KR20080072503A - 통신 시스템의 상향링크 신호 전송 방법 및 전송 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동 통신 시스템에서 상향 링크 타이밍 제어를 위한 신호 전송 방법 및 장치에 대한 것으로 타이밍 제어를 위한 물리 신호를 복수의 서브 프레임마다 한 번씩 할당하고, 상기 타이밍 제어를 위한 물리 신호를 역 고속 푸리에 변환하여 시간 영역의 물리 신호로 변환한다.

상향 링크 타이밍 제어, 사운딩 기준 신호

Description

통신 시스템의 상향링크 신호 전송 방법 및 전송 장치 {APPAREARUS AND METHOD FOR TRANSMITTING UPLINK SIGNAL IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 이동 통신 시스템의 상향링크 신호 전송 방법 특히, 직교 주파수 분할 다중 접속 (Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 OFDMA) 방식 또는 단일 주파수 분할 다중 접속(Single Carrier Frequency Division Multiple Access, 이하 SC-FDMA) 방식을 사용하는 이동 통신 시스템에서 상향 링크 타이밍 제어를 위한 신호 전송 방법 및 장치에 대한 것이다.

본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT신성장동력핵심기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2005-S-404-12, 과제명: 3G evolution 무선전송 기술 개발].

상향 링크에서는 단말기가 랜덤 액세스 프리앰블을 통해 초기 동기를 맞춘다. 초기 동기를 맞추는 것은 기지국의 타이밍과 수신한 상향 링크 신호의 타이밍의 차이를 순환 전치 심볼(Cyclic Prefix, 이하 CP) 길이 이내로 맞추는 것을 의미한다. 초기 동기가 맞춰진 상태에서 RRC(Radio Resource Control) 연결 상태가 지속이 되면 단말기의 이동으로 인해 수신하는 상향 링크 신호의 타이밍이 틀어지기 시작하고, 이 상황이 지속되면 기지국의 타이밍과 수신한 상향 링크 신호의 타이밍의 차가 CP를 벗어나게 된다. 그러면, 사용자 간의 직교성이 깨져서 성능이 크게 저하된다. 보통 사용자가 350km/h로 움직일 때에는 500msec마다 타이밍을 조절하는 것이 필요하다고 알려져 있다.

따라서, 초기 동기를 맞춘 이후에도 상향 링크의 타이밍을 유지하는 것이 필요하며, 이를 위해서는 상향 링크에서 별도의 물리 신호를 할당하여야 한다.

이와 같은 물리 신호는 타이밍 제어를 위해 요구되는 시간 간격에 따라 이 물리 신호의 대역폭이 계산되는데, 예를 들어 CP가 5us 정도이면, 타이밍 제어를 위해 요구되는 타이밍 분해능이 대략 1us정도이며, 이러한 타이밍 분해능을 만족하기 위해서는 물리 신호가 1MHz 이상의 대역폭을 가져야 한다. 이러한 대역폭을 가지는 상향 링크의 물리 신호로는 주파수 영역의 채널 상태를 기지국 MAC(Medium Access Control) 스케줄러에서 파악하고 스케줄링을 하기 위해 넓은 대역폭을 가지는 기준 신호가 있다.

종래 기술은 이러한 기준 신호를 매 서브 프레임의 첫 번째 LB(Long block)마다 할당하도록 한다. 따라서 매 서브 프레임의 첫 번째 LB에는 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel)를 할당할 수 없게 되므로 기준 신호로 인한 오버헤드는 7%(1/14)나 되는 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 기준 신호가 상향 링크의 전체 자원에서 차지하는 오버헤드를 줄이는 상향링크 신호 전송 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

상기 과제를 달성하기 위해, 본 발명의 하나의 특징에 따른 상향링크 신호 전송 방법은 타이밍 제어를 위한 물리 신호를 복수의 서브 프레임마다 한 번씩 할당하고, 상기 타이밍 제어를 위한 물리 신호를 역 고속 푸리에 변환하여 시간 영역의 물리 신호로 변환한다.

상기 과제를 달성하기 위해, 본 발명의 다른 특징에 따른 상향링크 신호 전송 장치는 타이밍 제어를 위한 물리 신호를 복수의 서브 프레임마다 한 번씩 할당하는 사운딩 기준 신호 할당부 및 상기 타이밍 제어를 위한 물리 신호를 역 고속 푸리에 변환하여 시간 영역의 물리 신호로 변환하는 역 고속 푸리에 변환부를 포함한다.

본 발명에 의하면 사용자들을 그룹핑하고 상향 링크의 타이밍 제어를 위한 시간 자원을 세분화하여 넓은 대역폭을 가지는 기준 신호를 할당하므로 기준 신호로 인한 오버헤드를 줄일 수 있다. 그리고, 주기를 두어 할당하기 때문에 사용자 그룹별로 기준 신호를 전송하는 기회가 동일하므로, 상향 링크 자원의 효율적인 운 용이 가능해 진다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

이제 본 발명의 실시예에 따른 이동 통신 시스템의 상향링크 신호 전송 방법 및 전송 장치에 대해서 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 이동통신 시스템의 상향링크 프레임에 대해 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이동 통신 시스템의 프레임 구조를 나타낸 도면이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 한 프레임은 10ms이고 10개의 1ms 서브 프레임으로 구성이 된다. 상향 링크의 데이터 채널을 전송하는 상향 링크 공용 물리 채 널(PUSCH, Physical Uplink Shared Channel)은 서브 프레임 단위로 전송된다.

서브 프레임은 2개의 슬롯으로 이루어져 있으며 각 슬롯은 6개의 LB(Long block)과 2개의 SB(Short Block)으로 구성되어 있다. 6개의 LB에는 각 사용자 단말기별로 PUSCH가 할당이 되며, 각 사용자 단말기의 PUSCH는 부반송파 영역으로 분리된다. 2개의 SB에는 PUSCH를 복조하기 위한 기준 신호가 전송이 되며, 이는 PUSCH와 같은 대역폭을 가지게 된다.

따라서, 한 서브 프레임에는 12개의 LB와 4개의 SB이 있게 되는데, 이 중에서 첫 번째 LB에 주파수 영역의 채널 상태를 파악하기 위해 넓은 대역폭을 가지는 기준 신호를 할당할 수 있다. 이를 사운딩 기준 신호(Sounding Reference Signal, 이하 Sounding RS)라 한다. 사운딩 기준 신호는 사용자 단말기가 주기적으로 전송하는 광대역 신호로서 상향 링크 채널 특성 추정, 상향 링크 전력 제어, 타이밍 추정 등에 주로 사용되므로, 모든 사용자가 동일한 시간 영역에서 동일한 주파수 대역을 이용하여 사운딩 기준 신호를 전송한다.

사운딩 기준신호는 각 사용자 단말기별로 할당되는 PUSCH보다 더 넓을 수 있기 때문에 다수의 사용자들이 서로 동일한 주파수 자원을 공유하여 전송할 수 있도록 사운딩 기준 신호의 시퀀스로는 CAZAC(Constant Amplitude Zero Auto-Correlation) 시퀀스를 사용한다. CAZAC 시퀀스의 특징은 특정 신호처리 과정을 거치면 시간 영역에서 서로 직교하는 성질이 있어, 동일한 주파수 자원을 사용하는 사용자에 대한 CAZAC 시퀀스는 서로 다른 위상 기울기를 가지는 CAZAC 시퀀스를 사용하도록 한다.

사운딩 기준 신호는 RRC(Radio Resource Control) 연결 상태에 있는 모든 사용자가 전송할 수 있다. 즉, 스케줄링이 필요 없는 경우라도 타이밍 제어를 위해 사운딩 기준 신호를 전송할 수 있다. 예를 들어, 상향 링크에 VoIP(Voice over Internet Protocol) 서비스를 이용하는 사용자 단말기는 주기적으로 데이터 패킷을 송수신하기 때문에 일반적으로 초기에 한 번 자원 할당을 하면 스케줄이 거의 변하지 않는다. 이런 경우에는 주파수 영역의 채널 상태를 파악하기 위해 사운딩 기준신호를 전송할 필요는 없지만, 상향 링크 신호의 타이밍 제어를 위해서 사운딩 기준 신호를 전송한다.

다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 이동통신 시스템의 상향링크 프레임 전송 장치 및 수신장치에 대해 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이동 통신 시스템의 상향링크 프레임 전송 장치를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이동 통신 시스템의 상향링크 프레임 수신 장치를 나타낸 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 이동 통신 시스템의 상향링크 프레임 전송 장치는 사운딩 기준 신호 할당부(210), 역 고속 푸리에 변환부(inverse fast Fourier transformer, 이하 "IFFT"라 함)(220), 보호구간 삽입부(230) 및 RF 송신부(240)를 포함한다.

사운딩 기준 신호 할당부(210)는 사운딩 기준신호를 프레임에 배치하고, IFFT(220)는 전송할 신호를 역 고속 푸리에 변환을 통해 시간 영역의 전송 신호로 변환한다.

보호구간 삽입부(230)는 상기 시간 영역의 전송 신호에 보호 구간을 삽입하고, RF 송신부(240)는 아날로그 전송 신호를 무선 주파수로 변환하여 송신 안테나를 통해서 송신한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 이동 통신 시스템의 상향링크 프레임 수신 장치는 RF 수신부(310), 보호구간 제거부(320), 고속 푸리에 변환(fast Fourier transformer, 이하 "FFT"라 함)(330), 상호상관부(340), IFFT(350) 및 타이밍 오차 추정부(360)를 포함한다.

RF 수신부(310)는 사용자 단말기로부터 수신한 사운딩 기준 신호를 기저 대역 신호로 변환하고, 보호구간 제거부(320)는 시간 영역 신호에서 보호구간을 제거하고, FFT(330)는 시간 영역 신호를 주파수 영역 신호로 변환한다. 상호상관부(340)는 주파수 영역 신호를 상호하고, IFFT(350)는 주파수 영역 신호를 다시 시간 영역 신호로 변환한다. 그러면 채널의 다중 경로 단면을 얻을 수 있다.

타이밍 오차 추정부(360)는 채널의 다중 경로 단면을 이용하여 타이밍 오차를 추정한다. 도 4는 사용자 단말기별 채널의 다중 경로 단면의 전력을 나타낸 것이다. 다중 경로의 단면이 가장 큰 타이밍 샘플이 타이밍 오차가 된다. 이렇게 타이밍 오차를 추정하면 사용자 단말기가 기지국 가까이 있는 경우에는 다중 경로 단면의 전력이 커서 추정한 타이밍 오차의 추정 에러가 작으나, 사용자 단말기가 셀 경계에 있는 경우에는 다중 경로 단면의 전력이 잡음 전력과 비슷해 추정한 타이밍 오차의 추정 에러가 크다. 따라서, 해당 사용자 단말기의 사운딩 기준 신호가 전송되는 동안 계속 반복하여 다중 경로 단면의 전력을 합하여 평균을 취한 후에 타이 밍 오차를 찾게 되면 더욱 정확하게 타이밍 오차를 추정할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 이동통신 시스템의 상향링크 프레임 전송 방법에 대해 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이동 통신 시스템의 상향링크 프레임 전송 방법을 나타낸 순서도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따라 사운딩 기준 신호를 프레임에 할당하는 방법을 나타낸 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 사운딩 기준 신호 할당부(230)는 사운딩 기준신호를 프레임에 배치한다(S510).

10ms 무선 프레임은 1ms 서브 프레임 10개로 구성되고 서브 프레임 단위로 물리 채널을 전송한다. 이 때 사운딩 기준신호를 모든 서브 프레임마다 배치하지 않고 복수의 서브 프레임에 한 번씩 할당하면 사운딩 기준신호로 인한 오버헤드를 줄일 수 있다.

하나의 서브 프레임에 할당되는 사용자 단말기들을 하나의 그룹으로 그룹화를 하면 한 무선 프레임에 10개의 사용자 단말기 그룹이 생기게 된다. 각 사용자 단말기 그룹에 대해 일정한 프레임 주기로 사운딩 기준 신호를 할당한다. 즉, 서브 프레임 번호를 상기 일정한 프레임 주기로 나눈 나머지가 상기 프레임 수를 상기 일정한 프레임 주기로 나눈 나머지와 같은 서브 프레임에 사운딩 기준신호를 할당한다. 프레임 수는 기지국 프레임 수 카운터(NodeB Frame Number Counter, 이하 BFN 카운터)로 셀 수 있다.

상기 일정한 프레임 주기가 2인 경우를 예로 들면, 도 2(a)에 도시된 바와 같이 BFN 카운터를 2로 나눈 나머지가 0이면 할당된 서브 프레임 번호를 2로 나눈 나머지가 0인 사용자 단말기 그룹이 사운딩 기준 신호는 전송하고, BFN 카운터를 2로 나눈 나머지가 1이면 할당된 서브 프레임 번호를 2로 나눈 나머지가 1인 사용자 단말기 그룹이 사운딩 기준 신호를 전송한다. 그러면, 사운딩 기준 신호는 두 개의 서브 프레임마다 하나씩 전송을 하게 되어 평균 오버헤드는 3.5%로 줄어든다.

도 2(b)는 상기 일정한 프레임 주기가 3인 경우를 나타낸 도면이다. 도 2(b)에 도시된 바와 같이, BFN 카운터가 3의 배수일 때는 할당된 서브프레임 번호가 0, 3, 6, 9인 사용자 단말기 그룹이 사운딩 기준 신호를 전송하고, BFN 카운터를 3으로 나눈 나머지가 1일 때에는 할당된 서브 프레임 번호가 2, 5, 8인 사용자 단말기 그룹이 사운딩 기준 신호를 전송하고, BFN 카운터를 3으로 나눈 나머지가 2일 때에는 할당된 서브 프레임 번호가 1, 4, 7인 사용자 단말기 그룹이 사운딩 기준 신호를 전송한다. 이와 같이 하는 경우에는 세 서브 프레임마다 한 번씩 사운딩 기준 신호를 전송하게 되어 오버헤드가 2.3%로 줄어들게 된다.

IFFT(220)는 사운딩 기준 신호를 역 고속 푸리에 변환을 통해 시간 영역의 전송 신호로 변환하고(S520), 보호구간 삽입부(220)는 상기 시간 영역의 전송 신호에 보호 구간을 삽입한다(S530).

RF 송신부(250)는 아날로그 전송 신호를 무선 주파수로 변환하여 송신 안테나를 통해서 송신한다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이동 통신 시스템의 프레임의 구조를 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이동 통신 시스템의 상향링크 프레임 전송 장치를 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이동 통신 시스템의 상향링크 프레임 수신 장치를 나타낸 도면이다.

도 4는 사용자 단말기별 채널의 다중 경로 단면의 전력을 나타낸 것이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이동 통신 시스템의 상향링크 프레임 전송 방법을 나타낸 순서도이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따라 사운딩 기준 신호를 프레임에 할당하는 방법을 나타낸 도면이다.

Claims (12)

1. 타이밍 제어를 위한 물리 신호를 복수의 서브 프레임마다 한 번씩 할당하는 단계; 및

   상기 타이밍 제어를 위한 물리 신호를 역 고속 푸리에 변환하여 시간 영역의 물리 신호로 변환하는 단계를 포함하는 상향링크 신호 전송 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 할당하는 단계는

   하나의 서브 프레임에 할당되는 사용자 단말기들을 하나의 그룹에 속하도록 사용자 단말기들을 그룹핑하는 단계; 및

   상기 사용자 단말기 그룹 각각에 대해 일정한 프레임 주기로 상기 타이밍 제어를 위한 물리 신호를 할당하는 단계를 포함하는 상향링크 신호 전송 방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 물리 신호를 할당하는 단계는

   프레임 수 카운터로 프레임 수를 세는 단계;

   서브 프레임 번호를 상기 일정한 프레임 주기로 나눈 나머지가 상기 프레임 수를 상기 일정한 프레임 주기로 나눈 나머지와 같은 서브 프레임에 상기 타이밍 제어를 위한 물리 신호를 할당하는 단계를 포함하는 상향 링크 신호 전송 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 타이밍 제어를 위한 물리 신호는 주파수 영역의 채널 상태를 파악하기 위해 사용하는 기준 신호인 상향 링크 신호 전송 방법.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 타이밍 제어를 위한 물리 신호는 물리 신호는 서브 프레임의 첫 번째 롱 블록(Long block)에 위치하는 사운딩 기준 신호인 상향 링크 신호 전송 방법.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 시간 영역의 물리 신호에 보호 구간을 삽입하는 단계를 더 포함하는 상향 링크 신호 전송 방법.
7. 타이밍 제어를 위한 물리 신호를 복수의 서브 프레임마다 한 번씩 할당하는 사운딩 기준 신호 할당부; 및

   상기 타이밍 제어를 위한 물리 신호를 역 고속 푸리에 변환하여 시간 영역의 물리 신호로 변환하는 역 고속 푸리에 변환부를 포함하는 상향링크 신호 전송 장치.
8. 제7항에 있어서,

   상기 사운딩 기준 신호 할당부는

   하나의 서브 프레임에 할당되는 사용자 단말기들을 하나의 그룹에 속하도록 사용자 단말기들을 그룹핑하고, 상기 사용자 단말기 그룹 각각에 대해 일정한 프레임 주기로 상기 타이밍 제어를 위한 물리 신호를 할당하는 상향링크 신호 전송 장치.
9. 제8항에 있어서,

   프레임 수를 세는 프레임 카운터를 더 포함하고,

   상기 사운딩 기준 신호 할당부는

   서브 프레임 번호를 상기 일정한 프레임 주기로 나눈 나머지가 상기 프레임 수를 상기 일정한 프레임 주기로 나눈 나머지와 같은 서브 프레임에 상기 타이밍 제어를 위한 물리 신호를 할당하는 상향 링크 신호 전송 장치.
10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 타이밍 제어를 위한 물리 신호는 주파수 영역의 채널 상태를 파악하기 위해 사용하는 기준 신호인 상향 링크 신호 전송 장치.
11. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 타이밍 제어를 위한 물리 신호는 서브 프레임의 첫 번째 롱 블록(Long block)에 위치하는 사운딩 기준 신호인 상향 링크 신호 전송 장치.
12. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 시간 영역의 물리 신호에 보호 구간을 삽입하는 보호구간 삽입부를 더 포함하는 상향 링크 신호 전송 장치.

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