KR20090071314A

KR20090071314A - 다중안테나 시스템에서 데이터 전송방법

Info

Publication number: KR20090071314A
Application number: KR1020080040067A
Authority: KR
Inventors: 고현수; 임빈철; 천진영; 이욱봉; 이문일
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2007-12-16
Filing date: 2008-04-29
Publication date: 2009-07-01
Also published as: US8363633B2; WO2009078651A2; WO2009078651A3; KR101397248B1; US20110149942A1

Abstract

다중 안테나 시스템에서 데이터 전송방법은 복수의 OFDM 심볼 및 복수의 부반송파로 이루어지는 타일을 적어도 하나 포함하는 순열 구역(permutation zone) 내에서 특정 파일럿 패턴으로 파일럿이 배치되는 제1 파일럿 패턴 구역을 통하여 제1 데이터를 전송하는 단계 및 상기 순열 구역 내에서 상기 제1 파일럿 패턴 구역의 파일럿 패턴과 다른 파일럿 패턴으로 파일럿이 배치되는 제2 파일럿 패턴 구역을 통하여 제2 데이터를 전송하는 단계를 포함한다. 하나의 순열 구역 내에서 여러 가지 파일럿 패턴을 동시에 사용할 수 있으므로, 단말들의 다양한 채널 환경 및 성능에 따라 파일럿을 적응적으로 할당하여 불필요한 파일럿의 사용으로 인한 무선자원의 낭비를 줄일 수 있다.

Description

다중안테나 시스템에서 데이터 전송방법{Method for transmitting data in multiple antenna system}

본 발명은 무선통신에 관한 것으로 보다 상세하게는 다중안테나 시스템에서 데이터를 전송하는 방법에 관한 것이다.

IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16 표준은 광대역 무선 접속(broadband wireless access)을 지원하기 위한 기술과 프로토콜을 제공한다. 1999년부터 표준화가 진행되어 2001년 IEEE 802.16-2001이 승인되었다. 이는 'WirelssMAN-SC'라는 단일 반송파(single carrier) 물리계층에 기반한다. 이후 2003년에 승인된 IEEE 802.16a 표준에서는 물리계층에 'WirelssMAN-SC' 외에'WirelssMAN-OFDM'과 'WirelssMAN-OFDMA'가 더 추가되었다. IEEE 802.16a 표준이 완료된 후 개정된(revised) IEEE 802.16-2004 표준이 2004년 승인되었다. IEEE 802.16-2004 표준의 결함(bug)과 오류(error)를 수정하기 위해 'corrigendum'이라는 형식으로 IEEE 802.16-2004/Cor1이 2005년에 완료되었다.

최근에는 무선통신 시스템의 성능과 통신용량을 극대화하기 위하여 다중입출력(Multiple Input Multiple Output; MIMO) 시스템이 주목받고 있다. MIMO 기술은 지금까지 하나의 송신 안테나와 하나의 수신 안테나를 사용했던 것에서 탈피하여, 다중 송신 안테나와 다중 수신 안테나를 채택해 송수신 데이터 전송 효율을 향상시킬 수 있는 방법이다. MIMO 시스템을 다중안테나(Multiple antenna) 시스템이라고도 한다. MIMO 기술은 하나의 전체 메시지를 수신하기 위해 단일 안테나 경로에 의존하지 않고 여러 안테나에서 수신된 단편적인 데이터 조각을 한데 모아 완성하는 기술을 응용한 것이다. 그 결과, 특정 범위에서 데이터 전송 속도를 향상시키거나 특정 데이터 전송 속도에 대해 시스템 범위를 증가시킬 수 있다.

MIMO 기술에는 송신 다이버시티(transmit diversity), 공간 다중화(spatial multiplexing) 및 빔형성(beamforming) 등이 있다. 송신 다이버시티는 다중 송신 안테나에서 동일한 데이터를 전송하여 전송 신뢰도를 높이는 기술이다. 공간 다중화는 다중 송신 안테나에서 서로 다른 데이터를 동시에 전송하여 시스템의 대역폭을 증가시키지 않고 고속의 데이터를 전송할 수 있는 기술이다. 빔 형성은 다중 안테나에서 채널 상태에 따른 가중치를 가하여 신호의 SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio)을 증가시키기 위해 사용된다. 이때, 가중치는 가중치 벡터(weight vector) 또는 가중치 행렬(weight matrix)로 표시될 수 있고, 이를 프리코딩 벡터(precoding vector) 또는 프리코딩 행렬(precoding matrix)이라 한다.

공간 다중화는 단일 사용자에 대한 공간 다중화와 다중 사용자에 대한 공간 다중화가 있다. 단일 사용자에 대한 공간 다중화는 SU-MIMO(Single User MIMO)라고 도 하며, 다중 사용자에 대한 공간 다중화는 SDMA(Spatial Division Multiple Access) 혹은 MU-MIMO(Multi User MIMO)로 불린다. MIMO 채널의 용량은 안테나 수에 비례하여 증가한다. MIMO 채널은 독립 채널로 분해될 수 있다. 송신 안테나의 수를 Nt, 수신 안테나의 수를 Nr 이라 할 때, 독립 채널의 수 Ni 는 Ni ≤ min{Nt, Nr}이 된다. 각각의 독립 채널은 공간 계층(spatial layer)이라 할 수 있다. 랭크(rank)는 MIMO 채널 행렬의 영이 아닌 고유값(non-zero eigenvalue)의 수로, 다중화될 수 있는 공간 스트림의 수로 정의될 수 있다. 가중치를 전송하는 방법의 하나로 각 랭크에 해당하는 가중치 벡터를 파일럿을 통해 전송하는 방법이 있다.

한편, 무선통신 시스템은 데이터의 다양하고 효율적인 전송방식을 지원하기 위하여, 데이터를 논리적 자원영역에 할당하고 이를 물리적 자원영역으로 맵핑하여 전송한다. 이를 순열(permutation)이라 한다. IEEE 802.16 표준은 다양한 순열 방식을 정의하고 있다. 동일한 순열 방식이 사용되는 영역을 순열 구역(permutation zone)이라 하는데, 동일한 순열 구역에서는 동일한 파일럿 구조가 사용되어야 한다. 그러나, MIMO 시스템에서 사용자마다 적합한 랭크가 서로 다를 수 있는데, 같은 순열 구역에서 높은 랭크를 요구하는 사용자에게 적합한 파일럿 구조가 선택되면, 낮은 랭크를 요구하는 사용자는 불필요하게 많은 파일럿을 사용하게 된다. 즉, 불필요한 파일럿의 사용으로 인하여 한정된 무선자원의 낭비를 초래한다.

순열 구역 내에서 사용자의 랭크에 따라 파일럿을 적응적으로 할당하여 데이터를 효율적으로 전송할 수 있는 방법이 요구된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 사용자의 랭크에 따라 파일럿을 적응적으로 할당하여 데이터를 효율적으로 전송할 수 있는 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 일 양태에 따른 다중 안테나 시스템에서 데이터 전송방법은 복수의 OFDM 심볼 및 복수의 부반송파로 이루어지는 타일을 적어도 하나 포함하는 순열 구역(permutation zone) 내에서 특정 파일럿 패턴으로 파일럿이 배치되는 제1 파일럿 패턴 구역을 통하여 제1 데이터를 전송하는 단계 및 상기 순열 구역 내에서 상기 제1 파일럿 패턴 구역의 파일럿 패턴과 다른 파일럿 패턴으로 파일럿이 배치되는 제2 파일럿 패턴 구역을 통하여 제2 데이터를 전송하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 양태에 따른 다중 안테나 시스템에서 데이터 전송방법은 제1 랭크에 따른 파일럿 패턴이 할당된 데이터를 전송하는 단계, 상기 데이터에 대한 재전송 요청을 수신하는 단계 및 상기 재전송 요청을 수신한 후, 상기 데이터에 대한 재전송 데이터를 전송하는 단계를 포함하되, 상기 재전송 데이터에는 상기 제1 랭크에서 변경된 제2 랭크가 적용되어 상기 제2 랭크에 따른 제2 파일럿 패턴이 할당된다.

하나의 순열 구역 내에서 여러 가지 파일럿 패턴을 동시에 사용할 수 있으므로, 단말들의 다양한 채널 환경 및 성능에 따라 파일럿을 적응적으로 할당하여 불필요한 파일럿의 사용으로 인한 무선자원의 낭비를 줄일 수 있다.

도 1은 무선통신 시스템을 나타낸 블록도이다. 무선통신 시스템은 음성, 패킷 데이터 등과 같은 다양한 통신 서비스를 제공하기 위해 널리 배치된다.

도 1을 참조하면, 무선통신 시스템은 단말(10; User Equipment, UE) 및 기지국(20; Base Station, BS)을 포함한다. 단말(10)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, MS(Mobile Station), 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)에는 하나 이상의 셀이 존재할 수 있다.

이하에서 하향링크(downlink; DL)는 기지국(20)에서 단말(10)로의 통신을 의미하며, 상향링크(uplink; UL)는 단말(10)에서 기지국(20)으로의 통신을 의미한다. 하향링크에서, 송신기는 기지국(20)의 일부일 수 있고 수신기는 단말(10)의 일부일 수 있다. 상향링크에서, 송신기는 단말(10)의 일부일 수 있고 수신기는 기지국(20)의 일부일 수 있다.

무선통신 시스템은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) /OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 기반 시스템일 수 있다. OFDM은 다수의 직교 부반송파를 이용한다. OFDM은 IFFT(inverse fast Fourier Transform)과 FFT(fast Fourier Transform) 사이의 직교성 특성을 이용한다. 송신기는 데이터에 IFFT를 수행하여 전송한다. 수신기는 수신신호에 FFT를 수행하여 원래 데이터를 복원한다. 송신기는 다중 부반송파들을 결합하기 위해 IFFT를 사용하고, 수신기는 다중 부반송파들을 분리하기 위해 대응하는 FFT를 사용한다.

무선통신 시스템은 다중안테나(multiple antenna) 시스템일 수 있다. 다중안테나 시스템은 다중입출력(multiple-input multiple-output; MIMO) 시스템일 수 있다. 또는 다중안테나 시스템은 다중 입력 싱글 출력(multiple-input single-output; MISO) 시스템 또는 싱글 입력 싱글 출력(single-input single-output; SISO) 시스템 또는 싱글 입력 다중 출력(single-input multiple-output; SIMO) 시스템일 수도 있다. MIMO 시스템은 다수의 전송 안테나와 다수의 수신 안테나를 사용한다. MISO 시스템은 다수의 송신 안테나와 하나의 수신 안테나를 사용한다. SISO 시스템은 하나의 송신 안테나와 하나의 수신 안테나를 사용한다. SIMO 시스템은 하나의 송신 안테나와 다수의 수신 안테나를 사용한다.

다중 안테나 시스템에서 다중 안테나를 이용한 기법으로는 랭크 1에서 SFBC(Space Frequency Block Code), STBC(Space Time Block Code)와 같은 STC(Space-Time Coding), CDD(Cyclic Delay Diversity), FSTD(frequency switched transmit diversity), TSTD(time switched transmit diversity) 등이 사용될 수 있다. 랭크 2 이상에서는 공간 다중화(Spatial Multiplexing; SM), GCDD(Generalized Cyclic Delay Diversity), S-VAP(Selective Virtual Antenna Permutation) 등이 사용될 수 있다. SFBC는 공간 영역과 주파수 영역에서의 선택성을 효율적으로 적용하여 해당 차원에서의 다이버시티 이득과 다중 사용자 스케줄링 이득까지 모두 확보할 수 있는 기법이다. STBC는 공간 영역과 시간 영역에서 선택성을 적용하는 기법이다. FSTD는 다중 안테나로 전송되는 신호를 주파수로 구분하는 기법이고, TSTD는 다중 안테나로 전송되는 신호를 시간으로 구분하는 기법이다. 공간 다중화는 안테나별로 서로 다른 데이터를 전송하여 전송률을 높이는 기법이다. GCDD는 시간 영역과 주파수 영역에서의 선택성을 적용하는 기법이다. S-VAP는 단일 프리코딩 행렬을 사용하는 기법으로, 공간 다이버시티 또는 공간 다중화에서 다중 코드워드를 안테나 간에 섞어주는 MCW(Multi Codeword) S-VAP와 단일 코드워드를 사용하는 SCW(Single Codeword) S-VAP가 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 송신기를 나타낸 블록도이다.

도 2를 참조하면, 송신기(100)는 인코더(110-1,...,110-K), 변조기(120-1,..., 120-K), 계층 맵퍼(130), 프리코더(140), 부반송파 맵퍼(150-1,...,150-K) 및 OFDM 신호 발생기(160-1,...,160-K)를 포함한다. 송신기(100)는 Nt(Nt≥1)개의 송신 안테나(170-1,..,170-Nt)를 포함한다.

인코더(110-1,...,110-K)는 입력되는 데이터를 정해진 코딩 방식에 따라 인코딩하여 부호화된 데이터(coded data)를 형성한다. 변조기(120-1,...,120-K)는 부호화된 데이터를 신호 성상(signal constellation) 상의 위치를 표현하는 심볼로 배치한다. 변조 방식(modulation scheme)에는 제한이 없으며, m-PSK(m-Phase Shift Keying) 또는 m-QAM(m-Quadrature Amplitude Modulation)일 수 있다. 예를 들어, m-PSK는 BPSK, QPSK 또는 8-PSK 일 수 있다. m-QAM은 16-QAM, 64-QAM 또는 256-QAM 일 수 있다.

계층 맵퍼(130)는 프리코더(140)가 안테나 특정 심볼을 각 안테나의 경로로 분배할 수 있도록 입력 심볼의 계층을 정의한다. 계층(layer)은 프리코더(140)로 입력되는 정보 경로(information path)로 정의된다. 프리코더(140) 이전의 정보 경로를 가상 안테나(virtual antenna) 또는 계층(layer)이라 할 수 있다.

프리코더(140)는 입력 심볼을 다중 송신 안테나(170-1,..,170-Nt)에 따른 MIMO 방식으로 처리한다. 예를 들어, 프리코더(140)는 코드북(codebook) 기반의 프리코딩을 이용할 수 있다. 프리코더(140)는 안테나 특정 심볼을 해당 안테나의 경로의 부반송파 맵퍼(150-1,...,150-K)로 분배한다. 프리코더(140)에 의해 하나의 부반송파 맵퍼를 통해 하나의 안테나로 보내어지는 각 정보 경로를 스트림(stream)이라 한다. 이를 물리적 안테나(physical antenna)라 할 수 있다.

부반송파 맵퍼(150-1,...,150-K)는 입력 심볼을 적절한 부반송파에 할당하고, 사용자에 따라 다중화한다. OFDM 신호 발생기(160-1,...,160-K)는 입력 심볼을 OFDM 방식으로 변조하여 OFDM 심볼을 출력한다. OFDM 신호 발생기(160-1,...,160-K)는 입력 심볼에 대해 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)를 수행할 수 있으며, IFFT가 수행된 시간 영역 심볼에는 CP(cyclic prefix)가 삽입될 수 있다. OFDM 심볼은 각 송신 안테나(170-1,..,170-Nt)를 통해 송신된다.

MIMO 시스템에서 송신기(100)는 두 가지 모드로 동작할 수 있다. 하나는 SCW 모드이고, 다른 하나는 MCW 모드이다. SCW 모드에서는 MIMO 채널을 통해 송신되는 송신 신호가 동일한 송신률(data rate)을 갖는다. MCW 모드에서는 MIMO 채널을 통해 송신되는 데이터가 독립적으로 인코딩되어, 송신 신호가 서로 다른 송신률을 가질 수 있다. MCW 모드는 랭크가 1보다 큰 경우에 동작한다.

도 3은 프레임 구조의 일예를 나타낸다. 프레임은 물리적 사양에 의해 사용되는 고정된 시간 동안의 데이터 시퀀스이다. 이는 IEEE 표준 802.16-2004 "Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems" 의 8.4.4.2절을 참조할 수 있다.

도 3을 참조하면, 프레임은 하향링크(DL) 프레임과 상향링크(UL) 프레임을 포함한다. 시간 분할 이중(Time Division Duplex)은 상향링크와 하향링크 전송이 동일 주파수를 공유하지만 서로 다른 시간에 일어나는 방식이다. 하향링크 프레임은 상향링크 프레임보다 시간적으로 앞선다. 하향링크 프레임은 프리앰블(preamble), FCH(Frame Control Header), DL(Downlink)-MAP, UL(Uplink)-MAP, 버스트 영역의 순서로 시작된다. 상향링크 프레임과 하향링크 프레임을 구분하기 위한 보호시간(guard time)이 프레임의 중간 부분(하향링크 프레임과 상향링크 프레임 사이)과 마지막 부분(상향링크 프레임 다음)에 삽입된다. TTG(transmit/receive transition gap)는 다운링크 버스트와 계속되는(subsequent) 상향링크 버스트 사이의 갭이다. RTG(receive/transmit transition gap)는 상향링크 버스트와 계속되는 하향링크 버스트 사이의 갭이다.

프리앰블은 기지국과 단말 간의 초기 동기, 셀 탐색, 주파수 오프셋 및 채널 추정에 사용된다. FCH는 DL-MAP 메시지의 길이와 DL-MAP의 코딩 방식(coding scheme) 정보를 포함한다.

DL-MAP은 DL-MAP 메시지가 전송되는 영역이다. DL-MAP 메시지는 하향링크 채널의 접속을 정의한다. DL-MAP 메시지는 DCD(Downlink Channel Descriptor)의 구성 변화 카운트 및 기지국 ID(identifier)를 포함한다. DCD는 현재 맵에 적용되는 하향링크 버스트 프로파일(downlink burst profile)을 기술한다. 하향링크 버스트 프로파일은 하향링크 물리채널의 특성을 말하며, DCD는 DCD 메시지를 통해 주기적으로 기지국에 의해 전송된다.

UL-MAP은 UL-MAP 메시지가 전송되는 영역이다. UL-MAP 메시지는 상향링크 채널의 접속을 정의한다. UL-MAP 메시지는 UCD(Uplink Channel Descriptor)의 구성 변화 카운트, UL-MAP에 의해 정의되는 상향링크 할당의 유효 시작 시각을 포함한다. UCD는 상향링크 버스트 프로파일(uplink burst profile)을 기술한다. 상향링크 버스트 프로파일은 상향링크 물리채널의 특성을 말하며, UCD는 UCD 메시지를 통해 주기적으로 기지국에 의해 전송된다.

이하에서, 슬롯(slot)은 최소한의 가능한 데이터 할당 유닛으로, 시간과 서브채널(subchannel)로 정의된다. 서브채널의 수는 FFT 크기와 시간-주파수 맵핑에 종속한다. 서브채널은 복수의 부반송파를 포함하고, 서브채널 당 부반송파의 수는 순열(permutation) 방식에 따라 따르다. 순열은 논리적인 서브채널을 물리적인 부반송파로의 맵핑을 의미한다. FUSC(Full Usage of Subchannels)에서 서브채널은 48 부반송파를 포함하고, PUSC(Partial Usage of Subchannels)에서 서브채널은 24 또 는 16 부반송파를 포함한다. 세그먼트(segment)는 적어도 하나의 서브채널 집합을 말한다.

물리계층에서 데이터를 물리적인 부반송파로 맵핑하기 위해 일반적으로 2단계를 거친다. 첫번째 단계에서, 데이터가 적어도 하나의 논리적인 서브채널 상에서 적어도 하나의 데이터 슬롯으로 맵핑된다. 두번째 단계에서, 각 논리적인 서브채널은 물리적인 부반송파로 맵핑된다. 이를 순열이라 한다. 참조문헌 1은 FUSC, PUSC, O-FUSC(Optional-FUSC), O-PUSC(Optional-PUSC), AMC(Adaptive modulation and Coding) 등의 순열 방식을 개시한다. 동일한 순열 방식이 사용되는 OFDM 심벌의 집합을 순열 영역(permutation zone)이라고 하고, 하나의 프레임은 적어도 하나의 순열 영역을 포함한다.

FUSC와 O-FUSC는 하향링크 전송에만 사용된다. FUSC는 모든 서브채널 그룹을 포함하는 하나의 세그먼트로 구성된다. 각 서브채널은 전체 물리채널을 통해 분포되는 물리적인 부반송파로 맵핑된다. 이 맵핑은 각 OFDM 심벌마다 바뀐다. 슬롯은 하나의 OFDM 심벌상에서 하나의 서브채널로 구성된다. O-FUSC는 FUSC와 파일럿이 할당되는 방식이 다르다.

PUSC는 하향링크 전송과 상향링크 전송 모두에 사용된다. 하향링크에서, 각 물리적인 채널은 2 OFDM 심벌상에서 14 인접하는(contiguous) 부반송파로 구성되는 클러스터(cluster)로 나누어진다. 물리채널은 6 그룹으로 맵핑된다. 각 그룹내에서, 파일럿은 고정된 위치로 각 클러스터에 할당된다. 상향링크에서, 부반송파들은 3 OFDM 심벌상에서 4 인접하는 물리적 부반송파로 구성된 타일(tile)로 나누어진 다. 서브채널은 6 타일을 포함한다. 각 타일의 모서리에 파일럿이 할당된다. O-PUSC는 상향링크 전송에만 사용되고, 타일은 3 OFDM 심벌 상에서 3 인접하는 물리적 부반송파로 구성된다. 파일럿은 타일의 중심에 할당된다. 파일럿은 참조신호(reference signal)로 불릴 수 있다.

도 4는 복수의 순열을 포함하는 프레임의 일예를 나타낸다. 이는 물리적 프레임일 수 있다. 이는 IEEE 표준 802.16-2004의 8.4.4.2절을 참조할 수 있다.

도 4를 참조하면, 하향링크 프레임(DL frame)에는 프리앰블, FCH 및 DL-MAP은 매 프레임마다 반드시 나타난다. FCH 및 DL-MAP에는 PUSC 순열이 적용된다. 하향링크 프레임에는 PUSC, FUSC, 선택적 PUSC, AMC 순열 등이 나타날 수 있다. 하향링크 프레임에 나타나는 순열은 DL-MAP에서 지정할 수 있다. 상향링크 프레임에는 PUSC, 선택적 PUSC, AMC 순열 등이 나타날 수 있다. 상향링크 프레임에 나타나는 순열은 UL-MAP에서 지정할 수 있다. 상향링크 프레임 및 하향링크 프레임에서 사용되는 순열의 종류는 제한이 아니며, 다양하게 변경될 수 있다. 각 프레임의 프리앰블, FCH 및 DL-MAP 등을 통하여 프레임 내의 데이터 또는 제어정보의 정확한 획득이 가능하다.

동일한 순열 방식이 사용되는 영역을 순열 구역(permutation zone)이라 한다. 다수의 순열 구역은 시간 영역으로 구분될 수 있으며, 시간 영역으로 구분되는 각 순열 구역 내에서는 동일한 안테나 기법이 적용된다. 이에 따라 지정된 안테나 기법을 위한 파일럿 구조는 순열 구역이 갖는 최소 범위 내에서 전체 주파수 대역으로 동일한 패턴으로 적용된다. 예를 들어, 프리앰블과 PUSC 순열은 SISO로 전송 되고, AMC 순열은 MIMO 기법으로 전송될 수 있다. 이와 같은 경우, 안테나 기법에 따라 파일럿의 구조가 달리 적용된다. 프리앰블과 PUSC 순열 구역에서는 1개의 송신 안테나에 대한 파일럿 구조가 사용될 수 있고, AMC 순열 구역에서 2개의 송신 안테나 전송이 수행되면 2개의 송신 안테나를 구분할 수 있는 파일럿 구조가 사용된다. 표 1은 순열 구역에 대한 IE(information element)의 일예를 나타낸다.

순열 구역 내에서 동일한 안테나 기법과 동일한 순열이 사용되는 것으로 정의되어 있다.

한편, 3GPP LTE(3 Generation Partnership Project Long Term Evolution) 시스템에서는 동일 시간에 서로 다른 안테나 기법을 지원할 수 있다. 예를 들어, 하나의 OFDM 심볼에서 하나의 단말에 대해 송신 다이버시티 기법이 사용되고 동시에 다른 하나의 단말에 대해 CDD 기반의 프리코딩 기법이 사용될 수 있다. 이때, 송신 안테나의 수는 고정되어 있어, 파일럿의 구조는 안테나에 따라 고정적이다. 즉, 동일 시간에 서로 다른 안테나 기법을 지원하지만 파일럿은 하나의 서브 프레임 내에서 전체 주파수 대역으로 고정된 구조로 배치된다. 3GPP LTE 시스템은 일반적인 데이터의 전송을 위한 파일럿 구조와 MBMS(Multimedia Broadcast Multicast Service)를 위한 파일럿 구조를 정의하고 있으며, 빔형성(beamforming)을 위한 파일럿 구조를 수용할 수 있다. 데이터 전송을 위한 파일럿은 각 송신 안테나의 채널을 FDM(Frequency Division Multiplexing)/TDM(Time Division Multiplexing)으로 구분할 수 있는 구조로 정의된다. 빔형성을 위한 파일럿은 랭크 1 전송을 위한 파일럿 구조로 정의된다. 이때, 빔형성을 위한 파일럿은 전용 파일럿(dedicated pilot)을 사용하는 것으로 정의된다. 3GPP LTE 시스템의 파일럿의 구조는 3가지 파일럿이 시간 영역으로 분리되어 사용된다는 점에서 IEEE 802.16 시스템의 순열 구역과 유사하다고 할 수 있다.

IEEE 802.16 시스템 및 3GPP LTE 시스템은 프리코딩/빔형성을 위한 전용 파일럿을 정의하고 있다. 전용 파일럿은 사용되는 프리코딩 가중치 또는 빔형성 가중치를 표현하는 파일럿이다. 전용 파일럿을 통하여 프리코딩 가중치가 전송되므로, 수신기는 프리코딩 가중치를 별도로 추정하지 않고 파일럿을 통하여 추정된 채널을 그대로 데이터 복조를 위해 사용할 수 있다. 전용 파일럿을 통하여 프리코딩 가중치가 전송되므로 프리코딩 가중치를 위하여 별도의 시그널링이 필요하지 않으므로 제어 시그널링에 의한 오버헤드를 줄일 수 있다. 특히, 전용 파일럿은 MU-MIMO와 같이 수신단에서 적절한 가중치가 달라지는 시스템에서 유용하게 사용될 수 있다.

프리코딩은 랭크 1일 때 프리코딩 벡터가 사용되고, 랭크 2 이상일 때 프리코딩 행렬이 사용된다. 프리코딩/빔형성에서 사용되는 가중치의 랭크에 따라 전용 파일럿을 통해 가중치를 전송하는 방식이 달라질 수 있다. 가중치를 전송하는 하나의 예로 프리코딩/빔형성 가중치의 각 랭크에 해당하는 벡터를 구분하여 전용 파일럿을 통하여 전송할 수 있다. M 개의 송신 안테나를 갖는 시스템에서 랭크 N 전송 시 M × N 가중치 행렬이 사용되는데, 전용 파일럿을 통하여 M × 1 크기의 N 개의 벡터를 각각 전송하기 위해서 M 개의 송신 안테나를 구분할 수 있는 파일럿 구조를 이용할 수 있다(M, N ≥ 1인 정수).

Rank N 전송에서는 N 개의 스트림이 발생된다. 하나의 수신기는 1개 이상의 스트림을 할당받을 수 있다. N 개의 스트림은 최대 N 개의 수신기에 할당될 수 있다. 이는 MU-MIMO 및 다중 빔(Multi-Beam)이 적용되는 빔형성 시스템에서 사용될 수 있다. 이때, 각 스트림을 위한 전용 파일럿이 할당되고, n 번째 스트림을 통해 전송되는 정보는 n 번째 전용 파일럿을 통하여 추정되는 채널정보를 이용하여 디코딩된다. 모든 스트림이 하나의 수신기로 할당되는 SU-MIMO의 Rank N 전송에서도 각 스트림을 위한 전용 파일럿을 할당하여 프리코딩 가중치를 전송할 수 있다.

MIMO 시스템은 안테나 결합 구조(geometry)에 따라 전송에 적합한 랭크를 적응적으로 선택할 수 있다. 낮은 안테나 결합 구조에서는 낮은 랭크가 선택될 수 있고, 높은 안테나 결합 구조에서는 높은 랭크가 선택될 수 있다. 전송되는 스트림을 위해 필요한 파일럿의 개수가 송신 안테나를 구분하기 위한 파일럿의 수와 동일하다고 가정할 때, 가중치 벡터를 파일럿을 통해 전송하는 경우에 각 랭크에 적합한 파일럿 구조는 다중 안테나 시스템에서 송신 안테나의 수에 따라 정의된 파일럿을 참고하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 랭크 1 전송을 위해서는 하나의 송신 안테나를 위한 파일럿 구조를 사용하고, 랭크 2 전송을 위해서는 2개의 송신 안테나를 위한 파일럿 구조를 사용하여 프리코딩 가중치를 전송할 수 있다. 그러나 동일한 순열 구역 내에서는 동일한 파일럿 구조가 적용되므로, 랭크의 값에 상관없이 하나의 순열 구역 내에서는 특정 파일럿 구조가 사용된다. 파일럿을 통해 가중치 벡터를 전송하는 시스템에서 하나의 순열 구역은 다중 사용자에게 할당될 수 있으며, 사용자에 따라 선호하는 랭크가 다를 수 있다. 따라서 순열 구역 내에서 하나의 사용자에게 적합한 랭크에 따라 파일럿 구조가 선택되는 경우, 이는 다른 사용자에게는 적합하지 않은 파일럿 구조가 될 수 있다. 예를 들어, 순열 구역에서 수용할 수 있는 최대 랭크에 맞춰 파일럿 구조가 선택되면, 낮은 랭크를 선호하는 사용자에게 불필요하게 많은 파일럿이 할당되어 무선자원의 낭비를 초래한다.

이제, 순열 구역 내에서 송신 안테나에 따른 파일럿 배치 및 스트림에 따른 파일럿 배치에 대하여 설명한다. 물리적 안테나의 채널을 추정하기 위하여 프리앰블, 미드앰블(midamble), 공용 파일럿(common pilot) 등이 사용될 수 있다. 공용 파일럿을 셀 특정 파일럿(cell specific pilot)이라 하며, 공용 파일럿은 특정 셀에서 지원하는 안테나 수 또는 안테나 기법에 따라 달라질 수 있다. 가상 안테나의 채널을 추정하기 위한 방법으로 물리적 안테나를 통해 추정된 채널과 프리코딩을 결합하는 방식이 있다. 그리고 가상 안테나의 채널을 추정하기 위한 다른 방법으로 가상 안테나를 위한 전용 파일럿을 이용하는 방식이 있다. 전용 파일럿을 단말 특정 파일럿(UE specific pilot)이라 하며, 수신기에서 지원하는 최대 스트림의 수에 따라 파일럿의 구조가 달라질 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임을 나타낸다.

도 5를 참조하면, 프레임은 적어도 하나의 순열 구역을 포함하고, 순열 구역에는 적어도 하나의 파일럿 패턴 구역(pilot pattern zone)이 포함된다. 하향링크 프레임 및 상향링크 프레임에 적용되는 순열의 종류에는 제한이 없다. 파일럿 패턴 구역은 동일한 패턴의 파일럿이 적용되는 구역이다. 즉, 프레임에는 적어도 하나의 순열 구역이 포함되고, 순열의 종류에 상관없이 하나의 순열 구역에는 복수의 파일럿 패턴이 적용될 수 있다. 파일럿 패턴은 공용 파일럿의 패턴 또는 전용 파일럿의 패턴일 수 있다. 공용 파일럿의 패턴은 랭크에 상관없이 일정한 패턴으로 할당되고, 전용 파일럿의 패턴은 랭크 또는 안테나의 수에 따라 다양한 패턴으로 할당될 수 있다.

파일럿 패턴 구역은 다중 안테나 시스템에서 안테나의 수 또는 스트림의 수가 동일하게 적용되는 사용자들에게 할당될 수 있다.

예를 들어, 하향링크 프레임의 PUSC 순열 구역을 통하여 랭크 1을 선호하는 제1 사용자 및 랭크 2를 선호하는 제2 사용자의 데이터가 전송될 때, PUSC 순열 구역을 랭크 1에 해당하는 파일럿 패턴을 가지는 제1 파일럿 패턴 구역 및 랭크 2에 해당하는 파일럿 패턴을 가지는 제2 파일럿 패턴 구역으로 나눈다. 제1 파일럿 패턴 구역을 통하여 제1 사용자 데이터를 전송하고, 제2 파일럿 패턴 구역을 통하여 제2 사용자 데이터를 전송한다. 이때, PUSC 순열 구역의 제1 파일럿 패턴 구역 및 제2 파일럿 패턴 구역에 대한 정보는 FCH 및 DL-MAP을 통하여 전송될 수 있다.

여기서는 파일럿 패턴 구역이 순열 구역 내에서 시간 영역으로 구분되는 것으로 나타내었으나, 파일럿 패턴 구역은 순열 구역 내에서 주파수 영역으로 구분되거나 시간-주파수 영역으로 구분될 수도 있다. 즉, 파일럿 패턴 구역은 TDM 방식 뿐만 아니라 FDM 방식으로 나뉠 수 있다. 하나의 순열 구역 내에서 하나의 파일럿 패턴 구역 및 인접한 다른 하나의 파일럿 패턴 구역에 전용 파일럿 패턴이 할당되어 전용 파일럿 패턴 간에 TDM 방식 또는 FDM 방식으로 결합될 수 있다. 또는 하나의 파일럿 패턴 구역에는 공용 파일럿 패턴이 할당되고 인접한 다른 하나의 파일럿 패턴 구역에는 전용 파일럿 패턴이 할당되어 공용 파일럿 패턴과 전용 파일럿 패턴 간에 TDM 방식 또는 FDM 방식으로 결합될 수 있다. 물론, 하나의 파일럿 패턴 구역에서 일정한 패턴의 공용 파일럿 패턴과 랭크에 따라 변경되는 전용 파일럿 패턴이 결합되어 할당될 수 있으며, 이때, 공용 파일럿 패턴과 전용 파일럿 패턴은 TDM 방식 또는 FDM 방식으로 결합될 수 있다.

<가상 안테나를 위한 전용 파일럿>

파일럿 패턴 구역에 가상 안테나를 위한 전용 파일럿이 할당되는 것을 고려할 수 있다. 가상 안테나를 위한 전용 파일럿은 단말 특정 파일럿 구조이며, 수신기가 할당받은 자원영역에서 단말 특정 파일럿 패턴이 적용될 수 있다. 가상 안테나를 위해 사용되는 파일럿의 구조는 수신기로 전송되는 가상 안테나의 수 또는 스트림의 수에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 4개의 송신 안테나를 가지는 송신기는 최대 4개의 스트림을 전송할 수 있다. 수신기는 수신 성능(capability) 및 채널 상황에 따라 최대 허용 스트림의 수가 결정될 수 있다. 2개의 수신 안테나를 가지는 수신기는 최대 2개의 스트림을 수신할 수 있고, 4개의 수신 안테나를 가지는 수신기는 최대 4개의 스트림을 수신할 수 있다. 4개의 수신 안테나를 가지는 수신기가 안테나 결합 구조(geometry)에 따라 2개의 스트림을 수신할 때 최대 수율(maximum through put)을 얻을 수 있다면, 2개의 스트림을 위한 프리코딩 가중치가 사용될 수 있다. 수신기에게 할당된 자원에 따라 1 내지 2개의 스트림이 전송될 수 있고, 이에 따라 스트림에 적합한 파일럿이 사용된다.

가상 안테나의 개수는 송신기가 임의로 결정하거나, 수신기가 선호하는 스트림의 수를 보고받아서 결정할 수 있다. 수신기는 자신의 수신 성능이나 채널 상태 측정에 따라 송신기로 선호하는 스트림의 수를 보고하고, 송신기는 수신기의 요청에 따라 가상 안테나의 수를 결정할 수 있다. 또는 송신기가 전송할 데이터의 전송량이나 데이터의 재전송 여부에 따라 가상 안테나의 수를 결정할 수 있다.

예를 들어, 전송할 데이터의 전송량이 매우 작은 경우에는 수신기가 4개의 스트림을 수신할 수 있는 채널 상태이더라도 송신기는 스트림의 수를 2개 이하로 제한할 수 있다. 이때, 송신기는 제한하고자 하는 스트림의 수에 맞는 프리코딩 가중치를 사용하여 스트림의 수를 제한할 수 있다. 또는 송신기는 4개의 스트림을 사용하되 일부 스트림에만 데이터를 실어서 전송하고 나머지 스트림에는 데이터를 싣지 않고 전송할 수 있다.

송신기는 최초 데이터에 사용한 스트림 수보다 적은 수의 스트림으로 재전송 데이터를 전송할 수 있다. 최초 데이터에 대한 재전송 요청은 채널 상태가 좋지 않음을 의미한다. 송신기가 높은 랭크로 데이터를 전송하였는데 재전송 요청을 수신하면, 송신기는 앞서 전송한 데이터에 사용한 랭크보다 낮은 랭크로 재전송 데이터를 전송하여 채널 상태에 강건한 전송이 되도록 한다.

<파일럿의 결합>

서로 다른 종류 또는 용도의 파일럿이 하나의 순열 구역 또는 파일럿 패턴 구역에 할당될 수 있다. 즉, 서로 다른 패턴을 가지는 복수의 파일럿 패턴이 결합되어 할당될 수 있다. 서로 다른 패턴을 가지는 파일럿 간에는 TDM 방식 또는 FDM 방식으로 결합될 수 있다. 그리고 하나의 파일럿 패턴은 고정된 위치(fixed position)에 할당되고, 다른 하나의 파일럿 패턴은 쉬프트 값(shift value)에 따라 조정되는 위치에 할당될 수 있다.

물리적 안테나를 위한 파일럿은 CINR(carrier-to-interference-and-noise ratio) 측정, 랭크 선택, 제어채널 디코딩 등을 위해 사용된다. 물리적 안테나를 위한 파일럿은 가상 안테나를 위한 파일럿과 TDM 방식으로 결합될 수 있다. 또는 물리적 안테나를 위한 파일럿과 가상 안테나를 위한 파일럿은 FDM 방식으로 결합될 수 있다. 예를 들어, SIMO, STC, 공간 다중화 등과 같이 물리적 안테나의 채널을 사용하여 데이터 복조를 수행하는 MIMO 기법과 빔형성, SDMA와 같이 가상 안테나를 사용하여 데이터 복조를 수행하는 MIMO 기법이 하나의 OFDM 심볼에서 동시에 지원될 때, 두 파일럿은 FDM 방식으로 결합되어 사용될 수 있다. 이때, 각 파일럿은 데이터 신호를 복조하기 위해 사용된다.

물리적 안테나를 위한 파일럿과 가상 안테나를 위한 파일럿이 TDM 방식 또는 FDM 방식으로 결합될 때, 물리적 안테나의 파일럿은 셀 별로 쉬프트 값을 갖는 특정 위치에 할당되고 가상 안테나의 파일럿은 고정된 위치에 할당되어 결합될 수 있다.

인접 셀간 간섭을 줄이기 위해 셀에 따라 물리적 파일럿의 위치는 조정될 수 있다. k를 주파수 인덱스, m을 파일럿의 논리적 인덱스라고 하면 M 개의 물리적 파일럿의 위치는 수학식 1과 같이 정해질 수 있다.

여기서, m=0, …, M-1이고, a는 파일럿 간의 주파수 간격, b는 셀 특정 쉬프트값(cell specific shift value)이다. M 개의 물리적 파일럿은 a 간격으로 주파수 인텍스 k에 맵핑된다. 이때, 셀 특정 쉬프트값 b에 의해 물리적 파일럿은 셀 간에 서로 다른 인덱스에 맵핑될 수 있다.

채널 추정 성능을 향상시키기 위해 파일럿 전력 강화(pilot power boosting)가 수행될 수 있다. 인접 셀 간에 파일럿의 충돌이 발생하는 경우 전력 강화된 파일럿은 전력 강화되지 않은 파일럿에게 강한 간섭으로 작용할 수 있다. 셀 특정 쉬프트값 b를 이용하면 인접 셀간에 파일럿과 데이터 부반송파의 충돌은 발생할 수 있으나, 파일럿 간의 충돌로 인한 간섭을 줄일 수 있으므로 채널 추정 성능을 향상 시킬 수 있다.

옴니 안테나(Omni Antenna)의 방사패턴은 셀 내에서 거의 동일한 세기의 전력으로 분포되는 반면, 지향성 안테나의 경우 셀 내의 위치에 따라 전력의 분포가 다르게 나타난다. 가상 안테나를 위한 파일럿이 빔형성을 위해 사용되는 시스템을 예로 들면, 주파수 영역 또는 시간 영역의 임의의 무선자원은 사용자의 위치에 따라 어떤 지역에서는 강한 간섭을 받을 수도 있는 반면, 어떤 지역에서는 간섭이 거의 없을 수도 있다. 즉, 가상 안테나의 파일럿은 빔형성 가중치를 사용하여 전송되므로 특정 수신기에게는 강한 신호로 수신되는 반면, 다른 수신기에게는 약한 신호로 수신될 수 있다. 따라서 파일럿 간의 간섭을 줄이기 위해 파일럿 인덱스를 쉬프트 또는 호핑(hopping)하는 방식을 가상 안테나의 파일럿에 적용하는 것은 적절하지 못하다. 가상 안테나의 파일럿을 고정된 위치에 할당하여 랜덤 빔형성과 같이 셀간 간섭 값이 평균되는 효과를 얻는 것이 바람직하다.

한편, 무선자원 할당방식을 고려하여 쉬프트 값을 갖는 파일럿과 고정된 위치를 갖는 파일럿을 결합시킬 수 있다. 무선자원 할당방식에는 분산적 할당(distributed allocation)과 국지적 할당(localized allocation)이 있다. 분산적 할당은 단말에게 할당되는 복수의 부반송파를 주파수 영역 또는 시간 영역으로 분산시켜서 맵핑하는 방식이다. 분산적 할당에는 FUSC, PUSC 순열이 속할 수 있다. 국지적 할당은 단말에게 할당되는 복수의 부반송파를 인접시켜서 맵핑하는 방식이다. 국지적 할당에는 AMC 순열이 속할 수 있다.

분산적 할당을 위한 파일럿과 국지적 할당을 위한 파일럿이 TDM 방식 또는 FDM 방식으로 결합될 때, 분산적 할당을 위한 파일럿은 쉬프트 값을 갖는 특정 위치에 할당되고 국지적 할당을 위한 파일럿은 고정된 위치에 할당되어 결합될 수 있다. 쉬프트 값은 단말 특정값으로 기지국이 지정하여 알려줄 수 있다. 분산적 할당을 위한 파일럿 및 국지적 할당을 위한 파일럿은 단말 특정 파일럿일 수 있다.

<가상 안테나를 위한 파일럿 패턴 지시>

전용 파일럿의 패턴은 제어채널을 통하여 지시될 수 있다. 전용 파일럿 패턴의 구조에 대한 정보는 단말 특정 제어채널(UE specific control channel), 즉 전용 제어채널(dedicated control channel)을 통하여 지시될 수 있다.

프레임은 공용 파일럿이 사용되는 구역과 전용 파일럿이 사용되는 구역으로 나뉠 수 있다. 공용 파일럿이 사용되는 구역과 전용 파일럿이 사용되는 구역은 공용 제어채널(common control channel)을 통하여 지시될 수 있다. 공용 제어채널은 셀 또는 섹터 특정 제어정보를 전송하기 위하여 사용된다. 공용 제어채널에는 셀 특정 안테나 기법이 적용될 수 있고, 물리적 안테나를 위한 파일럿이 사용될 수 있다. 표 2는 공용 제어채널을 통하여 전송되는 제어정보의 일예를 나타낸다.

control information	description
# of antenna in cell/sector
Antenna scheme	STC, SM, beamforming, Channel (in)dependant Precoding etc.
Resource allocation scheme	PUSC, FUSC, AMC, Distributed, Localized, Interleaved allocation etc.
Pilot for estimating physical antenna channel	Preamble, Midamble etc.
Pilot's power boosting level	The value of boosted level(0, 3, 6 dB etc.)
Dedicated Pilot indicator	On/Off
MU-MIMO scheme indicator	On/Off
Zone duration	Common pilot zone and Dedicated pilot zone/ permutation zone

전용 파일럿의 사용 여부를 지시하는 전용 파일럿 지시자(dedicated pilot indicator)를 사용할 수 있다. 공용 제어채널을 통하여 전송되는 전용 파일럿 지시자로부터 전용 파일럿의 사용 여부를 알 수 있다. 전용 파일럿 지시자가 전용 파일럿의 사용을 지시하는 경우, 수신기는 전용 파일럿을 찾아서 데이터 디코딩 또는 CINR 측정을 위해 사용한다. 만일, 전용 파일럿 지시자가 사용되지 않는 경우에는 전용 파일럿이 사용되는 구역의 주기(zone duration)를 정의하여 이를 공용 제어채널 또는 상위 계층 시그널링을 통하여 알려줄 수 있다. 이에 따라 전용 파일럿 지시자가 사용되지 않는 경우에도 전용 파일럿을 사용하는 수신기와 공용 파일럿을 사용하는 수신기가 데이터 디코딩, CINR 측정 등의 과정에서 자신이 사용할 파일럿을 명확히 구분할 수 있다.

공용 제어채널을 통하여 전용 파일럿의 사용이 지시되면 단말은 전용 제어채널에서 단말 특정 제어 메시지를 수신한다. 단말 특정 제어 메시지는 특정 단말을 위한 제어 메시지로서, 전용 파일럿의 패턴 또는 스트림의 수 또는 랭크 등을 지시한다. MU-MIMO에서 전용 파일럿이 사용될 때, 단말 특정 제어 메시지에는 스트림의 개수 및 번호가 포함되어 단말이 사용할 파일럿을 알려준다.

<전용 파일럿 패턴을 이용한 자원할당>

전용 파일럿이 사용되는 시스템에서 자원할당은 송신기에서 허용되는 최대 스트림의 수에 따라 이루어질 수 있다. 즉, 스트림의 수에 따라서 파일럿이 배치되는 OFDM 심볼의 범위가 달라질 수 있으며, 스트림의 수에 따라 결정되는 OFDM 심볼의 범위를 무선자원 할당의 최소 단위로 정할 수 있다. 또는 물리적 안테나를 위한 파일럿 패턴의 시간 영역 또는 주파수 영역으로의 범위를 무선자원 할당의 최소 단위로 정할 수 있다.

예를 들어, AMC 순열 구역에서 전용 파일럿을 사용할 때, 하나의 스트림을 위한 전용 파일럿은 2개의 OFDM 심볼에 걸쳐서 배치되고, 2개의 스트림을 위한 전용 파일럿은 4개의 OFDM 심볼에 걸쳐서 배치된다. AMC 순열 구역에서 하나의 스트림이 사용되면 무선자원 할당의 최소 단위는 2 OFDM 심볼이 되고, 2개의 스트림이 사용되면 무선자원 할당의 최소 단위는 4 OFDM 심볼이 된다. 만일, 하나의 파일럿 패턴 구역에서 1개의 스트림을 사용하는 단말과 2개의 스트림을 사용하는 단말에게 무선자원이 동시에 할당될 때에는 2개의 스트림을 사용하는 단말을 기준으로 1개의 스트림을 사용하는 단말에 대해 최소 4개의 OFDM 심볼이 할당되도록 할 수 있다.

STC 및 공간 다중화 기법에서 전용 파일럿을 통하여 채널이 추정될 수 있고, 추정된 채널을 통하여 데이터 디코딩이 수행될 수 있다. 표 3은 MIMO 기법에 따른 가중치의 일예를 나타낸다.

Number of Tx Antenna	MIMO scheme	Weight (Tx antenna * Stream)
2 Tx	STBC / SFBC
	CDD
	Spatial Multiplexing
	Rank 1 Beamforming / Precoding
	Rank 2 Beamforming / Precoding

2 송신 안테나(Tx) 전송에서, STBC 또는 SFBC는 2개의 스트림을 2개의 심볼(또는 2개의 부반송파)을 통하여 전송한다. 단위 벡터는 각 안테나를 구분할 수 있는 가중치로 사용될 수 있고, 2개의 송신 안테나를 구분하기 위해서 가중치로 전송될 수 있다. 공간 다중화에서도 2개의 송신 안테나의 송신 채널을 확보해야 하는데, 전용 파일럿이 사용될 때 공간 다중화를 위해 단위 벡터가 사용될 수 있다. MIMO 기법에 따른 가중치는 3개 또는 4개의 송신 안테나 등을 사용하는 경우에 대해 확장하여 적용할 수 있다. 그리고 MIMO 기법도 SFBC-FSTD, 공간 다중화-안테나 선택, 이중 STTD, CDD 등 다양하게 적용될 수 있다.

또한 송신 안테나의 스트림을 구분하여 STC 또는 공간 다중화를 수행할 수도 있다. 예를 들어, 4개의 송신 안테나 중에서 2개의 송신 안테나는 랭크 1의 빔형성을 위해 사용하고, 다른 2개의 송신 안테나도 랭크 1의 빔형성을 위해 사용할 수 있다. 각 2개씩의 송신 안테나를 통하여 전송되는 2개의 스트림을 사용하여 STC 및 공간 다중화를 수행할 수 있다. 이때, 각 2개의 송신 안테나를 통하여 전송되는 2개의 스트림에 스트림을 구분하기 위한 전송 파일럿이 사용될 수 있다.

이하, 파일럿 패턴 구역에서 파일럿이 배치되는 예들에 대하여 설명한다. N 개의 물리적 안테나를 가지는 송신기와 R 개의 물리적 안테나를 가지는 수신기 사이의 N × R 의 채널을 추정하기 위하여 각 송신 안테나를 위한 파일럿이 할당된다. 파일럿은 특정 순열 구역에서 송신 안테나의 수 또는 스트림에 따라 특정 패턴으로 배치된다. 파일럿은 주파수 또는 시간 또는 코드로 구분될 수 있다. 예시하는 파일럿 패턴은 특정 순열 구역에서만 사용되는 것으로 제한되지 않으며 다른 순열 구역에서도 사용될 수 있다.

도 6은 송신 안테나에 따른 파일럿 배치의 일예를 도시한 것이다.

도 6을 참조하면, AMC 순열 구역에서 1개의 송신 안테나를 사용하는 경우의 파일럿 패턴이다. 무선자원 할당의 최소 단위는 시간 영역으로 3 OFDM 심볼, 주파수 영역으로 9 부반송파로 정해질 수 있다.

도 7은 송신 안테나에 따른 파일럿 배치의 다른 예를 도시한 것이다.

도 7을 참조하면, AMC 순열 구역에서 2개의 송신 안테나를 사용하는 경우의 파일럿 패턴이다. 무선자원 할당의 최소 단위는 시간영역으로 6 OFDM 심볼, 주파수 영역으로 9 부반송파로 정해질 수 있다.

도 8은 송신 안테나에 따른 파일럿 배치의 또 다른 예를 도시한 것이다.

도 8을 참조하면, AMC 순열 구역에서 4개의 송신 안테나를 사용하는 경우의 파일럿 패턴이다. 무선자원 할당의 최소 단위는 시간 영역으로 6 OFDM 심볼, 주파수 영역으로 9 부반송파로 정해질 수 있다.

AMC 순열 구역은 송신 안테나의 수에 따라 복수의 파일럿 패턴 구역으로 나뉠 수 있다. 송신 안테나의 수에 따라 각 파일럿 패턴 구역에는 도 6 내지 8의 파일럿 패턴에 따라 파일럿이 배치될 수 있다.

도 9는 송신 안테나에 따른 파일럿 배치의 또 다른 예를 도시한 것이다.

도 9를 참조하면, PUSC 순열 구역에서 1개의 송신 안테나를 사용하는 경우의 파일럿 패턴이다. 무선자원 할당의 최소 단위는 시간 영역으로 2 OFDM 심볼, 주파수 영역으로 15 부반송파로 정해질 수 있다.

도 10은 송신 안테나에 따른 파일럿 배치의 또 다른 예를 도시한 것이다.

도 10을 참조하면, PUSC 순열 구역에서 2개의 송신 안테나를 사용하는 경우의 파일럿 패턴이다. 무선자원 할당의 최소 단위는 시간 영역으로 4 OFDM 심볼, 주파수 영역으로 15 부반송파로 정해질 수 있다.

도 11은 송신 안테나에 따른 파일럿 배치의 또 다른 예를 도시한 것이다.

도 11을 참조하면, PUSC 순열 구역에서 4개의 송신 안테나를 사용하는 경우의 파일럿 패턴이다. 무선자원 할당의 최소 단위는 시간 영역으로 4 OFDM 심볼, 주파수 영역으로 15 부반송파로 정해질 수 있다.

PUSC 순열 구역은 송신 안테나의 수에 따라 복수의 파일럿 패턴 구역으로 나뉠 수 있다. 송신 안테나의 수에 따라 각 파일럿 패턴 구역에는 도 9 내지 11의 파일럿 패턴에 따라 파일럿이 배치될 수 있다.

도 12는 송신 안테나에 따른 파일럿 배치의 또 다른 예를 도시한 것이다.

도 12를 참조하면, FUSC 순열 구역에서 2개의 송신 안테나를 사용하는 경우의 파일럿 패턴이다. 무선자원 할당의 최소 단위는 시간 영역으로 4 OFDM 심볼, 주파수 영역으로 24 부반송파로 정해질 수 있다.

도 13은 송신 안테나에 따른 파일럿 배치의 또 다른 예를 도시한 것이다.

도 13을 참조하면, FUSC 순열 구역에서 4개의 송신 안테나를 사용하는 경우의 파일럿 패턴이다. 무선자원 할당의 최소 단위는 시간 영역으로 4 OFDM 심볼, 주파수 영역으로 24 부반송파로 정해질 수 있다.

FUSC 순열 구역은 송신 안테나의 수에 따라 복수의 파일럿 패턴 구역으로 나뉠 수 있다. 송신 안테나의 수에 따라 각 파일럿 패턴 구역에는 도 12 및 13의 파일럿 패턴에 따라 파일럿이 배치될 수 있다.

도 14는 송신 안테나에 따른 파일럿 배치의 또 다른 예를 도시한 것이다.

도 14를 참조하면, 하향링크 프레임의 마지막 OFDM 심볼에는 공용 동기화 심볼(Common SYNC symbol)이 할당될 수 있다. 공용 동기화 심볼은 단말의 동기화를 위하여 기지국으로부터 전송되는 파일럿이다. 하향링크 프레임에서 시간적으로 가장 마지막에 위치하는 순열 구역의 마지막 OFDM 심볼에 공용 동기화 심볼이 할당될 수 있다.

도 15는 송신 안테나에 따른 파일럿 배치의 또 다른 예를 도시한 것이다.

도 15를 참조하면, FUSC 순열 구역에서 4개의 송신 안테나를 사용하는 경우의 미드앰블(midamble)이다. 미드앰블은 하나의 OFDM 심볼로 구성될 수 있고, OFDM 심볼의 모든 부반송파가 파일럿으로 사용될 수 있다. 미드앰블에는 다중 안테나를 위한 심볼들이 겹치지 않게 부반송파에 맵핑된다. 미드앰블은 순열 구역에서 임의의 파일럿 패턴 구역에 포함되어 할당될 수 있고, 파일럿 패턴 구역과 별도로 할당될 수도 있다. FUSC 순열 구역뿐만 아니라 다른 순열 구역에도 미드앰블이 할당될 수 있다.

도 16은 송신 안테나에 따른 파일럿 배치의 또 다른 예를 도시한 것이다.

도 16을 참조하면, PUSC 순열 구역에서 4개의 송신 안테나를 사용하는 경우의 미드앰블이다. 미드앰블은 데이터 영역에 따라 복수의 부반송파를 포함하는 클러스터(cluster)로 묶여서 분할될 수도 있다.

도 17은 스트림에 따른 파일럿 배치의 일예를 도시한 것이다.

AMC 순열 구역에서 AAS(Adaptive Antenna System) 모드에 대한 파일럿 패턴이다. 스트림 #A의 파일럿과 스트림#B의 파일럿은 직교부호로 구분되고, 스트림 #C의 파일럿과 스트림 #D의 파일럿은 다른 직교부호로 구분된다. 스트림 #C의 파일럿과 스트림 #D의 파일럿은 데이터 부반송파가 펑처링된(punctured) 후 할당될 수 있다. 스트림 #A/#B와 스트림 #C/#D는 시간-주파수 영역으로 구분된다.

이상, 각 순열 구역에서 사용될 수 있는 여러 가지 파일럿의 패턴에 대하여 설명하였으나, 이는 예시에 불과하며 제한이 아니다. 순열 구역에서 사용될 수 있는 파일럿 패턴은 다양하게 적용될 수 있으며, 각 순열 구역에서 안테나의 수 또는 스트림에 따라 나누어지는 파일럿 패턴 구역 별로 특정 파일럿 패턴이 적용될 것이다.

도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송방법을 도시한 흐름도이다.

도 18을 참조하면, 기지국은 단말로 데이터를 전송한다(S110). 기지국은 단말로부터 미리 보고받은 단말의 성능 및 채널 상태를 고려하여 단말에게 적용할 전송 방식, 즉 순열 방식 또는 MIMO 기법 등을 결정한다. 기지국은 결정된 순열 방식 또는 MIMO 기법에 따라 무선자원을 할당한다. 예를 들어, 기지국이 단말에게 AMC 순열 방식 및 랭크 n으로 데이터를 전송하고자 하는 경우, 기지국은 하향링크 프레임의 AMC 순열 구역에서 랭크 n에 대한 파일럿 패턴 구역을 할당한다. 기지국은 할당된 파일럿 패턴 구역을 통하여 단말에게 데이터를 전송한다. 이때, 기지국은 전용 제어채널을 통하여 단말에게 적용된 파일럿 패턴에 대하여 지시한다.

단말은 수신한 데이터에 대하여 에러 여부를 검출한다(S120). 단말은 공용 제어채널을 통하여 전용 파일럿의 사용 여부를 알 수 있다. 단말은 전용 제어채널을 통하여 자신에게 할당된 자원영역 및 파일럿 패턴에 대하여 알 수 있다. 단말은 전용 파일럿을 통하여 채널을 추정하고 데이터의 에러 여부를 검출할 수 있다.

단말은 수신한 데이터에서 에러가 검출되면 기지국으로 재전송 요청(NACK 신호)을 전송한다(S130).

기지국은 단말로부터 재전송 요청을 수신하면 재전송 데이터를 전송한다(S140). 이때, 재전송 데이터는 앞서 전송한 데이터에 적용된 랭크 n에서 변경된 랭크 k가 적용되어 전송된다(n≥k인 정수). 재전송 데이터에 대하여 낮은 랭크를 적용하여 데이터의 전송 효율을 높일 수 있다. 랭크에 따라 파일럿의 패턴도 달라질 수 있다.

하향링크 데이터 전송에 대하여 설명하였으나, 상향링크 데이터 전송에서도 재전송 데이터에 대하여 랭크를 낮추어 전송할 수 있다. 기지국이 전용 제어채널을 통하여 단말에게 낮은 랭크가 적용되는 파일럿 패턴 구역을 할당하여 단말이 낮은 랭크로 상향링크 데이터를 전송하도록 할 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.

도 1은 무선 통신 시스템을 나타낸 블록도이다.

도 2는 송신기의 구조를 도시한 블록도이다.

도 3은 프레임 구조의 일예를 나타낸다.

도 4는 복수의 순열을 포함하는 프레임의 일예를 나타낸다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임을 나타낸다.

Claims

복수의 OFDM 심볼 및 복수의 부반송파로 이루어지는 타일을 적어도 하나 포함하는 순열 구역(permutation zone) 내에서 특정 파일럿 패턴으로 파일럿이 배치되는 제1 파일럿 패턴 구역을 통하여 제1 데이터를 전송하는 단계; 및

상기 순열 구역 내에서 상기 제1 파일럿 패턴 구역의 파일럿 패턴과 다른 파일럿 패턴으로 파일럿이 배치되는 제2 파일럿 패턴 구역을 통하여 제2 데이터를 전송하는 단계를 포함하는 다중 안테나 시스템에서 데이터 전송방법.
제1 항에 있어서, 상기 제1 파일럿 패턴 구역 및 상기 제2 파일럿 패턴 구역의 파일럿 패턴은 송신 안테나의 수에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 시스템에서 데이터 전송방법.
제1 항에 있어서, 상기 제1 파일럿 패턴 구역 및 상기 제2 파일럿 패턴 구역의 파일럿 패턴은 랭크(rank)에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 시스템에서 데이터 전송방법.
제1 항에 있어서, 상기 제1 파일럿 패턴 구역 및 상기 제2 파일럿 패턴 구역은 시간 영역으로 구분되는 TDM(Time Division Multiplexing) 방식으로 구분되는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 시스템에서 데이터 전송방법.
제1 항에 있어서, 상기 제1 파일럿 패턴 구역 및 상기 제2 파일럿 패턴 구역은 주파수 영역으로 구분되는 FDM(Frequency Division Multiplexing) 방식으로 구분되는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 시스템에서 데이터 전송방법.
제1 항에 있어서, 상기 제1 파일럿 패턴 구역의 파일럿은 셀에 따라 정해지는 공용 파일럿이고 상기 제2 파일럿 패턴 구역의 파일럿은 특정 사용자를 위한 전용 파일럿인 것을 특징으로 하는 다중 안테나 시스템에서 데이터 전송방법.
제6 항에 있어서, 상기 공용 파일럿은 셀에 따른 쉬프트 값에 따라 조정되는위치에 할당되고, 상기 전용 파일럿은 고정된 위치에 할당되는 것을 특징으로 하는 다중안테나 시스템에서 데이터 전송방법.
제1 항에 있어서, 상기 제1 파일럿 패턴 구역 및 상기 제2 파일럿 패턴 구역 중 적어도 어느 하나에는 단말에게 할당되는 부반송파가 분산되어 맵핑되는 분산적 할당을 위한 파일럿과 단말에게 할당되는 부반송파가 인접하여 맵핑되는 국지적 할당을 위한 파일럿이 포함되는 것을 특지으로 하는 다중안테나 시스템에서 데이터 전송방법.
제8 항에 있어서, 상기 분산적 할당을 위한 파일럿은 쉬프트 값에 따라 조정되는 위치에 할당되고 상기 국지적 할당을 위한 파일럿은 고정된 위치에 할당되는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템에서 데이터 전송방법.
제1 항에 있어서, 상기 제1 파일럿 패턴 구역 및 상기 제2 파일럿 패턴 구역의 파일럿은 특정 사용자를 위한 전용 파일럿인 것을 특징으로 하는 다중 안테나 시스템에서 데이터 전송방법.
제10 항에 있어서, 상기 전용 파일럿의 사용 여부는 공용 제어채널을 통하여 지시되는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 시스템에서 데이터 전송방법.
제1 항에 있어서, 상기 제1 파일럿 패턴 구역 또는 상기 제2 파일럿 패턴 구역의 파일럿 패턴에 대한 정보는 전용 제어채널을 통하여 지시되는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 시스템에서 데이터 전송방법.
제1 항에 있어서, 상기 제1 파일럿 패턴 구역에서 무선자원이 할당되는 최소 단위는 상기 제1 파일럿 패턴 구역의 파일럿 패턴의 시간 영역 또는 주파수 영역으로의 범위에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 시스템에서 데이터 전송방법.
제1 랭크에 따른 파일럿 패턴이 할당된 데이터를 전송하는 단계

상기 데이터에 대한 재전송 요청을 수신하는 단계 및

상기 재전송 요청을 수신한 후, 상기 데이터에 대한 재전송 데이터를 전송하는 단계를 포함하되, 상기 재전송 데이터에는 상기 제1 랭크에서 변경된 제2 랭크가 적용되어 상기 제2 랭크에 따른 제2 파일럿 패턴이 할당되는 다중 안테나 시스템에서 데이터 전송방법.
제14 항에 있어서, 상기 데이터와 상기 재전송 데이터는 동일한 순열 방식이 적용되는 순열 구역을 통하여 전송되되, 상기 순열 구역은 서로 다른 패턴으로 파일럿이 배치되는 복수의 파일럿 패턴 구역을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 시스템에서 데이터 전송방법.