KR102217030B1

KR102217030B1 - 무선 통신 시스템에서 신호 송수신을 위한 변조/복조 장치 및 방법

Info

Publication number: KR102217030B1
Application number: KR1020140121144A
Authority: KR
Inventors: 홍성남; 박우명; 사공민; 안석기; 임치우
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2014-09-12
Filing date: 2014-09-12
Publication date: 2021-02-19
Also published as: WO2016039562A1; KR20160031278A; US20170324605A1; US10050820B2

Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에서 신호 송수신을 위해 간섭 신호의 분포가 비 가우시안(Gaussian) 분포를 가지도록 하는 변조/복조 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 신호를 송신하는 송신기에서 변조 방법은, 변조 방식을 결정하는 과정과, 상기 결정된 변조 방식이 특정 변조 방식에 해당하는 경우, 인코딩된 정보 비트를 미리 정해진 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 변조 차수에 따라 QAM 심볼로 변환하고, 미리 정해진 시퀀스 세트에서 정수 벡터의 엘리먼트에 해당하는 시퀀스를 선택하고, 미리 정해진 시퀀스 길이만큼 상기 변환한 QAM 심볼을 반복하며, 상기 반복한 QAM 심볼을 상기 선택한 시퀀스와 곱하여 신호를 출력하는 과정과, 상기 출력된 신호를 수신기로 전송하는 과정을 포함한다.

Description

무선 통신 시스템에서 신호 송수신을 위한 변조/복조 장치 및 방법 {MODULATION/DEMODULATION APPARATUS AND METHOD FOR TRANCEIVING SIGNAL IN A WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 무선 통신 시스템에서 신호 송수신을 위해 간섭 신호의 분포가 비 가우시안(Gaussian) 분포를 가지도록 하는 변조/복조 장치 및 방법에 관한 것이다.

무선 통신 시스템에서 낮은 복잡도로 시스템을 운용(일 예로, 적응적 변조 및 부호화 운용, 연판정복호메트릭 생성 등)하기 위하여 간섭신호에 대하여 가우시안 가정을 이용한다. 이때, 간섭신호의 특성을 최대한 가우시안 분포에 가깝게 만들기 위하여 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 방식을 사용한다. 또한, 최소 채널 부호화 율과 최소 변조 차수를 적용해도 목표 에러 성능을 만족시킬 수 없는 사용자에 대해서는 QAM 심벌을 반복적으로 전송함으로써 목표 성능을 달성하게 하는 방법을 적용한다.

그러나 최근 강한 간섭신호가 존재하는 무선 통신 시스템에서 가산 잡음의 통계적인 분포가 가우시안 분포를 따르는 경우, 채널 용량의 관점에서 최악의 경우임이 증명되었다. 따라서, 가산 잡음의 특성을 갖는 간섭 신호들의 통계적인 분포가 비 가우시안 분포를 따르도록 만들게 되면 종래의 시스템 보다 더 높은 시스템 처리량을 얻을 수 있을 것은 자명하다. 이러한 이유로 제안된 변조 방식이 FQAM(Frequency Quadrature Amplitude Modulation) 방식이다.

도 1 및 도 2는 종래 무선 통신 시스템에서 FQAM 방식의 특성을 보이고 있다.

도 1을 참조하면, FQAM 방식(c)은 QAM 방식(a)과 FSK(Frequency Shift Keying) 방식(b)이 결합된 하이브리드(hybrid) 변조 방식으로써 심벌을 구성하는 다수의 부반송파 중 일부만 활성화되므로 간섭신호의 통계적인 분포가 비 가우시안 분포의 특성을 갖는다. 이는 종래의 FSK 방식과 유사하다. 그러나, FQAM 방식은 활성화되는 부반송파에 QAM 심벌을 전송함으로써 FSK 방식보다 스펙트럼 효율(spectral efficiency)을 크게 개선한다. 도 2에서와 같이 FQAM 방식을 간섭신호가 매우 강한 셀 외곽 사용자 들에게 적용하게 되면 비 가우시안 간섭 채널을 형성하게 되므로 종래의 QAM 심벌을 반복 전송하여 가우시안 간섭 채널을 형성하던 시스템 대비 시스템 처리량을 매우 크게 개선할 수 있다.

그러나, FQAM 방식과 같은 변조 방식을 적용하여 종래의 기술 대비 비약적인 성능 개선을 이루기 위해서는 비이진 부호화/복호화의 적용이 필수적이다. 이는 FQAM 방식이 후보 송신 신호간 거리 특성에 의하여 이진 부호보다는 비이진 부호에 적합하기 때문이다. 그러나, FQAM 방식의 적용에 필수적인 요소인 비이진 부호화/복호화 기술은 복잡도가 매우 크기 때문에 구현상의 문제가 발생할 가능성이 크다. 이러한 구현상의 문제를 해결하기 위하여 제안된 변조 방식이 NQAM(Nulling Quadrature Amplitude Modulation) 방식이다. NQAM 방식은 QAM 방식으로 변조된 심볼의 송신 파워(power)를 증가시키고 일부 부반송파를 비워두며 셀 별로 특화된 부반송파 순열(permutation) 규칙을 적용하는 방식이다. 이러한 NQAM 방식은 종래의 QAM 심볼의 반복 전송 방식과 달리 FQAM 방식을 적용하는 경우와 유사한 비 가우시안 간섭 채널을 형성할 수 있다. 또한, NQAM 방식은 종래의 FQAM 방식과 달리 이진 부호화/복호화 기술로 기존 QAM 방식 대비 성능을 크게 개선할 수 있다.

한편, 셀룰러 무선 통신 시스템에서는 기지국이 단말에게 정보를 전달하는 하향 링크와 단말이 기지국에게 정보를 전달하는 상향 링크가 존재한다. 이 중 단말이 기지국에게 정보를 전달하는 상향 링크의 경우 단말의 배터리 소모를 최소화 해야 하므로 PAPR(Peak to Average Power Ratio) 문제가 중요하게 고려된다. 따라서, 셀룰러 무선 통신 시스템에 관련된 표준에서는 PAPR 감소를 위하여 상향링크에서는 SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access) 방식을 적용한다.

그런데, 상기 FQAM 방식 및 NQAM 방식은 OFDMA(Orthogonal Frequency-Division Multiple Access) 시스템에 적용할 경우 QAM 방식과 유사한 PAPR을 갖지만 SC-FDMA 방식에 적용할 경우 QAM 방식의 경우보다 매우 큰 PAPR을 갖게 된다. 이는 FQAM 방식 및 NQAM 방식이 심볼을 구성하는 다수의 부반송파들 중 일부만을 활성화 시키는 방식을 사용하기 때문이다. 만일, SC-FDMA 시스템에 QAM 방식 대신 FQAM 방식 또는 NQAM 방식을 적용하게 되면 비 가우시안 간섭 채널이 형성되지만 PAPR 문제 때문에 QAM 방식 대비 송신 파워를 감소시켜야 하므로 전체 네트워크 처리량 개선 효과가 크게 감소할 수 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 제안된 변조 방식이 SQAM(Sequence Quadrature Amplitude Modulation) 방식이다. SQAM 방식은 FQAM 방식의 FSK 방식 대신 시퀀스 변조를 적용함으로써 FQAM 방식의 비워두는 부반송파를 제거 하였으며 수신기에 수신신호에 대한 상관기를 추가함으로써 수신기에서 관찰되는 간섭 신호를 FQAM 방식과 유사한 비 가우시안 분포를 갖도록 하였다. 따라서, SQAM 방식의 PAPR 특성을 QAM 방식과 유사하도록 유지하면서 비 가우시안 간섭 채널 형성을 통하여 기존 QAM 방식 대비 성능을 크게 개선하였다. 그러나, SQAM 방식을 적용하여 기존 QAM 방식 대비 성능을 크게 개선하기 위해서는 비이진 부호화/복호화 기술 적용이 필수적이다. 따라서, SQAM 방식을 적용하는 시스템에서는 비이진 부호화/복호화 기술의 복잡도 문제 때문에 구현상의 문제가 발생할 가능성이 크다. 그러므로, SC-FDMA 시스템에서 PAPR 문제를 발생시키지 않으면서 비 가우시안 간섭 채널을 형성할 수 있고 이진 부호화/복호화 기술로 종래 QAM 방식 대비 성능을 크게 개선할 수 있는 변조 방식이 요구된다.

본 발명은 무선 통신 시스템에서 신호 송수신 시 비 가우시안 간섭 채널을 생성하기 위한 변조/복조 장치 및 방법을 제공한다.

또한 본 발명은 무선 통신 시스템에서 신호 송수신 시 비 가우시안 간섭 채널에서 이진 부호화/복호화 기술을 적용할 수 있는 변조/복조 장치 및 방법을 제공한다.

또한 본 발명은 무선 통신 시스템에서 신호 송수신에 있어서 PAPR 문제를 발생 시키지 않는 변조/복조 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 신호를 송신하는 송신기에서 변조 방법은, 변조 방식을 결정하는 과정과, 상기 결정된 변조 방식이 특정 변조 방식에 해당하는 경우, 인코딩된 정보 비트를 미리 정해진 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 변조 차수에 따라 QAM 심볼로 변환하고, 미리 정해진 시퀀스 세트에서 정수 벡터의 엘리먼트에 해당하는 시퀀스를 선택하고, 미리 정해진 시퀀스 길이만큼 상기 변환한 QAM 심볼을 반복하며, 상기 반복한 QAM 심볼을 상기 선택한 시퀀스와 곱하여 신호를 출력하는 과정과, 상기 출력된 신호를 수신기로 전송하는 과정을 포함한다.

또한 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 신호를 수신하는 수신기에서 복조 방법은, 송신기로부터 신호를 수신하는 과정과, 상기 수신된 신호를 상기 송신기에서 미리 정해진 시퀀스 세트에 따른 상관관계를 기반으로 상기 시퀀스 셋 중 상기 수신한 신호에 대응하는 시퀀스 정보를 추출하는 과정과, 상기 수신된 신호 및 상기 시퀀스 정보에 대응하는 로그 우도비 계산 결과를 기반으로 상기 수신된 신호를 복조하는 과정을 포함하며, 상기 수신된 신호는 송신하고자 하는 정보 비트를 미리 정해진 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 변조 차수에 따라 QAM 심볼로 변환하고, 상기 시퀀스 세트에서 정수 벡터의 엘리먼트에 해당하는 시퀀스를 선택하고, 미리 정해진 시퀀스 길이만큼 상기 변환한 QAM 심볼을 반복하며, 상기 반복한 QAM 심볼을 상기 선택한 시퀀스와 곱하여 출력된 신호임을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 신호를 변조하여 송신하는 송신기는, 변조 방식을 결정하고, 상기 결정된 변조 방식이 특정 변조 방식에 해당하는 경우, 인코딩된 정보 비트를 미리 정해진 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 변조 차수에 따라 QAM 심볼로 변환하고, 미리 정해진 시퀀스 세트에서 정수 벡터의 엘리먼트에 해당하는 시퀀스를 선택하고, 미리 정해진 시퀀스 길이만큼 상기 변환한 QAM 심볼을 반복하며, 상기 반복한 QAM 심볼을 상기 선택한 시퀀스와 곱하여 신호를 출력하는 변조부와, 상기 출력된 신호를 수신기로 전송하는 전송부를 포함한다.

또한 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 신호를 수신하여 복조하는 수신기는, 송신기로부터 신호를 수신하는 수신부와, 상기 수신된 신호를 상기 송신기에서 미리 정해진 시퀀스 세트에 따른 상관관계를 기반으로 상기 시퀀스 셋 중 상기 수신한 신호에 대응하는 시퀀스 정보를 추출하는 상관부와, 상기 수신된 신호 및 상기 시퀀스 정보에 대응하는 로그 우도비 계산 결과를 기반으로 상기 수신된 신호를 복조하는 복조부를 포함하며, 상기 수신된 신호는 송신하고자 하는 정보 비트를 미리 정해진 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 변조 차수에 따라 QAM 심볼로 변환하고, 상기 시퀀스 세트에서 정수 벡터의 엘리먼트에 해당하는 시퀀스를 선택하고, 미리 정해진 시퀀스 길이만큼 상기 변환한 QAM 심볼을 반복하며, 상기 반복한 QAM 심볼을 상기 선택한 시퀀스와 곱하여 출력된 신호임을 특징으로 한다.

본 발명은 무선 통신 시스템에서 신호 송수신 시 비 가우시안 간섭 채널에서 이진 부호화 및 복호화 기술을 적용할 수 있다. 또한 본 발명은 무선 통신 시스템에서 신호 송수신 시 간섭 신호를 비 가우시안화 시킴으로써 채널 용량을 증대시킬 수 있다. 또한 본 발명은 종래의 FQAM 방식 또는 NQAM 방식과 달리 SC-FDMA 시스템에 적용하여도 PAPR 문제가 발생하지 않는다.

한편 그 외의 다양한 효과는 후술될 본 발명의 실시 예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 것이다.

도 1 및 도 2는 종래 무선 통신 시스템에서 FQAM 방식의 특성을 나타낸 도면,
도 3은 가산 잡음의 비가우시안 분포 특성에 따른 채널의 전송 수용량(Capacity)의 변화를 나타내는 도면,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 신호를 송수신하는 변조 및 복조 장치를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 실시 예가 적용되는 QPSK에 따른 심볼 매핑을 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 수신기에서 상관부(441)의 동작을 나타낸 도면,
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 신호를 송수신하는 변조 및 복조 장치를 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템의 송신기에서 신호를 송신하는 변조 방법을 나타낸 도면,
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템의 수신기에서 신호를 수신하는 복조 방법을 나타낸 도면,
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 전송 서브 프레임의 구조를 나타낸 도면,
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 변조 방법을 이용하는 기지국과 단말 사이의 신호 송수신 방법의 일 예를 나타낸 도면,
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 변조 방법에서 MCS 레벨을 결정하는 방법을 나타낸 도면,
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 변조 방법을 이용하는 기지국과 단말 사이의 신호 송수신 방법의 다른 예를 나타낸 도면,
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 변조 방법을 이용하는 기지국과 단말 사이의 신호 송수신 방법의 일 예를 나타낸 도면,
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 변조 방법을 이용하는 기지국과 단말 사이의 신호 송수신 방법의 다른 예를 나타낸 도면,
도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 PAPR의 분포를 나타내는 도면.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

본 발명의 주요한 요지는 무선 통신 시스템에서 신호 송수신 시 비 가우시안 간섭 채널에서 이진 부호화/복호화 기술을 적용할 수 있는 변조/복조 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

도 3은 가산 잡음의 비 가우시안 분포 특성에 따른 채널의 전송 수용량(Capacity)의 변화를 보이고 있다.

도 3을 참조하면, 참조번호 310은 가우시안 및 알파(α)값이 각각 1.0 및 0.5 인 복소 일반화 가우시안(Complex Generalized Gaussian)인 가산 잡음 분포(Additive Noise Distribution)를 나타내며, 참조번호 330은 각 경우에서 채널 수용량(Channel Capacity)에 따라 요구되는 최소 신호대 잡음비를 나타내는 도면이다.

참조번호 310 및 참조번호 330에서, 간섭 신호의 세기가 강한 환경에서 가산 잡음의 분포가 가우시안 분포를 나타내는 경우 다른 분포의 가산 잡음 분포에 비해서 채널 수용량이 떨어지는 것을 확인 할 수 있다. 또한 가산 잡음의 분포가 비 가우시안의 분포를 띄며 하이 픽(High Peak)/헤비 테일(Heavy Tail)의 분포를 가지게 되면 채널 수용량이 증가하는 것을 확인할 수 있다.

이와 같이 무선 통신 시스템에서 가산 잡음의 통계적인 분포가 가우시안 분포를 따르는 경우 다른 분포를 가지는 경우에 비해 채널 수용량이 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 가산 잡음의 특성을 갖는 간섭 신호들의 통계적인 분포가 비 가우시안 분포를 따르도록 무선 통신 시스템을 설계하면, 채널 수용량의 향상을 통해 보다 높은 시스템 처리량을 얻을 수 있다.

이를 위해 본 발명의 실시 예에 따라 간섭 신호들의 통계적인 분포가 비 가우시안 분포를 따르도록 하는 무선 통신 시스템에서 신호 송수신을 위한 변조 장치 및 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 신호를 송수신하는 변조 및 복조 장치를 보이고 있다.

도 4를 참조하면, 신호를 송신하는 변조 장치(이하, 송신기)는 채널 인코더(401), 변조부(modulator)(403), 스크램블러(scrambler)(405), 직렬/병렬(Serial to Parallel : S/P) 변환부(407), 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform, DFT)부(409), 역 고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT)부(411) 및 CP(Cyclic Prefix) 추가부(413) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 송신기에 포함되는 각 구성 요소는 필수적인 구성요소로만 이루어지지 않으며, 실시 예에 따라 각 구성 요소 중 일부가 생략될 수 있다. 특히, 상기 변조부(403) 및 스크램블러(405)는 본 발명의 실시 예에 대한 주요한 동작을 수행한다. 이하, 상기 채널 인코더(401) 및 변조부(403)는 HQAM(Hopped QAM) 방식을 이용함을 가정하여 설명하기로 한다.

상기 채널 인코더(401)는 이진(Binary) 코드 또는 비이진(non-binary) 코드를 사용하여 전송할 정보 비트를 인코딩한다. 특히, HQAM 방식은 정보의 송수신 측면에서 QAM 방식과 동일하므로, 본 발명의 실시 예에 따른 채널 인코더(401)는 이진 코드를 사용하여 전송할 정보 비트를 인코딩한다.

상기 변조부(403)는 인코딩된 정보 비트를 HQAM 방식을 사용하여 변조한다. 이때 사용되는 HQAM 방식의 레벨은 실시 예에 따라 다르게 결정될 수 있으며, 또한 레벨은 채널 상태에 따라 가변적으로 결정될 수 있다. 특히, 본 발명의 실시 예에 따른 변조부(403)는 다음과 같이 동작한다.

본 발명의 실시 예는 변조부(403)에서 변조를 수행하기 이전에, 송신기는 수신기로부터 QAM 변조 차수와 적용할 시퀀스 길이 정보를 전달받는다. 그리고 송신기는 각 수신기마다 수신기(즉, 기지국)에 특정(specific)한 정수 벡터(Integer vector, V))를 설정한다. 여기서, 상기 정수 벡터의 각 엘리먼트(element)는 특정 시퀀스 세트(sequence set)의 시퀀스 인덱스(index)를 의미한다. 그리고 상기 정수 벡터는 송신기에 의해 직접 생성되거나, 또는 수신기로부터 전달받는 랜덤 시퀀스로, 셀 ID(또는 섹터 ID) 및 송신기(즉, 단말) ID 중 적어도 하나를 근거로 설정된 것이다. 또한 상기 정수 벡터는 상기 랜덤 시퀀스의 특성을 유지하면서 주요 간섭 요소(dominant interferer)가 될 가능성이 큰 인접 셀 간에 충돌 확률(hit probability)을 최소화할 수 있도록 설정될 수 있다.

일 예로, V1, V2, V3, V4가 인접 셀인 경우 각 셀들의 정수 벡터는 아래 <표 1>과 같이 구성될 수 있다.

Desired cell : V1 = [1 1 2 4 2 1 …]
Interfering cell : V2 = [2 3 1 2 1 4 …]
Interfering cell : V3 = [4 2 3 1 4 2 …]
Interfering cell : V4 = [3 4 4 3 3 3 …]

상기 특정 시퀀스 세트는 수신기가 전달한 시퀀스 길이를 만족하는 세트이다.일 예로, 시퀀스 세트는 아래 <표 2>과 같이 구성될 수 있다.

S1 = [1 1 1 1]
S2 = [1 -1 1 -1]
S3 = [1 1 -1 -1]
S4 = [1 -1 -1 1]

시퀀스 세트는 <표 2>과 같이 구성되고, V=[1 3 2 2 4]인 경우, V 벡터의 첫번째 엘리먼트 V(1)이 1인 경우는 S1 = [1 1 1 1]을 의미하고, V 벡터의 두번째 엘리먼트 V(2)이 3인 경우는 S3 = [1 1 -1 -1]을 의미하며, V 벡터의 세번째 엘리먼트 V(3)이 2인 경우는 S2=[1 -1 1 -1]을 의미한다.

일 예로, 기본적인 변조 정보가 QAM 변조 차수가 QPSK이고, 시퀀스 길이가 4이고, V=[1 3 2 2 4]이며, 상기 <표 2>과 같은 시퀀스 세트를 이용함을 가정한다. 송신기는 입력된 정보 비트가 01 00 01 11 10인 경우 도 5와 같이 QPSK에 따라 심볼로 매핑하여 C2 C1 C2 C3 C4를 출력한다. 그리고 변조부(403)는 상기 <표 2>의 시퀀스 세트에서 상기 V의 엘리먼트에 해당하는 시퀀스를 선택한다. 즉 변조부(403)는 V(1)이면 S1 = [1 1 1 1]를 선택하고, V(2)이면 S3 = [1 1 -1 -1]을 선택하고, V(3)이면 S2 = [1 -1 1 -1]을 선택하고, V(4)이면 S2 = [1 -1 1 -1]를 선택하고, V(5)이면 S4 = [1 -1 -1 1]을 선택한다. 그리고 상기 변조부(403)는 수신기로부터 미리 전달받은 시퀀스 길이가 4이므로 QAM 심볼을 4번씩 반복하여 C2 C2 C2 C2 C1 C1 C1 C1 C2 C2 C2 C2 C3 C3 C3 C3 C4 C4 C4 C4를 출력하고, 상기 반복한 QAM 심볼을 상기 선택한 시퀀스와 곱하여 [C2 C2 C2 C2] [C1 C1 -C1 -C1] [C2 -C2 C2 -C2] [C3 -C3 C3 -C3] [C4 -C4 -C4 C4]를 출력한다.

상기 스크램블러(405)는 출력된 신호를 서브 캐리어 단위로 스크램블링한다. 보다 구체적으로 상기 스크램블러(405)에서 스크램블링하는 방법은 본 발명에서 적용하는 시퀀스에 의한 서브 캐리어 간에 반복 패턴이 존재할 수 있는 바, PAPR을 감소시키기 위해 반복된 패턴을 줄일 수 있도록 서브 캐리어 단위로 스크램블링을 적용할 수 있다. 또한 상기 스크램블러(405)에서 스크램블링 시퀀스를 선택하는 방법은 전송되는 신호에 따라 다양하게 결정될 수 있으나, 동일한 송신기 및 수신기에서 스크램블링 시퀀스는 동일하게 적용되는 것이 바람직하고, 각 송신기마다 스크램블링 시퀀스는 동일하게 적용되는 것이 바람직하다. 한편, 상기 스크램블러(405)는 PAPR를 최적화하기 위한 유닛으로 필수구성요소에 포함되지 않을 수도 있다.

또한 송신기는 상기 스크램블링된 신호를 직렬-병렬 변환부(407)에서 변환을 수행하고, DFT부(409)에서 DFT를 수행하며, IFFT부(411)에서 IFFT를 수행하며, CP 추가부(413)에서 CP를 추가하여 채널(415)을 통해 신호를 수신하는 복조 장치(이하, 수신기)에 전송한다.

이러한 송신기의 동작으로부터 송신 신호의 PAPR은 QAM 방식을 이용하는 경우와 유사하게 유지된다.

본 발명의 실시 예에 따른 수신기는 동기화 및 CP 제거부(431), FFT부(433), IDFT부(435), 병렬/직렬 변환부(437), 디스크램블러(439), 상관부(441), LLR(Log Likelihood Ratio, 로그 우도비) 계산부(443) 및 채널 디코더(435) 중 적어도 하나를 포함한다. 특히, 상기 디스크램블러(439), 상관부(441) 및 LLR 계산부(443)는 본 발명의 실시 예에 대한 주요한 동작을 수행한다.

상기 동기화 및 CP 제거부(431)는 수신된 신호의 동기를 맞추고 CP를 제거한다. FFT부(433)에서는 CP가 제거된 신호에 FFT를 수행하고, IDFT부(435)에서는 변환된 신호에 IDFT를 수행한다. 병렬-직렬 변환부(437)는 변환된 신호를 병렬에서 직렬로 변환한다.

상기 디스크램블러(439)는 스크램블러(405)가 사용하는 시퀀스와 대응되는 시퀀스를 이용하여 변환된 신호를 디스크램블링을 수행할 수 있다. 디스크램블링은 바람직하게 스크램블러와(405)와 대응되게 서브 캐리어 단위로 수행될 수 있다.

상기 상관부(441)는 미리 정해진 시퀀스 세트에 따른 상관관계를 기반으로 디스크램블링된 신호에 포함된 시퀀스 정보(변조부(403)에서 사용한 시퀀스 정보) 및 매핑 정보를 추출한다. 즉, 상관부(441)는 송신기로부터 수신한 신호에 포함된 시퀀스 정보 및 매핑 정보를 추출할 수 있다. 또한 상기 상관부(441)는 도 6에서와 같이 상기 추출된 시퀀스 정보와 곱하여 출력된 각 벡터별로, 자신의 상관부이외의 다른 상관부의 출력을 이용하여 SINR 및 비 가우시안 특성등의 파라미터를 높은 정확도를 갖도록 추정할 수 있다.

상기 LLR 계산부(443)는 수신된 신호 또는 변환된 신호로부터 LLR을 계산한다. 특히, LLR 계산부(443)는 상기 상관부(441)에서 비 가우시안 간섭 채널이 형성되므로 비 가우시안 디코딩 메트릭을 생성하여야 한다. 상기 비 가우시안 디코딩 메트릭을 생성하는 방법 중 대표적인 방법으로, CGG(Complex Generalized Gaussian)복호 메트릭 생성 방법이 존재한다. 상기 CGG 복호 메트릭 생성 방법은 간섭 신호 또는 잡음이 CGG 분포를 따른다고 가정하고, LLR 또는 PDF(Probability Density Function)를 계산하여 계산된 결과를 채널 디코더(435)의 입력으로 제공한다.

그리고 상기 채널 디코더(435)은 계산된 LLR 값을 기반으로 정보 비트 및 심볼 중 적어도 하나를 추정한다.

이러한 수신기의 동작으로부터 수신된 신호에서 검출되는 간섭신호는 비 가우시안화되며 QAM을 이용하므로 이진 부호화/복호화 기술로 성능을 개선할 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 신호를 송수신하는 변조 및 복조 장치를 보이고 있다. 도 7에 도시한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 신호를 송수신하는 변조 장치는, 상기 도 5에 도시한 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신시스템에서 신호를 송수신하는 변조 및 복조 장치와 구성만 달리할 뿐, 본 발명의 실시 예에 따른 동작은 유사하다.

도 7을 참조하면, 송신기는 채널 인코더(802), 변조부(703), 심볼 인터리버(705), 스크램블러(707), 자원 매핑기(709), DFT부(711), IFFT부(713) 및 CP 추가부(715) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 실시 예의 각 구성 요소는 필수적인 구성요소로만 이루어지지 않으며, 실시 형태에 따라 각 구성 요소 중 일부가 생략될 수 있다.

상기 채널 인코더(701)는 이진 코드를 사용하여 전송할 정보 비트를 인코딩한다.

상기 변조부(703)는 인코딩된 정보 비트를 HQAM 방식을 사용하여 변조한다. 이때 사용되는 HQAM 방식의 레벨은 실시 예에 따라 다르게 결정될 수 있으며, 또한 레벨은 채널 상태에 따라 가변적으로 결정될 수 있다. 상기 변조부(703)는 입력된 인코딩된 정보 비트를 QAM 변조 차수에 따라 QAM 심볼로 매핑한다. 여기서, 변조부(703)는 상기 도 4에서 설명한 변조부(403)와 유사한 동작을 수행하므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 본 발명의 실시 예에 따른 변조부(703)는 인코딩된 정보 비트를 미리 정해진 QAM 변조 차수에 따라 QAM 심볼로 변환하고, 미리 정해진 시퀀스 세트에서 정수 벡터의 엘리먼트에 해당하는 시퀀스를 선택하고, 미리 정해진 시퀀스 길이만큼 상기 변환한 QAM 심볼을 반복하며, 상기 반복한 QAM 심볼을 상기 선택한 시퀀스와 곱하여 출력한다.

상기 심볼 인터리버(705)는 출력된 심볼 사이에 채널 상관(channel correlation)을 줄이기 위해 심볼 인터리빙을 수행할 수 있으며, 보다 구체적으로 HQAM 심볼 단위의 심볼 인터리빙을 수행한다.

상기 스크램블러(707)는 출력된 심볼을 스크램블링 하며, 특히 본 발명의 실시 예에서는 출력된 심볼을 서브 캐리어 단위로 스크램블링한다. 보다 구체적으로, 상기 스크램블러(707)에서 스크램블링 하는 방법은 서브 캐리어 간에 반복 패턴이 존재할 수 있는 바, PAPR을 감소시키기 위해 반복된 패턴을 줄일 수 있도록 서브 캐리어 단위로 스크램블링을 적용한다. 또한 상기 스크램블러(707)에서 스크램블링 시퀀스를 선택하는 방법은 전송되는 신호 또는 심볼에 따라 다양하게 결정될 수 있으나, 동일한 송신기 및 수신기에서 스크램블링 시퀀스는 동일하게 적용되는 것이 바람직하다.

상기 자원 매핑기(709)는 HQAM 심볼을 구성하는 서브 캐리어 간에 페이딩 효과(fading effect)가 대응될 수 있도록 서브 캐리어 자원을 매핑할 수 있다. 상기 대응되는 페이딩 효과는 각 서브 캐리어들이 서로 유사한 페이딩 효과를 경험하도록 하는 것을 포함하며, 이와 같이 송신기는 각 서브 캐리어들이 서로 유사한 페이딩 효과를 경험하도록 상기 서브 캐리어 자원을 매핑할 수 있다. 본 발명의 실시 예에서 자원 매핑은 시간 주파수 상에서 특정 자원 영역을 매핑 시킬 수 있으며 길이가 4인 경우 참조번호 772 또는 참조번호 774와 같이 자원을 매핑 시킬 수 있다.

그리고 상기 전송 자원에 매핑된 신호는, DFT부(711)에서 DFT를 수행하며, IFFT부(713)에서 IFFT를 수행하며, CP 추가부(816)에서 CP를 추가하여 채널(730)을 통해 수신기에 전송한다.

본 발명의 실시 예에 따른 수신기는 동기화 및 CP 제거부(751), FFT부(753), IDFT부(755), 자원 디매핑부(de-mapping)(757), 디스크램블러(759), 심볼 디인터리버(751), 상관부(763), LLR 계산부(765) 및 채널 디코더(767) 중 적어도 하나를 포함한다.

상기 동기화 및 CP 제거부(751)는 수신된 신호의 동기를 맞추고 CP를 제거한다. FFT부(753)에서는 CP가 제거된 신호에 FFT를 수행한다. IDFT부(755)에서는 변환된 신호에 IDFT를 수행한다.

상기 자원 디매핑부(757)는 자원 매핑부(709)와 대응되게 할당된 자원에서 심볼을 디매핑할 수 있다.

상기 디스크램블러(759)는 스크램블러(707)가 사용하는 시퀀스와 대응되는 시퀀스를 이용하여 디매핑된 신호를 기반으로 디스크램블링을 수행한다. 디스크램블링은 바람직하게 스크램블러와(707)와 대응되게 서브 캐리어 단위로 수행될 수 있다.

상기 심볼 디인터리버(861)는 심볼 인터리버(705)와 대응되게 HQAM 심볼 단위의 심볼 디인터리빙을 수행할 수 있다.

상기 상관부(763)는 미리 정해진 시퀀스 세트에 따른 상관관계를 기반으로 디인터리빙된 심볼에 포함된 시퀀스 정보 및 매핑 정보를 추출한다. 여기서, 상기 상관부(763)는 상기 도 4에서 설명한 상관부(441)와 유사한 동작을 수행하므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 LLR 계산부(765)는 수신된 신호 및 추출된 시퀀스 정보로부터 LLR 값을 계산한다. 상기 채널 디코더(767)은 계산된 LLR 값과 수신된 신호 정보 중 적어도 하나를 기반으로 심볼을 추정한다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템의 송신기에서 신호를 송신하는 변조 방법을 간략히 보이고 있다. 도 8에서는 본 발명의 실시 예에 따른 송신기에서 수행되는 변조 방법의 주요한 동작만을 나타내었다.

도 8을 참조하면, 송신기는 이진 코드를 사용하여 전송할 정보 비트를 인코딩한다(801). 그리고 송신기는 상기 인코딩된 정보 비트를 QAM 변조 차수에 따라 QAM 심볼로 변조하고, 미리 정해진 시퀀스 세트에서 정수 벡터의 엘리먼트에 해당하는 시퀀스를 선택하고, 미리 정해진 시퀀스 길이만큼 상기 변환한 QAM 심볼을 반복하며, 상기 반복한 QAM 심볼을 상기 선택한 시퀀스와 곱하여 신호를 출력한다(803). 여기서, 상기 QAM 변조 차수와 적용할 시퀀스 길이 정보는 송신기와 수신기 간에 미리 전달된 정보이다.

상기 송신기는 상기 출력된 신호를 서브 캐리어 단위로 스크램블링한다(805). 상기 스크램블링하는 방법은 HOPPED 시퀀스에 의한 서브 캐리어 간에 반복 패턴이 존재할 수 있는 바, PAPR을 감소시키기 위해 반복된 패턴을 줄일 수 있도록 서브 캐리어 단위로 스크램블링을 적용할 수 있다.

그리고 상기 송신부는 상기 스크램블링된 신호를 송신하기 위한 추가적인 처리를 수행하며, 처리된 신호를 채널을 통해 수신기로 전송한다(807). 여기서 상기 추가적인 처리는 직렬-병렬 변환, DTF 수행, IFFT 수행 및 CP 추가 중 적어도 하나의 동작을 의미한다.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템의 수신기에서 신호를 수신하는 복조 방법을 간략히 보이고 있다. 도 9에서는 본 발명의 실시 예에 따른 수신기에서 수행되는 복조 방법의 주요한 동작만을 나타내었다.

도 9를 참조하면, 수신기는 송신기로부터 신호를 수신한다(901). 여기서, 상기 수신기는 수신된 신호의 동기를 맞추고 CP를 제거하며, CP가 제거된 신호에 FFT 및 IDFT를 수행한 후, 변환된 신호를 병렬에서 직렬로 변환할 수 있다.

그리고 수신기는 도 8의 스크램블링 동작에서 사용하는 시퀀스와 대응하는 시퀀스를 이용하여 수신된 신호를 서브 캐리어 단위로 디스크램블링 한다(903). 수신부는 상기 디스크램블링된 신호를 기반으로 도 8의 변조 동작에서 사용한 변조 동작에서 사용한 시퀀스 정보를 추출한다(905). 그리고 수신부는 수신된 신호 및 추출된 시퀀스 정보로부터 LLR 값을 계산한다(907).

그리고 수신부는 계산된 LLR값을 기반으로 정보 비트 및 심볼 중 적어도 하나를 추정한다.

이하, 상기 송신기와 수신기를 포함하는 기지국과 단말에서 신호를 송수신하는 변조 방식의 운용에 대한 방법에 대하여 설명하기로 한다.

도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 전송 서브 프레임의 구조를 보이고 있다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 서브프레임은 시간 영역에 따라 슬롯(slot) 0(1012) 및 슬롯 1(1014)를 포함할 수 있다. 또한 주파수 영역에 따라 QAM 대역(1020) 및 HQAM 대역(1030)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 HQAM 대역(1030)은 SQAM 대역과 같이 이용될 수 있다.

상기 QAM 대역(1020)은 N₁개의 RB(Resource Block)를 포함할 수 있으며, HQAM 대역(1030)은 N₂개의 RB를 포함할 수 있다. 그리고 N₁및 N₂은 실시 예에 따라 다르게 선택될 수 있으며, 채널 상태에 따라 가변적으로 선택될 수 있다.

또한 상기 QAM 대역(1020)에서 전송되는 신호는 QAM 방식으로 변조 및 복조될 수 있으며, HQAM 대역(1030)에서 전송되는 신호는 HQAM 방식으로 변조 및 복조될 수 있다.

도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 변조 방법을 이용하는 기지국과 단말 사이의 신호 송수신 방법의 일 예를 보이고 있다.

도 11을 참조하면, 본 발명의 실시 예에서 기지국(1130) 및 단말(1150)은 신호를 송수신한다. 그리고 본 발명의 실시 예에 따른 신호 송수신에서 사용되는 변조 방법은 다양하게 결정될 수 있으나, 도 11을 참조하여, 상향 링크에서 SQAM 방식과 HQAM 방식을 운용하는 시스템을 기준으로 설명하기로 한다.

단말(1150)은 SQAM 방식 및 HQAM 방식 중 운용 가능한 변조 방식을 기지국(1130)에게 보고한다(1101). 즉, 단말(1150)은 HQAM 방식만 적용 가능함, SQAM 방식만 적용 가능함, HQAM 방식 및 SQAM 방식 모두 적용 가능함 및 HQAM 방식 및 SQAM 방식 모두 적용 불가능함 중 하나를 기지국(1130)에게 보고한다. 이때, 상기 단말(1150)은 기지국(1130)으로 신호 전송 시, 적용 가능한 MCS(Modulation and Coding Scheme) 레벨을 기지국(1130)으로 요청하며, 상기 요청 메시지에는 QAM 방식, HQAM 방식 또는 SQAM 방식에 대한 정보, 시퀀스 길이 및 부호율(code rate) 중 적어도 하나가 포함된다.

상기 기지국(1130)은 변조 방식으로 SQAM 방식을 사용할 것인지 판단한다(1103). 이때, 상기 SQAM 방식은 비 이진 디코딩이 필요하다. 이에 따라 기지국(1130)은 현재 자신의 로딩(loading) 상황을 고려하여 비 이진 디코딩이 수행 가능한지의 여부를 판단하고, 비 이진 디코딩이 수행 가능한 경우 변조 방식으로 SQAM 방식을 사용할 것으로 판단한다. 상기 로딩 상황은 프로세싱 레이턴시(processing latency), 동시에 지원해야 하는 단말의 수 및 각 단말의 MCS 정보(즉, 비 이진 코딩 또는 이진 코딩 여부) 중 적어도 하나를 고려하여 추정된다. 일 예로, 기지국(1130)은 동시에 지원해야 하는 단말의 수가 미리 정해진 임계값보다 많은 경우 HQAM 방식을 사용할 것으로 판단하고, 동시에 지원해야 하는 단말의 수가 미리 정해진 임계 값보다 적은 경우 SQAM 방식을 사용할 것으로 판단할 수 있다. 다른 예로, 기지국(1130)은 단말(1150)로부터 운용 가능한 변조 방식으로 HQAM 방식만 적용 가능함을 보고 받으면, HQAM 방식을 사용할 것으로 판단할 수 있다. 또한 기지국(1130)은 동시에 수신해야 할 단말들의 우선 순위를 고려하여 SQAM 방식 또는 HQAM 방식을 사용할 것인지의 여부를 판단할 수 있다. 상기 단말들의 우선 순위는 공정성(Fairness) 및 전체 처리량(overall throughput) 중 적어도 하나를 근거로 결정될 수 있다.

그리고 기지국(1130)은 단말의 채널 상태를 추정하고, 추정한 채널 상태를 이용하여 상기 판단된 변조 방식(즉, SQAM 방식 또는 HQAM 방식)에 대한 MCS 레벨을 결정한다(1105). 상기 단말의 채널 상태 정보는 단말(1150)이 수신한 신호의 SINR(Signal to Interference-plus-Noise Ratio) 및 SQAM 방식 또는 HQAM 방식을 사용하여 신호를 전송하는 대역의 비 가우시안 정도(Non-Gaussianity)를 포함할 수 있다. 상기 비 가우시안 정도는 CGG PDF에서의 α값 또는 해당 대역에서 가산 잡음의 분포가 가우시안 분포에서 얼마나 벗어나는지를 판단할 수 있는 수치를 포함할 수 있다. 상기 SQAM 방식 또는 HQAM 방식을 사용하여 신호를 전송하는 대역은 단말(1150) 및 기지국(1130) 사이에 설정 되거나 통신 상황에 따라 변경될 수 있다. 그리고 상기 MCS 레벨은 SQAM 방식 또는 HQAM 방식을 위한 시퀀스의 길이, QAM 레벨 및 코드레이트 (Code-Rate) 중 적어도 하나를 포함한다. 여기서, 상기 MSC 레벨을 결정하는 방법은 아래 도 12를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

상기 기지국(1130)은 상기 판단된 변조 방식 및 상기 결정된 MCS 레벨을 포함하는 정보를 단말(1150)에 전송한다(1107).

상기 단말(1150)은 상기 기지국(1130)으로부터 수신된 정보에 포함된 MCS 레벨 및 변조 방식을 이용하여 신호를 기지국(1130)에 전송한다(1109). 그러면, 기지국(1130)은 상기 결정된 MCS 레벨 및 판단된 변조 방식을 기반으로 상기 단말(1150)로부터 수신된 신호를 복조한다(1111).

도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 변조 방법에서 MCS 레벨을 결정하는 방법을 보이고 있다.

도 12를 참조하면, 본 발명의 실시 예에서는 기지국에서 MCS 레벨을 결정하는 것으로 설명하나, 단말은 자신이 측정한 SINR을 기반으로 직접 MCS 레벨을 결정할 수도 있다.

기지국은 단말이 수신한 신호의 SINR 값과 문턱 값(S_th)를 비교한다(1205). 상기 S_th은 기 설정된 값에 따라 결정되거나, 통신 상황에 따라 가변적으로 결정될 수 있다. 보다 구체적으로 S_th값은 특정 레벨의 MCS를 사용하는 QAM 방식에서 재전송(repetition) 수행 여부의 기준이 되는 값을 기반으로 결정이 될 수 있다.

상기 SINR 값이 S_th보다 클 경우, 기지국은 QAM 방식을 기반으로 MCS 레벨을 결정할 수 있다(1210). 보다 구체적으로 기지국은 S_th 값이 3dB인 경우, SINR > 3dB 이면 QPSK, code rate=1/2을 적용하여 신호를 전송할 수 있다.

상기 SINR 값이 S_th보다 작거나 같을 경우, 기지국은 SQAM 대역(band) 또는 HQAM 대역의 특성 기반으로 SQAM 방식 또는 HQAM 방식의 MCS 레벨을 결정할 수 있다. 상기 SQAM 방식 또는 HQAM 방식의 MCS 레벨은 시퀀스의 길이, QAM의 레벨/오더 및 코드레이트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한 SQAM 방식 또는 HQAM 방식의 대역에서 판단하는 특성 값은 비 기우시안 정도를 기반으로 판단할 수 있다. 또한 통신 시스템의 MCS 레벨의 경우 LLS(Link Level Simulation)를 통해 최적화를 실시 할 수 있다.

그리고 상기 SQAM 방식 또는 HQAM 방식의 대역의 채널 특성이 가우시안과 유사할수록 시퀀스의 길이를 증가시키고, QAM의 오더를 감소시킬 수 있다. 또한 상기 SQAM 방식 또는 HQAM 방식의 대역의 채널 특성이 비 가우시안과 가까울수록 시퀀스의 길이는 감소 시키고, QAM 오더를 증가시킬 수 있다. 채널의 특성 변화에 따라 기지국은 시퀀스의 길이 변화나 QAM 오더의 변화 중 하나만으로 SQAM 방식 또는 HQAM 방식의 MCS 레벨을 조절할 수 있다.

또한 SINR 값이 클수록 시퀀스의 길이는 감소 시키고, QAM 오더를 증가시킬 수 있다. 또한 SINR 값이 작을수록 시퀀스의 길이를 증가시키고, QAM의 오더를 감소시킬 수 있다.

따라서 기지국은 이와 같은 방법을 통해 QAM 방식, HQAM 방식 또는 SQAM 방식의 MCS 레벨을 결정할 수 있다.

도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 변조 방법을 이용하는 기지국과 단말 사이의 신호 송수신 방법의 다른 예를 보이고 있다.

도 13을 참조하면, 본 발명의 실시 예에서 기지국(1330) 및 단말(1350)은 신호를 송수신한다. 그리고 본 발명의 실시 예에 따른 신호 송수신에서 사용되는 변조 방법은 다양하게 결정될 수 있으나, 도 13을 참조하여 상향 링크에서 HQAM 방식에서 성능 부스팅(boosting)을 적용하는 경우의 시스템을 기준으로 설명하기로 한다.

단말(1350)은 자신의 성능 부스팅이 필요한지의 여부를 기지국에게 보고한다(1301). 여기서, 상기 단말(1350)은 SQAM 방식을 지원하지 않고, 성능 부스팅이 필요한 상황임을 가정한다. 상기 단말(1350)이 성능 부스팅이 필요한 상황은 셀 가장자리(cell edge)에 있는 단말이 긴급 상황인 경우(일 예로, 긴급 통화 모드) 또는 특정 횟수 이상 데이터 재전송이 실패한 경우일 수 있다. 이때, 상기 단말(1150)은 신호 전송 시 적용 가능한 MCS 레벨을 기지국(1130)으로 요청할 수 있으며, 상기 요청하는 메시지에는 QAM 방식 또는 HQAM 방식에 대한 정보, 시퀀스 길이 및 코드레이트 중 적어도 하나가 포함된다.

상기 기지국(1330)은 현재 로딩 상황을 고려하여 상기 단말(1350)과 통신 시 부스팅 모드가 적용 가능한지의 여부를 결정한다(1303). 즉, 기지국(1330)은 현재 로딩 상황을 고려하여 일반적인 모드인 제1 모드와 부스팅 모드인 제2 모드 중 하나의 모드를 결정한다. 상기 제1 모드는 데이터를 수신받기로 약속되어 있는 상관기에서 데이터를 수신받고 HD(Hard Decision) 수행을 통하여 간섭 신호를 추정한 후 이를 이용하여 비 가우시안 특성을 추정하는 동작에 관한 것이다. 상기 제2 모드는 시퀀스에 대한 상관기를 항상 동작시키고, 데이터를 수신 받기로 약속되어 있는 상관기를 제외한 다른 상관기 출력을 이용하여 비 가우시안 특성 및 SINR을 추정하는 동작에 관한 것이다. 상기 제1 모드는 상기 제2 방법 대비 복잡도는 감소하지만 성능이 열화하고, 제2 모드는 제1 모드 대비 성능은 개선되지만 복잡도가 증가한다. 그리고 상기 제2 모드는 비 가우시안 특성에 대한 추정 정확도 향상으로 인하여 정확도 높은 AMC 수행이 가능하다.

상기 기지국(1330)은 단말의 채널 상태를 확인하고, 확인한 채널 상태를 이용하여 단말(1150)에 적용 가능한 MCS(Modulation and Coding Scheme) 레벨을 결정한다(1305). 상기 단말의 채널 상태 정보는 단말(1150)이 수신한 신호의 SINR 및 HQAM 방식을 사용하여 신호를 전송하는 대역의 비 가우시안 정도를 포함할 수 있다. 상기 HQAM 방식을 사용하여 신호를 전송하는 대역은 단말(1350) 및 기지국(1330) 사이에 설정 되거나 통신 상황에 따라 변경될 수 있다. 그리고 상기 MCS 레벨은 HQAM 방식을 위한 시퀀스의 길이, QAM 레벨 및 코드레이트 중 적어도 하나를 포함한다. 여기서, 상기 MSC 레벨을 결정하는 방법은 도 12를 참조하여 상세히 설명하였으므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 상기 MCS 레벨 결정 시, 기지국(1330)은 부스팅 모드의 적용 여부에 따라 별도의 MCS 테이블을 적용할 수 있다.

상기 기지국(1330)은 상기 결정된 부스팅 모드 및 상기 결정된 MCS 레벨을 포함하는 정보를 단말(1350)로 전송한다(1307).

상기 단말(1350)은 상기 기지국(1330)으로부터 수신된 정보에 포함된 MCS 레벨 및 부스팅 모드를 적용한 신호를 기지국(1130)에 전송한다(1309). 그러면 기지국(1330)은 상기 MCS 레벨 및 부스팅 모드를 기반으로 상기 단말(1350)로부터 수신된 신호를 복조한다(1311).

도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 변조 방법을 이용하는 기지국과 단말 사이의 신호 송수신 방법의 일 예를 보이고 있다.

도 14를 참조하면, 본 발명의 실시 예에서 기지국(1430) 및 단말(1450)은 신호를 송수신한다. 그리고 본 발명의 실시 예에 따른 신호 송수신에서 사용되는 변조 방법은 다양하게 결정될 수 있으나, 도 14를 참조하여 하향 링크에서 HQAM 방식과 SQAM 방식을 운용하거나 FQAM 방식과 NQAM 방식을 운용하는 시스템을 기준으로 설명하도록 한다.

기지국(1430)은 단말(1450)에게 지원 가능한 변조 방식에 대한 정보 및 채널 코드 정보를 요청한다(1401). 즉, 기지국(1430)은 단말(1450)에게 SQAM 방식 및 HQAM 방식 중 하나의 지원 가능한 변조 방식에 대한 정보 및 비 이진 디코딩이 수행 가능한지의 여부를 나타내는 정보를 요청한다.

단말(1450)은 기지국(1430)이 요청한 정보를 추정하여 기지국(1430)으로 보고한다(1403). 즉, 상기 단말(1450)은 SQAM 방식 및 HQAM 방식 중 하나의 지원 가능한 변조 방식에 대한 정보 및 비 이진 디코딩이 수행 가능한지의 여부를 나타내는 정보를 기지국(1430)으로 보고한다. 이때, 상기 단말(1450)은 SQAM 방식 및 HQAM 방식 중 하나의 지원 가능한 변조 방식에 대한 정보를 HQAM 방식만 적용 가능함, SQAM 방식만 적용 가능함, HQAM 방식 및 SQAM 방식 모두 적용 가능함 및 HQAM 방식 및 SQAM 방식 모두 적용 불가능함 중 하나로 기지국(1430)에 보고할 수 있다. 그리고 상기 단말(1450)의 베터리 잔량을 고려하여 비 이진 디코딩이 수행 가능한지의 여부를 판단하여 판단 결과를 기지국(1430)에 보고할 수 있다. 일 예로, 상기 단말(1450)은 베터리 잔량이 미리 정해진 임계 값보다 큰 경우 비 이전 디코딩이 수행 가능하다고 판단하고, 판단 결과를 기지국(1430)으로 보고한다. 그리고 상기 단말(1450)은 할당받은 자원 영역에 대한 SINR 및 HQAM 영역의 비 가우시안 정도도 함께 기지국(1430)으로 보고한다. 상기 비 가우시안 정도는 CGG PDF에서의 α값 또는 해당 대역에서 가산 잡음의 분포가 가우시안 분포에서 얼마나 벗어나는지를 판단할 수 있는 수치를 포함한다.

상기 기지국(1430)은 상기 단말(1450)로부터 보고받은 정보를 이용하여 단말(1450)의 SQAM 방식 또는 HQAM 방식을 결정하고, SINR 및 비 가우시안 정도를 이용하여 상기 단말(1450)의 변조 방식에 대한 MCS 레벨을 결정한다(1405). 즉, 상기 기지국(1430)은 상기 결정된 변조 방식(SQAM 방식 또는 HQAM 방식)에 따라 적합한 MCS 테이블을 적용하여 AMC를 수행하여 단말(1450)의 변조 방식에 대한 MCS 레벨을 결정한다.

그리고 상기 기지국(1430)은 상기 단말(1450)로 상기 결정된 변조 방식 및MCS 레벨을 적용하여 신호를 전송함과 동시에, 전송한 신호에 적용한 MCS 레벨 및 변조 방식(SQAM 방식 또는 HQAM 방식)에 대한 정보를 단말(1450)로 전송한다(1407).

그러면, 상기 단말(1450)은 상기 기지국(1430)으로부터 수신된 MCS 레벨 및 변조 방식에 대한 정보를 이용하여 수신한 신호를 복조한다(1409).

도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 변조 방법을 이용하는 기지국과 단말 사이의 신호 송수신 방법의 다른 예를 보이고 있다.

도 15를 참조하면, 본 발명의 실시 예에서 기지국(1530) 및 단말(1550)은 신호를 송수신한다. 그리고 본 발명의 실시 예에 따른 신호 송수신에서 사용되는 변조 방법은 다양하게 결정될 수 있으나, 도 15를 참조하여 하향 링크에서 HQAM 방식 또는 SQAM 방식에서 성능 부스팅을 적용하는 경우의 시스템을 기준으로 설명하기로 한다.

기지국(1530)은 단말(1550)로 부스팅이 필요한지의 여부를 나타내는 정보, 지원 가능한 수신 모드를 나타내는 정보 및 채널 상태 정보를 요청한다(1501). 여기서, 상기 지원 가능한 수신 모드를 나타내는 정보는 부스팅 모드에 대한 수행 가능 여부를 나타내는 정보로, 상기 도 13에서 설명한 제1 모드 또는 제2 모드를 나타내는 정보이다. 상기 채널 상태 정보는 할당받은 자원 영역에 대한 SINR 및 HQAM 영역의 비 가우시안 정보를 포함한다.

상기 단말(1550)은 기지국(1530)이 요청한 정보를 추정하여 기지국(1530)으로 보고한다(1503). 즉, 단말(1550)은 채널 상태 정보, 부스팅이 필요한지의 여부를 나타내는 정보 및 베터리 잔량을 고려하여 지원 가능한 수신 모드를 나타내는 정보 를 기지국(1530)으로 보고한다. 여기서, 상기 단말(1550)이 부스팅이 필요한 상황은 셀 가장자리(cell edge)에 있는 단말이 긴급 상황인 경우(일 예로, 긴급 통화 모드) 또는 특정 횟수 이상 데이터 재전송이 실패한 경우일 수 있다. 이하, 설명에서는 단말(1550)은 부스팅이 필요한 상황이고, 제2 모드(부스팅 모드)를 나타내는 정보를 기지국(1530)으로 보고하였음을 가정한다.

상기 기지국(1530)은 단말(1550)로부터 보고받은 정보를 고려하여 상기 단말(1550)과 통신 시 부스팅 모드가 적용 가능한지의 여부를 결정하고, 단말(1550)에게 적합한 MCS 레벨을 결정한다(1505). 상기 기지국(1530)은 부스팅 모드가 적용 가능한지의 여부에 따라 별도의 MCS 테이블을 이용하여 단말(1550)의 MCS 레벨을 결정할 수 있다.

그리고 상기 기지국(1550)은 상기 단말(1550)로 부스팅 모드가 적용 가능한 경우 부스팅 모드 및 상기 결정된 MCS 레벨을 신호에 적용하여 전송하고, 상기 전송한 신호에 적용한 MCS 레벨 및 부스팅 모드에 대한 정보를 단말(1550)로 전송한다(1507).

그러면, 상기 단말(1550)은 상기 기지국(1530)으로부터 수신된 MCS 레벨 및 부스팅 모드에 대한 정보를 이용하여 수신한 신호를 복조한다(1509).

도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 PAPR의 분포를 보이고 있다.

도 16을 참조하면, 참조번호 1612는 OFDMA 시스템에서 4-QAM을 이용한 경우 PAPR 값의 변화를 나타내는 그래프이다. 참조번호 1614는 SC-FDMA 시스템에서 4-QAM을 이용한 경우 PAPR 값의 변화를 나타내는 그래프이다. 참조번호 1616은 SC-FDMA 시스템에서 32-FQAM(4-FSK + 8-QAM)을 이용한 경우에 PAPR 값의 변화를 나타내는 그래프이다. 또한 참조번호 1618은 SC-FDMA 시스템에서 32-SQAM(4-WSM + 8-QAM)을 이용한 경우에 PAPR 값의 변화를 나타내는 그래프이다. 도시한 그래프들을 살펴보면, SC-FDMA 시스템에서 FQAM 방식을 이용한 경우 QAM 방식 대비 PAPR이 약 3.8dB 증가됨을 확인할 수 있고, SC-FDMA 시스템에서 SQAM 방식을 적용하면 QAM 방식과 유사한 PAPR을 가짐을 확인할 수 있다.

또한 본 발명의 실시 예에 따른 HQAM 방식은 SQAM 방식과 유사한 PAPR을 가진다. 즉, 통계적인 관점에서 HAQM 방식과 SQAM 방식의 웨이브폼(waveform)은 거의 같으며, PAPR은 통계적인 관점에서 산출되는 결과물이므로 HQAM 방식과 SQAM 방식의 PAPR은 거의 유사함을 확인할 수 있다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허 청구의 범위뿐만 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims

무선 통신 시스템에서 신호를 송신하는 장치의 변조 방법에 있어서,
변조 방식을 결정하는 과정과,
상기 결정된 변조 방식이 특정 변조 방식에 해당하는 경우, 인코딩된 정보 비트를 미리 정해진 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 변조 차수에 따라 QAM 심볼로 변환하는 과정과,
미리 정해진 시퀀스 세트에서 정수 벡터의 엘리먼트에 해당하는 시퀀스를 선택하고, 상기 변환한 QAM 심볼을 각각 미리 정해진 시퀀스 길이만큼 반복되도록 출력하는 과정과,
상기 반복되도록 출력한 QAM 심볼을 상기 선택한 시퀀스와 곱하여 신호를 출력하는 과정과,
상기 출력된 신호를 수신기로 전송하는 과정을 포함하는 변조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 신호를 출력하는 과정 이후에,
상기 출력된 신호를 서브 캐리어 단위로 스크램블링하는 과정을 더 포함하는 변조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 변조 방식을 결정하는 과정은,
상기 수신기로부터 채널 상태에 대한 정보, 운용 가능한 변조 방식에 관련된 정보 및 지원 가능한 채널 코드에 대한 정보 중 적어도 하나를 수신하는 과정과,
상기 수신된 운용 가능한 변조 방식에 관련된 정보 및 지원 가능한 채널 코드에 대한 정보를 기반으로 상기 변조 방식을 결정하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 변조 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 채널 상태에 대한 정보를 근거로 결정된 MCS(Modulation and Coding Scheme) 레벨을 적용하여 상기 출력된 신호를 상기 수신기로 전송함과 동시에, 상기 결정된 변조 방식 및 상기 결정된 MCS 레벨을 상기 수신기로 전송하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 변조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 변조 방식을 결정하는 과정은,
상기 수신기로부터 채널 상태에 대한 정보 및 성능 부스팅(boosting)에 관한 정보 중 적어도 하나를 수신하는 과정과,
상기 성능 부스팅(boosting)에 관한 정보를 기반으로, 상기 변조 방식 및 상기 특정 변조 방식에서 성능 부스팅 모드가 적용 가능한지의 여부를 결정하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 변조 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 성능 부스팅에 관한 정보는,
상기 수신기가 상기 특정 변조 방식에서 상기 성능 부스팅 모드를 수행해야 할 필요가 있는지의 여부를 나타내는 정보 및 상기 수신기에서 성능 부스팅 모드가 수행 가능한지의 여부를 나타내는 정보를 포함함을 특징으로 하는 변조 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 채널 상태에 대한 정보를 근거로 결정된 MCS(Modulation and Coding Scheme) 레벨을 적용하여 상기 출력된 신호를 상기 수신기로 전송함과 동시에, 상기 결정된 MCS 레벨 및 상기 결정된 상기 특정 변조 방식에서 성능 부스팅 모드가 적용 가능한지의 여부를 상기 수신기로 전송하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 변조 방법.
무선 통신 시스템에서 신호를 수신하는 장치의 복조 방법에 있어서,
송신기로부터 신호를 수신하는 과정과,
상기 수신된 신호를 상기 송신기에서 미리 정해진 시퀀스 세트에 따른 상관관계를 기반으로 상기 시퀀스 세트 중 상기 수신한 신호에 대응하는 시퀀스 정보를 추출하는 과정과,
상기 수신된 신호 및 상기 시퀀스 정보에 대응하는 로그 우도비 계산 결과를 기반으로 상기 수신된 신호를 복조하는 과정을 포함하며,
상기 수신된 신호는 송신하고자 하는 정보 비트를 미리 정해진 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 변조 차수에 따라 QAM 심볼로 변환하고, 상기 시퀀스 세트에서 정수 벡터의 엘리먼트에 해당하는 시퀀스를 선택하고, 상기 변환한 QAM 심볼을 각각 미리 정해진 시퀀스 길이만큼 반복되도록 출력하며, 상기 반복되도록 출력한 QAM 심볼을 상기 선택한 시퀀스와 곱하여 출력된 신호임을 특징으로 하는 복조 방법.
제 8 항에 있어서, 상기 신호를 수신하는 과정 이후에,
상기 수신된 신호를 서브 캐리어 단위로 스크램블링하는 과정을 더 포함하는 복조 방법.
제 8 항에 있어서, 채널 상태에 대한 정보, 운용 가능한 변조 방식에 관련된 정보 및 지원 가능한 채널 코드에 대한 정보 중 적어도 하나를 상기 송신기로 송신하는 과정을 더 포함하는 복조 방법.
제 10 항에 있어서, 상기 송신기로부터 신호를 수신함과 동시에, 상기 수신된 신호에 적용된 변조 방식 및 MCS(Modulation and Coding Scheme) 레벨을 수신하는 과정을 더 포함하며,
상기 복조하는 과정에서, 상기 수신된 변조 방식 및 MCS 레벨을 이용함을 특징으로 하는 복조 방법.
제 8 항에 있어서, 채널 상태에 대한 정보 및 성능 부스팅(boosting)에 관한 정보 중 적어도 하나를 상기 송신기로 송신하는 과정을 더 포함하는 복조 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 성능 부스팅에 관한 정보는,
상기 장치가 특정 변조 방식에서 성능 부스팅 모드를 수행해야 할 필요가 있는지의 여부를 나타내는 정보 및 상기 장치에서 상기 성능 부스팅 모드가 수행 가능한지의 여부를 나타내는 정보를 포함함을 특징으로 하는 복조 방법.
제 13 항에 있어서, 상기 송신기로부터 신호를 수신함과 동시에, 상기 수신된 신호에 적용된 MCS(Modulation and Coding Scheme) 레벨 및 상기 특정 변조 방식에서 성능 부스팅 모드가 적용되었는지의 여부를 수신하는 과정을 더 포함하며,
상기 복조하는 과정에서, 상기 수신된 MCS 레벨 및 상기 특정 변조 방식에서 성능 부스팅 모드가 적용되었는지의 여부를 이용함을 특징으로 하는 복조 방법.
무선 통신 시스템에서 신호를 변조하여 송신하는 장치에 있어서,
변조 방식을 결정하고, 상기 결정된 변조 방식이 특정 변조 방식에 해당하는 경우, 인코딩된 정보 비트를 미리 정해진 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 변조 차수에 따라 QAM 심볼로 변환하고, 미리 정해진 시퀀스 세트에서 정수 벡터의 엘리먼트에 해당하는 시퀀스를 선택하고, 상기 변환한 QAM 심볼을 각각 미리 정해진 시퀀스 길이만큼 반복되도록 출력하며, 상기 반복되도록 출력한 QAM 심볼을 상기 선택한 시퀀스와 곱하여 신호를 출력하는 변조부와,
상기 출력된 신호를 수신기로 전송하는 송신부를 포함하는 장치.
제 15 항에 있어서,
상기 출력된 신호를 서브 캐리어 단위로 스크램블링하는 스크램블러를 더 포함하는 장치.
제 15 항에 있어서, 상기 변조부는,
상기 수신기로부터 채널 상태에 대한 정보, 운용 가능한 변조 방식에 관련된 정보 및 지원 가능한 채널 코드에 대한 정보 중 적어도 하나를 수신하면, 상기 수신된 운용 가능한 변조 방식에 관련된 정보 및 지원 가능한 채널 코드에 대한 정보를 기반으로 상기 변조 방식을 결정함을 특징으로 하는 장치.
제 17 항에 있어서, 상기 송신부는,
상기 채널 상태에 대한 정보를 근거로 결정된 MCS(Modulation and Coding Scheme) 레벨을 적용하여 상기 출력된 신호를 상기 수신기로 전송함과 동시에, 상기 결정된 변조 방식 및 상기 결정된 MCS 레벨을 상기 수신기로 전송함을 특징으로 하는 장치.
제 15 항에 있어서, 상기 변조부는,
상기 수신기로부터 채널 상태에 대한 정보 및 성능 부스팅(boosting)에 관한 정보 중 적어도 하나를 수신하면, 상기 성능 부스팅(boosting)에 관한 정보를 기반으로, 상기 변조 방식 및 상기 특정 변조 방식에서 성능 부스팅 모드가 적용 가능한지의 여부를 결정함을 특징으로 하는 장치.
제 19 항에 있어서,
상기 성능 부스팅에 관한 정보는,
상기 수신기가 상기 특정 변조 방식에서 상기 성능 부스팅 모드를 수행해야 할 필요가 있는지의 여부를 나타내는 정보 및 상기 수신기에서 성능 부스팅 모드가 수행 가능한지의 여부를 나타내는 정보를 포함함을 특징으로 하는 장치.
제 19 항에 있어서, 상기 송신부는,
상기 채널 상태에 대한 정보를 근거로 결정된 MCS(Modulation and Coding Scheme) 레벨을 적용하여 상기 출력된 신호를 상기 수신기로 전송함과 동시에, 상기 결정된 MCS 레벨 및 상기 결정된 상기 특정 변조 방식에서 성능 부스팅 모드가 적용 가능한지의 여부를 상기 수신기로 전송함을 특징으로 하는 장치.
무선 통신 시스템에서 신호를 수신하여 복조하는 장치에 있어서,
송신기로부터 신호를 수신하는 수신부와,
상기 수신된 신호를 상기 송신기에서 미리 정해진 시퀀스 세트에 따른 상관관계를 기반으로 상기 시퀀스 세트 중 상기 수신한 신호에 대응하는 시퀀스 정보를 추출하는 상관부와,
상기 수신된 신호 및 상기 시퀀스 정보에 대응하는 로그 우도비 계산 결과를 기반으로 상기 수신된 신호를 복조하는 복조부를 포함하며,
상기 수신된 신호는 송신하고자 하는 정보 비트를 미리 정해진 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 변조 차수에 따라 QAM 심볼로 변환하고, 상기 시퀀스 세트에서 정수 벡터의 엘리먼트에 해당하는 시퀀스를 선택하고, 상기 변환한 QAM 심볼을 각각 미리 정해진 시퀀스 길이만큼 반복되도록 출력하며, 상기 반복되도록 출력한 QAM 심볼을 상기 선택한 시퀀스와 곱하여 출력된 신호임을 특징으로 하는 장치.
제 22 항에 있어서,
상기 수신된 신호를 서브 캐리어 단위로 디스크램블링하는 디스크램블링부를 더 포함하는 장치.
제 22 항에 있어서,
채널 상태에 대한 정보, 운용 가능한 변조 방식에 관련된 정보 및 지원 가능한 채널 코드에 대한 정보 중 적어도 하나를 상기 송신기로 전송하는 송신부를 더 포함하는 장치.
제 22 항에 있어서, 상기 수신부는,
상기 송신기로부터 신호를 수신함과 동시에, 상기 수신된 신호에 적용된 변조 방식 및 MCS(Modulation and Coding Scheme) 레벨을 수신함을 특징으로 하는 장치.
제 25 항에 있어서, 상기 복조부는,
상기 수신된 변조 방식 및 MCS 레벨을 이용하여 상기 수신된 신호를 복조함을 특징으로 하는 장치.
제 22 항에 있어서,
채널 상태에 대한 정보 및 성능 부스팅(boosting)에 관한 정보 중 적어도 하나를 상기 송신기로 송신하는 송신부를 더 포함하는 장치.
제 27 항에 있어서,
상기 성능 부스팅에 관한 정보는,
상기 장치가 특정 변조 방식에서 성능 부스팅 모드를 수행해야 할 필요가 있는지의 여부를 나타내는 정보 및 상기 장치에서 상기 성능 부스팅 모드가 수행 가능한지의 여부를 나타내는 정보를 포함함을 특징으로 하는 장치.
제 28 항에 있어서, 상기 수신부는,
상기 송신기로부터 신호를 수신함과 동시에, 상기 수신된 신호에 적용된 MCS(Modulation and Coding Scheme) 레벨 및 상기 특정 변조 방식에서 성능 부스팅 모드가 적용되었는지의 여부를 수신함을 특징으로 하는 장치.
제 29 항에 있어서, 상기 복조부는,
상기 수신된 MCS 레벨 및 상기 특정 변조 방식에서 성능 부스팅 모드가 적용되었는지의 여부를 이용하여 상기 수신된 신호를 복조함을 특징으로 하는 장치.