KR20050053907A - 직교 주파수 분할 다중 접속 방식을 사용하는 이동 통신시스템에서 서브 캐리어 할당 방법 - Google Patents

직교 주파수 분할 다중 접속 방식을 사용하는 이동 통신시스템에서 서브 캐리어 할당 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전체 주파수 대역을 다수의 서브 캐리어 대역들로 분할하여 신호를 송신하는 직교 주파수 분할 다중 접속 이동 통신 시스템에서, 상기 전체 주파수 대역을 미리 설정한 L개의 서브 주파수 대역들로 분할하고, 상기 단말기들 각각의 채널 상태들을 검출하고, 상기 검출한 채널 상태들에 상응하게 상기 L개의 서브 주파수 대역들중 상기 단말기들 각각에 할당할 서브 캐리어들이 속하는 서브 주파수 대역들을 결정한 후, 상기 단말기들 각각에 대해서 상기 결정한 서브 주파수 대역들에 속하는 서브 캐리어들을 할당한다.

Description

직교 주파수 분할 다중 접속 방식을 사용하는 이동 통신 시스템에서 서브 캐리어 할당 방법{METHOD FOR ASSIGNING SUB-CARRIER IN A MOBILE COMMUNICATION SYSTEM USING ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLE ACCESS SCHEME}
본 발명은 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 'OFDMA'이라 칭하기로 한다) 방식을 사용하는 이동 통신 시스템(이하 'OFDMA 통신 시스템'이라 칭하기로 한다)에 관한 것으로서, 특히 채널 상태에 적응적으로 서브 캐리어를 할당하는 방법에 관한 것이다.
1970년대 말 미국에서 셀룰라(cellular) 방식의 무선 이동 통신 시스템(Mobile Telecommunication System)이 개발된 이래 국내에서는 아날로그 방식의 1세대(1G: 1st Generation) 이동 통신 시스템이라고 할 수 있는 AMPS(Advanced Mobile Phone Service) 방식으로 음성 통신 서비스를 제공하기 시작하였다. 이후, 1990년대 중반 2세대(2G: 2nd Generation) 이동 통신 시스템으로서 코드 분할 다중 접속(CDMA: Code Division Multiple Access, 이하 'CDMA'라 칭하기로 한다) 방식의 시스템을 상용화하여 음성 및 저속 데이터 서비스를 제공하였다.
또한, 1990년대 말부터 향상된 무선 멀티미디어 서비스, 범 세계적 로밍(roaming), 고속 데이터 서비스 등을 목표로 시작된 3세대(3G: 3rd Generation) 이동 통신 시스템인 IMT-2000(International Mobile Telecommunication-2000)은 현재 일부 상용화되어 서비스가 운영되고 있다. 특히, 상기 3세대 이동 통신 시스템은 이동 통신 시스템에서 서비스하는 데이터량이 급속하게 증가함에 따라 보다 고속의 데이터를 전송하기 위해 개발되었다.
또한, 현재는 3세대 이동 통신 시스템에서 4세대(4G: 4th Generation) 이동 통신 시스템으로 발전해나가고 있는 상태이다. 상기 4세대 이동 통신 시스템은 이전 세대의 이동 통신 시스템들과 같이 단순한 무선 통신 서비스에 그치지 않고 유선 통신 네트워크와 무선 통신 네트워크와의 효율적 연동 및 통합 서비스를 목표로 하여 표준화되고 있다. 따라서 무선 통신 네트워크에서 유선 통신 네트워크의 용량(capacity)에 근접하는 대용량 데이터를 전송할 수 있는 기술 개발이 요구되고 있다.
그래서, 상기 4세대 이동 통신 시스템에서는 유·무선 채널에서 고속데이터 전송에 유용한 방식으로 직교 주파수 분할 다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 'OFDM'이라 칭하기로 한다) 방식을 활발하게 연구하고 있다. 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)들로 변조하여 전송하는 멀티캐리어 변조(MCM : Multi Carrier Modulation) 방식의 일종이다.
한편, 상기 OFDM 방식에 기반한 다중 접속 방식이 상기 OFDMA 방식이다. 상기 OFDMA 방식은 한 개의 OFDM 심벌(symbol)내의 서브 캐리어(sub-carrier)들을 다수의 사용자들, 즉 다수의 단말기(station)들이 분할하여 사용하는 방식이다. 상기 OFDMA 방식을 사용하는 통신 시스템으로서는 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16a 통신 시스템 및 IEEE 802.16e 통신 시스템 등이 존재한다. 상기 IEEE 802.16a 통신 시스템은 상기 OFDMA 방식을 사용하는 고정(fixed) 광대역 무선 접속(BWA: Broadband Wireless Access) 통신 시스템이다. 또한, 상기 IEEE 802.16e 통신 시스템은 상기 IEEE 802.16a 통신 시스템에 단말기의 이동성까지 고려하는 시스템으로서, 현재 IEEE 802.16a 통신 시스템 및 IEEE 802.16e 통신 시스템은 2048 포인트(2048-point) 역고속 푸리에 변환(IFFT: Inverse Fast Fourier Transform, 이하 "IFFT"라 칭하기로 한다)을 사용하며, 1702개의 서브 캐리어들을 사용한다. 상기 IEEE 802.16a 통신 시스템 및 IEEE 802.16e 통신 시스템은 상기 1702개의 서브 캐리어들중 166개의 서브 캐리어들은 파일럿(pilot) 서브 캐리어들로 사용하고, 상기 166개의 서브 캐리어들을 제외한 1536개의 서브 캐리어들은 데이터(data) 서브 캐리어들로 사용한다. 또한, 상기 1536개의 데이터 서브 캐리어들을 48개씩 분류하여 총 32개의 서브 채널(sub-channel)로 생성하고, 상기 서브 채널들을 시스템 상황에 맞게 다수의 사용자들에게 할당한다. 여기서, 상기 서브 채널이라 함은 다수의 서브 캐리어들로 구성되는 채널을 의미하며, 여기서는 48개의 서브 캐리어들이 1개의 서브 채널을 구성하는 것이다. 결과적으로, 상기 OFDMA 통신 시스템은 시스템에서 사용하는 전체 서브 캐리어들, 특히 데이터 서브 캐리어들을 전체 주파수 대역에 분산시켜 주파수 다이버시티 이득(frequency diversity gain)을 획득하는 것을 목적으로 하는 통신 시스템이다.
상기 OFDMA 이동 통신 시스템의 송신기, 일 예로 기지국(BS: Base Station)이 송신한 OFDMA 신호의 주파수 스펙트럼(frequency spectrum)은 상기 OFDMA 이동 통신 시스템의 전체 주파수 대역에서 서브 캐리어 신호들별로 전송 전력을 갖고 송신된다. 즉, 상기 OFDMA 이동 통신 시스템의 전체 주파수 대역내의 모든 서브 캐리어 신호들은 동일한 송신 전력을 가지므로 전체 주파수 대역에서 동일한 주파수 응답 특성을 가정할 때 모든 서브 캐리어 신호들은 동일한 수신 전력을 가져야한다. 하지만 실제적으로 이동 통신 채널에서는 모든 서브 캐리어 신호들은 동일한 수신 전력을 가지진 않은다. 이렇게, 동일한 송신 전력을 가지는 전체 서브 캐리어 신호들을 서로 다른 단말기들, 일 예로 제1단말기와 제2단말기로 송신한다고 가정하기로 한다. 물론, OFDMA 이동 통신 시스템이므로 상기 전체 서브 캐리어들이 다수의 단말기들에게 분할되어 송신되지만, 상기 이동 통신 채널의 주파수 응답 특성을 비교하기 위해서 상기 제1단말기 및 상기 제2단말기에게 상기 전체 서브 캐리어 신호들을 동일하게 송신한다고 가정하기로 한다.
그러면, 상기 제1단말기는 상기 기지국에서 송신한 전체 서브 캐리어 신호들을 수신하게 되고, 상기 제1단말기가 수신한 전체 서브 캐리어 신호들의 주파수 스펙트럼은 상기 기지국에서 송신한 전체 서브 캐리어 신호들의 주파수 스펙트럼들과 동일하지 않다. 즉, 상기 전체 서브 캐리어 신호들중 복조에 가능한 임계값(threshold value) 이상의 주파수 응답을 가지는 서브 캐리어들도 존재하고, 상기 임계값 미만의 주파수 응답을 가지는 서브 캐리어들도 존재한다. 일 예로, 상기 제1단말기는 상기 전체 서브 캐리어 신호들중 4개의 서브 캐리어 신호들이 상기 임계값 미만의 주파수 응답을 가진다고 가정하기로 한다. 상기 임계값 미만의 주파수 응답을 가지는 4개의 서브 캐리어들을 통해서 상기 기지국이 상기 제1단말기로 데이터를 송신할 경우 상기 제1단말기는 주파수 선택적 페이딩(frequency selective fading)으로 인해서 정상적으로 데이터를 수신할 수 없게 된다.
한편, 상기 제2단말기 역시 상기 기지국에서 송신한 전체 서브 캐리어 신호들을 수신하게 되고, 상기 제2단말기가 수신한 전체 서브 캐리어 신호들의 주파수 스펙트럼은 상기 기지국에서 송신한 전체 서브 캐리어 신호들의 주파수 스펙트럼들과 동일하지 않다. 즉, 상기 전체 서브 캐리어 신호들중 상기 임계값 이상의 주파수 응답을 가지는 서브 캐리어들도 존재하고, 상기 임계값 미만의 주파수 응답을 가지는 서브 캐리어들도 존재한다. 일 예로, 상기 제2단말기는 상기 전체 서브 캐리어 신호들중 5개의 서브 캐리어 신호들이 상기 임계값 미만의 주파수 응답을 가진다고 가정하기로 한다. 상기 임계값 미만의 주파수 응답을 가지는 5개의 서브 캐리어들을 통해서 상기 기지국이 상기 제2단말기로 데이터를 송신할 경우 상기 제2단말기는 상기 주파수 선택적 페이딩으로 인해서 정상적으로 데이터를 수신할 수 없게 된다.
결국, 임의의 가입자 단말기에 대해서 상기 OFDMA 이동 통신 시스템의 전체 서브 캐리어들중 어떤 서브 캐리어들은 상기 임의의 가입자 단말기에게 할당하기에 적합한 반면, 또 다른 서브 캐리어들은 상기 임의의 가입자 단말기에게 할당하기에 부적합하다는 것을 알 수 있다. 그러면 여기서 상기 OFDMA 이동 통신 시스템의 채널 특성을 결정하는 중요한 파라미터(parameter)들에 대해서 설명하면 다음과 같다.
(1) 단말기 이동 속도
단말기의 이동 속도는 도플러 확산(Doppler spread)과 밀접한 관계를 가지며, 상기 단말기 이동 속도가 증가할수록 도플러 확산이 커지게 되며, 이와는 반대로 상기 단말기 이동 속도가 감소할수록 도플러 확산이 작아지게 된다.
(2) 지연 확산(delay spread)
상기 지연 확산은 채널 환경과 밀접한 관계를 가지며, 일반적으로 외부(outdoor) 채널 환경이 실내(indoor) 채널 환경에 비해서 지연 확산이 길어지게 된다.
(3) 업링크 타이밍 에러(uplink timing error)
상기에서 설명한 바와 같이 OFDMA 이동 통신 시스템의 채널 특성을 결정하는 중요한 파라미터들인 단말기 이동 속도와, 지연 확산과, 업링크 타이밍 에러를 고려하여 상기 OFDMA 이동 통신 시스템을 설계한다. 그런데, 채널 상태가 가장 열악한 경우를 고려하여 상기 OFDMA 이동 통신 시스템을 설계할 경우 상기 OFDMA 이동 통신 시스템의 자원(resource) 할당 면에서 낭비가 심하게 되고, 이와는 반대로 채널 상태가 양호할 경우를 고려하여 상기 OFDMA 이동 통신 시스템을 설계할 경우 상기 OFDMA 이동 통신 시스템의 신뢰도가 저하된다는 문제점을 가진다.
상기 OFDMA 이동 통신 시스템에서 단말기별로 채널 상태에 상응하게 동적으로 자원, 즉 서브 캐리어를 할당하는 것은 상기 OFDMA 이동 통신 시스템의 성능면에서 굉장히 중요한 파라미터로 작용하게 된다. 따라서, 상기 OFDMA 이동 통신 시스템에서 서브 캐리어를 할당하는 방식들에 대해서 활발한 연구가 진행되고 있으며, 현재 제안되어 있는 서브 캐리어 할당 방식들에 대해서 설명하면 다음과 같다.
첫 번째 방식은 미합중국 특허 출원 2002/0119781 A1 'OFDMA with Adaptive Subcarrrier-Cluster Configuration and Selective Loading'에 개시되어 있는 바와 같이 OFDMA 이동 통신 시스템에서 서브 캐리어들 각각 혹은 클러스터(cluster)의 신호대 간섭 잡음비(SINR: Signal to Interference and Noise Ratio, 이하 'SINR'이라 칭하기로 한다)에 상응하게 변조 방식(modulation scheme) 및 코딩 레이트(coding rate)를 할당하는 방식이다. 여기서, 상기 클러스터라함은 다수의 서브 캐리어들로 구성되는 일종의 채널을 의미하며, 상기 클러스터를 구성하는 서브 캐리어들의 개수는 고정적일수도 있고 혹은 가변적일 수도 있으며, 또한 상기 클러스터를 구성하는 서브 캐리어들은 연속적인 서브 캐리어들일수도 있고 혹은 비연속적인 서브 캐리어들일 수도 있다. 상기 첫 번째 방식에서 상기 클러스터의 SINR은 상기 클러스터를 구성하는 서브 캐리어들 각각의 SINR들의 평균(average)값 혹은 최저(worst)값으로 결정된다. 즉, 상기 첫 번째 방식에서 상기 기지국은 단말기들 각각으로부터 피드백되는 정보를 수신하여 다운링크(downlink) 클러스터에 적용할 변조 방식 및 코딩 레이트를 결정하고, 상기 단말기들 각각으로부터 수신되는 업링크 접속 채널(uplink access channel) 신호를 채널 추정(channel estimation)한 후 그 채널 추정 결과에 상응하게 업링크 클러스트에 적용할 변조 방식 및 코딩 레이트를 결정한다.
상기 첫 번째 방식은 단말기들 각각의 채널 환경에 적응적으로 변조 방식 및 코딩 레이트를 결정함으로써 자원의 효율성 및 시스템 용량(system throughput)을 증가시키는 효과를 가지는 반면에, 상기 단말기들의 이동성을 전혀 고려하지 않고 또한 자원 할당시마다 서브 캐리어들 각각의 SINR을 고려하여야하므로 복잡도(complexity)면에서의 증가를 초래하게 된다는 문제점을 가진다.
두 번째 방식은 미합중국 등록 특허 6175550 B1 'OFDM System with Dynamically Scalable Operating Parameters and Method thereof'에 개시되어 있는 바와 같이 OFDM 통신 시스템의 전체 주파수 대역(system bandwidth)과, 서브 캐리어들의 개수와, 서브 캐리어당 비트 및 심벌 개수, 즉 변조 방식 및 코딩 방식을 동적으로 스케일링(dynamically scaling)하는 방식이다. 상기 두 번째 방식은 동적 스케일링에 따라 다양한 채널 환경에서 지연 확산 오차 한계(tolerance)와 SINR을 증가시키고 다양한 서비스를 가능하게 하여 결과적으로 OFDM 시스템의 유연성 및 적응성을 증가시킨다는 이점을 가진다. 그러나, 상기 두 번째 방식은 OFDM 통신 시스템을 사용함에 있어 다중 접속에 대한 고려를 전혀 하지 않았고, 실제 구현에 있어 구현이 난이하므로 가격 상승을 초래한다는 문제점을 가진다. 일 예로, 상기 두 번째 방식에서 지연 확산에 대한 오차 한계를 증가시키기 위해서는 심볼 구간(symbol duration)을 증가시켜야만 하는데, 상기 심볼 구간의 증가는 결국 송신 레이트와 전체 주파수 대역을 감소시키게 되는 것이다.
세 번째 방식은 미합중국 등록 특허 6563786 B1 'OFDM System with Selectable Rate'에 개시되어 있는 바와 같이 OFDM 통신 시스템의 동작 모드를 지연 확산의 길이에 상응하게 노말 모드(normal mode)와 대체 모드(fallback mode)의 2가지 모드로 분류한다. 상기 노말 모드는 지연 확산의 길이가 보통인 경우 적용되며, 상기 대체 모드는 지연 확산의 길이가 비교적 길 경우 적용되는 것으로서, 상기 대체 모드에서는 상기 지연 확산 길이의 증가에 따라 보호 구간(guard interval)을 증가시킴으로써 지연 확산의 오차 한계를 증가시키는 방식이다.
상기에서 설명한 바와 같이 OFDMA 이동 통신 시스템에서의 자원 할당은 시스템 전체 성능에 있어 매우 중요한 요소로서 작용하게 된다. 그리고, 현재 제안되어 있는 자원할당 방식들은 상기에서 설명한 바와 같은 문제점을 가지고 있기 때문에 단말기들의 채널 상황에 적응적으로 자원을 할당하는 새로운 방안에 대한 필요성이 대두되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 OFDMA 이동 통신 시스템에서 서브 캐리어 할당 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 OFDMA 이동 통신 시스템에서 채널 특성에 따라 적응적으로 서브 캐리어를 할당하는 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 OFDMA 이동 통신 시스템에서 주파수 영역 및 시간 영역에서 동적으로 서브 캐리어를 할당하는 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1방법은; 전체 주파수 대역을 다수의 서브 캐리어 대역들로 분할하여 신호를 송신하는 직교 주파수 분할 다중 접속 이동 통신 시스템에서 기지국이 단말기들에게 서브 캐리어를 할당하는 방법에 있어서, 상기 전체 주파수 대역을 미리 설정한 L개의 서브 주파수 대역들로 분할하는 과정과, 상기 단말기들 각각의 채널 상태들을 검출하고, 상기 검출한 채널 상태들에 상응하게 상기 L개의 서브 주파수 대역들중 상기 단말기들 각각에 할당할 서브 캐리어들이 속하는 서브 주파수 대역들을 결정하는 과정과, 상기 단말기들 각각에 대해서 상기 결정한 서브 주파수 대역들에 속하는 서브 캐리어들을 미리 설정되어 있는 설정 간격에 상응하게 할당하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2방법은; 전체 주파수 대역을 다수의 서브 캐리어 대역들로 분할하여 신호를 송신하는 직교 주파수 분할 다중 접속 이동 통신 시스템에서 기지국이 단말기들에게 서브 캐리어를 할당하는 방법에 있어서, 미리 설정한 시간 영역을 미리 설정한 L개의 시간 영역들로 분할하는 과정과, 상기 단말기들 각각의 채널 상태들을 검출하고, 상기 검출한 채널 상태들에 상응하게 상기 L개의 시간 영역들중 상기 단말기들 각각에 할당할 서브 캐리어들이 속하는 시간 영역들을 결정하는 과정과, 상기 단말기들 각각에 대해서 상기 결정한 시간 영역들에 속하는 서브 캐리어들을 미리 설정한 설정 간격에 상응하게 할당하는 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 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
본 발명은 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 'OFDMA'이라 칭하기로 한다) 방식을 사용하는 이동 통신 시스템(이하 'OFDMA 이동 통신 시스템'이라 칭하기로 한다)에서 채널 상태에 적응적으로 서브 캐리어(sub-carrier)를 할당하는 방안을 제안한다. 특히, 본 발명은 OFDMA 이동 통신 시스템에서 단말기(station)의 이동 속도와, 지연 확산(delay spread)과, 타이밍 에러(timing error)에 따른 채널 상태를 고려하여 적응적으로 서브 캐리어를 할당하는 방안을 제안한다.
도 1은 본 발명의 실시예에서의 기능을 수행하기 위한 OFDMA 이동 통신 시스템의 송신기 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 1을 참조하면, 먼저 상기 OFDMA 이동 통신 시스템의 송신기는 CRC(Cyclick Redundancy Check) 삽입기(CRC inserter)(111)와, 인코더(encoder)(113)와, 심벌 매핑기(symbol mapper)(115)와, 서브 캐리어 할당기(sub-carrier allocator)(117)와, 직렬/병렬 변환기(serial to parallel converter)(119)와, 파일럿 심벌 삽입기(pilot symbol inserter)(121)와, 역고속 푸리에 변환(IFFT: Inverse Fast Fourier Transform, 이하 "IFFT"라 칭하기로 한다)기(123)와, 병렬/직렬 변환기(parallel to serial converter)(125)와, 보호 구간 삽입기(guard interval inserter)(127)와, 디지털/아날로그 변환기(digital to analog converter)(129)와, 무선 주파수(RF: Radio Frequency, 이하 "RF"라 칭하기로 한다) 처리기(processor)(131)로 구성된다.
먼저, 전송하고자 하는 사용자 데이터 비트(user data bits) 및 제어 데이터비트(control data bits)가 발생하면, 상기 사용자 데이터 비트 및 제어 데이터 비트는 상기 CRC 삽입기(111)로 입력된다. 여기서, 상기 사용자 데이터 비트 및 제어 데이터 비트를 "정보 데이터 비트(information data bits)"라고 칭하기로 한다. 상기 CRC 삽입기(111)는 상기 정보 데이터 비트를 입력하여 CRC 비트를 삽입한 후 상기 인코더(113)로 출력한다. 상기 인코더(113)는 상기 CRC 삽입기(111)에서 출력한 신호를 입력하여 미리 설정되어 있는 설정 코딩(coding) 방식으로 코딩한 후 상기 심벌 매핑기(115)로 출력한다. 여기서, 상기 코딩 방식은 소정 코딩 레이트(coding rate)를 가지는 터보 코딩(turbo coding) 방식 혹은 컨벌루셔널 코딩(convolutional coding) 방식 등이 될 수 있다.
상기 심벌 매핑기(115)는 상기 인코더(113)에서 출력한 코딩된 비트(coded bits)를 미리 설정되어 있는 설정 변조 방식으로 변조하여 변조 심벌로 생성한 후 상기 서브 캐리어 할당기(117)로 출력한다. 여기서, 상기 변조 방식은 BPSK(Binary Phase Shift Keying) 방식과, QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 방식과, 16QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 방식 등이 있다. 상기 서브 캐리어 할당기(117)는 상기 심벌 매핑기(115)에서 출력한 변조 심벌들을 입력하여 서브 캐리어를 할당한 후 상기 직렬/병렬 변환기(119)로 출력한다. 여기서, 상기 서브 캐리어 할당기(117)의 서브 캐리어 할당 동작은 본 발명에서 제안하는 서브 캐리어 할당 방식에 상응하게 수행되며, 본 발명에서 제안하는 서브 캐리어 할당 방식은 하기에서 설명할 것이므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 상기 직렬/병렬 변환기(119)는 상기 서브 캐리어 할당기(117)에서 출력하는, 서브 캐리어가 할당된 직렬 변조 심벌들을 입력하여 병렬 변환한 후 상기 파일럿 심벌 삽입기(121)로 출력한다. 상기 파일럿 심벌 삽입기(121)는 상기 직렬/병렬 변환기(119)에서 출력한 병렬 변환된 변조된 심벌들에 파일럿 심벌들을 삽입한 후 상기 IFFT기(123)로 출력한다.
상기 IFFT기(123)는 상기 파일럿 심벌 삽입기(121)에서 출력한 신호를 입력하여 N-포인트(N-point) IFFT를 수행한 후 상기 병렬/직렬 변환기(125)로 출력한다. 상기 병렬/직렬 변환기(125)는 상기 IFFT기(123)에서 출력한 신호를 입력하여 직렬 변환한 후 상기 보호 구간 삽입기(127)로 출력한다. 상기 보호 구간 삽입기(127)는 상기 병렬/직렬 변환기(125)에서 출력한 신호를 입력하여 보호 구간 신호를 삽입한 후 상기 디지털/아날로그 변환기(129)로 출력한다. 여기서, 상기 보호 구간은 상기 OFDMA 이동 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. 여기서, 상기 보호 구간은 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 사용되고 있다.
상기 디지털/아날로그 변환기(129)는 상기 보호 구간 삽입기(127)에서 출력한 신호를 입력하여 아날로그 변환한 후 상기 RF 처리기(131)로 출력한다. 여기서, 상기 RF 처리기(131)는 필터(filter)와 전처리기(front end unit) 등의 구성들을 포함하며, 상기 디지털/아날로그 변환기(129)에서 출력한 신호를 실제 에어(air)상에서 전송 가능하도록 RF 처리한 후 송신 안테나(Tx antenna)를 통해 에어(air)상으로 전송한다.
그러면 여기서 본 발명에서 제안하는 서브 캐리어 할당 방식에 대해서 설명하기로 한다.
먼저, 상기 종래 기술 부분에서 설명한 바와 같이 채널 상태에 따라서 전체 서브 캐리어들중 어떤 서브 캐리어들은 상기 임의의 가입자 단말기에게 할당하기에 적합한 반면, 또 다른 서브 캐리어들은 상기 임의의 가입자 단말기에게 할당하기에 부적합하다. 이런 OFDMA 이동 통신 시스템의 채널 특성을 결정하는 중요한 파라미터(parameter)들은 상기 종래 기술 부분에서 설명한 바와 같이 단말기 이동 속도와, 지연 확산과, 업링크 타이밍 에러이다. 따라서, 본 발명에서는 상기 단말기 이동 속도에 따른 도플러 확산(Doppler spread)과, 지연 확산 및 업링크 타이밍을 고려하여 서브 캐리어를 할당하는 방식들을 제안한다. 즉, 본 발명에서는 단말기 이동 속도에 따라 주파수 영역(frequency domain)에서 서브 캐리어를 할당하는 제1실시예와, 단말기 이동 속도에 따라 시간 영역(time domain)에서 서브 캐리어를 할당하는 제2실시예와, 지연 확산에 따라 주파수 영역에서 서브 캐리어를 할당하는 제3실시예와, 지연 확산에 따라 시간 영역에서 서브 캐리어를 할당하는 제4실시예와, 업링크 타이밍을 고려하여 주파수 영역에서 서브 캐리어를 할당하는 제5실시예와, 업링크 타이밍을 고려하여 시간 영역에서 서브 캐리어를 할당하는 제6실시예를 제안한다. 그리고, 본 발명에서는 단말기별로 할당하는 서브 캐리어들을 미리 설정한 설정 간격, 일 예로 rm M = 2^{m}(m = 0, 1, 2, 3, ... ) 간격으로 할당하며, 상기 단말기별로 할당하는 서브 캐리어들을 상기 설정 간격을 가지고 할당하는 동작 및 그 이유에 대해서는 하기에서 설명할 것이므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
첫 번째로, 상기 단말기 이동 속도를 고려하여 주파수 영역에서 서브 캐리어를 할당하는 본 발명의 제1실시예를 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.
상기 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 서브 캐리어 할당 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 2를 설명하기에 앞서, 상기 본 발명의 제1실시예는 상기 OFDMA 이동 통신 시스템의 전체 주파수 대역을 단말기 이동 속도에 상응하게 미리 설정된 설정 개수, 일 예로 3개의 서브 주파수 대역들로 분할한다. 즉, 단말기 이동 속도를 고속과, 중속과 저속의 3가지단계로 구분하고, 상기 분할된 3개의 서브 주파수 대역들 각각에 상기 3개의 단말기 이동 속도 단계들 각각을 매핑시킨다. 상기 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 전체 주파수 대역(200)을 3개의 서브 주파수 대역들, 즉 제1서브 주파수 대역(201)과, 제2서브 주파수 대역(202)과, 제3서브 주파수 대역(203)으로 분할한다. 그리고 나서, 상기 제1서브 주파수 대역(201)에 존재하는 서브 캐리어들은 고속의 이동 속도를 가지는 단말기들에게만 할당하고, 상기 제2서브 주파수 대역(202)에 존재하는 서브 캐리어들은 중속의 이동 속도를 가지는 단말기들에게만 할당하고, 상기 제3서브 주파수 대역(203)에 존재하는 서브 캐리어들은 저속의 이동 속도를 가지는 단말기들에게만 할당한다.
그리고, 상기 고속의 이동 속도를 가지는 단말기에 대해서는 22(=4)의 간격으로 상기 제1서브 주파수 대역(201)의 서브 캐리어들을 할당하고, 상기 중속의 이동 속도를 가지는 단말기에 대해서는 21(=2)의 간격으로 상기 제2서브 주파수 대역(202)의 서브 캐리어들을 할당하고, 상기 저속의 이동 속도를 가지는 단말기에 대해서는 20(=1)의 간격으로 상기 제3서브 주파수 대역(203)의 서브 캐리어들을 할당한다. 이렇게, 서브 주파수 대역별로 단말기에 대해 할당하는 서브 캐리어들의 간격을 상이하게 설정하는 이유를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 종래 기술 부분에서 설명한 바와 같이 단말기의 이동 속도는 도플러 확산과 밀접한 관계를 가지며, 상기 단말기 이동 속도가 증가할수록 도플러 확산이 커지게 되며, 이와는 반대로 상기 단말기 이동 속도가 감소할수록 도플러 확산이 작아지게 된다. 따라서, 고속의 이동 속도를 가지는 단말기들에 할당될 서브 캐리어들이 존재하는 제1서브 주파수 대역(201)에서는 단말기별로 비교적 넓은 간격, 즉 4의 간격을 가지고 서브 캐리어들을 할당하여 단말기들에 할당된 서브 캐리어들 상호간이 간섭(interference)으로 작용하지 않도록 하는 것이다. 이런 식으로 중속의 이동 속도를 가지는 단말기들에 할당될 서브 캐리어들이 존재하는 제2서브 주파수 대역(202)에서는 단말기별로 보통 간격, 즉 2의 간격을 가지고 서브 캐리어들을 할당하여 단말기들에 할당된 서브 캐리어들 상호간이 간섭으로 작용하지 않도록 한다. 또한, 저속의 이동 속도를 가지는 단말기들에 할당될 서브 캐리어들이 존재하는 제3서브 주파수 대역(203)에서는 단말기별로 비교적 짧은 간격, 즉 1의 간격을 가지고 서브 캐리어들을 할당한다. 여기서, 상기 제1서브 주파수 대역(201)내의 서브 캐리어 할당 간격이 상기 제2서브 주파수 대역(202) 및 제3서브 주파수 대역(203)내의 서브 캐리어 할당 간격보다 큰 이유는 상기 고속 이동으로 인한 도플로 확산의 영향을 최소화하기 위함이다.
상기 본 발명의 제1실시예에서와 같은 방식으로 업링크 서브 캐리어와 다운링크 서브 캐리어를 할당하는 방식을 상기 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 OFDMA 이동 통신 시스템의 기지국에서 서비스하고 있는 단말기들이 제1단말기 내지 제7단말기의 7개의 단말기들이라고 가정하기로 한다. 상기 기지국은 상기 7개의 단말기들로부터 피드백(feedback)되는 피드백 정보(feedback information) 혹은 상기 7개의 단말기들로부터 수신되는 서브 캐리어 신호들을 수신하여 상기 7개의 단말기들 각각의 이동 속도를 검출할 수 있다. 상기 이동 속도를 검출하는 방법은 본 발명과 직접적인 연관이 없으므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 상기 기지국은 상기 검출한 7개의 단말기들 각각의 이동 속도를 고려하여 그 이동 속도가 고속일 경우에는 상기 제1서브 주파수 대역(201)의 서브 캐리어들을 4의 간격으로 업링크 서브 캐리어로 할당하고, 그 이동 속도가 중속일 경우에는 상기 제2서브 주파수 대역(202)의 서브 캐리어들을 2의 간격으로 업링크 서브 캐리어로 할당하고, 그 이동 속도가 저속일 경우에는 상기 제3서브 주파수 대역(203)의 서브 캐이어들을 1의 간격으로, 즉 연속적으로 업링크 서브 캐리어로 할당한다(210). 그리고, 상기 기지국은 상기 이동 속도에 상응하게 할당된 업링크 서브 캐리어 할당 정보를 상기 7개의 단말기들 각각에 전달하고, 그러면 상기 7개의 단말기들 각각은 상기 전달받은 업링크 서브 캐리어 할당 정보에 상응하게 서브 캐리어 신호를 송신하게 되는 것이다. 상기 업링크 서브 캐리어 할당 정보를 단말기들로 전달하는 방법은 본 발명과 직접적인 연관이 없으므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
한편, 상기 업링크 서브 캐리어 할당에서와 마찬가지로 상기 기지국은 상기 검출한 7개의 단말기들 각각의 이동 속도를 고려하여 그 이동 속도가 고속일 경우에는 상기 제1서브 주파수 대역(201)의 서브 캐리어들을 4의 간격으로 다운링크 서브 캐리어로 할당하고(220), 그 이동 속도가 중속일 경우에는 상기 제2서브 주파수 대역(202)의 서브 캐리어들을 2의 간격으로 다운링크 서브 캐리어로 할당하고(230), 그 이동 속도가 저속일 경우에는 상기 제3서브 주파수 대역(203)의 서브 캐리어들을 1의 간격으로, 즉 연속적으로 업링크 서브 캐리어로 할당한다(240). 그리고, 상기 기지국은 상기 이동 속도에 상응하게 할당된 다운링크 서브 캐리어 할당 정보를 상기 7개의 단말기들 각각에 전달하고, 그러면 상기 7개의 단말기들 각각은 상기 전달받은 다운링크 서브 캐리어 할당 정보에 상응하게 서브 캐리어 신호를 수신하게 되는 것이다. 상기 다운링크 서브 캐리어 할당 정보를 단말기들로 전달하는 방법은 본 발명과 직접적인 연관이 없으므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
즉, 상기 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 제1단말기는 제1서브 주파수 대역(201)에서 4의 간격으로 업링크 및 다운링크 서브 캐리어들을 할당받고, 제2단말기와 제3단말기는 제2서브 주파수 대역(202)에서 2의 간격으로 업링크 및 다운링크 서브 캐리어들을 할당받고, 제4단말기 내지 제7단말기는 제3서브 주파수 대역(203)에서 1의 간격으로 업링크 및 다운링크 서브 캐리어들을 할당받는다. 결과적으로, 고속의 이동 속도를 가지는 단말기들은 할당받는 서브 캐리어들의 간격을 비교적 크게 하여 도플러 확산 증가로 인한 간섭을 제거하고, 이와는 반대로 저속의 이동 속도를 가지는 단말기들은 할당받는 서브 캐리어들을 간격을 비교적 작게하여 자원의 효율성을 증가시키게 되는 것이다.
두 번째로, 상기 단말기 이동 속도를 고려하여 시간 영역에서 서브 캐리어를 할당하는 본 발명의 제2실시예를 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.
상기 도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 서브 캐리어 할당 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 3을 설명하기에 앞서, 상기 본 발명의 제2실시예는 상기 OFDMA 이동 통신 시스템의 시간 영역을 단말기 이동 속도에 상응하게 미리 설정된 설정 개수, 일 예로 3개의 시간 영역들로 분할한다. 즉, 단말기 이동 속도를 고속과, 중속과 저속의 3가지단계로 구분하고, 상기 분할된 3개의 시간 영역들 각각에 상기 3개의 단말기 이동 속도 단계들 각각을 매핑시킨다. 상기 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 전체 시간 영역(300)을 3개의 시간 영역들, 즉 제1시간 영역(301)과, 제2시간 영역(302)과, 제3시간 영역(303)으로 분할한다. 그리고 나서, 상기 제1시간 영역(301)에 존재하는 서브 캐리어들은 고속의 이동 속도를 가지는 단말기들에게만 할당하고, 상기 제2시간 영역(302)에 존재하는 서브 캐리어들은 중속의 이동 속도를 가지는 단말기들에게만 할당하고, 상기 제3시간 영역(303)에 존재하는 서브 캐리어들은 저속의 이동 속도를 가지는 단말기들에게만 할당한다.
그리고, 상기 고속의 이동 속도를 가지는 단말기에 대해서는 22(=4)의 간격으로 상기 제1시간 영역(301)의 서브 캐리어들을 할당하고, 상기 중속의 이동 속도를 가지는 단말기에 대해서는 21(=2)의 간격으로 상기 제2시간 영역(302)의 서브 캐리어들을 할당하고, 상기 저속의 이동 속도를 가지는 단말기에 대해서는 20(=1)의 간격으로 상기 제3시간 영역(303)의 서브 캐리어들을 할당한다. 이렇게, 시간 영역별로 단말기에 대해 할당하는 서브 캐리어들의 간격을 상이하게 설정하는 이유를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 종래 기술 부분에서 설명한 바와 같이 단말기의 이동 속도는 도플러 확산과 밀접한 관계를 가지며, 상기 단말기 이동 속도가 증가할수록 도플러 확산이 커지게 되며, 이와는 반대로 상기 단말기 이동 속도가 감소할수록 도플러 확산이 작아지게 된다. 따라서, 고속의 이동 속도를 가지는 단말기들에 할당될 서브 캐리어들이 존재하는 제1시간 영역(301)에서는 단말기별로 비교적 넓은 간격, 즉 4의 간격을 가지고 서브 캐리어들을 할당하여 단말기들에 할당된 서브 캐리어들 상호간이 간섭으로 작용하지 않도록 하는 것이다. 이런 식으로 중속의 이동 속도를 가지는 단말기들에 할당될 서브 캐리어들이 존재하는 제2시간 영역(302)에서는 단말기별로 보통 간격, 즉 2의 간격을 가지고 서브 캐리어들을 할당하여 단말기들에 할당된 서브 캐리어들 상호간이 간섭으로 작용하지 않도록 한다. 또한, 저속의 이동 속도를 가지는 단말기들에 할당될 서브 캐리어들이 존재하는 제3시간 영역(303)에서는 단말기별로 비교적 짧은 간격, 즉 1의 간격을 가지고 서브 캐리어들을 할당한다. 여기서, 상기 제1시간 영역(301)내의 서브 캐리어 할당 간격이 상기 제2시간 영역(302) 및 제3시간 영역(303)내의 서브 캐리어 할당 간격보다 큰 이유는 상기 고속 이동으로 인한 도플로 확산의 영향을 최소화하기 위함이다.
상기 본 발명의 제2실시예에서와 같은 방식으로 업링크 서브 캐리어와 다운링크 서브 캐리어를 할당하는 방식을 상기 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 OFDMA 이동 통신 시스템의 기지국에서 서비스하고 있는 단말기들이 제1단말기 내지 제7단말기의 7개의 단말기들이라고 가정하기로 한다. 상기 기지국은 상기 7개의 단말기들로부터 피드백되는 피드백 정보 혹은 상기 7개의 단말기들로부터 수신되는 서브 캐리어 신호들을 수신하여 상기 7개의 단말기들 각각의 이동 속도를 검출할 수 있다. 상기 이동 속도를 검출하는 방법은 본 발명과 직접적인 연관이 없으므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 상기 기지국은 상기 검출한 7개의 단말기들 각각의 이동 속도를 고려하여 그 이동 속도가 고속일 경우에는 상기 제1시간 영역(301)의 서브 캐리어들을 4의 간격으로 업링크 서브 캐리어로 할당하고, 그 이동 속도가 중속일 경우에는 상기 제2시간 영역(302)의 서브 캐리어들을 2의 간격으로 업링크 서브 캐리어로 할당하고, 그 이동 속도가 저속일 경우에는 상기 제3시간 영역(303)의 서브 캐리어들을 1의 간격으로, 즉 연속적으로 업링크 서브 캐리어로 할당한다(310). 그리고, 상기 기지국은 상기 이동 속도에 상응하게 할당된 업링크 서브 캐리어 할당 정보를 상기 7개의 단말기들 각각에 전달하고, 그러면 상기 7개의 단말기들 각각은 상기 전달받은 업링크 서브 캐리어 할당 정보에 상응하게 서브 캐리어 신호를 송신하게 되는 것이다. 상기 업링크 서브 캐리어 할당 정보를 단말기들로 전달하는 방법은 본 발명과 직접적인 연관이 없으므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
한편, 상기 업링크 서브 캐리어 할당에서와 마찬가지로 상기 기지국은 상기 검출한 7개의 단말기들 각각의 이동 속도를 고려하여 그 이동 속도가 고속일 경우에는 상기 제1시간 영역(301)의 서브 캐리어들을 4의 간격으로 다운링크 서브 캐리어로 할당하고(320), 그 이동 속도가 중속일 경우에는 상기 제2시간 영역(302)의 서브 캐리어들을 2의 간격으로 다운링크 서브 캐리어로 할당하고(330), 그 이동 속도가 저속일 경우에는 상기 제3시간 영역(303)의 서브 캐이어들을 1의 간격으로, 즉 연속적으로 업링크 서브 캐리어로 할당한다(340). 그리고, 상기 기지국은 상기 이동 속도에 상응하게 할당된 다운링크 서브 캐리어 할당 정보를 상기 7개의 단말기들 각각에 전달하고, 그러면 상기 7개의 단말기들 각각은 상기 전달받은 다운링크 서브 캐리어 할당 정보에 상응하게 서브 캐리어 신호를 수신하게 되는 것이다. 상기 다운링크 서브 캐리어 할당 정보를 단말기들로 전달하는 방법은 본 발명과 직접적인 연관이 없으므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
즉, 상기 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 제1단말기는 제1시간 영역(301)에서 4의 간격으로 업링크 및 다운링크 서브 캐리어들을 할당받고, 제2단말기와 제3단말기는 제2시간 영역(302)에서 2의 간격으로 업링크 및 다운링크 서브 캐리어들을 할당받고, 제4단말기 내지 제7단말기는 제3시간 영역(303)에서 1의 간격으로 업링크 및 다운링크 서브 캐리어들을 할당받는다. 결과적으로, 고속의 이동 속도를 가지는 단말기들은 할당받는 서브 캐리어들의 간격을 비교적 크게 하여 도플러 확산 증가로 인한 간섭을 제거하고, 이와는 반대로 저속의 이동 속도를 가지는 단말기들은 할당받는 서브 캐리어들을 간격을 비교적 작게하여 자원의 효율성을 증가시키게 되는 것이다.
세 번째로, 상기 단말기 지연 확산을 고려하여 주파수 영역에서 서브 캐리어를 할당하는 본 발명의 제3실시예를 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.
상기 도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 서브 캐리어 할당 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 4를 설명하기에 앞서, 상기 본 발명의 제3실시예는 상기 OFDMA 이동 통신 시스템의 전체 주파수 대역을 단말기 지연 확산 길이에 상응하게 미리 설정된 설정 개수, 일 예로 3개의 서브 주파수 대역들로 분할한다. 즉, 단말기 지연 확산 길이를 최대 길이와, 중간 길이와, 최단 길이의 3가지 단계로 구분하고, 상기 분할된 3개의 서브 주파수 대역들 각각에 상기 3개의 단말기 지연 확신 길이 단계들 각각을 매핑시킨다. 상기 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 전체 주파수 대역(400)을 3개의 서브 주파수 대역들, 즉 제1서브 주파수 대역(401)과, 제2서브 주파수 대역(402)과, 제3서브 주파수 대역(403)으로 분할한다. 그리고 나서, 상기 제1서브 주파수 대역(401)에 존재하는 서브 캐리어들은 최대 지연 확산 길이를 가지는 단말기들에게만 할당하고, 상기 제2서브 주파수 대역(402)에 존재하는 서브 캐리어들은 중간 지연 확산 길이를 가지는 단말기들에게만 할당하고, 상기 제3서브 주파수 대역(403)에 존재하는 서브 캐리어들은 최단 지연 확산 길이를 가지는 단말기들에게만 할당한다.
그리고, 상기 최대 지연 확산 길이를 가지는 단말기에 대해서는 상기 제1서브 주파수 대역(401)의 서브 캐리어들을 할당한 후 N/4 포인트(point) FFT를 적용하고, 상기 중간 지연 확산 길이를 가지는 단말기들에 대해서는 제2서브 주파수 대역(402)의 서브 캐리어들을 할당한 후 N/2 포인트 FFT를 적용하고, 상기 최단 지연 확산 길이를 가지는 단말기들에 대해서는 상기 제3서브 주파수 대역(403)의 서브 캐리어들을 할당한 후 N 포인트 FFT를 적용한다.
먼저, 상기 종래 기술 부분에서 설명한 바와 같이 단말기의 지연 확산 길이는 채널 환경과 관계를 가지며, 일반적으로 외부 채널 환경에 존재하는 단말기일수록 지연 확산 길이가 증가하게 된다. 또한, 상기 지연 확산 길이는 결국 상기 OFDMA 이동 통신 시스템의 보호 구간(guard interval) 길이와 밀접한 관계를 가지는데, 상기 보호 구간은 적어도 상기 지연 확산 길이보다 길게 설정되어야만 한다. 상기 보호 구간 길이가 길어지게 되면, 결과적으로 상기 OFDMA 이동 통신 시스템의 전체 송신 용량이 저하되므로 상기 보호 구간 길이를 무조건 증가시키는 것은 시스템 효율을 저하시키게 된다.
따라서, 본 발명에서는 최대 지연 확산 길이를 가지는 단말기들에 할당될 서브 캐리어들이 존재하는 제1서브 주파수 대역(401)에서는 N/4 포인트를 적용하고, 중간 지연 확산 길이를 가지는 단말기들에 할당될 서브 캐리어들이 존재하는 제2서브 주파수 대역(402)에서는 N/2 포인트를 적용하고, 최단 지연 확산 길이를 가지는 단말기들에 할당될 서브 캐리어들이 존재하는 제3서브 주파수 대역(403)에서는 N 포인트를 적용한다. 여기서, 상기 제1서브 주파수 대역(401)에 적용하는 FFT 포인트가 상기 제2서브 주파수 대역(402) 및 제3서브 주파수 대역(403)에 존재하는 FFT 포인트수보다 작은 이유는 상기 지연 확산으로 인한 심볼간 간섭을 피하기 위함이다. 실제로 제1서브 주파수 대역(401)과 제2서브 주파수 대역(402)에서 각각 N/4 포인트와 N/2 포인트 FFT를 적용하면 보호구간의 길이가 각각 OFDM 심볼길이의 3/4 과 1/2 만큼 더 늘어난 효과가 있다.
상기 본 발명의 제3실시예에서와 같은 방식으로 업링크 서브 캐리어를 할당하는 방식을 상기 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 OFDMA 이동 통신 시스템의 기지국에서 서비스하고 있는 단말기들로부터 수신되는 서브 캐리어 신호들을 수신하여 상기 단말기들 각각의 지연 확산 길이를 검출할 수 있다. 상기 지연 확산 길이를 검출하는 방법은 본 발명과 직접적인 연관이 없으므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 상기 기지국은 상기 검출한 단말기들 각각의 지연 확산 길이를 고려하여 최대 지연 확산 길이를 가질 경우에는 상기 제1서브 주파수 대역(401)의 서브 캐리어들을 업링크 서브 캐리어로 할당하고(410), 중간 지연 확산 길이를 가질 경우에는 상기 제2서브 주파수 대역(402)의 서브 캐리어들을 업링크 서브 캐리어로 할당하고(420), 최단 지연 확산 길이를 가질 경우에는 상기 제3서브 주파수 대역(403)의 서브 캐이어들을 업링크 서브 캐리어로 할당한다(430). 결과적으로, 상기 FFT 포인트 사이즈를 작게 할수록 실제적으로 보호 구간인 Cyclic Prefix가 길어지는 효과가 있고, 상기 Cyclic Prefix 길이 증가는 지연 확산으로 인한 오류를 방지하는 것을 가능하게 한다. 그러나, 상기에서 설명한 바와 같이 상기 Cyclic Prefix 길이 증가는 데이터 전송률을 저하시키게 되므로 지연 확산 길이가 짧을 경우에는 FFT 포인트 사이즈를 증가시켜 데이터 전송률을 향상시키도록 하는 것이다. 여기서, 상기 보호 구간은 시간 영역의 OFDM 심벌의 마지막 일정 샘플(sample)들을 복사하여 유효 OFDM 심벌에 삽입하는 형태의 Cyclic Prefix 방식이나 혹은 시간 영역의 OFDM 심벌의 처음 일정 샘플들을 복사하여 유효 OFDM 심벌에 삽입하는 Cyclic Postfix 방식으로 사용하고 있으며, 본 발명에서는 설명의 편의상 상기 보호 구간을 Cyclic Prefix 방식으로 사용하는 경우를 가정한 것이다.
그리고, 상기 기지국은 상기 지연 확산 길이에 상응하게 할당된 업링크 서브 캐리어 할당 정보를 상기 단말기들 각각에 전달하고, 그러면 상기 단말기들 각각은 상기 전달받은 업링크 서브 캐리어 할당 정보에 상응하게 서브 캐리어 신호를 송신하게 되는 것이다. 상기 업링크 서브 캐리어 할당 정보를 단말기들로 전달하는 방법은 본 발명과 직접적인 연관이 없으므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 결과적으로, 최대 지연 확산 길이를 가지는 단말기들은 비교적 작은 FFT 사이즈를 적용하여 지연 확산 길이 증가로 인한 에러를 방지하고, 이와는 반대로 최단 지연 확산 길이를 가지는 단말기들은 비교적 큰 FFT 사이즈를 적용하여 데이터 전송률을 증가시킴으로써 자원의 효율성을 증가시키게 되는 것이다.
네 번째로, 상기 단말기 지연 확산을 고려하여 시간 영역에서 서브 캐리어를 할당하는 본 발명의 제4실시예를 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.
상기 도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 서브 캐리어 할당 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 5를 설명하기에 앞서, 상기 본 발명의 제4실시예는 상기 OFDMA 이동 통신 시스템의 시간 영역을 단말기 지연 확산 길이에 상응하게 미리 설정된 설정 개수, 일 예로 3개의 시간 영역들로 분할한다. 즉, 단말기 지연 확산 길이를 최대 길이와, 중간 길이와, 최단 길이의 3가지 단계로 구분하고, 상기 분할된 3개의 시간 영역들 각각에 상기 3개의 단말기 지연 확신 길이 단계들 각각을 매핑시킨다. 상기 도 5에 도시되어 있는 바와 같이 시간 영역(500)을 3개의 시간 영역들, 즉 제1시간 영역(501)과, 제2시간 영역(502)과, 제3시간 영역(503)으로 분할한다. 그리고 나서, 상기 제1시간 영역(501)에 존재하는 서브 캐리어들은 최대 지연 확산 길이를 가지는 단말기들에게만 할당하고, 상기 제2시간 영역(502)에 존재하는 서브 캐리어들은 중간 지연 확산 길이를 가지는 단말기들에게만 할당하고, 상기 제3시간 영역(503)에 존재하는 서브 캐리어들은 최단 지연 확산 길이를 가지는 단말기들에게만 할당한다.
그리고, 상기 최대 지연 확산 길이를 가지는 단말기에 대해서는 상기 제1시간 영역(501)의 서브 캐리어들을 할당한 후 N/4 포인트 FFT를 적용하고, 상기 중간 지연 확산 길이를 가지는 단말기들에 대해서는 제2시간 영역(502)의 서브 캐리어들을 할당한 후 N/2 포인트 FFT를 적용하고, 상기 최단 지연 확산 길이를 가지는 단말기들에 대해서는 상기 제3시간 영역(503)의 서브 캐리어들을 할당한 후 N 포인트 FFT를 적용한다. 즉, 최대 지연 확산 길이를 가지는 단말기들에 할당될 서브 캐리어들이 존재하는 제1시간 영역(501)에서는 N/4 포인트를 적용하고, 중간 지연 확산 길이를 가지는 단말기들에 할당될 서브 캐리어들이 존재하는 제2시간 영역(502)에서는 N/2 포인트를 적용하고, 최단 지연 확산 길이를 가지는 단말기들에 할당될 서브 캐리어들이 존재하는 제3시간 영역(503)에서는 N 포인트를 적용한다. 여기서, 상기 제1시간 영역(501)에 적용하는 FFT 포인트가 상기 제2시간 영역(502) 및 제3시간 영역(503)에 존재하는 FFT 포인트수보다 작은 이유는 상기에서 설명한 바와 같이 실제적인 보호구간을 늘려서 상기 지연 확산으로 인한 심볼간 간섭을 피하기 위함이다.
상기 본 발명의 제4실시예에서와 같은 방식으로 업링크 서브 캐리어 및 다운링크 서브 캐리어를 할당하는 방식을 상기 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 OFDMA 이동 통신 시스템의 기지국에서 서비스하고 있는 단말기들로부터 수신되는 서브 캐리어 신호들을 수신하여 상기 단말기들 각각의 지연 확산 길이를 검출할 수 있다. 상기 지연 확산 길이를 검출하는 방법은 본 발명과 직접적인 연관이 없으므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 상기 기지국은 상기 검출한 단말기들 각각의 지연 확산 길이를 고려하여 최대 지연 확산 길이를 가질 경우에는 상기 제1시간 영역(501)의 서브 캐리어들을 업링크 서브 캐리어로 할당하고, 중간 지연 확산 길이를 가질 경우에는 상기 제2시간 영역(502)의 서브 캐리어들을 업링크 서브 캐리어로 할당하고, 최단 지연 확산 길이를 가질 경우에는 상기 제3시간 영역(503)의 서브 캐리어들을 업링크 서브 캐리어로 할당한다(510). 결과적으로, 상기 수신단의 FFT 포인트 사이즈를 작게 할수록 보호 구간인 Cyclic Prefix가 실제적으로 길어지는 효과가 있게 되고, 상기 Cyclic Prefix 길이 증가 효과는 지연 확산으로 인한 오류를 정정하는 것을 가능하게 한다. 그러나, 상기에서 설명한 바와 같이 상기 Cyclic Prefix 길이 증가는 데이터 전송률을 저하시키게 되므로 지연 확산 길이가 짧을 경우에는 FFT 포인트 사이즈를 증가시켜 데이터 전송률을 향상시키도록 하는 것이다. 그리고, 상기 기지국은 상기 지연 확산 길이에 상응하게 할당된 업링크 서브 캐리어 할당 정보를 상기 단말기들 각각에 전달하고, 그러면 상기 단말기들 각각은 상기 전달받은 업링크 서브 캐리어 할당 정보에 상응하게 서브 캐리어 신호를 송신하게 되는 것이다. 상기 업링크 서브 캐리어 할당 정보를 단말기들로 전달하는 방법은 본 발명과 직접적인 연관이 없으므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
한편, 상기 업링크 서브 캐리어 할당에서와 마찬가지로 상기 기지국은 상기 검출한 단말기들 각각의 지연 확산 길이를 고려하여 최대 지연 확산 길이를 가질 경우에는 상기 제1시간 영역(501)의 서브 캐리어들을 다운링크 서브 캐리어로 할당하고(520), 중간 지연 확산 길이를 가질 경우에는 상기 제2시간 영역(502)의 서브 캐리어들을 다운링크 서브 캐리어로 할당하고(530), 최단 지연 확산 길이를 가질 경우에는 상기 제3시간 영역(503)의 서브 캐리어들을 다운링크 서브 캐리어로 할당한다(540). 그리고, 상기 기지국은 상기 지연 확산 길이에 상응하게 할당된 다운링크 서브 캐리어 할당 정보를 상기 단말기들 각각에 전달하고, 그러면 상기 단말기들 각각은 상기 전달받은 다운링크 서브 캐리어 할당 정보에 상응하게 서브 캐리어 신호를 수신하게 되는 것이다. 상기 다운링크 서브 캐리어 할당 정보를 단말기들로 전달하는 방법은 본 발명과 직접적인 연관이 없으므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 결과적으로, 최대 지연 확산 길이를 가지는 단말기들은 비교적 작은 FFT 사이즈를 적용하여 지연 확산 길이 증가로 인한 에러를 방지하고, 이와는 반대로 최단 지연 확산 길이를 가지는 단말기들은 비교적 큰 FFT 사이즈를 적용하여 데이터 전송률을 증가시킴으로써 자원의 효율성을 증가시키게 되는 것이다.
다섯 번째로, 상기 단말기 타이밍 에러, 즉 업링크 타이밍 에러(uplink timing error)를 고려하여 주파수 영역에서 서브 캐리어를 할당하는 본 발명의 제5실시예를 도 6을 참조하여 설명하기로 한다.
상기 도 6은 본 발명의 제5실시예에 따른 서브 캐리어 할당 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 6을 설명하기에 앞서, 상기 본 발명의 제5실시예는 상기 OFDMA 이동 통신 시스템의 전체 주파수 대역을 단말기의 타이밍 에러, 즉 업링크 타이밍 에러에 상응하게 미리 설정된 설정 개수, 일 예로 3개의 서브 주파수 대역들로 분할한다. 즉, 단말기 타이밍 에러를 최대 길이와, 중간 길이와, 최단 길이의 3가지 단계로 구분하고, 상기 분할된 3개의 서브 주파수 대역들 각각에 상기 3개의 단말기 타이밍 에러들 각각을 매핑시킨다. 상기 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 전체 주파수 대역(600)을 3개의 서브 주파수 대역들, 즉 제1서브 주파수 대역(601)과, 제2서브 주파수 대역(602)과, 제3서브 주파수 대역(603)으로 분할한다. 그리고 나서, 상기 제1서브 주파수 대역(601)에 존재하는 서브 캐리어들은 최대 길이의 타이밍 에러를 가지는 단말기들에게만 할당하고, 상기 제2서브 주파수 대역(602)에 존재하는 서브 캐리어들은 중간 길이의 타이밍 에러를 가지는 단말기들에게만 할당하고, 상기 제3서브 주파수 대역(603)에 존재하는 서브 캐리어들은 최단 길이의 타이밍 에러를 가지는 단말기들에게만 할당한다.
그리고, 상기 최대 길이의 타이밍 에러를 가지는 단말기들에 대해서는 상기 제1서브 주파수 대역(601)의 서브 캐리어들을 할당한 후 N/4 포인트 FFT를 적용하고, 상기 중간 길이의 타이밍 에러를 가지는 단말기들에 대해서는 제2서브 주파수 대역(602)의 서브 캐리어들을 할당한 후 N/2 포인트 FFT를 적용하고, 상기 최단 길이의 타이밍 에러를 가지는 단말기들에 대해서는 상기 제3서브 주파수 대역(603)의 서브 캐리어들을 할당한 후 N 포인트 FFT를 적용한다. 즉, 최대 길이의 타이밍 에러를 가지는 단말기들에 할당될 서브 캐리어들이 존재하는 제1서브 주파수 대역(601)에서는 N/4 포인트를 적용하고, 중간 길이의 타이밍 에러를 가지는 단말기들에 할당될 서브 캐리어들이 존재하는 제2서브 주파수 대역(602)에서는 N/2 포인트를 적용하고, 최단 길이의 타이밍 에러를 가지는 단말기들에 할당될 서브 캐리어들이 존재하는 제3서브 주파수 대역(603)에서는 N 포인트를 적용한다. 여기서, 상기 제1서브 주파수 대역(601)에 적용하는 FFT 포인트가 상기 제2서브 주파수 대역(602) 및 제3서브 주파수 대역(603)에 존재하는 FFT 포인트수보다 작은 이유는 상기에서 설명한 바와 같이 상기 타이밍 에러로 인한 심볼간 간섭을 줄이기 위함이다.
즉, 상기 타이밍 에러는 결과적으로 상기 단말기 이동 속도와 밀접한 관계를 가지며, 단말기 이동 속도가 저속일수록 상기 타이밍 에러의 길이가 짧아지며, 이와는 반대로 단말기 이동 속도가 고속일수록 상기 타이밍 에러의 길이가 길어진다. 상기 도 6에 도시한 바와 같이 최단 길이의 타이밍 에러가 발생할 경우, 일 예로 타이밍 에러가 없을 경우(TIMING ERROR = 0)(610)에는 상기 N 포인트를 적용하고, 중간 길이의 타이밍 에러가 발생할 경우, 일 예로 타이밍 에러가 -N/4 ~+N/4일 경우(TIMING ERROR = -N/4 ~+N/4)(620,630)에는 상기 N/2 포인트를 적용하고, 최대 길이의 타이밍 에러가 발생할 경우, 일 예로 타이밍 에러가 -3N/8 ~+3N/8일 경우(TIMING ERROR = -3N/8 ~+3N/8)(640,650)에는 상기 N/4 포인트를 적용한다.
상기 본 발명의 제5실시예에서와 같은 방식으로 업링크 서브 캐리어를 할당하는 방식을 상기 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 OFDMA 이동 통신 시스템의 기지국에서 서비스하고 있는 단말기들로부터 수신되는 서브 캐리어 신호들을 수신하여 상기 단말기들 각각의 타이밍 에러 길이를 검출할 수 있다. 상기 타이밍 에러 길이를 검출하는 방법은 본 발명과 직접적인 연관이 없으므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 상기 기지국은 상기 검출한 단말기들 각각의 타이밍 에러 길이를 고려하여 최대 길이의 타이밍 에러를 가질 경우에는 상기 제1서브 주파수 영역(601)의 서브 캐리어들을 업링크 서브 캐리어로 할당하고, 중간 길이의 타이밍 에러를 가질 경우에는 상기 제2서브 주파수 영역(602)의 서브 캐리어들을 업링크 서브 캐리어로 할당하고, 최단 길이의 타이밍 에러를 가질 경우에는 상기 제3서브 주파수 영역(603)의 서브 캐리어들을 업링크 서브 캐리어로 할당한다. 결과적으로, 상기 FFT 포인트 사이즈를 작게 할수록 보호 구간인 Cyclic Prefix가 길어지는 효과가 있게 되고, 상기 Cyclic Prefix 길이 증가는 타이밍 에러로 인한 오류를 방지하는 것을 가능하게 한다. 그러나, 상기에서 설명한 바와 같이 상기 Cyclic Prefix 길이 증가는 데이터 전송률을 저하시키게 되므로 타이밍 에러 길이가 짧을 경우에는 FFT 포인트 사이즈를 증가시켜 데이터 전송률을 향상시키도록 하는 것이다. 그리고, 상기 기지국은 상기 타이밍 에러 길이에 상응하게 할당된 업링크 서브 캐리어 할당 정보를 상기 단말기들 각각에 전달하고, 그러면 상기 단말기들 각각은 상기 전달받은 업링크 서브 캐리어 할당 정보에 상응하게 서브 캐리어 신호를 송신하게 되는 것이다. 상기 업링크 서브 캐리어 할당 정보를 단말기들로 전달하는 방법은 본 발명과 직접적인 연관이 없으므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 결과적으로, 최대 길이의 타이밍 에러를 가지는 단말기들은 비교적 작은 FFT 사이즈를 적용하여 타이밍 에러 증가로 인한 에러를 정정하고, 이와는 반대로 최단 길이의 타이밍 에러를 가지는 단말기들은 비교적 큰 FFT 사이즈를 적용하여 데이터 전송률을 증가시킴으로써 자원의 효율성을 증가시키게 되는 것이다.
여섯 번째로, 상기 단말기 타이밍 에러를 고려하여 시간 영역에서 서브 캐리어를 할당하는 본 발명의 제6실시예를 도 7을 참조하여 설명하기로 한다.
상기 도 7은 본 발명의 제6실시예에 따른 서브 캐리어 할당 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 7을 설명하기에 앞서, 상기 본 발명의 제6실시예는 상기 OFDMA 이동 통신 시스템의 시간 영역을 단말기의 타이밍 에러, 즉 업링크 타이밍 에러에 상응하게 미리 설정된 설정 개수, 일 예로 3개의 시간 영역들로 분할한다. 즉, 단말기 타이밍 에러를 최대 길이와, 중간 길이와, 최단 길이의 3가지 단계로 구분하고, 상기 분할된 3개의 시간 영역들 각각에 상기 3개의 단말기 타이밍 에러들 각각을 매핑시킨다. 상기 도 7에 도시되어 있는 바와 같이 시간 영역(700)을 3개의 시간 영역들, 즉 제1시간 영역(701)과, 제2시간 영역(702)과, 제3시간 영역(703)으로 분할한다. 그리고 나서, 상기 제1시간 영역(701)에 존재하는 서브 캐리어들은 최대 길이의 타이밍 에러를 가지는 단말기들에게만 할당하고, 상기 제2시간 영역(702)에 존재하는 서브 캐리어들은 중간 길이의 타이밍 에러를 가지는 단말기들에게만 할당하고, 상기 제3시간 영역(703)에 존재하는 서브 캐리어들은 최단 길이의 타이밍 에러를 가지는 단말기들에게만 할당한다.
그리고, 상기 최대 길이의 타이밍 에러를 가지는 단말기들에 대해서는 상기 제1시간 영역(701)의 서브 캐리어들을 할당한 후 N/4 포인트 FFT를 적용하고, 상기 중간 길이의 타이밍 에러를 가지는 단말기들에 대해서는 제2시간 영역(702)의 서브 캐리어들을 할당한 후 N/2 포인트 FFT를 적용하고, 상기 최단 길이의 타이밍 에러를 가지는 단말기들에 대해서는 상기 제3시간 영역(703)의 서브 캐리어들을 할당한 후 N 포인트 FFT를 적용한다. 즉, 최대 길이의 타이밍 에러를 가지는 단말기들에 할당될 서브 캐리어들이 존재하는 제1시간 영역(701)에서는 N/4 포인트를 적용하고, 중간 길이의 타이밍 에러를 가지는 단말기들에 할당될 서브 캐리어들이 존재하는 제2시간 영역(702)에서는 N/2 포인트를 적용하고, 최단 길이의 타이밍 에러를 가지는 단말기들에 할당될 서브 캐리어들이 존재하는 제3시간 영역(703)에서는 N 포인트를 적용한다. 여기서, 상기 제1시간 영역(701)에 적용하는 FFT 포인트가 상기 제2시간 영역(702) 및 제3시간 영역(703)에 존재하는 FFT 포인트수보다 작은 이유는 상기에서 설명한 바와 같이 상기 타이밍 에러로 인한 보호 구간 길이가 상이하기 때문이다.
즉, 상기 도 6에 도시한 바와 같이 최단 길이의 타이밍 에러가 발생할 경우, 일 예로 타이밍 에러가 없을 경우(TIMING ERROR = 0)(710)에는 상기 N 포인트를 적용하고, 중간 길이의 타이밍 에러가 발생할 경우, 일 예로 타이밍 에러가 -N/4 ~+N/4일 경우(TIMING ERROR = -N/4 ~+N/4)(720,730)에는 상기 N/2 포인트를 적용하고, 최대 길이의 타이밍 에러가 발생할 경우, 일 예로 타이밍 에러가 -3N/8 ~+3N/8일 경우(TIMING ERROR = -3N/8 ~+3N/8)(740,750)에는 상기 N/4 포인트를 적용한다.
상기 본 발명의 제6실시예에서와 같은 방식으로 업링크 서브 캐리어를 할당하는 방식을 상기 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 OFDMA 이동 통신 시스템의 기지국에서 서비스하고 있는 단말기들로부터 수신되는 서브 캐리어 신호들을 수신하여 상기 단말기들 각각의 타이밍 에러 길이를 검출할 수 있다. 상기 타이밍 에러 길이를 검출하는 방법은 본 발명과 직접적인 연관이 없으므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 상기 기지국은 상기 검출한 단말기들 각각의 타이밍 에러 길이를 고려하여 최대 길이의 타이밍 에러를 가질 경우에는 상기 제1시간 영역(701)의 서브 캐리어들을 업링크 서브 캐리어로 할당하고, 중간 길이의 타이밍 에러를 가질 경우에는 상기 제2시간 영역(702)의 서브 캐리어들을 업링크 서브 캐리어로 할당하고, 최단 길이의 타이밍 에러를 가질 경우에는 상기 제3시간 영역(703)의 서브 캐리어들을 업링크 서브 캐리어로 할당한다. 결과적으로, 상기 FFT 포인트 사이즈를 작게 할수록 보호 구간인 Cyclic Prefix가 길어지게 되고, 상기 Cyclic Prefix 길이 증가는 타이밍 에러로 인한 오류를 정정하는 것을 가능하게 한다. 그러나, 상기에서 설명한 바와 같이 상기 Cyclic Prefix 길이 증가는 데이터 전송률을 저하시키게 되므로 타이밍 에러 길이가 짧을 경우에는 FFT 포인트 사이즈를 증가시켜 데이터 전송률을 향상시키도록 하는 것이다. 그리고, 상기 기지국은 상기 타이밍 에러 길이에 상응하게 할당된 업링크 서브 캐리어 할당 정보를 상기 단말기들 각각에 전달하고, 그러면 상기 단말기들 각각은 상기 전달받은 업링크 서브 캐리어 할당 정보에 상응하게 서브 캐리어 신호를 송신하게 되는 것이다. 상기 업링크 서브 캐리어 할당 정보를 단말기들로 전달하는 방법은 본 발명과 직접적인 연관이 없으므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 결과적으로, 최대 길이의 타이밍 에러를 가지는 단말기들은 비교적 작은 FFT 사이즈를 적용하여 타이밍 에러 증가로 인한 에러를 정정하고, 이와는 반대로 최단 길이의 타이밍 에러를 가지는 단말기들은 비교적 큰 FFT 사이즈를 적용하여 데이터 전송률을 증가시킴으로써 자원의 효율성을 증가시키게 되는 것이다.
다음으로 도 8a 내지 도 8d를 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 성능을 설명하기로 한다.
상기 도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 실시예들에 따른 수신 신호의 크기(magnitude) 성능 곡선을 도시한 그래프이다.
상기 도 8a 내지 도 8d에 도시되어 있는 성능 곡선은 단말기 이동 속도가 240[km/h]이고(speed = 240[km/h]), 중심 주파수(fc: center frequency)가 2.3[GHz]이고(fc = 2.3[GHz]), 대역폭(BW: bandwidth)이 10[MHz]( BW = 10MHz)이고, FFT 사이즈가 2048포인트(FFT size = 2048)인 경우의 환경을 가정한 것이다.
상기 도 8a에는 256개의 서브 캐리어를 1의 간격(M = 1)으로 송신하는 경우의 성능 곡선이 도시되어 있으며, 상기 도 8b에는 상기 256개의 서브 캐리어를 2의 간격(M = 2)으로 송신하는 경우의 성능 곡선이 도시되어 있으며, 상기 도 8c에는 상기 256개의 서브 캐리어를 4의 간격(M = 4)으로 송신하는 경우의 성능 곡선이 도시되어 있으며, 상기 도 8d에는 상기 256개의 서브 캐리어를 8의 간격(M = 8)으로 송신하는 경우의 성능 곡선이 도시되어 있다. 상기 도 8a 내지 도 8d에 도시되어 있는 바와 같이 동일한 환경에서 사용되는 서브 캐리어들의 간격이 커질수록 그 성능이 개선됨을 알 수 있다. 즉, 상기에서 설명한 바와 같이 고속의 이동 환경에서는 도플러 확산등으로 인해 사용되는 서브 캐리어들의 간격이 커질수록 그 성능이 개선되는 것이다.
다음으로 도 9a 및 도 9b를 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 성능을 설명하기로 한다.
상기 도 9a 및 도 9b는 본 발명의 실시예들에 따른 비트 에러 레이트 성능 곡선을 도시한 그래프이다.
상기 도 9a 및 도 9b 도시되어 있는 성능 곡선은 중심 주파수(fc: center frequency)가 2.3[GHz]이고(fc = 2.3[GHz]), 대역폭(BW: bandwidth)이 10[MHz]( BW = 10MHz)이고, FFT 사이즈가 2048포인트(FFT size = 2048)인 경우의 환경을 가정한 것이다.
상기 도 9a에는 상기와 같은 환경에서 서브 캐리어들이 이격되는 간격에 상응한 성능 곡선이 도시되어 있으며, 상기 서브 캐리어들이 넓은 간격으로 이격되어 사용될수록 그 비트 에러 레이트(BER: Bit Error Rate) 성능이 개선됨을 알 수 있다.
또한, 상기 도 9b에는 상기와 같은 환경에서 이동 속도와 상기 서브 캐리어들이 이격되는 간격에 따른 성능 곡선이 도시되어 있으며, 상기 서브 캐리어들이 넓은 간격으로 이격되어 사용될수록 그 비트 에러 레이트(BER: Bit Error Rate) 성능이 개선됨을 알 수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 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, OFDMA 이동 통신 시스템에서 단말기 이동 속도와, 지연 확산 및 타이밍 에러 등과 같은 채널 상태를 고려하여 서브 캐리어를 할당함으로써 전체 시스템 효율을 향상시킨다는 이점을 가진다. 결과적으로, 단말기들 각각의 채널 상태에 따라 동적으로 서브 캐리어를 할당함으로써 자원의 효율성 역시 극대화시키면서 다양한 단말기들을 수용하는 다중 사용자 환경을 최적화시킨다는 이점을 가진다.
도 1은 본 발명의 실시예에서의 기능을 수행하기 위한 OFDMA 이동 통신 시스템의 송신기 구조를 개략적으로 도시한 도면
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 서브 캐리어 할당 과정을 개략적으로 도시한 도면
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 서브 캐리어 할당 과정을 개략적으로 도시한 도면
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 서브 캐리어 할당 과정을 개략적으로 도시한 도면
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 서브 캐리어 할당 과정을 개략적으로 도시한 도면
도 6은 본 발명의 제5실시예에 따른 서브 캐리어 할당 과정을 개략적으로 도시한 도면
도 7은 본 발명의 제6실시예에 따른 서브 캐리어 할당 과정을 개략적으로 도시한 도면
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 실시예들에 따른 크기(magnitude) 성능 곡선을 도시한 그래프
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 실시예들에 따른 비트 에러 레이트 성능 곡선을 도시한 그래프

Claims (26)

  1. 전체 주파수 대역을 다수의 서브 캐리어 대역들로 분할하여 신호를 송신하는 직교 주파수 분할 다중 접속 이동 통신 시스템에서 기지국이 단말기들에게 서브 캐리어를 할당하는 방법에 있어서,
    상기 전체 주파수 대역을 미리 설정한 L개의 서브 주파수 대역들로 분할하는 과정과,
    상기 단말기들 각각의 채널 상태들을 검출하고, 상기 검출한 채널 상태들에 상응하게 상기 L개의 서브 주파수 대역들중 상기 단말기들 각각에 할당할 서브 캐리어들이 속하는 서브 주파수 대역들을 결정하는 과정과,
    상기 단말기들 각각에 대해서 상기 결정한 서브 주파수 대역들에 속하는 서브 캐리어들을 미리 설정되어 있는 설정 간격에 상응하게 할당하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 채널 상태는 이동 속도임을 특징으로 하는 상기 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 검출한 채널 상태들에 상응하게 상기 L개의 서브 주파수 대역들중 상기 단말기들 각각에 할당할 서브 캐리어들이 속하는 서브 주파수 대역들을 결정하는 과정은;
    상기 L이 3일 경우, 상기 3개의 서브 주파수 대역들은 제1서브 주파수 대역과, 제2서브 주파수 대역 및 제3서브 주파수 대역이며, 상기 제1서브 주파수 대역의 서브 캐리어들은 고속의 이동 속도를 가지는 단말기들에만 할당하도록 결정하고, 상기 제2서브 주파수 대역의 서브 캐리어들은 중속의 이동 속도를 가지는 단말기들에만 할당하도록 결정하고, 상기 제3서브 주파수 대역의 서브 캐리어들은 저속의 이동 속도를 가지는 단말기들에만 할당하도록 결정하는 것임을 특징으로 하는 상기 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 단말기들 각각에 대해서 상기 결정한 서브 주파수 대역들에 속하는 서브 캐리어들을 할당하는 과정은;
    상기 고속의 이동 속도를 가지는 단말기들에 대해서는 상기 제1서브 주파수 대역내에서 미리 설정한 K의 간격으로 서브 캐리어들을 할당하는 과정과,
    상기 중속의 이동 속도를 가지는 단말기들에 대해서는 상기 제2서브 주파수 대역내에서 미리 설정한 P의 간격으로 서브 캐리어들을 할당하는 과정과,
    상기 저속의 이동 속도를 가지는 단말기들에 대해서는 상기 제3서브 주파수 대역내에서 미리 설정한 Q의 간격으로 서브 캐리어들을 할당하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 K는 상기 P 및 Q 보다 크고, 상기 P는 상기 Q보다 크게 설정됨을 특징으로 하는 상기 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 채널 상태는 지연 확산임을 특징으로 하는 상기 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 검출한 채널 상태들에 상응하게 상기 L개의 서브 주파수 대역들중 상기 단말기들 각각에 할당할 서브 캐리어들이 속하는 서브 주파수 대역들을 결정하는 과정은;
    상기 L이 3일 경우, 상기 3개의 서브 주파수 대역들은 제1서브 주파수 대역과, 제2서브 주파수 대역 및 제3서브 주파수 대역이며, 상기 제1서브 주파수 대역의 서브 캐리어들은 최대 지연 확산 길이를 가지는 단말기들에만 할당하도록 결정하고, 상기 제2서브 주파수 대역의 서브 캐리어들은 중간 지연 확산 길이를 가지는 단말기들에만 할당하도록 결정하고, 상기 제3서브 주파수 대역의 서브 캐리어들은 최단 지연 확산 길이를 가지는 단말기들에만 할당하도록 결정하는 것임을 특징으로 하는 상기 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 단말기들 각각에 대해서 상기 결정한 서브 주파수 대역들에 속하는 서브 캐리어들을 할당하는 과정은;
    상기 최대 지연 확산 길이를 가지는 단말기들에 대해서는 상기 제1서브 주파수 대역내에서 미리 설정한 K-포인트의 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform)이 적용되도록 서브 캐리어들을 할당하는 과정과,
    상기 중간 지연 확산 길이를 가지는 단말기들에 대해서는 상기 제2서브 주파수 대역내에서 미리 설정한 P-포인트의 FFT가 적용되도록 서브 캐리어들을 할당하는 과정과,
    상기 최단 지연 확산 길이를 가지는 단말기들에 대해서는 상기 제3서브 주파수 대역내에서 미리 설정한 Q-포인트의 FFT가 적용되도록 서브 캐리어들을 할당하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 K는 상기 P 및 Q보다 작고, 상기 P는 상기 Q보다 작게 설정됨을 특징으로 하는 상기 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 채널 상태는 타이밍 에러임을 특징으로 하는 상기 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 검출한 채널 상태들에 상응하게 상기 L개의 서브 주파수 대역들중 상기 단말기들 각각에 할당할 서브 캐리어들이 속하는 서브 주파수 대역들을 결정하는 과정은;
    상기 L이 3일 경우, 상기 3개의 서브 주파수 대역들은 제1서브 주파수 대역과, 제2서브 주파수 대역 및 제3서브 주파수 대역이며, 상기 제1서브 주파수 대역의 서브 캐리어들은 최대 타이밍 에러 길이를 가지는 단말기들에만 할당하도록 결정하고, 상기 제2서브 주파수 대역의 서브 캐리어들은 중간 타이밍 에러 길이를 가지는 단말기들에만 할당하도록 결정하고, 상기 제3서브 주파수 대역의 서브 캐리어들은 최단 타이밍 에러 길이를 가지는 단말기들에만 할당하도록 결정하는 것임을 특징으로 하는 상기 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 단말기들 각각에 대해서 상기 결정한 서브 주파수 대역들에 속하는 서브 캐리어들을 할당하는 과정은;
    상기 최대 타이밍 에러 길이를 가지는 단말기들에 대해서는 상기 제1서브 주파수 대역내에서 미리 설정한 K-포인트의 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform)이 적용되도록 서브 캐리어들을 할당하는 과정과,
    상기 중간 타이밍 에러 길이를 가지는 단말기들에 대해서는 상기 제2서브 주파수 대역내에서 미리 설정한 P-포인트의 FFT가 적용되도록 서브 캐리어들을 할당하는 과정과,
    상기 최단 타이밍 에러 길이를 가지는 단말기들에 대해서는 상기 제3서브 주파수 대역내에서 미리 설정한 Q-포인트의 FFT가 적용되도록 서브 캐리어들을 할당하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 K는 상기 P 및 Q보다 작고, 상기 P는 상기 Q보다 작게 설정됨을 특징으로 하는 상기 방법.
  14. 전체 주파수 대역을 다수의 서브 캐리어 대역들로 분할하여 신호를 송신하는 직교 주파수 분할 다중 접속 이동 통신 시스템에서 기지국이 단말기들에게 서브 캐리어를 할당하는 방법에 있어서,
    미리 설정한 시간 영역을 미리 설정한 L개의 시간 영역들로 분할하는 과정과,
    상기 단말기들 각각의 채널 상태들을 검출하고, 상기 검출한 채널 상태들에 상응하게 상기 L개의 시간 영역들중 상기 단말기들 각각에 할당할 서브 캐리어들이 속하는 시간 영역들을 결정하는 과정과,
    상기 단말기들 각각에 대해서 상기 결정한 시간 영역들에 속하는 서브 캐리어들을 미리 설정한 설정 간격에 상응하게 할당하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 채널 상태는 이동 속도임을 특징으로 하는 상기 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 검출한 채널 상태들에 상응하게 상기 L개의 시간 영역들중 상기 단말기들 각각에 할당할 서브 캐리어들이 속하는 시간 영역들을 결정하는 과정은;
    상기 L이 3일 경우, 상기 3개의 시간 영역들은 제1시간 영역과, 제2시간 영역 및 제3시간 영역이며, 상기 제1시간 영역의 서브 캐리어들은 고속의 이동 속도를 가지는 단말기들에만 할당하도록 결정하고, 상기 제2시간 영역의 서브 캐리어들은 중속의 이동 속도를 가지는 단말기들에만 할당하도록 결정하고, 상기 제3시간 영역의 서브 캐리어들은 저속의 이동 속도를 가지는 단말기들에만 할당하도록 결정하는 것임을 특징으로 하는 상기 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 단말기들 각각에 대해서 상기 결정한 시간 영역들에 속하는 서브 캐리어들을 할당하는 과정은;
    상기 고속의 이동 속도를 가지는 단말기들에 대해서는 상기 제1시간 영역내에서 미리 설정한 K의 간격으로 서브 캐리어들을 할당하는 과정과,
    상기 중속의 이동 속도를 가지는 단말기들에 대해서는 상기 제2시간 영역내에서 미리 설정한 P의 간격으로 서브 캐리어들을 할당하는 과정과,
    상기 저속의 이동 속도를 가지는 단말기들에 대해서는 상기 제3시간 영역내에서 미리 설정한 Q의 간격으로 서브 캐리어들을 할당하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 K는 상기 P 및 Q 보다 크고, 상기 P는 상기 Q보다 크게 설정됨을 특징으로 하는 상기 방법.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 채널 상태는 지연 확산임을 특징으로 하는 상기 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 검출한 채널 상태들에 상응하게 상기 L개의 시간 영역들중 상기 단말기들 각각에 할당할 서브 캐리어들이 속하는 시간 영역들을 결정하는 과정은;
    상기 L이 3일 경우, 상기 3개의 시간 영역들은 제1시간 영역과, 제2시간 영역 및 제3시간 영역이며, 상기 제1시간 영역의 서브 캐리어들은 최대 지연 확산 길이를 가지는 단말기들에만 할당하도록 결정하고, 상기 제2시간 영역의 서브 캐리어들은 중간 지연 확산 길이를 가지는 단말기들에만 할당하도록 결정하고, 상기 제3시간 영역의 서브 캐리어들은 최단 지연 확산 길이를 가지는 단말기들에만 할당하도록 결정하는 것임을 특징으로 하는 상기 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 단말기들 각각에 대해서 상기 결정한 시간 영역들에 속하는 서브 캐리어들을 할당하는 과정은;
    상기 최대 지연 확산 길이를 가지는 단말기들에 대해서는 상기 제1시간 영역내에서 미리 설정한 K-포인트의 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform)이 적용되도록 서브 캐리어들을 할당하는 과정과,
    상기 중간 지연 확산 길이를 가지는 단말기들에 대해서는 상기 제2시간 영역내에서 미리 설정한 P-포인트의 FFT가 적용되도록 서브 캐리어들을 할당하는 과정과,
    상기 최단 지연 확산 길이를 가지는 단말기들에 대해서는 상기 제3시간 영역내에서 미리 설정한 Q-포인트의 FFT가 적용되도록 서브 캐리어들을 할당하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 K는 상기 P 및 Q보다 작고, 상기 P는 상기 Q보다 작게 설정됨을 특징으로 하는 상기 방법.
  23. 제14항에 있어서,
    상기 채널 상태는 타이밍 에러임을 특징으로 하는 상기 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 검출한 채널 상태들에 상응하게 상기 L개의 시간 영역들중 상기 단말기들 각각에 할당할 서브 캐리어들이 속하는 시간 영역들을 결정하는 과정은;
    상기 L이 3일 경우, 상기 3개의 시간 영역들은 제1시간 영역과, 제2시간 영역 및 제3시간 영역이며, 상기 제1시간 영역의 서브 캐리어들은 최대 타이밍 에러 길이를 가지는 단말기들에만 할당하도록 결정하고, 상기 제2시간 영역의 서브 캐리어들은 중간 타이밍 에러 길이를 가지는 단말기들에만 할당하도록 결정하고, 상기 제3시간 영역의 서브 캐리어들은 최단 타이밍 에러 길이를 가지는 단말기들에만 할당하도록 결정하는 것임을 특징으로 하는 상기 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 단말기들 각각에 대해서 상기 결정한 시간 영역들에 속하는 서브 캐리어들을 할당하는 과정은;
    상기 최대 타이밍 에러 길이를 가지는 단말기들에 대해서는 상기 제1시간 영역내에서 미리 설정한 K-포인트의 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform)이 적용되도록 서브 캐리어들을 할당하는 과정과,
    상기 중간 타이밍 에러 길이를 가지는 단말기들에 대해서는 상기 제2시간 영역내에서 미리 설정한 P-포인트의 FFT가 적용되도록 서브 캐리어들을 할당하는 과정과,
    상기 최단 타이밍 에러 길이를 가지는 단말기들에 대해서는 상기 제3시간 영역내에서 미리 설정한 Q-포인트의 FFT가 적용되도록 서브 캐리어들을 할당하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 K는 상기 P 및 Q보다 작고, 상기 P는 상기 Q보다 작게 설정됨을 특징으로 하는 상기 방법.
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