以下の実施例は本発明の構成要素と特徴を所定の形態で結合したものである。各構成要素又は特徴は、別の明示的言及がない限り、選択的なものとして考慮することができる。各構成要素又は特徴は別の構成要素や特徴と結合しない形態で実施されてもよく、一部の構成要素及び/又は特徴を結合させて本発明の実施例を構成してもよい。本発明の実施例において説明される動作の順序は変更されてもよい。ある実施例の一部の構成や特徴は他の実施例に含まれてもよく、他の実施例の対応する構成又は特徴に取り替えられてもよい。
図面に関する説明において、本発明の要旨を曖昧にさせ得る手順又は段階などは記述を省略し、当業者のレベルで理解可能な程度の手順又は段階も記述を省略する。
明細書全体を通じて、ある部分がある構成要素を「含む(comprising又はincluding)」とされているとき、これは、別に反対の記載がない限り、他の構成要素を除外するものではなく、他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。また、明細書でいう“…部”、“…器”、“モジュール”などの用語は、少なくとも1つの機能や動作を処理する単位を意味し、これは、ハードウェア、ソフトウェア、又はハードウェア及びソフトウェアの結合によって具現化することができる。また、「ある(a又はan)」、「1つ(one)」、「その(the)」及び類似の関連語は、本発明を記述する文脈において(特に、以下の請求項の文脈において)本明細書に別に指示されたり文脈によって明らかに反駁されない限り、単数及び複数の両方を含む意味で使うことができる。
この明細書において本発明の実施例は基地局と移動局との間のデータ送受信関係を中心に説明されている。ここで、基地局は、移動局と通信を直接行うネットワークの終端ノード(terminal node)としての意味を有する。本文書において基地局によって行われるとされている特定動作は、場合によっては、基地局の上位ノード(upper node)によって行われてもよい。
即ち、基地局を含む複数のネットワークノード(network node)からなるネットワークにおいて、移動局との通信のために行われる様々な動作は、基地局、又は基地局以外の他のネットワークノードで行うことができる。このとき、「基地局」は、固定局(fixed station)、Node B、eNode B(eNB)、gNode B(gNB)、発展した基地局(ABS:Advanced Base Station)又はアクセスポイント(access point)などの用語に言い換えることができる。
また、本発明の実施例において、端末(Terminal)は、ユーザ機器(UE:User Equipment)、移動局(MS:Mobile Station)、加入者端末(SS:Subscriber Station)、移動加入者端末(MSS:Mobile Subscriber Station)、移動端末(Mobile Terminal)、又は発展した移動端末(AMS:Advanced Mobile Station)などの用語に言い換えることができる。
また、送信端はデータサービス又は音声サービスを提供する固定及び/又は移動ノードを意味し、受信端はデータサービス又は音声サービスを受信する固定及び/又は移動ノードを意味する。したがって、上りリンクでは移動局を送信端にし、基地局を受信端にすることができる。同様に、下りリンクでは移動局を受信端にし、基地局を送信端にすることができる。
本発明の実施例は、無線アクセスシステムであるIEEE 802.xxシステム、3GPP(3rd Generation Partnership Project)システム、3GPP LTEシステム及び3GPP 5G NRシステム及び3GPP2システムのうち少なくとも1つに開示されている標準文書によってサポートすることができ、特に、本発明の実施例は、3GPP TS 36.211、3GPP TS 36.212、3GPP TS 36.213、3GPP TS 36.321、3GPP TS 36.331、3GPP TS 38.211、3GPP TS 38.212、3GPP TS 38.213、3GPP TS 38.321及び3GPP TS 38.331の文書によってサポートすることができる。即ち、本発明の実施例のうち、説明していない自明な段階又は部分は、上記文書を参照して説明することができる。また、本文書に開示している用語はいずれも、上記標準文書によって説明することができる。
以下、本発明に係る好適な実施形態を添付の図面を参照して詳しく説明する。添付の図面と共に以下に開示する詳細な説明は、本発明の例示的な実施形態を説明するためのもので、本発明が実施され得る唯一の実施形態を表すことを意図するものではない。
また、本発明の実施例で使われる特定の用語は本発明の理解し易さのために提供されるものであり、このような特定の用語の使用は本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で他の形態に変更されてもよい。
例えば、送信機会区間(TxOP:Transmission Opportunity Period)という用語は、送信区間、送信バースト(Tx burst)又はRRP(Reserved Resource Period)という用語と同じ意味で使うことができる。また、LBT(Listen Before Talk)過程は、チャネル状態が遊休であるか否かを判断するためのキャリアセンシング過程、CCA(Clear Channel Accessment)、チャネルアクセス過程(CAP:Channel Access Procedure)と同じ目的で行うことができる。
以下、本発明の実施例を利用可能な無線アクセスシステムの一例として3GPP LTE/LTE-Aシステムについて説明する。
以下の技術は、CDMA(code division multiple access)、FDMA(frequency division multiple access)、TDMA(time division multiple access)、OFDMA(orthogonal frequency division multiple access)、SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access)などのような様々な無線アクセスシステムに適用することができる。
CDMAは、UTRA(Universal Terrestrial Radio Access)やCDMA2000のような無線技術(radio technology)によって具現化することができる。TDMAは、GSM(Global System for Mobile communications)/GPRS(General Packet Radio Service)/EDGE(Enhanced Data Rates for GSM Evolution)のような無線技術によって具現化することができる。OFDMAは、IEEE 802.11(Wi-Fi)、IEEE 802.16(WiMAX)、IEEE 802-20、E-UTRA(Evolved UTRA)などのような無線技術によって具現化することができる。
UTRAはUMTS(Universal Mobile Telecommunications System)の一部である。3GPP LTE(Long Term Evolution)はE-UTRAを用いるE-UMTS(Evolved UMTS)の一部であり、下りリンクでOFDMAを採用し、上りリンクでSC-FDMAを採用する。LTE-A(Advanced)システムは3GPP LTEシステムを改良したシステムである。本発明の技術的特徴に関する説明を明確にするために、本発明の実施例は3GPP LTE/LTE-Aシステムを中心に述べられるが、IEEE 802.16e/mシステムなどに適用されてもよい。
1.3GPP LTE/LTE A システム
1.1.物理チャネル及びこれを用いた信号送受信方法
無線アクセスシステムにおいて端末は下りリンク(DL:Downlink)で基地局から情報を受信し、上りリンク(UL:Uplink)で基地局に情報を送信する。基地局と端末とが送受信する情報は一般データ情報及び種々の制御情報を含み、基地局と端末とが送受信する情報の種類/用途によって様々な物理チャネルが存在する。
図1は、本発明の実施例で使用可能な物理チャネル及びそれらを用いた信号送信方法を説明するための図である。
電源が消えた状態で電源がついたり、新しくセルに進入したりした端末は、S11段階で、基地局と同期を取るなどの初期セルサーチ(Initial cell search)作業を行う。そのために、端末は基地局から主同期チャネル(P-SCH:Primary Synchronization Channel)及び副同期チャネル(S-SCH:Secondary Synchronization Channel)を受信して基地局と同期を取り、セルIDなどの情報を取得する。
その後、端末は基地局から物理放送チャネル(PBCH:Physical Broadcast Channel)信号を受信してセル内放送情報を取得することができる。
一方、端末は初期セルサーチ段階で下りリンク参照信号(DL RS:Downlink Reference Signal)を受信して下りリンクチャネル状態を確認することができる。
初期セルサーチを終えた端末は、S12段階で、物理下りリンク制御チャネル(PDCCH:Physical Downlink Control Channel)、及び物理下りリンク制御チャネル情報に対応する物理下りリンク共有チャネル(PDSCH:Physical Downlink Control Channel)を受信して、より具体的なシステム情報を取得することができる。
その後、端末は基地局への接続を完了するために、段階S13~段階S16のようなランダムアクセス過程(Random Access Procedure)を行うことができる。そのために、端末は物理ランダムアクセスチャネル(PRACH:Physical Random Access Channel)でプリアンブル(preamble)を送信し(S13)、物理下りリンク制御チャネル及びそれに対応する物理下りリンク共有チャネルでプリアンブルに対する応答メッセージを受信することができる(S14)。競合ベースのランダムアクセスでは、端末は、更なる物理ランダムアクセスチャネル信号の送信(S15)、及び物理下りリンク制御チャネル信号及びそれに対応する物理下りリンク共有チャネル信号の受信(S16)のような競合解決手順(Contention Resolution Procedure)を行うことができる。
上述したような手順を行った端末は、その後、一般的な上りリンク/下りリンク信号送信手順として、物理下りリンク制御チャネル信号及び/又は物理下りリンク共有チャネル信号の受信(S17)、及び物理上りリンク共有チャネル(PUSCH:Physical Uplink Shared Channel)信号及び/又は物理上りリンク制御チャネル(PUCCH:Physical Uplink Control Channel)信号の送信(S18)を行うことができる。
端末が基地局に送信する制御情報を総称して上りリンク制御情報(UCI:Uplink Control Information)という。UCIは、HARQ-ACK/NACK(Hybrid Automatic Repeat and reQuest Acknowledgement/Negative-ACK)、SR(Scheduling Request)、CQI(Channel Quality Indication)、PMI(Precoding Matrix Indication)、RI(Rank Indication)情報などを含む。
LTEシステムにおいてUCIは一般的にPUCCHで周期的に送信されるが、制御情報とトラフィックデータが同時に送信されるべき場合にはPUSCHで送信されてもよい。また、ネットワークの要求/指示によってPUSCHでUCIを非周期的に送信することもできる。
1.2.リソースの構造
図2は、本発明の実施例で用いられる無線フレームの構造を示す図である。
図2(a)はタイプ1フレーム構造(frame structure type 1)を示す。タイプ1フレーム構造は、全二重(full duplex)FDD(Frequency Division Duplex)システムにも半二重(half duplex)FDDシステムにも適用可能である。
1無線フレーム(radio frame)はTf=307200*Ts=10msの長さを有するものであり、Tslot=15360*Ts=0.5msの均等な長さを有し、0~19のインデックスが与えられた20個のスロットで構成される。1サブフレームは2個の連続したスロットで定義され、i番目のサブフレームは、2iと2i+1に該当するスロットで構成される。すなわち、無線フレーム(radio frame)は10個のサブフレーム(subframe)で構成される。1サブフレームを送信するためにかかる時間をTTI(transmission time interval)という。ここで、Tsはサンプリング時間を表し、Ts=1/(15kHz×2048)=3.2552×10-8(約33ns)と表示される。スロットは時間領域において複数のOFDMシンボル又はSC-FDMAシンボルを含み、周波数領域において複数のリソースブロック(Resource Block)を含む。
1スロットは時間領域において複数のOFDM(orthogonal frequency division multiplexing)シンボルを含む。3GPP LTEは下りリンクにおいてOFDMAを用いるので、OFDMシンボルは1シンボル区間(symbol period)を表現するためのものである。OFDMシンボルは1つのSC-FDMAシンボル又はシンボル区間ということができる。リソースブロック(resource block)はリソース割り当て単位であり、1つのスロットで複数の連続した副搬送波(subcarrier)を含む。
全二重FDDシステムでは各10msの区間において10個のサブフレームを下りリンク送信と上りリンク送信のために同時に利用することができる。このとき、上りリンクと下りリンク送信は周波数領域において分離される。これに対し、半二重FDDシステムでは端末が送信と受信を同時に行うことができない。
上述した無線フレームの構造は1つの例示に過ぎず、無線フレームに含まれるサブフレームの数、サブフレームに含まれるスロットの数、又はスロットに含まれるOFDMシンボルの数は様々に変更されてもよい。
図2(b)はタイプ2フレーム構造(frame structure type 2)を示す。タイプ2フレーム構造はTDDシステムに適用される。1無線フレーム(radio frame)はTf=307200*Ts=10msの長さを有し、153600*Ts=5msの長さを有する2個のハーフフレーム(half-frame)で構成される。各ハーフフレームは30720*Ts=1msの長さを有する5個のサブフレームで構成される。i番目のサブフレームは2iと2i+1に該当する各Tslot=15360*Ts=0.5msの長さを有する2個のスロットで構成される。ここで、Tsはサンプリング時間を表し、Ts=1/(15kHz×2048)=3.2552×10-8(約33ns)と表示される。
タイプ2フレームはDwPTS(Downlink Pilot Time Slot)、ガード区間(GP:Guard Period)、UpPTS(Uplink Pilot Time Slot)の3つのフィールドで構成される特別サブフレームを含む。ここで、DwPTSは、端末における初期セルサーチ、同期化又はチャネル推定に用いられる。UpPTSは、基地局におけるチャネル推定と端末の上り伝送の同期化に用いられる。ガード区間は、上りリンクと下りリンクとの間に下りリンク信号の多重経路遅延によって上りリンクにおいて干渉を除去するための区間である。
次の表1は、特別フレームの構成(DwPTS/GP/UpPTSの長さ)を表す。
またLTE Rel-13システムにおいては、特別フレームの構成(DwPTS/GP/UpPTSの長さ)が下記の表のようにX(追加的なSC-FDMAのシンボルの数、上位層パラメータsrs-UpPtsAddにより提供され、パラメータが設定されないと、Xは0である)を考慮して設定される構成が新しく追加されており、LTE Rel-14システムにおいては、Special subframe configuration#10が新しく追加されている。ここで、UEは、下りリンクにおける一般CPのためのSpecial subframe configurations{3,4,7,8}及び下りリンクにおける拡張されたCPのためのSpecial subframe configurations{2,3,5,6}に対して2つの追加UpPTS SC-FDMAシンボルが設定されることを期待しない。さらに、UEは、下りリンクにおける一般CPのためのSpecial subframe configurations{1,2,3,4,6,7,8}及び下りリンクにおける拡張されたCPのためのSpecial subframe configurations{1,2,3,5,6}に対して4つの追加UpPTS SC-FDMAシンボルが設定されることを期待しない。(The UE is not expected to be configured with 2 additional UpPTS SC-FDMA symbols for special subframe configurations{3,4,7,8} for normal cyclic prefix in downlink and special subframe configurations{2,3,5,6} for extended cyclic prefix in downlink and 4 additional UpPTS SC-FDMA symbols for special subframe configurations{1,2,3,4,6,7,8} for normal cyclic prefix in downlink and special subframe configurations{1,2,3,5,6} for extended cyclic prefix in downlink)
図3は、本発明の実施例で利用可能な下りリンクスロットに対するリソースグリッド(resource grid)を例示する図である。
図3を参照すると、1つの下りリンクスロットは時間領域において複数のOFDMシンボルを含む。ここで、1つの下りリンクスロットは7個のOFDMシンボルを含み、1つのリソースブロックは周波数領域において12個の副搬送波を含むとしているが、これに限定されるものではない。
リソースグリッド上で各要素をリソース要素といい、1つのリソースブロックは12×7個のリソース要素を含む。下りリンクスロットに含まれるリソースブロックの数NDLは、下りリンク送信帯域幅(bandwidth)に従属する。
図4には、本発明の実施例で利用可能な上りリンクサブフレームの構造を示す。
図4を参照すると、上りリンクサブフレームは、周波数領域において制御領域とデータ領域とに分けることができる。制御領域には、上りリンク制御情報を搬送するPUCCHが割り当てられる。データ領域には、ユーザデータを搬送するPUSCHが割り当てられる。単一搬送波特性を維持するために1つの端末はPUCCHとPUSCHを同時に送信しない。1つの端末に対するPUCCHにはサブフレーム内にRB対が割り当てられる。RB対に属するRBは2個のスロットのそれぞれにおいて異なる副搬送波を占める。このようなPUCCHに割り当てられたRB対は、スロット境界(slot boundary)で周波数ホッピング(frequency hopping)する、という。
図5は、本発明の実施例で利用可能な下りリンクサブフレームの構造を示す図である。
図5を参照すると、サブフレームにおける一番目のスロットにおいてOFDMシンボルインデックス0から最大で3個までのOFDMシンボルが、制御チャネルが割り当てられる制御領域(control region)であり、残りのOFDMシンボルは、PDSCHが割り当てられるデータ領域(data region)である。3GPP LTEで用いられる下りリンク制御チャネルの例に、PCFICH(Physical Control Format Indicator Channel)、PDCCH、PHICH(Physical Hybrid-ARQ Indicator Channel)などがある。
PCFICHはサブフレームの一番目のOFDMシンボルで送信され、サブフレームにおいて制御チャネルの送信のために用いられるOFDMシンボルの数(すなわち、制御領域のサイズ)に関する情報を搬送する。PHICHは、上りリンクに対する応答チャネルであり、HARQ(Hybrid Automatic Repeat Request)に対するACK(Acknowledgement)/NACK(Negative-Acknowledgement)信号を搬送する。PDCCHで送信される制御情報を下りリンク制御情報(DCI:downlink control information)という。下りリンク制御情報は、上りリンクリソース割り当て情報、下りリンクリソース割り当て情報、又は任意の端末グループに対する上りリンク送信(Tx)電力制御命令を含む。
2.新しい無線アクセス技術(New Radio Access Technology)システム
多数の通信機器がより大きな通信容量を要求することにより、既存の無線アクセス技術(radio access technology、RAT)に比べて向上した端末広帯域(Mobile Broadband)通信の必要性が高まっている。また多数の機器及び物を連結していつでもどこでも多様なサービスを提供する大規模(massive)MTC(Machine Type Communications)も必要となっている。さらに信頼性及び遅延などに敏感なサービス/UEを考慮した通信システムのデザインが提示されている。
このように向上した端末広帯域通信(Enhanced mobile broadband communication)、大規模MTC、URLLC(Ultra-Relialbe and Low Latency Communication)などを考慮した新しい無線アクセス技術であって、新しい無線アクセス技術システムが提案されている。以下、本発明では便宜上、該当技術をNew RAT又はNR(New Radio)と称する。
2.1.ニューマロロジー(Numeriologies)
本発明が適用可能なNRシステムにおいては、以下の表のような様々なOFDMニューマロロジーが支援されている。この時、搬送波帯域幅部分(carrier bandwidth part)ごとのμ及びサイクリックプレフィックス(cyclic prefix)情報は、下りリンク(DL)又は上りリンク(UL)ごとに各々シグナリングされる。一例として、下りリンク搬送波帯域幅部分(downlink carrier bandwidth part)のためのμ及びサイクリックプレフィックス(cyclic prefix)情報は、上位層シグナリングDL-BWP-mu及びDL-MWP-cpを通じてシグナリングされる。他の例として、上りリンク搬送波帯域幅部分(uplink carrier bandwidth part)のためのμ及びサイクリックプレフィックス(cyclic prefix)情報は、上位層シグナリングUL-BWP-mu及びUL-MWP-cpを通じてシグナリングされる。
2.2.フレーム構造
下りリンク及び上りリンクの伝送は10msの長さのフレームで構成される。フレームは1msの長さの10個のサブフレームで構成される。この時、各々のサブフレームごとに連続するOFDMのシンボルの数は
である。
各々のフレームは2つの同じサイズのハーフフレーム(half-frame)で構成される。この時、各々のハーフフレームはサブフレーム0-4及びサブフレーム5-9で構成される。
副搬送波間隔(subcarrier spacing)μに対して、スロットは1つのサブフレーム内において昇順に
のようにナンバリングされ、1つのフレーム内において昇順に
のようにナンバリングされる。この時、1つのスロット内に連続するOFDMのシンボルの数
は、サイクリックプレフィックスによって以下の表のように決定される。1つのサブフレーム内の開始スロット
は、同じサブフレーム内の開始OFDMのシンボル
と時間の次元で整列されている(aligned)。以下の表3は一般サイクリックプレフィックス(normal cyclic prefix)のためのスロットごと/フレームごと/サブフレームごとのOFDMのシンボルの数を示し、表4は拡張されたサイクリックプレフィックス(extended cyclic prefix)のためのスロットごと/フレームごと/サブフレームごとのOFDMのシンボルの数を示す。
本発明が適用可能なNRシステムにおいては、上記のようなスロット構造であって、セルフスロット構造(Self-Contained subframe structure)が適用されている。
図6は本発明に適用可能なセルフサブフレーム構造(Self-Contained subframe structure)を示す図である。
図6において、斜線領域(例えば、symbol index=0)は下りリンク制御(downlink control)領域を示し、黒色領域(例えば、symbol index=13)は上りリンク制御(uplink control)領域を示す。その他の領域(例えば、symbol index=1~12)は下りリンクデータ伝送又は上りリンクデータ伝送のために使用される。
このような構造により基地局及びUEは1つのスロット内でDL伝送とUL伝送を順次に行うことができ、1つのスロット内でDLデータを送受信し、これに対するUL ACK/NACKも送受信することができる。結果として、この構造はデータ伝送エラーの発生時にデータの再伝送までにかかる時間を短縮させることにより、最終データ伝達の遅延を最小化することができる。
このようなセルフスロット構造においては、基地局とUEが送信モードから受信モードに、又は受信モードから送信モードに転換するために一定の時間長のタイムギャップ(time gap)が必要である。このために、セルフスロット構造においてDLからULに転換される時点の一部のOFDMシンボルは、ガード区間(guard period、GP)として設定されることができる。
以上ではセルフスロット構造がDL制御領域及びUL制御領域を全て含む場合を説明したが、制御領域はセルフスロット構造に選択的に含まれることができる。即ち、本発明によるセルフスロット構造は、図6に示したように、DL制御領域及びUL制御領域を全て含む場合だけではなく、DL制御領域又はUL制御領域のみを含む場合もある。
一例として、スロットは様々なスロットフォーマットを有することができる。この時、各々のスロットのOFDMシンボルは、下りリンク(‘D’と表す)、フレキシブル(‘X’と表す)及び上りリンク(‘U’と表す)に分類される。
従って、下りリンクスロットにおいてUEは下りリンク伝送が‘D’及び‘X’シンボルでのみ発生すると仮定できる。同様に、上りリンクスロットにおいてUEは上りリンク伝送が‘U’及び‘X’シンボルでのみ発生すると仮定できる。
2.3.アナログビームフォーミング(Analog Beamforming)
ミリ波(Millimeter Wave、mmW)では波長が短いので、同一面積に多数のアンテナエレメント(element)の設置が可能である。即ち、30GHz帯域において波長は1cmであるので、5*5cmのパネルに0.5lambda(波長)間隔で2次元(2-dimension)配列する場合、全100個のアンテナエレメントを設けることができる。これにより、ミリ波(mmW)では多数のアンテナエレメントを使用してビームフォーミング(beamforming、BF)利得を上げてカバレッジを増加させるか、或いはスループット(throughput)を向上させることができる。
この時、アンテナエレメントごとに伝送パワー及び位相の調節ができるように、各々のアンテナエレメントはTXRU(transceiver)を含む。これにより、各々のアンテナエレメントは周波数リソースごとに独立的なビームフォーミングを行うことができる。
しかし、100個余りの全てのアンテナエレメントにTXRUを設けることは費用面で実効性が乏しい。従って、1つのTXRUに多数のアンテナエレメントをマッピングし、アナログ位相シフター(analog phase shifter)でビーム方向を調節する方式が考えられている。かかるアナログビームフォーミング方式では全帯域において1つのビーム方向のみを形成できるので、周波数選択的なビームフォーミングが難しいという短所がある。
これを解決するために、デジタルビームフォーミング及びアナログビームフォーミングの中間形態として、Q個のアンテナエレメントより少ない数のB個のTXRUを有するハイブリッドビームフォーミング(hybrid BF)が考えられる。この場合、B個のTXRUとQ個のアンテナエレメントの連結方式によって差はあるが、同時に伝送可能なビームの方向はB個以下に制限される。
図7及び図8は、TXRUとアンテナエレメント(element)の代表的な連結方式を示す図である。ここで、TXRU仮想化(virtualization)モデルは、TXRUの出力信号とアンテナエレメントの出力信号との関係を示す。
図7はTXRUがサブアレイ(sub-array)に連結された方式を示している。図7の場合、アンテナエレメントは1つのTXRUのみに連結される。
反面、図8はTXRUが全てのアンテナエレメントに連結された方式を示している。図8の場合、アンテナエレメントは全てのTXRUに連結される。この時、アンテナエレメントが全てのTXRUに連結されるためには、図8に示したように、別の加算器が必要である。
図7及び図8において、Wはアナログ位相シフター(analog phase shifter)により乗じられる位相ベクトルを示す。即ち、Wはアナログビームフォーミングの方向を決定する主要パラメータである。ここで、CSI-RSアンテナポートと複数のTXRUとのマッピングは1:1又は1:多である。
図7の構成によれば、ビームフォーミングのフォーカシングが難しいという短所があるが、全てのアンテナ構成を安価に構成できるという長所がある。
図8の構成によれば、ビームフォーミングのフォーカシングが容易であるという長所がある。但し、全てのアンテナエレメントにTXRUが連結されるので、全体の費用が増加するという短所がある。
本発明が適用可能なNRシステムにおいて、複数のアンテナが使用される場合、デジタルビームフォーミング(Digital beamforming)及びアナログビームフォーミングを結合したハイブリッドビームフォーミング(hybrid beamforming)方式が適用される。この時、アナログビームフォーミング(又はRF(radio frequency)ビームフォーミング)は、RF端でプリコーディング(又は組み合わせ(combining))を行う動作を意味する。またハイブリッドビームフォーミングにおいて、ベースバンド(baseband)端とRF端は各々プリコーティング(又は組み合わせ)を行う。これによりRFチェーンの数とD/A(Digital to analog)(又はA/D(analog to digital))コンバーターの数を減らしながらデジタルビームフォーミングに近接する性能を得られるという長所がある。
説明の便宜上、ハイブリッドビームフォーミングの構造は、N個の送受信端(transceiver unit、TXRU)とM個の物理的アンテナで表すことができる。この時、送信端から伝送するL個のデータ層(digital layer)に対するデジタルビームフォーミングは、N*L(L by L)行列で表される。その後、変換されたN個のデジタル信号はTXRUを介してアナログ信号に変換され、変換された信号に対してM*N(M by N)行列で表されるアナログビームフォーミングが適用される。
図9は、本発明の一例によるTXRU及び物理的アンテナ観点におけるハイブリッドビームフォーミングの構造を簡単に示す図である。この時、図9においてデジタルビームの数はL個であり、アナログビームの数はN個である。
さらに、本発明が適用可能なNRシステムにおいては、基地局がアナログビームフォーミングをシンボル単位で変更できるように設計して、所定の地域に位置した端末に効率的なビームフォーミングを支援する方法が考えられる。さらに、図9に示したように、所定のN個のTXRUとM個のRFアンテナを1つのアンテナパネルに定義した時、本発明によるNRシステムにおいては、互いに独立したハイブリッドビームフォーミングが適用可能な複数のアンテナパネルを導入する案も考えられる。
以上のように基地局が複数のアナログビームを活用する場合、端末ごとに信号の受信に有利なアナログビームが異なる。よって本発明が適用可能なNRシステムにおいては、基地局が所定のサブフレーム(SF)内でシンボルごとに異なるアナログビームを適用して(少なくとも同期信号、システム情報、ページング(paging)など)信号を伝送することにより、全ての端末が受信機会を得るようにするビームスウィーピング(beam sweeping)動作が考えられている。
図10は本発明の一例による下りリンク(Downlink、DL)伝送過程において、同期信号(Synchronization signal)とシステム情報(System information)に対するビームスウィーピング(Beam sweeping)動作を簡単に示す図である。
図10において、本発明が適用可能なNRシステムのシステム情報がブロードキャスティング(Broadcasting)方式で伝送される物理的リソース(又は物理チャネル)を、xPBCH(physical broadcast channel)と称する。この時、1つのシンボル内で互いに異なるアンテナパネルに属する複数のアナログビームは同時に伝送可能である。
また図10に示したように、本発明が適用可能なNRシステムにおいて、アナログビームごとのチャネルを測定するための構成であって、(所定のアンテナパネルに対応する)単一のアナログビームが適用されて伝送される参照信号(Reference signal、RS)であるビーム参照信号(Beam RS、BRS)の導入が論議されている。BRSは複数のアンテナポットに対して定義され、BRSの各々のアンテナポットは単一のアナログビームに対応する。この時、BRSとは異なり、同期信号又はxPBCHは、任意の端末がよく受信するようにアナログビームのグループ内の全てのアナログビームが適用されて伝送される。
3.NB-IoT(Narrow Band-Internet of Things)
以下、NB-IoTの技術的特徴について詳しく説明する。この時、説明の便宜上、以下では3GPP LTE標準に基づくNB-IoTを中心として説明するが、該当構成は3GPP NR標準についても同様に適用できる。このために、一部の技術構成を変更して解釈することもできる(例えば、サブフレーム->スロット)。
従って、以下では、LTE標準技術を基準としてNB-IoT技術について詳しく説明するが、当業者が容易に導き出せる範囲内でLTE標準技術をNR標準技術に代替して解釈してもよい。
3.1.運用モード及び周波数
NB-IoTはIn-band、guard band、stand-aloneの3つの運用モードを支援し、モードごとに同じ要求事項が適用される。
(1)In-bandモードでは、LTE(Long-Term Evolution)帯域内のリソースのうちの一部をNB-IoTに割り当てて運用する。
(2)Guard bandモードでは、LTEの保護周波数帯域を活用し、NB-IoTキャリアはLTEの縁部の副搬送波にできる限り近く配置される。
(3)Stand-aloneモードでは、GSM(Global System for Mobile Communications)帯域内の一部のキャリアを別に割り当てて運営する。
NB-IoT端末は、初期同期化のために100kHz単位でアンカーキャリア(anchor carrier)を探索し、In-band及びguard bandのアンカーキャリアの中心周波数は100kHzチャネルラスター(channel raster)から±7.5kHz以内に位置しなければならない。また、LTE PRBのうち、真ん中の6PRBはNB-IoTに割り当てない。よって、アンカーキャリアは特定のPRB(Physical Resource Block)にのみ位置することができる。
図11はLTE帯域幅10MHzに対するIn-bandアンカーキャリアの配置を簡単に示す図である。
図11に示したように、DC(Direct Current)副搬送波は、チャネルラスターに位置する。隣接PRB間の中心周波数の間隔は180kHzであるので、PRBインデックス4、9、14、19、30、35、40、45はチャネルラスターから±2.5kHに中心周波数が位置する。
同様に、帯域幅20MHzである場合にも、アンカーキャリアの送信に適するPRBの中心周波数は、チャネルラスターから±2.5kHzに位置し、帯域幅3MHz、5MHz、15MHzの場合には±7.5kHzに位置する。
Guard bandモードの場合、帯域幅10MHzと20MHzについてLTEの縁部のPRBにすぐ隣接するPRBがチャネルラスターから±2.5kHzに中心周波数が位置し、3MHz、5MHz、15MHzの場合には、縁部のPRBから3つの副搬送波に該当する保護周波数帯域を使用することにより、チャネルラスターから±7.5kHzにアンカーキャリアの中心周波数が位置することができる。
Stand-aloneモードのアンカーキャリアは、100kHzのチャネルラスターに整列され、DCキャリアを含む全てのGSMキャリアをNB-IoTアンカーキャリアとして活用することができる。
また、NB-IoTは多数のキャリア運用を支援し、In-band+In-band、In-band+guard band、guard band+guard band、stand-alone+stand-aloneの組み合わせが使用される。
3.2.物理チャネル
3.2.1.下りリンク(DL)
NB-IoT下りリンクは15kHzの副搬送波間隔を有するOFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)方式を使用する。これにより、副搬送波の間の直交性を提供してLTEシステムとの共存(coexistence)を円滑にする。
下りリンクには、NPBCH(Narrowband Physical Broadcast Channel)、NPDSCH(Narrowband Physical Downlink Shared Channel)、NPDCCH(Narrowband Physical Downlink control Channel)のような物理チャネルが提供され、物理信号としては、NPSS(Narrowband Primary Synchronization Signal)、NSSS(Narrowband Primary Synchronization Signal)、NRS(Narrowband Reference Signal)が提供される。
図12はFDD LTEシステムにおいて、下りリンク物理チャネル及び下りリンク信号が送信される位置を簡単に示す図である。
図12に示したように、NPBCHは各フレームの1番目のサブフレーム、NPSSは各フレームの6番目のサブフレーム、またNSSSは各偶数フレームの最後のサブフレームに送信される。
NB-IoT端末は網に接続するためにセルのシステム情報を得る必要がある。このために、セルサーチ過程によりセルとの同期を得なければならず、このための同期信号(NPSS、NSSS)が下りリンクに送信される。
NB-IoT端末は同期信号を用いて周波数、シンボル、フレーム同期を取得し、504個のPCID(Physical cell ID)を探索する。LTE同期信号は6PRBリソースにより送信されるように設計されており、1PRBを使用するNB-IoTへの再使用は不可能である。
よって、新しいNB-IoT同期信号が設計されてNB-IoTの3つの運用モードに同様に適用される。
より具体的には、NB-IoTシステムにおける同期信号であるNPSSは、シーケンスの長さが11であり、ルートインデックス(root index)値として5を有するZC(Zadoff-Chu)シーケンスで構成される。
この時、上記NPSSは以下の数式により生成されることができる。
ここで、シンボルインデックスlに対するS(l)は以下の表のように定義できる。
また、NB-IoTシステムにおける同期信号であるNSSSは、シーケンスの長さが131であるZCシーケンスとHadamardシーケンスのようなバイナリスクランブル(binary scrambling)シーケンスとの組み合わせで構成される。特に、NSSSはセル内のNB-IoT端末に上記シーケンスの組み合わせによってPCIDを指示する。
この時、上記NSSSは以下の数式により生成されることができる。
ここで、数2に適用される変数は以下のように定義できる。
また、バイナリシーケンスbq(m)は以下の表のように定義され、フレーム番号nfに対する巡回シフト(cyclic shift)θfは以下の数式のように定義されることができる。
NRSは下りリンク物理チャネルの復調に必要なチャネル推定のための基準信号として提供され、LTEと同じ方式で生成される。但し、初期化のための初期値としてNBNarrowband-Physical cell ID(PCID)を使用する。
NRSは1つ又は2つのアンテナポートに送信され、NB-IoTの基地局の送信アンテナは最大2つまで支援される。
NPBCHはNB-IoT端末がシステムに接続するために必ず知るべき最小限のシステム情報であるMIB-NB(Master Information Block-Narrowband)を端末に伝達する。
MIB-NBのTBS(Transport Block Size)は34ビットであり、640msのTTI(Transmission Time Interval)周期ごとに新しく更新されて送信され、運用モード、SFN(System Frame Number)、Hyper-SFN、CRS(Cell-specific Reference Signal)ポート数、チャネルラスターのオフセットなどの情報を含む。
NPBCH信号はカバレッジ向上のために全8回の繰り返し送信が可能である。
NPDCCHチャネルはNPBCHと同じ送信アンテナ構成を有し、3種類のDCI(Downlink control Information)フォーマットを支援する。DCI N0はNPUSCH(Narrowband Physical Uplink Shared Channel)のスケジュール情報を端末に送信する時に使用され、DCI N1とN2はNPDSCHの復調に必要な情報を端末に伝達する場合に使用される。NPDCCHはカバレッジ向上のために最大2048回の繰り返し送信が可能である。
NPDSCHはDL-SCH(Downlink-Shared Channel)、PCH(Paging Channel)のようなTrCH(Transport Channel)送信のための物理チャネルである。最大TBSは680ビットであり、カバレッジ向上のために最大2048回繰り返し送信が可能である。
3.2.2.上りリンク(UL)
上りリンク物理チャネルはNPRACH(Narrowband Physical Random Access Channel)、NPUSCHで構成され、シングルトーン(Single-tone)及びマルチトーン(Multi-tone)の送信を支援する。
マルチトーンの送信は15kHzの副搬送波間隔にのみ支援され、シングルトーンの送信は3.5kHzと15kHzの副搬送波間隔に支援される。
上りリンクにおいて、15Hzの副搬送波間隔は、LTEとの直交性を維持できるので最適の性能を提供するが、3.75kHzの副搬送波間隔は、直交性が瓦解して干渉による性能劣化が発生することができる。
NPRACHプリアンブルは4つのシンボルグループで構成され、ここで、各シンボルグループはCP(Cyclic Prefix)と5つのシンボルで構成される。NPRACHは3.75kHzの副搬送波間隔のシングルトーンの送信のみを支援し、互いに異なるセル半径を支援するために、66.7μsと266.67μsの長さのCPを提供する。各シンボルグループは周波数ホッピング(frequency hopping)を行うが、ホッピングパターンは以下の通りである。
1番目のシンボルグループを送信する副搬送波は、疑似ランダム(pseudo-random)方式で決定される。2番目のシンボルグループは1副搬送波、3番目のシンボルグループは6副搬送波、また4番目のシンボルグループは1副搬送波のホッピングを行う。
繰り返し送信の場合は、上記周波数ホッピングの手順を繰り返して適用し、カバレッジ向上のためにNPRACHプリアンブルは最大128回まで繰り返し送信が可能である。
NPUSCHは2つのフォーマットを支援する。Format 1はUL-SCH送信のためのものであり、最大TBS(transmission Block Size)は1000ビットである。Format 2はHARQ ACKシグナリングのような上りリンク制御情報の送信に使用される。Format 1はシングルトーン及びマルチトーン送信を支援し、format 2はシングルトーン送信のみ支援される。シングルトーンの送信の場合、PAPR(Peat-to-Average Power Ratio)を減らすために、p/2-BPSK(Binary Phase Shift Keying)、p/4-QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)を使用する。
3.2.3.リソースマッピング
Stand-aloneとguard bandのモードでは、1PRBに含まれた全てのリソースをNB-IoTに割り当てることができるが、In-bandモードの場合は、既存のLTE信号との直交性維持のためにリソースマッピングに制約がある。
NB-IoT端末は、システム情報がない状況で初期同期化のためにNPSS及びNSSSを検出しなければならない。従って、LTE制御チャネルの割り当て領域に分類されるリソース(各サブフレームの0~2番目のOFDMシンボル)はNPSS、NSSSに割り当てることができず、LTE CRSと重畳するRE(Resource Element)にマッピングされたNPSS、NSSSシンボルはパンクチャリングが必要である。
図13はIn-bandモードにおいてNB-IoT信号とLTE信号のリソース割り当ての例を簡単に示す図である。
図13に示したように、NPSS及びNSSSは容易な具現化のために、運用モードに関係なく従来のLTEシステムにおける制御チャネルのための送信リソース領域に該当するサブフレーム内の最初の3つのOFDMシンボルでは送信されない。従来のLTEシステムにおけるCRS(Common Reference Signal)及び物理リソース上で衝突するNPSS/NSSSのためのREはパンクチャリングされて、従来のLTEシステムに影響を及ぼさないようにマッピングされる。
セルサーチ後、NB-IoT端末はPCID以外のシステム情報がない状況でNPBCHを復調する。従って、LTE制御チャネルの割り当て領域にNPBCHシンボルをマッピングすることができない。また4つのLTEアンテナポート、2つのNB-IoTアンテナポートを仮定しなければならないので、それによるCRS及びNRSに割り当てられるREはNPBCHに割り当てることができない。従って、NPBCHは与えられる利用可能なリソースに合わせてレートマッチングを行う必要がある。
NPBCHの復調後、NB-IoT端末はCRSアンテナポート数に関する情報を得るが、相変わらず、LTE制御チャネルの割り当て領域の情報を把握できない。従って、SIB1(System Information Block type 1)データを送信するNPDSCHをLTE制御チャネルの割り当て領域に分類されたリソースにマッピングしない。
しかし、NPBCHとは異なり、LTE CRSに割り当てられないREをNPDSCHに割り当てることができる。SIB1の受信後、NB-IoT端末はリソースマッピングに関連する情報を全て獲得した状態であるので、LTE制御チャネル情報とCRSアンテナポート数に基づいてNPDSCH(SIB1を送信する場合を除く)とNPDCCHを利用可能なリソースにマッピングすることができる。
4.提案する実施例
以下、上記技術的思想に基づいて本発明で提案する構成についてより詳しく説明する。
NB-IoT端末は、他の無線通信システム(例:LTE)端末のカバレッジに対応する一般カバレッジ(normal coverage)及びそれより広い拡張カバレッジ(extended coverage)を全て支援できる。ここで、一般カバレッジと拡張カバレッジは各々SNR(Signal-to-Noise Ratio)の観点で-6dBと-12dBに該当し、それに対する要求値は3GPP TS 36.133“Requirements for support of radio resource management”などにより定義される。
この時、拡張カバレッジにおいて、NB-IoT端末のセルサーチ(cell search)時間は、特定の信頼度(例えば、90%)を満たすために多い時間を必要とすることができる。よって、本発明が適用可能なRel-15システム以後のLTE、NRシステムでは、NB-IoTのセルサーチ性能を向上させる方法が適用される。この時、セルサーチ性能の向上は、端末の向上した受信器(advanced receiver)により達成されるか、又は同期信号(synchronization signal)又はチャネルの追加送信により達成される。
以下、本発明では、NB-IoT端末のセルサーチ性能の向上のために同期信号又はチャネルを追加送信する方法として、新しいNPSSとNSSSについて詳しく説明する。
説明の便宜上、NB-IoTシステムで定義されたNPSS及びNSSSと本発明で提案する新しいNPSS及びNSSSを区分するために、新しいNPSSとNSSSを各々aNPSS(additional NPSS)とaNSSS(additional NSSS)と呼ぶ。
この時、aNPSSとaNSSSは基地局で常に送信されるか、又はサービングセル或いは測定のためのターゲットセルのaNPSSとaNSSSの設定情報が割り当てられた場合にのみ送信されることができる。
特に、aNPSS及びaNSSSは、基地局が特定区間の間にのみaNPSSとaNSSSを送信する場合にもレガシー(legacy)端末(例:Rel.15システム以前のシステムで支援するNB-IoT端末)のセルサーチ過程において性能の劣化を最小化するように設計される必要がある。よって、本発明では、上記のような事項を考慮したaNPSSとaNSSSについて詳しく説明する。
まず、NB-IoT端末のNPSSとNSSSを用いたセルサーチ過程は以下の順に行われる。
まず、NB-IoT端末は、周波数スキャン過程においてアンカーキャリア(anchor-carrier)を探すために、NB-IoTチャネルラスター(channel raster)の条件に該当する任意の搬送波周波数で180kHz帯域のNPSS検出を試みる。
この時、端末のNPSS検出方法は、端末の具現化方法によって様々な方法で行われる。一例として、3GPP TS 36.211の10.2.7.1に定義されたNPSS構造を考慮すると(数1を参照)、NB-IoT端末は11回繰り返されるOFDMシンボルの検出を試みてNPSS検出を行う。この時、各OFDMシンボルについてはNPSS検出過程で3GPP TS 36.211のTable 10.2.7.1.1-1に定義されているカバーコードS(l)(表6を参照)の除去が必要である。
もし、該当シンボルが検出されると、端末は検出された時点に位相オフセット(phase offset)を推定して、CFO(Carrier Frequency Offset)を推定できる。また、推定されたCFOを受信信号に補償して、端末はdl(n)に対する相互相関(cross-correlation)技法で正確なタイミングを推定することができる。
その後、端末は3GPP TS 36.211の10.2.7.2に定義されているNSSS(数2を参照)に対する検出を試みて、
とフレーム番号(frame number)を検出する。
ここで
は、3GPP TS 36.211のTable10.2.7.2.1-1と長さ131のZadoff-Chuシーケンスから誘導される。また、フレーム番号は、巡回シフト値に対する推定により検出される。
図12に示したように、NSSSは偶数番目の無線フレームの9番サブフレームにするので、端末はNPSSSの検出後に10msec単位の無線フレームの境界を分かることができる。但し、端末は20msec単位の偶数番目の無線フレームと奇数番目の無線フレームを区分できないので、端末は10msecごとにNSSSの検出を試みる。
以下の表は、上述したセルサーチ動作に基づいてインバンドの動作モード(in-band Operation mode)のNB-IoT端末が単一のセル(Single-cell)の環境で90%のセル検出達成のために必要とするNPSSとNSSSの検出時間を示す。ここで、-6dBと-12dB SNRは各々一般カバレッジと拡張カバレッジに該当し、-15dBはNB-IoT端末の最大カバレッジ環境に該当する。以下の表から分かるように、NB-IoT端末のセルサーチ時間の大部分はNPSS検出に費やされる。
以下、上記技術構成に基づいて本発明で提案する構成について説明する。
4.1.第1提案(aNPSSとaNSSSを含むアンカーキャリアの無線フレーム構造)
表10及び表11は各々本発明で提案するaNPSSとaNSSSを含むアンカーキャリアの無線フレーム構造の例を示す。
上記表において、“MIB”とSIB1”は各々“MIB-NB”と“SIB1-NB”を示し、“(SIB1)”は3GPP TS 36.213のTable 16.4.1.3-4でNPDSCHの数と
によって該当サブフレームの位置に“SIB1-NB”が位置するか又はそうではないことを意味する。
表10の構造において、aNPSSとaNSSSは各々subframe#6と#9に位置し、aNSSSは奇数番目の無線フレームにのみ位置する。
表11の構造において、aNPSSとaNSSSはいずれもsubframe#9に位置し、aNPSSとaNSSSは奇数番目の無線フレームで互いに重畳しないように交互に位置する。この時、aNPSSとaNSSSの送信順序を互いに入れ替えることができる。
以下、表10及び表11の構造による具体的な特徴について詳しく説明する。
4.1.1.表10の構造による特徴
表9のように、端末のセルサーチの大部分はNPSS検出に消費されるので、aNPSSはaNSSSよりも多く追加送信される必要がある。また、NB-IoT端末は、隣のセル測定(neighbor cell measurement)又はサービングセルトラッキング(serving cell tracking)などの理由で、特定期間の間にギャップが割り当てられることができるが、この時、RF電力を最小限に使用するためには、既存のNPSSと追加されるaNPSSが隣接するサブフレームで構成されることが、電力消費の観点で有利である。
従って、表10のように、aNPSSはsubframe#6に位置して送信されることにより、NB-IoT端末がNPSSとaNPSSを全て受信するために、RFに対してオンとオフを繰り返さないように設定できる。例えば、NPSSとaNPSSが隣接しないサブフレームに位置する場合(又は該当サブフレームで送信される場合)、NB-IoT端末は各サブフレームの前後でRFのオン/オフを行わなければならず、これによりRFのオン/オフ区間の前後で更なる電力消費が起こることができる。
また、aNPSSの位置が無線フレームごとに同じ特定のサブフレーム位置に固定されないと、NB-IoT端末は10msec単位でNPSS自己相関(auto-correlation)又は相互相関を累積するために、さらにメモリを必要とする。
初期セルサーチ過程でNPSSを使用して(又は追加aNPSSまで使用して)10msec単位の無線フレーム境界を検出すると、NB-IoT端末はNSSS検出を試みる。
この時、NB-IoT端末は20msec単位の偶数番目の無線フレームの位置を分からないので、各subframe#9の位置でNSSS検出を試みることができる。
従って、追加aNSSSがsubframe#9ではないところに位置すると、NB-IoT端末は各subframe#9と共に他のsubframe(aNSSSが送信される)まで受信する必要があるので、電力損失が発生する。
反面、奇数番目の無線フレームにaNSSSが位置すると、NB-IoT端末は各subframe#9の位置でNSSSとaNSSSの検出を試みてRF電力損失を最小化することができる。但し、aNPSSが位置するsubframe#6はインバンドの動作モードである場合、基地局でMBSFN(Multicast Broadcast Single Frequency Netowrk)サブフレームへの活用には制約が発生し得る。よって、本発明によれば、上記問題を解決するために、40msecの周期内で一部の無線フレームのsubframe#6でのみaNPSSが送信されることができる。
4.1.2.表11の構造による特徴
4.1.1.に説明したように、従来の無線通信システムにおいて基地局はsubframe#0,4,5,9を除いたサブフレームをMBSFNサブフレームとして活用できるので、かかる事項を考慮して、aNPSSとaNSSSは奇数番目の無線フレームのsubframe#9に交互に位置するように設定できる(又はsubframe#9で交互に送信できる)。ここで、aNPSSとaNSSSの送信順序を互いに入れ替えることができる。
但し、上記セルサーチ過程で上述したように、NB-IoT端末がaNPSSを10msec単位で累積して検出するにおいて、複雑度が増加することができ、aNSSSについても同様である。反面、上記構成は、NB-IoT端末がサービングセル基地局又は測定のためのターゲットセルの無線フレーム単位以上の同期を得ている場合は、有用に使用できるという長所がある。
4.1.3.小結
上述した表10の構造において、NSSSとaNSSSを含む(又は送信する)subframe#9でNRSは送信されないように設定できる。この時、legacy NB-IoT端末が奇数番目の無線フレームのsubframe#9でNRSを期待しないようにするための方法として、該当subframe(例:subframe#9)はDL-Bitmap-NBで0と指示される必要がある。
また、表11の構造でも同様に、aNPSSとaNSSSが送信される奇数番目の無線フレームのsubframe#9は、DL-Bitmap-NBで0と指示される必要がある。
また、逆の場合では、legacy NB-IoT端末が測定サブフレームとして活用するサブフレームでは、NRS REに対応するリソースでaNPSSとaNSSSシーケンスがNRSに代替されて送信されることができる。
又は、aNPSSとaNSSSが測定サブフレームの参照信号として活用される場合、NB-IoT端末の動作モードに関係なく、aNPSSとaNSSSにはNRSが含まれないことができる。
さらに、表10及び表11のsubframe#9のaNSSSはaNPSSに変更でき、subframe#9に送信される追加同期信号の種類(例:aNPSS又はaNSSSなど)にNRS送信と重畳するREでは追加同期信号ではないNRSが送信されることができる。
上記のように送信されるNRSは、その後に送信されるsubframe#0のMIBデコーディング及び端末のRRM(radio Resource Monitoring)の性能向上のために使用できる。即ち、subframe#9に送信されるNRSは、多重サブフレーム(multiple subframe)のNRSを用いる向上したチャネル測定性能を向上させることができる。
さらに、追加同期信号(例:aPSS、aNSSS)を検出できる端末は、さらにそれを用いて測定性能及びチャネル推定に活用することができる。
また、表10のsubframe#6と表10及び表11のsubframe#9でNPRS(Narrowband Positioning Reference Signal)が送信されるように設定される場合、該当参照信号(例:NPRS)が優先して送信されることができる。
4.2.第2提案(aNPSSとaNSSSを含む非アンカーキャリアの無線フレーム構造)
表12及び表13は各々、本発明で提案するNPSSとaNSSSを含む非アンカーキャリア(non-anchor carrier)の無線フレーム構造の例を示す。ここで、“NPSS”と“NSSS”はアンカーキャリアで送信されるサブフレームの位置を参照するために表したものであり、NPSS及びNSSSは実際の非アンカーキャリアで送信されない。
また、非アンカーキャリアのサブフレーム構造は、アンカーキャリアと同じ基地局で生成されるか又は他の基地局で生成され、非アンカーキャリアに対してアンカーキャリアと同じ動作モードが適用されるか又はそうではない。即ち、非アンカーキャリアに対して、必ずアンカーキャリアに対する同じ基地局によりサブフレーム構造が生成されるとは仮定せず、必ずアンカーキャリアと同じ動作モードであるとは仮定しない。但し、アンカーキャリアと非アンカーキャリアのサブフレームに対する番号は互いに同期化されていると仮定する。
表12の構造において、aNPSSとaNSSSは各々subframe#0とsubframe#4に位置し(又は対応するサブフレームで送信され)、aNSSSは奇数番目の無線フレームにのみ位置する(又は対応するサブフレームで送信される)。
表13の構造において、aNPSSとaNSSSはいずれもsubframe#0に位置し(又は対応するサブフレームで送信され)、aNPSSとaNSSSは奇数番目の無線フレームで互いに重畳しないように交互に位置する(又は対応するサブフレームで送信される)。この時、aNPSSとaNSSSの送信順序を互いに入れ替えることができる。
アンカーキャリアにおいてNPSSとNSSS及びNPBCH、SIB1-NBの送信サブフレームは各々subframe#5、9、0、4に対応する。これは、従来の無線通信システム(例:LTEシステム)でMBSFNサブフレームとして設定できないサブフレーム位置に該当する。
但し、NB-IoT端末のセル検出性能とシステム情報(例:MIB-NB、SIB1-NB)検出性能の向上のためにNPSSとNSSS及びNPBCH、SIB1-NBをさらに送信するにおいて、non-MBSFNサブフレームであるsubframe#0、4、5、9では十分ではない。かかる場合、NPSSとNSSSは非アンカーキャリアでさらに送信されることができ、この時、非アンカーキャリアでさらに送信されるNPSS及びNSSSは各々aNPSSとaNSSSである。
この時、aNPSSとaNSSSが送信される非アンカーキャリアでもnon-MBSFNサブフレーム位置でのみaNPSSとaNSSSが送信できると仮定すると、NB-IoT端末の周波数同調時間を保証するためのギャップ区間を考慮して、以下のような具体的な方法が考えられ。以下、表12及び表13の構造に対する具体的な特徴について説明する。
4.2.1.表12の構造による特徴
セル検出過程において、まず端末はNPSSを検出し、その後NSSSを検出する。この時、アンカーキャリアでNPSSの受信電力が低い場合、端末は非アンカーキャリアのaNPSSをさらに受信して性能を向上させることができる。アンカーキャリアのNPSSと非アンカーキャリアのaNPSSが送信されるサブフレーム位置が互いに連続する場合、NB-IoT端末は短い時間にアンカーキャリアと非アンカーキャリアの周波数同調を行う必要がある。これはNB-IoT端末の価格を上げる要因になる。
従って、NPSSとaNPSSの間に十分な時間ギャップを保証して、NB-IoT端末に対する周波数同調時間の要求条件を緩和することができる。
同様に、NSSSとaNSSSの間に十分な時間ギャップを保証するために、subframe#0、4、5、9のうち、subframe#4にaNSSSが割り当てられることができる。但し、subframe#4の位置に送信されるaNSSSは全ての無線フレーム内のsubframe#4で送信されるか、奇数又は偶数番目の無線フレーム内のsubframe#4にのみ送信されることもできる。
4.2.2.表13の構造による特徴
上述したように、従来の無線通信システム(例:LTEシステム)において基地局は、subframe#0、4、5、9を除いたサブフレームをMBSFNサブフレームとして活用できる。よって、本発明によるaNPSSとaNSSSはいずれもsubframe#0に位置付けることができる(又はsubframe#0により送信できる)。
ここで、aNPSSとaNSSSの送信順序が入れ替えられると、アンカーキャリアにおけるNSSS送信後に続く他の無線フレームのsubframe#0でNSSSが送信されることができる。但し、この場合、該当信号を受信するためのNB-IoT端末の周波数チューニングギャップ(frequency tuning gap)を考慮した時、このような動作は好ましくない。
よって、NSSSとaNSSSの間に十分な周波数同調ギャップを保証するための案として、aNPSSとaNSSSの送信無線フレームは表13のように構成できる。
上述した表12及び表13の構成において、非アンカーキャリアで送信されるaNPSSとaNSSSは各々従来の無線通信システムのアンカーキャリアで送信されるNPSS及びNSSSと同一であるか、又は後述する方法で構成される。
4.3.第3提案(aNPSS構成)
3GPP TS 36.211の10.2.7.1に定義されたNPSSのシーケンスは以下の数式の通りである。参考として、以下の数式は上記数1と同じである。
ここで、uの値が5に定義されることにより、数4は長さ11とルート5を有するZadoff-Chuシーケンスを意味する。
Zadoff-Chuシーケンスは11OFDMシンボルにわたって送信され、各OFDMシンボルは数4のように、3GPP TS 36.211のTable 10.2.7.1.1-1に定義されたカバーコードS(l)(表6を参照)をZadoff-Chuシーケンスに乗じて構成される。このような構成は全てのNB-IoTアンカーキャリアのNPSSに同様に適用される。
もし追加されるaNPSSが数4に定義された従来のNPSSと同じ信号で構成される場合、NB-IoT端末は検出されたシーケンスがNPSSとaNPSSの両方を送信する基地局から受信されたものであるか、又は互いに異なる送信時間を有する基地局からNPSSを受信したものであるかを区分できない問題があり得る。
従って、aNPSSは既存のNPSSとは異なるように構成される必要があり、またNPSSのPAPRより高くなく、NB-IoT端末の具現化及び演算複雑度の増加を最小化する方法で設計する必要がある。これを達成するために、本発明では既存のNPSSの構造をそのまま使用し、Zadoff-ChuシーケンスのルートインデックスとカバーコードS(l)を変形してaNPSSを設計する方法について詳しく説明する。
4.3.1. Zadoff-Chuシーケンス
本発明で提案するaNPSSは、数4に適用されたuの値としては6を適用できる。
一般的には、長さLを有するZadoff-ChuシーケンスのルートがuとL-uである場合、2つのシーケンスは互いに複素共役(complex conjugate)の関係にあるので、サンプルごとに1回の虚数乗法(complex multiplication)により相互相関を算出できるという長所がある。また、これにより従来のNPSSと同一のPAPR特性を達成でき、長さLのシーケンス内で既存のNPSSと相互相関値は
のように低い値を有することができるという長所がある。
これにより、Legacy NB-IoT端末はaNPSSを検出できない確率が高く、aNPSSを用いるNB-IoT端末はNPSSに対する相互相関モジュールを再活用することができる。
また、上記構成は初期セルの検索時に該当アンカーキャリアで基地局がaNPSSを送信するか否かを分からない場合、複雑度の側面で特に長所がある。また、aNPSSが従来の無線通信システムで定義されたシーケンスと同じ構造を有するので、NPSSとaNPSSに対する各々の相互相関値を累積するにおいて、同じ加重値を適用できるという長所がある。
4.3.2.カバーコード
NB-IoT端末は、数4に定義されたカバーコードS(l)の特性を用いて、NPSS検出に自己相関特性に基づくセルサーチを行うことができる。このような端末の具現化を考慮すると、上述したroot u=6が適用されたaNPSSは、既存のNPSSのroot u=5との区分が難しい。
よって、NPSSのカバーコードと相互相関特性の低い新しいカバーコードをaNPSSに適用する必要がある。
図14は従来のNPSSのカバーコードによるNPSSの自己相関特性を示す図であり、図15乃至図17は本発明によるaNPSSに対して提案するカバーコードを適用した場合の自己相関特性を示す図である。
より具体的には、図14は従来のNPSSに対してカバーコードS=[1 1 1 1 -1 -1 1 1 1 -1 1]が適用された場合のNPSSの自己相関特性を示し、図15は本発明で提案するaNPSSに対してカバーコードS=[1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 1]が適用された場合のaNPSSの自己相関特性を示し、図16は本発明で提案するaNPSSに対してカバーコードS=[-1 -1 1 -1 -1 -1 1 -1 1 1 1]が適用された場合のaNPSSの自己相関特性を示し、また図17は本発明で提案するaNPSSに対してカバーコードS=[1 1 -1 1 -1 -1 1 -1 1 -1 1]が適用された場合のaNPSSの自己相関特性を示す。
図14乃至図17において、‘legacy NB-IoT’に該当するグラフはNB-IoT端末が従来のNPSSカバーコードを使用して自己相関を推定した場合を示し、‘Proposed NB-IoTグラフ’は図ごとに新しく提案されたカバーコードを適用して自己相関を推定した場合を示す。また、図14乃至図17において、自己相関
は3GPP論文のR1-161981の5.2に定義したStep-3の
を示す。
図14に示したように、NPSSのカバーコードを活用する場合、自己相関値は正確なタイミングである特定の
で最大値を有し、該当タイミングの付近のタイミングについて狭い領域でピーク値を有する。また最大値を含むピークを除いたサイドピーク値は相対的に低い値を有する。
反面、図15に適用されたカバーコードの場合、サイドピーク値をほぼ有さないが、正確なタイミングの近所のタイミングで広い領域で(広い)ピークを有するという短所がある。この場合、端末のタイミング推定性能に劣化が起こることができる。
図16に適用されたカバーコードの場合、正確なタイミング位置で狭いピークを有するが、互いに隣接する領域にわたって相対的に高いサイドピーク値を有する。
図17においては、正確なタイミング位置に図14のような狭いピークを有し、図16より低いサイドピークを有することが分かる。またlegacy NB-IoT端末のNPSS検出に対してほぼ影響を与えない自己相関特性(図13のNPSS自己相関の最大値と比較して約8倍低い自己相関値)を有することを確認できる。
よって、本発明ではaNPSSのカバーコードS(l)として[1 1 -1 1 -1 -1 1 -1 1 -1 1]を適用することを提案する。
4.3.3.小結
上記4.3.1.及び4.3.2.で提案したZadoff-chuシーケンスのroot(u=6)とS=[1 1 -1 1 -1 -1 1 -1 1 -1 1]は、同時に本発明で提案するaNPSSに適用できる。
又は上記4.3.1.及び4.3.2.で提案したZadoff-chuシーケンスのroot(u=)とS=[1 1 -1 1 -1 -1 1 -1 1 -1 1]は、従来NPSSのroot(u=5)及び従来のカバーコードと交差して適用できる。具体的には、本発明によるaNPSSは、従来のNPSS(u=5)と提案したS=[1 1 -1 1 -1 -1 1 -1 1 -1 1]が結合して構成されるか、又は従来のNPSSのカバーコードと提案したroot(u=6)が結合して構成される。
4.4.第4提案(aNSSS構成)
3GPP TS 36.211の10.2.7.2に定義されたNPSSのシーケンスは、以下の数式の通りである。参考として、以下の数は上述した数2と同一である。
この時、数5に適用されたθfは以下の数のように定義される。
ここで、
は数5のqとuで決定され、フレーム番号n
fは
と定義される。また、NPSSとは異なり、1つのOFDMシンボルがカバーコードを変更して11回のOFDMシンボル区間の間に繰り返してNSSSが送信されず、NSSSは数5で定義されたシーケンスが11OFDMシンボル区間の間に周波数優先マッピング方式で132個のRE(Resource Element)に整列されて送信される。
NSSSのシーケンスを構成する情報のうち、uと
を変形してaNSSSを定義する場合、legacy NB-IoT端末のNSSS検出に影響を及ぼすことができる。よって、本発明では、3GPP TS 36.211のTable 10.2.7.2.1-1に定義されたNSSSの
(表8を参照)をさらに定義する方法、3GPP TS 36.211の10.2.7.2.2に定義されたNSSSシーケンスマッピング方法を変更する方法などによってaNSSSの構成方法を提案する。
但し、
はNB-IoT端末の具現化方法によって新しい値を追加する場合にも性能の影響が大きくないので、本発明ではaNSSSで
をさらに定義する方法も共に提案する。
4.4.1. θ
f
を追加する方法
数6から分かるように、
は20msecごとに0、33/132、66/132、99/132の値を有する。
反面、本発明で提案するaNSSSは、
として33/264、99/264、165/264、231/264を20msecごとに循環して有するか、又は4つの値の一部の集合に含まれた値を循環して有するか、又は4つの値のうちの特定の値に固定される。
図18は従来のNSSSを使用する場合の相互相関値(Legacy NB-IoT with NSSS)、
として3/264、99/264、165/264、231/264のうちの1つの値を適用したaNSSSを受信した場合、aNSSSに適用された
による相互相関値(proposed NB-IoT with aNSSS)及びNSSSに適用された
による相互相関値(proposed NB-IoT with NSSS)の特性を示す図である。
図18に示したように、NSSSで使用された
と他の
値を使用したaNSSSの相互相関値は、互いに干渉が大きくないことが分かる。このような相互相関値の観察によりaNSSSの
は{0、33/132、66/132、99/132}ではない値の集合で選択されることができる。但し、上記構成によれば、従来の
のみを使用する場合に比べて、NB-IoT端末でシーケンス生成のためにより多いメモリが必要であるという短所がある。
4.4.2. b
q
(m)を追加する方法
NSSSのZadoff-Chuシーケンスを変更せず、TS36.211のTable10.2.7.2.1-1に定義されたNSSSの
のみを変更又は追加してaNSSSを構成することができる。この時、Legacy NB-IoT端末は変更又は追加された
の検出を試みず、aNSSS検出を試みるNB-IoT端末はNSSS検出のために使用された虚数乗法(complex multiplication)の結果を再活用できるという長所がある。
従って、aNSSSのために使用される
には、既存のNSSSの
に使用された128次のアダマール行列(hadamard matrix)の1、32、64、128列を除いた値16、48、80、112の列がさらに使用されることができる。
4.4.3.リソースマッピング方法を変形する方法
周波数選択的(Frequency selective)環境では、NSSSのシーケンス相互相関特性が悪くなることができる。よって、NSSSとaNSSSの相互相関特性をリソースマッピング過程でランダム化(randomization)する方法が考えられる。
図19乃至図22は本発明に適用可能なリソースマッピング方法を簡単に示す図であり、図23乃至図26は図19乃至図22に示した各リソースマッピング方式によるlegacy NB-IoT端末のNSSS Zadoff-Chu相互相関特性を示す図である。
図19乃至図22におけるリソースマッピング方法は、lS番目のOFDMシンボルのkS番目のRE位置から周波数優先マッピング(frequency-first mapping)又は時間優先マッピング(time-first mapping)方式でNSSS又はaNSSSを割り当て、le番目のOFDMシンボルのke番目のRE位置まで実線と点線の矢印に従って順にリソースをマッピングする。
図19は既存のNSSSリソースマッピング方法を示し、図20(Alt.1-1)は図19のリソースマッピング方式において開始OFDMシンボル位置を特定の値だけ移動させた方法を示す。図21(Alt.2-1)は図19のリソースマッピング順を逆に行う方法を示す。図22(Alt.2-2)は図19のリソースマッピング方法と同じ開始位置と終了位置を有するが、時間優先マッピング(time-first mapping)を適用する方法を示す。
図23に示したように、legacy NB-IoT端末のNSSS Zadoff-Chuシーケンスの相互相関特性は、uとu’が同じ場合にはシーケンスの長さ(sequence length)だけの値を有し、そうではない場合には、相対的に低い相互相関特性を有する。
反面、図24に示したように、図20によるリソースマッピング方式(Alt.1-1)によれば、一部のuとu’の組み合わせにおいて、既存のNSSS Zadoff-Chuシーケンスと相互相関特性が約50%程度に該当する値を有することを確認できる。また、図25に示したように、図21によるリソースマッピング方式(Alt.2-1)によれば、大部分のuとu’の組み合わせにおいて、既存のNSSS Zadoff-Chuシーケンスと低い相互相関値を示すが、特定のuとu’の組み合わせでは、約70%以上の相互相関値を有することが確認できる。反面、図26に示したように、図22によるリソースマッピング方式(Alt.2-2)によれば、全てのuとu’の組み合わせにおいて、既存のZadoff-Chuシーケンスと相対的に低い相互相関値を有することが確認できる。
従って、本発明ではaNSSSのリソースマッピング方式で図22によるリソースマッピング方式を適用する構成を提案する。この時、提案するAlt.2-2方式は、時間優先のリソースマッピングを特徴とし、リソースマッピングの開始と終了RE位置は特定の値だけ循環移動できる。
さらに、4.4.1.で説明した
を追加する方法は、上記4.4.2.で説明した
を追加する方法と必ず同時に適用される必要はない。また、aNSSSに対して4.4.3.で提案したリソースマッピング方式ではない他の方法のリソースマッピング方式が適用されることもできる。
また、4.4.2.で提案された
の128アダマール行列の列の値は、4.4.3.で提案したAlt.2-2リソースマッピング方式と結合して同時に適用されることができる。また、既存のNSSSの
とAlt.2-2のリソースマッピング方式が結合されて同時に適用されることもできる。また既存のNSSSのリソースマッピング方式と提案する
の128アダマール行列の列の値が結合されて同時に適用されることもできる。
4.5.提案するaNPSS及び/又はaNSSSの送信方法
本発明で提案するNPSSとNSSS(即ち、aNPSS及びNSSS)の構造及び送信位置はNPSSのみが追加送信されるか、又はNSSSのみが追加送信される場合にも独立して適用できる。即ち、本発明で提案したNPSS及びNSSSではない新しいシーケンスを有するNPSSとNSSSが追加送信される場合にも、該当シーケンスが追加送信されるサブフレーム及び無線フレームの位置は本発明で提案する特徴に従うことができる。
上記提案されたaNPSSとaNSSSが検出される場合、NB-IoT端末はシステム情報(例:MIB-NBとSIB1-NB情報)もさらに送信可能であると判断できる。即ち、NB-IoT端末はaNPSSとaNSSSの検出有無によって既存のMIB-NBとSIB1-NBの検出と共に、追加送信されるMIB-NBとSIB1-NBの追加検出を行うことができる。又は、逆に、システム情報の更なる情報提供があるセルであると判断される場合、NB-IoT端末は該当セルのaNPSSとaNSSSの送信有無もさらに判断することができる。
これは、一般的にセルサーチとシステム情報獲得(System information acquisition)の最大通達距離は最大限同じように設計されるので、セルサーチに使用される同期信号とシステム情報を伝達するチャネルの間の改善(enhancement)有無を互いに参照することができる。
本発明において、基地局はaNPSSとaNSSSをNPSS及びNSSSと共に常に周期的に送信しない。即ち、基地局は必要によって特定時間の間にaNPSSとaNSSSを送信する。
また、aNPSSとaNSSSの周期的又は非周期的な送信の有無は互いに独立して決定される。基地局はNB-IoT端末の測定などの特定の動作のために、aNPSSとaNSSSの送信に関連する情報(例えば、送信周期及び区間)を別に設定する。NB-IoT端末がaNPSSとaNSSSの送信有無を把握できない場合(例:MIB-NB又はSIB1-NBなどのシステム情報及び測定設定情報を得ていない状態)、NB-IoT端末はaNPSSとaNSSSをブラインド検出しなければならない。この時、基地局は、特定の条件を満たす場合についてaNPSSとaNSSSの送信を開始又は中断する。但し、aNPSSとaNSSSに基づいて測定などを行う端末の安定した動作のために、基地局はaNPSSとaNSSSの送信開始又は中断をセル内の一部又は全体の端末に知らせることができる。
本発明で提案する技法は、NB-IoTシステムだけではなく、LTEシステム帯域幅の一部を活用するeMTC(enhanced Machine type Communication)のようなシステムにも同様に適用できる。特に、提案されたaNPSS及び/又はaNSSSの概念のようにeMTCでセルサーチとシステム情報獲得の遅延改善(System information acquisition delay enhancement)のために新しい同期信号又は既存のPSS及び/又はSSSが変形されて送信される場合、これと共にシステム情報に関する情報(例:MIB及び/又はSIB1-BR)も該当セルでさらに送信されることを指示できる。逆の場合も同様である。
即ち、端末がセルサーチ過程でセルサーチ改善のための同期信号を検出できなかったが、続く過程で改善したシステム情報がさらに送信される場合、端末は該当セルで改善した同期信号が送信されると期待することができる。特に、eMTC端末がセルサーチ性能の向上のためにNPSS及び/又はNSSSをさらに受信する場合、該当セルでNB-IoTサービスを支援するか否かによって以下のように2つの場合に区分できる。
(1)第一に、該当セルでeMTCとNB-IoTサービスを同時に支援する場合
eMTC端末は該当セルでNB-IoTサービスのために送信されるNPSS及び/又はNSSSをさらに受信してセルサーチ性能の向上を期待できる。この時、一部のサブフレームでは無線通信システム(例:LTE)のセルサーチのための信号とNB-IoTのセルサーチのための信号が同時に送信されることができる(例:subframe#5の位置で基地局はLTE PSS/SSSとNB-IoT NPSSを同時に送信することができる)。この場合、eMTC端末は、これらのうち、どの信号を選択して受信するかを直接決定するか、又は基地局から指示された動作に従うことができる。
(2)第二に、該当セルでeMTCサービスを支援するが、NB-IoTサービスは支援しない場合
該当セルでNB-IoTをサービスしない場合、基地局はeMTC端末のセルサーチ性能の向上のために、さらにNPSSとNSSSを送信することができる。この時、他のNB-IoT端末が該当NPSSとNSSSを受信して該当セルでNB-IoTをサービスすると誤認することを防止するために、基地局は既存のNPSS及びNSSSとは異なる信号を送信する必要がある。
よって、基地局はeMTC端末のセルサーチ性能の向上のために、さらに送信するNPSS及びNSSSとして本発明で提案するaNPSS及びaNSSSを使用することができる。この時、aNPSSとaNSSSは、上記提案したサブフレーム位置とは異なる位置に送信されることができ、アンカーキャリアではない非アンカーキャリアで送信されることもできる。また、aNPSS及びaNSSSは、LTEセルIDとは異なるNB-IoTセルIDが設定されて送信されることができ、この場合、LTEセルIDとNB-IoTセルIDに対するマッピング方式が3GPP標準技術などにより定義されることができる。
但し、上記のようにaNPSS及びaNSSSが実際NB-IoT端末をサービスするために活用されない場合、aNPSS及び/又はaNSSはNRSを含まず送信されることができる。
また、本発明で提案するaNPSSとaNSSSは、NB-IoT及びeMTCのような狭帯域システムのセルサーチ性能の向上などの用途だけではなく、システム情報更新などのような指示信号としても活用できる。ここで、システム情報更新とは、セルから端末に基本的に又はさらに伝達されるセルの情報(例:MIB及びSIBなど)を意味する。
該当情報が変更される場合、一般的に基地局はページング指示又はページングメッセージなどにより、端末にシステム情報を更新することを指示する。一般的には、LTEシステムでは、特定区間でP-RNTI(Paging-radio Network Temporary Identifier)などでスクランブルされたPDCCH又はMPDCCH、NPDCCHによりシステム情報の更新(又は変更)有無を指示する。
但し、このような動作はNB-IoT又はeMTCのように安価、長いバッテリー寿命を特徴とするシステムの電力消費の観点では効果的ではない。特に、RRC(radio Resource control)IDLE状態で長く使用するか、又はRRC CONNECTED状態で長時間のDRX(Discontinuous Reception)を行う場合、端末がPDCCH又はMPDCCH、NPDCCHなどを間欠的にデコーディングするために時間/周波数の同期化を行うなどの先行動作を考慮した時、時間/周波数の同期化により剛健なシーケンス基盤のページング指示子又はシステム情報更新を知らせる方法が効果的である。
このような特性を考慮した時、基地局は同期化のために設計されたNPSS、NSSSを一部変形して指示信号として活用するか、又は既存のNPSS及びNSSSと区分するために上記提案されたaNPSS及び/又はaNSSSを使用することができる。この時、ページング指示子又はシステム情報更新有無に関する情報検出の誤警報(false alarm)を減らすために、aNPSS及び/又はaNSSSのセルID、無線フレーム番号情報が一部の情報に制限されてページング指示子として活用されることができる。
この時、aNPSSとaNSSSは、上記提案された一部のサブフレームの位置で常に送信される必要はなく、ページング機会(paging occasion)などに連携して特定の位置に制限されるか、或いは周期的又は非周期的に送信されることができる。さらに、aNPSS及びaNSSSがページング指示子として活用される場合、これを検出した端末はシステム情報更新又は特定の区間の間にシステム情報更新に関連する動作を行わないように定義されることができる。
また、このような用途にaNPSSとaNSSSが活用される場合、同じ基地局から送信されるaNPSSとaNSSSは毎回同じ信号又はシーケンスではない。即ち、セルサーチの用途に活用される場合、aNPSSとaNSSSは送信ごとに同じ情報(例えば、セルID及び無線フレーム数)を伝達する必要があるが、ページング指示子のような用途に活用される場合には、aNPSSとaNSSSはaNPSS及び/又はaNSSS送信ごとに異なる情報を伝達することができる。
上記目的(ページング指示子又はシステム情報更新などを知らせる用途)でaNPSSとaNSSSが使用される場合、aNPSSとaNSSSは各々連続する下りリンクサブフレームで送信されることができる。この時、aNPSSとaNSSSの繰り返し送信回数は互いに異なる。例えば、時間順にaNPSSとaNSSSの送信はaNPSSをN回送信後、aNSSSをM回送信するように設定できる。この時、NとMは基地局により設定される。一例として、Nが0より大きい値を有する場合にも、Mは0と設定されることができる。このような場合は、上記目的で使用される情報量が多くない場合に対応する。
さらに、上記目的として使用されるNSSSについては、ルートインデックス値として5ではない他の値を使用できる。又は、上記目的に必要な情報量によってaNSSSについては2つ以上のルートインデックスを使用することができる。
また、aNPSSのカバーコードとしては、本発明で提案したカバーコードではない他のカバーコードをさらに使用することができる。
また、aNPSSがN回繰り返して送信される場合にも、NPSSは毎回ルートインデックス及び/又はカバーコード及び/又はリソースマッピングを変更して繰り返して送信することができる。
もし、aNPSSで十分な情報量が適用されないと、aNSSSがM回追加送信されることができる。この時、M回繰り返して送信されるaNSSSも
を変更して繰り返して送信することができる。
ここで、aNPSSがN回繰り返して送信される間にルートインデックス及び/又はカバーコード及び/又はリソースマッピングを変更して送信される場合、N回の区間の間に変更されるルートインデックス及び/又はカバーコード及び/又はリソースマッピング方法は、“セルID”及び/又は“aNPSS送信の開始又は終了サブフレーム及び/又は無線フレーム及び/又はSFN(Super Frame Number)”及び/又は“UEのグループID情報”(ここで、グループIEは同じページングチャネルの受信を期待する端末が特定グループに区分された場合に該当UEが属したグループのIDと同一であることができる)及び/又は“PO(Paging Occasion)から誘導された特定の値”などにより生成されたランダムシーケンス(random sequence)などに基づいて定義されることもできる。
同様に、aNSSSがM回繰り返して送信される間に
を変更して送信される場合、M回の区間の間に変更される
は、“セルID”及び/又は“aNPSS及び/又はaNSSS送信の開始又は終了サブフレーム及び/又は無線フレーム及び/又はSFN”及び/又は“UEのグループID情報”(ここで、グループIEは同じページングチャネルの受信を期待する端末が特定グループに区分された場合に該当UEが属したグループのIDと同一であることができる)及び/又は“PO(Paging Occasion)から誘導された特定の値”などにより生成されたランダムシーケンスなどに基づいて定義される。
さらに、aNPSSとaNSSSが各々N回及びM回繰り返して送信される場合、各aPSSS及びaNSSSに対してルートインデックス及び/又はカバーコード及び/又はリソースマッピングを異なるようにするか、
を変更して送信する方法が互いに連携されて定義される。
ランダム化は上記用途に使用されたaNPSS及び/又はaNSSSの送信開始時点及び/又は最後の送信時点の同期(サブフレーム及び/又は無線フレーム及び/又はSFNレベルの)を得るために使用できる。
もし、(eF)eMTCでも上記のような目的(ページング指示子又はシステム情報更新を知らせる用途及びセルサーチ遅延を向上させる用途)でPSS及び/又はSSS構造が使用される場合、本発明で提案したNPSSリソースマッピング(sequence to RE mapping)変形方法とNSSSリソースマッピング(sequence to RE mapping)変形方法を同様に適用できる。
図27は本発明に適用可能な同期信号の一例を示す図である。
例えば、PSSは図27の63個の搬送波にマッピングされるZCシーケンスの順序は既存のPSSの順序と逆であることができる。この時、ルートインデックスは既存のPSSで使用されていない他のルートインデックスを使用できる。
このように変形されたPSSをaPSSとする時、aPSSが複数回繰り返して送信される場合、NPSSのような方法でaPSSが送信されるN個のOFDMシンボルに対してカバーコードがさらに適用されることができる。
カバーコードの一例として、本発明で提案した長さ11のカバーコードを適用できる。この時、N個のaPSSがM個のサブフレームにわたって繰り返して送信される場合、適用されるカバーコードはサブフレームごとに変化することができる。ここで、サブフレーム単位で繰り返して送信される場合、aPSSは常に連続して送信されないこともできる。
SSSも上記目的に変更して使用できる。以下、説明の便宜上、上記目的に変更されたSSSをaSSSという。
まず、既存のSSSにおいて、無線フレーム内で2回送信されるSSSの間に2つのM-sequence REマッピングが互いにインターリービングされる順序は互いに異なる。この時、aSSSは2つのSSSについて全てリソースマッピングを周波数軸で逆に行うことができる。又は、aSSSのリソースマッピングはSSSのリソースマッピングが周波数軸で一部REだけ巡回シフトされた形態であることができる。
1OFDMシンボルで構成されるaSSSもN’個のOFDMシンボルで繰り返して構成されることができる。この時、aPSSと同様に、各OFDMシンボルの間にカバーコードが適用される。
さらに、N’回繰り返して送信されるaSSSの巡回シフト値は固定値ではないこともできる。N’回繰り返されたaSSSはM’サブフレームの間に繰り返して送信されることができ、aPSSと同様に、繰り返して送信されるaSSSサブフレームの間にカバーコード及び/又はリソースマッピングの巡回シフト値が変わることができる。
ここで、PSSがN回繰り返して送信される間にルートインデックス及び/又はカバーコード及び/又はリソースマッピングを変更して送信する場合、N回の区間の間に変更されるルートインデックス及び/又はカバーコード及び/又はリソースマッピング方法は、“セルID”及び/又は“PSS送信の開始又は終了サブフレーム及び/又は無線フレーム及び/又はSFN”及び/又は“UEのグループID情報”(ここで、グループIEは同じページングチャネル受信を期待する端末が特定グループに区分された場合に該当UEが属するグループのIDと同一であることができる)及び/又は“PO(Pagigin Occasion)から誘導された特定の値”などにより生成されたランダムシーケンスなどに基づいて定義される。
同様の方法で、SSSがM回繰り返して送信される間にインターリービングされる順序及び/又はリソースマッピングを変更して送信される場合、M回の区間の間に変更されるインターリービング順序及び/又はリソースマッピング方法は、“セルID”及び/又は“PSS及び/又はSSS送信の開始又は終了サブフレーム及び/又は無線フレーム及び/又はSFN”及び/又は“UEのグループID情報”(ここで、グループIEは同じページングチャネル受信を期待する端末が特定グループに区分された場合に該当UEが属するグループのIDと同一であることができる)及び/又は“PO(Pagigin Occasion)から誘導された特定の値”などにより生成されたランダムシーケンスなどに基づいて定義される。
さらに、PSSとSSSが各々N回及びM回繰り返して送信される場合、PSSとSSSについてルートインデックス及び/又はカバーコード及び/又はリソースマッピングを異なるようにするか、インターリービングされる順序及び/又はリソースマッピングを異なるようにして送信する方法は、互いに連携して定義できる。上記ランダム化は、上記用途に使用されたaNPSS及び/又はaNSSSの送信開始時点及び/又は最後の送信時点の同期(サブフレーム及び/又は無線フレーム及び/又はSFNレベル)を得る用途に使用できる。
提案された全技法において、REマッピング又はリソースマッピング順序を変更する方法は、該当シーケンスをリソースマッピングする前に、さらにインターリービングを行い、その後、従来と同一のリソースマッピング方法に従う構成を含むことができる。
一例として、シーケンスのリソースマッピングは従来と同様に記載されるが、リソースマッピング前にインターリービング段階を追加する方式にリソースマッピング方法を変更することは同じ効果を奏する。ここで、“セルID”及び/又は“PSS送信の開始又は終了サブフレーム及び/又は無線フレーム及び/又はSFN”及び/又は“UEのグループID情報”(ここで、グループIEは同じページングチャネル受信を期待する端末が特定グループに区分された場合に該当UEが属したグループのIDと同一であることができる)及び/又は“PO(Pagigin Occasion)から誘導された特定の値”などにより基づいて生成された特定の疑似ランダムランダムシーケンス(pseudo random sequence)によって具体的なインターリービング方式が決定される。
本発明で提案するaNPSSとaNSSSは、TDD(Time Division Duplex)とFDD(Frequency Division Duplex)の複信モード(duplex mode)を区分するために使用できる。この時、aNPSS及びaNSSSは上記第1及び第2提案で説明したサブフレーム位置とは異なる位置で送信されることができる。
また、aNPSS及びaNSSSがTDDシステムの同期信号として使用される場合、UL-DL設定(configuration)を区分するために、aNPSSのルートu及び/又はカバーコードを使用できる。一例として、カバーコードは複信モードを区分するために使用され、
ルートuはUL-DL設定を区分するために使用される。
もし、UL-DL設定を全て区分可能なルートu及び/又はカバーコードの種類が不十分であるか、又は全てのUL-DL設定を区分できるようにルートu及び/又はカバーコードを使用する時に性能劣化が予想される場合、UL-DL設定の一部のみを区分できるようにルートu及び/又はカバーコードの種類を使用できる。
即ち、UL-DL設定によって(a)NPSSと(a)NSSSの相対的な位置が変わることができる場合、(a)NPSSは(a)NSSSとの相対的な位置関係に対する区分のみが可能な情報を伝達できれば十分である。
この時、端末は(a)NPSSと(a)NSSSの検出後にTDD用のMIB-NB又はSIBにより実際UL-DL設定を得ることができる。
図28は本発明による端末の動作を示すフローチャートである。
まず、本発明では、NB-IoTを支援する無線通信システムで定義されたNPSS及びNSSSのような構造を有する新しいNPSS(以下、aNPSSという)及び新しいNSSS(以下、aNSSSという)を用いた端末の具体的な動作について説明する。
まず、端末は基地局からaNPSS及びaNSSSを受信する(S2810)。
この時、上記新しいNPSSは、狭帯域のモノのインターネット(Narrow Band-Internet of Things;NB-IoT)を支援する無線通信システムで定義されたNPSSシーケンス対Zadoff-Chuシーケンスのルートインデックス及びカバーコードのうちの1つ以上が異なるように適用されて生成される。また、新しいNSSは、NB-IoTを支援する無線通信システムで定義されたNSSSシーケンス対Zadoff-Chuシーケンスに適用されたパラメータ、Zadoff-Chuシーケンスに適用されたバイナリシーケンス、及びシーケンスのリソースマッピング方法のうちの1つ以上が異なるように適用されて生成される。
一例として、新しいNPSSにはZadoff-Chuシーケンスのルートインデックスとして6が適用される。
他の例として、新しいNPSSにはZadoff-Chuシーケンスのカバーコードとして[1、1、-1、1、-1、-1、1、-1、1、-1、1]が適用される。
一例として、新しいNSSSにはZadoff-Chuシーケンスに適用されたパラメータである
として{33/264、99/264、165/264、231/264}のうちの1つの値が適用される。
他の例として、新しいNSSSにはZadoff-Chuシーケンスに適用されたバイナリシーケンスとしてNB-IoTシステムで定義されたNSSSに適用される128次のアダマール行列の1、32、64、128列の値の代わりに、16、48、80、112列の値が適用されるバイナリシーケンスが適用される。
さらに他の例として、新しいNSSSのシーケンスには時間優先のリソースマッピング(time-first resource mapping)方法が適用される。
このように生成された新しいNPSS及び新しいNSSSは以下のように受信される。
一例として、新しいNPSS及び新しいNSSSはアンカーキャリアにより受信される。この時、新しいNPSSはNPSSが送信されるサブフレームの次のサブフレームで受信され、新しいNSSSはNSSSと10個のサブフレーム間隔をおいて受信される。
他の例として、新しいNPSS及び新しいNSSSはアンカーキャリアにより受信される。この時、新しいNPSS及び新しいNSSSはNSSSと10個のサブフレーム間隔をおいて交互に受信される。
さらに他の例として、新しいNPSS及び新しいNSSSは非アンカーキャリアにより受信される。この時、新しいNPSSは全ての無線フレームの1番目のサブフレームで受信され、新しいNSSSは奇数番目又は偶数番目の無線フレームのうちの1つ以上の無線フレームの5番目のサブフレームで受信される。
さらに他の例として、新しいNPSS及び新しいNSSSは非アンカーキャリアにより受信される。この時、新しいNPSS及び新しいNSSSは各無線フレームの1番目のサブフレームで交互に受信される。
本発明において、上記のような新しいNPSS及び新しいNSSSはNRS(Narrowband Reference Signal)を含まない。
次いで、端末は新しいNPSS及び新しいNSSSのうちの1つ以上が指示する情報に基づいて、セルサーチ、ページング送信及びシステム情報の更新有無に関する情報の獲得、又は無線通信システムに適用された複信モード情報の獲得のうちの1つ以上を行う(S2820)。
一例として、端末は新しいNPSS及び新しいNSSSを累積検出してセルサーチを行うことができる。
他の例として、新しいNPSS及び新しいNSSSがページング送信及びシステム情報の更新有無を指示するために使用される場合、新しいNPSSがN個連続するサブフレームで繰り返して送信された後、新しいNSSSがM個の連続するサブフレームで繰り返して送信され、N個のサブフレームで繰り返して送信される新しいNPSSはサブフレーム単位で異なるカバーコードが適用されて送信され、M個のサブフレームで繰り返して送信される新しいNSSSはサブフレーム単位で異なるカバーコード及び異なるリソースマッピング方法のうちの1つ以上が適用されて送信されることができる。この時、Nは0以上の整数であり、Mは自然数である。
これにより、新しいNPSS及び新しいNSSSがシステム情報が更新されたことを指示する場合、端末はシステム情報の更新を行うことができる。
上記構成において、新しいNPSS及び新しいNSSSが送信されるサブフレームの位置は、特定のサブフレーム位置(例:特定のサブフレームインデックスに対応するサブフレーム)に限定されず、任意の位置で送信されることができる。
この時、新しいNPSS及び新しいNSSSは1つ以上のサブフレームで繰り返して送信される。この時、各々の新しいNPSS及び新しいNPSSSについてはサブフレーム単位で(異なる)カバーコードが適用されるか、(異なる)リソースマッピング、ルートインデックス、thetha_fなどが適用される。
上述したように、ページング送信及びシステム情報の更新有無を指示する用途に新しいNPSS/NSSSが活用される場合は、新しいNPSSの送信無しに新しいNSSSのみが送信されることができる。
さらに他の例として、端末は新しいNPSSに適用されたZadoff-Chuシーケンスのルートインデックスに基づいて無線通信システムに適用された複信モードがTDD(Time Division Duplex)モード又はFDD(Frequency Division Duplex)モードであることを決定できる。
上述した提案方式に対する一例も本発明の具現化方法の1つとして含まれてもよく、一種の提案方式と見なし得ることは明白な事実である。また、上述した提案方式は独立して具現化されてもよく、一部の提案方式の組合せ(又は、併合)の形態で具現化されてもよい。上記提案方法適用の有無に関する情報(又は、上記提案方法の規則に関する情報)は、基地局が端末に事前に定義されたシグナル(例えば、物理層シグナル又は上位層シグナル)で知らせるように規則が定義されてもよい。
5.装置構成
図29は提案する実施例を具現化できる端末及び基地局の構成を示す図である。図29に示した端末及び基地局は、上述した端末の動作方法及びそれに対応する基地局の動作方法の実施例を具現化するように動作する。
端末(UE:User Equipment)1は、上りリンクでは送信端として動作し、下りリンクでは受信端として動作することができる。また、基地局(eNB:e-Node B)100は、上りリンクでは受信端として動作し、下りリンクでは送信端として動作することができる。
即ち、端末及び基地局は、情報、データ及び/又はメッセージの送信及び受信を制御するためにそれぞれ、送信器(Transmitter)10,110及び受信器(Receiver)20,120を含むことができ、情報、データ及び/又はメッセージを送受信するためのアンテナ30,130などを含むことができる。
また、端末及び基地局はそれぞれ、上述した本発明の実施例を行うためのプロセッサ(Processor)40,140、及びプロセッサの処理過程を一時的に又は持続的に記憶できるメモリ50,150を含むことができる。
このように構成された端末1は、受信器20で新しいNPSS(Narrowband Primary Synchronization Signal)及び新しいNSSS(Narrowband Secondary Synchronization Signal)を受信する。次いで、端末1は、プロセッサ40により新しいNPSS及び新しいNSSSのうちのいずれか1以上が指示する情報に基づいて、セルサーチ、ページング送信及びシステム情報の更新有無に関する情報の獲得、又は無線通信システムに適用された複信モード(duplex mode)情報の獲得のうちのいずれか1つ以上を行う。
新しいNPSSは、狭帯域のモノのインターネット(Narrow Band-Internet of Things;NB-IoT)を支援する無線通信システムで定義されたNPSSシーケンス対Zadoff-Chuシーケンスのルートインデックス及びカバーコードのうちのいずれか1つ以上が異なるように適用されて生成される。また、新しいNSSは、NB-IoTを支援する無線通信システムで定義されたNSSSシーケンス対Zadoff-Chuシーケンスに適用されたパラメータ、Zadoff-Chuシーケンスに適用されたバイナリシーケンス及びシーケンスのリソースマッピング方法のうちのいずれか1つ以上が異なるように適用されて生成される。
端末及び基地局に含まれた送信器及び受信器は、データ送信のためのパケット変復調機能、高速パケットチャネルコーディング機能、直交周波数分割多元接続(OFDMA:Orthogonal Frequency Division Multiple Access)パケットスケジューリング、時分割複信(TDD:Time Division Duplex)パケットスケジューリング及び/又はチャネル多重化機能を有することができる。また、図29の端末及び基地局は、低電力RF(Radio Frequency)/IF(Intermediate Frequency)ユニットをさらに含むことができる。
一方、本発明において端末として、個人携帯端末機(PDA:Personal Digital Assistant)、セルラーフォン、個人通信サービス(PCS:Personal Communication Service)フォン、GSM(Global System for Mobile)フォン、WCDMA(Wideband CDMA)フォン、MBS(Mobile Broadband System)フォン、ハンドヘルドPC(Hand-Held PC)、ノートPC、スマート(Smart)フォン、又はマルチモードマルチバンド(MM-MB:Multi Mode-Multi Band)端末機などを用いることができる。
ここで、スマートフォンとは、移動通信端末機と個人携帯端末機の長所を混合した端末機であり、移動通信端末機に、個人携帯端末機の機能である日程管理、ファクシミリ送受信、及びインターネット接続などのデータ通信機能を統合した端末機を意味することができる。また、マルチモードマルチバンド端末機とは、マルチモデムチップを内蔵して携帯インターネットシステム及び他の移動通信システム(例えば、CDMA(Code Division Multiple Access)2000システム、WCDMA(Wideband CDMA)システムなど)のいずれにおいても作動し得る端末機のことを指す。
本発明の実施例は、様々な手段によって具現化することができる。例えば、本発明の実施例は、ハードウェア、ファームウェア(firmware)、ソフトウェア、又はそれらの結合などによって具現化することができる。
ハードウェアによる具現化の場合、本発明の実施例による方法は、1つ又はそれ以上のASIC(application specific integrated circuit)、DSP(digital signal processor)、DSPD(digital signal processing device)、PLD(programmable logic device)、FPGA(field programmable gate array)、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサなどによって具現化することができる。
ファームウェアやソフトウェアによる具現化の場合、本発明の実施例による方法は、以上で説明した機能又は動作を行うモジュール、手順又は関数などの形態として具現化することができる。例えば、ソフトウェアコードは、メモリ50,150に格納し、プロセッサ14,140によって駆動することができる。上記メモリユニットは上記プロセッサの内部又は外部に設けられて、既に公知である様々な手段によって上記プロセッサとデータをやり取りすることができる。
本発明は、本発明の技術的アイディア及び必須特徴から逸脱しない範囲で他の特定の形態として具体化することができる。したがって、上記の詳細な説明はいずれの面においても制限的に解釈されてはならず、例示的なものとして考慮しなければならない。本発明の範囲は、添付する請求項の合理的解釈によって決定しなければならず、本発明の等価的範囲内における変更はいずれも本発明の範囲に含まれる。また、特許請求の範囲で明示的な引用関係にない請求項を結合して実施例を構成してもよく、出願後の補正によって新しい請求項として含めてもよい。