WO2018066781A1

WO2018066781A1 - 경쟁 기반 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 신호를 송수신하는 방법 및 장치

Info

Publication number: WO2018066781A1
Application number: PCT/KR2017/004530
Authority: WO
Inventors: 김명진; 이상림; 이호재; 김동규; 노광석
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2016-10-07
Filing date: 2017-04-28
Publication date: 2018-04-12
Also published as: US11089621B2; US20190289623A1

Abstract

본 명세서의 일 실시예에 따라, 무선통신 시스템에서 단말이 경쟁 기반 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 신호를 전송하는 방법을 제공할 수 있다. 이때, 신호를 전송하는 방법은 경쟁 기반 NoMA 방식에 기초하여 제 1 코드워드를 전송하는 단계, 기지국으로부터 제 1 코드워드 전송에 대한 부정 응답을 수신하는 단계, 제 1 코드워드의 크기 벡터 및 상관 관계를 고려하여 제 2 코드워드를 선택하는 단계 및 선택된 제 2 코드워드를 상기 경쟁 기반 NoMA 방식에 기초하여 전송하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

경쟁 기반 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 신호를 송수신하는 방법 및 장치

본 명세서는 무선 통신 시스템에 대한 것으로, 보다 상세하게는 경쟁 기반(Contention-Based) 비직교 다중 접속 방식(Non-orthogonal Multiple Access, NOMA)에 기초하여 신호를 송수신하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

무선통신시스템이 음성이나 데이터 등과 같은 다양한 종류의 통신 서비스를 제공하기 위해 광범위하게 전개되고 있다. 일반적으로 무선통신시스템은 가용한 시스템 자원(대역폭, 전송 파워 등)을 공유하여 다중 사용자와의 통신을 지원할 수 있는 다중 접속(multiple access) 시스템이다. 다중 접속 시스템의 예들로는 CDMA(code division multiple access) 시스템, FDMA(frequency division multiple access) 시스템, TDMA(time division multiple access) 시스템, OFDMA(orthogonal frequency division multiple access) 시스템, SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access) 시스템 및 MC-FDMA(multi carrier frequency division multiple access) 시스템 등이 있다.

또한, 무선 통신 시스템으로서 3GPP LTE (3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution) 시스템은 1ms TTI (transmission time interval)를 가지는 프레임 구조로 디자인 되었으며, 비디오(video) 어플리케이션을 위해 데이터 요구 지연 시간은 10ms이었다. 그러나, 미래의 5G 기술은 실시간 제어(real-time control) 및 촉감 인터넷(tactile internet)과 같은 새로운 어플리케이션의 등장으로 더욱 낮은 지연의 데이터 전송을 요구하고 있으며, 5G 데이터 요구 지연은 1ms까지 낮춰질 것으로 예상된다. 또한, 미래의 5G 기술은 하나의 기지국에 더욱 많은 단말 연결성이 요구되고 있으며, 5G 요구 연결성은 최대 1,000,000/km2까지 증가될 것으로 예상된다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 무선통신 시스템에서 단말이 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 신호를 수신하는 방법을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명에서 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 무선통신 시스템에서 기지국이 경쟁 기반 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 신호를 전송하는 방법을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명에서 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 무선통신 시스템에서 지연 및 오버헤드를 줄이기 위한 전송 방법을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명에서 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 무선통신 시스템에서 기지국의 복잡도를 증가시키지 않으면서 신호 재전송을 수행하는 방법을 제공하는데 목적이 있다.

본 명세서의 일 실시예에 따라, 무선통신 시스템에서 경쟁 기반 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 신호를 전송하기 위한 단말을 제공할 수 있다. 이때, 단말은 신호를 수신하는 수신 모듈, 신호를 송신하는 송신 모듈 및 수신 모듈과 송신 모듈을 제어하는 프로세서를 포함할 수 있다. 이때, 프로세서는 송신 모듈을 이용하여 경쟁 기반 NoMA 방식에 기초하여 제 1 코드워드를 전송하고, 수신 모듈을 이용하여 기지국으로부터 제 1 코드워드 전송에 대한 부정 응답을 수신하고, 제 1 코드워드의 크기 벡터 및 상관 관계를 고려하여 제 2 코드워드를 선택하고, 송신 모듈을 이용하여 선택된 제 2 코드워드를 경쟁 기반 NoMA 방식에 기초하여 전송할 수 있다.

또한, 무선 통신 시스템에서 경쟁 기반 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 신호를 전송하는 방법 및 장치에 대해서 다음 사항들이 공통으로 적용될 수 있다.

본 명세서의 일 실시예에 따라, 제 2 코드워드 전송에 대한 부정 응답을 수신하는 경우, 제 3 코드워드를 경쟁 기반 NoMA 방식에 기초하여 전송할 수 있다.

이때, 본 명세서의 일 실시예에 따라, 제 3 코드워드는 제 1 코드워드 및 제 2 코드워드와 독립적으로 선택되어 전송될 수 있다.

또한, 본 명세서의 일 실시예에 따라, 제 1 코드워드에 대한 부정 응답은 인디케이터(Indicator)와 함께 수신될 수 있다.

이때, 본 명세서의 일 실시예에 따라, 인디케이터는 딥-페이딩 여부를 지시하는 인디케이터일 수 있다.

이때, 본 명세서의 일 실시예에 따라, 인디케이터가 제 1 값인 경우, 제 2 코드워드는 제 1 코드워드의 크기 벡터 및 상관 관계에 기초하여 선택되고, 인디케이터가 제 2 값은 경우, 제 2 코드워드는 제 1 코드워드와 독립적으로 선택될 수 있다.

또한, 본 명세서의 일 실시예에 따라, 제 1 코드워드는 제 1 리소스 풀을 통해 전송될 수 있다.

이때, 본 명세서의 일 실시예에 따라, 기지국으로부터 제 1 코드워드에 대한 부정 응답을 수신하는 경우, 제 1 코드워드는 제 2 리소스 풀을 통해 전송될 수 있다.

이때, 본 명세서의 일 실시예에 따라, 제 1 코드워드가 전송되는 리소스 풀은 제 1 코드워드에 대한 부정 응답에 기초하여 재전송되는 횟수에 따라 다르게 설정될 수 있다.

또한, 본 명세서의 일 실시예에 따라, 단말이 포함된 셀 커버리지에 기설정된 수 이상의 단말이 존재하는 경우, 제 1 코드워드는 그랜트-기반 전송방식에 기초하여 전송될 수 있다.

이때, 본 명세서의 일 실시예에 따라, 제 1 코드워드가 경쟁 기반 NoMA 방식에 기초하여 전송되는 경우, 제 1 코드워드는 다른 단말의 코드워드와 동일한 시간-주파수 영역을 통해 전송되고, 제 1 코드워드가 그랜트-기반 전송 방식에 기초하여 전송되는 경우, 제 1 코드워드는 기지국으로부터 고유하게 할당된 시간-주파수 영역을 통해 전송될 수 있다.

본 명세서는, 무선통신 시스템에서 단말이 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 신호를 수신하는 방법을 제공할 수 있다.

본 명세서는 무선통신 시스템에서 기지국이 경쟁 기반 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 신호를 전송하는 방법을 제공할 수 있다.

본 명세서는 무선통신 시스템에서 지연 및 오버헤드를 줄이기 위한 전송 방법을 제공할 수 있다.

본 명세서는 무선통신 시스템에서 기지국의 복잡도를 증가시키지 않으면서 신호 재전송을 수행하는 방법을 제공할 수 있다.

본 명세서에서 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.

도 1은 무선통신 시스템(100)에서의 기지국(105) 및 단말(110)의 구성을 도시한 블록도이다.

도 2는 통신 장치의 NOMA 기반 하향링크 전송/수신(Tx/Rx) 블록도를 예시한 도면이다.

도 3은 통신 장치의 NOMA 기반 상향링크 전송/수신 블록도를 예시한 도면이다.

도 4는 통신 장치의 비직교 스프레딩 코드(Non-orthogonal Spreading Code) 기반 하향링크 전송/수신 블록도를 예시한 도면이다.

도 5는 통신 장치의 비직교 스프레딩 코드(Non-orthogonal Spreading Code) 기반 상향링크 전송/수신 블록도를 예시한 도면이다.

도 6은 단말 특정 스프레딩 코드에 의한 데이터 전송의 주파수축 개념도를 도시한 도면이다.

도 7은 비직교 단말 특정 스프레딩 코드 기반 NoMA 시스템의 기본 송수신 구조도를 도시한 도면이다.

도 8은 단말이 신호를 전송할 때 주파수 측에서 송신 파워, 채널 게인 및 수신 파워의 크기를 나타낸 도면이다.

도 9는 전송되는 코드워드 및 주파수 축에서 채널 게인을 나타낸 도면이다.

도 10은 경쟁 기반 NoMA 방식에 따른 신호의 흐름도를 예시한 도면이다.

도 11은 경쟁 기반 NoMA 방식에 따른 신호 전송 방법에 대한 순서도이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다. 예를 들어, 이하의 상세한 설명은 이동통신 시스템이 3GPP LTE, LTE-A 시스템인 경우를 가정하여 구체적으로 설명하나, 3GPP LTE, LTE-A의 특유한 사항을 제외하고는 다른 임의의 이동통신 시스템에도 적용 가능하다.

몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.

아울러, 이하의 설명에 있어서 단말은 UE(User Equipment), MS(Mobile Station), AMS(Advanced Mobile Station) 등 이동 또는 고정형의 단말단 기기를 통칭하는 것을 가정한다. 또한, 기지국은 Node B, eNode B, Base Station, AP(Access Point)등 단말과 통신하는 네트워크 단의 임의의 노드를 통칭하는 것을 가정한다.

이동 통신 시스템에서 단말(User Equipment)은 기지국으로부터 하향링크(Downlink)를 통해 정보를 수신할 수 있으며, 단말은 또한 상향링크(Uplink)를 통해 정보를 전송할 수 있다. 단말이 전송 또는 수신하는 정보로는 데이터 및 다양한 제어 정보가 있으며, 단말이 전송 또는 수신하는 정보의 종류 용도에 따라 다양한 물리 채널이 존재한다.

이하의 기술은 CDMA(code division multiple access), FDMA(frequency division multiple access), TDMA(time division multiple access), OFDMA(orthogonal frequency division multiple access), SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access), 5G 통신 시스템 등과 같은 다양한 무선 접속 시스템에 사용될 수 있다. CDMA는 UTRA(Universal Terrestrial Radio Access)나 CDMA2000과 같은 무선 기술(radio technology)로 구현될 수 있다. TDMA는 GSM(Global System for Mobile communications)/GPRS(General Packet Radio Service)/EDGE(Enhanced 데이터 Rates for GSM Evolution)와 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. OFDMA는 IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802-20, E-UTRA(Evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. UTRA는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)의 일부이다.

3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(long term evolution)는 E-UTRA를 사용하는 E-UMTS(Evolved UMTS)의 일부로서 하향링크에서 OFDMA를 채용하고 상향링크에서 SC-FDMA를 채용한다. LTE-A(Advanced)는 3GPP LTE의 진화된 버전이다.

또한, 이하의 설명에서 사용되는 특정(特定) 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.

기지국과 단말 간의 무선 전송에 대하여 기지국에서 단말로의 전송을 하향 링크 전송, 단말로부터 기지국으로의 전송을 상향링크 전송으로 통칭하여 표현한다. 이러한 하향링크 전송과 상향링크 전송 간의 무선 자원을 구분하는 방식을 듀플렉스(duplex)라고 정의하며 주파수 밴드를 하향링크 전송 밴드와 상향링크 전송 밴드로 구분하여 양방향 송수신하는 경우 주파수 분할 듀플렉스(Frequency Division Duplex, FDD)라고 표현한다. 본 발명에서 제안하는 기술은 상기 주파수 분할 듀플렉스 뿐만 아니라, 시간 자원을 하향링크 전송 시간과 상향링크 전송 시간으로 구분하여 양방향 송수신하는 시간 분할 듀플렉스 (Time Division Duplex, TDD)와 시간 및 주파수 자원을 공유하여 양방향 송수신하는 양방향 듀플렉스 (Full Duplex) 에서도 동작 가능함은 자명하다.

무선 통신 시스템(100)을 간략화하여 나타내기 위해 하나의 기지국(105)과 하나의 단말(110)을 도시하였지만, 무선 통신 시스템(100)은 하나 이상의 기지국 및/또는 하나 이상의 단말을 포함할 수 있다.

도 1을 참조하면, 기지국(105)은 송신(Tx) 데이터 프로세서(115), 심볼 변조기(120), 송신기(125), 송수신 안테나(130), 프로세서(180), 메모리(185), 수신기(190), 심볼 복조기(195), 수신 데이터 프로세서(197)를 포함할 수 있다.

그리고, 단말(110)은 송신(Tx) 데이터 프로세서(165), 심볼 변조기(170), 송신기(175), 송수신 안테나(135), 프로세서(155), 메모리(160), 수신기(140), 심볼 복조기(155), 수신 데이터 프로세서(150)를 포함할 수 있다. 송수신 안테나(130, 135)가 각각 기지국(105) 및 단말(110)에서 하나로 도시되어 있지만, 기지국(105) 및 단말(110)은 복수 개의 송수신 안테나를 구비하고 있다. 따라서, 본 발명에 따른 기지국(105) 및 단말(110)은 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 시스템을 지원한다. 또한, 본 발명에 따른 기지국(105)은 SU-MIMO(Single User-MIMO), MU-MIMO(Multi User-MIMO) 방식 모두를 지원할 수 있다.

하향링크 상에서, 송신 데이터 프로세서(115)는 트래픽 데이터를 수신하고, 수신한 트래픽 데이터를 포맷하여, 코딩하고, 코딩된 트래픽 데이터를 인터리빙하고 변조하여(또는 심볼 매핑하여), 변조 심볼들("데이터 심볼들")을 제공한다. 심볼 변조기(120)는 이 데이터 심볼들과 파일럿 심볼들을 수신 및 처리하여, 심볼들의 스트림을 제공한다.

심볼 변조기(120)는, 데이터 및 파일럿 심볼들을 다중화하여 이를 송신기 (125)로 전송한다. 이때, 각각의 송신 심볼은 데이터 심볼, 파일럿 심볼, 또는 제로의 신호 값일 수도 있다. 각각의 심볼 주기에서, 파일럿 심볼들이 연속적으로 송신될 수도 있다. 파일럿 심볼들은 주파수 분할 다중화(FDM), 직교 주파수 분할 다중화(OFDM), 시분할 다중화(TDM), 또는 코드 분할 다중화(CDM) 심볼일 수 있다.

송신기(125)는 심볼들의 스트림을 수신하여 이를 하나 이상의 아날로그 신호들로 변환하고, 이 아날로그 신호들을 추가적으로 조절하여(예를 들어, 증폭, 필터링, 및 주파수 업 컨버팅(upconverting)) 무선 채널을 통한 송신에 적합한 하향링크 신호를 발생시킨다. 그러면, 송신 안테나(130)는 발생된 하향링크 신호를 단말로 전송한다.

단말(110)의 구성에서, 수신 안테나(135)는 기지국으로부터의 하향링크 신호를 수신하여 수신된 신호를 수신기(140)로 제공한다. 수신기(140)는 수신된 신호를 조정하고(예를 들어, 필터링, 증폭, 및 주파수 다운컨버팅(downconverting)), 조정된 신호를 디지털화하여 샘플들을 획득한다. 심볼 복조기(145)는 수신된 파일럿 심볼들을 복조하여 채널 추정을 위해 이를 프로세서(155)로 제공한다.

또한, 심볼 복조기(145)는 프로세서(155)로부터 하향링크에 대한 주파수 응답 추정치를 수신하고, 수신된 데이터 심볼들에 대해 데이터 복조를 수행하여, (송신된 데이터 심볼들의 추정치들인) 데이터 심볼 추정치를 획득하고, 데이터 심볼 추정치들을 수신(Rx) 데이터 프로세서(150)로 제공한다. 수신 데이터 프로세서(150)는 데이터 심볼 추정치들을 복조(즉, 심볼 디-매핑(demapping))하고, 디인터리빙(deinterleaving)하고, 디코딩하여, 전송된 트래픽 데이터를 복구한다. 심볼 복조기(145) 및 수신 데이터 프로세서(150)에 의한 처리는 각각 기지국(105)에서의 심볼 변조기(120) 및 송신 데이터 프로세서(115)에 의한 처리에 대해 상보적이다.

단말(110)은 상향링크 상에서, 송신 데이터 프로세서(165)는 트래픽 데이터를 처리하여, 데이터 심볼들을 제공한다. 심볼 변조기(170)는 데이터 심볼들을 수신하여 다중화하고, 변조를 수행하여, 심볼들의 스트림을 송신기(175)로 제공할 수 있다. 송신기(175)는 심볼들의 스트림을 수신 및 처리하여, 상향링크 신호를 발생시킨다. 그리고 송신 안테나(135)는 발생된 상향링크 신호를 기지국(105)으로 전송한다. 단말 및 기지국에서의 송신기 및 수신기는 하나의 RF(Radio Frequency) 유닛으로 구성될 수도 있다.

기지국(105)에서, 단말(110)로부터 상향링크 신호가 수신 안테나(130)를 통해 수신되고, 수신기(190)는 수신한 상향링크 신호를 처리되어 샘플들을 획득한다. 이어서, 심볼 복조기(195)는 이 샘플들을 처리하여, 상향링크에 대해 수신된 파일럿 심볼들 및 데이터 심볼 추정치를 제공한다. 수신 데이터 프로세서(197)는 데이터 심볼 추정치를 처리하여, 단말(110)로부터 전송된 트래픽 데이터를 복구한다.

단말(110) 및 기지국(105) 각각의 프로세서(155, 180)는 각각 단말(110) 및 기지국(105)에서의 동작을 지시(예를 들어, 제어, 조정, 관리 등)한다. 각각의 프로세서들(155, 180)은 프로그램 코드들 및 데이터를 저장하는 메모리 유닛(160, 185)들과 연결될 수 있다. 메모리(160, 185)는 프로세서(180)에 연결되어 오퍼레이팅 시스템, 어플리케이션, 및 일반 파일(general files)들을 저장한다.

프로세서(155, 180)는 컨트롤러 (controller), 마이크로 컨트롤러 (microcontroller), 마이크로 프로세서 (microprocessor), 마이크로 컴퓨터(microcomputer) 등으로도 호칭될 수 있다. 한편, 프로세서(155, 180)는 하드웨어(hardware) 또는 펌웨어(firmware), 소프트웨어, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다.

하드웨어를 이용하여 본 발명의 실시예를 구현하는 경우에는, 본 발명을 수행하도록 구성된 ASICs(application specific integrated circuits) 또는 DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays) 등이 프로세서(155, 180)에 구비될 수 있다.

한편, 펌웨어나 소프트웨어를 이용하여 본 발명의 실시예들을 구현하는 경우에는 본 발명의 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등을 포함하도록 펌웨어나 소프트웨어가 구성될 수 있으며, 본 발명을 수행할 수 있도록 구성된 펌웨어 또는 소프트웨어는 프로세서(155, 180) 내에 구비되거나 메모리(160, 185)에 저장되어 프로세서(155, 180)에 의해 구동될 수 있다.

단말과 기지국이 무선 통신 시스템(네트워크) 사이의 무선 인터페이스 프로토콜의 레이어들은 통신 시스템에서 잘 알려진 OSI(open system interconnection) 모델의 하위 3개 레이어를 기초로 제 1 레이어(L1), 제 2 레이어(L2), 및 제 3 레이어(L3)로 분류될 수 있다. 물리 레이어는 상기 제 1 레이어에 속하며, 물리 채널을 통해 정보 전송 서비스를 제공한다. RRC(Radio Resource Control) 레이어는 상기 제 3 레이어에 속하며 UE와 네트워크 사이의 제어 무선 자원들을 제공한다. 단말, 기지국은 무선 통신 네트워크와 RRC 레이어를 통해 RRC 메시지들을 교환할 수 있다.

본 명세서에서 단말의 프로세서(155)와 기지국의 프로세서(180)는 각각 단말(110) 및 기지국(105)이 신호를 수신하거나 송신하는 기능 및 저장 기능 등을 제외하고, 신호 및 데이터를 처리하는 동작을 수행하지만, 설명의 편의를 위하여 이하에서 특별히 프로세서(155, 180)를 언급하지 않는다. 특별히 프로세서(155, 180)의 언급이 없더라도 신호를 수신하거나 송신하는 기능이 아닌 데이터 처리 등의 일련의 동작들을 수행한다고 할 수 있다.

다중 단말(혹은 다중 사용자) 정보를 동일 자원에 할당하여 전송하는 비직교 다중 접속 방식 (Non-orthogonal Multiple Access, NOMA)에 있어서, 도 2와 같이 하향링크 지원을 위한 송수신단 구조는 일반적이다. NOMA 시스템은 3GPP 표준화 작업에서는 Multiuser Superposition Transmission (MUST)로 불리우기도 한다. NOMA 시스템은 동일 시간-주파수 자원에 다수의 단말을 위한 정보를 중첩하여 전송함으로써, LTE 시스템 대비 전송 용량 이득을 얻거나 동시 접속 수를 증대하는 것을 목적으로 차세대 5G 시스템의 요소 기술로써 고려되고 있다. 차세대 5G 시스템의 NOMA 계열 기술로는 Power Level을 기반으로 단말을 구분하는 MUST와, Sparse Complex Codebook 기반 변조를 활용하는 Sparse Code Multiple Access (SCMA), 단말-특정 인터리버(User-specific Interleaver)를 이용하는 interleave Division Multiple Access (IDMA) 등이 있다.

MUST 시스템의 경우, 도 2의 송신단에서 다중 단말 데이터의 변조 이후에 각

심볼의 파워 할당을 다르게 하거나, 계층적 변조(Hierarchical Modulation)를 기반으로 다중 단말 데이터를 계층적 변조하여 전송하고, 수신단에서 다중 단말(혹은 다중 사용자) 검출(Multiuser Detection, MUD)를 통해 다중 단말의 데이터(이하 다중 단말 데이터라 칭함)를 복조 한다.

SCMA 시스템의 경우, 도 2의 송신단에서, 다중 단말 데이터에 대한 Forward Error Correction (FEC) Encoder와 변조 과정을 미리 약속된 Sparse Complex Codebook 변조 방식으로 대체하여 전송하고, 수신단에서 MUD를 통해 다중 단말 데이터를 복조한다. IDMA 시스템의 경우, 도 2의 송신단에서 다중 단말 데이터에 대해 FEC Encoding 정보를 단말-특정 인터리버를 통해 변조하여 전송하고, 수신단에서 MUD를 통해 다중 단말 데이터를 복조한다.

상기 각 시스템은 다양한 MUD 방식으로 다중 단말 데이터를 복조 할 수 있으며, 예를 들어 Maximum Likelihood (ML), Maximum joint A posteriori Probability (MAP), Message Passing Algorithm (MPA), Matched Filtering (MF), Successive Interference Cancellation (SIC), Parallel Interference Cancellation (PIC), Codeword Interference Cancellation (CWIC) 등이 있다. 각 복조 방식에 따라 또는 반복 복조 시도 수에 따라, 복조 복잡도와 처리시간 지연에 차이가 있을 수 있다.

도 3은 다중 단말의 정보(이하 다중 단말 정보로 칭함)를 동일 자원에 할당하여 전송하는 NOMA 계열 시스템의 상향링크 지원을 위한 송수신단 구조를 도시하고 있다. 상기 각 시스템은 도 2의 하향링크 구조에 대한 설명과 같은 방식으로 다중 단말 데이터를 전송하고 수신단에서 복조 할 수 있다. NOMA 계열 시스템들은 동일 시간-주파수 자원에 다수 단말 신호를 중첩 전송하기 때문에, LTE 시스템과 비교하여 더 높은 복호 오류율을 가지지만, 더 높은 주파수 이용 효율이나 더 많은 Connectivity 를 지원할 수 있다. 비직교 다중 접속 방식(NOMA)은 시스템 환경에 따라, 부호율 제어를 통해 복호 오류율을 유지하면서, 더 높은 주파수 이용효율이나 더 많은 Connectivity 를 달성하는 것이 가능하다.

상기 NOMA 계열 시스템들은 동일 자원에 다수 단말의 데이터를 할당하기 때문에, 단일 단말 데이터를 할당하는 것과 비교하여 다중 단말의 데이터에 대한 간섭이 필연적으로 발생한다. 도 2의 NOMA 계열 시스템에서 k번째 수신단의 신호를 간단히 표현하면 다음 수학식 1과 같다

[수학식 1]

여기서,

는 송신단에서 k번째 수신단으로의 채널을 의미하고

는 k번째 수신단으로의 데이터 심볼,

는 신호 잡음을 의미한다. K는 동일 시간-주파수 자원에 할당된 다중 단말의 수 이다. 상기 수학식 1의 3번째 식의 2번째 항(

)은 다른 수신단으로의 데이터 심볼에 의한 다중 단말 간섭 신호 (Multiuser Interference, MUI)를 나타낸다. 따라서, 상기 수신 신호에 의한 전송 용량을 간단히 표현하면 다음 수학식 2와 같다.

[수학식 2]

상기 수학식 2에서의 전송 용량에서 K가 증가할수록 더해지는

의 개수가 증가하여 C의 증대를 기대할 수 있다. 하지만, K가 증가할수록 MUI의 증가로 인해, 각

가 감소하여 전체 전송 용량 C의 감소를 초래할 수 있다. MUD 기법에 따라, MUI를 효과적으로 감소시키면서 각 단말의 데이터를 복조 할 수 있다 하더라도, 근본적으로 MUI의 존재는 전체 전송 용량을 경감시키고, 높은 복잡도의 MUD를 요구하게 된다. 만약 다중 단말의 데이터 전송에 대한 MUI 발생을 최소화하면, 더 높은 전송 용량을 기대할 수 있다. 또는, 다중 단말의 데이터 전송에 대한 MUI 발생을 정량적으로 제어할 수 있으면, 다중 단말의 데이터 중첩에 대한 스케줄링으로 더 높은 전송 용량을 계획할 수 있다.

도 4는 통신 장치의 비직교 스프레딩 코드(Non-orthogonal Spreading Code) 기반 하향링크 전송/수신 블록도를 예시한 도면이고, 도 5는 통신 장치의 비직교 스프레딩 코드(Non-orthogonal Spreading Code) 기반 상향링크 전송/수신 블록도를 예시한 도면이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, NOMA 방식 중 Non-orthogonal Codebook을 기반으로 하는 계열(e.g. SCMA, CDMA 등)은 스프레딩(Spreading) 방식을 통해 동일 시주파수 자원에 다중 단말(또는 다중 사용자) 데이터(Data)를 중첩 전송할 때, 비직교 스프레딩 코드(Non-orthogonal Spreading Code)를 사용하는 다중 접속 방식을 이용할 수 있다.

이때, 도 4 및 도 5는 다중 단말(또는 다중 사용자) 정보를 동일 시주파수 자원에 할당할 때, 단말 특정 스프레딩 코드(UE Specific Spreading Code)를 사용하여 중첩 전송하는 NoMA 시스템의 하향링크와 상향링크 송수신단 구조일 수 있다. 일 예로, 도 4 및 도 5에서는 단말 특정 스프레딩 코드(UE Specific Spreading Code)가 주파수 축에서 사용되었으나, 시간 축에서 사용될 수도 있으며, 상술한 실시예로 한정되지 않는다.

송수신단은 사전에 정의된 코드북(Codebook)을 이용하여, 각 사용자에게 단말 특정 스프레딩 코드(UE Specific Spreading Code)를 할당한다. 이때, 단말 특정 스프레딩 코드(UE Specific Spreading Code)는 하기의 수학식 3과 같다.

[수학식 3]

이때, 단말 특정 스프레딩 코드북(UE Specific Spreading Codebook)은

를 만족하는 코드북(Codebook)이고, 하기 수학식 4와 같은 성질을 가질 수 있다.

[수학식 4]

도 4 및 도 5에서 상술한 바와 같이 다중 단말(또는 다중 사용자) 정보를 동일 시주파수 자원에 할당할 때, 단말 특정 스프레딩 코드(UE Specific Spreading Code)를 사용할 수 있다.

이때, 도 6은 단말 특정 스프레딩 코드 (UE Specific Spreading Code)를 통해 주파수 축에서 k번째 단말(또는 사용자)의 데이터(Data) 전송을 나타내는 개념도일 수 있다. 이때, 코드북(Codebook)이 사전에 약속되었을 때, k번째 단말(또는 사용자)에 해당하는 코드북(Codeword)에 k번째 사용자를 위한 데이터를 곱하여 전송한다.

이때, 하나의 데이터 심볼

가 (N×1) 차원의 코드북 벡터

에 대응된다. 코드북의 N개 요소(Element)는 N개 서브 캐리어(Subcarrier)에 대응된다. 즉, 도 6에서는 N개의 서브 캐리어로 하나의 데이터 심볼을 전송하므로, 기존 LTE System 대비 시주파수 자원 효율이 1/N로 감소한다. 반면에, K개 이상의 심볼(symbol)을 중첩 전송하면, 기존 LTE System 대비 시주파수 자원 효율이 증대된다. 일 예로, N<K 일 때 K개의 심볼을 중첩 전송하면, K/N배 만큼 주파수 자원 효율이 증대된다.

도 7을 참조하면, 송신 단에서 각 단말(또는 사용자)에 대한 데이터 심볼은 각 사용자에 해당하는 단말 특정 스프레딩 코드(UE Specific Spreading Code)로 변환되어 중첩된다. 중첩된 N길이의 주파수축 신호는 N-IFFT를 통해 시간축 신호로 변환되어 OFDM 전송을 수행하고, 수신 단에서 N-FFT를 통해 주파수축 신호로 복원한다. 복원된 주파수축 신호는 각 사용자에 해당하는 단말 특정 스프레딩 코드(UE Specific Spreading Code)의 켤레 코드워드(Conjugate Codeword)로 각 단말(또는 사용자) 데이터 심볼을 복호한다.

복호된

는 중첩된 사용자 수에 따라 MUI가 포함되어 있을 수 있으며, MUD 방식 등을 통해 정확한

복호가 가능하다. 이 때, 사전에 정의된 단말 특정 스프레딩 코드(UE Specific Spreading Code)에 따라 변환된 주파수축 신호의 길이는 N보다 짧을 수 있다. 예를 들어 N/2 길이의 단말 특정 스프레딩 코드(UE Specific Spreading Code)로 변환된 주파수축 신호 2개를 N 길이로 형성하여, N-FFT해도 수신단에서 복조가 가능함은 자명하다.

하향 링크의 경우, k번째 단말(또는 사용자) 수신단에서 데이터 복호를 위한 검색(Detection) 수식은 하기의 수학식 5와 같을 수 있다.

[수학식 5]

이때, 수학식 5의

는 k번째 송신 단에서 수신 단으로의 (N×N) 채널 행령(channel matrix)을 의미하고, 대각 행령(diagonal matrix)로 주파수 축 채널 계수(channel coefficient)들을 포함한다.

는 k번째 송신 단에서 수신 단에 대한 (N×1) 단말 특정 NCC(UE Specific NCC) 벡터이고,

는 k번째 수신 단으로의 데이터 심볼(Data Symbol), n는 (N×1) 신호 잡음 벡터를 의미한다. 또한, K는 동일 자원에 할당된 다중 단말(또는 다중 사용자)의 수 이다. 여기서,

는 A 벡터의 j번째 요소(element)와 B 매트릭스의 j번째 대각 요소(diagonal element)의 나눗셈을 의미한다. A 벡터가 대각 행렬(diagonal matrix)일 경우, 대각 행렬(diagonal matrix)끼리의 요소(element) 나눗셈을 의미한다. 상기 수식에서 채널 보상을 통해 원하는 코드워드 (Desired Codewords) 신호와 잡음만 남게 되며, 수신단의 단말 특정 스프레딩 코드(UE Specific Spreading Code)의 켤레 코드워드(Conjugate Codeword)를 통해, 하기 수학식 6과 같이 검색(Detection)될 수 있다.

[수학식 6]

이때, 마지막 행의 2번째 항목은 MUI를 나타내며, MUD 방식을 통해 제거 또는 감소시킬 수 있다.

또한, 상향 링크의 경우, 기지국 수신단에서 데이터 복호는 하기 수학식 7에 의해 검색(Detection)될 수 있다.

[수학식 7]

이때, 수학식 7의 3번째 식의 2번째 항은 다른 수신 단으로의 데이터 심볼에 의한 다중 단말(또는 다중 사용자) 간섭 신호 MUI를 나타낸다. k번째 사용자의 데이터 복호를 위한 수신 단의 검색(Detection) 수식은 하기의 수학식 8과 같을 수 있다.

[수학식 8]

이때, k번째 단말(또는 사용자) 데이터를 위한 채널 보상을 통해 원하는 코드워드(Desired Codewords) 신호와 MUI, 잡음만 남게 되며, 수신단의 단말 특정 스프레딩 코드(UE Specific Spreading Code)의 켤레 코드워드(Conjugate Codeword)를 통해, 하기 수학식 9처럼 검색(Detection)될 수 있다.

[수학식 9]

여기서, 마지막 행의 2번째 항목은 MUI를 나타내며, MUD 방식을 통해 제거 또는 감소시킬 수 있다. 이때, 다중 단말(또는 다중 사용자)로부터의 채널 환경 차이로 인해,

의 주파수 축 채널 변화량이 단말 특정 스프레딩 코드(UE Specific Spreading Code) 사이의 유클리드 디스턴스(Euclidian Distance) 값에 변화를 가져올 수 있다.

상술한, NoMA 기술은 상향링크에서 그랜트에 기초한 전송(grant based transmission)으로 인해 발생하는 지연(latency)와 오버헤드(overhead)를 줄이고 보다 많은 사용자들이 동시에 데이터를 전송하는 것이 가능하게 하기 위해서 경쟁 기반 전송(Contention based transmission)과 결합하여 사용될 수 있다. 이때, 경쟁 기반 전송에 기초한 기법을 경쟁 기반 NoMA(Contention based NoMA)라고 명칭한다. 상향링크에서 단말이 경쟁 기반 NoMA(Contention based NoMA)를 이용하여 데이터를 전송할 경우 기지국은 ACK/NACK 시그널링를 통해서 단말들에서 전송의 실패여부를 알려주게 된다. 그러면 전송에 실패한 단말은 재전송을 실행하게 되는데 이때 전송 성공률을 높이기 위해서 첫 번째 전송을 할 때와는 다르게 데이터를 전송할 필요성이 있다. 일 예로, 코드 레이트(code rate)를 낮추거나 코드워드(codeword)를 변경하여 재전송을 시도해야 한다. 따라서 성공률을 높이기 위해 데이터를 재전송하는 효율적인 방식이 필요할 수 있다.

상술한 바와 같이, 지연(Latency) 및 상향 링크 오버헤드를 줄이기 위해서 경쟁 기반 NoMA로 상향 링크 전송을 수행할 수 있다. 이때, 일 예로, 상향 링크 전송의 성공 여부는 ACK/NACK 를 통해서 지시될 수 있으며, 단말은 NACK을 인지한 경우, 상향 링크로 재전송을 수행할 수 있다.

다만, 지연 및 오버헤드를 줄이기 위해 경쟁 기반 NoMA로 상향 링크를 전송하는 경우에 전송 실패에 따라 재전송 횟수가 증가하게 되면 기존의 UE 그랜트(UE grant)를 이용하여 상향 링크 전송을 하는 경우와 비교하여 지연 및 오버헤드 측면에서 이득이 없을 수 있다.

상술한 상황을 고려하여 경쟁 기반 NoMA에서 재전송을 수행할 경우, 전송 성공률을 높이기 위한 방안이 필요할 수 있다. 하기에서는 경쟁 기반 NoMA에서 재전송을 수행하는 방안일 수 있다.

일 예로, 재전송 횟수를 줄이고, 재전송 성공률을 높이기 위해서 코드 레이트(code rate)를 낮추는 방법을 고려할 수 있다. 다만, 코드 레이트를 낮추게 되면 사용해야 되는 자원 영역 및 기지국의 복잡성(complexity)가 증가되므로, 비효율적일 수 있다.

따라서, 경쟁 기반 NoMA에서 재전송을 수행하는 경우에 자원 영역 및 기지국의 복잡성을 증가시키지 않으면서 코드워드만을 바꿔줌으로서 재전송 성공률을 높이는 방안이 필요할 수 있다.

하기에서는 경쟁 기반 NoMA에 기초하여 재전송시 코드워드를 선택하는 방안 및 데이터 디코딩 절차(data decoding procedure)에 대해 서술한다.

도 8을 참조하면, 도 8(a)는 단말이 신호를 전송할 때의 송신 파워에 대한 도면일 수 있다. 이때, 단말이 전송할 때 선택하는 코드워드로 인해서 각각의 톤(tone)마다 서로 다른 파워를 가질 수 있다. 또한, 도 8(b)는 채널 게인(gain)을 나타낸 도면이다. 이때, 채널 게인은 채널의 특성상 각각의 톤(tone)마다 서로 다른 값을 가질 수 있다.

일 예로, 특정 톤(tone)에서는 송신 파워도 낮게 설정되고, 채널 게인 역시 낮게 설정되는 딥 페이드(deep fade) 현상이 발생할 수 있으며, 이를 통해 디코딩 성공 확률이 낮아질 수 있다. 이때, 도 8(c)의

에서는 송신 파워 및 채널 게인이 모두 낮아 딥 페이드 현상이 나타날 수 있다. 즉, 송신 파워와 채널 게인 모두 작게 발생하는 최악의 케이스에서는 디코딩 실패 확률이 높아질 수 있다. 이때, 기지국은 NACK를 전송하게 되고 단말은 첫 번째 전송이 실패 하였음을 인지하고, 재전송을 수행할 수 있다.

일 예로, 상술한 바와 같이 경쟁 기반 NoMA에서 재전송을 수행하는 경우에 있어서 코드 레이트를 변경 시키지 않고, 동일한 자원을 통해 재전송을 수행할 필요성이 있다. 이때, 상술한 문제를 해결하기 위해서 첫 번째 보내는 신호의 파워가 작은 톤(tone)에서 채널 게인도 작은 상황으로 가정할 수 있다. 단말은 재전송할 때, 상술한 가정을 고려하여 채널 게인이 작은 톤에 높은 파워로 신호를 전송하도록 할 수 있다. 즉, 재전송을 할 경우에는 첫 번째 전송을 할 때 신호의 파워가 작았던 톤(tone)들에 해당하는 부분에 파워가 크게 신호를 보낼 수 있도록 코드워드를 선택할 수 있다.

이를 통해, 재전송을 시도하게 되면 딥 페이드 현상이 일어난 것을 극복함으로써 디코딩 성공률이 높아 질 수 있다. 또한, 일 예로, 하이브리드 자동 재전송 요구(Hybrid automatic repeat request, HARQ) 결합(combining)을 통해 디코딩할 첫 번째 전송에서 신호의 세기가 작았던 부분을 보완해줌으로써, 디코딩 성공률을 높일 수 있으며, 상술한 실시예로 한정되지 않는다.

도 9(a)를 참조하면, 상술한 바와 같이 딥 페이드에 의해 디코딩 성공률이 낮아질 수 있다. 이때, 일 예로, 도 9(b)와 같이 첫 번째 전송과는 다르게 코드워드를 재선택하여 재전송을 수행할 수 있으며, 이를 통해 다이버시티 게인(Diversity Gain)을 얻을 수 있다.

보다 상세하게는, 단말이 재전송을 수행할 경우에는 첫 번째 전송에서 신호의 파워가 작았던 톤(tone)에 파워가 큰 신호가 전송될 수 있도록 코드워드를 선택할 수 있다. 이때, 코드워드를 선택하는 방법은 첫 번째 전송에서 사용되었던 코드워드의 크기 벡터 및 상관 관계(Correlation)에 기초하여 두 번째 전송에서 사용되는 코드워드를 결정하여 전송할 수 있다.

일 예로, 첫 번째 전송에서 선택된 코드워드가

이고, 두 번째 전송에서 선택된 코드워드가

, 두 번째 전송의 코드워드 선택에 사용되는 코드북이 C일 수 있다. 이때, 코드북 C는

일 수 있다. 이때, 단말은 첫 번째 전송에서 사용된 코드워드의 크기 벡터와 가장 상관 관계(Correlation)이 적은 크기 벡터를 가지는 코드워드를 a_2로 선택하여 전송을 시도할 수 있다. 즉, a_2는 하기의 수학식 10과 같을 수 있다.

[수학식 10]

또 다른 일 예로, 단말은 첫 번째 전송에서 사용되는 코드워드의 크기 벡터의 역수와 상관 관계(correlation)이 가장 큰 벡터를 가지는 코드워드를

로 선택하여 전송을 시도할 수 있다. 즉,

는 하기의 수학식 11과 같을 수 있다.

[수학식 11]

이때, 상술한 도 9(b)와 같이 두 번째 전송에서 사용되는 코드워드를 첫 번째 전송의 코드워드에 기초하여 선택하는 경우, 개선된 다이버시티 게인을 얻을 수 있다.

또 다른 일 예로, 첫 번째 전송에 사용된 코드워드와 두 번째 전송에 사용된 코드워드는 1:1 또는 1:N 매핑 관계가 될 수 있다. 또한, 일 예로, 첫 번째 전송과 두 번째 전송에서 단말이 사용하는 코드북은 서로 다를 수 있다. 다만, 기지구의 블라인드 검색(Blind Detection)에서 복잡도가 늘어나는 것을 방지하기 위해 전송 시도 횟수에 따라서 사용하는 코드북을 미리 정할 수 있다. 이를 통해, n-1번째 전송에서 사용한 코드워드는 n번째 사용한 코드워드에 기초하여 예측이 가능할 수 있으며, 이전에 전송된 신호를 이용하여 HARQ 결합을 실행하여 복잡도를 감소 시킬 수 있다.

또 다른 일 예로, 두 번째 전송도 실패하여 단말이 NACK을 인지한 경우, 세 번째 전송을 시도할 수 있다. 이때, 일 예로, 세 번째 전송의 코드워드는 첫 번째 전송 및 두 번째 전송과 독립적으로 선택될 수 있다.

보다 상세하게는, 두 번째 전송의 코드워드는 딥 페이드를 가정하고, 첫 번째 전송에서 사용된 코드워드의 크기 벡터 및 상관 관계를 고려하여 결정할 수 있으며, 이는 상술한 바와 같다. 다만, 두 번째 전송도 실패하여 단말이 NACK을 인지한 경우라면 전송 실패의 원인은 딥 페이드와 무관한 다른 원인에 기초할 수 있다. 따라서, 단말은 세 번째 코드워드에서는 첫 번째 및 두 번째 전송과 무관한 독립적인 코드워드를 선택하여 전송을 시도할 있다.

이때, 일 예로서, 단말은 홀수 번째 전송에서는 다른 전송과 무관한 독립적인 코드워드를 통해 전송을 수행할 수 있다. 또한, 단말은 짝수 번째 전송에서는 바로 이전 전송의 코드워드의 크기 벡터 및 상관 관계를 고려하여 결정된 코드워드를 전송할 수 있다. 즉, 코드워드가 선택되는 규칙은 홀수 번째인지 짝수 번째인지 여부에 따라 결정될 수 있으며, 상술한 실시예로 한정되지 않는다.

또 다른 일 예에 있어서, 기지국이 전송하는 NACK에는 딥 페이드에 대한 지시자(indication) 비트가 추가로 설정될 수 있다. 즉, NACK과 함께 재전송의 코드워드는 이전 코드워드의 크기 벡터 및 상관 관계(Correlation)에 의해 선택되어 전송될 수 있음이 지시하는 지시자가 함께 전송될 수 있다. 일 예로, 딥 페이드에 대한 지시자는 1비트 값일 수 있다. 이때, 딥 페이드에 대한 지시자가 딥 페이드을 고려한 전송을 지시하는 제 1 값인 경우, 상술한 바와 같이 재전송이 수행될 수 있다. 또한, 일 예로, 딥 페이드에 대한 지시자가 딥 페이드를 고려한 전송을 지시하지 않는 제 2 값인 경우, 기존과 동일하게 독립적으로 코드워드를 선택하여 전송할 수 있다.

이때, 일 예로, 경쟁 기반 NoMA 전송을 지속적으로 수행하는 단말들 중에서 특정 단말을 검색하고, 특정 단말에 대한 NACK을 전송하는 경우에 딥 페이드 지시자 비트(deep-fading indication bit)를 추가하여 상술한 바와 같이 동작하도록 할 수 있다.

또한, 일 예로, 복조 참조 신호(Demodulation Reference Signal, DMRS)와 멀티플 엑세스(Multiple Access, MA) 지시값(signature, e.g. codeword index)이 1:1이거나 1:N으로 매핑되어 있을 경우 DMRS를 통해서 추정한 채널의 게인이 상술한 딥-페이딩 현상이 일어난다면 상술한 지시자로서 1비트를 추가로 NACK와 함께 단말로 전송할 수 있으며, 상술한 실시예로 한정되지 않는다.

또 다른 일 예로 , 단말이 경쟁 기반 NoMA로 상향 링크 전송을 수행하는 경우에 전송 횟수에 따라서 전송을 시도할 때 주파수 호핑(frequency hopping)을 하여 다른 주파수 상의 리소스 풀(resource pool)을 이용해서 전송을 시도할 수 있다.

보다 상세하게는, 상술한 바와 같이, 경쟁 기반 NoMA에서 단말이 NACK을 수신한 경우, 단말은 재전송 성공률을 높이기 위해 이전 코드워드를 고려하여 전송할 코드워드를 선택할 수 있으며, 이는 상술한 바와 같다. 다만, 상술한 방법에 의하더라도 해당 주파수에서 채널 게인이 모든 톤에 걸쳐서 지속적으로 좋지 않은 경우에는 코드워드를 계속 바뀌어 전송을 시도하여도 연속적으로 디코딩을 실패할 수 있다.

따라서 이러한 상황이 발생되는 경우의 해결 방법으로 주파수 호핑을 통해 다른 주파수 영역의 리소스 풀을 이용하여 전송을 시도할 수 있다. 이때, 일 예로, 단말은 홀수 번째 전송에서는 주파수 호핑을 하지 않고, 짝수 번째 전송 시도에서 주파수 호핑을 수행할 수 있다. 다만, 주파수의 채널 특성이 주파수 호핑이 일어나는 시점에 변할 수도 있기 때문에 주파수 호핑이 발생하지 않고 계속 같은 주파수 상의 리소스 풀을 이용하여 코드워드만 바꾸어 재전송이 시도될 수 있다. 또한, 일 예로, 주파수 호핑 패턴도 HARQ 결합을 위해서 사전에 정해진대로 수행될 수 있다.

또 다른 일 예에 있어서, 경쟁 기반 NoMA에서 단말이 재전송을 수행하는 경우, 상술한 코드워드 변경 전송과 주파수 호핑은 우선 순위에 기초하여 적용될 수 있다. 일 예로, 단말은 NACK을 수신하여 재전송을 수행하는 경우, 단말은 이전 코드워드에 기초하여 전송할 코드워드를 선택하고, 재전송을 수행할 수 있다. 이때, 주파수 호핑은 수행되지 않을 수 있다. 그 후, 단말이 변경된 코드워드 전송 후에 NACK을 수신하는 경우, 단말은 주파수 호핑을 수행하여 독립적으로 선택된 코드워드 재전송을 수행할 수 있다. 즉, 단말은 딥-페이드를 고려한 코드워드 재선택에 기초한 재전송을 먼저 수행해본 후, 추가적으로 NACK을 인지한 경우에 주파수 호핑을 통해 코드워드 재전송을 수행할 수 있다.

또한, 일 예로, 경쟁 기반 NoMA에서 단말이 재전송을 수행하는 경우, 단말은 주파수 호핑을 코드워드 변경보다 먼저 수행하고, 다시 NACK을 수신할 경우, 코드워드 변경을 통해 전송을 수행할 수 있으며, 상술한 실시예로 한정되지 않는다.

또 다른 일 예로, 경쟁 기반 NoMA를 위해서 네트워크에는 다수의 리소스 풀이 미리 설정될 수 있다. 이때, 일 예로, 미리 설정된 리소스 풀 중에서 반복/재전송 (repetition/retransmission) 횟수에 따라 서로 다른 리소스 풀이 지정되어 사용될 수 있다. 이를 통해, 기지국은 단말로부터 수신하는 n번째 신호를 디코딩하기 위해서 HARQ 결합을 할 때 n-1번째에 전송한 신호의 위치를 쉽게 파악할 수 있다. 이때, 일 예로서, 상술한 리소스 풀들은 n번째와 n+1번째 전송(n=1,2,3…)을 시도하는 상술한 바와 같이 재전송을 시도하여 디코딩 성공률을 높이기 위해 같은 주파수 영역에서 존재하도록 설정될 수 있다.

또 다른 일 예로, 홀수 번째(또는 2n-1번째, n=1,2,3…) 재전송에서 주파수 다이버시티 게인(frequency diversity gain)을 얻기 위하여 주파수 호핑을 통해서 다른 주파수 영역에 존재하도록 할 수 있으며, 상술한 실시예로 한정되지 않는다.

또 다른 일 예로, 셀 커버리지 내에서 단말들이 다수가 존재하는 경우, 경쟁 기반 NoMA에서 동시에 전송을 시도하는 단말들이 많아질 수 있다. 따라서, 단말들 간의 충돌이 많이 발생할 수 있으며, 이에 따라 디코딩 성공률이 낮아질 수 있다. 따라서 네트워크는 기설정된 수(또는 스레스홀드 수) 이상의 단말이 셀 커버리지 내에 존재하는 경우, 단말이 그랜트-기반 전송을 수행하도록 할 수 있다. 즉, 셀 커버리지 내에 단말 수가 많아지는 경우, 경쟁 기반 NoMA 방식은 효율성이 떨어질 수 있는바, 자원 할당을 통한 기존 방식을 통해 전송을 수행할 수 있다. 구체적으로, 경쟁 기반 NoMA는 그랜트-기반 전송(grant-based transmission)에 비해서 지연(latency)을 줄일 수 있다. 다만, 복수의 단말에 의한 충돌이 많은 경우, 재전송 횟수가 증가하게 되고, 오히려 지연이 커져서 기존의 방식이 더 효율적일 수 있다. 따라서 시스템은 특정 횟수 이상의 재전송을 시도하게 된다면 그랜트-기반 전송으로 전환에서 전송을 시도하도록 한다. 또한, 일 예로, 기설정된 수는 셀 커버리지의 크기에 따라 다르게 설정될 수 있다. 또한, 기설정된 수는 채널 상태 정보 등에 기초하여 다르게 설정될 수 있다. 기설정된 수는 셀의 환경을 고려하여 다르게 설정될 수 있으며, 상술한 실시예로 한정되지 않는다.

단말(110)은 기지국(105)과 신호를 주고 받을 수 있다. 이때, 일 예로, 단말(110)은 기지국(105)과 경쟁 기반 NoMA 방식에 기초하여 신호를 교환할 수 있다. 또한, 일 예로, 단말(110)은 기지국(105)과 그랜트-기반 방식에 기초하여 신호를 교환할 수 있다. 이때, 기존 LTE 시스템에서는 그랜트-기반 방식으로서 단말(110)에게 할당된 시간-주파수 도메인 영역을 통해 기지국(105)과 신호를 교환할 수 있었다. 이때, 본 발명은 상술한 바와 같이 복수 개의 단말들이 동일한 시간-주파수 도메인을 통해 기지국(105)과 신호를 교환하는 방식으로서 NoMA 방식을 사용할 수 있다. 특히, 단말(110)은 경쟁 기반 NoMA 방식에 기초하여 기지국(105)과 신호를 교환할 수 있으며, 이는 상술한 바와 같다.

구체적인 일 예로서, 단말(110)은 기지국(105)으로 경쟁 기반 NoMA 방식에 기초하여 제 1 코드워드를 전송할 수 있다. 이때, 제 1 코드워드는 기설정된 방삭에 의해 설정될 수 있다. 또한, 임의의 방식을 통해 선택될 수 있으며, 상술한 실시예로 한정되지 않는다. 그 후, 단말(110)은 기지국(105)으로부터 제 1 코드워드에 대한 부정 응답으로서 NACK을 수신할 수 있다.

이때, 단말이 NACK을 수신한 경우, 단말은 제 1 코드워드의 크기 벡터 및 상관 관계를 고려하여 제 2 코드워드를 선택할 수 있으며, 이는 상술한 바와 같다. 즉, 단말은 딥-페이드를 고려하여 신호 전송 실패에 대한 재전송을 수행하는 코드워드를 선택할 수 있다. 이때, 단말은 제 2 코드워드를 경쟁 기반 NoMA 방식으로 기지국(105)으로 전송할 수 있다.

또 다른 일 예로, 예로, 단말(110)은 NACK과 함께 딥-페이드에 대한 인디케이터도 같이 수신할 수 있다. 단말(110)이 NACK과 함께 딥-페이드에 대한 인디케이터를 수신하는 경우에는 단말(110)은 인디케이터에 기초하여 제 2 코드워드를 선택할 수 있다. 즉, 단말(110)이 인디케이터를 수신하지 않으면, 제 2 코드워드는 제 1 코드워드를 기반으로 선택되어 전송되고, 단말(110)이 인디케이터를 수신하면 인디케이터 값에 의해 지시되는 정보에 의해 선택을 수행할 수 있다.

이때, 인디케이터는 1비트일 수 있으며, 인디케이터가 딥-페이드를 고려하여 제 2 코드워드를 제 1 코드워드를 기반으로 선택해야 함을 지시하면, 제 2 코드워드는 제 1 코드워드를 통해 선택되고 전송될 수 있다. 또한, 인디케이터가 딥-페이드를 고려하지 않고 제 2 코드워드를 선택하도록 지시하면, 제 2 코드워드는 제 1 코드워드와 독립적으로 선택될 수 있다. 이때, 제 2 코드워드는 기존에 기설정된 방법 또는 임의의 방법에 기초하여 설정될 수 있으며, 상술한 실시예로 한정되지 않는다.

그 후, 단말(110)은 제 2 코드워드에 대한 부정 응답으로 NACK을 수신할 수 있다. 이때, 상술한 바와 같이, 단말이 제 2 코드워드에 대한 부정 응답을 수신하는 경우라면 딥-페이드가 아닌 다른 원인에 기초하여 전송 실패가 될 수 있다. 이때, 단말은 제 1 코드워드와 제 2 코드워드와 무관하게 독립적으로 제 3 코드워드를 선택할 수 있다. 이때, 제 3 코드워드는 기존에 기설정된 방법 또는 임의의 방법에 기초하여 설정될 수 있으며, 상술한 실시예로 한정되지 않는다. 그 후, 단말(110)은 제 3 코드워드를 경쟁 기반 NoMA 방식에 기초하여 전송할 수 있다.

이때, 일 예로서, 단말(110)은 홀수 번째 전송에서는 독립적으로 코드워드를 전송할 수 있다. 반면, 단말(110)은 짝수 번째 전송에서는 이전 코드워드의 크기 벡터 및 상관 관계를 고려하여 선택된 코드워드를 경쟁 기반 NoMA 방식으로 전송할 수 있다. 즉, 짝수 번째 전송에서만 딥-페이드를 고려한 재전송이 수행될 수 있으며, 이는 상술한 바와 같다.

단말은 제 1 코드워드를 경쟁 기반 NoMA 방식을 통해 기지국으로 전송할 수 있다.(S1110) 이때, 단말이 ACK를 수신하는 경우(S1120), 단말은 전송을 종료할 수 있다. 반면, 단말이 NACK을 수신하는 경우(S1120), 단말은 제 1 코드워드의 크기 벡터 및 상관 관계에 기초하여 제 2 코드워드를 결정할 수 있다. 이때, 도 1 내지 도 10에서 상술한 바와 같이, 제 2 코드워드는 경쟁 기반 NoMA 방식에서 딥-페이드를 고려하여 선택된 코드워드일 수 있다.

다음으로, 단말은 제 2 코드워드를 경쟁 기반 NoMA 방식에 기초하여 전송할 수 있다.(S1140) 이때, 단말이 제 2 코드워드를 경쟁 기반 NoMA 방식에 기초하여 전송하는 방법은 도 1 내지 도 10에서 상술한 바와 같다.

다음으로, 단말이 기지국으로부터 제 2 코드워드에 대한 ACK를 수신하는 경우(S1150), 신호 전송이 종료될 수 있다. 반면, 단말이 기지국으로부터 제 2 코드워드에 대한 NACK을 수신하는 경우(S1160), 단말은 제 3 코드워드를 경쟁 기반 NoMA 방식으로 기지국으로 전송할 수 있다. 이때, 단말이 전송하는 제 3 코드워드는 제 1 코드워드 및 제 2 코드워드와 무관하게 독립적으로 선택될 수 있다. 즉, 도 1 내지 도 10에서 상술한 바와 같이 단말은 딥-페이딩에 의해 전송 실패가 아니라고 판단하고, 이전 코드워드들과 무관하게 독립적으로 선택된 제 3 코드워드를 기지국으로 전송할 수 있으며, 이는 상술한 바와 같다.

상술한 본 발명의 실시예들은 다양한 수단을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다.

하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 하나 또는 그 이상의 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), 프로세서, 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.

펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.

상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시형태에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 형태를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 이상에서는 본 명세서의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 명세서는 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 명세서의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 명세서의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

그리고 당해 명세서에서는 물건 발명과 방법 발명이 모두 설명되고 있으며, 필요에 따라 양 발명의 설명은 보충적으로 적용될 수 있다.

상술한 내용은 3GPP LTE, LTE-A 시스템뿐 아니라, 그 외에도 IEEE 802.16x, 802.11x 시스템을 포함하는 다양한 무선 통신 시스템에 적용하는 것이 가능하다. 나아가, 제안한 방법은 초고주파 대역을 이용하는 통신 시스템에도 적용될 수 있다.

Claims

무선통신 시스템에서 단말이 경쟁 기반(Contention-Based) 비직교 다중 접속 방식(Non-orthogonal Multiple Access, NoMA)에 기초하여 신호를 전송하는 방법에 있어서,

상기 경쟁 기반 NoMA 방식에 기초하여 제 1 코드워드를 전송하는 단계;

기지국으로부터 상기 제 1 코드워드 전송에 대한 부정 응답(NACK)을 수신하는 단계;

제 1 코드워드의 크기 벡터 및 상관 관계(Correlation)를 고려하여 제 2 코드워드를 선택하는 단계; 및

상기 선택된 제 2 코드워드를 상기 경쟁 기반 NoMA 방식에 기초하여 전송하는 단계;를 포함하는, 신호 전송 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제 2 코드워드 전송에 대한 부정 응답을 수신하는 경우, 제 3 코드워드를 상기 경쟁 기반 NoMA 방식에 기초하여 전송하는 단계;를 더 포함하는 신호 전송 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 제 3 코드워드는 상기 제 1 코드워드 및 상기 제 2 코드워드와 독립적으로 선택되어 전송되는, 신호 전송 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 코드워드에 대한 부정 응답은 인디케이터(Indicator)와 함께 수신되는, 신호 전송 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 인디케이터는 딥-페이딩(deep-fading) 여부를 지시하는 인디케이터인, 신호 전송 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 인디케이터가 제 1 값인 경우, 상기 제 2 코드워드는 상기 제 1 코드워드의 크기 벡터 및 상기 상관 관계에 기초하여 선택되고,

상기 인디케이터가 제 2 값은 경우, 상기 제 2 코드워드는 상기 제 1 코드워드와 독립적으로 선택되는, 신호 전송 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 코드워드는 제 1 리소스 풀(Resource Pool)을 통해 전송되는, 신호 전송 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 기지국으로부터 상기 제 1 코드워드에 대한 부정 응답을 수신하는 경우, 상기 제 1 코드워드는 제 2 리소스 풀을 통해 전송되는, 신호 전송 방법.
제 8 항에 있어서,

상기 제 1 코드워드가 전송되는 리소스 풀은 상기 제 1 코드워드에 대한 부정 응답에 기초하여 재전송되는 횟수에 따라 다르게 설정되는, 신호 전송 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 단말이 포함된 셀 커버리지에 기설정된 수 이상의 단말이 존재하는 경우, 상기 제 1 코드워드는 그랜트-기반 전송(Grant-Based Transmission) 방식에 기초하여 전송되는, 신호 전송 방법.
제 10항에 있어서,

상기 제 1 코드워드가 상기 경쟁 기반 NoMA 방식에 기초하여 전송되는 경우, 상기 제 1 코드워드는 다른 단말의 코드워드와 동일한 시간-주파수 영역을 통해 전송되고,

상기 제 1 코드워드가 상기 그랜트-기반 전송 방식에 기초하여 전송되는 경우, 상기 제 1 코드워드는 기지국으로부터 고유하게 할당된 시간-주파수 영역을 통해 전송되는, 신호 전송 방법.
무선통신 시스템에서 경쟁 기반 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 신호를 전송하기 위한 단말에 있어서,

신호를 수신하는 수신 모듈;

신호를 송신하는 송신 모듈; 및

상기 수신 모듈 및 상기 송신 모듈을 제어하는 프로세서;로서,

상기 프로세서는,

상기 송신 모듈을 이용하여 상기 경쟁 기반 NoMA 방식에 기초하여 제 1 코드워드를 전송하고,

상기 수신 모듈을 이용하여 기지국으로부터 상기 제 1 코드워드 전송에 대한 부정 응답(NACK)을 수신하고,

제 1 코드워드의 크기 벡터 및 상관 관계(Correlation)를 고려하여 제 2 코드워드를 선택하고,

상기 송신 모듈을 이용하여 상기 선택된 제 2 코드워드를 상기 경쟁 기반 NoMA 방식에 기초하여 전송하는, 단말.
제 12 항에 있어서,

상기 제 2 코드워드 전송에 대한 부정 응답을 수신하는 경우, 상기 송신 모듈을 이용하여 제 3 코드워드를 상기 경쟁 기반 NoMA 방식에 기초하여 전송하는, 단말.
제 13 항에 있어서,

상기 제 3 코드워드는 상기 제 1 코드워드 및 상기 제 2 코드워드와 독립적으로 선택되어 전송되는, 단말.
제 12 항에 있어서,

상기 제 1 코드워드에 대한 부정 응답은 인디케이터(Indicator)와 함께 수신되되,

상기 인디케이터는 딥-페이딩(deep-fading) 여부를 지시하는 인디케이터인, 단말.