KR20080023505A

KR20080023505A - Ｏｆｄｍａ 이동통신 시스템의 협력 전송 방법 및 단말

Info

Publication number: KR20080023505A
Application number: KR1020060087475A
Authority: KR
Inventors: 오민석; 한승희; 권영현; 고승우; 김성륜
Original assignee: 연세대학교 산학협력단; 엘지전자 주식회사
Priority date: 2006-09-11
Filing date: 2006-09-11
Publication date: 2008-03-14
Anticipated expiration: 2026-09-11
Also published as: WO2008032973A1; KR101293360B1

Abstract

다수의 단말과 기지국을 포함하는 OFDMA 이동통신 시스템의 협력 전송 방법을 제공한다. 상기 협력 전송 방법은 상기 단말들은 자신에게 할당된 부반송파를 이용하여 상기 기지국으로 신호를 전송한다. 각 단말은 타 단말이 상기 기지국으로 전송한 상기 신호를 듣는다. 그리고, 각 단말은 상기 타 단말의 부반송파와 동일한 부반송파를 이용하여 자신이 들은 상기 타 단말의 신호를 상기 기지국으로 협력 전송한다. 다수의 단말을 이용한 협력 전송을 구현하여 시간 다이버시티와 사용자 다이버시티 이득을 더 높임으로써 전체적인 시스템 용량을 증가시킬 수 있다.

OFDMA, 다중 반송파, 협력 전송, 부반송파, 다이버시티

Description

ＯＦＤＭＡ 이동통신 시스템의 협력 전송 방법 및 단말{Cooperative transmission method for OFDMA mobile communication system and user equipment}

도 1은 이동통신 시스템을 나타내는 예시도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국을 나타낸 블록도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말을 나타낸 블록도이다.

도 4a 및 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 협력 전송 방법을 나타낸 예시도이다.

도 5a 및 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 협력 전송 방법을 나타낸 예시도이다.

도 6a 및 6b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 협력 전송 방법을 나타낸 예시도이다.

도 7a 및 7b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 협력 전송 방법을 나타낸 예시도이다.

도 8a 및 8b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 협력 전송 방법을 나타낸 예시도이다.

도 9a 및 9b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 협력 전송 방법을 나타낸 예시도이다.

도 10a 및 10b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 협력 전송 방법을 나타낸 예시도이다.

도 11은 사용자 밀도 대 시스템 용량을 나타낸 그래프이다.

도 12는 사용자 밀도 대 사용자당 시스템 용량을 나타낸 그래프이다.

** 도면의 주요부분의 부호에 대한 설명 **

100 : 기지국

200 : 단말

본 발명은 이동통신 시스템의 협력 전송 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 다중 반송파 기반의 OFDMA 이동통신 시스템의 협력 전송 방법 및 이를 이용한 단말에 관한 것이다.

다양한 멀티 미디어 서비스, 고품질 서비스 등의 등장에 따라 차세대 무선 통신 시스템은 고속의 데이터 전송과 더불어 차등적인 QoS(quality of service)의 보장이 필수적으로 요구되고 있다.

3세대 이후의 시스템에서 보다 높은 데이터 전송률을 요구함에 따라 다중 경로 지연(multipath delay)이 큰 문제가 되고 있다. 다중 경로 지연은 심벌 간 간섭(Inter-Symbol Interference; 이하 ISI)를 유발하기 때문이다. 낮은 복잡도로 ISI 효과를 감쇄하기 위해 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; 이하 OFDM)이 주목받고 있다.

OFDM은 직렬로 입력되는 데이터 심벌을 N개의 병렬 데이터 심벌로 변환하여, 각각 분리된 N개의 부반송파(subcarrier)에 실어 전송한다. 부반송파는 주파수 차원에서 직교성을 유지하도록 한다. 각각의 직교 채널은 상호 독립적인 주파수 선택적 페이딩(frequency selective fading)을 경험하게 되고, 전송되는 심벌의 간격이 길어져 ISI가 최소화될 수 있다. 직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access; 이하 OFDMA)는 OFDM을 변조 방식으로 사용하는 시스템에 있어서 이용가능한 부반송파의 일부를 각 사용자에게 제공하여 다중 접속을 실현하는 다중 접속 방법을 말한다.

다중 경로 지연을 완화시키기(mitigate) 위한 기법 중 하나가 동일한 데이터를 반복해서 전송하는 다이버시티(diversity) 기법이다. 다수의 신호들이 다이버시티를 통해 서로 독립적으로 송신된다면, 일부 경로의 신호가 낮게 수신되더라도 나머지 다른 경로의 신호는 큰 값을 가질 수 있다. 따라서, 다수의 신호의 결합으로 안정적인 송수신을 이루려는 것이 다이버시티 기법이다. 다이버시티의 종류로는 서로 다른 주파수로 신호를 전송하는 주파수 다이버시티(frequency diversity), 서로 다른 시점의 신호를 전송하는 시간 다이버시티(time diversity), 다수개의 전송 안테나를 사용하는 공간 다이버시티(spatial diversity) 등이 있다.

다이버시티 기법 중의 하나로 다수의 중계기(relay station)를 통한 협력 전송이 알려져 있다. 기지국(base station)과 단말(user equipment) 간에 중계기를 배치하고 기지국 또는 단말이 전송한 신호를 중계기가 중계하여 전송한다. 중계기는 시분할 방식으로 협력 전송을 위한 정보를 먼저 수신하고 이를 순차적으로 전송한다.

그러나 상기의 협력 전송은 단일 반송파에 기반한 것으로 OFDMA와 같은 다중 반송파를 기반으로 한 시스템에 적합한 협력 전송 기법은 잘 알려져 있지 않다.

단일 반송파 시스템을 이용한 협력 전송의 경우 협력 전송을 담당하는 중계기에서 시분할 방식으로 인한 시간 지연이 발생하고 이는 시스템의 성능을 저해한다. OFDMA 기반의 다중 반송파 시스템의 경우 이에 적합한 협력 전송 기법이 적용되지 않는다면 기지국과 단말 사이에 할당받은 부반송파의 채널 이득(channel gain)이 좋지 않은 경우에 데이터 전송 속도가 현저하게 감소할 우려가 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 다중 반송파 시스템에 적합한 OFDMA 이동통신 시스템의 협력 전송 방법 및 이를 이용한 단말을 제공하는 데 있다.

본 발명의 일 양태에 따르면 다수의 단말과 기지국을 포함하는 OFDMA 이동통신 시스템의 협력 전송 방법을 제공한다. 상기 협력 전송 방법은 상기 단말들은 자신에게 할당된 부반송파를 이용하여 상기 기지국으로 신호를 전송한다. 각 단말은 타 단말이 상기 기지국으로 전송한 상기 신호를 듣는다. 그리고, 각 단말은 상기 타 단말의 부반송파와 동일한 부반송파를 이용하여 자신이 들은 상기 타 단말의 신호를 상기 기지국으로 협력 전송한다.

본 발명의 다른 양태에 따른 OFDMA 이동통신 시스템의 협력 전송 방법은 기지국이 각 단말별로 신호를 전송하고, 각 단말은 상기 기지국이 타 단말로 전송한 상기 신호를 듣는다. 각 단말은 상기 타 단말에 할당된 부반송파와 동일한 부반송파를 이용하여 자신이 들은 상기 타 단말의 신호를 상기 타 단말로 협력 전송한다.

본 발명의 또 다른 양태에 따른 단말은 신호를 전송하는 전송기, 타 단말에서 전송되는 신호를 듣는 수신기 및 상기 수신기에서 상기 타 단말의 신호를 수신함에 따라 상기 타 단말의 부반송파와 동일한 부반송파를 이용하여 상기 타 단말의 신호를 협력 전송하는 제어기를 포함한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

이하에서 개시되는 기술은 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)나 MC-CDMA(Multi-Carrier Code Division Multiple Access)와 같은 다중 반송파를 이용한 다양한 다중 접속 통신 시스템에 사용될 수 있다. OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)은 전체 시스템 대역폭을 직교성을 갖는 다수의 부반송파(subcarrier)로 분할한다(partition). 부반송파는 서브밴드(subband), 톤(tone) 등으로 불릴 수 있다.

도 1은 이동통신 시스템을 나타내는 예시도이다.

도 1을 참조하면, 이동통신 시스템은 기지국(100, base station; BS)과 다수의 단말(200, user equipment; UE)을 포함한다. 이동통신 시스템은 음성, 패킷 데이터 등과 같은 다양한 통신 서비스를 제공하기 위해 널리 배치된다(deploy).

기지국(100)은 일반적으로 단말(200)과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, 노드-B(node-B), BTS(base transceiver system), 액세스 포인트(access point) 등 다른 용어(terminology)로 불릴 수 있다.

단말(200)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, MS(mobile station), UT(user terminal), SS(subscriber station), 무선기기(wireless device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.

이하에서 하향링크(downlink)는 기지국(100)에서 단말(200)로의 통신을 의미하며, 상향링크(uplink)는 단말(200)에서 기지국(100)으로의 통신을 의미한다.

도 2를 참조하면, 기지국(100)은 송신기(120; transmitter), 수신기(140; receiver) 및 제어기(160)를 포함한다.

송신기(120)는 채널 인코더(channel encoder; 121), 심벌 맵퍼(symbol mapper; 122), IFFT부(inverse fast Fourier transform unit; 123) 및 CP 제거부(124)를 포함한다. 송신기(120)는 데이터 소스(110)로부터 제공되는 데이터를 안테나(130)를 통해 전송한다.

채널 인코더(121)는 데이터 소스(110; data source)로부터 제공되는 일련의 정보 비트들(stream of information bits)을 정해진 코딩 방식에 따라 인코딩하여 부호화된 데이터(coded data)를 형성한다. 정보 비트들은 텍스트, 음성, 영상 또는 기타 데이터를 포함할 수 있다. 채널 인코더(121)는 정보 비트들에 CRC(cyclic redundancy check)와 같은 에러 검출 비트들을 추가하고, 에러 정정을 위한 여분의 코드를 추가할 수 있다. 사용되는 에러 정정 코드는 터보 부호(turbo code)나 LDPC(low density parity check code)이나 기타 컨볼루션(convolution) 부호 등일 수 있다.

심벌 맵퍼(122)는 각 정보 비트들의 스트림의 부호화된 데이터를 정해진 변조 방식에 따라 변조하여, 변조 심벌들을 제공한다. 심벌 맵퍼(122)는 부호화된 데이터를 진폭과 위상 성상(constellation)에 따른 위치를 표현하는 변조 심벌들로 맵핑한다. 변조 방식에는 제한이 없으며, m-PSK(m-quadrature phase shift keying) 또는 m-QAM(m-quadrature amplitude modulation)일 수 있다. 예를 들어, m-PSK는 QPSK뿐 아니라 BPSK 또는 8-PSK을 포함할 수 있다. m-QAM은 16-QAM 또는 64-QAM뿐 아니라 256-QAM을 포함할 수 있다.

IFFT부(123)는 입력되는 심벌들에 대해 IFFT(Inverse Fast Fourier Transformation)를 수행하여 시간 영역 샘플들로 변환한다. IFFT부(123)에 입력되는 심벌들에는 부호화된 데이터의 변조 심벌들뿐만 아니라, 별도로 변조된 파일럿 심벌도 포함될 수 있다. 파일럿 심벌은 기지국(100)과 단말(200) 양자에 선험적으로(a priori) 알려진 데이터라 할 수 있다.

CP 삽입부(124)는 시간 영역 샘플들에 CP(cyclic prefix)를 추가한다. CP는 보호 구간(guard interval)이라고도 한다. CP 삽입부(124)에서 출력된 샘플 신호는 아날로그 신호로 변환되어 안테나(130)를 통해 전송된다.

수신기(140)는 CP 제거부(141), FFT부(142), 심벌 디맵퍼(143) 및 채널 디코더(144)를 포함한다. 수신기(140)는 안테나(130)로부터 수신되 신호를 디코딩하여 데이터 싱크(150; data sink)나 제어기(160)로 제공한다.

안테나(130)로부터 수신된 신호는 디지털화되고, CP 제거부(141)에 의해 CP가 제거된다. CP가 제거된 샘플들은 FFT부(142)에 의해 FFT를 수행하여 주파수 영역의 심벌들로 변환된다. 심벌 디맵퍼(143)는 상기 심벌들로부터 다시 부호화된 데이터로 디맵핑한다. 복조 방식은 전송기(120)의 심벌 맵퍼(122)에 제공하는 변조 방식에 대응한다. 채널 디코더(250)는 부호화된 데이터를 디코딩하여, 데이터 싱크(150)로 제공한다.

제어기(160)는 기지국(100)의 전체적인 동작을 제어하고, 메모리(160)에는 기지국(100)의 동작을 위한 프로그램 등이 저장될 수 있다. 또한, 제어기(160)는 단말(200)로부터 채널 품질을 귀환받아 코딩 및 변조 방식을 적응적으로 조절할 수 있다.

도 3을 참조하면, 단말(200)은 송신기(220), 수신기(240) 및 제어기(260)를 포함한다.

단말(200)의 송신기(220) 및 수신기(240)의 구성 및 동작은 기지국(100)의 송신기(120) 및 수신기(140)의 구조와 동일하다. 송신기(220)는 데이터 소스(210)로부터 제공되는 데이터를 인코딩 및 변조하여 안테나(230)를 통해 전송한다. 수신기(240)는 안테나(230)에서 수신한 신호를 복조 및 디코딩하여 데이터 싱크(250)로 제공한다.

제어기(260)는 단말(200)의 전체적인 동작을 제어하고, 메모리(260)에는 단 말(200)의 동작을 위한 프로그램 등이 저장될 수 있다. 또한, 제어기(260)는 채널 품질을 추정하여 이를 기지국(100)으로 귀환할 수 있다. 단말(200)은 사용자와의 인터페이스를 위한 디스플레이 장치나 입력 장치를 더 구비할 수 있다.

단말(200)이 수신한 신호 중에는 타 단말이 기지국으로 전송한 신호나 기지국이 타 단말로 전송한 신호가 포함될 수 있다. 제어기(260)는 상기 신호들을 듣고(listen), 할당된 부반송파를 이용하여 타 단말 또는 기지국으로 협력 전송한다.

도 4a 및 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 협력 전송 방법을 나타낸 예시도이다. 이는 상향링크에 대한 예이다. 설명을 명확하게 하기 위해 이하에서 하나의 기지국과 3개의 단말(UE1, UE2, UE3)이 있다고 한다. 기지국 및 단말의 수는 제한이 없으며, 1 이상일 수 있다.

도 4a를 참조하면, 제1 단말(UE1)은 자신에게 할당된 부반송파(주파수 밴드)를 이용하여 기지국으로 신호를 전송한다. 제1 단말(UE1)이 소스국(source station)이 되고, 기지국이 목적국(target station)이 된다. 이하에서 소스국은 신호를 보내는 지점을 말하고, 목적국은 상기 신호가 전달되는 목표 지점을 말한다.

제1 단말(UE1)이 기지국으로 자신의 신호를 전송하는 동안 제1 단말(UE1)의 신호는 주변의 제2 단말(UE2)과 제3 단말(UE3)이 듣는다. 도면에서 점선은 단말이 타 단말이 전송하는 신호를 듣는 것을 나타낸다.

도 4b를 참조하면, 제2 단말(UE2)과 제3 단말(UE3)은 제1 단말(UE1)의 부반송파와 동일한 부반송파를 이용하여 자신이 들은 제1 단말(UE1)의 신호를 기지국으로 협력 전송한다. 제1 단말(UE1)의 신호뿐 아니라 협력 전송되는 제2 및 제3 단 말(UE2, UE3)의 신호를 통해 전송 간격에 의한 시간 다이버시티 이득과 다수의 사용자로 인한 사용자 다이버시티 이득을 추가로 얻을 수 있다. 기지국에서는 협력 전송된 신호들을 결합하여 원래의 신호를 재생할 수 있다. 결합 방법은 MRC(maximum ratio combining) 기법을 이용할 수 있다.

제2 단말(UE2)과 제3 단말(UE3)은 소스국과 목적국 사이의 신호를 중계하는 중계국(relay station)이 된다고 할 수 있다. 동일한 부반송파를 이용하여 다수의 단말이 협력 전송함으로써 시간 다이버시티 이득과 사용자 다이버시티 이득을 얻을 수 있다.

협력 전송되는 신호는 중계국에서 다양한 방법으로 처리될 수 있다. 일 실시예로, 제2 단말(UE2)과 제3 단말(UE3)은 수신된 신호를 단순히 증폭하여 협력 전송할 수 있다. 즉 중계국은 자신이 들은 소스국의 신호를 증폭하여 협력 전송을 실시한다. 다른 실시예로, 제2 단말(UE2)과 제3 단말(UE3)은 수신된 신호를 재처리하여 협력 전송할 수 있다. 즉 중계국은 자신이 들은 소스국의 신호를 디코딩하고 이를 재처리하여 협력 전송한다. 재처리는 다양한 방법이 있을 수 있으며, 예를 들어 제2 단말(UE2)과 제3 단말(UE3)은 수신 신호 전체를 복조 및 디코딩한 후 이를 인터리빙하고 다시 인코딩 및 변조하여 처리할 수 있다. 또는 수신 신호를 복조 및 디코딩한 후 복합 자동 재전송(Hybrid Automatic Repeat Request, HARQ) 방식에서 IR(Incremental Redundancy)와 같이 여분의 추가적인 정보만을 전송할 수 있다. 또 다른 실시예로, 제2 단말(UE2)과 제3 단말(UE3)은 신호를 단순 증폭하여 전송할지 또는 재처리하여 전송할지 여부를 선택적으로 할 수 있다. 또 다른 실시예로, 제2 단말(UE2)과 제3 단말(UE3)은 서로 다른 처리 방식을 취할 수 있다. 예를 들어, 제2 단말(UE2)은 수신된 신호를 단순히 증폭하여 협력 전송하고, 제3 단말(UE3)은 수신된 신호를 재처리하여 협력 전송할 수 있다.

일반적으로 기지국이 단말과의 채널 이득을 알기 위해서는 단말에서 이를 정확히 예측하여 귀환 정보를 기지국에 전송해야 한다. 본 발명에 의하면 사용자의 채널 이득에 대한 귀환 정보없이 안정적인 전송 속도를 확보할 수 있다.

중계국은 목적국의 귀환 신호에 따라 동적으로 협력 전송 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 목적국은 소스국으로부터 수신한 신호가 일정한 신호대잡음비(Signal-to-Noise Ratio; 이하 SNR) 이상이면 성공을 방송하고(broadcast), 협력 전송은 이루어지지 않는다. 만약 SNR이 기준값 이하이면 실패를 방송하고, 이때 중계국은 자신이 들은 신호를 협력 전송할 수 있다.

도 5a를 참조하면, 제1 단말(UE1)은 자신에게 할당된 부반송파를 이용하여 기지국으로 신호를 전송한다. 제1 단말(UE1)이 소스국이 되고, 기지국이 목적국이 된다. 제1 단말(UE1)이 기지국으로 자신의 신호를 전송하는 동안 제1 단말(UE1)의 신호는 주변의 제2 단말(UE2)과 제3 단말(UE3)이 듣는다.

도 5b를 참조하면, 제2 단말(UE2)과 제3 단말(UE3)은 서로 다른 부반송파를 이용하여 자신이 들은 제1 단말(UE1)의 신호를 기지국으로 협력 전송한다. 제2 단말(UE2)과 제3 단말(UE3)은 소스국과 목적국 사이의 신호를 중계하는 중계국이 되 며, 기지국에서는 협력 전송된 신호들을 부반송파 별로 결합하여 원래의 신호를 재생한다.

제2 단말(UE2)과 제3 단말(UE3)이 서로 다른 부반송파를 이용하여 협력 전송하는 경우 시간 다이버시티 외에 주파수 다이버시티에 의한 이득을 추가로 얻을 수 있다.

도 6a 및 6b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 협력 전송 방법을 나타낸 예시도이다. 이는 다수의 단말이 상향링크로 접속하는 경우이며, 다수의 소스국이 배치되는 경우이다.

도 6a를 참조하면, 기지국으로부터 제1 단말(UE1), 제2 단말(UE2), 제3 단말(UE3)은 각각 부반송파를 할당받는다. 제1 단말(UE1), 제2 단말(UE2), 제3 단말(UE3)은 각각 자신에게 할당된 부반송파를 이용하여 기지국으로 신호를 전송한다. 소스국은 제1 단말(UE1), 제2 단말(UE2), 제3 단말(UE3)이 되고, 목적국은 기지국이 된다. 제1 단말(UE1)이 기지국으로 자신의 신호를 전송하는 동안 제1 단말(UE1)의 신호는 주변의 제2 단말(UE2)과 제3 단말(UE3)이 듣는다. 또한, 제2 단말(UE2)이 기지국으로 자신의 신호를 전송하는 동안 제2 단말(UE1)의 신호는 주변의 제1 단말(UE1)과 제3 단말(UE3)이 듣고, 제3 단말(UE3)이 기지국으로 자신의 신호를 전송하는 동안 제3 단말(UE3)의 신호는 주변의 제1 단말(UE1)과 제2 단말(UE2)이 듣는다.

도 6b를 참조하면, 제1 단말(UE1)은 자신이 들은 제2 단말(UE2)의 신호와 제3 단말(UE3)의 신호를 기지국으로 협력 전송한다. 제1 단말(UE1)은 자신이 들은 단 말의 신호에 대응하는 부반송파에 상기 단말의 신호를 실을 수 있다. 예를 들어, 제1 단말(UE1)은 자신이 들은 제2 단말(UE2)의 부반송파와 동일한 부반송파에 대해 제2 단말(UE2)의 신호를 실을 수 있고, 제3 단말(UE3)의 부반송파와 동일한 부반송파에 대해 제3 단말(UE2)의 신호를 실을 수 있다. 제2 단말(UE2)은 자신이 들은 제1 단말(UE1)의 신호와 제3 단말(UE3)의 신호를 각각 제1 단말(UE1)의 부반송파 및 제3 단말(UE3)의 부반송파와 동일한 부반송파를 이용하여 기지국으로 협력 전송한다. 제3 단말(UE3)은 자신이 들은 제1 단말(UE1)의 신호와 제2 단말(UE2)의 신호를 각각 제1 단말(UE1)의 부반송파 및 제2 단말(UE2)의 부반송파와 동일한 부반송파를 이용하여 기지국으로 협력 전송한다.

다수의 소스국이 있는 경우에 각각의 대응하는 부반송파로 신호를 협력 전송하여 다이버시티 이득을 높일 수 있다.

도 7a를 참조하면, 기지국으로부터 제1 단말(UE1), 제2 단말(UE2), 제3 단말(UE3)은 각각 부반송파를 할당받는다. 제1 단말(UE1), 제2 단말(UE2), 제3 단말(UE3)은 각각 자신에게 할당된 부반송파를 이용하여 기지국으로 신호를 전송한다. 즉 소스국은 제1 단말(UE1), 제2 단말(UE2), 제3 단말(UE3)이 되고, 목적국은 기지국이 된다. 제1 단말(UE1)이 기지국으로 자신의 신호를 전송하는 동안 제1 단말(UE1)의 신호는 주변의 제2 단말(UE2)과 제3 단말(UE3)이 듣는다. 또한, 제2 단말(UE2)이 기지국으로 자신의 신호를 전송하는 동안 제2 단말(UE1)의 신호는 주변 의 제1 단말(UE1)과 제3 단말(UE3)이 듣고, 제3 단말(UE3)이 기지국으로 자신의 신호를 전송하는 동안 제3 단말(UE3)의 신호는 주변의 제1 단말(UE1)과 제2 단말(UE2)이 듣는다.

도 7b를 참조하면, 제1 단말(UE1), 제2 단말(UE2), 제3 단말(UE3)은 원래 자신에게 할당된 부반송파를 이용하여, 자신이 들은 신호를 협력 전송한다. 제1 단말(UE1)은 자신이 들은 제2 단말(UE2)의 신호와 제3 단말(UE3)의 신호를 기지국으로 전송한다. 제1 단말(UE1)은 제2 단말(UE2)의 신호와 제3 단말(UE3)의 신호를 구분하기 위해 식별자(identifier)를 기지국으로 함께 전송할 수 있다. 제2 단말(UE2)은 자신이 들은 제1 단말(UE1)의 신호와 제3 단말(UE3)의 신호를 기지국으로 전송한다. 제3 단말(UE3)은 자신이 들은 제1 단말(UE1)의 신호와 제2 단말(UE2)의 신호를 기지국으로 전송한다.

도 8a 및 8b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 협력 전송 방법을 나타낸 예시도이다. 이는 하향링크에 대한 예이다.

도 8a를 참조하면, 기지국은 소정의 부반송파를 이용하여 제1 단말(UE1)로 신호를 전송한다. 이때는 기지국이 소스국이 되고, 제1 단말(UE1)이 목적국이 된다. 기지국이 제1 단말(UE1)로 신호를 전송하는 동안 기지국이 전송하는 신호는 주변의 제2 단말(UE2)과 제3 단말(UE3)이 듣는다.

도 8b를 참조하면, 제2 단말(UE2)과 제3 단말(UE3)은 제1 단말(UE1)과 동일한 부반송파를 이용하여 자신이 들은 기지국의 신호를 제1 단말(UE1)로 협력 전송한다. 즉 제2 단말(UE2)과 제3 단말(UE3)은 소스국과 목적국 사이의 신호를 중계하 는 중계국이 된다. 제1 단말(UE)에서는 이들을 부반송파 별로 결합하여 원래의 신호를 재생한다. 결합 방법은 MRC 기법을 이용할 수 있다.

동일한 부반송파를 통해 신호를 협력 전송하여 시간 다이버시티에 의한 이득을 얻을 수 있다.

도 9a를 참조하면, 기지국은 소정의 부반송파를 이용하여 제1 단말(UE1)로 신호를 전송한다. 이때는 기지국이 소스국이 되고, 제1 단말(UE1)이 목적국이 된다. 기지국이 제1 단말(UE1)로 신호를 전송하는 동안 기지국이 전송하는 신호는 주변의 제2 단말(UE2)과 제3 단말(UE3)이 듣는다.

도 9b를 참조하면, 제2 단말(UE2)과 제3 단말(UE3)은 서로 다른 부반송파를 이용하여 자신이 들은 기지국의 신호를 제1 단말(UE1)로 협력 전송한다. 제1 단말(UE)에서는 이들을 부반송파 별로 결합하여 원래의 신호를 재생한다. 결합 방법은 MRC 기법을 이용할 수 있다.

제2 단말(UE2)과 제3 단말(UE3)이 서로 다른 부반송파를 이용하여 협력 전송하여 시간 다이버시티 외에 주파수 다이버시티에 의한 이득을 추가로 얻을 수 있다.

도 10a 및 10b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 협력 전송 방법을 나타낸 예시도이다. 이는 다수의 단말이 하향링크로 접속하는 경우이며, 다수의 목적국이 배치되는 경우이다.

도 10a를 참조하면, 기지국으로부터 제1 단말(UE1), 제2 단말(UE2), 제3 단말(UE3)은 각각 신호를 전송받는다. 이때 기지국은 각 단말에 모두 동일한 신호를 전송할 수 있고, 각 단말마다 서로 다른 신호를 전송할 수 있다. 제1 단말(UE1), 제2 단말(UE2), 제3 단말(UE3)은 각각 자신에게 할당된 부반송파를 이용하여 기지국으로 신호를 전송받는다. 이때 소스국은 기지국이 되고, 목적국은 제1 단말(UE1), 제2 단말(UE2), 제3 단말(UE3)이 된다. 기지국이 제1 단말(UE1)로 신호를 전송하는 동안 기지국의 신호는 주변의 제2 단말(UE2)과 제3 단말(UE3)이 듣는다. 또한, 기지국이 제2 단말(UE2)로 신호를 전송하는 동안 기지국의 신호는 주변의 제1 단말(UE1)과 제3 단말(UE3)이 듣고, 기지국이 제3 단말(UE3)로 신호를 전송하는 동안 기지국의 신호는 주변의 제1 단말(UE1)과 제2 단말(UE2)이 듣는다.

도 10b를 참조하면, 제1 단말(UE1)은 자신이 들은 제2 단말(UE2)의 신호를 제2 단말(UE2)로 전송하고, 제3 단말(UE3)의 신호를 제3 단말(UE3)로 협력 전송한다. 제1 단말(UE1)은 자신이 들은 단말의 신호에 대응하는 부반송파에 상기 단말의 신호를 실을 수 있다. 예를 들어, 제1 단말(UE1)은 자신이 들은 제2 단말(UE2)의 부반송파와 동일한 부반송파에 대해 제2 단말(UE2)의 신호를 실을 수 있고, 제3 단말(UE3)의 부반송파와 동일한 부반송파에 대해 제3 단말(UE2)의 신호를 실을 수 있다. 제2 단말(UE2)은 자신이 들은 제1 단말(UE1)의 신호를 제1 단말(UE1)의 부반송파와 동일한 부반송파를 이용하여 제1 단말(UE1)로 협력 전송하고, 자신이 들은 제3 단말(UE3)의 신호를 제3 단말(UE3)의 부반송파와 동일한 부반송파를 이용하여 제3 단말(UE3)로 협력 전송한다. 제3 단말(UE2)은 자신이 들은 제1 단말(UE1)의 신호 를 제1 단말(UE1)의 부반송파와 동일한 부반송파를 이용하여 제1 단말(UE1)로 협력 전송하고, 자신이 들은 제2 단말(UE2)의 신호를 제2 단말(UE2)의 부반송파와 동일한 부반송파를 이용하여 제2 단말(UE2)로 협력 전송한다.

다수의 목적국이 있는 경우에도 중계국은 각각의 대응하는 부반송파로 신호를 협력 전송하여 다이버시티 이득을 높일 수 있다.

이하에서는 본 발명과 종래 기술에 의한 협력 전송에 대한 시뮬레이션 결과에 대하여 설명한다. 시스템 환경은 셀 반경을 1km로 하고, 셀 내부의 사용자 수를 증가시키면서 사용자 밀도(User Density)를 조절한다. 즉 사용자 밀도는 사용자의 수/셀 넓이가 된다.

도 11은 사용자 밀도 대 시스템 용량을 나타낸 그래프이다. 도 12는 사용자 밀도 대 사용자당 시스템 용량을 나타낸 그래프이다. 사용자당 시스템 용량은 시스템 전체 성능을 사용자 숫자로 나눠서 계산한 것이다.

도 11 및 12를 참조하면, 사용자 밀도가 증가함에 따라 시스템 용량이 종래 기술에 비해 좀더 가파르게 상승한다. 협력 전송을 하지 않는 종래 기술의 경우 부반송파의 수보다 사용자의 수가 늘어나면 사용자당 데이터 속도는 현저하게 감소한다. 그러나 협력 전송이 이루어지면 사용자 다이버시티(user diversity) 이득으로 인해 사용자가 증가할수록 시스템의 용량이 증가한다.

상기에서는 하나의 전송 안테나와 하나의 수신 안테나를 갖는 싱글 입력 싱글 출력(single-input single-output; SISO)에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 기술적 사상은 다중 입력 다중 출력(multiple-input multiple-output; MIMO) 시스템 에도 그대로 적용할 수 있다.

본 발명은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 하드웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하기 위해 디자인된 ASIC(application specific integrated circuit), DSP(digital signal processing), PLD(programmable logic device), FPGA(field programmable gate array), 프로세서, 제어기, 마이크로 프로세서, 다른 전자 유닛 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하는 모듈로 구현될 수 있다. 소프트웨어는 메모리 유닛에 저장될 수 있고, 프로세서에 의해 실행된다. 메모리 유닛이나 프로세서는 당업자에게 잘 알려진 다양한 수단을 채용할 수 있다.

이상 본 발명에 대하여 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시켜 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명은 이하의 특허청구범위의 범위 내의 모든 실시예를 포함한다고 할 것이다.

상기에서 상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 다중 반송파를 이용한 OFDMA 이동통신 시스템에서 다수의 단말을 이용한 협력 전송을 구현하여 시간 다이버시티와 사용자 다이버시티 이득을 더 높임으로써 전체적인 시스템 용량을 증가시킬 수 있다.

Claims

다수의 단말과 기지국을 포함하는 OFDMA 이동통신 시스템의 협력 전송 방법에 있어서,

상기 단말들은 자신에게 할당된 부반송파를 이용하여 상기 기지국으로 신호를 전송하는 단계;

각 단말은 타 단말이 상기 기지국으로 전송한 상기 신호를 듣는 단계; 및

각 단말은 상기 타 단말의 부반송파와 동일한 부반송파를 이용하여 자신이 들은 상기 타 단말의 신호를 상기 기지국으로 협력 전송하는 단계를 포함하는 OFDMA 이동통신 시스템의 협력 전송 방법.
제 1 항에 있어서,

각 단말은 자신이 들은 상기 타 단말의 신호를 증폭하여 협력 전송하는 OFDMA 이동통신 시스템의 협력 전송 방법.
제 1 항에 있어서,

각 단말은 자신이 들은 상기 타 단말의 신호를 디코딩하여 재처리한 후 협력 전송하는 OFDMA 이동통신 시스템의 협력 전송 방법.
다수의 단말과 기지국을 포함하는 OFDMA 이동통신 시스템의 협력 전송 방법 에 있어서,

상기 기지국이 각 단말별로 신호를 전송하는 단계;

각 단말은 상기 기지국이 타 단말로 전송한 상기 신호를 듣는 단계; 및

각 단말은 상기 타 단말에 할당된 부반송파와 동일한 부반송파를 이용하여 자신이 들은 상기 타 단말의 신호를 상기 타 단말로 협력 전송하는 단계를 포함하는 OFDMA 이동통신 시스템의 협력 전송 방법.
소스국이 목적국으로 할당된 부반송파를 이용하여 신호를 전송하는 단계;

협동국이 상기 신호를 듣는 단계; 및

상기 협동국은 상기 소스국의 상기 부반송파와 동일한 부반송파를 이용하여 상기 신호를 상기 목적국으로 협동 전송하는 단계를 포함하는 OFDMA 이동통신 시스템의 협력 전송 방법.
신호를 전송하는 전송기;

타 단말에서 전송되는 신호를 듣는 수신기; 및

상기 수신기에서 상기 타 단말의 신호를 수신함에 따라 상기 타 단말의 부반송파와 동일한 부반송파를 이용하여 상기 타 단말의 신호를 협력 전송하는 제어기를 포함하는 단말.
신호를 전송하는 전송기;

타 단말에서 전송되는 신호를 듣는 수신기; 및

상기 수신기에서 상기 타 단말의 신호를 수신함에 따라 상기 타 단말의 부반송파와 서로 다른 부반송파를 이용하여 상기 타 단말의 신호를 협력 전송하는 제어기를 포함하는 단말.