KR20080095742A - 제어 시그널링을 줄이는 데이터 전송 방법 - Google Patents

제어 시그널링을 줄이는 데이터 전송 방법 Download PDF

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Abstract

주기적으로 CQI(Channel Quality Indicator)를 전송하여 채널 상태를 보고하여 데이터를 전송하는 데이터 전송 방법을 제공한다. 데이터 전송 방법은 CQI를 얻는 단계, 상기 CQI가 무선자원할당 요청을 포함하도록 상기 CQI의 위상을 변환하는 단계, 위상 변환된 상기 CQI를 CQI 채널을 통해 전송하는 단계, 상기 무선자원할당 요청에 대한 응답으로 무선자원을 할당받는 단계 및 상기 무선자원을 이용하여 데이터를 전송하는 단계를 포함한다. 다중화된 제어신호를 하나의 채널을 통해 송신하여, 제어 시그널링으로 인한 오버헤드를 줄일 수 있다.

Description

제어 시그널링을 줄이는 데이터 전송 방법{Method for transmitting data using reduced control signaling}
본 발명은 무선 통신에 관한 것으로 보다 상세하게는 제어 시그널링을 줄이는 데이터 전송 방법에 관한 것이다.
최근 활발하게 연구되고 있는 차세대 멀티미디어 무선 통신시스템은 초기의 음성 위주의 서비스를 벗어나 영상, 무선 데이터 등의 다양한 정보를 처리하여 전송할 수 있는 시스템이 요구되고 있다.
OFDM(orthogonal frequency division multiplexing)은 주파수 대역을 다수의 직교 부반송파로 분할하여 데이터를 전송하는 다중 반송파 변조 기법으로서 차세대 멀티미디어 무선 통신시스템에서 주목받고 있는 핵심기술 중 하나이다. OFDMA(orthogonal frequency division multiple access)는 OFDM에 FDMA(frequency division multiple access) 또는 TDMA(time division multiple access) 또는 CDMA(code division multiple access)를 결합하여 다중 사용자의 다중화를 제공하 는 기법이다.
일반적으로 기지국에서 이동국으로, 또는 이동국에서 기지국으로 주기적 또는 사건 발생적으로 제어신호가 전송된다. 제어신호는 사용자신호를 포함하지 않는 신호를 말한다. 이하에서 하향링크(downlink)는 기지국에서 이동국 으로의 통신을 의미하며, 상향링크(uplink)는 이동국에서 기지국으로의 통신을 의미한다. 상향링크 제어신호 중 일례가 CQI(Channel Quality Indicator)이다. 이동국은 기지국으로 채널 품질을 보고하기 위해 주기적으로 CQI를 전송하는 것이 일반적이다.
상향링크 또는 상향링크 제어신호는 여러 가지 종류가 있으며, 또한 여러 가지 제어신호를 전달하기 위해 기지국과 이동국 간에 제어신호의 교환이 빈번하게 이루어진다. 하나의 제어신호는 하나의 제어정보만을 싣기 때문이다. 제어신호의 교환을 제어 시그널링이라 한다. 기지국과 이동국 간의 빈번한 제어 시그널링은 시스템의 전체 용량에 영향을 미칠 수 있다. 또한, 이동국의 주요한 설계 제약 중 하나인 배터리의 수명도 제어 시그널링이 많아지면 짧아지게 된다.
제어 시그널링은 데이터의 전송률에 영향을 미치지 않으므로, 용량을 증가시키기 위해서는 제어 시그널링을 최소화하는 기법이 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 제어 시그널링을 다중화하는 데이터 전송 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면 주기적으로 CQI(Channel Quality Indicator)를 전송하여 채널 상태를 보고하여 데이터를 전송하는 데이터 전송 방법을 제공한다. 데이터 전송 방법은 CQI를 얻는 단계, 상기 CQI가 무선자원할당 요청을 포함하도록 상기 CQI의 위상을 변환하는 단계, 위상 변환된 상기 CQI를 CQI 채널을 통해 전송하는 단계, 상기 무선자원할당 요청에 대한 응답으로 무선자원을 할당받는 단계 및 상기 무선자원을 이용하여 데이터를 전송하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면 다중화된 제어 신호를 이용한 데이터 전송 방법을 제공한다. 데이터 전송 방법은 제1 제어신호와 제2 제어신호를 다중화하여 다중화된 제어신호를 얻는 단계 및 상기 다중화된 제어신호를 하나의 채널을 통해 전송하는 단계를 포함한다.
다중화된 제어신호를 하나의 채널을 통해 송신 또는 수신하여, 제어 시그널링으로 인한 오버헤드를 줄일 수 있다.
도 1은 무선 통신시스템을 도시한 예시도이다.
도 1을 참조하면, 무선 통신시스템은 기지국(100, base station; BS)과 이동국(110, mobile station; MS)을 포함한다. 무선 통신시스템은 음성, 패킷 데이터 등과 같은 다양한 통신 서비스를 제공하기 위해 널리 배치된다. 기지국(100)은 일반적으로 이동국(110)과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, 노드-B(node-B), BTS(base transceiver system), 액세스 포인트(access point) 등 다른 용어(terminology)로 불릴 수 있다. 이동국(110)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, UE(user equipment), UT(user terminal), SS(subscriber station), 무선기기(wireless device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.
기지국(100)은 상향링크 채널을 통해 상향링크 데이터를 수신한다. 상향링크 채널은 상향링크 데이터가 전송되는 채널이다. 상향링크 데이터는 제어신호 또는 사용자신호를 포함한다. 사용자신호는 사용자 데이터가 실리는 신호를 말하고, 제어신호는 사용자 데이터 외의 신호를 말한다. 제어신호는 채널 품질 정보(Channel Quality Indicator; CQI), ACK(Acknowledgement)/NACK(Not-Acknowledgement) 신호 등과 같은 귀환 정보, 무선자원 할당, 파워 레벨 제어, 동기 정보 등과 같은 스케줄링 정보를 포함할 수 있다. 제어정보는 기지국(100)과 이동국(110) 간의 성공적인 사용자신호 전송을 위해 필요하다. 예를 들어, 기지국(100)은 이동국(110)으로부터 CQI를 수신하고, 수신된 CQI를 통해 사용자신호의 송신 포맷, 파워 레벨, 송 신율 등을 스케줄링할 수 있다. 기지국(100)은 결정된 송신 포맷, 파워 레벨, 송신율 등을 통해 사용자신호를 처리하고, 하향링크 채널을 통해 상기 사용자신호를 이동국(110)으로 전송한다. 기지국(100)은 CQI를 통해 이동국(110)에게 최선의 자원을 할당하여 데이터 전송률을 높인다.
이동국(110)은 하향링크 채널을 통해 하향링크 데이터를 수신한다. 하향링크 데이터는 상향링크 데이터와 마찬가지로 제어신호 또는 사용자신호를 포함한다. 하향링크 데이터는 CQI 측정을 위한 파일럿(pilot) 또는 동기화를 위한 프리앰블(preamble)을 포함할 수 있다. 파일럿은 채널 추정 또는 데이터 변조를 위해 기지국(100)과 이동국(110) 양자에 알려진 신호로, 기준신호(reference signal)라고도 한다. 이동국(110)은 파일럿을 통해 CQI를 측정한다. 이동국(110)은 측정된 CQI를 기지국(100)으로 보고한다.
무선통신 시스템은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) /OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 기반 시스템일 수 있다. OFDM은 다수의 직교 부반송파(subcarrier)를 이용한다. OFDM은 IFFT(inverse fast Fourier Transform)와 FFT(fast Fourier Transform) 사이의 직교성 특성을 이용한다. 전송기에서 데이터는 IFFT를 수행하여 전송한다. 수신기에서 수신신호에 대해 FFT를 수행하여 원래 데이터를 복원한다. 전송기는 다수의 부반송파들을 결합하기 위해 IFFT를 사용하고, 다중 부반송파들을 분리하기 위해 수신기는 대응하는 FFT를 사용한다. 여기서, 하향링크에서 전송기는 기지국(100)의 일부분일 수 있고, 수신기는 이동국(110)의 일부분일 수 있다. 상향링크에서 전송기는 이동국(110)의 일부 분일 수 있고, 수신기는 기지국(100)의 일부분일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 기지국은 이동국으로 채널품질측정을 요청한다(S110). 채널품질측정 요청은 채널품질측정 요청 메시지를 통해 이루어질 수 있다. 채널품질측정 요청 메시지에는 CQI 보고를 위한 주기 또는 CQI 보고를 위한 상향링크 무선자원 등에 관한 정보를 포함할 수 있다.
이동국은 채널품질을 측정하여 CQI를 구성한다(S115). CQI는 기지국으로부터 전송되는 하향링크 데이터에 포함되는 파일럿을 통해 측정할 수 있다. 여기서 CQI는 이동국 과 기지국 간의 채널 상태를 알려주는 정보를 말하며, 이SINR(Signal-to-Interference plus Noise Ratio), MCS(Modulation and Coding Scheme) 레벨, 송신률 정보(data rate indicator), 수신 신호 강도 정보(received signal strength indicator) 등의 다양한 형태가 될 수 있다.
이동국은 CQI 채널을 통해 기지국으로 CQI를 보고한다(S120). CQI 채널은 CQI가 실리는 채널을 말한다. 채널품질측정 요청 메시지에 포함된 CQI 측정 주기에 따라 이동국은 CQI를 기지국으로 주기적으로 보고한다. 기지국으로부터의 지시에 따라 이동국은 CQI를 주기적으로 측정하고, 측정된 CQI를 기지국으로 보고한다.
또 다른 CQI 보고를 위해 적당한 시기에 이동국은 채널 품질을 측정하여 CQI를 구성한다(S125).
무선자원할당을 요청하기 위해 이동국은 CQI의 위상을 변환한다(shift)(S130). 이동국이 상향링크로 사용자신호를 전송하기 위해서는 기지국으 로부터 상향링크 무선자원을 할당받아야 한다. 주기적으로 CQI를 보고하는 중에 이동국은 CQI의 위상을 변환하여 무선자원할당 요청을 한다. 즉, CQI를 제1 제어신호라 할 때, 무선자원할당 요청을 제2 제어신호라 하면, 제1 제어신호와 제2 제어신호를 다중화한다. 제1 제어신호의 위상을 변환하여 제2 제어신호를 제1 제어신호에 다중화한다. 위상 변환된 제1 제어신호는 다중화된 제어신호가 된다. 제어정보의 다중화에 대하여는 후술한다.
이동국은 CQI 채널을 통해 위상 변환된 CQI를 전송한다(S135). 비록 CQI 채널은 위상변환된 CQI 만을 전송하지만, 다중화된 2개의 제어신호를 전송한다고 볼 수 있다. CQI 채널은 위상 변환된 CQI를 통해 실제 CQI 값과 더불어 무선자원할당 요청 정보도 포함한다.
기지국은 수신한 CQI 채널로부터 CQI를 구한다(S140). CQI 채널로부터 CQI를 구하기 위한 기법으로 코히어런트 검출(coherent detection) 또는 논-코히어런트 검출(non-coherent detection)을 사용할 수 있다. 코히어런트 검출은 파일럿을 이용한 채널 추정을 수행한 후 CQI를 구하는 방법이고, 논-코히어런트 검출은 채널 추정없이 CQI를 구하는 방법이다. 이외에도 CQI를 구하기 위한 다양한 기법이 적용될 수 있다.
기지국은 위상 변환 여부를 검출한다(S145). 기지국은 CQI의 위상 변환 여부를 검출하여, 위상 변환이 검출된 경우 이동국으로부터 무선자원할당 요청이 있는 것으로 판단한다. 위상 변환 검출도 코히어런트 검출과 논-코히어런트 검출에 따라 달라질 수 있는 데 이는 후술한다.
기지국은 무선자원할당 요청에 따라 무선자원을 이동국에 할당한다(S150).
무선자원을 할당받은 이동국은 상기 무선자원을 이용하여 상향링크 데이터를 전송한다(S155).
주기적으로 전송되는 CQI 채널에서 포함되는 CQI의 위상을 변환하여, CQI 정보에 무선자원할당 요청 정보를 싣는다. 이에 의하면 무선자원할당 요청에 관한 별도의 제어 채널이 불필요하다. 따라서, 제어 시그널링을 감소시킬 수 있다.
이하에서는 제어신호의 다중화와 기지국에서의 다중화된 제어신호의 검출에 대해 기술한다.
도 3은 프레임 구조의 일 예를 나타낸다. 프레임은 물리적 사양에 의해 사용되는 고정된 시간 동안의 데이터 시퀀스이다. 이는 OFDMA 프레임일 수 있다.
도 3을 참조하면, 프레임은 하향링크 프레임과 상향링크 프레임을 포함한다. 시간 분할 이중(Time Division Duplex)은 상향링크와 하향링크 전송이 동일 주파수를 공유하지만 서로 다른 시간에 일어나는 방식이다. 하향링크 프레임은 상향링크 프레임보다 시간적으로 앞선다. 하향링크 프레임에는 프리앰블(preamble), FCH(Frame Control Header), DL(Downlink)-MAP, UL(Uplink)-MAP, 하향링크 버스트(DL burst) 영역이 포함된다. 상향링크 프레임은 상향링크 버스트(UL burst) 영역이 포함된다.
상향링크 프레임과 하향링크 프레임을 구분하기 위한 보호시간(guard time)이 프레임의 중간 부분(하향링크 프레임과 상향링크 프레임 사이)과 마지막 부분(상향링크 프레임 다음)에 삽입된다. TTG(transmit/receive transition gap)는 다 운링크 버스트와 계속되는(subsequent) 상향링크 버스트 사이의 갭이다. RTG(receive/transmit transition gap)는 상향링크 버스트와 계속되는 하향링크 버스트 사이의 갭이다.
프리앰블은 기지국과 이동국 간의 초기 동기, 셀 탐색, 주파수 오프셋 및 채널 추정에 사용된다. FCH는 DL-MAP 메시지의 길이와 DL-MAP의 코딩 방식(coding scheme) 정보를 포함한다. DL-MAP은 DL-MAP 메시지가 전송되는 영역이다. DL-MAP 메시지는 하향링크 채널의 접속을 정의한다. DL-MAP 메시지는 DCD(Downlink Channel Descriptor)의 구성 변화 카운트 및 기지국 ID(identifier)를 포함한다. DCD는 현재 맵에 적용되는 하향링크 버스트 프로파일(downlink burst profile)을 기술한다. 하향링크 버스트 프로파일은 하향링크 물리 채널의 특성을 말하며, DCD는 DCD 메시지를 통해 주기적으로 기지국에 의해 전송된다. UL-MAP은 UL-MAP 메시지가 전송되는 영역이다. UL-MAP 메시지는 상향링크 채널의 접속을 정의한다. UL-MAP 메시지는 UCD(Uplink Channel Descriptor)의 구성 변화 카운트, UL-MAP에 의해 정의되는 상향링크 할당의 유효 시작 시각을 포함한다. UCD는 상향링크 버스트 프로파일(uplink burst profile)을 기술한다. 상향링크 버스트 프로파일은 상향링크 물리 채널의 특성을 말하며, UCD는 UCD 메시지를 통해 주기적으로 기지국에 의해 전송된다.
상향링크 프레임의 일부에는 패스트 피드백 영역(fast feedback region)이 포함된다. 패스트 피드백 영역은 일반적인 상향링크 데이터에 비해 보다 신속한 상향링크 전송을 위해 할당되는 영역으로, CQI나 ACK/NACK 신호 등이 실릴 수 있다. 패스트 피드백 영역은 링크 프레임 어디에도 위치할 수 있으며, 반드시 도시된 위치나 크기에 한정되지 않는다.
이하에서, 슬롯(slot)은 최소한의 가능한 데이터 할당 유닛으로, 시간과 서브채널(subchannel)로 정의된다. 상향링크에서 서브채널은 다수의 타일(tile)로 구성될 수 있다(construct). 서브채널은 6 타일로 구성되고, 상향링크에서 하나의 버스트는 3 OFDM 심벌과 1 서브채널로 구성될 수 있다. PUSC(Partial Usage of Subchannels) 순열(permutation)에 있어서, 각 타일은 3 OFDM 심벌 상에서 4 인접하는 부반송파를 포함할 수 있다. 선택적인(optional) PUSC 순열에 있어서, 각 타일은 3 OFDM 심벌 상에서 3 인접하는 부반송파를 포함할 수 있다. 서브채널에 포함되는 타일은 전 대역에 분산되어 배치된다. 빈(bin)은 OFDM 심벌 상에서 9 인접하는(contiguous) 부반송파를 포함한다. 밴드(band)는 빈의 4 행(row)의 그룹을 말하고, AMC(Adaptive modulation and Coding) 서브채널은 동일한 밴드에서 6 인접하는 빈들로 구성된다.
도 4는 타일의 일 예를 나타낸다. 이는 PUSC에서의 타일이다.
도 4를 참조하면, 하나의 타일은 4 부반송파, 3 OFDM 심벌(심벌 0 내지 심벌2)로 구성되어 모두 12개의 부반송파로 구성된다. 12개의 부반송파는 8개의 데이터 부반송파(M0, ..., M7)와 4개의 파일럿 부반송파로 나눌 수 있다.
도 5는 타일의 다른 예를 나타낸다. 이는 선택적(optional) PUSC에서의 타일이다.
도 5를 참조하면, 하나의 타일은 3 부반송파, 3 OFDM 심벌(심벌 0 내지 심벌 2)로 구성되어 모두 9개의 부반송파로 구성된다. 9개의 부반송파는 8개의 데이터 부반송파(M0, ..., M7)와 1개의 파일럿 부반송파로 나눌 수 있다.
도 6은 도 3에 나타난 패스트 피드백 영역의 일 예를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 패스트 피드백 영역에는 패스트 피드백 메시지가 맵핑된다. 하나의 패스트 피드백 메시지는 하나의 패스트 피드백 슬롯을 점유할 수 있다. 여기서는, 하나의 패스트 피드백 슬롯에 4 서브채널이 할당되는 것을 나타낸다.
하나의 서브채널에는 다수의 타일(tile)이 포함될 수 있다. 설명을 명확히 하기 위해, 하나의 서브채널에 6 타일이 포함된다고 하자. 하나의 타일이 PUSC, 즉 도 4의 형태로 구성된다고 할 때, 하나의 서브채널에는 48 데이터 부반송파와 24 파일럿 부반송파를 포함한다. 하나의 타일이 선택적 PUSC, 즉 도 5의 형태로 구성된다고 할 때, 하나의 서브채널에는 48 데이터 부반송파와 6 파일럿 부반송파를 포함한다.
이제 CQI가 패스트 피드백 슬롯을 통해 전송되는 방법을 기술한다. 설명을 명확히 하기 위해, 하나의 CQI 채널을 위해 패스트 피드백 슬롯을 구성하는 4 서브채널 중 하나의 서브채널을 할당된다고 하자.
일 실시예에서, CQI는 각 타일의 데이터 부반송파에 맵핑될 수 있다. 표 1은 하나의 타일에 포함되는 8개의 데이터 부반송파에 실리는 변조심벌들을 나타낸다. 변조심벌은 하나의 부반송파에 변조되고, 하나의 타일에 실리는 8개의 변조심벌은 하나의 벡터를 구성한다. 모두 8가지 종류의 벡터를 구성하고, 그 인덱스는 0~7 사이의 값을 가진다.
Figure 112008009590623-PAT00001
여기서, 각 벡터를 구성하는 변조심벌은 다음 수학식 1과 같다.
Figure 112008009590623-PAT00002
Figure 112008009590623-PAT00003
Figure 112008009590623-PAT00004
Figure 112008009590623-PAT00005
이 때, 서로 다른 인덱스를 가지는 벡터는 서로 직교한다.
CQI를 나타내는 페이로드(payload)를 4비트라 할 때, CQI 채널에 할당되는 벡터는 다음 표 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112008009590623-PAT00006
CQI 채널에는 하나의 서브채널이 할당되므로, 하나의 CQI 채널은 6개의 타일을 포함한다. 하나의 타일을 표현하기 위해 하나의 벡터가 필요하므로, CQI를 나타내기 위해 6개의 벡터가 필요하다. 서브채널에 맵핑되어 벡터 형태로 표현된 CQI를 CQI의 코드워드(codeword)라 한다. 표 2는 각 페이로드당 벡터의 조합의 일 예를 나타내며, 반드시 벡터의 조합에는 제한이 없으며 당업자라면 용이하게 변형할 수 있을 것이다.
예를 들어, CQI 값이 3이라고 하자. 3을 4비트로 나타내면 '0b0010'가 되고, 표 2에 의할 때, 벡터 인덱스는 {3,3,3,3,3,3}이 된다. 단말은 표 1의 인덱스 3의 벡터를 하나의 서브채널을 구성하는 6개의 타일에 포함되는 데이터 부반송파에 각각 변조시키고 이를 패스트 피드백 슬롯을 통해 상향링크 전송한다. 이에 따라 기지국은 수신된 패스트 피드백 슬롯으로부터 벡터를 추출하고, 벡터 인덱스를 얻는다. 얻어진 벡터 인덱스로부터 역으로 이에 해당하는 CQI의 비트 표현 '0b0010'을 구할 수 있다. 타일에 포함되는 파일럿 부반송파에는 파일럿이 실릴 수도 있고, 널(null) 심벌이 실릴 수도 있다.
표 1의 인덱스별 벡터와 표 2의 CQI 값에 따른 벡터들의 조합은 예시에 불과하고, 당업자라면 벡터 인덱스의 개수나 페이로드의 크기를 달리 정할 수 있다.
다른 실시예로, CQI는 타일의 파일럿 부반송파에 맵핑될 수 있다. 표 3은 하나의 타일에 포함되는 4개의 변조심벌들(도 4를 참조하면, PUSC의 경우 하나의 타일에 4개의 파일럿 부반송파가 있다)을 나타낸다. 하나의 타일에 실리는 4개의 변조심벌은 하나의 벡터를 구성하고, 모두 4가지 종류의 벡터를 구성한다.
Figure 112008009590623-PAT00007
각 벡터를 구성하는 변조심벌 P0, P1, P2, P3은 수학식 1과 같다.
CQI에 대한 페이로드(payload)를 4비트라 할 때, CQI 채널에 할당되는 벡터는 다음 표 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112008009590623-PAT00008
CQI 채널은 하나의 서브채널이 할당되므로, 하나의 CQI 채널은 6개의 타일을 포함한다. 하나의 타일을 표현하기 위해 하나의 벡터가 필요하므로, CQI를 나타내기 위해 6개의 벡터가 필요하다.
또 다른 예로, CQI은 각 타일에서 데이터 부반송파와 파일럿 부반송파 모두에 맵핑될 수 있다. 즉, 표 2는 타일의 데이터 부반송파에 CQI가 맵핑되는 경우를 나타내고, 표 4는 타일의 파일럿 부반송파에 CQI가 맵핑되는 경우를 나타내나, 데이터 부반송파와 파일럿 부반송파 모두에 CQI가 맵핑될 수도 있다.
상술한 바와 같이 CQI 채널은 패스트 피드백 채널로 맵핑되어 전송될 수 있다. 이제 CQI의 위상 변환에 대해 기술한다.
CQI를 나타내기 위한 벡터를 구성하는 변조심벌은 수학식 1에 나타나 있다. CQI를 위상 변환시키기 위해서는 각 변조심벌에 위상 변환을 곱한다. 이는 다음 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112008009590623-PAT00009
Figure 112008009590623-PAT00010
여기서, θ는 위상 변환값이다. 예를 들어, 위상 변환값 θ=π/4 만큼 위상을 변환시키기 위해서는 각 변조심벌에 exp(jπ/4 )를 곱한다.
이동국이 무선자원할당 요청을 원하면, 변조심벌에 위상 변환을 곱하여 CQI를 구성한 후 CQI 채널을 통해 전송한다. CQI의 코드워드를 C0라 하고, 위상 변환을 E 라고 할 때, 기지국이 수신하는 수신 신호 y는 잡음을 무시할 때 다음 수학식 3과 같다.
Figure 112008009590623-PAT00011
여기서, H는 채널이다.
코히어런트 검출에 있어서, 각 타일은 전 대역에 분산되어 있고, 기지국은 채널 추정을 통해 채널 H의 값을 얻을 수 있다. 수신 신호 y에 채널 H를 보상하면, C0E를 구할 수 있다. 이제, CQI의 페이로드가 4비트라면 모두 16가지의 코드워드가 있고, 이들 모두에 대해 상관값을 구하면 가장 높은 상관값을 얻는 코드워드를 구 할 수 있고, 이 코드워드가 C0가 된다. 왜냐하면, 서로 다른 인덱스를 갖는 벡터는 직교하고, 직교성은 동일한 위상 변환을 취하더라도 그대로 유지되기 때문이다. C0를 구하면 다시 E를 구할 수 있으므로, 결국 기지국은 수신 신호로부터 위상 변환 여부를 검출할 수 있다. CQI에 위상 변환이 있다면, 기지국은 해당하는 CQI를 전송한 이동국이 무선자원을 요청하는 것을 알 수 있다.
논-코히어런트 검출에 있어서, 기지국은 채널 추정을 하지 않으므로 직접 채널 H의 값을 알 수는 없다. 그러나 하나의 타일은 시간 및 주파수 상에서 그 크기가 크지 않아, 하나의 타일 내에서 채널 변화는 일정하다고 볼 수는 있다. 하나의 타일에는 표 1과 같이 8가지의 벡터가 맵핑될 수 있으므로, 각 벡터마다 상관을 취하여 가장 높은 상관값을 갖는 벡터에 대한 인덱스를 구할 수 있다. 이런 방식으로, 서브채널을 구성하는 6 타일에 대한 가장 높은 상관값을 갖는 6개의 벡터의 인덱스들을 순차적으로 구할 수 있다. 6개의 벡터의 인덱스들에 대한 시퀀스를 표 2의 시퀀스와 비교하여 가장 가까운 코드워드 C0를 찾을 수 있다. 따라서 CQI를 검출할 수 있다. C0를 구하면 위상 변환 여부를 검출할 수 있다. CQI에 위상 변환이 있다면, 기지국은 해당하는 CQI를 전송한 이동국이 무선자원을 요청하는 것을 알 수 있다. 상기 기술한 검출방식 이외에도 다른 코히어런트, 논-코히어런트 검출 방식이 있을 수 있다.
이동국이 기지국으로 무선자원을 요청하는 과정은 상향링크 전송이 이루어지기 위한 전단계이다. 이는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)에서 는 랜덤 액세스(random access) 과정에서 이루어지고, IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16 표준에서는 레인징(ranging) 과정을 통해 이루어진다. 랜덤 액세스 과정과 레인징 과정은 경합 기반(contention based) 과정이다.
랜덤 액세스 과정을 예를 들면, 이동국은 상향링크 무선자원을 할당받기 위해 하나의 액세스 슬롯(access slot)과 하나의 시그너처(signature)를 선택하여 프리앰블을 상향으로 전송한다. 상기 프리앰블은 1.33ms 길이의 액세스 슬롯 구간 동안 전송될 수 있으며, 액세스 슬롯의 처음 일정 길이 동안에 16가지 시그너처 중 하나의 시그너처를 선택하여 전송할 수 있다. 이동국이 프리앰블을 전송하면 기지국은 상기 프리앰블이 전송된 액세스 슬롯에 대응되는 액세스 슬롯의 처음 일정길이 동안 상기 프리앰블이 선택한 시그너처를 전송함으로써 응답한다. 전송한 프리앰블에 대응되는 응답을 수신하지 못하였을 경우, 이동국은 정해진 액세스 슬롯 이후에 이전 프리앰블보다 한 단계 높은 전력으로 새로운 프리앰블을 전송한다. 다수의 단말이 동시에 랜덤 액세스 과정을 수행하게 되면, 다수의 단말이 동일한 시그너처를 선택하여 보낼 수 있으므로, 경합 기반 과정이다.
레인징 과정을 예로 들면, 이동국은 CDMA(Code Division Multiple Access) 코드를 포함하는 레인징 요청 메시지를 보낸다. 이동국은 UCD에 포함된 백오프(backoff) 윈도우 내에서 임의로 레인징 슬롯(ranging slot)을 선택하고, 일련의 허용된 코드들로부터 CDMA(Code Division Multiple Access) 코드를 임의로 선택한다. CDMA 코드는 PRBS(pseudo-random bit sequence) BPSK(binary phase shift keying) 코드를 사용할 수 있다. CDMA 코드는 예를 들어 288개가 있을 수 있으며, 그 중 일부분을 대역폭 할당 요청용으로 사용한다. 288개의 CDMA 코드를 3등분하여 첫째는 초기 접속시 타이밍 오프셋과 파워 레벨 조정을 위한 초기 레인징용으로 사용하고, 두번째는 주기적인 파워 레벨 조정을 위한 주기적 레인징용으로 사용하고, 세번째는 무선자원 할당 요청용으로 사용할 수 있다. 동일한 시간에 동일한 레인징 슬롯을 통해 레인징 요청 메시지를 전송하는 이동국들은 경합 상태가 된다. 기지국은 레인징 응답 메시지를 통해 레인징 요청 메시지에 대해 응답한다.
랜덤 액세스 과정이나 레인징 과정은 경합 기반 과정이므로 이동국이 한번에 성공할 확률이 크지 않다. 여러 번 메시지를 전송할수록 제어 시그널링의 오버헤드가 커진다. 따라서, 주기적으로 전송되는 CQI 채널에 무선자원 할당 요청을 실어서 보낸다면, CQI 채널의 손실없이 주파수 자원의 낭비를 막을 수 있다. 또한, 기지국은 무선자원 할당을 요청한 이동국을 직접 판단할 수 있으므로 경합도 발생하지 않는다. 다수의 랜덤 액세스 요청이나 레인징 요청을 보내지 않아도 되므로, 이동국의 파워도 절약할 수 있다.
도 7은 CQI의 위상 변조를 이용한 무선자원 할당 요청에 관한 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다. 미싱 확률(missing probability)은 단말이 CQI의 위상 변조를 통해 무선자원 할당 요청을 하였지만, 상기 무선자원 할당 요청을 기지국이 알아채지 못할 확률이고, 오류 신고 확률(false alarm probability)은 무선자원 할당 요청을 하지 않았지만, 기지국이 무선자원 할당 요청이 있는 것으로 판단할 확률이다.
도 7을 참조하면, SNR(Signal-to-Noise Ratio)이 높아질수록 미싱 확률과 오류 신고 확률이 낮아진다. 또한, 전체적으로 미싱 확률과 오류 신고 확률이 낮다. 따라서, CQI의 위상 변조를 통해 무선자원 할당 요청을 하더라도 기지국은 이를 성공적으로 인식할 수 있다고 할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 데이터 전송 방법을 나타낸 흐름도이다. 이는 HARQ(Hybrid Automatic Repeat Request) 방식을 이용한 데이터 전송 방법이다.
도 8을 참조하면, 기지국은 하향링크 데이터를 전송한다(S310). 이동국은 하향링크 데이터를 수신하고, 이를 디코딩하여 에러 여부를 검출한 후 에러가 검출되지 않으면 ACK(Acknowledgement) 신호를 보내고, 에러가 검출되면 NACK(Not-Acknowledgement) 신호를 보낸다(S320). ACK/NACK 신호를 전송하는 채널을 ACK/NACK 채널이라 한다. ACK/NACK 채널은 1/2 서브채널을 할당받을 수 있다.
표 5는 ACK/NACK 채널에 사용되는 하나의 타일에 포함되는 8개의 변조심벌들을 나타낸다. 하나의 타일에 실리는 8개의 변조심벌은 하나의 벡터를 구성하고, 모두 8가지 종류의 벡터를 구성한다.
Figure 112008009590623-PAT00012
각 벡터를 구성하는 변조심벌 P0, P1, P2, P3은 수학식 1과 같다.
ACK/NACK에 대한 페이로드를 1비트(예를 들어, 0이면 ACK, 1이면 NACK)라 할 때, ACK/NACK 채널에 할당되는 벡터는 다음 표 6과 같이 나타낼 수 있다. ACK/NACK 채널은 1/2 서브채널이 할당되므로, 하나의 ACK/NACK 채널은 3개의 타일을 포함한다. 하나의 타일을 표현하기 위해 하나의 벡터가 필요하므로, ACK/NACK을 나타내기 위해 3개의 벡터가 필요하다.
Figure 112008009590623-PAT00013
기지국은 하향링크 데이터에 대한 응답으로 ACK 신호를 받으면, 다음 하향링크 데이터를 전송한다. NACK 신호를 받으면, 재전송 데이터를 다시 전송한다. 재전송 데이터는 HARQ 방식에 따라 원래의 하향링크 데이터와 동일할 수도 있고, 다를 수도 있다. 기지국은 설정된 횟수 동안 재전송을 시도할 수 있다.
무선자원할당을 요청하기 위해 이동국은 ACK/NACK 신호의 위상을 변환하여 이를 ACK/NACK 채널을 통해 기지국으로 전송한다(S330). 이동국이 상향링크로 사용자신호를 전송하기 위해서는 기지국으로부터 상향링크 무선자원을 할당받아야 한다. ACK/NACK 신호를 보낼 때, 이동국은 ACK/NACK의 위상을 변환하여 무선자원할당 요청을 다중화한다. 즉, ACK/NACK 신호를 제1 제어신호라 할 때, 무선자원할당 요청을 제2 제어신호라 하면, 제1 제어신호와 제2 제어신호를 다중화한다. ACK/NACK 채널은 위상 변환된 ACK/NACK 신호를 통해 실제 ACK/NACK 값과 더불어 무선자원할당 요청 정보도 포함한다.
ACK/NACK 신호와 무선자원할당 요청의 다중화에 대하여 좀더 구체적으로 설명한다. ACK/NACK 신호에서 ACK 및 NACK은 다양하게 표현될 수 있고, ACK과 NACK의 표현에 따라 무선자원할당 요청이 다중화되는 신호는 다양하게 표현될 수 있다.
표 7은 ACK/NACK 신호와 무선자원할당 요청을 전송하는 방법의 일예를 나타낸다.
ACK NACK
No Bandwidth request Null Data + Pilot
Multiplexing Bandwidth request Pilot only -Data + Pilot
ACK/NACK 신호에 무선자원할당 요청이 다중화되지 않는 경우(No Bandwidth request), ACK 일 때 널(Null) 신호가 전송되고, NACK 일 때 데이터와 파일럿이 전송된다. NACK에 비하여 ACK의 발생비율이 높으므로, 단말은 ACK인 경우 아무런 신호도 전송하지 않고 NACK인 경우에만 신호를 전송하여 간섭신호를 최소화할 수 있다. 이와 반대로, 단말은 ACK인 경우에만 신호를 전송하고 NACK인 경우에는 아무런 신호도 전송하지 않을 수도 있다.
ACK/NACK 신호에 무선자원할당 요청이 다중화되는 경우(Multiplexing Bandwidth request), ACK 일 때 파일럿만이 전송되며, NACK 일 때 데이터는 위상 변환되어 전송되고 파일럿은 그대로 전송된다. 즉, ACK 일 때 ACK/NACK 채널의 데이터 부반송파에는 널(null) 심벌이 실리고 파일럿 부반송파에는 파일럿이 실려서 전송된다. 그리고 NACK 일 때 ACK/NACK 채널의 데이터 부반송파에는 위상 변환된 변조심벌들이 실리고 파일럿 부반송파에는 위상 변환되지 않은 파일럿이 실려서 전송된다. 데이터는 수학식 2와 같이 위상 변환되어 전송될 수 있다. 여기서는 데이터가 180도 위상 변환된 것으로 나타내었으나, 위상 변환값에는 제한이 없다.
표 8은 ACK/NACK 신호와 무선자원할당 요청을 전송하는 방법의 다른 예를 나타낸다.
ACK NACK
No Bandwidth request Data + Pilot -Data + Pilot
Multiplexing Bandwidth request j Data + Pilot -j Data + Pilot
ACK/NACK 신호에 무선자원할당 요청이 다중화되지 않는 경우(No Bandwidth request), ACK 일 때 데이터와 파일럿은 그대로 전송되며, NACK 일 때 데이터는 위상 변환되어 전송되고 파일럿은 그대로 전송된다. 즉, ACK과 NACK은 같은 코드워드를 사용하고, 코드워드의 위상으로 ACK과 NACK이 구분될 수 있다. 이와 반대로, ACK일 때 위상 변환된 데이터를 전송하고 NACK일 때 데이터를 그대로 전송할 수도 있다.
ACK/NACK 신호에 무선자원할당 요청이 다중화되는 경우(Multiplexing Bandwidth request), ACK 일 때 데이터는 위상 변환되어 전송되고 파일럿은 그대로 전송되며, NACK 일 때 데이터는 위상 변환되어 전송되고 파일럿은 그대로 전송된다. 여기서는 ACK과 NACK을 구분하는 제1 위상 변환의 값이 180도이고 무선자원할당 요청의 다중화를 나타내는 제2 위상 변환의 값이 -90도로 서로 다른 값을 가지는 것으로 나타내었으나, 제1 위상 변환과 제2 위상 변환은 변조 방식 또는 위상 변환값의 크기에 따라 같은 값을 가질 수도 있다.
표 9는 ACK/NACK 신호와 무선자원할당 요청을 전송하는 방법의 또 다른 예를 나타낸다.
ACK NACK
No Bandwidth request Data 1 + Pilot Data 2 + Pilot
Multiplexing Bandwidth request -Data 1 + Pilot -Data 2 + Pilot
ACK/NACK 신호에 무선자원할당 요청이 다중화되지 않는 경우(No Bandwidth request), ACK 일 때 제1 데이터와 파일럿이 전송되며, NACK 일 때 제2 데이터와 파일럿이 전송된다. 제1 데이터와 제2 데이터는 서로 직교할 수 있다. 표 6에서와 같이 제1 데이터와 제2 데이터는 서로 다른 코드워드를 사용하여 구분될 수 있다.
ACK/NACK 신호에 무선자원할당 요청이 다중화되는 경우(Multiplexing Bandwidth request), ACK 일 때 제1 데이터는 위상 변환되어 전송되고 파일럿은 그대로 전송되며, NACK 일 때 제2 데이터는 위상 변환되어 전송되고 파일럿은 그대로 전송된다. 여기서는 제1 데이터와 제2 데이터의 위상 변환값이 180도인 것으로 나타내었으나, 위상 변환값의 크기에는 제한이 없다.
이상에서 ACK/NACK 신호의 위상을 변환하여 무선자원할당 요청을 다중화할 때, 데이터에 대한 위상만을 변환하고 파일럿의 위상은 변환하지 않고 그대로 전송함으로써 신호의 전송 과정에서 발생할 수 있는 페이딩에 의한 위상 변환을 파일럿을 기준으로 식별해낼 수 있다. 파일럿은 기지국과 단말 간에 서로 알고 있는 신호이므로 전송 과정에서 파일럿의 위상이 변환되면 ACK/NACK 신호의 위상이 전체적으로 변환된 것임을 알 수 있다. 따라서 페이딩에 의한 ACK/NACK 신호의 오인을 방지할 수 있다.
예를 들어, ACK/NACK 신호와 무선자원할당 요청을 다중화할 때 파일럿도 함께 위상 변환하는 것으로 가정해 보자. 단말이 NACK을 전송하였는데, 전송 과정에서 페이딩에 의해 180도 위상 변환이 발생하게 되면, 표 8의 경우 기지국은 수신신호를 ACK으로 오인할 수 있으며, 표 7과 9 경우 기지국은 수신 신호를 NACK과 무선자원할당 요청이 다중화된 신호로 오인하여 단말에게 무선자원을 할당할 수 있다. 신호의 오인으로 인하여 불필요한 무선자원이 할당된다.
그러나, 제안하는 방법과 같이 ACK/NACK 신호와 무선자원할당 요청을 다중화할 때 파일럿의 위상은 변환하지 않고 그대로 두게 되면, 전송 과정에서 위상 변환이 발생하게 되더라도 기지국은 파일럿으로부터 페이딩에 의한 위상 변환값을 검출할 수 있고, 이로부터 수신 신호의 정확한 위상 변환값을 찾을 수 있다. 따라서 복수의 제어 신호를 위상 변환을 이용하여 다중화는 경우에 파일럿의 위상은 변환하지 않는 방법으로 전송 과정에서의 발생할 수 있는 오류를 방지할 수 있다. 이는 앞서 설명한 CQI와 무선자원할당 요청을 다중화하는 경우에도 적용될 수 있으며, 기타 서로 다른 제어신호들을 다중화하는 경우에 적용될 수 있다.
표 10은 ACK/NACK 신호와 무선자원할당 요청을 전송하는 방법의 또 다른 예를 나타낸다.
ACK 2-bit symbol Vector indices per Tile
ACK 0, 0, 0
NACK 4, 7, 2
ACK + BW request 1, 3, 5
NACK + BW request 2, 4, 6
ACK만을 전송하는 경우, NACK만을 전송하는 경우, ACK과 무선자원할당 요청을 다중화하여 전송하는 경우(ACK + BW request) 및 NACK과 무선자원할당 요청을 다중화하여 전송하는 경우(NACK + BW request)를 2비트로 표현할 수 있다. 4가지 경우 각각에 대한 코드워드를 만들 수 있다. 4가지 코드워드는 표 10에서와 같이 서로 다른 벡터 인덱스로 구성될 수 있다. 벡터 인덱스에 대한 변조 심볼은 표 5가 적용될 수 있다. 표 10의 코드워드는 예시에 불과하며, 코드워드 간의 벡터가 겹치지 않도록 배열하여 코드워드 간의 거리가 달라지지 않도록 다양한 코드워드를 구성할 수 있다. 다양하게 구성되는 코드워드가 나타내는 다중 제어신호에는 제한이 없다.
기지국은 수신한 ACK/NACK 채널로부터 ACK/NACK 신호를 검출함과 더불어, 무선자원할당 요청을 검출하고, 무선자원을 할당한다(S340). 무선자원을 할당받은 이동국은 상기 무선자원을 이용하여 상향링크 데이터를 전송한다(S350).
ACK/NACK 채널에 포함되는 ACK/NACK의 위상을 변환하여 무선자원할당 요청을 다중화한다. 이에 의하면 별도의 무선자원할당 요청에 관한 제어 채널이 불필요하다. 따라서, 제어 시그널링을 감소시킬 수 있다.
여기서는, 하향링크 HARQ 방식에 대하여 기술하고 있지만, 본 발명의 기술적 사상은 상향링크 HARQ 방식에도 그대로 적용할 수 있다.
CQI 채널에 CQI와 무선자원할당 요청을 다중화하고, ACK/NACK 채널에 ACK/NACK 신호와 무선자원할당 요청을 다중화하였지만, 이는 예시에 불과하고 다수의 제어신호를 다중화하여 하나의 채널을 통해 전송할 수 있다. 예를 들어, CQI와 ACK/NACK을 다중화할 수 있다. 또는, MIMO(Multiple Input Multiple Output) 귀환 정보에 무선자원할당 요청을 다중화할 수 있다.
위상 변환값을 달리하여 다양한 종류의 제어신호를 다중화할 수 있다. 예를 들어, 위상 변환을 4단계로 할 경우 2비트의 제어신호를 다중화할 수 있다.
상술한 모든 기능은 상기 기능을 수행하도록 코딩된 소프트웨어나 프로그램 코드 등에 따른 마이크로프로세서, 제어기, 마이크로제어기, ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등과 같은 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 상기 코드의 설계, 개발 및 구현은 본 발명의 설명에 기초하여 당업자에게 자명하다고 할 것이다.
이상 본 발명에 대하여 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시켜 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명은 이하의 특허청구범위의 범위 내의 모든 실시예들을 포함한다고 할 것이다.
도 1은 무선 통신시스템을 도시한 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송 방법을 도시한 흐름도이다.
도 3은 프레임 구조의 일 예를 나타낸다.
도 4는 타일의 일 예를 나타낸다. 이는 PUSC에서의 타일이다.
도 5는 타일의 다른 예를 나타낸다. 이는 선택적(optional) PUSC에서의 타일이다.
도 6은 도 3에 나타난 패스트 피드백 영역의 일 예를 나타낸다.
도 7은 CQI의 위상 변조를 이용한 무선자원 할당 요청에 관한 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 데이터 전송 방법을 나타낸 흐름도다.

Claims (15)

  1. 주기적으로 CQI(Channel Quality Indicator)를 전송하여 채널 상태를 보고하여 데이터를 전송하는 데이터 전송 방법에 있어서,
    CQI를 얻는 단계;
    상기 CQI가 무선자원할당 요청을 포함하도록 상기 CQI의 위상을 변환하는 단계;
    위상 변환된 상기 CQI를 CQI 채널을 통해 전송하는 단계;
    상기 무선자원할당 요청에 대한 응답으로 무선자원을 할당받는 단계; 및
    상기 무선자원을 이용하여 데이터를 전송하는 단계를 포함하는 데이터 전송 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 무선자원은 상향링크 전송을 위한 상향링크 무선자원인 데이터 전송 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 CQI 채널은 패스트 피드백 채널인 데이터 전송 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 CQI 채널은 다수의 타일을 포함하는 서브 채널에 맵 핑되고, 타일은 파일럿 부반송파와 데이터 부반송파를 포함하는 데이터 전송 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 CQI는 상기 데이터 부반송파에 실리는 데이터 전송 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 CQI는 상기 파일럿 부반송파에 실리는 데이터 전송 방법.
  7. 제1 제어신호와 제2 제어신호를 다중화하여 다중화된 제어신호를 얻는 단계; 및
    상기 다중화된 제어신호를 하나의 채널을 통해 전송하는 단계를 포함하는 데이터 전송 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 제어신호는 주기적으로 전송되는 데이터 전송 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 다중화된 제어신호는 상기 제1 제어신호의 위상을 변환하여, 상기 위상 변환에 따라 상기 제2 제어신호를 나타내도록 다중화하는 데이터 전송 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 제어신호는 ACK/NACK 신호인 데이터 전송 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 제어신호는 데이터 부반송파에 실리는 심벌의 유무로 ACK과 NACK을 구분하는 데이터 전송 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 제어신호는 데이터 부반송파에 실리는 심벌의 위상으로 ACK과 NACK을 구분하는 데이터 전송 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 제어신호는 ACK과 NACK에 대해 서로 다른 코드워드를 사용하는 데이터 전송 방법.
  14. 제 7 항에 있어서, 상기 제1 제어신호와 상기 다중화된 제어신호는 서로 다른 코드워드를 사용하는 데이터 전송 방법.
  15. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 제어신호는 CQI인 데이터 전송 방법.
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