KR101474581B1 - 통신 시스템에서의 확장가능한 ｏｆｄｍ 및 ｏｆｄｍａ 대역폭 할당 - Google Patents

통신 시스템에서의 확장가능한 ｏｆｄｍ 및 ｏｆｄｍａ 대역폭 할당 Download PDF

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Abstract

확장가능한 단일 또는 다중 캐리어 대역폭 할당 특성을 가지면서 스펙트럼 효율성을 향상시키고 신축성 및 적응성을 증가시키기 위한, OFDM, OFDMA, 또는 SC-FDMA 시스템들과 같은 통신 시스템들에서의 대역폭 할당 기술이 개시된다.
캐리어, 대역폭, 할당, 스펙트럼, 주파수, OFDM, OFDMA, SC-FDMA.

Description

통신 시스템에서의 확장가능한 ＯＦＤＭ 및 ＯＦＤＭＡ 대역폭 할당{SCALABLE OFDM AND OFDMA BANDWIDTH ALLOCATION IN COMMUNICATION SYSTEMS}
본 출원은 "SCALABLE OFDM AND OFDMA BANDWIDTH ALLOCATION IN COMMUNICATION SYSTEMS"의 명칭으로 2007년 3월 23일에 출원된 미국 가특허출원 제60/896,859호의 우선권을 주장하며, 이것은 본 출원 명세서의 일부로서 참조에 의해 병합된다.
본 출원은 여러가지 중에서, OFDM(직교 주파수 분할 멀티플렉싱), OFDMA(직교 주파수 분할 다중 액세스), 및 SC-FDMA(단일 캐리어 주파수-분할 다중 액세스) 시스템에 기초하는 통신을 포함하는 유선 및 무선 통신에 관한 것이다.
다양한 무선 셀룰라 네트워크에서, 통신 성능 및 데이터 처리량은 비이용가능하거나 또는 혼잡한 네트워크 스펙트럼으로 인해 악화될 수 있다. 할당된 스펙트럼 대역은 의도적인 전자기 방출 및 비의도적인 전자기 방출 모두의 급증으로 인하여 희망하는 신호와 비희망하는 신호로 점진적으로 혼잡해져 간다. 이와 같이 혼잡한 스펙트럼은 신호 악화 및 간섭을 야기시킬 수 있다. 예를 들어, 저전력 신호와 고전력 신호 모두는 수신기의 안테나 또는 안테나 어레이에 의해 동시적으로 관측될 수 있다. 이러한 상황하에서, 희망하는 신호는 간섭하는 신호의 매우 강한 클러 스터 아래로 묻혀버릴 수 있기 때문에 희미해져서 검출되지 않을 수 있다.
스펙트럼을 이용할 수 있는 여러 기술들 중에서, 직교 주파수 분할 멀티플렉싱(OFDM)은 여러 개의 무선 네트워크 물리층들에 대해 표준화되어왔던 멀티캐리어 데이터 송신을 위한 기술이다. OFDM에서, 할당된 채널은 복수개의 직교 서브채널들로 분할된다. 각각의 서브채널들은 동일한 대역폭을 가지며, 고유의 서브캐리어 신호 그룹으로 이루워진다. 서브캐리어 신호들은 임의의 두 개의 서브캐리어들의 내적이 0이라는 점에서 서로 직교한다. 직교 서브캐리어 신호들의 주파수들은 균등하게 최소한으로 이격되어서 서브캐리어 신호들의 데이터 변조가 최적의 대역폭 효율성을 조장할 수 있도록 한다. 이와 대비되어, 멀티캐리어 데이터 송신을 위한 주파수 분할 멀티플렉싱은 비직교 서브캐리어 신호들을 이용하며, 서브캐리어 신호 주파수 스펙트럼들을 격리시키기 위해 할당된 채널 대역폭의 세그먼트들을 이용한다.
직교 주파수 분할 다중 액세스(OFDMA)는 OFDM 기술의 다중 사용자 버전이다. OFDMA에서 다중 액세스는 직교 서브캐리어들의 서브세트들을 개개별의 가입자국에 지정함으로써 달성된다. OFDMA는 무선 자원들이 시간-주파수 공간으로 파티션화되고, 네트워크 사용자 데이터 버스트가 OFDM 심볼 인덱스 뿐만이 아니라 OFDM 서브캐리어 인덱스를 따라 지정되는 주파수 영역 및 시간 영역 다중 액세스의 조합으로서 간주될 수 있다. OFDMA는 다양한 표준화 단체들에 의해 폭넓게 채택되어 왔다.
단일 캐리어 주파수 분할 다중 액세스(SC-FDMA)는 선형 프리코딩 OFDMA 방식 또는 단일 캐리어 다중 액세스 방식으로서 간주될 수 있다. 통상적인 OFDMA를 능가하는 SC-FDMA의 한가지 장점은 SC-FDMA 신호는 자신의 본질적인 단일 캐리어 변조 방법으로 인해 낮은 피크 대 평균 전력비(PAPR)를 갖는다는 점이다. SC-FDMA는 특히, 낮은 PAPR이 이동 단말기 전력 효율성에 이로움을 주는 업링크 통신의 경우에서, OFDMA에 대한 대안책으로서도 고려될 수 있다. SC-FDMA는 3GPP 롱 텀 에볼루션(LTE), 또는 진화된 UTRA에서의 업링크 다중 액세스 방식을 위해 채용되어 왔다.
주파수 영역에서, OFDM 또는 OFDMA 신호는 직교 서브캐리어들로 구성되는데, 이 직교 서브캐리어들의 갯수는 고속 푸리에 변환(FFT)의 크기 N FFT 를 결정한다. 도 1a는 OFDMA 대역폭 정의를 도시한다. Δf를 서브캐리어 간격인 것으로 가정하면, 샘플링 주파수 f S 는 다음의 공식을 통해 계산될 수 있다:
Figure 112009064864225-pct00001
주어진 공칭 채널 대역폭 BW에 대해, N FFT 개 중에서 오로지 서브캐리어들의 서브세트(N SIG )만이 신호용으로 차지되는데, 이를 신호 대역폭 BW SIG 이라고 부른다. N SIG 는 데이터를 종종 포함하지 않는 DC 서브캐리어를 포함할 수 있다. 데이터 및 정보의 송신을 위해 이용되지 않는 나머지 서브캐리어들은 가드 서브캐리어(guard subcarrier)로서 역할을 한다. 가드 서브캐리어들은 신호가 자연스럽게 쇠퇴하여 FFT "장벽" 형상을 생성할 수 있도록 하는데 이용된다. FFT 크기를 선택하는 경험칙(rule of thumb)은 N SIG 보다 큰 최소의 2의 멱승(power of two)을 선택하는 것이다. 정규 채널 대역폭 BW는 신호 운송 서브캐리어들의 양쪽측상의 가드 서브캐리어들의 존재로 인하여 신호 대역폭보다 크다. 샘플링 주파수 f S 는 정규 채널 대역폭보 다 크도록 선택된다.
OFDMA 물리층에서는, 자원 그리드와 기본 자원 블럭이 정의된다. 정의된 자원 그리드에 기초하여, 주파수 영역내의 하나 또는 다수의 기본 블럭들의 그룹은 몇몇 표준안에서 서브채널로서 정의된다. N SIG 는 N SC 개의 서브캐리어들로 각각 구성된 다수의 서브채널들 또는 기본 자원 블럭들을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 서브채널은 채널 대역폭 분할 최소 단위로서 이용되며, 각각의 서브채널은 N SC 개의 서브캐리어들을 갖는다.
역 고속 푸리에 변환(IFFT)은 OFDM 또는 OFDMA 파형을 생성하고, 이와 연관된 지속기간은 이용가능 심볼 시간 T IFFT 로서 불리워진다. 도 1b는 OFDM 또는 OFDMA 신호의 시간 영역 심볼 구조를 나타낸다. 이용가능 심볼 기간의 최종부분의 복사체는 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix; CP) T G 로서 알려져 있으며, 이것은 톤들의 직교성을 유지하면서 다중경로를 수집하는데 이용된다. 또한, 작은 윈도우잉 기간이 CP 이전의 시간 슬롯과 심볼 시간의 후단부에서의 시간 슬롯에 택일적 사항으로서 추가될 수 있다. 윈도우잉 기간을 추가하는 것은 대역내 신호 방출 및 대역외 신호 방출을 줄여줄 수 있다. 총 심볼 시간 T SYM 은 추가적인 CP 시간 T G 와, 택일적인 윈도우잉 시간 T WIN 을 포함한다(즉, T SYM =T G +T IFFT +T WIN 이다). 사이클릭 확장을 이용하면, 확장된 심볼의 길이에 걸친 임의의 곳에서 수신기에서 FFT를 수행하는데에 필요로 하는 샘플들이 취해질 수 있다. 이것은 심볼 시간 동기화 에러에 대한 내성 뿐만이 아니라 다중경로 면역성을 제공한다.
본 출원은 가드 서브캐리어들을 감소시키고, 일부 경우에서는 이 가드 서브캐리어들을 제거시키기 위해, 여러가지 중에서, OFDM(직교 주파수 분할 멀티플렉싱), OFDMA(직교 주파수 분할 다중 액세스), 및 SC-FDMA(단일 캐리어 주파수-분할 다중 액세스) 대역폭 할당 기술들을 설명한다. 다양한 구현예에서, 설명된 기술들은 스펙트럼의 활용 효율성을 높이는데 이용될 수 있다.
일 실시양태에서, 직교 주파수 분할 멀티플렉싱(OFDM) 또는 직교 주파수 분할 다중 액세스(OFDMA) 시스템에서 스펙트럼 대역폭을 할당하는 방법은: 직교 서브캐리어들에 대한 공통 서브캐리어 간격을 선택하고; 캐리어의 주어진 공칭 채널 대역폭과 동일하거나 또는 이보다 큰 샘플링 주파수를 선택하며; 캐리어의 주어진 공칭 채널 대역폭의 양쪽 끝에 있는 서브캐리어들을 가드 서브캐리어들로서 지정하지 않고 신호 송신을 위해 주어진 공칭 채널 대역폭내의 서브캐리어들을 이용하는 것을 포함하는 것이 설명된다.
다른 실시양태에서, 직교 주파수 분할 멀티플렉싱(OFDM) 및 직교 주파수 분할 다중 액세스(OFDMA) 시스템에서 스펙트럼 대역폭 할당을 위한 방법은, 다수의 서로 다른 공칭 채널들 사이에 가드 대역들을 갖는 것 없이 서로가 주파수측면에서 앞뒤로 순차적으로 배치되도록 다수의 서로 다른 공칭 채널들을 할당하고; 다수의 서로 다른 공칭 채널들내의 모든 서브캐리어들을 두 개의 인접한 서브캐리어들 사이에 공통 서브캐리어 간격을 가지며 다수의 서로 다른 공칭 채널들에 걸쳐 정렬되도록 지정하고; 주어진 공칭 채널 대역폭 또는 다수의 공칭 채널 대역폭과 동일하거나 또는 이보다 큰 샘플링 주파수를 선택하며; 다수의 서로 다른 공칭 채널들 각각에 대한 공칭 채널 대역폭의 양쪽 끝에 있는 서브캐리어들을 가드 서브캐리어들로서 지정하는 것 없이 신호 송신을 위해 주어진 공칭 채널 대역폭 또는 다수의 공칭 채널 대역폭내의 서브캐리어들을 이용하는 것을 포함하는 것이 설명된다.
다른 실시양태에서, OFDM(직교 주파수 분할 멀티플렉싱), OFDMA(직교 주파수 분할 다중 액세스), 또는 SC-FDMA(단일 캐리어 주파수-분할 다중 액세스)에서 스펙트럼 대역폭을 할당하는 방법은, 주파수 대역을 정규 채널 대역폭을 갖는 복수의 채널들로 분할하고; 각각의 채널들을 복수의 서브캐리어들을 각각 포함하는 복수의 서브채널들로 분할하며; 각각의 공칭 채널 대역폭이 복수의 서브채널들로 균등하게 분할되도록 공칭 채널 대역폭을 선택하는 것을 포함한다.
또 다른 실시양태에서, OFDM(직교 주파수 분할 멀티플렉싱), OFDMA(직교 주파수 분할 다중 액세스), 또는 SC-FDMA(단일 캐리어 주파수-분할 다중 액세스) 시스템에서 스펙트럼 대역폭을 할당하는 방법은, 캐리어간 간섭을 감소시키거나 또는 제거시키기 위해 두 개의 서로 다른 캐리어들에 속하는 가장자리 서브캐리어들이 서로 직교하도록 배치내에서 이웃하는 두 개의 캐리어들 사이의 캐리어 거리를 선택하는 것을 포함한다.
또 다른 실시양태에서, OFDM(직교 주파수 분할 멀티플렉싱), OFDMA(직교 주파수 분할 다중 액세스), 또는 SC-FDMA(단일 캐리어 주파수-분할 다중 액세스) 시스템에서 스펙트럼 대역폭을 할당하는 방법은, 주어진 공칭 캐리어 대역폭을 균등하게 분할하도록 직교 서브캐리어들의 공통 서브캐리어 간격을 선택하는 것을 포함한다.
또 다른 실시양태에서, OFDM(직교 주파수 분할 멀티플렉싱), OFDMA(직교 주파수 분할 다중 액세스), 또는 SC-FDMA(단일 캐리어 주파수-분할 다중 액세스) 시스템에서 스펙트럼 대역폭을 할당하는 방법은, 다수의 공칭 채널 대역폭들을 멀티 캐리어 시스템내에서 균등하게 분할할 수 있는 직교 서브캐리어들의 공통 서브캐리어 간격을 선택하는 것을 포함한다.
이러한 예시들 및 구현예들과 기타의 예시들 및 구현예들이 첨부된 도면들, 발명의 상세한 설명 및 청구항내에서 보다 자세하게 설명된다.
도 1a 및 도 1b는 주파수 영역 및 시간 영역에서의 예시적인 OFDM 또는 OFDMA 신호 정의를 각각 도시한다.
도 2a는 심지어 전형적인 동일한 OFDM 기술 배치의 경우에서도, 이웃하는 두 개의 OFDM 시스템들 사이의 캐리어 거리가 서브캐리어 간격으로 균등하게 분할될 수 없으며, 서브캐리어 간격이 두 개의 캐리어들의 경계부에 걸쳐 유지될 수 없음으로써, 이로 인해 가장자리 서브캐리어들에서 서로에 대한 강한 캐리어간 간섭을 불러일으키는 것을 도시한다.
도 2b는 도 2a에서 도시된 캐리어간 간섭을 감소시키는데 사용되는 (신호 송신이 없는) 가드 서브캐리어들 및 필터링을 도시한다.
도 3a는 공칭 캐리어 대역폭이 서브캐리어 간격으로 균등하게 분할되는 예시 적인 OFDM 또는 OFDMA 신호를 도시한다. 몇몇의 응용예 또는 배치에서는 가드 서브캐리어들이 필요하지 않다.
도 3b는 세 개의 캐리어들 사이에 가드 서브캐리어들이 필요하지 않으며, 모든 서브캐리어들이 서로 직교하는 예시적인 멀티 캐리어 OFDM 또는 OFDMA 배치를 도시한다.
도 3c는 어떻게 멀티 캐리어 신호가 발생되는지에 관한 예시를 도시한다. 이 예시에서, 10MHz의 세 개의 캐리어들이 이용되고, 서브캐리어들의 갯수는 정확하지 않는데, 이것은 단순히 설명을 위한 것일 뿐이다. 본 발명의 방법을 적용함으로써, 세 개의 10MHz 캐리어들이 서로들 사이에 가드 대역 없이 나란히 배치될 수 있다.
도 4a는 멀티 캐리어 확장가능 OFDM 또는 OFDMA 대역폭 할당의 변형예를 도시한다.
도 4b는 몇몇 배치에서 스펙트럼 마스크 요건을 충족시키기 위해 가장자리 서브캐리어들에서 송신하지 않는 가능한 옵션을 도시한다.
도 5a는 기지국, 중계국, 및 5개의 가입자국들을 포함하는 멀티 캐리어 확장가능 OFDM 또는 OFDMA 네트워크의 예를 도시한다.
도 5b는 중계국(RS)이 또한 혼합형 멀티 캐리어 배치를 지원하는 멀티 캐리어 확장가능 OFDM 및 OFDMA 하이브리드 대역폭 할당 방식을 도시한다. 배치에서의 캐리어 채널 대역폭은 보다 작은 다수의 서로 다른 캐리어 채널 대역폭으로 분할될 수 있다. 각각의 채널 대역폭은 초기 동기화 프로세스를 포함하여, 가입자국들의 채널 대역폭의 종류를 독립적으로 지원할 수 있다.
도 6a는 확장가능 멀티 캐리어 OFDM, OFDMA, 또는 SC-FDMA 네트워크의 예시를 도시하며, 여기서 40MHz 캐리어 채널 대역폭은 다수의 20MHz, 10Mhz, 및 5 MHz 캐리어 채널 대역폭들로 분할될 수 있다.
도 6b는 서로 다른 멀티 캐리어 채널 대역폭들이 시간적 측면에서 동적으로 지원되는 동적 멀티 캐리어 배치를 도시한다.
도 6c는 어떻게 10MHz 캐리어 대역폭이 배치내에서 두 개의 5MHz 캐리어 채널로 분할될 수 있는지에 관한 예시를 도시한다.
도 7a 및 도 7b는 3 x 10MHz 채널 대역폭의 멀티 캐리어 배치 예시를 도시한다.
다양한 통신 시스템들은 이웃하는 채널들 사이의 희망하지 않는 간섭들을 감소시키기 위해 신호로 하여금 자연스럽게 쇠퇴하여 FFT "장벽" 형상을 생성하도록 하는 가드 서브캐리어들을 포함하는 OFDM, OFDMA 또는 SC-FDMA 심볼 구조를 정의한다. 이러한 예시들에는 IEEE 802.16 또는 WiMAX, 울트라 이동 광대역(UMB), 및 롱 텀 에볼루션(LTE) 시스템에 기초한 통신 시스템이 포함된다.
가드 서브캐리어들을 갖는 다양한 OFDM 또는 OFDMA 시스템에서의 심볼 구조는 서브캐리어 간격에서의 변형을 불러일으킬 수 있다. 따라서, 두 개의 인접한 서브캐리어들의 직교성은 더 이상 보존되지 않으며, 이러한 현상은 인접한 심볼들간의 심볼간 간섭을 야기시킨다.
도 2a는 동일한 OFDM 기술 배치에서, 두 개의 이웃하는 OFDM 시스템들 사이 의 캐리어 거리가 서브캐리어 간격으로 균등하게 분할될 수 없으며, 이러한 서브캐리어 간격은 두 개의 캐리어들의 경계에 걸쳐 일정하게 유지될 수 없다. 서브캐리어 간격에서의 이러한 변형은 가장자리 서브캐리어들에서 서로에 대해 강한 캐리어간 간섭을 야기시킨다.
도 2b는 가드 서브캐리어들을 갖는 일반적인 멀티 캐리어 OFDM 또는 OFDMA 대역폭 할당의 예시를 도시한다. 가드 서브캐리어들은 유용한 신호 및 정보를 송신하는 것 없이 주파수 대역을 차지한다. 기저대역 필터에 의한 신호 필터링이 캐리어간 간섭을 감소시키는데 이용된다. 이와 같은 가드 대역들은 또한 다른 기술들에 의해 통상적으로 이용된다. 이와 같은 가드 대역들은 비록 희망하지 않는 신호 간섭을 감소시키는데 유용하지만, 이와 같은 가드 대역들의 존재는 정규 신호 대역폭내에서 데이터와 정보를 송신하는 이용가능한 서브캐리어들을 감소시키고, 이에 따라 할당된 주파수 대역에서의 귀중한 스펙트럼 물적재산의 이용률을 감소시킨다.
본 출원은, 여러가지 중에서, OFDM와 OFDMA 시스템과 같은 무선 통신 시스템내의 스펙트럼 대역폭 할당에서의 불필요한 가드 대역들을 감소 또는 제거시키기 위해, 일정한 서브캐리어 주파수 간격을 가지면서 신호 대역폭 및 서브캐리어 주파수를 할당하는 방법 및 장치의 예시 및 구현예를 포함한다. 서로 다른 캐리어들 사이의 가드 대역들은 전체 스펙트럼의 스펙트럼 효율성을 증가시키기 위해 제거될 수 있다. 개발된 OFDM 및 OFDMA 표준 기술들 대부분에서, 서브캐리어 간격은 공칭 RF 캐리어 대역폭을 균등하게 분할할 수 없는데, 이것은 자원 계획을 위해 이용가능한 서브캐리어들의 불규칙한 갯수를 야기시킨다. 최소 크기의 자원 블럭을 선택 함으로써, 가장자리 서브캐리어들은 데이터 송신을 위해 사용가능하지 못하게 되는데, 이들을 종종 가드 서브캐리어들이라고 부른다. 주파수 효율성은 종종 불필요한 가드 서브캐리어의 존재로 인해 감소된다.
일반적인 레가시 16e 설계에 기초한 수비학(numerology)이 IEEE 802.15e 2005에서 발견될 수 있다. 10MHz 공칭 캐리어 대역폭에 대한 서브캐리어 간격은 10.9375kHz로 정의된다. 10MHz 대역폭내에 속하는 914개의 서브캐리어들 중에서, 정보를 송신하는데 사용될 수 있는 서브캐리어들은 고작 840개뿐이며; 나머지 가장자리 서브캐리어들은 신호 송신에 사용되지 않는 가드 서브캐리어들이 되므로; 대역폭의 대략 8.8%가 낭비된다. 만약 가드 서브캐리어들이 데이터 송신을 위해 이용될 수 있다면, 주파수 효율성은 8.8% 이상 더 효율적일 수 있다.
최대 주파수 효율성은 다음의 등식에 의해 계산될 수 있다:
Figure 112009064864225-pct00002
여기서, R 변조 는 변조율이며(예컨대, 16QAM인 경우 4), n 사용된 서브캐리어들 은 공칭 시스템 대역폭내에서의 사용된 서브캐리어들의 갯수이며, T 심볼 은 심볼 기간이고, BW 시스템 은 공칭 시스템 대역폭이다. 시스템의 최대 n 효율성 을 계산하기 위해 CP=0으로 설정하면,
Figure 112009064864225-pct00003
이며, 여기서, Δf는 서브캐리어 간격이다.
Figure 112009064864225-pct00004
이며, n 최대 서브캐리어들 은 공칭 시스템 대역폭이 가질 수 있는 서브캐리어들의 최대 갯수이다.
[수학식 2]와 [수학식 3]을 [수학식 1]에 대입하면 다음과 같다:
Figure 112009064864225-pct00005
따라서, 주파수 효율성은 캐리어 공칭 대역폭내의 서브캐리어들의 최대 갯수로 나눠진 사용된 서브캐리어들의 갯수에 비례한다.
3GPP2(3세대 파트너쉽 프로젝트 2) 표준안의 UMB(울트라 이동 광대역)하에서, 서브캐리어 간격은 9.6 kHz이며, 이것은 1.25MHz, 2.5MHz, 5MHz, 10MHz, 또는 20MHz와 같은 공칭 캐리어 대역폭들로 균등하게 분할될 수 없다. 그 결과, 몇몇의 가장자리 서브캐리어들은 신호 송신을 하지 않는 가드 서브캐리어들로 남게된다. 이러한 상황은 낮은 스펙트럼 사용률 또는 스펙트럼 효율성을 야기시킨다. 3GPP2(3 세대 파트너쉽 프로젝트 2) 표준안의 LTE(롱 텀 에볼루션)하에서, 서브캐리어 간격은 15 kHz 또는 7.5 KHz이며, 이것은 1.25MHz, 2.5MHz, 5MHz, 10MHz, 또는 20MHz와 같은 공칭 캐리어 대역폭들로 균등하게 분할될 수 없다. 몇몇의 가장자리 서브캐리어들은 신호 송신을 하지 않는 가드 서브캐리어들로 남게된다. UMB와 마찬가지로, 이러한 상황은 낮은 스펙트럼 사용률 또는 스펙트럼 효율성을 야기시킨다.
가드 대역들을 감소 또는 제거시키는 한가지 방법은 두 개의 이웃하는 캐리어들의 캐리어 거리를 균등하게 분할할 수 있는 직교 서브캐리어들의 공통 서브캐리어 간격(Δf)을 선택하는 것이다. 이 기술은 도 2a에서 도시된 바와 같은 서브캐리어 간격으로 캐리어 거리가 균등하게 분할될 수 없는 경우의 두 개의 이웃하는 캐리어들에 의해 야기되는 간섭을 감소시킬 수 있다.
상기 방법의 한가지 구현예는 주어진 공칭 채널 대역폭을 균등하게 분할할 수 있는 직교 서브캐리어들의 공통 서브캐리어 간격(Δf)을 선택하는 것이다. OFDMA 시스템의 구현예로서 12.5KHz 및 10KHz의 서브캐리어 간격(Δf)이 [표 1]과 [표 2]에서 각각 주어진다. [표 1]에서, 12.5KHz의 서브캐리어 간격(Δf)은 모든 공칭 캐리어 대역폭들을 분할할 수 있다. 각각의 캐리어 대역폭에 대해 사용된 서브캐리어들의 갯수가 계산될 수 있으며, 이것은 [표 1]에서 도시된다. 마찬가지로, 10KHz의 서브캐리어 간격(Δf)이 모든 공칭 캐리어 대역폭들을 균등하게 분할할 수 있다. 각각의 캐리어 대역폭에 대해 사용된 서브캐리어들의 갯수가 계산될 수 있으며, 이것은 [표 2]에서 도시된다.
[표 1]은 12.5KHz의 예시적인 서브캐리어 간격 및 20개의 서브캐리어들로 된 하나의 서브채널을 나타낸다. 이와 달리, 16개의 서브캐리어들로 된 하나의 서브채널이 시스템 배치를 위해 또한 사용될 수 있다.
Figure 112009064864225-pct00006
[표 2]는 10KHz의 예시적인 서브캐리어 간격 및 20개의 서브캐리어들로 된 하나의 서브채널을 나타낸다.
Figure 112009064864225-pct00007
일반적인 OFDM 또는 OFDMA 배치에서, 이웃하는 무선 주파수(RF) 캐리어들이 또한 동일 또는 유사한 OFDMA 기술들에서 사용된다. 그러므로, 이웃하는 RF 캐리어들간의 간섭이 감소되어 최소가 될 수 있도록 다수의 RF 캐리어들이 배치될 수 있다. 하나의 구현예에서, [표 1] 및 [표 2]에서 도시된 바와 같이, 서브캐리어 간격, 즉 12.5KHz 및 10KHz과 같은 예시적인 서브캐리어 간격들은 모든 공칭 캐리어 대역폭들을 균등하게 분할할 수 있다. 다른 OFDM, OFDMA, 또는 SC-FDMA 구현에서는, 주어진 공칭 채널 대역폭내에 어떠한 가드 캐리어들도 필요하지 않다. 대역외 방출은 이웃하는 OFDM 또는 OFDMA 서브캐리어들에 직교하거나 또는 단순히 디지탈 및/또는 RF 필터에 의해 제거된다.
도 3a는 하나의 구현예에서 신호 대역폭이 공칭 채널 대역폭과 동일할 수 있는 것을 도시한다. 불필요한 가드 서브캐리어들에 대해 스펙트럼 대역폭을 낭비하는 것 없이 스펙트럼 효율성이 향상될 수 있다.
다른 OFDM, OFDMA, 또는 SC-FDMA 구현에서, 모든 채널들의 서브캐리어 간격이 균일하다는 조건하에서 다수의 OFDM 또는 OFDMA 채널들이 앞뒤로 배치될 수 있으며, 모든 서브캐리어들은 채널들 사이에서 정렬된다. 두 개의 이웃하는 채널들 사이의 불필요한 가드 서브캐리어들에 대해 스펙트럼 대역폭을 낭비하는 것 없이 스펙트럼 효율성이 향상될 수 있다.
도 3b는 예시적인 멀티 캐리어 OFDM 또는 OFDMA 대역폭 할당을 도시한다. 본 도면에서는, 서브캐리어 간격이 공칭 대역폭 할당에 의해 표시된 두 개의 이웃하는 캐리어들의 대역폭 경계부들에 걸쳐 동일하게 주파수 정렬된 상태로 남는다. 모든 서브캐리어들은 서로에 대해 직교하기 때문에, 이웃하는 RF 캐리어들에 대한 간섭은 감소되어 최소로 된다.
다른 구현예에서, 서브캐리어 간격은 모든 공칭 캐리어 대역폭들을 균등하게 분할할 수 있는 것뿐만이 아니라, 특정 RF 주파수 대역의 250KHz와 같은 채널 래스터를 분할할 수도 있다. 캐리어간 간섭을 감소 또는 제거시키기 위해 직교 서브캐리어들의 공통 서브캐리어 간격은 상기 RF 주파수 대역에서의 인접하는 모든 캐리어 대역폭 할당들의 경계부들 사이에서 주파수 정렬될 수 있다. 이와 같은 구현예가 도 3c에서 도시된다. 이 구현예는 OFDM, OFDMA, 또는 SC-FDMA 시스템이 멀티 캐리어를 지원하도록 설계된 경우에 특히 중요하다.
하나의 구현예에서, 서브캐리어 간격은 모든 공칭 캐리어 대역폭들을 균등하게 분할하는 것뿐만이 아니라, 서로 다른 RF 주파수 대역들의 250KHz 및 200KHz와 같은 다수의 채널 래스터들을 분할할 수도 있다. 상기 RF 주파수 대역내의 캐리어간 간섭을 감소 또는 제거시키기 위해 직교 서브캐리어들의 공통 서브캐리어 간격은 다수의 RF 주파수 대역들 각각에서의 인접하는 모든 캐리어 대역폭 할당들의 경계부들 사이에서 주파수 정렬될 수 있다. 이 구현예는 OFDM, OFDMA, 또는 SC-FDMA 시스템이 멀티 캐리어 및 글로벌 로밍을 지원하도록 설계된 경우에 특히 중요하다.
다른 구현예에서, 멀티 캐리어 시스템 대역폭은 서로 다른 크기의 공칭 대역폭들로 이루워질 수 있다. 도 4a는 비균일한 대역폭들을 갖는 다중 캐리어들의 예시적인 응용예를 도시한다. 기지국들이 주파수 동기화되는 한, 서브캐리어들은 서로에 대해 직교하는 상태로 남게 된다. 가드 서브캐리어들은 필요하지 않다.
도 4b는 멀티 캐리어들이 다른 기술들과 공존하도록 가장자리 가드 캐리어를 갖는 멀티 캐리어의 예시적인 응용예를 도시한다.
다른 OFDM 또는 OFDMA 구현예에서, 다운링크 대역폭 및 업링크 대역폭은 서로 다를 수 있다. 기지국으로부터의 다운링크는 멀티 캐리어 시스템일 수 있으며, 중계국(RS)과 가입자국(SS)(고정된, 정체형 스테이션 또는 이동 스테이션)으로부터의 업링크는 공칭 채널 대역폭들 중 단하나 또는 몇몇에 대해서만 동작할 수 있다. 도 5a는 예시적인 다중 액세스 네트워크를 도시한다. 도 5b는 기지국과 가입자국 간의 하이브리드 대역폭 할당 시나리오를 도시한다. 본 도시에서, 기지국은 서로 다른 액세스 캐리어 대역폭을 가지면서 다수의 가입자국들을 동시에 지원할 수 있다. 이와 같은 동일한 도시에서, 중계국은 또한 서로 다른 액세스 캐리어 대역폭들을 가지면서 다수의 가입자국들을 동시에 지원할 수 있다.
이 특징은 FDD 및 TDD 모드들 모두에 적용가능할 수 있다. 이것은 FDD 모드의 전통적인 하이브리드 배치와 다른데, 여기서는 다운링크 채널이 짝지어진 업링크 채널과 다른 대역폭을 갖는다(보통, 업링크 채널보다 크다). 기지국과 가입자국 모두는 다운링크와 업링크 대역폭들을 이용해야 하는데, 이것은 보통 TDD 모드에서 적용되지 않는다.
하나의 구현예에서, 본 명세서에서 설명된 통신 시스템은 직교 주파수 분할 멀티플렉싱(OFDM), 직교 주파수 분할 다중 액세스(OFDMA), 주파수 분할 듀플렉싱(FDD), 및 시간 분할 듀플렉싱(TDD)을 이용하여 동작할 수 있다. 본 서브섹션내에서 설명된 이러한 기술들은 무선 및 유선 구현예들 모두에 적용가능하다.
다수의 OFDM 또는 OFDMA 채널들은 동일한 기지국들 또는 서로 다른 기지국들로부터 송신될 수 있다. 기지국들이 주파수 동기화되는 한, 서브캐리어들은 서로에 대해 직교한 상태로 남는다. 가드 서브캐리어들은 필요하지 않다. 본 응용은 FDD 및 TDD 모드들 모두에 적용가능하다. 이 응용은 중계국에 적용가능하다.
다른 OFDM 또는 OFDMA 구현예에서, 다수의 OFDM, OFDMA, SC-FDMA 캐리어들은 동일한 기지국들 또는 서로 다른 기지국들로부터 송신될 수 있다.
도 6a는 40MHz 캐리어 채널 대역폭이 다수의 20MHz, 10Mhz, 및 5 MHz 캐리어 채널 대역폭들로 분할될 수 있는 확장가능한 멀티 캐리어 OFDM, OFDMA, 또는 SC-FDMA 네트워크의 예시를 도시한다. 서브캐리어 간격이 적절하게 선택되면(예를 들어, 12.5KHz 또는 10KHz), 각각의 보다 작은 캐리어 채널 대역폭은 주파수 대역 RF 채널 래스터 위치들로 주파수 정렬되고, 이로써 가입자국들은 독립적으로 완전한 40MHz 대역폭을 디코딩하는 것 없이, 보다 작은 캐리어들, 예컨대, 5MHz, 10Mhz, 또는 20MHz 채널들과 잠재적으로 연관될 수 있다.
도 6b는 서로 다른 멀티 캐리어 채널 대역폭들이 시간적 측면에서 동적으로 지원되는 동적 멀티 캐리어 배치를 도시한다. 본 예시에서, 5MHz, 6MHz, 7MHz, 10MHz, 12Mhz, 14MHz, 20MHz는 본 배치에서 멀티 캐리어 시스템에 의해 동시적으로 지원될 수 있다.
도 6c는 어떻게 10MHz 캐리어 대역폭이 배치내에서 두 개의 5MHz 캐리어 채널로 분할될 수 있는지에 관한 예시를 도시한다. 서브채널이 어떻게 멀티 캐리어 배치를 지원하는데 적절하게 정의될 수 있는지를 설명하는데 20개의 서브캐리어들로 된 하나의 서브채널이 이용된다.
도 7a 및 도 7b는 3 x 10MHz 채널 대역폭의 멀티 캐리어 배치 예시를 도시한다. 도 7a에서는, 스펙트럼 마스크 요건을 충족시키기 위해 가드 서브채널들이 필요하지 않다. 도 7b에서, 스펙트럼 마스크 요건을 충족시키기 위해 신호를 송신하는데 사용되지 않는 가장자리 서브채널들이 가드 서브채널들로서 지정된다. 서브캐리어 간격이 12.5KHz이고 한 개의 서브채널이 20개의 서브캐리어들로 구성되는 경우, 서브채널 대역폭은 250KHz이고, 다수의 서브채널들(각각 250KHz)은 가드 서브채널들을 위해 이용될 수 있다.
본 명세서는 수 많은 특정예들을 포함하지만, 이것들은 임의의 발명 또는 청구될 수 있는 대상의 범위에 대한 한정으로서 해석되어서는 안되며, 오히려 특정 실시예들에 대한 특수한 특징들의 설명으로서 해석되어야 한다. 본 명세서내의 개별적인 실시예들의 문맥내에서 설명된 어떤 특징들은 단일 실시예에서 조합형태로 구현될 수도 있다. 이와는 반대로, 단일 실시예의 문맥에서 설명된 다양한 특징들은 다수의 실시예들에서 개별적으로 구현될 수도 있거나 또는 임의의 적절한 서브조합으로 구현될 수도 있다. 또한, 비록 특징들이 어떤 조합으로 그리고 심지어 처음에 청구된대로 동작하는 것으로서 설명될 수 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징들은 일부 경우들에서 조합으로부터 삭제될 수 있고, 청구된 조합은 서브조합 또는 서브조합의 변형에 관한 것일 수 있다. 마찬가지로, 도면들에서는 동작들이 특정 순서로 도시되고 있지만, 이것은 희망하는 결과를 얻기 위해, 이러한 동작들이 도시된 특정 순서로 또는 순차적 순서로 수행되는 것과, 설명된 모든 동작들이 수행될 것을 요구하는 것으로서 이해해서는 안된다.
몇몇의 구현예들 및 예시들이 설명되었지만, 설명된 구현예들 및 예시들의 변형예 및 개선예, 및 기타 구현예가 설명된 내용에 기초하여 가능해진다. 기타 실시예들은 이하의 청구범위의 범위내에 속한다.

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  24. 직교 주파수 분할 멀티플렉싱(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; OFDM) 시스템, 또는 직교 주파수 분할 다중 액세스(Orthogonal Frequency Division Multiple Access; OFDMA) 시스템에 대해 스펙트럼 대역폭을 할당하는 방법에 있어서,
    모든 직교 서브캐리어들에 대한 공통 서브캐리어 간격을 선택하는 단계;
    캐리어의 주어진 공칭(nominal) 채널 대역폭과 동일하거나 또는 이보다 큰 샘플링 주파수를 선택하는 단계; 및
    상기 캐리어의 주어진 공칭 채널 대역폭의 양쪽 끝에 있는 서브캐리어들을 가드 서브캐리어들로서 지정(assign)하지 않고 신호 송신을 위해 상기 주어진 공칭 채널 대역폭 내의 서브캐리어들을 이용하는 단계를 포함하고,
    다수의 캐리어들은 시간 영역에서, 슬롯마다 또는 심볼마다, 동적으로 지원되는 서로 다른 공칭 대역폭들을 갖는 것인, 스펙트럼 대역폭 할당 방법.
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  26. 제24항에 있어서,
    상기 공통 서브캐리어 간격은 주파수 대역의 채널 래스터(raster) 주파수를 균등하게 분할하도록 선택되는 것인, 스펙트럼 대역폭 할당 방법.
  27. 제24항에 있어서,
    상기 공통 서브캐리어 간격은 다수의 주파수 대역들의 다수의 서로 다른 채널 래스터 주파수들 각각을 균등하게 분할할 수 있는 것인, 스펙트럼 대역폭 할당 방법.
  28. 제24항에 있어서,
    상기 공통 서브캐리어 간격은 멀티캐리어 혼합(mixed) 대역폭 배치를 제공하기 위해 250KHz 및 200Khz의 RF 채널 래스터들을 분할할 수 있는 12.5KHz인 것인, 스펙트럼 대역폭 할당 방법.
  29. 제24항에 있어서,
    상기 스팩트럼 대역폭 할당 방법은 단일 캐리어 주파수 분할 다중 액세스(Single Carrier Frequency-Division Multiple Access; SC-FDMA) 시스템에서 구현되는 것인, 스펙트럼 대역폭 할당 방법.
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