KR101430487B1 - 다중 대역 무선 주파수 기반 신호 송수신 방법 - Google Patents

Abstract

다중 대역 무선 주파수 기반 신호 송수신 방법이 개시된다. 본 방법에 따르면, 물리 계층(PHY)보다 상위 계층에 해당하는 특정 계층의 단위 정보에 대해 채널 코딩을 수행하여 소정 개수의 코드워드를 생성하고, 이 과정에서 생성된 소정 개수의 코드워드를 상기 특정 계층에 대응하는 하나의 엔터티(Entity)에 의해 관리되는 복수의 주파수 할당 대역에 매핑하며, 그 후, 상기 복수의 주파수 할당 대역 각각을 통해 상기 매핑된 신호를 전송하며, 이때, 상기 하나의 엔터티에 의해 관리되는 상기 복수의 주파수 할당 대역 각각은 미리 정해진 주파수 정책에 따라 특정 서비스를 위해 할당하는 주파수 할당 대역 크기를 가지며, 상기 매핑 과정에서 상기 소정 개수의 코드워드 각각은 상기 복수의 주파수 할당 대역 중 하나 이상의 주파수 할당 대역에 매핑되는 것을 특징으로 한다.

다중 대역 무선 주파수

Description

다중 대역 무선 주파수 기반 신호 송수신 방법 {METHOD FOR TRANSMITTING AND RECEIVING SIGNALS USING MULTI-BAND RF}

이하의 설명은 다중 대역 무선 주파수(RF)를 지원하는 통신 시스템에서 시스템의 신뢰성 및/또는 처리율을 향상시키기 위한 다중 대역 RF 기반 신호 송수신 방법에 대한 것이다.

이하의 설명에서는 기지국으로부터 전송된 신호가 하나 이상의 단말기로 전송되는 하향링크(DL) 상황을 가정하여 중점적으로 설명한다. 다만, 이하에서 설명하는 원리는 상향링크(UL) 상황에서도 단순히 하향링크의 역순으로 그대로 적용될 수 있음을 충분히 알 수 있을 것이다.

다중 대역 (Multi-Band; 또는, 다중 캐리어(Multi-Carrier)를 효율적으로 사용하기 위해 여러 개의 캐리어(여러 개의, 주파수 할당 대역(FA))를 하나의 MAC 엔터티가 관리하는 기술이 제안되어 왔다.

도 1의 (a) 및 (b)는 다중 대역 RF 기반 신호 송수신 방법을 송신측 및 수신측의 관점에서 개념적으로 설명하기 위한 도면이다.

도 1의 (a) 및 (b)에 있어서 PHY0, PHY1, .. PHY n-2, PHY n-1은 본 기술에 따른 다중 대역을 나타내며, 각각의 대역은 미리 정해진 주파수 정책에 따라 특정 서비스를 위해 할당하는 주파수 할당 대역(FA) 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, PHY0 (RF carrier 0)은 일반 FM 라디오 방송을 위해 할당하는 주파수 대역의 크기를 가질 수 있고, PHY1 (RF carrier 1)은 휴대 전화 통신을 위해 할당하는 주파수 대역 크기를 가질 수 있다. 이와 같이 각각의 주파수 대역은 각각의 주파수 대역 특성에 따라 서로 다른 주파수 대역 크기를 가질 수 있으나, 이하의 설명에서는 설명의 편의상 각 주파수 할당 대역 (FA)는 A [MHz] 크기를 가지는 것을 가정한다. 또한, 각각의 주파수 할당 대역은 기저 대역 신호를 각 주파수 대역에서 이용하기 위한 캐리어 주파수로 대표될 수 있는바, 이하에서 각 주파수 할당 대역을 "캐리어 주파수 대역" 또는 혼동이 없는 경우 단순히 "캐리어"로 지칭하기로 한다. 이러한 측면에서 상술한 "다중 대역"은 "다중 캐리어"로 지칭될 수도 있다.

도 1의 (a)와 같이 다중 대역을 통해 신호를 전송하고, 도 1의 (b)와 같이 다중 대역을 통해 신호를 수신하기 위해서, 송/수신기는 모두 다중 대역으로 신호를 송수신하기 위한 RF 모듈을 포함하는 것이 요구된다. 또한, 도 1에 있어서 "MAC"은 DL 및 UL에 상관없이 기지국에 의해 그 구성 방법이 결정된다.

간단히 말하면, 본 기술은 하나의 MAC 엔터티(Entity) (이하, 혼동이 없는 경우 간단히 "MAC"으로 지칭한다)가 복수의 RF 캐리어를 관리/운영하여, 신호를 송/수신하는 기술을 말한다. 또한, 하나의 MAC에서 관리되는 RF 캐리어들은 서로 인접(contiguous) 할 필요가 없다. 따라서, 본 기술에 따르면, 자원 관리 측면에서 보다 유연(flexible)하다는 장점이 있다.

예를 들어, 다음과 같은 주파수 사용을 가정한다.

도 2는 다중 대역 지원 통신 방식에서 주파수 할당의 일례를 도시한 도면이다.

도 2에 있어서, FA 0 내지 FA7은 RF0 내지 RF7에 의해 관리될 수 있다. 또한, 도 2의 예에서, FA0, FA2, FA3, FA6 및 FA7은 이미 기존 특정 통신 서비스에 이미 각각 할당되어 있는 것을 가정하였다. 한편, 가용 RF1(FA1), RF4(FA4), RF5(FA5)는 하나의 MAC (MAC #5)에 의해 효과적으로 관리될 수 있는 것을 가정한다. 여기서, 하나의 MAC을 구성하는 RF 캐리어들은 상술한 바와 같이 서로 인접하지 않는 경우도 가능하므로, 주파수 자원을 보다 효과적으로 관리할 수가 있다.

하향링크 기준으로 설명할 경우, 상술한 다중 대역 지원 방식의 개념에 대해 다음과 같은 기지국/단말 시나리오의 예를 들을 수 있다.

도 3은 다중 대역 지원 방식에 있어서, 하나의 기지국과 복수의 단말 사이의 통신이 이루어지는 시나리오의 일례를 도시한 도면이다.

도 3에 있어서, 단말기 0, 1 및 2는 서로 다중화(multiplexing)되어 있는 것을 가정한다. 기지국 0는 RF0, RF1의 캐리어에 의해 관리되는 주파수 대역을 통해 신호를 전송한다. 또한, 단말기 0는 RF0만을 수신할 수 있는 성능을 가지며, 단말기 1은 RF0 및 RF1을 모두 수신할 수 있는 성능을 가지며, 단말기 2는 RF0, RF1, 및 RF2를 모두 수신할 수 있는 성능을 가지는 것을 가정한다.

여기서 단말기 2는 기지국이 RF0와 RF1만을 전송하므로 RF0과 RF1에 대해서만 신호를 수신하게 된다.

다만, 상술한 바와 같은 다중 대역 기반 통신 방식은 다소 개념적으로만 정의되어 있고, 필요에 따라서 단지 FA만을 더 할당해 주는 것으로도 볼 수 있으므로, 좀더 효율적이고 고성능의 프로세싱을 가능하도록 하는 다중화 방법이나, 신호 송수신 기법에 대해 좀더 구체적으로 규정할 필요가 있다.

또한, 상술한 기술에서 채널 코딩이나 다중화는 각 주파수 대역별로 수행되는 것이 일반적이므로, 다이버시티 혹은 다중화 이득이 제한적일 수 있다.

상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시형태에서는 다중 주파수 대역 기반 통신 시스템에서 신호 송수신시 다이버시티 이득 및/또는 다중화 이득을 추가적으로 획득할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.

또한, 다중 대역 기반 신호 전송 방식을 최대 비율 합성(MRC) 또는 MIMO 기술과 결합하여 신호 수신의 신뢰성을 향상시키는 방법을 제공하고자 한다.

상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시형태에서는 (a) 물리 계층(PHY)보다 상위 계층에 해당하는 특정 계층의 단위 정보에 대해 채널 코딩을 수행하여 소정 개수의 코드워드를 생성하는 단계; (b) 상기 (a) 단계에 의해 생성된 상기 소정 개수의 코드워드를 상기 특정 계층에 대응하는 하나의 엔터티(Entity)에 의해 관리되는 복수의 주파수 할당 대역에 매핑하는 단계; 및 (c) 상기 복수의 주파수 할당 대역 각각을 통해 상기 매핑된 신호를 전송하는 단계를 포함하며, 상기 하나의 엔터티에 의해 관리되는 상기 복수의 주파수 할당 대역 각각은 미리 정해진 주파수 정책에 따라 특정 서비스를 위해 할당하는 주파수 할당 대역 크기를 가지며, 상기 (b) 단계에서 상기 소정 개수의 코드워드 각각은 상기 복수의 주파수 할당 대역 중 하나 이상의 주파수 할당 대역에 매핑되는 것을 특징으로 하는 신호 전송 방법을 제공한다.

이때, 상기 (a) 단계는 상기 특정 계층의 단위 정보를 다중화하는 단계를 포 함할 수 있다.

또한, 상술한 실시형태는 상기 하나의 엔터티에 의해 관리되는 상기 복수의 주파수 할당 대역을 소정 그룹으로 그룹핑하여, 각 그룹을 통해 동일한 신호를 전송하는 방식 및 상기 하나의 엔터티에 의해 관리되는 상기 복수의 주파수 할당 대역 각각을 하나의 공유 채널 행렬(Eigen Channel Matrix)로 간주하여 신호를 전송하는 방식 등과 결합되어 이용될 수도 있다.

한편, 상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 실시형태에서는 (a) 물리 계층보다 상위 계층에 해당하는 특정 계층에 대응하는 하나의 엔터티에 의해 관리되는 복수의 주파수 할당 대역 각각을 통해 신호를 수신하는 단계; 및 (b) 상기 수신 신호를 소정 개수의 코드워드 단위로 디매핑하여, 상기 소정 개수의 코드워드에 대해 채널 디코딩을 수행하는 단계를 포함하며, 상기 하나의 엔터티에 의해 관리되는 상기 복수의 주파수 할당 대역 각각은 미리 정해진 주파수 정책에 따라 특정 서비스를 위해 할당하는 주파수 할당 대역 크기를 가지며, 상기 (b) 단계에서 상기 소정 개수의 코드워드 각각은 상기 복수의 주파수 할당 대역 중 하나 이상의 주파수 할당 대역을 통해 수신된 신호의 디매핑을 통해 획득되는 것을 특징으로 하는 신호 수신 방법을 제공한다.

이때, 상기 (b) 단계는 상기 수신 신호를 상기 특정 계층의 단위 정보로 역 다중화 단계를 포함할 수 있다.

또한, (c) 상기 하나의 엔터티에 의해 관리되는 상기 복수의 주파수 할당 대역을 소정 그룹으로 그룹핑하여, 각 그룹을 통해 수신된 수신 신호를 최대 비율 결 합(Maximal Ratio Combining: MRC)을 통해 결합하는 단계를 더 포함할 수도 있다

또한, 상술한 실시형태에서 (c) 상기 하나의 엔터티에 의해 관리되는 상기 복수의 주파수 할당 대역 각각을 하나의 공유 채널 행렬(Eigen Channel Matrix)로 간주하여, 상기 복수 주파수 할당 대역 각각을 통해 수신한 수신 신호에 다중 채널 프로세싱을 수행하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

아울러, 상기 실시형태들에서 특정 대역은 매체 접속 제어(MAC) 계층일 수 있다.

한편, 상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 일 실시형태에서는 (a) 물리 계층보다 상위 계층에 해당하는 특정 계층에 대응하는 하나의 엔터티에 의해 관리되는 복수의 주파수 할당 대역 각각을 통해 신호를 수신하는 단계; 및 (b) 상기 하나의 엔터티에 의해 관리되는 상기 복수의 주파수 할당 대역을 소정 그룹으로 그룹핑하여, 각 그룹을 통해 수신된 수신 신호를 최대 비율 결합(Maximal Ratio Combining: MRC)을 통해 결합하는 단계를 포함하며, 상기 하나의 엔터티에 의해 관리되는 상기 복수의 주파수 할당 대역 각각은 미리 정해진 주파수 정책에 따라 특정 서비스를 위해 할당하는 주파수 할당 대역 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 신호 수신 방법을 제공한다.

또한, 상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 일 실시형태에서는 (a) 물리 계층보다 상위 계층에 해당하는 특정 계층에 대응하는 하나의 엔터티에 의해 관리되는 복수의 주파수 할당 대역 각각을 통해 신호를 수신하는 단계; 및 (b) 상기 하나의 엔터티에 의해 관리되는 상기 복수의 주파수 할당 대역 각 각을 하나의 공유 채널 행렬(Eigen Channel Matrix)로 간주하여, 상기 복수 주파수 할당 대역 각각을 통해 수신한 수신 신호에 다중 채널 프로세싱을 수행하는 단계를 포함하며, 상기 하나의 엔터티에 의해 관리되는 상기 복수의 주파수 할당 대역 각각은 미리 정해진 주파수 정책에 따라 특정 서비스를 위해 할당하는 주파수 할당 대역 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 신호 수신 방법을 제공한다.

상술한 바와 같은 본 발명의 각 실시형태에 따르면, 다중 주파수 대역 기반 통신 시스템에서 신호 송수신시 다이버시티 이득 및/또는 다중화 이득을 추가적으로 획득할 수 있으며, 또한, 다중 대역 기반 신호 전송 방식을 최대 비율 합성(MRC) 또는 MIMO 기술과 결합하여 신호 수신의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.

이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다. 몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시된다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일한 구성요소에 대해 서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 복수의 RF 캐리어들을 관리하는 하나의 MAC이 효과적으로 신호를 프로세싱하여 시스템의 신뢰성과 처리율을 향상시키기 위한 송/수신 기법을 제안하고자 한다. 또한, 본 발명은 하나의 단말이 유연성을 가지고 상기 언급한 다중 캐리어 지원 방식을 일반 통신 방식과 혼합(hybrid) 형태로 결합하여 여러 개의 MAC으로 구성될 수 있는 기법에 적용될 수도 있다.

이하의 설명에 있어서, 매체 접속 제어(MAC) 계층은 OSI 7 계층에서, PHY(Physical) 계층(계층 1)보다 상위 개념의 계층 (예를 들어, 네트워크 계층)을 총칭하는 의미로 사용되며, 반드시 MAC 계층으로 한정 지을 필요는 없다. 또한, 본 발명에 따른 MAC은 IEEE 시스템에서 MAC뿐만 아니라, 3GPP 시스템에서 각 주파수 대역 별로 존재하는 MAC을 포함하는 개념으로 이용한다.

또한 이하의 설명에 있어서 다중 대역 RF들이 인접한 예를 도시하더라도, 본 발명에 따른 다중 대역은 반드시 물리적으로 인접한 RF 캐리어로 구성될 필요는 없다. 또한, 이하에서는 설명의 용이함을 위해 마치 RF 캐리어의 대역폭이 서로 동일한 경우만을 도시한 것처럼 설명하였으나, 본 발명은 각 RF 캐리어에 의해 관리되는 주파수 대역의 대역폭이 서로 다른 경우 역시 배제하지 않는다. 예를 들면, RF0는 5MHz이고 RF1은 10MHz로서 이들 RF 주파수 대역이 하나의 MAC 엔터티에 의해 관리되는 형태도 가능하다.

아울러, 본 발명에 있어서 RF 캐리어들은 동일 시스템의 RF 캐리어들일 수도 있으나, 다른 RAT(Radio Access Technology)가 적용되는 RF 캐리어들일 수도 있다. 예를 들면, RF0, RF1은 LTE 기술, RF2는 IEEE 802.16m 기술, RF3는 GSM 기술이 적용되는 예를 상정할 수 있다.

이하에서는 먼저 다중 주파수 대역을 이용하는 통신 시스템에서 통합적으로 채널 코딩 및 다중화를 규정하여 다이버시티 및/또는 다중화 이득을 획득하기 위한 실시형태에 대해 살펴본다.

코드워드대 다중 주파수 대역 매핑 방식

본 실시형태에서는 본 발명에 의해 채널 코딩된 코드워드들을 RF 캐리어에 매핑하는 방법에 관한 것을 설명하며, 이에 대한 개념은 도 4를 통해 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따라 다중화/채널 코딩을 수행한 코드워드들을 복수의 주파수 대역에 매핑하여 신호 송수신을 수행하는 개념을 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 설명의 편의를 위해 각 RF 캐리어별로 안테나를 도시하고 있으나, 본 실시형태에서 안테나는 반드시 각각의 RF 캐리어별로 존재할 필요는 없다. 즉, 도 4에 도시된 안테나는 RF 캐리어들 간에 공유될 수 있다.

즉, 도 4에서는 각 RF 캐리어당 2개의 송신안테나와 2개의 수신안테나가 존재하여, n개의 RF 캐리어에 대해 총 n*2개의 송신 안테나와 n*2개의 수신 안테나를 포함하는 것처럼 도시되어 있으나, 실제 시스템은 ADC/DAC, 필터링(filtering), 신호 증폭 등의 RF 모듈 기능은 n개의 캐리어 대역별로 따로 사용하고, 전체 2개의 송수신 안테나를 모든 캐리어 대역에서 서로 공유하여 이용하는 것으로 볼 수 있 다.

한편, 본 실시형태에 따른 신호 송수신 방법이 기존 방식과 차별화되는 주요 포인트는 캐리어간 다이버시티 이득을 획득하기 위해 다중화 채인(multiplexing chain; 402)을 각 RF 캐리어에 따라 관리되는 주파수 대역과 관계 없이 바깥 쪽에 따로 정의하고 있는 점이다. 즉, 본 실시형태에 있어서 하나의 MAC PDU(401)는 복수의 주파수 대역과 관계 없이 별도로 규정된 단위에 따라 채널 코딩 및/또는 다중화가 수행되며(402), 이에 따라 생성된 코드워드(들)는 하나 또는 그 이상의 주파수 할당 대역(403_0 내지 403_(n-1))에 각각 매핑될 수 있다. 이를 통해 기존 주파수 할당 대역별로 채널 코딩 및 다중화 방식을 규정하는 방식에 비해 다이버시티 이득을 획득할 수 있으며, 하나의 코드워드가 몇개의 주파수 대역에 매핑되는지에 따라 추가적인 다이버시티 이득을 획득할 수 있다.

본 실시형태에 있어서, 각 주파수 대역에 매핑된 비트들을 PSK나 QAM으로 변조하는 부분은 다중화 및 채널 코딩 모듈(402) 또는 RF 캐리어 블록(403_0 내지 403_(n-1))어디서든지 정의할 수 있는바, 도 4의 개념도에서는 생략하였다. 또한, 비트 (또는 심볼) 단위 인터리버는 필요에 따라 추가될 수 있으나, 본 실시형태에 따른 주요 개념이 아닌바, 도 4에서는 이를 생략하고 도시하고 있다.

본 발명의 일 실시형태에는 채널 코딩된 비트들이 각각의 RF 캐리어에 매핑될 때 단일 코드워드가 여러 RF로 나누어져서 매핑되는 경우(단일 코드워드; 이하 "SCW")와, 여러 코드워드가 묶여서 각각의 RF 캐리어로 나누어져서 매핑되는 경우(다중 코드워드; 이하 "MCW")로 나누어질 수 있다.

본 실시형태에서 SCW는 하나의 MAC이 관할하는 RF 캐리어들에 전송될 정보들을 하나의 코드워드로 채널 코딩하고 변조한 후, 각 RF 캐리어에 매핑하는 것을 말한다. MCW는 하나의 MAC이 관할하는 RF 캐리어들 중 1개 혹은 여러 개의 RF 캐리어에 매핑될 정보들을 매핑되어질 단위로 채널 코딩 한 후 각각의 코드워드를 RF 캐리어에 매핑하는 것을 말한다. 이때, MCW는 코드워드와 RF 캐리어가 1:1로 매핑되는 경우뿐만 아니라 x(x는 2 이상의 자연수)개의 RF 캐리어가 하나의 코드워드에 매핑되는 경우도 포함한다.

여기서, 본 실시형태에서의 MAC PDU(예를 들어, 패킷)의 정보가 코드워드로 매핑되는 것에 대해 간단히 설명한다.

본 발명에서 서술하는 "MAC"이라 함은 상위 계층 프로세싱을 가능하게 하는 부분을 총칭하는 것으로서, 하나 이상의 다수 MAC PDU 구성을 포함한다. 예를 들면, 1) 상기 코드워드를 구성하는 MAC 패킷은 하나의 패킷이 하나의 코드워드로 일대일 매핑 관계에 있는 제 1 방식, 2) 하나 이상의 MAC 패킷이 하나의 코드워드로 다대일 매핑 관계(즉, packet aggregation)에 있는 제 2 방식, 3) 하나의 MAC 패킷이 여러 개의 코드워드로 쪼개지는 형태의 일대다 매핑 관계에 있는 제 3 방식이 가능하다. 상기 제 1 내지 제 3 방식 각각의 장점은 다음과 같다.

제 1 방식에 따를 경우, 통상적으로 MAC 패킷은 사용자 단위로 구분이 되므로, 각 사용자별로 코드워드 단위의 AMC 혹은 적응형 프로세싱(adaptive processing)을 통해 최적화하기가 용이하다.

제 2 방식에 따를 경우, 하나 이상의 MAC 패킷은 MAC에서 병합해서 PHY로 전 송될 수도 있고, PHY에서 병합될 수도 있다. 통상적으로 MAC 헤더는 MAC 패킷당 붙여지기 때문에 MAC 패킷 병합을 수행할 경우에는 오버헤드가 감소하는 효과를 획득할 수 있다. 또한, 여러 MAC 패킷이 모여서 채널 코딩을 수행하므로 코딩 이득이 증가한다는 장점이 있을 수 있다.

제 3 방식에 따를 경우, HARQ 변조 차수, 코딩율 등을 코드워드별로 다르게 적용할 수 있는 장점을 가진다.

도 5는 본 실시형태 중 SCW 방식에 따라 코드워드를 RF 캐리어에 매핑하는 방식의 일례를 설명하기 위한 도면이며,

도 6은 본 실시형태 중 MCW 방식에 따라 코드워드를 RF 캐리어에 매핑하는 방식의 일례를 설명하기 위한 도면이다.

도 5 및 도 6에서 역시 도 4와 마찬가지로 PSK/QAM 등에 의한 변조는 RF 캐리어 블록 전/후 어느 단계에서도 수행될 수 있으며, 도면에서 도시는 생략하였다.

도 5에 도시된 바와 같이 SCW 방식에 따라 하나의 코드워드를 복수의 주파수 할당 대역에 매핑하는 경우, 각 주파수 할당 대역별로 채널 코딩을 수행하는 경우에 비해 추가적인 다이버시티 이득을 획득할 수 있다. 또한, 도 6에 도시된 바와 같이 MCW 방식을 이용하는 경우에도, 종래와 같이 반드시 하나의 코드워드를 하나의 주파수 할당 대역에 매핑하는 것이 아니라, RF carrier n-2 및 RF carrier n-1에 매핑된 하나의 코드워드(codeword m-1)와 같이 RF 캐리어 매핑 단위를 유연하게 설정하여 오버헤드 감소와 다이버시티 이득 획득 간에 장점을 최적화시킬 수 있다.

또한, HARQ 방식을 적용하는 경우, 다이버시티 이득 을 얻기 위해 적어도 하 나 이상의 코드워드를 그룹핑하여 각 그룹 내에서 순환 전송(cycling transmission)을 수행할 수 있다. 여기서, 순환 전송에 대해 간단히 설명한다.

총 4개의 RF 캐리어 RF0, RF1, RF2, RF3 가 있다고 가정하고, 4개의 코드워드 C0, C1, C2, C3가 초기 전송 시 각각 RF0, RF1, RF2, RF3를 통해 전송된다고 하자. NAK을 수신하여 1차 재전송을 수행하는 경우 코드워드를 하나만큼 순환 이동(예를 들어, modulo 연산을 이용)을 통해 C3, C0, C1, C2 의 코드워드를 각각 RF0, RF1, RF2, RF3을 통해 전송할 수가 있다. 다시 NAK을 수신하여 2차 재전송을 수행하는 경우 다시 코드워드를 하나만큼 순환이동하여 C2, C3, C0, C1의 코드워드를 각각 RF0, RF1, RF2, RF3를 통해 전송할 수가 있다.

이와 같은 실시형태를 RF 캐리어가 2개, 코드워드 가 2개인 시스템에 적용하는 경우, 매 재전송마다 코드워드를 스와핑(swapping)하는 것과 같이 해석할 수도 있다. 즉 초기 전송시 C0, C1을 각각 RF0, RF1을 통해 전송하고, 1차 재전송시 C1, C0을 각각 RF0, RF1을 통해 전송하는 방식과 같이, 매 재전송 시점마다 코드워드 전송 위치를 변경하는 것으로 볼 수도 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시형태에서는 코드워드 전송 시마다 시간 영역에서 코드워드별로 RF 캐리어 호핑(RF carrier hopping)을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 시간 t0에 4개의 RF 캐리어에 대해 C0, C1, C2, C3의 코드워드를 전송하였다고 하면, 다음 시간 t1에 C1, C3, C2, C0의 코드워드를 전송할 수가 있다.

이와 같은 실시형태에서 이용되는 호핑 패턴은 m-시퀀스나 골드 코드(gold code)같은 PN 코드에 따라 규정될 수 있으며, 그 밖에 다른 여러 가지 방법으로도 설정하는 것이 가능하다. PN 코드가 아닌 다른 호핑 패턴 설정 방법의 한 예로 코드워드 전송 시마다 순환 호핑(cycling hopping)을 적용하는 방법을 생각할 수 있다. 이는 상술한 재전송시점마다 코드워드 전송 위치를 순환이동하는 것과 달리 매 전송시마다 코드워드 전송 위치에 순환 이동을 적용하는 점에 있어서 구분될 수 있다. 즉, 시간 t0에서 C0, C1, C2, C3의 코드워드를 전송하고, 시간 t1에서 C3, C0, C1, C2의 코드워드를 전송하며, 시간 t2에서 C2, C3, C0, C1의 코드워드를 전송하는 방식으로 계속적으로 순환 호핑을 적용할 수 있다.

캐리어간 상호 작용 다이버시티 획득 방식

본 실시형태에서는 상술한 다중 대역 기반 통신 방식에 캐리어간 상호 작용 다이버시티(co-operative diversity) 기법을 적용하는 방법을 제안한다. 현재, 상호 작용 다이버시티(co-operative diversity) 기법은 같은 주파수를 사용하고 있는 사용자들(자원을 공유하는 사용자들) 간에 다이버시티 기법을 적용하는 것을 의미한다.

예를 들어, DL 상황에서 기지국이 단말기에 정보를 전송할 때, 중간에 중계국(relay station)과 같은 매개체를 설정한 경우를 가정하여 설명한다. 중계국은 단말기로 전송될 신호를 수신하여 가공 처리 한 후, 다시 단말기로 전송한다. 이 때, 단말기는 기지국으로부터 수신한 신호와 중계국으로부터 수신되는 정보를 결합해서 수신함으로써 다이버시티 이득을 획득할 수가 있다. 또한, UL 상황에서 하나 의 단말기A가 기지국으로 정보를 전송함에 있어서, 또 다른 단말기B가 단말기 A로부터의 정보를 수신한 후 그것을 다시 가공 처리하여 기지국으로 전송할 수 있다. 이 경우, 기지국은 단말기 A의 정보를 단말기 A와 단말기 B로부터 오는 두 신호를 프로세싱하여 다이버시티 이득을 획득할 수 있다.

하지만, 상기 기술들은 자원(예를 들어, 주파수)를 공용하고 있는 경우에 대한 상호작용(co-operative) 기술에 관한 것으로서, 다른 자원(주파수/캐리어)를 사용하고 있는 다중 캐리어 지원 모드의 경우에는 상술한 바와 같은 상호작용 다이버시티 획득 방식이 아직 정의되지 않았다.

여기서 각 주파수 대역 내에서는 하나 이상의 다중 안테나를 사용하고, 각 주파수 대역 내에서 사용하는 MIMO 방식은 본 발명의 초점에서 벗어나므로 특별히 묘사하지 않았으나, 현존하는 모든 MIMO 방식과 결합하여 사용할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서 설명되는 개념은 상기 언급한 기술뿐만 아니라 본 발명의 제 1 실시형태로서 주파수 할당 대역 단위와 무관하게 채널 코딩 및 다중화를 수행하는 방식과 결합하여 이용될 수도 있다. 따라서, 이하의 설명에서는 설명의 편의를 위해 도 4 내지 도 6과 같은 개념도로 보았을 때, RF 캐리어 블록 부분에 대해서만 중점적으로 설명하기로 한다.

본 실시형태에서는 다음과 같이 크게 2가지 방법에 대해 설명한다.

첫째로, 캐리어간 상호 동작 다이버시티 방식에 따른 본 발명의 일 실시형태에서는 복수의 주파수 할당 대역을 통해 수신된 수신 신호를 최대 비율 결 합(Maximal Ratio Combining; 이하 "MRC") 방식에 따라 결합하여 수신함으로써 다이버시티 이득을 획득하는 방식을 제안한다. 이를 도 7을 참조하여 좀더 구체적으로 살펴본다.

도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따라 복수의 주파수 할당 대역을 통해 수신한 신호를 MRC 방식에 따라 결합하여 다이버시티 이득을 획득하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.

도 7에 도시된 바와 같이 본 실시형태에 따르면, 비트 (또는 심볼) A가 2번 반복되어 RF 캐리어 0 및 RF 캐리어 1을 통해 전송되는 것을 도시하고 있으며, 비트 (또는 심볼) B가 2번 반복되어 RF 캐리어 (n-2) 및 RF 캐리어 (n-2)을 통해 전송되는 것을 도시하고 있다. 이와 같이 각각의 RF 캐리어로 나타내어진 주파수 할당 대역을 통해 전송되는 수신 신호는 이후 미리 정해진 방식에 따라 그룹핑된 주파수 할당 대역 그룹별로 MRC 결합이 이루어진다. 도 7에서는 RF 캐리어 0 및 RF 캐리어 1을 통해 수신된 수신 신호를 동일한 MRC 결합 모듈(MRC 결합 모듈 A)에 의해 결합하고, RF 캐리어 2 및 RF 캐리어 3을 통해 수신된 수신 신호를 또 다른 MRC 결합 모듈(MRC 결합 모듈 B)에 의해 결합하는 예를 도시하고 있다.

여기서, "최대 비율 결합(MRC)"이란 무선 통신 기술에 있어서 복수의 채널 각각을 통해 수신된 신호들을 결합하는 방식으로서, 각 채널에 대해 다양한 비례 상수를 이용하여 결합하는 기술을 의미한다. 이와 같은 MRC는 서로 독립적인 무선 채널 환경 간에서 최적의 수신 결합 방식이다. 이와 같이 소정 그룹 단위로의 그룹핑에 기초하여 그룹 내 복수의 주파수 할당 대역을 통해 동일한 신호를 전송하고, 수신측에서는 수신된 수신 신호를 MRC 방식에 의해 결합하여 이용함으로써 캐리어간 다이버시티 이득을 추가적으로 획득할 수 있으며, 이는 각 주파수 할당 대역에서 이용하는 기존 MIMO 방식에 의한 다이버시티 이득과는 별도로 추가적으로 획득되는 다이버시티 이득이다.

이해를 돕기 위해 MRC에 대해 간단히 설명한다.

도 7에서 RF 캐리어 0과 1에 초점을 맞추어 설명한다. RF 캐리어 0와 RF 캐리어 1이 동일한 신호 s를 전송한다고 하면, RF 캐리어 0과 1을 통해 수신되는 신호 r₀ 및 r₁은 각각 다음과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, h는 무선 채널 응답을 나타내며, n은 AWGN을 나타낸다.

이 수신 신호 r₀ 및 r₁을 MRC 결합 하면 최종적으로 다음과 같이 표현된다.

여기서,

는 통계적 특성상 다시 AWGN으로 간주되므로, 수신단 입 장에서는

의 이득을 얻는다.

아울러, 상술한 바와 같은 실시형태에 따라 다중 캐리어 대역을 통해 신호를 전송할 때, 송신측은 수신측으로 피드백 받은 CQI, PMI, 랭크 정보 등을 이용하여 신호를 전송할 캐리어 대역을 선택하여 전송할 수 있다. 이를 통해 전체 시스템 효율을 향상시키는 것이 가능하다.

다음으로, 캐리어간 다중 안테나 방식(Inter-Carrier MIMO scheme)에 의한 신호 송수신 방법에 대해 설명한다.

통상 MIMO(Multi-Input Multi-Output) 기법이라 함은 다중 안테나 간의 프로세싱 기법을 의미하나, 본 실시형태에서는 RF 캐리어간 프로세싱 기법을 포괄하는 것을 가정한다. 본 실시형태에 의한 MIMO 프로세싱의 적용 개념은 RF 캐리어별로 생성되는 채널을 하나의 커다란 가상 고유 채널 행렬(Virtual Eigen channel matrix)로 간주하여, RF 캐리어간에 종래 단일 캐리어 MIMO 프로세싱 기법들을 적용하는 것이다.

본 실시형태에서 하나의 고유 채널 행렬은 한 RF 내에서 MIMO 기법을 적용했을 때 생성되는 채널 행렬로 정의될 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따라 다중 주파수 할당 대역 각각을 고유 채널 행렬로서 적용하여 주파수 대역간 다중 안테나 전송 방식을 구현하는 방식을 개념적으로 도시한 도면이다.

도 8에 도시된 예에서는 한 RF 캐리어에서 하나의 가상 고유 채널 행렬이 생성되는 것으로 도시하고 있다. 다만, 다수의 RF 캐리어들로부터 하나의 가상 고유 채널 행렬 혹은 다수의 RF 캐리어들로부터 다수의 가상 고유치 채널 행렬들이 생성되는 방식 역시 본 실시형태의 범주에 속한다. 또한, 주파수 대역 내 MIMO 프로세싱은 가상 고유 채널 행렬 단위로 처리할 수도 있으며, 가상 고유 채널 행렬 내의 안테나 가지 단위로 처리할 수도 있다.

상기 도 8에 도시된 예에서 RF 캐리어 내에서는 안테나 간의 MIMO 기법을 같이 적용한 혼합 형태도 가능함에 유의하라. 또한, 도 8에서 캐리어간 (주파수 할당 대역간) MIMO 프로세싱 기법으로는 캐리어간 선택 (inter-carrier selection) 기법, 캐리어간 가상 고유 빔 포밍(inter-carrier virtual eigen beamforming) 기법 등의 종래 안테나간 MIMO 기법을 확장하여 적용할 수 있다.

캐리어간 선택 기법의 한 예로, 캐리어간 MIMO 프로세서는 각 RF 캐리어 주파수 내의 랭크(Rank)가 가장 큰 순서대로 M(M은 임의의 가변 수)개의 RF 캐리어를 선택하여 전송하거나, 각 RF 캐리어 주파수 내의 평균 채널 품질(혹은 PMI; Precoding Matrix Index)가 제일 큰 순서대로 M개의 RF 캐리어를 선택할 수 있다. 혹은 전송 시간에 따라 M개의 RF 캐리어를 순차적으로 스위칭(switching)해 가며 선택하는 것도 가능하다. 여기서, 상기 RF 캐리어들이 그 자체 캐리어 위치에 대해 고유 채널(eigen channel)을 형성하므로, M=1인 경우에는 캐리어간 가상 고유 빔포밍(inter-carrier virtual eigen beamforming)과 등가를 이룬다. M이 MAC 내의 최대 RF 캐리어 수와 같을 경우에는 따로 스위칭하지 않고, 모든 캐리어를 통해 신호 를 전송하는 경우와 등가이다. 이때, 각각의 RF 캐리어 내에서는 기존의 다중 안테나 기법을 같이 병행할 수가 있다. 또한, 상기 과정들은 매 순간마다 적응적으로 적용되는 것이 가능하다.

또한, N개의 RF carrier를 기지국이 전송한다고 할 때, 기지국의 총 전력은 제한 되어 있으므로 주어진 전력 내에서 N개의 RF carrier에 채널 상태에 따라 전력을 조절해주는 power allocation (power control)이나 AMC (Adaptive Modulation and Coding) 을 수행할 수 있다.

일례로 상술한 바와 같이 채널 선택을 수행하는 방법에 대해 구체적으로 설명한다.

다중 캐리어 지원 시스템에서 각각의 RF 캐리어 주파수 대역 내에서는 도 8에 도시된 바와 같이 기존의 다중 안테나 방식을 사용할 수 있다. 또한, 본 예에서는 고유 채널에 근거한 채널 선택을 캐리어 대역간 채널 선택과 캐리어 대역내 채널 선택을 모두 적용한다고 가정한다. 이때, 캐리어 대역간 선택은 캐리어 대역 간 MIMO 기법이며, 캐리어 대역내 채널 선택은 안테나간 MIMO 기법을 의미한다. 이때, 고유 채널을 선택하는 방법을 크게 1) 평균 채널 품질을 통한 RF 캐리어 대역 선택 -> 캐리어 대역 내 고유 채널 선택과 같이 수행하는 방식, 2) 전체 RF 캐리어 대역 내에서 가능한 고유 채널의 채널 품질 순서대로 선택하는 방식과 같이 다양한 방식에 따라 적용할 수 있다.

상기 언급한 캐리어 대역간 MIMO 모드 관련 정보는 방송 채널(broadcast channel)이나 제어 채널(control channel)을 통해 알려줄 수 있으며, 각 캐리어 대 역 당 CQI나 단말의 선호하는 캐리어 대역 인덱스와 같은 채널 정보 피드백은 각 캐리어 대역 위치에서 각 캐리어 피드백 정보들이 피드백되거나, 아니면 몇 개의 캐리어 대역 피드백 정보들을 묶어서 하나의 단위로 하여 피드백될 수 있다.

상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시형태에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 형태를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명의 각 실시형태에 따른 신호 송수신 방법은 하나의 MAC 엔터티에 의해 복수의 캐리어 주파수 대역이 관리되는 다중 캐리어 시스템에 광범위하게 이용될 수 있다. 즉, 3GPP LTE 시스템, IEEE 802.16m 등을 불문하고 상술한 바와 같은 다중 캐리어 시스템이 적용되는 한 다양한 시스템에 적용되는 것이 가능하다.

도 1의 (a) 및 (b)는 다중 대역 RF 기반 신호 송수신 방법을 송신측 및 수신측의 관점에서 개념적으로 설명하기 위한 도면이다.

도 2는 다중 대역 지원 통신 방식에서 주파수 할당의 일례를 도시한 도면이다.

도 3은 다중 대역 지원 방식에 있어서, 하나의 기지국과 복수의 단말 사이의 통신이 이루어지는 시나리오의 일례를 도시한 도면이다.

도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따라 다중화/채널 코딩을 수행한 코드워드들을 복수의 주파수 대역에 매핑하여 신호 송수신을 수행하는 개념을 설명하기 위한 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같은 본 발명의 일 실시형태에 따라 채널 코딩된 비트들이 각각의 RF에 매핑될 때 단일 코드워드가 여러 RF로 나누어져서 매핑되는 경우(단일 코드워드; 이하 "SCW")와, 여러 코드워드가 묶여서 각각의 RF로 나누어져서 매핑되는 경우(다중 코드워드; 이하 "MCW")로 나누어질 수 있다.

도 6은 본 실시형태 중 MCW 방식에 따라 코드워드를 RF 캐리어에 매핑하는 방식의 일례를 설명하기 위한 도면이다.

도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따라 복수의 주파수 할당 대역을 통해 수신한 신호를 MRC 방식에 따라 결합하여 다이버시티 이득을 획득하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.

도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따라 다중 주파수 할당 대역 각각을 고유 채널 행렬로서 적용하여 주파수 대역간 다중 안테나 전송 방식을 구현하는 방식을 개념적으로 도시한 도면이다.

Claims (12)

1. 물리 계층(PHY)보다 상위인 특정 계층에 의하여 관리되고, 각각 할당을 위한 대역 크기를 가지는, 복수의 주파수 할당 대역을 이용하여 신호 전송하는 방법에 있어서,

   상기 특정 계층의 복수의 정보 유닛을 복수의 채널 코딩 블록에 각각 매핑하는 단계;

   복수의 부호어를 생성하기 위하여, 상기 복수의 매핑된 채널 코딩 블록을 통하여, 상기 특정 계층의 복수의 정보 유닛을 가지고 채널 코딩을 수행하는 단계;

   상기 복수의 부호어를 상기 복수의 주파수 할당 대역에 매핑하는 단계; 및

   상기 복수의 부호어를, 상기 복수의 부호어가 매핑된 주파수 할당 대역을 통하여 전송하는 단계를 포함하고,

   상기 복수의 부호어 각각은 적어도 하나 이상의 상기 복수의 주파수 할당 대역에 매핑되고,

   상기 복수의 정보 유닛을 상기 복수의 채널 코딩 블록에 매핑하는 단계는, 제 1 정보 유닛 및 제 2 정보 유닛을, 제 1 부호어를 생성하는 제 1 채널 코딩 블록 및 제 2 부호어를 생성하는 제 2 채널 코딩 블록 각각에 매핑하는 단계를 포함하며,

   상기 제 1 정보 유닛이 재전송된 경우, 상기 제 1 정보 유닛을 상기 제 2 채널 코딩 블록에 재매핑시키는, 신호 전송 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   각각의 복수의 주파수 할당 대역의 채널 품질 정보(channel quality information; CQI)를 해당 주파수 할당 대역을 통하여 수신하는 단계를 더 포함하는, 신호 전송 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 복수의 부호어가 상기 복수의 주파수 할당 대역을 통하여 전송되고, 상기 복수의 주파수 할당 대역은 상기 채널 품질 정보(CQI)에 기초하여 선택되는, 신호 전송 방법.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 복수의 주파수 할당 대역에 매핑된 복수의 부호어는, 상기 제 1 부호어가 전송된 경우에 상기 복수의 주파수 할당 대역에 매핑될 부호어에 의해서 하나의 부호어씩 순환 자리 이동(cyclically shift)하는, 신호 전송 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 채널 코딩을 수행하는 단계는, 상기 특정 계층의 복수의 정보 유닛을 다중화하는 것을 포함하는, 신호 전송 방법.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 하나의 특정 계층에 의해 관리되는 상기 복수의 주파수 할당 대역은 하나 또는 하나 이상의 그룹으로 그룹화되고,

   상기 전송하는 단계는 같은 그룹의 주파수 할당 대역을 통하여 동일한 신호를 전송하는, 신호 전송 방법.
7. 제 4 항에 있어서,

   상기 하나의 특정 계층에 의해 관리되는 상기 복수의 주파수 할당 대역 중에 하나의 주파수 할당 대역을 위하여 생성된 채널은, 단일 고유 채널 (eigen channel) 행렬로 간주되는, 신호 전송 방법.
8. 제 4 항에 있어서,

   상기 채널 코딩을 수행하는 단계는, 주파수 할당 대역 당 변조 코딩 방식에 적용하는, 신호 전송 방법.
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