KR20140129984A

KR20140129984A - 사용자신호검출을 위한 제어신호를 통한 셀간 간섭 제어

Info

Publication number: KR20140129984A
Application number: KR1020130048984A
Authority: KR
Inventors: 곽진삼; 손주형
Original assignee: 인텔렉추얼디스커버리 주식회사
Priority date: 2013-04-30
Filing date: 2013-04-30
Publication date: 2014-11-07

Abstract

본 발명은 무선 통신에 관한 것으로 더욱 상세하게는 무선통신 시스템에서 제어신호를 전송하는 방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은, 하나의 시간-주파수 자원내에 제어채널과 데이터 채널이 공존 가능한 새로운 구조를 제안하고, 이를 통해 무선자원의 효율을 높인다. 데이터와 제어채널은 시분할방식으로 상호 공존하며, 공존하는 제어채널은 제어신호와 참조신호의 영역을 새로이 할당하여, 제어신호의 신뢰도를 유지하도록 제안하고 있다. 또한, 인접셀 간의 간섭을 측정하거나, 이를 제어하기 위한 보조 제어 신호를 새로이 제안하고, 이를 통해 기지국/단말의 간섭 제어 방법을 제안한다. 또한 제안된 보조 제어 신호를 전송하기 위한 새로운 제어 채널 구조를 설계하고, 이를 통해 기존의 레기시 단말과 공존이 가능하도록 제안하여, 레거시 단말의 오동작을 방지하기 위한 기지국-단말간의 관련 정보 송수신 방법을 제안하고 있다.

Description

사용자신호검출을 위한 제어신호를 통한 셀간 간섭 제어 {Inter-cell Interference Management Using a Control Information for User Signal Detection}

본 발명은 무선 통신에 관한 것으로 더욱 상세하게는 무선통신 시스템에서 제어신호를 전송하는 방법에 관한 것이다.

WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access) 무선 접속(radio access) 기술을 기반으로 하는 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 무선 통신 시스템은 전세계에서 광범위하게 전개되고 있다. WCDMA의 첫번째 진화 단계로 정의할 수 있는 HSDPA (High Speed Downlink Packet Access)는 중기적인(mid-term) 미래에서 높은 경쟁력을 가지는 무선 접속 기술을 3GPP에 제공한다.

장기적인 미래에서 높은 경쟁력을 제공하기 위한 것으로서 E-UMTS가 있다. E-UMTS는 기존의 WCDMA UMTS에서 진화한 시스템으로 3GPP에서 표준화 작업을 진행하고 있다. E-UMTS는 LTE(Long Term Evolution) 시스템이라 불리기도 한다. UMTS 및 E-UMTS의 기술 규격(technical specification)의 상세한 내용은 각각 "3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network"의 Release 8 또는 그이후 release를 참조할 수 있다.

E-UMTS는 크게 단말(User Equipment; UE)과 기지국, 네트워크(E-UTRAN)의 종단에 위치하여 외부 네트워크와 연결되는 접속 게이트웨이(Access Gateway; AG)로 구성된다. 통상적으로 기지국은 브로드캐스트 서비스, 멀티캐스트 서비스 및/또는 유니캐스트 서비스를 위해 다중 데이터 스트림을 동시 송신할 수 있다. LTE 시스템에서는 다양한 서비스를 하향 전송하기 위해 직교주파수 분할 다중화 방식(Orthogonal frequency divisional multiplexing; OFDM)과 다중안테나(Multi-input Multi-out; MIMO)를 사용하고 있다.

OFDM은 고속 데이터 하향링크 접속 시스템을 대표한다. OFDM의 이점은 할당된 전체 스펙트럼이 모든 기지국에 의해 사용될 수 있는 높은 스펙트럼 효율성이다. OFDM 변조에서 전송 대역은 주파수 영역에서 복수의 직교하는 부반송파로 나누어지고, 시간 영역에서 복수의 심볼로 나누어진다. OFDM은 전송 대역을 복수의 부반송파로 분할하므로 부반송파 당 대역폭은 감소하고 반송파당 변조 시간은 증가한다. 상기 복수의 부반송파가 병렬로 전송되므로, 특정 부반송파의 디지털 데이터 또는 심볼 전송률은 단일 반송파보다 낮아진다.

다중안테나(Multiple input mulple output; MIMO) 시스템은 복수의 송수신 안테나를 사용하는 통신 시스템이다. MIMO 시스템은 송수신 안테나의 수가 증가함에 따라 추가적인 주파수 대역폭의 증가없이 채널 용량을 선형적으로 증가시킬 수 있다. MIMO 기술은 다양한 채널 경로를 통과한 심볼을 이용하여 전송 신뢰도를 높일 수 있는 공간 다이버시티(spatial diversity) 방식과, 복수의 송신 안테나를 사용하여 각 안테나가 동시에 별개의 데이터 스트림을 전송하여 전송 레이트를 증가시키는 공간 멀티플렉싱(spatial multiplexing) 방식이 있다.

MIMO 기술은 송신단에서 채널 정보를 알고 있는지 여부에 따라 크게 개-루프(open-loop) MIMO 기술과 폐-루프(closed-loop) MIMO 기술로 분류될 수 있다. 상기 개-루프 MIMO 기술에서 송신단은 채널 정보를 알고 있지 않다. 상기 개-루프 MIMO 기술의 예로는 PARC(per antenna rate conrol), PCBRC(per common basis rate control), BLAST, STTC, 랜덤 빔포밍(random beamforming) 등이 있다. 반면, 상기 폐-루프 MIMO 기술에서 송신단은 채널 정보를 알고 있다. 폐-루프 MIMO 시스템의 성능은 상기 채널 정보를 얼마나 정확하게 알고 있느냐에 따라 좌우된다. 상기 폐-루프 MIMO 기술의 예로는 PSRC(per stream rate control), TxAA 등이 있다.

채널 정보란 복수의 송신 안테나 및 복수의 수신 안테나 간의 무선 채널 정보(예, 감쇄, 위상 편이 또는 시간지연 등)를 의미한다. MIMO 시스템에서는, 복수의 송수신 안테나 조합에 의한 다양한 스트림 경로가 존재하고, 다중 경로 시간 딜레이로 인해 채널 상태가 시간에 따라 시간/주파수 영역에서 불규칙하게 변하는 페이딩 특성을 갖는다. 따라서, 송신단은 채널 추정을 통하여 채널 정보를 산출한다. 채널 추정이란 왜곡된 전송 신호를 복원 하기 위해 필요한 채널 정보를 추정하는 것이다. 예를 들어, 채널 추정은 반송파의 크기 및 기준 위상을 추정하는 것을 말한다. 즉, 채널 추정은 무선구간 또는 무선채널의 주파수 응답을 추정하는 것이다.

고속의 패킷 전송을 위한 다양한 송신 또는 수신 기법들을 구현하기 위해서는 시간, 공간 및 주파수 영역에 대한 제어신호 전송이 필수불가결한 요소이다. 제어신호를 전송하는 채널을 제어 채널이라 한다. 상향링크 제어신호로는 하향링크 데이터 전송에 대한 응답인 ACK(Acknowledgement)/NACK(Negative-Acknowledgement) 신호, 하향링크 채널품질을 가리키는 CQI(Channel Quality Indicator), PMI(Precoding Matrix Index), RI(Rank Indicator) 등 여러 가지 종류가 있을 수 있다.

일반적으로 제어 채널은 데이터 채널에 비해 더 한정된 시간-주파수 자원을 사용한다. 시스템의 주파수 효율(spectral efficiency) 및 다중 사용자 다이버시티 이득을 높이기 위해서는 무선 채널의 상태 정보 피드백이 필요하다. 따라서, 고용량의 피드백을 위한 효율적인 제어채널 설계는 불가피하다. 또한, 단말의 전력 소모를 낮추기 위해 좋은 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)/CM(Cubic Metric) 특성을 갖도록 제어채널이 설계되어야 한다.

3GPP(3rd Generation Partnership Project) TS(Technical Specification) 릴리이즈(Release) 8 및 및 이후를 기반으로 하는 LTE(long term evolution) 이동통신 표준에서는 3GPP TS 36.211 V8.4.0 (2008-09) "Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical Channels and Modulation (Release 8)"에 나타난 바와 같이, LTE에서 물리채널은 데이터 채널인 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel)와 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel) 및 제어채널인 PDSCH(Physical Downlink Control Channel)과 PUCCH(Physical Uplink Control Channel)로 나눌 수 있다.

하향링크 제어채널인 PDCCH는 단말의 PDSCH 수신을 위한 하향링크 그랜트(grant)와 단말의 PUSCH 전송을 위한 상향링크 그랜트를 나른다. 상향링크 제어채널인 PUCCH는 상향링크 제어신호, 예를 들어, HARQ(hybrid automatic repeat request)를 위한 ACK(positive-acknowledgement)/NACK(negative-acknowledgement) 신호, 하향링크 채널 상태를 나타내는 CQI(channel quality indicator), 상향링크 전송을 위한 무선 자원 할당을 요청하는 SR(scheduling request) 등을 나른다. 제어채널은 전송 용량보다 전송 신뢰성이 중요하다고 할 수 있다. 제어채널의 전송에 오류가 발생하면, 데이터 채널을 아예 수신할 수 없거나, 스케줄링이나 HARQ 수행에 심각한 영향을 초래할 수 있기 때문이다. 따라서, 일반적으로 제어채널의 페이로드(payload)는 수비트 내지 수십 비트이내로 한정적이다. 또한, 상향링크 제어채널은 단말의 전원 관리를 위해 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)/CM(cubic metric) 특성이 중요하다. 긴 대기 시간과 낮은 배터리 소모를 위해 상향링크 제어채널은 낮은 PAPR/CM 특성을 가지는 것이 필요하다.

본 발명의 목적은 공통 참조 신호를 이용하여 스몰셀에 적합한 참조 신호 전송을 위한 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 스몰셀의 채널 환경에 적합한 공통참조 신호, 복조 참조 신호 전송 및 데이터 추가 자원할당을 위한 장치를 제공하는 것이다.

통신 시스템이 발전하면서 매번 통신 기법에 대해서 새로운 시스템을 정의하기 보다는 기존 시스템의 성능을 개선시켜서 최소의 비용으로 목표를 달성하는 방법을 채용한다. 특히 통신시스템의 경우에는 단순히 단말이나 기지국의 RF 인터페이스 뿐만 아니라 모든 기반 시설에 영향을 줄 수 있으므로, 이의 변경을 최소화하는 방안이 상업적으로 의미를 갖게 되고, 이러한 환경에서 새로운 버전의 통신 시스템은 기존 시스템의 특징을 유지해야 하는 제약을 가지게 된다. 특히 주요 요구사항은 기존 시스템의 성능을 떨어뜨리지 않고 새로운 시스템의 기능을 제공하는 것이며 이러한 상황은 현재 LTE/LTE-A release 8/9/10/이후 버전의 관계에서 발생하고 있다. 이러한 상황은 IEEE 802.16m이나 그 외 통신 시스템에서도 레거시 시스템 (legacy system)의 동작을 보장해 줘야 한다는 조건이 있을 때 마찬가지로 발생한다. 성능 개선의 기본은 변조 오더 (order)를 증가시키거나 안테나 수를 늘리거나 간섭으로 인한 영향을 줄이거나 하는 등의 기법들이 필요하게 되는데, 이 경우 더 많은 피드백 정보가 필요하게 된다. 다시 말해서, 고속의 패킷 전송을 위한 다양한 송신 또는 수신 기법들을 구현하기 위해서는 시간, 공간 및 주파수 영역에 대한 제어신호 전송이 필수불가결한 요소이다. 제어신호를 전송하는 채널을 제어채널이라 한다. 수신기에서의 귀환 정보를 기반으로 전송기에서 효과적인 재전송을 수행함으로써 한정된 무선자원의 효율을 극대화하는 방안들이 활발히 논의되고 있다.

제어신호의 신뢰성은 시스템의 신뢰성과 관련이 있으므로 제어채널에서 제어신호의 검출에 따른 신뢰성을 높여야 한다. 단말 용량 및 전송 용량을 증가시키면서 변화하는 채널 환경에 강인한 제어채널 구조가 필요하다. 나아가, 스몰셀과 같이 피코셀, 펨토셀 등 100m이내의 셀 커버리지를 갖는 다양한 셀 토폴로지에서는 각 셀에서 겪는 무선채널의 지연 특성이 큰 커비리지의 셀과 상이하고, 이로 인해 크게 2가지의 채널 특성을 고려하여 제어채널 구조 설계가 필요하다.

1)무선 채널의 주파수 선택적 특성 (frequency selectivity): 지연 확산 (delay spread)으로 정의되는 무선 채널은 다중 경로를 통해 다양한 지연 시간을 가지고 신호가 수신되게 된다. 이로 인해, 무선 채널은 임펄스 함수 (impulse function)으로 정의되지 않고, 복수의 delay로 정의되는 지연 프로파일을 갖는다. 이는 주파수 영역에서 일정한 채널 이득을 제공하지 못하고, 주파수에서의 채널 변화를 야기하게 되어, 이를 주파수 선택적 특성을 갖는다고 한다. 스몰셀의 경우, 커버리지가 작고, 대부분 실내 등 채널 특성이 이동통신의 열악한 환경과 달라 지연확산 시간이 수 ns이하로 줄어들 수 도 있다. 이는 결국 주파수 선택적 특성이 심각하지 않아 코히어런트 대역폭 (coherent bandwidth)를 크게 갖게 되어, 인접 부반송파간의 채널 특성이 유사하게 된다.

2)무선 채널의 시간 선택적 특성 (time selectivity): 스몰셀로 인해 빈번한 핸드오버 발생을 줄이기 위해서 해당 스몰셀의 경우 보행자 또는 정지된 사용자가 사용하는 것이 바람직하고, 이로 인해 단말의 이동 특성이 저속/정지로 제한될 수 있다. 이 경우, 무선채널의 변화에 영향을 주는 도플러효과가 감소하게 되어 채널의 시간 선택적 특성 (time selectivity)이 고속 이동체와 달리 인접 심볼간의 채널 변화량이 감소하게 된다. 이는 코히어런트 시간 (coherent time)이 길어져서 시간상으로 인접한 부반송파 간의 채널 변화가 적게된다.

위와 같이 스몰셀이 갖는 시간-주파수 채널 변화의 강점과 함께, 스몰셀내에 단말은 매크로셀 대비 작아, 제어채널의 멀티플렉싱 특징에 대해서도 재고려 필요하다. 다시 말해서, 현재 레거시 제어채널 구조에서 자원의 효율적 활용을 위해 제어채널 자원의 오버헤드를 줄이고, 스몰셀의 커버리지에서 지원 가능한 제어채널 구조에서 최소한의 자원으로 매크로 대비 작은 수의 단말을 지원하는 방안이 필요하다. 또한, 스몰셀 만을 지원하기 위한 단말의 신규 제어 채널 정보를 전송하기 위한 새로운 자원 확보도 병행되어 설계되는 것이 바람직하다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 상향링크 제어 신호를 전송하는 무선 통신 시스템에서 스몰셀 환경을 고려하여 상향링크 제어채널의 자원을 효율적으로 활용하여 제어정보를 전송 및 그의 시그널링 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 스몰셀 지원 단말을 위한 전용 제어 정보를 확장하여 새로운 상향 링크 제어채널 전송 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상향링크 제어 채널을 확장하는 경우에 역지원성(backward compatibility)을 가지면서 참조 신호를 전송/수신하는 방법 및 그의 시그널링 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 상향 링크용 제어 신호들을 사용하는 셀룰러 통신 시스템에 있어서, 하나의 시간-주파수 자원 할당 영역 내에 제어신호전송 채널과 데이터 전송 채널이 공존하는 셀룰러 통신 시스템을 제공한다. 상기 하나의 시간-주파수 자원 할당영역은 하나의 Physical Resource Block을 특징으로 하며, 상기 제어신호전송채널은 상향링크 제어 채널로서 PUCCH를 특징으로 한다. 상기 제어신호전송채널과 데이터 전송 채널의 공존은 제어 채널의 슬롯 단위 주파수 홉핑을 사용하지 않는 것을 특징으로 하며, 상기 제어신호전송채널과 데이터 전송 채널의 공존은 하나의 서브프레임 내에서 Time Division Multiplexing을 통해 제공된다.

일 측면에서 본 발명은 무선 통신 시스템에서의 제어신호를 전송하는 방법에 있어서, 상기 제어 신호 전송을 위해 슬롯 (slot)내의 OFDM 심볼을 할당하는 단계; 데이터 전송을 위해 슬롯 내의 OFDM 심볼을 할당하는 단계; 제어 및 데이터 전송을 위해 공통 참조 신호를 할당하는 단계를 포함하는 제어 신호 전송 방법을 제공한다. 상기 제어신호 및 데이터 전송을 위해 할당하는 슬롯내의 OFDM 심볼의 수는 4 이하 인 것을 특징으로 하며, 상기 참조 신호 전송을 위해 할당하는 슬롯 내의 OFDM 심볼의 수는 3 이하 인 것을 특징으로 한다. 동일한 시간-주파수 자원 내에서 제어 및 데이터 채널을 동일한 사용자에게 할당하는 것을 허용하며, 제어신호 전송을 위해 길이 4이하의 시간영역 확산 부호를 사용하는 것을 특징으로 할 뿐만 아니라, 제어신호는 ACK/NACK, SR로서 1 또는 2 bit 정보 제어 정보 전송을 특징으로 하는 제어 신호 전송 방법을 제공한다.

다른 측면에서, 본 발명은 무선 통신 시스템에서의 제어신호를 전송하는 방법에 있어서, 상기 제어 신호 전송을 위해 슬롯 (slot)내의 OFDM 심볼을 할당하는 단계; 데이터 전송을 위해 슬롯 내의 OFDM 심볼을 할당하는 단계; 제어 및 데이터 전송을 위해 공통 참조 신호를 서로 다른 심볼에 할당하는 단계를 포함하는 제어 신호 전송 방법을 제공한다. 상기 제어신호 및 데이터 신호 전송을 위해 할당하는 슬롯내의 OFDM 심볼의 수는 4 이하이며, 상기 참조 신호 전송을 위해 할당하는 슬롯 내의 OFDM 심볼의 수는 3 이하 인 것을 특징으로 한다. 동일한 시간-주파수 자원 내에서 제어 및 데이터 채널을 동일한 사용자에게 할당하는 것을 허용하지 않으며, 제어신호 전송을 위해 길이 4이하의 시간영역 확산 부호를 사용하는 것을 특징으로 한다. 제어신호는 ACK/NACK, SR, CQI을 포함하는 것을 특징으로 한다.

다른 측면에서, 본 발명은 무선 통신 시스템에서의 복수의 제어 신호 및 데이터를 하나의 서브프레임에 전송 방법에 있어서, 제 1 제어 신호 전송 자원과 제 2 제어신호의 전송 자원 동일한 심볼로 구성하는 단계; 제 1 제어 신호 전송 자원 내의 참조신호와 제 2 제어 신호 전송 자원 내의 참조 신호를 동일한 심볼에 할당하는 단계; 제 1 제어 신호와 제 2 전송 신호를 구분하기 위해 특정 시퀀스의 순환 시프트를 서로 다르게 할당하는 단계; 및 상기 서브프레임을 전송하는 단계를 포함하는 제어 신호 및 데이터 전송 방법을 제공한다. 상기 제 1 제어 신호 및 제 2 제어 신호는 PUCCH format 1, 2, 또는 3을 특징으로 하며, 상기 특정 시퀀스는 Zad-off Chu 시퀀스의 특정 root index를 가진다. 또한, 상기 제어 신호 전송 자원은 하나의 서브프레임내의 데이터 전송 자원과 겹치지 않는 것을 특징으로 하는 제어 신호 및 데이터 전송 방법을 제공한다.

다른 측면에서, 본 발명은 매크로 셀을 포함하는 복수의 기지국이 존재하는 셀룰러 통신 시스템에 있어서, 단말이 복수의 기지국으로부터 수신하는 신호로부터 인접 셀의 간섭 정보를 획득하는 단계; 단말이 인접셀의 간섭 정보를 serving 기지국으로 전송하는 단계; 하나 또는 그 이상의 단말로부터 수신한 간섭 정보를 기반으로 주변 셀 간섭 제어 요청을 결정하는 단계; 간섭 제어 정보를 주변 기지국에 전송하는 셀룰러 통신 시스템을 제공한다. 상기 인접 셀의 간섭 정보는 스몰셀로서 피코셀, 마이크로셀, 펨토셀을 포함하며, 상기 단말이 인접셀 정보를 기지국에게 전송하는 시간-주파수 자원은 단말간에 공통 자원으로 사용하며, 상기 공통 자원으로 수신하는 복수 단말의 간섭 정보는 전력 또는 에너지 수준의 검출을 통해 정보를 획득하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 통신 시스템을 제공한다.

다른 측면에서, 본 발명은 매크로 셀을 포함하는 복수의 기지국이 존재하는 셀룰러 통신 시스템에 있어서, 기지국이 단말의 신호 검출을 위한 무선 자원을 단말에게 할당하는 단계; 할당된 자원을 통해 단말의 추가 제어 정보를 전송하는 단계; 수신된 단말의 제어 정보를 기반으로 기지국이 제어 신호를 생성하고 전송하는 단계를 포함하는 셀룰러 통신 시스템을 제공한다. 상기 기지국이 할당하는 자원은 PUCCH의 영역을 지사하는 것을 특징으로 하며, 상기 추가 제어 정보는 기지국에게 단말의 신호 세기를 검출하거나, 주변 셀의 간섭 정보를 제공하는 것을 특징으로 한다. 상기 기지국이 생성하는 제어 신호는 단말의 접속상태를 확인하기 위한 단말 요청 정보인 것을 특징으로 하며, 상기 기지국이 생성하는 제어 신호는 주변 기지국의 간섭 제어를 위한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 기지국의 새로운 제어 정보는 단말이 전송한 추가 제어 정보를 기반으로 선택적으로 동작한다. 또한, 상기 기지국의 새로운 제어 정보는 HARQ 재전송의 최대 횟수를 달성한 이후에 전송하는 것을 특징으로 한다.

다른 측면에서, 본 발명은 무선 통신 시스템에서의 제어신호를 전송하는 방법에 있어서, 상기 제어 신호 전송을 위해 슬롯 (slot)내의 4개의 OFDM 심볼을 할당하는 단계; 제어 신호를 전송하기 위해 길이 4의 [+1, +1, -1, -1] 시퀀스를 이용하여 시간영역 하는 단계를 포함하는 제어 신호 전송 방법을 제공한다. 상기 제어신호는 커버리지가 작은 셀 전용 제어정보를 특징으로 하며, 상기 제어 신호는 사용자 신호 세기를 검출하는 신호, 주변 셀의 간섭을 나타내는 정보를 포함한다. 제어신호는 M-QAM 변조를 통해 전송하거나 에너지 또는 전력 수준의 변화로 변조하는 것을 특징으로 하며, PUCCH Format 1 또는 2와 공존이 가능한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예들에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상향링크 제어 신호의 오버헤드를 최소화 하고, 데이터와 제어 신호 자원의 효율을 향상 시킬 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따르면, 주변셀간의 간섭을 측정하고, 이를 효과적으로 관리하기 위한 제어 신호 채널 구조 및 동작원리를 제공한다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 3GPP LTE에서 사용되는 라디오 프레임의 구조를 나타낸다.
도 2는 하향링크 슬롯에 대한 자원 그리드(resource grid)를 나타낸다.
도 3은 하향링크 라디오 프레임의 구조를 나타낸다.
도 4는 3GPP LTE에서 상향링크 제어신호 전송을 위한 시간-주파수 자원 구조를 나타낸다.
도 5는 PUCCH 포맷 1/1a/1b로서 스케쥴링 요청 (scheduling request, 이하 SR) 신호 및ACK/NACK 전송을 위한 한 슬롯에서의 제어채널 구조를 나타낸다.
도 6은 하향링크 반송파 결합을 지원하는 ACK/NACK 전송 개념도를 나타내고 있다.
도 7는 PUCCH 포맷 2로서 채널상태정보 (Channel Quality Information, 이하 CQI) 전송을 위한 한 슬롯에서의 제어채널 구조를 나타낸다.
도 8는 PUCCH 포맷 3로서 복수 반송파 결합에 대한 ACK/NACK 정보 전송을 위한 제어채널 구조를 나타낸다.
도 9는 스몰셀에 적합한 새로운 PUCCH 구조로 주파수 홉핑을 제거한 방법을 나타낸다.
도 10은 스몰셀에 적합한 새로운 PUCCH 구조로 주파수 홉핑을 제거 후 PUSCH를 추가할당 하는 방법을 나타낸다.
도 11은 스몰셀에 적합한 새로운 PUCCH 구조로 주파수 홉핑을 고려하고, PUSCH를 추가할당 하는 방법을 나타낸다.
도 12는 참조신호 공유를 적용한 스몰셀에 적합한 슬롯당 새로운 PUCCH 포맷 1 구조를 나타낸다.
도 13은 PUSCH 전용 참조신호를 할당한 스몰셀에 적합한 슬롯당 새로운 PUCCH 포맷 1 구조를 나타낸다.
도 14는 스몰셀에 적합한 슬롯당 새로운 PUCCH 포맷 2 구조를 나타낸다.
도 15는 ZC 시퀀스의 순환 시프트를 이용하여 동일 PRB내에 서로 다른 PUCCH 포맷 및PUSCH가 공존하는 예를 나타낸다.
도 16는 스몰셀 환경에서 인접 매크로 셀을 고려한 간섭 시나리오를 나타내고 있다.
도 17은 매크로-스몰셀간의 간섭 제어 방법으로 단말의 피드백 기반의 기지국간 협력의 예를 보이고 있다.
도 18은 매크로-스몰셀간의 간섭 제어 방법으로 기지국이 단말의 간섭 상태를 파악하여 간섭을 제어하는 과정을 나타내고 있다.
도 19은 사용자 신호 검출을 위한 기지국의 구체적인 동작과정을 나타내고 있다.
도 20는 사용자 신호 검출과 같이 스몰셀 전용 제어 정보 전송 채널 구조를 제안하고 있다.

본 명세서에 기재된 실시예는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 명확히 설명하기 위한 것이므로, 본 발명이 본 명세서에 기재된 실시예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위는 본 발명의 사상을 벗어나지 아니하는 수정예 또는 변형예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용되는 용어와 첨부된 도면은 본 발명을 용이하게 설명하기 위한 것이고, 도면에 도시된 형상은 필요에 따라 본 발명의 이해를 돕기 위하여 과장되어 표시된 것이므로, 본 발명이 본 명세서에서 사용되는 용어와 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.

본 명세서에서 본 발명에 관련된 공지의 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 이에 관한 자세한 설명은 필요에 따라 생략한다.

첨부된 도면을 참조하여 설명되는 본 발명의 바람직한 실시예들에 의해 본 발명의 구성, 작용 및 다른 특징들이 용이하게 이해될 수 있을 것이다. 이하에서 설명되는 실시예들은 본 발명의 기술적 특징이 무선 통신 시스템에 적용된 예들이다. 바람직하게, 상기 무선 통신 시스템은 SC-FDMA 방식, MC-FDMA 및 OFDMA 방식 중에서 적어도 하나를 지원할 수 있다. 이하, 각종 채널을 통해 추가 참조 신호를 할당하는 방법에 대해 예시한다. 본 명세서는 3GPP LTE의 채널을 기본으로 설명하지만, 본 명세서의 예시는 IEEE 802.16(또는 이의 리비전 버전)의 제어채널이나 다른 시스템의 제어 채널을 활용한 참조 신호 자원할당 방법에도 적용될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 약어는 다음과 같다.

RE: 자원요소 (Resource element)

REG: 자원요소 그룹 (Resource element group)

CCE: 제어 채널 요소 (Control channel element)

CDD: 순환 딜레이 다이버시티 (Cyclic delay diversity)

RS: 참조 신호 (Reference signal)

CRS: 셀 특정 참조 신호 (Cell specific reference signal) 또는 셀 공통 참조 신호 (Cell common reference signal)

CSI-RS: 채널 측정용 참조 신호 (Channel state information reference signal)

DM-RS: 데이터 채널 복조용 참조 신호 (Demodulation reference signal)

MIMO: 다중-입력 다중-출력 (Multi-input multi-output)

PBCH: 물리 방송 채널 (Physical broadcast channel)

PCFICH: 물리 제어 포맷 지시자 채널 (Physical control format indicator channel)

PDCCH: 물리 하향링크 제어 채널 (Physical downlink control channel)

PDSCH: 물리 하향링크 공유 채널 (Physical downlink shared channel)

PHICH: 물리 H-ARQ 지시자 채널 (Physical hybrid-ARQ indicator channel)

PMCH: 물리 멀티캐스트 채널 (Physical multicast channel)

PRACH: 물리 랜덤 억세스 채널 (Physical random access channel)

PUCCH: 물리 상향링크 제어 채널 (Physical uplink control channel)

PUSCH: 물리 상향링크 공유 채널 (Physical uplink shared channel)

도 1은 3GPP LTE에서 사용되는 라디오 프레임의 구조를 나타낸다.

도 1을 참조하면, 라디오 프레임은 10ms (327200×Ts)의 길이를 가지며 10개의 균등한 크기의 서브프레임으로구성되어 있다. 각각의 서브프레임은 1ms의 길이를 가지며 2개의 슬롯으로 구성되어 있다. 각각의 슬롯은 0.5ms(15360×Ts)의 길이를 가진다. 여기에서, Ts는 샘플링 시간을 나타내고, Ts=1/(15kHz×2048)=3.2552×10-8 (약 33ns)로 표시된다. 슬롯은 시간 영역에서 복수의 OFDM 심볼을 포함하고, 주파수 영역에서 다수의 자원블록(resource block)을 포함한다. 데이터가 전송되는 단위시간인 TTI(Transmission Time Interval)는 하나 이상의 서브프레임 단위로 정해질 수 있다. 상술한 무선 프레임의 구조는 예시에 불과하고, 무선 프레임에 포함되는 서브프레임의 수 또는 서브프레임에 포함되는 슬롯의 수, 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 다양하게 변경될 수 있다.

도 2는 하향링크 슬롯에 대한 자원 그리드(resource grid)를 나타낸다. 도 2를 참조하면, 하향링크 슬롯은 시간 영역에서 NDLsymb OFDM 심볼을 포함하고 주파수 영역에서 NDLRB 자원블록을 포함한다. 각각의 자원블록이 NRBsc 부반송파를 포함하므로 하향링크 슬롯은 주파수 영역에서 NDLRB× NRBsc 부반송파를 포함한다. 도 2는 하향링크 슬롯이 7 OFDM 심볼을 포함하고 자원블록이 12 부반송파를 포함하는 것으로 예시하고 있지만 이로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 하향링크 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 개수는 순환전치 (Cyclic Prefix; CP)의 길이에 따라 변형될 수 있다. 자원 그리드 상의 각 요소를 자원요소(resource element)라 하고, 하나의 OFDM 심볼 인덱스 및 하나의 부반송파 인덱스로 지시된다. 하나의 자원블록은 NDLsymb × NRBsc 자원요소로 구성되어 있다. 하향링크 슬롯에 포함되는 자원블록의 수 (NDLRB)은 셀에서 설정되는 하향링크 전송 대역폭 (bandwidth)에 종속한다.

도 3은 하향링크 라디오 프레임의 구조를 나타낸다.

도 3을 참조하면, 하향링크 라디오 프레임은 균등한 길이를 가지는 10개의 서브프레임을 포함한다. 각각의 서브프레임은 L1/L2 제어 영역 (Layer 1/Layer 2 control region)과 데이터 영역(data region)을 포함한다. 이하의 설명에서 특별히 다르게 언급하지 않는 한, L1/L2 제어 영역을 간단히 제어 영역으로 지칭하도록 한다. 제어 영역은 서브프레임의 첫 번째 OFDM 심볼로부터 시작되며 하나 이상의 OFDM 심볼을 포함한다. 제어 영역의 크기는 서브프레임 별로 독립적으로 설정될 수 있다. 제어 영역은 L1/L2 제어 신호를 전송하는데 사용된다. 이를 위해, 제어 영역에는 PCFICH, PHICH, PDCCH 등과 같은 제어 채널이 할당된다. 한편, 데이터 영역은 하향링크 트래픽을 전송하는데 사용된다. 데이터 영역에는 PDSCH가 할당된다.

도 4는 3GPP LTE에서 상향링크 제어신호 전송을 위한 시간-주파수 자원 구조를 나타낸다.

도 4를 참조하면, 전 시스템 대역의 양 끝대역의 일부를 할당하여 채널구조를 설계하도록 되어 있고, 슬롯 기반의 주파수 도약을 통한 다이버시티 이득을 고려하고 있다. 이와 같은 한정된 제어 채널용 시간-주파수 자원에 대해 OFDM(A)의 주파수 효율 및 다중사용자 다이버시티 이득을 극대화하기 위해서는 무선채널의 상태 정보 피드백이 필요하고, 광대역 시스템에서 고용량의 피드백을 위한 효율적인 채널 구조 설계는 불가피하다.

도 5는 PUCCH 포맷 1/1a/1b로서 스케쥴링 요청 (scheduling request, 이하 SR) 신호 및ACK/NACK 전송을 위한 한 슬롯에서의 제어채널 구조를 나타낸다.

도 5를 참조하면, 도 4에서와 같이 하나의 서브프레임에서 슬롯 기반의 주파수도약을 통해 동일신호를 반복하여 전송함으로써 3dB 수준의 주파수 다이버시티 이득을 획득하게 된다. 위와 같은 시간-주파수 확산 ACK/NACK 신호 전송을 위해 기할당된 제어채널 영역은 단말이 상향링크 데이터 전송을 위한 SR 전송시에도 동일한 구조로 전송된다.

ACK/NACK 채널은 하향링크 데이터의 HARQ(Hybrid Automatic Repeat Rquest)를 수행하기 위한 ACK(Acknowledgment)/NACK(Negative-Acknowledgment) 신호가 전송되는 제어 채널이다. ACK/NACK 신호는 하향링크 데이터에 대한 송신 및/또는 수신 확인 신호이다. 도 5를 참조하면, 하나의 슬롯에 포함되는 7 OFDM 심벌 중 중간 부분의 3개의 연속되는 OFDM 심벌에는 참조신호(reference signal, RS)가 실리고, 나머지 4 OFDM 심벌에는 ACK/NACK 신호가 실린다. 참조신호는 슬롯 중간의 3개의 인접하는(contiguous) OFDM 심벌에 실린다.

미리 할당되는 대역 내에서 제어신호를 전송할 때, 다중화 가능한 단말 수 또는 제어 채널의 수를 높이기 위해 주파수 영역 확산과 시간 영역 확산을 동시에 적용한다. ACK/NACK 신호를 주파수 영역에서 확산시키기 위해 주파수 영역 확산 시퀀스를 기본 시퀀스(base sequence)로 사용한다. 주파수 영역 시퀀스로는 CAZAC(Constant Amplitude Zero Auto-Correlation) 시퀀스 중 하나인 Zadoff-Chu (ZC) 시퀀스를 사용할 수 있다.

인덱스 M인 ZC 시퀀스의 k번째 요소(element) c(k)는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, N은 ZC 시퀀스의 길이로, 인덱스 M은 N이하의 자연수이고, M과 N은 서로(relatively) 소수(prime)이다. 서로 다른 순환 쉬프트(cyclic shift) 값을 갖는 기본 시퀀스를 적용하여 각 제어채널을 구분할 수 있다. 채널의 지연 확산(delay spread)에 따라 사용가능한 순환 쉬프트의 수는 달라질 수 있다. 주파수 영역 확산된 ACK/NACK 신호는 IFFT를 수행한 후 다시 시간 영역 시퀀스를 이용하여 시간 영역에서 확산된다. 예를 들어, ACK/NACK 신호는 4 OFDM 심벌에 대해 길이 4의 직교 시퀀스(w0, w1, w2, w3)를 이용하여 확산시킨다. 또한, 기준신호도 길이 3의 직교 시퀀스를 통해 확산시킨다. 이를 직교 커버링(orthogonal covering)이라 한다. 이를 통해 시간 영역에서 3개의 직교 커버링 묶음이 생성되고, ZC의 순환 쉬프트를 최대 12개를 사용하게 되면, 총 36명을 하나의 PUCCH Format 1 구조에서 멀티플렉싱 가능하다.

도 6은 하향링크 반송파 결합을 지원하는 ACK/NACK 전송 개념도를 나타내고 있다.

도 6을 참조하면, ACK/NACK 정보 전송은 하향링크 반송파와 밀접한 관련이 있어, 복수의 하향링크 반송파 결합의 경우에는 하나의 단말에 대하여 하향링크 component 반송파 당 하나씩, 전체적으로는 복수 개의 PDSCH가 동시에 스케줄링될 수 있다. 따라서 상향링크로 복수 개의 acknowledgement(하향링크 component 반송파 당 1개 혹은 공간다중화의 경우에는 2개의 acknowledgement)가 전달되어야 한다. PUCCH 포맷 1은 자원 선택(resource selection)을 사용하여 상향링크로 2비트보다 더 많은 acknowledgement를 지원하는데 사용될 수 있다. 상향링크로 4비트가 전송되어야 한다고 가정하자. 자원 선택을 통하여, 2비트는 어떠한 PUCCH 자원을 사용하는지를 알려주며 나머지 2비트는 첫 번째 2비트가 알려준 자원 위에서 정상적인 PUCCH 구조를 사용하여 전송된다. 도 6을 전체적으로는 총 4개의 PUCCH 자원이 필요할 때, 하나의 자원은 반송파 결합이 없는 경우에서와 동일한 규칙을 사용하여 첫 번째 CCE를 통하여 알려지게 되며(이때 스케줄링 할당은 primary component 반송파 위에서 전송되며 primary component 반송파에 관계된 것임을 가정), 나머지 자원들은 RRC 시그널링을 통하여 준 정적으로 설정된다. 4비트보다 더 많은 경우에는 LTE release 10에 추가된 PUCCH 포맷 3이 사용된다.

도 7는 PUCCH 포맷 2로서 채널상태정보 (Channel Quality Information, 이하 CQI) 전송을 위한 한 슬롯에서의 제어채널 구조를 나타낸다.

도 7을 참조하면, 도 4에서와 같이 하나의 서브프레임에서 슬롯 기반의 주파수도약을 통해 동일신호를 반복하여 전송함으로써 3dB 수준의 주파수 다이버시티 이득을 획득하게 된다. 위와 같은 제어 신호용 자원 구조에서 복수의 사용자를 고려한 제어신호 전송 방식은 시간 및 주파수 영역에서의 확산 부호를 통해 사용자를 구분하거나, 인접셀에 서로 다른 (상관특성을 고려하여) 확산부호를 할당하여 인접 셀간 간섭의 영향을 분산시키는 방법을 적용할 수 있게 된다. 예를 들면, 도 6에서와 같이 하나 또는 복수의 RB (1RB=12 subcarriers)에서 참조신호를 위해 2개의 OFDM 심볼을 사용하므로, 주파수 영역에 ZC 시퀀스의 순환 쉬프트를 활용하여 6 UE를 구분하고, 매 OFDM 심볼마다 QPSK변조된 상이한 CQI 정보를 매핑하여, 매 slot당 10 bits을 전송하게 된다. 다시 말해서, 하나의 subframe(1TTI = 1msec)에서 1/2 부호율을 갖는 채널부호를 적용하고, QPSK 변조방식을 적용하여 최대 10bits의 information bits을 전송하게 된다.

도 8는 PUCCH 포맷 3로서 복수 반송파 결합에 대한 ACK/NACK 정보 전송을 위한 제어채널 구조를 나타낸다.

도 8을 참조하면, 하향링크 반송파 결합에서 복수 개의 component 반송파 위로 동시에 전송이 이루어진 경우에는 복수 개의 HARQ asknowledgement가 피드백되어야 한다. 2개보다 더 많은 개수의 하향링크 component 반송파를 지원할 수 있는 단말은, 즉 HARQ acknowledgement로 4비트보다 더 많은 비트를 전송할 수 있는 단말은 PUCCH 포맷 3을 지원하여야 한다. PUCCH 포맷 3의 기본은 PUSCH에 사용되는 전송 방식과 동일한 DFT로 프리코딩된 OFDM이다. 해당 component 반송파에 대하여 설정된 전송모드에 따라 하향링크 component 반송파 당 1 혹은 2비트인 acknowledgement 비트는 스케줄링 요청 비트가 존재하는 경우에는 스케줄링 요청 비트와 연접이 되어 비트열을 이룬다. 이때 스케줄링되지 않은 전송블록들에 해당하는 비트들은 0으로 설정된다. 여기에 블록 코딩(block coding)이 가해진 뒤에 셀간 간섭을 랜덤하게 하기 위하여 셀-특정 스크램블링 시퀀스를 사용한 스크램블링이 수행된다. 이게 만들어진 48비트는 QPSK 변조된 이후에 2개의 그룹으로 나누어져서, 한 슬롯 당 12개의 QPSK 심볼을 전송하게 된다. 일반 CP를 가정하면 슬롯 당 7개의 OFDM 심볼이 있다. PUCCH 포맷 2의 경우와 유사하게 슬롯 당 2개의(확장 CP의 경우는 1개의) OFDM 심볼이 reference signal 전송에 사용되어, 5개의 심볼이 데이터 전송에 사용된다. 각 슬롯에서는 12개의 DFT로 프리코딩된 QPSK 심볼들이 5개의 가용한 DFTS-OFDM 심볼에서 전송된다. 셀간 간섭을 더욱 랜덤하게 하기 위하여, DFT 프리코딩 이전에 12개의 QPSK 심볼의 블록에 대하여 셀별로 다른 패턴으로 OFDM 심볼별로 달라지는 cyclic shift가 적용된다.

스몰셀과 같이 피코셀, 펨토셀 등 100m이내의 셀 커버리지를 갖는 다양한 셀 토폴로지에서는 각 셀에서 겪는 무선채널의 지연 특성이 큰 커비리지의 셀과 상이하고, 이로 인해 크게 2가지의 채널 특성을 고려하여 제어채널 구조 설계가 필요하다.

위와 같이 스몰셀이 갖는 시간-주파수 채널 변화의 강점과 함께, 스몰셀 내에 단말의 수는 매크로 셀 대비 작아, 제어채널의 멀티플렉싱 능력에 대해서도 재고려 필요하다. 다시 말해서, 현재 레거시 제어채널 구조에서 자원의 효율적 활용을 위해 제어채널 자원의 오버헤드를 줄이고, 스몰셀의 커버리지에서 지원 가능한 제어채널 구조에서 최소한의 자원으로 매크로 대비 작은 수의 단말을 지원하는 방안이 필요하다. 또한, 스몰셀 만을 지원하기 위한 단말의 신규 제어 채널 정보를 전송하기 위한 새로운 자원 확보도 병행되어 설계되는 것이 바람직하다.

위와 같은 스몰셀의 채널 특징과 함께, 현재 PUCCH 구조를 살펴보면, 포맷1의 경우, ZC 시퀀스의 순환시프트를 최대로 고려하면, 36 UE를 멀티플렉싱 가능하고, 포맷 2의 경우, 12 UE 멀티플렉싱이 가능하다. 스몰셀 시나리오의 경우, 일반적으로 매크로 셀 대비 사용자 UE가 많지 않으며, PUCCH 자원의 많은 부분이 사용하지 않고 낭비되는 경우가 발생한다. 따라서, 스몰셀을 위한 자원 효율을 극대화하고, 채널 특성을 고려한 최적화된 PUCCH 설계가 요구된다. 보다 구체적으로는 자원할당의 기본 단위를 보다 세분화하여 자원의 활용도를 높이고, PUCCH와 PUSCH를 동시에 같은 PRB에 정의하는 것도 고려할 필요가 있다. 단일캐리어 (single carrier)특성을 유지하여 RF의 증폭기의 부담을 덜어주면서, 스몰셀에 적합한 새로운 구조에 대한 제안이 요구된다.

도 9는 스몰셀에 적합한 새로운 PUCCH 구조로 주파수 홉핑을 제거한 방법을 나타낸다.

도 4에서와 같이 기존 PUCCH는 주파수 홉핑을 통해 3dB 정도의 주파수 다이버시티 이득을 획득한다. 하지만, 스몰셀의 경우 위에 언급한 바와 같이 시간-주파수 채널특성이 매크로셀 대비 상대적으로 우수하고, PUCCH 자원을 최소화하여 자원 효율을 높이는 것이 바람직하다. 따라서, 도 9에서와 같이 동일 PRB내에 PUCCH 자원을 2배로 할당하기 위해 스몰셀에서는 주파수 홉핑 기능을 사용하지 않는 것을 고려할 수 있다. 이 경우에는 기존의 PUCCH 포맷 1/2/3의 슬롯당 구조를 그대로 재사용할 수 있다.

도 10은 스몰셀에 적합한 새로운 PUCCH 구조로 주파수 홉핑을 제거 후 PUSCH를 추가할당 하는 방법을 나타낸다.

도 4에서와 같이 기존 PUCCH는 주파수 홉핑을 통해 3dB 정도의 주파수 다이버시티 이득을 획득한다. 하지만, 스몰셀의 경우 위에 언급한 바와 같이 시간-주파수 채널특성이 매크로셀 대비 상대적으로 우수하고, PUCCH 자원을 최소화하여 자원 효율을 높이는 것이 바람직하다. 따라서, 도 10에서와 같이 동일 PRB내에 동일한 PUCCH 자원을 할당하고 추가 PUSCH 자원을 확보하기 위해 스몰셀에서는 주파수 홉핑 기능을 사용하지 않는 것을 고려할 수 있다. 이 경우에는 기존의 PUCCH 포맷 1/2/3의 슬롯당 구조를 그대로 재사용할 수 있다. 주파수 홉핑을 사용하지 않으므로써 한 슬롯 정도의 PUSCH 자원이 추가적으로 생성가능하다.

도 11은 스몰셀에 적합한 새로운 PUCCH 구조로 주파수 홉핑을 고려하고, PUSCH를 추가할당 하는 방법을 나타낸다.

스몰셀의 경우 위에 언급한 바와 같이 시간-주파수 채널특성이 매크로셀 대비 상대적으로 우수하고, PUCCH 자원을 최소화하여 자원 효율을 높이는 것이 바람직하다. 따라서, 도 11에서와 같이 동일 PRB내에 동일한 PUCCH 자원을 할당하고 주파수 홉핑을 그대로 유지하면서, 추가 PUSCH 자원을 확보하기 위해 스몰셀에 적합한 슬롯 당 PUCCH 포맷을 새로이 설계할 수 있다. 이 경우에는 기존 PUCCH 자원의 반을 새로운 PUCCH 자원으로 활용하고, 나머지를 PUSCH로 추가 할당하고 있다. 또한, 도 11에서 슬롯당 새로운 PUCCH는 주파수 호핑을 통해 주파수 다이버시티를 유지할 수 도 있으나, PUCCH 자원을 기존 대비 두배로 자원 효율을 높이기 위해서 주파수 홉핑을 제거하는 것도 추가 적용 가능하다.

도 12는 참조신호 공유를 적용한 스몰셀에 적합한 슬롯당 새로운 PUCCH 포맷 1 구조를 나타낸다.

기존의 PUCCH 포맷 1의 경우, 시간 영역에서 4개의 OFDM 심볼을 고려하여 길이 4의 직교 부호를 적용하여 1 또는 2 비트 정보를 전송하였다. 참조신호는 3개의 OFDM 심볼을 고려하여, 총 3개의 직교 자원을 시간영역에서 확보하여 PUCCH 포맷을 구성하였다. 도 12를 참조하면, 스몰셀에 적합한 PUCCH 포맷 1으로 기존의 PUCCH 정보 전송을 위한 시간영역 확산을 4심볼에서 2심볼로 줄이고, 슬롯내에 추가로 생기는 2 심볼정도의 구간을 PUSCH 데이터로 할당하는 구조를 제안하고 있다. 여기서 참조신호 공유 (Reference signal sharing) 기법 적용이 가능하다. 새로운 PUCCH 및 PUSCH 동시 전송 구조의 경우, 동일 사용자 (UE)에게 PUCCH 및 PUSCH할당이 동시에 이루어지는 경우, 해당 참조신호는 PUCCH와 PUSCH 복조시에 모두 활용할 수 있다. 따라서, 추가적인 구분없이 기존의 PUCCH 참조신호를 그대로 사용하는 것도 가능하다. 이 경우, 시간영역으로 참조신호 OFDM 심볼이 더 많아, 참조신호의 자원을 PUSCH전용으로 나누어 활용하는 것도 가능하다. 이와 같이 새로운 PUCCH 포맷 1의 경우, 직교 확산 길이를 3에서 2로 변경함에 따라, UE multiplexing 허용 범위는 최대 순환 시프트 12를 고려하여 기존 36 UE지원에서 24 UE 지원으로 감소된다. 도 11에서와 언급한 바와 같이 추가적으로 주파수 홉핑을 제거한 경우에는 48 UE지원으로 확대 가능하다. 추가된 PUSCH 채널은 기존의 상향링크에서 적용한 DFT-S-OFDM 기법을 그대로 적용하여 전송 가능하다.

도 13은 PUSCH 전용 참조신호를 할당한 스몰셀에 적합한 슬롯당 새로운 PUCCH 포맷 1 구조를 나타낸다.

기존의 PUCCH 포맷 1의 경우, 시간 영역에서 4개의 OFDM 심볼을 고려하여 길이 4의 직교 부호를 적용하여 1 또는 2 비트 정보를 전송하였다. 참조신호는 3개의 OFDM 심볼을 고려하여, 총 3개의 직교 자원을 시간영역에서 확보하여 PUCCH 포맷을 구성하였다. 도 12를 참조하면, 스몰셀에 적합한 PUCCH 포맷 1으로 기존의 PUCCH 정보 전송을 위한 시간영역 확산을 4심볼에서 2심볼로 줄이고, 슬롯내에 추가로 생기는 2 심볼정도의 구간을 PUSCH 데이터로 할당하는 구조를 제안하고 있다. 여기서 PUSCH 전용 참조신호 할당이 가능하다. 새로운 PUCCH 및 PUSCH 동시 전송 구조의 경우, 동일 사용자 (UE)에게 PUCCH 및 PUSCH할당이 동시에 이루어지지 않고, 서로 다른 사용자가 PUCCH와 PUSCH를 사용하는 경우, 해당 참조신호는 PUCCH와 PUSCH 복조 시에 모두 활용할 수 없다. 따라서, 새로운 PUCCH 포맷 1을 위해 전용 참조신호를 할당하고, 추가된 PUSCH 전용 참조신호를 구분하여 할당하는 것이 바람직하다. 이 경우, 새로운 PUCCH 포맷 1이 길이 2의 확산 부호를 사용하는 것을 가정하면, PUCCH 전용 참조신호의 경우에도 동일한 길이의 시간확산을 적용하여 사용자 멀티플렉싱을 위한 일대일 매핑 관계를 유지하는 것이 바람직하다. 또한, 최소 1 심볼 이상의 참조신호를 PUSCH 전용으로 할당하여 PUSCH 복조시에 활용하도록 하는 것이 가능하다. 본 발명에서 PUSCH는 기존에 정의되지 않은 새로운 제어 정보 전송을 포함하여 기존의 PUCCH 포맷 1/2/3에서 정의된 정보 이외의 데이터를 전송하는 것을 모두 포함하고 있다.

도 14는 스몰셀에 적합한 슬롯당 새로운 PUCCH 포맷 2 구조를 나타낸다.

기존의 PUCCH 포맷 2의 경우, 슬롯 당 5개의 OFDM 심볼을 QPSK 정보 전송을 위해 사용하였다. RM code와 같은 블록코드로 채널화부호화가 적용되는 CQI의 경우 부호화율을 높여 채널 부호를 통해 전송가능한 정보량을 늘리는 것이 가능하다. 따라서, 스몰셀의 경우, 부호화율을 높이고, PUCCH 점유 자원을 최소화하여 PUCCH 자원의 효율성을 높이는 것이 가능하다. 본 발명에서는 기존의 PUCCH 포맷 2의 일부 심볼을 PUSCH 자원으로 할당하여, 동일 PRB내에서 PUCCH와 PUSCH를 동시에 전송할 수 있는 방법을 제안하고 있다. 도 14에서와 같이 3개의 OFDM 심볼과 하나의 참조신호를 새로운 PUCCH 포맷 2로 정의하고, 2개의 OFDM 심볼과 하나의 참조신호 심볼을 PUSCH로 할당하는 예를 보이고 있다. PUCCH와 PUSCH 간의 심볼 수는 임의로 설정 가능하며, 참조신호의 경우 PUCCH와 PUSCH를 구분하지 않고, 사용자가 이를 모두 활용하여 PUCCH 및 PUSCH 복조에 사용하는 것도 가능하다.

도 15는 ZC 시퀀스의 순환 시프트를 이용하여 동일 PRB내에 서로 다른 PUCCH 포맷 및PUSCH가 공존하는 예를 나타낸다.

도 12에서 14의 경우, PUCCH 포맷 1과 2에 대한 새로운 구조를 제안하고 있다. 자원의 효율성을 높이기 위해서는 동일 PRB 내에서 새로운 PUCCH 포맷 1과 2가 공존하는 것도 고려하여야 한다. PUCCH 포맷간에 구분은 ZC 시퀀스의 순환시프트를 다르게 적용하여 구분 가능하다. 따라서, ZC 시퀀스가 적용되는 PUCCH영역은 포맷 1과 2 간에 동일하게 유지하는 것이 좋다. 예를 들어 도13과 도 14는 앞의 4심볼 구간을 PUCCH영역으로 설정하고, 서로 다른 ZC 시퀀스의 순환시프트를 사용하게 되면, 동일 PRB 내에 공존하는 것이 가능하다. PUSCH의 경우 특정 UE에게 할당되므로 상호 구분이 가능하다. 여기서, 참조신호의 경우에도 동일한 ZC 시퀀스 순환시프트로 구분가능하지만, 참조신호의 중요도를 고려하여 PUCCH 포맷간의 참조신호의 위치 및 개수를 맞추는 것이 바람직할 수 있다. 나아가, 레거시 PUCCH와의 공존의 경우에도 동일하게 ZC 시퀀스의 순환 시프트를 다르게 하여 공존 가능하다. 이 경우에는 레거시 PUCCH에 간섭을 최소화하기 위해서 PUSCH의 구조도 동일한 ZC 시퀀스 확산 방식을 고려하는 것이 바람직하다.

도 16는 스몰셀 환경에서 인접 매크로 셀을 고려한 간섭 시나리오를 나타내고 있다.

도 16를 참조하면, BS1, BS2는 macro cell의 Base station, MS2와 MS5는 BS1에 연결된 macro MS, MS3는 BS2에 연결된 macro MS, MS1은 Femto1에 연결된 femto MS, MS4는 Femto2에 연결된 MS이다. 큰원과 작은원은 각각 Macro BS, Femto BS의 coverage를 나타낸다. 즉, Macro BS는 큰 power로 전송하고, Femto BS는 작은 power로 전송하기 때문에 각각 coverage가 다르다. 이와 같은 Network layout에서는 다음과 같은 문제가 생길 수 있다.

- Case1. Macro의 Downlink에 Femto도 Downlink: Macro BS가 MS2로 Downlink 전송을 할 때 Femto1(MS2와 가까이에 있는 Femto)의 BS의 downlink signal에 의해서 MS2의 downlink 성능이 저하됨.

- Case2. Macro의 Downlink에 Femto는 Uplink: Macro BS가 MS2로 Downlink 전송을 할 때 Femto1의 MS1(MS2와 가까이에 있는 Femto MS)의 signal에 의해서 MS2의 downlink 성능이 저하됨.

- Case3. Macro의 Uplink에 Femto는 Downlink, Femto1이 BS1에 가까이 있을 때: macro MS2가 BS1으로 uplink 전송을 할 때 Femto1(BS1과 가까이에 있는 Femto)의 downlink signal에 의해서 MS2의 uplink 성능이 저하됨.

- Case4. Macro의 Uplink에 Femto도 Uplink, Femto1이 BS1에 가까이 있을 때: macro MS2가 BS1으로 uplink 전송을 할 때 Femto1의 MS1(BS1과 가까이에 있는 Femto MS)의 uplink signal에 의해서 MS2의 성능이 저하됨.

위와 같은 다양한 매크로-스몰셀 (여기서는 펨토셀로 가정) 간의 간섭을 효과적으로 완화하기 위해서는 단말이 주변 간섭의 정보를 해당 기지국 (매크로 또는 펨토셀 기지국)에 전달하는 것이 필요하다. 예를 들어, 펨토셀에 접속하고 있는 단말이 주변 매크로로 접속하고자 하는 단말 또는 접속한 단말의 상향링크 신호로 인해 펨토셀로의 해당 단말의 상향 신호 수신이 어려운 경우 (도 16의 case 4) 해당 펨토셀은 해당 단말의 신호가 약해서 또는 일시적인 문제 인지, 주변의 간섭이 강해서 인지를 구분하는 사용자 신호 인지/감별 신호 (User Signal Detection ＆ Indicator)가 필요하다. 이와 같은 신호는 스몰셀 기지국으로부터 미리 할당받은 자원을 통해 주기적 또는 비주기적 (단말/기지국 요청에 따라)으로 단말이 전송하여, 이를 수신한 스몰셀 기지국은 해당 단말의 신호 세기를 기준값으로 주변 간섭으로 신호 검출 오류가 발생한 것인지, 일시적인 오류인지를 판단하는 데에 이용할 수 있다.

또한, 스몰셀/매크로셀간의 간섭을 보다 효과적으로 관리하기 위해서 스몰셀에 접속한 단말이 직접적으로 느끼는 간섭의 정도를 기지국이 획득하는 효과적인 매커니즘도 요구된다. 예를 들어, 매크로에 접속한 단말이 주변 스몰셀 기지국의 강한 신호로 인해 매크로 셀로부터의 신호를 수신하기 어려워 지는 경우 (도 16의 case 1), 주변 간섭의 정도를 매크로 기지국에 알려주어 해당 스몰셀의 전송 전력 또는 자원을 재조정, 간섭을 완화, 제거 시킬 수 있다. 이를 위해서는 단말이 빠른 시점에 간섭의 정도를 나타낼 수 있는 신규 상향링크 정보 전송 채널이 필요하고, 이러한 채널은 다양한 단말이 동시에 전송하더라도, 기지국에서 수신신호의 세기를 통해 전체 단말의 간섭 정도를 측정할 수도 있고, 그룹핑된 단말이 서로다른 신규 전송 채널을 통해 해당 정보를 전송하게 하여, 이를 통해 기지국은 그룹별 간섭 정도를 측정할 수 있다.

도 17은 매크로-스몰셀간의 간섭 제어 방법으로 단말의 피드백 기반의 기지국간 협력의 예를 보이고 있다.

도 17을 참조하면, 복수의 단말은 복수의 기지국으로부터 신호를 수신하여 주변 기지국의 간섭 정도를 측정한다 (e.g., I_UE1 or I_UE2). 각 단말에서의 간섭 정도를 고려하여 특정 수준 이상의 간섭을 느끼는 단말은 새로이 정의된 간섭 정보 전송 채널을 통해 접속한 기지국 (serving base station)으로 간섭 정보를 전송한다. 이를 수신한 기지국은 하나 또는 그 이상의 단말로부터 수신한 간섭 정보를 기준으로 주변셀의 간섭 제어가 필요할 지를 판단하고, 필요한 경우 x2 interface와 같이 기지국간 인터페이스를 통해 해당 제어 정보 또는 간섭 정보를 주변 기지국에 전송한다.

도 18은 매크로-스몰셀간의 간섭 제어 방법으로 기지국이 단말의 간섭 상태를 파악하여 간섭을 제어하는 과정을 나타내고 있다.

도 18을 참조하면, 기지국으로부터 상향링크 자원 할당 및 스케줄링이 허용된 단말이 상향링크 데이터를 PUSCH를 통해 전송하였고, 이를 복조하는 과정에서 기지국이 fail하는 경우를 가정하고 있다. 기지국의 경우, PUSCH를 통해 단말이 상향링크 데이터를 송신하였을 것으로 간주하고 있지만, UL Grant를 놓친 단말은 해당 PUSCH를 전송하지 않았을 수도 있고, 또한, PUSCH를 전송하였으나, 주변 기지국의 간섭이 너무 커서 해당 PUSCH를 기지국이 복조하지 못했을 수도 있다. 따라서, 기지국 입장에서는 단말의 상향링크 데이터를 수신하기 위해서는 해당 단말이 간섭을 겪고 있는지의 여부를 판단하는 것이 중요하다. 이를 위해 기지국은 미리 설정한 사용자 검출 신호 (User Signal Detection Signal)을 단말이 전송하도록 요청하고, 이를 수신한 단말은 새로이 설계된 USD 채널을 통해 해당 신호를 전송한다. 이를 검출한 기지국은 해당 단말이 간섭을 겪는지, 단순 링크 실패인지를 판단하여, 단말의 keep alive 확인과 같이 재접속 또는 접속 상태 점검을 수행하거나, 주변 기지국으로 간섭 제어 요청을 수행할 수 있다.

도 19은 사용자 신호 검출을 위한 기지국의 구체적인 동작과정을 나타내고 있다.

도 19을 참조하면, 해당 USD 신호는 특정 변조된 정보를 얻을 수도 있고, 검출 신호의 세기를 나타내는 전력/에너지 검출의 형태일 수 있다. 이를 검출한 기지국은 USD신호가 존재하는 지의 여부를 판단한다 (DTX 검출). 이를 통해 DTX로 검출한 경우에는 해당 기지국이 최대 재전송을 수행한 경우에는 단말의 접속 상태를 재점검하는 과정을 수행하게 된다. USD 신호 검출에서 DTX가 아닌 USD 신호를 통해 간섭 정보 (또는 해당 단말과 기지국 간의 링크 수준 정보)를 획득하고, 이를 기반으로 주변 셀의 간섭 제어 여부를 판단한다. 간섭 제어가 필요하면, x2 interface등을 통해 주변 기지국에 간섭 제어 요청을 하거나, 최대 재전송 여부를 기반으로 HARQ 재전송을 수행하거나 단말의 접속상태를 재점검하게 된다.

위와 같이 스몰셀 간섭 제어를 위해서는 간섭정보를 직간접적으로 측정할 수 있는 정보 전송 채널이 필요하다. 3GPP LTE Release 8 및 그 이후의 단말과 공존이 가능하고, 차별화된 추가 정보를 전송하는 기능을 얻기 위해서는 기존 레거시 시스템을 최대한 재활용하면서 추가적으로 채널 할당이 가능한 자원을 찾는 것이 바람직하다. 3GPP TS 36.211 V11.1.0 (2012-12) “Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical Channels and Modulation (Release 11)”에 따르면, 기존의 PUCCH 포맷 1은 길이 4의 직교 부호를 ACK/NACK 또는 SR전송을 위한 4개의 OFDM 심볼 구간에 시간영역확산을 적용하며, 길이 3의 직교 부호는 참조신호 영역의 시간확산을 위해 사용된다. 이 때, 사용하는 직교 부호는 표 1과 표 2를 통해 나타내고 있다. 표에서 알 수 있듯이, PUCCH 포맷 1의 경우, 참조 신호와 정보 전송 구간의 심볼 수가 상이하고, 시간 영역 확산 부호간의 일대일 매핑을 유지하기 위해 길이 4의 직교 부호 중 하나는 사용하지 않고 있다. 다시 말해서, 시퀀스 인덱스 0, 1, 2는 표 1과 2에서와 같이 직교 부호 길이 4와 3간의 시퀀스 3개를 선택적으로 일대일 매핑을 유지하고 있다. 따라서, 길이 4의 직교 부호인 [+1 +1 -1 -1]는 추가적인 다른 용도 사용하는 것이 가능하다.

Sequence index	Orthogonal sequences (길이 4)
0	[+1 +1 +1 +1]
1	[+1 -1 +1 -1]
2	[+1 -1 -1 +1]

Sequence index	Orthogonal sequences (길이 2)
0	[+1 +1 +1]
1
2

이와 같이, 길이 4의 추가적인 시간 영역 확산 부호는 길이 3의 참조 신호의 확산 부호 매핑이 어려우므로, 논코히어런트와 같은 복조방식을 고려한 변조 기법으로 위에서 언급한 간섭 수준의 정보를 에너지/전력 수준으로 전송하는 방식이나, 한정된 (e.g., 1~2bit 정보) 수준의 간섭 정보를 변조하여 전송하는 것이 가능하다.

도 20는 사용자 신호 검출과 같이 스몰셀 전용 제어 정보 전송 채널 구조를 제안하고 있다.

도 20을 참조하면, 기존의 PUCCH Format 1을 재사용하고, 현재 사용하고 있지 않은 [+1 +1 -1 -1]을 시간영역 확산 부호로 사용하여, 스몰셀에 적합한 간섭, 제어 정보등을 전송할 수 있다. 도에서 알 수 있듯이, 참조신호는 PUCCH Format 1에서 3개의 DFT 코드를 모두 사용하고 있어, 해당 길이 4의 새로운 채널은 참조신호 없이 전송될 수 있다. 또한, 스몰셀 전용 제어 정보는 위에서 언급한 사용자신호검출 정보를 전송할 수도 있고, 간섭의 정도를 복수의 단말이 전송하는 전력/에너지 수준의 합으로 측정하는 전력/에너지 수준의 간섭 정보 전송도 가능하다. 나아가, 임의의 제어정보를 M-QAM과 같은 변조 기법을 통해 수bit 이하의 정보를 전송하는 것도 가능하다.

Claims

매크로 셀을 포함하는 복수의 기지국이 존재하는 셀룰러 통신 시스템에 있어서,
기지국이 단말의 신호 검출을 위한 무선 자원을 단말에게 할당하는 단계;
할당된 자원을 통해 단말의 추가 제어 정보를 전송하는 단계;
수신된 단말의 제어 정보를 기반으로 기지국이 제어 신호를 생성하고 전송하는 단계를 포함하는 셀룰러 통신 시스템.
제1항에 있어서,
상기 기지국이 할당하는 자원은 PUCCH의 영역을 지사하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 통신 시스템
제1항에 있어서,
상기 추가 제어 정보는 기지국에게 단말의 신호 세기를 검출하거나, 주변 셀의 간섭 정보를 제공하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 통신 시스템.
제1항에 있어서,
상기 기지국이 생성하는 제어 신호는 단말의 접속상태를 확인하기 위한 단말 요청 정보인 것을 특징으로 하는 셀룰러 통신 시스템