KR100505968B1 - 직교분할다중접속에서의 무선망 구축 방법 및직교분할다중접속 방식을 채용한 단말 - Google Patents

직교분할다중접속에서의 무선망 구축 방법 및직교분할다중접속 방식을 채용한 단말 Download PDF

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Abstract

본 발명은 직교분할다중접속에서 단일 캐리어를 이용한 직교분할다중접속에서의 무선망 구축 방법 및 직교분할다중접속 방식을 채용한 단말에 관한 것이다.
사업자는 상황에 따라 단일 또는 복수의 캐리어를 이용하여 시스템을 구성할 수 있고 단말은 복수 캐리어를 이용한 무선망과 단일 캐리어를 이용한 무선망을 구분 가능토록 하는 하향링크 프리앰블을 이용하여 스스로 무선망의 형태를 구분할 수 있고, 단시간 내에 프레임 동기를 획득할 수 있으며, 자신이 속한 셀/섹터가 사용하고 있는 CCS의 위치를 파악할 수 있고, 또한 자원을 효율적으로 사용하면서도 단일 캐리어를 이용한 무선망에 적용 가능한 파일럿 할당 방법을 제시하며, N개의 채널을 가진 무선망 사업자가 FFT 공간을 M개로 나누어 사용할 경우에 실제 채널수는 MN개이므로 셀 계획을 용이하게 할 수 있으며, 상향링크와 하향 링크에 서로 다른 길이의 CP를 적용하여 상향링크의 동기 과정이 필요 없고, 랜덤 액세스, 짧은 메시지 전송에 효율적인 프레임 구조를 제시할 수 있다.

Description

직교분할다중접속에서의 무선망 구축 방법 및 직교분할다중접속 방식을 채용한 단말{METHOD OF CONSTRUCTING WIRELESS NETWORK OF Orthogonal Frequency Division Multiple Access, AND TERMINAL OF ACCEPTING OFDMA}
본 발명은 직교분할다중접속에서의 무선망 구축 방법 및 직교분할다중접속 방식을 채용한 단말에 관한 것으로서, 특히 직교분할다중접속에서 단일 캐리어를 이용한 무선망 구축 방법 및 이와 관련된 프레임 구조, 변복조 방식을 제시하는 직교분할다중접속에서의 무선망 구축 방법 및 직교분할다중접속 방식을 채용한 단말에 관한 것이다.
단일 캐리어(Single Carrier)를 사용하는 광대역 무선 전송 시스템에서는 다중 경로 전파에 의한 심볼간 간섭을 제거하기 위하여 복잡한 등화기가 사용되고 있다.
OFDM은 하나의 탭(tap)을 갖는 간단한 등화기로 심볼간 간섭을 효과적으로 제거할 수 있어 광대역 무선 전송 시스템에서 광범위하게 활용되고 있다.
OFDM/TDMA 방식은 광대역을 정해진 일정 시간 동안 한 명의 사용자에게 할당하는 방식으로 큰 송신전력을 필요로 하므로 매크로 셀 적용이 불가능하고, 한번에 넓은 주파수 자원을 할당하므로 한번에 보낼 데이터 량이 작을 경우에 자원 낭비로 시스템 성능이 나빠진다.
직교분할다중접속 방식은 광대역 주파수 자원을 나누어서 정해진 일정 시간 동안 사용자들에게 할당하므로 소출력 운용이 가능하여 매크로 셀 시스템에 적용할 수 있다. 또한, 직교분할다중접속 방식은 세밀하게 주파수 자원을 나누어 사용할 수 있어 데이터 량이 적거나 큰 경우에 모두 효과적으로 대응할 수 있으므로 시스템 성능 향상이 가능하다.
도 1은 직교분할다중접속 방식을 이용한 프레임 구조를 도시한 것이다.
프레임은 하향 링크, TTG(Tx/Rx Transition), 상향 링크, 및 RTG(Rx/Tx Transition)로 구성되어 있다.
하향 링크는 CCS(Common Control Slot)와 여러 개의 DDS(Downlink Data Slot)로 구성된다. 이때, 하향 링크에서 CCS는 시스템 관련 공통 정보를 전송하는 슬롯이고, DDS는 사용자 데이터를 전송하는 슬롯이다.
상향 링크는 채널 추정을 위한 프리앰블, 사용자 데이터 전송을 위한 UDS(Uplink Data Slot), 상향 링크 동기 획득을 목적으로 하는 프리앰블들로 구성된다.
하향 링크에서는 주파수와 시간 자원을 나누어 다양한 슬롯들이 다중화 되고, 상향 링크에서는 사용자 다중 접속이 가능하다.
OFDM/TDMA, 직교분할다중접속 방식은 광대역 채널을 사용하고 있으며, 지금까지는 주로 단일 셀 환경에서 사용되었다.
그런데, OFDM/TDMA, 직교분할다중접속 방식을 다중 셀 환경에서 사용되려면 동일 채널 간섭을 줄이기 위하여 많은 수의 채널이 필요하게 되므로 광대역 채널을 다중 셀 환경에서 사용하려면 요구되는 주파수 대역이 매우 넓다는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 자원의 낭비 없이 단일 캐리어를 이용한 무선망을 구축하고, 상향 링크의 동기 없이 직교분할다중접속을 이용하면서 전체 시스템 성능을 개선시킬 수 있는 프레임 구조를 구현하며, 무선망 사업자가 단일 또는 복수 캐리어를 사용하는 무선망 구성 선택을 자유롭게 하고 단말이 이를 쉽게 검출하도록 하는 프레임 구조, 및 변복조 방식을 제시하는 직교분할다중접속에서의 무선망 구축 방법 및 직교분할다중접속 방식을 채용한 단말을 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위해 본 발명은 단일 캐리어 주파수를 이용하여 무선망을 구성한다.
본 발명의 첫 번째 특징에 따른 직교분할다중접속에서의 무선망 구축 방법은, 하향 링크와 상향 링크를 포함하는 프레임 구조를 갖는 직교분할다중접속에서의 무선망 구축 방법에 있어서,a) 상기 하향 링크에서 공통으로 사용되는 파일럿(PILOT) 전송을 위해 상기 파일럿에 부반송파들을 할당하는 단계; b) 상기 a) 단계에서 상기 파일럿에 할당된 부반송파들을 제외한 사용 가능한 부반송파들을 인접한 부반송파끼리 N(N>0)개씩 묶어서 L개의 부반송파 그룹을 만드는 단계; c) 상기 b) 단계에서 만들어진 부반송파 그룹을 다수의 셀/섹터들에게 고르게 분배하는 단계: 및 d) 상기 c) 단계에서 각 셀/섹터에 분배된 그룹별 임의의 위치에서 부반송파를 하나씩 발췌하여 L/M(여기서, M은 셀/섹터 수임)개의 부채널을 만드는 단계를 포함한다.
상기 c) 단계는, 단일 캐리어(Single Carrier)를 이용하여 무선망을 구축하는 경우에, 모든 셀들이 동일한 캐리어 주파수를 사용하므로 인접한 셀들은 서로 다른 부채널을 나누어 사용하는 것이 바람직하다.
e) 상기 d) 단계에서 다수의 셀/섹터들에게 부채널을 고르게 분배한 경우에, 상기 채널의 전체 주파수 영역에 파일럿을 산재시켜 채널을 추정하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 e) 단계는, 단일 캐리어를 이용하여 무선망을 구축하는 경우에, 상기 각 셀/섹터는 자신에게 할당된 주파수 영역에 대해서만 채널 추정을 수행하는 것이 바람직하다.
본 발명의 두 번째 특징에 따른 직교분할다중접속에서의 무선망 구축 방법은, CCS(Common Control Slot)와 다수의 DDS(Downlink Data Slot)로 구성되는 하향 링크와, 상향 및 하향 프리앰블과 UDS(User Data Slot)로 구성되는 상향 링크를 포함하는 프레임 구조를 갖는 직교분할다중접속에서의 무선망 구축 방법에 있어서, a) 다수 캐리어를 이용한 무선망 구축의 경우에, 상기 하향 링크에서 데이터 전송용 OFDM 심볼보다 짧은 길이의 반복된 다수 OFDM 심볼들을 이용하여 프리앰블을 구성하는 단계; b) 단일 캐리어를 이용한 무선망 구축의 경우에, FFT 공간을 나누어 사용하는 수 만큼의 서로 다른 상기 하향 링크에서 데이터 전송용 OFDM 심볼보다 짧은 길이의 반복된 다수 OFDM 심볼과, 전송하지 않은 구간으로 프리앰블을 구성하는 단계; 및 c) 상기 a) 단계 및 b) 단계에서 구성된 상기 하향 링크의 프리앰블을 통해 단말에서 다수 캐리어/단일 캐리어를 이용한 무선망 형태를 구분하고, 상기 하향링크 프리앰블을 이용해 기지국 프 레임 동기를 획득하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 a) 단계 및 b) 단계에서 상기 짧은 OFDM 심볼은, 상기 데이터 전송용 OFDM 심볼의 CP(Cyclic Prefix)의 길이와 동일한 것이 바람직하다.
상기 c) 단계에서 단말은, 상기 단일 캐리어를 이용한 무선망 구축의 경우에, 채널의 전체 주파수 영역을 M개로 나누어 사용하는 셀/섹터에서 M개의 공통 채널 전송을 위한 슬롯인 CCS가 약속된 위치에 존재하므로 피크 검출을 통해 자신이 속한 기지국이 사용하는 CCS의 위치를 파악하는 것이 바람직하다.
본 발명의 세 번째 특징에 따른 직교분할다중접속 방식을 채용한 단말은 순서대로 입력되는 입력 신호들을 입력된 순서대로 다시 출력하는 선입선출기; 다수 캐리어를 이용한 무선망과 단일 캐리어를 이용한 무선망에서 각기 다른 패턴을 갖는 짧은 OFDM 심볼로 구성된 하향링크 프리앰블들을 전송하면, 상기 프리앰블 패턴 중에서 자신에 해당하는 패턴을 입력받아 상기 선입선출기에서 출력되는 신호들과 서로 상관하여 출력하는 상관기; 상기 상관기의 출력 피크를 검출하여 다수 캐리어/단일 캐리어를 이용한 무선망 형태를 구분하는 피크 검출기; 및 상기 피크 검출기에서 피크가 검출되면 수신 전력을 추정하는 수신전력 추정기를 포함한다.
상기 상관기의 전단에 상기 프리앰블 패턴 중에서 어느 한 패턴을 선택하여 상기 상관기로 출력하는 패턴 선택기를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 패턴 선택기는, 상기 프리앰블 패턴 중에서 자신이 가지고 있는 패턴과 동일한 패턴이 입력되면, 피크 값을 상기 상관기로 출력하는 것이 바람직하다.
상기 패턴 선택기는, 상기 다수 캐리어를 이용한 무선망 구축의 경우에, 하향 링크에서 데이터 전송용 OFDM 심볼보다 짧은 길이의 반복된 다수 OFDM 심볼들을 이용하여 프리앰블을 구성한 제1 OFDM 심볼; 및 상기 단일 캐리어를 이용한 무선망 구축의 경우에, 상기 짧은 반복된 다수 OFDM 심볼들과, 인접 셀이 프리앰블을 전송하는 구간에서 전송하지 않은 구간으로 프리앰블을 구성한 제2 OFDM 심볼 중에서 OFDM 심볼을 선정하는 기준은 자기 상관과 크로스 상관 특성이 우수한 것을 선택하는 것이 바람직하다.
상기 피크 검출기에서 상기 제1 OFDM 심볼에 대한 피크가 검출되면 다수 캐리어를 이용한 무선망으로 구분하고, 상기 제2 OFDM 심볼에 대한 피크가 검출되면 단일 캐리어를 이용한 무선망으로 구분하는 것이 바람직하다.
상기 피크 검출기에서 피크가 검출되면, 프레임 동기를 획득하는 것이 바람직하다.
상기 피크 검출기에서 상기 제2 OFDM 심볼에 대한 피크가 검출되면, 자신이 속한 셀/섹터가 사용하는 CCS의 위치를 파악하는 것이 바람직하다.
상기 피크 검출기는, 상기 단일 캐리어를 이용한 무선망의 경우에 셀/섹터를 구분하는 것이 바람직하다.
상기 수신전력 추정기에서 출력되는 수신 전력 값과 상기 상관기에서 출력되는 값을 나누어 상기 피크 검출기로 전달하는 나눗셈기를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 네 번째 특징에 따른 직교분할다중접속에서의 무선망 구축 방법은, CCS(Common Control Slot)와 다수의 DDS(Downlink Data Slot)로 구성되는 하향 링크와, 채널 추정을 위한 프리앰블과 UDS(User Data Slot)로 구성되는 상향 링크를 포함하는 프레임 구조를 갖는 직교분할다중접속에서의 무선망 구축 방법에 있어서, a) 상기 하향 링크를 구성하는 OFDM 심볼은 제1 길이를 갖는 CP(Cyclic Prefix)를 사용하여 프리앰블을 구성하고, 상기 상향 링크를 구성하는 OFDM 심볼은 상기 제1 길이보다 긴 CP를 사용하여 프리앰블을 구성하여 프레임을 구성하는 단계; 및 b) 상기 a) 단계에서 구성한 상향 링크의 프리앰블을 이용하여 상기 상향 링크의 동기 과정 없이 채널 추정/보상을 수행하는 단계를 포함한다.
상기 a) 단계는, 상기 하향 링크의 OFDM 심볼의 CP 길이는 지연 스프레드(delay spread)에 의해 결정되고, 상기 상향 링크의 OFDM 심볼의 CP 길이는 지연 스프레드와 라운드 트립 지연(round trip delay)에 의해 결정되는 것이 바람직하다.
상기 a) 단계는, 상기 상향 링크의 불특정 위치의 심볼들 중 처음 OFDM 심볼을 프리앰블로 사용하고, 나머지 OFDM 심볼들을 데이터 심볼로 사용하며, 전체 주파수 공간을 다수개의 작은 주파수 공간으로 나누어 랜덤 액세스, 상기 하향링크의 슬롯에 대한 응답/부정응답 전송, 짧은 메시지 전송으로 사용하는 것이 바람직하다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
직교분할다중접속 방식과 OFDM/TDMA 방식과 비교해 볼 때, 직교분할다중접속 방식은 전력 집중에 의한 커버리지 확장 또는 작업처리량(Throughput)이 개선되고, 부채널 개념에 의한 주파수 자원의 효율적 활용으로 작업처리량이 개선된다는 점에서 큰 장점을 갖고 있다.
이러한 직교분할다중접속 방식은 인접 셀 혹은 섹터들이 부반송파를 나누어 사용하고 단일 캐리어를 이용하여 무선망을 구성할 수 있어 부반송파를 나누어 사용하지 않는 직교분할다중접속 방식에 비해 셀 계획(cell plan)이 훨씬 쉬워진다.
일례로, 직교분할다중접속 방식에서 물리채널의 수가 N개일 경우에, 부반송파들을 M개의 그룹으로 나누어 인접 셀 또는 섹터에 분배하게 되면 사용 가능한 채널의 수가 N개에서 N×M개로 증가하게 된다.
이와 같이, 직교분할다중접속 방식에서는 채널 수가 증가함에 따라 다음과 같은 4가지 이점을 얻을 수 있다.
첫 번째로, 지형, 전파 환경 등의 변수에 의해 발생되는 셀 계획의 어려움이 해소될 수 있고, 두 번째로, 가입자에게 채널 대역폭 전체를 할당할 수 있어 가입자에게 제공할 수 있는 최대 데이터 속도가 여전히 높다.
세 번째로, 인접 셀 또는 섹터간에 전파 자원을 유연성 있게 공유할 수 있어 트래픽 요구량이 많은 인접 셀 또는 섹터에 트래픽 요구량이 적은 셀 또는 섹터가 전파 자원을 손쉽게 제공할 수 있다.
네 번째로, 동일한 채널을 사용하므로 RF 주파수 변경 없이 핸드 오프를 하므로 핸드 오프의 속도가 빠르고 소프트 핸드오프도 가능하다.
도 2는 본 발명의 실시예에 적용되는 직교분할다중접속에서의 부채널 생성 과정을 도시한 것이다.
직교분할다중접속 방식에서 하나의 채널을 여러 개의 셀/섹터들이 나누어 사용하기 위해 아래와 같은 방식으로 부채널을 만들고, 이렇게 만들어진 부채널들을 셀/섹터에 분배한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 직교분할다중접속에서 통상적인 부채널 생성 과정은, 먼저 하향 링크에서 파일럿은 공통으로 사용되므로 파일럿 전송을 위하여 부반송파들을 할당한다.
그 후, 파일럿에 할당된 부반송파들을 제외한 사용 가능한 부반송파들을 N 개씩 묶어서 L개의 부반송파 그룹을 만든다. 이때, L 개의 부반송파 그룹은 인접한 부반송파들을 이용하여 만든다.
부반송파 그룹의 임의 위치에서 부반송파 하나씩을 발췌하여 부채널을 만들면 L개의 부채널이 생성된다. 이렇게 하면, 부채널을 구성하는 부반송파가 전체 채널 주파수 대역에 분포하게 되므로 주파수 다이버시티 효과를 얻을 수 있다.
아래에서, 다수 캐리어를 이용한 직교분할다중접속에서의 무선망 구축 방식을 MFN(Multi Frequency Network)이라 하고, 단일 캐리어를 이용한 직교분할다중접속에서의 무선망 구축 방식을 SFN(Single Frequency Network)이라고 명명한다.
도 3은 복수 캐리어를 사용할 경우의 시스템 셀 계획에 따른 망 구성 상태를 도시한 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, SFN의 경우에 모든 셀들이 동일한 캐리어 주파수를 사용하므로 인접한 셀들은 도 3과 같이 부채널들을 나누어 사용하여야 한다. 도 3에서 동일한 색을 사용하는 셀들에게 동일한 부채널들이 할당된다.
한편, MFN의 경우에, 동일 채널 간섭을 완화하기 위하여 인접한 셀과 동일 캐리어 주파수를 사용하지 않는다.
도 3에서 MFN의 경우에, 각 셀들을 구분하는 색들은 서로 다른 캐리어 주파수를 나타내고, SFN의 경우에 각 셀들을 구분하는 색들은 나누어진 부반송파를 의미한다.
즉, MFN의 경우에 캐리어 주파수 3개를 이용하여 망을 구성한 예이고, SFN의 경우에 하나의 캐리어 주파수를 이용하지만 부반송파들을 묶어서 부채널들을 만들고 부채널들을 3개의 그룹으로 나누어 셀/섹터에 배분하여 망을 구성한 예이다.
직교분할다중접속 방식을 채택한 DVB, IEEE 802.16a 시스템에서는 프레임 동기를 획득하기 위하여 프리앰블, 즉 모든 부반송파가 파일럿으로 사용되는 OFDM 심볼을 사용하지 않고 유일한 형태의 패턴을 갖는 파일럿을 사용하고 있다.
이때, 유일한 형태의 패턴을 갖는 파일럿을 이용한 프레임 동기 획득 방식은 획득 속도가 느리므로 서킷 스위치드 접속(circuit-switched connection) 방식에 적합하다. 반면에, 프리앰블을 이용한 프레임 동기 획득 방식은 속도가 빨라 패킷 스위치드 접속(packet-switched connection) 방식에 적합하다.
따라서 OFDM 방식을 이용하고 있는 IEEE 802.11a, HiperLAN Type 2와 같은 WLAN 시스템은 프레임 동기 획득을 위하여 하향링크에서 프리앰블을 이용하고 있다.
도 4는 직교분할다중접속에서의 채널 추정을 위한 통상적인 파일럿 할당 과정을 도시한 것이고, 도 5는 단일 캐리어를 이용한 무선망 구축시 셀/섹터에 공통의 파일럿을 할당한 경우의 문제점을 도시한 것이며, 도 6은 직교분할다중접속에서 통상적으로 부채널 생성 후 단일 캐리어를 이용한 무선망에 적용시 각 셀/섹터에 파일럿 할당 과정을 도시한 것이다.
SFN의 경우에 도 6에 도시된 바와 같이, 자원의 효율적인 사용을 고려하지 않고 통상적인 방법으로 부채널을 생성한 경우에, 채널의 전체 주파수 영역에 파일럿을 산재시켜 채널 추정하므로 많은 수의 파일럿이 필요하므로 자원을 효율적으로 활용할 수 없다.
SFN의 경우에, 부채널을 나누어 사용하는 셀/섹터들이 파일럿을 공통으로 사용할 수 없으므로 자원의 낭비가 심각하다. 이는 셀/섹터들이 파일럿을 공통으로 할당받으면, 도 5에 도시된 바와 같이 어느 하나의 채널을 추정할 수 없기 때문이다.
이와 같이, 자원의 효율적인 사용을 고려하지 않고 통상적인 방법으로 부채널을 생성하면, 실제 사용하는 부반송파는 전체 반송파의 일부지만 채널 추정은 전체 부반송파에 대하여 수행해야 하므로 파일럿 할당을 위해 많은 주파수 자원이 소요된다.
SFN의 경우에 M개의 셀/섹터가 한 채널에 할당된 부반송파를 나누어 사용하면, 파일럿 할당에 필요한 주파수 자원은 MFN보다 M배가 필요하다.
SFN에서 부채널을 3개의 셀/섹터가 나누어 사용할 경우에 파일럿 할당은, 도 6에 도시된 바와 같이, 각기 다른 색들은 셀/섹터에 할당된 파일럿들을 나타낸다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 직교분할다중접속에서의 무선망 구축 방법에 대하여 도 7 을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선망 구축 방법에서 파일럿 할당 과정을 도시한 것이다.
도 7에 도시된 바와 같이, SFN에서 주파수 자원의 낭비 없이 파일럿을 할당하는 방법은, 먼저 인접한 N개의 부반송파들을 묶어 L개의 부반송파 그룹을 만든다.
도 7의 (a)는 N=12일 때, 부반송파 그룹을 만드는 일례를 나타낸다.
다음, 한 채널을 구성하는 부반송파를 나누어 사용할 셀/섹터들에게 부반송파 그룹을 주파수 다이버시티를 얻을 수 있도록 고루 분배한다.
도 7의 (b)는 FFT 공간을 3개의 셀/섹터가 나누어 사용하는 SFN을 가정할 때, K 개의 부반송파 그룹을 각 셀/섹터에 할당하는 일례를 나타낸다.
즉, 부반송파 그룹 번호 1, 3, 6, 10 … K-7, K-4, K를 3개의 셀/섹터 중에서 처음 셀/섹터에 할당하고, 부반송파 그룹 번호 2, 5, 8 … K-9, K-8, K-2를 3개의 셀/섹터 중 두 번째 셀/섹터에 할당하고, 부반송파 그룹 번호 4, 7, 9 … K-3, K-1을 3개의 셀/섹터 중 마지막 셀/섹터에 할당한다.
부채널은 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이 각 셀/섹터에 할당된 전체 부반송파 중에서 주파수 다이버시티를 얻을 수 있는 방법으로 L개를 발췌하여 만든다.
위와 같이 부채널이 만들어지면, FFT 공간을 나누어 사용하는 SFN의 경우에 각 셀/섹터는 자신에게 할당되지 않는 주파수 영역에 대하여는 채널 추정을 할 필요가 없으므로 1/M(M은 셀/섹터의 수)로 줄일 수 있어 파일럿 할당시 주파수 자원의 낭비를 막을 수 있고, 전체 FFT 공간을 이용하므로 주파수 다이버시티 효과를 충분히 활용할 수 있다.
또한, SFN의 경우에 셀/섹터간 주파수 자원을 유연성 있게 할당할 수 있으므로 전체 시스템의 작업처리량의 향상에 기여할 수 있다.
다음, 본 발명의 제2 실시예에 따른 직교분할다중접속에서의 무선망 구축 방법을 도 8을 참고하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 직교분할다중접속에서의 무선망 구축 방법에서 하향 링크의 프리앰블 패턴을 도시한 것이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 직교분할다중접속에서의 무선망 구축 방법에서 하향 링크의 프리앰블은 무선망 사업자가 무선망을 구축할 때, SFN, MFN 방식 중 어느 방식이든지 선택할 수 있도록 한다.
이때, 단말은 하향 링크의 프리앰블을 이용하여 MFN, SFN을 구분할 수 있어야 하고, 기지국 프레임 동기를 빠른 시간 내에 획득하여야 하며, 자신이 속한 기지국이 사용하는 CCS의 위치가 어디인지 판별하여야 한다.
이러한 하향 링크의 프리앰블은 도 8에 도시된 바와 같이 짧은 OFDM 심볼들을 이용하는데, 짧은 OFDM 심볼은 심볼의 길이가 데이터 전송용 OFDM 심볼 길이보다 짧은 것으로 대개 데이터 전송용 OFDM 심볼의 CP(cyclic prefix) 길이와 같다.
도 8에서 A, B, C, D는 상이한 짧은 OFDM 심볼을 나타내고, 데이터 전송용 OFDM 심볼의 CP 길이를 FFT 길이의 1/16으로 가정할 경우에 짧은 OFDM 심볼의 길이는 데이터 전송용 OFDM 심볼 길이의 1/16이 된다.
또한, 도 8에서 X는 전송하지 않는 구간을 나타낸다.
SFN의 경우에, 위치가 서로 다른 곳에 존재하는 상이한 프리앰블 패턴을 이용하여 셀/섹터를 구분하여, 하향링크 프리앰블 패턴은 하향링크에서 데이터 전송용 OFDM 심볼보다 짧은 길이의 동일한 다수 OFDM 심볼, 및 다른 셀/섹터가 프리앰블을 전송할 경우에 어떤 신호도 전송하지 않은 구간으로 프리앰블을 구성한다.
이와 같이 구성되는 하향 링크의 프리앰블 종류는 FFT 공간을 나누는 수 +1 만큼 존재한다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 직교분할다중접속 방식을 채용한 단말의 하드웨어 구조를 도시한 것이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 직교분할다중접속 방식을 채용한 단말은, 패턴 선택기(11), FIFO(12), 상관기(13), 피크 검출기(14), 수신 전력 추정기(15), 및 나눗셈기(16)를 포함한다.
패턴 선택기(11)는 도 8에 도시된 바와 같은 하향 링크의 프리앰블 패턴들 중에서 어느 한 패턴을 선택 출력한다. 이때, 패턴 선택기(11)에서 짧은 OFDM 심볼의 A, B, C, D 패턴의 선정 기준은 자기상관과 크로스 상관 특성이 좋은 것을 선택한다.
이때, 패턴 선택기(11)는 하드웨어 자원을 공유하기 위한 것으로서 입력신호가 자신이 가지고 있는 패턴과 동일할 경우에 피크 값을 출력한다.
만약, 입력되는 하향링크의 프리앰블 패턴의 수 만큼 상관기(13)가 구비되어 있다면 패턴 선택기(11)는 필요없게 된다.
FIFO(12)는 선입선출기(First-In First-Out)로 입력신호들을 입력된 순서대로 하나씩 상관기(13)로 출력한다.
상관기(13)는 패턴 선택기(11)와 FIFO(12)에서 입력되는 하향링크의 프리앰블 패턴과 입력 신호를 상관하여 출력한다.
피크 검출기(14)는 상관기(13)의 출력 값의 피크를 검출한다.
이때, 단말은 피크 검출기(14)에서 A 패턴의 OFDM 심볼에 대한 피크가 검출되면 MFN의 무선망이고, B, C 또는 D 패턴의 OFDM 심볼에 대한 피크가 검출되면 SFN의 무선망으로 인식한다.
여기서, A 패턴의 프리앰블은 도 8에 도시된 바와 같이, 반복된 짧은 OFDM 심볼들로 구성되어 있고, 나머지 B, C 및 D 패턴의 프리앰블은 반복된 짧은 OFDM 심볼들과, 전송하지 않은 구간으로 구성되어 있다.
FFT 공간을 3개의 셀/섹터가 나누어 사용한다고 가정하면 3개의 CCS가 필요하고 각 CCS의 위치는 약속되어 있다. 따라서 피크 검출기(14)의 피크 검출로 단말은 자신이 속한 셀/섹터가 사용하는 CCS 위치를 파악할 수 있다.
수신전력 추정기(15)는 피크 검출기(14)에서 피크를 검출하면 수신 전력을 추정하고, 이렇게 추정된 수신 전력을 자동이득 조절기와 나눗셈기(16)로 출력한다.
따라서, 나눗셈기(16)는 수신전력 추정기(15)에서 출력되는 수신 전력 값과 상관기(13)에서 출력되는 값을 나누어 피크 검출기(14)로 전달한다.
이와 같이 구성되는 단말은 MFN/SFN의 무선망 형태를 구분할 수 있고, 단시간 내에 프레임 동기 획득, 자신이 속한 셀/섹터의 CCS 위치를 자동 인식할 수 있다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 직교분할다중접속에서의 무선망 구축 방법에서 상이한 CP 길이를 이용한 상향링크의 프레임 형태를 살펴본다.
직교분할다중접속 방식을 상향링크에 적용하면, 동일한 FFT 공간을 사용하는 다수의 사용자가 송출하는 상향링크 패킷들이 동일한 시각에 기지국에 도착하여야 하므로 상향링크 동기가 중요한 문제가 된다.
도 1을 참고하면, 기존의 시스템은 상향링크 동기를 위하여 단말들이 상향링크 동기를 위한 프리앰블을 송출할 수 있도록 주파수 및 시간 자원을 할당하고, 기지국은 상향링크 프리앰블 측정을 근거로 해당 단말들에게 하향링크를 이용하여 상향링크 프리앰블 측정 결과를 공지해야 하므로 추가적 자원 할당과 절차를 규정하여야 한다.
이때, 상향링크 동기를 위하여 상향링크의 프리앰블을 이용하게 되면 아래와 같은 문제점들이 발생한다.
첫 번째로, 상향링크의 동기를 위한 프리앰블은 주파수 영역에서 PN 시퀀스를 IFFT하여 생성하고, 수신기가 주파수 영역에서 상관기를 이용하여 상향링크의 동기 오차를 검출하여 이를 단말에 공지한다.
만약, 2개 이상의 단말이 동일 PN 시퀀스를 이용하여 동시에 상향링크 동기 프리앰블을 송출하고 기지국이 이를 검출하여 공지한다면, 동시에 다수의 가입자에게 동일한 상향링크가 할당되어 충돌이 발생하게 된다.
두 번째로, 상향링크의 동기를 위해 프리앰블 송출시 완전한 전력제어가 불가능하고, 주파수 영역에서 상관기가 채널 추정이 되지 않는 상태에서 동작되므로 동시에 사용 가능한 PN 시퀀스의 수가 제한된다.
세 번째로, 상향링크의 동기를 위한 프리앰블은 정보 없이 단지 코드를 송출하므로 기지국이 성공적으로 이를 검출하더라도 상향링크 정보 전송을 위해 새로운 상향링크 슬롯을 해당 단말에 할당하여야 한다.
네 번째로, 상향링크의 동기를 위한 프리앰블은 동기가 획득되지 않은 상태에서 송출되므로 데이터 슬롯에 간섭으로 작용하게 되어 성능을 열화시킨다.
다섯 번째로, 상향 링크의 동기를 위한 프리앰블의 코드 수만큼의 상관기가 필요하므로 하드웨어가 복잡하다.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 직교분할다중접속에서의 무선망 구축 방법에서 상향 링크 및 하향링크가 서로 다른 CP 길이를 갖는 프레임 구조의 일례를 도시한 것이다. 그리고, 도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 직교분할다중접속에서의 무선망 구축 방법에서 상향 링크 및 하향링크의 CP 길이를 다르게 조정하여, 상향링크 동기 과정을 필요로 하지 않는 방법을 활용한 효율적 프레임 구조를 도시한 것이다.
도 10을 참고하여 본 발명의 제4 실시예에 따른 직교분할다중접속에서의 무선망 구축 방법에서 상이한 CP 길이를 이용한 상향링크의 프레임 구성 과정은, 먼저 하향링크를 구성하는 OFDM 심볼은 짧은 길이의 CP를 사용한다. 이때, CP 길이는 지연 스프레드 (delay spread)에 의해 결정된다.
다음, 상향링크를 구성하는 OFDM 심볼은 하향링크의 CP 길이보다 긴 길이의 CP를 사용한다. 이때, CP 길이는 지연 스프레드와 라운드 트립 지연 (round trip delay) 모두를 고려한다.
이렇게 하여 도 10에 도시된 바와 같은 상향링크 프리앰블을 이용하여 채널 추정/보상을 하면 상향링크를 위한 별도의 동기 과정 없이 상향링크에서 직교분할다중접속이 가능하다. 상향 링크의 복조시 OFDM 심볼 타이밍 오차는 상향링크의 프리앰블을 이용한 채널 추정 및 보정으로 극복된다.
통상적으로 직교분할다중접속에서 OFDM 심볼의 길이는 매우 길다. 반경 2km의 셀에서 라운드 트립 지연은 13μsec이므로 200μsec의 심볼 길이를 고려할 경우에, FFT 길이 대비 CP의 길이가 6.5%가 증가하게 된다.
한편, 도 11에 도시된 바와 같이, 상향 링크의 마지막 2개의 심볼을 이용하여 작은 슬롯을 만들고 랜덤 액세스, 하향링크 슬롯에 대한 ACK/NACK, 짧은 메시지 전송에 사용한다.
위의 프레임 구조는 상향링크에 많은 수의 작은 슬롯들을 만들 수 있으므로 충돌이 발생할 가능성이 적고, 충분히 많은 작은 슬롯을 만들 수 있어 SFN 적용시 각 셀/섹터에 충분히 많은 수의 작은 슬롯을 할당할 수 있다.
또한, 처음부터 정보가 전송되므로 PN 코드를 이용하여 상향링크 동기를 획득하는 경우에 대비하여 자원 할당시 한 번의 송수신 과정이 생략되고, 하드웨어가 간단하다.
무엇보다도, 위의 프레임 구조는 OFDM 심볼의 길이가 길고, 커버리지가 작은 경우에 시스템 성능을 개선시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 그 외의 다양한 변경이나 변형이 가능하다.
이와 같이, 본 발명에 의한 직교분할다중접속에서의 무선망 구축 방법 및 직교분할다중접속 방식을 채용한 단말은 다수 캐리어를 이용한 무선망과 단일 캐리어를 이용한 무선망을 구분 가능토록 하는 하향링크 프리앰블을 통해 단말이 스스로 무선망의 형태를 구분할 수 있고, 단시간 내에 프레임 동기를 획득할 수 있으며, 자신이 속한 셀/섹터가 사용하고 있는 CCS의 위치를 파악할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 직교분할다중접속에서의 무선망 구축 방법 및 직교분할다중접속 방식을 채용한 단말은 자원을 효율적으로 사용하면서도 주파수 다이버시티 효과를 얻는 단일 캐리어를 이용한 무선망에 적용 가능한 파일럿 할당 방법을 제시하며, 무선망 사업자가 N개의 채널을 FFT 공간을 M개로 나누어 사용할 경우에 실제 채널수는 MN개이므로 셀 계획을 용이하게 할 수 있고, 무선망 구성의 선택을 자유롭게 할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 의한 직교분할다중접속에서의 무선망 구축 방법 및 직교분할다중접속 방식을 채용한 단말은 상향링크와 하향 링크가 서로 다른 길이]=의 CP를 적용하여 상향링크의 기 과정이 필요 없고, 상향링크의 임의의 부분에 작은 슬롯을 구성한 프레임 구조로 인해 랜덤 액세스, 짧은 메시지 전송에 효율적이고 시스템 성능이 개선될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 직교분할다중접속 방식을 이용한 프레임 구조를 도시한 것이다.
도 2는 직교분할다중접속에서의 부채널 생성 과정을 도시한 것이다.
도 3은 복수 캐리어를 사용할 경우의 시스템 셀 계획에 따른 망 구성 상태를 도시한 것이다.
도 4는 직교분할다중접속에서의 채널 추정을 위한 통상적인 파일럿 할당 과정을 도시한 것이다.
도 5는 단일 캐리어를 이용한 무선망 구축시 셀/섹터에 공통의 파일럿을 할당한 경우의 문제점을 도시한 것이다.
도 6은 직교분할다중접속에서 통상적으로 부채널 생성 후 단일 캐리어를 이용한 무선망에 적용시 각 셀/섹터에 파일럿 할당 과정을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선망 구축 방법에서 파일럿 할당 과정을 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 직교분할다중접속에서의 무선망 구축 방법에서 하향 링크의 프리앰블 패턴을 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 직교분할다중접속 방식을 채용한 단말의 하드웨어 구조를 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 직교분할다중접속에서의 무선망 구축 방법에서 상향 링크 및 하향링크가 서로 다른 CP 길이를 갖는 프레임 구조의 일례를 도시한 것이다 .
도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 직교분할다중접속에서의 무선망 구축 방법에서 상향 링크 및 하향링크의 CP 길이를 다르게 조정하여, 상향링크 동기 과정을 필요로 하지 않는 방법을 활용한 효율적 프레임 구조를 도시한 것이다.

Claims (19)

  1. 하향 링크와 상향 링크를 포함하는 프레임 구조를 갖는 직교분할다중접속에서의 무선망 구축 방법에 있어서,
    a) 상기 하향 링크에서 공통으로 사용되는 파일럿(PILOT) 전송을 위해 상기 파일럿에 부반송파들을 할당하는 단계;
    b) 상기 a) 단계에서 상기 파일럿에 할당된 부반송파들을 제외한 사용 가능한 부반송파들을 인접한 부반송파끼리 N(N>0)개씩 묶어서 L개의 부반송파 그룹을 만드는 단계;
    c) 상기 b) 단계에서 만들어진 부반송파 그룹을 다수의 셀/섹터들에게 고르게 분배하는 단계: 및
    d) 상기 c) 단계에서 각 셀/섹터에 분배된 그룹별 임의의 위치에서 부반송파를 하나씩 발췌하여 L/M(여기서, M은 셀/섹터 수임)개의 부채널을 만드는 단계
    를 포함하는 직교분할다중접속에서의 무선망 구축 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 c) 단계는,
    단일 캐리어(Single Carrier)를 이용하여 무선망을 구축하는 경우에, 모든 셀들이 동일한 캐리어 주파수를 사용하므로 인접한 셀들은 서로 다른 부채널을 나누어 사용하는 것을 특징으로 하는 직교분할다중접속에서의 무선망 구축 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    e) 상기 d) 단계에서 다수의 셀/섹터들에게 부채널을 고르게 분배한 경우에, 상기 채널의 전체 주파수 영역에 파일럿을 산재시켜 채널을 추정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직교분할다중접속에서의 무선망 구축 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 e) 단계는,
    단일 캐리어를 이용하여 무선망을 구축하는 경우에, 상기 각 셀/섹터는 자신에게 할당된 주파수 영역에 대해서만 채널 추정을 수행하는 것을 특징으로 하는 직교분할다중접속에서의 무선망 구축 방법.
  5. CCS(Common Control Slot)와 다수의 DDS(Downlink Data Slot)로 구성되는 하향 링크와, 상향 및 하향 프리앰블과 UDS(User Data Slot)로 구성되는 상향 링크를 포함하는 프레임 구조를 갖는 직교분할다중접속에서의 무선망 구축 방법에 있어서,
    a) 다수 캐리어를 이용한 무선망 구축의 경우에, 상기 하향 링크에서 데이터 전송용 OFDM 심볼보다 짧은 길이의 반복된 다수 OFDM 심볼들을 이용하여 프리앰블을 구성하는 단계;
    b) 단일 캐리어를 이용한 무선망 구축의 경우에, FFT 공간을 나누어 사용하는 수 만큼의 서로 다른 상기 하향 링크에서 데이터 전송용 OFDM 심볼보다 짧은 길이의 반복된 다수 OFDM 심볼과, 전송하지 않은 구간으로 프리앰블을 구성하는 단계; 및
    c) 상기 a) 단계 및 b) 단계에서 구성된 상기 하향 링크의 프리앰블을 통해 단말에서 다수 캐리어/단일 캐리어를 이용한 무선망 형태를 구분하고, 상기 하향링크 프리앰블을 이용해 기지국 프 레임 동기를 획득하는 단계를 포함하는 직교분할다중접속에서의 무선망 구축 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 a) 단계 및 b) 단계에서 상기 짧은 OFDM 심볼은,
    상기 데이터 전송용 OFDM 심볼의 CP(Cyclic Prefix)의 길이와 동일한 것을 특징으로 하는 직교분할다중접속에서의 무선망 구축 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 c) 단계에서 단말은,
    상기 단일 캐리어를 이용한 무선망 구축의 경우에, 채널의 전체 주파수 영역을 M개로 나누어 사용하는 셀/섹터에서 M개의 공통 채널 전송을 위한 슬롯인 CCS가 약속된 위치에 존재하므로 피크 검출을 통해 자신이 속한 기지국이 사용하는 CCS의 위치를 파악하는 것을 특징으로 하는 직교분할다중접속에서의 무선망 구축 방법.
  8. 순서대로 입력되는 입력 신호들을 입력된 순서대로 다시 출력하는 선입선출기;
    다수 캐리어를 이용한 무선망과 단일 캐리어를 이용한 무선망에서 각기 다른 패턴을 갖는 짧은 OFDM 심볼로 구성된 하향링크 프리앰블들을 전송하면, 상기 프리앰블 패턴 중에서 자신에 해당하는 패턴을 입력받아 상기 선입선출기에서 출력되는 신호들과 서로 상관하여 출력하는 상관기;
    상기 상관기의 출력 피크를 검출하여 다수 캐리어/단일 캐리어를 이용한 무선망 형태를 구분하는 피크 검출기; 및
    상기 피크 검출기에서 피크가 검출되면 수신 전력을 추정하는 수신전력 추정기
    를 포함하는 직교분할다중접속 방식을 채용한 단말.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 상관기의 전단에 상기 프리앰블 패턴 중에서 어느 한 패턴을 선택하여 상기 상관기로 출력하는 패턴 선택기를 포함하는 직교분할다중접속 방식을 채용한 단말.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 패턴 선택기는,
    상기 프리앰블 패턴 중에서 자신이 가지고 있는 패턴과 동일한 패턴이 입력되면, 피크 값을 상기 상관기로 출력하는 것을 특징으로 하는 직교분할다중접속 방식을 채용한 단말.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 패턴 선택기는,
    상기 다수 캐리어를 이용한 무선망 구축의 경우에, 하향 링크에서 데이터 전송용 OFDM 심볼보다 짧은 길이의 반복된 다수 OFDM 심볼들을 이용하여 프리앰블을 구성한 제1 OFDM 심볼; 및 상기 단일 캐리어를 이용한 무선망 구축의 경우에, 상기 짧은 반복된 다수 OFDM 심볼들과, 인접 셀이 프리앰블을 전송하는 구간에서 전송하지 않은 구간으로 프리앰블을 구성한 제2 OFDM 심볼 중에서 OFDM 심볼을 선정하는 기준은 자기 상관과 크로스 상관 특성이 우수한 것을 선택하는 것을 특징으로 하는 직교분할다중접속 방식을 채용한 단말.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 피크 검출기에서 상기 제1 OFDM 심볼에 대한 피크가 검출되면 다수 캐리어를 이용한 무선망으로 구분하고, 상기 제2 OFDM 심볼에 대한 피크가 검출되면 단일 캐리어를 이용한 무선망으로 구분하는 것을 특징으로 하는 직교분할다중접속 방식을 채용한 단말.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 피크 검출기에서 피크가 검출되면, 프레임 동기를 획득하는 것을 특징으로 하는 직교분할다중접속 방식을 채용한 단말.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 피크 검출기에서 상기 제2 OFDM 심볼에 대한 피크가 검출되면, 자신이 속한 셀/섹터가 사용하는 CCS의 위치를 파악하는 것을 특징으로 하는 직교분할다중접속 방식을 채용한 단말.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 피크 검출기는,
    상기 단일 캐리어를 이용한 무선망의 경우에 셀/섹터를 구분하는 것을 특징으로 하는 직교분할다중접속 방식을 채용한 단말.
  16. 제8항에 있어서,
    상기 수신전력 추정기에서 출력되는 수신 전력 값과 상기 상관기에서 출력되는 값을 나누어 상기 피크 검출기로 전달하는 나눗셈기를 포함하는 직교분할다중접속 방식을 채용한 단말.
  17. CCS(Common Control Slot)와 다수의 DDS(Downlink Data Slot)로 구성되는 하향 링크와, 채널 추정을 위한 프리앰블과 UDS(User Data Slot)로 구성되는 상향 링크를 포함하는 프레임 구조를 갖는 직교분할다중접속에서의 무선망 구축 방법에 있어서,
    a) 상기 하향 링크를 구성하는 OFDM 심볼은 제1 길이를 갖는 CP(Cyclic Prefix)를 사용하여 프리앰블을 구성하고, 상기 상향 링크를 구성하는 OFDM 심볼은 상기 제1 길이보다 긴 CP를 사용하여 프리앰블을 구성하여 프레임을 구성하는 단계; 및
    b) 상기 a) 단계에서 구성한 상향 링크의 프리앰블을 이용하여 상기 상향 링크의 동기 과정 없이 채널 추정/보상을 수행하는 단계
    를 포함하는 직교분할다중접속에서의 무선망 구축 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 a) 단계는,
    상기 하향 링크의 OFDM 심볼의 CP 길이는 지연 스프레드(delay spread)에 의해 결정되고, 상기 상향 링크의 OFDM 심볼의 CP 길이는 지연 스프레드와 라운드 트립 지연(round trip delay)에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 직교분할다중접속에서의 무선망 구축 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 a) 단계는,
    상기 상향 링크의 불특정 위치의 심볼들 중 처음 OFDM 심볼을 프리앰블로 사용하고, 나머지 OFDM 심볼들을 데이터 심볼로 사용하며, 전체 주파수 공간을 다수개의 작은 주파수 공간으로 나누어 랜덤 액세스, 상기 하향링크의 슬롯에 대한 응답/부정응답 전송, 짧은 메시지 전송으로 사용하는 것을 특징으로 하는 직교분할다중접속에서의 무선망 구축 방법.
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