직교 주파수 분할 다중 접속 방식의 이동 통신 시스템 및 그의 적응적 파일럿 부반송파 할당 방법 document_id A220623061449

일반적으로 직교 주파수 분할 다중 방식의 이동 통신 시스템은 직교성을 갖는 주파수 대역을 다수개의 협대역들로 분할하고, 각각의 협대역을 따라 부반송파들을 병렬로 변조하여 전송함으로써, 서비스를 제공한다. 즉 이동 통신 시스템에서, 부반송파들은 상호 직교성을 가지고 있어, 상호 간섭이 형성되지 않기 때문에, 주파수 대역의 효율적 이용이 가능하다. 이러한 이동 통신 시스템은, 고속 푸리에 변환 (Fast Fourier Transform; FFT)을 이용하는 고속의 디지털 통신 시스템으로 널리 사용되고 있다. 이 때 직교 주파수 분할 다중 방식의 이동 통신 시스템의 구조를 보다 상세하게 설명하면, 다음과 같다. 도 1은 일반적인 직교 주파수 분할 다중 방식의 이동 통신 시스템의 구조를 도시하는 구조도이다. 도 1을 참조하면, 이동 통신 시스템에서 효율적인 주파수 대역의 사용과 운용을 위해, 서비스 지역이 다수개의 매크로 셀(Macro Cell; 110)들로 세분화되어 설계된다. 각각의 매크로 셀(110)은 각각의 매크로 기지국(120)에 의해 제어되며, 매크로 기지국(120)들은 상호 간섭을 줄이기 위해 서로 다른 주파수 대역을 사용할 수 있다. 그리고 각각의 매크로 셀(110)에서, 매크로 기지국(120)과 이동 통신 단말기(130) 간의 신호 대 잡음비(Signal-to-Noise Ratio; SNR)에 따라 적응 변조 및 코딩(Adaptive Modulation and Coding; AMC), 전력 제어 및 핸드오버(handover)를 수행할 수 있으며, 사전 테스트를 통해 셀 커버리지(Cell Coverage) 및 시스템 설정을 최적화할 수 있다. 이러한 이동 통신 시스템에서, 매크로 기지국(120)에서 데이터 송신 시, 채널 환경의 영향으로 데이터에 왜곡 및 감쇄가 발생할 수 있다. 이로 인하여, 데이터 수신 시, 이동 통신 단말기(130)에서 채널 추정 및 보상을 통해 데이터를 복원한다. 이 때 정확한 채널 추정을 위해서, 매크로 기지국(120)은 이동 통신 단말기(130)와 사전에 정의된 파일럿 부반송파를 통해 파일럿 신호를 전송한다. 여기서, 매크로 기지국(120)이 주파수 대역에 파일럿 부반송파를 보다 많은 수로 할당할수록, 이동 통신 단말기(130)에서 채널 추정 성능은 향상되나, 데이터 전송 속도가 저하될 수 있다. 반면에, 매크로 기지국(120)이 주파수 대역에 파일럿 부반송파를 보다 적은 수로 할당할수록, 이동 통신 단말기(130)에서 채널 추정 성능이 저하되어, 데이터 수신 에러가 증가될 수 있다. 이로 인하여, 매크로 기지국(120)은 채널 환경에 따라 적절하게 파일럿 부반송파를 할당하고 있다. 즉 매크로 기지국(120)은 채널의 상관도에 따라 파일럿 부반송파를 고정적으로 최적화하여 할당하고 있다. 예를 들면, 단일 매크로 셀(110)에 다수개의 이동 통신 단말기(130)들이 존재하며, 각각의 위치와 시간에 따라 이동 통신 단말기(130)들의 채널 환경은 서로 다를 수 있다. 이에, 매크로 기지국(120)에서 이동 통신 단말기(130) 별로 다르게 파일럿을 할당하면, 이동 통신 단말기(130)들에서 최적의 채널 추정 및 데이터 전송 속도를 달성할 수 있을 것이다. 하지만, 실질적으로 매크로 기지국(120)과 이동 통신 단말기(130)의 복잡도 및 제어신호 증가(overhead)가 유발되어, 해당 매크로 셀(110)에서 전체적인 평균 데이터 전송 속도가 저하된다. 이에 따라, 매크로 셀(110) 기반을 둔 채널 모델을 개발 및 사전 테스트를 진행하여, 매크로 기지국(120)에서 최적으로 고정된 파일럿 부반송파를 모든 이동 통신 단말기(130)들에 공통으로 할당하고, 신호 대 잡음비에 따라 전력 제어를 해줌으로써, 평균적인 데이터 전송 효율성(throughput)을 최대화하고 있다. 이러한 이동 통신 시스템에서 파일럿 부반송파가 할당되는 예를 보다 상세하게 설명하면, 다음과 같다. 도 2는 일반적인 이동 통신 시스템에서 파일럿 부반송파 할당 예를 도시하는 예시도이다. 도 2를 참조하면, 주파수 대역에서 주파수축과 시간축을 따라 주기적인 일정 간격으로 파일럿 부반송파가 할당되어 있다. 이 때 파일럿 할당 형태는 채널 환경 및 신호 대 잡음비에 따라 바뀔 수 있다. 여기서, 파일럿 할당 형태는 채널 모델에 기반으로 사전에 테스트 및 정의된 형태로 매크로 기지국(120)과 이동 통신 단말기(130)에서 미리 공유하는 정보이며, 실시간으로 수정 보완을 할 수 없다. 한편, 상기한 이동 통신 시스템에서 서비스 지역을 확대하기 위하여, 매크로 기지국(120)이 설치되어야 한다. 그리고 이동 통신 시스템에서 수많은 이동 통신 단말기(130)를 지원함에 따라, 매크로 기지국(120)들에 과부하가 발생하고 있다. 또한 통신 시장의 경쟁 심화, 수익성 저하, 소비자 요구의 다양화, 통신비 부담 및 유무선 통신 기술의 발달은, 이동 통신 시스템에서 유무선 융합의 출현 및 발전을 촉진하고 있다. 이에, 매크로 기지국(120)을 지원하기 위한 초소형 기지국이 나타나고 있다. 이 때 이동 통신 시스템에서 초소형 기지국의 구성을 보다 상세하게 설명하면, 다음과 같다. 도 3은 일반적인 이동 통신 시스템에서 초소형 기지국의 일 례를 도시하는 예시도이다. 이 때 본 예의 초소형 기지국은 펨토 셀(Femtocell)인 경우를 가정하여 설명한다. 여기서, 펨토 셀은 개인의 특정한 필요에 따라 가정, 건물 및 사업소 등에 설치될 수 있으며, 매크로 기지국의 전파가 열화되는 지역 또는 음영 지역에 설치될 수 있다. 도 3을 참조하면, 단일 매크로 셀(320)은 다수개의 펨토 셀(325)들을 포함한다. 이 때 매크로 기지국(320)은 IP(Internet Protocol) 네트워크와 IP 백본(backbone)망을 통해 각각의 펨토 셀(325)에 연결된다. 그리고 펨토 셀(325)과 이동 통신 단말기(330)는 무선으로 송수신이 가능하며, 펨토 셀(325)들은 상호 인접하게 위치할 수 있다. 도 4는 일반적인 이동 통신 시스템에서 초소형 기지국의 다른 예를 도시하는 예시도이다. 이 때 본 예의 초소형 기지국은 마이크로 셀(Micro Cell)인 경우를 가정하여 설명한다. 도 4를 참조하면, 단일 매크로 셀(410)은 다수개의 마이크로 셀(425)들을 포함하며, 마이크로 셀(425)들이 멀티홉(Multi-hop) 시스템으로 구현된 구조로 이루어진다. 이 때 멀티홉 시스템은 중앙 집중식 네트워크와 다른 분산 네트워크를 위한 시스템이다. 이러한 멀티홉 시스템은 고속 데이터 서비스 영역 확장, 음영 지역 해소 및 높은 수율 추구를 적은 비용으로 달성할 수 있다. 그리고 매크로 기지국(420)과 마이크로 셀(425) 및 마이크로 셀(425)과 이동 통신 단말기(430)는 무선으로 송수신이 가능하며, 마이크로 셀(425)들은 상호 인접하게 위치할 수 있다. 그런데, 상기와 같은 이동 통신 시스템에서, 매크로 기지국(320, 420)과 초소형 기지국(325, 425) 간 채널 환경은 초소형 기지국(325, 425)과 이동 통신 단말기(330, 430) 간 채널 환경과 다를 수 있다. 이로 인하여, 매크로 기지국(320, 420)에 독립적으로, 각각의 초소형 기지국(325, 425)에서 최적으로 고정된 파일럿 부반송파를 이동 통신 단말기(330, 430)들에 공통으로 할당해야 한다. 이를 위해, 초소형 기지국(325, 425) 별 채널 모델을 개발 및 사전 테스트를 진행해야 하는 바, 인력 및 시간 등의 자원 낭비로 인하여 고비용이 소요될 수 있다. 이에 따라, 이동 통신 시스템의 단일 매크로 셀(310, 410)에서, 초소형 기지국(325, 425)들이 주파수 대역에서 파일럿 부반송파를 동일하게 할당하고 있다. 즉 이동 통신 시스템에서 초소형 기지국(325, 425)들이 채널 환경에 따라 적응적으로 파일럿 부반송파를 할당하는데 어려움이 있다.