WO2017065531A1 - 고속 무선 통신을 위한 g-ofdm을 이용한 통신 방법 및 장치 - Google Patents
고속 무선 통신을 위한 g-ofdm을 이용한 통신 방법 및 장치 Download PDFInfo
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- WO2017065531A1 WO2017065531A1 PCT/KR2016/011505 KR2016011505W WO2017065531A1 WO 2017065531 A1 WO2017065531 A1 WO 2017065531A1 KR 2016011505 W KR2016011505 W KR 2016011505W WO 2017065531 A1 WO2017065531 A1 WO 2017065531A1
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- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L27/00—Modulated-carrier systems
- H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
Definitions
- the present invention relates to a communication method and apparatus using generalized OFDM (hereinafter, referred to as 'G-OFDM').
- the present method is applicable to both wired and wireless communication, but since the wired communication method is well known, the wireless communication method will be described.
- Wireless communication refers to the transmission and reception of various information such as voice and video without using a physical wire by using a radio wave.
- Radio waves are a part of electromagnetic waves that can transmit information at the speed of light and can be used for wireless communication because they can pass through most solids, vacuums, and atmospheres.
- Radio waves may be divided into various bands according to wavelengths or frequencies.
- As the classification according to the wavelength length there are classifications such as long wave, medium wave, and short wave.
- UHF is used for TV and digital TV broadcasting
- VHF is used for FM radio broadcasting, TV broadcasting, remote control, etc.
- short wave is used for police, aircraft radio, and the like.
- Is used for AM radio broadcasting, and longwaves are used for different fields such as coastal and ship radio broadcasting.
- a method using a frequency has been used so that various communications simultaneously within one application range for each wavelength can be distinguished from each other.
- voice data is transmitted between the A-Bs using wireless communication.
- wireless communication between A-B and wireless communication between C-D should be distinguished.
- the radio communication between the AB is made of a radio wave having an 800 MHz frequency (for example)
- the radio communication between the CD is made a radio wave having an 810 MHz frequency (also, for example).
- Wireless communication can be transmitted separately without mixing.
- Frequency division schemes include FDMA, TDMA, CDMA, and, most recently, OFDM.
- FDMA is the frequency division scheme used at the earliest, and it literally divides frequency bands among users. However, as the number of concurrent users increases, the frequency bands that can be allocated become narrower, resulting in increased noise and lowered communication quality.
- the way to solve this problem is TDMA, which was called 2G in the wireless telephone market.
- TDMA all frequency bands are used by one person at a time, but when users increase, several users alternately use them (that is, with time difference).
- CDMA a more advanced method
- CDMA all frequency bands are used by all users at all times for all time, but the signals of each user are differentiated by multiplexing using random numbers assigned to each user.
- Orthogonal frequency division multiplexing is a technology that makes these existing technologies more efficient, and is called OFDM-TDMA, OFDM-CDMA, etc. depending on which technology is combined.
- OFDM is a frequency orthogonal technique, in which multiple pieces of data are put in parallel on a carrier frequency at regular orthogonal intervals and transmitted simultaneously.
- some margins have to be given between the frequency bands used for actual communication.
- the OFDM scheme is applied, even if overlapping frequencies do not cross each other, interference does not occur. There is no need to provide the frequency and the frequency band allocation and distribution becomes much more efficient.
- Various specific techniques utilizing such OFDM are disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No.
- a guard interval is inserted to remove inter-symbol interference by multiple paths. If there is no signal in the GI interval, the orthogonality of the subcarriers may be collapsed and inter-channel interference may occur. In order to prevent this, a part of a signal behind the symbol period is copied and inserted, and this signal is a cyclic prefix (CP).
- CP cyclic prefix
- this CP is a factor that reduces the transmission efficiency, and this method also interferes with neighboring channels because the signal level between neighboring channels is only 13.6 dB difference. In addition, it interferes with neighboring frequency bands, and thus puts a guard band in the use of frequency, thereby decreasing efficiency in using the frequency.
- the technology introduced to improve this disadvantage is the FBMC (filter bank multicarrier) technology, which does not interfere with neighboring channels except for a minimum transmission band, generates little leakage power between bands, and requires no CP. This makes it possible to use the frequency more efficiently.
- FBMC Filter Bank Multicarrier
- the details of OFDM, FBMC, comparison between each technique, and the pros and cons of "FBMC (Filter Bank Multicarrier) transmission technology trend" Korea Communications Agency, Broadcasting Technology Issues & Outlook, 2014 No. 61, 2014.03. 03
- the FBMC technology has a problem that the prototype filter is very large and the implementation complexity is very large, which causes a lot of power consumption when developed as a device, which is not suitable for commercialization. Doing.
- each hierarchical channel defined by a predetermined frequency band, so that digital data is carried for each hierarchical channel, Corresponding and defined as a function in the frequency domain, a plurality of layer channels are superimposed and multiplexed by a plurality of layer synthesis functions having orthogonality and frequency cutoff, and each layer channel is transmitted to a plurality of subchannels. Characterized in that it is formed to be divided. In this case, each frequency band of the plurality of hierarchical channels formed for each of the subchannels is formed to be identical to each other for all the hierarchical channels (that is, physically completely overlapped).
- a matrix composed of a plurality of the hierarchical synthesis functions is a composite matrix
- a matrix composed of hierarchical separation functions corresponding to each of the plurality of hierarchical synthesis functions is called a separation matrix.
- the composite matrix and the separation matrix has a hierarchical function matrix ( )
- the hierarchical matrix ( ) Is formed such that the following formula holds.
- the hierarchical function matrix ( ) Is a matrix having a column length of 1 and having orthogonality between columns. ) Is determined; Jump elimination matrix for subtracting the first row from each row to avoid frequency spreading or leakage due to jumps at the starting point. ) Is the initial matrix ( Multiplied by; To achieve column smoothing, the filtering matrix ( ) Is the jump removal matrix ( ) And initial matrix ( ) Times ( Multiplied by; To regain orthogonality, Filtering matrix by ), Jump removal matrix ( ) And initial matrix ( ) Times ( ) Is converted to a hierarchy function matrix ( ) Is generated;
- the communication method the initial matrix having an even column length And jump matrix Hierarchical Function Matrix Created with Or an initial matrix with odd column lengths And jump matrix Hierarchical Function Matrix Created with It is characterized by using the first column of as a pilot vector.
- data of a digital signal is converted into a waveform signal and transmitted through a plurality of the hierarchical channels, and the data carried in each of the hierarchical channels is transmitted in a frequency domain using the hierarchical synthesis functions.
- Frequency overlapping and transmitting converted into superposition and time domain signals and then transmitted on one communication channel;
- After the data in the form of a waveform signal transmitted by the frequency overlapping and transmitting step is received and converted from a time domain signal to a frequency domain signal, each hierarchical channel using hierarchical separation functions corresponding to the hierarchical synthesis function
- a frequency separation and reception step in which the data in the digital signal contained in the field is separated and restored.
- At least one modulation selected from BPSK, QPSK, M-PSK, and M-QAM when the data is loaded on each of the subchannels.
- the modulation scheme used for each of the hierarchical channels may be the same or different from each other.
- the communication device using the G-OFDM of the present invention is characterized in that the communication device using the communication method as described above.
- the transmitter uses a hierarchical synthesis function to transmit a symbol of several hierarchical channels. Is transmitted in the frequency domain by shaping and superimposing, and the receiving side separates the original hierarchical channel symbol from the superimposed signal by using the hierarchical separation function. Accordingly, unlike the conventional one having to allocate one unique frequency band for one user, the G-OFDM of the present invention can efficiently reduce frequency interference by sending data symbols superimposed.
- the present invention is a technique of overlapping symbols using a function having a property (e.g. orthogonality) that can be separated from each other, so that it is incomparably simpler than that of the FTN technique, so that the implementation or operation of the system is much more complicated.
- a function having properties that can be synthesized and interpreted may occur in a large number within a mathematically finite interval.
- the number of functions to be technically implemented should be appropriately limited according to the complexity.
- the existing frequency interference problem can be solved by using the G-OFDM technology, and it is expected to be a very useful technology as the next generation communication technology as well as the next generation.
- 1 is a conventional OFDM communication scheme principle.
- FIG. 2 illustrates an example of overlapping and separating two layer channels using the G-OFDM technique of the present invention.
- FIG 3 illustrates an example in which a plurality of hierarchical channels consisting of one subchannel are synthesized and separated using the G-OFDM technique of the present invention.
- 6 is a transmitter structure implementing frequency overlapping and transmitting steps.
- FIG. 7 illustrates a receiver architecture for implementing frequency separation and reception steps.
- FIG. 8 is a structure of a transmitter and a receiver using the G-OFDM technique of the present invention.
- 9 is a process of generating a hierarchical matrix having orthogonality and frequency blocking.
- 11 is a frequency response characteristic of the hierarchical synthesis function of G (8,6) -OFDM.
- 12 is a power frequency density composed of a hierarchical synthesis function of OFDM and G (8,6) -OFDM.
- 13 is a set of hierarchical synthesis functions in the time domain of G (7,5) -OFDM.
- 15 is a power frequency density consisting of a hierarchical synthesis function of OFDM and G (7,5) -OFDM.
- FIG. 1 conceptually illustrates a conventional OFDM communication scheme principle.
- the conventional TDMA (2G), CDMA (3G), etc. has already described that a single user uses the frequency (f) of all bands.
- the allocated frequency band is divided into subchannels consisting of several small frequency bands as shown in FIG. Subchannel 1, subchannel 2, ... ').
- one subchannel occupies one information symbol. 1, symbol 1 transmits and receives using the frequency of subchannel 1, symbol 2 transmits and receives using the frequency of subchannel 2, and the like.
- the symbol refers to the smallest unit of data sent at a time in data communication.
- the 4-PSK modulation scheme four types of 1, j, -1, and -j are used at one time. In this case, two bits of information can be sent at a time, and one symbol can be thought of as almost two bits.
- Types of modulation schemes include BPSK, QPSK, M-PSK, M-QAM, and the like, and since the modulation schemes are widely known in the art, detailed descriptions thereof will be omitted.
- FIG. 2 conceptually illustrates an example of overlapping and separating two hierarchical channels using the G-OFDM technique of the present invention. It is the same to divide the entire frequency band into smaller bands of subchannel 1, subchannel 2, ..., where the subchannels do not have to be the same size range as each other. It is shown an example in which the size of each is formed differently.
- the signal carrying the symbol of the hierarchical channel 1 on the sub-channel 1 and the signal carrying the symbol of the hierarchical channel 2 are overlaid in the frequency domain by using the hierarchical synthesis function. Send. That is, the superimposed symbol 1 is carried on subchannel 1 and the superimposed symbol 2, ... on subchannel 2 in the transmitted signal.
- the receiving side receives the overlap symbol 1 on the subchannel 1, receives the overlap symbol 2 on the subchannel 2, and receives the overlap symbols in the process of ..., the overlap symbol 1 by using a layer separation function for each subchannel By splitting, symbols 11 and 21 are obtained, and the original symbols are separated by the process of.
- the wireless communication method of the present invention can contribute to substantially increase communication capacity by reducing frequency interference between systems.
- the wireless communication method of the present invention there are a plurality of hierarchical channels defined in a predetermined frequency band, so that digital data is carried for each hierarchical channel.
- the plurality of layered channels are overlapped and multiplexed by a plurality of layered synthesis functions corresponding to the plurality of layered channels and defined as functions in the frequency domain.
- each of the hierarchical channels is formed to be divided into a plurality of subchannels, so that data can be carried more efficiently.
- each frequency band of the plurality of subchannels formed for each of the hierarchical channels is formed to be the same for all the hierarchical channels. Accordingly, as described above, unlike the conventional case, only one information symbol may be transmitted and received on one subchannel, and in the present invention, one subchannel may transmit and receive as many information symbols as the number of hierarchical channels. It can be.
- the wireless communication method of the present invention is composed of a frequency overlapping and transmitting step and a frequency separation and reception step.
- data of a digital signal through a plurality of hierarchical channels is converted into an analog signal and transmitted (where the hierarchical channels are defined as predetermined frequency bands, and a plurality of subchannels as shown). And the entire band and each subchannel band are the same for each layer channel).
- the data carried on each of the hierarchical channels are converted into overlapping and time-domain signals in the frequency domain using the hierarchical synthesis functions and then transmitted on one communication channel.
- the data in the form of an analog signal transmitted by the frequency overlapping transmission step is received and converted from a time domain signal into a frequency domain signal, and then using hierarchical separation functions corresponding to the hierarchical synthesis function.
- the data of the digital signals carried on the respective hierarchical channels are separated and restored.
- FIG. 3 conceptually illustrates a principle of transmitting and receiving information symbols of a plurality of hierarchical channels in one subchannel using the G-OFDM technique of the present invention.
- orthogonal waveform is used as an example of the hierarchical synthesis function.
- Orthogonal functions in the frequency domain have the following properties:
- Information symbols may be synthesized as follows.
- the signal shown in (3) Is sent.
- Information symbol Is a pulse in the frequency domain Is a pulse in the time domain corresponding to Will be sent on.
- channel noise when channel noise is introduced into such a signal, it may appear as follows.
- each step (frequency overlapping and transmitting step, frequency separation and reception step) of the wireless communication method of the present invention will be described in more detail with a specific embodiment for applying to an actual communication system.
- the input data string to be transmitted in digital form Is used by symbol channel mapper ) And by subchannel ( Indexed on the complex plane symbol ( ).
- Data to be transmitted in a digital communication system is in digital form.
- These input data columns ( ) Modulates through a baseband modulator called a symbol mapper. Modulation methods can be applied to all baseband digital modulation methods, such as BPSK, QPSK, M-PSK, M-QAM.
- First layer channel, Symbol mapping for the first subchannel may be expressed as follows.
- Symbol mapping is Collection of data bits on the first subchannel Symbol on complex plane It acts as a mapping.
- the oversampling signal of each layer channel ( ) Is an orthogonal function ( By convolution in the frequency domain To be molded).
- the orthogonal function ( ) Is equal to the number of the hierarchical channels
- the orthogonal function ( ) Corresponds to the hierarchical synthesis function in the earlier explanation.
- any function may be used as the hierarchical synthesis function, but since it is an orthogonal function that can be easily implemented most intuitively, only an orthogonal function is used in this embodiment.
- a hierarchical composition function may be applied instead of an orthogonal function.
- the condition that the hierarchical synthesis function should have is a measurement analysis function for separating the hierarchical channel, and the function represented by the product of the synthesis function and the analysis function as a whole may be orthogonal.
- shaping filtering by the hierarchical synthesis function is based on the length of the input data vector And parameters Total sample length by This means that it is circularly convolved so that circular convolution is obtained as follows.
- the overlap signal ( ) Is transformed from a frequency domain signal to a time domain signal by an inverse Fourier transform, so that a transmission signal in the form of an analog signal ( Let).
- equation (14) Denotes an inverse Fourier transform operator.
- the transmission signal (the analog signal in the time domain) ) Is transmitted on one said communication channel.
- 6 illustrates a transmitter structure for implementing the frequency overlapping and transmission steps as described above.
- the transmission signal transmitted through the communication channel ( ) And the noise signal introduced into the communication channel ( ) Combined with the received signal ( ) Is received (see equation (15)).
- the transmission signal transmitted in the spectral overlap and transmission steps should be received as it is, but noise is almost always introduced in the actual communication environment.
- the received signal includes a noise signal as well as a transmitted signal.
- the transmission signal ( ), Noise signal ( ), Incoming signal ( ) Are all in vector form.
- the received signal ( ) Is transformed from a time domain signal into a frequency domain signal by a fast Fourier transform (FFT) to convert the transform signal ( Let).
- FFT fast Fourier transform
- the conversion signal ( ) Is the layer separation function ( Separate signal for each layer channel in the form of digital signal convolved in the frequency domain by To be separated.
- the hierarchical separation function corresponds to the hierarchical synthesis function used in the overlapping step, and as described above, the function represented by the product of the synthesis function and the analysis function is determined to have orthogonality.
- the relationship between the synthesis function h and the analysis function g is as follows.
- the separation signal ( )from Signal before conversion which is the signal at the point where ) Is saved.
- the separation signal ( )from Signal before conversion which is the signal at the point where ) Is saved.
- FIG. 7 illustrates a receiver structure for implementing the frequency separation and reception steps as described above.
- data for each layer channel is overlapped in a frequency domain by using layer synthesis functions.
- These hierarchical synthesis functions should be excellent in frequency cutoff characteristics while being waveforms having properties that can be separated from each other (eg, orthogonality).
- the Hadamard matrix has excellent orthogonality but no frequency blocking capability, and thus is not suitable for application to the communication method of the present invention.
- a new layer synthesis function and a layer separation function satisfying orthogonality and frequency blocking property are proposed.
- An example of making such a function is described below, but enumerating each layer function is not very effective, so we introduce a matrix to discuss the orthogonality and frequency blocking characteristics of each column.
- Hierarchical Function Matrix The process of making is shown in FIG. 9. The structure of the synthetic matrix and the separation matrix is the same. Hierarchical Function Matrix Is obtained by the following equation.
- matrix Wow are transform matrices from the frequency domain to the time domain and from the time domain to the frequency domain, respectively.
- matrix Wow Each removes jumps in columns in the matrix and performs filtering in the time domain.
- a common feature is that columns are 1 in length and are orthogonal between each column.
- the length of the column is odd, that is When this is odd, the initial matrix has the form
- equations (24) and (25) the fact that most of the matrix elements are zero is to achieve the goal with the minimum operation when there is another matrix and operation.
- the portion of space is zero, and all of the center rows of equation (25) are zero.
- the matrix column is expanded and zero padded to the required size.
- the matrix required for permuting and zero padding is defined as follows.
- the permute and zero-padded matrix can be expressed as
- Spectral spreading occurs in OFDM because each carrier function has a sharp jump at its starting point. In other words, spectral spreading or leakage occurs due to a jump that contains a lot of high frequencies at the starting point. So we can eliminate this jump by subtracting the first row from each row. The mathematical expression of this is as follows.
- the matrix acts as an operator to remove jumps from the column.
- the matrix may be transformed into the frequency domain by taking a DFT on the columns of.
- a method of eliminating jumps in the columns of the matrix by Equation (31) can be considered variously.
- the first row is all zero in the time domain, it means the same as the sum is zero for each column in the frequency domain.
- Criteria for determining whether a jump elimination method is useful will be described later, but will be determined with a variety of frequency characteristics and pilot vectors.
- the filtered matrix After filtering, DFT, permutation, and truncation, the filtered matrix can be obtained as follows.
- the initial matrix began with a matrix with orthogonal columns, but may be distanced from the matrix with orthogonal columns while eliminating jumps and performing filtering.
- the matrix given by Eq. (43) can be converted into the matrix with the nearest orthogonal column as follows while maintaining its properties.
- the process of creating a matrix containing pilot vectors is already an initial matrix. From Can be defined the same as the process for creating a.
- the matrix including the pilot vector must have all the elements of all other vectors corresponding to the rows located in the nonzero elements constituting the pilot vector all zeros.
- the initial matrix can be defined as
- jump matrices can be defined as follows.
- the initial matrix can be defined as
- jump matrices can be defined as follows.
- Simulation was performed to check whether the frequency cutoff is good when the filter matrix, which is the core of the present invention as described above, is actually applied. That is, to briefly explain the following simulation process, a hierarchical matrix is obtained using an appropriately set initial matrix, a jump matrix, and equation (22), and it is checked whether the first column of the hierarchical matrix can be used as a pilot vector.
- a reference signal known to both the transmitter and the receiver for channel estimation is called a pilot. If the first column of the hierarchical matrix obtained in the simulation satisfies the conditions described above, It can be determined that it is high and can be used as a pilot vector.
- 10 is a matrix By plotting the columns of in the time domain, we can see that all the curves start at zero and end with zero. This prevents spectral spreading by not drastically changing the function used as a carrier wave.
- 11 is the matrix By plotting columns in the frequency domain, it can be seen that the spectral characteristics of each column are different.
- 12 is a comparison of power spectral density (PSD) between conventional OFDM and G-OFDM according to the present invention. It can be seen from FIG. 12 that the G-OFDM shows very high spectrum use efficiency.
- PSD power spectral density
- 13 is a matrix By plotting the columns of in the time domain, we can see that all the curves start at zero and end with zero. This prevents spectral spreading by not drastically changing the function used as a carrier wave.
- 14 is the matrix By plotting columns in the frequency domain, it can be seen that the spectral characteristics of each column are different.
- 15 is a comparison of power spectral density (PSD) of conventional OFDM and G-OFDM of the present invention. It can be seen from FIG. 15 that the G-OFDM shows very high spectrum use efficiency.
- PSD power spectral density
- the existing frequency interference problem can be solved by using the G-OFDM technology, and it is expected to be a very useful technology as the next generation communication technology as well as the next generation.
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Abstract
본 발명의 목적은, 현재 4세대 무선 통신 기술인 OFDM 기술을 개량하여 채널간 간섭(inter-channel interference)을 줄이는 FB(filter bank) 방식과 계층합성함수를 이용하여 다수의 계층채널들의 신호를 동일한 주파수 대역에 중첩 다중화하여 전송하는 방식을 동시에 수행하여 주파수 할당 및 효율을 획기적으로 향상시키는, G-OFDM을 이용한 통신 방법 및 장치를 제공함에 있다.
Description
본 발명은 일반화된 OFDM(Generalized OFDM, 이후 'G-OFDM'이라고 칭함)을 이용한 통신 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 방식은 유선 및 무선 통신 두 가지에 대해서 모두 적용 가능하지만, 유선 통신 방식에 대해서는 이미 잘 알려져 있기 때문에 무선 통신 방식을 위주로 기술한다.
무선 통신이란 라디오파(radio wave)를 이용하여 음성, 영상 등과 같은 다양한 정보를 물리적인 전선 연결 없이 송수신하는 것을 말한다. 라디오파란 전자기파의 일부로서 빛의 속도로 정보를 전달할 수 있으며, 대부분의 고체, 진공, 대기 등을 통과할 수 있어 무선 통신용으로서 유용하게 사용된다. 라디오파는 파장 또는 주파수에 따라 다양한 영역(band)으로 나눌 수 있는데, 파장 길이에 따른 분류로서 장파(long wave), 중파(medium wave), 단파(short wave) 등의 분류가 있다. 구체적으로 예를 들면, 극초단파(UHF)는 TVㆍ디지털 TV 방송 등에 이용되고, 초단파(VHF)는 FM 라디오 방송, TV 방송, 원격조종장치 등에 이용되고, 단파는 경찰ㆍ항공기 라디오 등에 이용되고, 중파는 AM 라디오 방송에 이용되고, 장파는 해안ㆍ선박용 라디오 방송에 이용되는 등 용도별로 다른 분야에 사용되고 있다.
파장별로 활용 범위가 다른 것과 별개로, 어느 하나의 파장별 활용 범위 내에서 동시에 이루어지는 여러 통신들이 서로 변별될 수 있도록 주파수를 이용하는 방식이 사용되어 왔다. 구체적으로 쉽게 설명하자면, 어떤 한 쌍의 사람들 A-B가 무선으로 전화 통화를 한다고 할 때, 이는 즉 A-B 간에는 음성 데이터가 무선 통신을 이용하여 전송되고 있는 것을 의미한다. 그런데 동시에 다른 한 쌍의 사람들 C-D 간에도 전화 통화가 이루어져야 한다면, A-B 간의 무선 통신과 C-D 간의 무선 통신이 구분이 되어야 한다. 이 때 A-B 간의 무선 통신은 (예를 들어) 800MHz 주파수를 가지는 라디오파로 이루어지게 하고, C-D 간의 무선 통신은 (역시 예를 들어) 810MHz 주파수를 가지는 라디오파로 이루어지게 함으로써, A-B 간의 무선 통신과 C-D 간의 무선 통신이 서로 섞이지 않고 구분되어 전송될 수 있게 된다.
이와 같이 무선 통신에서는, 동시에 이루어지는 여러 통신들을 서로 변별할 수 있도록 하는 것이 필수적이며, 또한 각각의 통신을 효과적으로 변별함과 동시에 대량의 동시 통신을 효율적으로 운용할 수 있도록 하는 것이 중요하다.
상술한 바와 같이 무선 통신에 있어서 동시에 일어나는 여러 통신들을 변별하기 위해서는 주파수 대역을 적절히 나누어 할당해 주는 방식이 사용되어 왔으며, 무선 통신 사용량 자체가 크지 않았던 과거에는 상술한 예시와 같이 매우 단순한 방식으로 주파수 대역을 쪼개어 할당하여도 큰 문제가 발생하지 않았다. 그러나 무선 통신의 일반화 경향이 급격히 빨라지고, 무선 전화 사용자 수도 기하급수적으로 증가함에 따라, 주파수 대역의 분배 및 할당을 보다 효율적으로 하기 위한 연구가 꾸준히 이루어져 왔다.
주파수 분할 방식에는 FDMA, TDMA, CDMA, 그리고 가장 최근의 방식으로 OFDM 등의 방식이 있다. FDMA는 가장 초기에 사용되었던 주파수 분할 방식으로, 말 그대로 사용자마다 주파수 대역을 분할해서 나누어 주는 것이다. 그런데 이러한 방식은 동시 사용자의 수가 증가할수록 할당받을 수 있는 주파수 대역이 좁아지게 되어, 잡음 증가 및 통신 품질 저하의 문제점이 크게 나타난다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 나온 방식이 TDMA로서, 무선 전화 시장에서 이른바 2G라고 불렸던 방식이다. TDMA에서는, 모든 주파수 대역을 한 명이 한꺼번에 모두 사용하되, 사용자가 늘어날 경우 여러 사용자가 번갈아가면서(즉 시간차를 두고) 사용하게 된다. 한편 TDMA와 비슷한 시기에 개발 및 사용되었으며 보다 발전된 방식으로서 CDMA가 있는데, 이른바 3G라고 불렸던 방식이다. CDMA에서는, 모든 주파수 대역을 모든 시간 동안 모든 사용자가 한꺼번에 사용하되, 사용자마다 할당된 난수를 이용하여 다중화 함으로써 각 사용자들의 신호들을 변별한다.
OFDM(orthogonal frequency division multiplexing)은 이러한 기존의 기술들을 더욱 효율적으로 만들어 주는 기술로서, 어떤 기술과 결합되느냐에 따라 OFDM-TDMA, OFDM-CDMA 등과 같이 불린다. OFDM란 주파수 직교 기술로서, 직교하는 일정 간격의 캐리어 주파수에 여러 개로 쪼갠 데이터를 병렬로 실어 동시에 전송하는 것이다. FDMA 방식 등의 경우 인접한 주파수끼리의 간섭을 피하기 위해 실제 통신에 사용하는 주파수 대역들 간에 어느 정도 여백을 주어야 하였는데, OFDM 방식을 적용하면 겹치는 주파수라 해도 서로 직교할 경우 간섭이 발생하지 않기 때문에 이러한 여백을 줄 필요가 없어, 주파수 대역의 할당 및 분배가 훨씬 효율적이 된다. 이러한 OFDM을 활용하는 여러 구체적인 기술들이, 한국특허공개 제2006-0116019호("광대역 무선 통신 시스템에서 다중-반송파 및 직접 시퀀스확산 스펙트럼 신호를 중첩시키는 방법", 2006.11.13), 한국특허공개 제2008-0090031호("직교주파수 분할다중화 통신시스템에서 전송 장치 및 방법", 2008.10.08) 등에 개시된다. OFDM 방식은 주파수 대역 할당에 있어 효율적이며 전파의 다중 경로 특성이 강하여 현재 활발히 사용되고 있다.
한편 종래의 OFDM 전송 방식에서는 다중 경로에 의한 심볼 간 간섭을 제거하기 위해 GI(guard interval)를 삽입하는데, GI 구간에 신호가 없으면 서브캐리어의 직교성이 무너져 채널 간 간섭이 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위하여 심볼 구간 뒷부분의 신호 일부를 복사하여 삽입하는데, 이 신호가 바로 CP(cyclic prefix)이다. 그런데 사실상 이 CP가 전송 효율을 저하시키게 되는 요인이 되며, 또한 이 방식은 이웃 채널 간 신호 레벨이 13.6 dB 차이 밖에 나지 않으므로 이웃 채널에게 간섭을 주게 된다. 더불어 이웃 주파수 대역에도 간섭을 주게 되어 주파수 사용에 있어서 보호 대역을 두게 됨으로써 주파수 사용에 효율을 떨어뜨리게 된다.
이와 같은 단점을 개선하기 위해 등장한 기술이 FBMC(filter bank multicarrier) 기술로서, 최소한의 전송 대역을 제외하고 이웃 채널에 간섭을 주지 않으며, 밴드 간의 누출 전력을 거의 발생시키지 않고 CP를 사용하지 않아도 된다는 장점이 있어, 주파수를 더욱 효율적으로 사용할 수 있다. OFDM, FBMC에 대한 구체적인 내용과 각 기법들 간의 비교 및 장단점 등이 "FBMC (Filter Bank Multicarrier) 전송 기술 동향"(한국방송통신전파진흥원, 방송통신기술 이슈&전망, 2014년 제61호, 2014.03.03) 등에 상세하게 소개된다. 그런데 한편으로는, FBMC 기술은 원형 필터(prototype filter)가 매우 커서 구현 복잡도가 대단히 크기 때문에, 소자(device)로 개발되었을 때 많은 전력 소비를 유발하게 하는 요인이 되어 상용화에 적합하지 않다는 문제점 역시 내포하고 있다.
무선 통신 사용량은 이후로도 기하급수적으로 증가할 것으로 예상되고 있으며, 상술한 바와 같은 여러 방식을 사용한다 하더라도 그 사용량을 충분히 커버할 수 없을 것으로 예측되어, 더욱더 효율적인 주파수 사용 방식에 대한 개발이 시급한 실정이다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
1. 한국특허공개 제2006-0116019호("광대역 무선 통신 시스템에서 다중-반송파 및 직접 시퀀스확산 스펙트럼 신호를 중첩시키는 방법", 2006.11.13)
2. 한국특허공개 제2008-0090031호("직교주파수 분할다중화 통신시스템에서 전송 장치 및 방법", 2008.10.08)
[비특허문헌]
1. "FBMC (Filter Bank Multicarrier) 전송 기술 동향"(한국방송통신전파진흥원, 방송통신기술 이슈&전망, 2014년 제61호, 2014.03.03)
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 G-OFDM을 이용한 통신 방법은, 미리 결정된 주파수 대역으로 정의되는 계층채널이 다수 개 존재하여, 각 계층채널별로 디지털 데이터가 실리되, 다수 개의 상기 계층채널에 각각 대응되며 주파수 영역에서의 함수로 정의되며 직교성 및 주파수차단성을 갖는 다수 개의 계층합성함수에 의해 다수 개의 상기 계층채널이 중첩 다중화되어 송수신이 이루어지며, 각각의 상기 계층채널은 다수 개의 서브채널들로 분할되도록 형성되는 것을 특징으로 한다. 이 때, 각각의 상기 서브채널 별로 형성되는 다수 개의 상기 계층채널들의 각 주파수 대역은 모든 상기 계층채널에 대하여 서로 동일하게 형성되도록(즉 물리적으로 완전히 중첩(overlay)되도록) 한다.
계층함수에 대해 보다 구체적으로 설명하자면, 상기 통신 방법은, 다수 개의 상기 계층합성함수로 이루어지는 매트릭스를 합성 매트릭스, 다수 개의 상기 계층합성함수에 각각 대응되는 계층분리함수로 이루어지는 매트릭스를 분리 매트릭스라 할 때, 상기 합성 매트릭스 및 상기 분리 매트릭스는 동일한 구조를 가지는 계층함수 매트릭스(
)로 나타나며, 상기 계층함수 매트릭스()는 하기의 식이 성립하도록 형성된다.
또한 이 때, 상기 계층함수 매트릭스(
)를 구하는 방법은, 컬럼(column)의 길이가 1이며 각 컬럼 간 직교성을 갖는 매트릭스로서 초기 매트릭스(
)가 결정되는 단계; 시작점에서의 점프로 인하여 스펙트럼 확산 또는 누출 현상이 발생되는 것을 방지하여 주파수 차단성을 갖도록, 각 로우(row)에서 첫 번째 로우를 빼는 연산을 수행하는 점프 제거 매트릭스(
)가 초기 매트릭스(
)에 곱해지는 단계; 컬럼 스무딩이 이루어지도록, 필터링 매트릭스(
)가 점프 제거 매트릭스(
) 및 초기 매트릭스(
)의 곱(
)에 곱해지는 단계; 직교성을 재확보하도록, 하기의 변환함수(
)에 의하여 필터링 매트릭스(
), 점프 제거 매트릭스(
) 및 초기 매트릭스(
)의 곱(
)이 변환되어, 계층함수 매트릭스(
)가 생성되는 단계;
를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한 상기 통신 방법은, 짝수 열의 길이를 갖는 초기 매트릭스 및 점프 매트릭스 
를 가지고 생성한 계층함수 매트릭스 
또는 홀수 열의 길이를 갖는 초기 매트릭스 
및 점프 매트릭스 
를 가지고 생성한 계층함수 매트릭스 
의 첫 번째 컬럼을 파일럿 벡터로 사용하는 것을 특징으로 한다.
(이 때,
짝수 열의 길이를 갖는 초기 매트릭스 
는 다음과 같이 정의되며,
짝수 열의 길이를 갖는 점프 매트릭스 
는 다음과 같이 정의되며,
홀수 열의 길이를 갖는 초기 매트릭스 
는 다음과 같이 정의되며,
홀수 열의 길이를 갖는 점프 매트릭스 
는 다음과 같이 정의됨.
또한 본 발명의 통신 방법은, 다수 개의 상기 계층채널들을 통해 디지털 신호로 된 데이터가 파형 신호로 변환되어 송신하되, 각각의 상기 계층채널들에 실린 상기 데이터가 상기 계층합성함수들을 이용하여 주파수 영역에서 중첩 및 시간 영역 신호로 변환된 후 하나의 통신 채널로 송신되는, 주파수 중첩 및 송신 단계; 상기 주파수 중첩 및 송신 단계에 의해 전송된 파형 신호 형태의 상기 데이터가 수신되어 시간 영역 신호에서 주파수 영역 신호로 변환된 후, 상기 계층합성함수에 대응되는 계층분리함수들을 이용하여, 각각의 상기 계층채널들에 실린 디지털 신호로 된 데이터가 분리 복원되는, 주파수 분리 및 수신 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 각각의 상기 서브채널에 상기 데이터가 실릴 때 BPSK, QPSK, M-PSK, M-QAM (여기서 M = 2N, N = 1, 2, 3, ...) 중 선택되는 적어도 하나의 변조 방식을 사용하되, 각각의 상기 계층채널별로 사용되는 변조 방식이 서로 같거나 또는 다르게 이루어질 수 있다.
또한 본 발명의 G-OFDM을 이용한 통신 장치는, 상술한 바와 같은 통신 방법을 사용하여 통신하는 장치인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 주파수 대역을 중첩하여 사용함으로써 채널간 간섭을 획기적으로 줄일 수 있는 커다란 효과가 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 종래에는 데이터 통신 시 통신 채널을 통하여 변조 기술을 이용하여 디지털 심볼을 파형 신호로 바꾸는 방식을 사용하였던 것과는 달리, 본 발명에서는 송신 측에서는 계층합성함수를 이용하여 여러 계층채널의 심볼을 주파수 영역에서 성형 및 중첩하여 보내고, 수신 측에서는 계층분리함수를 이용하여 중첩된 신호로부터 원래의 계층채널 심볼을 분리해 내도록 한다. 이에 따라 종래에는 하나의 사용자를 위해 하나의 고유 주파수 대역을 할당하여야만 했던 것과는 달리, 본 발명의 G-OFDM을 이용하면 데이터 심볼을 중첩하여 보냄으로써 주파수 간섭을 효율적으로 줄일 수 있다. 현재 활발히 연구되고 있는 다른 방식인 FTN(faster than Nyquist)의 경우 심볼 간에 간섭이 심하게 발생하여 송수신간에 동기(synchronization)을 이루기 대단히 어렵고, 간섭을 완화하기 위하여 계산량이 높은 오류 정정 부호를 사용하기 때문에 시스템 구현 복잡도가 높은 반면, 본 발명은 서로 분리 가능한 성질(예를 들어 직교성)을 갖는 함수를 이용하여 심볼들을 중첩하는 기술이므로 FTN 기술과는 비교할 수 없을 만큼 간단하여, 시스템의 구현이나 운용 등이 훨씬 용이하고 경제적이라는 커다란 장점 또한 있다. 물론 합성 및 해석 가능한 성질을 갖는 함수는 수학적으로 유한한 구간 내에서 많은 개수를 발생할 수 있으나, 기술적으로 구현하는데 그 수에 대해서 복잡도에 따라 적절히 한정하여야 할 것이다.
즉 본 발명에 의하면, G-OFDM 기술을 사용함으로써 기존의 주파수 간섭 문제를 원천적으로 해결할 수 있어, 차후 5세대뿐만 아니라 그 후의 세대 통신 기술로서 매우 유용한 기술이 될 것으로 기대된다.
도 1은 종래의 OFDM 통신 방식 원리.
도 2는 본 발명의 G-OFDM 기법을 이용하여, 2개의 계층채널을 중첩 및 분리하는 경우의 예시.
도 3은 본 발명의 G-OFDM 기법을 이용하여, 하나의 서브채널로 이루어지는 다수 개의 계층채널들이 합성 및 분리되는 경우의 예시.
도 4는 본 발명의 G-OFDM 기법을 이용한 통신 방식 원리.
도 5는 오버샘플링 예시.
도 6은 주파수 중첩 및 송신 단계를 구현하는 송신기 구조.
도 7은 주파수 분리 및 수신 단계를 구현하는 수신기 구조.
도 8은 본 발명의 G-OFDM 기법을 이용한 송신기 및 수신기 구조.
도 9는 직교성 및 주파수 차단성을 가지는 계층함수 매트릭스 생성 과정.
도 10은 G(8,6)-OFDM의 시간영역에서 계층합성함수의 세트.
도 11은 G(8,6)-OFDM의 계층합성함수의 주파수 응답 특성.
도 12는 OFDM과 G(8,6)-OFDM의 계층합성함수로 구성되는 전력 주파수 밀도 .
도 13은 G(7,5)-OFDM의 시간영역에서 계층합성함수의 세트.
도 14는 G(7,5)-OFDM의 계층합성함수의 주파수 응답 특성.
도 15는 OFDM과 G(7,5)-OFDM의 계층합성함수로 구성되는 전력 주파수 밀도.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 G-OFDM을 이용한 통신 방법 및 장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1은 종래의 OFDM 통신 방식 원리를 개념적으로 도시한 것이다. 앞서 기존의 TDMA(2G), CDMA(3G) 등에서 이미 단일 사용자가 모든 대역의 주파수(f)를 사용한다고 설명한 바 있다. 반면, OFDM 방식에서는 주파수 전체 대역에 하나의 신호를 실어 통신하는 것이 아니라, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 할당된 주파수 대역을 여러 개의 작은 주파수 대역들로 이루어지는 서브채널들로 쪼개어(도 1 상에서 '서브채널 1, 서브채널 2, ...'로 표시) 데이터를 나누어 송수신한다. 이 때, 하나의 서브채널은 하나의 정보 심볼이 차지하게 된다. 즉 도 1의 예시로 설명하자면, 심볼 1은 서브채널 1의 주파수를 이용하여 송수신하고, 심볼 2는 서브채널 2의 주파수를 사용하여 송수신하고, ... 등과 같은 방식으로 무선 통신이 이루어지는 것이다.
여기에서 심볼(symbol)이란 데이터 통신에서 한 번에 보내지는 데이터의 최소 단위를 말하는 것으로서, 예를 들어 4-PSK 변조 방식의 경우 한 번에 1, j, -1, -j 의 4가지 형태로 전송이 가능하며 이 경우 한 번에 2비트에 해당하는 정보를 보낼 수 있고 결국 한 심볼은 2비트와 거의 같게 생각될 수 있다. 변조 방식의 종류에는 BPSK, QPSK, M-PSK, M-QAM 등이 있으며, 이러한 변조 방식에 대해서는 기존에 널리 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
기존에는 이와 같이 다수 개의 서브채널들로 이루어지는 하나의 채널에 데이터를 실어 송수신이 이루어지게 하였다. 즉 기존의 방식에 의하면 하나의 서브채널에 하나의 정보 심볼만이 실릴 수 있었던 것이다. 반면 본 발명에서는, 주파수 영역에서의 계층합성함수를 이용하여, 다수 개의 서브채널들로 이루어지는 계층채널들을 다수 개 중첩한다. 즉 하나의 서브채널에 (다수 개의 계층채널 중첩에 의하여) 다수 개의 정보 심볼이 실릴 수 있게 됨으로써, 기존에 비해 주파수 간섭을 획기적인 줄이는 효과를 얻을 수 있다. 이와 같은 본 발명에서의 주파수 영역에서의 중첩 방식을 '일반적인 OFDM (G-OFDM, generalized orthogonal frequency division multiplexing)'이라 칭한다.
도 2는 본 발명의 G-OFDM 기법을 이용하여, 2개의 계층채널을 중첩 및 분리하는 경우의 예시를 개념적으로 도시한 것이다. 주파수 전체 대역을 서브채널 1, 서브채널 2, ... 의 작은 대역들로 쪼개어 사용하는 것은 마찬가지이되, 여기에서 서브채널들은 서로 동일한 크기의 범위일 필요는 없으며, 이에 따라 도 2 등에서도 서브채널들의 크기가 각각 다르게 형성되는 예시를 도시하였다. 본 발명에서는 서브채널 1에 계층채널 1의 심볼을 실은 신호와 계층채널 2의 심볼을 실은 신호를 주파수 영역에서 계층합성함수를 이용하여 중첩(overlay)하여 결과적으로 서브채널 1에 중첩심볼 1을 실어 송신한다. 즉 송신되는 신호에서는 서브채널 1에 중첩심볼 1, 서브채널 2에 중첩심볼 2, ... 가 실리게 되는 것이다. 수신 측에서는 서브채널 1로 중첩심볼 1을 수신받고, 서브채널 2로 중첩심볼 2를 수신받고, ... 의 과정으로 중첩심볼들을 수신받되, 각각의 서브채널별로 계층분리함수를 이용하여 중첩심볼 1을 분리(split)하여 심볼 11 및 심볼 21을 얻고, ... 의 과정으로 원래의 심볼들을 분리하여 얻을 수 있다.
즉, 본 발명에서는 주파수 영역에서 계층합성 및 해석함수를 이용하여 정보 심볼 신호를 중첩 및 분리함으로써, 기존에는 하나의 서브채널에 하나의 심볼만을 실어 보낼 수 있었던 것과는 달리 하나의 대역에 다수 개의 심볼을 중첩하여 실어 보낼 수 있도록 한다. 이에 따라 본 발명에 의하면, 동일한 주파수 대역을 효율적으로 제어할 수 있어 간섭을 획기적으로 줄일 수 있다. 이처럼 본 발명의 무선 통신 방법은, 시스템 간에 주파수 간섭을 줄임으로써 실질적으로 통신 용량 증대에 기여할 수 있는 것이다.
상술한 바와 같은 본 발명의 무선 통신 방법을 개념적으로 요약하여 설명하자면, 본 발명의 무선 통신 방법은, 미리 결정된 주파수 대역으로 정의되는 계층채널이 다수 개 존재하여, 각 계층채널별로 디지털 데이터가 실리되, 다수 개의 상기 계층채널에 각각 대응되며 주파수 영역에서의 함수로 정의되는 다수 개의 계층합성함수에 의해 다수 개의 상기 계층채널이 중첩 다중화되어 송수신이 이루어지도록 한다. 이 때 각각의 상기 계층채널은 다수 개의 서브채널들로 분할되도록 형성됨으로써, 데이터가 더욱 효율적으로 실릴 수 있게 한다. 이 때 각각의 상기 계층채널 별로 형성되는 다수 개의 상기 서브채널들의 각 주파수 대역은 모든 상기 계층채널에 대하여 서로 동일하게 형성되게 한다. 이에 따라 앞서 설명한 바와 같이, 기존의 경우 하나의 서브채널에 하나의 정보 심볼만을 실어 송수신할 수 있었던 것과는 달리, 본 발명의 경우 하나의 서브채널에 상기 계층채널의 개수만큼의 정보 심볼들을 실어 송수신할 수 있는 것이다.
이러한 본 발명의 무선 통신 방법을 보다 구체적으로 설명하자면, 본 발명의 무선 통신 방법은 주파수 중첩 및 송신 단계 및 주파수 분리 및 수신 단계로 이루어진다.
상기 주파수 중첩 및 송신 단계에서는, 다수 개의 계층채널들을 통해 디지털 신호로 된 데이터가 아날로그 신호로 변환되어 송신된다(여기에서 상기 계층채널들은 미리 결정된 주파수 대역으로 정의되며, 도시된 바와 같이 다수 개의 서브채널들로 이루어지고, 물론 전체 대역 및 각각의 서브채널 대역들은 계층채널별로 서로 동일하다). 이 때, 각각의 상기 계층채널들에 실린 상기 데이터가 상기 계층합성함수들을 이용하여 주파수 영역에서 중첩 및 시간 영역 신호로 변환된 후 하나의 통신 채널로 송신된다.
상기 주파수 분리 및 수신 단계에서는, 상기 주파수 중첩 송신 단계에 의해 전송된 아날로그 신호 형태의 상기 데이터가 수신되어 시간 영역 신호에서 주파수 영역 신호로 변환된 후, 상기 계층합성함수에 대응되는 계층분리함수들을 이용하여, 각각의 상기 계층채널들에 실린 디지털 신호로 된 데이터가 분리 복원된다.
이하에서, 본 발명의 주요 원리인 주파수 중첩 원리를 먼저 설명하고, 다음으로 실제 디지털 통신 시스템에 주파수 중첩 원리를 적용하는 구체적인 실시 예를 설명한다.
■ 주파수 중첩 원리
도 3은 본 발명의 G-OFDM 기법을 이용하여 하나의 서브채널에 다수의 계층채널의 정보 심볼을 송수신하는 원리를 개념적으로 도시한 것이다.
여기서는 본 발명의 원리를 설명하기 위하여 계층합성함수의 일례로서 직교파형을 예로 들어 설명한다. 주파수 영역에서 직교 함수는 다음과 같은 성질을 갖는다.
여기서 
등은 주파수 영역에서 펄스를 나타내는 것이며, 
는 모든 
의 대역폭, 
는 실수이다. 정보 심볼을 
라 할 때, 
개의 정보 심볼을 다음과 같이 합성할 수 있다.
이처럼 
개의 정보 심볼 
들이 중첩되어 만들어진 주파수 영역의 신호 
는 역 퓨리에 변환 (inverse Fourier transform)을 통하여 다음과 같이 표현할 수 있다.
실제로 통신 채널을 통해서는 (3) 식에 나타난 신호 
가 전송된다. 즉 정보 심볼 
은 주파수 영역에서 펄스인 
에 대응하는 시간 영역의 펄스인 
에 실려 전송되는 것이다. 그런데 이러한 신호에 채널 잡음이 유입될 경우, 다음과 같은 형태로 나타날 수 있다.
여기서 
은 잡음 신호이다. 이 신호로부터 정보 심볼을 추출하기 위해서는 다음과 같은 절차를 수행한다. 먼저 신호 
을 퓨리에 변환하면 다음과 같이 된다.
퓨리에 변환된 주파수 영역의 신호 
에 대하여, 
번째 펄스에 의해 다음과 같이 적분을 수행한다.
여기서 
은 
번째 채널에 유입된 잡음 성분이다. 정보 심볼 
의 추정은 다음과 같이 한다.
여기서 
은 정보 심볼을 결정하는 논리이다. 이와 같이 함으로써 주파수를 중첩하여 보내도 정보를 수신할 수 있는 원리를 보였다.
■ 디지털 통신 시스템으로의 주파수 중첩 원리 적용
앞서의 주파수 중첩 원리 설명에서는, 하나의 서브채널에 다수의 계층채널 정보 심볼을 보내는 원리에 대해서 설명하였다. 그러나 주파수 중첩 원리를 실용화하기 위해서는 훨씬 더 많은 정보 심볼을 전송하도록 하여야 한다. 그렇게 하기 위해서는 도 2에 보인 바와 같이 계층합성함수를 이용하여 여러 계층채널을 중첩시키되, 하나의 계층채널에 다수 개의 서브채널을 둠으로써 더욱 다량의 데이터를 전송하게 한다.
도 4는 본 발명의 G-OFDM 기법을 이용하여 다수의 서브채널을 가지는 채널로 다량의 데이터를 전송하는 원리를 개념적으로 도시한 것이다. 도 4 등을 통해, 본 발명의 무선 통신 방법의 각 단계(주파수 중첩 및 송신 단계, 주파수 분리 및 수신 단계)를 실제 통신 시스템에 적용하기 위한 구체적인 실시 예를 가지고 보다 상세히 설명한다.
주파수 중첩 다중화 및 송신 단계
먼저, 디지털 형태로 된 전송하고자 하는 입력 데이터 열(
)이 심볼 매퍼(symbol mapper)에 의해 계층채널별(
) 및 서브채널별(
)로 인덱싱되어 복소 평면 상의 심볼(
)에 대응되게 한다. 이를 풀어 설명하자면 다음과 같다. 디지털 통신 시스템에서 전송하고자 하는 데이터는 디지털 형태로 되어 있다. 이러한 입력 데이터 열(
)은 심볼 매퍼(symbol mapper)라는 기저 대역 변조기를 통하여 변조를 한다. 변조 방식은 BPSK, QPSK, M-PSK, M-QAM 등 모든 기저 대역 디지털 변조 방식을 적용할 수 있다. 
번째 계층채널, 
번째 서브채널에 대한 심볼 매핑(symbol mapping)은 다음과 같이 표현할 수 있다.
심볼 매핑은 
번째 서브채널에 실리는 데이터 비트 모음 
을 복소 평면에 심볼 
로 대응(mapping) 시키는 역할을 한다.
다음으로, 각 상기 채널의 상기 심볼(
)이 
배 오버샘플링(over-sampling)되어 오버샘플링 신호(
)로 변환되게 한다. 
배 오버샘플링은 심볼 사이에 
개 0을 삽입함으로써 구현할 수 있다. 도 5는 
이 4인 오버샘플링의 예시이다.
다음으로, 각 상기 계층채널의 상기 오버샘플링 신호(
)가, 하기의 (9) 식에 보이는 바와 같이, 직교 함수(
)에 의해 주파수 영역에서 컨볼루션되어 성형 신호(
)로 성형되게 한다. 이 때 상기 직교 함수(
)의 개수는 상기 계층채널 개수와 동일한 개수이며, 본 실시 예에서의 상기 직교 함수(
)는 바로 앞서 원리적인 설명에서의 계층합성함수에 해당한다. 부연하자면, 앞서도 설명하였듯이 계층 중첩 및 분리가 이루어질 수 있다면 상기 계층합성함수로 어떤 함수가 사용되어도 무방하나, 가장 직관적으로 쉽게 구현할 수 있는 것이 직교 함수이므로 본 실시예에서 직교 함수를 사용한 것일 뿐으로, 필요에 따라 직교 함수가 아닌 계층합성함수를 적용할 수도 있음은 물론이다. 이러한 계층합성함수가 가져야 할 조건은, 이후에 계층채널의 분리를 위해 계측해석함수가 사용되는데, 전체적으로 합성함수와 해석함수의 곱으로 나타내는 함수가 직교성을 가지도록 하면 된다.
이처럼 주파수 영역에서 성형된 오버샘플링 신호(
) 즉 상기 성형 신호(
)는, 이웃해 있는 채널에 있는 계층합성함수와의 직교성(orthogonality)을 이용하여, 이후 설명될 계층분리함수에 의해 추후 수신 단에서 각 채널별로 분리가 가능하다.
상기 오버샘플링 신호(
)와 상기 직교 함수(
)의 주파수 영역에서의 컨볼루션 과정을 보다 상세히 풀어 설명하면 다음과 같다. 먼저 상기 계층합성함수는 식 (10)과 같이 표현할 수 있다.
또한 계층합성함수에 의한 성형 필터링은, 입력 데이터 벡터의 길이 
과 파라미터 
에 의한 총 샘플 길이 
이 되도록 순환적으로 컨볼루션을 하는 것을 의미하는데, 순환 컨볼루션은 다음과 같이 구한다.
이렇게 하여 얻어진 
의 길이는 
이다. 
를 다음과 같이 중첩하여 순환 컨볼루션을 얻을 수 있다.
다음으로, 각 상기 계층채널의 상기 성형 신호(
)들이 요소끼리(element by element) 더해져 벡터 믹싱(vector mixing)됨으로써 하나의 중첩 신호(
)로 중첩되게 한다. 이러한 연산을 다음과 같이 표현할 수 있다.
식 (13)는 
개 계층채널의 출력을 모두 더하는 것을 나타낸다.
다음으로, 상기 중첩 신호(
)가 역 푸리에 변환에 의해 주파수 영역 신호에서 시간 영역 신호로 변환되어 아날로그 신호 형태의 송신 신호(
)가 되게 한다.
식 (14)에서 
은 역 푸리에 변환기(inverse Fourier transform operator)를 나타낸다.
마지막으로, 시간 영역의 아날로그 신호인 상기 송신 신호(
)가 하나의 상기 통신 채널로 송신되게 한다. 도 6은 상술한 바와 같은 주파수 중첩 및 송신 단계를 구현하는 송신기 구조를 도시한 것이다.
주파수 분리 및 수신 단계
먼저, 상기 통신 채널을 통해 전송된 송신 신호(
) 및 상기 통신 채널로 유입된 잡음 신호(
)가 합쳐진 수신 신호(
)가 수신되게 한다(식 (15) 참조). 이상적으로는 상기 스펙트럼 중첩 및 송신 단계에서 송신한 송신 신호가 그대로 수신되어야겠지만, 실제 통신 환경에서는 거의 반드시 잡음이 유입된다. 이러한 점을 고려하여, 수신 신호에는 송신 신호 뿐 아니라 잡음 신호가 포함된다는 것을 전제하는 것이다. 식 (15)에 보이는 바와 같이, 송신 신호(
), 잡음 신호(
), 수신 신호(
)는 모두 벡터 형태로 나타난다.
다음으로, 상기 수신 신호(
)가 고속 푸리에 변환(fast Fourier transform, FFT)에 의해 시간 영역 신호에서 주파수 영역 신호로 변환되어 변환 신호(
)가 되게 한다. 이와 같은 연산을 다음과 같이 표현한다.
다음으로, 상기 변환 신호(
)가 계층분리함수(
)에 의해 주파수 영역에서 컨볼루션되어 디지털 신호 형태로 된 각 계층채널별 분리 신호(
)로 분리되게 한다.
상기 계층분리함수는 앞서 중첩 단계에서 사용되었던 계층합성함수에 대응되는 것으로서, 역시 앞서 설명하였던 바와 같이 합성함수와 해석함수의 곱으로 나타내는 함수가 직교성을 가지도록 결정된 것이다. 즉 합성함수 h 와 해석함수 g 의 관계는 다음과 같다.
다음으로, 상기 분리 신호(
)로부터 
개마다 신호의 크기가 최대인 지점의 신호인 변환전 신호(
)가 구해지게 한다. 즉 앞서 주파수 중첩 및 송신 단계 중 
배 오버샘플링했던 신호를 원래 형태로 되돌리는 것이다.
마지막으로, 상기 변환전 신호(
)에 심볼 결정 논리(
)가 적용되어 각 상기 계층채널별 출력 데이터 열(
)이 복원되게 한다.
도 7은 상술한 바와 같은 주파수 분리 및 수신 단계를 구현하는 수신기 구조를 도시한 것이다.
■ 계층합성함수 및 계층분리함수 생성 예시
상술한 바와 같이, 본 발명의 무선 통신 방법에서는 계층합성함수들을 이용하여 각 계층채널별 데이터들을 주파수 영역에서 중첩한다. 이러한 계층합성함수들은, 서로 분리 가능한 성질(예를 들어 직교성)을 갖는 파형이면서 주파수 차단 특성이 우수해야 한다. 한 예로 Hadamard 매트릭스는 직교성이 우수하지만 주파수 차단 능력이 전혀 없어, 본 발명의 통신 방법에 적용하기 부적절하다.
본 발명에서는, 직교성 및 주파수 차단성을 동시에 만족하는 새로운 계층합성함수와 계층분리함수를 제시하고자 한다. 그러한 함수를 만드는 예를 이하에 설명하되, 계층함수 하나하나를 일일이 열거하는 것은 그리 효과적이지 않으므로 매트릭스를 도입하여 각 컬럼의 직교성 및 주파수 차단 특성을 논의하도록 한다.
계층함수 매트릭스 
를 만드는 과정을 도 9에 나타내었다. 합성 매트릭스와 분리 매트릭스의 구조는 동일하다. 계층함수 매트릭스 
는 다음과 같은 식에 의해 얻어진다.
여기서 
는 초기 매트릭스, 
은 점프 제거 매트릭스, 
은 매트릭스의 컬럼 스무딩을 위한 필터링 매트릭스이다. 각 함수들은 다음과 같은 식으로 표현할 수 있다.
매트릭스 
와 
는 각각 주파수 영역에서 시간 영역으로, 시간 영역에서 주파수 영역으로 변환 매트릭스들이다. 매트릭스 
와 
은 각각 매트릭스 내 컬럼에 있는 점프를 제거하는 기능과 시간 영역에서의 필터링 기능을 수행한다.
이하에서는, 초기 매트릭스 
로 시작하여 계층함수 매트릭스 
가 도출되는 과정이 최종적으로 식 (22)와 같이 나타남을 보다 구체적으로 상세히 설명한다.
초기 매트릭스 
은 데이터를 전송하는 데 필요한 컬럼의 길이에 관계하며, 짝수일 때와 홀수일 때 그 모양이 다르다. 공통적인 특징은 컬럼의 길이가 1이며 각 컬럼 간에는 직교한다는 것이다.
컬럼의 길이가 짝수(even) 즉, 
이 짝수일 때 초기 매트릭스는 다음과 같은 형태를 갖는다.
컬럼의 길이가 홀수(odd) 즉, 
이 홀수일 때 초기 매트릭스는 다음과 같은 형태를 갖는다.
또한 식 (24)와 (25)에서 알 수 있듯이 매트릭스 요소의 대부분이 0인 것은 다른 매트릭스와 연산이 있을 시 최소의 연산으로 그 목적을 이루려는 것이다. 공간으로 되어 있는 부분은 0이고, 식 (25)의 중앙 행은 모두 0이다.
이제 이러한 매트릭스 
가 우리가 원하는 성질을 갖도록 가공을 하여야 하는데, 주파수 영역에서는 그 직관력을 갖는 것이 쉽지 않다. 왜냐하면 주파수 영역에서보다는 시간 영역에서의 신호처리에 익숙해져 있기 때문이다. 따라서 먼저 
를 시간 영역으로 전환하기로 한다.
매트릭스 
을 시간 영역으로 전환하기 위하여 각 컬럼에 대하여 IFFT를 수행하면 다음과 같이 된다.
여기서 
는 식 (29)와 같이 나타나며, 
이다.
매트릭스 
의 첫 번째 로우가 모두 1이므로 IDFT에 의해 변환된 매트릭스 첫 번째 로우는 다음과 같이 쓸 수 있다.
OFDM에서 스펙트럼 확산 현상이 일어나는 원인은, 각 carrier 함수가 시작점에서 급격한 점프(jump)가 있기 때문이다. 다른 말로 표현하면, 시작점에서 고주파를 많이 포함하고 있는 점프로 인하여 스펙트럼 확산 또는 누출 현상이 발생하는 것이다. 따라서 각 로우에서 첫 번째 로우를 뺌으로써 이러한 점프를 제거할 수 있다. 이것을 수학적으로 표현하면 다음과 같다.
여기서 
는 매트릭스 
의 컬럼에서 점프를 제거하는 운영자(operator) 역할을 한다. 
의 컬럼들에 대하여 DFT를 취하여 매트릭스를 주파수 영역으로 변환할 수 있다. 수학적으로 다음과 같이 표현할 수 있다.
매트릭스 
의 대부분은 0이며, 연산에 필요하지 않다. 따라서 permutation과 truncation을 통하여 정보의 손실 없이 매트릭스를 축소할 수 있으며, 수학적으로 아래와 같이 표현할 수 있다.
한편 수학식 (31)에 의한 매트릭스의 컬럼에 있는 점프를 제거하는 방법은 다양하게 생각될 수 있다. 시간 영역에서 첫 번째 로우가 모두 0이 되는 것은 주파수 영역에서 각 컬럼에 대하여 합이 0이 되는 것과 같은 의미를 가진다. 따라서 점프를 없애는 방법은 유일하지 않으나, 점프를 없애는 여러 방법들 중 모든 방법이 유용한 것은 아니다. 점프를 없애는 방법이 유용한지의 판단의 기준은 후술하겠지만 주파수 특성과 파일럿 벡터를 지정할 수 있는 다양성을 가지고 판단할 것이다.
초기 매트릭스 
와 중간 매트릭스 
사이에는 다음과 같은 관계가 있다.
여기서 
은 초기 매트릭스 
의 컬럼에 있는 점프를 제거하여 매트릭스 
내의 각 컬럼에 대하여 그 합을 0으로 만드는 운영자로 사용되는 것이다. 이것을 수학식으로 표현하면 다음과 같다.
점프를 제거하는 방법을 고안할 때 중요한 것은 점프가 제거된 매트릭스의 rank가 원래의 rank보다 줄어서는 안 된다는 것이다.
먼저 짝수 
에 대하여 식 (35)를 만족하는 두 개의 
매트릭스를 다음과 같이 정의할 수 있다.
수학식 (36a)와 (36b)의 각 짝수 컬럼 들의 합은 모두 
로 되어 있는 것을 알 수 있다. 원래의 초기 매트릭스에서 이 점프 매트릭스를 빼주면, 다음과 같이 점프가 제거된 매트릭스를 얻을 수 있다.
이 두 매트릭스의 각 컬럼에 대하여 합은 모두 0임을 알 수 있다. 이러한 사실로부터 이러한 매트릭스가 시간 영역에서 점프가 없는 매트릭스가 됨을 알 수 있다.
다음으로, 홀수 
에 대하여 식 (35)를 만족하는 두 개의 
매트릭스를 다음과 같이 정의할 수 있다.
수학식 (39a)와 (39b)의 각 홀수 컬럼 들의 합은 모두 
로 되어 있는 것을 알 수 있다. 원래의 초기 매트릭스에서 이 점프 매트릭스를 빼주면, 다음과 같이 점프가 제거된 매트릭스를 얻을 수 있다.
이 두 매트릭스의 각 컬럼에 대하여 합은 모두 0임을 알 수 있다. 이러한 사실로부터 이러한 매트릭스가 시간 영역에서 점프가 없는 매트릭스가 됨을 알 수 있다.
이제, 점프가 제거된 매트릭스의 스펙트럼 특성의 향상을 위하여 필터링을 수행한다. 이것을 수학식으로 표현하면 다음과 같다.
여기서 
는 식 (42)와 같이 나타난다.
필터링, DFT, permutation, truncation를 수행 후 다음과 같이 필터링된 매트릭스를 얻을 수 있다.
초기 매트릭스는 직교 컬럼들을 가진 매트릭스로 시작되었지만, 점프를 제거하고 필터링을 수행하면서 직교 컬럼들을 가진 매트릭스에서 거리가 멀어져 있을 수 있다. 따라서 식 (43)으로 주어지는 매트릭스는 그 성질을 유지하면서 가장 가까운 직교 컬럼을 가진 매트릭스로 다음과 같이 변환할 수 있다.
여기서 
은 
의 Hermitian 매트릭스이다. 이와 같이 하여 식 (22)에 의해 초기 매트릭스 
으로부터 
가 생성됨을 보였다.
송신기와 수신기 사이에 통신 경로는 많은 채널 경로가 존재할 수 있다. 이러한 경로에 대한 정보를 획득하기 위하여 기존 OFDM은 송신기와 수신기 사이에 미리 알고 있는 파일럿 심볼을 사용한다. G-OFDM에서는 하나의 서브채널을 사용하는 것이 아니라 매트릭스 내에 하나의 컬럼을 이용하여 파일럿 벡터로 사용한다.
파일럿 벡터를 포함한 매트릭스를 생성하는 과정은 이미 초기 매트릭스 
으로부터 
를 생성하는 과정과 동일하게 정의할 수 있다. 파일럿 벡터를 포함한 매트릭스는 파일럿 벡터를 구성하는 0이 아닌 요소들에 위치하고 있는 로우에 해당하는 모든 다른 벡터의 요소들은 모두 0이 되어야 한다.
또한 점프 매트릭스들을 다음과 같이 정의할 수 있다.
또한 점프 매트릭스들을 다음과 같이 정의할 수 있다.
■ 시뮬레이션 및 결과
상술한 바와 같은 본 발명의 핵심인 필터 매트릭스를 실제로 적용하였을 때 주파수 차단성이 잘 이루어지는지를 확인하기 위하여 시뮬레이션을 수행하였다. 즉 이하의 시뮬레이션 과정을 간략히 설명하자면, 적절히 설정된 초기 매트릭스, 점프 매트릭스 및 식 (22)를 사용하여 계층함수 매트릭스를 얻고, 그 계층함수 매트릭스의 첫 번째 컬럼이 파일럿 벡터로 사용될 수 있는지를 확인한다. 일반적으로 채널 추정을 위하여 송신기와 수신기가 모두 알고 있는 참조신호(reference signal)를 파일럿(pilot)이라고 하는데, 시뮬레이션에서 구해진 계층함수 매트릭스의 첫 번째 컬럼이 위에서 설명한 조건들을 잘 충족한다면, 주파수 차단성이 높으며 파일럿 벡터로 사용될 수 있다고 판정될 수 있다.
실시예 1: G(8,6)-OFDM
먼저, 초기 매트릭스 
와 점프 매트릭스 
을 가지고 식 (22)로부터 
을 얻을 수 있다. 여기서 
와 
은 Table 1(a), (b)에 각각 나타내었다. Table 1(a), (b)를 보면 첫 번째 컬럼이 파일럿 벡터라 할 때, 첫 번째 0이 아닌 요소에 대해서 다른 벡터의 모든 요소는 0이 되며, 따라서 첫 번째 컬럼이 파일럿 벡터로 사용될 수 있음을 알 수 있다.
[Table 1(a)]
[Table 1(b)]
도 10은 매트릭스 
의 컬럼들을 시간 영역에서 그린 것으로, 모든 곡선이 0에서 시작해서 0으로 끝나는 것을 알 수 있다. 이것은 반송파로 사용하고 있는 함수에 급격한 변화를 주지 않음으로써 스펙트럼 확산을 방지한 것이다. 도 11은 매트릭스 
의 컬럼들을 주파수 영역에서 그린 것으로, 각 컬럼마다 스펙트럼 특성이 다른 것을 알 수 있다. 도 12는 기존 OFDM과 본 발명의 G-OFDM의 PSD(power spectral density) 비교이다. 도 12로부터 G-OFDM은 스펙트럼 사용 효율이 매우 높게 나타남을 확인할 수 있다.
한편, 초기 매트릭스 
와 점프 매트릭스 
을 가지고 식 (22)로부터 
을 얻을 수 있다. 여기서 
와 
은 Table 2(a), (b)에 각각 나타내었다. Table 2(a), (b)를 보면 첫 번째 컬럼이 파일럿 벡터라 할 때, 첫 번째 0이 아닌 요소에 대해서 다른 벡터의 모든 요소는 0이 아니며, 따라서 첫 번째 컬럼이 파일럿 벡터로 사용될 수 없음을 알 수 있다.
[Table 2(a)]
[Table 2(b)]
실시예 2: G(7,5)-OFDM
먼저, 초기 매트릭스 
와 점프 매트릭스 
을 가지고 식 (22)로부터 
을 얻을 수 있다. 여기서 
와 
은 Table 3(a), (b)에 각각 나타내었다. Table 3(a), (b)를 보면 첫 번째 컬럼이 파일럿 벡터라 할 때, 첫 번째 0이 아닌 요소에 대해서 다른 벡터의 모든 요소는 0이 되며, 따라서 첫 번째 컬럼이 파일럿 벡터로 사용될 수 있음을 알 수 있다.
도 13은 매트릭스 
의 컬럼들을 시간 영역에서 그린 것으로, 모든 곡선이 0에서 시작해서 0으로 끝나는 것을 알 수 있다. 이것은 반송파로 사용하고 있는 함수에 급격한 변화를 주지 않음으로써 스펙트럼 확산을 방지한 것이다. 도 14은 매트릭스 
의 컬럼들을 주파수 영역에서 그린 것으로, 각 컬럼 마다 스펙트럼 특성이 다른 것을 알 수 있다. 도 15는 기존 OFDM과 본 발명의 G-OFDM의 PSD(power spectral density) 비교이다. 도 15로부터 G-OFDM은 스펙트럼 사용 효율이 매우 높게 나타남을 확인할 수 있다.
[Table 3(a)]
[Table 3(b)]
한편, 초기 매트릭스 
와 점프 매트릭스 
을 가지고 식 (22)로부터 
을 얻을 수 있다. 여기서 
와 
은 Table 4(a), (b)에 각각 나타내었다. Table 4(a), (b)를 보면 첫 번째 컬럼이 파일럿 벡터라 할 때, 첫 번째 0이 아닌 요소에 대해서 다른 벡터의 모든 요소는 0이 아니며, 따라서 첫 번째 컬럼이 파일럿 벡터로 사용될 수 없음을 알 수 있다.
[Table 4(a)]
[Table 4(b)]
이상의 시뮬레이션 결과로 볼 때, 본 발명에서 
로부터 
를 생성하는 방식에 의해 직교성과 스펙트럼을 동시에 제어할 수 있는 기술을 개발하였음을 확인하였다. 시스템을 구현하기 위한 매트릭스는 유일하지 않지만, 유용한 매트릭스는 제안한 점프 매트릭스인 
와 
를 사용할 때 파일럿 벡터를 수용할 수 있는 매트릭스들임을 또한 확인하였다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
본 발명에 의하면, G-OFDM 기술을 사용함으로써 기존의 주파수 간섭 문제를 원천적으로 해결할 수 있어, 차후 5세대뿐만 아니라 그 후의 세대 통신 기술로서 매우 유용한 기술이 될 것으로 기대된다.
Claims (8)
- 미리 결정된 주파수 대역으로 정의되는 계층채널이 다수 개 존재하여, 각 계층채널별로 디지털 데이터가 실리되,다수 개의 상기 계층채널에 각각 대응되며 주파수 영역에서의 함수로 정의되며 직교성 및 주파수차단성을 갖는 다수 개의 계층합성함수에 의해 다수 개의 상기 계층채널이 중첩 다중화되어 송수신이 이루어지며,각각의 상기 계층채널은 다수 개의 서브채널들로 분할되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 G-OFDM을 이용한 통신 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 통신 방법은각각의 상기 계층채널 별로 형성되는 다수 개의 상기 서브채널들의 각 주파수 대역은 모든 상기 계층채널에 대하여 서로 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 G-OFDM을 이용한 통신 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 통신 방법은,다수 개의 상기 계층합성함수로 이루어지는 매트릭스를 합성 매트릭스, 다수 개의 상기 계층합성함수에 각각 대응되는 계층분리함수로 이루어지는 매트릭스를 분리 매트릭스라 할 때,상기 합성 매트릭스 및 상기 분리 매트릭스는 동일한 구조를 가지는 계층함수 매트릭스()로 나타나며,
상기 계층함수 매트릭스()는 하기의 식이 성립하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 G-OFDM을 이용한 통신 방법.
- 제 3항에 있어서, 상기 계층함수 매트릭스()를 구하는 방법은,
컬럼의 길이가 1이며 각 컬럼 간 직교성을 갖는 매트릭스로서 초기 매트릭스()가 결정되는 단계;
시작점에서의 점프로 인하여 스펙트럼 확산 또는 누출 현상이 발생되는 것을 방지하여 주파수 차단성을 갖도록, 각 로우에서 첫 번째 로우를 빼는 연산을 수행하는 점프 제거 매트릭스()가 초기 매트릭스(
)에 곱해지는 단계;
컬럼 스무딩이 이루어지도록, 필터링 매트릭스()가 점프 제거 매트릭스(
) 및 초기 매트릭스(
)의 곱(
)에 곱해지는 단계;
직교성을 재확보하도록, 하기의 변환함수()에 의하여 필터링 매트릭스(
), 점프 제거 매트릭스(
) 및 초기 매트릭스(
)의 곱(
)이 변환되어, 계층함수 매트릭스(
)가 생성되는 단계;
,
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 G-OFDM을 이용한 통신 방법. - 제 4항에 있어서, 상기 통신 방법은짝수 열의 길이를 갖는 초기 매트릭스및 점프 매트릭스
를 가지고 생성한 계층함수 매트릭스
또는
홀수 열의 길이를 갖는 초기 매트릭스및 점프 매트릭스
를 가지고 생성한 계층함수 매트릭스
의 첫 번째 컬럼을 파일럿 벡터로 사용하는 것을 특징으로 하는 G-OFDM을 이용한 통신 방법.(이 때,짝수 열의 길이를 갖는 초기 매트릭스는 다음과 같이 정의되며,
짝수 열의 길이를 갖는 점프 매트릭스는 다음과 같이 정의되며,
홀수 열의 길이를 갖는 초기 매트릭스는 다음과 같이 정의되며,
홀수 열의 길이를 갖는 점프 매트릭스는 다음과 같이 정의됨.
)
- 제 1항에 있어서, 상기 통신 방법은다수 개의 상기 계층채널들을 통해 디지털 신호로 된 데이터가 아날로그 신호로 변환되어 송신되되, 각각의 상기 계층채널들에 실린 상기 데이터가 상기 계층합성함수들을 이용하여 주파수 영역에서 중첩되고 시간 영역 신호로 변환된 후 하나의 통신 채널로 송신되는, 주파수 중첩 및 송신 단계;상기 주파수 중첩 및 송신 단계에 의해 전송된 아날로그 신호 형태의 상기 데이터가 수신되어 시간 영역 신호에서 주파수 영역 신호로 변환된 후, 상기 계층합성함수에 대응되는 계층분리함수들을 이용하여, 각각의 상기 계층채널들에 실린 디지털 신호로 된 데이터가 분리 복원되는, 주파수 분리 및 수신 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 G-OFDM을 이용한 무선 통신 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 통신 방법은각각의 상기 서브채널에 상기 데이터가 실릴 때 BPSK, QPSK, M-PSK, M-QAM (여기서 M = 2N, N = 1, 2, 3, ...) 중 선택되는 하나의 변조 방식을 사용하되,각각의 상기 계층채널별로 사용되는 변조 방식이 서로 같거나 또는 다르게 이루어지는 것을 특징으로 하는 G-OFDM을 이용한 통신 방법.
- 제 1항 내지 제 7항 중 어느 하나의 항에 의한 통신 방법을 사용하여 통신하는 장치인 것을 특징으로 하는 G-OFDM을 이용한 통신 장치.
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