KR20060089507A

KR20060089507A - 셀룰러 망에서의 자원 할당방법 및 이를 위한 송수신장치

Info

Publication number: KR20060089507A
Application number: KR1020050010771A
Authority: KR
Inventors: 이광복; 제희원; 남승훈
Original assignee: 삼성전자주식회사; 재단법인서울대학교산학협력재단
Priority date: 2005-02-04
Filing date: 2005-02-04
Publication date: 2006-08-09
Also published as: US20060176859A1; US7773946B2; KR101030413B1

Abstract

본 발명은 셀룰라 시스템의 다중접속 기술에 관한 것으로, 직교주파수분할 다중접속 방식을 기반으로 하여 한 사용자에 대한 소정 개수의 심볼들을 주파수 영역에서 확산 팩터에 대응한 개수의 인접한 부반송파들로 코드 확산을 수행한다. 그리고 각 홉을 주파수 영역에서 하나 이상의 심볼 간격으로 도약 시키는 구성을 제안한다. 기본적으로 한 채널은 도약을 위한 하나 이상의 심볼 간격으로 할당된 홉들로 구성되며, 한 채널이 최소 전송률을 지원하는 기본 단위가 되도록 정해진다. 한 채널의 전송률보다 더 높은 전송률을 요구하는 사용자는 홉 당 할당하는 심볼의 개수를 더 크게 하여 채널 당 전송률을 높이거나, 한 사용자에게 할당하는 채널의 개수를 늘림으로써 원하는 전송률을 얻을 수 있다. 또한 홉 당 할당하는 심볼의 개수와 채널의 개수를 조정함으로써, 유연한 자원관리가 가능하고 인접한 셀에서 들어오는 간섭을 평준화하는 효과를 극대화 시킬 수 있다. 상기 연접한 부반송파들을 하나의 홉으로 할당하여 주파수 영역으로 확산된 각 심볼이 플랫 페이딩(flat fading)을 겪어 코드들 간의 직교성을 유지하도록 하며, 이를 주파수 도약시킴으로써 주파수 다중화 이득을 얻는다. 이때 도약하는 각 홉 별로 데이터 심볼이 확산된 부반송파들 사이에 파일럿 심볼을 포함하는 적어도 하나 이상의 부반송파를 삽입함으로써, 파일럿 부하를 줄이면서도 각 홉의 채널 추정이 가능하게 한다.

OFDMA, 주파수 도약, 다중접속 방식, 자원할당, 그룹 도약

Description

셀룰러 망에서의 자원 할당방법 및 이를 위한 송수신장치{METHOD FOR ALLOCATING RESOURCE IN A CELLULAR NETWORK AND THEREOF TRANSCEIVER}

도 1은 멀티 캐리어 코드분할다중접속(MC-CDMA ; Multi-Carrier Code Division Multiple Access) 방식에서의 자원 할당 방식을 보이고 있는 도면.

도 2는 주파수 도약 직교주파수다중분할접속(FH-OFDMA ; Frequency Hopping-Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 방식에서의 자원 할당 방식을 보이고 있는 도면.

도 3은 본 발명에서 제안하는 자원 할당 방식을 보이고 있는 도면.

도 4는 도 3에 의한 할당된 자원을 그룹 도약(hopping)하는 방안을 제안하고 있는 도면.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 자원 할당을 위한 송신장치의 구성을 보이고 있는 도면.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 자원 할당을 위한 수신장치의 구성을 보이고 있는 도면.

본 발명은 셀룰러 망에서의 다중 접속 방식에 관한 것으로, 특히 주파수 도약/확산대역 직교주파수분할 다중접속(FH/SS-OFDMA ; Frequency Hopping/Spread Spectrum-Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 방식에 관한 것이다.

일반적으로 2세대와 3세대 이동통신을 지원하는 셀룰라 시스템에서는 DS-CDMA(Direct Sequence-CDMA) 방식을 사용한다. 상기 DS-CDMA 방식은 전송하고자 하는 데이터를 확산코드와 곱한 후 주파수 대역에서 확산하여 전송한다.

이러한 DS/CDMA 방식은 광대역에서 다중경로 페이딩이 심각하게 발생하는 단점이 있다. 상기 다중경로 페이딩으로 인한 인접 심볼들 간의 간섭을 극복하기 위한 방안으로 상기 DS-CDMA 방식에서는 많은 레이크 수신기들을 사용한다. 따라서 전술한 방안은 수신장치의 복잡도를 증가시키는 원인이 된다. 또한 광대역의 특성을 이용하여 주파수 영역에서 다중 사용자에 대한 다중화 이득을 얻기가 힘들며, 사용자들 간의 간섭으로 인해 고속 변조기법을 사용하기 어렵다.

전술한 이유로 인해 광대역을 이용할 것이 확실시되는 차세대 이동통신 시스템에서는 상기 DS-CDMA 방식을 사용하는 것이 적절하지 않을 것이다.

앞서 살펴본 점들을 극복하여 차세대 이동통신 시스템이 요구하는 고속 전송을 달성하기에 적합한 다중접속 기술로 주목 받고 있는 방식이 OFDMA 방식이다. 상기 OFDMA 방식은 광대역의 주파수를 잘게 분할하여 여러 개의 협대역 주파수(부반송파)들로 나누어 사용자 별로 할당한다. 이로써 동일한 전송률을 유지하면서 사용 자 심볼의 길이를 늘일 수 있다.

한편 동일한 패턴을 가지는 보호구간을 사용자 심볼에 추가함으로써 다중경로 페이딩으로 인한 인접 심볼들 간의 간섭을 완화시킨다. 또한 각 부반송파를 채널 이득이 높은 사용자에게 할당함으로써 다중 사용자의 다중화 이득을 얻기에 용이하다. 뿐만 아니라 주파수 자원이 보다 세분화되기 때문에 다중 사용자 이득과 같은 자원 관리상의 이득을 얻는데 적합하다. 이 같은 점들로 인해 최근 수 년 동안 OFDMA 방식을 기반으로 한 다양한 다중접속 방식들이 제안되어 왔다.

대표적으로 MC-CDMA 방식, FH-OFDMA 방식 등이 인접 셀로 인한 간섭을 완화시키는 효과가 우수하여 셀룰라 환경에 적합한 방식으로 주목 받고 있다.

상기 MC-CDMA 방식은 서로 다른 사용자에게 서로 다른 코드를 할당하고, 주파수 대역에서 확산함으로써 사용자를 구분한다. 상기 MC-CDMA 방식에서의 자원 할당 방식은 도 1을 통해 보이고 있다. 상기 도 1에서는 주파수 대역을 소정 구간(SF)으로 분할하고, 각 구간에서 사용자 별로 서로 다른 코드를 할당한다. 즉 사용자 1 내지 사용자 K 각각에 대응하여 코드 1 내지 코드 K를 할당한다. 따라서 사용자들은 자신에게 할당된 코드와 해당 주파수 대역에 의해 전송할 데이터를 확산하여 전송한다.

따라서 상기 MC-CDMA 방식을 적용할 시 인접 셀로부터의 간섭을 완화하는 효과를 얻을 수 있으며, 확산된 각 칩(chip)을 주파수 대역에 흩트림으로써 주파수 다중화 효과를 얻을 수도 있다. 하지만 상향링크의 경우 기지국에서 수신한 각 사용자들의 신호들은 서로 다른 채널을 겪게 된다. 따라서 같은 부반송파로 수신된 여러 사용자들의 신호들을 구분하여 코드들 간의 직교성을 복원하기 어렵다. 한편 MRC나 MMSEC와 같은 선형화된 기존의 수신기를 사용할 경우 심각한 성능 열화가 발생한다. 이는 1999년도에 'Prasad'가 'IEEE Transactions on Vehicular Technology'에 발표한'Design and performance of multicarrier CDMA system in frequency selective fading channels'에서 자세히 기술되고 있다.

상기 FH-OFDMA 방식은 주파수 도약을 통해 한 사용자가 지속적으로 페이딩에 빠져 있는 것을 방지하며, 채널 코딩과 결합하여 주파수 다중화 이득을 얻을 수 있다. 상기 FH-OFDMA 방식에서의 자원 할당 방식은 도 2를 통해 보이고 있다. 상기 2에서는 주파수 대역을 복수의 부반송파들로 분할하고, 각 사용자 별로 부반송파를 할당한다. 이때 각 사용자 별로 할당되는 부반송파는 고정되지 않고, 시간의 변화에 따라 변경된다. 즉 무선 전송로의 페이딩 특성에 따라 특정 사용자에게 할당되는 부반송파들의 집합을 동적으로 변경시킨다. 이를 흔히 "동적 자원 할당(dynamic resource allocation)" 또는 "주파수 도약(frequency hopping)"이라 한다.

이러한 FH-OFDMA 방식을 사용하면 인접 셀로부터의 간섭 역시도 주파수 도약됨에 따라, 사용하고 있는 부반송파에 간섭신호가 항상 들어오지는 않는다. 따라서 채널 코딩과 결합하여 이를 평준화하면 인접 셀로부터의 간섭을 완화하는 효과를 얻는다. 하지만 상향링크에서 모든 사용자들의 모든 홉마다 채널 추정을 수행해야 하므로, 이에 따른 파일럿 신호로 인한 부하가 커진다. 특히 연접 변복조 기술을 적용하기 위해서는 파일럿 부하가 더 커진다.

이를 극복하는 방법으로 시간영역의 여러 심볼들을 묶은 후 비연접 변복조 기술을 사용하는 방법이 제안된 바 있다. 그러나 상기 비연접 변복조 기술의 경우에는 파일럿 신호를 사용하지 않지 않으므로 주파수 효율이 떨어진다.

앞에서 살펴본 MC-CDMA 방식과 FH-OFDMA 방식은 셀룰라 시스템에 존재하는 인접 셀들 간의 간섭을 극복하기 위하여 각각 코드확산 또는 주파수 도약을 이용하였다. 아울러 주파수 다중화 이득까지도 얻을 수 있었다.

하지만, 상기 셀룰라 시스템에 존재하는 다양한 셀들 간의 부하를 고려한다면 코드확산 또는 주파수 도약 중 어느 한 가지만 이용하는 것보다는 두 가지 기술 각각의 이득을 사용자의 환경에 맞게 적절히 조정하여 동시에 사용하는 것이 더 효과적일 수 있다. 이를 위해 물리계층의 다중접속 기술은 상위계층에서의 적절한 조정이 가능하도록 유연하고 다양한 자원의 기본 단위를 제공해줄 필요가 있다.

한편 주파수 효율이 높은 연접 변복조 기술을 사용하기 위해서는 사용자 별로 파일럿 신호의 전송이 필요함을 감안하여 파일럿 신호로 인한 부하를 줄여야 한다. 더불어 인접 셀들 간의 간섭을 평준화하기 위해 코드 확산 기술을 적용할 경우 이로 인해 발생하는 직교성이 깨짐으로 인한 손실을 최소화할 수 있는 다중접속 기술이 필요하다. 특히 직교성 훼손은 다른 채널을 겪은 각 사용자의 신호가 함께 수신되는 상향링크 환경에서 매우 심각한 문제로 나타나므로 이를 극복할 수 있는 다중접속 기술이 더욱 절실히 필요하다.

따라서 상기한 바를 달성하해 본 발명은 셀룰라에 시스템 환경에서 높은 주 파수 효율을 얻기 위한 자원 할당 방법 및 이를 위한 송/수신장치를 제안한다.

또한 본 발명은 셀룰라에 시스템 환경에서 인접 셀들 간의 간섭으로 인한 영향을 극복하면서 주파수 다중화 이득을 얻기 위한 자원 할당 방법 및 이를 위한 송/수신장치를 제안한다.

또한 본 발명은 셀룰라에 시스템 환경에서 파일럿의 부하를 줄일 수 있는 자원 할당 방법 및 이를 위한 송/수신장치를 제안한다.

또한 본 발명은 셀룰라에 시스템 환경에서 유연한 자원관리가 가능한 다중접속 기술을 제안한다.

전술한 바를 달성하기 위한 제1견지에 있어, 본 발명은 전체 사용 주파수 대역을 연속하는 소정 개수의 부반송파들로 분할하여 복수의 부반송파 그룹들을 지정하고, 상기 각 부반송파 그룹 내에서 복수의 코드들에 의한 채널 별로 데이터를 코딩하여 전송하는 셀룰러 망을 기반으로 하는 직교주파수다중분할접속 방식의 이동통신시스템에서, 이동 단말에 의한 데이터 전송방법에 있어서, 상기 전송하고자 하는 데이터를 상기 코드들 각각에 대응하여 분할하고, 상기 복수의 코드들에 의해 상기 분할된 데이터들을 서로 다른 채널로써 확산하는 과정과, 상기 확산을 통해 출력되는 비트 열들을 지정된 적어도 하나의 부반송파 그룹에 속하는 부반송파들에 의한 역 푸리에 변환을 수행하여 전송하는 과정을 포함하며, 여기서 상기 부반송파 그룹들은 이동 단말 별로 서로 다른 적어도 하나의 부반송파 그룹이 지정되며, 상기 이동 단말 별로 지정된 적어도 하나의 부반송파 그룹은 하나 이상의 심볼 구간을 주기로 변경되며, 상기 주기에 대응한 매 전송 시마다 이전에 사용한 부반송파 그룹과 상이한 부반송파 그룹이 지정됨을 특징으로 한다.

전술한 바를 달성하기 위한 제2견지에 있어, 본 발명은 전체 사용 주파수 대역을 연속하는 소정 개수의 부반송파들로 분할하여 복수의 부반송파 그룹들을 지정하고, 상기 각 부반송파 그룹 내에서 복수의 코드들에 의한 채널 별로 데이터를 코딩하여 전송하는 셀룰러 망을 기반으로 하는 직교주파수다중분할접속 방식의 이동통신시스템에서, 기지국이 이동 단말들로부터 다중 접속 기법에 의해 전송되는 데이터를 수신하는 방법에 있어서, 상기 부반송파 그룹들 중 수신하고자 하는 이동 단말에 대해 할당된 적어도 하나의 부반송파 그룹에 속하는 부반송파들에 의해 수신신호에 대한 푸리에 변환을 수행하는 과정과, 상기 푸리에 변환을 통해 출력되는 비트 열들을 상기 복수의 코드들에 의해 역 확산하여 출력하는 과정을 포함하며, 여기서 상기 부반송파 그룹들은 이동 단말 별로 서로 다른 적어도 하나의 부반송파 그룹이 지정되며, 상기 적어도 하나의 부반송파 그룹은 하나 이상의 심볼 구간을 주기로 변경되며, 상기 주기에 대응한 매 전송 시마다 이전에 사용한 부반송파 그룹과 상이한 부반송파 그룹이 지정됨을 특징으로 한다.

전술한 바를 달성하기 위한 제3견지에 있어, 본 발명은 전체 사용 주파수 대역을 연속하는 소정 개수의 부반송파들로 분할하여 복수의 부반송파 그룹들을 지정하고, 상기 각 부반송파 그룹 내에서 복수의 코드들에 의한 채널 별로 데이터를 코딩하여 전송하는 셀룰러 망을 기반으로 하는 직교주파수다중분할접속 방식의 이동통신시스템에서, 상향 링크를 통한 데이터 송신장치에 있어서, 하나의 데이터 열을 복수의 데이터 열들로 출력하는 다중화부와, 상기 채널들을 구분하기 위한 코드들 을 생성하는 직교코드 생성부와, 상기 복수의 데이터 열들 각각을 상기 직교코드 생성부로부터의 서로 다른 코드들로 확산하는 제1확산부와, 상기 제1확산부에 의해 채널 확산된 비트 열들 각각을 셀 구분을 위한 스크램블링 코드로 확산하는 제2확산부와, 상기 스크램블링 코드에 의해 확산된 비트 열들을 지정되는 부반송파 그룹의 부반송파들에 매핑하는 주파수 도약부와, 상기 이동 단말이 지원할 데이터 전송 율에 의해 상기 코드의 수와, 상기 부반송파 그룹의 수 및 사용자 별로 주어지는 주파수 도약 패턴에 따라 부반송파 그룹을 지정하는 자원 할당부와, 상기 부반송파들에 매핑이 이루어진 데이터 열들에 대해 역 고속 푸리에 변환을 통해 변조 심벌들을 출력하는 역 고속 푸리에 변환부를 포함하며, 여기서 상기 부반송파 그룹들은 이동 단말 별로 서로 다른 적어도 하나의 부반송파 그룹이 지정되며, 상기 이동 단말 별로 지정된 적어도 하나의 부반송파 그룹은 하나 이상의 심볼 구간을 주기로 변경되며, 상기 주기에 대응한 매 전송 시마다 이전에 사용한 부반송파 그룹과 상이한 부반송파 그룹이 지정됨을 특징으로 한다.

전술한 바를 달성하기 위한 제4견지에 있어, 본 발명은 전체 사용 주파수 대역을 연속하는 소정 개수의 부반송파들로 분할하여 복수의 부반송파 그룹들을 지정하고, 상기 각 부반송파 그룹 내에서 복수의 코드들에 의한 채널 별로 데이터를 코딩하여 전송하는 셀룰러 망을 기반으로 하는 직교주파수다중분할접속 방식의 이동통신시스템에서, 기지국이 이동 단말들로부터 다중 접속 기법에 의해 전송되는 데이터를 수신하는 장치에 있어서, 상기 부반송파 그룹들 중 수신하고자 하는 이동 단말에 대해 할당된 적어도 하나의 부반송파 그룹에 속하는 부반송파들에 의해 수 신신호에 대한 푸리에 변환을 수행하는 고속 푸리에 변환부와, 상기 푸리에 변환을 통해 출력되는 주파수 영역의 비트 열들을 지정된 적어도 하나의 부반송파 그룹을 구성하는 부반송파들에 의해 주파수 도약 시켜 출력하는 주파수 도약부와, 상기 주파수 도약이 이루어진 비트 열들을 셀 구분을 위한 스크램블링 코드에 의해 역 확산하여 제1역확산부와, 상기 스크램블링 코드에 의해 역확산된 비트 열들을 상기 복수의 코드들에 의해 역 확산하여 출력하는 제2역확산부와, 상기 복수의 코드들을 생성하는 직교코드 생성부와, 상기 복수의 코드들의 수, 상기 주파수 도약을 위한 부반송파 그룹의 수 및 상기 적어도 하나의 부반송파 그룹을 지정하는 자원 할당부와, 상기 코드들에 의해 역확산된 비트 열들에 대한 왜곡을 보상하는 등화기를 포함하며, 여기서 상기 부반송파 그룹들은 이동 단말 별로 서로 다른 적어도 하나의 부반송파 그룹이 지정되며, 상기 이동 단말 별로 지정된 적어도 하나의 부반송파 그룹은 하나 이상의 심볼 구간을 주기로 변경되며, 상기 주기에 대응한 매 전송 시마다 이전에 사용한 부반송파 그룹과 상이한 부반송파 그룹이 지정됨을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 후술 될 상세한 설명에서는 상술한 기술적 과제를 이루기 위해 본 발명에 있어 한 개의 대표적인 실시 예를 제시할 것이다. 그리고 본 발명으로 제시될 수 있는 다른 실시 예들은 본 발명의 구성에서 설명으로 대체한다.

후술 될 본 발명의 실시 예로써 제안하는 다중접속 기술은 전체 주파수 대역을 N개의 부반송파들로 나누어 사용하는 OFDMA 방식을 기반으로 한다. 이하 본 발명의 실시 예에서 제안하는 다중 접속 기술을 '주파수 도약/확산대역 직교주파수분할 다중접속(FH/SS-OFDMA ; Frequency Hopping/Spread Spectrum-Orthogonal Frequency Division Multiple Access)' 방식이라 칭한다.

A. 자원 할당 방법

이하 본 발명의 실시 예에 따른 FH/SS-OFDMA 방식에서 제안될 수 있는 자원 할당 방법을 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 FH/SS-OFDMA 방식에서의 자원 할당 방식을 보이고 있는 도면이다.

상기 도 3을 참조하면, 주파수 대역을 복수의 부반송파 그룹들로 분할한다. 상기 각 부반송파 그룹들은 N개의 부반송파들 중 인접한 SF개의 부반송파들로 이루어진 집합이다. 상기 부반송파 그룹들은 각 사용자 별로 할당된다. 상기 각 사용자 별로 할당되는 부반송파 그룹은 고정되지 않고, 매 전송 시마다 다른 부반송파 그룹이 할당된다. 즉 상기 부반송파 그룹 단위로 주파수 도약이 이루어진다. 예컨대 사용자 1에게 제1부반송파 그룹이 할당되었다면, 다음 전송 시에는 K 번째 부반송파 그룹이 할당되고, 그 다음 전송 시에는 제2부반송파 그룹이 할당된다. 뿐만 아니라 모든 사용자들(사용자 1 내지 사용자 K)에 대해서는 공통적으로 코드 확산을 위한 M개의 코드들(코드 1 내지 코드 M)이 할당된다. 이와 같이 반송파 그룹을 할 당하는 예를 도 4에서 보이고 있다.

따라서 각 사용자들은 할당된 M개의 코드들(코드 1 내지 코드 M)로 전송할 데이터를 확산하여 자신에게 할당된 고유한 부반송파 그룹의 부반송파들을 통해 전송한다. 이하 상기 사용자 별로 하나의 부반송파 그룹에서 동시에 전송하는 M개의 심볼들을 하나의 홉으로 정의한다.

한편 한 채널은 매 심볼 간격이 아닌, 소정 개수의 심볼 간격으로 주파수 도약하는 홉들로 정의된다. 이는 한 사용자의 여러 심볼들을 동시에 보내질 경우 전송단위가 커짐으로써 자원 관리의 기본 단위 또한 커지는 것을 보완하기 위함이다. 상기 심볼 간격은 최소 전송률을 요구하는 사용자의 전송률을 기본 단위로 지원하도록 정하여 진다. 상기 최소 전송률에 비해 상대적으로 더 높은 전송률을 요구하는 사용자에 대해는 시스템 상황에 따라 할당하는 채널의 개수(L)를 늘리거나 한 홉에 확산시키는 심볼의 수(M)를 최대 SF개까지 늘린다.

그리고 수신측에서 채널 추정이 가능하도록 각 홉마다 데이터 심볼이 확산된 부반송파들 사이에 파일럿 심볼을 포함하는 적어도 하나 이상의 부반송파를 삽입하여 전송한다. 하나의 홉에 할당된 부반송파 SF개는 연접해 있도록 하여, 한 홉에 있는 여러 부반송파들이 가능한 플랫 페이딩을 겪게 한다. 이는 코드들 간의 직교성을 보존하고, 홉마다 추가된 파일럿 심볼을 포함하는 적어도 하나 이상의 부반송파만으로도 정확한 채널 추정이 가능하도록 한다. 이때 SF의 크기는 비교적 작게 하는 것이 플랫 페이딩을 겪게 하는데 유리하다. 하지만 SF가 확산 이득을 의미한다는 측면에서는 큰 값을 가질 필요가 있다. 상기 SF의 크기는 이 두 가지 상반된 조건을 모두 감안하여 결정되어야 할 것이다. 또한 주파수 영역에서 페이딩의 정도를 나타내는 지표가 되는 코헤런스(coherence) 대역을 고려하여 이보다 작게 설정하는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 자원 할당방법은 주파수 영역을 소정 개수의 부반송파들로 분할함으로써 구성되는 부반송파 그룹을 단위로 하여 사용자 별로 자원을 할당한다. 이때 주파수 도약을 위해 매 전송 시마다 각 사용자들이 사용할 부반송파 그룹을 변경시켜 할당한다. 그리고 각 사용자들에 대해 모든 코드들을 사용할 수 있도록 한다.

B. 송신장치

이하 본 발명의 실시 예에 따른 자원 할당을 통해 데이터를 전송하는 송신장치를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 자원 할당을 통해 데이터를 전송하는 송신장치의 구성을 보이고 있는 도면이다. 상기 도 5에서 보이고 있는 송신장치(500)는 부호화부(Encoder)(502), 인터리버(Interleaver)(504), 다중화부(Multiplexer)(506), 자원 할당부(Resource allocator)(508), 직교코드 생성부(510), 스크램블링 코드 생성부(512), 제1확산부(514), 제2확산부(516), 주파수 도약부(518), 역 고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform, 이하 "IFFT"라 칭함)부(520), 병/직렬 변환부(Parallel to serial converter)(522)와 보호구간 삽입부(Guard time inserter)(524)로 구성된다.

상기 도 5를 참조하면, 전송하고자 하는 데이터는 부호화부(502)로 제공된다. 상기 부호화부(502)는 상기 데이터에 대한 부호화를 수행하고, 상기 부호화를 통해 부호화 비트들로 출력한다. 상기 부호화 비트들은 인터리버(504)로 제공된다. 상기 인터리버(504)는 미리 결정된 패턴에 의해 상기 부호화 비트들에 대한 인터리빙을 수행한다. 상기 인터리빙이 이루어진 부호화 비트들은 다중화부(506)로 제공된다. 상기 다중화부(506)는 상기 부호화 비트들에 대한 다중화를 통해 복수의 부호화 비트 열들로 출력한다. 상기 복수의 부호화 비트 열들 각각은 제1확산부(514)를 구성하는 복수의 곱셈기들 중 대응하는 하나의 곱셈기로 제공된다.

상기 제1확산부(514)는 입력되는 각 부호화 비트 열들을 할당된 직교 코드들과 곱하여 출력된다. 즉 입력되는 부호화 비트 열을 소정 직교코드에 의해 확산함으로써, 상기 부호화 비트 열을 구성하는 각 부호화 비트 별로 길이가 SF인 확산 부호화 비트 열을 출력한다. 이때 상기 SF는 직교코드의 길이에 해당한다. 상기 제1확산부(514)에서 사용되는 직교 코드들은 직교코드 생성부(510)로부터 생성된다.

상기 직교코드 생성부(510)는 자원 할당부(508)의 제어에 의해 직교코드를 생성한다. 따라서 상기 자원 할당부(508)는 상기 직교 코드의 SF를 결정하여 상기 직교코드 생성부(510)로 알려 준다. 즉 상기 자원 할당부(508)는 해당 사용자가 할당 받은 L개의 채널들에 각각 SF로 코드 확산된 M개의 심볼들을 할당한다. 이때 상기 SF는 충분한 코드 확산 이득을 얻을 수 있도록 크면서도, 부반송파들이 선택적인 페이딩을 겪지 않도록 일정 크기 이하로 결정되어야 한다. 이는 주파수 영역으로 직교코드를 이용하여 코드 확산하였을 때 코드간의 직교성을 보존하도록 한다. 따라서 상기 SF의 크기는 페이딩 채널에서 주파수 선택성의 정도를 나타내는 지표로 쓰이는 코헤런스 대역을 고려하여 이보다 작은 값으로 선택하는 것이 바람직할 것이다. 상기 직교코드로는 SF를 2의 승수 단위로 조정할 수 있는 월쉬 코드가 사용될 수 있다.

상기 코드 확산이 이루어진 부호화 비트 열들은 제2확산부(516)를 구성하는 복수의 곱셈기들 중 대응하는 곱셈기들로 제공된다. 상기 제2확산부(516)는 상기 코드 확산된 부호화 비트 열들 각각을 할당된 스크램블링 코드와 곱하여 출력한다. 즉 동일한 SF의 확산 이득을 가지는 스크램블링 코드를 상기 코드 확산된 부호화 비트 열들 각각과 곱하여 셀들 간의 자원 분할이 가능하도록 한다. 상기 스크램블링 코드로는 PN 코드나 골드 코드를 사용하여 셀들 간의 간섭을 완화하도록 한다. 상기 제2확산부(516)에서 사용되는 스크램블링 코드들은 스크램블링 코드 생성부(512)로부터 생성된다.

상기 스크림블링 코드에 의해 확산된 비트 열들은 하나의 홉 단위로 주파수 도약부(518)에 입력된다. 각 홉 당 적어도 하나의 심볼은 각 홉의 채널을 추정하기 위한 파일럿 신호로 할당된다. 한 채널에는 심볼 간격 B 당 하나의 홉이 할당된다. 따라서 상기 주파수 도약부(518)는 각 홉을 정해진 패턴대로 도약 시킨다. 상기 심볼 간격 B는 상기 자원 할당부(508)에 의해 하나 이상의 심볼 단위로써 결정된다. 상기 심볼 간격 B를 크게 결정하면 한 채널에 할당되는 홉의 수가 적어져 채널 당 전송률이 낮아진다. 반대로 상기 심볼 간격 B를 작게 결정하면 채널 당 전송률은 높아진다. 따라서 상기 B의 크기는 최소 전송률을 요구하는 사용자가 한 채널을 점 유하면 되도록 최소 전송률 단위로 정의함으로써 무선 자원의 세밀도를 높이고 효율적인 자원 사용을 가능케 한다.

IFFT부(520)는 상기 주파수 도약에 의해 주파수 영역의 각 부반송파로 할당된 신호들을 시간 영역으로 변환된 변조 심볼 열들을 출력한다. 이후 인접 심볼 간섭 및 다중경로 페이딩을 완화하기 위해 보호 구간 삽입부(524)는 각 심볼들에 본래의 신호와 동일한 위상의 신호를 보호구간으로 삽입하여 기지국으로 전송한다.

C. 수신장치

이하 본 발명의 실시 예에 따른 자원 할당을 통해 데이터를 전송하는 수신장치를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 자원 할당을 통해 데이터를 전송하는 수신장치의 구성을 보이고 있는 도면이다. 상기 도 6에서 보이고 있는 송신장치(600)는 보호구간 제거부(Guard time remover)(602), 직/병렬 변환기(Serial to parallel converter)(604), 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, 이하 "FFT"라 칭함)부(606), 주파수 도약부(Frequency hopper)(608), 스크램블링 코드 생성부(610), 직교코드 생성부(612), 자원 할당부(614), 제1역확산부(616), 제2역확산부(618), 등화부(Equalizer)(620), 역다중화부(Demultiplexer)(622), 디인터리버(Deinterleaver)(624) 및 복호화부(Decoder)(626)로 구성된다.

상기 도 5를 참조하면, 기지국은 여러 사용자들로부터 서로 다른 채널을 겪으며 전송된 신호를 수신한다. 상기 수신신호는 보호구간 제거부(602)로 제공된다. 상기 보호구간 제거부(602)는 상기 수신신호에 삽입된 보호구간을 제거한다. 상기 보호구간이 제거된 수신신호는 직/병렬 변환부(604)로 제공된다. 상기 직/병렬 변환부(604)는 상기 수신신호를 병렬 신호들로 출력한다. 상기 병렬 수신신호는 FFT부(606)로 제공된다. 상기 FFT부(606)는 시간 영역의 상기 병렬 수신 신호들 각각에 대해 고속 푸리에 변환을 수행함으로써, 주파수 영역의 병렬 수신 신호들을 출력한다.

주파수 도약부(608)는 소정의 주파수 도약 패턴에 따라 상기 주파수 영역의 병렬 수신 신호들 각각을 도약 시킨다. 이때 상기 주파수 도약 패턴으로는 복조하려고 하는 사용자에 의해 사용된 것과 동일한 주파수 도약 패턴이 사용된다. 즉 상기 주파수 영역의 병렬 수신 신호들은 하나의 홉 단위로 상기 주파수 도약부(608)에 입력된다. 각 홉 당 한 개의 심볼은 각 홉의 채널을 추정하기 위한 적어도 하나의 파일럿 심볼을 포함한다. 한 채널에는 심볼 간격 B 당 하나의 홉이 할당된다. 따라서 상기 주파수 도약부(608)는 각 홉을 정해진 패턴대로 도약 시킨다. 상기 심볼 간격 B는 자원 할당부(614)에 의해 하나 이상의 심볼 단위로 결정된다. 상기 심볼 간격 B를 크게 결정하면 한 채널에 할당되는 홉의 수가 적어져 채널 당 전송률이 낮아진다. 반대로 상기 심볼 간격 B를 작게 결정하면 채널 당 전송률은 높아진다. 따라서 상기 B의 크기는 최소 전송률을 요구하는 사용자가 한 채널을 점유하면 되도록 최소 전송률 단위로 정의함으로써 무선 자원의 세밀도를 높이고 효율적인 자원 사용을 가능케 한다.

상기 주파수 도약이 이루어진 신호 열들 각각은 제1역확산부(616)를 구성하 는 곱셈기들 중 대응하는 곱셈기로 입력된다. 상기 제1역확산부(616)는 상기 주파수 도약이 이루어진 신호 열들 각각을 할당된 스크램블링 코드와 곱하여 출력한다. 상기 스크램블링 코드로는 PN 코드나 골드 코드를 사용하여 셀간 간섭을 완화하도록 한다. 상기 제1역확산부(516)에서 사용되는 스크램블링 코드들은 스크램블링 코드 생성부(610)로부터 생성된다.

상기 스크램블링 코드에 의해 역 확산이 이루어진 신호 열들은 제2역확산부(618)를 구성하는 복수의 곱셈기들 중 대응하는 곱셈기들로 제공된다. 상기 제2역확산부(618)는 입력되는 각 신호 열들을 할당된 직교 코드들과의 곱에 의해 역 확산하여 출력된다. 즉 상기 입력되는 신호 열은 길이가 SF인 직교코드에 의해 확산된 확산 부호화 비트 열이다. 따라서 상기 신호 열을 소정 직교코드에 의해 역 확산함으로써, 확산되기 전의 부호화 비트 열을 획득하게 된다. 상기 제2역확산부(618)에서 사용되는 직교 코드들은 직교코드 생성부(612)로부터 생성된다.

상기 직교코드 생성부(612)는 상기 자원 할당부(614)의 제어에 의해 직교코드를 생성한다. 따라서 상기 자원 할당부(614)는 상기 직교 코드의 SF를 결정하여 상기 직교코드 생성부(612)로 알려 준다. 즉 상기 자원 할당부(614)는 해당 사용자가 할당 받은 L개의 채널들에 각각 SF로 코드 확산된 M개의 심볼들을 할당한다. 이때 상기 SF는 충분한 코드 확산 이득을 얻을 수 있도록 크면서도, 부반송파들이 선택적인 페이딩을 겪지 않도록 일정 크기 이하로 결정되어야 한다. 이는 주파수 영역으로 직교코드를 이용하여 코드 확산하였을 때 코드간의 직교성을 보존하도록 한다. 따라서 상기 SF의 크기는 페이딩 채널에서 주파수 선택성의 정도를 나타내는 지표로 쓰이는 코헤런스 대역을 고려하여 이보다 작은 값으로 선택하는 것이 바람직할 것이다. 상기 직교코드로는 SF를 2의 승수 단위로 조정할 수 있는 월쉬 코드가 사용될 수 있다.

전술한 역확산 과정을 통해 각 홉 별로 적어도 하나의 파일럿 심볼을 포함한 M개의 심볼들을 획득하게 된다. 등화부(620)에서는 검출된 파일럿 심볼로부터 알아낸 채널 정보를 토대로 채널 보상 및 평준화를 수행한다. 상기 등화부(620)로는 시스템의 복잡도를 줄이기 위해 가급적 선형화된 등화기를 사용하는 것이 바람직하다. 한편 본 발명에서 제안하는 실시 예에서는 선형화된 등화기를 사용하여도 채널 보상 시 코드들 사이의 직교성을 보존할 수 있다는 점에서 다른 다중접속 방식에 비해 유리하다.

상기 등화부(620)로부터의 출력은 역다중화부(622)로 제공된다. 상기 역다중화부(622)는 각 홉 별로 할당된 M개의 심볼들을 역다중화를 통해 순차적으로 분리한다. 상기 순차적으로 분리된 심볼들은 디인터리버(624)로 제공된다. 상기 디인터리버(624)는 상기 심볼 열에 대한 디인터리빙을 수행한다. 상기 디인터리빙이 이루어진 심볼 열은 복호화부(626)로 제공된다. 상기 복호화부(626)에서는 상기 디인터리빙이 이루어진 심볼 열에 대해 복호화를 수행함으로써, 해당 사용자가 전송한 원본 데이터를 얻게 된다.

전술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 수신장치에서는 각 홉 마다 할당된 파일럿 심볼을 통해 채널 추정이 가능하므로 연접 복호기를 사용할 수 있다. 이는 주파수 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 얻게 한다.

한편, 본 발명의 실시 예에서는 사용자가 요구하는 전송률을 만족시키기 위해 사용자에게 할당하는 채널의 수 L과 한 채널에 할당되는 심볼 수 M을 조정할 수 있다. 상기 L과 상기 M은 자원 할당 매개 변수이다. 전체적인 셀룰라 시스템에서 볼 때, 각 사용자에 대한 L을 크게 하면 간섭신호의 크기가 줄어들고 주파수 다중화 이득이 증가하나 간섭신호가 발생할 확률은 커진다. 반대로 M을 크게 하면 간섭신호가 발생할 확률은 작아지나 간섭신호가 발생했을 경우 그 크기는 커진다. 따라서 트래픽 양, 인접 셀들 간의 간섭 크기, 사용자와 기지국간의 거리, 사용자의 요구사항 등을 감안하여 상기 M과 상기 L의 값을 조정하여 최적의 주파수 효율을 얻을 수 있을 것이다. 한편 기지국이 전술한 바에 의해 상/하향 링크에 대한 자원할당량의 결정을 수행하고, 상기 상향링크에 대해 결정된 자원할당정보를 사용자 별로 전송함으로써, 신호 전송 시에 할당된 자원만을 사용하도록 한다.

상기한 본 발명을 이용하면 코드 확산과 주파수 도약을 모두 이용하여 셀룰라 시스템의 중요 문제인 인접 셀들 간의 간섭을 완화할 수 있다. 특히, 코드 확산에 의한 효과와 주파수 도약에 의한 효과를 사용자 수, 트래픽 양, 인접 셀들 간의 간섭 크기, 사용자와 기지국 간의 거리, 사용자의 요구사항 등의 특수한 상황에 맞게 조정할 수 있기 때문에 유연한 자원관리가 가능하다. 뿐만 아니라 인접한 셀에서 들어오는 간섭신호를 평준화 시키는 효과를 극대화 시킬 수 있다.

또한 상기한 본 발명의 실시 예는 상향링크의 주파수 영역에서 코드확산 방 식을 적용한 시스템의 주요 문제인 코드들 간의 직교성 훼손을 막을 수 있다. 한편, 최소 전송률을 요구하는 사용자의 전송률을 기본 단위로 하여 다양한 전송률을 지원할 수 있으며, 상향링크에서도 파일럿 신호의 부하를 줄임으로써 연접 변복조 기술을 적용할 수 있기 때문에 주파수 효율을 높일 수 있다.

Claims

전체 사용 주파수 대역을 연속하는 소정 개수의 부반송파들로 분할하여 복수의 부반송파 그룹들을 지정하고, 상기 각 부반송파 그룹 내에서 복수의 코드들에 의한 채널 별로 데이터를 코딩하여 전송하는 셀룰러 망을 기반으로 하는 직교주파수다중분할접속 방식의 이동통신시스템에서, 이동 단말에 의한 데이터 전송방법에 있어서,

상기 전송하고자 하는 데이터를 상기 코드들 각각에 대응하여 분할하고, 상기 복수의 코드들에 의해 상기 분할된 데이터들을 서로 다른 채널로써 확산하는 과정과,

상기 확산을 통해 출력되는 비트 열들을 지정된 적어도 하나의 부반송파 그룹에 속하는 부반송파들에 의한 역 푸리에 변환을 수행하여 전송하는 과정을 포함하며,

여기서 상기 부반송파 그룹들은 이동 단말 별로 서로 다른 적어도 하나의 부반송파 그룹이 지정되며, 상기 이동 단말 별로 지정된 적어도 하나의 부반송파 그룹은 하나 이상의 심볼 구간을 주기로 변경되며, 상기 주기에 대응한 매 전송 시마다 이전에 사용한 부반송파 그룹과 상이한 부반송파 그룹이 지정됨을 특징으로 하는 상기 방법.
제1항에 있어서, 상기 주기에 의해 전송되는 변조 심볼들은 적어도 하나의 파일럿 심볼을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
제1항에 있어서, 상기 주기는 상기 셀룰러 망 내에서 요구되는 최소 전송률 단위로 정의됨을 특징으로 하는 상기 방법.
제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 부반송파 그룹을 매 전송 시마다 변경하는 것은 사용자 별로 주어지는 주파수 도약 패턴에 의해 이루어짐을 특징으로 하는 상기 방법.
전체 사용 주파수 대역을 연속하는 소정 개수의 부반송파들로 분할하여 복수의 부반송파 그룹들을 지정하고, 상기 각 부반송파 그룹 내에서 복수의 코드들에 의한 채널 별로 데이터를 코딩하여 전송하는 셀룰러 망을 기반으로 하는 직교주파수다중분할접속 방식의 이동통신시스템에서, 기지국이 이동 단말들로부터 다중 접속 기법에 의해 전송되는 데이터를 수신하는 방법에 있어서,

상기 부반송파 그룹들 중 수신하고자 하는 이동 단말에 대해 할당된 적어도 하나의 부반송파 그룹에 속하는 부반송파들에 의해 수신신호에 대한 푸리에 변환을 수행하는 과정과,

상기 푸리에 변환을 통해 출력되는 비트 열들을 상기 복수의 코드들에 의해 역 확산하여 출력하는 과정을 포함하며,

여기서 상기 부반송파 그룹들은 이동 단말 별로 서로 다른 적어도 하나의 부반송파 그룹이 지정되며, 상기 적어도 하나의 부반송파 그룹은 하나 이상의 심볼 구간을 주기로 변경되며, 상기 주기에 대응한 매 전송 시마다 이전에 사용한 부반송파 그룹과 상이한 부반송파 그룹이 지정됨을 특징으로 하는 상기 방법.
제5항에 있어서, 상기 주기에 의해 전송되는 변조 심볼들은 적어도 하나의 파일럿 심볼을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
제5항에 있어서, 상기 주기는 상기 셀룰러 망 내에서 요구되는 최소 전송률 단위로 정의됨을 특징으로 하는 상기 방법.
제5항에 있어서, 상기 적어도 하나의 부반송파 그룹을 매 전송 시마다 변경하는 것은 사용자 별로 주어지는 주파수 도약 패턴에 의해 이루어짐을 특징으로 하는 상기 방법.
전체 사용 주파수 대역을 연속하는 소정 개수의 부반송파들로 분할하여 복수의 부반송파 그룹들을 지정하고, 상기 각 부반송파 그룹 내에서 복수의 코드들에 의한 채널 별로 데이터를 코딩하여 전송하는 셀룰러 망을 기반으로 하는 직교주파수다중분할접속 방식의 이동통신시스템에서, 상향 링크를 통한 데이터 송신장치에 있어서,

하나의 데이터 열을 복수의 데이터 열들로 출력하는 다중화부와,

상기 채널들을 구분하기 위한 코드들을 생성하는 직교코드 생성부와,

상기 복수의 데이터 열들 각각을 상기 직교코드 생성부로부터의 서로 다른 코드들로 확산하는 제1확산부와,

상기 제1확산부에 의해 채널 확산된 비트 열들 각각을 셀 구분을 위한 스크램블링 코드로 확산하는 제2확산부와,

상기 스크램블링 코드에 의해 확산된 비트 열들을 지정되는 부반송파 그룹의 부반송파들에 매핑하는 주파수 도약부와,

상기 이동 단말이 지원할 데이터 전송 율에 의해 상기 코드의 수와, 상기 부반송파 그룹의 수 및 사용자 별로 주어지는 주파수 도약 패턴에 따라 부반송파 그룹을 지정하는 자원 할당부와,

상기 부반송파들에 매핑이 이루어진 데이터 열들에 대해 역 고속 푸리에 변환을 통해 변조 심벌들을 출력하는 역 고속 푸리에 변환부를 포함하며,

여기서 상기 부반송파 그룹들은 이동 단말 별로 서로 다른 적어도 하나의 부 반송파 그룹이 지정되며, 상기 이동 단말 별로 지정된 적어도 하나의 부반송파 그룹은 하나 이상의 심볼 구간을 주기로 변경되며, 상기 주기에 대응한 매 전송 시마다 이전에 사용한 부반송파 그룹과 상이한 부반송파 그룹이 지정됨을 특징으로 하는 장치.
제9항에 있어서, 상기 주기에 의해 전송되는 상기 변조 심볼들은 적어도 하나의 파일럿 심볼을 포함함을 특징으로 하는 상기 장치.
제9항에 있어서, 상기 주기는 상기 셀룰러 망 내에서 요구되는 최소 전송률 단위로 정의됨을 특징으로 하는 상기 장치.
전체 사용 주파수 대역을 연속하는 소정 개수의 부반송파들로 분할하여 복수의 부반송파 그룹들을 지정하고, 상기 각 부반송파 그룹 내에서 복수의 코드들에 의한 채널 별로 데이터를 코딩하여 전송하는 셀룰러 망을 기반으로 하는 직교주파수다중분할접속 방식의 이동통신시스템에서, 기지국이 이동 단말들로부터 다중 접속 기법에 의해 전송되는 데이터를 수신하는 장치에 있어서,

상기 부반송파 그룹들 중 수신하고자 하는 이동 단말에 대해 할당된 적어도 하나의 부반송파 그룹에 속하는 부반송파들에 의해 수신신호에 대한 푸리에 변환을 수행하는 고속 푸리에 변환부와,

상기 푸리에 변환을 통해 출력되는 주파수 영역의 비트 열들을 지정된 적어도 하나의 부반송파 그룹을 구성하는 부반송파들에 의해 주파수 도약 시켜 출력하는 주파수 도약부와,

상기 주파수 도약이 이루어진 비트 열들을 셀 구분을 위한 스크램블링 코드에 의해 역 확산하여 제1역확산부와,

상기 스크램블링 코드에 의해 역확산된 비트 열들을 상기 복수의 코드들에 의해 역 확산하여 출력하는 제2역확산부와,

상기 복수의 코드들을 생성하는 직교코드 생성부와,

상기 복수의 코드들의 수, 상기 주파수 도약을 위한 부반송파 그룹의 수 및 상기 적어도 하나의 부반송파 그룹을 지정하는 자원 할당부와,

상기 코드들에 의해 역확산된 비트 열들에 대한 왜곡을 보상하는 등화기를 포함하며,

여기서 상기 부반송파 그룹들은 이동 단말 별로 서로 다른 적어도 하나의 부반송파 그룹이 지정되며, 상기 이동 단말 별로 지정된 적어도 하나의 부반송파 그룹은 하나 이상의 심볼 구간을 주기로 변경되며, 상기 주기에 대응한 매 전송 시마다 이전에 사용한 부반송파 그룹과 상이한 부반송파 그룹이 지정됨을 특징으로 하는 장치.
제12항에 있어서, 상기 주기에 의해 전송되는 상기 변조 심볼들은 적어도 하나의 파일럿 심볼을 포함함을 특징으로 하는 상기 장치.
제12항에 있어서, 상기 주기는 상기 셀룰러 망 내에서 요구되는 최소 전송률 단위로 정의됨을 특징으로 하는 상기 장치.