분산 전송과 집중 전송 사이의 전이 방법 document_id A220623108094

현재, 제3 세대 이동 통신 시스템 파트너쉽 프로젝트("3GPP"라 함) 표준화 기구는 기존의 시스템 표준에 대한 Long-Term Evolution("LTE"라 함)를 진행중에 있다. 다수의 물리 계층 전송 기법들 가운데서, OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; 직교 주파수 분할 다중화)은 하향링크 솔루션들 중 하나로 기대되고 있으며, 이는 OFDM이 높은 스펙트럼 활용 효율성과 낮은 처리 복잡도와 같은 장점들을 갖기 때문이다. 기본적으로, OFDM은 다중 반송파 변조 통신 기법이다. OFDM 기본 원리는 고속 데이터 스트림을 다수의 저속 데이터 스트림들로 분할하여 직교 서브 반송파들이 그룹을 통해 동시에 전송하는 것이다. 다중 반송파의 특징들로 인하여, OFDM 기법은 여러 가지 점에서 우수한 성능을 갖는다. (1) OFDM 기법의 주목할만한 우수성은 채널 지연이 순환 전치 구간(cyclic prefix; CP)(각각의 심벌에 보호 구간을 부가함으로써 도입됨)의 길이보다 작은 경우에 심벌간 간섭(inter-symbol interference; ISI)이 완전히 제거될 수 있다는 점에 있는데, 왜냐하면 데이터가 다수의 서브 반송파를 통해 병렬로 전송되고, 그에 상응하여 각각의 서브 반송파에서의 심벌 길이가 증가하면서도 채널 지연에 대한 민감성을 갖지 않기 때문이다. 이러한 이유로, 각각의 서브 반송파는 플랫 페이딩 채널(flat fading channel) 상태를 겪게 된다. (2) OFDM 기법은 높은 스펙트럼 활용 효율을 갖는다. 주파수 영역에서, OFDM 신호들은 실제로 오버랩한다. 이러한 오버랩은 스펙트럼 활용 효율을 크게 향상시킨다. (3) OFDM 기법은 협대역 간섭 저항성(anti-narrowband interference) 또는 주파수 선택적 페이딩(frequency selective fading)에 저항함에 있어 강한 능력을 갖는다. OFDM에서는 채널 코딩 및 인터리빙(interleaving)을 통해, 주파수 다이버시티 효과 및 시간 다이버시티 효과를 획득하여 협대역 간섭 또는 주파수 선택적 페이딩에 효과적으로 저항할 수 있다. (4) OFDM 기법에서는, 기저 대역 IFFT(Inverse Fast Fourier Transformation; 역 고속 푸리에 변환)을 통해 변조가 구현되는바, IFFT/FFT(Fast Fourier Transformation; 고속 푸리에 변환)는 가용 고속 계산법을 제공하고, DSP(Digital Signal Prpcessor; 디지털 신호 처리기) 칩 및 하드웨어 구조에서 편리하게 구현될 수 있다. OFDM 무선 통신 시스템에서는, 2가지 전송 모드 즉 집중 전송 모드와 분산 전송 모드가 존재한다. 집중 데이터 전송이란, 데이터를 집중화된 서브 대역의 서브 반송파들을 통해 순차적으로 전송하는 것을 의미하는 것으로, 네트워크 단은 상기 데이터 전송에 효과적인 변조 및 코딩 방법을 구체화하여 BS와 UE 사이의 채널 품질을 기반으로 적응적 변조 코딩을 구현하고, 그에 따라 데이터 전송 처리량을 증가시킨다. 그리고, 분산 전송 모드란 UE가 빗 모양의 서브 반송파들을 사용하여 데이터를 전체 주파수 대역에 걸쳐 전송하는 것을 의미하는 것으로, 데이터를 전송하는 서브 반송파들이 최대한으로 전체 주파수 대역에 분포되도록 하고, 그에 따라 주파수 다이버시티 이득을 최대화시킨다. 통상적으로, 적응적 변조 코딩 및 주파수 스케줄링을 사용할 수 있는 집중 데이터 전송 모드가 더 큰 전송 이득을 갖는다. 그러나, 급변하는 일부 채널들에서, 특정 시점에서 예측되는 채널 상태는 다음 시점의 채널 상태를 반영할 수가 없고, 그에 따라 집중 전송을 구현하기가 어려워진다. 따라서, 분산 데이터 전송 모드가 주파수 다이버시티 이득을 위해 데이터 전송에 종종 사용되기도 한다. 하향랑크 데이터의 전송 프로세스 동안 집중 전송 모드의 경우, UE는 시스템 주파수 대역의 각각의 서브 대역에 대한 채널 품질을 측정한 후에, 각각의 서브 대역의 측정된 채널 품질 지시자(Channel Quality Indicator; CQI)를 기지국(BS)으로 보고한다. 상기 CQI들을 수신한 BS는 각각의 UE로부터 보고된 CQI 및 현재의 시스템 부하를 고려하여 데이터 전송을 위해 주파수 자원을 UE에 할당할지 여부와, 어떤 집중 주파수 대역을 UE에 할당할지를 판단한다. 데이터 전송을 위한 주파수 스케줄링 및 적응적 변조 코딩(Adaptive Modulation Coding; AMC)의 목표를 성취하기 위해서는, UE가 데이터 전송 과정 동안 계속해서 시스템 주파수 대역의 각각의 서브 대역에 대한 채널 품질을 측정하여 측정된 CQI를 기지국에 전송할 필요가 있다. 이러한 방식에 따라, 데이터 전송의 최대 처리량에 도달할 수 있다. 삭제 하향랑크 데이터의 전송 프로세스 동안 분산 전송 모드의 경우, UE는 전체 시스템 주파수 대역의 평균 패널 품질을 측정한 후에, 단일의 평균 CQI를 기지국(BS)에 보고한다. 평균 CQI를 수신한 BS는 각각의 UE로부터 보고된 CQI 및 현재의 시스템 부하에 따라 분산 주파수 자원을 UE에 할당할지 여부를 판단한다. 데이터 전송을 위한 주파수 스케줄링 및 적응적 변조 코딩(AMC)의 목표를 성취하기 위해서는, 역시 UE가 데이터 전송 과정 동안 계속해서 전체 시스템 주파수 대역의 평균 CQI를 측정하여 측정된 CQI를 기지국에 전송할 필요가 있다. 이러한 방식에 따라, 데이터 전송의 최대 처리량에 도달할 수 있다. 전술된 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 집중 전송 모드에서 UE로부터 BS로 전송된 측정 보고의 내용은 서브 대역에서의 CQI이고, 분산 전송 모드에서는 UE가 단일의 평균 CQI만을 BS에 전송한다. 따라서, 집중 전송 모드에서 CQI 정보를 전송하는데 필요한 비트 수가 분산 전송 모드에서의 비트 수보다 훨씬 더 많다. LTE 시스템에서는, 시스템은 BS와 UE 사이의 채널 상태를 기반으로 하여 BS와 UE 간의 데이터 전송을 위한 적절한 전송 모드를 선택한다. BS와 UE 간의 채널 상태가 변할 경우에는 집중 전송과 분산 전송 사이의 전이가 일어날 소지가 높다. 기존의 IEEE 802.16E 무선 전송 기법에는 상기 두 개의 전송 모드 사이의 전이가 규정되어 있다. 도 1은 IEEE 802.16E의 분산 전송에서 집중 전송으로의 전이 프로세스를 나타내는 시그널링 흐름도이다. UE는 모든 서브 반송파에서 측정된 SNR(Signal-to-Noise Ratios; 신호 대 잡음 비)의 시간 영역에서의 표준 편차의 최대치를 확인하여, 상기 최대치가 일정 시간 동안 정해진 임계치보다 낮게 유지되고 전체 주파수 대역의 평균 SNR이 정해진 임계치보다 클 경우, UE는 분산 전송 모드에서 집중 전송 모드로의 전이 지시자를 BS에게 전송한다(101). BS가 상기 전이 지시자를 수신한 후에, 채널 측정 보고 요청(REP-REQ)을 UE에게 전송하게 된다(102). UE가 측정 보고 요청을 수신한 후에, 채널 측정 보고 응답(REP-RSP)을 BS에게 전송하며(103), 상기 REP-RSP 메시지는 채널 품질이 가장 좋은 5개의 주파수 서브 대역의 채널 품질 지시자를 포함한다. 상기 REP-RSP 메시지를 전송한 후에 다음 프레임의 시작에서, UE는 선택된 주파수 대역의 시간 영역에서의 차이 CQI 보고를 BS에게 전송하게 된다(104). 상기 BS는 UE에 의해 보고된 CQI에 의거하여 UE에게 집중 채널 할당을 전송하고(105), UE에게 집중 데이터 전송을 수행한다(106). 도 2는 IEEE 802.16E의 집중 전송에서 분산 전송으로의 전이 프로세스를 나타내는 시그널링 흐름도이다. UE는 모든 서브 반송파에서 측정된 SNR의 시간 영역에서의 표준 편차의 최대치를 확인하여, 이 최대치가 일정 기간 동안 정해진 임계치보다 클 경우, UE는 집중 전송 모드에서 분산 전송 모드로의 전이 지시자를 BS에게 전송하고(201), UE는 전체 주파수 대역의 평균 CQI 보고를 BS에게 전송한다(202). 그 후 UE는 BS가 분산 채널 할당(203)을 UE에게 전송할 때까지, 집중 전송 모드에서 분산 전송 모드로의 전이 지시자(201)와 전체 주파수 대역의 평균 CQI 보고(202)를 반복하여 전송한다. 그 후에 BS는 분산 데이터 전송을 UE에 전송한다(204). 시간 영역의 모든 주파수 서브대역에서 측정된 SNR의 표준 편차의 최대치가 비교적 클 경우, 분산 전송이 UE에 적합하고, 시간 영역의 모든 주파수 서브대역에서 측정된 SNR의 표준 편차의 최대치가 비교적 작고 전체 주파수 대역의 평균 SNR이 정해진 임계치보다 클 경우, 집중 전송 모드가 UE의 전송 모드로 적합한 것임을 IEEE 802.16E의 데이터 전송 모드 전이 프로세스 방법으로부터 알 수 있다. IEEE 802.16E에 따르면, 고속으로 이동된 UE의 시간 영역 채널 편차가 비교적 큰 편차를 가지며, 저속으로 이동된 UE의 시간 영역 채널 편차가 비교적 작은 편차를 가지므로, 분산 데이터 전송이 고속으로 이동된 UE와 저속으로 이동된 UE에 적합하고, 전체 주파수 대역의 평균 SNR이 높은 경우, 집중 데이터 전송이 적합하다. 집중 전송 모드에 있어서, 몇 개의 서브 대역들의 CQI를 전송하기 위해 더 많은 상향링크 시그널링이 필요하기 때문에, 대응하는 상향링크 시그널링 부하가 가중된다. 그러나, 플랫 페이딩 채널 상태에서의 데이터 전송에 있어서는, 모든 서브 반송파의 SNR이 집중 데이터 전송 반송파이든 또는 분산 데이터 전송 반송파이든 상관없이 기본적으로 동일하기 때문에, 집중 데이터 전송이 분산 데이터 전송에 비해 많은 선택적 주파수 이득을 획득할 수 없게 되므로, 이들의 적응적 변조 코딩 이득은 이들이 분산 전송이나 집중 전송을 사용하는지에 상관없이 기본적으로 동일하다. 그러나, 집중 전송은 상향링크 다중 대역의 CQI 보고를 필요로 하므로, 분산 전송에 비해 더욱 가중된 시그널링이 유발된다. 플랫 페이딩 채널에 있어서, UE가 저속으로 이동된 UE이며 평균 SNR이 비교적 높더라도, 분산 데이터 전송은 집중 데이터 전송에서와 같이 동일한 선택적 주파수 이득을 획득할 수 있고, 상향링크 시그널링 부하는 작으므로, 분산 데이터 전송 모드가 더 적합하게 된다. 이외에, 3GPP의 표준화된 방법에서는 네트워크가 UE의 전송 방법을 제어하며, UE는 데이터 전송 모드의 전이를 결정하지 않는다고 정의하고 있다. 그러므로, IEEE 802.16E에서의 모드 전이는 3GPP LTE에서의 데이터 전송 모드 전이에 적합하지 않다. 그러므로, IEEE 802.16E에서의 모드 전이 방법에 대하여 어느 정도의 개선이 이루어질 수 있으며, UE가 데이터를 전송하기 위해 보다 적합한 전송 모드를 사용할 수 있도록 한다. 상술한 모드 전이 프로세스를 최적화하기 위하여, 몇 개의 새로운 측정 보고와 측정 보고 프로세스를 정의해야 할 필요가 있다. 이들 측정 제어와 보고는 RRC 시그널링과 물리 계층 시그널링을 통하여 전송될 수 있다. 물리 계층 인터페이스, 및 UE와 BS 사이의 무선 자원을 제어하기 위한 3GPP에 정의된 RRC 프로토콜과 같은 인터페이스가 있다. BS는 인터페이스 프로토콜을 통하여 UE에 의해 사용된 네트워크 자원을 구성하고, 측정, 핸드오버 등과 같은 제어에 관한 UE의 기능들을 구성한다. UE와 BS 사이의 물리 계측 인터페이스는 기존 시스템의 CQI 보고와 같은 주로 물리적 신호의 교환을 담당한다. CQI 보고는 3GPP TS 25.211에 정의된 채널 구조와 같이 주어진 물리 채널에 의해 정의된 채널 구조를 통하여 실시되거나, 자체에 정의된 채널 구조를 통하여 실시된다.