생성하는 역위상 편이부와, 상기 역위상 편이된 벡터(
)의 실수부를 취함으로써 전송된 PAM(pulse amplitude modulation) 심볼 벡터의 추정값(
)을 생성하는 허수부 제거부를 포함한다.
일 측면에 따르면, 상기 제로 패딩은 상기 벡터(
)의 앞에 (M-L+1)/2개의 영(0)을 붙이고 뒤에 (M-L-1)/2개의 영(0)을 붙임으로써 수행될 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 주파수 영역 수신 스펙트럼 성형부는 하나 이상의 영(0)인 성분을 포함하는 제 1 성형 벡터(
)에 채널 등화 벡터(
)를 하다마드 곱함으로써 생성되는 제 3 성형 벡터(
)를 이용하여 주파수 영역 수신 스펙트럼 성형을 수행할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이산푸리에변환(DFT: discrete Fourier transform)-확산(spread) 직교주파수분할다중화(OFDM: orthogonal frequency-division multiplexing) 수신기에 의해 수행되는 DFT-spread OFDM 수신 방법은, 채널을 통과한 신호(
)를 수신하고, 상기 신호(
)로부터 순환 전치(CP: cyclic prefix)를 제거함으로써 순환 전치가 제거된 벡터(
)를 생성하는 단계와, 상기 순환 전치가 제거된 벡터(
)에 N-포인트 DFT(N-point discrete Fourier transform)를 수행하여 주파수 영역 수신 벡터를 생성하는 단계와, 상기 주파수 영역 수신 벡터에서 할당된 주파수 범위의 부반송파에 해당하는 부분을 선택한 벡터(
)를 생성한 후 제로 패딩(zero padding)을 수행하는 단계와, 제로 패딩된 벡터(
)에 수신 성형 벡터(
)의 켤레 복소 벡터를 하다마드 곱함으로써 주파수 영역 수신 스펙트럼 성형된 벡터(
)를 생성하는 단계와, 상기 주파수 영역 수신 스펙트럼 성형된 벡터(
)에 전치된 DFT 행렬(
)을 곱함으로써 역확산된 벡터(
)를 생성하는 단계와, 상기 역확산된 벡터(
)에 전치된 위상 편이 행렬(
)을 곱함으로써 역위상 편이된 벡터(
)를 생성하는 단계와, 상기 역위상 편이된 벡터(
)의 실수부를 취함으로써 전송된 PAM(pulse amplitude modulation) 심볼 벡터의 추정값(
)을 생성하는 단계를 포함한다.
일 측면에 따르면, 상기 제로 패딩은 상기 벡터(
)의 앞에 (M-L+1)/2개의 영(0)을 붙이고 뒤에 (M-L-1)/2개의 영(0)을 붙임으로써 수행될 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 주파수 영역 수신 스펙트럼 성형된 벡터(
)를 생성하는 단계는 하나 이상의 영(0)인 성분을 포함하는 제 1 성형 벡터(
)에 채널 등화 벡터(
)를 하다마드 곱함으로써 생성되는 제 3 성형 벡터(
)를 이용하여 주파수 영역 수신 스펙트럼 성형을 수행할 수 있다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
전술한 본 발명의 실시예들에 따른 DFT-spread OFDM 송신기, 송신 방법, 및 이에 의한 신호를 수신할 수 있는 DFT-spread OFDM 수신기 및 수신 방법에 따르면, pi/2-PAM 심볼 간 간섭이 없으면서도 추가적인 성상회전 없이도 PAPR과 주파수 효율을 손쉽게 트레이드 오프할 수 있도록 주파수 영역 스펙트럼 성형 벡터를 설계할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 DFT-spread OFDM 송신기의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 도 1의 위상 편이부를 상세하게 나타낸 블록도이다.
도 3은 도 1의 DFT 확산부를 상세하게 나타낸 블록도이다.
도 4는 도 1의 주파수 영역 스펙트럼 성형부를 상세하게 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 DFT-spread OFDM 송신 방법의 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 DFT-spread OFDM 수신기의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 DFT-spread OFDM 수신 방법의 순서도이다.
도 8은 고정된 부반송파수에서 송신된 BPSK 심볼 개수에 따른 주파수 효율을 나타낸 그래프이다.
도 9는 고정된 부반송파수에서 송신된 BPSK 심볼 개수에 따른 PAPR 성능을 나타낸 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이 본 발명을 쉽게 실시할 수 있도록 명확하고 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 DFT-spread OFDM 송신기의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 2는 도 1의 위상 편이부를 상세하게 나타낸 블록도이고, 도 3은 도 1의 DFT 확산부를 상세하게 나타낸 블록도이고, 도 4는 도 1의 주파수 영역 스펙트럼 성형부를 상세하게 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 DFT-spread OFDM 송신기(100)는 위상 편이부(110), DFT 확산부(120), 주파수 영역 스펙트럼 성형부(130), 부반송파 할당부(140) 및 신호 생성부(150)를 포함할 수 있다. 신호 생성부(150)는 N-포인트 IDFT부(151) 및 순환 전치 삽입부(153)를 포함할 수 있다.
위상 편이부(110)는 M개의 PAM 심볼을 포함하는 심볼 벡터(
)를 위상 편이 시켜 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)를 생성한다. 여기서 M은 짝수이다. 도 2에 도시된 바와 같이, pi/2-PAM 심볼 벡터(
)는 
에 의해 생성될 수 있으며, 대각 행렬인 위상편이 행렬(
)은 수학식 1에 의해 정의될 수 있다.
여기서, j는 -1의 제곱근이며 후술할 수학식들에 포함되는 인덱스 j와 혼동되어서는 안 된다. 위상 편이 행렬(
)은 반드시 1과 j만을 대각 성분으로 가져야 하는 것은 아니며, l번째 대각 성분과 (l+1)번째 대각 성분이 +90° 또는 -90°의 위상차를 가지기만 하면 된다. 위상 편이는 대각 행렬(
)의 대각 성분을 성분으로 갖는 벡터를 심볼 벡터(
)에 하다마드 곱(Hadamard product)함으로써 수행될 수도 있다.
DFT 확산부(120)는 DFT 행렬(
)을 이용하여 상기 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)를 확산시켜 DFT 확산된 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)를 생성한다. 도 3에 도시된 바와 같이, DFT 확산된 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)는 
에 의해 생성될 수 있으며, 이때 DFT 행렬(
)의 (i, j) 성분은 수학식 2에 의해 결정될 수 있다.
수학식 2에서, 인덱스 i, j는 각각 1≤i≤M, 1≤j≤M을 만족한다.
주파수 영역 스펙트럼 성형부(130)는 상기 DFT 확산된 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)에 하나 이상의 영(0)인 성분을 포함하는 제 1 성형 벡터(
)의 각 성분을 곱함으로써 주파수 영역 스펙트럼 성형된 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)를 생성한다. 또는, 도 4에 도시된 바와 같이, 주파수 영역 스펙트럼 성형된 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)는 상기 DFT 확산된 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)에 제 1 성형 벡터(
)를 하다마드 곱(Hadamard product)하거나 제 1 성형 벡터(
)를 대각 요소로 가지는 행렬 
를 곱함으로써 생성될 수도 있다. M×1 크기의 제 1 성형 벡터(
)는 수학식 3에 의해 정의될 수 있다.
제 1 성형 벡터(
)의 각각의 성분은 심볼 벡터(
)의 길이 M과 할당된 부반송파의 개수 L에 따라 결정될 수 있다. 여기서 L은 홀수이다. 구체적으로, 상기 제 1 성형 벡터(
)의 m번째 성분은 수학식 4에 의해 결정될 수 있다.
수학식 4에서, m 1, 2, …, M 이고, M/2<L<M 을 만족한다. 상기 주파수 영역 스펙트럼 성형부(130)는 상기 제 1 성형 벡터(
)에 Hamming, Hanning, Keiser, Gaussian, Tukey, Blackmann 및 Dolph-Chebyshev 중 어느 하나의 윈도 벡터(
)를 하다마드 곱함으로써 생성되는 제 2 성형 벡터(
)를 이용하여 주파수 영역 스펙트럼 성형을 수행할 수 있다.
부반송파 할당부(140)는 상기 주파수 영역 스펙트럼 성형된 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)에서 영(0)이 아닌 성분 L개를 할당된 주파수 범위의 부반송파에 할당한다. 주파수 영역 스펙트럼 성형된 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)가 부반송파에 할당되면 N-포인트 IDFT부(151) 및 순환 전치 삽입부(153)를 거쳐 DFT-spread OFDM 신호(
)가 생성된다. N-포인트 IDFT부(151) 및 순환 전치 삽입부(153)의 동작은 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 기술이므로 본 명세서에서는 그 설명을 생략하기로 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 DFT-spread OFDM 송신 방법의 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 DFT-spread OFDM 송신 방법은 도 1의 DFT-spread OFDM 송신기(100)에 의해 수행될 수 있다.
도 5를 참조하면, 단계 S510에서는, M개의 PAM 심볼을 포함하는 심볼 벡터(
)를 위상 편이시켜 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)를 생성한다. 여기서 M은 짝수이다. 이 때 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)는 
에 의해 생성될 수 있으며, 대각 행렬인 위상 편이 행렬(
)은 수학식 1에 의해 정의될 수 있다.
단계 S520에서는, DFT 행렬(
)을 이용하여 상기 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)를 확산시켜 DFT 확산된 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)를 생성한다. 이때 DFT 행렬(
)의 (i, j) 성분은 수학식 2에 의해 결정될 수 있다.
단계 S530에서는, 상기 DFT 확산된 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)에 하나 이상의 영(0)인 성분을 포함하는 제 1 성형 벡터(
)의 각 성분을 곱함으로써 주파수 영역 스펙트럼 성형된 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)를 생성한다. 또는 주파수 영역 스펙트럼 성형된 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)는 상기 DFT 확산된 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)에 제 1 성형 벡터(
)를 하다마드 곱(Hadamard product)하거나 제 1 성형 벡터(
)를 대각 요소로 가지는 행렬 
를 곱함으로써 생성될 수도 있다. 이때 상기 제 1 성형 벡터(
)의 m번째 성분은 수학식 4에 의해 결정될 수 있다.
단계 S540에서는, 상기 주파수 영역 스펙트럼 성형된 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)에서 영(0)이 아닌 성분 L개를 할당된 주파수 범위의 부반송파에 할당한다.
단계 S550에서는, 주파수 영역 스펙트럼 성형된 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)가 부반송파에 할당되면 N-포인트 IDFT를 수행하고, 순환 전치를 삽입함으로써 신호를 생성한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 DFT-spread OFDM 수신기의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 DFT-spread OFDM 수신기(600)는 주파수 영역 수신 신호 생성부(610), 부반송파 선택 및 제로 패딩부(620), 주파수 영역 수신 스펙트럼 성형부(630), IDFT부(640), 역위상 편이부(650) 및 허수부 제거부(660)를 포함할 수 있다.
주파수 영역 수신 신호 생성부(610)는 순환 전치 제거부(611) 및 N-포인트 DFT부(613)를 포함한다. 순환 전치 제거부(611)는 채널을 통과한 신호(
)를 수신하고, 상기 신호(
)로부터 순환 전치를 제거함으로써 순환 전치가 제거된 벡터(
)를 생성하고, N-포인트 DFT부(613)는 상기 순환 전치가 제거된 벡터(
)에 N-포인트 DFT를 수행함으로써 주파수 영역 수신 벡터를 생성한다. 순환 전치 제거부(611) 및 N-포인트 DFT부(613)의 동작은 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 기술이므로 본 명세서에서는 그 설명을 생략하기로 한다.
부반송파 선택 및 제로 패딩부(620)는 상기 주파수 영역 수신 벡터에서 할당된 주파수 범위의 L개의 부반송파에 해당하는 부분을 선택한 벡터(
)를 생성한 후 제로 패딩(zero padding)을 수행함으로써 길이 M인 벡터(
)을 생성한다. 이하에서 첫 L개의 부반송파에 할당되었을 경우를 가정하면 벡터(
)는 수학식 5에 의해 정의될 수 있다.
여기서, 
은 L×L 단위 행렬이며 
은 L×(N-L) 영행렬이다.
예를 들어, 상기 제로 패딩은 상기 벡터(
)의 앞에 (M-L+1)/2개의 영(0)을 붙이고 뒤에 (M-L-1)/2개의 영(0)을 붙임으로써 수행될 수 있으며, 이 경우 상기 벡터(
)는 수학식 6에 의해 정의될 수 있다.
여기서, 
은 (M-L+1)/2×1 영벡터이고, 
은 (M-L-1)/2×1 영벡터이다.
주파수 영역 수신 스펙트럼 성형부(630)는 상기 제로 패딩된 벡터(
)에 수신 성형 벡터(
)의 켤레 복소 벡터를 하다마드 곱함으로써 주파수 영역 수신 스펙트럼 성형된 벡터(
)를 생성한다. 상기 수신 성형 벡터(
)는 상기 제 1 성형 벡터(
)와 동일할 수 있고, 상기 제 1 성형 벡터(
)에 채널 등화 벡터(
)를 하다마드 곱함으로써 생성되는 제 3 성형 벡터(
)와 동일할 수 있다.
IDFT부(640)는 상기 주파수 영역 수신 스펙트럼 성형된 벡터(
)에 전치된 DFT 행렬(
)을 곱함으로써 역확산된 벡터(
)를 생성한다.
역위상 편이부(650)는 상기 역확산된 벡터(
)에 전치된 위상 편이 행렬(
)을 곱함으로써 역위상 편이된 벡터(
)를 생성한다.
허수부 제거부(660)는 상기 역위상 편이된 벡터(
)의 실수부를 취함으로써 허수부 간섭과 잡음이 제거된 벡터(
)를 생성한다. 따라서, PAM 심볼 벡터의 추정값(
)은 수학식 7와 같이 표현될 수 있다.
여기서, 
은 M×1 수신 성형 벡터이고, 윗첨자 *는 켤레 복소 벡터로의 변환을 의미한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 DFT-spread OFDM 수신 방법의 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 DFT-spread OFDM 수신 방법은 도 6의 DFT-spread OFDM 수신기(600)에 의해 수행될 수 있다.
도 7을 참조하면, 단계 S710에서는, 채널을 통과한 신호(
)를 수신하고, 상기 신호(
)로부터 순환 전치를 제거함으로써 순환 전치가 제거된 벡터(
)를 생성하고, 상기 순환 전치가 제거된 벡터(
)에 N-포인트 DFT를 수행함으로써 주파수 영역 수신 벡터를 생성한다.
단계 S720에서는, 상기 주파수 영역 수신 벡터에서 할당된 주파수 범위의 부반송파에 해당하는 부분을 선택한 벡터(
)를 생성한 후 제로 패딩(zero padding)을 수행함으로써 길이 M인 벡터(
)를 생성한다. 첫 L개의 부반송파에 할당되었을 경우 벡터(
)는 수학식 5에 의해 정의될 수 있다. 상기 제로 패딩은 상기 벡터(
)의 앞에 (M-L+1)/2개의 영(0)을 붙이고 뒤에 (M-L-1)/2개의 영(0)을 붙임으로써 수행될 수 있으며, 이 경우 상기 벡터(
)는 수학식 6에 의해 정의될 수 있다.
단계 S730에서는, 상기 제로 패딩(zero padding)된 벡터(
)에 수신 성형 벡터(
)의 켤레 복소 벡터를 하다마드 곱함으로써 주파수 영역 수신 스펙트럼 성형된 벡터(
)를 생성한다.
상기 수신 성형 벡터(
)는 제 1 성형 벡터(
)와 동일하게 선택될 수 있고, 상기 제 1 성형 벡터(
)에 채널 등화 벡터(
)를 하다마드 곱함으로써 생성되는 제 3 성형 벡터(
)와 동일하게 선택될 수 있다.
단계 S740에서는, 상기 주파수 영역 수신 스펙트럼 성형된 벡터(
)에 전치된 DFT 행렬(
)을 곱함으로써 역확산된 벡터(
)를 생성한다.
단계 S750에서는, 상기 역확산된 벡터(
)에 전치된 위상 편이 행렬(
)을 곱함으로써 역위상 편이된 벡터(
)를 생성한다.
단계 S760에서는, 상기 역위상 편이된 벡터(
)의 실수부를 취함으로써 허수부 간섭과 잡음이 제거된 벡터(
)를 생성한다. 따라서 PAM 심볼 벡터의 추정값(
)은 수학식 7과 같이 표현될 수 있다.
도 8은 고정된 부반송파수에서 송신된 pi/2-BPSK 심볼 개수(M)에 따른 주파수 효율을 나타낸 그래프이다. 상기 주파수효율(SE: spectral efficiency)은 하기의 수학식 8과 같이 표현할 수 있다.
도 8은 M = 48개의 pi/2-BPSK 심볼을 전송할 때, 할당된 부반송파의 수가 L = 25~47로 바뀔 때의 주파수효율을 도시한다. 도 8에 따르면 L = 25~47일 때 본 발명의 실시예들에 따른 제 1 성형 벡터는 스펙트럼 성형을 하지 않은 경우보다 높은 주파수 효율을 가지며, L을 25까지 감소시키면 스펙트럼 성형을 하지 않은 경우의 거의 2배까지 주파수 효율을 향상시킨다.
도 9는 M = 48개의 pi/2-BPSK 심볼을 전송할 때, 할당된 부반송파의 수가 L = 25~47로 바뀔 때의 PAPR 성능을 나타낸 그래프이다. 도 9에 따르면 L = 25~47일 때 본 발명의 실시예들에 따른 제 1 성형 벡터는 스펙트럼 성형을 하지 않은 경우보다 낮은 PAPR을 가지며, L을 25까지 감소시켜 주파수 효율을 거의 2배까지 향상시켜도 여전히 더 낮은 PAPR성능에 도달한다.
따라서, 본 발명의 실시예들에 따른 성형 벡터를 사용하면 손쉽게 PAPR 성능과 주파수효율을 트레이드-오프(trade-off) 할 수 있다.
이상에서 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위가 상기 도면 또는 실시예에 의해 한정되는 것을 의미하지는 않으며 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
(부호의 설명)
100: DFT-spread OFDM 송신기
110: 위상 편이부
120: DFT 확산부
130: 주파수 영역 스펙트럼 성형부
140: 부반송파 할당부
150: 신호 생성부
151: N-포인트 IDFT부
153: 순환 전치 삽입부
600: DFT-spread OFDM 수신기
610: 주파수 영역 수신 신호 생성부
611: 순환 전치 제거부
613: N-포인트 DFT부
620: 부반송파 선택 및 제로 패딩부
630: 주파수 영역 수신 스펙트럼 성형부
640: IDFT부
650: 역위상 편이부
660: 허수부 제거부
Claims (14)
- 이산푸리에변환(DFT: discrete Fourier transform)-확산(spread) 직교주파수분할다중화(OFDM: orthogonal frequency-division multiplexing) 송신기에 있어서,M개의 PAM(pulse amplitude modulation) 심볼을 포함하는 심볼 벡터()를 위상 편이시켜 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)를 생성하는 위상 편이부;
M-포인트 DFT 행렬()을 이용하여 상기 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)를 확산시켜 DFT 확산된 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)를 생성하는 DFT 확산부;
상기 DFT 확산된 pi/2-PAM 심볼 벡터()의 각 성분마다 하나 이상의 영(0)인 성분을 포함하는 제 1 성형 벡터(
)의 각 성분을 곱함으로써 주파수 영역 스펙트럼 성형된 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)를 생성하는 주파수 영역 스펙트럼 성형부; 및
상기 주파수 영역 스펙트럼 성형된 pi/2-PAM 심볼 벡터()에서 영(0)이 아닌 성분을 할당된 주파수 범위의 부반송파에 할당하는 부반송파 할당부;
를 포함하는, DFT-spread OFDM 송신기. - 제 1항에 있어서,상기 주파수 영역 스펙트럼 성형부는상기 DFT 확산된 pi/2-PAM 심볼 벡터()에 상기 제 1 성형 벡터(
)를 하다마드 곱(Hadamard product)함으로써 상기 주파수 영역 스펙트럼 성형된 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)를 생성하되,
상기 제 1 성형 벡터()는 M 및 사용될 상기 부반송파의 개수 L에 따라 결정되는, DFT-spread OFDM 송신기.
- 제 2항에 있어서,상기 제 1 성형 벡터()의 m번째 성분은 하기의 수학식
에 의해 정의되는 - 여기서, m = 1, 2, …, M 이고, M은 짝수이고 L은 홀수이며 M/2<L<M 임 -, DFT-spread OFDM 송신기. - 제 1항에 있어서,상기 주파수 영역 스펙트럼 성형부는 상기 제 1 성형 벡터()에 Hamming, Hanning, Keiser, Gaussian, Tukey, Blackmann 및 Dolph-Chebyshev 중 어느 하나의 윈도 벡터(
)를 하다마드 곱함으로써 생성되는 제 2 성형 벡터(
)를 이용하여 주파수 영역 스펙트럼 성형을 수행하는, DFT-spread OFDM 송신기.
- 이산푸리에변환(DFT: discrete Fourier transform)-확산(spread) 직교주파수분할다중화(OFDM: orthogonal frequency-division multiplexing) 송신기에 의해 수행되는 DFT-spread OFDM 송신 방법에 있어서,M개의 PAM(pulse amplitude modulation) 심볼을 포함하는 심볼 벡터()를 위상 편이시켜 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)를 생성하는 단계;
M-포인트 DFT 행렬()을 이용하여 상기 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)를 확산시켜 DFT 확산된 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)를 생성하는 단계;
상기 DFT 확산된 pi/2-PAM 심볼 벡터()의 각 성분마다 하나 이상의 영(0)인 성분을 포함하는 제 1 성형 벡터(
)의 각 성분을 곱함으로써 주파수 영역 스펙트럼 성형된 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)를 생성하는 단계; 및
상기 주파수 영역 스펙트럼 성형된 pi/2-PAM 심볼 벡터()에서 영(0)이 아닌 성분을 할당된 주파수 범위의 부반송파에 할당하는 단계;
를 포함하는, DFT-spread OFDM 송신 방법. - 제5항에 있어서,상기 주파수 영역 스펙트럼 성형된 pi/2-PAM 심볼 벡터()를 생성하는 단계는
상기 DFT 확산된 pi/2-PAM 심볼 벡터()에 상기 제 1 성형 벡터(
)를 하다마드 곱(Hadamard product)함으로써 상기 주파수 영역 스펙트럼 성형된 pi/2-PAM 심볼 벡터(
)를 생성하되,
상기 제 1 성형 벡터()는 M 및 사용될 상기 부반송파의 개수 L에 따라 결정되는, DFT-spread OFDM 송신 방법.
- 제 6항에 있어서,상기 제 1 성형 벡터()의 m번째 성분은 하기의 수학식
에 의해 정의되는 - 여기서, m = 1, 2, …, M 이고, M은 짝수이고 L은 홀수이며 M/2<L<M 임 -, DFT-spread OFDM 송신 방법. - 제5항에 있어서,상기 주파수 영역 스펙트럼 성형된 pi/2-PAM 심볼 벡터()를 생성하는 단계 는 상기 제 1 성형 벡터(
)에 Hamming, Hanning, Keiser, Gaussian, Tukey, Blackmann 및 Dolph-Chebyshev 중 어느 하나의 윈도 벡터(
)를 하다마드 곱함으로써 생성되는 제 2 성형 벡터(
)를 이용하여 주파수 영역 스펙트럼 성형을 수행하는, DFT-spread OFDM 송신 방법.
- 이산푸리에변환(DFT: discrete Fourier transform)-확산(spread) 직교주파수분할다중화(OFDM: orthogonal frequency-division multiplexing) 수신기에 있어서,채널을 통과한 신호()를 수신하고, 상기 신호(
)로부터 순환 전치(CP: cyclic prefix)를 제거함으로써 순환 전치가 제거된 벡터(
)를 생성하고, 상기 순환 전치가 제거된 벡터(
)에 N-포인트 DFT를 수행함으로써 주파수 영역 수신 벡터를 생성하는 주파수 영역 수신 신호 생성부;
상기 주파수 영역 수신 벡터에서 할당된 주파수 범위의 L개의 부반송파에 해당하는 부분을 선택한 벡터()를 생성한 후 제로 패딩(zero padding)을 수행함으로써 길이 M인 벡터(
)을 생성하는 부반송파 선택 및 제로 패딩부;
상기 제로 패딩된 벡터()에 수신 성형 벡터(
)의 켤레 복소 벡터를 하다마드 곱함으로써 길이 M인 주파수 영역 수신 스펙트럼 성형된 벡터(
)를 생성하는 주파수 영역 수신 스펙트럼 성형부;
상기 주파수 영역 수신 스펙트럼 성형된 벡터()에 전치된 DFT 행렬(
)을 곱함으로써 역확산된 벡터(
)를 생성하는 IDFT부;
상기 역확산된 벡터()에 전치된 위상 편이 행렬(
)을 곱함으로써 역위상 편이된 벡터(
)를 생성하는 역위상 편이부; 및
상기 역위상 편이된 벡터()의 실수부를 취함으로써 전송된 PAM(pulse amplitude modulation) 심볼 벡터의 추정값(
)을 생성하는 허수부 제거부;
를 포함하는, DFT-spread OFDM 수신기. - 제9항에 있어서,상기 제로 패딩은 상기 벡터()의 앞에 (M-L+1)/2개의 영(0)을 붙이고 뒤에 (M-L-1)/2개의 영(0)을 붙임으로써 수행되는, DFT-spread OFDM 수신기.
- 제9항에 있어서,상기 주파수 영역 수신 스펙트럼 성형부는 하나 이상의 영(0)인 성분을 포함하는 제 1 성형 벡터()에 채널 등화 벡터(
)를 하다마드 곱함으로써 생성되는 제 3 성형 벡터(
)를 이용하여 주파수 영역 수신 스펙트럼 성형을 수행하는, DFT-spread OFDM 수신기.
- 이산푸리에변환(DFT: discrete Fourier transform)-확산(spread) 직교주파수분할다중화(OFDM: orthogonal frequency-division multiplexing) 수신기에 의해 수행되는 DFT-spread OFDM 수신 방법에 있어서,채널을 통과한 신호()를 수신하고, 상기 신호(
)로부터 순환 전치(CP: cyclic prefix)를 제거함으로써 순환 전치가 제거된 벡터(
)를 생성하고, 상기 순환 전치가 제거된 벡터(
)에 N-포인트 DFT를 수행함으로써 주파수 영역 수신 벡터를 생성하는 단계;
상기 주파수 영역 수신 벡터에서 할당된 주파수 범위의 L개의 부반송파에 해당하는 부분을 선택한 벡터()를 생성한 후 제로 패딩(zero padding)을 수행함으로써 길이 M인 벡터(
)을 생성하는 단계;
상기 제로 패딩된 벡터()에 수신 성형 벡터(
)의 켤레 복소 벡터를 하다마드 곱함으로써 길이 M인 주파수 영역 수신 스펙트럼 성형된 벡터(
)를 생성하는 단계;
상기 주파수 영역 수신 스펙트럼 성형된 벡터()에 전치된 DFT 행렬(
)을 곱함으로써 역확산된 벡터(
)를 생성하는 단계;
상기 역확산된 벡터()에 전치된 위상 편이 행렬(
)을 곱함으로써 역위상 편이된 벡터(
)를 생성하는 단계; 및
상기 역위상 편이된 벡터()의 실수부를 취함으로써 전송된 PAM(pulse amplitude modulation) 심볼 벡터의 추정값(
)을 생성하는 단계;
를 포함하는, DFT-spread OFDM 수신 방법. - 제12항에 있어서,상기 제로 패딩은 상기 벡터()의 앞에 (M-L+1)/2개의 영(0)을 붙이고 뒤에 (M-L-1)/2개의 영(0)을 붙임으로써 수행되는, DFT-spread OFDM 수신 방법.
- 제12항에 있어서,상기 주파수 영역 수신 스펙트럼 성형된 벡터()를 생성하는 단계는 하나 이상의 영(0)인 성분을 포함하는 제 1 성형 벡터(
)에 채널 등화 벡터(
)를 하다마드 곱함으로써 생성되는 제 3 성형 벡터(
)를 이용하여 주파수 영역 수신 스펙트럼 성형을 수행하는, DFT-spread OFDM 수신 방법.
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