KR100960567B1 - 무선통신 시스템에서 저복잡도 단말을 지원하기 위한 하이브리드 듀플렉스 장치 및 방법 - Google Patents

무선통신 시스템에서 저복잡도 단말을 지원하기 위한 하이브리드 듀플렉스 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선통신 시스템에서 저복잡도 단말을 지원하기 위한 하이브리드 듀플렉스(Hybrid Duplex : HD) 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 무선통신 시스템의 HD 방식을 사용하는 단말에서 듀얼 모드 송신 장치는, 스케줄링에 의해 결정된 송신 RF(Radio Frequency) 체인의 모드에 따라 상향링크 TDD(Time Division Duplex) 대역과 상향링크 FDD(Frequency Division Duplex) 대역 중 하나에 대응하는 주파수를 선택하고, 상기 선택된 주파수를 발생하여 송신 RF 체인으로 제공하는 주파수 발생 및 제어기와, 상기 주파수 발생 및 제어기로부터 발생되는 주파수에 따라 상향링크 TDD 대역 모드와 상향링크 FDD 대역 모드 중 하나로 동작하는 재구성 가능한 송신 RF 체인을 포함하는 것을 특징으로 한다.
듀플렉스, 하이브리드 듀플렉스, 저복잡도 단말, 상향링크 할당

Description

무선통신 시스템에서 저복잡도 단말을 지원하기 위한 하이브리드 듀플렉스 장치 및 방법{HYBRID DUPLEX APPARATUS AND METHOD FOR SUPPORTING LOW COMPLEXITY TERMINAL IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
도 1은 종래 기술에 따른 FDD, TDD, HD 방식의 프레임 구조를 도시한 도면,
도 2는 종래 기술에 따른 FDD, TDD 방식을 지원하는 단말의 RF 송수신 장치의 구성을 도시한 블록도,
도 3은 본 발명에 따른 무선통신 시스템에서 HD 방식을 지원하는 저복잡도 단말의 RF 송수신 장치의 구성을 도시한 블록도,
도 4는 본 발명에 따른 무선통신 시스템에서 저복잡도 단말을 지원하기 위한 HD 프레임 구조를 도시한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 무선통신 시스템에서 저복잡도 단말과 풀(full) HD 단말을 모두 지원하기 위한 HD 운용 방법의 절차를 도시한 흐름도, 및
도 6은 본 발명에 따른 무선통신 시스템에서 레인징 채널을 구분하여 단말 특성을 전송하는 예를 도시한 예시도.
본 발명은 양방향 무선통신 시스템에 관한 것으로, 특히, 저복잡도 단말을 지원하기 위한 하이브리드 듀플렉스(Hybrid Duplex : HD) 장치 및 방법에 관한 것이다.
무선통신 시스템에서 양방향 통신을 위해서는 하향링크(DownLink : 이하 'DL'이라 칭함)와 상향링크(UpLink : 이하 'UL'이라 칭함) 전송을 구분할 수 있는 듀플렉스(duplex) 방법이 필요하다. 도 1을 참조하면, 일반적으로 상기 듀플렉스 방법에는 DL(101)과 UL(103)에 서로 다른 주파수 대역(f1, f2)을 할당하여 상기 DL(101)과 UL(103)을 구분하는 주파수 분할 듀플렉스(Frequency Division Duplex : 이하 'FDD'라 칭함) 방식(1a) 또는 DL(105)과 UL(107)이 같은 주파수 대역(f1)을 공유하며, 상기 DL(105)과 UL(107)에 서로 다른 전송 구간을 할당하여 상기 DL(105)과 UL(107)을 구분하는 시분할 듀플렉스(time division duplex : 이하 'TDD'라 칭함) 방식(1b)이 있다.
여기서, 상기 FDD 방식의 경우, 상기 DL과 UL 사이의 간섭 방지를 위해 DL 대역과 UL 대역 사이에 보호대역(guard band)을 두어야 한다. 또한, 상기 DL과 UL이 차지하는 비율이 대역폭에 의해 고정되기 때문에 가변적인 DL과 UL 간의 비대칭 트래픽을 수용하기에 부적합하다. 이러한 이유로 음성 위주의 서비스를 제공하는 2세대 시스템인 IS(Interim Standard)-95와 GSM(Global System for Mobile Communications) 및 상기 음성 서비스뿐만 아니라 패킷 서비스까지 제공하는 대부분의 3세대 시스템은 상기 FDD 방식을 사용하지만, 비대칭적 데이터 위주의 서비스를 제공하는 무선통신 시스템에는 상기 FDD 방식이 적합하지 않아 상기 TDD 방식을 채택하고 있다.
상기 TDD 방식의 가장 큰 장점은 DL과 UL이 차지하는 비율을 유연하게 조절할 수 있어 비대칭 트래픽에 효과적으로 대처할 수 있다는 것이다. 또한, 양방향 링크(DL, UL)가 동일한 대역을 사용하기 때문에 채널의 가역성(reciprocity)을 이용하여 채널 정보에 대한 피드백(feedback) 오버헤드를 줄일 수 있다. 따라서, 적응변조, 다중안테나 기술 등 주파수 사용 효율성 향상을 위한 기술을 효과적으로 적용할 수 있다.
하지만, 일반적으로 셀마다 DL와 UL 트래픽 비율이 다르기 때문에 효율적인 TDD 동작을 위해서는 DL과 UL 간의 스위칭(switching) 시점을 트래픽 상황에 따라 변화시켜야 한다. 그러나, 실제로 셀마다 다른 DL과 UL 트래픽 비율에 맞춰 DL과 UL 간의 스위칭 시점을 가변하는 것은 기술적으로 어렵다. 또한, 가능하다고 해도 셀마다 DL과 UL의 비율이 다른 경우, 특정 셀은 DL 신호를 전송하고 다른 셀은 UL 신호를 전송하는 크로스 슬롯(cross slot) 구간이 발생하며, 상기 크로스 슬롯 구간에서는 서로 다른 셀에 속한 기지국과 기지국 간의 간섭, 서로 다른 셀에 속한 단말과 단말 간의 간섭이 발생한다. 이를 크로스 슬롯 간섭(cross slot interference)이라 하고, 이는 특히 셀 경계에 있는 사용자의 성능을 저하시키는 주요한 원인이 될 수 있다. 또한, DL과 UL이 시간적으로 구분되어 있기 때문에, DL 구간 중에 빠르게 피드백(Feedback) 해야 하는 정보, 예를 들어 ACK/NACK 혹은 채널 품질 지시(Channel Quality Indicator : CQI) 변동 정보와 같은 피드백 정보가 발생하더라도 상기 FDD에서와 같이 즉각적으로 UL로 전송할 수 없으므로 링크 성능의 저하를 가져올 수 있다.
상기 TDD 방식의 크로스 슬롯 간섭 문제를 완화하면서 FDD 방식에서와 같이 고속 피드백을 가능하도록 하기 위해 상기 TDD와 FDD 방식을 결합한 하이브리드 듀플렉스(Hybrid Duplex : 이하 'HD'라 칭함) 방식(1c)이 제안되었다. 상기 HD 방식은 상기 TDD 방식을 사용하는 중심주파수 f1의 TDD 대역과 UL 전용으로 할당된 중심주파수 f2의 FDD 대역을 분리하여, DL 전송은 상기 TDD 방식에서와 마찬가지로 TDD 대역의 DL 구간(109)을 사용하고, UL 전송은 TDD 대역의 UL 구간(111)과 FDD 대역의 UL 구간(113)을 선택적으로 사용할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 상기 UL 전용 혹은 DL 전용으로 다른 중심주파수의 FDD 대역이 더 포함될 수 있으며, 또 다른 중심 주파수의 TDD 대역이 더 포함될 수 있음은 물론이다. 이와 같이, 상기 HD 방식은 TDD의 장점을 취하면서 셀 경계에 있는 사용자들에게 FDD 대역의 UL을 사용하도록 함으로써 크로스 슬롯 간섭의 영향을 줄이는 장점을 가진다. 또한, 셀의 안쪽에 위치한 사용자들에게도 TDD 대역의 UL과 FDD 대역의 UL을 동시에 할당하여 FDD UL을 통해 DL에 대한 고속의 피드백을 가능하도록 함으로써 DL 전송의 성능 향상을 기대할 수 있다.
여기서, 상기 FDD 방식과 TDD 방식의 경우 송신부와 수신부 각각 하나의 RF(Radio Frequency) 체인을 필요로한다. 도 2는 송수신 안테나가 하나인 경우 FDD, TDD 방식을 지원하는 단말의 RF 송수신 장치의 구성을 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 상기 FDD(2a) 방식의 RF 송수신 장치는 기저대역 신호처리기(200), 송신 RF 체인, 수신 RF 체인, 듀플렉서(209)를 포함하여 구성되고, 상기 TDD(2b) 방식의 RF 송수신 장치는 기저대역 신호처리기(220), 송신 RF 체인, 수신 RF 체인, 스위치(229)를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 FDD(2a)/ TDD(2b) 방식의 송신 RF 체인은 각각 디지털 아날로그 변환기(Digital-to-Analog Converter : 이하 'DAC'라 칭함)(201/ 221), I/Q(In /Quadrature Phase) 변조기(202/ 222), IF(Intermediate Frequency) 증폭기(203/ 223), 제 1 IF 믹서(mixer)(204/ 224), 제 1 IF 필터(205/ 225), 제 1 RF 믹서(206/ 226), 제 1 RF 필터(207/ 227), RF 전력증폭기(208/ 228)를 포함하여 구성되고, 수신 RF 체인은 각각 RF 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier : 이하 'LNA'라 칭함)(210/ 230), 제 2 RF 필터(211/ 231), 제 2 RF 믹서(212/ 232), 제 2 IF 필터(213/ 233), 제 2 IF 믹서(214/ 234), IF LNA(215/ 235), I/Q 복조기(216/ 236), 아날로그 디지털 변환기(Analog-to-Digital Converter : 이하 'ADC'라 칭함)(217/ 237)를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 FDD 방식(2a)의 경우 듀플렉서(Duplexer)(209)를 이용하여 송수신 안테나를 공유하고, 상기 TDD 방식(2b)의 경우 스위치(Switch)(229)를 이용하여 송수신 안테나를 공유한다.
하지만, 이와 같이 송수신 장치를 구성할 경우, 상기 HD 방식은 서로 다른 두 대역을 UL로 사용하기 때문에, 단말에서는 상기 두 대역에 대한 송신 RF 체인을 필요로 하고, 기지국에서는 상기 두 대역에 대한 수신 RF 체인을 필요로 하게 된다. 기지국의 경우 가격이나 복잡도의 제한이 비교적 크지 않지만, 단말의 경우 가격이나 복잡도의 제한으로 인해 두 개의 수신 RF 체인이 필요한 종래 HD를 지원하기 어려운 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 무선통신 시스템에서 저복잡도 단말을 지원하기 위한 HD 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 양방향 무선통신 시스템에서 재구성 가능한 RF 체인을 사용하는 저복잡도 단말을 지원하기 위한 HD 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 양방향 무선통신 시스템에서 TDD와 FDD를 독립적으로 모두 지원할 수 있는 재설정 가능한 RF 체인을 갖춘 단말에 있어 HD 서비스를 지원할 수 있도록 FDD 대역의 UL 송신 구간을 구분하고, TDD 대역과 FDD 대역에서 동시에 UL 신호를 전송하지 않도록 자원을 할당하는 HD 구조를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 양방향 무선통신 시스템에서 단말의 풀(full) HD 지원 여부 정보와 단말의 위치 정보에 따라 풀(full) HD 단말과 재설정 가능한 RF 체인을 갖춘 단말을 지원하기 위한 HD 운용 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따르면, 무선통신 시스템의 HD 방식을 사용하는 단말에서 듀얼 모드 송신 장치는, 스케줄링에 의해 결정된 송신 RF(Radio Frequency) 체인의 모드에 따라 상향링크 TDD(Time Division Duplex) 대역과 상향링크 FDD(Frequency Division Duplex) 대역 중 하나에 대응하는 주파수를 선택하고, 상기 선택된 주파수를 발생하여 송신 RF 체인으로 제공하는 주파수 발생 및 제어기와, 상기 주파수 발생 및 제어기로부터 발생되는 주파수에 따라 상향링크 TDD 대역 모드와 상향링크 FDD 대역 모드 중 하나로 동작하는 재구성 가능한 송신 RF 체인을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따르면, 무선통신 시스템의 기지국에서 듀얼 모드 운용 방법은, 초기 접속을 시도하는 단말이 존재할 시, 상기 단말이 하나의 송신 RF 체인을 사용하여 둘 이상의 상향링크 대역을 지원하는 단말(이하 ‘저 복잡도 단말’이라 칭함)인지 여부와 상기 단말의 위치를 검사하는 과정과, 검사 결과에 따라 상기 단말에게 자원을 할당하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따르면, 무선통신 시스템의 기지국에서 듀얼 모드 운용 장치는, 초기 접속을 시도하는 단말이 존재할 시, 상기 단말이 하나의 송신 RF 체인을 사용하여 둘 이상의 상향링크 대역을 지원하는 단말(이하 ‘저 복잡도 단말’이라 칭함)인지 여부와 상기 단말의 위치를 검사하고, 검사 결과에 따라 상기 단말에게 자원을 할당하는 기지국과, 상기 기지국으로부터 자원을 할당받는 상기 단말을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세 한 설명은 생략한다.
이하 본 발명은 무선통신 시스템에서 저복잡도 단말을 지원하기 위한 HD 장치 및 방법에 대해 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 저복잡도 단말은 TDD 대역과 FDD 대역에 대해 송신 RF 체인을 따로 구현하지 않고 같은 송신 RF 체인을 공유하여 HD 방식을 지원하는 단말로서, 상기 TDD 대역과 FDD 대역에 대해 각각의 송신 RF 체인을 따로 구현하여 HD 방식을 지원하는 단말(이하 ‘풀(Full) HD 단말’이라 칭함)에 비해 복잡도가 감소되는 이점이 있다. 기지국의 경우에도 마찬가지로 TDD 대역과 FDD 대역에 대해 같은 수신 RF 체인을 공유하도록 구성할 수 있으며, 이하 설명에서는 복잡도 감소의 효과가 큰 단말을 기준으로 설명하도록 한다.
또한, 본 발명에서 저복잡도 단말은 하나의 TDD 대역과 FDD 대역에 대해 같은 송신 RF 체인을 공유하여 HD 방식을 지원하는 것을 예로 들어 설명할 것이나, 둘 이상의 TDD 대역 또는 FDD 대역에 대해서도 적용 가능함은 물론이다.
도 3은 본 발명에 따른 무선통신 시스템에서 HD 방식을 지원하는 저복잡도 단말의 RF 송수신 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
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도시된 바와 같이, 상기 저복잡도 단말은 기저대역 신호처리기(300), 하나의 수신 RF 체인(301~308), 하나의 송신 RF 체인(310, 312~317), 주파수 발생 및 제어기(311), 하이브리드 듀플렉서/스위치(309)를 포함하여 구성된다. 여기서, 중심주파수 f1의 TDD 대역에 대한 수신 RF 체인은 RF LNA(308), RF 필터(307), 제 1 RF 믹서(306), 제 1 IF 필터(305), 제 1 IF 믹서(304), IF LNA(303), I/Q 복조기(302), ADC(301)를 포함하여 구성되며, 상기 TDD 대역 또는 중심주파수 f2의 FDD 대역에 대한 송신 RF 체인은 DAC(317), I/Q 변조기(316), IF 증폭기(315), 제 2 IF 믹서(mixer)(314), 제 2 IF 필터(313), 재구성(Reconfigurable) RF 필터/믹서(312), RF 전력증폭기(310)를 포함하여 구성되고, 상기 수신 RF 체인(301~308)과 송신 RF 체인(310, 312~317)은 상기 하이브리드 듀플렉서/스위치(309)를 이용하여 송수신 안테나를 공유한다. 이하 설명에서, 상기 저복잡도 단말의 송신 RF 체인은 재구성 가능한 RF 체인이라 칭한다.
상기 도 3을 참조하면, 먼저, 상기 수신 RF 체인은 TDD 대역 모드로 동작하며, 상기 송신 RF 체인은 상기 주파수 발생 및 제어기(311)로부터 발생하는 주파수에 따라 TDD 대역 모드 또는 FDD 대역 모드로 동작한다.
먼저, 상기 수신 RF 체인의 RF LNA(308)는 연결되는 안테나를 통해 수신되는 신호를 소정 레벨로 증폭하여 상기 RF 필터(307)로 출력하고, 상기 RF 필터(307)는 상기 증폭된 신호에서 원하는 신호만을 필터링하여 상기 제 1 RF 믹서(306)로 출력한다. 상기 제 1 RF 믹서(306)는 상기 필터링된 RF 신호를 IF 대역으로 주파수 하향변환하여 상기 제 1 IF 필터(305)로 출력하고, 상기 제 1 IF 필터(305)는 상기 주파수 하향변환된 신호에서 원하는 채널만을 필터링하여 상기 제 1 IF 믹서(304)로 출력한다. 상기 제 1 IF 믹서(304)는 상기 필터링된 신호를 기저대역으로 주파수 하향변환하여 상기 IF LNA(303)로 출력하고, 상기 IF LNA(303)는 상기 주파수 하향변환된 신호를 소정 레벨로 증폭하여 상기 I/Q 복조기(302)로 출력한다. 상기 I/Q 복조기(302)는 상기 증폭된 신호를 변조 이전의 I축과 Q축의 신호로 변환하여 상기 ADC(301)로 출력하고, 상기 ADC(301)는 상기 복조된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 기저대역 신호 처리기(300)로 출력한다.
다음으로, 상기 송신 RF 체인의 DAC(317)는 상기 기저대역 신호 처리기(300)로부터 입력되는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 상기 I/Q 변조기(316)로 출력하고, 상기 I/Q 변조기(316)는 입력되는 I축과 Q축의 신호를 상기 I축과 Q축 신호 간에 소정 위상 차를 갖는 높은 주파수로 변환한 후 두 신호를 합성하여 상기 IF 증폭기(315)로 출력한다. 상기 IF 증폭기(315)는 상기 변조된 신호를 소정 레벨로 IF 증폭하여 상기 제 2 IF 믹서(mixer)(314)로 출력하고, 상기 제 2 IF 믹서(mixer)(314)는 상기 IF 증폭된 신호를 IF 대역으로 주파수 상향변환하여 상기 제 2 IF 필터(313)로 출력한다. 상기 제 2 IF 필터(313)는 상기 주파수 상향변환된 신호에서 원하는 채널만을 필터링하여 상기 재구성(Reconfigurable) RF 필터/믹서(312)로 출력하며, 상기 재구성(Reconfigurable) RF 필터/믹서(312)는 상기 필터링된 IF 신호를 RF 대역으로 주파수 상향변환하고 상기 주파수 상향변환된 신호에서 원하는 채널만을 필터링하여 상기 RF 전력증폭기(310)로 출력한다. 이때, 상기 재구성(Reconfigurable) RF 필터/믹서(312)는 상기 주파수 발생 및 제어기(311)로부터 발생되는 주파수 대역에 따라 TDD 대역 모드 혹은 FDD 대역 모드로 동작한다. 상기 RF 전력증폭기(310)는 상기 RF 주파수로 변환된 신호가 충분한 전력을 가지고 전송될 수 있도록 높은 레벨로 증폭하고, 상기 증폭된 신호를 연결되는 안테나를 통해 수신단으로 전송한다.
상기 주파수 발생 및 제어기(311)는 기지국으로부터 할당받은 UL 대역에 따라 상기 안테나에 연결된 송신 RF 체인의 주파수를 TDD 대역(f1), FDD 대역(f2) 중 하나의 값으로 스위칭하여 상기 재구성(Reconfigurable) RF 필터/믹서(312)로 해당 주파수를 발생한다. 또한, 상기 주파수 발생 및 제어기(311)는 상기 기지국으로부터 할당받은 UL 대역에 따라 상기 RF 전력증폭기(310)로 제어 신호를 발생하여, 해당 주파수 대역의 증폭 레벨을 제공한다. 또한, 상기 주파수 발생 및 제어기(311)는 상기 기지국으로부터 할당받은 UL 대역에 따라 상기 안테나에 연결된 하이브리드 듀플렉서/스위치(309)로 제어 신호를 발생하여, 상기 단말의 송신 RF 체인이 TDD 대역 모드일 시 스위치로써 동작하도록 제어하고, 상기 단말의 송신 RF 체인이 FDD 대역 모드일 시 듀플렉서로써 동작하도록 제어한다.
다시 말해, 상기 단말이 f1 대역에서 TDD로 동작하는 경우, 상기 주파수 발생 및 제어기(311)는 상기 재구성(Reconfigurable) RF 필터/믹서(312)로 f1 주파수를 발생시키고, 상기 하이브리드 듀플렉서/스위치(309)에 스위치로 동작하도록 제어신호를 보내며, 상기 RF 전력증폭기(310)로 상기 f1 주파수 대역에 대한 증폭 레벨을 제공한다. 반면, 상기 단말이 f1 과 f2 대역에서 FDD로 동작하는 경우, 상기 주파수 발생 및 제어기(311)는 상기 재구성(Reconfigurable) RF 필터/믹서(312)로 f2 주파수를 발생시키고, 상기 하이브리드 듀플렉서/스위치(309)에 듀플렉서로 동작하도록 제어신호를 보내며, 상기 RF 전력증폭기(310)로 상기 f2 주파수 대역에 대한 증폭 레벨을 제공한다.
상기 하이브리드 듀플렉서/스위치(309)는 상기 주파수 발생 및 제어기(311)로부터 입력되는 제어 신호에 따라, 상기 단말의 송신 RF 체인이 TDD 대역 모드일 시 스위치로써 동작하며, 상기 단말의 송신 RF 체인이 FDD 대역 모드일 시 듀플렉서로써 동작한다.
한편, 본 발명에 따른 저복잡도 단말은 상기 두 대역(TDD와 FDD)에 대해 송신 RF 체인을 공유하여 HD 방식을 지원하기 때문에 상기 두 대역(TDD와 FDD)의 UL을 동시에 지원할 수는 없다. 따라서, FDD 대역에서 UL 송신 구간을 구분하여, 상기 저복잡도 단말이 두 대역의 UL을 동시에 할당받지 않도록 하는 HD 프레임 구조 및 운용 방법의 제안이 필요하다.
도 4는 본 발명에 따른 무선통신 시스템에서 저복잡도 단말을 지원하기 위한 HD 프레임 구조를 도시한 도면이다.
상기 도 4를 참조하면, 먼저, 상기 저복잡도 단말을 지원하기 위한 HD 프레임 구조는 중심주파수 f1의 TDD 대역의 DL 구간(401)과 UL 구간(UL_f1)(403), 중심주파수 f2의 FDD 대역의 제 1 UL 구간(UL_f2)(405)과 제 2 UL 구간(UL_f2)(407)으로 나눌 수 있다. 여기서, 상기 TDD 대역의 DL 구간(401)과 UL 구간(UL_f1)(403) 사이 혹은 상기 UL 구간(UL_f1)(403)과 DL 구간(401) 사이에는 시간 변환 간격(TTG(Transmit Transition Gap) 혹는 RTG(Receive Transition Gap))이 존재하며, 상기 DL 구간(401)과 UL 구간(UL_f1)(403)의 길이는 트래픽의 비대칭성을 고려하여 가변적으로 설정할 수 있다. 또한, 상기 TDD 대역의 DL 구간(401)과 상기 FDD 대역의 제 1 UL 구간(UL_f2)(405)은 하나의 프레임에서 시작점과 종료점이 동기화되며, 상기 FDD 대역의 제 2 UL 구간(UL_f2)(407)은 상기 종료점부터 상기 프레임의 나머지 구간 혹은 상기 종료점부터 상기 프레임의 RTG(Receive Transition Gap)를 제외한 나머지 구간으로 설정될 수 있다.
여기서, 상기 저복잡도 단말이 두 대역(TDD와 FDD)의 UL을 동시에 할당받지 않도록 하기 위해 기지국은 소정 조건에 따라 상기 단말에게 상기 TDD 대역의 UL 구간(UL_f1)(403)과 상기 FDD 대역의 제 1 UL 구간(UL_f2)(405)을 할당(4a)하거나 혹은 상기 FDD 대역의 제 1 UL 구간(UL_f2)(405)과 제 2 UL 구간(UL_f2)(407)을 할당(4b)한다. 예를 들어, 상기 소정 조건은 단말의 위치일 수 있으며, 상기 기지국은 상기 단말의 위치에 따라 해당 단말에게 다른 프레임 구조로 대역을 할당할 수 있다. 다시 말해, 상기 저복잡도 단말이 셀 내부에 위치한 단말일 시, 상기 기지국은 해당 단말에게 상기 TDD 대역의 UL 구간(UL_f1)(403)과 상기 FDD 대역의 제 1 UL 구간(UL_f2)(405)을 할당(4a)하고, 상기 저복잡도 단말이 셀 경계에 위치하는 단말일 시, 상기 기지국은 해당 단말에게 상기 FDD 대역의 제 1 UL 구간(UL_f2)(405)과 제 2 UL 구간(UL_f2)(407)을 할당(4b)할 수 있다.
여기서, 상기 TDD 대역의 UL 구간(UL_f1)(403)과 상기 FDD 대역의 제 1 UL 구간(UL_f2)(405)을 할당(4a)받은 저복잡도 단말의 경우, 기본적으로 TDD 대역의 DL 구간(401)과 UL 구간(UL_f1)(403)에서 DL과 UL 데이터를 전송하며, 상기 DL 데이터 전송시 발생하는 고속 피드백 정보는 FDD 대역의 제 1 UL 구간(UL_f2)(405)에 전송한다. 또한, 상기 FDD 대역의 제 1 UL 구간(UL_f2)(405)과 제 2 UL 구간(UL_f2)(407)을 할당(4b)받은 저복잡도 단말의 경우, 기본적으로 TDD 대역의 DL 구간(401)과 FDD 대역의 제 2 UL 구간(UL_f2)(407)에서 DL과 UL 데이터를 전송하며, 상기 DL 데이터 전송시 발생하는 고속 피드백 정보는 FDD 대역의 제 1 UL 구간(UL_f2)(405)에 전송한다.
도 5는 본 발명에 따른 무선통신 시스템에서 저복잡도 단말과 풀(full) HD 단말을 모두 지원하기 위한 HD 운용 방법의 절차를 도시한 흐름도이다.
상기 도 5를 참조하면, 기지국은 501단계에서 초기 접속을 시도하는 단말이 존재하는지 여부를 검사한다. 상기 초기 접속을 시도하는 단말이 존재할 시, 상기 기지국은 503단계에서 상기 초기 접속을 시도하는 단말이 저 복잡도(단말 특성 1) 단말인지 여부를 검사한다.
여기서, 상기 초기 접속을 시도하는 단말이 저 복잡도 단말인지 여부는, 상기 단말의 특성을 포함하는 메시지를 해당 단말로부터 기지국이 수신하거나 초기 접속 시 레인징(ranging) 채널 혹은 코드(code)의 구분을 통해 기지국이 인지하는 등의 여러 가지 방법으로 알 수 있다. 도 6은 상기 레인징 채널을 구분하여 단말 특성을 전송하는 방식을 예로 들어 도시하고 있으며, 전체 레인징 채널 중에서 일부 레인징 채널을 저 복잡도 단말 전용으로 할당함으로써, 기지국은 특정 레인징 채널을 통해 초기 접속을 시도하는 단말을 저 복잡도 단말로 판단할 수 있다. 반대로, 풀(full) HD 단말에 대해 다른 레인징 채널을 통해 초기 접속을 시도하도록 구분함으로써, 기지국이 단말의 특성을 판단할 수 있다. 상기 초기 접속이 끝나면 기지국이 단말의 특성을 이용하여 적절한 레인징 채널을 재할당하게 된다. 풀(full) HD 단말이 보편화되지 않는 HD 초기 서비스 단계에서는 2개의 송신 RF 체인을 갖춘 단말에게 특정 레인징 채널이나 코드를 한정해서 할당하고 반대로 저복잡도 단말이 나머지 레인징 채널을 자유롭게 사용하는 것도 가능하다.
상기 초기 접속을 시도하는 단말이 저 복잡도 단말일 시, 상기 기지국은 505단계에서 상기 단말을 재구성 가능한 RF 체인을 갖춘 TDD/FDD 공용 저 복잡도 단말로 판정하고, 507단계에서 상기 단말이 셀 경계에 위치(단말 특성 2)하는 단말인지 여부를 검사한다. 상기 단말이 셀 내부에 위치하는 단말일 시, 상기 기지국은 515단계에서 상기 단말에게 중심주파수 f1의 TDD 대역의 DL 구간(401)과 UL 구간(UL_f1)(403) 및 중심주파수 f2의 FDD 대역의 제 1 UL 구간(UL_f2)(405)을 할당하고, 상기 507단계로 돌아가 이하 단계를 반복 수행한다.
반면, 상기 단말이 셀 경계에 위치하는 단말일 시, 상기 기지국은 509단계에서 상기 단말에게 중심주파수 f1의 TDD 대역의 DL 구간(401)과 중심주파수 f2의 FDD 대역의 제 1 UL 구간(UL_f2)(405) 및 제 2 UL 구간(UL_f2)(407)을 할당하고, 511단계로 진행하여 상기 단말이 핸드오버를 수행하는지 여부를 검사한다. 상기 단말이 핸드오버를 수행하지 않을 시, 상기 기지국은 상기 507단계로 돌아가 이하 단계를 반복 수행한다. 반면, 상기 단말이 핸드오버를 수행할 시, 상기 기지국은 513단계에서 해당 인접 기지국으로 상기 단말 특성 1과 2를 전달하여, 상기 단말이 저 복잡도 단말이며 셀 경계에 위치하는 단말임을 알린다.
한편, 상기 503단계에서 상기 초기 접속을 시도하는 단말이 저 복잡도 단말이 아닐 시, 상기 기지국은 517단계에서 상기 단말을 풀(full) HD 단말로 판정하고, 519단계에서 상기 단말이 셀 경계에 위치(단말 특성 2)하는 단말인지 여부를 검사한다. 상기 단말이 셀 내부에 위치하는 단말일 시, 상기 기지국은 525단계에서 상기 단말에게 중심주파수 f1의 TDD 대역의 DL 구간(401)과 UL 구간(UL_f1)(403), 중심주파수 f2의 FDD 대역의 제 1 UL 구간(UL_f2)(405)과 제 2 UL 구간(UL_f2)(407)을 모두 할당하고, 상기 519단계로 돌아가 이하 단계를 반복 수행한다.
반면, 상기 단말이 셀 경계에 위치하는 단말일 시, 상기 기지국은 521단계에서 상기 단말에게 중심주파수 f1의 TDD 대역의 DL 구간(401)과 중심주파수 f2의 FDD 대역의 제 1 UL 구간(UL_f2)(405) 및 제 2 UL 구간(UL_f2)(407)을 할당하고, 523단계로 진행하여 상기 단말이 핸드오버를 수행하는지 여부를 검사한다. 상기 단말이 핸드오버를 수행하지 않을 시, 상기 기지국은 상기 519단계로 돌아가 이하 단계를 반복 수행한다. 반면, 상기 단말이 핸드오버를 수행할 시, 상기 기지국은 상기 513단계에서 해당 인접 기지국으로 상기 단말 특성 1과 2를 전달하여, 상기 단말이 풀(full) HD 단말이며 셀 경계에 위치하는 단말임을 알린다.
이후, 상기 기지국은 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.
여기서, 상기 단말의 위치는, 예를 들어, 각 단말이 인접 셀로부터의 간섭량을 추정하기 위해 측정한 캐리어 대 잡음 및 간섭 비(Carrier to Interference and Noise Ratio : CINR)를 기지국이 피드백(feedback)받거나 기지국이 각 단말의 수신 신호 세기(Received Signal Strength Indicator : RSSI)을 측정하여 단말과의 상대적인 거리를 계산함으로써 추정할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예와 같이, 인접 셀로부터 간섭량이 적고 수신 신호 세기가 큰 셀 내부에 위치하는 단말은, 주로 TDD 대역의 UL을 할당받고, 인접 셀로부터의 간섭량이 크고 수신 신호 세기가 작은 셀 경계에 위치한 단말은 FDD 대역의 UL을 할당받는 것이 유리하다.
이와 같이, 기지국이 단말의 특성을 주기적으로 측정하여 자원할당에 사용함으로써, 상기 풀(full) HD 단말 뿐 아니라 저복잡도 단말도 TDD와 FDD 방식의 이득을 모두 얻을 수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
본 발명은 양방향 무선통신 시스템에서 TDD와 FDD를 독립적으로 모두 지원할 수 있는 재설정 가능한 RF 체인을 갖춘 단말에 있어 HD 서비스를 지원할 수 있도록 FDD 대역의 UL 송신 구간을 구분하고, TDD 대역과 FDD 대역에서 동시에 UL 신호를 전송하지 않도록 자원을 할당하는 HD 구조를 제공하며, 단말의 풀(full) HD 지원 여부 정보와 단말의 위치 정보에 따라 풀(full) HD 단말과 재설정 가능한 RF 체인을 갖춘 단말을 지원하기 위한 HD 운용 방법을 제공함으로써, 상기 풀(full) HD 단말 뿐 아니라 저복잡도 단말 또한 효과적으로 HD 서비스를 지원받을 수 있는 이점이 있다. 또한, 이러한 HD 구조를 통해 재설정 가능한 RF 체인을 갖춘 저 복잡도 단말을 지원하는 경우, 종래 2개의 송신 RF 체인을 갖춘 단말 대비 RF 체인 면적을 30% 정도 낮출 수 있는 이점이 있다.

Claims (25)

  1. 무선통신 시스템의 하이브리드 듀플렉스(Hybrid Duplex : HD) 방식을 사용하는 단말에서 듀얼 모드 송신 장치에 있어서,
    스케줄링에 의해 결정된 송신 RF(Radio Frequency) 체인의 모드에 따라 상향링크 TDD(Time Division Duplex) 대역과 상향링크 FDD(Frequency Division Duplex) 대역 중 하나에 대응하는 주파수를 선택하고, 상기 선택된 주파수를 발생하여 송신 RF 체인으로 제공하는 주파수 발생 및 제어기와,
    상기 주파수 발생 및 제어기로부터 발생되는 주파수에 따라 상향링크 TDD 대역 모드와 상향링크 FDD 대역 모드 중 하나로 동작하는 재구성 가능한 송신 RF 체인을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 재구성 가능한 송신 RF 체인은,
    상기 주파수 발생 및 제어기로부터 발생되는 주파수를 이용하여, 입력되는 IF(Intermediate Frequency) 신호를 RF(Radio Frequency) 신호로 주파수 상향변환하고, 상기 주파수 상향변환된 신호에서 원하는 채널만을 필터링하여 출력하는 재구성 RF 필터/믹서를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 재구성 가능한 송신 RF 체인은,
    상기 주파수 발생 및 제어기로부터 발생되는 제어 신호에 따라, 상기 재구성 RF 필터/믹서로부터의 신호를 해당 증폭 레벨로 증폭하는 RF 전력증폭기를 더 포함하여,
    상기 주파수 발생 및 제어기는, 상기 발생된 주파수에 대응하는 제어신호를 상기 RF 전력증폭기로 출력하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 무선통신 시스템의 기지국에서 듀얼 모드 운용 방법에 있어서,
    초기 접속을 시도하는 단말이 존재할 시, 상기 단말이 하나의 송신 RF 체인을 사용하여 둘 이상의 상향링크 대역을 지원하는 단말(이하 ‘저 복잡도 단말’이라 칭함)인지 여부와 상기 단말의 위치를 검사하는 과정과,
    검사 결과에 따라 상기 단말에게 자원을 할당하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    듀얼 모드 프레임 구조는 제 1 중심주파수의 TDD 대역의 하향링크 구간과 상향링크 구간 및 제 2 중심주파수의 FDD 대역의 제 1 상향링크 구간과 제 2 상향링크 구간을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 중심주파수의 TDD 대역의 하향링크 구간과 상향링크 구간의 길이는 트래픽의 비대칭성을 고려하여 가변적으로 설정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 자원 할당 과정은,
    상기 단말이 저 복잡도 단말이면서 셀 경계에 위치하는 단말일 시, 상기 단말에게 제 1 중심주파수의 TDD(Time Division Duplex) 대역의 하향링크 구간과 제 2 중심주파수의 FDD(Frequency Division Duplex) 대역의 제 1 상향링크 구간 및 제 2 상향링크 구간을 할당하는 과정과,
    상기 단말이 저 복잡도 단말이면서 셀 내부에 위치하는 단말일 시, 상기 단말에게 제 1 중심주파수의 TDD 대역의 하향링크 구간과 상향링크 구간 및 제 2 중심주파수의 FDD 대역의 제 1 상향링크 구간을 할당하는 과정과,
    상기 단말이 하나의 송신 RF 체인을 사용하여 하나의 상향링크 대역을 지원하는 단말이면서 셀 경계에 위치하는 단말일 시, 상기 단말에게 제 1 중심주파수의 TDD 대역의 하향링크 구간과 제 2 중심주파수의 FDD 대역의 제 1 상향링크 구간 및 제 2 상향링크 구간을 할당하는 과정과,
    상기 단말이 하나의 송신 RF 체인을 사용하여 하나의 상향링크 대역을 지원하는 단말이면서 셀 내부에 위치하는 단말일 시, 상기 단말에게 제 1 중심주파수의 TDD 대역의 하향링크 구간과 상향링크 구간 및 제 2 중심주파수의 FDD 대역의 제 1 상향링크 구간과 제 2 상향링크 구간을 할당하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 셀 경계에 위치하는 단말이 핸드오버를 수행할 시, 핸드오버 절차 중 해당 인접 기지국으로 상기 단말이 저 복잡도 단말인지 여부와 상기 단말의 위치 정보를 전달하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 중심주파수의 TDD 대역의 하향링크 구간과 제 2 중심주파수의 FDD 대역의 제 1 상향링크 구간은 하나의 프레임에서 시작점과 종료점이 동기화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 단말이 저 복잡도 단말인지 여부는, 상기 단말이 저 복잡도 단말인지 여부에 대한 정보를 포함하는 메시지를 상기 단말로부터 수신하여 검사하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 7 항에 있어서,
    상기 단말이 저 복잡도 단말인지 여부는, 초기 접속 시 특정 전용 레인징(ranging) 채널을 통해 초기 접속을 시도하는 단말인지 여부를 판단하여 검사하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 7 항에 있어서,
    상기 단말의 위치는, 상기 단말이 피드백(feedback) 전송한 캐리어 대 잡음 및 간섭 비(Carrier to Interference and Noise Ratio : CINR)를 수신하여 검사하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 7 항에 있어서,
    상기 단말의 위치는, 상기 단말의 수신 신호 세기(Received Signal Strength Indicator : RSSI)를 측정하고 상기 단말과의 상대적인 거리를 계산하여 검사하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 무선통신 시스템의 기지국에서 듀얼 모드 운용 장치에 있어서,
    초기 접속을 시도하는 단말이 존재할 시, 상기 단말이 하나의 송신 RF 체인을 사용하여 둘 이상의 상향링크 대역을 지원하는 단말(이하 ‘저 복잡도 단말’이라 칭함)인지 여부와 상기 단말의 위치를 검사하고, 검사 결과에 따라 상기 단말에게 자원을 할당하는 기지국과,
    상기 기지국으로부터 자원을 할당받는 상기 단말을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    듀얼 모드 프레임 구조는 제 1 중심주파수의 TDD 대역의 하향링크 구간과 상향링크 구간 및 제 2 중심주파수의 FDD 대역의 제 1 상향링크 구간과 제 2 상향링크 구간을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 중심주파수의 TDD 대역의 하향링크 구간과 상향링크 구간의 길이는 트래픽의 비대칭성을 고려하여 가변적으로 설정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 기지국은,
    상기 단말이 저 복잡도 단말이면서 셀 경계에 위치하는 단말일 시, 상기 단말에게 제 1 중심주파수의 TDD(Time Division Duplex) 대역의 하향링크 구간과 제 2 중심주파수의 FDD(Frequency Division Duplex) 대역의 제 1 상향링크 구간 및 제 2 상향링크 구간을 할당하고, 상기 단말이 저 복잡도 단말이면서 셀 내부에 위치하는 단말일 시, 상기 단말에게 제 1 중심주파수의 TDD 대역의 하향링크 구간과 상향링크 구간 및 제 2 중심주파수의 FDD 대역의 제 1 상향링크 구간을 할당하며, 상기 단말이 하나의 송신 RF 체인을 사용하여 하나의 상향링크 대역을 지원하는 단말이면서 셀 경계에 위치하는 단말일 시, 상기 단말에게 제 1 중심주파수의 TDD 대역의 하향링크 구간과 제 2 중심주파수의 FDD 대역의 제 1 상향링크 구간 및 제 2 상향링크 구간을 할당하고, 상기 단말이 하나의 송신 RF 체인을 사용하여 하나의 상향링크 대역을 지원하는 단말이면서 셀 내부에 위치하는 단말일 시, 상기 단말에게 제 1 중심주파수의 TDD 대역의 하향링크 구간과 상향링크 구간 및 제 2 중심주파수의 FDD 대역의 제 1 상향링크 구간과 제 2 상향링크 구간을 할당하는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 기지국은,
    상기 셀 경계에 위치하는 단말이 핸드오버를 수행할 시, 핸드오버 절차 중 해당 인접 기지국으로 상기 단말이 저 복잡도 단말인지 여부와 상기 단말의 위치 정보를 전달하는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 중심주파수의 TDD 대역의 하향링크 구간과 제 2 중심주파수의 FDD 대역의 제 1 상향링크 구간은 하나의 프레임에서 시작점과 종료점이 동기화되는 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 제 17 항에 있어서, 상기 기지국은,
    상기 단말이 저 복잡도 단말인지 여부에 대한 정보를 포함하는 메시지를 상기 단말로부터 수신하거나 또는 초기 접속 시 특정 전용 레인징(ranging) 채널을 통해 초기 접속을 시도하는 단말인지 여부를 판단하여 상기 단말이 저 복잡도 단말인지 여부를 검사하는 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 제 17 항에 있어서, 상기 기지국은,
    상기 단말이 피드백(feedback) 전송한 캐리어 대 잡음 및 간섭 비(Carrier to Interference and Noise Ratio : CINR)를 수신하여 상기 단말의 위치를 검사하는 것을 특징으로 하는 장치.
  25. 제 17 항에 있어서, 상기 기지국은,
    상기 단말의 수신 신호 세기(Received Signal Strength Indicator : RSSI)를 측정하고 상기 단말과의 상대적인 거리를 계산하여 상기 단말의 위치를 검사하는 것을 특징으로 하는 장치.
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