KR100810351B1

KR100810351B1 - 통신 시스템에서 채널 프루빙 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR100810351B1
Application number: KR1020060112811A
Authority: KR
Inventors: 이용환; 이승환
Original assignee: 재단법인서울대학교산학협력재단; 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-11-15
Filing date: 2006-11-15
Publication date: 2008-03-04
Also published as: US8472459B2; US20080113622A1

Abstract

본 발명은 통신 시스템에서 기지국이 채널을 프루빙 하는 방법에 있어서, 각 사용자의 시간 축 채널 상관관계(time channel correlation)에 기반한 주파수 축 채널 선택성(frequency selectivity)에 따라 프루빙 신호의 부 반송파 간격을 조절하면서 채널 특성이 좋은 부 채널을 선택하는 예비 프루빙(pre-probing)을 수행하는 과정과, 상기 선택한 부 채널에만 프루빙 신호를 전송하는 메인 프루빙(main-probing)을 수행하는 과정을 포함한다.

OFDM, 프루빙, 상향링크, 하향링크, pre-probing, main-probing

Description

통신 시스템에서 채널 프루빙 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR A PROBING CHANNEL IN A COMMUNICATION SYSTEM}

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 OFDM 패킷 전송 시스템에서 시간 축 채널 상관관계를 이용한 프루빙 방법을 나타낸 도면.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 OFDM 패킷 전송 시스템의 프루빙 방법에서 예비 프루빙(pre-probing) 신호의 부 반송파 할당을 나타낸 도면.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 OFDM 패킷 전송 시스템의 프루빙 방법에서 예비 프루빙 시퀀스(pre-probing sequence)의 부 반송파 할당에 따른 성능을 나타낸 도면.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 OFDM 패킷 전송 시스템의 프루빙 방법에서 예비 프루빙(pre-probing) 신호 간격(d)에 따른 성능을 나타낸 도면.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 OFDM 패킷 전송 시스템의 프루빙 방법에서 메인 프루빙(main-probing)의 부 채널 개수에 따른 성능을 나타낸 도면.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 OFDM 패킷 전송 시스템의 프루빙 방법에서 예비 프루빙(pre-probing)의 시간 간격에 따른 성능을 나타낸 도면.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 OFDM 패킷 전송 시스템의 프루빙 방법에서 메인 프루빙(main-probing)의 시간 간격에 따른 성능을 나타낸 도면.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 OFDM 패킷 전송 시스템의 프루빙 방법과 종래기술에 따른 프루빙 방법의 성능을 비교하여 나타낸 도면.

본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히, OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 패킷 전송 시스템에서 채널을 프루빙하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

상기 OFDM 방식은 다중 사용자 무선 송수신 패킷 기반 시스템에서 기회적 전송(Opportunistic Scheduling : OS)기법을 활용하여 다중 사용자 다이버시티(Multi-User Diversity : MUD) 이득을 얻음으로써 전송 효율을 증가시킬 수 있는 다반송파 변조방식의 하나로서, 각종 디지털 전송 기술에 광범위하게 적용되고 있다.

상기 OFDM 방식은 종래의 주파수 분할 다중(Frequency Division Multiplexing)방식과 유사하나, 무엇보다도 다수개의 서브 캐리어들 간의 직교성(orthogonality)을 유지하여 전송함으로써 고속 데이터 전송 시 최적의 전송 효율을 얻을 수 있는 특징을 가진다. 또한 상기 OFDM 방식은 주파수 사용 효율이 좋고 다중 경로 페이딩(fading)에 강한 특성이 있어 고속 데이터 전송 시 최적의 전송 효율을 얻을 수 있다는 특징이 있다. 또한, 상기 OFDM 방식은 주파수 스펙트럼을 중첩하여 사용하므로 주파수 사용이 효율적이고, 주파수 선택적 페이딩 및 다중경로 페이딩에 강하고, 보호구간을 이용하여 심벌간 간섭 영향을 줄일 수 있으며, 하드웨어적으로 등화기 구조를 간단하게 설계하는 것이 가능하며, 임펄스성 잡음에 강하다는 장점을 가지고있어 통신시스템 구조에 적극 활용되고 있는 추세이다.

상기 다중 사용자 무선 송수신 패킷 기반의 시간 분할 이중화(Time Division Duplex : TDD)시스템은 상향링크(Uplink) 데이터를 전송하는데 있어서 하향링크(Downlink)의 Channel Quality Indicator(CQI)에 따라 변조 및 채널 코딩 방식(Modulation and Coding Scheme : MCS) 결정 및 전송 대역 선택을 하게 된다. 그러나, 상기 CQI의 궤환 지연 문제나 정보 양자화 오차로 인해 시스템의 성능이 저하될 수 있다. 또한, 주파수 분할 이중화(Frequency Division Duplex : FDD)시스템에서는 상기 TDD 시스템과 달리 상/하향링크 채널 특성이 서로 다르므로 주파수 채널정보를 얻기 위해서는 프루빙 신호를 보내는 것이 필수적이다.

종래의 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16e에서 사용되는 채널 프루빙은 상향링크의 마지막 영역에 연속적인 프루빙 부 채널을 할당하여 운용한다. 종래의 기술에 따르면, 먼저 기지국(BS : Base Station)은 하향링크 채널을 통해 각 사용자, 즉 이동 단말기(MS: Mobile Station)에게 프루빙 전송 부 채널의 시작 위치와 개수를 알려준다. 상기 기지국으로부터 전달되는 프루빙 전송 정보가 부 채널 시작점과 개수만으로 이루어져 있기 때문에 각 사용자는 시작 위치로부터 연속으로 할당된 부 채널 개수만큼 프루빙 신호를 전송하게 된다.

그러나, 상기에서 설명한 방법은 프루빙 전송 부 채널을 연속적으로 할당하기 때문에, 전 대역의 채널상태를 완전히 알기 위해서는 전 주파수 대역에 대한 프루빙 신호 전송이 필요하므로, 이에 대한 프루빙 부담(probing burden)이 매우 크다. 또한, 프루빙이 이루어지는 부 채널에 대해서만 채널 특성을 알 수 있기 때문에, 프루빙 전송 부 채널을 적게 할당할 경우 각 사용자 별로 최적의 전송 영역을 선택할 가능성이 낮아지며, 이로 인해 전체 시스템 성능이 저하된다.

또한, 프루빙 전송 부 채널을 연속적으로 할당할 경우 최적의 전송 영역을 선택하는데 있어 주파수 다이버시티 효과를 얻을 수 없다는 단점이 있다. 즉, 인접한 주파수 대역 간에는 채널 간 상관관계가 높기 때문에 이와 같이 연속적인 부 채널을 통해 프루빙을 할 경우에는 전송되는 프루빙 주파수 영역 간 채널변화가 크지 않으므로 프루빙 효과가 감소한다.

또한, 상기 OFDM 시스템에서 기회적 전송(OS)방법을 적용하고자 할 때, 상기 기지국은 모든 사용자들의 전 대역 순시 SNR값을 필요로 한다. 그러나, 이는 상당량의 프루빙 신호 부담(probing signaling burden)을 유발한다. 게다가, 사용자의 이동 속도가 빠를 경우, 성능 저하를 방지하기 위하여 더 많은 프루빙 정보량이 요구된다. 전체 시스템의 사용자 수를 K, 부 채널수를 M, 시간 축의 길이를 T, 순시 SNR 값을 얻기 위해 요구되는 프루빙 신호의 비트 수를 B라고 할 때, 기회적 전송(OS)을 위하여 요구되는 프루빙 신호의 전체 overhead는 KMB/T bps이다. 따라서, 전체 시스템의 부 채널 또는 사용자 수가 증가할 경우 프루빙 신호의 부담(burden)은 선형적으로 증가하게 된다.

이에 따라, 프루빙 부담(probing burden)을 최소화하면서 시스템 성능을 극대화하기 위한 전송방식이 요구된다.

본 발명은, 통신 시스템에서 채널 상황이 좋은 최적의 프루빙 부 채널을 선택하는 예비 프루빙(pre-probing)과, 상기 선택한 부 채널에만 프루빙 신호를 전송하는 메인 프루빙(main-probing)으로 구성된 프루빙 시스템 및 방법을 제안한다.
또한, 본 발명은, 통신 시스템에서 채널 특성이 좋은 부 채널에만 선택적으로 프루빙 신호를 전송할 수 있게 함으로써 프루빙 부담(probing burden)을 줄이면서도 주파수 다이버시티 효과를 통해 프루빙 전송 부 채널 수 감소에 따른 성능 저하를 방지하는 채널 프루빙 시스템 및 방법을 제안한다.
본 발명은 통신 시스템에서 기지국이 채널을 프루빙 하는 방법에 있어서, 각 사용자의 시간 축 채널 상관관계(time channel correlation)에 기반한 주파수 축의 채널 선택성(frequency selectivity)에 따라 프루빙 신호의 부 반송파 간격을 조절하면서 채널 특성이 좋은 부 채널을 선택하는 예비 프루빙(pre-probing)을 수행하는 과정과, 상기 선택한 부 채널에만 프루빙 신호를 전송하는 메인 프루빙(main-probing)을 수행하는 과정을 포함한다.
본 발명은 통신 시스템에서 채널을 프루빙 하는 시스템에 있어서, 각 사용자의 시간 축 채널 상관관계(time channel correlation)에 기반한 주파수 축의 채널 선택성(frequency selectivity)에 따라 프루빙 신호의 부 반송파 간격을 조절하면서 채널 특성이 좋은 부 채널을 선택하는 예비 프루빙(pre-probing)을 수행하고, 상기 선택한 부 채널에만 프루빙 신호를 전송하는 메인 프루빙(main-probing)을 수행하는 기지국을 포함한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작원리를 상세히 설명한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 패킷 전송 시스템에서 시간 축 채널 상관관계(Time Channel Correlation)를 이용한 채널 프루빙 시스템 및 방법을 제안한다. 이하 본 발명의 실시 예에서는 다중 사용자 무선 송수신 패킷 기반의 연속적인 다수의 부 반송파를 하나의 부채널로 하고, 상기 부채널이 다수개로 이루어진 상향링크 OFDM 시스템을 일 예로 하여 설명하기로 한다.
또한, 본 발명은 상기 상향링크 OFDM 시스템에서 각 사용자의 시간 축 채널 상관관계에 기반한 주파수 축의 채널 선택성(Frequency Selectivity)에 따라 프루빙 신호의 부 반송파 간격을 조절하면서, 채널 특성이 좋은 부 채널을 선택하는 예비 프루빙(pre-probing) 단계 및 상기 선택한 부 채널에만 상기 프루빙 신호를 전송하는 메일 프루빙(main-probing) 단계로 나누어 설명하기로 한다. 여기서 상기 사용자는 일 예로 이동 단말기를 칭할 수 있으며, 이하 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 '사용자'로 통칭하여 설명하기로 한다.

삭제

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 OFDM 패킷 전송 시스템에서 시간 축 채널 상관관계를 이용한 프루빙 시스템 및 방법은 총 사용자 수가 K이고 연속적인 N개의 부 반송파를 하나의 부 채널로 하는 총 M개의 부 채널로 이루어진 상향링크 OFDM 시스템에서 이루어진다. 먼저, 각 사용자는 하향링크 공통 파일럿을 이용하여 시간 축에서의 채널 상관관계를 추정한다. 그런 다음, 상기 각 사용자는 추정된 채널 상관 특성을 기지국으로 보고하고, 상기 기지국은 각 사용자의 채널 상관 특성을 본 발명에 따른 프루빙 방법에 이용한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 OFDM 패킷 전송 시스템에서 시간 축 채널 상관관계를 이용한 프루빙 방법을 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 상기 프루빙 방법은 채널상황이 좋은 최적의 프루빙 부 채널을 선택하는 예비 프루빙(pre-probing)과, 상기 예비 프루빙(pre-probing)에서 선택한 부 채널에만 프루빙 신호를 전송하는 메인 프루빙(main-probing)으로 구성되어 단계적으로 이루어 진다. 상기 예비 프루빙(pre-probing)과 메인 프루빙(main-probing)은 다중 사용자가 동시에 프루빙을 할 경우, 상기 기지국은 채널 특성이 더 좋은 사용자에게 해당 부 채널을 할당함으로써 다중 사용자 다이버시티 이득(MUD)을 얻을 수 있다. 즉, 상기 예비 프루빙(pre-probing)은 주파수 전 대역에서 채널 특성이 좋은 부 채널을 찾는 것이 목적이다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 OFDM 패킷 전송 시스템의 프루빙 방법에서 예비 프루빙(pre-probing) 신호의 부 반송파 할당을 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 상기 예비 프루빙 신호의 부 반송파 할당은, 동일한 자원을 이용할 경우 한 개의 부 채널에 프루빙 신호를 집중적으로 배치하는 것보다 일정 간격으로 분산시켜 배치함으로써 보다 많은 부 채널에 프루빙 신호를 전송하는 것이 바람직하다. 이와 같은 방식은 인접한 부 반송파간에 채널 특성의 변화가 크지 않다는 점과, 채널 값의 정확한 추정보다 부 채널 간 채널 크기의 비교가 목적인 예비 프루빙(pre-probing)의 특성을 이용한 것으로, 프루빙 부담(probing burden)을 줄이면서도 성능 저하를 최소화할 수 있다. 예비 프루빙(pre-probing) 신호인

는 도 2에 도시된 바와 같이 전 대역에 걸쳐 일정한 부 반송파 간격 d(≥K)만큼 떨어져 전송된다.

삭제

상기 수학식 1에서

는 파일럿 시퀀스(pilot sequence)의 l번째 신호이고 어깨문자(superscript) p는 예비 프루빙(pre-probing) 단계를 나타낸다. 각 사용자는 전 대역에 걸쳐 서로 다른 부 반송파에 상기 수학식 1과 같이 예비 프루빙(pre-probing) 신호를 전송함으로써 다중 사용자간 직교성(orthogonality)을 유지한다.

다음으로, 메인 프루빙(main-probing) 부 채널을 할당하기 위하여 상기 기지국은 상기 예비 프루빙(pre-probing) 신호를 추정하여 전체 부 채널 중에서 측정 임계값

보다 큰 SNR값을 갖는 부 채널 집합

을 결정한다. 부 채널 집합

는 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.

삭제

상기 수학식 2에서 임계값

는 하기 수학식 3과 같이 임계값 제어 파라미터 값

을 조정함으로써 결정된다.

삭제

여기서, 상기 β가 0이면 각 사용자는 모든 부 채널 중에 최대 SNR 값을 갖는 한 개의 부 채널에 대해서만 메인 프루빙(main-probing)을 수행하고, 상기 β가 1인 경우에는 모든 부 채널에 대해 메인 프루빙(main-probing)을 수행하게 된다.

이 때, 메인 프루빙 시퀀스(main-probing sequence)는 하기 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.

삭제

상기

는 파일럿 시퀀스(pilot sequence)의 l번째 신호이고, 어깨문자(superscript) m은 메인 프루빙(main-probing) 단계를 나타내고, μ는 상향링크의 파일럿 위상변이(pilot phase-shift)값, k는 동일한 부 반송파에서 동시에 프루빙 시퀀스(probing sequence)를 전송하는 사용자가 할당받은 인덱스로 1≤k≤μ의 값이다.

상기 수학식 4에서 프루빙 신호의 사용자별 위상 변이(phase shift)특성은 각 사용자에 대한 채널 측성이 시간 영역에서 직교성(orthogonality)을 유지할 수 있도록 해준다. 따라서, 상기 수학식 4의 프루빙 신호를 이용하면 기지국은 같은 시간 및 주파수 영역으로 동시에 프루빙 신호를 전송한 다중 사용자들의 채널 값을 분리하여 추정할 수 있다.

이 때, 각 사용자들이 처한 채널의 시간 축 상관관계에 따라 프루빙 부담(probing burden)과 성능을 고려하여 예비 프루빙(pre-probing)의 주기 T₁ 과 메인 프루빙(main-probing) 주기 T₂ 를 결정한다. T₁ 이 길어짐에 따라 채널 변화로 인하여 각 사용자 별로 채널상황이 좋은 부 채널을 할당할 확률이 줄어들고, T₂ 가 길어지면 이전 주기에서 추정된 채널 값을 통해 결정된 MCS(Modulation and Coding Scheme)값이 현재의 채널 값에 정확히 부합되지 못하기 때문에 시스템 성능이 저하된다. 시간 t와 t+△t 간의 상관관계는 하기 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.

삭제

상기 수학식 5에서 기호 *는 복소수 켤레 값을 나타낸다.

그리고, 예비 프루빙(pre-probing)의 주기 T₁ 과 메인 프루빙(main-probing)의 주기 T₂ 는 하기 수학식 6에 의해 정해진다.

삭제

여기서, 상기

와

값은 프루빙 성능과 overhead 모두를 고려하여 최적화되는 상관관계 임계값이다. 시스템은 각 사용자들의 예비 프루빙(pre-probing)과 메인 프루빙(main-probing) 신호가 서로 겹치지 않도록 주기를 적절히 조절하는 것이 바람직하다.

다음으로, 시스템 내 모든 사용자들의 임계값

가 모두 동일하다고 가정할 때(

=

), 본 발명의 실시 예에 따른 단계적 프루빙 방법에 따라 각 부 채널에 할당되는 사용자와 이에 따른 시스템 성능에 대하여 설명하기로 한다.

시간 t에서 사용자 k의 n번째 부 반송파의 채널 이득 값을

, m번째 부 채널의 채널 이득 값을

이라 할 경우, m번째 부 채널의 채널 이득 값은 부 채널 내 모든 부 반송파의 채널 이득 값들을 평균하여 하기 수학식 7과 같이 얻을 수 있다.

삭제

이때, 모든 사용자가 같은 평균 SNR값

을 가진다고 가정하면, 시간 t, 부 채널 m에서 추정된 사용자 k의 순시 SNR은 하기 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.

삭제

한편, 사용자들이 겪는 채널이 각 부 채널 별로 quasi-static이라 가정할 때, 해당 부 채널의 SNR에 대한 확률 밀도 함수(pdf)는 하기 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.

삭제

여기서, SNR의 누적 분포 함수(pdf)는 하기 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.

삭제

상기 수학식 10에서, 시간 t, 부 채널 m에서 프루빙 신호를 이용하여 추정된 사용자들의 SNR값들 중 가장 큰 SNR값을 가지는 사용자를 선택하여 그 사용자에게 해당 부 채널을 할당하는 '최적 사용자 선택(best user selection)' 스케쥴링 기법을 고려하면, 부 채널 m에 대한 'best user selection'스케쥴링을 통해 선택된 사용자는 하기 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.

삭제

먼저, 프루빙 주기 동안 채널 값이 변하지 않는다고 가정할 때, 즉 지연된 채널 정보로 인한 시스템 성능 저하가 없다고 할 경우, 추정된 SNR값에 대한 확률 분포 함수(pdf)와 누적 분포 함수(cdf)는 하기 수학식 12와 같이 나타낼 수 있다.또한 2단계 프루빙을 위한 임계값보다 더 낮은 SNR을 가지는 부 채널

에 대해서는 기지국이 해당 부 채널의 SNR값을

으로 가정했을 경우의 함수값이다.

삭제

따라서, 기지국이 각 부 채널에 대해 가장 큰 SNR값을 가지는 사용자를 해당 부 채널에 할당한다고 가정하면, 제안 기법의 시스템 성능은 하기 수학식 13과 같이 나타낼 수 있다.

삭제

반면, 모든 사용자들의 프루빙 신호가 전 대역을 걸쳐 모든 부 채널에 전송된다고 가정할 때 얻을 수 있는 최적 시스템 성능은 수학식 14와 같이 나타낼 수 있다.

삭제

그리고, 최적 시스템 성능과 비교하여 본 발명의 실시 예에 따른 프루빙 방법에서 성능손실은 하기 수학식 15와 같이 나타낼 수 있다.

삭제

사용자들의 수(k)가 늘어남에 따라 상기 수학식 15에서

이므로

값은 0으로 수렴하고, 본 발명의 실시 예에 따른 프루빙 방법에 의한 시스템 성능 손실은 0으로 수렴한다(

). 종래기술에 따른 IEEE 802.16e 통신 시스템의 기법이 본 발명과 같은 수의 프루빙 신호를 전송한다고 가정하면, 종래의 발명은 채널에 대한 정보 없이 초기화과정에서 기 결정된 임의의 연속된 부 채널에 대해서 프루빙 신호를 전송하기 때문에 채널 특성에 따른 최적의 영역을 선택할 수 없다.

반면, 본 발명의 실시 예에 따른 프루빙 방법은 예비 프루빙(pre-probing)을 통해 최적의 부 채널을 찾아서 프루빙을 하므로, 각 사용자별로 채널 특성에 따라 최적의 영역을 선택할 수 있는 확률이 더 높아진다.

다음으로 지연된 채널 정보에 따른 손실을 고려한 시스템 성능을 분석하면, 지연된 채널 값

는

을 이용하며, 하기 수학식 16과 같이 나타낼 수 있다.

삭제

여기서,

는

와 독립적이고 평균값 0, 분산 값 1을 가지는 complex Gaussian random variable이다. 이때, 시간 t+△t에서 m번째 부 채널의 SNR값은 하기 수학식 17과 같이 나타낼 수 있다.

삭제

상기 수학식 17에 따른 부 채널 m에서 최적 사용자 선택(best user selection)'스케쥴링을 통해 선택된 사용자의 SNR은 하기 수학식 18과 같이 나타낼 수 있다.

삭제

이는 각 채널 특성이 좋은 부 채널에만 각 사용자가 프루빙 신호를 전송하기 때문이다. 상기 수학식 18에서

라 설정하면, 시간 t+△t, 부 채널 m에서 얻을 수 있는 SNR은 하기 수학식19와 같이 나타낼 수 있다.

삭제

상기 △t가 증가함에 따라

값은 감소하게 되고 따라서 프루빙 주기가 길어질수록 전체적 시스템 성능은 저하된다.

한편, 하기 표 1은 시간 분할 이중화(TDD) 시스템 환경에서 종래의 상향링크의 마지막 영역에 연속적인 프루빙 부 채널을 할당하여 운용하는 프루빙 방법과 본 발명의 실시 예에 따른 프루빙 방법을 비교한 것이다.

Number of subcarriers per subchannel(N)	36
Number of subchannel(M)	24
Average SNR( )	10 dB
Doppler spread( )	21.3 Hz
rms delay spread(τ_rms)	2300 nsec
pre-probing interval(T₁)	25 ms (R(△t)≒0.1)
pre-probing interval(T₂)	5 ms (R(△t)≒0.85)
Channel estimation	Ideal
HARQ	Chase combine with maximum retransmission of 3

본 발명에서는 사용자들이 육각형(hexagonal)셀 안에 균등하게 분포되어 있다고 가정한다. 또한, 어떤 사용자도 프루빙을 전송하지 않는 부 채널들은 상용의라운드 로빈(round-robin) 스케쥴러를 통해 사용자를 할당한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 OFDM 패킷 전송 시스템의 프루빙 방법에서 예비 프루빙 시퀀스(pre-probing sequence)의 부 반송파 할당에 따른 성능을 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 상기 성능 그래프는, 사용자 수 K=12, 임계값 제어 파라미터 β=0.25일 때, 본 발명의 예비 프루빙(pre-probing)에 대한 실험결과로서, 연속적인 36개의 부 반송파들을 하나의 부 채널 단위로 가정할 경우, 동일한 프루빙 부담(probing burden)을 기준으로 총 P개의 부 채널에 대하여 예비 프루빙(pre-probing)을 하고, β=0.25로 설정하여 상위 채널에 대해서만 메인 프루빙(main-probing)을 수행할 경우 성능을 나타내었다. 동일한 프루빙 부담(probing burden)하에, 부 채널 내 예비 프루빙(pre-probing) 신호가 전송되는 부 반송파 간격(d)을 달리하여 예비 프루빙(pre-probing) 전송 부 채널의 개수를 조절하였다. 예비 프루빙(pre-probing)의 목적이 2단계 프루빙 전송을 위하여 채널 특성이 가장 좋은 영역을 찾는 것이므로, 동일한 프루빙 자원을 사용할 경우, 한 개의 부 채널에 프루빙 신호를 짧은 부 반송파 간격으로 집중적으로 배치하는 것(P=2, P=8, P=12)보다 프루빙 신호를 분산시켜 보다 많은 대역에 예비 프루빙(pre-probing) 신호를 전송하여(P=24) 다중 사용자 이득(MCD)을 얻는 것이 결과적으로는 더 우수한 효과를 얻을 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 OFDM 패킷 전송 시스템의 프루빙 방법의 예비 프루빙(pre-probing) 신호 간격(d)에 따른 성능을 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 상기 성능 그래프는 사용자 수 K=4, 임계값 제어 파라미터 β=0.65일 경우, 예비 프루빙(pre-probing)의 부 반송파 간격(d)에 따른 시스템 성능을 나타내는데, 간격(d)이 증가함에 따라 부 채널 당 전송되는 예비 프루빙(pre-probing) 신호의 개수가 감소되고, 이로 인해 정확한 채널 추정이 어려워지므로 시스템 성능은 감소된다. 또한, 채널의 딜레이 분포(delay spread)가 큰 환경에서는 간격(d)이 증가함에 따라 성능은 더 빠르게 감소함을 알 수 있다. 이는 채널 주파수 선택성이 큰 환경에서는 부 반송파 간격(d)이 커질수록 채널 변화로 인해 부 채널의 SNR값을 정확하게 추정하기 어려워지기 때문이다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 OFDM 패킷 전송 시스템의 프루빙 방법에서 메인 프루빙(main-probing)의 부 채널 개수에 따른 성능을 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 상기 성능 그래프는 사용자 수 K=36일 경우, 메인 프루빙(main-probing) 임계값 제어 파라미터(β)에 따른 본 발명의 성능을 나타낸 것으로, 상기 β가 증가함에 따라 본 발명의 실시 에에 따른 프루빙 방법의 성능이 빠르게 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이는 메인 프루빙(main-probing) 부 채널의 개수가 증가함에 따라 어떤 사용자도 메인 프루빙(main-probing) 신호를 전송하지 않는 부 채널의 개수가 줄어들기 때문이다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 OFDM 패킷 전송 시스템의 프루빙 방법에서 예비 프루빙(pre-probing)의 시간 간격에 따른 성능을 나타낸 도면이다.

도 6을 참조하면, 상기 성능 그래프는 사용자 수 K=4, 부 반송파 간격 d=36, 임계값 제어 파라미터 β=0인 경우, 예비 프루빙(pre-probing) 간격

에 따른 본 발명의 성능을 나타낸 것이다. 상기

이 증가함에 따라 성능이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이는 상기

이 증가함에 따라 각 사용자의 선택된 예비 프루빙(pre-probing) 부 채널이 더 이상 최적의 채널 특성을 보이지 못하기 때문이다. 또한, 도플러 값이 증가함에 따라 채널의 시간 축 상관관계가 작아지기 때문에 성능은 더 많이 감소하게 된다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 OFDM 패킷 전송 시스템의 프루빙 방법에서 메인 프루빙(main-probing)의 시간 간격에 따른 성능을 나타낸 도면이다.

도 7을 참조하면, 상기 성능 그래프는 사용자 수 K=4, 부 반송파 간격 d=36, 임계값 제어 파라미터 β=0인 경우, 메인 프루빙(main-probing) 간격

에 따른 본 발명의 성능을 나타낸 것이다. 상기

이 증가함에 따라 메인 프루빙(main-probing) 과정에서 선택된 MCS(modulation and coding scheme)가 데이터가 전송되는 시점의 채널 값과 정확히 일치하지 않게 되고, 에러 비율(Error rate)이 증가하게 되기 때문이다. 마찬가지로, 도플러 값이 증가함에 따라 채널의 시간 축 상관관계가 작아지기 때문에, 시스템의 성능 감소는 더욱 증가하게 된다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 OFDM 패킷 전송 시스템의 프루빙 방법과 종래기술에 따른 프루빙 방법의 성능을 비교하여 나타낸 도면이다.

도 8을 참조하면, 상기 성능 그래프는, 사용자 수 K=36, 부 반송파 간격 d=36, 임계값 제어 파라미터 β=0인 경우, 본 발명의 성능은 동일한 프루빙 부담(probing burden)을 사용하는 종래의 IEEE 802.16e 프루빙 방법과 비교하여 약 13%의 성능 향상을 보이는 것을 알 수 있다. 이는 상기 IEEE 802.16e 프루빙 방법의 경우 기 결정된 부 채널에 대하여 프루빙을 하기 때문에 채널변화에 따른 최적 대역을 프루빙 하지 못하기 때문이다. 또한, 최적 성능 방법과 비교하여 본 발명에 따른 단계별 프루빙 방법의 성능 손실은 그 사용자 수(K)가 증가할수록 점차 줄어들게 되는데, 이는 사용자 수(K)가 증가할수록 어떤 사용자도 프루빙하지 않는 부 채널 수의 감소와 함께 다중 사용자 다이버시티(MUD)이득, 최적의 부 채널 선택 이득을 얻기 때문이다.

삭제

본 발명에 따른 OFDM 패킷 전송 시스템에서 시간 축 채널 상관관계를 이용한 프루빙 시스템 및 방법은 AMC를 이용한 OFDM 시스템에서 프루빙 부담(probing burden)은 감소시키면서 시스템 성능을 높이기 위한 프루빙 방법으로, 하향링크뿐만 아니라 상향링크 전송에도 이용될 수 있도록 채널의 상관관계를 활용하여 프루빙 방법을 설계함으로써 상향링크 시스템 성능을 향상시키며, 단계별 프루빙 접근을 통하여 사용자별로 채널 상태가 가장 좋은 최적의 주파수 대역을 할당함으로써 시스템의 성능을 극대화하는 효과가 있다.

또한, 채널의 시간 축 상관관계를 이용하여 프루빙으로 인한 부담을 최소화하면서도 최적의 대역 선택으로 인한 주파수 다양성과 다중 사용자 다이버시티(MUD) 이득을 얻음으로써 보다 개선된 성능을 보장한다.
따라서, 본 발명에 의해 보다 효율적인 광대역 무선 이동 통신망의 패킷 서비스가 가능해지며, 보다 다양한 멀티미디어 컨텐츠를 서비스하는 것이 가능해진다. 궁극적으로는 종래의 이동통신시장의 질적 및 양적 확대를 야기할 수 있는 기반 기술을 개발하여 미래의 통신 환경에 있어 언제 어디서나 누구나 쉽게 원하는 다양한 멀티미디어 서비스를 받도록 할 수 있는 기술의 선점이 가능하도록 한다.

삭제

Claims

통신 시스템에서 기지국이 채널을 프루빙하는 방법에 있어서,

각 사용자의 시간 축 채널 상관관계(time channel correlation)에 기반한 주파수 축의 채널 선택성(frequency selectivity)에 따라 프루빙 신호의 부 반송파 간격을 조절하면서 채널 특성이 좋은 부 채널을 선택하는 예비 프루빙(pre-probing)을 수행하는 과정과,

상기 선택한 부 채널에만 프루빙 신호를 전송하는 메인 프루빙(main-probing)을 수행하는 과정을 포함하는 채널 프루빙 방법.
제 1항에 있어서,

상기 시간 축 채널 상관관계(time channel correlation)는 상기 사용자가 하향링크 공통 파일럿 신호를 이용하여 시간 축에서의 채널 상관관계를 추정하고, 상기 추정된 채널 상관특성을 기지국으로 보고하는 것임을 특징으로 하는 채널 프루빙 방법.
제 1항에 있어서,

상기 각 사용자의 주파수 축 채널 선택성(frequency selectivity)은 상기 사용자가 하향링크 공통 파일럿 신호를 이용하여 주파수 축에서의 주파수 축 채널 선택성을 추정하고, 상기 추정된 주파수 축 채널 선택성을 기지국으로 보고하는 것임을 특징으로 하는 채널 프루빙 방법.
제 1항에 있어서,

상기 예비 프루빙(pre-probing)을 수행하는 과정은 다수의 사용자 각자가 전 대역에 걸쳐 부 반송파를 일정한 간격 d(≥K)로 수학식
을 만족하는 예비 프루빙(pre-probing) 신호를 전송하고, 상기 예비 프루빙(pre-probing) 신호를 추정하여 상기 특정 임계값(
)보다 큰 SNR값을 갖는 수학식
를 만족하는 부 채널 집합(
)을 구하는 것을 특징으로 하는 채널 프루빙 방법.

여기서, 상기
는 파일럿 시퀀스(pilot sequence)의 l번째 신호이고, 어깨문자(superscript) p는 예비 프루빙(pre-probing) 단계를 나타내고, 상기
는 부 채널 집합(
)의 원소인 부 채널을 나타냄.
제 4항에 있어서,

상기 특정 임계값(
)은 수학식
을 만족하는 임계값 제어 파라미터(β)를 조정함으로써 결정하는 것을 특징으로 하는 채널 프루빙 방법.

여기서,
는 m번째 부 채널에서 추정되는 임의의 사용자 k의 순시 SNR값을 나타냄.
제 5항에 있어서,

상기 추정되는 순시 SNR값
는 수학식
를 만족하는 것을 특징으로 하는 채널 프루빙 방법.

여기서,
은 시간 t에서 사용자 k의 n번째 부 반송파의 채널 이득 값을
이라 할 때, 모든 부 반송파의 채널 이득 값들을 평균하여 얻는 m번째 부 채널에서의 채널 이득 값이고,
는 평균 SNR값을 나타냄.
제 1항에 있어서,

상기 메인 프루빙(main-probing)을 수행하는 과정은 상기 예비 프루빙(pre-probing) 과정에서 선택된 부 채널 집합(
)의 원소 부 채널
에 수학식
을 만족하는 메인 프루빙(main-probing) 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 채널 프루빙 방법.

여기서,
는 파일럿 시퀀스(pilot sequence)의
번째 신호이고, 어깨문자(superscript) m은 메인 프루빙(main-probing) 단계를 나타내고, μ는 상향링크의 파일럿 위상변이(pilot phase-shift)값, k는 동일한 부 반송파에서 동시에 프루빙 시퀀스(probing sequence)를 전송하는 사용자가 할당받은 인덱스로 1≤k≤μ의 값을 나타냄.
제 1항에 있어서,

상기 예비 프루빙(pre-probing)의 주기(
)는 수학식
을 만족하는 값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 채널 프루빙 방법.

여기서,
은 상관관계 임계값으로 상기 기지국에 보고된 각 사용자의 시간 축 채널 상관관계에 기반하여 결정됨.
제 1항에 있어서,

상기 메인 프루빙(main-probing)의 주기(
)는 수학식
을 만족하는 값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 채널 프루빙 방법.

여기서,
는 상관관계 임계값으로 상기 기지국에 보고된 각 사용자의 시간 축 채널 상관관계에 기반하여 결정됨.
통신 시스템에서 채널을 프루빙하는 시스템에 있어서,

각 사용자의 시간 축 채널 상관관계(time channel correlation)에 기반한 주파수 축의 채널 선택성(frequency selectivity)에 따라 프루빙 신호의 부 반송파 간격을 조절하면서 채널 특성이 좋은 부 채널을 선택하는 예비 프루빙(pre-probing)을 수행하고, 상기 선택한 부 채널에만 프루빙 신호를 전송하는 메인 프루빙(main-probing) 을 수행하는 기지국을 포함하는 채널 프루빙 시스템.
제 10항에 있어서,

상기 시간 축 채널 상관관계(time channel correlation)는 상기 사용자가 하향링크 공통 파일럿 신호를 이용하여 시간 축에서의 채널 상관관계를 추정하고, 상기 추정된 채널 상관특성을 기지국으로 보고하는 것임을 특징으로 하는 채널 프루빙 시스템.
제 10항에 있어서,

상기 각 사용자의 주파수 축 채널 선택성(frequency selectivity)은 상기 사용자가 하향링크 공통 파일럿 신호를 이용하여 주파수 축에서의 주파수 축 채널 선택성을 추정하고, 상기 추정된 주파수 축 채널 선택성을 기지국으로 보고하는 것임을 특징으로 하는 채널 프루빙 시스템.
제 10항에 있어서,

상기 기지국은, 다수의 사용자 각자가 전 대역에 걸쳐 부 반송파를 일정한 간격 d(≥K)로 수학식
을 만족하는 예비 프루빙(pre-probing) 신호를 전송하고, 상기 예비 프루빙(pre-probing) 신호를 추정하여 상기 특정 임계값(
)보다 큰 SNR값을 갖는 수학식
를 만족하는 부 채널 집합(
)을 구하는 것을 특징으로 하는 채널 프루빙 시스템.

여기서, 상기
는 파일럿 시퀀스(pilot sequence)의 l번째 신호이고, 어깨문자(superscript) p는 예비 프루빙(pre-probing) 단계를 나타내고, 상기
는 부 채널 집합(
)의 원소인 부 채널을 나타냄.
제 13항에 있어서,

상기 특정 임계값(
)은 수학식
을 만족하는 임계값 제어 파라미터(β)를 조정함으로써 결정하는 것을 특징으로 하는 채널 프루빙 시스템.

여기서,
는 m번째 부 채널에서 추정되는 임의의 사용자 k의 순시 SNR값을 나타냄.
제 14항에 있어서,

상기 추정되는 순시 SNR값
는 수학식
를 만족하는 것을 특징으로 하는 채널 프루빙 시스템.

여기서,
은 시간 t에서 사용자 k의 n번째 부 반송파의 채널 이득 값을
이라 할 때, 모든 부 반송파의 채널 이득 값들을 평균하여 얻는 m번째 부 채널에서의 채널 이득 값이고,
는 평균 SNR값을 나타냄.
제 10항에 있어서,

상기 기지국은 상기 예비 프루빙(pre-probing) 과정에서 선택된 부 채널 집합(
)의 원소 부 채널
에 수학식
을 만족하는 메인 프루빙(main-probing) 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 채널 프루빙 시스템.

여기서,
는 파일럿 시퀀스(pilot sequence)의
번째 신호이고, 어깨문자(superscript) m은 메인 프루빙(main-probing) 단계를 나타내고, μ는 상향링크의 파일럿 위상변이(pilot phase-shift)값, k는 동일한 부 반송파에서 동시에 프루빙 시퀀스(probing sequence)를 전송하는 사용자가 할당받은 인덱스로 1≤k≤μ의 값을 나타냄.
제 10항에 있어서,

상기 예비 프루빙(pre-probing)의 주기(
)는 수학식
을 만족하는 값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 채널 프루빙 시스템.

여기서,
은 상관관계 임계값으로 상기 기지국에 보고된 각 사용자의 시간 축 채널 상관관계에 기반하여 결정됨.
제 1항에 있어서,

상기 메인 프루빙(main-probing)의 주기(
)는 수학식
을 만족하는 값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 채널 프루빙 시스템.

여기서,
는 상관관계 임계값으로 상기 기지국에 보고된 각 사용자의 시간 축 채널 상관관계에 기반하여 결정됨.