KR101411688B1 - 무선 통신 시스템에서 데이터 전송 방법 - Google Patents

Abstract

무선 통신 시스템에서 데이터 전송 방법을 제공한다. 상기 방법은 복수의 안테나를 통한 파일럿 전송을 지원하기 위한 복수의 파일럿 자원을 할당하는 단계 및 상기 복수의 파일럿 자원 중 파일럿 전송에 사용하지 않는 잉여 파일럿 자원이 있는 경우, 상기 잉여 파일럿 자원을 이용하여 데이터를 전송하는 단계를 포함한다. 파일럿 전송에 사용하지 않는 잉여 파일럿 자원을 데이터 전송에 사용함으로써, 한정된 무선 자원을 효율적으로 사용할 수 있다.

MIMO, pilot, OFDM, subcarrier, CQI

Description

무선 통신 시스템에서 데이터 전송 방법{METHOD OF TRANSMITTING DATA IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 무선 통신에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선 통신 시스템에서 데이터 전송 방법에 관한 것이다.

최근 활발하게 연구되고 있는 차세대 멀티미디어 무선 통신 시스템은 초기의 음성 위주의 서비스를 벗어나 영상, 무선 데이터 등의 다양한 정보를 처리하여 전송할 수 있는 시스템이 요구되고 있다. 또한, 현재 3세대 무선 통신 시스템에 이어 개발되고 있는 4세대 무선 통신은 하향링크 1Gbps(Gigabits per second) 및 상향링크 500Mbps(Megabits per second)의 고속의 데이터 서비스를 지원하는 것을 목표로 한다. 또한, 무선 통신 시스템의 목적은 다수의 사용자가 위치와 이동성에 관계없이 신뢰할 수 있는(reliable) 통신을 할 수 있도록 하는 것이다. 그런데, 무선 채널(wireless channel)은 경로 손실(path loss), 잡음(noise), 다중 경로(multipath)에 의한 페이딩(fading) 현상, 심벌간 간섭(ISI, intersymbol interference) 또는 단말의 이동성으로 인한 도플러 효과(Doppler effect) 등의 비이상적인 특성이 있다. 무선 채널의 비이상적 특성을 극복하고, 무선 통신의 신뢰 도(reliability)를 높이기 위해 다양한 기술이 개발되고 있다.

신뢰할 수 있는 고속의 데이터 서비스를 지원하기 위한 기술로, OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing), MIMO(Multiple Input Multiple Output) 등이 있다.

OFDM은 낮은 복잡도로 심벌간 간섭(Inter-Symbol Interfernce, ISI) 효과를 감쇄시킬 수 있는 3세대 이후 고려되고 있는 시스템이다. OFDM은 직렬로 입력되는 데이터 심벌을 N개의 병렬 데이터 심벌로 변환하여, 각각 분리된 N개의 부반송파(subcarrier)에 실어 송신한다. 부반송파는 주파수 차원에서 직교성을 유지하도록 한다.

MIMO는 다중 송신 안테나와 다중 수신 안테나를 사용하여 데이터의 송수신 효율과, 스펙트럼 효율(spectral efficiency)을 향상시킨다. MIMO 기술에는 공간 다이버시티(Spatial diversity), 공간 다중화(Spatial multiplexing) 및 빔형성(Beamforming) 등이 있다.

수신기는 송신기로부터 전송된 데이터를 복원하기 위하여 채널을 추정할 필요가 있다. 채널 추정은 페이딩(fading)으로 인한 급격한 환경변화에 의하여 생기는 신호의 왜곡을 보상하여 전송 신호를 복원하는 과정을 말한다. 일반적으로 채널 추정을 위하여는 송신기와 수신기가 모두 알고 있는 파일럿(pilot)이 필요하다. MIMO 시스템에서는 각 안테나에 대응하는 채널을 겪기 때문에, 다중 안테나를 고려하여 파일럿을 배치하는 것이 필요하다. 따라서, MIMO를 지원하기 위한 파일럿 구조는 파일럿 오버헤드(pilot overhead)가 크게 증가한다. 파일럿 오버헤드는 전체 부반송파의 수에 대한 파일럿에 할당되는 부반송파의 수의 비로 정의할 수 있다. 파일럿 오버헤드가 큰 경우, 실제 데이터를 전송하는 데이터 부반송파를 감소시키는 문제가 있다. 이는 데이터 처리량을 감소시키고, 스펙트럼 효율을 저하시킨다. 이는 전체 시스템의 성능을 저하시킬 수 있다.

그런데, MIMO를 지원하는 시스템의 경우에도, 복수의 안테나 자원 중 일부 또는 하나의 안테나 자원만을 사용할 수 있다. 예를 들어, 파일럿의 자원을 충분히 활용할 수 없는 경우로는 인접 셀에 간섭을 많이 주는 위치의 단말이 인접 셀과 다른 MIMO 설정(configuration)으로 신호를 전송하는 경우, 안테나 채널 간의 상관(correlation)이 높아서 공간 다중화이나 다이버시티 이득(diversity gain)을 얻을 수 없는 경우, 버츄얼(virtual) MIMO에서 서로 다른 안테나 설정(antenna configuration)을 가지는 단말들이 묶여서 스케줄링되는 경우, 펨토 셀(femto cell)과 같이 작은 셀에서 채널 특성이 매우 좋은 상황일 때 매크로 셀(macro-cell)의 파일럿 구조를 사용하는 경우 등이 있다. 이 경우, 오버헤드가 큰 파일럿 구조이면서도 파일럿에 할당되는 자원을 전부 활용하지 못하는 문제가 발생할 수 있다.

따라서, 다중 안테나를 지원하는 파일럿 구조의 경우, 파일럿이 할당된 무선 자원을 효율적으로 사용할 수 있는 데이터 전송 방법을 제공할 필요가 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 무선 자원을 효율적으로 사용할 수 있는 데이터 전송 방법을 제공하는 데 있다.

일 양태에서, 무선 통신 시스템에서 데이터 전송 방법을 제공한다. 상기 방법은 복수의 안테나를 통한 파일럿 전송을 지원하기 위한 복수의 파일럿 자원을 할당하는 단계 및 상기 복수의 파일럿 자원 중 파일럿 전송에 사용하지 않는 잉여 파일럿 자원이 있는 경우, 상기 잉여 파일럿 자원을 이용하여 데이터를 전송하는 단계를 포함한다.

다른 양태에서, 무선 통신 시스템에서 데이터 전송 방법을 제공한다. 상기 방법은 복수의 안테나를 통한 파일럿 전송을 지원하기 위한 복수의 파일럿 자원을 할당하는 단계, 상기 복수의 파일럿 자원 중 파일럿 전송에 사용하지 않는 잉여 파일럿 자원이 있는 경우, 상기 잉여 파일럿 자원을 제1 전송 영역 및 제2 전송 영역으로 나누는 단계, 상기 제1 전송 영역에 제1 확산 시퀀스를 이용해 대역폭이 확산된 제1 데이터를 맵핑하는 단계, 상기 제2 전송 영역에 제2 확산 시퀀스를 이용해 대역폭이 확산된 제2 데이터를 맵핑하는 단계 및 상기 제1 데이터 및 상기 제2 데이터 각각을 전송하는 단계를 포함한다.

파일럿 전송에 사용하지 않는 잉여 파일럿 자원을 데이터 전송에 사용함으로 써, 한정된 무선 자원을 효율적으로 사용할 수 있다. 또, 잉여 파일럿 자원을 정보량이 적은 제어 신호 전송에 사용할 수 있다. 이 경우, 제어 신호 전송에 필요한 자원을 따로 할당할 필요가 없어, 할당 오버헤드(allocation overhead)를 감소시킬 수 있다. 이를 통해 전체 시스템 성능을 향상시킬 수 있다.

도 1은 무선 통신 시스템을 나타낸다.

도 1을 참조하면, 무선 통신 시스템은 단말(10; Mobile Station, MS) 및 기지국(20; Base Station, BS)을 포함한다. 단말(10)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, UE(User Equipment), 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)은 적어도 하나의 셀(Cell)에 대해 서비스를 제공할 수 있다. 셀은 기지국(20)이 통신 서비스를 제공하는 영역이다. 일반적으로 하향링크(downlink)는 기지국에서 단말로의 통신을 의미하며, 상향링크(uplink)는 단말에서 기지국으로의 통신을 의미한다.

무선 통신 시스템은 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 시스템, MISO(Multiple Input Single Output) 시스템뿐만 아니라, SISO(Single Input Single Output) 시스템이나 SIMO(Single Input Multiple Output) 시스템일 수도 있다.

다중 접속 변조 방식에 대하여는 제한이 없으며, 잘 알려진 TDMA(Time Division Multiple Access), FDMA(Frequency Division Multiple Access), CDMA(Code Division Multiple Access) 또는 SC-FDMA(Sinigle Carrier-Frequency Division Multiple Access)와 같은 싱글 반송파 변조 방식이나 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)과 같은 다중 반송파 변조 방식을 채택할 수 있다.

도 2는 다중 안테나를 가지는 송신기를 나타내는 블록도이다.

도 2를 참조하면, 송신기(100)는 채널 인코더(110), 맵퍼(Mapper, 120), MIMO 처리기(130), 부반송파 할당기(140) 및 OFDM 변조기(150)를 포함한다. 채널 인코더(110)는 입력되는 스트림을 정해진 코딩 방식에 따라 인코딩하여 부호화된 데이터(coded word)를 형성한다. 맵퍼(120)는 부호화된 데이터를 신호 성상(signal constellation) 상의 위치를 표현하는 심벌로 맵핑한다. 맵퍼(120)에서의 변조 방식(modulation scheme)에는 제한이 없으며, m-PSK(m-Phase Shift Keying) 또는 m-QAM(m-Quadrature Amplitude Modulation)일 수 있다. MIMO 처리기(130)는 입력 심벌을 송신 안테나(190-1, …,190-Nt)에 따른 MIMO 방식으로 처리한다. 예를 들어, MIMO 처리기(130)는 코드북(codebook) 기반의 프리코딩을 처리할 수 있다.

부반송파 할당기(140)는 입력 심벌과 파일럿을 부반송파에 할당한다. 파일럿은 각 송신 안테나(190-1, …,190-Nt) 별로 배치된다. 파일럿은 채널 추정 또는 데이터 복조를 위해 사용되는 송신기(100)와 수신기(도 3의 200) 양자가 모두 아는 신호로, 기준신호(reference signal)이라고도 한다. OFDM 변조기(150)는 입력 심벌 을 OFDM 변조하여 OFDM 심벌을 출력한다. OFDM 변조기(150)는 입력 심벌에 대해 IFFT(Inverse fast Fourier transform)을 수행할 수 있으며, IFFT를 수행한 후 CP(Cyclic prefix)를 더 삽입할 수 있다. OFDM 심벌은 각 송신 안테나(190-1, …,190-Nt)를 통해 송신된다.

도 3은 다중 안테나를 가지는 수신기를 나타내는 블록도이다.

도 3을 참조하면, 수신기(200)는 OFDM 복조기(210), 채널 추정기(220), MIMO후처리기(230), 디맵퍼(240) 및 채널 디코더(250)를 포함한다. 수신 안테나(290-1, …,290-Nr)로부터 수신된 신호는 OFDM 복조기(210)에 의해 FFT(fast Fourier transform)가 수행된다. 채널 추정기(220)는 파일럿을 이용하여 채널을 추정한다. MIMO 후처리기(230)는 MIMO 처리기(130)에 대응하는 후처리를 수행한다. 디맵퍼(240)는 입력 심벌을 부호화된 데이터로 디맵핑하고, 채널 디코더(250)는 부호화된 데이터를 디코딩하여 원래 데이터를 복원한다.

도 4는 하나의 안테나 포트(port)를 사용하는 경우, 자원블록(Resource Block, RB)에서 하향링크 파일럿 패턴의 예를 나타낸다. 도 5는 2 안테나 포트를 사용하는 경우, 자원블록에서 하향링크 파일럿 패턴의 예를 나타낸다. 도 6은 4 안테나 포트를 사용하는 경우, 자원블록에서 하향링크 파일럿 패턴의 예를 나타낸다. 이는 3GPP TS 36.211 V8.2.0 (2008-03) Technical Specification Group Radio Access Network; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical Channels and Modulation (Release 8)의 6.10.1절을 참조할 수 있다.

도 4 내지 6을 참조하면, 하나의 서브프레임(subframe)은 2개의 슬롯(slot) 으로 구성된다. 하나의 서브프레임이 전송되는 데 걸리는 시간을 TTI(transmission time interval)라 한다. 예를 들어 하나의 서브프레임의 길이는 1ms이고, 하나의 슬롯의 길이는 0.5ms 일 수 있다. 하향링크 슬롯은 시간 영역(time domain)에서 복수의 OFDM 심벌을 포함하고, 주파수 영역(frequency domain)에서 복수의 자원블록을 포함한다. 하향링크 슬롯이 주파수 영역에서 포함하는 자원블록의 수는 셀에서 설정되는 하향링크 전송 대역폭(bandwidth)에 종속한다. 여기서, 하나의 하향링크 슬롯은 시간 영역에서 7 OFDM 심벌을 포함하고, 하나의 자원블록(resource block)은 주파수 영역에서 12 부반송파를 포함하는 것을 예시적으로 기술하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 자원블록 상의 각 요소(element)를 자원요소(Resource Element)라 하며, 하나의 자원블록은 12×7 자원요소를 포함한다. R_p는 제p 안테나 포트에서 파일럿의 전송을 위해 사용되는 자원요소이다(p=0, 1, 2, 3). R₀ 내지 R₃는 서로 중복되지 않게 할당된다. 하향링크 파일럿은 단말의 채널 추정을 위해 사용된다. 또, 하향링크 파일럿은 데이터 복조(demodulation)에 사용된다.

도 7은 3GPP E-UTRA 시스템의 서브프레임에서 상향링크 파일럿 패턴의 예를 나타낸다. E-UTRA는 LTE(Long Term Evolution)이라고도 한다.

도 7을 참조하면, 하나의 서브프레임은 2개의 상향링크 슬롯으로 구성된다. 상향링크 슬롯은 시간 영역에서 복수의 SC-FDMA 심벌을 포함하고, 주파수 영역에서 복수의 자원블록을 포함한다. 상향링크 파일럿은 하나의 SC-FDMA에 할당된 자원블록만큼 사용한다. 이는 안테나 개수에 상관없이, 일정한 파일럿 오버헤드를 갖는 형태이다.

도 8은 AMC(Adaptive Modulation and Coding) 영역(zone)에서 AAS(Adaptive Antenna System) 모드를 위한 파일럿 패턴의 예를 나타낸다. 이는 IEEE 표준 802.16-2004 "Part 16: Air Interface for Broadband Wireless Access Systems"의 8.4.6.3.3절을 참조할 수 있다.

AMC 영역은 하향링크 서브프레임 또는 상향링크 서브프레임 내에서 AMC 순열(permutation) 방식을 사용하는 영역이다. 순열은 논리적인 서브채널을 물리적인 부반송파로 맵핑을 의미한다. 서브채널은 복수의 부반송파를 포함하고, 서브채널 당 부반송파의 수는 순열 방식에 따라 다르다. AAS는 전송 범위(coverage)와 시스템 용량(capacity)을 향상시키기 위해 적응적으로(adaptively) 하나 이상의 안테나를 이용하는 시스템이다.

도 8을 참조하면, AMC 영역은 시간 영역으로 3 OFDM 심벌을 포함하고, 주파수 영역으로 2 빈(bin)을 포함한다. 빈은 1 OFDM 심벌상에서 9 인접하는 물리적 부반송파로 구성된다. AMC 영역에서 파일럿 패턴은 위치(location) 및 극성(polarity)으로 구성된다. 각 파일럿 패턴의 극성은 "[]"로 표현되어 있다. 심벌 오프셋(symbol offset)은 AMC 영역의 시작과 관계된다.

4세대 무선 통신 기술로 연구 중인 IEEE 802.16m에서는 현재 파일럿 구조가 활발하게 논의 중이다. IEEE 802.16m에서 MIMO를 지원하는 파일럿 구조의 파일럿 오버헤드는 상당히 클 것으로 예상된다.

이하에서, 송신기는 송신 안테나별로 서브프레임 단위로 데이터를 전송할 수 있다. 송신기는 기지국 또는 단말 모두 가능하다. 서브프레임은 물리적 사양에 의해 사용되는 고정된 시간 동안의 데이터 시퀀스이다. 서브프레임은 적어도 하나 이상의 베이직 유닛(Basic Unit)을 포함할 수 있다. 이하에서, 베이직 유닛은 파일럿 할당의 단위로 정의한다. 예를 들어, 도 4 내지 6에서 베이직 유닛은 자원블록이다. 베이직 유닛은 시간 영역에서 복수의 OFDM 심벌을 포함하고, 주파수 영역에서 복수의 부반송파를 포함한다. 베이직 유닛 상의 각 단위를 자원단위(resource unit)라 한다. 베이직 유닛 상의 자원단위는 파일럿 전송을 위해 할당되거나, 데이터 전송을 위해 할당될 수 있다.

이하, 베이직 유닛에서 4개의 안테나를 지원하는 파일럿 패턴의 예를 설명한다. 상향링크의 경우에는, 하나의 단말이 4개의 안테나를 사용하는 경우이거나, 4개의 단말이 각각 1개의 안테나를 사용하는 경우일 수도 있다. 후자의 경우를 가상(virtual) MIMO라 한다. 하나의 베이직 유닛은 시간 영역에서 6 OFDM 심벌, 주파수 영역에서 6 부반송파를 포함하는, 즉, 6×6 자원단위를 포함하는 것을 예시적으로 기술한다. 다만, 이는 예시일 뿐, 하나의 서브프레임을 구성하는 OFDM 심벌의 수, 부반송파의 수 및 자원단위의 수를 한정하는 것은 아니다. 설명을 명확히 하기 위해, 6 OFDM 심벌을 시간축에서 초기순으로 각각 제1 OFDM 심벌, 제2 OFDM 심벌, …, 제6 OFDM 심벌이라 한다. 또, 6 부반송파를 주파수축에서 초기순으로 각각 제1 부반송파, 제2 부반송파, …, 제6 부반송파라 한다.

도 9는 베이직 유닛에서 4개의 안테나에 대한 파일럿 패턴의 일 예를 나타낸다.

도 9를 참조하면, 제1 안테나에 대한 파일럿은 제1 OFDM 심벌과 제5 OFDM 심벌에서, 제1 부반송파 및 제5 부반송파에 할당된다. 제2 안테나에 대한 파일럿은 제2 OFDM 심벌과 제6 OFDM 심벌에서, 제1 부반송파 및 제5 부반송파에 할당된다. 제3 안테나에 대한 파일럿은 제1 OFDM 심벌과 제5 OFDM 심벌에서, 제2 부반송파 및 제6 부반송파에 할당된다. 제4 안테나에 대한 파일럿은 제2 OFDM 심벌과 제6 OFDM 심벌에서, 제2 부반송파 및 제6 부반송파에 할당된다. 이 경우, 베이직 유닛에서 각 안테나에 대해 파일럿이 할당된 자원단위는 중복되지 않는다. 이는 복수의 파일럿 자원이 물리적인 부반송파를 다르게 사용하는 경우이다.

도 10은 베이직 유닛에서 4개의 안테나에 대한 파일럿 패턴의 다른 예를 나타낸다.

도 10을 참조하면, 제1 안테나 및 제 3 안테나에 대한 파일럿은 제1 OFDM 심벌과 제5 OFDM 심벌에서, 제1 부반송파 및 제6 부반송파에 할당된다. 제2 안테나 및 제 4 안테나에 대한 파일럿은 제2 OFDM 심벌과 제6 OFDM 심벌에서, 제1 부반송파 및 제6 부반송파에 할당된다. 이 경우, 베이직 유닛에서 각 안테나 사이에 파일럿이 할당된 자원단위가 중복될 수 있다. 이는 복수의 파일럿 자원이 동일한 부반송파를 사용할 수 있는 경우이다.

도 11은 베이직 유닛에서 4개의 안테나에 대한 파일럿 패턴의 또 다른 예를 나타낸다.

도 11을 참조하면, 제1 안테나 내지 제4 안테나에 대한 파일럿은 제1 OFDM 심벌과 제6 OFDM 심벌에서, 제1 부반송파 및 제6 부반송파에 할당된다. 이 경우, 베이직 유닛에서 각 안테나에 대해 파일럿이 할당된 자원단위가 동일하다. 이는 복수의 파일럿 자원이 동일한 부반송파를 사용하는 경우이다.

이와 같이, MIMO를 지원하는 파일럿 구조는 복수의 파일럿 자원이 부반송파를 다르게 사용하는 경우 또는 복수의 파일럿 자원이 동일한 부반송파를 사용하는 경우, 두 가지로 구분될 수 있다.

먼저, 복수의 파일럿 자원이 부반송파를 다르게 사용하는 경우를 설명한다. 이 경우, 파일럿 오버헤드가 커지나, 정밀한 채널 추정이 가능하다. 인접 셀의 간섭(interference)을 무시할 수 있는 경우, SINR(Signal-to-Interference-and-Noise Ratio)이 높아져 채널 추정이 더욱 정밀해질 수 있다. 그런데, 복수의 파일럿 자원 전부를 사용하지 않고, 일부 파일럿 자원만을 사용하는 경우 부반송파가 남게 된다. 남는 부반송파 자원은 데이터 전송 용도로 사용할 수 있다.

다음, 복수의 파일럿 자원이 동일한 부반송파를 사용하는 경우를 설명한다. 이 경우, 복수의 안테나에서 동일한 부반송파로 파일럿을 전송한다. 각 안테나를 통해 전송되는 파일럿을 구분하기 위해, 각 안테나마다 특정한 파일럿 시퀀스(sequence)가 할당된다. 각 안테나의 채널은 각 안테나마다 할당된 특정한 파일럿 시퀀스를 통해 구분되어 추정된다. 채널은 일반적으로 시간 또는 주파수에 평평한 페이딩(flat fading) 채널로 가정되어 추정된다. 파일럿 시퀀스의 길이가 길수록 채널 추정의 정확도가 높아질 수 있다. 그런데, 복수의 안테나 전부를 사용하지 않고, 일부 안테나만을 사용하는 경우 사용하지 않는 안테나에 할당된 파일럿 시퀀스는 자원 낭비가 된다. 이 경우는 복수의 파일럿 자원이 부반송파를 다르게 사용 하는 경우와 달리 일부 부반송파를 데이터 전송 용도로 활용할 수 없는 구조이다. 이러한 파일럿 구조는 도 7에서 설명한 3GPP LTE의 상향링크에서 사용되고 있는 구조이다.

상기와 같은 MIMO를 지원하는 파일럿 구조에서는, 복수의 파일럿 자원 중 일부 파일럿 자원을 사용하지 않는 경우, 무선 자원을 낭비하게 된다. 일반적으로, 셀 내 다수의 단말은 동일한 파일럿 구조를 사용하나, 각각의 단말은 서로 다른 안테나 모드로 설정(configuration)될 수 있다. 예를 들어, 2 개의 단말이 4 안테나를 지원하는 파일럿 구조를 공유하나, 하나의 단말은 4개의 안테나를 사용하고, 다른 단말은 1개의 안테나를 사용할 수 있다. 이 경우, 1 개의 안테나를 사용하는 단말은 파일럿으로 할당된 자원을 전부 사용하지 못하게 된다. 이는 한정된 무선 자원을 비효율적으로 사용하는 문제가 발생한다. 하향링크 파일럿의 경우, 다수의 단말이 모두 공용으로 사용한다. 상향링크 파일럿의 경우, 특정 단말이 독점적으로 사용하거나, 다른 단말과 가상 MIMO로 사용될 수 있다. 따라서, 상향링크 파일럿의 경우 파일럿으로 할당된 자원의 용도를 변경하기가 더 용이하다. 특히 3GPP LTE의 경우에는 파일럿이 특정 OFDM 심볼 전체로 정의되어 있으므로, 안테나 개수에 따라서 해당 셀에서 정의해 사용하는 파일럿 자원은 셀에서 지원하는 최대 안테나 개수까지 예약해놓고 사용하게 된다. 하지만 실제 사용하는 단말의 성능(capability)에 따라서 일부 파일럿 자원은 남게 되는 경우가 발생한다.

송신기가 베이직 유닛에 할당된 파일럿에 따른 안테나 개수보다 적은 수의 안테나를 사용하는 경우, 사용하지 않는 파일럿 자원을 다른 용도로 활용하는 것이 효율적이다. 따라서, 다중 안테나를 지원하는 파일럿 자원 구조의 경우, 파일럿이 할당된 자원을 효율적으로 사용할 수 있는 데이터 전송 방법을 제공할 필요가 있다. 이하, 다중 안테나를 지원하는 파일럿 자원 구조에서, 복수의 파일럿 자원이 부반송파를 다르게 사용하는 경우와, 복수의 파일럿 자원이 동일한 부반송파를 사용하는 경우 각각에 대해 파일럿으로 할당된 자원을 사용하는 방법을 설명한다.

(1) 복수의 파일럿 자원이 부반송파를 다르게 사용하는 경우

도 12는 베이직 유닛 내에서 파일럿이 할당된 자원단위를 모은 논리적인 파일럿 자원단위 열이다. 이는 4개의 송신 안테나에 대한 논리적인 파일럿 자원단위 열로써, 송신 안테나 개수에 따라 논리적인 파일럿 자원단위 열이 달라질 수 있다. 파일럿 자원단위 열은 실제 파일럿 구조와 상관없다.

도 12를 참조하면, 파일럿 자원단위 열은 제1 안테나에 대한 하나의 자원단위로부터 제4 안테나에 대한 하나의 자원단위 순으로 배열되고, 다시 제1 안테나에 대한 하나의 자원단위로부터 제4 안테나에 대한 하나의 자원단위 순으로 배열된다. 파일럿 자원단위 열에서 동일한 안테나에 대응하는 복수의 자원단위는 OFDM 심벌의 순서 또는 부반송파의 순서에 따라 배열될 수 있다. 도 12는 파일럿 자원단위 열의 예일 뿐이고, 파일럿 자원단위 열을 구성하는 자원단위의 순서를 한정하는 것은 아니다.

파일럿으로 할당된 자원단위는 데이터 전송을 위한 자원단위로 전환하는 것이 용이하다. 지원 가능한 최대 안테나 수보다 적은 안테나만을 사용하는 경우, 상기 일부 안테나에 대해 파일럿으로 할당된 자원단위를 데이터 전송을 위해 사용할 수 있다. 자원단위를 유연하게(flexible) 사용함으로써, 한정된 무선 자원을 효율적으로 사용할 수 있다. 이하, 사용하지 않는 일부 안테나에 대해 파일럿으로 할당된 자원단위를 잉여(residue) 자원단위라 한다.

잉여 자원단위에 전송될 수 있는 데이터는 사용자 데이터 또는 제어 정보(control information)일 수 있다. 특히, 잉여 자원단위를 통해 정보량이 적은 제어 정보를 전송하는 것은 매우 효율적이다. 예를 들어, 제어 정보에는 제어에 관련된 스케줄링, ACK(Acknowledgement)/NACK(Negative Acknowledgement), CQI(Channel Quality Indicator), 전력 제어(power control), 간섭 지시(interference indication), 제어에 관련된 다중 부반송파(multicarrier) 등이 있다.

데이터는 하나의 잉여 자원단위를 통해 전송될 수 있고, 복수의 잉여 자원단위를 통해 전송될 수도 있다.

하나의 잉여 자원단위를 통한 전송은 부반송파 단위로 데이터를 전송하는 것과 같다. 이는 데이터 트래픽(traffic)에 부반송파를 사용하는 것과 같다. 이때, 부반송파 단위로 전달되는 데이터 신호는 논-코히어런트(non-coherent) 방식 또는 코히어런트(coherent) 방식으로 전송될 수 있다. 논-코히어런트 방식은 수신단에서 정보 비트열인 시퀀스(sequence) 자체의 검출을 통해 신호를 판단하는 방식이다. 코히어런트 방식은 수신단에서 기준신호(reference signal)를 통해서 채널 추정을 하여 시퀀스에 변조(modulation)된 신호를 검출하는 방법이다. 논-코히어런트 방식은 채널 추정 결과가 나올 때까지 기다리지 않고 바로 신호를 처리할 수 있다. 반 면, 코히어런트 방식은 채널 추정 후에 복조하므로, 더 많은 정보를 전달할 수 있다. 제어 신호의 조합에 따라서 일부는 논-코히어런트 방식으로 전송하고, 다른 신호가 존재할 경우 상기 다른 신호를 추가적으로 코히어런트 방식으로 전송할 수 있다. 또한, 코히어런트 방식의 신호와 논-코히어런트 방식의 신호가 혼합되어 전송될 수 있다.

복수의 잉여 자원단위를 통한 전송은 부반송파 집합(subset)으로 데이터를 전송하는 것과 같다. 베이직 유닛 내 복수의 잉여 자원단위 전부를 사용하여 데이터를 전송할 수 있다. 또는, 베이직 유닛 내 복수의 잉여 자원단위를 제1 전송 영역, 제2 전송 영역, …, 제N 전송 영역(N은 자연수)으로 나누어 각 전송 영역마다 데이터를 전송할 수도 있다. 부반송파 집합으로 데이터를 전달함으로써, 데이터에 확산 이득(spreading gain)을 주거나, 간섭(interference)을 제거할 수 있다. 따라서, 부반송파 집합으로 데이터를 전송하는 방법은 높은 서비스 품질(Quality of Service, QoS)를 요구하는 데이터 전송에 사용할 수 있다.

도 13은 4개의 송신 안테나에 대한 논리적인 파일럿 자원단위 열에서 복수의 잉여 자원단위를 제1 전송 영역 및 제2 전송 영역으로 나눈 경우를 나타낸다. 이는 예시일 뿐, 베이직 유닛 내 복수의 잉여 자원단위는 제1 전송 영역, 제2 전송 영역, …, 제N 전송 영역(N은 자연수)으로 나눌 수 있다. 송신기는 제1 안테나만을 사용하고, 제2 내지 제4 안테나는 사용하지 않는다고 가정한다.

도 13을 참조하면, 파일럿 자원단위 열은 제2 내지 제4 안테나에 대한 자원단위들 중 6 자원단위씩 제1 전송 영역과 제2 전송 영역으로 구분된다. 제1 전송 영역은 제1 데이터 전송에 사용되고, 제2 전송 영역은 제2 데이터 전송에 사용된다.

전송 영역을 통해 전송되는 데이터의 대역폭을 확산시키기 위해 확산 시퀀스(spreading sequence)를 사용할 수 있다. 또, 각 전송 영역을 통해 전송되는 데이터를 구별하기 위해 확산 시퀀스를 사용할 수도 있다. 확산 시퀀스로는 안테나에서 사용하는 파일럿 시퀀스를 재사용할 수 있다. 다만, 파일럿 시퀀스는 길이 등의 이유로 확산 시퀀스로 사용되지 않을 수도 있다. 각 전송 영역마다 확산 시퀀스를 사용하는 경우, 각 전송 영역에 사용되는 확산 시퀀스들은 상호 상관(cross correlation)이 낮은 시퀀스 또는 직교(orthogonal) 시퀀스를 사용할 수 있다. 예를 들어, 월시(Walsh) 시퀀스, m-시퀀스, CAZAC(Constant Amplitude Zero Auto-Correlation) 시퀀스 등을 사용할 수 있다.

제1 데이터는 제1 확산 시퀀스를 통해 대역폭이 확산되어, 제1 전송 영역에 맵핑되고, 제2 데이터는 제2 확산 시퀀스를 통해 대역폭이 확산되어, 제2 전송 영역에 맵핑될 수 있다. 이때, 제1 확산 시퀀스와 제2 확산 시퀀스는 서로 직교하는 시퀀스를 사용하거나, 상호 상관이 낮은 시퀀스를 사용할 수 있다.

부반송파 집합으로 신호를 전송하는 경우, 부반송파 단위로 전달되는 신호와 같이 논-코히어런트 방식 또는 코히어런트 방식으로 전송될 수 있다. 제어 신호의 조합에 따라서 일부는 논-코히어런트 방식으로 전송하고, 다른 신호가 존재할 경우 상기 다른 신호를 추가적으로 코히어런트 방식으로 전송할 수 있다. 또한, 코히어런트 방식의 신호와 논-코히어런트 방식의 신호가 혼합되어 전송될 수 있다.

도 14는 도 13의 6 잉여 자원단위의 전송 영역을 통해 데이터를 전송하는 방법을 나타낸다. 데이터는 제어 신호인 경우를 나타내었으나. 사용자 데이터 전송에도 적용될 수 있다.

도 14를 참조하면, 제어 신호 A(Control Signal A), 제어 신호 B(Control Signal B) 및 제어 신호 C(Control Signal C)는 다양한 조합으로 6 자원단위의 전송 영역을 통해 전송될 수 있다. 각 제어 신호는 서로 독립적이거나, 종속적일 수 있다.

시퀀스 ID(Identifier) 선택기(Sequence ID selector)는 시퀀스 ID를 선택해 확산 시퀀스를 결정한다. 시퀀스 ID는 자체가 정보가 될 수 있고, 고정될 수도 있다. 제어 신호 A는 확산 시퀀스를 통해 대역폭이 확산된다.

제어 신호 B는 온/오프 제어(On/Off control)을 통해 '0' 또는 '1'인 1 비트 정보가 된다. 온/오프 제어는 항상 온으로 고정할 수도 있다.

제어 신호 C는 변조(modulation)를 통해 신호 성상(signal constellation)에 대응하는 변조 정보가 된다. 변조 단계는 '1'로 고정될 수 있다. 또, 변조 단계는 시퀀스 간의 차등 변조(differential modulation)로 구현될 수 있다. 또한, 변조 단계는 시퀀스 간 스크램블링(scrambling)으로 구현될 수도 있다.

상기 처리 과정을 거친 제어 신호 A, 제어 신호 B 및 제어 신호 C는 다양한 조합으로 부반송파 맵퍼(Subcarrier Mapper)에 맵핑된다. 제어 신호의 조합은 부반송파 맵퍼를 거쳐 6 잉여 자원단위의 전송 영역에 맵핑된다.

도 15는 6 잉여 자원단위의 전송영역을 통해 전송된 수신 신호로부터 데이터 를 복구하는 방법을 나타낸다. 데이터는 제어 신호인 경우를 나타내었으나. 사용자 데이터가 전송된 경우에도 적용될 수 있다.

도 15를 참조하면, 수신 신호를 역확산(Despreading)을 통해 시퀀스 ID를 복구할 수 있다. 역확산 후, 에너지 검출기(Energy detector)를 통해 1 비트 정보를 복구할 수 있다. 1 비트 이상의 정보는 코히어런트 검출(Coherent detection)을 통해 복구할 수 있다. 1 비트 이상의 정보는 논-코히어런트 검출을 통해 복구할 수도 있다. 시퀀스 ID, 에너지 또는 변조 정보는 제어 신호 또는 사용자 데이터 등이 될 수 있다.

이와 같이 파일럿 전송을 위해 할당된 복수의 파일럿 자원 중 일부의 파일럿자원을 사용하지 않는 경우, 상기 일부의 파일럿 자원을 이용한 데이터의 전송은 데이터 변조(data modulation)을 통해서 직접 부반송파에 전송하는 방법, 시퀀스 ID를 선택하여 지칭하는 방법, 순환 시프트의 남는 영역을 사용하는 방법, 에너지 검출로 지칭하는 방법, 추가적 스프레딩 시퀀스를 사용하는 방법, 기존 파일럿 시퀀스에 커버 시퀀스를 사용하는 방법 등으로 구성될 수 있다.

(2) 복수의 파일럿 자원이 동일한 부반송파를 사용하는 경우

복수의 파일럿 자원이 동일한 부반송파를 사용하는 경우, 각 안테나를 통해 전송되는 파일럿을 구분하기 위해, 각 안테나마다 특정한 파일럿 시퀀스가 할당된다. 이때 사용되지 않는 파일럿 시퀀스가 존재하게 되면 이를 정보 전달용으로 활용할 수 있다. 이하, 파일럿 시퀀스와 같이 사용되지 않은 파일럿 자원을 잉여 파일럿 자원이라 한다. 잉여 파일럿 자원를 이용하여 추가적인 데이터를 전달할 수 있다. 추가적인 데이터는 사용자 데이터 또는 제어 정보일 수 있다. 잉여 파일럿 자원은 실제 파일럿 자원으로 정의되어 있었으나 최대 안테나 개수로 사용하지 않아서 생긴 자원일 수도 있다. 또, 잉여 파일럿 자원은 부가적 파일럿 자원일 수도 있다. 기존 파일럿 자원으로 정의된 시퀀스에 추가하여 더 많은 시퀀스가 파일럿 자원으로 정의될 수 있다. 이 경우에 추가로 정의되는 시퀀스는 잉여 파일럿 자원으로 간주할 수 있다. 이러한 경우는 팸토 셀과 매크로 셀의 차이처럼 셀의 환경이 확연히 차이가 나는 구조에서 발생할 수 있다. 매크로 셀은 5μs 정도의 지연 스프레드(delay spread)를 가정하지만, 팸토 셀은 1μs보다 훨씬 작은 지연 스프레드를 갖는다. 이 경우 시퀀스를 정의함에 있어서 더 작은 지연 스프레드로부터 더 많은 순환 시프트 시퀀스(circular shifted sequence)를 만들 수 있다. 3GPP LTE에서 사용된 상향링크 파일럿 구조에서는 기본 자원 단위가 12 부반송파이고 이 중에서 8개의 순환 시프트를 사용하도록 하고 있다. 그런데, 매크로 셀에서는 이들을 모두 활용하기 곤란한 반면, 펨토 셀에서는 12개의 순환 시프트를 모두 사용할 수 있는 채널 상황이 된다. 따라서 기존 파일럿 자원 구조에서 추가로 만들어질 수 있는 시퀀스를 잉여 파일럿 자원으로 활용할 수 있다. 이와는 달리, 잉여 파일럿 자원의 구성은 파일럿 자원으로 정의된 시퀀스뿐만 아니라 일정한 간섭을 일으키더라도 추가적인 시퀀스를 따로 정의해서 사용할 수 있다. 이는 파일럿 자원이 높은 스프레딩 이득(spreading gain)에 근거하는 경우에 사용하기 용이하며, 서로 간의 간섭을 충분히 낮게 유지하도록 시퀀스를 추가할 수 있다. 직교 시퀀스 또는 상호 상관이 낮은 시퀀스를 이용하여 더 많은 시퀀스 자원을 만들 수 있는 경우, 기존 파일럿 시퀀스와 함께 추가적인 데이터를 전송할 수 있다. 데이터 전송 방법 및 복구 방법은 도 14 및 도 15를 적용할 수 있다.

이와 같이 파일럿 전송에 사용하지 않는 잉여 파일럿 자원을 데이터 전송에 사용함으로써, 한정된 무선 자원을 효율적으로 사용할 수 있다. 또, 잉여 파일럿 자원을 정보량이 적은 제어 신호 전송에 사용할 수 있다. 이 경우, 제어 신호 전송에 필요한 자원을 따로 할당할 필요가 없어, 할당 오버헤드(allocation overhead)를 감소시킬 수 있다. 이를 통해 전체 시스템 성능을 향상시킬 수 있다. 실제 데이터가 전송되는 구성은 잉여 안테나를 통해서 해당 파일럿 자원을 이용한 데이터 전송 형태를 갖을 수 있다. 또, 파일럿이 전송되는 안테나를 통해서 해당 파일럿 자원을 이용한 데이터 전송으로 구성될 수 있다. 즉, 잉여 파일럿 자원을 이용해서 데이터를 전송함에 있어서는 파일럿 자원과 물리적 안테나와의 사전 정의가 달라질 수 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 있 을 것이다. 따라서 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명은 이하의 특허청구범위의 범위 내의 모든 실시예들을 포함한다고 할 것이다.

도 1은 무선 통신 시스템을 나타낸다.

도 2는 다중 안테나를 가지는 송신기를 나타내는 블록도이다.

도 3은 다중 안테나를 가지는 수신기를 나타내는 블록도이다.

도 4는 하나의 안테나 포트를 사용하는 경우, 자원블록에서 하향링크 파일럿 패턴의 예를 나타낸다.

도 5는 2 안테나 포트를 사용하는 경우, 자원블록에서 하향링크 파일럿 패턴의 예를 나타낸다.

도 6은 4 안테나 포트를 사용하는 경우, 자원블록에서 하향링크 파일럿 패턴의 예를 나타낸다.

도 7은 3GPP E-UTRA 시스템의 서브프레임에서 상향링크 파일럿 패턴의 예를 나타낸다.

도 8은 AMC 영역에서 AAS 모드를 위한 파일럿 패턴의 예를 나타낸다.

도 9는 베이직 유닛에서 4개의 안테나에 대한 파일럿 패턴의 일 예를 나타낸다.

도 10은 베이직 유닛에서 4개의 안테나에 대한 파일럿 패턴의 다른 예를 나타낸다.

도 11은 베이직 유닛에서 4개의 안테나에 대한 파일럿 패턴의 또 다른 예를 나타낸다.

도 12는 베이직 유닛 내에서 파일럿이 할당된 자원단위를 모은 논리적인 파 일럿 자원단위 열이다.

도 13은 4개의 송신 안테나에 대한 논리적인 파일럿 자원단위 열에서 복수의 잉여 자원단위를 제1 전송 영역 및 제2 전송 영역으로 나눈 경우를 나타낸다.

도 14는 도 13의 6 잉여 자원단위의 전송영역을 통해 데이터를 전송하는 방법을 나타낸다.

도 15는 6 잉여 자원단위의 전송영역을 통해 전송된 수신 신호로부터 데이터를 복구하는 방법을 나타낸다.

Claims (8)

1. 무선 통신 시스템에서 데이터 전송 방법에 있어서,

   복수의 안테나를 통한 파일럿 전송을 지원하기 위한 복수의 파일럿 자원을 할당하는 단계; 및

   상기 복수의 파일럿 자원 중 파일럿 전송에 사용하지 않는 잉여 파일럿 자원이 있는 경우, 상기 잉여 파일럿 자원을 이용하여 데이터를 전송하는 단계를 포함하며,

   상기 데이터를 전송하는 단계는,

   확산 시퀀스를 이용하여 상기 데이터의 대역폭이 확산된 확산 데이터를 생성하는 단계;

   상기 확산 데이터를 상기 잉여 파일럿 자원에 맵핑하는 단계; 및

   상기 확산 데이터를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법..
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 잉여 파일럿 자원은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심벌과 부반송파를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 데이터는 제어 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 데이터는 ACK(Acknowledgement)/NACK(Negative Acknowledgement) 또는 CQI(Channel Quality Indicator)를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 확산 시퀀스는 상기 잉여 파일럿 자원에 대응하는 파일럿 시퀀스인 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
7. 무선 통신 시스템에서 데이터 전송 방법에 있어서,

   복수의 안테나를 통한 파일럿 전송을 지원하기 위한 복수의 파일럿 자원을 할당하는 단계;

   상기 복수의 파일럿 자원 중 파일럿 전송에 사용하지 않는 잉여 파일럿 자원이 있는 경우,

   상기 잉여 파일럿 자원을 제1 전송 영역 및 제2 전송 영역으로 나누는 단계;

   상기 제1 전송 영역에 제1 확산 시퀀스를 이용해 대역폭이 확산된 제1 데이터를 맵핑하는 단계;

   상기 제2 전송 영역에 제2 확산 시퀀스를 이용해 대역폭이 확산된 제2 데이터를 맵핑하는 단계; 및

   상기 제1 데이터 및 상기 제2 데이터 각각을 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 제1 확산 시퀀스와 상기 제2 확산 시퀀스는 서로 직교하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.

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