다중 반송파 무선통신 시스템에서 기지국과 단말기의 응답채널 송수신 방법 및 장치 document_id A220623111001

일반적으로, 무선통신 시스템에서 데이터 전송 시 전송오류를 제어하는 기술로서 FEC(Forward Error Correction) 기법과 ARQ(Automatic Repeat reQuest) 기법이 있다. 상기 FEC 기법은 수신된 데이터에서 검출한 오류에 대하여 정정을 시도하고 성공하였을 경우 올바른 데이터를 복호하지만, 오류정정에 실패하였을 경우 사용자에게 잘못된 정보가 제공되거나 정보가 누락될 수 있다. ARQ 기법은 오류검출 능력이 좋은 FEC 부호를 사용하여 데이터를 전송하고, 수신된 데이터에서 오류가 검출되었을 시에는 수신단에서 송신단으로 데이터 재전송을 요청한다. 상기 FEC 기법의 경우, 채널 환경이 좋은 경우에는 상대적으로 낮은 효율을 갖게 되고, 오류 정정에 실패할 경우 시스템의 신뢰도를 떨어뜨리게 된다. 반면 ARQ 기법의 경우에는 시스템의 높은 신뢰도를 보장하고 낮은 리던던시(redundancy)로 효율적인 전송이 가능하지만, 채널 환경이 나빠질 경우 잦은 재전송 요청으로 시스템 신뢰도가 크게 저하되는 단점이 있다. 이와 같은 단점을 극복하기 위하여 상기 두 기법을 적절하게 결합한 것이 HARQ (Hybrid ARQ) 기법이다. 상기 HARQ 기법은 기본적으로 수신된 부호화 데이터(이하, "HARQ 패킷"이라 함)에 대하여 오류정정을 시도하고, CRC(Cyclic Redundancy Check)과 같은 간단한 오류검출 부호를 사용하여 상기 HARQ 패킷의 재전송 요청 여부를 결정한다. HARQ 기법을 사용하는 시스템의 수신측은 수신한 HARQ 패킷에 대한 오류 존재 여부를 판단한 뒤, 오류 존재 여부에 따라 HARQ 긍정적 인지(positive Acknowledgement: 이하 "ACK"라 함) 신호, 또는 HARQ 부정적 인지(negative Acknowledgement: 이하 "NACK"라 함) 신호를 송신측으로 전송한다. 송신측은 상기 HARQ ACK/NACK 신호(이하, "응답신호"라 함)에 따라 HARQ 패킷의 재전송 혹은 새로운 HARQ 패킷의 전송을 수행한다. 수신측에서는 HARQ 패킷을 수신하였을 때 적절한 자원을 사용하여 상기 응답신호를 송신한다. OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 기반 무선통신 시스템에서는 상기 ACK/NACK 신호를 몇 개의 부반송파들에 실어서 전송하며, WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access) 시스템에서는 특정 코드 채널에 실어서 전송한다. 일반적으로, 임의의 패킷 데이터 전송구간(Transmission Time Interval, 이하"TTI"라 함)에는 여러 사용자를 위한 패킷 데이터들이 동시에 전송되므로, 상기 각 HARQ 패킷에 대한 응답채널들은 상기 TTI에 데이터를 스케줄링 받은 사용자들로부터 수신된 데이터의 복호 후 약속된 시간에 각각 전송된다. 하향링크와 상향링크로 구분하여 상기 응답채널의 전송을 살펴보면, 하향링크 데이터 채널들에 대한 응답채널은 상기 각 데이터 채널을 기지국으로부터 수신한 각 단말이 상기 응답신호를 전송하기 위한 물리채널(Physical Channel) 자원을 기지국으로부터 할당 받아서 상향링크로 전송한다. 한편, 상향링크 데이터 채널들에 대한 응답채널의 경우에는, 기지국이 상기 데이터 채널들을 해당 단말들로부터 수신한 후에 상기 기지국과 각 단말 간에 약속된 자원을 통하여 각 데이터 패킷에 대한 응답채널을 전송한다. 도 1에 3GPP(3rdGeneration Partnership Project)의 차세대 이동통신 기술 표준인 EUTRA(Enhanced Universal Terrestrial Radio Access) 혹은 LTE(Long Term Evolution)의 OFDM 기반 하향링크 프레임 구조를 도시하였다. 하나의 자원 블록(Resource Block, 이하 "RB")(101)은 주파수 축으로 배열된 12개의 톤과 시간 축으로 배열된 14개의 OFDM 심볼(114)로 구성되어 있다. RB 1(101)은 첫 번째 RB을 나타내며, 도 1에서는 RB K(102)까지 총 K개의 RB로 구성된 대역폭을 나타내고 있다. 시간 축에서 14 OFDM 심볼은 하나의 서브프레임(113)을 구성하며 시간 축 상에서의 자원 할당의 기본 단위가 된다. 하나의 서브프레임(113)은 1ms의 길이를 가지며 두 개의 슬롯(112)으로 구성된다. 기준 신호(Reference Signal, 이하 "RS")는 단말기가 채널 추정을 할 수 있도록 단말기로 전송하는 기지국과 약속된 신호로, RS0(121), RS1(122), RS2(123), RS3(124)는 각각 안테나 포트 0, 1, 2, 3로부터 송신되는 RS를 의미한다. 안테나 포트 수가 1이상인 경우 다중 안테나 (Multi antenna)를 사용하는 것을 의미한다. 만약 송신 안테나 포트가 하나만 사용된다면 RS0(121)만 데이터 송신에 사용되고 RS1(122)은 송신에 사용되지 않으며 RS2(123), RS3(124)은 데이터 혹은 제어 신호 심볼 전송에 사용된다. 또한 송신 안테나 포트가 둘로 정의되었다면 RS0(121)과 RS1(122)이 데이터 송신에 사용되고 RS2(102), RS3(103)은 데이터 혹은 제어 신호 심볼 전송에 사용된다. 주파수 축 상에서 RS가 배치되는 RE의 절대적 위치는 셀 별로 다르게 설정되지만 RS간의 상대적인 간격은 일정하게 유지된다. 즉 동일한 안테나 포트의 RS는 6RE 간격을 유지하며, RS0(121), RS1(122) 간의 간격과 RS2(123), RS3(124)의 간격은 3RE 간격을 유지한다. RS의 절대적 위치가 셀 별로 다르게 설정되는 이유는 RS의 셀 간 충돌을 피하기 위함이다. 한편 제어 채널(control channel) 신호는 시간 축 상에서 한 서브프레임의 선두에 위치한다. 도 1에서 111는 제어 채널 신호가 위치할 수 있는 영역을 도시한 것이다. 제어 채널 신호는 서브프레임의 선두에 위치한 L개의 OFDM 심볼에 걸쳐 전송될 수 있다. L은 1,2 또는 3의 값을 가질 수 있다(111, 115). 제어 채널의 양이 적어서 하나의 OFDM 심볼로 제어 채널 신호의 전송이 충분한 경우에는 선두의 1 OFDM 심볼만이 제어 채널 신호 전송에 사용되고(L=1) 나머지 13 OFDM 심볼은 데이터 채널 신호 전송에 사용된다. 제어 채널 신호가 2 OFDM 심볼을 소비할 경우에는 선두의 2 OFDM 심볼만이 제어 채널 신호 전송에 사용되고(L=2), 나머지 12 OFDM 심볼은 데이터 채널 신호 전송에 사용된다. 그리고 제어 채널 신호의 양이 많아서 3 OFDM 심볼을 모두 사용하여야 하는 경우에는, 선두 3 OFDM 심볼이 제어 채널 신호 전송에 사용되고(L=3) 나머지 11 OFDM 심볼이 데이터 채널 신호 전송에 사용된다.LTE 시스템에서 정의하는 하향링크 제어 채널은 PCFICH(Physical Control Format Indicator Channel), PHICH(Physical Hybrid ARQ Indicator Channel), PDCCH(Packet Data Control Channel) 등이 있다. PCFICH는 CCFI(Control Channel Format Indicator) 정보를 전송하기 위한 물리채널이다. CCFI란 L을 알려주기 위해 2 bit로 구성된 정보이다. 우선적으로 CCFI를 수신하여야 제어 채널에 할당된 심볼 수를 알고 수신할 수 있으므로, PCFICH는 고정적으로 하향링크 자원이 할당된 경우를 제외한 모든 단말기가 서브프레임에서 최초로 수신해야 하는 채널이다. 그리고 PCFICH를 수신하기 전에는 L을 알 수 없기 때문에 PCFICH는 첫 번째 OFDM 심볼에서 전송되어야만 한다. PCFICH 채널은 셀 별로 미리 정해진 고정 위치에 전송되고 수신기도 위치 정보 없이 수신한다. PHICH는 하향링크 ACK/NACK 신호를 전송하기 위한 물리채널이다. PHICH를 수신하는 단말기는 상향링크에서 데이터 송신을 진행 중인 단말기이다. 따라서 PHICH의 개수는 상향링크에서 데이터 송신을 진행 중인 단말기의 수에 비례한다. PHICH는 첫 번째 OFDM 심볼에서 전송되거나(LPHICH=1) 세 OFDM 심볼에 걸쳐서 전송된다(LPHICH=3). LPHICH는 셀마다 정의하는 파라미터로, 셀의 크기가 큰 경우에는 한 OFDM 심볼 만으로 PHICH를 전송하기 힘들 수 있기 때문에 이를 조정하기 위해 도입된 것이다. PHICH의 구성 정보(사용되는 심볼의 양, 위치 등)는 단말에게 PBCH를 통해 알려준다. PHICH 채널도 셀 마다 지정된 위치에 전송하게 된다. 도 1의 프레임 구조를 가정할 경우, 최대 K 개의 하향링크 데이터 채널이 상향링크 데이터 채널도 K개의 데이터 채널이 한 TTI내에 동시에 스케줄 될 수 있다. 이 경우 상하향링크에서는 K개의 응답채널이 필요하게 된다. 일반적으로 상향링크에 대한응답채널은 다수의 RE가 모여서 하나의 응답채널을 구성하게 되는데, 응답채널의 자원량은 시스템의 대역폭에 따라 정해진다. 현재 LTE 시스템은 8 개의 PHICH가 하나의 PHICH group을 이룬다. 자원의 할당은 PHICH group으로 이뤄지면 단말은 자신이 할당된 PHICH group index 를 이용하여 할당된 PHICH의 위치를 알 수 있다. PHICH group은 8개의 PHICH가 다중화 되는데 길이 4의 spread 시퀀스를 실수축과 허수축에 맵핑하여 총 8개의 시퀀스로 다중화 한다. 이때 사용되는 시퀀스 인덱스는 로 표현된다. 시스템 대역폭은 RB 개수로 표현되는데 이 대역폭의 RB 개수인 경우 시스템에 PHICH group 개수는 수식 1과 같다. [수식1] 여기서 는 시스템에서 설정할 수 있는 채널 용량을 조절하는 파라메터이며 해당 파라메터가 2인 경우 현재 TTI에 최대로 할당할 수 있는 단말 개수의 2배까지 할당이 가능하다. 이는 상향링크에서 MU-MIMO의 지원이 가능하도록 하기 위한 것으로 하나의 RB에 최대 2명의 단말이 할당될 수 있도록 되어 있다. 추후에 도입되는 LTE-A 시스템에서는 상향링크에서 SU-MIMO(Single User Multi Input Multi Output)의 지원이 가능하다. 단 LTE-A 시스템은 LTE 시스템과backward compativitiy를 유지하도록 설계된다. LTE-A 시스템의 경우 상향링크에서 지원되는 SU-MIMO의 경우 최대 2개까지의 codeword가 전송이 가능하며 이 경우에 하나의 단말은 기지국으로부터 2개의 ACK/NACK의 응답이 필요하게 된다. 이 경우에 현재의 LTE 시스템으로는 SU-MIMO의 사용자를 지원하는 경우 현재 LTE 시스템이 지원하는 최대 자원의 50%의 ACK/NACK 자원만 전송이 가능하다. 또한 SU-MIMO의 사용자를 위한 별도의 PHICH 자원을 할당하는 것이 아니라 기존의 단일 안테나 전송에 할당된 사용자와 MU-MIMO 사용자와의 다중화도 가능하여야 한다. 따라서, 상기 설명된 문제를 해결하기 위해서 기존의 LTE 사용자의 PHICH의 수신 동작에 영향을 주지 않으면서 수신 성능의 영향을 최소화 하는 SU-MIMO의 다중화가 가능한 PHICH 채널 구조가 필요하며 이를 위한 효율적인 자원 할당 구성 방안이 요망된다.