KR101108056B1 - 다수의 부 반송파를 이용하여 데이터를 송수신하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일 사용자에게 할당되는 무선자원을 동시에 둘 이상의 사용자가 사용하는 방법을 구현함으로써, 주파수 대역의 추가 없이 상향링크의 용량을 증가시켰다. 또한 본 발명은 TDD 방식이 상향링크에 배정된 시간 중 일부를 하향링크에 배정하는 것처럼, 상향링크에 할당해야 했던 무선자원을 하향링크에 할당하도록 함으로써, 한정적인 무선자원을 보다 효율적으로 운용할 수 있게 되었다. 본 발명에 따른 무선자원 할당 시스템은, 직교주파수 분할 다중접속 시스템에 있어서, 동일한 무선 자원이 할당된 다수의 송신 측으로부터 다수의 부 반송파를 이용하여 데이터 신호를 수신하되, 상기 다수의 송신 측을 구분하는 파일럿 패턴에 따른 파일럿 신호가 포함된 데이터 신호를 수신하는 단계; 및 상기 파일럿 신호를 통해 상기 수신된 데이터 신호에서 각 단말의 데이터 신호를 식별하여 상기 각 단말의 데이터 신호를 획득하는 단계를 포함하여 이루어지되, 상기 다수의 송신 측은, 특정한 시간 구간에는 공간 다중화 방식(Spatial Multiplexing) 방식으로 상기 데이터 신호를 송신하되, 나머지 시간 구간에는 상기 다수의 송신 측 중 일부는 동일한 데이터 신호를 송신하고, 나머지 송신 측은 상기 데이터 신호의 위상을 변경시켜 신호를 송신하는 것을 특징으로 한다.

OFDM/OFDMA, 파일럿 패턴, 무선자원, 공유

Description

다수의 부 반송파를 이용하여 데이터를 송수신하는 방법{Method for transmitting and receiving data using a plurality of subcarriers}

도 1은 종래 기술과 본 발명이 사용하는 송수신 측의 구조를 나타내는 도면이다.

도 2는 종래 기술에 따른 무선자원의 할당을 나타낸 도면이다.

도 3은 종래의 OFDMA 무선 통신 시스템에서의 데이터 프레임의 구성을 나타내는 도면이다.

도 4는 일반적인 DL-MAP을 이용하여 단말에 상향링크 무선자원을 할당하는 종래기술의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 5는 본 발명에 따른, OFDM/OFDMA시스템 상향링크 무선자원의 할당을 나타낸 도면이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 방식을 설명하는 도면이다.

도 7은 OFDM/OFDMA시스템의 상향링크를 통해 전송되는 무선자원의 기본 할당 단위를 나타낸 도면이다.

도 8a는 본 발명에 따라, 사용자별로 시간과 주파수를 달리하는 파일럿 패턴을 나타낸 도면이다.

도 8b는 본 발명에 따라, 사용자별로 직교코드를 다르게 사용하는 파일럿 패 턴을 나타낸 도면이다.

도 8c는 도 8a와 도 8b의 각 파일럿에 할당되는 신호값 테이블이다.

도 9은 본 발명에 따라, 상향링크의 데이터 버스트(Burst)를 구성하는 파일럿 패턴의 조합을 나타낸 도면이다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 일반적인 DL-MAP을 이용한 CSM 방식의 동작을 나타내는 도면이다.

본 발명은 직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access, 이하 OFDMA라 약함) 방식 시스템에 관한 것으로서, 특히 OFDMA의 무선자원 할당 방법에 관한 것이다.

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,이하 OFDM이라 약함)방식은 고속의 직렬신호를 저속의 여러 병렬신호로 분리한 후 이를 각각의 직교 부반송파(sub-carrier)로 변조하여 송/수신하는 방식이다. 따라서, 좁은 대역으로 나뉘어진 직교 부반송파는 플랫 페이딩(flat fading)을 경험하게 되어 주파수 선택적 페이딩 채널에 우수한 특성을 갖게 된다. 또한, 송신단에서 보호대역(guard interval) 삽입 등과 같은 간단한 방법을 사용하여 부반송파간의 직교성을 보존함으로써 수신단에서 복잡한 등화기나 DS-CDMA(Direct Sequence-Code Division Multiplexing Access) 방식에서의 레이크 수신기 등이 필요없게 된다. OFDM 방식은 이러한 우수한 특성으로 인하여 디지털 방송, IEEE 802.11a 이나 HIPERLAN과 같은 무선 랜, IEEE 802.16 과 같은 고정 광대역 무선접속(fixed broadband wireless access)등에서 표준변조방식으로 채택되어 있으며, UMTS (Universal Mobile Telecommunications System)에서도 변복조/다중접속방식의 적용 가능 기술의 하나로 검토된 바 있다. 현재, OFDM을 근간으로 하는 여러 다중접속 방식들이 활발히 연구되고 있으며, 이 중, OFDMA방식은 초고속 멀티미디어 서비스 등 사용자 요구가 급속히 증대되는 차세대 이동통신을 달성하기 위한 후보기술로서 적극 검토, 연구되고 있다. OFDMA방식은 시간 분할 접속과 주파수 분할 접속 기술을 결합하는 2차원 접속방법이다.

도 1은 종래 기술과 본 발명이 사용하는 송수신 측의 구조를 나타내는 도면이다. 입력 데이터가 입력되면 상기 데이터가 채널에서 왜곡되는 것을 막기 위해 부가적인 비트(redundancy bits)를 추가하는 채널 코딩 작업을 수행한다. 상기 채널 코딩은, 터보 코드 또는 LDPC 코드 등이 가능하다. 상기 채널 코딩을 수행한 비트 열을 일정한 심볼에 매핑하는 작업을 수행하며, 상기 심볼 매핑(symbol mapping)은 QPSK, 16 QAM 등의 방법이 가능하다. 상기 데이터 심볼은 상기 심볼을 전송하는 다수의 부 반송파에 매핑되는 부 채널 변조(subchannel modulation)을 거친다. 상기 부 채널 변조를 거친 신호는 IFFT를 거쳐 시간 영역의 반송파에 실리게 되며, 필터링과 아날로그 변환을 거쳐 무선 채널로 전송된다. 상기 수신단은 송신단의 동작을 역으로 수행한다.

도 2는 종래 기술에 따른 무선자원의 할당을 나타낸 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 대개, 무선통신시스템은 한정된 상향/하향 링크의 무선자원을 여러 사용자가 나누어 사용한다. 그러나 한 사용자에게 할당되는 자원을 여러 사용자가 나누어 사용하는 방법에는 제한이 있다. 즉, 802.16e 시스템에 CSM(Collaborative Spatial Multiplexing, 이하 CSM)이 있는데, 현재까지 제안된 방식에서는 서로 직교하는 채널을 형성하는 2명의 사용자들을 선택하는 간단한 기준만 제시되고 있다. 즉, 동시에 두 명 혹은 그 이상의 사용자를 같은 자원 할당하지 않는 것이 일반적이다.

도 3은 종래의 OFDMA 무선 통신 시스템에서의 데이터 프레임의 구성을 나타내는 도면이다. 도 3에서 가로축은 시간 축으로서 심벌 단위로 표시한 것이고, 세로축은 주파수 축으로서 서브채널(subchannel) 단위로 표시한 것이다. 상기 서브채널은 다수의 부반송파의 묶음을 의미한다. 구체적으로 설명하면, OFDMA 물리계층에서는 활성 반송파를 그룹으로 분리해서, 그룹별로 각기 다른 수신단으로 송신된다. 이렇게 한 수신단에 전송되는 반송파의 그룹을 서브채널(subchannel)이라고 부른다. 이 때 각 서브채널을 구성하는 반송파는 서로 인접하거나 또는 등간격으로 떨어져 있을 수도 있다.

각 사용자에게 할당되는 슬롯(slot)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 2차원 공간의 데이터 영역(Data Region)에 의해서 정의되며, 이는 버스트(burst)에 의해 할당되는 연속적인 서브채널의 집합이다. OFDMA에서 하나의 데이터 영역은, 도 3에 도시된 바와 같이, 시간 좌표와 서브채널 좌표에 의해 결정되는 직사각형으로 도시화된다. 이러한 데이터 영역은 특정 사용자의 상향링크에 할당되거나 또는 하향링 크에서는 특정한 사용자에게 기지국이 데이터 영역을 전송할 수 있다.

하향링크 서브프레임은 물리계층에서의 동기화와 등화를 하기 위해 사용되는 프리앰블(Preamble)로 시작하고, 그 다음에는 하향링크와 상향링크에 할당되는 버스트의 위치와 용도를 정의하는 방송형태의 하향링크 MAP(DL-MAP) 메시지와 상향링크 MAP(UL-MAP) 메시지를 통해 프레임 전체에 대한 구조를 정의한다.

DL-MAP 메시지는 버스트 모드 물리계층에서 하향링크 구간에 대해 버스트 별로 할당된 용도를 정의하며, UL-MAP 메시지는 상향링크 구간에 대해 할당된 버스트의 용도를 정의한다. DL-MAP을 구성하는 정보 요소(IE: Information Element)는 DIUC(Downlink Interval Usage Code)와 CID(Connection ID) 및 버스트의 위치 정보(서브채널 오프셋, 심볼오프셋, 서브채널 수, 심볼 수)에 의해 사용자 단에 하향링크 트래픽 구간이 구분된다. 한편, UL-MAP 메시지를 구성하는 정보 요소는 각 CID(Connection ID) 별로 UIUC(Uplink Interval Usage Code)에 의해 용도가 정해지고, 'duration'에 의해 해당 구간의 위치가 규정된다. 여기서 UL-MAP에서 사용되는 UIUC 값에 따라 구간별 용도가 정해지며, 각 구간은 그 이전 IE 시작점으로부터 UL-MAP IE에서 규정된 'duration'만큼 떨어진 지점에서 시작한다.

DCD(Downlink Channel Descriptor) 메시지와 UCD (Uplink Channel Descriptor)메시지는 각각 하향링크와 상향링크에 할당된 버스트 구간에서 적용될 물리계층 관련 파라미터로서 변조 타입(modulation type), FEC 코드 타입(FEC Code type) 등을 포함한다. 또한, 여러 가지 순방향 오류 정정 코드 유형에 따라 필요한 파라미터들(예를 들어, R-S Code의 K,R 값 등)을 규정한다. 이와 같은 파라미터들 은 UCD 및 DCD 내부에서 각각 UIUC(Uplink Interval Usage Code) 및 DIUC(Downlink Interval Usage Code)별로 규정된 버스트 프로파일(Burst Profile)에 의해 주어진다.

한편, OFDM/OFDMA 시스템의 다중 안테나(MIMO: Multi-Input Multi-Output) 기술은 다이버시티(diversity) 계열과 멀티플렉싱(multiplexing) 계열로 분류된다. 다이버시티 방식은 안테나마다 다른 레일리 페이딩을 겪은 신호를 다수의 송/수신 안테나에 의해 결합함으로써 경로간의 채널 골(deep)을 서로 보완시켜서 수신 성능을 높이는 기술이다. 이 기술로 얻는 다이버시티 이득은 송신단에서 얻느냐 수신단에서 얻느냐에 따라 다시 송신 다이버시티와 수신 다이버시티로 구분된다. 송신 안테나의 개수가 N이고 수신 안테나가 M개 있는 경우 최대 MN개의 독립된 페이딩 채널을 결합시킬 수 있으므로 최대 다이버시티 이득은 MN이다.

멀티플렉싱 방식은 송/수신 안테나 간의 가상의 부채널들을 만들어서 각각의 송신 안테나를 통해 서로 다른 데이터를 전송함으로써 전송 속도를 높이는 방식이다. 멀티플렉싱 방식은 다이버시티 방식과 달리 송신단 혹은 수신단 힌쪽에서만 다중의 안테나를 사용하는 경우 그 이득을 충분히 얻을 수 없다. 멀티플렉싱 방식의 성능은 동시에 전송할 수 있는 독립적인 송신 신호의 개수를 멀티플렉싱 이득으로 표현되고 이는 송신단의 안테나 수와 수신단의 안테나 수의 최소값과 같다.

또한, 멀티플렉싱 방식의 일종으로 CSM(Collaborative Spatial Multiplexing) 방식이 존재한다. CSM 방식은 두 개의 단말에게 같은 상향링크를 사용할 수 있도록 하는 기술로서 상향링크 무선자원을 절약할 수 있다.

OFDM/OFDMA 시스템에서 상향링크 또는 하향링크의 무선자원, 즉 데이터 버스트(data burst) 할당 방식은 HARQ 방식을 지원하느냐 그렇지 않느냐에 따라 일반 MAP 방식과 HARQ 방식으로 구분된다.

하향링크(downlink)에서 일반 MAP에서의 버스트(burst) 할당 방식은 시간축과 주파수축으로 이루어진 사각형 모양을 가르쳐주는 것이다. 즉, 시작 심볼 번호(symbol offset), 시작 서브채널 번호(subchannel offset), 사용되는 심볼의 개수와 사용되는 서브채널의 개수(No. OFDMA symbols, No. Subchannels)를 가르쳐 준다. 상향링크에서는 심볼 축으로 차례로 할당하는 방식을 사용하므로 사용되는 심볼의 개수만 가르쳐 주면 상향링크의 버스트를 할당할 수 있다.

도 4는 일반적인 DL-MAP을 이용하여 단말에 상향링크 무선자원(데이터 버스트)을 할당하는 종래기술의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

일반적인 DL-MAP의 경우 UL-MAP의 위치는 바로 뒤에 따라오는 첫번째 버스트를 할당한다. UL-MAP 방식에 있어서는 UL-MAP IE를 통해 상향링크 데이터 버스트(uplink data burst)를 할당한다.

IEEE 802.16d,e의 OFDMA 기술에서 CSM 방식은 일반적인 DL-MAP 방식에 있어서는 기지국은 각 단말로 데이터 버스트의 위치를 표1와 같은 데이터 포맷을 갖는 MIMO UL 베이직(basic) IE를 통해서 두 개의 단말에게 동일한 상향링크 자원을 할당한다.

상기 MIMO UL 베이직 IE의 사용을 알려주기 위해서는 UIUC=15 의 값으로 확장(extended) UIUC를 이용한다. 이 확장 UIUC로 표현할 수 있는 IE는 총 16 가지이 다.

Syntax	Size (bits)	Notes
MIMO_UL_Basic_IE(){
Extended DIUC	4	MIMO = 0x02
Length	4	Length of the message in bytes(variable)
Num_Assign	4	Number of burst assignment
For(j=0; j<Num_assign;j++){
CID	16	SS basic CID
UIUC	4
MIMO_Control	1	For dual transmission capable MSS 0: STTD 1: SM For Collaborative SM capable MSS 0: pilot pattern A 1: pilot pattern B
Duration	10	In OFDMA slots
}
}

동일한 상향링크 리소스를 두 단말에게 할당해 주기 위해서 사용하는 상기 MIMO UL 베이직 IE는 기존의 다른 MIMO를 위해서도 사용된다. 먼저 안테나를 두 개 이상 갖는 단말의 경우는 다이버시티 이득을 얻는 STTD 방식인지, 전송속도를 높여주기 위한 SM 방식인지 알려준다.

IEEE 802.16d,e의 OFDMA 기술에서 CSM 방식은 HARQ 구현을 위한 HARQ MAP을 통해서도 구현될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 갖춘 자에게는 자명하다 할 것이다.

상기한 바와 같은 종래기술은 상향링크(uplink)의 사용량이 증가하여 더 많은 무선자원을 필요로 하는 경우에 문제가 발생한다. 상향링크의 사용량이 증가하여 더 많은 무선자원이 필요한 경우, 주파수 자원을 추가하는 방법을 고려해 볼 수 있지만, 이 방법의 경우 기지국의 위치를 고려해야 하고 전체 시스템에 영향을 미치기 때문에, 상향링크의 사용량이 증가에 대한 바람직한 대안으로 볼 수 없다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 상향링크에서 할당된 무선자원 하나를 여러 사용자가 동시에 점유해서 사용할 수 있도록 한 OFDM/OFDMA의 무선자원 할당 방법을 제공하는 것이다.

발명의 개요

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 무선자원 할당 시스템은, 직교주파수 분할 다중접속 시스템에 있어서, 동일한 상향링크의 무선자원을 둘 이상의 단말에게 할당하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 데이터 송수신 방법은, 동일한 무선 자원이 할당된 다수의 송신 측으로부터 다수의 부 반송파를 이용하여 데이터 신호를 수신하되, 상기 다수의 송신 측을 구분하는 파일럿 패턴에 따른 파일럿 신호가 포함된 데이터 신호를 수신하는 단계; 및 상기 파일럿 신호를 통해 상기 수신된 데이터 신호에서 각 단말의 데이터 신호를 식별하여 상기 각 단말의 데이터 신호를 획득하는 단계를 포함하여 이루어지되, 상기 다수의 송신 측은, 특정한 시간 구간에는 공간 다중화 방식(Spatial Multiplexing) 방식으로 상기 데이터 신호를 송신하되, 나머지 시간 구간에는 상기 다수의 송신 측 중 일부는 동일한 데이터 신호를 송신하고, 나머지 송신 측은 상기 데이터 신호의 위상을 변 경시켜 신호를 송신하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 양상으로서, 본 발명에 따른 데이터 송수신 방법은, 다수의 송신 측을 포함하는 통신 시스템에 있어서, 상기 다수의 송신 측에 대하여 서로 동일하게 할당된 무선 자원을 통해 데이터 신호를 송신하되, 상기 다수의 송신 측을 구분하는 파일럿 패턴에 따른 파일럿 신호가 포함된 데이터 신호를 송신하는 단계를 포함하여 이루어지되, 상기 다수의 송신 측은, 공간 다중화 방식(Spatial Multiplexing) 방식으로 신호를 송신하되, 특정한 시간 구간에는 특정한 데이터 신호를 송신하고, 나머지 시간 구간에는 상기 다수의 송신 측 중 일부는 상기 특정한 데이터 신호를 송신하고, 나머지 송신 측은 상기 특정한 데이터 신호의 위상을 변경시켜 신호를 송신하는 것을 특징으로 한다.

발명의 일 실시예

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 일 실시예는 상향링크의 용량을 증대시키기 위한 기술로서, 일 사용자에게 할당되는 무선자원을 여러 사용자가 동시에 사용할 수 있도록 하는데 그 착안점을 두고 있다.

도 5는 본 발명에 따른, OFDM/OFDMA 시스템 상향링크 무선자원의 할당을 나타낸 도면으로, 설명의 편의를 위해 사용자 1과 사용자 5가 동일한 무선자원을 할당받은 것으로 가정한다.

통신 시스템은 우선, 시그널링 또는 메시지를 통해 상기 두 사용자(사용자 1 & 사용자 5)에게 동일한 무선자원을 할당했음을 알려주고, 사용해야 할 채널코딩의 종류, 코딩률, 변조방식, 파일럿 패턴, 시공간 부호방식 등의 정보를 알려준다.

상기 두 사용자(사용자 1 & 사용자 5)의 단말과 통신 시스템 간의 신호 전송은, 시공간 부호 방식과 기지국의 수신 안테나 수, 그리고 단말의 송신 안테나 수에 따라 각기 다른 송수신 조합을 갖는다. 다음은 각기 다른 5가지의 송수신 조합을 설명한 것이다.

첫째, 공간 다중화(Spatial multiplexing) 송신방식 하에서, 상기 두 사용자(사용자1 & 사용자5)의 단말이 각각 하나씩의 송신 안테나를 구비하고, 기지국이 2개 이상의 수신 안테나를 구비하는 경우, 송수신 조합을 정의하면 하기 수학식1과 같다.

상기 수학식1에서, x_i는 기지국의 i번째 안테나에 수신된 신호이고, h_ji는 i번째 단말에서 기지국의 j번째 안테나로 전해지는 채널이고, s_i는 상기 i번째 단말의 데이터이고, ν는 부가적 백색 가우시안 잡음 벡터(Additive White Gaussian Noise Vector, AWGN Vector)이다.

둘째, 공간 다중화 송신방식 하에서, 상기 두 사용자(사용자 1 & 사용자 5)의 단말이 각각 하나씩의 송신 안테나를 구비하고, 기지국이 하나의 수신 안테나를 구비하는 경우, 송수신 조합을 정의하면 하기 수학식 2와 같다.

상기 수학식 2에서, x는 기지국에 수신된 신호이고, h_i는 i번째 단말에서 기지국으로 전해지는 채널이고, s_i는 상기 i번째 단말의 데이터이고, ν는 부가적 백색 가우시안 잡음 벡터(Additive White Gaussian Noise Vector, AWGN Vector)이다.

셋째, 공간 시간 전송 다이버시티(Space Time Transmit Diversity)송신방식 하에서, 상기 두 사용자(사용자 1 & 사용자 5)의 단말이 각각 2개씩의 송신 안테나를 구비하고, 기지국이 2개 이상의 수신 안테나를 구비하는 경우, 송수신 조합을 정의하면 하기 수학식3과 같다.

상기 수학식3에서, x_i는 기지국의 i번째 안테나에 수신된 신호이고, h_{i, jm}는 i번째 단말의 m번째 안테나에서 기지국의 j번째 안테나로 전해지는 채널이고, s_{i ,j}는 상기 i번째 단말의 j번째 데이터이고, ν는 부가적 백색 가우시안 잡음 벡터(Additive White Gaussian Noise Vector, AWGN Vector)이다.

넷째, 공간 다중화 송신방식 하에서, 상기 두 사용자(사용자1 & 사용자5)의 단말이 각각 다수의 송신 안테나를 구비하고, 기지국이 4개 이상의 수신 안테나를 구비하는 경우, 송수신 조합을 정의하면 하기 수학식 4와 같다.

상기 수학식 4에서, x_i는 기지국의 i번째 안테나에 수신된 신호이고, h_{i, jk}는 i번째 단말의 k번째 안테나에서 기지국의 j번째 안테나로 전해지는 채널이고, s_{i ,j}는 상기 i번째 단말의 j번째 데이터이고, ν는 부가적 백색 가우시안 잡음 벡터(Additive White Gaussian Noise Vector, AWGN Vector)이다.

다섯째, 공간 다중화(Spatial multiplexing) 송신 방식 하에서, 상기 두 사용자(사용자1 & 사용자5)의 단말이 각각 1개씩의 송신 안테나를 구비하고, 기지국이 1개 이상의 수신안테나를 구비하는 경우, 상기 수학식 1에서 사용된 A 형태의 전송 매트릭스(하기 수학식 5에서 A 형태)와는 다른 B 형태의 전송 매트릭스(하기 수학식 5에서 B 형태)를 이용하여 송수신 되는 조합을 정의하면 하기 수학식 6과 같다

상기 수학식 6에서, x_i는 기지국의 i번째 안테나로 수신된 신호이고, k는 시간구간을 나타내며, h_i,j는 j번째 단말의 안테나에서 기지국의 i번째 안테나로 전해지는 채널이고, s_i는 상기 i번째 단말의 데이터이고, v는 부가적 백색 가우시안 잡음 벡터(Additive White Gaussian Noise Vector, AGWN Vector)이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 방식을 설명하는 도면이다. 도 6에 따라 송신 측에서는 두 개의 시간 구간에 따라 데이터를 전송한다. 즉, 상기 다섯 번째 송신 방식은, 상향링크에서 공간다중화 전송 방식을 이용하여 데이터를 두 시간구간으로 나눈 후, 각각의 시간 구간 내에서는 채널의 변화가 없다고 가정하고, 두 시간 구간에 대해서 상기 수학식 5의 B 형태의 전송 매트릭스를 이용하여 데이터를 전송하는 방법에 관한 것이다. 도 6에 도시된 바와 같이, T 시간구간 동안 단말1(사용자 1 또는 사용자 5)과 단말 2(사용자 1 또는 사용자 5)가 각각 s₁(data1)과 s₂(data2)의 데이터를 전송하고, T+1 타임 구간 동안은 T 시간 구간과 직교성을 갖는 s₁(data1)과 -s₂(-data2)의 데이터의 형태로 전송하게 된다. 예를 들어, 단말 1은 첫 번째 사용자(사용자 1)로, 단말 2는 두 번째 사용자(사용자 5)로 지정하는 경우, 상기 첫 번째 사용자는 T 시간 구간 동안에는 s₁(data1)의 데이터를 전송하고, T+1 시간 구간 동안에도 s₁(data1)의 데이터를 전송하고, 상기 두 번째 사용자는 T 시간 구간 동안에는 s₂(data2)의 데이터를 전송하고, T+1 시간 구간 동안에는 -s₂(-data2)의 데이터를 전송한다. 결과적으로, 상기 첫 번째 사용자가 T 시간 및 T+1 시간 구간 동안 전송하는 데이터 신호는 상기 두 번째 사용자가 T 시간 및 T+1 시간 구간 동안 전송하는 데이터 신호와 직교한다. 도시된 바와 같이 단말 1과 단말 2를 통해 전송되는 데이터신호는 파일럿 신호와 함께 전송되는바, 상기 파일럿 신호는 특정한 파일럿 패턴에 따라 전송된다. 상기 파일럿 패턴에 관한 내용은 도 7을 통해 설명한다.

상술한 다섯 번째 송신 방법을 사용하게 되면, 데이터를 반복해서 보낼 수 있기 때문에 데이터율(data rate)은 반으로 줄어들지만, 낮은 SNR환경에서 성능이 낮게 나타나는 점을 보완할 수 있으며, 데이터들간의 직교성이 유지되기 때문에 신호의 디커플링(decoupling)을 쉽게 할 수 있는 장점이 있다. 디커플링이란, 신호를 분리해서 검파하는 것을 말한다. 상술한 다섯 번째 송신 방법에 의하는 경우, 채널 인버젼(channel inversion)이 용이하여, 채널 추정를 간단하게 할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 기지국이 단말과 기지국의 송수신 조합을 결정함에 있어서, 채널의 상태에 따라 수학식 5에 있는 A형태의 전송매트릭스를 이용하여 전송할 것인지, 아니면 본 발명에서 제안한 B형태의 전송 매트릭스를 사용할 것인지를 결정하는 것이 더욱 바람직하다. 즉, 상기 기지국은 채널 환경과 같은 통신 환경 등에 의해 상기 단말과 기지국의 송수신 조합을 결정할 수 있다. 상기 단말과 기지국의 송수신 조합을 통지하는 방법의 종류는 제한이 없으며, 상위 계층으로부터 생성된 메시지 또는 물리 계층에서 생성된 메시지 등을 통하여 상기 송수신 조합을 통지할 수 있다.

통신 시스템은 상기 두 사용자(사용자1 & 사용자5)에게 소정의 정보(채널코딩의 종류, 코딩률, 변조방식, 파일럿 패턴, 시공간 부호방식 등의 정보)를 전달하는 한편, 미리 정한 기준에 따라(혹은 임의로), 상기 두 사용자(사용자1 & 사용자5)의 순위를 정할 수 있다.(상기 사용자 1을 첫 번째 사용자라 하고, 사용자 5를 두 번째 사용자라고 가정한다)

도 7은 OFDM/OFDMA 시스템의 상향링크를 통해 전송되는 무선자원의 기본 할당 단위를 나타낸 도면으로, 상기 기본 할당 단위의 배수는 일 사용자에게 할당할 수 있는 최소 할당 단위가 된다. 기존의 예로는 기본 할당 단위의 6배가 최소 할당 단위이다.

기본 할당 단위의 주파수 축은 부반송파(Sub-carrier) 순서일 수도 있고, 산개한(또는 인접한) 다수의 부반송파(Sub-carrier)를 그룹으로 묶어 그룹단위의 축을 구성할 수 있다. 축을 구성하는 순서는 임의의 순서를 가질 수 있다.

OFDM/OFDMA 시스템의 상향링크를 통해 전송되는 기본 할당 단위는 시스템의 특성에 따라, 도 7과는 다른 구조와 크기를 가질 수 있으며 파일럿 및 데이터의 배치도 다를 수 있다. 도 7와 다른 기본 할당 단위를 사용한다면 그에 맞는 파일럿 패턴을 도 9에 도시된 바와 같이 조합할 수 있다.

통신 시스템은 수신된 데이터가 어떤 사용자의 것인지를 구분하기 위해, 상향링크를 통해 수신된 기본 할당 단위의 파일럿 패턴을 분석한다. 즉, 기본 할당 단위에 포함된 파일럿의 패턴을 분석하여, 수신된 데이터가 사용자 1의 것인지 사용자 5의 것인지 판별한다.

도 8a와 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 파일럿의 패턴을 나타낸 도면이고, 도 8c는 도 8a와 도 8b의 각 파일럿에 할당되는 신호 값을 나타내는 테이블이다.

도 8a에 도시된 패턴 1, 2, 3은 사용자 1과 사용자 5가 서로 다른 파일럿을 사용하도록 하여, 두 사용자의 데이터를 식별할 수 있도록 한 것이고, 도 8b의 패턴4는 사용자 1과 사용자 5가 동일한 파일럿 부반송파(sub-carrier)을 사용하되, 서로 구별 가능한 코드 예를 들어, 직교 코드를 사용하여 데이터 식별이 이루어지도록 한 것이다.

이를 분할방법적 측면에서 다시 설명하면, 상기 패턴 1은 시간 분할 및 주파수 분할에 따른 파일럿이고, 상기 패턴 2는 주파수 분할에 따른 파일럿이고, 패턴 3은 시간 분할에 따른 파일럿이고, 패턴 4는 코드 분할에 따른 파일럿이다.

도 8a와 도 8b의 파일럿 패턴은 본 발명에 따른 일 예를 나타낸 것으로, 그 형상은 기본 할당 단위에 따라 얼마든지 달라질 수 있다. 또한 상기 두 사용자(사용자 1 및 사용자 5)의 무선자원이 다수의 기본 할당 단위들로 구성되어 있다면 도 9에 도시된 바와 같이, 도 8a 내지 도 8c의 패턴을 조합할 수 있다.

파일럿은 무선채널에 의한 왜곡을 보상하기 위해 사용되므로, 첫 번째 사용자용 파일럿과 두 번째 사용자용 파일럿이 번갈아 나타나는 구조를 갖추어야 한다. 기지국은 파일럿 신호를 각 사용자의 무선채널 측정과 채널 보정에 사용하고, 사용자들의 데이터를 구분하는 방법에 적용한다. 그리고 Maximum likelihood와 같은 검파 방법의 수식에, 이미 알고 있는 동시 할당 사용자 수와 각 사용자의 무선채널을 적용하여 각 사용자의 데이터를 분리/검파한다.

이하에서는 본 발명에 따른 또 다른 바람직한 실시예들을 설명한다.

CSM(Collaborative Spatial Multiplexing) 방식이 가능한 단말의 경우는 두 단말에 같은 상향링크의 자원을 할당하고, 또한 두 단말로부터 오는 신호를 구별해 주기 위해서 각각 다른 파일롯 패턴(pilot pattern) 사용하도록 한다. 2개의 안테나를 가지고 있는 두 단말에 대하여 CSM 방식을 적용하는 것은 일반적인 DL-MAP, HARQ MAP을 통해서 가능하다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 일반적인 DL-MAP을 이용한 CSM 방식의 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다.

일반적인 DL-MAP의 경우 UL-MAP은 바로 뒤에 따라오는 첫 번째 데이터 버스트를 단말에 할당한다. 상기 UL-MAP은 UL-MAP IE를 통하여 데이터 버스트를 도 10에 도시된 바와 같이 할당한다.

CSM 방식의 경우에 두 단말에 할당되는 버스트의 위치는 표 3의 포맷을 갖는 MIMO UL 강화(Enhanced) IE, 또는 기존의 MIMO UL 베이직(basic) IE 로 알려주게 된다.

이하에서는 새로운 IE인 MIMO UL 강화(Enhanced) IE를 통한 CSM 방식의 구현 실시예를 설명한다. UIUC로 표현할 수 있는 IE가 모두 채워져 있는 경우에는, 표 2에 나타난 바와 같이, 새로운 IE추가를 위해서 신규 강화(new Extended) UIUC를 11 슬롯(slot)으로 새로 제작할 수 있다.

UIUC	Usage
0	Fast-Feedback Channel
1 - 10	Different burst Profiles
11	New Extended UIUC
12	CDMA Bandwidth Request, CDMA ranging
13	PARP reduction allocation, Safty zone
14	CDMA Allocation IE
15	Extended UIUC

Syntax	Size (bits)	Notes
MIMO_UL_Enhanced_IE(){
New Extended UIUC	4	Enhanced MIMO=0x01
Length	4	Length of the message in bytes(variable)
Num_Assign	4	Number of burst assignment
For(j=0;j<Num_assign;j++){
Num_CID	2
For(i=0;i<Num_CID;i++){
CID	16	SS basic CID
UIUC	4
MIMO control	2	For dual transmission capable MSS 00: STTD/pilot pattern A,B 01: STTD/pilot pattern C,D 10: SM/pilot pattern A,B 11: SM/pilot pattern C,D For Collaborative SM capable MSS with one antenna. 00: pilot pattern A 01: pilot pattern B 10~11: reserved
}
Duration	10	In OFDMA slots
}
Padding	variable
}

표 3의 내용을 설명하면 다음과 같다.

상향링크의 자원할당은 'duration'이란 필드값으로 정해진다. 하향링크에서 사용하는 사각형 모양의 자원 할당과는 다르게 시간축으로 할당하는 슬롯(slot)의 개수를 누적시켜서 단말에게 알려준다. 이때 사용할 버스트의 개수를 'Num_assign'필드로 알려주며 각 버스트마다 할당된 단말의 CID(Connection ID)들을 반복해서 알려준다.

상기 단말에 할당된 버스트의 특징은 'MIMO control' 필드로 결정된다. MIMO 모드 중 하나인 CSM(Collaborative Spatial Multiplexing)을 위해서는 단말이 기지국에 등록되면서 CSM이 가능한지를 서로 협상(CSM negotiation)을 하게 되며 CSM이 가능한 단말에 대해서 CSM을 적용한다. 표 4는 상기 기지국과 단말 사시에 CSM 협상시 주고 받는 SBC 요구/응답(REQ/RSP) 메시지의 구조를 설명한 것이다.

Type	Length	Value
Xxx	1 bit	Bit #0: Collaborative SM Bit #1 - 7: reserved

상기 기지국은 하나의 안테나를 갖는 두 단말의 경우는 파일롯 패턴(pilot pattern)을 A, B로 다르게 하여 두 신호를 구별한다. 안테나를 두 개 보유한 단말들의 경우는 하나의 단말에는 파일롯 패턴 A 와 B 다른 단말엔 파일롯 패턴 C와 D를 부여한다.

상기한 바와 같이, MIMO UL 강화(Enhanced) IE 같이 새롭게 추가되는 IE들은 강화(Extended) UIUC = 11을 통해서 사용 가능해진다. 상기 MIMO UL 강화(Enhanced) IE는 단말이 하나의 안테나를 가지고 있을 때는 물론이고, 두 개의 안테나를 가지고 있을 때도 사용 가능하다. 상기 IE의 특징은 기지국으로 올려 보내는 하나의 상향링크 버스트에 두 개의 단말을 동시에 할당하는 것이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 두 단말에 할당되는 상향링크 버스트(버스트#1, 버스트#2)를 하나의 상향링크를 이용하여 할당한다.

다음은 기존의 IE인 MIMO UL 베이직 IE를 통한 CSM 방식의 구현 실시예를 설명한다. 표 5는 상기 MIMO UL 베이직 IE의 데이터 포맷을 나타낸다.

Syntax	Size (bits)	Notes
MIMO_UL_basic_IE(){
Extended UIUC	4	MIMO=0x02
Length	4	Length of the message in bytes(variable)
Num_Assign	4	Number of burst assignment
For(j=0;j<Num_assign;j++){
CID	16	SS basic CID
UIUC	4
MIMO control	2	For dual transmission capable MSS 0: STTD 1: SM For Collaborative SM capable MSS 0: pilot pattern A 1: pilot pattern B
Duration	10	In OFDMA slots
Pilot pattern	1	For Collaborative SM dual transmission capable MSS 0: pilot pattern A B 1: pilot pattern C D
}
Padding	variable
}

기지국이 동일한 상향링크 리소스(데이터 버스트)를 두 단말에게 할당하기 위해서 사용하는 상기 MIMO UL 베이직 IE는 기존의 다른 MIMO를 위해서도 사용된다. 먼저 안테나를 두 개 이상 갖는 단말의 경우는 'MIMO control' 필드로 다이버시티 이득을 얻는 STTD 방식을 사용할지, 전송속도를 높여주기 위한 SM 방식을 사용할지 알려주게 된다. 또한, CSM 방식을 지원하는 단말의 경우는 'MIMO control' 필드로 두 단말에 동일한 상향링크의 자원을 할당하고, 또한 상기 두 단말로부터 전송되는 신호를 구별하기 위해서 각각 다른 파일롯 패턴을 사용할 것을 지시한다. 현재 발명의 적용을 위해서는 기존의 'MIMO control' 필드는 두 개의 안테나를 가지고 있는 경우에 한해서 CSM을 위해서 유보(reserved)된 한 비트를 이용하여 두 단말이 사용해야 할 파일럿 패턴을 알려준다. 파일롯 패턴은 A~D 까지 있으며 각 단말에 두 개씩 할당해 준다.

본 발명의 실시 예는 일반 DL-MAP 대신에 HARQ MAP을 통해서도 구현될 수 있음은 당업자에게 자명한바, HARQ MAP을 통한 CSM 방식의 동작 역시 가능하다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 않되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 일 사용자에게 할당되는 무선자원을 동시에 둘 이상의 사용자가 사용하는 방법을 구현함으로써, 주파수 대역의 추가 없이 상향링크의 용량을 증가시켰다. 또한 본 발명은 TDD 방식이 상향링크에 배정된 시간 중 일부를 하향 링크에 배정하는 것처럼, 상향링크에 할당해야 했던 무선자원을 하향링크에 할당하도록 함으로써, 한정적인 무선자원을 보다 효율적으로 운용할 수 있게 되었다.

Claims (9)

1. 동일한 무선 자원이 할당된 다수의 송신 측으로부터 다수의 부 반송파를 이용하여 데이터 신호를 수신하는 방법에 있어서,

   전송 방식을 지시하는 정보를 상기 다수의 송신 측으로 전송하는 단계;

   상기 다수의 송신 측으로부터 제1 시간 구간에 제1 데이터 신호를 수신하는 단계; 및

   상기 정보가 공간 다중화(Spatial Multiplexing) 방식을 지시하는 경우, 상기 다수의 송신 측으로부터 제2 시간 구간에 제2 데이터 신호를 더 수신하는 단계를 포함하고,

   상기 제1 시간 구간 및 상기 제2 시간 구간에 수신된 데이터 신호는 서로 동일한 정보를 나르고,

   상기 다수의 송신 측 중 일부로부터 상기 제1 시간 구간 및 상기 제2 시간 구간에 수신된 데이터 신호는 서로 동일한 위상을 갖고,

   상기 다수의 송신 측 중 나머지로부터 상기 제1 시간 구간 및 상기 제2 시간 구간에 수신된 데이터 신호는 위상이 서로 반대이고,

   상기 데이터 신호는 상기 다수의 송신 측을 구분하는 파일럿 패턴에 따른 파일럿 신호를 포함하고,

   상기 파일럿 신호를 통해 각 단말의 데이터 신호를 식별하는 것을

   특징으로 하는

   다수의 부 반송파를 이용하여 상기 데이터 신호를 수신하는 기지국의 데이터 수신 방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 파일럿 패턴은, 상기 파일럿 신호가 전송되는 시간 구간에 따라 구분되는 것을 특징으로 하는 다수의 부 반송파를 이용하여 상기 데이터 신호를 수신하는 기지국의 데이터 수신방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 파일럿 패턴은, 상기 파일럿 신호가 전송되는 주파수 영역에 따라 구분되는 것을 특징으로 하는 다수의 부 반송파를 이용하여 상기 데이터 신호를 수신하는 기지국의 데이터 수신방법.
6. 제1항에 있어서,

   상기 파일럿 패턴은, 상기 파일럿 신호가 전송되는 시간 구간과 주파수 영역에 따라 구분되는 것을

   특징으로 하는 다수의 부 반송파를 이용하여 상기 데이터 신호를 수신하는 기지국의 데이터 수신 방법.
7. 제1항에 있어서,

   상기 파일럿 패턴은, 상기 파일럿 신호에 인가되는 코드에 의해 구분되는 것을

   특징으로 하는 다수의 부 반송파를 이용하여 상기 데이터 신호를 수신하는 기지국의 데이터 수신 방법.
8. 제1항에 있어서,

   상기 파일럿 패턴은, 상기 파일럿 신호에 인가되는 코드에 의해 구분되는 것을

   특징으로 하는 다수의 부 반송파를 이용하여 상기 데이터 신호를 수신하는 기지국의 데이터 수신 방법.
9. 동일한 무선 자원이 할당된 다수의 송신 측이 다수의 부 반송파를 이용하여 데이터 신호를 송신하는 방법 에 있어서,

   전송 방식을 지시하는 정보를 상기 다수의 송신 측에서 수신하는 단계;

   상기 정보가 공간 다중화(Spatial Multiplexing) 방식을 지시하는 경우, 상기 다수의 송신 측은 제1 시간 구간 및 제2 시간 구간에 데이터 신호를 송신하는 단계를 포함하고,

   상기 제1 시간 구간 및 상기 제2 시간 구간에 송신된 데이터 신호는 서로 동일한 정보를 나르고,

   상기 다수의 송신 측 중 일부로부터 상기 제1 시간 구간 및 상기 제2 시간 구간에 송신된 데이터 신호는 서로 동일한 위상을 갖고,

   상기 다수의 송신 측 중 나머지로부터 상기 제1 시간 구간 및 상기 제2 시간 구간에 송신된 데이터 신호는 위상이 서로 반대인 것을 특징으로 하는 다수의 부 반송파를 이용하여 상기 데이터 신호를 송신하는 단말의 데이터 송신 방법.

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