KR20080098282A - 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서의 데이터 송수신방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서의 데이터 송수신 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 자원 요소 펑처링 정보를 획득하기 이전에 단말기가 수신해야 하는 무선 베어러에서는 최대 자원 요소 펑처링을 적용한다. 본 발명에 따르면 기지국 송신기와 단말기 수신기 사이에 자원 요소 펑처링에 관한 모호한 부분이 없어지고, 최대 자원 요소 펑처링을 적용하였으므로 리소스 블록을 포함하는 직교 주파수 분할 다중 심볼에서 송신 전력이 부족한 현상이 발생하지 않는다.

리소스 블록(RB), 데이터 톤, 기준 심볼(RS), 자원 요소 펑처링

Description

직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서의 데이터 송수신 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR RECEIVING/TRANSMITTING DATA IN ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING SYSTEM}

도 1은 2개의 송신 안테나를 사용하는 경우의 기준 심볼 패턴을 도시한 도면

도 2는 4개의 송신 안테나를 사용하는 경우의 기준 심볼 패턴을 도시한 도면

도 3은 기준 심볼 전력 할당에 따른 데이터 톤 전력 할당을 도시한 도면

도 4는 기준 심볼 전력 할당에 따른 자원 요소 펑처링을 도시한 도면

도 5는 시스템 대역폭별 P-BCH의 주파수 위치를 도시한 도면

도 6은 본 발명의 실시예에 따라 자원 요소 펑처링 정보가 P-BCH에 기록될 경우의 기지국의 송신 흐름도

도 7은 본 발명의 실시예에 따라 자원 요소 펑처링 정보가 S-BCH에 기록될 경우의 기지국의 송신 흐름도

도 8은 본 발명의 실시예에 따라 자원 요소 펑처링 정보가 P-BCH에 기록될 경우의 단말의 수신 흐름도

도 9는 본 발명의 실시예에 따라 자원 요소 펑처링 정보가 S-BCH에 기록될 경우의 단말의 수신 흐름도

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 송수신기의 구조를 나타낸 도면

본 발명은 다중 접속 방식을 사용하는 통신 시스템에서 관한 것으로, 특히 기준 심볼 및 데이터 심볼의 송수신 방법 및 장치에 관한 것이다.

최근 이동 통신 시스템에서는 유무선 채널에서 고속의 데이터 전송에 유용한 방식으로 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 "OFDM") 방식에 대하여 활발하게 연구되고 있다. 상기 OFDM 방식은 멀티-캐리어(multi-carrier)를 사용하여 데이터를 전송하는 방식으로서, 직렬로 입력되는 심볼열을 병렬 변환하고 이들 각각을 상호 직교성을 갖는 다수의 주파수 톤(frequency tone)들, 즉 다수의 서브 캐리어 채널(sub-carrier channel)들로 변조하여 전송하는 멀티캐리어 변조(MCM : multi-carrier modulation) 방식의 일종이다.

이와 같은 멀티캐리어 변조 방식을 적용하는 시스템은 1950년대 후반 군용 고주파 라디오에 처음 적용되었으며, 직교하는 다수의 서브 캐리어들을 중첩시키는 OFDM 방식은 1970년대부터 발전하기 시작하였으나, 멀티 캐리어들간의 직교 변조의 구현이 어려우므로 실제 시스템에 적용하는 데에는 한계가 있었다. 그러나 1971년에 Weinstein 등이 상기 OFDM 방식을 사용하는 변복조는 DFT(Discrete Fourier Transform)를 이용하여 효율적으로 처리가 가능함을 발표하면서 OFDM 방식에 대한 기술개발이 급속히 발전했다. 또한 보호구간(guard interval)을 사용하고, 보호구 간에 순환 전치 심볼(Cyclic Prefix, 이하 "CP")을 삽입하는 방식이 알려지면서 다중경로 및 지연 확산(delay spread)에 대한 시스템의 부정적 영향을 더욱 감소시키게 되었다.

이러한 기술적 발전에 힘입어 OFDM 방식 기술은 디지털 오디오 방송(DAB: digital audio broadcasting)과 디지털 비디오 방송(DVB: digital video broadcasting), 무선 근거리 통신망(WLAN: wireless local area network) 그리고 무선 비동기 전송 모드(WATM: wireless asynchronous transfer mode) 등의 디지털 전송 기술에 광범위하게 적용되고 있다. 즉, 이전에는 하드웨어적인 복잡도(complexity)로 인하여 널리 사용되지 못하였으나 최근 고속 퓨리에 변환(FFT: fast Fourier transform)과 역 고속 퓨리에 변환(IFFT: inverse fast Fourier transform)을 포함한 각종 디지털 신호 처리 기술이 발전함으로써 실현 가능해 졌다. 상기 OFDM 방식은 종래의 주파수 분할 다중(FDM: frequency division multiplexing) 방식과 비슷하나, 무엇보다도 다수개의 톤 간의 직교성(orthogonality)을 유지하여 전송함으로써 고속 데이터 전송시 최적의 전송 효율을 얻을 수 있다. 또한 OFDM 방식은 주파수 사용 효율이 좋고 다중 경로 페이딩(multi-path fading)에 강한 특성이 있어 고속 데이터 전송시 최적의 전송 효율을 얻을 수 있다. 또한 OFDM 방식은 주파수 스펙트럼을 중첩하여 사용하므로 주파수 사용이 효율적이고, 주파수 선택적 페이딩(frequency selective fading)에 강하고, 보호구간을 이용하여 심벌간 간섭(ISI: inter symbol interference) 영향을 줄일 수 있고, 하드웨어적으로 등화기(equalizer) 구조를 간단하게 설계하는 것이 가 능하며, 임펄스(impulse)성 잡음에 강하다는 장점을 가지고 있어서 여러 통신시스템 구조에 적극 활용되고 있다.

무선 통신에서 고속, 고품질의 데이터 서비스를 저해하는 요인은 대체적으로 채널 환경에서 기인한다. 상기 무선 통신에서 채널 환경은 백색 가우시안 잡음(AWGN: additive white Gaussian noise) 외에도 페이딩(fading) 현상으로 인하여 발생되는 수신 신호의 전력 변화, 음영(shadowing), 단말기의 이동 및 빈번한 속도 변화에 따른 도플러(Doppler) 효과, 타 사용자 및 다중 경로(multipath) 신호에 의한 간섭 등으로 인해 자주 변하게 된다. 따라서 무선 통신에서 고속, 고품질의 데이터 서비스를 지원하기 위해서는 상기 저해 요인들을 효과적으로 극복하는 것이 필요하다.

OFDM 방식에서 변조 신호는 시간과 주파수로 구성된 2차원 자원(resource)에 위치한다. 시간축 상의 자원은 서로 다른 OFDM 심볼로 구별되며 이들은 서로 직교한다. 한편 주파수축 상의 자원은 서로 다른 톤으로 구별되며 이들 또한 서로 직교한다. 즉 OFDM 방식에서는 시간축 상에서 특정 OFDM 심볼을 지정하고 주파수축 상에서 특정 톤(tone)을 지정한 것을 하나의 최소 단위 자원으로 사용할 수 있는데, 이를 '주파수-시간 bin'이라고 칭한다. 서로 다른 주파수-시간 bin은 서로 직교하므로, 서로 다른 주파수-시간 bin으로 전송된 신호는 서로 간섭을 일으키지 않고 수신될 수 있다.

이동통신 환경에서는 채널이 랜덤(random)하게 변하는 특성이 있다. 이에 따른 문제를 해결하기 위해 대부분의 이동통신 시스템에서는 채널의 상태를 추정하고 이를 보정하는 과정을 거치는 코히어런트 복조(coherent demodulation)를 지원하도록 설계되어 있다. 랜덤한 채널의 상태를 추정하기 위해서는 송신기와 수신기간에 이미 약속된 신호가 전송되어야 한다. 이러한 신호를 파일럿 또는 기준 심볼(Reference Symbol, 이하 "RS") 신호라고 한다. 수신기에서는 RS 신호를 수신함으로써 채널의 상태를 추정하고 추정된 채널 상태를 보정하여 복조를 수행한다. RS 신호는 채널의 변화를 추정하기에 충분한 양이 전송되어야 하며, 데이터 신호에 의해 훼손되지 않는 것이 바람직하다. OFDM 시스템에서는 RS 신호를 미리 약속된 주파수-시간 bin에 배치 함으로써 RS 신호가 데이터 신호에 의해 훼손되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 3GPP(3^rd Generation Partnership Project)의 LTE(Long Term Evolution) 시스템에서 정의하는 송신 안테나가 2개일 때의 RS 패턴(pattern)을 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 하나의 자원 블록(Resource Block, 이하 "RB")은 주파수축의 12개의 톤과 시간축의 14 OFDM 심볼로 구성되어 있다. 도 1에서는 RB 1(121)부터 RB N(123)까지 총 N개의 RB로 구성된 대역폭을 나타내고 있다.

주파수-시간 bin 중 a로 표기된 것(131)은 첫 번째 안테나를 통해 송신되는 RS를 의미하며, b로 표기된 것(133)은 두 번째 안테나를 통해 송신되는 RS를 의미한다. 만약 기지국의 송신 안테나가 하나라면 b로 표기된 주파수-시간 bin(133)은 데이터 전송에 사용될 것이다. RS 신호는 기지국과 단말기가 미리 약속한 것이므 로, 단말기는 주파수-시간 bin a(131)의 수신신호를 토대로 첫 번째 송신안테나로부터의 채널을 추정하고 주파수-시간 bin 중 b(133)의 수신신호를 토대로 두 번째 송신안테나로부터의 채널을 추정할 수 있다.

도 1에서 도시한 RS 패턴의 특징은 OFDM 심볼이 RS를 포함하는 심볼과 RS를 포함하지 않는 심볼로 구분된다는 것이다. 즉, 1번째 OFDM 심볼(101), 5번째 OFDM 심볼(103), 8번째 OFDM 심볼(105), 12번째 OFDM 심볼(107)에는 RS가 정의되어 있는 반면, 나머지 OFDM 심볼(111, 113, 115, 117)에는 RS가 정의되어 있지 않다. 그리고 한 송신 안테나의 RS는 6개의 톤마다 한 톤씩 삽입되어 있고 RS가 삽입되어 있지 않은 RS 톤에는 다른 송신 안테나의 RS가 삽입되어 있다.

도 2 는 송신 안테나가 4개일 때의 RS 패턴을 도시한 것이다.

도 2를 참조하면, 첫 번째 송신 안테나용 RS(131)와 두 번째 송신 안테나용 RS(133)는 도 1과 동일한 위치에 삽입되어 있으며, 세 번째 송신안테나용 RS(135)와 네 번째 송신안테나용 RS(137)가 추가로 정의되어 있다. 추가된 RS는 2번째 OFDM 심볼(201)과 8번째 OFDM 심볼(203)에 배치되기 때문에, RS를 포함하고 있는 OFDM 심볼은 총 14개의 OFDM 심볼 중 101, 103, 105, 107, 201, 203의 6개 OFDM 심볼이다. 또한 나머지 OFDM 심볼(211, 213, 215, 217)은 RS를 포함하고 있지 않다.

단말기의 채널 추정 성능을 보장하기 위해서는 충분한 RS의 전력을 할당할 필요가 있다. 특히 채널 상태가 열악한 단말기에게 데이터를 전송할 때에는 재전송과 같은 방법을 동원하여 필요한 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio, 이하 "SNR")를 확보하지만, RS는 재전송을 통해 RS의 SNR을 개선시킬 수 없기 때문에 RS 의 전력을 충분히 확보할 필요가 있다. 따라서 우선적으로 RS의 전력을 할당하고 남은 전력을 데이터 전송에 이용하게 되는데, RS에 충분한 전력을 할당하다 보면 RS를 포함하고 있는 OFDM 심볼에서의 데이터 전송용 톤당 가용 전력이 RS를 포함하지 않은 OFDM 심볼에 비해서 낮을 수 있다.

도 3은 송신안테나가 한 개일 때 RS 전력할당에 따른 데이터 톤의 전력할당의 예를 도시한 것이다.

도 3을 참조하면, 301은 RS를 포함하고 있는 OFDM 심볼에서 하나의 RB에 정의된 톤을 도시한 것이고, 303은 RS를 포함하고 있지 않은 OFDM 심볼에서의 톤을 도시한 것이다. 301은 도 1의 101과 106에 해당하는 OFDM 심볼의 RB이며, RS용 톤(311)과 데이터용 톤(313)으로 구성되어 있고, 303은 데이터용 톤(315)만으로 구성되어 있다. RS 톤에는 P라는 전력이 할당되는데 이 값은 RS가 포함되지 않은 OFDM 심볼의 데이터용 톤의 전력 D보다 높은 값으로 설정되어 있다. 한 RB에 할당된 전력의 합이 OFDM 심볼 별로 동일하다는 조건을 수학식으로 표현하면 [수학식 1]과 같다.

N_RS×P +(N-N_RS)×D^* = N×D

여기서, N은 한 RB를 구성하는 톤의 개수로 도 3의 예에서는 N=12이다. N_RS은 RS를 포함하는 OFDM 심볼 내에서 한 RB에 정의된 RS 톤의 개수로 도 3의 예에서 는 N=2이다. D^*는 RS를 포함하고 있는 OFDM 심볼내의 데이터 톤의 전력이다.

P>D라면 N>N_RS 이므로 [수학식 2]에서 보이는 바와 같이 D^*<D가 된다.

P-D =(N/N_RS-1)×(D-D^*) > 0

즉, RS를 포함하고 있는 OFDM 심볼내의 데이터 톤의 전력은 RS를 포함하고 있지 않은 OFDM 심볼내의 데이터 톤의 전력보다 작게 설정될 수 밖에 없다. 그러나 셀 내의 모든 단말기가 원활하게 통신하기 위해서 우선적으로 RS에 충분한 전력을 할당하여야 한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 RS 할당 전력에 따른 자원요소 펑처링을 적용하여 데이터 톤의 송신 전력이 전송에 사용되는 자원요소 별로 일정하도록 함으로써 시스템의 성능 저하를 방지하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

또한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 자원요소 펑처링 정보를 직접적 혹은 간접적으로 알려줌으로써 효율적인 송신 전력 할당이 가능하도록 하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

또한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 자원요소 펑처링 정보를 획득하기 이전에 수신해야 하는 채널들에 미리 정의한 자원요소 펑처링을 적용함으로써 수신 과정에서의 모호함이 없도록 하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 직교 주파수 분할 다중 시스템에서 기지국이 단말로 데이터를 전송하는 방법에 있어서, 방송채널로 전송할 신호와 상기 방송채널 이외의 다운링크 채널로 전송할 신호들을 생성하는 과정과, 상기 방송채널로 전송할 신호가 채널 상태 추정을 위한 기준 심볼을 포함하는 오에프디엠 심볼인지를 확인하는 과정과, 상기 기준 심볼을 포함하는 오에프디엠 심볼이면, 상기 방송채널을 정의하는 리소스 블록에 대해, 최대의 펑처링을 적용하기로 결정하는 과정과, 상기 방송채널로 전송할 신호의 변조 심볼들에 상기 펑처링에 대한 정보를 포함시키고, 상기 방송채널로 전송할 신호와 상기 방송채널 이외의 다운링크 채널로 전송할 신호들의 자원 요소들 중 펑처링되지 않은 자원 요소들에, 상기 방송채널로 전송할 신호와 상기 방송채널 이외의 다운링크 채널로 전송할 신호들에 대한 변조 심볼들을 배치하여 전송하는 과정을 포함한다.

또한 본 발명의 실시예에 따르면, 직교 주파수 분할 다중 시스템에서 단말이 기지국으로부터 데이터를 수신하는 방법에 있어서, 동기채널을 통하여 수신되는 신호를 통해 동기를 획득하는 과정과, 제1 방송채널(P-BCH)을 정의하는 리소스 블록에 최대의 펑처링이 적용되었다고 가정한 상태에서, 상기 제1 방송채널을 정의하는 리소스 블록에서 상기 제1 방송채널의 변조 심볼들을 추출하는 과정과, 상기 제1 방송채널을 정의하는 리소스 블록에서 상기 제1 방송채널의 상태 추정을 위한 기준 심볼을 추출하고 채널을 추청하는 과정과, 상기 추청된 값을 이용하여 상기 제1 방송채널의 신호를 복조 및 복호하는 과정과, 상기 복호된 제1 방송채널의 신호로부터 상기 펑처링에 대한 정보를 획득하는 과정과, 상기 펑처링에 대한 정보를 이용 하여 제2 방송채널(S-BCH)의 신호를 수신하는 과정을 포함한다.

또한 본 발명의 실시예에 따르면, 직교 주파수 분할 다중 시스템에서 단말이 기지국으로부터 데이터를 수신하는 방법에 있어서, 동기채널을 통하여 수신되는 신호를 통해 동기를 획득하는 과정과, 제1 방송채널(P-BCH)을 정의하는 리소스 블록에 최대의 펑처링이 적용되었다고 가정한 상태에서, 상기 제1 방송채널을 정의하는 리소스 블록에서 상기 제1 방송채널의 변조 심볼들을 추출하는 과정과, 상기 제1 방송채널을 정의하는 리소스 블록에서 상기 제1 방송채널의 상태 추정을 위한 기준 심볼을 추출하고 채널을 추청하는 과정과, 상기 추청된 값을 이용하여 상기 제1 방송채널의 신호를 복조 및 복호하는 과정과, 상기 제2 방송채널을 정의하는 리소스 블록에 최대의 펑처링이 적용되었다고 가정한 상태에서, 상기 제2 방송채널을 정의하는 리소스 블록에서 상기 제2 방송채널의 변조 심볼들을 추출하는 과정과, 상기 제2 방송채널을 정의하는 리소스 블록에서 상기 제2 방송채널의 상태 추정을 위한 기준 심볼을 추출하고 채널을 추청하는 과정과, 상기 추청된 값을 이용하여 상기 제2 방송채널의 신호를 복조 및 복호하는 과정과, 상기 복호된 제2 방송채널의 신호로부터 상기 펑처링에 대한 정보를 획득하는 과정과, 상기 펑처링에 대한 정보를 이용하여 상기 제1 및 제2 방송채널 이외의 채널신호를 수신하는 과정을 포함한다.

또한 본 발명의 실시예에 따르면, 직교 주파수 분할 다중 시스템에서 단말로 데이터를 전송하는 기지국 장치에 있어서, 채널 상태 추정을 위한 기준 심볼을 생성하는 기준 심볼 생성기와, 상기 단말이 상기 기지국과 동기를 맞추기 위해 필요한 신호를 생성하는 동기채널 신호 생성기와, 시스템 정보와, 상기 기준심볼의 전 력 할당에 따른 자원요소 펑처링에 대한 정보를 포함하는 신호를 생성하는 방송채널 신호 생성기와, 상기 동기채널 및 방송채널 이외의 채널로 전송할 신호를 생성하는 기타채널 신호 생성기와, 상기 기준 심볼 생성기, 상기 동기채널 신호 생성기, 상기 방송채널 신호 생성기 및 상기 기타채널 신호 생성기에서 생성된 신호들을 할당된 자원에 배치하도록 제어하는 제어기와, 상기 제어기의 제어에 따라, 상기 기준 심볼 생성기, 상기 동기채널 신호 생성기, 상기 방송채널 신호 생성기 및 상기 기타채널 신호 생성기에서 생성된 신호들을 다중화하여 단말로 전송하는 매퍼를 포함하며, 상기 제어기는, 상기 방송채널로 전송할 신호가 상기 기준 심볼을 포함하는 오에프디엠 심볼이면, 상기 방송채널을 정의하는 리소스 블록에 대해, 최대의 펑처링을 적용하도록 상기 매퍼를 제어한다.

또한 본 발명의 실시예에 따르면, 직교 주파수 분할 다중 시스템에서 기지국으로부터 데이터를 수신하는 단말 장치에 있어서, 상기 기지국으로부터 수신한 다중화된 신호로부터 각각 채널별로 심볼들을 분리하는 디매퍼와, 상기 분리된 심볼들로부터 상기 기지국과의 동기를 맞추기 위한 정보를 획득하는 동기 채널 수신기와, 상기 분리된 심볼들로부터 채널 상태 추정을 위한 기준 심볼을 획득하는 기준 심볼 수신기와, 상기 분리된 심볼들로부터 시스템 정보와, 상기 기준심볼의 전력 할당에 따른 자원요소 펑처링에 대한 정보를 획득하는 방송채널 수신기와, 상기 분리된 심볼들로부터 상기 동기채널 및 방송채널 이외의 채널로 전송된 신호를 획득하는 기타채널 수신기와, 상기 기준 심볼 수신기, 상기 동기채널 수신기, 상기 방송채널 수신기 및 상기 기타채널 수신기에서 획득한 신호들에 따라 상기 디매퍼를 제어하는 제어기와, 상기 제어기의 제어에 따라, 상기 기준심볼을 이용하여 상기 동기채널 신호, 상기 방송채널 신호 및 상기 기타채널 신호를 수신하기 위한 채널 추정치를 구하는 채널 추정기를 포함하며, 상기 제어기는, 상기 방송채널을 정의하는 리소스 블록에 최대의 펑처링이 적용되었다고 가정한 상태에서, 상기 방송채널을 정의하는 리소스 블록에서 상기 방송채널의 변조 심볼들을 추출하도록 상기 디매퍼를 제어한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

RS를 포함하고 있는 OFDM 심볼의 데이터 톤 전력을 RS를 포함하지 않은 OFDM 심볼의 데이터 톤의 전력과 동일하게 설정하면서 OFDM 심볼 별로 사용한 전력의 합을 특정 최대치보다 적게 유지하는 방법은, RS를 포함하고 있는 OFDM 심볼의 전력 합이 최대치를 넘을 경우 해당 OFDM 심볼의 데이터용 톤 중 일부에 데이터를 실어 보내지 않는 자원 펑처링(resource puncturing) 방법 밖에 없다. 물론 RS에 충분한 전력을 할당했음에도 불구하고 RS를 포함한 OFDM 심볼이나 RS를 포함하지 않은 OFDM 심볼이나 전력의 합이 최대치 이하라면 자원 펑처링을 수행할 필요가 없다.

데이터 톤의 전력을 동일하게 설정하는 것은 성능상 이득이 있다. 채널 부호화는 AWGN 채널에 최적화되어 있기 때문에, 하나의 부호화된 패킷이 일정한 채널 응답을 겪도록 하는 것이 채널 부호화 성능 입장에서는 유리하다. 데이터 톤의 전력을 동일하게 설정하지 않을 경우, 이것은 인위적으로 일정하지 않은 채널 응답을 겪도록 하는 것과 같다. 따라서 전송단계에서 데이터 톤의 송신전력을 동일하게 설정하는 것이 시스템의 성능면에서 유리하다.

한편, 수신기는 복조 및 복호 과정에서 RS 대비 데이터 톤의 상대적인 전력을 토대로 기준치를 설정해야 하는데, 데이터 톤의 송신 전력이 일정하지 않을 경우 기준치 설정이 모호하다. 또한 기준치 설정이 모호함으로 인해 수신 성능이 저하된다.

도 4는 RS 전력할당에 따른 자원요소(Resource Element, 이하 "RE") 펑처링의 한 예를 도시한 것이다.

여기서 RE란 하나의 OFDM 심볼 내의 톤을 뜻한다. 도 4의 예에서는 송신 안테나가 하나인 경우에 RS(131)가 배치된 것으로 RS의 자원 밀도는 1/18이다. 만약 특히 RS를 포함하는 OFDM 심볼에서 RS의 자원 밀도는 RS가 6 RE에 하나씩 삽입되어 있으므로 1/6이다. 만약 RS를 포함하는 OFDM 심볼에서 RS에 할당된 전력이 총 가용 송신 전력의 1/6 이하라면 RS 전력할당에 의해 RE puncturing을 수행할 필요가 없다. 그러나 도 4의 예에서는 RS 하나당 하나의 RS를 펑처링 하고 있다. 이것은 RS를 포함하는 OFDM 심볼에서 RS에 할당된 전력이 총 가용 송신 전력의 1/6을 초과하 고 1/3 이하인 경우에 적용된다. 한편 RS를 포함하는 OFDM 심볼에서 RS에 할당된 전력이 총 가용 송신 전력의 1/3을 초과하고 1/2 이하라면 RS 하나당 2개의 RE가 펑처링 되어야 한다.도 4의 예에서는 펑처링 된 RE(325)가 RS(131)에 인접한 RE가 되도록 RE 펑처링 패턴을 정의하였다. 나머지 RS(327)는 데이터 전송에 사용된다. RE 펑처링은 RS를 포함하고 있는 OFDM 심볼(101, 103, 105, 107)에서만 적용된다. 이것은 RS의 전력할당으로 인해 데이터 전송에 사용되는 RE에 할당하는 전력이 RS를 포함하지 않은 OFDM 심볼에서의 데이터 전송용 RE에 할당하는 전력보다 낮게 되는 것을 피하기 위함이다.

도 4의 예에서 보이는 바와 같이, RE 펑처링은 RS 전력할당과 관계가 있다. 그리고 RS의 전력할당은 기지국 설정과 관련이 있다. 셀 경계에 위치한 단말기가 성공적으로 제어 신호와 데이터 신호를 수신할 수 있게 하기 위해서 필요한 최소의 RS 송신전력이 보장되도록 RS의 전력이 할당될 것이다. 그런데 필요한 RS 전력은 셀에 따라 서로 다를 수 있다. 즉 RE 펑처링도 셀에 따라 서로 다를 수 있다. 기지국은 단말기에게 RE 펑처링의 밀도나 패턴 등을 직접적으로 알려주거나, RS의 전력할당을 알려줌으로써 간접적으로 RE 펑처링의 밀도나 패턴을 알려줄 수 있는데, 직접적인 방법이건 간접적인 방법이건 기지국은 고유의 값을 셀 내의 모든 단말기에 알려주어야 한다. 즉 RE 펑처링의 정보는 기지국 고유의 값이자 동일한 셀 내에 위치한 단말기에게는 공통의 값이다. 따라서 RE 펑처링 정보는 모든 단말기가 수신하는 채널을 통해 송신과 수신이 이루어져야 한다. 이러한 기능을 수행하는 공통 채널로는 동기채널(Synchronization Channel, 이하 "SCH")과 방송 채널(Broadcast Channel, 이하 "BCH")이 있다.

SCH는 P-SCH(Primary SCH)와 S-SCH(Secondary SCH)로 구분된다. 단말기는 기지국이 송신한 P-SCH를 수신함으로써 기지국과 동기를 맞추고 기지국의 셀 ID(Identification)에 대한 일부 정보를 획득한다. 그리고 단말기는 S-SCH를 수신하여 기지국의 셀 ID에 대한 나머지 정보를 획득함으로써 기지국의 셀 ID를 인지하게 되고 BCH 수신에 필요한 기타 정보를 얻는다. BCH 수신에 필요한 기타 정보로는 프레임 시간 정보, 송신 안테나의 개수 등이 있을 수 있다. 프레임 시간 정보를 알아야 BCH가 언제 전송되는지를 알 수 있고 송신 안테나의 개수를 알아야 BCH 전송에 사용된 송신 다이버시티(transmit diversity) 기법을 알 수 있기 때문이다. 만약 BCH 전송에 사용하는 송신 다이버시티 기법을 알려줄 필요가 없도록 시스템이 설계되었다면 송신 안테나의 개수에 대한 정보를 S-SCH에 기록할 필요는 없다. SCH에는 많은 정보를 삽입할 수는 없는데, 그 이유는 SCH의 정보량이 많아질수록 동기를 잡는 본래의 목적을 달성하기 어렵기 때문이다.

BCH 역시 P-BCH(Primary BCH)와 S-BCH(Secondary BCH)로 구분된다. P-BCH로는 시스템 대역폭 정보, 송신 안테나의 개수, S-BCH의 위치를 알려주기 위한 정보 등이 전달된다. LTE 시스템에서는 1.25MHz, 2.5MHz, 5MHz, 10MHz, 20MHz 등 다양한 대역폭을 정의하고 있는데 이중 어떠한 시스템 대역폭을 사용하고 있는지가 P-BCH를 통해 전달된다. 즉 P-BCH를 수신하기 전까지 단말기는 시스템 대역폭을 알 수 없다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 시스템 대역폭별 P-BCH의 주파수상 위치를 도시한 것이다.

단말기는 기지국이 사용하는 시스템 대역폭을 전혀 모르는 상태에서 P-SCH, S-SCH, P-BCH를 수신해야 하므로, P-SCH, S-SCH, P-BCH는 미리 약속된 중앙 주파수 대역으로 전송되어야만 단말기가 수신할 수 있으며, 단말기는 P-BCH를 수신한 이후에나 시스템 대역폭 정보를 알 수 있다. 따라서 기지국은 도 5에 도시한 바와 같이, 주파수 대역의 중앙 1.25MHz 대역으로 P-BCH(401)를 전송한다. 마찬가지로 기지국은 주파수 대역의 중앙 1.25MHz 대역으로 P-SCH와 S-SCH를 전송한다.

한편 송신 안테나의 개수 정보가 S-SCH로 전달되지 않는다면 기지국은 P-BCH로 송신 안테나의 개수 정보를 전송해야 한다. 이미 단말기는 P-BCH 수신을 통해 시스템 대역을 인지한 상태이므로 S-BCH는 반드시 중앙 대역으로 전송될 필요가 없다. 즉, 임의의 RB로 S-BCH를 전송할 수 있는데, 이러한 경우에는 S-BCH가 전송되는 RB 정보를 P-BCH로 알려주어야 한다. 따라서, 단말기는 P-BCH 수신을 통해 S-BCH의 위치를 인지하게 된다. S-BCH는 P-BCH에서 정의하지 못한 나머지 시스템 정보를 전달하는 데에 사용된다.

RS 전력할당에 따른 RE 펑처링 정보는 상기의 P-SCH, S-SCH, P-BCH, S-BCH 중 하나로 전달되어야 한다. 그런데 P-SCH나 S-SCH로 이 정보를 알려주는 것은 바람직하지 않다. SCH의 가장 큰 목적은 단말기가 동기를 맞추는 것이고 BCH 수신에 필요한 최소한의 정보만을 알려주는 것이 부차적인 목적이다. 만약 RS 전력할당에 따른 RE 펑처링 정보를 SCH로 알려준다면 SCH에 더 많은 전력과 자원을 할당하여 강인하게 만들어서 전송해야 하므로 비효율적이다. 따라서 RS 전력할당에 따른 RE 펑처링 정보는 P-BCH나 S-BCH로 알려주는 것이 바람직하다.

RS 전력할당에 따른 RE 펑처링 정보를 단말기가 수신하기 전까지는 단말기가 어떻게 RE 펑처링이 이루어지고 있는지 알 수 없다. 따라서 RE 펑처링 정보가 P-BCH로 전달된다면(제 1 상황) P-BCH에서는 기지국이 사용하는 RE 펑처링을 적용할 수 없다. 마찬가지로 RE 펑처링 정보가 S-BCH로 전달된다면(제 2 상황) P-BCH나 S-BCH에서는 기지국이 사용하는 RE 펑처링을 적용할 수 없다. 그런데 기지국은 총 송신 전력의 한계를 극복하기 위해 RE 펑처링을 적용하는 것이다. 따라서 제 1 상황에서 P-BCH, 제 2 상황에서 P-BCH와 P-SCH의 전송에서는 반드시 표준이 정하고 있는 최대 RE 펑처링을 적용해야 한다. 예를 들어 RS를 포함한 OFDM 심볼에서는 RS만을 전송하고 나머지 RE는 모두 펑처링하는 것이 최대 RE 펑처링이라고 하면, 제 1 상황에서 P-BCH, 제 2 상황에서 P-BCH와 P-SCH를 전송할 때 RS를 포함하는 OFDM 심볼에서는 RS만을 전송한다. 최대 RE 펑처링이 RS를 포함한 OFDM 심볼에서는 RS만을 전송하는 것은 아니더라도, RE 펑처링 정보를 획득하기 전에 수신해야 하는 채널에는 RE 펑처링을 가장 보수적으로 적용해야 한다. 이것은, 시스템 대역폭을 P-BCH를 통해 수신하기 전까지는 항상 정해진 시간과 주파수 대역으로 P-SCH, S-SCH, P-BCH 등을 전송해야 하는 것과 일맥상통한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따라 RE 펑처링 정보가 P-BCH에 기록되는 제 1 상황에 대한 기지국의 송신 흐름도를 도시한 것이다.

도 6을 참조하면, 기지국은 401 단계에서 P-BCH 신호를 생성하고 기타 하향링크 채널 신호를 생성한다. 403 단계에서는 상기 생성된 신호가 P-BCH를 포함하는 슬롯(Slot)에 정의된 RS를 포함하는 OFDM 심볼인지를 판단한다. 만약 P-BCH 신호를 포함하는 OFDM 심볼이라면, 기지국은 405 단계에서 P-BCH를 정의하는 RB 내에서 최대 RE 펑처링을 적용하고, 407 단계에서 P-BCH에 대해 RE 매핑(mapping)을 수행한다. RE 매핑이란 변조 심볼을 펑처링되지 않은 RE에 배치하는 것을 뜻한다. 만약 상기 생성된 신호가 P-BCH 신호를 포함하지 않는 OFDM 심볼이었거나 상기 407 단계를 수행한 이후에는 409 단계에서 기타 하향링크 채널의 RE 매핑을 수행하고, 411 단계에서 나머지 송신 처리 과정을 수행한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따라 RE 펑처링 정보가 S-BCH에 기록되는 제 2 상황에 대한 기지국의 송신 흐름도를 도시한 것이다.

도 7을 참조하면, 기지국은 421 단계에서 P-BCH와 S-BCH 신호를 생성하고 기타 하향링크 채널 신호를 생성한다. 423 단계에서는 상기 생성된 신호가 P-BCH 또는 S-BCH를 포함하는 슬롯에 정의된 RS를 포함하는 OFDM 심볼인지를 판단한다. 만약 P-BCH 또는 S-BCH 신호를 포함하는 OFDM 심볼이라면, 기지국은 425 단계에서 P-BCH 또는 S-BCH를 정의하는 RB 내에서 최대 RE 펑처링을 적용하고, 427 단계에서 P-BCH 또는 S-BCH에 대한 RE 매핑을 수행한다. 만약 P-BCH 또는 S-BCH 신호를 포함하지 않는 OFDM 심볼이었거나 427 단계를 수행한 이후에는, 429 단계에서 기타 하향링크 채널의 RE 매핑을 수행하고 431 단계에서 나머지 송신 처리 과정을 수행한다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따라 RE 펑처링 정보가 P-BCH에 기록되는 제 1 상황에 대한 단말기의 수신 흐름도를 도시한 것이다.

도 8을 참조하면, 단말기는 501 단계에서 P-SCH 및 S-SCH를 수신함으로써 동기를 획득하고 P-BCH 수신에 필요한 정보를 얻는다. 503 단계에서는 P-BCH를 정의하는 슬롯과 RB에서 최대 RE 펑처링을 감안하여 P-BCH의 변조 심볼을 추출한다. 505 단계에서는 RS를 추출하고 이를 토대로 채널을 추정한다. 507 단계에서는 상기 채널 추정치를 이용하여 P-BCH를 복조하고 복호하여 P-BCH의 정보를 획득한다. P-BCH의 정보 중에는 RE 펑처링 정보가 포함되어 있으므로, 단말기는 509 단계에서 RE 펑처링 정보를 획득하고, 511 단계에서는 S-BCH 수신 및 차후 과정을 수행한다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따라 RE 펑처링 정보가 S-BCH에 기록되는 제 2 상황에 대한 단말기의 수신 흐름도를 도시한 것이다.

도 9를 참조하면, SCH를 수신하기 시작하여 P-BCH를 복조 및 복호하기까지의 501~507 단계는도 8의 507~507 단계와 동일하므로 중복되는 설명을 생략한다. P-BCH를 수신하여 P-BCH의 정보를 획득한 이후, 단말기는 521 단계에서 S-BCH를 정의하는 슬롯과 RB에서 최대 RE 펑처링을 감안하여 S-BCH의 변조 심볼을 추출한다. 523 단계에서는 S-BCH가 전송되는 구간의 RS를 추출하고 S-BCH 복조에 필요한 채널을 추정한다. 525 단계에서는 S-BCH 복조 및 복호를 수행하고 527 단계에서는 RE 펑처링 정보를 획득한다. 529 단계에서는 차후의 과정을 수행한다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 송수신기의 구조를 도시한 것이다.

송신기는 SCH 신호 생성기(603), RS 신호 생성기(605), P-BCH 신호 생성기(607), S-BCH 신호 생성기(609), 그 외의 채널 신호 생성기(611)를 구비하며, 이와 같은 생성기들(306 내지 611)이 만들어내는 신호를 다중화하기 위한 RE 매 퍼(621)를 더 구비한다. RE 매퍼(621)는 제어기(601)의 통제 하에서, SCH나 P-BCH와 같이 고정된 자원에 배치하는 신호나, S-BCH와 같은 가변 자원에 배치하는 신호, 또는 데이터 신호와 같이 스케줄링 결정에 따라 자원이 배치하는 신호들을 다중화한다. 다중화된 신호는 IFFT, CP 첨부, RF 처리 등을 포함한 송신 처리기(623)를 거친 후 전송된다.

수신기에서는 수신신호가 RF 처리, CP 제거, FFT 등을 포함한 수신 처리기(631)를 거친 후 각 채널 별 심볼을 분리해 내는 RE 디매퍼(demapper)(633)를 거친다. 수신기는 SCH 수신기(641), RS 수신기(643), P-BCH 수신기(645), S-BCH 수신기(647), 기타 채널 수신기(649) 등 채널 별 수신기를 구비하고 있다. 각 수신기(641 내지 649)나 RE 디매퍼(633), 수신 처리기(631) 등은 모두 제어기(635)의 통제를 받는다.

예를 들어 SCH 수신기(641)를 통해 동기 및 시스템 정보를 획득하면, 이 정보는 제어기(635)로 전달되어 다른 수신기를 통제하는데 사용된다. 한편 RS 수신기(643)는 RS 신호를 수신하여 채널 추정기(651)로 전달하며, 채널 추정기(651)에서는 상기 RS 신호를 이용하여 P-BCH, S-BCH, 기타 채널들을 수신하는데 필요한 채널 추정치를 구할 수 있다.

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.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 동작하는 본 발명에 있어서, 개시되는 발명 중 대표적인 것에 의하여 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 RE 펑처링 정보를 획득하기 이전에 단말기가 수신해야 하는 BCH를 포함하는 RB에 대해서 최대 RE 펑처링을 적용한다. 이렇게 하면 기지국 송신기와 단말기 수신기 사이에 RE 펑처링에 관한 모호한 부분이 없어지고, 최대 RE 펑처링을 적용하였으므로 RS를 포함하는 OFDM 심볼에서 송신 전력이 부족한 현상이 발생하지 않는다.

Claims (5)

1. 직교 주파수 분할 다중 시스템에서 기지국이 단말로 데이터를 전송하는 방법에 있어서,

   방송채널로 전송할 신호와 상기 방송채널 이외의 다운링크 채널로 전송할 신호들을 생성하는 과정과,

   상기 방송채널로 전송할 신호가 채널 상태 추정을 위한 기준 심볼을 포함하는 오에프디엠 심볼인지를 확인하는 과정과,

   상기 기준 심볼을 포함하는 오에프디엠 심볼이면, 상기 방송채널을 정의하는 리소스 블록에 대해, 최대의 펑처링을 적용하기로 결정하는 과정과,

   상기 방송채널로 전송할 신호의 변조 심볼들에 상기 펑처링에 대한 정보를 포함시키고, 상기 방송채널로 전송할 신호와 상기 방송채널 이외의 다운링크 채널로 전송할 신호들의 자원 요소들 중 펑처링되지 않은 자원 요소들에, 상기 방송채널로 전송할 신호와 상기 방송채널 이외의 다운링크 채널로 전송할 신호들에 대한 변조 심볼들을 배치하여 전송하는 과정을 포함하는 데이터 송신 방법.
2. 직교 주파수 분할 다중 시스템에서 단말이 기지국으로부터 데이터를 수신하는 방법에 있어서,

   동기채널을 통하여 수신되는 신호를 통해 동기를 획득하는 과정과,

   제1 방송채널(P-BCH)을 정의하는 리소스 블록에 최대의 펑처링이 적용되었다 고 가정한 상태에서, 상기 제1 방송채널을 정의하는 리소스 블록에서 상기 제1 방송채널의 변조 심볼들을 추출하는 과정과,

   상기 제1 방송채널을 정의하는 리소스 블록에서 상기 제1 방송채널의 상태 추정을 위한 기준 심볼을 추출하고 채널을 추청하는 과정과,

   상기 추청된 값을 이용하여 상기 제1 방송채널의 신호를 복조 및 복호하는 과정과,

   상기 복호된 제1 방송채널의 신호로부터 상기 펑처링에 대한 정보를 획득하는 과정과,

   상기 펑처링에 대한 정보를 이용하여 제2 방송채널(S-BCH)의 신호를 수신하는 과정을 포함하는 데이터 수신 방법.
3. 직교 주파수 분할 다중 시스템에서 단말이 기지국으로부터 데이터를 수신하는 방법에 있어서,

   동기채널을 통하여 수신되는 신호를 통해 동기를 획득하는 과정과,

   제1 방송채널(P-BCH)을 정의하는 리소스 블록에 최대의 펑처링이 적용되었다고 가정한 상태에서, 상기 제1 방송채널을 정의하는 리소스 블록에서 상기 제1 방송채널의 변조 심볼들을 추출하는 과정과,

   상기 제1 방송채널을 정의하는 리소스 블록에서 상기 제1 방송채널의 상태 추정을 위한 기준 심볼을 추출하고 채널을 추청하는 과정과,

   상기 추청된 값을 이용하여 상기 제1 방송채널의 신호를 복조 및 복호하는 과정과,

   상기 제2 방송채널을 정의하는 리소스 블록에 최대의 펑처링이 적용되었다고 가정한 상태에서, 상기 제2 방송채널을 정의하는 리소스 블록에서 상기 제2 방송채널의 변조 심볼들을 추출하는 과정과,

   상기 제2 방송채널을 정의하는 리소스 블록에서 상기 제2 방송채널의 상태 추정을 위한 기준 심볼을 추출하고 채널을 추청하는 과정과,

   상기 추청된 값을 이용하여 상기 제2 방송채널의 신호를 복조 및 복호하는 과정과,

   상기 복호된 제2 방송채널의 신호로부터 상기 펑처링에 대한 정보를 획득하는 과정과,

   상기 펑처링에 대한 정보를 이용하여 상기 제1 및 제2 방송채널 이외의 채널신호를 수신하는 과정을 포함하는 데이터 수신 방법.
4. 직교 주파수 분할 다중 시스템에서 단말로 데이터를 전송하는 기지국 장치에 있어서,

   채널 상태 추정을 위한 기준 심볼을 생성하는 기준 심볼 생성기와,

   상기 단말이 상기 기지국과 동기를 맞추기 위해 필요한 신호를 생성하는 동기채널 신호 생성기와,

   시스템 정보와, 상기 기준심볼의 전력 할당에 따른 자원요소 펑처링에 대한 정보를 포함하는 신호를 생성하는 방송채널 신호 생성기와,

   상기 동기채널 및 방송채널 이외의 채널로 전송할 신호를 생성하는 기타채널 신호 생성기와,

   상기 기준 심볼 생성기, 상기 동기채널 신호 생성기, 상기 방송채널 신호 생성기 및 상기 기타채널 신호 생성기에서 생성된 신호들을 할당된 자원에 배치하도록 제어하는 제어기와,

   상기 제어기의 제어에 따라, 상기 기준 심볼 생성기, 상기 동기채널 신호 생성기, 상기 방송채널 신호 생성기 및 상기 기타채널 신호 생성기에서 생성된 신호들을 다중화하여 단말로 전송하는 매퍼를 포함하며,

   상기 제어기는, 상기 방송채널로 전송할 신호가 상기 기준 심볼을 포함하는 오에프디엠 심볼이면, 상기 방송채널을 정의하는 리소스 블록에 대해, 최대의 펑처링을 적용하도록 상기 매퍼를 제어하는 기지국 장치.
5. 직교 주파수 분할 다중 시스템에서 기지국으로부터 데이터를 수신하는 단말 장치에 있어서,

   상기 기지국으로부터 수신한 다중화된 신호로부터 각각 채널별로 심볼들을 분리하는 디매퍼와,

   상기 분리된 심볼들로부터 상기 기지국과의 동기를 맞추기 위한 정보를 획득하는 동기 채널 수신기와,

   상기 분리된 심볼들로부터 채널 상태 추정을 위한 기준 심볼을 획득하는 기준 심볼 수신기와,

   상기 분리된 심볼들로부터 시스템 정보와, 상기 기준심볼의 전력 할당에 따른 자원요소 펑처링에 대한 정보를 획득하는 방송채널 수신기와,

   상기 분리된 심볼들로부터 상기 동기채널 및 방송채널 이외의 채널로 전송된 신호를 획득하는 기타채널 수신기와,

   상기 기준 심볼 수신기, 상기 동기채널 수신기, 상기 방송채널 수신기 및 상기 기타채널 수신기에서 획득한 신호들에 따라 상기 디매퍼를 제어하는 제어기와,

   상기 제어기의 제어에 따라, 상기 기준심볼을 이용하여 상기 동기채널 신호, 상기 방송채널 신호 및 상기 기타채널 신호를 수신하기 위한 채널 추정치를 구하는 채널 추정기를 포함하며,

   상기 제어기는,

   상기 방송채널을 정의하는 리소스 블록에 최대의 펑처링이 적용되었다고 가정한 상태에서, 상기 방송채널을 정의하는 리소스 블록에서 상기 방송채널의 변조 심볼들을 추출하도록 상기 디매퍼를 제어하는 단말 장치.

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