이동통신 시스템에서 제어 정보 전송 방법 및 장치 document_id A220623047717

최근 이동통신 시스템에서는 무선 채널에서 고속 데이터 전송에 유용한 방식으로 직교 주파수 분할 다중접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access; 이하 OFDMA이라 함)방식, 혹은 이와 비슷한 방식으로 단반송파 주파수 분할 다중 접속(Single Carrier - Frequency Division Multiple Access: 이하 SC-FDMA 이라 함)방식이 활발하게 연구되고 있다. 현재 비동기 셀룰러 이동 통신 표준 단체인 3GPP(3rd Gerneration Partnership Project)에서는 차세대 이동 통신 시스템인 LTE (Long Term Evolution)시스템을 상기 다중 접속 방식 기반으로 연구 중이다. 상기와 같은 다중 접속 방식은, 통상 각 사용자 별로 데이터 혹은 제어정보를 실어 보낼 시간-주파수 자원을 서로 겹치지 않도록, 즉 직교성(Orthogonality)이 성립하도록, 할당 및 운용함으로써 각 사용자의 데이터 혹은 제어정보를 구분한다. 제어채널의 경우 추가적으로 코드 자원을 할당하여 각 사용자의 제어정보를 구분하기도 한다. LTE 시스템에서 상향링크 제어정보는, 하향링크 데이터 전송에 대한 성공적인 수신 여부를 응답하기 위한 신호인 ACK(Acknowledgement)/NACK(Negative ACK) 피드백 정보, 하향 링크 채널 상태를 피드백하기 위한 CQI(Channel Quality Indication)정보 등이 있다. 상기 ACK/NACK 정보는 일반적으로 1비트로 구성되는데, 수신 성능 향상 및 셀 커버리지(Cell coverage)확대를 위해 여러 번 반복(Repetition) 전송된다. MIMO가 적용되는 시스템에서는 MIMO 코드 워드별로 ACK/NACK정보가 전송된다. 일반적으로 상기 CQI 정보는 채널 상태를 표현하기 위해 복수개의 비트로 구성되고, 수신 성능 향상 및 셀 커버리지(Cell coverage)확대를 위해 채널 부호화되어 전송된다. 상기 CQI 정보에 대한 채널 부호화 방법으로는 블록 코딩 또는 컨벌루셔널 코딩 방식 등이 가능하다. 제어 정보를 수신함에 있어서 요구되는 수신 신뢰도는 제어 정보의 종류에 따라 결정되는데, 일반적으로 ACK/NACK의 경우 최소한 10e-2 ~ 10e-4의 비트 오율(BER; Bit Error Rate)이, CQI 의 경우 최소한 10e-2~10e-1의 블록오율(BLER; Block Error Rate)이 요구된다. CQI와 같이 복수개의 비트로 구성되는 제어 정보의 경우, 제어정보를 구성하는 비트 위치별로 오류정정능력을 다르게 채널 부호화함으로써 중요 비트에 대해 수신 신뢰도를 높이는 방법이 가능하다. 예를 들어, HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)시스템에서는 5 비트로 구성되는 CQI 정보를 (20, 5)블록 코딩으로 채널 부호화하되, MSB(Most Significant Bit) 1 비트에 대해서 강하게 채널 부호화하는 방법을 적용하고 있다. LTE 시스템에서 상향링크 제어정보는 데이터전송 유무에 따라서 전송 형식이 구분된다. 상향링크로 데이터 및 제어정보를 동시에 전송할 경우에는, 상기 데이터와 제어정보를 시분할 다중화(TDM; Time Division Multiplexing)하여 데이터 전송용으로 할당받은 시간-주파수 리소스에 매핑하여 전송한다. 반면에 데이터 전송없이 제어정보만을 전송할 경우에는, 특정 할당된 주파수 대역을 제어정보 전송용으로 사용한다. 현재까지 표준회의에서 논의된 바에 따르면 상기 제어정보만을 전송하기 위한 물리채널을 PUCCH(Physical Uplink Control Channel)로 정의하고, 상기 PUCCH는 상기 할당된 특정 주파수 대역에 매핑된다. 이하 도 1을 참조하여 상기 PUCCH의 구체적인 전송 구조를 설명하고자 한다. 도 1은 3GPP LTE 시스템에서 상향링크로 제어정보 전송을 위한 물리 채널인 PUCCH의 전송구조를 도시한 도면이다. 도 1에서 가로축은 시간영역(Time Domain)을, 세로축은 주파수영역(Frequency Domain)을 나타낸다. 시간영역의 범위는 1서브프레임(102)이며, 주파수영역의 범위는 시스템 전송 대역폭(110)이다. 도 1을 참조하면, 상향링크의 기본 전송 단위인 서브프레임(102)은 1ms의 길이를 갖고, 하나의 서브프레임은 각각 0.5ms 길이인 2개의 슬롯들(104, 106)로 구성된다. 각 슬롯(104, 106)은 다수의 SC-FDMA 심벌들(111~123, 131~143)로 구성된다. 도 1에서는 하나의 슬롯이 7개의 SC-FDMA 심벌들로 구성되는 예를 도시하였다. 주파수 영역의 가장 작은 단위는 서브 캐리어이며, 자원 할당의 기본 단위는 리소스 블록(Resource Block, 이하 'RB'라 칭함)(108, 109)이다. 상기 RB(108, 109)는 다수개의 서브 캐리어들 및 다수개의 SC-FDMA 심벌들로 구성된다. 여기에서는 12개의 서브 캐리어들 및 1 슬롯을 구성하는 7개의 SC-FDMA 심벌들이 하나의 RB를 구성하는 예를 들어 도시하였다. 도 1을 참조하면, 상기 PUCCH가 매핑되는 주파수 대역은 시스템 전송 대역(110)의 양쪽 끝단에 해당하는 RB(108 또는 109)에 해당한다. 일반적으로 상기 PUCCH는 시간영역에서 2개의 연속된 RB에 매핑되며, 한 서브프레임 동안 주파수 다이버시티를 증가시키기 위해 주파수 도약(frequency hopping)을 적용할 수 있는데, 이때 슬롯단위의 도약이 가능하다. 도 1을 참조하면, 제어정보#1은 첫번째 슬롯(104)에서 사전 할당된 주파수 대역(110)을 통해 전송되다가, 두번째 슬롯(106)에서는 주파수 도약이 되어 다른 사전 할당된 주파수 대역(112)을 통해 전송된다. 반면에 제어정보#2는 첫번째 슬롯(104)에서 사전 할당된 주파수 대역(112)을 통해 전송되다가, 두번째 슬롯(106)에서는 주파수 도약이 되어 다른 사전 할당된 주파수 대역(110)을 통해 전송된다. 도 1의 예에서는 한 서브프레임(102)내에서 SC-FDMA 심벌, 참조번호 111, 113, 114, 115, 117, 138, 140, 141, 142, 144 혹은 참조번호 131, 133, 134, 135, 137, 118, 120, 121, 122, 124에는 제어 정보가 전송되고, SC-FDMA 심벌, 참조번호 112, 116, 139, 143 혹은 참조번호 132, 136, 119, 123에는 파일롯(Pilot, Reference signal (RS)로 통칭되기도 함)이 전송되고 있다. 상기 파일롯은 미리 약속된 시퀀스로 구성되어, 수신단에서 코히런트 복조(coherent demodulation)를 위한 채널 추정에 사용된다. 상기 제어정보 전송용 SC-FDMA심벌개수와 RS 전송용 SC-FDMA 심벌 개수, 그리고 서브프레임 내에서의 해당 위치는 일례를 나타낸 것으로서 시스템 운용에 따라 변경될 수 있다. PUCCH를 통해 전송되는 ACK/NACK 정보, CQI 정보, MIMO 피드백 정보 등의 상향링크 제어정보를 서로 다른 사용자들끼리 다중화하고자 할 때 CDM(Code Division Multiplex)방식이 사용될 수 있는데, 상기 CDM 방식은 FDM(Frequency Division Multiplex)방식에 비해 간섭 신호에 강건한 특징을 가지고 있다. 상기 제어정보의 CDM 방식에 사용할 시퀀스로는 자도프 추(Zadoff-Chu, ZC) 시퀀스가 논의되고 있다. 상기 Zadoff-Chu 시퀀스는 시간 및 주파수 영역에서 일정 신호 레벨(Constant envelop)을 가지므로 최대전력 대 평균전력 비(Peak to Average Power Ratio: 이하 'PAPR'라 칭함)특성이 좋으면서도 주파수 영역에서 우수한 채널 추정 성능을 보인다. Zadoff-Chu 시퀀스는 Non-zero시프트에 대한 순환자동상관(circular autocorrelation)이 0인 특성이 있다. 따라서, 동일 Zadoff-Chu 시퀀스를 사용하여 제어정보를 전송하는 단말(이하 UE(User Equipment)라고도 한다.)들은, 상기 Zadoff-Chu 시퀀스의 시간영역 순환 쉬프트(cyclic shift)값을 서로 상이하게 함으로써 구분할 수 있다. 상기 순환 쉬프트 값은 무선 전송경로의 최대 전송 지연값보다 큰 조건을 만족하도록 각각의 사용자끼리 서로 다르게 설정함으로써, 각 사용자간 직교성(Orthogonality)을 유지한다. 따라서, 다중 접속 가능한 사용자들의 수는 Zadoff-Chu 시퀀스의 길이와 순환 쉬프트 값으로부터 결정된다. 상기와 같이 Zadoff-Chu 시퀀스를 사용한 CDM 방식의 제어정보 전송에서, 제어정보 신호와 Zadoff-Chu 시퀀스가 어떻게 매핑되어 전송되는지 도 1을 참조하여 설명한다. 단말 i에 대해 길이가 N인 Zadoff-Chu 시퀀스를 g(n+Δi) mod N 이라 하고 (n= 0, … , N-1, 여기서 Δi 는 단말 i에 대한 시간영역 순환 쉬프트 값이며, i 는 단말을 구분하는 단말 인덱스), 단말 i가 전송하고자 하는 제어정보 신호를 mi,k (k = 1,…, Nsym, 여기서 Nsym은 서브프레임 내에서 제어정보 전송용 SC-FDMA 심벌 개수)라 하면, 각각의 SC-FDMA 심벌에 매핑되는 신호(ci,k,n : 단말 i 의 k번째 SC-FDAM 심벌의 n 번째 샘플)는 다음 003c#수학식 1003e#과 같다. 여기서 k = 1, …, Nsym이고, n = 0, 1,…, N-1이며, Δi는 단말 i에 대한 Zadoff-Chu 시퀀스의 시간영역 순환 쉬프트 값이다. 도 1의 예에서 한 서브프레임 내에서 제어정보 전송용 SC-FDMA 심벌개수를 나타내는 Nsym은 RS 전송용 SC-FDMA 심벌 4개를 제외한 10이고, Zadoff-Chu 시퀀스의 길이 N은 하나의 RB를 구성하는 서브캐리어 개수와 같은 12이다. 한 단말의 관점에서 보면, 각각의 SC-FDMA 심벌마다 시간영역 순환쉬프트된 Zadoff-Chu 시퀀스가 적용되고, 전송하고자 하는 제어정보 신호는 제어정보 전송용 SC-FDMA 심벌마다 하나의 변조심벌(modulation symbol)이 상기 시간영역 순환쉬프트된 Zadoff-Chu 시퀀스에 곱해지는 형태로 구성된다. 따라서, 한 서브프레임당 최대 Nsym개의 제어정보 변조심볼들이 전송될 수 있다. 즉, 도 1의 예에서는 최대 10개의 제어정보 변조심볼들을 한 서브프레임 동안 전송 가능하다. 상기 5비트로 구성되는 CQI 정보의 경우 상기 (20, 5) 블록 코딩으로 채널 부호화하면 20비트의 부호화된 비트가 생성되고, QPSK 변조방식을 적용하면 10 (=20/2)개의 변조심벌이 생성된다. 즉, 상기 도 1의 예에서 하나의 PUCCH 에 한 서브프레임 동안 최대 10개의 변조심벌들을 전송 가능하므로, 상기 부호화 및 변조된 CQI 정보 10 심벌을 상기 구조의 PUCCH를 통해 전송 가능하게 된다. ACK/NACK 신호의 경우, 상기 구조의 PUCCH를 통해서 한 서브프레임 동안 최대 10개의 변조심벌들을 전송 가능하므로, 1 비트 ACK/NACK 및 BPSK 변조방식을 가정하면 ACK/NACK 신호의 수신 성능 향상 및 셀 커버리지 확대를 위해 상기 ACK/NACK 신호를 최대 10번 반복(Repetition)해서 전송가능하다. 그러나, 단말 입장에서 상기 PUCCH를 통해서 여러 개의 제어정보, 예를 들면 상기 CQI 정보와 ACK/NACK 등의 제어정보를 동시에 전송하고자 할 때의 전송방식은 정의되어 있지 않다. 따라서, 제한된 리소스에 다수의 제어정보, 특히 요구되는 수신 신뢰도가 다른 제어정보들을 전송하고자 하는 경우에 대한 전송 방법을 정의할 필요가 있다.