KR20050021687A

KR20050021687A - 공간 분할 다중 접속 방식을 적용한 직교 주파수 분할다중 접속 통신 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20050021687A
Application number: KR1020030058687A
Authority: KR
Inventors: 김소현; 구창회; 손중제; 손영문; 이성진; 강현정
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-08-25
Filing date: 2003-08-25
Publication date: 2005-03-07

Abstract

본 발명은 직교 주파수 다중 접속(OFDMA) 방식과 다중 배열 안테나 시스템에 관한 것으로서, 소정의 데이터를 주파수 축상의 다수의 서브캐리어들을 통해 전송하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서, 복수의 수신 안테나들을 구비하는 기지국이 하나 이상의 사용자 단말기들에게 상기 서브캐리어들을 할당하는 방법에 있어서, 상기 기지국이 관리하는 공간 영역을 복수의 공간 영역들로 구분하고, 상기 사용자 단말기들로부터 수신된 신호들을 빔성형하여 상기 각각의 수신 신호를 상기 구분된 공간 영역들 중 하나의 공간 영역으로부터 전송된 신호로 검출하는 과정과, 상기 각 단말기들에게 할당 가능한 서브캐리어들을 상기 구분된 복수의 공간 영역들 중 상기 검출된 신호의 해당 공간 영역별로 구분하여 할당하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

Description

공간 분할 다중 접속 방식을 적용한 직교 주파수 분할 다중 접속 통신 시스템 및 방법{SYSTEM FOR ADAPTING SPACE DIVISION MULTIPLE ACCESS FOR ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLE ACCESS COMMUNICATION SYSTEM AND METHOD THEREOF}

본 발명은 광대역 무선 접속 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 직교 주파수 분할 다중 방식 시스템과 공간 분할 다중 접속 방식을 이용하는 시스템 및 방법에 관한 발명이다.

차세대 통신 시스템인 4세대(4th Generation; 이하 '4G'라 칭하기로 한다) 통신 시스템에서는 약 100Mbps의 전송 속도를 가지며, 다양한 서비스 품질(Quality of Service; 이하 'QoS' 칭하기로 한다)을 가지는 서비스들을 사용자들에게 제공하기 위한 활발한 연구가 진행되고 있다. 현재 3세대(3rd Generation; 이하 '3G'라 칭하기로 한다) 통신 시스템은 일반적으로 비교적 열악한 채널 환경을 가지는 실외 채널 환경에서는 약 384Kbps의 전송 속도를 지원하며, 비교적 양호한 채널 환경을 가지는 실내 채널 환경에서도 최대 2Mbps 정도의 전송 속도를 지원한다.

한편, 무선 근거리 통신 네트워크(Local Area Network; 이하 'LAN'이라 칭하기로 한다) 시스템 및 무선 도시 지역 네트워크(Metropolitan Area Network; 이하 'MAN'이라 칭하기로 한다) 시스템은 일반적으로 20Mbps ~ 50Mbps의 전송 속도를 지원한다. 따라서, 현재 4G 통신 시스템에서는 비교적 높은 전송 속도를 보장하는 무선 LAN 시스템 및 무선 MAN 시스템에 이동성(mobility)과 QoS를 보장하는 형태로 새로운 통신 시스템을 개발하여 상기 4G 통신 시스템에서 제공하고자 하는 고속 서비스를 지원하도록 하는 연구가 활발하게 진행되고 있다.

이에 대한 방안으로서 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; 이하 'OFDM'라 한다.) 및 직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access; 이하 'OFDMA'라 한다.) 방식이 고려되고 있다. 또한, 다수의 수신 안테나를 사용하는 스마트 안테나(Smart Antenna) 기법, 다중의 송신 안테나와 다중의 수신 안테나를 통해 구현하는 다중 입력 다중 출력(Multi-Input Multi-Output; 이하 'MIMO'라 한다.) 기법, 복합 재전송(Hyprid ARQ; 이하 'HARQ'라 한다.) 기법 등이 상기 4세대 시스템을 실현하기 위하여 연구되고 있다.

그러면, 먼저 상기 OFDM/OFDMA 방식 중 OFDM 방식에 대해 설명하기로 한다.

상기 OFDM 방식은 서브 채널의 스펙트럼이 상호 직교성을 유지하면서 서로 중첩되어 있어 스펙트럼 효율이 좋다. 상기 OFDM 방식은 변조가 역 고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform; 이하 'IFFT'라 한다.)에 의해 구현되고, 복조가 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform; 이하 'FFT'라 한다.)에 의해 구현된다.

상기 OFDM 방식을 사용하는 무선통신 시스템의 송신기와 수신기의 동작을 간략하게 살펴보면 다음과 같다.

OFDM 방식의 송신기에서 입력 데이터는 스크램블러, 부호화기, 인터리버를 거쳐서 부반송파(subcarrier)로 변조된다. 이때, 상기 송신기는 다양한 가변 전송률을 제공하게 되는데, 상기 전송률에 따라서 각기 다른 부호율, 인터리빙 크기 및 변조방식을 갖게 된다. 통상적으로 상기 부호화기는 1/2, 3/4 등의 부호율을 사용하고, 연집 에러를 막기 위한 인터리버의 크기는 OFDM 심볼당 부호화된 비트 수에 따라 결정된다. 상기 변조방식은 요구된 데이터 전송률에 따라 QPSK(Quarature Phase Shift Keying), 8PSK(8ary PSK), 16QAM(16ary Quadrature Amplitude Modulation), 64QAM(64ary QAM) 등을 사용한다. 상기한 구성들에 의해 소정 개수의 부반송파(subcarrier)로 변조된 신호는 IFFT 블럭을 통과하여 하나의 OFDM 신호를 형성한다. 상기 OFDM 신호는 다중 경로 채널 환경에서의 심볼간 간섭을 제거하기 위한 보호구간이 삽입된 뒤 심볼 파형 생성기를 통과하여 최종적으로 무선 주파수부에 의해 무선 채널로 전송된다.

이에 대응하여 수신기에서는 상기 송신기의 역 과정이 일어나며 동기화 과정이 첨가된다. 먼저, 정해진 심볼들을 이용하여 주파수 옵셋 및 심볼 옵셋을 추정하는 과정이 선행되어야 한다. 그 뒤에 보호구간을 제거한 데이터 심볼이 FFT 블럭을 통과하여 소정 개수의 파일럿들이 포함된 소정 개수의 부반송파로 복원된다. 경로 지연 현상을 극복하기 위해 등화기는 채널 상태를 추정하여 수신신호로부터 채널에 의한 신호 왜곡을 제거한다. 상기 등화기를 통과하여 채널응답이 보상된 데이터는 비트열로 변환되어 디인터리버를 통과한 다음, 에러 정정을 위한 복호화기와 디스크램블러를 거쳐서 최종 데이터로 복원된다.

이러한 상기 OFDM 방식에서는 입력데이터를 단일 반송파로 고속전송을 하는 대신 다수의 반송파상에서 병렬로 저속 전송을 행하게 된다. 즉, 상기 OFDM 방식은 변/복조부의 효율적인 디지털 구현이 가능하고, 주파수 선택적 페이딩이나 협대역 간섭에 대한 영향을 적게 받는 특징을 가진다. 상기한 특징으로 인해 현재 유럽 디지털 방송의 전송과 IEEE 802.11a, IEEE 802.11b, 및 IEEE 802.16 등 대용량 이동통신시스템의 규격으로 채택되어 있는 고속의 데이터 전송에 효과적인 기술이라 할 수 있다.

한편, 상기 OFDMA 방식은 상술한 OFDM과 마찬가지로 입력데이터를 IFFT 변환 및 FFT 변환을 통해 다수의 부반송파상에서 병렬로 전송하게 되나, 상기 다수의 부반송파를 다수의 가입자 단말기들별로 할당하는 다중 접속(multiple access) 방식에 의해 신호를 전송한다는 점에서 차이가 있다.

또한, 상기 4세대 이동통신 시스템에서의 고속 데이터 전송을 위하여 공간 다이버시티에 의한 다중 안테나(multiple antenna) 방식이 존재한다. 이하, 상기 다중 안테나 방식을 설명하기로 한다.

먼저, 이동 통신 시스템은 하나의 기지국을 통해 여러 사용자 단말기들이 교신하는 형태로 구성된다. 한편, 상기 기지국이 다수의 사용자 단말기들로 고속 데이터 전송을 수행할 경우 무선 채널상의 특성으로 인해 페이딩(fading) 현상이 발생한다. 이러한 페이딩 현상을 극복하기 위해 상기 다중 안테나 방식 중 하나인 전송 안테나 다이버시티(transmit antenna diversity) 방식이 제안되었다.

여기서, 상기 전송 안테나 다이버시티 방식이라 함은 하나의 전송 안테나가 아닌 적어도 2개 이상의 전송 안테나들, 즉 다중 안테나들을 이용하여 신호를 송신함으로써 페이딩 현상에 따른 전송 데이터 손실을 최소화하여 데이터 전송률을 높이는 방식을 의미한다. 그러면 여기서 상기 전송 안테나 다이버시티 방식을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

일반적으로 이동 통신 시스템에 존재하는 무선 채널 환경은 유선 채널 환경과는 달리 다중 경로 간섭(multipath interference), 쉐도잉(shadowing), 전파 감쇠, 시변 잡음 및 간섭 등과 같은 여러 요인들로 인해 실제 송신 신호와 다른 왜곡된 신호를 수신하게 된다. 여기서, 상기 다중 경로 간섭에 의한 페이딩은 반사체나 사용자 단말기의 이동성과 밀접한 관련을 가지며, 실제 송신 신호와 간섭 신호가 혼재된 형태로 수신된다.

따라서, 상기 수신 신호는 실제 송신 신호로부터 심한 왜곡을 겪은 형태가 되어 전체 이동 통신 시스템의 성능을 저하시키는 요인으로 작용하게 된다. 결과적으로 상기 페이딩 현상은 수신 신호의 크기(amplitude)와 위상(phase)을 왜곡시킬 수 있으므로, 무선 채널 환경에서 고속의 데이터 통신을 방해하는 주요한 원인이 되며, 이에 따라 상기 페이딩 현상을 해결하기 위한 많은 연구들이 진행되고 있다.

결과적으로, 이동 통신 시스템에서 데이터를 고속으로 전송하기 위해서는 상술한 페이딩 현상과 같은 이동 통신 채널의 특성에 따른 손실과 사용자별 간섭을 최소화해야 한다.

한편, 상기와 같이 페이딩 현상으로 인해 통신이 불안정하게 되는 것을 방지하기 위한 방식으로서 상술한 전송 다이버시티 방식을 포함하여 다양한 다이버시티 방식을 사용하며, 이러한 상기 다이버시티 방식들 중 하나인 공간 다이버시티(space diversity) 방식을 구현하기 위하여 상술한 다중 안테나를 이용할 수도 있다.

또한, 상기 페이딩 현상을 해결하기 위한 방식들 중 효과적인 방식으로서 전송 안테나 다이버시티 방식은 무선 채널 환경에서 독립적인 페이딩 현상을 겪은 다수의 전송 신호들을 수신하여 페이딩 현상에 따른 왜곡에 대처하게 된다. 보다 구체적으로 상기 전송 안테나 다이버시티 방식에는 시간 다이버시티(time diversity) 방식, 주파수 다이버시티(frequency diversity) 방식, 다중 경로 다이버시티(multipath diversity) 방식 및 공간 다이버시티(space diversity) 방식 등과 같은 다양한 방식들이 존재한다.

정리하면, 이동 통신 시스템은 고속 데이터 전송을 수행하기 위해서 통신 성능에 가장 심각한 영향을 미치는 상기와 같은 페이딩 현상을 잘 극복해야만 하며, 이와 같이 페이딩 현상을 극복해야 하는 이유는 페이딩 현상이 수신 신호의 진폭(amplitude)을 수 dB에서 수십 dB까지 감소시키기 때문이다.

상기 페이딩 현상을 극복하기 위해서 상술한 다이버시티 방식들이 사용되며, 일 예로 코드 분할 다중 접속(CDMA; Code Division Multiple Access) 방식에서는 채널의 지연 분산(delay spread)을 이용해 다이버시티 성능을 얻을 수 있는 레이크(Rake) 수신기를 채택하고 있다. 여기서, 상기 레이크 수신기는 다중 경로(multi-path) 신호를 수신하는 일종의 수신 다이버시티 방식이다. 그러나, 상기 레이크 수신기에서 사용하는 수신 다이버시티 방식은 채널의 지연 분산이 비교적 작을 경우에는 원하는 다이버시티 이득을 갖지 못한다는 단점을 가진다.

상기 시간 다이버시티 방식은 인터리빙(interleaving) 및 코딩(coding) 등과 같은 방법을 이용하여 무선 채널 환경에서 발생하는 버스트 에러(burst error)에 효과적으로 대응하며, 일반적으로 도플러 확산(doppler spread) 채널에서 사용된다.

한편, 상기 공간 다이버시티 방식은 일반적으로 채널의 지연 분산이 비교적 작은 채널, 일 예로 실내 채널과 저속 도플러 채널인 보행자 채널 등과 같은 환경에서 사용된다. 또한, 상기 공간 다이버시티 방식은 두 개 이상의 안테나들을 사용하여 다이버시티 이득을 획득하는 방식으로서, 하나의 안테나를 통해 송신한 신호가 페이딩 현상에 의해 감쇄된 경우, 나머지 안테나를 통해 송신한 신호를 수신하여 다이버시티 이득을 획득하는 방식이다. 여기서, 상기 공간 다이버시티 방식은 수신 안테나들을 다수개로 구비하여 적용하는 수신 안테나 다이버시티 방식과 송신 안테나들을 다수개로 구비하여 적용하는 송신 안테나 다이버시티 방식으로 분류된다.

이하, 4세대 시스템을 위하여 논의되고 있는 수신 안테나 다이버시티 방식중의 하나인 수신 적응 안테나 어레이(Receive-Adaptive Antenna Array; 이하 'Rx-AAA'라 칭하기로 한다) 방식에 대해서 설명하기로 한다.

상기 Rx-AAA 방식은 다수의 수신 안테나들로 구성된 안테나 어레이를 통해 수신된 수신 신호의 신호 벡터(vector)에 적정 가중치(weight) 벡터를 내적하여 출력함으로써 수신기가 수신하고자하는 방향으로부터의 신호는 그 수신 신호의 크기를 최대화하고, 수신하고자 하는 방향이 아닌 방향, 즉 수신하지 않기를 원하는 방향으로부터의 신호는 그 수신 신호의 크기를 최소화하는 방식이다.

결과적으로, 상기 Rx-AAA 방식은 수신하기를 원하는 신호만을 최대 크기로 증폭하여 수신함으로써 양질의 통화 품질을 유지함과 동시에 시스템 전체의 용량 증대와 서비스 반경 증대를 가져온다는 이점을 가진다.

그러면 여기서 도 1을 참조하여 상기 CDMA 이동 통신 시스템에서 기지국 수신기 구조를 설명하기로 한다.

상기 도 1은 일반적인 CDMA 이동 통신 시스템의 기지국 수신기 구조를 도시한 블록도이다.

상기 도 1을 참조하면, 상기 기지국 수신기는 다수의 수신 안테나(Rx ANT)들, 예컨대 제1 수신 안테나(111), 제2 수신 안테나(121), ... 및 제N 수신 안테나(131)의 N개의 수신 안테나들과, 상기 수신 안테나들 각각에 대응되는 N개의 무선 주파수(Radio Fre nquency; 이하 'RF'라 칭하기로 한다) 처리기(processor)들, 즉 제1 RF 처리기(112), 제2 RF 처리기(122), ... 및 제N RF 처리기(132)의 N개의 RF 처리기들과, 상기 RF 처리기들 각각에 대응되는 N개의 다중 경로 탐색기(multipath searcher)들, 즉 제1 다중 경로 탐색기(113), 제2 다중 경로 탐색기(123), ... 및 제N 다중 경로 탐색기(133)의 N개의 다중 경로 탐색기들과, 상기 다중 경로 탐색기들 각각에서 탐색한 다수의 다중 경로(multipath), 예컨대 L개의 다중 경로 각각에 대한 신호를 처리하는 L개의 핑거(finger)들, 즉 제1 핑거(140-1), 제2 핑거(140-2), ... 및 제L 핑거(140-L)의 L개의 핑거들과, 상기 L개의 핑거들 각각에서 출력하는 다중 경로 신호들을 결합하는 다중 경로 결합기(multipath combiner)(150), 디인터리버(de-interleaver)(160) 및 디코더(decoder)(170)로 구성된다.

먼저, 다수의 이동국(MS; Mobile Station)들 각각의 송신기들에서 송신한 신호들은 다중 경로 페이딩 무선 채널(fading radio channel)을 통해 상기 N개의 수신 안테나들 각각으로 수신된다. 상기 제1 수신 안테나(111)는 상기 수신된 신호를 상기 제1 RF 처리기(112)로 출력한다. 여기서, 상기 RF 처리기들 각각은 증폭기(amplifier), 주파수 변환기(frequency converter), 필터(filter) 및 아날로그/디지털 변환기(analog to digital converter) 등으로 구성되어 RF 신호를 처리한다.

상기 제1 RF 처리기(112)는 상기 제1 수신 안테나(111)에서 출력한 신호를 입력받아 RF 처리하여 기저 대역(baseband) 디지털 신호로 변환한 후 제1 다중 경로 탐색기(113)로 출력한다. 상기 제1 다중 경로 탐색기(113)는 상기 제1 RF 처리기(112)에서 출력한 신호를 입력받아 L개의 다중 경로 성분들을 분리하고, 상기 분리된 L개의 다중 경로 성분들 각각을 상기 제1 핑거(140-1) 내지 제L 핑거(140-L)들로 출력한다. 여기서, 상기 각 제1 핑거(140-1) 내지 제L 핑거(140-L)는 L개의 다중 경로들에 각각 일대일 매핑되어 다중 경로 신호 성분들을 처리하게 된다.

여기서, 상기 N개의 수신 안테나들을 통해 수신된 신호들 각각에 대해 L개의 다중 경로들을 고려하므로 N×L개의 신호들에 대해서 신호 처리해야 하며, 상기 N×L개의 신호들 중 동일한 경로의 신호들이 동일한 핑거로 출력된다.

또한, 상기 제2 수신 안테나(121)는 상기 수신된 신호를 상기 제2 RF 처리기(122)로 출력한다. 상기 제2 RF 처리기(122)는 상기 제2 수신 안테나(121)에서 출력한 신호를 입력받아 RF 처리하여 기저 대역 디지털 신호로 변환한 후 제2 다중 경로 탐색기(123)로 출력한다. 상기 제2 다중 경로 탐색기(123)는 상기 제2 RF 처리기(122)에서 출력한 신호를 입력받아 L개의 다중 경로 성분들로 분리하고, 상기 분리된 L개의 다중 경로 성분들 각각을 상기 제1 핑거(140-1) 내지 제L 핑거(140-L) 각각으로 출력한다.

동일한 방법으로, 상기 제N 수신 안테나(131)는 상기 수신된 신호를 상기 제N RF 처리기(132)로 출력한다. 상기 제N RF 처리기(132)는 상기 제N 수신 안테나(131)에서 출력한 신호를 입력받아 RF 처리하여 기저 대역 디지털 신호로 변환한 후 제N 다중 경로 탐색기(133)로 출력한다. 상기 제N 다중 경로 탐색기(133)는 상기 제N RF 처리기(132)에서 출력한 신호를 입력받아 L개의 다중 경로 성분들로 분리하고, 상기 분리된 L개의 다중 경로 성분들 각각을 상기 제1 핑거(140-1) 내지 제L 핑거(140-L) 각각으로 출력한다.

동일한 방법으로, 상기 N개의 수신 안테나들 각각을 통해 수신된 신호들의 L개의 다중 경로 신호들은 동일한 다중 경로 신호들끼리 동일한 핑거로 입력된다. 일 예로, 상기 제1 수신 안테나(111) 내지 제N 수신 안테나(131)의 제1 다중 경로 신호들은 상기 제1 핑거(140-1)로 입력되고, 마찬가지로 상기 제1 수신 안테나(111) 내지 제N 수신 안테나(131)의 제L 다중 경로 신호들은 상기 제L 핑거(140-L)로 입력된다. 한편, 상기 제1 핑거(140-1) 내지 제L 핑거(140-L) 각각은 실제 입출력되는 신호들만 상이할 뿐 그 구성 및 동작이 동일하므로 이하 상기 제1 핑거(140-1)의 동작만을 설명하기로 한다.

상기 제1 핑거(140-1)는 상기 N개의 다중 경로 탐색기들 각각에 대응되는 N개의 역확산기(de-spreader)들, 즉 제1 역확산기(141), 제2 역확산기(142), ... 및 제N 역확산기(143)의 N개의 역확산기들과, 상기 N개의 역확산기들 각각에서 출력하는 신호를 입력하여 수신 빔(beam) 생성을 위한 가중치 벡터를 계산하는 신호 처리기(144)와, 상기 신호 처리기(144)로부터 계산된 가중치 벡터를 사용하여 수신 빔을 생성하는 수신빔 생성기(145)로 구성된다.

먼저, 상기 제1 다중 경로 탐색기(113)에서 출력한 제1 다중 경로 신호는 상기 제1 역확산기(141) 및 상기 신호 처리기(144)로 입력된다. 상기 제1 역확산기(141)는 상기 제1 다중 경로 탐색기(113)에서 출력한 제1 다중 경로 신호를 미리 설정되어 있는 확산 코드(spreading code)를 가지고 역확산하여 상기 신호 처리기(144) 및 수신 빔 생성기(145)로 출력한다. 여기서, 상기 역확산하는 과정을 '시간 프로세싱(temporal processing)'이라 칭한다.

또한, 상기 제2 다중 경로 탐색기(123)에서 출력한 제1 다중 경로 신호는 상기 제2 역확산기(142) 및 상기 신호 처리기(144)로 입력된다. 상기 제2 역확산기(142)는 상기 제2 다중 경로 탐색기(123)에서 출력한 제1 다중 경로 신호를 미리 설정되어 있는 확산 코드를 가지고 역확산하여 상기 신호 처리기(144) 및 수신 빔 생성기(145)로 출력한다. 동일한 방법으로, 상기 제N 다중 경로 탐색기(133)에서 출력한 제1 다중 경로 신호는 상기 제N 역확산기(143) 및 상기 신호 처리기(144)로 입력된다. 상기 제N 역확산기(143)는 상기 제N 다중 경로 탐색기(133)에서 출력한 제1 다중 경로 신호를 미리 설정되어 있는 확산 코드를 가지고 역확산하여 상기 신호 처리기(144) 및 수신 빔 생성기(145)로 출력한다.

상기 신호 처리기(144)는 상기 제1 역확산기(141) 내지 제N 역확산기(143)로부터 출력된 신호를 입력받아 수신 빔 생성을 위한 가중치 집합 를 계산한다. 여기서, 상기 제1 다중 경로 탐색기(113) 내지 제N 다중 경로 탐색기(133) 각각에서 출력한 제1 다중 경로 신호들의 집합을 라고 정의하기로 한다. 여기서, 상기 제1 다중 경로 신호 집합 는 k번째 시점에서 제1 수신 안테나(111) 내지 제N 수신 안테나(131) 각각을 통해 수신된 제1 다중 경로 신호들의 집합을 나타내며, 상기 제1 다중 경로 신호 집합 를 구성하는 제1다중 경로 신호들 각각은 모두 벡터 신호이다. 그리고, 상기 가중치 집합 는 k번째 시점에서 제1 수신 안테나(111) 내지 제N 수신 안테나(131) 각각을 통해 수신된 제1 다중 경로 신호들 각각에 적용할 가중치들의 집합을 나타내며, 상기 가중치 집합 을 구성하는 가중치들 각각은 모두 벡터 신호이다.

그리고, 상기 제1 다중 경로 신호 집합 내의 모든 제1 다중 경로 신호들이 역확산된 신호들의 집합을 ''라고 정의하기로 한다. 여기서, 제1 다중 경로 신호들의 역확산 신호 집합 는 k번째 시점에서 제1 수신 안테나(111) 내지 제N 수신 안테나(131) 각각을 통해 수신된 제1 다중 경로 신호들 각각이 역확산된 신호들의 집합을 나타내며, 상기 제1 다중 경로 신호들의 역확산 신호 집합 를 구성하는 역확산 신호들 각각은 모두 벡터 신호이다. 이하, 설명의 편의상 '집합'에 대해서는 그 용어를 생략하기로 하며, 언더바(under bar) 표시가 되어 있는 파라미터(parameter)들은 모두 특정 엘리먼트(element)들의 집합을 나타냄에 유의하여야 한다.

또한, 상기 제1 역확산기(141) 내지 제N 역확산기(143) 각각은 미리 설정되어 있는 역확산 코드(de-scrambling code)로 상기 제1 다중 경로 신호 를 역확산하므로 수신하기를 원하는 신호의 수신 전력(power)이 간섭 신호(interference signal)의 수신 전력에 비해서 프로세스 이득(process gain)만큼 증폭된다. 여기서, 상기 역확산 코드는 상기 이동국들의 송신기들 각각에서 사용한 확산 코드(spreading code)와 동일한 코드이다.

한편, 상기에서 설명한 바와 같이 상기 신호 처리기(144)로는 역확산되기 전의 신호, 즉 제1 다중 경로 신호 와 역확산된 후의 신호, 즉 상기 제1 다중 경로 신호 가 역확산된 신호 가 입력된다. 상기 신호 처리기(144)는 상기 제1 다중 경로 신호 와 상기 제1 다중 경로 신호 가 역확산된 신호 를 가지고 가중치를 계산하여 상기 수신 빔 생성기(145)로 출력한다. 결과적으로, 상기 신호 처리기(144)는 상기 제1 수신 안테나(111) 내지 제N 수신 안테나(131) 각각에서 출력되는, 총 N개의 제1 다중 경로 신호들인과, 상기 총 N개의 제1 다중 경로 신호들이 역확산된 신호들인 를 가지고 상기 제1 수신 안테나(111) 내지 제N 수신 안테나(131) 각각에서 출력되는 제1 다중 경로 신호 에 적용되는 총 N개의 가중치 벡터들인 를 계산하는 것이다. 상기 수신 빔 생성기(145)는 상기 총 N개의 제1 다중 경로 신호들인 이 역확산된 신호들인 와 총 N개의 가중치 벡터들인 를 입력하고, 상기 제1 다중 경로 신호 가 역확산된 신호 와 해당 가중치 를 내적하여 상기 제1핑거(140-1)의 출력 로 출력한다. 여기서, 상기 제1핑거(140-1)의 출력 는 하기 <수학식 1>과 같이 표현된다.

상기 <수학식 1>에서 H는 허미시안(Hermitian) 연산자, 즉 컨쥬게이트(conjugate)의 이항(transpose)를 나타낸다. 또한, 상기 기지국 수신기의 N개의 핑거들 각각에서 출력하는 출력 신호 z_k의 집합인 가 최종적으로 상기 다중 경로 결합기(150)로 입력되는 것이다.

상기의 설명에서는 제1 핑거(140-1)만을 일 예로 하여 그 동작을 설명하였으나, 상기 제1 핑거(140-1) 뿐만 아니라 나머지 핑거들 역시 상기 제1 핑거(140-1)와 동일한 동작을 수행함은 물론이다. 따라서, 상기 다중 경로 결합기(150)는 상기 제1 핑거(140-1) 내지 제L 핑거(140-L)에서 출력한 신호를 입력받아 다중 경로 결합한 후 상기 디인터리버(160)로 출력한다. 상기 디인터리버(160)는 상기 다중 경로 결합기(150)로부터 출력된 신호를 입력받아 송신기에서 적용한 인터리빙(interleaving) 방식에 상응하는 디인터리빙(deinterleaving) 방식으로 디인터리빙한 후 상기 디코더(170)로 출력한다. 상기 디코더(170)는 상기 디인터리버(160)로부터 출력된 신호를 입력받아 송신기에서 적용한 인코딩(encoding) 방식에 상응하는 디코딩(decoding) 방식으로 디코딩하여 최종 수신 데이터로 출력한다.

한편, 상기 신호 처리기(144)는 미리 설정되어 있는 설정 알고리즘(algorithm)에 의해 수신하기를 원하는 이동국 송신기로부터 수신되는 신호의 평균 제곱 에러(Mean Square Error; 이하 'MSE'라 칭하기로 한다)가 최소가 되도록 가중치 를 사용하여 상기 수신 빔 생성기(145)가 수신 빔을 생성한다. 상기와 같이 MSE가 최소가 되도록 수신 빔을 생성하는 과정을 '공간 프로세싱(spatial processing)'이라 칭한다.

따라서, 상기 Rx-AAA 방식이 CDMA 이동 통신 시스템에 사용되면 시간 프로세싱과 공간 프로세싱이 동시에 수행되는데, 이렇게 시간 프로세싱과 공간 프로세싱이 동시에 수행되는 동작을 '공간-시간 프로세싱(Spatial-Temporal processing)'이라 칭한다.

정리하면, 상기 다이버시티 등의 효과를 얻기 위하여 다수의 송신 또는 수신 안테나를 사용한다. 이때, 송신 안테나 및 수신 안테나가 모두 복수개로 구성되는 시스템이 상기 MIMO 시스템이며, 수신 안테나를 복수개로 구비하고 상기 복수의 수신 안테나들로부터 수신된 신호들의 위상차를 이용하여 각 단말기들이 위치한 방향으로 수신빔을 형성하는 방식이 스마트 안테나 시스템이다.

상기 MIMO 시스템은 하나의 사용자 단말기가 여러개의 안테나를 가지므로 안테나 간에는 상관(correlation)이 형성되지 않으며, 고속의 데이터 통신을 하기에 적합하다. 한편, 상기 스마트 안테나 시스템은 기지국 수신기에서 수신하는 신호들이 전송된 방향(즉, 신호를 전송한 단말기들이 위치한 방향)에 따라 복수의 안테나들 각각에 지향성을 부여하여 빔성형을 수행한다. 상기와 같은 빔 성형은 상술한 바와 같이 각 안테나들로부터 수신된 신호들에 가중치를 부여함으로써 구현하는 신호 처리 기술이다.

상기 스마트 안테나 기법으로는 고정 스위치 안테나(fixed switched antenna) 방식과 적응 배열 안테나(adaptive array antenna) 방식이 있으며, 본 발명은 상술한 다중 안테나 시스템들 중에서 상기 스마트 안테나의 복조 기술이 적용되며, 특히 상기 고정 스위치 안테나 방식에 사용되는 복조 기술이 적용된다.

한편, 상술한 다중 안테나 시스템의 고정 스위치 안테나 방식을 활용한 방법으로서 직교성을 갖는 고정 빔을 사용하는 공간 분할 다중 접속 방식(Spatial Division Multiple Access; 이하, SDMA'라 한다.)을 구현할 수 있다.

이하 도 2를 참조하여 상기 SDMA 방식을 설명한다.

상기 도 2는 4개의 배열 안테나를 사용할 경우 첫 번째 공간 차원(spatial space)에 수신하는 단말에게 적용되는 빔 성형 패턴을 도시한 그림이다. 동일하게 나머지 3개의 공간 차원에서도 직교성을 갖는 빔 성형 패턴을 정의할 수 있다. 이에 따라 안테나 개수가 4개일 경우 4개의 직교성을 갖는 공간 차원이 형성될 수 있다. 즉, 서로 다른 공간 차원에 위치한 단말기들의 신호들은 송수신 시 안테나 빔 패턴의 직교성에 의해 제거되므로 서로 간섭을 주지 않게 된다.

상기 도 2를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 상기 기지국은 4개의 안테나를 통해 수신한다고 가정할 때, 하나의 기지국이 담당하는 180도의 공간 영역을 45도씩 4개의 영역으로 구분하는 것이 가능하다. 상기 구분된 4개의 영역을 제1 공간 내지 제4 공간으로 구분하여 할당할 경우, 소정의 이동 단말기는 상기 4개의 영역 중에서 하나의 영역내에 위치하게 된다. 예컨대, 상기 단말기가 제1 공간 영역에 위치하고 있을 경우, 상기 기지국의 안테나들은 상술한 수신 빔 형성 방법에 의해 상기 제1 공간에 위치한 단말기로부터 송신된 신호를 다른 공간에 위치한 단말기들이 동일 시간에 동일 서브캐리어로 송신한 신호와 구별해낼 수가 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 상기 기지국의 4개의 안테나를 통해 수신된 신호중 상기 제1 공간에 해당되는 안테나로부터 수신된 신호에 상대적으로 큰 가중치를 부여하고, 나머지 안테나들로부터 수신된 신호에는 상대적으로 낮은 가중치를 부여한다. 이렇게 함으로써 상기 각 안테나들에 의해 수신된 수신 신호들은 상기 기지국 내의 신호 처리에 의해 상기 제1 공간에 위치한 단말기로부터 송신된 신호를 구별해 낼 수 있다. 즉, 상기 모든 안테나들로부터 수신된 신호는 각 안테나별 가중치를 통한 수신빔 형성 방법에 의해 상기 각 공간 영역에 속한 다수의 단말기들로부터 송신된 신호들을 각 공간 영역별로 구별해낼 수 있다.

따라서, 서로 다른 공간 차원에 존재하는 단말기들은 같은 무선 자원을 공유하여도 배열 안테나의 직교성을 갖는 안테나 빔 패턴에 의해 구분될 수 있으므로 자원 재사용율이 안테나 수만큼 증가하게 된다.

도 3은 상기 SDMA 방식을 사용하는 통신 시스템에서 시간에 따른 자원 분할을 도시한 도면이다.

상기 도 3은 배열 안테나 시스템에서 고정 빔을 사용하여 SDMA 방식을 구현할 경우 시간 슬롯(time slot)별로 접근 가능한 차원을 도시한 그림이다. 배열 안테나를 사용하지 않을 경우에는 하나의 시간 슬롯에서 하나의 가입자 단말기만이 접속해야만 접속이 성공했던 것에 비하여 서로 다른 공간 차원에 위치한 단말기들은 같은 시간 슬롯에서 접속을 하여도 최대 안테나 수만큼 성공할 확률이 높아진다.

예컨대, 상기 도 3에서는 4개의 수신 안테나를 구비하여 4개의 공간 차원에 대한 수신 신호의 구별이 가능한 기지국에서 5개의 시간 슬롯 동안 할당할 수 있는 무선 자원이 총 40개가 된다.

즉, 상기 도 2에 의한 SDMA 방법에 의하면, 상기 도 3에 도시된 바와 같이 동일한 시간 슬롯에 대해 안테나 개수만큼의 자원 확장이 가능하다.

한편, 상술한 OFDMA 시스템에서의 자원 할당을 살펴보면 하기 도 4와 같다.

도 4는 OFDMA 방식을 사용하는 통신 시스템에서 시간에 따른 자원 분할을 도시한 도면이다.

상기 도 4를 참조하면, 상술한 바와 같이 상기 OFDM 또는 OFDMA 시스템은 자원을 각 부반송파(subcarrier)별로 할당하는 것이 가능하다. 따라서, 일정 시간 슬롯에서 할당할 수 있는 자원은 상기 부반송파의 수와 비례한다.

상기 OFDMA 시스템의 경우 낮은 데이터 속도를 갖는 직교 부반송파를 여러 명의 단말기들이 공유함으로 광대역폭 전송 시스템을 구현한다. 또한, 상기 부반송파는 엑세스 서브캐리어와 데이터 서브캐리어로 구분될 수 있으며, 상기 엑세스 서브캐리어는 각 단말기들이 무선 자원을 할당받기 위한 엑세스를 위해 필요한 서브캐리어이며, 상기 데이터 서브캐리어는 상기 무선 자원을 할당받은 각 단말기들이 실제 데이터 전송을 위해 사용하는 서브캐리어이다.

한편, 상기 OFDMA 시스템에서는 기존의 단일 주파수를 사용할 때와 달리 상기 엑세스 서브캐리어들을 같은 시간 슬롯에서 여러 개를 두어 접속 성공 확률을 높일 수 있으며 이동국들의 QoS에 따라 가변적인 대역폭 할당이 가능하다

한편, 상술한 바와 같이 제안된 시스템들은 4세대 통신 시스템에서 요구되는 고속 데이터 통신을 가능하게 하며, 이동하는 다수의 가입자 단말기들에게 높은 품질의 서비스를 제공하여야 한다. 그러나, 현재 제안된 상기 OFDM/OFDMA 방식 또는 SDMA 방식만으로는 한정된 주파수 자원을 효율적으로 사용하기가 어렵다는 문제점이 있다. 즉, 상기 OFDM/OFDMA 방식을 적용하면 고속 데이터 통신이 가능하다는 장점이 있으나 한정된 주파수 자원을 사용하기 때문에 많은 수의 가입자 단말기를 수용하는데 용량의 한계가 있다.

따라서, 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 OFDMA 시스템에 SDMA 시스템을 적용함으로써 엑세스 성공 효율을 증가시키는 시스템 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 OFDMA 시스템에 SDMA 시스템을 적용함으로써 시스템 용량을 증가시키는 시스템 및 방법을 제공함에 있다 .

본 발명의 또 다른 목적은 OFDMA 시스템에 SDMA를 적용하여 기지국에 적합한 새로운 MAC 프로토콜을 수행하는 시스템 및 방법을 제안함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은; 소정의 데이터를 주파수 축상의 다수의 서브캐리어들을 통해 전송하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서, 복수의 수신 안테나들을 구비하는 기지국이 하나 이상의 사용자 단말기들에게 상기 서브캐리어들을 할당하는 방법에 있어서, 상기 기지국이 관리하는 공간 영역을 복수의 공간 영역들로 구분하고, 상기 사용자 단말기들로부터 수신된 신호들을 빔성형하여 상기 각각의 수신 신호를 상기 구분된 공간 영역들 중 하나의 공간 영역으로부터 전송된 신호로 검출하는 과정과, 상기 각 단말기들에게 할당 가능한 서브캐리어들을 상기 구분된 복수의 공간 영역들 중 상기 검출된 신호의 해당 공간 영역별로 구분하여 할당하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은; 소정의 데이터를 주파수 축상의 다수의 서브캐리어들을 통해 전송하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서, 복수의 수신 안테나들을 구비하는 기지국에 하나 이상의 사용자 단말기들이 엑세스 서브캐리어들을 통해 접속을 요청하는 방법에 있어서, 상기 기지국이 관리하는 공간 영역을 복수의 공간 영역들로 구분하고, 상기 사용자 단말기들로부터 소정의 상기 엑세스 서브캐리어들을 통해 수신된 접속 요청 신호들을 빔성형하여 상기 각각의 수신 신호를 상기 구분된 공간 영역들 중 하나의 공간 영역으로부터 전송된 신호로 검출하는 과정과, 상기 구분된 공간 영역들과 상기 엑세스 서브캐리어들을 고려하여 상기 단말기들의 접속 성공 여부를 결정하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은; 소정의 데이터를 주파수 축상의 다수의 서브캐리어들을 통해 전송하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서, 복수의 수신 안테나들을 구비하는 기지국이 하나 이상의 사용자 단말기들에게 데이터 전송을 위한 서브캐리어들을 할당하는 방법에 있어서, 상기 기지국이 관리하는 공간 영역을 복수의 공간 영역들로 구분하고, 상기 사용자 단말기들로부터 수신된 접속 요청 신호들을 빔성형하여 상기 각각의 수신 신호를 상기 구분된 공간 영역들 중 하나의 공간 영역으로부터 전송된 신호로 검출하는 과정과, 상기 해당 공간 영역에 할당된 데이터 전송을 위한 서브캐리어들 중 여분의 서브캐리어들에 상기 해당 공간 영역으로부터의 신호를 전송한 단말기에게 요구되는 대역을 할당하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

한편, 상기한 목적을 달성하기 위한 시스템은; 기지국이 복수의 수신 안테나를 구비하고, 상기 기지국과 단말기간에 전송하고자 하는 데이터들을 주파수 축상의 다수의 서브캐리어들을 통해 송수신하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에 있어서, 상기 복수의 수신 안테나에 의해 구분된 소정의 공간 영역들 중 하나의 공간 영역에 위치하여 소정의 서브캐리어들을 통해 데이터를 전송하는 단말기와, 상기 단말기로부터 수신된 데이터들을 빔성형하여 상기 구분된 공간 영역들 중 하나의 공간 영역으로부터 전송된 신호로 검출하고, 상기 해당 공간 영역에 할당된 데이터 전송을 위한 서브캐리어들 중 여분의 서브캐리어들에 상기 단말기에게 요구되는 대역을 할당하는 기지국을 포함함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

본 발명은 4세대 통신 시스템의 효과적인 구현을 위하여 종래의 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 방식에 배열 안테나를 이용하여 공간 분할 다중 접속(SDMA) 방식을 적용한 새로운 SDMA-OFDMA 시스템을 제안한다.

즉, 서브캐리어별로 자원을 구별하여 할당하는 상기 OFDMA 시스템에 공간 차원별로 자원을 구별하여 할당하는 SDMA를 적용함으로써 무선 자원을 한차원 더 높여서 할당할 수 있다. 따라서, 한정된 주파수를 가지는 무선 환경에서 보다 많은 양의 전송 자원을 확보할 수 있다.

상기와 같이 본 발명에서 직교 주파수 다중 접속 방식을 사용하는 시스템에 배열 안테나를 접목시키게 될 경우, 공간 차원에서 각 공간별로 부하량을 분산시킬 수 있는 효율적인 MAC 프로토콜을 구현함으로써 시스템의 효율을 극대화 시킬 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 방식과 공간 분할 다중 접속 방식을 적용한 통신 시스템(이하, 'SDMA-OFDMA 통신 시스템'이라 한다.)에서 주파수, 시간 및 공간 차원에 따른 자원 분할을 도시한 도면이다.

상기 도 5를 참조하면, 종래의 시스템들이 무선 자원을 소정의 시간 영역에서 서브캐리어별로 할당(예컨대, OFDMA 시스템)하거나 공간 차원별로 할당(예컨대, SDMA 시스템)하는 2차원 평면 구조였던 것과는 달리 본 발명에서 제안하는 시스템에 의하면 시간-주파수-공간의 3차원 구조로 무선 자원의 할당이 가능함을 알 수 있다.

즉, 상기 자원 할당을 3차원적으로 나타낸 상기 도 5에서와 같이 x축을 공간 차원, y축을 주파수, z축을 시간 슬롯으로 표현할 수 있다. 따라서, 소정의 시간 슬롯 영역은 다수의 공간 차원들 및 다수의 서브캐리어들로 구분될 수 있다. 이에따라 소정의 단말기들은 상기 소정의 시간-주파수-공간 자원 영역을 통해 데이터를 전송함으로써 다른 시간-주파수-공간 자원 영역의 데이터와 구별하여 복조할 수 있다.

한편, 송수신 시스템이 OFDMA 시스템일 경우 각 단말기들은 서로 다른 서브캐리어들을 할당받아 데이터를 송수신할 수 있다. 상기와 같이 서브캐리어들을 할당받기 위해 단말기들은 경쟁 방식을 사용할 수 있다. 상기 OFDMA 방식을 사용할 경우 상기 도 5에서와 같이 서브캐리어를 엑세스 서브캐리어와 데이터 서브캐리어로 구분할 수 있으며, 단말기들은 초기 호를 요청하려고 할 경우 상기 엑세스 서브캐리어들 중에 하나를 이용하여 접속을 시도하게 된다.

이하, 도 6을 참조하여 상기 도 5에서 상술한 바와 같이 본 발명에서 제안하는 SDMA-OFDMA 시스템을 적용하여 다수의 단말기들이 무선 자원을 할당받아 접속하는 과정을 설명한다.

도 6은 본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 방식과 공간 분할 다중 접속 방식을 적용한 통신 시스템에서의 접속 절차를 나타낸 흐름도이다.

상기 도 6을 참조하면, 611단계에서 다수의 이동국(650)들은 해당 기지국(600)에 접속을 시도하기 위하여 기 할당된 엑세스 채널 중에서 임의의 엑세스 서브 캐리어 또는 기할당된 엑세스 서브 캐리어를 통해 엑세스 신호를 전송한다.

613 단계에서 상기 기지국(600)은 상기 다수의 이동국(650)들로부터 전송된 엑세스 신호를 다수의 안테나를 통해 수신하고, 상기 접속을 시도한 이동국(650)들의 신호들을 검출한다. 한편, 615 단계에서 상기 기지국(600)은 상기 다수의 안테나를 통해 수신된 신호를 빔성형하여 상기 수신된 신호들을 각 전송된 공간 영역별로 구분한다. 따라서, 종래에는 동일한 엑세스 서브캐리어를 통해 전송된 모든 신호는 검출할 수 없으므로 접속이 실패되었으나, 본 발명에 따르면 상기 빔성형을 통해 다른 공간 차원으로부터 전송된 접속 신호라면 동일한 엑세스 서브캐리어라 할지라도 수신 신호를 구분해 낼 수 있다. 즉, 동일 시간 슬롯에서 다수의 이동국(650)들이 동일한 엑세스 서브캐리어를 통해 접속 신호를 전송하여도, 상기 다수의 이동국(650)들이 각기 다른 공간 차원 영역에서 상기 접속을 시도하였다면, 상기 기지국의 다수의 안테나를 통해 수신된 신호들의 각각에 가중치를 적용하여 상기 각 접속 신호들을 검출할 수 있다.

상기와 같이 접속에 성공한 이동국(650)들에 대하여, 상기 기지국(600)은 617 단계에서 상기 이동국(650)들이 위치한 공간 영역에 따라서 공간별 데이터 서브캐리어들을 할당해 준다. 예컨대, 제1 공간을 통해 접속을 시도하여 성공한 이동국(650)에 대해서는 제1 공간의 남아있는 데이터 서브캐리어들 중의 일부 서브캐리어 영역을 할당하여 줄 수 있다.

619 단계에서 상기 각 이동국(650)들에 할당된 서브캐리어 정보는 상기 해당 이동국(650)들에 전송되며, 상기 서브캐리어 할당 정보를 수신한 상기 이동국(650)들은 621 단계에서 상기 할당된 데이터 서브캐리어로 데이터를 전송하게 된다.

이하, 상기 도 5 및 도 6에서 상술한 본 발명에 따른 무선 자원 할당 방법을 엑세스 서브캐리어와 데이터 서브캐리어로 구분하여 보다 구체적으로 설명한다.

<엑세스 서브캐리어를 통한 접속 절차>

먼저, 도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명에 따른 엑세스 서브캐리어를 통한 접속 절차를 설명한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 동일 시간 슬롯에서의 무선 자원의 할당은 서브캐리어 뿐만아니라 공간 차원(Spatial space)에서의 할당도 가능하므로, 상기 무선 자원들을 동일 서브캐리어들 중에서도 구별된 다수의 공간 차원들에 각각 할당할 수 있다.

한편, 상기 도 5에서는 안테나의 개수를 4개로 고려하여 구별 가능한 공간 차원이 4개로 나누어지며, 엑세스를 위한 서브 주파수로서 4개의 서브캐리어가 할당되었다. 따라서, 동일 시간 슬롯에서 각 가입자 단말기들의 엑세스를 위해 할당할 수 있는 엑세스 서브캐리어는 16(4×4)개이다.

만약, 종래의 OFDMA 시스템에 배열 안테나의 스위칭 빔형성(switched beamforming)을 고려하지 않을 경우 상기 엑세스의 차원은 상기 도 5에서의 서브캐리어축과 시간 슬롯 축만을 고려한 것이 된다. 즉, 동일 시간 슬롯에서 각 가입자 단말기들의 엑세스를 위해 할당할 수 있는 엑세스 서브캐리어는 4개만이 가능하다.

반면, 본 발명에 따라 상술한 바와 같이 상기 엑세스 서브캐리어별로 상기 도 5와 같이 빔형성(beamforming)을 적용하면 직교성을 갖는 공간 차원이 형성된다. 따라서, 각 공간 차원에 접속을 시도하는 단말기들은 동일한 억세스 서브 주파수를 사용하여도 접속에 성공할 수 있다. 즉, 서로 다른 공간 차원에 존재하여 접속을 시도하는 단말기들의 경우 최대 안테나 개수(즉, 도 5에서는 4개)만큼의 단말기가 하나의 억세스 서브 주파수와 동일한 시간 슬롯에 접속 하더라도 접속 성공 가능하게 된다.

이하, 도 7을 참조하여 상기 엑세스 서브캐리어를 다수의 단말기들에게 실제로 할당하는 방법을 설명한다.

도 7은 본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 방식과 공간 분할 다중 접속 방식을 적용한 통신 시스템에서 단말기들의 엑세스 서브캐리어와 공간 차원별 접속을 도시한 도면이다.

상기 도 7은 소정의 시간 슬롯에서의 엑세스 서브캐리어 할당 방법을 도시한 것으로서, 상기 도 5의 3차원 평면에서 소정의 시간 슬롯을 기준으로 x-y 평면만을 절단하여 나타낸 것으로 볼 수 있다.

즉, 가로축은 공간 차원을 의미하며, 세로축은 엑세스 채널, 즉 다수(예컨대, 상기 도 7에서는 4개)의 엑세스 서브캐리어들을 의미한다. 또한, 상기 엑세스 채널에서의 AF는 상기 엑세스 채널을 구성하는 하나의 엑세스 주파수(Access Frequence), 즉 하나의 엑세스 서브캐리어를 의미한다.

종래의, 스위치 빔형성(Switched beamforming)을 고려하지 않고 다수의 단말기들의 접속을 시간과 서브캐리어만을 고려하여 할당하게 될 경우, 하나의 시간 슬롯에서 동일한 엑세스 서브캐리어를 가지는 두 개 이상의 단말기가 접속을 시도하는 경우에는 모두 실패로 처리된다.

즉, 상기 도 7에서 AF1에 대해 접속을 시도한 사용자 1(User 1), 사용자 2(User 2) 및 사용자 4(User 4)는 동일 시간에 동일한 서브캐리어로 접속을 시도하였으므로 상기 접속 신호들을 구분하지 못하게되어 모두 실패로 처리된다. 마찬가지로, AF3에 대해 접속을 시도한 사용자 11(User 11) 및 사용자 9(User 9)에 대해서도 동일한 이유에 의하여 모두 실패로 처리된다. 다만, 각각 AF2 및 AF4의 엑세스 서브캐리어로 접속을 시도한 사용자(User 8) 및 사용자 12(User 12)만이 접속에 성공하게 된다.

반면, 본 발명에 따라 상기 OFDMA 시스템에 SDMA를 적용하면 수신 안테나의 개수만큼 공간 차원이 형성되어, 상기 충돌로 인해 접속이 실패되었던 사용자 1(User 1), 사용자 2(User 2), 사용자 4(User 4), 사용자(User 9) 및 사용자 11(User 11)에 있어서도 수신 신호의 구분이 가능하므로 접속에 성공할 수 있다.

즉, 상술한 바와 같이 각 안테나별로 수신빔 형성에 의해 상기 구분된 공간 차원에 대한 수신 신호의 구분이 가능하므로, 동일한 시간 슬롯에 동일한 엑세스 서브캐리어로 다수의 단말기가 접속한다고 할지라도 상기 공간 차원이 다를 경우 충돌이 일어나지 않고 접속에 성공할 수 있다. 예컨대, 상기 도 6에서 동일한 엑세스 서브캐리어 AF1을 사용하여 접속을 시도하는 사용자 1(User 1), 사용자 2(User 2) 및 사용자 4(User 4)는 각각 제1 공간, 제2 공간 및 제4 공간에 위치하여 접속을 시도하고 있으므로, 상기 동일한 서브캐리어 AF1으로 접속을 시도할지라도 4개의 안테나를 통해 수신되는 신호를 수신빔 형성하여 신호처리함으로써 각각의 수신된 접속 신호를 구별하여 복조할 수 있다.

동일한 방법으로, AF3를 통해 접속을 시도하는 상기 사용자 11(User 11) 및 사용자 9(User 9)의 경우에도 각각 제2 공간 및 제4 공간에 위치하여 접속을 시도하고 있으므로, 동일한 엑세스 서브캐리어를 사용한다 할지라도 접속에 성공할 수 있다.

결국, 본 발명에 따르면 다수의 단말기들이 접속 가능한 무선 자원이 안테나의 개수에 따라 구분 가능한 공간 차원의 수에 비례하여 증가하게 된다. 즉, 상기 도 6에서 동일 시간 슬롯에서 AF1 내지 AF4의 4개의 엑세스 서브캐리어에 대해 각각 4개의 사용자만이 동시 접속이 가능하였으나, 본 발명에 따른 공간 차원의 확장으로 인해 최대 16개의 사용자가 동시 접속할 경우에도 접속에 성공할 수 있다.

이하, 도 8을 참조하여 상기 도 7에서 상술한 방법에 따른 엑세스 절차를 설명한다.

도 8은 본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 방식과 공간 분할 다중 접속 방식을 적용한 통신 시스템에서 기지국이 공간 차원별로 접속 여부를 결정하는 절차를 나타낸 흐름도이다.

상기 도 8을 참조하면, 기지국은 종래의 OFDM 시스템에서의 엑세스 성공 여부를 엑세스 서브캐리어 뿐만아니라 각 공간별로도 구분하여 결정하게 된다.

여기서, af는 각 이동국들의 기지국 접속을 위해 할당된 엑세스 서브캐리어를 의미하며, p는 상기 기지국의 다수의 안테나에 따라 구분된 공간 스페이스를 의미한다.

먼저, 801 단계에서 상기 엑세스 서브캐리어 af를 1로 설정하고, 상기 공간 차원 p를 1로 설정한다. 803 단계에서 상기 설정된 af 값, 즉 엑세스 서브캐리어로 수신 신호를 동조한다. 그런다음, 805 단계에서 상기 설정된 p번째 공간 차원에 대하여 빔성형을 수행한다.

807 단계에서 수신 성공 여부를 결정하게 되며, 만약 상기 해당 엑세스 서브캐리어의 해당 공간 차원에서 접속을 시도한 이동국이 하나일 경우, 809 단계에서 상기 이동국의 상기 p번째 공간에서의 엑세스 성공을 결정하게 된다. 만약, 상기 해당 엑세스 서브캐리어의 해당 공간 차원에서 접속을 시도한 이동국이 둘 이상일 경우에는 충돌이 일어나므로 엑세스에 실패하게 된다.

상기 해당 엑세스 서브캐리어의 해당 공간 차원에 대한 수신 성공 여부가 결정되면, 811 단계에서 상기 엑세스 서브캐리어의 다음 공간 차원에 대한 수신 성공 여부를 결정하기 위하여 상기 p값을 증가시킨다. 만약, 813 단계에서 상기 p값이 안테나 개수보다 클 경우 해당 엑세스 서브캐리어의 모든 공간 차원에 대한 수신 성공 여부가 결정되었으므로, 다음 엑세스 서브캐리어에 대한 수신 성공 여부를 상기와 동일한 방법으로 판단하게 된다. 즉, 상기 도 7에서의 경우 기지국의 수신 안테나가 4개로 구성됨에 따라 4개의 공간 차원이 형성되며, 하나의 동일한 엑세스 서브캐리어에 대하여 상기 4개의 공간 차원에 대한 각각의 수신 성공 여부를 결정하여야 한다. 따라서, 상기 해당 엑세스 서브캐리어에 대한 모든 공간 차원의 수신 여부 결정이 완료될 경우 815 단계에서는 af값을 증가시킨다.

한편, 817 단계에서는 상기 af값이 엑세스 서브캐리어의 개수보다 클 경우, 모든 엑세스 서브캐리어에 대한 수신 여부 결정이 완료되었으므로, 상기 수신 성공 여부 결정 절차를 종료하게 된다. 만약, 상기 af 값이 엑세스 서브캐리어의 개수보다 작을 경우 다음 엑세스 서브캐리어의 모든 공간 차원들에 대해 상기 803 내지 815 단계를 반복하여 수행한다.

결국, 본 발명에 따르면 복수의 이동국들이 동일한 엑세스 서브캐리어를 통해 접속을 시도한다고 할지라도 상기와 같이 기지국에서 구분 가능한 다른 공간 차원에서의 접속일 경우 접속에 성공할 수 있다.

<데이터 서브캐리어 할당>

이하, 도 9 내지 도 12를 참조하여 데이터 서브캐리어의 할당 방법을 설명한다.

기존의 음성 서비스를 벗어나 멀티미디어 서비스를 하고자 할 경우 접속을 시도한 단말기들은 각자의 데이터의 QoS(Quality of Service) 정보를 가지게 되며 상기 QoS 정보에 따라서 대역폭 할당이 결정된다. 본 발명일 실시예에따라 상기 QoS를 우선 순위에 의해 결정되는 파라미터로 설정할 수 있다. 즉, 부여된 우선 순위가 높을수록 우선적으로 그 단말기가 원하는 속도에 부합하는 대역폭을 할당해주는 것이 바람직하다.

한편, 상기 우선 순위는 일반적으로 상위 계층에서 실시간 서비스를 요구하는 음성 서비스, 동영상 서비스 같은 경우 제일 앞선 우선 순위를 부여하게 할 수 있으며, 시간 지연에 민감하지 않은 데이터 서비스의 경우 우선 순위를 차선으로 부여하게 할수도 있다. 본 발명에서는 상위 계층에서 내려온 다음과 같은 정보들을 바탕으로 데이터 서브캐리어를 할당하는 방법을 예로 들어 설명한다. 상기 단말기가 접속을 시도할 때 가지고 있는 QoS 정보는 다음과 같다.

1. 우선 순위(Priorty)

2. 요구하는 대역폭(Required BW)

상술한 OFDMA 방식에서 데이터 서브캐리어가 F 개라고 가정할 경우 단말기들이 하나의 셀 내에서 F개의 데이터 서브캐리어를 QoS 정보에 따라 할당받는다. 그러나, 본 발명에 따라 배열 안테나를 사용하여 공간 특성을 적용하여 상기 데이터 서브캐리어를 할당하게 되면 각 공간 차원이 직교성을 가지게 되므로 각 공간 차원 별로 F 개의 데이터 서브 주파수를 모두 할당할 수 있다. 즉 기존의 단일 안테나 시스템에서 데이터 서브 주파수 할당을 접속에 성공한 단말기들을 모두 고려해서 할당하는 것과 달리 각 공간 차원별로 접속에 성공한 단말기끼리만 고려하여 할당을 할 수 있어 같은 셀 내에서 주파수 재활용이 가능하다.

한편, 이동성이 없는 단말기를 고려할 경우 이전 슬롯에서 통신을 하고 있는 단말기와 현재 슬롯에서 접속을 시도하여 성공한 단말기를 같이 고려하여 데이터 서브캐리어를 재할당해야 한다. 예컨대, 이하 설명에서는 이전 슬롯에서 통신을 하고 있던 단말기의 상위로부터 내려온 QoS 정보가 하기 <표 1>과 같다고 가정한다.

Spatial Space	Mobile	Priority	Required BW
1	User 1	2	3×subcarrier
	User 5	5	2×subcarrier
	User 7	5	3×subcarrier
2	User 3	3	2×subcarrier
3	User 6	3	4×subcarrier
3	User 10	4	2×subcarrier
4

상기 <표 1>을 참조하면, 상기 다수의 사용자들에게 다수(예컨대, 4개)의 공간 차원별로 데이터 서브캐리어를 할당할 수 있다.

즉, 제1 공간에는 사용자 1, 사용자 5 및 사용자 7의 3개의 이동국이 위치하고 있다. 여기서, 상기 사용자 1은 2등급의 우선 순위와 3개의 데이터 서브캐리어가 요구되며, 상기 사용자 5는 5등급의 우선 순위와 2개의 데이터 서브캐리어가 요구되고, 상기 사용자 7은 5급의 우선 순위와 3개의 데이터 서브캐리어가 요구된다.

또한, 제2 공간에는 사용자 3의 1개의 이동국이 위치하고 있다. 여기서, 상기 사용자 3은 3등급의 우선 순위와 2개의 데이터 서브캐리어가 요구된다.

또한, 제3 공간에는 사용자 6 및 사용자 10의 2개의 이동국이 위치하고 있다. 여기서, 상기 사용자 6은 3등급의 우선 순위와 4개의 데이터 서브캐리어가 요구되며, 상기 사용자 10은 4등급의 우선 순위와 2개의 데이터 서브캐리어가 요구된다.

상기 각 사용자들의 데이터 서브캐리어 할당시 다른 공간 차원들에 있는 사용자들간에는 서로 독립적으로 상기 데이터 서브캐리어를 할당할 수 있다. 따라서, 소정의 공간 차원에 위치한 다수의 사용자들에 대하여 상기 해당 공간 차원에 할당 가능한 데이터 서브캐리어를 상기 우선 순위 및 요구되는 대역폭에 따라 할당하게 된다.

한편, 상기 우선 순위는 단말기들 간에 동일한 값을 가질 수 있다. 상기와 같은 이유는 같은 특성을 가진 데이터를 송수신해야 하는 다수의 단말기들이 있을 경우 상위에서는 동일한 우선 순위를 부여할 수 있기 때문이다. 만약, 상기와 같이 단말기들 간에 동일한 우선 순위를 가지게 되면 수신 SINR이 좋은 단말기가 수신 확률이 높으므로 우선적으로 데이터 서브캐리어를 할당받을 수 있도록 설정할 수 있다.

한편, 본 발명에 따르면 공간 차원별로 정렬된 단말기들간의 우선 순위만을 고려하면 되므로 상기 <표 1>에서 보는 바와 같이 제2 공간에 존재하는 사용자 3과 제3 공간에 존재하는 사용자 6의 우선 순위는 같더라도 서로에게 영향을 주지 않게 된다. 반면, 제1 공간에 존재하는 사용자 5 및 사용자 7의 경우 동일한 우선 순위를 가지게 되므로 수신 SINR이 더 좋은 이동국에게 우선적으로 대역폭 할당을 하는 것이 바람직하다.

도 9는 본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 방식과 공간 분할 다중 접속 방식을 적용한 통신 시스템에서 단말들의 공간 차원별 데이터 서브캐리어 할당을 도시한 도면이다.

상기 도 9를 참조하면, 상기 <표 1>에서 제시한 QoS에 따른 요구되는 대역폭을 각 공간 차원별로 할당할 수 있다. 즉, 상기 도 9는 이전 슬롯에서 통신을 하고 있는 단말기들의 데이터 서브캐리어의 할당을 도시한 한 예이다.

제1 공간 차원에 위치한 단말기는 3개이며, 사용자 1은 요청한 3개의 데이터 서브캐리어를 할당받아 사용하고 있다. 또한, 사용자 5는 2개의 데이터 서브캐리어를 할당받아 사용하고 있으며, 사용자 7은 3개의 데이터 서브캐리어를 할당받아 사용하고 있다.

한편, 제2 공간 차원에는 사용자 3의 단말기만이 2개의 데이터 서브캐리어를 할당받아 사용하고 있으며, 제3 공간 차원에는 사용자 6 및 사용자 10의 단말기가 각각 4개 및 2개의 데이터 서브캐리어를 할당받아 사용하고 있다.

이때, 현재 슬롯에서 접속을 시도하여 접속 성공을 한 단말기들이 상기 도 9와 같이 데이터 서브캐리어들을 할당받아 사용하고 있으며, 각 사용자 단말기들에 대한 QoS 정보가 하기 <표 2>와 같다면 새로운 단말기들의 접속에 따른 데이터 서브캐리어의 할당 여부는 이전 슬롯에서 상기 데이터 서브캐리어들을 할당받아 통신을 하고 있는 상기 단말기들을 고려하여 우선 순위에 따라서 할당을 해야 한다.

Spatial Space	Mobile	Priority	Required BW
1	User 12	6	2×subcarrier
2	User 11	4	6×subcarrier
2	User 2	5	1×subcarrier
3
4	User 4	1	1×subcarrier
	User 8	3	4×subcarrier
	User 9	5	2×subcarrier

상기 <표 2>는 현재 슬롯에서 접속을 시도하여 성공한 단말기들의 우선 순위 및 요구하는 대역폭이며, 상기 <표 2>를 고려하여 이전 슬롯에서 통신하고 있는 단말기들과의 우선 순위와 함께 정렬한 후 요구 대역폭을 순차적으로 할당한 결과가 도 10에 도시되었다.

도 10은 본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 방식과 공간 분할 다중 접속 방식을 적용한 통신 시스템에서 단말들의 공간 차원별 데이터 서브캐리어 할당 시도를 도시한 도면이다.

상기 도 10을 참조하면, 이전 슬롯에서 다수의 단말기들에게 각 공간 차원별로 데이터 서브캐리어들을 할당한 상기 도 9에 현재 슬롯에서 대역 요청에 성공한 단말기들을 나타낸 상기 <표 2>를 반영하여 새로이 상기 데이터 서브캐리어들을 할당할 수 있다.

즉, 상기 제1 공간에서 접속에 성공한 사용자 12는 2개의 데이터 서브캐리어를 요청하여 제1 공간의 데이터 서브캐리어 영역에 추가되었으며, 제2 공간에서 접속에 성공한 사용자 11 및 사용자 2는 각각 4개 및 5개의 데이터 서브캐리어를 요청하여 제2 공간의 데이터 서브캐리어 영역에 추가되었다. 한편, 제3 공간에서 접속에 성공한 사용자는 없으므로 이전 슬롯에서와 동일하며, 이전 슬롯에서 통신 중인 사용자가 없었던 제4 공간에는 현재 슬롯에서 새로이 접속에 성공한 사용자가 사용자 4, 사용자 8 및 사용자 9이므로 3개의 단말기들에 대해 새로이 데이터 서브캐리어가 할당되었다.

한편, 상기 도 10을 참조하면, 데이터 전송을 위해 할당 가능한 데이터 서브캐리어, 즉 데이터 서브캐리어의 임계값(threshold)은 각 공간 차원별로 8씩 주어지게 된다. 따라서, 상기 제1 공간에서 새로이 접속이 시도된 사용자 12는 요구한 데이터 서브캐리어를 할당받지 못하게 된다. 상기 제2 공간에서 접속이 시도된 사용자 11 및 사용자 2는 요구되는 데이터 서브캐리어가 총 7개인 반면 할당 가능한 데이터 서브캐리어는 6개이므로 상기 사용자 11 및 사용자 2의 우선 순위에 따라서 상기 사용자 11이 요구한 6개의 데이터 서브캐리어만이 할당된다.

마찬가지 방법으로, 제3 공간에서는 새로이 접속된 사용자가 없었으므로 이전 슬롯과 동일하게 할당되고 있으며, 제4 공간에서는 접속을 시도한 3개의 사용자에 대해 7개의 데이터 서브캐리어 요청에 대해 할당 가능한 데이터 서브캐리어가 8개이므로 우선 순위에 관계없이 모든 사용자에게 상기 요청된 데이터 서브캐리어들을 할당할 수 있다.

결국, 상기 사용자 12 및 사용자 2에 대한 대역 요청은 거부(Call Drop)되었으며, 상기 사용자 11, 사용자 4, 사용자 8 및 사용자 9에 대한 대역 요청은 수락(Call Accept)되었음을 알 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 다수의 공간 차원별로 별도의 데이터 서브캐리어 할당이 가능하므로, 종래의 데이터 서브캐리어 할당보다 훨씬 많은 용량을 수용할 수가 있게 된다. 즉, 상기 도 10에서와 같이 특정 시간 슬롯에서 총 8개의 데이터 서브캐리어가 할당 가능하다고 할 경우, 종래에는 상기 8개의 데이터 서브캐리어만이 가입자 단말기에게 할당되었으나, 본 발명에 따르면, 다수의 공간 영역(예컨대, 4개의 공간 영역) 별로 수신 신호의 구별이 가능하므로 총 32(8×4)개의 데이터 서브캐리어를 할당할 수 있게 된다. 결국, 4배의 용량 증가의 효과를 가져오게 된다.

도 11은 상술한 바와 같은 대역 요청 수락 및 거절에 따라 현재 슬롯에서 최종적으로 접속이 허락되고 데이터 서브캐리어들을 할당받은 이동국들의 상기 데이터 서브캐리어의 허용 상태를 도시한 도면이다.

한편, 이하 계속하여 다음 슬롯에 대한 요청이 발생함에 따라 상기와 동일한 방법으로 우선 순위 및 대역 요청한 서브캐리어의 수에 따라 새로운 서브 캐리어의 할당 과정이 이루어지며, 상기 서브캐리어 할당에 대한 갱신 주기는 상술한 바와 같이 슬롯 단위로도 할 수 있으며, 상황에 따라 프레임 단위 또는 보다 길거나 짧은 주기 동안 갱신하는 것도 가능하다.

또한, 상기 도 9 내지 도 11에는 도시하지 않았지만, 현재 데이터 서브캐리어를 할당받은 사용자가 데이터 전송 작업을 종료하고 더이상 데이터 서브캐리어에 대한 할당 요청이 없을 경우, 이전 슬롯에서 이미 할당되어 있던 데이터 서브캐리어는 제거된다. 다른 방법에 의하면, 매회 데이터 서브캐리어의 갱신 주기마다 이전 서브캐리어의 할당 결과를 고려하지 않고, 새로이 서브캐리어를 요청받아 우선 순위 및 요청된 대역폭에 따라 재할당하게 하는 것도 가능하다.

만약, 소정의 공간 차원, 예컨대 제1 공간에 위치하여 상기 데이터 서브캐리어를 할당받아 데이터 통신 중이던 사용자가 다른 공간 차원, 예컨대, 제2 공간으로 이동할 경우에는 상기 제1 공간에 할당된 데이터 서브캐리어를 해제하고, 새로이 이동된 제2 공간에서의 데이터 서브캐리어 할당을 상기와 같은 방법으로 수행하게 하는 것이 바람직하다.

이하, 상기 도 9 내지 도 11을 통해 상술한 데이터 서브캐리어 할당 방법을 도 12를 참조하여 설명한다.

도 12는 본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 방식과 공간 분할 다중 접속 방식을 적용한 통신 시스템에서 단말에게 데이터 서브 주파수를 할당하는 절차를 나타낸 흐름도이다.

상기 도 12를 참조하면, 먼저 1201 단계에서 공간 차원 p를 1로 설정하며, 1203 단계에서 할당 가능한 데이터 서브캐리어의 수 DF(Data Frequency)를 설정한다. 1205 단계에서 상기 제p 공간에서의 엑세스에 성공한 단말기들을 우선 순위가 높은 순서로 정렬한다.

1207 단계에서는 이동국 m을 1로 설정하여 상기 해당 공간 차원에서 접속한 모든 이동국들에 대해 순차적으로 이하 절차를 수행한다. 1209 단계에서 상기 m번째 단말기가 요구하는 대역폭을 할당하여 주게 된다. 이때, 해당 공간 차원에서 할당 가능한 남아 있는 데이터 서브캐리어가 얼마나 되는지를 확인하여 할당 가능한 만큼의 데이터 서브캐리어만큼을 할당하여 준다. 따라서, 상기와 같은 할당에 따라 할당 가능한 데이터 서브캐리어의 수는 상기 DF에서 상기 요구되어 할당된 대역폭만큼을 반영한 값(DF=DF-원하는 대역폭)으로 갱신한다.

한편, 1211 단계에서 남아있는 할당 가능한 대역폭 DF가 있는지 판단하게 되며, 상기 판단 결과 할당 가능한 대역폭 DF가 있을 경우, 1213 단계에서 상기 m번째 이동국에게 승락(ACK) 메시지를 전송한다. 반면, 상기 판단 결과 할당 가능한 대역폭 DF가 없을 경우, 1215 단계에서 상기 m번째 이동국에게 거절(NACK) 메시지를 전송한다.

상기 m번째 이동국에 대한 대역 할당 과정이 완료되면, 1217 단계에서 상기 m 값을 증가시켜 다음 이동국에 대한 대역 할당 과정을 상기와 동일하게 반복한다.

1219 단계에서 m 값이 상기 제p 공간에서 엑세스에 성공한 이동국의 수보다 클 경우, 즉 상기 제p 공간에서 엑세스에 성공한 모든 이동국에 대한 대역 할당 과정이 종료되었을 경우, 1221 단계에서 상기 p값을 증가시켜 다음 공간 차원에 대한 대역 할당을 상기와 동일한 방법으로 수행한다.

한편, 1223 단계에서 상기 p값이 안테나의 수보다 클 경우, 즉 모든 공간 차원에 대한 대역 할당 과정이 완료 되었을 경우, 상기 해당 시간 슬롯에서의 대역 할당 과정을 종료한다.

이하, 상술한 본 발명에 따른 대역 할당을 수행하는 기지국 및 단말기의 구조에 대한 일실시예를 도 13 및 도 14를 참조하여 설명한다.

도 13은 본 발명에 따른 SDMA-OFDMA 방식을 적용한 통신 시스템에서 기지국의 구조를 나타낸 블록도이다.

상기 도 13을 설명하기에 앞서, 상기 도 13에 도시되어 있는 기지국 송수신기 구조는 상기 도 1에서 설명한 CDMA 이동 통신 시스템의 기지국 송수신기 구조와 시스템 특성에 따른 구조는 상이하지만 실질적으로는 동일한 동작을 수행함에 유의하여야 한다. 즉, 상기 OFDMA 이동 통신 시스템의 기지국 송수신기 역시 상기 CDMA 이동 통신 시스템의 기지국 송수신기와 마찬가지로 다수의 안테나를 통해 수신된 신호에 대해 수신 가중치를 부여하여 각 공간 차원별로 수신된 신호를 구별하여 복조하는 동작을 수행한다. 또한, 상기 도 13을 설명하기에 앞서, 상기 OFDM 이동 통신 시스템은 상술한 SDMA-OFDMA 방식을 사용한다고 가정하기로 한다.

따라서, 상기 송신기 및 수신기는 다수의 송신 안테나들 및 수신 안테나들을 구비해야 하는데, 상기 도 13에서는 상기 송신 안테나들 및 수신 안테나들을 별도로 구비하는 것이 아니라 듀플렉서를 사용하여 동일한 안테나들을 시분할하여 사용하는 경우를 가정하기로 한다. 또한, 상기 도 13에서는 N개의 안테나들을 사용한다고 가정하기로 한다.

먼저, 상기 OFDMA 이동 통신 시스템의 기지국 송신기에 대해서 설명하기로 한다.

상기 도 13을 참조하면, 상기 기지국 송신기는 심벌 매핑기(symbol mapper)(1311)와, 직렬/병렬 변환기(serial to parallel converter)(1313)와, 파일럿 심벌 삽입기(pilot symbol inserter)(1315)와, 역고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform; 이하 'IFFT'라 칭하기로 한다)기(1317)와, 병렬/직렬 변환기(parallel to serial converter)(1319)와, 보호 구간 삽입기(guard interval inserter)(1021)와, 송신 빔 생성기(1323)와, 디지털/아날로그 변환기(digital to analog converter)(1325)와, 무선 주파수(Radio Frequency; 이하 'RF'라 칭하기로 한다) 처리기(processor)(1327)로 구성된다.

먼저, 각 단말기들에게 전송하고자 하는 서브캐리어들에 대한 정보 데이터(information data)가 발생하면, 상기 정보 데이터는 상기 심벌 매핑기(1311)로 입력된다. 상기 심벌 매핑기(1311)는 상기 입력되는 정보 데이터를 미리 설정되어 있는 변조 방식으로 변조하여 심벌 변환한 뒤 상기 직렬/병렬 변환기(1313)로 출력한다. 여기서, 상기 변조 방식으로는 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 방식 혹은 16QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 방식 등이 사용될 수 있다. 상기 직렬/병렬 변환기(1313)는 상기 심벌 매핑기(1311)에서 출력하는 직렬 변조 심벌들을 입력하여 병렬 변환한 후 상기 파일럿 심벌 삽입기(1315)로 출력한다. 상기 파일럿 심벌 삽입기(1315)는 상기 직렬/병렬 변환기(1313)에서 출력한 병렬 변환된 변조된 심벌들에 파일럿 심벌들을 삽입한 후 상기 IFFT기(1317)로 출력한다.

상기 IFFT기(1317)는 상기 파일럿 심벌 삽입기(1315)에서 출력한 신호를 입력하여 N-포인트(N-point) IFFT를 수행한 후 상기 병렬/직렬 변환기(1319)로 출력한다. 상기 병렬/직렬 변환기(1319)는 상기 IFFT기(1317)에서 출력한 신호를 입력하여 직렬 변환한 후 상기 보호 구간 삽입기(1321)로 출력한다. 상기 보호 구간 삽입기(1321)는 상기 병렬/직렬 변환기(1319)에서 출력한 신호를 입력하여 보호 구간 신호를 삽입한 후 상기 송신빔 생성기(1323)로 출력한다. 상기 송신 빔 생성기(1323)는 상기 보호 구간 삽입기(1321)에서 출력한 신호를 입력하여 제1 안테나(1331)와, 제2 안테나(1333)와, ... , 제N 안테나(1335) 각각으로 송신되도록 송신 빔을 생성하여 상기 디지털/아날로그 변환기(1323)로 출력한다. 여기서, 상기 송신 빔 생성기(1323)는 상기 송신 빔을 생성하기 위한 가중치들을 별도로 계산하여 상기 송신 빔을 생성하는 것이며, 상기 송신 빔 생성을 위한 구체적인 동작은 직접적인 연관이 없으므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

또한, 상기 보호 구간은 상기 OFDMA 통신시스템에서 OFDM 심벌을 송신할 때 이전 OFDM 심벌 시간에 송신한 OFDM 심벌과 현재 OFDM 심벌 시간에 송신할 현재 OFDM 심벌간에 간섭(interference)을 간섭을 제거하기 위해서 삽입된다. 또한, 상기 보호 구간은 일정 구간의 널(null) 데이터를 삽입하는 형태로 제안되었으나, 상기 보호 구간에 널 데이터를 전송하는 형태는 수신기에서 OFDM 심벌의 시작점을 잘못 추정하는 경우 서브 캐리어들간에 간섭이 발생하여 수신 OFDM 심벌의 오판정 확률이 높아지는 단점이 존재하여 시간 영역의 OFDM 심벌의 마지막 일정 비트들을 복사하여 유효 OFDM 심벌에 삽입하는 형태의 'Cyclic Prefix' 방식이나 혹은 시간 영역의 OFDM 심벌의 처음 일정 비트들을 복사하여 유효 OFDM 심벌에 삽입하는 'Cyclic Postfix' 방식으로 사용하고 있다. 상기 디지털/아날로그 변환기(1325)는 상기 송신 빔 생성기(1323)에서 출력한 신호를 입력하여 아날로그 변환한 후 상기 RF 처리기(1327)로 출력한다. 여기서, 상기 RF 처리기(1327)는 필터(filter)와 전처리기(front end unit) 등의 구성들을 포함하며, 상기 디지털/아날로그 변환기(1325)에서 출력한 신호를 실제 에어(air)상에서 전송 가능하도록 RF 처리한 후 상기 안테나들을 통해 에어(air)상으로 전송한다.

다음으로, 상기 OFDM 이동 통신 시스템의 기지국 수신기에 대해서 설명하기로 한다.

상기 기지국 수신기는 RF 처리기(1337)와, 아날로그/디지털 변환기(analog/digital converter)(1339)와, 수신 빔 생성기(1341)와, 신호 처리기(1343)와, 공간 및 주파수 할당기(1345)와, 보호 구간 제거기(guard interval remover)(1347)와, 직렬/병렬 변환기(1349)와, 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform; 이하 'FFT'라 칭하기로 한다)기(1351)와, 파일럿 심벌 추출기(pilot symbol extractor)(1353)와, 동기 & 채널 추정기(synchronization & channel estimator)(1355)와, 등화기(equalizer)(1357)와, 병렬/직렬 변환기(1359)와, 심벌 디매핑기(symbol demapper)(1361)로 구성된다.

먼저, 소정의 공간 차원에 위치한 이동국 송신기에서 송신한 신호는 다중 경로 채널(multipath channel)을 겪고 잡음이 가산된 형태로 상기 기지국 수신기의 안테들을 통해서 수신된다. 상기 안테나들을 통해 수신된 신호는 상기 RF 처리기(1337)로 입력되고, 상기 RF 처리기(1337)는 상기 수신 안테나들을 통해 수신된 신호를 중간 주파수(Intermediate Frequency) 대역으로 다운 컨버팅(down converting)한 후 상기 아날로그/디지털 변환기(1339)로 출력한다. 상기 아날로그/디지털 변환기(1339)는 상기 RF 처리기(1337)에서 출력한 아날로그 신호를 디지털 변환한 후 상기 수신 빔 생성기(1341) 및 신호 처리기(1343)로 출력한다.

한편, 상기 신호 처리기(1343)에서는 상술한 바와 같이 본 발명에 따라 수신된 신호들을 공간 차원별로 구별하기 위하여 각 안테나별 수신 신호의 수신 가중치를 형성한다. 예컨대, 제1 공간에 위치한 단말기로부터 송신된 신호에 대해서는 제1 안테나에 의해 수신된 신호에 가중치를 보다 크게 부여함으로써 다른 공간에 위치한 단말기들로부터 송신된 신호와 구분한다. 상기와 같이 고려된 가중치 정보는 수신빔 생성기(1341)로 입력되어 수신빔 생성에 반영한다.

또한, 본 발명에 따라 상기 공간 및 주파수 할당기(1345)에서는 공간 차원별로 구별된 상기 수신 신호에 따라 해당 공간 영역에 위치한 상기 단말기들이 요청한 위한 서브캐리어들을 각 해당 공간 영역별로 할당한다.

한편, 상기 수신 빔 생성기(1341)에서 출력한 신호는 상기 보호 구간 제거기(1347)로 입력된다. 상기 보호 구간 제거기(1347)는 상기 수신 빔 생성기(1341)에서 출력한 신호를 입력하여 보호 구간 신호를 제거한 후 상기 직렬/병렬 변환기(1349)로 출력한다. 상기 직렬/병렬 변환기(1049)는 상기 보호 구간 제거기(1347)에서 출력한 직렬 신호를 입력하여 병렬 변환한 후 상기 FFT기(1351)로 출력한다. 상기 FFT기(1351)는 상기 직렬/병렬 변환기(1349)에서 출력한 신호를 N-포인트 FFT를 수행한 후 상기 등화기(1357) 및 상기 파일럿 심벌 추출기(1353)로 출력한다. 상기 등화기(1357)는 상기 FFT기(1351)에서 출력한 신호를 입력하여 채널 등화(channel equalization)한 후 상기 병렬/직렬 변환기(1359)로 출력한다.

상기 병렬/직렬 변환기(1359)는 상기 등화기(1357)에서 출력한 병렬 신호를 입력하여 직렬 변환한 후 상기 심벌 디매핑기(1361)로 출력한다. 상기 심벌 디매핑기(1361)는 상기 병렬/직렬 변환기(1359)에서 출력한 신호를 입력하여 상기 이동국 송신기에서 적용한 변조 방식에 상응하는 복조 방식으로 복조하여 수신 정보 데이터 비트로 출력한다.

한편, 상기 FFT기(1351)에서 출력한 신호는 상기 파일럿 심벌 추출기(1353)로 입력되고, 상기 파일럿 심벌 추출기(1353)는 상기 FFT기(1351)에서 출력한 신호에서 파일럿 심벌들을 검출하고, 상기 검출한 파일럿 심벌들을 상기 동기 & 채널 추정기(1355)로 출력한다. 상기 동기 & 채널 추정기(1355)는 상기 파일럿 심벌 추출기(1353)에서 출력한 파일럿 심벌들을 이용하여 동기 및 채널 추정을 수행하고 그 결과를 상기 등화기(1357)로 출력한다.

이하, 도 14를 참조하여 상술한 SFDMA-OFDMA 시스템을 구성하는 이동국의 구조를 설명한다.

도 14는 본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 방식과 공간 분할 다중 접속 방식을 적용한 통신 시스템에서 이동국의 구조를 나타낸 블록도이다.

상기 도 14를 설명하기에 앞서, 상기 OFDMA 이동 통신 시스템은 상기 SDMA-OFDMA 방식을 사용한다고 가정하기로 한다. 상기 송신기 및 수신기는 송신 안테나 및 수신 안테나를 구비해야만 하는데, 상기 도 14에서는 상기 송신 안테나 및 수신 안테나를 별도로 구비하는 것이 아니라 듀플렉서를 사용하여 동일한 안테나를 시분할하여 사용하는 경우를 가정하기로 한다.

먼저, 상기 OFDMA 이동 통신 시스템의 이동국 송신기에 대해서 설명하기로 한다.

상기 도 14를 참조하면, 상기 이동국 송신기는 심벌 매핑기(1411)와, 직렬/병렬 변환기(1413)와, 파일럿 심벌 삽입기(1415)와, IFFT기(1417)와, 병렬/직렬 변환기(1419)와, 보호 구간 삽입기(1421)와, 서브캐리어 할당기(1423)와, 디지털/아날로그 변환기(1427)와, RF 처리기(1429)로 구성된다. 한편, 듀플렉서(1431)은 상기 이동국 송신기 및 수신기 모두 공통 구조로 사용하며, 안테나(1433) 역시 상기 이동국 송신기 및 수신기 모두 공통 구조로 사용한다. 여기서, 상기 심벌 매핑기(1411)와, 직렬/병렬 변환기(1413)와, 파일럿 심벌 삽입기(1415)와, IFFT기(1417)와, 병렬/직렬 변환기(1419)와, 보호 구간 삽입기(1421)와, 디지털/아날로그 변환기(1427)와, RF 처리기(1429)는 상기 도 13의 심벌 매핑기(1311)와, 직렬/병렬 변환기(1313)와, 파일럿 심벌 삽입기(1315)와, IFFT기(1317)와, 병렬/직렬 변환기(1319)와, 보호 구간 삽입기(1321)와, 디지털/아날로그 변환기(1325)와, RF 처리기(1327)와 동일한 동작을 수행하므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

다음으로, 상기 OFDMA 이동 통신 시스템의 이동국 수신기에 대해서 설명하기로 한다.

상기 수신기는 RF 처리기(1439)와, 아날로그/디지털 변환기(1441)와, 보호 구간 제거기(1447)와, 직렬/병렬 변환기(1449)와, FFT기(1451)와, 파일럿 심벌 추출기(1453)와, 동기 & 채널 추정기(1455)와, 등화기(1457)와, 병렬/직렬 변환기(1459)와, 심벌 디매핑기(1461)로 구성된다. 여기서, 상기 RF 처리기(1439)와, 아날로그/디지털 변환기(1441)와, 보호 구간 제거기(1447)와, 직렬/병렬 변환기(1449)와, FFT기(1451)와, 파일럿 심벌 추출기(1453)와, 동기 & 채널 추정기(4155)와, 등화기(1457)와, 병렬/직렬 변환기(1459)와, 심벌 디매핑기(1461)는 상기 도 13의 RF 처리기(1337)와, 아날로그/디지털 변환기(1339)와, 보호 구간 제거기(1347)와, 직렬/병렬 변환기(1349)와, FFT기(1351)와, 파일럿 심벌 추출기(1353)와, 동기 & 채널 추정기(1355)와, 등화기(1357)와, 병렬/직렬 변환기(1359)와, 심벌 디매핑기(1361)와 동일한 동작을 수행하므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

한편, 본 발명에 따라 상기 기지국으로부터 전송된 서브캐리어 할당 정보는 상기 안테나(1433)를 통해 수신되어 상술한 이동국 수신기의 복조 과정을 거쳐 상기 서브캐리어 할당 데이터가 최종 출력된다. 또한, 상기 기지국으로부터 할당된 서브캐리어에 따라 상기 단말기 송신기에서는 정보 데이터 비트를 송신함에 있어 상기 할당된 서브캐리어를 통해 송신한다. 즉, 상기 단말기가 송신기를 통해 전송하고자 하는 데이터는 상기 IFFT기(1417)의 각 포인트(즉, 서브캐리어)에 매핑될 때, 상기 서브캐리어 할당기(1423)를 통해 상기 할당된 특정 서브캐리어에 일치하게 매핑된다. 상기 할당된 특정 서브캐리어에 매핑된 정보 데이터들은 상술한 이동국 송신기의 각 기능블록들을 거쳐 안테나(1423)를 통해 전송된다.

이하, 도 15 및 도 16의 그래프를 참조하여 본 발명에 따른 성능을 종래 기술과 비교하여 설명한다.

도 15는 본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 방식과 공간 분할 다중 접속 방식을 적용한 통신 시스템에서 총 도달 데이터 전송률을 나타낸 그래프이며,도 16은 본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 방식과 공간 분할 다중 접속 방식을 적용한 통신 시스템에서 엑세스 서브 캐리어에 따른 총 도달 데이터 전송률을 나타낸 그래프이다.

상기 도 15 및 도 16에서 OFDM_SA/OFDM_SA는 본 발명에 따른 접속 기법이 적용되지 않은 종래 기술에 따른 그래프이고, OFDM_AA/OFDM_SA는 OFDMA 시스템에 스위치 빔형성 기술은 적용되었으나 본 발명에서 상술한 공간 특성을 적용하지 않은 경우의 그래프이며, OFDM_AA/OFDM_AA는 본 발명에 따른 스위치 빔형성과 공간 특성이 적용된 그래프이다.

상기 도 15에서는 4개의 엑세스 서브캐리어와 48개의 데이터 서브캐리어를 가지는 각 시스템의 총 도달 데이터율(total arrival data rate)을 그래프로 도시하였다. 상기 도 15를 참조하면, 본 발명이 적용된 OFDM_AA/OFDM_SA 및 OFDM_AA/OFDM_AA는 종래 기술에 따른 OFDM_SA/OFDM_SA 보다 훨씬 성능이 우수함을 알 수 있다. 또한, 도 16을 참조하면 엑세스 서브캐리어의 수가 많아질수록 본 발명에 따른 방법이 성능이 더욱더 우수해짐을 알 수 있다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

전술한 바와 같이 본 발명은 OFDMA 시스템을 사용할 경우 랜덤 억세스 시 단말이 접근할 수 있는 차원이 주파수와 시간 차원 둘뿐이었으나 어레이 안테나를 적용하여 swithed beamforing을 통하여 직교성을 갖는 공간 차원을 늘려서 억세스 성공 효율을 높이게 된다. 또한 데이터 서브 주파수를 할당할 경우 OFDMA 시스템에서 하나의 셀 내에서 모든 이동국들이 모든 데이터 서브 주파수를 분배받아야 하는 것에 비해 배열 안테나를 적용하여 각 공간 차원별로 접속한 이동국들의 정보를 이용하여 각 공간 차원별로 데이터 서브 주파수를 할당하여 주파수 사용 효율을 높일 수 있다. 이 과정을 통하여 시스템의 용량 증가를 얻을 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 다중 안테나를 사용하는 CDMA 이동 통신 시스템의 송수신기 구조를 도시한 블록도.

도 2는 배열 안테나를 사용할 경우 첫 번째 공간 빔 성형을 위한 안테나 이득 패턴을 도시한 도면.

도 3은 공간 분할 다중 접속 방식을 사용하는 통신 시스템에서 시간에 따른 자원 분할을 도시한 도면.

도 4는 직교 주파수 분할 다중 접속 방식을 사용하는 통신 시스템에서 시간에 따른 자원 분할을 도시한 도면.

도 5는 본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 방식과 공간 분할 다중 접속 방식을 적용한 통신 시스템에서 주파수, 시간 및 공간 차원에 따른 자원 분할을 도시한 도면.

도 6은 본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 방식과 공간 분할 다중 접속 방식을 적용한 통신 시스템에서의 접속 절차를 나타낸 흐름도.

도 7은 본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 방식과 공간 분할 다중 접속 방식을 적용한 통신 시스템에서 단말기들의 엑세스 서브캐리어와 공간 차원별 접속을 도시한 도면.

도 8은 본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 방식과 공간 분할 다중 접속 방식을 적용한 통신 시스템에서 기지국이 공간 차원별로 접속 여부를 결정하는 절차를 나타낸 흐름도.

도 9는 본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 방식과 공간 분할 다중 접속 방식을 적용한 통신 시스템에서 단말들의 공간 차원별 데이터 서브캐리어 할당을 도시한 도면.

도 10은 본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 방식과 공간 분할 다중 접속 방식을 적용한 통신 시스템에서 단말들의 공간 차원별 데이터 서브캐리어 할당 시도를 도시한 도면.

도 11은 본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 방식과 공간 분할 다중 접속 방식을 적용한 통신 시스템에서 최종 할당받은 단말들의 공간 차원별 데이터 서브캐리어 할당을 도시한 도면.

도 12는 본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 방식과 공간 분할 다중 접속 방식을 적용한 통신 시스템에서 단말에게 데이터 서브캐리어를 할당하는 절차를 나타낸 흐름도.

도 13은 본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 방식과 공간 분할 다중 접속 방식을 적용한 통신 시스템에서 기지국의 구조를 나타낸 블록도.

도 14는 본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 방식과 공간 분할 다중 접속 방식을 적용한 통신 시스템에서 이동국의 구조를 나타낸 블록도.

도 15는 본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 방식과 공간 분할 다중 접속 방식을 적용한 통신 시스템에서 총 도달 데이터 전송률을 나타낸 그래프.

도 16은 본 발명에 따른 직교 주파수 분할 다중 접속 방식과 공간 분할 다중 접속 방식을 적용한 통신 시스템에서 엑세스 서브캐리어에 따른 총 도달 데이터 전송률을 나타낸 그래프.

Claims

소정의 데이터를 주파수 축상의 다수의 서브캐리어들을 통해 전송하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서, 복수의 수신 안테나들을 구비하는 기지국이 하나 이상의 사용자 단말기들에게 상기 서브캐리어들을 할당하는 방법에 있어서,

상기 기지국이 관리하는 공간 영역을 복수의 공간 영역들로 구분하고, 상기 사용자 단말기들로부터 수신된 신호들을 빔성형하여 상기 각각의 수신 신호를 상기 구분된 공간 영역들 중 하나의 공간 영역으로부터 전송된 신호로 검출하는 과정과,

상기 각 단말기들에게 할당 가능한 서브캐리어들을 상기 구분된 복수의 공간 영역들 중 상기 검출된 신호의 해당 공간 영역별로 구분하여 할당하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
제1항에 있어서,

상기 복수의 공간 영역은 상기 기지국의 안테나 개수에 따라 결정됨을 특징으로 하는 상기 방법.
제1항에 있어서,

상기 단말기들이 전송한 신호는 엑세스 요청 신호임을 특징으로 하는 상기 방법.
제1항에 있어서,

상기 단말기들에게 할당되는 서브캐리어는 데이터 전송을 위한 데이터 서브캐리어임을 특징으로 하는 상기 방법.
제1항에 있어서,

상기 안테나들로부터 수신된 신호들을 빔성형하는 방법은,

상기 각각의 안테나들로부터 수신된 신호들에 각각 차등의 가중치를 부여하여 빔성형함을 특징으로 하는 상기 방법.
소정의 데이터를 주파수 축상의 다수의 서브캐리어들을 통해 전송하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서, 복수의 수신 안테나들을 구비하는 기지국에 하나 이상의 사용자 단말기들이 엑세스 서브캐리어들을 통해 접속을 요청하는 방법에 있어서,

상기 기지국이 관리하는 공간 영역을 복수의 공간 영역들로 구분하고, 상기 사용자 단말기들로부터 소정의 상기 엑세스 서브캐리어들을 통해 수신된 접속 요청 신호들을 빔성형하여 상기 각각의 수신 신호를 상기 구분된 공간 영역들 중 하나의 공간 영역으로부터 전송된 신호로 검출하는 과정과,

상기 구분된 공간 영역들과 상기 엑세스 서브캐리어들을 고려하여 상기 단말기들의 접속 성공 여부를 결정하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
제6항에 있어서,

상기 복수의 공간 영역은 상기 기지국의 안테나 개수에 따라 결정됨을 특징으로 하는 상기 방법.
제6항에 있어서,

상기 안테나들로부터 수신된 신호들을 빔성형하는 방법은,

상기 각각의 안테나들로부터 수신된 신호들에 각각 차등의 가중치를 부여하여 빔성형함을 특징으로 하는 상기 방법.
제6항에 있어서,

상기 접속 성공 여부를 결정함에 있어서,

동일 시점에서 동일한 엑세스 서브캐리어를 사용하여 접속을 요청한 단말기들이 상기 구분된 공간 영역들 중 다른 공간 영역에 있을 경우 접속이 성공됨을 특징으로 하는 상기 방법.
제6항에 있어서,

상기 엑세스 서브캐리어는 전송 가능한 서브캐리어 영역들 중에서 선택된 어느 하나 이상의 서브캐리어들임을 특징으로 하는 상기 방법.
제6항에 있어서,

상기 접속 성공 여부를 결정함에 있어서,

상기 구분된 공간 영역들 중 동일영역에 접속을 요청한 단말기들이 미리 설정된 서브캐리어 할당 허가 임계값을 넘지 않는 경우 접속이 성공됨을 특징으로 하는 상기 방법.
소정의 데이터를 주파수 축상의 다수의 서브캐리어들을 통해 전송하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서, 복수의 수신 안테나들을 구비하는 기지국이 하나 이상의 사용자 단말기들에게 데이터 전송을 위한 서브캐리어들을 할당하는 방법에 있어서,

상기 기지국이 관리하는 공간 영역을 복수의 공간 영역들로 구분하고, 상기 사용자 단말기들로부터 수신된 접속 요청 신호들을 빔성형하여 상기 각각의 수신 신호를 상기 구분된 공간 영역들 중 하나의 공간 영역으로부터 전송된 신호로 검출하는 과정과,

상기 해당 공간 영역에 할당된 데이터 전송을 위한 서브캐리어들 중 여분의 서브캐리어들에 상기 해당 공간 영역으로부터의 신호를 전송한 단말기에게 요구되는 대역을 할당하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
제12항에 있어서,

동일한 공간 영역에 있는 복수의 단말기들이 대역 요청할 경우, 상기 단말기들간의 기 설정된 우선 순위에 따라서 대역을 할당함을 특징으로 하는 상기 방법.
제13항에 있어서,

상기 우선 순위는 상기 단말기들이 송수신하기 원하는 데이터의 특성에 따라 결정됨을 특징으로 하는 상기 방법.
제13항에 있어서,

상기 우선 순위는 동일한 공간 영역에 있는 단말기들간에 적용됨을 특징으로 하는 상기 방법.
제12항에 있어서,

상기 복수의 공간 영역은 상기 기지국의 안테나 개수에 따라 결정됨을 특징으로 하는 상기 방법.
제12항에 있어서,

상기 안테나들로부터 수신된 신호들을 빔성형하는 방법은,

상기 각각의 안테나들로부터 수신된 신호들에 각각 차등의 가중치를 부여하여 빔성형함을 특징으로 하는 상기 방법.
기지국이 복수의 수신 안테나를 구비하고, 상기 기지국과 단말기간에 전송하고자 하는 데이터들을 주파수 축상의 다수의 서브캐리어들을 통해 송수신하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에 있어서,

상기 복수의 수신 안테나에 의해 구분된 소정의 공간 영역들 중 하나의 공간 영역에 위치하여 소정의 서브캐리어들을 통해 데이터를 전송하는 단말기와,

상기 단말기로부터 수신된 데이터들을 빔성형하여 상기 구분된 공간 영역들 중 하나의 공간 영역으로부터 전송된 신호로 검출하고, 상기 해당 공간 영역에 할당된 데이터 전송을 위한 서브캐리어들 중 여분의 서브캐리어들에 상기 단말기에게 요구되는 대역을 할당하는 기지국을 포함함을 특징으로 하는 상기 시스템.
제18항에 있어서,

상기 복수의 공간 영역은 상기 기지국의 안테나 개수에 따라 결정됨을 특징으로 하는 상기 시스템.
제18항에 있어서,

상기 안테나들로부터 수신된 신호들을 빔성형하는 방법은,

상기 각각의 안테나들로부터 수신된 신호들에 각각 차등의 가중치를 부여하여 빔성형함을 특징으로 하는 상기 시스템.
제18항에 있어서,

동일한 공간 영역에 있는 복수의 단말기들이 대역 요청할 경우, 상기 단말기들간의 기 설정된 우선 순위에 따라서 대역을 할당함을 특징으로 하는 상기 시스템.
제21항에 있어서,

상기 우선 순위는 상기 단말기들이 송수신하기 원하는 데이터의 특성에 따라 결정됨을 특징으로 하는 상기 시스템.
제21항에 있어서,

상기 우선 순위는 동일한 공간 영역에 있는 단말기들간에 적용됨을 특징으로 하는 상기 시스템.