KR20060033654A - Digital communication method using orthogonal frequency hopping multiple access scheme in a synchronized uplink - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이동 데이터 통신 서비스를 제공하는 시스템에서 고속, 중속, 저속의 다양한 데이터 서비스를 요구하는 제2통신국들을 그 전송률 특성에 따라 분류하고 이를 혼합하여 운영하는 무선자원관리에 관한 디지털 통신 방식에 관한 것이다.
본 발명에서는 제1통신국과 동기되어 있는 복수의 제2통신국들로 구성된 직교 주파수 분할 다중화 방식(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템에서 저속의 데이터 서비스를 요구하는 제2통신국 그룹에서 주파수 도약 패턴을 이용하여 다중 접속을 허용할 경우 생기는 주파수 도약 패턴 충돌의 검출 및 제어 동작을 포함하고, 저속의 데이터 서비스를 요구하는 제2통신국 그룹과 중속, 고속의 데이터 서비스를 요구하는 제2통신국 그룹이 혼재하는 이동 데이터 통신 시스템의 유연성을 크게 향상 시키고 사업자에게는, 값싸고 손쉽게 운영되는 저속 데이터 서비스 모델을 제시한다.
이동데이터통신, 다중사용자무선접속, 직교주파수도약다중접속, 상향링크접속, 통계적다중화, 무선자원관리
The present invention relates to a digital communication method for radio resource management in which second communication stations requiring various data services of high speed, medium speed, and low speed are classified according to their transmission rate characteristics and mixed and operated in a system providing a mobile data communication service. will be.
In the present invention, a frequency hopping pattern is used in a group of second communication stations that require low-speed data service in an Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) system including a plurality of second communication stations synchronized with the first communication station. Mobile communication, which includes the detection and control of frequency hopping pattern collisions caused by allowing multiple accesses, and the group of second communication stations that require low-speed data services and the group of second communication stations that require medium-speed and high-speed data services. It greatly enhances the flexibility of data communication systems and offers operators a low-cost data service model that is cheap and easy to operate.
Mobile data communication, multi-user wireless access, orthogonal frequency hopping multiple access, uplink access, statistical multiplexing, radio resource management
Description
도 1은 종래 기술 및 본 발명의 실시 예에 따른 제1통신국과 제2통신국을 도시하는 시스템 개념도이다.1 is a system conceptual diagram illustrating a first communication station and a second communication station according to the prior art and an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제2통신국에서 제1통신국으로의 상향링크의 동기를 맞추는 과정을 도시하는 시스템 개념도이다.2 is a system conceptual diagram illustrating a process of synchronizing an uplink from a second communication station to a first communication station according to an embodiment of the present invention.
도 3은 종래의 기술 중 동기가 맞춰지지 않은 상향 링크 접속의 특성을 도시하는 개념도이다.3 is a conceptual diagram illustrating characteristics of an uplink connection that is not synchronized in the prior art.
도 4는 종래 제안되고 있는 OFDM 기반의 이동 데이터 통신 시스템에서 사용되는 프레임 구조이다.4 is a frame structure used in a conventionally proposed OFDM-based mobile data communication system.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제2통신국을 분류하는 개념도이다.5 is a conceptual diagram of classifying a second communication station according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 상,하향링크 데이터 전송을 위한 프레임 구조이다.6 is a frame structure for uplink and downlink data transmission according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 제2통신국의 구조도이다.7 is a structural diagram of a second communication station according to an embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제1통신국의 구조도이다.8 is a structural diagram of a first communication station according to an embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 제2통신국에서 제1통신국으로의 상향링크의 다중 접속 방식과 도약 패턴 충돌 검사 및 제어을 도시하는 개념도이다.9 is a conceptual diagram illustrating an uplink multiple access scheme and a jump pattern collision check and control from a second communication station to a first communication station according to an embodiment of the present invention.
도 10은 각 제2통신국의 데이터가 직교하는 심벌들을 이용하여 변조되고, 본 발명의 실시예에 따라 도약 패턴 충돌 시, 전송된 복수 개의 데이터의 동일성 여부를 판단하고 제어하는 과정을 예시하는 개념도이다FIG. 10 is a conceptual diagram illustrating a process of determining and controlling the equality of a plurality of transmitted data when a data of each second communication station is modulated by using orthogonal symbols and in a collision pattern collision according to an embodiment of the present invention.
도 11은 각 제2통신국의 데이터가 직교하지 않은 심벌들을 이용하여 변조되고, 본 발명의 실시예에 따라 도약 패턴 충돌 시, 전송된 복수 개의 데이터의 동일성 여부를 판단하고 제어하는 과정을 예시하는 개념도이다FIG. 11 is a conceptual diagram illustrating a process of determining and controlling the identity of a plurality of transmitted data when a data of each second communication station is modulated using symbols that are not orthogonal and in a collision pattern collision according to an embodiment of the present invention. to be
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 제어 채널이 따로 존재하는 상황에서의 주파수 도약 기반의 다중 접속 방식의 복호를 나타내는 개념도이다.12 is a conceptual diagram illustrating decoding of a frequency hopping based multiple access scheme in a situation where a control channel is separately present according to an embodiment of the present invention.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 제어 채널이 따로 존재하지 않는 상황에서의 주파수 도약 기반의 다중 접속 방식의 복호를 나타내는 개념도이다.FIG. 13 is a conceptual diagram illustrating decoding of a frequency hopping based multiple access scheme in a situation in which a control channel does not exist separately according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 이동 데이터 통신 서비스를 제공하는 시스템에서 고속, 중속, 저속의 다양한 데이터 서비스를 요구하는 제2통신국들을 그 전송률 특성에 따라 분류하고 저속의 데이터 서비스를 요구하는 제2통신국 그룹의 데이터를 통계적 다중화 특성을 이용하여 효과적으로 다중화 전송하는 주파수 도약 다중 접속 방식과 중속, 고속의 데이터 서비스를 요구하는 제2통신국들의 데이터는 기존의 방식대로 스케쥴링하여 통 신하게 하는 방식을 혼합하여 운영하는 무선자원관리방식의 디지털 통신 방식에 관한 것이다.The present invention categorizes second communication stations requiring various data services of high speed, medium speed, and low speed according to their transmission rate characteristics in the system providing mobile data communication service, and statistically classifies data of the group of second communication stations requiring low speed data service. Frequency resource multiplexing using multiplexing characteristics, the radio resource management method operates by combining a method of scheduling and communicating data of a second communication station requiring a medium-speed and high-speed data service according to a conventional method. Relates to a digital communication scheme.
종래 OFDM 기반 시스템에서의 무선 접속 기술은 크게 3가지로 분류가 된다.In the conventional OFDM-based system, radio access technologies are classified into three types.
첫째는 OFDM-FDMA 형태이다. The first is OFDM-FDMA type.
OFDM-FDMA에서는 데이터 전송을 위하여 OFDM 전송기술을 사용하면서 제2통신국의 구별은 주파수 영역에서 이루어진다. 최근 다중 사용자 다이버시티(Multiuser diversity)기술을 이용하는 스케쥴링 기법이 활발히 연구되고 있으며, 주파수 도약을 통하여 제2통신국을 구별하는 FH-OFDMA 등의 기술은 셀 내 제2통신국간 간섭이 없고 인접 셀 간섭을 평균화 시킬 수 있는 기술로 셀룰라 망에 적합한 평가를 받고 있다. In OFDM-FDMA, the second communication station is distinguished in the frequency domain while using the OFDM transmission technique for data transmission. Recently, a scheduling scheme using multiuser diversity technology has been actively studied, and a technique such as FH-OFDMA, which distinguishes a second communication station through frequency hopping, has no interference between second communication stations in a cell, As a technique that can be averaged, it is being evaluated for cellular networks.
OFDM 기반 시스템에서 무선 접속 기술 중, 또 다른 형태는 OFDM-TDMA 형태이다. 이 방식에서는 제2통신국을 시간 영역에서 구별한다. 따라서 특정 시간에는 모든 OFDM 부반송파를 특정 제2통신국이 모두 사용하게 되고, 다음 전송 구간에서 어떤 제2통신국이 데이터를 전송할지 결정하는 스케쥴링 알고리즘이 필요하다. Among wireless access technologies in an OFDM based system, another form is OFDM-TDMA. In this way, the second communication station is distinguished in the time domain. Therefore, at a specific time, all OFDM subcarriers are used by a specific second communication station, and a scheduling algorithm is needed to determine which second communication station transmits data in a next transmission interval.
OFDM 기반 시스템에서의 마지막 무선 접속 기술은 OFDM-CDMA 형태이다. 이 기술은 제2통신국들이 다수의 부반송파를 공유하지만, 각각이 서로 다른 직교 부호를 사용하여 데이터를 전송하게 하는 기술이다. The last radio access technology in an OFDM based system is in the form of OFDM-CDMA. This technique allows the second communication stations to share multiple subcarriers, but each transmits data using different orthogonal codes.
3가지 기술 모두 상향링크에서 동기가 맞추어지지 않으면 사용하는 직교 자원(주파수, 시간, 부호)의 직교성이 손상되어 시스템 성능을 저하하는 원인이 된다. If the three technologies are not synchronized in the uplink, the orthogonality of the orthogonal resources (frequency, time, sign) used is impaired, which causes a decrease in system performance.
도 3은 상향링크에서 이러한 비동기성을 설명하는 블록도이다.3 is a block diagram illustrating this asynchronousness in uplink.
이동 데이터 통신 서비스를 위한 OFDMA 시스템에서는 상,하향링크의 데이터 전송을 위하여 제1통신국에서 프레임에 포함된 상,하향링크상에서의 제2통신국들의 프레임 구성 정보를 프레임 시작점에서 알려주는 제어신호를 송신한다. 이를 맵(MAP)정보라고 하는데, 이 정보에는 상,하향 링크의 제2통신국 구성정보와 각 제2통신국으로 가는 데이터 전송 형식(부반송파 번호, 사용된 변조 방식, 사용된 부호화율, 전송 모드 등), HARQ(Hybrid Automatic Repeat Request) 정보 등을 포함한다. 또한 데이터 버스트가 전송될 때, 2가지의 전송 모드가 적용될 수 있는데, AMC(Adaptive Modulation and Coding) 모드와 다이버시티(Diversity) 모드가 바로 그것이다. 제안되고 있는 이동 데이터 통신 시스템에서는 저속의 사용자그룹의 데이터를 이러한 프레임 안에 스케쥴링하여 전송하게 된다. In an OFDMA system for a mobile data communication service, a control signal for transmitting frame configuration information of second communication stations on uplink and downlink included in a frame is transmitted from a first communication station to a frame start point for data transmission of uplink and downlink. . This information is called map (MAP) information, which includes information on the configuration of the second communication station on the uplink and downlink and the data transmission format (subcarrier number, modulation scheme used, coding rate, transmission mode, etc.) to each second communication station. And HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request) information. In addition, when a data burst is transmitted, two transmission modes may be applied, namely, adaptive modulation and coding (AMC) mode and diversity mode. In the proposed mobile data communication system, data of a low-speed user group is scheduled and transmitted in such a frame.
도 4는 이동 데이터 통신 시스템의 프레임 구조도를 나타낸다. 프레임에서 실제 상,하향링크의 제2통신국의 데이터가 실려 전송되는 구간은 데이터 버스트(burst)이다. 프레임은 전체적으로 하향 링크와 상향 링크로 구성되는데, 하향링크 데이터 버스트(421~428)가 먼저 나오고, 일정 시간의 보호 구간(451)이 삽입된 후, 상향링크 데이터(441~445))들이 전송된다. 어떤 제2통신국이 어떤 주파수, 시간 자원을 이용하여 어떠한 형식으로 전송이 되는지 셀 내의 모든 제2통신국에게 알려주기 위하여 프레임의 맨 처음에 이러한 정보를 알리는 제어 신호(MAP)가 전송(411~418)된다. 주목해야 할 것은 이러한 제어 신호는 셀 내의 모든 제2통신국이 수신해야 하므로, 가장 낮은 변조방식과 부호율을 적용해야 하고 실제 데이터와 비교하여 데이터의 양에 비해 많은 양의 자원이 필요하게 된다는 것이다. 프레임 내 상향 링크의 시작은 상향링크 제어 채널들로 이루어진다. CQI CH(431)는 각 제2통신국의 채널 상황을 제1통신국 에 알려주는 용도로 사용되고 ACK CH(432)은 수신된 데이터 버스트에 대한 승인용으로 사용되며, Raging(433)은 상향링크 동기화 또는 상향 링크 대역 요구, 호 설정등을 위해 사용된다.4 shows a frame structure diagram of a mobile data communication system. In the frame, the period in which the data of the second communication station of the actual uplink and downlink is carried and transmitted is a data burst. The frame is composed of downlink and uplink as a whole.
그러나, 상기 종래기술에서는 제2통신국에서 제1통신국으로의 수용할 수 있는 채널에 한계가 있고, 한정된 직교 주파수의 활용도에 한계가 있으며, 불필요한 채널 할당 및 반납을 위한 제어 신호 트래픽이 증가하고, 상향 링크의 전송 스케줄링 과정 복잡하고, 제2통신국에서 요구되는 버퍼용량 증가, 데이터 전송 지연 시간 증가, 인접 셀로의 핸드오프시 부담, 상향링크 스케쥴링 복잡도 및 상향 링크 구성을 위한 신호 체계가 복잡하다는 문제점이 있다.However, in the prior art, there is a limit to an acceptable channel from the second communication station to the first communication station, there is a limit on the utilization of the limited orthogonal frequency, the control signal traffic for unnecessary channel allocation and return increases, and There is a problem in that the transmission scheduling process of the link is complicated and the buffer capacity required by the second communication station is increased, the data transmission delay time is increased, the burden on handoff to an adjacent cell, the uplink scheduling complexity, and the signaling scheme for uplink configuration are complicated. .
이동 데이터 통신 서비스에서는 중속, 고속의 데이터 서비스와 저속의 데이터 서비스가 혼재하게 될 것이다. 이러한 상황에서 기존의 시스템에서 제안하고 있는 자원 관리 방식처럼 모든 유형의 서비스를 동일한 자원관리방식에 의해 관리할 경우, 스케쥴링 방식의 복잡도와 시그널링 오버헤드의 양이 급격히 증가하게 된다.In mobile data communication services, medium speed, high speed data services, and low speed data services will be mixed. In such a situation, when all types of services are managed by the same resource management method as the resource management method proposed by the existing system, the complexity of the scheduling method and the amount of signaling overhead increase rapidly.
그러므로 이동 데이터 통신 서비스를 위해 제안된 종래의 시스템에서, 무선 자원의 운영 방식을 개선하여 앞서 언급한 기존의 이동 인터넷 통신 시스템이 사용하는 자원관리방식의 단점을 해결하고 효과적인 데이터 서비스의 모델을 제시할 필요가 있다.Therefore, in the conventional system proposed for the mobile data communication service, it is possible to solve the disadvantages of the resource management method used by the existing mobile Internet communication system by improving the operation of radio resources and to present an effective data service model. There is a need.
더욱 상세하게 제1통신국에 동기되어 있는 복수개의 제2통신국으로 구성되는 직교 OFDM 기반의 통신 시스템에서 제1통신국은 요구하는 서비스에 따라 제2통신국을 고속, 중속, 저속 서비스로 분류하고 저속 데이터 서비스를 요구하는 제2통신국에 대 하여 제1통신국은 제2통신국들에게 부반송파를 도약할 수 있는 제2통신국 고유의 무작위적 주파수 도약 패턴을 할당하고 제2통신국들은 도약 패턴에 따라 임의의 시간에 제어 신호 없이 통신을 시도하는 방식이 필요하다. 이 때 도약 패턴의 무작위적 특성으로 인하여 제2통신국들 사이에서는 도약 패턴간의 충돌이 일어날 수 있는데, 이러한 충돌이 발생할 경우 제1통신국에서 충돌의 발생 여부를 조사하는 단계와 충돌된 제2통신국들의 데이터 심벌의 동일성 여부를 판단하는 방식, 충돌이 발생된 심벌을 제어하는 방식이 필요하다. 또한 제1통신국에서는 제2통신국에서 사용된 변조 방식에 따라 충돌된 심벌의 동일성 여부를 판단할 수 있는 경우와 판단할 수 없는 경우에서의 충돌 제어 기술이 필요하다. 또한, 상향링크에서 제2통신국의 전송 여부, 또는, 정보의 유무에 대한 제어 정보를 분리되어 정의된 상향링크 제어 채널을 이용하여 제1통신국에 알려주는 방식과 특별한 제어 채널을 정의하지 않고 제1통신국이 수신된 데이터를 검사하여 각 제2통신국의 정보의 전송 여부를 판단하는 신호체계를 필요로 한다.More specifically, in an orthogonal OFDM-based communication system composed of a plurality of second communication stations synchronized with the first communication station, the first communication station classifies the second communication station into a high speed, medium speed, and low speed service according to a required service, and performs a low speed data service. For a second communication station that requires a first communication station, the first communication station assigns to the second communication stations a random frequency hopping pattern unique to the second communication station capable of hopping subcarriers, and the second communication station controls at any time according to the hopping pattern. There is a need for a way of trying to communicate without a signal. At this time, due to the random nature of the hopping pattern, collision between the hopping patterns may occur between the second communication stations. When such a collision occurs, the step of investigating whether a collision has occurred in the first communication station and the data of the colliding second communication stations are performed. There is a need for a method of determining whether a symbol is identical or a method of controlling a symbol in which a collision occurs. In addition, the first communication station needs a collision control technique in a case where it is possible to determine whether or not the collision symbol is identical according to the modulation scheme used in the second communication station. In addition, a method of notifying a first communication station using an uplink control channel defined separately and transmitting control information on whether or not a second communication station is transmitted or not in the uplink and a first control channel without defining a special control channel There is a need for a signaling system in which the communication station inspects the received data to determine whether to transmit information of each second communication station.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 종래의 제2통신국에서 제1통신국으로의 접속 기술들이 주파수, 시간, 직교 부호 등의 직교 주파수 또는 Pseudo-Noise (PN) 부호 등의 낮은 상관도를 갖는 주파수들을 사용하여 제1통신국에 접속을 시도했던 것과 같이 일괄적인 자원관리 방식에 따라 제어되던 것을 활성도가 낮거나 저속의 데이터 서비스는 직교 주파수 도약 다중화 방식을 통하여 통계적으로 다중화하는 접속 방식을 이용하고 중, 고속의 서비스는 스케쥴 링에 기반한 자원관리 방식을 혼합하여 사용함으로써, 더 많은 제2통신국에서 제1통신국으로의 채널 수용, 한정된 직교 주파수의 활용도 증가, 불필요한 채널 할당 및 반납을 위한 제어 신호 트래픽 감소, 상향 링크의 전송 스케줄링 과정 완화, 제2통신국에서 요구되는 버퍼용량 감소, 데이터 전송 지연 시간 감소, 인접 셀로의 부담 없는 핸드오프, 상향링크 스케쥴링 복잡도 감소 및 상향 링크 구성을 위한 신호 체계 간략화 등을 달성할 수 있는 디지털 통신 방식을 제공하는데 있다.The present invention is to solve the problems of the prior art, an object of the present invention is to connect the conventional technology from the second communication station to the first communication station orthogonal frequency, such as frequency, time, orthogonal code or Pseudo-Noise (PN) The low-activity or low-speed data service was controlled statistically by using the orthogonal frequency hopping multiplexing method. By using a multiplexing access scheme and using a mix of scheduling-based resource management schemes for medium and high-speed services, more channels are accepted from the second station to the first station, increased utilization of limited orthogonal frequencies, and unnecessary channel allocation. Control signal traffic for return and return, mitigation of uplink transmission scheduling, and To provide the required buffer capacity is decreased, the data transmission delay time decreases, the digital communication system capable of achieving the load of the adjacent cell is not handed off, such as the UL scheduling complexity reduces uplink signaling configuration simplified for that.
본 발명의 다른 목적은 그 물리적 특성이 현재 제안되고 있는 OFDMA 기반의 이동 데이터 통신 시스템의 다이버시티 모드와 유사하므로, 제안된 프레임 구조에 따라 현 프레임 구조를 약간 수정하고 개선하여 현재 제안되고 있는 이동 데이터 통신 시스템의 성능을 크게 향상 시키는 것을 그 목적으로 한다.Another object of the present invention is that the physical characteristics are similar to the diversity mode of the currently proposed OFDMA-based mobile data communication system, so that the current frame structure is slightly modified and improved according to the proposed frame structure, and the currently proposed mobile data is improved. The aim is to significantly improve the performance of a communication system.
본 발명의 또 다른 목적은 저속의 데이터 요구 제2통신국이 사용할 주파수 영역과 중속, 고속의 데이터 서비스 요구 제2통신국들이 허용할 주파수 영역을 적응적으로 변화시킴으로써, 이동 데이터 통신 시스템의 유연성을 크게 향상 시키고 사업자에게는, 값싸고 손쉽게 운영되는 저속 데이터 서비스 모델을 제공하는데 있다.It is still another object of the present invention to greatly improve the flexibility of a mobile data communication system by adaptively changing a frequency range for use by a low speed data requesting second communication station and a frequency range to allow for a medium speed, high speed data service requesting second communication station. To provide operators with a cheap, easy-to-operate, low-speed data service model.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서, 본 발명에서는 이동 데이터 통신 시스템에서 고속, 중속, 저속의 서비스를 요구하는 다수의 제2통신국들을 각 데이터 전송율별로 분류하고 고속, 중속에 속하는 제2통신국은 스케쥴링에 기반한 OFDMA 방식으로 통신하게 하고, 저속에 속하는 제2통신국에 대하여는 주파수 도약에 기반한 통계적 다중화방식으로 통신하게 하는 혼합형 다중 접속 방식과 저속의 제2통신국의 통신 과정에서 생길 수 있는 주파수 도약 패턴 충돌의 검출과 제어 방식이 제시된다. As a technical idea for achieving the object of the present invention, in the present invention, a plurality of second communication stations that require high-speed, medium-speed, and low-speed services in a mobile data communication system are classified according to each data rate, and the second, which belongs to high-speed, medium-speed. The communication station allows the communication based on the scheduling-based OFDMA method, and communicates to the second communication station belonging to the low speed by using the multiplexing method based on the frequency hopping. A method of detecting and controlling pattern collisions is presented.
또한, 본 발명에서는 이동 데이터 통신 서비스를 제공하는 시스템에서 고속, 중속, 저속의 다양한 데이터 서비스를 요구하는 제2통신국들을 그 전송률 특성에 따라 분류하고 저속의 데이터 서비스를 요구하는 제2통신국 그룹의 데이터를 통계적 다중화 특성을 이용하여 효과적으로 다중화 전송하는 주파수 도약 다중 접속 방식과 중속, 고속의 데이터 서비스를 요구하는 제2통신국들의 데이터는 기존의 방식대로 스케쥴링하여 통신하게 하는 방식을 혼합하여 운영하는 무선자원관리방식의 디지털 통신 방식이 제시된다.In addition, according to the present invention, in a system providing a mobile data communication service, second communication stations requiring various data services of high speed, medium speed, and low speed are classified according to their transmission rate characteristics, and data of a group of second communication stations that require low speed data service are provided. Frequency resource multiplexing for efficient multiplexing using statistical multiplexing and data of second communication stations requiring medium-speed and high-speed data services are scheduled and communicated according to existing methods. The digital communication scheme of the scheme is presented.
또한, 본 발명에서는 제1통신국과 동기되어 있는 복수의 제2통신국들로 구성된 직교 주파수 분할 다중화 방식(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템에서 저속의 데이터 서비스를 요구하는 제2통신국 그룹에서 주파수 도약 패턴을 이용하여 다중 접속을 허용할 경우 생기는 주파수 도약 패턴 충돌의 검출 및 제어 동작을 포함하는 발명이 제시된다. In addition, in the present invention, a frequency hopping pattern in a group of second communication stations requiring low-speed data service in an Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) system including a plurality of second communication stations synchronized with the first communication station. An invention is disclosed that includes detection and control of frequency hopping pattern collisions that occur when allowing multiple access using.
또한, 본 발명에서는 저속의 데이터 서비스를 요구하는 제2통신국 그룹과 중속, 고속의 데이터 서비스를 요구하는 제2통신국 그룹이 혼재하는 이동 데이터 통신 시스템의 유연성을 크게 향상 시키고 사업자에게는, 값싸고 손쉽게 운영되는 저속 데이터 서비스 모델이 제시된다.In addition, the present invention greatly improves the flexibility of the mobile data communication system in which the second communication station group requesting the low-speed data service and the second communication station group requesting the medium-speed and high-speed data service are greatly improved, and the operator can operate inexpensively and easily. A low speed data service model is presented.
이하에서는 본 발명의 구성 및 작용에 대하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in detail.
도 1은 종래 기술 및 본 발명의 실시 예에 따른 제1통신국과 제2통신국을 도 시하는 시스템 개념도이다.1 is a system conceptual diagram illustrating a first communication station and a second communication station according to the prior art and an embodiment of the present invention.
도 1에 도시한 바와 같이, 제1통신국(101)과 복수 개의 제2통신국들(111, 112, 113)로 구성된 OFDM 기반의 이동 데이터 통신 시스템에서 각 제2통신국들이 통신을 시도할 때, 래깅(Raging) 등의 기술을 이용하여 동기가 맞추어지지 않는 무선 링크(121,122,123)를 동기화하고 동기되어 있는 무선링크를 통하여 주파수 도약 패턴을 이용하여 OFDM의 부반송파들을 도약하며 통신하는 방식이 나타나 있다. As shown in FIG. 1, when each second communication station attempts communication in an OFDM based mobile data communication system including a
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제2통신국에서 제1통신국으로의 상향링크의 동기를 맞추는 과정을 도시하는 시스템 개념도이다.2 is a system conceptual diagram illustrating a process of synchronizing an uplink from a second communication station to a first communication station according to an embodiment of the present invention.
도 2에 도시한 바와 같이, 동기화되지 않은 상향링크를 동기화하는 과정을 도시하고 있다. 각 제2통신국들(201,202,203)은 주어진 제1통신국의 기준시각으로부터 각 제2통신국들에 전달되는 하향링크(221) 프레임이 도착하는 시각의 차이을 계산(211,212,213)한다. 이 때 제1통신국으로부터의 거리가 먼 제2통신국일수록 차이는 커진다. 제2통신국에서 제1통신국으로의 데이터를 전송하는 상향링크(222)에서 각 제2통신국들은 하향링크로부터 계산된 시간의 차이(211,212,213)를 이용하여 데이터 송신 시각(241,242,243)을 계산한다. 이를 통하여 제1통신국에서는 서로 다른 위치에 있는 다수의 제2통신국으로부터의 데이터를 정확한 시각에 동시 수신할 수 있다.As illustrated in FIG. 2, a process of synchronizing uplinks that are not synchronized is shown. Each of the
도 5는 본 발명에서 통신 설정 시 이루어지는 제2통신국 분류를 예시한다.5 illustrates a classification of a second communication station that is made at the time of communication setting in the present invention.
먼저 시스템에 속하는 제2통신국이 이동 데이터 통신 서비스를 시작할 경우, 통신이 설정되고 통신이 시작된다(521). 처음 호 또는 세션(session)이 설정될 때, 제1통신국은 제2통신국이 요구하는 서비스의 유형을 데이터 전송율 측면에서 분류 (501,502,503)하고 이에 따라 자원 관리 방식을 배정하고(511,512,513) 주파수 도약 패턴 등의 통신에 필요한 정보 등을 전송한다. 이 때, 주의할 것은 통신이 이루어지는 동안에도 요구하는 전송율은 변화될 수 있고 이에 따라 자원관리 방식도 변화(531,532,533) 될 수 있다는 것이다. 현재 제안되고 있는 이동 인터넷 서비스의 경우 기본 데이터 전송률이 128kbps로 고정되어 있지만, 본 발명을 통해 주파수 도약을 통한 데이터 전송이 가능해지면, 더 낮은 데이터 전송율을 요구하는 서비스도 용이하게 수용할 수 있다. First, when a second communication station belonging to the system starts a mobile data communication service, communication is established and communication begins (521). When the first call or session is established, the first communication station classifies the types of services required by the second communication station in terms of data rate (501,502,503), allocates resource management schemes accordingly (511,512,513), and frequency hopping patterns. Transmit information required for communication. At this time, it should be noted that even during communication, the required transmission rate may change, and accordingly, the resource management scheme may also change (531, 532, 533). Although the basic data rate is fixed at 128 kbps for the mobile Internet service currently proposed, if the data can be transmitted through the frequency hopping through the present invention, a service requiring a lower data rate can be easily accommodated.
도 6은 본 발명에서 제안하는 혼합형 다중 접속 방식에 이용될 프레임 구조이다. 6 is a frame structure to be used in the hybrid multiple access scheme proposed in the present invention.
도 5에서 도시한대로 각 제2통신국들이 중,고속 서비스와 저속 서비스로 분류되고 나면 각 제2통신국의 데이터는 도6의 프레임에 매핑된다. 중,고속의 서비스를 요구하는 제2통신국의 상,하향 링크 데이터는 기존 이동 데이터 통신 시스템의 프레임 구조와 동일한 형태의 MAP 정보(601~604)에 의하여 프레임의 아래쪽에 위치한 데이터 버스트(611~617)에 스케쥴링되어 매핑된다. 하지만 저속의 서비스 제2통신국의 데이터는 제어 정보 없이 통신 설정 시, MAP 정보 중 일부를 이용하여 부여받은 주파수 도약 패턴(621,622)에 따라 도약하며 통신을 시도한다. 주파수 도약 패턴의 주기는 프레임 보다 더 큰 단위의 슈퍼(super) 프레임단위일 수 있고, 각 프레임에 할당된 고유 번호와 제2통신국이 할당받은 고유 식별자를 이용하여 매 프레임마다 생성할 수도 있다. 주파수 도약 패턴은 각 제2통신국마다 독립적이며 무작위적으로 생성되므로 동일한 부 반송파에 서로 다른 제2통신국의 데이터가 실리게 되는, 도약 패턴 충 돌이 생겨날 수 있다. 이러한 충돌은 적절히 사용된 변조 방식에 따라 적절히 제어된다. 주의할 것은 저속 서비스 요구 제2통신국의 수와 전체 제2통신국의 수에 따라 도약하며 통신할 주파수 자원의 수가 변할 수 있다는 것(641~644)이다. 또한 상향 링크 제어 채널 중 래깅 채널(653)을 통하여 제2통신국의 다중 접속 방식은 주파수 도약방식과 스케쥴링에 기반한 OFDMA 방식 사이에서 변환될 수 있다. As shown in FIG. 5, after each of the second communication stations is classified into a medium speed service and a low speed service, data of each second communication station is mapped to the frame of FIG. 6. The uplink and downlink data of the second communication station requesting the medium and high speed data bursts are located at the bottom of the frame according to the
도 6의 점선은 주파수를 도약하며 통신을 시도하는데 사용되는 주파수 자원과 스케쥴링에 기반한 OFDMA 방식으로 통신을 시도하는데 사용되는 주파수 자원을 구별한다. 또한 특징적인 것은 MAP 정보와 데이터 버스트의 경계도 가변적이라는 것(631)이다. 이는 앞서 구별한 고속, 중속, 저속에 속하는 제2통신국의 비율에 따라 달라질 수 있다. 만일 저속의 사용자가 많으면, 점선은 아래로 내려오고 MAP과 데이터 버스트를 구별하는 선은 올라가게 된다. 이는 저속에 속하는 제2통신국은 MAP 정보가 필요하지 않기 때문이다. MAP 정보의 양이 줄면 상대적으로 데이터 버스트의 크기가 커져서 프레임의 효율이 올라간다. The dashed line in FIG. 6 distinguishes between frequency resources used for attempting communication by hopping frequency and frequency resources used for attempting communication in the OFDMA scheme based on scheduling. Also characteristic is that the boundary between MAP information and data burst is also variable (631). This may vary depending on the proportion of the second communication station belonging to the above-mentioned high speed, medium speed, and low speed. If there are many low-speed users, the dashed line goes down and the line that distinguishes the MAP from the data burst goes up. This is because the second communication station belonging to the low speed does not need MAP information. If the amount of MAP information is reduced, the size of the data burst is relatively increased, thereby increasing the efficiency of the frame.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 제2통신국의 송신단 구조이다. 7 is a structure of a transmitting end of a second communication station according to an embodiment of the present invention.
각 제2통신국의 데이터는 먼저 적절한 부호율을 갖는 부호기에 의하여 부호화(701)되고 채널에서의 상관도를 없애기 위하여 인터리빙된다(702). 인터리버를 거친 부호화된 데이터는 변조기(703)를 거쳐 적절한 부반송파에 실리게 된다(704). 여기서 각 제2통신국의 서비스 유형에 따라 고유 주파수 도약 패턴 생성기(705)에 따라 결정된 도약 패턴에 따라 데이터가 매핑되거나, MAP 정보에 의해 할당된 무선 자원에 데이터가 매핑된다. 데이터의 위치가 결정된 후는 기존의 OFDM 변조 방식과 동일한 방 식으로 데이터가 전송된다(706~711). 도약 패턴 발생기는 통신이 설정될 때 제1통신국과 협약에 따라 도약 패턴을 생성하고, 자원 할당기는 수신된 제어신호(MAP)에 따라서 데이터를 위치시킨다. 만약 저속의 서비스를 요구하는 제2통신국의 경우, 특별한 MAP 신호가 없더라도 송신할 신호가 있는 경우 자신의 주파수 도약 패턴에 따라 데이터를 전송한다.The data of each second communication station is first encoded 701 by an encoder with an appropriate code rate and interleaved 702 to remove the correlation in the channel. The coded data, which has undergone the interleaver, is loaded onto the appropriate subcarrier via the modulator 703 (704). Here, the data is mapped according to the hopping pattern determined by the natural frequency
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 제1통신국의 수신단 구조이다. 8 is a structure of a receiving end of a first communication station according to an embodiment of the present invention.
각 제2통신국으로 부터의 데이터 프레임이 동기화 되어 수신(801~804)되면 제1통신국은 모든 제2통신국의 서비스 유형에 따라 전체 주파수를 스케쥴링 기반의 OFDMA 방식으로 수신된 부분과 주파수 도약 기반의 접속방식으로 수신된 부분으로 분류한다. OFDMA 방식으로 수신된 부분의 수신 데이터는 이미 약속된 제2통신국이 약속된 전송 형식으로 송신했으므로 쉽게 복호를 실시하고 도약 패턴(805)에 따라 수신된 제2통신국의 데이터는 각 제2통신국별로 데이터를 모은다(806). 모아진 데이터는 충돌 검사기(807)에 의해 충돌의 유무 판정을 받고 그에 해당하는 적절한 제어 기능에 의해 처리된다. 그 후 채널 복호기에 의해 복호된다. When data frames from each second communication station are synchronized and received (801 to 804), the first communication station receives the entire frequency according to the service type of all the second communication stations and the frequency hopping-based access based on the scheduling-based OFDMA scheme. Classify the received part. Since the received data of the part received by the OFDMA method was transmitted in the promised transmission format by the previously promised second communication station, it was easily decoded, and the data of the second communication station received according to the
도 9는 본 발명에서 저속 데이터 서비스를 요구하는 제2통신국의 통신에 사용된 주파수도약기반의 다중접속방식에서 주파수 도약 과정과 충돌, 충돌 제어 과정을 도시한다. 9 illustrates a frequency hopping process, a collision and a collision control process in the frequency hopping based multiple access method used for communication of a second communication station requiring a low speed data service according to the present invention.
각 제2통신국(901~906)은 특정 직교 주파수를 하나의 채널로 할당받아 통신하는 것이 아니라 다수의 부반송파로 이루어진 직교 주파수의 도약 패턴을 하나의 채널로 할당받아 통신을 시도한다(911~916). 제1통신국은 각 제2통신국으로부터의 데이터 를 할당된 도약 패턴을 통해 복호한다. 이 때, 제1통신국은 모든 제2통신국의 도약 패턴을 이미 알고 있다. 직교 주파수의 도약 패턴을 채널로 사용하고 충돌이 정확히 검출되면 제2통신국은 서로에게 간섭을 주지 않게 제어될 수 있다. 주파수 도약 패턴 충돌이 일어나면 제1통신국에서는 사용된 변조 방식에 따라 충돌을 일으킨 각 제2통신국의 정보가 같은 것이었는지 다른 것이었는지 분별할 수 있는 경우가 있고 분별이 불가능할 경우가 있다. 만약 분별할 수 있는 경우는 제1통신국에서 상승(Synergy, 631) 또는 천공(Perforation, 632)을 선언한다. 여기서 상승이란 동일한 부반송파에서 직교 주파수 도약 패턴 충돌을 일으킨 모든 제2통신국의 정보가 동일한 경우를 의미한다. 천공은 충돌을 일으킨 제2통신국의 정보 중 1개 이상의 정보가 다른 경우를 의미한다. 상승이 선언되면 도약 패턴 충돌이 있었지만 오히려 복호에 긍정적인 영향을 주므로 수신되는 신호를 그대로 이용하여 복호한다. 이는 다른 제2통신국으로부터의 정보가 동일하여 서로의 복호에 에너지 이득을 주게 되기 때문이다. 그러나 도약 패턴 충돌을 일으킨 제2통신국의 정보가 달라 천공을 선언한 경우, 어느 제2통신국에도 긍정적이거나 부정적인 영향을 주지 않기 위하여 충돌을 일으킨 모든 제2통신국의 정보에 강제로 중립적인 신호를 선언한다. 만약, 충돌을 일으킨 각 제2통신국의 정보를 분별할 수 없는 변조가 사용된 경우, 충돌을 일으킨 모든 제2통신국의 심벌 구간에 천공을 선언한다. Each second communication station 901 to 906 does not communicate with a specific orthogonal frequency allocated to one channel, but attempts to communicate by receiving an orthogonal frequency hopping pattern composed of a plurality of subcarriers as one channel (911 to 916). . The first communication station decodes the data from each second communication station through the assigned jump pattern. At this time, the first communication station already knows the hopping patterns of all the second communication stations. If the hopping pattern of the orthogonal frequency is used as the channel and the collision is correctly detected, the second communication station can be controlled so as not to interfere with each other. When a frequency hopping pattern collision occurs, the first communication station may be able to discriminate whether or not the information of each second communication station that caused the collision is the same or different, depending on the modulation scheme used, and sometimes the classification is impossible. If discernible, the first communication station declares a
주목할 것은 이러한 직교 주파수 도약 패턴의 충돌이 어떠한 확률로 발생하는 가에 대한 것이다. 수학식 1은 이러한 확률을 나타낸다. Note what probability the collision of these orthogonal frequency hopping patterns occurs.
여기서 Nf 은 직교 주파수의 총 개수를 의미하고 K 는 직교 주파수 도약 패턴을 할당 받아 통신을 지속하고 있는 제2통신국의 수를 의미한다. 또한 
도 9는 각 제2통신국들이 자신의 채널 활성도에 따라 활성화된 상태를 이루고 있거나 비활성화된 상태에 있는 경우를 도시하고 있다. 9 illustrates a case where each of the second communication stations is in an activated state or in an inactivated state according to its channel activity.
도 9에서 점선으로 이루어진 제2통신국은 비활성화 된 상태(912, 914)를 나타내고 있다. 채널 활성도에 따라서 각 제2통신국들은 동일한 직교 주파수를 동일한 심벌 구간에 할당받았다 하더라도 활성화되지 않으면 간섭을 주지 않으므로 채널활성도가 현저히 낮은 데이터 트래픽의 특성을 감안한다면 충돌 확률은 그리 크지 않다. 이러한 직교 주파수 도약 다중화 방식을 통하여 통신을 시도하게 되면 각 제2통신국들은 데이터가 생길 때마다 특별한 제어 신호 없이 통신을 시도하고 제1통신국에서는 각 제2통신국의 직교 주파수 도약 패턴만을 이용하여 보내진 신호를 복호하게 된다. 이를 통해 제1통신국은 상향링크에 있어서 특정 제2통신국의 데이터를 어떠한 주파수 로 어느 시간에 전송할 것인가를 결정할 필요가 없고, 마찬가지로 이를 알려주는 하향링크 신호 체계가 필요하지 않다. 또한, 특정 시스템 상황에서 데이터 전송율을 증가시키기 위하여 각 제2통신국이 1개 이상의 부반송파를 이용하여 통신해야 하는 경우가 있다. 이 경우 1개 이상의 부반송파를 묶어 그룹으로 만들고, 부반송파 그룹 단위로 도약하며 통신을 시도하거나 1개 이상의 부반송파 단위 도약 패턴을 할당받아 사용할 수도 있다. 이러한 경우에도, 호의 설정 시 제1통신국과의 협약을 통하여 통신을 위한 정보를 교환한 후, 제어 없이 통신이 이루어진다.In FIG. 9, the second communication station made of a dotted line shows an inactivated state (912, 914). According to the channel activity, even if the same orthogonal frequency is allocated to the same symbol period, each of the second communication stations does not cause interference unless activated. Therefore, the collision probability is not very high considering the characteristics of the data traffic with low channel activity. When the communication is attempted by using the orthogonal frequency hopping multiplexing method, each second communication station attempts communication without a special control signal whenever data is generated, and the first communication station transmits a signal transmitted using only the orthogonal frequency hopping pattern of each second communication station. It will be decoded. As a result, the first communication station does not need to determine at what time and at what time to transmit data of a specific second communication station in the uplink, and likewise does not need a downlink signaling system indicating this. In addition, in some system situations, each second communication station may need to communicate using one or more subcarriers in order to increase the data rate. In this case, one or more subcarriers may be grouped together to make a group, hop into subcarrier group units, and attempt to communicate, or may be allocated by using one or more subcarrier unit hopping patterns. Even in this case, the communication is performed without control after exchanging information for communication through an agreement with the first communication station when setting up a call.
상기 기술한 주파수 도약 방식으로 통신이 이루어질 경우, 주파수 도약 패턴의 충돌이 일어나고 제1통신국은 이러한 충돌을 검출하고 제어해야 한다. When the communication is made by the frequency hopping method described above, a collision of the frequency hopping pattern occurs and the first communication station must detect and control such a collision.
도 10은 이러한 충돌의 검출 및 제어에 있어서, 제2통신국에서 서로 직교하는 변조 심벌을 이용하여 변조한 경우의 예를 도시한 것이다.FIG. 10 shows an example of a case where a second communication station modulates using a modulation symbol orthogonal to each other in detecting and controlling such a collision.
기본적으로 각 제2통신국들(1001~1006)의 변조되는 심벌들을 직교하게 사용하면 주파수 도약 패턴이 충돌이 발생하였을 때, 충돌된 제2통신국들의 정보가 동일한 것이었는지 분별이 가능하다. Basically, when the modulated symbols of the respective second communication stations 1001 to 1006 are used orthogonally, when the frequency hopping pattern collides, it is possible to distinguish whether the information of the collided second communication stations is the same.
도 10에서는 Binary Frequency Shift Keying(BFSK)을 예를 들고 있다. 제1통신국에서는 모든 제2통신국의 도약 패턴을 알고 있으므로 특정 심벌 구간에 특정 직교 주파수를 어떤 제2통신국이 점유(1041,1042)하게 되는지 알고 있다. 하지만 특정 직교 주파수를 점유한 제2통신국들의 정보가 무엇인지 제1통신국에서는 알 수 없다. 다만 도 10에서 보여주고 있는 것처럼 각각의 주파수를 검사(1011,1012)하여 정보가 있는지 없는지를 검사하는 것이다. 이 때, 2개의 주파수에 모두 정보가 검출(1011)되 면 각 제2통신국의 정보(1001,1002,1003)가 서로 다르다는 것(천공)으로 추정하고 각 제2통신국들(1001,1002,1003)의 복호기 입력으로 “0”을 강제로 삽입한다(1021,1022,1023). 복조기에서 1개의 주파수에만 정보가 검출(1012)되면 특정 직교 주파수를 점유한 모든 제2통신국들(1004,1005,1006)의 정보가 모두 일치하는 것(상승)으로 추정하고 각 제2통신국(1004,1005,1006)의 복조기 입력으로 복조기의 출력(1012)을 그대로 삽입한다(1024,1025,1026). 이처럼, 직교하는 심벌을 이용하여 변조가 이루어지면 제1통신국에서 미리 알고 있는 도약 패턴을 따라 심벌을 검출하고 충돌에 관여된 심벌에 대하여 상승 또는 천공을 선언하여 충돌을 제어한다. 주의할 것은 정보가 0인지 1인지를 검출할 뿐 아니라 충돌이 있는 직교 주파수에 대하여 정보가 있는지 없는지를 검출해야 하므로 적절한 임계 값(1031,1032)을 정하는 것이 중요하다. 전력 제어가 없는 시스템에서는 제1통신국과 제2통신국간의 거리가 각각 다를 수 있으므로 경우에 따라 제2통신국의 거리가 멀 경우 임계 값 보다 낮은 값으로 정보가 수신될 수도 있기 때문이다. 현재 제안되고 있는 이동 인터넷 시스템에서 BFSK는 사용되지 않지만 주파수 도약을 이용한 통신 시스템의 설계에 있어서 BFSK의 구현은 비교적 간단하고 도약 패턴 충돌 검출 및 제어에 장점이 있어 향후, 도입될 가능성이 있다. 10 illustrates Binary Frequency Shift Keying (BFSK). Since the first communication station knows the hopping patterns of all the second communication stations, it knows which second communication station occupies 1041 and 1042 for a specific orthogonal frequency in a specific symbol interval. However, the first communication station cannot know what the information of the second communication stations occupying a specific orthogonal frequency is. However, as shown in FIG. 10, each frequency is checked 1011 and 1012 to check whether there is information. At this time, if information is detected 1011 at both frequencies, it is assumed that the information 1001, 1002, 1003 of each second communication station is different from each other (perforation), and each second communication station 1001, 1002, 1003 is estimated. (0) is forcibly inserted into the decoder input (1021, 1022, 1023). If the demodulator detects information on only one frequency (1012), it is assumed that the information of all the second communication stations 1004, 1005, and 1006 occupying a specific orthogonal frequency is identical (raising), and each second communication station 1004 is estimated. The output of the demodulator 1012 is inserted into the demodulator inputs 1001 and 1006 (1024, 1025, and 1026). As such, when modulation is performed using orthogonal symbols, the collision is detected by detecting a symbol along a leap pattern known in advance by the first communication station, and declaring a rise or a puncture for the symbol involved in the collision. Note that it is important not only to detect whether the information is 0 or 1, but also to detect whether or not there is information about orthogonal frequencies with collisions, so it is important to set appropriate thresholds 1031 and 1032. In a system without power control, since the distance between the first communication station and the second communication station may be different, in some cases, the information may be received at a value lower than the threshold value when the distance of the second communication station is far. Although the BFSK is not used in the currently proposed mobile Internet system, the implementation of the BFSK in the design of a communication system using frequency hopping is relatively simple and has an advantage in jumping pattern collision detection and control.
도 11은 이러한 충돌의 검출 및 제어에 있어서, 제2통신국에서 서로 직교하지 않는 변조 심벌을 이용하여 변조한 경우의 예를 도시한 것이다.FIG. 11 shows an example of a case where a second communication station modulates using a modulation symbol that is not orthogonal to each other in detecting and controlling such a collision.
도 11에서는 Binary Phase Shift Keying(BPSK)의 경우를 예로 든다. (QPSK는 BPSK를 실수축과 허수축에 매핑하는 것이므로 동일한 원리로 적용이 가능하다.) BPSK 의 경우 Phase에 정보를 실어 전송하게 되는데, 그림에서 보는 바와 같이 각 충돌된 제2통신국들(1101~1106)의 정보가 서로 다름에도 불구하고 특정 Phase로 정보가 수신된 것 같은 복조기 출력(1121)을 얻을 수 있다. 물론, 정말로 같아서 복조기의 출력이 특정 Phase를 가질 수도 있지만(1122) 제1통신국의 수신단에서는 그것의 구별이 불가능하다. 따라서 송신단에서 직교하지 않는 심벌을 이용하여 변조할 경우, 충돌이 발생했을 경우 모두 천공으로 선언하고 충돌에 해당하는 모든 제2통신국들(801~806)의 정보를 복호하는 복호기 입력에 “0”을 삽입(1131~1136)함으로써 충돌을 제어한다.In FIG. 11, a case of binary phase shift keying (BPSK) is taken as an example. (QPSK maps BPSK to real and imaginary axes, so it can be applied with the same principle.) In case of BPSK, information is transmitted on a phase. As shown in the figure, each collided second communication station (1101 ~) Although the information in 1106 is different, it is possible to obtain a demodulator output 1121 as if the information was received in a particular phase. Of course, it is indeed the same that the output of the demodulator may have a certain phase (1122) but it is impossible to distinguish it at the receiving end of the first communication station. Therefore, when modulating using symbols that are not orthogonal at the transmitting end, all collisions are declared as punctures and “0” is input to the decoder inputs that decode the information of all
주파수 도약을 통해 통신이 이루어질 경우, 제1통신국이 각 제2통신국이 특정 시간에 통신을 시도하였는지 아니면 원래 보낸 신호가 없는지에 대한 제어 신호가 필요할 수 있다. 물론 제어 신호 없이 통신이 가능한 것은 사실이지만 제어 신호가 없으면 제1통신국에서는 항상 모든 제2통신국들의 도약 패턴을 분석하고 복호해보아야 하는 수신단 복잡도가 다소 증가한다. 따라서 본 발명에서는 상향 링크를 통해 보낼 정보가 있는 제2통신국은 보낼 데이터와 함께 자신의 데이터가 있는지 여부를 알려주는 제어 정보를 특정 주파수 대역을 이용하여 제1통신국에 알리는 것을 포함한다. When communication is made via frequency hopping, a control signal may be needed for the first communication station to determine whether each second communication station attempted to communicate at a specific time or no signal was originally sent. Of course, it is true that communication is possible without the control signal, but without the control signal, the complexity of the receiver that the first communication station must always analyze and decode the hopping pattern of all the second communication stations is increased. Accordingly, in the present invention, the second communication station having information to be transmitted through the uplink includes notifying the first communication station of control information indicating whether there is data of itself together with the data to be transmitted using a specific frequency band.
도 12는 이러한 제어 신호가 있을 경우, 제1통신국에서 데이터를 수신하는 과정을 예시한 것이다. 12 illustrates a process of receiving data at the first communication station when there is such a control signal.
본래 주파수 도약을 통해서 접속을 시도하는 총 제2통신국들(1211,1212,1213)의 수가 3이라 가정하고 특정한 제어신호가 없이 데이터를 수신하면, 제1통신국의 수신단에서 이들 모두의 도약 패턴을 추적하면서 복호를 시도할 것이고(1201), 이들 사 이의 충돌(1221~1223)도 검출 및 제어하면서 복호를 시도할 것이다. 하지만 여기서 제2통신국 중 1개의 제2통신국(1212)이 데이터를 전송하지 않고 비활성상태라는 것이 제1통신국에 알려지면, 제1통신국에서는 비활성화된 제2통신국의 도약 패턴은 무시하고 비활성화된 제2통신국(1212)과의 도약 패턴 충돌(1226,1226)도 무시(1203)하면서 활성화된 제2통신국의 도약 패턴만을 추적하며 복호를 시도한다. 다만 활성화되어 있는 제2통신국끼리의 도약 패턴 충돌(1224)은 앞서 기술한 충돌 제어 방식을 통해 제어되어야 한다. 이렇게 되면 제1통신국의 수신단의 복잡도는 크게 감소하게 된다. 하지만 상향링크에서 제어정보(1202)가 있어야 하므로, 프레임의 효율성은 떨어진다. 하지만 이 경우에도 각 제2통신국별로 한 비트의 정보만으로 정보의 유무를 표시할 수 있으므로, 제어 정보로 인한 프레임 효율성 저하는 그리 크지 않다. 이러한 제어 정보는 각 제2통신국 별로 고정적으로 할당된 프레임내 특정 부반송파를 이용하여 전송될 수 있다. 이 정보는 상향 링크의 시작점에 위치한 상향링크 제어 채널이나 데이터 버스트 내 고정 부반송파를 할당하여 전달할 수 있다.Assuming that the total number of
또한, 제어 신호를 따로 정하지 않고 수신된 제2통신국들의 프레임이 갖는 에너지 레벨을 통하여 특정 제2통신국의 데이터 송신 여부에 대한 정보를 검출하여, 각 제2통신국의 정보가 있었는지 아니면 없었는지, 있었는데 오류가 발생했는지 등을 제1통신국의 수신단에서 내재적으로 알 수 있는 방식을 포함한다. 도13은 이러한 경우를 예시하는 그림이다. 먼저 제1통신국의 수신기는 주파수 도약을 통하여 통신을 시도하는 모든 제2통신국들(1311~1313)이 활성화 상태라 생각하고 제2통신국별로 복조를 실시(1331)한다. 복조 후, 1단계로 각 제2통신국별로 분류되어 복조된 프레임 (1332~1334)의 에너지 레벨을 검사(1335)한다. 이 때, 실제 전송되지 않은 프레임의 경우 특정 기준치를 넘지 못할 것(1337)이다. 이 검사를 통해 실제 전송되지 않은 제2통신국의 데이터에 대하여, 복호와 충돌 제어 등의 복잡한 과정을 수행하지 않을 수 있다. 이 검사에서 특정 에너지 기준치를 넘는 제2통신국(1336)들은 정보의 전송이 되었음을 가정하고 다시 모아 충돌 검사 및 제어(1341)를 실시한다. 이때 사용된 변조방식에 따라 상승, 천공이 가능할 수도 있고 불가능할 수도 있다. 이후로 각 제2통신국별로 복호(1342)를 수행한 후, CRC 검사(1343)를 통해 프레임 내의 오류 검사를 실시한다. 이때 오류가 없는 프레임(1353)은 ACK 신호를 보내고(1354), 오류가 발견(1351)된 프레임은 NACK 신호를 전송한다(1352).In addition, without detecting a control signal, information on whether a specific second communication station transmits data is detected through energy levels of frames of the second communication stations received, and whether or not there is information of each second communication station. And a method in which the receiving end of the first communication station can inherently know whether or not an error has occurred. Fig. 13 is a figure illustrating such a case. First, the receiver of the first communication station considers that all the second communication stations 1311 to 1313 that attempt to communicate through the frequency hopping are activated, and demodulates each of the second communication stations (1331). After the demodulation, the energy levels of the
이 경우 복잡한 수신구조를 갖긴 하지만 제2통신국에서 따로 정보의 유무를 가르쳐주는 제어 정보를 보내지 않아도 되는 장점이 있다.In this case, although it has a complicated reception structure, there is an advantage that the second communication station does not need to send control information to teach the presence or absence of information.
본 발명이 현재 제안되고 있는 OFDM 기반의 이동 인터넷 시스템에 적용되었을 때의 예를 살펴본다. 먼저 제안된 이동 인터넷 시스템은 TDD 방식으로 다중화가 이루어지며 채널 대역폭은 10MHz를 사용한다. 또한, 제2통신국의 최소 상향링크 전송율은 128Kbps이고 주파수 재사용율은 1이다. 물리계층은 OFDM을 사용하는데, OFDM 주요 파라미터를 정리하면 표 1과 같다.An example when the present invention is applied to an OFDM-based mobile Internet system that is currently proposed will be described. First of all, the proposed mobile internet system is multiplexed by TDD scheme and the channel bandwidth is 10MHz. Also, the minimum uplink transmission rate of the second communication station is 128 Kbps and the frequency reuse rate is one. The physical layer uses OFDM. Table 1 summarizes OFDM main parameters.
위의 표에서 알 수 있듯이 제2통신국에서 제1통신국으로의 상향링크에 해당하는 OFDM 심벌 수는 14개이다. 따라서 상향링크 최소 전송율인 128Kbps를 만족시키기 위하여 각 제2통신국은 프레임당 640비트의 데이터를 전송해야 한다. 채널 부호화율이 1/2, QPSK 변조방식이 적용된다고 가정하면 각 제2통신국별로 프레임당 640개의 부반송파가 필요하다. 따라서 모든 제2통신국들이 동일한 부호화율과 변조방식을 사용한다고 가정했을 때, OFDM 심벌당 데이터 전송용으로 사용 가능한 768개의 부반송파와 상향링크용 OFDM 심벌이 14개인 것을 감안하면, 고정적 OFDMA 방식으로 다중접속을 시도할 때, 프레임 내 존재할 수 있는 제2통신국의 수는 대략 16.8(768×14÷640) 정도이다. As can be seen from the above table, the number of OFDM symbols corresponding to uplink from the second communication station to the first communication station is 14. Therefore, each second communication station should transmit 640 bits of data per frame in order to satisfy the uplink minimum data rate of 128 Kbps. Assuming that the channel coding rate is 1/2 and the QPSK modulation scheme is applied, 640 subcarriers are required per frame for each second communication station. Therefore, assuming that all second communication stations use the same code rate and modulation scheme, considering that 768 subcarriers and 14 OFDM symbols for uplink can be used for data transmission per OFDM symbol, multiple access is performed in a fixed OFDMA scheme. The number of second communication stations that may be present in the frame is approximately 16.8 (768 x 14/640).
하지만 채널 활성도가 낮은 데이터 서비스의 경우 많은 제2통신국이 보낼 데이터가 없는 비활성화 상태이므로, 채널을 고정적으로 할당하는 것은 무선 자원을 낭비하는 결과를 낳는다. 본 발명에서 제안한 주파수 도약을 이용한 다중 사용자 방식에서 각 제2통신국의 채널 활성도()와 채널 부호기를 통해 허용 가능한 주파수 도약 충돌 확률()에 따라 동시 수용 가능한 제2통신국의 수는 표 2와 같이 증가한다. However, in the case of data service with low channel activity, since many secondary communication stations have no data to be transmitted, allocating a channel statically results in waste of radio resources. In the multi-user scheme using the frequency hopping proposed by the present invention, the number of second communication stations that can be simultaneously accommodated is increased according to the channel activity () of each second communication station and the frequency hopping collision probability () allowed by the channel encoder. do.
위의 표에서 알 수 있듯이 채널 활성도가 낮을수록, 허용 가능한 주파수 도약 패턴 충돌 확률이 높을수록 동시 수용이 가능한 제2통신국의 수는 증가한다는 것이다. 특히 상향링크의 경우 제2통신국의 데이터양은 하향링크에 비하여 현저히 적을 것으로 예상되므로 본 발명의 효과는 더욱 클 것으로 예상된다. 본 발명에서 채널 활성도가 0.05이고 허용 가능한 주파수 도약 패턴 충돌 확률이 0.4일 때, 기존 고정적으로 자원을 할당하는 OFDMA 방식에 비하여 10배 이상의 제2통신국을 수용할 수 있다는 것을 알 수 있다.As can be seen from the table above, the lower the channel activity, the higher the allowable frequency hopping pattern collision probability, the greater the number of second communication stations that can be accommodated simultaneously. In particular, in the case of uplink, the amount of data of the second communication station is expected to be significantly smaller than that of the downlink, and thus the effect of the present invention is expected to be greater. In the present invention, when the channel activity is 0.05 and the allowable frequency hopping pattern collision probability is 0.4, it can be seen that the second communication station can accommodate 10 times or more than the OFDMA scheme of allocating resources.
본 발명에 의하면, OFDM 기반의 이동 데이터 통신 시스템은 여러 가지 긍적적인 효과를 기대할 수 있다. According to the present invention, an OFDM-based mobile data communication system can expect various positive effects.
먼저, 와이브로 시스템의 경우와 같이 현재 다이버시티 모드로 동작하고 있는 영역을 본 발명의 개념을 이용하면 현재 고속과 저속이 섞여 있는 상황에서 이루어지고 있는 스케쥴링의 복잡성을 완화시킬 수 있으며 다이버시티 모드로 동작하는 제2통신국의 데이터 위치와 전송 형식을 알려주기 위한 시그널링 오버헤드를 획기적으로 줄일 수 있다. First, as in the case of the WiBro system, by using the concept of the present invention, it is possible to alleviate the scheduling complexity that is performed in a situation where the high speed and the low speed are mixed, and operate in the diversity mode. Signaling overhead for informing the data location and transmission format of the second communication station can be significantly reduced.
그 외 시스템에서도 중 저속의 제2통신국의 수가 늘어나면서 생기는 통신 채 널의 낭비나 스케쥴링 복잡도의 문제를 해결할 수 있다. In other systems, the problem of wasting communication channels and scheduling complexity caused by the increase in the number of secondary low-speed communication stations can be solved.
또한, 여러 비활성화된 제2통신국들과 활성화된 제2통신국들이 혼재하는 상황에서 직교 주파수 자원의 수보다 훨씬 많은 제2통신국들을 동시에 수용할 수 있는 장점이 있다.In addition, there is an advantage in that a plurality of deactivated second communication stations and activated second communication stations can simultaneously accommodate much more second communication stations than the number of orthogonal frequency resources.
또한, 주파수 도약을 통하여 주파수 영역 다이버시티 효과를 얻을 수 있으며, 인접 셀 간섭을 평준화할 수 있다.In addition, frequency-domain diversity can be obtained through frequency hopping, and neighboring cell interference can be equalized.
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