KR101093346B1 - Ｏｆｄｍａ 심볼 송신 장치 및 송신 방법 - Google Patents

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Abstract

본 출원은 직교주파수분할 다중접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access) 시스템에서 OFDMA 심볼을 송신하는 송신 장치 및 방법을 개시한다. 일 실시예에 따르면, 상기 OFDMA 심볼을 수신하는 수신측의 수신 신호 품질에 따라, OFDMA 심볼의 생성에 사용되는 윈도우의 대역폭 제한 파라미터가 적응적으로 결정되고, 상기 결정된 대역폭 제한 파라미터에 따른 윈도우를 사용하여 OFDMA 심볼이 생성되고, 상기 생성된 OFDMA 기반 신호가 상기 수신측에 송신된다. 상기 실시예에 따르면, 수신 측의 수신 신호 품질이 열악할 때 전송률이 낮은 방식으로 조절하기 전에 대역폭 제한 파라미터를 먼저 조절함으로써 하향 링크에서 전송 속도를 낮추지 않고 수신 측 신호 품질을 향상시킬 수 있다.
OFDMA, 와이브로 RAS, 윈도우함수, 스펙트럼 마스크

Description

ＯＦＤＭＡ 심볼 송신 장치 및 송신 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TRANSMITTING OFDMA SYMBOL}
도 1은 일 실시예에 따른 OFDMA 송신 장치의 구성을 도시한 도면.
도 2는 OFDMA 심볼의 시간 영역 구조를 나타내는 도면.
도 3은 대역폭 제한 파라미터에 따른 시간 영역에서 윈도우 함수의 형태를 나타내는 도면.
도 4는 대역폭 제한 파라미터에 따른 OFDMA 심볼의 주파수 특성을 예시한 도면.
도 5는 2개의 경로로 수신된 OFDMA 신호의 구조를 도시한 도면.
도 6은 일 실시예에 따라 수신 신호 품질에 따른 대역폭 제한 파라미터와 데이터 전송률 변경을 나타내는 도면.
본 발명은 직교주파수분할 다중접속 (OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access) 시스템의 무선 액세스 시스템(Radio Access System, RAS)에 구비되는 OFDMA 심볼을 송신하는 송신 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하 게는, 본 발명은 대역폭 제한 파라미터를 가변적으로 제어하여 OFDMA 방식을 사용하는 와이브로(WiBro) RAS의 하향 링크 전송 속도를 향상시키는 방법에 관한 것이다.
[종래 기술 문헌]
[1] J. A. C. Bingham, "Multicarrier modulation for data transmission", IEEE Commun. Mag., vol. 28
[2] A. V. Oppenheim 및 R. W. Schafer, "Discrete-time signal processing"
[3] 조용수, "Beyond IMT-2000 시스템을 위한 OFDM 무선전송기술"
WiBro(Wireless Broadband)와 WiMAX(World Interoperability for Microwave Access)는 사용자가 이동하고 있는 상태에서도 고속 데이터 서비스가 가능하도록 하기 위해 직교주파수 다중분할(Orthogonal Frequency Division Multiplexing: OFDM)이라는 신호 전송 방식을 사용하고 있다. OFDM 방식은 무선채널에서 고속으로 데이터 전송을 하고자 할 경우 다중경로(multi-path)에 의해 발생하는 심각한 주파수 선택적 페이딩(frequency-selective fading) 채널에 쉽게 대처할 수 있는 장점이 있다. 즉, OFDM 방식에서는 하나의 OFDM신호에 반송파를 적절히 배치해 각 반송파의 측대역(sideband)을 중첩시키면서 각 반송파 신호를 인접 반송파 간섭을 받지 않고 수신할 수 있다. 반송파들은 수학적으로 직교하므로 서로의 간섭을 받지 않는다.
한편, OFDM 심볼간 간섭으로 인한 ISI(Inter Symbol Interference)와 다른 부반송파(subcarrier) 사이의 누화(crosstalk)로 인한 ICI(Inter Carrier Interference)를 모두 해결하기 위해 OFDM의 연속되는 심볼 사이에 채널의 최대 지연확산(maximum delay spread)보다 긴 보호구간(Guard Interval)을 삽입한다. 따라서 심볼주기는 실제 데이터가 전송되는 유효심볼 주기와 보호구간의 합이 되며, 수신기에서는 보호구간을 제거한 후 유효심볼 주기 동안의 데이터 복조를 수행한다. 보호구간에는 직교성 파괴를 막기 위해 유효심볼 주기의 마지막 구간의 신호를 복사하여 삽입하게 되는데 이를 주기적 전치부호(cyclic prefix: CP)라고 한다. 또한, OFDM 방식의 주파수 스펙트럼은 각 부반송파가 갖는 sinc함수의 합으로 나타나기 때문에 인접 부반송파의 간격이 유효심볼주기 역수의 정수배가 되면 직교성이 유지되지만 sinc 파형은 저역차단 특성인 롤오프(roll-off) 특성이 좋지 못하여 인접채널에 영향을 주는 인접채널간 간섭(adjacent channel interference)을 발생시킨다. 인접채널간 간섭을 감소시키기 위해서는 대역제한 필터를 사용하여 대역 밖의 스펙트럼을 제거시키거나, 시간영역에서 근올림형 cosine(Root Raised Cosine; RRC)과 같은 윈도우(window)를 사용하여 대역 밖 스펙트럼의 크기를 감소시킨다. 심볼은 이러한 윈도우 함수에 의해 스펙트럼 마스크(spectrum mask: 인접채널 간 간섭을 감소시키기 위한 기능을 함)와 EVM(Error Vector Magnitude) 등이 결정된다.
현재 개발 중인 시스템은 규격에 맞추어 개인별로 개발하므로 그 규격의 기준이 되는 대역폭 제한 파라미터를 포함한 여러 파라미터들을 고정시켜 개발하고 있다. 예를 들어, 종래의 와이브로 RAS(LG-Nortel社)의 송수신 장치(transceiver)는 모뎀의 출력신호에서 대역폭 제한 파라미터를 일정하게 고정시키고 이 사양에 맞춰 무선 처리(RF: Radio Frequency)단을 개발하고 있다. 한편, 송신단에서의 전송하고자 하는 심볼은 BPSK(Binary Phase Shift Keying, 이진위상편이 방식), QPSK(Quadrature Phase Shift Keying, 직교위상편이 방식), 16QAM(Quadrature Amplitude Modulation, 16직교진폭 변조방식), 64QAM(64직교진폭 변조방식)의 변조(modulation) 방식을 이용하여 전송한다. 따라서, 단말기나 중계기 등의 수신측과 송신측 사이의 거리가 멀거나 무선 회선(air) 상의 여러 백색 잡음(white noise) 등으로 인해 수신 측에서 수신 신호의 품질이 충분히 충족되지 않는 경우, 하향 링크 전송속도를 최고로 유지하기 위해 상기 네 가지 방식을 혼용하여 데이터 전송 속도를 조절한다. 예컨대 64QAM의 변조방식을 이용하여 심볼을 전송하는 도중 단말 등의 수신 측으로부터 지속적인 재전송 요청을 받는 경우, 송신 측에서 전송하는 심볼의 변조방식을 16QAM으로 데이터 전송률을 낮춰 전송함으로써 수신 측에서의 수신 신호 감도를 소정의 기준 이상으로 유지하려고 한다.
그러나, 수신 측의 수신 감도 유지를 위해 변조 방식을 하향 조절하는 경우에는, 변조방식이 하향 조절됨에 따라 데이터 전송 속도가 느려져서 고속 전송이 어려워진다. 또한, 한번에 많은 양의 데이터를 고속 전송할 수 없으므로 단말기 사용자 간의 불편이 증가하고, 부반송파 당 부호화 비트(coded bit)도 줄어들게 되어 대역폭의 효율적인 이용이 어려워지는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 단말 등의 수신 측으로부터 재전송 요청을 받는 경우 전송률이 낮은 방식으로 조절하기 전에 대역폭 제한 파라미터를 먼저 조절함 으로써 하향 링크의 전송 속도를 최고로 유지할 수 있는 OFDMA 심볼 송신 장치 및 송신 방법을 제공하는 데 있다.
일 실시예에 의하면, 직교주파수분할 다중접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access) 시스템에서 OFDMA 심볼을 송신하는 송신 장치가 제공된다. 상기 송신 장치는, 상기 OFDMA 심볼을 수신하는 수신측의 수신 신호 품질에 따라, OFDMA 심볼의 생성에 사용되는 윈도우의 대역폭 제한 파라미터를 적응적으로 결정하는 제어부, 및 상기 결정된 대역폭 제한 파라미터에 따른 윈도우를 사용하여 OFDMA 심볼을 생성하고, 상기 생성된 OFDMA 기반 신호를 상기 수신측에 송신하는 송신부를 포함한다.
일 실시예에 따르면, OFDMA 송신 장치의 상기 제어부는, 현재의 수신 신호 품질이 이전의 수신 신호 품질보다 열악하면, 이전의 대역폭 제한 파라미터보다 대역폭 제한을 약화하는 값이 상기 OFDMA 시스템에서 권장하는 대역폭 제한 요구 조건에 위배되는지를 우선적으로 판단한다. 상기 판단 결과 위배되지 않는 경우, 상기 대역폭 제한을 약화하는 값으로 대역폭 제한 파라미터를 결정하고, 상기 판단 결과 위배되는 경우, 현재의 변조 방식을 낮은 데이터 전송률을 가진 변조 방식으로 결정하고, 상기 낮은 데이터 전송률을 가진 변조 방식에 따라 대역폭 제한 파라미터를 결정한다. 제어부는, 현재의 수신 신호 품질이 이전의 수신 신호 품질보다 우수하면, 이전의 대역폭 제한 파라미터보다 대역폭 제한을 강화하는 값이 상기 OFDMA 시스템에서 권장하는 대역폭 제한 요구 조건에 위배되는지를 우선적으로 판단한다. 상기 판단 결과 위배되지 않는 경우, 상기 대역폭 제한을 강화하는 값으 로 대역폭 제한 파라미터를 결정하고, 상기 판단 결과 위배되는 경우, 현재의 변조 방식을 높은 데이터 전송률을 가진 변조 방식으로 결정하고, 상기 높은 데이터 전송률을 가진 변조 방식에 따라 대역폭 제한 파라미터를 결정한다.
다른 실시예에 의하면, OFDMA 시스템에서 OFDMA 심볼을 송신하는 방법이 제공된다. 상기 방법은, 상기 OFDMA 심볼을 수신하는 수신측의 수신 신호 품질에 따라, OFDMA 심볼의 생성에 사용되는 윈도우의 대역폭 제한 파라미터를 적응적으로 결정하는 단계, 상기 결정된 대역폭 제한 파라미터에 따른 윈도우를 사용하여 OFDMA 심볼을 생성하는 단계, 및 상기 생성된 OFDMA 기반 신호를 상기 수신측에 송신하는 단계를 포함한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 OFDMA 송신 장치의 구성도이다. OFDMA 송신 장치(100)는 제어부(120), 송수신부(140), 전력증폭기(160), 채널 수집부(180) 및 안테나(190)를 포함한다. 제어부(120)는 단말 또는 중계기와의 무선 접속 및 무선 자원 등을 관리/제어한다. 송수신부(140)는 전송될 디지털 신호에 대해 변복조 처리, 디지털/아날로그 변환(DAC: Digital to Analog Conversion) 및 원하는 주파수 영역으로 대역 변환을 수행한다. 전력 증폭기(160)는 송수신부(140)에서 처리된 신호를 전력 증폭하고, 증폭된 신호는 안테나(190)를 통해 송신된다. 채널 수집부(180)는 송수신부(140) 등에서 처리된 결과를 수집하여 각 사용자 별 채널 정보를 저장한다.
제어부(120)는, 수신 측에서 원하는 만큼의 수신 신호 품질이 충족되지 않는 경우, 예컨대 신호가 송신되는 도중 RAS와 단말기 등의 사이의 거리가 멀거나 통신 회선 상의 잡음(예컨대, 백색 잡음) 등에 의해 수신 측의 BER(Bit Error Rate: 비트 전송시 발생하는 오류를 확률로 측정하는 단위) 또는 SER(Symbol Error Rate) 등이 증가하는 경우, 수신 측의 수신 감도 향상을 위해 그 단말로 전송되는 신호의 심볼 변조방식을 변경시킨다. 이를 설명하기 위하여 일 실시예에 따른 OFDMA 시스템의 변조 방식을 먼저 살펴본다.
변조(變調)는 정보를 저장, 전송하기 위해 전기적 신호로 변환하는 것으로, 구체적으로는 원하는 정보에 따라 반송파(carrier) 신호의 진폭, 주파수, 위상 정보를 변경하여 신호를 변조한다. 신호를 변조하는 이유는 하나의 전송 매체를 여러 사용자가 공유하도록 하기 위해서(다중 접속) 내지, 신호의 특성을 전송 매체의 물리적인 특성에 맞추기 위해서 등 여러 가지가 있다. 변조를 수행하는 장치를 변조기(modulator)라고 하며 변조된 신호로부터 본래의 신호를 복구하는 장치를 복조기(demodulator)라고 한다. 본 발명의 일 실시예에서, 변조기 및 복조기는 송수신부(140)에 포함된다.
와이브로 RAS의 변조방식은 BPSK(Binary Phase Shift Keying, 이진위상편이 방식), QPSK(Quadrature Phase Shift Keying, 직교위상편이 방식), 16QAM(Quadrature Amplitude Modulation, 16-직교진폭 변조), 64QAM(64-직교진폭 변조)이 있는데, 구체적으로, BPSK는 진폭과 주파수 모두가 일정한 반송파를 이용하며 그 위상을 2진 전송 부호에 대응시켜 변화하는 방식이다. QPSK는 한번에 동 시에 2개의 bit를 보낼 수 있는 방식으로 2개의 bit의 경우의 수는 00, 01, 10, 11이고 각각에 대해 반송파의 위상을 90도씩 바꾸어 송수신함으로써 쌍방간에 신호의 전달이 가능하게 한다. 직교진폭변조(QAM)는 서로 직교하는 2개의 반송파를 별도로 진폭위상변조(APK)하여 2종류의 정보를 동일한 대역으로 전송하며, 제한된 전송대역을 이용한 데이터의 전송효율을 높이기 위해 반송파의 진폭, 위상을 동시에 변조하는 방식으로 데이터 전송 시 매 심볼 주기당 16개 또는 64개 등의 레벨로 출력하여 전송한다. 전송속도 측면에서 보면 BPSK는 부호율(coded rate)에 따라 6 M bit/s, 9 M bit/s이고, QPSK는 12 M bit/s, 19 M bit/s이며, 16QAM은 27 M bit/s, 36 M bit/s이고, 64QAM은 54 M bit/s의 데이터 전송속도를 지원한다.
이와 같이 변조된 디지털 심볼에 대해 OFDMA 신호는 다음과 같은 절차에 의해 생성된다. 먼저, Nc개의 입력 디지털 심볼(QAM 또는 QPSK로 변조된 디지털 신호)에 N-Nc개의 "0"을 추가하여 N개의 입력 데이터를 구성한 후 이를 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 한다. OFDMA 심볼의 시간 영역 구조를 나타내는 도 2를 참조하면, 이와 같이 얻어진 IFFT 출력 샘플 중 뒷부분의 Tprefix 길이에 해당하는 샘플을 OFDMA 심볼의 시작 부분에 삽입하고, 앞부분의 Tpostfix 길이에 해당하는 샘플을 OFDMA 심볼의 마지막에 추가한다. 다음, OFDMA 심볼에 윈도우(window)를 곱하여 대역 밖 부반송파의 전력을 보다 빠르게 감소시킨다. 도 2에서 Tg는 보호구간을, Tb는 유효심볼구간을, Ts는 OFDMA 심볼구간을 나타내고 Tprefix는 전치 보호구간, Tpostfix는 후치 보호구간을 의미한다. 인접 심볼이 롤오프 영역에서 부분적으로 중첩되므 로 Ts는 전체 심볼구간보다 작은 것을 확인할 수 있다. 이와 같이 얻어진 송신 신호는 수식 1과 같이 나타난다.
Figure 112006083812811-pat00001
여기에서 w(n)은 대역 외 방사(out of band emissions)를 줄이기 위한 시간 영역의 윈도우 함수이며, 수식 2에 나타난 바와 같다.
Figure 112006083812811-pat00002
n은 OFDMA 심볼의 초기부터 경과한 시간을 나타내고, bk는 k번째 부반송파에 실리는 주파수 영역의 신호이다. Δf는 부반송파의 주파수 간격을 의미하고, Ng는 Tg시간에 사용될 OFDMA 샘플의 개수이다. 여기에서 Ns는 Ts에 대한 OFDMA 샘플의 개수이다. m은 대역폭 제한 파라미터로서, 2m은 Tprefix 및 Tpostfix에 대한 OFDMA 샘플의 개수가 된다. Nused는 사용되는 부반송파의 개수이다.
도 3은 대역폭 제한 파라미터(m)에 따른 시간 축에서 윈도우 함수의 형태를 나타내는 도면이다. 도 3을 살펴보면, m값이 0인 경우 윈도우는 직사각의 형태를 나타내고, m값이 커질수록 윈도우의 직사각형 특성은 사라지게 된다. 윈도우 함수 w(n)의 주파수 특성 W(f)는 수식 3과 같다(Proakis, "digital communications" 참조).
Figure 112006083812811-pat00003
여기에서
Figure 112006083812811-pat00004
는 롤오프 특성을 나타낸다. 도 2에서 상술한 바와 같이, OFDMA 심볼은 이전의 OFDMA 심볼의 출력에 더해지는데 이때 수학식 3의
Figure 112006083812811-pat00005
의 영역이 중첩된다. 수학식 3의 주파수 특성을 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는 대역폭 제한 파라미터(m)에 따른 OFDMA 심볼의 주파수 특성을 예시한 도면이다. 도 4의 OFDMA 심볼 주파수 특성은 윈도우 w(n)의 주파수 특성 함수 W(f)을 864(Nused)개의 부반송파 임펄스(impulse)와 주파수 축 상에서 컨볼루션(convolution)하여 얻은 것이다. 부반송파의 개수(Nused) 864는 주파수 특성을 살펴 보기 위해 임의로 선택된 것이며, 본 발명이 이로써 제한되는 것이 아님에 유의한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 대역폭 제한 파라미터(m)가 0에서 10으로 증가하면서 스펙트럼 마스크(대역 외 방사 방지)는 엄청나게 향상된다. 그런데, 대역폭 제한 파라미터(m)가 커지면, 스펙트럼 마스크는 향상되나, 시간 영역에서 중첩되는 신호 구간이 증가하게 된다. 이러한 경우 다중 경로 지연 확산에 대해 강인성(robustness)이 문제될 수 있다.
도 5는 2개의 경로로 수신된 OFDMA 신호의 구조를 나타내는 도면이다. 도 2와 마찬가지로, Tg는 보호구간을, Tb는 유효심볼구간을, Ts는 OFDMA 심볼구간을 나타내고 Tprefix는 전치 보호구간, Tpostfix는 후치 보호구간을 의미한다. 실선이 제1 경로를 통해 수신된 OFDMA 신호(이하 제1 경로 신호)이고, 점선이 제2 경로를 통해 수신된 OFDMA 신호(이하 제2 경로 신호)이다. 제2 경로 신호는 제1 경로 신호보다 Td 만큼 지연되어 있다. 수신기는 T초 구간 동안 FFT(Fast Fourier Transform)를 취하여 부반송파를 복조하는데, 음영부분에서 드러나는 바와 같이 지연된 OFDMA 신호에 의해 이전 심볼값 및 롤오프 값이 포함된다. 이로 인해 ICI(Inter Channel Interference)와 ISI(Inter Symbol Interference)가 발생된다. 이와 같이, 제1 및 제2 경로 신호 사이의 상대적인 지연(Td)이 보호 구간(Tg)보다는 작더라도, 롤오프 정도에 따라 ICI(Inter Channel Interference)와 ISI(Inter Symbol Interference)가 발생될 수 있다. OFDMA의 기본 특성인 각 부반송파 간의 직교성은 부반송파의 크기와 위상이 유효심볼구간 Tb초 동안 일정할 때에만 유지가 되며, 따라서 롤오프 특성이
Figure 112006083812811-pat00006
인 경우, 유효 보호 구간은
Figure 112006083812811-pat00007
만큼 감소된다. 결국 적절한
Figure 112006083812811-pat00008
의 크기를 만드는 것이 OFDMA 통신의 수신율을 높이는 핵심이 된다. 도 5에는 설명의 편의를 위해 2개의 경로를 도시하였지만, 실제 와이브로 RAS는 다중 경로 페이딩에 취약하다. 이러한 상황은 도시와 교외에서 다르게 발생할 수도 있고 시간에 따라서 달라질 수도 있다. 따라서 송수신부에서
Figure 112006083812811-pat00009
값을 일률적으로 적용하는 것은 RAS에 있어서 전체적인 시스템 성능의 열화를 불러올 것이다. 다시 도 4를 살펴보면, 대역 제한 파라미터(m)가 증가할수록 스펙트럼의 특성은 개선되지만 대역 제한 파라미터(m)가 64보다 커지게 되면 주파수 영역에서 윈도우의 곡선 구간이 OFDMA의 심볼 구간을 침범하므로 부반송파의 직교성이 보장되지 않는다. 따라서 대역 제한 파라미터(m)는 수식 4와 같은 범위 내에서 정해져야 한다.
0 < m < mmax-L
여기서, mmax 는 주파수 영역에서 윈도우의 곡선 구간이 OFDMA의 심볼 구간을 침범하지 않는 최대의 대역 제한 파라미터(m) 값이고, L은 채널의 임펄스 응답(response) 길이이다. 전술한 바와 같이, 대역 제한 파라미터(m)는 스펙트럼 마스크 및 하향 링크 전송 속도(throughput)에 영향을 미치는 EVM 및 Rho 값(신호와의 상관값을 표시) 등 과 상충 관계(trade-off)에 놓여 있다. 다시 말해서, 대역 제한 파라미터(m)가 상한값(mmax), 예컨대 도 4의 예시에서는 64에 가까워질수록 스펙트럼의 마스크는 향상되나 단말기나 중계기와 같은 수신 측에서는 심볼의 동기맞춤(synchronization)이나 프레임의 정확한 복원이 어려워지며, 반대로 대역 제한 파라미터(m)가 하한값, 예컨대 도 4의 예시에서는 0에 가까워질수록 심볼의 동기맞춤(synchronization)이나 프레임의 복원에는 유리하나 스펙트럼 마스크가 열화되어 RAS의 마스크 규격을 만족시키기 어려워진다.
다시 도 1을 참조하면, 제어부(120)는, 수신 측의 수신 신호 품질이 열악한 경우 또는 단말로부터 NACK(Negative Acknowledgement: 패킷에 오류가 있거나 설정 시 에러가 발생한 경우의 응답) 등의 자동 재전송 요청(ARQ: Automatic Repeat request) 내지 재전송 요청을 수신한 경우, 수신 측의 수신 신호 품질에 따라 대역 제한 파라미터(m)를 조절하여 특정한 부반송파에 실리는 신호의 품질을 향상시킬 수 있다. 제어부(120)는 수학식 4의 요구 조건 내에서 대역 제한 파라미터(m)를 변경할 수 있다. 제어부(120)는 변경된 대역 제한 파라미터(m)가 수학식 4의 요구 조건을 벗어나는 경우, 데이터 전송률이 낮은 변조 방식으로, 예컨대 64QAM에서 16QAM으로 하향 조절하거나 데이터 전송률이 높은 변조 방식으로, 예컨대 16QAM에서 64QAM으로 상향 조절할 수 있다. 제어부(120)의 변조 방식은 도 6을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 6은 일 실시예에 따라 수신 신호 품질에 따른 대역폭 제한 파라미터(m)와 데이터 전송률 변경을 나타내는 도면이다. 도 6에서 x축은 수신 신호의 BER로서 오른쪽으로 갈수록 BER이 증가하여 수신 신호의 품질이 열악하다. BER은 단지 예시적인 것으로서, x축은 오른쪽으로 갈수록 품질이 열악해지는 것을 나타내는 임의의 기준을 포함한다. BER에 따라 심볼의 변조 방식은 64QAM(620), 16QAM(640), QPSK(660) 및 BPSK(680) 구간으로 구분된다. 즉, 수신 신호의 상태가 좋을수록 데이터 전송률이 높은 방식으로 변조하고, 수신 신호의 상태가 나쁠수록 데이터 전송률이 낮은 방식으로 변조하여 수신 측에서 수신 신호 품질이 소정의 기준 이상이 되도록 한다. 그런데, 데이터 전송률이 동일한 구간 내에서도 수신 신호 품질에 따라 좋은 경우는 대역폭 제한을 강화, 즉 대역폭 제한 파라미터(m)를 증가하고, 신호 품질이 나쁜 경우는 대역폭 제한을 약화, 즉 대역폭 제한 파라미터(m)를 감소 하여 수신율을 더욱 향상시킬 수 있다. 따라서, 제어부(120)(도 1)는, 수신 측의 신호 품질(BER)이 특정한 값에 이르면 변조 방식을 변경하기 이전에 수학식 4의 요구 조건 내에서 대역폭 제한 파라미터(m)를 먼저 변경한다. 수신 신호 품질이 우수하면, 대역폭 제한 파라미터(m)를 크게 하여 대역폭 제한을 강화하고, 신호 품질이 열악하면 대역폭 제한 파라미터(m)를 작게 하여 대역폭 제한을 약화한다. 변경된 대역폭 제한 파라미터(m)가 수학식 4의 요구 조건을 벗어나는 경우, 전송률을 변경한다. 예컨대, 대역폭 제한 파라미터(m)가 상한값보다 큰 경우 데이터 전송률을 상향 조절한 후, 대역폭 제한 파라미터(m)를 다시 조절하고, 대역폭 제한 파라미터(m)가 하한값보다 작은 경우 데이터 전송률을 하향 조절하여 대역폭 제한 파라미터를 다시 조절한다.
마찬가지로 제어부(120)는 수신측으로부터 재전송 요청이 수신된 경우, 대역폭 제한 파라미터(m)를 감소시켜 대역폭 제한을 약화한다. 이후 재전송 요청이 없으면, 대역폭 제한 파라미터(m)의 변동없이 동일한 데이터 전송률로 전송을 수행시킨다. 한편, 대역폭 제한 파라미터(m)를 감소시켜 심볼을 전송한 후에도 여전히 수신 측으로부터 재전송 요청이 수신되는 경우, 제어부(120)는 수학식 4의 요구 조건을 만족하는 최소값으로 대역폭 제한 파라미터(m)를 변경하여 신호를 전송시킨다. 이와 같이 신호를 전송한 이후에도 다시 재전송 요청을 수신하면, 제어부(120)는 데이터 전송률이 낮은 변조 방식으로 하향 조절하여 데이터를 전송시킨다.
이와 같이, 상기 실시예에 따르면 각 변조 방식 내에서 먼저 대역폭 제한 파 라미터(m)를 조절하여 신호를 전송함으로써, 종래 재전송 요청시 변조 방식을 일률적으로 하향 조절하는 기술에 비해 수신 신호 품질이 향상되면서도 최대한 고속으로 신호를 전송할 수 있다.
도 1을 참조하면, 송수신부(140)는 디지털 IQ 채널 신호를 이용하여 수신되는 신호의 품질과 스펙트럼 마스크를 실시간으로 모니터링하고, 수신 측의 BER이 증가하는 경우, 또는 수신 측으로부터 재전송요청이 수신되는 경우 이를 제어부(120)에 보고한다. 송수신부(140)는 예컨대, 파일럿(pilot) 신호로 단말이 탐색(ranging)하는 것을 이용하여 수신 측의 BER를 추정할 수 있다. 파일럿 신호는 수신 측에서 복조용 기준 반송파나 타이밍을 얻기 위해 송신 측에 보내는 신호인데 일반 데이터 신호와 달리 BPSK로 변조되어 16QAM, 64QAM으로 변조되는 경우에 비해 유클리디안(Euclidean) 거리(두 지점간 최단 거리)가 월등히 멀어 신호가 강인하다. 이러한 파일럿 신호로 탐색하는 때에 PUSC(Partial Usage of the SubChannel) 사용자 데이터 채널에 특정한 패턴의 데이터 스트림을 자극 신호(stimulation signal)로 활용하여 단말기에서의 BER 을 측정할 수 있다.
본 발명 및 그 다양한 기능적 구성요소들은 특정 실시예들로 설명되었으나, 본 발명은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 미들웨어 또는 이들의 조합으로 구혀될 수 있으며, 시스템, 서브시스템, 구성요소들 또는 이들의 서브 구성요소들로 활용될 수 있음을 이해해야 한다. 소프트웨어로 구현되는 경우, 본 발명의 요소들은 필요한 작업들을 수행하기 위한 명령어들/코드 세그먼트들이다. 프로그램 또는 코드 세그먼트들은 프로세서 판독가능 매체와 같은 머신 판독가능 매체, 컴퓨터 프로 그램 제품 내에 저장될 수 있으며, 또는 케리어 웨이브로 구체화되는 컴퓨터 데이터 신호 또는 케리어에 의해 변조된 신호에 의해 전송 매체 또는 통신 링크를 통해 전송될 수 있다. 머신 판독가능 매체 또는 프로세서 판독가능 매체는 머신(예컨대, 프로세서, 컴퓨터 등)에 의해 판독되고 실행가능한 형태로 정보를 저장 또는 전송할 수 있는 임의의 매체를 포함할 수 있다.
이러한 본원 발명은 실시예를 참고하여 설명되고 도시되었으나, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면, 첨부된 특허청구범위에 의해 정해지는 본원발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
상기 실시예들에 따르면, 단말 등의 수신 측으로부터 지속적인 재전송 요청을 받는 경우 변조 방식을 데이터 전송률이 낮은 방식으로 하향 조절함 없이 대역폭 제한 파라미터를 먼저 조절하여 신호를 재전송함으로써 하향 링크의 전송 속도를 최고로 유지할 수 있는 효과를 달성할 수 있다.
또한, 재전송 요청시 변조 방식을 데이터 전송률이 낮은 방식으로 하향 조절하지 않고 전송할 수 있기 때문에 한번에 많은 양의 데이터를 고속 전송할 수 있게 됨으로써 단말기 사용자 간의 불편을 최소화할 수 있으며, 대역폭 제한 파라미터를 특정한 값으로 고정시키지 않고 자유로이 조절할 수 있어 시스템을 효율적으로 사용할 수 있다.

Claims (14)

  1. 삭제
  2. 직교주파수분할 다중접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access) 시스템에서 OFDMA 심볼을 송신하는 송신 장치에 있어서,
    상기 OFDMA 심볼을 수신하는 수신측의 수신 신호 품질에 따라, OFDMA 심볼의 생성에 사용되는 윈도우의 대역폭 제한 파라미터를 적응적으로 결정하는 제어부, 및
    상기 결정된 대역폭 제한 파라미터에 따른 윈도우를 사용하여 OFDMA 심볼을 생성하고, 상기 생성된 OFDMA 심볼을 상기 수신측에 송신하는 송신부를 포함하되,
    상기 제어부는 대역폭 제한 요구 조건 내에서 상기 수신 신호 품질이 우수할수록 상기 대역폭 제한 파라미터를 크게 하여 대역폭 제한을 강화하고, 상기 수신 신호 품질이 열악할수록 상기 대역폭 제한 파라미터를 작게하여 대역폭 제한을 약화하고, 상기 대역폭 제한 파라미터가 상기 대역폭 제한 요구 조건을 벗어나면 전송률을 조절하는 OFDMA 심볼 송신 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 OFDMA 심볼에 실릴 전송 심볼의 변조 방식을, 상기 수신 신호 품질이 우수할 수록 현재의 변조 방식의 데이터 전송률보다 높은 데이터 전송률을 가진 변조 방식으로, 상기 수신 신호 품질이 열악할 수록 상기 현재의 변조 방식의 데이터 전송률보다 낮은 데이터 전송률을 가진 변조 방식으로 결정하고,
    상기 송신부는, 상기 결정된 변조 방식 및 상기 결정된 대역폭 제한 파라미터에 따른 윈도우를 사용하여 OFDMA 심볼을 생성하는 OFDMA 심볼 송신 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제어부는,
    현재의 수신 신호 품질이 이전의 수신 신호 품질보다 열악하면, 이전의 대역폭 제한 파라미터보다 작게 결정된 대역폭 제한 파라미터 값이 상기 OFDMA 시스템에서 권장하는 상기 대역폭 제한 요구 조건에 위배되는지를 우선적으로 판단하고,
    상기 판단 결과 위배되지 않는 경우, 상기 작게 결정된 대역폭 제한 파라미터 값으로 상기 대역폭 제한 파라미터를 결정하고,
    상기 판단 결과 위배되는 경우, 상기 현재의 변조 방식을 상기 현재의 변조 방식의 데이터 전송률보다 낮은 데이터 전송률을 가진 변조 방식으로 결정하고, 상기 낮은 데이터 전송률을 가진 변조 방식에 따라 상기 대역폭 제한 파라미터를 결정하고,
    현재의 수신 신호 품질이 이전의 수신 신호 품질보다 우수하면, 이전의 대역폭 제한 파라미터보다 크게 결정된 대역폭 제한 파라미터 값이 상기 OFDMA 시스템에서 권장하는 상기 대역폭 제한 요구 조건에 위배되는지를 우선적으로 판단하고,
    상기 판단 결과 위배되지 않는 경우, 상기 크게 결정된 대역폭 제한 파라미터 값으로 상기 대역폭 제한 파라미터를 결정하고,
    상기 판단 결과 위배되는 경우, 상기 현재의 변조 방식을 상기 현재의 변조 방식의 데이터 전송률보다 높은 데이터 전송률을 가진 변조 방식으로 결정하고, 상기 높은 데이터 전송률을 가진 변조 방식에 따라 상기 대역폭 제한 파라미터를 결정하는, OFDMA 심볼 송신 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 대역폭 제한 요구 조건은, 시간 축에서 윈도우의 형태가 직사각형이 되는 대역폭 제한 파라미터를 하한값으로 갖고, 주파수 축에서 윈도우의 곡선 구간이 OFDMA 심볼 구간을 침범하지 않는 최대의 대역폭 제한 파라미터를 상한값으로 갖는, OFDMA 심볼 송신 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 직교주파수분할 다중 접속 시스템은, 와이브로 시스템이고,
    상기 송신 장치는, 상기 와이브로 시스템의 RAS(Radio Access System)에 구비되며,
    상기 수신측은 상기 와이브로 시스템의 단말 또는 중계국인, OFDMA 심볼 송신 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 수신 신호 품질에 대한 정보를, 수신측으로부터 제공되는 자동 재전송 요구(ARQ: Automatic Repeat reQesut) 신호를 기초로 획득하는, OFDMA 심볼 송신 장치.
  8. 삭제
  9. OFDMA 시스템에서 OFDMA 심볼을 송신하는 방법에 있어서,
    상기 OFDMA 심볼을 수신하는 수신측의 수신 신호 품질에 따라, OFDMA 심볼의 생성에 사용되는 윈도우의 대역폭 제한 파라미터를 적응적으로 결정하는 단계,
    상기 결정된 대역폭 제한 파라미터에 따른 윈도우를 사용하여 OFDMA 심볼을 생성하는 단계, 및
    상기 생성된 OFDMA 심볼을 상기 수신측에 송신하는 단계
    를 포함하되,
    상기 대역폭 제한 파라미터를 적응적으로 결정하는 단계는,
    대역폭 제한 요구 조건 내에서 상기 대역폭 제한 파라미터를, 상기 수신 신호 품질이 우수할수록 상기 대역폭 제한 파라미터를 크게 하여 대역폭 제한을 강화하는 값으로, 상기 수신 신호 품질이 열악할수록 상기 대역폭 제한 파라미터를 작게하여 대역폭 제한을 약화하는 값으로 결정하는 단계; 및
    상기 대역폭 제한 파라미터가 상기 대역폭 제한 요구 조건을 벗어나면 전송률을 조절하는 단계를 포함하는 OFDMA 심볼 송신 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 대역폭 제한 파라미터를 적응적으로 결정하는 단계는,
    현재의 수신 신호 품질이 이전의 수신 신호 품질보다 열악한지 우수한지를 판단하는 단계,
    현재의 수신 신호 품질이 열악한 경우, 이전의 대역폭 제한 파라미터보다 작게 결정된 대역폭 제한 파라미터 값이 상기 OFDMA 시스템에서 권장하는 상기 대역폭 제한 요구 조건에 위배되는지를 판단하는 단계,
    상기 작게 결정된 대역폭 제한 파라미터 값이 상기 대역폭 제한 요구 조건에 위배되지 않으면 상기 작게 결정된 대역폭 제한 파라미터 값으로 상기 대역폭 제한 파라미터를 결정하고, 위배되는 경우, 현재의 변조 방식을 상기 현재의 변조 방식의 데이터 전송률보다 낮은 데이터 전송률을 가진 변조 방식으로 결정하고, 상기 낮은 데이터 전송률을 가진 변조 방식에 따라 상기 대역폭 제한 파라미터를 결정하는 단계,
    현재의 수신 신호 품질이 우수한 경우, 이전의 대역폭 제한 파라미터보다 크게 결정된 대역폭 제한 파라미터 값이 상기 OFDMA 시스템에서 권장하는 상기 대역폭 제한 요구 조건에 위배되는지를 판단하는 단계, 및
    상기 크게 결정된 대역폭 제한 파라미터 값이 상기 대역폭 제한 요구 조건에 위배되지 않으면 상기 크게 결정된 대역폭 제한 파라미터 값으로 상기 대역폭 제한 파라미터를 결정하고, 위배되는 경우, 현재의 변조 방식을 높은 데이터 전송률을 가진 변조 방식으로 결정하고, 상기 높은 데이터 전송률을 가진 변조 방식에 따라 상기 대역폭 제한 파라미터를 결정하는 단계를 포함하는 OFDMA 심볼 송신 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 대역폭 제한 요구 조건은, 시간 축에서 윈도우의 형태가 직사각형이 되는 대역폭 제한 파라미터를 하한값으로 갖고, 주파수 축에서 윈도우의 곡선 구간이 OFDMA 심볼 구간을 침범하지 않는 최대의 대역폭 제한 파라미터를 상한값으로 갖는, OFDMA 심볼 송신 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 OFDMA 시스템은, 와이브로 시스템이고,
    상기 수신측은 상기 와이브로 시스템의 단말 또는 중계국인, OFDMA 심볼 송신 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 수신 신호 품질에 대한 정보를, 수신측으로부터 제공되는 자동 재전송 요구(ARQ: Automatic Repeat reQesut) 신호를 기초로 획득하는, OFDMA 심볼 송신 방법.
  14. 제9항의 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 실행가능 명령어들을 저장하는 컴퓨터 판독가능 저장매체.
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