KR20090075601A - 이종 모드 및 ｔｄｄ/ｆｄｄ 지원에 유연한 프레임 및 이를이용한 신호 전송 방법 - Google Patents

이종 모드 및 ｔｄｄ/ｆｄｄ 지원에 유연한 프레임 및 이를이용한 신호 전송 방법 Download PDF

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Abstract

이종 모드 및 TDD/FDD 지원에 유연한 프레임 및 이를 이용한 신호 전송 방법을 개시한다. 이에 따르면, 시분할다중화(TDD) 모드 및 주파수분할다중화(FDD) 모드를 지원하며, 2 이상의 서로 다른 통신 방식의 지원 가능한 통신 시스템에서 미리 설정된 프레임(Frame) 구조를 이용하여 신호를 전송하는 방법을 제공하며, 이 방법은 상기 프레임 단위로 신호를 구성하여 전송하는 단계를 포함하되, 상기 통신 시스템이 TDD 모드에 따라 통신하는 경우의 상기 프레임 내 하향 링크(DL) 영역과 상향 링크(UL) 영역의 비율 결정, 상기 통신 시스템이 상기 2 이상의 통신 방식을 지원하는 이종 모드에 따라 통신하는 경우의 상기 프레임 내에서 각 통신 방식에 따른 모드별 시간 영역의 할당, 및 소정 개수의 상기 프레임 또는 수퍼 프레임 단위로 상기 프레임 내 서브프레임(Subframe)을 구성하는 방식의 설정 중 하나 이상이 UL 서브채널화(UL Subcahnnelization) 단위의 배수에 해당하는 n개의 OFDM 심볼로 구성된 특정 단위를 기준으로 수행되는 것을 특징으로 한다.
Figure P1020080041048
프레임, 서브프레임

Description

이종 모드 및 ＴＤＤ/ＦＤＤ 지원에 유연한 프레임 및 이를 이용한 신호 전송 방법 {Frame For Flexibly Supporting Heterogeneous Modes And TDD/FDD Modes, And Method For Transmitting Signals Using The Same}
이하에서는 이종 모드 및 TDD/FDD 지원에 유연한 프레임 구조와 이를 이용하여 신호를 송수신하는 방법에 대해 설명한다.
광대역 통신 시스템의 경우 한정된 무선자원의 효율성을 극대화하기 위해 시간, 공간, 및 주파수 영역에서, 보다 효과적인 송수신 기법 및 활용방안들이 제안되어 왔다. 특히, 다중반송파 기반의 OFDM 방식은 광대역 채널에서의 발생되는 주파수 선택적 페이딩(frequency selective fading) 환경에서 수신단의 복잡도 감소시키고, 부반송파의 상이한 채널 특성을 활용하여 주파수 영역에서의 선택적 스케쥴링 등을 통해 주파수 효율(spectral efficiency)를 극대화할 수 있는 장점을 가진다. 뿐만 아니라, 상기 OFDM 방식은 다중 사용자에게 상이한 부반송파를 할당함으로써 다중접속방식(OFDMA)으로 확장가능하여 주파수 영역에서의 무선자원의 효율성을 증대시킬 수 있다.
대표적인 OFDMA을 적용한 WirelessMAN-OFDMA 표준규격으로 IEEE 802.16- 2004, IEEE 802.16e-2005 수정규격 (이하 IEEE 802.16e) 등이 완성되었다.
도 1은 IEEE 802.16e 시스템의 논리적(logical) 프레임 구조를 도시하고 있다.
IEEE 802.16e 시스템의 논리적(logical) 프레임 구조를 살펴 보면, 도 1과 같이 프리앰블(101), FCH(frame control header; 102), DL/UL-MAP(103, 104)의 제어 신호부와 데이터 버스트(burst)들로 구성되어있다. 또한, 각 사용자의 데이터 전송은 부채널 구성 방법에 따라 상이한 부반송파 할당 방식(예를 들어, PUSC, (O-)FUSC, TUSC, AMC 등)으로 정의되며, 한 프레임 내에 다양한 퍼뮤테이션 영역(permutation zone)의 구성이 가능하다.
도 1에 도시된 바와 같은 IEEE 802.16e의 프레임에서는 초기 프리앰블(101), FCH(102) 및 DL/UL-MAP(103, 104)의 제어정보의 수신이 요구되며, 각 필드의 역할은 다음과 같다.
- 프리앰블(101): 동기, 채널 추정, 셀 ID 획득 등
- FCH(102): DL-MAP(103)에 관련된 채널 할당 정보 및 채널 부호 정보 제공
- DL/UL-MAP(103, 104): 상향/하향 링크에서의 데이터 버스트의 채널 할당 정보 제공
상술한 제어 필드들 중 프리앰블(101)을 제외한 논리적 프레임 구조는 주파수 다이버시티 이득, 스케쥴링 이득, 파일럿 오버헤드(overhead) 또는 다중/적응 안테나 적용의 용이성 등을 고려하여 선택된 부채널 할당방식(PUSC, (O-)FUSC, TUSC, AMC 등)에 따라 다양하게 구성될 수 있다.
도 2는 IEEE 802.16e 시스템에서 다양한 퍼뮤테이션 영역의 구성을 나타낸 도면이다.
즉, 주파수 다이버시티 이득, 스케쥴링 이득, 파일럿 오버헤드(overhead) 또는 다중/적응 안테나 적용의 용이성 등을 고려하여 적절한 부채널 할당방식이 설정된다. 이는 MAP의 영역 스위칭 IE(zone switch IE)를 통해 도 2에 도시된 바와 같은 다양한 퍼뮤테이션 영역이 구성되는 것으로 볼 수 있다.
도 2를 통해, 각 프레임에 대한 송수신시 프리앰블 및 FCH와 DL-MAP의 구성은 필수적임을 알 수 있으며, 이들을 통해 수신측에서는 프레임 내의 데이터 또는 제어 정보의 정확한 획득이 수행되게 된다.
상술한 바와 같이 기존 IEEE 802.16e 프레임 구조는 시분할 듀플렉스(TDD)를 지원을 위해 5 msec 프레임 구조에서 하향링크(DL)/상향링크(UL) 서브프레임(subframe)을 구성하고, 시분할 다중화(TDM) 방식으로 서로 다른 서브채널화(subchannelization)을 구성하고 있다.
그러나, 기존 TDD 프레임 구조는 주파수분할 듀플렉스(FDD)와 같이 DL/UL 켤레 스팩트럼(paired spectrum)을 지원하기 위한 구조로 확장하기 위해서는 FDD에서의 고유 성능 향상(inherent performance enhancement) 기술에 대한 적용이 용이한 구조로 설계할 것이 요구된다. 구체적으로는 FDD의 경우 TDD 보다는 짧은 단위의 서브프레임 구성이 요구되고, 이는 전송시간간격(transmission time interval; TTI)으로 정의되며, 동일한 MCS 레벨을 전송하는 기본단위의 설계가 가능하다.
이와 같이 5 msec 이하의 짧은 길이의 TTI 구성은 FDD에서의 HARQ 지 연(latency) 및 CQI 지연(latency) 감소를 이끌 수 있다. 또한, 이를 통해 주파수 효율 및 전송용량 증대 획득이 가능하며, 주파수-선택적 스케줄링(frequency-selective scheduling) 및 다중 사용자 다이버시티(multi-user diversity), 폐-루프 MIMO 이득(closed-loop MIMO gain) 등을 획득하기에 유리하다. 따라서, TDD 및 FDD에 적합한 프레임 구조 설계가 요구되고, 공통성(commonality) 및 기존 모드 지원이 가능한 프레임 구조에 대한 제안이 필요하다.
상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 측면에서는 새로운 프레임 구조 설계시 이종 모드 지원 방안을 고려하며, 상이한 듀플렉스(duplex) 방식에 적합한 새로운 프레임 구조를 제안한다. 본 발명에 따라 제안된 프레임 구조를 통해, IEEE 802.16e (즉, 기존 WiMAX Rel. 1.0 또는 Rel. 1.x)를 유연하게 지원하며, 새로운 IEEE 802.16m 프레임 구조 설계 방안을 제시하고자 한다. 특히, 듀플렉스 방식에 따른 프레임 구조의 공통성을 고려하고, 이종 모드 지원뿐만 아니라 단일 모드 프레임 구성으로의 부드러운 이동(smooth migration)을 가능하게 하는 구조를 제안하고자 한다.
아울러, 본 발명에서는 상술한 바와 같이 제안된 프레임 구조를 이용하여 신호를 송수신하는 방법을 제공한다.
상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에서는 시분할다중화(TDD) 모드 및 주파수분할다중화(FDD) 모드를 지원하며, 2 이상의 서로 다른 통신 방식의 지원 가능한 통신 시스템에서 미리 설정된 프레임(Frame) 구조를 이용하여 신호를 전송하는 방법을 제공한다. 이를 위한 일 실시형태에서는 상기 프레임 단위로 신호를 구성하여 전송하는 단계를 포함하되, 상기 통신 시스템이 상기 TDD 모드에 따라 통신하는 경우의 상기 프레임 내 하향 링크(DL) 영역과 상향 링크(UL) 영역의 비율 결정; 상기 통신 시스템이 상기 2 이상의 통신 방식을 지원하는 이종 모드에 따라 통신하는 경우의 상기 프레임 내에서 각 통신 방식에 따른 모드별 시간 영역의 할당; 및 소정 개수의 상기 프레임 또는 수퍼 프레임 단위로 상기 프레임 내 서브프레임(Subframe)을 구성하는 방식의 설정, 중 하나 이상은, UL 서브채널화(UL Subcahnnelization) 단위의 배수에 해당하는 n개의 OFDM 심볼로 구성된 특정 단위를 기준으로 수행되는 프레임을 이용한 신호 전송 방법을 제공한다.
이때, 상기 2 이상의 통신 방식은 IEEE 802.16e 통신 방식을 포함하며, 상기 n은 상기 IEEE 802.16e 시스템의 프레임 내 포함된 OFDM 심볼 개수의 약수로서, 상기 IEEE 802.16e 통신 방식에서 UL를 위해 최대로 지원되는 OFDM 심볼 개수를 고려하여 결정하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 n은 3인 것이 바람직하다.
아울러, 상기 프레임 내 상기 서브프레임은 상기 n의 2배에 해당하는 개수의 OFDM 심볼로 구성될 수 있으며, 상기 프레임은 상기 IEEE 802.16e 통신 모드를 위한 제 1 영역 및 상기 IEEE 802.16e 통신 이외의 통신 모드를 위한 제 2 영역을 시분할 다중화(TDM) 방식에 따라 분할하여 포함할 수 있다.
이때, 상기 통신 시스템이 TDD 모드에 따라 통신하는 경우, DL와 UL 전환 시점에서의 전송 전환 간격(TTG) 및 수신 전환 간격(RTG)은 상기 제 1 영역 내에 할당하는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 상기 통신 시스템이 상기 특정 통신 방식을 지원하지 않는 모드로 통신하는 경우, 상기 프레임은 이용되는 전체 채널 중 지연 확산(Delay Spread)의 영향이 최대인 채널을 지원 가능한 범위 내에서 최소한의 순환전치부(CP) 길이를 가지도록 설정되는 것이 바람직하다.
구체적으로, 상기 통신 시스템이 상기 특정 통신 방식을 지원하지 않는 모드로 통신하는 경우, 상기 CP 길이는 1/16 유효 OFDM 심볼 길이(Effective OFDM Symbol Length)로 설정될 수 있다.
이때 역시, 상기 프레임 내 상기 서브프레임은 상기 n의 2배에 해당하는 개수(m)의 OFDM 심볼로 구성될 수 있으며, 상기 프레임 내 OFDM 심볼 개수와 상기 m의 소정 배수와의 차이에 해당하는 개수의 OFDM 심볼들은, 프리엠블(Preamble), 미드엠블(Midamble), UL 또는 DL 사운딩 신호 전송, 전송 전환 간격(TTG), 수신 전환 간격(RTG), 데이터 전송, 제어 신호 전송 중 하나 이상을 위해 이용될 수 있다.
한편, 상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 실시형태에서는 시분할다중화(TDD) 모드 및 주파수분할다중화(FDD) 모드를 지원하며, 2 이상의 서로 다른 통신 방식의 지원 가능한 통신 시스템에서 미리 설정된 프레임(Frame) 구조를 이용하여 신호를 전송하는 방법으로서, 상기 프레임 단위로 신호를 구성하여 전송하는 단계를 포함하되, 상기 통신 시스템이 IEEE 802.16e 통신 방식을 지원하지 않는 모드로 통신하는 경우, 상기 프레임은 이용되는 전체 채널 중 지연 확산(Delay Spread)의 영향이 최대인 채널을 지원 가능한 범위 내에서 최소한의 순환전치부(CP) 길이를 가지도록 설정되는 프레임을 이용한 신호 전송 방법을 제공한다.
이때, 상기 CP 길이는 1/16 유효 OFDM 심볼 길이(Effective OFDM Symbol Length)로 설정될 수 있으며, 상기 프레임 내 서브 프레임은 6개의 OFDM 심볼 단위로 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 프레임 내 51개의 OFDM 심볼이 포함될 수 있으며, 3개의 OFDM 심볼로 구성된 특정 단위의 홀수배에 해당하는 개수의 OFDM 심볼들은, 프리엠블(Preamble), 미드엠블(Midamble), UL 또는 DL 사운딩 신호 전송, 전송 전환 간격(TTG), 수신 전환 간격(RTG), 데이터 전송, 제어 신호 전송 중 하나 이상을 위해 이용될 수 있다. 위와 같이 추가 3개의 OFDM 심볼 중 일부를 데이터/제어 신호 전송으로 활용되는 경우 서브프레임의 정의를 6개 이상으로 정의가능하고, 최대 9개의 OFDM 심볼을 하나의 서브프레임으로 설정하는 것도 가능하다. 이때, 한 프레임내의 모든 서브프레임이 동일한 크기를 가질 필요는 없다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따르면 이종 모드 지원 및 상이한 듀플렉스(duplex) 방식 적용에 유연한 새로운 프레임 구조를 획득할 수 있다.
이와 같은 프레임 구조를 통해, 구체적으로는 IEEE 802.16e 시스템을 유연하게 지원할 뿐만 아니라, 효율적으로 새로운 IEEE 802.16m 프레임 구조를 설계할 수 있다. 특히, 이와 같은 프레임을 통해 이종 모드 지원뿐만 아니라 단일 모드 프레임 구성으로의 부드러운 이동(smooth migration)이 가능할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해 를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다.
한편, 몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시된다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.
상술한 바와 같이 본 발명에서는 IEEE 802.16e 시스템 기반의 자원 구조에서 OFDMA 기반의 새로운 시스템(이하, IEEE 802.16m 시스템)을 동시에 지원가능하며, 다양한 주파수 대역 할당에서 짧은 길이의 FDD 모드 지원을 위한 효율적 시간-주파수 자원 구조를 설계하는 방안을 제안한다. 제안 방식은 임의의 주파수 대역에서 IEEE 802.16e 모드의 존재 여부에 관계없이 새로운 모드 구성이 가능하도록 설계하고자 한다.
이를 위해 이하에서는 먼저 기존 IEEE 802.16e 프레임 구조를 지원하며, 새로운 모드 지원을 위한 통합된 TDD/FDD 프레임 구조 설계를 위해 시간-주파수 자원 활용 방식에 대해 모색한다. 다만, 기존 프레임 구조로서 IEEE 802.16e 시스템을 상정하고, 새로운 시스템으로서 IEEE 802.16m 시스템을 가정하는 것은 예시적인 것이며, 본 발명에 따른 프레임 구조 설계 방식 및 이에 따른 프레임 구조는 동일한 원리에 따른 다른 임의의 시스템에도 그대로 적용될 수 있다.
한편, 다시 기존 시스템으로서 IEEE 802.16e 시스템을 상정하고, 새로운 시스템으로서 IEEE 802.16m 시스템을 가정한 예에 따를 경우, 이종 모드 및 상이한 듀플렉스 모드 지원을 위한 프레임 구조 설계 시, 다음과 같은 조건을 고려하는 것이 바람직하다.
1. IEEE 802.16e 프레임 구조에서의 5 msec 프레임 단위를 유지하는 것이 바람직하다.
2. IEEE 802.16e 시스템에서의 수치적 요건(numerology)을 고려한 프레임 구조 제안이 필요하다. 예를 들어, 기존 IEEE 802.16e 시스템에서의 서브캐리어 간격(Subcarrier spacing), 샘플링 속도(sampling rate), 순환전치부 길이(CP length), 유효 심볼 구간(effective symbol duration) 등에 대한 요건은 새로운 시스템에 대해서도 유지되는 것이 바람직하다.
3. 새로운 프레임 구조 설계시, IEEE 802.16e 시스템의 지원이 가능해야 한다(레거시(Legacy support mode).
4. TDD 구조 지원시 유연한 DL/UL 비율 설정이 가능한 것이 바람직하다.
5. FDD 구조 지원시 지연(latency)과 오버헤드를 고려하여 TTI를 구성하는 것이 바람직하다.
6. TDD/FDD 프레임 구조 설계시 최대한의 공통성(commonality)을 유지하는 것이 바람직하다.
7. IEEE 802.16e 모드 지원시 기존 서브채널화(subchannelization) 지원이 가능해야 한다.
8. 새로운 모드 만을 지원하도록 구성된 프레임 구조 역시 IEEE 802.16e 모드를 지원하는 경우와 부드러운 이동이 가능한 것이 바람직하다.
9. 기존 통신 모드를 지원하지 않고, 새로운 통신 모드 단독으로 구성될 경우, 최적화 설계가 가능하도록 설정하는 것이 바람직하다.
도 3은 새로운 시스템에 적용될 상위 레벨 프레임 구조의 정의를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3에 도시된 바와 같이 새로운 시스템에서는 수퍼프레임(super-frame) 구조를 적용하여, 복수의 프레임을 하나의 수퍼프레임으로, 하나의 프레임을 복수의 서브프레임으로 분할하여 구성하는 것이 바람직하다. 도 3에 도시된 바와 같이 새로운 시스템에서도 기존 IEEE 802.16e 모드에서의 5 msec 프레임 구조를 유지하는 것으로 도시하고 있다.
한편, 각각에 대한 구체적인 구조는 상기 언급된 조건 1 내지 9를 고려하여 설계하는 것이 가능하다. 수퍼프레임 구조의 경우 초기 빠른 셀 선택(fast cell selection) 및 낮은 지연 서비스(low latency service)를 위한 시스템 구성 정보(system configuration information) 및 방송 정보(broadcasting information) 전송 단위로 설정되며, 일반적으로 2~6개의 프레임을 하나의 수퍼프레임으로 구성함이 적합하다.
이하에서 설명할 본 발명에서는 상기 도 3에 도시된 구조들 중 특히 하나의 프레임내에서 복수의 서브프레임을 구성하는 구체적인 방안에 대해 살펴보고자 한다. 또한, 하나의 서브프레임을 몇개의 OFDM 심볼로 구성할 것인지, 시간 영역에서 서브프레임보다 작은 좀더 정밀한 그래뉼러러티(Granularity)의 적용이 필요하지 않은지에 대해 살펴본다.
먼저, 5 msec 프레임 구간 내에서의 서브프레임 구성을 위해 이용 가능한 최소 시간 그래뉼러러티에 대해 살펴본다.
먼저, 기존 IEEE 802.16e 시스템에서 기본적인 OFDM 수치 규정은 다음과 같다.
전송 대역폭 (Transmission Bandwidth) (MHz) 5 10 20
샘플링 주파수 (Sampling Frequency) (MHz) 5.6 11.2 22.4
FFT 크기 512 1024 2048
서브캐리어 간격 (Sub-Carrier Spacing) (kHz) 10.94 10.94 10.94
Tu (us) 91.4 91.4 91.4
순환전치부 (CP) 길이 Ts (us) 프레임당 OFDM 심볼 개수 (OFDM Symbols per Frame) 휴지 기간 (Idle Time) (us)
Tg=1/4 Tu 91.4 + 22.85 = 114.25 43 87.25
Tg =1/8 Tu 91.4 + 11.42=102.82 48 64.64
Tg=1/16 Tu 91.4 + 5.71=97.11 51 47.39
Tg=1/32 Tu 91.4 + 2.86 = 94.26 53 4.22
상기 표 1은 기존 IEEE 802.16e 시스템에서의 전송 대역폭, 샘플링 주파수, FFT 크기 및 서브캐리어 간격 등에 대한 기본적인 OFDM 수치 규정을 나타내고 있으며, 이용 가능한 CP 길이와 이에 따른 프레임당 OFDM 심볼 개수 및 휴지 기간을 나타내고 있다. 여기에서 "Tu"는 유효 OFDM 심볼 길이를 나타내며, 1/(서브캐리어 간격)으로 정의될 수 있다.
상기 표 1에 나타낸 기존 IEEE 802.16e에서 규정된 CP 길이 1/4 Tu, 1/8 Tu, 1/16 Tu 및 1/32 Tu 길이들 중 새로운 시스템의 레거시 모드(legacy mode)에서 지원될 것이 요구되는 CP 길이는 1/8 Tu 길이이며, 표 1에서 굵은 글씨체로 표시하고 있다(IEEE 802.16m-07/002r4 - TGm System Requirements Document (SRD) 참조). 또한, 이하의 설명에 있어서, "레거시 지원 모드" 또는 "레거시 모드"는 상기 SRD에서 요구되는 IEEE 802.16e 시스템에서 필수적 규격으로 규정된 통신 방식을 지원하는 모드를 지칭하는 것으로 한다.
상술한 바와 같이 1/8 Tu CP 길이를 이용하는 경우, 표 1을 통해 알 수 있는 바와 같이 5 msec 프레임 내에는 48개의 OFDM 심볼과 64.64 us의 휴지 시간이 포함되게 된다. 따라서, 새로운 모드와 공존하는 새로운 프레임 구조의 경우, 특히 레거시 모드를 지원하는 프레임 구조의 경우, 기존 수치 조건 하에서 새로운 프레임 구조 제안이 필요하다.
레거시 모드의 경우 TDD 기반의 프레임 구조에서 UL 서브채널화(subchannelization) 구성의 기본 단위인 하나의 슬롯(slot)이 3개의 OFDM 심볼(UL PUSC, AMC)로 구성되어 있으므로, 기본 프레임 구성의 경우 3개의 OFDM 심볼을 기본 시간 그래뉼러러티(time granularity)로 고려하는 것이 가능하다. 따라서, 이하에서 설명할 본 발명의 일 실시형태에서는 3 OFDM 심볼을 "미니 프레임(Mini-Frame)"으로 지칭하여, 프레임 구성시 가장 기본이 되는 시간 단위로 이용하는 것을 제안한다. 한편, "미니 프레임"은 설명의 편의를 위해 사용되는 용어로서, 이하에서 설명할 바와 같은 프레임 구조 설계에서 기본적인 시간 단위로서의 기능을 수행하는 한, 임의의 다른 용어로 지칭될 수 있음은 물론이다. 또한, 경우에 따라 프레임 내 "서브프레임"이 프레임 설계시 가장 기본적인 시간 단위로 이용되는 경우, 상기 "미니 프레임"은 서브프레임을 지칭하는 것으로도 볼 수 있다.
이하에서는 상술한 "미니 프레임" 단위를 설정할 때 고려하는 조건에 대해 설명한다.
① 기존 모드의 하나의 프레임 내의 심볼 개수는 3의 배수이다.
즉, 상기 표 1을 통해 언급한 바와 같이 1/8 Tu CP 길이를 이용하는 기존 모드의 5 msec 프레임 내의 OFDM 심볼의 수는 48로서 3의 배수로 구성되어 있다. 따라서, 본 실시형태에 따른 가장 기본적인 시간 단위로서의 미니 프레임은 3의 배수인 것이 바람직하다.
② 기존 IEEE 802.16e의 UL 서브채널의 한 슬롯 구성은 3개의 OFDM 심볼로 구성된다.
즉, 레거시 모드의 경우 강제적으로 지원할 것이 규정된 UL 서브채널화인 UL PUSC 및 AMC의 경우, 3개의 OFDM 심볼 단위로 슬롯이 구성되어 있다. 따라서, 상술한 바와 같이 TDD에서 정의된 레거시 모드의 경우 UL 서브프레임 구성이 3의 배수로 구성된다. 따라서, 본 실시형태에서와 같이 3개 OFDM 심볼을 기본 시간 그래뉼러러티 단위로서 설정하고, 이종 모드 지원이 가능한 새로운 모드를 위한 프레임 구성에서 이를 고려하여 3의 배수 단위로 DL/UL 비율 구성이 가능하도록 설계하는 것이 바람직하다.
③ 레거시 TDD 모드에서의 DL/UL 비율을 최대한 지원하기 위해서는 3개의 OFDM 심볼 단위의 DL/UL 구성이 바람직하다.
즉, 기존 TDD에서의 DL/UL OFDM 심볼 수 구성은 (35,12)에서 (26,21)로 UL의 경우 12~21까지의 OFDM 심볼을 이용하여 UL 서브프레임을 구성하는 것이 고려되고 있다. 따라서, 본 실시형태와 같이 새로운 모드와 공존하는 레거시 모드를 지원하기 위해서는 3개의 OFDM 심볼을 기본 시간 단위로 설정하는 경우, 최대 DL/UL 비율을 유연하게 지원하는 것이 가능하여 바람직하다.
도 4는 1/8 Tu CP 길이를 이용하는 5 msec 프레임 구조 내에서, 본 발명의 일 실시형태에 따른 미니 프레임을 규정한 구조를 도시하고 있다.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이 하나의 프레임 내에 있는 48개의 OFDM 심볼은 3개의 OFDM 심볼로 구성된 16개의 미니 프레임으로 분할 가능하다. 도 4에서는 20 msec의 수퍼 프레임 구조를 예시적으로 도시하고 있다. 또한, 도 4에서는 미니프레임(MF) 0에 해당 프레임에 대한 제어 정보를 포함시키고, MF 1에 수퍼 프레임에 대한 제어 정보를, 각 MF에 서브프레임 관련 제어 정보를 포함시키는 것으로 도시하고 있다. 다만, 수퍼 프레임 단위, 제어 채널의 위치/존재 여부는 시스템 구성에 따라 바뀔 수 있다.
또한, 도 4에 있어서 스위칭(switching)으로 표현된 부분은 TDD에서의 DL/UL 영역 전환 시점을 나타내고 있다. 도 4에 도시된 바와 같이 프레임을 MF 단위로 구분함으로써 UL/DL 비율 설정 등을 MF 단위로 보다 유연하게 설정할 수 있다.
좀더 구체적으로, 본 발명의 일 실시형태에 따라 최소 시간 단위로서의 미니 프레임은 다음과 같은 과정에 이용될 수 있다.
① 유연한 DL/UL 비율 지원(Flexible DL/UL ratio support)
즉, 새로운 시스템에 따른 통신 시스템이 TDD 모드에 따라 통신하는 경우, 프레임 내에서 DL/UL 영역의 비율을 설정하는데 본 실시형태에 따른 미니 프레임을 이용하여, 유연한 DL/UL 비율을 지원하는 것이 가능하다. 구체적으로, 레거시 모드에서 1/8 CP 길이를 이용한 프레임 내에서 3개의 OFDM 심볼로 구성된 미니 프레임 단위의 DL/UL 심볼 할당을 통해 지원 가능한 DL/UL 비율은 (35,12), (32,15), (29,18), (26,21)로 레거시 모드에서의 최소 및 최대 UL 심볼 개수를 지원하는 것이 가능하다. 상기 예시된 DL/UL 비율에서는 프레임 내 48개의 OFDM 심볼 중 DL 영역 내 1개 OFDM 심볼이 TTG/RTG를 위해 사용되는 것을 가정하였다.
이와 같은 유연한 DL/UL 비율 지원은 본 실시형태에 따른 3 OFDM 심볼로 구성된 미니프레임을 이용하지 않고, 기타 3의 배수 단위의 최소 시간 그래뉼러러티 (예를 들어, 6, 9, 12 OFDM 심볼)에서는 제한된 DL/UL 비율만을 지원하는 문제점을 개선하는 것이 가능하다.
② TDM을 통한 이종 모드 지원시 자원 할당의 효율성 증대
본 발명에서 제안하고자 하는 새로운 통신 시스템이 레거시 모드(IEEE 802.16e 지원 모드)와 새로운 모드가 공존하는 듀얼모드를 지원하는 통신을 수행하는 경우, 프레임 내에서 각 통신 방식에 따른 모드별 시간 영역을 할당하는데, 본 실시형태에 따른 미니프레임을 이용할 수 있다.
즉, 새로운 프레임 구조에서 레거시 모드에서의 TDM 영역 스위칭 개념을 확장하여, 동일 프레임 내에서 이종 모드를 지원할 때, DL/UL 각 영역에서 새로운 모드와 기존 모드를 위한 시간 영역을 미니 프레임을 이용하여 할당함으로써 자원 할당의 유연성이 증대되게 된다. 하나의 프레임 내에 레거시 모드와 새로운 모드를 동시에 시간을 구분하여 할당하는 구조의 구체적인 예는 도 5에서 도시하고 있으며, 그 구체적인 구성에 대해서는 이하에서 추가적으로 설명한다.
③ 적응적 및/또는 유연한 TTI (또는, 서브프레임) 구성 가능
TDD 또는 FDD에서 TTI 또는 서브프레임 구성을 하나 또는 그 이상의 미니 프레임으로 구성함으로써 유연한 TTI/서브프레임 구성이 가능하다. 이때 하나의 프레임 내에서 서로 다른 TTI/서브프레임을 구성하는 것이 가능하며, 수퍼프레임 또는 복수의 프레임 단위로 서로 다른 TTI/서브프레임을 구성하는 것 역시 가능하다. 따라서, 일정한 개수의 프레임 또는 서브 프레임 단위로, 각각의 프레임 내 서브프레임 구성을 달리하는 경우, 본 실시형태에 따른 미니 프레임이 이용하여 프레임/TTI 구조 설계의 유연성을 얻을 수 있다.
이때, 하나 또는 그 이상의 프레임 또는 수퍼프레임 내에서의 TTI/서브프레임 구성에 관한 정보는 하나 또는 그 이상의 프레임 또는 수퍼프레임 단위로 프레임 구성 정보를 전송하는 것이 요구될 수 있다. 이 정보는 송신측이 시스템 구성 정보 또는 방송 정보를 통해 전송하게 된다.
이하에서는 이와 같은 미니 프레임 개념을 직접 또는 간접적으로 이용하여 TTI/서브프레임을 구성하는 방법에 대해 살펴본다. 이를 위해 먼저 긴 길이의 TTI/서브프레임을 구성하는 경우의 장단점을 살펴보고, 이를 기반으로 적절한 TTI/서브프레임 구조에 대해 살펴본다.
긴 길이의 TTI/서브프레임을 구성하는 경우의 장단점을 다음과 같다.
(a) 장점: 작은 수의 서브채널/서브캐리어를 복수의 OFDM 심볼 구간 동안 전송함으로써 커버리지(coverage) 측면에서 이득이 발생한다. 또한, 지원 가능한 최대 MAC PDU 크기(Maximum MAC PDU size)가 증가함으로써 고정 오버헤드(fixed overhead), 예를 들어, MAC 헤더 오버헤드, CRC 등을 줄이는 효과가 발생한다. 아울러, 프레임 단위에서의 제어 시그널링 오버헤드 역시 감소된다.
(b) 단점: CQI 지연, HARQ 지연, DL/UL 스케줄링 지연 증가로 인한 시스템 성능의 저하가 발생할 수 있다.
상술한 바와 같은 장단점은 짧은 길이의 TTI/서브프레임을 구성하는 경우 역으로 해석 가능하다. 따라서, 유연한 프레임 구조를 통해 요구되는 시스템 조건/환경에 따라 적응적으로 TTI/서브프레임을 구성하는 것이 필요하다.
이하에서는 상술한 바와 같이 1/8 Tu CP 길이를 이용하는 레거시 지원 모드를 위한 프레임 구조를 설계하는 방법에 대해 설명한다.
특히, 3개 OFDM 심볼을 기본 시간 단위로 하는 미니 프레임을 이용하는 구조를 고려하여 본다. 이 경우, 도 4와 관련하여 상술한 바와 같이 한 프레임 내 48개의 OFDM 심볼은 16개의 미니 프레임으로 분할 가능하므로, 이들을 각각 레거시 모드와 새로운 모드에 시간적으로 할당하는 시분할다중화(TDM) 구성이 가능하다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따라 프레임 내 TDD방식에 따라 DL/UL를 구분하고, 레거시 모드 및 새로운 모드를 TDM 방식으로 할당한 예를 도시하고 있다.
도 5에 있어서 레거시 모드는 IEEE 802.16e 모드를, 새로운 모드는 IEEE 802.16m 모드로서 해석 가능하며, 각각이 미니 프레임 단위로 시간 영역에서 구분되어 있는 것을 도시하고 있다. 이때, 제어 채널의 구성은 프레임에 따라 다른 제어 채널 구성이 가능하다. 또한, 본 실시형태에 있어서 IEEE 802.16e 모드와 IEEE 802.16m 모드 영역의 위치는 도 5와 달리 변경 가능하다.
본 발명의 일 실시형태에서는, TDD 또는 FDD에서의 서브프레임이 하나 또는 그 이상의 미니 프레임으로 구성되는 것을 제안한다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따라 서브프레임이 2개의 미니 프레임으로 구성되는 예를 도시하고 있다.
도 6에 있어서, 스위칭은 TDD에서 DL/UL 자원 영역의 변환 시점을 나타낸다. 또한, 도 6과 같이 프레임을 구성할 경우, DL 영역 또는 UL 영역의 서브프레임들의 하나 또는 그 이상의 OFDM 심볼과 휴지 시간을 나누어 TTG/RTG로 사용할 수 있다.
이 경우, 서브프레임 단위로 DL/UL 자원 할당을 수행하는 것으로 해석가능하고, FDD의 경우 도 6에 도시된 바와 같은 스위칭 없이 6개의 OFDM 심볼을 하나의 서브프레임으로 구성된 경우로 해석 가능하다. 나아가 도 6과 같은 프레임 구조는 레거시 지원 모드가 해제된 경우에서의 프레임 구성으로도 해석할 수 있다.
여기에서 제어 시그널링은 서브프레임 단위로 할당될 수도 있고, 복수의 서브프레임에 대해 하나의 제어 시그널링이 이루어지는 것으로 구성할 수도 있다.
도 6에서와 같이 하나 또는 그 이상의 미니 프레임으로 구성된 서브프레임을 통한 프레임 구조를 이용하되, 레거시 모드와 새로운 모드가 공존하는 경우 각각의 모드를 TDM으로 분할하여 자원을 할당하는 실시 예를 도 7에서 보이고 있다.
도 7은 2개의 미니 프레임으로 서브프레임을 구성하고, 레거시 모드와 새로운 모드를 TDM 방식으로 할당하는 예를 도시한 도면이다.
본 실시형태에서와 같이 새로운 모드에서의 서브프레임 구성이 6개의 OFDM 심볼로 구성된 경우(즉, 2개의 미니 프레임으로 구성되는 경우), 서브프레임 단위로의 DL/UL 자원할당은 도 7과 같이 수행하기 불가능하게 된다.
그 이유는 도 7의 경우 DL/UL 스위칭 포인트가 OFDM 심볼 수 기준으로 (27, 21)로 각 영역에서의 OFDM 심볼 수가 6의 배수로 구성하는 것이 불가능하기 때문이다. 또한, DL/UL 비율 설정 문제를 배제하더라도, 레거시 모드와 새로운 모드의 영역 분할 역시 DL의 경우 OFDM 심볼 수 기준으로 (15,12), UL의 경우 OFDM 심볼 수 기준으로 (9,12)로 각 영역이 6의 배수로 구성되지 않기 때문이다.
따라서, 본 발명에 따른 미니 프레임의 구성은 DL/UL 비율의 유연성뿐만 아니라 레거시 모드와 새로운 모드의 TDM 구성에서의 유연성을 극대화시키는 장점을 가지게 된다.
여기서의 서브프레임 구성은 6개 OFDM 심볼로 구성된 예를 보이고 있고, 실제 TDD 구성에서는 하나의 DL/UL 서브프레임으로 DL/UL 스위칭 또는 레거시와 새로운 모드 영역의 분할로 정의될 수 있다.
또한, DL/UL 스위칭이 없는 경우에는 FDD에서의 구성으로 확장할 수 있고, 이 경우 DL/UL 스위칭을 H-FDD에서의 DL/UL 전송을 위한 전환 시점으로 해석할 수도 있다. 물론, 도 7에 있어서 레거시 모드 영역과 새로운 모드 영역 사이의 위치는 변경가능하다.
한편, TDD 동작을 위한 DL/UL 스위칭의 경우 전송 전환 간격(TTG)/수신 전환 간격(RTG)가 요구된다. 이는 스위칭 포인트 부분에서의 하나 또는 그 이상의 OFDM 심볼과 휴지 시간으로 구성될 수 있으며, DL 또는 UL 영역에서 하나의 OFDM 심볼을 할당하여 설정하게 된다. 이때, 기존의 레거시 모드 또는 새로운 모드를 위해 할당된 서브프레임 영역에서의 심볼 수를 3의 배수로 유지하기 위해 상기 TTG/RTG를 위한 하나의 OFDM 심볼 구성이 서브 채널화나 자원 활용에서 제한적인 요소로 작용할 수 있다.
이와 같이 특정 영역에서 자원 할당이 3의 배수를 유지해야 하는 조건은 새로운 통신 시스템 적용을 위해 상술한 바와 같이 제안된 미니 프레임 구조를 적용함에 따른 것으로 볼 수 있다. 레거시 지원 모드로 동작하는 새로운 시스템이 TDD에서의 TTG/RTG의 영향에 불구하고 TDD 및 FDD에서 동일하게 동작하도록 하기 위해, 각 모드에 대한 영역 할당에 있어서 OFDM 심볼 수 기준으로 3의 배수를 유지해야 한다는 조건은 레거시 영역보다는 새로운 영역에서 준수되어야 한다. 따라서, 본 발명의 일 실시형태에서는 TTG/RTG를 위한 하나의 OFDM 심볼 할당을 레거시 영역의 하나의 OFDM 심볼로서 할당하는 것을 제안한다. 이에 따라 결국 레거시 영역에서 하나의 OFDM 심볼이 줄어들게 되고, 이는 새로운 영역의 시작이 하나의 OFDM 심볼 만큼 오프셋(offset)이 발생하는 것으로 해석할 수 있다.
이와 같은 오프셋 개념을 이용함에 따라 미니(서브) 프레임 동기가 어긋나는 것을 방지하기 위해 바람직하게는 레거시 영역이 새로운 모드 영역 이후에 오도록 배치하는 방식도 적용 가능하다.
상술한 설명에서는 새로운 통신 모드뿐만 아니라 기존 레거시 모드도 지원해야 하는 경우, 기존 CP 길이 조건을 그대로 유지하여 프레임 구조를 설계하는 방법에 대해 설명하였다. 다만, 경우에 따라 새로운 통신 모드만을 지원하여도 되는 경우가 존재하며, 이러한 경우 굳이 기존 CP 길이 조건을 유지할 필요는 없다. 이하에서는 본 발명의 다른 일 측면으로서 레거시 비지원 모드에서 최적의 프레임 구조에 대해 살펴보기로 한다.
새로운 모드의 지원이 기존 모드와 공존하는 경우, 기존 모드의 수치 조건을 유지하여 구성하는 것이 바람직할 수 있다. 하지만, 새로운 모드 단독으로 구성되는 경우에는 프레임 구조 설계시 CP 길이에 대한 보다 면밀한 검토가 요구된다.
IEEE 802.16m의 프레임 구조에서 OFDM 심볼 생성시의 CP 길이는 레거시 지원 관점에서 기존의 1/8 Tu CP에 대한 고려는 요구된다. 하지만, OFDM 심볼의 CP 길이는 무선채널 특성을 고려하여 부반송파간의 직교성을 유지하도록 결정하고 있고, CP 오버헤드를 10% 미만으로 결정하는 것이 일반적이다. 현재 표준에서 고려하고 있는 무선 채널 모델로서 아래 표에 나타낸 바와 같이 최대 지연 확산(delay spread)이 TU 채널의 경우에 있어서도 5 us으로 한정되고 있어, CP 길이는 최소 5 us 이상으로 설정하는 것이 바람직하다.
Channel Model Mean Delay Spread ( ns ) RMS Delay Spread ( ns ) Max . Delay Spread ( us )
Pedestrian A 14.4 45 0.41
Pedestrian B 409.1 750 3.7
Vehicular A 254.4 370.4 2.51
TU 6- ray Model 705 1070 5
또한, 앞에서 언급한 바와 같이 CP 오버헤드는 이용 가능한 OFDM 심볼 길이의 10%이하로 설정함으로써 CP로 인한 SNR 손실을 최소화하고, 전송 가능한 OFDM 심볼 수를 증가시켜 시스템의 처리율을 증대시키 것이 바람직하다. 일례로서 현재 OFDM을 고려하고 있는 국제표준규격을 고려하면, 3GPP LTE의 경우 유니캐스트(unicast) 전송을 위해 4.69 us 또는 5.21 us을 고려하여 전체 오버헤드가 7% 수준이고, UMB의 경우 6.51 us CP 길이를 통해 6% 수준의 오버헤드를 유지하고 있다. 하지만, IEEE 802.16e의 참조 시스템 의 경우 11.42 us (=1/8 Tu)으로 12.5 % CP 오버헤드를 고려하고 있어, 16m 관점에서 CP 오버헤드 감소가 요구된다. 따라서, 5us 이상의 CP 길이와 10 %이하의 오버헤드를 고려하여 16m에서의 고려 가능한 CP 범위를 가용 OFDM 심볼 길이 Tu (=91.4us)을 기반으로 표현하면 다음 식과 같이 표현 가능하다.
1/18 Tu (=5.08us) < CP Length < 1/10 Tu (=9.14 us)
위와 같은 범위에서 CP 길이를 설정함에 있어서, CP를 포함한 OFDM 신호 생성은 샘플링 레이트와 FFT 크기에 따라 설정 샘플 수의 정수배로 설정이 되고, FFT의 크기가 2의 지수 형태로 표현되는 것을 고려하면, 상기 수학식 1에서 가능한 CP 길이는 1/16 Tu로 설정하는 것이 바람직하다. 이 때 1/16 Tu (=5.71 us) CP 길이는 WiMAX Profile Rel 1.0에서는 필수사항으로 규정되어 있지는 않지만, 현재 IEEE 802.16e의 표준규격에 포함되어 있어 기존 표준을 고려하여 16m에서의 유니캐스트 전송을 위한 CP 길이로서 적합하다. 참고로, 1/8 Tu CP의 경우 아래 도 8에서와 같이 MBSFN과 같이 유니캐스트 방식에 비해 매우 긴 CP 길이를 요구하는 환경에 있어서도 ISD (inter-site distance) 500m 이상을 지원하는 수준의 CP 길이로서, 유니캐스트 관점에서 1/8 Tu CP 보다 작은 길이의 CP 길이를 사용하는 것이 필요하다.
도 8은 CP 길이의 영향을 살펴보기 위한 MBS 성능을 나타낸 그래프이다.
기존 1/8 Tu CP 대비로 1/16 Tu CP 길이를 고려함으로써 추가적으로 획득 가능한 이득은 다음과 같다. 즉, 1/8 Tu CP 길이를 이용하는 경우 5 msec 프레임 내에서 48개의 사용 가능한 OFDM 심볼을 가지나, 1/16 Tu CP 길이를 이용하는 경우 51개의 OFDM 심볼을 사용이 가능하며, 이를 통해 최소 6 % 이상의 주파수 효율(spectral efficiency) 이득을 추가로 획득할 수 있다. 또한, 1/16 Tu CP 길이를 이용함에 따라 추가로 사용 가능한 3개의 OFDM 심볼을 프리엠블, 미드앰블, DL/UL 제어 채널, 사운딩, 측정, TTG/RTG 등의 L1/L2 오버헤드로 활용함으로써 최대 데이터 레이트를 확대할 수 있다.
따라서, 이하에서는 본 발명의 구체적 실시형태로서 1/16 Tu CP 길이를 이용하여 프레임을 설계하는 방법에 대해 살펴본다. 또한, 상술한 바와 같이 1/16 Tu CP 길이를 이용함에 따라 추가로 이용 가능한 3 OFDM 심볼의 활용방안에 대해서도 살펴본다.
상기 표 1에서 보는 바와 같이 1/16 Tu CP 길이의 경우, 5 msec 프레임에서의 OFDM 심볼 수가 51개로, TDD/FDD 구성을 위해 3개의 OFDM 심볼로 구성된 미니 프레임 단위를 이용하는 것이 가능하다.
도 10은 본 발명의 일 실시형태에 따라 3개의 OFDM 심볼을 프리엠블, 미드엠블, 사운딩 등으로 사용하여 프레임을 구성한 예를 도시한 도면이다.
구체적으로 도 10의 (a)는 통신 시스템이 TDD 방식에 따른 경우, 3개의 OFDM 심볼들을 프리엠블, 미드엠블 또는 TTG/RTG로 이용한 예를 도시하고 있으며, 도 10의 (b)는 통신 시스템이 FDD 방식에 따른 경우, 3개의 OFDM 심볼들을 모두 프리엠블, 미드엠블, 사운딩(UL), 측정, MIMO 관련 제어 신호 전송에 이용하는 경우를 도시하고 있다. TDD의 경우 미드엠블은 공통 동기 심볼(common sync. symbol) 또는 TTG/RTG로 추가 활용가능하고, 3개의 OFDM 심볼의 위치는 변경 가능하다.
도 10은 2개의 미니 프레임에 해당하는 6개의 OFDM 심볼을 하나의 서브프레임으로 구성한 예를 나타내고 있다.
한편, 도 10에서는 본 발명의 일 실시형태에 따른 3개의 OFDM 심볼을 제어 신호 전송에 이용하는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 이 3 OFDM 심볼은 데이터 전송에도 이용될 수 있다. 이 경우 서브프레임의 정의를 6개 이상의 OFDM 심볼로 규정하는 것이 가능하며, 따라서 최대 9개의 OFDM 심볼을 하나의 서브프레임으로 설명하는 것 역시 가능한다. 이때, 한 프레임내의 모든 서브프레임이 동일한 크기를 가질 필요는 없으며, 본 실시형태에 따른 3개 OFDM 심볼을 추가적으로 가지는 서브프레임에 대해서만 서브프레임에 포함되는 OFDM 심볼 수를 늘여서 설정하는 것이 가능하다.
도 11은 본 발명의 변형예로서 미니 프레임 단위가 아닌 7개의 OFDM 심볼을 하나의 서브프레임으로 구성한 예를 도시하고 있다.
구체적으로, 도 11의 (a)는 TDD의 경우를, 도 11의 (b)는 FDD의 경우를 나타내고 있으며, 그 적용은 도 10에서와 동일하다.
도 10 및 도 11에 있어서, 제어 채널이 매 서브프레임마다 전송되는 경우를 가정하여 도시하고 있으나, 제어 채널은 2 이상의 서브프레임 단위로 전송하는 것이 가능하다.
1/16 Tu CP 길이를 이용하면서, 3 OFDM 심볼 이상의 서브프레임(TTI) 구성을 가능하게하는 또 다른 방법은, 3개의 OFDM 심볼로 구성된 미니 프레임 단위로 하나 또는 그 이상의 미니 프레임을 프리엠블, DL/UL 제어 채널, CQI용 피드백 채널, A/N, BR, TTG/RTG 등으로 사용하는 방법이 가능하다.
도 9에 도시된 바와 같이 3개의 OFDM 심볼로 구성된 미니 프레임 단위로 17개의 미니 프레임을 포함한 5 msec 프레임 구성에서, 서브프레임 또는 최소 1 TTI 단위 설정은 하나 또는 홀수개의 미니 프레임을 비 데이터 전송용으로 활용하고, 남은 미니 프레임들에 대해 서브프레임을 구성하는 데이터 전송용으로 활용할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시형태에 따라 하나의 미니 프레임을 프리엠블 (DL), DL/UL 제어 시그널링(DL), 피드백 채널 (FDD-UL) 등으로 활용하는 예를 도시하고 있다.
이와 같은 구성을 위해서는 홀수개의 미니 프레임을 비 데이터 전송용으로 활용하고, 남은 OFDM 심볼을 분할하여 서브프레임으로 구성하게 된다. 이 경우 5 msec 프레임 내에 구성 가능한 (서브 프레임 개수, 비 데이터 전송용 미니 프레임 개수는 (8,1),(7,3),(6,5),(5,7),(4,9),(3,11),(2,13),(1,15)로 최대 8가지의 경우의 수가 존재한다.
도 12의 예에 있어서 MF0에 해당하는 3 OFDM 심볼의 위치 및 용도는 변경 가능하다.
이하에서는 상술한 1/8 Tu CP 길이를 이용하는 경우 및 1/16 Tu CP 길이를 이용하는 경우 이외에 제 3의 경우로서 또 다른 CP 길이를 이용하는 실시형태에 대해 살펴본다.
1/16 Tu CP 길이의 경우 CP 길이가 5.71 us로서 TU 채널에서의 최대 지연 확산과 보호 시간(guard time)의 마진(margin)을 고려할 때, OFDM 신호의 채널 영향에 따른 직교성(orthogonality) 보장을 위해서 좀더 긴 CP 길이가 요구되는 경우가 존재할 수 있다. 이를 위해 이하에서는 상기 표 1에 나타나 있지 않으나, 1/12 Tu CP 길이를 이용하는 경우에 대해 살펴보며, 표 1에 1/12 Tu CP 길이를 포함하여 다시 나타내면 다음과 같다.
전송 대역폭 (Transmission Bandwidth) (MHz) 5 10 20
샘플링 주파수 (Sampling Frequency) (MHz) 5.6 11.2 22.4
FFT 크기 512 1024 2048
서브캐리어 간격 (Sub-Carrier Spacing) (kHz) 10.94 10.94 10.94
Tu (us) 91.4 91.4 91.4
순환전치부 (CP) 길이 Ts (us) 프레임당 OFDM 심볼 개수 (OFDM Symbols per Frame) 휴지 기간 (Idle Time) (us)
Tg=1/4 Tu 91.4 + 22.85 = 114.25 43 87.25
Tg=1/8 Tu 91.4 + 11.42=102.82 48 64.64
Tg =1/12 Tu 91.4 + 7.62 = 99.02 50 49.17
Tg=1/16 Tu 91.4 + 5.71=97.11 51 47.39
Tg=1/32 Tu 91.4 + 2.86 = 94.26 53 4.22
즉, 상기 표 3에는 1/12 Tu CP (약 7.62 μs)길이를 이용하는 경우 한 프레임 내 총 50개의 OFDM 심볼을 포함하도록 설정하는 것을 나타내었다. 이 경우, 실제 CP 길이는 50개의 OFDM 심볼 구성을 위해 최대 9.6 μsec 이하로 설정 가능하다 (가변 휴지 시간(variable Idle time) 고려).
도 13은 본 발명의 일 실시형태에 따라 2개의 미니 프레임을 하나의 서브프레임으로 구성하여, 총 50개의 OFDM 심볼로 구성되는 프레임 구조를 도시하고 있다.
구체적으로, 도 13의 (a)는 TDD 구조를, 도 13의 (b)는 FDD 구조를 도시하고 있다. 여기에서 서브프레임의 길이는 미니 프레임의 배수로 결정 가능하다. 도 13에서와 같이, TDD 구조의 경우, 프리엠블과 하나의 OFDM 심볼에 대해 TTG/RTG로 활용하고, 남은 48개의 OFDM 심볼을 통해 서브프레임을 구성하는 것이 가능하다.
또한, 도 13의 (b)에 도시된 바와 같이 FDD의 경우 하나의 OFDM 심볼을 프리엠블로, 다른 하나의 OFDM 심볼을 미드엠블, 공통 동기 심볼(common sync. symbol), 측정(measurement), 사운딩(sounding) 또는 MIMO 관련 파일럿 전송에 활용할 수 있다. 다만, 이와 같이 2개의 OFDM 심볼의 용도는 서로 변경될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시형태에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 형태를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.
상술한 바와 같은 본 발명의 각 실시형태에서는 기존 시스템으로서 IEEE 802.16e 시스템을, 새로운 시스템으로서 IEEE 802.16m 시스템을 예를 들어 구체적으로 설명하고 있으나, 이에 제한될 필요는 없으며, 임의의 통신 시스템에서 동일한 원리에 의한 효율적으로 프레임을 구성하는 방안으로서 이용될 수 있다.
도 1은 IEEE 802.16e 시스템의 논리적(logical) 프레임 구조를 도시하고 있다.
도 2는 IEEE 802.16e 시스템에서 다양한 퍼뮤테이션 영역의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 새로운 시스템에 적용될 상위 레벨 프레임 구조의 정의를 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 1/8 Tu CP 길이를 이용하는 5 msec 프레임 구조 내에서, 본 발명의 일 실시형태에 따른 미니 프레임을 규정한 구조를 도시하고 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따라 프레임 내 TDD방식에 따라 DL/UL를 구분하고, 레거시 모드 및 새로운 모드를 TDM 방식으로 할당한 예를 도시하고 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따라 서브프레임이 2개의 미니 프레임으로 구성되는 예를 도시하고 있다.
도 7은 2개의 미니 프레임으로 서브프레임을 구성하고, 레거시 모드와 새로운 모드를 TDM 방식으로 할당하는 예를 도시한 도면이다.
도 8은 CP 길이의 영향을 살펴보기 위한 MBS 성능을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시형태에 따라 1/16 Tu CP 길이를 가지며, 프레임 내 미니 프레임으로 시간 단위를 구분한 구조를 도시하고 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시형태에 따라 3개의 OFDM 심볼을 프리엠블, 미드엠블, 사운딩 등으로 사용하여 프레임을 구성한 예를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 변형예로서 미니 프레임 단위가 아닌 7개의 OFDM 심볼을 하나의 서브프레임으로 구성한 예를 도시하고 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시형태에 따라 하나의 미니 프레임을 프리엠블 (DL), DL/UL 제어 시그널링(DL), 피드백 채널 (FDD-UL) 등으로 활용하는 예를 도시하고 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시형태에 따라 2개의 미니 프레임을 하나의 서브프레임으로 구성하여, 총 50개의 OFDM 심볼로 구성되는 프레임 구조를 도시하고 있다.

Claims (15)

  1. 시분할다중화(TDD) 모드 및 주파수분할다중화(FDD) 모드를 지원하며, 2 이상의 서로 다른 통신 방식의 지원 가능한 통신 시스템에서 미리 설정된 프레임(Frame) 구조를 이용하여 신호를 전송하는 방법에 있어서,
    상기 프레임 단위로 신호를 구성하여 전송하는 단계를 포함하되,
    상기 통신 시스템이 상기 TDD 모드에 따라 통신하는 경우의 상기 프레임 내 하향 링크(DL) 영역과 상향 링크(UL) 영역의 비율 결정;
    상기 통신 시스템이 상기 2 이상의 통신 방식을 지원하는 이종 모드에 따라 통신하는 경우의 상기 프레임 내에서 각 통신 방식에 따른 모드별 시간 영역의 할당; 및
    소정 개수의 상기 프레임 또는 수퍼 프레임 단위로 상기 프레임 내 서브프레임(Subframe)을 구성하는 방식의 설정,
    중 하나 이상은, UL 서브채널화(UL Subcahnnelization) 단위의 배수에 해당하는 n개의 OFDM 심볼로 구성된 특정 단위를 기준으로 수행되는, 프레임을 이용한 신호 전송 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 2 이상의 통신 방식은 IEEE 802.16e 통신 방식을 포함하며,
    상기 n은 상기 IEEE 802.16e 시스템의 프레임 내 포함된 OFDM 심볼 개수의 약수로서, 상기 IEEE 802.16e 통신 방식에서 UL를 위해 최대로 지원되는 OFDM 심볼 개수를 고려하여 결정하는, 프레임을 이용한 신호 전송 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 n은 3인, 프레임을 이용한 신호 전송 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 프레임 내 상기 서브프레임은 상기 n의 2배에 해당하는 개수의 OFDM 심볼로 구성되는, 프레임을 이용한 신호 전송 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 프레임은 상기 IEEE 802.16e 통신 모드를 위한 제 1 영역 및 상기 IEEE 802.16e 통신 이외의 통신 모드를 위한 제 2 영역을 시분할 다중화(TDM) 방식에 따라 분할하여 포함하는, 프레임을 이용한 신호 전송 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 통신 시스템이 TDD 모드에 따라 통신하는 경우, DL와 UL 전환 시점에서의 전송 전환 간격(TTG) 및 수신 전환 간격(RTG)은 상기 제 1 영역 내에 할당하는, 프레임을 이용한 신호 전송 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 통신 시스템이 상기 특정 통신 방식을 지원하지 않는 모드로 통신하는 경우,
    상기 프레임은 이용되는 전체 채널 중 지연 확산(Delay Spread)의 영향이 최대인 채널을 지원 가능한 범위 내에서 최소한의 순환전치부(CP) 길이를 가지도록 설정되는, 프레임을 이용한 신호 전송 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 통신 시스템이 상기 특정 통신 방식을 지원하지 않는 모드로 통신하는 경우, 상기 CP 길이는 1/16 유효 OFDM 심볼 길이(Effective OFDM Symbol Length)로 설정되는, 프레임을 이용한 신호 전송 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 프레임 내 상기 서브프레임은 상기 n의 2배에 해당하는 개수(m)의 OFDM 심볼로 구성되며,
    상기 프레임 내 OFDM 심볼 개수와 상기 m의 소정 배수와의 차이에 해당하는 개수의 OFDM 심볼들은,
    프리엠블(Preamble), 미드엠블(Midamble), UL 또는 DL 사운딩 신호 전송, 전송 전환 간격(TTG), 수신 전환 간격(RTG), 데이터 전송 및 제어 신호 전송 중 하나 이상을 위해 이용되는, 프레임을 이용한 신호 전송 방법.
  10. 시분할다중화(TDD) 모드 및 주파수분할다중화(FDD) 모드를 지원하며, 2 이상의 서로 다른 통신 방식의 지원 가능한 통신 시스템에서 미리 설정된 프레임(Frame) 구조를 이용하여 신호를 전송하는 방법에 있어서,
    상기 프레임 단위로 신호를 구성하여 전송하는 단계를 포함하되,
    상기 통신 시스템이 IEEE 802.16e 통신 방식을 지원하지 않는 모드로 통신하는 경우,
    상기 프레임은 이용되는 전체 채널 중 지연 확산(Delay Spread)의 영향이 최대인 채널을 지원 가능한 범위 내에서 최소한의 순환전치부(CP) 길이를 가지도록 설정되는, 프레임을 이용한 신호 전송 방법.
  11. 시분할다중화(TDD) 모드 및 주파수분할다중화(FDD) 모드를 지원하며, 2 이상의 서로 다른 통신 방식의 지원 가능한 통신 시스템에서 미리 설정된 프레임(Frame) 구조를 이용하여 신호를 전송하는 방법에 있어서,
    상기 프레임 단위로 신호를 구성하여 전송하는 단계를 포함하되,
    상기 통신 시스템이 IEEE 802.16e 통신 방식을 지원하지 않는 모드로 통신하는 경우,
    상기 프레임은 5 μsec 이상이고, 유효 OFDM 심볼 길이를 2의 멱수로 나눈 길이에 해당하는 순환전치부(CP) 길이를 가지도록 설정되는, 프레임을 이용한 신호 전송 방법.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 CP 길이는 1/16 유효 OFDM 심볼 길이(Effective OFDM Symbol Length)로 설정되는, 프레임을 이용한 신호 전송 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 프레임 내 서브 프레임은 6개의 OFDM 심볼 단위로 구성되는, 프레임을 이용한 신호 전송 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 프레임 내 51개의 OFDM 심볼이 포함되며,
    3개의 OFDM 심볼로 구성된 특정 단위의 홀수배에 해당하는 개수의 OFDM 심볼들은, 프리엠블(Preamble), 미드엠블(Midamble), UL 또는 DL 사운딩 신호 전송, 전송 전환 간격(TTG), 수신 전환 간격(RTG), 데이터 전송 및 제어 신호 전송 중 하나 이상을 위해 이용되는, 프레임을 이용한 신호 전송 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 3개의 OFDM 심볼로 구성된 특정 단위의 홀수배에 해당하는 개수의 OFDM 심볼들이 데이터 전송을 위해 이용되는 경우, 상기 프레임 내 하나 이상의 서브 프레임은 6개보다 많은 개수의 OFDM 심볼 단위로 구성되는, 프레임을 이용한 신호 전 송 방법.
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