KR101297458B1 - Ｆｄｄ 시스템에서 채널 사운딩 방법 - Google Patents

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Abstract

상향링크 프레임과 하향링크 프레임이 서로 다른 주파수 대역을 사용하는 FDD(Frequency Division Duplex) 시스템에서 기지국이 상향링크 프레임에 대한 상기 기지국과 단말 사이의 채널 응답을 얻기 위해 채널 사운딩을 수행하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 상기 상향링크 프레임에 대한 전송 대역폭을 다수의 사운딩 영역으로 나누는 단계, 상기 다수의 사운딩 영역 중 적어도 하나의 사운딩 영역을 단말에게 할당하는 단계 및 상기 단말로부터 상기 할당된 사운딩 영역을 통해 사운딩 신호를 수신하는 단계를 포함한다. 단말이 지정된 사운딩 영역을 통해서 사운딩 신호를 전송함으로써 셀간 간섭을 완화시킬 수 있고, 사운딩에 따른 전송 오버헤드를 줄일 수 있다.

Description

ＦＤＤ 시스템에서 채널 사운딩 방법{Method of channel sounding in FDD system}
도 1은 무선통신 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2는 FDD 시스템의 프레임 구조를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 소스 사운딩 장치와 타겟 사운딩 장치를 나타낸 블록도이다.
도 4는 사운딩 영역의 일 예를 나타낸다.
도 5는 사운딩 영역의 다른 예를 나타낸다.
도 6은 사운딩 영역의 또 다른 예를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 사운딩 방식을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 채널 사운딩 방식을 나타낸다.
도 9는 사운딩 신호의 다중화 방식의 일 예를 나타낸다.
도 10은 사운딩 신호의 다중화 방식의 다른 예를 나타낸다.
도 11은 사운딩 신호의 다중화 방식의 또 다른 예를 나타낸다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 사운딩 영역 설정 방법을 나타낸 예시도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 사운딩 영역 설정 방법을 나타낸 예 시도이다.
도 14는 사운딩 영역을 선택하는 방식을 기술하기 위한 예시도이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 사운딩 영역 설정 방법을 나타낸 예시도이다.
도 16은 광대역 사운딩 영역으로부터 협대역 사운딩 영역을 선택하는 방식을 기술하기 위한 예시도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 사운딩 방식을 나타낸다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 사운딩 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 19는 싱글 안테나와 다중 안테나에 대한 채널 사운딩을 나타낸 예시도이다.
본 발명은 무선통신에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 FDD(Frequency Division Duplex) 시스템에서의 채널 사운딩을 수행하는 방법에 관한 것이다.
차세대 이동통신 시스템은 제한된 주파수 자원을 이용하여 고품질, 고용량 멀티미디어 데이터를 고속으로 전송할 수 있어야 한다. 대역폭이 제한된 무선 채널에서 이를 가능하게 하기 위해서는 주파수 효율을 극대화하면서 고속 전송시 발생 하는 심벌간 간섭 및 주파수 선택적 페이딩을 극복해야만 한다.
이동통신 시스템의 성능을 향상시키기 위해 전송기와 수신기 사이의 채널 응답 정보(channel response information)를 이용하는 폐루프(closed-loop) 전송 기법이 등장하고 있다. 적응적 변조 및 코딩(Adaptive Modulation and Coding ; AMC) 기법은 귀환되는 채널 응답 정보를 이용하여 전송기에서 변조 및 코딩 방식을 조절하여 링크 성능을 증가시키는 기술이다. 또는, 채널 응답 정보는 수신기에서의 복합한 등화(equalization) 과정을 감소시키기 위해 전송기가 채널을 전처리하는 데 사용할 수 있다.
일반적으로, 채널 응답 정보를 전송기로 제공하기 위해 2가지 방법이 사용된다. 첫번째 방법은 수신기가 보내는 귀환 정보에 기반한다. 수신기는 채널 응답을 측정하고, 이를 적절한 귀환 정보로 구성한다. 귀환 정보를 수신한 전송기는 폐루프 전송을 수행한다. 예를 들어, 귀환 정보는 측정된 채널 응답의 양자화된 형태일 수 있다. 두번째 방법은 채널 사운딩(channel sounding)을 이용한다. 일반적으로 채널 사운딩은 TDD(Time Division Duplex) 시스템에서 상호성(reciprocity)에 기반한다. TDD는 상향링크 전송과 하향링크 전송이 동일한 주파수를 공유하지만 서로 다른 시간에 일어나는 방식이다. TDD 시스템에서 채널 응답은 상호적이다. 이는 주어진 시간-주파수에서 하향링크 채널 응답과 상향링크 채널 응답이 동일하다는 것이다. 따라서, 하향링크 채널 응답은 상향링크 채널 응답으로부터 얻어질 수 있다. 수신기는 상향링크 채널로 사운딩 신호(sounding signal)를 보내고, 전송기는 수신한 사운딩 신호로부터 채널 응답을 추정한다. 추정된 채널 응답을 통해 하향링크 전송을 수행한다.
FDD(Frequency Division Duplex)는 상향링크 전송과 하향링크 전송이 서로 다른 주파수를 사용하는 방식이다. FDD에서 채널 응답은 상호적이지 않다. 따라서, 상향링크로 전송되는 사운딩 신호를 이용하여 얻은 채널 응답 정보는 하향링크 전송을 위한 채널 응답 정보로 사용할 수 없다.
셀 가장자리에 있는 단말이 전 주파수 대역에 걸쳐서 사운딩 신호를 전송할 경우 인접하는 셀에 심각한 간섭을 유발할 수도 있다. 또한, 전 주파수 대역에 걸친 사운딩 신호는 전송 오버헤드로 작용할 수 있다.
FDD 시스템에서 효율적으로 채널 응답 정보를 얻을 수 있는 기법이 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 FDD 시스템에서 단말과 기지국사이의 채널 응답을 측정하기 위한 채널 사운딩 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면 상향링크 프레임과 하향링크 프레임이 서로 다른 주파수 대역을 사용하는 FDD(Frequency Division Duplex) 시스템에서 기지국이 상향링크 프레임에 대한 상기 기지국과 단말 사이의 채널 응답을 얻기 위해 채널 사운딩을 수행하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 상기 상향링크 프레임에 대한 전송 대역폭을 다수의 사운딩 영역으로 나누는 단계, 상기 다수의 사운딩 영역 중 적어도 하나의 사운딩 영역을 단말에게 할당하는 단계 및 상기 단말로부터 상기 할당 된 사운딩 영역을 통해 사운딩 신호를 수신하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면 상향링크 프레임과 하향링크 프레임이 서로 다른 주파수 대역을 사용하는 FDD 시스템에서 기지국이 상향링크 프레임에 대한 상기 기지국과 단말 사이의 채널 응답을 얻기 위해 채널 사운딩을 수행하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 다수의 제2 사운딩 영역을 포함하는 제1 사운딩 영역에 대해 채널 사운딩을 수행하는 단계 및 상기 다수의 제2 사운딩 영역에 대해 채널 사운딩을 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면 상향링크 프레임과 하향링크 프레임을 포함하는 FDD 시스템에서 단말이 기지국으로 상기 기지국이 상기 단말과 상기 기지국 사이의 채널 응답을 측정하기 위한 사운딩 신호를 전송하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 상기 상향링크 프레임에서 상기 사운딩 신호를 전송하기 위해 사용되는 사운딩 영역을 포함하는 채널 사운딩 메시지를 상기 하향링크 프레임을 통해 수신하는 단계 및 상기 사운딩 영역을 통해 상기 사운딩 신호를 상기 기지국으로 전송하는 단계를 포함한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 1은 무선통신 시스템을 나타낸 블록도이다. 무선통신 시스템은 음성, 패킷 데이터 등과 같은 다양한 통신 서비스를 제공하기 위해 널리 배치된다.
도 1을 참조하면, 무선통신 시스템은 단말(10; User Equipment, UE) 및 기지국(20; Base Station, BS)을 포함한다. 단말(10)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, MS(Mobile Station), UT(User Terminal), SS(Subscriber Station), 무선기기(wireless device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 기지국(20)은 일반적으로 단말(10)과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, 노드-B(Node-B), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 하나의 기지국(20)에는 하나 이상의 셀이 존재할 수 있다.
이하에서 하향링크(downlink)는 기지국(20)에서 단말(10)로의 통신을 의미하며, 상향링크(uplink)는 단말(10)에서 기지국(20)으로의 통신을 의미한다. 하향링크에서 전송기는 기지국(20)의 일부분일 수 있고, 수신기는 단말(10)의 일부분일 수 있다. 상향링크에서 전송기는 단말(10)의 일부분일 수 있고, 수신기는 기지국(20)의 일부분일 수 있다.
도 2는 FDD(Frequency Division Duplex) 시스템의 프레임 구조를 나타낸다. 프레임은 물리적 사양에 의해 사용되는 고정된 시간 동안의 데이터 시퀀스이다.
도 2를 참조하면, 프레임은 하향링크 프레임과 상향링크 프레임을 포함한다. 하향링크 프레임과 상향링크 프레임은 동시에 전송될 수 있지만, 서로 다른 주파수 대역을 차지한다. 도 2에 나타난 상향링크 프레임과 상향링크 프레임의 배치는 일 예에 불과하고, 하향링크 프레임과 상향링크 프레임의 주파수 영역에서의 위치는 서로 바뀔 수 있으며, 상대적인 길이도 달라질 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 소스 사운딩 장치(source souding apparatus)와 타겟 사운딩 장치(traget sounding apparatus)를 나타낸 블록도이다. 이하에서, 소스 사운딩 장치는 데이터 전송을 위한 무선자원을 할당하기 위해 사운 딩 영역(sounding zone)을 할당하고 이에 따른 사운딩 신호를 수신하는 송수신기(transceiver)를 가리킨다. 타겟 사운딩 장치는 상기 사운딩 영역을 통해 사운딩 신호를 전송하는 송수신기를 가리킨다. 상향링크 전송에 있어서, 소스 사운딩 장치는 기지국의 일부분일 수 있고, 타겟 사운딩 장치는 단말의 일부분일 수 있다.
도 3을 참조하면, 소스 사운딩 장치(100)는 스케줄링부(scheduling unit, 110), 사운딩 메시지 발생부(sounding message generating unit, 120), 전송부(transmitting unit, 130), 수신부(receiving unit, 140) 및 채널 측정부(channel measuring unit, 150)를 포함한다. 스케줄링부(110)는 타겟 사운딩 장치(200)가 사운딩 신호를 전송할 사운딩 영역을 할당한다. 사운딩 메시지 발생부(120)는 사운딩 영역 및 이와 관련된 파라미터를 포함하는 채널 사운딩 메시지(channel sounding message)를 생성한다. 전송부(130)는 안테나(190)를 통해 채널 사운딩 메시지를 전송한다.
사운딩 영역(sounding zone)은 소스 사운딩 장치(100)가 채널 응답을 측정할 수 있도록 하기 위해 타겟 사운딩 장치(200)에 의한 사운딩 신호가 전송되도록 동적으로 확보되는 프레임의 시간-주파수 일부분(portion)이다. 소스 사운딩 장치(100)가 기지국의 일부분이고, 타겟 사운딩 장치(200)가 단말의 일부분이라면, 사운딩 영역은 상향링크 프레임의 일부분이 된다.
수신부(140)는 타겟 사운딩 장치(200)로부터 할당된 사운딩 영역을 통해 전송되는 사운딩 신호를 수신한다. 채널 측정부(150)는 수신한 사운딩 신호를 이용하하여 채널 응답을 측정한다. 사운딩 신호를 통해 채널 응답을 측정하는 일련의 과 정을 채널 사운딩이라 한다. 스케줄링부(110)는 채널 응답을 이용하여 데이터 전송에 필요한 무선자원 할당을 결정한다. 타겟 사운딩 장치(200)가 데이터 전송을 위한 무선자원 할당을 요청하면, 소스 사운딩 장치(100)는 채널 사운딩을 통해 무선자원을 타겟 사운딩 유닛(200)의 채널 상태에 따라 결정하여 무선자원 할당 메시지를 통해 알려준다.
타겟 사운딩 장치(200)는 수신부(210), 사운딩 메시지 디코딩부(220), 사운딩 신호 발생부(230) 및 전송부(240)를 포함한다. 수신부(210)는 안테나(290)를 통해 채널 사운딩 메시지를 수신한다. 사운딩 메시지 디코딩부(220)는 채널 사운딩 메시지를 디코딩하여 사운딩 영역 및 이와 관련된 파라미터를 얻는다. 사운딩 신호 발생부(230)는 미리 설정된 사운딩 신호를 발생하여 사운딩 영역 내의 각 부반송파(subcarrier)마다 할당한다. 전송부(240)는 사운딩 영역을 통해 사운딩 신호를 전송한다.
도 4는 사운딩 영역의 일 예를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 전송 대역폭(transmission bandwidth)을 2개의 사운딩 영역으로 나눈다. 전송 대역폭은 채널 응답을 측정하기 위한 사운딩 영역이 할당되는 전체 시스템 대역폭을 말한다. 이하에서 전송 대역폭은 상향링크 프레임의 대역폭을 기준으로 설명한다. 상향링크 프레임에는 제어신호가 실리는 제어채널 및 사용자 데이터가 실리는 트래픽채널이 있을 수 있다. 전송 대역폭은 제어채널을 위해 할당된 주파수 대역폭 및/또는 트래픽채널을 위해 할당된 주파수 대역폭을 포함할 수 있다.
사운딩 영역의 크기는 1.25MHz, 2.5MHz 등과 같이 주파수 대역 단위로 설정될 수 있고, 1 RB, 2 RB 등과 같이 자원블록(resource block, RB) 단위로 설정될 수 있다. 자원블록은 복수의 부반송파와 복수의 OFDM 심벌을 포함하는 시간 영역과 주파수 영역 상의 2차원 무선자원을 말하며, 타일(tile), 빈(bin) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.
전송 대역폭을 다수의 사운딩 영역으로 나누고, 단말은 선택된 사운딩 영역에 대해서만 사운딩 신호를 전송한다. 기지국에서는 전체 전송 대역폭에 대한 사운딩 신호를 한번에 수신하는 경우와 비교하여 주파수 선택적 스케줄링(frequency selective scheduling) 이득을 유지하면서 사운딩 신호를 전송하는 데 따른 무선자원의 양을 줄일 수 있다. 또한, 시스템에서 단말의 용량을 높일 수 있다.
도 5는 사운딩 영역의 다른 예를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 전송 대역폭을 다수의 사운딩 영역으로 나눌 수 있다. 여기서는 전송 대역폭을 N개(N>1)의 사운딩 영역으로 나눈다. 전송 대역폭에 포함되는 사운딩 영역의 수는 제한이 없다.
도 6은 사운딩 영역의 또 다른 예를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 전송 대역폭은 다수의 사운딩 영역으로 나눌 수 있으며, 각 사운딩 영역의 크기는 서로 다를 수 있다. 전송 대역폭은 다수의 사운딩 영역을 포함하고, 사운딩 영역의 크기는 일정할 수도 있고, 서로 다를 수 있다. 또한, 시간에 따라 기지국은 사운딩 영역의 크기나 수를 변경할 수 있다.
기지국은 하나의 통일된 사운딩 영역 설정 룰을 가지고 셀 내의 단말들에게 적용할 수 있다. 예를 들어, 전송 대역폭을 10 사운딩 영역으로 나누고, 각 사운딩 영역을 단말에게 할당할 수 있다. 또는, 기지국은 셀 내의 서로 다른 단말 간에 사운딩 영역 설정 룰을 다르게 적용할 수 있다. 예를 들어, 제1 단말에 대해서는 전송 대역폭을 5 사운딩 영역으로 나누어 할당하고, 제2 단말에 대해서는 전송 대역폭을 10 사운딩 영역으로 나누어 할당할 수 있다.
전송 대역폭에 대하여 각 단말별로 사운딩 영역을 어떤 방식으로 설정할 것인지(셀 내에 하나의 사운딩 영역 설정 룰을 적용하거나, 단말 별로 다른 사운딩 영역 설정 룰을 적용할 것인지 여부를 설정)를 정한 후에, 각 단말별로 실제 사용할 사운딩 영역을 결정한다. 예를 들어, 기지국이 도 4에 나타난 바와 같이 2개의 동일한 크기를 가지는 사운딩 영역을 설정하고, 셀 내에 4개의 단말(UE1, UE2, UE3, UE4)이 있다고 가정하자. 기지국은 제1 단말(UE1)과 제2 단말(UE2)에게는 제1 사운딩 영역을 할당하고, 제3 단말(UE3)과 제4 단말(UE4)에게 제2 사운딩 영역을 할당한다면, 4개의 단말은 할당된 사운딩 영역을 통해서만 채널 사운딩을 수행한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 사운딩 방식을 나타낸다.
도 7을 참조하면, 전송 대역폭에 대해 다수의 사운딩 영역으로 나누고, 기지국은 하나의 단말에 대해 하나의 사운딩 영역을 할당한다. 단말은 사운딩 주기(sounding interval) 마다 서로 다른 사운딩 영역을 통해 사운딩 신호를 전송한다. 단말은 사운딩 주기마다 사운딩 영역을 하나씩 쉬프트하면서 사운딩 신호를 전송한다. 전송 대역폭을 8개의 사운딩 영역으로 나눈 경우 8 사운딩 주기가 경과하 면, 기지국은 각 사운딩 영역에서의 채널 응답을 결합함으로써 전송 대역폭에 대한 채널 응답을 얻을 수 있다.
사운딩 주기는 채널 사운딩을 수행하는 주기로 항상 일정할 수 있고, 기지국이 채널 사운딩 메시지를 통해 사운딩 주기를 변경할 수도 있다.
전송 대역폭을 다수의 사운딩 영역으로 나누어 각 사운딩 영역의 채널 응답을 결합하여 전송 대역폭의 채널 응답을 구하는 방식은 한번에 전송 대역폭의 채널 응답을 구하는 방식과 비교하여 시간은 더 오래 걸릴 수 있다. 하지만, 기지국에서 주파수 선택적 스케줄링을 하기 위해서는 채널이 좋은 주파수 대역만이 필요하지만, 불필요하게 전송 대역폭에 대한 사운딩 신호가 항상 전송되어야 한다면 오버헤드로 작용할 수 있다. 또한, 셀 가장자리에 위치한 단말이 전송 대역폭에 대한 사운딩 신호를 전송한다면 인접 셀에 간섭으로 작용할 수 있다. 사운딩 영역별로 사운딩 신호를 전송한다면, 셀간 적절한 스케줄링이 뒷받침된다면 셀간 간섭을 제거 또는 완화(mitigate)할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 채널 사운딩 방식을 나타낸다.
도 8을 참조하면, 사운딩 영역은 각 사운딩 주기마다 그 크기가 달라 질 수있다. 여기서는 시간에 따라 사운딩 영역의 크기를 달리하여 4 사운딩 크기에 전송 대역폭에 대한 채널 응답을 구할 수 있는 것을 보여주고 있다.
시간에 따라 사운딩 영역을 적응적으로 조절하여 사운딩 영역의 할당에 따른 유연성을 높일 수 있다. 사운딩 영역의 크기는 기지국에서 단말로 할당할 수 있고, 또는 단말에서 기지국으로 사운딩 영역의 크기를 요청할 수 있다.
상기에서는 하나의 단말이 하나의 사운딩 영역을 통해 사운딩 신호를 전송하는 경우이다. 이제 다수의 단말이 하나의 사운딩 영역을 통해 사운딩 신호를 전송하는 경우를 고려한다. 다수의 단말이 하나의 사운딩 영역을 통해 사운딩 신호를 전송하더라도 기지국은 어느 단말이 보낸 사운딩 신호인지를 구분할 수 있어야 한다. 이는 주파수 영역에서의 직교성, 시간 영역에서의 직교성 및 코드 영역에서의 직교성을 통해 얻을 수 있다.
도 9는 사운딩 신호의 다중화 방식의 일 예를 나타낸다.
도 9를 참조하면, 서로 다른 단말들은 하나의 사운딩 영역에서 빗살(comb) 형태로 부반송파들을 할당받는다. 부반송파에는 사운딩 신호를 위한 시퀀스가 각각 맵핑된다. 서로 다른 단말에 대한 사운딩 신호는 서로 다른 부반송파를 통해 전송된다.
사운딩 신호는 사운딩 영역 내에서 소정 간격으로 부반송파를 할당받는다. 다른 단말의 사운딩 신호는 사운딩 영역 내에서 일정한 부반송파 간격으로 부반송파를 할당받되, 서로 시작 오프셋(starting offset)이 다르다. 예를 들어, 제1 단말(UE1)은 1번째 부반송파부터 시작하여 3 부반송파 간격마다 사운딩 신호를 전송한다. 제2 단말(UE2)은 2번째 부반송파부터 시작하여 3 부반송파 간격마다 사운딩 신호를 전송한다. 제3 단말(UE3)은 3번째 부반송파부터 시작하여 3 부반송파 간격마다 사운딩 신호를 전송한다. 여기서는 3개의 단말에 대해서만 나타내고 있으나, 부반송파 간격과 사운딩 영역에서 할당되는 단말의 수는 다양하게 설정할 수 있다. 서로 다른 단말의 사운딩 신호는 주파수 영역에서 서로 겹치지 않으므로 이는 주파 수 영역에서 직교성이 유지된다고 하고, FDM(Frequency Division Multiplexing)이라 한다.
다중 사운딩 신호가 하나의 사운딩 영역을 통해 전송되더라도 각 단말의 사운딩 신호는 서로 다른 부반송파를 점유하고 있으므로, 기지국은 어느 단말에 대한 사운딩 신호인지를 구분해낼 수 있다.
도 10은 사운딩 신호의 다중화 방식의 다른 예를 나타낸다.
도 10을 참조하면, 서로 다른 단말의 사운딩 신호라도 하나의 사운딩 영역 내에서 모든 부반송파를 사용한다. 서로 다른 단말의 사운딩 신호는 서로 직교한다. 즉, 서로 다른 단말의 사운딩 신호는 코드 영역(code domain)에서 직교성을 유지한다. 기지국은 직교 사운딩 신호의 상관(correlation) 특성을 통해 다중화된 사운딩 신호로부터 어느 단말에 대한 사운딩 신호인지를 구분할 수 있다. 이를 CDM(Code Division Multiplexing)이라 한다.
사운딩 신호로는 CAZAC(Constant Amplitude Zero Auto-Correlation) 시퀀스나 왈쉬부호(Walsh code)와 같은 직교부호를 이용할 수 있다. CAZAC 시퀀스는 일반적으로 GCL(Generalized Chirp Like) CAZAC과 Zadoff-Chu CAZAC의 2가지 종류가 있다. 상기 2가지 시퀀스는 서로 켤레(conjugate) 관계이다. 예를 들어, Zadoff-Chu CAZAC은 GCL CAZAC에 켤레를 적용하면 얻을 수 있다.
Zadoff-Chu CAZAC에 있어서, N을 양의 정수인 CAZAC 시퀀스의 길이, 인덱스 M을 N에 비교하여(relatively) 소수(prime)라 할 때, M번째 CAZAC 시퀀스의 k번째 엔트리(entry)는 다음 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007033048223-pat00001
Figure 112007033048223-pat00002
CAZAC 시퀀스 c(k;M,N)은 다음 세 가지 특징을 가진다.
Figure 112007033048223-pat00003
Figure 112007033048223-pat00004
Figure 112007033048223-pat00005
수학식 2는 CAZAC 시퀀스는 언제나 그 크기가 1임을 의미하고, 수학식 3은 CAZAC 시퀀스의 자동 상관(auto correlation)은 디락-델타(Dirac-delta) 함수로 표시됨을 의미한다. 여기에서 상호 상관은 순환 상관(circular correlation)에 기반하며, 순환 쉬프트(cyclic shift)된 CAZAC 시퀀스의 길이는 같다. 수학식 4는 교차 상관(cross correlation)이 언제나 상수임을 의미한다. CAZAC 시퀀스는 순환 쉬프트되거나 서로 다른 인덱스를 가지면 직교한다.
사운딩 신호로 CAZAC 시퀀스를 사용한다면, 서로 다른 단말에 대해서는 순환 쉬프트를 시키고, 서로 다른 셀에 대해서는 인덱스를 달리함으로써, 사운딩 신호의 직교성을 얻을 수 있다.
도 11은 사운딩 신호의 다중화 방식의 또 다른 예를 나타낸다.
도 11을 참조하면, FDM과 CDM을 결합한 방식이다. FDM과 CDM을 결합하여 다중화되는 단말의 용량을 증가시킬 수 있다.
여기서는 사운딩 영역에 시간에 따라 일정한 것을 나타내고 있으나, 사운딩 영역은 시간에 따라 그 크기가 달라질 수 있다.
이하에서는 단말별로 사운딩 영역을 설정하는 방법에 대해 기술한다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 사운딩 영역 설정 방법을 나타낸 예시도이다. 이는 랜덤 사운딩 영역 설정 방식이라 한다.
도 12를 참조하면, 기지국은 단말별로 임의로(randomly) 사운딩 영역을 설정한다. N개의 사운딩 영역이 존재하는 경우, 기지국은 1 내지 N개의 사운딩 영역을 선택하여 단말에게 알려줄 수 있다. 이 경우 다음과 같이 설정가능한 사운딩 영역의 수가 나온다.
Figure 112007033048223-pat00006
여기서, NC는 조합 가능한 사운딩 영역의 수, N은 전송 대역폭에 포함되는 사운딩 영역의 총 수이다.
예를 들어, 전송 대역폭에 대해 2개의 사운딩 영역으로 나눈 경우, 조합가능한 사운딩 영역의 수는 2C1 + 2C2 = 3 이 된다. 도 12의 실시예는 3가지의 가능한 사운딩 영역을 보여준다.
사운딩 영역의 변경은 일정 주기마다 가능하며, 변경 주기는 무선 채널의 시간에 따른 변화에 따라 유동적으로 변경 가능하다. 사운딩 영역 도약(hopping)도 가능한데, 미리 정해놓은 도약 패턴(hopping pattern)에 따라 이루어질 수 있고, 도약 패턴을 임의로 설정할 수도 있다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 사운딩 영역 설정 방법을 나타낸 예시도이다. 이는 넓은 주파수 대역(제1 주파수 대역)에 대하여 채널 사운딩을 수행하여 넓은 주파수 대역에 대한 채널 정보를 얻은 후, 넓은 주파수 대역에서 분할되는 좁은 주파수 대역(제2 주파수 대역)을 사운딩 영역으로 선택하는 방식이다.
도 13을 참조하면, 먼저 기지국은 전송 대역폭에 대한 채널 사운딩을 수행하여 전송 대역폭에 대한 채널 응답을 구한다. 이때, 단말이 전체 전송 대역폭에 대한 사운딩 신호를 보내줌으로써 전송 대역폭에 대한 채널 응답을 구할 수 있다. 또는 사운딩 영역의 사운딩 신호를 결합하여 전송 대역폭에 대한 채널 응답을 구할 수 있다.
이어서, 기지국은 전송 대역폭에 대한 채널 응답으로부터 각 단말에 대한 사 운딩 영역을 설정한다. 기지국은 전송 대역폭에 대한 채널 응답을 알고 있으므로, 각 사운딩 영역에 대한 채널 응답을 알 수 있다. 따라서, 기지국은 각 단말의 QoS(Quality of Service)나 우선 순위 등에 따라 적절한 사운딩 영역을 지정할 수 있다. 랜덤 사운딩 영역 설정 방식은 상향링크 채널의 상태를 고려하지 않고 사운딩 영역을 결정하기 때문에 주파수 선택적 스케줄링에 적합하지 않을 수 있다. 미리 정해진 사운딩 영역 변경 주기에 맞춰서 단말이 전송 대역폭에 대한 채널 사운딩을 수행함으로써, 사운딩 영역의 채널 상태를 고려하여 사운딩 영역의 변경 여부를 결정할 수 있다.
도 14는 사운딩 영역을 선택하는 방식을 기술하기 위한 예시도이다.
전송 대역폭에 대한 채널 사운딩을 수행한 후, 기지국은 각 사운딩 영역에 대한 채널 응답을 구할 수 있다. i번째 단말에 대한 사운딩 영역을 결정하기 위해 우선순위(priority)를 활용할 수 있다. 우선순위는 다음과 같이 결정할 수 있다.
Figure 112007033048223-pat00007
여기서, Pi ,k(t)는 시간 t에서 1번째 단말의 k번째 사운딩 영역의 우선순위, Pi,k(t-1)는 시간 (t-1)에서 1번째 단말의 k번째 사운딩 영역의 우선순위, Ai ,k(t)는 i번째 단말의 k번째 사운딩 영역의 평균 채널 응답값, a는 가중치(weight factor)로 0부터 1사이의 값을 가진다.
시간 t에서 기지국은 각 단말별 사운딩 영역별로 평균 채널 응답값 Ai ,k(t)를 구한다. 이를 바탕으로 사운딩 영역별 우선순위 Pi ,k(t)를 계산하는데, 이 우선순위 Pi,k(t)는 가중치 a가 적용된 Ai ,k(t)Pi,k(t-1)의 조합이다. a=1인 경우, 우선순위 Pi,k(t)는 순수하게 현재 사운딩 영역의 채널 상태 Ai ,k(t)에만 의존하여 결정한다.
도 14의 예에서는 2번째 사운딩 영역이 가장 높은 평균 채널 응답값 Ai ,k(t)를 가지며, 이전 우선순위 Pi ,k(t-1)을 고려하여 가장 높은 우선순위 Pi ,k(t)를 가진다. 따라서, 2번째 사운딩 영역을 i번째 단말의 사운딩 영역으로 선택한다.
사운딩 영역은 하나의 단말에 대해 2개 이상이 선택될 수도 있다. 이 경우, 가장 높은 우선순위 Pi ,k(t)를 가지는 사운딩 영역부터 순차적으로 선택할 수 있다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 사운딩 영역 설정 방법을 나타낸 예시도이다.
도 15를 참조하면, 먼저 기지국은 광대역 사운딩 영역(wideband sounding zone)에 대한 채널 사운딩을 수행하여 광대역 사운딩 영역에 대한 채널 응답을 구한다. 광대역 사운딩 영역은 전송 대역폭보다 좁은 사운딩 영역이다. 광대역 사운딩 영역은 다수의 협대역 사운딩 영역(narrowband sounding zone)을 포함한다. 한번의 광대역 사운딩을 통해 광대역 사운딩 영역에 대한 채널 응답을 구할 수 있고, 또는 협대역 사운딩을 수행한 후 협대역 사운딩 영역의 채널 응답을 결합하여 광대역 사운딩 영역에 대한 채널 응답을 구할 수도 있다.
이어서, 기지국은 광대역 사운딩 영역에 대한 채널 응답으로부터 각 단말에 대한 협대역 사운딩 영역을 설정한다. 기지국은 광대역 사운딩 영역에 대한 채널 응답을 알고 있으므로, 광대역 사운딩 영역에 포함되는 협대역 사운딩 영역에 대한 채널 응답을 알 수 있다. 기지국은 각 단말의 QoS(Quality of Service)나 우선순위 등에 따라 적절한 협대역 사운딩 영역을 지정할 수 있다.
도 15의 예에서는 전송 대역폭을 2개의 광대역 사운딩 영역으로 나누고, 하나의 광대역 사운딩 영역은 2개의 협대역 사운딩 영역을 포함한다. 그러나, 이는 제한이 아니고, 광대역 사운딩 영역의 수와 크기, 협대역 사운딩 영역의 수와 크기는 시스템에 따라 달라질 수 있다. 광대역 사운딩 영역의 크기는 서로 다를 수 있다. 협대역 사운딩 영역의 크기는 서로 다를 수 있다.
도 15의 예에서는 광대역 사운딩 영역이 국부적으로(locally) 밀집된 협대역 사운딩 영역의 집합으로 나타내고 있으나, 광대역 사운딩 영역은 전송 대역폭 상에서 분산되어 배치되는 다수의 협대역 사운딩 영역을 포함할 수 있다.
기지국은 광대역 사운딩 영역 및/또는 협대역 사운딩 영역을 일정 주기마다 변경할 수 있다. 변경 주기는 무선 채널의 시간에 따른 변화에 따라 유동적으로 변경 가능하다. 광대역 사운딩 영역 변경을 위한 주기는 협대역 사운딩 영역 변경 주기보다는 길게 설정되는 것이 바람직하다. 광대역 사운딩 영역 도약 또는 협대역 사운딩 영역 도약도 가능한데, 미리 정해놓은 도약 패턴(hopping pattern)에 따라 이루어질 수 있고, 도약 패턴을 임의로 설정할 수도 있다.
도 16은 광대역 사운딩 영역으로부터 협대역 사운딩 영역을 선택하는 방식을 기술하기 위한 예시도이다.
도 16을 참조하면, 전송 대역폭에 대해 3개의 광대역 사운딩 영역을 나누고, 각 광대역 사운딩 영역은 12개의 협대역 사운딩 영역을 포함한다고 하자. 일 실시예에 있어서, 기지국은 임의의 협대역 사운딩 영역을 선택하여 단말에게 협대역 사운딩을 수행하도록 할 수 있다. 또는, 기지국은 단말에게 정해진 협대역 사운딩 영역의 집합을 알려주어 단말이 협대역 사운딩 영역의 집합 내에서 협대역 사운딩을 수행할 수 있다. 협대역 사운딩 영역의 집합은 적어도 1개의 협대역 사운딩 영역을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서 있어서, 기지국은 광대역 사운딩을 통해 광대역 사운딩 영역의 채널 응답을 구한 후 광대역 사운딩 영역의 채널 응답을 기반으로 협대역 사운딩 영역을 선택할 수 있다. 채널이 가장 좋은 순서대로 협대역 사운딩 영역을 정렬하여 정해진 수만큼 상위에 있는 협대역 사운딩 영역을 선택할 수도 있고, 임계치(threshold)를 설정하고 이를 넘는 채널 응답값을 가지는 협대역 사운딩 영역을 선택할 수도 있다.
도 16의 예에서는, 전송 대역폭에 대해서 채널 사운딩을 수행하여 광대역 사운딩 영역을 먼저 선택한다. 제2 광대역 사운딩 영역이 선택된다고 할 경우, 제2 광대역 사운딩 영역에 포함되는 12 협대역 사운딩 영역 중 정해진 임계치가 넘는 채널 응답값을 갖는 4 협대역 사운딩 영역(8, 9, 10, 11)을 선택한다.
4 협대역 사운딩 영역에 대한 협대역 사운딩 영역의 집합을 수신한 후, 단말은 협대역 사운딩을 수행한다. 협대역 사운딩은 협대역 사운딩 영역을 통해 사운딩 신호를 전송하는 것을 말한다. 협대역 사운딩은 다양한 방식으로 수행할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 1회의 사운딩 주기 동안 협대역 사운딩 영역의 집합 내의 모든 협대역 사운딩 영역을 통해서 사운딩 신호를 전송할 수 있다. 도 16의 예에서, 단말은 협대역 사운딩 영역 8~11까지의 주파수 대역 전부를 사용하여 사운딩 신호를 전송할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 다수의 사운딩 주기 동안 차례로 각 협대역 사운딩 영역별로 협대역 사운딩을 수행할 수 있다. 도 16의 예에서, 단말은 첫번째 사운딩 주기에 협대역 사운딩 영역 8에 대하여 사운딩을 수행하고, 다음번 사운딩 주기에 협대역 사운딩 영역 9에 대한 사운딩을 수행할 수 있다. 총 4회의 사운딩 주기가 지나면, 협대역 사운딩 영역의 집합 내의 모든 협대역 사운딩 영역에 대한 사운딩을 완료할 수 있다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 사운딩 방식을 나타낸다.
도 17을 참조하면, 전송 대역폭에 대해 2개의 광대역 사운딩 영역을 나누고, 각 광대역 사운딩 영역은 4개의 협대역 사운딩 영역을 포함한다고 하자. 기지국은 단말에게 할당된 광대역 사운딩 영역을 알려준다. 단말은 사운딩 주기마다 서로 다른 협대역 사운딩 영역을 통해 사운딩 신호를 전송한다. 단말은 사운딩 주기마다 사운딩 영역을 쉬프트하면서 사운딩 신호를 전송한다. 광대역 사운딩 영역을 4개의 협대역 사운딩 영역으로 나눈 경우 4 사운딩 주기가 경과하면 기지국은 하나의 광대역 사운딩 영역에 대한 채널 응답을 얻을 수 있다.
도 7의 실시예와 비교할 때, 광대역 사운딩 영역 내에서 제한된 사운딩을 수행하기 때문에 단말 당 사운딩에 필요한 시간 및 주파수 자원이 줄어든다. 이는 셀 내에서 한번에 사운딩을 수행할 수 있는 단말의 수를 늘리는 효과를 가져올 수 있 다. 광대역 사운딩을 통해 협대역 사운딩 영역을 선택함으로써 제한된 협대역 사운딩으로도 주파수 선택성을 이용한 다중 사용자 다이버시티(multi-user diversity) 이득을 얻을 수 있다. 제한된 사운딩 영역 내에서 반복적으로 사운딩을 수행할 경우, 데이터 전송을 위한 채널 추정의 정확도를 높일 수 있다.
여기서는 시간에 따라 협대역 사운딩 영역의 크기가 일정한 것을 나타내고 있으나, 협대역 사운딩 영역의 크기는 시간에 따라 달라질 수 있다. 각 사운딩 주기마다 협대역 사운딩 영역의 크기는 달라질 수 있다. 또한, 광대역 사운딩 영역의 크기도 시간에 따라 달라질 수 있다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 사운딩 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 18을 참조하면, 기지국은 채널 사운딩 메시지를 단말로 전송한다(S310). 단말은 수신한 채널 사운딩 메시지를 디코딩하여, 채널 사운딩 메시지에 포함된 파라미터와 지정된 사운딩 영역을 이용하여 사운딩 신호를 기지국으로 전송한다(S320).
채널 사운딩 메시지는 상향링크 프레임에 대한 사운딩 영역을 지정한다. 채널 사운딩 메시지는 L1/L2 제어 메시지일 수 있으며, RRC(Radio Resource Control) 메시지일 수 있다. 채널 사운딩 메시지는 전용(dedicated) 제어채널 또는 브로드캐스트 채널을 통해 전송될 수 있다. 채널사운딩 메시지는 사운딩 영역 파라미터, 사운딩 신호 파라미터, 다중화 모드 파라미터, 다중 안테나 파라미터를 포함할 수 있다.
사운딩 영역 파라미터는 상향링크 프레임에서 사운딩 영역의 길이 및/또는 위치를 가리킨다. 사운딩 영역은 1레벨로 구성될 수 있으며, 또는 멀티 레벨로 구성될 수 있다. 1레벨은 상향링크 프레임의 전송 대역폭을 다수의 사운딩 영역으로 나누는 것을 말한다. 2레벨은 상향링크 프레임의 전송 대역폭을 다수의 광대역 사운딩 영역으로 나누고, 다시 광대역 사운딩 영역을 다수의 협대역 사운딩 영역으로 나눈 것을 말한다. 3 레벨 또는 그 이상의 레벨도 가능하다.
사운딩 신호 파라미터는 사운딩 영역에 통해 전송되는 사운딩 신호를 생성하기 위한 파라미터를 가리킨다. 예를 들어, 사운딩 신호 파라미터는 CAZAC 시퀀스를 발생시키기 위한 파라미터를 포함할 수 있다.
다중화 모드 파라미터는 사운딩 신호를 다중화하는 데 사용되는 기법에 관한 파라미터이다. 다중화 모드 파라미터는 FDM 또는 CDM을 가리키는 플래그(flag)을 포함할 수 있다. FDM인 경우 부반송파 간격, 시작 오프셋에 관한 파라미터를 포함할 수 있다. CDM의 경우 CAZAC 시퀀스의 인덱스나 순환 쉬프트 값을 포함할 수 있다.
다중 안테나 파라미터는 단말이 다중 안테나를 이용하여 사운딩을 수행하는지 여부를 가리킨다. 다중 안테나를 이용한 시스템에 있어서, 각 안테나별로 채널 응답을 구해야 한다.
도 19는 싱글 안테나와 다중 안테나에 대한 채널 사운딩을 나타낸 예시도이다. 설명을 명확히 하기 위해 다중 안테나는 2개의 안테나를 고려한다.
도 19를 참조하면, 싱글 안테나의 경우 전송 대역폭을 8 사운딩 영역으로 나 누고, 기지국은 하나의 단말에 대해 하나의 사운딩 영역을 할당한다. 단말은 사운딩 주기 마다 서로 다른 사운딩 영역을 통해 사운딩 신호를 전송한다. 8 사운딩 주기가 경과하면, 기지국은 각 사운딩 영역에서의 채널 응답을 결합함으로써 전송 대역폭에 대한 채널 응답을 얻을 수 있다.
2개 안테나의 경우 각 안테나마다 하나씩의 사운딩 영역을 통해 사운딩 신호를 전송한다면 모두 16 사운딩 주기가 필요하다. 이는 사운딩에 필요한 시간이 너무 오래 걸릴 수 있으므로, 다중 안테나를 이용하여 채널 사운딩을 수행하는 경우 한번에 사운딩되는 사운딩 영역의 수를 증가시킬 수 있다. 즉, 1회 사운딩시 2 사운딩 영역에 대해 사운딩 신호를 전송한다면 8 사운딩 주기 동안 2개 안테나에 대한 사운딩으로 모두 수행할 수 있다.
이는 예시에 불과하고, 다중 안테나 시스템의 경우 기타 다양한 방법으로 채널 사운딩을 수행할 수 있다. 각 안테나마다 사운딩 영역의 크기는 다를 수 있으며, 시간에 따라 사운딩 영역의 크기도 달라질 수 있다. 각 안테나를 개별적인 단말과 같이 취급하여 상술한 FDM 또는 CDM을 적용할 수도 있다.
상술한 모든 기능은 상기 기능을 수행하도록 코딩된 소프트웨어나 프로그램 코드 등에 따른 마이크로프로세서, 제어기, 마이크로제어기, ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등과 같은 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 상기 코드의 설계, 개발 및 구현은 본 발명의 설명에 기초하여 당업자에게 자명하다고 할 것이다.
이상 본 발명에 대하여 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시켜 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명은 이하의 특허청구범위의 범위 내의 모든 실시예들을 포함한다고 할 것이다.
본 발명에 의하면 상향링크 프레임과 하향링크 프레임이 서로 다른 주파수 대역을 사용하는 FDD 시스템에서 단말이 지정된 사운딩 영역을 통해서 사운딩 신호를 전송함으로써 셀간 간섭을 완화시킬 수 있고, 사운딩에 따른 전송 오버헤드를 줄일 수 있다. 제한된 사운딩 영역에서 반복적인 채널 사운딩을 수행하여 채널 응답의 정확도를 높일 수 있다.

Claims (10)

  1. 상향링크 프레임과 하향링크 프레임이 서로 다른 주파수 대역을 사용하는 FDD(Frequency Division Duplex) 시스템에서 기지국이 상향링크 프레임에 대한 상기 기지국과 단말 사이의 채널 응답을 얻기 위해 채널 사운딩을 수행하는 방법에 있어서,
    상기 상향링크 프레임에 대한 전송 대역폭을 다수의 사운딩 영역으로 나누는 단계;
    상기 전송 대역폭을 통해 단말로부터 제1 사운딩 신호를 수신하여 채널 사운딩을 수행하는 단계;
    상기 다수의 사운딩 영역 중 상기 단말을 위한 각 사운딩 영역의 우선 순위(priority)를 기반으로 결정되는 적어도 하나의 사운딩 영역을 상기 단말에게 할당하는 단계; 및
    상기 단말로부터 상기 할당된 사운딩 영역을 통해 제2 사운딩 신호를 수신하여 채널 사운딩을 수행하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전송 대역폭의 크기는 상기 상향링크 프레임에 할당된 주파수 대역폭의 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 사운딩 영역의 크기는 일정한 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 사운딩 영역의 크기는 서로 다른 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 단말을 위한 각 사운딩 영역의 우선 순위는 이전 사운딩 구간(previous sounding interval)에서의 상기 단말을 위한 각 사운딩 영역의 우선 순위, 상기 단말을 위한 각 사운딩 영역의 평균 채널 응답 값 및 가중치(weight factor)를 기반으로 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 단말을 위한 각 사운딩 영역의 우선 순위는 아래의 수학식을 기반으로 결정되는 것것을 특징으로 하는 방법.
    Pi,k(t)=a·Ai,k(t)+(1-a)·Pi,k(t-1)
    단, Pi,k(t)는 상기 단말을 위한 각 사운딩 영역의 우선 순위, a는 상기 가중치, Ai,k(t)는 상기 단말을 위한 각 사운딩 영역의 평균 채널 응답 값, Pi,k(t-1)는 상기 이전 사운딩 구간에서의 상기 단말을 위한 각 사운딩 영역의 우선 순위를 나타낸다.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 가중치는 0과 1 사이의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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