KR20070078013A - 고속 패킷 데이터 시스템의 순방향 링크에서 다중 안테나의다중 입력 다중 출력을 지원하는 송수신 장치 및 방법 - Google Patents

고속 패킷 데이터 시스템의 순방향 링크에서 다중 안테나의다중 입력 다중 출력을 지원하는 송수신 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 CDMA 2000 Nx-EV-DO 호환 시스템에서 MIMO 지원을 위한 전용 파일럿 할당과 MIMO 전용 인터레이스 슬롯을 설정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 송신 장치는 고속 패킷 데이터 시스템의 순방향 링크에서 패킷 데이터를 전송하는 송신 장치에 있어서, 송신할 물리 계층 패킷 데이터를 정해진 전송 방식에 따라 무선 신호로 변조하여 무선망으로 송출하는 송신기와, 상기 무선 신호가 전송되는 슬롯의 특정 인터레이스에 MIMO 전용 파일럿을 삽입하는 MIMO 전용 파일럿 삽입기와, 상기 MIMO 전용 파일럿 삽입기의 동작을 제어함과 아울러 상기 특정 인터레이스를 제외한 나머지 인터레이스에서는 상기 MIMO 전용 파일럿을 삽입하지 않도록 제어하는 MIMO 인터레이스 선택기를 포함함을 특징으로 한다.
HRPD, 파일럿 톤, 데이터 톤, MIMO, MIMO 파일럿, Interlace-MIMO, OFDM, EV-DO

Description

고속 패킷 데이터 시스템의 순방향 링크에서 다중 안테나의 다중 입력 다중 출력을 지원하는 송수신 장치 및 방법{TRANSMITTING/RECEIVING APPARATUS AND METHOD FOR SUPPORTING MULTIPLE INPUT MULTIPLE OUTPUT OF MULTIPLE ANTENNAS IN A FORWARD LINK IN A HIGH RATE PACKET DATA SYSTEM}
도 1은 일반적인 HRPD 시스템에서 순방향 링크의 슬롯(slot) 구조를 도시한 도면
도 2는 일반적인 HRPD 시스템에서 송신기의 구조를 도시한 도면
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 HRPD 시스템의 순방향 링크에서 데이터 전송 구간에 OFDM 심볼을 삽입한 슬롯 구조를 도시한 도면
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 HRPD 시스템에서 송신기의 구조를 도시한 도면
도 5a는 본 발명의 실시 예에 따른 HRPD 시스템의 순방향 링크에서 MIMO를 지원하는 OFDM 전송 방식을 수행할 경우 MIMO 파일럿 톤의 배치 예를 도시한 도면
도 5b 및 도 5c는 본 발명의 실시 예에 따른 HRPD 시스템의 순방향 링크에서 MIMO를 지원하는 EV-DO 전송 방식을 수행할 경우 MIMO 파일럿의 배치 예를 도시한 도면
도 6a는 본 발명의 실시 예에 따른 HRPD 시스템의 순방향 링크에서 MIMO 사 용자를 위한 인터레이스를 고정으로 할당하는 이유를 설명하기 위한 도면
도 6b는 본 발명의 실시 예에 따른 HRPD 시스템의 순방향 링크에서 MIMO 전용으로 인터레이스가 고정으로 할당된 예를 도시한 도면
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 HRPD 시스템의 순방향 링크에서 MIMO 인터레이스의 할당 여부에 따른 송신 과정을 도시한 순서도
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 HRPD 시스템의 순방향 링크에서 전송 방식이 NON-MIMO EV-DO인 경우 수신기의 구조를 도시한 블록도
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 HRPD 시스템의 순방향 링크에서 전송 방식이 MIMO EV-DO인 경우 수신기의 구조를 도시한 블록도
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 HRPD 시스템의 순방향 링크에서 전송 방식이 NON-MIMO OFDM인 경우 수신기의 구조를 도시한 블록도
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 HRPD 시스템의 순방향 링크에서 전송 방식이 MIMO OFDM인 경우 수신기의 구조를 도시한 블록도
본 발명은 고속 패킷 데이터(High Rate Packet Data : HRPD) 시스템에서 데이터 송수신 장치 및 방법에 대한 것으로서, 특히 상기 HRPD 시스템에서 EV-DO(Evolution Data Only) 전송 방식은 물론 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing : OFDM) 전송 방식과 다중 안테나를 사용하도록 다중 입력 다중 출력(Multiple Input Multiple Output : MIMO) 기술을 지원하는 송수신 장치 및 방법에 대한 것이다.
통신 기술의 급격한 발전에 따라 이동통신 시스템은 일반적인 음성통화 서비스는 물론 이동 단말로 이메일이나 정지 영상은 물론 동영상과 같은 대용량의 디지털 데이터 전송이 가능한 고속 데이터 서비스를 제공하는 단계에 이르고 있다.
현재 고속 데이터 서비스를 제공하는 이동통신 시스템의 대표적인 예로는 EV-DO, OFDM 시스템 등이 있다. 상기 EV-DO 시스템은 대용량의 디지털 데이터 전송을 위해 미국의 퀄검사(Qualcomm)에 의해 제안된 고속 데이터 서비스 표준의 하나로 종래 CDMA 2000 1x를 한 단계 진화시켜 약 2.4Mbps의 순방향 전송 속도를 제공하도록 마련된 것이다. 상기 EV-DO 시스템은 HRPD 시스템이라고도 불리운다.
또한 다중 반송파 전송 방식을 적용하는 대표적인 무선 이동통신 시스템의 하나로 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing : OFDM) 전송 방식을 들 수 있다. 상기 OFDM 전송 방식은 직렬로 입력되는 심벌(Symbol)열을 병렬로 변환하여 이들 각각을 상호 직교성을 갖는 다수의 부반송파를 통해 변조하여 전송하는 방식으로 1990년대 초반 이후 VLSI(Very Large Scale Integration) 기술의 발전에 따라서 각광 받기 시작하였다.
상기 OFDM 전송 방식은 복수 개의 부반송파(subcarrier)를 이용하여 데이터를 변조시키며, 각각의 부반송파는 상호 직교성(orthogonality)을 유지하여 기존 단일 반송파 전송 방식(single carrier modulation scheme)에 비해서 주파수 선택 적 다중 경로 페이딩 채널(frequency selective multipath fading channel)에 강한 특성을 보이며, 방송 서비스 등 고속 패킷 데이터 서비스에 적합한 전송 방식이다.
이하에서는 일반적인 HRPD 시스템의 순방향 링크에서 슬롯 구조와 송신기 구조를 간략히 설명하기로 한다.
상기 HRPD 시스템의 순방향 링크는 다중 접속 기술로 TDMA 기법을 다중화 방식으로 TDM(Time Division Multiplexing)/CDM(Code Division Multiplexing) 기법을 사용하고 있다.
도 1은 일반적인 HRPD 시스템에서 순방향 링크의 슬롯(slot) 구조를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이 한 슬롯은 반 슬롯 구조가 반복된 형태를 갖는다. 반 슬롯의 중앙에는 Npilot 칩(chip) 길이의 파일럿 신호(Pilot signal)(103, 108)가 삽입되며, 이는 이동 단말의 수신기에서 순방향 링크의 채널 추정에 이용된다. 파일럿 신호의 양측에는 역방향 전력제어 정보, 자원 할당 정보 등을 포함하는 NMAC 칩 길이의 매체 접근 제어(Medium Access Control : MAC) 신호(102, 104, 107, 109)가 전송된다. 그리고 상기 MAC 신호(102, 104, 107, 109)의 양측에는 NData 칩 길이의 실제 전송 데이터(101, 105, 106, 110)가 전송된다. 이와 같이 HRPD 시스템에서 순방향 링크의 슬롯(slot)은 파일럿, MAC 정보, 데이터 등이 서로 다른 시간에 전송되는 TDM 방식으로 다중화되어 있다.
한편 MAC 정보과 데이터는 왈시(Walsh) 코드를 이용한 CDM 방식으로 다중화 하는 방법을 이용하고 있으며, HRPD 시스템의 순방향 링크에서 파일럿 신호, MAC 신호, 데이터의 소블럭 단위의 크기는 Npilot = 96 칩, NMAC = 64 칩, NData = 400 칩으로 설정되어 있다.
도 2는 일반적인 HRPD 시스템에서 송신기의 구조를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 송신기는 수신된 패킷 데이터를 채널 부호화하는 채널 부호화기(channel encoder)(201)와, 부호화된 패킷 데이터를 인터리빙(interleaving)하는 채널 인터리버(channel interleaver)(202)와, 인터리빙된 패킷 데이터를 변조하는 변조기(203)로 구성된다. MAC 채널의 데이터는 채널 부호화기(204)를 거친다. 파일럿 톤(pilot tone)과, MAC 신호, 데이터는 TDM 다중화기(MUX)(206)를 거친 후, 도 1과 같은 슬롯 구조의 물리 계층(Physical Link)를 이룬다. TDM 다중화기(206)를 거친 데이터는 반송파 변조기(207)를 거쳐 안테나(도시되지 않음)를 통해 사용자들에게 전송된다. 도 2에서 참조 번호 208은 HRPD 시스템과의 호환을 위해 MAC 채널의 채널 부호화기(204), TDM 다중화기(206) 및 반송파 변조기(207)를 포함하는 HRPD 호환 처리기를 구성한다.
그러나 상기한 구성의 HRPD 시스템은 방송 서비스 등 차세대 시스템의 요구사항인 광대역 데이터 전송과 주파수 자원의 효율적인 사용을 충분히 지원하기에는 부족함이 있으며, 이를 지원하기 위해서는 적합한 데이터의 변조 방법 및 다중 안테나를 사용하여 고속의 데이터 전송 및 주파수의 효율적인 이용을 위한 방안이 요구된다.
본 발명은 HRPD 시스템에서 EV-DO 전송 방식은 물론 OFDM 전송 방식과 다중 안테나를 사용하도록 MIMO 기술을 지원하는 송수신 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명은 HRPD 시스템에서 EV-DO 전송 방식은 물론 OFDM 전송 방식을 지원하며, 데이터 심볼의 위치를 고정된 인터레이스로 할당하여 MIMO 기술을 지원하는 송수신 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 송신 장치는 고속 패킷 데이터 시스템의 순방향 링크에서 패킷 데이터를 전송하는 송신 장치에 있어서, 송신할 물리 계층 패킷 데이터를 정해진 전송 방식에 따라 무선 신호로 변조하여 무선망으로 송출하는 송신기와, 상기 무선 신호가 전송되는 슬롯의 특정 인터레이스에 MIMO 전용 파일럿을 삽입하는 MIMO 전용 파일럿 삽입기와, 상기 MIMO 전용 파일럿 삽입기의 동작을 제어함과 아울러 상기 특정 인터레이스를 제외한 나머지 인터레이스에서는 상기 MIMO 전용 파일럿을 삽입하지 않도록 제어하는 MIMO 인터레이스 선택기를 포함함을 특징으로 한다.
본 발명의 송신 방법은 고속 패킷 데이터 시스템의 순방향 링크에서 패킷 데이터를 전송하는 송신 방법에 있어서, 현재 전송할 슬롯이 특정 MIMO 인터레이스 슬롯인지 확인하는 과정과, 상기 특정 MIMO 인터레이스에 해당되는 경우 정해진 전송 방식에 따라 해당 인터레이스에 MIMO 전용 파일럿을 삽입하는 과정과, 상기 MIMO 전용 파일럿이 삽입된 무선 신호를 HRPD 호환 처리한 후 무선망으로 송출하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
본 발명의 수신 장치는 고속 패킷 데이터 시스템의 순방향 링크에서 패킷 데 이터를 수신하는 수신 장치에 있어서, 무선 신호가 전송되는 슬롯의 특정 인터레이스로부터 MIMO 전용 파일럿을 추출하는 MIMO 전용 파일럿 추출기와, 상기 무선 신호로 전송되는 물리 계층 패킷 데이터를 정해진 전송 방식에 따라 수신하고, 상기 MIMO 전용 파일럿을 이용하여 상기 무선 신호의 데이터를 복원하는 수신기를 포함함을 특징으로 한다.
본 발명의 수신 방법은 고속 패킷 데이터 시스템의 순방향 링크에서 패킷 데이터를 수신하는 수신 방법에 있어서, 무선 신호로 전송되는 물리 계층 패킷 데이터를 정해진 전송 방식에 따라 수신하는 과정과, 상기 무선 신호가 전송되는 슬롯의 특정 인터레이스로부터 MIMO 전용 파일럿을 추출하는 과정과, 상기 MIMO 전용 파일럿을 이용하여 상기 무선 신호의 데이터를 복원하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 HRPD 시스템의 순방향 링크에서 데이터 전송 구간에 OFDM 심볼을 삽입한 슬롯 구조를 도시한 도면이다.
HRPD 시스템에서 순방향 링크와의 호환성을 유지하기 위해 파일럿 신호와 MAC 신호의 위치와 크기는 도 1에서 설명한 일반적인 순방향 링크의 슬롯 구조와 동일하다. 따라서 반 슬롯의 중앙에는 Npilot 칩 길이의 파일럿 신호(303, 308)가 위치하고, 파일럿 신호(303, 308)의 양측에는 NMAC 칩 길이의 MAC 신호(302, 304, 307, 309)가 위치한다. 따라서 OFDM 전송 방식을 지원하지 않는 일반적인 HRPD 단말도 파일럿 신호(303, 308)를 통해 채널을 추정하고, MAC 신호(302, 304, 307, 309)를 수신할 수 있다. 슬롯의 남은 영역 즉 데이터 전송 구간에서는 OFDM 심볼(301, 305, 306, 310)을 삽입한다.
일반적인 HRPD 시스템의 순방향 링크에서 데이터 전송 구간은 NData = 400 칩으로 설정되어 있었으므로, OFDM 심볼의 크기 또한 NData = 400 칩이다. OFDM 전송 방식에서는 다중 경로를 통해 시간 지연된 수신 신호가 자기 간섭을 일으키는 것을 방지하기 위해 싸이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix : CP)를 OFDM 심볼의 앞 부분에 덧붙여 전송한다. 즉 하나의 OFDM 심볼은 패킷 데이터 정보를 역방향 고속 퓨리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform : IFFT)한 OFDM 데이터(301a)와 CP(301b)로 구성된다.
상기 CP(301b)의 크기는 NCP 칩으로 OFDM 데이터의 뒷 부분에서 NCP 칩만큼의 신호를 복사하여 OFDM 데이터 앞 부분에 삽입한 것이다. 따라서 OFDM 데이터의 크기는 (NData - NCP) 칩이 된다. 여기서 NCP는 자기 간섭을 일으키는 시간 지연을 얼마만큼 허용할 것인가에 의해 결정된다. 만약 NCP가 크다면 더 많은 지연된 수신 신호 가 간섭을 일으키지 않고 복조되지만 OFDM 데이터의 크기가 작아지기 때문에 전송할 수 있는 정보량은 줄어든다. 반면 NCP가 작다면 보낼 수 있는 정보량은 커지지만 다중 경로 페이딩이 심한 환경에서 자기 간섭이 발생할 확률이 높아져 수신 품질이 나빠진다.
NDATA 개의 톤이 모두 데이터 심볼 전송에 이용될 수는 없다. 사용하는 주파수 대역의 가장자리에 있는 일부 톤은 대역외 신호가 간섭으로 영향을 미치는 것을 줄이기 위한 경계 톤(Guard Tone)으로 사용해야 한다. 기존 HRPD 시스템의 순방향 링크에서 사용하는 파일럿 신호(303, 308)는 OFDM 심볼의 채널 추정을 위해서도 사용한다. 하지만 다중 입력 다중 출력(Multiple Input Multiple Output : MIMO) 사용자들을 위한 다중 안테나의 채널 추정을 위해서는 전용의 파일럿 신호가 추가적으로 필요하다. 이를 위해 톤의 일부에 송수신기가 미리 약속한 신호를 전송하여 채널 추정에 이용할 수 있으며, 본 명세서에서는 이러한 톤을 MIMO 파일럿 톤이라 칭하기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 HRPD 시스템에서 송신기의 구조를 도시한 도면이다.
도 4의 송신기는 도시된 바와 같이 수신된 패킷 데이터를 채널 부호화하는 채널 부호화기(401)와, 부호화된 패킷 데이터를 인터리빙하는 채널 인터리버(402)와, 인터리빙된 패킷 데이터를 변조하는 변조기(403)와, 대역외 신호가 간섭으로 영향을 미치는 것을 줄이기 위한 경계톤을 삽입하는 경계톤 삽입기(404) 및 MIMO 사용자의 단말에서 다중 안테나의 채널 추정을 위한 MIMO 파일럿 톤을 삽입하는 MIMO 파일럿 톤 삽입기(405)를 포함한다.
또한 상기 송신기는 확산기(406)와, 시간 영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하는 IFFT 처리기(407)와, 신호 간섭을 방지하기 위해 OFDM 데이터의 앞 부분에 CP를 삽입하는 CP 삽입기(408)와, HRPD 시스템의 전송 방식과 호환을 위한 HRPD 호환 처리기(415)와, EV-DO 송신기(411)와, EV-DO 시스템용 MIMO 파일럿을 삽입하는 MIMO 파일럿 삽입기(310)를 구비한다. 상기 확산기(406)는 예를 들어 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 확산기를 이용할 수 있다.
또한 본 발명에서 상기 송신기는 전송 방식에 따라 MIMO를 지원하는 OFDM 전송 방식을 따를 경우 전용 파일럿으로 MIMO 파일럿 톤을 전송하도록 MIMO 파일럿 톤 삽입기(405)를 선택하여 동작시키고, MIMO를 지원하는 EV-DO 전송 방식을 따를 경우 전용 파일럿으로 MIMO 파일럿을 전송하도록 MIMO 파일럿 삽입기(410)를 선택하여 동작시키는 MIMO 인터레이스 선택기(412)와, 전송 방식에 따라 OFDM 신호 또는 EV-DO 신호를 출력하도록 다중화기(409)를 제어하는 OFDM 신호 또는 EV-DO 신호의 전송을 선택하는 OFDM/EV-DO 선택기(413)를 구비한다.
그리고 MIMO를 지원하지 않을 경우 즉, NON-MIMO 인터레이스일 경우 상기 MIMO 인터레이스 선택기(412)는 MIMO 전용 파일럿으로 MIMO 파일럿 톤이나 MIMO 파일럿이 삽입되지 않도록 MIMO 파일럿 톤 삽입기(405)와 MIMO 파일럿 삽입기(410)의 동작을 제어한다. 이 경우 송신기는 일반적인 OFDM 전송 방식을 따르거나 EV-DO 전송 방식을 따르게 된다. 따라서 MIMO를 이용하는 OFDM, EV-DO 사용자와 MIMO를 이 용하지 않는 OFDM, EV-DO 사용자가 공존하는 시스템에서는 MIMO 지원을 위한 MIMO 파일럿 톤이나 MIMO 파일럿의 할당을 위한 인터레이스를 고정적으로 배치하는 것이 바람직 할 것이다.
그리고 제어기(414)는 MIMO 인터레이스의 할당 여부를 확인하여 MIMO 인터레이스 선택기(412)의 동작을 제어하고, 현재 슬롯이 OFDM 사용자를 위한 전송인지 또는 EV-DO 사용자를 위한 전송인지 확인하여 OFDM/EV-DO 선택기(413)의 동작을 제어한다.
본 발명에서 OFDM 전송 방식이나 MIMO-OFDM 전송 방식을 위한 기지국의 송신 과정은 다음과 같다.
상위 계층에서 만들어진 물리 계층 패킷 데이터는 채널 부호화기(401)에 입력되어 채널 부호화되고, 채널 부호화된 비트열은 다이버시티(diversity) 이득을 얻기 위해 채널 인터리버(402)를 통해 섞이게 된다. 인터리빙된 비트열은 변조기(403)로 입력되어 변조 신호로 변환된다. 여기서 변조 신호는 도 3의 슬롯 구조에서 데이터 전송 구간의 데이터 톤(data Tone)에 배치된다.
그리고 경계톤 삽입기(404)는 변조기(403)에서 출력된 신호의 대역 경계 부근에 경계톤을 배치한다. 여기서 MIMO-OFDM 전송 방식의 경우 기지국의 송신기에서 MIMO 인터레이스 선택기(412)는 MIMO 파일럿 톤 삽입기(405)의 동작을 제어하여 할당된 인터레이스에 MIMO 파일럿 톤을 삽입한다. 일반적인 OFDM 전송 방식의 경우 상기 MIMO 파일럿 톤의 삽입 동작은 생략된다. 일반적인 OFDM 전송 방식을 따를 경우 HRPD 호환 처리기(415)에서 일반적인 EV-DO 시스템의 파일럿 신호만을 삽입하여 전송하게 된다.
상기와 같은 동작에 따라 모든 톤에 전송될 신호가 할당되면, 확산기(406)는 예컨대 QPSK 확산을 수행하고, 이러한 QPSK 확산 과정을 통해 서로 다른 정보를 전송하는 기지국의 신호는 서로 다른 복소 PN(Pseudo Noise) 열이 곱해지게 된다. 여기서 복소 PN 열이란 실수 성분과 허수 성분이 모두 PN 코드로 구성된 복소수열을 의미한다. 상기 QPSK 확산 과정을 거친 변조 신호들은 IFFT 처리기(407)에서 IFFT 처리되어 원하는 주파수 톤의 위치에 놓이게 된다. 그리고 CP 삽입기(408)는 다중경로 페이딩에 따른 자기 간섭 효과를 방지하기 위한 목적으로 IFFT 처리된 OFDM 데이터에 CP를 삽입하여 OFDM 심볼을 생성한다. 상기 MIMO 파일럿 톤이 삽입된 OFDM 심볼은 OFDM/EV-DO 선택기(413)의 제어에 따라 다중화기(409)를 통하여 HRPD 호환처리기(415)로 전달된다.
그리고 HRPD 호환 처리기(415)는 도 3의 슬롯 구조에 따라 전송 데이터와 함께 파일럿 신호(303, 308)와 MAC 신호(302, 304, 307, 309)가 TDM 방식으로 다중화되도록 HRPD 시스템의 호환 처리를 수행한다. 따라서 도 4의 송신기를 통해 최종적으로는 전송되는 무선 신호는 상기 도 3에 도시된 바와 같은 슬롯 구조를 가지게 된다.
본 발명에서 일반적인 EV-DO 전송 방식과 MIMO를 지원하는 EV-DO 전송 방식을 위한 기지국의 송신 과정은 다음과 같다.
MIMO를 지원하는 EV-DO 전송 방식을 수행할 경우 송신기의 MIMO 인터레이스 선택기(412)는 EV-DO 송신기(411)로부터 송신 신호를 전달받은 MIMO 파일럿 삽입기 (405)의 동작을 제어하여 할당된 인터레이스에 MIMO 파일럿을 삽입한다. MIMO 파일럿이 삽입된 신호는 OFDM/EV-DO 선택기(413)의 제어에 따라 다중화기(409)를 통해 HRPD 호환 처리기(415)로 전달된다. 그리고 HRPD 호환 처리기(415)는 도 3의 슬롯 구조에 따라 전송 데이터와 함께 파일럿 신호(303, 308)와 MAC 신호(302, 304, 307, 309)가 TDM 방식으로 다중화되도록 HRPD 시스템의 호환 처리를 수행한다. 일반적인 EV-DO 전송 방식을 수행할 경우 MIMO 파일럿 삽입기(405)를 통한 MIMO 파일럿의 삽입 동작은 생략된다. 즉 일반적인 EV-DO 전송 방식을 따를 경우 HRPD 호환 처리기(415)에서 일반적인 EV-DO 시스템의 파일럿 신호만을 삽입하여 전송하게 된다.
한편 도 4의 송신기 구조에서 예를 들어 MIMO 파일럿 톤이나 MIMO 파일럿이 삽입되는 인터레이스가 고정되어 있고, HRPD 시스템에서 MIMO 전용 전송 방식으로 MIMO OFDM이나 MIMO EV-DO 중 하나의 전송 방식으로 송신기를 구성하는 것도 가능할 것이다.
이하에서는 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 본 발명의 HRPD 시스템에서 MIMO를 지원하는 OFDM 전송 방식 및 EV-DO 전송 방식을 수행할 경우 MIMO 파일럿 톤과 MIMO 파일럿의 배치 방식을 설명하기로 한다.
도 5a는 본 발명의 실시 예에 따른 HRPD 시스템의 순방향 링크에서 MIMO를 지원하는 OFDM 전송 방식을 수행할 경우 MIMO 파일럿 톤의 배치 예를 도시한 것이다.
일반적인 EV-DO 또는 OFDM 전송 방식을 따를 경우 상기한 바와 같이 HRPD 호 환 처리기(415)에서 삽입되는 파일럿 신호를 그대로 이용할 수 있다. 그러나 MIMO가 지원되는 단말의 경우 기존의 파일럿 신호(502)를 통해서는 다중 안테나의 채널을 추정할 수 없으므로 본 발명에서는 데이터 톤(503)이 배치되는 데이터 전송 영역에 MIMO 전용으로 MIMO 파일럿 톤(504)을 배치한다. 상기 MIMO 파일럿 톤(504)는 한 슬롯에서 시간과 주파수 영역에서 다양한 형태로 사용할 수 있다.
도 5a의 배치 예는 주파수 다이버시티를 향상시키도록 한 것이고, 이와 달리 시간 영역과 주파수 영역의 다양한 형태로 MIMO 파일럿 톤(504)을 배치할 수도 있다. 본 발명은 MIMO 전용으로 파일럿 톤을 배치하는 예에 국한되지 않고 변형될 수 있는 모든 예를 포함한다.
도 5b 및 도 5c는 본 발명의 실시 예에 따른 HRPD 시스템의 순방향 링크에서 MIMO를 지원하는 EV-DO 전송 방식을 수행할 경우 MIMO 파일럿의 배치 예를 도시한 것이다. 먼저 도 5b는 기존 파일럿 신호 영역(502)에 MIMO 파일럿(505)을 부호분할다중(CDM)하여 삽입한 것이고, 도 5c는 기존 데이터 전송 영역(506)에 MIMO 파일럿(507)을 CDM하여 삽입한 것이다.
도 6a는 본 발명의 실시 예에 따른 HRPD 시스템의 순방향 링크에서 MIMO 사용자를 위한 인터레이스를 고정으로 할당하는 이유를 설명하기 위한 도면이다.
MIMO를 지원하는 OFDM 시스템 및 EV-DO 시스템과, 일반적인 OFDM 시스템 및 EV-DO 시스템이 공존하는 본 발명의 HRPD 시스템에서는 도 6a와 같이 MIMO 사용자의 단말로부터 기지국으로 전송되는 다중 안테나에 대한 피드백(CQI) 정보(601)를 이용할 수 있다. 기지국의 송신기가 단말로부터 피드백(CQI) 정보(601)를 수신하는 경우 다음 전송에서 MIMO 파일럿 톤과 MIMO 파일럿의 전력 등을 제어할 수 있다.
이 경우 MIMO 파일럿 톤과 MIMO 파일럿의 전송을 위해 고정으로 할당된 인터레이스를 사용하게 되면, 기지국에서 복잡한 상위 제어신호를 사용하지 않고도 간단히 MIMO 사용자를 지원할 수 있게 된다. 즉 기지국은 제어신호를 통해 단말로 MIMO 전용으로 어떤 인터레이스를 사용할 것인가를 알려주고, 기지국에서는 MIMO 전용으로 고정 할당된 인터레이스로 MIMO 사용자의 데이터를 전송한다. 그리고 단말은 기지국으로부터 수신한 제어신호를 이용하여 자신에게 할당된 인터레이스를 통해 데이터를 수신한다.
도 6b는 본 발명의 실시 예에 따른 HRPD 시스템의 순방향 링크에서 MIMO 전용으로 인터레이스가 고정으로 할당된 예를 도시한 도면이다.
도 6b를 살펴보면, 인터레이스 0(602)은 MIMO 전용으로 할당되어 있고, 나머지 인터레이스 1, 2, 3(603, 604, 605)은 TDM으로 전송되는 기존의 파일럿 신호를 이용하는 예컨대, 일반적인 EV-DO rev.A/B의 사용자와, 일반적인 OFDM 사용자를 위한 데이터 전송용으로 할당되어 있다. 따라서 인터레이스 0(602)을 통해서는 MIMO를 지원하는 OFDM, EV-DO 사용자의 데이터 전송이 가능하다.
도 6b에서 참조번호 606 내지 608은 인터레이스 0(602)을 통해 각각 도 5a 내지 도 5c의 배치에 따라 MIMO 파일럿 톤이나 MIMO 파일럿이 삽입되어 전송되는 슬롯 구조를 간략히 도식적으로 나타낸 것이다. 또한 도 6b에서 참조번호 609, 610은 각각 일반적인 OFDM 사용자와 EV-DO 사용자를 위한 파일럿 신호가 기존과 같이 TDM으로 전송되는 슬롯 구조를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 HRPD 시스템의 순방향 링크에서 MIMO 인터레이스의 할당 여부에 따른 송신 과정을 도시한 순서도이다.
도 7의 701 단계에서 송신기의 제어기(414)는 현재 전송할 슬롯이 MIMO 인터레이스 슬롯인지를 확인한다. 현재 전송할 슬롯이 MIMO 인터레이스인 경우 702 단계에서 제어기(414)는 MIMO-OFDM 사용자를 위한 전송인지 MIMO EV-DO 사용자를 위한 전송인지 결정하여 해당 전송 방식에 따른 동작을 수행한다. 상기 702 단계에서 EV-DO 사용자를 위한 전송으로 결정된 경우 703 단계로 진행하여 송신기는 일반적인 EV-DO 전송 처리를 수행한다. 이후 704 단계에서 제어기(414)의 제어에 따라 MIMO 인터레이스 선택기(412)는 MIMO 파일럿 삽입기(410)를 동작시켜 송신 신호에 MIMO 파일럿을 삽입한다. 이때 MIMO 인터레이스 선택기(412)는 예를 들어 도 5b와 같이 기존 파일럿 신호 영역(502)에 MIMO 파일럿(505)을 부호분할다중(CDM)하여 삽입하거나 기존 데이터 전송 영역(506)에 MIMO 파일럿(507)을 CDM 방식으로 삽입하여 전송할 수 있다. 이후 OFDM/EV-DO 선택기(413)의 제어에 따라 다중화기(409)는 MIMO 파일럿이 삽입된 신호를 출력시키고, 705 단계에서 송신기의 HRPD 호환 처리기(415)는 HRPD 시스템과의 호환을 위해 도 2의 참조번호 208과 같이 데이터 채널, MAC 채널 그리고 파일럿 채널을 TDM 전송하는 호환 처리를 수행하고, 706 단계에서 TDM으로 다중화된 신호를 반송파에 실어 무선망으로 송출한다.
한편 상기 702 단계에서 OFDM 사용자를 위한 전송으로 결정된 경우 송신기는 707 단계로 진행하여 전송할 데이터를 부호화하고, 인터리빙한 후, 변조하여 데이터 톤을 발생시킨다. 이후 708 단계에서 송신기의 경계톤 삽입기(404)는 변조 신호 의 대역 경계 부근에 경계 톤(Gurard Tone)을 삽입하고, 709 단계에서 MIMO 파일럿 톤 삽입기(405)는 MIMO 인터레이스 선택기(412)의 제어에 따라 할당된 인터레이스에 예컨대, 도 5a와 같이 MIMO 파일럿 톤을 삽입한다. 이후 모든 톤에 전송될 신호가 할당되면, 710 단계에서 확산기(406)는 예컨대 QPSK 확산을 수행하고, QPSK 확산 과정을 거친 변조 신호들은 IFFT 처리기(407)에서 IFFT 처리되어 원하는 주파수 톤의 위치에 놓이게 된다. 그리고 711 단계에서 CP 삽입기(408)는 자기 간섭 효과를 방지하도록 IFFT 처리된 OFDM 데이터에 CP를 삽입하여 OFDM 심볼을 생성한다. 이후 OFDM/EV-DO 선택기(413)의 제어에 따라 다중화기(409)는 MIMO 파일럿 톤이 삽입된 OFDM 신호를 출력시키고, 712 단계에서 송신기의 HRPD 호환 처리기(415)는 HRPD 시스템과의 호환을 위해 데이터 채널, MAC 채널 그리고 파일럿 채널을 TDM 전송하는 호환 처리를 수행하고, 706 단계에서 TDM으로 다중화된 신호를 반송파에 실어 무선망으로 송출한다.
한편 상기 701 단계에서 기지국의 송신기는 현재 전송할 슬롯이 MIMO 인터레이스 슬롯이 아닌 것으로 확인된 경우 714 단계에서 송신기는 OFDM 사용자를 위한 전송인지 EV-DO 사용자를 위한 전송인지 결정하여 해당 전송 방식에 따른 동작을 수행한다. NON-MIMO OFDM 사용자를 위한 전송 과정을 나타낸 718 단계 내지 723 단계의 동작은 도 7의 709 단계에 따른 MIMO 파일럿 톤의 삽입 동작을 제외하고 707 단계 내지 713 단계의 동작과 동일하며, NON-MIMO EV-DO 사용자를 위한 전송 과정을 나타낸 715 단계 내지 717 단계의 동작은 도 7의 704 단계에 따른 MIMO 파일럿의 삽입 동작을 제외하고 715 단계 내지 717 단계의 동작과 동일하므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이하에서는 도 8 내지 도 11을 참조하여 각 전송 방식별로 본 발명에 따른 수신기의 구조를 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 HRPD 시스템의 순방향 링크에서 전송 방식이 NON-MIMO EV-DO인 경우 수신기의 구조를 도시한 블록도이다.
도 8의 수신기에서 HRPD 호환 처리기(901)는 도 4의 HRPD 호환 처리기(415)의 역과정으로 동작되어 TDM으로 다중화된 데이터 채널과, MAC 채널과, 파일럿 채널의 신호를 역다중화하여 전달한다. 상기 EV-DO 복조기(802)는 HRPD 호환 처리기(901)의 역다중화된 신호중 데이터 채널을 전달받아 예컨대, EV-DO rev. A/B 방식으로 전송된 데이터를 복조한다. 상기 EV-DO 복조기(802)는 공지된 기술이므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 HRPD 시스템의 순방향 링크에서 전송 방식이 MIMO EV-DO인 경우 수신기의 구조를 도시한 블록도이다.
도 9의 수신기에서 HRPD 호환 처리기(901)는 도 4의 HRPD 호환 처리기(415)의 역과정으로 동작되어 TDM으로 다중화된 데이터 채널과, MAC 채널과, 파일럿 채널의 신호를 역다중화하여 전달한다. MIMO 파일럿 추출기(902)는 이중에서 도 5b 또는 도 5c와 같이 데이터 채널의 영역 또는 파일럿 채널의 영역에 삽입된 MIMO 파일럿을 이용하여 채널을 추정하고 데이터에 해당되는 신호를 출력한다. 그리고 데이터에 해당되는 신호를 전달받은 EV-DO 복조기(903)은 예컨대, EV-DO rev. A/B 방식으로 전달받은 신호를 복조한다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 HRPD 시스템의 순방향 링크에서 전송 방식이 NON-MIMO OFDM인 경우 수신기의 구조를 도시한 블록도이다.
도 10의 수신기에서 HRPD 호환 처리기(1001)는 도 4의 HRPD 호환 처리기(415)의 역과정으로 동작되어 TDM으로 다중화된 데이터 채널과, MAC 채널과, 파일럿 채널의 신호를 역다중화하여 전달한다. 전달된 신호중 파일럿 신호는 채널 추정기(1007)로 전달되며, 데이터 신호는 CP 제거기(1002)로 전달되고, CP 제거기(1002)는 수신된 신호에서 전파 지연 및 다중 경로 등으로 인하여 오염된 CP를 제거한다. FFT 처리기(1003)는 입력된 시간 영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하여 출력하며, QPSK 역확산기(1004)는 상기 주파수 영역의 신호를 QPSK 역확산하여 각 신호의 톤들이 출력된다. 이는 송신기에서 QPSK 확산되어 신호가 전송됨을 가정한 경우이다. 따라서 송신기에서 확산 방식이 다른 경우 해당 확산 방식에 대응되는 역확산기가 구비된다.
역확산된 각 신호의 톤들은 데이터톤 추출기(1006)로 전달되며, 상기 데이터 톤 추출기(1006)는 전달받은 신호로부터 데이터 톤을 추출한다. 한편 채널 추정기(1007)는 전달된 파일럿 신호로부터 채널을 추정하고, 그 채널 추정값은 복조기(1008)로 전달된다. 상기 복조기(1008)는 전달받은 채널 추정값을 이용하여 데이터 톤의 복조를 수행하고, 복조된 신호는 디인터리버(1009)를 통해 디인터리빙되어 복호기(1010)로 입력된다. 그리고 복호기(1010)는 입력된 신호를 복호하여 전송된 신호를 복원한다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 HRPD 시스템의 순방향 링크에서 전송 방 식이 MIMO OFDM인 경우 수신기의 구조를 도시한 블록도로서, 도 11에서 도 10의 대응되는 구성 요소는 동일한 동작을 수행하므로 해당 구성 요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 11의 수신기에서 HRPD 호환 처리기(1101)는 도 4의 HRPD 호환 처리기(415)의 역과정으로 동작되어 TDM으로 다중화된 데이터 채널과, MAC 채널과, 파일럿 채널의 신호를 역다중화하여 전달한다. 전달된 신호 중 파일럿 신호는 채널 추정기(1108)로 전달되며, 데이터 신호는 MIMO 인터레이스 선택기(1102)로 전달되고, MIMO 인터레이스 선택기(1102)는 수신 신호가 고정 할당된 인터레이스인지를 체크한 후, 수신 신호를 다음 단으로 전달한다. 이후 CP 제거기(1002)로 전달되고, CP 제거기(1102)는 수신된 신호에서 전파 지연 및 다중 경로 등으로 인하여 오염된 CP를 제거한다. FFT 처리기(1103)는 입력된 시간 영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하여 출력하며, QPSK 역확산기(1104)는 상기 주파수 영역의 신호를 QPSK 역확산하여 각 신호의 톤들이 출력된다. 이는 송신기에서 QPSK 확산되어 신호가 전송됨을 가정한 경우이다. 따라서 송신기에서 확산 방식이 다른 경우 해당 확산 방식에 대응되는 역확산기가 구비된다.
도 11의 수신기 채널 추정을 위한 MIMO 파일럿 톤 추출기(1106)를 구비하며, 역확산된 각 신호의 톤들은 MIMO 파일럿 톤 추출기(1106)로 전달되고, MIMO 파일럿 톤 추출기(1106)는 MIMO-OFDM 전용으로 할당된 인터레이스로부터 도 5a와 같이 데이터 채널의 영역에 삽입된 MIMO 파일럿 톤을 추출하여 채널 추정기(1108)로 전달하고, 데이터 톤 추출기(1107)는 데이터 영역으로부터 MIMO 파일럿 톤을 제외한 데 이터 톤을 추출하여 복조기(1109)로 전달하는 방식으로 수신된 신호를 복원하게 된다.
상기한 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 예를 들어 도 5a 내지 도 5c에서 설명한 MIMO 파이럿 톤 또는 MIMO 파일럿의 배치는 일 예를 든 것으로 다양한 형태의 배치가 가능함은 물론이다. 또한 인터레이스 할당에 있어서 기지국내의 MIMO-OFDM 사용자의 수에 따라 고정 할당되는 인터레이스 id 및 개수는 달라질 수 있다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 발명청구의 범위뿐 만 아니라 이 발명청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, HRPD 시스템과 호환성을 유지하는 EVDO 전송 방식 및 OFDM 방식 기반의 전송 기술을 이용하고, 고정으로 할당된 MIMO 인터레이스에 다중 안테나를 위한 MIMO 전용 파일럿을 전송하여 EV-DO, MIMO-EV-DO, OFDM, MIMO-OFDM 사용자가 공존하는 시스템에서 MIMO를 효과적으로 사용할 수 있다.

Claims (8)

  1. 고속 패킷 데이터 시스템의 순방향 링크에서 패킷 데이터를 전송하는 송신 장치에 있어서,
    송신할 물리 계층 패킷 데이터를 정해진 전송 방식에 따라 무선 신호로 변조하여 무선망으로 송출하는 송신기와,
    상기 무선 신호가 전송되는 슬롯의 특정 인터레이스에 MIMO 전용 파일럿을 삽입하는 MIMO 전용 파일럿 삽입기와,
    상기 MIMO 전용 파일럿 삽입기의 동작을 제어함과 아울러 상기 특정 인터레이스를 제외한 나머지 인터레이스에서는 상기 MIMO 전용 파일럿을 삽입하지 않도록 제어하는 MIMO 인터레이스 선택기를 포함함을 특징으로 하는 고속 패킷 데이터 시스템의 송신 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 특정 인터레이스에 대한 정보는 기지국과 단말이 서로 알고 있는 고정된 정보임을 특징으로 하는 고속 패킷 데이터 시스템의 송신 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 특정 인터레이스에 대한 정보는 기지국에서 단말로 전송되는 제어 신호에 포함됨을 특징으로 하는 고속 패킷 데이터 시스템의 송신 장치.
  4. 고속 패킷 데이터 시스템의 순방향 링크에서 패킷 데이터를 전송하는 송신 방법에 있어서,
    현재 전송할 슬롯이 특정 MIMO 인터레이스 슬롯인지 확인하는 과정과,
    상기 특정 MIMO 인터레이스에 해당되는 경우 정해진 전송 방식에 따라 해당 인터레이스에 MIMO 전용 파일럿을 삽입하는 과정과,
    상기 MIMO 전용 파일럿이 삽입된 무선 신호를 HRPD 호환 처리한 후 무선망으로 송출하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 고속 패킷 데이터 시스템의 송신 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 특정 인터레이스에 대한 정보는 기지국과 단말이 서로 알고 있는 고정된 정보임을 특징으로 하는 고속 패킷 데이터 시스템의 송신 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 특정 인터레이스에 대한 정보는 기지국에서 단말로 전송되는 제어 신호에 포함됨을 특징으로 하는 고속 패킷 데이터 시스템의 송신 방법.
  7. 고속 패킷 데이터 시스템의 순방향 링크에서 패킷 데이터를 수신하는 수신 장치에 있어서,
    무선 신호가 전송되는 슬롯의 특정 인터레이스로부터 MIMO 전용 파일럿을 추출하는 MIMO 전용 파일럿 추출기
    상기 무선 신호로 전송되는 물리 계층 패킷 데이터를 정해진 전송 방식에 따라 수신하고, 상기 MIMO 전용 파일럿을 이용하여 상기 무선 신호의 데이터를 복원하는 수신기를 포함함을 특징으로 하는 고속 패킷 데이터 시스템의 수신 장치.
  8. 고속 패킷 데이터 시스템의 순방향 링크에서 패킷 데이터를 수신하는 수신 방법에 있어서,
    무선 신호로 전송되는 물리 계층 패킷 데이터를 정해진 전송 방식에 따라 수신하는 과정과,
    상기 무선 신호가 전송되는 슬롯의 특정 인터레이스로부터 MIMO 전용 파일럿을 추출하는 과정과,
    상기 MIMO 전용 파일럿을 이용하여 상기 무선 신호의 데이터를 복원하는 과 정을 포함함을 특징으로 하는 고속 패킷 데이터 시스템의 수신 방법.
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