KR101048498B1 - 통신 시스템의 상향링크 신호 송신 방법, 송신 장치, 생성방법 및 생성 장치 - Google Patents

통신 시스템의 상향링크 신호 송신 방법, 송신 장치, 생성방법 및 생성 장치 Download PDF

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Abstract

통신 시스템의 단말기에서 상향링크 신호를 생성할 때, 단말기를 다른 단말기와 구별하기 위한 시퀀스를 전송 시간에 따라 호핑한다. 그리고 전송 심벌에 상기 전송 심벌에 해당하는 전송 시간에서의 시퀀스를 곱해서 상향링크 신호를 생성한다.
통신, CDM, 호핑, 시퀀스, 사이클릭 시프트, 사운딩 기준 신호, ACK/NACK

Description

통신 시스템의 상향링크 신호 송신 방법, 송신 장치, 생성 방법 및 생성 장치{METHOD AND APPARATUS FOR TRANSMITTING UPLINK SIGNAL, AND METHOD AND APPARATUS FOR GENERATING UPLINK SIGNAL IN COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 통신 시스템의 상향링크 신호 송신 방법 및 장치, 그리고 상향링크 신호 생성 방법 및 장치에 관한 것이다.
직교 주파수 분할 다중(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM)에 기반을 둔 통신 방식에서 데이터 채널에 대해서 서로 다른 사용자가 서로 다른 주파수를 사용하므로 사용자간 간섭이 기본적으로 존재하지 않는다. 이러한 방식을 주파수 분할 다중화(frequency division multiplexing, FDM) 방식이라 한다. 그러나 기준 신호나 제어 채널용으로는 코드로 사용자를 구분하는 코드 분할 다중(code division multiplexing, CDM) 방식이 적합하다. 그 이유는 CDM 방식이 기준 신호 또는 제어 채널용으로는 자원을 보다 효율적으로 사용할 수 있다는 측면에서 FDM 방식보다 우수하기 때문이다. 이러한 CDM 방식에는 OFDM 심벌 단위로 직접 확산(direct spreading)하는 시간 영역 CDM 방식과 하나의 OFDM 심벌에 대해서 주파수 영역으로 확산하는 주파수 영역 CDM 방식이 있다.
주파수 영역 CDM 방식에서는 서로 다른 사용자가 동일한 기본 시퀀스에 서로 다른 위상 기울기를 가지는 복소 사인파를 곱하여 전송한다. 이때, 하다마드(Hadamard) 행렬 대신에 복소 사인파를 이용하는 이유는 수신단에서 적절한 신호 처리 과정을 거쳤을 때 사용자간 상호 직교하는 특성을 얻을 수 있기 때문이다. 주파수 영역에서 임의의 시퀀스에 위상이 주파수에 따라 선형적으로 증가하는 복소 사인파를 곱하는 것은 시간 영역에서 사이클릭 시프트(cyclic shift)를 취하는 것과 동일하므로, 복소 사인파를 곱하는 과정은 사이클릭 시프트 또는 순환 지연(cyclic delay)로도 표현된다.
주파수 영역 CDM 방식을 사용할 때 한 OFDM 심벌에 동시에 수용할 수 있는 사용자 수는 부반송파간 주파수 차이와 채널의 시간 지연의 함수로 나타낼 수 있다. 사용자 별로 설정하는 사이클릭 시프트의 최소 단위(granularity)는 무선 채널의 최대 지연 확산(delay spread)보다 크도록 설정된다. 실제 셀룰러 통신 환경에서는 채널의 최대 지연 확산은 추정하기 어려우므로 최대 지연 확산값을 임의로 설정한다. 따라서 특정 셀룰러 환경에서 특정 사용자의 채널 지연 확산이 사이클릭 시프트보다 클 수 있으며, 이 경우 사용자간 간섭이 발생한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 사용자간 간섭을 줄일 수 있는 통신 시스템의 신호 전송 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 한 특징에 따르면 단말기에서 상향링크 신호를 송신하는 방법이 제공된다. 이 방법은, 제1 전송 시간에서 제1 전송 심벌에 상기 단말기를 다른 단말기와 구별하기 위한 제1 시퀀스를 곱해서 송신하는 단계, 그리고 상기 제1 전송 시간과 다른 제2 전송 시간에서 제2 전송 심벌에 상기 단말기를 다른 단말기와 구별하기 위한 제2 시퀀스를 곱해서 송신하는 단계를 포함한다. 이때, 상기 제2 시퀀스는 상기 제1 시퀀스와 다르다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 단말기에서 상향링크 신호를 생성하는 방법이 제공된다. 이 방법은, 상기 단말기를 다른 단말기와 구별하기 위한 시퀀스를 전송 시간에 따라 호핑하는 단계, 그리고 전송 심벌에 상기 전송 심벌에 해당하는 전송 시간에서의 상기 시퀀스를 곱해서 상기 상향링크 신호를 생성하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 시퀀스는 상기 단말기를 다른 단말기와 구별하기 위한 코드와 기본 시퀀스의 곱으로 주어지며, 상기 코드가 상기 전송 시간에 따라 호핑될 수 있다. 또는 상기 시퀀스는 기본 시퀀스를 사이클릭 시프트한 값으로 주어지며, 상기 사이클릭 시프트가 상기 전송 시간에 따라 호핑될 수 있다. 또는 상기 단말기가 속 하는 셀을 고려하여 상기 시퀀스가 상기 전송 시간에 따라 호핑될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 통신 시스템에서 제1 단말기와 제2 단말기를 포함하는 복수의 단말기의 상향링크 신호용 시퀀스를 생성하는 방법이 제공된다. 이 방법은, 상기 제1 단말기용 제1 시퀀스를 설정하는 단계, 상기 제1 시퀀스와 다른 상기 제2 단말기용 제2 시퀀스를 설정하는 단계, 그리고 상기 제1 시퀀스와 상기 제2 시퀀스의 전송 시간에 따른 호핑 패턴을 설정하는 단계를 포함한다.
이때, 제1 전송 시간에서의 상기 제1 시퀀스가 제2 전송 시간에서의 상기 제1 시퀀스와 다르도록 상기 호핑 패턴이 설정되고, 상기 제1 전송 시간에서의 상기 제2 시퀀스가 상기 제2 전송 시간에서의 상기 제2 시퀀스와 다르도록 상기 호핑 패턴이 설정될 수 있다. 또는 제1 전송 시간에서 상기 제1 시퀀스와 상기 제2 시퀀스가 인접한 경우에, 제2 전송 시간에서의 상기 제1 시퀀스를 상기 제2 시퀀스와 인접하지 않도록 상기 호핑 패턴이 설정될 수 있다.
그리고 상기 제1 시퀀스는 기본 시퀀스와 상기 제1 단말기용 코드의 곱으로 주어지며, 상기 제2 시퀀스는 상기 기본 시퀀스와 상기 제2 단말기용 코드의 곱으로 주어질 수 있다.
이때, 상기 제1 단말기용 코드에 의해 상기 제1 시퀀스는 상기 기본 시퀀스가 제1 사이클릭 시프트 값만큼 시프트된 시퀀스로 주어지며, 상기 제2 단말기용 코드에 의해 상기 제2 시퀀스는 상기 기본 시퀀스가 제2 사이클릭 시프트 값만큼 시프트된 시퀀스로 주어질 수 있다. 그리고 상기 호핑 패턴은 상기 제1 및 제2 사이클릭 시프트 값을 상기 전송 시간에 따라 호핑하는 패턴이 될 수 있다. 또한, 상 기 기본 시퀀스를 시간에 따라 변경하는 패턴이 설정될 수도 있다.
그리고 상기 제1 시퀀스와 상기 제2 시퀀스의 전송 시간에 따른 호핑 패턴이 각각 상기 제1 단말기가 속하는 셀과 상기 제2 단말기가 속하는 셀을 고려하여 설정될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 단말기에서 상향링크 신호를 송신하는 장치가 제공된다. 이 장치는, 제1 전송 시간에서 제1 전송 심벌에 상기 단말기를 다른 단말기와 구별하기 위한 제1 시퀀스를 곱해서 송신하는 수단, 그리고 상기 제1 전송 시간과 다른 제2 전송 시간에서 제2 전송 심벌에 상기 단말기를 다른 단말기와 구별하기 위한 제2 시퀀스를 곱해서 송신하는 수단을 포함한다. 이때, 상기 제2 시퀀스는 상기 제1 시퀀스와 다르다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 단말기에서 상향링크 신호를 생성하는 장치가 제공된다. 이 장치는, 상기 단말기를 다른 단말기와 구별하기 위한 시퀀스를 전송 시간에 따라 호핑하는 수단, 그리고 전송 심벌에 상기 전송 심벌에 해당하는 전송 시간에서의 상기 시퀀스를 곱해서 상기 상향링크 신호를 생성하는 수단을 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 통신 시스템에서 제1 단말기와 제2 단말기를 포함하는 복수의 단말기의 상향링크 신호용 시퀀스를 생성하는 장치가 제공된다. 이 장치는, 상기 제1 단말기용 제1 시퀀스를 설정하는 수단, 상기 제1 시퀀스와 다른 상기 제2 단말기용 제2 시퀀스를 설정하는 수단, 그리고 상기 제1 시퀀스와 상기 제2 시퀀스의 전송 시간에 따른 호핑 패턴을 설정하는 수단을 포함한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 주파수 영역 CDM 방식을 사용할 때 사용자간 간섭 및 셀간 간섭을 랜덤화할 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 그리고 각 블록은 특정한 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템의 신호 전송 방법 및 장치에 대해서 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예에서는 통신 시스템을 OFDM 변복조를 이용하는 시스템으로 설명하지만, 본 발명은 다른 통신 시스템에도 적용될 수 있다.
먼저, 본 발명의 제1 실시예에 따른 통신 시스템의 단말기의 송신 장치 및 상향링크 신호 송신 방법에 대해서 도 1 및 도 2를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 단말기의 상향링크 신호 송신 장치 또는 생성 장치를 개략적으로 나타내는 블록도이며, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 상향링크 신호 송신 방법 또는 생성 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 송신 장치는 CDM 매핑기(mapper)(110), 역 고속 푸리에 변환부(inverse fast Fourier transformer, IFFT)(120), 병렬/직렬 변환부(130), 사이클릭 프리픽스(cyclic prefix, CP) 첨가부(140), 디지털/아날로그 변환부(150) 및 무선 주파수(radio frequency, RF) 송신부(160)를 포함한다.
도 2를 보면, CDM 매핑기(110)는 n번째 전송 시간에 전송하고자 하는 전송 심벌(s(k))에 다른 사용자(즉, 단말기)와 자신을 구별하기 위한 시퀀스(
Figure 112007063535362-pat00001
)를 곱한 후 주파수 대역에 할당한다(S11). 이러한 시퀀스(
Figure 112007063535362-pat00002
)는 코드로 사용자를 구별하기 위한 것이므로, 본 발명의 실시예에서는 이 시퀀스(
Figure 112007063535362-pat00003
)를 CDM 시퀀스로 설명한다. 이때, k번 사용자의 전송 심벌(s(k))에 곱해지는 CDM 시퀀스(
Figure 112007063535362-pat00004
)는 수학식 1과 같은 벡터로 정의될 수 있다.
Figure 112007063535362-pat00005
이러한 CDM 시퀀스(
Figure 112007063535362-pat00006
)는 수학식 2와 같이 기본 시퀀스(
Figure 112007063535362-pat00007
)에 사용자를 구 별하기 위한 코드(
Figure 112007063535362-pat00008
)가 곱해진 값으로 정의할 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 사용자를 구별하기 위한 코드(
Figure 112007063535362-pat00009
)를 선형 위상 증가 특성을 가지는 복소 사인파로 설명한다. 수학식 2와 같이 주파수 영역에서 복소 사인파를 곱하는 것은 시간 영역에서 시프팅하는 것을 의미한다. 따라서, CDM 시퀀스(
Figure 112007063535362-pat00010
)는 기본 시퀀스(
Figure 112007063535362-pat00011
)를 시간 영역에서 Δτin(k)만큼 사이클릭 시프트한 것이 된다.
Figure 112007063535362-pat00012
여기서,
Figure 112007063535362-pat00013
는 두 벡터를 원소 단위로 곱하는 연산을 나타내며, in(k)는 n번째 전송 시간에 k번 사용자가 사용하는 CDM 시퀀스의 번호를 나타내며, Δτ는 사이클릭 시프트의 최소 단위이고, Nf는 시퀀스 전송에 사용되는 부반송파의 수를 나타내며, 기본 시퀀스(
Figure 112007063535362-pat00014
)는 벡터로 주어진다.
수학식 2에서 CDM 시퀀스의 번호(in(k))에 의해 사이클릭 시프트 값이 정해지며, 예를 들어 CDM 시퀀스의 번호(in(k))를 1만큼 증가시키면 실제 사이클릭 시프트 값은 Δτ만큼 증가한다.
IFFT(120)는 CDM 시퀀스가 곱해진 전송 심벌을 역 고속 푸리에 변환을 통해 시간 영역의 전송 신호로 변환한다(S12). 병렬/직렬 변환부(130)는 시간 영역의 전송 신호를 직렬 전송 신호로 변환하고(S13), CP 첨가부(140)는 직렬 전송 신호에 CP를 첨가한다(S14). 그리고 디지털/아날로그 변환부(150)는 CP가 첨가된 전송 신호를 아날로그로 변환하고(S15), RF 송신부(160)는 아날로그 전송 신호를 무선 주파수로 변환하여 송신 안테나(170)를 통해서 송신한다(S16).
다음, CDM 매핑기(110)는 n번째 전송 시간의 CDM 시퀀스(
Figure 112007063535362-pat00015
)와는 다른 CDM 시퀀스(
Figure 112007063535362-pat00016
)를 (n+1)번째 전송 시간의 CDM 시퀀스로 설정하고(S17), 송신 장치는 S11 단계부터 반복한다. 이때, CDM 매핑기(110)는 시간에 따라 CDM 시퀀스(
Figure 112007063535362-pat00017
)의 CDM 시퀀스 번호(in(k)), 즉 사이클릭 시프트 값을 변경함으로써 CDM 시퀀스(
Figure 112007063535362-pat00018
)를 변경할 수 있다. 그리고 이러한 사이클릭 시프트의 변경 패턴은 룩업 테이블 등의 형태로 단말기에 저장되어 있을 수 있다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에 따른 CDM 시퀀스를 이용하는 채널은 동일한 시간 영역에서 동일한 주파수 대역에 복수의 사용자가 할당되는 채널이 될 수 있으며, 예를 들어 사운딩 기준 신호와 ACK/NACK 채널이 될 수 있다. 사운딩 기준 신호는 단말기가 주기적으로 전송하는 광대역 신호로서 상향 링크 채널 특성 추정, 상향 링크 전력 제어, 타이밍 추정 등에 주로 사용되므로, 모든 사용자가 동일한 시간 영역에서 동일한 주파수 대역을 이용하여 사운딩 기준 신호를 전송한다. 그리고 ACK/NACK 채널은 하향링크 패킷 데이터를 단말기가 정확하게 수신했는지 여부를 상향링크로 알려주는 채널로서 낮은 신호대 잡음비에서도 우수한 성능을 가져야 하므 로, ACK/NACK 채널에 대해서는 많은 주파수와 시간 자원이 할당되는 한편 복수의 사용자가 동시에 접속할 수 있어야 한다. 따라서 사운딩 기준 신호와 ACK/NACK 채널에 대해서는 본 발명의 실시예에 따른 CDM 시퀀스가 사용될 수 있다.
도 1에서 CDM 시퀀스가 사운딩 기준 신호에 사용되는 경우에 전송 심벌(s(k))은 1이 되고, ACK/NACK 신호에 사용되는 경우에 전송 심벌(s(k))은 전송하고자 하는 ACK/NACK 심벌이 될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기지국의 수신 장치를 개략적으로 나타내는 블록도이며, 도 4는 도 3의 수신 장치의 CDM 디매핑기(demapper)를 개략적으로 나타내는 블록도이다. 도 5는 원하는 사용자 신호를 추출하는 방법을 나타내는 흐름도이며, 도 6은 도 4의 CDM 디매핑기에 의해 추출되는 신호를 나타내는 도면이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 수신 장치는 RF 수신부(210), 아날로그/디지털 변환부(220), CP 제거부(230), 직렬/병렬 변환부(240), 고속 푸리에 변환부(fast Fourier transformer, FFT)(250) 및 CDM 디매핑기(260)를 포함한다.
RF 수신부(210)는 K개의 단말기로부터 송신된 K개의 사용자 신호를 수신하여 기저 대역 신호로 변환하고, 아날로그/디지털 변환부(220)는 기저 대역 신호를 디지털 수신 신호로 변환한다. CP 제거부(230)는 디지털 수신 신호에서 CP를 제거하고, 직렬/병렬 변환부(240)는 CP가 제거된 신호를 병렬 수신 신호로 변환한다. FFT(250)는 병렬 수신 신호를 고속 푸리에 변환을 통하여 주파수 영역 수신 신호로 변환하고, CDM 디매핑기(260)는 주파수 영역 수신 신호에서 k번 사용자의 n번째 전송 시간에서의 CDM 시퀀스(
Figure 112007063535362-pat00019
)를 이용하여 k번 사용자의 전송 심벌과 채널의 곱으로 표현되는 벡터(
Figure 112007063535362-pat00020
)를 추정한다(여기서, k는 0과 (K-1) 사이의 정수).
이때, FFT(250)에 의해 변환된 주파수 영역 수신 신호(
Figure 112007063535362-pat00021
)는 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112007063535362-pat00022
여기서,
Figure 112007063535362-pat00023
는 두 벡터를 원소 단위로 곱하는 연산을 나타내며,
Figure 112007063535362-pat00024
는 j번째 부반송파에 해당하는 채널값을 나타낸다.
도 4에 도시한 바와 같이, CDM 디매핑기(260)는 기본 시퀀스 디스크램블러(261), 역 이산 푸리에 변환부(inverse discrete Fourier transformer, IDFT)(262), 시간 지연 영역 추출부(263) 및 이산 푸리에 변환부(discrete Fourier transformer, DFT)(264)을 포함한다.
도 5를 보면, 기본 시퀀스 디스크램블러(261)는 수학식 4와 같이 주파수 영역 수신 신호(
Figure 112007063535362-pat00025
)에 기본 시퀀스(
Figure 112007063535362-pat00026
)의 컨쥬게이트를 벡터 원소 단위로 곱해서, 기본 시퀀스를 디스크램블링한다(S21).
Figure 112007063535362-pat00027
여기서,
Figure 112007063535362-pat00028
은 기본 시퀀스 디스크램블러(261)의 출력이다.
IDFT(262)는 기본 시퀀스 디스크램블러(261)의 출력(
Figure 112007063535362-pat00029
)을 역 이산 푸리에 변환을 통하여 시간 지연 영역 신호(
Figure 112007063535362-pat00030
)로 변환한다(S22). 이때, k번 사용자(사용자 #k)의 CDM 시퀀스 번호(in(k))로 k가 할당되어서, 동일한 시간 영역에서 동일한 주파수 영역으로 K개의 사용자 신호가 전송된 것으로 가정한다. 그러면 도 6에 도시한 바와 같이 시간 지연 영역 신호(
Figure 112007063535362-pat00031
)에는 K개의 사용자의 채널 지연 단면(channel delay profile)이 나타나며, 인접한 두 사용자간 지연 값은 Δτ로 나타난다. 시간 지연 영역 추출부(262)는 n번째 전송 시간에서 k번 사용자에게 할당된 영역만을 추출하고, 추출한 k번 사용자 영역 데이터를 원점으로 이동시킨다(S23). 그리고 DFT(264)는 추출된 k번 사용자의 시간 지연 영역 신호(
Figure 112007063535362-pat00032
)를 이산 푸리에 변환하여 원하는 사용자 신호, 즉 k번 사용자 신호를 구한다(S24).
다음, 채널 지연 확산이 있는 사용자의 다중 경로 성분이 다른 사용자에게 미치는 영향에 대해서 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한다.
도 7은 일반적인 CDM 시퀀스를 이용한 경우의 시간 경과에 따른 시간 지연 영역 신호를 나타내는 도면이며, 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 CDM 시퀀스를 호핑하는 경우의 시간 경과에 따른 시간 지연 영역 신호를 나타내는 도면이다.
도 7을 보면, 채널 지연 확산이 있는 사용자 #0의 다중 경로 성분이 사용자 #1의 구간에 영향을 주어 사용자간 간섭이 발생할 수 있다. 이는 사운딩 기준 신호의 경우에 사용자 #1의 채널 추정 성능이 떨어뜨리는 것을 의미하며, 특히 사용자 #0의 수신 전력이 사용자 #1의 수신 전력보다 큰 경우에는 채널 추정 성능이 더욱 떨어진다. 이때, 시간이 경과하여도 동일한 사용자에 동일한 CDM 시퀀스를 계속 할당하면, 시간 지연 영역 신호(
Figure 112007063535362-pat00033
)에서 사용자 #0의 다중 경로 성분은 사용자 #1의 구간에 계속 영향을 주어서 사용자 #1의 채널 추정 성능은 계속 저하될 수 있다.
도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예와 같이 시간에 따라 시간 지연 영역 신호에서 인접한 사용자가 달라지도록 각 사용자의 CDM 시퀀스를 변경하면, 사용자간 간섭이 랜덤화될 수 있다. 즉, 사용자 #0의 다중 경로 성분이 0번째 시간 지연 영역 신호(
Figure 112007063535362-pat00034
)에서는 사용자 #1의 구간에 영향을 주지만, 1번째 시간 지연 영역 신호(
Figure 112007063535362-pat00035
)에서는 사용자 #2의 구간에, (N-1)번째 시간 지연 영역 신호(
Figure 112007063535362-pat00036
)에서는 사용자 #3의 구간에 영향을 주게 된다. 따라서 사용자 #0의 다중 경로 성분으로 인하여 특정 한 사용자의 채널 추정 성능이 계속 저하되는 것이 아니라, 복수의 사용자의 채널 추정 성능이 랜덤하게 저하될 수 있다.
다음, 시간에 따라 서로 다른 CDM 시퀀스를 사용자에게 할당하는 방법에 대해서 표 1 및 표 2를 참조하여 상세하게 설명한다. 표 1 및 표 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 CDM 시퀀스 할당 방법을 나타낸다.
Figure 112007063535362-pat00037
여기서, in은 n번째 전송 시간에서 사용하는 CDM 시퀀스 번호를 나타내며, mk(n)은 k번 사용자가 n번째 전송 시간에서 전송하는 사이클릭 시프트를 나타낸다. mk(n)은 수학식 5와 같이 0부터 (K-1)까지의 사이클릭 시프트 중에서 임의의 값을 가진다.
Figure 112007063535362-pat00038
사용자간 간섭을 랜덤화하기 위해, 특정 시간 영역에서 서로 다른 사용자는 서로 다른 CDM 시퀀스를 사용하고, 두 사용자가 특정 시간 영역에서 인접한 CDM 시퀀스를 사용한 경우에 다른 시간 영역에서는 인접하지 않은 CDM 시퀀스를 사용한다. 이를 위해, 표 2에 나타낸 예처럼, 기지국과 단말기는 특정 시간 영역에서 서로 다른 사용자간에 서로 다른 사이클릭 시프트 값을 할당하고, 시간에 따라 사이클릭 시프트를 호핑하여 사용자에게 할당한다. 그러면 CDM 시퀀스가 시간에 따라 호핑된다. 이때, 두 사용자가 특정 시간 영역에서 인접한 사이클릭 시프트를 사용한 경우에 다른 시간 영역에서는 인접하지 않은 사이클릭 시프트를 사용하도록 사이클릭 시프트의 호핑 패턴을 설정한다. 예를 들어, 표 2와 같이 각 사용자에 대해 서 호핑 패턴을 설정하면, 0번 전송 시간에서 사용자 #0과 사용자 #1의 사이클릭 시프트가 인접하였지만, 1번 전송 시간에서 사용자 #0과 사용자 #1의 사이클릭 시프트는 인접하지 않는다.
Figure 112007063535362-pat00039
이러한 사이클릭 시프트의 호핑 패턴은 기지국과 단말기 사이에 사전에 약속된 패턴이며, 초기 접속 시에 기지국이 단말기로 사이클릭 시프트 호핑 패턴에 대한 정보를 알려주고, 단말기와 기지국은 각각 사이클릭 시프트 호핑 패턴을 저장하고 있을 수 있다. 그리고 이러한 호핑 패턴은 기지국 또는 통신 시스템에서 기지국의 상위 노드에 의해 설정될 수 있다. 즉, 기지국 또는 상위 노드는 복수의 사용자에 대한 CDM 시퀀스와 그 호핑 패턴을 설정할 수 있다.
다음, 본 발명의 제1 실시예에 따른 사이클릭 시프트 호핑을 사운딩 기준 신호와 ACK/NACK 채널에 적용한 실시예에 대해서 도 9 및 도 10을 참조하여 설명한다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 사운딩 기준 신호의 전송 구조를 나타내는 도면이며, 도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 ACK/NACK 채널의 전송 구조를 나타내는 도면이다.
도 9에 도시한 바와 같이, 모든 사용자는 동일한 시간 영역에서 동일한 주파수 대역을 이용하여 사운딩 기준 신호를 전송한다. 이때, 사운딩 기준 신호는 표 1의 사이클릭 시프트가 적용된 CDM 시퀀스(
Figure 112007063535362-pat00040
)를 사용하므로, 다른 사용자에게는 다른 CDM 시퀀스가 할당되어 사용자가 구별될 수 있다. 기지국은 이러한 사운딩 기준 신호를 이용하여 사용자 별로 채널 특성을 추정한 후, 채널 특성이 우수한 주파수 대역을 각 사용자에게 알려준다. 그러면 사용자는 기지국이 알려준 주파수 대역을 이용하여 데이터를 전송할 수 있다. 또한, 기지국은 사운딩 기준 신호를 이용하여 사용자 별로 평균 수신 전력을 측정하거나 타이밍 오차를 추정할 수도 있다.
한편, 이동 통신 시스템 환경에서 사용자는 이동할 수 있으므로, 단말기는 도 9와 같이 주기적으로 사운딩 기준 신호를 전송한다. 그러면 기지국은 사운딩 기준 신호를 이용하여 주기적으로 채널 특성을 추정할 수 있다. 이때, 표 1 및 표 2에서 설명한 것처럼 기지국과 단말기는 주기적으로 전송하는 사운딩 기준 신호에서 시간에 따라 사이클릭 시프트를 호핑하여 사용자간 간섭을 랜덤화할 수 있다.
도 10을 보면, 제3 실시예에 따른 전송 구조에서는 기준 신호(즉, 파일럿)와 ACK/NACK 신호에 모두 CDM 시퀀스가 사용되고 있다. 즉, 7개의 OFDM 심벌과 Nf개의 부반송파를 전송하는 구조에서 3개의 OFDM 심벌이 기준 신호로 사용되고 4개의 OFDM 심벌이 ACK/NACK 심벌에 사용되고 있다.
이때, 기준 신호의 전송 시간에서의 CDM 디매핑기(도 2의 260)의 출력은 해당 시간에서의 채널 추정값(
Figure 112007063535362-pat00041
)이 되며, ACK/NACK 신호의 전송 시간에서의 CDM 디매핑기(260)의 출력은 ACK/NACK 심벌(s(k))과 해당 시간에서의 채널 추정값의 곱(
Figure 112007063535362-pat00042
)이 된다. 그러면 기지국의 수신기는 수학식 6과 같이 CDM 디매핑기(260)의 출력에 채널 추정값을 보상한 값을 합하여 ACK/NACK 심벌에 대한 추정치를 얻을 수 있다.
Figure 112007063535362-pat00043
이때, 기지국과 단말기는 도 10과 같이 기준 신호와 ACK/NACK 신호의 전송 시간 순서대로 CDM 시퀀스를 할당하여, 하나의 사이클릭 시프트 호핑 패턴을 사용할 수 있다. 또는 기지국과 단말기는 기준 신호의 사이클릭 시프트에 사용되는 호핑 패턴과 ACK/NACK 신호의 사이클릭 시프트에 사용되는 호핑 패턴을 다르게 설정할 수도 있다. 또는 기지국과 단말기는 기준 신호와 ACK/NACK 신호 중 어느 하나에 대해서만 호핑 패턴을 사용할 수도 있다.
도 10에서는 ACK/NACK 채널을 예로 들어 네 개의 OFDM 심벌이 모두 동일한 심벌을 전송하는 것으로 설명하였지만, 본 발명의 제1 실시예에 따른 사이클릭 시프트 호핑을 CQI(channel quality indicator) 채널에도 적용할 수 있다. CQI 채널은 단말기가 기지국으로 하향링크 채널 정보를 전송하는 데 사용되며, CQI 채널에서는 기준 신호를 제외한 모든 데이터 블록(즉, OFDM 심벌)에 서로 다른 심벌이 전송될 수 있다.
이상, 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에서는 K개의 사용자를 위해 K개의 사이클릭 시프트를 사용하는 것으로 설명하였지만, K개 이상의 사이클릭 시프트 중에서 추출한 K개의 사이클릭 시프트를 K개의 사용자에게 각각 할당하고 이를 시간에 따라 호핑할 수도 있다.
그리고 기지국과 단말기는 셀 환경 또는 셀의 부하 상태에 따라 사용하는 사이클릭 시프트의 개수를 다르게 설정할 수 있으며, 아래에서는 이러한 제4 실시예에 대해서 설명한다.
본 발명의 제4 실시예에 따르면, 기지국과 단말기는 사이클릭 시프트에 사용되는 전체 시퀀스를 복수의 그룹으로 나누고, 각 그룹 내에서 사이클릭 시프트간의 최소 차이를 1보다 크게 설정할 수 있다. 예를 들어, 기지국과 단말기는 수학식 5의 전체 시퀀스를 수학식 7과 같이 2개의 그룹으로 나눌 수 있다. 그러면 기지국과 단말기는 셀 내에서 사용하는 사이클릭 시프트의 개수가 (K/2)개 이하인 경우에는 첫 번째 그룹의 시퀀스만으로 사이클릭 시프트를 할당하고 이를 시간에 따라 호핑한다. 이때, 첫 번째 그룹은 짝수의 사이클릭 시프트 값만을 가지므로, 사이클릭 시프트가 취할 수 있는 값간의 최소 차이가 2이다. 그리고 셀 내에서 사용하는 사이클릭 시프트의 개수가 (K/2)개보다 많은 경우에, 기지국과 단말기는 첫 번째 그룹과 두 번째 그룹의 시퀀스로 사이클릭 시프트를 할당하고 이를 시간에 따라 호핑한다. 이때, 사이클릭 시프트가 취할 수 있는 값간의 최소 차이는 1이 된다.
Figure 112007063535362-pat00044
이와 같이 하면, 시간과 셀의 환경에 따라 적은 개수의 시퀀스가 요구되는 경우에, 사이클릭 시프트가 취할 수 있는 값간의 최소 차이가 큰 그룹만으로 사이클릭 시프트를 할당하여 사용자간 간섭을 줄일 수 있다.
그리고 셀 주위 환경에 따라 무선 채널의 시간 지연 확산이 다른 경우에, 시간 지연 확산이 큰 환경에서는 첫 번째 그룹의 (K/2)개의 시퀀스를 사용하여 사이클릭 시프트를 할당하고, 시간 지연 확산이 작은 환경에서는 K개의 시퀀스를 사용하여 사이클릭 시프트를 할당할 수 있다.
다음, 도 11은 셀간 간섭을 설명하기 위한 도면이다.
제1 사용자(311)가 제1 기지국(312)의 셀 #0을 홈 셀로 하고, 제2 사용자(321)가 제2 기지국(322)의 셀 #1을 홈 셀로 하는 경우에, 제2 사용자가 전송한 신호가 셀 #0의 기지국(312)에서 수신될 수 있다. 이때, 제1 및 제2 사용자가 동일한 사이클릭 시프트 호핑 패턴을 가지고 있으면, 두 사용자의 CDM 시퀀스는 계속 충돌할 수 있다. 따라서 본 발명의 제5 실시예에 따른 기지국과 단말기는 수학식 8, 표 3 및 표 4와 같이 해당 사용자가 속한 셀을 고려하여 사이클릭 시프트 호핑 패턴을 설정한다.
Figure 112007063535362-pat00045
여기서, Hc(n)은 c번 셀에 할당된 셀 코드의 n번째 전송 시간에서의 값을 나타내며, K는 최대 사용 가능한 사용자의 개수이고, %는 모듈화 연산이다.
Figure 112007063535362-pat00046
Figure 112007063535362-pat00047
이와 같이 하면, 셀 #0의 사용자 #k와 셀 #1의 사용자 #k는 동일한 mk(n)을 사용하여도, 셀 고유의 코드가 다르므로 두 사용자의 사이클릭 시프트 값은 달라진다. 따라서, 속한 셀이 다른 사용자는 동일한 전송 시간에서 다른 CDM 시퀀스를 사용하므로 셀간 간섭이 발생하지 않는다.
이상, 본 발명의 제1 내지 제5 실시예에서는 CDM 시퀀스를 호핑하기 위해서 기본 시퀀스를 고정하고 사이클릭 시프트 값을 호핑하는 것으로 설명하였지만, 이와 달리 셀간 간섭을 줄이기 위해서 시간에 따라 기본 시퀀스를 바꾸면서 사이클릭 시프트 값을 호핑할 수도 있다.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 사이클릭 시프트 호핑은 데이터 채널을 코히어런트 복조할 때 사용하는 데이터 채널의 기준 신호와 같이 사용자가 서로 다른 셀(또는 섹터)에 위치한 경우에도 적용할 수 있다. 아래에서는 이러한 실시예에 대해서 도 12 및 도 13을 참조하여 설명한다.
도 12는 데이터 채널의 기준 신호를 셀룰러 환경에서 배치하는 방법의 일 예를 나타내는 도면이며, 도 13은 동일한 기지국 내의 두 섹터에서의 데이터 전송의 일 예를 나타내는 도면이다. 도 12에서는 설명의 편의상 7개의 기지국만을 도시하였다.
도 12에 도시한 바와 같이, 7개의 기지국은 서로 다른 기본 시퀀스, 즉 기본 시퀀스 번호(un)를 이용한다. 각 기지국은 세 개의 섹터로 형성되어 있으며, 세 개의 섹터는 모두 동일한 기본 시퀀스를 서로 다른 값으로 사이클릭 시프트한 시퀀스를 사용한다. 도 12에서는 각 섹터는 서로 다른 두 개의 사이클릭 시프트 값을 할당받는 것을 예로 들었으나 하나의 사이클릭 시프트 값을 할당받을 수도 있다.
도 13을 보면, α 섹터에서는 사용자 #1이 데이터 전송을 하고 있으며, 사용자 #1과 α 섹터 내의 다른 사용자들은 주파수로 구분된다. 데이터는 서브 프레임 단위로 전송이 되고 α 섹터 내의 모든 사용자에게 공통인 기준 신호는 서브프레임마다 두 번 전송된다. β 섹터에서는 사용자 #2가 데이터 전송을 하고 있으며, β 섹터에서의 데이터 전송 구조는 α 섹터와 유사하다. 이때, 도 13에서 알 수 있는 것처럼 한 섹터 내에서는 사용자간 간섭이 없다. 그러나 α 섹터 내의 사용자 #1과 β 섹터 내의 사용자 #2는 서로 동일한 시간/주파수 자원을 사용하며, 사용자 #1과 사용자 #2는 동일한 기본 시퀀스를 서로 다른 값으로 사이클릭 시프트한 시퀀스를 기준 신호로 사용한다. 이 경우, 채널에서의 시간 지연이 큰 경우에는 사용자간 간섭이 존재할 수 있다. 따라서 본 발명의 제6 실시예에 따르면 앞서 설명한 실시예와 마찬가지로 사이클릭 시프트를 시간에 따라 바꾸어서 사용자간 간섭을 랜덤화한다. 이때, 기본 시퀀스도 시간에 따라 변경될 수 있다.
표 5는 데이터 채널의 기준 신호에 대한 사이클릭 시프트 및 기본 시퀀스의 호핑 패턴의 한 예를 나타낸 것이다. 표 5를 보면, 기준 신호는 전송 때마다 기본 시퀀스 번호(un)와 사이클릭 시프트, 즉 CDM 시퀀스 번호(in)가 변경된다.
Figure 112007063535362-pat00048
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
그리고 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램을 기록한 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 당업자라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 단말기의 송신 장치를 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 상향링크 신호 송신 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기지국의 수신 장치를 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 4는 도 3의 수신 장치의 CDM 디매핑기를 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 5는 원하는 사용자 신호를 추출하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 도 4의 CDM 디매핑기에 의해 추출되는 신호를 나타내는 도면이다.
도 7은 일반적인 CDM 시퀀스를 이용한 경우의 시간 경과에 따른 시간 지연 영역 신호를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 CDM 시퀀스를 이용한 경우의 시간 경과에 따른 시간 지연 영역 신호를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 사운딩 기준 신호의 전송 구조를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 ACK/NACK 채널의 전송 구조를 나타내는 도면이다.
도 11은 셀간 간섭을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 데이터 채널의 기준 신호를 셀룰러 환경에서 배치하는 방법의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 13은 동일한 기지국 내의 두 섹터에서의 데이터 전송의 일 예를 나타내는 도면이다.

Claims (16)

  1. 무선 통신 시스템에서, 복수의 사용자 중 제1 사용자의 단말이 상향링크 신호를 전송하는 방법으로서,
    제1 전송 시간에서 복수의 사이클릭 시프트 값 중 제1 사이클릭 시프트 값을 가지는 제1 시퀀스를 전송하는 단계, 그리고
    제2 전송 시간에서 상기 복수의 사이클릭 시프트 값 중 제2 사이클릭 시프트 값을 가지는 제2 시퀀스를 전송하는 단계
    를 포함하며,
    상기 무선 통신 시스템에서 상기 복수의 사이클릭 시프트 값은 미리 정해져 있으며,
    상기 제1 전송 시간에서 상기 제1 사이클릭 시프트 값이 상기 복수의 사용자 중 제2 사용자의 사이클릭 시프트 값의 바로 다음 값인 경우, 상기 제2 전송 시간에서 상기 제2 사이클릭 시프트 값은 상기 복수의 사용자 중 제3 사용자의 사이클릭 시프트 값의 바로 다음 값인
    전송 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    각 사이클릭 시프트 값은 특정 전송 시간에 특정 사용자에게 할당되며,
    상기 복수의 사이클릭 시프트 값은 전송 시간에 따라 호핑되는
    전송 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 시퀀스는 기본 시퀀스와 상기 제1 사이클릭 시프트 값에 해당하는 복소 사인파의 곱에 의해 정의되며,
    상기 제2 시퀀스는 상기 기본 시퀀스와 상기 제2 사이클릭 시프트 값에 해당하는 복소 사인파의 곱에 의해 정의되는
    전송 방법.
  4. 무선 통신 시스템에서, 복수의 사용자 중 제1 사용자의 단말이 상향링크 신호를 전송하는 방법으로서,
    제1 전송 시간에서 복수의 사이클릭 시프트 값 중 제1 사이클릭 시프트 값을 가지는 제1 시퀀스를 전송하는 단계, 그리고
    제2 전송 시간에서 복수의 사이클릭 시프트 값 중 제2 사이클릭 시프트 값을 가지는 제2 시퀀스를 전송하는 단계
    를 포함하며,
    상기 무선 통신 시스템에서 상기 복수의 사이클릭 시프트 값은 미리 정해져 있으며,
    상기 제1 전송 시간에서 상기 제1 사이클릭 시프트 값의 바로 다음 사이클릭 시프트 값에 대응하는 사용자와 상기 제2 전송 시간에서 상기 제2 사이클릭 시프트 값의 바로 다음 사이클릭 시프트 값에 대응하는 사용자가 다른
    전송 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    각 사이클릭 시프트 값은 특정 전송 시간에 특정 사용자에게 할당되며,
    상기 복수의 사이클릭 시프트 값은 전송시간에 따라 호핑되는
    전송 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 시퀀스는 기본 시퀀스와 상기 제1 사이클릭 시프트 값에 해당하는 복소 사인파의 곱에 의해 정의되며,
    상기 제2 시퀀스는 상기 기본 시퀀스와 상기 제2 사이클릭 시프트 값에 해당하는 복소 사인파의 곱에 의해 정의되는
    전송 방법.
  7. 무선 통신 시스템에서, 복수의 사용자 중 제1 사용자의 단말의 상향링크 신호 송신 장치로서,
    제1 전송 시간에서 복수의 사이클릭 시프트 값 중 제1 사이클릭 시프트 값을 가지는 제1 시퀀스를 주파수 대역에 매핑하고, 제2 전송 시간에서 상기 복수의 사이클릭 시프트 값 중 제2 사이클릭 시프트 값을 가지는 제2 시퀀스를 주파수 대역에 매핑하는 매핑기, 그리고
    상기 제1 시퀀스에 대응하는 전송 신호 및 상기 제2 시퀀스에 대응하는 전송 신호를 기지국으로 전송하는 송신부
    을 포함하며,
    상기 무선 통신 시스템에서 상기 복수의 사이클릭 시프트 값은 미리 정해져 있으며,
    상기 제1 전송 시간에서 상기 제1 사이클릭 시프트 값이 상기 복수의 사용자 중 제2 사용자의 사이클릭 시프트 값의 바로 다음 값인 경우, 상기 제2 전송 시간에서 상기 제2 사이클릭 시프트 값은 상기 복수의 사용자 중 제3 사용자의 사이클릭 시프트 값의 바로 다음 값인
    상향링크 신호 송신 장치.
  8. 무선 통신 시스템에서, 복수의 사용자 중 제1 사용자의 단말의 상향링크 신호 송신 장치로서,
    제1 전송 시간에서 복수의 사이클릭 시프트 값 중 제1 사이클릭 시프트 값을 가지는 제1 시퀀스를 주파수 대역에 매핑하고, 제2 전송 시간에서 복수의 사이클릭 시프트 값 중 제2 사이클릭 시프트 값을 가지는 제2 시퀀스를 생성하여 주파수 대역에 매핑하는 매핑기, 그리고
    상기 제1 시퀀스에 대응하는 전송 신호 및 상기 제2 시퀀스에 대응하는 전송 신호를 기지국으로 전송하는 송신부
    을 포함하며,
    상기 무선 통신 시스템에서 상기 복수의 사이클릭 시프트 값은 미리 정해져 있으며,
    상기 제1 전송 시간에서의 상기 제1 사이클릭 시프트 값의 바로 다음 사이클릭 시프트 값에 대응하는 사용자와 상기 제2 전송 시간에서의 상기 제2 사이클릭 시프트 값의 바로 다음 사이클릭 시프트 값에 대응하는 사용자는 서로 다른
    상향링크 신호 송신 장치.
  9. 무선 통신 시스템에서, 기지국의 상향링크 신호 수신 장치로서,
    제1 전송 시간에서 제1 사용자의 단말로부터 복수의 사이클릭 시프트 값 중 제1 사이클릭 시프트 값을 가지는 제1 시퀀스에 대응하는 신호를 수신하고, 제2 전송 시간에서 상기 제1 사용자의 단말로부터 상기 복수의 사이클릭 시프트 값 중 제2 사이클릭 시프트 값을 가지는 제2 시퀀스에 대응하는 신호를 수신하는 수신부, 그리고
    상기 제1 및 제2 시퀀스로부터 각각 전송 심벌을 추출하는 디매핑기
    를 포함하며,
    상기 무선 통신 시스템에서 상기 복수의 사이클릭 시프트 값은 미리 정해져 있으며,
    상기 제1 전송 시간에서 상기 제1 사이클릭 시프트 값이 상기 복수의 사용자 중 제2 사용자의 사이클릭 시프트 값의 바로 다음 값인 경우, 상기 제2 전송 시간에서 상기 제2 사이클릭 시프트 값은 상기 복수의 사용자 중 제3 사용자의 사이클릭 시프트 값의 바로 다음 값인
    상향링크 신호 수신 장치.
  10. 무선 통신 시스템에서, 기지국의 상향링크 신호 수신 장치로서,
    제1 전송 시간에서 제1 사용자의 단말로부터 복수의 사이클릭 시프트 값 중 제1 사이클릭 시프트 값을 가지는 제1 시퀀스에 대응하는 신호를 수신하고, 제2 전송 시간에서 상기 제1 사용자의 단말로부터 상기 복수의 사이클릭 시프트 값 중 제2 사이클릭 시프트 값을 가지는 제2 시퀀스에 대응하는 신호를 수신하는 수신부, 그리고
    상기 제1 및 제2 시퀀스로부터 각각 전송 심벌을 추출하는 디매핑기
    를 포함하며,
    상기 무선 통신 시스템에서 상기 복수의 사이클릭 시프트 값은 미리 정해져 있으며,
    상기 제1 전송 시간에서의 상기 제1 사이클릭 시프트 값의 바로 다음 사이클릭 시프트 값에 대응하는 사용자와 상기 제2 전송 시간에서의 상기 제2 사이클릭 시프트 값의 바로 다음 사이클릭 시프트 값에 대응하는 사용자는 서로 다른
    상향링크 신호 수신 장치.
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