KR20050091586A - 직교주파수분할다중접속 방식을 기반으로 하는이동통신시스템에서 적응적 안테나 시스템 모드 지원방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 OFDMA 시스템에서 AAS 모드를 적용하는 방안에 대한 것이다. 본 발명에서는 전체 데이터의 전송 방식을 세 가지로 나누어, 프리앰블은 광대역의 sectored beam으로 전송하고, SICH(System Information Channel)와 MAP 할당 정보 및 MAP, RNG_RSP, CDMA_Allocation_IE, 기타 overhead message들은 switched beam으로 전송한다. 한편 사용자 별 트래픽은 적응적 빔 포빙으로 전송하는 방식을 제시하였다. 또한 본 발명에서 제안된 방식은 SDMA(spatial division multiplexing)을 지원 가능한 구조를 가진다.

Description

직교주파수분할다중접속 방식을 기반으로 하는 이동통신시스템에서 적응적 안테나 시스템 모드 지원방법{METHOD FOR SUPPORTING ADAPTIVE ANTENNA SYSTEM MODE IN A OFDMA MOBILE COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 직교주파수분할다중접속 방식을 기반으로 하는 이동통신시스템에서의 다중 셀 환경에서 다중 안테나를 이용하여 프레임을 송/수신하는 방법에 관한 것으로, 특히 적응적 안테나 시스템 모드를 적용하여 프레임을 송/수신하기 위한 방법을 제공함에 있다.

이동통신에서 사용자가 요구하는 데이터의 양과 그 처리 속도는 날이 갈수록 증가하고 있다. 이러한 요구를 만족시키기 위해 무선채널에서 데이터를 고속으로 전송할 경우 다중 경로 페이딩(Multi??path fading), 도플러 확산 (Doppler spread) 등의 영향으로 인해 높은 비트 오류율이 발생하는 문제를 야기할 수 있다. 따라서 무선채널에 데이터를 고속으로 전송하기 위해 적합한 무선 접속 방식이 요구된다. 이러한 무선 접속 방식으로 낮은 출력, 낮은 탐지 확률 등의 장점이 있는 대역 확산 변조방식이 널리 사용되고 있다.

상기 대역 확산 변조방식은 크게 DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum) 방식과 FHSS(Frequency Hopping Spread Spectrum) 방식으로 분류할 수 있다.

상기 DSSS 방식은 무선 채널에서 발생하는 다중 경로 현상을 채널의 다중 경로 다이버시티(Multi-path diversity)를 위한 레이크(Rake) 수신기를 사용하여 적극적으로 대처할 수 있다. 이러한 상기 DSSS 방식은 10 Mbps의 전송 속도까지는 효율적으로 사용될 수 있으나 그 이상의 고속 데이터 전송 시 칩(Chip) 간 간섭이 증가함에 따라 하드웨어의 복잡도가 급속히 증가한다. 뿐만 아니라 다중 사용자들 간의 간섭(Multi-user interference)에 의해 수용할 수 있는 사용자의 용량에 한계가 있는 것으로 알려져 있다.

상기 FHSS 방식은 데이터를 랜덤 시퀀스에 의하여 주파수를 이동하면서 전송하기 때문에 다중 채널 간섭 및 협대역 임펄스성 잡음의 영향을 줄일 수 있다. 하지만 상기 FHSS 방식에서는 송신측과 수신측 사이의 정확한 동기가 매우 중요한데, 고속 데이터 전송 시에는 동기 추출이 어렵다는 단점이 있다.

직교주파수분할다중(OFDM ; Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식은 유무선 채널에서 고속 데이터 전송에 적합한 방식으로 최근 활발히 연구되고 있다. 상기 OFDM 방식에서는 상호 직교성을 갖는 복수의 반송파들을 사용하므로 주파수 이용 효율이 높다. 또한 송/수신단에서 이러한 복수의 반송파들을 변/복조하는 과정은 각각 IDFT와 DFT를 수행한 것과 같은 결과가 되어 IFFT와 FFT를 사용하여 고속으로 구현할 수 있다. 이러한 OFDM 방식은 고속의 데이터 전송에 적합하기 때문에 광대역 무선 액세스(BWA: Broadband Wireless Access), 디지털 오디오 방송(DAB: Digital Audio Broadcasting), 디지털 지상 텔레비전 방송(DTTB: Digital Terrestrial Television Broadcasting), ADSL 및 VDSL의 표준 방식으로 채택되었다. 상기 OFDM 방식에 따른 OFDM 심벌의 주파수 차원 구조는 부반송파들로 정의된다. 상기 부반송파들은 데이터 전송에 사용되는 데이터 부반송파, 각종 추정의 목적으로 약속된 패턴의 심벌을 전송하는 데 사용되는 파일럿 부반송파, 그리고 보호 대역에 속하는 부반송파와 DC 부반송파에 해당하는 Null 부반송파로 구분된다. 이 중 Null 부반송파에 속하지 않는, 데이터 부반송파들과 파일럿 부반송파들을 총칭하여 "유효 부반송파"라고 한다.

직교주파수분할다중접속(OFDMA ; Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 방식은 앞서 살펴본 OFDM 방식으로 하여 복수의 사용자들에게 서로 다른 부반송파들을 할당하여 같은 OFDM 심벌에 복수의 사용자들의 신호를 다중화하여 전송하는 방식이다. 이러한 OFDMA 방식은 광대역 무선 접속 규격의 OFDMA 모드에서 다중접속방식으로 채택되어 있다. 상기 OFDMA 방식에서는 유효 부반송파 집합을 다수의 부집합들로 분할하여 사용하며, 각 부집합을 부채널(Subchannel)이라고 한다. 각 부채널을 구성하는 부반송파들은 주파수 상에서 인접하지 않을 수 있다. 각각의 부채널을 사용자에게 할당함으로써 OFDMA 방식을 기반으로 하는 시스템은 다수의 사용자들에게 동시에 서비스를 제공할 수 있다.

한편 전술하였듯이 이동통신시스템의 성능 및 용량은 셀 간 혹은 셀 내에서 발생되는 동일 채널 간섭신호와 경로손실, 다중경로 페이딩, 신호의 지연 및 도플러 확산 및 음영현상 등의 무선 전파 채널의 특성에 의해 근본적으로 제한된다. 따라서 현재의 이동시스템은 이러한 성능 및 용량 제한현상에 대한 보상기술로 전력제어, 채널코딩, 레이크 수신, 디버시티 안테나, 셀의 섹터화, 주파수 분할, 대역확산 등의 기술을 총망라하여 응용하고 있는 실정이다. 그러나 이동통신 서비스의 욕구가 점차 다양해지면서 그 수요도 크게 늘어남에 따라 기존의 기술만으로는 증대되는 고성능, 고용량의 필요를 충족시키기는 점차 어려워질 것으로 판단된다. 이에 따라 차세대이동통신시스템의 표준화 및 개발 경쟁도 국제적으로 치열한 상태이다. 그 외에도 여러 패킷 및 영상 신호 전송을 위한 고성능 데이터 및 영상 서비스 시스템에 대한 필요도 크게 부각되고 있는 것이 현 실정이다. 또한 차세대이동통신시스템은 기존의 셀룰러 및 개인휴대통신과 비교할 때 고품질에 훨씬 높은 용량을 필요로 하는 멀티미디어 통신 서비스가 될 것이며, 음질조차도 유선 통화음질 정도나 그 이상의 고품질 음성 서비스를 요구받게 될 것이다. 뿐만 아니라, 장차 여러 가지 서비스 신호가 혼재하게 될 혼합 셀 환경에서는 송신출력과 전송 대역폭이 상대적으로 큰 고속 데이터에 의한 강한 간섭신호의 영향을 감쇄시키는 것이 필수적일 것이다. 또한 핫 스팟(Hot Spot)이나 음영 지역에 원만한 서비스의 제공을 뒷받침해 줄 수 있어야 할 것이다. 이러한 간섭신호 및 채널 특성에 의한 성능열하 현상에 대한 해결책으로 새로이 부각되고 있는 유망 핵심기술로 평가되어지고 있는 것이 바로 '스마트 안테나 기술'이다.

상기 스마트 안테나 기술은 대표적으로 OFDMA 방식을 기반으로 하는 이동통신시스템(이하 "OFDMA 이동통신시스템"이라 칭함)에서 적응적 안테나 시스템(AAS ; Adaptive Antenna System) 모드로써 적용되고 있다. 상기 AAS 모드는 셀 내에서 빔 패턴을 적응적으로 사용함으로써, 셀 용량의 증대와 더불어 셀 영역(coverage)을 증대시킬 수 있게 된다. 이러한 OFDMA 이동통신시스템에서는 AAS 모드와 non-AAS 모드를 한 프레임 내에서 지원하기 위한 규격들이 마련되어 있다. 상기 AAS 모드를 사용하는 것을 셀 용량의 증대와 셀 영역의 증가에 있다.

상기 셀 용량의 증대를 위해서는 트래픽 버스트(traffic burst)를 스마트 안테나를 사용하여 전송해야 함에 따라, 순방향에서 빔 형성을 위해서는 역방향 채널 정보를 필요로 한다. 이를 위해 가장 간단히 AAS 모드를 지원하기 위한 방안은 순방향과 역방향에 프리앰블 심볼(preamble symbol)을 추가하는 것이다. 즉 순방향 빔 형성을 위해 역방향 프리앰블을 통해서 역방향 채널을 추정하고, 추정된 역방향 채널 정보를 이용하여 순방향 빔을 형성한다. 순방향의 이미 각 파일럿이 한 심볼 내에 여러 개의 부반송파들에 할당이 되지만 이 부반송파는 각 사용자에게 할당되는 전용 파일럿(dedicated pilot)으로 사용되지 않고 여러 사용자들이 자신의 트래픽 부반송파를 복조하는데 사용된다. 따라서 순방향 빔 형성을 위해서 기존 시스템에서는 각 버스트에 추가적으로 프리앰블을 할당하여야 하는 오버헤드가 발생한다.

다음으로 셀 영역을 확장하기 위해서는 채널 환경이 열악하다고 판단되는 단말에게 전용 AAS 채널을 할당하여 송수신이 가능하게 만든다. 이런 단말들에게 방송 정보(broadcasting information)를 보내기 위해서 각 사용자별로 할당되는 기본 채널 식별자(basic channel identifier, 이하 "기본 CID"라 칭함)를 할당하여 전송하게 된다. 따라서 방송 정보를 보내기 위한 오버헤드가 AAS 채널을 필요로 하는 사용자 수에 비례해서 증가하게 되는 문제를 가진다.

따라서 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 이동통신시스템에서 오버헤드가 최소화되도록 AAS 모드를 지원하기 위한 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 AAS 모드를 지원하는 OFDMA 이동통신시스템의 효율적인 운용 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 OFDMA 이동통신시스템에서 AAS 모드를 지원함에 있어 공간 분할 다중화(SDMA; spatial division multiplexing)가 가능한 프레임 구조를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 AAS 모드를 지원하는 OFDMA 이동통신시스템에서 공간 분할 다중화를 운용 방법을 제공함에 있다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 제1견지에 있어, 본 발명은 각 하향링크 프레임 별로 전송되는 SICH를 복수의 협대역 빔들 중 순차적으로 선택되는 하나의 협대역 빔을 통해 전송하고, 하나의 하향링크 프레임에 상기 복수의 협대역 빔들의 개수만큼 존재하는 각 MAP 정보들을 대응하는 협대역 빔을 통해 동시에 전송하는 적응적 안테나 시스템 모드를 지원하기 위해 직교주파수분할다중접속 방식의 이동통신시스템에서 상기 하향링크 프레임 전송방법에 있어서, 상기 선택된 협대역 빔의 식별자를 포함하는 상기 SICH를 상기 하향링크 프레임에 할당하는 과정과, 상기 복수의 협대역 빔들 각각에 대응하여 상기 MAP 정보가 기록된 위치 정보를 상기 하향링크에 할당하는 과정과, 상기 설정된 위치 정보에 의해 상기 복수의 협대역 빔들 각각에 대응한 MAP 정보들을 상기 하향링크 프레임에 할당하는 과정과, 상기 협대역 빔의 식별자와 상기 위치 정보 및 상기 MAP 정보들이 할당된 상기 하향링크 프레임을 전송하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 제2견지에 있어, 본 발명은 각 하향링크 프레임 별로 전송되는 SICH를 복수의 협대역 빔들 중 순차적으로 선택되는 하나의 협대역 빔을 통해 수신하고, 하나의 하향링크 프레임에 상기 복수의 협대역 빔들의 개수만큼 존재하는 각 MAP 정보들을 대응하는 협대역 빔 별로 수신하는 적응적 안테나 시스템 모드를 지원하기 위해 직교주파수분할다중접속 방식의 이동통신시스템에서 상기 하향링크 프레임 수신방법에 있어서, 상기 하향링크 프레임으로부터 상기 MAP 정보 별로 설정된 위치 정보들을 복호하는 과정과, 상기 위치 정보들 중 자신에게 할당된 위치 정보에 의해 상기 하향링크 프레임으로부터 MAP 정보를 독출하여 복호하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

본 발명은 기존의 non-AAS시스템에 AAS를 적용한 경우의 프레임 구조 및 동작을 제안한다. 한편 본 발명에서 제안하는 기술은 OFDM 이동통신시스템뿐만 아니라 일반적인 다중 반송파 전송 방식을 기반으로 하는 이동통신시스템에 적용 가능함을 미리 밝혀 둔다.

도 1은 non-AAS 모드로 동작하는 OFDMA 이동통신시스템에서 사용되는 프레임 구조를 보이고 있는 도면이다. 이때 상기 OFDMA 이동통신시스템은 TDD(Time Divisional Duplex) 방식을 사용하는 경우와 FDD(Frequence Divisional Duplex) 방식을 사용하는 경우로 구분할 수 있다.

상기 FDD 방식이 사용되는 경우에는 하나의 프레임에 있어 하향링크(DL; Down Link) 영역으로 할당되는 시간과 상향링크(UL; Up Link) 영역으로 할당되는 시간이 동일하나 각 셀 반경을 결정하는 TTG(Tx/Rx Transition Gap)(109) 등의 보호시간이 필요 없다. 상기 DL 영역은 기지국 구분 및 동기 그리고 채널 추정을 위한 프리앰블 신호가 전송되는 프리앰블 영역(101)과 시스템 정보를 전송하는 SICH 영역(102)이 전반부에 위치한다. 그리고 DL과 UL의 버스트 할당 정보를 전달하는 MAP 영역(103)이 위치하고, 나머지 DL 영역은 DL 버스트 영역(104)으로 할당된다. 상기 UL 영역은 단말의 초기 접속 신호 및 상향 제어 신호를 전송하는 레인징 슬롯(ranging slot) 영역(105)이 맨 앞에 위치한다. 그리고 DL의 채널 상태를 보고하는 CQI(channel quality indication) 채널 영역(106)과 DL을 통해 수신한 데이터의 디코딩 성공 여부를 기지국에 보고하는 ACK 채널 영역(107)이 연속된다. 나머지 UL 영역은 UL 버스트 영역(108)으로 할당된다.

한편 상기 TDD 방식이 사용되는 경우에는 DL 영역과 UL 영역은 시간으로 구분되며, 상기 DL 영역과 상기 UL 영역의 천이구간에는 각 셀 반경을 결정하는 보호시간으로써 TTG(109)가 존재한다. 이때 상기 DL 영역과 상기 UL 영역에 할당되는 시간은 상/하향 트래픽 양에 따라 조정이 가능하다. 상기 조정은 상기 DL과 상기 UL의 부채널을 구성하는 심볼 구간 단위로 가능하다.

도 2는 AAS 모드로 동작하는 OFDMA 이동통신시스템에서 사용되는 프레임 구조를 보이고 있는 도면이다.

상기 도 2를 참조하면, DL에서 기지국 구분 및 동기 그리고 채널 상태 추정을 위한 프리앰블 신호를 전송하기 위한 프리앰블 영역(201)이 존재한다. 상기 프리앰블 신호는 광대역 빔으로 전송된다. SICH 영역(202)에서는 시스템 정보가 전송된다. 상기 SICH는 N1개의 협대역 빔들 중에 하나를 선택하여 전송한다. 이 때 상기 SICH 영역(202)에는 현재 사용하는 협대역 빔 식별자가 포함되도록 한다. 도 4a와 도 4b에서는 두개의 연속된 프레임들에서 SICH가 4개의 협대역 빔들 중 선택된 협대역 빔을 통해 전송되는 예를 보이고 있다. 상기 도 4a에서는 n 번째 프레임의 경우 beam-1(401)을 사용하여 SICH를 전송하고 있으며, 상기 도 4b에서는 n+1 번째 프레임의 경우 beam-2(402)를 사용하여 SICH를 전송하고 있다. 전술한 방식이외에 상기 협대역 빔의 전송 순서 및 방법은 기지국 구현 방법에 따라서 다양하게 운용될 수 있다.

상기 SICH 영역(202)연속하는 AAS_MAP_Burst_Location_IE 영역(203)은 각 빔별로 할당되는 MAP의 위치를 정의한다. 상기 버스트는 하향링크 물리자원들 중에 하나의 부채널과 N OFDMA 심볼들에 걸쳐서 할당된다. 상기 버스트가 전송하는 정보는 각 협대역 빔에 속하는 beam MAP의 시작점을 알려주는 subchannel offset과 beam MAP의 크기를 가르쳐 주는 No subchannels이 정의된다. 상기 OFDM 심볼들의 수를 뜻하는 N은 SICH를 통해서 단말에게 알려줄 수도 있고, 미리 정의된 값(예를 들면 3)을 사용할 수도 있다. 상기 AAS_MAP_Burst_Location_IE는 각 beam MAP의 위치를 정보를 주어야 하기 때문에 빔의 개수만큼 할당되어야 한다. 또한 각 협대역 빔의 위치에 해당하는 IE는 각 협대역 빔을 통해서 전송된다. 상기 각 협대역 빔을 구분할 수 있는 빔 식별자(Beam ID)는 상기 SICH를 통해서 전송된다. 한편 상기 각 협대역 빔 별로 전송되는 AAS_MAP_Burst_Location_IE의 크기는 일정하며, 그 위치는 빔 식별자와 1:1로 매핑되어 있다. 따라서 단말은 SICH를 통해 전송되는 Beam_ID를 이용해서 자신이 수신하는 빔의 ID를 알게 되며, 상기 ID와 1:1로 매핑되어 있는 AAS_MAP_Burst_Location_IE의 위치를 알 수 있다. 그로 인해 상기 SICH가 전송되는 방향과 동일 방향의 협대역 빔을 통해서 전송되는 AAS_MAP_Burst_Location_IE()를 수신할 수 있게 된다.

상기 AAP_MAP_Burst_Location_IE의 구조에 대한 일 예를 하기 <표 1>에서 보이고 있다.

한편 MAP 정보는 기존의 non-AAS 모드와는 달리 각 빔에 속하는 버스트의 구조와 위치를 정의한다. 따라서 상기 MAP 정보는 각 빔별로 생성되어 하향 링크 프레임에 할당된다. 상기 MAP 정보를 Beam_MAP_IE(204)라고 명칭하고, 각 협대역 빔에 속하는 버스트들의 정보를 정의하는 MAP을 나타낸다. 하기 <표 2>에서는 상기 Beam_MAP_IE의 구성에 대한 일 예를 보이고 있다.

상기 Beam_MAP_IE내의 AAS_Ranging_Allocation_IE는 해당 빔에 속하는 단말들이 레인징(ranging)을 실시하는데 사용되는 레인징 채널에 대한 상향링크에서의 물리자원을 정의한다. 상기 AAS_MAP_Allocation_IE는 각 빔에 속하는 버스트들의 상향링크에서의 물리자원 할당 위치를 정의해 준다. 상기 AAS_Ranging_Allocation_IE 내의 subchannel offset은 AAS_Rangin_Allocation_IE의 주파수축 상에서 시작하는 위치를 정의하며, No subchannel은AAS_Ranging_Allocation_IE가 점유하는 주파수 축 상에서 물리 자원 량을 부채널 단위로 정의한다. 상기 AAS_MAP_Allocation_IE는 해당 빔에 속하는 버스트들의 개수만큼 각각의 파라미터를 정의한다. N_user는 해당 빔에 속하는 버스트들의 개수를 정의하고, CID는 버스트 아이디를 정의한다. 그리고 Band_ID는 사용하고 있는 주파수 대역의 아이디를 정의하며, Nep는 버스트에 실린 패킷 사이즈를 정의하고, No Subchannels은 버스트에 할당된 부채널의 수를 정의한다. 따라서 상기 MAP 정보는 기지국에서 사용하는 협대역 빔의 개수만큼 존재하게 되고 각 MAP 정보는 해당 협대역 빔 별로 전송된다.

아래 <표 3>은 상기 AAP_MAP_Burst_Location_IE 구조의 다른 예를 보이고 있다.

상기 <표 3>에서는 AAS_MAP_Burst_Location_IE를 통해서 mini_MAP_Burst() 0, 1, 2에 대한 정보를 전송한다. 각각의 mini_MAP_Burst()에 대한 내용은 기존의 non-AAS 방식에서의 운용과 동일함에 따라 구체적인 설명은 생략한다.

도 5a와 도 5b는 기지국에서 4개의 빔을 사용하는 경우에 각 MAP이 각기 다른 협대역 빔을 통하여 동시에 전송되는 것을 보여준다. 상기 도 5a와 상기 도 5b에서 보이고 있듯이 상기 MAP(202)는 상기 SICH(202)와는 달리 매 프레임마다 동시에 여러 협대역 빔들을 통해서 동시에 전송된다.

전술한 바에 의해 할당되지 않는 나머지 하향 링크 프레임 구간동안에 할당되는 버스트(205)는 각 버스트별로 역방향에서 추정된 채널 정보를 사용하여 버스트별 적응적 빔 형성을 통해서 전송되거나 MAP전송과 같이 미리 기지국에서 만들어 놓은 협대역 빔 중의 하나를 통하여 전송된다.

한편 상향링크는 단말의 초기 접속 신호 및 상향 제어 신호를 전송하는 ranging slot(205)이 N2개 할당된다. 상기 ranging slot(205)의 개수는 기지국이 임의로 선택할 수 있다. 빔 별로 다른 레인징 구간이 할당되는 경우에는 각 레인징 구간에서 동일한 레인징 코드를 사용하여 레인징을 실시한다. 그렇지 않고 빔별로 같은 레인징 구간을 사용하는 경우는 각 빔에 속하는 단말이 빔별로 다른 코드를 사용하여 보낸다. 한편 빔 별로 다른 레인징 구간에 다른 코드를 사용하여 레인징을 실시할 수도 있다. 또는 각 레인징 구간에 복수개의 빔들이 할당되고 빔별로 다른 코드를 사용하여 레인징을 실시할 수도 있다. 상기 레인징 채널 다음에는 채널 상태를 보고하는 CQI 채널(207)과, 하향 링크의 복호에 대한 성공 여부를 기지국에 보고하는 채널로써 ACK 채널(208)이 할당된다. 나머지 상향 링크 프레임 자원에는 상향 링크 버스트(209)가 할당된다. 이때 non-AAS 모드에서는 정의되지 않는 AAS_message 채널이 AAS 모드 운용을 위해서 상향 링크 프레임 자원의 일부로써 할당된다. 상기 AAS_message 채널의 일 예를 도 6에 나타내었다. 상기 AAS_message 채널은 역방향 자원의 효율적인 활용을 위해서 CQI(601), ACK(602)와 함께 채널 상태가 가장 우수하다고 판단되는 빔 방향을 나타내는 beam selection(603) 및 역방향과 순방향 빔 형성을 위해서 사용되는 AAS preamble(604)로 구성된다. 상기 AAS_message 채널의 할당은 MAP에서 정의되어 있다. 위에서 제안된 예와 같이 상기 AAS_message 채널을 통하여 CQI와 ACK을 전송하는 경우에는 상향 링크 프레임에서의 CQI 채널과 ACK 채널을 없애고 상기 AAS_message 채널을 통해서만 CQI와 ACK을 받는 프레임 구조도 가능하다. 상기 프레임 구조에 대해서는 도 3에서 보이고 있다. 상기 AAS_message 채널은 AAS preamble만으로 구성되거나 제안된 구조와 같이 시스템 운용을 위한 정보들을 함께 포함할 수도 있다.

도 7은 버스트별 순방향 빔 형성을 하기 위해서 기지국과 단말들이 실시하는 일련의 과정들을 도시한 예이다.

상기 도 7을 참조하면, 단말은 k-1번째 프레임에서 순방향 채널의 CQI 정보를 기지국에 보낸다. 상기 기지국은 k번째 프레임에서 스케줄링 알고리듬을 통해서 k+1번째 프레임에서 전송할 순방향 버스트를 결정한다. 이때 상기 k+1번째 프레임에서 할당되는 순방향 버스트의 빔 형성에 필요한 역방향 채널 정보를 얻기 위해서 k번째 프레임에서 AAS_message 채널을 역방향에 할당한다. 상기 AAS_message 채널은 일예로써, k+1번째에서 스케줄링될 순방향 버스트가 주파수 축 상에서 위치한 동일한 위치나 그 근방의 위치에 할당할 수 있다. 상기 k+1번째 순방향 프레임에서는 상기 k번째 프레임에서 수신한 AAS_message 채널 정보를 이용하여 각 버스트별로 빔 형성을 하여 협대역 빔으로 각 사용자별 버스트를 송신한다. 상기 버스트에 대한 ACK은 도시하고 있지는 않으나 k+2번째 역방향 프레임을 통하여 기지국에 전송된다.

도 8에서는 서로 다른 빔들에 속하는 사용자들에 대해서 SDMA를 실시 하는 예를 보이고 있다. 상기 도 8에서는 상기 서로 다른 빔들로써, 빔 b1(801)와 빔 b2(802)를 게시한다.

상기 도 8을 참조하면, 주파수 시간 축 상에서 각 빔 사용자들에게 할당되는 물리자원 영역들(803,804)이 서로 겹치는 부분이 발생하는 것을 볼 수 있다. 즉, 빔 b1(801)과 b2(802)가 서로에게 간섭을 많이 주지 않는 상황에서는 동일한 물리자원을 각 빔 영역에 있는 사용자에게 할당하여서 물리 자원의 사용 효율을 높일 수 있다. 이와 같은 자원의 할당은 각 빔의 MAP에서 각 사용자에게 전달된다. 상기 각 사용자들은 MAP에서의 할당에 따라서 송수신을 수행하기 때문에 SDMA를 위한 부가적인 메시지의 교환은 필요로 하지 않는다. 순방향 SDMA를 실시하는 경우에 역방향 채널 정보를 이용하여 동일한 물리자원을 공유하는 각 사용자에게 빔을 서로 겹치지 않게 만들어 주면 빔 간의 간섭이 크지 않다. 하지만, 역방향에서 동일 물리자원을 공유하기 위해서는 각 사용자의 채널을 구분하기 위한 물리적인 장치가 필요로 하다. 이를 위한 장치들 중의 하나는 각 사용자들이 AAS_message 채널을 보낼 때에 각 빔별로 할당되는 월시 시퀀스를 각 톤(tone)에 곱하여 보내는 방법이 있다. 이에 대응한 수신단에서는 수신된 AAS_message에 대해서 월시 역확산을 통해서 각 채널들을 구별해 낼 수 있다.

도 9는 4개의 빔에 길이가 8인 월시 시퀀스가 할당되는 예를 보여주고 있다.

상기 도 9를 참조하면, 빔1(901)에 속해 있는 단말(905)은 제1월시 시퀀스(W1 = 1 1 1 1 1 1 1 1)(909)를 사용하여 AAS_message 채널의 부반송파를 차례대로 변조해 준다. 빔2(901)에 속해 있는 단말(906)은 제2월시 시퀀스(W2 = 1 1 0 0 1 1 0 0)(910)를 사용하여 AAS_message 채널의 부반송파를 차례대로 변조해 준다. 빔3(903)에 속해 있는 단말(907)은 제3월시 시퀀스(W3 = 1 0 1 0 1 0 1 0)(911)를 사용하여 AAS_message 채널의 부반송파를 차례대로 변조해 준다. 빔4(904)에 속해 있는 단말(908)은 제4월시 시퀀스(W4 = 1 0 0 1 1 0 0 1)(912)를 사용하여 AAS_message 채널의 부반송파를 차례대로 변조해 준다.

전술한 바에 의해 SDMA를 위한 월시 변조 후에 적절한 정보들이 부반송파에 변조된다. 비록 상기 도 9에서는 AAS_message 채널의 부반송파를 직교성이 강한 시퀀스를 사용하여 변조하는 예를 보였다. 하지만 할당되는 패턴에 따라서 AAS preamble에 해당하는 부반송파의 사용방법을 달리하는 방법도 있다. 즉, 사용자 1은 짝수 번째 부반송파를 통해서 AAS preamble을 전송하도록 하고, 사용자 2는 홀수 번째 부반송파를 통해서 전송하는 방식도 사용될 수 있다.

도 10에서는 본 발명의 실시 예에 따라 AAS 모드로 동작하는 시스템에서 초기 접속을 위한 기지국과 단말의 동작을 보이고 있다. 이때 상기 도 10에서는 AAS 모드와 관련된 부분을 중심으로 하여 보이고 있으며, non-AAS 모드와 공통적으로 필요로 하는 부분은 가급적 생략하였다.

상기 도 10을 참조하면, 기지국은 1001단계에서 AAS indicator bit를 AAS 모드로 동작 시 1로 세팅한다. 1002단계에서는 초기 동작 시 SICH 전송을 위한 SICH_Beam_index를 0으로 세팅한다. 그 이후에는 초기 단말 접속을 위해서 매 프레임에 동일한 루프(1003단계 내지 1010단계)를 수행한다. 먼저 상기 기지국은 1003단계에서 역방향 채널에 대한 디코딩을 수행하고, 1004단계로 진행하여 SICH를 통해서 전달하는 Beam_ID 값을 SICH_Beam_index 값으로 세팅한다. 또한 각 빔 별로 레인징 채널을 정의하기 위해서 Beam_MAP을 발생시킨다. 1005단계에서 상기 기지국은 순방향에 모든 자원을 할당 후 순방향 채널 전송을 수행한다.

이에 대응한 단말은 1012단계에서 상기 기지국이 광대역 빔으로 송신한 프리앰블을 이용하여 기지국과의 동기를 획득한다. 상기 기지국과의 동기를 획득한 후 1013단계에서 SICH에 대한 복호를 수행한다. 그 후 1014단계에서 상기 복호에 의한 CRC를 수행하여 디코딩 오류의 발생 여부를 확인한다. 만약 상기 CRC 수행을 통해 디코딩 오류로 판정되면 1016단계로 진행하여 다음 프레임이 수신될 때까지 대기한다. 하지만 정상적으로 디코딩된 것으로 판정되면, 1015단계로 진행하여 AAS_MAP_Allocation_IE를 복호하고, 이로부터 Beam_ID에 해당하는 Beam_MAP에 대한 복호를 실시한다. 그 후 1017단계에서 상기 MAP에 대한 복호가 정상적으로 수행되었는지를 판단한다. 만약 상기 MAP에 대한 복호가 정상적으로 수행되지 않았다면, 상기 단말은 1018단계로 진행하여 다음 프레임이 수신될 때까지 대기한다. 하지만 상기 MAP에 대한 복호가 정상적으로 수행되었다면, 상기 단말은 1019단계로 진행한다. 상기 1019단계에서 상기 단말은 레인징 채널 전송 가능 여부를 불규칙 선택 과정을 통하여 결정된 프레임에서 Beam_MAP내에 정의된 AAS_Ranging_Allocation_IE의 정보에 정의된 역방향 물리채널을 통하여 초기 접속 코드를 송신한다. 이 과정은 1020단계에서 매번 RNG-RSP를 복호한 후 1021단계에서 ranging_status가 성공(success)으로 판정될 때까지 매 프레임마다 수행한다.

한편 기지국은 1006단계에서 매 프레임 마다 AAS_ranging_channel을 검출하고, 1007단계에서 상기 AAS_ranging_channel을 통해 복조된 값을 특정 임계치와 비교한다. 만약 1008단계에서 상기 복조된 값이 임계치보다 클 경우에는 Ranging_Status를 성공(success)으로 세팅한다. 그렇지 않은 경우에는 1011단계에서 Ranging_Status를 계속(continue)으로 세팅한다. 모든 빔에 대한 레인징 채널에 대해서 전술한 과정을 수행 후 1009단계에서는 각 빔에 대한 초기 접속에 대하여 RNG-RSP를 생성하여 전송한다. 한편 1010단계에서는 프레임이 바뀔 때마다 SICH_Beam_index를 하나씩 증가시키고 전체 빔 개수 N_beam으로 modulo 연산을 실시한다.

도 11에서는 본 발명의 실시 예에 따라 접속 및 등록이 마친 상태에서 AAS 시스템의 운용 방법에 의해 단말과 기지국이 수행하는 제어 흐름을 보이고 있다.

상기 도 11을 참조하면, 기지국은 1103단계에서 n-1번째 역방향 프레임에 대한 복호를 실시한다. 그 후 1104단계로 진행하여 상기 역방향 프레임에 보내어 지는 AAS_message를 이용하여 n번째 프레임에서 보내는 순방향 버스트에 대한 빔 형성 벡터를 생성한다. 상기 기지국은 1105단계에서 n+1번째 프레임에 보낼 버스트에 대한 스케줄링을 n번째 프레임에서 실시하여 n번째 프레임에서 해당 역방향에 AAS_message 채널을 할당한다. 그리고 상기 기지국은 1106단계에서 n번째 스케줄링 되는 버스트에 대해서 MAP 정보와 SICH를 생성하고, 1107단계로 진행하여 초기 접속에서와 같이 SICH_Beam_index를 갱신한다. 순방향의 모든 자원들의 할당이 결정되면 상기 기지국은 1108단계에서 각 버스트에 대해서 빔 형성을 실시하고 IFFT를 취한다.

한편 단말에서는 1109단계에서 초기 접속 시와 마찬가지로 먼저 기지국 프리앰블에 동기를 맞추고, 1110단계로 진행하여 MAP에 대한 복호를 실시한다. 1111단계에서 상기 MAP에 대한 복호의 결과가 성공적이라면, 1113단계에서 자신에게 AAS_message 채널이 할당되어 있는지를 확인한다. 만약 상기 AAS_message 채널이 할당되었으면 AAS_message를 전송한다. 또한, 1114단계에서 자신에게 DL_burst가 전송되었는지 확인한다. 상기 확인에 의해 전송되었으면, 1116단계에서 상기 전송된 DL_burst에 대한 복호를 수행한다. 1117단계에서는 상기 복호에 의한 결과에 따라서 ACK 비트를 설정한다.

상술한 바와 같은 본 발명은 OFDMA 방식을 사용하는 통신 시스템에서 AAS 모드를 지원하는 경우에 대해, AAS 모드를 지원하지 않는 경우의 프레임 구조를 최대한 유지하면서도 셀 반경의 확대 및 용량 증대와 같은 AAS 모드에 의한 이득을 효율적으로 지원할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예의 기준이 되는 non-AAS 모드의 OFDMA 이동통신시스템에서 사용되는 프레임의 구조를 보이고 있는 도면.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 AAS 프레임 구조를 개략적으로 도시한 도면.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 AAS 프레임 구조를 개략적으로 도시한 도면의 다른 예.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 연속된 프레임들을 통해 SICH를 전송하는 예를 보이고 있는 도면.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 연속된 프레임들을 통해 Beam_MAP_IE를 전송하는 예를 보이고 있는 도면.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 AAS_message 채널 구성의 일예를 보이고 있는 도면.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 AAS 모드로 동작 시 순방향 빔 형성을 위한 시간에 따른 동작 예를 보이고 있는 도면.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 두개의 빔들에 속하는 단말들에 대해서 실시하는 SDMA의 예를 보이고 있는 도면.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따라 SDMA를 위한 직교 부호를 할당하는 예를 보이고 있는 도면.

도 10은 본 발명의 실시 예에 따라 AAS 모드로 동작하는 시스템에서 초기 접속을 위한 기지국과 단말의 동작을 보이고 있는 도면.

도 11은 본 발명의 실시 예에 따라 접속 및 등록이 마친 상태에서 AAS 시스템의 운용 방법에 의해 단말과 기지국이 수행하는 제어 흐름을 보이고 있는 도면.

Claims (6)

1. 각 하향링크 프레임 별로 전송되는 SICH를 복수의 협대역 빔들 중 순차적으로 선택되는 하나의 협대역 빔을 통해 전송하고, 하나의 하향링크 프레임에 상기 복수의 협대역 빔들의 개수만큼 존재하는 각 MAP 정보들을 대응하는 협대역 빔을 통해 동시에 전송하는 적응적 안테나 시스템 모드를 지원하기 위해 직교주파수분할다중접속 방식의 이동통신시스템에서 상기 하향링크 프레임 전송방법에 있어서,

   상기 선택된 협대역 빔의 식별자를 포함하는 상기 SICH를 상기 하향링크 프레임에 할당하는 과정과,

   상기 복수의 협대역 빔들 각각에 대응하여 상기 MAP 정보가 기록된 위치 정보를 상기 하향링크에 할당하는 과정과,

   상기 설정된 위치 정보에 의해 상기 복수의 협대역 빔들 각각에 대응한 MAP 정보들을 상기 하향링크 프레임에 할당하는 과정과,

   상기 협대역 빔의 식별자와 상기 위치 정보 및 상기 MAP 정보들이 할당된 상기 하향링크 프레임을 전송하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 위치 정보는, 상기 MAP 정보를 상기 하향링크 프레임에 포함시키기 위한 시작 시점에 관한 정보와 상기 MAP 정보의 크기에 관한 정보를 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 MAP 정보는, 각 협대역 빔에 속하는 버스트들의 정보들임을 특징으로 하는 상기 방법.
4. 각 하향링크 프레임 별로 전송되는 SICH를 복수의 협대역 빔들 중 순차적으로 선택되는 하나의 협대역 빔을 통해 수신하고, 하나의 하향링크 프레임에 상기 복수의 협대역 빔들의 개수만큼 존재하는 각 MAP 정보들을 대응하는 협대역 빔 별로 수신하는 적응적 안테나 시스템 모드를 지원하기 위해 직교주파수분할다중접속 방식의 이동통신시스템에서 상기 하향링크 프레임 수신방법에 있어서,

   상기 하향링크 프레임으로부터 상기 MAP 정보 별로 설정된 위치 정보들을 복호하는 과정과,

   상기 위치 정보들 중 자신에게 할당된 위치 정보에 의해 상기 하향링크 프레임으로부터 MAP 정보를 독출하여 복호하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 위치 정보는, 상기 하향링크 프레임에 삽입된 상기 MAP 정보의 시작 시점에 관한 정보와 상기 MAP 정보의 크기에 관한 정보를 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
6. 제4항에 있어서, 상기 MAP 정보는, 각 협대역 빔에 속하는 버스트들의 정보들임을 특징으로 하는 상기 방법.