KR20020011350A - Ｏｆｄｍ 시스템을 위한 주파수 재사용 방식 - Google Patents

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KR20020011350A KR1020010046606A KR20010046606A KR20020011350A KR 20020011350 A KR20020011350 A KR 20020011350A KR 1020010046606 A KR1020010046606 A KR 1020010046606A KR 20010046606 A KR20010046606 A KR 20010046606A KR 20020011350 A KR20020011350 A KR 20020011350A
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스터링-갤러처리차드
돌토마스
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Abstract

본 발명은 다수의 기지국들(B)을 포함하는, OFDM 방식(scheme)에 기초하여 무선 원격 통신을 하기 위한 셀룰러 통신 시스템에 관한 것이며, 적어도 하나의 기지국(B)은 통신 시스템의 각각의 셀(C)에 할당되고, 상기 기지국들로부터 통신된 정보는 데이터부들 및 파일럿부들을 포함한다. 본 발명은 또한, 그러한 셀룰러 통신 시스템을 동작하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 데이터부들의 주파수 재사용 인자가 파일럿부들의 주파수 재사용 인자와 상이한 것을 특징으로 한다. 이 때문에, 높은 용량과 파일럿부들에 기초한 신뢰할 수 있고 정확한 채널 추정 사이의 최적화가 이루어질 수 있다.

Description

ＯＦＤＭ 시스템을 위한 주파수 재사용 방식{Frequency reuse scheme for OFDM system}
본 발명은 직교 주파수 분할 멀티플렉스(OFDM) 방식 및 그러한 셀룰러 통신 시스템을 동작하는 방법에 기초하는 무선 원격 통신을 위한 셀룰러 통신 시스템에관한 것이다.
무선 원격 통신용 셀룰러 통신 시스템은 통신 시스템의 전체 통신 영역이 셀들로 분할됨에 따라, 셀룰러 방식에 기초하여 기지국들과 이동 단말기들간의 정보를 통신한다. 대부분의 셀룰러 통신 시스템들에서, 각각의 셀은 그 셀내에 각각의 활성 이동 단말기들과 통신하는 할당 기지국을 가진다. 그러나, 일부 셀룰러 통신 시스템에서, 하나 이상의 기지국이 각각의 셀에 할당된다. 대부분의 현재 및 미래의 셀룰러 무선 통신 시스템들은 매우 높은 데이터 전송률을 갖는 무선 통신 시스템을 목적으로 한다. 높은 데이터 전송률을 제공하는 전형적인 무선 통신 방식은 직교 주파수 분할 멀티플렉스(OFDM) 시스템이고, 전체 주파수 대역은 주파수 서브캐리어들로 세분화되어 각각의 인접한 주파수 서브캐리어들이 서로 직교한다. 이로써, 매우 높은 데이터 전송률을 갖는 무선 통신이 이루어질 수 있고, 동적 주파수 할당이 실현될 수 있다.
도 3에서, 전형적인 무선 셀룰러 OFDM 통신 시스템이 도시되고, 다수의 셀들(Z1, Z2, Z3,...) 및 다수의 기지국들(B)을 포함하고, 그에 따라 각각의 기지국(B)은 셀들(Z1, Z2, Z3,...) 중 하나에 할당된다. 각 셀내의 각각의 기지국(B)은 셀 영역내의 각각의 활성 이동 단말기들과 통신한다. 도 3에 도시된 무선 셀룰러 OFDM 시스템에서, 주파수 재사용 인자는 3이고, FRF = 3, 주파수 재사용 인자가 주파수 재사용 거리(frequency reuse distance)에 관련한다.(주파수 재사용 인자가 증가하면, 주파수 재사용 거리도 또한 증가하고, 역으도마찬가지이며, 그 정의는 다음과 같다 :
OFDM 시스템의 전체 주파수 대역은 3개의 주파수 서브밴드들(f1, f2, f3)로 분할된다. 예컨대, 각각의 주파수 서브밴드들(f1, f2, f3)은 OFDM 시스템에서 이용가능한 전체 주파수 대역의 1/3을 사용한다. 각각의 셀(Z1, Z2, Z3,...)은 3개의 섹터들로 분할하고, 각 셀내의 3개의 셀터들 각각에서, 주파수 서브밴드들(f1, f2, 또는 f3) 중 하나가 사용된다. 바꾸어 말하면, 하나의 셀(Z1, Z2, Z3,...)내에서, 각각의 서브밴드(f1, f2, f3)가 사용되고, 각각의 서브밴드들이 셀의 3개의 섹터들(FRF = 3) 중 하나의 섹터내에서 사용된다. 이 결과, 하나의 셀내의 기지국은 셀의 중심에 위치되고, 모든 3개의 주파수 서브밴드들(f1, f2, 및 f3)을 동작시킨다. 대안적으로, 기지국은 3개의 다른 부분들로 이루어질 수 있고, 각각의 부분은 각 섹터에서 각각의 주파수 서브밴드를 동작시킨다. 양쪽 모두의 경우, 지향성 안테나들(directional antennas)은 기지국에서 사용되므로, 기지국이 셀의 중심에 위치되면, 예컨대, 셀(Z1)내의 기지국(B)이 3개의 방향 중 한 방향으로만 각각의 파수 서브밴드내의 정보를 송신하도록 섹터들 각각은 지향된 안테나에 의해 동작된다. 각각의 섹터들에 대한 주파수 서브밴드들의 할당 순서는 인접한 섹터들이 동일한 할당 주파수 서브밴드를 가지지 않도록 한다. 도 3에 도시된 무선 셀룰러 OFDM 시스템은 예컨대, 6각형 형상을 갖는 셀들을 갖는다. 각각의 6각형 셀(Z1, Z2, Z3,...)은 3개의 섹터들로 분할되고, 각각의 섹터는 거기에 할당된 주파수 서브밴드들(f1, f2, f3) 중 다른 하나를 갖는다. 예컨대, 셀(Z1)의 주파수 대역(f1) 섹터에 위치된 이동 단말기(M)를 고려하라. 도 3에 도시된 예에서, 주파수 서브밴드(f1) 섹터는 셀들 각각의 최하위 섹터(lowest sector)이다. 이와 같이, 이동 단말기(M)가 주파수 서브밴드(f1)로 셀(Z1)의 기지국(B)에 할당되어 통신하지만, 안테나 지향성에 기인하여 인접한 셀들(Z5, Z6, 및 Z7)의 기지국들(B)로부터 방해 신호들을 또한 수신할 수 있다. 인접한 셀들의 기지국들(B)로부터 동일한 주파수 대역(f1)내의 이러한 방해 및 간섭 신호들은 통신 성능 및 품질에 부정적인 영향을 미친다. 특히 채널 추정에 대해, 인접한 셀들로부터의 간섭은 매우 부정적이다. 무선 셀룰러 OFDM 시스템들에서, 채널 추정은 파일럿 패턴들에 기초하여 통상적으로 실행된다. 이러한 파일럿 패턴들은 기지국으로부터 각각의 활성 이동 단말기까지 송신되고, 수신된 파일럿 패턴상의 채널 추정을 실행한다. 인접한 셀들로부터 간섭의 존재에 있어서, 수신된 파일럿 패턴은 간섭에 의해 방해되고, 정밀하고 정확한 채널 추정이 실행될 수 없다.
도 3에 도시된 바와 같은 무선 셀룰러 OFDM 시스템은 예컨대, US 5 867 478호에 기술된다. 이러한 문헌은 간섭성 셀룰러 무선 OFDM 시스템(coherent cellular wireless OFDM system)을 위해 3개의 주파수 재사용 인자를 실현하는 새로운 방식을 제안한다. 상기 제안된 시스템에서, 신뢰할 수 있는 채널 추정은 예컨대, 인접한 셀들로부터 공통 채널 간섭의 효과를 완화하도록 월시(Walsh) 함수들을 사용하여 이루어질 수 있다. 그것에 의해, 기지국들과 이동 단말기들 사이에 통신된 정보는 데이터부들 및 파일럿부들을 포함하고, 이동 단말기들에 의해 수신된 파일럿부들은 채널 추정에 사용된다. 전체 정보, 즉, 데이터부들 및 파일럿부들은 도 3에 도시된 3개의 섹터 주파수 재사용 패턴에 따라 송신된다. 파일럿 패턴들에 관한 인접한 셀들로부터의 간섭은 파일럿 패턴들을 위한 월시 코딩을 사용하고, 예컨대, 도 3의 3개의 인접한 셀들(Z5, Z6, 및 Z7)에 관한 셀(Z1)로서, 3개의 인접한 셀들로부터의 파일럿 패턴들에 관한 파일럿 패턴들의 직교성을 유지하기 위해 주기적으로 연장된 가드 간격(guard interval)을 증가시킴으로써 회피된다. 그에 의해, 파일럿 패턴들의 길이가 변화될 수 있고, 파일럿부들에 대해 할당된 대역폭과 데이터부 및 파일럿부 양쪽 모두에 대해 할당된 전체 대역폭의 비율이 또한 변화될 수 있다. 그러나, 파일럿부들 및 데이터부들에 대한 주파수 재사용 인자는 동일하다. 데이터부들 및 파일럿부들은 각 섹터에서 동일한 주파수 서브밴드(f1, f2, 또는 f3)로 통신된다. 또한, US 5 876 478 호에 제안된 무선 셀룰러 OFDM 시스템은 동기 셀룰러 시스템에서 또한 사용될 수 있고, 각각의 OFDM 송신기가 기준(reference)으로 동기화되며, 상기 기준은 공통 소스로부터 유도된다.
본 발명의 목적은 청구항 1항의 전제부에 따른 직교 주파수 분할 멀티플렉스(OFDM) 방식에 기초하는 무선 원격 통신을 위한 셀룰러 통신 시스템 및청구항 5항의 전제부에 따른 그러한 셀룰러 통신 시스템을 동작하는 방식을 제공하여, 간섭성 데이터 복조에 대해 더욱 정밀하고 정확한 채널 추정을 하게 하는 것이다.
도 1은 데이터 부들을 위한 주파수 재사용 패턴의 예를 갖는 본 발명에 따라 셀룰러 통신 시스템을 도시하는 도면.
도 2는 파일럿부들을 위한 주파수 재사용 패턴의 예를 갖는 도 1의 셀룰러 시스템을 도시하는 도면.
도 3은 데이터부들 및 파일럿부들을 위한 동일한 주파수 재사용 패턴을 갖는 공지된 셀룰러 통신 시스템을 도시하는 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
B : 기지국 C : 셀
f1, f2, f3 : 서브밴드
상기 목적은 다수의 기지국들을 포함하는 OFDM 방식에 기초하여 무선 원격 통신을 위한 셀룰러 통신 시스템에 의해 이루어지고, 적어도 하나의 기지국이 통신 시스템들의 각 셀에 할당되고, 상기 기지국으로부터 송신되고 수신되는 정보는 데이터부들 및 파일럿부들을 포함하는 셀룰러 통신 시스템에 있어서, 상기 데이터부들의 주파수 재사용 인자는 상기 파일럿부들의 주파수 재사용 인자와 다른 것을 특징으로 한다.
상기 목적은 OFDM 방식에 기초하여 무선 원격 통신 시스템을 위한 셀룰러 통신 시스템을 동작하는 방법에 의해 또한 이루어지고, 상기 통신 시스템의 셀들내에 통신된 정보는 데이터부들 및 파일럿부들을 포함하는 셀룰러 통신 시스템 동작 방법에 있어서, 상기 데이터부들의 주파수 재사용 인자는 상기 파일럿부들의 주파수 재사용 인자와 다른 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 본 발명은 정확하고 정밀한 채널 추정이 실행될 수 있도록 송신 구조가 인접한 셀들로부터의 간섭을 최소화하도록 선택될 수 있기 위해 서로 독립한 파일럿부들 및 데이터부들의 재사용 인자들을 자유롭게 선택하여 적합할 수 있게 한다.
또한, 본 발명에 따른 그러한 통신 시스템을 동작하는 방법 및 셀룰러 통신시스템은 임의의 무선 셀룰러 OFDM 시스템, 예컨대, 어떠한 제한없이 동기뿐만 아니라 비동기 통신 시스템들에 사용될 수 있다. 비동기 시스템은 전체 셀룰러 시스템이 더 싸고 제조될 수 있고 동기 시스템과 비교하여 더 넓은 응용 영역을 갖기 위해 공통 소스가 사용되지 않는 시스템이다.
유리하게는, 데이터부들의 주파수 재사용 인자가 파일럿부들의 주파수 재사용 인자보다 더 작다. 고주파수 재사용 인자는 무선 통신 시스템의 낮은 데이터 송신 용량을 의미하지만, 인접한 셀들간의 매우 낮은 간섭을 의미한다. 낮은 주파수 재사용 인자는 더 높은 데이터 송신 용량을 의미하지만, 또한 인접한 셀들간의 더 높은 간섭을 의미한다. 이에 의해, 파일럿부들은 낮은 데이터 송신 용량으로 송신되지만, 또한 인접한 셀들로부터 매우 낮은 간섭으로 송신된다. 이와 같이, 매우 정밀하고 정확한 채널 추정은 이러한 파일럿 패턴들에 기초하여 실행될 수 있다. 반면에, 데이터 패턴들은 더 높은 데이터 용량으로 송신되지만, 파일럿부들보다 더 많은 간섭으로 송신된다.
더욱 유리하게는, 데이터부들의 주파수 재사용 인자는 3이고, 파일럿부들의 주파수 재사용 인자는 9이다.
다음의 설명에서, 본 발명은 첨부된 도면에 관하여 더 자세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 OFDM 방식에 기초한 무선 원격 통신을 위한 셀룰러 통신 시스템을 도시한다. 통신 시스템은 다수의 기지국들(B)을 포함하고, 적어도 하나의 기지국(B)은 통신 시스템의 각각의 셀(C)에 할당된다. 도 1에 도시된 예에서, 단일 기지국(B)은 각각의 셀에 할당되고, 셀들은 통상적으로 6각형 형상을 가지므로 각각의 셀이 6개의 이웃 셀들을 갖게되며, 예컨대, 셀(C1)은 인접한 셀들(C2, C3,..., C7)을 가진다. 기지국(B)과 각각의 셀내의 각각의 활성 이동 단말기들간에 통신되는 정보는 데이터부들 및 파일럿부들을 포함하고, 그에 따라 파일럿부들은 이동 단말기들의 채널 추정에 사용된다. 도 1에 도시된 예인, 본 발명에 따른 셀룰러 통신 시스템은 직교 주파수 분할 멀티플렉스 시스템이고, 전체 주파수 대역은 주파수 서브캐리어들(subcarriers)로 세분되어, 각각의 인접한 주파수 서브캐리어들은 서로 직교한다.
도 1에 도시된 본 발명에 따른 셀룰러 통신 시스템의 예는 각각의 기지국(B)으로부터 통신된 데이터부들을 위한 주파수 재사용 패턴을 설명한다. 각각의 셀(C1, C2, C3,...)은 3개의 섹터들로 분할된다. 무선 셀룰러 OFDM 시스템의 전체 주파수 대역은 또한 3개의 서브밴드들로 분할된다. 각 셀의 각각의 섹터에 있어서, 3개의 서브밴드들 중 다른 하나는 데이터 통신에 사용된다. 도 1에 도시된 예에서, d1으로 표시된 각 셀(C1, C2, C3,...)의 하위 섹터는 제 1 주파수 서브밴드에 할당된다. 각 셀의 상위 오른쪽 섹터(d2)는 제 3 주파수 서브 밴드에 할당되고, 각 셀의 상위 왼쪽 섹터(d3)는 제 3 주파수 서브밴드에 할당된다. 제 1, 제 2 및 제 3 주파수 서브밴드의 부가는 OFDM 시스템에 이용되는 전체 주파수 대역을 제공하게 한다. 도 1에 도시된 예는 단지 기지국(B)으로부터 송신된 데이터부들에 관한 것이다. 바꾸어 말하면, 셀(C1)의 제 1 섹터(d1)에서 기지국(B)과 이동 단말기(M)간에 교환된 데이터부들은 제 1 주파수 서브밴드내에서 송신된다. 여기에서, 도 1에 도시된 주파수 재사용 패턴은 데이터부들에 대해서만 유효하다. 도 1에 도시된 주파수 재사용 패턴이 통상적으로 도 3에 도시된 주파수 재사용 패턴에 대응하는 것이 주목되어야 한다. 그러나, 도 1에 도시된 패턴은 단지 데이터부들의 송신에 적용하고, 도 3에 도시된 패턴은 데이터부들 및 파일럿부들 양쪽 모두의 송신에 관련한다.
본 발명에 따른 파일럿 패턴들에 대한 주파수 재사용 패턴이 도 2와 관련하여 설명된다. 도 2는 파일럿부들의 주파수 재사용 패턴을 갖는 도 1의 셀룰러 무선 OFDM 통신 시스템을 도시한다. 시스템내의 셀들의 통상적인 구조는 도 1에 도시된 구조에 대응한다. 그러나, 데이터부들의 송신과는 대조적으로, 파일럿 패턴들은 전체 셀내의 3개의 주파수 서브밴드들 중 한 서브밴드내에서만 송신된다. 예컨대, 셀(C1)에서, 파일럿 패턴들은 단지 3개의 섹터들을 통해 P1으로 표시된 제 1 주파수 서브밴드들 내에서 송신된다. 모든 인접한 셀들(C2, C3,..., C7)은 파일럿 패턴들의 송신을 위해 각각의 상이한 주파수 서브밴드를 사용한다. 예컨대, 인접한 셀들(C3, C5, 및 C7)은 파일럿부들의 송신을 위해 제 2 주파수 서브밴드를 사용하고, 다른 인접한 셀들(C2, C4, 및 C6)은 파일럿부들의 송신을 위해 제 3 주파수 서브밴드를 사용한다. 그러므로, 파일럿부들에 대한 전체 주파수 밴드의 분할은 데이터부들에 대해서와 같이 동일하다. 그러나, 각 셀들에 대한 주파수 서브밴드들의 할당을 규정하는 주파수 재사용 패턴은 데이터부들 및 파일럿부들에 대해 상이하다. 예컨대,셀(C1)의 기지국은 최하부 섹터에서는 제 1 주파수 서브밴드의 데이터부들, 상위 오른쪽 섹터에서는 제 2 주파수 서브밴드내의 데이터부들, 및 상위 왼쪽 섹터(d3)에서는 제 3 주파수 서브밴드내의 데이터부들을 송신한다. 그러나, 셀(C1)의 동일한 기지국(B)은 모든 3개의 섹터들(d1, d2, 및 d3)에서 제 1 주파수 서브밴드 내의 파일럿부들을 송신한다. 이와 같이, 예컨대, 셀들(C1, C8)과 같이, 파일럿부들에 대해 동일하게 할당된 주파수 서브밴드를 갖는 2개의 셀들 사이에 서로간에 일정한 간격을 두게하는 적어도 하나의 셀이 항상 존재하기 때문에, 파일럿부들의 송신에 관한 간섭이 상당히 감소된다. 파일럿 패턴들과 관련하여, 셀(C1)에 인접한 셀들은 단지 파일럿부, 제 2 및 제 3 주파수 서브밴드내의 에너지를 송신한다. 이와 같이, 적어도 저 간섭(low interference) 또는 간섭에 무관한 채널 추정도 각 셀내의 파일럿부들에 기초하여 실행될 수 있다. 데이터부들의 송신에 대해, 각 셀은 그에 할당된 상이한 주파수를 갖는 3개의 섹터들로 분할되기 때문에, 본 발명에 따른 시스템의 데이터 송신 용량은 파일럿부 송신 용량보다 더 높다. 이와 같이, 간섭 효과들은 파일럿부들보다 데이터부들의 송신에 관하여 더 높은 경향이 있다. 그러나, 이동 단말기(M)와 같은 수신 단말기에서의 간섭성 OFDM 복조에 대해 매우 신뢰할 수 있고 정확한 채널 추정이 이루어진다.
도 1 및 도 2에 도시된 본 발명에 따른 무선 셀룰러 OFDM 통신 시스템의 예는 데이터부들에 대해 3의 주파수 재사용 인자를 가지고, 파일럿부들에 대해 9의 주파수 재사용 인자를 가진다. 주파수 재사용 인자는 시스템의 전체 주파수 대역이분할되는 주파수 서브밴드의 수와, 얼마나 많은 주파수 서브밴드들이 하나의 셀내에 사용되는지에 의존한다. 예컨대, 도 1에 도시된 데이터부 주파수 재사용 패턴에 대해, 전체 주파수 대역의 주파수 서브밴드들의 수는 3이며, 데이터부들의 송신에 대해 각 셀에 사용된 주파수 서브밴드들은 또한 3이다. 주파수 재사용 인자는 FRF = 3으로 계산될 수 있다. 단지 하나의 주파수 서브밴드가 각 셀내에 사용되기 때문에, 도 2에 도시된 동일한 시스템의 파일럿부들에 대한 주파수 재사용 패턴은 FRF = 9의 주파수 재사용 인자에 대응한다. 데이터부들 및 파일럿부들의 주파수 재사용 인자들에 대해 각각 3 및 9의 선택된 수는 예시일 뿐이며, 다른 수가 시스템의 특정 상황들에 따라 사용될 수 있다. 그러나, 도 1 및 2에 도시된 바와 유사하거나 동일한 구조를 가진 무선 셀룰러 OFDM 시스템에 대해, 이러한 수들은 한쪽으로는 정밀하고 정확한 추정과 다른쪽으로는 높은 데이터 전송율의 관점에서 잇점이 있다.
본 발명은 직교 주파수 분할 멀티플렉스(OFDM) 방식에 기초하는 무선 원격 통신을 위한 셀룰러 통신 시스템 및 그러한 셀룰러 통신 시스템을 동작하는 방법을 제공하여, 간섭성 데이터 복조에 대해 더욱 정밀하고 정확한 채널 추정을 하게 하는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 다수의 기지국들(B)을 포함하는, 직교 주파수 분할 멀티플렉스(OFDM) 방식에 기초하여 무선 원격 통신을 하기 위한 셀룰러 통신 시스템으로서, 적어도 하나의 기지국(B)은 통신 시스템의 각 셀(C)에 할당되고, 상기 기지국으로부터 통신된 정보는 데이터부들 및 파일럿부들을 포함하는, 상기 셀룰러 통신 시스템에 있어서,
    상기 데이터부들의 주파수 재사용 인자는 상기 파일럿부들의 주파수 재사용 인자와 다른 것을 특징으로 하는, 셀룰러 통신 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 데이터부들의 주파수 재사용 인자는 상기 파일럿부들의 주파수 재사용 인자보다 작은 것을 특징으로 하는, 셀룰러 통신 시스템.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 데이터부들의 주파수 재사용 인자는 3이고 상기 파일럿부들의 주파수 재사용 인자는 9인 것을 특징으로 하는, 셀룰러 통신 시스템.
  4. 직교 주파수 분할 멀티플렉스(OFDM) 방식에 기초하여 무선 원격 통신을 하기 위한 셀룰러 통신 시스템을 동작하는 방법으로서, 상기 통신 시스템의 셀들내에서 통신된 정보는 데이터부들 및 파일럿부들을 포함하는, 상기 셀룰러 통신 시스템 동작 방법에 있어서,
    상기 데이터부들의 주파수 재사용 인자는 상기 파일럿부들의 주파수 재사용 인자와 다른 것을 특징으로 하는, 셀룰러 통신 시스템 동작 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 데이터부들의 주파수 재사용 인자는 상기 파일럿부들의 주파수 재사용 인자보다 작은 것을 특징으로 하는, 셀룰러 통신 시스템 동작 방법.
  6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 데이터부들의 주파수 재사용 인자는 3이고, 상기 파일럿부들의 주파수 재사용 인자는 9인 것을 특징으로 하는, 셀룰러 통신 시스템 동작 방법.
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