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KR102263484B1 - 채널 컴바이닝과 스플리팅을 이용하는 메시지 송수신 기법 - Google Patents

채널 컴바이닝과 스플리팅을 이용하는 메시지 송수신 기법 Download PDF

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KR102263484B1
KR102263484B1 KR1020140182869A KR20140182869A KR102263484B1 KR 102263484 B1 KR102263484 B1 KR 102263484B1 KR 1020140182869 A KR1020140182869 A KR 1020140182869A KR 20140182869 A KR20140182869 A KR 20140182869A KR 102263484 B1 KR102263484 B1 KR 102263484B1
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박우명
안석기
임치우
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 개시는 무선 통신 시스템에서 송신 장치가 열화 채널인 제1 채널로 전송할 제1 부분 및 향상 채널인 제2 채널로 전송할 제2 부분으로 메시지를 나누고, 상기 제1 부분에 채널 인코딩 및 FQAM(frequency quadrature amplitude modulation) 변조를 수행하여 제1 변조 신호를 생성하고, 상기 제2 부분에 채널 인코딩 및 QAM(quadrature amplitude modulation) 변조를 수행하여 제2 변조 신호를 생성하고, 상기 제1 변조 신호와 상기 제2 변조 신호의 일부 또는 전부를 결합하여 제1 전송 신호를 생성하고, 상기 제2 변조 신호를 이용하여 제2 전송 신호를 생성하며, 상기 생성된 제1 전송 신호 및 상기 생성된 제2 전송 신호를 각각 상기 제1 채널 및 상기 제2 채널을 통해 전송하고, 상기 제1 변조 신호에 할당된 제1 전송 전력과 상기 제2 변조 신호의 일부 또는 전부에 할당된 제2 전송 전력은 설정된 전력 할당 비율을 기반으로 조절되며, 상기 설정된 전력 할당 비율을 기반으로 조절된 제1 전송 전력은 상기 설정된 전력 할당 비율을 기반으로 조절된 제2 전송 전력보다 크거나 같음을 특징으로 한다.

Description

채널 컴바이닝과 스플리팅을 이용하는 메시지 송수신 기법{SCHEME FOR MESSAGE TRANSCEIVING BASED ON CHANNEL COMBINING AND SPLITTING}
본 개시는 SINR(signal to interference noise ratio)이 낮은 사용자의 전송률을 향상시키기 위한 기법에 관한 것으로써, 셀 경계와 같은 환경에 있는 사용자의 전송률을 향상시키는 기법에 관한 것이다.
통신 시스템에서 적응적 변조 및 부호화 운용, 연판정 복호 메트릭 생성 등의 작업을 낮은 복잡도로 운용하기 위하여 간섭 신호에 대하여 가우시안 모델이 가정되고 있다. 간섭 신호의 특성을 최대한 가우시안에 가깝게 만들기 위해서는 QAM(quadrature amplitude modulation) 계열의 변조 방식이 주로 사용된다. 그러나, 가우시안 채널보다 비가우시안(non-Gaussian) 채널의 채널 용량이 크므로, 간섭 신호의 통계적인 특성을 시스템 운용에 적절히 반영한다면 가우시안 채널보다 비가우시안 채널에서 더 높은 네트워크 처리량(throughput)을 얻을 수 있다. 이에 간섭 신호가 비가우시안 특성을 가지게 만드는 변조 방식이 요구되었다. 이러한 연유로 제안된 변조 방식이 FQAM(frequency QAM)이다.
도 1은 FQAM 변조 방식의 개념을 설명하는 도면이다.
도 1에서 예시된 바와 같이, FQAM은 QAM 변조 방식(100)과 FSK(frequency shift keying) 변조 방식(110)이 결합된 하이브리드(hybrid) 변조 방식(120)으로써, FSK와 유사하게 간섭 신호를 비가우시안하게 만드는 특성을 갖는다. 또한, FQAM 변조 방식은 QAM 변조 방식을 동시에 적용함으로써 FSK 방식보다 스펙트럼 효율(spectral efficiency; SE)을 크게 개선할 수 있다. 도 1에서는 2 비트를 표현할 수 있는 4 QAM 방식(100)을 4 개의 주파수를 이용하는 FSK 방식(110)과 결합함으로써, 24 = 16 개의 정보를 표현하는 16 FQAM 변조 방식(120)이 예시되었다.
FQAM은 인접 셀로부터의 간섭 신호의 특성을 비가우시안하게 만들어서 낮은 SINR 영역에서 QAM 대비 우수한 성능을 보인다. 그런데, LTE(Long Term Evolution) 기반의 기지국에서 PF (proportional fairness) 스케쥴러 등을 사용하여 스케줄링되는 사용자의 SINR 분포를 살펴보면 FQAM 이 QAM 보다 성능 이득을 보이는 영역의 사용자 비중이 매우 작다는 것을 알 수 있다. 일반적으로 FQAM 은 QAM 보다는 스펙트럼 효율(SE)이 낮기 때문에 FQAM 이 QAM 보다 우수한 성능을 보이는 SINR 영역은 약 -3dB 이하인데, LTE 기반 기지국에서 스케줄링되는 사용자들의 SINR 분포를 살펴보면, -3dB 이하인 사용자는 1% 미만으로 FQAM 을 적용할 수 있는 사용자가 거의 없다. 즉, FQAM을 통한 스펙트럼 효율 개선 효과를 경험할 사용자의 비율은 매우 낮다.
본 개시는 FQAM 과 QAM을 모두 적용하여 스펙트럼 효율 증가를 경험할 수 있는 사용자의 비율을 증가시킬 수 있는 방법 및 장치를 제공한다.
본 개시는 FQAM을 사용함에 있어서, 비가우시안 간섭 특성을 최대한 얻기 위해서 QAM 을 사용하는 주파수 밴드와 FQAM을 사용하는 주파수 밴드를 분리 운용할 수 있게 하는 기법을 제공한다.
본 개시는 하나의 사용자 단말에게 전송하는 데이터에 FQAM 과 QAM을 모두 적용하는 기법을 적용함에 있어 채널 컴바이닝/스플리팅 기법을 적용하는 기법을 제공한다.
본 개시는 하나의 사용자 단말에게 전송하는 데이터에 채널 컴바이닝/스플리팅 기법을 적용함으로써 발생되는 열화(degraded) 채널의 성능을 보상하는 기법을 제공한다.
본 개시는 무선 통신 시스템에서 전송 방식을 이용하여 메시지를 송신하는 방법에 있어서, 열화 채널인 제1 채널로 전송할 제1 부분 및 향상 채널인 제2 채널로 전송할 제2 부분으로 상기 메시지를 나누는 동작; 상기 제1 부분에 채널 인코딩 및 FQAM(frequency quadrature amplitude modulation) 변조를 수행하여 제1 변조 신호를 생성하고, 상기 제2 부분에 채널 인코딩 및 QAM(quadrature amplitude modulation) 변조를 수행하여 제2 변조 신호를 생성하는 동작; 상기 제1 변조 신호와 상기 제2 변조 신호의 일부 또는 전부를 결합하여 제1 전송 신호를 생성하고, 상기 제2 변조 신호를 이용하여 제2 전송 신호를 생성하는 동작; 및 상기 생성된 제1 전송 신호 및 상기 생성된 제2 전송 신호를 각각 상기 제1 채널 및 상기 제2 채널을 통해 전송하는 동작을 포함하며, 상기 제1 변조 신호에 할당된 제1 전송 전력과 상기 제2 변조 신호의 일부 또는 전부에 할당된 제2 전송 전력은 설정된 전력 할당 비율을 기반으로 조절되며, 상기 설정된 전력 할당 비율을 기반으로 조절된 제1 전송 전력은 상기 설정된 전력 할당 비율을 기반으로 조절된 제2 전송 전력보다 크거나 같음을 특징으로 한다.
본 개시는 무선 통신 시스템에서 전송 방식을 이용하여 송신 장치로부터 메시지를 수신하는 방법에 있어서, 열화 채널인 제1 채널로부터 수신한 제1 수신 신호 및 향상 채널인 제2 채널로부터 수신한 제2 수신 신호를 기반으로 상기 제1 수신 신호를 복조하고, 상기 제1 수신 신호의 제1 LLR(log likelihood ratio)을 계산하는 동작; 및 상기 제1 수신 신호의 제1 LLR을 이용하여 상기 제1 수신 신호를 채널 디코딩하고, 제1 부호어를 획득하는 동작을 포함하며, 상기 제1 수신 신호는 메시지의 제1 부분이 FQAM(frequency quadrature amplitude modulation) 변조되어 생성된 제1 변조 신호와 상기 메시지의 제2 부분이 QAM(quadrature amplitude modulation) 변조되어 생성된 제2 변조 신호의 일부 또는 전부가 결합된 신호이고, 상기 제1 변조 신호에 할당된 제1 전송 전력과 상기 제2 변조 신호의 일부 또는 전부에 할당된 제2 전송 전력은 설정된 전력 할당 비율을 기반으로 조절되며, 상기 설정된 전력 할당 비율을 기반으로 조절된 제1 전송 전력은 상기 설정된 전력 할당 비율을 기반으로 조절된 제2 전송 전력보다 크거나 같음을 특징으로 한다.
본 개시는 무선 통신 시스템에서 전송 방식을 이용하여 메시지를 송신하는 장치에 있어서, 열화 채널인 제1 채널로 전송할 제1 부분 및 향상 채널인 제2 채널로 전송할 제2 부분으로 상기 메시지를 나누고, 상기 제1 부분에 채널 인코딩 및 FQAM(frequency quadrature amplitude modulation) 변조를 수행하여 제1 변조 신호를 생성하고, 상기 제2 부분에 채널 인코딩 및 QAM(quadrature amplitude modulation) 변조를 수행하여 제2 변조 신호를 생성하고, 상기 제1 변조 신호와 상기 제2 변조 신호의 일부 또는 전부를 결합하여 제1 전송 신호를 생성하고, 상기 제2 변조 신호를 이용하여 제2 전송 신호를 생성하는 제어부; 및 상기 생성된 제1 전송 신호 및 상기 생성된 제2 전송 신호를 각각 상기 제1 채널 및 상기 제2 채널을 통해 전송하는 송수신부를 포함하며, 상기 제1 변조 신호에 할당된 제1 전송 전력과 상기 제2 변조 신호의 일부 또는 전부에 할당된 제2 전송 전력은 설정된 전력 할당 비율을 기반으로 조절되며, 상기 설정된 전력 할당 비율을 기반으로 조절된 제1 전송 전력은 상기 설정된 전력 할당 비율을 기반으로 조절된 제2 전송 전력보다 크거나 같음을 특징으로 한다.
본 개시는 무선 통신 시스템에서 전송 방식을 이용하여 송신 장치로부터 메시지를 수신하는 장치에 있어서, 열화 채널인 제1 채널로부터 제1 수신 신호를 수신하고, 향상 채널인 제2 채널로부터 제2 수신 신호를 수신하는 송수신부; 및 상기 제1 수신 신호 및 상기 제2 수신 신호를 기반으로 상기 제1 수신 신호를 복조하고, 상기 제1 수신 신호의 제1 LLR(log likelihood ratio)을 계산하고, 상기 제1 수신 신호의 제1 LLR을 이용하여 상기 제1 수신 신호를 채널 디코딩하고, 제1 부호어를 획득하는 제어부를 포함하며, 상기 제1 수신 신호는 메시지의 제1 부분이 FQAM(frequency quadrature amplitude modulation) 변조되어 생성된 제1 변조 신호와 상기 메시지의 제2 부분이 QAM(quadrature amplitude modulation) 변조되어 생성된 제2 변조 신호의 일부 또는 전부가 결합된 신호이고, 상기 제1 변조 신호에 할당된 제1 전송 전력과 상기 제2 변조 신호의 일부 또는 전부에 할당된 제2 전송 전력은 설정된 전력 할당 비율을 기반으로 조절되며, 상기 설정된 전력 할당 비율을 기반으로 조절된 제1 전송 전력은 상기 설정된 전력 할당 비율을 기반으로 조절된 제2 전송 전력보다 크거나 같음을 특징으로 한다.
채널 컴바이닝/스플리팅 기법에서 열화 채널의 전송 신호 전력은 감소하고 향상 채널의 전송 신호 전력은 증가하는 현상이 발생할 수 있으나, 본 개시에서는 열화 채널 전송 신호에 FQAM 을 적용함으로써, 열화 채널의 스펙트럼 효율을 증가시키고 성능(FER과 같은)을 향상시킬 수 있다.
본 개시에 따른 채널 컴바이닝/스플리팅을 이용하여 메시지를 전송하여 셀 경계에 위치하는 사용자 단말(예를 들어, 하위 5% 수준의 SINR 채널을 경험하는 UE)는 QAM 대비 성능 이득을 가진다.
셀룰러 환경에서 UE 가 가질 수 있는 낮은 SINR 영역(약 -4 ~ 3 dB)에서 본 개시의 채널 컴바이닝/스플리팅 기법이 갖는 QAM 대비 스펙트럼 효율 이득은 FQAM 단독으로 적용한 경우의 이득 대비 약 2배~4배 큰 스펙트럼 효율 이득을 가질 수 있다.
도 1은 FQAM 변조 방식의 개념을 설명하는 도면;
도 2는 FQAM 변조 방식과 QAM 변조 방식의 SNR에 따른 SE 성능 결과를 예시하는 그래프;
도 3은 본 개시에 따른 송신 장치의 구성을 개략적으로 설명한 도면;
도 4는 본 개시에 따른 전송 신호 생성 절차에서 제1 중첩 모드의 개념을 설명하는 도면;
도 5는 본 개시에 따른 전송 신호 생성 절차에서 제2 중첩 모드의 개념을 설명하는 도면;
도 6은 본 개시에 따른 전송 신호 생성 절차에서 제3 중첩 모드의 개념을 설명하는 도면;
도 7은 본 개시에 따른 전송 신호 생성 절차에서 제4 중첩 모드의 개념을 설명하는 도면;
도 8은 본 개시에 따른 수신 장치의 구성을 개략적으로 설명한 도면;
도 9는 본 개시에 따른 채널 컴바이닝/스플리팅을 수행하는 기지국의 다운링크 송신 방법을 예시하는 도면;
도 10은 본 개시에 따른 채널 컴바이닝/스플리팅을 이용하여 업링크 송신을 수행하기 위한 기지국의 스케줄링 방법을 예시하는 도면;
도 11은 본 개시에 따라서 4 개의 채널을 통해 채널 컴바이닝/스플리팅 기법을 적용하는 송신 장치의 구성을 개략적으로 설명하는 도면;
도 12는 본 개시에 따른 채널 컴바이닝/스플리팅 기법을 적용할 경우에 스펙트럼 효율과 FER 측면에서 얻을 수 있는 효과를 도시하는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 개시의 실시예를 상세하게 설명한다. 하기에서 본 개시를 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 개시에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 개시의 자세한 설명에 앞서, 본 명세서에서 사용되는 몇 가지 용어들에 대해 해석 가능한 의미의 예를 제시한다. 하지만, 아래 제시하는 해석 예로 한정되는 것은 아님을 주의하여야 한다.
기지국(Base Station)은 단말과 통신하는 일 주체로서, BS, NodeB(NB), eNodB(eNB), AP(Access Point) 등으로 지칭될 수도 있다.
단말(User Equipment)은 기지국과 통신하는 일 주체로서, UE, 이동국(Mobile Station; MS), 이동장비(Mobile Equipment; ME), 디바이스(device), 터미널(terminal) 등으로 지칭될 수도 있다.
아리칸(Erdal Arikan)에 의하여 제안된 폴라 코드(Polar Code)는 채널 컴바이닝(channel combining)/스플리팅(splitting) 기법을 활용하여 채널 용량(capacity)를 달성하는 것을 증명하였다. 동일한 2 개의 채널에 컴바이닝과 스플리팅을 적용하면 양극화(polarization)이라고 부르는 현상 즉, 하나의 채널은 열화되고 나머지 하나의 채널은 성능이 향상되는 현상이 발생한다. 엄격하게는, 채널 컴바이닝은 송신측에서 일어나는 동작(즉, 2 개의 채널 중 하나의 채널을 통해 전송되는 심볼의 일부 또는 전부를 다른 하나의 채널을 통해 전송되는 심볼에 결합)을 일반화한 용어이고, 스플리팅은 수신 측에서 일어나는 동작(즉, 하나의 채널로부터 수신되는 신호로부터 타 채널의 전송 신호의 일부 또는 전부를 분리)을 일반화한 용어이지만, 본 개시에서는 송신측에서의 특징만을 표현하기 위해 채널 컴바이닝/스플리팅이라는 용어를 사용하고 있음을 주의할 것이다.
본 개시에서는 기지국 또는 UE가 채널 컴바이닝과 스플리팅 기법을 활용하여 UE가 겪는 유효(effective) 채널을 두 채널(W-; 열화 채널, W+; 향상 채널)로 분리하며, 양극화 현상으로 인해 발생할 수 있는 열화된 채널(W-)에 대해 낮은 SINR에서 QAM 대비 좋은 성능을 보이는 변조(modulation) 기법을 적용하여 전송률을 증가시키는 방안을 제안한다. 예를 들어, 상기 열화된 채널에 적용되는 변조 기법은 낮은 SINR 에서 QAM 대비 좋은 성능을 보이는 FQAM 또는 FSK와 같은 변조 방식이 될 수 있다.
이때, 상기 채널 컴바이닝과 스플리팅 기법에 의해 양극화되는 두 채널은 변조 기법이 달리 적용되는 채널일 뿐, 물리적(physical) 통신 채널 변경되는 것은 아님을 주의해야 한다. 즉, 본 개시에 따른 기지국 또는 UE는 전송할 메시지를 두 그룹으로 나누고, 상기 두 채널(W-, W+)을 통해 서로 다른 변조 기법을 적용하여 유효 채널 상황을 변경하여 전송할 수 있다. 여기서는 채널 컴바이닝/스플리팅 기법에 의해 분리되는 채널을 2 개로 설명하였으나, 보다 많은 개수의 채널로 분리될 수도 있다. 바람직하게는, 전송 채널은 2n 개(n = 1, 2, …)의 채널로 분리될 수 있다. 이하에서는 편의상 2 개의 채널로 분리되는 경우만을 예로써 설명할 것이다.
도 2는 FQAM 변조 방식과 QAM 변조 방식의 SNR에 따른 SE 성능 결과를 예시하는 그래프이다.
도 2에서, 200에 의해 지시되는 선은 QAM 방식에 따른 성능을 나타내고, 210에 의해 지시되는 선은 FQAM 방식에 따른 성능을 나타낸다. FQAM 변조 방식은 낮은 SNR에서 QAM 방식에 비해 SE 이득(예를 들어, 220)을 가짐을 알 수 있다.
예를 들어, 셀룰러 통신 환경에서 셀 경계(cell-edge) 사용자라고 부를 수 있는 하위 5%의 사용자 (SINR이 약 -4dB ~ 1dB인 사용자)에게 채널 컴바이닝과 스플리팅을 적용하고 열화된 채널에는 QAM 보다 우수한 변조 기법(예를 들어, FQAM, FSK)을 적용함으로써 상기 셀 경계의 사용자에 대한 전송률을 높일 수 있다.
도 3은 본 개시에 따른 송신 장치의 구성을 개략적으로 설명한 도면이다.
송신 장치는 기지국(다운링크 송신의 경우)이 될 수도 있고, UE(업링크 송신의 경우)가 될 수도 있다.
송신 장치는 하나 이상의 채널 인코더(302, 304)와 하나 이상의 변조기(306, 308)을 포함할 수 있다. 상기 채널 인코더(302, 304)와 변조기(306, 308)는 제어부(300)와 같은 하나의 구성요소로 집약되어 구현될 수 있다. 상기 송신 장치는 무선 송수신을 수행하는 송수신부(310)을 더 포함할 수 있다. 상시 송수신부(310)은 하나 이상의 전송 채널(312, 314)를 구현하는 무선 송수신 모듈일 수 있다.
본 개시에서 설명되는 송신 장치(즉, 기지국 또는 UE)의 모든 동작은 상기 제어부(300)에 의해 제어 또는 수행되는 것으로 이해될 수 있다. 도 3에서는 편의상 제어부(300)와 송수신부(310)을 별도의 구성요소로 도시하였으나, 하나의 구성 요소로 구현될 수도 있을 것이다.
일 예로써, 기지국이 본 개시에 따른 채널 컴바이닝/스플리팅 방법을 적용하여 메시지를 보내고자 하는 경우, 송신 장치(즉, 상기 기지국)는 FQAM 변조를 사용하는 자원(예를 들어, 채널 인코더(302), FQAM 변조기(306) 등)과 QAM 변조를 사용하는 자원(예를 들어, 채널 인코더(304), QAM 변조기(308) 등)을 스케줄(schedule)되는 UE 에게 동시에 할당할 수 있다.
상기 기지국은 임의의 UE(예를 들어, 셀 경계와 같은 환경에 처한 UE)에게 전송할 메시지 u 를 두 개의 부분 (u1, u2)으로 분리하고, 분리된 각 부분에 인코딩 및 변조를 수행하여 전송 신호를 생성할 수 있다. 이때, 전체 메시지 u 는 두 개의 전송 채널 W- 및 W+ 의 스펙트럼 효율에 비례하여 u1 과 u2 로 나누어질 수도 있고, u1 과 u2 는 동일한 크기를 갖는 부분이 되도록 분리될 수도 있다. 전송 채널의 스펙트럼 효율에 비례하여 메시지를 나누는 자세한 방법은 도 9에서(특히, 916 동작과 관련하여) 보다 자세히 설명될 것이다.
상기 기지국은 상기 나뉘어진 u1 및 u2 에 채널 인코더1(302) 및 채널 인코더(304)를 각각 적용하고 FQAM 변조기(306) 및 QAM 변조기(308)를 각각 적용하여 변조 심볼 s1 및 s2 를 생성할 수 있다.
상기 기지국은 변조 심볼 s1 과 s2 를 중첩하여 제1 전송 신호 x1 를 생성한다. 상기 기지국은 변조 심볼 s2 를 그대로 제2 전송 신호 x2로 사용한다.
송신 장치의 제1 전송 신호 생성 절차에서 변조 심볼의 중첩 방법에 대하여 도 4 내지 도 7을 참고하여 설명한다.
도 4는 본 개시에 따른 전송 신호 생성 절차에서 제1 중첩 모드의 개념을 설명하는 도면이다.
제1 중첩 모드(또는 mode 1)는 QAM 신호(s2)의 전체 액티브 톤(active tone) 개수를 FQAM 신호(s1)의 전체 액티브 톤 개수와 같게 하며, 송신 장치가 QAM 신호(s2)의 부분(만)을 FQAM 신호(s1)에 중첩하는 모드이다. 이에, 제1 중첩 모드는 부분 중첩(partial superposition) 모드로 호칭될 수 있다. 제1 중첩 모드에서 송신 장치는 s1과 s2 신호를 차례대로 배열하여, 특정 위치의 s2 신호만 선택하여 중첩할 수 있다. 예를 들어, 제1 중첩 모드에서는 s1 신호가 액티브(active) 되어있는 톤(tone) 위치의 s2 신호(400)만 중첩될 수도 있고, 미리 정해진 위치의 s2 신호 또는 타 엔터티(예를 들어, 기지국)에 의해 지시되는 위치의 s2 신호만이 s1 신호와 중첩될 수도 있다.
제1 중첩 모드에서, 중첩되지 않는 QAM 신호(s2)의 심볼(402, 404, 406)은 x1을 통하여 전송되지 않으며, 중첩된 신호는 FQAM 신호(s1) 동일한 형태가 되므로 알파(alpha) 값이 유지된다. 여기서, 알파 값은 비가우시안의 정도를 지시하는 변수로써, 낮은 값을 가질 수록 비가우시안도(non-Gaussianity)가 높다. QAM 신호의 전체 심볼 개수는 FQAM 신호의 전체 심볼 수의 n배이고, n은 FQAM 신호의 심볼에 적용되는 FSK 기법의 차수(order)(즉, 주파수 반송파의 개수)가 된다. 이때, 전체 QAM 신호의 심볼 중 FAQM 신호의 심볼과 중첩되는 비율인 중첩 비율은 1/n이 된다.
s1 신호와 s2 신호가 중첩될 때, 송신 장치는 s1 과 s2 의 전송 전력(power) P1 과 P2 를 조절하여 더할 수 있다. 송신 장치는, 상기 P1 및 P2의 조절을 통해서, x1 신호가 전송되는 채널 W- 의 열화 정도를 조절할 수 있다. 전송 전력이 적용되어 생성되는 전송 신호 x1은 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112014123016709-pat00001
바람직하게는, P1은 P2 보다 크거나 같을 수 있다.
도 5는 본 개시에 따른 전송 신호 생성 절차에서 제2 중첩 모드의 개념을 설명하는 도면이다.
제2 중첩 모드(또는 mode 2)는 송신 장치가 FQAM 신호 (s1) 중 액티브 톤 위치에 해당하는 심볼의 개수를 QAM 신호(s2)의 심볼의 개수와 같게 생성하여 중첩하는 모드이다. 이에, 제2 중첩 모드는 전체 중첩(full superposition) 모드로 호칭될 수 있다. 즉, 제2 중첩 모드에서는 s2 신호를 순서대로 선택하여 s1 신호 중 액티브 톤 위치에 전송되는 심볼에 중첩할 수 있다.
제2 중첩 모드에서도 중첩한 신호는 FQAM 신호(s1)와 동일한 형태가 되므로 알파 값이 유지된다. 전체 QAM 신호의 심볼 중 FAQM 신호의 심볼과 중첩되는 비율인 중첩 비율은 1(=1/1)이 된다. 여기서, FQAM 신호의 심볼은 QAM 신호의 심볼 대비 n 배의 크기(=n*s)인 톤을 갖는다. s1 신호와 s2 신호가 중첩될 때, 송신 장치는 s1 과 s2 의 전송 전력(power) P1 과 P2 를 조절하여 더할 수 있다. 바람직하게는, P1은 P2 보다 크거나 같을 수 있다.
도 6은 본 개시에 따른 전송 신호 생성 절차에서 제3 중첩 모드의 개념을 설명하는 도면이다.
제3 중첩 모드(또는 mode 3)는 송신 장치가 QAM 신호(s2)의 부분(만)을 FQAM 신호(s1)에 중첩하지만 FQAM 신호(s1)의 전체 액티브 톤 개수보다 많은 QAM 신호(s2)의 심볼도 간섭 신호로써 전송하는 모드이다. 제3 중첩 모드에서 송신 장치는 s1과 s2 신호를 차례대로 배열하여, 특정 위치의 s2 신호만 선택하여 중첩할 수 있다. 예를 들어, 제3 중첩 모드에서는 s1 신호가 액티브(active) 되어있는 톤(tone) 위치의 s2 신호(600)만 중첩될 수도 있고, 미리 정해진 위치의 s2 신호 또는 타 엔터티(예를 들어, 기지국)에 의해 지시되는 위치의 s2 신호만이 s1 신호와 중첩될 수도 있다.
제3 중첩 모드에서는 FQAM 신호(s1)과 중첩되지 않는 QAM 신호(s2)의 심볼(602, 604, 606)도 전송되며, 상기 전송되는 QAM 신호(s2)의 심볼(602, 604, 606)로 인해 제1 중첩 모드에 비해 알파(alpha) 값이 증가할 수 있다. s1 신호와 s2 신호가 중첩될 때, 송신 장치는 s1 과 s2 의 전송 전력(power) P1 과 P2 를 조절하여 더할 수 있다. 바람직하게는, P1은 P2 보다 크거나 같을 수 있다.
도 7은 본 개시에 따른 전송 신호 생성 절차에서 제4 중첩 모드의 개념을 설명하는 도면이다.
제4 중첩 모드(또는 mode 4)는 송신 장치가 미리 정해진 전력 패턴(power pattern)에 따라 QAM 신호(s2)를 변경한 후 상기 QAM 신호(s2)의 부분(만)을 FQAM 신호(s1)에 중첩하고, FQAM 신호(s1)의 전체 액티브 톤 개수보다 많은 QAM 신호(s2)의 심볼도 간섭 신호로써 전송하는 모드이다. 제4 중첩 모드에서 송신 장치는 s1과 s2 신호를 차례대로 배열하여, 특정 위치의 s2 신호만 선택하여 중첩할 수 있다. 예를 들어, 제4 중첩 모드에서는 s1 신호가 액티브(active) 되어있는 톤(tone) 위치의 s2 신호(700)만 중첩될 수도 있고, 미리 정해진 위치의 s2 신호 또는 타 엔터티(예를 들어, 기지국)에 의해 지시되는 위치의 s2 신호만이 s1 신호와 중첩될 수도 있다.
제4 중첩 모드에서는 FQAM 신호(s1)과 중첩되지 않는 QAM 신호(s2)의 심볼(702, 704, 706)도 전송되지만, 상기 전송되는 QAM 신호(s2)의 심볼(702, 704, 706)들의 전력 변화도(power variation) 증가로 인해 제3 중첩 모드에 비해 알파(alpha) 값이 감소하는 효과가 있다. s1 신호와 s2 신호가 중첩될 때, 송신 장치는 s1 과 s2 의 전송 전력(power) P1 과 P2 를 조절하여 더할 수 있다. 송신 장치는, 상기 전력 패턴에 따라서 QAM 신호(s2)의 심볼들 각각의 전력 레벨을 다양하게 변화시킬 수 있다. 바람직하게는, P1은 P2 보다 크거나 같을 수 있다.
도 8은 본 개시에 따른 수신 장치의 구성을 개략적으로 설명한 도면이다.
수신 장치는 UE(다운링크 송신의 경우)가 될 수도 있고, 기지국(업링크 송신의 경우)이 될 수도 있다.
수신 장치는 하나 이상의 복조기(802, 804)와 하나 이상의 채널 디코더(806, 808)를 포함할 수 있다. 상기 수신 장치는 복호화된 부호어로부터 변조화 심볼을 생성하기 위한 변조기(810)을 더 포함할 수 있다. 상기 복조기(802, 804), 채널 디코더(806, 808) 및 변조기(810)는 제어부(800)와 같은 하나의 구성요소로 집약되어 구현될 수 있다. 상기 수신 장치는 무선 송수신을 수행하는 송수신부(820)을 더 포함할 수 있다. 상시 송수신부(820)는 하나 이상의 전송 채널로부터 수신 신호 y1, y2를 수신한다.
본 개시에서 설명되는 수신 장치(즉, UE 또는 기지국)의 모든 동작은 상기 제어부(800)에 의해 제어 또는 수행되는 것으로 이해될 수 있다. 도 8에서는 편의상 제어부(800)와 송수신부(820)을 별도의 구성요소로 도시하였으나, 하나의 구성 요소로 구현될 수도 있을 것이다.
일 예로써, UE는 수신 신호 y1, y2 를 복조 및 채널 디코딩하여 메시지 부분 u1 및 u2를 획득할 수 있다.
송신 장치에서 채널 컴바이닝/스플리팅이 적용되는 경우, 수신 신호 y1과 y2는 신호의 일부가 중첩되어 전송되므로, 수신 장치도 수신 신호의 중첩을 고려하여 복조 및 디코딩한다.
수신 장치가 송신된 FQAM 신호(s1)의 LLR(log likelihood ratio; 로그 우도율)을 계산하는 제1 방안은, 수신 장치가 수신 신호 y1 및 y2 를 동시에 고려하여 s1 의 LLR 값을 계산하는 것이다. 제1 방안에서 수신 장치는 복조기1(802) 및 복조기2(804)를 이용하여 수신 신호 y1 및 y2 에 대하여 각각 복조를 수행하는데, y1 신호의 복조는 FQAM 과 QAM 의 중첩된 컨스텔레이션(constellation; 성좌) 상에서 수행하여 s1의 LLR 값을 계산한다. 수신 신호 y1 및 y2를 동시에 고려하여 s1의 LLR 값을 계산하는 수식은 다음과 같다.
Figure 112014123016709-pat00002
여기서,
Figure 112014123016709-pat00003
이고,
Figure 112014123016709-pat00004
이고,
Figure 112014123016709-pat00005
이다.
수신 장치가 송신된 FQAM 신호(s1)의 LLR을 계산하는 제2 방안은, 수신 장치가 수신한 신호 y1 중 P2*s2 부분을 가우시안 잡음(Gaussian noise)으로 취급하여 s1의 LLR을 계산하는 방안이다. 상기 수신 장치는 복조기1(802)에서 y1 에 대한 FQAM 복조를 수행하여 s1의 LLR을 계산할 수 있다.
상기 수신 장치는 상기 제1 방안 또는 제2 방안을 통해 획득한 s1에 대한 LLR 값을 이용하여 채널 디코더1(806)에서 채널 복호화(channel decoding)를 수행하고, 메시지의 제1 부분 u1 를 획득할 수 있다.
수신 장치가 s2 에 대한 LLR 값을 계산하기 위해서는 s1 에 대한 정보가 필요하다. 따라서, 상기 수신 장치는 상기 획득한 메시지의 제1 부분 u1 (즉, 복호화된 부호어)를 변조기(810)을 통해 FQAM 변조하여 s1 에 대한 변조화 심볼
Figure 112014123016709-pat00006
을 생성한다.
상기 수신 장치는 복조기2(804)에서 수신 신호의 첫 번째 부분 y1 에서 변조화 심볼
Figure 112014123016709-pat00007
을 뺀 신호 (y1-
Figure 112014123016709-pat00008
)를 토대로 s2 에 대한 LLR 값을 계산하고, 수신 신호의 두 번째 부분 y2 로부터 s2 에 대한 LLR 값을 계산한다. 상기 수신기는 (y1-
Figure 112014123016709-pat00009
) 에서 구한 s2 에 대한 LLR 값과 y2 에서 구한 s2 에 대한 LLR 값을 서로 더함으로써, s2 에 대한 최종 LLR 값을 얻을 수 있다. 여기서, 상기 (y1-
Figure 112014123016709-pat00010
) 에서 구한 s2 에 대한 LLR 값과 상기 y2 에서 구한 s2 에 대한 LLR 값을 더하는 동작은 확률 도메인(domain) 상에서 곱셈 동작에 해당하며, 다음의 수식과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112014123016709-pat00011
상기 수신 장치는 채널 디코더2(808)에서 상기 획득한 s2 신호에 대한 LLR 값을 이용하여 채널 디코딩을 수행함으로써, 메시지의 제2 부분 u2 를 획득할 수 있다.
도 9는 본 개시에 따른 채널 컴바이닝/스플리팅을 수행하는 기지국의 다운링크 송신 방법을 예시하는 도면이다.
기지국은 이하의 동작들 중 하나 이상의 동작을 선택적으로 수행할 수 있다. 도면에 표현된 각 동작들은 본 개시의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니므로, 도면상에 포함된 모든 동작이 본 개시의 구현을 위해서 반드시 포함되어야 하는 것은 아니고 일부만을 포함하여도 구현될 수 있다. 또한, 도면에 표시된 것과 다른 순서에 의해 동작들이 수행될 수도 있음을 주의하여야 한다.
기지국은 PUCCH(physical uplink control channel) 혹은 PUSCH(physical uplink shared channel)를 통하여 상기 기지국에 속한 적어도 하나의 UE가 보고하는 CQI(channel quality indicator) 정보를 수신할 수 있다(900). 상기 UE에 의한 CQI 정보의 보고는 주기적(periodic)으로 또는 비주기적(aperiodic)으로 수행될 수 있다.
상기 기지국은 상기 CQI 정보에 근거하여 결정되는 상기 UE의 SINR 값을 미리 정해진 임계(threshold) 값과 비교할 수 있다(902). 상기 기지국은 상기 SINR 과 임계 값의 비교 결과에 따라서, 상기 UE의 다운링크 통신을 스케줄링(scheduling)여부 및 전송 방법을 결정할 수 있다. 예를 들어, 상기 기지국은 스케줄링 하려고 하는 상기 UE의 SINR 값을 특정 임계 값(예를 들어, 3 dB와 같은)과 비교함으로써 상기 UE의 다운링크 전송 모드로써 채널 컴바이닝/스플리팅 방법을 적용할지 여부를 결정할 수 있다.
상기 902 비교의 결과, 상기 UE의 수신 SINR이 상기 임계 값보다 작지 않은 경우 상기 기지국은 상기 UE에 대해 채널 컴바이닝/스플리팅을 적용하지 않고 QAM 계열의 MCS(modulation and coding scheme) 기반 동작(904)(예를 들어, 16QAM, 64QAM, 채널 인코딩 등)을 수행하도록 결정할 수 있다. 예를 들어, 상기 UE가 보고하는 CQI 값이 6보다 큰 값(예를 들어, LTE 시스템에서 7 내지 15 중 하나의 값)인 경우 상기 UE의 수신 SINR은 3dB 보다 큰 값을 가진다. 이때, 상기 기지국은 상기 UE가 기존의 동작(즉, CQI에 상응하는 QAM 계열의 MCS 기반 동작)을 수행하도록 다운링크 스케줄링 할 수 있다.
상기 902 비교의 결과, 상기 UE의 수신 SINR이 상기 임계 값보다 작은 경우 상기 기지국은 상기 UE에 대해 채널 컴바이닝/스플리팅을 적용하기 위한 추가적인 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 UE가 피드백하는 CQI 값이 6 이하의 값(예를 들어, LTE 시스템에서 1 내지 6 중 하나의 값)인 경우 상기 UE의 수신 SINR은 3dB 보다 작은 값을 가진다. 이때, 상기 기지국은 상기 UE가 채널 컴바이닝/스플리팅 기법이 적용될 수 있다고 판단하여 다음의 추가적인 동작을 수행할 수 있다.
선택적으로, 상기 기지국은 QAM 기반의 MCS를 적용할 때의 전송률 Tq를 계산할 수 있다(906).
상기 기지국은 전송 신호 생성에 이용할 중첩 모드를 선택할 수 있다(908). 예를 들어, 상기 기지국은 도 4 내지 도 7에서 설명된 중첩 모드 중 어느 하나를 선택할 수 있다. 구체적으로, 상기 기지국은 메시지에 포함되는 심볼 별로 중요도의 차이가 있는 경우 중첩 모드 1(부분 중첩)을 선택할 수 있고, 메시지에 포함되는 모든 심볼의 중요도가 같은 경우에는 중첩 모드 2(전체 중첩)를 선택할 수도 있을 것이다.
상기 기지국은 중첩되는 s1 신호와 s2 신호의 전력 할당(power allocation) 비율을 선택할 수 있다(910). 상기 기지국은 상기 선택한 중첩 모드에서 s1 신호와 s2 신호 중첩 시에 상기 결정된 전력 할당 비율을 이용하여 전송 신호를 생성할 수 있다.
상기 기지국은 변조 심볼 s1 과 s2 신호의 유효(effective) SINR 값을 계산할 수 있다(912).
s1의 변조(modulation) 기법은 차수가 MF인 FSK와 차수가 MQ인 PSK 의 조합으로 생성된 FQAM 기법이다. 이때, 변조 심볼 s1의 유효 SINR은 다음의 수학식과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112014123016709-pat00012
여기서, ρ (rho) 는 s1과 s2의 전력 비율을 조절하기 위한 변수이고, 따라서 (1-ρ)P는 s1의 전송 전력이고, N0는 잡음 전력(noise power)이다.
또한, 중첩 모드 1 및 중첩 모드 2 인 경우의 변조 심볼 s2의 유효 SINR은 다음의 수학식과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112014123016709-pat00013
여기서, ρ 는 s1과 s2의 전력 비율을 조절하기 위한 변수이고, ρP는 s2의 전송 전력이고, N0는 잡음 전력이고, MF는FQAM에서 FSK 성분의 차수이다.
상기 기지국은 상기 결정된 s1, s2의 유효 SINR값에 맞는 MCS 레벨을 s1, s2 각각에 대해 결정할 수 있다(914). 이때, 상기 기지국은 QAM 및 FQAM의 MCS 레벨 정보를 가지고 있다고 가정된다.
상기 기지국은 전송 메시지 중 변조 심볼 s1 및 s2의 양을 계산할 수 있다(916). 상기 기지국은 전송 메시지 u를 u1 과 u2로 분리하고, 각기 채널 인코딩 및 변조하여 변조 심볼 s1, s2를 전송한다. 상기 변조 심볼 s1 및 s2의 양은 다음의 수학식과 같이 계산될 수 있다.
중첩 모드 1(partial superposition)인 경우에 s1 및 s2로 전송되는 메시지의 양은 다음과 같다.
Figure 112014123016709-pat00014
중첩 모드 2(full superposition)인 경우에 s1 및 s2로 전송되는 메시지의 양은 다음과 같다.
Figure 112014123016709-pat00015
여기서, se1은 상기 결정된 s1에 대한 MCS 레벨의 주파수 효율(spectral efficiency; SE)이고, se2는 상기 결정된 s2에 대한 MCS 레벨의 SE이다. m은 전체 메시지의 양이고, m1은 s1으로 전송될 메시지의 양이고, m2은 s2 로 전송될 메시지의 양이다. MF는 FQAM에서 FSK 성분의 차수 이다.
상기 기지국은 상기 결정된 양에 근거하여 전체 메시지를 분리하고 상기 분리된 메시지에 대해 각각의 MCS로 채널 인코딩 및 변조하는 동작을 수행할 수 있다(918).
상기 기지국은 상기 채널 인코딩 및 변조 동작에 의해 생성된 s1 및 s2에 대해 채널 컴바이닝/스플리팅 기법을 적용하여 전송할 수 있다(920). 즉, 상기 기지국은 상기 생성된 s1 및 s2에 대해 상기 선택된 중첩 모드 및 상기 결정된 전력 할당 비율을 이용하여 전송 신호를 생성하고 전송 채널을 통해 전송한다.
선택적으로, 상기 기지국은 최적의 중첩 모드와 전력 할당 비율의 조합을 찾기 위하여, 모든 중첩 모드와 모든 전력 할당 비율을 대상으로 전송률을 계산하여 가장 큰 전송률의 중첩 모드와 전력 할당 비율을 찾는 동작을 추가적으로 수행할 수 있다. 구체적으로, 상기 기지국은 현재 선택된 중첩 모드와 전력 할당 비율에서의 전송률 Tcs 를 계산하여, 기존의 전송률 최대값 Tcs_max와 비교하는 동작을 수행할 수 있다(922). 이때, 상기 Tcs 가 상기 Tcs_max 보다 큰 경우 상기 Tcs_max는 상기 Tcs의 값으로 업데이트 될 수 있다. 또한, 상기 기지국은 모든 중첩 모드 및 전력 할당 비율에 대해 전송률 비교가 완료되었는지 체크하여, 완료되지 않은 경우 상기 908 내지 918 동작과 922 동작을 다시 수행할 수 있다. 모든 중첩 모드 및 전력 할당 비율에 대한 전송률 비교가 완료된 경우, 상기 기지국은 QAM 기반의 MCS를 이용하여 전송할 시의 전송률 Tq와 전송률 최대값 Tcs_max를 비교할 수 있다(926). 상기 Tcs_max가 상기 Tq 보다 큰 경우 상기 기지국은 채널 컴바이닝/스플리팅을 적용하여 데이터를 전송하도록 하고, 상기 Tcs_max가 상기 Tq 보다 크지 않은 경우 상기 기지국은 (채널 컴바이닝/스플리팅의 적용으로 인한 이점이 없으므로) 채널 컴바이닝/스플리팅 기법을 적용하지 않고 기존 QAM 기반의 MCS 기법으로 데이터를 전송할 수도 있다.
이때, 기지국에서 상기 결정된 중첩 모드에 관한 정보와 전력 할당(power allocation) 비율 등의 정보는 UE에 지시(indication)될 수 있다. 상기 결정된 정보들의 UE로의 지시 방법의 구체적인 내용은 아래 표 1에서 보다 자세히 설명될 것이다.
도 10은 본 개시에 따른 채널 컴바이닝/스플리팅을 이용하여 업링크 송신을 수행하기 위한 기지국의 스케줄링 방법을 예시하는 도면이다.
기지국은 이하의 동작들 중 하나 이상의 동작을 선택적으로 수행할 수 있다. 도면에 표현된 각 동작들은 본 개시의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니므로, 도면상에 포함된 모든 동작이 본 개시의 구현을 위해서 반드시 포함되어야 하는 것은 아니고 일부만을 포함하여도 구현될 수 있다. 또한, 도면에 표시된 것과 다른 순서에 의해 동작들이 수행될 수도 있음을 주의하여야 한다.
기지국은 업링크(uplink) 전송을 위한 SR(scheduling request; 스케줄링 요청)을 PUCCH를 통하여 UE로부터 수신할 수 있다(1000).
상기 기지국은 상기 SR을 전송한 상기 UE와의 채널 상태를 추정하여 상기 UE의 SINR을 결정할 수 있다(1001).
상기 기지국은 상기 추정된 SINR을 미리 정해진 임계 값과 비교할 수 있다(1002). 상기 기지국은 상기 SINR 과 임계 값의 비교 결과에 따라서, 상기 UE의 업링크 통신을 스케줄링 할 수 있다. 예를 들어, 상기 기지국은 스케줄링 하려고 하는 상기 UE의 SINR 값을 미리 정해진 특정 임계 값(예를 들어, 3 dB와 같은)과 비교함으로써 상기 UE의 업링크 전송 모드로써 채널 컴바이닝/스플리팅 방법을 적용할지 여부를 결정할 수 있다.
상기 1002 비교의 결과, 상기 UE와의 채널에 대해 추정된 SINR이 임계 값보다 작지 않은 경우 상기 기지국은 채널 컴바이닝/스플리팅을 적용하지 않으며 QAM계열의 MCS를 상기 UE에게 할당할 수 있다(1006).
상기 1002 비교의 결과, 상기 UE와의 채널에 대해 추정된 SINR이 임계 값 보다 작은 경우 상기 기지국은 상기 UE에 대해 채널 컴바이닝/스플리팅을 적용하기 위한 추가적인 동작(1006 내지 1018 동작, 1022 내지 1026 동작)을 수행할 수 있다. 상기 1006 내지 1018 동작과 1022 내지 1026 동작은 도 9의 906 내지 918 동작과 922 내지 926 동작과 동일하므로 자세한 설명을 생략한다.
상기 기지국이 상기 UE에 대해 채널 컴바이닝/스플리팅을 적용하기로 결정하는 경우, 상기 기지국은 상기 UE에게 채널 컴바이닝/스플리팅을 적용하여 MCS를 할당할 수 있다(1020).
이상에서는 편의상 채널 컴바이닝/스플리팅 기법이 2 개의 채널에 대해 적용되는 경우를 예시하였으나, 2 이상의 다수의 채널을 통해 채널 컴바이닝/스플리팅 기법이 적용될 수 있다.
도 11은 본 개시에 따라서 4 개의 채널을 통해 채널 컴바이닝/스플리팅 기법을 적용하는 송신 장치의 구성을 개략적으로 설명하는 도면이다.
송신 장치는 기지국(다운링크 송신의 경우)이 될 수도 있고, UE(업링크 송신의 경우)가 될 수도 있다.
송신 장치는 하나 이상의 채널 인코더(1102, 1104, 1106, 1108)와 하나 이상의 변조기(1112, 1114, 1116, 1118)을 포함할 수 있다. 상기 채널 인코더(1102, 1104, 1106, 1108)와 변조기(1112, 1114, 1116, 1118)는 제어부(1100)와 같은 하나의 구성요소로 집약되어 구현될 수 있다. 상기 송신 장치는 무선 송수신을 수행하는 송수신부(1120)을 더 포함할 수 있다. 상기 송수신부(1120)은 하나 이상의 전송 채널(1122, 1124, 1126, 1128)를 구현하는 무선 송수신 모듈일 수 있다.
여기에서 설명되는 송신 장치(즉, 기지국 또는 UE)의 모든 동작은 상기 제어부(1100)에 의해 제어 또는 수행되는 것으로 이해될 수 있다. 도 11에서는 편의상 제어부(1100)와 송수신부(1120)을 별도의 구성요소로 도시하였으나, 하나의 구성 요소로 구현될 수도 있을 것이다.
일 예로써, 기지국이 본 개시에 따른 채널 컴바이닝/스플리팅 방법을 적용하여 메시지를 보내고자 하는 경우, 상기 기지국은 임의의 UE(예를 들어, 셀 경계와 같은 환경에 처한 UE)에게 전송할 메시지 u 를 4 개의 부분 (u1, u2, u3, u4)으로 분리하고, 분리된 각 부분에 인코딩 및 변조를 수행하여 전송 신호를 생성할 수 있다. 이때, 전체 메시지 u 는 4 개의 전송 채널 W1, W2, W3, W4 의 스펙트럼 효율에 비례하여 u1, u2, u3, u4 로 나누어질 수도 있고, u1, u2, u3, u4 는 모두 동일한 크기를 갖도록 분리될 수도 있다.
송신 장치의 제어부(1100)은 전송 메시지 u를 4개의 부분 u1, u2, u3, u4으로 분리하고, 상기 분리된 메시지 u1, u2, u3, u4를 채널 인코더(1102, 1104, 1106, 1108)에서 각각 채널 인코딩하고 변조기(1112, 1114, 1116, 1118)에서 각각 변조하여 변조 심볼 s1, s2, s3, s4를 생성할 수 있다.
상기 기지국은 변조 심볼 s4 를 그대로 제4 전송 신호 x4로 사용할 수 있다. 상기 기지국은 변조 심볼 s3 과 s4 를 중첩하여 제3 전송 신호 x3 를 생성할 수 있다. 상기 기지국은 변조 심볼 s2 과 s4 를 중첩하여 제2 전송 신호 x2 를 생성할 수 있다. 상기 기지국은 변조 심볼 s1, s2, 및 s3 (상기 s4 가 중첩되는)를 중첩하여 제1 전송 신호 x1 를 생성할 수 있다.
본 개시에서 설명된 채널 컴바이닝/스플리팅 방법을 지원하기 위하여, 기지국은 몇 가지 정보를 UE에게 제어 정보로써 전달할 것이 요구된다. 상기 정보의 예로는 채널 컴바이닝/스플리팅 전송의 적용 여부를 지시하는 정보, 채널 컴바이닝/스플리팅 기법 적용시 분리되는 채널의 개수를 의미하는 적용 단계 수, 전송 채널(W+, W-)에 사용할 QAM 또는 FQAM 의 MCS 레벨 정보 중 적어도 하나가 될 수 있다.
채널 컴바이닝/스플리팅 기법을 적용한 데이터를 기지국이 UE에게 PDSCH(physical downlink shared channel)를 통하여 전송하는 경우에, 상기 기지국이 전송하는 PDCCH(physical downlink control channel)의 DCI(downlink control information; 다운링크 제어 정보 측면에서의 변경사항은 다음과 같다. 첫째로, 채널 컴바이닝/스플리팅 기법을 적용 시 메시지가 분리되어 전송되는 두 개 이상의 채널에 대한 MCS 정보 등 기존과 다른 형태의 제어 정보가 전달되어야 한다. 둘째로, 기존의 DCI 포맷(Format) 형태에서는 필요한 정보를 전달할 수 없으므로 새로운 DCI 포맷의 정의가 필요하다.
상기 변화를 고려한 DCI 의 내용은 다음과 같다.
표 1은 기지국이 UE에게 알려주는 제어 정보의 일 예를 나타낸다.
Contents
Resource Information - Carrier indicator
●Only present if cross-carrier scheduling is enabled via RRC signaling.
- Resource block allocation (Variable)
●Indicates which the terminal should receive PDSCH.
●Three types: type 0, type 1, and type 2
●Type 0 and type 1 support non-contiguous resource-block allocations and have the same size.
Type 2 has a smaller size and support contiguous allocations only
- DL assignment index (2 bits)
●Informing the terminal about the number of DL transmissions
●Present for TDD only
HARQ-related Information HARQ-process number (3 bits for FDD, 4 bits for TDD) informing the UE about the HARQ process to use for soft combining
Transport block-related Information - For the first transport block
●Modulation and coding scheme of the first codeword (5 bits )
●Modulation and coding scheme of the second codeword (5 bits )
●MCS for the third / fourth codeword (5 bits ) ( if needed )
●New-data indicator (1 bit)
●Redundancy version (2 bits)
- For the second transport block (only present in DCI format supporting spatial multiplexing)
●Modulation and coding scheme of the first codeword (5 bits )
●Modulation and coding scheme of the second codeword (5 bits )
●MCS for the third / fourth codeword (5 bits ) ( if needed )
●New-data indicator (1 bit)
●Redundancy version (2 bits)
Multi antenna-related Information - PMI confirmation (1 bit)
●Present in format 1B only
●Indicates whether the eNodeB uses the precoding matrix recommendation from the terminal.
- Precoding information
●Precoder matrix index used for DL transmission
●Number of transmission layers
- Transport block swap flag (1 bit)
●Indicating whether the two codewords should be swapped prior to being fed to the HARQ
●Used for averaging the channel quality between the codebooks
- Power offset between PDSCH and CRSs
●Used to support dynamic power sharing between multiple terminals for MU-MIMO
- RS scrambling sequence
Others - Transmit-power control for PUCCH (2 bits)
- DCI format 0/1A indication (1 bit)
●Used to differentiate between DCI formats 1A and 0 as the two formats have the same message size.
- Padding
●To ensure the same payload size irrespective of the uplink and downlink cell bandwidths
●Used to avoid certain DCI sizes that may cause ambiguous decoding of PHICH.
- Identity (RNTI) of the terminal for which the PDSCH transmission is intended (16 bits)
●The identity is not explicitly transmitted but implicitly included in the CRC calculation.
- For Channel Combining / Splitting
●Channel Combining / Splitting Steps (1 bit ~)
●Types of Superposition (1 bit ~)
●Power Allocation (2 bits ~)
●Indication of message indices of s2 superimposed in s1 ( if needed )
표 1에서 밑줄친 항목이 본 개시에 따른 채널 컴바이닝/스플리팅 기법을 지원하기 위해 DCI 에 추가 또는 변경될 수 있는 정보이다.
기지국이 특정 UE에게 채널 컴바이닝/스플리팅을 적용하였는지 여부는 DCI 포맷의 타입으로 판단될 수 있다. 예를 들어, ‘DCI Format 4’ 인 경우에, 상기 UE는 채널 컴바이닝/스플리팅 전송이 적용되었다고 판단할 수 있다.
적용되는 채널 컴바이닝/스플리팅 적용 단계 수는 “Others(기타)” 항목의 1비트 정보 “Channel Combining/Splitting Steps(채널 컴바이닝/스플리팅 단계)” 에 의해 지시될 수 있다. 예를 들어, 2 개의 채널로 분리되는 것을 의미하는 2 레벨은 ‘0’으로 지시되고, 4 개의 채널로 분리되는 것을 의미하는 4 레벨은 ‘1’로 지시될 수 있다. 상기 정보 “Channel Combining/Splitting Steps”는 기지국이 다양한 레벨의 채널 컴바이닝/스플리팅 전송을 지원하는 경우에만 전송될 수도 있다.
채널 컴바이닝/스플리팅의 다수 채널(예를 들어, W-, W+) 채널에 사용한 QAM 또는 FQAM 의 MCS 레벨 정보는 “전송 블록 관련 정보(Transport block-related Information)” 항목에서 “제1 전송 블록을 위한(For the first transport block)” 정보 또는 “제2 전송 블록을 위한(For the second transport block)” 에 포함되는, 5 비트의 “Modulation and coding scheme of the first codeword(제1 부호어의 변조 및 코딩 기법)”, “Modulation and coding scheme of the second codeword(제2 부호어의 변조 및 코딩 기법)” 및 “MCS for the third/fourth codeword(제3/제4 부호어의 변조 및 코딩 기법)” 중 적어도 하나에 의해 지시될 수 있다. 예로써, 상기 “Modulation and coding scheme of the first codeword”은 예를 들어, 도 3에서 전송 신호 s1을 위한 MCS를 지시할 수 있다.
전송 신호 생성에서 적용되는 중첩 모드는 “Others(기타)” 항목의 1비트 정보 “Types of Superposition(중첩 타입)” 에 의해 지시될 수 있다. 예를 들어, 부분 중첩을 의미하는 중첩 모드 1은 ‘0’으로 지시되고, 전체 중첩을 의미하는 중첩 모드 2는 ‘1’로 지시될 수 있다.
전송 신호 생성시 변조 심볼 간의 할당 전력을 지시하는 정보는 “Others(기타)” 항목의 2비트 정보 “Power Allocation(전력 할당)” 에 의해 지시될 수 있다. 예를 들어, P1: P2 = 1:2 의 전력 할당은 ‘00’으로 지시되고, P1: P2 = 1:1 의 전력 할당은 ‘01’로 지시되고, P1: P2 = 2:1의 전력 할당은 ‘10’으로 지시되고, P1: P2 = 3:1의 전력 할 당은 ‘11’으로 지시될 수 있다.
선택적으로, 부분 중첩 모드(중첩 모드 1)에서 s1 신호의 심볼에 순서대로 중첩된 s2 신호 심볼을 지시하는 정보가 “Others(기타)” 항목의 정보 “Indication of message indices of s2 superimposed in s1(s1에 중첩되는 s2의 메시지 인덱스 지시자)” 에 의해 지시될 수 있다. 상기 “Indication of message indices of s2 superimposed in s1” 정보는 하나 이상의 인덱스 값(s2 index, s2 index, …)을 포함할 수 있다.
한편, UE는 기지국에 접속시 채널 컴바이닝/스플리팅 기법에 따라 동작할 수 있는지 여부를 지시하는 정보(1 비트)를 송신할 수 있다. 이 밖에도, 상기 UE는 CQI, RI(rank indicator), PMI(precoding matrix indicator)와 같은 CSI(channel state information)을 기지국에게 피드백할 수도 있다.
도 12는 본 개시에 따른 채널 컴바이닝/스플리팅 기법을 적용할 경우에 스펙트럼 효율과 FER 측면에서 얻을 수 있는 효과를 도시하는 그래프이다.
도 12에서 x축은 SNR을 나타내고, y축은 FER(frame error rate)을 나타내며 성능의 지표로 사용되었다. SNR은 잡음 전력 No에 대한 심볼당 에너지 Es(Energy-per-symbol)로 표현되었다.
1200 에 의해 지시되는 그래프는 기존의 방식(: QPSK)에 따라서 전송한 경우의 성능을 나타내고, 1210은 기존의 방식과 유사한 스펙트럼 효율을 갖도록 설계된 채널 컴바이닝/스플리팅 기법(: F+Q1)의 성능을 나타낸다. 1220은 기존의 방식과 유사한 성능을 갖도록 설계된 채널 컴바이닝/스플리팅 기법(: F+Q2)의 성능을 나타낸다.
표 2는 도 12에서 예시된 3가지 방식의 스펙트럼 효율과 성능을 비교하는 표이다.
성능 지표 QPSK
r=1/4 		F+Q 1
(4F4Q, r=1/2) + (QPSK, r=1/3) 		F+Q 2
(4F8Q, r=1/2) + (QPSK, r=1/2)
스펙트럼 효율(SE) 0.5 0.533 0.7 (40% Gain)
SNR (FER=0.1을 달성하는) -1.6 dB -3.7dB (2.1 dB Gain) -1.5 dB
표 2에서 알 수 있듯이, F+Q 1 기법은 기존 기법(QPSK r=1/4)와 유사한 스펙트럼 효율(0.533)을 갖지만 동일한 FER을 달성하기 위한 SNR이 약 2.1 dB 만큼 낮고, F+Q 2 기법은 기존 기법(QPSK r=1/4)와 유사한 성능(-1.5 dB)을 갖지만 스펙트럼 효율 측면에서 40% 의 이득을 가짐을 알 수 있다. 여기서, r은 부호화율(coding rate) 이다.
상기 도 2 내지 도 12가 예시하는 시스템의 구성도, 혼잡 제어 방법의 예시도, GTP-U 헤더의 마킹 예시도는 본 개시의 권리범위를 한정하기 위한 의도가 없음을 유의하여야 한다. 즉, 상기 도 2 내지 도 12에 기재된 모든 구성부, 또는 동작의 단계가 본 개시의 실시를 위한 필수구성요소인 것으로 해석되어서는 안되며, 일부 구성요소 만을 포함하여도 본 개시의 본질을 해치지 않는 범위 내에서 구현될 수 있다.
앞서 설명한 동작들은 해당 프로그램 코드를 저장한 메모리 장치를 통신 시스템의 엔터티, 기능(Function), 기지국, 또는 UE 장치 내의 임의의 구성부에 구비함으로써 실현될 수 있다. 즉, 엔터티, 기능(Function), 기지국, 또는 UE 장치의 제어부는 메모리 장치 내에 저장된 프로그램 코드를 프로세서 혹은 CPU(Central Processing Unit)에 의해 읽어내어 실행함으로써 앞서 설명한 동작들을 실행할 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 엔터티, 기능(Function), 기지국 또는 UE 장치의 다양한 구성부들과, 모듈(module)등은 하드웨어(hardware) 회로, 일 예로 상보성 금속 산화막 반도체(complementary metal oxide semiconductor) 기반 논리 회로와, 펌웨어(firmware)와, 소프트웨어(software) 및/혹은 하드웨어와 펌웨어 및/혹은 머신 판독 가능 매체에 삽입된 소프트웨어의 조합과 같은 하드웨어 회로를 사용하여 동작될 수도 있다. 일 예로, 다양한 전기 구조 및 방법들은 트랜지스터(transistor)들과, 논리 게이트(logic gate)들과, 주문형 반도체와 같은 전기 회로들을 사용하여 실시될 수 있다.
한편 본 개시의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 개시의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 개시의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (22)

  1. 무선 통신 시스템에서 전송 방식을 이용하여 메시지를 송신하는 방법에 있어서,
    열화 채널인 제1 채널로 전송할 제1 부분 및 향상 채널인 제2 채널로 전송할 제2 부분으로 상기 메시지를 나누는 동작;
    상기 제1 부분에 채널 인코딩 및 FQAM(frequency quadrature amplitude modulation) 변조를 수행하여 제1 변조 신호를 생성하고, 상기 제2 부분에 채널 인코딩 및 QAM(quadrature amplitude modulation) 변조를 수행하여 제2 변조 신호를 생성하는 동작;
    상기 제1 변조 신호와 상기 제2 변조 신호의 일부 또는 전부를 결합하여 제1 전송 신호를 생성하고, 상기 제2 변조 신호를 이용하여 제2 전송 신호를 생성하는 동작; 및
    상기 생성된 제1 전송 신호 및 상기 생성된 제2 전송 신호를 각각 상기 제1 채널 및 상기 제2 채널을 통해 전송하는 동작을 포함하며,
    상기 제1 변조 신호에 할당된 제1 전송 전력과 상기 제2 변조 신호의 일부 또는 전부에 할당된 제2 전송 전력은 설정된 전력 할당 비율을 기반으로 조절되며,
    상기 설정된 전력 할당 비율을 기반으로 조절된 제1 전송 전력은 상기 설정된 전력 할당 비율을 기반으로 조절된 제2 전송 전력보다 크거나 같음을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전송 신호를 생성하는 동작은;
    상기 제1 변조 신호의 심볼에 상기 제2 변조 신호의 심볼의 일부 또는 전부를 중첩하여 상기 제1 전송 신호를 생성하는 동작을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 변조 신호의 심볼 중 상기 제1 변조 신호의 심볼에 중첩되지 않는 심볼은 상기 제1 전송 신호에 포함되지 않음을 특징으로 하는 방법.
  4. 삭제
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1 변조 신호의 심볼에 중첩되는 상기 제2 변조 신호의 심볼은 미리 정해진 규칙에 따라 결정됨을 특징으로 하는 방법.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 채널 및 상기 제2 채널은 동일한 무선 주파수 자원을 사용함을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 메시지는 기지국으로부터 셀 경계에 위치하는 하나의 UE(user equipment)에게 전송되는 메시지임을 특징으로 하는 방법.
  9. 무선 통신 시스템에서 전송 방식을 이용하여 송신 장치로부터 메시지를 수신하는 방법에 있어서,
    열화 채널인 제1 채널로부터 수신한 제1 수신 신호 및 향상 채널인 제2 채널로부터 수신한 제2 수신 신호를 기반으로 상기 제1 수신 신호를 복조하고, 상기 제1 수신 신호의 제1 LLR(log likelihood ratio)을 계산하는 동작; 및
    상기 제1 수신 신호의 제1 LLR을 이용하여 상기 제1 수신 신호를 채널 디코딩하고, 제1 부호어를 획득하는 동작을 포함하며,
    상기 제1 수신 신호는 메시지의 제1 부분이 FQAM(frequency quadrature amplitude modulation) 변조되어 생성된 제1 변조 신호와 상기 메시지의 제2 부분이 QAM(quadrature amplitude modulation) 변조되어 생성된 제2 변조 신호의 일부 또는 전부가 결합된 신호이고,
    상기 제1 변조 신호에 할당된 제1 전송 전력과 상기 제2 변조 신호의 일부 또는 전부에 할당된 제2 전송 전력은 설정된 전력 할당 비율을 기반으로 조절되며,
    상기 설정된 전력 할당 비율을 기반으로 조절된 제1 전송 전력은 상기 설정된 전력 할당 비율을 기반으로 조절된 제2 전송 전력보다 크거나 같음을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 수신 신호에서 상기 제1 변조 신호를 뺀 신호를 복조하여 제2 수신 신호의 제2 LLR을 계산하고, 상기 제2 수신 신호를 복조하여 제2 수신 신호의 제3 LLR을 계산하는 동작; 및
    상기 제2 LLR과 상기 제3 LLR을 더한 값을 이용하여 상기 제2 수신 신호를 채널 디코딩하는 동작을 더 포함함을 특징으로 하는 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 수신 신호 및 상기 제2 수신 신호를 기반으로 상기 제1 수신 신호를 복조하는 동작은,
    상기 제1 수신 신호의 복조를 FQAM 과 QAM의 중첩된 컨스텔레이션 상에서 수행하는 동작을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  12. 무선 통신 시스템에서 전송 방식을 이용하여 메시지를 송신하는 장치에 있어서,
    열화 채널인 제1 채널로 전송할 제1 부분 및 향상 채널인 제2 채널로 전송할 제2 부분으로 상기 메시지를 나누고, 상기 제1 부분에 채널 인코딩 및 FQAM(frequency quadrature amplitude modulation) 변조를 수행하여 제1 변조 신호를 생성하고, 상기 제2 부분에 채널 인코딩 및 QAM(quadrature amplitude modulation) 변조를 수행하여 제2 변조 신호를 생성하고, 상기 제1 변조 신호와 상기 제2 변조 신호의 일부 또는 전부를 결합하여 제1 전송 신호를 생성하고, 상기 제2 변조 신호를 이용하여 제2 전송 신호를 생성하는 제어부; 및
    상기 생성된 제1 전송 신호 및 상기 생성된 제2 전송 신호를 각각 상기 제1 채널 및 상기 제2 채널을 통해 전송하는 송수신부를 포함하며,
    상기 제1 변조 신호에 할당된 제1 전송 전력과 상기 제2 변조 신호의 일부 또는 전부에 할당된 제2 전송 전력은 설정된 전력 할당 비율을 기반으로 조절되며,
    상기 설정된 전력 할당 비율을 기반으로 조절된 제1 전송 전력은 상기 설정된 전력 할당 비율을 기반으로 조절된 제2 전송 전력보다 크거나 같음을 특징으로 하는 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 변조 신호의 심볼에 상기 제2 변조 신호의 심볼의 일부 또는 전부를 중첩하여 상기 제1 전송 신호를 생성함을 특징으로 하는 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 변조 신호의 심볼 중 상기 제1 변조 신호의 심볼에 중첩되지 않는 심볼은 상기 제1 전송 신호에 포함되지 않음을 특징으로 하는 장치.
  15. 삭제
  16. 제13항에 있어서,
    상기 제1 변조 신호의 심볼에 중첩되는 상기 제2 변조 신호의 심볼은 미리 정해진 규칙에 따라 결정됨을 특징으로 하는 장치.
  17. 삭제
  18. 제12항에 있어서,
    상기 제1 채널 및 상기 제2 채널은 동일한 무선 주파수 자원을 사용함을 특징으로 하는 장치.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 장치는 기지국이고, 상기 메시지는 셀 경계에 위치하는 하나의 UE(user equipment)에게 전송되는 메시지임을 특징으로 하는 장치.
  20. 무선 통신 시스템에서 전송 방식을 이용하여 송신 장치로부터 메시지를 수신하는 장치에 있어서,
    열화 채널인 제1 채널로부터 제1 수신 신호를 수신하고, 향상 채널인 제2 채널로부터 제2 수신 신호를 수신하는 송수신부; 및
    상기 제1 수신 신호 및 상기 제2 수신 신호를 기반으로 상기 제1 수신 신호를 복조하고, 상기 제1 수신 신호의 제1 LLR(log likelihood ratio)을 계산하고, 상기 제1 수신 신호의 제1 LLR을 이용하여 상기 제1 수신 신호를 채널 디코딩하고, 제1 부호어를 획득하는 제어부를 포함하며,
    상기 제1 수신 신호는 메시지의 제1 부분이 FQAM(frequency quadrature amplitude modulation) 변조되어 생성된 제1 변조 신호와 상기 메시지의 제2 부분이 QAM(quadrature amplitude modulation) 변조되어 생성된 제2 변조 신호의 일부 또는 전부가 결합된 신호이고,
    상기 제1 변조 신호에 할당된 제1 전송 전력과 상기 제2 변조 신호의 일부 또는 전부에 할당된 제2 전송 전력은 설정된 전력 할당 비율을 기반으로 조절되며,
    상기 설정된 전력 할당 비율을 기반으로 조절된 제1 전송 전력은 상기 설정된 전력 할당 비율을 기반으로 조절된 제2 전송 전력보다 크거나 같음을 특징으로 하는 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 수신 신호에서 상기 제1 변조 신호를 뺀 신호를 복조하여 제2 수신 신호의 제2 LLR을 계산하고, 상기 제2 수신 신호를 복조하여 제2 수신 신호의 제3 LLR을 계산하고, 상기 제2 LLR과 상기 제3 LLR을 더한 값을 이용하여 상기 제2 수신 신호를 채널 디코딩하도록 더 구성됨을 특징으로 하는 장치.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 수신 신호의 복조를 FQAM 과 QAM의 중첩된 컨스텔레이션 상에서 수행함을 특징으로 하는 장치.
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