협력 무선통신 시스템을 위한 기준신호의 전송방법 및 무선자원의 할당방법 document_id A220623105078

최근에 활발하게 연구되고 있는 차세대 멀티미디어 이동통신 시스템은 초기의 음성 위주의 서비스를 벗어나 영상, 무선 데이터 등의 다양한 정보를 처리하여 전송할 수 있는 시스템이 요구되고 있다. 이동통신 시스템에서 한정된 무선자원의 효율성을 극대화하기 위해서 시간, 공간 및 주파수 영역에서 보다 효과적인 데이터 전송 기법들이 제안되어 오고 있다. 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)은 다수의 직교 부반송파(subcarrier)를 이용한다. OFDM은 IFFT(inverse fast Fourier Transform)과 FFT(fast Fourier Transform) 사이의 직교성 특성을 이용한다. 송신기에서 데이터는 IFFT를 수행하여 전송한다. 수신기에서 수신신호에 대해 FFT를 수행하여 원래 데이터를 복원한다. 송신기는 다중 부반송파들을 결합하기 위해 IFFT를 사용하고, 다중 부반송파들을 분리하기 위해 수신기는 대응하는 FFT를 사용한다. OFDM에 의하면, 광대역 채널의 주파수 선택적 페이딩(frequency selective fading) 환경에서 수신기의 복잡도를 낮추고, 부반송파간의 상이한 채널 특성을 활용하여 주파수 영역에서의 선택적 스케쥴링 등을 통해 주파수 효율(spectral efficiency)를 높일 수 있다. OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)는 OFDM을 기반으로한 다중 접속 방식이다. OFDMA에 의하면 다중 사용자에게 상이한 부반송파를 할당함으로써 무선자원의 효율성을 높일 수 있다. OFDM/OFDMA 기반 시스템은 공간 영역에서의 효율성 극대화를 위해 다중안테나 기술(예컨대, MIMO(Multiple Input Multiple Output), SIMO(Single Input Multiple Output), MISO(Multiple Input Single Output))이 적용되고 있으며, 공간 영역에서의 복수의 시간 및 주파수 영역 생성을 통해 고속 멀티미디어 데이터 전송에 적합한 기술로 활용되고 있다. 시간 영역의 효율적 자원활용을 위한 채널 부호화, 복수의 사용자간의 채널 선택적 특성을 활용한 스케줄링, 패킷 데이터 전송에 적합한 HARQ(Hybrid Automatic Repeat Request) 기법 등도 적용되고 있다. 고속의 데이터 전송을 보장하기 위해서는 데이터가 전송되는 각 채널에 대한 채널 추정의 신뢰도가 높아야 한다. 채널 추정의 신뢰도를 높이기 위해서는 채널 추정을 위한 기준신호(Reference Signal)의 설계가 중요하다. 기준신호는 송신기와 수신기 양자에 미리 알려진 신호로, 참조신호 또는 파일럿(pilot)이라고도 한다. 채널 환경은 시간, 공간 및 주파수에 따라 다양하게 바뀔 수 있으므로, 기준신호는 채널 환경에 유연하게 대처하여 채널 추정의 신뢰도를 높일 수 있도록 설계되어, 수신기로 전송되어야 한다. 도 1은 프레임(Frame) 구조의 일 예를 나타낸 것으로서, 특히 LTE(Long Term Evolution) 무선통신 시스템을 위한 프레임 구조를 예시한 것이다. '프레임'이라는 것은 물리적 사양에 의해 사용되는 고정된 시간 동안의 데이터 시퀀스를 말하는데, 무선통신 시스템에서 데이터를 처리하기 위한 임의의 시간 단위이다. 따라서 '프레임'이라는 명칭은 예시적인 것으로서, 그 명칭이나 구조는 무선통신 시스템의 종류에 따라 달라질 수도 있다. 도 1을 참조하면, LTE 무선통신 시스템을 위한 프레임은 10개의 서브프레임(Subframe)으로 구성된다. 하나의 프레임의 길이는 10ms(milliseconds)이므로, 서브프레임의 길이는 1ms이다. 그리고 하나의 서브프레임은 시간 영역(time domain)에서 복수(14개)의 OFDM 심벌을 포함하고, 주파수 영역(frequency domain)에서 임의의 수의 부반송파(subcarrier)를 포함할 수 있다. 이와 같이, 서브프레임은 OFDM 심벌로 타임 스팬(time span)되고, 부반송파로 주파수 스팬(frequency span)된다. 하나의 서브프레임은 복수의 베이직 유닛(Basic Unit)을 포함할 수 있다. 이하에서, 베이직 유닛은 기준신호의 할당 단위이다. 베이직 유닛은 OFDM 심벌로 타임 스팬되고, 부반송파로 주파수 스팬된다. 베이직 유닛은 데이터 전송을 위해 시간 영역 및/또는 주파수 영역으로 연속적으로 할당될 수 있다. 베이직 유닛을 타임 스팬하는 OFDM 심벌의 수는 서브프레임을 타임 스팬하는 OFDM 심벌의 수의 약수(divisor)로 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 서브프레임이 6 OFDM 심벌로 타임 스팬되는 경우, 베이직 유닛은 1 OFDM 심벌, 2 OFDM 심벌, 3 OFDM 심벌 또는 6 OFDM 심벌로 타임 스팬될 수 있다. 베이직 유닛과 관련하여 LTE 무선통신 시스템에서는 '자원 블록(Resource Block)'이라는 용어를 사용한다. 자원 블록은 사용자에게로 무선자원을 할당하는 단위이다. LTE 무선통신 시스템에서 하나의 자원 블록은 12개의 부반송파와 7개의 OFDM 심벌로 구성될 수 있다. 상술한 프레임의 구조는 예시에 불과하고, 프레임에 포함되는 서브프레임의 수, 서브프레임을 타임 스팬하는 OFDM 심벌의 수, 서브프레임을 주파수 스팬하는 부반송파의 수, 서브프레임에 포함되는 베이직 유닛의 구조 또는 서브프레임에 포함되는 베이직 유닛의 수 등은 다양하게 변경될 수 있다. 그런데, 무선통신 시스템에서는 일반적으로 기준신호를 주기적으로 전송한다. 특히, 종래의 기준신호의 전송방법에 의하면, 기준신호는 전술한 프레임의 구조에서 단일한 전송 패턴을 가지도록 설계되었다. 예를 들어, 하나의 프레임이 여러 개의 서브프레임으로 구성되어 있는 경우에, 각 기지국은 매 서브프레임의 일정한 위치에 기준신호를 할당하며, 기지국은 기준신호를 언제나 같은 패턴으로 배치하여 단말로 전송하였다. 이러한 기존의 기준신호의 전송방법은 기존의 무선통신 시스템, 즉 셀간 협력적 전송 및 수신이 없고 하나의 단말이 하나의 기지국과만 통신하거나 및/또는 단말과 기지국 사이의 통신에 중계국이 이용되지 않는 비협력적 무선통신 시스템을 위한 것이었다. 비협력적 통신통신 시스템에서는, 기준신호가 단지 하나의 패턴에 따라서 전송이 되더라도, 단말과 기지국 사이의 통신이나 무선자원의 이용 효율 측면에서 아무런 문제가 되지 않았다. 하지만, 새롭게 제안되고 있는 차세대 무선통신 시스템에서는 다수의 기지국들의 협력적 통신 기법 및/또는 하나 또는 그 이상의 중계기를 이용한 다중홉(multi-hop) 전송 기법이 고려되어 있는데, 전술한 기존의 기준신호의 전송방법은 협력적 무선통신 시스템에서 새로이 도입될 통신/전송 기법들이 효율적으로 동작하는데 어려움을 초래할 수가 있다. 따라서 협력적 무선 통신 시스템에서 새로이 도입될 통신/전송 기법들이 효율적으로 동작할 수 있도록 하는 새로운 기존신호의 전송 방법이 필요하다.