채널 환경에 따른 ＭＣＳ 인덱스 선택 방법, 자원 할당방식 선택 방법 및 이를 위한 송신기 document_id A220623045103

본 발명은 직교 주파수 다중 분할(OFDM) 시스템의 적응형 변조 및 코딩(Adaptive Modulation and Coding: AMC) 기법과 자원 할당 방식에 관한 것으로서, 특히 채널 환경에 따라 변조 및 코딩 방식(Modulation and Coding Scheme :MCS) 인덱스를 선택하는 방법, 자원 할당 방식을 선택하는 방법 및 이를 위한 송신기에 관한 것이다. 이를 위해 먼저, 일반적인 OFDM 시스템의 자원 할당 방법에 대해 설명한다. 도 1은 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 시스템의 일반적인 송수신단 구조를 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이 일반적인 OFDM 시스템에서 송신단(100)은 인코더(101), 채널 인터리버(102), 매퍼(103), 자원 할당 모듈(104), 및 IFFT 모듈(105) 등의 구성을 포함할 수 있다. 구체적으로 송신단(100)의 동작을 살펴보면, 인코더(101)는 데이터 비트에 여분의 비트를 삽입하는 코딩을 통해 채널에서 오는 효과나 잡음에 대한 효과를 줄이기 위한 것이며, 채널 인터리버(102)는 인코더(101)에 의해 코딩된(coded) 비트를 비트 단위로 섞어주어(셔플링(shuffling) 하여), 채널에서 일어날 수 있는 집중적인 에러(burst error)를 분산시키기 위한 것이다. 또한, 매퍼(103)는 채널 인터리버(102)에 의해 출력된 비트 정보를 심볼로 바꾸어주며, 자원 할당 모듈(104)은 이 심볼들을 전송 채널의 시간 주파수 영역의 자원 블록(Resource Block) 단위로 할당하여 주는 역할을 수행한다. 아울러, IFFT 모듈(105)은 이 심볼들을 OFDM 심볼로 변조시켜 채널로 전송한다. 한편, 도 1에 도시된 바와 같이 OFDM 시스템의 수신단(200)은 FFT 모듈(201), 자원 역할당 모듈(202), 디매퍼(203), 채널 디인터리버(204), 디코더(205) 등의 구성을 포함할 수 있다. 구체적으로, FFT 모듈(201)은 채널(300)을 통해 수신된 수신 OFDM 심볼을 IFFT 모듈(105)에 의한 변환의 역변환을 수행하며, 자원 역할당 모듈(202)은 시간 주파수 영역에 할당된 심볼 정보를 수집하는 역할을 수행한다. 또한, 디매퍼(203)는 이 심볼을 비트 정보로 변환하며, 채널 디인터리버(204)는 셔플된 비트의 순서를 원래의 비트 순서로 다시 바꾸어 주는 역할을 수행한다. 아울러, 채널 디코더(205)는 추정된 데이터 비트를 출력한다. 특히, 도 1의 송신단(100)은 자원 할당 모듈(104)이 고정된 방식으로 자원을 할당하는 구조를 도시하고 있다. 한편, OFDM 시스템에 있어서 송신단(100)의 자원 할당 방식은 이하에서 설명하는 바와 같이 다양한 방식이 존재할 수 있으며, 도 1과 같이 고정된 자원 할당 방식을 가지는 경우와 달리 채널 상황에 따라 자원 할당 방식을 변경할 수도 있다. 도 2는 OFDM 시스템에서 적응형 자원 할당 방식을 적용하기 위한 구조를 도시한 도면이다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같은 통신 시스템의 송신단(TX; 100)은 수신단(RX; 200)으로부터 채널 환경에 대한 정보를 포함하는 피드백 정보를 수신하여, 이를 피드백 정보 저장 버퍼(110)에 임시 저장할 수 있다. 그 후, 송신단(100)의 자원 할당 방식을 결정할 때, 이 피드백 정보를 비교 모듈(111)을 통해 소정 기준값들과 비교하여, 자원 할당 방식 결정 모듈(112)에 의해 적절한 자원 할당 방식을 결정할 수 있다. 이와 같이 결정된 자원 할당 방식에 따라 도 1에 도시된 바와 같은 자원 할당 모듈(104)은 전송 정보를 시간 주파수 영역에 할당하며, 이때 이용될 수 있는 자원 할당 방식에 대해 설명하면 다음과 같다. 도 3a 내지 도 3c는 OFDM 시스템에서 송신단이 행할 수 있는 자원 할당 방식들을 설명하기 위한 도면이다. OFDM 시스템에서 데이터 심볼들은 물리 채널의 각 부반송파(subcarrier)에 매핑되어 전송이 되게 되는데, 이때 데이터가 부반송파에 할당되는 방식은 다양하게 존재할 수 있다. 먼저, 도 3a에 도시된 바와 같은 패턴은 사용자의 데이터를 부반송파에 연접하여 할당하는 지역 할당 방식(localized allocation scheme)에 따른 할당 패턴을 도시한 것이며, 도 3b에 도시된 바와 같은 패턴은 사용자의 데이터를 주파수 대역 전체로 분산되어 할당하는 분산 할당 방식(distributed allocation scheme)에 따른 할당 패턴을 도시한 것이다. 도 3a와 같은 지역 할당 방식은 사용자의 데이터가 부반송파에 연접해서 실리기 때문에, 채널 의존적(channel dependent) 스케줄링 기법을 활용할 수 있는 기법이고, 도 3b와 같은 분산 할당 방식은 사용자의 데이터가 주파수대역으로 분산되어 실리기 때문에 주파수 다이버시티(frequency diversity) 효과를 얻을 수 있는 기법이다. 한편, 도 3c에 도시된 바와 같은 패턴은 도 3a과 같은 지역 할당 방식 및 도 3b와 같은 분산 할당 방식이 절충된 방식에 따른 패턴이다. 이 경우는, 예를 들어 사용자의 이동성이 클 때, 도 3b와 같은 방식이 과도한 시그날링 오버헤드(signaling overhead)를 요구할 시 사용할 수 있는 기법으로, 주파수 다이버시티가 그룹단위로 얻어지게 됨으로써 다이버시티 이득은 줄어드는 대신, 시그날링 오버헤드는 상대적으로 줄여줄 필요가 있을 때 사용할 수 있다. 상술한 바와 같은 자원 할당 방식을 통해, 도 2에 도시된 바와 같은 자원 할당 방식을 적응적으로 변경할 수 있는 통신 시스템의 동작에 대해 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 예를 들어, 사용자의 이동성이 커지게 되었을 경우, 이에 따라 채널의 상태도 달라지게 되며, 채널의 상태가 변하면 AMC 기법이나 채널 의존적 스케줄링 기법들은 더 이상 사용하기가 어렵게 된다. 만약, 도 1에 도시된 바와 같은 자원 할당 방식을 고정한 통신 시스템이 이러한 기법들을 사용하기 위하여 주파수 다이버시티 이득을 포기하고, 데이터를 연접해서 할당시켜 전송시키는 시스템인 경우(즉, 도 3a의 지역 할당 방식 시스템인 경우), 채널 상태의 변화로 인해 시스템의 성능은 심각하게 열화를 겪을 수 있다. 반대로, 도 1에 도시된 바와 같은 자원 할당 방식을 고정한 통신 시스템이 주파수 다이버시티 이득을 얻기 위해 데이터를 전 주파수 대역으로 분산시켜 할당시켜 전송시키는 시스템인 경우(즉, 도 3b의 분산 할당 방식 시스템인 경우), 사용자의 이동성이 작아졌을 경우 AMC 기법이나 스케줄링 기법들을 사용했을 경우 대비 시스템의 성능이 떨어질 수가 있다. 이렇듯, 도 1에 도시된 바와 같은 고정된 할당 방식으로는 시스템의 성능을 최적화시키기가 어렵다. 이때 사용자의 이동성에 따른 채널의 상태를 파악하여 도 2에 도시된 바와 같이 송신단으로 그 정보를 귀환 시켜 전송 방법을 적응적으로 활용하게 되면, 사용자의 이동성에 상관없이 항상 시스템의 성능을 최적화시킬 수가 있다. 한편, OFDM 시스템에서는 도 1에 도시한 인코더(101)의 코딩율 및 매퍼(103)의 변조 방식 등을 적응적으로 조절하기 위한 적응형 변조 및 코딩(Adaptive Modulation and Coding: AMC) 기법이 이용될 수 있으며, 이에 대해 간략히 설명하면 다음과 같다. 도 4는 OFDM 시스템에서 AMC 기법을 적용하는 방법을 도시한 순서도이다. 도 4에 도시된 바와 같은 AMC 기법은 수신단에서 모든 부반송파에 대한 평균 SNR을 측정하여, 주어진 목표 QoS(Quality of service) 제한하에 전체 데이터 전송률을 최대로 할 수 있는 코딩율(code rate), 변조 크기(modulation size)를 최적화하여 선별하고, 그에 맞는 MCS 인덱스를 선택한 후, MCS 인덱스만 송신단으로 귀환시키는 방법에 대한 일례를 나타내고 있다. 구체적으로, 단계 S201에서 수신단은 채널 응답을 이용하여 모든 부반송파에 대한 평균 SNR을 계산한다. 이때, SNR을 계산하는 방법은 다음과 같이 나타낼 수 있다. 여기서, N은 부반송파의 총 개수를, Hn은 n번째 부반송파에서의 채널 응답을, ES는 평균 신호 에너지를, 는 잡음 에너지를 나타낸다. 그 후, 단계 S202 및 단계 S303에서는, 단계 S201에서 측정된 SNR을 이용하여 목표 프레임 에러율(frame error rate: FER) 한계하에 데이터 전송율을 최대화할 수 있는 MCS 레벨의 인덱스를 선택한다. 구체적으로, 단계 S202에서는 단계 S201에서 측정한 SNR을 MCS 룩업 테이블의 각 레벨에 대한 SNR 임계치와 비교를 수행한다. MCS 룩업 테이블은 시스템에 사용되는 모든 변조 크기와 코딩율에 따른 시뮬레이션 결과를 이용하여 목표 FER 한계를 만족하는 SNR 임계치를 구해 놓은 테이블이다. 이와 같은 MCS 룩업 테이블은 다양하게 존재할 수 있으며, 이에 대한 예를 다음과 같은 표로 나타낼 수 있다. 이와 같은 MCS 룩업 테이블을 이용하여, 단계 S202에서는 단계 S201에서 측정된 SNR이 만족하는 최대 레벨의 SNR 임계치를 판정하게 된다. 그 후, 단계 S203에서 이와 같이 측정된 SNR이 만족하는 최대 SNR 임계치를 나타내는 MCS 인덱스를 선택한다. 도 4와 관련하여 상술한 바와 같은 과정을 거쳐 구해진 MCS 인덱스는 그 후 송신측으로 귀환되어 전송될 수 있다. 송신단에서는 수신단으로부터 귀환받은 MCS 레벨 인덱스를 이용하여 동일한 MCS 룩업 테이블 내에서 데이터 전송에 이용할 변조율 및 코딩율을 결정할 수 있다. 이때, 결정되는 변조율 및 코딩율은 모든 부반송파에 동일하게 적용되는 것이 일반적이다. 다만, 상술한 바와 같은 종래 일반적인 자원 할당 방식 및 AMC 방식은 이하에서 설명할 바와 같이 시스템 성능에 있어 서로 밀접하게 연관되어 있음에 불구하고, 상호 간의 정보를 충분히 반영하고 있지 않다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같은 적응적인 자원 할당 방식을 취하는 경우라도, 사용자의 이동성 등에 따른 채널 환경의 변화 등에 대한 정보만을 고려할 뿐, 자원 할당 방식과 이에 따라 획득되는 주파수 다이버시티 이득 사이의 관계에 따른 AMC에 있어서의 코딩율과의 관계에 대해 고려하지 않고 있다. 반대로, AMC 기법에 있어서 MCS 인덱스를 선택함에 있어서도 수신 신호의 SNR 등에 대해서만 고려할 뿐, 송신단의 자원 할당 방식을 어떠한 방식으로 하는지를 고려하고 있지 않다. 또한, 상술한 바와 같은 종래 AMC 기법 및 MCS 인덱스 선택 방법은 수신 채널의 주파수 선택성 등 다양한 채널 환경을 충분히 고려하지 못하고 있다. 한편, OFDM 시스템은 채널의 코딩율에 따라 주파수 다이버시티를 얻는 정도가 다르다. 따라서, 상술한 바와 같이 SNR측정에 따라 주어진 MCS 레벨을 그대로 사용한다면 OFDM 시스템의 장점, 즉, 채널 코딩으로 인한 주파수 다이버시티를 충분히 활용하지 못하게 되어, FER 성능이나 전송율이 최적화기 힘들 수 있다. 따라서, 이와 같이 송신단의 자원 할당 방식과 AMC 방식에 있어서의 MCS 인덱스 사이의 관계, 및 해당 MCS 인덱스에 따른 코딩율 정도를 살펴보고, 각각에 따라 적절한 MCS 인덱스를 선택하는 기술 및/또는 적절한 자원 할당 방식을 선택하는 기술이 요구되고 있다.