KR20100018686A - 데이터 전송 방법 및 무선자원 할당 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 데이터 전송 방법은 상향링크 프레임 상의 할당 영역에 관한 정보를 수신하는 단계 및 복수의 내부 블록으로 구분되는 상기 할당 영역내에서 도약 패턴에 따라 상기 복수의 내부 블록 중 적어도 하나의 내부 블록을 통해 상향링크 데이터를 전송하는 단계를 포함한다. 단말에게 유리한 영역의 무선자원을 할당할 수 있다.

무선통신, 다중접속.

Description

데이터 전송 방법 및 무선자원 할당 방법{Method of transmitting data and allocating radio resource}

본 발명은 무선통신에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선통신 시스템에서 다중 접속 방식에 따른 무선자원 할당 방법에 관한 것이다.

무선통신 시스템은 다양한 종류의 통신을 제공하기 위해 널리 사용되고 있다. 예를 들어, 음성 및/또는 데이터가 무선통신 시스템에 의해 제공되고 있다. 일반적인 무선통신 시스템은 다중 사용자에게 하나 또는 그 이상의 공유 자원을 제공한다. 예를 들어 무선통신 시스템은 CDMA(Code Division Multiple Access), TDMA(Time Division Multiple Access) 및 FDMA(Frequency Division Multiple Access)와 같은 다양한 다중 접속 기법을 사용할 수 있다.

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)은 다수의 직교 부반송파(subcarrier)를 이용한다. OFDM은 IFFT(inverse fast Fourier Transform)과 FFT(fast Fourier Transform) 사이의 직교적 특성을 이용한다. 전송기에서 데이터는 IFFT를 수행하여 전송한다. 수신기에서 수신신호에 대해 FFT를 수행하여 원래 데이터를 복원한다. 전송기는 다중 부반송파들을 결합하기 위해 IFFT를 사용하고, 다중 부반송파들을 분리하기 위해 수신기는 대응하는 FFT를 사용한다.

OFDM에 의하면, 광대역 채널의 주파수 선택적 페이딩(frequency selective fading) 환경에서 수신기의 복잡도를 낮추고, 부반송파간의 상이한 채널 특성을 활용하여 주파수 영역에서의 선택적 스케줄링 등을 통해 주파수 효율(spectral efficiency)을 높일 수 있다. OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)는 OFDM을 기반으로 한 다중 접속 방식이다. OFDMA에 의하면 다중 사용자에게 상이한 부반송파를 할당함으로써 무선자원의 효율성을 높일 수 있다.

무선통신 시스템은 적용 영역(coverage area)을 제공하는 하나 또는 그 이상의 기지국을 채용한다. 전형적인 기지국은 브로드캐스트, 멀티캐스트 및/또는 유니캐스트 서비스를 위해 다중 데이터 스트림을 전송할 수 있다. 데이터 스트림은 단말이 독립적으로 수신할 수 있는 데이터의 스트림이다. 또한, 단말도 기지국 또는 다른 단말로 데이터 스트림을 전송할 수 있다.

이하에서 하향링크(downlink)는 기지국에서 단말로의 통신을 의미하며, 상향링크(uplink)는 단말에서 기지국으로의 통신을 의미한다.

일반적으로 기지국은 무선자원을 스케줄링한다. 무선자원은 상향링크에서 상향링크 자원이 되고, 하향링크에서 하향링크 자원이 된다. 하향링크에서 기지국은 데이터 스트림에 할당된 하향링크 자원을 단말에게 알려주고, 단말은 상기 하향링크 자원을 통해 데이터 스트림을 수신한다. 상향링크에서 기지국은 할당된 상향링크 자원을 단말에게 알려주고, 단말은 상기 상향링크 자원을 통해 데이터 스트림을 전송한다.

전송할 데이터 스트림의 양, 채널 상태나 Qos(Quality of Service)에 따라서 할당되는 무선자원의 크기는 달라질 수 있다. 데이터 스트림의 양이 많으면 많은 무선자원이 할당되어야 한다. 하지만, 무선자원의 크기는 유한하므로, 무선자원은 효율적으로 할당되어야 한다.

스케줄링 기반 방식에 따라 자원을 할당하는 경우에는 각 사용자 간에 간섭이 없어야 하기 때문에 수용 가능한 사용자의 수가 제한되고, 실시간 중 저속의 데이터를 전송을 요구하는 서비스에 적절하지 못한 문제가 있다. 따라서 본 발명에서는 다중 접속 방식에 따른 주파수 도약 방식의 무선자원 할당 방법을 제안한다.

다만, 무작위 주파수 도약 방식에 따라 자원을 할당하는 경우, 채널 상황을 고려하지 않기 때문에 높은 스펙트럼 효율을 얻을 수 없다. 따라서 본 발명은 보다 많은 사용자에게 높은 스펙트럼 효율을 제공할 수 있는 무선자원 할당 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 양태에 따른 무선통신 시스템에서 데이터 전송 방법은 상향링크 프레임 상의 할당 영역에 관한 정보를 수신하는 단계 및 복수의 내부 블록으로 구분되는 상기 할당 영역내에서 도약 패턴에 따라 상기 복수의 내부 블록 중 적어도 하나의 내부 블록을 통해 상향링크 데이터를 전송하는 단계를 포함한다.

또한 본 발명의 다른 양태에 따른 무선통신 시스템에서 무선자원 할당 방법은 셀 내의 단말들로부터 채널 상태를 수신하는 단계 및 상기 채널 상태를 고려하여 프레임 상에서 데이터 전송을 위한 할당 영역을 할당하는 단계를 포함하되, 상기 할당 영역은 복수의 내부 블록으로 구분되고, 상기 할당 영역 내에서 도약 패턴에 따라 상기 복수의 내부 블록 중 적어도 하나의 내부 블록을 통해 데이터가 전송 또는 수신되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 무선자원 할당 방식과 데이터 전송 방식에 따르면 기존의 무작위 주파수 도약 방식에 비하여 단말과 채널의 상태를 고려할 수 있으므로 채널 이득을 얻을 수 있다. 또한 프레임 에러율(FER, Frame Error Rate) 등에서 성능 개선 효과를 나타낸다. 그런 반면 기존의 무선자원 할당 방법이나 데이터 전송 방법에 비하여 충돌 확률을 증가시키지는 않으므로 때문에, 충돌 확률 증가에 따른 성능 저하는 유발되지 않는다.

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.

무선통신 시스템에 적용되는 다중 접속 기법에는 제한이 없다. CDMA(Code Division Multiple Access), TDMA(Time Division Multiple Access), FDMA(Frequency Division Multiple Access) 및 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)와 같은 다양한 다중 접속 기법을 사용할 수 있다. 설명을 명확히 하기 위해, 이하에서는 OFDMA 기반의 무선통신 시스템에 대하여 설명한다.

본 발명은 상향링크 전송 또는 하향링크 전송에 적용될 수 있다. 이하에서 프레임(frame)은 상향링크 전송에 있어서 상향링크 프레임이 되고, 하향링크 전송에 있어서 하향링크 프레임이 된다. 프레임은 상향링크 프레임과 하향링크 프레임을 포함할 수 있다. 상향링크 전송 및 하향링크 전송은 서로 다른 시간을 사용하여 전송되는 TDD(Time Division Duplex) 방식이 사용될 수 있고, 또는 서로 다른 주파수를 사용하여 전송되는 FDD(Frequency Division Duplex) 방식이 사용될 수 있다.

도 2는 프레임의 일 예를 나타낸다.

도 2를 참조하면, 프레임의 일축은 시간 영역에서 OFDMA 심벌 인덱스를 나타내고, 다른 축은 주파수 영역에서 서브채널(subchannel) 인덱스를 나타낸다. 서브채널은 복수의 부반송파(subcarrier)를 포함한다. 프레임은 시간 영역에서 복수의 OFDMA 심벌과 주파수 영역에서 복수의 서브채널을 포함한다. TTI(Transmission Time Interval)는 하나의 프레임을 전송하는 데 필요한 시간을 말한다.

여기서 하나의 프레임은 N+1개의 OFDMA 심벌과 K+1개의 서브채널을 포함하나(N, K는 임의의 자연수), OFDMA 심벌의 수 및 서브채널의 수에는 제한이 없다. OFDMA 인덱스 및 서브채널 인덱스도 다양하게 바뀔 수 있다.

즉, 도 2에 도시된 프레임 상에서 무선자원이 할당되는 경우 무선자원 할당 정보는 프레임을 구성하는 단위무선자원들의 수와 오프셋을 포함하고, 무선자원 할당 정보를 통해 단말은 자신에게 할당된 무선자원을 알 수 있다. 오프셋은 단말에 할당되는 무선자원의 위치를 나타내는 값이다.

단말에게 무선자원을 할당하기 위한 무선자원 할당 정보의 예가 다음 표 1에 나타나 있다.

Name	Number of bits	Description
OFDMA symbol offset	8	Offset from start symbol of frame
Subchannel offset	7	Offser from start subchannel of frame
Number of OFDMA symbols	7	-
Number of subchannels	7	-
Reserved	3	-

OFDMA 심벌 오프셋은 할당이 시작되는 OFDMA 심벌 인덱스를 나타내고, 서브채널 오프셋은 할당이 시작되는 서브채널 인덱스를 나타내고, OFDMA 심벌의 수는 할당된 OFDMA 심벌의 수를 나타내고, 서브채널의 수는 할당된 서브채널의 수를 나타낸다. 표 1에 나타난 명칭과 비트 수는 일 예에 불과하며, 본 발명의 권리 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 명칭과 비트 수는 시스템에 따라 다양하게 바뀔 수 있다.

미리 일정한 크기를 갖는 단위무선자원을 정의하고, 단위무선자원의 수와 오프셋을 무선자원 할당 정보로 생성하여 단말에게 전송한다. 단위무선자원의 수와 오프셋을 통해 하나의 프레임 내에서 임의의 위치와 임의의 크기로 단말에게 무선자원을 할당할 수 있다. 이는 무선자원 할당의 자유도가 크다고 할 수 있다. 단말에게 필요한 무선자원의 크기에 따라서 유연하게 무선자원을 할당할 수 있다. 그러나 이 방식에 의하면 무선자원 할당 정보의 크기가 커진다. 표 1의 예제에서, 하나의 할당된 무선자원을 가리키기 위해, 적어도 32비트의 무선자원 할당 정보가 필요하다.

이하에서 프레임 내에서 단말에게 무선 자원이 할당되는 영역을 할당영역(A1)이라고 한다. 할당영역(A1)의 크기나 위치는 예시에 불과하다. 할당영역(A1)은 적어도 하나의 자원요소를 포함하는 자원요소의 집합으로서 자원요소의 수와 오프셋으로 나타내어질 수 있다. 일 예에 따른 할당영역(A1)은 24 자원요소를 포함하고, 표 1의 표현을 사용하면 "OFDMA symbol offset = 2, Subchannel offset = 3, Number of OFDMA symbols = 4, Number of subchannels = 6" 으로 나타내어질 수 있다.

도 3은 스케줄링 방식을 통한 무선자원 할당 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 기지국은 단말에 무선자원을 할당하기 위해 기지국은 단말로부터 자원할당 요청을 수신한다(S310). 단말들의 자원 및 채널 상태에 대한 정보를 수신하기도 한다. 그리고 기지국은 단말의 요청에 대한 응답으로 단말에 무선자원을 스케줄링하여 할당한다(S320). 즉 여기서 기지국은 스케줄링 방식에 의해 무선자원을 단말에 할당하게 된다.

이와 같이 스케줄링 기반의 무선자원 할당 방법은, 단말이 기지국으로 무선자원 할당 요청을 전송하고, 기지국은 이에 상응하여 기지국의 스케줄링에 따라 단말로 무선자원을 할당하는 것을 기본적인 내용으로 한다. 예컨대, 스케줄링 기반 방식에 따르면 기지국은 매 프레임의 전송시마다 각 사용자 단말에 유리한 무선자원을 할당하게 된다.

이하 도 4 내지 도 6은 도약 기반 방식의 무선 자원 할당 방법을 나타낸 도면이다.

도 4는 도약 기반의 무선자원 할당 방식을 나타낸다.

기지국은 복수의 단말(401, 402, 403, ..., 406)들에 무선통신 서비스를 제공하기 위하여 단말(401, 402, 403, ..., 406)들로부터의 다중 접속을 허용한다. 복수의 단말(401, 402, 403, ..., 406)은 각각 시간에 따라 일정한 패턴으로 배열된 복수의 직교하는 무선통신 자원(이하 '직교 자원(orthogonal resource)'이라 함) 간을 도약(hopping)하면서 데이터를 전송한다. 여기서 단말(401, 402, 403, ..., 406)들은 제1 단말(401), 제2 단말(402), 제3 단말(403) 등으로 지칭하기로 한다. 도 4는 직교 자원의 일례인 직교 부호(orthogonal code)를 이용한 도약 패턴(hopping pattern)을 예시한다.

각각의 단말(4 01~406)에는 상이한 도약 패턴(411~416)이 부여된다. 각 도약 패턴(411~416)은 길이 Ts의 시간 슬롯(timeslot) 단위로 할당된 복수의 직교 부호를 포함한다. 예를 들어, 제1 단말(401)의 (n+2)번째 시간 슬롯(421)에는 7번 직교 부호인 "OC#7"이, 제2 단말(402)의 (n+4)번째 시간 슬롯(422)에는 11번 직교 부호인 "OC#11"이 할당되어 있다. 각 단말(401~406)들은 이처럼 시간 슬롯 단위로 배열된 복수의 직교 부호 간을 도약하면서, 각 시간 슬롯에 할당된 직교 부호를 이용하여 데이터 심벌을 단말로 전송한다.

직교 부호 간을 '도약한다' 함은, 고정적으로 할당된 하나의 직교 부호를 계속적으로 이용하여 복수의 데이터 심벌을 전송하는 대신, 데이터 심벌을 전송하기 위해 이용하는 직교 부호를 도약 패턴에 포함된 상이한 직교 부호로 매 시간 슬롯마다 전환하는 과정을 의미한다. 이러한 '도약'의 의미는 후술하는 직교 주파수 자원, 직교 시간 자원 등의 다양한 종류의 직교 자원 간의 도약에 대해서도 적용된다.

상이한 직교 부호 간에는 직교성이 보장되므로, 기지국은 별개의 단말(401~406)들로부터 상이한 직교 부호를 이용하여 동시에 전송되는 데이터 심벌들을 각각 검출해 낼 수 있다. 그러나, 예컨대 제3 단말(403)과 제5 단말(405) 간의 도약 패턴에 포함된 (n+2)번째 시간 슬롯(421)에 공통적으로 11번 직교 부호인 "OC#11"이 할당되고, 제5 단말(405)과 제6 단말(406)의 도약 패턴의 (n+4)번째 시간 슬롯(422)에 각각 7번 직교 부호인 "OC#7"이 할당된다고 하자. 상이한 2개의 단말(제3 단말(403)과 제5 단말(405))이 동일한 시간 슬롯에 동일한 직교 부호를 이용하여 데이터 심벌을 전송하는 경우에는 기지국이 수신한 데이터 심벌을 검출해 낼 수 없게 된다.

이와 같은 상황을 도약 패턴 충돌(hopping pattern collision)이라고 한다. 충돌이 발생한 단말, 즉 (n+2)번째 시간 슬롯(421)에서의 제3 단말(403)과 제5 단말(405), 그리고 (n+4)번째 시간 슬롯(422)에서의 제5 단말(405)과 제6 단말(406)을 '충돌국(collided station)'이라고 지칭한다.

도약 패턴 충돌은 실제로 데이터를 전송하고 있는, 즉 활성화 상태에 있는 단말(401, 403, 405, 406)들 ­ 실선으로 표시됨 - 간에 발생하고, 기지국에 접속해 있으나 데이터 전송을 위해 활성화되어 있지 않은 단말(402, 404)들 ­ 점선으로 표시됨 - 에 대하여는 발생하지 않는다.

예를 들어, (n+3)번째 시간 슬롯에서 제4 단말(404)과 제5 단말(405)의 도약 패턴에는 공통적으로 12번 직교 부호인 "OC#12"가 할당되어 있지만, 제4 단말(404)이 데이터 전송을 위해 활성화되지 않은 상태, 즉 비활성화 상태에 있기 때문에, 기지국은 충돌 없이 제5 단말(405)로부터 전송된 데이터 심벌을 검출할 수 있다. (n+6)번째 시간 슬롯에서 공통적으로 14번 직교 부호 "OC#14"를 이용하는 제1 단말(401) 및 제2 단말(402)에 대해서도 동일하다.

직교 부호는 일반적으로 대역 확산 시스템 등에 이용되는 직교성을 구비한 코드 시퀀스로서, 그 대표적인 예로는 왈쉬 코드(Walsh code), PN 코드(pseudo-noise code) 등이 있다. 한편, 도 4에서는 직교 자원의 일례로서 직교 부호를 이용하는 경우를 예시하였으나, 본 발명의 도약 패턴은 직교 부호 자원 외에, 직교하는 주파수 자원 또는 직교하는 시간 자원을 시간에 따라 배열하여 구성될 수 있다.

직교하는 주파수 자원이란, OFDMA(orthogonal frequency division multiple access) 시스템에 적용되는 것과 같은 종류의, 상호간 직교성이 보장된 부반송파 집합을 의미한다. 또한, 직교하는 시간 자원은 시간 슬롯을 더욱 세분화한 복수의 서브 시간 슬롯의 이용 여부를 나타내는 비트맵을 포함할 수 있다. 이 비트맵들 간에는 직교성이 보장되는데, 이를테면 (+1, +1, +1, +1), (+1, +1, -1, -1), (+1, -1, -1, +1), (+1, -1, +1, -1)과 같다.

도 5는 도약 기반 방식에 따른 무선자원 할당과 데이터 전송 방법을 도시하는 흐름도이다.

도 5에 따르면, 단말은 직교 자원 도약 패턴을 생성한다(S510). 직교하는 주파수 자원, 직교하는 부호 자원, 또는 직교하는 시간 자원 등의 복수의 직교 자원을 시간에 따라 배열하여 도약 패턴을 생성한다. 또는, 여러 종류의 직교 자원들 중 둘 이상을 조합하여 도약 패턴을 생성할 수도 있다.

도약 패턴의 특정 시간 슬롯에 할당된 직교 자원에 데이터 심벌을 매핑하여 송신 신호를 생성한다(S520). 사용된 직교 자원이 직교 주파수 자원이라면, 심벌 매핑 과정은 데이터 심벌의 변조 시퀀스를 부반송파 집합에 매핑하는 과정을 포함할 수 있다. 직교 자원이 직교 부호 자원이라면, 심벌 매핑 과정은 데이터 심벌을 직교 부호를 이용하여 확산(spread)하는 과정을 포함할 수 있다.

송신 신호를 상향링크 채널을 통해 기지국으로 송신한다(S530). 데이터 전송을 위해 활성화된 단말, 즉 대응하는 무선 채널이 활성화 상태에 있는 단말만 기지국으로 송신 신호를 송신한다.

도 6은 도약 기반의 무선자원 할당에 따른 직교 자원 블록의 구성을 예시한다.

도 6에 도시된 바에 따르면, 도약의 기본 단위인 직교 자원 블록은 주파수축을 따라 인접하는(contiguous) 12개의 부반송파와 시간축을 따라 인접하는 5개의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심벌로 구성된다. 직교 자원 블록의 네 모서리에는 각각 연속하는 4개의 부반송파가 파일럿 심벌을 위해 할당된다.

최대 네 개의 단말이 하나의 직교 자원 블록에 할당될 수 있다. 즉, a, b, c, d 네 개의 단말이 있다고 할 때, 단말 a는 직교 자원 블록의 맨 왼쪽의 자원(601)에 파일럿 심벌을 매핑한다. 같은 방식으로 나머지 3개의 단말 b, c, d는 각각 직교 자원 블록의 자원(602, 603, 604)에 파일럿 심벌을 매핑한다. 이처럼 직교 자원 블록은 최대 네 개의 단말에 대한 파일럿 심벌을 간섭 없이 수용할 수 있다.

파일럿 심벌은 기지국에서의 채널 추정에 이용된다. 인접한 직교 자원을 그룹화하여 직교 자원 블록 단위로 도약 패턴을 구성하고, 직교 자원 블록에 포함된 직교 자원의 일부만을 파일럿 심벌에 할당하게 되면, 데이터 심벌의 전송과 별도로 파일럿 심벌의 전송을 위한 상당한 양의 시그널링을 제거하여 파일럿 오버헤드를 감소시키고 데이터 송신 과정을 단순화할 수 있다.

이와 같은 직교 자원 블록 단위의 직교 자원 도약 패턴 생성 방법은, 인접한 직교 자원 간에는 채널 특성이 유사하기 때문에 직교 자원 블록에 포함된 직교 자원 중 일부에만 파일럿 심벌을 매핑해도 각각의 직교 자원에 대응하는 무선 채널의 추정 성능이 크게 저하되지 않는다는 특성을 이용한 것이다.

도 7 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 무선자원 할당과 데이터 전송 방법을 나타낸 도면이다.

본 발명은 하이브리드 다중 접속에서 무선자원을 할당하는 방법에 관련되는데, 하이브리드 다중 접속 방식은 차세대 이동 통신에 사용될 OFDMA 시스템을 활용한 자원 할당 방식이다. 다중 접속 방식은 다수의 사용자들이 주어진 대역을 협력적으로 사용하기 위한 규칙을 의미한다. 전체 통신 채널은 서브 채널로 나뉠 수 있고, 이것은 각각의 사용자들의 단말로 할당된다. 보통 사용자의 수는 허용된 서브채널의 수보다 많고, 그 사용자 중의 일부만이 특정 시간대에 전송할 데이터를 갖는다. 따라서 전송할 데이터를 갖고 있는 사용자들이 효율적으로 무선자원을 활용할 수 있도록 해야 한다.

그러나 무선 통신의 특성에 의해 한 사용자의 단말이 데이터나 신호 등의 전송에 성공하기 위해서는 다른 사용자 단말의 데이터 전송을 고려할 필요가 있다. 즉, 다른 사용자의 단말과의 간섭이 제어되거나 회피될 수 있어야 데이터 전송이 성공적일 수 있다. 동시에 진행되는 다수의 무선 전송은 충돌을 일으키거나 신호를 왜곡시킬 수 있다. 따라서 다중 접속 프로토콜에는 효율적인 자원 할당 방식이 필요하게 된다.

하이브리드 다중 접속 방식에서 사용될 수 있는 자원 할당 방식에는 도 3을 참조하여 설명한 스케줄링 기반 방식, 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명한 도약 기반 방식, 그 밖에도 충돌 기반 방식 등이 있다. 본 발명에서 하이브리드 방식의 무선자원 할당 방법은 스케줄링 기반의 무선자원 할당 방식과 도약 기반의 무선자원 할당 방식이 결합된 형태이다.

스케줄링 기반 방식이 프레임의 전송시마다 각 사용자 단말에 유리한 주파수자원을 할당하는 데에 비하여, 도약 기반 방식은 단말의 상태와 무관하게 데이터 전송 전에 송수신 단 간에 미리 알고 있는 도약 패턴을 이용하여 신호 부하(signaling overhead)없이 자원을 할당하는 방식이다. 또한 스케줄링 기반 방식은 다른 사용자 간에 자원을 분리시켜 간섭이 발생하지 않지만, 도약 기반 방식은 모든 사용자가 자원을 항상 사용하는 것은 아니라는 통계적 특성을 이용하여, 스케줄링 기반 방식에서 할당되는 사용자보다 더 많은 수의 사용자를 수용할 수 있다. 도약 기반 방식에 따르면 더 많은 사용자를 수용할 수 있는 반면, 자원의 배타적 사용이 보장되지 않기 때문에 충돌이 발생하게 된다.

또한 스케줄링 기반 방식은 각 사용자에게 유리한 자원을 서로 간섭 없이 효율적으로 할당해 주어야 하기 때문에 자원 할당 방식이 복잡하다. 반면 도약 기반 방식은 채널 정보에 상관없이 자원을 할당하기 때문에 주파수 선택적 페이딩 환경에서 높은 스펙트럼 효율을 얻을 수 없다.

이하 본 발명의 실시예들은 상술한 스케줄링 기반 방식과 도약 기반 방식의 장점을 취합하여 기지국이 단말에 무선자원을 할당하고, 이러한 방법으로 할당된 무선자원을 이용하여 단말이 데이터를 전송하는 방법에 관련된다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 무선자원을 할당하는 방법을 나타낸 흐름도이다.

기지국은 셀 내의 단말들로부터 채널 상태에 관한 정보를 수신한다(S710). 기지국이 단말에 유리한 무선자원의 영역을 단말에 할당영역으로 할당하기 위해서 채널 상태에 관한 정보가 필요하다.

기지국은 프레임 내에서 일부 영역인 할당영역을 단말에 할당한다(S720). 여기서 단말에 할당영역을 할당하기 위해 스케줄링 기반의 무선자원 할당 방식이 사용된다.

즉 할당영역의 할당을 위해 기지국은 채널 정보를 사용할 수 있다. 채널정보는 단말로부터 수신된다. 이 경우 기지국은 단말과 채널의 상태에 따라 단말에게 유리한 주파수 또는 시간의 무선자원을 할당영역으로 선택하여 할당한다.

즉 할당영역은 스케줄링 기반의 무선자원 할당 방식에 따라 사용자 단말에게 유리한 영역으로 선택된다. 사용자에게 유리한 영역은 사용자와 기지국 간의 채널 상태나 채널 이득, 트래픽 양 등을 고려하여 결정된다. 기지국이 할당영역을 결정하는 데에는 단말로부터 전송되는 CQI(Channel Quality Indicator)와 같은 채널 정보가 이용되기도 한다. 예를 들면 기지국은 각 사용자의 주파수별 채널 이득 정보를 이용하여 어느 영역이 사용자 단말에 유리한지를 파악할 수 있다.

본 발명의 실시예에서는, 기지국은 단말 별 채널 상태에 맞는 할당영역을 특정하여 각 단말에게 할당하고, 그러면 단말은 그 할당영역 내에서 하나 이상의 내부블록을 통해 기지국으로 데이터를 전송하거나 데이터를 수신한다. 기지국이 각 단말에게 적합한 할당영역을 할당하고, 단말은 데이터 전송 시 그 할당영역 내의 무선자원만을 도약적으로 사용함으로써 무작위적 도약 방식에 따른 문제점을 개선할 수 있다.

기존의 무작위적 도약 기반 방식에 의하면 단말은 채널이득이 낮거나 단말에게 불리한 영역의 무선자원을 할당받는 경우가 있었으나, 스케줄링 기반 방식이 일부 결합된 본 발명의 실시예에 따를 경우 단말과 기지국은 데이터 전송에 유리한 무선자원 영역인 할당영역 내에서만 내부블록을 이용하게 되므로 그러한 우려가 없다.

각각의 내부블록에는 단말 간에 서로 직교하는 무선자원이 할당된다. 따라서 각 단말들이 동시에 데이터를 전송하더라도 서로 직교하는 무선자원을 이용하므로, 전송되는 데이터들이 다른 단말의 데이터 전송으로 인해 변형되거나 손실되는 것이 방지된다.

또한 내부블록을 차례로 이용하여 데이터를 전송하면, 단말은 서로 상이한 영역의 무선자원들을 도약적으로 이용하게 된다. 여기서 무선자원의 도약은 도약 패턴에 따른다. 도약 패턴에는 다양하게 변형 가능하다. 일 예에 따르면, 각 내부블록들의 채널 이득을 고려하여 단말에게 유리한 순서에 따라 내부블록들을 도약할 수 있다. 또는 다른 실시예에 따르면 도약 패턴은 복수의 내부 블록을 TTI(Transmission Time Interval)에 따라 배열한 것일 수 있다.

단말은 기지국으로 전송하는 채널 상태에 관한 정보는 각 단말의 할당영역을 결정하기 위해서도 사용되나, 내부블록의 도약 패턴을 결정하기 위해서도 사용될 수 있다. 단말은 채널 상태에 적합한 할당영역 내의 도약 패턴에 따라 각 내부블록을 통해 상향링크 데이터를 전송하게 된다(S730).

도 8은 도 7의 방법에 의해 기지국으로부터 할당받은 무선자원을 이용하여 단말이 상향링크 데이터를 전송하는 방법을 나타낸 흐름도이다.

먼저 단말은 기지국으로부터 할당영역에 관한 정보를 수신한다(S810). 즉 단말은 할당영역에 관한 정보를 수신하면, 그 할당영역 내의 무선자원을 통해 데이터를 전송한다. 할당영역은 전술한 바와 같이 복수의 내부블록들로 구성된다. 단말이 할당영역 내의 무선자원을 이용한다는 것은 단말이 할당받은 할당영역을 구성하는 내부블록들의 일부 또는 전부를 통해 상향링크 데이터를 전송함을 의미한다.

단말은 유리한 할당영역을 할당받기 위해 채널 상태에 관한 정보를 전송할 수 있다. 단말들의 채널 상태 정보는 기지국이 수신할 수도 있으나, 채널 상태 정보를 수신하기 위한 전용 수신기가 마련되어 단말 별 채널 상태 정보를 수신하여 기지국으로 출력할 수도 있다.

할당영역 내의 내부블록을 통해 단말은 상향링크 데이터를 전송한다(S820). 단말이 하나 이상의 내부블록을 통해 데이터를 전송하면 시간축 또는 주파수축으로 무선자원을 도약하게 된다.

단말은 도약 패턴에 따라 복수의 내부블록을 통해 데이터를 전송하며, 도약 패턴과 그 결정 방법 등에 관하여는 도 7에서 설명하였으므로 여기서는 설명을 생략한다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선자원의 도약 패턴을 도시한 도면이다.

할당영역(900)은 복수의 내부블록(901, 902, 903, 904, 905, 906)을 포함하고 있으며, 단말은 각각의 내부블록들을 번갈아가며 도약하여, 그 내부블록(901, 902, 903, 904, 905, 906)에 상응하는 무선자원을 통해 데이터를 전송하거나 수신한다. 따라서 본 발명의 실시예에 따르면 이들 내부블록(901, 902, 903, 904, 905, 906)을 통해서 단말이 데이터를 전송하는 경우, 전송되는 데이터는 상향링크 데이터를 통하여 데이터가 전송된다.

도 9를 참조하면 단말은 주파수 영역과 시간 영역이 서로 다른 내부블록(901, 902, 903, 904, 905, 906)들을 통해 데이터를 전송하고 있다. 도 9에 도시된 실시예에서 데이터 전송에 사용되는 내부블록들의 순서는 ‘901 ? 902 ? 903 ? 904 ? 905 ? 906’이다. 이 경우는 주파수 도약적 할당 방식에 따라 무선자원을 이용하여 데이터를 전송하게 된다.

그러나 내부블록(901, 902, 903, 904, 905, 906)의 순서, 즉 도약 패턴은 반드시 주파수 도약적 방식으로 결정되는 것은 아니며, 도약 패턴은 다양하게 결정될 수 있다. 도약 패턴은 채널 상태나 채널 이득을 고려하여 실시간으로 결정될 수도 있고, 또는 단말과 기지국간에 미리 약속된 도약패턴이 존재할 수도 있다. 도 8은 단말이 본 발명의 일 실시예에 따라 프레임 상의 내부블록들을 이용하여, 무선자원을 도약하면서 데이터를 전송하는 것을 설명하기 위한 일 예에 불과하다.

도 10은 종래의 무작위 도약 방식에 따라 할당되는 무선자원을 그래프 상에 나타낸 도면이다. 또한 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 할당 방식에 의해 할당된 무선자원을 종래의 무작위 주파수 도약 방식에 따른 경우와 대조하여 나타낸 그래프이다. 이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 무선 자원 할당 방식을 적응적 도약 방식이라고 한다.

시스템 성능 향상을 위해서는 신호 세기(signal power)가 높은 구간에서 무선 자원이 할당되는 것이 바람직하다. 그런데 도 10을 참조하면, 무작위 주파수 도약 방식에 따라 무선자원이 할당되면 단말이나 채널의 상태와는 무관하게 무선자원이 할당되므로, 신호 세기가 좋지 않은 구간에 무선자원이 할당되는 것을 볼 수 있다.

반면 도 11을 참조하면, 적응적 주파수 도약 방식에 따라 무선자원이 할당되는데, 무작위 주파수 도약 방식에 따른 경우에 비하여 할당된 무선자원들이 대부분 신호 세기가 높은 지점에 위치한다. 주파수 도약 방식을 사용하더라도 단말이나 채널의 상태를 고려하여 무선자원을 할당하므로 신호 세기가 더 높은 구간에서 무선자원이 할당되는 것을 볼 수 있다.

도 12 및 도 13은 무작위 주파수 도약 방식과 적응적 주파수 도약 방식의 성능을 비교한 그래프이다. 충돌 확률(CR, collision rate)을 서로 달리하는 다양한 채널을 통해 데이터 등을 전송하는 경우 성능을 나타낸다. 도 12는 각 사용자 단말의 수신 안테나가 1개인 경우(SISO, single-input and single-output system)를, 도 13은 각 사용자 단말의 수신 안테나가 2개인 경우(single-input and multiple-output)를 비트 에너지 대비 잡음 전력 비에 따른 프레임 에러율을 도시한 그래프이다. 그래프 x축은 비트 에너지 대비 잡음 전력 비(Eb/N0)이고, y축은 프레임 에러율(FER)이다. 비트 에너지 대비 잡음 전력 비의 단위는 데시벨(decibel, dB)이다.

도 12를 참조하면, 충돌 확률이 0.1인 경우, 동일한 프레임 에러율을 갖기 위해 무작위 주파수 도약 방식을 사용하면 적응적 주파수 도약 방식을 사용하는 경우보다 비트 에너지 대비 잡음 전력 비를 약 4~5dB 증가시켜야 한다. 즉, 충돌 확률이 0.1인 경우, 무작위 주파수 도약 방식과 적응적 주파수 도약 방식 사이에는 약 5dB의 전력 차이가 난다.

또한 충돌 확률이 0.3인 경우, 동일한 프레임 에러율을 갖기 위해 무작위 주파수 도약 방식은 적응적 주파수 도약 방식보다 비트 에너지 대비 잡음 전력 비를 약 5~6dB 증가시켜야 한다. 그리고 충돌 확률이 0.5인 경우, 동일한 프레임 에러율을 갖기 위해 주파수 도약 방식을 사용하면 적응적 주파수 도약 방식을 사용하는 경우보다 비트 에너지 대비 잡음 전력 비를 약 6dB 이상 증가시켜야 한다.

도 13을 참조하면 충돌 확률이 0.1인 경우, 동일한 프레임 에러율을 갖기 위해 무작위 주파수 도약 방식을 사용하는 경우에는 적응적 주파수 도약 방식을 사용하는 경우보다 비트 에너지 대비 잡음 전력 비를 약 4dB 증가시켜야 한다. 즉, 충돌 확률이 0.1인 경우, 무작위 주파수 도약 방식과 적응적 주파수 도약 방식 사이에는 약 4dB의 전력 차이가 난다.

또한 충돌 확률이 0.3인 경우, 동일한 프레임 에러율을 갖기 위해 무작위 주파수 도약 방식을 사용하는 경우에는 적응적 주파수 도약 방식을 사용하는 경우보다 비트 에너지 대비 잡음 전력 비를 약 4dB 증가시켜야 한다. 그리고 충돌 확률이 0.5인 경우, 동일한 프레임 에러율을 갖기 위해 주파수 도약 방식을 사용하면 적응적 주파수 도약 방식할 때보다 비트 에너지 대비 잡음 전력 비를 약 5dB 정도 증가시켜야 함을 볼 수 있다.

본 발명은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 하드웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하기 위해 디자인된 ASIC(application specific integrated circuit), DSP(digital signal processing), PLD(programmable logic device), FPGA(field programmable gate array), 프로세서, 제어기, 마이크로 프로세서, 다른 전자 유닛 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하는 모듈로 구현될 수 있다. 소프트웨어는 메모리 유닛에 저장될 수 있고, 프로세서에 의해 실행된다. 메모리 유닛이나 프로세서는 당업자에게 잘 알려진 다양한 수단을 채용할 수 있다.

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 무선통신 시스템을 나타낸 블록도.

도 2는 프레임의 일 예를 나타낸 도면.

도 3은 스케줄링 방식을 통한 무선자원 할당 방법을 나타낸 흐름도.

도 4는 도약 기반의 무선자원 할당 방식을 나타낸 도면.

도 5는 도약 기반 방식에 따른 무선자원 할당과 데이터 전송 방법을 도시하는 흐름도.

도 6은 도약 기반의 무선자원 할당에 따른 직교 자원 블록의 구성을 예시한 도면.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 무선자원을 할당하는 방법을 나타낸 흐름도.

도 8은 도 7의 방법에 의해 기지국으로부터 할당받은 무선자원을 이용하여 단말이 상향링크 데이터를 전송하는 방법을 나타낸 흐름도.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선자원의 도약 패턴을 도시한 도면.

도 10은 종래의 무작위 도약 방식에 따라 할당되는 무선자원을 그래프 상에 나타낸 도면.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 방식인 적응적 도약 방식에 따라 할당된 무선자원을 종래의 무작위 주파수 도약 방식에 따른 경우와 대조하여 나타낸 그래프.

도 12 및 도 13은 무작위 주파수 도약 방식과 적응적 주파수 도약 방식의 성 능을 비교한 그래프.

Claims (9)

1. 무선통신 시스템에서 데이터 전송 방법에 있어서,

   상향링크 프레임 상의 할당 영역에 관한 정보를 수신하는 단계; 및

   복수의 내부 블록으로 구분되는 상기 할당 영역내에서 도약 패턴에 따라 상기 복수의 내부 블록 중 적어도 하나의 내부 블록을 통해 상향링크 데이터를 전송하는 단계를 포함하는 데이터 전송 방법.
2. 제1항에 있어서,

   기지국은 상기 기지국과 단말간의 채널 상태를 고려하여 상기 할당영역을 할당하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 채널 상태에 관한 정보를 전송하는 단계를 더 포함하는 데이터 전송 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 도약 패턴은 상기 복수의 내부 블록을 TTI(transmission time interval)에 따라 배열한 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 복수의 내부 블록에는 상기 단말마다 직교하는 직교자원이 할당되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
6. 무선통신 시스템에서 무선자원 할당 방법에 있어서,

   셀 내의 단말들로부터 채널 상태를 수신하는 단계; 및

   상기 채널 상태를 고려하여 프레임 상에서 데이터 전송을 위한 할당 영역을 할당하는 단계를 포함하되,

   상기 할당 영역은 복수의 내부 블록으로 구분되고, 상기 할당 영역 내에서 도약 패턴에 따라 상기 복수의 내부 블록 중 적어도 하나의 내부 블록을 통해 데이터가 전송 또는 수신되는 것을 특징으로 하는 무선자원 할당 방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 할당 영역에 관한 정보를 전송하는 단계를 더 포함하는 무선자원 할당 방법.
8. 제6항에 있어서,

   상기 도약 패턴은 상기 복수의 내부 블록을 TTI에 따라 배열한 것을 특징으로 하는 무선자원 할당 방법.
9. 제6항에 있어서,

   상기 복수의 내부 블록에는 단말마다 직교하는 직교자원이 할당되는 것을 특징으로 하는 무선자원 할당 방법.

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