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KR100773291B1 - 광대역 무선통신시스템의 데이터 버스트 할당 장치 및 방법 - Google Patents

광대역 무선통신시스템의 데이터 버스트 할당 장치 및 방법 Download PDF

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KR100773291B1
KR100773291B1 KR1020040084261A KR20040084261A KR100773291B1 KR 100773291 B1 KR100773291 B1 KR 100773291B1 KR 1020040084261 A KR1020040084261 A KR 1020040084261A KR 20040084261 A KR20040084261 A KR 20040084261A KR 100773291 B1 KR100773291 B1 KR 100773291B1
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Abstract

본 발명은 광대역 무선통신시스템에서 데이터 버스트가 할당되는 데이터 영역(Data Region)을 조정하기 위한 것으로, 송신 데이터 버스트들의 정보를 이용하여 셀 로딩(loading) 값을 산출하는 과정과, 상기 셀 로딩 값을 미리 결정된 임계값(Threshold)과 비교하는 과정과, 상기 셀 로딩 값이 상기 임계값보다 작을 경우, 상기 셀 로딩 값에 근거해서 부채널의 점유율이 전체 시간 구간에서 균등하도록 데이터 영역(Data Region)을 조정하는 과정과, 상기 송신 데이터 버스트들을 상기 조정된 데이터 영역내에 순차적으로 할당하여 송신하는 과정을 포함한다. 이와 같은 본 발명은 셀 로딩(loading)이 작은 경우, 사용하는 자원을 시간축으로 균일하게 분포시킴으로써 자원 편중으로 인해 발생하는 셀간 간섭 및 성능 열화를 제거할수 있는 이점이 있다.
셀로딩, OFDM/OFDMA, 데이터 영역, 데이터 버스트, MAP메시지

Description

광대역 무선통신시스템의 데이터 버스트 할당 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ALLOCATING DATA BURST IN BROADBAND WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
도 1은 IEEE 802.16에서 제안된 하향링크 PUSC(Partial Usage of SubCarrier) 방식에서 데이터 영역(Data Region)의 일 예를 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 H-ARQ 방식을 사용하는 OFDMA 통신시스템에서 셀의 로딩 상태에 따라 데이터 버스트의 할당 영역을 조정하기 위한 절차를 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 OFDMA방식의 통신시스템에서 송신기와 수신기의 구성을 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 H-ARQ 방식을 사용하는 OFDMA 통신시스템에서 단말과 기지국 사이의 메시지 교환 절차를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 H-ARQ MAP 메시지의 구성을 도시하는 도면.
도 6은 본 발명에 따른 H-ARQ MAP 메시지를 이용한 데이터 버스트의 매핑 방식을 설명하기 위한 도면.
본 발명은 광대역 무선통신시스템의 데이터 버스트 할당 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 직교주파수분할다중접속(OFDMA : Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 방식의 통신시스템에서 H-ARQ(Hybrid - Automatic Repeat reQuest) 수행시 셀 로딩(loading)에 따라 데이터 버스트의 할당 영역을 조정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
통상적으로, 차세대 통신 시스템인 4세대(4th Generation) 통신시스템에서는 약 100Mbps의 전송속도를 가지는 다양한 서비스 품질(QoS : Quality of Service)을 가지는 서비스들을 사용자들에게 제공하기 위한 활발한 연구가 진행되고 있다. 현재 3세대(3rd Generation) 통신시스템은 일반적으로 비교적 열악한 채널 환경을 가지는 실외 채널 환경에서는 약 384Kbps의 전송속도를 지원하며, 비교적 양호한 채널 환경을 가지는 실내 채널 환경에서도 최대 2Mbps 정도의 전송속도를 지원한다.
한편, 무선 근거리 통신 네트워크(LAN : Local Area Network) 시스템 및 무선 도시 지역 네트워크(MAN : Metropolitan Area Network) 시스템은 일반적으로 20Mbps∼50Mbps의 전송속도를 지원한다. 그러나, 상기 무선 MAN 시스템은 그 서비스 영역(coverage)이 넓고, 고속의 전송 속도를 지원하기 때문에 고속 통신 서비스 지원에는 적합하나, 사용자, 즉 가입자 단말(Subscriber Station)의 이동성을 전혀 고려하지 않은 시스템이다. 따라서, 현재 4G통신시스템에서는 비교적 높은 전송속도를 보장하는 무선 LAN 시스템 및 무선 MAN 시스템에 이동성(mobility)과 QoS를 보장하는 형태로 연구가 활발하게 진행되고 있다.
상기 무선 MAN 시스템의 물리채널((Physical channel)에 직교주파수분할다중(OFDM : Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식 및 직교주파수분할다중접속(OFDMA : Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 방식을 적용한 것이 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16 통신시스템이다. 즉, 상기 IEEE 802.16 OFDM/OFDMA 통신시스템은 다수의 서브캐리어(sub-carrier)들을 사용하여 물리채널 신호를 송신함으로써 고속 데이터 전송을 실현한다.
이와 같이, OFDMA 통신시스템은 다수의 부반송파들을 사용하므로 무선 자원을 시간 및 주파수의 2차원 평면상에서 할당이 가능하며, 이를 통해 다양한 크기의 데이터 버스트를 능동적으로 전송할수 있다. 한편, 최근에는 셀룰러 망에서 스펙트럼 효율성을 높이기 위해 주파수 재사용도가 1인 시스템에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 상기 주파수 재사용도가 1인 시스템에서는 인접한 셀(또는 섹터)에서 동시에 같은 자원을 사용하기 때문에 인접 채널 간섭(co-channel interference)이 중요한 문제가 된다. 만약, 인접한 셀(또는 섹터)간의 간섭을 제대로 제어하지 못하면 심각한 성능 열화에 빠질 수 있다.
일반적으로, OFDMA 통신시스템에서 데이터 버스트 할당의 최소 단위는 슬롯(slot)으로 시간축 상의 심볼 및 주파수축의 부채널(subchannel)로 구성된다. 슬롯의 정의는 적용되는 심볼의 부반송파 할당 방식에 따라 달라진다. 일례로, 하향링크 PUSC(partial usage of subcarrier)에서는 슬롯을 주파수축으로 한 개의 부채널, 시간축으로 2개의 심볼들로 정의하고 있다. 그리고 이와 같이 슬롯을 일정 구간 묶어 놓은 것을 데이터 영역(Data Region)이라 한다. 즉, 상기 데이터 영역은 트래픽데이터 또는 제어데이터로 구성되는 데이터 버스트(data burst)가 매핑되는 시간 및 주파수의 2차원 영역(또는 자원)을 나타낸다.
도 1은 IEEE 802.16에서 제안된 하향링크 PUSC(Partial Usage of SubCarrier) 방식에서 데이터 영역(Data Region)의 일 예를 도시하고 있다. 여기서, 상기 PUSC 방식은 IEEE 802.16 규격에 정의된 부채널 할당 방식 중 하나로, 전체 주파수 대역 중에서 섹터(sector)별로 일부 주파수 대역만 사용하여 부채널을 구성하는 방식이다. 이 경우 주파수 재사용 계수(reuse factor)는 1보다 크게 된다. 상기 PUSC 방식을 사용할 경우, 인접하는 두 셀의 섹터는 서로 다른 서로 다른 부채널을 사용하기 때문에 섹터간 상호 간섭을 피할 수 있다. 도시된 바와 같이, 하나의 슬롯은 1개의 부채널과 연속된 2개의 심볼들로 구성되고, 하나의 데이터 영역은 심볼과 부채널의 2차원 평면상에서 연속되는 복수의 슬롯들의 집합으로 구성된다. 이때 데이터 버스트는 연결식별자(CID : Connection ID)별로 각 데이터 영역으로 매핑되며, DL/UL MAP 메시지의 심볼 오프셋 값과 부채널 오프셋 값을 통해 프레임 내 절대적 위치를 할당받게 된다.
이와 달리, OFDMA 시스템에서 H-ARQ가 적용될 경우, 데이터 버스트를 1차원적으로 할당하게 된다. 예를 들어, 밴드 AMC 부채널을 사용하는 경우 MAP 메시지는 밴드의 번호를 직접 할당하거나 밴드 비트맵을 이용하여 데이터 버스트를 데이터 영역으로 매핑하고 있으며, 다이버시티 부채널(normal subchannel)을 사용하는 경우 MAP 메시지내 NEP와 NSCH 필드 정보를 통해 해당 데이터 버스트의 부호율과 변조차수 및 할당된 부채널의 수를 전송하고 있다. 이때, 데이터 버스트들은 데이터 영역의 맨 앞쪽 심볼의 첫 번째 부채널 영역부터 순차적으로 할당된다. 즉, H-ARQ로 동작할 경우, 데이터 버스트들을 심볼 오프셋 및 부채널의 오프셋 값에 의해 2차원적으로 할당하는 것이 아니라, 데이터 버스트들을 순차적으로 채우는 1차원적 할당 방식을 사용한다. 이때 순차적으로 할당한다는 것은 도 1과 같은 2차원 평면을 가 정할 때 열(column)단위로 순차로 채우는 것을 의미한다. 즉, 하나의 OFDM 시간구간에 대하여 모든 부채널들을 채우고, 다음 시간 구간으로 이동하는 방식으로 전송할 데이터를 할당한다.
이와 같은 1차원적 할당 방식은 각 셀의 로딩(loading) 상태에 상관없이 항상 프레임 내 앞쪽 부분으로 데이터 버스트의 할당이 편중되는 문제점이 있다. 여기서, 로딩이라 함은 전체 가용 자원 중 실제로 할당되는 자원의 비율로 정의되며, 로딩이 높을수록 인접 셀(또는 섹터)간 간섭이 선형적으로 증가하게 된다. 특히, 상기와 같이 프레임의 일부에 편중되게 자원이 할당될 경우, 인접 셀간 간섭(또는 부반송파 충돌 확률)이 특정 구간에 집중되는 문제점이 있다. 따라서, 셀 로딩이 작을 경우 인접 셀간 간섭을 프레임 전체에서 일정하게 유지할수 있는 방안이 요구된다.
따라서 본 발명의 목적은 직교주파수분할다중접속 방식의 통신시스템에서 셀의 로딩 상태에 따라 데이터 버스트의 할당 영역을 조정하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 직교주파수분할다중접속 방식의 통신시스템에서 H-ARQ로 동작시 셀의 로딩 상태에 따라 데이터 버스트의 할당 영역을 조정하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 직교주파수분할다중접속 방식의 통신시스템에서 인접 셀(또는 섹터)간 간섭을 프레임 전체에서 일정하게 유지하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 직교주파수분할다중접속 방식의 통신시스템에서 인접 셀(또는 섹터)간 부반송파간 충돌 확률을 프레임 전체에서 일정하게 유지하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 일 견지에 따르면, 광대역 무선통신시스템에서 송신 방법은, 송신 데이터 버스트들의 정보를 이용하여 셀 로딩(loading) 값을 산출하는 과정과, 상기 셀 로딩 값을 미리 결정된 임계값(Threshold)과 비교하는 과정과, 상기 셀 로딩 값이 상기 임계값보다 작을 경우, 상기 셀 로딩 값에 근거해서 부채널의 점유율이 전체 시간 구간에서 균등하도록 데이터 영역(Data Region)을 조정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 견지에 따르면, 광대역 무선통신시스템에서 수신 방법은, 수신되는 자원할당 메시지에 데이터 영역 조정에 관한 정보(IE : Information Element)가 존재하는 검사하는 과정과, 상기 정보가 존재할 경우, 상기 정보가 지정하는 조정된 데이터 영역내에서 데이터 버스트를 수신하는 과정과, 상기 정보가 존재하지 않을 경우, 소정 심볼 퍼뮤테이션(permutation) 방식을 위해 할당된 데이터 영역내에서 데이터 버스트를 수신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 견지에 따르면, 광대역 무선통신시스템에서 송신 장치는, 셀 로딩(loading)이 소정 기준보다 작을 경우, 부채널의 점유율이 전체 시간 구간에서 균등하도록 데이터 영역(Data Region)을 조정하는 스케쥴러와, 송신 데이터를 상기 조정된 데이터 영역의 부채널(subchannel)들에 할당하여 출력하는 매핑기와, 상기 매핑기로부터의 상기 부채널들에 할당된 데이터를 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)연산하여 출력하는 IFFT연산기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 견지에 따르면, 광대역 무선통신시스템에서 수신 장치는, 셀 로딩에 따라 조정된 데이터 영역의 정보를 포함하는 자원할당 메시지 수신시, 상기 조정된 데이터 영역내에서 데이터를 수신하도록 제어신호를 발생하는 제어기와, 수신 신호를 FFT(Fast Fourier Transform)연산하여 출력하기 위한 FFT연산기와, 상기 제어기의 제어하에 상기 FFT연산기로부터의 부반송파값들중 실제 데이터가 실린 부반송파값들을 추출하여 출력하는 디매핑기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 방식의 통신시스템에서 셀의 로딩 상태에 따라 데이터 버스트의 할당 영역을 조정하기 위한 방안을 제안한다. 다시 말해, 송신데이터(또는 데이터 버스트)를 심볼(시간)과 부채널(주파수)의 2차원 평면상에 1차원적으로 할당하는 경우, 시간축 상에서 데이터의 분포가 고르게 나타나도록 할당하여 일정 시간 구간에 데이터가 편중됨으로써 발생하는 인접 셀(또는 섹터)간 간섭을 최소화한다. 본 발명은 심볼과 부채널의 2차원 평면상에 1차원적으로 데이터 버스트를 할당하는 모든 시스템에 적용 가능하며, 이하 설명은 H-ARQ 방식을 사용하는 OFDMA 통신시스템을 가정하여 설명하기로 한다.
여기서, 데이터 버스트의 할당 영역을 임의로 조정하기 위해서는 새로운 메시지를 정의하여야 한다. 본 발명에서는 "Load_IE MAP 메시지"를 새롭게 정의하여 데이터 버스트의 할당 영역을 셀 로딩 상태에 따라 능동적으로 조정하기로 한다. 상기 "Load_IE MAP 메시지"가 사용될 경우, 데이터 버스트들은 상기 메시지에서 지정한 데이터 영역 내 순차적으로 할당된다.
하기 <표 1>은 본 발명에서 제안하는 하향링크(downlink) Load_IE MAP 메시지의 구조를 나타내고, <표 2>는 본 발명에서 제안하는 상향링크(uplink) Load_IE MAP 메시지의 구조를 나타낸다.
Syntax Size
Load_IE (){
DL-MAP Type=7 3bits
DL-MAP sub-type
Length 4 bits
DL Symbol offset 8 bits
DL Subchannel offset 6 bits
}
상기 표 1에서 알수 있듯이, 상기 하향링크 Load_IE MAP 메시지는 하향링크에 대한 자원 할당 관련 정보를 포함한다. 상기 "DL-MAP Type" 필드에는 메시지를 식별하기 위한 코드가 기록되고, 상기 "DL Symbol offset" 필드에는 셀의 로딩 상태에 따라 조정된 데이터 영역의 시작 심볼 위치가 기록되며, 상기 "DL Subchannel offset" 필드에는 상기 조정된 데이터 영역에 따른 부채널 오프셋이 기록된다.
Syntax Size
Load_IE (){
UL-MAP Type=7 3bits
UL-MAP sub-type
Length 4 bits
UL Symbol offset 8 bits
UL Subchannel offset 6 bits
}
상기 표 2에서 알수 있듯이, 상기 상향링크 Load_IE MAP 메시지는 상향링크에 대한 자원 할당 관련 정보를 포함한다. 상기 "UL-MAP Type" 필드에는 메시지를 식별하기 위한 코드가 기록되고, 상기 "UL Symbol offset" 필드에는 셀의 로딩 상태에 따라 조정된 데이터 영역의 시작 심볼 위치가 기록되며, 상기 "UL Subchannel offset" 필드에는 상기 조정된 데이터 영역에 따른 부채널 오프셋이 기록된다.
상기한 바와 같이, 상기 하향링크 Load_IE MAP 메시지와 상기 상향링크 Load_IE MAP 메시지는 동일한 구조를 가지며, 상기 메시지들로부터 알 수 있듯이 하향링크 데이터 영역을 조정하는 방식과 상향링크 데이터 영역을 조정하는 방식은 동일하다. 따라서 이하 설명은 하향링크 데이터 영역을 조정하는 방식을 위주로 살펴보기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 H-ARQ 방식을 사용하는 OFDMA 통신시스템에 서 셀의 로딩 상태에 따라 데이터 버스트의 할당 영역을 조정하기 위한 절차를 도시하고 있다. 통상적으로, DL/UL MAP 메시지를 생성하는 것은 기지국 스케쥴러가 담당하므로, 이하 알고리즘을 기지국 스케쥴러에서 수행하는 것으로 가정하여 설명하기로 한다.
도 2를 참조하면, 먼저 스케쥴러는 201단계에서 상위 계층으로부터 전송할 데이터 버스트들의 정보를 수신한다. 그러면, 상기 스케쥴러는 203단계에서 전송해야할 데이터 버스트들의 크기를 바탕으로 현재 셀의 로딩 상태를 판단한다. 이때, 전체 프레임에서 제어 정보 및 MAP 관련 오버헤드를 제외한 순수 유료부하(payload)의 채널 점유율을 나타내는 셀 로딩 팩터(cell loading factor) Γ을 산출한다. 다시 말해, 전체 가용 자원(프레임 자원)에서 제어메시지(MAP메시지 포함)가 차지하는 자원을 감사하여 유효 자원(유료부하)을 산출하고, 상기 유효 자원에 대한 채널(트래픽) 점유율( (채널 점유 자원/ 유효 자원) × 100 )을 구해서 상기 셀 로딩 팩터로 결정한다.
상기 셀 로딩 팩터 값을 산출한후, 상기 스케쥴러는 205단계에서 상기 셀 로딩 팩터 값이 미리 설정된 임계값(Threshold) 보다 큰지를 검사한다. 만일, 상기 셀 로딩 팩터 값이 상기 임계값보다 크면, 상기 스케쥴러는 207단계로 진행하여 기존의 방식대로 데이터 영역을 설정한다. 즉, FUSC(full usage of subcarrier)를 위해 설정된 데이터 영역의 시작점(1st subch/1st sym)을 H-ARQ MAP 메시지 내에 설정한다. 여기서, 상기 FUSC 는 IEEE 802.16 규격에 정의된 부채널 할당 방식 중 하나로, 모든 셀의 모든 섹터들이 전체 주파수 대역을 모두 사용해서 부채널을 구성하는 방식이다. 이 경우 주파수 재사용 계수는 1이 된다. 상기 FUSC 방식은 모든 섹터에서 전체 주파수 대역을 모두 사용하여 부채널을 구성하므로, 섹터간 간섭을 최소화하기 위해 각 섹터마다 부채널의 부반송파 집합을 서로 다르게 구성한다.
이후, 상기 스케쥴러는 213단계에서 상기 전송해야할 데이터 버스트들을 상기 207단계에서 설정된 데이터 영역의 처음부터 순차적으로 할당한다. 이와 같이, 셀의 로딩 상태가 소정 기준 이상이면, Load_IE를 사용하여 프레임내 데이터 버스트의 할당 영역을 조정하더라도 큰 이득이 없으므로, 기존의 방식대로 데이터 버스 트들은 FUSC(full usage subcarrier)를 위해 할당된 데이터 영역내 순차적으로 할당한다. 가령, 로딩이 100%인 경우, 본 발명에 따른 이득은 전혀 없으며, 추가된 MAP 메시지(Load IE)에 따른 오버헤드만 증가하게 된다.
반면, 상기 셀 로딩 팩터 값이 상기 임계값 이하이면, 상기 스케쥴러는 209단계로 진행하여 상기 셀 로딩 팩터 값에 근거해서 데이터 영역을 조정한다. 즉, 조정되는 데이터 영역의 시작 심볼 위치와 상기 데이터 영역의 주파수축 길이에 해당하는 부채널의 수를 설정한다. 이후, 상기 스케쥴러는 211단계에서 상기 조정된 데이터 영역에 따른 자원 할당 정보를 가지고 Load IE를 작성하고 상기 작성된 Load_IE를 H-ARQ MAP메시지 내에 삽입한다.
이후, 상기 스케쥴러는 상기 213단계에서 전송해야할 데이터 버스트들을 상기 209단계에서 설정된 데이터 영역의 처음부터 순차적으로 할당한다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 H-ARQ방식에서처럼 1차원적 데이터 버스트 할당 구조를 갖더라도, 셀 로딩에 따라 사용되는 부채널의 수를 제한하기 때문에, 부채널의 점유율을 전체 시간구간에서 일정하게 유지할수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 OFDMA방식의 통신시스템에서 송신기와 수신기의 구성을 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 송신기는 부호기(301), 인터리버(302), 변조기(303), 매핑기(304), IFFT연산기(305), 병렬/직렬 변환기(306), CP추가기(307), 스케쥴러(308) 및 로딩 제어기(309)를 포함하여 구성되고, 수신기는 CP제거 기(311), 직렬/병렬 변환기(312), FFT연산기(313), 디매핑기(314), 복조기(315), 디인터리버(316), 복호기(317), 스케쥴러(318) 및 로딩 제어기(319)를 포함하여 구성된다.
먼저, 송신기를 살펴보면, 부호기(301)는 상위 계층으로부터 전달되는 송신 데이터(버스트 데이터)를 미리 정해진 부호율로 채널 부호화(channel coding)하여 출력한다. 여기서, 입력되는 정보비트의 개수가 k이고, 부호율이 R이라 할때, 출력되는 심볼의 개수는 k/R이 된다. 예를들어, 상기 부호기(301)는 길쌈부호기(convolutional encoder), 터보부호기(turbo encoder), LDPC(low density parity check) 부호기 등으로 구성될 수 있다. 인터리버(302)는 상기 부호기(301)로부터의 심볼들을 버스트 에러(Burst error)에 강하도록 소정 규칙에 의해 인터리빙하여 출력한다. 변조기(303)는 상기 인터리버(302)로부터의 심볼들을 소정 변조 방식에 의해 신호점 사상하여 복소신호를 출력한다. 예를들어, 상기 변조방식에는 1개의 비트(s=1)를 하나의 복소신호에 사상하는 BPSK(Binary Phase Shift Keying), 2개의 비트(s=2)를 하나의 복소신호에 사상하는 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying), 3개의 비트(s=3)를 하나의 복소신호에 사상하는 8QAM(8ary Quadrature Amplitude Modulation), 4개의 비트(s=4)를 하나의 복소 신호에 사상하는 16QAM 등이 있다.
스케쥴러(308)는 전송해야할 데이터 버스트들의 정보(크기 정보)를 가지고 현재 셀 로딩 팩터(Γ)를 계산하여 소정 임계값(Threshold)과 비교하고, 상기 셀 로딩 팩터 값이 상기 임계값보다 작을 경우 셀 로딩 팩터 값에 근거한 Load IE(정보 엘리먼트)를 작성하여 H-ARQ MAP 메시지에 삽입하며, 상기 Load IE 정보(심볼 오프셋, 부채널 오프셋)를 로딩 제어기(309)로 제공한다. 한편, 상기 H-ARQ MAP 메시지는 서비스를 받고 있는 단말들로 전송된다.
상기 로딩 제어기(309)는 상기 Load IE 정보에 따른 데이터 영역에 송신 데이터가 할당될수 있도록 매핑기(304)를 제어한다. 여기서, 상기 Load IE 정보에 따른 데이터 영역은 앞서 설명한 바와 같이 소정 개수의 부채널들과 전체 시간 구간(FUSC의 전체 시간 구간)으로 정의되는 자원이다.
상기 매핑기(304)는 상기 로딩 제어기(309)의 제어하여 상기 변조기(303)로부터의 복소신호들을 해당 부채널들(또는 부반송파들)에 할당하여 출력한다. 여기서, 상기 부채널들에 할당한다는 것은, 복소신호들 각각을 IFFT연산기(305)의 해당 입력(부반송파 위치)들로 제공하는 것을 의미한다. 여기서, 상기 셀 로딩 팩터가 상기 임계값 이하일 경우, 상기 로딩 제어기(308)의 제어하여 미리 정해진 개수의 부채널들(또는 부반송파들)에만 복소신호가 할당된다.
상기 IFFT연산기(305)는 상기 매핑기(304)로부터의 신호를 역 고속 푸리에 변환하여 시간영역의 샘플 데이터를 출력한다. 병렬/직렬 변환기(306)는 상기 IFFT연산기(305)로부터의 병렬 데이터를 직렬 데이터로 변환하여 출력한다. CP추가기(307)는 상기 병렬/직렬 변환기(306)로부터의 샘플 데이터의 소정 뒷부분을 복사해서 상기 샘플데이터의 앞에 붙여 OFDM심볼을 출력한다. 도시하지는 않았지만, 기저대역 OFDM심볼은 실제 전송 가능하도록 RF(radio frequency)처리된후 안테나(antenna)를 통해 에어(air) 상으로 전송된다.
다음으로, 수신기를 살펴보면, 무선채널을 통해 수신되는 고주파 대역의 신호는 기저대역 신호로 변환되고, 아날로그 기저대역 신호는 시간 샘플 데이터로 변환되어 CP제거기(311)로 입력된다. 상기 CP제거기(311)는 입력되는 샘플 데이터에서 보호구간(CP : Cyclic Prefix)을 제거하여 출력한다. 직렬/병렬 변환기(312)는 상기 CP제거기(311)로부터의 직렬 데이터를 FFT연산기(313)의 입력을 위해 병렬 데이터로 변환하여 출력한다.
FFT연산기(313)는 상기 CP제거기(311)로부터의 데이터를 고속 푸리에 변환(FFT)연산하여 주파수 영역의 데이터를 출력한다. 스케쥴러(318)는 송신기(기지국)로부터 수신되는 H-ARQ MAP 메시지에 근거해서 스케쥴링을 수행한다. 본 발명에 따라 스케쥴러(318)는 상기 H-ARQ MAP 메시지내 Load IE 정보에 따라 하향링크 데이터 영역을 확인하고, 기지국에서 전송되는 데이터 버스트들의 할당 정보(NEP, NSCH )를 이용해 상기 수신기가 수신해야 하는 데이터 버스트의 시작과 끝을 결정하여 로딩 제어기(319)로 제공한다.
상기 로딩 제어기(319)는 상기 스케쥴러(318)로부터의 정보에 따라 디매핑기(314)를 제어한다. 상기 디매핑기(314)는 로딩 제어기(319)의 제어하에 상기 FFT연산기(313)로부터의 부반송파 값들중에서 상기 수신기가 수신해야하는 데이터가 실려 있는 유효한 부반송파 값들을 추출하여 출력한다.
복조기(315)는 상기 디매핑기(314)로부터의 부반송파 값들(복소신호들)을 주어진 복조 방식에 의해 복조하여 심볼들을 출력한다. 디인터리버(316)는 상기 복조 기(315)로부터의 심볼들을 주어진 규칙에 의해 디인터리빙하여 출력한다. 복호기(317)는 상기 디인터리버(316)로부터의 심볼들을 채널 복호화(channel decoding)하여 송신기에서 송신한 정보비트열을 복원한다.
상기한 바와 같이, 전송해야할 데이터 버스트들은 송신기가 자체적으로 파악한 셀의 로딩 상태에 따라 소정 데이터 영역으로 할당된다. 가령, 셀의 로딩이 소정 기준보다 작을 경우, 데이터 버스트들은 주파수축으로 소정 개수의 부채널들과 전체 시간 구간으로 이루어지는 데이터 영역에 순차적으로 할당된다. 즉, 상기 매핑기(304)는 상기 로딩 제어기(309)의 제어에 의해 데이터를 전체 부채널들중 Load IE에서 지정한 일부 부채널들에만 할당하여 출력한다. 한편, 셀 로딩에 따라 조정된 데이터 영역에 대한 정보는 H-ARQ MAP 메시지 내 Load IE를 통해 단말(수신기)로 전송된다. 단말은 기지국으로부터 수신되는 H-ARQ MAP 정보를 바탕으로 해당 데이터 버스트를 수신한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 H-ARQ 방식을 사용하는 OFDMA 통신시스템에서 단말과 기지국 사이의 메시지 교환 절차를 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, 초기 접속시 단말과 기지국은 시그널링 협상(signaling negotiation)을 통해 H-ARQ로 동작할 것을 약속한다(401단계). H-ARQ로 동작할 경우, 상기 기지국은 데이터 영역 할당 정보를 포함하는 H-ARQ MAP 메시지를 작성하여 상기 단말로 전송한다(403단계). 본 발명에 따른 H-ARQ MAP 메시지는 첨부된 도 5에 도시된 바와 같다. 상기 H-ARQ MAP 메시지는 본 발명에 따라 셀 로딩에 따라 조정된 데이터 영역의 할당 정보(Load IE)를 포함한다. 상기 H-ARQ 메시지의 각 정보 엘리먼트(IE : Information element)에 대해서는 이후 설명될 것이므로, 여기서는 자세한 설명을 생략하기로 한다.
상기 H-ARQ MAP 메시지를 전송한후, 상기 기지국은 H-ARQ MAP 정보에 따라 하향링크(DL : downlink) 데이터 버스트들을 상기 조정된 데이터 영역내 순차적으로 할당하여 상기 단말로 송신한다(405단계). 상기 H-ARQ MAP 메시지를 수신시, 상기 단말은 상기 H-ARQ MAP 메시지내 자원 할당 정보에 근거해서 데이터 버스트를 수신하고, 상기 수신된 데이터 버스트의 에러를 검사하여 에러검사결과(ACK 또는 NACK)를 상기 기지국으로 전송한다(407단계).
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 H-ARQ MAP 메시지의 구성을 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 H-ARQ MAP 메시지는, 형식 구성 정보 엘리먼트(Format Configuration IE)(501), 존 스위치 정보 엘리먼트(Zone Switch IE)(502), 로드 정보 엘리먼트(Load IE)(503), 정상 부채널 할당 정보 엘리먼트(Normal Subchannel Allocation IE)(504) 및 밴드 AMC(Adaptive Modulation and Coding) 부채널 할당 정보 엘리먼트(505)를 포함하여 구성된다.
상세히, 상기 형식 구성 IE(501)는 프레임에 대한 구성 정보를 포함한다. 상기 형식 구성 IE(501)를 통해 FUSC(full usage of subcarrier)를 위한 자원(데이터 영역)과 Band AMC를 위한 자원(데이터 영역)을 확인할수 있다. 상기 존 스위치 IE(502)는 심볼의 퍼뮤테이션(permutation) 방식에 대한 정보를 포함한다. 즉, 상 기 존 스위치 IE(502)를 통해 PUSC(Partial usage of subcarrier)로 동작하는지 FUSC로 동작하는지를 확인할수 있다.
상기 로드 IE(503)는 셀의 로딩 상태에 따라 조정된 데이터 영역의 정보를 포함한다. 상기 로드 IE(503)는 앞서 <표 1> 및 <표 2>에서 설명한 바와 같이, 조정된 데이터 영역의 시작을 나타내는 심볼 오프셋(symbol offset) 정보와 주파수축에서 사용되는 부채널의 수를 지정하기 위한 부채널 오프셋(subchannel offset) 정보를 포함한다. 앞서 설명한 바와 같이, 기지국은 셀의 로딩 상태에 따라 상기 로드 IE(503)를 H-ARQ MAP 메시지 내에 삽입할수도 있고 하지 않을 수 있다. 즉, 기지국은 셀의 로딩 상태가 소정 기준 이하일 때, 상기 로드 IE(503)를 H-ARQ 메시지 내에 삽입한다.
상기 정상 부채널 할당 IE(504)는 상기 FUSC로 동작할 경우 각 데이터 버스트의 할당 관련 정보를 포함한다. 즉, 상기 정상 부채널 할당 IE(504)는 서브 패킷(또는 데이터 버스트)의 부호율과 변조차수를 지정하기 위한 정보(NEP)와 할당되는 부채널의 개수 정보(NSCH)를 포함한다. 단말은 상기 NSCH를 통해 각 데이터 버스트의 사이즈를 확인할수 있고, 각 데이터 버스트의 사이즈를 이용해서 자신이 수신해야할 데이터 버스트의 할당 위치를 확인할수 있다. 가령, 사용자 A의 할당 부채널의 개수가 10개이고, 사용자 B의 할당 부채널의 개수가 5개이고, 사용자 C의 부채널 개수가 8개라 하면, 상기 사용자 C는 상기 로드 IE(503)가 지정한 데이터 영역의 시작으로부터 부채널의 개수가 15개 이후인 지점으로부터 자신의 데이터 버스트를 수신하게 된다.
상기 밴드 AMC 부채널 할당 IE(505)는 각 데이터 버스트가 할당되는 밴드의 번호 정보를 포함한다. 만일, 수신기가 상기 로드 IE(503)를 수신하지 않고 바로 상기 정상 부채널 할당 IE(504)를 수신하게 되면, FUSC를 위한 영역의 처음 위치로부터 카운팅된 해당 위치에서 자신의 데이터 버스트를 수신하게 된다.
도 6은 본 발명에 따른 H-ARQ MAP 메시지를 이용한 데이터 버스트의 매핑 방식을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, H-ARQ MAP 메시지 내에 포함되어 있는 형식 구성 IE(501)에 의해 FUSC를 위한 데이터 영역(Data Region)이 할당된다. 이후, 존 스위치 IE(502)에 의해 프레임의 심볼 퍼뮤테이션(permutation) 방식을 선택적(optional) FUSC(full usage of subcarrier)로 변경한다.
한편, 시스템은 현재 셀의 로딩 상태를 파악하고 소정 기준 이하라고 판단될 경우, 상기 로드 IE(503)를 통해 셀의 로딩 상태에 따른 데이터 영역을 지정한다. 이후 상기 로드 IE(503)에서 지정하는 데이터 영역의 시작 위치에서부터 순차적으로 데이터 버스트들을 할당하게 된다. 예를들어, 현재 셀의 로딩이 25% 정도인 경우, 도시된 바와 같이, 상기 로드 IE(503)는 상기 FUSC를 위한 데이터 영역의 하위 25% 영역(또는 상위 25% 영역)을 실제 데이터 버스트를 전송할 데이터 영역으로 조정한다. 상기 로드 IE(503)를 통해 데이터 영역을 조정한후, 할당 IE(504)를 통해 상위 계층으로부터의 데이터 버스트들을 상기 조정된 데이터 영역내에 순차적으로 할당한다.
만약, 상기와 같이 셀의 로딩 상태에 따라 데이터 영역을 조정하지 않고 기존의 할당 방식을 사용한다면, 심볼 축에서 1/4구간동안 부채널의 로딩은 100%이고, 나머지 심볼 구간에서는 0%가 된다. 반면, 상기와 같이 로드 IE(503)를 통해 데이터 영역을 조정하면, 전체 심볼 구간에서 부채널의 로딩은 25%로 균일하게 된다. 즉, 인접 셀(또는 섹터)간 간섭이 특정 시간 구간에 집중되는 문제를 해결할수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정 해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 OFDMA 통신시스템에서 1차원적으로 자원을 할당하는 경우, 셀의 로딩 상태에 따라 데이터 영역을 조정함으로써 자원이 특정 시간에 편중되는 현상을 제거하고 있다. 즉, 셀 로딩이 작은 경우, 할당 자원을 시간축으로 균일하게 분포시킴으로써 자원 편중으로 인해 발생하는 셀간 간섭 및 성능 열화를 제거할수 있다.

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  16. 광대역 무선통신시스템에서 송신 방법에 있어서,
    송신 데이터 버스트들의 정보를 이용하여 셀 로딩(loading) 값을 산출하는 과정과,
    상기 셀 로딩 값을 미리 결정된 임계값(Threshold)과 비교하는 과정과,
    상기 셀 로딩 값이 상기 임계값보다 작을 경우, 상기 셀 로딩 값에 근거해서 부채널의 점유율이 전체 시간 구간에서 균등하도록 데이터 영역(Data Region)을 조정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 송신 데이터 버스트들을 상기 조정된 데이터 영역내에 순차적으로 할당하여 송신하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 조정된 데이터 영역에 대한 정보를 포함하는 자원할당 메시지를 작성하여 수신기로 송신하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 조정된 데이터 영역에 대한 정보는, 상기 조정된 데이터 영역의 시작을 지정하기 위한 심볼 오프셋 값과 점유되는 부채널들을 지정하기 위한 부채널 오프셋 값을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 자원할당 메시지는 H-ARQ((Hybrid-Automatic Repeat reQuest) MAP메시지인 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제16항에 있어서,
    상기 셀 로딩 값이 상기 임계값보다 클 경우, 상기 송신 데이터 버스트들을 FUSC(full usage of subcarrier)를 위해 설정된 데이터 영역내에 순차적으로 할당하여 송신하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 광대역 무선통신시스템에서 수신 방법에 있어서,
    수신되는 자원할당 메시지에 데이터 영역 조정에 관한 정보(IE : Information Element)가 존재하는 검사하는 과정과,
    상기 정보가 존재할 경우, 상기 정보가 지정하는 조정된 데이터 영역내에서 데이터 버스트를 수신하는 과정과,
    상기 정보가 존재하지 않을 경우, 소정 심볼 퍼뮤테이션(permutation) 방식을 위해 할당된 데이터 영역내에서 데이터 버스트를 수신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 자원할당 메시지는 H-ARQ(Hybrid-Automatic Repeat reQuest) MAP 메시지인 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 소정 심볼 퍼뮤테이션 방식은 FUSC(full usage of subcarrier)인 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제22항에 있어서,
    상기 데이터 조정 관련 정보는, 상기 조정된 데이터 영역의 시작을 지정하기 위한 심볼 오프셋 값과 점유되는 부채널들을 지정하기 위한 부채널 오프셋 값을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 광대역 무선통신시스템에서 송신 방법에 있어서,
    H-ARQ(Hybrid-Automatic Repeat reQuest)모드시, 전송할 데이터 버스트들의 정보를 바탕으로 셀 로딩을 산출하는 과정과,
    상기 산출된 셀 로딩 값에 따라 데이터 영역을 설정하고, 상기 설정된 데이터 영역에 대한 정보를 포함하는 자원할당 메시지를 송신하는 과정과,
    상기 전송할 데이터 버스트들을 상기 설정된 데이터 영역내에 순차적으로 할당하여 송신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 자원할당 메시지를 송신하는 과정은,
    상기 셀 로딩 값을 미리 결정된 임계값(Threshold)과 비교하는 과정과,
    상기 셀 로딩 값이 상기 임계값보다 작을 경우, 상기 셀 로딩 값에 근거해서 부채널의 점유율이 전체 시간 구간에서 균등하도록 상기 데이터 영역을 설정하는 과정과,
    상기 설정된 데이터 영역에 대한 정보를 포함하는 자원할당 메시지를 생성하여 송신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제26항에 있어서,
    상기 설정된 데이터 영역에 대한 정보는, 상기 설정된 데이터 영역의 시작을 지정하기 위한 심볼 오프셋 값과 점유되는 부채널들을 지정하기 위한 부채널 오프셋 값을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 광대역 무선통신시스템에서 송신 장치에 있어서,
    셀 로딩(loading)이 소정 기준보다 작을 경우, 부채널의 점유율이 전체 시간 구간에서 균등하도록 데이터 영역(Data Region)을 조정하는 스케쥴러와,
    송신 데이터를 상기 조정된 데이터 영역의 부채널(subchannel)들에 할당하여 출력하는 매핑기와,
    상기 매핑기로부터의 상기 부채널들에 할당된 데이터를 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)연산하여 출력하는 IFFT연산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 스케쥴러는, 상기 조정된 데이터 영역에 대한 정보를 포함하는 자원할당 메시지를 작성하며, 상기 자원할당 메시지는 수신기로 전송되는 것을 특징으로 하는 장치.
  31. 제29항에 있어서,
    상기 조정된 데이터 영역에 대한 정보는, 상기 조정된 데이터 영역의 시작을 지정하기 위한 심볼 오프셋 값과 점유되는 부채널들을 지정하기 위한 부채널 오프셋 값을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  32. 제30항에 있어서,
    상기 자원할당 메시지는 H-ARQ((Hybrid-Automatic Repeat reQuest) MAP메시지인 것을 특징으로 하는 장치.
  33. 제29항에 있어서,
    상기 IFFT연산된 신호를 고주파 대역 신호로 변환하여 송신하기 위한 RF처리기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  34. 광대역 무선통신시스템에서 수신 장치에 있어서,
    셀 로딩에 따라 조정된 데이터 영역의 정보를 포함하는 자원할당 메시지 수신하고, 상기 조정된 데이터 영역내에서 데이터를 수신하도록 제어신호를 발생하는 제어기와,
    수신 신호를 FFT(Fast Fourier Transform)연산하여 출력하기 위한 FFT연산기와,
    상기 제어기의 제어하에 상기 FFT연산기로부터의 부반송파값들중 실제 데이터가 실린 부반송파값들을 추출하여 출력하는 디매핑기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 자원할당 메시지는 H-ARQ((Hybrid-Automatic Repeat reQuest) MAP메시지인 것을 특징으로 하는 장치.
  36. 제34항에 있어서,
    상기 조정된 데이터 영역에 대한 정보는, 상기 조정된 데이터 영역의 시작을 지정하기 위한 심볼 오프셋 값과 점유되는 부채널들을 지정하기 위한 부채널 오프셋 값을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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