KR100850821B1 - 다중 접속을 지원하는 디지털 데이터 송수신 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무선 디지털 통신에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 복수의 직교 자원 간의 도약을 통해 디지털 데이터를 송수신하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 디지털 통신 방법은, 제1 통신국이 제공하는 셀 영역 내에 위치하는 복수의 제2 통신국 각각으로부터 상기 제1 통신국으로의 다중 접속을 허용하며, 제1 통신국은 복수의 직교하는 무선통신 자원을 시간에 따라 배열하여 생성된 도약 패턴을 각각의 제2 통신국에 부여하고, 각각의 제2 통신국은, 부여받은 도약 패턴에 포함된 상기 직교 자원에 데이터 심벌을 매핑하여 제1 통신국으로 전송하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 제한된 무선통신 자원을 효율적으로 활용하여 다중접속 용량을 획기적으로 증대시킬 수 있다. 특히, 본 발명은 채널 활성도가 낮은 디지털 데이터 송수신 시스템에 적합한 다중 접속 방식을 제공한다.
Figure R1020060103948
자원 도약 패턴, 직교 자원, 충돌, 다중 접속, 상향링크, 동기화, 사전 등화.

Description

다중 접속을 지원하는 디지털 데이터 송수신 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS OF TRANSMITTING AND RECEIVING DIGITAL DATA SUPPORTING MULTIPLE ACCESS}
도 1은 본 발명에 따른 디지털 통신 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 직교 부호 도약 패턴을 예시하는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 데이터 전송 방법을 단계별로 도시한 흐름도이다.
도 4는 직교 자원 도약의 단위의 일례로서 인접한 복수의 직교 자원을 그룹화하여 형성된 직교 자원 블록의 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 데이터 전송 방법에서 제1 통신국에서 수신되는 데이터를 시간적으로 동기화하는 과정을 예시하는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 데이터 수신 방법을 단계별로 도시한 흐름도이다.
도 7 내지 도 10은 본 발명의 여러 실시예들에 따른 송신 데이터 심벌 및 수신 데이터 심벌의 신호 성상도를 예시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 심벌 검출 과정을 예시하는 흐름도이다.
도 12 내지 14는 본 발명의 여러 실시예들에 따른 송신기 장치의 내부 구성 을 각각 도시한 블록도이다.
도 15 내지 도 18은 본 발명의 여러 실시예들에 따른 수신기 장치의 내부 구성을 각각 도시한 블록도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110: 제1 통신국
121, 122, 123: 제2 통신국
1230, 1530: 직교 주파수 도약 패턴 생성기
1330, 1630: 직교 부호 도약 패턴 생성기
1430, 1730: 직교 시간 도약 패턴 생성기
1540, 1640, 1740, 1814: 채널 추정기
1550, 1650, 1750, 1813: 충돌 검사 및 제어기
본 발명은 무선 디지털 통신에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 복수의 직교 자원 간의 도약을 통해 디지털 데이터를 송수신하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
무선 이동통신 시스템의 대표적인 예인 부호 분할 다중 접속(code division multiple access, CDMA) 시스템에서는 가입자(사용자) 수용 용량이 주로 셀 내의 사용자들 간의 신호 간섭에 의해 제한되어 왔다. 근래에 이와 같은 셀 내 간섭(intra-cell interference) 문제를 극복하기 위한 방안으로서, 직교 부 호(orthogonal code)를 이용하는 방법이 제안된 바 있다.
직교 부호를 이용하는 방법이란, 셀 내의 각 사용자가 직교성을 가진 서로 다른 부호 자원을 이용하여 자신의 데이터를 부호화하여 기지국으로 전송함으로써 셀 내 사용자들 간의 간섭을 방지하는 방법을 의미한다.
그러나, 제한된 길이의 시퀀스로 만들 수 있는 직교 부호의 수에 제한이 있기 때문에, 위의 방법은 단일 셀이 수용 가능한 사용자의 수가 생성 가능한 직교 부호의 수에 의해 제한된다는 문제가 있다. 물론, 셀 내 사용자의 수가 생성 가능한 직교 부호의 수를 초과하게 되면 초과분에 해당하는 사용자들에게는 준직교 부호(quasi-orthogonal code)를 부여하는 방식으로 이 문제를 해결할 수도 있다. 그러나, 이처럼 부분적으로 준직교 부호를 이용하는 것은 채널의 활성도(activity)가 낮은 경우에는 적절한 해결책이 되지 못한다.
즉, 각 사용자 단말기가 기지국에 연결은 되어 있지만 실제로 데이터 전송을 위해 채널을 사용하고 있는 시간의 비율이 작은 경우에는, 직교 부호를 이용하는 각 사용자 단말기의 채널이 동시에 활성화될 확률이 낮아, 많은 경우에 복수의 사용자 단말기가 서로 직교성이 유지되지 않는 부호들을 이용하여 데이터를 동시에 전송하게 되므로, 제한된 직교 부호 자원의 비효율적인 이용이 될 뿐만 아니라 셀 내 간섭 억제 효과마저 증가하지 않거나 오히려 저하될 수 있다.
한편, IEEE802.16e 표준으로 대표되는 휴대 인터넷 와이브로(WiBro, Wireless Broadband)는 각 단말기가 기지국으로의 데이터 전송을 위해 사용하는 상향링크(uplink) 무선통신 자원을 일괄적으로 스케쥴링하여 셀 내 간섭이 발생하지 않도록 하는 전혀 다른 접근 방법을 취하고 있다.
그러나, 기지국이 각 단말기를 위한 무선통신 자원을 일괄적으로 스케쥴링하는 데에는 상당한 시그널링 오버헤드가 따른다. 즉, 이 방법에 따르면, 셀 내의 각 사용자에 대한 자원 할당 및 해제와 연관된 상당한 양의 시그널링이 요구된다. 특히, 사용자의 유출입으로 인해 셀 내 사용자 분포에 잦은 변동이 있거나, 단일 셀이 수용해야 할 사용자의 수가 많은 경우에는, 시그널링 사이클이 지나치게 길어져 구현이 실질적으로 어렵게 될 수 있다.
본 발명에서는 앞서 언급한 종래 기술의 문제점들을 해결하기 위하여 각각의 송신단이 일정한 도약 패턴에 따라 복수의 무선통신 자원 간을 도약하면서 데이터를 송수신하는 새로운 기술을 제안하고자 한다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 제한된 무선통신 자원을 효율적으로 사용함으로써 사용자 단말기들 간에 발생하는 셀 내 간섭을 최소화하면서도 구현이 용이한 새로운 형태의 다중 접근 방식을 제공하는 것을 그 목적으로 한다. 또한 본 발명은, 이를 통해 셀 내 간섭으로 인한 시스템의 성능 저하를 막고 셀의 가입자 용량을 극대화하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 셀 내 간섭의 억제를 위한 무선통신 자원의 스케쥴링 과정을 완전히 또는 부분적으로 제거함으로써 시그널링 오버헤드의 감소와 데이터 전송 지연의 완화를 이루는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 서비스 품질 기준에 따라 사용자를 복수의 그룹으로 구분하 여, 일 그룹에 대해서는 스케쥴링 기반의 다중 접근을 허용하고, 또 다른 일 그룹에 대해서는 비스케쥴링 기반의 다중 접근을 허용함으로써, 다양한 서비스 품질 요구를 가진 복합적인 사용자 집단에 대한 유연한 서비스 제공을 가능하게 하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 서로 다른 종류의 직교하는 무선통신 자원들을 조합하여 사용하거나, 복수의 인접한 무선통신 자원을 그룹으로 묶어 상기 그룹 단위로 도약하면서 데이터를 전송하도록 함으로써 무선통신 자원 관리의 효율화를 꾀하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 서로 다른 도약 패턴 간에 충돌이 감지된 경우에, 서로 다른 송신단으로부터 동시에 전송된 각각의 데이터 심벌을 복호화하는 다양한 기법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하고, 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따른 데이터 수신 방법은 제1 통신국에서, 상기 제1 통신국이 제공하는 셀 영역 내에 위치하는 복수의 제2 통신국으로부터, 복수의 직교하는 무선통신 자원 간을 도약하면서 상기 직교 자원을 통해 전송되는 데이터를 수신하는 방법으로서, 복수의 제2 통신국 중 적어도 두 개의 제2 통신국 간의 도약 패턴 충돌 여부를 감지하는 단계; 및 상기 도약 패턴 충돌이 감지된 경우에, 상기 적어도 두 개의 제2 통신국에 대하여 추정된 무선 채널 특성에 기초하여 각각의 상기 적어도 두 개의 제2 통신국으로부터 전송된 데이터 심벌을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 데이터 전송 방법은 복수의 직교하는 무선통신 자원을 시간에 따라 배열하여 상기 복수의 직교 자원 간의 도약 패턴을 생성하는 단계; 도약 패턴에 포함된, 특정 시간 슬롯에 할당된 직교 자원에 데이터 심벌을 매핑하여 송신 신호를 생성하는 단계; 및 무선 채널을 통해 송신 신호를 제1 통신국으로 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 디지털 통신 방법은 복수의 제2 통신국을 서비스 품질 기준에 따라 복수의 서비스 그룹으로 구분하여, 제1 서비스 그룹에 포함되는 제2 통신국에 대해서는 상향링크 자원의 스케쥴링을 통하여 다중 접속을 허용하고, 제2 서비스 그룹에 포함되는 제2 통신국에 대해서는 복수의 직교하는 무선통신 자원 간을 도약하면서 데이터 심벌을 상기 직교 자원에 매핑하여 제1 통신국으로 전송하는 방식의 다중 접속을 허용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 디지털 통신 방법은 제1 통신국이 제공하는 셀 영역 내에 위치하는 복수의 제2 통신국 각각으로부터 상기 제1 통신국으로의 다중 접속을 허용하는 방법으로서, 제1 통신국은 복수의 직교하는 무선통신 자원을 시간에 따라 배열하여 생성된 도약 패턴을 각각의 제2 통신국에 부여하고, 각각의 제2 통신국은, 부여받은 도약 패턴에 포함된 직교 자원에 데이터 심벌을 매핑하여 제1 통신국으로 전송하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 다중 접근 방식, 그리고 상기 다중 접근 방식을 지원하는 디지털 데이터의 송수신 방법 및 장치에 대해 상세 히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 디지털 통신 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 디지털 통신 시스템은 이동성 및 무선통신 기능을 구비한 복수의 제2 통신국(121, 122, 123)과, 이들 제2 통신국(121, 122, 123)에 일정한 범위의 셀 영역을 제공하고 상기 셀 영역 내에 위치하는 제2 통신국(121, 122, 123)과 데이터를 송수신하는 제1 통신국(110)을 포함한다.
제1 통신국(110)은 CDMA 또는 GSM 방식의 3세대 이동통신 시스템의 기지국(base station, BS), 휴대 인터넷 시스템의 기지국(radio access station, RSS), 또는 무선 랜(wireless local area network, WLAN) 시스템의 액세스 포인트(access point, AP) 장치와 같이 이동성을 구비한 단말 장치에 무선 통신 영역(셀 영역)을 제공하는 다양한 종류의 통신 장비를 포함할 수 있다. 또한, 제2 통신국(121, 122, 123)은 기지국 장치 등에 의해 제공되는 무선통신 영역(셀 영역) 내에 위치하는, 이동성을 구비한 각종 단말 장치를 의미하는데, 무선통신 시스템의 종류에 따라 이동국(mobile station, MS), 이동통신 단말기(mobile communication terminal), 휴대 가입자 단말기(portable subscriber station, PSS) 등으로 불리운다.
제1 통신국(110)은 복수의 제2 통신국(121, 122, 123)에 무선통신 서비스를 제공하기 위하여 이들 제2 통신국(121, 122, 123)으로부터의 다중 접속을 허용한다. 본 발명에 따른 디지털 통신 시스템에서, 복수의 제2 통신국(121, 122, 123)은 각각 시간에 따라 일정한 패턴으로 배열된 복수의 직교하는 무선통신 자원(이하 "직교 자원"이라 함) 간을 도약하면서 데이터를 전송하는 것을 특징으로 한다.
도 2는 직교 자원의 일례인 직교 부호(orthogonal code)를 이용한 도약 패턴(hopping pattern)을 예시한다. 각각의 제2 통신국(201~206)에는 상이한 도약 패턴(211~216)이 부여된다. 각각의 도약 패턴(211~216)에는 길이 Ts의 시간 슬롯 단위로 할당된 복수의 직교 부호가 포함되어 있는데, 예를 들어, 제2 통신국(201)의 (n+2)번째 시간 슬롯(221)에는 7번 직교 부호인 "OC#7"이, 제2 통신국(202)의 (n+4)번째 시간 슬롯(222)에는 11번 직교 부호인 "OC#11"이 할당되어 있다. 각 제2 통신국(201~206)은 이처럼 시간 슬롯 단위로 배열된 복수의 직교 부호 간을 도약하면서, 각 시간 슬롯에 할당된 직교 부호를 이용하여 데이터 심벌을 제1 통신국으로 전송한다.
참고로, 직교 부호 간을 '도약한다' 함은, 고정적으로 할당된 하나의 직교 부호를 계속적으로 이용하여 복수의 데이터 심벌을 전송하는 대신, 데이터 심벌을 전송하기 위해 이용하는 직교 부호를 도약 패턴에 포함된 상이한 직교 부호로 매 시간 슬롯마다 전환하는 과정을 의미한다. 이러한 '도약'의 의미는 후술하는 직교 주파수 자원, 직교 시간 자원 등의 다양한 종류의 직교 자원 간의 도약에 대해서도 적용된다.
상이한 직교 부호 간에는 직교성이 보장되므로, 제1 통신국은 별개의 제2 통신국(201~206)으로부터 상이한 직교 부호를 이용하여 동시에 전송되는 데이터 심벌들을 각각 검출해 낼 수 있다. 그러나, 예컨대 제2 통신국(203)과 제2 통신국(205)의 도약 패턴에 포함된 (n+2)번째 시간 슬롯(221)에 공통적으로 11번 직교 부호인 "OC#11"이 할당되고, 제2 통신국(205)과 제2 통신국(206)의 도약 패턴의 (n+4)번째 시간 슬롯(222)에 각각 7번 직교 부호인 "OC#7"이 할당된 것과 같이, 상이한 제2 통신국(201~206)이 동일한 시간 슬롯에 동일한 직교 부호를 이용하여 데이터 심벌을 전송하는 경우에는 이를 수신한 제1 통신국에서 상이한 제2 통신국(201~206)으로부터 전송된 데이터 심벌을 검출해 낼 수 없게 된다. 본 명세서에서는 이와 같은 상황을 도약 패턴 충돌(hopping pattern collision)이라고 하고, 충돌이 발생한 제2 통신국, 즉 (n+2)번째 시간 슬롯(221)에서의 제2 통신국(203)과 제2 통신국(205), 그리고 (n+4)번째 시간 슬롯(222)에서의 제2 통신국(205)과 제2 통신국(206)을 "충돌국(collided stations)"이라고 지칭한다.
도약 패턴 충돌은 실제로 데이터를 전송하고 있는, 즉 활성화 상태에 있는 제2 통신국(201, 203, 205, 206) - 실선으로 표시됨 - 간에 발생하고, 제1 통신국에 접속해 있으나 데이터 전송을 위해 활성화되어 있지 않은 제2 통신국(202, 204) - 점선으로 표시됨 - 에 대하여는 발생하지 않는다. 예를 들어, (n+3)번째 시간 슬롯에서 제2 통신국(204)과 제2 통신국(205)의 도약 패턴에는 공통적으로 12번 직교 부호인 "OC#12"가 할당되어 있지만, 제2 통신국(204)이 데이터 전송을 위해 활성화되지 않은 상태, 즉 비활성화 상태에 있기 때문에, 제1 통신국에서는 충돌 없이 제2 통신국(205)으로부터 전송된 데이터 심벌을 검출할 수 있다. (n+6)번째 시간 슬롯에서 공통적으로 14번 직교 부호 "OC#14"를 이용하는 제2 통신국(201) 및 제2 통신국(202)에 대해서도 동일하다. 따라서, 제1 통신국은 특정 시간 슬롯에서 데이터 심벌을 검출하기 위해 먼저 각각의 제2 통신국(201~206)의 활성화 상태를 확인해야 한다. 또한, 제1 통신국은 각각의 제2 통신국(201~206)에 대응하는 도약 패턴(211~216)을 검출하며, 상기 활성화 상태 정보와 상기 검출된 도약 패턴 생성 정보를 이용하여 도약 패턴 충돌을 감지한다. 충돌이 감지된 경우 제1 통신국은 별도의 방법을 적용하여 충돌국(203, 205, 206)들이 각각 전송한 데이터 심벌을 검출한다. 제1 통신국에서의 구체적인 데이터 수신 방법에 대해서는 뒤에서 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 2의 직교 부호는 일반적으로 대역 확산 시스템 등에 이용되는 직교성을 구비한 코드 시퀀스로서, 그 대표적인 예로는 왈쉬 코드(Walsh code), PN 코드(pseudo-noise code) 등이 있다. 한편, 도 2에서는 직교 자원의 일례로서 직교 부호를 이용하는 경우를 예시하였으나, 본 발명의 도약 패턴은 직교 부호 자원 외에, 직교하는 주파수 자원 또는 직교하는 시간 자원을 시간에 따라 배열하여 구성될 수 있다. 직교하는 주파수 자원이란, OFDMA(orthogonal frequency division multiple access) 시스템에 적용되는 것과 같은 종류의, 상호간 직교성이 보장된 부반송파 집합을 의미한다. 또한, 직교하는 시간 자원은 시간 슬롯을 더욱 세분화한 복수의 서브 시간 슬롯의 이용 여부를 나타내는 비트맵을 포함할 수 있다. 이 비트맵들 간에는 직교성이 보장되는데, 이를테면 (+1, +1, +1, +1), (+1, +1, -1, -1), (+1, -1, -1, +1), (+1, -1, +1, -1)과 같다.
이하에서는 앞서 설명한 직교 자원 도약 패턴을 이용하여 데이터를 송수신하는 방법을, 제2 통신국에서의 전송의 관점과 제1 통신국에서의 수신의 관점에서 각각 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 데이터 전송 방법을 단계별로 도시하는 흐름도이다. 도 3에 따르면, 각각의 제2 통신국은 단계(S310)에서 직교 자원 도약 패턴을 생성한다. 보다 구체적으로, 단계(S310)에서는 직교하는 주파수 자원, 직교하는 부호 자원, 또는 직교하는 시간 자원 등의 복수의 직교 자원을 시간에 따라 배열하여 도약 패턴을 생성한다. 단계(S310)에서는, 또 달리, 상술한 여러 종류의 직교 자원들 중 둘 이상을 조합하여 도약 패턴을 생성할 수도 있다.
다음으로, 단계(S320)에서는 도약 패턴의 특정 시간 슬롯에 할당된 직교 자원에 데이터 심벌을 매핑하여 송신 신호를 생성한다. 사용된 직교 자원이 직교 주파수 자원이라면, 심벌 매핑 과정은 데이터 심벌의 변조 시퀀스를 부반송파 집합에 매핑하는 과정을 포함할 수 있다. 이와 달리, 직교 자원이 직교 부호 자원이라면, 심벌 매핑 과정은 데이터 심벌을 직교 부호를 이용하여 확산(spread)하는 과정을 포함할 수 있다.
마지막으로, 단계(S330)에서는 단계(S320)에서 생성된 송신 신호를 각각의 제2 통신국과 연관된 상향링크 채널을 통해 제1 통신국으로 송신한다. 단계(S320) 및 단계(S330)는 데이터 전송을 위해 활성화된 제2 통신국, 즉 대응하는 무선 채널이 활성화 상태에 있는 제2 통신국에 대해서만 수행된다.
일 실시예에 따르면, 단계(S310)는 복수의 직교 자원을 시간에 따라 무작위로 배열하여 도약 패턴을 생성한다. 즉, 각각의 제2 통신국은 랜덤 시퀀스 발생기를 이용하여, 복수의 직교 자원을 랜덤 시퀀스에 따라 무작위로 배열할 수 있다. 이 경우, 제1 통신국으로부터 별도의 시그널링을 요하지 않아 도약 패턴 생성 과정 이 단순화되고, 제1 통신국에 동시에 접속하는 제2 통신국의 수에 비해 직교 자원의 양이 충분히 많다면 상이한 제2 통신국이 동시에 동일한 직교 자원을 이용할 확률이 높지 않아 크게 문제가 되지 않는다.
그러나, 다른 실시예에 따르면, 제2 통신국은 제1 통신국으로부터 도약 패턴 생성 정보를 수신한다. 도약 패턴 생성 정보는, 일례로서 제1 통신국 및/또는 제2 통신국과 연관된 식별 번호일 수 있다. 제2 통신국은 수신된 도약 패턴 생성 정보를 이용하여 데이터 전송에 이용할 도약 패턴을 생성한다. 도약 패턴 생성의 방법으로는, 상기 도약 패턴 생성 정보를 도약 패턴 발생기의 시드(seed) 정보로서 입력하여 도약 패턴을 발생시키는 방법, 상기 도약 패턴 생성 정보를 인덱스 정보로서 이용하여 대응되는 도약 패턴을 각각의 제2 통신국에 내장된 메모리로부터 독출하는 방법 등이 있다.
제2 통신국에 포함된 도약 패턴 생성 수단이 제1 통신국에도 포함되어 있다면, 제1 통신국은 제2 통신국에 부여하는 도약 패턴 생성 정보를 동일한 방식으로 이용하여 각각의 제2 통신국에 대응하는 도약 패턴을 생성할 수 있다. 이를 통해, 제1 통신국에서의 도약 패턴 검출 과정이 단순화될 수 있다. 이에 대해서는 후술하도록 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 복수의 직교 자원을 인접한 직교 자원들끼리 그룹화하여 복수의 직교 자원 블록을 생성하고, 생성된 직교 자원 블록을 시간에 따라 배열하여 도약 패턴을 생성한다. 즉, 개개의 직교 부호, 직교 부반송파 집합, 또는 직교 서브 시간 슬롯 비트맵 단위로 도약 패턴을 구성하는 대신, 인 접한 자원들을 그룹화하여 마련된 직교 자원 블록 단위로 도약 패턴을 구성할 수 있다.
도 4는 본 실시예에 따른 직교 자원 블록의 구성을 예시한다. 도 4에 도시된 바에 따르면, 도약의 기본 단위인 직교 자원 블록은 주파수축을 따라 인접하여 배열된 12개의 부반송파와 시간축을 따라 인접하여 배열된 5개의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심벌로 구성된다. 블록의 네 모서리에는 각각 네 개씩의 부반송파가 파일럿 심벌을 위해 할당된다. 이는 최대 네 개의 제2 통신국이 충돌을 일으킬 수 있음을 의미한다. 즉, a, b, c, d 네 개의 제2 통신국이 있다고 할 때, 제2 통신국 a는 블록의 맨 왼쪽의 자원(401)에 파일럿 심벌을 매핑한다. 같은 방식으로 제2 통신국 b, c, d는 각각 블록의 자원(402, 403, 404)에 파일럿 심벌을 매핑한다. 이처럼 도 4의 직교 자원 블록은 최대 네 개의 제2 통신국으로부터의 파일럿 심벌을 간섭 없이 수용할 수 있다.
파일럿 심벌은 제1 통신국에서의 채널 추정에 이용된다. 도 4와 같이 인접한 직교 자원을 그룹화하여 블록 단위로 도약 패턴을 구성하고, 블록에 포함된 직교 자원의 일부만을 파일럿 심벌에 할당하게 되면, 데이터 심벌의 전송과 별도로 파일럿 심벌의 전송을 위한 상당한 양의 시그널링을 제거하여 파일럿 오버헤드를 감소시키고 데이터 송수신 과정을 단순화할 수 있다. 이와 같은 블록 단위의 직교 자원 도약 패턴 생성 방법은, 인접한 직교 자원 간에는 채널 특성이 유사하기 때문에 블록에 포함된 직교 자원 중 일부에만 파일럿 심벌을 매핑해도 각각의 직교 자원에 대응하는 무선 채널의 추정 성능이 크게 저하되지 않는다는 특성을 이용한 것 이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 단계(S320)는 제1 통신국으로부터 무선 채널의 추정값을 수신하고, 수신된 무선 채널 추정값에 기초하여 송신 신호를 위상 및/또는 크기의 면에서 보상한다.
송신 신호의 보상 방법을 보다 구체적으로 예시하면, 제2 통신국으로부터의 송신 신호가 제1 통신국에서 수신될 때의 수신 전력이 제2 통신국과 관계없이 일정해지도록 각 제2 통신국에서 전력 제어를 수행할 수 있다. 또는, 각각의 제2 통신국에서 송신 신호의 위상을 조정하여, 복수의 제2 통신국으로부터의 송신 신호가 제1 통신국에서 일정한 위상의 신호로서 수신되도록 보상할 수 있다. 또 달리, 각각의 제2 통신국은 송신 신호의 전력과 위상을 동시에 조정하여, 송신 신호가 제2 통신국에 관계없이 제1 통신국에서 일정한 전력 및 위상을 가진 신호로서 수신되도록 보상할 수 있다. 이처럼 서로 다른 형태로 위상 및/또는 크기(전력)의 면에서 보상되어 전송된 송신 신호를 제1 통신국에서 수신하여 데이터 심벌을 검출하는 구체적인 방법에 대해서는 뒤에서 보다 상세히 설명하도록 한다.
앞서 도 2를 통해 설명한 바와 같이, 본 발명과 관련하여 새롭게 제안되는 다중 접속 방식에 따르면 제1 통신국은 복수의 제2 통신국 간의 도약 패턴 충돌을 감지하는데, 이를 위해서 각 제2 통신국에 대응하는 도약 패턴에 포함된 시간 슬롯들을 제1 통신국에서 수신시 시간적으로 동기화시킬 수 있다.
단계(S330)는 제1 통신국으로부터 전송된 신호의 수신 시간 지연량을 측정하는 단계, 측정된 수신 시간 지연량에 기초하여 송신 시간 오프셋을 계산하는 단계, 및 송신 신호를 송신 시간 오프셋만큼 앞당겨 제1 통신국으로 송신하는 단계를 포함할 수 있다.
도 5는 제1 통신국에서 수신되는 신호를 시간적으로 동기화하기 위해 제2 통신국에서 신호 송신 시간을 제어하는 과정을 예시한다. 도 5를 참조하면, 각각의 제2 통신국(501, 502, 503)은 제1 통신국으로부터 시간(571)에 각각 전송된 프레임(541, 542, 543)을 시간 지연(511, 512, 513)을 거쳐 수신한다. 각각의 제2 통신국(501, 502, 503)은 시간 지연(511, 512, 513)의 양을 측정하고, 시간 지연량에 대응하는 송신 시간 오프셋(521, 522, 523)을 각각 측정된 시간 지연량에 기초하여 계산한다. 송신 시간 오프셋은 하향링크(561) 채널과 상향링크(562) 채널의 상관관계를 참조하여 계산되는데, 제2 통신국(501, 502, 503)으로부터 제1 통신국으로 프레임(551, 552, 553) 전송시 예상되는 시간 지연을 반영한다.
이제, 각각의 제2 통신국(501, 502, 503)은 계산된 송신 시간 오프셋(521, 522, 523)과 프레임(551, 552, 553) 전송 자체에 소요되는 시간을 고려하여 프레임(551, 552, 553)의 송신 타이밍을 결정한다. 이로써, 시간(531, 532, 533)에 각 제2 통신국(501, 502, 503)으로부터 송신된 프레임(551, 552, 553)은 제1 통신국에서 시간(572)에 동시에 수신된다.
상향링크(562) 채널 특성의 시간적 변동, 또는 송신 시간 오프셋(521, 522, 523) 계산의 오차로 인해 실제의 제1 통신국에서의 프레임(551, 552, 553) 수신 시간(572)에 약간의 오차가 발생할 수 있지만, 오차의 크기가 순환 전치(cyclic prefix) 구간의 길이에 미치지 못한다면 프레임(551, 552, 553)이 정상적으로 수신 된 것으로 볼 수 있다.
이처럼, 본 실시예에 따르면, 서로 다른 시간 지연을 갖는 각 제2 통신국에서의 신호 송신 시간을 조정함으로써, 이들 제2 통신국으로부터 송신된 신호가 제1 통신국에서 동시에 수신되도록 제어할 수 있다. 이를 통해, 복수의 제2 통신국 각각에 대응하는 도약 패턴이 제1 통신국에서 시간적으로 동기화된다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 데이터 수신 방법을 단계별로 도시한 흐름도이다. 도 6의 흐름도는 제1 통신국에 의해 수행된다.
먼저, 도 6의 단계(S610)에서 제1 통신국은 각각의 제2 통신국이 데이터 전송을 위해 이용하는 직교 자원 도약 패턴을 검출한다. 보다 구체적으로, 제1 통신국은 각각의 제2 통신국으로부터 도약 패턴과 관련된 별도의 정보를 수신함으로써 도약 패턴을 검출할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 제1 통신국은 복수의 제2 통신국 각각에 대응하는 도약 패턴을 생성하여 각각 할당하고, 이 생성 및 할당 정보를 참조하는 방식으로 각각의 제2 통신국에 대응하는 도약 패턴을 검출할 수 있다. 이를 위해, 제1 통신국은 먼저 복수의 직교 자원을 조합하여 복수의 도약 패턴을 생성하고, 이를 복수의 제2 통신국에 할당한다. 일례로서, 제1 통신국은 복수의 직교 자원을 무작위적으로 선택하여 시간에 따라 배열함으로써 도약 패턴을 생성할 수 있다.
또는, 상호간 도약 패턴 충돌이 발생하지 않도록 복수의 직교 자원을 조합하여 생성된 도약 패턴을 '비충돌 도약 패턴'이라고 할 때, 제2 통신국의 총 수가 제한된 양의 직교 자원으로부터 생성 가능한 비충돌 도약 패턴의 총 수 이하인 경우 에 제2 통신국에 각각 비충돌 도약 패턴을 할당하고, 제2 통신국의 총 수가 생성 가능한 비충돌 도약 패턴의 총 수를 초과하는 경우에 초과분에 해당하는 제2 통신국에 각각 복수의 직교 자원의 무작위적 조합에 의해 생성된 도약 패턴을 할당할 수 있다.
또 달리, 제1 통신국은 일정한 수의 도약 패턴을 생성하고, 이들 생성된 도약 패턴을 상호간 도약 패턴 충돌이 발생하지 않는 비충돌 도약 패턴들끼리 묶어 복수의 비충돌 그룹을 생성한 다음, 복수의 비충돌 그룹에 속한 도약 패턴을 하나씩 선택하여 제2 통신국에 할당할 수 있다. 생성되는 도약 패턴의 총 수는 제1 통신국이 다중 접속을 수용할 수 있는 최대의 제2 통신국 수와 동일하거나, 그 이하이다.
다음으로, 단계(S620)에 대해 설명하면, 본 단계(S620)에서 제1 통신국은 각각의 제2 통신국에 대응하는 상향링크 채널의 활성화 여부를 확인한다. 각 제2 통신국에 대응하는 무선 채널의 활성화 여부는 제2 통신국으로부터의 파일럿 신호 수신 여부, 또는 제2 통신국에 대응하는 무선 채널의 에너지 측정 결과 등을 통해 확인할 수 있다. 즉, 파일럿 신호가 수신되거나, 또는 무선 채널의 에너지 측정값이 잡음 레벨을 초과하는 경우에 해당 제2 통신국에 대응하는 무선 채널이 활성화 상태에 있음을 확인할 수 있다.
이처럼 단계(S610)에 의한 도약 패턴의 검출, 및 단계(S620)에 의한 채널의 활성화 여부의 확인은 다음 단계(S630)를 통한 제2 통신국들 간의 도약 패턴 충돌 감지에 이용된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 단계(S630)에서는 검출된 복수의 도 약 패턴 중에서 적어도 두 개의 도약 패턴에 포함된 특정 시간 슬롯에 동일한 직교 자원이 할당되어 있고, 상기 적어도 두 개의 도약 패턴에 각각 대응하는 제2 통신국의 무선 채널이 모두 활성화되어 있는 경우에, 상기 대응하는 제2 통신국 간의 도약 패턴 충돌을 감지한다. 즉, 동일한 시간 슬롯에 동일한 직교 자원이 할당된 도약 패턴이라고 하여도, 데이터 전송을 위해 동시에 무선 채널이 활성화되지 않는다면, 제1 통신국에서는 활성화된 무선 채널을 통해서만 데이터 심벌을 수신하므로 도약 패턴 충돌로서 감지되지 않는 것이다. 앞서 언급했듯이, 상기 적어도 두 개의 도약 패턴에 대응하는, 도약 패턴 충돌을 발생시킨 적어도 두 개의 제2 통신국을 '충돌국'이라고 지칭한다.
도약 패턴 충돌이 감지되지 않는 경우에는 복수의 제2 통신국 각각에 대응하는 도약 패턴상의 직교 자원을 이용하여 각각의 데이터 심벌을 검출할 수 있다. 그러나, 도약 패턴 충돌이 감지되면 동일한 직교 자원을 통해 동시에 수신되는 데이터 심벌을 각각 검출해 내기 위하여 별도의 검출 방법이 요구된다. 도 6의 단계(S640) 내지 단계(S660)는 도약 패턴 충돌이 감지된 경우에 각각의 제2 통신국과 연관된 상향링크 채널 특성을 참조하여 데이터 심벌을 검출하기 위한 단계들이다.
도 6에는 도시되지 않았지만, 제1 통신국은 충돌국이 각각 데이터 심벌을 실어 전송한 신호를 동시에 수신한다. 이하에서는, 이처럼 충돌국으로부터 동시에 수신된 신호를 '데이터 신호'라고 부르기로 한다. 또한, 도 6에는 도시되지 않았지만, 제1 통신국은 각각의 제2 통신국으로부터 수신된 파일럿 심벌을 통해 해당 제2 통신국과 연관된 상향링크 채널의 특성을 추정한다. 추정된 무선 채널 특성을 참조하여 단계(S640)에서 충돌국에 대한 신호 성상도(signal constellation)를 형성하면, 단계(S650)에서는 데이터 신호의 성상도 상의 좌표에 기초하여 각각의 제2 통신국으로부터 전송된 데이터 심벌을 복호화한다. 한편, 단계(S660)에서는 충돌국으로부터 전송된 데이터 심벌을 복호화하는 것과 별개로, 도약 패턴 충돌이 발생하지 않은 제2 통신국으로부터 전송된 데이터 심벌을 각각 복호화한다. 참고로, 단계(S660)는 도 6에 도시된 순서에 제한되지 않고, 단계(S640) 및 단계(S650)와 동시에, 또는 단계(S640) 및 단계(S650)에 앞서 수행될 수도 있다.
단계(S640)에 의해 형성되는 성상도는, 제2 통신국이 무선 채널의 특성 추정값을 참조하여 보상을 수행하였는지 여부 및 보상 방법에 따라 다양한 형태를 취한다. 무선 채널의 특성은 제1 통신국에서 추정되어 제2 통신국으로 그 정보가 전달되거나, 또는 제2 통신국에서 하향링크 무선 채널의 특성을 추정하여 이를 기초로 상향링크 채널의 특성을 추정하는 형태로 제2 통신국에서 획득될 수 있다.
단계(S640) 내지 단계(S660)은 단계(S630)에 의해 충돌국 간의 도약 패턴 충돌이 감지된 경우에 수행된다. 한편, 어느 제2 통신국에 대해서도 도약 패턴 충돌이 감지되지 않는 경우에는 단계(S640) 내지 단계(660) 대신 각각의 제2 통신국으로부터 전송된 데이터 심벌을 각각 복호화하는 단계(S670)가 수행된다. 단계(S670)에서의 각각의 데이터 심벌의 복호화는 순차적으로 또는 일괄적으로 수행될 수 있다.
도 7 및 도 8은 충돌국에서 무선 채널 추정값의 위상 및 크기를 참조하여 송신 신호의 위상 및 크기(송신 전력)를 보상한 경우의 수신 데이터 신호의 성상도이 다.
도 7은 두 개의 제2 통신국 간에 도약 패턴 충돌이 발생하는 경우를 예시한다. 사용된 변조 방식은 BPSK(Binary Phase Shift Keying)라 가정한다. QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)의 경우 BPSK를 동위상(in-phase) 축과 직교 위상(quadrature phase) 축에 병렬로 구성하면 된다. 데이터 심벌 좌표(711, 712)는 충돌이 발생하지 않았다면 충돌국으로부터 각각 독립적으로 수신되었을 심벌의 좌표를 나타낸다. 본 실시예에서는 각각의 제2 통신국으로부터 송신 신호의 위상과 크기가 보상되어 전송되기 때문에, 각 데이터 심벌이 동일한 위상과 동일한 크기를 갖는 신호로서 수신된다. 데이터 심벌 '+1' 및 '-1'의 위치가 데이터 심벌 좌표(711, 712) 상에 도시되어 있다.
성상도(720)는 도약 패턴 충돌이 발생한 경우에 제1 통신국에서 수신된 데이터 신호의 형태를 나타낸다. 두 충돌국으로부터 모두 '+1'의 데이터 심벌이 전송되면, 제1 통신국에서 수신되는 데이터 신호는 두 데이터 심벌의 합인 '+2'에 위치한다. 한편, 두 충돌국 모두 '-1'을 전송하는 경우에, 제1 통신국에서 수신되는 데이터 신호는 성상도(720) 상의 '-2' 좌표에 위치한다. 마찬가지 방법으로, 어느 하나의 충돌국은 '-1'을, 다른 충돌국은 '+1'을 전송하는 경우에, 데이터 신호는 성상도(720) 상이 '0' 좌표에 위치한다.
일 실시예에 따르면, 제1 통신국은 수신된 데이터 신호의 크기가 소정 임계값보다 작은 경우에, 상기 데이터 신호를 '0' 값으로 대체하여 복호화한다. 예를 들어, 제1 통신국에서 실제로 수신된 데이터 신호(721)가 성상도(720) 상에 표시된 것처럼 '0' 부근에 위치하는 경우에, 수신된 데이터 신호(721)를 복호기에 직접 입력하는 대신 데이터 신호(721)를 천공(nulling)하여 '0'으로 대체하여 복호기로 입력시킬 수 있다.
서로 다른 충돌국이 서로 다른 데이터 심벌을 전송한 경우에 수신된 데이터 신호를 복호기로 직접 입력하게 되면 전송 과정에서 유입된 잡음만 복호기로 입력되어 중립적인 '0' 값의 신호를 입력하는 것에 비해 성능을 열화시킬 수 있다. 따라서 본 실시예와 같이 '0' 부근에 위치하는 데이터 신호(721)를 '0'으로 대체하여 복호화하면 잡음에 의한 영향을 제거하는 효과를 거둘 수 있다. 데이터 신호(721)가 성상도 상의 '0' 부근에 위치하는지 여부를 판단하는 기준이 되는 임계값은 예컨대 데이터 신호(721)에 대하여 최대 사후(maximum a posteriori) 확률 추정 기법을 적용함으로써 얻어질 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 제1 통신국은 수신된 데이터 신호의 성상도(720) 상의 좌표에 근거하여 LLR(Log Likelihood Ratio) 등의 가능성 메트릭 계산 결과에 기초하여 데이터 심벌을 검출한다. 예를 들어, 수신된 데이터 신호(722)가 도 7에 도시된 바와 같이 '+2' 부근에 위치하는 경우에, 제1 통신국은 LLR 등의 가능성 메트릭 계산 결과의 크기 또는 부호를 참조하여 두 충돌국으로부터 각각 '+1' 값의 데이터 심벌이 전송되었다고 추정할 수 있다. 도 7과 같이 충돌국이 두 개인 경우에 두 충돌국 중 하나로부터 전송된 데이터 심벌 S1에 대한 LLR 계산식은 다음 수학식 1과 같다.
Figure 112006077237028-pat00001
수학식 1에서 r은 충돌국으로부터 수신된 데이터 신호를, σ2는 수신단인 제1 통신국의 잡음 전력을 의미한다.
수학식 1에서 LLR(S1)의 부호가 양수이면 데이터 심벌 S1의 값이 '+1'로 추정되고, 음수이면 S1의 값이 '-1'로 추정된다. 그러나 수학식 1과 달리 계산 결과의 로그를 취하지 않는 경우에는, 계산 결과의 값이 1을 초과하면 S1의 값을 '+1'로, 1 미만이면 '-1'로 추정할 수 있다.
두 충돌국 중 다른 하나로부터 전송된 데이터 심벌 S2에 대한 LLR의 계산에는 수학식 1과 유사한 방법이 적용되므로 반복하여 설명하지 않는다.
도 8은 세 개의 충돌국으로부터 각각 데이터 심벌이 전송되는 경우에 수신단인 제1 통신국에서의 신호 성상도를 예시한다. 데이터 심벌 좌표(811~813)는 각각의 제2 통신국으로부터 전송되는 데이터 심벌이 제1 통신국에서 독립적으로 수신되는 경우의 심벌의 위치를 나타낸다. 사용된 변조 방식은 도 7의 경우와 마찬가지 로 BPSK라 가정한다.
성상도(820)는 이와 같은 데이터 심벌들이 도약 패턴 충돌로 인해 동일한 직교 자원을 통해 동시에 전송되는 경우의 성상도이다. 세 충돌국 모두 '+1'의 심벌을 전송하는 경우에 대응하는 수신 데이터 신호의 성상도(820) 상 좌표는 '+3'이고, 세 충돌국 모두 '-1'의 심벌을 전송하는 경우에 이에 대응하는 수신 데이터 신호의 성상도(820) 상 좌표는 '-3'이다. 한편, 세 충돌국 중 둘이 '+1'의 심벌을 전송하고, 나머지 하나가 '-1'의 심벌을 전송하는 경우의 수신 데이터 신호의 좌표는 '+1'이 되고, 셋 중 둘이 '-1'을 전송하고 나머지 하나가 '+1'을 전송하는 경우의 좌표는 '-1'이 된다.
도 8의 경우에도 도 7의 경우와 유사한 방법으로 LLR 등의 가능성 메트릭 계산 결과를 이용하여 각 충돌국으로부터 수신된 데이터 심벌을 복호화할 수 있다. 더 나아가 넷 이상의 충돌국이 도약 패턴 충돌을 일으킨 경우에도 성상도의 형성 및 데이터 심벌의 복호화 과정은 유사하다.
도 9는 각각의 제2 통신국에서 송신 신호의 위상은 보상하지 않고 크기(송신 전력)만을 보상하여 전송한 경우의 신호 성상도를 예시한다. 사용된 변조 방식은 BPSK라 가정한다. QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)의 경우 BPSK를 사인(sine) 축과 코사인(cosine) 축에 병렬로 구성하면 된다. 두 데이터 심벌 좌표(911, 912)는 각각 수신 위상각이 θ1, θ2인 제2 통신국으로부터의 수신 데이터 심벌의 위치를 나타낸다. 전력 제어에 의해 각 제2 통신국으로부터의 수신 전력은 동일하다. 도 9에서는 수신 신호의 크기가 '1'이라고 가정한다.
이 때, 상술한 제2 통신국 간에 충돌이 발생하게 되면, 제1 통신국에서 수신되는 데이터 신호는 두 데이터 심벌 좌표(911, 912)가 더해진 형태를 심벌 좌표로서 갖는다. 충돌시 수신 데이터 신호의 성상도(920)가 도 9에 도시되어 있다.
도 7의 경우에는 '0' 부근의 데이터 심벌이 수신되면 어느 제2 통신국으로부터 각각 '+1' 또는 '-1'이 수신되었는지를 수신 신호의 좌표만으로 확인하기 어렵지만, 도 9의 경우에는 (S1, S2) = (+1, -1)인 경우(921)와 (-1, +1)인 경우(922)의 성상도(920) 상의 좌표가 상이하기 때문에, 데이터 신호의 좌표로부터 각 제2 통신국으로부터 전송된 데이터 심벌의 값을 정확하게 추정할 수 있다.
도 9와 같이 송신 신호의 위상을 보상하지 않는 경우에도, (S1, S2) = (+1, -1) 또는 (-1, +1) 부근에 데이터 신호가 위치하는 경우에는 데이터 신호를 '0' 값으로 천공하여 복호기에 입력할 수 있다. 또한, 수신된 데이터 신호의 성상도(920)의 좌표에 근거하여 계산된 LLR 등의 가능성 메트릭 값을 복호기의 입력으로 사용할 수도 있다. 이 경우의 데이터 심벌 S1에 대한 LLR 계산식은 다음 수학식 2와 같다. 수학식 2에 사용된 r 및 σ2는 수학식 1과 동일하다.
Figure 112006077237028-pat00002
가능성 메트릭 계산 결과의 크기 또는 부호를 이용하여 데이터 심벌의 값을 추정하는 방법은 수학식 1과 관련하여 설명한 바와 동일하다.
도 10은 각 제2 통신국에서 전력이나 위상을 제어하지 않는 경우의 수신 데이터 신호 및 성상도를 도시한 도면이다. 사용된 변조 방식은 BPSK라 가정한다. 두 데이터 심벌 좌표(1011, 1012)는 각각 수신 위상각이 θ1, θ2, 수신 신호의 크기가 α1, α2인 수신 데이터 심벌의 위치를 각각 나타낸다. 상기와 같은 심벌 좌표(1011, 1012)를 갖는 두 제2 통신국 간에 도약 패턴 충돌이 발생하게 되면, 두 심벌 좌표가 더해져 성상도(1020) 상의 하나의 심벌의 형태로 수신된다.
이 경우에도, 도 9와 마찬가지로, 수신된 데이터 신호가 '0' 부근에 위치하는 경우에는 데이터 신호를 '0' 값으로 천공하여 복호기에 입력할 수 있다. 또 달리, 수신된 데이터 신호에 대하여 LLR 등의 가능성 메트릭 계산 결과를 복호기 입력으로 사용할 수도 있는데, 이 경우의 데이터 심벌 S1의 LLR 계산식은 다음 수학식 3과 같다. 수학식 3에 사용된 r 및 σ2는 수학식 1과 동일하다.
Figure 112006077237028-pat00003
가능성 메트릭 계산 결과의 크기 또는 부호를 이용하여 데이터 심벌의 값을 추정하는 방법은 수학식 1과 동일하다.
지금까지 도 7 내지 도 10을 통해 제2 통신국에서 상향링크 채널 추정값에 기초한 위상 및/또는 크기의 보상을 수행하는 경우의 제1 통신국에서의 데이터 검출 방법을 설명하였다. 상기 실시예들에는 공통적으로 데이터 심벌의 시간적 동기화 과정이 적용된다. 즉, 서로 다른 제2 통신국으로부터 전송된 데이터 심벌들이 서로 다른 시간 지연에 따른 편차 없이 제1 통신국에서 동시에 수신되도록 각 제2 통신국은 데이터 심벌의 전송 시간을 제어한다. 제2 통신국에서 수행되는 시간적 동기화의 구체적인 방법은 이미 앞에서 설명하였다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 데이터 수신 방법을 단계별로 도시한 흐름도이다. 도 11에 도시된 데이터 심벌 과정은 상술한 데이터 심벌 검출 과정(S640, S650)을 대신하여 이용될 수 있다.
제1 통신국은 충돌국으로부터 데이터 신호를 수신한 다음, 단계(S1110)에서 전체 충돌국들 중 어느 하나의 충돌국을 선택하여, 선택된 충돌국으로부터 전송된 데이터 심벌을 복호화한다. 다음으로, 단계(S1120)에서는 복호화된 데이터 심벌을 재부호화 및 재변조하여 복호화된 데이터 심벌에 대응하는 데이터 신호를 재생성한다.
재생성된 데이터 신호는 단계(S1130)를 통해 전체 데이터 신호로부터 제거된다. 재생성된 데이터 신호가 제거된 뒤의 전체 데이터 신호를 제2 데이터 신호라고 하면, 제2 데이터 신호는 충돌국들로부터 전송된 데이터 심벌 중 선택된 충돌국으로부터 전송된 데이터 심벌에 의한 영향이 제거된 상태의 데이터 신호가 된다. 따라서, 선택되지 않고 남은 충돌국들 중에서 어느 하나의 충돌국을 선택하여 제2 데이터 신호를 기준으로 위의 과정을 반복하면 각 충돌국으로부터 전송된 데이터 심벌을 하나씩 순차적으로 검출할 수 있다.
이처럼 반복적, 순차적으로 데이터 심벌을 검출하게 되면, 데이터 심벌 검출의 정확도를 높일 수 있다. 즉, 충돌국들 중 무선 채널의 상태가 가장 양호한, 또는 수신 데이터 심벌의 값이 가장 명확하게 추정되는 충돌국부터 데이터 심벌을 하나씩 복호화한 뒤, 복호화된 데이터 심벌에 의한 영향을 제거한 다음 다른 충돌국으로부터의 데이터 심벌을 복호화함으로써, 높은 검출 정확도를 유지할 수 있다. 특히, 충돌국의 수가 많을 경우에는 이와 같은 순차적 검출이 매우 유용할 수 있다. 각각의 선택된 충돌국으로부터 전송된 데이터 심벌의 검출에는 '0' 부근의 데이터 신호를 천공하여 복호기에 입력하거나, LLR 등의 가능성 메트릭을 이용하는 상기 실시예들의 내용이 그대로 적용될 수 있다.
도 11의 실시예에서는 충돌국에 대해서만 반복적, 순차적 데이터 심벌 과정 을 적용하였으나, 이를 확대하여 동시에 데이터 심벌을 전송한 전체 제2 통신국에 대하여 상술한 반복적, 순차적 데이터 심벌 검출 과정을 적용할 수 있다.
본 발명에 따른 데이터 송수신 방법에서는 직교 자원 도약 패턴의 기본 단위로서 직교하는 주파수 자원, 직교하는 부호 자원, 또는 직교하는 시간 자원이 이용될 수 있다. 또한, 이들 상이한 자원들의 조합을 기본 단위로 하여 도약 패턴을 생성하여 이용하는 것도 가능하다.
이처럼 본 발명은 복수의 제2 통신국에 대하여 무선 자원을 스케쥴링하는 종래의 다중 접속 방식의 단점을 보완하고자, 복수의 직교 자원 간을 도약하면서 데이터 심벌을 상기 직교 자원에 매핑하여 제1 통신국으로 전송하는 새로운 형태의 다중 접속 방식을 제안한다. 편의상 전자를 스케쥴링 기반 다중 접속 기법이라 하고, 후자를 통계적 다중화 기반의 직교 자원 도약 다중 접속 기법이라고 칭한다.
후자의 방법에는 전자에 비해 시그널링 사이클이 감소하고, 다중 접속 가능한 제2 통신국의 수가 증가하는 등의 장점이 있다. 그러나 전자와 후자의 방법을 조합하게 되면 서비스 제공의 효율을 극대화할 수 있다.
즉, 복수의 제2 통신국을 제공되는 서비스의 레이턴시(latency) 또는 데이터 전송률 등의 서비스 품질 기준에 따라 복수의 서비스 그룹으로 구분하여, 상이한 서비스 그룹에 대해 상이한 다중 접속 기법을 적용함으로써 서비스 제공 품질의 차등화를 꾀할 수 있다.
예를 들어, 서비스 품질 기준에 따라 복수의 제2 통신국을 두 개의 서비스 그룹으로 구분하고, 제1 서비스 그룹에 포함되는 제2 통신국에 대해서는 스케쥴링 기반의 다중 접속 기법을 적용하여 이 그룹에 속하는 제2 통신국들 간에는 충돌 없이 데이터 전송이 가능하도록 보장하고, 제2 서비스 그룹에 포함되는 제2 통신국에 대해서는 직교 자원 도약 다중 접속 기법을 적용하여, 제한된 무선통신 자원을 효율적으로 이용하도록 설계할 수 있다.
위와 같이 설계할 경우, 보다 높은 수준의 서비스 품질이 요구되는 제2 통신국을 제1 서비스 그룹에 포함시키고, 상대적으로 낮은 수준의 서비스 품질이 요구되는 제2 통신국은 제2 서비스 그룹에 포함시킬 수 있다. 또한, 각각의 제2 통신국이 포함되는 서비스 그룹을 제2 통신국과 연관된 상향링크 채널의 상태에 따라 적응적으로 변화시킴으로써 보다 유연하고 적응적으로 운영할 수 있다.
본 발명에 따른 디지털 통신 방법, 디지털 데이터의 전송 방법, 및 수신 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(Magnetic Media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(Optical Media), 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 같은 자기-광 매체(Magneto-Optical Media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.
상기 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 부호뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 부호를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
도 12 내지 도 14는 지금까지 설명한 데이터 전송 방법에 따라 데이터 심벌을 전송하는 제2 통신국의 송신기 장치의 내부 구성을 도시한 블록도이다. 각각의 도면을 기준으로 구체적인 설명을 하기에 앞서, 도 12 내지 도 14와 연관된 각 실시예에 공통되는 기능적 구성요소를 나열하면 다음과 같다: 복수의 직교 자원을 시간에 따라 배열하여 복수의 직교 자원 간의 도약 패턴을 생성하는 도약 패턴 생성부; 도약 패턴에 포함된, 특정 시간 슬롯에 할당된 직교 자원에 데이터 심벌을 매핑하여 송신 신호를 생성하는 심벌 매핑부; 및 생성된 송신 신호를 무선 채널을 통해 제1 통신국으로 전송하는 무선 송신부. 이제, 각각의 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 하나씩 설명하도록 한다.
도 12는 직교 주파수 자원을 기본 단위로 하는 도약 패턴에 따라 데이터 심벌을 전송하는 송신기 구조를 예시한다. 도 12에 도시된 송신기는 OFDM 방식의 송신기이다. 전송될 데이터 심벌은 채널 부호기(channel encoder)(1211)를 통해 소정 부호율로 부호화되고, 채널에서의 상관도를 제거하기 위해 인터리버(interleaver)(1212)를 통해 인터리빙된다. 인터리빙된 데이터 심벌은 변조 기(modulator)(1213)를 거친다. 다음으로, 직렬-병렬 변환기(serial-to-parallel converter)(1214)를 통과한 데이터 심벌은 부반송파 할당기(1220)로 입력된다. 부반송파 할당기(1220)는 직교 주파수 도약 패턴 생성기(1230)에 의해 생성된 도약 패턴의 기본 단위인 부반송파 집합에 데이터 심벌을 매핑하고, 이처럼 부반송파 집합에 매핑된 데이터 심벌은 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 모듈(1215)를 통해 시간 영역 신호로 변환된 다음, 병렬-직렬 변환기(parallel-to-serial converter)(1216)로 입력되어 순차적 신호의 형태로 변환된다. 지연 확산에 의한 영향을 무효화하기 위하여 순환 전치 부가기(1217)를 통해 순환 전치(cyclic prefix, CP) 구간이 삽입된 신호는 디지털-아날로그 변환기(digital-to-analog converter, DAC)(1218)에서 아날로그 신호로 변환되어 무선 채널을 통해 제1 통신국으로 송신된다.
도 13은 복수의 직교 부호 자원 간을 도약하면서 데이터 심벌을 전송하는 송신기 구조를 예시한다. 채널 부호기(1311), 인터리버(1312), 변조기(1313) 및 디지털-아날로그 변환기(1314)는 도 12의 대응되는 구성요소(1211, 1212, 1213, 1218)와 그 구성 및 기능이 동일하므로 상세한 설명은 생략하도록 한다. 도 13의 송신기는 직교 부호 도약 패턴 생성기(1330)를 통해 복수의 직교 부호를 시간에 따라 배열하여 도약 패턴을 생성한다. 도약 패턴을 구성하는 각각의 직교 부호는 스프레더(1320)로 입력되어 데이터 심벌에 곱해짐으로써 데이터 심벌을 확산한다.
도 14는 복수의 직교 시간 자원 간을 도약하면서 데이터 심벌을 전송하는 송신기 구조를 예시한다. 채널 부호기(1411), 인터리버(1412), 변조기(1413) 및 디 지털-아날로그 변환기(1414)는 도 12의 대응되는 구성요소(1211, 1212, 1213, 1218)와 그 구성 및 기능이 동일하므로 상세한 설명은 생략하도록 한다. 도 14의 송신기에 포함된 심벌 매퍼(1420)는 직교 시간 도약 패턴 생성기(1430)에 의해 생성된 직교 시간 도약 패턴에 데이터 심벌을 매핑하여 송신 신호를 생성한다. 직교 시간 도약 패턴 생성기(1430)는 서브 시간 슬롯 이용 여부를 나타내는 비트맵을 시간에 따라 배열하여 직교 시간 도약 패턴을 생성하고, 심벌 매퍼(1420)는 각 시간 슬롯에 할당된 비트맵에 데이터 심벌을 매핑하는 과정을 통해 심벌 매핑을 수행한다.
각 실시예에 따른 송신기에 포함된 도약 패턴 생성기(1230, 1330, 1430)는 각각의 직교 자원을 무작위로 배열하여 도약 패턴을 생성할 수 있다. 또는, 제1 통신국으로부터 수신된 도약 패턴 생성 정보에 따라 도약 패턴을 생성 또는 메모리로부터 독출할 수도 있다.
한편, 도 12내지 도 14에 도시된 송신기에는 직교 주파수, 직교 부호, 직교 시간 등의 직교 자원을 스케쥴링하는 스케쥴러(미도시)가 부가적으로 포함될 수 있다. 각각의 제2 통신국은 서비스 품질 기준에 따라 상이한 방식으로 다중 접속이 허용되는 별개의 서비스 그룹에 포함될 수 있다. 스케쥴러에 의해 출력되는 스케쥴링 정보는 제1 통신국으로부터 수신되거나 또는 제2 통신국에서 직접 생성될 수 있다. 스케쥴링 정보는 부반송파 할당기(1220), 스프레더(1320), 심벌 매퍼(1420)로 각각 입력된다. 스케쥴링 정보를 각각 입력받은 부반송파 할당기(1220), 스프레더(1320), 또는 심벌 매퍼(1420)는 스케쥴러로부터 입력된 스케쥴링 정보와 도약 패턴 생성기(1230, 1330, 1430)에 의해 생성된 도약 패턴 중 어느 하나를 선택하여 데이터 심벌을 매핑한다. 이 때, 스케쥴링 정보와 도약 패턴의 선택은 제2 통신국이 속하는 서비스 그룹에 따라 이루어진다. 즉, 요구되는 서비스 품질 기준이 높은 경우에는 스케쥴링 정보를 참조하여 무선통신 자원에 데이터 심벌을 매핑하고, 서비스 품질 기준이 상대적으로 낮은 경우에는 도약 패턴에 포함된 직교 자원에 데이터 심벌을 매핑할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면은 복수의 제2 통신국으로부터의 다중 접속을 허용하는 제1 통신국의 수신기 장치에 미친다. 본 발명 측면에 따른 수신기 장치는 다음의 각 구성요소를 포함하는 것을 특징으로 한다: 복수의 제2 통신국 각각과 연관된 무선 채널의 특성을 추정하는 채널 추정부; 복수의 제2 통신국의 데이터 전송에 각각 이용된 복수의 직교 자원 간 도약 패턴을 검출하는 도약 패턴 검출부; 복수의 제2 통신국 중 충돌국 간의 도약 패턴 충돌 여부를 감지하는 충돌 감지부; 및 도약 패턴 충돌이 감지된 경우에 상기 추정된 무선 채널 특성을 참조하여 충돌국으로부터 각각 전송된 데이터 심벌을 검출하는 심벌 검출부.
일 실시예에 따르면, 심벌 검출부는 충돌국으로부터 수신된 무선 신호를 복호화하여 데이터 심벌을 검출하는 복호기를 포함하고, 상기 무선 신호의 크기가 소정 임계값보다 작은 경우 상기 무선 신호 대신 '0' 값의 신호를 상기 복호기로 입력한다.
한편, 다른 실시예에 따르면, 심벌 검출부는 추정된 무선 채널 특성을 참조하여 충돌국에 대한 성상도를 형성하고, 상기 성상도를 기준으로 충돌국으로부터 수신된 무선 신호의 가능성 메트릭을 계산하는 가능성 메트릭 계산기; 및 계산된 가능성 메트릭의 크기 또는 부호를 참조하여, 상기 무선 신호로부터 데이터 심벌을 검출하는 복호기를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 이 때 복수의 제2 통신국으로부터 각각 전송되는 데이터 신호는 그 크기 및/또는 위상이 보상되어 있는 신호일 수 있다. 이와 같은 크기 및/또는 위상의 보상은 추정된 상향링크 채널 특성에 기초하여 이루어지는데, 채널 특성 추정값은 제2 통신국이 전송한 파일럿 심벌을 제1 통신국에서 수신하여 얻어진 다음 다시 각각의 제2 통신국으로 전송되거나, 또는 각각의 제2 통신국에서 측정된 하향링크 채널 특성에 근거하여 직접 추정될 수도 있다.
도 15 내지 도 17은 도약 패턴의 기본 단위로서 사용된 직교 자원의 종류에 따라 본 수신기의 몇 가지 실시예의 내부 구성을 간략히 도시한 블록도이다.
도 15는 직교 주파수 자원을 이용하여 도약 패턴을 구성하는 경우의 수신기를 예시한다. 세부 구성요소는 일반적인 OFDMA 수신기와 유사하다. 무선 안테나와RF 처리기(radio frequency handler)(1511)를 통해 제2 통신국으로부터 수신된 신호는 아날로그-디지털 변환기(analog digital converter)(1512)를 거치면서 디지털 신호로 변환되고, CP 제거기(cyclic prefix remover)(1513)에 의해 순환 전치 구간이 제거된다. CP 제거기(1513)를 거친 수신 신호는 FFT(Fast Fourier Transform) 모듈(1514)에 의해 주파수 영역 신호로 변환된 다음 심벌 역 매퍼 및 복조기(symbol de-mapper & de-modulator)(1521)로 입력된다. 또한, 심벌 역 매퍼 및 복조기(1521)는 직교 주파수 도약 패턴 생성기(1530)에 의해 생성된 도약 패턴 을 입력받아, 도약 패턴에 포함된 부반송파 집합에 대해 심벌 역 매핑을 수행하여 심벌 신호를 추출하고, 송신기에서의 변조 방식에 대응하는 소정의 복조 방식으로 심벌 신호를 복조한다. 이 때, 심벌 역 매퍼 및 복조기(1521)는 입력된 도약 패턴을 참조하여 각각의 제2 통신국별로 심벌 신호를 분리해 낸다.
도약 패턴 충돌이 발생하지 않은 제2 통신국 간에는 각각의 직교 자원에 대한 심벌 역 매핑 및 복조를 통해 심벌 신호가 간단히 추출될 수 있지만, 충돌이 발생한 경우에는 특별한 처리가 필요하다. 이에 따라, 충돌 검사 및 제어기(collision detector & controller)(1550)는 각각의 제2 통신국에 대한 도약 패턴 및 활성화 여부를 참조하여 도약 패턴 충돌 여부를 검사하고, 충돌이 감지된 경우, 각각의 충돌국으로부터의 데이터 심벌을 검출하기 위한 제어 동작을 수행한다. 충돌국에 대한 데이터 심벌의 검출은 상기 실시예들에 언급된 것처럼 무선 신호 대신 '0' 값의 신호를 복호기로 입력하거나 LLR 등의 가능성 메트릭을 계산하여 복호기로 입력하는 방법 등을 통해 수행될 수 있다.
한편, 충돌 검사 및 제어기(1550)는 충돌국으로부터 데이터 심벌을 검출하기 위해 무선 채널 추정값을 이용할 수 있다. 따라서, 채널 추정기(1540)는 제2 통신국으로부터 수신된 파일럿 심벌 등에 기초하여 각 제2 통신국과 연관된 상향링크 채널의 특성을 추정하여 충돌 제어 및 검사기(1550)로 전달한다.
역 인터리버(1522)는 충돌 검사 및 제어기(1550)를 거친 데이터 심벌에 대해 송신기에서의 인터리빙에 대한 역 과정으로서 역 인터리빙을 수행한다. 역 인터리빙된 데이터 심벌은 채널 복호기(channel decoder)(1523)에 의해 복호화됨으로써 최종적으로 검출된다.
도 16은 직교 부호 자원을 이용하여 구성된 도약 패턴에 따라 전송된 데이터를 수신하는 수신기 구조를 예시한다. RF 처리기(1611), 역 인터리버(1622), 채널 복호기(1623), 채널 추정기(1640), 및 충돌 검사 및 제어기(1650)는 각각 도 15의 실시예의 대응되는 구성요소(1511, 1522, 1523, 1540, 1550)와 그 구성 및 기능이 동일하므로 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
도 16의 실시예에서 직교 부호 도약 패턴 생성기(1630)는 상호간 직교성을 가진 복수의 직교 부호를 시간에 따라 배열하여 도약 패턴을 생성한다. 생성된 도약 패턴은 역 스프레더 및 복조기(de-spreader & de-modulator)(1621)로 입력된다. 역 스프레더 및 복조기(1621)는 도약 패턴을 참조하여 각각의 제2 통신국별로 심벌 신호를 추출하고, 송신기에서의 변조 방식에 대응하는 소정 복조 방식에 따라 심벌 신호의 복조를 수행한다. 보다 구체적으로 역 스프레더 및 복조기(1621)는 도약 패턴에 포함된 직교 부호를 이용하여 수신 신호를 역 확산함으로써 심벌 신호를 추출한다.
마지막으로 도 17은 직교 시간 자원을 이용하여 도약 패턴을 구성하는 경우의 수신기 구조를 예시한다. RF 처리기(1711), 역 인터리버(1722), 채널 복호기(1723), 채널 추정기(1740), 및 충돌 검사 및 제어기(1750)는 각각 도 15의 실시예의 대응되는 구성요소(1511, 1522, 1523, 1540, 1550)와 그 구성 및 기능이 동일하므로 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
도 17의 실시예에서 직교 시간 도약 패턴 생성기(1730)는 상호간 직교성을 가진 복수의 서브 시간 슬롯 비트맵을 시간에 따라 배열하여 도약 패턴을 생성한다. 생성된 도약 패턴은 심벌 역 매퍼 및 복조기(1721)로 입력된다. 심벌 역 매퍼 및 복조기(1721)는 도약 패턴을 참조하여 각각의 제2 통신국별로 심벌 신호를 추출하고, 송신기에서의 변조 방식에 대응하는 소정 복조 방식에 따라 심벌 신호의 복조를 수행한다.
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수신기 구조를 도시하는 블록도이다. 도 18의 수신기(1810)는 무선 안테나(1811)를 통해 복수의 제2 통신국(1801, 1802, 1803)으로부터 각각 상향링크 채널 h1, h2, …, hk을 통해 데이터 신호를 수신한다. 데이터 심벌 검출부(1812)는 제2 통신국 #1(1801)부터 제2 통신국 #k(1803)에 이르는 총 k 개의 제2 통신국 중 어느 하나를 선택하여 선택된 제2 통신국으로부터의 데이터 심벌을 복호화하여 출력한다. 이 때, 데이터 심벌 검출부(1812)는 무선 채널의 상태가 가장 양호하거나, 또는 데이터 심벌을 가장 명확하게 추정할 수 있는 제2 통신국을 선택할 수 있다.
동시에 데이터 심벌을 전송하는 복수의 제2 통신국별로 심벌 신호를 각각 수신하고 이들 중 어느 하나를 선택하여 복호화하기 위해, 충돌 검사 및 제어기(1813)가 이용된다. 충돌국으로부터 데이터 심벌을 검출하기 위해 채널 특성이 참조될 수 있다. 또한, 채널 특성은 복수의 제2 통신국 중에서 먼저 복호화될 제2 통신국을 선택하기 위한 참고 정보로도 사용될 수 있다. 채널 추정기(1814)는 각각의 제2 통신국에 대응하는 상향링크 채널의 특성을 추정한다.
복호화된 데이터 심벌은 CRC(cyclic redundancy check) 모듈(1815)을 거쳐 최종적으로 검출된 데이터 심벌(1820)로서 외부로 출력된다. 한편, 재부호화 및 재변조기(1816)는 검출된 데이터 심벌(1820)에 대하여 송신기에서 적용된 부호화 및 변조 방법을 적용하고, 대응되는 상향링크 채널의 특성을 반영하여 해당 데이터 심벌이 독립적으로 수신되었을 경우의 수신 신호를 재생성한다. 데이터 심벌 검출부(1812)는 전체 데이터 신호에서 이처럼 재생성된 신호를 제거한 뒤 제2 통신국 선택, 복조, 및 복호화 등의 과정을 반복한다. 이와 같은 반복을 통해 복수의 제2 통신국으로부터 동시에 수신된 데이터 심벌들이 하나씩 순차적으로 검출된다. 상기 반복은 모든 제2 통신국으로부터 데이터 심벌이 검출될 때까지 계속된다.
지금까지 도 12 내지 도 18을 참조하여 본 발명에 따른 송신기와 수신기의 구성에 대하여 설명하였다. 위의 설명에는 도 1 내지 도 11과 관련한 다양한 실시예들의 내용이 그대로 적용되며, 그 역 또한 성립된다.
이상 구체적인 구성요소 등의 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 본 발명의 구성을 설명하였으나, 이는 본 발명에 대한 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것이다. 본 발명은 상기의 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 형태의 수정 및 변형을 가할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 대상은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
본 발명에 따른 데이터 통신 방법, 데이터의 송신 및 수신 방법은 제한된 무선통신 자원의 효율적으로 이용하고, 복수의 사용자 단말기들 간에 발생하는 셀 내 간섭을 최소화하면서도 구현이 용이한 다중 접근 방법을 채택한다. 이를 통해 본 발명은 셀 내 간섭으로 인한 시스템의 성능 저하를 막고 셀의 가입자 용량을 극대화할 수 있다.
또한, 본 발명은 셀 내 간섭의 억제를 위한 무선통신 자원의 스케쥴링 과정을 완전히 또는 부분적으로 제거함으로써 시그널링 오버헤드를 감소시키고 데이터 전송 지연을 완화시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 서비스 품질 기준에 따라 사용자를 복수의 그룹으로 구분하여, 일 그룹에 대해서는 스케쥴링 기반의 다중 접근을 허용하고, 또 다른 일 그룹에 대해서는 비스케쥴링 기반의 다중 접근을 허용함으로써, 다양한 서비스 품질 요구를 가진 복합적인 사용자 집단에 대해 유연한 서비스 제공을 가능하게 한다.
또한, 본 발명은 서로 다른 종류의 직교하는 무선통신 자원들을 조합하여 사용하거나, 복수의 인접한 무선통신 자원을 그룹으로 묶어 상기 그룹 단위로 도약하면서 데이터를 전송하도록 함으로써 파일럿 오버헤드를 감소시킬 수 있다.

Claims (39)

  1. 제1 통신국에서, 상기 제1 통신국이 제공하는 셀 영역 내에 위치하는 복수의 제2 통신국으로부터, 복수의 직교하는 무선통신 자원(이하 "직교 자원"이라 함) 간을 도약하면서 상기 직교 자원을 통해 전송되는 데이터를 수신하는 방법에 있어서,
    상기 복수의 제2 통신국 중 적어도 두 개의 제2 통신국(이하 "충돌국"이라 함) 간의 도약 패턴 충돌 여부, 즉 상기 충돌국이 동일한 직교 자원을 이용하여 동시에 각각 데이터를 전송하고 있는지 여부를 감지하는 단계; 및
    상기 도약 패턴 충돌이 감지된 경우에, 상기 충돌국에 대하여 추정된 무선 채널 특성에 기초하여 상기 충돌국으로부터 전송된 데이터 심벌을 각각 검출하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도약 패턴 충돌 여부를 감지하는 단계는
    상기 복수의 제2 통신국 각각에 대응하는 상기 도약 패턴을 검출하는 단계;
    상기 복수의 제2 통신국 각각에 대응하는 무선 채널의 활성화 여부를 확인하는 단계; 및
    상기 복수의 도약 패턴 중에서 적어도 두 개의 도약 패턴의 특정 시간 슬롯에 동일한 직교 자원이 할당되어 있고, 상기 적어도 두 개의 도약 패턴에 각각 대 응하는 제2 통신국의 무선 채널이 활성화되어 있는 경우에, 상기 대응하는 제2 통신국 간의 도약 패턴 충돌을 감지하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 심벌을 검출하는 단계는,
    상기 충돌국으로부터 데이터 신호를 수신하는 단계;
    상기 추정된 무선 채널 특성을 참조하여 상기 충돌국에 대한 성상도(constellation)를 형성하는 단계; 및
    상기 데이터 신호의 상기 성상도 상의 좌표에 기초하여 상기 데이터 신호로부터 상기 데이터 심벌을 복호화하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 성상도를 형성하는 단계는, 상기 충돌국이 상기 추정된 무선 채널의 위상 및 크기 중 적어도 하나의 정보를 이용한 송신 신호의 보상을 수행하였는지 여부를 더 참조하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 데이터 심벌을 복호화하는 단계는, 상기 데이터 신호의 크기가 소정 임 계값보다 작은 경우, 상기 데이터 신호를 0 값으로 대체하여 복호화하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 데이터 심벌을 복호화하는 단계는,
    상기 데이터 신호의 상기 성상도 상의 좌표에 근거하여 가능성 메트릭(likelihood metric)을 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 가능성 메트릭의 크기 또는 부호를 참조하여 상기 데이터 심벌을 추정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가능성 메트릭은 LLR(Log Likelihood Ratio)인 것을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 심벌을 검출하는 단계는,
    상기 충돌국으로부터 데이터 신호를 수신하는 제1 단계;
    상기 충돌국 중 어느 하나에 대하여 상기 데이터 신호를 복호화하여 제1 데이터 심벌을 검출하는 제2 단계;
    상기 검출된 제1 데이터 심벌을 재부호화 및 재변조하여 제1 데이터 신호를 생성하는 제3 단계; 및
    상기 데이터 신호로부터 상기 제1 데이터 신호를 제거하여 제2 데이터 신호를 생성하는 제4 단계
    를 포함하고,
    상기 충돌국으로부터 각각 전송된 데이터 심벌이 모두 복호화될 때까지 제4 단계에 의해 생성된 상기 데이터 신호 대신 제2 데이터 신호에 대하여 제2 단계 내지 제4 단계를 반복하여 수행하는 것
    을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 도약 패턴 충돌여부를 감지하는 단계 이전에,
    상기 복수의 제2 통신국에 대해 복수의 직교 자원을 조합하여 복수의 도약 패턴을 생성하고, 상기 생성된 복수의 도약 패턴을 각각 할당하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 도약 패턴을 생성 및 할당하는 단계는, 상기 복수의 직교 자원을 무작위적으로 선택하여 시간에 따라 배열하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 도약 패턴을 생성 및 할당하는 단계는,
    상호간 상기 도약 패턴 충돌이 발생하지 않도록 상기 복수의 직교 자원을 조합하여 생성된 도약 패턴을 비충돌 도약 패턴이라고 할 때,
    상기 제2 통신국의 총 수가 생성 가능한 상기 비충돌 도약 패턴의 총 수 이하인 경우에, 상기 제2 통신국에 각각 상기 비충돌 도약 패턴을 할당하고,
    상기 제2 통신국의 총 수가 생성 가능한 상기 비충돌 도약 패턴의 총 수를 초과하는 경우에, 초과분에 해당하는 상기 제2 통신국에 상기 복수의 직교 자원의 무작위적 조합에 의해 생성된 도약 패턴을 할당하는 것
    을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 도약 패턴을 생성 및 할당하는 단계는,
    상기 제1 통신국이 다중 접속을 수용할 수 있는 상기 제2 통신국의 최대의 수보다 작거나 같은 수의 도약 패턴을 생성하는 단계;
    상기 생성된 도약 패턴을 상호간 상기 도약 패턴 충돌이 없는 복수의 비충돌 그룹으로 묶는 단계; 및
    상기 복수의 비충돌 그룹에 속한 도약 패턴을 하나씩 선택하여 상기 제2 통신국에 할당하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제2 통신국으로부터 전송되는 데이터는 시간적으로 동기화되어 있는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 직교 자원은 복수의 직교하는 주파수 자원을 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 직교 자원은 복수의 직교하는 부호 자원을 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 직교 자원은 복수의 직교하는 시간 자원을 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 직교 자원은 복수의 직교하는 주파수 자원, 복수의 직교하는 부호 자원, 및 복수의 직교하는 시간 자원 중 둘 이상의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.
  18. 제1 통신국이 제공하는 셀 영역 내에 위치하는 복수의 제2 통신국 각각으로부터 상기 제1 통신국으로 데이터를 전송하는 방법에 있어서,
    복수의 직교하는 무선통신 자원(이하, "직교 자원"이라 함)을 시간에 따라 배열하여 상기 복수의 직교 자원 간의 도약 패턴을 생성하는 단계;
    상기 도약 패턴에 포함된, 특정 시간 슬롯에 할당된 직교 자원에 데이터 심벌을 매핑하여 송신 신호를 생성하는 단계; 및
    무선 채널을 통해 상기 송신 신호를 상기 제1 통신국으로 송신하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 도약 패턴을 생성하는 단계는 상기 복수의 직교 자원을 시간에 따라 무작위로 배열하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 도약 패턴을 생성하는 단계는,
    상기 제1 통신국으로부터 상기 제2 통신국에 대응하는 도약 패턴 생성 정보를 수신하는 단계; 및
    상기 수신된 도약 패턴 생성 정보에 기초하여 상기 도약 패턴을 생성 또는 메모리로부터 독출하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 도약 패턴을 생성하는 단계는,
    상기 복수의 직교 자원을 인접한 직교 자원들끼리 그룹화하여 복수의 직교 자원 블록을 생성하는 단계; 및
    상기 생성된 복수의 직교 자원 블록을 시간에 따라 배열하여 상기 도약 패턴을 생성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 송신 신호를 생성하는 단계는,
    상기 직교 자원 블록의 특정 위치에 할당된 직교 자원에 파일럿 심벌을 매핑하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  23. 제18항에 있어서,
    상기 송신 신호를 생성하는 단계는,
    상기 제1 통신국으로부터 상기 무선 채널의 추정값을 수신하는 단계; 및
    상기 수신된 무선 채널 추정값에 기초하여, 상기 송신 신호를 위상 및 크기 중 적어도 하나의 면에서 보상하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 송신 신호를 보상하는 단계는,
    상기 송신 신호의 전력 제어를 통해, 상기 송신 신호의 상기 제1 통신국에서의 수신 전력이 상기 제2 통신국에 관계없이 일정해지도록 보상하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 송신 신호를 보상하는 단계는,
    상기 송신 신호의 위상을 조정하여, 상기 송신 신호가 상기 제2 통신국에 관계없이 상기 제1 통신국에서 일정한 위상의 신호로서 수신되도록 보상하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  26. 제23항에 있어서,
    상기 송신 신호를 보상하는 단계는,
    상기 송신 신호의 전력 및 위상을 조정하여, 상기 송신 신호가 상기 제2 통신국에 관계없이 상기 제1 통신국에서 일정한 전력 및 위상을 가진 신호로서 수신되도록 보상하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  27. 제18항에 있어서,
    상기 송신 신호를 송신하는 단계는,
    상기 제1 통신국으로부터 전송된 신호의 수신 시간 지연량을 측정하는 단계;
    상기 측정된 수신 시간 지연량에 기초하여 송신 시간 오프셋을 계산하는 단계; 및
    상기 송신 신호를 상기 송신 시간 오프셋만큼 앞당겨 상기 제1 통신국으로 송신하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  28. 제1 통신국이 제공하는 셀 영역 내에 위치하는 복수의 제2 통신국 각각으로부터 상기 제1 통신국으로의 다중 접속을 허용하는 디지털 통신 방법에 있어서,
    상기 제1 통신국은 복수의 직교하는 무선통신 자원(이하, "직교 자원"이라 함)을 시간에 따라 배열하여 생성된 도약 패턴을 각각의 상기 제2 통신국에 부여하고,
    각각의 상기 제2 통신국은, 상기 부여받은 도약 패턴에 포함된 상기 직교 자원에 데이터 심벌을 매핑하여 상기 제1 통신국으로 전송하는 것
    을 특징으로 하는 디지털 통신 방법.
  29. 제1 통신국이 제공하는 셀 영역 내에 위치하는 복수의 제2 통신국 각각으로부터 상기 제1 통신국으로의 다중 접속을 허용하는 디지털 통신 방법에 있어서,
    상기 복수의 제2 통신국을 서비스 품질 기준에 따라 복수의 서비스 그룹으로 구분하여,
    제1 서비스 그룹에 포함되는 제2 통신국에 대해서는 상향링크 자원의 스케쥴링을 통하여 다중 접속을 허용하고,
    제2 서비스 그룹에 포함되는 제2 통신국에 대해서는 복수의 직교하는 무선통신 자원(이하, "직교 자원"이라 함) 간을 도약하면서 데이터 심벌을 상기 직교 자원에 매핑하여 상기 제1 통신국으로 전송하는 방식의 다중 접속을 허용하는 것
    을 특징으로 하는 디지털 통신 방법.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 서비스 품질 기준은 상기 복수의 제2 통신국에 제공되는 서비스의 레이턴시 또는 데이터 전송률을 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 통신 방법.
  31. 제29항에 있어서,
    각각의 상기 제2 통신국이 포함되는 서비스 그룹을, 상기 제2 통신국과 연관된 상향링크 채널의 상태에 따라 적응적으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 디지털 통신 방법.
  32. 제1항 내지 제31항 중 어느 하나의 항에 따른 방법을 수행하는 프로그램 코드가 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
  33. 복수의 제2 통신국으로부터 각각 복수의 직교하는 무선통신 자원(이하, "직교 자원"이라 함) 간을 도약하며 전송되는 데이터를 수신하는 제1 통신국의 수신기 장치에 있어서,
    상기 복수의 제2 통신국과 각각 연관된 무선 채널의 특성을 추정하는 채널 추정부;
    상기 복수의 제2 통신국의 데이터 전송에 각각 이용된 상기 복수의 직교 자원 간 도약 패턴을 검출하는 도약 패턴 검출부;
    상기 복수의 제2 통신국 중 적어도 두 개의 제2 통신국(이하, "충돌국"이라 함) 간의 도약 패턴 충돌 여부를 감지하는 충돌 감지부; 및
    상기 도약 패턴 충돌이 감지된 경우에 상기 추정된 무선 채널 특성을 참조하여 상기 충돌국으로부터 각각 전송된 데이터 심벌을 검출하는 심벌 검출부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 수신기 장치.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 심벌 검출부는,
    상기 충돌국으로부터 수신된 무선 신호를 복호화하여 상기 데이터 심벌을 검출하는 복호기를 포함하고,
    상기 무선 신호의 크기가 소정 임계값보다 작은 경우 상기 무선 신호 대신 0 값의 신호를 상기 복호기로 입력하는 것
    을 특징으로 하는 수신기 장치.
  35. 제33항에 있어서,
    상기 심벌 검출부는,
    상기 추정된 무선 채널 특성을 참조하여 상기 충돌국에 대한 성상도를 형성하고, 상기 성상도를 기준으로 상기 충돌국으로부터 수신된 무선 신호의 가능성 메트릭을 계산하는 가능성 메트릭 계산기; 및
    상기 가능성 메트릭의 크기 또는 부호를 참조하여, 상기 무선 신호로부터 상기 데이터 심벌을 검출하는 복호기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 수신기 장치.
  36. 제33항에 있어서,
    상기 복수의 제2 통신국으로부터 각각 전송되는 데이터 신호는 상기 추정된 무선 채널 특성에 따라 그 크기 및 위상 중 적어도 하나가 보상되어 있는 것을 특징으로 하는 수신기 장치.
  37. 제1 통신국으로 데이터를 전송하는 복수의 제2 통신국 각각의 송신기 장치에 있어서,
    복수의 직교하는 무선통신 자원(이하, "직교 자원"이라 함)을 시간에 따라 배열하여 상기 복수의 직교 자원 간의 도약 패턴을 생성하는 도약 패턴 생성부;
    상기 도약 패턴에 포함된, 특정 시간 슬롯에 할당된 직교 자원에 데이터 심벌을 매핑하여 송신 신호를 생성하는 심벌 매핑부; 및
    상기 생성된 송신 신호를 상기 무선 채널을 통해 상기 제1 통신국으로 전송하는 무선 송신부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 송신기 장치.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 도약 패턴 생성부는 상기 제1 통신국으로부터 수신된 도약 패턴 생성 정보에 따라 상기 도약 패턴을 생성 또는 메모리로부터 독출하는 것을 특징으로 하는 송신기 장치.
  39. 제37항에 있어서,
    상기 제1 통신국으로부터 수신된 스케쥴링 규칙에 따라 데이터 전송에 이용되는 무선통신 자원을 할당하는 스케쥴링부
    를 더 포함하고,
    상기 심벌 매핑부는, 상기 스케쥴링부에 의해 할당되는 무선통신 자원과 상기 도약 패턴에 포함되는 직교 자원 중 어느 하나를 선택하여 상기 데이터 심벌 매핑을 수행하는 것
    을 특징으로 하는 송신기 장치.
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