KR20060016466A - 다중 안테나를 사용하는 직교 주파수 분할 시스템에서복합 재전송을 위한 맵 메시지 구성 방법과 이를 이용한에이알큐 할당 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광대역 무선 접속 시스템에서 다중 안테나 기법의 하나인 다중 입력 다중 출력(Multiple Input Multiple Output: 이하, "MIMO") 기반 아래 복합 재전송(HARQ)을 지원하는 MAP 메시지 구성 방법과 이를 이용한 ARQ 할당 방법에 대한 것으로서, 본 발명에 따라 제안된 MAP 메시지는 다중 입력 다중 출력(MIMO) 방식의 안테나 기법이 적용된 광대역 무선 접속 시스템에서 복합 재전송(HARQ) 기능을 제공하기 위한 하향/상향 링크 맵 메시지 구성 방법에 있어서, 상기 MIMO의 모드 정보가 포함된 제1 정보 필드와, 서로 다른 변조 및 코딩 방식을 갖는 HARQ 정보 리스트가 포함된 제2 정보 필드를 포함하여 상기 하향 링크 맵 메시지를 구성하고, 상기 상향 링크 맵 메시지는 채널 측정 정보(CQI) 할당에 대한 리스트 정보가 포함된 제3 정보 필드를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 한다. 상기 MAP 메시지를 이용한 ARQ 할당 방식을 적용하면, 기존 IEEE 802.16d/e표준의 단일 전송 안테나(SISO)를 지원하기 위한 HARQ 방식에 호환 가능하면서 MAP 정보 요소의 전달 시 발생하는 오버헤드를 최소화할 수 있으며, MIMO 시스템에서 서로 다른 변조 및 코딩을 갖는 다중 레이어를 전송할 수 있는 공간 다중화 기술에 대하여 HARQ를 지원할 수 있다.

광대역 무선 접속 시스템, MIMO, OFDMA, 휴대인터넷, Hybrid ARQ, MAP 정보 요소, Multiple Layers, 공간 다중 기법(Spatial Multiplexing), 다중 안테나

Description

다중 안테나를 사용하는 직교 주파수 분할 시스템에서 복합 재전송을 위한 맵 메시지 구성 방법과 이를 이용한 에이알큐 할당 방법{METHOD FOR CONSTRUCTING A MAP MESSAGE FOR HYBRID AUTOMATIC REPEAT REQUEST TRANSMISSION AND ALLOCATING AUTOMATIC REPEAT REQUEST IN A BROADBAND WIRELESS ACCESS SYSTEM USING MULTIPLE ANTENNA}

도 1은 본 발명이 적용되는 OFDMA 시스템에서 MIMO와 SISO를 모두 고려한 하향 링크 HARQ 서브 프레임의 구성을 나타낸 도면

도 2는 본 발명에 따라 다중 안테나를 사용하여 HARQ 기능을 제공하는 광대역 무선 접속 시스템에서 다중 레이어를 갖는 하량 링크 ARQ 할당 방법을 설명하기 위한 도면

도 3은 본 발명이 적용되는 OFDMA 시스템에서 MIMO와 SISO를 모두 고려한 상향 링크 HARQ 서브 프레임의 구성을 나타낸 도면

도 4는 본 발명에 따라 다중 안테나를 사용하여 HARQ 기능을 제공하는 광대역 무선 접속 시스템에서 다중 레이어를 갖는 상향 링크 ARQ 할당 방법을 설명하기 위한 도면

본 발명은 광대역 무선 접속(Broadband Wireless Access: BWA) 시스템에서 복합 재전송(Hybrid Automatic Repeat Request : 이하, "HARQ")를 이용하기 위한 방법에 대한 것으로서, 특히 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access : 이하, "OFDMA")에서 다중 안테나 기법의 하나인 다중 입력 다중 출력(Multiple Input Multiple Output: 이하, "MIMO") 기반 아래 복합 재전송(HARQ)을 지원하는 MAP 메시지 구성 방법과 이를 이용한 ARQ 할당 방법에 대한 것이다.

오늘날 통신산업의 발달과 인터넷 서비스에 대한 사용자의 요구 증가로 인하여 인터넷 서비스를 효율적으로 제공할 수 있는 통신 시스템에 대한 필요성이 증대되고 있다. 기존 통신망은 음성 서비스를 주목적으로 개발되어 데이터 전송 대역폭이 비교적 작고, 사용료가 비싼 단점을 가지고 있다. 그리고 이러한 단점을 해결하기 위한 광대역 무선 접속 방식의 대표적인 예로 OFDM 방식에 대한 연구가 급속히 진행되고 있다.

상기 OFDM 방식은 다수의 직교하는 부반송파를 중첩시키는 대표적인 다중 반송파 전송 방식으로 이는 직렬로 입력되는 심벌(Symbol)열을 병렬 변환하여 이들 각각을 상호 직교성을 갖는 다수의 부반송파(Sub-Carrier)를 통해 변조하여 전송하는 방식이다. 이러한 OFDM 방식은 디지털 오디오 방송(Digital Audio Broadcasting : DAB)과 디지털 텔레비젼, 무선랜(Wireless Local Area Network: WLAN) 등의 디지털 전송 기술에 광범위하게 적용될 수 있으며, 다중경로 페이딩에 강인한 장점을 이용하여 고속 데이터 전송을 위한 효율적인 플랫폼 제공이 가능한 것으로 알려져 있다.

상기 OFDM 방식에 기반한 대표적인 다중 접속 시스템으로는 OFDMA 시스템이 있으며, 이는 데이터 톤(Data Tone)을 전체 대역에 골고루 퍼뜨려 주파수 다이버서티(Diversity) 이득을 얻는 것을 목표로 하고 있다. 여기서 상기 OFDMA는 주파수 영역을 다수의 부반송파로 이루어진 부채널로 구분하고, 시간영역을 다수의 타임슬롯으로 구분한 후, 부채널을 사용자별로 할당하여 시간 및 주파수 영역을 모두 고려한 자원 할당을 수행하여 제한된 주파수 자원으로 다수의 사용자를 수용할 수 있는 다중 접속 방식이다.

상기 OFDMA 시스템에서는 서로 다른 부반송파들로 구성된 다수의 부채널들을 각기 다른 사용자에게 할당할 수 있으며, 상기 OFDMA 시스템에 시스템 용량을 높이기 위한 방안인 적응 안테나 시스템(Adaptive Antenna System : AAS)를 적용하면 인접된 부반송파로 부채널을 구성할 수 있으므로 다중 사용자 다이어서티(multi-user diversity) 이득을 얻을 수 있다. 이와 관련하여 상기 적응 안테나 시스템의 대표적인 예인 MIMO 시스템을 이용하면, 정보를 공간 다중화(Spatial Multiplexing)하여 전송하므로 통신 시스템의 성능을 크게 향상시킬 수 있다.

상기한 바와 같이 광대역 무선 접속 방식을 지원하는 각종 통신 시스템과 안테나 기법에 대한 심도 있는 논의가 진행 중에 있으며, 국제표준화 기국 중 하나인 전기 전자 공학자 협회(Institute of Electrical and Electronics Engineers, 이하 IEEE )의 IEEE 802.16 표준화 그룹에서는 OFDMA 시스템 등의 광대역 무선 접속 시스템을 통해 고정/이동 단말에 대하여 무선 광대역 인터넷 서비스를 제공하기 위한 표준으로 IEEE 802.16d/e 표준 제정을 추진 중이다.

상기 IEEE 802.16d/e 표준은 종래의 음성 서비스를 위한 무선 기술에 비하여 데이터의 대역폭이 넓어 짧은 시간에 많은 데이터를 전송 할 수 있으며, 모든 사용자가 채널을 공유하여 채널을 효율적으로 사용하는 것이 가능하다. 여기서 상기 IEEE 802.16d/e에서 제안되는 통신 시스템은 기지국에 연결된 모든 사용자가 공통 채널을 공유하여 사용하며, 각 사용자가 채널을 사용하는 구간은 매 상향 및 하향 프레임마다 기지국에 의하여 할당되므로, 기지국은 매 프레임마다 각 사용자가 채널을 나누어 사용할 수 있도록 상향 및 하향 접속 정보를 알려주어야 한다.

이에 따라 IEEE 802.16d/e에서는 사용자의 채널 접속을 위한 정보를 상향 접속 정보 및 하향 접속 정보로 나누고, 매 프레임 앞부분에 상기 상향 접속 정보와 하향 접속 정보가 포함된 MAP 메시지를 모든 사용자에게 전송하며, 상기 MAP 메시지는 사용자의 채널 접속을 위해 미리 정해진 통신 방식을 지원하도록 다수의 MAP 정보 요소를 포함하게 된다.

이와 관련하여 종래 기술인 IEEE P802.16-REVd/D5, REVe/D4-2004에서는 오류가 발생된 프레임의 재전송 및 복원을 위한 HARQ 기능을 광대역 무선 접속 시스템에 기본적으로 제공하도록 제안되어 있으나, 제안된 기존 방식은 HARQ 기능이 단일 안테나를 사용하는 단일 입력 단일 출력(Single Input Single Output: 이하, "SISO") 시스템에 국한되어 있다. 따라서 시스템의 전송 효율을 향상시키기 위해서는 다중 안테나를 사용하는 MIMO 시스템을 통해 HARQ 기능을 제공할 수 있어야 하며, 이를 위한 전제 조건으로 새로이 정의된 MAP 메시지가 요구된다.

본 발명의 목적은 다중 안테나를 사용하는 광대역 무선 접속 시스템에서 HARQ 기능을 제공하기 위한 하향 링크 MAP 메시지 구성 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 다중 안테나를 사용하는 광대역 무선 접속 시스템에서 HARQ 기능을 제공하기 위한 상향 링크 MAP 메시지 구성 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 다중 안테나를 사용하여 HARQ 기능을 제공하는 광대역 무선 접속 시스템에서 다중 레이어를 갖는 하량 링크 ARQ 할당 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 다중 안테나를 사용하여 HARQ 기능을 제공하는 광대역 무선 접속 시스템에서 다중 레이어를 갖는 상향 링크 ARQ 할당 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하향 링크 MAP 메시지 구성 방법은 다중 입력 다중 출력(MIMO) 방식의 안테나 기법이 적용된 광대역 무선 접속 시스템에서 복합 재전송(HARQ) 기능을 제공하기 위한 하향 링크 맵 메시지 구성 방법에 있어서, 상기 MIMO의 모드 정보가 포함된 제1 정보 필드와, 서로 다른 변조 및 코딩 방식을 갖는 HARQ 정보 리스트가 포함된 제2 정보 필드와, 채널 측정 정보(CQI) 할당에 대한 리스트 정보가 포함된 제3 정보 필드를 포함하여 상기 하향 링크 맵 메시지를 구성함을 특징으로 한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 상향 링크 MAP 메시지 구성 방법은 다중 입력 다중 출력(MIMO) 방식의 안테나 기법이 적용된 광대역 무선 접속 시스템에서 복합 재전송(HARQ) 기능을 제공하기 위한 상향 링크 맵 메시지 구성 방법에 있어서, 상기 MIMO의 모드 정보가 포함된 제1 정보 필드와, 서로 다른 변조 및 코딩 방식을 갖는 HARQ 정보 리스트가 포함된 제2 정보 필드를 포함하여 상기 상향 링크 맵 메시지를 구성함을 특징으로 한다.

상기 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다중 레이어를 갖는 하향 링크 ARQ 할당 방법은 다중 입력 다중 출력(MIMO) 방식의 안테나 기법이 적용된 광대역 무선 접속 시스템에서 다중 레이어를 갖는 하향 링크 ARQ(Automatic Repeat Request) 할당 방법에 있어서, 하나의 레이어에 대해 상향 링크 맵(MAP) 메시지에 할당된 다중 레이어 단말의 순서를 지정하는 과정과, 상기 단말의 지정된 순서에 따라 상기 다중 레이어에 할당된 ACID의 개수에 대응되게 ARQ 비트 맵에 상기 ARQ를 추가로 할당하는 과정을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

상기 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다중 레이어를 갖는 상향 링크 ARQ 할당 방법은 다중 입력 다중 출력(MIMO) 방식의 안테나 기법이 적용된 광대역 무선 접속 시스템에서 다중 레이어를 갖는 상향 링크 ARQ(Automatic Repeat Request) 할당 방법에 있어서, 하나의 레이어에 대해 하향 링크 맵(MAP) 메시지에 할당된 다중 레이어 단말의 순서를 지정하는 과정과, 상기 단말의 지정된 순서에 따라 상기 다중 레이어에 할당된 ACID의 개수에 대응되게 ARQ 물리 채널에 상기 ARQ를 추가로 할당하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명이 적용되는 OFDMA 시스템에서 MIMO와 SISO를 모두 고려한 하향 링크 HARQ 서브 프레임의 구성을 나타낸 도면으로서, 이는 기지국에서 단말로 전송되며, 도 1의 하향 링크 HARQ 서브 프레임을 구성하는 영역(Zone)들은 기본적으로 HARQ를 지원한다는 가정에서 할당된다.

이하 도 1의 서브 프레임을 구성하는 각 영역들에 대해 살펴보면, 도 1에서 서브 프래임의 앞부분에는 MIMO를 지원하기 위한 MIMO 미드앰블(11)이 위치한다. 이와 같은 MIMO 미드앰블(11)은 안테나들의 채널 환경을 단말이 알 수 있게 하는 기능을 한다. 또한 단말은 상기 MIMO 미드앰블(11)을 참조하여 각 안테나별 채널 추정을 하여 데이터 복구에 도움을 줄 수 있다.

또한 IEEE 802.16d/e에서 보여주는 것과 같이, 데이터 영역은 크게 OFDMA 전 대역에서 흩어져 구성되는 주파수 톤(tone)들에 데이터를 전송하는 채널이 있고, 이 채널을 다이버시티 채널(diversity channel)이라 부르기로 한다. 또한 상기 다이버시티 채널과 달리 OFDMA 전 대역을 서로 붙어 있는 주파수 톤들로 다수의 밴드를 구성하고, 이러한 이 밴드 단위로 데이터를 전송할 수 있는 채널을 밴드 AMC(Adaptive Modulation Coding) 채널이라고 명시한다. 상기 AMC는 전송 효율을 향상시키도록 무선 환경에 따라 변조 기법과 코딩 기법을 적응적으로 변화시키는 방식으로 기본적인 알고리즘은 공지된 내용이므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1의 서브 프레임은 상기 MIMO 미드앰블의(11)의 뒷부분에 상기 다이버시티 채널로 구성된 MIMO 및 SISO 다이버시티 영역(12, 13)과 밴드 AMC 채널로 구성된 MIMO 및 SISO AMC 영역(14, 15)을 포함하며, 도 1과 같이 상기 다이버시티 채널과 밴드 AMC 채널을 구성하는 각 영역들은 MIMO를 사용하는 영역(12, 14)과 SISO를 사용하는 영역(13, 15)으로 나누어 할당된다. 그리고 MIMO가 할당된 OFDM 심볼과 SISO가 할당된 OFDM 심볼을 구분하기 위해 IEEE 802.16d/e표준에 정의된 패딩 서브 채널(16a, 16b, 16c)을 서브 프레임의 해당 영역에 추가하여 순차적으로 데이터를 할당하는 경우 MIMO와 SISO 할당 영역을 간단히 구분할 수 있다. 그리고 상기 도 1에 예시된 서브 프레임 구조는 본 발명에 따른 일 예를 나타낸 것으로 각 영역을 MIMO 영역으로만 구성하는 것도 가능할 것이다.

하기 <표 1>과 <표 2>는 광대역 무선 접속 시스템에서 본 발명에 따라 MIMO 기반의 HARQ를 제공하도록 제안된 하향 링크 MAP 메시지의 데이터 포맷의 일예를 나타낸 것이다. 하기 <표 1>과 <표 2>의 정보로 나타낸 MAP 메시지는 기존 SISO 기 반의 HARQ를 제공하는 하향 링크 MAP 메시지에 새로운 MAP 정보 요소로서 MIMO 기반의 HARQ를 지원하는 소정 HARQ 제어 정보를 추가로 포함하여 구성된다.

하기 <표 2>는 상기 <표 1>에 이어지는 메지시 필드를 설명의 편의상 구분하 여 나타낸 것이다.

상기 <표 1>에서 MIMO 기반의 HARQ를 사용하기 위한 MAP 정보 요소의 최초 8bit는 해당 MAP 정보 요소의 형식(Type) 및 부형식(Sub-Type)을 나타내며, 본 발명에서는 제안하는 MAP 정보 요소는 형식 값으로 7을 갖고, 부형식 값으로 1(Extended DIUC)을 갖는다. 그리고 4 비트의 길이(Length) 필드는 다음 필드에 위치된 MIMO 기반의 상기 HARQ 제어 정보의 길이를 바이트 단위로 나타낸다. 상기 HARQ 제어 정보의 구성을 살펴보면, 첫 번째 MIMO의 모드 등 MIMO의 기술을 나타내는 필드들와, 두 번째 다른 변조 및 코딩을 갖는 다중 레이어에 대한 HARQ 지원 정보 리스트를 나타내는 필드와, 상기 <표 2>에 나타낸 세 번째 채널 측정 정보(Channel Quality Indicator : CQI) 할당에 대한 리스트 필드(CQI Feedback_type, CQICH_Num)를 포함한다.

이하 상기 첫 번째 내지 세 번째 필드들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

먼저 상기 첫 번째 MIMO 기술을 나타내는 필드는 MIMO의 모드를 나타내는 2 비트 필드(Matrix indicator)와 안테나의 구성을 나타내는 2 비트 필드(Antenna selection)로 구성되며, 하기 <표 3>은 상기 <표 1>에 나타낸 Matrix indicator 필드와 Antenna selection 필드 및 Antenna Index의 내용을 나타낸 것이다.

상기 <표 1>에서 두 번째 필드는 MIMO 기술의 모드 중 공간 다중화(Spatial Multiplexing : SM) 기술을 사용할 경우 서로 다른 변조 및 코딩을 갖는 다중 레이어에 대한 정보를 나타내는 필드(Num_layer부터 ACID 필드까지)로 구성된다. 상기 두 번째 필드에서 상기 다중 레이어의 수는 2 비트로 총 4개의 레이어를 표현 할 수 있다. 또한 상기 다중 레이어를 사용할 경우, 변조 및 코딩 종류를 표시하기 위하여 NEP(인코딩 입력 정보 수)와 DIUC(하향 링크에서 사용되는 코드 조합 인덱스)를 사용하는 두 방식을 사용할 수 있으며, NEP와 DIUC 각각은 4 비트로 표시된다. 여기서 상기 NEP로 표현하는 방식은 4 비트로 표현 가능한 16 가지 조합의 인코딩 입력 정보 수를 나타낼 수 있다.

한편 단말과 기지국에는 상기 NEP 정보에 따라 다양한 변조 및 코딩 기법을 선택할 수 있는 테이블 정보가 존재한다. 따라서 단말과 기지국은 주어진 테이블 안에서의 변조 및 코딩을 사용할 수 있다. 이 경우 원하는 변조 및 코딩 종류를 만들어서 테이블 정보로 표현할 수 있으므로 정교한 제어를 가능하게 한다. 하지만 16가지 조합의 인코딩 입력 정보 수에 따라 제한된 테이블안의 정해진 변조 및 코딩의 조합을 사용하여야 하므로 해당 NEP 값에 따른 가능한 조합이 줄어들게 된다. 기본적으로 상기 NEP 정보를 이용하여 변조 및 코딩 종류를 선택하는 HARQ 방식은 기존 IEEE 802.16d/e에서 고려되고 있다.

그러나 MIMO 기술에서 다중 레이어를 지원하는 방식이 도입되면서 상기와 같은 NEP에 의한 방법은 전송의 효율을 낮추는 단점을 보여준다. 즉 두 개의 레이어를 갖는 경우를 예를 들면 첫 번째 레이어에서 전송은 ACK가 되고 두 번째 레이어에서 전송은 NACK가 되었을 경우 두 번째 레이어의 재전송은 정해진 할당 자원을 가지고 첫 번째 전송된 NEP에 따라 수행된다.

동일한 시점에서 첫 번째 레이어는 다른 전송 정보를 전송할 수 있지만 두 레이어는 동일한 자원을 공유해야 한다. 따라서 첫 번째 레이어는 두 번째 레이어의 재전송과 동일한 할당 자원을 이용하면서 제한된 테이블에 따른 조합에 의하여 원하는 변조 및 코딩 종류를 선택함에 제한이 발생된다. 따라서 첫 번째 레이어의 전송 효율은 낮아 질 수 밖에 없다.

따라서 본 발명에서는 상기와 같은 단점을 극복할 수 있는 HARQ를 위한 DIUC 방안을 제안한다. 즉 상기 <표 1>에서 NEP를 사용하지 않을 경우, DIUC 비트는 정해진 변조 및 코딩 방식의 16 개 조합을 직접적으로 표현할 수 있다. 따라서 위의 두 레이어에서 설명되었던 단점을 피할 수 있다. 즉 첫 번째 레이어는 제한된 테이블이 아닌 원하는 DIUC 16 개 변조 및 코딩 조합에서 선택하여 정보를 전송할 수 있으므로 전송의 효율을 유지 할 수 있다.

그리고 상기 두 번째 필드에서 아래 7 비트(AI_SN, SPID, ACID)는 MIMO 기술에서 다중 레이어를 사용하는 경우 각 레이어에 HARQ를 지원할 수 있는 정보를 표시한다.

상기 <표 2>에 나타낸 HARQ 제어 정보의 세 번째 필드는 다중 전송 안테나에 대한 채널 측정 정보를 나타내는 다중 CQI채널 할당을 나타낸다. 여기서 처음 2 비트는 CQI 채널을 통해서 보내는 정보의 종류를 나타낸다. CQI 채널은 기존의 채널 측정 정보를 보내는 방법과 더불어 MIMO 지원을 위한 안테나 별 특수 정보를 보내는 방법 등 다양하게 쓰일 수 있다. 따라서 다중의 전송 안테나에 대한 CQI 정보를 필요로 하며, 아래 2 비트는 CQI 채널의 수를 나타낸다. 그리고 각 CQI 채널 별 할당 정보를 마지막 6 비트에 나타낸다.

상기한 바와 같이 본 발명에서는 하향 링크 MAP 메시지에 전술한 세 가지 필드 구성을 갖는 HARQ 제어 정보를 포함하여 광대역 무선 접속 시스템이 다중 전송 안테나를 갖는 MIMO 기술과 더불어 HARQ를 지원할 수 있게 함으로 전송 효율을 극대화 할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따라 다중 안테나를 사용하여 HARQ 기능을 제공하는 광대역 무선 접속 시스템에서 다중 레이어를 갖는 하량 링크 ARQ 할당 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 이는 하향 링크에서 MIMO 용 HARQ를 지원하기 위해 할당되는 MAC(Medium Access Control) ARQ 비트 맵(bit map) 할당의 예를 나타낸 것으서, 도 2에서 구분되게 표시된 음영은 각 단말에 할당된 ARQ를 구분하여 나타낸 것이다.

도 2에서 ARQ는 기지국에서 상향 링크 수신 데이터 버스트(burst)에 대한 ACK/NACK 정보를 전송하는 역할을 수행하며, MAC 메시지를 사용하여 단말로 전달된다. 기존 IEEE 802.16d/e 표준의 SISO 용 ARQ 비트 맵 전송 할당 방식을 유지하면서 본 발명에 따른 다중 레이어를 갖는 MIMO 용 HARQ를 지원하는 경우 ARQ 비트 맵 할당 동작을 살펴보면, 기존 SISO 용 HARQ를 지원하는 구조에서 ARQ 비트 맵 할당은 데이터 할당을 위한 상향 링크 MAP 메시지에 할당된 순서로 단말에게 할당되며, 각 단말에게는 할당된 ACID의 개수 만큼 할당된다.

따라서 다중 레이어를 지원하는 MIMO 단말에 대해서는 다중 레이어에 할당된 ACID의 개수 만큼 ARQ 비트 맵의 ARQ 비트가 추가로 할당된다. 기존의 ARQ 할당 방식을 유지하면서 이를 지원하기 위해서 도 2와 같이 우선 하나의 레이어에 대하여 데이터 할당을 위한 상향 링크 MAP 메시지에서 할당된 순서로 단말에게 할당하고, 다중 레이어를 갖는 단말의 추가 ARQ 할당을 그 뒤 비트 맵에 순서대로 추가로 할당한다. 여기서 추가 할당은 상향 링크 MAP 메시지에서 할당된 다중 레이어 단말의 순서대로 필요한 ARQ의 개수 만큼 할당한다.

이하에서는 도 3과 도 4를 참조하여 광대역 무선 접속 시스템의 상향 링크에 서 MIMO를 이용한 HARQ를 적용하기 위한 MAP 메시지의 구조와 ARQ 할당 방법을 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명이 적용되는 OFDMA 시스템에서 MIMO와 SISO를 모두 고려한 상향 링크 HARQ 서브 프레임의 구성을 나타낸 도면으로서, 이는 단말에서 기지국으로 전송되며, 도 3의 상향 링크 HARQ 서브 프레임을 구성하는 영역(Zone)들은 기본적으로 HARQ를 지원한다는 가정에서 할당된다. 도 3의 서브 프레임을 구성하는 각 영역들에 대해 전술한 다이버시티 채널과 밴드 AMC 채널은 도 1의 설명과 동일하므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 3의 서브 프레임은 상향 링크를 다이버시티 채널로 구성된 다이버시티 영역(31, 32)과 밴드 AMC 채널로 구성된 AMC 영역(33, 34)으로 구분되며, 또한 각 영역은 MIMO를 사용하는 영역(31, 33)과 SISO를 사용하는 구역(32, 34)으로 구분한 예를 나타낸 것이다. 또한 MIMO가 할당된 할OFDM 심볼과 SISO가 할당된 OFDMA 심볼의 구분을 위해 IEEE 802.16d/e표준에 정의된 UL 영역 정보 요소(Zone IE)를 이용하여 순차적으로 데이터를 할당하는 경우 간단하게 MIMO와 SISO 할당의 영역을 나눌 수 있다.

하기 <표 4>와 <표 5>는 광대역 무선 접속 시스템에서 본 발명에 따라 MIMO 기반의 HARQ를 제공하도록 제안된 상향 링크 MAP 메시지의 데이터 포맷의 일예를 나타낸 것이다. 하기 <표 4>와 <표 5>의 정보로 나타낸 MAP 메시지는 기존 SISO 기반의 HARQ를 제공하는 상향 링크 MAP 메시지에 새로운 MAP 정보 요소로서 MIMO 기반의 HARQ를 지원하는 소정 HARQ 제어 정보를 추가로 포함하여 구성된다.

그리고 하기 <표 5>는 상기 <표 4>에 이어지는 메지시 필드를 설명의 편의상 구분하여 나타낸 것이다.

상기 <표 4> 및 <표 5>의 HARQ 제어 정보가 포함된 MAP 메시지는 상향 링크에서 기존의 SISO를 지원하는 HARQ 정보 요소에 MIMO HARQ 정보 요소를 추가하여 MIMO 기술을 지원하기 위한 정보를 전송한다. 이를 위해 상기 <표 4>에 나타낸 것처럼 MIMO HARQ를 사용하기 위한 MAP 정보 요소의 최초 8 비트는 해당 MAP 정보 요소의 형식(Type) 및 부형식(Sub-Type)을 나타내며, 본 발명에서는 제안하는 MAP 정보 요소는 형식 값으로 7을 갖고, 부형식 값으로 1을 갖는다. 이후 4 비트 길이(Length) 필드는 그 길이 필드 다음에 위치하는 MIMO HARQ 제어 정보 데이터의 길이를 바이트 단위로 나타낸다.

상향 링크에서 전송되는 상기 HARQ 제어 정보의 구성을 살펴보면, 첫 번째 MIMO의 기술을 나타내는 필드들과, 두 번째 다른 변조 및 코딩을 갖는 다중 레이어에 대한 Hybrid ARQ 지원의 위한 정보 리스트 필드로 크게 2부분으로 구성된다. 이하 상기 첫 번째와 두 번째 필드들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

상기 첫 번째 MIMO 기술을 나타내는 필드는 MIMO의 모드를 나타내는 2 비트 필드와 안테나의 구성을 나타내는 2 비트 필드로 구성된다.

그리고 상기 두 번째 필드는 MIMO 기술의 모드 중 공간 다중화(SM)와 같은 기술을 사용하고, 다른 변조 및 코딩을 갖는 다중 레이어를 사용하는 경우 각 레이어에 대한 정보를 나타낸다. 상기 다중 레이어의 개수는 2 비트로 총 4 개의 레이어를 표현 할 수 있다. 또한 상기 다중 레이어를 사용할 경우 변조 및 코딩 종류를 표시하기 위하여 NEP와 DIUC를 사용하는 두 방식을 사용할 수 있으며, 상기 NEP와 DIUC 각각은 4 비트로 표시된다.

상기 NEP로 표현하는 방식은 4 비트로 표현 가능한 16가지 조합의 인코딩 입력 정보 수를 나타낼 수 있다. 또한 단말과 기지국에서는 각 NEP에 따라 16 가지의 변조 및 코딩 기법을 선택할 수 있는 테이블이 존재한다. 따라서 단말과 기지국은 ARQ 할당 시 주어진 테이블 안에서의 변조 및 코딩을 사용 할 수 있다. 이와 같이 상기 NEP는 원하는 변조 및 코딩 종류를 만들어서 테이블로 표현할 수 있으므로 정교한 제어를 가능하게 한다.

상기 NEP의 경우 테이블 정보에 없는 변조 및 코딩 종류는 사용할 수 없는 단점이 있으며, 기본적으로 위의 상기 NEP 정보를 이용하여 변조 및 코딩 종류를 선택하는 HARQ 방식은 기존 IEEE 802.16d/e에서 고려되고 있다. 그러나 MIMO 기술에서 다중 레이어를 지원하는 방식이 도입되면서, 위와 같은 NEP에 의한 방법은 전송의 효율을 낮추는 단점을 보여준다. 즉 두 개의 레이어를 갖는 경우를 예를 들면 하나의 레이어에서 전송은 ACK되고, 두 번째 레이어에서 전송이 NACK되었을 경우, 두 번째 레이어의 재전송은 정해진 할당 자원에서 정해진 NEP에 따라 수행된다.

동일한 시점에서 첫 번째 레이어는 다른 전송 정보를 전송할 수 있지만 두 레이어는 동일한 자원을 공유한다. 따라서 첫 번째 레이어는 두 번째 레이어의 재전송과 동일한 할당 자원을 이용하면서 제한된 테이블에서 원하는 변조 및 코딩 종류를 선택하는 제한이 발생된다. 따라서, 첫 번째 레이어의 전송 효율은 낮아 질 수 밖에 없다.

따라서 본 발명에서는 상기와 같은 단점을 극복할 수 있는 HARQ를 위한 UIUC(상향 링크에서 사용되는 코드 조합 인덱스) 방안을 제시한다. 즉 상기 <표 4>에서 NEP를 사용하지 않을 경우 UIUC 비트는 정해진 변조 및 코딩 방식의 16개 조합을 직접적으로 표현한다. 따라서 위의 두 레이어에서 설명되었던 단점을 피할 수 있다. 즉 첫 번째 레이어는 제한된 테이블이 아닌 원하는 UIUC 16 개 변조 및 코딩 조합에서 선택하여 정보를 전송할 수 있으므로 전송의 효율을 유지 할 수 있다.

그리고 상기 두 번재 필드에서 아래 7 비트(AI_SN, SPID, ACID)는 MIMO 기술에서 다중 레이어를 사용하는 경우 각 레이어에 HARQ를 지원할 수 있는 정보를 표시한다. 따라서 본 발명에 의하면, 상향 링크에서 전송되는 MAP 메시지에 상기와 같은 HARQ 제어 정보를 추가하여 다중 전송 안테나를 갖는 MIMO 기술과 더불어 HARQ를 지원할 수 있게 함으로 전송의 효율을 극대화 할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따라 다중 안테나를 사용하여 HARQ 기능을 제공하는 광대역 무선 접속 시스템에서 다중 레이어를 갖는 상향 링크 ARQ 할당 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 이는 상향 링크에서 MIMO 용 HARQ를 지원하기 위한 ARQ 물리 채널의 할당 예를 나타낸 것으로서, 도 4에서 구분되게 표시된 음영은 각 단말에 할 당된 ARQ를 구분하여 나타낸 것이다.

도 4의 ARQ는 하향 링크 수신 데이터 버스트에 대한 ACK/NACK 정보를 전송하는 역할을 수행하며, 물리 채널을 사용하여 빠른 정보의 전달이 가능하게 하며, 기존 IEEE 802.16d/e 표준의 SISO 용 ARQ 전송 할당 방식을 유지하면서 다중 레이어를 갖는 MIMO HARQ를 지원하는 경우의 ARQ 할당 예를 나타낸 것이다. 기존의 HARQ를 지원하는 구조에서 ARQ 할당은 하향 링크 MAP 메시지에 할당된 순서로 단말에게 할당되며, 각 단말에게는 할당된 ACID의 수 만큼 ARQ 채널이 할당된다.

따라서 다중 레이어를 지원하는 MIMO 단말에 대해서는 레이어의 수 만큼 ARQ 채널이 추가로 할당 되어야만 한다. 기존의 할당 방식을 유지하면서 본 발명에 따른 MIMO 기반의 HARQ를 지원하기 위해 도 4과 같이 우선 하나의 레이어에 대하여 하향 링크 MAP 메시지에서 할당된 순서로 단말에게 할당하고, 다중 레이어를 갖는 단말의 추가 ARQ 채널을 그 뒤 순서대로 추가 할당한다. 여기서 추가 할당은 하향 링크 MAP에서 할당된 다중 레이어 단말의 순서대로 필요한 ARQ 수 만큼 할당한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 광대역 무선 접속 시스템에서 MIMO 의 여러 기술을 지원하면서 동시에 Hybrid ARQ 기능을 지원하기 위해 기지국이 단말에게 MIMO Hybrid ARQ 제어 정보를 효율적으로 전달하는 MAP 정보 요소와 다중 레이어를 갖는 경우에 이에 대한 ARQ 할당을 위한 방법을 제공할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 단말 별로 주파수 밴드와 코딩 및 변조 방식 등을 할당하는 효율적인 MAP 메시지를 구성할 수 있으며 MIMO 기술을 통하여 전송 효율을 극대화하며, 주파수 자원을 효율적으로 사용할 수 있다.

Claims (10)

1. 다중 입력 다중 출력(MIMO) 방식의 안테나 기법이 적용된 광대역 무선 접속 시스템에서 복합 재전송(HARQ) 기능을 제공하기 위한 하향 링크 맵 메시지 구성 방법에 있어서,

   상기 MIMO의 모드 정보가 포함된 제1 정보 필드와,

   서로 다른 변조 및 코딩 방식을 갖는 HARQ 정보 리스트가 포함된 제2 정보 필드와,

   채널 측정 정보(CQI) 할당에 대한 리스트 정보가 포함된 제3 정보 필드를 포함하여 상기 하향 링크 맵 메시지를 구성함을 특징으로 하는 상기 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제2 정보 필드에서 상기 변조 및 코딩 방식을 표시하는 방식으로 상향 링크에서 사용되는 코드 조합 인덱스를 사용함을 특징으로 상기 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 HARQ는 다중 레이어 기법을 이용하여 운용됨을 특징으로 하는 상기 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 HARQ는 상기 MIMO와 단일 입력 단일 출력(SISO) 안테나 시스템이 혼재된 시스템에서 운용됨을 특징으로 하는 상기 방법.
5. 다중 입력 다중 출력(MIMO) 방식의 안테나 기법이 적용된 광대역 무선 접속 시스템에서 복합 재전송(HARQ) 기능을 제공하기 위한 상향 링크 맵 메시지 구성 방법에 있어서,

   상기 MIMO의 모드 정보가 포함된 제1 정보 필드와,

   서로 다른 변조 및 코딩 방식을 갖는 HARQ 정보 리스트가 포함된 제2 정보 필드를 포함하여 상기 상향 링크 맵 메시지를 구성함을 특징으로 하는 상기 방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 제2 정보 필드에서 상기 변조 및 코딩 방식을 표시하는 방식으로 상향 링크에서 사용되는 코드 조합 인덱스를 사용함을 특징으로 상기 방법.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 HARQ는 다중 레이어 기법을 이용하여 운용됨을 특징으로 하는 상기 방법.
8. 제 5 항에 있어서,

   상기 HARQ는 상기 MIMO와 단일 입력 단일 출력(SISO) 안테나 시스템이 혼재된 시스템에서 운용됨을 특징으로 하는 상기 방법.
9. 다중 입력 다중 출력(MIMO) 방식의 안테나 기법이 적용된 광대역 무선 접속 시스템에서 다중 레이어를 갖는 하향 링크 ARQ(Automatic Repeat Request) 할당 방법에 있어서,

   하나의 레이어에 대해 상향 링크 맵(MAP) 메시지에 할당된 다중 레이어 단말의 순서를 지정하는 과정과,

   상기 단말의 지정된 순서에 따라 상기 다중 레이어에 할당된 ACID의 개수에 대응되게 ARQ 비트 맵에 상기 ARQ를 추가로 할당하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
10. 다중 입력 다중 출력(MIMO) 방식의 안테나 기법이 적용된 광대역 무선 접속 시스템에서 다중 레이어를 갖는 상향 링크 ARQ(Automatic Repeat Request) 할당 방법에 있어서,

    하나의 레이어에 대해 하향 링크 맵(MAP) 메시지에 할당된 다중 레이어 단말의 순서를 지정하는 과정과,

    상기 단말의 지정된 순서에 따라 상기 다중 레이어에 할당된 ACID의 개수에 대응되게 ARQ 물리 채널에 상기 ARQ를 추가로 할당하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.

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