KR101962273B1 - 무선 통신 시스템에서 주파수 오프셋에 강인한 간섭 제거 장치 및 방법 - Google Patents

무선 통신 시스템에서 주파수 오프셋에 강인한 간섭 제거 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

무선 통신 시스템에서 주파수 오프셋에 강인한 간섭 제거 장치 및 방법을 제공하며, 간섭 제거 시 기설정된 변조 방식에 따라 변조된 전송 신호를 수신하고, 전송 신호의 프리앰블 및 파일럿에 기초하여 반송파 주파수 오프셋을 추정하며, 사전에 저장된 복수의 반송파 주파수 오프셋 별로 산출된 최적 필터 계수 중 추정된 반송파 주파수 오프셋에 매칭된 최적 필터 계수를 검출하고, 검출된 최적 필터 계수를 수신 필터에 사용하여 전송 신호를 상기 변조 방식에 대응된 복조 방식으로 복조하여 데이터를 검출한다.

Description

무선 통신 시스템에서 주파수 오프셋에 강인한 간섭 제거 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR INTERFERENCE CANCELLATION ROBUST TO CARRIER FREQUENCY OFFSET IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선 통신 시스템의 수신단에서 주파수 오프셋에 따른 간섭을 제거하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
4세대 이동통신 및 무선랜 시스템 등에서의 핵심 기술로서 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 기술이 널리 사용되어 왔다. 그러나 OFDM 시스템은 동기화에 매우 민감하고 대역외 채널(Out-Of-Band channels, OOB)이 큰 단점이 있다. 이러한 문제점으로 인하여 5세대 네트워크의 시나리오인 M2M(Machine-to-Machine) 및 V2V(Vehicle-to-Vehicle) 등에서는 OFDM 기술이 적합하지 않다.
이에 따라, OFDM의 단점을 극복하고 5세대 네트워크 시나리오에 적합한 새로운 파형(waveform)을 사용하는 GFDM(Generalized Frequency Division Multiplexing) 통신 기술이 제안되고 있다. 이러한 GFDM 방식은 블럭 기반 필터링 멀티캐리어 기법으로서, 저지연 통신에 적합하고 첨두전력대평균전력비(Peak-to-AveRage Powr, PAPR)가 낮다는 장점이 있다.
이처럼, GFDM 방식은 OFDM에 비해 여러 가지 장점을 가지지만 비직교 신호(non-orthogonal signal)을 사용함에 따라 부반송파(subcarrier) 간의 직교성을 잃어버리기 때문에 간섭이 발생할 수밖에 없는 문제가 있었다.
이와 관련하여, 대한민국공개특허 제 10-2009-0075730호(발명의 명칭: 무선 통신 시스템에서 간섭 제거를 위한 방법 및 장치)는, 신호가 OFDM 시스템 같은 무선 통신 시스템에서 송신되기 전에 상기 신호에 적용된 윈도우 함수에 의해 발생되는 간섭을 제거하기 위한 방법 및 상기 방법을 수행하기 위한 장치를 개시하고 있다. 이러한 간섭 제거 장치는 윈도우 함수가 적용되는 신호를 수신하는 수신기 장치, 상기 수신기 장치에 결합된 처리 디바이스를 포함하고, 상기 처리 디바이스는 윈도우 함수로부터 유도된 복수의 계수들(실질적으로 실시간으로 생성하거나 상기 처리 디바이스에 결합된 저장 디바이스로부터 검색함으로써)을 얻고, 수신된 신호로부터 적어도 간섭의 일부를 제거하기 위해 상기 수신된 신호에 상기 계수들을 적용한다.
본 발명의 일 실시예는 무선 통신 시스템에서 주파수 오프셋에 강인한 수신 필터를 사용하여 간섭을 제거하는 간섭 제거 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 무선 통신 시스템의 주파수 오프셋에 기초한 간섭 제거 장치는, 기설정된 변조 방식에 따라 변조된 전송 신호를 수신하면, 상기 전송 신호의 프리앰블 및 파일럿에 기초하여 반송파 주파수 오프셋을 추정하는 주파수 오프셋 추정부; 사전에 복수의 반송파 주파수 오프셋 별로 산출된 최적 필터 계수가 저장되어 있고, 상기 기저장된 최적 필터 계수들 중 상기 추정된 반송파 주파수 오프셋에 매칭된 최적 필터 계수를 검출하는 필터 계수 검출부; 및 상기 검출된 최적 필터 계수를 사용하여 상기 전송 신호를 상기 변조 방식에 대응된 복조 방식으로 복조하여 데이터를 검출하는 수신 필터를 포함한다.
또한 본 발명의 다른 측면에 주파수 오프셋에 기초한 간섭 제거 방법은, 기설정된 변조 방식에 따라 변조된 전송 신호를 수신하는 단계; 상기 전송 신호의 프리앰블 및 파일럿에 기초하여 반송파 주파수 오프셋을 추정하는 단계; 사전에 저장된 복수의 반송파 주파수 오프셋 별로 산출된 최적 필터 계수 중 상기 추정된 반송파 주파수 오프셋에 매칭된 최적 필터 계수를 검출하는 단계; 및 상기 검출된 최적 필터 계수를 수신 필터에 사용하여 상기 전송 신호를 상기 변조 방식에 대응된 복조 방식으로 복조하여 데이터를 검출하는 단계를 포함한다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, GFDM 및 OFDM을 비롯한 무선 통신 시스템에서 오실레이터 및 도플러 효과로 인해 주파수 오프셋이 발생된 수신 신호의 간섭을 효과적으로 제거할 수 있다.
또한, 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 무선 통신 시스템의 수신단의 기본적인 구조를 변화시키지 않으면서도 주파수 오프셋에 강인한 필터 설계가 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 적용되는 GFDM 데이터의 구조도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 오프셋에 강인한 수신 필터와 기존의 다른 수신 필터를 사용한 경우의 성능을 비교한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 오프셋에 기초한 간섭 제거 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해 도면에서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 또한, 도면을 참고하여 설명하면서, 같은 명칭으로 나타낸 구성일지라도 도면에 따라 도면 번호가 달라질 수 있고, 도면 번호는 설명의 편의를 위해 기재된 것에 불과하고 해당 도면 번호에 의해 각 구성의 개념, 특징, 기능 또는 효과가 제한 해석되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 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 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에 있어서 '부(部)'란, 하드웨어 또는 소프트웨어에 의해 실현되는 유닛(unit), 양방을 이용하여 실현되는 유닛을 포함하며, 하나의 유닛이 둘 이상의 하드웨어를 이용하여 실현되어도 되고, 둘 이상의 유닛이 하나의 하드웨어에 의해 실현되어도 된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서의 주파수 오프셋에 강인한 수신 필터 장치 및 방법에 대해서 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 구성도이다. 그리고 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신 장치의 구성도이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템(10)이 GFDM 통신 시스템인 것을 설명하도록 한다. 그러나, 무선 통신 시스템(10)은 GFDM 통신 시스템에 한정되지 않으며, OFDM 통신 등의 다양한 통신 방식에 따른 무선 통신 시스템일 수 있다.
OFDM 통신 시스템(10)은 송신 장치(100) 및 수신 장치(200)를 포함한다.
송신 장치(100)는 데이터(d)를 GFDM 변조(GFDM modulation) 처리하여 GFDM 신호를 송신한다. 이러한, GFDM 신호는 노이즈 채널(noise)을 통해 수신 장치(200)로 전송된다. 수신 장치(200)는 수신된 GFDM 신호를 GFDM 복조(GFDM demodulation) 처리하여 검출 데이터(
Figure 112017012721252-pat00001
)로서 출력한다.
GFDM 통신 시스템(10)의 구성에 대해 상세히 설명하기에 앞서, 도 3을 참조하여 GFDM 신호에 대해서 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 적용되는 GFDM 데이터의 구조도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, GFDM 데이터는 K개의 서브캐리어(subcarrier)와 M개의 서브심볼(subsymbol)의 블록으로 이루어져 있다. 이때, GFDM 통신 시스템(10)은 송신단에서 각 서브캐리어마다 필터를 사용하는 것이 특징이며, 이러한 GFDM 변조용 필터를 통과하면 대역외채널(OOB)을 줄일 수 있고 CP(cyclic prefix)를 이용하기 때문에 수신 장치에서의 등화 과정이 간단하다.
다시 도 1로 돌아가서, 송신 장치(100)는 전송하고자 하는 데이터(d)를 S/P 엔코더(Serial to Parallel encoder)를 통해 병렬 데이터로 컨버팅한다. 그리고 송신 장치(100)는 병렬 처리된 데이터를 기설정된 필터가 포함된 GFDM 변조기(110)를 통해 GFDM 변조한다. 이때, 송신 장치(100)는 각 서브캐리어가 기설정된 필터를 통과하도록 한다. 그런 다음 송신 장치(100)는 GFDM 변조된 GFDM 신호에 CP를 추가하고, 디지털-아날로그 컨버팅(D/A)을 통해 업컨버젼한 후 송출한다.
송신 장치(100)에서 전송하는 GDFM 신호(즉, 전송신호)는 다음의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
<수학식 1>
Figure 112017012721252-pat00002
수학식 1에서
Figure 112017012721252-pat00003
은 서브캐리어마다 통과시키는 필터로서
Figure 112017012721252-pat00004
이다. 즉,
Figure 112017012721252-pat00005
는 k번째 서브캐리어와 m번째 서브심볼로 전송하는 데이터에 곱해지는 필터 계수이다. 그리고
Figure 112017012721252-pat00006
은 k번째 서브캐리어와 m번째 서브심볼로 전송하는 데이터를 의미한다.
위와 같은 수학식 1은 다음의 수학식 2에서와 같은 행렬 형태로 표현할 수 있다.
<수학식 2>
Figure 112017012721252-pat00007
이때,
Figure 112017012721252-pat00008
는
Figure 112017012721252-pat00009
로서
Figure 112017012721252-pat00010
크기의 행렬을 의미하며, N은 업샘플링 계수를 의미한다.
참고로, 본 발명의 일 실시예에 따른 GFDM 통신 시스템(10)은 OFDM 통신 시스템에도 적용될 수 있다. 일반적으로 OFDM 통신 시스템은 데이터 심볼을 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 를 수행하여 송신하는 OFDM 송신기와, OFDM 송신기로부터의 신호를 FFT(Fast Fourier Transform)를 수행하여 데이터를 복원하는 수신기로 구성된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 장치(100)는 레이즈드-코사인 필터(raised cosine filter), 스퀘어루트 레이즈드-코사인 필터(square root raised cosine filter)를 사용할 수 있으며, 이때
Figure 112017012721252-pat00011
이고 M=1인 경우를 OFDM 통신 시스템이라고 할 수 있다. 즉, 상기 수학식 2에서의
Figure 112017012721252-pat00012
행렬이 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 행렬이 되므로 OFDM의 구조와 같아지며, 따라서 GFDM과 OFDM의 차이는 송신단의 행렬
Figure 112017012721252-pat00013
에서
Figure 112017012721252-pat00014
과 M이 얼마인지에 따라 결정될 수 있다.
수신 장치(200)는 GFDM 방식으로 변조된 GFDM 신호(즉, 전송 신호)를 수신하여 아날로그-디지털 컨버팅(A/D)을 통해 다운컨버젼한다. 그리고 수신 장치(200)는 디지털 컨버팅된 GFDM 신호에서 CP를 제거하고, CP가 제거된 신호를 기설정된 필터가 포함된 GFDM 복조기(210)를 통해 주파수 오프셋에 따른 간섭을 제거한 후 GFDM 복조한다. 다음으로 수신 장치(200)는 GFDM 복조된 신호를 P/S 엔코더(Parallel to Serial encoder)를 통해 직렬 데이터로 컨버팅하여 검출 데이터(
Figure 112017012721252-pat00015
)를 출력한다. 이때, 필터는 GFDM 신호에 기설정된 최적 계수를 적용하여 간섭을 제거한다.
도 2를 참조하면, 수신 장치(200)는 송신 장치(100)로부터 데이터(d)에 변조 행렬
Figure 112017012721252-pat00016
가 곱해진 전송 신호를 수신하되, 전송 신호에는 반송파 주파수 오프셋(CFO)인
Figure 112017012721252-pat00017
이 발생하고 노이즈가 더해진다. 이처럼, 전송 신호에 대해 주파수 오프셋이 발생하게 되면 성능이 떨어지게 된다.
따라서, 수신 장치(200)의 GFDM 복조기(210)는, 먼저 주파수 오프셋 추정부(211)을 통해 데이터의 앞에 존재하는 프리앰블 및 파일럿에 기초하여 전송 신호에 발생된 주파수 오프셋을 예측한다. 이러한 주파수 오프셋 예측 방법은 기존에 제안된 다양한 예측 알고리즘을 이용할 수 있으므로 상세한 설명은 생략하도록 한다. 그리고 GFDM 복조기(210)는 필터 계수 검출부(212)를 통해 사전에 계산 및 저장되어 있는 필터 코드북(filter codebook)중 예측된 주파수 오프셋
Figure 112017012721252-pat00018
에 해당하는 필터 계수를 검출한다. 다음으로, GFDM 복조기(210)는 정합필터(즉, 수신 필터)(213)에 상기 검출된 필터 계수를 적용하여 전송신호로부터 간섭을 제거한다.
이하에서는, 필터 계수 검출부(212)가 복수의 주파수 오프셋 별 필터 계수를 계산 및 저장하는 과정에 대해서 상세히 설명하도록 한다.
수신 장치(200)는 복조 필터로서 정합필터(Matched Filte) 또는 최소평균제곱오차 필터(Minimum Mean-Squared Error filter, MMSE)를 통하여 데이터를 검출할 수 있다.
정합필터를 사용한 경우 검출되는 데이터(
Figure 112017012721252-pat00019
)는 다음의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
<수학식 3>
Figure 112017012721252-pat00020
이때,
Figure 112017012721252-pat00021
은
Figure 112017012721252-pat00022
의 파워를 갖는 노이즈를 의미한다.
참고로, MMSE 필터를 사용한 경우 검출되는 데이터(
Figure 112017012721252-pat00023
)는 다음의 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
<수학식 4>
Figure 112017012721252-pat00024
한편, 송신 장치(100) 및 수신 장치(200)의 오실레이터 및 도플러 효과로 인해 주파수 오프셋이 발생된 전송 신호는 다음의 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
<수학식 5>
Figure 112017012721252-pat00025
여기서
Figure 112017012721252-pat00026
는 주파수 오프셋 행렬로서
Figure 112017012721252-pat00027
를 의미한다. 이때,
Figure 112017012721252-pat00028
는 대각행렬(diagonal matrix)을 의미하고,
Figure 112017012721252-pat00029
은 GFDM 반송파의 간격으로서 정규화(normalize)된 주파수 오프셋을 의미한다.
정합필터를 사용한 경우, 기존에는 수신 신호에
Figure 112017012721252-pat00030
행렬의 허미션 행렬(Hermition matrix)인
Figure 112017012721252-pat00031
를 곱해줌으로써 데이터를 검출할 수 있었다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 수신 장치(200)에서는 주파수 오프셋에 강인한 필터
Figure 112017012721252-pat00032
을 정합필터로 사용하며, 이를 통해 검출된 데이터는 다음의 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
<수학식 6>
Figure 112017012721252-pat00033
이때,
Figure 112017012721252-pat00034
는
Figure 112017012721252-pat00035
로서,
Figure 112017012721252-pat00036
크기의 행렬을 의미한다. 또한
Figure 112017012721252-pat00037
으로서,
Figure 112017012721252-pat00038
을 시간과 주파수로 시프트(shift)시킨 필터를 의미한다.
이러한 주파수 오프셋에 강한 필터를 사용하여 검출된 데이터(즉, 수학식 6에 나타낸 데이터)는 아래의 수학식 7과 같이 전개할 수 있다.
<수학식 7>
Figure 112017012721252-pat00039
이러한 수학식 7에서, 대각성분은 얻고자 하는 신호(즉, 실제 데이터)이고 나머지 부분은 간섭 신호이다.
만약 주파수 오프셋이 제거될 경우 수학식 7의 행렬은 항등행렬에 가까워져 간섭이 적어지므로 원하는 신호를 검출할 수 있다. 따라서, 간섭을 최소화시킴으로써 원하는 신호(즉, 실제 데이터)를 검출할 수 있으므로, 수학식 7에 대해 신호대간섭비(signal-to-interference ratio, SIR)를 최대화시킬 수 있는
Figure 112017012721252-pat00040
를 구한다.
상기 수학식 7에서 대각성분은 원하는 신호이고 나머지 부분은 간섭 신호이므로, 대각 성분의 파워와 나머지 성분의 파워를 구하여 신호대간섭비를 산출한다.
이때, 신호대간섭비는 아래의 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.
<수학식 8>
Figure 112017012721252-pat00041
수학식8을 좀 더 간단히 정리하기 위해
Figure 112017012721252-pat00042
의 성질 중 아래 수학식 9와 같은 성질을 이용한다.
<수학식 9>
Figure 112017012721252-pat00043
위의 수학식 9에서와 같이, 시간 및 주파수를 시프트 시키지 않은
Figure 112017012721252-pat00044
에 시간을 시프트시키는 행렬인
Figure 112017012721252-pat00045
및 주파수를 시프트시키는 행렬인
Figure 112017012721252-pat00046
를 곱함으로써
Figure 112017012721252-pat00047
를 표현할 수 있다.
따라서, 수학식 8의
Figure 112017012721252-pat00048
에 수학식 9를 대입하면, 다음의 수학식 10과 같이 정리할 수 있다.
<수학식 10>
Figure 112017012721252-pat00049
이때, U는 k 번째 서브캐리어, m번째 서브심볼로 전송한 신호의 수신 파워에 관련된 값이며, V는 데이터를 송신할 경우데이터의 수신 파워와 주파수 오프셋으로 인해 발생되는 간섭 파워의 합에 관련된 값이다.
상기 수학식 10에서 U 및 V는 각각 다음의 수학식 11 및 12와 같이 나타낼 수 있다.
<수학식 11>
Figure 112017012721252-pat00050
<수학식 12>
Figure 112017012721252-pat00051
따라서, 상기 수학식 10의 값을 최대화시킬 수 있는 필터
Figure 112017012721252-pat00052
를 사용함으로써, 주파수 오프셋이 발생하는 환경에서 간섭을 최소화하고 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다.
이를 위해, 수학식 13의 최적해(solution)를 산출한다.
<수학식 13>
Figure 112017012721252-pat00053
수학식 13의 최적해는 레일리-리츠 정리(Rayleigh-Ritz theorem)에 의해 다음의 수학식 14와 같이 구할 수 있다. 참고로, 레일리-리츠 이론은 변위경계조건을 만족시키는 유한개수의 기저함수의 선형조합으로 미지함수를 표시하고 기저함수를 가중함수로 사용해서 해를구하는 법으로 일종의 가중잔차법이다
<수학식 14>
Figure 112017012721252-pat00054
위와 같은 수학식 11 및 12에서 U 및 V를 구할 수 있으므로 이를 통해
Figure 112017012721252-pat00055
를 계산한 후, 그 고유치(eigenvalue)를 계산할 수 있다. 고유치 중 최댓값을 찾고 그에 대응하는 고유벡터(eigenvector)를
Figure 112017012721252-pat00056
로 사용한다.
Figure 112017012721252-pat00057
이므로 수학식 14에서 구한 필터 계수를 수신단 필터(즉, 도 2의 도면부호 ‘213’)에 사용한다.
앞서 설명한 바와 같이, 수학식 14를 통해 구해진 필터 계수는 GFDM 신호 수신때마다 실시간으로 계산하여 사용되는 것이 아니라, 필터 계수 검출부(212)에 의해 사전에 주파수 오프셋 별로 계산값들이 산출되어 코드북으로 생성 및 저장된다. 그리고 필터 계수 검출부(212)는 수신된 전송 신호의 주파수 오프셋에 따라 코드북에 저장된 필터 계수 중 매칭된 필터 계수를 사용한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 오프셋에 강인한 수신 필터와 기존의 다른 수신 필터를 사용한 경우의 성능을 비교한 그래프이다.
도 4에서는 GFDM 통신 시스템에 대해 기존의 수신 필터인 정합필터를 사용한 경우, 제로포싱(Zero forcing)을 사용한 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 오프셋에 강인한 수신 필터를 사용한 경우의 신호대간섭비(즉, 성능)을 나타냈다. 도 4에서는 주파수 오프셋 값이 0.2에 최적화된 수신 필터를 나타냈으며, 주파수 오프셋 0.2 구간에서 본 발명의 일 실시예에 따른 수신 필터는 다른 필터들에 비해 탁월한 성능을 나타내는 것을 알 수 있다.
이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 주파수 오프셋에 강인한 간섭 제거 장치를 통한 간섭 제거 방법에 대해서 설명하도록 한다. 본 발명의 실시예에 따른 GFDM 통신 시스템에서 수신 장치는 GFDM 신호를 처리하는 간섭 제거 장치로서 동작할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 오프셋에 기초한 간섭 제거 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
먼저, GFDM 방식으로 변조된 전송 신호를 수신하면(S510), 전송 신호에 대한 주파수 오프셋을 추정한다(S520).
참고로, 전송 신호에 대한 주파수 오프셋을 추정하기에 앞서 수신된 전송 신호를 아날로그-디지털 컨버팅(A/D)하고, CP를 제거하는 절차를 수행할 수 있다.
다음으로, 사전에 계산된 주파수 오프셋 별 필터 계수 중 추정된 주파수 오프셋에 매칭된 필터 계수를 검출한다(S530).
이때, 사전에 계산된 필터 계수들은 코드북으로 생성 및 저장될 수 있다. 또한, 필터 계수를 산출하는 방법은 앞서 수학식 3 내지 14를 통해 나타내었으므로 상세한 설명은 생략한다.
그런 다음, 검출된 필터 계수를 수신 필터에 적용하여 GFDM 복조를 처리하여, 전송 신호로부터 간섭이 제거된 데이터를 검출하여 출력한다(S540).
이때, 수신 필터는 정합필터 또는 MMSE 필터일 수 있다. 또한, GFDM 복조를 처리한 후 신호를 P/S 엔코더(Parallel to Serial encoder)를 통해 직렬 데이터로 컨버팅하여 검출 데이터로서 출력할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 주파수 오프셋에 강인한 간섭 제거 장치 및 그 방법은, 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 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 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 또는 반송파와 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 무선 통신 시스템
100: 송신 장치
200: 수신 장치

Claims (11)

  1. 무선 통신 시스템의 주파수 오프셋에 기초한 간섭 제거 장치에 있어서,
    기설정된 변조 방식에 따라 변조된 전송 신호를 수신하면, 상기 전송 신호의 프리앰블 및 파일럿에 기초하여 반송파 주파수 오프셋을 추정하는 주파수 오프셋 추정부;
    사전에 복수의 반송파 주파수 오프셋 별로 산출된 최적 필터 계수가 저장되어 있고, 상기 기저장된 최적 필터 계수들 중 상기 추정된 반송파 주파수 오프셋에 매칭된 최적 필터 계수를 검출하는 필터 계수 검출부; 및
    상기 검출된 최적 필터 계수를 사용하여 상기 전송 신호를 상기 변조 방식에 대응된 복조 방식으로 복조하여 데이터를 검출하는 수신 필터를 포함하되,
    상기 필터 계수 검출부는,
    상기 변조 시 적용된 반송파 간격인 정규화된 주파수 오프셋에 대한 대각행렬을 산출하고, 상기 대각행렬 중 대각성분의 파워와 나머지 성분의 파워에 기초하여 신호대간섭비를 산출하고, 상기 신호대간섭비를 최대화시키는 필터 계수를 산출하여 상기 최적 필터 계수로서 저장하는, 무선 통신 시스템의 주파수 오프셋에 기초한 간섭 제거 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 필터 계수 검출부는 상기 반송파 주파수 오프셋 별 최적 필터 계수를 코드북으로 생성하여 저장하는, 무선 통신 시스템의 주파수 오프셋에 기초한 간섭 제거 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 필터 계수 검출부는,
    주파수 오프셋이 발생된 전송 신호
    Figure 112019006697765-pat00058
    에 대해 하기 수학식 1에 따라 상기 신호대간섭비를 산출하고,
    상기 산출된 신호대간섭비에 기초하여 아래 수학식 2에 따른 레일리-리츠 정리(Rayleigh-Ritz theorem)에 대한 최적해를 산출하되,
    상기 최적해는 상기 최적 필터 계수로서 저장되는 것인, 무선 통신 시스템의 주파수 오프셋에 기초한 간섭 제거 장치.
    <수학식 1>
    Figure 112019006697765-pat00059

    <수학식 2>
    Figure 112019006697765-pat00060

    (여기서, C는 주파수 오프셋 행렬인
    Figure 112019006697765-pat00061
    이되,
    Figure 112019006697765-pat00062
    는 대각행렬이고,
    Figure 112019006697765-pat00063
    은 반송파의 간격인 정규화된 주파수 오프셋이며,
    Figure 112019006697765-pat00064
    은 상기 수신 필터인
    Figure 112019006697765-pat00065
    을 시간 및 주파수로 시프트시킨 필터로서
    Figure 112019006697765-pat00066
    이되,
    Figure 112019006697765-pat00067
    는 시간 및 주파수로 시프트 시키지 않은 필터 계수이고,
    Figure 112019006697765-pat00068
    및
    Figure 112019006697765-pat00069
    는 시간 및 주파수를 시프트시키는 행렬들이며,
    시간대잡음비
    Figure 112019006697765-pat00070
    이며, U는 k 번째 서브캐리어 및 m 번째 서브심볼로 전송한 전송 신호의 수신 파워에 기초한 값이며, V는 데이터에 대한 수신 파워 및 주파수 오프셋으로 인해 발생되는 간섭 파워의 합에 기초한 값이고,
    Figure 112019006697765-pat00071
    로서 그 최적해는
    Figure 112019006697765-pat00072
    행렬의 고유치(eigenvalue) 중 최댓값에 대응하는 고유벡터(eigenvector)이다.)
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신 필터는,
    정합필터(matched filter) 또는 최소평균제곱오차 필터(Minimum Mean-Squared Error filter, MMSE) 중 어느 하나인, 무선 통신 시스템의 주파수 오프셋에 기초한 간섭 제거 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 변조 방식은 GFDM(Generalized Frequency Division Multiplexing) 변조인 것인, 무선 통신 시스템의 주파수 오프셋에 기초한 간섭 제거 장치.
  7. 무선 통신 시스템의 전송 신호를 처리하는 간섭 제거 장치를 통한 주파수 오프셋에 기초한 간섭 제거 방법에 있어서,
    기설정된 변조 방식에 따라 변조된 전송 신호를 수신하는 단계;
    상기 전송 신호의 프리앰블 및 파일럿에 기초하여 반송파 주파수 오프셋을 추정하는 단계;
    변조 시 적용된 반송파 간격인 정규화된 주파수 오프셋에 대한 대각행렬을 산출하고, 상기 대각행렬 중 대각성분의 파워와 나머지 성분의 파워에 기초하여 신호대간섭비를 산출하고, 상기 신호대간섭비를 최대화시키는 필터 계수를 산출하여 최적 필터계수로서 저장하는 단계;
    사전에 저장된 복수의 반송파 주파수 오프셋 별로 산출된 최적 필터 계수 중 상기 추정된 반송파 주파수 오프셋에 매칭된 최적 필터 계수를 검출하는 단계; 및
    상기 검출된 최적 필터 계수를 수신 필터에 사용하여 상기 전송 신호를 상기 변조 방식에 대응된 복조 방식으로 복조하여 데이터를 검출하는 단계를 포함하는, 주파수 오프셋에 기초한 간섭 제거 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 복수의 반송파 주파수 오프셋 별로 산출된 최적 필터 계수는 코드북으로 생성하여 저장된 것인, 주파수 오프셋에 기초한 간섭 제거 방법.
  9. 삭제
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 수신 필터는,
    정합필터(matched filter) 또는 최소평균제곱오차 필터(Minimum Mean-Squared Error filter, MMSE) 중 어느 하나인, 주파수 오프셋에 기초한 간섭 제거 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 변조 방식은 GFDM(Generalized Frequency Division Multiplexing) 변조인 것인, 주파수 오프셋에 기초한 간섭 제거 방법.
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