KR20090079151A - 무선통신 시스템에서 다양한 길이의 사이클릭 프리픽스를수용하는 효율적인 프레임 구조와 송수신 장치 및 방법 - Google Patents

무선통신 시스템에서 다양한 길이의 사이클릭 프리픽스를수용하는 효율적인 프레임 구조와 송수신 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선통신 시스템에서 다양한 길이의 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix : CP)를 수용하는 효율적인 프레임 구조와 송수신 장치 및 방법에 관한 것으로서, CP 길이에 따라 가변적인 심볼 수를 가지는 하나 이상의 서브프레임과, 프레임 전환을 위한 가드 타임을 포함하여, 다양한 채널환경을 지원하는 통신 시스템을 설계할 때 통신 신뢰도 및 성능을 높일 수 있는 이점이 있다.
프레임 구조, CP(Cyclic Prefix), 단편 OFDM 심볼, 자원 블럭 설계

Description

무선통신 시스템에서 다양한 길이의 사이클릭 프리픽스를 수용하는 효율적인 프레임 구조와 송수신 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TRANSMITTING/RECEIVING AND EFFICIENT FRAME STRUCTURE SUPPORTING VARIABLE CYCLIC PREFIX SIZE IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선통신 시스템에 관한 것으로, 특히 무선통신 시스템에서 다양한 길이의 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix : CP)를 수용하는 효율적인 프레임 구조와 송수신 장치 및 방법에 관한 것이다.
실외 이동통신 환경과 실내 근거리 통신 환경은 조건이 매우 달라서 종래의 경우 서로 완전히 다른 시스템을 설계하였다. 즉, 기존의 경우, 실외 이동통신 환경에서는 GSM(Global System for Mobile communications), IS(Interim Standard)-95, WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access), CDMA(Code Division Multiple Access)-2000 등의 이동통신 시스템이 개발되고 발전되어 왔으며, 실내 근거리 통신 환경에서는 IEEE 802.11b, 802.11a 등 WiFi 무선 랜 시스템이 개발되 고 발전되어 왔다. 이 두 시스템은 서로의 통신 환경과 사용 목적에 맞추어 개발 되고 사용되어 왔다. 즉, 이동 통신 시스템은 이동환경에서 음성 통신을 주된 목적으로 사용되었고, WiFi 무선 랜 시스템은 실내 정지 환경에서 노트(Note) PC를 위한 데이터 통신을 위해 주로 사용되어 왔다. 미래에는 사용자의 요구가 더욱 다양해지고 복잡해짐에 따라, 미래의 통신은 음성 및 데이터 등 다양한 종류의 통신 서비스를 한꺼번에 제공해야 하며, 실외와 실내 등 어디서나 효율적으로 통신 서비스를 제공해야 한다.
그러나 종래의 실외 이동통신 시스템과 실내 WiFi 무선 랜 시스템을 모두 사용하는 경우 여러 가지 문제가 발생한다. 첫째, 두 시스템은 완전히 별개의 시스템이므로 두 시스템 간의 연동이 복잡하고 느리다. 이 문제를 해결하기 위해 MIH(Media Independent Handover) 기술 등 가상 핸드오버(vertical handover) 기술이 개발되고 있으나 여러 복잡한 프로토콜(protocol) 및 절차가 필요하고 지연 시간이 오래 걸릴 수 있는 문제가 있다. 둘째, 두 시스템은 완전히 다른 별개의 시스템이므로 완전히 다른 주파수를 사용해야 한다. 현재 이동통신 시스템은 전용 허용(licensed) 주파수를 사용하고 WiFi 무선 랜 시스템은 비허용(unlicensed) 주파수를 사용한다. 이 경우, 예를 들어 실내 시스템의 통신 신뢰도를 향상하기 위해 허용 주파수를 사용하는 등 보다 유연하게 주파수를 사용하는 것이 어려운 문제가 있다. 마지막으로, 단말기는 완전히 다른 두 시스템을 모두 구현해야 하므로 복잡도가 높아진다.
위의 문제를 해결하는 하나의 방법은 실외 이동 통신 기지국을 소형으로 제 작하여 실내에 설치(이하 '펨토 셀(Femto-cell)'이라 칭함) 및 사용하는 방법이다. 상기 방법은 위에서 언급한 이기종 시스템 간의 연동으로 인해 발생하는 문제가 없고 주파수를 사업자가 보다 자율적으로 사용할 수 있는 장점이 있다. 추가적으로 상기 펨토 셀의 경우, 매크로 셀(Macro-cell) 대비 요구되는 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix : 이하 'CP'라 칭함)의 사이즈가 짧기 때문에 이렇게 CP에 소요되는 자원(Signal Overhead)을 활용하여 더 많은 데이터를 보내는데 사용할 수 있다. 하지만 이와 같이 다양한 CP를 가지는 시스템들을 효율적으로 포괄하여 주파수 효율(Spectral Efficiency)을 높일 수 있는 프레임 구조 및 운용방법에 대해서는 종래에 언급된 바 없다.
따라서, 본 발명의 목적은 무선통신 시스템에서 다양한 길이의 CP를 수용하는 효율적인 프레임 구조와 송수신 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 무선통신 시스템에서 다양한 채널환경을 지원하는 통신 시스템을 설계할 때 통신 신뢰도 및 성능을 높이기 위해서, CP의 사이즈를 채널환경에 맞추어 다양하게 변경하고, 이에 따라 1 프레임 또는 1 세미 프레임 또는 1 서브프레임 내 OFDM 심볼 수를 변경하되 추가적으로 주파수 효율(Spectral Efficiency)을 높이기 위해 단편(Fractional) OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼을 사용하여 송수신하는 장치 및 방법과 효율적인 프레임 구조를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 무선통신 시스템에서 기존 시스템과 최대한의 공통성(commonality)이 보장되도록 기존 시스템의 프레임 규격과 호환 가능한 프레임 구조를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 무선통신 시스템에서 TDD를 기본으로 설계하되, FDD로 변환하였을 때, 변화가 최소화되도록 공통성을 최대로 보장하는 프레임 구조를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 무선통신 시스템에서 여러 종류의 CP 사이즈를 지원하되 전체 프레임 측면에서 공통성을 유지하는 프레임 구조를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 무선통신 시스템에서 단편 OFDM 심볼을 널(null) 심 볼로 이용하여 가드 타임이 필요한 통신 시스템에서 유연하게 가드 타임을 확보할 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따르면, 무선통신 시스템에서 다양한 길이의 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix : CP)를 수용하는 프레임 구조는, CP 길이에 따라 가변적인 심볼 수를 가지는 하나 이상의 서브프레임과, 프레임 전환을 위한 가드 타임을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따르면, 무선통신 시스템에서 다양한 길이의 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix : CP)를 수용하는 송신 장치는, 상위 계층으로부터의 정보 데이터를 미리 정해진 변조수준에 따라 부호 및 변조하여 출력하는 부호 및 변조기와, 상기 부호 및 변조기로부터의 주파수 영역의 데이터를 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 연산하여 가변 사이즈의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼을 출력하는 OFDM 변조기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따르면, 무선통신 시스템에서 다양한 길이의 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix : CP)를 수용하는 송신 방법은, 상위 계층으로부터의 정보 데이터를 미리 정해진 변조수준에 따라 부호 및 변조하는 과정과, 상기 부호 및 변조된 주파수 영역의 데이터를 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 연산하여 가변 사이즈의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼을 생성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따르면, 무선통신 시스템에서 다양한 길이의 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix : CP)를 수용하는 수신 장치는, 수신된 가변 사이즈의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼을 FFT(Fast Fourier Transform) 연산하여 주파수 영역의 데이터를 출력하는 OFDM 복조기와, 상기 OFDM 복조기로부터의 주파수 영역의 데이터에서 실제 수신하고자 하는 부반송파들의 데이터를 선택하고, 상기 선택된 데이터를 미리 정해진 복조수준에 따라 복조 및 복호하는 복조 및 복호기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따르면, 무선통신 시스템에서 다양한 길이의 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix : CP)를 수용하는 수신 방법은, 수신된 가변 사이즈의 OFDM 심볼을 FFT(Fast Fourier Transform) 연산하여 주파수 영역의 데이터로 변환하는 과정과, 상기 주파수 영역의 데이터에서 실제 수신하고자 하는 부반송파들의 데이터를 선택하고, 상기 선택된 데이터를 미리 정해진 복조수준에 따라 복조 및 복호하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 무선통신 시스템에서 CP의 사이즈를 채널환경에 맞추어 다양하게 변경하고, 이에 따라 길이가 고정된 1 프레임 또는 1 세미 프레임 또는 1 서브프레임 내 OFDM 심볼 수를 변경하되 추가적으로 주파수 효율(Spectral Efficiency)을 높이기 위해 단편(Fractional) OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼을 사용하여 송수신하는 장치 및 방법과 효율적인 프레임 구조를 제공함으로써, 다양한 채널환경을 지원하는 통신 시스템을 설계할 때 통신 신뢰도 및 성능을 높일 수 있는 이점이 있다. 다시 말해, 긴(long) CP를 요구하는 수퍼 매크로(super Macro) 지역에서의 신뢰성 있는 통신 및 펨토 셀(Femto-cell)과 같은 짧은(short) CP가 가능한 지역에서는 그만큼의 데이터를 더 보낼 수 있는 이점이 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 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.
이하, 본 발명에 따른 무선통신 시스템에서 다양한 길이의 CP를 수용하는 효율적인 프레임 구조와 송수신 장치 및 방법에 대해 설명하기로 한다.
본 발명은 매크로 셀(Macro-cell)/마이크로 셀(Micro-cell) 통신 환경과 펨토 셀(Femto-cell) 통신 환경 등 다양한 채널환경을 지원하는 통신 시스템을 설계할 때 통신 신뢰도 및 성능을 높이기 위해서, CP의 사이즈를 채널환경에 맞추어 다 양하게 변경하고(예, CP = 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 등), 이에 따라 1 프레임 또는 1 세미 프레임 또는 1 서브프레임 내 OFDM 심볼 수를 변경하되 추가적으로 효율을 높이기 위해 단편(Fractional) OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼(예, 1.0, 0.5, 0.25 등)을 사용하여 송수신하는 장치 및 방법과 효율적인 프레임 구조를 제안한다.
여기서, IEEE 802.16m의 프레임 구조가 되기 위한 요구 사항(Requirement)을 정리하면 다음과 같다.
(1) IEEE 802.16e와 최대한의 공통성(commonality)이 보장되도록 기본적인 숫자(Basic number) 설계
- 예, 20msec 수퍼프레임, 4 프레임/수퍼프레임, 8 서브프레임/프레임, 다른 OFDM 심볼 수/서브프레임
(2) 시간 분할 듀플렉스(Time Division Duplex : 이하 'TDD'라 칭함)와 주파수 분할 듀플렉스(Frequency Division Duplex : 이하 'FDD'라 칭함) 사이의 공통성
- TDD를 기본으로 설계하되, FDD로 변환하였을 때 변화가 최소화되도록 공통성을 최대로 보장하는 설계
(3) 여러 종류의 CP 사이즈를 지원하되 전체 프레임 측면에서 공통성을 유지할 것
- 1/32 CP 사이즈(size) : 펨토 셀
- 1/16 CP 사이즈 : LTE(Long Term Evolution), UMB(Ultra Mobile Broadband)와 경쟁
- 1/8 CP 사이즈 : 레거시(Legacy) 시스템(예, IEEE 802.16e 시스템) 지원, 즉 IEEE 802.16e 시스템과 공존
- 1/4 CP 사이즈 : FDD 루럴(rural) 셀, NGMN(Next Generation Mobile Networks)을 위한 수퍼 매크로
(4) 비사용 유휴 주기(Unused idle period) 최소화(신호 오버헤드 최소화)
도 1은 본 발명에 따른 무선통신 시스템에서 송수신 장치의 구성을 도시한 블럭도이다.
도시된 바와 같이, 송신 장치는 부호 및 변조기(100), OFDM 변조기(110), DAC(Digital to Analog Converter)(120), RF(Radio Frequency) 처리기(130)를 포함하여 구성되고, 수신 장치는 RF 처리기(140), ADC(Analog to Digital Converter)(150), OFDM 복조기(160), 복조 및 복호기(170)를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 송신 장치는 기지국이 되고, 상기 수신 장치는 단말이 된다.
상기 도 1을 참조하여 먼저 송신 장치의 구성을 살펴보면, 상기 부호 및 변조기(100)는 상위 계층으로부터의 정보 데이터를 미리 정해진 변조수준(예, MCS(Modulation and Coding Scheme) 레벨)에 따라 부호 및 변조하여 출력한다.
상기 OFDM 변조기(110)는 상기 부호 및 변조기(100)로부터의 주파수 영역의 데이터를 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 연산하여 시간 샘플 데이터(OFDM 심볼)를 출력한다. 특히, 본 발명에 따라 상기 OFDM 변조기(110)는 N/M 사이즈 IFFT 연산기를 사용하여 단편 OFDM 심볼, 즉 N/M 사이즈의 OFDM 심볼 집합 {A[n]}(여기서, n=0, 1,... (N/M)-1)을 생성한다. 여기서, 상기 N은 기준 OFDM 심볼 생성을 위한 IFFT 사이즈이고, 상기 M=1,2,4 ... (즉, M=2k, 여기서 k=0, 1, 2, 3, …)은 기준 사이즈인 N 대비 N/2, N/4 등의 심볼 사이즈를 만들기 위한 파라미터이다. 다른 방법으로 N 사이즈 IFFT 연산기를 사용하여 상기 N/M 사이즈의 OFDM 심볼을 생성할 수도 있다. 이를 위해서, 상기 OFDM 변조기(110)는 N/M 개 시퀀스(sequence)에 0을 적절히 삽입하여 N개 시퀀스를 생성하고, N 사이즈 IFFT 연산기를 사용하여 IFFT 연산을 수행한 후, 처음 N/M 개 시퀀스만 출력할 수 있다.
상기 DAC(120)는 상기 OFDM 변조기(110)로부터의 시간 샘플 데이터를 아날로그 신호로 변환하여 출력한다.
상기 RF 처리기(130)는 상기 DAC(120)로부터의 아날로그 신호를 RF 신호로 변환하여 안테나를 통해 송신한다.
다음으로, 수신 장치의 구성을 살펴보면, 상기 RF 처리기(140)는 안테나를 통해 수신되는 RF 신호를 기저대역 아날로그 신호로 변환하여 출력한다.
상기 ADC(150)는 상기 RF 처리기(140)로부터의 아날로그 신호를 시간 샘플 데이터로 변환하여 출력한다.
상기 OFDM 복조기(160)는 상기 ADC(150)로부터의 시간 샘플 데이터를 FFT(Fast Fourier Transform) 연산하여 주파수 영역의 데이터를 출력한다. 특히, 본 발명에 따라 상기 OFDM 복조기(160)는 수신된 N/M개 시퀀스를 N/M 사이즈 FFT 연산기를 사용하여 복원하거나, 수신된 N/M개 시퀀스를 M번 반복하여 N개 시퀀스를 생성한 후 N 사이즈 FFT 연산기를 사용하여 복원한다.
상기 복조 및 복호기(170)는 상기 OFDM 복조기(160)로부터의 주파수 영역의 데이터에서 실제 수신하고자 하는 부반송파들의 데이터를 선택하고, 상기 선택된 데이터를 미리 정해진 복조수준(예, MCS 레벨)에 따라 복조 및 복호하여 출력한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 단편 OFDM 심볼을 포함하는 규칙적(regular) 서브프레임으로 구성된 수퍼프레임 구조를 도시한 도면이다. 여기서, 상기 수퍼프레임은 기존의 설계와의 공통성을 위해서 기본적인 숫자를 최대한 동일하게 적용하여 설계한다.
상기 도 2를 참조하면, 20msec의 수퍼프레임(201)은 4개의 프레임(202)으로 구성되며, 하나의 프레임(202)은 8개의 서브프레임(203)과 가드 타임(guard time)으로 구성된다. 이때, 하나의 서브 프레임(203) 내 OFDM 심볼(204)의 수는 채널 환경에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 즉, 하나의 서브 프레임(203)은 CP의 사이즈에 따라 다양하게 5.5 OFDM 심볼, 6 OFDM 심볼, 6.25 OFDM 심볼, 6.5 OFDM 심볼을 수용할 수 있도록 한다. 예를 들어, 서브 프레임 길이가 617.14μs로 모두 고정된 경우, 펨토 셀의 경우처럼 적은 CP 사이즈(1/32)만을 요구하는 경우에는 1 서브 프레임 안에 6.5 OFDM 심볼을 수용하도록 하여, 참조(reference)(6 OFDM 심볼) 대비 0.5 OFDM 심볼 만큼의 데이터를 더 보낼 수 있도록 할 수 있다. 반대로 매크로 셀과 같이 큰 CP 사이즈(1/4)를 요구하는 경우에는 1 서브 프레임 안에 5.5 심볼을 수용하도록 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 단편 OFDM 심볼을 포함하는 비규칙적(irregular) 서브프레임으로 구성된 수퍼프레임 구조를 도시한 도면이다. 여기서, 상기 수퍼프레임은 기존의 설계와의 공통성을 위해서 기본적인 숫자를 최대한 동일하게 적용하여 설계한다.
상기 도 3을 참조하면, 상기 비규칙적 서브프레임은, 상기 도 2의 규칙적 서브프레임과 달리, 단편 OFDM 심볼이 가지는 성질을 이용하여 1 서브프레임의 가장 마지막 부분에 있는 심볼 또는 심볼들의 전체 또는 일부(311, 321, 331, 341)를 해당 심볼만큼 데이터가 전송되지 않도록 널(null) 심볼로 구성한 것이다. 이러한 서브프레임을 비규칙적 서브프레임이라 칭하기로 한다. TDD 시스템의 경우, 하향링크(DownLink : 이하 'DL'이라 칭함)에서 상향링크(UpLink : 이하 'UL'이라 칭함)로, UL에서 DL로의 전환을 위해 가드 타임을 확보해야 한다. 이러한 가드 타임은 시간상 오버헤드(overhead)로 작용하며, 기지국이 설치된 셀 반경 등에 따라 그 크기가 변한다. 따라서 TDD 시스템에서 필요한 가드 타임을 유연하게 확보하고 동시에 그에 따른 오버헤드를 최소화하기 위해 서브프레임의 마지막 부분 심볼을 단편적으로 이용하여 필요한 가드 타임에 최대한 가까운 가드 타임을 확보하도록 한다. 다시 말해, TDD 시스템에서 DL에서 UL로, UL에서 DL로의 전환이 필요한 경우, 해당 부분에서만 비규칙적 서브프레임을 사용하여 가드 타임을 융통성 있게 확보하고, 이때 단편 OFDM 심볼을 이용하여, 필요한 가드 타임에 최대한 가까운 심볼 사이즈 만큼만 심볼을 비워, 즉 널(null) 심볼로 구성하여 가드 타임으로 인한 오버헤드를 가능한 줄이도록 한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 단편 OFDM 심볼을 수용하면서 TDD를 제공하는 수퍼프레임 구조를 도시한 도면이다. 상기 도 4는 IEEE 802.16m 프레임 구조를 설계함에 있어서 중요한 요구 사항인, TDD를 기본으로 설계하되 FDD로 변환하였을 때 변화가 최소화되도록 공통성을 최대로 보장하는 설계에 대해 설명한다.
상기 도 4를 참조하면, 단편 OFDM 심볼을 수용하면서 TDD를 제공하는 수퍼프레임 구조에서, 하나의 프레임은 규칙적 서브프레임(401)과 비규칙적 서브프레임(402) 및 가드 타임(403)을 포함하여 구성된다. 즉, 하나의 프레임을 구성하는 대부분의 DL 구간과 UL 구간에서 규칙적 서브프레임(401)을 사용하고, DL에서 UL로, UL에서 DL로의 전환이 필요한 부분에만 비규칙적 서브프레임(402)을 사용하여 DL에서 UL로, UL에서 DL로의 전환 시 필요한 가드 타임을 융통성 있게 확보한다. 상기 프레임은 동일한 서브프레임 사이즈를 제공하며, 따라서 DL/UL의 전환을 위한 스위칭 포인트(Switching point)가 1개 이상이더라도 서브프레임 단위로 변하기 때문에 서브 프레임의 동기가 맞지 않아 생기는 간섭이 발생하지 않는다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 단편 OFDM 심볼을 수용하면서 FDD를 제공하는 수퍼프레임 구조를 도시한 도면이다. 상기 도 5는 IEEE 802.16m 프레임 구조를 설계함에 있어서 중요한 요구 사항인, TDD를 기본으로 설계하되 FDD로 변환하였을 때 변화가 최소화되도록 공통성을 최대로 보장하는 설계에 대해 설명한다.
상기 도 5를 참조하면, 단편 OFDM 심볼을 수용하면서 FDD를 제공하는 수퍼프레임 구조에서, 하나의 프레임은 규칙적 서브프레임(501)과 가드 타임(502)을 포함하여 구성된다. 상기 FDD를 제공하는 프레임의 경우, TDD를 제공하는 프레임과 달리, 각각 다른 대역을 통해 DL과 UL을 제공하기 때문에 DL에서 UL로, UL에서 DL로의 전환이 필요하지 않으며, 따라서 비규칙적 서브프레임을 사용할 필요가 없다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 단편 OFDM 심볼을 수용하면서 IEEE 802.16e/16m 공존을 제공하는 수퍼프레임 구조를 도시한 도면이다.
상기 도 6을 참조하면, 단편 OFDM 심볼을 수용하면서 IEEE 802.16e/16m 공존을 제공하는 20ms 수퍼프레임은 4개의 5ms 프레임으로 구성된다. 각 프레임의 첫 서브프레임(1번째 서브프레임)은, 4개의 프레임 중 첫 프레임의 경우 16m 수퍼프레임 헤더를 위해 사용하고, 나머지 프레임의 경우 16m DL 존을 위해 사용한다. 각 프레임의 나머지 서브프레임은 (a)와 같이, 16e DL 존을 위한 2,3번째 서브프레임, 16m DL 존을 위한 4,5번째 서브프레임, 16e UL 존을 위한 6번째 서브프레임, 16m UL 존을 위한 7,8번째 서브프레임으로 구성될 수 있다. 다른 방법으로, 각 프레임의 나머지 서브프레임은 (b)와 같이, 16e DL 존을 위한 2번째 서브프레임, 16m DL 존을 위한 3,4번째 서브프레임, 16m UL 존을 위한 5번째 서브프레임, 16e UL 존을 위한 6번째 서브프레임, 16m DL 존을 위한 7번째 서브프레임, 16m UL 존을 위한 8번째 서브프레임으로 구성될 수 있다.
상기 (a)와 (b)의 경우 모두, DL에서 UL로, UL에서 DL로의 전환 시 필요한 가드 타임을 비규칙적 서브프레임의 널(null) 심볼로 확보한다. 도시된 바와 같이, 상기 (a)의 경우 5ms 프레임 안에서 1개의 스위칭 포인트를 확보할 수 있으며, 상기 (b)의 경우 5ms 프레임 안에서 16e와 16m이 공존하면서도 기존 레거시(Legacy) 시스템(예, IEEE 802.16e 시스템)에 관계없이 다수의 스위칭 포인트를 확보할 수 있음을 알 수 있다. 기존 레거시 시스템은 5ms 프레임 안에서 스위칭 포인트가 1개로 제한되어 있으며, 제안하는 프레임 구조를 사용하면 레거시 시스템에 대해 스위칭 포인트를 1개로 제한하면서도 이와 동시에 새로운 16m 시스템은 스위칭 포인트를 2개 이상 확보할 수 있어 HARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest) 등 레이턴시(latency) 관련 부분에서 이점을 얻을 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 여러 가지 CP 사이즈를 사용하는 서브프레임들로 구성된 수퍼프레임 구조를 도시한 도면이다.
상기 도 7을 참조하면, 본 발명에서 제안하는 구조에서는 16m 존 서브프레임이 아무런 제약 없이 모든 CP 사이즈를 사용할 수 있다. 다시 말해, 레거시 시스템을 지원하는 서브프레임은 CP 사이즈가 1/8로 고정되지만 나머지 16m을 전송하는 서브프레임에서는 레거시 시스템과 상관없이 CP 사이즈를 다르게 쓸 수 있기 때문에 좀 더 유연한 통신 시스템 설계가 가능하다.
예를 들어, 1/32 CP 사이즈를 사용하는 펨토 셀에서 레거시 시스템을 지원하는 경우, 상기 도 7의 (a)와 같이, 레거시 시스템이 사용하는 서브프레임은 1/8 CP 사이즈를 유지하되, 다른 서브프레임들의 CP 사이즈는 1/4 또는 1/32로 구성 가능함을 알 수 있다. 즉, 수퍼프레임의 방송용 메시지를 전송하는 부분은 어떤 환경에서도 수신 가능해야 하므로 가능한 가장 긴 CP 사이즈인 1/4로 서브프레임을 구성하고, 나머지 데이터 전송 부분은 펨토 셀에 알맞은 CP 사이즈인 1/32로 서브 프레임을 구성할 수 있다. 다른 예로, 상기 펨토 셀 대신에 1/4 CP 사이즈를 사용하는 매크로 셀 또는 방송용 메시지를 전송하는 프레임도 이와 비슷하게 구성할 수 있다. 이 경우, 레거시 시스템이 사용하는 서브프레임 부분은 1/8 CP 사이즈를 그대로 유지하고, 상기 펨토 셀의 1/32 CP를 사용하는 서브프레임을 모두 1/4 CP 사이즈를 사용하는 서브프레임으로 대치하면 된다.
또 다른 예로, 일반 모바일 셀과 릴레이(Relay) 기지국이 지원하는 영역을 함께 지원하는 경우, 상기 도 7의 (b)와 같이, 일반 모바일 셀은 기존 레거시 시스템과 같이 1/8 CP 사이즈로 서브프레임을 구성할 수 있다. 하지만 릴레이 기지국이 지원하는 셀 크기는 일반 모바일 기지국이 지원하는 셀 크기보다 훨씬 작기 때문에 좀 더 짧은 CP 사이즈를 사용할 수 있다. 따라서 레거시 시스템과 일반 모바일 기지국이 단말과 통신하는 부분은 1/8 CP 사이즈를 사용하는 서브프레임으로 구성하고, 릴레이 기지국과 단말이 통신하는 부분은 1/32 CP를 사용하는 서브프레임으로 구성할 수 있다.
위에서 제시한 예 이외에도, 각 무선 통신 서비스가 요구하는 수준에 따라 알맞은 CP 사이즈를 가진 서브프레임들을, 듀플렉스 방법(TDD, FDD, H-FDD(Half-duplex FDD), HDD(Hybrid Division Duplex) 등)과 상관없이, 한 프레임 안에서 서로 자유롭게 배치하여 사용할 수 있다. 또한, 인접 셀 간에 서로 다른 CP 사이즈를 사용하더라도 CP 사이즈가 달라서 생기는 간섭 영향은 거의 없으며, TDD의 경우 서브프레임 단위로 DL과 UL을 운영하기 때문에 DL/UL 충돌이 일어나지 않도록 조절할 수 있다. 인접 주파수 대역에서도 마찬가지로 서로 사용하는 CP 사이즈가 다르더라도 이에 따른 영향은 미미하며, TDD의 경우 DL과 UL을 서브프레임 단위로 조절하여 DL/UL 충돌이 일어나지 않도록 설계할 수 있다. 이러한 다양한 CP 사이즈를 가진 서브프레임들의 구성 정보(예, 순서, CP 사이즈 등)는 수퍼프레임 헤더 또는 이와 비슷한 기능을 하는 하향링크 제어 채널에서 알려주며, 이로써 수퍼프레임 또는 프레임 단위로 통신 서비스에 알맞는 서브프레임을 구성하여 통신할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 크기가 1.0인 단편 OFDM 심볼만을 포함하는 규칙적 서브프레임으로 구성된 수퍼프레임 구조의 예를 도시한 도면이다. 여기서, 상기 수퍼프레임은 기존의 설계와의 공통성을 위해서 기본적인 숫자를 최대한 동일하게 적용하여 설계한다. 단편 OFDM 심볼 크기가 1.0인 경우는 FFT에서 크기가 0.5 또는 0.25 등인 단편 OFDM 심볼을 처리하기 위한 예외적인 신호처리 구성이 없어지므로 신호처리 방식이 좀 더 단순해지는 이득을 얻을 수 있다.
상기 도 8을 참조하면, 20ms 수퍼프레임(801)은 4개의 프레임(802)으로 구성 되며, 하나의 프레임(802)은 4개의 세미 프레임(semi-frame)(803)과 가드 타임(804)으로 구성되고, 하나의 세미 프레임(803)은 길이가 서로 같은 혹은 서로 다른 두 개의 서브프레임(805)으로 구성된다. 이하 설명에서 상기 하나의 세미 프레임(803)은 상기와 같이 두 개의 서브프레임(805)으로 구성되는 것을 예로 들어 설명할 것이나, 더 많은 수의 서브프레임(805)으로 구성될 수 있음은 물론이다. 이때, 하나의 세미 프레임(803) 또는 서브프레임(805) 내 OFDM 심볼의 수는 채널 환경에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 즉, 하나의 세미 프레임(803)은 CP의 사이즈에 따라 다양하게 11 OFDM 심볼, 12 OFDM 심볼, 13 OFDM 심볼 등을 수용할 수 있도록 한다.
즉, 레거시 시스템과 같이 1/8 CP 사이즈를 요구하는 경우, 상기 도 8과 같이, 6 OFDM 심볼을 가진 두 개의 타입(type) 0 서브프레임이 짝을 맞추어 길이가 모두 같은, 12 OFDM 심볼을 가진 세미 프레임을 구성할 수 있다. 여기서, 크기가 1.0인 단편 OFDM 심볼만을 써서 길이가 모두 같은 서브프레임을 구성하는 경우에는 하나의 서브프레임 길이가 시스템이 요구하는 TTI(Transmit Time Interval)를 만족시키지 못하는 경우가 생긴다. 이런 경우에는 길이가 서로 다르지만 서브프레임들끼리 짝을 맞추어 길이가 모두 일정한 세미 프레임을 구성하고, 이 세미 프레임을 기준으로 CP 사이즈의 변경이나 TDD 시스템의 DL/UL 전환 또는 UL/DL 전환 등을 하도록 한다. 예를 들어, 상기 도 8과 같이 펨토 셀과 같이 적은 CP 사이즈(1/32)만을 요구하는 경우, 6 OFDM 심볼을 가진 타입(type) 0 서브프레임과 7 OFDM 심볼을 가진 타입 1 서브프레임끼리 짝을 맞추어 길이가 모두 같은, 13 OFDM 심볼을 가진 세미 프레임을 구성한다. 반대로 매크로 셀과 같이 큰 CP 사이즈(1/4)를 요구하는 경우, 5 OFDM 심볼을 가진 타입 0 서브프레임과 6 OFDM 심볼을 가진 타입 1 서브프레임끼리 짝을 맞추어 길이가 모두 같은, 11 OFDM 심볼을 가진 세미 프레임을 구성할 수 있다. 이때, 타입 0 서브프레임과 타입 1 서브프레임은 시스템이 요구하는 TTI을 만족해야 한다.
이렇게 서브프레임 또는 세미 프레임 등을 길이가 같게 맞추려는 이유는 다양한 길이의 CP를 가진 OFDM 심볼들이 한 통신 시스템 내에서 모두 공존하도록 하면서도 TDD 시스템에서 DL/UL 충돌 간섭을 최대한 다루기 쉽게 하기 위함이다. 또한 이러한 구조는 어떤 듀플렉스(Duplex) 구조든지 릴레이 통신을 위한 영역이나 피어 투 피어(Peer to Peer) 통신을 위한 영역을 쉽게 포함할 수 있고 서로 다른 두 통신 시스템(예를 들어, 802.16e 시스템과 802.16m 시스템)도 쉽게 공존할 수 있도록 해준다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 여러 가지 CP 사이즈를 사용하는 세미 프레임들로 구성된 수퍼프레임 구조를 도시한 도면이다. 본 발명에서 제안하는 구조에서는 세미 프레임 길이가 모두 일정하므로, 상기 세미 프레임 길이를 기준으로 아무런 제약 없이 모든 CP 사이즈를 사용할 수 있으며, TDD 시스템의 DL/UL 전환도 길이가 모두 같게 설계한 세미 프레임을 기준으로 쉽게 다룰 수 있음을 볼 수 있다.
상기 도 9를 참조하면, 단편 OFDM 심볼을 수용하면서 TDD를 제공하는 수퍼프 레임 구조에서, 하나의 프레임은 규칙적 서브프레임과 비규칙적 서브프레임 및 가드 타임을 포함하여 구성된다. 즉, 하나의 프레임을 구성하는 대부분의 DL 구간과 UL 구간에서 타입과 상관없이 규칙적 서브프레임들을 사용하고, DL에서 UL로 혹은 UL에서 DL로의 전환이 필요한 부분에만 타입과 상관없이 비규칙적 서브프레임을 사용하여 DL에서 UL로 또는 UL에서 DL로의 전환시 필요한 가드 타임을 확보한다. 이 경우 앞서 크기가 1.0보다 작은 단편 OFDM 심볼을 쓰는 경우와 비슷하게, 세미 프레임의 마지막 서브프레임을 비규칙적 서브프레임으로 구성하여 상기 가드 타임을 확보하도록 한다. 이때, 상기 비규칙적 서브프레임의 널 심볼은 크기가 1.0인 단편 OFDM 심볼을 쓰는 것을 우선으로 한다. 상기 프레임은 동일한 세미 프레임 사이즈를 제공하며, 따라서 DL/UL의 전환을 위한 스위칭 포인트가 1개 이상이더라도 세미 프레임 단위로 변하기 때문에 서브프레임의 동기가 맞지 않아 생기는 간섭이 발생하지 않는다. 예를 들어, 상기 도 9의 (a)를 참조하면 세미 프레임을 기준으로 5ms 프레임 안에 두 번의 DL/UL 스위칭 포인트를 확보할 수 있음을 알 수 있다.
도면으로 제시하지는 않았지만 서로 다른 타입의 서브프레임들을 모아 길이가 동일한 세미 프레임으로 구성된, FDD를 제공하는 수퍼프레임 구조도 TDD를 제공하는 수퍼프레임 구조와 비슷하게 설계 가능하며, 이때는 TDD를 제공하는 프레임과 달리 DL에서 UL로, UL에서 DL로의 전환이 필요하지 않기 때문에 비규칙적 서브프레임을 사용할 필요가 없다.
상기 도 9에서는 예를 들기 위해 802.16e 시스템과 802.16m 시스템으로 영역을 나누어 놓았으나 이는 단일 통신 시스템(예를 들어, 802.16m 단일 시스템) 내에 서 CP 사이즈를 서로 다르게 쓰는 영역을 구분한 것으로 여겨도 무방하다. 예를 들어, 1/32 CP 사이즈를 사용하는 펨토 셀에서 레거시 시스템을 지원하는 경우, 상기 도 9의 (b)와 같이, 레거시 시스템이 사용하는 세미 프레임은 1/8 CP 사이즈를 유지하되, 다른 세미 프레임들의 CP 사이즈는 1/4 또는 1/32로 구성할 수 있다. 즉, 수퍼프레임의 방송용 메시지를 전송하는 부분은 어떤 환경에서도 수신 가능해야 하므로 가능한 가장 긴 CP 사이즈인 1/4로 세미 프레임을 구성하고, 나머지 데이터 전송 부분은 펨토 셀에 알맞은 CP 사이즈인 1/32로 세미 프레임을 구성할 수 있다. 다른 예로, 상기 펨토 셀 대신에 1/4 CP 사이즈를 사용하는 매크로 셀 또는 방송용 메시지를 전송하는 프레임도 이와 비슷하게 구성할 수 있다. 이 경우 레거시 시스템이 사용하는 세미 프레임 부분은 1/8 CP 사이즈를 그대로 유지하고, 상기 펨토 셀의 1/32 CP를 사용하는 세미 프레임을 모두 1/4 CP 사이즈를 사용하는 세미 프레임으로 대치하면 된다.
또한, 일반 모바일 셀과 릴레이 기지국이 지원하는 영역을 함께 지원하는 경우, 상기 도 9의 (c)와 같이, 일반 모바일 셀은 기존 레거시 시스템과 같이 1/8 CP 사이즈로 서브프레임을 구성할 수 있다. 하지만 릴레이 기지국이 지원하는 셀 크기는 일반 모바일 기지국이 지원하는 셀 크기보다 훨씬 작기 때문에 좀 더 짧은 CP 사이즈를 사용할 수 있다. 따라서 레거시 시스템과 일반 모바일 기지국이 단말과 통신하는 부분은 1/8CP 사이즈를 사용하는 서브프레임으로 구성하고, 릴레이 기지국과 단말이 통신하는 부분은 1/32 CP 사이즈를 사용하는 서브프레임으로 구성할 수 있다. 이 경우에도 마찬가지로, 수퍼프레임의 방송용 메시지를 전송하는 부분은 어떤 환경에서도 수신 가능해야 하므로 가능한 가장 긴 CP 사이즈인 1/4로 세미 프레임을 구성한다.
위에서 제시한 예 이외에도, 각 무선 통신 서비스가 요구하는 수준에 따라 알맞은 CP 사이즈를 가진 세미 프레임들을 듀플렉스 방법과 상관없이 한 프레임 안에서 서로 자유롭게 배치하여 사용할 수 있다. 크기가 1.0인 단편 OFDM 심볼을 단위 시간 별로 쉽게 이용할 수 있도록 길이가 모두 같은 세미 프레임 개념을 도입하고, 이러한 다양한 CP 사이즈를 가진 세미 프레임과 이 세미 프레임을 구성하는 여러 타입의 서브프레임들의 구성 정보(예, 순서, CP 사이즈, 타입마다 다른 OFDM 심볼 개수 등)는 수퍼프레임 헤더 또는 이와 비슷한 기능을 하는 하향링크 제어 채널에서 알려주며, 이로써 수퍼프레임 또는 프레임 단위로 통신 서비스에 알맞은 세미 프레임을 구성하여 통신할 수 있다.
상기 세미 프레임은 결국 단편 OFDM 심볼을 단위 시간 별로 쉽게 이용할 수 있도록 해주는 심볼 시간 정렬 개념이므로, 이 개념을 좀 더 다양하게 확장할 수 있다. 먼저, 예를 들어, 상기 도 9의 (b)와 (c)를 보면 세미 프레임 3은 CP 사이즈가 같은 OFDM 심볼로 구성되어 있고, 세미 프레임 3을 구성하는 서브프레임 타입이 나열된 순서도 같은 것을 알 수 있다. 이와 같이, 하나의 통신 시스템에서 상기 도 9의 (b)와 (c) 구조를 갖는 수퍼프레임이 공존하는 경우(즉, 특정 순서의 세미 프레임을 구성하는 서브프레임의 특성, 순서가 완전히 동일한 경우), 상기 세미 프레임 3의 타입 0 서브프레임을 기준으로(다시 말해, 특정 순서의 세미 프레임의 특정 순서의 서브프레임을 기준으로) 모든 OFDM 심볼 시간이 정렬된다. 따라서, 상기 세미 프레임 3의 타입 0 서브프레임을 기준으로 DL/UL 전환을 하거나, 릴레이 통신을 위한 영역, 피어 투 피어 통신을 위한 영역 또는 서로 다른 두 통신 시스템(예를 들어, 802.16e 시스템과 802.16m 시스템)을 공존 시킬 수 있다.
또한, 세미 프레임들끼리는 길이가 같고 타입이 다른 서브프레임만 길이가 다를 수 있다는 점을 이용하여, 예를 들어 5ms 프레임의 대부분을 길이가 동일한 세미 프레임으로 구성하고, 세미 프레임이 들어갈 수 없는 나머지 부분은 타입이 다른 서브프레임으로 구성하는 것도 가능하다. 여기서, 도 10 및 도 11은 8.75MHz 대역 및 7MHz 대역에서 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 크기가 1.0인 단편 OFDM 심볼만을 포함하는 규칙적 서브프레임으로 구성된 수퍼프레임 구조의 예를 도시한 도면이다. 상기 도 10과 도 11을 참조하면, 5ms 프레임을 이루는 가장 마지막 서브프레임은 CP 사이즈를 따라 포함되어 있는 심볼 수가 달라 심볼 수준에서 시간 정렬을 기대할 수 없지만, 이미 이전 세미 프레임들끼리는 CP 사이즈가 다른 OFDM 심볼들이 포함되었더라도 적어도 세미 프레임 수준에서는 시간 정렬이 가능하다. 따라서 시간 정렬이 이루어진 시점을 기준으로 DL/UL 전환을 하거나, 릴레이 통신을 위한 영역, 피어 투 피어 통신을 위한 영역 또는 서로 다른 두 통신 시스템 (예를 들어, 802.16e 시스템과 802.16m 시스템)을 공존 시킬 수 있다.
이러한 다양한 CP 사이즈를 가진 세미 프레임과 이 세미 프레임을 구성하는 여러 타입의 서브프레임들의 구성 정보(예, 순서, CP 사이즈, 타입마다 다른 OFDM 심볼 개수 등) 및 DL/UL 전환 시점, 릴레이 통신을 위한 영역 정보, 피어 투 피어 통신을 위한 영역 정보 등은 수퍼프레임 헤더 또는 이와 비슷한 기능을 하는 하향링크 제어 채널에서 알려주며, 이로써 수퍼프레임 또는 프레임 단위로 통신 서비스에 알맞은 세미 프레임 및 서브프레임을 구성하여 통신할 수 있다.
한편, 프레임의 가로축은 시간 축으로서 심벌단위로 표시되고, 세로축은 주파수 축으로서 서브채널(subchannel) 단위로 표시된다. 상기 서브채널은 다수의 반송파(sub-carrier)의 묶음을 의미하며, 각 서브채널을 구성하는 반송파는 서로 인접하거나 또는 흩어져 있을 수도 있다. 이때, 흩어져 있는 반송파들로 이루어지는 서브채널을 분산 자원 블럭(Distributed Resource Block : 이하 ‘DRB’라 칭함)이라 칭하고, 이웃하는 반송파들로 이루어지는 서브 채널을 지역 자원 블럭(Localized Resource Block : 이하 ‘LRB’라 칭함)라 칭한다. 즉, 자원 블럭(Resource Block : 이하 ‘RB’)에 속한 반송파들이 주파수 축에서 흩어져 있는 경우를 DRB라 하고, 서로 이웃한 경우를 LRB라 한다. 여기서, 상기 RB는 하향링크 데이터 및 상향링크 데이터 전송에 사용되는 무선자원을 나누는 최소 무선자원 단위로서, 각 RB는 주파수 축으로는 다수의 반송파와 시간 축으로는 하나 또는 다수의 심볼들로 이루어진다.
일반적으로 이동 무선 채널은 다중 경로 페이딩에 의해, 주파수 축에서 특정 대역은 높은 채널 이득을 갖는 반면에 또 다른 대역은 낮은 채널 이득을 갖는 주파수 선택적 페이딩의 특성을 갖는다. 즉, 사용자가 걸어서 이동하는 경우와 같이 단말의 이동 속도가 느린 경우에는 각 대역에서 채널 이득이 느리게 변하므로, 단말 이 채널 이득이 상대적으로 큰 특정 대역을 선택한 후 선택한 대역에 대한 정보를 기지국에 알림으로써, 기지국으로 하여금 해당 특정 대역에서 높은 전송률을 갖는 전송 방식으로 데이터를 전송하게 하여 주파수 선택적 스케줄링 이득을 얻을 수 있다. 이러한 경우에는, 단말이 선택한 대역에 속한 무선자원은 주파수 축에서 흩어져 있지 않고 해당 대역 내에 있어야 하므로, 기지국은 LRB를 해당 단말에 할당한다. 반면, 단말이 고속으로 이동함으로써 채널이 빠르게 변화하거나 단말로부터 선택된 대역에 대한 정보가 수신되지 않은 경우 기지국은 주파수 선택적 스케줄링을 사용할 수 없다. 이러한 경우, 주파수 다이버시티(diversity)를 얻기 위하여 기지국은 주파수 측면에서 분산된 반송파들로 구성되는 DRB를 단말에게 할당한다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 기본 파일럿 패턴에 따른 DL 자원 블럭(Resource Block) 설계 방법을 도시한 도면이다. 여기서, 상기 DL 자원 블럭은 단편 OFDM 심볼을 포함하며 가변 OFDM 심볼 수(5, 5.5, 6, 6.25, 6.5 등)를 가진다.
먼저 상기 도 12를 참조하면, DL을 위한 기본 서브채널(또는 주파수)-시간 자원 블럭(예: 12x5)은, LRB, DRB, 파일럿을 해당 비율에 따라 각각 지정하여 설계하되 OFDM 심볼 수가 증가하는 만큼 DRB 조각 또는 LRB 조각을 증가시킨다. 또한, 점으로 색칠된 분열된 조각들을 모아서 새로운 DRB 또는 LRB를 생성할 수도 있다. 여기서, 상기 파일럿은 일반 및 전용 파일럿으로, 기본 파일럿 패턴에 따라 미리 정해진 위치에 고정된 개수의 파일럿을 지정한다. 맨 왼쪽 그림은 1024 부반송파 기준으로 864개의 서브캐리어를 통해 데이터와 파일럿 심볼을 전송할 경우, RB당 데이터 서브캐리어의 수를 48개로 가정하면, LRB가 72개 DRB가 9개 또는 LRB가 81개인 서브프레임을 나타내고, CP 사이즈가 줄어들어 OFDM 심볼 수가 증가함에 따라, LRB가 72개 DRB가 36개 또는 LRB가 108개로 늘어남을 알 수 있다.
다음으로 상기 도 13을 참조하면, 상기 도 12와 동일한 방식으로 설계하되, 상기 도 12의 LRB를 조각내고 여러 LRB 내의 자원 조각들을 결합하여 DRB를 생성하는 차이점이 있다. 예를 들어, 상기 DBR는 여러 조각으로 구성된 LRB에서 분산된 자원조각들을 주파수 대역에서 순열(permutation) 방식을 이용하여 조합함으로써 생성할 수 있다. 이렇게 함으로써 주파수 다이버시티(Frequency diversity)를 최대로 얻을 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 확장된 파일럿 패턴에 따른 DL 자원 블럭(Resource Block) 설계 방법을 도시한 도면이다. 여기서, 상기 DL 자원 블럭은 단편 OFDM 심볼을 포함하며 가변 OFDM 심볼 수(5, 5.5, 6, 6.25, 6.5 등)를 가진다.
상기 도 14를 참조하면, 상기 확장된 파일럿 패턴을 사용하여 자원 블럭을 설계할 경우, 기본 파일럿 패턴에 따른 자원 블럭 설계에서 필요에 따라 일부 DRB 조각을 파일럿으로 전환하여 사용할 수 있다. 즉, 기존에 데이터 전송에 사용되던 DRB 조각의 일부를 추가적으로 파일럿으로 활용할 수 있으며, 이로써 채널 추정(Channel estimation) 성능 향상을 기대할 수 있다. 여기서, 상기 도 14의 왼쪽 상위 4개의 그림은 상기 도 12의 자원 블럭 설계를 확장된 파일럿 패턴(기본 파일럿 패턴×2)에 따라 수정한 도시한 도면이고, 하위 4개의 그림은 상기 도 13의 자원 블럭 설계를 확장된 파일럿 패턴(기본 파일럿 패턴×2)에 따라 수정한 도시한 도면이다. 마찬가지로, 오른쪽 상위 2개의 그림은 상기 도 12의 자원 블럭 설계를 확장된 파일럿 패턴(기본 파일럿 패턴×3)에 따라 수정한 도시한 도면이고, 하위 2개의 그림은 상기 도 13의 자원 블럭 설계를 확장된 파일럿 패턴(기본 파일럿 패턴×3)에 따라 수정한 도시한 도면이다.
도 15 및 도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 UL 자원 블럭(Resource Block) 설계 방법을 도시한 도면이다.
먼저, 상기 도 15를 참조하면, 타일 구조의 UL 자원 블럭 역시 DL과 마찬가지로, 1, 0.5, 0.25의 단편 OFDM 심볼을 생성할 수 있도록 설계한다. 상기 타일 구조의 UL 자원 블럭은 LRB, DRB를 해당 비율에 따라 각각 지정하여 설계하며, 이때 각각의 LRB, DRB는 데이터 뿐만 아니라 전용 파일럿으로 사용될 수 있다. 여기서, 상기 UL 자원 블럭은 UL 자원 블럭 생성 기본 단위가 되는 타일을 전용 파일럿의 위치를 고려하여 설계하며, 이로써 여러 개의 타일을 조합하여 단편 OFDM 심볼을 포함하는 UL 자원 블럭을 생성할 수 있다.
다음으로, 상기 도 16을 참조하면, 타일 구조의 UL 자원 블럭은 인접된 부반송파들의 타일을 모아서 LRB를 생성함으로써 설계할 수 있고, 다른 방법으로 주파수 축으로 거리가 떨어져 있는 타일들을 조합하여 데이터 전송의 48개 부반송파를 모으면 DRB를 생성함으로써 설계할 수도 있다.
도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 송신 장치의 다양한 길이의 CP를 수용하는 송신 방법의 절차를 도시한 흐름도이다.
상기 도 17을 참조하면, 송신 장치는 1701단계에서 상위 계층으로부터의 정보 데이터를 미리 정해진 변조수준에 따라 부호 및 변조한다. 이후, 상기 송신 장치는 1703단계에서 상기 부호 및 변조된 주파수 영역의 데이터를 IFFT 연산하여 가변 사이즈의 OFDM 심볼을 생성하고, 1705단계에서 상기 생성된 가변 사이즈의 OFDM 심볼을 전송한다.
여기서, 상기 송신 장치는 N/M 사이즈 IFFT 연산기를 사용하여 단편 OFDM 심볼, 즉 N/M 사이즈의 OFDM 심볼 집합 {A[n]}(여기서, n=0, 1,... (N/M)-1)을 생성한다. 여기서, 상기 N은 기준 OFDM 심볼 생성을 위한 IFFT 사이즈이고, 상기 M=1,2,4 ... (즉, M=2k, 여기서 k=0, 1, 2, 3, …)은 기준 사이즈인 N 대비 N/2, N/4 등의 심볼 사이즈를 만들기 위한 파라미터이다. 다른 방법으로 N 사이즈 IFFT 연산기를 사용하여 상기 N/M 사이즈의 OFDM 심볼을 생성할 수도 있다. 이를 위해서, 상기 송신 장치는 N/M 개 시퀀스(sequence)에 0을 적절히 삽입하여 N개 시퀀스를 생성하고, N 사이즈 IFFT 연산기를 사용하여 IFFT 연산을 수행한 후, 처음 N/M 개 시퀀스만 선택하여 N/M 사이즈의 OFDM 심볼을 생성할 수 있다.
이후, 상기 송신 장치는 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 수신 장치의 다양한 길이의 CP를 수용하는 수신 방법의 절차를 도시한 흐름도이다.
상기 도 18을 참조하면, 수신 장치는 1801단계에서 가변 사이즈의 OFDM 심볼이 수신되는지 여부를 검사하고, 상기 가변 사이즈의 OFDM 심볼이 수신될 시, 1803단계에서 상기 수신된 가변 사이즈의 OFDM 심볼을 FFT 연산하여 주파수 영역의 데이터로 변환한다. 이후, 상기 수신 장치는 1805단계에서 상기 주파수 영역의 데이터에서 실제 수신하고자 하는 부반송파들의 데이터를 선택하고, 1807단계에서 상기 선택된 데이터를 미리 정해진 복조수준에 따라 복조 및 복호하여 원래의 정보 데이터를 복원한다. 여기서, 상기 원래의 정보 데이터는, 수신된 N/M개 시퀀스에 대해 N/M 사이즈 FFT 연산기를 사용하여 복원하거나, 수신된 N/M개 시퀀스를 M번 반복하여 N개 시퀀스를 생성한 후 N 사이즈 FFT 연산기를 사용하여 복원한다.
이후, 상기 수신 장치는 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정 해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 무선통신 시스템에서 송수신 장치의 구성을 도시한 블럭도,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 단편 OFDM 심볼을 포함하는 규칙적(regular) 서브프레임으로 구성된 수퍼프레임 구조를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 단편 OFDM 심볼을 포함하는 비규칙적(irregular) 서브프레임으로 구성된 수퍼프레임 구조를 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 단편 OFDM 심볼을 수용하면서 TDD를 제공하는 수퍼프레임 구조를 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 단편 OFDM 심볼을 수용하면서 FDD를 제공하는 수퍼프레임 구조를 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 단편 OFDM 심볼을 수용하면서 IEEE 802.16e/16m 공존을 제공하는 수퍼프레임 구조를 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 여러 가지 CP 사이즈를 사용하는 서브프레임들로 구성된 수퍼프레임 구조를 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 크기가 1.0인 단편 OFDM 심볼만을 포함하는 규칙적 서브프레임으로 구성된 수퍼프레임 구조의 예를 도시한 도면,
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 여러 가지 CP 사이즈 를 사용하는 세미 프레임들로 구성된 수퍼프레임 구조를 도시한 도면,
도 10은 8.75MHz 대역에서 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 크기가 1.0인 단편 OFDM 심볼만을 포함하는 규칙적 서브프레임으로 구성된 수퍼프레임 구조의 예를 도시한 도면,
도 11은 7MHz 대역에서 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 크기가 1.0인 단편 OFDM 심볼만을 포함하는 규칙적 서브프레임으로 구성된 수퍼프레임 구조의 예를 도시한 도면,
도 12 및 도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 기본 파일럿 패턴에 따른 DL 자원 블럭(Resource Block) 설계 방법을 도시한 도면,
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 확장된 파일럿 패턴에 따른 DL 자원 블럭(Resource Block) 설계 방법을 도시한 도면,
도 15 및 도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 UL 자원 블럭(Resource Block) 설계 방법을 도시한 도면,
도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 송신 장치의 다양한 길이의 CP를 수용하는 송신 방법의 절차를 도시한 흐름도, 및
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템에서 수신 장치의 다양한 길이의 CP를 수용하는 수신 방법의 절차를 도시한 흐름도.

Claims (32)

  1. 무선통신 시스템에서 다양한 길이의 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix : CP)를 수용하는 프레임 구조에 있어서,
    CP 길이에 따라 가변적인 심볼 수를 가지는 하나 이상의 서브프레임과,
    프레임 전환을 위한 가드 타임을 포함하는 것을 특징으로 하는 프레임 구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 CP 길이는 채널 환경에 따라 다양하게 변경되는 것을 특징으로 하는 프레임 구조.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 프레임 구조는 기존 시스템과 최대한의 공통성(commonality)이 보장되도록 기본적인 숫자(Basic number)를 설계하는 것을 특징으로 하는 프레임 구조.
  4. 제 1 항에 있어서,
    소정 개수의 서브 프레임에 대해 마지막 하나의 심볼, 또는 마지막 다수의 심볼들의 전체 또는 일부를 널(null) 심볼로 구성하는 것을 특징으로 하는 프레임 구조.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 소정 개수의 서브 프레임은 상향링크(UpLink : UL)에서 하향링크(DownLink : DL)로의 전환 혹은 DL에서 UL로의 전환이 수행되는 서브프레임임을 특징으로 하는 프레임 구조.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 널 심볼로 구성되는 심볼을 상향링크(UpLink : UL)에서 하향링크(DownLink : DL)로의 전환 혹은 DL에서 UL로의 전환을 위한 가드 타임으로 사용하는 것을 특징으로 하는 프레임 구조.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 하나의 서브 프레임의 널 심볼은 단편(Fractional) OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼을 포함하는 것을 특징으로 하는 프레임 구조.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 서브프레임의 길이는 모두 동일한 것을 특징으로 하는 프레임 구조.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 프레임은 다양한 CP 사이즈의 서브프레임들로 구성되는 것을 특징으로 하는 프레임 구조.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 프레임은 IEEE 802.16e 시스템을 지원하는 하나 이상의 서브프레임과, IEEE 802.16m 시스템을 지원하는 하나 이상의 서브프레임으로 구성되는 것을 특징으로 하는 프레임 구조.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 프레임은 레거시 시스템을 지원하는 하나 이상의 서브프레임, 펨토 셀 을 지원하는 하나 이상의 서브프레임, 매크로 셀을 지원하는 하나 이상의 서브프레임, 방송용 메시지 전송을 위한 하나 이상의 서브프레임, 일반 모바일 셀을 지원하는 하나 이상의 서브프레임, 릴레이를 지원하는 하나 이상의 서브프레임 중 적어도 하나를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 프레임 구조.
  12. 제 1 항에 있어서,
    두 개 혹은 세 개 이상의 서브프레임은 하나의 세미 프레임을 구성하며, 프레임 내 모든 세미 프레임의 길이는 동일한 것을 특징으로 하는 프레임 구조.
  13. 제 12 항에 있어서,
    하나의 세미 프레임을 구성하는 두 개 혹은 세 개 이상의 서브프레임의 길이는 서로 같거나 서로 다른 것을 특징으로 하는 프레임 구조.
  14. 제 12 항에 있어서,
    TDD 시스템의 경우, 상기 세미 프레임 단위로 혹은 특정 순서의 세미 프레임의 특정 순서의 서브프레임 기준으로, DL/UL 전환을 수행하는 것을 특징으로 하는 프레임 구조.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 세미 프레임 단위로 혹은 특정 순서의 세미 프레임의 특정 순서의 서브프레임 기준으로, CP 길이를 변경하는 것을 특징으로 하는 프레임 구조.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 프레임은 IEEE 802.16e 시스템을 지원하는 하나 이상의 세미 프레임과, IEEE 802.16m 시스템을 지원하는 하나 이상의 세미 프레임으로 구성되는 것을 특징으로 하는 프레임 구조
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 프레임은 레거시 시스템을 지원하는 하나 이상의 세미 프레임, 펨토 셀을 지원하는 하나 이상의 세미 프레임, 매크로 셀을 지원하는 하나 이상의 세미 프레임, 방송용 메시지 전송을 위한 하나 이상의 세미 프레임, 일반 모바일 셀을 지원하는 하나 이상의 세미 프레임, 릴레이를 지원하는 하나 이상의 세미 프레임 중 적어도 하나를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 프레임 구조.
  18. 무선통신 시스템에서 다양한 길이의 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix : CP)를 수용하는 송신 장치에 있어서,
    상위 계층으로부터의 정보 데이터를 미리 정해진 변조수준에 따라 부호 및 변조하여 출력하는 부호 및 변조기와,
    상기 부호 및 변조기로부터의 주파수 영역의 데이터를 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 연산하여 가변 사이즈의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼을 출력하는 OFDM 변조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 OFDM 변조기는,
    K 사이즈 IFFT 연산기를 사용하여 K 사이즈 OFDM 심볼을 출력하는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 OFDM 변조기는,
    N/M 개 시퀀스(sequence)에 0을 적절히 삽입하여 N개 시퀀스를 생성하고, N 사이즈 IFFT 연산기를 사용하여 IFFT 연산을 수행한 후, N/M 개 시퀀스만 출력하여, N/M 사이즈의 OFDM 심볼을 출력하는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 무선통신 시스템에서 다양한 길이의 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix : CP)를 수용하는 송신 방법에 있어서,
    상위 계층으로부터의 정보 데이터를 미리 정해진 변조수준에 따라 부호 및 변조하는 과정과,
    상기 부호 및 변조된 주파수 영역의 데이터를 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 연산하여 가변 사이즈의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼을 생성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 OFDM 심볼 생성 과정은,
    N/M 개 시퀀스(sequence)에 0을 적절히 삽입하여 N개 시퀀스를 생성하는 과정과,
    상기 생성된 N개 시퀀스에 대해 N 사이즈 IFFT 연산기를 사용하여 IFFT 연산을 수행하는 과정과,
    상기 IFFT 연산된 N개 시퀀스 중 N/M 개 시퀀스를 선택하여 N/M 사이즈의 OFDM 심볼을 생성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 제 21 항에 있어서, 상기 OFDM 심볼 생성 과정은,
    N/M 개 시퀀스(sequence)에 0을 적절히 삽입하여 N개 시퀀스를 생성하는 과정과,
    상기 생성된 N개 시퀀스에 대해 N 사이즈 IFFT 연산기를 사용하여 IFFT 연산을 수행하는 과정과,
    상기 IFFT 연산된 N개 시퀀스 중 N/M 개 시퀀스를 선택하여 N/M 사이즈의 OFDM 심볼을 생성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 무선통신 시스템에서 다양한 길이의 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix : CP)를 수용하는 수신 장치에 있어서,
    수신된 가변 사이즈의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼을 FFT(Fast Fourier Transform) 연산하여 주파수 영역의 데이터를 출력하는 OFDM 복조기와,
    상기 OFDM 복조기로부터의 주파수 영역의 데이터에서 실제 수신하고자 하는 부반송파들의 데이터를 선택하고, 상기 선택된 데이터를 미리 정해진 복조수준에 따라 복조 및 복호하는 복조 및 복호기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 OFDM 복조기는,
    수신된 K개 시퀀스에 대해 K 사이즈 FFT 연산기를 사용하여 FFT 연산을 수행 하거나, 수신된 N/M개 시퀀스를 M번 반복하여 N개 시퀀스를 생성한 후 N 사이즈 FFT 연산기를 사용하여 FFT 연산을 수행하는 것을 특징으로 하는 장치.
  26. 무선통신 시스템에서 다양한 길이의 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix : CP)를 수용하는 수신 방법에 있어서,
    수신된 가변 사이즈의 OFDM 심볼을 FFT(Fast Fourier Transform) 연산하여 주파수 영역의 데이터로 변환하는 과정과,
    상기 주파수 영역의 데이터에서 실제 수신하고자 하는 부반송파들의 데이터를 선택하고, 상기 선택된 데이터를 미리 정해진 복조수준에 따라 복조 및 복호하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 FFT 연산 과정은,
    수신된 K개 시퀀스에 대해 K 사이즈 FFT 연산기를 사용하여 FFT 연산을 수행하거나, 수신된 N/M개 시퀀스를 M번 반복하여 N개 시퀀스를 생성한 후 N 사이즈 FFT 연산기를 사용하여 FFT 연산을 수행하는 과정임을 특징으로 하는 방법.
  28. 무선통신 시스템의 프레임 구조에 있어서,
    단편(Fractional) OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼을 포함하는 하나 이상의 서브 프레임과,
    프레임 전환을 위한 가드 타임을 포함하는 것을 특징으로 하는 프레임 구조.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 서브 프레임의 길이는 모두 동일한 것을 특징으로 하는 프레임 구조.
  30. 제 28 항에 있어서,
    상기 프레임 구조는 다양한 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix : CP) 사이즈를 지원하는 것을 특징으로 하는 프레임 구조.
  31. 제 28 항에 있어서,
    전체 프레임 운영은 상기 서브 프레임 단위로 수행되는 것을 특징으로 하는 프레임 구조.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 전체 프레임 운영은 제어 신호 전송, 상/하향링크 전환, 하/상향링크 전환 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 프레임 구조.
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