KR20090082843A - 무선통신 시스템에서 ａｃｋ／ｎａｃｋ 신호 전송방법 - Google Patents

무선통신 시스템에서 ａｃｋ／ｎａｃｋ 신호 전송방법 Download PDF

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Abstract

무선통신 시스템에서 ACK/NACK 신호 전송방법은 ACK/NACK 신호의 전송을 위한 ACK 채널 영역을 공유하는 복수의 ACK 채널 중 적어도 하나의 ACK 채널을 할당받는 단계 및 상기 적어도 하나의 ACK 채널을 통하여 ACK/NACK 신호를 전송하는 단계를 포함하되, 상기 ACK 채널 영역은 복수의 데이터 부반송파를 포함하는 타일(tile)을 적어도 하나 포함하고, 상기 타일에는 상기 복수의 ACK 채널 각각의 서로 다른 직교 벡터가 맵핑되어 각 ACK 채널의 ACK/NACK 신호를 나타낸다. 하나의 ACK 채널 영역에 복수의 ACK 채널을 할당하여 다중화된 ACK/NACK 신호를 전송할 수 있으므로, 한정된 무선자원을 효율적으로 사용할 수 있다.

Description

무선통신 시스템에서 ＡＣＫ／ＮＡＣＫ 신호 전송방법{Method for transmitting ACK/NACK signal in wireless communication system}
본 발명은 무선 통신에 관한 것으로 보다 상세하게는 하나의 ACK 채널 영역에서 복수의 ACK 채널을 할당하여 다중화된 ACK/NACK 신호를 전송하는 방법에 관한 것이다.
IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16 표준은 광대역 무선 접속(broadband wireless access)을 지원하기 위한 기술과 프로토콜을 제공한다. 1999년부터 표준화가 진행되어 2001년 IEEE 802.16-2001이 승인되었다. 이는 'WirelssMAN-SC'라는 단일 반송파(single carrier) 물리계층에 기반한다. 이후 2003년에 승인된 IEEE 802.16a 표준에서는 물리계층에 'WirelssMAN-SC' 외에'WirelssMAN-OFDM'과 'WirelssMAN-OFDMA'가 더 추가되었다. IEEE 802.16a 표준이 완료된 후 개정된(revised) IEEE 802.16-2004 표준이 2004년 승인되었다. IEEE 802.16-2004 표준의 결함(bug)과 오류(error)를 수정하기 위해 'corrigendum'이라는 형식으로 IEEE 802.16-2004/Cor1이 2005년에 완료되었다.
통신의 신뢰성을 확보하기 위한 에러 보상 기법으로는 FEC(forward error correction) 방식과 ARQ(automatic repeat request) 방식이 있다. FEC 방식에서는 정보 비트들에 여분의 에러 정정 코드를 추가시킴으로써, 수신단에서의 에러를 정정한다. ARQ 방식에서는 데이터 재전송을 통해 에러를 정정하며, SAW(stop and wait), GBN(Go-back-N), SR(selective repeat) 방식 등이 있다. SAW 방식은 전송한 프레임의 정확한 수신여부를 확인한 후 다음 프레임을 전송하는 방식이다. GBN 방식은 연속적인 N개의 프레임을 전송하고, 성공적으로 전송이 이루어지지 않으면 에러가 발생한 프레임 이후로 전송된 모든 프레임을 재전송하는 방식이다. SR 방식은 에러가 발생한 프레임만을 선택적으로 재전송하는 방식이다.
FEC 방식은 시간 지연이 적고 송수신단 사이에 별도로 주고받는 정보가 필요 없다는 장점이 있지만, 양호한 채널 환경에서 시스템 효율이 떨어지는 단점이 있다. ARQ 방식은 전송 신뢰성을 높일 수 있지만, 시간 지연이 생기게 되고 열악한 채널 환경에서 시스템 효율이 떨어지는 단점이 있다. 이러한 단점들을 해결하기 위해 제안된 것이 FEC와 ARQ를 결합한 복합 자동 재전송(hybrid automatic repeat request, 이하 HARQ) 방식이다. HARQ 방식에 의하면 물리계층이 수신한 데이터가 복호할 수 없는 오류를 포함하는지 여부를 확인하고, 오류가 발생하면 재전송을 요구함으로써 성능을 높인다.
HARQ 방식에서, 수신기는 수신한 데이터에서 에러가 검출되지 않으면 응답신 호로 ACK(Acknowledgement) 신호를 전송하여 수신 성공을 송신기로 알린다. 수신기는 수신한 데이터에서 에러가 검출되면 응답신호로 NACK(Not-acknowledgement) 신호를 전송하여 수신 실패를 송신기로 알린다. 송신기는 NACK 신호가 수신되면 재전송 데이터를 전송한다. ACK/NACK 신호는 통신의 신뢰성을 보장하기 위한 중요한 제어신호로서 데이터의 전송횟수에 따라 빈번히 전송된다.
무선통신 시스템에서 빈번히 전송되는 ACK/NACK 신호는 효율적으로 전송할 수 있는 방법이 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 무선통신 시스템에서 ACK/NACK 신호 전송방법을 제공함에 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 무선통신 시스템에서 ACK/NACK 신호 전송방법은 ACK/NACK 신호의 전송을 위한 ACK 채널 영역을 공유하는 복수의 ACK 채널 중 적어도 하나의 ACK 채널을 할당받는 단계 및 상기 적어도 하나의 ACK 채널을 통하여 ACK/NACK 신호를 전송하는 단계를 포함하되, 상기 ACK 채널 영역은 복수의 데이터 부반송파를 포함하는 타일(tile)을 적어도 하나 포함하고, 상기 타일에는 상기 복수의 ACK 채널 각각의 서로 다른 직교 벡터가 맵핑되어 각 ACK 채널의 ACK/NACK 신호를 나타낸다.
본 발명의 다른 양태에 따른 무선통신 시스템에서 ACK/NACK 신호 전송방법은 하향링크 데이터를 수신하는 단계 및 상기 하향링크 데이터에 대한 응답으로 ACK 채널을 통하여 ACK/NACK 신호를 전송하는 단계를 포함하되, 상기 ACK/NACK 신호는 하나의 ACK 채널 영역에 중복되어 할당되는 복수의 ACK 채널 각각에 대응되는 복수의 직교 벡터 세트 중에서 선택되는 직교 벡터로 표현된다.
하나의 ACK 채널 영역에 복수의 ACK 채널을 할당하여 다중화된 ACK/NACK 신호를 전송할 수 있으므로, 한정된 무선자원을 효율적으로 사용할 수 있다.
도 1은 무선통신 시스템을 나타낸 블록도이다. 무선통신 시스템은 음성, 패킷 데이터 등과 같은 다양한 통신 서비스를 제공하기 위해 널리 배치된다.
도 1을 참조하면, 무선통신 시스템은 단말(10; User Equipment, UE) 및 기지국(20; Base Station, BS)을 포함한다. 단말(10)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, MS(Mobile Station), UT(User Terminal), SS(Subscriber Station), 무선기기(wireless device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 기지국(20)은 일반적으로 단말(10)과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, 노드-B(Node-B), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 하나의 기지국(20)에는 하나 이상의 셀이 존재할 수 있다.
이하에서 하향링크(downlink; DL)는 기지국(20)에서 단말(10)로의 통신을 의미하며, 상향링크(uplink; UL)는 단말(10)에서 기지국(20)으로의 통신을 의미한다. 하향링크에서, 송신기는 기지국(20)의 일부일 수 있고 수신기는 단말(10)의 일부일 수 있다. 상향링크에서, 송신기는 단말(10)의 일부일 수 있고 수신기는 기지국(20)의 일부일 수 있다.
무선통신 시스템은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) /OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 기반 시스템일 수 있다. OFDM은 다수의 직교 부반송파를 이용한다. OFDM은 IFFT(inverse fast Fourier Transform)과 FFT(fast Fourier Transform) 사이의 직교성 특성을 이용한다. 송신기에서 데이터는 IFFT를 수행하여 전송된다. 수신기에서 수신신호에 FFT를 수행하여 원래 데이터를 복원한다. 송신기는 다중 부반송파들을 결합하기 위해 IFFT를 사용하고, 수신기는 다중 부반송파들을 분리하기 위해 대응하는 FFT를 사용한다.
도 2는 프레임 구조의 일예를 나타낸다. 프레임은 물리적 사양에 의해 사용되는 고정된 시간 동안의 데이터 시퀀스이다. 이는 IEEE 표준 802.16-2004 "Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems" (이하, 참조문헌 1)의 8.4.4.2절을 참조할 수 있다.
도 2를 참조하면, 프레임은 하향링크(DL) 프레임과 상향링크(UL) 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 프레임은 프리앰블(preamble), FCH(Frame Control Header), DL(Downlink)-MAP, UL(Uplink)-MAP, 버스트 영역의 순서로 시작된다. 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 다운링크 버스트와 계속되는(subsequent) 상향링크 버스트 사이의 갭이다. RTG(receive/transmit transition gap)는 상향링크 버스트와 계속되는 하향링크 버스트 사이의 갭이다.
프리앰블은 기지국과 단말 간의 초기 동기, 셀 탐색, 주파수 오프셋 및 채널추정에 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 물리채널의 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 물리채널의 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, CQI(Channel Quality Information)나 ACK/NACK(Acknowledgement/Non-acknowledgement) 신호 등이 실릴 수 있다. 패스트 피드백 영역은 상향링크 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. 서브채널의 수는 FFT 크기와 시간-주파수 맵핑에 종속한다. 서브채널은 복수의 부반송파를 포함하고, 서브채널 당 부반송파의 수는 순열(permutation) 방식에 따라 따르다. 순열은 논리적인 서브채널을 물리적인 부반송파로의 맵핑을 의미한다. FUSC(Full Usage of Subchannels)에서 서브채널은 48개의 부반송파를 포함하고, PUSC(Partial Usage of Subchannels)에서 서브채널은 24개 또는 16개의 부반송파를 포함한다. 세그먼트(segment)는 적어도 하나의 서브채널 집합을 말한다.
물리계층에서 데이터를 물리적인 부반송파로 맵핑하기 위해 일반적으로 2단계를 거친다. 첫번째 단계에서, 데이터가 적어도 하나의 논리적인 서브채널 상에서 적어도 하나의 데이터 슬롯으로 맵핑된다. 두번째 단계에서, 각 논리적인 서브채널은 물리적인 부반송파로 맵핑된다. 이를 순열이라 한다. 참조문헌 1은 FUSC, PUSC, O-FUSC(Optional-FUSC), O-PUSC(Optional-PUSC), AMC(Adaptive modulation and Coding) 등의 순열 방식을 개시한다. 동일한 순열 방식이 사용되는 OFDM 심볼의 집합을 순열 영역(permutation zone)이라고 하고, 하나의 프레임은 적어도 하나의 순열 영역을 포함한다.
FUSC와 O-FUSC는 하향링크 전송에만 사용된다. FUSC는 모든 서브채널 그룹을 포함하는 하나의 세그먼트로 구성된다. 각 서브채널은 전체 물리채널을 통해 분포되는 물리적인 부반송파로 맵핑된다. 이 맵핑은 각 OFDM 심볼마다 바뀐다. 슬롯은 하나의 OFDM 심볼 상에서 하나의 서브채널로 구성된다. O-FUSC는 FUSC와 파일럿이 할당되는 방식이 다르다.
PUSC는 하향링크 전송과 상향링크 전송 모두에 사용된다. 하향링크에서, 각 물리적인 채널은 2개의 OFDM 심볼 상에서 14개의 인접하는(contiguous) 부반송파로 구성되는 클러스터(cluster)로 나누어진다. 물리채널은 6개의 그룹으로 맵핑된다. 각 그룹 내에서, 파일럿은 고정된 위치로 각 클러스터에 할당된다. 상향링크에서, 부반송파들은 3 OFDM 심볼상에서 4 인접하는 물리적 부반송파로 구성된 타일(tile)로 나누어진다. 서브채널은 6 타일을 포함한다. 각 타일의 모서리에 파일럿이 할당된다. O-PUSC는 상향링크 전송에만 사용되고, 타일은 3 OFDM 심볼 상에서 3 인접하는 물리적 부반송파로 구성된다. 파일럿은 타일의 중심에 할당된다.
도 3은 타일의 일 예를 나타낸다. 이는 PUSC에서의 타일이다.
도 3을 참조하면, 하나의 타일은 주파수 영역으로 4 부반송파, 시간 영역으로 3 OFDM 심볼로 구성되어 모두 12개의 부반송파를 포함한다. 12개의 부반송파는 8개의 데이터 부반송파(M0, ..., M7)와 4개의 파일럿 부반송파로 나눌 수 있다. 데이터 부반송파에는 데이터 심볼이 실린다. 데이터 심볼은 사용자 데이터 또는 제어신호에 대한 심볼일 수 있다. 파일럿 부반송파에는 파일럿 또는 'Null'이 실릴 수 있다. 파일럿 부반송파를 활용하기 위하여 다른 데이터 심볼을 파일럿 부반송파에 실어서 전송할 수도 있다. 상향링크에서 PUSC 순열방식의 서브채널은 48개의 데이터 부반송파 및 24개의 파일럿 부반송파를 포함한다.
도 4는 패스트 피드백 영역의 일예를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 패스트 피드백 영역에는 패스트 피드백 메시지가 맵핑된다. 하나의 패스트 피드백 메시지는 하나의 패스트 피드백 슬롯을 점유할 수 있다. 여기서는, 하나의 패스트 피드백 영역에 3 OFDMA 심볼 크기의 4개의 패스트 피드백 슬롯이 할당되는 것을 나타낸다. 패스트 피드백 슬롯은 하나의 서브채널에 대응될 수 있다.
하나의 서브채널에는 다수의 타일(tile)이 포함될 수 있다. 설명을 명확히 하기 위해, 하나의 서브채널에 6개의 타일이 포함된다고 하자. PUSC 순열 방식에서 하나의 서브채널에는 48개의 데이터 부반송파와 24개의 파일럿 부반송파가 포함된다. O-PUSC 순열 방식에서 하나의 서브채널에는 48개의 데이터 부반송파와 6개의 파일럿 부반송파가 포함된다. 6개의 타일은 전체 대역에 분산되어 위치할 수 있다.
패스트 피드백 영역은 ACK 채널로 할당될 수 있다. ACK/NACK 신호를 전송하는 채널을 ACK 채널이라 한다. ACK 채널에는 1/2 서브채널(3 타일)이 할당될 수 있다. ACK 채널은 PUSC 또는 O-PUSC 순열 방식을 사용할 수 있다.
ACK/NACK 신호는 각 타일의 데이터 부반송파에 맵핑될 수 있다. 표 1은 하나의 타일에 포함되는 8개의 데이터 부반송파에 실리는 변조심볼들을 나타낸다. 하나의 변조심볼은 하나의 데이터 부반송파에 실리고, 하나의 타일에 실리는 8개의 변조심볼은 하나의 벡터를 구성한다. 모두 8가지 종류의 벡터를 구성하고, 그 인덱스는 0~7 사이의 값을 가진다.
Figure 112008043537419-PAT00001
여기서, 각 벡터를 구성하는 변조심볼은 다음 수학식 1과 같다. P(0), P(1), P(2), P(3)는 성상도(constellation map)에서 심볼의 위상을 나타낸다. 이는 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 변조 방식에서 사용될 수 있다.
Figure 112008043537419-PAT00002
Figure 112008043537419-PAT00003
Figure 112008043537419-PAT00004
Figure 112008043537419-PAT00005
이 때, 서로 다른 인덱스를 가지는 벡터는 서로 직교한다.
ACK/NACK 신호에 대한 페이로드를 1비트(예를 들어, 0이면 ACK, 1이면 NACK) 라 할 때, ACK 채널에 할당되는 벡터는 다음 표 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112008043537419-PAT00006
ACK 채널을 위해 1/2 서브채널이 할당되므로, 하나의 ACK 채널에는 3개의 타일이 할당된다. 하나의 타일에는 하나의 벡터가 할당되므로, ACK/NACK 신호를 나타내기 위해 3개의 벡터가 필요하다. ACK 채널에 맵핑되어 벡터 형태로 표현된 ACK/NACK 신호를 ACK/NACK 신호의 부호어(codeword)라 한다.
이러한 ACK 채널에의 ACK/NACK 신호의 맵핑은 IEEE 표준 802.16-2004 "Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems" 의 8.4.5.4.13절을 참조할 수 있다.
한편, HARQ 방식을 수행하는 송신기는 다수의 HARQ 프로세서를 병렬적으로 수행하여 하나의 프레임을 통하여 m개의 전송 블록을 전송할 수 있으며, 수신기는 m개의 전송 블록에 대하여 m개의 ACK/NACK 신호로 응답할 수 있다(m>1인 정수). 또한, 다수의 사용자에 대하여 데이터를 전송하는 기지국은 다수의 사용자로부터 다수의 ACK/NACK 신호를 수신한다. HARQ 방식에 따라 다수의 ACK/NACK 신호가 전송되는 시스템에서, 하나의 ACK/NACK 신호에 대하여 하나의 ACK 채널(1/2 서브채널)을 할당하는 것은 한정된 무선자원의 낭비를 초래할 수 있다. 예를 들어, 기지국이 하나의 사용자에게 10개의 전송 블록을 전송한 경우, 기지국은 ACK/NACK 신호를 수신하기 위하여 한 사용자에게 5개의 서브채널을 할당하여야 한다. 또는 기지국이 10명의 사용자에게 각각 하나씩의 전송 블록을 전송한 경우에도 10명의 사용자로부터 ACK/NACK 신호를 수신하기 위하여 5개의 서브채널을 할당하여야 한다. 전송되는 데이터의 수가 증가할수록 ACK/NACK 신호의 수도 증가하게 되며, 이에 따라 ACK/NACK 신호에 의한 무선자원의 사용량도 늘어나게 된다. 한정된 무선자원에서 ACK/NACK 신호를 위해 할당할 수 있는 무선자원에는 한계가 있다.
보다 효율적으로 복수의 ACK/NACK 신호를 전송할 수 있는 방법이 필요하다. 이를 위해, 기지국은 하나의 ACK/NACK 신호에 대해 하나의 ACK 채널을 할당하지 않고, 복수의 ACK/NACK 신호에 대해 하나의 ACK 채널을 할당한다. 복수의 ACK/NACK 신호는 복수의 사용자의 ACK/NACK 신호 또는 단일 사용자의 ACK/NACK 신호일 수 있다. 즉, 기지국은 하나의 ACK 채널을 복수의 사용자에게 할당하여 복수의 사용자의 ACK/NACK 신호가 하나의 ACK 채널에 다중화되도록 하거나, 하나의 ACK 채널을 단일 사용자에게 할당하여 단일 사용자가 복수의 ACK/NACK 신호를 하나의 ACK 채널에 다중화하여 전송할 수 있도록 한다.
이하, 복수의 ACK/NACK 신호를 다중화하여 전송할 수 있는 방법에 대하여 설명한다.
<파일럿을 이용한 ACK/NACK 신호 다중화>
ACK/NACK 신호의 전송을 위한 ACK 채널 영역에 복수의 ACK 채널을 할당하여 다중화된 ACK/NACK 신호를 전송한다. 즉, 복수의 ACK 채널은 하나의 ACK 채널 영역을 공유한다. 이하, 하나의 ACK 채널은 PUSC 순열 방식의 1/2 서브채널(3 타일)을 사용하는 것으로 가정한다. 이는 설명을 위한 예시에 불과하며, ACK 채널에 사용되는 순열 방식 및 타일의 수에는 제한이 없다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 ACK 채널 영역에서의 복수의 ACK 채널 할당을 나타낸 것이다.
도 5를 참조하면, ACK 채널 영역(ACKCH region)은 프레임에서 ACK/NACK 신호의 전송을 위한 ACK 채널(ACKCH)이 할당되는 영역이다. ACK 채널 영역은 패스트 피드백 영역을 이용할 수 있다. ACK 채널 영역으로 패스트 피드백 영역의 1/2 슬롯이 할당될 수 있다. 즉, ACK 채널 영역으로 1/2 서브채널이 할당될 수 있다. 프레임에는 복수의 ACK 채널 영역이 할당될 수 있는데, 여기서는 하나만 나타내었다.
하나의 ACK 채널 영역에 복수의 ACK 채널을 할당하여 ACK/NACK 신호를 다중화한다. ACK 채널이 PUSC 순열 방식의 1/2 서브채널을 사용하므로, 하나의 ACK 채널에는 3개의 타일이 할당된다. 각 타일에는 8개의 데이터 부반송파 및 4개의 파일럿 부반송파가 포함된다. 하나의 ACK 채널 영역에 할당되는 ACK 채널은 타일의 파일럿 부반송파의 수만큼 중복하여 할당될 수 있다. 즉, 파일럿을 통하여 채널을 추정하는 경우에는 파일럿의 개수만큼 ACK 채널을 중복하여 할당할 수 있다.
하나의 타일은 4개의 파일럿을 포함하므로, 하나의 ACK 채널 영역에는 4개의 ACK 채널이 다중화될 수 있다. 기지국은 하나의 ACK 채널 영역에 타일의 파일럿 부반송파의 수만큼 ACK 채널을 할당할 수 있다. 기지국은 PUSC 순열 방식을 사용하는 ACK 채널 영역에 4개의 ACK 채널을 할당할 수 있다. 하나의 ACK 채널 영역에 다중화되는 ACK 채널은 하나의 단말 또는 다수의 단말에게 할당될 수 있다.
하나의 ACK 채널 영역에 할당되는 복수의 ACK 채널에는 직교하는 벡터 세트(vector set)을 이용하여 복수의 ACK/NACK 신호가 다중화된다. 표 3은 ACK 채널에 할당되는 벡터 세트의 일 예를 나타낸다.
ACK Channel ACK/NACK signal vector indices per tile (Orthogonal Vector sets)
ACKCH 1 ACK 0, 0, 0
NACK 4, 7, 2
ACKCH 2 ACK 1, 1, 1
NACK 2, 2, 7
ACKCH 3 ACK 3, 3, 3
NACK 5, 5, 5
ACKCH 4 ACK 6, 6, 6
NACK 7, 4, 4
여기서, 벡터 인덱스는 8개의 변조심볼로 구성되는 벡터를 지시한다. 각 ACK 채널에 사용되는 벡터로는 표 1과 같이 8개의 변조심볼로 구성되는 8가지 벡터가 사용될 수 있다. 3개의 벡터가 하나의 벡터 세트를 이루고, 8가지의 서로 직교하는 벡터 세트를 구성할 수 있다. 각 ACK 채널에 사용되는 8가지의 벡터 세트는 직교하므로 서로 간섭하지 않는다. 따라서 4개의 ACK 채널에 서로 직교하는 벡터 세트를 사용하여 ACK/NACK 신호를 다중화할 수 있다.
하나의 ACK 채널 영역에 복수의 ACK 채널이 할당되는 경우, 각 ACK 채널을 구분하기 위하여 파일럿을 이용할 수 있다. 즉, 하나의 ACK 채널 영역을 통하여 전송되는 복수의 ACK/NACK 신호를 파일럿을 이용하여 구분할 수 있다. 파일럿을 이용하여 다중화된 ACK/NACK 신호를 구분하는 방법에는 파일럿 분리방법 및 직교 파일럿 할당방법이 있다.
먼저, 파일럿 분리방법에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중화되는 ACK 채널에서의 파일럿 배치방법을 도시한 것이다. 하나의 ACK 채널에 4개의 ACK 채널(ACKCH 1, 2, 3, 4)이 할당되는 경우에 있어서, 각 ACK 채널의 하나의 타일만을 나타내었다.
도 6을 참조하면, 파일럿 분리방법은 하나의 ACK 채널 영역에 할당되는 ACK 채널의 수만큼 타일의 파일럿을 나누어 사용하는 방법이다. 하나의 ACK 채널 영역에 4개의 ACK 채널이 할당되는 경우, 각 ACK 채널에서는 타일의 4개의 파일럿 부반송파 중 어느 하나만이 사용된다. 즉, 하나의 ACK 채널은 4개의 파일럿 부반송파 중에서 어느 하나에만 파일럿(pilot; P)을 실어서 전송하고, 나머지 파일럿 부반송파에는 널(null; N)을 실어서 널 부반송파(null subcarrier)로서 전송한다. 이때, 각 ACK 채널의 파일럿은 ACK 채널 간에 서로 겹치지 않는 위치의 파일럿 부반송파에 할당된다.
각 ACK 채널마다 파일럿 전송을 위해 사용되는 파일럿 부반송파의 위치는 미리 지정될 수 있다. 기지국은 하나의 ACK 채널 영역에 다수의 ACK 채널을 할당하면서 ACK 채널마다 파일럿이 전송되는 파일럿 부반송파의 위치를 단말에게 알려줄 수 있다. 기지국은 각 파일럿 부반송파에 실리는 파일럿을 이용하여 복수의 ACK 채널의 채널 상태를 추정할 수 있다. 4개의 파일럿으로 4개의 ACK 채널의 채널 상태가 추정될 수 있다. 추정된 채널 상태를 반영하여 데이터 부반송파에 실려서 전송되는 다중화된 ACK/NACK 신호가 디코딩될 수 있다.
여기서는 하나의 ACK 채널 영역에 4개의 ACK 채널이 할당되는 것으로 가정하여 설명하였나, 하나의 ACK 채널 영역에 중복하여 할당될 수 있는 ACK 채널의 수는 타일의 파일럿 부반송파의 개수 이하로 다양하게 정해질 수 있으며, 각 ACK 채널에서 파일럿 전송을 위해 사용되는 파일럿 부반송파의 위치 및 개수는 제한되지 않는다.
이제, 직교 파일럿 할당방법에 대하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중화되는 ACK 채널에서의 파일럿 배치방법을 도시한 것이다. 하나의 ACK 채널에 4개의 ACK 채널(ACKCH 1, 2, 3, 4)이 할당되는 경우에 있어서, 각 ACK 채널의 하나의 타일만을 나타내었다.
도 7을 참조하면, 직교 파일럿 할당방법은 하나의 ACK 채널 영역에 할당되는 복수의 ACK 채널 간에 파일럿이 서로 간섭하지 않도록 각 ACK 채널에 서로 다른 패턴의 파일럿을 할당하는 방법이다. 하나의 ACK 채널 영역에 4개의 ACK 채널이 할당되는 경우, 4개의 파일럿 패턴이 사용된다. 첫 번째 ACK 채널은 4개의 파일럿 부반송파 중에서 2개의 파일럿 부반송파에만 파일럿을 실어서 전송하고, 나머지 2개의 파일럿 부반송파에는 널(null, N)을 실어서 널 부반송파로서 전송한다. 두 번째 ACK 채널은 첫 번째 ACK 채널과 겹치지 않는 위치의 2개의 파일럿 부반송파에 파일럿을 실어서 전송하고, 나머지 2개의 파일럿 부반송파는 널 부반송파로서 전송한다. 세 번째 ACK 채널은 4개의 파일럿 부반송파 중에서 하나의 파일럿 부반송파에는 (+)로 위상 변조된 파일럿을 실어서 전송하고, 다른 하나의 파일럿 부반송파에는 (-)로 위상 변조된 파일럿을 실어서 전송하며, 나머지 2개의 파일럿 부반송파에는 널을 실어서 널 부반송파로서 전송한다. 여기서, (+) 및 (-)은 성상도(constellation map) 상에서 심볼의 위상 변조를 의미한다. 2가지 신호를 구분하기 위해 BPSK(Binary Phase Shift Keying) 방식으로 파일럿의 위상이 변조될 수 있다. 네 번째 ACK 채널은 세 번째 ACK 채널에서 널 부반송파로 사용된 2개의 파일럿 부반송파 중 하나에 (+)로 위상 변조된 파일럿을 싣고 다른 하나에 (-)로 위상 변조된 파일럿을 실어서 전송하며, 나머지 2개의 파일럿 부반송파는 널 부반송파로서 전송한다.
각 ACK 채널마다 파일럿 전송을 위해 사용되는 파일럿 부반송파의 위치 및 위상 변조값은 미리 지정될 수 있다. 기지국은 하나의 ACK 채널 영역에 다수의 ACK 채널을 할당하면서 ACK 채널의 파일럿의 패턴을 단말에게 알려줄 수 있다. 기지국은 각 ACK 채널의 파일럿 패턴에 따라 채널 상태를 추정할 수 있으며, 추정된 채널 상태를 반영하여 데이터 부반송파에 실려서 전송되는 다중화된 ACK/NACK 신호를 디코딩할 수 있다.
하나의 ACK 채널 영역에 중복하여 할당될 수 있는 ACK 채널의 수는 직교하는 파일럿의 패턴에 따라 다양하게 정해질 수 있으며, 직교하는 파일럿 패턴은 다양한 방식으로 구성될 수 있다.
<파일럿을 이용하지 않는 경우의 ACK/NACK 신호 다중화>
ACK/NACK 신호의 전송을 위한 ACK 채널 영역에 복수의 ACK 채널을 할당하여 다중화된 ACK/NACK 신호를 전송한다. 이때, ACK 채널에 사용되는 타일에 파일럿 부반송파가 포함되지 않고 모든 부반송파가 데이터 부반송파로 사용되는 경우이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 타일의 구조를 나타낸다.
도 8을 참조하면, ACK/NACK 신호로 직교 부호(orthogonal code)를 사용한다. ACK/NACK 신호로 직교 부호가 사용되면 파일럿을 이용하여 채널 상태를 추정하지 않아도 복수의 ACK/NACK 신호가 디코딩될 수 있다.
ACK 채널 영역으로 3개의 타일이 사용되고, 타일은 3 OFDM 심볼 상에서 주파수 영역으로 4개의 부반송파로 이루어진다고 하자. 각 타일에는 파일럿 부반송파가 할당되지 않고 12개의 모든 부반송파가 데이터 부반송파(M0,M1,...,M11)로 할당된다. 각 타일에는 길이가 12인 직교 부호가 맵핑된다. 3개의 타일에 맵핑되는 3개의 직교 부호가 하나의 ACK/NACK 신호를 나타낸다. 직교 부호로는 하다마드(Hadamard) 부호, DFT 시퀀스, 왈쉬(Walsh) 부호, CAZAC(Constant Amplitude Zero Auto-Correlation) 시퀀스 등이 사용될 수 있다.
수학식 2는 DFT 행렬의 일 예를 나타낸다.
Figure 112008043537419-PAT00007
Figure 112008043537419-PAT00008
N=12이면, 길이가 12인 12개의 DFT 시퀀스를 생성할 수 있다. 12개의 DFT 시퀀스는 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112008043537419-PAT00009
여기서, DFT 시퀀스의 인덱스 n은 1 내지 12 값을 가진다. 길이 12인 DFT 시퀀스를 이용하여 ACK/NACK 신호를 나타내는 벡터 세트(vector set)를 구성할 수 있다. 표 4는 DFT 시퀀스를 이용한 벡터 세트의 일 예를 나타낸다.
ACK Channel ACK/NACK signal orthogonal code per tile (Orthogonal code Vector sets)
ACKCH 1 ACK W1, W1, W1
NACK W2, W2, W2
ACKCH 2 ACK W3, W3, W3
NACK W4, W4, W4
ACKCH 3 ACK W5, W5, W5
NACK W6, W6, W6
ACKCH 4 ACK W7, W7, W7
NACK W8, W8, W8
ACKCH 5 ACK W9, W9, W9
NACK W10, W10, W10
ACKCH 6 ACK W11, W11, W11
NACK W12, W12, W12
12개의 DFT 시퀀스로 벡터 세트를 구성하면, 하나의 ACK 채널 영역에 6개의 ACK 채널을 할당할 수 있다. 12개의 DFT 시퀀스는 6개의 ACK 채널 각각의 ACK/NACK 신호를 나타낸다. ACK 채널의 3개의 타일에는 3개의 DFT 시퀀스가 각각 할당된다.
여기서는 DFT 시퀀스를 이용하는 예를 들었으나, 하다마드 부호, 왈쉬 부호, CAZAC 시퀀스 등이 다양한 직교 부호로 각 ACK 채널의 ACK/NACK 신호를 나타내는 벡터 세트를 만들 수 있다. 그리고 ACK 채널이 반드시 3개의 타일을 사용할 필요가 없으며, 하나의 타일에 하나의 직교 부호가 할당되어 하나의 ACK/NACK 신호를 나타낼 수도 있다. 또한, ACK 채널이 O-PUSC 순열 방식의 타일을 사용하는 경우에는 타일에 포함되는 9개의 부반송파에 맵핑될 수 있도록 길이가 9인 직교 부호로 9개의 벡터 세트를 구성할 수 있다. 9개의 벡터 세트를 이용하여 하나의 ACK 채널 영역에 5개의 ACK 채널을 할당할 수 있다. 4개의 ACK 채널에는 ACK/NACK 신호를 벡터 세트로 나타내고, 5번째 ACK 채널에는 ACK 신호만을 벡터 세트로 나타낼 수 있다.
직교 부호로 표현되는 ACK/NACK 신호가 전송되면, 기지국은 직교 부호의 상관값으로 직교 부호의 인덱스를 구할 수 있다. 기지국은 직교 부호의 인덱스로부터 수신된 신호가 다중화된 복수의 ACK 채널 중에서 어느 ACK 채널의 ACK 신호인지 NACK 신호인지 여부를 알 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 HARQ(Hybrid Automatic Repeat Request)를 이용한 데이터 전송방법을 도시한 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 기지국은 하향링크 데이터를 전송한다(S110). 단말은 하향링크 데이터를 수신하고, 이를 디코딩하여 에러 여부를 검출한다(S120). 단말은 하향링크 데이터에 대한 응답 신호로 ACK/NACK 신호를 전송한다(S130). 단말은 하향링크 데이터로부터 에러가 검출되지 않으면 ACK 신호를 보내고, 에러가 검출되면 NACK 신호를 보낸다.
기지국은 하향링크 데이터를 전송하면서 또는 그 이전에 하향링크 제어채널을 통하여 단말이 ACK/NACK 신호를 전송할 무선자원을 할당한다. 이때, 기지국은 다수의 단말에게 하나의 ACK 채널 영역을 할당할 수 있다. 즉, 다수의 단말로부터 전송되는 ACK/NACK 신호가 하나의 ACK 채널 영역에서 다중화되어 전송된다. 또는 기지국은 하나의 단말에게 하나의 ACK 채널 영역에 할당되는 다수의 ACK 채널을 할당할 수 있다. 단말은 각 ACK 채널을 통하여 다수의 ACK/NACK 신호를 전송할 수 있다. 다수의 단말 또는 하나의 단말로부터 전송되는 복수의 ACK/NACK 신호는 상술한 파일럿 분리방법, 직교 파일럿 할당방법, 직교 부호 벡터 세트 등을 이용하여 다중화될 수 있다. 단말이 사용하는 ACK/NACK 신호 전송방법은 사전에 약속된 방법으로 수행되거나 기지국이 지정할 수 있다. 기지국은 다중화된 ACK/NACK 신호를 파일럿 또는 직교 부호의 상관값으로 구분할 수 있다.
이상, 하향링크 HARQ 방식에 대하여 기술하고 있지만, 본 발명의 기술적 사상은 상향링크 HARQ 방식에도 그대로 적용할 수 있다. 그리고 상술한 타일의 구조는 제한이 아니며, 타일에 포함되는 데이터 부반송파 및 파일럿 부반송파의 개수 및 위치는 다양하게 변경될 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 프레임 구조의 일 예를 나타낸다.
도 3은 타일의 일 예를 나타낸다.
도 4는 패스트 피드백 영역의 일예를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 ACK 채널 영역에서의 복수의 ACK 채널 할당을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중화되는 ACK 채널에서의 파일럿 배치방법을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중화되는 ACK 채널에서의 파일럿 배치방법을 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 타일의 구조를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 HARQ(Hybrid Automatic Repeat Request)를 이용한 데이터 전송방법을 도시한 흐름도이다.

Claims (8)

  1. 무선통신 시스템에서 ACK/NACK 신호 전송방법에 있어서,
    ACK/NACK 신호의 전송을 위한 ACK 채널 영역을 공유하는 복수의 ACK 채널 중 적어도 하나의 ACK 채널을 할당받는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 ACK 채널을 통하여 ACK/NACK 신호를 전송하는 단계를 포함하되, 상기 ACK 채널 영역은 복수의 데이터 부반송파를 포함하는 타일(tile)을 적어도 하나 포함하고, 상기 타일에는 상기 복수의 ACK 채널 각각의 서로 다른 직교 벡터가 맵핑되어 각 ACK 채널의 ACK/NACK 신호를 나타내는 무선통신 시스템에서 ACK/NACK 신호 전송방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 타일에는 복수의 파일럿 부반송파가 포함되고, 상기 복수의 파일럿 부반송파에 맵핑되는 파일럿의 패턴으로 상기 복수의 ACK 채널이 구분되는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템에서 ACK/NACK 신호 전송방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 타일에는 복수의 파일럿 부반송파가 포함되고, 상기 복수의 파일럿 부 반송파를 나누어 상기 각 ACK 채널이 사용하는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템에서 ACK/NACK 신호 전송방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 직교 벡터는 상기 복수의 데이터 부반송파의 수에 대응하는 길이의 직교 부호인 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템에서 ACK/NACK 신호 전송방법.
  5. 무선통신 시스템에서 ACK/NACK 신호 전송방법에 있어서,
    하향링크 데이터를 수신하는 단계; 및
    상기 하향링크 데이터에 대한 응답으로 ACK 채널을 통하여 ACK/NACK 신호를 전송하는 단계를 포함하되, 상기 ACK/NACK 신호는 하나의 ACK 채널 영역에 중복되어 할당되는 복수의 ACK 채널 각각에 대응되는 복수의 직교 벡터 세트 중에서 선택되는 직교 벡터로 표현되는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템에서 ACK/NACK 신호 전송방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 ACK 채널 영역은 복수의 데이터 부반송파 및 복수의 파일럿 부반송파를 포함하는 타일을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템에서 ACK/NACK 신호 전송방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 복수의 파일럿 부반송파 중 일부에만 파일럿이 맵핑되어 상기 복수의 ACK 채널이 구분되는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템에서 ACK/NACK 신호 전송방법.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 복수의 파일럿 부반송파에 맵핑되는 파일럿의 위상이 변조되어 상기 복수의 ACK 채널이 구분되는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템에서 ACK/NACK 신호 전송방법.
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