KR20050044219A - 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 피드백을 위한 상향링크 자원 할당 방법 - Google Patents

광대역 무선 접속 통신 시스템에서 피드백을 위한 상향링크 자원 할당 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하향링크 데이터를 전송하는 하향링크 서브 프레임을 통해 상기 하향링크의 엑세스 정보 및 상향링크의 엑세스 정보를 포함하여 전송하는 광대역 무선 접속 통신 시스템에 관한 것으로, 소정의 기지국으로부터 상기 하향링크를 통해 전송된 데이터를 수신한 가입자 단말기가 상기 수신된 하향링크 데이터에 대한 피드백 데이터를 소정의 상향링크 프레임을 통해 상기 기지국으로 전송하는 방법에 있어서, 상기 하향링크 서브 프레임 내에 상기 하나 이상의 가입자 단말기에 대한 피드백 데이터를 전송할 수 있는 각 가입자 단말기별 상향링크 피드백 엑세스 정보가 포함된 피드백 할당 메시지를 구성하는 과정과, 상기 피드백 할당 메시지를 수신한 상기 가입자 단말기가 상기 가입자 단말기에 할당된 상향링크 피드백 데이터 엑세스 영역을 통해 상기 피드백 데이터를 전송하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

Description

광대역 무선 접속 통신 시스템에서 피드백을 위한 상향 링크 자원 할당 방법{METHOD FOR ALLOCATTING UPLINK FEEDBACK MESSAGE RESOURCE IN BROADBAND WIRELESS ACCESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 광대역 무선 접속 통신 시스템에 관한 것으로서, 기지국의 하향 링크 데이터 전송에 의해 유발되는 가입자 단말기의 상향 링크 피드백 데이터 전송을 위한 자원 할당 방법에 관한 것이다.
IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16 표준화그룹에서 고려하고 있는 통신 시스템은 기지국(Base Station; BS)과 가입자 단말기(Subscriber Station; SS) 사이에 점대 다중점(Point-to-Multipoint) 통신을 수행하는 시스템이다. 표준화 그룹에서 고려하는 물리(Physical: PHY) 계층 규격은 이중화(Duplex) 방식에 있어서 시간 분할 이중화(Time Division Duplexing: TDD)와 주파수 분할 이중화(Frequency Division Duplexing: FDD) 방식이 있으며, 다중화(Multiplex) 방식에 있어서 단일 반송파를 이용한 시간 분할 다중화(Time Division Multiplexing using Single Carrier), 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; 이하, 'OFDM'이라 한다)와 직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access; 이하, 'OFDMA'라 한다)의 다양한 규격을 정의하고 있다.
또한, 상기 표준화 그룹에서는 상기 다양한 물리 계층 규격들 상에서 공통적으로 동작할 수 있는 매체 접속제어(Medium Access Control: MAC) 계층 규격을 정의하고 있다. 본 발명은 상기 다양한 물리 계층 규격들에 적용될 수 있으나, 편의상 시분할-직교 주파수 분할 다중 접속(TDD OFDMA) 시스템을 일 예로 하여 설명하기로 한다. 그러면 여기서 도 1을 참조하여 종래 기술에 따른 상기 IEEE 802.16에서 고려하고 있는 통신 시스템 구조를 설명하기로 한다.
상기 도 1은 TDD　OFDMA 방식을 사용하는 광대역 무선 접속 통신 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면으로서, 특히 IEEE 802.16a/IEEE 802.16e 통신 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 상기 IEEE 802.16a/IEEE 802.16e 통신 시스템은 단일 셀(single cell) 구조(100)를 가지며, 기지국(110)과 상기 기지국(110)이 관리하는 다수의 가입자 단말기들(120a, 120b, 120c 및 120d)로 구성된다. 상기 기지국(110)과 상기 가입자 단말기들(120a, 120b, 120c 및 120d)간의 신호 송수신이 일어나는 무선 링크(130)는 상기 TDD OFDMA 방식을 사용하여 이루어진다. 한편, 상기 IEEE 802.16e 통신 시스템은 상기 가입자 단말기들의 이동성을 고려하며, 다중 셀 구조를 적용하는 방법이 고려되고 있다.
이하, 상기 OFDM 방식 및 OFDMA 방식에 대하여 간략히 설명한다. 상기 OFDM 방식은 멀티-캐리어(Multi-Carrier)를 사용하여 데이터를 전송하는 방식으로서, 직렬로 입력되는 심벌(Symbol)열을 병렬 변환하여 이들 각각을 상호 직교성을 갖는 다수의 서브 캐리어(sub-carrier)들, 즉 다수의 서브 캐리어 채널(sub-carrier channel)들로 변조하여 전송하는 멀티캐리어 변조(MCM : Multi Carrier Modulation) 방식의 일종이다.
이와 같은 멀티 캐리어 변조 방식을 적용하는 시스템은 1950년대 후반 군용 HF radio에 처음 적용되었으며, 다수의 직교하는 서브 캐리어를 중첩시키는 OFDM 방식은 1970년대부터 발전하기 시작하였으나, 멀티 캐리어들간의 직교 변조의 구현이 난이한 문제였었기 때문에 실제 시스템 적용에 한계가 있었다. 그러나 1971년 Weinstein 등이 상기 OFDM 방식을 사용하는 변복조는 DFT(Discrete Fourier Transform)를 이용하여 효율적으로 처리가 가능함을 발표하면서 OFDM 방식에 대한 기술개발이 급속히 발전했다. 또한 보호구간(guard interval)의 사용과 시클릭 프레픽스(cyclic prefix; 이하, 'CP'라 한다) 보호구간 삽입 방식이 알려지면서 다중경로 및 지연 확산(delay spread)에 대한 시스템의 부정적 영향을 더욱 감소시키게 되었다.
따라서, 상기 OFDM 방식은 디지털 오디오 방송(Digital Audio Broadcasting: DAB)과 디지털 텔레비젼, 무선 근거리 통신망(WLAN; Wireless Local Area Network) 그리고 무선 비동기 전송 모드(WATM; Wireless Asynchronous Transfer Mode) 등의 디지털 전송 기술에 광범위하게 적용되어지고 있다. 즉, 하드웨어적인 복잡도(Complexity)로 인하여 널리 사용되지 못하다가 최근 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform; 이하 'FFT'로 칭하기로 한다)과 역 고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform; 이하 'IFFT'로 칭하기로 한다)을 포함한 각종 디지털 신호 처리 기술이 발전함으로써 실현 가능해졌다.
상기 OFDM 방식은 종래의 주파수 분할 다중(FDM; Frequency Division Multiplexing) 방식과 유사하나 무엇보다도 다수개의 서브 캐리어들간의 직교성(Orthogonality)을 유지하여 전송함으로써 고속 데이터 전송시 최적의 전송 효율을 얻을 수 있는 특징을 가지며, 또한 주파수 사용 효율이 좋고 다중 경로 페이딩(multi-path fading)에 강한 특성이 있어 고속 데이터 전송시 최적의 전송 효율을 얻을수 있다는 특징을 가진다.
또한, 주파수 스펙트럼을 중첩하여 사용하므로 주파수 사용이 효율적이고, 주파수 선택적 페이딩(frequency selective fading)에 강하고, 다중경로 페이딩에 강하고, 보호구간을 이용하여 심벌간 간섭(ISI: Inter Symbol Interference) 영향을 줄일 수 있으며, 하드웨어적으로 등화기 구조를 간단하게 설계하는 것이 가능하며, 임펄스(impulse)성 잡음에 강하다는 장점을 가지고 있어서 통신시스템 구조에 적극 활용되고 있는 추세에 있다. 한편, 상기 OFDMA 방식은 단일 사용자에게 전체 서브 캐리어들을 할당하는 상기 OFDM 방식과 달리 상기 서브 캐리어들을 다중 사용자를 고려하여 상기 각 사용자마다 부반송파를 할당하여 전송하는 방식이다.
상기 OFDMA 방식을 사용하여 데이터를 전송함에 있어 각각의 OFDM 심볼은 서브 캐리어(sub-carrier)들에 나뉘어 실려 소정의 서브 채널(sub-channel)들을 통해 전송된다. 상기 서브 채널이라 함은 시스템 상황에 따라 미리 설정된 개수의 서브 캐리어들로 구성되는 채널을 의미한다. 또한 미리 설정된 개수의 서브 채널들과 OFDM 심볼 개수들로 기지국이 가입자 단말기로 전송하는 하향 서브 프레임(Downlink sub-frame)을 구성하고, 또한 미리 설정된 개수의 서브 채널들과 OFDM 심볼 개수들로 가입자 단말기가 기지국으로 전송하는 상향 서브 프레임(Uplink sub-frame)을 구성한다.
한편, 상기 OFDM 규격의 프레임 구조는 상술한 바와 같이 소정 심볼에서 전체 서브 캐리어 구간을 하나의 가입자 단말기가 사용한다는 점에서 상기 OFDMA 규격과 차이가 있고, 상기 단일 캐리어(SC) 규격의 프레임 구조는 단일 캐리어를 사용한다는 점에서 차이가 있을 뿐이다. 그러면, 여기서 도 2를 참조하여 TDD OFDMA 통신 시스템의 프레임(frame) 구조를 예를 들어 설명하기로 한다.
도 2는 TDD OFDMA 통신 시스템의 프레임 구조(200)를 개략적으로 도시한 도면이다. 상기 도 2를 참조하면, 가로축은 OFDM 심볼 번호(OFDM symbol number)를 나타내며, 세로축은 서브 채널 번호(sub-channel number)를 나타낸다. 상기 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 1개의 OFDMA 프레임은 다수개(예컨대, 6개)의 OFDM 심벌들로 구성되는 하향-서브-프레임과 다수개(예컨대, 5개)의 OFDM 심볼들로 구성되는 상향-서브-프레임으로 구성된다. 또한, 상기 1개의 OFDM 심벌은 다수개(예컨대, M개)의 서브 채널들로 구성된다.
한편, 상기 1개의 TDD OFDMA 프레임마다 상/하향 서브프레임의 자원 할당 정보를 나타내는 DL-MAP(210)과 UL-MAP(220)을 가진다. 상기 DL-MAP 메시지는 하향링크 서브-프레임을 구성하는 자원들이 가입자 단말기들에 어떻게 할당되었는지를 표시하고, 상기 UL-MAP 메시지는 상향링크 서브-프레임을 구성하는 자원들이 가입자 단말기들에 어떻게 할당되었는지를 표시한다.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 상기 TDD OFDMA 통신 시스템에서의 상향링크 및 하향링크의 서브-프레임 구조를 구체적으로 설명한다.
먼저, 하향 링크 서브-프레임 구조를 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.
상기 도 3은 TDD　OFDMA 방식을 사용하는 광대역 무선 접속 통신 시스템의 하향 링크 서브-프레임 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 3을 참조하면, 상기 하향 링크 프레임(300)은 프레임 제어 헤더(Frame Control Header: FCH) 영역(310)과 다수의 하향 링크 버스트(DL burst #1 내지 #n) 영역들(320a, 320b, 320c)로 구성된다. 상기 FCH 영역(310)은 DL-MAP(310a)과 UL-MAP(310b) 메시지로 구성되는데, 상기 DL-MAP 메시지에 포함되는 정보 필드들을 하기 <표 1>과 같다.
상기 <표 1>에 나타낸 바와 같이, DL-MAP 메시지는 다수의 필드들, 즉 송신되는 메시지의 타입을 나타내는 관리 메시지 타입(Management Message Type), 동기를 획득하기 위해 물리 채널에 적용되는 변조 방식 및 복조 방식에 상응하게 설정되는 물리 채널 동기(PHY Synchronization), 하향 링크 버스트 프로파일(burst profile)을 포함하고 있는 하향링크 채널 디스크립트(Downlink Channel Descript; 이하 'DCD'라 칭하기로 한다) 메시지의 구성(configuration) 변화에 상응하는 카운트(count)를 나타내는 DCD 카운트(count), 기지국(Base Station)마다 구분되어 할당하는 기지국 식별자(Base Station ID) 및 상기 기지국 식별자 이후에 존재하는 정보 요소(Information Element: IE)들의 개수를 나타내는 DL-MAP 엘리먼트 수(Number of DL-MAP Elements n)를 포함한다. 하나의 IE는 동일 하향 버스트 프로파일을 사용하는 가입자 단말기들을 위한 버스트 정보로서, 특정 하향 버스트 프로파일을 표시하는 DIUC와 해당 버스트의 위치정보 필드들로 구성된다.
또한, 상기 UL-MAP 메시지에 포함되는 정보 필드들은 하기 <표 2>와 같다.
상기 <표 2>에 나타낸 바와 같이, UL-MAP 메시지는 다수의 필드들, 즉 송신되는 메시지의 타입을 나타내는 관리 메시지 타입(Management Message Type), 사용되는 상향 링크 채널을 구별하는 상량 링크 채널 식별자(Uplink Channel ID), 상향 링크 버스트 프로파일을 포함하고 있는 상향 링크 채널 디스크립트(Uplink Channel Descript; 이하 'UCD'라 칭하기로 한다) 메시지의 구성 변화에 상응하는 카운트를 나타내는 UCD 카운트(count) 및 상기 UCD 카운트 이후에 존재하는 IE들의 개수를 나타내는 UL-MAP 엘리먼트 수(Number of UL-MAP Elements n)를 포함한다. 하나의 IE는 특정 가입자 단말기에 할당된 버스트 정보로서, 가입자 단말기를 표시하는 CID, 특정 상향 버스트 프로파일을 표시하는 UIUC, 그리고 해당 버스트의 위치정보 필드들로 구성된다.
한편, 상술한 CID는 접속을 구별해주는 MAC 계층 주소로서 하향링크 방향에서 단말기는 자신에게 할당된 상기 CID를 참조하여 자신에게 전송되는 정보를 구별하게 되며, 상향링크 방향에서는 기지국이 정해준 자신의 고유한 CID를 참조하여 상기 기지국이 정해준 구간에서 상기 기지국에게 데이터를 송신한다.
상기 상향 버스트 또는 하향 버스트는 각각 상향링크 또는 하향링크 방향에서 같은 변조 및 채널 부호화 코드를 사용하는 MAC 패킷 데이터 유닛(Packet Data Unit; 이하, 'PDU'라 한다)들을 하나로 묶은 것을 의미한다. 또한, 상기 DIUC(Downlink Interval Usage Code) 또는 UIUC(Uplink Interval Usage Code)는 상기 각 버스트에서 변조 및 채널 부호화를 어떻게 할지를 나타내며, 그에 대한 정보는 각각 상기 DCD 또는 UCD의 버스트 프로파일 필드(Burst Profile field)에 나타나있다. 예컨대, 상기 DIUC가 0일 경우 QPSK 변조 및 1/2 코딩 레이트로 부호화 할 것을 의미하며, 상기 DIUC가 1일 경우 QPSK 변조 및 3/4 코딩 레이트로 부호화 할 것을 의미한다.
상기 도 3에서는 TDD OFDMA 통신 시스템의 하향 링크 서브-프레임 구조를 설명하였으며, 다음으로 도 4를 참조하여 TDD OFDMA 통신 시스템의 상향 링크 서브-프레임 구조를 설명하기로 한다.
도 4는 TDD OFDMA 방식을 사용하는 광대역 무선 접속 통신 시스템의 상향 링크 서브-프레임 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 상기 도 4를 참조하면, 상기 상향 링크 프레임(400)은 초기 레인징을 위해 할당된 초기 레인징 경쟁 슬롯 (Contention slot for initial ranging) 영역(410)과, 대역 요청 레인징을 위해 할당된 대역 요청 경쟁 슬롯(Contention slot for BW requests) 영역(420)과, 가입자 단말기들의 상향 링크 데이터들을 포함하는 다수의 상향 링크 버스트 영역들(430, 440)로 구성된다.
상기 초기 레인징 경쟁 슬롯 영역(410)은 다수의 가입자 단말기들로부터 경쟁 방식에 의해 접속되므로, 상기 하나의 가입자 단말기에 의해 접속이 성공된 실제 초기 레인징 정보들을 포함하는 다수의 접속 버스트(access burst) 구간들과, 상기 다수의 접속 버스트 구간들간의 충돌이 발생할 경우 생기는 충돌(collision) 구간이 존재한다. 상기 대역 요청 경쟁 슬롯 영역(420)은 실제 대역 요구 레인징을 포함하는 다수의 대역 요구(bandwidth request: BW-REQ) 구간들과, 상기 다수의 대역 요구 구간들간의 충돌이 발생할 경우 충돌 구간이 존재한다.
또한, 상기 상향 링크 버스트 영역들(430, 440)은 각 가입자 단말기별로 상향 링크 데이터를 전송할 수 있도록 다수의 버스트 영역(SS #1 scheduled data 영역 내지 SS #n scheduled data 영역)들로 구성되며, 상기 다수의 버스트 영역들 각각에는 프리앰블(431) 및 상향링크 버스트(433)들로 구성된다.
도 5는 상기 도 3 및 도 4에서 상술한 메시지들을 통한 광대역 무선 접속 통신 시스템의 통신 절차를 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 5를 참조하면, 먼저 가입자 단말기(550)는 파워 온(power on)됨에 따라 표준 규격에서 정의하고 있는 일련의 초기화 절차를 수행(501)한다. 상기 가입자 단말기(550)가 정상적으로 초기화 절차를 완료하면, 상/하향 데이터들을 송/수신 할 수 있게 된다. 먼저, 상기 가입자 단말기(550)는 상기 기지국(500)으로부터 DL-MAP/UL-MAP 그리고 하향 버스트들로 구성되어 있는 하향 서브-프레임을 수신(503)하고, 상기 수신된 DL-MAP을 해석하여 자신에게 전송된 버스트들이 있는지를 확인하여 적절히 처리(505)하게 된다. 또한 상기 UL-MAP을 해석하여 상향으로 데이터 전송을 준비하게 된다.
한편, 상향으로 데이터 전송이 필요한 상기 가입자 단말기(550)는 UL-MAP 상에서 BW-REQ를 전송할 구간이 마련되어 있는지를 확인한 후, BW-REQ를 규정된 절차에 따라 상향으로 전송(507)하게 된다. 상기 기지국(500)은 상향 서브-프레임상에서 수신된 상기 가입자 단말기(550)의 BW-REQ를 처리하여 다음 프레임의 UL-MAP을 통해 상향 서브-프레임의 자원 할당 정보를 가입자 단말기(550)에 통보(508)한다.
그런다음, 상기 가입자 단말기(550)는 하향 서브-프레임상의 UL-MAP 메시지를 해석하여 자신이 요청한 자원이 할당되었는지를 확인하여 상향 버스트를 전송(511)하게 된다. 이때 상향으로 전송할 또 다른 데이터가 발생하였다면, 상기 상향 버스트 전송시 BW-REQ 정보를 피기백(piggyback) 방식으로 전송할 수도 있다.
이때, 상기 기지국(500)은 마찬가지로 UL-MAP을 통해 피기백(piggyback) 방식을 이용하여 자원 요청을 한 가입자 단말기(550)에게 자원을 할당(513)할 수 있다. 한편, 상기 기지국(500)은 가입자 단말기(550)로부터 자원 요청이 없을지라도 특별한 목적을 위해 UL-MAP을 통해 자원 할당을 통보(513)할 수도 있는데, 이 경우 가입자 단말기(550)에게 BW-REQ 없이도 보다 빨리 상향 데이터를 전송할 수 있는 이점을 제공할 수 있으나 또한 해당 가입자 단말기(550)가 전송할 데이터가 없을 시 자원이 낭비되는 위험을 감수해야 하며, 가입자 단말기(550)의 스케쥴링 정책에 따라 상기 기지국(500)이 의도하지 않은 데이터 전송이 일어날 수도 있다.
이와 같이 TDD OFDMA 시스템에서는 DL-MAP과 UL-MAP 메시지 전달로서 상/하향 자원 할당 정보가 기지국과 가입자 단말기들간에 공유되며, 따라서 모든 가입자 단말기들에게 전달되는 것을 보장하기 위하여 변조 및 부호화 방법(Modulation and Coding Scheme: 이하, 'MCS'라 한다)에 있어서 가장 신뢰성 있는, 즉 가장 많이 여분 정보가 추가되는 MCS 수준을 사용하여 DL-MAP과 UL-MAP 메시지가 전송된다.
또한, TDD OFDMA 시스템이 운용될 때 상/하향 간에 메시지 교환이 쌍으로 일어나는 경우가 매우 빈번한데, 예를 들어 초기 레인징 과정, ARQ(Automatic Repeat reQuest) 피드백(Feedback) 전송 과정 및 요청-응답-인지(Request-Response-Ack)의 3방향-교환(3way handshake)과정 등이 이에 해당된다. 상기와 같이 상/하향 간에 메시지 교환이 쌍으로 일어날 경우, 상기 하향링크 메시지에 대해 피드백으로 전송되는 상향링크 메시지를 전송할 수 있는 자원을 상술한 바와 같이 해당 가입자 단말기에게 할당하는 것이 필요한다.
도 6은 TDD OFDMA 시스템에서 초기 레인징 과정을 위해 기지국(600)과 가입자 단말기(650)간에 전달되는 메시지 교환을 나타내고 있다. 이 과정에서 가입자 단말기(650)는 레인징 코드를 랜덤 액세스로 전송하게 되고(601), 기지국은 상기 랜덤 전송이 성공적으로 수신될 경우 레인징-응답(Ranging response: RNG-RSP)을 전송하고(603), 또한 UL-MAP 상에서 상기 기지국으로 하여금 레인징-요청(Ranging request: RNG-REQ)을 경쟁 없이 전송할 수 있도록 상향 자원을 할당하게 된다(605). 이때 랜덤 전송한 레인징 코드의 발신자를 표시하기 위해 하기 <표 3>과 같이 중복된 정보가 RNG-RSP와 UL-MAP 상으로 전달되게 된다.
상기와 같이 전송될 경우 중복된 정보로 인한 자원 낭비가 초래되고, 또한 가장 신뢰성 있는 MCS를 사용하는 UL-MAP을 통해 자원 할당 정보를 전달해야 함으로 자원 낭비가 발생하게 된다.
도 7a은 일반적인 TDD OFDMA 시스템에서 ARQ관련 피드백(Feedback) 메시지를 기지국(700)과 가입자 단말기(750)간에, 특히 가입자 단말기(750)에서 기지국(700)으로 전송하는 절차를 도시한 것이다. 먼저, 상기 기지국은 DL-MAP/UL-MAP과 함께 상기 가입자 단말기(750)로 ARQ 서비스가 요구되는 데이터를 전송한다(701). 상기 가입자 단말기(750)는 상향으로 데이터 전송이 요구된다고 가정할 때 두 가지 상황이 고려되는데, 상위 계층에서 전송할 데이터가 전달된 경우와, 하향으로 수신한 데이터에 대한 ARQ-피드백 메시지를 전송할 경우이다(703). 이때, 상기 두가지 경우 모두 상향 자원을 할당받기 위해 BW-REQ를 랜덤 액세스 방식으로 전송하게 된다(703).
상기 기지국(700)은 상기 가입자 단말기(750)로부터의 BW-REQ를 성공적으로 수신한 경우 UL-MAP을 통해 대역 할당 정보를 전달하게 되고(705), 상기 가입자 단말기(750)는 할당 받은 자원을 이용하여 상향으로 데이터를 전송하게 된다(707). 이때 이전 단계에서의 BW-REQ가 ARQ-피드백 메시지 전송을 위한 것이었다면, 하기 도 7b에서 후술할 독립적인 관리 메시지 형태로 전송된다.
도 7b는 상기 도 7a에서 ARQ-피드백을 위해 전송되는 ARQ-피드백 메시지의 구조를 도시한 도면이다.
상기 도 7b를 참조하면, 상기 ARQ 피드백-메시지는 MAC 헤더 필드(721), ARQ 피드백 메시지 필드(722) 및 CRC 필드(723)로 구성된다.
한편, 이전 단계에서 상기 가입자 단말기가 상위 계층의 데이터를 전송해야 할 필요에 의해서 BW-REQ를 전송하였다면, 그리고 이 단계에서 ARQ-피드백 메시지를 전송해야 한다면 할당받은 자원이 허용하는 범위 내에서 전송할 데이터에 ARQ-피드백 페이로드(Payload)를 피기백(piggyback)한 메시지(730)를 구성하여 전송할 수도 있다. 그러나, 독립적인 관리 메시지(720) 형태로 전송되는 경우, 일반적인 MAC 헤더(721)에 뒤이어 관리 메시지 타입(Type) 필드 값을 33으로 갖는 ARQ-피드백 메시지(722)가 있으며, 그리고 전송 에러 발생 유무를 판단할 수 있는 CRC(723) 필드가 마지막에 온다.
반면, 상위 계층의 데이터에 피기백(piggyback) 되는 경우(730), 일반적인 MAC 헤더(731)에 뒤이어 팩킹 서브헤더(Packing subheader; 723a)와 ARQ-피드백 페이로드(733)가 있으며, 그리고 또 다른 팩킹 서브헤더(Packing subheader; 732b)와 SDU 또는 SDU 프래그먼트(Fragment)(734)가 올 수 있으며, 마지막으로 CRC 필드(735)가 나온다. 이 때 팩킹 서브헤더(Packing subheader)와 ARQ 피드백 페이로드(Feedback Payload)가 MAC 헤더 뒤에 위치함을 표시하기 위해 일반적인 헤더의 Type필드(731a)는 하기<표 4>와 같은 규칙으로 코딩된다.
한편, 상기 ARQ-피드백 메시지는 하기 <표 5>와 같이 구성된다.
이하 도 8을 참조하여 기지국과 가입자 단말기간의 3방향 교환 과정에서 사용되는 피드백 메시지를 설명한다.
도 8은 TDD OFDMA 시스템에서의 기지국(800)과 가입자 단말기(850)간의 일반적인 요청-응답-인지(Request-Response-Ack_의 3방향-교환(3way handshake)과정을 도시하고 있다. 상기 가입자 단말기(850)가 상향링크로 요청(Request) 신호와 인지(Ack) 신호를 전송하기 위해서는 일반적으로 랜덤 액세스 과정인 BW-REQ를 전송하여, 상기 상향링크 메시지 전송을 위한 상향링크 자원을 UL-MAP을 통해 할당 받은 후, 해당 메시지들을 전송할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같은 종래의 TDD OFDMA 시스템에서 상향 링크의 자원 할당 과정이 다수의 가입자 단말기에 의한 BW-REQ의 랜덤 액세스 전송과 기지국의 가장 신뢰성 있는 MCS를 사용한 UL-MAP 전송을 통해 일어날 경우 다음과 같은 문제점이 발생한다.
첫째, 다수의 가입자 단말기에 의한 BW-REQ의 빈번한 전송과 그에 따른 경쟁 및 충돌로 인하여 자원 할당이 늦어지고, 그에 따른 데이터 전송이 지연되어 실시간 제약을 갖는 서비스의 품질을 열화시킬 수 있다. 비록, 피기백(piggyback) 방식을 통한 BW-REQ 전송 방식이 있기는 있지만, 상기 방식은 이전 단계의 BW-REQ의 랜덤 액세스를 통한 자원 할당이 선행되어야 하기 때문에 근본적으로 문제를 해결할 수 없다.
둘째, 기지국에 의한 가장 신뢰성 있는 MCS를 사용해야만 하는 UL-MAP 메시지 전송을 통해서 상향 자원 할당 정보를 다수의 가입자들과 공유해야만 하기 때문에, 가입자 단말기들의 링크 품질에 따른 상태를 전혀 반영할 수 없어 궁극적으로 하향 자원을 효율적으로 사용할 수 없다. 또한, UL-MAP을 통한 자원 할당 정보의 공유는 가입자 단말기들의 기본 접속 식별자(Basic CID)를 사용하기 때문에, 가입자 단말기들의 자체 스케쥴링 결과에 따라 기지국이 의도한 바와 다른 데이터의 전송이 발생할 수 있다. 한편, 도 6에서 상술한 바와 같이 UL-MAP을 통한 자원 할당으로 인해 중복적인 정보가 사용되는 비효율성이 발생할 수 있다
따라서, 본 발명의 목적은 광대역 이동통신 시스템에서 가입자 단말기들의 다양한 링크 상태를 반영하여 자원 할당 정보를 보다 효율적으로 공유하는 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 목적은 광대역 이동통신 시스템에서 추가 정보 없이 피드백 메시지를 전송하도록 하는 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 목적은 광대역 이동통신 시스템에서 기지국이 특정 가입자 단말기로 하여금 피드백 정보를 보내는 시점을 제어 하는 것을 가능케 함으로써 ARQ 지연값 조절을 용이케하고, ARQ 지연값이 성능에 큰 영향을 끼치는 음성이나 TCP 트래픽의 성능을 향상시킬 수 있는 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 목적은 광대역 이동통신 시스템에서 기지국이 가입자 단말기로부터의 레인징 코드를 성공적으로 수신 시에 해당 가입자 단말기으로 하여금 레인징-요청을 전송할 수 있도록 하는 상향 자원 할당의 결과를 효과적으로 통보하는 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 목적은 광대역 이동통신 시스템에서 기지국과 가입자 단말기간의 쌍으로 또는 3방향으로 메시지 교환이 일어날 때 보다 효율적인 상향 자원 할당의 결과 통보 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 방법은; 하향링크 데이터를 전송하는 하향링크 서브 프레임을 통해 상기 하향링크의 엑세스 정보 및 상향링크의 엑세스 정보를 포함하여 전송하는 광대역 무선 접속 통신 시스템에서, 소정의 기지국으로부터 상기 하향링크를 통해 전송된 데이터를 수신한 가입자 단말기가 상기 수신된 하향링크 데이터에 대한 피드백 데이터를 소정의 상향링크 서브 프레임을 통해 상기 기지국으로 전송하는 방법에 있어서, 상기 하향링크 서브 프레임 내에 상기 하나 이상의 가입자 단말기에 대한 피드백 데이터를 전송할 수 있는 각 가입자 단말기별 상향링크 피드백 엑세스 정보가 포함된 피드백 할당 메시지를 구성하는 과정과, 상기 피드백 할당 메시지를 수신한 상기 가입자 단말기가 상기 가입자 단말기에 할당된 상향링크 피드백 데이터 엑세스 영역을 통해 상기 피드백 데이터를 전송하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 방법은; 하향링크 데이터를 전송하는 하향링크 서브 프레임을 통해 상기 하향링크의 엑세스 정보 및 상향링크의 엑세스 정보를 포함하여 전송하는 광대역 무선 접속 통신 시스템에서, 소정의 기지국으로부터 상기 하향링크를 통해 전송된 데이터를 수신한 가입자 단말기가 상기 수신된 하향링크 데이터에 대한 피드백 데이터를 소정의 상향링크 서브 프레임을 통해 상기 기지국으로 전송하는 방법에 있어서, 상기 하향링크 서브 프레임을 통해 소정의 가입자 단말기에게 전송되는 상기 각 가입자 단말기별 매체 접속 제어 패킷 데이터 유닛(MAC PDU) 내에, 상기 해당 가입자 단말기에 대한 상향링크 피드백 엑세스 정보를 포함하여 전송하는 과정과, 상기 가입자 단말기에 할당된 상향링크 피드백 엑세스 정보를 통해 상기 피드백 데이터를 전송하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제3 방법은; 하향링크 데이터를 전송하는 하향링크 서브 프레임을 통해 상기 하향링크의 엑세스 정보 및 상향링크의 엑세스 정보를 포함하여 전송하는 광대역 무선 접속 통신 시스템에서, 소정의 기지국으로부터 상기 하향링크를 통해 전송된 데이터를 수신한 가입자 단말기가 상기 수신된 하향링크 데이터에 대한 피드백 데이터를 소정의 상향링크 서브 프레임을 통해 상기 기지국으로 전송하는 방법에 있어서, 상기 가입자 단말기가 초기 레인징을 위해 전송한 레인징 코드에 대응하여 상기 기지국이 전송하는 레인징 응답 메시지에 상기 가입자가 전송하여야 할 레인징 요청 메시지에 대한 상향링크 데이터 전송 영역에 대한 정보를 포함하여 전송하는 과정과, 상기 수신된 레인징 응답 메시지에 포함된 상향링크 데이터 전송 영역에 대한 정보를 이용하여 레인징 요청 메시지를 전송하는 과정을 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 광대역 무선 접속 통신 시스템에 관한 것으로서, 기지국(Base Station: BS)과 가입자 단말기(Subscriber Station: SS) 사이에 점대 다중점(Point-to-Multipoint) 통신을 수행하는 시스템에서, 기지국이 가장 강한(robust) 변조 및 코딩 방법으로 전송을 해야만 하는 UL-MAP 메시지를 통해 상향 링크의 자원 할당 정보를 가입자 단말기들에게 통보하는 종래의 단점을 극복하여, 기지국에 의해 하향 링크로 전송된 데이터로 인해 필연적으로 유발되는 가입자 단말기에 의한 상향 링크의 데이터(즉, ARQ 피드백 메시지, 레인징-요구 메시지, 또는 요청-응답-인지에 따른 ACK 메시지) 전송을 위한 상향 링크의 자원 할당을 기지국이 직접 제어할 수 있고 필요에 따라 즉각적으로 상기 메시지들을 전송하도록 하는 방법을 제안한다. 또한 자원 할당 정보를 전송함에 있어 해당 가입자들의 수신 능력을 충분히 반영할 수 있는 독립적인 제어 메시지 전송이나 하향 데이터에 피기백(piggyback)하는 방법을 제안하여 하향 자원을 보다 효율적으로 사용할 수 있도록 한다.
한편, 본 발명은 IEEE 802.16 계열의 PHY 및 MAC을 사용하는 통신 시스템(이하 'IEEE 802.16 통신 시스템'이라 칭하기로 한다)에서 하향 링크로 전송된 데이터에 대한 레인징-요청, ARQ Feedback, 일반적인 Ack 메시지를 전송할 수 있도록 상향 링크의 자원을 할당하고 그 할당 정보를 통보하는 방법으로 가입자 단말기에 의한 BW-REQ 전송 및 그에 따른 기지국의 UL-MAP을 통한 자원 할당이 아닌 하향 데이터 버스트를 사용하는 것을 제안한다.
이하, 본 발명을 설명함에 있어, 상기 IEEE 802.16 통신 시스템의 구조는 상기 종래 기술 부분에서 설명한 도 1의 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16a TDD OFDMA 통신 시스템과 동일한 구조를 가진다고 가정하기로 하며, 또한 OFDMA 프레임 구조 역시 상기 종래 기술 부분에서 설명한 도 2의 OFDMA 프레임 구조와 동일한 구조를 가진다고 가정하기로 한다. 물론, 상기 IEEE 802.16a 통신 시스템에 가입자 단말기의 이동성(mobility)을 고려한 IEEE 802.16e 통신 시스템에도, 또한 단일 캐리어와/나 FDD 이중화방식을 사용하는 시스템에서도 본 발명이 적용될 수 있음은 물론이다.
본 발명에서는 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 기지국에 의한 특정 가입자 단말기으로 하향 데이터를 전송시 그에 따라 필히 발생할 상기 가입자 단말기에 의한 상향 데이터의 전송 기회에 대한 자원 할당 정보를 상기 가입자 단말기의 BW-REQ 절차 없이 UL-MAP을 통하지 않고 통보하여 준다.
먼저, 도 9를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 피드백 메시지 전송 방법을 설명한다.
본 발명의 실시예에 따르면 종래의 방법에서처럼 UL-MAP을 통해 상향 링크의 서브-프레임 자원 할당 결과를 통보하지 않고, 하향 링크의 서브-프레임상에서 전송되는 데이터 버스트에 속하는 MAC PDU들(독립적인 관리 MAC PDU(901) 및 데이터 MAC PDU(902))을 통해 ARQ-피드백 메시지 전송을 위한 자원 할당 결과를 통보한다.
상기 도 9를 참조하면, 시간-주파수 영역상에서의 OFDMA 프레임 구조는 상술한 바와 같이 하향링크 서브-프레임 및 상향링크 서브-프레임들로 구성되어 있으며, 상기 하향링크 서브-프레임은 기지국에서 가입자 단말기로 전송되는 데이터이며, 상기 상향링크 서브-프레임은 가입자 단말기에서 기지국으로 전송되는 데이터이다.
상기 하향링크 서브-프레임은 상술한 바와 같이 DL-MAP(901), UL-MAP(902) 및 다수의 DL 버스트들(903)로 구성되며, 상기 DL-MAP(901)은 하향링크 서브 프레임의 구성 정보들을 포함하며, 상기 UL-MAP(902)는 상향링크 서브 프레임의 구성 정보들을 포함한다. 한편, 상기 가입자 단말기가 전송하는 피드백 메시지는 상향링크로 전송되므로, 종래 기술에서는 상기 UL-MAP(902)을 통해 상기 피드백 메시지 전송을 위한 자원 할당이 이루어졌다.
그러나, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 상향링크를 통한 피드백 메시지의 전송을 위한 새로운 MAC 관리 메시지(904)를 상기 하향링크 버스트를 통해 전송하거나, 상기 하향링크 버스트의 MAC PDU 내에 피기백(piggyback)하여 전송(905)한다.
상기 상향링크 피드백 메시지 전송을 위하여 새롭게 구성된 피드백 메시지(904)를 이용할 경우, 상기 피드백 메시지는 다수의 가입자 단말기들에 대하여 상기 각 가입자 단말기별 피드백 메시지를 전송할 수 있도록 자원을 할당하게 된다. 상기 각 가입자 단말기별로 할당된 피드백 송신 영역은 상향링크 서브 프레임의 해당 위치(906)에 매핑되며, 상기 피드백 데이터 전송 영역을 할당받은 해당 가입자 단말기는 상기 할당된 위치(906)에서 피드백 메시지를 전송한다.
한편, 상기 상향링크 피드백 메시지 전송을 위한 할당 정보를 하향링크 버스트의 MAC PDU 내에 피기백하여 전송(905)할 경우, 상기 할당 정보는 상기 하향링크 버스트에 해당되는 가입자 단말기를 위한 할당 정보가 된다. 따라서, 상기 하향링크 버스트를 수신한 가입자 단말기는 상기 하향링크 버스트에 피기백되어 포함된 피드백 메시지 전송을 위해 할당된 영역을 확인하고, 상향링크 서브 프레임의 해당 영역(907)을 통해 피드백 메시지를 전송하게 된다.
이하, 도 10 및 도 11을 참조하여 상기 본 발명의 실시예에 따라 피드백 메시지 전송을 위해 할당되는 메시지 구성 방법을 설명한다.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 피드백 할당 메시지의 구조를 도시한 도면이다.
상기 도 10을 참조하면, 동일 변조 및 코딩 방법(MCS)으로 신호를 수신하는 가입자 단말기들 중 상향링크 서브-프레임 상으로 피드백 메시지 전송을 해야 하는 가입자 단말기들의 정보를 모아 독립적인 관리 MAC PDU로 만들어 전송함으로써 하향 자원을 효율적으로 사용하면서 상기의 가입자 단말기들로 하여금 보다 빨리, 보다 구체적으로, 피드백 메시지를 전송할 수 있게 된다.
상기의 독립적인 MAC 관리 PDU는 그 목적상 ARQ 피드백 할당(ARQ Feedback Allocation) 메시지(1000)로 명명하기로 하고, 상기 도 10을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다. MAC 헤더(1010)는 일반적인 MAC 헤더 필드들로 구성되어 있고, CID 필드에는 방송 CID(Broadcast CID)(0xFFFF)를 사용하도록 하는 것이 바람직하다. 상기 MAC 헤더에 뒤이어 새롭게 정의되는 ARQ 피드백 할당 관리 메시지(1020)가 상기 MAC PDU의 페이로드로서 나타나는데, 상기 메시지의 구체적인 구조는 하기 <표 6>과 같이 구성될 수 있다.
상기 <표 6>을 참조하면, 상기의 ARQ 피드백 할당 메시지(1020)는 종래의 관리 메시지 구조를 따라 먼저 8 비트(bit) 크기의 타입(Type) 필드를 지정하여 상기 메시지의 기능을 나타내도록 한다. 상기 타입 필드에 할당되는 값은 종래의 사용되지 않은 하나의 값을 정하여 사용하도록 한다. 다음 필드로는 상기 메시지로 할당 정보를 통보받는 가입자 단말기들의 구체적인 할당 정보를 표시하는 정보 요소들로서 각 가입자 단말기별 정보 요소는 상기 가입자 단말기를 표시하는 16 비트의 CID로 설정함이 바람직하다. 또한, 다른 정보 요소가 존재하는 지를 표시하는 1 비트의 Last 필드 및 ARQ 피드백 메시지를 상향으로 전송할 때 사용할 4 비트의 UIUC 및 PHY 규격에 따라 가변적인 크기를 갖는 할당된 자원을 표시하는 위치 정보(Location Info) 필드들로 구성된다.
한편, 가입자 단말기의 IE 정보로서 상기 위치 정보(Location Info) 필드는 OFDMA PHY 규격에 따라 {심볼 옵셋(Symbol Offset)=L+9, 서브 채널 옵셋(Subchannel Offset)=M-1, OFDM 심볼 번호(Number of OFDM Symbols)=1, 서브 채널 번호(Number of subchannels)=1}로 코딩된다. 상기의 ARQ 피트백 할당 관리 MAC PDU가 전송되는 하향 링크의 서브-프레임내 위치는 DL-MAP의 특정 IE로 표시된다. 따라서 해당 단말들은 먼저 DL-MAP을 수신하여 자기가 사용하는 변조 및 코딩 방식의 하향 링크의 버스트가 어디에 위치하는 지의 정보를 해석하여 해당 하향 링크 버스트를 복조 및 디코딩하여 상기 버스트 내에 포함되어 있는 MAC PDU들을 처리하면서, 또한 본 발명의 실시예에 따라 ARQ 피드백 할당 관리 메시지를 해석하게 된다. 이때, 상기 ARQ 피드백 할당 관리 메시지에 자신에게 할당된 상향 링크의 자원이 있는지 CID 필드로서 확인하고, 할당받은 해당 위치에서 ARQ 피드백 메시지를 전송하게 된다.
따라서, 상기 가입자 단말기는 자신의 채널 상태에 따라 결정된 해당 변조 방식 및 코딩 방식에 해당되는 피드백 할당 관리 메시지가 포함된 하향링크 버스트만을 복조함으로써 보다 효과적인 복조를 수행할 수 있다. 또한, 상기 피드백 할당 관리 메시지는 동일한 변조 방식 및 코딩 방식에 해당되는 가입자 단말기들에 대해서 동일한 하향링크 버스트로 전송하기 때문에, 상기 가입자 단말기들의 채널 상태를 고려하여 전송하는 것이 가능하다. 즉, 상기 피드백 할당 관리 메시지가 하향링크 버스트 단위로 전송되고, 상기 각각의 하향링크 버스트별로 변조 방식 및 코딩 방식을 다르게 설정하게 된다. 따라서, 채널 환경이 나쁜 가입자 단말기들에 대해서는 상기 채널 환경이 나쁜 가입자 단말기들의 피드백 정보만을 하나의 피드백 할당 관리 메시지로 구성하고, 상기 피드백 할당 관리 메시지를 보다 에러에 강하고 신뢰성 있는 높은 코딩 레이트로 전송하게 된다. 반면, 채널 환경이 좋은 가입자 단말기들에 대해서는 상기 채널 환경이 좋은 가입자 단말기들의 피드백 정보만을 하나의 피드백 할당 관리 메시지로 구성하고, 상기 피드백 할당 관리 메시지를 보다 낮은 코딩 레이트로 전송함으로써, 보다 적은 수의 비트만으로도 효과적인 전송이 가능해진다.
결국, 상기 가입자 단말기들의 채널 환경을 고려하여 상기 피드백 할당 관리 메시지들의 변조 방식 및 코딩 방식을 결정함으로써, 상기 피드백 할당 관리 메시지의 전송을 효율적으로 구현할 수 있다. 한편, 상술한 바와 같이 가입자 단말기는 DL-MAP을 통해 자신의 변조 방식 및 코딩 방식에 맞는 하향링크 버스트들만을 복조하고, 상기 해당 하향링크 버스트들은 자신의 채널 환경에 맞는 변조 방식 및 코딩 방식으로 전송되었으므로, 데이터 전송의 효율성을 높일 수 있게 된다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 피드백 페이로드를 MAC PDU에 추가한 구조를 도시한 도면이다.
상기 도 11에서는 ARQ 피드백 메시지 전송을 위한 상향 링크의 자원 할당 정보를 특정 가입자 단말기에게 통보하는 다른 실시예로서, 하향 링크의 서브-프레임 상에서 상기 가입자 단말기에게 전송되는 데이터 MAC PDU에 상향 링크의 자원 할당 정보를 끼워 넣는 방법이다.
상기 본 발명의 제2 실시예에 따른 방법은 상술한 도 10의 제1 실시예에서의 방법과 달리 단일 가입자 단말기에게만 자원 할당 결과를 통보할 수 있고, 대신에 데이터 MAC PDU를 구성하는 헤더 정보의 CID를 자원 할당 정보로 사용할 수 있어 상술한 도 10에서의 CID가 필요로 하지 않는다. 또한, 독립적인 관리 MAC PDU를 구성하기 위한 타입(Type) 필드 또한 요구되지 않는다.
상기 본 발명의 제2 실시예에 따른 방법은 종래의 규격에서 사용하고 있는 팩킹(Packing) PDU(1100)의 형태로 전송되며, 먼저 일반적인 MAC 헤더(1101)에 뒤이어 첫 번째 팩킹 서브헤더(packing subheader)(1102a)로 구성되는 PDU의 페이로드(payload)로서 ARQ 피드백 할당 페이로드(ARQ Feedback Allocation Payload)(1103)가 위치하고 그 뒤로 또 다른 팩킹 서브헤더(packing subheader)(1102b)에 의해 구성되는 PDU의 페이로드(payload)(1104)가 위치된다. 마지막으로 전송 에러의 유무를 검출하기 위한 CRC 필드(1105)가 위치하게 된다.
상기 팩킹(Packing) PDU의 구성을 나타내기 위해 MAC 헤더(1101)의 타입(Type)(1101a) 필드는 <표 4>에서 기술된 바와 같이 #1의 타입 필드가 1로 설정되어 팩킹(Packing) PDU 임을 나타낸다. 또한, 팩킹 서브헤더(packing subheader)에 의해 처음으로 나타나는 ARQ 피드백 할당 페이로드(ARQ-Feedback Allocation Payload)의 존재를 표시하기 위해 본 발명에서는 사용하지 않는 1비트의 예약 필드(Rsv 필드)(1101b)를 이용할 수 있다.
결국, 본 발명의 제2 실시예의 구현을 위하여 새로운 7비트의 피드백을 위한 타입(Type) 필드(1101c)가 구성될 수 있음을 의미하며, 종래의 MAC 헤더 구성을 변화시키지 않고도 본 발명이 적용 가능함을 알 수 있다.
이하 도 12를 참조하여 본 발명의 또 하나의 실시예로서, 초기 레인징 과정에서 발생하는 기지국(1200)과 가입자 단말기(1250)간의 메시지 교환 및 그 전송에 따른 자원 할당 방법을 설명한다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 피드백 자원 할당 과정을 도시한 도면이다.
상기 도 12를 참조하면, 상술한 종래의 방안에 대한 단점을 해결하기 위한 방안으로, 초기 레인징을 수행해야 하는 상기의 가입자 단말기(1250)가 상기의 기지국(1200)으로부터 수신된 UL-MAP(1201) 정보를 해석하여 랜덤 액세스 방식으로 레인징 코드를 전송(1203)하게 된다, 상기 기지국(1200)은 해당 코드를 성공적으로 수신할 경우, 레인징-응답 메시지를 전송(1205)하게 된다. 이때, 종래의 방법과 달리 상기 가입자 단말기으로 하여금 레인징-요청 메시지를 전송하기 위한 자원 할당 정보를 상기 UL-MAP을 통하지 않고, 상기 레인징 응답(RNG-RSP) 메시지(1205)를 통해 통보할 수 있다.
따라서, 상기 레인징 응답 메시지가 다소 수정될 수 있으며, 상기 본 발명의 제3 실시예를 적용하기 위해 수정되는 레인징 응답 메시지의 구조는 하기 <표 7>과 같이 나타낼 수 있다.
상기 <표 7>을 참조하면, 종래의 규격에서 사용하지 않는 임의의 값을 상기 레인징 응답 메시지 타입(Type) 필드 값으로 이용한다. 상기 기지국(1200)으로부터 상기 본 발명의 적용을 위해 새로이 할당된(Type) 값(new value)을 갖는 레인징-응답 메시지를 수신한 상기 가입자 단말기(1210)는 상기 레인징-응답 메시지 내의 상향 링크의 자원 할당 정보를 해석하여 레인징-요청 메시지(1207)를 전송하게 된다.
상기 기지국(1200)은 전송된 메시지에 대한 응답으로 레인징-응답 메시지(1209)를 전송하게 되는데, 상기 메시지(1205)에서 전송되는 메시지 내의 TLV 값들 중 레인징 결과(Ranging Status) 필드 값이 성공(값=3)일 경우 상기 메시지의 타입 필드는 종래의 필드 값 5로 설정되어 초기 레인징을 완료하게 된다.
한편, IEEE 802.16 통신 시스템에서 빈번히 발생되는 요청-응답-인지(Request-Response-Ack)의 3방향-교환(3 way handshake) 통신에서도 상술한 바와 같이 기지국의 응답(Response) 메시지에 대한 가입자 단말기의 ACK 메시지 전송이 유발되는 상황에서 기지국에 의한 상기 응답(Response) 메시지 전송 시에 상기 가입자 단말기에 의한 ACK 메시지 전송을 위한 상향링크의 자원 할당 정보를 함께 실어 전송함으로써 본 발명의 효과를 얻을 수 있다.
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.
상술한 바와 같은 본 발명은, 기지국은 특정 가입자 단말기들로 하여금 ARQ 피드백 메시지를 경쟁 없이 전송하도록 할 수 있음으로 인해 ARQ 지연을 줄일 수 있으며, 특히 종래의 방법에서는 가입자 단말기의 변조 및 코딩 레벨에 따른 수신 상태를 전혀 고려함이 없이 UL-MAP을 통해서만 ARQ 피드백 메시지 전송을 위한 상량 링크의 자원 할당 정보를 통보할 수 있었던 제약을 개선하여 독립적인 ARQ 피드백 할당 메시지를 전송하거나 데이터 MAC PDU에 피기백(piggyback) 형태로 팩킹(packing)하여 전송함으로써 상기 가입자 단말기들의 수신 상태를 최적으로 반영하여 하향 링크의 자원을 보다 효율적으로 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 초기 레인징 과정에서 중복된 자원 할당 정보의 사용을 피할 수 있고, 또한 상술한 UL-MAP의 MCS 제약을 극복하여 하향 링크의 자원을 보다 효율적으로 사용할 수 있다.
마지막으로, 본 발명에 따르면 IEEE 802.16 통신 시스템에서 빈번히 발생하는 요청-응답-인지(Request-Response-Ack)의 통신에서 하향 링크로 전송되는 응답(Response) 메시지에 의해 필연적으로 유발되는 ACK 메시지의 상향 전송을 위한 자원 할당 정보를 상기 응답(Response) 메시지와 함께 전송함으로써 경쟁 방식의 BW-REQ 전송을 피할 수 있고, 또한 UL-MAP의 MCS 제약을 극복할 수 있으며, 그에 따라 빠른 메시지 전송과 자원 사용의 효율을 높일 수 있게 되는 장점이 있다.
도 1은 OFDMA 방식을 사용하는 광대역 무선 접속 통신 시스템을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 OFDMA 방식을 사용하는 광대역 무선 접속 통신 시스템의 프레임 구조를 시간-주파수 영역 상에서 도시한 도면.
도 3은 광대역 무선 접속 통신 시스템의 하향 링크 서브-프레임 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 광대역 무선 접속 통신 시스템의 상향 링크 서브-프레임 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 5는 광대역 무선 접속 통신 시스템의 통신 절차를 개략적으로 도시한 도면.
도 6은 TDD OFDMA 방식을 사용하는 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 초기 레인징 과정을 위해 기지국과 가입자 단말기간에 전달되는 메시지 교환을 도시한 도면.
도 7a는 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 ARQ 피드백 메시지를 가입자 단말기에서 기지국으로 전송하는 절차를 도시한 도면.
도 7b는 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 ARQ 피드백 메시지의 구조를 도시한 도면.
도 8은 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 기지국과 가입자 단말기간의 일반적인 대역 요청 절차를 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 가입자 단말기의 피드백 메시지 전송을 위한 기지국의 자원 할당 방법을 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 피드백 할당 메시지의 구조를 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 피드백 페이로드를 MAC PDU에 추가한 구조를 도시한 도면.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 피드백 자원 할당 과정을 도시한 도면.

Claims (14)

  1. 하향링크 데이터를 전송하는 하향링크 서브 프레임을 통해 상기 하향링크의 엑세스 정보 및 상향링크의 엑세스 정보를 포함하여 전송하는 광대역 무선 접속 통신 시스템에서, 소정의 기지국으로부터 상기 하향링크를 통해 전송된 데이터를 수신한 가입자 단말기가 상기 수신된 하향링크 데이터에 대한 피드백 데이터를 소정의 상향링크 서브 프레임을 통해 상기 기지국으로 전송하는 방법에 있어서,
    상기 하향링크 서브 프레임 내에 상기 하나 이상의 가입자 단말기에 대한 피드백 데이터를 전송할 수 있는 각 가입자 단말기별 상향링크 피드백 엑세스 정보가 포함된 피드백 할당 메시지를 구성하는 과정과,
    상기 피드백 할당 메시지를 수신한 상기 가입자 단말기가 상기 가입자 단말기에 할당된 상향링크 피드백 데이터 엑세스 영역을 통해 상기 피드백 데이터를 전송하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 피드백 할당 메시지는 상기 하향링크 서브 프레임내의 소정의 하향링크 버스트를 통해 전송됨을 특징으로 하는 상기 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 피드백 할당 메시지는 상기 피드백 데이터 엑세스 영역을 할당하고자 하는 각 가입자 단말기에 대한 접속 식별자를 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 접속 식별자는 기본 접속 식별자임을 특징으로 하는 상기 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 피드백 할당 메시지는 상기 각 가입자 단말기별로 할당되는 피드백 데이터 엑세스 영역에 대한 상향링크 서브 프레임상의 위치 정보를 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 상향링크 서브 프레임상의 위치 정보는 시간 정보 및 주파수 정보를 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  7. 하향링크 데이터를 전송하는 하향링크 서브 프레임을 통해 상기 하향링크의 엑세스 정보 및 상향링크의 엑세스 정보를 포함하여 전송하는 광대역 무선 접속 통신 시스템에서, 소정의 기지국으로부터 상기 하향링크를 통해 전송된 데이터를 수신한 가입자 단말기가 상기 수신된 하향링크 데이터에 대한 피드백 데이터를 소정의 상향링크 서브 프레임을 통해 상기 기지국으로 전송하는 방법에 있어서,
    상기 하향링크 서브 프레임을 통해 소정의 가입자 단말기에게 전송되는 상기 각 가입자 단말기별 매체 접속 제어 패킷 데이터 유닛(MAC PDU) 내에, 상기 해당 가입자 단말기에 대한 상향링크 피드백 엑세스 정보를 포함하여 전송하는 과정과,
    상기 가입자 단말기에 할당된 상향링크 피드백 엑세스 정보를 통해 상기 피드백 데이터를 전송하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 피드백 엑세스 정보는 상기 매체 접속 제어 패킷 데이터 유닛의 페이로드 영역에 포함되어 전송함을 특징으로 하는 상기 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 매체 접속 제어 패킷 데이터 유닛의 헤더 영역에 상기 매체 접속 제어 패킷 데이터 유닛이 상기 해당 가입자 단말기에 대한 상향링크 피드백 엑세스 정보를 포함하는 지 여부를 표시함을 특징으로 하는 상기 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 상향링크 피드백 엑세스 정보 포함 여부는 상기 매체 접속 제어 패킷 데이터 유닛의 헤더 영역중 사용되지 않는 예약 영역을 이용하여 표시함을 특징으로 하는 상기 방법.
  11. 하향링크 데이터를 전송하는 하향링크 서브 프레임을 통해 상기 하향링크의 엑세스 정보 및 상향링크의 엑세스 정보를 포함하여 전송하는 광대역 무선 접속 통신 시스템에서, 소정의 기지국으로부터 상기 하향링크를 통해 전송된 데이터를 수신한 가입자 단말기가 상기 수신된 하향링크 데이터에 대한 피드백 데이터를 소정의 상향링크 서브 프레임을 통해 상기 기지국으로 전송하는 방법에 있어서,
    상기 가입자 단말기가 초기 레인징을 위해 전송한 레인징 코드에 대응하여 상기 기지국이 전송하는 레인징 응답 메시지에 상기 가입자가 전송하여야 할 레인징 요청 메시지에 대한 상향링크 데이터 전송 영역에 대한 정보를 포함하여 전송하는 과정과,
    상기 수신된 레인징 응답 메시지에 포함된 상향링크 데이터 전송 영역에 대한 정보를 이용하여 레인징 요청 메시지를 전송하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 레인징 응답 메시지는 상기 레인징 응답 메시지에 상기 레인징 요청 메시지에 대한 상향링크 데이터 전송 영역에 대한 정보 포함 여부를 표시하기 위하여 새로운 타입 필드 값을 할당함을 특징으로 하는 상기 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 상향링크 데이터 전송 영역에 대한 정보는 상향링크 서브 프레임상의 위치 정보를 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 상향링크 서브 프레임상의 위치 정보는 시간 정보 및 주파수 정보를 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
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