KR101084127B1

KR101084127B1 - Ｏｆｄｍａ 무선 접속 시스템에서의 자동 재전송 요구지원 방법

Info

Publication number: KR101084127B1
Application number: KR1020050005337A
Authority: KR
Inventors: 임빈철; 천진영; 진용석; 이창재
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2005-01-20
Publication date: 2011-11-17
Also published as: CN101091339B; KR20060074014A; JP2008526090A; JP5010481B2; IL183916A0; BRPI0517583A; TWI413374B; IL183916A; CN101091339A; TW200635275A; MX2007007459A

Abstract

본 발명은 자동 재전송 요구(HARQ: Hybrid Auto Retransmission reQest) 방식을 지원하는 OFDMA 무선 접속 시스템에서 다중 안테나 시스템을 사용하는 경우 동일한 상향링크 또는 하향링크 데이터 버스트를 통하여 다수의 안테나에 의한 신호 전송을 하는 경우에 전송 에러가 없는 경우에도 재전송을 해야 하기 때문에 발생되는 오버헤드(overhead)를 줄일 수 있는 OFDMA 무선 접속 시스템에서의 자동 재전송 요구 지원 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 OFDMA 무선 접속 시스템에서의 자동 재전송 요구 지원 방법은, HARQ(Hybrid Auto Retransmission Request) 방식을 지원하는 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access) 무선 접속 시스템에 있어서, 다중 안테나 시스템이 적용되는 데이터 버스트(data burst)에 대해서 상기 데이터 버스트에 할당된 레이어(layer)의 개수만큼 ACK/NACK 신호의 전송 채널을 할당하는 단계; 및수신측에서 상기 데이터 버스트에 할당된 레이어 별로 수신된 데이터의 전송 오류를 체크하여 상기 할당된 ACK/NACK 신호의 전송 채널을 통하여 ACK 또는 NACK 신호를 전송하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

OFDMA, 데이터 버스트, HARQ, 레이어, 오버헤드

Description

ＯＦＤＭＡ 무선 접속 시스템에서의 자동 재전송 요구 지원 방법 {Method of supporting HARQ in OFDMA radio access system}

도1a 내지 도1c는 ARQ 방식의 종류에 따른 특징을 설명하기 위한 도면임.

도2 내지 도5는 HARQ 방식의 종류에 따른 특징을 설명하기 위한 도면임.

도6은 OFDM 방식 변복조기의 개념적 구성을 도시한 것임.

도7은 종래의 OFDMA 무선 통신 시스템에서의 데이터 프레임의 구성을 도시한 것임.

도8은 종래기술에 있어서 HARQ 버스트를 할당하는 데이터 프레임의 구성을 도시한 것임.

도9는 종래기술에 있어서 HARQ MAP 메시지에서의 HARQ 신호 구역의 할당 방식을 설명하기 위한 도면임.

도10은 종래기술에 있어서 레이어 별 인코딩 방법을 설명하기 위한 도면임.

도11은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 OFDMA 무선 접속 시스템에서의 데이터 프레임의 일례를 도시한 것임.

도12는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서 ACK/NACK 전송 채널의 할당 순서의 예시도임.

도13은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 있어서 상향링크 ACK 신호 구역 및 하향링크 ACK 신호 구역 내에서 상기 ACK/NACK 전송 채널을 할당하는 방식의 예를 도시한 것임.

도14는 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 있어서 상향링크 ACK 신호 구역 및 하향링크 ACK 신호 구역 내에서 상기 ACK/NACK 전송 채널을 할당하는 방식의 예를 도시한 것임.

도15는 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 있어서 종래의 방식과 본 발명에 따른 방식을 혼합하여 상향링크 ACK 신호 구역 및 하향링크 ACK 신호 구역 내에서 상기 ACK/NACK 전송 채널을 할당하는 방식의 예를 도시한 것임.

본 발명은 OFDMA 무선 접속 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 자동 재전송 요구(HARQ: Hybrid Auto Retransmission reQest) 방식을 지원하는 OFDMA 무선 접속 시스템에서 다중 안테나 시스템을 사용하는 경우 동일한 상향링크 또는 하향링크 데이터 버스트를 통하여 다수의 안테나에 의한 신호 전송을 하는 경우에 전송 에러가 없는 경우에도 재전송을 해야 하기 때문에 발생되는 오버헤드(overhead)를 줄일 수 있는 OFDMA 무선 접속 시스템에서의 자동 재전송 요구 지원 방법에 관한 것이다.

ARQ(Automatic Repeat Request)란 통신 시스템에서 수신측이 송신측으로부터 전송된 데이터를 수신한 후에 데이터를 제대로 수신했는지를 알려주는 응답 메시지 이다. 상기 ARQ 방식에는 도1a 내지 도1c에 도시된 바와 같은 세 가지 방식이 있다.

도1a는 'Stop-and-wait' ARQ 방식으로서 데이터 전송 후 수신측에서 ACK 또는 NACK 메시지가 올 때까지 기다렸다가 새로운 데이터를 보내거나 재전송을 하는 방식이다. 도1b는 'Go-back-N' ARQ 방식으로서 송신측이 수신측의 응답에 상관없이 데이터를 계속 전송하다가 NACK 신호를 받으면 그 부분부터 차례로 다시 재전송을 하는 방식이고, 도1c에 도시된 'Selective-repeat' ARQ는 마찬가지로 데이터를 계속 전송하며 NACK 신호를 받은 데이터만 재전송을 해주는 방식이다.

HARQ(Hybrid ARQ)는 패킷 전송 통신 시스템에서 데이터 레이트(data rate)가 2 Mbps, 10 Mbps 이상이 요구되면서, 보다 높은 코딩 레이트(coding Rate), 보다 고차의 변조 방법 등을(Rc= 5/6, 3/4, Mod=16-QAM, 64-QAM) 선택하게 되면서, 채널 상에서 더 큰 에러가 발생하기 때문에 이 문제를 해결하는 하나의 방법으로 제시되고 있는 기술이다.

ARQ 방식에서는 전송 중에 에러가 발생한 데이터를 버리지만, HARQ 방식은 에러가 발생한 데이터를 버퍼(buffer)에 저장하였다가 재전송되는 정보와 결합하여 FEC(Forward Error Correction)를 적용한다. 즉, HARQ 방식은 FEC 와 ARQ를 합친 방식이라고 볼 수 있다. HARQ 는 아래와 같이 크게 4가지로 구분할 수 있다.

첫 번째 방식은 도2에 도시된 것과 같은 Type I HARQ 방식으로, 데이터는 언제나 에러 검출 코드(error detection code)에 덧붙여 FEC(forward error correction)를 우선 검출한다. 그리고 패킷에 여전히 에러가 남아있다면 재전송을 요구한다. 에러가 있는 패킷은 버려지고 재전송된 패킷이 같은 FEC 코드로 사용된다.

두 번째의 도3에 도시된 Type II HARQ 방식은 IR ARQ(Incremental Redundancy ARQ)로 불리는 방식으로서, 에러가 발생한 패킷을 버리지 않고 버퍼에 저장하였다가 재전송된 리던던시 비트(redundancy bits)와 결합한다. 재전송 시에는 데이터 비트를 제외한 패리티 비트만을 재전송한다. 재전송하는 패리티 비트는 매 재전송시마다 다른 것으로 한다.

세 번째의 Type III HARQ 방식은 Type II의 특별한 경우로서 도4에 도시된 바와 같다. 각각의 패킷은 자체적으로 디코딩 가능(self-decodable)하다. 재전송은 에러가 난 부분과 데이터가 모두 포함된 패킷으로 구성되어 재전송된다. 이 방식은 Type II에 비해서 더 정확한 디코딩이 가능하지만, 코딩 게인(coding gain 면에서 불리하다.

마지막으로 도5에 도시된 바와 같은 'Type I with soft combining' 방식은 Type I 기능에, 수신측에서 처음 전송 받은 데이터를 저장하여 재전송된 데이터와 컴바이닝(combining)하는 기능이 추가된 것으로, 메트릭 컴바이닝(metric combining) 또는 체이스 컴바이닝(chase combining)이라고 부르기도 한다. 이 방식은 SINR면에서 이득이 있으며, 재전송되는 데이터의 패리티 비트는 항상 같은 것을 사용한다.

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 또는 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access) 방식은 유무선 채널에서 고속 데이터 전 송에 적합한 방식으로 최근 활발히 연구되고 있다. OFDM 방식에서는 상호 직교성을 갖는 다수의 반송파를 사용하므로 주파수 이용 효율이 높아지고, 송수신단에서 이러한 다수의 반송파를 변복조하는 과정은 각각 IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform)와 DFT(Discrete Fourier Transform)를 수행한 것과 같은 결과가 되어 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)와 FFT(Fast Fourier Transform)를 사용하여 고속으로 구현할 수 있다.

OFDM의 원리는 고속의 데이터 스트림을 다수의 저속 데이터 스트림으로 분할하여 다수의 부반송파(subcarrier)를 사용하여 동시에 전송함으로써 심벌 구간(symbol duration)을 증가시켜 다중 경로 지연 확산(multi-path delay spread)에 의한 시간 영역에서 상대적인 분산(dispersion)을 감소시키는 것이다. OFDM 방식에 의한 데이터의 전송은 전송 심벌을 단위로 한다.

OFDM 방식에 있어서의 변복조는 DFT(Discrete Fourier Transform)를 이용하여 모든 부반송파에 대해 일괄적으로 처리할 수 있기 때문에 개별 부반송파 각각에 대해 변복조기를 설계할 필요가 없다.

도6은 OFDM 방식 변복조기의 개념적 구성을 도시한 것이다. 도6에 도시된 바와 같이, 직렬로 입력되는 데이터 스트림을 부반송파 수 만큼의 병렬 데이터 스트림으로 전환하여 각각의 병렬 데이터 스트림을 역이산 퓨리에 변환한다. 고속의 데이터 처리를 위해 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)가 사용된다. 역이산 퓨리에 변환된 데이터는 다시 직렬 데이터로 전환되어 주파수 변환을 거쳐 송신되고, 수신측에서는 신호를 수신하여 역과정을 거쳐 복조한다.

이동통신 시스템에서의 자원은 주파수 채널, 즉 주파수 대역이며, 유한한 주파수 대역을 사용자간에 효율적으로 할당하여 사용하는 방법론이 다중 접속(Multiple Access)이고, 양방향 통신에서 UL(Up Link)과 DL(Down Link)의 연결을 구분하는 연결 방법론이 다중화(Duplexing)이다. 무선 다중 접속 및 다중화 방식은 한정된 주파수 자원을 효율적으로 사용하기 위한 무선 전송 기술의 가장 기본이 되는 플랫폼 기술이며, 할당된 주파수 대역, 사용자 수, 전송률, 이동성, 셀 구조, 무선 환경 등에 따라 결정된다.

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)은 여러 개의 반송파를 사용하는 다수반송파 전송/변조(MultiCarrier Transmission/Modulation: MCM) 방식의 일종으로 입력 데이터를 사용 반송파의 수만큼 병렬화하고 데이터를 각 반송파에 실어 전송하는 방식이다. OFDM은 4세대 이동통신의 요구 특성을 만족시키는 유력한 무선 전송 기술의 후보로 대두되고 있으며, 사용자의 다중 접속 방식에 따라 OFDM-FDMA, OFDM-TDMA, OFDM-CDMA로 나눌 수 있다. 각 방식은 각자 장단점이 있으며, 또한 각자의 단점을 보완하기 위한 기법들이 존재한다.

이들 중 OFDM-FDMA(OFDMA)는 4세대 매크로/마이크로 셀룰러 인프라에 적합한 방식으로 셀 내 간섭이 없고 주파수 재사용 효율이 높으며, 적응 변조 및 granularity가 뛰어나다. 또한, OFDM-FDMA의 단점을 보완하기 위해 분산 주파수 도약 기법, 다중 안테나 기법, 강력한 부호화 기법 등을 사용하여 다이버시티를 높이고 셀 간 간섭의 영향을 줄일 수 있다. OFDMA 방식은 각 사용자가 요구하는 전송률에 따라 부반송파의 개수를 다르게 할당함으로써 자원분배를 효율적으로 할 수 있 으며, OFDM-TDMA와 같이 각 사용자마다 데이터를 수신하기 전에 프리앰블을 사용하여 초기화할 필요가 없기 때문에 전송 효율이 증가하게 된다. 특히, OFDMA 방식은 많은 수의 부반송파를 사용할 경우(즉, FFT 크기가 큰 경우)에 적합하기 때문에 시간지연확산(Time Delay Spread)이 비교적 큰 넓은 지역의 셀을 갖는 무선통신 시스템에 효율적으로 적용된다. 또한, 주파수-호핑(frequency-hopping) OFDMA 방식은 무선 채널에서 깊은 페이딩에 빠진 부반송파가 존재하는 경우나 다른 사용자에 의한 부반송파 간섭이 존재하는 경우에 이를 극복하여 주파수 다이버시티 효과를 높이고 간섭평균효과를 얻는데 사용된다. 도6은 주파수 영역에서 할당 받은 격자가 시간 슬롯에 따라 주파수-호핑하는 OFDMA 방식을 나타낸다.

도7은 종래의 OFDMA 무선 통신 시스템에서의 데이터 프레임의 구성을 도시한 것이다. 도7에서 가로축은 시간 축으로서 심벌 단위로 표시한 것이고, 세로축은 주파수 축으로서 서브채널(subchannel) 단위로 표시한 것이다. 상기 서브채널은 다수의 부반송파의 묶음을 의미한다. 구체적으로 설명하면, OFDMA 물리계층에서는 활성 반송파를 그룹으로 분리해서, 그룹별로 각기 다른 수신단으로 송신된다. 이렇게 한 수신단에 전송되는 반송파의 그룹을 서브채널(subchannel)이라고 부른다. 이 때 각 서브채널을 구성하는 반송파는 서로 인접하거나 또는 등간격으로 떨어져 있을 수도 있다.

각 사용자에게 할당되는 슬롯(slot)은, 도7에 도시된 바와 같이, 2차원 공간의 데이터 영역(Data Region)에 의해서 정의되며, 이는 버스트(burst)에 의해 할당되는 연속적인 서브채널의 집합이다. OFDMA에서 하나의 데이터 영역은, 도2에 도시 된 바와 같이, 시간 좌표와 서브채널 좌표에 의해 결정되는 직사각형으로 도시화된다. 이러한 데이터 영역은 특정 사용자의 상향링크에 할당되거나 또는 하향링크에서는 특정한 사용자에게 기지국이 데이터 영역을 전송할 수 있다.

OFDM/OFDMA 무선 통신 시스템의 종래기술에서 기지국은 단말에게 송신할 데이터가 존재할 경우, DL-MAP(Downlink-MAP)을 통해서 송신할 데이터 영역을 할당해준다. 단말은 할당된 영역(도7에서 DL burst #1 ~ #5)을 통해서 데이터를 수신한다.

도7에서, 하향링크 서브프레임은 물리계층에서의 동기화와 등화를 하기 위해 사용되는 프리앰블(Preamble)로 시작하고, 그 다음에는 하향링크와 상향링크에 할당되는 버스트의 위치와 용도를 정의하는 방송형태의 하향링크 MAP(DL-MAP) 메시지와 상향링크 MAP(UL-MAP) 메시지를 통해 프레임 전체에 대한 구조를 정의한다.

DL-MAP 메시지는 버스트 모드 물리계층에서 하향링크 구간에 대해 버스트 별로 할당된 용도를 정의하며, UL-MAP 메시지는 상향링크 구간에 대해 할당된 버스트의 용도를 정의한다. DL-MAP을 구성하는 정보 요소(IE: Information Element)는 DIUC(Downlink Interval Usage Code)와 CID(Connection ID) 및 버스트의 위치 정보(서브채널 오프셋, 심볼오프셋, 서브채널 수, 심볼 수)에 의해 사용자 단에 하향링크 트래픽 구간이 구분된다. 한편, UL-MAP 메시지를 구성하는 정보 요소는 각 CID(Connection ID) 별로 UIUC(Uplink Interval Usage Code)에 의해 용도가 정해지고, 'duration'에 의해 해당 구간의 위치가 규정된다. 여기서 UL-MAP에서 사용되는 UIUC 값에 따라 구간별 용도가 정해지며, 각 구간은 그 이전 IE 시작점으로부터 UL-MAP IE에서 규정된 'duration'만큼 떨어진 지점에서 시작한다.

DCD(Downlink Channel Descriptor) 메시지와 UCD (Uplink Channel Descriptor)메시지는 각각 하향링크와 상향링크에 할당된 버스트 구간에서 적용될 물리계층 관련 파라미터로서 변조 타입(modulation type), FEC 코드 타입(FEC Code type) 등을 포함한다. 또한, 여러 가지 순방향 오류 정정 코드 유형에 따라 필요한 파라미터들(예를 들어, R-S Code의 K,R 값 등)을 규정한다. 이와 같은 파라미터들은 UCD 및 DCD 내부에서 각각 UIUC(Uplink Interval Usage Code) 및 DIUC(Downlink Interval Usage Code)별로 규정된 버스트 프로파일(Burst Profile)에 의해 주어진다.

OFDMA 통신 시스템에서 버스트 할당 방식은 HARQ 방식을 지원하느냐 그렇지 않느냐에 따라 일반 MAP 방식과 HARQ 방식으로 구분될 수 있다.

하향링크(downlink)에서 일반 MAP에서의 버스트(burst) 할당 방식은, 도7에 도시된 바와 같이, 시간축과 주파수축으로 이루어진 사각형 모양을 가르쳐주는 것이다. 즉, 시작 심볼 번호(symbol offset), 시작 서브채널 번호(subchannel offset), 사용되는 심볼의 개수와 사용되는 서브채널의 개수(No. OFDMA symbols, No. Subchannels)를 가르쳐 준다. 상향링크에서는 심볼 축으로 차례로 할당하는 방식을 사용하므로 사용되는 심볼의 개수만 가르쳐 주면 상향링크의 버스트를 할당할 수 있다.

도8은 HARQ MAP에 따른 데이터 프레임을 도시한 것이다. HARQ MAP에서는, 일반 MAP과는 달리, 상향링크와 하향링크 모두 서브채널(subcarrier) 축으로 차례로 할당하는 방식을 사용한다. HARQ MAP에서는 버스트의 길이만 알려준다. 이 방법은, 도8에 도시된 바와 같이, 버스트를 순차적으로 할당한다. 버스트의 시작 위치는 이전 버스트가 끝난 위치이며 시작 위치로부터 할당된 길이만큼 무선자원을 점유한다. 이하에서 설명되는 방식은 주파수축에 따라 버스트를 누적형으로 할당하는 방식에 관한 것으로서, 시간축을 따라 할당하는 방식도 동일한 원리에 따른다.

또한, HARQ MAP에서는 MAP 메시지를 여러 개로 나누어(도8 참조: HARQ MAP#1, #2, ···, #N) 각 MAP 메시지가 임의의 버스트의 정보를 갖고 있도록 할 수 있다. 예를 들면, MAP 메시지 #1은 버스트 #1, MAP 메시지 #2는 버스트 #2, MAP 메시지 #3은 버스트 #3 ~ #5의 정보를 포함할 수 있다.

전술한 바와 같이, OFDMA 시스템에서 HARQ를 지원하기 위해서 HARQ MAP을 이용한다. HARQ MAP은 DL MAP안에 HARQ MAP 포인터(pointer) IE가 있어서 HARQ MAP 위치를 알려주면 HARQ MAP에서 하향링크의 부채널 축으로 순차적으로 버스트를 할당하는 방식을 사용한다. 버스트의 시작 위치는 이전 버스트가 끝난 위치이며 시작 위치로부터 할당된 길이만큼 무선자원을 점유한다. 상향링크에서도 그대로 적용된다.

HARQ MAP에서는 이외에도 제어 정보(control information)을 알려주어야 한다. 표1은 상기 제어 정보를 알려주기 위한 HARQ 콘트롤 IE의 데이터 포맷을 나타낸다.

Syntax	Size(bits)	Notes
HARQ_Control_IE(){
Prefix	1	0 = Temporary disable HARQ 1 = enable HARQ
If(Prefix == 1){
AI_SN	1	HARQ ID Seq. No
SPID	2	Subpacket ID
ACID	4	HARQ CH ID
} else{
reserved	3	Shall be set to zero
}
}

상기 제어 정보에는 AI_SN, SPID, SCID 등이 있는데, AI_SN은 같은 ARQ 채널에서 버스트의 전송이 성공하였을 때 '0'과 '1'로 토글(toggle)되어 송신하는 버스트가 새로운 버스트인지 이전의 버스트를 재전송하는 것인지를 알려주는 값이다. HARQ 전송을 위해 각 버스트에 들어가는 데이터 비트(data bits)당 4 종류의 리던던시 비트(redundancy bits)를 두는데 SPID는 재전송시마다 다른 리던던시 비트를 선택하기 위한 값이고, SCID는 HARQ 채널 ID이다.

전송된 데이터 버스트가 성공적으로 수신되었는지의 여부를 상향링크의 ACK 신호 구역(ACK Signal Region)에 ACK/NACK 신호로 알려준다. 단말이 i 번째 프레임에서 버스트를 받았다면 ACK/NACK 신호는 (i + j) 번째 프레임의 상향링크의 ACK 신호 구역에 보내게 된다. j값은 UCD에 의해 보내준다. ACK 신호 구역을 할당하는 방법은 각 HARQ MAP 메시지 마다 상향링크에 각 메시지마다 ACK 신호 구역을 할당하는 방법과 프레임의 여러 개의 HARQ MAP 메시지 중에서 두 개 이상의 HARQ MAP 메시지가 하나의 ACK 신호 구역을 이용하는 방법이 있다.

프레임의 HARQ ACK 구역을 하나로 정하고 HARQ MAP 메시지가 가리키는 버스트의 ACK/NACK 신호의 슬롯(slot)을 순서대로 알려주는 방법에 대해서 구체적으로 설명한다.

도9는 HARQ MAP 메시지에서의 HARQ 신호 구역의 할당 방식을 설명하기 위한 도면이다. HARQ MAP 메시지에서 ACK 신호 구역의 할당하기 위해서 ACK 신호 구역의 시작 위치와 크기의 네 가지 정보(OFDMA Symbol offset, Subchannel offset, No. OFDMA Symbols, No. Subchannels)를 이용하여 상향링크에 할당한다. 각각의 단말은 각 버스트가 성공적으로 수신하였는지의 ACK/NACK 신호를 상향링크에 할당된 ACK 신호 구역(도9)에 순차적으로 입력한다. ACK/NACK 신호의 시작 위치는 이전에 수신된 ACK/NACK 정보의 다음 위치이다. ACK.NACK 신호의 순서는 HARQ MAP 메시지에 있는 하향링크의 버스트 순서대로 따른다. 즉, 버스트 #1, #2, #3, #4의 순서대로, 이미 할당되어 있는 상향링크의 HARQ ACK 구역 내에서의 ACK/NACK 신호도 #1, #2, #3, #4로써 버스트에 상응하는 순서대로 보내게 된다.

도9에 도시된 바와 같이, MAP Message #1은 버스트 #1, #2의 할당정보를 담고 있고, MAP Message #2는 버스트#3, #4에 대한 할당 정보를 담고 있으며, MAP Message #3는 버스트 #5, #6, #7에 대한 할당 정보를 담고 있다. MSS#1은 MAP Message #1의 내용 중 버스트 #1의 정보를 보고 전송된 데이터가 성공적으로 수신하였는지의 여부를 HARQ MAP 메시지에서 가리키는 ACK 신호 구역 내에서의 처음 슬롯에 알려준다. MSS#2는 ACK 신호 구역 내에서 버스트#1의 ACK/NACK 신호 슬롯의 다음 순서에 알려준다.(MAP message #1의 내용 중 버스트 #1의 카운트를 하나 증가시켜서 HARQ ACK 구역 내에서의 위치를 알게 된다.) MSS#3은 MAP Message #1의 버스트 #1, #2의 카운트 합을 계산하여 HARQ ACK 구역 내에서의 위치를 알게 된다. 이런 방식으로 모든 HARQ ACK 구역의 위치를 순차적으로 알 수 있다.

이때 하향링크 버스트의 영역에 한 단말이 다중 안테나를 지원해서 같은 영역에 데이터를 실어보내거나, 여러 개의 단말이 같은 영역에 데이터를 실어보내는 경우에는 모든 레이어(layer)에 대하여 CRC가 오류가 나지 않은 경우에만 ACK 신호를 보내고 그렇지 않은 경우에는 NACK 신호를 보낸다. 여기서, 레이어란 전송되는 데이터의 코딩의 단위를 의미하는 것으로서, 1부터 안테나의 개수만큼의 수를 가질 수 있다. 예를 들어, 전송되는 데이터 전체를 코딩한 후에 CRC를 삽입하고 이를 안테나 수대로 나누어 모든 안테나를 통해 전송하는 경우에는 레이어의 수는 하나이고, 각 안테나에 실리는 데이터를 각각 코딩하고 CRC를 삽입하여 전송하면 레이어의 수는 안테나의 수와 동일하다(도10 참조). 단말이 상향링크로 버스트를 전송하고, 기지국이 버스트를 받아서 하향링크로 ACK 신호를 내려보내 주는 경우도 위의 상황이 그대로 적용된다.

상기한 바와 같은 종래기술에 있어서는 다중 안테나 시스템이 아닌 경우에는 간단하게 적용이 가능하지만, 다중 안테나 시스템의 경우에는 종래기술대로 하면 자원의 낭비가 발생한다. 예를 들어, 두 단말이 버스트 #2에 각자의 데이터를 실었을 경우(레이어의 수는 2이다), 기지국에서 검출해 본 결과 단말 #1의 버스트는 오류가 나지 않았으나, 단말 #2의 버스트는 오류가 난 경우 상기한 바와 같은 종래기술의 원칙에 따라서 두 단말 모두에게 NACK 신호를 보내게 된다. 그러면 두 단말 모두 다시 데이터를 보내야 한다. 결과적으로 단말 #1의 데이터는 오류 없이 전송이 되었음에도 불구하고 버리고 재전송해야 하기 때문에 자원의 낭비가 발생하는 것이다. 하향링크의 경우에도 상기한 바와 같은 상향링크에서의 문제점이 그대로 적용될 수 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다중 안테나 시스템에서 동일한 상향링크 또는 하향링크 데이터 버스트를 통하여 다수의 안테나에 의한 신호 전송을 하는 경우에 전송 에러가 없는 경우에도 재전송을 해야 하기 때문에 발생되는 오버헤드(overhead)를 줄일 수 있는 OFDMA 광대역 무선 접속 시스템에서의 자동 재전송 요구 지원 방법을 제공하는 것이다.

발명의 개요

본 발명은 상기한 바와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해서 다중 안테나 시스템이 적용되는 상향링크 또는 하향링크 데이터 버스트(data burst)의 경우 각 레이어(layer) 별로 ACK 또는 NACK 신호를 보낼 수 있는 방법을 개시한다. 다시 말해서, 다중 안테나 시스템이 적용된 상향링크 또는 하향링크 데이터 버스트에 대해서는 상기 데이터 버스트에 할당된 레이어의 개수만큼의 ACK/NACK 신호 전송 채널을 할당하는 것이다.

하향링크 버스트의 영역에 한 단말이 다중 안테나를 지원해서 같은 영역에 데이터를 실어보내거나 여러 개의 단말이 같은 영역에 데이터를 실어보내는 경우에, 모든 레이어의 신호는 같은 영역에 실리지만 수신측에서 검파하여 각 레이어 당 신호를 구별해 낼 수가 있다. 구별된 각 레이어의 신호에 대하여 CRC를 체크하여 각 레이어 당 신호의 오류 여부를 알 수 있다. 본 발명은 이렇게 각 레이어 당 알 수 있는 신호의 오류 여부를 각각 ACK 또는 NACK 신호를 전송하여 송신측이 각각 알 수 있도록 해주자는 취지이다. 이것을 지원하기 위해서는 각 레이어 당 신호의 오류 여부를 실어보낼 수 있게 하기 위하여 각 레이어 당 ACK 또는 NACK 채널의 할당이 필요하다. 그 채널들을 통하여 버스트를 송신한 측에서는 각 레이어 마다의 ACK 또는 NACK 신호를 받아볼 수 있고, 그 신호에 따라 다음 전송 방식을 결정한다. 즉, NACK을 받은 레이어의 신호는 재전송을 해주고, ACK을 받은 레이어의 신호는 시스템의 구현 방식에 따라 다른 레이어들이 ACK 신호를 받을 때까지 송신을 정지하여 다른 신호들에 간섭을 덜어 주도록 하거나, 대기하고 있는 다른 데이터들을 실어 전송량을 늘릴 수 있다. 이와 같이 각 레이어 당 다른 전송 방식을 쓰기 위해서는 제어 정보를 각 레이어마다 줘야 한다. 즉, 종래에는 모든 레이어가 함께 ACK 또는 NACK을 받았기 때문에 함께 묶어서 콘트롤 정보를 줄 수 있었지만 본 발명의 방법에서는 각 레이어마다 각기 ACK 또는 NACK을 받는지에 따라 새로운 버스트를 줄 것인지 이전의 버스트를 재전송할 것인지(AI_SN), 4종류 중 몇 번째 리던던시 비트를 줄 것인지(SPID)와 H-ARQ 채널 ID(SCID)를 정해주어야 한다.

본 발명에 따른 OFDMA 무선 접속 시스템에서의 자동 재전송 요구 지원 방법은, HARQ(Hybrid Auto Retransmission Request) 방식을 지원하는 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access) 무선 접속 시스템에 있어서, 다중 안테나 시스템이 적용되는 데이터 버스트(data burst)에 대해서 상기 데이터 버스트에 할당된 레이어(layer)의 개수만큼 ACK/NACK 신호의 전송 채널을 할당하는 단계; 및수신측에서 상기 데이터 버스트에 할당된 레이어 별로 수신된 데이터의 전송 오류를 체크하여 상기 할당된 ACK/NACK 신호의 전송 채널을 통하여 ACK 또는 NACK 신호를 전송하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

실시예

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 본 발명의 바람직한 실시예에 의해 본 발명의 구성, 작용 및 다른 특징들이 용이하게 이해될 수 있을 것이다.

도11은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 OFDMA 무선 접속 시스템에서의 데이터 프레임의 일례를 도시한 것으로서, 다중 안테나 시스템이 적용되어 두 레이어(layer)에 의해 다수의 단말로 데이터를 전송하는 기지국에 의한 ACK/NACK 전송 채널의 할당 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.

도11에서, 기지국은 하향링크(DL) 서브프레임에 하향링크 ACK 신호 구역(DL-ACK SIGNAL REGION)을 할당하고, 상향링크(UL) 서브프레임에 상향링크 ACK 신호 구역(UL-ACK SIGNAL REGION)을 할당한다. 상기 하향링크 ACK 신호 구역은 다수의 단말이 전송한 데이터에 대한 응답으로서 상기 기지국이 전송하는 ACK 또는 NACK 신호를 위해 할당된 구역이다. 상기 상향링크 ACK 신호 구역은 상기 기지국이 전송한 데이터에 대한 응답으로서 상기 다수의 단말들이 전송하는 ACK 또는 NACK 신호를 위해 할당된 구역이다.

상기 기지국이 두 레이어(2-layer)에 의해 데이터 버스트를 전송하는 경우에는 상기 두 레이어에 의한 데이터 버스트를 수신하는 단말들은 상기 기지국의 각 레이어 별로 전송된 데이터의 전송 오류를 체크하여(예를 들어, CRC 체크), 그 결과에 따라 각 레이어 별로 전송 오류가 없으면 ACK 신호를 전송하고, 전송 오류가 있으면 NACK 신호를 전송한다. 상기 기지국에 의해 하나의 레이어로 전송되는 데이터 버스트를 수신하는 단말들에 대해서는 하나의 ACK/NACK 전송 채널을 할당 받는다. 결과적으로, 각 단말에 대하여 상향링크 서브프레임(uplink sub-frame)의 상기 상향링크 ACK 신호 구역에 상기 기지국이 각 데이터 버스트를 전송하는데 사용하는 레이어의 수와 동일한 수의 ACK/NACK 전송 채널(#1-1, #1-2, #2-1, #2-2, #3, #4,....)을 할당한다.

상기 기지국은 상기 하향링크 ACK 신호 구역 내에서, 두 개의 레이어에 의해 데이터를 전송하는 단말에 대해서는 레이어 별로 ACK/NACK 전송 채널(#2-1, #2-2)을 할당하고, 하나의 레이어를 사용하는 단말들에 대해서는 하나의 ACK/NACK 전송 채널(#1, #3, #4,....)을 할당한다. 상기 기지국은 상기 단말로부터 전송된 데이터에 대해 전송 오류를 체크하여(예를 들어, CRC 체크), 그 결과에 따라 각 레이어 별로 전송 오류가 없으면 ACK 신호를 전송하고, 전송 오류가 있으면 NACK 신호를 전송한다.

상기 ACK/NACK 전송 채널은 상향링크 ACK 신호 구역 및 하향링크 ACK 신호 구역 내에서 시간축으로 순서대로 할당될 수 있고, 주파수축으로 순서대로 할당될 수도 있으며, 또는 주파수축 및 시간축 교대로 할당될 수도 있다. 종래에는 한 ACK 또는 NACK 신호 당 반 부채널(half subchannel)을 쓰고 주파수축 및 시간축 교대로, 즉 도12에 도시된 순서대로, 할당되고 있다. 상기 반 부채널은 24개의 부반송 파로 이루어진다.

도13은 상향링크 ACK 신호 구역 및 하향링크 ACK 신호 구역 내에서 상기 ACK/NACK 전송 채널을 할당하는 다른 방식의 예이다. 도13은 상향링크 ACK 신호 구역 및 하향링크 ACK 신호 구역 내에서 다중 안테나 시스템이 적용된 단말에 대한 상향링크 또는 하향링크 ACK 구역을 별도로 할당한 예를 도시한 것이다. 즉, 하향링크 ACK 구역 내에서 두 개의 레이어(2-layer)에 의해 데이터 버스트를 전송하는 단말에 대해서 첫 번째 레이어를 위한 ACK/NACK 전송 채널(#2-1)은 하나의 레이어에 의해 데이터 버스트를 전송하는 단말을 위한 ACK/NACK 전송 채널과 같이 할당하고, 상기 두 개의 레이어(2-layer)에 의해 데이터 버스트를 전송하는 단말에 대해서 두 번째 레이어를 위한 ACK/NACK 전송 채널(#2-2)은 상기 하향링크 ACK 구역 내에 별도의 ACK 구역(region)을 설정하여 할당하는 방식이다. 상향링크 ACK 구역(UL-ACK region)에도 동일한 방식이 적용되었다. 도13에서, 상기 기지국은 네 개의 레이어(4-layer)에 의해 HARQ DL 버스트 #2를 전송한다. 두 번째 이상의 레이어에 대해 할당되는 상기 별도의 ACK 구역은 첫 번째 레이어에 대한 ACK/NACK 전송 채널이 할당된 구역 다음에 할당되는 것이 바람직하다.

도14는 상향링크 ACK 신호 구역 및 하향링크 ACK 신호 구역 내에서 상기 ACK/NACK 전송 채널을 할당하는 또 다른 방식의 예이다. 도14는 상향링크 ACK 신호 구역 및 하향링크 ACK 신호 구역 내에서 다중 안테나 시스템이 적용된 단말에 대한 상향링크 또는 하향링크 ACK 구역을 별도로 할당하는 것은 도13의 예에서와 동일하지만, 다수의 레이어가 적용된 동일한 데이터 버스트를 위한 다수의 ACK/NACK 전송 채널(#2-2, #2-3, #2-4)을 코드워드(codeword)를 이용하여 하나의 ACK/NACK 전송 채널로 할당한 예이다. 즉, 도13의 예는 레이어 수가 많아지면 상향링크 ACK 구역의 범위가 불필요하게 확대될 수 있으므로 코드워드를 이용하여 그 범위를 줄이기 위하여 코드워드를 사용한 것이다.

표2 및 표3은 도14를 지원하기 위한 코드워드를 예시한 것이다.

코드워드[레이어4 레이어3 레이어2]	그룹 세트들(전체 24 부반송파)
C0 [0 0 0]	G0 G0 G0
C1 [0 0 1]	G4 G7 G2
C2 [0 1 0]	G7 G2 G4
C3 [0 1 1]	G2 G4 G7
C4 [1 0 0]	G1 G3 G5
C5 [1 0 1]	G3 G5 G1
C6 [1 1 0]	G5 G1 G3
C7 [1 1 1]	G6 G6 G6

그룹 세트	전송할 8 부반송파의 신호
G0	P0, P1, P2, P3, P0, P1, P2, P3
G1	P0, P3, P2, P1, P0, P3, P2, P1
G2	P0, P0, P1, P1, P2, P2, P3, P3
G3	P0, P0, P3, P3, P2, P2, P1, P1
G4	P0, P0, P0, P0, P0, P0, P0, P0
G5	P0, P2, P0, P2, P0, P2, P0, P2
G6	P0, P2, P0, P2, P2, P0, P2, P0
G7	P0, P2, P2, P0, P2, P0, P0, P2

상향링크 ACK/NACK 신호의 전송에 있어서는, 전술한 바와 같이, ACK 또는 NACK 신호 하나당 24개의 부반송파로 이루어지는 반 부채널(half subchannel)을 사용하는데, 표2 및 표3에서와 같은 코드워드를 사용하면 24개의 부반송파를 이용하여 세 개까지의 ACK 또는 NACK 신호를 전송할 수 있다. 표2 및 표3의 예는 네 개의 레이어를 위한 코드워드를 정의한 것으로서, 이를 이용하여 두 개 또는 세 개의 레이어에 대해서도 적용 가능하다. 즉, 세 개의 레이어가 적용된 데이터 버스트에 대 해서는 표2 및 표3에서 레이어 4에 대한 것을 무시하고, 두 개의 레이어가 적용된 데이터 버스트에 대해서는 레이어 4 및 레이어 3에 대한 것을 무시하면 된다. 한편, 하향링크의 경우, 종래의 방시과 같이, ACK/NACK 신호를 하나의 비트를 이용하여 전송하는 경우에는 코드워드를 사용할 필요성이 줄어든다.

도15는 종래의 방식과 본 발명에 따른 방식을 혼합하여 상향링크 ACK 신호 구역 및 하향링크 ACK 신호 구역 내에서 상기 ACK/NACK 전송 채널을 할당하는 방식의 예이다. 즉, 다중 안테나 시스템이 적용된 데이터 버스트를 사용하는 단말을 위한 ACK 구역을 도13 또는 도14와 같은 방식으로 별도로 할당하고, 나머지 상향링크 또는 하향링크 ACK 구역에는 종래 방식대로 모든 레이어에 대하여 CRC가 오류가 나지 않은 경우에만 ACK 신호를 보내고 그렇지 않은 경우에는 NACK 신호를 보내도록 ACK/NACK 전송 채널을 할당하는 방식이다.

표4 및 표5는 각각 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 MIMO 콤팩트 DL-MAP IE 및 MIMO 콤팩트 UL-MAP IE의 포맷을 나타낸다.

종래의 정보 요소(IE)는 각 레이어 당 제어 정보를 따로 둘 수 없기 때문에 본 발명을 지원할 수 없다. 그러므로, HARQ 다중 안테나를 지원하기 위한 정보 메시지(MIMO Compact DL/UL MAP IE)에 각 레이어마다 각기 ACK 또는 NACK을 받는지에 따라 새로운 버스트를 줄 것인지 또는 이전의 버스트를 재전송할 것인지(AI_SN), 4종류 중 몇 번째 리던던시 비트를 줄 것인지(SPID)와 H-ARQ 채널 ID(SCID)의 따른 콘트롤 정보들 주어야 각 레이어당 다르게 동작할 수 있도록 한다. 상기 제어 정보 들은 필요에 의해 직접 HARQ 다중 안테나를 지원하기 위한 정보 메시지(MIMO Compact DL/UL MAP IE)에 필드를 둘 수도 있고, 실시예와 같이 기존의 'Control_IE'라는 정보 요소를 HARQ 다중 안테나를 지원하기 위한 정보 메시지(MIMO Compact DL/UL MAP IE)에 삽입하는 방식으로도 사용할 수 있다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

본 발명에 의한 OFDMA 무선 접속 시스템에서의 자동 재전송 요구 지원 방법에 따르면, 다중 안테나 시스템에서 동일한 상향링크 또는 하향링크 데이터 버스트를 통하여 다수의 안테나에 의한 신호 전송을 하는 경우에 레이어 별로 ACK 또는 NACK 신호를 전송하므로 전송 에러가 없는 경우에도 재전송을 해야 하기 때문에 발생되는 오버헤드(overhead)를 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims

다중 안테나(MIMO)를 지원하는 무전 접속 시스템에서 패킷 데이터를 전송하는 방법에 있어서,

복수의 데이터 맵 정보요소 및 복수의 레이어 신호를 포함하는 적어도 하나의 데이터 버스트를 수신하는 단계; 및

상기 복수의 레이어 신호 각각이 성공적으로 디코딩 되었는지 여부를 각각 나타내는 복수의 ACK(acknowledgement) 상태를 상향링크 ACK 채널을 통하여 전송하는 단계를 포함하되;

상기 복수의 레이어 신호들은 각각 상응하는 채널인코더에서 부호화되고, 상기 복수의 데이터 맵 정보요소 중 제 1 맵 정보요소는 상기 복수의 레이어 신호 각각에 대한 제어 정보를 포함하고,

상기 복수의 레이어 신호 각각에 대한 제어 정보는 HARQ 채널 식별자, HARQ 식별자 시퀀스 번호 및 서브패킷 식별자를 포함하며,

상기 복수의 데이터 맵 정보요소 중 제 2 맵 정보요소는 상기 상향링크 ACK 채널이 할당되는 영역에 대한 정보를 제공하고,

상기 복수의 ACK 상태 각각은 그에 연관된 상향링크 데이터 프레임의 ACK 채널에 할당되며, 24개의 부반송파로 이루어지는 반 부채널을 통하여 표시되는 것을 특징으로 하는 패킷 데이터 전송 방법.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
제 1항에 있어서,

상기 상향링크 ACK 채널이 할당되는 영역은,

상기 복수의 레이어 신호 중 제 1 레이어에 대한 ACK 상태에 할당되는 제 1 영역; 및

상기 복수의 레이어 신호 중 상기 제 1 레이어를 제외한 적어도 하나의 레이어에 대한 ACK 상태각각에 할당되는 제 2 영역을 포함하는, 패킷 데이터 전송 방법.
제 1항에 있어서,

상기 상향링크 ACK 채널이 할당되는 영역은,

상기 복수의 레이어 신호 중 제 1 레이어 신호에 대한 ACK 상태에 할당되는 제 1 영역; 및

상기 복수의 레이어 신호 중 상기 제 1 레이어 신호를 제외한 레이어 신호에 대한 ACK 상태를 나타내는 코드워드에 할당되는 제 2 영역을 포함하는, 패킷 데이터 전송 방법.

제 13항에 있어서,

상기 24 부반송파는 3개의 변조 심볼 그룹의 조합을 포함하고, 상기 3개의 변조 심볼 그룹은 하기 표에 나타난 바와 같은 그룹 세트 G0 내지 G7에서 선택되는 것을 특징으로 하는 패킷 데이터 전송 방법.

그룹 세트 전송될 8 서브캐리어 신호 G0 P0, P1, P2, P3, P0, P1, P2, P3 G1 P0, P3, P2, P1, P0, P3, P2, P1 G2 P0, P0, P1, P1, P2, P2, P3, P3 G3 P0, P0, P3, P3, P2, P2, P1, P1 G4 P0, P0, P0, P0, P0, P0, P0, P0 G5 P0, P2, P0, P2, P0, P2, P0, P2 G6 P0, P2, P0, P2, P2, P0, P2, P0 G7 P0, P2, P2, P0, P2, P0, P0, P2.

제 1항에 있어서,

상기 채널 인코더는 순방향 에러 인코더(FEC)를 포함하는, 패킷 데이터 전송 방법.
제 1항에 있어서,

상기 복수의 ACK 상태는, 상기 상향링크 ACK 채널 영역 내에서 주파수 축으로 먼저 할당된 후 시간 축으로 할당되는 것을 특징으로 하는 패킷 데이터 전송 방법.
다중 안테나(MIMO)를 지원하는 무전 접속 시스템에서 패킷 데이터를 전송하기 위한 장치에 있어서,

복수의 데이터 맵 정보요소 및 복수의 레이어 신호를 포함하는 적어도 하나의 데이터 버스트를 수신하기 위한 수신 모듈; 및

상기 복수의 레이어 신호 각각이 성공적으로 디코딩 되었는지 여부를 각각 나타내는 복수의 ACK(acknowledgement) 상태를 상향링크 ACK 채널을 통하여 전송하기 위한 전송 모듈을 포함하되;

상기 복수의 데이터 맵 정보요소 중 제 1 맵 정보요소는 상기 복수의 레이어 신호 각각에 대한 제어 정보를 포함하고,

상기 복수의 레이어 신호 각각에 대한 제어 정보는 HARQ 채널 식별자, HARQ 식별자 시퀀스 번호 및 서브패킷 식별자를 포함하며,

상기 복수의 데이터 맵 정보요소 중 제 2 맵 정보요소는 상기 상향링크 ACK 채널이 할당되는 영역에 대한 정보를 제공하고,

상기 복수의 ACK 상태 각각은 그에 연관된 상향링크 데이터 프레임의 ACK 채널에 할당되며, 24개의 부반송파로 이루어지는 반 부채널을 통하여 표시되는 것을 특징으로 하는 패킷 데이터 전송 장치.
제 17항에 있어서,

상기 상향링크 ACK 채널이 할당되는 영역은,

상기 복수의 레이어 신호 중 제 1 레이어에 대한 ACK 상태에 할당되는 제 1 영역; 및

상기 복수의 레이어 신호 중 상기 제 1 레이어를 제외한 적어도 하나의 레이어에 대한 ACK 상태각각에 할당되는 제 2 영역을 포함하는, 패킷 데이터 전송 장치.
제 17항에 있어서,

상기 상향링크 ACK 채널이 할당되는 영역은,

상기 복수의 레이어 신호 중 제 1 레이어 신호에 대한 ACK 상태에 할당되는 제 1 영역; 및

상기 복수의 레이어 신호 중 상기 제 1 레이어 신호를 제외한 레이어 신호에 대한 ACK 상태를 나타내는 코드워드에 할당되는 제 2 영역을 포함하는, 패킷 데이터 전송 장치.

제 19항에 있어서,

상기 24 부반송파는 3개의 변조 심볼 그룹의 조합을 포함하고, 상기 3개의 변조 심볼 그룹은 하기 표에 나타난 바와 같은 그룹 세트 G0 내지 G7에서 선택되는 것을 특징으로 하는 패킷 데이터 전송 장치.

제 17항에 있어서,

상기 복수의 ACK 상태는, 상기 상향링크 ACK 채널 영역 내에서 주파수 축으로 먼저 할당된 후 시간 축으로 할당되는 것을 특징으로 하는 패킷 데이터 전송 장치.