KR20110020171A

KR20110020171A - 무선 통신 시스템에서 레인징 신호 생성 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20110020171A
Application number: KR1020100073457A
Authority: KR
Inventors: 이현우; 조한규; 곽진삼; 권영현
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2009-08-21
Filing date: 2010-07-29
Publication date: 2011-03-02
Also published as: KR101612561B1

Abstract

무선 통신 시스템에서 레인징 신호(ranging signal) 생성 방법 및 장치가 제공된다. 단말은 복수의 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 심벌 각각에 대하여 커버링 코드(covering) 코드를 적용한 레인징 코드(ranging code)를 생성하고, 상기 레인징 코드를 상기 각 OFDMA 심벌을 구성하는 복수의 부반송파에 맵핑하고, 상기 각 OFDMA 심벌에 대하여 OFDMA 변조를 수행하여 레인징 신호를 생성한다.

Description

무선 통신 시스템에서 레인징 신호 생성 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS OF GENERATING RANGING SIGNAL IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 무선 통신에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선 통신 시스템에서 레인징 신호 생성 방법 및 장치에 관한 것이다.

IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16e 규격은 2007년 ITU(International Telecommunication Union) 산하의 ITU-R(ITU-Radiocommunication Sector)에서 IMT(International Mobile Telecommunication)-2000을 위한 여섯 번째 규격으로 'WMAN-OFDMA TDD'라는 이름으로 채택된 바 있다. ITU-R은 IMT-2000 이후의 차세대 4G 이동통신 규격으로 IMT-Advanced 시스템을 준비하고 있다. IEEE 802.16 WG(Working Group)은 2006년 말 IMT-Advanced 시스템을 위한 규격으로 기존 IEEE 802.16e의 수정(amendment) 규격을 작성하는 것을 목표로 IEEE 802.16m 프로젝트의 추진을 결정하였다. 상기 목표에서 알 수 있듯이, IEEE 802.16m 규격은 IEEE 802.16e 규격의 수정이라는 과거의 연속성과 차세대 IMT-Advanced 시스템을 위한 규격이라는 미래의 연속성인 두 가지 측면을 내포하고 있다. 따라서, IEEE 802.16m 규격은 IEEE 802.16e 규격에 기반한 Mobile WiMAX 시스템과의 호환성(compatibility)을 유지하면서 IMT-Advanced 시스템을 위한 진보된 요구사항을 모두 만족시킬 것을 요구하고 있다.

광대역 무선 통신 시스템의 경우 한정된 무선 자원의 효율성을 극대화하기 위하여 효과적인 송수신 기법 및 활용 방안들이 제안되어 왔다. 차세대 무선통신 시스템에서 고려되고 있는 시스템 중 하나가 낮은 복잡도로 심벌간 간섭(ISI; Inter-Symbol Interference) 효과를 감쇄시킬 수 있는 직교 주파수 분할 다중(OFDM; Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템이다. OFDM은 직렬로 입력되는 데이터 심벌을 N개의 병렬 데이터 심벌로 변환하여 각각 분리된 N개의 부반송파(subcarrier)에 실어 전송한다. 부반송파는 주파수 차원에서 직교성을 유지하도록 한다. 각각의 직교 채널은 상호 독립적인 주파수 선택적 페이딩(frequency selective fading)을 경험하게 되고, 이에 따라 수신단에서의 복잡도가 감소하고 전송되는 심벌의 간격이 길어져 심벌간 간섭이 최소화될 수 있다.

직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access; 이하 OFDMA)은 OFDM을 변조 방식으로 사용하는 시스템에 있어서 이용 가능한 부반송파의 일부를 각 사용자에게 독립적으로 제공하여 다중 접속을 실현하는 다중 접속 방법을 말한다. OFDMA는 부반송파라는 주파수 자원을 각 사용자에게 제공하며, 각각의 주파수 자원은 다수의 사용자에게 독립적으로 제공되어 서로 중첩되지 않는 것이 일반적이다. 결국 주파수 자원은 사용자마다 상호 배타적으로 할당된다. OFDMA 시스템에서 주파수 선택적 스케줄링(frequency selective scheduling)을 통하여 다중 사용자에 대한 주파수 다이버시티(frequency diversity)를 얻을 수 있으며, 부반송파에 대한 순열(permutation) 방식에 따라 부반송파를 다양한 형태로 할당할 수 있다. 그리고 다중 안테나(multiple antenna)를 이용한 공간 다중화 기법으로 공간 영역의 효율성을 높일 수 있다.

상향링크 제어 신호를 전송하기 위한 상향링크 제어 채널이 정의될 수 있다. 패스트 피드백 제어 채널(fast feedback control channel), HARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest) 피드백 제어 채널, 사운딩 채널(sounding channel), 레인징 채널(ranging channel), 대역폭 요청 채널(bandwidth request channel) 등의 다양한 종류의 상향링크 제어 채널이 정의될 수 있다. 패스트 피드백 제어 채널은 CQI(Channel Quality Indicator) 및/또는 MIMO(Multiple-In Multiple-Out) 정보의 피드백을 나르며, 1차 패스트 피드백 채널(primary fast feedback channel) 및 2차 패스트 피드백 채널(secondary fast feedback channel)으로 나뉠 수 있다. HARQ 피드백 제어 채널은 데이터 전송에 대한 응답으로 ACK(Acknowledgement)/NACK(Non-acknowledgement) 신호를 전송하기 위한 채널이다. 사운딩 채널은 상향링크 폐루프(closed-loop) MIMO 전송과 상향링크 스케줄링을 위한 상향링크 채널 응답으로 사용될 수 있다. 대역폭 요청 채널은 단말이 전송하고자 하는 상향링크 데이터 또는 제어 신호를 전송하기 위한 무선 자원을 요청하는 채널이다.

레인징 채널은 상향링크 동기화를 위해 사용될 수 있다. 레인징 채널은 비동기 단말(non-synchronized MS)와 동기 단말(synchronized MS)을 위한 레인징 채널로 구분될 수 있다. 비동기 단말을 위한 레인징 채널은 초기 네트워크 진입(initial network entry) 및 핸드오버 중 목적 기지국(target base station)에 대한 레인징을 위해 사용될 수 있다. 비동기 단말을 위한 레인징 채널이 전송되기로 한 서브프레임에서 단말은 다른 어떤 상향링크 버스트(uplink burst) 또는 상향링크 제어 채널도 전송하지 않을 수 있다. 동기 단말을 위한 레인징 채널은 주기적 레인징을 위해 사용될 수 있다. 목적 기지국과 이미 동기화된 단말은 동기 단말을 위한 레인징 신호를 전송할 수 있다.

레인징 채널을 통해 레인징 프리앰블 코드(ranging preamble code)를 전송할 수 있다. 단말은 셀 내에서 선택 가능한 레인징 프리앰블 코드 집합 중 하나의 레인징 프리앰블 코드를 선택하여 생성하고, 레인징 채널을 통해 이를 전송한다. 기지국은 수신한 레인징 프리앰블 코드를 검출하며, 따라서 레인징 프리앰블 코드를 생성함에 있어서 기지국의 검출 성능을 고려해야 할 필요가 있다.

따라서 기지국의 검출 성능 향상을 위한 레인징 신호 생성 방법이 요구된다.

본 발명의 기술적 과제는 무선 통신 시스템에서 레인징 신호 생성 방법 및 장치를 제공하는 데에 있다.

일 양태에 있어서, 무선 통신 시스템에서 레인징 신호 생성 방법이 제공된다. 상기 레인징 신호 생성 방법은 복수의 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 심벌 각각에 대하여 커버링 코드(covering code)를 적용한 레인징 코드(ranging code)를 생성하고, 상기 레인징 코드를 상기 각 OFDMA 심벌을 구성하는 복수의 부반송파에 맵핑하고, 상기 각 OFDMA 심벌에 대하여 OFDMA 변조를 수행하여 레인징 신호를 생성하는 것을 포함한다. 상기 레인징 코드는 레인징 프리앰블 코드(ranging preamble code)에 상기 커버링 코드를 시간 영역 또는 주파수 영역에서 곱하여 생성될 수 있다. 상기 커버링 코드는 DFT(Discrete Fourier Transform) 코드 또는 Walsh 코드 중 어느 하나일 수 있다. 상기 커버링 코드의 길이는 2일 수 있으며, 이때 상기 커버링 코드는 [1 1] 또는 [1 -1] 중 어느 하나일 수 있다. 상기 커버링 코드는 상기 복수의 OFDMA 심벌에 대하여 반복되어 적용될 수 있다. 상기 복수의 OFDMA 심벌의 개수는 6개일 수 있다. 상기 레인징 코드의 길이는 72일 수 있다. 상기 OFDMA 변조는 상기 복수의 OFDMA 심벌 전체에 대하여 수행되거나 또는 상기 커버링 코드의 길이와 동일한 개수의 OFDMA 심벌에 대하여 수행되고 반복될 수 있다.

다른 양태에 있어서, 무선 통신 시스템에서 레인징 신호 전송 장치가 제공된다. 상기 레인징 신호 전송 장치는 무선 신호를 전송 또는 수신하고, 레인징 신호를 전송하는 RF부, 및 상기 RF부와 연결되는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는 복수의 OFDMA 심벌 각각에 대하여 커버링 코드를 적용한 레인징 코드를 생성하고, 상기 레인징 코드를 상기 각 OFDMA 심벌을 구성하는 복수의 부반송파에 맵핑하고, 상기 각 OFDMA 심벌에 대하여 OFDMA 변조를 수행하여 레인징 신호를 생성하도록 구성된다. 상기 레인징 코드는 레인징 프리앰블 코드에 상기 커버링 코드를 시간 영역 또는 주파수 영역에서 곱하여 생성될 수 있다. 상기 커버링 코드의 길이는 2일 수 있다. 상기 커버링 코드는 [1 1] 또는 [1 -1] 중 어느 하나일 수 있다. 상기 커버링 코드는 상기 복수의 OFDMA 심벌에 대하여 반복되어 적용될 수 있다. 상기 복수의 OFDMA 심벌의 개수는 6개일 수 있다.

시간 영역에서 커버링 코드(covering code)를 사용함으로써 레인징 프리앰블 코드(ranging preamble code)에 사용되는 기본 코드의 개수를 줄일 수 있고, 시간 영역에서 반복 구조를 다중화(multiplexing)함으로써 물리 자원을 효율적으로 사용할 수 있다.

도 1은 무선 통신 시스템을 나타낸다.
도 2 내지 도 5는 프레임 구조의 일 예를 나타낸다.
도 6은 상향링크 자원 구조의 일 예를 나타낸다.
도 7은 IEEE 802.16e 시스템의 초기 접속 레인징 채널 또는 핸드오버 레인징 채널의 구조의 일 예를 나타낸다.
도 8은 IEEE 802.16e 시스템의 주기적 레인징 채널 또는 대역폭 요청 레인징 채널의 구조의 일 예를 나타낸다.
도 9는 도 7 및 도 8에서 사용되는 레인징 코드를 생성하기 위한 PRBS(Pseudo Random Binary Sequence) 생성기의 블록도이다.
도 10 및 도 11은 IEEE 802.16m 시스템에서 주기적 레인징 채널의 구조의 일 예를 나타낸다.
도 12는 단순 반복된 코드를 이용한 레인징 채널 구조의 일 예이다.
도 13은 제안된 레인징 신호 생성 방법의 일 실시 예를 나타낸다.
도 14는 제안된 레인징 신호 생성 방법에 따른 레인징 채널 구조의 일 예이다.
도 15는 제안된 레인징 신호 생성 방법에 의하여 커버링 코드를 적용할 경우에 수신단에서 레인징 신호를 디스프레딩(dispreading)하는 예를 나타낸다.
도 16은 제안된 레인징 신호 생성 방법에 따른 레인징 채널 구조의 또 다른 예이다.
도 17은 제안된 레인징 신호 생성 방법에 따른 레인징 채널 구조를 사용한 경우의 레인징 신호의 검출 성능을 나타낸 그래프이다.
도 18은 제안된 레인징 신호 생성 방법에 따른 레인징 채널 구조의 또 다른 예이다.
도 19 및 도 20은 반복 구조 채널이 다중화된 모습의 일 예이다.
도 21은 본 발명의 실시예가 구현되는 기지국 및 단말의 나타낸 블록도이다.

이하의 기술은 CDMA(Code Division Multiple Access), FDMA(Frequency Division Multiple Access), TDMA(Time Division Multiple Access), OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access), SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access) 등과 같은 다양한 무선 통신 시스템에 사용될 수 있다. CDMA는 UTRA(Universal Terrestrial Radio Access)나 CDMA2000과 같은 무선 기술(radio technology)로 구현될 수 있다. TDMA는 GSM(Global System for Mobile communications)/GPRS(General Packet Radio Service)/EDGE(Enhanced Data Rates for GSM Evolution)와 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. OFDMA는 IEEE 802.11(Wi-Fi), IEEE 802.16(WiMAX), IEEE 802-20, E-UTRA(Evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. IEEE 802.16m은 IEEE 802.16e의 진화로, IEEE 802.16e에 기반한 시스템과의 하위 호환성(backward compatibility)를 제공한다. UTRA는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)의 일부이다. 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(Long Term Evolution)은 E-UTRA(Evolved-UMTS Terrestrial Radio Access)를 사용하는 E-UMTS(Evolved UMTS)의 일부로써, 하향링크에서 OFDMA를 채용하고 상향링크에서 SC-FDMA를 채용한다. LTE-A(Advanced)는 3GPP LTE의 진화이다.

설명을 명확하게 하기 위해, IEEE 802.16m을 위주로 기술하지만 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.

도 1은 무선 통신 시스템을 나타낸다.

무선 통신 시스템(10)은 적어도 하나의 기지국(11; Base Station, BS)을 포함한다. 각 기지국(11)은 특정한 지리적 영역(일반적으로 셀이라고 함)(15a, 15b, 15c)에 대해 통신 서비스를 제공한다. 셀은 다시 다수의 영역(섹터라고 함)으로 나누어질 수 있다. 단말(12; User Equipment, UE은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, MS(Mobile Station), MT(Mobile Terminal), UT(User Terminal), SS(Subscriber Station), 무선기기(wireless device), PDA(Personal Digital Assistant), 무선 모뎀(wireless modem), 휴대기기(handheld device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 기지국(11)은 일반적으로 단말(12)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.

단말은 하나의 셀에 속하는데, 단말이 속한 셀을 서빙 셀(serving cell)이라 한다. 서빙 셀에 대해 통신 서비스를 제공하는 기지국을 서빙 기지국(serving BS)이라 한다. 무선통신 시스템은 셀룰러 시스템(cellular system)이므로, 서빙 셀에 인접하는 다른 셀이 존재한다. 서빙 셀에 인접하는 다른 셀을 인접 셀(neighbor cell)이라 한다. 인접 셀에 대해 통신 서비스를 제공하는 기지국을 인접 기지국(neighbor BS)이라 한다. 서빙 셀 및 인접 셀은 단말을 기준으로 상대적으로 결정된다.

이 기술은 하향링크(downlink) 또는 상향링크(uplink)에 사용될 수 있다. 일반적으로 하향링크는 기지국(11)에서 단말(12)로의 통신을 의미하며, 상향링크는 단말(12)에서 기지국(11)으로의 통신을 의미한다. 하향링크에서 송신기는 기지국(11)의 일부분이고, 수신기는 단말(12)의 일부분일 수 있다. 상향링크에서 송신기는 단말(12)의 일부분이고, 수신기는 기지국(11)의 일부분일 수 있다.

도 2는 프레임 구조의 일 예를 나타낸다.

도 2를 참조하면, 슈퍼프레임(SF; Superframe)은 슈퍼프레임 헤더(SFH; Superframe Header)와 4개의 프레임(frame, F0, F1, F2, F3)을 포함한다. 슈퍼프레임 내 각 프레임의 길이는 모두 동일할 수 있다. 각 슈퍼프레임의 크기는 20ms이고, 각 프레임의 크기는 5ms인 것으로 예시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 슈퍼프레임의 길이, 슈퍼프레임에 포함되는 프레임의 수, 프레임에 포함되는 서브프레임의 수 등은 다양하게 변경될 수 있다. 프레임에 포함되는 서브프레임의 수는 채널 대역폭(channel bandwidth), CP(Cyclic Prefix)의 길이에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

하나의 프레임은 다수의 서브프레임(subframe, SF0, SF1, SF2, SF3, SF4, SF5, SF6, SF7)을 포함한다. 각 서브프레임은 상향링크 또는 하향링크 전송을 위하여 사용될 수 있다. 하나의 서브프레임은 시간 영역(time domain)에서 복수의 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 심벌 또는 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)을 포함하고, 주파수 영역(frequency domain)에서 복수의 부반송파(subcarrier)를 포함한다. OFDM 심벌은 하나의 심벌 구간(symbol period)을 표현하기 위한 것으로, 다중 접속 방식에 따라 OFDMA 심벌, SC-FDMA 심벌 등 다른 명칭으로 불릴 수 있다. 서브프레임은 5, 6, 7 또는 9개의 OFDMA 심벌로 구성될 수 있으나, 이는 예시에 불과하며 서브프레임에 포함되는 OFDMA 심벌의 수는 제한되지 않는다. 서브프레임에 포함되는 OFDMA 심벌의 수는 채널 대역폭, CP의 길이에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 서브프레임이 포함하는 OFDMA 심벌의 수에 따라 서브프레임의 타입(type)이 정의될 수 있다. 예를 들어, 타입-1 서브프레임은 6 OFDMA 심벌, 타입-2 서브프레임은 7 OFDMA 심벌, 타입-3 서브프레임은 5 OFDMA 심벌, 타입-4 서브프레임은 9 OFDMA 심벌을 포함하는 것으로 정의될 수 있다. 하나의 프레임은 모두 동일한 타입의 서브프레임을 포함할 수 있다. 또는 하나의 프레임은 서로 다른 타입의 서브프레임을 포함할 수 있다. 즉, 하나의 프레임 내 각 서브프레임마다 포함하는 OFDMA 심벌의 개수는 모두 동일하거나, 각각 다를 수 있다. 또는, 하나의 프레임 내 적어도 하나의 서브프레임의 OFDMA 심벌의 개수는 상기 프레임 내 나머지 서브프레임의 OFDMA 심벌의 개수와 다를 수 있다.

하나의 OFDMA 심벌은 복수의 부반송파를 포함하고, FFT 크기에 따라 부반송파의 개수가 결정된다. 부반송파는 데이터 전송을 위한 데이터 부반송파, 다양한 측정(estimation)을 위한 파일럿 부반송파, 가드 밴드(guard band) 및 DC 캐리어를 위한 공백 부반송파(null subcarrier)로 나뉠 수 있다. OFDMA 심벌을 특징짓는 파라미터는 BW, N_used, n, G 등이다. BW는 명목상의 채널 대역폭(nominal channel bandwidth)이다. N_used는 사용되는 부반송파의 개수이다(DC 부반송파 포함). n은 샘플링 계수이다. n은 BW 및 N_used와 결합하여 부반송파 스페이싱(spacing) 및 유효 심벌 시간(useful symbol time)을 결정한다. G는 CP 시간과 유효 시간(useful time)의 비율이다.

아래 표 1은 OFDMA 파라미터를 나타낸다.

Channel bandwidth, BW(MHz)			5	7	8.75	10	20
Sampling factor, n			28/25	8/7	8/7	28/25	28/25
Sampling frequency, Fs(MHz)			5.6	8	10	11.2	22.4
FFT size, N_FFT			512	1024	1024	1024	2048
Subcarrier spacing, Δf(kHz)			10.94	7.81	9.77	10.94	10.94
Useful symbol time, Tb(μs)			91.4	128	102.4	91.4	91.4
G=1/8	Symbol time, Ts(μs)		102.857	144	115.2	102.857	102.857
	FDD	Number of ODFMA symbols per 5ms frame	48	34	43	48	48
	FDD	Idle time(μs)	62.857	104	46.40	62.857	62.857
	TDD	Number of ODFMA symbols per 5ms frame	47	33	42	47	47
	TDD	TTG+RTG(μs)	165.714	248	161.6	165.714	165.714
G=1/16	Symbol time, Ts(μs)		97.143	136	108.8	97.143	97.143
	FDD	Number of ODFMA symbols per 5ms frame	51	36	45	51	51
	FDD	Idle time(μs)	45.71	104	104	45.71	45.71
	TDD	Number of ODFMA symbols per 5ms frame	50	35	44	50	50
	TDD	TTG+RTG(μs)	142.853	240	212.8	142.853	142.853
G=1/4	Symbol time, Ts(μs)		114.286	160	128	114.286	114.286
	FDD	Number of ODFMA symbols per 5ms frame	43	31	39	43	43
	FDD	Idle time(μs)	85.694	40	8	85.694	85.694
	TDD	Number of ODFMA symbols per 5ms frame	42	30	38	42	42
	TDD	TTG+RTG(μs)	199.98	200	136	199.98	199.98
Number of Guard subcarriers		Left	40	80	80	80	160
Number of Guard subcarriers		Right	39	79	79	79	159
Number of used subcarriers			433	865	865	865	1729
Number of PRU in type-1 subframe			24	48	48	48	96

표 1에서, N_FFT는 N_used보다 큰 수 중에서 가장 작은 2ⁿ 가운데 가장 작은 파워(Smallest power of two greater than N_used)이고, 샘플링 인자 F_s=floor(n·BW/8000)×8000이며, 부반송파 스페이싱 Δf=Fs/N_FFT이고, 유효 심벌 시간 Tb=1/Δf이며, CP 시간 Tg=G·Tb이고, OFDMA 심벌 시간 Ts=Tb+Tg이며, 샘플링 시간은 Tb/N_FFT이다.

프레임에는 TDD(Time Division Duplex) 방식 또는 FDD(Frequency Division Duplex) 방식이 적용될 수 있으며, H-FDD(Hybrid FDD) 단말 동작을 포함한다. TDD 방식에서 각 서브프레임이 동일한 주파수에서 서로 다른 시간에 상향링크 전송 또는 하향링크 전송을 위해 사용된다. 즉, TDD 방식의 프레임 내의 서브프레임들은 시간 영역에서 상향링크 서브프레임과 하향링크 서브프레임으로 구분된다. 스위칭 포인트는 상향링크 영역에서 하향링크 영역으로 또는 하향링크 영역에서 상향링크 영역으로 전송 방향이 바뀌는 지점을 말하며, TDD 방식에서 각 프레임 내의 스위칭 포인트의 개수는 2개이다.

FDD 방식에서 각 서브프레임이 동일한 시간의 서로 다른 주파수에서 상향링크 전송 또는 하향링크 전송을 위해 사용된다. 즉, FDD 방식의 프레임 내의 서브프레임들은 주파수 영역에서 상향링크 서브프레임과 하향링크 서브프레임으로 구분된다. 상향링크 전송과 하향링크 전송은 서로 다른 주파수 대역을 차지하고, 동시에 이루어질 수 있다. H-FDD 단말이 FDD 시스템 내에 포함되는 경우, H-FDD 단말의 입장에서 본 프레임 구조는 TDD 프레임 구조와 비슷하나, 하향링크 전송 및 상향링크 전송은 두 개의 분리된 주파수 밴드에서 수행된다. 상향링크와 하향링크 사이의 전송 갭(transmission gap)이 전송 회로의 수신 회로의 전환을 위하여 필요하다.

데이터 버스트는 하나의 서브프레임 또는 연속한 복수의 서브프레임을 차지할 수 있다. 데이터 버스가 연속한 복수의 서브프레임을 차지할 때, FDD 시스템에서는 하향링크 및 상향링크에 대해서 각각 4개의 서브프레임을, TDD 시스템에서는 모든 서브프레임을 차지할 수 있다.

SFH는 필수 시스템 파라미터(essential system parameter) 및 시스템 설정 정보(system configuration information)를 나를 수 있다. SFH는 슈퍼프레임 내 첫 번째 서브프레임 안에 위치할 수 있다. SFH는 상기 첫 번째 서브프레임의 마지막 5개의 OFDMA 심벌을 차지할 수 있다. 슈퍼프레임 헤더는 1차 SFH(P-SFH; primary-SFH) 및 2차 SFH(S-SFH; secondary-SFH)로 분류될 수 있다. P-SFH와 S-SFH는 매 슈퍼프레임마다 전송될 수 있다. S-SFH는 2개의 연속한 슈퍼프레임에서 전송될 수 있다. S-SFH로 전송되는 정보는 S-SFH SP1, S-SFH SP2, S-SFH SP3의 3개의 서브패킷(sub-packet)으로 나뉠 수 있다. 각 서브패킷은 서로 다른 주기를 가지고 주기적으로 전송될 수 있다. S-SFH SP1, S-SFH SP2 및 S-SFH SP3을 통해 전송되는 정보의 중요도는 서로 다를 수 있으며, S-SFH SP1이 가장 짧은 주기로, S-SFH SP3이 가장 긴 주기로 전송될 수 있다. S-SFH SP1은 네트워크 재진입(network re-entry)에 관한 정보를 포함한다. S-SFH SP2는 초기 네트워크 진입(initial network entry) 및 네트워크 탐색(network discovery)에 관한 정보를 포함한다. S-SFH SP3는 나머지 중요한 시스템 정보를 포함한다.

도 3은 프레임 구조의 또 다른 예를 나타낸다. 도 3의 프레임 구조는 FDD 프레임 구조이며 G=1/8인 경우이다. 하나의 프레임은 8개의 서브프레임(SF0, SF1, SF2, SF3, SF4, SF5, SF6, SF7)으로 구성된다. FDD 모드를 지원하는 기지국은 동일한 RF 반송파(RF carrier) 상에서 동작하는 half duplex 단말 또는 full duplex 단말을 동시에 지원해야 한다. FDD 모드를 지원하는 단말은 H-FDD(Hybrid FDD) 또는 FDD 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 모든 서브프레임은 하향링크 영역과 상향링크 영역을 포함한다. 하향링크 전송과 상향링크 전송은 주파수 영역에서 구분된다. 도 3의 FDD 프레임 구조는 대역폭이 5MHz, 10MHz 또는 20MHz인 경우에 적용할 수 있다. FDD 단말은 하향링크 서브프레임에서 상향링크 서브프레임에 접속하는 동시에 데이터 버스트(data burst)를 수신할 수 있다. H-FDD 단말은 각 서브프레임에서 데이터를 전송 또는 수신할 수 있으나, 전송과 수신을 동시에 수행할 수는 없다.

도 4는 프레임 구조의 또 다른 예를 나타낸다. 도 4의 프레임 구조는 FDD 프레임 구조이며 G=1/8인 경우이다. 또한, 도 4의 FDD 프레임 구조는 대역폭이 7MHz 인 경우에 적용할 수 있다. 6개의 서브프레임 중 4개는 6개의 OFDMA 심벌을 포함하며, 3번째 및 4번째 서브프레임은 5개의 OFDMA 심벌을 포함한다.

도 5는 프레임 구조의 또 다른 예를 나타낸다. 도 5의 프레임 구조는 FDD 프레임 구조이며 G=1/8인 경우이다. 또한, 도 5의 FDD 프레임 구조는 대역폭이 8.75MHz 인 경우에 적용할 수 있다. 7개의 서브프레임 중 4번째 서브프레임은 7개의 OFDMA 심벌을 포함하고, 나머지 서브프레임들은 6개의 OFDMA 심벌을 포함한다.

도 6은 상향링크 자원 구조의 일 예를 나타낸다.

각 상향링크 서브프레임은 적어도 하나의 주파수 파티션으로 나뉠 수 있다. 도 6에서 서브프레임이 2개의 주파수 파티션(FP1, FP2)으로 나뉘는 것을 예시적으로 기술하나, 서브프레임 내 주파수 파티션의 수가 이에 제한되는 것은 아니다. 주파수 파티션의 개수는 최대 4개일 수 있다. 각 주파수 파티션은 서브프레임 내에서 사용 가능한 전체 OFDMA에 걸쳐 적어도 하나의 물리 자원 유닛(PRU; Physical Resource Unit)으로 구성된다. 또한 각 주파수 파티션은 연속한(contiguous/localized) 및/또는 분산된(distributed) PRU를 포함할 수 있다. 각 주파수 파티션은 부분적 주파수 재사용(FFR; Fractional Frequency Reuse)과 같은 다른 목적을 위하여 사용될 수 있다. 도 6에서 제2 주파수 파티션(FP2)은 연속된 자원 할당 및 분산된 자원 할당을 모두 포함한다. 'Sc'는 부반송파를 의미한다.

PRU는 자원 할당을 위한 기본 물리적 단위로, Psc개의 연속한 부반송파와 Nsym개의 연속한 OFDMA 심벌을 포함한다. Psc는 18일 수 있다. Nsym은 하나의 서브프레임에 포함되는 OFDMA 심벌의 개수와 동일할 수 있다. 따라서, Nsym은 서브프레임의 타입에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 하나의 서브프레임이 6 OFDMA 심벌로 구성될 때, PRU는 18 부반송파 및 6 OFDMA 심벌로 정의될 수 있다.

논리 자원 유닛(LRU; Logical Resource Unit)은 분산적 및 연속적 자원 할당을 위한 기본적인 논리 단위이며, Psc개의 부반송파와 Nsym개의 OFDMA 심벌을 포함한다. 제어 채널의 전송을 위한 LRU의 크기는 데이터 전송을 위한 LRU의 크기와 같다. 복수의 사용자는 하나의 제어 LRU를 공유할 수 있다. 또한, LRU는 파일럿(pilot)을 포함할 수 있다. 따라서, 하나의 LRU에서의 적절한 부반송파의 개수는 할당된 파일럿의 개수와 제어 채널의 존재에 따라 의존한다.

분산적 논리 자원 유닛(DLRU; Distributed Logical Resource Unit)은 주파수 다이버시티 이득을 얻기 위하여 사용될 수 있다. DLRU는 하나의 주파수 파티션 내에 분산된 부반송파 그룹을 포함한다. DLRU의 크기는 PRU의 크기와 같다. DLRU를 형성하는 최소 단위는 타일(tile)로, 상향링크 타일의 크기는 6 부반송파*Nsym OFDMA 심벌이다. N_sym은 서브프레임 타입에 따라 달라질 수 있다.

연속적 논리 자원 유닛(CLRU; Contiguous Logical Resource Unit)은 주파수 선택적 스케줄링 이득을 얻기 위하여 사용될 수 있다. CLRU는 연속된 부반송파 그룹을 포함한다. CLRU의 크기는 PRU의 크기와 같다.

이하 레인징 채널의 구조에 대하여 설명한다.

IEEE 802.16e 시스템에서 레인징 채널의 구조는 레인징 채널의 용도에 따라 달라질 수 있다. 레인징 채널은 초기 접속(initial access) 또는 핸드오버의 용도로 사용되거나, 또는 주기적 레인징(periodic ranging) 또는 대역폭 요청(bandwidth request)을 위해서 사용될 수 있다. 단말은 초기 상향링크의 시간 동기를 맞추기 위하여 초기 접속 레인징 채널을 전송할 수 있고, 다른 셀로의 핸드오버를 위하여 핸드오버 레인징 채널을 전송할 수 있다. 또는 시간 및 주파수 동기를 업데이트 하기 위하여 주기적 레인징 채널을 전송할 수 있고, 주파수 자원을 요청하기 위하여 대역폭 요청 레인징 채널을 전송할 수 있다. 레인징 채널의 종류 및 레인징 채널에 할당되는 시간 또는 주파수 자원의 할당 정보는 UL-MAP을 통해서 브로드캐스트 될 수 있다.

도 7은 IEEE 802.16e 시스템의 초기 접속 레인징 채널 또는 핸드오버 레인징 채널의 구조의 일 예를 나타낸다.

도 7-(a)의 레인징 채널은 2개의 연속한 OFDM 심벌을 포함한다. 각 심벌 구간 동안 레인징 채널에서 동일한 레인징 코드가 2개의 심벌 사이에서 위상 불연속성(phase discontinuity) 없이 전송될 수 있다. 도 7-(b)의 레인징 채널은 4개의 연속한 OFDM 심벌을 포함한다. 기지국은 2개의 연속한 레인징 코드를 할당할 수 있고, 이에 따라 단말은 2개의 연속한 레인징 코드를 전송한다. 즉, 3번째 OFDM 심벌과 4번째 OFDM 심벌에서 사용되는 레인징 코드는 1번째 OFDM 심벌과 2번째 OFDM 심벌에서 사용되는 코드와 연속한 레인징 코드일 수 있다. 기지국은 도 7-(a) 또는 도 7-(b)의 레인징 채널 중 어느 하나를 선택하여 이를 단말로 브로드캐스트 할 수 있다. 예를 들어 채널 상태가 좋은 셀에서는 도 7-(a)의 레인징 채널 구조를 사용하고, 채널 상태가 좋지 않은 셀에서는 수신 에너지를 증가시키기 위하여 도 7-(b)의 레인징 채널 구조를 사용할 수 있다.

도 8은 IEEE 802.16e 시스템의 주기적 레인징 채널 또는 대역폭 요청 레인징 채널의 구조의 일 예를 나타낸다.

도 8-(a)의 레인징 채널은 1개의 OFDM 심벌을 포함한다. 하나의 OFDM 심벌 구간 동안 레인징 부채널(subchannel) 상에서 하나의 레인징 코드가 변조될 수 있다. 상기 레인징 부채널은 MAC(Media Access Control)에 의해서 동적으로 할당되고, UL-MAP에 의해서 지시될 수 있다. 도 8-(b)의 레인징 채널은 3개의 OFDM 심벌을 포함한다. 3개의 OFDM 심벌 구간 동안 레인징 부채널(subchannel) 상에서 3개의 연속한 레인징 코드가 변조될 수 있다. 상기 레인징 부채널은 MAC(Media Access Control)에 의해서 동적으로 할당되고, UL-MAP에 의해서 지시될 수 있다.

도 9는 도 7 및 도 8에서 사용되는 레인징 코드를 생성하기 위한 PRBS(Pseudo Random Binary Sequence) 생성기의 블록도이다. 도 7 및 도 8에서 제시된 4개 종류의 레인징 채널은 서로 다른 레인징 코드를 가질 수 있다. 도 9의 PRBS 생성기는 PN 코드 생성식인 1+x¹+x⁴+x⁷+x¹⁵를 이용하여 레인징 코드를 생성한다. 이때 PRBS의 초기값으로는 다양한 값이 사용될 수 있다. 예를 들어 PRBS 의 초기값으로 {b14,b13,...,b1,b0}={0,0,1,0,0,1,0,1,1,s0,s1,s2,s3,s4,s5,s6}이 사용될 수 있다. 여기서 {b6,...,b0}는 UL_PermBase를 나타내며, s6은 PRBS의 초기값의 LSB(Least Significant Bit) 및 Ul_PermBase의 MSB(Most Significant Bit)을 나타낼 수 있다. 상기의 PN 코드 생성식을 사용하여 총 256개의 레인징 코드가 생성될 수 있으며, 생성된 레인징 코드는 각 용도에 따라 구분된다. 예를 들어 처음 N개의 코드는 초기 접속 레인징의 용도로, 뒤이은 M개의 코드는 주기적 레인징의 용도로, 뒤이은 L개의 코드는 대역폭 요청 레인징의 용도로, 마지막 P개의 코드는 핸드오버 레인징의 용도로 사용될 수 있다. 각각의 용도로 사용되는 레인징 코드의 개수는 브로드캐스트 될 수 있다.

802.16m 시스템에서 레인징 채널은 비동기 단말(non-synchronized MS)을 위한 레인징 채널과 동기 단말(synchronized MS)을 위한 레인징 채널로 나뉠 수 있다. 비동기 단말을 위한 레인징 채널은 단말의 초기 네트워크 진입(initial network entry) 및 핸드오버 중 목적 BS(target BS)에 대한 레인징의 용도로 사용될 수 있다. 동기 단말을 위한 레인징 채널은 주기적 레인징을 위해 사용될 수 있다. 목적 기지국과 이미 동기화된 단말은 동기 단말을 위한 레인징 신호를 전송할 수 있다.

도 10은 802.16m 시스템에서 주기적 레인징 채널의 구조의 일 예를 나타낸다.

레인징 채널은 72개의 연속한 부반송파를 포함하는 1개의 서브밴드에 할당될수 있다. 802.16m 시스템의 주기적 레인징 채널은 1개의 서브밴드와 1개의 OFDM 심벌을 기본 구조로 할 수 있다. 또한 보다 넓은 영역을 커버하기 위하여 상기 기본 구조가 시간 영역에서 반복될 수 있다. 시간 영역에서 상기 기본 구조가 반복되는 횟수는 2회 또는 3회일 수 있다. 기본 구조가 2회 반복된다면 하나의 서브프레임 내에서 3번의 레인징 채널의 전송 기회가 있게 되고, 보다 넓은 영역을 커버하기 위하여 기본 구조를 3회 반복한다면 하나의 서브프레임 내에서 2번이 레인징 채널의 전송 기회가 생긴다. 매크로 셀(macro cell)에서 기본 구조의 반복 횟수가 2회일 때 3번의 레인징 채널의 전송 기회는 하나의 서브프레임 내에 할당된다. 매크로 셀의 크기가 크지 않다면, 시간 영역에서의 기본 구조의 반복은 필요하지 않을 수 있으며 남은 부반송파는 펨토 셀과 마찬가지로 데이터 자원 블록으로 사용될 수 있다. 또한, 10MHz의 대역폭에서 매 M개의 서브프레임마다 하나의 서브프레임이 레인징 채널에 할당될 수 있다.

도 11은 802.16m 시스템에서 주기적 레인징 채널의 구조의 또 다른 예를 나타낸다. 도 11의 레인징 채널 구조는 펨토 셀에서 사용될 수 있다. 펨토 셀에서 레인징 채널은 데이터 채널과 TDM 방식으로 다중화될 수 있다. 레인징 채널은 하나의 서브프레임 내에서 72개의 연속한 부반송파를 포함하는 1개의 서브밴드와 1개의 OFDM 심벌을 차지할 수 있으며, 나머지 부반송파는 5개의 OFDM 심벌에 해당하는 CRU를 형성할 수 있다. 이와 같이 펨토 셀에서 레인징 채널과 데이터 채널이 TDM 방식으로 다중화되는 경우 시간 동기를 정확하게 맞추고 보다 높은 스펙트럴(spectral) 효율을 달성할 수 있는 반면에, 하나의 서브프레임 내에 2가지 종류의 PRU가 존재한다는 단점이 있다.

한편, 레인징 채널에서 사용되는 레인징 프리앰블 코드로 수학식 1의 시퀀스가 사용될 수 있다.

수학식 1에서 ZC=71일 수 있다. m은 각 셀에서 순환 쉬프트(cyclic shift) 값을 나타내며, {0,10,20,30,40,50,60} 중 어느 하나일 수 있다. 각 셀에서 u=1,...,70에 대해서 각각 7개의 시퀀스가 할당되므로, 총 490개의 시퀀스가 사용될 수 있다. 주파수 영역에서 상기 m을 기반으로 하여 순환 쉬프트가 적용되며, 복수의 레인징 프리앰블 코드가 생성된다. 모든 루트 인덱스(root index)는 하나의 셀 내에서 사용되며, 서로 다른 순환 쉬프트 값이 인접한 셀에서 사용된다.

루트 인덱스가 r이며 길이가 N_ZC인 ZC(Zadoff-Chu) 시퀀스는 수학식 2에 의해서 정의될 수 있다. ZC 시퀀스는 레인징 채널의 레인징 프리앰블 코드로 사용될 수 있다.

q는 임의의 자연수일 수 있다. q=0인 경우 길이가 홀수인 ZC 시퀀스는 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.

수학식 2 또는 수학식 3에서 N_ZC가 소수(prime number)일 때 자기 상관(auto-correlation), 교차 상관(cross-corrlelation) 등의 특성을 해치지 않으면서 루트 인덱스로 0부터 N_ZC-1까지의 자연수를 모두 사용할 수 있다.

ZC 시퀀스를 정의한 영역(domain)에서 순환 쉬프트를 적용할 수 있다. 즉, 시간 영역에서 ZC 시퀀스를 정의한 경우 ZC 시퀀스가 시간 영역에서 순환 쉬프트 될 수 있으며, 주파수 영역에서 ZC 시퀀스를 정의한 경우 ZC 시퀀스가 시간 영역에서 순환 쉬프트 될 수 있다. 어느 영역에서 정의되던지 간에 q=0일 경우 순환 쉬프트를 적용한 ZC 시퀀스는 수학식 4 및 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.

수학식 5에서 x_r,ν(n)은 루트 인덱스가 r이며 ν번째 순환 쉬프트 된 시퀀스를 나타내며, C_ν는 ν번째 순환 쉬프트 값을 나타낸다.

루트 인덱스 r의 길이가 N_ZC인 GCL(Generalized Chirp-Like) 시퀀스는 수학식 6에 의해서 정의될 수 있다. GCL 시퀀스도 레인징 채널의 레인징 프리앰블 코드로 사용될 수 있다.

수학식 6에서 q는 임의의 자연수일 수 있다.

루트 인덱스가 r이며 길이가 N_ZC인 ZC(Zadoff-Chu) 시퀀스를 기반으로 길이 N_ZC+n인 extended ZC 시퀀스(또는 padded ZC 시퀀스)는 수학식 7에 의해서 정의될 수 있다. extended ZC 시퀀스도 레인징 채널의 레인징 프리앰블 코드로 사용될 수 있다.

q는 임의의 자연수일 수 있다. q=0인 경우 길이가 홀수인 ZC 시퀀스는 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.

수학식 7 또는 수학식 8에서 N_ZC가 소수(prime number)일 때 자동 상관(auto-correlation), 교차 상관(cross-correlation) 등의 특성을 해치지 않으면서 루트 인덱스로 0부터 N_ZC-1까지의 자연수를 모두 사용할 수 있다.

레인징 프리앰블 코드가 생성되어 레인징 채널을 통해 전송될 수 있고, 기지국은 전송된 레인징 프리앰블 코드를 검출한다. 기지국에서의 검출 성능을 향상시키기 위하여 다양한 레인징 채널 구조가 고려될 수 있다.

도 12는 단순 반복된 코드를 이용한 레인징 채널 구조의 일 예이다. 시간 영역에서 단순 반복된 레인징 채널 구조를 이용하여 수신단에서의 검출 성능을 향상시킬 수 있다. 도 12를 참조하면, 주파수 영역에서 기본 코드 code (x_k)(k=0,...,N-1, N은 코드 길이)가 OFDMA 심벌에 맵핑되고, OFDMA 변조(예를 들어 IFFT)에 의해 시간 영역 신호가 생성된다. Tg는 CP 길이, Tb는 유효 심벌 구간을 나타낸다. OFDMA 변조는 각 심벌 별로 각각 수행되거나, 한번만 수행되고 반복하여 사용될 수 있다. 2개의 OFDMA 심벌은 동일한 신호를 전송하게 되고, 수신단에서는 이와 같이 시간 영역에서 반복된 신호를 결합하여 결합 이득을 얻을 수 있다.

단순 반복된 레인징 채널 구조를 사용할 경우 기지국의 검출 성능에 있어서 결합 이득만을 얻을 수 있으므로, 검출 성능을 보다 개선시키기 위하여 또 다른 레인징 채널 구조가 제안될 수 있다.

이하 본 발명에서는 기지국 또는 수신단에서의 레인징 프리앰블 코드의 검출 성능 및/또는 오류 경고율(false alarm rate) 성능의 개선을 위하여 시간 영역에서 단순 반복 구조를 사용하지 않고 커버링 코드(covering code, 또는 마스킹 코드)를 이용하는 방법이 제안된다. 이하의 설명에서는 특정한 레인징 채널 구조를 기반으로 레인징 프리앰블 코드로서 ZC 시퀀스 또는 extended ZC 시퀀스, padded ZC 시퀀스, truncated ZC 시퀀스 등의 변형 시퀀스 등을 예로 들어 설명하나, 채널의 종류 및 구조, 사용되는 코드의 종류는 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명에서는 편의상의 이유로 SISO(Single-Input Single-Output)를 가정하여 설명하나, 송신 및 수신 안테나의 수는 제한되지 않는다. 그리고 주파수 영역의 기본 코드와 시간 영역에서의 커버링 코드를 가정하여 본 발명을 설명하나, 시간 영역에서의 기본 코드와 시간 영역에서의 커버링 코드가 사용될 수도 있다.

도 13은 제안된 레인징 신호 생성 방법의 일 실시 예를 나타낸다.

단계 S100에서 단말은 복수의 OFDMA 심벌 각각에 대하여 커버링 코드(covering code)를 적용한 레인징 코드를 생성한다. 단계 S110에서 단말은 상기 레인징 코드를 상기 각 OFDMA 심벌을 구성하는 복수의 부반송파에 맵핑한다. 단계 S120에서 단말은 상기 각 OFDMA 심벌에 대하여 OFDMA 변조를 수행하여 레인징 신호를 생성한다.

도 14는 제안된 레인징 신호 생성 방법에 따른 레인징 채널 구조의 일 예이다.

도 14-(a)는 시간 영역에서 커버링 코드를 사용하는 예이다. 주파수 영역에서 기본 코드 code (x_k)(k=0,...,N-1, N은 코드 길이)가 OFDMA 심벌에 맵핑되고, OFDMA 변조(예를 들어 IFFT)에 의해 레인징 신호가 생성된다. 그리고 반복되는 횟수와 동일한 길이를 가지는 커버링 코드인 code_covering(a_n)(n=0,...,R-1, R은 반복 횟수)가 생성된 레인징 신호에 각 반복 구간마다 곱해진다. 커버링 코드로 직교 시퀀스(orthogonal sequence)가 사용될 수 있다. 예를 들어 코드가 2번 반복되는 경우, 커버링 코드의 길이는 2이며 커버링 코드 [a1 a2]로 [1 1] 또는 [1 -1]이 사용될 수 있다. 커버링 코드로 [1 -1]이 사용되는 경우 첫 번째 반복 구간 내의 레인징 신호에는 1이 곱해지고, 두 번째 반복 구간 내의 레인징 신호에는 -1이 곱해진다. 단말은 커버링 코드를 곱한 레인징 신호를 전송하고, 기지국 또는 수신단은 커버링 코드의 직교성을 이용하여 서로 다른 커버링 코드를 구별하여 레인징 신호를 검출할 수 있다. 도 14-(a)에서는 한 번의 OFDMA 변조가 수행되는 것을 가정하였으나, 각 반복 구간 별로 각각의 OFDMA 변조를 수행할 수도 있다.

도 14-(b)는 주파수 영역에서 커버링 코드를 사용하는 예이다. 기본 코드 code (x_k)(k=0,...,N-1, N은 코드 길이)에 반복되는 횟수와 동일한 길이를 가지는 커버링 코드인 code_covering(a_n)(n=0,...,R-1, R은 반복 횟수)가 곱해져 OFDMA 심벌에 맵핑된다. 그리고 각 반복 구간마다 OFDMA 변조에 의해 레인징 신호가 생성된다. 커버링 코드로 직교 시퀀스(orthogonal sequence)가 사용될 수 있다. 예를 들어 코드가 2번 반복되는 경우, 커버링 코드의 길이는 2이며 커버링 코드 [a1 a2]로 [1 1] 또는 [1 -1]이 사용될 수 있다. 커버링 코드로 [1 -1]이 사용되는 경우 첫 번째 반복 구간 내의 부반송파 레벨에서 모든 기본 코드에 1이 곱해지고, 두 번째 반복 구간 내의 부반송파 레벨에서 모든 기본 코드에 -1이 곱해진다. 단말은 커버링 코드를 곱한 레인징 신호를 전송하고, 기지국 또는 수신단은 커버링 코드의 직교성을 이용하여 서로 다른 커버링 코드를 구별하여 레인징 신호를 검출할 수 있다. 도 14-(b)에서도 한 번의 OFDMA 변조가 수행되는 것을 가정하였으나, 각 반복 구간 별로 각각의 OFDMA 변조를 수행할 수도 있다.

도 14-(a) 및 도 14-(b)에서 서로 다른 방법에 의해서 레인징 신호가 생성되나, 생성된 레인징 신호는 동일하다. 제안된 레인징 신호 생성 방법에 의해서 서로 직교한 커버링 코드를 사용하여 각 반복 구간들은 다른 전송 신호 또는 수신 신호들과 직교성을 유지할 수 있다. 즉, 두 단말이 동일한 기본 코드를 사용한다 하더라도 서로 다른 커버링 코드를 사용함으로써 두 단말에서 전송하는 레인징 신호를 구별할 수 있다.

도 15는 제안된 레인징 신호 생성 방법에 의하여 커버링 코드를 적용할 경우에 수신단에서 레인징 신호를 디스프레딩(dispreading)하는 예를 나타낸다. 도 15의 그래프에서 x축은 코드의 길이, y축은 자기 상관(auto-correlation)값의 진폭을 나타낸다.

단말은 코드 x에 커버링 코드 [1 -1]을 적용하여 기본 코드가 2번 반복된 레인징 신호를 전송한다. 도 15-(a)는 수신한 레인징 신호에 대한 첫 번째 반복 구간에서의 상관값(correlation)을 나타내며, 상관값의 최대치는 1이다. 도 15-(b)는 수신한 레인징 신호에 대한 두 번째 반복 구간에서의 상관값을 나타내며, 상관값의 최대치는 -1이다. 기지국은 셀 내에서 사용 가능한 커버링 코드인 [1 -1] 또는 [1 1]을 사용하여 레인징 신호를 디스프레딩 할 수 있다. 도 15-(c)는 [1 -1]을 사용하여 레인징 신호를 디스프레딩 하는 경우로 상관값의 최대치(peak)가 2로 증가한다. 도 15-(d)는 [1 1]을 사용하여 레인징 신호를 디스프레딩 하는 경우로 상관값의 최대치가 서로 상쇄되어 0이 된다. 즉, 커버링 코드의 직교성에 의해 커버링 코드 간의 교차 상관값이 0이 될 수 있다. 도 15-(a) 및 도 15-(b)에서 상관값의 최대치의 부호는 페이딩 채널(fading channel)에 의해서 뒤바뀔 수 있다. 그러나 서로 인접한 반복 구간에서 페이딩 채널은 시간에 따라 크게 변화하지 않는다고 가정할 수 있고, 이에 따라 인접한 반복 구간에서 상관값의 최대치의 부호는 변하지 않거나 모두 변한다고 가정할 수 있다. 따라서 커버링 코드 간의 직교성은 깨지지 않는다.

커버링 코드를 적용함에 있어서 반복 횟수와 같은 길이의 커버링 코드를 사용하지 않고 반복 횟수보다 작은 길이의 커버링 코드를 사용할 수 있다. 이는 반복 횟수가 증가할수록 커버링 코드 간의 직교성을 보장할 수 없기 때문이다.

도 16은 제안된 레인징 신호 생성 방법에 따른 레인징 채널 구조의 또 다른 예이다.

도 16-(a)의 레인징 채널은 1개의 OFDMA 심벌을 차지하며 레인징 프리앰블 코드로 code (x_k)를 사용하는 기본 구조가 6번 반복되어 구성된다. 커버링 코드로는 길이가 2인 [a₁ a₂]가 사용되며, 상기 커버링 코드는 3번 반복된다. 즉, 1번째, 3번째 및 5번째 OFDMA 심벌에 code (x_k)에 code_covering(a₁)이 곱해진 레인징 코드가 맵핑되고, 2번째, 4번째 및 6번째 OFDMA 심벌에 code (x_k)에 code_covering(a₂)이 곱해진 레인징 코드가 맵핑된다. 도 16-(b)에서는 커버링 코드로는 길이가 3인 [a₁ a₂ a₃]가 사용되며, 상기 커버링 코드는 2번 반복된다. 즉, 1번째 및 4번째 OFDMA 심벌에 code (x_k)에 code_covering(a₁)이 곱해진 레인징 코드가, 2번째 및 5번째 OFDMA 심벌에 code (x_k)에 code_covering(a₂)이 곱해진 레인징 코드가, 3번째 및 6번째 OFDMA 심벌에 code (x_k)에 code_covering(a₃)이 곱해진 레인징 코드가 맵핑된다. 도 16과 같이 커버링 코드의 길이를 기본 구조의 반복 횟수보다 짧게 하고 커버링 코드를 2회 이상 반복하여 적용함으로써, 페이딩 채널에 의한 직교성의 파괴를 방지할 수 있다.

도 17은 제안된 레인징 신호 생성 방법에 따른 레인징 채널 구조를 사용한 경우의 레인징 신호의 검출 성능을 나타낸 그래프이다.

실험 환경으로 802.16m 시스템의 Tg=1/8*Tb인 프레임 구조와 OFDMA 심벌 구조가 사용되며, 대역폭은 5MHz, 사용되는 부반송파의 개수는 72개이다. 즉, 기본 코드의 길이도 72이다. 단말은 3km/h로 속도로 보행하는 보행자를 가정한다. 기본 코드로 padded ZC 시퀀스가 사용되며, 커버링 코드로는 DFT 코드가 사용된다.

표 2 내지 표 4는 반복 횟수에 따라 사용되는 커버링 코드의 일 예를 나타낸다. 표 2는 기본 구조가 2번 반복되는 경우에 길이가 2인 커버링 코드의 일 예를 나타낸다.

a₁	a₂
1	1
1	-1

표 3은 기본 구조가 3번 반복되는 경우에 길이가 3인 커버링 코드의 일 예를 나타낸다.

a₁	a₂	a₃
1	1
1	-0.5+0.866i	-0.5-0.866i
1	-0.5-0.866i	-0.5+0.866i

표 4는 기본 구조가 6번 반복되는 경우에 길이가 6인 커버링 코드의 일 예를 나타낸다.

a₁	a₂	a₃	a₄	a₆	a₆
1	1		1	1	1
1	0.5+0.866i	-0.5+0.866i	-1	-0.5-0.866i	0.5-0.866i
1	-0.5+0.866i	-0.5-0.866i	1	-0.5+0.866i	-0.5-0.866i
1	-1	1	-1	1	-1
1	-0.5-0.866i	-0.5+0.866i	1	-0.5-0.866i	-0.5+0.866i
1	0.5-0.866i	-0.5-0.866i	-1	-0.5+0.866i	0.5+0.866i

셀 내에서 가용한 코드의 개수는 32개이다. 기본 구조가 2번 반복되는 경우 커버링 코드의 개수 2개를 고려하여 16개의 서로 다른 기본 코드가 사용될 수 있다. 기본 구조가 3번 반복되는 경우 커버링 코드의 개수 3개를 고려하여 11개의 서로 다른 기본 코드가 사용될 수 있다. 총 33개의 생성 가능한 코드 중 마지막 1개의 코드는 사용하지 않는다. 기본 구조가 6번 반복되는 경우 커버링 코드의 개수 6개를 고려하여 6개의 서로 다른 기본 코드가 사용될 수 있다. 총 36개의 생성 가능한 코드 중 마지막 4개의 코드는 사용하지 않는다. 또한, 1개의 전송 안테나를 가진 1개의 기지국과 2개의 수신 안테나를 가진 1개의 단말을 가정한다. 단말은 가용한 32개의 코드들 중 임의의 코드를 하나 선택하여 전송하며, 기지국은 가용한 32개의 레인징 코드 모두에 대한 검출을 수행한다. 전파 지연(propagation delay)는 CP 길이보다 작은 것으로 가정한다.

도 17은 다양한 레인징 채널 구조에 따라 SNR(Signal-to-Noise Ratio)에 따른 미검출 확률(Pm, miss-detection probability) 및 오류 경보 확률(P_FA; false alarm probability)을 나타낸다. 미검출 확률은 전송된 코드가 검출되지 않을 확률을 나타내며, 목표 미검출 확률은 1%이다. 오류 경보 확률은 전송되지 않은 코드가 검출될 확률을 나타내며, 목표 오류 경보 확률은 0.1%이다. 도 17에서 x-symbol은 x번 반복된 구조를 나타내며, REP는 기본 코드를 단순 반복한 레인징 채널 구조, Covering은 기본 코드에 커버링 코드를 곱한 레인징 코드가 적용된 레인징 채널 구조를 나타낸다.

도 17을 참조하면, 기본 코드를 단순 반복한 레인징 채널 구조보다 커버링 코드를 적용한 레인징 채널 구조를 사용할 때에 기지국의 레인징 신호 검출 성능이 향상되는 것을 알 수 있다. 이는 커버링 코드를 사용할 때 교차 상관값이 감소하기 때문이다. 단순 반복 구조를 사용하는 경우에는 가용한 모든 기본 코드 사이에 교차 상관이 존재하나, 커버링 코드를 이용하는 경우에는 동일한 기본 코드를 기반으로 커버링 코드를 곱한 레인징 코드가 사용되므로 동일한 기본 코드 사이에 교차 상관이 0이 된다. 즉, 커버링 코드에 의해 구별되는 레인징 코드의 개수가 많을수록 기지국의 레인징 신호 검출 성능이 향상되며, 이에 따라 기본 코드의 개수가 줄어들수록 검출 성능이 향상된다.

도 18은 제안된 레인징 신호 생성 방법에 따른 레인징 채널 구조의 또 다른 예이다.

도 18-(a)는 레인징 채널을 구성하는 기본 구조이다. 기본 구조는 서브프레임의 첫 번째 OFDMA 심벌부터 시작하여 K/2번 반복될 수 있다. K는 서브프레임 내의 OFDMA 심벌의 개수와 같거나 그보다 작은 최대 짝수이다. 펨토 셀에서는 기본 구조의 반복 없이 단순히 서브프레임 내에 K/2개의 기본 구조가 존재한다. 일반 셀에서 서브프레임 내의 모든 기본 구조는 기지국의 수신 에너지를 증가시키기 위해 단말로부터 전송된다. 펨토 셀에서는 오직 하나의 기본 구조만이 단말로부터 전송되며, 나머지 기본 구조들은 경쟁 기반(contention-based) 레인징에서의 추가적인 기회를 위한 기본 구조일 수 있다. 도 18-(a)에서 기본 구조는 2개의 OFDMA 심벌을 포함하며, 기본 코드로 x_p(k), 커버링 코드로 Cq(n)이 사용된다. 첫 번째 OFDMA 심벌에 x_p(k)*Cq(0)이 맵핑되고, 두 번째 OFDMA 심벌에 x_p(k)*Cq(1)이 맵핑된다. Tg는 CP 길이, Tb는 유효 심벌 구간을 나타낸다. 도 18-(b)에서 상기 기본 구조가 3번 반복되어 6개의 OFDMA 심벌을 포함하는 레인징 서브프레임을 구성한다.

상기 기본 코드로 수학식 9의 순환 쉬프트가 적용된 padded ZC 시퀀스가 사용될 수 있다.

p는 루트 인덱스가 r_p인 padded ZC 시퀀스로부터 s_p번 순환 쉬프트 되어 결정된 레인징 프리앰블 코드의 인덱스이다. r_p 및 s_p는 각각 수학식 10에 의해서 정의될 수 있다.

p번째 레인징 프리앰블 코드는 시작 루트 인덱스 r₀로부터 결정되는 루트 인덱스 r_p와 s_p번째 순환 쉬프트를 이용하여 결정된다.

이다. N_TOTAL은 섹터별 주기적 레인징 채널의 레인징 프리앰블 코드의 총 개수이며, 표 5에 의하여 결정될 수 있다.

index	0	1	2	3
Number of periodic ranging preamble codes, N _PE	8	16	24	32

N_CS는 시간 영역에서 셀 크기에 따른 순환 쉬프트의 단위로,

로 정의될 수 있다. G는 CP 비율(CP ratio)이다. N_RP는 레인징 프리앰블 코드의 길이로 ZC 시퀀스의 길이에 1을 더한 것으로 정의될 수 있으며, 이때 N_RP=72이다.

상기 r₀ 및 레인징 프리앰블 코드 정보는 SFH를 통해 브로드캐스트 될 수 있다. 상기 r₀는 r₀=2*k+1로 나타낼 수 있다. k는 S-SFH를 통해 브로드캐스트 될 수 있는 셀 특정(cell-specfic) 값이다. 레인징 프리앰블 코드 정보는 표 5의 주기적 레인징 채널의 레인징 프리앰블 코드의 개수를 지시한다.

커버링 코드로 길이 2의 DFT 코드 또는 Walsh 코드가 사용될 수 있다. 도 18의 레인징 채널 구조에서 사용되는 커버링 코드는 표 6에 의해서 정의될 수 있다.

C_q(n)		OFDMA symbol index within a basic unit, n
C_q(n)		0	1
Covering code index, q	0	1	1
Covering code index, q	1	1	-1

펨토 셀에 대해서 단말은 할당된 서브프레임 내에서 K/2개의 기본 구조 중 하나를 임의로 선택한다. 일반 셀에서 단말은 경쟁 기반(contention-based) 레인징의 각 코드 기회(code opportunity)에서 표 6의 2개의 커버링 코드 중 하나를 임의로 선택한다. 즉, q=0 또는 1 중 어느 하나를 선택한다. 또한 단말은 레인징 프리앰블 코드 중 어느 하나를 선택하여 상기 선택된 커버링 코드와 곱하여 레인징 서브프레임에 맵핑한다.

한편, 상기 제안된 레인징 신호 생성 방법 이외에 상향링크 제어 채널을 다중화하는 방법이 제안될 수 있다. 제안된 상향링크 제어 채널 다중화 방법은 상술한 레인징 신호 생성 방법의 적용 여부와 관계 없이 적용될 수 있다. 이하의 설명에서 반복 구조 채널은 커버링 코드의 적용 여부와 관계 없이 기본 구조가 반복되는 채널을 의미한다. 또한, 기본 구조를 각 반복 구간에서 미리 정해진 규칙에 의하여 전송하는 경우도 반복 구조를 가지는 채널이라 할 수 있다.

반복 구조 채널의 시간 영역에서의 길이가 기본 자원 할당 단위보다 작을 수 있다. 이때 상기 반복 구조 채널이 할당되고 남은 부분의 자원이 낭비될 수 있다. 예를 들어 Tg=1/8*Tb의 CP 길이를 가지는 프레임 구조에서 기본 자원 할당 단위는 6 OFDMA 심벌이나, 반복 구조 채널이 2 OFDMA 심벌을 차지한다면, 기본 자원 할당 단위 내에 남는 자원이 생기게 된다. 한편, 802.16m 시스템에는 6개의 OFDMA 심벌을 포함하는 프레임 구조 이외에, 5개 또는 7개의 OFDMA 심벌을 포함하는 프레임 구조도 존재한다. 따라서 기본 자원 할당 단위 내에 남는 자원을 효율적으로 사용할 수 있도록 반복 구조를 가지는 상향링크 제어 채널이 다중화될 수 있다.

도 19는 반복 구조 채널이 다중화된 모습의 일 예이다. 반복 구조를 가지며 2 OFDMA 심벌을 포함하는 상향링크 제어 채널은 인접한 서브프레임에 걸쳐 할당된다. 따라서 상기 상향링크 제어 채널은 하나의 서브프레임의 1개의 OFDMA 심벌만을 차지한다. 서브프레임에서 상향링크 제어 채널이 맵핑되지 않은 나머지 영역은 나머지 5개의 OFDMA 심벌을 기본 자원 할당 단위로 하여 데이터 또는 다른 제어 채널에 할당될 수 있다. 즉, 5개의 OFDMA 심벌이 새로운 서브프레임을 구성하는 것으로 볼 수 있으며, 5개의 OFDMA 심벌을 포함하는 새로운 서브프레임은 기존의 프레임 구조에서 5개의 OFDMA 심벌을 포함하는 서브프레임의 구성을 그대로 사용할 수 있다. 상기 상향링크 제어 채널이 할당되지 않은 주파수 영역은 원래대로 6개의 OFDMA 심벌을 기본 자원 할당 단위로 하여 데이터 또는 다른 제어 채널에 할당될 수 있다. 또는, 시스템의 복잡도를 낮추기 위하여 반복 구조를 포함하는 상향링크 제어 채널이 포함된 경우 모든 주파수 영역에서 5개의 OFDMA 심벌을 포함하는 기본 자원 할당 단위가 데이터 또 다른 제어 채널에 할당될 수 있다. 이와 같이 시간 영역에서 인접한 서브프레임에 걸쳐 반복 구조 채널을 다중화함으로써 자원의 낭비를 줄일 수 있다.

도 20은 반복 구조 채널이 다중화된 모습의 또 다른 예이다. 반복 구조 채널을 기본 자원 할당 단위 내에 복수 개 할당하는 것이 가능하다. 도 20-(a)에서 2번 반복 구조가 6개의 OFDMA 심벌을 포함하는 기본 자원 할당 단위 내에 3개 할당된다. 각 반복 구조는 서로 다른 채널 또는 서로 다른 기회(opportunity)를 나타낸다. 단말을 기본 자원 할당 단위 내에 복수 개의 반복 구조 채널이 할당됨을 알 수 있다. 기본 자원 할당 단위 내에 복수 개의 반복 구조 채널이 할당됨으로써 단말에 의해 임의로 선택되는 코드 기회를 증가시킬 수 있다. 도 20-(b)에서는 3번 반복 구조가 기본 자원 할당 단위 내에 2개 할당되며, 도 20-(c)에서는 6번 반복 구조가 기본 자원 할당 단위 내에 1개 할당된다. 즉, 도 20-(c)에서 기본 자원 할당 단위와 반복 구조 채널의 길이가 동일하다.

도 21은 본 발명의 실시예가 구현되는 기지국 및 단말의 나타낸 블록도이다.

기지국(800)은 프로세서(810; processor) 및 RF부(820; Radio Frequency unit)을 포함한다. 프로세서(810)는 제안된 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 프로세서(810)는 수신한 레인징 신호를 처리한다. 무선 인터페이스 프로토콜의 계층들은 프로세서(810)에 의해 구현될 수 있다. RF부(820)는 프로세서(810)와 연결되어, 무선 신호를 전송 및/또는 수신하고, 레인징 신호를 수신한다.

단말(900)은 프로세서(910) 및 RF부(920)을 포함한다. 프로세서(910)는 제안된 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 프로세서(910)는 복수의 OFDMA 심벌 각각에 대하여 커버링 코드를 적용한 레인징 코드를 생성하고, 상기 레인징 코드를 상기 각 OFDMA 심벌을 구성하는 복수의 부반송파에 맵핑하고, 상기 각 OFDMA 심벌에 대하여 OFDMA 변조를 수행하여 레인징 신호를 생성한다. 무선 인터페이스 프로토콜의 계층들은 프로세서(910)에 의해 구현될 수 있다. RF부(920)는 프로세서(910)와 연결되어, 무선 신호를 전신 및/또는 수신하고, 상기 생성된 레인징 신호를 전송한다.

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.

상술한 예시적인 시스템에서, 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로써 순서도를 기초로 설명되고 있지만, 본 발명은 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당업자라면 순서도에 나타낸 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

상술한 실시예들은 다양한 양태의 예시들을 포함한다. 다양한 양태들을 나타내기 위한 모든 가능한 조합을 기술할 수는 없지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 다른 조합이 가능함을 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 이하의 특허청구범위 내에 속하는 모든 다른 교체, 수정 및 변경을 포함한다고 할 것이다.

Claims

무선 통신 시스템에서 레인징 신호(ranging signal) 생성 방법에 있어서,
복수의 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 심벌 각각에 대하여 커버링 코드(covering code)를 적용한 레인징 코드(ranging code)를 생성하고,
상기 레인징 코드를 상기 각 OFDMA 심벌을 구성하는 복수의 부반송파에 맵핑하고,
상기 각 OFDMA 심벌에 대하여 OFDMA 변조를 수행하여 레인징 신호를 생성하는 것을 포함하는 레인징 신호 생성 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 레인징 코드는 레인징 프리앰블 코드(ranging preamble code)에 상기 커버링 코드를 시간 영역 또는 주파수 영역에서 곱하여 생성되는 것을 특징으로 하는 레인징 신호 생성 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 커버링 코드는 DFT(Discrete Fourier Transform) 코드 또는 Walsh 코드 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 레인징 신호 생성 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 커버링 코드의 길이는 2인 것을 특징으로 하는 레인징 신호 생성 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 커버링 코드는 [1 1] 또는 [1 -1] 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 레인징 신호 생성 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 커버링 코드는 상기 복수의 OFDMA 심벌에 대하여 반복되어 적용되는 것을 특징으로 하는 레인징 신호 생성 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 OFDMA 심벌의 개수는 6개인 것을 특징으로 하는 레인징 신호 생성 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 레인징 코드의 길이는 72인 것을 특징으로 하는 레인징 신호 생성 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 OFDMA 변조는 상기 복수의 OFDMA 심벌 전체에 대하여 수행되거나 또는 상기 커버링 코드의 길이와 동일한 개수의 OFDMA 심벌에 대하여 수행되고 반복되는 것을 특징으로 하는 레인징 신호 생성 방법.
무선 통신 시스템에서 레인징 신호 전송 장치에 있어서,
무선 신호를 전송 또는 수신하고, 레인징 신호를 전송하는 RF부; 및
상기 RF부와 연결되는 프로세서를 포함하되,
상기 프로세서는,
복수의 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 심벌 각각에 대하여 커버링 코드(covering code)를 적용한 레인징 코드(ranging code)를 생성하고,
상기 레인징 코드를 상기 각 OFDMA 심벌을 구성하는 복수의 부반송파에 맵핑하고,
상기 각 OFDMA 심벌에 대하여 OFDMA 변조를 수행하여 레인징 신호를 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 레인징 신호 생성 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 레인징 코드는 레인징 프리앰블 코드(ranging preamble code)에 상기 커버링 코드를 시간 영역 또는 주파수 영역에서 곱하여 생성되는 것을 특징으로 하는 레인징 신호 생성 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 커버링 코드의 길이는 2인 것을 특징으로 하는 레인징 신호 생성 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 커버링 코드는 [1 1] 또는 [1 -1] 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 레인징 신호 생성 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 커버링 코드는 상기 복수의 OFDMA 심벌에 대하여 반복되어 적용되는 것을 특징으로 하는 레인징 신호 생성 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 OFDMA 심벌의 개수는 6개인 것을 특징으로 하는 레인징 신호 생성 장치.