KR100866237B1

KR100866237B1 - 고속 무선 데이터 시스템을 위한 변조 차수 결정 장치 및 방법과 그 데이터 수신 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100866237B1
Application number: KR1020040004243A
Authority: KR
Inventors: 김민구; 구영모; 하상혁
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-01-20
Filing date: 2004-01-20
Publication date: 2008-10-30
Anticipated expiration: 2024-01-20
Also published as: KR20050076312A; AU2005205716A1; MXPA06006277A; EP1557994A2; AU2005205716B2; US20050157803A1; CN1906908A; CA2551151A1; JP2007519360A; WO2005069571A1

Abstract

본 발명은 OFDMA 방식을 이용하여 사용자들에게 고속의 무선 데이터 통신 시스템에서 차수 결정 장치 및 방법과 그 데이터 수신 장치 및 방법에 에 관한 것이다.

본 발명의 장치는, 다수의 서브 채널들로 전송되는 패킷 데이터의 변조 차수를 결정하기 위한 장치에 있어서, 전송할 직교 주파수 분할 변조 심볼들의 수, 서브 채널의 수 및 부호화 패킷의 크기를 결정하는 제어부와, 각 사용자들에게 전송될 각 패킷 데이터를 직교 주파수 분할 변조 심볼들의 수, 결정된 서브 채널의 수 및 결정된 부호화 패킷의 수에 근거하여 주파수 대역 효율도(MPR)를 계산하고, 상기 주파수 대역 효율도에 근거하여 변조 차수를 결정하는 변조 차수 및 부호율 결정기를 포함한다.

MPR, OFDMA, 변조, 복조, 부호화, 복호화

Description

고속 무선 데이터 시스템을 위한 변조 차수 결정 장치 및 방법과 그 데이터 수신 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DECIDING MODULATION DEGREE AND RECEIVING DATA IN A HIGH RATE DATA WIRELESS COMMUNICATION}

도 1은 OFDM을 사용하는 IEEE 802.16a 시스템에서 고속 데이터를 전송하기 위한 물리 채널의 구조도,

도 2는 다중 사용자에게 채널 자원을 할당하기 위한 구조도,

도 3은 제안된 방식에 따라 다중 사용자의 채널 자원을 할당한 경우를 예로서 도시한 도면,

도 4는 사용자에게 데이터를 송신하기 위한 물리 채널의 구조도,

도 5는 본 발명에 따라 OFDMA 방식을 사용하여 다중 사용자들에게 채널 자원 할당 구조의 예를 도시한 도면,

도 6은 OFDMA 방식을 사용하는 시스템에서 본 발명에 따라 하나의 슬롯에 변조심볼의 수를 구하기 위한 인자들을 도시한 도면,

도 7은 OFDMA 방식을 사용하는 무선 통신 시스템에서 특정 사용자에게 두 슬 롯 동안 전송되는 예를 도시한 도면,

도 8은 다중 사용자들에게 채널자원 할당 시 한 사용자가 서로 상이한 오류정정부호를 사용하는 경우를 도시한 도면,

도 9는 본 발명에 따른 MPR을 이용하여 각각의 다중 접속 사용자의 부호율과 변조차수를 적용하기 위한 송신기의 블록 구성도,

도 10은 MPR을 사용하는 직교주파수 다중 접속 방식 시스템의 수신기 구조도,

도 11은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 시스템에서 사용자 데이터와 제어 메시지를 전송하기 위한 장치의 블록 구성도,

도 12는 본 발명에 따라 기지국과 각각의 단말기 사이의 동작을 설명하기 위한 개념도.

본 발명은 무선 데이터 통신 시스템에서 변조 차수 결정 장치 및 방법과 그 데이터 수신 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 고속의 무선 데이터 통신 시스템에서 차수 결정 장치 및 방법과 그 데이터 수신 장치 및 방법에 에 관한 것이다.

통상적으로 무선 데이터 통신 시스템은 이동통신 기술을 기반으로 하는 이동통신 시스템과, 무선 랜(Wireless LAN) 또는 WAN(Wide Area Network) 또는 MAN(Metropolitan Area Network) 등이 있다. 상기 이동통신 시스템은 크게 동기식 이동통신 시스템인 CDMA 시스템에 대한 표준화를 진행하는 3GPP2의 표준화 그룹과 비동기식 이동통신 시스템인 UMTS 시스템에 대한 표준화를 진행하는 3GPP의 표준화 그룹으로 나뉘어 각각 고속의 데이터 전송을 위한 시스템들에 대한 개발이 진행 중에 있다.

그러면 상기한 통신 방식들에서 시도되고 있는 적응 변조 및 부호화(Adaptive Modulation & coding : 이하 "AMC"라 칭함)에 대하여 살펴보기로 한다.

먼저 IEEE 802.16a 시스템에 대하여 살펴본다. 상기 IEEE 802.16a 시스템은 직교주파수 다중 접속 방식(Orthogonal Frequency Division Multiple Access : OFDMA)을 사용하는 시스템이다.

도 1은 OFDM을 사용하는 IEEE 802.16a 시스템에서 고속 데이터를 전송하기 위한 물리 채널의 구조도이다. 상기 도 1을 참조하여 살펴보면, 각 사용자들(User 1, User 2, …, User m)에게 전송되는 물리 채널은 모두 동일한 구조를 가진다. 따라서 도 1에서는 동일한 구성요소들에 대하여 동일한 참조번호를 부여하고, 말미에 부가된 a, b, …, m을 달리하여 각 사용자들과 사용자들에 따른 물리채널들을 구분하기 위한 구분자로 사용하였다. 상기 각 사용자들(User 1, User 2, …, User m)의 물리채널에서 사용되는 변수는 같을 수도 있고, 다를 수도 있는 변수 값들을 가진다. 예들 들어 입력되는 패킷의 크기, 부호율, 변조 차수, 전송구간 등이 상이할 수 있다. 그러면 상기 각 물리채널들의 대표로 하나의 제1사용자(User 1)에 대한 물리채널에 대하여 살펴보기로 한다.

물리채널에서 제1사용자(User 1)로 전달할 데이터(User 1 Data)는 CRC(Cyclic Redundancy Check) 부가기(101a로 입력되면, 채널전송 과정에서 잡음에 의해 발생되는 오류를 검출하기 위한 CRC가 부가되어 출력된다. CRC가 부가된 제1사용자 데이터(User 1 Data)는 테일 비트(Tail Bits) 부가기(103)로 입력되며, 테일 비트가 부가되어 출력된다. 상기 CRC는 일반적으로 채널전송 과정에서 잡음에 의해 발생되는 오류를 정정하기 위한 오류정정부호인 순방향 오류 정정 방식(forward error correction : 이하 "FEC"라 칭함)에 사용된다. 무선통신 시스템에서 사용하는 FEC는 일반적으로 길쌈 부호(convolutional codes) 혹은 터보 부호(turbo codes)가 사용된다. 또한 이들 부호는 격자도(Trellis) 상에서 '0' 상태에서 종료하기 위한 종료비트인 테일 비트(Tail bits)를 사용한다. 따라서 테일 비트가 부가된 데이터는 FEC 부호화기(105a)에서 FEC 부호화되어 출력된다. 이 부분에 대한 자세한 설명은 이 분야에 관한 서적에 자세히 기술되어 있으므로 본 발명의 명세서에서는 구체적으로 설명하지 않는다.

다음으로 일반적으로 FEC 부호기(105a)의 출력 심볼의 수와 각각의 사용자에게 할당된 변조 심볼의 수가 일치하도록 하기 위해 심볼 반복 및 천공기(symbol repetition & puncturing)(107a)에서 심볼 반복 및 천공이 이루어진다. 그런 다음 반복 및 천공이 이루어진 심볼은 채널에서 발생되는 연집오류(burst error)를 랜덤(random) 오류로 전환하기 위한 채널 인터리버(INT)(109a)로 입력되어 채널 인터리빙된다. 상기 채널 인터리빙된 심볼들은 변조기(111a)에서 변조되어 출력된다. 상기 변조된 심볼들은 전송 구간 대응기(Sub-carrier or Sub-channel Mapper and NOS or NOOS mapper)(120)에서 각 사용자별로 할당된 전송 구간에 대응하여 서브 캐리어(Sub-carrier) 또는 서브 채널(Sub-channel)의 사상(Mapper)을 수행하고, 슬롯 수(Number of Slots : 이하 "NOS"라 함) 또는 OFDM 심볼 수(Number of OFDM Symbols : NOOS)에 따른 사상을 수행하여 출력한다. 이러한 전송 구간 대응기(120)는 모든 사용자들의 데이터들을 동시에 처리하는 장치이다. 상기 전송 구간 대응기(120)에서 출력된 심볼은 고속 퓨리에 역 변환기(IFFT)(130)로 입력되어 고속 퓨리에 역변환이 이루어져 최종적으로 각 사용자의 데이터는 하나의 캐리어 신호로 전환되어 RF 전송부(도 1에 도시하지 않음)로 전달된다.

상기한 설명에서 NOS 혹은 NOOS은 각 사용자에 할당된 전송구간을 의미하며 사용자 데이터의 크기에 따라서 가변적으로 사용된다. 따라서 NOS 혹은 NOSS가 클수록 하나의 패킷에 주어진 전송시간이 긴 것을 의미한다. 또한 서브 채널이란 직교 주파수 변조방식(Orthogonal Frequency Division Modulation : OFDM)에서 사용하는 서브 캐리어들로 구성된 임의의 하나의 집합을 의미한다. 하나의 서브 채널을 구성하는 서브 캐리어는 주파수 구간에서 항상 순서적으로 배열될 필요는 없으며 일반적으로 특정 패턴에 의해서 복수개의 서브캐리어가 하나의 서브채널을 구성한다. 예를 들어 주어진 주파수 대역폭을 2048개의 직교주파수로 분할하였을 때 서브캐리어가 1번부터 2048번까지 존재한다면 하나의 서브채널은 1, 8, 16, 32, 64와 같이 4개의 서브캐리어로 구성이 가능하다. 그리고 이와 같이 하나의 서브채널을 구성하는 구체적인 서브캐리어의 구성 및 숫자는 각각의 규격에 따라 상이한 형태를 가질 수 있다.

그러면 다중 사용자 채널 자원 할당 구조를 도 2 및 도 3을 참조하여 살펴보기로 한다.

도 2는 다중 사용자에게 채널 자원을 할당하기 위한 구조도이며, 도 3은 다중 사용자의 채널 자원을 할당한 경우를 예로서 도시한 도면이다.

상기 도 2 및 도 3에서 알 수 있는 바와 같이 서브 캐리어는 OFDM에서 사용하는 직교주파수 캐리어를 의미하며, N point IFFT의 N 보다 작거나 같은 값을 가진다. 즉, N=2048인 경우 서브 캐리어의 수는 2048보가 작거나 같을 수 있다. 그리고 상기 도 2 및 도 3에서 SLOT은 전송구간을 의미하며, 하나의 슬롯은 하나 혹은 그 이상의 OFDM 심볼들로 구성된다. 상기 도 2 및 도 3에는 하나의 슬롯이 3개의 OFDM 심볼로 구성된 예를 도시하였다. 또한 상기 도 2 및 도 3의 하단에 표시한 "Payload Burst Length"는 링크 채널의 프레임 중에서 사용자 데이터를 전송하기 위해 사용하는 Burst의 총 길이를 의미한다. 따라서 전체 사용자에게 할당할 수 있는 총 채널 자원은 서브 캐리어 혹은 서브 채널의 최대 수와 Payload Burst Length에 의해 결정된다.

그러면 도 3을 참조하여 실제로 사용자 A, B, C에게 채널자원을 할당한 예를 살펴보기로 한다. 사용자 A는 첫 번째 슬롯 SLOT(0)(300)의 모든 서브 캐리어를 사용한다. 또한 사용자 A는 두 번째 슬롯 SLOT(1)(310)의 서브 캐리어 중 일부를 사용한다. 즉, 상기 사용자 A는 첫 번째 슬롯 SLOT(0)(300)의 모든 서브 캐리어(또는 서브 채널)를 사용하며, 두 번째 슬롯 SLOT(1)(310)의 일부 서브 캐리어(또는 서브 채널)를 사용한다. 그리고 사용자 B와 사용자 C는 두 번째 슬롯 SLOT(1)(310)에서 서로 상이한 서브 캐리어들(또는 채널)을 사용한다.

도 4는 사용자에게 데이터를 송신하기 위한 물리 채널의 구조도이다. 상기 도 4의 구조를 도 1과 대비하여 살펴보면, 모든 구성요소는 동일하나 CRC와 테일 비트(Tail bits)를 부가하지 않는 구조를 가지고 있다. 이는 CRC의 기능을 맥(Medium Access Control : 이하 "MAC"이라 칭함) 계층에서 수행되는 것으로 대치할 수 있기 때문이다. 따라서 상기 도 4에서 405, 407, 409, 411, 420, 430은 각각 도 1의 105, 107, 109, 111, 120, 130에 대응한다. 상기 도 1과 도 4의 구조를 모두 살펴보면, 복수개의 변조기와 복수개의 오류정정부호 부호율을 가지는 경우 각 사용자에게 최적의 성능을 보장하는 부호율과 변조차수에 관한 결정방식을 요구하고 있다.

그러면 이에 대하여 좀 더 상세히 살펴보도록 한다. 전술한 도 1에 도시한 바와 같이 무선통신 시스템에서 패킷 전송 서비스를 위한 물리채널에서는 반드시 변조기가 사용된다. 이와 더불어 무선통신 시스템에서 무선 통신 채널에서 발생되는 잡음에 의한 데이터 오류를 극복하기 위해서 오류정정부호를 사용한다. 일반적으로 고속 무선 데이터 서비스 규격, 예를 들어 IEEE 802.16a는 단말의 이동성을 보장하지 않는 규격이다. 반면에 이동통신 방식인 CDMA2000 1xEV-DV 등은 단말의 이동성을 보장하는 규격이다. 이 둘의 차이는 이동성을 보장하는 시스템의 경우 무선 통신 채널에서 발생되는 잡음에 의한 데이터 오류뿐만 아니라 페이딩에 의한 데이터 오류를 극복하기 위한 다양한 방식이 고려되어야 한다는 점이다. 한 예로 페이딩 채널 환경에서 발생되는 수신 신호 대 잡음 전력비(Signal to noise ratio : 이하 "SNR"이라 함)의 동적인 변화에 송신기가 적극적으로 대응하기 위하여 동일한 하나의 전송 패킷에 대해서 수시로 전송하는 패킷의 변조방식과 오류정정부호의 부호율을 가변하는 AMC 방식이 광범위하게 고려되고 있다.

예를 들어, 서로 다른 크기를 가진 복수개의 패킷이 사용되는 경우 일반적으로 각각의 패킷 크기에 따른 부호율과 변조방식을 다르게 사용한다. 이와 같이 부호율과 변조방식을 다르게 하는 이유는 송신기가 매 순간 전송하는 패킷에 다양성을 제공함으로써 채널의 전송효율을 증가시키기 위한 것이다. 즉, 송신기는 채널의 상태와 상위 계층에서 전달되는 데이터 버퍼 상태들(Data backlog), 사용 가능한 서브 채널 혹은 직교 주파수 변조 방식의 서브 캐리어의 수, 전송구간 등에 따라서 복수개의 패킷 크기 중에서 적절한 패킷 크기를 결정한다. 이러한 전송 패킷을 부호화 패킷(Encoder Packet : 이하 "EP"라 함)이라 정의하면 EP 크기의 선택에 있어 중요한 변수 중에 하나가 변조방식의 선택이다. 즉, 동일한 EP 크기를 가지더라도 전송시간과 사용 가능한 서브 캐리어 혹은 서브 채널의 수에 따라서 최적의 변조방식과 오류정정부호의 부호율이 다르게 결정될 수 있다. 여기서 전송시간을 의미하는 NOS 혹은 NOOS는 일정 시간을 가지는 전송단위로 사용된다. 따라서 NOS 혹은 NOSS가 클수록 하나의 패킷에 주어진 전송시간이 긴 것을 의미한다.

또한 OFDMA를 사용하는 경우 각각의 사용자 혹은 단말에 할당되는 서브 캐리어 및 서브 채널의 수는 채널 상황 및 데이터의 양에 따라 가변적이다. 그러므로 OFDMA를 사용하는 시스템에서 일반적으로 사용자가 사용 가능한 채널 자원은 서브 채널(또는 서브 캐리어)의 수와 NOS(또는 NOOS) 수의 곱으로 주어진다. 일 예로 CDMA2000 1xEV-DV에서는 이러한 변조방식 및 부호율을 결정하는 방식으로 MPR(modulation order product code rate)을 이용하는 방법이 사용되었다. 그러면 이하에서 MPR을 이용하는 방법에 대하여 살펴보기로 한다.

일반적으로 오류정정부호를 사용하는 디지털 시스템에서 오류정정부호의 부호율(code rate)을 계속 감소시켜 가면 이에 따른 부호 이득(coding gain)의 증가량은 완만하게 증가하는 것으로 널리 알려져 있다. 여기서 부호 이득이란, 오류정정부호를 사용하지 않는 통신 시스템에 비해서 오류정정부호를 사용하는 통신 시스템이 상대적으로 가지는 SNR 이득을 의미한다. 따라서 부호율의 감소에 따른 비트오율(bit error rate)은 점진적으로 특정 값으로 포화되는 성향을 보인다. 반면에 부호율을 계속 증가시켜 가면 이에 따른 부호 이득의 증가량은 급격하게 감소하며, 비트 오율의 증가량 또한 급격하게 증가되는 특징을 가진다. 이는 Shannon의 Channel Capacity Theory에 의한 결과로 이미 이 분야에서는 널리 공지된 사실이다.

한편, 디지털 변조방식에서 변조차수(modulation order)의 증감에 따른 동일한 신호 대 잡음 비에서 비트오율의 변화는 그 범위가 제한되어 있으며 고차의 변 조차수를 가지는 디지털 변조방식일수록 동일한 비트 오율을 달성하기 위해 요구되는 SNR이 큰 것으로 알려져 있다. 따라서 만일 하나의 시스템이 변조 심볼 전송율 고정하여 사용한다고 가정하는 경우 오류정정부호의 부호율과 디지털 변조방식의 변조차수를 결정할 수 있는 많은 조합이 존재한다. 그러나 상술한 오류정정부호의 특징과 디지털 변조방식의 특징을 고려할 때, 부호율이 상대적으로 낮은 경우에는 고차 변조 방식(higher order modulation)을 사용하여 부호율을 더 낮추는 것보다는 변조 차수(modulation order)가 낮은 변조방식 예를 들어 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)를 사용하는 것이 효율적이다. 반대로 부호율이 상대적으로 높은 경우에는 고차 변조 방식(higher order modulation scheme)을 사용하여 부호율을 낮춤으로써 비트 오율의 증가를 효과적으로 막는 것이 바람직하다.

하지만, 동일한 주파수 대역 효율도(spectral efficiency)에서 부호율은 변조차수가 결정된 후 계산되는 값이므로, 변조차수가 결정되지 않은 상태에서 부호율의 크기를 말하는 것은 정확하지 않다. 예를 들어 본 출원의 발명자가 기출원한 이전 발명에서 변조차수(modulation order)와 부호율(code rate)을 모두 반영하는 일종의 주파수 대역 효율도(spectral efficiency) 개념인 MPR(modulation order product code rate)이라는 새로운 함수가 정의되었다. 현재 CDMA2000 1xEV-DV의 규격을 보면 순수한 데이터가 전달되는 Payload의 변조 심볼(modulation symbol)의 개수는 송신기가 사용 가능한 가용 왈시 심볼 수(Number of Available Walsh codes : NAWC)와 가용 슬롯 수(Number of slots per sub-packet : NOS)의 함수로서, 하기 <수학식 1>과 같이 정의된다.

payload modulation symbols =

1536× ((# of Walsh codes)/32) × (slots per sub-packet)

상기 <수학식 1>에서 1536은 하나의 1xEV-DV 슬롯에 대응되는 PN 칩의 수를 의미한다. 상기 1xEV-DV 시스템에서 한 슬롯은 1.25msec이다. 따라서 1.2288Mcps를 가정하는 경우에 1.25msec에 할당되는 총 칩의 수를 의미한다. 또한 상기 <수학식 1>의 값은 변조차수와 부호율의 함수로도 표현 가능하며, 이를 수학식으로 도시하면 하기 <수학식 2>와 같이 도시할 수 있다.

payload modulation symbols = (EP size)/((modulation order) × (code rate))

상기 <수학식 2>에서 변조차수(Modulation order)와 부호율(Code rate)의 곱을 MPR(Modulation order Product code Rate)이라 정의한다. 그러면 상기 <수학식 1>과 상기 <수학식 2>를 이용하면, MPR은 하기 <수학식 3>과 같이 계산될 수 있다.

MPR = (EP size)/(payload modulation symbols)

= (EP size)/(48 × (# of Walsh codes) × (slots per sub-packet))

상기 <수학식 3>에서 보듯이 MPR은 EP 크기, number of Walsh codes, slots per sub-packet의 함수로서, 이들 파라미터(parameter)가 주어지면 일정한 값으로 정해진다. 이 경우, 변조 차수(modulation order)를 증가시키면 부호율(code rate) 은 감소하고, 변조 차수를 감소시키면 부호율은 증가하게 된다. 여기서 MPR의 의미를 분석하면 다음과 같다. 만일 계산된 MPR이 매우 작다는 것은 특정 변조차수를 가정하는 경우 부호율이 상대적으로 매우 낮다는 것을 의미한다. 예를 들어 QPSK의 경우 변조차수가 2이므로 MPR = 0.5인 경우 이것은 부호율이 1/4(=0.5/2)임을 의미한다. 반대로, MPR이 매우 크고, 특정 변조 차수로 결정된 경우를 고려하면, 부호율이 상대적으로 매우 높다는 것을 의미한다. 예를 들어 QPSK의 경우 변조차수가 2이므로 MPR=4/3인 경우 이것은 부호율이 2/3(=(4/3)/2)임을 의미한다. 따라서 MPR이 작을 때는 QPSK를, MPR이 클 때는 8-PSK나 16-QAM 혹은 64-QAM을 사용하는 것이 유리하다. 그러나 MPR이 중간 정도의 값을 가질 경우에는 어떤 변조 방법을 사용하는 것이 에러율(error rate)을 떨어뜨리는데 더 유리한지를 결정하는 것이 쉽지 않다. 이를 위한 정확한 기준 없이 변조 차수를 임의로 정하는 것은 시스템의 처리율(system throughput)을 저하시키는 요인으로 작용할 것이다.

한편 한국에서 2.4Ghz 대역에서 사용할 무선 통신 시스템인 HPi에 현재까지 제안된 바에 따르면 각 데이터 율 테이블(Data rate table)에는 서브 채널의 수에 따라 120여 개의 서로 상이한 변조 방식과 오류정정부호 부호율의 조합이 가능하도록 구성되어 있다. 그러나 HPi 시스템에서 상기한 서브 채널의 수에 따른 변조 방식 및 오류정정보호의 부호율을 선택하는 방법이 제시되고 있지 않는 상태이다. 특히 직교 주파수 변조 방식 혹은 직교 주파수 분할 다중 접속 방식을 사용하는 시스템에서 각 데이터율(Data rate)에 상응하는 변조방식과 오류정정부호 부호율의 관계를 구체적으로 분석하지 못하고 있다. 뿐만 아니라 직교 주파수 분할 다중 접속 방식을 사용하는 경우 각각의 사용자 혹은 단말에 할당되는 채널자원을 효율적으로 운영하기 위해서는 서브 캐리어 및 서브 채널 그리고 슬롯의 수 뿐만 아니라 OFDM 심볼의 수도 채널 상황 및 데이터의 양에 따라 가변적으로 결정해야 한다. 이러한 사항들이 고려되어야 최적의 변조방식 및 부호율 결정방식이 될 수 있다.

따라서 본 발명의 목적은 고속 무선 데이터 시스템에서 다양한 변조 방식과 부호율을 결정하여야 하는 경우 데이터 전송의 효율을 최대화 할 수 있는 송신기 장치 및 송신 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 다양한 변조 방식과 다양한 부호율이 사용되는 고속 무선 데이터 시스템에서 데이터 전송 효율을 높일 수 있는 변조 방법을 결정하고, 부호율을 결정하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 송신기가 다양한 패킷의 크기를 사용하고 채널 상태와 데이터 버퍼의 상태와 서브 캐리어의 수와 OFDM 심볼의 수 및 전송 구간 등에 따라 복수개의 변조방식과 오류정정 부호방식 중 하나를 선택하여 전송하는 경우 최적의 변조차수와 오류정정 부호의 부호율을 결정하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 시간적으로 가변적하여 전송 방식을 결정하는 통 신 시스템에서 효율적인 AMC의 선택 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 다수의 서브 채널들로 전송되는 패킷 데이터의 변조 차수를 결정하기 위한 장치에 있어서, 전송할 직교 주파수 분할 변조 심볼들의 수, 서브 채널의 수 및 부호화 패킷의 크기를 결정하는 제어부와, 각 사용자들에게 전송될 각 패킷 데이터를 직교 주파수 분할 변조 심볼들의 수, 결정된 서브 채널의 수 및 결정된 부호화 패킷의 수에 근거하여 주파수 대역 효율도(MPR)를 계산하고, 상기 주파수 대역 효율도에 근거하여 변조 차수를 결정하는 변조 차수 및 부호율 결정기를 포함한다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 다수의 서브 채널들로 전송되는 패킷 데이터의 변조 차수를 결정하기 위한 방법에 있어서, 전송할 직교 주파수 분할 변조 심볼들의 수, 서브 채널의 수 및 부호화 패킷의 크기를 결정하는 과정과, 상기 전송될 직교 주파수 분할 변조 심볼들의 수와 서브 채널들의 수 및 부호화 패킷의 크기에 근거하여 전송할 패킷 데이터의 주파수 대역 효율도(MPR)를 계산하는 과정과, 상기 계산된 주파수 대역 효율도에 따라 변조 차수를 결정하는 과정을 포함한다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 수신 장치는, 다수의 서브 채널들로 전송되는 패킷 데이터의 수신 장치에 있어서, 제어 메시지에서 서브 채널의 수 정보와 서브 채널 인덱스 및 변조차수 정보를 추출하는 제어 메시지 검출부와, 상기 서브채널들의 수와 서브채널 인덱스 정보 및 변조 차수 정보에 근거하여 트래픽 데이터를 복조 및 복호하는 트래픽 처리부를 포함하며, 상기 변조 차수는 송신기에서 하기의 식으로 계산됨을 특징으로 한다.
MPR = (EP size)/(payload modulation symbols)
= (EP size)/(48 × (# of Walsh codes) × (slots per sub-packet))
,상기 EP는 부호화 패킷(Encoder packet)을 의미한다.

삭제

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 수신 방법은, 다수의 서브 채널들로 전송되는 패킷 데이터의 수신 방법에 있어서,제어 메시지에서 서브 채널의 수 정보와 서브 채널 인덱스 정보 및 변조차수 정보를 추출하는 과정과, 상기 서브채널들의 수와 서브채널 인덱스 정보 및 변조 차수 정보에 근거하여 트래픽 데이터를 복조 및 복호하는 과정을 포함하며, 상기 변조 차수는 송신기에서 하기와 같이 계산됨을 특징으로 하는 패킷 데이터의 수신 방법.
MPR = (EP size)/(payload modulation symbols)
= (EP size)/(48 × (# of Walsh codes) × (slots per sub-packet))
,상기 EP는 부호화 패킷(Encoder packet)을 의미한다.

삭제

이하 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

본 발명을 설명하기에 앞서 데이터율과 서브 채널에 대하여 살펴본다. 각 데이터율 테이블(Data rate table)에는 서브 채널의 수에 따라 120여개의 서로 상이한 변조 방식과 오류정정부호 부호율의 조합이 가능하도록 구성하고 있다. 따라서 본 발명에서는 직교 주파수 변조 방식(OFDM) 혹은 직교주파수 분할 다중접속 방식(OFDMA)을 사용하는 시스템에서 각 데이터 율(Data rate)에 상응하는 변조방식과 오류정정부호 부호율의 관계를 분석할 수 있는 방법을 제공한다. 그리고 본 발명에 따라 제공되는 분석 방법에 따라 변조차수(modulation order) 및 오류정정부호의 부호율을 결정하는 기준과 구체적인 방법을 제시한다.

도 5는 OFDMA 방식을 사용하는 고속 무선 데이터 시스템에서 본 발명에 따른 방식으로 다중 사용자들에게 채널 자원 할당 구조의 예를 도시한 도면이다. 이하 도 5를 참조하여 다중 사용자들에게 본 발명에 따른 방식으로 채널 자원을 할당된 상태에 대하여 설명하기로 한다.

종래 기술에서 전술한 바와 같이 하나의 사용자에게 할당되는 채널자원의 크기는 서브 채널 혹은 서브 캐리어의 수와 슬롯의 수로 결정된다. 따라서 상기 도 5의 사용자 A, 사용자 B는 상기한 바와 같이 서브 채널 혹은 서브 캐리어의 수와 슬롯의 수로 채널 자원이 할당되어 있다. 이를 좀 더 상세히 설명하면, 사용자 A에게는 제1슬롯 SLOT(0)(500)의 모든 채널들이 할당되어 있으며, 제2슬롯 SLOT(1)(510) 전체에서 특정한 서브 캐리어들을 점유하여 데이터 전송을 수행한다. 그리고 사용자 B 또한 제2슬롯 SLOT(1)(510) 전체에서 특정한 서브 캐리어들을 점유하여 데이터 전송을 수행한다. 그러나, 본 발명에서는 도 5의 사용자 C와 같이 특정한 사용자는 슬롯을 단위로 데이터를 전송하지 않을 수 있는 경우를 가정한다. 즉, 본 발명에서는 상기 도 5의 사용자 C에게 전송되는 데이터(513)와 같이 OFDM 심볼을 기준으로 오류정정부호를 전송하는 경우가 발생할 수 있다. 이러한 경우는 실제로 잉여 증가(Incremental Redundancy)를 사용하는 복합 자동 재전송 방식(Hybrid Automatic Repeat Request: 이하 "HARQ"라 함) 등이 사용되거나 혹은 슬롯 단위로 전송이 이루어지지 않고 심볼 단위로 전송되는 시스템 등의 경우이다. 또한 채널자원의 효율적인 사용을 위하여 오류정정부호의 블록 크기를 좀 더 세분하여 사용할 필요가 요구될 때 이러한 방법이 사용될 수 있다. 따라서 이와 같이 다양한 구조의 채널 자원 할당 즉, 구체적으로는 오류정정부호를 위한 블록크기를 제공하는 시스템에서 주어진 블록크기에 대한 변조방식의 결정이 문제가 된다.

그러면 이러한 경우에 대하여 좀 더 상세히 설명하며, 이때 본 발명에서 이를 위해 블록 크기 등에 맞춰 변조 방식의 결정 및 부호율의 결정 방법에 대하여 하기에서 살펴보기로 한다. 상위계층 예를 들어 MAC 계층으로부터 전송하고자 하는 패킷의 크기에 따라서 EP 크기가 결정된다고 가정한다. 그리고 채널자원 할당방법에 의해 하나의 사용자에게 서브 채널(혹은 서브 캐리어)의 수와 슬롯(혹은 OFDM 심볼)의 수가 결정된다고 가정하자. 그러면, 이러한 상황에서 송신기는 최적의 변조방식을 결정하여야 한다. 일반적으로는 한 사용자에게 할당되는 변조 심볼의 수 는 하기의 3가지 인자를 이용하여 구할 수 있다.

< 인자 >

1. N_SC : 하나의 서브 채널 및 하나의 OFDM 심볼 당 할당되는 서브 캐리어의 수

2. N_OS : 하나의 슬롯 당 할당된 OFDM 심볼의 수

3. N_MS : 하나의 슬롯 및 하나의 서브채널로 구성된 채널자원에 할당된 변조 심볼의 수 (=

x

)

그러면, 상기한 3가지 인자를 도 6을 참조하여 살펴보기로 한다. 도 6은 OFDMA 방식을 사용하는 시스템에서 본 발명에 따라 하나의 슬롯에 변조심볼의 수를 구하기 위한 인자들을 도시한 도면이다.

상기 도 6에 도시한 바와 같이 하나의 슬롯은 3개의 OFDM 심볼이 전송되는 경우로 가정하였다. 이와 같이 하나의 슬롯에 3개의 OFDM 심볼이 전송되는 경우 N_SC(601)는 하나의 서브 채널에 할당된 서브 캐리어의 수가 될 수 있다. 상기 도 6에서는 하나의 서브 채널에 할당된 서브 캐리어의 숫자를 16개로 가정하여 도시하였다. 또한 이러한 서브 채널에 할당되는 서브 캐리어의 숫자는 전송되는 OFDM 심볼의 숫자에 따라 다르게 구성될 수 있다. 또한 N_OS(602)는 상기 인자에서 살펴본 바와 같이 하나의 슬롯에 할당되는 OFDM 심볼의 수이다. 따라서 상기 N_OS는 3이 된다. 그러면 이러한 구성에 따라 하나의 서브 채널로 구성된 채널 자원에 할당되는 변조 심볼의 수는 상기 인자에서 밝힌 바와 같이 구성될 수 있다. 이를 상기 도 6의 가정에서 살펴보면, "16 X 3"이 되므로 하나의 서브 채널로 구성된 채널 자원에 할당되는 변조 심볼이 수는 48개의 변조 심볼이 전송된다. 상기 "인자"에서 밝힌 바와 같이 변조 심볼이 아닌 서브 캐리어의 수로 표현되는 경우에는 N_MS는 48개의 서브 캐리어를 지시하는 것이 된다.

따라서 위와 같은 OFDMA에 상술한 MPR을 사용하는 경우 하기 <수학식 4>와 같이 MPR 값을 계산할 수 있다.

상기 <수학식 4>에서 N_SCH는 서브채널의 수를 의미한다. 그러나 상기 <수학식 4>는 상기 도 5의 사용자 B와 같이 오류정정부호를 위한 블록이 모든 슬롯이 항상 동일한 수의 서브채널을 가진다는 가정을 한 경우이다. 따라서 상기 도 5의 사용자 A와 같이 각각의 슬롯에 대해서 상이한 서브채널의 수를 가지는 경우는 하기 <수학식 5>와 같이 MPR을 수정하여 사용하여야 한다.

상기 <수학식 5>에서 N_SCH,k는 k번째 슬롯에 할당된 서브채널의 수를 의미한다. 그러면 이를 도 7을 참조하여 좀 더 상세히 살펴보기로 한다. 도 7은 OFDMA 방 식을 사용하는 무선 통신 시스템에서 특정 사용자에게 두 슬롯 동안 전송되는 예를 도시한 도면이다. 상기 도 7의 예에서 알 수 있는 바와 같이 사용자 A(USER A)에게 첫 번째 슬롯 SLOT(0)에 12개의 서브 채널을 통해 OFDM 심볼을 전송하며, 두 번째 슬롯 SLOT(1)에 8개의 서브 채널을 통해 OFDM 심볼을 전송한다. 따라서 첫 번째 슬롯 SLOT(0)에서 서브 채널의 수 N_SCH,0는 12개이고, 두 번째 슬롯 SLOT(1)에서 서브 채널의 수 N_SCH,1는 8이다. 또한 전체 서브 채널에 할당된 변조 심볼의 수 N_MS는 48인 경우가 된다. 그러므로 MPR은 상기 <수학식 5>에 의해 N_EP/(48x12+48x8)로 주어진다.

다음으로 만일 송신기가 HARQ 등을 위해서 보다 세분화된 오류정정부호 블록을 사용한다면 송신기는 OFDM 심볼을 기준으로 전송단위를 결정할 수 있다. 즉, 도 5의 사용자 C에게 전송되는 데이터(513)에 해당하는 경우가 여기에 해당한다. 이러한 경우 MPR은 하기 <수학식 6>과 같이 결정된다.

상기 <수학식 6>에서 N_OS,k,j는 k번째 슬롯 및 j번째 서브채널에 할당된 전체 OFDM 심볼의 수를 의미한다. 그리고 N_SCH,k는 k번째 슬롯에서 서브 채널의 수를 의미한다.

도 8은 고속 데이터 시스템에서 다중 사용자들에게 채널자원 할당 시 한 사용자가 서로 상이한 오류정정부호를 사용하는 경우를 도시한 도면이다. 상기 도 8에서는 사용자 A에게 각기 다른 오류정정부호를 사용하여 데이터를 전송하는 경우를 도시하였다. 즉, 사용자 A에게 첫 번째 슬롯 SLOT(0)에 제1데이터(USER A-1)(801)와, 첫 번째 슬롯 SLOT(0)에 제2데이터(USER A-2)(802)와, 두 번째 슬롯 SLOT(1)에서 제3데이터(USER A-3)(803)를 전송한다고 가정하며, 상기 각 서비스가 서로 상이한 서비스 품질(quality of services : 이하 "QoS"라 함)을 가지는 경우에 각각의 서비스마다 MPR은 상이하게 주어질 수 있다. 이 경우에도 상기 <수학식 5> 또는 상기 <수학식 6>에 의해서 주어지는 MPR에 의해 변조차수와 오류정정부호의 부호율이 결정된다.

다음으로 송신기가 MPR로부터 각각의 사용자에게 오류정정부호의 부호율 R과 변조기의 변조차수(modulation order : MO)를 결정하는 방식에 관하여 기술한다. 우선 송신기는 하나의 전송 프레임(5msec)에 대해서 앞서와 같이 순방향 링크(Down Link : DL) 다중접속 사용자 수에 따른 채널자원 할당을 정한다. 제어기는 각각의 다중접속 사용자에게 할당된 서브채널(혹은 서브 캐리어)의 수와 슬롯(혹은 OFDM 심볼)의 수 그리고 각각의 사용자에 할당된 EP 크기에 따라서 각각의 다중접속 사용자에 대한 MPR을 구한다. 다음으로 MPR에 따라서 각각의 다중접속 사용자는 아래와 같이 주어진 변조차수 결정 임계 값에 따라서 우선 변조차수를 결정한다. 여기서 임계 값은 사전에 실험에 의해서 주어지는 값으로 사용하는 오류정정부호에 따라서 차이를 가질 수 있다. 여기서는 오류정정부호로 터보부호를 사용하는 시스템을 가정한다. 왜냐하면 대부분의 고속데이터 시스템이 부호이득이 큰 터보부호를 사용하고 있기 때문이다. 따라서 이에 따른 임계 값을 사용하였다. 그러나 만일 다른 오류정정부호를 사용하는 경우에는 이 값이 상이할 수 있음을 명시하며 이 값은 사전에 실험에 의해 결정되고 이후에는 변하지 않는 값임을 명시한다. 하기의 <수학식 7> 내지 <수학식 9>에서 MPR_TH1은 QPSK와 16QAM을 결정하는 임계 값을 의미하며 MPR_TH2는 16QAM과 64QAM을 결정하는 임계 값을 의미한다. 여기서는 MPR_TH1로 1.5를 그리고 MPR_TH2로 3.2, 그리고 MPR_TH3로 5.4를 각각 가정하였다. 상기와 같은 과정에 의해 변조차수가 결정되면 MPR로부터 오류정정부호의 부호율 R은 하기 <수학식 10>과 같이 MPR과 변조차수(MO)의 비로 결정된다. 따라서 각각의 다중접속 사용자는 각각 자신의 변조차수와 오류정정부호 부호율을 상기의 방식에 의해 구하고 이를 오류정정부호기와 변조기에 전달한다. 또한 만일 시스템이 부호율을 정합하기 위해서 심볼천공(symbol puncturing) 및 심볼반복(symbol repetition)을 사용하는 경우 이러한 천공 및 반복의 수를 부호율로부터 계산하여 심볼반복 및 천공기 전달한다. 이러한 부호율 정합의 방법에는 여러 가지 방식이 있으며 본 명세서에서는 이들 방식에 대해서 구체적으로 기술하지 않는다.

0.0 ＜ MPR <= MPR_TH1 then QPSK is selected

MPR_TH1 ＜ MPR <= MPR_TH2 then 16QAM is selected

MPR_TH2 ＜ MPR <= MPR_TH3 then 64QAM is selected

부호율 (R) = MPR/MO(변조차수)

도 9는 본 발명에 따른 MPR을 이용하여 각각의 다중 접속 사용자의 부호율과 변조차수를 적용하기 위한 송신기의 블록 구성도이다. 이하 도 9를 참조하여 본 발명에 따른 MPR을 적용하기 위한 장치의 블록 구성 및 동작에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

각각의 다중접속 사용자들은 제어부(HOST 또는 CPU 또는 DSP)(900)는 각 사용자들(User 1, User 2, …, User m)로 전달할 사용자 데이터를 출력한다. 제어부는 모뎀 내에 혹은 모뎀 밖의 DSP내에 구현될 수 있다. 동시에 상기 제어부(900)는 본 발명에 따라 NOS, NOOS, 서브채널의 수, EP 크기 등의 정보를 변조 차수 및 부호율 결정기(940)로 출력한다. 먼저 물리 채널의 구조에 대하여 살펴보면, 상기 물리 채널의 구조는 종래기술인 도 1에서 살핀 바와 동일한 구조를 가진다. 따라서 상기 도 9의 참조부호 901, 903, 905, 907, 909, 911, 920, 930들은 종래기술에서 전술한 도 1의 참조부호 101, 103, 105, 107, 109, 111, 120, 130에 각각 대응한다. 그러나 상기 도 9에서는 종래 기술에서 설명한 도 1과 차별화되는 부분이 존재한다. 상기 도 1과 차별화되는 부분을 살펴보면 하기와 같다. 부호화기(905)는 후술할 변조 차수 및 부호율 결정기(940)에서 결정된 값의 부호율로 사용자 데이터를 부호화하여 출력한다. 또한 심볼 천공 및 반복기(907) 또한 후술할 변조 차수 및 부호율 결정기(940)에서 결정된 값에 따라 천공 및 반복 값이 결정되며, 변조기(911) 또한 후술할 변조 차수 및 부호율 결정기(940)에서 결정된 값에 따라 변조 차수가 결정된다. 따라서 각 사용자들의 물리채널에서 결정되는 부호율과 심볼 천공 및 반복과 변조 차수가 결정되는 것이다.

그런데, 종래기술에서는 이러한 부호율의 결정, 심볼의 천공 및 반복, 변조 차수의 결정을 위한 어떠한 근거가 마련되어 있지 않았으므로 앞에서 상술한 MPR에 따라 결정한다는 것이다. 또한 상기 도 9에서는 편의상 서브 채널만을 표시하였지만 시스템에 따라서는 서브캐리어 수를 입력변수로 사용할 수 도 있다. 또한 상기 변조 차수 및 부호율 결정기(940)는 심볼천공 및 반복을 위한 파라미터도 전달한다. 예를 들어 오류정정부호기가 최저 부호율 1/3을 사용하고 있고 MPR에 의해 결정된 부호율이 1/6인 경우 변조 차수 및 부호율 결정기(940)는 심볼 천공 및 반복기(907)로 파라미터 값을 출력하며, 예를 들어 2배의 심볼 반복을 요구하는 값을 전달할 수 있다. 만일 2배의 심볼 반복 파라미터를 전달하고, 부호율이 1/3인 경우 최종 부호율은 1/6이 된다. 이와 같이 MPR에 의한 부호율 및 변조 차수의 결정은 도 9와 같이 구현될 수 있다. 그러나 상기 도 9와 다른 방법을 사용할 수도 있다. 상기 도 9와 다른 방법으로 상기 도 9에 의해 계산될 수 있는 모든 값들을 테이블로 저장하여 사용할 수도 있다. 테이블로 구현 시 모뎀 밖으로 구현할 수 있음은 자명한 사실이다. 이러한 경우 변조 차수 및 부호율 결정기(940)는 테이블로 대치된다. 따라서 상기 테이블에는 사전에 각각의 EP 크기와 MPR에 따른 모든 가능한 조합에 대하여 변조차수 및 부호율를 사전에 구하여 이를 테이블로 구성한다. 그리고 제어부(900)는 EP 크기, NOS(or NOOS), No of subchannels(or No of sub carriers)를 입력변수로 하고 이에 따른 가능한 모든 조합에 대해 변조차수 및 부호율이 저장된 테이블로부터 변조 차수, 부호율, 심볼 반복 및 천공 파라미터 등을 전달한다. 또한 상기 변조 차수 및 부호율 결정기(940) 또는 제어부(900)는 서브 채널 또는 서브 캐리어의 매핑과 NOS 또는 NOOS의 매핑을 수행할 수 있도록 제어한다. 즉, 상술한 도 5에서와 같이 사용자에게 전달될 채널에 매핑되도록 제어 값을 전달함으로써 특정 사용자에게 전달되는 패킷 데이터가 물리 채널에서 슬롯 단위 또는 심볼 단위로 매핑될 수 있도록 제어한다. 따라서 서브 캐리어 또는 서브 채널 사상기(920)는 본 발명에 따른 방법으로 각 심볼 단위로 또는 특정 슬롯 내에서 원하는 개수의 심볼만 매핑되도록 할 수도 있다. 즉, 상기 도 5에 참조부호 512로 도시한 바와 같이 특정 슬롯에 특정 서브 채널을 모두 한 사용자에게 할당할 수도 있으며, 참조부호 513으로 도시한 바와 같이 특정 슬롯에 특정 서브 채널 중 몇 개의 심볼에만 한 사용자를 할당할 수도 있다.

도 10은 MPR을 사용하는 직교주파수 다중 접속 방식 시스템의 수신기 구조도이다. 이하 도 10을 참조하여 MPR 방식에 따른 직교주파수 다중 접속 방식 시스템의 수신기 구성 및 그 동작에 대하여 상세히 살피기로 한다.

상기 도 10의 수신기는 단말기가 될 수 있다. 그러나 단말기가 아닌 기지국에서 각 단말로부터 프레임을 수신하는 수신기도 동일한 구조를 가진다. 다만 각 단말로부터 수신되는 프레임을 수신하기 위한 기지국의 수신기 구조는 상기 도 10의 구성을 여러 개로 구성하여야 하는 것이다. 따라서 이하에서는 상기 도 10의 구성을 단말기로 가정하여 설명하기로 한다. 먼저 각각의 단말기 즉, 수신기는 기지국이 송신한 신호가 자신에게 수신된 신호인지를 검사하여야 한다. 그리고 자신에게 수신된 프레임에 대하여만 복조 및 복호하여 사용자 데이터를 복원한다. 따라서 단말기는 각 사용자에게 할당된 채널 자원 즉, 인코더 패킷(EP)의 크기에 따른 슬롯의 수(NOS) 또는 OFDM 심볼의 수(NOOS)와 서브 채널의 수(Number of subchannels) 또는 서브 캐리어의 수(Number of sub carriers)와 서브 채널 인덱스(sub channel index)와 변조차수 및 부호율 즉, MPR 등의 정보가 정확하게 전송되어야 한다.

이러한 제어 메시지는 기지국으로부터 전송되는 것으로 먼저 도 11을 참조하여 사용자 데이터와 함께 상기한 제어 메시지가 전달되는 기지국 구성에 대하여 살펴보기로 한다.

도 11은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 시스템에서 사용자 데이터와 제어 메시지를 전송하기 위한 장치의 블록 구성도이다. 이하 도 11을 참조하여 본 발 명의 실시 예에 따른 시스템에서 사용자 데이터와 제어 메시지가 전송되는 장치의 블록 구성 및 그 동작에 대하여 상세히 살펴보기로 한다.

각 사용자 데이터들(User1 DATA, User2 DATA, …, Userm DATA)은 트래픽 다중화기(1101)로 입력되어 다중화된다. 또한 각 사용자 데이터들의 상기한 제어 메시지를 처리하는 제어 메시지 처리부(1102)로 입력된다. 상기 제어 메시지 처리부(1102)에서 출력되는 신호는 매 전송 프레임마다 각 사용자의 데이터가 다중화된 프레임 내의 위치정보와 슬롯의 수(NOS) 또는 OFDM 심볼의 수(NOOS)와 서브 채널의 수(Number of subchannels) 또는 서브 캐리어의 수(Number of sub carriers)와 서브 채널 인덱스(sub channel index)와 변조차수 및 부호율 즉, MPR 등의 정보이다. 이러한 제어 메시지들은 매 프레임마다 전송할 필요가 없는 정보와 매 프레임마다 전송해야 하는 제어 메시지가 있다. 대부분의 정보들은 매 프레임마다 전송될 수도 있고, 필요한 경우마다 전송될 수도 있다. 그러나, 사용자 데이터 복조 및 복호에 필요한 MPR 같은 정보는 매 프레임 마다 전송될 필요가 있다. 또한 상기 제어 메시지와 다른 제어 신호(Control Signal)가 전달된다. 상기 제어 신호는 일반적으로 잘 알려진 파일럿 신호(Pilot Signal)가 될 수 있다. 그러나 제어 신호로 파일럿 신호와 다른 신호를 사용할 수 있다. 본 발명에서는 이에 대하여는 상세히 설명하지 않기로 한다.

이와 같이 다중화된 사용자 트래픽과 제어 메시지와, 제어 메시지 및 제어 신호는 다중화기(1103)로 입력된다. 상기 다중화기(1103)는 입력된 트래픽 및 제어 정보와 제어 메시지를 다중화하여 출력한다. 이와 같이 출력되는 프레임은 도 11의 하단에 도시한 바와 같이 구성될 수 있다. 즉, 제어 메시지(1130)와 직교 주파수 분할 다중 접속 트래픽 데이터(1131)로 구분된다. 이와 같이 한 프레임에는 초단에 제어 메시지가 존재하며 이어서 다중화된 사용자 데이터가 존재한다. 따라서 각각의 사용자 즉, 단말기는 제어메시지를 검출하여 자신의 데이터 전송여부와 데이터 정보를 획득하여 이를 근거로 데이터 복조 및 복호를 수행할 수 있다.

이와 같이 한 프레임으로 다중화된 신호는 무선부(1104)로 입력된다. 상기 무선부(1104)는 상기 시스템이 사용되는 영역의 주파수 신호로 상승 변환하여 출력한다. 그리고 무선부(1104)에서 상승 변환된 신호는 종단 전력 증폭부(Power Amplifier : PA)(1105)에서 전력 증폭되어 안테나(ANT)를 통해 무선 신호로 전달된다.

다시 도 10을 참조하여 수신기의 구성을 살펴보기로 한다. 상기 수신기의 N 포인트 고속 퓨리에 변환기(N-Point FFT)(1001)는 수신한 고주파 신호로부터 고속 퓨리에 변환(FFT)에 의해 전달된 각 프레임들에서 다수의 서브 캐리어 성분을 검출한다. 이러한 동작을 위해서는 자동 주파수 제어기(AFC : Automatin Frequency Controller), 자동 이득 제어기(AGC : Automatic Gain Controller) 등의 부수적인 기능이 필요하다. 그러나 본 발명에서는 이와 같은 자동 주파수 제어기의 처리 과정과 자동 이득 제어 과정은 기본적으로 수행된다고 가정하고 이에 대하여 부연 설명하지 않는다.

고속 퓨리에 변환이 이루어진 신호는 역 사상기(1003)로 입력된다. 상기 역 사상기(1003)는 프레임이 서브 채널(sub-channel)의 단위로 수신되거나 또는 서브 캐리어(sub-cairrer)의 단위로 수신될 수 있으므로 이들 중 시스템에서 사용하는 방법에 따른 처리를 수행한다. 또한 프레임이 전달되는 기간은 슬롯의 수(NOS) 또는 직교 주파수 심볼의 수(NOOS)가 될 수 있으므로 이에 대한 역 사상도 함께 수행한다.

이와 같이 역사상된 신호들 중 제어 메시지는 제어 메시지 검출부(1005)로 입력되며, 트래픽 신호는 트래픽 처리를 위한 트래픽 처리부로 입력된다. 상기 트래픽 처리부는 참조부호 1007 ~ 참조부호 1107까지의 구성이 된다. 이하에서는 이들을 통칭하여 트래픽 처리부라 칭한다.

그러면 먼저 제어 메시지 검출부(1005)에 대하여 살펴보기로 한다. 상기 도 11에서 살핀 바와 같이 한 프레임으로 수신되는 데이터에는 제어 메시지와 트래픽 데이터가 존재한다. 상기 도 10의 하단에도 도 11과 동일한 프레임을 도시하였으며, 동일한 참조부호를 사용하기로 한다. 즉, 상기 제어 메시지 검출부(1005)로 입력되는 정보는 제어 메시지(1130)의 부분이 된다. 상기 제어 메시지 검출부(1005)는 앞서 기술하였듯이 각 단말기로 수신되는 데이터의 다중화된 프레임 내의 위치정보, 슬롯의 수(NOS) 또는 OFDM 심볼의 수(NOOS)와 서브 채널의 수(Number of subchannels) 또는 서브 캐리어의 수(Number of sub carriers)와 서브 채널 인덱스(sub channel index)와 변조차수 및 부호율 즉, MPR 등의 정보 등의 정보를 제어 메시지를 통해서 검출한다. 상기 제어 메시지 검출부(1005)에서 검출된 정보는 계산부(1019)로 입력된다. 상기 계산부(1019)는 변조 차수와 부호율과 MPR 값 및 천공 및 반복(puncturing/repetition) 파라미터를 검출하여 출력한다.

상기 역 사상기(1003)에서 출력된 트래픽 데이터는 복조기(1007)로 입력된다. 그리고 상기 계산부(1019)로부터 입력되는 변조 차수에 따라 수신된 트래픽 데이터의 복조를 수행한다. 이와 같이 복조된 데이터는 디인터리버(1009)로 입력된다. 상기 디인터리버(1009)는 트래픽 전송 시에 인터리빙된 심볼들을 디인터리빙하여 출력한다. 상기 디인터리빙된 정보들은 심볼 결합기(1011)로 입력된다. 또한 상기 심볼 결합기(1011)는 레이트 디매칭을 위해 반복 및 천공 파라미터를 수신하여 역 천공 및 제거 동작을 수행한다. 상기 심볼 결합기(1011)에서 레이트 디매칭이 이루어진 트래픽 심볼들은 복호기(1013)로 입력된다. 상기 복호기(1013)는 계산부(1019)로부터 수신되는 부호율에 따라 복호를 수행한다. 상기 복호기(1013)에서 출력된 복호 심볼들은 테일 비트 부가기(1015)로 입력된다. 상기 테일 비트 처리기(1015)는 복호된 심볼에 테일 비트를 수행한 후 CRC 검사기(1017)로 입력된다. 상기 CRC 검사기(1017)는 복호된 정보의 오류를 검사한 후 오류가 발생하지 않은 경우 사용자 데이터를 출력한다.

한편, 상기 도 10에서 도시한 바와 같이 항상 모든 파라미터 즉, NOS (number of slots), NOOS(number of OFDM symbols), N_SCH(Number of Sub-channels), Nep(EP size)가 필요한 것은 아니다. 대부분 Nep와 NOOS, N_SCH 등으로 MPR을 구하는 경우도 있을 수 있다. 따라서 도 10에서는 가능한 모든 경우를 포괄적으로 도시한 것으로 간주하여야 한다.

도 12는 기지국과 각각의 단말기 사이의 동작을 설명하기 위한 개념도이다. 이하 도 12를 참조하여 기지국과 각 단말기 사이의 동작에 대하여 살펴보기로 한 다.

상기 도 12에 도시한 바와 같이 기지국은 각각의 사용자에게 할당된 채널자원 즉, EP 크기에 따른 NOS(or NOOS), No of subchannels(or No of sub carriers), sub channel index, 변조차수 및 부호율 등의 정보를 전달한다. 이러한 기지국(1210)은 전술한 도 11의 구성과 같다. 따라서 제어 정보는 각각의 사용자 데이터와 함께 다중화하여 전송한다. 상기 도 12에서는 전송되는 프레임(1220)은 전술한 도 10과 도 11의 프레임과 같다. 도 12에서는 제어 메시지를 "CTRL"이라고 도시하였다. 예를 들어 도 9에 제시한 각각의 사용자 데이터에 할당된 MPR 정보는 기지국에 의해 도 12의 "CTRL"에 전송된다. 더불어 각각의 사용자 데이터 즉, 도 9에서 도시한 각각의 사용자 데이터들을 전송하며 이를 "Traffic"이라고 도시하였다. 다음으로 각각의 단말기는 상기 기술한 바와 같이 "CTRL" 부분을 우선 검출하여 자신의 데이터가 전송되었는지의 여부를 판단하고 자신의 데이터가 있는 경우 상기 기술한 동작에 의해서 자신의 데이터를 복원한다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은 고속 무선 데이터 시스템에서 송신기가 다양한 패킷의 크기를 사용하고 채널의 상태와 상위 계층에서 전달되는 데이터 버퍼 상태, 사용 가능한 서브 채널 혹은 서브 캐리어의 수, OFDM 심볼의 수, 전송구간 등에 따라서 복수개의 변조방식과 오류정정 부호방식 중 하나를 선택하여 전송하는 경우 최적의 변조차수와 오류정정 부호의 부호율을 결정하는 방식을 제공함 으로써, 데이터 전송 효율 및 시스템 효율을 증대시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims

다수의 서브 채널들로 전송되는 패킷 데이터의 변조 차수를 결정하기 위한 장치에 있어서,

전송할 직교 주파수 분할 변조 심볼들의 수, 서브 채널의 수 및 부호화 패킷의 크기를 결정하는 제어부와,

각 사용자들에게 전송될 각 패킷 데이터를 직교 주파수 분할 변조 심볼들의 수, 결정된 서브 채널의 수와 결정된 부호화 패킷의 수 및 특정 사용자의 자원 할당 방식에 따라 주파수 대역 효율도(Modulation order Product code Rate: MPR)를 계산하고, 상기 주파수 대역 효율도에 근거하여 변조 차수를 결정하는 변조 차수 및 부호율 결정기를 포함함을 특징으로 하는 변조 차수 결정 장치.
제1항에 있어서, 상기 변조 차수 및 부호율 결정기는,

상기 변조 차수와 상기 주파수 대역 효율도(MPR)에 근거하여 부호율을 결정함을 특징으로 하는 변조 차수 결정 장치.
제1항에 있어서, 상기 변조 차수 및 부호율 결정기는,

상기 변조 차수와 상기 주파수 대역 효율도(MPR)에 근거하여 천공 및 반복을 결정함을 특징으로 하는 변조 차수 결정 장치.
제1항에 있어서, 상기 변조 차수 및 부호율 결정기는,

부호율들과, 변조 차수들 및 서브 채널들의 수를 저장하는 테이블을 포함하며, 상기 테이블에 근거하여 전송될 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 심볼들의 수와 서브 채널들의 수 및 부호화 패킷의 크기를 결정함을 특징으로 하는 변조 차수 결정 장치.
제1항에 있어서, 특정 사용자에게 전달할 패킷 데이터가 둘 이상의 슬롯 동안 전송되며, 각슬롯마다 동일한 수의 서브 채널을 가지는 경우,

상기 주파수 대역 효율도(MPR)의 계산은 하기 <수학식 11>에 의해 계산됨을 특징으로 하는 변조 차수 결정 장치.

N_SCH는 서브채널의 수,

N_OS는 하나의 슬롯 당 할당된 OFDM 심볼의 수,

N_EP는 부호화 패킷의 수,

N_MS는 하나의 슬롯 및 하나의 서브채널로 구성된 채널자원에 할당된 변조 심볼의 수
제1항에 있어서,

특정 사용자에게 전달할 패킷 데이터가 둘 이상의 슬롯 동안 전송되며, 각 슬롯에 대해서 상이한 서브채널의 수를 가지는 경우, 하기 <수학식 12>에 의하여 상기 주파수 대역 효율도(MPR)가 계산됨을 특징으로 하는 변조 차수 결정 장치.

,

N_SCH,k는 k번째 슬롯에 할당된 서브채널의 수,

N_EP는 부호화 패킷의 수를 의미하고,

N_MS는 하나의 슬롯 및 하나의 서브채널로 구성된 채널자원에 할당된 변조 심볼의 수

N_slot 은 슬롯의 수
제1항에 있어서,

특정 사용자에게 전달할 패킷 데이터가 하나의 슬롯 동안 모든 서브 캐리어를 점유하여 데이터를 전송하지 않는 경우, 하기 <수학식 13>에 의하여 상기 주파수 대역 효율도(MPR)가 계산됨을 특징으로 하는 변조 차수 결정 장치.

,

N_OS,k,j는 k번째 슬롯 및 j번째 서브채널에 할당된 전체 OFDM 심볼의 수,

N_SCH,k는 k번째 슬롯에서 서브 채널의 수,

N_EP는 부호화 패킷의 수,

N_slot는 슬롯의 수
제1항에 있어서, 상기 변조 차수의 결정은 계산된 주파수 대역 효율도(MPR)에 근거하여 미리 결정된 값에 따라 결정됨을 특징으로 하는 변조 차수 결정 장치.
제2항에 있어서, 상기 부호율은 하기 <수학식 14>에 의해 계산됨을 특징으로 하는 변조 차수 결정 장치.

부호율 (R) = MPR/MO(변조차수)
제 1항에 있어서, 상기 변조 차수 및 부호율 결정기는,

상기 MPR 값이 0보다 크고 1.5보다 작은 경우 QPSK(변조 차수 2)를 사용함을 특징으로 하는 변조 차수 결정 장치.
삭제
다수의 서브 채널들로 전송되는 패킷 데이터의 변조 차수를 결정하기 위한 방법에 있어서,

전송할 직교 주파수 분할 변조 심볼들의 수, 서브 채널의 수 및 부호화 패킷의 크기를 결정하는 과정과,

상기 전송될 직교 주파수 분할 변조 심볼들의 수와 서브 채널들의 수와 부호화 패킷의 크기 및 특정 사용자의 자원 할당 방식에 따라 전송할 패킷 데이터의 주파수 대역 효율도(Modulation order Product code Rate: MPR)를 계산하는 과정과,

상기 계산된 주파수 대역 효율도에 따라 변조 차수를 결정하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 변조 차수 결정 방법.
제12항에 있어서, 특정 사용자에게 전달할 패킷 데이터가 둘 이상의 슬롯 동안 전송되며, 각슬롯마다 동일한 수의 서브 채널을 가지는 경우,

상기 주파수 대역 효율도(MPR)의 계산은 하기 <수학식 16>에 의해 계산됨을 특징으로 하는 변조 차수 결정 방법.

N_SCH는 서브채널의 수,

N_OS는 하나의 슬롯 당 할당된 OFDM 심볼의 수,

N_EP는 부호화 패킷의 수,

N_MS는 하나의 슬롯 및 하나의 서브채널로 구성된 채널자원에 할당된 변조 심볼의 수
제12항에 있어서,

특정 사용자에게 전달할 패킷 데이터가 둘 이상의 슬롯 동안 전송되며, 각 슬롯에 대해서 상이한 서브채널의 수를 가지는 경우, 은 하기 <수학식 17>에 의하여 상기 주파수 대역 효율도(MPR)가 계산됨을 특징으로 하는 변조 차수 결정 방법.

N_SCH,k는 k번째 슬롯에 할당된 서브채널의 수,

N_EP는 부호화 패킷의 수를 의미하고,

N_MS는 하나의 슬롯 및 하나의 서브채널로 구성된 채널자원에 할당된 변조 심볼의 수

N_slot 은 슬롯의 수
제12항에 있어서,

특정 사용자에게 전달할 패킷 데이터가 하나의 슬롯 동안 모든 서브 캐리어를 점유하여 데이터를 전송하지 않는 경우 하기 <수학식 18>에 의하여 상기 주파수 대역 효율도(MPR)가 계산됨을 특징으로 하는 변조 차수 결정 방법.

N_OS,k,j는 k번째 슬롯 및 j번째 서브채널에 할당된 전체 OFDM 심볼의 수,

N_SCH,k는 k번째 슬롯에서 서브 채널의 수,

N_EP는 부호화 패킷의 수,

N_slot는 슬롯의 수
제12항에 있어서, 상기 변조 차수는,

상기 계산된 주파수 대역 효율도에 근거하여 미리 결정된 값에 따라 결정됨을 특징으로 하는 변조 차수 결정 방법.
제12항에 있어서,

상기 부호화 패킷의 부호율은 하기 <수학식 19>과 같이 계산됨을 특징으로 하는 변조 차수 결정 방법.

부호율(R) = MPR/MO,

MO는 변조 차수
삭제
제 12항에 있어서, 상기 주파수 대역 효율도가 0보다 크고 1.5 미만인 경우 상기 변조 차수는 변조 차수 2( QPSK 변조)를 사용함을 특징으로 하는 변조 차수 결정 방법.
다수의 서브 채널들로 전송되는 패킷 데이터의 수신 장치에 있어서,

제어 메시지에서 서브 채널의 수 정보와 서브 채널 인덱스 및 주파수 대역 효율도(Modulation order Product code Rate: MPR) 정보를 추출하는 제어 메시지 검출부와,

상기 서브채널들의 수와 서브채널 인덱스 정보 및 MPR 정보에 근거하여 트래픽 데이터를 복조 및 복호하는 트래픽 처리부를 포함하며,

상기 MPR은 송신기에서 특정 사용자의 자원 할당 방식에 따라 계산됨을 특징으로 하는 패킷 데이터의 수신 장치.
제 20항에 있어서, 특정 사용자에게 전달할 패킷 데이터가 둘 이상의 슬롯 동안 전송되며, 각슬롯마다 동일한 수의 서브 채널을 가지는 경우,

상기 주파수 대역 효율도(MPR)의 계산은 하기 <수학식 22>에 의해 계산됨을 특징으로 하는 패킷 데이터의 수신 장치.

N_SCH는 서브채널의 수,

N_OS는 하나의 슬롯 당 할당된 OFDM 심볼의 수,

N_EP는 부호화 패킷의 수,

N_MS는 하나의 슬롯 및 하나의 서브채널로 구성된 채널자원에 할당된 변조 심볼의 수
제 20항에 있어서,

특정 사용자에게 전달할 패킷 데이터가 둘 이상의 슬롯 동안 전송되며, 각 슬롯에 대해서 상이한 서브채널의 수를 가지는 경우, 하기 <수학식 23>에 의하여 상기 주파수 대역 효율도(MPR)가 계산됨을 특징으로 하는 패킷 데이터의 수신 장치.

,

N_SCH,k는 k번째 슬롯에 할당된 서브채널의 수,

N_EP는 부호화 패킷의 수를 의미하고,

N_MS는 하나의 슬롯 및 하나의 서브채널로 구성된 채널자원에 할당된 변조 심볼의 수

N_slot 은 슬롯의 수
제 20항에 있어서,

특정 사용자에게 전달할 패킷 데이터가 하나의 슬롯 동안 모든 서브 캐리어를 점유하여 데이터를 전송하지 않는 경우, 하기 <수학식 24>에 의하여 상기 주파수 대역 효율도(MPR)가 계산됨을 특징으로 하는 패킷 데이터의 수신 장치.

,

N_OS,k,j는 k번째 슬롯 및 j번째 서브채널에 할당된 전체 OFDM 심볼의 수,

N_SCH,k는 k번째 슬롯에서 서브 채널의 수,

N_EP는 부호화 패킷의 수,

N_slot는 슬롯의 수
다수의 서브 채널들로 전송되는 패킷 데이터의 수신 방법에 있어서,

제어 메시지에서 서브 채널의 수 정보와 서브 채널 인덱스 정보 및 주파수 대역 효율도(Modulation order Product code Rate: MPR)정보를 추출하는 과정과,

상기 서브채널들의 수와 서브채널 인덱스 정보 및 MPR에 근거하여 트래픽 데이터를 복조 및 복호하는 과정을 포함하며,

상기 MPR은 송신기에서 특정 사용자의 자원 할당 방식에 따라 계산됨을 특징으로 하는 패킷 데이터의 수신 방법.
제 24항에 있어서, 특정 사용자에게 전달할 패킷 데이터가 둘 이상의 슬롯 동안 전송되며, 각슬롯마다 동일한 수의 서브 채널을 가지는 경우,

상기 주파수 대역 효율도(MPR)의 계산은 하기 <수학식 25>에 의해 계산됨을 특징으로 하는 패킷 데이터의 수신 방법.

N_SCH는 서브채널의 수,

N_OS는 하나의 슬롯 당 할당된 OFDM 심볼의 수,

N_EP는 부호화 패킷의 수,

N_MS는 하나의 슬롯 및 하나의 서브채널로 구성된 채널자원에 할당된 변조 심볼의 수
제 24항에 있어서,

특정 사용자에게 전달할 패킷 데이터가 둘 이상의 슬롯 동안 전송되며, 각 슬롯에 대해서 상이한 서브채널의 수를 가지는 경우, 하기 <수학식 26>에 의하여 상기 주파수 대역 효율도(MPR)가 계산됨을 특징으로 하는 패킷 데이터의 수신 방법.

,

N_SCH,k는 k번째 슬롯에 할당된 서브채널의 수,

N_EP는 부호화 패킷의 수를 의미하고,

N_MS는 하나의 슬롯 및 하나의 서브채널로 구성된 채널자원에 할당된 변조 심볼의 수

N_slot 은 슬롯의 수
제 24항에 있어서,

특정 사용자에게 전달할 패킷 데이터가 하나의 슬롯 동안 모든 서브 캐리어를 점유하여 데이터를 전송하지 않는 경우, 하기 <수학식 27>에 의하여 상기 주파수 대역 효율도(MPR)가 계산됨을 특징으로 하는 패킷 데이터의 수신 방법.

,

N_OS,k,j는 k번째 슬롯 및 j번째 서브채널에 할당된 전체 OFDM 심볼의 수,

N_SCH,k는 k번째 슬롯에서 서브 채널의 수,

N_EP는 부호화 패킷의 수,

N_slot는 슬롯의 수