KR20130039645A - 제어 채널 확장 방법 및 그를 위한 이동통신 시스템 - Google Patents

Abstract

제어 채널, 특히 PDCCH의 용량 및 커버리지를 향상시킬 수 있는 제어 채널 확장 방법 및 그를 위한 이동통신 시스템이 개시된다. 일실시예에 의하면, 하향링크 서브프레임 상에서 제어 정보를 전송하기 위한 제어 채널을 데이터 채널 영역의 일부에 추가로 할당하고, 추가로 할당된 제어 채널에 관한 정보를 지시한다. 이때 정보는, 시간축 OFDM 심볼 수 및 주파수축 자원 블록(RB)의 수 중 적어도 하나이다. 다른 실시예에 의한면, 하향링크 승인(DL grant) 메시지 또는 상향링크 피드백(UL feedback) 메시지에 기반하여 제어 채널의 변조 방식 또는 랭크 중 적어도 하나를 변경하여 적용한다.

Description

제어 채널 확장 방법 및 그를 위한 이동통신 시스템{METHOD FOR EXPANDING CONTROL CHANNEL AND MOBILE TELECOMMUNICATION SYSTEM FOR THE SAME}

본 발명은 이동통신 시스템에 관한 것으로, 특히 LTE-Advanced 이동통신 시스템에서 제어 채널, 특히 PDCCH(Physical Downlink Control Channel)의 용량 및 커버리지를 향상시킬 수 있는 제어 채널 확장 방법에 관한 것이다.

"본 연구는 방송통신위원회의 차세대통신네트워크원천기술개발사업의 연구결과로 수행되었음"(KCA-2011-10913-04002)

최근 이동통신 시스템에서 처리율, 레이턴시(latency) 및 커버리지 측면의 성능 향상을 위한 통신 표준들이 개발되고 있다. 현재 폭넓게 사용되고 있는 표준은 3세대(3G) 이동통신 시스템의 일부로서 개발되었으며, 3GPP(3rd Generation Partnership Project)에 의해 유지되는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)이다. 이 중에서 특히 3GPP LTE(Long Term Evolution)는 UMTS 시스템에서의 높은 데이터율, 낮은 지연(latency), 패킷 최적화된 시스템 성능 및 넓은 커버리지를 달성하기 위해 3GPP에 의해 주도되는 통신 표준이다.

LTE-Advanced(4세대 이동통신) 시스템에서는, 보다 높은 전송률을 지원하고 서비스 가능한 영역(coverage)을 확장하기 위해 기지국(Macro-eNB, Pico-eNB, Femto-eNB 또는 Home-eNB 등)과 단말(UE: User Equipment) 간의 직접적인 통신 방식 뿐만 아니라 릴레이(RN: Relay Node) 시스템을 이용한 신호 전달 방식이 연구되고 있다. 이 기술은 릴레이를 통해 기지국과 단말 사이의 경로에서 신호를 중계함으로써 경로 손실을 줄여 고속 데이터 통신을 가능케 하며, 기지국으로부터 멀리 떨어진 이동 단말로도 신호를 전달함으로써 서비스 영역을 확장할 수 있다. LTE-Advanced 이동통신 시스템의 릴레이는 셀 내의 음영 지역 해소를 목적으로 사용되며, 셀 경계 지역에 설치되어 효과적인 셀 커버리지 확장과 Throughput을 향상시킬 목적으로 사용된다.

LTE-Advanced 이동통신 시스템에서 일측에서 하향링크 또는 상향링크를 통해 상대측으로 전달하기 위한 신호를 포함하는 서브프레임(sub-frame)을 전송하는데, 각 서브프레임은 제어 정보를 전송하기 위한 제어 채널(control channel)과, 데이터를 전송하기 위한 데이터 채널(data channel)로 구성된다. 기지국에서 단말로 전송되는 하향링크(Down Link)의 물리계층 신호는 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel), PDCCH(Physical Downlink Control Channel), PCFICH(Physical Control Format Indicator Channel), PHICH(Physical Hybrid ARQ Indicator Channel) 등이 있다. 또한 단말에서 기지국으로 전송되는 상향링크의 물리계층 신호는 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel), PUCCH(Physical Uplink Control Channel), SRS(Sounding Reference Signal) 등이 있다.

특히 LTE DL(DownLink) 제어 채널의 영역에는 채널의 심볼 수를 나타내기 위한 PCFICH, UL(UpLink) PUSCH에 대한 HARQ(Hybrid Automatic Retransmit Request) ACK/NACK 전송을 위한 PHICH, DL 승인(grant)과 UL grant를 전송하기 위한 PDCCH가 할당된다. 현재 LTE 표준에서는 서브프레임(최소 전송 단위는 TTI(Transmission Time Interval))별로 PDCCH 전송을 위하여 도1과 같이 최대 3개의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiple access) 심볼(FR)을 제어 채널 영역(control channel region)에 할당할 수 있다. 제어 채널 영역은 하나의 서브프레임 중에서 시간적으로 앞쪽에 위치한다.

그런데, LTE-Advanced 이동통신 시스템에서는 CA(Carrier Aggregation)/CoMP(Coordinated Multi-point operation)/enhanced DL MIMO 등의 전송기술이 도입됨에 따라 셀당 제어해야 할 단말(UE)의 수가 늘어나기 때문에 PDCCH의 용량이 부족할 것으로 예상되고 있으며, 이러한 문제를 해결하기 위하여 PDCCH 등과 같은 제어 채널의 용량을 확대해야만 한다.

또한, 기지국의 수신 안테나가 최대 8개까지 증가함으로 인하여 UpLink의 커버리지가 확대되었다. 하지만, 기지국의 제어 채널을 위한 전송 안테나는 4개로 제한되어 있기 때문에 DownLink의 커버리지가 UpLink의 커버리지 보다 작게 나타날 수 있는 현상이 발생할 수 있다. 또한 DownLink의 PDSCH는 빔포밍(beamforming)을 사용하여 셀 외곽의 단말을 서비스하는 경우 PDCCH의 커버리지 영역이 PDSCH의 영역보다 작게 나타날 수도 있다. 이러한 이유로 현재의 LTE 표준을 유지한다면 향상된 커버리지는 관리가 되지 않는 문제점이 나타나게 된다. 따라서, 향상된 커버리지를 관리하기 위한 제어 채널의 커버리지도 확대가 이루어져야만 한다.

예를 들어, CA 도입에 따른 문제점으로, PDSCH의 용량을 확대하기 위하여 확대 반송파(extension carrier)를 사용할 경우 확대 반송파를 이용하기 위해서 추가적인 제어 채널이 요구된다. 확대 반송파는 데이터 전송만을 위한 반송파로 확대 반송파의 데이터 전송을 위한 PDCCH는 확대 반송파가 아닌 곳으로 전송이 이루어지기 때문에 자신의 반송파뿐만 아니라 확대 반송파에 대한 PDCCH 정보도 전송해 주어야 하기 때문에 확대 반송파를 제어하는 반송파에서는 제어 채널의 용량이 부족해 질 수 있다.

또한, CoMP에 따른 문제점으로, 하나의 셀 내에 동일한 셀 ID를 가지는 RRH(Remote Radio Header)가 존재하는 경우, 하나의 셀 ID를 이용하는 단말의 수는 늘어나지만, PDCCH의 용량은 한정되어 있기 때문에 이를 개선하기 위해서는 PDCCH의 용량이 증대되어야 한다.

또한, MU-MIMO에 따른 문제점으로, 하나의 셀에서 같은 시간/주파수 영역을 공간적으로 분리된 하나 이상의 단말에게 서비스 가능해지기 때문에 PDCCH가 추가적으로 요구되지만, 현재 표준에서 PDCCH는 공간적으로 분리하여 서비스되지 않기 때문에 이를 개선해야 한다. 즉, 하나의 전송 프레임에서 제어해야 하는 사용자 단말의 수가 증가하기 때문에 사용자 단말마다의 PDCCH가 필요하기 때문이다.

또한, MIMO에 따른 문제점으로, LTE-Advanced에서는 기지국이 8개 수신 안테나까지 지원이 가능하기 때문에 상향링크 커버리지가 확대될 것으로 판단된다. 하지만, PDCCH는 최대 4개의 전송안테나로 전송되기 때문에 하향링크(downlink)보다 상향링크(uplink)의 커버리지가 더 확장될 가능성이 존재한다. 따라서, 확장된 커버리지를 지원하기 위해서는 하향링크 제어 채널의 커버리지를 확장시켜야 한다. 이를 위해서는 하향링크 제어 채널도 8개 이상의 안테나를 사용하거나 빔포밍을 사용하여 커버리지를 확장해 주어야 한다. 현재 8개 안테나 사용과 빔포밍은 데이터 채널에만 적용되고 있으며, 이러한 기법을 PDCCH에도 적용할 수 있도록 고려되어야 한다.

상기한 바와 같은 이유로 인하여 제어 채널을 확장할 수 있는 방안이 절실히 요구된다.

US 8,005,039(2011.08.23 등록) US 2011/0044391(2011.02.24 공개) US 2011/0075624(2011.03.31 공개) US 2011/0170496(2011.07.14 공개)

본 발명의 목적은 제어 채널, 특히 PDCCH의 용량 및 커버리지를 향상시킬 수 있는 제어 채널 확장 방법 및 그를 위한 이동통신 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 제어 채널, 특히 PDCCH의 용량 및 커버리지를 향상시킬 수 있는 제어 채널 확장 방법 및 그를 위한 이동통신 시스템이 개시된다. 일실시예에 의하면, 하향링크 서브프레임 상에서 제어 정보를 전송하기 위한 제어 채널을 데이터 채널 영역의 일부에 추가로 할당하고, 추가로 할당된 제어 채널에 관한 정보를 지시한다. 이때 정보는, 시간축 OFDM 심볼 수 및 주파수축 자원 블록(RB)의 수 중 적어도 하나이다. 다른 실시예에 의한면, 하향링크 승인(DL grant) 메시지 또는 상향링크 피드백(UL feedback) 메시지에 기반하여 제어 채널의 변조 방식 또는 랭크 중 적어도 하나를 변경하여 적용한다.

본 발명에 의하면, 규정된 자원 이외 영역을 제어 채널의 전송을 위하여 추가적으로 할당하여 제어 채널의 용량을 증대시키고 커버리지를 확장시킬 수 있는 이점이 있다.

도1은 LTE 서브프레임(1 TTI)의 구조를 도시한 도면.
도2는 본 발명이 실시될 수 있는 예시적인 이동통신 시스템의 구성을 도시한 도면.
도3은 LTE DL 프레임 구조를 도시한 도면.
도4는 본 발명의 실시예에 따라 TDM 할당 과정을 도시한 도면.
도5는 본 발명의 실시예에 따라 FDM 할당 과정을 도시한 도면.
도6a 및 도6b는 본 발명의 실시예에 따라 하이브리드(TDM+FDM) 할당 과정을 도시한 도면.
도7 및 도8은 본 발명의 실시예에 따라 채널의 용량을 증대시키기 위해 변조 방식을 개선하여 적용하는 과정을 나타낸 흐름도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 다만, 이하의 설명에서는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 우려가 있는 경우, 널리 알려진 기능이나 구성에 관한 구체적 설명은 생략하기로 한다.

도2는 본 발명이 실시될 수 있는 예시적인 이동통신 시스템의 구성을 도시한 도면으로서, LTE-Advanced 이동통신 시스템의 구성을 나타낸다.

도2에 도시된 바와 같이 LTE-Advanced 시스템은 기지국(10)과 단말(20)을 포함한다.

기지국(10)은 넓은 범위의 셀(옥외용 기지국이 관장하는 셀 영역, 예컨대 Macro-cell 등)을 관리하는 매크로 기지국(Macro-eNB 또는 eNB), 소규모의 네트워크 셀(옥내용 기지국 또는 펨토 기지국 등의 초소형 기지국이 관장하는 셀 영역, 예컨대 Femto-cell 등)을 관리하는 초소형 기지국(Pico-eNB, Femto-eNB 또는 Home-eNB 등), 릴레이(RN) 등을 포함할 수 있다.

기지국(10)은 해당 기지국이 네트워크 접속 서비스를 제공하는 커버리지 영역(coverage region)에서 단말(20)에 대해 무선 링크를 통한 통신 서비스를 제공할 수 있다. 일실시예에 있어서, 기지국(10)은 기지국(10)의 통신 커버리지 영역에 포함되는 단말(20a~20d)에 대하여 직접 또는 릴레이(relay) 등을 통해 데이터를 전송하고, 기지국(10)의 통신 커버리지 영역 밖에 위치하여 직접 통신할 수 없는 단말(미도시됨)에 대해서는 릴레이 등을 통해 데이터를 전송한다. 또한, 기지국(10)의 통신 커버리지 영역 밖에 위치하는 단말은 전송 파워의 제약으로 기지국(10)과 직접 통신을 할 수 없으므로 릴레이 등을 통해 데이터를 기지국(10)으로 전송한다.

단말(UE)(20)은 예를 들어 핸드폰, 이동통신 기능을 가지는 휴대용 컴퓨터, 이동통신 기능을 가지는 PDA 또는 다른 기기를 포함하는 임의의 유형의 휴대용 무선통신기기 또는 시스템을 포함할 수 있다.

릴레이 또는 단말(20)은 기지국(10)으로 상향링크 채널을 통해 신호를 전송하고, 기지국(10)은 릴레이 또는 단말(20)로 하향링크 채널을 통해 신호를 전송한다. 만약 기지국(10)으로부터 릴레이를 통하여 전송되는 정보를 포함하는 하향링크 채널의 서브프레임은, 릴레이를 위한 제어 정보의 전송을 위한 제어 채널(control channel) 및 데이터의 전송을 위한 데이터 채널(data channel)과, 단말(20)을 위한 제어 정보의 전송을 위한 제어 채널 및 데이터의 전송을 위한 데이터 채널을 포함하도록 구성된다. 또한, 기지국(10)으로부터 직접 단말(20)로 전송되는 하향링크 채널의 서브프레임은, 단말(20)을 위한 제어 정보의 전송을 위한 제어 채널 및 데이터의 전송을 위한 데이터 채널을 포함하도록 구성된다. 릴레이 또는 단말(20)을 위한 각 제어 채널은 도1에 도시된 바와 같이 시간축 상에서 나머지 데이터 채널에 앞서 위치한다. 이는 릴레이 또는 단말(30a~30c)이 우선적으로 제어 채널을 수신하여 자신에게 전송되는 데이터 채널의 전송 여부를 인지함으로써 데이터 채널 수신 동작을 수행할 것인가를 판단하도록 하기 위함이다. 따라서, 각 릴레이 및 단말(20)은 제어 채널로부터 자신에게 전송되는 데이터 채널이 없다고 판단할 경우 이후의 데이터 채널을 수신할 필요가 없으므로 데이터 채널의 수신에서 소모되는 전력을 아낄 수 있다.

단말1(20a)에 다수 개의 캐리어 PCell(Primary Cell) 및 SCell(Secondary Cell)로 반송파 집적(CA: Carrier Aggregation)을 적용할 경우 하향 제어 정보는 E-PDCCH(enhanced PDCCH)로 전달할 수 있다. S-CH는 사용자 데이터를 전달하는 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel) 또는 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel)를 포함할 수 있다. 하기에서 보다 상세하게 설명될 본 발명에서 새롭게 제안하는 E-PDCCH는 용량 증대와 커버리지 확장을 지원할 수 있는 것이다.

하나의 기지국(10a)에서 서로 다른 단말을 MU-MIMO(Multi User MIMO) 기법을 사용하여 동시에 서비스할 경우 이에 대한 하향 제어 정보를 E-PDCCH로 전달할 수 있다.

하나의 기지국내 여러 섹터간 또는 X2 인터페이스로 연결되어 있는 서로 다른 노드 사이에 스케줄링 정보나 데이터를 공유하면서 하나의 단말(20d)에 CoMP(Coordinated Multi-Point operation) 기법을 적용할 경우 이에 대한 하향 제어 정보는 E-PDCCH로 전달할 수 있다.

3GPP LTE 릴리즈(Release) 8/9/10 시스템에서는 하향링크 상에서 단말(30a~30c)을 위한 제어 채널(PDCCH)과 데이터 채널(PDSCH)이 주파수-시간 영역의 자원을 배분하여 사용하고 있다. PDCCH는 상하향 스케줄링 할당 정보와 전력 제어 명령 등의 하향 제어 정보(DCI: Downlink Control Information) 등에 따라 여러 형태의 하향 제어 정보 형식을 전송하는데 사용된다.

PDCCH는 시스템 정보, 전력 제어 명령, 랜덤 액세스 시도에 대한 응답 정보의 전송과 같은 공통 목적과 사용자 요청 데이터를 스케줄링하기 위한 상/하향링크 할당 정보를 포함하고 있다. 반면에, PDCCH를 전송할 수 있는 물리 자원은 제한(예컨대 최대 3 심볼(symbol)까지로 제한)되므로 PDCCH의 용량 자체도 이에 따라 제한될 수 있다. LTE의 릴리즈 11 이후의 시스템에서 도입 예정인 CoMP는 전송단(transmission point) 간에 협력을 활용하여 시스템 성능을 향상시키는 기술로서 조인트 프로세싱(joint processing), 코디네이티드 스케줄링(coordinated scheduling) 등의 기법이 사용되기 때문에 현재보다 많은 스케줄링 정보가 필요할 것이다. 또한 LTE 릴리즈 10에서 도입된 반송파 집적에서는 채널 상태가 양호한 요소 반송파(component carrier)에서 모든 캐리어에 대해 스케줄링(scheduling)이 가능한 크로스 반송파 스케줄링(cross carrier scheduling)을 지원하기 때문에 하나의 캐리어에서 사용할 수 있는 PDCCH 용량이 증대된다. 또한 릴리즈 10 이후 증가한 하향링크 안테나에 대해 다중 사용자 접속 기법이 가능하므로 이 또한 PDCCH 용량 증가 요인이 된다.

이처럼 LTE-Advanced 이동통신 시스템에서는 데이터 채널의 용량과 커버리지를 확대하기 위한 방안으로 enhanced MIMO/MU-MIMO/CoMP/CA 등의 방안이 제안되었고, 이러한 방안의 사용으로 데이터 채널의 향상은 이루어졌지만, PDCCH 전송 용량 확대와 커버리지 확장 방안이 마련되어 있지 않다. 만약 PDCCH에 대한 개선 방안이 이루어지지 않는다면 향상된 데이터 채널의 용량과 커버리지는 사실상 사용이 불가능해지게 된다. 따라서, 이러한 개선을 실제로 적용할 수 있도록 PDCCH의 용량 및 커버리지 확장을 위한 방안이 뒷받침되어야 한다.

OFDMA 방식을 사용하는 3GPP LTE 시스템은 다중 대역폭(multiple bandwidth)에 대하여 정의하고 있는데, 이는 다음의 표1과 같다.

LTE는 OFDMA 방식을 사용하는 이동통신 시스템으로, 전송 프레임 구조는 도3과 같다. 도3은 10MHz의 전송 대역폭을 갖는 LTE DL(DownLink) 프레임 구조로서, 전송 안테나 포트(port)가 1번인 경우의 예이다.

도3을 참조하면, 서브프레임의 가로 방향은 시간축을 나타내고 세로 방향은 주파수축을 나타낸다. 서브프레임은 시간축을 따라 소정 수의 심볼을 포함하며, 주파수축을 따라 소정의 대역폭에 걸쳐 있다. 서브프레임 내의 각 영역은 시간과 주파수 영역에서 정해지는 무선 자원을 나타낸다.

LTE DL 프레임 구조에서 최소 전송 단위는 TTI(Transmission Time Interval)이다. 각각의 TTI(subframe)는 2개의 연속된 슬롯(짝수번째 슬롯(even-numbered slot)과 홀수번째 슬롯(odd-numbered slot)이 1TTI, 즉 한 쌍의 PRB(Physical Resource Block)를 구성함)으로 이루어진다. 하나의 슬롯은 50개의 RB(Resource Block)로 이루어진다. 예컨대 하나의 RB는 시간축 7심볼(l=0,...6)과 주파수축 12서브캐리어(subcarrier)로 이루어진다. 이 경우 각 RB는 84개(7x12=84개)의 RE(Resource Element)로 이루어진다. 기지국(10)에서 단말(20)로의 DL 데이터 전송은 RB 단위로 이루어진다. LTE DL 프레임 구조에서 DL 데이터의 전송은 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel)를 통해 이루어지고, DL 제어 정보 전송은 PDCCH(Physical Downlink Control Channel), PCFICH(Physical Control Format Indicator Channel), PHICH(Physical Hybrid ARQ Indicator Channel)를 통해 이루어진다. DL 동기 채널로는 P-SCH(Primary Synchronization Channel), S-SCH(Secondary Synchronization Channel)가 있다. 또한 DL 데이터 및 DL 제어 정보의 코히어런트(coherent) 검출(detection) 및 측정(measurement)을 위한 신호로 RS(Reference Signal)를 사용한다.

PCFICH는 제어 포맷 지시(CFI: Control Format Indicator) 정보를 전송하기 위한 물리 채널이다. CFI란 해당 서브프레임 내에서 PDCCH가 위치하는 OFDM 심볼의 수를 나타내는 2비트 길이의 정보이다. 단말(20)은 우선적으로 CFI를 수신하여야 비로서 PDCCH의 OFDM 심볼의 수를 파악할 수 있다. 따라서, 서브프레임을 수신한 단말(20)이 PCFICH를 해당 서브프레임 중 최초로 수신할 수 있도록 PCFICH는 해당 서브프레임의 첫 번째 OFDM 심볼 위치에 배치된다. PCFICH는 주파수 측면에서 분할된 복수의 영역에 걸쳐 위치하며 이로써 주파수 다이버시티에 의한 이득을 얻을 수 있다.

PDCCH는 이후 수신될 데이터 채널의 할당에 관한 정보 혹은 전력 제어에 관한 정보 등을 송신하는 제어 채널이다. PDCCH를 위한 변조 방식으로는 통상적으로 QPSK가 사용되는데, 단말(20)의 채널 상태에 따라 채널 부호화율을 변경하는 경우 PDCCH를 위하여 사용되는 자원의 양이 변경될 수 있다. 따라서 채널 상태가 양호한 단말(20)에 대해서는 높은 채널 부호화율을 적용하여 사용되는 자원의 양을 감소시킬 수 있다. 반면에 채널 상태가 불량한 단말(20)에 대해서는 사용되는 자원의 양을 늘리더라도 낮은 채널 부호화율을 적용하여 수신 정확도를 높일 수 있다.

PDSCH는 단말(20)로 전달되는 데이터를 송신하는 데이터 채널이다.

도3에서 개선하고자 하는 부분은 LTE에서 최대 3심볼까지 사용할 수 있는 PDCCH 영역에 관한 것이다.

PDCCH의 개선 방안은 크게 용량 확대와 커버리지 확대로 나누어 생각해 볼 수 있다. 설명의 편의를 위하여 기존 PDCCH를 "PDCCH"로, 새롭게 추가/수정되는 PDCCH를 "E-PDCCH"라고 정의한다.

제어 채널(PDCCH)의 용량을 증대시키기 위한 방안에는 크게 제어 채널(PDCCH)이 전송되는 자원 공간을 늘려주는 방안과, 변조 방식을 개선하여 적용하는 방안이 있을 수 있다.

먼저 제어 채널(PDCCH)의 용량을 증대시키기 위해서 제어 채널(PDCCH)이 전송되는 자원 공간을 늘려 주는 방안에 대해 살펴보기로 한다.

PDCCH의 용량을 증대시키기 위해서는 PDSCH의 영역을 사용하는 방안이 있을 수 있다. E-PDCCH는 기존의 PDSCH의 영역에 새로운 자원 형태를 정의하여 PDCCH를 전송한다. E-PDCCH를 전송하기 위한 자원 공간의 할당 방법은 TDM(Time Division Multilpexing), FDM(Frequency Division Multiplexing) 및 하이브리드(Hybrid) 할당 방법으로 크게 나눌 수 있다.

제1 실시예로서, LTE 표준에 정의된 제어 채널(PDCCH)의 영역에 E-PDCCH의 확장 영역에 관한 정보(OFDM 심볼 수 및/또는 RB 수 등)를 지시할 수 있다.

일실시예에 있어서, 도4에 도시된 바와 같이 단순히 지정된 심볼 전체(예컨대 4번째 심볼)를 E-PDCCH로 사용하는 경우를 지시할 수 있다. 이러한 방식은 TDM 할당 방식이라고 할 수 있다. TDM 할당 방식에서는 OFDM 심볼 단위로 E-PDCCH의 영역을 확장하여 제어 채널의 용량을 증대시킬 수 있다.

다른 실시예에 있어서, 도5에 도시된 바와 같이 지정된 RB 전체를 E-PDCCH로 사용하는 경우를 지시할 수 있다. 이는 E-PDCCH의 영역을 주파수축의 RB 단위로 할당하는 FDM 할당 방식이라고 볼 수 있다. FDM 할당 방식에서는 RB 단위로 E-PDCCH의 영역을 할당하여 제어 채널의 용량을 증대시킬 수 있다.

또 다른 실시예에 있어서, 도6a 및 도6b에 도시된 바와 같이 지정된 심볼의 특정 RB를 E-PDCCH로 사용하는 경우를 지시할 수 있다. 이는 E-PDCCH의 영역을 시간축의 심볼과 주파수축의 RB 단위로 할당하는 TDM+FDM 할당 방식(하이브리드 할당 방식)이라고 볼 수 있다. 하이브리드 할당 방식에서는 OFDM 심볼과 RB 단위로 E-PDCCH의 영역을 확장하여 제어 채널의 용량을 증대시킬 수 있다.

이처럼 기존 PDCCH 영역에서 새롭게 추가되는 E-PDCCH를 위한 확장 영역을 지시할 수 있다. 즉 PDCCH의 영역에 필요한 시그널링으로 E-PDCCH의 OFDM 심볼수(시작과 끝) 또는/및 RB의 수(시작과 끝)를 알려줌으로써 E-PDCCH의 확장 영역을 알려준다. 예컨대, E-PDCCH의 할당 영역에는 하향링크 승인 메시지(downlink grant message)와 상향링크 승인 메시지(uplink grant message)가 전달될 수 있다.

제2 실시예로서, E-PDCCH의 확장 영역에 관한 정보(OFDM 심볼 수 및/또는 RB 수 등)를 상위 계층의 메시지를 이용하여 지시할 수 있다. 이 경우에는 LTE 표준에 정의된 제어 채널(PDCCH)의 영역을 사용하지 않기 때문에 PDCCH의 용량 향상에 도움을 줄 수 있다. 일실시예에 있어서, 상위 계층 메시지는 RRC(Radio Resource Control) 메시지일 수 있다. RRC 메시지를 통한 방식은 셀 common 메시지 및/또는 dedicated 메시지를 이용하여 이루어질 수 있다. 한 번 전송된 E-PDCCH의 확장 영역에 관한 정보(OFDM 심볼 수 및/또는 RB 수 등)는 semi-static한 성격을 가지며, 기지국은 채널 상태의 변화나 셀 내 단말(UE)의 수 등을 고려하여 E-PDCCH의 확장 영역에 관한 정보(OFDM 심볼 수 및/또는 RB 수 등)를 변경할 수 있다.

제3 실시예로서, E-PDCCH의 확장 영역에 관한 정보(OFDM 심볼 수 및/또는 RB 수 등)를 사용되지 않는 RB을 이용하여 지시할 수 있다. LTE의 서브프레임 구조에서 0,1,10,11번째 슬롯은 PBCH(Physical Broadcast Control channeH), PSS(Primary Synchronization Signal), SSS(Secondary Synchronization Signal)가 전송되는 구간인데, 이러한 physical channel이 전송될 때 사용하는 RB 중에 사용하지 않는 영역이 있다. 이러한 사용되지 않는 영역을 이용하여 E-PDCCH의 OFDM 심볼 수, RB의 수를 전송할 수도 있다.

이제 제어 채널의 용량을 증대시키기 위해 변조 방식을 개선하여 적용하는 방안을 도7 및 도8을 참조하여 살펴보기로 한다.

현재 LTE를 위한 PDCCH의 변조 방식은 QPSK로 고정되어 있으나, 16QAM/64QAM을 고려하여 적용할 수 있다. 또한, spatial multiplexing 적용을 위해 랭크(rank)도 고려하여 용량을 증대시킬 수도 있다. 즉 기존 PDCCH의 변조 방식을 QPSK로 한정하지 않고 16QAM 혹은 64QAM의 변조 방식을 사용할 수도 있다. QPSK에 비교하여 16QAM 변조 방식은 2배, 64QAM 변조 방식은 3배의 용량 증대가 발생한다. 또한 기존 PDCCH는 MIMO 전송 방식 중에서 transmit diversity를 이용하여 전송이 이루어졌지만, E-PDCCH의 전송에서는 spatial multiplexing 방식도 고려될 수 있다. transmit diversity에 비교하여 spatial multiplexing 방식은 용량의 증대가 이루어진다. rank는 spatial multiplexing을 위한 조건 중의 하나로 무선 채널의 rank가 2이상인 경우에 적용 가능하다. 변조 방식은 채널의 상태(CQI)를 근거로 변경 가능하다. 즉, 단말(UE)이 보고하는 CQI를 근거로 변조 방식을 결정할 수 있다. 또한 단말이 보고하는 무선 채널의 rank를 이용하여 MIMO 방식도 결정할 수 있다. 계층(layer)은 정보 경로(information path)로 볼 수 있으며, 랭크(rank)의 값에 대응한다. 따라서 랭크는 계층의 개수를 나타낸다. 예컨대, 랭크는 부호어들(CW1, CW2)들의 변조 심벌들을 각 계층으로 맵핑하는데 사용된다.

도7은 하향링크 승인(downlink grant) 메시지를 기준으로 변조 방식을 개선하여 적용하는 과정을 보여준다.

수신기로의 처음 하향링크 전송에서는 제어 채널을 위한 기본값인 QPSK, rank1로 결정(제어 채널의 변조 방식과 rank를 QPSK, rank1로 결정)하고, 이후부터는 이전에 전송한 DL grant의 변조 방식과 rank를 기반으로 제어 채널의 변조 방식과 rank를 사용한다.

즉 하향링크 승인(DL grant) 메시지가 최초로 수신되면(701), 제어 채널을 위한 기본값인 QPSK, rank1로 결정한다(703). 이후 타이머(timer)를 설정한다(702). 이때 타이머는 DL grant가 전송되고 나서 다음 grant까지의 시간적 차이(gap)가 큰 경우를 고려하여, 즉 무선 채널의 변화가 발생하여 이전 값을 그대로 사용하기 어려운 경우를 염두해 둔 것이다.

만약 수신된 하향링크 승인(DL grant) 메시지가 최초 메시지가 아닌 경우에는(701) 타이머의 종료 여부를 판단하여(704), 타이머가 종료되면(유효값 이상인 경우) 채널의 변화를 무시할 정도가 아니므로 제어 채널의 변조 방식과 rank를 QPSK, rank1로 다시 결정하고(702) 타이머를 설정하는 과정(703)을 반복한다. 그러나, 타이머가 종료되지 않으면(유효값 범위내) 이전 변조 방식과 rank를 사용하고(705), 타이머를 리셋한다(706).

도8은 수신기로부터 보고되는 상향링크 피드백(uplink feedback) 메시지를 기준으로 변조 방식을 개선하여 적용하는 과정을 보여준다.

상향링크 피드백(UL feedback) 정보가 없는 경우 혹은 처음 데이터 전송이 발생하는 시점에는 기본값인 QPSK, rank1로 결정(제어 채널의 변조 방식과 rank를 QPSK, rank1로 결정)하고, 피드백 정보가 있는 경우에는 단말로부터 마지막으로 보고된 값을 사용하여 제어 채널의 변조 방식과 rank를 결정한다.

즉 수신기로부터 보고되는 상향링크 피드백 정보가 없으면(801), 제어 채널을 위한 기본값인 QPSK, rank1로 시작한다(802). 이후 타이머(timer)를 설정한다(803). 이때 타이머는 피드백 정보가 보고되지 않는 경우를 고려하여 필요한 것이다.

만약 수신기로부터 보고되는 상향링크 피드백 정보가 있으면(801), 타이머의 종료 여부를 판단하여(804), 타이머가 종료되면(유효값 이상인 경우) 제어 채널의 변조 방식과 rank를 QPSK, rank1로 다시 결정하고(802) 타이머를 설정하는 과정(803)을 반복한다. 그러나, 타이머가 종료되지 않으면(유효값 범위내) 마지막으로 보고된 값을 사용하여 변조방식과 rank를 결정하고(805), 타이머를 리셋한다(806).

한편 제어 채널 영역에 대한 변조 방식과 rank를 상위 계층 파라미터를 사용하여 변경할 수도 있다. 이러한 방식은 채널 상태의 변화에 적응력이 다소 떨어지며, 변조 방식을 변경하고자 하는 경우 상위 계층 파라미터를 다시 전달하여 주어야 한다. 이 방식은 기존 PDCCH가 QPSK, transmit diversity로 고정되어 전송되어지지만, E-PDCCH에서는 단말이 보고하는 CQI를 근거로 단말의 채널 상태에 적합한 변조 방식과 MIMO 기법을 RRC 메시지를 통하여 결정하여 주는 방식이다.

마지막으로 먼저 제어 채널(PDCCH)의 커버리지를 확장하는 방안에 대해 살펴보기로 한다.

PDCCH의 커버리지를 확장하기 위해서는 PDSCH에 적용하고 있는 beamforming 방식을 E-PDCCH에도 적용할 수 있다. beamforming의 적용은 위에서 살펴본 PDCCH 용량 향상 방안(도5, 도6a 및 도6b, 도7, 도8)에 적용 가능하다. 다만 도4의 TDM 할당 방식은 LTE의 beamforming 방식이 RB 단위의 DMRS를 사용하기 때문에 다소 부적합할 것으로 보여진다.

beamforming은 이미 PDSCH에 적용이 이루어지고 있는 방식으로서, DMRS(UE-specific)를 이용하여 적용되는 방식이다. E-PDCCH가 전송되는 영역은 PDSCH 영역의 일부를 사용하므로, beamforming의 적용은 전송 데이터가 PDSCH에서 E-PDCCH로 바뀐다는 것을 제외하면 같은 방식을 적용하는 것이 가능하다.

상기 방법은 특정 실시예들을 통하여 설명되었지만, 상기 방법은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 케리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 상기 실시예들을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.

본 명세서에서는 본 발명이 일부 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 이해할 수 있는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있다는 점을 알아야 할 것이다. 또한, 그러한 변형 및 변경은 본 명세서에 첨부된 특허청구의 범위 내에 속하는 것으로 생각되어야 한다.

10: 기지국 20: 단말
FR: 제어 채널 영역

Claims (21)

1. 제어 채널을 확장하는 방법으로서,
   a) 하향링크 서브프레임 상에서 제어 정보를 전송하기 위한 제어 채널을 데이터 채널 영역의 일부에 추가로 할당하는 단계; 및
   b) 추가로 할당된 제어 채널에 관한 정보를 지시하는 단계를 포함하는 제어 채널 확장 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 정보는, 시간축 OFDM 심볼 수 및 주파수축 자원 블록(RB)의 수 중 적어도 하나인, 제어 채널 확장 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 단계 b)에서 상기 정보를 제어 채널 영역에 할당하여 지시하거나, RRC 메시지를 이용하여 지시하거나, LTE 표준의 사용되지 않는 RB를 이용하여 지시하는, 제어 채널 확장 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제어 채널 영역은, 시간축 상에서 상기 데이터 채널 영역 이전에 위치한 3 OFDM 심볼인, 제어 채널 확장 방법.
5. 제2항에 있어서,
   상기 단계 a)에서 추가로 할당된 제어 채널의 전송시 빔포밍(beamforming) 방식을 적용하는, 제어 채널 확장 방법.
6. 제1항 내지 제5 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제어 채널은, PDCCH(Physical Downlink Control Channel)이고,
   상기 데이터 채널은, PDSCH(Physical Downlink Shared Channel)인, 제어 채널 확장 방법.
7. 제어 채널을 확장하는 방법으로서,
   a) 하향링크 승인(DL grant) 메시지를 수신하는 단계; 및
   b) 상기 메시지에 기반하여 제어 채널의 변조 방식 또는 랭크 중 적어도 하나를 변경하여 적용하는 단계를 포함하는 제어 채널 확장 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 단계 b)에서,
   최초 하향링크 승인 메시지 수신시에는 변조 방식과 랭크를 QPSK 변조 방식과 rank 1로 결정하여 적용하고, 이후부터는 무선 채널의 변화를 감안하여 이전에 전송한 하향링크 승인 메시지의 변조 방식과 랭크를 기반으로 제어 채널의 변조 방식과 랭크를 결정하여 적용하는, 제어 채널 확장 방법.
9. 제어 채널을 확장하는 방법으로서,
   상향링크 피드백(UL feedback) 메시지를 수신하는 단계; 및
   상기 메시지에 기반하여 제어 채널의 변조 방식 또는 랭크 중 적어도 하나를 결정하여 적용하는 단계를 포함하는 제어 채널 확장 방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 단계 b)에서,
    상기 상향링크 피드백 메시지가 수신되지 않으면 변조 방식과 랭크를 QPSK 변조 방식과 rank 1로 결정하여 적용하고, 상기 상향링크 피드백 메시지가 수신되면 마지막으로 보고된 값을 제어 채널의 변조 방식과 랭크를 결정하여 적용하는, 제어 채널 확장 방법.
11. 제7항 또는 제9항에 있어서,
    상기 변조 방식은, 단말이 보고하는 채널의 상태(CQI)를 이용하여 결정하고,
    상기 단말이 보고하는 무선 채널의 상기 랭크를 이용하여 MIMO 방식을 결정하는, 제어 채널 확장 방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 변조 방식과 상기 MIMO 방식을 RRC 메시지를 통하여 결정하는, 제어 채널 확장 방법.
13. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 채널은, PDCCH(Physical Downlink Control Channel)인, 제어 채널 확장 방법.
14. 이동통신 시스템으로서,
    하향링크 서브프레임 상에서 제어 정보를 전송하기 위한 제어 채널을 데이터 채널 영역의 일부에 추가로 할당하고, 추가로 할당된 제어 채널에 관한 정보를 지시하되,
    상기 정보는, 시간축 OFDM 심볼 수 및 주파수축 자원 블록(RB)의 수 중 적어도 하나인, 이동통신 시스템.
15. 제14항에 있어서,
    상기 정보를 제어 채널 영역에 할당하여 지시하거나, RRC 메시지를 이용하여 지시하거나, LTE 표준의 사용되지 않는 RB를 이용하여 지시하는, 이동통신 시스템.
16. 제14항에 있어서,
    추가로 할당된 제어 채널의 전송시 빔포밍(beamforming) 방식을 적용하는, 이동통신 시스템.
17. 제14항에 있어서,
    상기 제어 채널은, PDCCH(Physical Downlink Control Channel)이고,
    상기 데이터 채널은, PDSCH(Physical Downlink Shared Channel)인, 이동통신 시스템.
18. 이동통신 시스템으로서,
    하향링크 승인(DL grant) 메시지 또는 상향링크 피드백(UL feedback) 메시지에 기반하여 제어 채널의 변조 방식 또는 랭크 중 적어도 하나를 변경하여 적용하는, 이동통신 시스템.
19. 제18항에 있어서,
    상기 변조 방식은, 단말이 보고하는 채널의 상태(CQI)를 이용하여 결정하고,
    상기 단말이 보고하는 무선 채널의 상기 랭크를 이용하여 MIMO 방식을 결정하는, 이동통신 시스템.
20. 제18항에 있어서,
    상기 변조 방식과 상기 MIMO 방식을 RRC 메시지를 통하여 결정하는, 이동통신 시스템.
21. 제18항에 있어서,
    상기 제어 채널은, PDCCH(Physical Downlink Control Channel)인, 이동통신 시스템.

Images