KR101230777B1 - 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 역방향 동기 채널의자원 할당 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 필요한 역방향 동기를 맞추기 위한 방법 및 장치를 제시한다. 역방향 동기를 맞추기 위하여 임의의 자원을 역방향 동기 채널을 위하여 할당해야 하는데, 본 발명에서는 셀 크기에 따라서 역방향 동기 채널을 위하여 할당되는 자원의 차이를 최소화하고 역방향 동기 채널을 위하여 소모되는 오버헤드를 최소화 할 수 있는 방법을 제시한다. 이를 위하여 시스템은 셀 반경에 따라서 역방향 동기 채널을 위한 자원의 시간 크기를 다양하게 가져가며, 동일한 자원을 사용하기 위하여 자원의 주파수 크기를 시간 크기와 반비례하여 변화되도록 한다.

OFDMA, FDMA, 역방향 동기, 자원 할당

Description

주파수 분할 다중 접속 시스템에서 역방향 동기 채널의 자원 할당 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR RESOURCE ALLOCATION FOR UPLINK SYNCHRONIZATION CHANNEL FOR FREQUENCY DIVISION MULTIPLE ACCESS SYSTEM}

도 1은 일반적인 OFDM 시스템의 송신기 구조를 도시한 도면

도 2는 SC-FDMA 시스템의 송신기의 구조를 도시한 도면

도 3은 도 2에 도시된 매핑기의 상세 구성도

도 4는 역방향 동기 획득을 위한 기지국과 단말 간의 동작을 나타낸 타이밍도

도 5는 역방향 동기 획득 과정에 대한 기지국과 단말의 동작을 나타낸 흐름도

도 6은 본 발명이 적용되는 LTE 시스템의 역방향 전송 구조를 도시한 도면

도 7은 본 발명이 적용되는 LTE 시스템의 역방향 동기 채널의 시간-주파수 영역 자원을 도시한 도면

도 8은 본 발명의 실시예에 대한 셀 반경에 따른 역방향 동기 채널의 자원 할당 방법

도 9는 본 발명의 실시예 따른 시그널링 도면

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 기지국의 동작 순서도

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 단말의 동작 순서도

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 기지국의 구성을 나타낸 도면

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 단말의 구성을 나타낸 도면

본 발명은 직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 OFDM이라 함) 무선 통신 시스템, 혹은 단반송파 주파수 분할 다중 접속(Single Carrier Frequency Division Multiple Access, 이하 SC-FDMA라 함) 무선 통신 시스템과 같은 통신 시스템에서 채널 추정 성능에 따른 데이터의 부호화 심벌(Symbol)을 매핑하는 규칙을 제시하는 방법에 관한 것이다.

최근 이동통신 시스템에서는 무선 채널에서 고속데이터 전송에 유용한 방식으로 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDM) 방식, 혹은 이와 비슷한 방식으로 단반송파 주파수 분할 다중 접속(SC-FDMA) 방식 등과 같은 직교 주파수 전송 방법이 활발하게 연구되고 있다.

상기 OFDM 방식은 다수 개의 캐리어(Multi-Carrier)를 사용하여 데이터를 전송하는 방식으로서, 직렬로 입력되는 심벌 열을 병렬 변환하고 이들 각각을 상호 직교성을 갖는 다수의 서브 캐리어(sub-carrier)들, 즉 다수의 부반송파 채널(sub- carrier channel)들로 변조하여 전송하는 다중 반송파 변조(Multi Carrier Modulation) 방식의 일종이다.

도 1은 통상적인 OFDM 시스템의 송신기 구조를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, OFDM 송신기는 부호화기(101), 변조기(102), 직/병렬 변환기(103), 역 고속 퓨리에 변환기(Inverse Fast Fourier Transform: 이하 IFFT라 함)(104), 병/직렬 변환기(105) 및 순환전치부호(Cyclic Prefix, 이하 CP라 함) 삽입기(106)를 포함한다.

부호화기(101)는 일명 채널 인코딩(Channel encoding) 블록이라고 하며, 소정의 정보 비트(Information bits) 열을 입력으로 받아서 채널 부호화를 수행한다. 일반적으로, 부호화기(101)로는 길쌈 부호기(Convolutional encoder), 터보 부호기(Turbo encoder) 또는 LDPC(Low Density Parity Check) 부호기, 지그재그(ZIG-ZAG) 부호기 등이 사용된다. 변조기(102)는 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying), 8PSK, 16QAM(16-ary Quadrature Amplitude Modulation), 64QAM, 256QAM 등의 변조(Modulation)를 수행한다. 한편, 도 1에서는 생략되었으나, 부호화기(101)와 변조기(102) 사이에 반복(Repetition) 및 천공(Puncturing) 등을 수행하는 전송률 정합(Rate matching) 블록이 추가로 들어갈 수 있음은 자명한 사실이다.

직/병렬 변환기(103)는 변조기(102)의 출력을 입력으로 받아서 병렬 데이터로 변환한다. IFFT기(104)는 직/병렬 변환기(103)의 출력 데이터를 입력으로 받아서 IFFT 연산을 수행한다. IFFT기(104)의 출력 데이터는 병/직렬 변환기(105)에 의해 다시 직렬 데이터로 변환된다. CP 삽입기(106)에서는 병/직렬 변환기(105)의 출 력 데이터에 순환전치부호(CP)를 삽입한다.

IFFT기(104)는 주파수 영역의 입력 데이터를 시간 영역의 출력 데이터로 변환한다. 일반적인 OFDM 시스템의 경우 입력 데이터가 주파수 영역에서 프로세싱 되므로, IFFT기(104)에 의해 시간 영역으로 변환(Transform)되었을 경우 최대전력 대 평균전력 비(Peak to Average Power Ratio, 이하 PAPR라고 함)가 커지는 단점이 있다.

PAPR은 역방향 전송에 있어서 고려되어야 하는 가장 중요한 요소 중 하나이다. PAPR이 커지면 셀 커버리지가 줄어들게 되고 이에 따라 단말에서 요구되는 신호 전력이 증가하게 되므로, 역방향에서는 우선적으로 PAPR을 줄이는 노력이 필요하다. 따라서 OFDM 기반의 역방향 전송에 있어서는 일반적인 OFDM 방식에서 변형된 형태로, 역방향 전송의 다중 접속(Multiple Access)을 사용할 수 있다. 즉, 상기 다중 접속은 주파수 영역에서 데이터에 대한 프로세싱(채널 부호화, 변조 등)을 수행하지 않고 시간 영역에서 프로세싱이 가능하도록 함으로써 상기 PAPR을 효과적으로 줄인다.

도 2는 통상적인 역방향 전송 방식의 다른 예인 SC-FDMA 시스템의 송신기의 구조를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, SC-FDMA 송신기는 부호화기(201), 변조기(202), 직/병렬 변환기(203), 고속퓨리에변환(Fast Fourier Transform, 이하 FFT라 함)기(204), 매핑기(205), IFFT기(206), 병/직렬 변환기(207) 및 CP 삽입기(208)를 포함한다.

부호화기(201)는 소정의 정보 비트열을 입력으로 받아 채널 부호화를 수행한 다. 변조기(202)는 상기 부호화기(201)의 출력에 대해 QPSK, 8PSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM 등의 변조를 수행한다. 도 2에서도 도 1과 마찬가지로 부호화기(201)와 변조기(202) 사이에 전송률 정합부가 생략되었다. 직/병렬 변환기(203)는 변조기(202)의 출력 데이터를 입력으로 받아 병렬 데이터로 만들어 준다.

FFT기(204)는 직/병렬 변환기(203)의 출력 데이터를 입력으로 받아 FFT 연산을 수행한다. 매핑기(205)는 FFT기(204)의 출력 데이터를 IFFT기(206)의 입력에 매핑한다. IFFT기(206)는 상기 매핑기(205)의 출력 데이터에 대해 IFFT 연산을 수행한다. IFFT기(206)의 출력 데이터는 병/직렬 변환기(207)에서 다시 직렬 데이터로 변환된다. CP 삽입기(208)에서는 병/직렬 변환기(207)의 출력 데이터에 CP를 삽입한다.

도 3은 도 2에 도시된 매핑기(205)를 더욱 상세하게 도시한 것이다.

도 3을 참조하여 매핑기(205)의 동작을 살펴보면, 채널 부호화 혹은 변조가 이루어진 데이터 심볼들(301)이 FFT기(302)로 입력된다. FFT기(302)의 출력은 다시 IFFT기(304)의 입력으로 들어간다. 이때, 매핑기(303)는 FFT기(302)의 출력 데이터와 IFFT기(304)의 입력 데이터를 매핑시키는 역할을 한다.

매핑기(303)는 FFT기(302)를 통해 변환된 주파수 영역의 데이터를 적당한 부반송파(Sub-carrier)에 실을 수 있도록, 적당한 IFFT기(304)의 입력 위치들(points)에 매핑시킨다.

상기 매핑시키는 과정에서 FFT기(302)의 출력 심볼들을 IFFT기(304)의 입력 위치들에 순차적으로 매핑시키기 위하여 주파수 영역 상에서 연속된 부반송파들을 사용하며, 이러한 매핑 방식을 지역 주파수 분할 다중 접속(Localized Frequency Division Multiple Access, 이하 LFDMA라고 함)이라 한다.

또한, FFT기(302)의 출력 심볼들을 소정의 동일 간격을 유지하면서 IFFT기(304)의 입력 위치들에 매핑시키기 위하여 주파수 영역 상에서 등간격의 부반송파들을 사용하게 되며, 이러한 매핑 방식을 인터리빙 주파수 분할 다중 접속(Interleaved Frequency Division Multiple Access, 이하 IFDMA라고 함) 혹은 분산 주파수 분할 다중 접속(Distributed Frequency Division Multiple Access, 이하 DFDMA라고 함)이라 한다. 이하에서는 IFDMA와 DFDMA를 DFDMA라고 통칭한다.

상기 도 2와 도 3은 SC-FDMA 기술을 주파수 영역에서 구현하는 하나의 방법이며, 시간 영역에서 구현하는 방법 등 다른 여러 가지 방법들이 상기 SC-FDMA 기술의 구현을 위하여 사용될 수 있다.

전술한 바와 같이 OFDMA 시스템 혹은 SC-FDMA 시스템은 무선 자원을 시간과 주파수의 2차원적인 영역을 이용할 수 있는 시스템이라 할 수 있다. 즉, 상기 시간과 주파수 영역에 해당하는 자원을 이용하여 정보를 전송할 수 있게 되는데, 정보 전송에 있어서 채널 추정에 필요한 정보인 파일럿 역시 상기 시간-주파수 영역 내에서 전송이 이루어져야 한다.

파일럿을 전송하는 대표적인 방법으로 시간 분할 다중화(Time division multiplexing) 방법과 주파수 분할 다중화(Frequency division multiplexing) 방법을 들 수 있으며, 하기 도면을 이용하여 상기 파일럿의 전송 방법에 대하여 설명한다.

상기에서 기술된 바와 같이 OFDMA 혹은 SC-FDMA와 같이 직교 주파수 전송 방식의 사용을 위해서는, 역방향 전송에 있어서 단말간의 수신 타이밍이 상기 기술한 CP 길이보다 작은 차이를 가지도록 동기를 맞추어야만 주파수간 직교성을 유지할 수 있다. 따라서 직교 주파수 전송 방식의 경우에는 역방향 동기를 위한 동작이 필요하다.

다음, 도 4를 참조하여 단말이 역방향 동기를 획득하는 동작에 대하여 설명한다.

도 4를 참조하면, 단말(402)이 전송한 역방향(UpLink; UL) 동기 채널(Synchronization CHannel; SCH)(408)은 기지국(401)에 임의의 시간 오프셋(414) 이후에 도달하는데, 상기 시간 오프셋(414)은 상기 역방향 동기 채널(408)에 포함된 동기 코드(413)와 역방향 타이밍의 기준 시간(412)의 차이라고 할 수 있다. 그러므로 상기 기지국(401)은 상기 시간 오프셋(414)을 찾을 수 있으며, 상기 기지국(401)은 상기 단말(402)에게 상기 시간 오프셋(414)에 해당하는 만큼의 역방향 전송 타이밍을 바꾸라는 명령을 보내고, 상기 단말(402)은 이에 따라 역방향 전송 타이밍을 바꾸어 역방향 동기를 획득하게 된다. 상기 역방향 동기 채널에 포함된 가드 타임(Guard Time; GT)(411)은 상기 기지국(401) 내에서 가능한 상기 시간 오프셋(414) 보다 크게 설정이 되어야 한다. 즉, 기지국(401)이 지원하는 셀의 반경에 따라서 상기 시간 오프셋(414)의 범위가 결정되는 만큼 상기 가드 타임(411) 역시 기지국(401)이 지원하는 셀의 반경에 따라서 정해 질 수 있다.

다음, 도 5를 참조하여 역방향 동기 획득을 위한 기지국과 단말 사이의 동작에 대하여 설명한다.

도 5를 참조하면, 기지국(501)은 503 단계에서 단말(502)에게 역방향 동기 관련 정보를 전송한다. 상기 역방향 동기 관련 정보는 역방향 동기 채널의 자원 할당, 역방향 동기 채널에 사용되는 부호, 순방향 역방향 타이밍 오프셋 등의 역방향 동기에 관련된 모든 정보들이 포함될 수 있다. 또한 상기 역방향 동기 관련 정보는 셀 정보와 같이 모든 단말에게 공통으로 방송(broadcast)될 수 있으며, 개개의 단말에게 상위 시그널링을 통하여 알려줄 수 있다. 상기 역방향 동기 관련 정보를 수신한 단말(502)은 504 단계에서 상기 역방향 동기 관련 정보에 따라서 역방향 동기 채널(SCH)을 전송하며, 상기 기지국(501)은 505 단계에서 상기 단말(502)이 전송한 역방향 동기 채널을 수신하여 도 4에서 설명한 바와 같이 상기 단말(502)이 가지는 타이밍 오프셋을 찾아서 타이밍 조정 값(Time adjustment)을 결정하고 역방향 동기 채널 전송이 더 필요한 지의 여부와 함께 상기 타이밍 조정 값을 상기 단말(502)에게 전송한다. 상기 단말(502)은 506 단계에서 상기 기지국(501)이 전송한 타이밍 조정 값에 따라서 역방향 전송 타이밍을 조정하고, 507 단계에서 상기 단말이 역방향 동기 채널을 한 번 더 전송해야 하는 경우 다시 전송하는 동작을 수행한다. 상기 기지국(501)은 508 단계에서 상기 단말(502)로부터 역방향 동기 채널을 수신하면 다시 타이밍 조정 값을 찾고 역방향 동기 채널 전송이 필요한지 여부를 전송하며, 상기 단말(502)은 509 단계에서 상기 타이밍 조정 값에 따라서 역방향 전송 타이밍을 재조정한다. 이어서 상기 단말(502)은 510 단계에서 상기 기지국(501)으로부터 역방향 동기가 완료되어 더 이상 동기 과정이 필요 없다는 것으로 판단되면 동기화 과정을 종료하게 된다.

전술한 바와 같이 OFDMA 혹은 SC-FDMA 시스템과 같이 직교 주파수를 사용하는 시스템에서는 단말들 간에 역방향 동기를 획득하기 위한 역방향 동기 동작이 필요한데, 상기 역방향 동기를 위한 시간-주파수 자원은 역방향 동기 채널에 의해 전송된다. 이때 역방향 동기 채널에는 동기 코드화 가드 타임이 포함된다. 상기 가드 타임은 아무 신호를 보내지 않는 시간상의 미전송 구간을 의미한다. 또한 상기 역방향 동기 채널로 임의의 시간-주파수 자원이 할당되면, 상기 자원 주변에 위치한 주파수(부반송파)들도 상기 역방향 동기 채널이 동기가 정확히 맞지 않아서 주파수간 직교성이 유지되지 않음으로 인한 주파수간 잡음이 강하여 다른 데이터의 전송에 사용하지 못한다. 즉, 상기 역방향 동기 채널 주변에 위치한 소정의 주파수(부반송파)들은 가드 주파수로 남겨 두어야 한다. 다시 말해서 상기 역방향 동기 채널은 가드 타임과 가드 주파수와 같이 전송하지 못하는 자원이 함께 수반되어야 하고 이와 같은 오버헤드는 역방향 동기 채널에 필요한 시간-주파수 자원을 결정하는데 있어서 고려되어야 한다.

그러므로 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 주파수 분할 다중 접속 시스템에 있어서 역방향 동기화를 위한 자원 할당 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

또한 본 발명은 기지국의 크기를 고려하여 역방향 동기 채널을 위한 자원을 여러 단계로 구분하는 방법 및 장치를 제공한다.

또한 본 발명은 역방향 동기 채널을 위한 자원에 대한 정보를 단말에게 전달 하는 방법 및 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 주파수 분할 다중 접속(Frequency Division Multiple Access; FDMA) 시스템에서 역방향(uplink) 동기 채널(Synchronization CHannel; SCH)의 자원을 할당하는 방법은, 주파수 축과 시간 축으로 이루어지는 역방향 동기 채널의 제 1 자원 할당 단위를 설정하는 단계; 및 상기 설정된 제 1 자원 할당 단위의 전체 자원의 양이 변화하지 않는 범위 내에서 상기 제 1 자원 할당 단위의 시간 축의 길이를 설정된 비율로 증가시키고, 상기 제 1 자원 할당 단위의 주파수 축의 길이를 상기 설정된 비율로 감소시켜 적어도 하나의 수정된 자원 할당 단위를 생성하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 주파수 분할 다중 접속(Frequency Division Multiple Access; FDMA) 시스템에서 기지국이 단말과 역방향(uplink) 동기를 설정하기 위한 방법은, 기 할당된 둘 이상의 역방향 동기 채널 자원 정보 중 상기 기지국의 셀 반경을 커버 가능한 어느 하나의 역방향 동기 채널 자원 정보를 선택하는 단계; 상기 선택된 역방향 동기 채널 자원 정보를 상기 단말에 전송하는 단계; 상기 선택된 역방향 동기 채널 자원 정보에 해당하는 역방향 동기 채널 자원을 이용하여 상기 단말로부터 역방향 동기 채널을 수신하는 단계; 상기 수신된 역방향 동기 채널을 기반으로 상기 단말에 대한 타이밍 조정 값을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 타이밍 조정 값을 상기 단말에 전송하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 주파수 분할 다중 접속(Frequency Division Multiple Access; FDMA) 시스템에서 단말이 기지국과 역방향(uplink) 동기를 설정하기 위한 방법은, 상기 기지국으로부터 상기 기지국의 셀 반경 정보를 수신하는 단계; 상기 수신된 셀 반경 정보를 기반으로 역방향 동기 채널 전송에 이용할 어느 하나의 역방향 동기 채널 자원을 선택하는 단계; 상기 선택된 역방향 동기 채널 자원을 이용하여 역방향 동기 채널을 전송하는 단계; 및 상기 기지국으로부터 타이밍 조정 값을 수신하는 단계를 포함한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구 성에 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.

상기 종래 기술에서 기술한 바와 같이, 역방향 동기 채널을 위한 시간-주파수 자원의 선택에 있어서 가드 타임과 가드 주파수 등의 오버헤드에 대한 고려가 중요하다. 그러므로 본 발명은 상기 역방향 동기 채널을 위한 시간-주파수 자원의 결정에 있어서, 셀 반경에 따라서 달라지는 필요한 가드 타임이 증가하는 성질을 고려하여 셀 반경에 따라서 오버헤드의 변화가 최소화 되도록 자원을 할당하는 방법을 제시한다. 본 발명의 구체적인 기술을 위하여 역방향 동기 과정이 사용되는 LTE(Long Term Evolution) 역방향 시스템을 기반으로 설명한다.

상기 LTE 역방향 시스템은 SC-FDMA 방식을 사용하며, 도 6과 같은 기본적인 역방향 전송 구조를 취하고 있다.

도 6을 참조하면, 역방향 전송 단위인 라디오 프레임(601)은 10ms의 길이로 정의된다. 상기 하나의 라디오 프레임(601)은 20개의 서브프레임(602)으로 구성되는데, 하나의 서브프레임은 0.5ms의 길이를 가진다. 하나의 서브프레임은 도 6에서 보이는 바와 같이 6개의 롱블록(Long Block, 이하 LB라고 함)(603, 605, 606, 607, 608, 610)과 2개의 숏블록(Short Block, 이하 SB라고 함)(604, 609)으로 구성된다. 상기 SB는 파일럿 전송에 사용되며, 상기 LB를 통하여 파일럿을 제외한 정보가 전송된다.

도 7은 상기 도 6을 참조하여 설명한 역방향 전송 구조에서 서브프레임 단위로 시간-주파수 영역에 대하여 역방향 동기 채널의 전송이 가능한 자원을 보여준다.

도 7에서 가로축(701)이 시간 영역을 의미하고, 세로축(702)이 주파수 영역을 의미한다. 도 7에서는 3 가지의 가능한 동기 채널 할당 자원을 보여주고 있는데, 최소 자원 할당 시간은 서브프레임(703) 단위로 볼 수 있다. 또한 자원 할당은 주파수 영역에서 전체 시스템 주파수 대역(704) 내에 포함되는 주파수로 한정된다.

첫 번째 동기 채널(705)은 하나의 서브프레임 내에 위치한 한쪽 끝의 주파수 영역을 이용한다. 상기 동기 채널(705)의 자원은 동기가 맞지 않는 신호들이 도달하게 되므로 다른 주파수(707)와의 간섭을 최소화 할 수 있도록 동기 채널(705)과 다른 주파수(707) 사이에 가드 주파수(706)가 포함된다. 이처럼 전체 주파수에서 한쪽 끝에 동기 채널이 위치하면 가드 주파수를 하나만 사용해도 되기 때문에 가드 주파수의 사용으로 인한 오버헤드를 줄일 수 있다. 또한 상기 동기 채널(705)은 동기 코드(721)와 가드 타임(722)으로 구성된다. 상기 가드 타임(722)은 전체 서브프레임의 절반에 해당하는데, 이는 상기 동기 채널을 사용하는 기지국의 셀 반경이 상기 서브프레임의 절반에 해당하는 가드 타임으로 충분한 경우에 사용할 수 있다.

두 번째 동기 채널(708)은 하나의 서브프레임 내에 위치한 중간 주파수 영역을 이용한다. 상기 동기 채널(708)의 자원도 동기 채널(705)과 마찬가지로 동기가 맞지 않는 신호들이 도달하게 되므로 다른 주파수(710, 712)에 주파수간 간섭을 줄 수 있다. 그러므로 상기 간섭을 최소화 할 수 있도록 다른 주파수(710)와 동기 채널(708) 사이, 동기 채널(708)과 다른 주파수(712) 사이에 각각 가드 주파수(709, 711)가 포함된다. 또한 두 번째 동기 채널(708)은 첫 번째 동기채널(705)에 비하여 가드 주파수 오버헤드가 커지는 단점이 있으며, 가드 타임(724)이 서브프레임의 절반과 같으므로 첫 번째 동기 채널(705)과 같이 기지국의 셀 반경이 상기 서브프레임의 절반에 해당하는 가드 타임으로 충분한 경우에 사용할 수 있다.

세 번째 동기 채널(713)은 두 개의 서브프레임 내에 위치한 한쪽 끝 주파수 영역을 이용한다. 상기 동기 채널(713)의 자원도 역시 동기가 맞지 않는 신호들이 도달하게 되므로 다른 주파수(715)와 주파수간 간섭을 줄 수 있으며, 상기 간섭을 최소화 할 수 있도록 동기 채널(713)과 다른 주파수(715) 사이에 가드 주파수(714)가 포함된다. 또한 상기 동기 채널(713)의 동기 코드(725) 길이가 첫 번째 동기 채널(705)의 동기 코드(721)의 길이와 같다고 가정하면 상기 가드 타임(726)은 전체 서브프레임의 1.5배에 해당된다. 이는 상기 동기 채널(713)을 사용하는 기지국의 셀 반경이 상기 서브프레임의 1.5배에 해당하는 가드 타임으로 충분한 경우에 사용이 가능하고, 따라서 세 번째 동기 채널(713)은 첫 번째 동기 채널(705)과 비교하여 셀 반경이 매우 큰 경우에 사용되는 것이 바람직하다.

상기 도 7의 첫 번째 동기 채널(705)과 세 번째 동기채널(713)의 비교로 알 수 있듯이, 역방향 동기 채널에 포함되는 동기 코드의 시간 길이는 일정한 상황에서 셀 반경이 커지게 되면 가드타임이 커지고, 따라서 전체적으로 역방향 동기 채널을 위하여 필요한 자원의 양이 늘어난다. 또한 역방향 동기 채널의 자원이 늘어나면, 이에 따라 가드 주파수도 함께 증가하여 전체적인 자원 오버헤드가 심각해 질 수 있다. 특히 100㎞의 셀 반경을 지원하는 LTE 시스템과 같이 매우 큰 셀 반경을 지원하는 경우에는 상기 가드 타임이 더욱 커지고, 이로 인하여 역방향 동기 채널 자원 할당 문제가 커지게 된다.

그러므로 본 발명에서는 상기 역방향 동기 채널을 위한 시간-주파수 영역에서의 자원 결정에 있어서 셀 반경에 따라서 필요한 가드 타임이 증가하는 성질을 고려하여, 셀 반경에 따라서 역방향 동기 채널의 자원 오버헤드를 최소화할 수 있도록 자원을 할당하는 방법을 제시한다.

이하에서 설명하는 본 발명의 바람직한 실시 예에서는 역방향 동기 채널을 위한 자원 할당에 있어서, 셀 반경에 따라서 시간 자원과 주파수 자원을 유연하게 사용함으로써 역방향 동기 채널 자원의 양을 변화시키지 않도록 한다. 또한 본 발명의 실시예에서는 LTE 역방향 시스템에 기반한 역방향 동기 채널의 자원 할당방법에 대하여 설명한다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 자원 할당 방법을 도시한 것으로, 기지국의 셀 반경에 따라서 역방향 동기 채널 자원을 다르게 가져가는 방법을 보여주고 있다. 도 8에서는 셀 반경의 크기에 따라서 가능한 셀을 801, 811, 821, 831의 네 가지 셀로 구분한다.

셀 1(801)은 역방향 동기 채널을 위하여 시간 축으로는 서브프레임의 절반(803)에 해당하는 자원을 사용하며, 주파수 축으로는 전체 주파수(혹은 일부 주파수)(802)를 사용한다. 또한 상기 역방향 동기 채널을 위하여 사용되는 동기 코드(SYNC CODE)(804)는 상기 동기 채널을 위하여 할당된 주파수 전체를 사용하고 상기 동기 채널을 위하여 할당된 시간 자원에서 처음의 절반 정도(여기서는 2개의 LB에 해당하는 시간 구간)를 사용하여 전송한다. 또한 상기 역방향 동기 채널에 할당된 시간 자원에서 상기 동기 코드(804)로 사용하고 남은 구간은 가드타임(Guard Time; GT)(805)으로 사용한다. 상기 가드 타임(805)은 하나의 LB와 하나의 SB가 더해진 길이로서 총 길이가 100㎲가 되며, 따라서 최대 가능한 셀 반경은 약 15㎞가 된다. 그러므로 셀 반경이 15㎞보다 커지는 20㎞ 셀에서는 상기 셀 1(801)과 같이 할당되는 역방향 동기 채널 자원은 사용할 수 없으며, 동기 코드(804)를 동일 시간-주파수 자원으로 전송하고자 할 때, 가드타임(805)이 충분하지 않으므로 결국 가드 타임을 증가시킬 수밖에 없다. 그런데 가드 타임을 셀 반경에 맞추어 조금씩 증가시킬 수 없는 것은, 시스템의 단순성을 유지하기 위하여 역방향 동기 채널의 최소 자원 할당 단위가 정해지기 때문이다. 본 발명의 실시예에서는 1/2 서브프레임 길이를 최소 자원 할당 단위로 정하고 있는데, 이 경우 상기 20㎞ 반경의 셀을 지원하기 위해서는 가드타임(805)을 증가시켜서 동기 코드(804)와 상기 증가된 가드타임을 합하여 하나의 서브프레임을 형성하도록 해야 한다. 결국, 20㎞ 반경의 셀을 지원하기 위해서는 작은 셀 반경을 지원하는 기지국의 경우에 비해 두 배의 역방향 동기 채널 자원을 사용할 수밖에 없다.

따라서 본 발명의 실시예에서는 이를 해결하기 위하여 셀 2(811)와 같은 역방향 동기 채널 자원을 가지도록 한다. 셀 2(811)는 셀 1(801)에서 사용한 역방향 동기 채널 자원을 시간 축으로 두 배 증가시킨 대신에 주파수 축은 절반으로 감소시킨 형태를 취하고 있다. 즉, 셀 2(811)는 역방향 동기 채널을 위하여 시간 축으 로는 하나의 서브프레임(813)에 해당하는 자원을 사용하며, 주파수 축으로는 802에서 사용한 주파수의 절반(812)을 사용한다. 또한 상기 역방향 동기 채널을 위하여 사용되는 동기 코드(814)는 상기 동기 채널을 위하여 할당된 주파수 전체(812)를 사용하고 상기 동기 채널을 위하여 할당된 시간 자원에서 처음의 절반 정도(여기서는 4개의 LB에 해당하는 시간 구간)를 사용하며, 상기 역방향 동기 채널에 할당된 시간 자원에서 동기 코드(814)로 사용하고 남은 구간은 가드타임(815)으로 사용한다. 상기 가드 타임(815)은 두 개의 LB와 두 개의 SB가 더해진 길이로서 총 200㎲가 되며, 따라서 최대 지원 가능한 셀 반경은 약 30㎞가 된다. 결국 셀 2(811)는 셀 1(801)에서 사용된 역방향 동기 채널 자원과 동일한 자원만을 사용하여 지원하는 셀 반경을 두 배 증가시킬 수 있다. 물론 셀 2(811)에서는 역방향 동기 채널이 전체 주파수의 일부분(812)만을 사용하기 때문에 얼마간의 가드 주파수(816)가 필요하다. 하지만 거의 동일한 자원을 이용하여 셀 반경이 큰 기지국에서도 사용할 수 있는 역방향 동기 채널 자원을 형성할 수 있다. 작은 셀 반경을 가지는 기지국에서도 셀 2(811)에서 제시하는 역방향 동기 채널 자원을 사용할 수 있지만, 역방향 동기 획득 과정이 최대한 빠른 동작을 요하는 만큼, 특히 작은 셀 반경의 기지국에서는 좀 더 빠른 접속이 필요하며, 따라서 반경이 작은 셀에 대하여는 셀 1(801)과 같이 설정하는 것이 더욱 바람직하다.

한편, 셀 3(821)은 셀 2(811)에서 사용한 역방향 동기 채널 자원을 시간 축으로 두 배 증가시킨 대신 주파수 축은 절반으로 감소시킨 형태를 취하고 있다. 즉, 셀 3(821)은 역방향 동기 채널을 위하여 시간 축으로는 두 개의 서브프레임(823) 에 해당하는 자원을 사용하며, 주파수 축으로는 812에서 사용한 주파수의 절반에 해당하는 주파수(822)를 사용한다. 또한 상기 역방향 동기 채널을 위하여 사용되는 동기 코드(824)는 상기 동기 채널을 위하여 할당된 주파수 전체(822)를 사용하고 상기 동기 채널을 위하여 할당된 시간 자원에서 처음 절반 정도(여기서는 8개의 LB에 해당하는 시간 구간)를 사용하며, 상기 역방향 동기 채널에 할당된 시간 자원에서 동기 코드(824)로 사용하고 남은 구간은 가드 타임(825)으로 사용한다. 상기 가드 타임(825)은 네 개의 LB와 네 개의 SB가 더해진 길이로서 400㎲가 되며, 따라서 최대 지원 가능한 셀 반경은 약 60㎞가 된다. 결국 셀 3(821)은 셀 1(801)에서 사용된 역방향 동기 채널 자원과 동일한 자원만을 사용하여, 지원하는 셀 반경을 네 배 증가시킬 수 있다. 하지만 셀 3(821)은 셀 1(801)이나 셀 2(811)에 비하여 역방향 동기 할당된 자원이 시간적으로 길어져서 전체적인 역방향 동기의 동작 시간이 길어지게 된다. 또한 셀 3(821)에서도 셀 2(811)와 마찬가지로 역방향 동기 채널이 전체 주파수의 일부분(822)만을 사용함에 따라서 얼마간의 가드 주파수(826)가 필요하다.

한편, 셀 4(831)는 셀 3(821)에서 사용한 역방향 동기 채널 자원을 시간 축으로 두 배 증가시킨 대신 주파수 축은 반으로 감소시킨 형태를 취하고 있다. 즉, 셀 4(831)는 역방향 동기 채널을 위하여 시간 축으로는 네 개의 서브프레임(833)에 해당하는 자원을 사용하며, 주파수 축으로는 822에서 사용한 주파수의 절반(832)을 사용한다. 상기 역방향 동기 채널을 위하여 사용되는 동기 코드(834)는, 상기 동기 채널을 위하여 할당된 주파수 전체(832)를 사용하고 상기 동기 채널을 위하여 할당된 시간 자원에서 처음 절반 정도(여기서는 8개의 LB에 해당하는 시간 구간)를 사용하며, 상기 역방향 동기 채널에 할당된 시간 자원에서 동기 코드(834)로 사용하고 남은 구간은 가드타임(835)으로 사용한다. 상기 가드 타임(835)은 여덟 개의 LB와 여덟 개의 SB가 더해진 길이로 총 800㎲가 되며, 따라서 최대 지원 가능한 셀 반경은 약 120㎞가 된다. 즉, 셀 4(831)은 셀 1(801)에서 사용된 역방향 동기 채널 자원과 동일한 자원만을 사용하여, 지원하는 셀 반경을 여덟 배 증가시킬 수 있다. 하지만 셀 4(831)는 셀 1(801), 셀 2(811), 혹은 셀 3(821)에 비하여 역방향 동기 할당된 자원이 시간적으로 길기 때문에 전체적인 역방향 동기의 동작 시간도 길어지게 된다. 또한 셀 4(831)에서도 역방향 동기 채널이 전체 주파수의 일부분(832)만을 사용함에 따라서 얼마간의 가드 주파수(836)가 필요하다.

상기 도 8에서 역방향 동기 채널의 구조가 동기 부호와 가드 타임의 순서로 구성되는데, 상기 순서는 바뀔 수 있으므로 가드 타임이 먼저 존재하며 동기 부호가 나중에 존재하는 것도 가능하다. 또한 동기 부호 양쪽으로 가드 타임이 존재하는 것도 가능하다.

상기 도 8을 통하여 셀 반경에 따라서 역방향 동기 채널을 위한 가능한 자원 할당 방법을 네 가지로 분류하였다. 상기 도 8은 자원의 최소 할당 단위를 1/2 서브프레임으로 사용하였는데, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 상기 최소 할당 단위를 다른 여러가지 값으로 취할 수 있다. 일예로 자원의 최소 할당 단위가 하나의 서브프레임 단위인 경우에는 셀 2, 셀 3, 셀 4만이 가능하다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 LTE 시스템에서는 임의의 셀에 대하여 상기 가능한 자원 중에서 하나의 자원만을 사용하도록 할당한다. 상기 셀에 대한 자원 할당은 기지국 구현 시에 미리 정할 수 있으며, 기지국 상위 구조 즉, 무선 자원 제어기(Radio Resource Controller), SGSN(Serving GPRS Service Node), GGSN(Gateway GPRS Service Node), 혹은 LTE 시스템을 위하여 새로이 정의된 구조체에서 시그널링을 통하여 기지국에게 알려주거나 시스템의 구현에 따라 O&M(Operation and Maintenance)을 통하여 알려줄 수 있다.

반면, 임의의 셀에 속하는 단말의 경우에는 역방향 동기 채널에 대한 자원 정보를 도 9와 같이 상기 셀이 속하는 기지국이 시그널링을 통하여 상기 단말에게 알려준다.

즉, 도 9를 참조하면 기지국(901)은 시그널링(903)을 통하여 역방향 동기 채널에 대한 정보를 단말(902)에게 알려준다. 상기 시그널링(903)은 예를 들어 도 8의 셀 1(801)은 1번, 도 8의 셀 2(811)는 2번, 도 8의 셀 3(821)은 3번, 도 8의 셀 4(831)는 4번 등과 같이 상기 구분된 자원에 번호를 매긴 후에 상기 번호를 단말에게 알려주거나, 셀 반경 정보를 그대로 단말에게 알려주어 도 8에서 설명한 바와 같이 상기 셀 반경 정보를 이용하여 일정 기준에 따라서 상기 구분된 자원 중에서 하나를 선택하여 사용하도록 할 수도 있다. 상기 시그널링(903)은 셀 전체로 전송되는 방송 정보에 포함되어 상기 기지국(901)에 포함되는 모든 단말에게 전송될 수도 있으며, 상위 시그널링으로 각각의 단말에게 개별적으로 전송될 수도 있다.

도 10과 도 11은 각각 본 발명의 실시예에 따른 자원 할당 방법을 지원하는 기지국과 단말의 동작을 나타낸 흐름도이다.

도 10을 참조하면, 기지국은 1001 단계에서 셀 반경을 고려하여 가능한 역방향 동기 채널 자원 할당 방법 중에서 하나를 선택하고, 상기 선택한 자원 정보를 단말에게 전송한다. 상기 기지국은 또한 1002 단계에서 상기 선택한 자원을 통하여 상기 기지국의 셀 영역에 있는 단말로부터 역방향 동기 채널을 수신한다. 그리고 1003 단계에서 상기 수신한 동기 채널로부터 상기 역방향 동기 채널을 송신한 단말의 타이밍 조정 오류 정보를 획득하며, 1004 단계에서 상기 타이밍 조정 오류 정보에 따라 상기 단말의 타이밍 조정 값을 결정하여 단말에게 전송한 후 역방향 동기 과정을 종료한다.

다음, 도 11을 참조하면, 단말은 1101 단계에서 상기 단말이 속한 기지국으로부터 동기 채널 자원 정보 혹은 셀 반경 정보를 수신하고, 1102 단계에서 상기 단말이 역방향 동기 채널 전송에 사용할 수 있는 자원을 확인한다. 그리고 1103 단계에서 상기 자원을 이용하여 역방향 동기 채널을 전송한 후에 1104 단계에서 기지국으로부터 타이밍 조정값을 수신한 후 역방향 동기 과정을 종료한다.

도 12와 도 13은 각각 본 발명의 실시예에 따른 자원 할당 방법을 지원하는 기지국과 단말의 구성을 도시한 것이다.

도 12에서, 기지국의 셀 반경 제어부(1201)는 제어 신호(1202)를 이용하여 메모리부(1203)를 제어하는데, 상기 메모리부(1203)에는 상기 도 8에 도시한 바와 같이 현재 시스템에서 지원 가능한 역방향 동기 채널 자원의 집합이 저장되어 있다. 상기 메모리부(1203)는 상기 제어신호(1202)에 따라 셀 반경에 맞는 역방향 동기 채널 자원 정보(1204)를 선택하여 수신부(1205)에 포함되어 있는 역방향 동기 채널 수신부(1206)에 입력하며, 상기 역방향 동기 채널 수신부(1206)는 상기 자원 정보(1204)에 해당하는 자원을 이용하여 단말로부터 역방향 동기 채널을 수신하고, 타이밍 결정부(1207)는 상기 수신한 역방향 동기 채널을 바탕으로 상기 역방향 동기 채널을 송신한 단말에 대하여 타이밍 조정 값을 결정한다. 상기 타이밍 조정값은 송신부(1208)에서 해당 단말에게 송신한다.

도 13을 참조하면, 단말의 수신부(1301)는 기지국으로부터 역방향 동기 채널에 대한 자원 정보를 수신하고 제어신호(1302)를 통하여 메모리부(1303)를 제어하는데, 상기 메모리부(1303)에는 상기 도 8과 같이 현재 시스템에서 지원 가능한 역방향 동기 채널 자원의 집합이 저장되어 있다. 상기 메모리부(1303)는 역방향 동기 채널 자원 정보(1304)를 선택하여 송신부(1305)에 포함되어 있는 역방향 동기 채널 송신부(1306)에 입력하며, 상기 역방향 동기 채널 송신부(1306)는 상기 역방향 동기 채널 자원 정보(1304)를 이용하여 역방향 동기 채널을 전송한다. 상기 역방향 동기 채널로 전송된 신호를 바탕으로 기지국에서 타이밍 조정값을 결정하여 전송하면 수신부(1301)에서 수신하여 역방향의 동기를 맞춘다.

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 특허 청구의 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 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 단말들 간의 역방향의 동기를 맞추기 위하여 필요한 역방향 동기 채널 자원을 할당함에 있어서 기지국의 셀 반경을 고려한 효율적인 할당 방법을 제시한다. 셀 반경에 따라서 시간 축으로 역방향 동기 채널의 오버헤드가 늘어나는 문제점을 해결하기 위하여 상기 오버헤드가 시간 축으로 늘어나는 만큼, 주파수 축으로 오버헤드를 낮추어 셀 반경에 상관없이 전체적인 오버헤드를 동일하게 하는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (7)

1. 주파수 분할 다중 접속(Frequency Division Multiple Access; FDMA) 시스템에서 역방향(uplink) 동기 채널(Synchronization CHannel; SCH)의 자원을 할당하는 방법에 있어서,

   주파수 축과 시간 축으로 이루어지는 역방향 동기 채널의 제 1 자원 할당 단위를 설정하는 단계; 및

   상기 설정된 제 1 자원 할당 단위의 전체 자원의 양이 변화하지 않는 범위 내에서 상기 제 1 자원 할당 단위의 시간 축의 길이를 설정된 비율로 증가시키고, 상기 제 1 자원 할당 단위의 주파수 축의 길이를 상기 설정된 비율로 감소시켜 적어도 하나의 수정된 자원 할당 단위를 생성하는 단계

   를 포함하는 역방향 동기 채널의 자원 할당 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 설정된 비율은,

   상기 제 1 자원 할당 단위의 시간 축의 정수 배인

   역방향 동기 채널 자원 할당 방법.
3. 주파수 분할 다중 접속(Frequency Division Multiple Access; FDMA) 시스템에서 기지국이 단말과 역방향(uplink) 동기를 설정하기 위한 방법에 있어서,

   기 할당된 둘 이상의 역방향 동기 채널 자원 정보 중 상기 기지국의 셀 반경을 커버 가능한 어느 하나의 역방향 동기 채널 자원 정보를 선택하는 단계;

   상기 선택된 역방향 동기 채널 자원 정보를 상기 단말에 전송하는 단계;

   상기 선택된 역방향 동기 채널 자원 정보에 해당하는 역방향 동기 채널 자원을 이용하여 상기 단말로부터 역방향 동기 채널을 수신하는 단계;

   상기 수신된 역방향 동기 채널을 기반으로 상기 단말에 대한 타이밍 조정 값을 결정하는 단계; 및

   상기 결정된 타이밍 조정 값을 상기 단말에 전송하는 단계

   를 포함하는 역방향 동기 설정 방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 기 할당된 둘 이상의 역방향 동기 채널 자원 정보는,

   주파수 축과 시간 축으로 이루어지는 제 1 자원 할당 단위와, 상기 제 1 자원 할당 단위의 자원의 양이 변화하지 않는 범위 내에서 상기 제 1 자원 할당 단위의 시간 축의 길이를 설정된 비율로 증가시키고 상기 제 1 자원 할당 단위의 주파수 축의 길이를 상기 설정된 비율로 감소시킴으로써 수정된 적어도 하나의 수정된 자원 할당 단위의 주파수 축의 길이 정보 및 시간 축의 길이 정보인

   역방향 동기 설정 방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 어느 하나의 역방향 동기 채널 자원 정보를 선택하는 단계는,

   상기 셀 반경을 커버 가능한 역방향 동기 채널 자원 정보 중 최소의 시간 축의 길이를 갖는 역방향 동기 채널 자원 정보를 선택하는 단계인

   역방향 동기 설정 방법.
6. 주파수 분할 다중 접속(Frequency Division Multiple Access; FDMA) 시스템에서 단말이 기지국과 역방향(uplink) 동기를 설정하기 위한 방법에 있어서,

   상기 기지국으로부터 상기 기지국의 셀 반경 정보를 수신하는 단계;

   상기 수신된 셀 반경 정보를 기반으로 역방향 동기 채널 전송에 이용할 어느 하나의 역방향 동기 채널 자원을 선택하는 단계; 및

   상기 선택된 역방향 동기 채널 자원을 이용하여 역방향 동기 채널을 전송하는 단계; 및

   상기 기지국으로부터 타이밍 조정 값을 수신하는 단계

   를 포함하는 역방향 동기 설정 방법.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 어느 하나의 역방향 동기 채널 자원을 선택하는 단계는,

   주파수 축과 시간 축으로 이루어지는 제 1 자원 할당 단위와, 상기 제 1 자원 할당 단위의 자원의 양이 변화하지 않는 범위 내에서 상기 제 1 자원 할당 단위의 시간 축의 길이를 설정된 비율로 증가시키고 상기 제 1 자원 할당 단위의 주파수 축의 길이를 상기 설정된 비율로 감소시킴으로써 수정된 적어도 하나의 수정된 자원 할당 단위로 이루어지는 자원 할당 단위 군으로부터 상기 어느 하나의 역방향 동기 채널 자원을 선택하는 단계

   를 포함하는 역방향 동기 설정 방법.

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