KR101335966B1 - 무선 네트워크의 전방향 링크 상에 제어 정보를 전송하기위한 방법 - Google Patents

Abstract

OFDM 시스템들에서 전방향 링크 제어 시그널링의 효율성을 향상시킬 수 있는 시그널링 방법이 제공된다. 방법은 제어 정보에 전용이고, 둘 이상의 사용자들의 세트에 의해 공유되는 전방향 링크 서브 캐리어들의 세트를 이용하는 것을 포함한다. 각 사용자를 위해 예정된 제어 정보는 각각의 확산 코드를 이용하여 확산되고, 그에 의해 확산 제어 메시지를 제공한다. 다양한 사용자들을 위해 예정된 확산 제어 메시지들은 전송 이전에 함께 합산된다.

채널, 전력 제어, 확산, 왈시 코드, PN 시퀀스

Description

무선 네트워크의 전방향 링크 상에 제어 정보를 전송하기 위한 방법{Method for transmitting control information on the forward link of a wireless network}

본 발명은 무선 통신에 관한 것으로, 보다 상세하게는 OFDM 네트워크에서 신호들을 제어하는 것에 관한 것이다.

실질적인 무선 통신 네트워크의 동작은 기지국과 그것이 지원하는 사용자 단말들 간에 제어 정보의 통신을 지원하는 것이 필수적이다. "제어 정보"에 의해서는 콘텐트, 즉 사용자들 간에 전달될 정보로부터 구별되는 바와 같은, 네트워크 및 그 구성요소들의 동작에 관련된 임의의 정보를 의미한다.

전방향 링크, 즉 기지국에서 사용자 단말로 전달될 제어 정보는 예를 들면 수신확인 비트들(acknowledgement bits) 및 전력 제어 비트들(power control bits)을 포함할 수 있다. 수신확인 비트는 역방향 링크, 즉 사용자 단말에서 기지국으로 특정 시간 윈도우에 전송된 메시지가 기지국에서 성공적으로 디코딩되었는지 여부를 사용자 단말에 나타낸다. 잘 알려진 바와 같이, 수신확인 비트들은 긍정적, 즉 성공적인 디코딩을 나타내거나, 또는 부정적, 즉 성공하지 않은 디코딩 시도를 나타낼 수 있다. 전력 제어 비트는 역방향 링크 상의 송신 전력이 올라가거나 또는 내려가도록 조정되어야 함을 사용자 단말에 나타낸다. 이 기술분야의 숙련자들은 수많은 다른 유형들의 제어 정보가 또한 전방향 링크 상에서 전달될 수 있음을 이해할 것이다.

통신 채널이 제한된 용량을 가지지 않음이 잘 알려져 있다. 대신, 제어 시그널링에 의한 대역폭 및 전력 리소스들의 소비는 이들 리소스들이 콘텐트를 전송하기 위해 이용가능한 정도로 제한할 것이다. 그 결과, 시그널링 오버헤드를, 제어 시그널링이 대역폭 및 전력 리소스들을 차지하는 정도로 최소화하기 위한 경제적 동기가 존재한다.

예를 들면, 표준 IEEE 802.16e에 따르는 것과 같은 OFDMA 시스템들은 전방향 링크 상에 제어 정보를 전송하기 위해 주파수 리소스들을 할당한다. 각 시그널링 비트는 특정 사용자를 위해 예약된 특정 서브캐리어 또는 서브캐리어들의 세트에 전송될 수 있다. 대안적으로, 시그널링 비트들은 예약된 서브캐리어들의 공통 세트상에 풀링되고 전송될 수 있다. 이러한 제 2 시나리오에 있어서, 특정 사용자를 위한 시그널링 비트 또는 비트들은 그 사용자를 위한 식별 워드에 부가되어, 수신단에서 각 사용자가 그 자신의 예정된 제어 정보를 식별할 수 있게 한다.

각 사용자가 하나 이상의 전용 서브캐리어들을 가질 때, 일반적으로 사용자의 제어 메시지들을 최고 레이트로 처리하기에 충분한 전용 대역폭을 가질 것이다.

그러나, 제어 정보는 반드시 고정 레이트로 주어진 사용자에게 전송되는 것 은 아니다. 대신에, 그것은 산발적으로 전송될 수 있다. 예를 들면, 몇몇 시스템들에서, 수신확인 비트들은 상술된 바와 같이 단지 성공적인 디코딩 시도들에 응답해서만 전송될 것이다. 그 결과, 시그널링 대역폭은 비효율적으로 사용된다.

다른 한편, 상술된 제 2 시나리오에 따른 풀링된 대역폭의 사용자는 그것이 제어 정보와 함께 전송될 사용자 식별 비트들을 요구하기 때문에 비효율적이다. 일반적으로 사용자당 제어 비트들이 존재할 수 있는 것보다 많은 사용자들이 존재하기 때문에, 사용자 식별 비트들은 상당한 양의 오버헤드를 구성할 수 있다.

상술된 시스템들, 및 다른 것들을 위해서, 전방향 링크 제어 시그널링의 효율성을 향상시키기 위한 요구가 여전히 존재한다.

우리는 OFDM 시스템들에서, 즉 선택가능한 서브채널들로 구성되는 다수의 상호 직교 주파수 서브캐리어들에 정보를 전송할 수 있는 시스템들에서, 전방향 링크 제어 시그널링의 효율성을 향상시킬 수 있는 새로운 시그널링 방법을 찾아왔다.

광범위한 양상에 있어서, 우리의 방법은 제어 정보에 전용이고, 둘 이상의 사용자들의 세트에 의해 공유되는 전방향 링크 서브캐리어들의 세트를 이용하는 것을 포함한다. 각 사용자들을 위해 예정된 제어 정보는 각각의 확산 코드를 이용하여 확산되고, 그에 의해 확산 제어 메시지를 제공한다. 다양한 사용자들을 위해 예정된 확산 제어 메시지들은 전송 이전에 함께 합산된다.

또 다른 광범위한 양상에 있어서, 우리의 방법은 사용자 단말에서, 제어 정보에 전용인 서브캐리어들의 세트 상의 전방향 링크로부터 전송을 수신하고, 사용자 단말을 위해 예정된 제어 정보를 복구하기 위해 수신된 정보를 역확산시키는 것을 포함한다.

도 1은 종래 기술의 일반적인 OFDM 송신기의 단순화된 개략도를 나타낸 도면.

도 2는 예시적인 실시예에서 본 발명에 따른 방법의 단순화된, 개략적 도면을 도시한 도면.

도 3은 특정 실시예들에서 본 발명에 따른 할당된 서브채널들과 왈시 코드들의 연관을 예시한 흐름도.

종래 기술의 통상적인 OFDM 송신기는 도 1에서 단순화된 형태로 개략적으로 도시된다. 도면에서 보여질 수 있는 바와 같이, 정보 소스(10)로부터의 워드를 나타내는 코딩된 비트들의 시퀀스는 변조기(20)에서 QPSK 심볼들과 같은 심볼 컨스텔레이션(symbol constellation)으로부터 하나 이상의 심볼들의 시퀀스로 매핑된다. 정보 소스(10)로부터의 "워드"는 임의의 메시지 또는 그 일부를 의미한다. 역다중화기(30)에서, 결과적인 심볼 시퀀스는 원하는 서브채널을 구성하는 각각의 서브캐리어들에 대응하는 복수의 포트들에 관한 것이고, 프로세서(40)에서, 심볼 시퀀스 는 그것을 역 고속 푸리에 변환(inverse fast Fourier transform; IFFT) 또는 다른 적합한 처리를 겪게 함으로써 후속 전송을 위해 컨디셔닝된다. IFFT에 후속하는 송신기에서의 신호 처리는 이 기술분야에 잘 알려져 있으며 여기에서 상세히 설명할 필요는 없다.

도 2는 우리의 새로운 방법에 대한 예시적인 실시예를 단순화되고, 개략적인 도면으로 도시한다. 예시를 위해, 단지 두 사용자들만이 도면에 표시된다. 사용자들은 각각 참조 번호들(51 및 52)로 지정된다. 도면에 보여지는 바와 같이, 사용자(51)로부터의 비트 스트림은 확산 코드 71로 곱셈기(61)에서 확산되고, 사용자(52)로부터의 비트 스트림은 참조 번호 72로 지정된 상이한 확산 코드로 곱셈기(62)에서 확산된다. 각각의 확산 코드들은 상호 직교되도록 선택되는 것이 유리하지만, 이하에 설명되는 바와 같이 직교성은 필수요건이 아니다.

확신 신호들은 QPSK 심볼들과 같이, 입력 비트들을 컨스텔레이션으로부터의 심볼들에 매핑함으로써 변조기들(81, 82)에서 각각 변조된다. 각 입력 비트는 적절한 확산 코드의 한 칩에 대응할 것이며, 일반적으로 적절한 사용자로부터의 심볼 스트림에서 신호 값의 실제 또는 가상의 부분을 나타낼 수 있다는 점에서 주의되어야 한다.

대안적인 실시예들에서, 사용자들에 의해 제공된 데이터는 곱셈기들(61, 62)에서의 확산 다음보다는 이전에 QPSK 심볼들 등에 매핑될 수 있다는 점에서 주의되어야 한다.

심볼 스트림들은 모두 합산 요소(90)에서 함께 가산된다. 그 결과적인 데이 터 스트림은 역다중화기(100)에서 N개의 출력 심볼들의 블록으로 역다중화되며, 여기서 N은 확산 인자, 즉 확산 코드들의 길이에 관한 정수이다. 몇몇 경우들에서, N은 환산 인자와 동일할 수 있다. 그러나, 이것은 반드시 그러한 경우인 것은 아니다. 예를 들면, N은 확산 인자보다 크거나 또는 작을 수 있는, 예로서, 이 기술분야에 잘 알려진 바와 같이 그 배수 또는 약수일 수 있다.

선택적으로, 프리코더(pre-coder)(110)는 사용자 단말에 알려진 고정된 방식으로 역다중화기로부터의 N개의 출력 심볼들 중 일부 또는 모두를 동일한 수의 새로운 출력 심볼들로 선형적으로 매핑한다. 그러한 매핑은 예를 들면, 전송 이전에 전파 채널의 알려진 특성들에 대한 신호를 보상하기 위해 유용할 수 있다.

N개의 출력 심볼들은 그 후 하나 이상의 OFDM 심볼들을 스패닝(span)하는 서브캐리어들에 매핑된다. 이러한 매핑은 프리코더(110)로부터의 다양한 출력 심볼들이 관련되는 프로세서(120)에 대한 입력 포트들(130)의 선택에 의해 도 2에 나타내어진다. 상술된 바와 같이 제어 시그널링을 위해 수집된 서브캐리어들은 본 명세서에서 "제어 서브캐리어들"로서 칭하여진다.

나머지 서브캐리어들, 즉 제어 서브캐리어들로서 수집되지 않은 것들은 콘텐트 및 제어 메시지들에 대한 종래의 OFDM 또는 OFDMA 전송을 위해 사용될 수 있다.

프로세서(120)에서, IFFT 또는 다른 적합한 변환이 입력 포트들(130)에 제공된 심볼들에 적용되고, 그에 의해 다음의 전송을 위한 입력 정보를 컨디셔닝한다. 다음의 처리는 보편적이며, 본 명세서에서 상세히 설명할 필요는 없다.

수신단에서, 개개의 사용자 단말(미도시)과 연관된 수신기는 제어 서브캐리어들 상에 전달된 심볼들을 복구하기 위해 예로서, 종래의 OFDM 복조에 의해 수신된 파형을 복조한다. 심볼들은 그 후 사용자의 등가 확산 코드를 이용하여 역확산되고, 메시지 복구를 위해 디코딩된다. "등가(equivalent)"는 사용자의 코드가 송신단에서 사용자와 연관된 코드에 의해 확산되는 신호들을 복구하기에 효율적임을 의미한다. 송신단 및 수신단에서 각각의 사용자 연관 코드들은 예로서, 수신단에서의 등가 코드가 프리코더(110)의 동작을 고려할 수 있기 때문에 반드시 동일한 것은 아니다.

시간 다이버시티를 증가시키기 위해, 프리코더 출력이 매핑되는 서브캐리어들은 다수의 OFDM 심볼들을 스패닝할 수 있다.

다양한 옵션들이 하나의 사용자를 위한 제어 신호들을 또 다른 사용자를 위한 신호들로부터 구별하는 확산 코드들을 선택하는데 사용될 수 있다. 그러나, 어떤 경우에 있어서, 각 사용자에는 수신된 파형으로부터 그 제어 신호들을 역확산하기에 충분한 정보가 제공되어야 한다. 이러한 정보는 확산 코드 자체일 수 있거나, 또는 주지된 바와 같이, 적절히 변경된 "등가" 확산 코드일 수 있다.

하나의 옵션은 호 셋업시 각각의 사용자들에 할당된 의사 잡음(pseudo-noise; PN) 시퀀스들을 이용하는 것이다. 주어진 쌍의 사용자들에 할당된 PN 시퀀스들은 상호 직교가 아닐 수 있다. 사실, 그것들은 각각의 타이밍 옵셋들에서만 상이할 수 있다. 그러나, 그것들은 여전히 각 사용자가 그 자신의 예정된 제어 신호들을 복구할 수 있기에 충분한 상호 역상관을 제공할 수 있다. 이것은 특히 상대적으로 간섭이 적은 환경들에서 성공적일 것이다. PN 시퀀스들의 사용은 여분의 시그 널링이 확산 코드들을 할당하는데 요구되지 않기 때문에, 그리고 확산 인자가 비교적 작을 수 있고, 따라서 대역폭의 사용시 비교적 조심스러울 수 있기 때문에 효율적이다.

또 다른 옵션은 사용자들에게 각각의 상호 직교하는 왈시 코드들(Walsh codes)을 할당하는 것이다. 코드 직교성은 일반적으로 상이한 사용자 단말들을 위해 예정된 제어 신호들 간의 보다 낮은 간섭을 야기할 것이다. 그러나, 사용자들의 수가 많을수록, 모든 쌍의 사용자들 간의 직교성을 보장하기 위해 왈시 코드들의 길이는 더 커져야 한다. 그러한 긴 왈시 코드들을 사용하는 것은 비효율적이며, 이는 기본적으로 그것들이 모든 사용자들에게 시그널링을 동시에 지원할 수 있기 때문이며, 반면에, 실제적으로 제어 신호들은 임의의 주어진 시간에 단지 몇몇 사용자들에게만 전송되는 경향이 있다. 그러므로, 이러한 옵션은 일부 대역폭의 낭비를 이끈다.

또 다른 옵션은 네트워크가 주어진 타임슬롯에 사용자에게 트래픽 또는 데이터 서브채널을 할당하는 인스턴스들을 이용한다. 예를 들면, 네트워크는 역방향 링크 상에 사용자 데이터를 전달하기 위한 서브채널을 사용자 단말에 할당할 수 있다. 그러한 인스턴스들에서, 할당될 수 있는 특정 트래픽 또는 데이터 서브채널들은 이미 알려질 것이며, 그러한 서브채널들의 수는 총 사용자들의 수보다 적을 것이다. 각각의 왈시 코드는 이들 서브채널들의 각각에 미리 할당될 수 있다. 사용자에게 각각의 서브 채널을 할당한 후, 기지국은 전방향 링크 상에 제어 정보를 사용자에게 전송하기 위한 확산 코드로서 대응하는 왈시 코드를 이용할 수 있다. 이것은 특히 예로서 전방향 링크 제어 정보가 역방향 링크 상에서 이미 막 전송된 데이터의 수신확인을 포함할 때 편리할 것이다.

상술된, 즉 서브채널 할당들에 기초한 방식으로의 왈시 코드들의 할당은 사용자들보다 적은 코드들로 실행가능하기 때문에 비교적 효율적이다. 더욱이, 비교적 적은 코드들이 존재하기 때문에, 상호 직교성은 각 사용자가 개별 코드를 가진 경우보다 짧은 길이의 코드들로 달성될 수 있다.

도 3을 참조하면, 예로서, 사용자는 제어 서브채널의 할당을 수신한다(블록 200). 사용자는 할당된 서브채널 상에서 예로서, 리포트 또는 요청을 포함하는 제어 메시지를 기지국에 전송한다(블록 210). 기지국은 제어 메시지를 수신한다(블록 220). 기지국은 예로서, 룩업 테이블로부터 할당된 서브채널에 대응하는 왈시 코드를 획득한다(블록 230). 기지국은 수신확인 메시지를 구성하고(블록 240), 획득된 왈시 코드로 수신확인 메시지를 확산시키고(블록 250), 수신확인 메시지를 전송한다(블록 260).

또 다른 옵션은 PN 시퀀스들과 왈시 코드들을 결합하는 확산 코드들을 형성하는 것이다. 예를 들면, 사용자들은 비중첩 그룹들, 및 각각의 그러한 그룹을 위해 재사용된 왈시 코드들의 동일한 제한 세트로 분할될 수 있다. 그 후, 상이한 PN 시퀀스는 각각의 사용자 그룹에 할당될 수 있다. 각 그룹에 대해서, 왈시 코드들은 그룹의 PN 시퀀스로 스크램블될 것이다.

직교 확산 코드들이 사용자 단말들에서(즉, 수신기들에서) 제어 신호들 간의 간섭을 완화시키기 위해 사용된다면, 그리고 사용자들이 기지국에 되돌려 채널 품질 정보를 공급한다면, 채널 품질 피드백에 응답하여 각 사용자의 확산 신호에 전력을 독립적으로 가중시키는 것이 가능할 것이다.

기지국이 전송을 위해 다수의 안테나 어레이를 갖춘다면, 그것은 또한 각각의 개별 사용자에게 제어 신호를 독립적으로 빔 형성함으로써 간섭을 완화시키는 것이 가능할 것이다.

Claims (10)

1. 방법에 있어서,

   각각 2이상의 사용자들을 향하는 제어 메시지들을 생성하는 단계;

   복수의 서브채널들을 식별하는 단계로서, 상기 복수의 서브채널들 각각은 역방향 링크 전송들을 행하기 위해 상기 2이상의 사용자들 중 각각의 한 사용자에 할당되는, 상기 식별하는 단계;

   각각 상기 2이상의 사용자들 중 하나와 연관된 확산 코드를 사용하여 각각의 제어 메시지를 확산시키는 단계로서, 상기 확산 코드는 또한 상기 2이상의 사용자들 중 하나에 할당된 상기 복수의 식별된 서브채널들 중 하나와 연관된, 상기 확산시키는 단계;

   상기 확산 제어 메시지들을 합산하여, 합성 제어 메시지를 형성하는 단계;

   OFDM 심볼을 스패닝(spanning)하는 광범위한 서브캐리어들이 제 1 복수의 서브캐리어들 및 제 2 복수의 서브캐리어들로 분할되는 OFMD 송신기에서, 상기 합성 제어 메시지를 상기 제 1 복수의 서브캐리어들로 매핑하여, 상기 복수의 서브캐리어들에 의해 스패닝된 하나 이상의 OFDM 심볼들을 부분적으로 규정하는 단계로서, 상기 제 1 복수의 서브캐리어들은 상기 2이상의 사용자들로의 시그널링을 위한 공통 서브채널을 구성하는, 상기 규정하는 단계;

   상기 OFDM 송신기에서, 하나 이상의 추가 메시지들을 상기 제 2 복수의 서브캐리어들로 매핑하여, 상기 하나 이상의 OFDM 심볼들을 완전히 규정하는 단계; 및

   상기 OFDM 심볼 또는 심볼들을 송신하는 단계를 포함하는, 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 확산 코드들은 왈시 코드들(Walsh codes)인, 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 확산 코드들은 PN 시퀀스들인, 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 확산 코드들은 PN 시퀀스들과 왈시 코드들의 곱들(products)인, 방법.
5. 사용자 단말에서 수행되는 방법에 있어서,

   OFDM 심볼을 스패닝하는 다수의 서브캐리어들상에서 기지국으로부터 OFDM 심볼을 수신하는 단계;

   2이상의 사용자들로의 시그널링을 위해 상기 기지국에 의해 사용된 공통의 복수의 서브캐리어들 상에서 수신된 OFDM 제어 메시지를 상기 OFDM 심볼로부터 복구하는 단계로서, 상기 공통의 복수의 서브캐리어들은 상기 OFDM 심볼을 스패닝하는 광범위한 서브캐리어들보다 적게 되는, 상기 복구 단계;

   역방향 링크 전송들을 행하기 위해 상기 사용자 단자에 할당된 서브채널과 연관된 역확산 코드를 선택하는 단계;

   다른 사용자들을 향하는 메시지들을 합성 메시지로부터 제거하기에 효과적인 상기 역확산 코드를 사용하여 상기 제어 메시지를 역확산시키는 단계; 및

   상기 역확산된 제어 메시지를 디코딩하는 단계를 포함하는, 방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 역확산 코드는 왈시 코드와 등가인, 방법.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 역확산 코드는 PN 시퀀스와 등가인, 방법.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 역확산 코드는 PN 시퀀스와 왈시 코드의 곱과 등가인, 방법.
9. OFDM 송신기에 있어서,

   2이상의 사용자들을 각각 향하는 메시지들을 생성하도록 동작 가능한 메시지 생성기;

   각각 상기 사용자들 중 하나와 연관된 확산 코드를 사용하여 각각의 메시지를 확산하도록 동작 가능하고, 적어도 하나의 사용자가, 역방향 링크 전송들을 행하기 위해 상기 사용자에 할당된 서브채널을 식별하도록 동작 가능한 확산기로서, 확산기는 상기 할당된 서브채널과 연관된 확산 코드를 사용하여 상기 사용에 적어도 하나의 메시지의 상기 확산을 수행하도록 동작 가능한, 상기 확산기;

   상기 확산 메시지들을 합산하여, 합성 메시지를 형성하도록 동작 가능한 합산 요소(summing element);

   복수의 서브캐리어들에 상기 합성 메시지를 매핑하여 상기 복수의 서브캐리어들에 의해 스패닝된 하나 이상의 OFDM 심볼들을 적어도 부분적으로 규정하도록 동작 가능한 프리-코더로서, 상기 복수의 서브캐리어들은 상기 사용자들에게 시그널링하기 위한 공통의 서브채널을 구성하는, 상기 프리-코더; 및

   상기 OFDM 심볼 또는 심볼들을 전송하도록 동작 가능한 송신기를 포함하는, OFDM 송신기.
10. 사용자 단말에 있어서,

    사용자들에 시그널링하기 위해 기지국에 의해 사용되는 공통의 복수의 서브캐리어들 상에서 기지국으로부터 OFDM 메시지를 수신하도록 동작 가능한 수신기;

    다른 사용자들을 향하는 메시지들을 합성 메시지로부터 제거하기에 효과적인 역확산 코드를 사용하여 상기 메시지를 역확산시키도록 동작 가능한 역확산기로서, 상기 역확산기는 역방향 링크를 행하기 위해 상기 사용자 단말에 할당된 서브채널과 연관된 상기 코드로서 상기 역확산 코드를 선택하도록 동작 가능한, 상기 역확산기; 및

    상기 역확산 메시지를 디코딩하도록 동작 가능한 디코더를 포함하는, 사용자 단말.

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