KR20080035437A

KR20080035437A - 제어신호 전송 방법

Info

Publication number: KR20080035437A
Application number: KR1020070069415A
Authority: KR
Inventors: 권영현; 한승희; 박현화; 김동철; 이현우; 노민석
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2006-10-19
Filing date: 2007-07-11
Publication date: 2008-04-23
Also published as: JP2010506531A; EP2074723B1; US8331343B2; WO2008048055A1; US20100027409A1; US7738418B2; JP5026524B2; EP2074723A4; KR100910707B1; US20100278168A1; EP2074723A1

Abstract

무선통신 시스템에서 상향링크로 제어신호를 전송하는 방법에 관한 것이다. 하나의 서브 프레임을 제어신호에 할당되는 제어 영역과 사용자 데이터에 할당되는 데이터 영역으로 구분하고, 상기 서브 프레임 상으로 단말이 기지국으로 제어신호를 전송하는 방법을 제공한다. 할당된 제어 영역에 제어신호를 싣되, 단말별로 상기 제어 영역에 서로 다른 주파수가 할당하고, 상기 서브 프레임을 상향링크로 전송한다. 채널 변화에 강인하게 제어신호를 전송할 수 있다.

Description

제어신호 전송 방법{Method for transmitting control signal}

본 발명은 무선 통신에 관한 것으로 더욱 상세하게는 무선통신 시스템에서 상향링크로 제어신호를 전송하는 방법에 관한 것이다.

WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access) 무선 접속 기술을 기반으로 하는 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 이동통신 시스템은 전세계에서 광범위하게 전개되고 있다. WCDMA의 첫번째 진화 단계로 정의할 수 있는 HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)은 중기적인(mid-term) 미래에서 높은 경쟁력을 가지는 무선 접속 기술을 3GPP에 제공한다. 그러나 사용자와 사업자의 요구 사항과 기대가 지속적으로 증가하고 경쟁하는 무선 접속 기술 개발이 계속 진행되고 있으므로 향후 경쟁력을 가지기 위해서는 3GPP에서의 새로운 기술 진화가 요구된다.

3세대 이후의 시스템에서 고려되는 있는 시스템 중 하나가 낮은 복잡도로 심벌간 간섭(inter-symbol interference) 효과를 감쇄시킬 수 있는 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; OFDM) 시스템이다. OFDM은 직렬로 입력되는 데이터를 N개의 병렬 데이터로 변환하여, N개의 직교 부반송파(subcarrier)에 실어 전송한다. 부반송파는 주파수 차원에서 직교성을 유지한다. 직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access; OFDMA)은 OFDM을 변조 방식으로 사용하는 시스템에 있어서 이용가능한 부반송파의 일부를 각 사용자에게 독립적으로 제공하여 다중 접속을 실현하는 다중 접속 방법을 말한다.

OFDM/OFDMA 시스템의 주된 문제점 중 하나는 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)이 매우 클 수 있다는 것이다. PAPR 문제는 전송 신호의 최대 진폭(peak amplitude)이 평균 진폭보다 매우 크게 나타나는 것으로, OFDM 심벌이 서로 다른 부반송파 상에서 N개의 정현파 신호(sinusoidal signal)의 중첩이라는 사실에 기인한다. PAPR은 특히 배터리의 용량과 관련되어 전력 소모에 민감한 단말에서 문제가 된다. 전력 소모를 줄이기 위해서는 PAPR을 낮추는 것이 필요하다.

PAPR을 낮추기 위해 제안되고 있는 시스템 중 하나가 단일 반송파 주파수 분할 다중 접속(Single Carrier-Frequency Division Multiple Access; SC-FDMA)이다. SC-FDMA는 SC-FDE(Single Carrier-Frequency Division Equalization) 방식에 FDMA(Frequency Division Multiple Access)를 접목한 형태이다. SC-FDMA는 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform; DFT)을 이용하여 데이터를 시간 영역 및 주파수 영역에서 변조 및 복조한다는 점에서 OFDMA와 유사한 특성을 갖지만, 전송 신호의 PAPR이 낮아 전송 전력 절감에 유리하다. 특히 배터리 사용과 관련하여 전송 전력에 민감한 단말에서 기지국으로 통신하는 상향링크에 유리하다고 할 수 있다.

단말이 기지국으로 데이터를 전송할 때, 중요한 점은 전송하는 데이터의 대 역폭은 크지 않은 대신 파워를 집중할 수 있는 넓은 커버리지(coverage)이다. SC-FDMA 시스템은 신호의 변화량이 작도록 만들어 주어, 동일한 전력 증폭기(power amplifier)를 사용했을 때 다른 시스템보다 더 넓은 커버리지를 가진다.

데이터는 사용자 데이터와 상기 사용자 데이터와 관련된 제어신호를 포함한다. 단말은 제어신호만을 전송할 수 있고, 사용자 데이터와 제어신호를 다중화(multiplexing)하여 전송할 수도 있다.

제어신호의 전송이 이루어지지 않으면 기지국 또는 단말은 연관된 사용자 데이터의 전송 유무 조차 알 수 없을 수 있으므로, 제어신호의 전송은 높은 신뢰성을 필요로 한다. 제어신호의 전송에 따른 무선자원을 많이 소모하면 사용자 데이터의 전송률을 높이는 데 제약이 될 수 있으므로, 제어신호의 전송에 필요한 무선자원은 작게 하는 것이 좋다. 또한, 하나의 셀 내에는 다수의 단말이 존재하므로, 기지국이 어느 단말이 제어신호를 전송하는지를 구분할 수 있어야 한다.

다수의 단말이 기지국으로 신뢰성있게 제어신호를 전송할 수 있는 방법이 필요하다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상향링크에서 제어신호 전송 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 제어신호와 사용자 데이터의 다중화를 이용한 제어신호 전송 방법을 제공하는 데 있다.

일 양태에 있어서, 하나의 서브 프레임을 제어신호에 할당되는 제어 영역과 사용자 데이터에 할당되는 데이터 영역으로 구분하고, 상기 서브 프레임 상으로 단말이 기지국으로 제어신호를 전송하는 방법을 제공한다. 할당된 제어 영역에 제어신호를 싣되, 단말별로 상기 제어 영역에 서로 다른 주파수가 할당하고, 상기 서브 프레임을 상향링크로 전송한다.

다른 양태에 있어서, 하나의 서브 프레임을 제어신호에 할당되는 제어 영역과 사용자 데이터에 할당되는 데이터 영역으로 구분하고, 상기 서브 프레임 상으로 단말이 기지국으로 제어신호를 전송하는 방법을 제공한다. 할당된 데이터 영역에 사용자 데이터와 제어신호를 다중화하여 싣고, 상기 서브 프레임을 상향링크로 전송한다.

채널 변화에 강인하게 제어신호를 전송할 수 있다. 제어신호와 사용자 데이터의 다중화를 통해 제한된 무선자원 하에서 제어신호와 사용자 데이터를 효율적으 로 전송할 수 있다.

도 1은 무선통신 시스템을 나타낸 블록도이다. 무선통신 시스템은 음성, 패킷 데이터 등과 같은 다양한 통신 서비스를 제공하기 위해 널리 배치된다.

도 1을 참조하면, 무선통신 시스템은 단말(10; User Equipment, UE) 및 기지국(20; Base Station, BS)을 포함한다. 단말(10)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, MS(Mobile Station), UT(User Terminal), SS(Subscriber Station), 무선기기(wireless device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 기지국(20)은 일반적으로 단말(10)과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, 노드-B(Node-B), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 하나의 기지국(20)에는 하나 이상의 셀이 존재할 수 있다.

이하에서 하향링크(downlink)는 기지국(20)에서 단말(10)로의 통신을 의미하며, 상향링크(uplink)는 단말(10)에서 기지국(20)으로의 통신을 의미한다. 하향링크에서 전송기는 기지국(20)의 일부분일 수 있고, 수신기는 단말(10)의 일부분일 수 있다. 상향링크에서 전송기는 단말(10)의 일부분일 수 있고, 수신기는 기지국(20)의 일부분일 수 있다.

하향링크와 상향링크 전송을 위한 다중 접속 방식은 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 하향링크는 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)를 사용하고, 상향링크는 SC-FDMA(Single Carrier-Frequency Division Multiple Access)를 사용할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전송기를 도시한 블록도이다.

도 2를 참조하면, 전송기(100)는 데이터 처리부(Data Processing Unit; 110), SC-FDMA(Signal Carrier-Frequency Division Multiple Access) 변조부(120), 제어부(130), RF부(Radio Frequency Unit; 140) 및 전송 안테나(150)를 포함한다.

데이터 처리부(110)는 입력되는 정보비트를 데이터 심벌로 변환한다. 데이터 처리부(110)는 정보비트를 채널 코딩하고 성상 맵핑하여 데이터 심벌을 출력한다. 정보비트는 수신기(도 4의 200)로 보낼 사용자 데이터를 포함한다. 또한, 정보비트는 사용자 데이터의 전송이나 무선자원 할당과 관련된 제어신호를 포함할 수 있다.

SC-FDMA 변조부(120)는 데이터 심벌을 SC-FDMA 변조 방식으로 변조한다. 제어신호는 사용자 데이터와 별도로 변조되어 SC-FDMA 변조부(120)로 입력될 수 있다. SC-FDMA 변조부(120)는 입력되는 데이터 심벌을 DFT(Discrete Fourier Transform) 확산(spread)시킨 후 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)를 수행한다.

제어부(130)는 데이터 처리부(110)와 SC-FDMA 변조부(120)의 동작을 제어한다. RF부(140)는 입력되는 심벌을 아날로그 신호로 변환한다. 변환된 아날로그 신호는 전송 안테나(150)를 통하여 무선 채널로 전파된다.

도 3은 SC-FDMA 변조부를 도시한 블록도이다.

도 3을 참조하면, SC-FDMA 변조부(120)는 DFT(Discrete Fourier Transform)를 수행하는 DFT부(121), 부반송파 맵퍼(Subcarrier Mapper; 122) 및 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)를 수행하는 IFFT부(123)를 포함한다.

DFT부(121)는 입력되는 데이터에 DFT를 수행하여 주파수 영역 심벌을 출력한다. DFT부(121)에 입력되는 데이터는 제어신호 및/또는 사용자 데이터일 수 있다. 부반송파 맵퍼(122)는 입력 신호를 다양한 신호 구조 방식에 따라 각 부반송파(subcarrier)에 할당한다. IFFT부(123)는 입력되는 심벌에 대해 IFFT를 수행하여 전송신호(Tx Signal)를 출력한다. 전송신호는 시간 영역 신호가 된다. IFFT부(123)를 통해 출력되는 시간 영역 심벌을 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심벌이라 한다. 또는 상기 OFDM 심벌은 IFFT부(123)의 전단에서 DFT를 수행하여 심벌을 확산시킨 후 IFFT를 수행하여 생성되므로 SC-FDMA(Single Carrier-Frequency Division Multiple Access) 심벌이라고도 한다.

DFT와 IFFT를 결합하여 변조하는 방식을 SC-FDMA라 하고, 이는 IFFT만을 사용하는 OFDM에 비해 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)을 낮추는 데 유리하다. 단일 반송파의 특성을 갖기 때문이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기를 도시한 블록도이다.

도 4를 참조하면, 수신기(200)는 RF부(210), SC-FDMA 복조부(220), 데이터 처리부(230) 및 제어부(240)를 포함한다.

RF부(210)는 수신 안테나(250)에서 수신한 신호를 디지털화된 신호로 변환한다. SC-FDMA 복조부(220)는 디지털화된 신호에서 SC-FDMA 변조부(120)에 대응하는 동작을 수행하여 데이터 심벌을 출력한다. 데이터 처리부(230)는 데이터 심벌로부터 정보비트를 복원한다. 제어부(240)는 SC-FDMA 복조부(220) 및 데이터 처리부(230)의 처리과정을 제어한다.

도 5은 무선 프레임 구조의 일 예를 나타낸다.

도 5를 참조하면, 무선 프레임(radio frame)은 10개의 서브프레임(subframe)으로 구성되고, 하나의 서브프레임은 2개의 슬롯(slot)을 포함할 수 있다. 하나의 슬롯은 시간 영역에서 복수의 OFDM 심벌과 주파수 영역에서 적어도 하나의 부반송파를 포함할 수 있다. 슬롯은 시간 영역과 주파수 영역에서 무선 자원을 할당하기 위한 단위라 할 수 있다. 예를 들어, 하나의 슬롯은 7 또는 6 OFDM 심벌을 포함할 수 있다.

무선 프레임의 구조는 예시에 불과하고, 무선 프레임에 포함되는 서브프레임의 수, 서브프레임에 포함되는 슬롯의 수 및 슬롯에 포함되는 OFDM 심벌의 수는 다양하게 변경될 수 있다.

도 6은 서브프레임의 일 예를 나타낸다. 이는 상향링크 서브프레임을 나타낼 수 있다.

도 6을 참조하면, 서브 프레임은 제어 영역과 데이터 영역의 2부분으로 나눌 수 있다. 제어 영역은 제어신호만을 전송하는 영역으로, 제어채널에 할당된다. 데이터 영역은 데이터를 전송하는 영역으로, 데이터채널에 할당된다. 제어채널은 제어신호를 전송하는 채널이고, 데이터채널은 사용자 데이터 또는 사용자 데이터와 제어신호를 전송하는 채널이다. 제어채널과 데이터채널은 하나의 서브프레임으로 구성될 수 있다. 제어신호는 사용자 데이터가 아닌 신호로 ACK(Acknowledgement)/NACK(Negative-Acknowledgement) 신호, CQI(Channel Quality Indicator), PMI(Precoding Matrix Index), RI(Rank Indicator) 등 여러 가지 종류 가 있을 수 있다.

제어 영역에는 제어신호만이 실리나, 데이터 영역에는 사용자 데이터와 제어신호가 함께 실릴 수 있다. 즉 단말이 제어신호만을 전송하는 경우 제어 영역을 할당받아 전송하고, 단말이 사용자 데이터와 제어신호를 함께 전송하는 경우 데이터 영역을 할당받아 전송할 수 있다. 예외적인 경우로 제어신호만을 전송하더라도 제어신호의 양이 많거나 제어 영역을 통해 전송하기에 적합하지 않는 제어신호인 경우에는 데이터 영역에 무선자원을 할당받아 전송할 수 있다.

제어 영역과 데이터 영역이 서로 다른 주파수 밴드를 사용하므로, FDM(Frequency Division Multiplexing) 되어 있다. 제어 영역은 시스템 대역폭의 양 가장자리에 위치하고, 데이터 영역은 시스템 대역폭의 중심 부분에 배치된다. 그러나, 이는 예시에 불과하고 서브프레임 상에서 제어 영역과 데이터 영역의 배치는 제한이 아니다. 제어 영역과 데이터 영역의 위치는 서로 바뀔 수 있으며, 반드시 도시된 형태에 한정되지 않는다.

한 단말 입장에서 한 서브프레임 당 매 슬롯은 주파수 영역에서 2 부분으로 나누어 질 수 있다. 1 서브프레임이 제1 슬롯과 제2 슬롯으로 이루어진다고 할 때, 제1 슬롯은 다시 주파수 영역에서 제1 영역과 제2 영역으로 나뉘고, 제2 슬롯도 주파수 영역에서 제1 영역과 제2 영역으로 나뉠 수 있다. 제1 슬롯에서 제1 영역은 제어신호를 전송하고, 제2 영역은 사용자 데이터를 전송한다고 할 때, 제2 슬롯에서 제1 영역은 사용자 데이터를 전송하고, 제2 영역은 제어신호를 전송할 수 있다. 만약 단말이 많다면 제1 슬롯에서 제1 영역과 제2 영역 모두가 제어 영역에 할당될 수 있지만, 한 사용자가 양쪽 공유자원영역을 동시에 사용하지 않는다.

각 단말에 할당되는 슬롯은 서브프레임 상에서 주파수 도약(frequency hopping) 될 수 있다. 즉, 하나의 서브프레임에 포함되는 2개의 슬롯 중 하나는 일측의 주파수 밴드에 할당되고, 나머지는 다른 측의 주파수 밴드에 서로 엇갈리게 할당할 수 있다. 단말에 대한 하나의 제어채널을 서로 다른 주파수 밴드에 할당되는 슬롯을 통해 전송함으로써 주파수 다이버시티 이득을 얻을 수 있다.

셀 내에 다수의 단말이 존재할 경우, 기지국은 다수의 단말로 하향링크 제어신호를 전송하고, 각 단말은 상향링크 제어신호를 기지국으로 보내야 한다. 이때, 상향링크 제어신호의 전송을 위해서는 각 단말별로 무선자원을 할당해야 한다. 설명을 명확히 하기 위해, 이하에서는 단말이 기지국으로 제어신호를 전송하는 상향링크 전송을 위주로 설명한다.

<제어신호만을 전송하는 경우>

제어신호만을 전송하는 경우, 제어신호는 각 단말마다 할당되는 제어 영역을 통해 전송된다. 특정 주파수 대역 즉 제어 영역을 미리 할당해놓고, 단말은 제어 영역을 통해서 제어신호를 전송한다. 제어신호를 전송하기 위해 제어 영역에 할당되는 채널을 제어채널이라 한다.

제어채널 상에서 단말은 코드간 직교성을 이용하는 CDM(Code Division Multiplexing) 또는 주파수간 직교성을 이용하는 FDM(Freqeuncy Division Multiplexing)을 통해 구분할 수 있다. 제어채널은 직접 변조 또는 시퀀스 맵핑을 통해 제어신호를 실을 수 있다.

도 7은 FDM 방식을 이용하는 제어채널 구조를 나타낸다.

도 7을 참조하면, 각 단말은 자신의 제어신호를 전송하기 위해, 제어 영역상에서 서로 다른 주파수 대역에 할당되는 제어채널을 사용한다. 즉, 제어 영역을 단말별로 서로 다른 주파수로 나누어, 각 단말의 제어채널에 할당한다. 여기서는 하나의 제어 영역에 할당되는 단말의 수를 N이라 할 때, 2N의 단말에 대해 2N 제어채널을 할당하는 예를 보여준다.

시스템 대역폭의 양단에 배치되는 2개의 제어 영역에 서로 다른 단말의 제어채널을 배치하고 있으나, 2개의 제어 영역에 걸쳐서 하나의 단말에 대한 제어채널을 할당할 수 있다. 이 경우 다이버시티 이득을 얻을 수 있다.

도 8은 제어신호를 제어채널에 싣는 일 예를 나타낸다.

도 8을 참조하면, 제어신호는 직접 변조되어 제어채널에 실린다. 즉, 제어신호는 비트 형태로부터 성상 맵핑되고, 성상 맵핑된 심벌을 OFDM 심벌에 실어 전송한다. 8 OFDM 심벌을 1 슬롯으로 할 때, 6 OFDM 심벌에는 제어신호를 할당하고, 나머지 2 OFDM 심벌에는 기준신호(reference signal)를 할당한다. 기준신호는 송신기와 수신기 양자에 미리 알려진 신호로 채널 추정 또는 데이터 복조를 위해 사용된다. 이 때, 기준신호가 실리는 2 OFDM 심벌(빗금친 부분)의 길이는 제어신호가 실리는 OFDM 심벌의 길이보다 짧을 수 있다.

1 슬롯에 포함되는 OFDM 심벌의 수는 예시에 불과하며 다른 값을 가질 수 있다. 또한, 기준신호가 할당되는 OFDM 심벌의 수 또는 기준신호가 할당되는 OFDM 심 벌의 위치는 예시에 불과하고, 다양한 형태로 변형될 수 있다.

도 9는 제어신호를 제어채널에 싣는 다른 예를 나타낸다.

도 9를 참조하면, 도 8의 실시예와 비교하여 제어신호가 실리는 OFDM 심벌에 제어신호와 기준신호를 다중화하여 싣는다. OFDM 심벌을 제어신호와 기준신호로 독립적으로 구분하지 않고, 하나의 OFDM 심벌을 구성하는 복수의 부반송파에 임의로 기준신호와 제어신호를 섞어서 전송할 수 있다.

도 10은 제어신호를 제어채널에 싣는 또 다른 예를 나타낸다.

도 10을 참조하면, 제어신호를 시퀀스에 맵핑하여 제어채널에 싣는다. 즉, 제어채널에 제어신호에 대응하는 시퀀스를 실어 전송한다. 여기서 사용되는 시퀀스는 CAZAC(Constant Amplitude Zero Auto-Correlation) 시퀀스를 예시로 하고 있으나, 자기 상관 특성이 우수한 하다마드(Hardamard), 왈쉬(Walsh), 골레이(Golay) 시퀀스를 사용할 수 있다. 부반송파의 수가 충분히 크다면, CAZAC 시퀀스를 사용하여 제어신호를 사용하는 방식이 단말이 지원할 수 있는 셀 커버리지(covearage)를 증가시킬 수 있다.

CAZAC 시퀀스 중 하나인 Zadoff-Chu CAZAC에 있어서, N을 양의 정수인 CAZAC 시퀀스의 길이, 인덱스 M을 N에 비교하여(relatively) 소수(prime)(M은 N 이하의 자연수이고 N과 서로 소수이다), M번째 CAZAC 시퀀스의 k번째 요소(element) P(k)는 다음 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.

CAZAC 시퀀스 P(k)은 다음 세 가지 특징을 가진다.

수학식 2는 CAZAC 시퀀스는 언제나 그 크기가 1임을 의미하고, 수학식 3은 CAZAC 시퀀스의 자동 상관(auto correlation)은 Dirac-delta 함수로 표시됨을 의미한다. 여기서 자동 상관은 원형 상관(circular correlation)에 기반한다. 수학식 4는 교차 상관(cross correlation)이 언제나 상수임을 의미한다.

여기서는 시간 영역에 대한 CAZAC 시퀀스를 예로 하고 있으나, 주파수 영역에 대한 CAZAC 시퀀스를 사용할 수도 있다. 이때, 주파수 영역에 대한 CAZAC 시퀀 스를 시간 영역으로 변환하기 위해, IFFT를 수행할 수 있다.

CAZAC 시퀀스는 인덱스가 다르거나, 동일한 인덱스 상에서 순환 쉬프트(cyclic shift)되면 직교성을 가진다. 따라서, 제어신호에 따라 인덱스를 달리하거나, 순환 쉬프트를 수행하여 다양한 제어신호를 제어채널에 실을 수 있다. 또는, 인덱스를 달리하거나 순환 쉬프트를 수행하여 단말간 또는 셀간 제어채널을 구분하도록 할 수 있다.

도 11은 제어신호를 제어채널에 싣는 또 다른 예를 나타낸다.

도 11을 참조하면, CAZAC 시퀀스의 길이를 OFDM 심벌의 길이에 맞추지 않고, 할당된 자원의 일부를 묶어서 하나의 시퀀스에 적용하는 예이다. 예를 들어, 1 슬롯 전체에 CAZAC 시퀀스를 할당한다.

OFDM 심벌에 맞추어 CAZAC 시퀀스를 사용할 경우 생성될 수 있는 시퀀스의 개수가 적어질 수 있고, CAZAC 시퀀스 간의 상관도(correlation)도 커져 효율적이 않을 수 있다. 따라서, 긴 CAZAC 시퀀스를 만들고, 이를 이용하여 제어신호를 전송하는 것이 상관도도 좋고, 확산 이득(spreading gain)도 얻을 수 있다.

여기서는, 순환 쉬프트를 이용하여 제어신호를 CAZAC 시퀀스에 맵핑하고 있으나, 이는 예시에 불과한다. 순환 쉬프트를 통해 단말 간 제어신호를 구분하는 데 사용할 수 있다.

도 12는 CDM 방식을 이용하는 제어채널 구조를 나타낸다. 각 단말은 자신의 제어신호를 전송하기 위해, 서로 다른 코드를 부여받은 제어채널을 사용한다. 즉, 제어 영역에 단말별로 특정 시퀀스를 나누어 할당한다. 단말별로 할당되는 시퀀스는 직교성을 유지한다.

도 12를 참조하면, 2개의 제어 영역 중 상단의 제어 영역은 8 OFDM 심벌을 포함하는 1 슬롯에 대해 6 OFDM 심벌에는 제어신호를 싣고, 2 OFDM 심벌은 기준신호를 싣는다. 하단의 제어 영역은 1 슬롯 상에서 좀더 긴 시퀀스를 이용하기 위해서 여러 OFDM 심벌을 합해서 하나의 시퀀스 길이로 정한다.

기준신호가 실리는 OFDM 심벌의 크기나 수는 예시에 불과하며, 다양하게 설정될 수 있다. 기준신호를 이용하여 채널을 추정하여 보상할 경우에 CAZAC 시퀀스의 이용가능한 순환 쉬프트의 수가 더 많아지므로 이득이 존재한다.

제어채널의 구조는 예시에 불과하고, 상단과 하단은 동일한 구조를 가질 수 있다. 또한, 제어채널의 구조는 시간에 따라 달라질 수 있다.

단말간 구분을 위해 CAZAC 시퀀스를 사용할 경우, CAZAC 시퀀스의 다른 인덱스를 각 UE들에게 할당하여 단말간 직교성을 유지할 수 있다. 또는 순환 쉬프트 값을 달리하여 단말간 직교성을 유지할 수 있다.

CDM 방식에서도 FDM 방식과 마찬가지로, 제어신호를 제어채널에 싣기 위해 다양한 방식을 사용할 수 있다. 제어신호를 직접 변조하여 전송하는 방식을 취할 수 있고, 또는 시퀀스에 제어신호를 맵핑하여 전송하는 방식을 취할 수 있다.

도 13은 서브 프레임 상에서 주파수 도약 패턴의 일 예를 나타낸다.

도 13을 참조하면, 2개의 단말에 대한 제어신호에 대해 OFDM 심벌 단위로 주파수 도약시킨다. 즉, 하나의 서브 프레임 상에서 슬롯 단위로 주파수 도약시키는 것이 아니라, OFDM 심벌 단위로 도약시킴으로써 채널의 변화가 심한 경우에 시간 다이버시티 이득을 얻을 수 있다.

1 슬롯이 8 OFDM 심벌을 포함하고, 제어신호가 실리는 6 OFDM 심벌에 대해 2개의 단말에 대한 제어신호를 엇갈리게 싣는다. 2 OFDM 심벌에는 기준신호를 싣는다. 1 슬롯에 포함되는 OFDM 심벌의 수, 기준신호로 사용되는 OFDM 심벌의 수나 위치는 예시에 불과하고, 다양한 형태로 변형할 수 있다.

주파수 도약되는 기본 단위를 OFDM 심벌로 하고 있으나, 이는 예시에 불과하다. 복수의 OFDM 심벌을 기본 단위로 할 수 있고, 할당되는 시퀀스의 길이로 정해지는 자원 영역을 기본 단위로 할 수 있다.

서브 프레임 상에서 1회의 주파수 도약이 아닌, 다수의 주파수 도약을 수행함으로써 주파수 다이버시티 이득뿐 아니라 시간 다이버시티 이득도 얻는다.

<사용자 데이터와 함께 제어신호를 전송하는 경우>

사용자 데이터와 제어신호를 함께 전송하는 경우에는 제어신호를 전송하기 위해 데이터 영역에 무선자원이 할당될 수 있다. 사용자 데이터와 제어신호를 다중화하기 위해 2가지 방법이 가능하다. 첫째는 제어신호를 사용자 데이터와 함께 DFT 확산시킨 후 IFFT를 수행하는 방법이고, 두번째는 사용자 데이터만을 DFT 확산시킨 후 제어신호와 함께 IFFT를 수행하는 방법이다.

도 14는 사용자 데이터와 제어신호를 다중화하는 일 예를 나타내는 블록도이다.

도 14를 참조하면, 사용자 데이터와 제어신호가 함께 DFT부(410)로 입력되어 DFT가 수행된다. 이어서, IFFT부(420)는 DFT 확산된 사용자 데이터와 제어신호에 대해 IFFT를 수행한다.

도 15는 사용자 데이터와 제어신호를 다중화하는 다른 예를 나타내는 블록도이다.

도 15를 참조하면, 사용자 데이터가 DFT부(510)로 입력되어 DFT가 수행된다. 이어서, IFFT부(520)는 제어신호와 DFT 확산된 사용자 데이터에 대해 IFFT를 수행한다.

제어신호는 국부적인(localized) 형태로 IFFT부(520)에 입력될 수 있다. 즉 제어신호는 밀집된 부반송파를 차지하도록 IFFT부(520)에 입력된다. 또는, 제어신호는 분포적인(distributed) 형태로 IFFT부(520)에 입력될 수 있다. 즉 제어신호는 마치 빗살 형태로 DFT 확산된 사용자 데이터와 서로 엇갈린 부반송파를 차지하도록 IFFT부(520)에 입력될 수 있다.

DFT 이전에 제어신호를 넣는 방법은 생성된 신호가 단일 반송파 신호이기 때문에 PAPR 관점에서 더 좋은 효과를 가지고, 주파수 다이버시티를 갖는다. 이와 비교하여, DFT 이후에 제어신호를 넣는 방법은 다중 반송파 신호가 되고 PAPR은 악화되지만 시간 다이버시티를 얻을 수 있다. 즉 채널의 상태를 정확히 알 수 있다면 단말은 좋은 채널 상에서 시간 다이버시티를 얻는 방식으로 제어신호의 최대 커버리지(coverage)를 얻을 수 있다.

한편, 제어신호와 사용자 데이터를 다중화할 때, 제어신호를 제어 영역에 할 당할 수 있고 또는 데이터 영역에 할당할 수 있다.

도 16은 제어신호를 제어 영역에 할당하는 예를 나타낸다.

도 16을 참조하면, 제어신호와 사용자 데이터를 다중화할 때, 제어신호는 제어 영역에 할당하고, 사용자 데이터는 데이터 영역에 할당한다. 이는 제어신호가 사용자 데이터와 다중화되는지 여부와 상관없이, 제어 영역에만 할당되므로 제어 영역의 크기가 비교적 크다면 효율적일 수 있다.

도 17은 제어신호를 데이터 영역에 할당하는 예를 나타낸다.

도 17을 참조하면, 데이터 영역에서 단말에게 할당된 무선자원을 나누어 제어신호와 사용자 데이터로 사용할 수 있다. 이는 단말에게 할당된 자원을 제어신호와 사용자 데이터로 나누어 사용하기 때문에 스케줄링(scheduling)이 간단하고, 제어 영역의 크기를 줄일 수 있다.

제어신호와 사용자 데이터의 다중화는 주파수 분할 방식을 취할 수 있다. 즉, 데이터 영역 내에서 제어신호와 사용자 데이터는 서로 다른 주파수를 사용함으로써 제어신호와 사용자 데이터를 구분할 수 있다.

도 18은 제어신호와 사용자 데이터가 시간 분할된 예를 나타낸다.

도 18을 참조하면, 제어신호와 사용자 데이터는 슬롯 단위로 할당된다. 그러나, 제어신호와 사용자 데이터는 OFDM 심벌 단위나 다른 시간 영역 할당 단위로 나누어져 할당될 수 있다.

시간 분할이나 주파수 분할 방식에 있어서, 제어신호는 직접 변조되어 데이터 영역에 할당될 수 있고, 시퀀스에 맵핑된 후 데이터 영역에 할당될 수 있다..

한편, 제어신호가 시퀀스에 맵핑될 경우 사용자 데이터와의 연산을 통해 전송할 수 있다.

도 19는 곱셈 연산을 통한 제어신호와 사용자 데이터의 다중화를 나타내고, 도 20은 덧셈 연산을 통한 제어신호와 사용자 데이터의 다중화를 나타낸다.

제어신호를 시퀀스로 정리한 다음 사용자 데이터 신호가 실리는 부반송파에 덧셈 형식으로 합해서 보내거나, 곱셈 형식으로 합해서 보낼 수 있다. 제어신호를 데이터 신호와 곱셈 형식으로 합하여 전송하는 경우, 단일 반송파 성질을 그대로 유지하므로 비교적 낮은 PAPR을 얻을 수 있다.

본 발명은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 하드웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하기 위해 디자인된 ASIC(application specific integrated circuit), DSP(digital signal processing), PLD(programmable logic device), FPGA(field programmable gate array), 프로세서, 제어기, 마이크로 프로세서, 다른 전자 유닛 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하는 모듈로 구현될 수 있다. 소프트웨어는 메모리 유닛에 저장될 수 있고, 프로세서에 의해 실행된다. 메모리 유닛이나 프로세서는 당업자에게 잘 알려진 다양한 수단을 채용할 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는, 변경하여 실시할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.

도 1은 무선통신 시스템을 나타낸 블록도이다.

도 3은 SC-FDMA 변조부를 도시한 블록도이다.

도 5은 무선 프레임 구조의 일 예를 나타낸다.

도 6은 서브프레임의 일 예를 나타낸다.

도 7은 FDM 방식을 이용하는 제어채널 구조를 나타낸다.

도 8은 제어신호를 제어채널에 싣는 일 예를 나타낸다.

도 9는 제어신호를 제어채널에 싣는 다른 예를 나타낸다.

도 12는 CDM 방식을 이용하는 제어채널 구조를 나타낸다.

도 16은 제어신호를 제어 영역에 할당하는 예를 나타낸다.

도 17은 제어신호를 데이터 영역에 할당하는 예를 나타낸다.

도 19는 곱셈 연산을 통한 제어신호와 사용자 데이터의 다중화를 나타낸다.

도 20은 덧셈 연산을 통한 제어신호와 사용자 데이터의 다중화를 나타낸다.

Claims

하나의 서브 프레임을 제어신호에 할당되는 제어 영역과 사용자 데이터에 할당되는 데이터 영역으로 구분하고, 상기 서브 프레임 상으로 단말이 기지국으로 제어신호를 전송하는 방법에 있어서,

할당된 제어 영역에 제어신호를 싣되, 단말별로 상기 제어 영역에 서로 다른 주파수가 할당하는 단계; 및

상기 서브 프레임을 상향링크로 전송하는 단계를 포함하는 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제어신호는 직접 변조되어 상기 할당된 제어 영역에 실리는 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제어신호는 시퀀스에 맵핑되고, 상기 시퀀스가 상기 할당된 제어 영역에 실리는 방법.
제 3 항에 있어서,

상기 시퀀스는 CAZAC(Constant Amplitude Zero Auto-Correlation) 시퀀스인 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 서브 프레임은 시간 영역에서 적어도 2개의 슬롯으로 포함하고, 각 단말은 슬롯 단위로 상기 제어 영역을 할당받되, 하나의 단말에 할당되는 슬롯들은 서로 다른 주파수를 가지는 방법.
하나의 서브 프레임을 제어신호에 할당되는 제어 영역과 사용자 데이터에 할당되는 데이터 영역으로 구분하고, 상기 서브 프레임 상으로 단말이 기지국으로 제어신호를 전송하는 방법에 있어서,

할당된 데이터 영역에 사용자 데이터와 제어신호를 다중화하여 싣는 단계; 및

상기 서브 프레임을 상향링크로 전송하는 단계를 포함하는 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 사용자 데이터와 상기 제어신호는 상기 할당된 데이터 영역에서 서로 다른 주파수에 할당되는 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 사용자 데이터와 상기 제어신호는 상기 할당된 데이터 영역에서 서로 다른 시간에 할당되는 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 사용자 데이터에 대해 DFT 확산을 수행한 후, DFT(Discrete Fourier Transmform) 확산된 사용자 데이터와 상기 제어신호에 대해 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)를 수행하여 다중화하는 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 사용자 데이터와 상기 제어신호에 대해 DFT 확산을 수행한 후, DFT 확산된 신호에 대해 IFFT를 수행하여 다중화하는 방법.