KR20110051035A - ＩＥＥＥ802.16ｍ 무선 통신 시스템에서 ＴＤＤ ＵＬ ＨＡＲＱ ｔｉｍｉｎｇ 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 IEEE802.16m[1][2] 규격을 따르는 data burst의 전송방법이 오직 long TTI transmission 전용으로 사용되는 무선 통신 시스템에서 TDD 모드의 UL HARQ를 이용한 무선 자원(radio resource)의 스케줄링(scheduling) 방법에 관한 것으로, HARQ timing 에 대하여 재정의를 함으로써 사전에 약속된 HARQ timing을 통해 효율적인 스케줄링이 이루어지도록 하기 위한 TDD UL HARQ timing에 관한 것이다.

하이브리드 자동 재전송 요구, HARQ, timing

Description

ＩＥＥＥ802.16ｍ 무선 통신 시스템에서 ＴＤＤ ＵＬ ＨＡＲＱ ｔｉｍｉｎｇ 방법{.}

본 발명은 IEEE802.16m[1][2] TDD frame 구조를 갖는 무선 통신 시스템에서, data burst(데이터 버스트 혹은 data) 전송을 위한 TDD(Time Division Duplex) 전송 모드의 UL HARQ(hybrid automatic repeat request) timing에 관한 것이다.

본 발명은 지식경제부의 IT성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2009-F-041-01, 과제명: IMT-Advanced 기반 개방형 WiBro 플랫폼 기술 개발].

[참고문헌]

[1] IEEE 802.16m System Description Document (SDD)

[2] IEEE P802.16m/D2, "Draft Amendment to IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks- Part 16: Air Interface for Broadband Wireless Access Systems" October 2009.

광대역 무선 접속 시스템은 고속의 데이터 패킷 전송과 지연이 적고 통신의 신뢰성을 확보하기 위한 에러 보상 기법으로 FEC(forward error correction) 방식 과 ARQ(automatic repeat request)방식을 결합한 HARQ(hybrid ARQ)를 지원하는 차세대 통신 방식으로서, 다양한 표준들이 제안되고 있으며, 3GPP UMTS, IEEE 802.16(m) 등에서 국제 표준화가 활발하게 진행되고 있다.

HARQ 방식에 의하면, 수신기(receiver)는 물리계층이 수신한 데이터 패킷을 복호(decode)하여 오류가 검출되는지 여부를 확인하고, 오류가 발생되지 않으면 응답신호로 ACK(Acknowledgement) 신호를 송신하여 수신 데이터 패킷의 성공을 송신기(transmitter)로 알린다. 하지만 수신기에서 수신한 데이터 패킷에서 에러가 검출되면 응답신호로 NACK (Negative acknowledgement) 신호를 송신하여 에러가 검출되었음을 송신기로 알린다. 송신기는 NACK 신호가 수신되면 데이터 패킷을 재전송할 수 있다.

HARQ protocol은 재전송하는 패킷의 전송 타이밍(timing)에 따라 동기식(synchronous) HARQ 기법과 비동기식(asynchronous) HARQ 기법으로 구분되는데, 동기식 HARQ 기법은 초기 전송 패킷에 대한 재전송 패킷을 시점이 일정하게 정하여 전송하는 방식이며, 비동기식 HARQ 기법은 초기 전송 패킷에 대한 재전송 패킷의 전송 시점을 기지국의 스케줄러가 결정하여 패킷을 전송하는 방식이다.

또한, 상기 HARQ 기법은 할당되는 자원의 양과 위치의 변화 여부에 따라 적응적(adaptive) HARQ 기법과 비적응적(non-adaptive) HARQ 기법으로 구분되는데, 적응적 HARQ 기법은 할당되는 자원의 양과 위치를 변화시킬 수 있는 방식이며, 비적응적 HARQ 기법은 할당되는 자원의 양과 위치를 고정시키는 방식이다.

상기 동기식과 비동식 HARQ 및 적응적 및 비적응적 HARQ 기법을 적절히 혼용 하고 적은 시그날링 오버헤드를 사용하여 높은 스케줄링 이득과 고속의 데이터 전송 효과를 얻을 수 있다.

단말이 상향링크에 대하여 동기식 HARQ 기법을 사용하는 경우, 상향링크로 HARQ 패킷을 전송하기 위해서는 기지국으로부터 자원을 하향링크의 제어신호로부터 할당 받아야 한다. 즉, 하향링크 제어신호로 상향링크의 전송 자원을 할당 받고, 지정된 위치에 HARQ 패킷을 전송하게 된다. 또한 기지국은 HARQ 패킷이 오류없이 수신에 성공하면 하향링크로 HARQ 피드백 신호로써 ACK를 전송하고, 반대로 실패하면 NACK를 전송한다. 이때 단말은 HARQ 피드백 신호로써 NACK를 수신하면 이전에 전송되었던 지정된 시점에서 패킷을 재전송한다.

특히, 송수신 방법이 상향링크 및 하향링크로 구분된 FDD 및 TDD 전송 모드에서 상향링크(이하 UL라 칭함)와 하향링크(이하 DL라 칭함)의 주파수 및 전송 채널의 비에 따른 시간적인 전송구분과 자원할당의 효율적인 타이밍이 고려되어야 더욱 효율적인 이득을 얻을 수 있다.

IEEE802.16m 등을 포함하는 무선 통신 시스템에서는 전송 시간 단위로써 TTI(Transmission Time Interval)를 사용하는데, TTI는 무선 인터페이스(radio air interface) 상에서 부호화된 패킷(encoded packet)에 대한 물리계층의 전송 지속기간(duration)이며, AAI subframe(이하 subframe 이라 칭함)의 정수(integer number) 형태로 표현한다. 즉, one TTI는 1개의 subframe 길이만큼을 점유하는 패킷의 전송 지속기간이며, n TTI는 n 개의 subframe 길이만큼의 패킷의 전송 지속기간을 나타낸다. 따라서 n을 길게 하여 전송할 경우 long TTI로 전송할 수 있게 된 다.

가령, IEEE802.16m에서는 data burst는 하나의 subframe에 걸쳐 전송되거나 연속된 다수의 subframe에 걸쳐 전송될 수 있는데, data burst를 전송할 경우 subframe 점유 수에 따라 하나의 subframe에 전송되는 단위를 one TTI 혹은 default TTI 라 하며, 연속된 다수의 subframe에 걸쳐 전송되는 단위를 Long TTI 라 정의하고 있다.

IEEE802.16m의 TDD 모드에서는 data burst의 Long TTI transmission으로 전송할 경우 한 frame 내에 DL 혹은 UL에 대하여 해당되는 frame의 DL 혹은 UL의 모든 subframe의 수로 정의하고 있다. 즉, TDD에서 한 frame의 DL를 구성하는 모든 subframe의 수를 D라 정의하고, UL를 구성하는 모든 subfreame의 수를 U라 정의할 때, long TTI가 점유하는 subframe의 수는 DL은 D와 동일하고, UL은 U와 동일하게 된다.

특히, IEEE802.16m[1][2]에서는 3:5등의 D<U인 TDD 시스템의 frame partition은 일반적인 시스템 구성으로는 고려하고 있지 않으며, UL에 대해서는 오직 long TTI 전용으로 이용하기 위한 것으로 frame partition이 제안되었다.

참고문헌 [1][2]에 나타나 있듯이, IEEE802.16m 무선 통신 시스템의 HARQ 동작은 DL 데이터 전송에 대하여 상기 적응적 비동기식(adaptive asynchronous) HARQ 기법을 이용하며, UL에 대하여 상기 동기식(synchronous) HARQ 기법을 적용하고 있다.

DL에서 기지국이 단말로 DL data burst를 전송할 경우와 UL에서 단말이 기지 국으로 UL data burst를 전송해야 할 경우, 기지국은 각각에 대하여 data burst의 resource allocation 정보를 포함하는 control signal을 DL로 단말에게 전송하게 된다.

이때, DL의 resource allocation 정보는 DL control signal인 DL A-MAP (혹은 MAP, 혹은Advanced MAP, 이하 A-MAP이라 칭함) 제어신호에, UL의 resource allocation 정보는 UL control signal인 UL A-MAP 제어신호에 IE(information element) 형태로 필요한 파라미터들을 채우게 되며, 무선 연결의 특성과 단말의 그룹형성의 여부에 따라 A-MAP은 다양하게 구성된다.

가령, IEEE802.16m 무선 통신 시스템의 기본적인 DL HARQ protocol은 전송측인 기지국(Base station, BS, Advanced Base Station or ABS,)에서 DL Basic Assignment A-MAP IE(이하, DL B-A-A-MAP 이라 칭함) control signal과 data burst를 부호화(encode)한 DL HARQ subpacket을 수신측인 단말(Mobile Station, MS, Advance Mobile Station or AMS)에게 전송한다. 단말은 DL B-A-A-MAP과 DL HARQ subpacket을 수신하면, DL B-A-A-MAP에 의해 할당된 정보를 이용하여 데이터 버스트인 subpacket을 복호화(decode)하고, 복호화가 성공하면 단말은 ACK (positive acknowledgement) feedback을 실패하면 NACK (negative acknowledgement) feedback을 기지국으로 전송한다.

또한, IEEE802.16m 무선 통신 시스템의 UL HARQ protocol은 전송측인 기지국에서 전송한 UL Basic Assignment A-MAP IE(이하, UL B-A-A-MAP 이라 칭함) 제어 신호를 수신측인 단말이 수신하면, UL B-A-A-MAP에 의해 할당된 정보를 이용하여 데이터 버스트를 부호화(encode)하여 UL HARQ subpacket을 기지국으로 전송한다. UL HARQ subpacket을 수신한 기지국은 부호화된 데이터 버스트인 subpacket의 복호화를 수행하고, 복호화가 성공하면 기지국은 ACK (positive acknowledgement) feedback을 실패하면 NACK (negative acknowledgement) feedback을 단말에게 전송한다. 이때, NACK feedback을 수신한 단말은 HARQ subpacket의 재전송(retransmission, 이하 ReTx 이라 칭함) 절차를 수행하는데 이때, 앞서 전송한 HARQ subpacket과 동일한 subframe 위치에서 ReTx을 수행한다.

IEEE802.16m[2]에서는 data burst의 resource allocation에 사용되는 각종 assignment A-MAP을 다음과 같은 control signal들을 정의하고 있는데, DL 및 UL의 data burst 자원할당을 위한 아래의 control signal 용 A-MAP IE들을 정의하고 있다.

- DL Basic Assignment A-MAP IE

- UL Basic Assignment A-MAP IE

- DL Subband Assignment A-MAP IE

- UL Subband Assignment A-MAP IE

- DL Individual Persistent A-MAP IE

- DL Composite Persistent A-MAP IE

- UL Individual Persistent A-MAP IE

- UL Composite Persistent A-MAP IE

- DL Group Resource Allocation A-MAP IE

- UL Group Resource Allocation A-MAP IE

특히, 본 발명이 적용되는 IEEE802.16m 규격을 따르는 무선 통신 시스템에서는 TDD DL 및 UL HARQ timing을 사전에 정의함으로써 HARQ protocol 절차를 기지국과 단말이 사전에 예측하여 오버헤드 없이 수행되도록 하고 있다.

아래 표 1은 IEEE802.16m 규격을 따르는 무선 통신 시스템의 TDD UL HARQ timing을 나타내며, UL의 자원할당 제어신호인 UL assignment A-MAP과 UL HARQ subpacket의 전송, DL로의 HARQ feedback, 그리고 UL HARQ subpacket ReTx 간의 timing 관계를 subframe index와 frame index를 통하여 사전에 예측이 가능하도록 정의함으로써 오버헤드 없이 TDD UL HARQ 프로토콜 동작이 수행되도록 하고 있다.

표 1 IEEE802 .16m TDD UL HARQ timing

여기서, HARQ timing을 계산하는데 이용되는 파라미터 D는 한 frame의 DL를 구성하는 subframe의 수이며, U는 UL를 구성하는 subframe의 수를 나타낸다. 또한, l 은 UL resource allocation 정보를 포함하는 control signal(A-MAP)의 subframe index이고, m 은 UL HARQ subpacket Tx(transmission, 이하 Tx라 칭함) subframe index 이며, n 은 HARQ feedback 에 대한 subframe index를 나타낸다.

또한, IEEE802.16m 규격에서 정의하는 K 는 reference timing을 나타내며, i 와 j, k, p 는 frame index 이며, v와 w는 frame index를 산출하기 위한 offset 값이다.

상기 수식에서, ceil(x) 함수는 매개 변수 x에 지정된 숫자나 표현식의 올림 값을 반환하며, 숫자의 올림 값은 이 숫자보다 크거나 같은 가장 가까운 정수이고, floor(x) 함수는 매개 변수 x에 지정된 숫자 또는 표현식의 내림 값을 반환하며, 내림 값은 지정된 숫자나 표현식보다 작거나 같은 가장 가까운 정수이다.

N _TTI 는 TTI의 값으로 HARQ 패킷이 걸쳐있는 subframe의 수를 나타내는데, data burst 전송 시 subframe 점유 수에 따라 상기에서 언급한 default TTI (혹은 one TTI) Tx와 Long TTI For long TTI Tx가 있으며, TDD 모드에서 N _TTI 값은 default TTI 일 때 1 TTI 즉, 1 subframe 수에 해당하고, Long TTI일 때 4 TTI 즉, 4 subframe 수가 된다.

IEEE802.16m 규격에서 정의한 상기 표 1에 나타낸 UL TDD HARQ timing에서, 3:5등의 D < U인 TDD 시스템의 frame partition의 UL에 대해서는 오직 data burst의 전송이 long TTI 전용으로 만 이용되는 것으로 제안되었으며, 또한 D = 1인 프레임 구성은 없으므로 상기와 같이 D<U인 frame 구조의 UL TDD HARQ timing에 포함시켜 정의될 경우 구현시 오버헤드로 작용하여 불필요한 기능이 추가되어야 하는 부작용이 있다.

특히, TDD UL HARQ 의 경우 자원할당 제어신호 A-MAP에 subframe의 정보가 필요하게 되는데, 먼저 1 < D < U 인 경우에 대해 l = 0 혹은 l = D - 1 일 때, 그리고 두 번째로 D = 1인 경우에 대해 l = 0 일 때, HARQ Subpacket의 할당을 위해 자원할당 제어신호인 UL assignment A-MAP 제어신호에 subframe index정보를 제공 을 위한 정보 field의 추가와 이로 인하여 제어신호에 자원할당이 제공되어야 하며, 그로 인해 A-MAP의 변경이 필요하게 되어 제어신호의 오버헤드로 인한 자원의 낭비를 가져오게 된다.

본 발명은 IEEE802.16m[1][2] 규격을 따르는 data burst의 전송방법이 오직 long TTI Tx 전용으로 사용되는 무선 통신 시스템에서 TDD 모드의 UL HARQ 동작에 있어서, 불필요한 UL TDD HARQ timing 정보를 제거하고 UL TDD HARQ timing의 UL HARQ subpacket Tx에 대한 subframe index를 재정의 함으로써 구현시 오버헤드를 줄이고 정확한 timing을 제공하여 효율적인 스케줄링이 이루어지도록 하기 위한 UL TDD HARQ timing 방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 IEEE802.16m 무선 통신 시스템의 TDD 전송모드에 있어서 종래의 방법보다 올바른 HARQ timing 정보를 제공하고, 특히 data burst의 전송방법이 오직 long TTI transmission 전용으로 사용되는 TDD frame 구조를 갖는 경우 불필요한 종래의 timing 정보를 제거하여 구현시 혼란을 피하도록 UL의 HARQ timing을 사전에 정의 및 제공하고, 이로써 HARQ protocol 절차를 기지국과 단말이 사전에 예측하여 오버헤드 없이 수행시킴으로써 HARQ 성능을 개선시키는 효과를 제공한다.

본 발명에서는, 새롭게 고안한 내용으로 변경한 TDD UL HARQ timing을 사전에 정의함으로써 HARQ protocol 절차를 기지국과 단말이 사전에 예측하여 오버헤드 없이 수행되도록 하기 위하여 새롭게 고안한 하기의 방법과 예시를 통하여 설명한다.

본 발명에서는, IEEE802.16m 규격에서 정의한 상기 표 1에 나타낸 UL TDD HARQ timing에서, 3:5등의 D < U인 TDD 시스템의 frame partition의 UL에 대해서는 오직 data burst의 전송이 long TTI 전용으로 만 이용되는 것으로 제안되었으므로 이를 반영하기 위하여, TDD DL HARQ timing에 대하여 long TTI로 전송되는 경우 상기 표 1의 HARQ Subpacket Tx 에 대한 timing 정보에 있어서 TDD frame partition 구조가 D < U 의 갖는 경우 UL HARQ 동작에 불필요한 아래 표 2의 타이밍 정보를 제거한다.

표 2 IEEE802 .16m 규격에서 제거하려는 HARQ Subpacket Tx 의 timing 정보

또한, IEEE802.16m [2] 규격에서는 subframe index를 사용하지 않을뿐더러, TDD 시스템의 D < U인 frame partition의 경우, UL에 대해서는 오직 data burst의 전송이 long TTI 전용으로 만 이용되므로 결과적으로는 1 < D < U 인 경우와 D = 1인 경우에 대한 HARQ Timing은 불필요하게 되며, 대신 HARQ Subpacket이 첫 subframe 부터 할당되므로 TDD 시스템의 D < U인 frame partition의 경우 HARQ Subpacket에 대한 subframe index에 대하여 m = 0으로 대체할 수 있다.

이렇게 함으로써, 종래의 방법보다 올바른 TDD UL HARQ timing 정보를 제공하고, 특히 data burst의 전송방법이 오직 long TTI Tx 전용으로 사용되는 TDD frame 구조를 갖는 경우 불필요한 종래의 timing 정보를 제거하여 구현시 혼란을 피하도록 UL의 HARQ timing을 사전에 정의 및 제공하며, 이로써 HARQ protocol 절차를 기지국과 단말이 사전에 예측하여 오버헤드 없이 수행시킴으로써 HARQ 성능을 개선시키는 효과를 제공한다.

아래 표 3은 상기 본 발명의 일실시 예를 보인다. 즉, IEEE802.16m 규격에서 정의한 UL TDD HARQ timing에 D < U인 TDD 모드의 frame partition에서 UL에 대해서는 오직 data burst의 전송이 long TTI 전용으로만 이용되므로 TDD UL HARQ 동작이 반영된 HARQ timing 정보를 표 2의 HARQ Subpacket Tx에 해당하는 불필요한 timing 정보를 제거하여 표 3과 같이 변경 및 재정의 한다.

표 3 본 발명의 TDD UL HARQ timing

또한, data burst가 long TTI Tx으로 전송될 경우, data burst는 첫 번째 subframe부터 할당됨을 이미 IEEE802.16m [2] 규격으로부터 정의되고 있으므로 상 기 표 3에서 D = U 인 TDD frame partition 구조에서 long TTI에 대한 HARQ Subpacket Tx의 subframe index 인 m 을 결정하는 방법에 그 정의를 생략한다.

본 발명에서, 표 3은 TDD UL HARQ timing 에 대하여 data burst의 길이에 따라 달리 표현할 수 있다. 즉, D < U인 TDD 모드의 frame partition에 대해서 long TTI 전용으로만 사용되는 경우로 제안되었고 long TTI Tx시 data burst는 첫 번째 subframe부터 할당됨을 이미 IEEE802.16m [2] 규격으로부터 기술되고 있으며, 앞서 기술한 D = U 인 TDD frame partition 구조에 대해서 long TTI에 대한 HARQ Subpacket Tx의 subframe index 인 m 을 결정하는 방법을 표현할 경우, TDD UL HARQ timing을 다음과 같이 표현하여 정의할 수 있다.

D = U 경우는 data burst가 default TTI와 long TTI 두 경우 모두 전송할 수 있는 경우로써 아래와 같이 HARQ Subpacket Tx의 subframe index인 m 을 결정하고, D < U 경우는 data burst가 오직 long TTI로 전송되는 경우로써 HARQ Subpacket Tx의 subframe index 인 m 을 결정하는 방법으로 표현할 수 있다.

이에 대한 본 발명을 다음과 같이 변경하여 아래 표 4와 같이 data burst의 길이를 고려한 TDD UL HARQ timing 표현 방법으로 일실시 예를 표현할 수 있다.

표 4 본 발명의 data burst 의 길이를 고려한 TDD UL HARQ timing 표현 방법

Claims (1)

1. IEEE802.16m 무선 통신 시스템에서 TDD UL HARQ timing 방법.