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KR101631178B1 - 등방위성 직교 변환 알고리즘 프로토타입 및 오프셋 구적 진폭 변조를 이용하는 중계 통신을 위한 송신기, 수신기 및 중계 통신 시스템 - Google Patents

등방위성 직교 변환 알고리즘 프로토타입 및 오프셋 구적 진폭 변조를 이용하는 중계 통신을 위한 송신기, 수신기 및 중계 통신 시스템 Download PDF

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Publication number
KR101631178B1
KR101631178B1 KR1020150007259A KR20150007259A KR101631178B1 KR 101631178 B1 KR101631178 B1 KR 101631178B1 KR 1020150007259 A KR1020150007259 A KR 1020150007259A KR 20150007259 A KR20150007259 A KR 20150007259A KR 101631178 B1 KR101631178 B1 KR 101631178B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
symbol
signal
oqam
subcarrier
orthogonal
Prior art date
Application number
KR1020150007259A
Other languages
English (en)
Inventor
김재진
김동호
Original Assignee
서울과학기술대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서울과학기술대학교 산학협력단 filed Critical 서울과학기술대학교 산학협력단
Priority to KR1020150007259A priority Critical patent/KR101631178B1/ko
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    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
    • H04L27/2697—Multicarrier modulation systems in combination with other modulation techniques
    • H04L27/2698—Multicarrier modulation systems in combination with other modulation techniques double density OFDM/OQAM system, e.g. OFDM/OQAM-IOTA system

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)

Abstract

본 발명은 등방위성 직교 변환 알고리즘 프로토타입 및 오프셋 구적 진폭 변조를 이용하는 중계 통신을 위한 송신기, 수신기 및 통신 시스템에 관한 것으로, 제1 주기에 제1 서브캐리어에 실리는 제1 OQAM 심벌의 실수 성분을 송신하고, 상기 제1 주기의 다음 주기에 상기 제1 서브캐리어에 실리는 제1 OAQM 심벌의 허수 성분을 송신하는 소스 노드, 제2 주기에 상기 소스 노드로부터 수신한 신호를 복조하여 상기 제2 주기의 다음 주기에 포워딩하는 중계 노드, 및 제3 주기에 수신한 상기 소스 노드로부터 송신된 신호 및 상기 제3 주기의 다음 주기에 수신한 상기 중계 노드로부터 포워딩된 신호를 하나의 OQAM 심벌로 복조하는 수신 노드를 포함하고, 중계 통신에 있어서 중계 노드를 통하여 포워딩되어 목적지 노드로 전송되는 신호와 송신 노드로부터 목적지 노드로 직접 전송되는 신호 사이의 간섭을 저감하고 통신의 품질을 향상시킬수 있다.

Description

등방위성 직교 변환 알고리즘 프로토타입 및 오프셋 구적 진폭 변조를 이용하는 중계 통신을 위한 송신기, 수신기 및 중계 통신 시스템{TRANSMITTER, RECIEVER FOR RELAYED TELECOMMUNICATION AND RELAYED TELECOMMUNICATION SYSTEM USING ISOTROPIC ORTHOGONAL TRANSFORM ALGORITHM PROTOTYPE AND OFFSET QUADRATURE AMPLITUDE MODULTATION}
본 발명은 등방위성 직교 변환 알고리즘 프로토타입 및 오프셋 구적 진폭 변조를 이용하는 중계 통신을 위한 송신기, 수신기 및 통신 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 등방위성 직교 변환 알고리즘 프로토타입의 인접 심벌 및 캐리어간 간섭에 대한 면역력을 이용하여 중계 통신의 품질을 향상시키는 등방위성 직교 변환 알고리즘 프로토타입 및 오프셋 구적 진폭 변조를 이용하는 중계 통신을 위한 송신기, 수신기 및 통신 시스템에 관한 것이다.
최근 활발히 연구되고 있는 디코드 및 포워드(Decode and Forward, DF) 협력 통신 시스템은 다이버시티(Diversity) 이득과 DF 중계기(Relay)의 오류 정정 기능으로 인해 오류 확률 측면에서 장점을 지닌다. 그러나 DF 중계기는 변복조 과정을 위해 한 심벌 주기만큼 지연하여 신호를 재전송해야 하는 제약이 있다. 이때, 목적지에서 소스와 중계기로부터 수신한 신호가 서로 간섭으로 작용하며, 성능 열화를 발생시키거나 전송률의 감소를 유발하는 문제가 있다.
한편, 직교 주파수 분할 멀티플렉싱(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 시스템은 주기 프리픽스(Cyclic Prefix, CP)와 같은 보호구간을 삽입하여 다중경로 채널에 의한 인접 심벌간 간섭과 캐리어간 간섭으로부터 강한 면역력을 갖는 장점을 지닌다. 그러나 보호구간의 삽입은 유효 전송전력과 전송효율의 감소를 야기하는 문제가 있다. 이와 관련하여, CP를 사용하는 OFDM 시스템의 대안으로 등방위성 직교 변환 알고리즘(Isotropic Orthogonal Transform Algorithm, IOTA) 프로토타입(Prototype)을 이용한 OFDM/오프셋 구적 진폭 변조(Offset Quarature Amplitude Modulation, OQAM) 시스템이 대두되고 있다. OFDM/OQAM 시스템은 시간영역과 주파수영역에서 직교성을 유지하고 에너지 분산이 펄스의 중심에 집중되는 특징이 있는 IOTA 필터를 사용한다. IOTA 프로토타입이 기존 시스템의 보호구간 삽입을 대체함으로써, 유효 전송전력과 전송효율이 향상되는 장점이 있다.
한국공개특허 제10-2005-0105224호(공개일: 2005.11.03., 발명의 명칭 : 무선 데이터 전송 방법 및 그 신호, 시스템, 송신기 및 수신기, 청구범위 제1항)가 있다.
본 발명은, 등방위성 직교 변환 알고리즘 프로토타입의 인접 심벌 및 캐리어간 간섭에 대한 면역력을 이용하여 중계 노드를 통하여 포워딩되어 목적지 노드로 전송되는 신호와 송신 노드로부터 목적지 노드로 직접 전송되는 신호 사이의 간섭을 저감하고 통신의 품질을 향상시키는 등방위성 직교 변환 알고리즘 프로토타입 및 오프셋 구적 진폭 변조를 이용하는 중계 통신을 위한 송신기, 수신기 및 통신 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 등방위성 직교 변환 알고리즘 프로토타입 및 오프셋 구적 진폭 변조를 이용하는 중계 통신 시스템은 일 주기 분의 OFDM 심벌의 각 서브캐리어에 실리는 QAM 심벌의 실수 성분를 나타내는 OQAM 심벌 및 허수 성분을 나타내는 OQAM 심벌 중 적어도 하나를 IOTA 필터를 통하여 변조한 신호를 하나의 주기에 송신하는 소스 노드, 제1 주기에 상기 소스 노드로부터 수신한 신호를 복조하여 상기 제1 주기의 다음 주기에 포워딩하는 중계 노드 및 제2 주기에 수신한 상기 소스 노드로부터 송신된 신호 및 상기 제2 주기의 다음 주기에 수신한 상기 중계 노드로부터 포워딩된 신호로부터 하나의 QAM 심벌을 복원하는 수신 노드를 포함한다.
바람직하게는, 상기 IOTA 필터를 통하여 변조되는 서로 인접한 주기의 서로 인접한 서브캐리어에 실리는 신호는 서로 직교하는 위상 특성을 가진다.
바람직하게는, 상기 QAM 심벌의 실수 성분를 나타내는 OQAM 심벌 및 허수 성분을 나타내는 OQAM 심벌을 상기 IOTA 필터를 통하여 변조한 신호는 서로 직교하는 위상 특성을 가진다.
바람직하게는, 상기 수신 노드는 상기 중계 노드로부터 포워딩된 신호 및 상기 소스 노드로부터 송신된 신호 중 적어도 하나에서 OFDM 심벌의 서브캐리어에 실리는 QAM 심벌의 실수 성분 및 허수 성분 중 적어도 하나를 나타내는 OQAM 심벌을 IOTA 필터를 통하여 복조한다.
바람직하게는, 상기 수신 노드가 상기 중계 노드로부터 포워딩된 신호에서 복조하는 OQAM 심벌이 하나의 서브캐리어에 실리는 OAM 심벌의 실수 성분을 나타내는 것이면 상기 소스 노드로부터 송신된 신호에서 상기 서브캐리어에 실리는 OAM 심벌의 허수 성분을 나타내는 OQAM 심벌이 복조되고, 상기 수신 노드가 상기 중계 노드로부터 포워딩한 신호에서 복조하는 OQAM 심벌이 하나의 서브캐리어에 실리는 OAM 심벌의 허수 성분을 나타내는 것이면 상기 소스 노드로부터 송신된 신호에서 상기 서브캐리어에 실리는 OAM 심벌의 실수 성분을 나타내는 OQAM 심벌이 복조된다.
바람직하게는, 상기 수신 노드는 복조한 상기 실수 성분 및 허수 성분을 나타내는 OQAM 심벌을 각각의 신호대잡음비에 비례하여 결합한다.
바람직하게는, 상기 수신 노드는 상기 중계 노드로부터 수신한 OQAM 심벌과 상기 소스 노드로부터 수신한 OQAM 심벌 중 더 높은 신호대잡음비를 가지는 OQAM 심벌을 선택하여 실수 성분 및 허수 성분을 나타내는 OQAM 심벌을 결합한다.
바람직하게는, 상기 소스 노드는, 서로 인접하는 서브캐리어에 실리는 QAM 심벌에서 추출한 OQAM 심벌이 서로 직교하도록 위상 변경에 의한 직교화를 수행하는 전변조부, 상기 직교화가 수행된 신호를 입력받아 역푸리에 변환에 의한 다중화 변조를 수행하는 역푸리에 변환부 및 상기 다중화 변조된 신호를 입력받아 IOTA 정형 함수를 적용하여 펄스 정형화를 수행하는 IOTA 필터부를 포함하는 송신기를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 송신기는, 입력 신호에 근거하여 상기 일 주기 분의 OFDM 심벌의 각 서브캐리어에 실리는 QAM 심벌에서 OAQM 심벌을 추출하는 제1 직렬-병렬 변환부 및 상기 각 서브캐리어에 대하여 펄스 정형화된 신호에 근거하여 송신 신호를 산출하는 제1 병렬-직렬 변환부를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 수신 노드는, 각 서브캐리어 별로 분할된 수신 신호에 IOTA 정형 함수의 복소켤레함수를 적용하여 위상 공간 상의 정사영을 산출하는 IOTA 정사영 필터부, 상기 위상 공간 상의 정사영에 푸리에 트랜스폼을 적용하여 OQAM 심벌의 근사치를 산출하는 푸리에 트랜스폼부, 상기 OQAM 심벌의 근사치로부터 전송된 OQAM 심벌을 추정하여 복구하는 이퀄라이저부 및 상기 이퀄라이저부의 출력에서 실수 성분만을 추출하는 후변조부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 수신기는, 수신 신호를 서브캐리어에 해당하는 주파수에 따라 각 서브캐리어 별로 분할하여 상기 IOTA 정사영 필터부로 출력하는 제2 직렬-병렬 변환부 및 상기 후변조부가 추출한 실수 성분들에 근거하여 각 서브캐리어 별 OFDM 심벌을 출력하는 제2 병렬-직렬 변환부를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 이퀄라이저부는 제로 포싱 기법을 사용하여 OQAM 심벌의 근사치를 등화함으로써 OQAM 심벌을 추정한다.
바람직하게는, 상기 중계 노드는, 서로 인접하는 서브캐리어에 실리는 QAM 심벌에서 추출한 OQAM 심벌이 서로 직교하도록 위상 변경에 의한 직교화를 수행하는 전변조부, 상기 직교화가 수행된 신호를 입력받아 역푸리에 변환에 의한 다중화 변조를 수행하는 역푸리에 변환부, 및 상기 다중화 변조된 신호를 입력받아 IOTA 정형 함수를 적용하여 펄스 정형화를 수행하는 IOTA 필터부를 포함하는 송신기 및 각 서브캐리어 별로 분할된 수신 신호에 IOTA 정형 함수의 복소켤레함수를 적용하여 위상 공간 상의 정사영을 산출하는 IOTA 정사영 필터부, 상기 위상 공간 상의 정사영에 푸리에 트랜스폼을 적용하여 OQAM 심벌의 근사치를 산출하는 푸리에 트랜스폼부, 상기 OQAM 심벌의 근사치로부터 전송된 OQAM 심벌을 추정하여 복구하는 이퀄라이저부, 및 상기 이퀄라이저부의 출력에서 실수 성분만을 추출하는 후변조부를 포함하는 수신기를 포함한다.
본 발명에 따르면, 기존 DF 중계기를 이용한 협력 통신 모델의 전송률 감소 문제를 개선하고, 기존 OFDM 시스템의 보호구간에 의한 전송전력 및 전송대역 손실을 개선하며, MRC 및 SC 기법에 의한 추가 다이버시티 이득에 의하여 수신 성능을 향상할 수 있어, 중계 통신에 있어서 중계 노드를 통하여 포워딩되어 목적지 노드로 전송되는 신호와 송신 노드로부터 목적지 노드로 직접 전송되는 신호 사이의 간섭을 저감하고 통신의 품질을 향상시킬수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 등방위성 직교 변환 알고리즘 프로토타입 및 오프셋 구적 진폭 변조를 이용하는 중계 통신을 위한 중계 통신 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 등방위성 직교 변환 알고리즘 프로토타입 및 오프셋 구적 진폭 변조를 이용하는 중계 통신을 위한 송신기의 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 등방위성 직교 변환 알고리즘 프로토타입 및 오프셋 구적 진폭 변조를 이용하는 중계 통신을 위한 수신기의 블럭도이다.
이하에서는 본 발명에 따른 등방위성 직교 변환 알고리즘 프로토타입 및 오프셋 구적 진폭 변조를 이용하는 중계 통신을 위한 송신기, 수신기 및 중계 통신 시스템을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 등방위성 직교 변환 알고리즘 프로토타입 및 오프셋 구적 진폭 변조를 이용하는 중계 통신을 위한 중계 통신 시스템의 개략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 중계 통신 시스템은 소스 노드(10), 수신 노드(20) 및 중계 노드(30)를 포함하여 이루어질 수 있다.
소스 노드(10)는 일 주기 분의 OFDM 심벌의 각 서브캐리어에 실리는 QAM 심벌의 실수 성분를 나타내는 OQAM 심벌 및 허수 성분을 나타내는 OQAM 심벌 중 적어도 하나를 IOTA 필터를 통하여 변조한 신호를 하나의 주기에 송신한다.
기존의 OFDM 시스템이 전송하는 QAM 심벌은
Figure 112015004231943-pat00001
형태의 복소수 값으로 표현되나, IOTA-OFDM/OQAM 시스템은
Figure 112015004231943-pat00002
와
Figure 112015004231943-pat00003
로 나누어지는 실수 값으로 구성되는 OQAM 심벌을 전송한다. 이 때 m은 신호가 실리는 서브캐리어를 나타내며, n은 OFDM 심벌의 인덱스를 나타낸다. 즉,
Figure 112015004231943-pat00004
는 n번재 OFDM 심벌의 m번째 서브캐리어에 변조되는 QAM 심벌을 나타내며, 이는 두 개의 실수 값으로 구성되는 OQAM 심벌로 표현될 수 있다.
Figure 112015004231943-pat00005
는 QAM 심벌의 실수 성분을 나타낼 수 있으며,
Figure 112015004231943-pat00006
는 QAM 심벌의 허수 성분을 나타낼 수 있다. 즉, IOTA-OFDM/OQAM 시스템에서는 복소수 값을 갖는 QAM 변조된 심볼 대신, 반 주기에 대하여 위상이 지연된 형태로 나타나며 실수 값을 갖는 OQAM 변조된 심볼을 이용할 수 있다. 이는 IOTA 프로토타입(Prototype)을 구성하는 정형(Pulse Shaping)함수가 실수 값에 대해 유효한 가우시안 함수를 직교화하는 방법으로 만들어지기 때문이다. 이러한 IOTA 프로토타입은 시간 및 주파수 영역에서 에너지의 분산이 펄스의 중앙에 집중된 특징을 가지며, 각각의 변조 심벌에 대해 강한 직교성을 보장하는 특징이 있는 있다. 이하 수학식 1이 IOTA 프로토타입의 정의를 나타내고, IOTA 프로토타입이 직교성을 유지하는 조건이 수학식 2에 의해 주어질 수 있다.
Figure 112015004231943-pat00007
Figure 112015004231943-pat00008
상술한 바와 같이 IOTA 프로토타입의 에너지 분산이 함수의 중심에 집중되는 특징을 지니며, 시간 및 주파수 영역에서 심별 및 서브캐리어간 직교성을 보장하는 성질을 가지고 있다. 따라서 IOTA 필터를 통하여 변조되는 서로 인접한 주기의 서로 인접한 서브캐리어에 실리는 신호는 서로 직교하는 위상 특성을 가질 수 있다. 또한, QAM 심벌의 실수 성분를 나타내는 OQAM 심벌 및 허수 성분을 나타내는 OQAM 심벌을 IOTA 필터를 통하여 변조한 신호는 서로 직교하는 위상 특성을 가질 수 있다.
상기 수학식 1 및 수학식 2에서
Figure 112015004231943-pat00009
는 이웃한 심벌이 서로 직교하는 위상 성분으로 구성되도록 하며,
Figure 112015004231943-pat00010
는 역 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT)의 표현 방식에 따른 다중화 변조 기법을 나타내고,
Figure 112015004231943-pat00011
와
Figure 112015004231943-pat00012
는 각각
Figure 112015004231943-pat00013
와
Figure 112015004231943-pat00014
에 대한 IOTA 정형함수를 의미한다. 이 때, 송신 노드(10)가 송신하는 신호 s(t)는 다음의 수학식 3에 의하여 정의될 수 있다.
Figure 112015004231943-pat00015
이 때, 전송 신호 s(t)는 n번째 전송 심벌, 즉 OFDM 심벌을 구성하는 총 M개의 서브캐리어에 대하여, m번째 서브캐리어에 실리는 OQAM 심벌 각각을 IOTA 함수로 펄스 정형하고 다중화 변조한다. 여기에서 IOTA 함수가 시간과 주파수 영역에서 등방위성인 특징이 있으므로 심벌 주기 와 서브캐리어의 대역 v0 는
Figure 112015004231943-pat00016
로 같게 될 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 등방위성 직교 변환 알고리즘 프로토타입 및 오프셋 구적 진폭 변조를 이용하는 중계 통신을 위한 송신기의 블럭도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 송신기는 제1 직렬-병렬 변환부(110), 전변조부(120, 130), 역푸리에 변환부(140, 150), IOTA 필터부(160, 170) 및 제1 병렬-직렬 변환부(180)를 포함하여 구성될 수 있으며, 소스 노드(10)는 송신기를 포함할 수 있다.
전변조부(120, 130)는 서로 인접하는 서브캐리어에 실리는 QAM 심벌에서 추출한 OQAM 심벌이 서로 직교하도록 위상 변경에 의한 직교화를 수행한다. 이 때 전변조부(120)는 QAM 심벌의 실수 성분에 대해 직교화를 수행하는 실수 전변조부(120)와 QAM 심벌의 허수 성분에 대해 직교화를 수행하는 허수 실변조부(130)로 구성될 수 있으며, 이러한 직교화는 수학식 1 및 수학식 3의
Figure 112015004231943-pat00017
에 의하여 표현될 수 있다.
역푸리에 변환부(140, 150)는 실수 성분에 대해 역푸리에 변환을 수행하는 제1 역푸리에 변환부(140)와 허수 성분에 대해 역푸리에 변환을 수행하는 제2 역푸리에 변환부(150)로 구성될 수 있으며, 직교화가 수행된 신호를 입력받아 역푸리에 변환에 의한 다중화 변조를 수행할 수 있다. 이 때, 역푸리에 변환부(140, 150)가 수행하는 다중화 변조는 수학식 1 및 수학식 3의
Figure 112015004231943-pat00018
에 의하여 표현될 수 있다.
IOTA 필터부(160, 170)은 다중화 변조된 신호를 입력받아 IOTA 정형 함수를 적용하여 펄스 정형화를 수행하며, 이러한 펄스 정형화는 수학식 1 및 수학식 3의
Figure 112015004231943-pat00019
와
Figure 112015004231943-pat00020
에 의하여 표현될 수 있다. 이 때, IOTA 필터부(160, 170)는
Figure 112015004231943-pat00021
에 해당하는 펄스 정형화를 수행하는 제1 IOTA 필터부(160) 및
Figure 112015004231943-pat00022
에 대한 펄스 정형화를 수행하는 제2 IOTA 필터부로 구성될 수 있다.
제1 직렬-병렬 변환부(110)는 입력 신호에 근거하여 일 주기 분의 OFDM 심벌의 각 서브캐리어에 실리는 QAM 심벌에서 OQAM 심벌을 추출한다. 즉 제1 직렬-병렬 변환부(110)는 OFDM 심벌로부터 수학식 에
Figure 112015004231943-pat00023
에 의하여 표현되는 OQAM 심벌을 각 서브캐리어에 대하여 추출한다.
제1 병렬-직렬 변환부(180)는 각 서브캐리어에 대하여 펄스 정형화된 신호에 근거하여 송신 신호를 산출한다. 즉, 제1 병렬-직렬 변환부(180)는 상기 수학식 3의 우변의 Σ 기호에 의하여 표현되는 연산을 수행하여 s(t)를 산출하는 역할을 수행한다.
수신 노드(20)는 중계 노드(30)로부터 포워딩된 신호 및 소스 노드(10)로부터 송신된 신호 중 적어도 하나에서 OFDM 심벌의 서브캐리어에 실리는 QAM 심벌의 실수 성분 및 허수 성분 중 적어도 하나를 나타내는 OQAM 심벌을 IOTA 필터를 통하여 복조할 수 있다. 즉, 수신 노드(20)는 상기 소스 노드(10)에 포함된 송신기가 수행하는 작업을 역순으로 수행하여 신호를 복조할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 등방위성 직교 변환 알고리즘 프로토타입 및 오프셋 구적 진폭 변조를 이용하는 중계 통신을 위한 수신기의 블럭도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 수신기는 제2 직렬-병렬 변환부(210), IOTA 정사영 필터부(221, 222), 푸리에 변환부(231, 232), 이퀄라이저부(241, 242), 후변조부(251, 252, 253, 254), 제2 병렬-직렬 변환부(260)를 포함하여 이루어질 수 있으며, 수신 노드(20)는 수신기를 포함할 수 있다.
이 때, 송신기가 전송하는 신호 s(t)의 각 서브캐리어가 전송되면서 겪는 채널의 이득을 hm,n, 수신기에 더해지는 열잡음을 n(t)하고 할 때 수신기가 수신하는 신호 수신 신호 r(t)는 다음 수학식 4 의하여 표현될 수 있다.
Figure 112015004231943-pat00024
이 때, 각 서브캐리어가 겪는 채널이 준정적인 상태라고 가하면, 수신 신호 r(t)에 대한 IOTA 프로토타입의 복조 과정과 OQAM 심벌 을 복원하기 위한 이퀄라이저에 의한 등화 과정은 다음 수학식5에 의하여 표현될 수 있다.
Figure 112015004231943-pat00025
즉, IOTA 정사영 필터부(221, 222)는 각 서브캐리어 별로 분할된 수신 신호에 IOTA 정형 함수
Figure 112015004231943-pat00026
의 복소켤레함수
Figure 112015004231943-pat00027
를 적용하여 위상 공간 상의 정사영을 산출할 수 있으며, 이는 송신부의 IOTA 필터부(160, 170)가 수행하는 작업을 역으로 수행하는 데에 해당할 수 있다.
푸리에 트랜스폼부(231, 232)는 위상 공간 상의 정사영에 푸리에 트랜스폼을 적용하여 OQAM 심벌의 근사치를 산출할 수 있으며, 이는 송신부의 역푸리에 트랜스폼부(140, 150)가 수행하는 작업을 역으로 수행하는 데에 해당할 수 있다. 상기 수학식 5에서 OQAM 심벌의 근사치는
Figure 112015004231943-pat00028
에 의하여 표현된다.
이퀄라이저부(241,242)는 OQAM 심벌의 근사치로부터 전송된 OQAM 심벌을 추정하여 복구한다. 이 때, 이퀄라이저부(241,242)는 제로 포싱(Zero-Forcing) 기법을 사용하여 OQAM 심벌의 근사치를 등화함으로써 OQAM 심벌을 추정할 수 있다. 이러한 제로 포싱 기법은 상기 수학식 5에서
Figure 112015004231943-pat00029
와 같이 표현될 수 있다. 즉, 제로 포싱 기법에 의하여 채널 이득에 의해 왜곡된 ym,n 으로부터 전송되는 OQAM 심벌 am,n 을 추정하여 복수할 수 있다. 이 때
Figure 112015004231943-pat00030
는 본래의 OQAM 심볼의 추정값을 나타내고,
Figure 112015004231943-pat00031
은 이퀄라이저를 거친 잡음 성분을 나타낼 수 있다.
후변조부(251, 252, 253, 254)는 이퀄라이저부의 출력에서 실수 성분만을 추출한다. 이 때 제1 및 제2 허수 후변조부(251, 254)는 이퀄라이저부(241, 242)의 출력에서 허수 성분을 추출할 수 있으며 이는 상기 수학식 5에서
Figure 112015004231943-pat00032
으로 표현되는 내재 간섭(Intrinsic Interference)으로서 IOTA 프로토타입의 직교성을 설명하는 모호성 함수(Ambiguity Funciton)의 특성에 의하여 0이 되어 소거될 수 있다. 따라서 제1 및 제 2 실수 후변조부(252, 253)가 이퀄라이저부(241, 242)의 출력에서 실수 성분만을 추출할 수 있으며, 이는 OFDM 심벌을 복원하는 데에 사용될 수 있다.
제2 직렬-병렬 변환부(210)는 수신 신호 r(t)를 서브캐리어에 해당하는 주파수에 따라 각 서브캐리어 별로 분할하여 IOTA 정사영 필터부(221, 222)로 출력할 수 있다. 즉, 수신 신호 r(t)를 주파수에 따라 분해하여 각 서브캐리어에 해당하는 신호별로 IOTA 프로토타입에 의한 복조가 수행되게 할 수 있다.
제2 병렬-직렬 변환부(260)는 후변조부(251, 252, 253, 2454)가 추출한 실수 성분들에 근거하여 각 서브캐리어 별 OFDM 심벌을 출력한다. 즉, 상술한 바와 같이 제로 포싱 기법으로 추정되는 OQAM 심벌로부터 각 서브캐리어 별 QAM 심벌을 복원할 수 있으며, 1 주기 동안의 서브캐리어들에 해당하는 QAM 심벌을 합산하여 전송되는 OFDM 심벌을 복원할 수 있다.
이 때 수신기의 IOTA 정사영 필터부(221, 222), 푸리에 변환부(231, 232), 이퀄라이저부(241, 242), 후변조부(251, 252, 253, 254)는 각각 제1 IOTA 정사영 필터부(221), 제1 푸리에 변환부(231), 제1 이퀄라이저부(241), 제1 허수 및 실수 후변조부(251, 252)와 제2 IOTA 정사영 필터부(222), 제2 푸리에 변환부(232), 제2 이퀄라이저부(242), 제2 실수 및 허수 후변조부(253, 254)로 구성될 수 있으며, 전자는 QAM 심벌의 실수 성분에 해당하는 OQAM 심벌을 복조하고, 후자는 QAM 심벌의 허수 성분에 해당하는 OQAM 심벌을 복조할 수 있다.
또한 중계 노드(30)는 제1 주기에 소스 노드(10)로부터 수신한 신호를 복조하여 제1 주기의 다음 주기에 포워딩한다. 즉, 중계 노드(30)는 상술한 송신기 및 수신기를 모두 포함하여 이루어질 수 있으며, 하나의 OFDM 주기 동한 수신되는 신호를 복조하여 다음 OFDM 주기 동안 포워딩하는 작업을 수행할 수 있다. 따라서 중계 노드(30)를 통하여 수신 노드(20)로 전달되는 신호는 소스 노드(10)로부터 직접 수신 노드(20)로 전달되는 신호보다 한 주기만큼 지연되어 전송되게 된다.
이 때, 수신 노드(20)가 중계 노드(30)로부터 포워딩된 신호에서 복조하는 OQAM 심벌이 하나의 서브캐리어에 실리는 OAM 심벌의 실수 성분을 나타내는 것이면 소스 노드(30)로부터 송신된 신호에서 서브캐리어에 실리는 OAM 심벌의 허수 성분을 나타내는 OQAM 심벌이 복조되고, 수신 노드(20)가 중계 노드(30)로부터 포워딩한 신호에서 복조하는 OQAM 심벌이 하나의 서브캐리어에 실리는 OAM 심벌의 허수 성분을 나타내는 것이면 소스 노드로부터 송신된 신호에서 서브캐리어에 실리는 OAM 심벌의 실수 성분을 나타내는 OQAM 심벌이 복조될 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 예와 같이, 수신 노드(20)의 1번째 주기에 소스 노드(10)로부터 수신한 OQAM 심벌은 허수 성분을 나타내고, 중계 노드(20)로부터 수신한 OQAM 심벌을 실수 성분을 나타낸다. 반면 2번째 주기에는 소스 노드(10)로부터 수신한 OQAM 심벌은 실수 성분을 나타내고, 중계 노드(20)로부터 수신한 OQAM 심벌을 허수 성분을 나타낸다. 즉, 같은 주기에 수신 노드(20)가 중계 노드로부터 수신하는 OQAM 심벌과 소스 노드(10)로부터 수신하는 OQAM 심벌은 하나가 실수 성분을 나타내면 다른 하나는 허수 성분을 나타내고 따라서 양자는 서로 직교하는 성질을 가지고 있으므로, 기존 DF 힐레이 협력 통신에 비하여 수신 성능 및 전송률을 개선할 수 있다.
또한 수신노드(20)는 제2 주기에 수신한 소스 노드(10)로부터 송신된 신호 및 제2 주기의 다음 주기에 수신한 중계 노드(30)로부터 포워딩된 신호로부터 하나의 QAM 심벌을 복원한다. 상술한 바와 같이, 중계 노드(30)를 통하여 수신 노드(20)로 전달되는 신호는 소스 노드(10)로부터 직접 수신 노드(20)로 전달되는 신호보다 한 주기만큼 지연되어 전송되게 되며, 도 1에 도시된 예와 같이, 제1 주기에 소스 노드(10)로부터 수신되는 1번째 심벌의 m번째 서브캐리어의 허수 성분을 나타내는 OQAM 심벌과 일치하는 OQAM 심벌이 제2 주기에 중계 노드(30)로부터 수신되므로, 양자를 결합하여 하나의 QAM 심벌을 복원할 수 있다. 이 때, 각각 0 내지 2 번째 주기에 수신한 신호가 IOTA 프로토타입에 의하여 복조된 뒤 이퀄라이저에 의하여 정합된 OQAM 심벌과 OQAM 심벌을 결합 기법을 통하여 재구성한 QAM 심벌은 아래의 수학식 6에 의하여 표현될 수 있다.
Figure 112015004231943-pat00033
상기 수학식 6에서,
Figure 112015004231943-pat00034
은 목적지에서 결합 기법을 통해 얻은 QAM 심볼을 나타내고, α는 결합 기법의 적용으로 인한 다이버시티 이득과 채널 이득을 나타내며, n'은 변복조 및 결합 과정을 통해 변형된 잡음 성분의 합을 나타낸다.
이 때 수신 노드(20)는 최대비 결합(Maximum Ratio Combining, MRC) 기법 및 선택 결합(Selection Combining, SC) 기법 중 적어도 하나를 사용하여 중계 노드(30)가 지연하여 송신한 심볼과 소스 노드(10)로부터의 심볼을 결합함으로써 추가적인 다이버시티 이득을 얻을 수 있다. 이 때 수신 노드(20)는 MRC 기법을 사용하여 복조한 실수 성분 및 허수 성분을 나타내는 OQAM 심벌을 각각의 신호대잡음비에 비례하여 결합할 수 있다. 이러한 MRC 기법에 의한 결합은 다음 수학식 7에 의하여 표현될 수 있다.
Figure 112015004231943-pat00035
상기 수학식 7에서
Figure 112015004231943-pat00036
및
Figure 112015004231943-pat00037
는 각각 중계 노드(30)와 소스 노드(10)로부터 수신한
Figure 112015004231943-pat00038
및
Figure 112015004231943-pat00039
에 해당하는 OQAM 심벌이 복조 과정과 이퀄라이저부(241, 242)를 통과한 뒤의 신호대잡음비 합을 나타낸다.
또한 수신 노드(20)는 SC 기법을 사용하여 중계 노드(30)로부터 수신한 OQAM 심벌과 소스 노드(10)로부터 수신한 OQAM 심벌 중 더 높은 신호대잡음비를 가지는 OQAM 심벌을 선택하여 실수 성분 및 허수 성분을 나타내는 OQAM 심벌을 결합할 수 있다. 이러한 SC 기법에 의한 결합은 다음 수학식 8에 의하여 표현될 수 있다.
Figure 112015004231943-pat00040
상기 수학식 8에서
Figure 112015004231943-pat00041
및
Figure 112015004231943-pat00042
는 각각 중계 노드(30)와 소스 노드(10)로부터 수신한
Figure 112015004231943-pat00043
및
Figure 112015004231943-pat00044
에 해당하는 OQAM 심벌이 복조 과정과 이퀄라이저부(241, 242)를 통과한 뒤 두 심볼 중 큰 신호대잡음비 성분을 지닌 OQAM 심벌인
Figure 112015004231943-pat00045
및
Figure 112015004231943-pat00046
를 결합하여 얻는 신호대잡음를 나타낸다.
이 때, MRC 기법 및 SC 기법을 사용하여 소스 노드(10)와 중계 노드(30)로 부터 수신하는 SNR 성분은 다음 수학식 9에 의하여 표현될 수 있다.
Figure 112015004231943-pat00047
이상 살펴본 바와 같이 본 발명에 따르면, 기존 DF 중계기를 이용한 협력 통신 모델의 전송률 감소 문제를 개선하고, 기존 OFDM 시스템의 보호구간에 의한 전송전력 및 전송대역 손실을 개선하며, MRC 및 SC 기법에 의한 추가 다이버시티 이득에 의하여 수신 성능을 향상할 수 있어, 중계 통신에 있어서 중계 노드를 통하여 포워딩되어 목적지 노드로 전송되는 신호와 송신 노드로부터 목적지 노드로 직접 전송되는 신호 사이의 간섭을 저감하고 통신의 품질을 향상시킬수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 소스 노드 20 : 수신 노드
30 ; 중계 노드 110 : 제1 직렬-병렬 변환부
120 : 실수 전변조부 130 : 허수 전변조부
140 : 제1 역푸리에변환부 150 : 제2 역푸리에변환부
160 : 제1 IOTA 필터부 170 : 제2 IOTA 필터부
180 : 제1 병렬-직렬 변환부 210 : 제2 직렬-병렬 변환부
221 : 제1 IOTA 정사영필터부 222 : 제2 IOTA 정사영필터부
231 : 제1 푸리에변환부 232 : 제2 푸리에변환부
241 : 제1 이퀄라이저부 242 : 제2 이퀄라이저부
251 : 제1 허수 후변조부 252 : 제1 실수 후변조부
253 : 제2 실수 후변조부 254 : 제2 허수 후변조부
260 : 제2 병렬-직렬 변환부

Claims (21)

  1. 일 주기 분의 OFDM 심벌의 각 서브캐리어에 실리는 QAM 심벌의 실수 성분를 나타내는 OQAM 심벌 및 허수 성분을 나타내는 OQAM 심벌 중 적어도 하나를 IOTA 필터를 통하여 변조한 신호를 하나의 주기에 송신하는 소스 노드;
    제1 주기에 상기 소스 노드로부터 수신한 신호를 복조하여 상기 제1 주기의 다음 주기에 포워딩하는 중계 노드; 및
    제2 주기에 수신한 상기 소스 노드로부터 송신된 신호 및 상기 제2 주기의 다음 주기에 수신한 상기 중계 노드로부터 포워딩된 신호로부터 하나의 QAM 심벌을 복원하는 수신 노드를 포함하되,
    상기 수신 노드는 상기 중계 노드로부터 포워딩된 신호에서 복조하는 OQAM 심벌이 하나의 서브캐리어에 실리는 OAM 심벌의 실수 성분을 나타내는 것이면 상기 소스 노드로부터 송신된 신호에서 상기 서브캐리어에 실리는 OAM 심벌의 허수 성분을 나타내는 OQAM 심벌이 복조되고,
    상기 중계 노드로부터 포워딩한 신호에서 복조하는 OQAM 심벌이 하나의 서브캐리어에 실리는 OQAM 심벌의 허수 성분을 나타내는 것이면 상기 소스 노드로부터 송신된 신호에서 상기 서브캐리어에 실리는 OQAM 심벌의 실수 성분을 나타내는 OQAM 심벌이 복조되는 것을 특징으로 하는 등방위성 직교 변환 알고리즘 프로토타입 및 오프셋 구적 진폭 변조를 이용하는 중계 통신 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 IOTA 필터를 통하여 변조되는 서로 인접한 주기의 서로 인접한 서브캐리어에 실리는 신호는 서로 직교하는 위상 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 등방위성 직교 변환 알고리즘 프로토타입 및 오프셋 구적 진폭 변조를 이용하는 중계 통신 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 QAM 심벌의 실수 성분를 나타내는 OQAM 심벌 및 허수 성분을 나타내는 OQAM 심벌을 상기 IOTA 필터를 통하여 변조한 신호는 서로 직교하는 위상 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 등방위성 직교 변환 알고리즘 프로토타입 및 오프셋 구적 진폭 변조를 이용하는 중계 통신 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 수신 노드는 상기 중계 노드로부터 포워딩된 신호 및 상기 소스 노드로부터 송신된 신호 중 적어도 하나에서 OFDM 심벌의 서브캐리어에 실리는 QAM 심벌의 실수 성분 및 허수 성분 중 적어도 하나를 나타내는 OQAM 심벌을 IOTA 필터를 통하여 복조하는 것을 특징으로 하는 등방위성 직교 변환 알고리즘 프로토타입 및 오프셋 구적 진폭 변조를 이용하는 중계 통신 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 수신 노드는 복조한 상기 실수 성분 및 허수 성분을 나타내는 OQAM 심벌을 각각의 신호대잡음비에 비례하여 결합하는 것을 특징으로 하는 등방위성 직교 변환 알고리즘 프로토타입 및 오프셋 구적 진폭 변조를 이용하는 중계 통신 시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 수신 노드는 상기 중계 노드로부터 수신한 OQAM 심벌과 상기 소스 노드로부터 수신한 OQAM 심벌 중 더 높은 신호대잡음비를 가지는 OQAM 심벌을 선택하여 실수 성분 및 허수 성분을 나타내는 OQAM 심벌을 결합하는 것을 특징으로 하는 등방위성 직교 변환 알고리즘 프로토타입 및 오프셋 구적 진폭 변조를 이용하는 중계 통신 시스템.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 소스 노드는,
    서로 인접하는 서브캐리어에 실리는 QAM 심벌에서 추출한 OQAM 심벌이 서로 직교하도록 위상 변경에 의한 직교화를 수행하는 전변조부;
    상기 직교화가 수행된 신호를 입력받아 역푸리에 변환에 의한 다중화 변조를 수행하는 역푸리에 변환부; 및
    상기 다중화 변조된 신호를 입력받아 IOTA 정형 함수를 적용하여 펄스 정형화를 수행하는 IOTA 필터부를 포함하는 송신기를 더 포함하는 등방위성 직교 변환 알고리즘 프로토타입 및 오프셋 구적 진폭 변조를 이용하는 중계 통신 시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 송신기는,
    입력 신호에 근거하여 상기 일 주기 분의 OFDM 심벌의 각 서브캐리어에 실리는 QAM 심벌에서 OAQM 심벌을 추출하는 제1 직렬-병렬 변환부; 및
    상기 각 서브캐리어에 대하여 펄스 정형화된 신호에 근거하여 송신 신호를 산출하는 제1 병렬-직렬 변환부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 등방위성 직교 변환 알고리즘 프로토타입 및 오프셋 구적 진폭 변조를 이용하는 중계 통신 시스템.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 수신 노드는,
    각 서브캐리어 별로 분할된 수신 신호에 IOTA 정형 함수의 복소켤레함수를 적용하여 위상 공간 상의 정사영을 산출하는 IOTA 정사영 필터부;
    상기 위상 공간 상의 정사영에 푸리에 트랜스폼을 적용하여 OQAM 심벌의 근사치를 산출하는 푸리에 트랜스폼부;
    상기 OQAM 심벌의 근사치로부터 전송된 OQAM 심벌을 추정하여 복구하는 이퀄라이저부; 및
    상기 이퀄라이저부의 출력에서 실수 성분만을 추출하는 후변조부를 포함하는 수신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 등방위성 직교 변환 알고리즘 프로토타입 및 오프셋 구적 진폭 변조를 이용하는 중계 통신 시스템.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 수신기는,
    수신 신호를 서브캐리어에 해당하는 주파수에 따라 각 서브캐리어 별로 분할하여 상기 IOTA 정사영 필터부로 출력하는 제2 직렬-병렬 변환부; 및
    상기 후변조부가 추출한 실수 성분들에 근거하여 각 서브캐리어 별 OFDM 심벌을 출력하는 제2 병렬-직렬 변환부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 등방위성 직교 변환 알고리즘 프로토타입 및 오프셋 구적 진폭 변조를 이용하는 중계 통신 시스템.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 이퀄라이저부는 제로 포싱 기법을 사용하여 OQAM 심벌의 근사치를 등화함으로써 OQAM 심벌을 추정하는 것을 특징으로 하는 등방위성 직교 변환 알고리즘 프로토타입 및 오프셋 구적 진폭 변조를 이용하는 중계 통신 시스템.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 중계 노드는,
    서로 인접하는 서브캐리어에 실리는 QAM 심벌에서 추출한 OQAM 심벌이 서로 직교하도록 위상 변경에 의한 직교화를 수행하는 전변조부,
    상기 직교화가 수행된 신호를 입력받아 역푸리에 변환에 의한 다중화 변조를 수행하는 역푸리에 변환부, 및
    상기 다중화 변조된 신호를 입력받아 IOTA 정형 함수를 적용하여 펄스 정형화를 수행하는 IOTA 필터부를 포함하는 송신기; 및
    각 서브캐리어 별로 분할된 수신 신호에 IOTA 정형 함수의 복소켤레함수를 적용하여 위상 공간 상의 정사영을 산출하는 IOTA 정사영 필터부,
    상기 위상 공간 상의 정사영에 푸리에 트랜스폼을 적용하여 OQAM 심벌의 근사치를 산출하는 푸리에 트랜스폼부,
    상기 OQAM 심벌의 근사치로부터 전송된 OQAM 심벌을 추정하여 복구하는 이퀄라이저부, 및
    상기 이퀄라이저부의 출력에서 실수 성분만을 추출하는 후변조부를 포함하는 수신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 등방위성 직교 변환 알고리즘 프로토타입 및 오프셋 구적 진폭 변조를 이용하는 중계 통신 시스템.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 송신기는,
    입력 신호에 근거하여 상기 일 주기 분의 OFDM 심벌의 각 서브캐리어에 실리는 QAM 심벌에서 OAQM 심벌을 추출하는 제1 직렬-병렬 변환부; 및
    상기 각 서브캐리어에 대하여 펄스 정형화된 신호에 근거하여 송신 신호를 산출하는 제1 병렬-직렬 변환부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 등방위성 직교 변환 알고리즘 프로토타입 및 오프셋 구적 진폭 변조를 이용하는 중계 통신 시스템.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 수신기는,
    수신 신호를 서브캐리어에 해당하는 주파수에 따라 각 서브캐리어 별로 분할하여 상기 IOTA 정사영 필터부로 출력하는 제2 직렬-병렬 변환부; 및
    상기 후변조부가 추출한 실수 성분들에 근거하여 각 서브캐리어 별 OFDM 심벌을 출력하는 제2 병렬-직렬 변환부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 등방위성 직교 변환 알고리즘 프로토타입 및 오프셋 구적 진폭 변조를 이용하는 중계 통신 시스템.
  16. 제 13항에 있어서,
    상기 이퀄라이저부는 제로 포싱 기법을 사용하여 OQAM 심벌의 근사치를 등화함으로써 OQAM 심벌을 추정하는 것을 특징으로 하는 등방위성 직교 변환 알고리즘 프로토타입 및 오프셋 구적 진폭 변조를 이용하는 중계 통신 시스템.




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