KR101065846B1 - Ｏｆｄｍａ에서의 패킷 데이터 전송 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 OFDMA에서 패킷 데이터 전송 방법 및 장치에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 채널 정보 추정을 위한 RACH 버스트를 생성한 뒤, 복수의 안테나 중 제1 안테나를 선택하여 RACH 버스트를 기지국으로 전송하고, 기지국으로부터 전송된 RACH 버스트에 대한 데이터 전송 허용 여부 신호를 수신하며, 데이터 전송에 대한 허용 신호가 수신되면, 제1 안테나를 이용하여 사용자 패킷 데이터를 전송하고, 데이터 전송에 대한 불허 신호가 수신되면, 제1 안테나 이외의 제2 안테나를 재선택하고, 제2 안테나를 이용하여 RACH 버스트를 전송하는 복수의 안테나를 포함하여 사용자 패킷 데이터를 전송하는 방법 및 이동국 송신기를 제공한다.
본 발명에 의하면, LTE가 적용된 OFDM 시스템에서 다수의 안테나를 포함하는 이동국을 이용하여 RACH 버스트 및 사용자 패킷 데이터를 전송하므로, 높은 대역폭 및 전송 속도를 통한 데이터 전송이 가능하며, 데이터 전송시 발생할 수 있는 딥 페이 구간을 줄임으로써, 통화 단절 방지 및 데이터 전송 성능 향상의 효과를 기대할 수 있다.
DFS-S-OFDMA, 다이버시티, Random Access, RACH, LTE

Description

ＯＦＤＭＡ에서의 패킷 데이터 전송 방법 및 장치{Method and Apparatus for Transmitting by Using Transmit Diversity at DFT Spread OFDMA}
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 송신 다이버시티를 이용하여 RACH 버스트나 사용자 패킷 데이터를 전송하는 DFT-S-OFDMA 시스템의 이동국 송신기 구조를 개략적으로 나타낸 블록 구성도,
도 2는 푸리에 변환 확산기와 심볼-서브캐리어 매퍼에 의한 데이터 심볼의 매핑 방법을 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 DFT-S-OFDMA 시스템의 송신기를 개략적으로 나타낸 블록 구성도,
도 4는 DFT-S-OFDMA 방식을 사용하는 LTE 상향 링크 프레임의 구조도,
도 5는 안테나 스위칭 다이버시티 및 주파수 호핑을 RACH 채널에 동시에 적용하여 RACH 버스트나 사용자 패킷 데이터를 전송하는 방법을 설명하기 위한 예시도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 송신 다이버시티를 이용하여 랜덤 액세스 채널을 전송 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명은 OFDMA에서 패킷 데이터 전송 방법 및 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 이산 푸리에 변환 확산 OFDM(Discrete Fourier Transform Spread Orthogonal Frequency Division Multiplex Access, 이하, 'DFT-S-OFDMA'라 칭함) 방식을 이용하는 셀룰러 시스템의 상향 링크에서, 송신 다이버시티를 이용한 패킷 데이터 전송 방법 및 이를 위한 송신 장치에 관한 것이다.
무선 랜(WLAN)이나 무선 방송, DMB 등의 대용량의 데이터 전송을 필요로 하는 4세대의 이동통신 시스템에서는 광대역의 고속 데이터를 전송하기 위하여 OFDMA 방식을 사용하고 있다.
OFDMA 방식은 주파수에 따라 다른 이득과 잡음 효과를 가진 채널의 주파수 대역을 여러 개로 나누고, 각 대역마다 적절한 데이터 비트의 개수를 할당하여 전송하는 방식으로써, 직렬로 입력되는 데이터열을 N개의 병렬 데이터열로 변환하여 각각 분리된 부반송파에 실어 전송함으로써 데이터율을 높이는 방법이다. 이 때 복잡한 신호의 분석을 위하여 OFDMA 신호를 시간 축 및 진폭 축으로 이산화하여 처리하는 DFT-S-OFDMA 방식이 사용된다.
한편, OFDMA 시스템에서 송신국 및 수신국의 고데이터율 전송을 실현하기 위한 주요 방법은 링크 작업 처리량(throughput)과 네트워크 용량을 개선하는 방법이다. 이 때, 송신국 및 수신국이 각각 다중 안테나를 포함하고, 다중 안테나를 이용하여 데이터를 전송 및 수신하면 작업 처리량의 현저한 증가가 구현될 수 있다. 이와 같이 송신국 및 수신국이 다중 안테나를 이용하여 데이터를 송수신하는 기술을 MIMO(multiple-input multiple-output)라고 한다.
이와 같이 MIMO가 적용된 OFDMA 시스템에서는 고속 멀티미디어 서비스를 위해 수신국 간에 발생하는 간섭을 제거하기 위하여, 수신국의 랜덤 액세스 시도시 송신국에서 서로 다른 수신국을 구별해야할 필요가 있다. 이에 따라, 주파수 도메인 시그너쳐 시퀀스(Frequency Domain Signature Sequence)나 타임 도메인 시그너쳐 시퀀스(Time Domain Signature Sequence), 수신국의 ID 및 호 설정을 위한 리소스 요청(Resource Request) 정보 등이 포함되어 있는 채널 추정 정보를 확인하기 위하여, 랜덤 액세스 채널 버스트(RACH burst: Random Access CHannel burst, 이하 'RACH 버스트'라 칭함)가 이용되고 있다.
현재, OFDM 시스템의 송신기는 다수 안테나 중 RACH 버스트나 사용자 패킷 데이터를 전송할 특정 안테나를 선택하기 위하여, 송신 벡터 결정 모듈과 송신 안테나 결정 모듈을 포함한다.
그리고, 송신 벡터 결정 모듈에서 수신 신호대 잡음비(SNR: Signal-to-Noise Ratio)로부터 산출되는 채널 정보나 사전에 설정된 코드북 등을 이용하여 다수의 안테나에 각각 설정될 송신 가중치를 계산하고, 송신 안테나 결정 모듈이 계산된 송신 가중치를 이용하여, RACH 버스트 또는 사용자 패킷 데이터를 전송할 안테나부를 선택하게 된다. 여기서, 안테나부는 역 푸리에 변환기(IFFT: Inverse Fast Fourier Transform), 사이클릭 프리픽스(CP: Cyclic Prefix) 삽입기, P/S 컨버터, 무선 주파수 변환기(IF/RF : Intermediate Frequency/Radio Frequency) 및 안테나를 포함한다.
즉, 현재 사용되고 있는 OFDM 시스템의 송신기는 멀티플렉서, 송신 벡터 결정 모듈, 송신 안테나 결정 모듈을 비롯하여 다수의 역 푸리에 변환기, CP 삽입기, P/S 컨버터, 무선 주파수 변환기 및 안테나를 포함한다. 이와 같이, 현재 사용되는 송신기는 많은 구성 요소를 포함하고 있어 구성 방법이 복잡하고, 이동국의 크기가 크며, 제작 단가가 올라가는 문제점이 있다.
또한, 이동국에 MIMO가 적용되었다고 하더라도, 송신 벡터 결정 모듈 및 송신 안테나 결정 모듈에 의해 선택된 하나의 안테나만을 이용하여 RACH 버스트 및 사용자 패킷 데이터를 모두 전송하기 때문에, 진폭 및 위상이 랜덤하게 변하는 페이딩(Fading) 현상이 발생할 수 있다. 이에 따라, 송신 신호가 평균 크기보다 커지는 경우도 발생하며, 작아지는 경우도 발생한다.
페이딩은 이동국의 이동 속도에 따라 변하는 속도가 달라진다. 즉 이동국이 고속으로 이동하는 경우, 페이딩의 변화 속도도 빨라지며, 이동국이 저속으로 이동하는 경우, 페이딩의 변화 속도도 느려진다.
이와 같이, 이동국의 속도가 느린 경우에는 페이딩의 변화 속도가 느리므로, 신호의 크기가 평균 크기 이하인 딥 페이딩(Deep Fading)의 구간이 커진다. 이와 같은 딥 페이딩 구간에서는 전송되는 RACH 신호를 복조할 수 없으므로, 성능이 매우 떨어지는 문제점이 발생한다.
이에 따라, 송신국 및 수신국이 RACH 버스트 및 사용자 패킷 데이터 전송시 다중 안테나를 모두 사용하여, 하나의 안테나를 통해 딥 페이딩이 발생하는 경우, 다른 안테나를 이용하여 데이터를 송신함으로써, 딥 페이딩 현상이 발생하는 구간 을 줄여서 성능을 개선하는 전송 기술이 요구되고 있다.
한편, OFDM, MIMO, 스마트 안테나 등의 기술을 이용하는 동시에, 기존에 5Mhz로 한정된 대역폭을 1.25Mhz부터 20Mhz까지 변화 가능하도록 미래장기진화(LTE: Long Term Evolution) 기술이 제시되었다. 이와 같은 대역폭 증가에 따라 LTE는 이동중 100Mbps, 정지중 1Gbps의 전송 속도 지원이 가능하며, 데이터의 업로드 속도도 60Mbps가 된다. 또한, LTE는 IP망과 음성망, 데이터망을 하나로 묶는 특징으로 인하여 OFDM 기반 무선 접속에서 이동국이 단순화될 수 있는 특징을 갖는다.
이와 같은 LTE는 하향 링크에서는 OFDMA 방식을 사용하고, 상향 링크에서는 DFT-S-OFDMA 방식을 사용한다. 그러나, LTE 기술에서 다수의 안테나를 사용하여 DFT-S-OFDM 방식의 상향 링크 데이터를 전송하는 방법에 대해서는 아직 구체화된 것이 없어, 하나의 안테나만을 이용하여 RACH 버스트 및 사용자 패킷 데이터를 전송하고 있으며, 이에 따라 앞에서 언급된 딥 페이딩이 발생하는 문제점이 발생한다.
이와 같이 다수의 안테나를 사용하는 LTE 기술의 구현을 위하여 구성이 간단하며, 다수의 안테나를 모두 이용하여 RACH 버스트 및 사용자 패킷 데이터를 전송하는 DFT-S-OFDMA 시스템에서의 송신 다이버시티를 이용한 데이터 전송 방법 및 이를 위한 이동국의 송신 장치를 제공한다.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위하여 패킷 데이터 전송 방법으로서, OFDMA 시스템에서 복수의 안테나를 포함하는 이동국이 사용자 패킷 데이터를 전송하는 방법에 있어서, (a) 채널 정보의 추정을 위한 RACH 버스트를 생성하는 단계; (b) 복수의 안테나 중 제1 안테나를 선택하고, 제1 안테나를 이용하여 RACH 버스트를 기지국으로 전송하는 단계; (c) RACH 버스트에 대한 기지국의 데이터 전송 허용 여부에 대한 신호를 수신하는 단계; 및 (d) 데이터 전송에 대한 허용 신호가 수신되면, 제1 안테나를 이용하여 사용자 패킷 데이터를 전송하고, 데이터 전송에 대한 불허 신호가 수신되면, 제1 안테나 이외의 제2 안테나를 재선택하고, 제2 안테나를 이용하여 RACH 버스트를 전송하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 제2 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 패킷 데이터 전송 방법으로서, OFDMA 시스템에서 복수의 안테나를 포함하는 이동국이 사용자 패킷 데이터를 전송하는 방법에 있어서, (a) 채널 정보의 추정을 위한 기지국으로 전송할 RACH 버스트를 생성하는 단계; (b) 복수의 안테나를 순차적으로 이용하여, RACH 버스트를 기지국으로 전송하는 단계; (c) 기지국으로부터 전송된 RACH 버스트에 대한 데이터 전송 허용 여부에 대한 신호를 수신하는 단계; 및 (d) 데이터 전송을 허용하는 신호가 수신되면, RACH 버스트를 전송한 안테나를 이용하여 사용자 패킷 데이터를 전송하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 제3 기술적 과제를 달성하기 위하여 송신 장치로서, OFDMA 시스템에서 복수의 안테나를 가지는 이동국의 송신 장치에 있어서, RACH 버스트를 서브캐리어에 매핑하는 심볼-서브캐리어 매퍼; 서브캐리어에 매핑된 RACH 버스트를 시간 축의 데이터로 변환하는 역 푸리에 변환기; 및 역 푸리에 변환기로부터의 RACH 버스트를 전송하기 위한 안테나를 복수의 안테나에서 선택하는 스위칭 블록을 포함한다.
또한, 본 발명의 제4 기술적 과제를 달성하기 위하여 프로그램을 기록한 기록 매체로서, OFDMA 시스템에서 사용자 패킷 데이터의 전송을 위하여 복수의 안테나를 포함하는 이동국에 탑재되는 기록 매체에 있어서, 채널 정보 추정을 위한 RACH 버스트를 생성하는 기능; 복수의 안테나 중 제1 안테나를 선택하고, 제1 안테나를 이용하여 RACH 버스트를 기지국으로 전송하는 기능; RACH 버스트에 대한 기지국의 데이터 전송 허용 여부에 대한 신호를 수신하는 기능; 및 데이터 전송에 대한 허용 신호가 수신되면, 제1 안테나를 이용하여 사용자 패킷 데이터를 전송하고, 데이터 전송에 대한 불허 신호가 수신되면, 제1 안테나 이외의 제2 안테나를 재선택하고, 제2 안테나를 이용하여 RACH 버스트를 전송하는 기능을 포함한다.
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.
또한, 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.
또한, 본 명세서에서 기재한 모듈(module)이란 용어는 특정한 기능이나 동작을 처리하는 하나의 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 송신 다이버시티를 이용하여 RACH 버스트나 사용자 패킷 데이터를 전송하는 DFT-S-OFDMA 시스템의 이동국 송신기 구조를 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
본 발명의 실시예에 따른 이동국의 송신기는 푸리에 변환 확산기(110), 심볼-서브캐리어 매퍼(120), 역 푸리에 변환기(130), 사이클릭 프리픽스 삽입기(이하, 'CP 삽입기'라 칭함)(140), 병렬/직렬(Parallel to Serial) 컨버터(이하, 'P/S 컨버터'라 칭함)(150), 무선 주파수 변환기(160), 스위칭 블록(170) 및 다수의 안테나를 포함한다. 도 1에서는 설명의 편의상 2개의 안테나를 포함하는 이동국 송신기를 기준으로 설명하기로 한다.
푸리에 변환 확산기(110)는 이동국의 랜덤 액세스 시도시 입력되는 RACH 버스트 또는 사용자 패킷 데이터를 고속 푸리에 변환 또는 이산 푸리에 변환하여 확산(Spreading)한다.
여기서, 푸리에 변환 확산기(110)로 입력되는 입력 데이터 심볼을 M개라고 하면, M이 2n인 경우에는 고속 푸리에 변환을 수행하고, M이 2n이 아닌 경우에는 이산 푸리에 변환을 수행한다. 이와 같이, 입력되는 M개의 데이터 심볼을 처리하는 푸리에 변환 확산기(110)를 통상적으로 M-포인트 푸리에 변환 확산기라 칭한다.
심볼-서브캐리어 매퍼(120)는 푸리에 변환 확산기(110)로부터 출력되는 확산된 RACH 버스트 또는 사용자 패킷 데이터를 OFDM 서브캐리어에 매핑하는 역할을 수행한다.
여기서, 푸리에 변환 확산기(110)와 심볼-서브캐리어 매퍼(120)는 기존의 OFDMA 방식에서 높은 피크 전력 대 평균 전력비(PAPR: Peak to Average Power Ratio)가 발생하는 것을 방지하기 위하여 사용된다.
도 2는 푸리에 변환 확산기와 심볼-서브캐리어 매퍼에 의한 데이터 심볼의 매핑 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 2에서는 설명의 편의상 입력 데이터 심볼의 개수(M)를 4개로 가정하며, 입력 데이터 심볼은 RACH 버스트 심볼 또는 사용자 데이터 심볼이다.
푸리에 변환 확산기(110)는 4개의 입력 심볼(S0, S1, S2, S3)을 FFT 확산 처리한다. 그리고, 심볼-서브캐리어 매퍼(120)는 FFT 확산 처리된 심볼(R0, R1, R2, R3)을 역 푸리에 변환기(130)의 서브캐리어에 매핑한다. 도 2에서는 12개의 서브 캐리어를 갖는 역 푸리에 변환기(130)가 도시되어 있으며, 4개의 FFT 확산 처리된 심볼(R0, R1, R2, R3)은 심볼-서브캐리어 매퍼(120)에 의해 서브캐리어 0, 서브캐리어 3, 서브캐리어 6, 서브캐리어 9로 각각 매핑된다.
이와 같이 푸리에 변환 확산기(110) 및 심볼-서브캐리어 매퍼(120)를 이용하여 RACH 버스트 또는 사용자 패킷 데이터를 서브캐리어로 매핑함으로써, 피크 전력 대 평균 전력비를 낮출 수 있으며, 이에 따라 기존의 OFDMA 방식과 동일한 전력 증 폭기를 사용하는 경우에는 상향 링크의 셀 커버리지를 늘릴 수 있다.
역 푸리에 변환기(130)는 서브캐리어에 매핑된 RACH 버스트 또는 사용자 패킷 데이터를 역 고속 푸리에 변환을 이용하여 시간 축의 데이터로 변환시키는 역할을 수행한다.
CP 삽입기(140)는 시간 축으로 변환된 RACH 버스트 또는 사용자 패킷 데이터의 앞단에 사이클릭 프리픽스를 추가하고, P/S 컨버터(150)는 병렬 신호인 사이클릭 프리픽스가 추가된 RACH 버스트 또는 사용자 패킷 데이터를 직렬 신호로 변환한다.
P/S 컨버터(150)에 의해 직렬 신호로 변환된 디지털 형식의 RACH 버스트 또는 사용자 패킷 데이터는 무선 주파수 변환기(160)를 통해 무선 주파수(RF) 신호로 변환되고, 필터링된다. 이를 위하여 무선 주파수 변환기(160)는 업(Up) 컨버터, 증폭기 및 필터 등을 포함한다.
스위칭 블록(170)은 무선 주파수 변환기(160)로부터 전달되는 RACH 버스트가 각각 상이한 안테나를 통하여 번갈아 전송되도록, RACH 버스트 전송될 때마다 RACH 버스트를 전송할 안테나를 선택하는 역할을 수행한다. 즉, 도 1에서와 같이 2개의 안테나(180, 182)를 포함하는 DFT-S-OFDMA 시스템의 송신기에서는 스위칭 블록(170)으로 2개 이상의 RACH 버스트가 전송되면, 스위칭 블록(170)은 전달되는 RACH 버스트를 제1 안테나(180)와 제2 안테나(182)로 번갈아가면서 전달한다. 이에 따라, 제1 안테나(180)와 제2 안테나(182)는 번갈아가면서 RACH 버스트를 전송하게 된다. 이 때, 이동국의 송신기에서 전송되는 RACH 버스트는 기지국으로 전송된다.
이와 같이, 이동국은 RACH 버스트를 스위칭 블록(170)에서 선택한 안테나를 통하여 기지국으로 전송하고, 기지국으로부터 전송된 RACH 버스트에 대한 응답이 수신되면, 포함하고 있는 다수의 안테나 중 하나의 안테나를 통해서 사용자 패킷 데이터를 전송한다.
도 1에 따른 이동국은 하나의 무선 주파수 변환기(160)와 하나의 스위치 블록(170)을 포함하여 구성되지만, 하나의 스위칭 블록(170)과 다수의 무선 주파수 변환기(160)를 이용하여 이동국의 송신기를 구성하는 것도 가능하다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 DFT-S-OFDMA 시스템의 송신기를 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이동국의 송신기는 도 2에 도시된 송신기의 푸리에 변환 확산기(110), 심볼-서브캐리어 매퍼(120), 역 푸리에 변환기(130), CP 삽입기(140), P/S 컨버터(150)를 동일한 구성 요소로써 포함한다.
P/S 컨버터(150)로부터 송출되는 직렬 신호로 변환된 디지털 형식의 RACH 버스트를 수신하는 스위칭 블록(170)은 RACH 버스트의 전송시마다 제1 안테나부(310)와 제2 안테나부(320)를 번갈아가며 선택한다.
스위칭 블록(170)의 선택에 의해 RACH 버스트가 제1 안테나부(310)로 전송되면, 제1 안테나부(310)의 제1 무선 주파수 변환기(162)는 업 컨버터, 증폭기 및 필터를 이용하여 전송된 RACH 버스트를 무선 주파수 신호로 변환하고 필터링하여 제1 안테나(180)로 전달한다. 제1 안테나(180)에서는 수신된 RACH 버스트를 기지국으로 전송한다.
그리고, 스위칭 블록(170)의 선택에 의해 RACH 버스트가 제2 안테나부(320)로 전송되면, 제2 안테나부(320)의 제2 무선 주파수 변환기(164)는 업 컨버터, 증폭기 및 필터를 이용하여 전송된 RACH 버스트를 무선 주파수 신호로 변환하고 필터링하여 제2 안테나(182)로 전달한다. 제2 안테나(182)에서는 수신된 RACH 버스트를 기지국으로 전송한다.
도 3과 같이 구성되는 DFT-S-OFDMA 시스템의 송신기는 도 1에 따른 송신기에 비하여 하나의 무선 주파수 변환기를 추가로 포함한다. 이 때, 스위칭 블록(170)에 의한 스위칭 작업이 기저대역에서 이루어지므로, 원래 RACH 버스트의 주파수 및 스펙트럼을 이용하여 전송할 수 있다는 특징이 있다.
도 1 및 도 3에 따른 DFT-S-OFDMA 시스템의 이동국 송신기는 LTE 상향 링크 프레임을 통하여 기지국으로 RACH 버스트 및 사용자 패킷 데이터를 전송하게 된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 DFT-S-OFDMA 방식을 사용하는 LTE 상향 링크 프레임의 구조도이다.
본 발명의 실시예에서 사용되는 상향 링크 프레임은 다수의 라디오 프레임(Radio Frame)(410)으로 구성되며, 라디오 프레임(410)은 하나의 RACH 서브 프레임(420)과 다수의 데이터 서브 프레임(430)을 포함한다.
RACH 서브 프레임(420)은 이동국에서 기지국으로 전송될 RACH 버스트가 포함되는 부분이며, RACH 버스트의 앞과 뒤에는 가드 시간(Guard Time)이 위치한다.
그리고, RACH 서브 프레임(420)은 주파수에 따라 다수의 서브밴드 중 하나의 서브밴드를 대역폭으로 이용하여 RACH 버스트를 전송한다. 도 5에서는 서브밴드 0 부터 서브밴드 3까지 4개의 서브밴드를 포함하는 LTE 상향 링크 프레임이 도시되어 있으며, 첫 번째 RACH 서브 프레임(420) 구간에서 제1 안테나를 통해서 전송되는 제1 RACH 버스트(440)는 서브밴드 0의 대역폭으로 전송된다.
또한, RACH 서브 프레임(420)을 통해 전송되는 RACH 버스트는 일정 간격(라디오 프레임 간격)마다 각각 상이한 안테나를 통하여 송출된다.
즉, 제1 RACH 버스트(440)가 제1 안테나를 통하여 특정 서브밴드(도 4에서는 서브밴드 0)의 대역폭으로 전송되고, 한 라디오 프레임 동안 다수의 데이터 서브 프레임을 통하여 사용자 패킷 데이터가 전송된 후, 제2 RACH 버스트(450)가 제2 안테나를 통하여 다른 서브밴드(도 4에서는 서브밴드 2)의 대역폭으로 전송된다.
이와 같이 전송되는 RACH 버스트를 수신한 기지국은 수신된 RACH 버스트에 대한 응답을 이동국으로 전송한다. 기지국에서 이동국의 패킷 데이터 전송을 허용하는 경우에는 ACK 신호를 응답으로써 전송하고, 패킷 데이터 전송을 허용하지 않는 경우에는 NACK를 응답으로써 전송한다.
그리고, 기지국은 RACH 버스트를 복조한 후 이동국의 송신 타이밍을 조정하는 비트를 하향 링크로 전송하여, 각각의 이동국으로 하여금 데이터 트래픽 전송시 기지국에 수신되는 각 이동국으로부터의 신호가 사이클릭 프리픽스 안에 들어올 수 있도록 한다.
도 5는 안테나 스위칭 다이버시티 및 주파수 호핑을 RACH 채널에 동시에 적용하여 RACH 버스트나 사용자 패킷 데이터를 전송하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
이동국에서는 일정한 간격으로 RACH 버스트를 생성하고, 스위칭 블록(170)에서 선택한 안테나를 통하여 생성된 RACH 버스트를 송출한다. 여기서는, 도 1 및 도 3에서 도시된 것과 같이 제1 안테나(180)와 제2 안테나(182)를 구비하여 RACH 버스트를 송출하는 송신기를 포함하는 이동국을 기준으로 설명하기로 한다.
이동국에서는 생성된 제1 RACH 버스트를 제1 안테나를 이용하여 송출한다. 이 때, 이동국은 RACH 버스트 전송 모드로 설정되고, 이동국에서 송출되는 제1 RACH 버스트는 서브밴드 0의 대역폭을 갖는다.
이동국에서 서브밴드 0의 대역폭을 통하여 송출된 제1 RACH 버스트를 수신한 기지국은, 수신된 제1 RACH 버스트를 복조한 후 응답으로써 ACK나 NACK를 이동국으로 전송한다. 기지국으로부터 NACK의 응답을 수신한 이동국은 일정 시간(데이터 서브 프레임 전송 시간)이 지난 후, 제2 RACH 버스트를 전송한다. 이 때, 이동국의 스위칭 블록(170)은 제2 안테나를 선택하여, 제2 RACH 버스트가 제2 안테나를 통하여 전송되도록 한다. 그리고, 제2 RACH 버스트는 제1 RACH 버스트와는 다른 서브밴드를 통하여 전송된다. 도 5에서 제2 RACH 버스트는 서브밴드 1의 대역폭을 통하여 전송된다.
이동국으로부터 제2 RACH 버스트를 수신한 기지국은, 수신된 제2 RACH 버스트를 복조한 후 응답으로써 ACK나 NACK를 전송한다. 기지국이 다시 NACK를 이동국으로 전송하면, 이동국은 다시 제1 안테나를 이용하여 제3 RACH 버스트를 서브밴드 3의 대역폭을 통하여 전송하고, 다시 기지국으로부터 제3 RACH 버스트에 대한 ACK나 NACK의 응답을 수신한다.
이와 같은 과정을 반복하여 수행하다가 이동국이 기지국으로부터 ACK의 응답을 수신하면, 이동국은 RACH 버스트 전송 모드를 사용자 패킷 데이터 전송 모드로 전환하고, 기지국으로부터 ACK를 수신하기 이전에 송출된 RACH 버스트(도 5에서는 제6 RACH 버스트)를 송출한 안테나(도 5에서는 제2 안테나)를 이용하여, 기지국으로부터 ACK를 수신하기 이전에 송출된 RACH 버스트가 송출된 서브밴드(도 5에서는 서브밴드 1)의 대역폭을 통해 사용자 패킷 데이터를 전송한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 송신 다이버시티를 이용하여 랜덤 액세스 채널을 전송 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
DFT-S-OFDMA 시스템에서 다수의 안테나를 포함하는 이동국이 상향 링크를 이용하여 사용자 패킷 데이터를 전송하려는 경우, 이동국은 사용자 패킷 데이터의 전송을 위한 주파수 도메인 시그너쳐 시퀀스, 타임 도메인 시그너쳐 시퀀스, 기지국의 ID 및 호 설정을 위한 리소스 요청 정보 등을 포함하는 채널 추정 정보를 확인하여야 하며, 이를 위하여 기지국으로 RACH 버스트를 전송하여야 한다. 이에 따라, 이동국은 RACH 버스트의 생성 및 전송을 위한 RACH 버스트 전송 모드를 설정한다(S610).
이동국은 RACH 버스트 전송 모드로 설정된 후, RACH 버스트를 생성한다(S620). 그리고, 생성된 RACH 버스트를 푸리에 변환 확산기(110), 심볼-서브캐리어 매퍼(120), 역 푸리에 변환기(130), CP 삽입기(140) 및 P/S 컨버터(150) 등을 통하여 스위칭 블록(170)으로 전달한다. 이 때, 스위칭 블록(170)에 앞서 무선 주파수 변환기(160)를 통하여 무선 주파수 신호로의 변환 및 필터링이 수행될 수도 있다.
스위칭 블록(170)은 이동국의 다수의 안테나 중에서 하나의 안테나를 선택하고, 이동국은 스위칭 블록(170)에 의해 선택된 안테나를 통하여 RACH 버스트를 송출한다. 이 때, 안테나의 선택은 스위칭 블록(170)에 의해서 임의로 이루어진다. 또한, RACH 버스트의 전송은 LTE 상향 링크 프레임의 RACH 서브 프레임을 통하여 전송되고, RACH 서브 프레임의 대역폭은 LTE 상량 링크 프레임의 주파수 중 특정 서브밴드를 이용하게 된다(S630).
이동국으로부터 송출된 RACH 버스트는 기지국으로 전송되고, RACH 버스트를 수신한 기지국은 응답으로써 ACK나 NACK를 다시 이동국으로 전송한다. 이동국은 기지국으로부터 전송되는 응답을 수신하여 확인한다(S640).
기지국으로부터 수신된 신호가 NACK인 경우, 이동국은 다시 RACH 버스트를 생성하고, 스위칭 블록(170)에 의해 선택된 안테나를 이용하여 RACH 버스트를 전송한 뒤, 기지국의 응답을 확인하는 S620 이후의 단계를 반복한다. 이 때, 스위칭 블록(170)에서 안테나를 선택함에 있어서, 이전에 RACH 버스트를 전송한 안테나가 아닌 다른 안테나를 선택한다.
그러나, 기지국으로부터 ACK 신호가 수신되면(S650), 이동국은 모드를 사용자 패킷 데이터 전송 모드로 변경한 후(S660), RACH 버스트를 전송한 안테나를 이용하여 사용자 패킷 데이터를 전송한다. 이 때, RACH 버스트가 전송된 특정 서브밴드의 대역폭도 그대로 이용하게 된다(S670).
이동국은 사용자 패킷 데이터의 전송이 완료되었는지 여부를 확인하고, 전송 이 완료되면 이동국의 상향 링크 전송을 종료한다. 그러나, 사용자 패킷 데이터의 전송이 완료되지 않은 경우에는, RACH 버스트를 생성하여 기지국으로 전송하고, 기지국이 전송된 RACH 버스트에 대한 ACK 응답을 전송하면, 해당 안테나를 이용하여 사용자 패킷 데이터를 전송하는 S620 이후의 단계를 반복한다(S680).
이와 같은 단계를 통하여 DFT-S-OFDMA 시스템의 상향 링크에서, 두 개 이상의 송신 안테나를 구비하는 이동국이 송신 다이버시티를 이용하여 RACH 버스트를 전송하게 된다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
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.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, LTE가 적용된 OFDM 시스템에서 다수의 안테나를 포함하는 이동국을 이용하여 RACH 버스트 및 사용자 패킷 데이터를 전송하므로, 높은 대역폭 및 전송 속도를 통해 데이터를 전송할 수 있으며, 데이터 전송시 발생할 수 있는 딥 페이딩(Deep Fading) 구간을 줄임으로써, 딥 페이딩으로 인한 통화 단절 방지 및 데이터 전송 성능 향상의 효과를 기대할 수 있다.

Claims (19)

  1. OFDMA 시스템에서 복수의 안테나를 포함하는 이동국이 사용자 패킷 데이터를 전송하는 방법에 있어서,
    (a) 채널 정보의 추정을 위한 RACH 버스트(Random Access CHannel burst)를 생성하는 단계;
    (b) 상기 복수의 안테나 중 제1 안테나를 선택하고, 상기 제1 안테나를 이용하여 상기 RACH 버스트를 기지국으로 전송하는 단계;
    (c) 상기 RACH 버스트에 대한 상기 기지국의 상기 데이터 전송 허용 여부에 대한 신호를 수신하는 단계; 및
    (d) 상기 데이터 전송에 대한 허용 신호가 수신되면, 상기 제1 안테나를 이용하여 상기 사용자 패킷 데이터를 전송하고,
    상기 데이터 전송에 대한 불허 신호가 수신되면, 상기 제1 안테나 이외의 제2 안테나를 재선택하고, 상기 제2 안테나를 이용하여 상기 RACH 버스트를 전송하는 단계
    를 포함하는 패킷 데이터 전송 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 안테나를 이용하여 상기 RACH 버스트를 전송하는 단계는,
    상기 RACH 버스트에 대한 상기 기지국의 상기 데이터 전송 허용 여부에 대한 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 데이터 전송에 대한 허용 신호가 수신되면 상기 제2 안테나를 이용하여 상기 사용자 패킷 데이터를 전송하고, 상기 데이터 전송에 대한 불허 신호가 수신되면, 상기 제2 안테나 이외의 제3 안테나 또는 상기 제1 안테나를 재선택하고 상기 재선택한 안테나를 이용하여 상기 RACH 버스트를 전송하는 단계
    를 포함하는 패킷 데이터 전송 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 안테나는,
    상기 제1 안테나가 상기 RACH 버스트를 전송할 때 사용한 서브밴드와는 상이한 서브밴드를 이용하여, 상기 RACH 버스트를 전송하는 패킷 데이터 전송 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 단계 (d)는,
    상기 허용 신호가 수신된 경우, 상기 RACH 버스트를 전송할 때 사용된 서브밴드를 이용하여, 상기 사용자 패킷 데이터를 전송하는 패킷 데이터 전송 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 단계 (b) 이전에,
    상기 RACH 버스트를 전송하기 위한 RACH 버스트 전송 모드로 설정하는 단계;
    를 더 포함하는 패킷 데이터 전송 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 허용 신호가 수신되면, 상기 RACH 버스트 전송 모드를 사용자 패킷 데이터 전송 모드로 변경하는 패킷 데이터 전송 방법.
  7. OFDMA 시스템에서 복수의 안테나를 포함하는 이동국이 사용자 패킷 데이터를 전송하는 방법에 있어서,
    (a) 채널 정보의 추정을 위한 기지국으로 전송할 RACH 버스트(Random Access CHannel burst)를 생성하는 단계;
    (b) 상기 복수의 안테나를 순차적으로 이용하여, 상기 RACH 버스트를 상기 기지국으로 전송하는 단계;
    (c) 상기 기지국으로부터 전송된 상기 RACH 버스트에 대한 데이터 전송 허용 여부에 대한 신호를 수신하는 단계; 및
    (d) 상기 데이터 전송을 허용하는 신호가 수신되면, 상기 RACH 버스트를 전송한 안테나를 이용하여 상기 사용자 패킷 데이터를 전송하는 단계
    를 포함하는 패킷 데이터 전송 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 단계 (d)는,
    상기 데이터 전송을 허용하는 신호가 수신되지 않으면, 상기 단계 (b) 이후의 과정을 반복하여 수행하는 패킷 데이터 전송 방법.
  9. OFDMA 시스템에서 복수의 안테나를 가지는 이동국의 송신 장치에 있어서,
    RACH 버스트를 서브캐리어에 매핑하는 심볼-서브캐리어 매퍼;
    상기 서브캐리어에 매핑된 RACH 버스트를 시간 축의 데이터로 변환하는 역 푸리에 변환기(IFFT: Inverse Fast Fourier Transform); 및
    상기 역 푸리에 변환기로부터의 RACH 버스트를 전송하기 위한 안테나를 상기 복수의 안테나에서 선택하는 스위칭 블록
    을 포함하는 송신 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 역 푸리에 변환기로부터 출력되는 상기 RACH 버스트를 무선 주파수 신호로 변환하고 필터링하며, 상기 복수의 안테나에 각각 대응하는 복수의 무선 주파수 변환기를 더 포함하며,
    각 무선 주파수 변환기는 상기 스위칭 블록과, 상기 복수의 안테나 중 대응하는 안테나 사이에 연결되어 있는 송신 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 스위칭 블록은 상기 역 푸리에 변환기로부터 출력되는 상기 RACH 버스트 및 상기 송신 장치를 통하여 전송할 사용자 패킷 데이터를 선택된 안테나에 연결되어 있는 상기 무선 주파수 변환기로 전달하는 송신 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 RACH 버스트 및 상기 사용자 패킷 데이터는 기저대역의 주파수 및 스펙트럼을 통하여 송출되는 송신 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 역 푸리에 변환부와 상기 스위칭 블록 사이에 연결되어, 상기 역 푸리에 변환기로부터 출력되는 상기 RACH 버스트를 무선 주파수 신호로 변환하고 필터링하는 무선 주파수 변환기를 더 포함하는 송신 장치.
  14. 제9항에 있어서, 상기 스위칭 블록은,
    상기 RACH 버스트가 전송될 때마다, 상기 복수의 안테나를 순차적으로 선택하는 송신 장치.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 RACH 버스트에 대해 푸리에 변환 확산 처리를 하여 상기 심볼-서브캐리어 매퍼로 전달하는 푸리에 변환 확산기(FFT Spreader)를 더 포함하는 송신 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 푸리에 변환 확산기는,
    상기 RACH 버스트의 심볼 수가 2n이면 고속 푸리에 변환을 수행하고, 2n이 아니면 이산 푸리에 변환을 수행하며, 상기 n은 자연수인 송신 장치.
  17. 제9항에 있어서,
    상기 역 푸리에 변환기를 통해 시간 축으로 변환된 RACH 버스트에 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix)를 추가하는 CP 삽입기; 및
    병렬 형태의 상기 사이클릭 프리픽스가 추가된 RACH 버스트를 직렬 신호로 변환하는 P/S 컨버터
    를 더 포함하는 송신 장치.
  18. 제9항에 있어서,
    상기 RACH 버스트가 기지국으로 송출된 후, 상기 기지국으로부터 상기 송출된 RACH 버스트에 대한 데이터 전송 허용 신호가 수신되면, 상기 RACH 버스트가 송출된 안테나를 통해 사용자 패킷 데이터를 송출하는 송신 장치.
  19. OFDMA 시스템에서 사용자 패킷 데이터의 전송을 위하여 복수의 안테나를 포함하는 이동국에 탑재되는 기록 매체에 있어서,
    채널 정보 추정을 위한 RACH 버스트(Random Access CHannel burst)를 생성하는 기능;
    상기 복수의 안테나 중 제1 안테나를 선택하고, 상기 제1 안테나를 이용하여 상기 RACH 버스트를 기지국으로 전송하는 기능;
    상기 RACH 버스트에 대한 상기 기지국의 상기 데이터 전송 허용 여부에 대한 신호를 수신하는 기능; 및
    상기 데이터 전송에 대한 허용 신호가 수신되면, 상기 제1 안테나를 이용하여 상기 사용자 패킷 데이터를 전송하고,
    상기 데이터 전송에 대한 불허 신호가 수신되면, 상기 제1 안테나 이외의 제2 안테나를 재선택하고, 상기 제2 안테나를 이용하여 상기 RACH 버스트를 전송하는 기능
    을 실행하는 프로그램을 기록한 기록 매체.
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