KR20050066860A

KR20050066860A - 다중반송파 코드분할다중접속 시스템에서 적응형 하향링크패킷 전송방법

Info

Publication number: KR20050066860A
Application number: KR1020030098342A
Authority: KR
Inventors: 임광재; 김수영; 이성팔
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2003-12-27
Filing date: 2003-12-27
Publication date: 2005-06-30
Also published as: KR100534594B1; US7313124B2; US20050141473A1

Abstract

1. 청구 범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

본 발명은 다중반송파 코드분할다중접속 시스템에서 적응형 하향링크 패킷 전송 방법에 관한 것임.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

본 발명은 다중반송파 코드분할다중접속(CDMA) 시스템에서 각 사용자 단말의 채널 상태 변화에 따라 무선 자원을 효율적으로 할당하고, 각 사용자의 패킷 전송을 위한 무선 자원 할당에 있어 동일 셀 간섭을 고려한 전송 전력 할당과 타 셀 전송에 대한 간섭을 최소화하기 위해 채널 상태에 따라 적정 전송 전력을 할당하는 것을 포함하는, 다중반송파 코드분할다중접속 시스템에서 적응형 하향링크 패킷 전송 방법을 제공하고자 함.

3. 발명의 해결 방법 요지

본 발명은 다중반송파 코드분할다중접속 시스템에서 적응형 하향링크 패킷 전송 방법에 있어서, 상기 사용자 단말이 하향링크 파일롯 채널을 수신하여 채널 상태를 나타내는 변수로 채널등화 및 역확산 과정 이후의 수신 심볼 SINR(Signal-to-Interference-and-Noise Ratio)를 측정하는 SINR 측정 단계; 상기 측정한 SINR로부터 동시 전송 확산코드 사이의 평균 간섭인자와 타 셀 간섭 전력과 배경 잡음 전력을 포함한 평균 잡음 전력을 측정하여 상향링크를 통해 중앙국으로 전송하는 측정 보고 단계; 및 상기 중앙국이 사용 가능한 전송슬롯이 부족하거나 할당할 패킷이 없을 때까지, 상기 사용자 단말들로부터 보고된 평균 간섭인자와 평균 잡음 전력을 바탕으로 상기 사용자 단말로의 각 패킷 전송을 위해, 전송 프레임에서 전송슬롯, 각 전송슬롯에서의 사용 확산코드 수, 확산 코드당 심볼 에너지, 각종 변조 및 코딩 방식의 조합인 전송방식을 선정하여 적응형 무선자원을 할당하는 적응형 무선자원 할당 단계를 포함함.

4. 발명의 중요한 용도

본 발명은 다중반송파 코드분할다중접속(CDMA) 방식과 위성을 이용한 이동위성통신시스템 등에 이용됨.

Description

다중반송파 코드분할다중접속 시스템에서 적응형 하향링크 패킷 전송 방법{Method for Adaptive Downlink Packet Transmission in a Multicarrier CDMA System}

본 발명은 다중반송파 코드분할다중접속 시스템(예 : 다중반송파 코드분할다중접속(CDMA) 방식을 사용하는 이동위성통신시스템 등)에서 하향링크를 통해 각 사용자 단말에 패킷을 전송하는데 있어, 각 사용자의 채널 상태에 따라 사용자들에게 공유되어 사용되는 하향링크의 무선 자원을 효율적이고 적응적으로 할당함으로써, 시스템 전송 효율을 높일 수 있는 적응형 하향링크 패킷 전송 방법에 관한 것이다.

음성 서비스는 물론 패킷 서비스를 포함한 다양한 멀티미디어 서비스 제공을 목적으로 하고 있는 3GPP(3rd Generation Partnership Project)의 광대역 코드분할다중접속(W-CDMA) 시스템과 3GPP2(3rd Generation Partnership Project 2)의 cdma2000과 같은 제3세대 이동통신시스템에서는, 회선 교환 방식의 무선 링크 형성 방법과 동시에 패킷 서비스에 적합한 패킷 교환(Packet-Switched) 방식으로 무선 링크를 형성하는 방식을 제공하고 있다.

패킷 교환 방식에서 무선 자원은 서비스 중에 있는 사용자들에 의해 공유되고, 각 사용자를 위한 실질적인 패킷 전송이 있을 때에만 사용된다. 따라서, 패킷 교환 방식은 통계적 다중화(Statistical Multiplexing)라는 특성에 의해 시스템 자원을 효율적으로 사용할 수 있도록 하며, 결국 시스템의 전송 용량을 증가시킨다. 이러한 패킷 교환 방식에서 한정된 무선 자원을 각 패킷 전송을 위해 적절히 배분하고 할당하는 방법은 자원의 효율적인 활용이라는 측면에서 매우 중요하다.

3GPP2의 IxEVDO(1xEvolved Data Only)는 대역 효율을 높이기 위해 패킷 교환 방식을 채택한 대표적인 패킷 서비스 전용 시스템이다.

순방향 링크에서 각 사용자에게 전달되는 패킷들은 시분할(Time Division Multiplexing) 방식으로 시간 슬롯 별로 다중화되어 전송된다. 그리고, 각 시간 슬롯에서 패킷은 항상 기지국에서 사용 가능한 최대 전력으로 전송된다. 각 사용자는 각 시간 슬롯의 중앙 부분에 삽입되어 전송되는 파일롯 심볼들에 대한 수신 신호대 간섭비를 측정하고, 미리 정해진 전송률 테이블에서 현재 상태에 적절한 전송률을 선택하여 기지국에 보고한다. 기지국은 각 사용자로부터 선택된 전송률을 기반으로 전송 패킷에 대한 스케줄링을 수행하고 선택된 슬롯에서 선택된 전송률로 패킷을 전송한다. 서로 다른 심볼 반복 회수, 변조 방식(Modulation Type), 부호화율(Code Rate)에 의해 12가지의 패킷 전송률을 지원한다.

3GPP2의 IxEVDO에서는 항상 최대 전력으로 패킷을 전송하기 때문에, 순방향 링크에 대한 전력 제어를 수행하지 않아도 된다는 이점을 가진다. 그러나, 최대 전력 사용으로 이미 충분히 채널 상태가 좋은 사용자에게 필요 이상의 전력을 사용할 수 있고, 이로써 근접 셀의 사용자들에게 필요 이상의 간섭을 유발할 수 있다는 문제점이 있었다.

또한, 3GPP2의 IxEVDO는 직접시퀀스 코드분할다중접속(DS-CDMA) 방식을 사용하기 때문에 주파수 선택적 페이딩에서 다중반송파 코드분할다중접속(MC-CDMA) 방식에 비해 성능이 저하된다. 지상 이동통신시스템의 경우에는 기지국과 사용자 단말 사이의 거리가 짧기 때문에, 사용자의 측정 보고를 바탕으로 다중경로페이딩에 따른 채널 변화에 적응적인 전송이 가능하다. 그러나, 위성을 이용한 이동통신시스템의 경우에는 위성과 사용자 단말 사이의 긴 거리로 인하여 빠른 채널 변화에 적응적인 무선자원할당이 이루어질 수 없다. 또한, 지상 시스템에서 다중반송파 방식을 사용할 경우에는 주파수 선택적 페이딩에 따라 변화하는 주파수 응답을 측정하여 적절한 서브캐리어에서 전송을 취할 수 있으나, 위성 시스템의 경우에는 긴 왕복지연시간으로 인해 주파수 선택적 페이딩에 대한 적응적인 전송은 불가능한 문제점이 있었다.

3GPP2의 IxEVDO를 포함한 일반적인 적응형 전송 시스템에서는 파일롯 채널에 대한 수신 신호대 간섭비만을 측정하여 사용자 단말의 채널 상태를 추정한다. 그러나, 각 사용자 단말이 사용하는 채널 복조 및 수신 방식과 성능에 따라 동일한 채널 환경에서도 서로 다른 패킷 수신 성능을 보일 수 있으며, 파일롯 채널이 아닌 데이터 채널을 통해 수신되는 패킷 수신을 위한 실질적인 채널 추정과 자원 할당이라 볼 수 없다. 또한, 다중경로페이딩 채널 하에서 다수의 직교 확산 코드를 동시에 사용하여 패킷을 전송할 때 확산코드 사이에 직교성이 상실되며, 보다 적절한 적응형 전송을 위해서는 직교성 상실로 인한 간섭을 고려하여야 한다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 다중반송파 코드분할다중접속(CDMA) 시스템에서 각 사용자 단말의 채널 상태 변화에 따라 무선 자원을 효율적으로 할당하고, 각 사용자의 패킷 전송을 위한 무선 자원 할당에 있어 동일 셀 간섭을 고려한 전송 전력 할당과 타 셀 전송에 대한 간섭을 최소화하기 위해 채널 상태에 따라 적정 전송 전력을 할당하는 것을 포함하는, 다중반송파 코드분할다중접속 시스템에서 적응형 하향링크 패킷 전송 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 다중반송파 코드분할다중접속 시스템에서 적응형 하향링크 패킷 전송 방법에 있어서, 상기 사용자 단말이 하향링크 파일롯 채널을 수신하여 채널 상태를 나타내는 변수로 채널등화 및 역확산 과정 이후의 수신 심볼 SINR(Signal-to-Interference-and-Noise Ratio)를 측정하는 SINR 측정 단계; 상기 측정한 SINR로부터 동시 전송 확산코드 사이의 평균 간섭인자와 타 셀 간섭 전력과 배경 잡음 전력을 포함한 평균 잡음 전력을 측정하여 상향링크를 통해 중앙국으로 전송하는 측정 보고 단계; 및 상기 중앙국이 사용 가능한 전송슬롯이 부족하거나 할당할 패킷이 없을 때까지, 상기 사용자 단말들로부터 보고된 평균 간섭인자와 평균 잡음 전력을 바탕으로 상기 사용자 단말로의 각 패킷 전송을 위해, 전송 프레임에서 전송슬롯, 각 전송슬롯에서의 사용 확산코드 수, 확산 코드당 심볼 에너지, 각종 변조 및 코딩 방식의 조합인 전송방식을 선정하여 적응형 무선자원을 할당하는 적응형 무선자원 할당 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

도 1 은 본 발명이 적용되는 다중반송파 코드분할다중접속 시스템의 일실시예 구성도이다.

먼저, 본 발명은 위성이동통신시스템 환경 등에 최적으로 적용되나, 기지국을 중심으로 셀을 형성하는 지상 이동통신시스템에서도 동일하게 적용될 수 있다.

도 1은 이동통신시스템의 무선신호 전송기술로 다중반송파(Multicarrier) 코드분할다중접속(이하, "CDMA"라 함) 방식을 사용하는 이동통신시스템에서, 중앙국(예를 들면, 기지국 또는 위성 등)으로부터 사용자 단말로 연결되는 하향링크에 대한 기저대역(Baseband)의 송신 및 수신 과정을 도시한 것이다.

본 발명에서 중앙국은 하향링크를 통해 각 사용자 단말로 서비스 패킷을 전송하는 역할을 수행하며, 위성통신시스템의 경우 위성 또는 지구국이 될 수 있으며, 지상통신시스템의 경우 기지국에 해당된다. 이하의 설명에서는 구분 없이 다중반송파 CDMA 방식을 사용하여 적응형 패킷 전송을 수행하는 중앙국으로 설명한다.

이동통신을 위해 직교주파수분할다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing : OFDM)과 같이 다중반송파 방식을 사용할 때, 위성통신시스템의 경우에 위성 링크 상의 왕복 지연 시간이 채널의 페이딩 특성이 변화하는 시간에 비해 매우 크기 때문에, 각 서브캐리어의 채널 특성에 따라 각 서브캐리어에 서로 다른 전송률을 할당하는 적응형 전송은 실현되기 어렵다. 따라서, 위성 링크에서 다중반송파 전송을 사용할 경우에 적응형 전송은 각 서브캐리어별 채널 응답 변화에 대한 적응보다는 전체 대역에서의 평균적인 변화에 대한 적응, 그리고 다중 경로 페이딩에 의한 고속 페이딩에 대한 변화보다는 음영 페이딩 또는 강우와 같이 전체 대역에 걸쳐 동일하고 변화 속도가 느린 페이딩 변화에 대한 적응을 목적으로 한다.

도 1에서 사용자 단말로 전송될 데이터는 채널부호화(101), 심볼매핑(102), 확산(103)의 과정을 통해 확산된 칩 시퀀스로 변환되고, 이 시퀀스는 타 사용자 신호와 함께 다중화(104)되고, OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 변조에서와 같이 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)를 포함하는 다중반송파 변조(105)를 거친 후 전송필터(106)통해 전송된다.

무선채널(107)을 거쳐 사용자 단말로 수신된 신호는 역과정(108~114)을 통해 데이터로 복원된다.

이동통신환경에서 무선채널(107)을 통해 수신된 신호는 다중경로페이딩에 의해 왜곡된다. 수신기는 왜곡된 신호를 복원하기 위해 역확산 과정(112)에서 사용된 코드를 이용한 역확산 이전에 채널등화를 수행한다.

채널추정 과정(110)은 수신된 신호로부터 현재의 채널응답을 추정하고, 추정된 채널응답은 역확산 과정(112)의 채널등화에 이용된다.

일반적으로 하향 링크 신호는 사용자 단말에서의 시간 및 주파수 동기, 채널 추정, 채널 복조를 용이하게 하기 위해 파일롯 신호를 포함한다.

본 발명에서 고려하는 다중반송파 CDMA 방식의 경우, OFDM 방식을 사용하는 무선 랜(LAN) 시스템에서 파일롯 심볼을 전송하는 방법과 마찬가지로, 전송 프레임에서 미리 정해진 심볼 시간과 서브캐리어에서 미리 정해진 심볼들을 전송함으로써 파일롯 신호를 형성할 수 있다. 이러한 파일롯 신호는 적응형 전송을 위한 사용자 단말에서의 채널 상태 측정에도 사용될 수 있다.

일반적인 다중반송파 CDMA 링크에서 사용자 단말은 수신 신호로부터 전송된 데이터를 얻기 위해서, 수신 파일롯 신호를 이용하여 각 심볼 시간에 해당되는 채널 응답을 추정하는 채널 추정 과정과, 추정된 채널 응답으로부터 채널 등화 방식에 따라 등화 계수를 계산하여 수신 심볼에 적용하는 채널 등화 과정을 포함한다.

도 2 는 본 발명에 따른 적응형 하향링크 패킷 전송 방법에 대한 일실시예 설명도로서, 적응형 전송에서 중앙국과 사용자 단말의 역할을 나타낸다.

각 사용자 단말(220)은 중앙국(210)으로부터 하향링크를 통해 수신된 신호의 심볼에 대한 신호 대 총잡음비(Signal-to-Interference-and-Noise Ratio, 이하, "SINR"라 함)를 측정하고 관련 채널 상태 값을 상향링크를 통해 중앙국(210)에 보고한다.

중앙국(210)은 각 사용자 단말(220)로부터 보고된 SINR 관련 파라미터를 바탕으로 각 사용자 단말(220)로 패킷을 전송하기 위해 적응형 무선 자원 할당 과정을 수행한다.

또한, 중앙국(210)은 각 패킷 전송을 위해 전송슬롯, 전송방식(즉, 변조 및 코딩 방식), 전송 전력(즉, 심볼 에너지)을 할당하고, 할당에 따라 각 사용자 단말(220)로 패킷을 전송한다.

도 3 은 본 발명에 따른 적응형 하향링크 패킷 전송 방법에서의 전송프레임을 나타낸 일실시예 설명도로서, 중앙국으로부터 전송되는 하향링크 전송 프레임과 무선자원할당에 의해 할당된 패킷전송을 나타낸다.

하향 링크에서 전송되는 신호는 일정 길이의 전송 프레임(301)을 기준으로 전송된다.

전송 프레임(301)은 무선 자원의 효과적인 활용을 위해 여러 전송슬롯(302)으로 세분화된다.

전송 프레임(301)은 시간 영역에서의 여러 전송 심볼의 그룹에 의한 시 분할과 주파수 영역에서의 서브캐리어의 그룹으로 이루어지는 주파수 분할에 따라 세분화되고, 전송슬롯(302)은 프레임 내에서 특정 심볼 그룹에 해당되는 시간 슬롯과 특정 서브캐리어 그룹에 해당되는 주파수대역으로 구성되는 시간/주파수 슬롯을 의미한다.

도 3에서 전송 프레임(301)은 L_slot개의 전송슬롯(302)으로 분할되어 있고, 각 슬롯에서의 다수의 확산 코드를 사용하여 사용자 패킷을 전송한다.

예를 들면, 첫번째와 두번째 전송슬롯은 사용자 패킷3을 위해 사용되었다.

첫번째 슬롯에서는 7개의 확산코드, 두번째 슬롯에서는 6개의 확산코드가 할당되었고, 전송방식 5가 사용자 패킷 3의 전송을 위해 사용되었다. 이와 같이 중앙국은 각 패킷 전송을 위해 사용될 전송슬롯(302), 각 전송슬롯(302)에서 사용될 확산 코드, 사용될 전송방식과 전송 전력을 결정하고, 전송 프레임(301)을 구성하여 하향링크를 통해 사용자 단말로 전송한다.

먼저, 적응형 전송을 설명하기에 앞서, 중앙국으로부터 전송된 신호를 어떤 사용자 단말이 수신할 때, 도 1의 수신 과정에서 채널등화 및 역확산 이후에 얻어지는 수신 심볼에 대한 신호 대 총잡음비(Signal-to-Interference-and-Noise Ratio, SINR)를 표현하고자 한다. 이는 본 발명의 적응형 전송을 위해 사용된다.

사용자 단말 u에서 i번째 확산 코드를 사용한 임의의 k번째 수신 심볼에 대한 SINR 는 하기 [수학식 1]과 같이 표현된다.

여기서, S_u,k,i는 수신 심볼 전력, I_u,k,i는 간섭 심볼 전력, N_u,k,i는 배경 잡음 전력을 의미하고, 하기 [수학식 2] 내지 [수학식 4]와 같이 표현된다.

상기 [수학식 4]에서 N은 확산 코드의 총 수로서, 왈시-하다마드(Walsh-Hadamard) 코드와 같이 직교 코드를 사용하는 경우 코드 수는 확산 코드의 칩 길이와 확산률(spreading factor)과 같다.

E_k,i는 i번째 확산 코드를 사용한 k번째 전송 심볼에 대한 심볼 에너지이다.

H_u,k,n는 사용자 단말 u의 채널추정 과정에서 추정된 k번째 수신 심볼에 대한 n번째 칩에 해당되는 채널 응답이다.

W_u,k,n는 사용자 단말 u에서 채널등화를 위해 k번째 수신 심볼에 대한 n번째 칩에 해당되는 샘플에 부가되는 등화 계수(Equalizing Coefficient) 값이다.

C_i,n는 i번째 확산 코드에서 n번째 칩에 해당되는 칩 값이다.

N₀는 잡음 전력 밀도로 배경 잡음 전력과 근접 셀로부터 기인하는 셀간 간섭 전력을 포함한다.

수신기의 역확산 과정에서 채널 등화를 위해 사용되는 등화 계수는 하기 [수학식 5] 내지 [수학식 8]과 같은 다양한 채널 등화 방법에 따라 계산된다.

Maximum Ratio Combining(MRC)

Orthogonality Restoring Combining(ORC)

Equal Gain Combining (EGC)

Minimum Mean Square Error Combining (MMSEC)

사용자 단말은 상기 [수학식 5] 내지 [수학식 8]의 등화 계수 방법 중 하나를 이용하여 채널추정과정에서 추정된 각 서브캐리어 또는 각 칩 샘플에 해당되는 채널 응답 H_u,k,n을 바탕으로 k번째 현 심볼에서 각 서브캐리어 또는 각 칩 샘플 n에 해당되는 적절한 등화 계수 W_u,k,n를 계산하고, 이를 채널 등화를 위해 수신 각 칩 샘플에 곱한다.

상기 [수학식 1]의 i번째 확산 코드에 대한 심볼 SINR은 하기 [수학식 9]와 같이 다시 표현될 수 있다.

상기 [수학식 9]에서 와 는 각각 간섭인자(interference factor)와 잡음인자(noise factor)로 하기 [수학식 10]과 [수학식 11]로 정의된다.

간섭인자 는 사용자 단말 u에 수신된 k번째 수신 심볼에서 확산 코드 i를 사용하여 전송된 심볼에 대하여 타 확산 코드 j를 사용하여 전송된 심볼로부터의 간섭 비율을 의미한다.

다중경로페이딩 채널에서는 확산코드 사이의 직교성이 상실되고 간섭인자는 확산코드 사이의 간섭 정도를 반영하는 값이다. 또한, 는 채널 등화 과정에 의한 배경 잡음 전력의 증폭 비율을 의미한다. 사용된 모든 확산 코드에 대해 간섭인자의 평균 를 하기 [수학식 12]와 같이 정의한다.

사용된 모든 확산 코드에 대해 간섭인자의 평균 를 상기 [수학식 12]와 같이 정의하면, 채널 등화 및 역확산 이후의 수신 심볼의 SINR은 하기 [수학식 13]과 같이 표현될 수 있다.

상기 [수학식 13]의 SINR 식에서 와 에 대한 평균 값은 하향 링크 적응형 전송을 위해 사용자 단말에서 측정되고 중앙국에 주기적으로 보고된다.

평균 간섭인자와 평균 잡음인자를 구하기 위해 하나의 전송 프레임에서 총 개의 수신 심볼에 대해 측정이 이루어졌다면, 해당 프레임 시간동안의 평균 간섭인자 와 평균 잡음인자 는 하기 [수학식 14] 및 [수학식 15]와 같이 계산된다.

이를 이용하여 사용자 단말에서 평균적인 수신 심볼 SINR은 하기 [수학식 16]과 같이 표현될 수 있다.

상기 [수학식 16]에서 는 서로 다른 확산 코드를 사용하여 동일 시간에 동시에 전송된 심볼들 사이의 간섭을 추정하는데, 는 해당 사용자 단말의 채널 등화 과정에서 증폭된 잡음 전력을 추정하는데 사용된다.

중앙국은 상기 [수학식 16]에 의해 보고된 두 변수와 사용된 확산 코드의 전송 에너지를 바탕으로 해당 사용자의 수신 SINR을 추정할 수 있다.

한편, 중앙국에서의 적응형 무선 자원 할당 과정을 설명하기 위해, 전송 프레임은 L_slot개의 전송슬롯으로 분할되고, M_MCS개의 전송방식이 사용 가능하다고 가정한다.

또한, 전송방식은 M-ary PSK(Phase Shift Keying) 또는 M-ary QAM(Quadrature Amplitude Modulation)의 특정 변조 방식과 특정 채널 코딩 방식의 조합이다.

전송방식 m에 대해 하나의 전송슬롯에서 하나의 확산 코드를 이용하여 전송할 수 있는 비트의 수는 전송방식에 따라 다르며 X_slot(m) 비트로 표현한다.

전송방식 번호 m이 증가할수록 전송률은 증가하여, m=1 방식이 최소 전송률, m=M_MCS방식이 최대 전송률을 갖는 전송방식으로 가정한다.

전송방식 m에 대해 BER(Bit Error Rate)과 같은 특정 수신 품질을 만족시키기 위해 요구되는 최소 심볼 SINR은 미리 입력된 테이블에 의해 얻으며, 테이블에서 최소 요구 심볼 SINR을 얻는 과정은 하기 [수학식 17]과 같다.

여기서, 는 측정 수신 품질을 위해 요구되는 BER이다.

특정 전송슬롯에서 N_code개의 확산 코드를 동시에 이용하여 사용자 단말 u에게 데이터를 전송하고, 전송 심볼에 사용될 수 있는 최대 전송 에너지를 E_max라 할 때, 전송 에너지를 각 확산 코드 심볼에 균일하게 분배하면, 각 확산 코드에 대한 수신 심볼 SINR 은 하기 [수학식 18]과 같이 표현될 수 있다.

상기 [수학식 18]에서 와 는 사용 확산 코드와 심볼 시간과 관계없이 평균화된 간섭인자와 잡음인자를 의미한다.

수신 심볼 SINR은 특정 수신 품질을 만족시키기 위해 요구되는 최소 심볼 SINR 값을 만족시켜야 하며(즉 ≥), 이를 위해 동시 전송 가능한 확산 코드의 수는 하기 [수학식 19]와 같이 얻을 수 있다.

또한, 사용 확산 코드 수는 정수 개이어야 하므로, 동시 전송 가능한 최대 코드 수는 하기 [수학식 20]과 같다.

또한, 각 확산 코드에 대한 심볼 에너지를 E_code라 할 때, 심볼 SINR은 하기 [수학식 21]과 같이 쓸 수 있다.

마찬가지로, 수신 심볼 SINR이 ≥를 만족시키기 위한 최소 심볼 에너지는 하기 [수학식 22]로 구할 수 있다.

본 발명에 따른 적응형 전송에 있어서 사용자 단말은 파일롯 신호로부터 추정된 채널 응답과 등화 계수를 이용하여 채널 상태를 추정하고 이를 중앙국에 보고한다.

채널 상태로 보고되는 값으로는 상기한 바와 같이 중앙국에서 수신 SINR을 예측할 수 있도록 평균 간섭인자와 평균 증폭 잡음 전력이 이에 해당된다. 이를 위해 사용자 단말은 상기 [수학식 14] 및 [수학식 15]를 이용하여 평균 간섭인자와 평균 잡음인자를 계산한다.

간섭인자 계산에서, 동시에 전송된 확산 코드로는 모든 확산 코드가 사용되고, 각 확산 코드에 대한 심볼 에너지로는 파일롯 심볼과 동일한 심볼 에너지로 적용된 것으로 가정하여 계산한다. 이는 실제 적응형 전송이 이루어지는 대상은 파일롯 심볼이 아닌 패킷을 구성하는 데이터 심볼이고, 파일롯 심볼의 경우 특정한 확산 코드 하나만이 사용되거나 확산 코드가 전혀 사용되지 않기 때문이다.

평균 증폭 잡음 전력은 평균 잡음인자와 사용자 단말에서 추정된 잡음 전력 밀도를 곱함으로써 얻어진다. 이러한 과정을 통해 사용자 단말은 각 프레임마다 평균화된 간섭인자 와 증폭 잡음 전력 를 얻고, 이를 보고 주기에 따라 상향링크를 통해 중앙국에 보고한다. 이때, 보고 주기는 수 프레임 또는 수 십 프레임에 해당되는 시간이 될 수 있으며, 보고 주기가 한 프레임 이상이 될 경우 해당 주기 시간에 대해 평균화된 값을 보고한다.

중앙국은 각 사용자 단말로부터 보고된 간섭인자와 증폭 잡음 전력을 이용하여 각 사용자 단말로 전송될 패킷을 위해 무선 자원(즉, 전송슬롯, 확산코드, 전송방식, 전송전력)을 할당한다.

무선자원할당 과정은 전송 프레임 시간마다 실행된다. 어떤 사용자 단말 u로 전송할 패킷의 크기가 X_req비트이고, 채널 상태 보고로 와 가 보고되었다고 할 때, 해당 패킷 전송을 위해 중앙국은 다음과 같은 무선자원할당 과정을 수행한다.

도 4 는 본 발명에 따른 적응형 하향링크 패킷 전송 방법 중 무선 자원 할당 과정에 대한 일실시예 흐름도이다.

먼저, 할당될 패킷이 있음을 확인하고(401), 각 전송방식 m=M_MCS,...,1에 대해 다음의 과정(402~417)을 수행한다.

그리고, 각 전송슬롯 l= 1,...,l_slot 에 대해 다음의 과정(403~417)을 수행한다.

슬롯 l이 이미 타 패킷 전송을 위해 할당되었다면(406) 하기 [수학식 23]과 같이 설정하고, 다음 전송슬롯 "l+1"부터 '404' 과정을 수행한다.

N_code(l,m)=0

E_code(l,m)=0

X_alloc(l,m)=0

다음으로, 하기 [수학식 24]와 [수학식 25]를 이용하여 슬롯 l에서 요구되는 확산 코드의 수 N_req(l,m)와, 사용 가능한 최대 확산 코드 수 N_sup(l,m)를 구하고, [수학식 26]과 같이 세 개의 값, N_req(l,m), N_sup(l,m), N중 최소 값을 현 슬롯에서 할당될 확산 코드의 수 N_code(l,m)로 한다(408).

다음으로, 슬롯 l에서 "N_code(l,m)>0"임을 확인하고(409), 심볼 에너지 E_code(l,m)(410)와 할당된 비트 수 X_alloc(l,m)(411)를 하기 [수학식 27]과 [수학식 28]을 이용하여 계산한다.

현재까지의 슬롯에서 할당된 총 비트 수 X_alloc(m)를 하기 [수학식 29]와 같이 계산한다(412).

만약, X_alloc(m)=X_req임을 확인하고(413) 다음을 수행한다.

전송방식 m=M_MCS,...,1에 대해 최대 비트 수로 할당 가능한 전송방식 M^*을 하기 [수학식 30]과 같이 선택한다(414).

선택된 전송방식 m^*에 대해, 각 전송슬롯에서 할당된 확산 코드 수 N_code(l,m^*), 심볼 에너지 E_code(l,m^*), 비트 수 Xalloc(l,m ^*)를 구하여 할당한다(415).

즉, 본 발명에 따른 적응형 하향링크 패킷 전송 방법은, 먼저 각 전송방식에 대해 할당 가능한 비트 수를 계산하고(401~413), 전송방식 중 가장 많은 비트 수, 즉 가장 높은 전송률로 전송 가능한 전송방식을 선택한다(414). 그리고, 선택된 전송방식을 사용하여 할당을 수행한다(415).

또한, 상기 각 전송방식에 대해 할당 가능한 비트 수를 계산하는 과정(401~413)에서 해당 전송방식에 대해 이미 선택 및 계산된 전송슬롯, 각 전송슬롯에서의 확산 코드 및 전송 전력을 할당한다.

상기한 바와 같은 무선자원할당 과정은 더 이상 할당될 사용자 패킷이 없거나, 사용 가능한 전송슬롯이 없을 때까지 각 사용자 패킷에 대해 반복 수행한다.

또한, 무선자원할당 과정은 각 사용자 단말이 보고한 채널상태 변수에 따라 최적의 전송방식과 이를 이용한 전송슬롯, 확산코드, 전송전력을 할당함으로써, 각 사용자 단말의 채널 상태에 따른 적응형 전송이 이루어지도록 한다.

상기한 바와 같은 적응형 전송에 있어서, 사용자 단말은 중앙국에 자신의 채널 상태를 알리기 위해 평균 간섭인자와 평균 증폭 잡음 전력을 계산하고 이를 상향링크를 통하여 보고한다. 이러한 사용자 단말에서의 계산과 상향링크를 통한 보고를 위한 신호 전송은 사용자 단말이 복잡도가 증가하고 상향링크에서의 오버헤드와 간섭 증가를 초래할 수 있다. 따라서, 간단화된 채널 상태 추정과 보고를 위해 본 발명은 또 하나의 적응형 전송 방법과 적응형 무선자원할당을 제시한다.

간단화된 방식에서, 각 사용자 단말은 파일롯 채널로부터 평균 간섭인자와 평균 증폭 잡음 전력을 측정하고 보고하는 대신에, 파일롯 채널의 평균 수신 SINR만을 측정하고 보고한다.

중앙국의 무선자원할당 과정은 상기 각 확산코드에 대한 심볼 에너지 할당 과정을 제외하고 앞의 방식과 동일하다.

사용자 단말 u로부터 측정 보고된 파일롯 채널의 SINR을 라 할 때, 상기 [수학식 27]의 심볼에너지 계산은 하기 [수학식 31]과 같이 변경된다.

상기 [수학식 31]에서 E_pilot는 파일롯 채널을 통해 전송된 파일롯 심볼 에너지이다. 이러한 심볼 에너지 할당은 동일 전송슬롯에서 다수의 확산코드를 이용하여 전송될 경우 서로 다른 확산코드 사이의 간섭을 고려하지 않고 있다. 따라서, 다중경로페이딩 채널의 주파수 선택성이 클 경우, 확산코드 사이의 간섭 증가로 패킷 오류가 증가될 수 있다. 그러나, 사용자 단말에서의 채널 상태 추정 과정을 간소화시킬 수 있으며, 상향링크를 통한 보고에서 시그널링 오버헤드를 감소시킬 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

상기한 바와 같은 본 발명은, 다중반송파 코드분할다중접속 시스템(예 : 다중반송파 CDMA 방식을 사용하는 위성/이동통신시스템 등)에서 주파수 선택적 페이딩에 대한 적응이 아닌 사용 대역 전반에 걸친 채널의 평균적인 느린 변화에 대한 적응적인 패킷 전송을 제공하고, 다중반송파 CDMA 방식을 사용하는 시스템에서 사용자 단말의 수신 방식과 실질적인 데이터 채널에 대한 채널 상태를 추정할 수 있어, 다중반송파 코드분할다중접속 시스템(예 : 다중반송파 CDMA 방식을 적용한 이동통신시스템 등)에서 사용자 채널의 상황 변화에 따른 적응형 패킷 전송 서비스를 효과적으로 제공할 수 있는 효과가 있다.

도 1 은 본 발명이 적용되는 다중반송파 코드분할다중접속 시스템의 일실시예 구성도.

도 2 는 본 발명에 따른 적응형 하향링크 패킷 전송 방법에 대한 일실시예 설명도.

도 3 은 본 발명에 따른 적응형 하향링크 패킷 전송 방법에서의 전송프레임을 나타낸 일실시예 설명도.

도 4 는 본 발명에 따른 적응형 하향링크 패킷 전송 방법 중 무선 자원 할당 과정에 대한 일실시예 흐름도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

101 : 채널부호화 102 : 심볼매핑

103 : 확산 104 : 다중화

105 : 다중반송파 변조 106 : 전송필터

107 : 무선채널 108 : 수신필터

109 : 다중반송파 복조 110 : 채널추정

111 : 역다중화 112 : 역확산

113 : 심볼역매핑 114 : 채널복호화

Claims

다중반송파 코드분할다중접속 시스템에서 적응형 하향링크 패킷 전송 방법에 있어서,

상기 사용자 단말이 하향링크 파일롯 채널을 수신하여 채널 상태를 나타내는 변수로 채널등화 및 역확산 과정 이후의 수신 심볼 SINR(Signal-to-Interference-and-Noise Ratio)를 측정하는 SINR 측정 단계;

상기 측정한 SINR로부터 동시 전송 확산코드 사이의 평균 간섭인자와 타 셀 간섭 전력과 배경 잡음 전력을 포함한 평균 잡음 전력을 측정하여 상향링크를 통해 중앙국으로 전송하는 측정 보고 단계; 및

상기 중앙국이 사용 가능한 전송슬롯이 부족하거나 할당할 패킷이 없을 때까지, 상기 사용자 단말들로부터 보고된 평균 간섭인자와 평균 잡음 전력을 바탕으로 상기 사용자 단말로의 각 패킷 전송을 위해, 전송 프레임에서 전송슬롯, 각 전송슬롯에서의 사용 확산코드 수, 확산 코드당 심볼 에너지, 각종 변조 및 코딩 방식의 조합인 전송방식을 선정하여 적응형 무선자원을 할당하는 적응형 무선자원 할당 단계

를 포함하는 다중반송파 코드분할다중접속 시스템에서 적응형 하향링크 패킷 전송 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 SINR 측정 단계의 하향링크는,

공유채널에서 전송되는 신호가 일정 길이의 전송 프레임을 기준으로 분할되고, 상기 전송 프레임은 시간 영역에서의 여러 전송 심볼의 그룹에 의한 시분할과 주파수 영역에서의 서브캐리어의 그룹으로 이루어지는 주파수 분할에 따라 세분화되고, 각 전송슬롯이 프레임 내에서 특정 심볼 그룹에 해당되는 시간 슬롯과 특정 서브캐리어 그룹에 해당되는 주파수 대역으로 구성되는 시간/주파수 슬롯이며, 상기 전송슬롯에서 소정의 직교확산코드를 사용하여 패킷을 전송하는 것을 특징으로 하는 다중반송파 코드분할다중접속 시스템에서 적응형 하향링크 패킷 전송 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 사용자 단말은,

상기 하향링크 파일롯 채널로부터 채널등화 및 역확산 과정 이후의 수신 심볼 SINR(Signal-to-Interference-and-Noise Ratio), 평균 간섭인자, 평균 잡음인자, 평균 잡음 전력을 측정하는데 있어, 하기 [수학식]을 이용하는 것을 특징으로 하는 다중반송파 코드분할다중접속 시스템에서 적응형 하향링크 패킷 전송 방법.

[수학식]

수신 심볼 SINR :

평균 간섭인자 :

평균 잡음인자 :

평균 잡음 전력 :
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 적응형 무선자원 할당 단계는,

각 전송방식에 대해 할당 가능한 비트 수를 계산하는 비트 수 계산 단계;

상기 전송방식 중 가장 많은 비트 수로 전송 가능한 전송방식을 선택하는 전송방식 선택 단계; 및

상기 선택한 전송방식을 사용하여 무선자원을 할당하는 무선자원 할당 단계

를 포함하는 다중반송파 코드분할다중접속 시스템에서 적응형 하향링크 패킷 전송 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 비트 수 계산 단계는,

하기 [수학식 2] 내지 [수학식 4]를 이용하여 슬롯에서 요구되는 확산 코드의 수 N_req(l,m)와, 사용 가능한 최대 확산 코드 수 N_sup(l,m)를 구하고, 상기 확산 코드의 수 N_req(l,m), 사용 가능한 최대 확산 코드 수 N_sup(l,m), 확산 코드의 총 수 N 중 최소 값을 현 슬롯에서 할당될 확산 코드의 수 N_code(l,m)로 하는 단계;

상기 슬롯에서 상기 현 슬롯에서 할당될 확산 코드의 수 "N_code(l,m)>0"임을 확인하고, 심볼 에너지 E_code(l,m)와 할당된 비트 수 X_alloc(l,m)를 하기 [수학식 5]와 [수학식 6]을 이용하여 계산하는 심볼 에너지 및 할당된 비트 수 계산 단계;

현재까지의 상기 슬롯에서 할당된 총 비트 수 X_alloc(m)를 하기 [수학식 7]을 이용하여 계산하는 단계; 및

상기 슬롯에서 할당된 총 비트 수와 상기 사용자 단말로 전송할 패킷의 크기(X_alloc(m)=X_req)가 같음을 확인하는 단계

를 포함하는 다중반송파 코드분할다중접속 시스템에서 적응형 하향링크 패킷 전송 방법.

[수학식 2]

[수학식 3]

[수학식 4]

[수학식 5]

[수학식 6]

[수학식 7]
제 4 항에 있어서,

상기전송방식 선택 단계는,

상기 전송방식에 대해 최대 비트 수로 할당 가능한 전송방식 M^*을 하기 [수학식 8]과 같이 선택하는 것을 특징으로 하는 다중반송파 코드분할다중접속 시스템에서 적응형 하향링크 패킷 전송 방법.

[수학식 8]
제 4 항에 있어서,

상기 무선자원 할당 단계는,

상기 선택한 전송방식 m^*에 대해, 각 전송슬롯에서 할당된 확산 코드 수 N_code(l,m^*), 심볼 에너지 E_code(l,m^*), 비트 수 Xalloc(l,m ^*)를 구하여 할당하는 것을 특징으로 하는 다중반송파 코드분할다중접속 시스템에서 적응형 하향링크 패킷 전송 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 측정 보고 단계는,

상기 사용자 단말의 측정 보고를 위해 하향링크 파일롯 채널로부터 채널등화 및 역확산 과정 이후의 평균 수신 심볼 SINR을 측정 보고하고, 상기 중앙국은 심볼 에너지를 할당하는데 있어 상기 추정된 평균 수신 심볼 SINR을 이용하는 것을 특징으로 하는 다중반송파 코드분할다중접속 시스템에서 적응형 하향링크 패킷 전송 방법.
제 5 항에 있어서,

상기 심볼 에너지 및 할당된 비트 수 계산 단계는,

상기 슬롯에서 상기 현 슬롯에서 할당될 확산 코드의 수 "N_code(l,m)>0"임을 확인하고, 심볼 에너지 E_code(l,m)와 할당된 비트 수 X_alloc(l,m)를 하기 [수학식 9]와 [수학식 10]을 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 다중반송파 코드분할다중접속 시스템에서 적응형 하향링크 패킷 전송 방법.

[수학식 9]

[수학식 10]