KR20060045976A - 하이브리드 무선 통신 시스템 - Google Patents

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Abstract

이동국과 기지국간의 전송을 제어하기 위한 CDMA 및 OFDM의 특징을 채용하는 방법이 제공된다. 방법은 복수의 슬롯들을 갖는 프레임을 형성하고, 그 후 복수의 슬롯들의 제 1 부분에서 CDMA 변조를 사용하고, 및 복수의 슬롯들의 제 2 부분에서 OFDM 변조를 사용한다.
하이브리드 무선 통신 시스템, CDMA, OFDM, 업링크, 다운링크

Description

하이브리드 무선 통신 시스템{Hybrid wireless communications system}
도 1은 OFDM 전송기 체인의 양식화된 표현을 예시하는 도면.
도 2는 하이브리드 CDMA/OFDM 무선 시스템의 업링크 채널에서 채용될 수 있는 시그널링 포맷의 양식화된 표현을 예시하는 도면.
도 3은 하이브리드 CDMA/OFDM 무선 시스템의 다운 링크 채널에서 채용될 수 있는 시그널링 포맷의 양식화된 표현을 예시하는 도면.
도 4는 CDMA 및 OFDM형 슬롯들을 위한 다운 링크 슬롯 구조의 양식화된 표현을 예시하는 도면.
도 5는 주파수 에러 검출을 위해 도 3의 다운 링크 채널의 시그널링 포맷에서 파일롯 신호들을 사용하는 방법의 양식화된 표현을 예시하는 도면.
도 6은 주파수 도메인에서 복조를 위한 채널 추정을 위해 도 3의 다운 링크의 시그널링 포맷에서 TDM 파일롯들을 사용하는 방법의 양식화된 표현을 예시하는 도면.
도 7은 예시적인 다운링크 OFDM 슬롯 구조들을 예시하는 도면.
도 8은 예시적인 업링크 OFDM 슬롯 구조들을 예시하는 도면.
본 발명은 일반적으로 원격 통신에 관한 것으로서, 특히 무선 통신에 관한 것이다.
무선 통신내에서, 다양한 통신 기술들이 채용된다. 2개의 비교적 일반적인 기술들은 CDMA(Code Division Multiple Access) 및 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)이다. CDMA는 상이한 직교 월시 코드들(orthogonal Walsh codes)을 채용하는 다중 사용자들이 공통 주파수 캐리어상에서 다중화될 수 있는 변조 및 다중 액세스 기술이다. CDMA는 간섭 평균화(interference averaging) 및 다중 경로 다이버시티의 유용한 특성들로 인해 다양한 무선 통신 시스템들에서 사용되어 왔다. 당업자는 CDMA 시스템에서 신호들의 스프레딩이 매우 낮은 캐리어 대 간섭비(C/I)로 수신되는 전송을 디코딩하는데 충분한 처리 이득을 제공한다는 것을 알 것이다. 그러므로, CDMA 전송은 범용 주파수 재사용(시스템의 모든 섹터들에서 사용되는 동일 주파수)을 갖는 배치(deployment)를 허용하도록 높은 레벨의 간섭을 버틸 수 있다. CDMA를 채용하는 무선 통신 시스템들의 예들로는 제 2 세대 IS-95 시스템들, 및 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System) 및 cdma2000과 같은 제 3 세대 셀룰러 시스템들이 있다. CDMA는 무선 LAN들(국부 영역 네트워크들)을 위한 IEEE 802.11b 표준으로 또한 사용된다.
CDMA 다운링크(기지국에서 이동국으로)에서, 상이한 월시 코드들상의 전송은 이들이 이동국에서 수신될 때 직교한다. 이는 신호가 다운링크를 통해 고정된 위치(기지국)로부터 전송되고 모든 월시 코드들은 동기되어 수신된다는 사실에 기인한 다. 그러므로, 다중경로 신호들의 부재시, 상이한 코드들 상의 전송은 서로 간섭하지 않는다. 그러나, 다중경로 전파의 존재시(통상적인 셀룰러 환경), 월시 코드들은 더 이상 직교하지 않으므로 서로 간섭하여 ISI(Inter-Symbol Interference) 및 MAI(Multiple Access Interference)를 생성한다. INI 및 MAI는 최대 달성가능한 신호 대 잡음비(SNR)를 제한하여, 지원될 수 있는 최대 데이터 레이트를 제한한다.
다중 사용자들로부터 수신된 월시 코드들이 심지어 임의의 다중 경로 시호들의 부재시에도 직교하지 않기 때문에 CDMA 업링크(이동국에서 기지국으로)상에 문제가 또한 존재한다. 업링크에서, 상이한 위치들의 이동국들로부터 기지국으로의 전파 시간들은 종종 다르다. 수신된 코드들은 이들이 기지국에 도달할 때 동기되지 않고, 그러므로 직교성은 상이한 이동국들로부터 나오는 신호들에 대해 보증될 수 없다. 다중 사용자들로부터의 전송들은 MAI를 생성하여 서로 간섭하고, 따라서 각 사용자들에 의해 확인되는 잡음 발생(noise rise)에 기여한다. 일반적으로, 기지국에서의 잡음 발생은 원하는 시스템 용량 및 커버리지를 보증하도록, RoT(rise-over-thermal) 임계치라 칭하는 특정 임계치 이하로 유지된다. 기지국의 회로는 열 잡음이라 칭하는 특정 양의 온도 의존 잡음을 발생한다. 이동국들 전송이 수신될 수 있는 RoT 임계치는 열 잡음 이상으로 전력양을 제한한다. 다른 사용자들로부터의 간섭과 함께 임계치는 달성가능한 데이터 레이트들 및 CDMA 업링크상의 전송의 용량을 제한한다.
종래의 OFDM 전송기 체인(100)의 양식화된 표현이 도 1에 도시된다. 일반적으로, 엔코더 패킷이라 칭하는 정보 비트들의 세트는 하드웨어/소프트웨어/펌웨어 (105)에 의해 코딩되고, 인터리브(interleave)되고 Q 심볼들과 I 심볼들로 변조된다. I 및 Q 심볼들의 그룹은 역-다중화기(110)에 의해 직렬-병렬 변환되고, 가용한 서브캐리어들에 맵핑된다. 사용되지 않은 서브캐리어들은 0으로 채워지고, 따라서 115에서 양식적으로 표현된 바와 같이 어떠한 심볼들도 운반하지 않는다. 120에서, IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 연산이 서브캐리어 심볼들에 대해 수행되고, 그 결과적인 심볼들이 다중화기(1250)에 의해 병렬-직렬 변환되어, 하드웨어/소프트웨어/펌웨어(130)에 의해 전송을 위한 RF 주파수로 직교 변조(quadrature modulated) 및 변환되는 시간-도메인 신호를 형성한다. OFDM 전송기 체인(100)의 일부 실시예들에서, 기저대역 필터(135)는 RF 주파수로 변환하기에 앞서 채용될 수 있다.
OFDM에는 CDMA에 연관된 일부 문제들이 발생하지 않는다. 예를 들어, ISI는 OFDM에서 보다 긴 심볼 지속기간을 사용함으로써 실질적으로 감소된다. 또한, 전송은 임의의 다중 액세스 간섭(MAI)을 생성하지 않고 직교 서브캐리어들상에서 발생한다. OFDM 시스템에어, 높은 데이터 레이트 스트림은 병렬로부터 직렬로 변환되어, 각 병렬 스트림들 상에서 보다 낮은 레이트를 초래한다. 각 스트림들상의 보다 낮은 레이트는 보다 긴 심볼 지속기간을 사용하는 것을 허용한다. 다중 병렬 데이터 스트림들은 OFDM의 직교 서브캐리어들에 맵핑된다. OFDM 변조는 변조된 서브캐리어들을 캐리어간 간섭(ICI)을 초래하지 않고 가능한한 근접하여 배치시킴으로써 무선 주파수 스펙트럼을 효율적으로 사용한다. 적어도 부분적으로, 그의 우월한 성능 때문에, OFDM 변조는 다양한 표준들, 특히 디지털 오디오 방송(DAB), 디지털 비 디오 방송(DVB), 비대칭 디지털 가입자 회선(ADSL), IEEE LAN(802.11a 및 802.11g) 및 IEEE MAN 802.16a에서 채택되어왔다. OFDM 변조는 또한 다양한 차세대 무선 표준들을 위해 고려된다.
OFDM이 CDMA에 비해 몇몇 이점들을 제공하지만, 간섭 평균화, 스프레딩의 부재(처리 이득)와 같은 CDMA의 이점 중 일부가 또한 취약하다. 따라서, OFDM은 1 보다 큰 주파수 재사용 인자를 갖는 배치들로 제한될 수 있고, 부족한 무선 스펙트럼의 비효율적인 사용을 초래한다.
본 발명은 상술한 하나 이상의 문제들의 결과들을 극복 또는 적어도 감소시키기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에서, 이동국과 기지국간의 전송을 제어하는 방법이 제공된다. 방법은 복수의 슬롯들을 갖는 프레임을 형성하는 것을 포함한다. CDMA 변조는 복수의 슬롯들의 제 1 부분에서 사용되고, OFDM 변조는 복수의 슬롯들의 제 2 부분에서 사용된다.
본 발명은 유사 참조 번호들이 유사한 요소들을 식별하는 첨부 도면들과 관련된 다음의 기술을 참조하여 이해될 수 있다.
본 발명은 다양한 수정들 및 대안 형태들이 가능하며, 그 특정 실시예들이 도면들에서 예로서 도시되었고 여기사 상세히 기술된다. 그러나, 특정 실시예들의 여기서의 기술은 본 발명을 개시된 특정 형태들로 제한하도록 의도된 것이 아니라, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 규정되는 본 발명의 정신 및 범위내에서 모든 수정들, 등가물들 및 대안들을 커버한다는 것을 알아야 한다.
본 발명의 예시적인 실시예들을 이하에 기술된다. 명확성을 위해, 실제 구현의 모든 특징들이 본원에서 기술되진 않는다. 물론, 임의의 이런 실제 구현의 개발시에, 많은 구현 특정 판단들은 구현마다 다를 수 있는 시스템-관련 및 비즈니스-관련 제약들과의 순응(compliance)과 같은 개발자들의 특정 목적들을 달성하도록 이루어져야 한다는 것을 알 수 있다. 또한, 이런 개발 노력은 복잡하고 시간-소모적일 수 있지만, 그럼에도 불구하고 본 개시물의 이점을 갖는 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자들에 대해 일상적인 일이라는 것을 알 수 있을 것이다.
일반적으로, CDMA 및 OFDM의 특징들을 통합하는 하이브리드 무선 통신 시스템이 여기서 개시된다. 이 하이브리드 시스템은 CDMA 및 OFDM 모듈의 바람직한 특성들을 유리하게 채용한다. 본 발명에서, CDMA는 물리 계층 시그널링 및 제어(예를 들어, 랜덤 액세스, 자원 요청들, 자원 허가들, 동기화 및 전력 제어 명령들)를 위해 사용되는 반면, 하이브리드 ARQ를 갖는 OFDM은 사용자 정보 전송을 위해 사용된다. 즉석 발명의 한 실시예가 1xEV-DO(a.k.a. HRPD) 시스템 파라미터들의 문맥으로 여기서 기술된다. 그러나, 당업자는 본 발명의 원리들은 다른 무선 통신 시스템들에도 적용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
도면들로 지금 돌아와서, 특히 도 2를 참조하여, 하이브리드 CDMA/OFDM 무선 시스템에서 이동국들과 기지국간의 업링크 채널상에서 채용될 수 있는 시그널링 포맷의 양식화된 표현이 예시된다. 포맷은 복수의 슬롯들(105)로 분할된 프레임(100) 을 포함하며, 여기서 슬롯들의 제 1 부분(110)은 CDMA 전송을 위해 사용되고, 슬롯들의 제 2 부분(115)은 OFDM 전송을 위해 사용된다.
무엇보다도, 1xEV-DO의 물리 계층 시그널링은 도 1에서 전력 제어 슬롯들(110)중 하나에 대해 도시된 바와 같이 파일롯, 채널 품질 피드백 및 HARQ 동작에 대한 ACK/NACK 피드백으로 구성된다. 도 1은 교차하는 CDMA 전력 제어(PC) 슬롯들(110) 및 OFDM 슬롯들(115)을 갖는 업링크 채널을 도시한다. 즉, CDMA PC슬롯들(110)은 이동국이 그것이 전송하는 전력을 주기적으로 업데이트하는 것을 허용하도록 프레임 전반에 걸쳐서 분배된다. 따라서, 충분한 수의 PC 슬롯들(110)은 업데이팅이 제공되어 충분히 짧고 정규적인 원칙으로 발생하는 것을 허용하도록 제공되어야 한다.
전력 제어 슬롯들(110)에서의, 전송은 물리 계층 제어 시그널링을 포함하고, 종래의 CDMA 시스템에서와 같이 전력 제어된다. RoT(Rise-over-Thermal)은 중요한 물리 계층 제어 시그널링에 대해 용량/커버리지를 수용할 수 있는 가능성을 증가시키기 위해 PC 슬롯들(110)에서 RoT 임계치 이하로 유지된다. OFDM 슬롯들(115)은 OFDMA 방식에서 사용자 데이터 전송을 위해 사용된다; 즉 다중 사용자들이 슬롯들(115)내에서 직교 서브캐리어들을 잠재적으로 전송할 수 있다.
각 활성 사용자들을 위해 전용된 파일롯은 CDMA 슬롯들(110)에서 운반된다. 파일롯 전송 전력은 다운링크상에서 기지국으로부터 수신된 TPC(Transmit Power Control) 비트에 기초하여 모든 CDMA 슬롯(110)에 의해 업데이트된다. 이는 수신된 파일롯 전력이 시스템의 지나친 간섭을 생성하지 않고 원하는 레벨로 실질적으로 유지되는 것을 허용한다. OFDM 전송은 기준으로서 파일롯 전송 전력을 사용하여 OFDM 슬롯들에 전력을 할당함으로써 또한 전력 제어될 수 있다. 예를 들어, 특정 TPR(Traffic-to-Pilot Ratio)는 기지국에 의해 보내진 스케줄링 허용 메시지를 경유하여 이동국에 지시될 수 있다. 그 후, 이동국은 업링크상의 전송을 위해 스케줄링 될 때, OFDM 슬롯들에서 전송을 위해 필요한 전력을 결정하도록 이 TPR을 사용할 수 있다.
다운링크에서, CDMA 및 OFDM 심볼들은 도 3에 도시된 바와 같이 동일한 1.25MHz 캐리어상의 1.67ms 슬롯내에서 시간-다중화된다. 다운링크 슬롯 구조는 현재 HRPD 개정(0) 및 개정(A) 표준과 동일하다. 유일한 실질적 차이는 "데이터" 필드등의 CDMA 칩들이 OFDM 심볼들로 대체된다는 것이다. 이는 새로운 및 기존의(legacy) 이동국들이 도 4에 도시된 바와 같이 슬롯당 원칙(slot-by-slot basis)을 통해 다운링크 자원을 공유하는 것을 허용한다. 파일롯 및 MAC 필드들은 변경되지 않고, 모든 슬롯들(즉 유휴 슬롯들, CDMA 슬롯들 및 OFDM 슬롯들)에 존재한다. 이는 기존의 이동국이 이음새 없이(seamlessly) 동작하는 것을 허용한다.
다운링크(TDM)(시분할 다중화) 파일롯들은 도 5에 도시된 바와 같이 주파수 에러를 추정(및 보상)하는데 사용될 수 있다. 주파수 에러는 다음의 수학식을 사용하여 슬롯들(500, 505)내의 2개의 TDM 파일롯들간의 위상차 및 시간차에 기초하려 결정될 수 있다.
Figure 112005024186190-PAT00001
두 TDM 파일롯들간의 시간차는 고정되며, 수신기에 공지된다는 것에 주의한다. 위상은 수신된 파일롯 심볼들에 기초하여 추정될 수 있다. 유사하게, 업링크상에서, 전력-제어 CDM 슬롯들( 및 OFDM 데이터 슬롯들의 임베딩된 시간-주파수 파일롯들)의 CDM 파일롯들은 주파수 에러를 추정하는데 사용될 수 있다.
업링크상의 CDM 슬롯들 및 다운링크상의 파일롯 및 MAC 필드들에서 운반된 정보는 IS-95 무선 통신 시스템에서 사용되는 PN 코드들에 의해 스크램블(scramble)링된다. 또한 이 PN 코드들은 OFDM 전송을 위한 동기화 및 타이밍 정보를 유도하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, PN 시퀀스들로부터 유도된 타이밍은 OFDM 수신기의 FFT(Fast fourier transform) 윈도우 정렬을 위해 또한 사용될 수 있다.
다운링크상의 TDM 파일롯들은 도 6에 도시된 바와 같이 주파수 도메인(OFDM)의 복조를 위한 채널 추정을 위해 또한 사용될 수 있다. TDM 파일롯들과 관련하여, 채널은 시간-도메인에서 추정될 수 있고(600) 그 후, 시간 도메인 추정들에 FFT(고속 퓨리어 변환)를 취함으로써 주파수 도메인으로 변환된다(605). 유사하게, 업링크상의 전용된 CDMA 파일롯들은 주파수 도메인에서 업링크 채널 추정들을 제공하도록 사용될 수 있다. 주파수 도메인에서 부가적인 파일롯들은 채널 추정의 신뢰도를 높이기 위해 다운링크 및 업링크상의 OFDM 슬롯들에 또한 제공될 수 있다. 그 후, 최종 채널 추정들은 시간-도메인 및 주파수 도메인 파일롯들에 기초하여 얻어질 수 있다.
하이브리드 CDMA/OFDM 시스템의 시스템 파라미터들의 예시적인 세트가 예시용으로 표 1에 제공된다.
표 1
Figure 112005024186190-PAT00002
예시적인 다운링크 및 업링크 OFDM 슬롯 구조들이 도 7 및 도 8에 각각 도시된다. 부가적인 파일롯 심볼들은 업링크 슬롯 구조에서 도시된다는 것에 주의한다.
예시적인 업링크 및 다운링크 데이터 레이트들, 변조 및 코딩 체계들이 표 2 및 표 3에 각각 주어진다. 변조 및 코딩 체계들은 모든 90 서브캐리어들이 단일 사용자에 대한 전송을 위해 사용된다는 가정에 기초하여 결정된다. 당업자는 90 서브 캐리어들의 서브세트가 주어진 사용자에 대한 데이터 전송을 위해 사용되는 경우에 대해 포맷들이 확장될 수 있다는 것을 알 것이다. 또한, 슬롯 당 1608 데이터 심볼들 및 192 파일롯 심볼들은 업링크 경우에 대해 가정된다.
표 2
Figure 112005024186190-PAT00003
표 3
Figure 112005024186190-PAT00004
당업자는 다양한 시스템 계층들, 루틴들 또는 여기의 다양한 실시예들에서 예시된 모듈들이 실행가능 제어 유닛들일 수 있다는 것을 알 것이다. 제어 유닛들은 하나 이상의 저장 디바이스내에 포함된 실행가능 명령들 뿐만 아니라 마이크로프로세서, 마이크로제어기, 디지털 신호 프로세서, 프로세서 카드(하나 이상의 마이크로프로세서들 또는 제어기들을 포함하는)또는 다른 제어 또는 컴퓨팅 디바이스들을 포함할 수 있다. 저장 디바이스들은 데이터 및 명령들을 저장하기 위한 하나 이상의 기계-판독가능 저장 매체들을 포함할 수 있다. 저장 매체들은 동적 또는 정적 랜덤 액세스 메모리들(DRAM들 또는 SRAM들), 삭제가능 및 프로그래밍가능 판독-전용 메모리들(EPROM들), 전기적으로 삭제 가능 및 프로그래밍 가능 판독-전용 메모리들(EEPROM들) 및 플래시 매모리들과 같은 반도체 메모리 디바이스들을; 고정, 플로피, 삭제가능 디스크들과 같은 자기 디스크들; 테이프 및 컴팩트 디스크들(CD들) 또는 디지털 비디오 디스크들(DVD들)과 같은 광학 매체들을 포함하는 상이한 형태들의 메모리를 포함할 수 있다. 다양한 시스템에서 다양한 소프트웨어 계층들, 루틴들, 모듈들을 구성하는 명령들은 각 메모리 디바이스들에 저장될 수 있다. 각 제어 유닛에 의해 실행될 때, 명령들은 대응 시스템이 프로그래밍된 행동들을 수행하게 한다.
본 발명이 여기의 학설들의 이점을 갖는 당업자에 명백한 등가 방식들이 아닌 상이하게 실시 및 수정될 수 있기 때문에, 위에서 개시된 특정 실시예들은 오직 예시적이다. 또한, 이하의 청구범위에 기술된 것이 아닌 어떠한 제한들도 여기서 도시된 구성 또는 설계의 상세들로 의도되지 않는다. 그러므로, 위에서 개시된 특정 실시예들은 변경 또는 수정될 수 있고, 모든 변형들은 본 발명의 범위 및 정신내에서 고려된다. 따라서, 여기서 추구되는 보호는 이하의 청구범위에서 기술된다.
이동국과 기지국간의 전송을 제어하기 위한 CDMA 및 OFDM의 특징을 채용하는 법이 제공된다.

Claims (10)

  1. 이동국과 기지국간의 전송을 제어하는 방법으로서,
    CDMA 및 OFDM을 사용하여 정보의 프레임을 전송하는 단계를 포함하는, 전송 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    CDMA 및 OFDM을 사용하여 정보의 프레임을 전송하는 단계는,
    복수의 슬롯들을 갖는 프레임을 형성하는 단계;
    상기 복수의 슬롯들의 제 1 부분에서 CDMA를 사용하는 단계; 및
    상기 복수의 슬롯들의 제 2 부분에서 OFDM을 사용하는 단계를 더 포함하는, 전송 제어 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 슬롯들의 제 1 부분에서 CDMA를 사용하는 단계는 물리 계층 시그널링 및 제어 중 적어도 하나를 위해 CDMA를 사용하는 단계를 더 포함하는, 전송 제어 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    물리 계층 시그널링 및 제어 중 적어도 하나를 위해 CDMA를 사용하는 단계는 파일롯, 채널 품질 피드백 및 ACK/NACK 중 적어도 하나를 포함하는 상기 물리 계층 시그널링을 더 포함하는, 전송 제어 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 슬롯들의 제 1 부분에서 CDMA를 사용하는 단계는 CDMA 전력 제어 슬롯들을 사용하는 단계를 더 포함하는, 전송 제어 방법.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 슬롯들의 제 2 부분에서 OFDM을 사용하는 단계는 사용자 데이터 전송을 위해 OFDM을 사용하는 단계를 더 포함하는, 전송 제어 방법.
  7. 이동국과 기지국간의 전송을 제어하는 방법으로서,
    CDMA 및 OFDM을 사용하여 정보의 프레임을 수신하는 단계를 포함하는, 전송 제어 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    CDMA 및 OFDM을 사용하여 정보의 프레임을 수신하는 단계는,
    복수의 슬롯들을 갖는 프레임을 수신하는 단계를 더 포함하며,
    CDMA는 상기 복수의 슬롯들의 제 1 부분에서 사용되고, OFDM은 상기 복수의 슬롯들의 제 2 부분에서 사용되는, 전송 제어 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    CDMA는 물리 계층 시그널링 및 제어 중 적어도 하나를 달성하기 위해 복수의 슬롯들의 제 1 부분에서 사용되는, 전송 제어 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    물리 계층 시그널링 및 제어 중 적어도 하나를 달성하기 위해 CDMA를 사용하는 단계는 파일롯, 채널 품질 피드백 및 ACK/NACK 중 적어도 하나를 포함하는 상기 물리 계층 시그널링을 더 포함하는, 전송 제어 방법.
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US10/842,701 2004-05-10

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