KR100895183B1 - 무선통신 시스템을 위한 주변 셀 간섭의 제거를 위한송수신 방법 및 장치 - Google Patents

무선통신 시스템을 위한 주변 셀 간섭의 제거를 위한송수신 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선통신 시스템에서 기지국 특정 직교 코드 혹은 준직교 코드를 이용하여 주변 셀 간섭을 줄이기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 무선통신 시스템에서 주변 셀 간섭을 줄이기 위한 송신 장치는, 송신하고자 하는 적어도 하나의 변조 심볼을 생성하는 심볼 생성기와, 상기 변조 심볼을 인접한 기지국들 간에 동일한 자원 블록에 매핑하여 할당하는 자원 매핑기와, 상기 할당된 변조 심볼들을, 기지국에 할당된 기지국 고유 코드로 확산하는 확산기를 포함하며, 여기서 상기 기지국 고유 코드는, 상기 기지국에 인접하는 주변 기지국들에 할당되는 해당 기지국 고유 코드들과 직교성 혹은 준직교성을 가지는 것을 특징으로 한다. 이러한 본 발명은 주변 기지국의 간섭신호를 제거함으로써, 기지국들의 경계 부분에 속해 있는 단말기의 수신 성능을 높이고, 또한 핸드오버 성능을 향상시킬 수 있다.
Figure R1020070011089
BS-specific code, OFDMA, CDMA slot, repetition

Description

무선통신 시스템을 위한 주변 셀 간섭의 제거를 위한 송수신 방법 및 장치{TRANSMITTING/RECEIVING METHOD AND APPARATUS CANCELING OTHER CELL INTERFERENCE IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEMS}
도 1은 전형적인 OFDMA 시스템의 송신 구조를 나타낸 블록도.
도 2는 전형적인 OFDMA 수신기의 구조를 나타낸 블록도.
도 3은 3개의 기지국들의 셀들이 중첩된 지역에 위치한 단말의 예를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 송신 구조를 나타낸 블록도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 심볼 반복의 한 예를, 주파수와 시간 도메인에서 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 코드 할당의 예를 시간 도메인에서 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가변 CDMA 슬롯 구조의 예를 나타낸 도면.
도 8 및 도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수신 성능을 종래 기술과 비교한 모의실험 결과를 나타낸 도면.
본 발명은 무선통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 기지국 특정 직교 코드 혹은 준직교 코드를 이용하여 주변 셀 간섭을 줄이기 위한 송수신 방법 및 장치에 관한 것이다.
이동통신 시스템은 아날로그 방식의 1세대, 디지털 방식의 2세대, IMT-2000의 고속 멀티미디어 서비스를 제공하는 3세대에 이어 초고속 멀티미디어 서비스를 제공하는 4세대 이동통신 시스템으로 발전하고 있는 추세이다. 4세대 이동 통신 시스템은 보다 높은 데이터 전송율을 지원하기 위한 것으로 100Mbps의 이상의 고속 데이터 전송을 목표로 하고 있다. 이러한 제 4세대 이동통신 시스템은 다중 경로를 통해 전송되는 무선 채널 환경에서 상기 다중 경로에 따른 감쇄를 보상하며 또한, 패킷 서비스에 따라 갑자기 증가하는 버스트 패킷 데이터를 보장한다.
4세대 이동통신의 요구되는 특성을 만족시키는 무선 전송 기술(Radio Access Technology)의 유력한 후보로, OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access)가 고려되고 있다. 상기 OFDMA는 여러 개의 부반송파를 사용하는 다수반송파 전송/변조(MultiCarrier Transmission/Modulation: MCM) 방식의 일종으로 입력 데이터를 사용 부반송파의 수만큼 병렬화하고 병렬화된 데이터를 각 반송파들에 실어 전송하는 방식이다.
OFDMA 방식은 각 사용자가 요구하는 전송률에 따라 부반송파의 개수를 다르 게 할당함으로써 자원분배를 효율적으로 할 수 있으며 전송 효율이 증가하게 된다. 즉, 상기 OFDMA 방식은 많은 수의 부반송파를 사용할 경우(즉, FFT(Fast Fourier Transform) 크기가 큰 경우)에 적합하기 때문에 시간지연확산(Time Delay Spread)이 비교적 큰 넓은 지역의 셀을 갖는 무선통신 시스템에 효율적으로 적용된다.
도 1은 전형적인 OFDMA 시스템의 송신 구조를 보여 준다. 여기에서는 각각의 셀을 제어하는 복수의 기지국들(Base Station: BS), BS0, BS1, BS2에 구비되는 송신기들(100, 120, 140)을 도시하였다.
도 1을 참조하면, 순방향 에러 정정(Forward Error Correcting: FEC) 부호화기들(FEC encoders)(102, 122, 142)은, 해당하는 기지국의 송신하고자 하는 소스 데이터인 정보 시퀀스를 입력받아 부호화하며, 상기 부호화된 데이터는 심볼 매핑기들(104, 124, 144)에 의해 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)/16QAM(16-ary Quadrature Amplitude Modulation)/64QAM(64-ary QAM) 등에 따른 변조 심볼들 s0(k), s1(k), s2(k)로 변조되고, 상기 변조 심볼들은 해당 기지국이 설정한 반복 수(Repetition Number)에 따라서 반복기들(106, 126, 146)에 의해 반복된 후, 복수의 부 반송파(Subcarrier)들로 할당된다.
상기 부반송파들로 할당된 신호 시퀀스들 sR,0(k), sR,1(k), sR,2(k)는 스크램블러들(108, 128, 148)에 의해, 기지국마다 고유한 스크램블링 시퀀스들(scrambling sequence) sc0(k), sc1(k), sc2(k)와 곱해진 후, IFFT(Inverse Fast Fourier Transform unit)(110, 130, 150)를 거쳐서 시간 도메인의 송신 출력 신호 로 변환되어, 각 기지국의 안테나들(112, 132, 152)을 통해 해당하는 셀 영역의 사용자 단말기들에게 전송된다.
상기한 송신기들(100, 120, 140)의 동작을 수식으로 나타내면 다음과 같다.
먼저 심볼 매핑기(104, 124, 144)의 출력은 다음 <수학식 1>과 같다.
Figure 112007010295109-pat00001
여기서 m은 비트 인덱스이고 M은 변조 심볼의 길이, 즉 하나의 변조 심볼에 포함되는 비트들의 개수이다.
반복기들(106, 126, 146)의 출력은 s(m)를 R번 반복한 것이므로 다음 <수학식 2>와 같다.
Figure 112007010295109-pat00002
여기서 k는 부반송파 인덱스를 나타내며, 내며, mod는 모듈로(modulo) 연산을 나타낸다. 이때 N은 R번의 반복이 적용된 심볼의 전체 길이이므로 다음 <수학식 3>과 같은 관계가 성립한다.
Figure 112007010295109-pat00003
각각 +1 또는 -1의 값을 가지는 비트들로 이루어진 스크램블링 시퀀스를 sc(k)이라고 하면, 스크램블러들(108, 128, 148)의 출력은 다음 <수학식 4>와 같 다.
Figure 112007010295109-pat00004
사용자 단말기에 구비되는 수신기로는, 사용자 단말기의 현재 위치에서 통신이 이루어지고 있는 기지국, 즉 서빙 기지국뿐만이 아니라, 주변 기지국들의 간섭 신호들, 즉 주변 셀 간섭 신호들(Neighbor Cell Interference Signals)까지도 들어오게 된다. 설명의 편의를 위하여 도 1에서, BS0이 서빙 셀이고, BS1이 주변 셀이라고 하면, 수신기로 수신된 신호 y(k)는 잡음 신호(noise) n(k)를 포함하여 다음 <수학식 5>와 같이 나타내어진다.
Figure 112007010295109-pat00005
여기에서 x0(k)과 x1(k)은 BS0과 BS1에서의 송신 신호이고, h0(k)은 서빙 셀인 BS0과 단말기 사이의 k번째 부채널에 해당하는 무선 채널을 나타내는 채널 주파수 응답(Channel Frequency Response)이고, h1(k)은 주변 셀인 BS1과 단말기 사이의 채널 주파수 응답이다.
도 2는 전형적인 OFDMA 수신기의 구조를 보여 준다.
도 2를 참조하면, 안테나(200)를 통해 수신된 시간 도메인의 신호 y(k)는 FFT(Fast Fourier Transform unit)(202)에 의해 주파수 도메인의 수신 신호로 변환된 후, 디스크램블러(204)를 통과하여 하기 <수학식 6>과 같이 디스크램블링된다.
Figure 112007010295109-pat00006
여기서 sc0(k)은 서빙 셀(예를 들어 BS0)에 할당된 스크램블링 시퀀스이다. 상기 디스크램블링된 신호는, 채널 추정기(Channel Estimator)(206)에 의해 추정된 채널 주파수 응답을 이용하여, 채널 보상기(208)에 의해 하기 <수학식 7>과 같이 채널 보상된다.
Figure 112007010295109-pat00007
여기서 h0(k)은 서빙 셀인 BS0에 대해 추정된 채널 주파수 응답이다.
상기 채널 보상된 신호는 결합기(210)에 의해, 반복기(106)에 의한 반복 회수 R만큼 결합, 즉 누적되어 하기 <수학식 8>이 된다.
Figure 112007010295109-pat00008
여기서 sR,0(k)은 BS0에서 반복되어 송신되는 신호를 나타내며 i(k)는 잡음 및 간섭 신호를 나타낸다.
이때
Figure 112007010295109-pat00009
임을 고려하면, 다음 <수학식 9>를 얻을 수 있다.
Figure 112007010295109-pat00010
여기서 s0(m)은 BS0의 변조 심볼을 나타낸다. 상기 <수학식 9>에서 간섭 및 잡음신호가 백색잡음인 것으로 가정하면, 에버리징(Averaging) 효과에 의하여 상기 간섭 및 잡음신호가 감소하게 되어 단말기의 수신 성능이 향상된다.
IEEE802.16 기반의 OFDMA 시스템인 WiBro(Wireless Broadband) 시스템은 주파수 재사용 계수(Frequency Reuse Factor) 1을 기본으로 하고 있다. 주파수 재사용 계수가 1인 경우, 주파수 효율 (Frequency Efficiency) 면에서는 뛰어나다는 장점이 있지만, 한 기지국에서 사용하는 모든 부반송파가 주변 기지국들의 부반송파와 중첩되어 상호간에 간섭으로 작용하게 되는 단점이 있다. 이러한 주변 기지국들의 간섭신호로 인하여, 셀의 경계 부근에 위치한 단말기는 수신 성능이 저하되고, 또한 핸드오버 시에 통신이 두절되는 현상들이 발생하게 된다.
도 3은 3개의 기지국들의 셀들이 중첩된 지역에 위치한 단말의 예를 보여준다. 여기서 3개의 기지국들(312, 314, 316)은 3개의 셀 영역들(302, 304, 306)을 각각 커버하며, 단말기(310)는 상기 3개의 기지국들(312, 314, 316)로부터의 거의 등거리인 장소에 위치한다. 이와 같이 등거리인 장소 이외에도, 단말기(310)가 상기 3개의 셀 영역들(302, 304, 306)이 중첩하는 영역 내의 어느 지점에 위치하는 경우, 단말기(310)가 선택한 하나의 서빙 셀 이외에 다른 기지국들로부터의 신호들은 상기 서빙 셀인 기지국으로부터의 신호에 대해 간섭으로 작용한다.
이러한 셀 경계부근에서의 간섭 문제를 극복하기 위해, IEEE802.16 규격에서는 기지국 송신 신호를 QPSK와 같은 낮은 변조 차수(modulation order)를 사용하여 변조하고, 낮은 FEC 부호율을 적용하며, 또한 최대 6번의 반복을 사용할 수 있도록 규정하고 있다. 하지만 이러한 노력에도 불구하고, 페이딩 채널 상에서 종래의 단말 수신기로는, 셀 경계부근에서의 데이터가 수신되지 않는 아웃티지 확률(Outage Probability)이 높게 나오며, 핸드오버 성능 또한 나빠지는 현상이 발생된다. 이러한 문제를 근본적으로 극복하기 위해서는 주파수 재사용 계수가 적어도 3이 되어야 하지만, 이 경우 주파수 효율이 1/3으로 떨어지고 셀 계획(cell planning)이 복잡해진다.
따라서 상기한 바와 같이 동작되는 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 본 발명은, 무선통신 시스템에 있어서, 셀 경계부분에 위치한 단말기의 수신 성능이 주변 기지국들로부터의 간섭신호들에 의하여 저하되는 문제를 해소하기 위한 송수신 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명은, OFDMA 시스템에서 재사용 회수 R에 따라 할당되는 부반송파들을 CDMA(Code Division Multiple Access) 슬롯으로 간주하고, 길이 R의 고유한 직교 코드 혹은 준직교 코드를 각 기지국에 적절히 할당함으로써 수신기에서 주변 기지국 신호의 간섭을 제거하는 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예는, 무선통신 시스템에서 주변 셀 간섭을 줄이기 위한 송신 방법에 있어서,
송신하고자 하는 적어도 하나의 변조 심볼을 생성하는 과정과,
상기 변조 심볼을 인접한 기지국들 간에 동일한 자원 블록에 매핑하여 할당하는 과정과,
상기 할당된 변조 심볼들을, 기지국에 할당된 기지국 고유(BS-specific) 코드로 확산하는 과정을 포함하며, 여기서 상기 기지국 고유 코드는, 상기 기지국에 인접하는 주변 기지국들에 할당되는 해당 기지국 고유 코드들과 직교성 혹은 준직교성을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예는, 무선통신 시스템에서 주변 셀 간섭을 줄이기 위한 송신 장치에 있어서,
송신하고자 하는 적어도 하나의 변조 심볼을 생성하는 심볼 생성기와,
상기 변조 심볼을 인접한 기지국들 간에 동일한 자원 블록에 매핑하여 할당하는 자원 매핑기와,
상기 할당된 변조 심볼들을, 기지국에 할당된 기지국 고유 코드로 확산하는 확산기를 포함하며, 여기서 상기 기지국 고유 코드는, 상기 기지국에 인접하는 주변 기지국들에 할당되는 해당 기지국 고유 코드들과 직교성 혹은 준직교성을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예는, 무선통신 시스템에서 주변 셀 간섭을 줄이기 위한 수신 방법에 있어서,
기지국 및 주변 기지국들에 공통으로 할당된 자원 블록을 통해 확산된 데이 터를 수신하는 과정과,
상기 확산된 데이터를 상기 기지국에 할당된 기지국 고유 코드로 역확산하여 적어도 하나의 변조 심볼을 출력하는 과정과, 여기서 상기 기지국 고유 코드는, 상기 기지국에 인접하는 주변 기지국들에 할당되는 해당 기지국 고유 코드들과 직교성 혹은 준직교성을 가지며,
상기 변조 심볼을 복호하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 주요한 요지는, 대표적으로 WiBro와 같은 OFDMA 시스템에 있어서, 셀 경계부분에 위치한 단말기의 수신 성능이 주변 기지국들로부터의 간섭신호에 의하여 저하되는 문제를 해결하기 위해, OFDMA 프레임을 소정 크기의 시간-주파수 자원 블록으로 이루어진 CDMA 슬롯들로 나누고, 복수의 기지국들이 상기 각 CDMA 슬롯에서 직교 코드들 또는 서로 간에 상관관계가 적은 코드들(이하 준직교 코드라 칭함)을 사용하도록 하는 것이다. 즉, 정보 심볼을 스크램블링하는 대신, 각 기지국에서 기지국 특정의(BS-specific) 직교 코드로 정보 심볼을 확산하여 보낸다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 송신 구조를 나타낸 것이다. 여기에서는 각각의 셀을 제어하는 복수의 기지국들, BS0, BS1, BS2에 구비되는 송신기들(400, 420, 440)을 도시하였다.
도 4를 참조하면, 순방향 에러 정정(FEC) 부호화기들(402, 422, 442)은, 해당하는 기지국의 송신하고자 하는 소스 데이터인 정보 시퀀스를 입력받아 부호화하며, 상기 부호화된 데이터는 심볼 매핑기들(404, 424, 444)에 의해 QPSK/16QAM/64QAM 등에 따른 변조 심볼들 s0(k), s1(k), s2(k)로 변조되고, 상기 변조 심볼들은 해당 기지국에 설정된 반복 회수 R에 따라서 가변 반복기들(406, 426, 446)에 의해 반복된 후, 복수의 부반송파들로 할당된다.
이때 가변 반복기들(406, 426, 446)의 가변 회수 R은 상위 시스템의 제어에 의해 가변적으로 결정될 수 있으며, 또한 상기 변조 심볼들은 주파수 도메인에서뿐만이 아니라, 시간 도메인에서 반복될 수도 있다. 여기서 주파수 도메인에서 반복된다 함은, 동일한 변조 심볼이 R개의 부반송파들에 매핑됨을 의미한다. 또한 시간 도메인에서 반복된다 함은, 동일한 변조 심볼이 R개의 시간 구간들 동안 R번 반복하여 출력됨을 의미한다.
상기 부반송파들로 할당된 신호 시퀀스들 sR,0(k), sR,1(k), sR,2(k)는 확산기들(408, 428, 448)에 의해, 각 기지국에 할당된 고유한 직교 코드들 oc0(k), oc1(k), oc2(k)와 곱해진다. 상기 직교 코드들은 가변 반복기들(406, 426, 446)에 의해 제어되는, 상기 반복 회수 R과 동일한 길이를 가진다. 상기 확산기들(408, 428, 448)의 출력 신호들은 IFFT(410, 430, 450)를 거쳐서 시간 도메인의 송신 출력 신호로 변환되어, 각 기지국의 안테나들(412, 432, 452)을 통해 해당하는 셀 영역의 사용자 단말기들에게 전송된다.
상기와 같이 구성되는 기지국 송신기에 있어서, 정보 심볼은, 반복 회수 R과 동일한 길이를 가지는 CDMA 슬롯 내에서 R번 반복된다. 여기서 CDMA 슬롯은 시간 도메인 및/혹은 주파수 도메인에서 형성된다. 이때, 적어도 인접하고 있는 기지국들은 동일한 CDMA 슬롯 구조를 가지며, 각 CDMA 슬롯과 동일한 길이를 가지는 확산 코드, 즉 직교 코드들 혹은 준직교 코드들을 사용하여, 단말기에 미치는 주변 기지국들의 간섭을 최소화한다. 하기의 도 5 및 도 6에, CDMA 슬롯의 실시예들을 나타내었다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 심볼 반복 및 직교 코드 할당의 한 예를, 주파수 도메인에서 나타낸 것이다. 여기서, 가로축은 시간 도메인을 나타내며 세로축은 주파수 도메인을 나타낸다.
도 5를 참조하면, 반복 회수 R=6인 경우, t=0인 시간 구간(주기=Ts)에서 정보 심볼들 s(0)와 s(1)는 길이 6인 확산코드 oc(r)={oc(0), oc(1), oc(2), oc(3), oc(4), oc(5)}와 각각 곱해지면서 주파수 도메인에서 6번 반복된다. 그러면 각 시간 구간에서 6개씩의 부반송파들은 길이 R인 CDMA 슬롯으로 간주된다.
상기한 CDMA 슬롯 개념을 이용하면, 종래의 전송은 각 CDMA 슬롯에서, 각 기지국이 임의의 PN(Pseudo-random Noise) 시퀀스, 즉 스크램블링 시퀀스를 이용하여 정보 심볼을 스크램블링한 후 전송하는 것으로 볼 수 있다. 이에 비해 본 발명에서는, 임의의 PN 시퀀스를 대신하여, 각 CDMA 슬롯을 위해 반복 회수 R과 동일한 길이를 가지는 직교 코드, 또는 상호간에 상관도가 적은 길이 R의 코드들(즉 준직교 코드)을 각 기지국에 할당하고, 각 기지국에서는 상기 할당된 직교 코드 혹은 준직교 코드를 이용하여 상기 CDMA 슬롯에서 정보 심볼을 확산하여 전송한다. 본 명세서에서 직교한 코드들을 직교성이 가진다라고 하고, 상관도가 적은 코드들을 준직교성을 가진다라고 칭한다. 여기서 준직교성을 가지는 코드들은, 정해진 코드 개수와 코드 길이 이내에서 서로 간에 가능한 가장 적은 상관도를 가지도록 정의된다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 심볼 반복 및 직교 코드 할당의 예를, 시간 도메인에서 나타낸 것이다. 여기서, 가로축은 시간 도메인을 나타내며 세로축은 주파수 도메인을 나타낸다.
도 6을 참조하면, k=0, 1, 2인 각 부반송파에서 정보 심볼들 s(0), s(1), s(2)는 길이 6인 직교 코드 oc(r)={oc(0), oc(1), oc(2), oc(3), oc(4), oc(5)}와 각각 곱해지면서 시간 도메인에서 6번 반복된다. 그러면 각 부반송파에서 6개씩의 시간 구간들 t=0, Ts, ... 5Ts는 하나의 CDMA 슬롯으로 간주된다.
상기와 같이 구성되는 CDMA 슬롯을 사용하게 되면, 각 CDMA 슬롯 내에서의 채널 변화가 적은 경우, 각 사용자 단말기에서는 서빙 셀의 기지국에 해당하는 직교 코드를 이용하여 수신 신호를 역확산함으로써, 주변 기지국의 신호 성분을 효과 적으로 제거할 수 있다. 사용자 단말기에 구비되는 수신기의 구조는 앞서 언급한 도 2와 유사하므로 여기에서는 도시 및 상세한 설명을 생략하기로 한다.
동작상의 차이점을 설명하면, 도 2에 도시한 수신기의 디스크램블러는 역확산기로 대체되며, 상기 역확산기는 서빙 셀에 해당하는 기지국에 할당된 고유한 직교 코드와 CDMA 슬롯 구조를 나타내는 정보를 상위 시스템 혹은 기지국으로부터 제공받고, 상기 CDMA 슬롯을 통한 수신 신호를 상기 직교 코드를 이용하여 역확산함으로써 주변 기지국들에 의한 간섭 성분을 제거한다. 또한 결합기는 상기 CDMA 슬롯 내의 역확산된 데이터를, 미리 정해진 반복 회수 R만큼 결합, 즉 누적한다.
하기에서는 수식을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동작을 설명한다. 여기서, 서빙 셀은 BS0 (i=0) 이고, 설명의 편의를 위하여 간섭을 일으키는 1개의 주변 기지국(BS1, i=2)만이 존재한다고 가정한다. 또한 OFDMA 프레임 구조로서, 도 5와 같이 주파수 도메인의 R개의 부반송파들에서 정보 심볼들이 반복되는 구조를 이용한다. 즉 CDMA 슬롯은 각 시간영역에서 R개의 부반송파들로 구성된다.
기존의 주기 N인 스크램블링 시퀀스 대신에, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 길이 R인 확산 코드를, 정보 심볼이 반복되는 시간-주파수 자원 블록, 즉 CDMA 슬롯에 할당한다. 여기서 상기 시간-주파수 자원 블록은 복수의 기지국들 간에 동일한 논리 채널에 공통적으로 할당된다. 상기 확산 코드는 다음 <수학식 10>과 같은 성질을 가지는 직교 코드이다.
Figure 112007010295109-pat00011
여기서 oc0(r)은 BS0에 할당된 직교 코드를 나타내고, oc1(r)은 BS1에 할당된 직교 코드를 나타내며, R은 반복 회수(반복 영역의 길이), CDMA 슬롯 길이 및 직교 코드 길이를 의미한다. 만일 R=2,4,8 등과 같이 R이 2의 지수로 나타내지는 경우, 상기 직교 코드는 왈시 코드(Walsh Code)가 되는 것이 바람직하다. 상기와 같은 성질은, 일반적으로
Figure 112007010295109-pat00012
인 PN 시퀀스들로 구성되는 스크램블링 시퀀스들과 차이를 가진다.
R=6이고 1개의 주변 기지국이 존재한다면, 예를 들어 oc0(r)={1, 1, 1, 1, 1, 1}, oc1(r)={1, -1, 1, -1, 1, -1}이 사용된다. 상기 직교 코드들을 각 CDMA 슬롯에 주기적으로 인가하면, 각 CDMA 슬롯에서 기지국들로부터의 신호들은 서로간에 직교하게 된다.
한편, 수신기에서 역확산기 및 결합기를 통해 반복 효과를 제거한 신호 z(m)는 다음 <수학식 11>과 같이 나타난다.
Figure 112007010295109-pat00013
여기서, 간섭 및 잡음 신호를 나타내는 I(m)는 다음 <수학식 12>와 같다.
Figure 112007010295109-pat00014
반복 영역의 길이 R이 비교적 적은 경우, 상기 반복 영역 내의 채널 변화가 적으므로 BS0과 BS1의 채널 주파수 특성 h0 및 h1은 다음 <수학식 13>과 같이 근사화된다.
Figure 112007010295109-pat00015
그러면, 간섭 및 잡음신호 I(m)는 다음 <수학식 14>과 같이 근사화될 수 있다.
Figure 112007010295109-pat00016
이때, <수학식 10>의 직교 성질을 고려하면, 주변 기지국의 간섭신호는 완전히 제거되어 다음 <수학식 15>와 같은 최종 잡음신호를 얻는다.
Figure 112007010295109-pat00017
이미 언급한 바와 같이 반복 회수 R과 직교 코드를 변형함으로써 CDMA 슬롯의 크기 및 모양을 변화시키는 것이 가능하다. 도 7에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가변 CDMA 슬롯 구조의 예를 나타내었다. 도시한 바와 같이 복수의 부반송파들 및 복수의 시간 구간들로 구성되는 OFDMA 프레임에서, CDMA 슬롯 0은 t=0의 시간 구간에서 6개의 부반송파들(k=0~5)로 이루어지며, CDMA 슬롯 1은 k=3의 부반송파에서 4개의 시간 구간들(t=Ts~4Ts)로 이루어지며, CDMA 슬롯 2는 k=8의 부반송파에서 전체 시간 구간들(t=0~5Ts)로 이루어지며, CDMA 슬롯 3은 k=9의 부반송파에서 4개의 시간 구간들(t=0~3Ts)로 이루어지며, CDMA 슬롯 4는 k=5Ts의 시간 구간에서 8개의 부반송파들(k=0~7)로 이루어진다.
이상과 같이 본 발명은 CDMA 슬롯의 크기와 자원 위치를 변동하여 OFDMA 프레임에 할당할 수 있고, 각 CDMA 슬롯에 해당하는 직교 코드들을 규정하고 기지국들에 할당하여, 다양한 직교 코드들을 CDMA 슬롯에 적용 가능하다.
다음으로, WiBRo 규격에 상응하는 시스템에 대하여 본 발명의 송신 기술을 적용한 경우의 모의실험 결과를 설명한다. 상기 모의실험에서, 사용 가능한 전체 부반송파들의 개수 N은 1024이며, 주파수 재사용 계수 Nused는 864이고, 반복 회수 R은 6이고 주파수 도메인에서의 반복만이 사용된다. 또한 서빙 기지국 이외에 2개의 주변 기지국들이 존재한다. 이 경우 사용할 수 있는 직교 코드들의 예시는 다음과 같다.
oc0(k) = {1, 1, 1, 1, 1, 1}
oc1(k) = {1, -1, 1, -1, 1, -1}
oc2(k) = {1, 1, -1, -1, 1, -1}
채널 환경은 플랫 페이딩 채널과 보행자 채널(Flat Fading Channel, Pedestrian B Channel)을 가정하였으며, 및 배경잡음 레벨(Back Ground Noise Level)은 -20 dB이다.
상기와 같은 채널 환경에서의 모의실험 결과를 도 8 및 도 9에 나타내었다.
도 8은 플랫 페이딩 채널 환경에서 본 발명의 직교 코드를 사용한 경우("Proposed Code Spreading"로 도시함)와 기존의 스크램블링 시퀀스를 사용한 경우("PN Code Spreading"으로 도시함)에, 채널 임펄스 응답(Channel Impulse Response: CIR)에 대한 비트 에러율(Bit Error Rate: BER)를 비교하여 도시한 것이다. 도시한 바와 같이 플랫 채널 환경에서 길이 R=6인 연속된 부반송파들의 채널 특성이 상기 두 경우에 있어서 동일하므로, 기지국들 간의 코드 직교성(혹은 낮은 상관계수)을 유지할 수 있다. 이에 따라서, 2개의 주변 기지국들로부터의 간섭을 크게 제거할 수 있다.
도 9는 주파수 선택 채널인 보행자 채널을 적용하였을 경우의 수신 성능을 나타낸 것이다.
도 9를 참조하면, 단일 CDMA 슬롯 내에 채널 성질이 변화하기 때문에 직교 코드들 간의 상관 성질이 변화하여 주변 기지국의 간섭을 완전히 제거하지 못함에도 불구하고, BER=10e-2를 기준으로 할 때 "Proposed Code Spreading"이 "PN code spreading"에 비해 대략 5dB의 성능 이득을 보인다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 동작하는 본 발명에 있어서, 개시되는 발명 중 대표적인 것에 의하여 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은, OFDMA 시스템에서 주변 기지국의 간섭신호를 제거함으로써, 기지국들의 경계 부분에 속해 있는 단말기의 수신 성능을 높이고, 또한 핸드오버 성능을 향상시킬 수 있다. 구체적으로 정보 심볼의 반복 영역을 CDMA 슬롯으로 정의하고, 각 CDMA 슬롯에 직교코드들 또는 상관도가 적은 코드들을 할당하여 정보 심볼들을 확산시킴으로써, 주변 기지국들에 의한 간섭효과를 크게 감소시킨다.

Claims (20)

  1. 무선통신 시스템에서 주변 셀 간섭을 줄이기 위한 송신 방법에 있어서,
    송신하고자 하는 적어도 하나의 변조 심볼을 생성하는 과정과,
    상기 적어도 하나의 변조 심볼을 반복 횟수 R에 따라서 동일한 R개의 반복된 변조 심볼들을 출력하는 과정과,
    상기 변조 심볼들을 인접한 기지국들 간에 동일한 자원 블록에 매핑하여 할당하는 과정과,
    상기 할당된 변조 심볼들에, 기지국에 할당된 기지국 고유(BS-specific) 코드를 곱하여 확산된 데이터를 생성하는 과정을 포함하며, 여기서 상기 기지국 고유 코드는, 상기 기지국에 인접하는 주변 기지국들에 할당되는 해당 기지국 고유 코드들과 직교성 혹은 준직교성을 가지는 것을 특징으로 하는 송신 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 확산된 데이터를 역고속 퓨리에 변환(IFFT)하여 상기 기지국으로부터 사용자 단말기에게 송신하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 송신 방법.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 할당하는 과정은, 상기 반복된 변조 심볼을 OFDMA 프레임 내에서, R개의 시간 구간들 혹은 R개의 부반송파들에 반복하여 매핑시키는 것을 특징으로 하는 송신 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 R은,
    가변 가능함을 특징으로 하는 송신 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 R은,
    2의 지수로 정해짐을 특징으로 하는 송신 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 자원 블록은,
    OFDMA 프레임 내에서 각 시간 구간의 복수의 부반송파들, 혹은 각 부반송파의 복수의 시간 구간들로 이루어짐을 특징으로 하는 송신 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 자원 블록은,
    상기 기지국 및 상기 주변 기지국들의 동일한 논리 채널에 공통으로 할당되는 것을 특징으로 하는 송신 방법.
  9. 무선통신 시스템에서 주변 셀 간섭을 줄이기 위한 송신 장치에 있어서,
    송신하고자 하는 적어도 하나의 변조 심볼을 생성하는 심볼 생성기와,
    상기 적어도 하나의 변조 심볼을 반복횟수 R에 따라서 반복하여 동일한 R개의 반복된 변조 심볼들을 출력하고, 상기 변조 심볼들을 인접한 기지국들 간에 동일한 자원 블록에 매핑하여 할당하는 자원 매핑기와,
    상기 할당된 변조 심볼들에, 기지국에 할당된 기지국 고유 코드를 곱하여 확산된 데이터를 생성하는 확산기를 포함하며, 여기서 상기 기지국 고유 코드는, 상기 기지국에 인접하는 주변 기지국들에 할당되는 해당 기지국 고유 코드들과 직교성 혹은 준직교성을 가지는 것을 특징으로 하는 송신 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 확산된 데이터를 역고속 퓨리에 변환(IFFT)하여 상기 기지국으로부터 사용자 단말기에게 송신하는 IFFT부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 송신 장치.
  11. 삭제
  12. 제 9항에 있어서, 상기 자원 매핑기는,
    상기 변조 심볼을, OFDMA 프레임 내에서, R개의 시간 구간들 혹은 R개의 부반송파들에 반복하여 매핑시키며, 여기서 R은 미리 정해지는 반복 회수인 것을 특징으로 하는 송신 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 R은,
    가변 가능함을 특징으로 하는 송신 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 R은,
    2의 지수로 정해짐을 특징으로 하는 송신 장치.
  15. 제 9 항에 있어서, 상기 자원 블록은,
    OFDMA 프레임 내에서, 각 시간 구간의 복수의 부반송파들 혹은 각 부반송파의 복수의 시간 구간들로 이루어짐을 특징으로 하는 송신 장치.
  16. 제 9 항에 있어서, 상기 자원 블록은,
    상기 기지국 및 상기 주변 기지국들의 동일한 논리 채널에 공통으로 할당되는 것을 특징으로 하는 송신 장치.
  17. 무선통신 시스템에서 주변 셀 간섭을 줄이기 위한 수신 방법에 있어서,
    기지국 및 주변 기지국들에 공통으로 할당된 자원 블록을 통해 확산된 데이터를 수신하는 과정과,
    상기 확산된 데이터를 상기 기지국에 할당된 기지국 고유 코드로 역확산하여 변조 심볼들을 출력하는 과정과, 여기서 상기 기지국 고유 코드는, 상기 기지국에 인접하는 주변 기지국들에 할당되는 해당 기지국 고유 코드들과 직교성 혹은 준직교성을 가지며, 상기 변조 심볼들은 적어도 하나의 변조 심볼들이 반복횟수 R에 따라서 반복된 동일한 R개의 변조 심볼들이고,
    상기 변조 심볼을 복호하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 수신 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 자원 블록은,
    OFDMA 프레임 내에서 각 시간 구간의 복수의 부반송파들, 혹은 각 부반송파의 복수의 시간 구간들로 이루어짐을 특징으로 하는 수신 방법.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 자원 블록은,
    상기 기지국 및 상기 주변 기지국들의 동일한 논리 채널에 공통으로 할당되는 것을 특징으로 하는 수신 방법.
  20. 제 17 항에 있어서, 상기 자원 블록은,
    시간-주파수 자원 블록임을 특징으로 하는 수신 방법.
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