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KR101522059B1 - Ｏｆｄｍａ 시스템에서 ｈａｒｑ를 사용하는 스펙트럼 효율 링크 적응 방법 및 장치 - Google Patents

Ｏｆｄｍａ 시스템에서 ｈａｒｑ를 사용하는 스펙트럼 효율 링크 적응 방법 및 장치 Download PDF

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KR101522059B1
KR101522059B1 KR1020107024239A KR20107024239A KR101522059B1 KR 101522059 B1 KR101522059 B1 KR 101522059B1 KR 1020107024239 A KR1020107024239 A KR 1020107024239A KR 20107024239 A KR20107024239 A KR 20107024239A KR 101522059 B1 KR101522059 B1 KR 101522059B1
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사이라메시 남미
샨카르 벤카트라만
아시빈 체다
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애플 인크.
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Abstract

본 발명의 방법은 통신 시스템의 스펙트럼 효율을 향상시킨다. 상기 통신 시스템은 하나 이상의 이동국을 포함하고, 복수의 이용 가능한 변조 코딩 스킴("MCSs")에 따라 인코딩된 메시지를 송신할 수 있다. 각 이용 가능한 MCS는 변조 스킴과 유효 코딩 레이트를 포함한다. MCS는 복잡도가 증가함에 따라 인덱싱된다. 신호 대 간섭비("SINR")는 소정 프레임 에러율("FER")을 충족시키기에 충분하게 결정된다. 상기 제 1 MCS를 사용하여 상기 SINR에서 상기 소정 FER을 충족시키는데 필요한 대응 송신량과 제 1 MCS가 결정된다. 상기 제 1 MCS는 제 2 MCS보다 유효한 코딩 레이트를 갖는다. 상기 제 2 MCS는 단일 송신에 있어서 상기 SINR에서 상기 소정 FER을 충분히 충족시킨다. 상기 제 1 MCS에 따라 인코딩된 메시지는 하이브리드 자동 반복 요청("HARQ")을 사용하는 상기 통신 시스템을 통해 송신된다.

Description

ＯＦＤＭＡ 시스템에서 ＨＡＲＱ를 사용하는 스펙트럼 효율 링크 적응 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR SPECTRALLY EFFICIENT LINK ADAPTATION USING HARQ IN OFDMA SYSTEMS}
본 발명은 통상적으로 통신 시스템에 관한 것이고, 특히 직교 주파수 분할 다중 접속("OFDMA") 시스템에서 하이브리드 자동 반복 요청("HARQ")에 의해 스펙트럼 효율 링크 적응을 사용하여 처리량을 향상시키는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
신뢰성 있고, 높은 데이터 처리량의 무선 통신 네트워크에 대한 요구는 현재보다 결코 크지 않다. 초기 소비자와 비지니스 요구는 음성 통신을 지원하기 위한 무선 통신 기술에 대한 것이지만 무선 브로드밴드 데이터 서비스에 대한 요구의 결과인 대역폭 요구뿐만 아니라 유저의 시어 볼륨(sheer volume) 모두의 관점에서 이러한 요구가 증가하였다. 이러한 서비스는, 예컨대 3GPP 롱 텀 에볼루션("LTE"), IEEE 802.16e WiMax, 및 에어 인터페이스 테크놀로지로서 직교 주파수 분할 다중 접속("OFDMA") 기술을 각각 사용하는 3GPP2 울트라 모바일 브로드밴드("UMB")에 의거한 4세대("4G") 무선 시스템에 의해 제공된다.
특히 LTE에 관하여, 주목적은 다운링크에 있어서 100Mbps까지와 업링크에 있어서 50Mbps까지의 피크 데이터 레이트, 감소된 레이턴시, 현저히 향상된 스펙트럼 효율, 향상된 시스템 용량, 커버리지, 및 리즌어블 시스템 & 터미널 컴플렉시티(reasonable system & terminal complexity)의 제공을 포함한다. 이러한 목적을 달성하기 위해 일부 새로운 라디오 송신 기술이 제안되었다. LTE 업링크는 싱글 캐리어 주파수 분할 다중 접속("SC-FDMA")을 사용하지만 LTE 다운링크는 접속 기술로서 직교 주파수 분할 다중("OFDM")을 사용한다. 송신기 및 수신기에서의 다중 안테나는 다이버시티 이득을 달성하는 것뿐만 아니라 데이터 레이트를 증가시킨다. 싱글 터미널에 멀티플 패러렐 데이터 스트림(multiple parallel data streams)을 송신함으로써 데이터 레이트가 현저히 증가될 수 있다. 한편, 다중 입력 다중 출력("MIMO") 시스템은 상이한 안테나상에서 동일한 심볼을 송신함으로써 다이버시티를 증가시키기 위해 사용된다. 또한 3G 시스템에서와 마찬가지로, 적응 변조 및 코딩("AMC")은 채널 정보를 활용하기 위해 LTE에 사용된다.
실제로, AMC에 있어서의 링크 적응("LA")은 링크 측정에서의 부정확성과 채널 품질 측정에 있어서의 피드백 지연으로 인해 실패했다. 링크 적응 에러로부터의 복구를 위해 하이브리드 자동 반복 요청("HARQ")이 통상적으로 재송신 메카니즘으로서 사용된다. HARQ는 포워드 에러 코렉션("FEC")을 사용하여 수정될 수 없는 송신 에러를 극복하기 위해 무선 시스템에 사용된다. HARQ는 이전 송신으로부터의 정보를 사용함으로써 디코딩 확률을 향상시킨다. 상기 방법에 의해 재송신 패킷이 결합되고, HARQ 시스템은 통상적으로 두개의 카테고리, 즉 체이스 결합("CC") 또는 증분 리던던시("IR")로 분류될 수 있다.
CC에 있어서, 베이직 아이디어는 각 코딩된 데이터 패킷의 다수의 반복을 송신하고, 디코더가 디코딩 전에 다중 수신된 패킷의 사본을 결합하게 하는 것이다. 재송신된 패킷은 원래 패킷의 정확한 복제이다. 이러한 방법에 있어서, 타임 다이버시티 이득이 실현될 수 있다. 이러한 스킴은 수신기에서 적은 구현 복잡도를 필요로 한다.
IR에 있어서, 전체 패킷의 간단한 반복을 송신하는 대신 1차 시도에서 디코딩이 실패하면 추가 패리티 정보의 송신이 증가한다. 각 송신은 자체 디코딩이 가능하거나 가능하지 않을 수 있다. 각 송신이 자체 디코딩 가능하면 파셜(partial) IR이라 하고, 그렇지 않으면 풀(full) IR이라 한다.
이동 통신 장치, 즉 이동국("MS") 또는 기지국("BS")을 위한 링크 적응 결정은 기준 신호("RS") 신호 대 간섭비("SINR") 평가에 의거한다. 종래 링크 적응은 기준 신호 측정으로부터 SINR을 평가하고, 1 HARQ 송신을 사용하여 소정 FER에서 지원될 수 있는 최고 MCS를 결정한다.
링크 레벨 퍼포먼스 커브는 HARQ-CC에서 추가 패리티 정보의 송신으로 인해 HARQ-CC/HARQ-IR을 사용하는 경우에 현저한 신호 대 잡음비("SNR") 이득을 나타낸다. 그러나, 종래 LA 스킴은 이러한 HARQ 이득의 장점을 취할 수 없다. 멀티-유저 환경에 있어서, 종래 링크 적응은 HARQ-CC의 사용에 비해 HARQ-IR을 사용하는 모든 스펙트럼 효율 이득을 제공하지 않는다.
따라서, HARQ에 의해 제공된 이득을 추출할 수 있는 링크 적응 스킴을 사용하는 OFDMA 시스템의 스펙트럼 효율과 전체 시스템 퍼포먼스의 향상을 위한 방법 및 장치가 요청된다.
본 발명은 직교 주파수 분할 다중("OFDM") 통신 시스템의 스펙트럼 효율을 향상시키기 위한 방법, 장치, 및 시스템을 제공한다. 통상적으로, 본 발명의 실시형태는 요청된 변조 코딩 스킴("MCS")을 고차 MCS로 맵핑하고, 증분 리던던시와 하이브리드 자동 반복 요청의 결합("HARQ-IR")으로 고차 MCA를 사용하여 메시지를 송신한다.
본 발명의 일실시형태에 의하면, 통신 시스템에서 스펙트럼 효율을 향상시키기 위한 방법이 제공된다. 통신 시스템은 하나 이상의 이동국을 포함하고, 복수의 이용 가능한 MCS에 따라 인코딩된 메시지를 송신할 수 있다. 각 이용 가능한 MCS는 변조 스킴과 유효 코딩 레이트를 포함한다. 이용 가능한 MCS는 복잡도 증가에 따라 인덱싱된다. 소정 프레임 에러율("FER")을 충족시키기에 충분한 신호 대 간섭비("SINR")가 결정된다. 제 1 MCS를 사용하여 소정 FER을 충족시키는데 필요한 대응 송신량과 제 1 MCS가 결정된다. 제 1 MCS는 제 2 MCS보다 고효율의 코딩 레이트를 갖는다. 제 2 MCS는 단일 송신에 있어서 소정 FER을 충분히 충족시킨다. 제 1 MCS에 따라 인코딩된 메시지는 HARQ를 사용하는 통신 시스템을 통해 송신된다.
본 발명의 다른 실시형태에 의하면, 통신 시스템에서 스펙트럼 효율을 향상시키는 장치가 제공된다. 통신 시스템은 하나 이상의 이동국을 포함하고, 복수의 이용 가능한 MCS에 따라 인코딩된 메시지를 송신할 수 있다. 각 이용 가능한 MCS는 변조 스킴과 유효 코딩 레이트를 갖는다. 이동 가능한 MCS는 복잡도 증가에 따라 인덱싱된다. 상기 장치는 MCS 맵퍼와 트랜시버를 포함한다. MCS 맵퍼는 소정 FER을 충족시키기에 충분한 SINR을 결정하도록 동작될 수 있다. MCS 맵퍼는 제 1 MCS를 사용하여 SINR에서 소정 FER을 충족시키기에 충분한 대응 송신량과 제 1 MCS를 결정한다. 제 1 MCS는 단일 송신에 있어서 소정 프레임 에러율을 충족시키기에 충분한 제 2 MCS보다 고효율의 코딩 레이트를 갖는다. 트랜시버는 MCS 맵퍼에 통신 가능하게 접속된다. 트랜시버는 HARQ를 사용하는 통신 시스템을 통해 제 1 MCS에 따라 인코딩된 메시지를 송신하도록 동작될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 의하면, 통신 시스템은 하나 이상의 이동국과 하나 이상의 기지국을 포함한다. 기지국은 이동국에 통신 가능하게 접속된다. 하나의 기지국은 MCS 맵퍼와 트랜시버를 포함한다. MCS 맵퍼는 소정 FER을 충족시키기에 충분한 SINR을 결정하도록 동작될 수 있다. MCS 맵퍼는 제 1 MCS를 사용하여 소정 FER을 충족시키는데 필요한 대응 송신량과 제 1 MCS를 결정한다. 제 1 MCS는 단일 송신에 있어서 SINR에서 소정 FER을 충족시키기에 충분한 제 2 MCS보다 고효율의 코딩 레이트를 갖는다. 트랜시버는 MCS 맵퍼에 통신 가능하게 접속된다. 트랜시버는 HARQ를 사용하는 통신 시스템을 통하여 제 1 MCS에 따라 인코딩된 메시지를 송신하도록 동작될 수 있다.
본 발명의 완전한 이해와 이에 수반되는 장점 및 특징은 첨부 도면과 관련하여 고찰하는 경우에 이하의 상세한 설명을 참조함으로써 용이하게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 원리에 의해 구성된 예시적 OFDMA 통신 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 원리에 의해 구성된 예시적 롱 텀 에볼루션("LTE") 업링크 채널의 블록도이다.
도 3은 하이브리드 자동 반복 요청("HARQ")을 고려한 변조 및 코딩 스킴의 표이다.
도 4는 R=3/4인 변조 및 코딩 스킴 인덱스 6, QPSK를 사용하는 시스템에 대한 링크 레벨 퍼포먼스 커브를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 원리에 의한 예시적 링크 적응 프로세스의 순서도이다.
도 6은 본 발명의 원리에 의한 예시적 스태틱 맥시멈 이펙티브 스펙트럼 효율 맵핑(static maximum effective spectral efficiency mapping)("MESEM-S")의 순서도이다.
도 7은 R=5/6인 MCS 인덱스 11, 16-QAM을 사용하는 시스템에 대한 링크 레벨 퍼포먼스 커브를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 원리에 의한 예시적인 다이나믹 맥시멈 이펙티브 스펙트럼 효율 맵핑(dynamic maximum effective spectral efficiency mapping)("MESEM-D")의 순서도이다.
도 9는 본 발명의 원리에 의한 다이나믹 맥시멈 이펙티브 스펙트럼 효율 맵핑("MESEM-D")과 비교한 종래 체이스 결합("CC")을 사용하는 MCS 분포를 나타낸 그래프이다.
상기한 바와 같이, 일부 실시형태는 3세대 파트너십 프로젝트("3GPP) 에볼루션, 예컨대 롱 텀 에볼루션("LTE") 표준 등과 관련해서 동작하는 무선 네트워크와 관련해서 논의되지만 본 발명은 이에 한정되지 않고, WiMAX(IEEE 802.16)와 Ultra-Mobile Broadband("UMB") 등을 포함하는 다른 직교 주파수 분할 다중("OFDM")-기반 시스템과 관련된 동작을 포함하는 다른 브로드밴드 네트워크에 적용될 수 있다. 마찬가지로, 본 발명은 OFDM-기반 시스템에만 한정되지 않고, 다른 시스템 기술, 예컨대 코드 분할 다중 접속("CDMA"), 싱글 캐리어 주파수 분할 다중 접속("SC-FDMA") 등과 관련해서 구현될 수 있다.
본 발명과 관련된 예시적 실시형태를 상세히 설명하기 전에 실시형태는 링크 적응 스킴을 사용하는 통신 시스템의 전체 시스템 퍼포먼스와 스펙트럼 효율의 향상과 관련된 장치 컴포넌트와 프로세싱 스텝의 조합에 속한다는 것을 밝힌다. 따라서, 상기 시스템과 방법 컴포넌트는 여기 개시된 설명의 이익을 갖는 당업자에게 용이하게 이해될 상세 내용을 불명료하게 하지 않기 위해 본 발명에 의한 실시형태의 이해를 위해 적절한 특정 상세 내용만 나타내어 도면에서 종래 심볼에 의해 적합하게 표현된다.
여기에 개시된 바와 같이, "제 1"과 "제 2", "탑"과 "보톰" 등의 관련 용어는 모든 물리적 또는 논리적 관계나 이러한 엔티티나 엘리먼트간의 순서를 요청하거나 암시할 필요 없이 다른 엔티티나 엘리먼트로부터 하나의 엔티티나 엘리먼트를 구별하기 위해서만 사용될 수 있다.
본 발명의 일실시형태는 요청된 저레벨 변조와 코딩 스킴("MCS")을 고레벨 MCS로 맵핑하고, 증분 리던던시("IR")에 의해 하이브리드 자동 반복 요청("HARQ")을 구현함으로써 시스템의 스펙트럼 효율을 향상시킨다. 전체 시스템 처리량은 본 발명의 원리를 적용함으로써 20% 이상 증가될 수 있다.
유사한 엘리먼트에 유사한 첨부 번호를 붙인 도면을 참조하면, 도 1에는 본 발명의 원리에 의한 예시적 직교 주파수 분할 다중("OFDM") 통신 시스템(10)이 도시되어 있다. 통신 시스템(10)은 복수의 이동국("MS")(14a, 14b)[집합적으로 이동국(14)로 나타냄]과 통신하는 하나 이상의 기지국("BS")(12)을 포함한다. 설명을 위해 도 1에는 하나의 기지국(12)과 두개의 이동국(14)만이 도시되어 있지만 통신 시스템(10)은 다수의 기지국(12)과 이동국(14)을 포함할 수 있다는 것을 인식해야 한다.
일실시형태에 의하면, 이동국(14)은 이에 한정되는 것은 아니지만 LTE, 진보된 휴대전화 시스템("AMPS"), 시간 분할 다중 접속("TDMA"), CDMA, 이동 통신용 클로발 시스템("GSM"), 제너럴 패킷 라디오 서비스("GPRS"), 1x 에볼루션-데이터 옵티마이즈드("EV-DO" 또는 "1xEV-DO"로 단축됨), 및 유니버설 모바일 텔레커뮤니케이션 시스템("UMTS") 등의 다양한 통신 기술을 사용하는 휴대전화, 퍼스널 데이터 어시스턴트("PDA") 및 유사 장치를 포함하는 광범위의 휴대용 전자 장치를 포함할 수 있다. 또한, 이동국(14)은 무선 통신으로 기지국(12)과 엔게이징(engaging)되는데 필요한 컨트롤 플레인 펑션을 지원하는데 적합한 하드웨어 및 소프트웨어를 포함한다. 이러한 하드웨어는 다른 하드웨어 중 수신기, 송신기, 센트럴 프로세싱 유닛, 휘발성 및 비휘발성 메모리 형태의 스토리지, 및 입력/출력 장치를 포함할 수 있다.
기지국(12)은 다운링크 채널(16a, 16b)[집합적으로 다운링크 채널(16)로 나타냄]을 사용하여 이동국(14)으로 정보를 송신한다. 마찬가지 방식으로, 이동국(14)은 업링크 채널(18a, 18b)[집합적으로 업링크 채널(18)로 나타냄]을 사용하여 기지국(12)으로 정보를 송신한다. 또한, 기지국(12)은 HARQ-IR에 의한 사용을 위해 대체 MCS를 결정하는 MCA 맵퍼(20)를 포함할 수 있다. 이용 가능한 MCSs는 Quadrature Amplitude Modulation(QAM) 또는 Quadrature Phase Shift Key(QPSK) Modulation을 포함할 수 있다. MCS 맵퍼(20)의 동작은 이하 상세히 설명된다. 대안으로서 또는 추가적으로, MCS 맵퍼(20)는 이동국(14) 내에 존재할 수 있다.
도 2를 참조하면, 예시적인 업링크 채널(18)의 블록도가 도시되어 있다. 업링크 채널(18)은 두개의 수신 안테나(28a, 28b)를 사용하는 수신기(26)를 구비한 기지국(12)과 단일 송신 안테나(24)를 구비한 송신기(22)를 가진 이동국(14)에 의해 확립된다. 송신기(22)는 터보 콘볼루셔널 코드("TCC") 인코더(30)를 사용하여 8진 형태의 생성 다항식에 의해 제어기(도시되지 않음)로부터 데이터를 인코딩한다. TCC 인코더(30) 다음에는 랜덤 인터리버(32)와 컨스틸레이션 맵퍼(34)가 이어지고 그 다음에는 SC-FDMA 변조기(36)가 이어져서 코딩된 비트를 변조된 심볼로 맵핑한다. 변조된 심볼은 인버스 패스트 푸리에 변환("IFFT")에 의해 주파수 도메인으로부터 타임 도메인으로 변환되고, 사이클릭-프리픽스("CP")(40)는 결과 SC-FDMA 신호가 안테나(24)를 통해 송신되기 전에 추가된다.
수신기(26)측에서 인버스 프로세스가 이어진다. 두개의 수신 안테나(28a, 28b)는 SCFDMA 신호를 수신한다. CP 리무버(42a, 42b)는 패스트 푸리에 변환(44a, 44b)을 통해 타임 도메인으로부터 주파수 도메인으로 컨버팅된 신호로부터 CP를 스트립핑(stripping)한다. 최소 평균 제곱 오차("MMSE") 검출기(46)는 주파수 도메인 등화를 수행하고, 그 다음에 타임 도메인 심볼을 복구하기 위한 IFFT(47)가 이어진다. 그 다음에는 랜덤 디-인터리버(48)와 터보 디코더(50)가 이어진다. 디-인터리버(48)는 송신기(22)에서 사용된 인터리빙 동작을 보장하는데 사용된다. 터보 디코더(50)로부터 디코딩된 데이터는 추가 프로세싱을 위해 기지국(12) 제어기(도시되지 않음)로 송신된다.
도 3을 참조하면, HARQ-IR에 의한 사용을 위해 송신마다 변조 코딩 스킴과 유효 코딩 레이트가 표시된 표(52)가 도시되어 있다. 데이터 패킷은 R=1/3 터보 코드로부터 생성된다. 표(52)에 있어서, Tx는 트랜스미션 이터레이션(transmission iteration)을 나타낸다. 패리티 비트는 상이한 코드 레이트가 생성되도록 펑처링(puncturing)된다. CC를 위해 새 정보가 없기 때문에 연속적인 재송신에서 유효 코드 레이트가 동일하게 유지되지만 유효 코드 레이트는 IR을 위해 각 송신에 의해 감소된다. 예컨대, MCS 인덱스 11(16QAM)은 매우 적은 패리티 비트를 포함하는 제 1 송신상에서 5/6의 유효 코드 레이트를 갖는다. 제 2 송신에 있어서, 유효 코드 레이트는 일부 새로운 패리티 비트가 포함됨에 따라 5/12로 감소된다. 제 3 송신에 의해 나머지 모든 패리티 비트가 송신되고, 프로세스가 반복되고, 근본적으로 CC가 된다.
도 4는 MCS 인덱스 6(R=3/4인 QPSK)용 AWGN 채널을 위한 예시적 링크 레벨 커브(54)를 나타낸다. 링크 레벨 커브(54)로부터 보여지는 바와 같이, R=3/4인 QPSK를 사용하는 제 1 송신에 있어서 10% FER을 달성하기 위해 거의 4.5dB의 SINR이 요청된다. HARQ를 사용하는 시스템은 후속 재송신을 가능하게 함으로써 낮은 SINR 조건을 위해 동일 MCS를 사용할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 10% FER을 위해 필요한 SINR은 HARQ-IR을 사용하는 제 2 송신에 있어서 0.5dB보다 적게 떨어진다.
도 5를 참조하면, HARQ-IR을 사용하는 링크 적응 알고리즘의 스펙트럼 효율을 향상시키기 위한 스텝을 설명하는 예시적 동작 순서도가 도시되어 있다. 프로세스는 단일 송신에 있어서 소정 10% 프레임 에러율("FER")을 충족하는 메시지를 송신하는데 필요한 변조 코딩 스킴(MCSold)을 결정함으로써 개시된다(스텝 S102). 통상적으로, MS는 그 주변 환경의 SINR을 측정하여 확실한 MCS를 요청한다. 필요한 MCS는 통상적으로, 도 4 및 도 7에 도시된 바와 같이, 소정 링크 레벨 커브의 세트와 수신된 SINR을 비교함으로써 결정된다.
MCS 맵퍼(20)는 요청된 MCS를 높은 코딩 레이트를 가진 새로운 MCS(MCSnew)로 변경하고(스텝 104), MCSnew와 HARQ-IR을 사용하여 상기 메시지가 송신된다(스텝 106). 본 발명의 실시형태는, 상세히 후술하는 바와 같이, MCSnew를 결정하기 위해 3가지 방법 중 하나를 사용할 수 있다.
본 발명의 일실시형태는 셀렉티브 어그레시브 맵핑(selective aggressive mapping)("SAM") 메카니즘을 사용하여 요청된 MCS를 선택된 변조 스킴용으로 이용 가능한 최고 코딩 레이트로 맵핑한다. 즉, 표(52)(도 3 참조)의 변조 코딩 스킴에 있어서 MCS 인덱스 3(R=1/3인 QPSK)은 MCS 인덱스 6으로 맵핑되고, MCS 인덱스 7(R=3/7인 16-QAM)은 MCS 인덱스 11(R=5/6인 16-QAM)으로 맵핑된다. 표 1은 도 3으로부터 표(52)에 있어서 SAM으로부터의 MCS 맵핑 결과를 나타낸다. 이러한 MCS 스킴을 요청하는 모바일 장치가 이미 부족한 SINR 조건을 경험함에 따른 레이트 증가의 결과로서 발생하는 모든 에러에 대하여 보호하기 위해 MCS 인덱스 1 및 MCS 인덱스 2에 대하여 일반적 원칙의 예외가 만들어진다.
Figure 112010070098795-pct00001
도 6을 참조하면, 스태틱 맥시멈 이펙티브 스펙트럼 효율 맵핑("MESEM-S")을 사용하는 HARQ-IR을 사용하는 링크 적응 알고리즘의 스펙트럼 효율을 향상시키기 위한 스텝을 나타낸 예시적 동작 순서도가 도시되어 있다. 후속 프로세스에 있어서, "i"는 표(52)로서 MCS 인덱스를 나타낸다. 프로세스는 표(52)에 나열된 제 1 MCS, 즉 i=1(스텝 S108)에 의해 개시된다. MCS를 위한 링크 레벨 커브를 사용하여 제 1 송신에서 10% FER을 달성하기 위해 필요한 SINR이 결정된다(스텝 S110). 통상적으로, MS는 확실한 MCS를 요청하고, BS는 링크 레벨 커브로부터 요청된 SINR(SINRi로 나타냄)을 "역설계(reverse engineer)"한다. "j"로 표시된 제 2 인덱스는 높은 MCS 스킴(MCSj)을 비교하는데 사용된다. MCSi보다 하나 높은 레벨, 즉 j=i+1(스텝 S112)에서 시작하여 MCSi에 의해 얻어진 바와 같은 동일한 FER을 달성하기 위해 MCSj에 의해 송신의 수 "n"이 요청된다(스텝 S114). 소망하는 FER 레벨이 재송신의 소정 최대수(nmax) 내에 도달할 수 없으면(스텝 S115), 현재의 MCSj는 추가 고려를 위해 적합한 후보가 아니므로 폐기된다(스텝 S116). 일실시형태에 있어서 nmax=6이다.
R=5/6인 MCS 인덱스 11, 16-QAM을 위한 예시적 링크 레벨 그래프가 도 7에 도시되어 있다. 도 4와 도 7을 비교함으로써 확인할 수 있는 바와 같이, 높은 코딩 레이트는 동일한 FER 레이트를 달성하기 위해 더 높은 SINR을 필요로 한다. 예컨대 도 4에 도시된 바와 같이, 4.5dB의 SINR 베일(vale)은 MCS6을 사용하는 제 1 송신상에서 10% FER을 위해 요청되지만 이 값은 MCS11을 사용하여 약 9.2dB로 증가한다. 그러나, 두개의 송신을 사용하여 MCS11은 동일한 결과를 얻기 위해 약 3.4dB만을 필요로 한다.
소망하는 FER 레이트를 달성하기 위해 MCSj에 의해 요청되는 송신의 횟수 "n"이 nmax 이하이면 MCS 맵퍼(20)는 하기 식에 따라 MCSj를 위해 유효 스펙트럼 효율(ESEj)값을 산출한다.
Figure 112010070098795-pct00002
변조율은 M-ary QAM 컨스틸레이션당 비트수, 예컨대 QPSK에 대하여 2비트, 16-QAM에 대하여 4비트, 및 64-QAM에 대하여 6비트이다. ESE가 링트 적응을 위한 모든 가능성이 높은 MCS 스킴을 위해 결정되지 않으면, 즉 j<jmax이면(스텝 S118) j가 증가되고(스텝 S120), ESEj는 모든 j값에 대하여 결정된다(스텝 S114 내지 S117).
예컨대, MCSi=5(즉, R=2/3인 QPSK)로 가정하고, 10% FER을 달성하기 위해 MCS6에 대하여 2회의 송신을 필요로하는 것으로 가정하면
Figure 112010070098795-pct00003
이다. 표 2는 j>5의 모든 값에 대하여 생성된 모든 ESE 값을 나타낸다. 이 경우에 있어서, 요청되는 SINR=3.5dB이다. MCS 12-14에서는 3.5dB에서 10% FER을 제공하기에 6회의 송신도 충분하지 않다. 따라서, MCS 12, 13, 및 14는 추가적인 ESE 비교를 위해 적합한 후보가 되지 않는다.
Figure 112010070098795-pct00004
최고 ESEj를 가진 MCS는 새 MCS 스킴(MCSnew)으로서 선택되어 MCSi로 맵핑된다(스텝 S124). 표 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, MCS10은 MCS5를 위해 새 MCS를 결정할 때 최고 ESE를 갖고, 이에 따라 MCS5는 MCS10으로 맵핑된다.
이러한 프로세스는 링크 적응의 각 인덱스 i값에 대하여 반복된다. 즉, 링크 적응을 위한 모든 MCS 스킴에 대하여 MCSnew가 결정되지 않으면, 즉 i<imax이면(스텝 S126) i가 증가되고(스텝 S128) 모든 MCS 인덱스가 복구될 때까지 상기 프로세스가 반복된다. MESEM-S를 사용한 시뮬레이션 결과는 하기 표 3에 표시된다. 표 3에 있어서, 구 MCS는 종래 LA 스킴에 의해 MCS에 대응하고, 신 MCS는 MESEM-S 맵핑 후에 선택된 MCS에 대응한다. 이 스킴에 있어서 표는 한번만 생성되고, 그 후에 변경되지 않는다는 것을 인식해야 한다. 따라서, 실제 적용에 있어서, 소정 표는 터보 인터리버 길이에 의거하여 컴퓨팅되고 기억된다.
Figure 112010070098795-pct00005
도 8을 참조하면, 다이나믹 맥시멈 이펙티브 스펙트럼 효율 맵핑("MESEM-D")을 사용하여 HARQ-IR을 사용하는 링크 적응 알고리즘의 스펙트럼 효율을 향상시키는 스텝이 설명된 예시적 동작 순서도가 도시되어 있다. 이 스킴에 있어서, 맵핑은 순간적으로 수신된 SINR에 의거한다. 환경 SINRest는 MS 또는 BS에 의해 평가된다(스텝 S128). "r"로 표시되는 의도된 송신의 횟수를 나타내는 인덱스값은 1과 동일하게 설정된다(스텝 S130). 링크 레벨 커브를 사용하여 SINRest에 따라 요청된 FER을 충족시킬 수 있는 최고 MCS 인덱스값(MCSr)이 결정된다(스텝 S132). MCS 맵퍼(20)는 식 (1)에 따라 MCSr을 위해 대응하는 ESEr을 산출한다. 모든 추가 송신 인덱스(r)마다 ESE가 결정되지 않으면, 즉 r<rmax이면(스텝 S136) r이 증가되고(스텝 S138), 모든 r값마다 ESEr이 결정된다(스텝 S132 및 S134) 이 알고리즘은 스태틱 테이블 맵핑의 반대로서의 검색에 의거하여 ESE를 최대화하는 MCS를 결정한다는 것을 주목해야 한다. 이 프로세스는 MS가 SINR을 평가할 때마다 반복될 수 있다.
표 4에 제공된 바와 같은 시뮬레이션 결과는 종래 링크 적응 프로세스, 예컨대 세이스 및 IR에 비하여 본 발명의 실시형태, 즉 SAM, MESEM-S, 및 MESEM-D를 사용하여 평균 섹터 처리량에 있어서의 현저한 이득을 나타낸다. 링크 레벨 커브가 IR을 사용한 잠재 이득을 나타내지만 종래 LA 스킴에 의한 CC에 비해 IR을 사용한 섹터 처리량에 있어서의 이득은 없다는 것을 주목해야 한다. 본 발명의 실시형태를 사용하여 CC 기술에 비해 처리량에 있어서의 막대한 이득을 달성될 수 있다는 것을 확인할 수 있다. MESEM-D는 FER 감량뿐만 아니라 평균 섹터 처리량에 있어서의 모든 나머지 스킴보다 성능이 우수하다는 것을 확인할 수 있다. MESEM-S는 종래 MCS를 더욱 정적이고 스펙트럼 효율적인 MCS로 맵핑하지만 현재 SINR에 의거한 철저한 검색으로 인해 MESEM-S 또는 SAM에 비해 MESEM-D는 추가적인 이득을 제공한다는 것도 주목해야 한다. SAM은 환경적으로 측정된 값에 의거하지 않지만 처리량에 있어서 거의 18%가 달성된다.
Figure 112010070098795-pct00006
도 9는 종래 링크 적응 및 MESEM-D를 위한 MCS 분포를 나타낸 그래프(58)을 제공한다. 최저 MCS 스킴에서 분포는 모두에 있어서 동일하다는 것을 확인할 수 있다. 그러나, MESEM-D에 대한 모든 낮은 MCS 스킴, 즉 인덱스>1은 더 스펙트럼 효율적인 MCS 스킴으로 맵핑된다. 표 4에 나타낸 바와 같이, 이러한 MCS 맵핑으로 인해 처리량에 있어서 현저한 이득이 달성된다는 것을 확인할 수 있다.
본 발명은 상기 내용에 한정되지 않는다는 것이 당업자에게 자명할 것이다. 또한, 상기와 반대로 언급하지 않으면 모든 첨부 도면은 비례적으로 도시되지 않았다는 것을 인식해야 한다. 하기 청구범위에 의해서만 한정되는 본 발명의 범위 및 사상으로부터 벗어나지 않는 상기 가르침의 관점에서 다양한 수정 및 변경이 가능하다.

Claims (20)

  1. 하나 이상의 이동국을 포함하고, 복수의 이용 가능한 변조 코딩 스킴에 따라 인코딩된 메시지를 송신할 수 있고, 각 변조 코딩 스킴은 변조 스킴과 유효 코딩 레이트를 갖고, 상기 이용 가능한 변조 코딩 스킴은 복잡도 증가에 따라 인덱싱되는 통신 시스템의 스펙트럼 효율 향상 방법으로서:
    단일 송신을 위해 상기 이동국으로부터 수신된 소정 프레임 에러율을 충족시키기에 충분한 신호 대 간섭비를 결정하는 스텝;
    제 1 변조 코딩 스킴을 사용하여 상기 신호 대 간섭비에서 상기 소정 프레임 에러율을 충족시키기에 충분한 대응 송신량과 제 1 변조 코딩 스킴을 결정하는 스텝으로서, 상기 제 1 변조 코딩 스킴은 제 2 변조 코딩 스킴보다 높은 유효 코딩 레이트를 갖고, 상기 제 2 변조 코딩 스킴은 상기 단일 송신에 있어서의 상기 신호 대 간섭비에서 상기 소정 프레임 에러율을 충족시키기에 충분한 스텝; 및
    상기 제 1 변조 코딩 스킴에 따라 인코딩된 메시지를 하이브리드 자동 반복 요청(HARQ)을 사용하는 통신 시스템을 통해 송신하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템의 스펙트럼 효율 향상 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 소정 프레임 에러율을 충족시키기에 충분한 대응 송신량과 제 1 변조 코딩 스킴은 소정 링크 레벨 커브의 세트에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 통신 시스템의 스펙트럼 효율 향상 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 변조 코딩 스킴을 사용하여 상기 신호 대 간섭비에서 상기 소정 프레임 에러율을 충족시키기에 충분한 대응 송신량과 제 1 변조 코딩 스킴을 결정하는 스텝은 셀렉티브 어그레시브 맵핑, 스태틱 맥시멈 이펙티브 스펙트럼 효율 맵핑, 및 다이나믹 맥시멈 이펙티브 스펙트럼 효율 맵핑 중 하나를 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 통신 시스템의 스펙트럼 효율 향상 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 변조 코딩 스킴을 사용하여 추정된 신호 대 간섭비에서 상기 소정 프레임 에러율을 충족시키기에 충분한 대응 송신량과 제 1 변조 코딩 스킴을 결정하는 스텝은,
    각각의 이용 가능한 변조 코딩 스킴을 위한 제 1 변조 코딩 스킴을 포함하는 맵핑 테이블을 임의의 메시지 송신 전에 생성하는 스텝; 및
    상기 맵핑 테이블로부터 상기 제 2 변조 코딩 스킴에 대응하는 제 1 변조 코딩 스킴을 선택하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템의 스펙트럼 효율 향상 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    셀렉티브 어그레시브 맵핑을 사용하여 상기 맵핑 테이블을 생성하는 스텝을 더 포함하고, 상기 제 1 변조 코딩 스킴은 상기 제 2 변조 코딩 스킴과 동일한 변조 스킴 및 상기 동일한 변조 스킴에 이용 가능한 최고 코딩 레이트인 유효 코딩 레이트를 갖는 것을 특징으로 하는 통신 시스템의 스펙트럼 효율 향상 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    스태틱 맥시멈 이펙티브 스펙트럼 효율 맵핑을 사용하는 스텝을 더 포함하고;
    상기 맵핑 테이블을 생성하는 스텝은,
    요청된 변조 코딩 스킴을 수신하는 스텝,
    단일 송신에서 상기 소정 프레임 에러율에 대응하는 제 2 변조 코딩 스킴의 최소 신호 대 간섭비를 달성하는데 필요한 신호 대 간섭비를 결정하는 스텝,
    상기 소정 프레임 에러율을 충족시키는 제 1 변조 코딩 스킴을 위해 필요한 송신량을 결정하는 스텝,
    상기 제 2 변조 코딩 스킴보다 높은 인덱스를 가진 각 이용 가능한 변조 코딩 스킴을 위해 유효 스펙트럼 효율을 산출하는 스텝, 및
    상기 제 2 변조 코딩 스킴을 가장 큰 유효 스펙트럼 효율을 가진 변조 코딩 스킴으로 맵핑하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템의 스펙트럼 효율 향상 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 유효 스펙트럼 효율은 상기 소정 프레임 에러율을 충족시키는 상기 이용 가능한 변조 코딩 스킴을 위해 필요한 송신량에 의해 제산된 변조율×상기 유효 코딩 레이트와 동일한 것을 특징으로 하는 통신 시스템의 스펙트럼 효율 향상 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    단일 송신에서 상기 소정 프레임 에러율에 대응하는 제 2 변조 코딩 스킴의 상기 최소 신호 대 간섭비를 달성하는데 필요한 신호 대 간섭비 및 상기 소정 프레임 에러율을 충족시키는 제 2 변조 코딩 스킴을 위해 필요한 송신량은 소정 링크 레벨 커브의 세트에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 통신 시스템의 스펙트럼 효율 향상 방법.
  9. 제 3 항에 있어서,
    다이나믹 맥시멈 이펙티브 스펙트럼 효율 맵핑을 사용하는 스텝을 더 포함하고;
    상기 제 1 변조 코딩 스킴을 사용하여 추정된 신호 대 간섭비에서 상기 소정 프레임 에어율을 충족시키기에 충분한 대응 송신량과 제 1 변조 코딩 스킴을 결정하는 스텝은,
    이동국을 위해 추정된 신호 대 간섭비를 결정하는 스텝,
    상기 추정된 신호 대 간섭비를 달성하는 각 이용 가능한 변조 코딩 스킴을 위해 필요한 송신량을 결정하는 스텝,
    각 이용 가능한 변조 코딩 스킴을 위한 유효 스펙트럼 효율을 산출하는 스텝, 및
    상기 제 1 변조 코딩 스킴으로서 가장 큰 유효 스펙트럼 효율을 가진 변조 코딩 스킴을 선택하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템의 스펙트럼 효율 향상 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 유효 스펙트럼 효율은 상기 소정 프레임 에러율을 충족시키는 이용 가능한 변조 코딩 스킴을 위해 필요한 송신량에 의해 제산된 변조율×상기 유효 코딩 레이트와 동일한 것을 특징으로 하는 통신 시스템의 스펙트럼 효율 향상 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 소정 프레임 에러율을 충족시키는 제 2 변조 코딩 스킴을 위해 필요한 송신량은 소정 링크 레벨 커브의 세트에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 통신 시스템의 스펙트럼 효율 향상 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 변조 코딩 스킴을 제 2 변조 코딩 스킴으로 맵핑하는 스텝은 추정된 신호 대 간섭비가 수신될 때마다 반복되는 것을 특징으로 하는 통신 시스템의 스펙트럼 효율 향상 방법.
  13. 하나 이상의 이동국을 포함하고, 복수의 이용 가능한 변조 코딩 스킴에 따라 인코딩된 메시지를 송신할 수 있고, 각 이용 가능한 변조 코딩 스킴은 변조 스킴과 유효 코딩 레이트를 갖고, 상기 이용 가능한 변조 코딩 스킴은 복잡도 증가에 따라 인덱싱되는 통신 시스템의 스펙트럼 효율 향상 장치로서:
    단일 송신을 위해 상기 이동국으로부터 수신된 소정 프레임 에러율을 충족시키기에 충분한 신호 대 간섭비를 결정하고,
    제 1 변조 코딩 스킴을 사용하여 상기 신호 대 간섭비에서 상기 소정 프레임 에러율을 충족시키기에 충분한 대응 송신량과 제 1 변조 코딩 스킴을 결정하도록 동작 가능한 변조 코딩 스킴 맵퍼로서, 상기 제 1 변조 코딩 스킴은 제 2 변조 코딩 스킴보다 높은 유효 코딩 레이트를 갖고, 상기 제 2 변조 코딩 스킴은 상기 단일 송신에 있어서의 상기 신호 대 간섭비에서 상기 소정 프레임 에러율을 충족시키기에 충분한 변조 코딩 스킴 맵퍼; 및
    상기 변조 코딩 스킴 맵퍼에 통신 접속되어 상기 제 1 변조 코딩 스킴에 따라 인코딩된 메시지를 하이브리드 자동 반복 요청을 사용하는 통신 시스템을 통해 송신하도록 동작 가능한 트랜시버를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템의 스펙트럼 효율 향상 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    소정 링크 레벨 커브의 세트를 포함하는 메모리를 더 포함하고,
    상기 변조 코딩 스킴 맵퍼는 상기 소정 링크 레벨 커브의 세트를 사용하여 소정 프레임 에러율을 충족시키기에 충분한 대응 송신량과 제 1 변조 코딩 스킴을 결정하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템의 스펙트럼 효율 향상 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 메모리는 임의의 메시지를 송신하기 전에 생성되고, 각 이용 가능한 변조 코딩 스킴을 위한 제 1 변조 코딩 스킴을 포함하는 맵핑 테이블을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템의 스펙트럼 효율 향상 장치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 트랜시버는 요청된 변조 코딩 스킴을 수신하도록 동작 가능하고;
    상기 변조 코딩 스킴 맵퍼는,
    단일 송신에서 상기 소정 프레임 에러율에 대응하는 제 2 변조 코딩 스킴의 최소 신호 대 간섭비를 달성하는데 필요한 신호 대 간섭비를 결정하고,
    상기 소정 프레임 에러율을 충족시키는 제 1 변조 코딩 스킴을 위해 필요한 송신량을 결정하고,
    상기 제 2 변조 코딩 스킴보다 높은 인덱스를 가진 각 이용 가능한 변조 코딩 스킴을 위한 유효 스펙트럼 효율을 산출하고,
    상기 제 2 변조 코딩 스킴을 가장 큰 유효 스펙트럼 효율을 가진 변조 코딩 스킴으로 맵핑하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템의 스펙트럼 효율 향상 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 유효 스펙트럼 효율은 상기 소정 프레임 에러율을 충족시키는 이용 가능한 변조 코딩 스킴을 위해 필요한 송신량에 의해 제산된 변조율×상기 유효 코딩 레이트와 동일한 것을 특징으로 하는 통신 시스템의 스펙트럼 효율 향상 장치.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 트랜시버는 추정된 신호 대 간섭비를 수신하도록 동작 가능하고;
    상기 변조 코딩 스킴 맵퍼는,
    상기 추정된 신호 대 간섭비를 달성하는 각 이용 가능한 변조 코딩 스킴에 필요한 송신량을 결정하고,
    각 이용 가능한 변조 코딩 스킴을 위한 유효 스펙트럼 효율을 산출하고,
    상기 제 1 변조 코딩 스킴으로서 가장 큰 유효 스펙트럼 효율을 가진 변조 코딩 스킴을 선택하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템의 스펙트럼 효율 향상 장치.
  19. 하나 이상의 이동국; 및
    상기 하나 이상의 이동국에 통신 접속되는 하나 이상의 기지국으로서, 단일 송신을 위해 상기 이동국으로부터 수신된 소정 프레임 에러율을 충족시키기에 충분한 신호 대 간섭비를 결정하고,
    제 1 변조 코딩 스킴을 사용하여 상기 소정 프레임 에러율을 충족시키는데 필요한 대응 송신량과 제 1 변조 코딩 스킴을 결정하도록 동작 가능한 변조 코딩 스킴 맵퍼로서, 상기 제 1 변조 코딩 스킴은 제 2 변조 코딩 스킴보다 높은 유효 코딩 레이트를 갖고, 상기 제 2 변조 코딩 스킴은 상기 단일 송신에 있어서 상기 신호 대 간섭비에서 상기 소정 프레임 에러율을 충족시키기에 충분한 변조 코딩 스킴 맵퍼와,
    상기 변조 코딩 스킴 맵퍼에 통신 접속되어 상기 제 1 변조 코딩 스킴에 따라 인코딩된 메시지를 하이브리드 자동 반복 요청을 사용하는 통신 시스템을 통해 송신하도록 동작 가능한 트랜시버를 구비한 하나 이상의 기지국을 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 1 변조 코딩 스킴을 사용하여 추정된 신호 대 간섭비에서 상기 소정 프레임 에러율을 충족시키기에 충분한 대응 송신량과 제 1 변조 코딩 스킴을 결정하는 것은 셀렉티브 어그레시브 맵핑, 스태틱 맥시멈 이펙티브 스펙트럼 효율 맵핑, 및 다이나믹 맥시멈 이펙티브 스펙트럼 효율 맵핑 중 하나를 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
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