다수의 반송파를 이용하여 데이터를 전송하는 장치 및 방법 document_id A220623049600

본 발명은 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; 이하 OFDM 이라 칭함) 방식 기반의 통신 시스템에서의 데이터 송수신 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, OFDM 통신에 있어서의 특정한 채널을 위해 사용되는 시퀀스의 설계 방법에 관한 것이다 이하, 본 발명에서 사용되는 OFDM과 OFDMA 및 SC-FDMA 기법을 설명한다, 최근 고속의 데이터 전송에 대한 요구가 커지고 있으며, 이러한 고속 전송에 유리한 방식으로는 OFDM이 적합하여 최근 여러 고속 통신 시스템의 전송 방식으로 채택되었다. 이하, OFDM(orthogonal frequency division multiplexing)을 설명한다. OFDM의 기본원리는 고속 전송률(high-rate)을 갖는 데이터 열(data stream)을 낮은 전송률(slow-rate)를 갖는 많은 수의 데이터 열로 나누고, 이들은 다수의 반송파를 사용하여 동시에 전송하는 것이다. 상기 다수의 반송파 각각을 부 반송파(subcarrier)라 한다. 상기 OFDM의 다수의 반송파 사이에 직교성(orthogonality)이 존재하기 때문에, 반송파의 주파수 성분은 상호 중첩되어도 수신 측에서의 검출이 가능하다. 상기 고속 전송률을 갖는 데이터 열은, 직/병렬 변환부(Serial to Parallel converter)를 통해 다수의 낮은 전송률의 데이터 열(data stream)로 변환되고, 상기 병렬로 변환된 다수의 데이터 열에 각각의 부 반송파가 곱해진 후 각각의 데이터 열이 합해져서 수신 측으로 전송된다. OFDMA는 이러한 OFDM 에서 전체 대역을 다중 사용자가 요구하는 전송률에 따라 부반송파를 할당해 주는 다중 접속(multiple access) 방법이다. 이하, 종래 SC-FDMA(Single Carrier-FDMA)방식을 설명한다. 상기 SC-FDMA 방식은, DFT-S-OFDM 방식으로도 불린다. 종래의 SC-FDMA 기법은 상향링크에 주로 적용되는 기법으로 OFDM 신호를 생성하기 전에 주파수 영역에서 먼저 DFT 행렬로 분산(spreading)을 먼저 적용한 다음 그 결과를 종래의 OFDM 방식으로 변조하여 전송하는 기법이다. SC-FDMA 기법을 설명하기 위하여 몇 가지 변수를 정의한다. N은 OFDM 신호를 전송하는 부 반송파의 개수를 나타내고, Nb는 임의의 사용자를 위한 부 반송파의 개수를 나타내고, F는 이산 푸리에 변환 행렬, 즉 DFT 행렬을 나타내고, s는 데이터 심볼 벡터를 나타내고, x는 주파수 영역에서 데이터가 분산된 벡터를 나타내고, y는 시간영역에서 전송되는 OFDM 심볼 벡터를 나타낸다. SC-FDMA에서는 데이터 심볼(s)을 전송하기 전에 DFT 행렬을 이용해서 분산시킨다. 이는 다음 수식으로 표현된다. 상기 수학식 1에서 는, 데이터 심볼(s)을 분산시키기 위해서 사용된 Nb 크기의 DFT 행렬이다. 이렇게 분산된 벡터(x)에 대하여 일정한 부 반송파 할당 기법에 의해 부 반송파 매핑(subcarrier mapping)이 수행되고, IDFT 모듈에 의해 시간영역으로 변환되어 수신 측으로 전송하고자 하는 신호가 얻어진다. 상기 수신 측으로 전송되는 전송신호는 아래 식과 같다. 상기 수학식 2에서 는 주파수 영역의 신호를 시간 영역의 신호로 변환하기 위해 사용되는 크기 N의 DFT 행렬이다. 상술한 방법에 의해 생성된 신호 y는, 순환 전치(cyclic prefix)가 삽입되어 전송된다. 상술한 방법에 의해 전송 신호를 생성하여 수신 측으로 전송하는 방법을 SC-FDMA 방법이라 한다. DFT 행렬의 크기는 특정한 목적을 위해 다양하게 제어될 수 있다. 상술한 내용은 DFT 또는 IDFT 연산을 기초로 설명한 것이다. 다만, 설명의 편의를 위해, 이하의 내용에서는 DFT(Discrete Fourier Transform) 또는 FFT(Fast Fourier Transform) 연산을 구분없이 사용한다. DFT 연산의 입력 값의 개수가 2의 멱승인 경우, DFT 연산 대신에 FFT 연산을 수행할 수 있음은 당업자에게 자명한 것이기 때문에, 이하 FFT 연산이라고 칭한 내용은 DFT 연산에서도 그대로 적용가능한 내용이다. 통상적으로, OFDM 시스템은 다수 개의 OFDM 심볼이 하나의 프레임을 형성하여, 프레임 단위로 전송되고, 매 프레임 혹은 여러 프레임 간격으로 프리앰블을 먼저 송신한다. 이때 프리앰블을 구성하는 OFDM 심볼의 개수는 시스템에 따라 다르다. 예를 들어, OFDMA 기반의 IEEE 802.16 시스템의 경우 매 하향링크 프레임마다 1개의 OFDM 심볼로 구성된 프리앰블(preamble)이 먼저 전송된다. 상기 프리앰블은 통신 시스템에서의 동기, 셀 탐색, 채널 추정 등을 목적으로 통신 단말기에 제공된다. 도 1은 IEEE 802.16 시스템의 하향링크 부 프레임(sub frame)의 구조를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 1개의 OFDM 심볼로 구성된 상기 프리앰블은 매 프레임(frame)마다 선행하여 전송되며, 상기 프리앰블은 시간 및 주파수 동기, 셀 탐색, 그리고 채널 추정 등의 용도로 활용된다. 도 2는 IEEE 802.16 시스템에서 0번째 섹터에서 전송되는 프리앰블을 전송하는 부반송파 집합을 나타내는 도면이다. 주어진 대역폭 중 양쪽 일부를 보호 대역(Guard band)으로 사용한다. 또한, 상기 섹터의 개수가 3개인 경우, 각각의 섹터는 부 반송파 3 개의 간격으로 시퀀스를 삽입하고, 나머지 부 반송파에는 0을 삽입하여 전송한다. 이하 상기 프리앰블에서 사용되는 종래의 시퀀스를 설명한다. 상기 프리앰블에서 사용되는 시퀀스는 하기 표 1과 같다. 상기 시퀀스는 섹터 번호와 IDcell 파라미터 값에 의해 결정된다. 정의된 각 시퀀스는 오름차순으로 이진신호로 변환하여 BPSK 변조를 통해 부반송파에 매핑된다. 다시 말하면, 제시된 16진수 수열을 이진수 수열(Wk)로 변환시킨 다음, MSB(Most Significant Bit)부터 LSB (Least Significant Bit)로 Wk을 매핑한다. (0은 +1로, 1은 -1로 매핑한다. 예를 들면, 인덱스가 0인 0번째 세그먼트에서 16진수 'C12'에 대한 Wk는 110000010010... 이므로, 변환된 이진 코드 값은 -1 -1 +1 +1 +1 +1 +1 -1 +1 +1 -1 +1 ... 이 된다.) 상술한 종래 기술에 따른 시퀀스는, 이진 코드로 구성할 수 있는 시퀀스의 종류 중 상관관계 특성을 어느 정도 유지하면서, 시간 영역으로 변환 시 PAPR (Peak-to-Average Power Ratio)을 낮게 유지할 수 있는 시퀀스를 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 찾은 것이다. 만일 시스템의 구조가 바뀌거나 다른 시스템에 적용한다고 한다면, 새로운 시퀀스를 찾아야 한다. 이하,최근 새롭게 제안되는 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(Long Term Evolution) 기술에서 사용되는 시퀀스를 설명한다. LTE 시스템에서도 다양한 시퀀스가 사용된다. 이하, LTE의 채널에서 사용되는 시퀀스를 설명한다. 일반적으로 단말이 기지국과 통신을 하기 위해서 가장 먼저 수행하는 것은, 동기 채널(이하, 'SCH'라 칭함)에서 기지국과의 동기를 수행하고, 셀 탐색을 수행하는 것이다. 기지국과 동기를 수행하고 단말이 속한 셀 ID를 획득하는 일련의 과정을 셀 탐색(cell search)이라 한다. 일반적으로 셀 탐색은 초기 단말이 파워 온(power-on) 하였을 때 수행하는 초기 셀 탐색(initial cell search)과, 연결(connection) 혹은 휴지 모드(idle mode)의 단말이 인접한 기지국을 탐색하는 주변 셀 탐색(neighbor cell search)으로 분류된다. 상기 SCH(Synchronization Channel)는 계층적 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, P-SCH(Primary SCH)와 S-SCH(Secondary SCH)를 사용할 수 있다. 상기 P-SCH와 S-SCH는 다양한 방법에 의해 무선 프레임(radio frame)에 포함될 수 있다. 도 3 및 도 4는 P-SCH와 S-SCH가 무선 프레임(radio frame)에 포함되는 다양한 방법을 나타낸 도면이다. LTE 시스템에서는 다양한 상황에 따라, 도 3 또는 도 4의 구조에 따라 SCH를 구성할 수 있다. 도 3에서, P-SCH는 첫 번째 서브 프레임(sub-frame)의 마지막 OFDM 심볼에 포함된다. 또한, S-SCH는 두 번째 서브 프레임의 마지막 OFDM 심볼에 포함된다. 또한, 도 4에서, P-SCH는 첫 번째 서브 프레임의 마지막 OFDM 심볼에 포함되고, S-SCH는 첫 번째 서브 프레임의 마지막에서 두 번째 OFDM 심볼에 포함된다. LTE 시스템은 P-SCH를 이용하여 시간 및 주파수 동기 획득할 수 있다. 또한 S-SCH에서는 셀 그룹 ID, 프레임 동기 정보, 안테나 구성 정보 등이 포함시킬 수 있다. 이하, 종래에 3GPP LTE 시스템에서 제안된 P-SCH의 구성방법을 설명한다. P-SCH는 캐리어 주파수(carrier frequency)를 중심으로 1.08 MHz 대역을 통해 전송한다. 이는 72 개의 부 반송파(subcarrier)에 해당한다. 이때, 각각의 부 반송파(subcarrier)의 간격은 15kHz이다. 이러한 수치가 결정되는 이유는, LTE 시스템에서 12개의 부 반송파를 하나의 RB(Resource Block)로 정의한 때문이다. 이 경우, 72개의 부 반송파는 6개의 RB에 상응한다. OFDM 또는 SC-FDMA와 같이 직교하는 다수의 부 반송파를 이용하는 통신 시스템에서 사용되는 P-SCH는 다음의 조건을 만족시키는 것이 바람직하다. 첫째, 수신 측에서의 우수한 성능의 검출을 위해 P-SCH를 이루는 시퀀스에 대한 시간 영역에서의 자기 상관(auto-correlation) 및 상호 상관 특성이 좋아야 한다. 둘째, 동기 검출에 따른 복잡도(complexity)가 낮아야 한다. 셋째, 우수한 주파수 옵셋(offset) 추정 성능을 위해 N번 반복되는(Nx repetition) 구조를 갖는 것이 바람직하다. 넷째, PAPR((Peak-to-Average Power Ratio) (혹은 CM)이 낮아야 한다. 다섯째, P-SCH가 채널 추정용으로 활용될 수 있다면, 그 주파수 응답은 일정(constant)한 값을 갖는 것이 바람직하다. 즉, 채널 추정 측면에서 주파수 영역에서 편평(flat)한 응답이 가장 좋은 채널 추정 성능을 보이는 것으로 알려져 있다. 종래에 다양한 시퀀스가 제안되었으나, 상술한 다양한 조건을 만족하지 못하는 문제가 있었다.