KR20100010890A - 다중 안테나 시스템에서 참조신호 전송 방법 - Google Patents

다중 안테나 시스템에서 참조신호 전송 방법 Download PDF

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Abstract

다중 안테나 시스템에서 참조신호 전송 방법을 제공한다. 상기 방법은 제1 안테나 그룹을 통해 제1 시퀀스를 사용하는 제1 참조신호를 전송하는 단계 및 제2 안테나 그룹을 통해 제2 시퀀스를 사용하는 제2 참조신호를 전송하는 단계를 포함하되, 상기 제1 참조신호와 상기 제2 참조신호는 동일한 무선자원을 통해 전송된다.

Description

다중 안테나 시스템에서 참조신호 전송 방법{METHOD FOR TRANSMITTING REFERENCE SIGNAL IN MULTIPLE ANTENNA SYSTEM}
본 발명은 무선 통신에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다중 안테나 시스템에서 참조신호 전송 방법에 관한 것이다.
최근 활발하게 연구되고 있는 차세대 멀티미디어 무선 통신 시스템은 초기의 음성 위주의 서비스를 벗어나 영상, 무선 데이터 등의 다양한 정보를 처리하여 전송할 수 있는 시스템이 요구되고 있다. 현재 3세대 무선 통신 시스템에 이어 개발되고 있는 4세대 무선 통신은 하향링크 1Gbps(Gigabits per second) 및 상향링크 500Mbps(Megabits per second)의 고속의 데이터 서비스를 지원하는 것을 목표로 한다. 무선 통신 시스템의 목적은 다수의 사용자가 위치와 이동성에 관계없이 신뢰할 수 있는(reliable) 통신을 할 수 있도록 하는 것이다. 그런데, 무선 채널(wireless channel)은 경로 손실(path loss), 잡음(noise), 다중 경로(multipath)에 의한 페이딩(fading) 현상, 심벌 간 간섭(Intersymbol Interference, ISI) 또는 단말의 이동성으로 인한 도플러 효과(Doppler effect) 등의 비이상적인 특성이 있다. 무선 채널의 비이상적 특성을 극복하고, 무선 통신의 신뢰도(reliability)를 높이기 위 해 다양한 기술이 개발되고 있다.
신뢰할 수 있는 고속의 데이터 서비스를 지원하기 위한 기술로 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing), MIMO(Multiple Input Multiple Output) 등이 있다.
OFDM은 낮은 복잡도로 심벌 간 간섭 효과를 감쇄시킬 수 있는 3세대 이후 고려되고 있는 시스템이다. OFDM은 직렬로 입력되는 데이터 심벌을 N(N은 자연수)개의 병렬 데이터 심벌로 변환하여, 각각 분리된 N개의 부반송파(subcarrier)에 실어 송신한다. 부반송파는 주파수 차원에서 직교성을 유지하도록 한다. 이동 통신 시장은 기존 CDMA(Code Division Multiple Access) 시스템에서 OFDM 기반 시스템으로 규격이 변이될 것으로 예상된다.
MIMO 기술은 다중 송신 안테나와 다중 수신 안테나를 사용하여 데이터의 송수신 효율을 향상시킨다. MIMO 기술에는 공간 다중화(spatial multiplexing), 전송 다이버시티(transmit diversity), 빔포밍(beamforming) 등이 있다. 수신 안테나 수와 송신 안테나 수에 따른 MIMO 채널 행렬은 다수의 독립 채널로 분해될 수 있다. 각각의 독립 채널은 레이어(layer) 또는 스트림(stream)이라 한다. 레이어의 개수는 랭크(rank)라 한다.
무선 통신 시스템에서는 데이터의 송/수신, 시스템 동기 획득, 채널정보 피드백 등을 위하여 상향링크 채널 또는 하향링크의 채널을 추정할 필요가 있다. 채널추정은 페이딩으로 인한 급격한 환경변화에 의하여 생기는 신호의 왜곡을 보상하여 전송 신호를 복원하는 과정을 말한다. 일반적으로 채널추정을 위하여는 송신기 와 수신기가 모두 알고 있는 참조신호(reference signal)가 필요하다.
OFDM 시스템에서, 참조신호는 모든 부반송파에 할당되는 방식과 데이터 부반송파 사이에 할당되는 방식이 있다. 참조신호를 모든 부반송파에 할당하는 방식은 프리앰블(preamble) 신호와 같이 참조신호만으로 이루어진 신호가 사용된다. 이 방식은 참조신호가 데이터 부반송파 사이에 할당되는 방식에 비해 채널추정 성능 이득이 높으나, 데이터의 전송량이 감소된다. 따라서, 데이터의 전송량을 증가시키기 위해, 참조신호를 데이터 부반송파 사이에 할당하는 방식이 사용될 수 있다. 참조신호를 데이터 부반송파 사이에 할당하는 방식은 참조신호의 밀도가 감소하기 때문에 채널추정 성능의 열화가 발생할 수 있다. 따라서, 이를 최소화 할 수 있는 적절한 참조신호 배치가 요구된다.
전송기가 전송하는 참조신호를 p, 수신기가 수신하는 수신 신호를 y라 하고, 다음 수학식과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112008084581659-PAT00001
여기서, h는 참조신호가 전송되는 채널 정보이고, n은 수신기에서 발생하는 열 잡음이다.
이때, 수신기는 참조신호 p를 알고 있다. 수신기는 참조신호 p를 이용하여 채널을 추정할 수 있다. 추정된 채널추정값(h')을 다음 수학식과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112008084581659-PAT00002
채널추정값(h')은 n'에 따라서 정확도가 결정된다. 채널추정값(h')의 정확한 추정을 위해 n'은 0에 수렴되야 한다. 많은 수의 참조신호를 이용하여 채널을 추정하면, n'의 영향을 최소화할 수 있다. 수신기는 채널추정값을 보상하여 전송기에서 전송된 데이터를 복원할 수 있다.
다중 안테나 시스템에서는 각 안테나마다 대응하는 채널을 겪기 때문에, 각 안테나를 고려하여 참조신호 구조를 설계해야 한다. 또한, 다중 안테나 시스템에서는 각 안테나별 송신 전력이 최대한 동일하도록 전송하는 균등전력 전송이 효율적이다. 다중 안테나의 균등전력 전송은 구현비용을 감소시키고, 시스템 성능을 향상시킬 수 있다.
그런데, 다중 안테나 시스템에서 균등전력 전송이 가능하도록 참조신호 구조를 설계할 경우, 참조신호 오버헤드(overhead)가 크게 증가할 수 있다. 참조신호 오버헤드는 전체 부반송파의 수에 대한 참조신호를 전송하는 부반송파의 수의 비로 정의할 수 있다. 참조신호 오버헤드가 큰 경우, 실제 데이터를 전송하는 데이터 부반송파를 감소시키는 문제가 있다. 이는 데이터 처리량을 감소시키고, 스펙트럼 효율을 저하시킨다. 이는 전체 시스템의 성능을 저하시킬 수 있다.
따라서, 다중 안테나 시스템에서의 효율적인 참조신호 전송 방법을 제공할 필요가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 다중 안테나 시스템에서 참조신호 전송 방법을 제공하는 데 있다.
일 양태에서, 다중 안테나 시스템에서 참조신호 전송 방법을 제공한다. 상기 방법은 제1 안테나 그룹을 통해 제1 시퀀스를 사용하는 제1 참조신호를 전송하는 단계 및 제2 안테나 그룹을 통해 제2 시퀀스를 사용하는 제2 참조신호를 전송하는 단계를 포함하되, 상기 제1 참조신호와 상기 제2 참조신호는 동일한 무선자원을 통해 전송된다.
다른 양태에서, M(M≥2, M은 자연수)개의 안테나를 사용하는 다중 안테나 시스템에서 참조신호 전송 방법을 제공한다. 상기 방법은 제1 안테나 그룹을 통해 제1 시퀀스를 사용하는 제1 참조신호를 전송하는 단계 및 제2 안테나 그룹을 통해 제2 시퀀스를 사용하는 제2 참조신호를 전송하는 단계를 포함하되, 상기 M개의 안테나는 총 2개의 안테나 그룹으로 페어링되고, 상기 제1 안테나 그룹은 상기 페어링된 2개의 안테나 그룹 중 하나의 안테나 그룹을 지시하고, 상기 제2 안테나 그룹은 상기 페어링된 2개의 안테나 그룹 중 다른 하나의 안테나 그룹을 지시하고, 상기 제1 참조신호와 상기 제2 참조신호는 동일한 무선자원을 통해 전송된다.
또 다른 양태에서, 제1 안테나 그룹, 제2 안테나 그룹 및 상기 제1 안테나 그룹을 통해 제1 시퀀스를 사용하여 전송되는 제1 참조신호를 생성하고, 상기 제2 안테나 그룹을 통해 제2 시퀀스를 사용하여 전송되는 제2 참조신호를 생성하는 참조신호 생성기를 포함하되, 상기 제1 참조신호와 상기 제2 참조신호는 동일한 무선자원을 통해 전송되는 전송기를 제공한다.
또 다른 양태에서, 무선 신호를 송신 및 수신하는 RF부 및 상기 RF부와 연결되어, 제1 시퀀스를 사용하는 제1 참조신호를 수신하고, 제2 시퀀스를 사용하는 제2 참조신호를 수신하는 프로세서를 포함하되, 상기 제1 참조신호와 상기 제2 참조신호는 동일한 무선자원을 통해 수신되는 단말을 제공한다.
다중 안테나 시스템에서의 효율적인 참조신호 전송 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 무선 통신 시스템을 나타낸 블록도이다. 이는 E-UMTS(Evolved- Universal Mobile Telecommunications System)의 망 구조일 수 있다. E-UMTS 시스템은 LTE(Long Term Evolution) 시스템이라고 할 수도 있다. 무선 통신 시스템은 음성, 패킷 데이터 등과 같은 다양한 통신 서비스를 제공하기 위해 널리 배치된다.
도 1을 참조하면, E-UTRAN(Evolved-UMTS Terrestrial Radio Access Network)은 제어 평면(control plane)과 사용자 평면(user plane)을 제공하는 기지국(20; Base Station, BS)을 포함한다.
단말(10; User Equipment, UE)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 단 말(10)과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, eNB(evolved-NodeB), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 하나의 기지국(20)은 적어도 하나의 셀에 대해 서비스를 제공할 수 있다. 셀은 기지국(20)이 통신 서비스를 제공하는 영역이다. 기지국(20) 간에는 사용자 트래픽 혹은 제어 트래픽 전송을 위한 인터페이스가 사용될 수도 있다. 이하에서 하향링크(downlink)는 기지국(20)에서 단말(10)로의 통신을 의미하며, 상향링크(uplink)는 단말(10)에서 기지국(20)으로의 통신을 의미한다.
기지국(20)들은 X2 인터페이스를 통하여 서로 연결될 수 있다. 기지국(20)은 S1 인터페이스를 통해 EPC(Evolved Packet Core), 보다 상세하게는 MME(Mobility Management Entity)/S-GW(Serving Gateway, 30)와 연결된다. S1 인터페이스는 기지국(20)과 MME/S-GW(30) 간에 다수-대-다수 관계(many-to-many-relation)를 지원한다.
무선 통신 시스템은 셀룰러(cellular) 시스템으로, 단말이 속한 셀에 인접하는 다른 셀이 존재한다. 단말이 속한 셀을 서빙 셀(Serving Cell)이라 하고, 인접하는 다른 셀을 인접 셀(Neighbor Cell)이라 한다.
단말과 네트워크 사이의 무선 인터페이스 프로토콜(radio interface protocol)의 계층들은 통신시스템에서 널리 알려진 개방형 시스템 간 상호접속 (Open System Interconnection, OSI) 모델의 하위 3개 계층을 바탕으로 제1 계층(L1), 제2 계층(L2), 제3 계층(L3)으로 구분될 수 있다. 제1 계층은 물리계층(PHY(physical) layer)이다. 제2 계층은 MAC(Medium Access Control) 계층, RLC(Radio Link Control) 계층 및 PCDP(Packet Data Convergence Protocol) 계층으로 분리될 수 있다. 제3 계층은 RRC(Radio Resource Control) 계층이다.
도 2는 사용자 평면(user plane)에 대한 무선 프로토콜 구조(radio protocol architecture)를 나타낸 블록도이다. 도 3은 제어 평면(control plane)에 대한 무선 프로토콜 구조를 나타낸 블록도이다. 이는 단말과 E-UTRAN 사이의 무선 인터페이스 프로토콜의 구조를 나타낸다. 사용자 평면은 사용자 데이터 전송을 위한 프로토콜 스택(protocol stack)이고, 제어 평면은 제어신호 전송을 위한 프로토콜 스택이다.
도 2 및 3을 참조하면, 서로 다른 물리계층 사이, 즉 송신 측과 수신 측의 물리계층 사이는 물리채널을 통해 데이터가 이동한다. 물리계층은 상위에 있는 MAC 계층과 전송채널(transport channel)을 통해 연결되어 있다. 전송채널을 통해 MAC 계층과 물리계층 사이의 데이터가 이동한다. 물리계층은 전송채널을 이용하여 MAC 계층 및 상위 계층에게 정보 전송 서비스(information transfer service)를 제공한다.
MAC 계층은 논리채널(logical channel)을 통해 상위 계층인 RLC 계층에게 서비스를 제공한다. RLC 계층은 신뢰성 있는 데이터의 전송을 지원한다. PDCP 계층은 IP 패킷 헤더 사이즈를 줄여주는 헤더 압축(header compression) 기능을 수행한다.
RRC 계층은 제어 평면에서만 정의된다. RRC 계층은 단말과 네트워크 간에 무선 자원을 제어하는 역할을 수행한다. 이를 위해 RRC 계층은 단말과 네트워크 간에 RRC 메시지를 서로 교환한다. RRC 계층은 무선 베어러(Radio Bearer, 이하 RB)들의 설정(configuration), 재설정(re-configuration) 및 해제(release)와 관련되어 논리채널, 전송채널 및 물리채널들의 제어를 담당한다. RB는 단말과 E-UTRAN 간의 데이터 전달을 위해 제2 계층에 의해 제공되는 서비스를 의미한다. 단말의 RRC와 네트워크의 RRC 사이에 RRC 연결(RRC Connection)이 있을 경우, 단말은 RRC 연결 모드(RRC Connected Mode)에 있게 되고, 그렇지 못할 경우 RRC 아이들 모드(RRC Idle Mode)에 있게 된다.
RRC 계층 상위에 위치하는 NAS(Non-Access Stratum) 계층은 연결 관리(Session Management)와 이동성 관리(Mobility Management) 등의 기능을 수행한다.
도 4는 하향링크 논리채널과 하향링크 전송채널 간의 맵핑(mapping)을 나타낸다. 이는 3GPP TS 36.300 V8.3.0 (2007-12) Technical Specification Group Radio Access Network; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN); Overall description; Stage 2 (Release 8)의 6.1.3.2절을 참조할 수 있다.
도 4를 참조하면, PCCH(Paging Control Channel)는 PCH(Paging Channel)에 맵핑되고, BCCH(Broadcast Control Channel)은 BCH(Broadcast Channel) 또는 DL-SCH(Downlink Shared Channel)에 맵핑된다. CCCH(Common Control Channel), DCCH(Dedicated Control Channel), DTCH(Dedicated Traffic Channel), MCCH(Multicast Control Channel) 및 MTCH(Multicast Traffic Channel)는 DL-SCH에 맵핑된다. MCCH와 MTCH는 MCH(Multicast Channel)에도 맵핑된다.
각 논리채널 타입은 어떤 종류의 정보가 전송되는가에 따라 정의된다. 논리채널은 제어채널과 트래픽 채널 2종류가 있다.
제어채널은 제어 평면 정보의 전송에 사용된다. BCCH는 시스템 제어정보를 브로드캐스팅하기 위한 하향링크 채널이다. PCCH는 페이징 정보를 전송하는 하향링크 채널로, 네트워크가 단말의 위치를 모를 때 사용한다. CCCH는 단말과 네트워크 간의 제어정보를 전송하는 채널로, 단말이 네트워크와 RRC 연결이 없을 때 사용한다. MCCH는 MBMS(Multimedia Broadcast Multicast Service) 제어정보를 전송하는 데 사용되는 점대다(point-to-multipoint) 하향링크 채널이며, MBMS를 수신하는 단말들에게 사용된다. DCCH는 단말과 네트워크 간의 전용 제어정보를 전송하는 점대점 양방향 채널이며, RRC 연결을 갖는 단말에 의해 사용된다.
트래픽 채널은 사용자 평면 정보의 전송에 사용된다. DTCH는 사용자 정보의 전송을 위한 점대점 채널이며, 상향링크와 하향링크 모두에 존재한다. MTCH는 트래픽 데이터의 전송을 위한 점대다 하향링크 채널이며, MBMS를 수신하는 단말에게 사용된다.
전송채널은 무선 인터페이스를 통해 데이터가 어떻게 어떤 특징으로 전송되는가에 따라 분류된다. BCH는 셀 전 영역에서 브로드캐스트되고 고정된 미리 정의된 전송 포맷을 가진다. DL-SCH는 HARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest)의 지원, 변조, 코딩 및 전송파워의 변화에 의한 동적 링크 적응의 지원, 브로드캐스트의 가능성, 빔포밍의 가능성, 동적/반정적(semi-static) 자원 할당 지원, 단말 파워 절약을 위한 DRX(Discontinuous Reception) 지원 및 MBMS 전송 지원으로 특징된다. PCH는 단말 파워 절약을 위한 DRX 지원, 셀 전 영역에의 브로드캐스트로 특징된다. MCH는 셀 전 영역에의 브로드캐스트 및 MBSFN(MBMS Single Frequency Network) 지원으로 특징된다.
도 5는 하향링크 전송채널과 하향링크 물리채널 간의 맵핑을 나타낸다. 이는 3GPP TS 36.300 V8.3.0 (2007-12)의 5.3.1절을 참조할 수 있다.
도 5를 참조하면, BCH는 PBCH(Physical Broadcast Channel)에 맵핑되고, MCH는 PMCH(Physical Multicast Channel)에 맵핑되고, PCH와 DL-SCH는 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel)에 맵핑된다. PBCH는 BCH 전송 블록(transport block)을 나르고, PMCH는 MCH를 나르고, PDSCH는 DL-SCH와 PCH를 나른다.
물리계층에서 사용되는 몇몇 하향링크 물리 제어채널들이 있다. PDCCH(Physical Downlink Control Channel)는 단말에게 PCH와 DL-SCH의 자원 할당 및 DL-SCH와 관련된 HARQ 정보에 대해 알려준다. PDCCH는 단말에게 상향링크 전송의 자원 할당을 알려주는 상향링크 스케줄링 그랜트를 나를 수 있다. PCFICH(Physical Control Format Indicator Channel)는 단말에게 서브프레임 내에서 PDCCH들의 전송에 사용되는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심벌의 수를 알려준다. PCFICH는 서브프레임마다 전송된다. PHICH(Physical Hybrid ARQ Indicator Channel)는 상향링크 전송의 응답으로 HARQ ACK/NAK 신호를 나른다.
도 6은 무선 프레임의 구조를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 무선 프레임(Radio Frame)은 10개의 서브프레임(Subframe)으로 구성되고, 하나의 서브프레임은 2개의 슬롯(Slot)으로 구성된다. 무선 프레임 내 슬롯은 0번부터 19번까지 슬롯 번호가 매겨진다. 하나의 서브프레임이 전송되는 데 걸리는 시간을 TTI(transmission time interval)라 한다. TTI는 데이터 전송을 위한 스케줄링 단위라 할 수 있다. 예를 들어, 하나의 무선 프레임의 길이는 10ms이고, 하나의 서브프레임의 길이는 1ms이고, 하나의 슬롯의 길이는 0.5ms 일 수 있다.
무선 프레임의 구조는 예시에 불과하고, 무선 프레임에 포함되는 서브프레임의 수 또는 서브프레임에 포함되는 슬롯의 수는 다양하게 변경될 수 있다.
도 7은 하나의 하향링크 슬롯에 대한 자원 그리드(resource grid)를 나타낸 예시도이다.
도 7을 참조하면, 하향링크 슬롯은 시간 영역(time domain)에서 복수의 OFDM 심벌을 포함하고, 주파수 영역(frequency domain)에서 NDL 자원블록(Resource Block, RB)을 포함한다. 하향링크 슬롯에 포함되는 자원블록의 수 NDL은 셀에서 설정되는 하향링크 전송 대역폭(bandwidth)에 종속한다. 예를 들어, LTE 시스템에서 NDL은 60 내지 110 중 어느 하나일 수 있다. 하나의 자원블록은 주파수 영역에서 복수의 부반송파를 포함한다.
자원 그리드 상의 각 요소(element)를 자원요소(Resource Element)라 한다. 자원 그리드 상의 자원요소는 슬롯 내 인덱스 쌍(pair) (k, ℓ)에 의해 식별될 수 있다. 여기서, k(k=0,...,NDL×12-1)는 주파수 영역 내 부반송파 인덱스이고, ℓ(ℓ =0,...,6)은 시간 영역 내 OFDM 심벌 인덱스이다.
여기서, 하나의 자원블록은 시간 영역에서 7 OFDM 심벌, 주파수 영역에서 12 부반송파로 구성되는 7×12 자원요소를 포함하는 것을 예시적으로 기술하나, 자원블록 내 OFDM 심벌의 수와 부반송파의 수는 이에 제한되는 것은 아니다. OFDM 심벌의 수와 부반송파의 수는 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix, 이하 CP)의 길이, 주파수 간격(frequency spacing) 등에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들어, 노멀(normal) CP의 경우 OFDM 심벌의 수는 7이고, 확장된(extended) CP의 경우 OFDM 심벌의 수는 6이다. 하나의 OFDM 심벌에서 부반송파의 수는 128, 256, 512, 1024, 1536 및 2048 중 하나를 선정하여 사용할 수 있다.
도 8은 서브프레임의 구조를 나타낸다.
도 8을 참조하면, 서브프레임은 2개의 연속적인(consecutive) 슬롯을 포함한다. 서브프레임 내의 첫 번째 슬롯의 앞선 최대 3 OFDM 심벌들이 PDCCH가 할당되는 제어영역(control region)이고, 나머지 OFDM 심벌들은 PDSCH가 할당되는 데이터영역(data region)이 된다. 제어영역에는 PDCCH 이외에도 PCFICH, PHICH 등의 제어채널이 할당될 수 있다. 단말은 PDCCH를 통해 전송되는 제어정보를 디코딩하여 PDSCH를 통해 전송되는 데이터 정보를 읽을 수 있다. 여기서, 제어영역이 3 OFDM 심벌을 포함하는 것은 예시에 불과하다. 서브프레임 내 제어영역이 포함하는 OFDM 심벌의 수는 PCFICH를 통해 알 수 있다.
도 9는 기지국이 하나의 안테나를 사용하는 경우, 참조신호(Reference Signal, RS) 구조의 예를 나타낸다.
도 9를 참조하면, R0는 0번 안테나를 통한 참조신호 전송에 사용되는 자원요소를 나타낸다. 하나의 OFDM 심벌에서 R0는 6 부반송파 간격으로 위치한다. 자원블록 내 R0의 수는 일정하다.
이하, 참조신호 전송에 사용되는 자원요소를 참조심벌이라 한다. 참조심벌을 제외한 자원요소는 데이터 전송에 사용될 수 있다. 데이터 전송에 사용되는 자원요소를 데이터 심벌이라 한다. 안테나마다 하나의 참조신호가 전송된다. 각 안테나별 참조신호는 참조심벌들로 구성된다.
그런데, 서빙 셀과 인접 셀이 사용하는 참조신호가 동일한 구조일 경우, 셀 간 참조신호 충돌이 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해, 참조심벌을 주파수 영역에서 부반송파 단위로 천이(shift)하거나, 시간 영역에서 OFDM 심벌 단위로 천이하여 참조신호를 보호할 수 있다.
도 10은 기지국이 하나의 안테나를 사용하는 경우, 주파수 영역에서 천이된 참조신호의 예를 나타낸다.
도 10을 참조하면, 제1 셀은 하나의 OFDM 심벌에서 6 부반송파 간격으로 위치한 참조심벌을 사용한다. 따라서, 주파수 영역에서 부반송파 단위의 천이를 통하여, 적어도 5개의 인접 셀(제2 셀 내지 제6 셀)은 각각 다른 자원요소에 위치한 참조심벌을 사용할 수 있다. 따라서, 제1 셀 내지 제6 셀 간 참조신호 충돌을 피할 수 있다. 예를 들어, 주파수 영역에서 참조심벌을 천이시킬 부반송파의 수를 나타내는 변수(variable)를 vshift라 할 경우, vshift는 다음 수학식과 같이 나타낼 수 있 다.
Figure 112008084581659-PAT00003
여기서, Ncell_ID는 셀 ID(identity)를 나타낸다.
참조신호에 미리 정의된 참조신호 시퀀스를 곱하여 전송할 수 있다. 예를 들어, 참조신호 시퀀스는 PN(Pseudo-random) 시퀀스, m-시퀀스 등을 이용할 수 있다. 참조신호 시퀀스는 이진(binary) 시퀀스 또는 복소(complex) 시퀀스를 사용할 수 있다. 기지국이 참조신호 시퀀스를 곱해 전송할 경우, 단말은 인접 셀로부터 수신되는 참조신호의 간섭을 감소시켜 채널추정 성능을 향상시킬 수 있다. 참조신호 시퀀스는 하나의 서브프레임 내 OFDM 심벌 단위로 적용될 수 있다. 참조신호 시퀀스는 셀 ID, 하나의 무선 프레임 내 슬롯 번호, 슬롯 내 OFDM 심벌 인덱스, CP의 종류 등에 따라 달라질 수 있다.
도 9를 참조하면, 참조심벌을 포함하는 OFDM 심벌에서 각 안테나별 참조심벌의 개수는 2개이다. 서브프레임은 주파수 영역에서 NDL 자원블록을 포함하므로, 하나의 OFDM 심벌에서 각 안테나별 참조심벌의 개수는 2×NDL이다. 따라서, 참조신호 시퀀스의 길이는 2×NDL이다.
다음 수학식은 참조신호 시퀀스 r(m)이라 할 때, r(m)으로 사용되는 복수 시퀀스의 일 예를 나타낸다.
Figure 112008084581659-PAT00004
여기서, m은 0,1,...,2Nmax,DL-1이다. Nmax,DL은 최대 대역폭에 해당하는 자원블록의 개수이다. 예를 들어, LTE 시스템에서 Nmax,DL은 110이다. c(i)는 PN 시퀀스로 길이-31의 골드(Gold) 시퀀스에 의해 정의될 수 있다. 다음 수학식은 2×Nmax,DL길이 시퀀스 c(i)의 일 예를 나타낸다.
Figure 112008084581659-PAT00005
여기서, NC=1600이고, x1(i)은 제1 m-시퀀스이고, x2(i)는 제2 m-시퀀스이다. 예를 들어, 제1 m-시퀀스 또는 제2 m-시퀀스는 매 OFDM 심벌마다 셀 ID, 하나의 무선 프레임 내 슬롯 번호, 슬롯 내 OFDM 심벌 인덱스, CP의 종류 등에 따라 초기화(initialization)될 수 있다.
Nmax,DL보다 작은 대역폭을 갖는 시스템의 경우, 2×Nmax,DL길이로 생성된 참조신호 시퀀스의 일정 부분만을 선택해서 사용할 수 있다.
기지국이 복수의 안테나를 사용하는 다중 안테나 전송의 경우, 안테나마다 하나의 자원 그리드가 있다. 이하에서 설명할 도 11 및 12에서는 편의를 위해 동일한 자원 그리드 상에 모든 안테나에 대한 참조심벌을 나타낸다. Rp는 p번 안테나를 통한 참조신호 전송에 사용되는 자원요소를 나타낸다(p∈{0, 1, 2, 3}). Rp는 p번 안테나를 제외한 다른 안테나를 통해서는 어떤 전송에도 사용되지 않는다. 안테나 간 간섭을 주지 않기 위해서이다.
도 11은 기지국이 2개의 안테나를 사용하는 경우, 서브프레임에 맵핑되는 참조신호의 예를 나타낸다.
도 11을 참조하면, R0 및 R1은 서로 중복되지 않는다. 하나의 OFDM 심벌에서 각 Rp는 6 부반송파 간격으로 위치한다. 서브프레임 내 R0의 수와 R1의 수는 하다. 또한, 동일한 개수의 R0와 R1이 동일한 OFDM 심벌에 포함된다.
도 12는 기지국이 4개의 안테나를 사용하는 경우, 참조신호 구조의 예를 나타낸다.
도 12를 참조하면, R0 내지 R3는 서로 중복되지 않는다. 하나의 OFDM 심벌에서 각 Rp는 6 부반송파 간격으로 위치한다. 서브프레임 내 R0의 수와 R1의 수는 동일하고, R2의 수와 R3의 수는 동일하다. 서브프레임 내 R2, R3의 수는 R0, R1의 수보다 적다.
R0와 R1이 페어링(pairing)되고, R2와 R3가 페어링되어 각기 다른 OFDM 심벌에 포함된다. 따라서, 0번 안테나 및 1번 안테나의 참조신호가 페어링되어 동일한 OFDM 심벌에 전송된다. 예를 들어, 서브프레임 내 첫 번째 슬롯과 두 번째 슬롯 모두 OFDM 심벌 인덱스가 0, 4(ℓ=0, 4)인 OFDM 심벌에 0번 안테나 및 1번 안테나의 참조신호가 페어링되어 전송된다. 또, 2번 안테나 및 3번 안테나의 참조신호가 페어링되어 동일한 OFDM 심벌에 전송된다. 예를 들어, 서브프레임 내 첫 번째 슬롯과 두 번째 슬롯 모두 OFDM 심벌 인덱스가 1(ℓ=1)인 OFDM 심벌에 2번 안테나 및 3번 안테나의 참조신호가 페어링되어 전송된다.
도 13은 OFDM 심벌 인덱스가 0(ℓ=0)인 경우, 자원요소당 전력 할당의 예를 나타낸 그래프이다. x축은 안테나 인덱스이고, y축은 자원블록 내 부반송파 인덱스이고, z축은 전력이다.
도 13을 참조하면, 0번 안테나 및 1번 안테나의 경우, 각각 2개의 참조심벌과 4개의 데이터 심벌이 있다. 2번 안테나 및 3번 안테나의 경우, 각각 4개의 데이터 심벌이 있다. OFDM 심벌 인덱스가 4인 경우, 안테나 인덱스를 변경하여 동일한 그래프를 적용할 수 있다.
도 14는 OFDM 심벌 인덱스가 1(ℓ=1)인 경우, 자원요소당 전력 할당의 예를 나타낸 그래프이다. x축은 안테나 인덱스이고, y축은 자원블록 내 부반송파 인덱스이고, z축은 전력이다.
도 14를 참조하면, 0번 안테나 및 1번 안테나의 경우, 각각 4개의 데이터 심벌이 있다. 2번 안테나 및 3번 안테나의 경우, 각각 2개의 참조심벌과 4개의 데이터 심벌이 있다.
이와 같이, OFDM 심벌 인덱스가 0, 4(ℓ=0, 4)인 경우, 0번 안테나 및 1번 안테나의 페어링된 참조신호가 전송되고, 0번 안테나 및 1번 안테나에 전력이 많이 할당된다. OFDM 심벌 인덱스가 1(ℓ=1)인 경우, 2번 안테나 및 3번 안테나의 페어 링된 참조신호가 전송되고, 2번 안테나 및 3번 안테나에 전력이 많이 할당된다.
즉, 서로 다른 페어링의 참조신호는 항상 각각 다른 OFDM 심벌을 통해 전송된다. 따라서, 참조심벌의 전력 부스팅(power boosting)이 적용될 때 하나의 OFDM 심벌에서는 특정 페어링에 대한 안테나들의 전력만 높이게 된다. 또, 각 안테나별 균등전력 전송이 어려워진다. 균등전력 전송은 다중 안테나 시스템에서 각 안테나별 송신 전력을 최대한 동일하게 하는 것을 말한다. 다중 안테나의 균등전력 전송은 구현비용을 감소시키고, 시스템 성능을 향상시킬 수 있다. 다중 안테나의 균등전력 전송이 가능하려면, 하나의 OFDM 심벌에서 모든 안테나 각각의 참조심벌의 개수가 동일한 것이 바람직하다.
하나의 서브프레임 내에서 R0와 R1 페어링이 R2와 R3 페어링보다 시간 영역에서 2배 더 많다. 2번 및 3번 안테나는 0번 및 1번 안테나에 비해 시간 선택적 채널(time selective channel)에서 낮은 채널추정성능을 보인다. 시간 선택적 채널인지 여부는 코히어런트 타임(coherent time)을 이용하여 알 수 있다. 코히어런트 타임은 도플러 확산(Doppler spread)에 반비례한다. 그런데, 각 안테나별 균등전력 전송을 하도록 설계된 다중안테나 기법을 사용하는 경우, 각 안테나별 균등하지 않은 채널추정 성능은 심각한 시스템의 성능을 저하시키는 문제가 있다. 따라서, 다중 안테나 시스템에서 각 안테나별 균등전력 전송을 위한 참조신호 전송 방법을 제공할 필요가 있다.
다중 안테나 시스템의 경우, 각 안테나별 참조신호를 구분할 수 있어야 데이터를 복원할 수 있다. 각 안테나별 참조신호 간 간섭을 방지하기 위해, FDM(Frequency Division Multiplexing), TDM(Time Division Multiplexing) 또는 CDM(Code Division Multiplexing) 등이 사용될 수 있다. FDM은 각 안테나별 참조신호가 주파수 영역에서 분리되어 전송되는 것이다. TDM은 각 안테나별 참조신호가 시간 영역에서 분리되어 전송되는 것이다. CDM은 각 안테나별 참조신호에 다른 시퀀스가 사용되어 전송되는 것이다. FDM, TDM을 사용하여 다중 안테나를 통해 참조신호를 전송하는 경우, 각 안테나별 참조심벌은 중복되지 않는다. CDM을 사용하는 경우, 각 안테나별 참조신호 전송에 사용되는 자원요소가 중복될 수 있다. 따라서, CDM을 사용하는 경우, 참조신호 오버헤드를 크게 증가시키지 않으면서도 다중 안테나를 통해 참조신호를 전송할 수 있다.
이하, CDM을 사용하여 다중 안테나 시스템에서 각 안테나별 균등전력 전송을 위한 참조신호 전송 방법을 설명한다.
도 15는 다중 안테나 시스템에서 참조신호 전송 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 15를 참조하면, 기지국은 단말로 동일한 무선자원을 사용하여 제1 안테나 그룹을 통해 제1 참조신호(RS1), 제2 안테나 그룹을 통해 제2 참조신호(RS2)를 전송한다(S110). 제1 참조신호는 제1 시퀀스를 사용하고, 제2 참조신호는 제2 시퀀스를 사용한다. 단말은 제1 참조신호와 제2 참조신호를 이용하여 채널을 추정한다(S120).
이와 같이 CDM을 사용하면, 하나의 안테나에 대한 참조심벌이 사용되는 자원요소에 다른 안테나의 참조심벌이 다중화(multiplexing)될 수 있다. 하나의 안테나에 대한 제1 참조신호에는 제1 시퀀스가 사용되고, 다른 하나의 안테나에 대한 제2 참조신호에는 상기 제1 시퀀스에 직교(orthogonal)하는 제2 시퀀스가 사용될 수 있다. 제1 시퀀스와 제2 시퀀스가 직교하는 경우, 단말은 제1 시퀀스와 제2 시퀀스를 간섭 없이 복구할 수 있다. 또한, 제2 시퀀스는 제1 시퀀스와 상관도(correlation)가 낮은 시퀀스를 사용할 수도 있다.
예를 들어, 4개의 안테나를 사용하는 경우, 제1 시퀀스를 사용하는 0번 안테나 및 1번 안테나의 참조신호가 페어링된 OFDM 심벌에서 2번 안테나 및 3번 안테나의 참조신호 페어링에 제2 시퀀스를 사용하여 CDM을 적용한다. 이를 통해, 참조심벌을 포함하는 각 OFDM 심벌은 모든 안테나의 참조신호를 동시에 전송할 수 있다. 하나의 OFDM 심벌에서 모든 안테나 각각의 참조심벌의 개수가 동일하므로 균등전력 전송이 가능해진다.
제1 시퀀스와 제2 시퀀스가 서로 직교하면, 제1 시퀀스와 제2 시퀀스로 어떠한 시퀀스도 사용 가능하다. 일반적으로, 참조신호 시퀀스는 랜덤 시퀀스이다. 이하, 제1 시퀀스를 PN(Pseudo-random) 시퀀스라 한다. 예를 들어, 제2 시퀀스는 PN 시퀀스가 시간 영역에서 순환 천이(cyclic shift) 또는 지연(delay)된 것일 수 있다. 시간 영역에서 순환 천이(time-domain circular shift)를 적용하면, 제2 시퀀스는 주파수 영역에서 PN 시퀀스에 위상 천이(phase rotation) 시퀀스를 곱한 형태로 구성된다. 이하, 위상 천이 시퀀스를 OS(orthogonal sequence)라 한다.
제1 시퀀스는 수학식 4의 참조신호 시퀀스일 수 있다. 참조신호 시퀀스 r(m)에서 순환 천이를 통해 얻어지는 제2 시퀀스를 ri(m)이라 하고, 다음 수학식과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112008084581659-PAT00006
여기서, i=1,2,...,N이다. i에 따라 N개의 제2 시퀀스를 생성할 수 있다. N은 채널 상황에 따라 달라질 수 있다. θi는 순환 천이값으로, θi의 예는 다음 수학식과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112008084581659-PAT00007
θi가 0인 경우, 제2 시퀀스는 제1 시퀀스와 동일하다. 즉, 참조신호에 사용되는 참조신호 시퀀스는 PN 시퀀스에 OS를 곱한 2계층 시퀀스(two-layered sequence)이다. 이하, 'PN+OS'는 PN 시퀀스에 OS를 곱한 참조신호 시퀀스를 의미한다. 예를 들어, 'PN0+OS0'와 'PN0+OS1'은 동일한 PN 시퀀스에 다른 순환천이를 적용한 것으로, 서로 직교한다. 즉, 서로 직교하는 참조신호 시퀀스들은 동일한 PN 시퀀스에 서로 다른 OS들을 곱하여 생성할 수 잇다. PN 시퀀스는 OFDM 심벌 위치에 따라 바뀔 수 있다. 참조신호 시퀀스는 항상 바뀐 PN 시퀀스의 순환 천이된 것이어야 한다.
순환 천이값 θi는 각 안테나에 대한 채널의 임펄스 응답을 구별하기 위해 충분한 간격을 갖고 있어야 한다. 무선 통신 시스템이 실효(effective) OFDM 심벌의 길이가 66.7㎲이고, 5㎲의 최대 지연 스프레드(delay spread)의 채널 환경에서 동작한다고 가정한다. 이 경우, 최소 5㎲ 단위로 순환 천이값을 가져야 한다. 따라서, 12개의 순환 천이를 구별할 수가 있다. 그런데, 하나의 OFDM 심벌에서 참조심벌이 6 부반송파 간격으로 위치할 경우, 가용 순환 천이 개수가 6배 감소한다. 즉, 12/6=2개의 순환 천이값을 가질 수 있다.
설명의 편의를 위해, 용어를 정의한다. 이하, Px는 참조신호가 맵핑되는 자원요소를 나타낸다. 하나의 안테나의 참조신호가 P1에 사용되면, 모든 P1에 해당 안테나에 대한 참조신호가 맵핑된다. Rp는 p번 안테나의 참조신호 전송에 사용되는 참조심벌이다. Rp에는 PN 시퀀스에 OS를 곱한(PN+OS) 참조신호 시퀀스가 대응된다.
도 16은 참조신호 구조의 일 예를 나타낸다.
도 16을 참조하면, 하나의 OFDM 심벌에 P1과 P2는 페어링되어 있고, 다른 OFDM 심벌에 P3와 P4가 페어링되어 있다. Px(x=0,1,2,3), Rp(p=0,1,2,3) 및 Rp에 대응하는 참조신호 시퀀스는 다양한 형태로 구성될 수 있다.
다음 표는 자원요소의 위치(Px), 각 안테나별 참조심벌(Rp) 및 참조신호 시퀀스의 제 1 예를 나타낸다.
R0 R1 R2 R3
P1 PN0+OS0 - - -
P2 - PN0+OS0 - -
P3 - - PN0+OS0 -
P4 - - - PN0+OS0
P1에서는 0번 안테나의 참조신호만, P2에서는 1번 안테나의 참조신호만, P3에서는 2번 안테나의 참조신호만 그리고 P4에서는 3번 안테나의 참조신호만 전송된다. 이는 CDM이 사용되지 않은 것으로, 도 12의 4개의 안테나를 사용하는 경우의 참조신호 구조와 같은 형태를 가진다.
다음 표는 자원요소의 위치(Px), 각 안테나별 참조심벌(Rp) 및 참조신호 시퀀스의 제 2 예를 나타낸다.
R0 R1 R2 R3
P1 PN0+OS0 - PN0+OS1 -
P2 - PN1+OS0 - PN1+OS1
P3 PN0+OS0 - PN0+OS1 -
P4 - PN1+OS0 - PN1+OS1
각 안테나별로 서로 다른 참조신호 시퀀스가 사용될 수 있다. P1 및 P2(또는 P3 및 P4)가 페어링된 OFDM 심벌에서 P1과 P2(또는 P3와 P4)에는 서로 다른 PN 시퀀스가 사용될 수 있다. P1, P3에서 R0와 R2는 서로 직교하는 참조신호 시퀀스를 사용하여 다중화된다. R0와 R2는 동일한 PN 시퀀스를 사용하고, 서로 다른 OS를 사용한다. P2, P4에서 R1와 R3는 서로 직교하는 참조신호 시퀀스를 사용하여 다중화된다. R1와 R3는 동일한 PN 시퀀스를 사용하고, 서로 다른 OS를 사용한다. 따라서, P1 및 P2(또는 P3 및 P4)가 페어링된 OFDM 심벌에서 모든 안테나 각각의 참조심벌이 동일한 개수로 포함된다. 이는 FDM과 CDM을 이용한 것이다. 이 경우, 안테나별 균등전력 전송이 가능하다.
표 2의 방식은 안테나별 균등전력 전송을 만족하는 한도에서 다양하게 변경될 수 있다. 즉, 균등전력 전송을 위해 FDM과 CDM을 이용하여, 안테나의 번호에 상관없이 P1 및 P2(또는 P3 및 P4)가 페어링된 OFDM 심벌에서 모든 안테나 각각의 참조심벌을 동일한 개수로 포함시키면 된다.
다음 표는 자원요소의 위치(Px), 각 안테나별 참조심벌(Rp) 및 참조신호 시퀀스의 제 3 예를 나타낸다.
R0 R1 R2 R3
P1 - PN0+OS0 - PN0+OS1
P2 PN0+OS1 - PN0+OS0 -
P3 - PN0+OS0 - PN0+OS1
P4 PN0+OS1 - PN0+OS0 -
P1 및 P2(또는 P3 및 P4)가 페어링된 OFDM 심벌에서 P1과 P2(또는 P3와 P4)에는 동일한 PN 시퀀스가 사용될 수 있다. P1, P3에서 R1과 R3는 서로 직교하는 참조신호 시퀀스를 사용하여 다중화된다. R1과 R3는 동일한 PN 시퀀스를 사용하고, 서로 다른 OS를 사용한다. P2, P4에서 R0와 R2는 서로 직교하는 참조신호 시퀀스를 사용하여 다중화된다. R0와 R2는 동일한 PN 시퀀스를 사용하고, 서로 다른 OS를 사용한다. 따라서, P1 및 P2(또는 P3 및 P4)가 페어링된 OFDM 심벌에서 모든 안테나 각각의 참조심벌이 동일한 개수로 포함된다.
예를 들어, P1에서 R3에 사용하는 OS1은 순환 천이에 상응하는 π/2의 위상을 가질 수 있다. 이때, 각 OFDM 심벌별로 시작 위상 옵셋(phase offset)을 다르게 하여 순환 천이를 정할 수 있다.
도 17은 순환 천이된 참조신호 구조의 예를 나타낸다.
도 17을 참조하면, 하나의 OFDM 심벌 내의 순환 천이값 θi는 π/2이다. OFDM 심벌 인덱스가 0(ℓ=0)인 경우, P1의 시작 위상 옵셋은 0이다. OFDM 심벌 인덱스가 4(ℓ=4)인 경우, P1의 시작 위상 옵셋은 π/4이다.
다음 표는 자원요소의 위치(Px), 각 안테나별 참조심벌(Rp) 및 참조신호 시퀀스의 제 4 예를 나타낸다.
R0 R1 R2 R3
P1 PN0+OS0 - PN0+OS1 -
P2 - PN1+OS0 - PN1+OS1
P3 PN2+OS0 - PN2+OS1 -
P4 - PN3+OS0 - PN3+OS1
P1 및 P2(또는 P3 및 P4)가 페어링된 OFDM 심벌에서 P1과 P2(또는 P3와 P4)에는 서로 다른 PN 시퀀스가 사용될 수 있다. P1, P3에서 R0와 R2는 서로 직교하는 참조신호 시퀀스를 사용하여 다중화된다. P2, P4에서 R1와 R3는 서로 직교하는 참조신호 시퀀스를 사용하여 다중화된다. 따라서, P1 및 P2(또는 P3 및 P4)가 페어링된 OFDM 심벌에서 모든 안테나 각각의 참조심벌이 동일한 개수로 포함된다. 동일한 안테나를 통해 전송되는 참조신호이더라도 OFDM 심벌의 위치가 달라 Px의 x가 다른 경우, 다른 PN 시퀀스가 사용될 수 있다. 이 경우, 다중 셀 환경에서 셀 기반의 시퀀스를 랜덤화하는 효과를 얻을 수 있다.
CDM을 사용하여 다중 안테나의 참조신호를 다중화하는 경우, 다중화 이전의 전력을 균등하게 분할하여 사용할 수 있다. 하지만, CDM을 사용하지 않는 참조신호 구조를 사용하는 단말의 경우에는, 참조신호의 전력이 반으로 줄기 때문에 채널추정성능이 크게 저하될 수 있다. 따라서, CDM되는 각 안테나별 참조신호의 전력을 제어할 수 있다. 즉, 동일한 자원요소에 다중화되는 PN 시퀀스인 제1 시퀀스와 제1 시퀀스가 시간 영역에서 순환 천이된 제2 시퀀스는 서로 다른 비율의 전력을 가질 수 있다. 예를 들어, 특정 안테나의 채널추정 성능을 강인(robust)하게 하기 위해, 특정 안테나의 전력을 제어할 수 있다. 또, 제1 시퀀스에 순환 천이된 제2 시퀀스를 사용하는 안테나의 참조신호 전력을 상대적으로 작게 설정할 수 있다.
P1에서 수신되는 신호는 다음 수학식과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112008084581659-PAT00008
여기서, m은 0,1,...,2Nmax,DL-1이다. h1, h2는 채널 정보이고, α는 전력 제어 팩터(power control factor)이다. 총 송신 전력을 1이이라 하면, α는 0≤α≤1이다. 예를 들어, α=1로 하면, 표 1과 같이 Px마다 하나의 안테나가 맵핑된 것을 의미한다. α=0.5로 하는 경우, CDM되는 제1 시퀀스와 제2 시퀀스의 전력이 동일하다. α를 조정함으로써 각 안테나별 참조신호 시퀀스 전력을 조정할 수가 있다.
지금까지 4개의 안테나를 사용하는 경우의 참조신호 구조를 예로 설명하였으나, CDM을 사용하는 참조신호 전송 방법은 4개 이상의 안테나의 경우에도 적용 가능하다.
이하, 8개의 안테나를 사용하는 경우, CDM을 사용하는 참조신호 전송 방법을 설명한다. 이하에서는 설명의 편의를 위해, 제1 시퀀스를 PN1(Pseudo-random sequence 1), 제2 시퀀스를 PN2(Pseudo-random sequence 2)라 한다. 위에서 설명한 바와 같이, PN2는 PN1이 시간 영역에서 순환 천이된 것일 수 있다. 시간 영역에서 순환 천이를 적용하면, PN2는 주파수 영역에서 PN1에 위상 천이 시퀀스를 곱한 형태로 구성된다. Rp는 p번 안테나의 참조심벌을 나타낸다. p는 0, 1, 2, …, 7 중 하나이다.
이하에서 설명될 도 18 내지 21에서는, P1에는 R0와 R4가 다중화되고, P2에는 R1과 R5가 다중화되고, P3에는 R2와 R6이 다중화되고, P4에는 R3과 R7이 다중화된다. R0, R1, R2, R3에는 각각 참조신호 시퀀스로 PN1이 사용되고, R4, R5, R6, R7에는 각각 참조신호 시퀀스로 PN2가 사용된다. 이를 다음 표와 같이 나타낼 수 있다.
R0 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7
P1 PN1 PN2
P2 PN1 PN2
P3 PN1 PN2
P4 PN1 PN2
이와 같이, 서로 직교 특성을 만족하는 PN1과 PN2를 이용하여 8개의 안테나 각각의 참조신호를 전송할 수 있다.
도 18은 CDM을 사용한 참조신호 구조의 제 1 예를 나타낸다.
도 18을 참조하면, 4개의 안테나를 사용하는 참조신호 구조(도 12 참조)가 8개의 안테나를 사용하는 참조신호 구조로 확장된 것이다. 4 내지 7번 안테나 각각의 채널추정 성능은 순서대로 1 내지 4번 안테나 각각의 채널추정 성능과 같다. 참조심벌 오버헤드는 4개의 안테나를 사용하는 참조신호 구조(도 12 참조)와 같은 14%이다. 참조심벌을 포함하는 OFDM 심벌에서 데이터 심벌의 개수가 적절히 유지된다. 따라서, 참조심벌의 전력 부스팅이 용이하다. 특히, 제어영역 내 데이터 심벌 구조가 변경되지 않는다. 따라서, LTE 시스템과 호환 가능하다.
그런데, 0, 1, 4, 5번 안테나 각각은 2, 3, 6, 7번 안테나 각각에 비해 참조심벌이 2배로 사용된다. 따라서, 2, 3, 6, 7번 안테나는 0, 1, 4, 5번 안테나에 비해 채널추정 성능이 좋지 않다. 특히, 2, 3, 6, 7번 안테나는 시간 선택적 채널에서 채널추정 성능이 열악할 수 있다.
도 19는 CDM을 사용한 참조신호 구조의 제 2 예를 나타낸다.
도 19를 참조하면, 0 내지 7번 안테나 각각의 참조심벌의 개수가 모두 동일하다. 따라서, 0 내지 7번 안테나 각각의 채널추정 성능은 모두 동일하다. 참조심벌 오버헤드는 19%이다. 또, 하나의 OFDM 심벌에 모든 안테나의 참조심벌이 전송되고, 0 내지 7번 안테나 각각의 참조심벌의 개수가 동일하다. 따라서, 0 내지 7번 안테나 간 균등전력 전송이 가능하다.
그런데, 참조심벌을 포함하는 OFDM 심벌에서 데이터 심벌의 개수가 적다. 따라서, 참조심벌의 전력 부스팅이 제한된다. 특히, 제어영역 내 참조심벌의 전력 부스팅이 제한되어 제어채널의 신뢰도를 감소시킬 수 있다.
도 20은 CDM을 사용한 참조신호 구조의 제 3 예를 나타낸다.
도 20을 참조하면, 제어영역으로 사용되는 영역에서는 CDM을 사용하지 않고, 4개의 안테나에 대한 참조심벌만 전송된다. 제어영역을 제외한 나머지 영역에서는 CDM을 사용하여 8개 안테나에 대한 참조심벌이 전송될 수 있다. 제어영역 및 제어영역 내 참조신호 구조가 LTE 시스템과 동일하게 유지되어, LTE 시스템과 호환성이 유지된다.
도 21은 CDM을 사용한 참조신호 구조의 제 4 예를 나타낸다. 이는 도 19의 참조신호 구조의 특성을 유지하면서, 참조심벌 오버헤드를 14%로 감소시킨 참조신호 구조이다.
도 21을 참조하면, 0 내지 7번 안테나 각각의 참조심벌의 개수가 모두 동일하다. 따라서, 0 내지 7번 안테나 각각의 채널추정 성능은 모두 동일하다. 참조심벌 오버헤드는 14%이다. 또, 하나의 OFDM 심벌에 모든 안테나의 참조심벌이 전송되고, 0 내지 7번 안테나 각각의 참조심벌의 개수가 동일하다. 따라서, 0 내지 7번 안테나 간 균등전력 전송이 가능하다. 또한, 참조심벌을 포함하는 OFDM 심벌에서 데이터 심벌의 개수가 적절히 유지된다. 따라서, 참조심벌의 전력 부스팅이 용이하다.
도 22는 CDM을 사용한 참조신호 구조의 제 5 예를 나타낸다.
도 22를 참조하면, P1에는 R0와 R4가 다중화되고, P2에는 R1과 R5가 다중화되고, P3에는 R2와 R6이 다중화되고, P4에는 R3과 R7이 다중화된다. 이때, R0, R1, R2, R3에는 각각 참조신호 시퀀스로 PN1이 사용되고, R4, R5, R6, R7에는 각각 참조신호 시퀀스로 PN2가 사용된다. P5에는 PN1이 사용된 R0와 PN2가 사용된 R2가 다중화된다. P6에는 PN1이 사용된 R1과 PN2가 사용된 R3가 다중화된다. P7에는 PN1이 사용된 R2와 PN2가 사용된 R0가 다중화된다. P8에는 PN1이 사용된 R3와 PN2가 사용된 R1이 다중화된다. 이를 다음 표와 같이 나타낼 수 있다.
R0 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7
P1 PN1 PN2
P2 PN1 PN2
P3 PN1 PN2
P4 PN1 PN2
P5 PN1 PN2
P6 PN1 PN2
P7 PN2 PN1
P8 PN2 PN1
위 표와 같이, 동일한 안테나를 위한 모든 참조심벌에 동일한 시퀀스를 사용하는 것이 아니라 OFDM 심벌의 위치에 따라 다른 시퀀스를 사용할 수 있다.
도 23은 다중 안테나를 사용하는 전송기의 예를 나타내는 블록도이다. 전송기는 기지국이거나 단말일 수 있다.
도 23을 참조하면, 전송기(100)는 참조신호 생성기(110), 데이터 프로세서(120) 및 MIMO 프로세서(130)를 포함한다.
참조신호 생성기(110)는 지금까지 설명한 바와 같이 참조신호를 생성한다. 데이터 프로세서(120)는 데이터를 처리하여 데이터 심벌을 형성한다. 예를 들어, 데이터 처리에는 채널코딩, 변조(modultion) 등이 있다. MIMO 프로세서(130)는 데이터 심벌과 참조신호를 송신 안테나(190-1, …,190-Nt)에 따른 MIMO 방식으로 처리한다. 각 송신 안테나(190-1, …,190-Nt)별로 자원요소에 데이터 심벌과 참조신호를 맵핑하고, OFDM 신호를 생성한다. 생성된 OFDM 신호는 각 송신 안테나(190-1, …,190-Nt)별로 전송한다.
도 24는 단말의 요소를 나타낸 블록도이다. 단말(50)은 프로세서(processor, 51), 메모리(memory, 52), RF부(RF(Radio Frequency) unit, 53), 디스플레이부(display unit, 54), 사용자 인터페이스부(user interface unit, 55)를 포함한다. 프로세서(51)는 무선 인터페이스 프로토콜의 계층들이 구현되어, 제어 평면과 사용자 평면을 제공한다. 각 계층들의 기능은 프로세서(51)를 통해 구현될 수 있다. 메모리(52)는 프로세서(51)와 연결되어, 단말 구동 시스템, 애플리케이션 및 일반적인 파일을 저장한다. 디스플레이부(54)는 단말의 여러 정보를 디스플레이하며, LCD(Liquid Crystal Display), OLED(Organic Light Emitting Diodes) 등 잘 알려진 요소를 사용할 수 있다. 사용자 인터페이스부(55)는 키패드나 터치 스크린 등 잘 알려진 사용자 인터페이스의 조합으로 이루어질 수 있다. RF부(53)는 프로세서와 연결되어, 무선 신호(radio signal)를 송신 및/또는 수신한다.
지금까지 설명된 참조신호 구조는 하향링크를 기준으로 한 것이나, 상향링크에도 적용될 수 있다.
이와 같이, CDM을 사용한 참조신호 구조를 이용하는 경우, 서로 다른 안테나가 동일한 자원요소를 사용하여 각각의 참조신호를 전송할 수 있다. 즉, 참조신호 오버헤드를 증가시키지 않으면서, 각 안테나별 참조심벌의 개수를 증가시킬 수 있다. 따라서, 각 안테나별 균등전력 전송이 가능하도록 참조신호 구조를 설계할 수 있다. 이를 통해 구현비용을 감소시키고, 시스템 성능을 향상시킬 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 통신 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2는 사용자 평면에 대한 무선 프로토콜 구조를 나타낸 블록도이다.
도 3은 제어 평면에 대한 무선 프로토콜 구조를 나타낸 블록도이다.
도 4는 하향링크 논리채널과 하향링크 전송채널 간의 맵핑을 나타낸다.
도 5는 하향링크 전송채널과 하향링크 물리채널 간의 맵핑을 나타낸다.
도 6은 무선 프레임의 구조를 나타낸다.
도 7은 하나의 하향링크 슬롯에 대한 자원 그리드를 나타낸 예시도이다.
도 8은 서브프레임의 구조를 나타낸다.
도 9는 기지국이 하나의 안테나를 사용하는 경우, 참조신호 구조의 예를 나타낸다.
도 10은 기지국이 하나의 안테나를 사용하는 경우, 주파수 영역에서 천이된 참조신호 구조의 예를 나타낸다.
도 11은 기지국이 2개의 안테나를 사용하는 경우, 참조신호 구조의 예를 나타낸다.
도 12는 기지국이 4개의 안테나를 사용하는 경우, 참조신호 구조의 예를 나타낸다.
도 13은 OFDM 심벌 인덱스가 0인 경우, 자원요소당 전력 할당의 예를 나타낸 그래프이다.
도 14는 OFDM 심벌 인덱스가 1인 경우, 자원요소당 전력 할당의 예를 나타낸 그래프이다.
도 15는 다중 안테나 시스템에서 참조신호 전송 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 16은 참조신호 구조의 일 예를 나타낸다.
도 17은 순환 천이된 참조신호 구조의 예를 나타낸다.
도 18은 CDM을 사용한 참조신호 구조의 제 1 예를 나타낸다.
도 19는 CDM을 사용한 참조신호 구조의 제 2 예를 나타낸다.
도 20은 CDM을 사용한 참조신호 구조의 제 3 예를 나타낸다.
도 21은 CDM을 사용한 참조신호 구조의 제 4 예를 나타낸다.
도 22는 CDM을 사용한 참조신호 구조의 제 5 예를 나타낸다.
도 23은 다중 안테나를 사용하는 전송기의 예를 나타내는 블록도이다.
도 24는 단말의 요소를 나타낸 블록도이다.

Claims (13)

  1. 다중 안테나 시스템에서 참조신호 전송 방법에 있어서,
    제1 안테나 그룹을 통해 제1 시퀀스를 사용하는 제1 참조신호를 전송하는 단계; 및
    제2 안테나 그룹을 통해 제2 시퀀스를 사용하는 제2 참조신호를 전송하는 단계를 포함하되,
    상기 제1 참조신호와 상기 제2 참조신호는 동일한 무선자원을 통해 전송되는 것을 특징으로 하는 참조신호 전송 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 무선자원은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심벌 및 부반송파인 것을 특징으로 하는 참조신호 전송 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 시퀀스는 상기 제1 시퀀스가 시간 영역에서 순환 천이된 것을 특징으로 하는 참조신호 전송 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 시퀀스는 주파수 영역에서 상기 제1 시퀀스에 위상 천이를 곱해 생 성된 것을 특징으로 하는 참조신호 전송 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 시퀀스는 상기 제1 시퀀스에 직교하는 것을 특징으로 하는 참조신호 전송 방법.
  6. M(M≥2, M은 자연수)개의 안테나를 사용하는 다중 안테나 시스템에서 참조신호 전송 방법에 있어서,
    제1 안테나 그룹을 통해 제1 시퀀스를 사용하는 제1 참조신호를 전송하는 단계; 및
    제2 안테나 그룹을 통해 제2 시퀀스를 사용하는 제2 참조신호를 전송하는 단계를 포함하되,
    상기 M개의 안테나는 총 2개의 안테나 그룹으로 페어링되고, 상기 제1 안테나 그룹은 상기 페어링된 2개의 안테나 그룹 중 하나의 안테나 그룹을 지시하고, 상기 제2 안테나 그룹은 상기 페어링된 2개의 안테나 그룹 중 다른 하나의 안테나 그룹을 지시하고,
    상기 제1 참조신호와 상기 제2 참조신호는 동일한 무선자원을 통해 전송되는 것을 특징으로 하는 참조신호 전송 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 M개의 안테나 각각마다 자원블록이 정의되고, 상기 자원블록은 복수의 OFDM 심벌과 복수의 부반송파로 구성되고, 상기 자원블록의 각 요소는 자원요소이고, 상기 무선자원은 상기 자원블록 상 특정 위치의 자원요소인 것을 특징으로 하는 참조신호 전송 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 M개의 안테나 각각마다 상기 자원블록 내 하나의 OFDM 심벌을 통해 동일한 개수의 무선자원을 사용하여 참조신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 참조신호 전송 방법.
  9. 제1 안테나 그룹;
    제2 안테나 그룹; 및
    상기 제1 안테나 그룹을 통해 제1 시퀀스를 사용하여 전송되는 제1 참조신호를 생성하고, 상기 제2 안테나 그룹을 통해 제2 시퀀스를 사용하여 전송되는 제2 참조신호를 생성하는 참조신호 생성기를 포함하되,
    상기 제1 참조신호와 상기 제2 참조신호는 동일한 무선자원을 통해 전송되는 것을 특징으로 하는 전송기.
  10. 무선 신호를 송신 및 수신하는 RF부; 및
    상기 RF부와 연결되어,
    제1 시퀀스를 사용하는 제1 참조신호를 수신하고,
    제2 시퀀스를 사용하는 제2 참조신호를 수신하는 프로세서를 포함하되,
    상기 제1 참조신호와 상기 제2 참조신호는 동일한 무선자원을 통해 수신되는 것을 특징으로 하는 단말.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 무선자원은 OFDM 심벌 및 부반송파인 것을 특징으로 하는 단말.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제2 시퀀스는 상기 제1 시퀀스가 시간 영역에서 순환 천이된 것을 특징으로 하는 단말.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 참조신호는 제1 송신 안테나에 대한 참조신호이고, 상기 제2 참조신호는 제2 송신 안테나에 대한 참조신호이고,
    상기 프로세서는 상기 제1 참조신호를 이용하여 상기 제1 송신 안테나와의 채널을 추정하고, 상기 제2 참조신호를 이용하여 상기 제2 송신 안테나와의 채널을 추정하는 것을 특징으로 하는 단말.
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