WO2009142444A2 - 무선 통신 시스템에서 데이터 전송 방법 - Google Patents

무선 통신 시스템에서 데이터 전송 방법 Download PDF

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WO2009142444A2
WO2009142444A2 PCT/KR2009/002674 KR2009002674W WO2009142444A2 WO 2009142444 A2 WO2009142444 A2 WO 2009142444A2 KR 2009002674 W KR2009002674 W KR 2009002674W WO 2009142444 A2 WO2009142444 A2 WO 2009142444A2
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data
resource
transmission
antennas
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권영현
한승희
이현우
문성호
곽진삼
김동철
노민석
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엘지전자주식회사
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L5/00—Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H04L5/003—Arrangements for allocating sub-channels of the transmission path
    • H04L5/0048—Allocation of pilot signals, i.e. of signals known to the receiver
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L5/00—Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H04L5/0001—Arrangements for dividing the transmission path
    • H04L5/0014—Three-dimensional division
    • H04L5/0023—Time-frequency-space

Definitions

  • the present invention relates to wireless communication, and more particularly to a data transmission method in a wireless communication system.
  • the next generation multimedia wireless communication system which is being actively researched recently, requires a system capable of processing and transmitting various information such as video, wireless data, etc., out of an initial voice-oriented service.
  • the fourth generation wireless communication which is currently being developed after the third generation wireless communication system, aims to support high-speed data services of downlink 1 Gbps (Gigabits per second) and uplink 500 Mbps (Megabits per second).
  • the purpose of a wireless communication system is to enable a large number of users to communicate reliably regardless of location and mobility.
  • a wireless channel is a Doppler due to path loss, noise, fading due to multipath, intersymbol interference (ISI), or mobility of UE.
  • ISI intersymbol interference
  • There are non-ideal characteristics such as the Doppler effect.
  • Various techniques have been developed to overcome the non-ideal characteristics of the wireless channel and to improve the reliability of the wireless communication.
  • Techniques for supporting reliable high speed data services include orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) and multiple input multiple output (MIMO).
  • OFDM orthogonal frequency division multiplexing
  • MIMO multiple input multiple output
  • OFDM is a system that is being considered after 3rd generation that can attenuate the effects of Inter-Symbol Interfernce (ISI) with low complexity.
  • ISI Inter-Symbol Interfernce
  • MIMO technology uses multiple transmit antennas and multiple receive antennas to improve data transmission and reception efficiency.
  • MIMO techniques include spatial multiplexing, transmit diversity, beamforming, and the like.
  • the MIMO channel matrix according to the number of receive antennas and the number of transmit antennas may be decomposed into a plurality of independent channels. Each independent channel is called a layer or stream. The number of layers is called rank.
  • Channel estimation refers to a process of restoring a transmission signal by compensating for a distortion of a signal caused by a sudden environmental change due to fading.
  • a pilot known to both the transmitter and the receiver is required. Since the MIMO system experiences a channel corresponding to each antenna, it is necessary to arrange pilots in consideration of multiple antennas. Therefore, the pilot overhead is greatly increased in the pilot structure for supporting MIMO. Pilot overhead may be defined as the ratio of the number of subcarriers allocated to the pilot to the total number of subcarriers. If the pilot overhead is large, there is a problem of reducing the data subcarriers transmitting the actual data. This reduces data throughput and lowers spectral efficiency. This can degrade the performance of the entire system.
  • only some or one antenna resource of the plurality of antenna resources may be used.
  • a pilot resource cannot be fully utilized, when a terminal at a location that interferes with a neighboring cell transmits a signal with a different MIMO configuration from the neighboring cell, correlation between antenna channels is poor.
  • a small cell such as a femto cell is scheduled.
  • the channel characteristic is very good in the case of using a macro-cell pilot structure. In this case, even though a pilot structure with a large overhead may not use all the resources allocated to the pilot, a problem may occur.
  • An object of the present invention is to provide a data transmission method that can efficiently use radio resources.
  • a method of data transmission in a wireless communication system may further include allocating a plurality of pilot resources for supporting pilot transmission through a plurality of antennas, and using the excess pilot resources when there is a surplus pilot resource not used for pilot transmission among the plurality of pilot resources. Transmitting a step.
  • a method of data transmission in a wireless communication system may include allocating a plurality of pilot resources for supporting pilot transmission through a plurality of antennas, and when there is a surplus pilot resource not used for pilot transmission among the plurality of pilot resources, transmitting the surplus pilot resources to the first transmission.
  • a data transmission method that can efficiently use radio resources can be provided. This can improve overall system performance.
  • 1 illustrates a wireless communication system
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a transmitter having multiple antennas.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a receiver having multiple antennas.
  • FIG. 4 shows an example of a downlink pilot pattern in an RB when using one antenna.
  • 5 shows an example of a downlink pilot pattern in a resource block when using 2 antennas.
  • FIG. 6 shows an example of a downlink pilot pattern in a resource block when using 4 antennas.
  • E-UTRA 7 shows an example of an uplink pilot pattern in a subframe of a 3rd Generation Partnership Project (3GPP) Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) system.
  • 3GPP 3rd Generation Partnership Project
  • E-UTRA Evolved Universal Terrestrial Radio Access
  • AAS adaptive antenna system
  • AMC adaptive modulation and coding
  • FIG. 9 shows an example of a pilot pattern for four antennas in a basic unit.
  • FIG. 10 shows another example of a pilot pattern for four antennas in the basic unit.
  • FIG. 11 shows another example of a pilot pattern for four antennas in the basic unit.
  • 12 is a logical pilot resource unit sequence of resource units allocated to pilots in a basic unit.
  • FIG. 13 illustrates a case in which a plurality of surplus resource units are divided into a first transmission region and a second transmission region in logical pilot resource unit columns for four transmit antennas.
  • FIG. 14 illustrates a method of transmitting data through a transmission region of six surplus resource units of FIG. 13.
  • 15 illustrates a method of recovering data from a received signal transmitted through a transmission region of six surplus resource units.
  • 1 illustrates a wireless communication system
  • a wireless communication system includes a mobile station (MS) 10 and a base station 20 (BS).
  • the terminal 10 may be fixed or mobile and may be referred to by other terms such as a user equipment (UE), a user terminal (UT), a subscriber station (SS), a wireless device, and the like.
  • the base station 20 generally refers to a fixed station that communicates with the terminal 10, and in other terms, such as a Node-B, a Base Transceiver System, or an Access Point. Can be called.
  • One base station 20 may provide a service for at least one cell.
  • the cell is an area where the base station 20 provides a communication service.
  • downlink means communication from the base station to the terminal
  • uplink means communication from the terminal to the base station.
  • the wireless communication system may be any one of a multiple input multiple output (MIMO) system, a multiple input single output (MIS) system, a single input single output (SISO) system, and a single input multiple output (SIMO) system.
  • MIMO multiple input multiple output
  • MIS multiple input single output
  • SISO single input single output
  • SIMO single input multiple output
  • the MIMO system uses a plurality of transmit antennas and a plurality of receive antennas.
  • the MISO system uses multiple transmit antennas and one receive antenna.
  • the SISO system uses one transmit antenna and one receive antenna.
  • the SIMO system uses one transmit antenna and multiple receive antennas.
  • the transmit antenna means a physical or logical antenna used to transmit one signal or stream
  • the receive antenna means a physical or logical antenna used to receive one signal or stream.
  • TDMA Time Division Multiple Access
  • FDMA Frequency Division Multiple Access
  • CDMA Code Division Multiple Access
  • SC-FDMA Single Carrier-Frequency Division Multiple Access
  • OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a transmitter having multiple antennas.
  • the transmitter 100 includes a channel encoder 110, a mapper 120, a MIMO processor 130, a subcarrier allocator 140, and an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) modulator 150. do.
  • the channel encoder 110 encodes an input stream according to a predetermined coding scheme to form coded words.
  • the mapper 120 maps the encoded data into a symbol representing a position on a signal constellation.
  • the modulation scheme in the mapper 120 is not limited, and may be m-Phase Shift Keying (m-PSK) or m-Quadrature Amplitude Modulation (m-QAM).
  • the MIMO processor 130 processes the input symbols in a MIMO scheme according to the transmit antennas 190-1, ..., 190-Nt. For example, the MIMO processor 130 may process codebook based precoding.
  • the subcarrier allocator 140 assigns an input symbol and a pilot to the subcarrier.
  • the pilot is arranged for each transmit antenna 190-1,..., 190 -Nt.
  • the pilot is a signal that both the transmitter 100 and the receiver (200 of FIG. 3) used for channel estimation or data demodulation are referred to as a reference signal.
  • the OFDM modulator 150 performs OFDM modulation on the input symbol and outputs an OFDM symbol.
  • the OFDM modulator 150 may perform an inverse fast fourier transform (IFFT) on the input symbol, and may further insert a cyclic prefix (CP) after performing the IFFT.
  • IFFT inverse fast fourier transform
  • CP cyclic prefix
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a receiver having multiple antennas.
  • the receiver 200 includes an OFDM demodulator 210, a channel estimator 220, a MIMO postprocessor 230, a demapper 240, and a channel decoder 250.
  • the signal received from the receive antennas 290-1,..., 290 -Nr is subjected to fast Fourier transform (FFT) by the OFDM demodulator 210.
  • the channel estimator 220 estimates the channel using the pilot.
  • the MIMO post processor 230 performs post processing corresponding to the MIMO processor 130.
  • the demapper 240 demaps the input symbol into encoded data
  • the channel decoder 250 decodes the encoded data to restore the original data.
  • 4 shows an example of a downlink pilot pattern in a resource block (RB) when using one antenna.
  • 5 shows an example of a downlink pilot pattern in a resource block when using 2 antennas.
  • 6 shows an example of a downlink pilot pattern in a resource block when using 4 antennas.
  • 3GPP 3rd Generation Partnership Project
  • TS 36.211 V8.2.0 2008-03
  • Technical Specification Group Radio Access Network Evolved Universal Terrestrial Radio Access
  • E-UTRA See section 6.10.1 of Physical Channels and Modulation (Release 8).
  • one subframe consists of two slots.
  • the time taken for one subframe to be transmitted is called a transmission time interval (TTI).
  • TTI transmission time interval
  • one subframe may have a length of 1 ms
  • one slot may have a length of 0.5 ms.
  • the downlink slot includes a plurality of OFDM symbols in the time domain and includes a plurality of resource blocks in the frequency domain.
  • the number of resource blocks included in the downlink slot in the frequency domain depends on the downlink transmission bandwidth set in the cell.
  • one downlink slot includes 7 OFDM symbols in the time domain, and one resource block includes 12 subcarriers in the frequency domain as an example, but is not limited thereto.
  • Each element on a resource block is called a resource element, and one resource block includes 12 ⁇ 7 resource elements.
  • the reference symbol is a resource element used for pilot transmission.
  • R 0 to R 3 are allocated so as not to overlap each other.
  • reference symbols of other antennas are not used for transmission.
  • R 0 through R 2 are not used for transmission.
  • the downlink pilot is used for channel estimation of the terminal.
  • the downlink pilot is also used for data demodulation.
  • E-UTRA is also called Long Term Evolution (LTE).
  • LTE Long Term Evolution
  • one subframe includes two uplink slots.
  • the uplink slot includes a plurality of SC-FDMA symbols in the time domain and includes a plurality of resource blocks in the frequency domain.
  • the uplink pilot uses only resource blocks allocated to one SC-FDMA. This is a form with a constant pilot overhead, regardless of the number of antennas.
  • AAS adaptive antenna system
  • AMC adaptive modulation and coding
  • the AMC region is an area using an AMC permutation scheme in a downlink subframe or an uplink subframe.
  • Permutation means mapping logical subchannels to physical subcarriers.
  • the subchannel includes a plurality of subcarriers, and the number of subcarriers per subchannel depends on a permutation scheme.
  • AAS is a system that uses one or more antennas adaptively to improve transmission coverage and system capacity.
  • the AMC region includes 3 OFDM symbols in the time domain and 2 bins in the frequency domain.
  • a bin consists of nine contiguous physical subcarriers on one OFDM symbol.
  • the pilot pattern is composed of location and polarity. The polarity of each pilot pattern is represented by "[]". The symbol offset is related to the start of the AMC region.
  • IEEE 802.16m which is being studied as a 4th generation wireless communication technology, a pilot structure is actively discussed.
  • the pilot overhead of the pilot structure supporting MIMO in IEEE 802.16m is expected to be quite large.
  • the transmitter may transmit data in subframe units for each transmit antenna.
  • the transmitter can be either a base station or a terminal.
  • a subframe is a sequence of data for a fixed time used by physical specifications.
  • the subframe may include at least one basic unit.
  • the basic unit is defined in units of pilot allocation.
  • the basic unit is a resource block.
  • the basic unit includes a plurality of OFDM symbols in the time domain and a plurality of subcarriers in the frequency domain.
  • Each unit on the basic unit is called a resource unit.
  • the resource unit on the basic unit may be allocated for pilot transmission or allocated for data transmission.
  • one terminal may use four antennas, or four terminals may each use one antenna.
  • the latter case is called virtual MIMO.
  • One basic unit exemplarily includes 6 OFDM symbols in the time domain and 6 subcarriers in the frequency domain, that is, 6 ⁇ 6 resource units.
  • this is only an example and does not limit the number of OFDM symbols, the number of subcarriers, and the number of resource units that constitute one subframe.
  • the six OFDM symbols are first OFDM symbol, second OFDM symbol,... This is called a sixth OFDM symbol.
  • the six subcarriers are first subcarriers, the second subcarriers,... This is called the sixth subcarrier.
  • FIG. 9 shows an example of a pilot pattern for four antennas in a basic unit.
  • a pilot for a first antenna is allocated to a first subcarrier and a fifth subcarrier in a first OFDM symbol and a fifth OFDM symbol.
  • the pilot for the second antenna is allocated to the first subcarrier and the fifth subcarrier in the second OFDM symbol and the sixth OFDM symbol.
  • the pilot for the third antenna is allocated to the second subcarrier and the sixth subcarrier in the first OFDM symbol and the fifth OFDM symbol.
  • the pilot for the fourth antenna is allocated to the second subcarrier and the sixth subcarrier in the second OFDM symbol and the sixth OFDM symbol.
  • the resource unit to which the pilot is allocated to each antenna in the basic unit does not overlap. This is a case where a plurality of pilot resources use different physical subcarriers.
  • FIG. 10 shows another example of a pilot pattern for four antennas in the basic unit.
  • pilots for a first antenna and a third antenna are allocated to a first subcarrier and a sixth subcarrier in a first OFDM symbol and a fifth OFDM symbol.
  • Pilots for the second and fourth antennas are allocated to the first subcarrier and the sixth subcarrier in the second OFDM symbol and the sixth OFDM symbol.
  • a resource unit to which a pilot is allocated may overlap between each antenna in the basic unit. This is a case where a plurality of pilot resources can use the same subcarrier.
  • FIG. 11 shows another example of a pilot pattern for four antennas in the basic unit.
  • pilots for the first to fourth antennas are allocated to a first subcarrier and a sixth subcarrier in a first OFDM symbol and a sixth OFDM symbol.
  • the resource unit to which the pilot is allocated to each antenna in the basic unit is the same. This is a case where a plurality of pilot resources use the same subcarrier.
  • a pilot structure supporting MIMO may be classified into two types when a plurality of pilot resources use subcarriers differently or when a plurality of pilot resources use the same subcarriers.
  • the pilot overhead is large, but accurate channel estimation is possible. If the interference of the adjacent cells can be ignored, the signal-to-interference-and-noise ratio (SINR) may be increased, thereby making channel estimation more accurate.
  • SINR signal-to-interference-and-noise ratio
  • subcarriers remain. The remaining subcarrier resources can be used for data transmission.
  • pilots are transmitted on the same subcarrier through a plurality of antennas.
  • a specific pilot sequence is assigned to each antenna.
  • Channels of each antenna are estimated by being divided through a specific pilot sequence assigned to each antenna.
  • the channel is generally assumed to be a flat fading channel that is flat in time or frequency. The longer the pilot sequence, the higher the accuracy of channel estimation.
  • the pilot sequence allocated to the unused antennas is a waste of resources. In this case, unlike a case where a plurality of pilot resources use subcarriers differently, some subcarriers cannot be used for data transmission.
  • This pilot structure is a structure used in the uplink of the 3GPP LTE described in FIG.
  • a plurality of terminals in a cell use the same pilot structure, but each terminal may be configured in a different antenna mode. For example, two terminals share a pilot structure supporting four antennas, but one terminal may use four antennas, and the other terminal may use one antenna. In this case, the terminal using one antenna may not use all of the resources allocated to the pilot. This causes a problem of inefficient use of limited radio resources.
  • a downlink pilot a plurality of terminals are used in common.
  • a specific terminal may be used exclusively or may be used as virtual MIMO with another terminal.
  • a pilot is defined as a specific OFDM symbol as a whole
  • a pilot resource defined and used in a corresponding cell according to the number of antennas is reserved and used up to the maximum number of antennas supported by the cell.
  • some pilot resources remain according to the capability of the terminal actually used.
  • a pilot resource structure supporting multiple antennas When the transmitter uses fewer antennas than the number of antennas according to the pilot allocated to the basic unit, it is efficient to utilize unused pilot resources for other purposes. Therefore, in the case of a pilot resource structure supporting multiple antennas, it is necessary to provide a data transmission method that can efficiently use resources allocated to pilots.
  • a pilot resource structure supporting multiple antennas a case in which a plurality of pilot resources use subcarriers differently and a case in which a plurality of pilot resources use the same subcarrier will be described. do.
  • the pilot resource unit column is irrelevant to the actual pilot structure.
  • the pilot resource unit columns are arranged in order from one resource unit for the first antenna to one resource unit for the fourth antenna, and again from one resource unit for the first antenna to the fourth antenna. Are arranged in order of one resource unit.
  • a plurality of resource units corresponding to the same antenna in the pilot resource unit column may be arranged according to the order of OFDM symbols or the order of subcarriers. 12 is only an example of a pilot resource unit column, and does not limit the order of resource units constituting the pilot resource unit column.
  • the resource unit allocated to the pilot can be easily converted to the resource unit for data transmission.
  • resource units allocated as pilots for the some antennas may be used for data transmission.
  • a resource unit allocated to pilot for some unused antennas is referred to as a residual resource unit.
  • Data that can be transmitted in the surplus resource unit may be user data or control information.
  • the control information may include scheduling related to control, acknowledgment (ACK) / negative acknowledgment (NACK), channel quality indicator (CQI), power control, interference indication, and multiple subcarriers related to control. multicarrier).
  • the data may be transmitted through one surplus resource unit or may be transmitted through a plurality of surplus resource units.
  • Transmission on one surplus resource unit is equivalent to transmitting data on a subcarrier basis. This is equivalent to using a subcarrier for data traffic.
  • the data signal transmitted in the subcarrier unit may be transmitted in a non-coherent method or a coherent method.
  • the non-coherent method is a method of determining a signal by detecting a sequence itself, which is a sequence of information bits, at a receiving end.
  • the coherent method is a method of detecting a signal modulated in a sequence by performing channel estimation through a reference signal at a receiving end.
  • the non-coherent method can process the signal without waiting for the channel estimation result.
  • the coherent method demodulates after channel estimation, more information can be delivered.
  • some may be transmitted in a non-coherent manner, and if other signals are present, the other signals may be additionally transmitted in a coherent manner.
  • a coherent signal and a non-coherent signal may be mixed and transmitted.
  • Transmission on a plurality of surplus resource units is equivalent to transmitting data on a subcarrier subset.
  • Data may be transmitted using all of the plurality of surplus resource units in the basic unit.
  • a plurality of surplus resource units in the basic unit are assigned to the first transmission region, the second transmission region,...
  • data may be transmitted for each transmission area by dividing into an Nth transmission area (N is a natural number).
  • N is a natural number.
  • FIG. 13 illustrates a case in which a plurality of surplus resource units are divided into a first transmission region and a second transmission region in logical pilot resource unit columns for four transmit antennas.
  • the plurality of surplus resource units in the basic unit may include the first transmission region, the second transmission region,. N-th transmission region (N is a natural number). It is assumed that the transmitter uses only the first antenna and not the second to fourth antennas.
  • a pilot resource unit column is divided into a first transmission region and a second transmission region by six resource units of resource units for the second to fourth antennas.
  • the first transmission area is used for the first data transmission
  • the second transmission area is used for the second data transmission.
  • a spreading sequence may be used to spread the bandwidth of data transmitted through the transmission region.
  • a spreading sequence may be used to distinguish data transmitted through each transmission region.
  • the pilot sequence used in the antenna can be reused. However, the pilot sequence may not be used as the spreading sequence for reasons such as length.
  • spreading sequences used in each transport region may use a sequence having low cross correlation or an orthogonal sequence. For example, a Walsh sequence, an m-sequence, a Constant Amplitude Zero Auto-Correlation (CAZAC) sequence, or the like may be used.
  • the first data may be spread with a bandwidth through a first spreading sequence and mapped to the first transmission region
  • the second data may be spread with a bandwidth through a second spreading sequence and mapped to the second transmission region.
  • the first spreading sequence and the second spreading sequence may use a sequence orthogonal to each other, or a sequence having a low cross correlation.
  • the signal When a signal is transmitted through a subcarrier set, the signal may be transmitted in a non-coherent or coherent manner as a signal transmitted in a subcarrier unit. Depending on the combination of control signals, some may be transmitted in a non-coherent manner, and if other signals are present, the other signals may be additionally transmitted in a coherent manner. In addition, a coherent signal and a non-coherent signal may be mixed and transmitted.
  • FIG. 14 illustrates a method of transmitting data through a transmission region of six surplus resource units of FIG. 13. Although the data is a control signal. It can also be applied to user data transmission.
  • a control signal A, a control signal B, and a control signal C may be transmitted through a transmission region of 6 resource units in various combinations.
  • Each control signal may be independent of one another or may be dependent.
  • a sequence ID selector selects a sequence ID to determine a spreading sequence.
  • the sequence ID may itself be information or may be fixed.
  • the control signal A is spread with a bandwidth through a spreading sequence.
  • the control signal B becomes 1-bit information that is '0' or '1' through on / off control.
  • the on / off control may always be fixed on.
  • the control signal C becomes modulation information corresponding to signal constellation through modulation.
  • the modulation step can be fixed at '1'.
  • the modulation step may be implemented with differential modulation between sequences.
  • the modulation step may be implemented by scrambling between sequences.
  • control signal A, the control signal B and the control signal C which have undergone the above processing are mapped to the subcarrier mapper in various combinations.
  • the combination of control signals is mapped to a transmission region of 6 surplus resource units via a subcarrier mapper.
  • the 15 illustrates a method of recovering data from a received signal transmitted through a transmission region of six surplus resource units.
  • the data is a control signal. It may also be applied when user data is transmitted.
  • a sequence ID may be recovered by despreading a received signal. After despreading, one-bit information can be recovered through an energy detector. One or more bits of information may be recovered through coherent detection. One or more bits of information may be recovered through non-coherent detection.
  • the sequence ID, energy, or modulation information may be a control signal or user data.
  • a method and a sequence of transmitting data using the part of the pilot resource are directly transmitted to the subcarrier through data modulation.
  • a pilot resource not used like a pilot sequence is called a surplus pilot resource.
  • the surplus pilot resources may be used to convey additional data.
  • the additional data may be user data or control information.
  • the surplus pilot resource is defined as an actual pilot resource, but may be a resource generated by not using the maximum number of antennas.
  • the surplus pilot resource may also be an additional pilot resource.
  • more sequences may be defined as pilot resources. In this case, a sequence further defined may be regarded as a surplus pilot resource.
  • the macro cell assumes a delay spread on the order of 5 microseconds, but the femto cell has a delay spread much smaller than 1 microsecond. In this case, more circular shifted sequences can be created from smaller delay spreads in defining the sequence.
  • the basic resource unit is 12 subcarriers, and 8 cyclic shifts are used. However, it is difficult to utilize all of them in the macro cell, whereas in the femto cell, all 12 cyclic shifts can be used.
  • a sequence that can be additionally created in the existing pilot resource structure can be utilized as a redundant pilot resource.
  • the configuration of the surplus pilot resource may define and use an additional sequence separately even if it causes constant interference as well as the sequence defined as the pilot resource. This is easy to use when the pilot resources are based on high spreading gain, and can add sequences to keep the interference low enough to each other. If more sequence resources can be created using an orthogonal sequence or a low cross-correlation sequence, additional data can be transmitted along with the existing pilot sequence. 14 and 15 may be applied to the data transmission method and the recovery method.
  • a surplus pilot resource can be used for transmission of a control signal having a small amount of information. In this case, it is not necessary to allocate resources necessary for control signal transmission separately, thereby reducing the allocation overhead. This can improve overall system performance.
  • the configuration in which the actual data is transmitted may have a data transmission form using a corresponding pilot resource through a redundant antenna.
  • the antenna may be configured to transmit data using a corresponding pilot resource through an antenna through which the pilot is transmitted. That is, in the transmission of data using the surplus pilot resource, the predefined definition of the pilot resource and the physical antenna may be different.
  • a processor such as a microprocessor, a controller, a microcontroller, an application specific integrated circuit (ASIC), or the like according to software or program code coded to perform the function.
  • ASIC application specific integrated circuit

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  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

무선 통신 시스템에서 데이터 전송 방법을 제공한다. 상기 방법은 복수의 안테나를 통한 파일럿 전송을 지원하기 위한 복수의 파일럿 자원을 할당하는 단계 및 상기 복수의 파일럿 자원 중 파일럿 전송에 사용하지 않는 잉여 파일럿 자원이 있는 경우, 상기 잉여 파일럿 자원을 이용하여 데이터를 전송하는 단계를 포함한다.

Description

무선 통신 시스템에서 데이터 전송 방법
본 발명은 무선 통신에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선 통신 시스템에서 데이터 전송 방법에 관한 것이다.
최근 활발하게 연구되고 있는 차세대 멀티미디어 무선 통신 시스템은 초기의 음성 위주의 서비스를 벗어나 영상, 무선 데이터 등의 다양한 정보를 처리하여 전송할 수 있는 시스템이 요구되고 있다. 또한, 현재 3세대 무선 통신 시스템에 이어 개발되고 있는 4세대 무선 통신은 하향링크 1Gbps(Gigabits per second) 및 상향링크 500Mbps(Megabits per second)의 고속의 데이터 서비스를 지원하는 것을 목표로 한다. 또한, 무선 통신 시스템의 목적은 다수의 사용자가 위치와 이동성에 관계없이 신뢰할 수 있는(reliable) 통신을 할 수 있도록 하는 것이다. 그런데, 무선 채널(wireless channel)은 경로 손실(path loss), 잡음(noise), 다중 경로(multipath)에 의한 페이딩(fading) 현상, 심벌간 간섭(ISI, intersymbol interference) 또는 단말의 이동성으로 인한 도플러 효과(Doppler effect) 등의 비이상적인 특성이 있다. 무선 채널의 비이상적 특성을 극복하고, 무선 통신의 신뢰도(reliability)를 높이기 위해 다양한 기술이 개발되고 있다.
신뢰할 수 있는 고속의 데이터 서비스를 지원하기 위한 기술로, OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing), MIMO(Multiple Input Multiple Output) 등이 있다.
OFDM은 낮은 복잡도로 심벌 간 간섭(Inter-Symbol Interfernce, ISI) 효과를 감쇄시킬 수 있는 3세대 이후 고려되고 있는 시스템이다. OFDM은 직렬로 입력되는 데이터 심벌을 N개의 병렬 데이터 심벌로 변환하여, 각각 분리된 N개의 부반송파(subcarrier)에 실어 송신한다. 부반송파는 주파수 차원에서 직교성을 유지하도록 한다.
MIMO 기술은 다중 송신 안테나와 다중 수신 안테나를 사용하여 데이터의 송수신 효율을 향상시킨다. MIMO 기술에는 공간 다중화(spatial multiplexing), 전송 다이버시티(transmit diversity), 빔포밍(beamforming) 등이 있다. 수신 안테나 수와 송신 안테나 수에 따른 MIMO 채널 행렬은 다수의 독립 채널로 분해될 수 있다. 각각의 독립 채널은 레이어(layer) 또는 스트림(stream)이라 한다. 레이어의 개수는 랭크(rank)라 한다.
수신기는 송신기로부터 전송된 데이터를 복원하기 위하여 채널을 추정할 필요가 있다. 채널 추정은 페이딩(fading)으로 인한 급격한 환경변화에 의하여 생기는 신호의 왜곡을 보상하여 전송 신호를 복원하는 과정을 말한다. 일반적으로 채널 추정을 위하여는 송신기와 수신기가 모두 알고 있는 파일럿(pilot)이 필요하다. MIMO 시스템에서는 각 안테나에 대응하는 채널을 겪기 때문에, 다중 안테나를 고려하여 파일럿을 배치하는 것이 필요하다. 따라서, MIMO를 지원하기 위한 파일럿 구조에서는 파일럿 오버헤드(pilot overhead)가 크게 증가한다. 파일럿 오버헤드는 전체 부반송파의 수에 대한 파일럿에 할당되는 부반송파의 수의 비로 정의할 수 있다. 파일럿 오버헤드가 큰 경우, 실제 데이터를 전송하는 데이터 부반송파를 감소시키는 문제가 있다. 이는 데이터 처리량을 감소시키고, 스펙트럼 효율을 저하시킨다. 이는 전체 시스템의 성능을 저하시킬 수 있다.
그런데, MIMO를 지원하는 시스템의 경우에도, 복수의 안테나 자원 중 일부 또는 하나의 안테나 자원만을 사용할 수 있다. 예를 들어, 파일럿의 자원을 충분히 활용할 수 없는 경우로는 인접 셀에 간섭을 많이 주는 위치의 단말이 인접 셀과 다른 MIMO 설정(configuration)으로 신호를 전송하는 경우, 안테나 채널 간의 상관(correlation)이 높아서 공간 다중화이나 다이버시티 이득(diversity gain)을 얻을 수 없는 경우, 버츄얼(virtual) MIMO에서 서로 다른 안테나 설정(antenna configuration)을 가지는 단말들이 묶여서 스케줄링되는 경우, 펨토 셀(femto cell)과 같이 작은 셀에서 채널 특성이 매우 좋은 상황일 때 매크로 셀(macro-cell)의 파일럿 구조를 사용하는 경우 등이 있다. 이 경우, 오버헤드가 큰 파일럿 구조이면서도 파일럿에 할당되는 자원을 전부 활용하지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 다중 안테나를 지원하는 파일럿 구조의 경우, 파일럿이 할당된 무선 자원을 효율적으로 사용할 수 있는 데이터 전송 방법을 제공할 필요가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 무선 자원을 효율적으로 사용할 수 있는 데이터 전송 방법을 제공하는 데 있다.
일 양태에서, 무선 통신 시스템에서 데이터 전송 방법을 제공한다. 상기 방법은 복수의 안테나를 통한 파일럿 전송을 지원하기 위한 복수의 파일럿 자원을 할당하는 단계 및 상기 복수의 파일럿 자원 중 파일럿 전송에 사용하지 않는 잉여 파일럿 자원이 있는 경우, 상기 잉여 파일럿 자원을 이용하여 데이터를 전송하는 단계를 포함한다.
다른 양태에서, 무선 통신 시스템에서 데이터 전송 방법을 제공한다. 상기 방법은 복수의 안테나를 통한 파일럿 전송을 지원하기 위한 복수의 파일럿 자원을 할당하는 단계, 상기 복수의 파일럿 자원 중 파일럿 전송에 사용하지 않는 잉여 파일럿 자원이 있는 경우, 상기 잉여 파일럿 자원을 제1 전송 영역 및 제2 전송 영역으로 나누는 단계, 상기 제1 전송 영역에 제1 확산 시퀀스를 이용해 대역폭이 확산된 제1 데이터를 맵핑하는 단계, 상기 제2 전송 영역에 제2 확산 시퀀스를 이용해 대역폭이 확산된 제2 데이터를 맵핑하는 단계 및 상기 제1 데이터 및 상기 제2 데이터 각각을 전송하는 단계를 포함한다.
무선 자원을 효율적으로 사용할 수 있는 데이터 전송 방법을 제공할 수 있다. 이를 통해 전체 시스템 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 무선 통신 시스템을 나타낸다.
도 2는 다중 안테나를 가지는 송신기를 나타내는 블록도이다.
도 3은 다중 안테나를 가지는 수신기를 나타내는 블록도이다.
도 4는 하나의 안테나를 사용하는 경우, 자원블록에서 하향링크 파일럿 패턴의 예를 나타낸다.
도 5는 2 안테나를 사용하는 경우, 자원블록에서 하향링크 파일럿 패턴의 예를 나타낸다.
도 6은 4 안테나를 사용하는 경우, 자원블록에서 하향링크 파일럿 패턴의 예를 나타낸다.
도 7은 3GPP(3rd Generation Partnership Project) E-UTRA(Evolved Universal Terrestrial Radio Access) 시스템의 서브프레임에서 상향링크 파일럿 패턴의 예를 나타낸다.
도 8은 AMC(Adaptive Modulation and Coding) 영역에서 AAS(Adaptive Antenna System) 모드를 위한 파일럿 패턴의 예를 나타낸다.
도 9는 베이직 유닛에서 4개의 안테나에 대한 파일럿 패턴의 일 예를 나타낸다.
도 10은 베이직 유닛에서 4개의 안테나에 대한 파일럿 패턴의 다른 예를 나타낸다.
도 11은 베이직 유닛에서 4개의 안테나에 대한 파일럿 패턴의 또 다른 예를 나타낸다.
도 12는 베이직 유닛 내에서 파일럿이 할당된 자원단위를 모은 논리적인 파일럿 자원단위 열이다.
도 13은 4개의 송신 안테나에 대한 논리적인 파일럿 자원단위 열에서 복수의 잉여 자원단위를 제1 전송 영역 및 제2 전송 영역으로 나눈 경우를 나타낸다.
도 14는 도 13의 6 잉여 자원단위의 전송영역을 통해 데이터를 전송하는 방법을 나타낸다.
도 15는 6 잉여 자원단위의 전송영역을 통해 전송된 수신 신호로부터 데이터를 복구하는 방법을 나타낸다.
도 1은 무선 통신 시스템을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 무선 통신 시스템은 단말(10; Mobile Station, MS) 및 기지국(20; Base Station, BS)을 포함한다. 단말(10)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, UE(User Equipment), UT(User Terminal), SS(Subscriber Station), 무선기기(wireless device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 기지국(20)은 일반적으로 단말(10)과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, 노드-B(Node-B), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 하나의 기지국(20)은 적어도 하나의 셀(Cell)에 대해 서비스를 제공할 수 있다. 셀은 기지국(20)이 통신 서비스를 제공하는 영역이다. 일반적으로 하향링크(downlink)는 기지국에서 단말로의 통신을 의미하며, 상향링크(uplink)는 단말에서 기지국으로의 통신을 의미한다.
무선 통신 시스템은 MIMO(multiple input multiple output) 시스템, MISO(multiple input single output) 시스템, SISO(single input single output) 시스템 및 SIMO(single input multiple output) 시스템 중 어느 하나일 수 있다. MIMO 시스템은 다수의 전송 안테나(transmit antenna)와 다수의 수신 안테나(receive antenna)를 사용한다. MISO 시스템은 다수의 전송 안테나와 하나의 수신 안테나를 사용한다. SISO 시스템은 하나의 전송 안테나와 하나의 수신 안테나를 사용한다. SIMO 시스템은 하나의 전송 안테나와 다수의 수신 안테나를 사용한다.
이하에서, 전송 안테나는 하나의 신호 또는 스트림을 전송하는 데 사용되는 물리적 또는 논리적 안테나를 의미하고, 수신 안테나는 하나의 신호 또는 스트림을 수신하는 데 사용되는 물리적 또는 논리적 안테나를 의미한다.
다중 접속 변조 방식에 대하여는 제한이 없으며, 잘 알려진 TDMA(Time Division Multiple Access), FDMA(Frequency Division Multiple Access), CDMA(Code Division Multiple Access), SC-FDMA(Sinigle Carrier-Frequency Division Multiple Access) 또는 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 등이 채택될 수 있다.
도 2는 다중 안테나를 가지는 송신기를 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 송신기(100)는 채널 인코더(110), 맵퍼(Mapper, 120), MIMO 처리기(130), 부반송파 할당기(140) 및 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 변조기(150)를 포함한다. 채널 인코더(110)는 입력되는 스트림을 정해진 코딩 방식에 따라 인코딩하여 부호화된 데이터(coded word)를 형성한다. 맵퍼(120)는 부호화된 데이터를 신호 성상(signal constellation) 상의 위치를 표현하는 심벌로 맵핑한다. 맵퍼(120)에서의 변조 방식(modulation scheme)에는 제한이 없으며, m-PSK(m-Phase Shift Keying) 또는 m-QAM(m-Quadrature Amplitude Modulation)일 수 있다. MIMO 처리기(130)는 입력 심벌을 송신 안테나(190-1, …,190-Nt)에 따른 MIMO 방식으로 처리한다. 예를 들어, MIMO 처리기(130)는 코드북(codebook) 기반의 프리코딩을 처리할 수 있다.
부반송파 할당기(140)는 입력 심벌과 파일럿을 부반송파에 할당한다. 파일럿은 각 송신 안테나(190-1, …,190-Nt) 별로 배치된다. 파일럿은 채널 추정 또는 데이터 복조를 위해 사용되는 송신기(100)와 수신기(도 3의 200) 양자가 모두 아는 신호로, 기준신호(reference signal)이라고도 한다. OFDM 변조기(150)는 입력 심벌을 OFDM 변조하여 OFDM 심벌을 출력한다. OFDM 변조기(150)는 입력 심벌에 대해 IFFT(Inverse fast Fourier transform)을 수행할 수 있으며, IFFT를 수행한 후 CP(Cyclic prefix)를 더 삽입할 수 있다. OFDM 심벌은 각 송신 안테나(190-1, …,190-Nt)를 통해 송신된다.
도 3은 다중 안테나를 가지는 수신기를 나타내는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 수신기(200)는 OFDM 복조기(210), 채널 추정기(220), MIMO후처리기(230), 디맵퍼(240) 및 채널 디코더(250)를 포함한다. 수신 안테나(290-1, …,290-Nr)로부터 수신된 신호는 OFDM 복조기(210)에 의해 FFT(fast Fourier transform)가 수행된다. 채널 추정기(220)는 파일럿을 이용하여 채널을 추정한다. MIMO 후처리기(230)는 MIMO 처리기(130)에 대응하는 후처리를 수행한다. 디맵퍼(240)는 입력 심벌을 부호화된 데이터로 디맵핑하고, 채널 디코더(250)는 부호화된 데이터를 디코딩하여 원래 데이터를 복원한다.
도 4는 하나의 안테나를 사용하는 경우, 자원블록(Resource Block, RB)에서 하향링크 파일럿 패턴의 예를 나타낸다. 도 5는 2 안테나를 사용하는 경우, 자원블록에서 하향링크 파일럿 패턴의 예를 나타낸다. 도 6은 4 안테나를 사용하는 경우, 자원블록에서 하향링크 파일럿 패턴의 예를 나타낸다. 이는 3GPP(3rd Generation Partnership Project) TS 36.211 V8.2.0 (2008-03) Technical Specification Group Radio Access Network; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical Channels and Modulation (Release 8)의 6.10.1절을 참조할 수 있다.
도 4 내지 6을 참조하면, 하나의 서브프레임(subframe)은 2개의 슬롯(slot)으로 구성된다. 하나의 서브프레임이 전송되는 데 걸리는 시간을 TTI(transmission time interval)라 한다. 예를 들어 하나의 서브프레임의 길이는 1ms이고, 하나의 슬롯의 길이는 0.5ms 일 수 있다. 하향링크 슬롯은 시간 영역(time domain)에서 복수의 OFDM 심벌을 포함하고, 주파수 영역(frequency domain)에서 복수의 자원블록을 포함한다. 하향링크 슬롯이 주파수 영역에서 포함하는 자원블록의 수는 셀에서 설정되는 하향링크 전송 대역폭(bandwidth)에 종속한다. 여기서, 하나의 하향링크 슬롯은 시간 영역에서 7 OFDM 심벌을 포함하고, 하나의 자원블록(resource block)은 주파수 영역에서 12 부반송파를 포함하는 것을 예시적으로 기술하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 자원블록 상의 각 요소(element)를 자원요소(Resource Element)라 하며, 하나의 자원블록은 12×7 자원요소를 포함한다. Rp는 제(p-1) 안테나의 참조심벌(reference symbol)이다(p=0, 1, 2, 3). 참조심벌은 파일럿의 전송을 위해 사용되는 자원요소이다. R0 내지 R3는 서로 중복되지 않게 할당된다. 제(p-1) 안테나 상에서는 다른 안테나의 참조심벌들은 전송에 사용되지 않는다. 예를 들어, 제4 안테나 상에서는 R0 내지 R2는 전송에 사용되지 않는다. 하향링크 파일럿은 단말의 채널 추정을 위해 사용된다. 또, 하향링크 파일럿은 데이터 복조(demodulation)에 사용된다.
도 7은 3GPP E-UTRA 시스템의 서브프레임에서 상향링크 파일럿 패턴의 예를 나타낸다. E-UTRA는 LTE(Long Term Evolution)이라고도 한다.
도 7을 참조하면, 하나의 서브프레임은 2개의 상향링크 슬롯으로 구성된다. 상향링크 슬롯은 시간 영역에서 복수의 SC-FDMA 심벌을 포함하고, 주파수 영역에서 복수의 자원블록을 포함한다. 상향링크 파일럿은 하나의 SC-FDMA에 할당된 자원블록만큼 사용한다. 이는 안테나 개수에 상관없이, 일정한 파일럿 오버헤드를 갖는 형태이다.
도 8은 AMC(Adaptive Modulation and Coding) 영역(zone)에서 AAS(Adaptive Antenna System) 모드를 위한 파일럿 패턴의 예를 나타낸다. 이는 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 표준 802.16-2004 "Part 16: Air Interface for Broadband Wireless Access Systems"의 8.4.6.3.3절을 참조할 수 있다.
AMC 영역은 하향링크 서브프레임 또는 상향링크 서브프레임 내에서 AMC 순열(permutation) 방식을 사용하는 영역이다. 순열은 논리적인 서브채널을 물리적인 부반송파로 맵핑을 의미한다. 서브채널은 복수의 부반송파를 포함하고, 서브채널 당 부반송파의 수는 순열 방식에 따라 다르다. AAS는 전송 범위(coverage)와 시스템 용량(capacity)을 향상시키기 위해 적응적으로(adaptively) 하나 이상의 안테나를 이용하는 시스템이다.
도 8을 참조하면, AMC 영역은 시간 영역으로 3 OFDM 심벌을 포함하고, 주파수 영역으로 2 빈(bin)을 포함한다. 빈은 1 OFDM 심벌상에서 9 인접하는 물리적 부반송파로 구성된다. AMC 영역에서 파일럿 패턴은 위치(location) 및 극성(polarity)으로 구성된다. 각 파일럿 패턴의 극성은 "[]"로 표현되어 있다. 심벌 오프셋(symbol offset)은 AMC 영역의 시작과 관계된다.
4세대 무선 통신 기술로 연구 중인 IEEE 802.16m에서는 현재 파일럿 구조가 활발하게 논의 중이다. IEEE 802.16m에서 MIMO를 지원하는 파일럿 구조의 파일럿 오버헤드는 상당히 클 것으로 예상된다.
이하에서, 송신기는 송신 안테나별로 서브프레임 단위로 데이터를 전송할 수 있다. 송신기는 기지국 또는 단말 모두 가능하다. 서브프레임은 물리적 사양에 의해 사용되는 고정된 시간 동안의 데이터 시퀀스이다. 서브프레임은 적어도 하나 이상의 베이직 유닛(Basic Unit)을 포함할 수 있다. 이하에서, 베이직 유닛은 파일럿 할당의 단위로 정의한다. 예를 들어, 도 4 내지 6에서 베이직 유닛은 자원블록이다. 베이직 유닛은 시간 영역에서 복수의 OFDM 심벌을 포함하고, 주파수 영역에서 복수의 부반송파를 포함한다. 베이직 유닛 상의 각 단위를 자원단위(resource unit)라 한다. 베이직 유닛 상의 자원단위는 파일럿 전송을 위해 할당되거나, 데이터 전송을 위해 할당될 수 있다.
이하, 베이직 유닛에서 4개의 안테나를 지원하는 파일럿 패턴의 예를 설명한다. 상향링크의 경우에는, 하나의 단말이 4개의 안테나를 사용하는 경우이거나, 4개의 단말이 각각 1개의 안테나를 사용하는 경우일 수도 있다. 후자의 경우를 가상(virtual) MIMO라 한다. 하나의 베이직 유닛은 시간 영역에서 6 OFDM 심벌, 주파수 영역에서 6 부반송파를 포함하는, 즉, 6×6 자원단위를 포함하는 것을 예시적으로 기술한다. 다만, 이는 예시일 뿐, 하나의 서브프레임을 구성하는 OFDM 심벌의 수, 부반송파의 수 및 자원단위의 수를 한정하는 것은 아니다. 설명을 명확히 하기 위해, 6 OFDM 심벌을 시간축에서 초기순으로 각각 제1 OFDM 심벌, 제2 OFDM 심벌, …, 제6 OFDM 심벌이라 한다. 또, 6 부반송파를 주파수축에서 초기순으로 각각 제1 부반송파, 제2 부반송파, …, 제6 부반송파라 한다.
도 9는 베이직 유닛에서 4개의 안테나에 대한 파일럿 패턴의 일 예를 나타낸다.
도 9를 참조하면, 제1 안테나에 대한 파일럿은 제1 OFDM 심벌과 제5 OFDM 심벌에서, 제1 부반송파 및 제5 부반송파에 할당된다. 제2 안테나에 대한 파일럿은 제2 OFDM 심벌과 제6 OFDM 심벌에서, 제1 부반송파 및 제5 부반송파에 할당된다. 제3 안테나에 대한 파일럿은 제1 OFDM 심벌과 제5 OFDM 심벌에서, 제2 부반송파 및 제6 부반송파에 할당된다. 제4 안테나에 대한 파일럿은 제2 OFDM 심벌과 제6 OFDM 심벌에서, 제2 부반송파 및 제6 부반송파에 할당된다. 이 경우, 베이직 유닛에서 각 안테나에 대해 파일럿이 할당된 자원단위는 중복되지 않는다. 이는 복수의 파일럿 자원이 물리적인 부반송파를 다르게 사용하는 경우이다.
도 10은 베이직 유닛에서 4개의 안테나에 대한 파일럿 패턴의 다른 예를 나타낸다.
도 10을 참조하면, 제1 안테나 및 제 3 안테나에 대한 파일럿은 제1 OFDM 심벌과 제5 OFDM 심벌에서, 제1 부반송파 및 제6 부반송파에 할당된다. 제2 안테나 및 제 4 안테나에 대한 파일럿은 제2 OFDM 심벌과 제6 OFDM 심벌에서, 제1 부반송파 및 제6 부반송파에 할당된다. 이 경우, 베이직 유닛에서 각 안테나 사이에 파일럿이 할당된 자원단위가 중복될 수 있다. 이는 복수의 파일럿 자원이 동일한 부반송파를 사용할 수 있는 경우이다.
도 11은 베이직 유닛에서 4개의 안테나에 대한 파일럿 패턴의 또 다른 예를 나타낸다.
도 11을 참조하면, 제1 안테나 내지 제4 안테나에 대한 파일럿은 제1 OFDM 심벌과 제6 OFDM 심벌에서, 제1 부반송파 및 제6 부반송파에 할당된다. 이 경우, 베이직 유닛에서 각 안테나에 대해 파일럿이 할당된 자원단위가 동일하다. 이는 복수의 파일럿 자원이 동일한 부반송파를 사용하는 경우이다.
이와 같이, MIMO를 지원하는 파일럿 구조는 복수의 파일럿 자원이 부반송파를 다르게 사용하는 경우 또는 복수의 파일럿 자원이 동일한 부반송파를 사용하는 경우, 두 가지로 구분될 수 있다.
먼저, 복수의 파일럿 자원이 부반송파를 다르게 사용하는 경우를 설명한다. 이 경우, 파일럿 오버헤드가 커지나, 정밀한 채널 추정이 가능하다. 인접 셀의 간섭(interference)을 무시할 수 있는 경우, SINR(Signal-to-Interference-and-Noise Ratio)이 높아져 채널 추정이 더욱 정밀해질 수 있다. 그런데, 복수의 파일럿 자원 전부를 사용하지 않고, 일부 파일럿 자원만을 사용하는 경우 부반송파가 남게 된다. 남는 부반송파 자원은 데이터 전송 용도로 사용할 수 있다.
다음, 복수의 파일럿 자원이 동일한 부반송파를 사용하는 경우를 설명한다. 이 경우, 복수의 안테나에서 동일한 부반송파로 파일럿을 전송한다. 각 안테나를 통해 전송되는 파일럿을 구분하기 위해, 각 안테나마다 특정한 파일럿 시퀀스(sequence)가 할당된다. 각 안테나의 채널은 각 안테나마다 할당된 특정한 파일럿 시퀀스를 통해 구분되어 추정된다. 채널은 일반적으로 시간 또는 주파수에 평평한 페이딩(flat fading) 채널로 가정되어 추정된다. 파일럿 시퀀스의 길이가 길수록 채널 추정의 정확도가 높아질 수 있다. 그런데, 복수의 안테나 전부를 사용하지 않고, 일부 안테나만을 사용하는 경우 사용하지 않는 안테나에 할당된 파일럿 시퀀스는 자원 낭비가 된다. 이 경우는 복수의 파일럿 자원이 부반송파를 다르게 사용하는 경우와 달리 일부 부반송파를 데이터 전송 용도로 활용할 수 없는 구조이다. 이러한 파일럿 구조는 도 7에서 설명한 3GPP LTE의 상향링크에서 사용되고 있는 구조이다.
상기와 같은 MIMO를 지원하는 파일럿 구조에서는, 복수의 파일럿 자원 중 일부 파일럿 자원을 사용하지 않는 경우, 무선 자원을 낭비하게 된다. 일반적으로, 셀 내 다수의 단말은 동일한 파일럿 구조를 사용하나, 각각의 단말은 서로 다른 안테나 모드로 설정(configuration)될 수 있다. 예를 들어, 2 개의 단말이 4 안테나를 지원하는 파일럿 구조를 공유하나, 하나의 단말은 4개의 안테나를 사용하고, 다른 단말은 1개의 안테나를 사용할 수 있다. 이 경우, 1 개의 안테나를 사용하는 단말은 파일럿으로 할당된 자원을 전부 사용하지 못하게 된다. 이는 한정된 무선 자원을 비효율적으로 사용하는 문제가 발생한다. 하향링크 파일럿의 경우, 다수의 단말이 모두 공용으로 사용한다. 상향링크 파일럿의 경우, 특정 단말이 독점적으로 사용하거나, 다른 단말과 가상 MIMO로 사용될 수 있다. 따라서, 상향링크 파일럿의 경우 파일럿으로 할당된 자원의 용도를 변경하기가 더 용이하다. 특히 3GPP LTE의 경우에는 파일럿이 특정 OFDM 심볼 전체로 정의되어 있으므로, 안테나 개수에 따라서 해당 셀에서 정의해 사용하는 파일럿 자원은 셀에서 지원하는 최대 안테나 개수까지 예약해놓고 사용하게 된다. 하지만 실제 사용하는 단말의 성능(capability)에 따라서 일부 파일럿 자원은 남게 되는 경우가 발생한다.
송신기가 베이직 유닛에 할당된 파일럿에 따른 안테나 개수보다 적은 수의 안테나를 사용하는 경우, 사용하지 않는 파일럿 자원을 다른 용도로 활용하는 것이 효율적이다. 따라서, 다중 안테나를 지원하는 파일럿 자원 구조의 경우, 파일럿이 할당된 자원을 효율적으로 사용할 수 있는 데이터 전송 방법을 제공할 필요가 있다. 이하, 다중 안테나를 지원하는 파일럿 자원 구조에서, 복수의 파일럿 자원이 부반송파를 다르게 사용하는 경우와, 복수의 파일럿 자원이 동일한 부반송파를 사용하는 경우 각각에 대해 파일럿으로 할당된 자원을 사용하는 방법을 설명한다.
(1) 복수의 파일럿 자원이 부반송파를 다르게 사용하는 경우
도 12는 베이직 유닛 내에서 파일럿이 할당된 자원단위를 모은 논리적인 파일럿 자원단위 열이다. 이는 4개의 송신 안테나에 대한 논리적인 파일럿 자원단위 열로써, 송신 안테나 개수에 따라 논리적인 파일럿 자원단위 열이 달라질 수 있다. 파일럿 자원단위 열은 실제 파일럿 구조와 상관없다.
도 12를 참조하면, 파일럿 자원단위 열은 제1 안테나에 대한 하나의 자원단위로부터 제4 안테나에 대한 하나의 자원단위 순으로 배열되고, 다시 제1 안테나에 대한 하나의 자원단위로부터 제4 안테나에 대한 하나의 자원단위 순으로 배열된다. 파일럿 자원단위 열에서 동일한 안테나에 대응하는 복수의 자원단위는 OFDM 심벌의 순서 또는 부반송파의 순서에 따라 배열될 수 있다. 도 12는 파일럿 자원단위 열의 예일 뿐이고, 파일럿 자원단위 열을 구성하는 자원단위의 순서를 한정하는 것은 아니다.
파일럿으로 할당된 자원단위는 데이터 전송을 위한 자원단위로 전환하는 것이 용이하다. 지원 가능한 최대 안테나 수보다 적은 안테나만을 사용하는 경우, 상기 일부 안테나에 대해 파일럿으로 할당된 자원단위를 데이터 전송을 위해 사용할 수 있다. 자원단위를 유연하게(flexible) 사용함으로써, 한정된 무선 자원을 효율적으로 사용할 수 있다. 이하, 사용하지 않는 일부 안테나에 대해 파일럿으로 할당된 자원단위를 잉여(residue) 자원단위라 한다.
잉여 자원단위에 전송될 수 있는 데이터는 사용자 데이터 또는 제어 정보(control information)일 수 있다. 특히, 잉여 자원단위를 통해 정보량이 적은 제어 정보를 전송하는 것은 매우 효율적이다. 예를 들어, 제어 정보에는 제어에 관련된 스케줄링, ACK(Acknowledgement)/NACK(Negative Acknowledgement), CQI(Channel Quality Indicator), 전력 제어(power control), 간섭 지시(interference indication), 제어에 관련된 다중 부반송파(multicarrier) 등이 있다.
데이터는 하나의 잉여 자원단위를 통해 전송될 수 있고, 복수의 잉여 자원단위를 통해 전송될 수도 있다.
하나의 잉여 자원단위를 통한 전송은 부반송파 단위로 데이터를 전송하는 것과 같다. 이는 데이터 트래픽(traffic)에 부반송파를 사용하는 것과 같다. 이때, 부반송파 단위로 전달되는 데이터 신호는 논-코히어런트(non-coherent) 방식 또는 코히어런트(coherent) 방식으로 전송될 수 있다. 논-코히어런트 방식은 수신단에서 정보 비트열인 시퀀스(sequence) 자체의 검출을 통해 신호를 판단하는 방식이다. 코히어런트 방식은 수신단에서 기준신호(reference signal)를 통해서 채널 추정을 하여 시퀀스에 변조(modulation)된 신호를 검출하는 방법이다. 논-코히어런트 방식은 채널 추정 결과가 나올 때까지 기다리지 않고 바로 신호를 처리할 수 있다. 반면, 코히어런트 방식은 채널 추정 후에 복조하므로, 더 많은 정보를 전달할 수 있다. 제어 신호의 조합에 따라서 일부는 논-코히어런트 방식으로 전송하고, 다른 신호가 존재할 경우 상기 다른 신호를 추가적으로 코히어런트 방식으로 전송할 수 있다. 또한, 코히어런트 방식의 신호와 논-코히어런트 방식의 신호가 혼합되어 전송될 수 있다.
복수의 잉여 자원단위를 통한 전송은 부반송파 집합(subset)으로 데이터를 전송하는 것과 같다. 베이직 유닛 내 복수의 잉여 자원단위 전부를 사용하여 데이터를 전송할 수 있다. 또는, 베이직 유닛 내 복수의 잉여 자원단위를 제1 전송 영역, 제2 전송 영역, …, 제N 전송 영역(N은 자연수)으로 나누어 각 전송 영역마다 데이터를 전송할 수도 있다. 부반송파 집합으로 데이터를 전달함으로써, 데이터에 확산 이득(spreading gain)을 주거나, 간섭(interference)을 제거할 수 있다. 따라서, 부반송파 집합으로 데이터를 전송하는 방법은 높은 서비스 품질(Quality of Service, QoS)를 요구하는 데이터 전송에 사용할 수 있다.
도 13은 4개의 송신 안테나에 대한 논리적인 파일럿 자원단위 열에서 복수의 잉여 자원단위를 제1 전송 영역 및 제2 전송 영역으로 나눈 경우를 나타낸다. 이는 예시일 뿐, 베이직 유닛 내 복수의 잉여 자원단위는 제1 전송 영역, 제2 전송 영역, …, 제N 전송 영역(N은 자연수)으로 나눌 수 있다. 송신기는 제1 안테나만을 사용하고, 제2 내지 제4 안테나는 사용하지 않는다고 가정한다.
도 13을 참조하면, 파일럿 자원단위 열은 제2 내지 제4 안테나에 대한 자원단위들 중 6 자원단위씩 제1 전송 영역과 제2 전송 영역으로 구분된다. 제1 전송 영역은 제1 데이터 전송에 사용되고, 제2 전송 영역은 제2 데이터 전송에 사용된다.
전송 영역을 통해 전송되는 데이터의 대역폭을 확산시키기 위해 확산 시퀀스(spreading sequence)를 사용할 수 있다. 또, 각 전송 영역을 통해 전송되는 데이터를 구별하기 위해 확산 시퀀스를 사용할 수도 있다. 확산 시퀀스로는 안테나에서 사용하는 파일럿 시퀀스를 재사용할 수 있다. 다만, 파일럿 시퀀스는 길이 등의 이유로 확산 시퀀스로 사용되지 않을 수도 있다. 각 전송 영역마다 확산 시퀀스를 사용하는 경우, 각 전송 영역에 사용되는 확산 시퀀스들은 상호 상관(cross correlation)이 낮은 시퀀스 또는 직교(orthogonal) 시퀀스를 사용할 수 있다. 예를 들어, 월시(Walsh) 시퀀스, m-시퀀스, CAZAC(Constant Amplitude Zero Auto-Correlation) 시퀀스 등을 사용할 수 있다.
제1 데이터는 제1 확산 시퀀스를 통해 대역폭이 확산되어, 제1 전송 영역에 맵핑되고, 제2 데이터는 제2 확산 시퀀스를 통해 대역폭이 확산되어, 제2 전송 영역에 맵핑될 수 있다. 이때, 제1 확산 시퀀스와 제2 확산 시퀀스는 서로 직교하는 시퀀스를 사용하거나, 상호 상관이 낮은 시퀀스를 사용할 수 있다.
부반송파 집합으로 신호를 전송하는 경우, 부반송파 단위로 전달되는 신호와 같이 논-코히어런트 방식 또는 코히어런트 방식으로 전송될 수 있다. 제어 신호의 조합에 따라서 일부는 논-코히어런트 방식으로 전송하고, 다른 신호가 존재할 경우 상기 다른 신호를 추가적으로 코히어런트 방식으로 전송할 수 있다. 또한, 코히어런트 방식의 신호와 논-코히어런트 방식의 신호가 혼합되어 전송될 수 있다.
도 14는 도 13의 6 잉여 자원단위의 전송 영역을 통해 데이터를 전송하는 방법을 나타낸다. 데이터는 제어 신호인 경우를 나타내었으나. 사용자 데이터 전송에도 적용될 수 있다.
도 14를 참조하면, 제어 신호 A(Control Signal A), 제어 신호 B(Control Signal B) 및 제어 신호 C(Control Signal C)는 다양한 조합으로 6 자원단위의 전송 영역을 통해 전송될 수 있다. 각 제어 신호는 서로 독립적이거나, 종속적일 수 있다.
시퀀스 ID(Identifier) 선택기(Sequence ID selector)는 시퀀스 ID를 선택해 확산 시퀀스를 결정한다. 시퀀스 ID는 자체가 정보가 될 수 있고, 고정될 수도 있다. 제어 신호 A는 확산 시퀀스를 통해 대역폭이 확산된다.
제어 신호 B는 온/오프 제어(On/Off control)을 통해 '0' 또는 '1'인 1 비트 정보가 된다. 온/오프 제어는 항상 온으로 고정할 수도 있다.
제어 신호 C는 변조(modulation)를 통해 신호 성상(signal constellation)에 대응하는 변조 정보가 된다. 변조 단계는 '1'로 고정될 수 있다. 또, 변조 단계는 시퀀스 간의 차등 변조(differential modulation)로 구현될 수 있다. 또한, 변조 단계는 시퀀스 간 스크램블링(scrambling)으로 구현될 수도 있다.
상기 처리 과정을 거친 제어 신호 A, 제어 신호 B 및 제어 신호 C는 다양한 조합으로 부반송파 맵퍼(Subcarrier Mapper)에 맵핑된다. 제어 신호의 조합은 부반송파 맵퍼를 거쳐 6 잉여 자원단위의 전송 영역에 맵핑된다.
도 15는 6 잉여 자원단위의 전송영역을 통해 전송된 수신 신호로부터 데이터를 복구하는 방법을 나타낸다. 데이터는 제어 신호인 경우를 나타내었으나. 사용자 데이터가 전송된 경우에도 적용될 수 있다.
도 15를 참조하면, 수신 신호를 역확산(Despreading)을 통해 시퀀스 ID를 복구할 수 있다. 역확산 후, 에너지 검출기(Energy detector)를 통해 1 비트 정보를 복구할 수 있다. 1 비트 이상의 정보는 코히어런트 검출(Coherent detection)을 통해 복구할 수 있다. 1 비트 이상의 정보는 논-코히어런트 검출을 통해 복구할 수도 있다. 시퀀스 ID, 에너지 또는 변조 정보는 제어 신호 또는 사용자 데이터 등이 될 수 있다.
이와 같이 파일럿 전송을 위해 할당된 복수의 파일럿 자원 중 일부의 파일럿자원을 사용하지 않는 경우, 상기 일부의 파일럿 자원을 이용한 데이터의 전송은 데이터 변조(data modulation)을 통해서 직접 부반송파에 전송하는 방법, 시퀀스 ID를 선택하여 지칭하는 방법, 순환 시프트의 남는 영역을 사용하는 방법, 에너지 검출로 지칭하는 방법, 추가적 스프레딩 시퀀스를 사용하는 방법, 기존 파일럿 시퀀스에 커버 시퀀스를 사용하는 방법 등으로 구성될 수 있다.
(2) 복수의 파일럿 자원이 동일한 부반송파를 사용하는 경우
복수의 파일럿 자원이 동일한 부반송파를 사용하는 경우, 각 안테나를 통해 전송되는 파일럿을 구분하기 위해, 각 안테나마다 특정한 파일럿 시퀀스가 할당된다. 이때 사용되지 않는 파일럿 시퀀스가 존재하게 되면 이를 정보 전달용으로 활용할 수 있다. 이하, 파일럿 시퀀스와 같이 사용되지 않은 파일럿 자원을 잉여 파일럿 자원이라 한다. 잉여 파일럿 자원를 이용하여 추가적인 데이터를 전달할 수 있다. 추가적인 데이터는 사용자 데이터 또는 제어 정보일 수 있다. 잉여 파일럿 자원은 실제 파일럿 자원으로 정의되어 있었으나 최대 안테나 개수로 사용하지 않아서 생긴 자원일 수도 있다. 또, 잉여 파일럿 자원은 부가적 파일럿 자원일 수도 있다. 기존 파일럿 자원으로 정의된 시퀀스에 추가하여 더 많은 시퀀스가 파일럿 자원으로 정의될 수 있다. 이 경우에 추가로 정의되는 시퀀스는 잉여 파일럿 자원으로 간주할 수 있다. 이러한 경우는 팸토 셀과 매크로 셀의 차이처럼 셀의 환경이 확연히 차이가 나는 구조에서 발생할 수 있다. 매크로 셀은 5μs 정도의 지연 스프레드(delay spread)를 가정하지만, 팸토 셀은 1μs보다 훨씬 작은 지연 스프레드를 갖는다. 이 경우 시퀀스를 정의함에 있어서 더 작은 지연 스프레드로부터 더 많은 순환 시프트 시퀀스(circular shifted sequence)를 만들 수 있다. 3GPP LTE에서 사용된 상향링크 파일럿 구조에서는 기본 자원 단위가 12 부반송파이고 이 중에서 8개의 순환 시프트를 사용하도록 하고 있다. 그런데, 매크로 셀에서는 이들을 모두 활용하기 곤란한 반면, 펨토 셀에서는 12개의 순환 시프트를 모두 사용할 수 있는 채널 상황이 된다. 따라서 기존 파일럿 자원 구조에서 추가로 만들어질 수 있는 시퀀스를 잉여 파일럿 자원으로 활용할 수 있다. 이와는 달리, 잉여 파일럿 자원의 구성은 파일럿 자원으로 정의된 시퀀스뿐만 아니라 일정한 간섭을 일으키더라도 추가적인 시퀀스를 따로 정의해서 사용할 수 있다. 이는 파일럿 자원이 높은 스프레딩 이득(spreading gain)에 근거하는 경우에 사용하기 용이하며, 서로 간의 간섭을 충분히 낮게 유지하도록 시퀀스를 추가할 수 있다. 직교 시퀀스 또는 상호 상관이 낮은 시퀀스를 이용하여 더 많은 시퀀스 자원을 만들 수 있는 경우, 기존 파일럿 시퀀스와 함께 추가적인 데이터를 전송할 수 있다. 데이터 전송 방법 및 복구 방법은 도 14 및 도 15를 적용할 수 있다.
이와 같이 파일럿 전송에 사용하지 않는 잉여 파일럿 자원을 데이터 전송에 사용함으로써, 한정된 무선 자원을 효율적으로 사용할 수 있다. 또, 잉여 파일럿 자원을 정보량이 적은 제어 신호 전송에 사용할 수 있다. 이 경우, 제어 신호 전송에 필요한 자원을 따로 할당할 필요가 없어, 할당 오버헤드(allocation overhead)를 감소시킬 수 있다. 이를 통해 전체 시스템 성능을 향상시킬 수 있다. 실제 데이터가 전송되는 구성은 잉여 안테나를 통해서 해당 파일럿 자원을 이용한 데이터 전송 형태를 갖을 수 있다. 또, 파일럿이 전송되는 안테나를 통해서 해당 파일럿 자원을 이용한 데이터 전송으로 구성될 수 있다. 즉, 잉여 파일럿 자원을 이용해서 데이터를 전송함에 있어서는 파일럿 자원과 물리적 안테나와의 사전 정의가 달라질 수 있다.
상술한 모든 기능은 상기 기능을 수행하도록 코딩된 소프트웨어나 프로그램 코드 등에 따른 마이크로프로세서, 제어기, 마이크로제어기, ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등과 같은 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 상기 코드의 설계, 개발 및 구현은 본 발명의 설명에 기초하여 당업자에게 자명하다고 할 것이다.
이상 본 발명에 대하여 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시켜 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명은 이하의 특허청구범위의 범위 내의 모든 실시예들을 포함한다고 할 것이다.

Claims (8)

  1. 무선 통신 시스템에서 데이터 전송 방법에 있어서,
    복수의 안테나를 통한 파일럿 전송을 지원하기 위한 복수의 파일럿 자원을 할당하는 단계; 및
    상기 복수의 파일럿 자원 중 파일럿 전송에 사용하지 않는 잉여 파일럿 자원이 있는 경우, 상기 잉여 파일럿 자원을 이용하여 데이터를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 잉여 파일럿 자원은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심벌과 부반송파로 구성된 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터는 제어 정보인 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터는 ACK(Acknowledgement)/NACK(Negative Acknowledgement) 또는 CQI(Channel Quality Indicator)인 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터를 전송하는 단계는
    확산 시퀀스를 이용하여 상기 데이터의 대역폭이 확산된 확산 데이터를 생성하는 단계;
    상기 확산 데이터를 상기 잉여 파일럿 자원에 맵핑하는 단계; 및
    상기 확산 데이터를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 확산 시퀀스는 상기 잉여 파일럿 자원에 대응하는 파일럿 시퀀스인 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  7. 무선 통신 시스템에서 데이터 전송 방법에 있어서,
    복수의 안테나를 통한 파일럿 전송을 지원하기 위한 복수의 파일럿 자원을 할당하는 단계;
    상기 복수의 파일럿 자원 중 파일럿 전송에 사용하지 않는 잉여 파일럿 자원이 있는 경우,
    상기 잉여 파일럿 자원을 제1 전송 영역 및 제2 전송 영역으로 나누는 단계;
    상기 제1 전송 영역에 제1 확산 시퀀스를 이용해 대역폭이 확산된 제1 데이터를 맵핑하는 단계;
    상기 제1 전송 영역에 제1 확산 시퀀스를 이용해 대역폭이 확산된 제1 데이터를 맵핑하는 단계;
    상기 제2 전송 영역에 제2 확산 시퀀스를 이용해 대역폭이 확산된 제2 데이터를 맵핑하는 단계; 및
    상기 제1 데이터 및 상기 제2 데이터 각각을 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 확산 시퀀스와 상기 제2 확산 시퀀스는 서로 직교하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
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