KR101526015B1 - 무선통신 시스템에서 데이터 전송방법 - Google Patents

Abstract

무선통신 시스템의 데이터 전송방법은 복수의 안테나를 통하여 전송되는 동기신호 및 미드앰블(midamble)을 수신하는 단계, 및 상기 동기신호 및 상기 미드앰블을 이용하여 상기 복수의 안테나 각각의 채널을 추정하는 단계를 포함하되, 상기 동기신호 및 상기 미드앰블은 상기 복수의 안테나의 채널이 결합된 형태로 전송된다. 동기 신호 및 미드앰블을 이용하여 복수의 안테나별 채널상태를 추정할 수 있고 보다 효율적으로 데이터를 전송할 수 있다.

Description

무선통신 시스템에서 데이터 전송방법{Method of transmitting data in wireless communication system}

본 발명은 무선통신 시스템에서 데이터 전송방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 동기신호 및 미드앰블(midamble)을 이용하여 채널을 추정하는 데이터 전송방법에 관한 것이다.

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)라고도 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.

동기 신호(synchronization signal)는 시간 및 주파수의 물리적 동기를 맞추기 위하여 기지국이 전송하는 신호이다. 그리고 동기 신호는 특정 시퀀스를 이용하여 세그먼트(segment) 정보 및 기지국의 ID(Identifier)를 나타낼 수 있다. 미드앰 블(midamble)은 다수의 안테나를 이용하는 MIMO 시스템에서 안테나별 채널상태를 구하기 위하여 기지국이 전송하는 채널추정을 위한 신호이다. 단말은 동기 신호를 수신하여 기지국과의 물리적 동기를 맞추고 기지국 정보를 획득할 수 있으며, 미드앰블을 수신하여 기지국의 안테나별 채널상태를 추정할 수 있다.

동기 신호는 복수의 동기 채널(synchronization channel, SCH)을 통하여 전송될 수 있다. 예를 들어, 동기 채널은 물리적 동기를 맞추기 위한 채널 및 세그먼트 정보 및 기지국의 ID를 나타내기 위한 채널로 나뉠 수 있다. MIMO 시스템에서 안테나별 채널상태를 구하기 위하여 미드앰블 뿐만 아니라 동기 신호를 이용하는 방법을 고려할 수 있는데, 이에 대하여 명확히 제시되고 있지 않다.

MIMO 시스템에서 동기 신호 및 미드앰블을 이용하여 안테나별 채널상태를 추정할 수 있는 방법이 요구된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 동기 신호 및 미드앰블을 이용하여 채널상태를 추정하여 보다 효율적으로 데이터를 전송할 수 있는 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 일 양태에 따른 무선통신 시스템의 데이터 전송방법은 복수의 안테나를 통하여 전송되는 동기신호 및 미드앰블(midamble)을 수신하는 단계, 및 상기 동기신호 및 상기 미드앰블을 이용하여 상기 복수의 안테나 각각의 채널을 추정하는 단계를 포함하되, 상기 동기신호 및 상기 미드앰블은 상기 복수의 안테나의 채널이 결합된 형태로 전송된다.

동기 신호 및 미드앰블을 이용하여 복수의 안테나별 채널상태를 추정할 수 있고 보다 효율적으로 데이터를 전송할 수 있다.

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) 등과 같은 다양한 무선통신 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 Data Rates for GSM Evolution)와 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. OFDMA는 IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16e (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)은 E-UTRA를 사용하는 E-UMTS(Evolved UMTS)의 일부로써, 하향링크에서 OFDMA를 채용하고 상향링크에서 SC-FDMA를 채용한다. IEEE 802.16m은 IEEE 802.16e의 진화이다.

도 1은 무선통신 시스템을 나타낸다.

도 1을 참조하면, 무선통신 시스템은 적어도 하나의 기지국(20; Base Station, BS)을 포함한다. 각 기지국(20)은 특정한 지리적 영역(일반적으로 셀이라고 함)에 대해 통신 서비스를 제공한다. 셀은 다시 다수의 영역(섹터라고 함)으로 나누어질 수 있다. 단말(10: User Equipment, UE)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, MS(mobile station), UT(user terminal), SS(subscriber station), 무선기기(wireless device), PDA(personal digital assistant), 무선 모뎀(wireless modem), 휴대기기(handheld device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 기지국(20)은 일반적으로 단말(10)과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, eNB(evolved-NodeB), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.

이하에서 하향링크(downlink, DL)는 기지국에서 단말로의 통신을 의미하며, 상향링크(uplink, UL)는 단말에서 기지국으로의 통신을 의미한다. 하향링크에서 송신기는 기지국의 일부분일 수 있고, 수신기는 단말의 일부분일 수 있다. 상향링크에서 송신기는 단말의 일부분일 수 있고, 수신기는 기지국의 일부분일 수 있다.

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 송신 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.

도 2는 다중안테나를 가지는 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. 프리코더(140)는 입력되는 정보심볼(u1,...,u_K)에 대해 프리코딩(Precoding)을 수행하여 입력 심볼(x1,...,x_K)을 생성한다. 프리코딩은 전송할 정보 심벌에 전처리를 수행하는 기법이며, 이러한 프리코딩 기법 중에서는 정보심볼에 가중치 벡터 또는 프리코딩 행렬 등을 적용하여 입력 심볼을 생성하는 RBF(random beamforming), ZFBF(zero forcing beamforming) 등이 있다. 프리코더(140)는 코드북(codebook) 기반의 프리 코딩을 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(Single Codeword) 모드이고, 다른 하나는 MCW(Multi Codeword) 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 2이상인 경우에 동작한다.

도 3은 프레임 구조의 일 예를 나타낸다.

도 3을 참조하면, 슈퍼프레임(Superframe)은 슈퍼프레임 헤더(Superframe Header)와 4개의 프레임(frame, F0, F1, F2, F3)을 포함한다. 각 슈퍼프레임의 크 기는 20ms이고, 각 프레임의 크기는 5ms인 것으로 예시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 슈퍼프레임 헤더는 슈퍼프레임의 가장 앞서 배치될 수 있으며, 공용 제어 채널(Common Control Channel)이 할당된다. 공용 제어채널은 슈퍼프레임을 구성하는 프레임들에 대한 정보 또는 시스템 정보와 같이 셀 내의 모든 단말들이 공통적으로 활용할 수 있는 제어정보를 전송하기 위하여 사용되는 채널이다.

하나의 프레임은 8개의 서브프레임(Subframe, SF0, SF1, SF2, SF3, SF4, SF5, SF6, SF7)을 포함한다. 각 서브프레임은 상향링크 또는 하향링크 전송을 위하여 사용될 수 있다. 서브프레임은 6 또는 7개의 OFDM 심볼로 구성될 수 있으나, 이는 예시에 불과하다. 프레임에는 TDD(Time Division Duplexing) 방식 또는 FDD(Frequency Division Duplexing) 방식이 적용될 수 있다. TDD 방식에서, 각 서브프레임이 동일한 주파수에서 서로 다른 시간에 상향링크 전송 또는 하향링크 전송을 위해 사용된다. 즉, TDD 방식의 프레임내의 서브프레임들은 시간영역에서 상향링크 서브프레임과 하향링크 서브프레임으로 구분된다. FDD 방식에서, 각 서브프레임이 동일한 시간의 서로 다른 주파수에서 상향링크 전송 또는 하향링크 전송을 위해 사용된다. 즉, FDD 방식의 프레임내의 서브프레임들은 주파수 영역에서 상향링크 서브프레임과 하향링크 서브프레임으로 구분된다. 상향링크 전송과 하향링크 전송은 서로 다른 주파수 대역을 차지하고, 동시에 이루어질 수 있다.

서브프레임은 적어도 하나의 주파수 구획(Frequency Partition)을 포함한다. 주파수 구획은 적어도 하나의 물리적 자원유닛(Physical Resource Unit, PRU)으로 구성된다. 주파수 구획은 국부적(Localized) PRU 및/또는 분산적(Distributed) PRU 를 포함할 수 있다. 주파수 구획은 부분적 주파수 재사용(Fractional Frequency Reuse, FFR) 또는 멀티캐스트 및 브로드캐스트 서비스(Multicast and Broadcast Services, MBS)와 같은 다른 목적을 위하여 사용될 수 있다.

PRU는 복수개의 연속적인 OFDM 심볼과 복수개의 연속적인 부반송파를 포함하는 자원할당을 위한 기본적인 물리적 유닛으로 정의된다. PRU에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 하나의 서브프레임에 포함되는 OFDM 심볼의 갯수와 동일할 수 있다. 예를 들어, 하나의 서프프레임이 6 OFDM 심볼로 구성될 때, PRU는 18 부반송파 및 6 OFDM 심볼로 정의될 수 있다. 논리적 자원유닛(Logical Resource Unit, LRU)은 분산적(distributed) 자원할당 및 국부적(localized) 자원할당을 위한 기본적인 논리 단위이다. LRU는 복수개의 OFDM 심볼과 복수개의 부반송파로 정의되고, PRU에서 사용되는 파일럿들을 포함한다. 따라서, 하나의 LRU에서의 적절한 부반송파의 개수는 할당된 파일럿의 수에 의존한다.

논리적 분산 자원유닛(Logical Distributed Resource Unit, DRU)은 주파수 다이버시티 이득을 얻기 위하여 사용될 수 있다. DRU는 하나의 주파수 구획 내에 분산된 부반송파 그룹을 포함한다. DRU의 크기는 PRU의 크기와 같다. DRU를 형성하는 최소 단위는 하나의 부반송파이다.

논리적 연속 자원유닛(Logical Contiguous Resource Unit, CRU)은 주파수 선택적 스케줄링 이득을 얻기 위하여 사용될 수 있다. CRU는 국부적 부반송파 그룹을 포함한다. CRU의 크기는 PRU의 크기와 같다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하향링크 서브프레임에서 동기 채널 및 미드앰블의 배치를 나타낸다.

도 4를 참조하면, 하향링크 서브프레임(synchronization channel, SCH)에는 MAP, 동기 채널, 미드앰블(midamble), DL 버스트(burst) 등이 포함될 수 있다. 동기 채널 및 미드앰블은 하나의 하향링크 서브프레임에서 인접하여 배치될 수 있다. 동기 채널 및 미드앰블이 인접하여 배치되면, 동기 채널을 이용하여 보다 정확한 안테나별 채널 추정이 수행될 수 있다.

MAP은 하향링크 서브프레임에 포함되는 동기 채널, 미드앰블, DL 버스트 등의 위치 및 크기 정보를 나타낸다. MAP은 하향링크 서브프레임의 가장 앞선 OFDM 심볼에 맵핑될 수 있다. MAP은 모든 하향링크 서브프레임마다 포함될 수 있으나, 동기 채널 및 미드앰블은 모든 하향링크 서브프레임마다 포함되지 않는다.

동기 채널은 동기 신호를 전송하기 위한 하향링크 물리채널이다. 동기 채널을 통하여 시간 동기, 주파수 동기, 프레임 동기, 채널 추정, 기지국 ID 등을 위한 참조신호(또는 파일럿)가 전송될 수 있다. 동기 채널은 시간, 주파수 및 프레임 동기를 맞추기 위한 P-SCH(primary synchronization channel) 및 채널추정, 기지국의 ID를 위한 S-SCH(secondary synchronization channel)로 구분될 수 있다. P-SCH 및 S-SCH는 적어도 하나의 OFDM 심볼을 포함한다. S-SCH은 3개의 세그먼트를 구분하기 위하여 3k, 3k+1, 3k+2의 부반송파 단위로 나뉘어 사용될 수 있고, 각 세그먼트에는 N개의 직교 시퀀스가 선택적으로 맵핑될 수 있다(k=0,1,...,N-1 이고 3(N-1)+2는 사용되는 부반송파의 수보다 작거나 같다). 3개의 세그먼트는 3개의 섹터 ID를 나타낸다. P-SCH 및 S-SCH는 같은 하향링크 서브프레임에 포함되거나 서로 다른 하 향링크 서브프레임에 포함될 수도 있다. P-SCH 및 S-SCH는 서로 다른 주기를 가질 수 있다. P-SCH을 통한 동기 신호는 하나의 슈퍼 프레임 또는 프레임 단위로 전송될 수 있고, S-SCH를 통한 동기 신호는 다수의 슈퍼 프레임 또는 프레임 단위로 전송될 수 있다.

미드앰블에는 다중 안테나를 이용하는 MIMO 시스템에서 안테나별 채널상태를 구하기 위한 심볼이 맵핑된다. 미드앰블은 적어도 하나의 OFDM 심볼을 차지할 수 있다. 미드앰블에는 각 안테나를 위한 심볼들이 서로 겹치지 않게 맵핑될 수 있다. 미드앰블의 포함여부, 구성 정보는 MAP에서 지시될 수 있다. 미드앰블은 동기 채널을 이용하여 보다 정확한 채널 추정이 수행되도록 동기 채널에 인접하여 배치될 수 있다. 여기서 동기 채널은 채널 추정을 위한 S-SCH일 수 있다.

DL 버스트에는 사용자 데이터 또는 제어정보가 맵핑될 수 있다. DL 버스트에는 다수의 사용자의 데이터 또는 제어정보가 다중화될 수 있고, 이에 대한 정보는 MAP에서 지시될 수 있다.

MAP, 동기 채널, 미드앰블, DL 버스트의 배치는 제한되지 않는다. 예를 들어, 여기서는 동기 채널이 하향링크 서브프레임에 포함되는 것으로 나타내었으나, 동기 채널은 하향링크 서브프레임에 포함되지 않고 두 개의 하향링크 서브프레임 사이에서 별도로 마련되는 적어도 하나의 OFDM 심볼을 차지할 수 있다. 미드앰블은 하향링크 서브프레임의 임의의 OFDM 심볼에 배치될 수 있는데, 동기 채널 및 미드앰블을 이용한 MIMO 시스템의 안테나별 채널을 추정을 위하여 미드앰블은 동기 채널에 가능한 인접하도록 배치될 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하향링크 서브프레임에서 동기채널 및 미드앰블의 배치를 나타낸다.

도 5를 참조하면, 동기 채널 및 미드앰블이 서로 다른 하향링크 서브프레임에서 인접하여 배치되는 경우이다. 미드앰블은 제1 하향링크 서브프레임의 마지막 부분에 배치되고, 동기 채널은 제2 하향링크 서브프레임의 첫 부분에 배치되어 서로 인접할 수 있다. 또는 동기 채널이 하향링크 서브프레임에 포함되지 않고 별도의 OFDM 심볼을 차지하는 경우에는 동기 채널에 인접하는 하향링크 서브프레임의 마지막 부분에 미드앰블이 배치될 수 있다. MAP 및 DL 버스트는 도 4에서 설명한 바와 같다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송방법을 나타낸다.

도 6을 참조하면, 기지국은 동기 채널을 통하여 동기신호를 전송한다(S110). 동기신호는 시간 동기, 주파수 동기, 프레임 동기, 채널 추정, 기지국 ID 등을 위한 참조신호(또는 파일럿)일 수 있다. 동기 채널은 P-SCH 및 S-SCH로 구분될 수 있고, 이때 동기 채널은 채널 추정을 위한 S-SCH일 수 있다.

기지국은 미드앰블을 전송한다(S120). 미드앰블은 동기 채널에 인접한 OFDM 심볼을 통하여 전송될 수 있다. 미드앰블은 동기 채널을 포함하는 서브프레임에서 동기 채널에 인접한 OFDM 심볼을 통하여 전송될 수 있다. 또는 미드앰블은 동기 채널에 앞선 서브프레임의 마지막 OFDM 심볼을 통하여 전송될 수 있다. 여기서는 미드앰블이 동기신호 이후에 전송되는 것으로 나타내었으나, 동기신호와 미드앰블의 전송 순위는 제한되지 않는다.

단말은 수신한 동기신호 및 미드앰블을 이용하여 다중 안테나의 채널을 추정한다(S130). 하나의 송신안테나를 통하여 동기신호가 전송되는 경우, 단말은 동기신호를 통하여 동기신호를 전송하는 송신안테나에 대한 채널을 추정한다. 그리고 단말은 미드앰블을 통하여 나머지 송신안테나에 대한 채널을 추정할 수 있다.

미드앰블이 동기채널과 인접한(contiguous) 또는 동일한 채널 환경을 겪을 정도의 간격의 OFDM 심볼을 통하여 전송됨으로써 보다 정확한 채널추정이 수행될 수 있다. 이하, 미드앰블과 동기채널의 인접성(contiguity)은 미드앰블과 동기채널이 동일한 채널 환경을 겪을 정도의 간격으로 인접하는 것을 의미한다. 연속하여 전송되는 동기신호 및 미드앰블을 이용한 다중안테나의 조합 또는 결합된 송신안테나의 채널이 추정될 수 있다. 이를 위해, 동기신호 및 미드앰블은 다중안테나의 조합을 추정할 수 있는 신호로 전송되거나 결합된 송신안테나의 채널을 추정할 수 있는 신호로 전송될 수 있다. 단말은 동기신호 및 미드앰블를 이용하여 추정한 다중안테나의 조합 또는 결합된 송신안테나의 채널을 이용하여 모든 송신안테나에 대한 채널을 추정할 수 있다.

이하, 동기신호 및 미드앰블을 이용한 다중 안테나의 채널 추정을 수행하는 방법에 대하여 설명한다. 기지국이 2개의 송신안테나 및 4개의 송신안테나를 사용하는 경우를 예를 들어 설명하나, 본 발명은 송신안테나의 수에 제한되지 않는다.

(1) 2개의 송신안테나가 이용될 때 다중 안테나의 결합된 형태의 채널이 추정될 수 있도록 제공되는 경우이다. 미드앰블을 이용하여 2개의 송신안테나의 채널을 개별적으로 추정하는 경우에 비하여, 인접하여 전송되는 동기신호 및 미드앰블 을 이용하는 경우에는 다중 안테나의 결합된 채널로부터 각각의 송신안테나에 대한 채널이 보다 신뢰성 있게 추정될 수 있다.

수학식 1은 동기신호의 k번째 부반송파에서 수신된 신호 r_k 및 미드앰블의 k번째 부반송파에서 수신된 신호 y_k를 나타낸다.

여기서, s_k는 동기신호의 시퀀스, x_k는 미드앰블의 시퀀스이고, α_m,k 및 β_m,k (m=1,2)는 조합계수(combination coefficient)이고, h_m,k (m=1,2)는 2개의 안테나에 대한 채널, n_k, v_k 는 잡음을 의미한다. 동기신호 및 미드앰블의 시퀀스는 기지국과 단말이 서로 알고 있으므로 다중안테나의 결합된 형태의 채널이 추정될 수 있다. 그리고 단말이 조합계수를 알고 있으면, 단말은 동기신호 및 미드앰블의 수신신호를 이용하여 2개의 안테나의 채널을 추정할 수 있다.

CDD(cyclic delay diversity)를 적용하는 경우 동기신호 및 미드앰블의 수신신호는 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.

여기서, θ_k는 CDD의 지연값이다. CDD 지연값은 임의의 값으로 정해질 수 있다. 예를 들어, CDD 지연값으로 CP(cyclic prefix)보다 작은 값이 사용될 수 있다. 또는 CDD 지연값은 CP와 비슷한 크기의 값이 사용될 수 있다. CDD 지연값에는 제한이 없다. 단말이 위상 시프트 값을 알고 있으면 h_m,k (m=1,2)를 구할 수 있다. 단말이 지연값을 모르는 경우에는 h_1,k 및 h_2,k e^jθk를 추정할 수 있다. 즉, 단말은 동기신호 및 미드앰블의 수신신호로부터 각 안테나의 채널을 간단히 분리할 수 있다.

(2) 4개의 송신안테나가 이용될 때 다중안테나의 결합된 형태의 채널이 추정될 수 있도록 제공되는 경우이다.

수학식 3은 4개의 송신안테나의 결합된 형태의 채널이 추정될 수 있도록 전송되는 동기신호의 수신신호를 나타낸다.

동기신호에서 4개의 송신안테나의 결합된 채널의 추정만이 가능한 경우, 미드앰블에서 3가지 조합이 추가로 제공되어 h_m,k (m=1,2,3,4)가 추정될 수 있도록 한다.

표 1은 시간 및 주파수 영역에서 동기신호 및 미드앰블이 CDD 패턴으로 전송 되는 일예를 나타낸다. CDD 지연값은 임의의 값으로 정해질 수 있다. 여기서는 θ_2k, θ_3k 및 θ_4k로 CP(cyclic prefix)보다 매우 작은 CDD 지연값이 사용되는 경우의 일예를 나타낸다. 지연값이 작은 경우 수신신호는 평이한(transparent) 신호로 수신될 수 있다. 즉 채널 추정이 필요없고, 동기신호만 수신하는 단말은 다중 안테나의 전송신호를 단일 안테나의 전송신호와 같이 평이하게 검출할 수 있다.

동기신호 및 미드앰블에서 4개의 송신안테나의 채널이 결합된 형태로 추정된다. 단말은 조합계수를 알고 있으므로 4가지의 결합된 형태의 채널로부터 4개의 송신안테나 각각의 채널을 구할 수 있다.

안테나 3, 4에 추가적인 지연값(φ_3,k, φ_4,k)이 적용되어 동기신호 및 미드앰블이 다른 CDD 패턴으로 전송될 수 있다.

표 2는 시간 및 주파수 영역에서 동기신호 및 미드앰블이 CDD 패턴으로 전송되는 다른 예를 나타낸다. θ_2k, θ_3k 및 θ_4k로 CP보다 매우 작은 CDD 지연값이 사용되고, φ_3,k 및 φ_4,k로 CP와 비슷한 크기의 CDD 지연값이 사용되는 경우이다. 즉, 안테나 2에는 CP보다 작은 CDD 지연값이 사용될 수 있고, 안테나 3, 4에는 CP와 비슷한 크기의 CDD 지연값이 사용될 수 있다. 작은 CDD 지연값 θ에 의해 수신신호는 평이한 신호로 수신될 수 있고, φ는 여러 가지 θ값들과 겹치지 않도록 큰 지연값을 이용할 수 있다.

안테나 2에는 CP보다 작은 CDD 지연값이 사용되고, 안테나 3, 4에는 CP와 비슷한 CDD 지연값이 사용되는 경우, 미드앰블만으로 4개의 송신안테나의 채널을 모두 구할 수 있으나, 동기신호를 이용하여 보다 정확한 채널추정을 수행할 수 있다.

(3) 4개의 송신안테나가 이용될 때 동기신호에서 2개의 다중안테나의 결합된 형태의 채널만이 추정될 수 있도록 제공되는 경우이다. 4개의 송신안테나 중에서 안테나 1, 2가 결합된 형태의 채널 및 안테나 3, 4가 결합된 형태의 채널이 추정될 수 있도록 동기신호가 전송될 수 있다. 즉, 복수의 안테나를 복수의 안테나 그룹으로 나누어 안테나 그룹별로 결합된 형태의 채널을 추정하여 각 송신안테나의 채널을 추정할 수 있다.

표 3은 시간 및 주파수 영역에서 동기신호 및 미드앰블이 CDD 패턴으로 전송되는 또 다른 예를 나타낸다. 안테나 2에는 CP보다 매우 작은 CDD 지연값이 사용될 수 있고, 안테나 3, 4에는 CP와 비슷한 크기의 CDD 지연값이 사용될 수 있다. 예를 들어, θ_2k로 CP보다 매우 작은 CDD 지연값이 사용되고, θ_3k 및 θ_4k로 서로 유사하고 CP와 비슷한 큰 CDD 지연값이 사용될 수 있다.

동기신호에서 구한 안테나 1, 2의 결합된 형태의 채널과 미드앰블에서 구한 안테나 1, 2의 결합된 형태의 채널을 이용하여 안테나 1, 2의 채널을 분리하여 추정할 수 있다. 그리고 동기신호에서 구한 안테나 3, 4의 결합된 형태의 채널과 미드앰블에서 구한 안테나 3, 4의 결합된 형태의 채널을 이용하여 안테나 3, 4의 채널을 분리하여 추정할 수 있다. 즉, 4개의 안테나 중 2개씩 짝지어진 안테나의 결합된 형태의 채널에서 동기신호 및 미드앰블을 이용하여 각각의 안테나의 채널을 추정할 수 있다. 한편, 미드앰블에서 안테나 1, 2 및 안테나 3, 4를 분리하기 위하여 큰 CDD 지연값이 사용되거나 서로 다른 시퀀스가 사용될 수 있다.

안테나 1, 2 및 안테나 3, 4를 구분하기 위하여 안테나 1, 2 및 안테나 3, 4에 대한 미드앰블이 서로 다른 주파수 톤을 이용할 수 있다.

표 4는 시간 및 주파수 영역에서 동기신호 및 미드앰블이 CDD 패턴으로 전송되는 또 다른 예를 나타낸다. 안테나 2, 3, 4의 CDD 지연값으로 CP보다 매우 작은 CDD 지연값이 사용될 수 있다. 예를 들어, θ_2k,θ_3k 및 θ_4k로 CP보다 매우 작은 CDD 지연값이 사용되고, 미드앰블에서 안테나 1, 2 및 안테나 3, 4를 구분하기 위하여 서로 다른 주파수 톤이 사용될 수 있다.

이상, 안테나별로 CDD 지연값이 적용되는 예들에 대하여 설명하였다. 이는 예시에 불과하며, 안테나별로 사용되는 CDD 지연값의 크기에는 제한이 없으며, CDD 지연값이 사용되는 안테나의 순서 및 수에도 제한이 없다.

이와 같이, 동기채널과 미드앰블이 채널변화가 크지 않게 인접하여 구성되고, 이를 통하여 전송되는 동기신호 및 미드앰블을 이용하여 다중 안테나의 결합된 채널을 추정함으로써 각 안테나의 채널을 효율적으로 추정할 수 있다.

단말은 추정된 채널을 바탕으로 기지국으로 피드백(feedback) 신호를 보낼 수 있다(S140). 피드백 신호에는 채널상태를 나타내는 CQI(channel quality indicator), 다중안테나 시스템에서 코드북 기반의 프리코딩을 위한 PMI(precoding matrix indicator), RI(rank indicator) 등이 있다.

도 7은 단말의 요소를 나타낸 블록도이다.

도 7을 참조하면, 단말(50)은 프로세서(processor, 51), 메모리(memory, 52), RF부(RF unit, 53), 디스플레이부(display unit, 54), 사용자 인터페이스부(user interface unit, 55)를 포함한다. 프로세서(51)는 무선 인터페이스 프로토콜의 계층들을 구현하여, 제어 평면과 사용자 평면을 제공한다. 각 계층들의 기능은 프로세서(51)를 통해 구현될 수 있다. 프로세서(51)는 상술한 동기신호 및 미드앰블을 이용한 다중 안테나에 대한 채널추정을 수행한다.

메모리(52)는 프로세서(51)와 연결되어, 단말 구동 시스템, 애플리케이션 및 일반적인 파일을 저장한다. 디스플레이부(54)는 단말의 여러 정보를 디스플레이하며, LCD(Liquid Crystal Display), OLED(Organic Light Emitting Diodes) 등 잘 알려진 요소를 사용할 수 있다. 사용자 인터페이스부(55)는 키패드나 터치스크린 등 잘 알려진 사용자 인터페이스의 조합으로 이루어질 수 있다. RF부(53)는 프로세서와 연결되어, 무선 신호(radio signal)를 송신 및/또는 수신한다.

단말과 네트워크 사이의 무선 인터페이스 프로토콜(radio interface protocol)의 계층들은 통신시스템에서 널리 알려진 개방형 시스템간 상호접속 (Open System Interconnection; OSI) 모델의 하위 3개 계층을 바탕으로 L1(제1 계층), L2(제2 계층), L3(제3 계층)로 구분될 수 있다. 이 중에서 제1 계층에 속하는 물리계층은 물리 채널(physical channel)을 이용한 정보 전송 서비스(information transfer service)를 제공하며, 제3 계층에 위치하는 무선 자원 제어(radio resource control, RRC) 계층은 단말과 네트워크 간에 무선 자원을 제어하는 역할을 수행한다. 이를 위해 RRC 계층은 단말과 네트워크 간에 RRC 메시지를 서로 교환한다.

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 무선통신 시스템을 나타낸 블록도이다.

도 2는 다중안테나를 가지는 송신기를 나타낸 블록도이다.

도 3은 프레임 구조의 일 예를 나타낸다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하향링크 서브프레임에서 동기채널 및 미드앰블의 배치를 나타낸다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하향링크 서브프레임에서 동기채널 및 미드앰블의 배치를 나타낸다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송방법을 나타낸다.

도 7은 단말의 요소를 나타낸 블록도이다.

Claims (7)

1. 무선통신 시스템에서 단말에 의하여 수행되는 채널 추정 방법에 있어서,

   기지국의 복수의 안테나들을 통하여 전송되는 동기신호 및 미드앰블(midamble)을 수신하는 단계; 및

   상기 동기신호 및 상기 미드앰블을 이용하여 상기 복수의 안테나들 각각의 채널을 추정하는 단계를 포함하되,

   상기 복수의 안테나들은 복수의 안테나 그룹으로 구분되고, 상기 동기신호 및 상기 미드앰블은 상기 복수의 안테나 그룹에 속하는 복수의 안테나의 결합된 채널을 추정할 수 있는 형태로 전송되며,

   상기 미드앰블은 상기 복수의 안테나 그룹에 속하는 각 안테나 그룹별로 서로 다른 주파수 톤을 통하여 전송되는 것을 특징으로 하는 채널 추정 방법.
2. 제1 항에 있어서, 상기 동기신호 및 상기 미드앰블은 시간 영역에서 서로 인접하는 OFDM 심볼을 통하여 전송되는 것을 특징으로 하는 채널 추정 방법.
3. 제1 항에 있어서, 상기 복수의 안테나 각각의 동기신호 및 미드앰블은 순환 지연 다이버시티(cyclic delay diversity)에 따라 안테나별로 서로 다른 지연값이 적용되어 전송되는 것을 특징으로 하는 채널 추정 방법.
4. 제3 항에 있어서, 상기 복수의 안테나 중 일부 안테나에는 추가적인 지연값이 적용되는 것을 특징으로 하는 채널 추정 방법.
5. 삭제
6. 삭제
7. 채널 추정을 수행하는 단말에 있어서,

   복수의 안테나를 통하여 전송되는 동기신호 및 미드앰블(midamble)을 수신하는 RF부; 및

   상기 RF부에 연결되고, 상기 동기신호 및 상기 미드앰블을 이용하여 상기 복수의 안테나 각각의 채널을 추정하는 프로세서를 포함하되,

   상기 복수의 안테나들은 복수의 안테나 그룹으로 구분되고, 상기 동기신호 및 상기 미드앰블은 상기 복수의 안테나 그룹에 속하는 복수의 안테나의 결합된 채널을 추정할 수 있는 형태로 전송되며,

   상기 미드앰블은 상기 복수의 안테나 그룹에 속하는 각 안테나 그룹별로 서로 다른 주파수 톤을 통하여 전송되는 것을 특징으로 하는 단말.

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