KR20080082979A - Ofdma와 cdma 기술들을 사용하는 무선 통신시스템 - Google Patents
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Abstract
동적으로 지정된 직교 서브-캐리어들(sub-carriers)의 세트를 통해 직교 주파수 분할 다중 접속(orthogonal frequency division multiple access;OFDMA) 유형 신호들 그리고 선-할당된(preallocated) 직교 서브-캐리어들의 세트를 통해 코드 분할 다중 접속(code division multiple access;CDMA) 유형 신호들을 통신하도록 동작가능한 OFDMA 기반 무선 통신 시스템이 개시된다. OFDMA 시스템은 전형적 OFDMA 시스템에서 직교 서브-캐리어들의 동적 지정들의 수를 감소시키기 위해 CDMA 유형 신호 전송을 위해 선-할당된 직교 서브-캐리어들을 사용한다. OFDMA 유형 신호들은 잘 공지된 OFDMA 기술들에 따라 처리되는 신호들일 수 있고, 한편 CDMA 유형 신호들은 잘 공지된 CDMA 및 OFDMA 기술들에 따라 처리되는 신호들일 수 있다. CDMA 유형 신호들은 또한 OFDMA 시스템에서 피크-대-평균 파워 비율(peak-to-average power ratio;PAPR)을 감소시키기 위해 이산 푸리에 변환기(discrete Fourier transformer;DFT) 행렬과 단위 행렬을 포함하는 선코더(precoder)를 사용하여 처리될 수 있다.
OFDMA, CDMA, 선코더, 코드 멀티플렉스 칩, DFT, 선균등화, IFFT, IFDMA, 스크램블링 코드, 스프레딩 코드
Description
본 발명은 일반적으로 무선 통신 네트워크에 관한 것이고, 더 구체적으로, 직교 주파수 분할 다중 접속(orthogonal frequency division multiple access;OFDMA) 기술을 사용하는 무선 통신 네트워크에 관한 것이다.
OFDMA는 차세대 무선 통신 시스템들을 위한 선도하는 다중 접속 기술로서 부상하고 있다. OFDMA 시스템들은 대역폭이 직교 서브-캐리어들(sub-carriers)의 세트로 분할되는 멀티-캐리어 시스템들이다. 직교 서브-캐리어들의 세트는 서브세트들로 더 분할되고, 직교 서브-캐리어들의 각 서브세트는 트래픽(traffic) 채널을 형성한다. 각 트래픽 채널은 단일 사용자에게 배타적으로 지정될 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 OFDMA 시스템에 사용되는 송신기(100)를 나타낸다. 송신기(100)는 변조기(110), 직렬-대-병렬(serial-to-parallel;S2P) 컨버터(120), 인버스 고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transformer;IFFT) 모듈(130), 사이클 프리픽스 삽입기(cyclic prefix inserter;140), 및 시간 도메인 필터(150)를 포함한다. IFFT 모듈(130)은 변조 심볼들을 수신하기 위한 N 포트들을 포함한다. 포트들 각각은 직교 서브-캐리어와 연관된다. IFFT 모듈(130)은 그 입력들에 변환 연산을 수행하기 위해 N x N IFFT 행렬을 사용하도록 동작가능하고, 행렬 의 엔트리들은 그리고 로서 정의된다.
인코딩된 데이터 심볼들은 변조기(110)에 입력으로서 제공된다. 변조기(110)는 BPSK, QPSK, 8PSK, 16QAM, 및 64QAM과 같은, 잘 공지된 변조 기술들을 사용하여, 인코딩된 데이터 심볼들을 K 변조 심볼들 Sk로 변환하여, S2P 컨버터(120)로의 입력으로서 제공되고, 여기서 K□<= N이다. S2P 컨버터(120)는, 인코딩된 데이터 심볼들이 송신되는 직교 서브-캐리어들과 연관된 IFFT 모듈(130)의 하나 이상의 포트들에 입력들로서 제공되는 변조 심볼들의 병렬 스트림들을 출력한다. IFFT 모듈(130)에서, IFFT는 변조 심볼 Sk에 적용되어 칩들 Cn의 블럭들을 생성하고, 여기서, n=0,...,N-1이다. 사이클 프리픽스 삽입기(140)는 N 칩들의 블럭들의 최종 Ncp 칩들을 복사하고, 이들을 프리펜딩된(prepended) 블럭을 생성하는 N 칩들의 블럭으로 프리펜딩한다. 그 후, 프리펜딩된 세트는 시간 도메인 필터(150)를 통해 필터링되고, 후속적으로 송신되기 전에 캐리어로 변조된다.
그것의 선행 시스템들과 비교하여, OFDMA 시스템들은 잡음 및 복수-경로에 대한 증가된 허용율로 대역폭 할당의 더 효율적 사용을 가능하게 한다. 그러나, OFDMA 시스템들은 여러 단점들을 갖는다. 하나의 그런 단점은, 그것의 포워드 링크(forward link) 용량 중의 많은 양이 리버스 링크(reverse link) 서브-캐리어 지정들의 오버헤드 시그널링(overhead signaling)에 사용된다는 것이다. OFDMA 시스템들에서, 리버스 링크 서브-캐리어 지정들은 정적(static)이지 않다. 사용자들 은, 채널 상태들, 이용가능한 자원들, 및 서비스 유형과 같은 인자들에 종속하여 리버스 링크 상에 동적으로 서브-캐리어들이 지정 혹은 재지정된다. 각각의 지정 및 재지정은 포워드 링크를 통해 채널 지정 메시지가 전송되도록 요구하고, 채널 지정은 지정되는 서브-캐리어들을 나타낸다. 이 리버스 링크 채널 지정의 동적 특성으로 인해, 채널 지정 메시지들의 부피가 증가되어, 포워드 링크 용량 중의 많은 양을 소비한다.
한 가지 다른 단점은, OFDMA 시스템들이 단일 캐리어 시스템들과 비교하여 높은 PAPR(peak-to-average power ratio)을 갖는다는 점이다. IFFT 모듈(130)이 변조 심볼들 Sk에 대해 변환 연산을 수행할 때, 그 결과는 N 칩들의 블럭이고,
, 이것은 변조 심볼들 S1,..., Sk의 위상 가중된 합이고, Sk(a)는 변조 심볼 Sk의 진폭을 나타낸다. 각 칩 cn은 기본적으로 변조 심볼들 각각의 조합이므로, 각 칩 cn과 연관된 진폭은 시간에 걸쳐 그것의 평균 진폭과 비교될 때 더 높아서 더 높은 송신된 파형들의 PAPR로 결과될 것이다. 더 높은 PAPR을 갖는 멀티-캐리어 시스템들은, 단일 캐리어 시스템들과 비교하여, 더 높은 등급의 파워(power) 증폭기들을 요구하고, 커버리지(coverage) 한계로 결과되는 낮은 링크 예산(budget)을 갖는다.
따라서, 포워드 링크의 오버헤드 시그널링의 양을 감소시키고 OFDMA 시스템들의 PAPR을 낮출 필요가 존재한다.
본 발명은, 동적으로 지정된 직교 서브-캐리어들의 세트에 대해 OFDMA 유형의 신호들 그리고 선-할당된(pre-allocated) 직교 서브-캐리어들의 세트에 대해 CDMA(code division multiple access) 유형 신호들을 통신하도록 동작가능한 OFDMA 기반 무선 통신 시스템이다. 유익하게도, 본 발명 OFDMA 시스템은 전형적 OFDMA 시스템에 연관된 오버헤드 시그널링과 직교 서브-캐리어들의 동적 지정들의 수를 감소시키기 위해 CDMA 유형 신호 전송에 대해 선-할당된 직교 서브-캐리어들을 사용한다. 일 실시예에서, OFDMA 유형 신호들은 잘 공지된 OFDMA 기술들에 따라 생성되는 신호들일 수 있고, 한편 CDMA 유형 신호들은 잘 공지된 CDMA 및 OFDMA 기술들에 따라 생성되는 신호들일 수 있다. CDMA 유형 신호들은 또한, 전송된 파형들의 PAPR 비율을 감소시키기 위해 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transformer;DFT) 행렬을 포함한 선코더(pre-coder)를 사용하여 처리될 수 있다. 다른 실시예들에서, 선코더는 바이패스(bypass)되고, 효과적으로 단위 행렬에 의해 교체될 수 있거나, 또는 선코더는 주파수 도메인 채널에 종속하는 행렬을 포함할 수 있다.
본 발명의 특징, 양태, 및 이점은 이하 설명, 첨부된 청구범위, 및 첨부된 도면들을 참조하여 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 OFDMA 시스템에 사용되는 송신기를 나타낸다,
도 2는 본 발명의 OFCDMA 시스템에서 사용하기 위한 대역폭 할당을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 무선 통신 시스템에서 사용하기 위한 송신기의 개략도를 나타낸다.
본 발명은, 동적으로 지정된 직교 서브-캐리어들의 세트를 통해 OFDMA 유형의 신호들을 통신하고 선-할당된(pre-allocated) 직교 서브-캐리어들의 세트를 통해 CDMA 유형 신호들을 통신하도록 동작가능한 OFDMA 무선 통신 시스템이고, OFDMA 유형 신호들은 잘 공지된 OFDMA 기술들에 따라 생성되는 신호들이고, CDMA 유형 신호들은 잘 공지된 CDMA와 OFDMA 기술들에 따라 생성된 신호들이다. 유익하게도, CDMA 유형 신호들은 선-할당된 직교 서브-캐리어들을 통해 송신되므로, 직교 자원들(즉, 서브-캐리어들)의 동적인 지정을 요구하지 않는다. 바람직하게, CDMA 유형 신호들은 버스티(busty) 및 정기적 트래픽 패턴들로 사용자들과 연관되는 신호들이다.
본 발명의 OFDMA 시스템은, 대역폭이 직교 서브-캐리어들의 세트로 분할되는 멀티-캐리어 시스템이다. 도 2는 본 발명의 OFCDMA 시스템에서 사용되기 위한 대역폭 할당(200)을 나타낸다. 도 2에 도시된 것처럼, 대역폭은 직교 서브-캐리어들의 세트로 분할된다. 직교 서브-캐리어들의 세트는 2개의 그룹들로 범주화된다. OFDMA 그룹으로서 본 명세서에 지칭되는, 제 1 그룹은 OFDMA 신호들의 전송을 위해 사용되는 직교 서브-캐리어들을 포함한다. CDMA 그룹으로서 본 명세서에 지칭되는 제 2 그룹은 CDMA 유형 신호들의 전송을 위해 사용되는 직교 서브-캐리어들로 구성된다. OFDMA 및 CDMA 그룹들은 본 명세서에서 OFDMA와 CDMA 존(zones)들로서 각각 지칭되는 하나 이상의 서브-그룹들을 포함한다. 각각의 존은 적어도 하나의 직교 서브-캐리어를 포함한다. 일 실시예에서, CDMA 존들은 서로 인접하지 않고 그것의 이웃 CDMA 존들로부터 같은 거리에 있다. 다른 실시예에서, CDMA 존들은 서로 인접할 수 있다. 또 다른 실시예에서, CDMA 존들은 전체 대역폭을 점유할 수 있다, 즉, OFDMA 존들이 없다.
OFDMA 그룹의 직교 서브-캐리어들을 포함하는 트래픽 채널은 OFDMA 트래픽 채널로서 본 명세서에 지칭되고, 한편 CDMA 그룹에서 직교 서브-캐리어들을 포함하는 트래픽 채널은 CDMA 트래픽 채널로서 본 명세서에 지칭된다. 전술된 것처럼, OFDMA 유형 신호들은 잘 공지된 OFDMA 기술들에 따라 생성되는 신호들이고, CDMA 유형 신호들은 잘 공지된 CDMA 및 OFDMA 기술들에 따라 생성되는 신호들이다. 다른 실시예에서, OFDMA 유형 신호들은 잘 공지된 인터리브된 주파수 분할 다중 접속(Interleaved Frequency Division Multiple Access;IFDMA) 기술, 또는 FDMA 시스템을 통해 신호들을 생성하기 위한 임의 유형의 기술에 따라 생성되는 신호들일 수 있다. 유사하게, CDMA 유형 신호들은 단지 CDMA 기술들에 따라, 혹은 CDMA 및 IFDMA 기술들에 따라 생성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 무선 통신 시스템에서 사용되기 위해, 일 실시예에 따른, 송신기(300)의 개략도를 나타낸다. 송신기(300)는 CDMA 유형 신호들을 처리하기 위한 제 1 부분(380), 그리고 OFDMA 유형 신호들을 처리하기 위한 제 2 부분(390)을 포함한다. 제 1 부분(380)은 승산기들(305, 310, 320, 315), 합산기(325), 직렬-대-병렬(S2P) 컨버터(330), K 선코더들(335), IFFT 모듈(350), 사이클 프리픽스 삽입기(360), 및 시간 도메인 필터(370)를 포함한다. 제 2 부분(390)은 변조기(340), S2P 컨버터(345), IFFT 모듈(350), 사이클 프리픽스 삽입기(360), 및 시간 도메인 필터(370)를 포함한다. 선코더들(335)은 그 자신의 입력들에 변환 연산을 수행하기 위해 주파수 도메인 채널에 기반된 행렬 혹은 DFT 행렬을 사용하도록 동작가능하다. 각각의 선코더(335)는 Nz 출력 포트들을 갖는다. IFFT 모듈(350)은 그 자신의 입력들에 변환 연산을 수행하기 위해 IFFT 행렬을 사용하도록 동작가능하다. IFFT 모듈(350)은 NFFT 입력 포트들을 가지며, NFFT 입력 포트들은 CDMA 존들에 속하는 직교 서브-캐리어들과 연관된 K x Nz 포트들 그리고 OFDMA 존들에 속하는 직교 서브-캐리어들과 연관된 NFFT-K x Nz 입력 포트들을 포함한다.
제 1 부분(380)에서, 파일럿(pilot) 심볼들 및 인코딩된 데이터 심볼들은 승산기들(305, 310)에 입력들로서 제공된다. 파일럿과 인코딩된 데이터 심볼들은 스프레딩(spreading) 인자들 Ncp와 Ncd 각각으로, 왈쉬(Walsh) 코드들과 같은, 스프레딩 코드들을 사용하여 스프레딩된다. 일 실시예에서, 스프레딩 인자 Ncp는, 무선 통신 시스템에서 CDMA 존들의 수인 Nz와 같다. 스프레드 파일럿과 데이터 심볼들은, 각각 파일럿과 데이터 칩들(chips)을 생성하기 위해, 의사-랜덤 잡음(Pseudo-random Noise;PN) 코드들과 같은, 파일럿 및 데이터 스크램블링(scrambling) 코드를 사용하여 승산기들(315, 320)에서 후속적으로 스크램블링되고, 스크램블링 코드들은 기간 N을 가지며, N >> Ncp, Ncd이다. 스크램블링 코드들은 CDMA 존에 특정할 수 있다. 또한, 스크램블링 코드들은 제 1 부분(380)의 파일럿 및 데이터 분기들(branches)에 대해 상이한 오프셋들을 가질 수 있다. 또한, 스크램블링 코드들은 제 1 부분(380)의 파일럿 및 데이터 스크램블링 코드들에 대한 상이한 오프셋들을 가질 수 있다. 파일럿 및 데이터 칩 스트림들은 코드 멀티플렉스 신호를 생성하기 위해 합산기(325)에서 멀티플렉싱된 코드이고, 코드 멀티플렉스 신호는 K x Nz 코드 멀티플렉스 칩들로 구성된다. 다른 실시예에서, 파일럿 및 데이터 칩 스트림들은 시간 멀티플렉싱된다. 본 출원서의 목적들을 위해, CDMA 유형 신호는 코드 혹은 시간 멀티플렉스 칩 신호, 또는 코드 혹은 시간 멀티플렉스 칩 신호로부터 유도되는 임의 신호인 것으로서 해석될 수 있다.
코드 멀티플렉스 신호는, K 선코더들(335) 사이에 일정하게 코드 멀티플렉스 칩들을 분포시키는 S2P 컨버터(330)에 입력으로서 제공된다. 일 실시예에서, 코드 멀티플렉스 칩들은 Nz 코드 멀티플렉스 칩들의 블럭으로서 제공될 수 있다. 예를 들어, 제 1 Nz 코드 멀티플렉스 칩들은 제 1 선코더(335)에 입력으로서 제공되고, 다음 Nz 코드 멀티플렉스 칩들은 제 2 선코더(335)에 입력으로서 제공되고, 기타등등. 다른 실시예에서, S2P 컨버터(330)는 K 혹은 그 이하의 선코더들 사이에서 불규칙하게 코드 멀티플렉스 칩들을 분포시킬 수 있고, 코드 멀티플렉스 칩들의 블럭은 Nz와 다른 크기일 수 있다.
선코더들(335)은 행렬을 사용하여 시간 도메인의 입력 벡터를 주파수 도메인 의 벡터로 변환 연산을 수행한다. 선코더들(335)의 입력 및 출력 벡터들이 Nz 요소들 혹은 칩들을 구성함을 주목한다. 일 실시예에서, 선코더들(335)은, 크기 Nz x Nz의 DFT 행렬 F를 사용하여 시간 도메인으로부터 주파수 도메인으로 Nz 코드 멀티플렉스 칩들을 포함하는 입력 벡터를 변환하고, 여기서 행렬 F에 대한 엔트리들은 그리고 로서 정의되는, DFT이다. DFT 선코더의 입력에서 코드 멀티플렉스 칩들이 벡터 s로서 정의되고, 여기서 이고, T는 전치(transpose) 연산을 나타내면, DFT 선코더의 출력은 벡터 x로서 정의될 수 있고, 여기서 이고, Nz 선-코드된 요소들 혹은 칩들을 포함한다. 다른 실시예들에서, 선코더들(335)은 단위 행렬을 사용하여 코드 멀티플렉스 칩들을 시간 도메인으로부터 주파수 도메인으로 변환할 수 있다. 또한, 선코더들(335)은, 변환에 선-균등화(pre-equalization) 기술들이 적용되도록 하는 채널에 민감한 행렬을 사용할 수 있다.
일 실시예에서, K 선코더들(335)의 Nz 출력 포트들의 각각은 CDMA 존들에 속하는 직교 서브-캐리어들과 연관된 IFFT(350)의 포트들에 개별적으로 매핑된다. IFFT 모듈(350)의 Nz 출력 포트들에서 입력 포트들로의 정확한 매핑은, 어느 특정 직교 서브-캐리어들에 CDMA 유형 신호들이 송신되는 지에 종속하여 재구성가능할 수 있다.
제 2 부분(390)에서, 인코딩된 데이터 심볼들은 변조기(340)에 의해, BPSK, QPSK, 8PSK, 16QAM, 및 64QAM과 같은, 잘 공지된 변조 기술들을 사용하여, 데이터 심볼들을 K 변조 심볼들 Sk로 변환하여, S2P 컨버터(345)로의 입력으로서 제공되고, 여기서 K <= N이다. S2P 컨버터(120)는 변조 심볼들의 병렬 스트림들을 출력하여, 이것은 인코딩된 데이터 심볼들이 송신되는 직교 서브-캐리어들과 연관되는 IFFT 모듈(130)의 하나 이상의 포트들로 입력들로서 제공된다.
IFFT 모듈(350)에서, IFFT는 칩들 cn의 블럭을, 여기서 n=0,...,NFFT-1, 생성하기 위해 변조 심볼들 Sk와 선-코딩된 칩들(즉, 선코더의 출력)에 적용된다. 사이클 프리픽스 삽입기(360)는 NFFT 칩들의 블럭 중의 최종 Ncp 칩들을 복사하여, 이들을 프리펜딩된 블럭을 생성시키는 NFFT 칩들의 블럭에 프리펜딩한다. 그 후, 프리펜딩된 세트는 시간 도메인 필터(150)를 통해 필터링되고, 후속적으로 송신되기 전에 캐리어로 변조된다.
본 발명이 특정 실시예들을 참조하여 매우 상세하게 설명되었지만, 다른 버전들이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 취지 및 범위는 본 명세서에 포함된 실시예들의 설명에 제한되어서는 안 된다.
Claims (10)
- 무선 통신 시스템에서 사용하기 위한 장치에 있어서,제 1 직교 서브-캐리어 세트(orthogonal sub-carrier set)를 통해 제 1 신호 유형을 송신하고, 제 2 직교 서브-캐리어 세트를 통해 제 2 신호 유형을 송신하기 위한 송신기로서, 상기 제 1 신호 유형은 코드 분할 다중 접속(code division multiple access;CDMA)과 직교 주파수 분할 다중 접속(orthogonal frequency division multiple access;OFDMA) 기술들에 따라 처리되는 신호이고, 상기 제 1 및 제 2 신호 유형들은 상이한 유형들인, 상기 송신기를 포함하는, 무선 통신 시스템에서 사용하기 위한 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 송신기는,시간 도메인의 입력 벡터를 주파수 도메인의 출력 벡터로 변환 연산을 수행하기 위한 선코더(precoder)로서, 상기 입력 및 출력 벡터들은 N 코드 멀티플렉스 칩들(code multiplexed chips)로 구성되고, 상기 제 1 신호 유형과 연관되는, 무선 통신 시스템에서 사용하기 위한 장치.
- 제 2 항에 있어서, 상기 선코더는, 상기 입력 벡터를 변환하기 위해 크기 N x N의 이산 푸리에 변환(discrete Fourier transform) 행렬을 사용하는 이산 푸리에 변환기인, 무선 통신 시스템에서 사용하기 위한 장치.
- 제 2 항에 있어서, 상기 선코더는 단위 행렬을 사용하여 상기 입력 벡터를 상기 출력 벡터로 변환하는, 무선 통신 시스템에서 사용하기 위한 장치.
- 제 2 항에 있어서, 상기 선코더는, 선균등화(preequalization) 기술들이 상기 변환 연산에 적용되도록 하는 행렬을 사용하는, 무선 통신 시스템에서 사용하기 위한 장치.
- 제 2 항에 있어서, 상기 송신기는,X 칩들의 블럭을 생성하기 위해 X 입력들에 IFFT(inverse fast Fourier transformation)를 적용하기 위한 IFFT 모듈로서, 상기 X 입력들은 상기 제 2 신호 유형과 연관된 변조 심볼들과 출력 벡터를 포함하는, 무선 통신 시스템에서 사용하기 위한 장치.
- 제 6 항에 있어서, 상기 송신기는,X 칩들의 블럭으로부터 Y 칩들을 X 칩들의 블럭으로 프리펜딩하여 프리펜딩된(prepended) 블럭을 생성하기 위한 사이클 프리픽스 삽입기(cyclic prefix inserter)를 포함하는, 무선 통신 시스템에서 사용하기 위한 장치.
- 제 7 항에 있어서, Y는 파일럿 심볼들(pilot symbols)에 대해 사용되는 스프 레딩(spreading) 인자에 대응하는, 무선 통신 시스템에서 사용하기 위한 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 신호 유형은 OFDMA 기술들에 따라 처리되는 신호인, 무선 통신 시스템에서 사용하기 위한 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 직교 서브-캐리어 세트는 복수의 제 1 직교 서브-캐리어들의 교집합이 없는 서브-세트들(disjointed sub-sets)로 구성되는, 무선 통신 시스템에서 사용하기 위한 장치.
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