이동 통신 시스템에서 적응적 변조 및 부호화 기법을수행하는 방법 document_id A220623055977

고속 멀티미디어 데이터 통신 서비스는 음성통화 위주의 서비스 방식과는 달리 수신기에게 데이터 패킷이 일정하게 도착되는 것이 아니라 간헐적으로 전송이 이루어지는 특성이 있다. 따라서 갑자기 많은 양의 패킷이 도착하는 경우가 발생할 수 있으며, 다수의 사용자에 대하여 패킷서비스를 제공하기 위해 시간, 부호, 전력등과 같은 자원을 공유해야 한다. 그리고 패킷과 다음 패킷 사이의 채널 조건이 변하므로 기존의 전력제어를 그대로 적용하기 힘든 면이 있다. 또한 고속 멀티미디어 데이터 통신 서비스는 기존의 음성 통화 서비스 방식에 비해 상대적으로 많은 양의 데이터가 송수신기간에 송수신되므로 고차원의 변조방식과 다양한 다이버시티기법 및 에러정정부호기법이 사용된다. 이 중에서 데이터 패킷 간의 채널조건 변동에 대응하기 위한 기존의 링크적응 기법에 대하여 알아본다. 상/하향링크의 채널이 주파수영역으로 분리된 경우 상/하향링크의 채널이 다르므로 일반적인 링크적응 기법은 송신기와 수신기가 채널 정보를 주고 받음으로써 이 채널정보에 가장 적합한 송수신 기법을 적용하는 것이다. 기존의 대표적인 링크 적응 기법은 AMC 및 전력 제어기법이다. 전력제어 기법은 무선 링크에 따라 전력을 제어하여 전송품질을 유지시키는 방법으로 음성 통화 서비스와 같이 고정된 전송률 상황에서 링크의 품질을 보장하기 위한 방식이다. 반면, 멀티미디어 데이터 서비스는 서비스 종류에 따라 다양한 전송률, 다양한 전송 품질 등을 요구하므로 기존의 음성 위주의 서비스에서 사용된 것과는 다른 개념의 링크 적응 기법이 요구된다. AMC 기법은 이러한 멀티미디어 데이터 전송에 효율적인 링크 적응 기법으로, 전송 전력이 아니라 전송률을 채널 환경에 맞게 변화시키는 방식이다. 전력 제어의 경우 고정된 목표 신호 대 간섭비 (Signal-to-Interference Ratio; 이하 SIR)를 얻기 위해 전송 전력을 채널에 따라 변화시킨다. 반면, AMC는 채널의 특성에 따라 적절한 전송률을 결정하여 전송하므로 기본적으로 전송전력은 고정된다. 전송률은 MCS 레벨에 의해 결정되는데, MCS는 미리 정의된 변조 및 채널 부호화 조합에 대한 레벨이다. MCS 레벨은 수신 SIR에 따라 결정되는데, SIR에 따라 목표 프레임 오류율을 만족하면서 가장 높은 효율을 보이는 레벨이 선택된다. AMC의 지원을 위해서는 이동국의 수신 SIR에 대한 정보를 기지국이 알고 있어야 하며, 이를 위해 이동국은 채널 품질 정보를 기지국에 전달하여야 한다. 예를 들어, AMC 기법이 적용된 WCDMA 무선 패킷 서비스인 고속 하향 패킷 접속 서비스(High Speed Downlink Packet Access; 이하 HSDPA)는 각 단말이 하향 파일럿 채널 상황이 가장 양호한 기지국을 선택하여 해당 채널 상황에 적합한 변조 및 부호화 정보를 피드백하기 위해 고속 전용 물리 제어 채널(High Speed Dedicated Physical Control Channel; 이하 HS-DPCCH)을 사용하는데, 이 채널에 채널 품질 지시(Channel Quality Indication; 이하 CQI)비트가 할당이 된다. 이 CQI 비트는 수신기가 채널의 상황을 알리기 위해 피드백하는 정보로서 MCS 레벨을 나타낼 수도 있고 단순히 신호대 잡음비 (Signal to Noise Ratio; 이하 SNR)를 나타낼 수도 있다. 따라서 CQI의 비트 정보량에 따라서 송수신기가 사용하는 MCS 레벨의 개수가 다를 수 있다. 일례로, 아래의 표1과 같은 MCS 세트를 사용하는 경우는 최소 5비트 이상이 되어야 모든 경우의 MCS 세트를 적용할 수 있다. 이 경우, MCS 세트는 총 32개의 MCS레벨을 가지며 십진수로 표현된 0부터 31까지의 각각의 변조 및 부호화 방식의 조합을 MCS 인덱스, 또는 CQI 인덱스라 한다. 예를 들어, 피드백된 CQI 비트가 01000이면, 이는 총 32개의 MCS레벨을 가지는 MCS세트 중에서 MCS 인덱스가 8인 MCS레벨로서, 이때 기지국은 상기 피드백 정보에 따라 부호화률은 7/8, 변조방식은 QPSK로 선택하여 이동국에게 데이터를 전송한다는 의미이다. 즉 시스템은 수신기가 피드백한 채널 정보 또는 MCS 인덱스 정보(일례로 CQI)를 이용하여 미리 설정된 MCS 세트 중에서 채널 상황에 알맞은 MCS 레벨을 선택한다. 일반적으로 이러한 기지국과 이동국 간에 채널정보를 공유하기 위한 CQI (Channel Quality Indication) 정보는 상/하향링크 간에 채널이 상이하게 다른 주파수 분할 듀플렉싱 (Frequency Division Duplexing; 이하 FDD) 시스템에 주로 사용되며 이렇게 피드백된 CQI 정보는 MCS 레벨 결정 및 기지국의 스케줄링에 사용된다. 상기 채널 정보 또는 MCS 인덱스 정보는 일정 시간 주기로 피드백 되거나 기지국 또는 이동국의 요청이 있을 때 피드백 되기도 하며 신뢰성을 높이기 위해 에러정정부호 (Error correction code; 이하 ECC)등을 이용하여 전송된다. 송신기는 수신기의 피드백을 감안하여 선택한 MCS 레벨을 하향링크를 통해 다시 수신기에게 알려준다. 직교 주파수 분할 다중화 시스템(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; 이하 OFDM)에서는, 주파수 밴드에 따라서 상이한 채널을 가질 수 있으며, 주파수 밴드에 따라 다른 MCS를 적용할 수 있으므로 일정 주파수 밴드 단위로 채널정보를 피드백하여 링크 적응기법을 적용한다. 또한 다중 안테나 기법을 적용한 시스템에서는 공간적으로 전송되는 신호마다 다른 MCS 레벨을 적용할 수 있으므로, 공간별로 채널 정보를 피드백 하기도 한다. 기존의 AMC 기법은 채널 상황에 따라 적응적 MCS 레벨을 사용하는 기법으로서, 시스템과 이동국 간에 하나의 정해놓은 MCS 세트를 고정시켜 사용하게 된다. 따라서 항상 동일한 양의 채널 정보가 피드백되며 송신기 또한 하향링크를 통해 선택한 MCS 레벨을 알려주게 된다. 따라서, 이동국의 이동 속도가 느려 채널이 천천히 변하고 AMC를 통해 채널상황을 충분히 고려한 MCS 레벨을 사용할 수 있는 경우에는 MCS 단위정보(granularity)가 작은 MCS 세트가 각 수신 SNR별로 알맞은 MCS 레벨을 적용할 수 있고 더 높은 시스템 성능을 얻을 수 있으며 이에 알맞은 다중안테나 기법인 빔포밍, 프리코딩과 같은 폐루프 다중안테나 기법을 사용 할 수 있다. 하지만 이동국의 이동 속도가 빨라 채널이 빨리 변하는 경우라든지 CQI정보를 제외한 피드백 정보를 필요로 하지 않는 다이버시티 기법과 같은 개루프 시스템에서는 수신시 측정했던 채널정보가 많이 바뀔 가능성이 크기 때문에 MCS 단위정보가 작으면 시스템이 빠른 시간 내에 필요한 전송률로 데이터를 전송하지 못하는 경우가 발생할 수 있다. 따라서 MCS 단위정보가 1dB 간격보다 클 필요가 있다. 또한, 고속 무선 데이터 서비스는 상술한 바와 같이 특성상 빠른 데이터 처리가 요구된다. 예를 들어, WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access)의 HSDPA(High Speed Data Packet Access)에서는 AMC와 하이브리드 자동 재전송 요청(Hybrid Automatic Repeat Request; 이하 HARQ)등을 효율적으로 운용하기 위해서 이를 관리하고 제어하는 부분이 무선 인터페이스에 가까이 위치해야 한다. 기존의 음성중심의 통신에서는 데이터의 스케줄링을 담당하는 부분이 무선 네트워크 제어기(Radio Network Controller; 이하 RNC)에 위치하기 때문에 처리 시간의 지연이 있으므로 채널 환경의 변화에 적절하게 대응하고, 효율성을 높이는 방법들이 필요하다. 또한 고속 데이터로 인한 시스템의 복잡도를 줄이기 위해 이동국의 피드백 오버헤드를 줄여야 할 필요성이 있다. 이는 멀티캐스트 트래픽의 경우도 마찬가지이다.