KR101481507B1 - 부가 제어 신호 송수신 방법 - Google Patents

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Abstract

원 송신 신호의 대역폭 및 전력 손실 없이 부가적인 제어 신호를 송수신하는 방법이 개시된다. 즉, 데이터 및 제어 신호 중 어느 하나 이상인 송신 신호를 통해 부가 제어 신호를 송신하는 경우, 소정 시간 및 주파수 자원 영역 내의 송신 신호의 진폭 및 위상 중 어느 하나 이상을 송신하고자 하는 부가 제어 신호에 따라 변조하고, 이와 같이 변조된 송신 신호를 수신측으로 송신함으로써 원 송신 신호에 관계없이 부가적인 제어 신호를 송신할 수 있으며, 아울러, 소정 시간 및 주파수 자원 영역 내의 수신 신호의 진폭 및 위상 중 어느 하나 이상의 변조 상태에 따라 상술한 부가 제어 신호를 획득할 수 있다.
부가 제어 신호

Description

부가 제어 신호 송수신 방법{Method For Transmitting and Receiving Additional Control Signals}
도 1은 변조된 부가 제어 신호를 기 송신 신호와 함께 송신하는 송신기 구조를 도시한 도면.
도 2는 부가 제어 신호를 고려한 수신기 구조를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따라 부가 제어 채널을 생성하고, 송신 신호에 적용하기 위한 시간, 주파수 및 코드 영역에서의 자원 구조를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 부가 제어 채널을 통해 송신 가능한 비트 수와 이러한 부가 제어 신호를 포함하는 신호의 복조에 사용되는 단위 샘플 수와의 관계를 설명하기 위한 그래프.
도 5는 송신 신호의 변조를 BPSK로 수행하고, 변조된 송신 신호를 부가 제어 신호에 따라 변조한 결과를 나타내는 성상도.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따라 원 송신 신호의 변조 방법이 BPSK인 경우, 부가 제어 신호에 따라 변환될 수 있는 위상 범위를 나타낸 도면.
도 7은 원 송신 신호가 M-ary QAM에 의해 변조되는 경우, 부가 제어 신호에 따라 변환될 수 있는 위상 범위를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 구체적인 일 실시형태에 따라 데이터 및 제어 신호가 동시 에 송신되는 경우, 이와 함께 부가 제어 신호를 송신하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 9는 본 발명의 구체적인 일 실시형태에 따라 상향링크로 제어신호만이 송신되는 경우 이용되는 채널 구조를 설명하기 위한 도면.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시형태에 따라 상향링크로 제어 신호만이 송신되는 경우, 각각 FDM 및 CDM 형식으로 부가 제어 신호를 송신하는 방법을 설명하기 위한 도면.
이하의 설명은 무선 자원이 한정된 통신 시스템에서 대역폭 및 전력 손실 없이 부가 제어 신호를 송수신하는 방법에 관한 것이다.
광대역 통신 시스템의 경우 이용 가능한 무선자원이 한정되어 있다. 이러한 무선 자원의 효율성을 극대화하기 위해 시간, 공간, 및 주파수 영역에서 보다 효과적으로 신호를 송수신하는 기법들 및 이들의 활용방안들이 제안되어 왔다.
특히, 다중반송파 기반의 OFDM 방식은 광대역 채널에서의 발생하는 주파수 선택적 페이딩(frequency selective fading) 환경에서 수신단의 복잡도 감소와 함께 부반송파의 상이한 채널 특성을 활용하여 주파수 영역에서의 선택적 스케쥴링 등을 통해 주파수 효율 (spectral efficiency)를 극대화할 수 있는 장점을 가지고 있어 주파수 영역에서의 무선자원의 효율성 증대를 위해 각광받고 있다.
공간영역에서의 효율성 극대화를 위해 다중안테나 기술의 적용이 요구되고, 공간영역에서의 복수의 시간 및 주파수영역 생성을 통해 고속 멀티미디어 데이터 전송에 적합한 기술로 활용되고 있다.
또한, 시간영역의 효율적 자원활용을 위해 채널 부호화 및 복수의 사용자간의 채널 선택적 특성을 활용한 스케쥴링 뿐만 아니라 패킷 데이터 전송에 적합한 HARQ 기법 등을 적용하고 있다.
위와 같이, 광대역 시공간 고속 패킷전송을 위한 다양한 송수신 기법들을 구현하기 위해서는 시간, 공간, 및 주파수 영역에 대한 하향링크/상향링크 제어 신호 전달이 필수불가결한 요소이다.
이와 같은 환경 하에서 기존에는 제어 신호 송신에 기할당된 제어채널의 무선자원만을 사용함으로써 광대역 다중사용자 및 복수 안테나 환경에서 제어채널에 대한 오버헤드(overhead)가 증가하여 실제 데이터를 위한 무선채널용량(예를 들어, 대역폭)을 감소시키는 문제가 있다.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해서 본 발명의 목적은 제어신호 전달에 있어 기존 송신 신호의 주파수 및 전력 손실 없이 부가적인 제어 채널을 생성하는 방법을 제시하고, 이러한 부가 제어 채널을 통해 서로 다른 QoS(Quality of Service) 요구조건에 적합한 제어신호 송신 방법을 제안한다.
이러한 방식은 기존 송신 신호에 데이터가 포함되는지 여부에 따라 이용되는 상이한 채널 구조에 다양하게 적용될 수 있으며, 이와 같이 다양한 채널 구조하에 서 효율적으로 부가 제어 신호를 송수신하는 방법을 제공하고자 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태에 따른 제어 신호 송신 방법은, 데이터 및 제어 신호 중 어느 하나 이상인 송신 신호를 통해 부가 제어 신호를 송신하는 방법으로서, 소정 시간 및 주파수 자원 영역 내의 상기 송신 신호의 진폭 및 위상 중 어느 하나 이상을 상기 부가 제어 신호에 따라 변조하는 단계, 및 변조된 상기 송신 신호를 수신측으로 송신하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 소정 시간 및 주파수 자원 영역은 상기 부가 제어 신호에 요구되는 신뢰도에 따라, 하나 이상의 주파수 자원 및 하나 이상의 시간 자원으로 구성되는 영역으로 결정될 수 있으며, 이와 같이 결정되는 상기 소정 시간 및 주파수 자원 영역 내의 상기 송신 신호는 동일한 부가 제어 신호에 따라 진폭 및 위상 중 어느 하나 이상이 변조될 수 있다. 여기서, 상기 변조 단계에서, 상기 송신 신호는 상기 부가 제어 신호에 따라 서로 다른 진폭 또는 위상을 가지도록 변조될 수 있다.
또한, 상기 송신 신호가 데이터 및 제어 신호인 경우, 및 제어 신호인 경우에 따라 상기 송신 신호의 송신에 이용되는 채널 구조는 미리 결정될 수 있으며, 상기 소정 시간 및 주파수 자원 영역은 미리 결정되는 상기 채널 구조에 따라 결정될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 일 양태에 따른 신호 수신 방법은, 부가 제어 신호가 포함된, 데이터 및 제어 신호 중 어느 하나 이상인 수신 신호를 수신하는 방법으로 서, 소정 시간 및 주파수 자원 영역 내의 상기 수신 신호의 진폭 및 위상 중 어느 하나 이상의 변조 상태에 따라 상기 부가 제어 신호를 획득하는 단계, 획득된 상기 부가 제어 신호를 이용하여 상기 수신 신호를 보상하는 단계, 및 보상된 상기 수신 신호를 통해 송신 신호 정보를 획득하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 소정 시간 및 주파수 자원 영역은 상기 부가 제어 신호에 요구되는 신뢰도에 따라, 하나 이상의 주파수 자원 및 하나 이상의 시간 자원으로 구성되는 영역으로 결정될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다.
한편, 몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시된다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.
본 발명은 시간, 주파수, 및 코드 영역에서의 송신 자원에 대해 부가 제어신호를 위한 채널을 생성하고, 이를 통해 부가 제어 신호를 송수신하는 방법을 제공하고자 한다. 먼저, 이와 같은 부가 제어 신호 채널을 형성하는 부가 제어 신호에 따른 진폭 및 위상은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007032021818-pat00001
여기서,
Figure 112007032021818-pat00002
는 부가 제어 신호를,
Figure 112007032021818-pat00003
는 부가 제어 신호의 진폭을,
Figure 112007032021818-pat00004
는 부가 제어 신호의 위상을 나타낸다.
한편, 상기 부가 제어 신호의 위상은 기 송신 신호의 변조 방식에 따라 결정될 수 있으며, M-ary PSK 신호가 전송된다고 할 때, 가능한 위상 변화는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007032021818-pat00005
여기서,
Figure 112007032021818-pat00006
를 통해 부가 제어 신호 정보를 나타낼 수 있다.
도 1은 변조된 부가 제어 신호를 기 송신 신호와 함께 송신하는 송신기 구조를 도시한 도면이다.
구체적으로, 상기 수학식 1 및 수학식 2와 같이 진폭 및 위상을 가지도록 변조된 부가 제어 신호는 곱셈모듈(101)에서 기 송신 신호와 곱해진다. 이때 기 송신 신호는 도 1에 도시된 바와 같이 데이터, 제어 신호, 또는 이들 모두일 수 있다. 또한, 이와 같이 기 송신 신호에 부가 제어 신호가 곱해지는 경우, 기 송신 신호가 부가 제어 신호에 따라 진폭 및 위상이 변조되는 것으로 볼 수도 있다.
한편, 이와 같이 기 송신 신호에 부가 제어 신호가 곱해진 신호(부가 제어 신호에 의해 변조된 기 송신 신호)는 시간/주파수/코드 영역 다중화/확산 모듈(102)을 통해 시간, 주파수 및 코드영역의 무선 자원에 적절히 매핑(mapping)되어 송신될 수 있다. 이 과정에서 FDM, CDM, TDM 등을 기반으로 하는 다중사용자 접속 방식이나 송신신호 다중화(multiplexing) 기법 등에 따라 부가 채널 생성 방법이 상이하게 되고, 이에 대한 구체적인 접근방법은 이하에서 보다 구체적으로 설명한다. 한편, 이와 같은 송신 신호를 수신하는 방법에 대해 먼저 설명하면 다음과 같다.
도 2는 부가 제어 신호를 고려한 수신기 구조를 도시한 도면이다.
수신단에서는 부가 제어 채널이 송신된 제어채널 자원단위(resource unit)에 대해 채널정보를 활용한 코히어런트(coherent) 복조의 경우와 채널정보 없이 복조하는 논-코히어런트(non-coherent) 방식에 따라 각각 도 2의(a) 및 도 2의(b)와 같이 상이한 구조를 가질 수 있다.
데이터, 제어 신호 또는 이들 모두인 수신 신호를 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 코히어런트 복조하는 경우, 수신단에서는 역다중화/역확산 모듈(211)을 통해 시간, 주파수 또는 코드 영역에서 수신 신호를 획득한다. 이와 같이 획득된 수신 신호 중 파일럿(pilot) 또는 RS(reference signal)의 경우 채널추정모듈(212)에 의한 채널 추정에 이용되며, 이와 같이 추정된 채널 값은 등화기/역확산 모듈(213)에 의해 수신 신호의 채널 페이딩을 보상한다. 이렇게 보상된 수신 신호들은 먼저, 부가 제어 신호 복조 모듈(214)에 의해 부가 제어 신호 획득 단계를 거치게 되며, 이와 같이 획득된 부가 제어 신호를 이용하여 곱셈 모듈(215)에서 수신 신호의 부가 제어 신호에 따른 영향을 제거한 후, 코히어런트 복조 모듈(216)을 통해 일반적인 코히어런트 복조가 수행되어 수신 신호 정보를 획득할 수 있다.
한편, 데이터, 제어 신호 또는 이들 모두인 수신 신호를 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 논-코히어런트 복조하는 경우 수신단에서는 먼저 도 2의 (a)에서와 마찬가지로 역다중화/역확산 모듈(221)을 통해 시간, 주파수 또는 코드 영역에서 수신 신호를 획득한다. 다만, 도 2의 (b)에 도시된 논 코히어런트 수신단의 경우에는 도 2의 (a)에 도시된 코히어런트 수신단과 달리 채널추정단계 없이 블라인드 검출(blind detection) 모듈(222)에서 역다중화/역확산된 수신 신호 샘플들을 통해 블라인드 검출(blind detection)을 수행하여 부가 제어 신호를 복원한다. 그 후, 이와 같이 복원된 부가 제어 신호는 곱셈 모듈(223)을 이용하여 수신 신호에서 부가 제어 신호에 의한 영향을 제거하며, 그 결과적인 수신 신호는 논 코히어런트 복조 모듈(224)을 통해 일반적인 논 코히어런트 복조가 수행되어 수신 신호 정보를 획득할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 생성되는 부가 제어 채널을 통해 기 송신 신호를 변 조하여 부가 제어 신호를 송신하는 본 발명의 일 실시형태에서는 소정 시간 및 주파수 영역 내의 송신 신호의 진폭 및 위상 중 어느 하나 이상을 변조하여, 즉 소정 시간 및 주파수 영역 내의 송신 신호에 동일한 진폭 및 위상을 가지는 부가 제어 신호를 곱하여 적용할 수 있으며, 바람직하게 이와 같은 소정 시간 및 주파수 영역은 송신되는 부가 제어 신호의 상이한 QoS 요구사항 등에 따라, 하나 이상의 주파수 자원 및 하나 이상의 시간 자원으로 구성되는 영역으로 결정될 수 있다.
이와 같은 본 발명의 일 실시형태에 따라 부가 제어 신호를 생성하고, 이를 자원 영역에 매핑하여 송신하는 방법에 대해 이하에서 보다 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따라 부가 제어 채널을 생성하고, 송신 신호에 적용하기 위한 시간, 주파수 및 코드 영역에서의 자원 구조를 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 자원 구조를 설명하기 위해, 도 3에 도시된 파라미터들은 다음과 같이 규정될 수 있다.
Df: 부가 제어 채널 정보가 송신되는 주파수 영역 자원의 수(예를 들어, 부반송파/주파수 채널/주파수 그룹 등의 수).
Dt: 부가 제어 채널 정보가 송신되는 시간 영역 자원의 수(예를 들어, 송신 심볼/슬롯/프레임의 수 등).
Sf: 데이터/제어 신호 송신을 위한 주파수 영역 확산계수(spreading factor).
St: 데이터/제어 신호 송신을 위한 시간 영역 확산계수.
여기서, Df = kf*Sf, 그리고 Dt = kt*St와 같이 동일한 부가 제어 신호가 적용되는 시간 및 주파수 자원의 수는 시간 및 주파수 영역 확산계수의 정수 배로 설정되는 것이 바람직하다.
이러한 자원 구조는 FDM, CDM, 및 TDM 기반의 모든 송신 구조를 포함할 수 있으며, 임의의 송신 자원 구조에서 부가 제어 채널 생성이 가능하다. 상술한 3가지 송신 기법에서 부가 제어 신호가 적용될 수 있는 구체적인 예로서 다음과 같이 4가지 경우를 예를 들어 설명한다.
1. FDM/TDM 기반의 송신 구조 (단일 반송파 구조 포함): Sf = St = 1
2. 주파수 영역 CDM: Sf ≠1, St = 1
3. 시간 영역 CDM: Sf = 1, St ≠1
4. 1-3에 대한 다양한 결합 구조
구체적으로, 상기 수학식 1과 같이 변조되는 부가 제어 신호는 데이터, 제어 신호 또는 이들 모두에 해당하는 송신 신호의 진폭, 위상 또는 이들 모두를 변환하여, 도 3과 같은 구조를 가지는 자원 영역에 매핑되어 송신될 수 있다. 이는 Df 및 Dt의 크기를 가지는 자원 영역 내의 송신 신호의 진폭/위상을 변조함으로써 부가 제어 신호를 나타내는 것으로 볼 수도 있다.
한편, 이와 같은 송신 신호의 위상/진폭 변환을 통한 부가 채널 생성은 FDM 의 경우와 CDM의 경우에 따라 상이한 접근 방법이 가능하다.
먼저, 기 송신 신호의 주파수 및 시간 영역 확산계수가 1인 FDM의 경우, 상기 수학식 1과 같이 나타나는 부가 제어 채널 신호를 이용하여 각 주파수 단위에서 데이터/제어신호로서의 송신 신호에 심볼 레벨 변조를 수행함으로써 부가 제어 신호를 나타낼 수 있다. 또한, CDM의 경우, 기 송신 신호의 확산계수에 따른 시간 또는 주파수 영역의 복수 심볼들에 대해 변조가 수행될 수 있다.
따라서, 도 3에 도시된 바와 같은 본 발명의 일 실시형태에 따른 부가 제어 신호 할당을 위한 자원 구조는 부가 채널 구성을 위한 유연한 자원 할당을 가능하고, 이를 통해 부가 제어 채널에서 전송 가능한 데이터 용량도 결정되게 한다.
하지만, 부가 제어 채널의 복조 방법이 도 3의 부가 제어 채널 자원 구조에서 Df와 Dt로 구성되는 영역 단위로 각 샘플들을 활용하여 수행되고, 그 샘플 수의 증가에 따라 부가 제어 채널의 신뢰도(reliability)도 증대되게 되므로, 송신 용량과 부가 채널 단위의 샘플 수간의 트래이드 오프(trade-off) 관계가 성립된다. 본 실시형태에 대한 설명에 있어서 "샘플"은 하나의 주파수 자원과 하나의 시간 자원으로 이루어지는 영역으로 송신되는 신호 단위를 나타낸다.
구체적으로, 전체 송신 가능한 주파수영역 자원의 수를 Nf, 심볼 단위 송신시간구간(TTI: transmission time interval)내의 시간영역 자원의 수를 Nt라고 할 때, 하나의 TTI를 통해 부가 제어 채널에서 송신 가능한 비트 수는 다음과 같이 규정될 수 있다.
Figure 112007032021818-pat00007
여기서, Ns는 부가 제어 채널을 통해 송신된 제어 신호 복조를 위해 사용 가능한 샘플의 수를 나타낸다.
이와 같은 관계를 이용하여 부가 제어 채널을 통해 송신 가능한 비트 수와 이러한 부가 제어 신호를 포함하는 신호의 복조에 사용되는 단위 샘플 수와의 관계를 통해 본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따라 부가 제어 신호 송신을 위한 자원 영역을 결정하는 방법에 대해 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 부가 제어 채널을 통해 송신 가능한 비트 수와 이러한 부가 제어 신호를 포함하는 신호의 복조에 사용되는 단위 샘플 수와의 관계를 설명하기 위한 그래프이다.
구체적으로, 도 4는 부가 제어 채널을 통해 송신 가능한 제어 신호의 비트 수와 그 신호의 복조에 사용되는 샘플 수의 관계를 도시하기 위해, OFDM 환경에서 QPSK 변조를 통해 송신하는 경우를 가정하고 있으며, 전체 주파수 자원의 수(Nf)가 2048, 전체 시간 자원의 수(Nt)가 12이며, 송신 신호를 주파수 영역 확산계수(Sf)가 16인 환경하에서의 결과를 도시하고 있다.
도 4를 통해 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 일 실시형태에 따르면 부가 제어 신호 송신에 필요한 비트 수에 따라 유연한 채널 구성이 가능하고, 제어 신호의 요구 사항에 맞춰 샘플 수를 변화시키는 것 또한 가능하다. 따라서, 본 실시형태에서 제안하는 부가 제어 채널 신호를 송신하는 방법에서는 서로 상이한 QoS의 제어신호들에 대해 각 제어 신호에 요구되는 신뢰도에 따라 기 송신 신호의 진폭/위상을 변조시키는 영역(즉, 동일한 부가 제어 신호를 적용하는 샘플 수)을 결정할 수 있으며, 이에 따라 제어 신호마다 상이하게 요구되는 송신 용량과 송신 신뢰도에 따라 유연하게 채널을 설계할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같은 부가 제어 신호에 따른 송신 신호의 변조 및 시간, 주파수, 코드 영역 자원으로의 매핑을 거쳐 송신된 신호를 수신하여 신호를 검출하는 방법에 대해 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
상술한 도 2에서와 같이 부가 제어 채널을 통해 송신된 신호를 복원하기 위해서는, 상술한 부가 제어 신호에 따라 진폭 및/또는 위상 변조된 신호의 복조 방식에 따라 코히어런트/논-코히어런트 방식의 접근이 필요하다.
도 2의 (a)에 도시된 바와 같은 코히어런트 복조 방식의 수신단에서는 파일럿 또는 RS를 통해 시간 및 주파수 영역에서 채널 정보 획득이 가능하고, 이를 통해 수신 신호에서 시간/주파수 선택적 페이딩 영향을 감소시켜 부가 제어 신호의 복조를 위한 샘플의 신뢰도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 데이터 신호가 송신되는 자원 구조에 부가 제어 채널을 생성하여 적용하는 경우, 일반적으로 파일럿 또는 RS를 통해 채널 추정이 가능하므로, 이와 같은 경우 코히어런트 복조 방식을 통해 부가 제어 신호 복원을 수행하는 것이 바람직할 수 있다.
반면, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같은 논 코히어런트 복조 방식의 수신단에서는 채널 정보 획득을 통해 수신 신호에 시간/주파수 선택적 페이딩에 대한 보상을 수행하기가 어려우므로, 부가 제어 신호 복원은 수신된 신호의 역다중화 또는 역확산을 통해 획득한 샘플들을 그대로 활용하여 수행해야 한다. 그러나, 본 발명의 일 실시형태에서는 도 3과 관련하여 상술한 바와 같이 소정 시간 및 주파수 영역 내의 송신 신호에 동일한 부가 제어 신호를 적용하여 송신하므로, 상술한 바와 같은 시간/주파수 선택적 페이딩의 영향을 감소시킬 수 있다. 다시 말해서, 무선채널의 다중경로 특성으로 인한 지연확산(delay spread)을 고려하여 코히어런스 대역폭(coherence bandwidth) 내로 Df를 설정할 수 있으며, 사용자의 이동성에 따른 도플러 특성을 고려하여 코히어런스 시간(coherence time) 내로 Dt를 설정할 수 있으므로, 이와 같은 시간 및 주파수 영역 내의 Ns개의 샘플을 통해 블라인드 검출(blind detection)을 수행하는 것이 가능하다(이때, Ns는 Df*Dt 영역 내의 샘플 수로서, 제어 신호에 요구되는 신뢰도에 따라 1로 설정되는 경우도 가능함). 특히, 확산부호로 구성된 제어 신호(예를 들어, SCH 등)를 통해 부가 제어 신호를 송신하는 경우, 역확산(despreading)을 통해 단일 샘플에서도 부가 제어 신호 검출이 용이하므로 원 송신 데이터의 타입에 따라 수신기 구조를 결정할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 각 실시형태에 따른 코히어런트 및 논-코히어런 트 방식에 따른 부가 제어 신호 검출 방법에는 원 송신 데이터 또는 제어 신호에서 발생한 복수의 샘플들을 통해 위상 및 그에 따른 진폭 변화를 검출하는 방법이 요구된다. 이와 같은 방법으로는 복수의 샘플들에 대해 지오매트릭 클러스터링(Geometric clustering) 알고리즘(예를 들어, K-means(또는 medoids), QT-clustering 등)을 활용하여 Mc개의 후보 성좌점들을 생성하고, 실제 송신 가능한 성좌점들과의 거리를 비교하여 위상변화를 추정하는 방법이 있다. 이러한 방법을 통해 수신 신호로부터 부가 제어 채널 신호의 복조를 수행할 수 있다.
만일 도 3에 도시된 동일한 부가 제어 채널이 적용되는 주파수 및 시간 영역 내의 샘플들에 대응하는 원 송신 신호에 상이한 변조 기법이 존재하는 경우, 앞에서 설명한 바와 같이 그에 상응하는 부가 제어 신호의 위상이 결정되므로 복조기에서는 동일 변조 신호에 대한 위 복원 방법을 수행한 후, 후보 성좌점과 송신 가능한 성좌점 사이의 거리의 가중치(weighted) 합으로 비교 결정할 수 있다. 이때의 가중치 계수(weighting factor)는 동일 변조 방식이 적용되는 영역 내에 존재하는 샘플 수를 통해 결정할 수 있다.
상술한 바와 같은 부가 제어 신호를 검출하기 위한 알고리즘에 대해 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 일 실시형태에서는 부가 제어 신호에 의해 진폭 및/또는 위상 변조된 송신 신호를 수신한 수신단에서 수신 신호의 진폭 및/또는 위상을 추정하고, 이를 통해 부가 제어 신호를 복원하는 방법을 제안한다. 즉, 본 실시형태에 따르면 수신 신호로부터 부가 제어 신호 획득을 위한 성상 디매핑을 수행하고, 수신 신호로부터 이에 따라 획득된 부가 제어 신호의 영향을 제거한 신호를 통해 원 송신 신호에 따른 정보를 획득할 수 있다.
도 5는 송신 신호의 변조를 BPSK로 수행하고, 변조된 송신 신호를 부가 제어 신호에 따라 변조한 결과를 나타내는 성상도이다.
구체적으로, 도 5는 상기 수학식 1과 같이 나타낼 수 있는 부가 제어 신호의 진폭을 1로 설정하고 위상을 30도로 하는, 즉 송신 신호의 진폭에는 변화를 주지 않고, 위상을 30도만큼 회전하는 경우의 결과를 나타낸다.
상술한 바와 같이 본 실시형태에 따른 송신 단은 수신 측으로 상기 수학식 1에서의 진폭(ac) 및 위상(θc)에 대한 정보를 제공하지 않으며, 도 5를 통해서 알 수 있듯이 수신 측에서는 이미 알려진 BPSK 성상과는 다른 신호를 수신하게 되므로, 수신 측에서는 송신 측의 도움 없이 상술한 바와 같이 부가 제어 신호로 인한 진폭/위상의 변화 정보를 추정하여야 한다. 도 5와 같은 경우에는 크기(즉, ac=1)에는 변화를 주지 않았으나 위상에 변화를 주었으므로 종래의 BPSK와 비교했을 때 회전된 모습을 보여주고 있으므로 이 회전된 양을 추정해야 한다.
하지만 이를 추정하기 위해서 각 수신 신호의 정확한 값을 알아야 하는 문제가 있다. 따라서 이와 같은 변화량 정보를 획득하기 위해 다음과 같은 기법이 이용될 수 있다.
우선 각 수신 신호가 실제 어떤 신호인지 알지 못하므로 성상 도(constellation map) 상의 성상 좌표가 뭉쳐있는 형태를 보고, 각각을 그룹을 지어놓고 이를 본래 신호가 가지는 성상으로 매핑하고, 부가 제어 신호에 의해 부가된 진폭과 위상 정보를 획득할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시형태에 따르면 부가 제어 신호는 소정 주파수 및 시간 영역(Df * Dt) 내의 송신 신호에 공통적으로 적용될 수 있으며, 이러한 영역 내의 샘플들을 이용하여 공통적인 성상과 이에 적용된 부가 제어 신호로 인한 변화 정보를 추정하는 것이 가능하다.
한편, 본 발명의 일 실시형태에 따른 부가 제어 신호를 이용한 송신 신호의 변조에 따른 성상 좌표는 원 송신 신호의 성상 좌표를 구분할 수 있는 범위 내인 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따라 원 송신 신호의 변조 방법이 BPSK인 경우, 부가 제어 신호에 따라 변환될 수 있는 위상 범위를 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 600과 630은 BPSK 방식으로 원 송신 신호가 BPSK 변조 방식에 따라 매핑되는 성상 좌표를 나타낸다. 또한, 601과 631은 부가 제어 신호를 통해 원 송신 신호의 성상 좌표가 회전된 성상 좌표를 나타낸다.
또한, 도 6의 (a)의 경우 원 송신 신호의 성상 좌표가 부가 제어 신호에 의해 회전되는 형상을 도시하고 있으며, 도 6의 (b)의 경우 부가 제어 신호에 의해 회전된 수신 신호의 성상 좌표가 수신단에서 부가 제어 신호의 영향을 제거함에 따라 원 송신 신호의 성상 좌표로 복원되는 형상을 도시하고 있다.
이와 같이 원 송신 신호가 BPSK로 변조되는 경우, 부가 제어 신호로 인한 위 상 회전 범위는 원 송신 신호를 구분할 수 있는 범위, 즉 - 90도 내지 90도 범위에서 적용 가능할 수 있다.
도 7은 원 송신 신호가 M-ary QAM에 의해 변조되는 경우, 부가 제어 신호에 따라 변환될 수 있는 위상 범위를 나타낸 도면이다.
도 7에 도시된 640은 M-ary QAM 방식으로 송신 신호가 변조되는 경우의 성상 좌표 중 하나를 나타내며, 641은 상기 640으로 지칭되는 좌표가 부가 제어 신호에 의해 위상이 회전되는 형상을 도시하고 있다. 또한, 도 7 역시 도 6에서와 마찬가지로 도 7의 (a)는 원 송신 신호의 성상 좌표가 부가 제어 신호에 의해 위상 회전되는 것을, 도 7의 (b)는 부가 제어 신호에 의해 위상 회전된 수신 신호에서 부가 신호로 인한 영향을 제거하는 경우 원 송신 신호의 성상 좌표로 복원되는 형상을 도시하고 있다.
이와 같이 원 송신 신호가 M-ary QAM에 의해 변조되는 경우, 부가 제어 신호로 인한 위상 회전 범위는 원 송신 신호를 구분할 수 있는 범위, 즉 - 180/M도 내지 180/M도 범위에서 적용 가능할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시형태들에 따르면 데이터 및/또는 제어 신호로 이루어지는 원 송신 신호의 대역폭 및 전력 송실 없이 효율적으로 부가적인 제어 신호를 송신할 수 있으며, 각 제어 신호에 요구되는 신뢰도에 따라 가변적인 주파수 및 시간 영역을 설정하고, 해당 영역 내의 송신 신호에 부가 신호에 따라 변조를 수행함으로써 부가 제어 신호 송신 방법을 탄력적으로 적용할 수 있다. 아울러, 도 3에 도시된 바와 같이 다양한 자원 구조를 가지도록 부가 제어 신호를 설계 할 수 있음으로써 원 송신 신호에 따른 다양한 채널 구조에 적용될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 상술한 실시형태에 따른 부가 제어 신호 송수신 방법을 3GPP LTE 상향링크 채널에 적용하는 구체적인 실시 형태들을 제안한다.
본 발명의 구체적인 적용 예로서 3GPP LTE 상향링크에서는 집중된 송신전력을 효율적으로 송신 가능하고, OFDM 신호의 전력변화에 대해 PAPR을 감소할 수 있는 SC-FDM 방식을 고려하고 있다. 이러한 구조하에서 제어 신호 전송은 크게 (1) 데이터와 제어 신호가 동시에 전송될 경우와 (2) 제어 신호만 전송되는 경우로 구분할 수 있다. 이에 따라 이하에서는 본 발명의 상술한 실시형태에 따른 부가 제어 신호 송신 방법을 상술한 2가지 경우에 적용되는 경우를 각각 구별하여 살펴본다.
도 8은 본 발명의 구체적인 일 실시형태에 따라 데이터 및 제어 신호가 동시에 송신되는 경우, 이와 함께 부가 제어 신호를 송신하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
송신 신호로서 데이터와 제어 신호가 동시에 송신되는 경우에는 도 8에 도시된 바와 같이 송신 신호에 상기 수학식 1과 같이 나타낼 수 있는 부가 제어 신호를 통하여 진폭 및/또는 위상을 변화시키고, SC-FDM의 전송방식으로 전송할 수 있다. 구체적으로, 데이터 및 제어 신호를 포함하는 송신 신호는 곱셈 모듈(801)에서 부가 제어 신호에 따라 진폭 및/또는 위상이 변조될 수 있다, 이와 같이 진폭 및/또는 위상 변조된 송신 신호는 직/병렬 변환부(802)에 의해 병렬 신호로 변환되고, 그 후 DFT 모듈(803) 및 IFFT 모듈(804) 등에 의한 SC-FDM 변환이 수행되어 상향링크를 통해 송신될 수 있다.
이 경우, 송신하고자 하는 제어 신호의 전체 또는 일부를 부가 제어 신호로 송신하는 것 역시 가능하다.
또한, 상술한 바와 같이 데이터 및 제어 신호와 함께 부가 제어 신호가 송신되는 상술한 실시형태의 경우, 원 송신 신호는 FDM(Sf = St = 1)으로 구성되고, 20MHz 대역폭에 1 msec TTI (Dt=14) 동안 하나의 RB(resource block; Df = 12)를 통해 부가 제어 채널이 송신된다고 가정하면, kRB 개의 RB를 통해 kRB * log(Mc) 비트의 부가 제어 신호 송신이 가능하다. 즉, 상술한 바와 같이 결정되는 주파수 및 시간 영역 내에서 144개(12 * (14-2); 즉, 2개의 RS 제외)의 샘플을 통해 하나의 부가 제어 신호 검출이 가능하다.
이와 같이 충분한 샘플 수를 활용하여 부가 제어 신호를 복조하는 경우 송신 신호의 신뢰도를 크게 증가시킬 수 있으며, 이에 따라 ACK/NACK과 같이 CQI(channel quality indicator) 또는 PMI 등에 비해 낮은 에러 레이트(error rate)를 요구하는 제어신호 송신에 유리하다
한편, 3GPP LTE 상향링크에서 원 송신 신호로서 데이터 없이 제어신호만이 송신되는 경우의 채널 구조에 본 발명의 일 실시형태에 따른 부가 제어 신호 송신 방법이 적용되는 경우에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 9는 본 발명의 구체적인 일 실시형태에 따라 상향링크로 제어신호만이 송신되는 경우 이용되는 채널 구조를 설명하기 위한 도면이다.
3GPP LTE 상향링크에서 제어 신호만을 송신하는 경우, 도 9에 도시된 바와 같이 사용자 기기(UE)는 시스템 대역의 양쪽 끝 또는 어느 한쪽 끝 대역을 제어 신호 송신을 위해 할당받을 수 있다. 이에 따라 해당 UE는 송신하고자 하는 제어 신호를 할당된 대역폭 내에서 SC-FDM 형식으로 형성하여 송신할 수 있다. 이와 같이 이용되는 채널에 대해 본 발명의 상술한 실시형태들에 따른 부가 제어 신호를 송신하기 위해서는 FDM 또는 CDM 형태의 접근이 가능하다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시형태에 따라 상향링크로 제어 신호만이 송신되는 경우, 각각 FDM 및 CDM 형식으로 부가 제어 신호를 송신하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, FDM을 통해 부가 제어 신호를 송신하는 경우에 대해 살펴보면, FDM의 경우 도 10에 도시된 바와 같이 연속된 두 개의 서브 채널을 부가 제어 신호 송신을 위한 기본 단위로 하여 하나의 부가 제어신호를 송신하고, 필요에 따라 복수 개의 제어 채널을 할당하여 하나의 부가 제어 신호를 송신할 수 있다.
구체적으로, 도 10에서와 같이 하나의 RB내에서 6개의 제어 채널을 통해 원 송신 제어 신호를 송신하고, 부가 제어 채널을 적용하는 기본단위가 1RB(즉, 12개의 부반송파(Df = 12)) 및 1 TTI (즉, 14개의 심볼(Dt=14) 동안이라고 가정하면, 1 RB를 통해 log(Mc)비트의 부가 제어 신호 송신이 가능하고, 이 경우 96개(12 * (14-6); 6 RS 심볼 제외)의 샘플을 통해 하나의 부가 제어 심볼을 검출할 수 있다.
이와 같이 FDM 형식에 시간영역의 확산 부호를 적용하는 경우 부가 채널 신호 복원을 위한 샘플 수는 감소하지만, 각 샘플이 시간영역에서 평균화된 값으로 신뢰도가 증대됨으로 부가 채널 신호 복원이 가능하게 된다
한편, CDM을 통해 부가 제어 신호를 송신하는 경우에 대해 살펴보면, CDM의 경우 기할당된 제어 채널에 Zadoff-Chu (ZC) 시퀀스와 같이 부호의 상관특성이 우수한 확산부호를 주파수 영역에 적용하여 도 11에 도시된 바와 같이 부가 제어신호를 송신하는 방식이다. 이 경우에도 FDM과 마찬가지로 부가 제어 채널 송신을 위한 기본 자원 단위에 대해 동일한 부가 제어 신호를 송신하여 추가적인 대역폭 및 전력 요구 없이 제어 신호 송신이 가능하다.
상술한 바와 같은 실시형태들에 따른 부가 제어 채널의 생성 및 이를 이용한 부가 제어 신호의 송신 방법은 복수의 ACK/NACK 신호 송신이 필요한 다중안테나 환경에서 유연하게 적용 가능하고, 제어 신호의 오버헤드를 줄일 수 있는 장점을 가지고 있다.
또한, 부가 제어 채널에 대해 송신 제어 신호가 없는 경우에는 데이터 신호를 전송할 수 있으므로 주파수 효율 증대를 통한 데이터 전송량 증가를 획득할 수 있다.
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시형태에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 형태를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.
상술한 바와 같은 본 발명의 각 실시형태에 따른 부가 제어 신호 송수신 방법에 따르면, 제어신호 전달에 있어 기존 송신 신호의 주파수 및 전력 손실 없이 부가적인 제어 채널을 생성하고, 이러한 부가 제어 채널을 통해 서로 다른 QoS(Quality of Service) 요구조건에 적합하도록 부가 제어 신호를 송수신함으로써 시스템 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 이러한 방식은 기존 송신 신호에 데이터가 포함되는지 여부에 따라 이용되는 상이한 채널 구조에 다양하게 적용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 변조기, 곱셈기 및 송신기를 포함하는 송신 장치에서 송신 신호를 통해 부가 제어 정보를 송신하는 방법에 있어서,
    상기 변조기가, 상기 부가 제어 정보를 변조하여, 상기 부가 제어 정보에 따른 진폭 및 위상을 가지는 변조된 부가 제어 신호를 생성하는 단계;
    상기 곱셈기가, 상기 변조된 부가 제어 신호와 상기 송신 신호를 곱하는 단계; 및
    상기 송신기가, 상기 송신 신호와 곱해진 상기 변조된 부가 제어 신호를 소정 시간 및 주파수 자원 영역을 통해서 수신단으로 송신하는 단계를 포함하고,
    상기 변조된 부가 제어 신호와 상기 송신 신호를 곱함으로써, 상기 송신 신호의 진폭 또는 위상 중 하나 이상이 상기 부가 제어 정보에 따라 결정되고,
    상기 송신 신호는 데이터 또는 제어 신호 중 하나 이상을 포함하며,
    상기 송신 신호가 제어 신호를 포함하는 경우에는 상기 송신 신호의 송신을 위해 미리 결정된 제 1 채널 구조가 이용되고,
    상기 소정 시간 및 주파수 자원 영역은 상기 미리 결정되는 제 1 채널 구조에 따라 결정되는, 제어 정보 송신 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 소정 시간 및 주파수 자원 영역은 상기 부가 제어 신호에 요구되는 신뢰도에 따라, 하나 이상의 주파수 자원 및 하나 이상의 시간 자원을 포함하는 영역으로 결정되는, 제어 정보 송신 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 소정 시간 및 주파수 자원 영역을 통해 전송되는 상기 송신 신호의 진폭 및 위상은 동일한 부가 제어 신호에 따라 변조되는, 제어 정보 송신 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 곱하는 단계에서,
    상기 송신 신호는 상기 부가 제어 정보에 따라 서로 다른 진폭 또는 서로 다른 위상을 가지도록 변조되는, 제어 정보 송신 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신 신호가 데이터 및 제어 신호를 포함하는 경우에는 상기 송신 신호의 송신을 위해 미리 결정된 제 2 채널 구조가 이용되고,
    상기 소정 시간 및 주파수 자원 영역은 상기 미리 결정되는 제 2 채널 구조에 따라 결정되는, 제어 정보 송신 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 송신 신호를 통해 부가 제어 정보를 송신하는 장치에 있어서,
    상기 부가 제어 정보를 변조하여, 상기 부가 제어 정보에 따른 진폭 및 위상을 가지는 변조된 부가 제어 신호를 생성하도록 구성되는 변조기;
    상기 변조된 부가 제어 신호와 상기 송신 신호를 곱하도록 구성되는 곱셈기; 및
    상기 송신 신호와 곱해진 상기 변조된 부가 제어 신호를 소정 시간 및 주파수 자원 영역을 통해서 수신단으로 송신하도록 구성되는 송신기를 포함하고,
    상기 변조된 부가 제어 신호와 상기 송신 신호를 곱함으로써, 상기 송신 신호의 진폭 또는 위상 중 하나 이상이 상기 부가 제어 정보에 따라 결정되고,
    상기 송신 신호는 데이터 또는 제어 신호 중 하나 이상을 포함하며,
    상기 송신 신호가 제어 신호를 포함하는 경우에는 상기 송신 신호의 송신을 위해 미리 결정된 제 1 채널 구조가 이용되고,
    상기 소정 시간 및 주파수 자원 영역은 상기 미리 결정되는 제 1 채널 구조에 따라 결정되는, 제어 정보 송신 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 곱셈기에 의해서, 상기 송신 신호가 상기 부가 제어 정보에 따라 서로 다른 진폭 또는 서로 다른 위상을 가지도록 변조되는, 제어 정보 송신 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 송신 신호가 데이터 및 제어 신호를 포함하는 경우에는 상기 송신 신호의 송신을 위해 미리 결정된 제 2 채널 구조가 이용되고,
    상기 소정 시간 및 주파수 자원 영역은 상기 미리 결정되는 제 2 채널 구조에 따라 결정되는, 제어 정보 송신 장치.
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