KR101651685B1 - 무선 통신 시스템에서 참조 신호 전송 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

무선 통신 시스템에서 참조 신호 전송 방법 및 장치가 제공된다. 제1 기지국은 1 서브프레임에서 제1 참조 신호를 전송하고, 제2 기지국은 제2 서브프레임에서 제2 참조 신호를 전송한다. 상기 제1 서브프레임은 노멀 CP(Cyclic Prefix) 구조 또는 확장 CP 구조 중 어느 하나가 적용된 서브프레임이며, 상기 제2 서브프레임은 나머지 하나가 적용된 서브프레임이다. 상기 제1 서브프레임을 포함하는 제1 자원 블록(RB; Resource Block)과 상기 제2 서브프레임을 포함하는 제2 자원 블록은 주파수 영역에서 서로 겹치지 않을 수 있다.

Description

무선 통신 시스템에서 참조 신호 전송 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR TRANSMITTING REFERENCE SIGNAL IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 무선 통신에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선 통신 시스템에서 참조 신호 전송 방법 및 장치에 관한 것이다.

신뢰할 수 있는 고속의 데이터 서비스를 지원하기 위한 기술로 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing), MIMO(Multiple Input Multiple Output) 등이 있다. OFDM은 낮은 복잡도로 심벌 간 간섭 효과를 감쇄시킬 수 있는 3세대 이후 고려되고 있는 시스템이다. OFDM은 직렬로 입력되는 심벌을 N(N은 자연수)개의 병렬 심벌로 변환하여, 각각 분리된 N개의 부반송파(subcarrier)에 실어 송신한다. 부반송파는 주파수 차원에서 직교성을 유지하도록 한다. 이동 통신 시장은 기존 CDMA(Code Division Multiple Access) 시스템에서 OFDM 기반 시스템으로 규격이 변이될 것으로 예상된다. MIMO 기술은 다중 송신 안테나와 다중 수신 안테나를 사용하여 데이터의 송수신 효율을 향상시킨다. MIMO 기술에는 공간 다중화(spatial multiplexing), 전송 다이버시티(transmit diversity), 빔포밍(beamforming) 등이 있다. 수신 안테나 수와 송신 안테나 수에 따른 MIMO 채널 행렬은 다수의 독립 채널로 분해될 수 있다. 각각의 독립 채널은 레이어(layer) 또는 스트림(stream)이라 한다. 레이어의 개수는 랭크(rank)라 한다.

무선 통신 시스템에서 참조 신호(RS; Reference Signal)가 전송될 수 있다. 참조 신호는 데이터 복조(demodulation)를 위한 채널 추정을 위하여 사용될 수 있다. 무선 통신 시스템에서는 데이터의 송/수신, 시스템 동기 획득, 채널 정보 피드백 등을 위하여 상향링크 채널 또는 하향링크의 채널을 추정할 필요가 있다. 무선통신 시스템 환경에서는 다중 경로 시간 지연으로 인하여 페이딩이 발생하게 된다. 페이딩으로 인한 급격한 환경 변화에 의하여 생기는 신호의 왜곡을 보상하여 전송 신호를 복원하는 과정을 채널 추정이라고 한다. 또한 참조 신호는 단말이 속한 셀 또는 다른 셀에 대한 채널 상태 측정을 위하여 사용될 수 있다. 채널 추정 또는 채널 상태 측정을 위해서 일반적으로 송수신기가 상호 간에 알고 있는 참조 신호를 이용할 수 있다.

참조 신호 전송에 사용되는 부반송파를 참조 신호 부반송파라하고, 데이터 전송에 사용되는 자원 요소를 데이터 부반송파라 한다. OFDM 시스템에서, 참조 신호는 모든 부반송파에 할당하는 방식과 데이터 부반송파 사이에 할당하는 방식이 있다. 참조 신호를 모든 부반송파에 할당하는 방식은 채널 추정 성능의 이득을 얻기 위하여 프리앰블 신호와 같이 참조 신호만으로 이루어진 신호를 이용한다. 이를 사용할 경우 일반적으로 참조 신호의 밀도가 높기 때문에, 데이터 부반송파 사이에 참조 신호를 할당하는 방식에 비하여 채널 추정 성능이 개선될 수 있다. 그러나 데이터의 전송량이 감소되기 때문에 데이터의 전송량을 증대시키기 위해서는 데이터 부반송파 사이에 참조 신호를 할당하는 방식을 사용하게 된다. 이러한 방법을 사용할 경우 참조 신호의 밀도가 감소하기 때문에 채널 추정 성능의 열화가 발생하게 되고 이를 최소화할 수 있는 적절한 배치가 요구된다.

수신기는 참조 신호의 정보를 알고 있기 때문에 수신된 신호에서 이를 나누어 채널을 추정할 수 있고, 추정된 채널 값을 보상하여 송신단에서 보낸 데이터를 정확히 추정할 수 있다. 송신기에서 보내는 참조 신호를 p, 참조 신호가 전송 중에 겪게 되는 채널 정보를 h, 수신기에서 발생하는 열 잡음을 n, 수신기에서 수신된 신호를 y라 하면 y=h·p+n과 같이 나타낼 수 있다. 이때 참조 신호 p는 수신기가 이미 알고 있기 때문에 LS(Least Square) 방식을 이용할 경우 수학식 1과 같이 채널 정보(

)를 추정할 수 있다.

이때 참조 신호 p를 이용하여 추정한 채널 추정값

는

값에 따라서 그 정확도가 결정되게 된다. 따라서 정확한 h값의 추정을 위해서는

이 0에 수렴해야만 하고, 이를 위해서는 많은 개수의 참조 신호를 이용하여 채널을 추정하여

의 영향을 최소화해야 한다. 우수한 채널 추정 성능을 위한 다양한 알고리듬이 존재할 수 있다.

한편, 단말의 위치를 추정하는 단말 포지셔닝(UE positioning)은 최근 실생활에서 다양한 용도로 사용되고 있으며, 이에 따라 보다 정밀한 단말 포지셔닝 방법이 요구된다. 단말 포지셔닝 기법은 크게 2가지 방법으로 구분된다.

1) GPS(Global Positioning System) 기반 방법: 위성을 이용하여 단말의 위치를 추정하는 방법이다. 최소 4개의 위성으로부터 정보를 수신하여야 하며, 실내에서는 사용하지 못한다는 단점이 있다.

2) 지상 위치(terrestrial positioning) 기반 방법: 기지국들로부터 전송되는 신호의 타이밍 차이를 이용하여 단말의 위치를 추정한다. 최소 3개의 기지국으로부터 신호를 전송받아야 하며, GPS 기반 방법에 비해 위치 추정의 성능은 떨어지나 거의 모든 환경에서 사용할 수 있다. 기지국으로부터 수신하는 신호로 주로 참조 신호가 이용되며, 적용되는 무선 통신 시스템에 따라서 UTRAN(UMTS Terrestrial Radio Access Network)에서는 OTDOA(Observed Time Difference Of Arrival), GERAN(GSM/EDGE Radio Access Network)에서는 E-OTD(Enhanced Observed Time Difference), CDMA2000에서는 AFLT(Advanced Forward Link Trilateration) 등의 다양한 용어로 정의될 수 있다.

단말 포지셔닝 기법에서 포지셔닝 참조 신호(PRS; Positioning Reference Signal)가 이용될 수 있다. PRS는 동기화 신호(synchronization signal)를 포함할 수 있다. 단말은 각 셀로부터 전송된 PRS를 수신하고 각 신호의 지연 시간(delay)의 차이를 이용할 수 있다. 단말은 해당 지연 시간의 차이를 기지국으로 보고하여 기지국에서 단말의 위치를 계산할 수 있게 하거나, 또는 스스로 그 위치를 계산할 수 있다. LTE TS36.355 V9.0.0(2009-12) 4.1.1절을 참조하면, 각 셀로부터 전송된 참조 신호의 단말이 측정한 지연 시간의 차이(RSTD; Reference Signal Time Difference) 등의 측정 값들은 LPP(LTE Positioning Protocol)를 통해 E-SMLC(Enhanced Serving Mobile Location Centre)가 제어할 수 있다. LPP는 하나 이상의 기준 신호로부터 얻은 위치 관계 측정값을 사용하여 목적 장치의 위치를 추정할 수 있도록 E-SMLC 등의 위치 서버(location server)와 단말 등의 목적 장치(target device) 간에 점 대 점(point-to-point)으로 정의될 수 있다.

효율적으로 참조 신호를 전송하기 위한 방법이 요구된다.

본 발명의 기술적 과제는 무선 통신 시스템에서 참조 신호 전송 방법 및 장치를 제공하는 데에 있다.

일 양태에 있어서, 무선 통신 시스템에서 참조 신호 전송 방법이 제공된다. 상기 참조 신호 전송 방법은 제1 기지국은 1 서브프레임에서 제1 참조 신호를 전송하고, 제2 기지국은 제2 서브프레임에서 제2 참조 신호를 전송하는 것을 포함하되, 상기 제1 서브프레임은 노멀 CP(Cyclic Prefix) 구조 또는 확장 CP 구조 중 어느 하나가 적용된 서브프레임이며, 상기 제2 서브프레임은 나머지 하나가 적용된 서브프레임인 것을 특징으로 한다. 상기 노멀 CP 구조는 하나의 서브프레임이 14개의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심벌을 포함하는 구조이며, 상기 확장 CP 구조는 하나의 서브프레임이 12개의 OFDM 심벌을 포함하는 구조일 수 있다. 상기 노멀 CP 구조의 CP의 길이는 상기 확장 CP 구조의 CP 길이보다 짧을 수 있다. 상기 제1 서브프레임을 포함하는 제1 자원 블록(RB; Resource Block)과 상기 제2 서브프레임을 포함하는 제2 자원 블록은 주파수 영역에서 서로 겹치지 않을 수 있다. 상기 제1 자원 블록 및 상기 제2 자원 블록은 주파수 영역에서 복수의 부반송파(subcarrier)를 포함할 수 있다. 상기 제1 자원 블록 및 상기 제2 자원 블록이 차지하는 주파수 영역은 특정한 기준값을 기준으로 정의되는 오프셋(offset)을 기반으로 결정될 수 있다. 상기 오프셋은 셀 특정(cell-specific) 값으로 단말로 시그널링 될 수 있다. 상기 제1 서브프레임 및 상기 제2 서브프레임은 각각 제1 타입 서브프레임 또는 제2 타입 서브프레임 중 어느 하나로 분류되며, 상기 제1 서브프레임 및 상기 제2 서브프레임 중 적어도 하나가 상기 제2 타입 서브프레임인 경우 상기 제2 타입 서브프레임에 해당하는 서브프레임의 CP 구조는 확장 CP 구조일 수 있다. 상기 제1 서브프레임 및 상기 제2 서브프레임은 각각 제어 영역과 데이터 영역을 포함하고, 하향링크 채널 측정을 위한 셀 특정 참조 신호(CRS; Cell-specific Reference Signal)가 상기 제1 타입 서브프레임의 데이터 영역에서는 전송되고, 상기 제2 타입 서브프레임의 데이터 영역에서는 전송되지 않을 수 있다.

다른 양태에 있어서, 무선 통신 시스템에서 참조 신호 처리 방법이 제공된다. 상기 참조 신호 처리 방법은 제1 기지국으로부터 제1 서브프레임에서 제1 참조 신호를 수신하고, 제2 기지국으로부터 제2 서브프레임에서 제2 참조 신호를 수신하고, 상기 제1 참조 신호와 상기 제2 참조 신호를 처리하는 것을 포함하되, 상기 제1 포지셔닝 서브프레임 및 상기 제2 포지셔닝 서브프레임은 PRS를 전송하기로 지정된 서브프레임이며, 상기 제1 서브프레임은 노멀 CP 구조 또는 확장 CP 구조 중 어느 하나가 적용된 서브프레임이며, 상기 제2 서브프레임은 나머지 하나가 적용된 서브프레임인 것을 특징으로 한다. 상기 제1 포지셔닝 서브프레임을 포함하는 제1 자원 블록과 상기 제2 포지셔닝 서브프레임을 포함하는 제2 자원 블록은 주파수 영역에서 서로 겹치지 않을 수 있다. 상기 제1 포지셔닝 서브프레임 및 상기 제2 포지셔닝 서브프레임은 각각 제1 타입 서브프레임 또는 제2 타입 서브프레임 중 어느 하나로 분류되며, 상기 제1 포지셔닝 서브프레임 및 상기 제2 포지셔닝 서브프레임 중 적어도 하나가 상기 제2 타입 서브프레임인 경우 상기 제2 타입 서브프레임에 해당하는 포지셔닝 서브프레임의 CP 구조는 확장 CP 구조일 수 있다. 상기 제1 서브프레임 및 상기 제2 서브프레임은 각각 제어 영역과 데이터 영역을 포함하고, 하향링크 채널 측정을 위한 셀 특정 참조 신호가 상기 제1 타입 서브프레임의 데이터 영역에서는 전송되고, 상기 제2 타입 서브프레임의 데이터 영역에서는 전송되지 않을 수 있다.

다른 양태에 있어서, 무선 통신 시스템에서 참조 신호 처리 장치가 제공된다. 상기 참조 신호 처리 장치는 복수의 셀로부터 참조 신호들을 수신하는 RF부; 및 상기 RF부와 연결되어 상기 복수의 참조 신호들을 처리하는 프로세서를 포함하되, 상기 복수의 참조 신호들이 전송되는 각 셀의 서브프레임은 노멀 CP(Cyclic Prefix) 구조 또는 확장 CP 구조 중 어느 하나가 적용된 서브프레임인 것을 특징으로 한다.

CP(Cyclic Prefix) 구조가 다른 복수의 셀에서 참조 신호가 전송될 때 직교성(orthogonality)이 깨지는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 무선 통신 시스템이다.
도 2는 3GPP LTE에서 무선 프레임(radio frame)의 구조를 나타낸다.
도 3은 하나의 하향링크 슬롯에 대한 자원 그리드(resource grid)의 일 예를 나타낸다.
도 4는 하향링크 서브프레임의 구조를 나타낸다.
도 5는 상향링크 서브프레임의 구조를 나타낸다.
도 6 내지 도 8은 CRS 구조의 일 예이다.
도 9 및 도 10은 DRS 구조의 일 예이다.
도 11은 지상 위치 기반 방법 중 하향링크 OTDOA 방법의 동작의 일 예를 나타낸다.
도 12는 지상 위치 기반 방법 중 하향링크 OTDOA 방법의 동작의 또 다른 예를 나타낸다.
도 13 및 도 14는 하나의 서브프레임에서 PRS 구조의 일 예를 나타낸다.
도 15는 2개의 셀의 서로 다른 CP 구조를 가지는 각 포지셔닝 서브프레임에서 PRS가 전송되는 경우를 나타낸다.
도 16은 제안된 참조 신호 전송 방법의 일 실시예를 나타낸다.
도 17은 일반적인 참조 신호 대역폭 설정 방법의 일 예이다.
도 18은 제안된 참조 신호 전송 방법에 따른 참조 신호 대역폭 설정 방법의 일 예이다.
도 19는 본 발명의 실시예가 구현되는 기지국 및 단말을 나타낸 블록도이다.

이하의 기술은 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) 등과 같은 다양한 무선 통신 시스템에 사용될 수 있다. CDMA는 UTRA(Universal Terrestrial Radio Access)나 CDMA2000과 같은 무선 기술(radio technology)로 구현될 수 있다. TDMA는 GSM(Global System for Mobile communications)/GPRS(General Packet Radio Service)/EDGE(Enhanced Data Rates for GSM Evolution)와 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. OFDMA는 IEEE 802.11(Wi-Fi), IEEE 802.16(WiMAX), IEEE 802-20, E-UTRA(Evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. IEEE 802.16m은 IEEE 802.16e의 진화로, IEEE 802.16e에 기반한 시스템과의 하위 호환성(backward compatibility)를 제공한다. UTRA는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)의 일부이다. 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(Long Term Evolution)은 E-UTRA(Evolved-UMTS Terrestrial Radio Access)를 사용하는 E-UMTS(Evolved UMTS)의 일부로써, 하향링크에서 OFDMA를 채용하고 상향링크에서 SC-FDMA를 채용한다. LTE-A(Advanced)는 3GPP LTE의 진화이다.

설명을 명확하게 하기 위해, LTE-A을 위주로 기술하지만 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.

도 1은 무선 통신 시스템이다.

무선 통신 시스템(10)은 적어도 하나의 기지국(11; Base Station, BS)을 포함한다. 각 기지국(11)은 특정한 지리적 영역(일반적으로 셀이라고 함)(15a, 15b, 15c)에 대해 통신 서비스를 제공한다. 셀은 다시 다수의 영역(섹터라고 함)으로 나누어질 수 있다. 단말(12; User Equipment, UE)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, MS(Mobile Station), MT(Mobile Terminal), UT(User Terminal), SS(Subscriber Station), 무선기기(wireless device), PDA(Personal Digital Assistant), 무선 모뎀(wireless modem), 휴대기기(handheld device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 기지국(11)은 일반적으로 단말(12)과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, eNB(evolved-NodeB), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.

단말은 통상적으로 하나의 셀에 속하는데, 단말이 속한 셀을 서빙 셀(serving cell)이라 한다. 서빙 셀에 대해 통신 서비스를 제공하는 기지국을 서빙 기지국(serving BS)이라 한다. 무선통신 시스템은 셀룰러 시스템(cellular system)이므로, 서빙 셀에 인접하는 다른 셀이 존재한다. 서빙 셀에 인접하는 다른 셀을 인접 셀(neighbor cell)이라 한다. 인접 셀에 대해 통신 서비스를 제공하는 기지국을 인접 기지국(neighbor BS)이라 한다. 서빙 셀 및 인접 셀은 단말을 기준으로 상대적으로 결정된다.

이 기술은 하향링크(downlink) 또는 상향링크(uplink)에 사용될 수 있다. 일반적으로 하향링크는 기지국(11)에서 단말(12)로의 통신을 의미하며, 상향링크는 단말(12)에서 기지국(11)으로의 통신을 의미한다. 하향링크에서 송신기는 기지국(11)의 일부분이고, 수신기는 단말(12)의 일부분일 수 있다. 상향링크에서 송신기는 단말(12)의 일부분이고, 수신기는 기지국(11)의 일부분일 수 있다.

도 2는 3GPP LTE에서 무선 프레임(radio frame)의 구조를 나타낸다. 이는 3GPP(3rd Generation Partnership Project) TS 36.211 V8.2.0 (2008-03) "Technical Specification Group Radio Access Network; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical channels and modulation (Release 8)"의 5절을 참조할 수 있다.

도 2를 참조하면, 무선 프레임은 10개의 서브프레임(subframe)으로 구성되고, 하나의 서브프레임은 2개의 슬롯(slot)으로 구성된다. 무선 프레임 내 슬롯은 #0부터 #19까지 슬롯 번호가 매겨진다. 하나의 서브프레임이 전송되는 데 걸리는 시간을 TTI(Transmission Time Interval)라 한다. TTI는 데이터 전송을 위한 스케줄링 단위라 할 수 있다. 예를 들어, 하나의 무선 프레임의 길이는 10ms이고, 하나의 서브프레임의 길이는 1ms이고, 하나의 슬롯의 길이는 0.5ms 일 수 있다.

하나의 슬롯은 시간 영역(time domain)에서 복수의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심벌을 포함하고, 주파수 영역에서 복수의 부반송파를 포함한다. OFDM 심벌은 3GPP LTE가 하향링크에서 OFDMA를 사용하므로 하나의 심벌 구간(symbol period)을 표현하기 위한 것으로, 다중 접속 방식에 따라 다른 명칭으로 불리울 수 있다. 예를 들어, 상향링크 다중 접속 방식으로 SC-FDMA가 사용될 경우 SC-FDMA 심벌이라고 할 수 있다. 자원블록(RB; Resource Block)는 자원 할당 단위로 하나의 슬롯에서 복수의 연속하는 부반송파를 포함한다. 상기 무선 프레임의 구조는 일 예에 불과한 것이다. 따라서 무선 프레임에 포함되는 서브프레임의 개수나 서브프레임에 포함되는 슬롯의 개수, 또는 슬롯에 포함되는 OFDM 심벌의 개수는 다양하게 변경될 수 있다.

3GPP LTE는 노멀(normal) 사이클릭 프리픽스(CP; Cyclic Prefix)에서 하나의 슬롯은 7개의 OFDM 심벌을 포함하고, 확장(extended) CP에서 하나의 슬롯은 6개의 OFDM 심벌을 포함하는 것으로 정의하고 있다.

도 3은 하나의 하향링크 슬롯에 대한 자원 그리드(resource grid)의 일 예를 나타낸다.

하향링크 슬롯은 시간 영역에서 복수의 OFDM 심벌을 포함하고, 주파수 영역에서 N_RB개의 자원 블록을 포함한다. 하향링크 슬롯에 포함되는 자원 블록의 수 N_RB은 셀에서 설정되는 하향링크 전송 대역폭(bandwidth)에 종속한다. 예를 들어, LTE 시스템에서 N_RB은 60 내지 110 중 어느 하나일 수 있다. 하나의 자원 블록은 주파수 영역에서 복수의 부반송파를 포함한다. 상향링크 슬롯의 구조도 상기 하향링크 슬롯의 구조와 동일할 수 있다.

자원 그리드 상의 각 요소(element)를 자원 요소(resource element)라 한다. 자원 그리드 상의 자원 요소는 슬롯 내 인덱스 쌍(pair) (k,l)에 의해 식별될 수 있다. 여기서, k(k=0,...,N_RB×12-1)는 주파수 영역 내 부반송파 인덱스이고, l(l=0,...,6)은 시간 영역 내 OFDM 심벌 인덱스이다.

여기서, 하나의 자원 블록은 시간 영역에서 7 OFDM 심벌, 주파수 영역에서 12 부반송파로 구성되는 7×12 자원 요소를 포함하는 것을 예시적으로 기술하나, 자원 블록 내 OFDM 심벌의 수와 부반송파의 수는 이에 제한되는 것은 아니다. OFDM 심벌의 수와 부반송파의 수는 CP의 길이, 주파수 간격(frequency spacing) 등에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들어, 노멀 CP의 경우 OFDM 심벌의 수는 7이고, 확장된 CP의 경우 OFDM 심벌의 수는 6이다. 하나의 OFDM 심벌에서 부반송파의 수는 128, 256, 512, 1024, 1536 및 2048 중 하나를 선정하여 사용할 수 있다.

도 4는 하향링크 서브프레임의 구조를 나타낸다.

하향링크 서브프레임은 시간 영역에서 2개의 슬롯을 포함하고, 각 슬롯은 노멀 CP에서 7개의 OFDM 심벌을 포함한다. 서브프레임 내의 첫 번째 슬롯의 앞선 최대 3 OFDM 심벌들(1.4Mhz 대역폭에 대해서는 최대 4 OFDM 심벌들)이 제어 채널들이 할당되는 제어 영역(control region)이고, 나머지 OFDM 심벌들은 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel)가 할당되는 데이터 영역이 된다. 3GPP LTE에서 사용되는 하향링크 제어 채널들은 PCFICH(Physical Control Format Indicator Channel), PDCCH(Physical Downlink Control Channel), PHICH(Physical Hybrid-ARQ Indicator Channel) 등이 있다. 서브프레임의 첫 번째 OFDM 심벌에서 전송되는 PCFICH는 서브프레임 내에서 제어 채널들의 전송에 사용되는 OFDM 심벌의 수(즉, 제어 영역의 크기)에 관한 정보를 나른다. PHICH는 상향링크 HARQ(Hybrid Automatic Repeat Request)에 대한 ACK(Acknowledgement)/NACK(Not-Acknowledgement) 신호를 나른다. 즉, 단말이 전송한 상향링크 데이터에 대한 ACK/NACK 신호는 PHICH 상으로 전송된다. PDCCH를 통해 전송되는 제어 정보를 하향링크 제어 정보(DCI; Downlink Control Information)라고 한다. DCI는 상향링크 또는 하향링크 스케쥴링 정보 및 임의의 UE 그룹들에 대한 상향링크 전송 파워 제어 명령 등을 가리킨다.

도 5는 상향링크 서브프레임의 구조를 나타낸다.

상향링크 서브프레임은 주파수 영역에서 제어 영역과 데이터 영역으로 나뉠 수 있다. 상기 제어 영역은 상향링크 제어 정보가 전송되기 위한 PUCCH(Physical Uplink Control Channel)이 할당된다. 상기 데이터 영역은 데이터가 전송되기 위한 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel)이 할당된다. 단일 반송파(single carrier)의 특성을 유지하기 위하여, 단말은 PUCCH와 PUSCH를 동시에 전송하지 않는다. 하나의 단말의 PUCCH는 서브프레임 내에서 RB 쌍(pair)을 구성하여 할당된다. 상기 RB 쌍에 포함되는 RB들은 각각의 슬롯의 서로 다른 부반송파(subcarrier)를 차지한다. 이를 PUCCH에 할당되는 RB 쌍이 슬롯 경계에서 주파수가 홉핑(frequency-hopped)되었다고 한다.

참조 신호는 일반적으로 시퀀스로 전송된다. 참조 신호 시퀀스는 특별한 제한 없이 임의의 시퀀스가 사용될 수 있다. 참조 신호 시퀀스는 PSK(Phase Shift Keying) 기반의 컴퓨터를 통해 생성된 시퀀스(PSK-based computer generated sequence)를 사용할 수 있다. PSK의 예로는 BPSK(Binary Phase Shift Keying), QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 등이 있다. 또는, 참조 신호 시퀀스는 CAZAC(Constant Amplitude Zero Auto-Correlation) 시퀀스를 사용할 수 있다. CAZAC 시퀀스의 예로는 ZC(Zadoff-Chu) 기반 시퀀스(ZC-based sequence), 순환 확장(cyclic extension)된 ZC 시퀀스(ZC sequence with cyclic extension), 절단(truncation) ZC 시퀀스(ZC sequence with truncation) 등이 있다. 또는, 참조 신호 시퀀스는 PN(pseudo-random) 시퀀스를 사용할 수 있다. PN 시퀀스의 예로는 m-시퀀스, 컴퓨터를 통해 생성된 시퀀스, 골드(Gold) 시퀀스, 카사미(Kasami) 시퀀스 등이 있다. 또, 참조 신호 시퀀스는 순환 쉬프트된 시퀀스(cyclically shifted sequence)를 이용할 수 있다.

하향링크 참조 신호는 셀 특정 참조 신호(CRS; cell-specific RS), MBSFN 참조 신호 및 단말 특정 참조 신호(UE-specific RS)로 구분될 수 있다. CRS는 셀 내 모든 단말에게 전송되는 참조 신호로 채널 추정에 사용된다. MBSFN 참조 신호는 MBSFN 전송을 위해 할당된 서브프레임에서 전송될 수 있다. 단말 특정 참조 신호는 셀 내 특정 단말 또는 특정 단말 그룹이 수신하는 참조 신호로, 전용 참조 신호(DRS: Dedicated RS)로 불릴 수 있다. DRS는 특정 단말 또는 특정 단말 그룹이 데이터 복조에 주로 사용된다.

먼저 CRS에 대해서 설명한다.

도 6은 기지국이 하나의 안테나를 사용하는 경우, CRS 구조의 일 예를 나타낸다. 도 7은 기지국이 2개의 안테나를 사용하는 경우, CRS 구조의 일 예를 나타낸다. 도 8은 기지국이 4개의 안테나를 사용하는 경우, CRS 구조의 일 예를 나타낸다. 이는 3GPP TS 36.211 V8.2.0 (2008-03)의 6.10.1절을 참조할 수 있다. 또한, 상기의 CRS 구조는 LTE-A 시스템의 특징을 지원하기 위하여 사용될 수도 있다. 예를 들어 협력적 다중 지점(CoMP; Coordinated Multi-Point) 전송 수신 기법 또는 공간 다중화(spatial multiplexing) 등의 특징을 지원하기 위하여 사용될 수 있다. 또한, CRS는 채널 품질 측정, CP 검출, 시간/주파수 동기화 등의 용도로 사용될 수 있다.

도 6 내지 8을 참조하면, 기지국이 복수의 안테나를 사용하는 다중 안테나 전송의 경우, 안테나마다 하나의 자원 그리드가 있다. 'R0'은 제1 안테나에 대한 참조 신호, 'R1'은 제2 안테나에 대한 참조 신호, 'R2'은 제3 안테나에 대한 참조 신호, 'R3'은 제4 안테나에 대한 참조 신호를 나타낸다. R0 내지 R3의 서브프레임 내 위치는 서로 중복되지 않는다. ℓ은 슬롯 내 OFDM 심벌의 위치로 노멀 CP에서 ℓ은 0부터 6의 사이의 값을 가진다. 하나의 OFDM 심벌에서 각 안테나에 대한 참조 신호는 6 부반송파 간격으로 위치한다. 서브프레임 내 R0의 수와 R1의 수는 동일하고, R2의 수와 R3의 수는 동일하다. 서브프레임 내 R2, R3의 수는 R0, R1의 수보다 적다. 한 안테나의 참조 신호에 사용된 자원 요소는 다른 안테나의 참조 신호에 사용되지 않는다. 안테나 간 간섭을 주지 않기 위해서이다.

CRS는 스트림의 개수에 관계 없이 항상 안테나의 개수만큼 전송된다. CRS는 안테나마다 독립적인 참조 신호를 갖는다. CRS의 서브프레임 내 주파수 영역의 위치 및 시간 영역의 위치는 단말에 관계 없이 정해진다. CRS에 곱해지는 CRS 시퀀스 역시 단말에 관계 없이 생성된다. 따라서, 셀 내 모든 단말들은 CRS를 수신할 수 있다. 다만, CRS의 서브프레임 내 위치 및 CRS 시퀀스는 셀 ID에 따라 정해질 수 있다. CRS의 서브프레임 내 시간 영역 내 위치는 안테나의 번호, 자원 블록 내 OFDM 심벌의 개수에 따라 정해질 수 있다. CRS의 서브프레임 내 주파수 영역의 위치는 안테나의 번호, 셀 ID, OFDM 심벌 인덱스(ℓ), 무선 프레임 내 슬롯 번호 등에 따라 정해질 수 있다.

CRS 시퀀스는 하나의 서브프레임 내 OFDM 심벌 단위로 적용될 수 있다. CRS 시퀀스는 셀 ID, 하나의 무선 프레임 내 슬롯 번호, 슬롯 내 OFDM 심벌 인덱스, CP의 종류 등에 따라 달라질 수 있다. 하나의 OFDM 심벌 상에서 각 안테나별 참조신호 부반송파의 개수는 2개이다. 서브프레임이 주파수 영역에서 N_RB 개의 자원 블록을 포함한다고 할 때, 하나의 OFDM 심벌 상에서 각 안테나별 참조신호 부반송파의 개수는 2×N_RB이다. 따라서, CRS 시퀀스의 길이는 2×N_RB가 된다.

수학식 2는 CRS 시퀀스 r(m)의 일 예를 나타낸다.

여기서, m은 0,1,...,2N_RB ^max-1이다. 2N_RB ^max은 최대 대역폭에 해당하는 자원 블록의 개수이다. 예를 들어, 3GPP LTE 시스템에서 2N_RB ^max은 110이다. c(i)는 PN 시퀀스로 모조 임의 시퀀스로, 길이-31의 골드(Gold) 시퀀스에 의해 정의될 수 있다. 수학식 3은 골드 시퀀스 c(n)의 일 예를 나타낸다.

여기서, Nc=1600이고, x₁(i)은 제1 m-시퀀스이고, x₂(i)는 제2 m-시퀀스이다. 예를 들어, 제1 m-시퀀스 또는 제2 m-시퀀스는 매 OFDM 심벌마다 셀 ID, 하나의 무선 프레임 내 슬롯 번호, 슬롯 내 OFDM 심벌 인덱스, CP의 종류 등에 따라 초기화(initialization)될 수 있다.

2N_RB ^max보다 작은 대역폭을 갖는 시스템의 경우, 2×2N_RB ^max 길이로 생성된 참조 신호 시퀀스에서 2×N_RB 길이로 일정 부분만을 선택해서 사용할 수 있다.

한편, CRS는 LTE-A 시스템에서 채널 상태 정보(CSI; Channel State Information)의 추정을 위해 사용될 수 있다. CSI의 추정을 위한 참조 신호를 CSI-RS(CSI Reference Signal)이라 할 수 있다. CSI-RS는 주파수 영역 또는 시간 영역에서 비교적 드물게(sparse) 배치되며, 일반 서브프레임 또는 MBSFN(Multimedia Broadcast and multicast Single Frequency Network) 서브프레임의 데이터 영역에서는 생략(punctured)될 수 있다. CSI의 추정을 통해 필요한 경우에 채널 품질 지시자(CQI; Channel Quality Indicator), 프리코딩 행렬 지시자(PMI; Precoding Matrix Indicator) 및 랭크 지시자(RI; Rank Indicator) 등이 단말로부터 보고될 수 있다. 단말 특정 참조 신호는 LTE-A 시스템에서 PDSCH 복조를 위하여 사용될 수 있다. 이때 PDSCH와 단말 특정 참조 신호는 동일한 프리코딩 동작을 따를 수 있다.

다음으로 DRS에 대해 설명한다.

도 9는 노멀 CP에서 DRS 구조의 일 예를 나타낸다. 노멀 CP에서 서브프레임은 14 OFDM 심벌을 포함한다. 'R5'는 DRS를 전송하는 안테나의 참조 신호를 나타낸다. 참조 심벌을 포함하는 하나의 OFDM 심벌 상에서 참조 부반송파는 4 부반송파 간격으로 위치한다. 도 10은 확장 CP에서 DRS 구조의 예를 나타낸다. 확장 CP에서 서브프레임은 12 OFDM 심벌을 포함한다. 하나의 OFDM 심벌 상에서 참조신호 부반송파들은 3 부반송파 간격으로 위치한다. 이는 3GPP TS 36.211 V8.2.0 (2008-03)의 6.10.3절을 참조할 수 있다.

DRS의 서브프레임 내 주파수 영역의 위치 및 시간 영역의 위치는 PDSCH 전송을 위해 할당된 자원 블록에 따라 정해질 수 있다. DRS 시퀀스는 단말 ID에 따라 정해질 수 있고, 상기 단말 ID에 해당하는 특정 단말만이 DRS를 수신할 수 있다.

DRS 시퀀스도 상기 수학식 2, 3에 의해 얻어질 수 있다. 다만, 수학식 2의 m은 N_RB ^PDSCH에 의해 정해진다. N_RB ^PDSCH는 PDSCH 전송에 대응하는 대역폭에 해당하는 자원 블록의 개수이다. N_RB ^PDSCH에 따라 DRS 시퀀스의 길이가 달라질 수 있다. 즉, 단말이 할당받는 데이터 양에 따라 DRS 시퀀스의 길이가 달라질 수 있다. 수학식 2의 제1 m-시퀀스(x₁(i)) 또는 제2 m-시퀀스(x₂(i))는 매 서브프레임마다 셀 ID, 하나의 무선 프레임 내 서브프레임의 위치, 단말 ID 등에 따라 초기화될 수 있다.

DRS 시퀀스는 서브프레임마다 생성되어, OFDM 심벌 단위로 적용될 수 있다. 하나의 서브프레임 내에서, 자원 블록당 참조 신호 부반송파의 개수는 12개이고, 자원 블록의 개수는 N_RB ^PDSCH이라 하자. 전체 참조 신호 부반송파의 개수는 12×N_RB ^PDSCH이다. 따라서, DRS 시퀀스의 길이는 12×N_RB ^PDSCH가 된다. 수학식 2를 이용하여 DRS 시퀀스를 생성하는 경우, m은 0,1,...,12N_RB ^PDSCH-1이다. DRS 시퀀스는 순서대로 참조 심벌에 맵핑된다. 먼저, DRS 시퀀스는 하나의 OFDM 심벌에서 부반송파 인덱스의 오름차순으로 참조심벌에 맵핑된 후, 다음 OFDM 심벌에 맵핑된다.

또한, CRS는 DRS와 동시에 사용될 수 있다. 예를 들어, 서브프레임 내 첫번째 슬롯의 3 OFDM 심벌(ℓ=0,1,2)을 통해 제어 정보가 전송된다고 가정한다. OFDM 심벌 인덱스가 0, 1, 2(ℓ=0,1,2)인 OFDM 심벌에서는 CRS를 사용하고, 3개 OFDM 심벌을 제외한 나머지 OFDM 심벌에서는 DRS를 사용할 수 있다. 이때 미리 정의된 시퀀스를 셀 별 하향링크 참조 신호에 곱하여 전송함으로써 수신기에서 인접 셀로부터 수신되는 참조 신호의 간섭을 감소시켜 채널 추정의 성능을 향상시킬 수 있다. 상기 미리 정의된 시퀀스는 PN 시퀀스, m-시퀀스, Walsh hadamard 시퀀스, ZC 시퀀스, GCL 시퀀스, CAZAC 시퀀스 등에서 어느 하나일 수 있다. 상기 미리 정의된 시퀀스는 하나의 서브프레임 내의 OFDM 심벌 단위로 적용이 가능하며, 또한 셀 ID, 서브프레임 번호, OFDM 심벌의 위치, 단말 ID 등에 따라서 다른 시퀀스가 적용될 수 있다.

다중 안테나 시스템의 경우, 각 안테나별 참조 신호를 구분할 수 있어야 데이터를 복원할 수 있다. 각 안테나별 참조 신호 간 간섭을 방지하기 위해, FDM(Frequency Division Multiplexing), TDM(Time Division Multiplexing) 또는 CDM(Code Division Multiplexing) 등의 다중화 방식이 사용될 수 있다. FDM에 의하여 각 안테나별 참조 신호가 주파수 영역에서 분리되어 전송될 수 있다. TDM에 의하여 각 안테나별 참조 신호가 시간 영역에서 분리되어 전송될 수 있다. CDM에 의하여 각 안테나별 참조 신호에 다른 시퀀스가 사용되어 전송될 수 있다. FDM, TDM을 사용하여 다중 안테나를 통해 참조 신호를 전송하는 경우, 각 안테나별 참조 심벌은 중복되지 않는다. CDM을 사용하는 경우, 각 안테나별 참조 신호 전송에 사용되는 자원 요소가 중복될 수 있다. 따라서, CDM을 사용할 경우, DRS 구조의 변경 없이도 다수의 스트림을 전송할 수 있다.

상향링크 참조 신호는 복조 참조 신호(DMRS; Demodulation Reference Signal)와 사운딩 참조 신호(SRS; Sounding Reference Signal)로 구분될 수 있다. DMRS는 수신된 신호의 복조를 위한 채널 추정에 사용되는 참조 신호이다. DMRS는 PUSCH 또는 PUCCH의 전송과 결합될 수 있다. SRS는 상향링크 스케줄링을 위해 단말이 기지국으로 전송하는 참조 신호이다. 기지국은 수신된 사운딩 참조신호를 통해 상향링크 채널을 추정하고, 추정된 상향링크 채널을 상향링크 스케줄링에 이용한다. SRS는 PUSCH 또는 PUCCH의 전송과 결합되지 않는다. DMRS와 SRS를 위하여 동일한 종류의 기본 시퀀스가 사용될 수 있다. 한편, 상향링크 다중 안테나 전송에서 DMRS에 적용된 프리코딩은 PUSCH에 적용된 프리코딩과 같을 수 있다. 순환 쉬프트 분리(cyclic shift separation)는 DMRS를 다중화하는 기본 기법(primary scheme)이다. LTE-A 시스템에서 SRS는 프리코딩되지 않을 수 있으며, 또한 안테나 특정된 참조 신호일 수 있다.

참조 신호 시퀀스 r_u,v ^(α)(n)은 수학식 4에 의해서 기본 시퀀스 b_u,v(n)와 순환 쉬프트 α를 기반으로 정의될 수 있다.

수학식 4에서 M_sc ^RS (1≤m≤N_RB ^max,UL)는 참조 신호 시퀀스의 길이이며, M_sc ^RS=m*N_sc ^RB이다. N_sc ^RB는 주파수 영역에서 부반송파의 개수로 나타낸 자원 블록의 크기를 나타내며, N_RB ^max,UL는 N_sc ^RB의 배수로 나타낸 상향링크 대역폭의 최대치를 나타낸다. 복수의 참조 신호 시퀀스는 하나의 기본 시퀀스로부터 순환 쉬프트 값인 α를 다르게 적용하여 정의될 수 있다.

기본 시퀀스 b_u,v(n)는 복수의 그룹으로 나누어지며, 이때 u∈{0,1,…,29}는 그룹 인덱스를, v는 그룹 내에서 기본 시퀀스 인덱스를 나타낸다. 기본 시퀀스는 기본 시퀀스의 길이(M_sc ^RS)에 의존한다. 각 그룹은 1≤m≤5인 m에 대해서 길이가 M_sc ^RS 인 하나의 기본 시퀀스(v=0)를 포함하며, 6≤m≤n_RB ^max,UL인 m에 대해서는 길이가 M_sc ^RS 인 2개의 기본 시퀀스(v=0,1)를 포함한다. 시퀀스 그룹 인덱스 u와 그룹 내의 기본 시퀀스 인덱스 v는 그룹 홉핑(group hopping) 또는 시퀀스 홉핑(sequence hopping)과 같이 시간에 따라 변할 수 있다.

상향링크 DMRS는 수신된 신호의 복조를 위한 채널 추정에 사용되는 참조 신호이다. PUSCH를 위한 DMRS 시퀀스는 수학식 5에 의해서 정의될 수 있다.

수학식 5에서 m=0,1,…이며, n=0,…,M_sc ^RS-1이다. M_sc ^RS=M_sc ^PUSCH이다.

슬롯 내에서 순환 쉬프트 값인 α=2πn_cs/12로 주어지며, n_cs는 수학식 6에 의해서 정의될 수 있다.

수학식 6에서 n_DMRS ⁽¹⁾는 상위 계층에서 전송되는 파라미터에 의해 지시되며, 표 1은 상기 파라미터와 n_DMRS ⁽¹⁾의 대응 관계의 예시를 나타낸다.

Parameter	nDMRS (1)
0	0
1	2
2	3
3	4
4	6
5	8
6	9
7	10

다시 수학식 6에서 n_DMRS ⁽²⁾는 PUSCH 전송에 대응되는 전송 블록을 위한 DCI 포맷 0 내의 순환 쉬프트 필드(cyclic shift field)에 의해서 정의될 수 있다. DCI 포맷은 PDCCH에서 전송된다. 상기 순환 쉬프트 필드는 3비트의 길이를 가질 수 있다.

표 2는 상기 순환 쉬프트 필드와 n_DMRS ⁽²⁾의 대응 관계의 일 예이다.

Cyclic shift field in DCI format 0	nDMRS (2)
000	0
001	6
010	3
011	4
100	2
101	8
110	10
111	9

동일한 전송 블록에서 DCI 포맷 0를 포함하는 PDCCH가 전송되지 않는 경우, 동일한 전송 블록에서 최초 PUSCH가 반영구적(semi-persistently)으로 스케줄링된 경우, 또는 동일한 전송 블록에서 최초 PUSCH가 임의 접속 응답 그랜트(random access response grant)에 의해 스케줄링 된 경우에 n_DMRS ⁽²⁾는 0일 수 있다.

n_PRS(n_s)는 수학식 7에 의해서 정의될 수 있다.

c(i)는 수학식 3의 예시에 의해서 표현될 수 있으며, c(i)의 셀 별로(cell-specfic) 적용될 수 있다. 모조 임의 시퀀스 생성기는 각 무선 프레임의 처음에서

로 초기화될 수 있다.

DMRS 시퀀스 r^PUSCH는 진폭 스케일링 인자(amplitude scaling factor) β_PUSCH와 곱해지고, 해당하는 PUSCH 전송에 사용되는 물리 전송 블록에 r^PUSCH(0)부터 시작하여 시퀀스로 맵핑된다. 상기 DMRS 시퀀스는 하나의 슬롯 내에서 노멀 CP인 경우 4번째 OFDM 심벌(OFDM 심벌 인덱스 3), 확장 CP인 경우 3번째 OFDM 심벌(OFDM 심벌 인덱스 2)에 맵핑된다. 다중 안테나 시스템에서 상향링크 DMRS에 적용되는 프리코딩은 PUSCH에 적용되는 프리코딩과 동일할 수 있다.

SRS는 단말이나 중계국이 기지국으로 전송하는 참조 신호로 상향링크 데이터나 제어 신호 전송과 관련되지 않는 참조 신호이다. SRS는 일반적으로 상향링크에서 주파수 선택적 스케줄링을 위한 채널 품질 추정을 위해 사용되나 다른 용도로 사용될 수도 있다. 예를 들면 파워 제어나 최초 MCS 선택, 데이터 전송을 위한 최초 파워 제어 등에도 사용될 수 있다. SRS는 일반적으로 하나의 서브프레임의 마지막 SC-FDMA 심벌에서 전송된다.

SRS 시퀀스 r_SRS(n)=r_u,v ^(α)(n)으로 정의된다. u는 PUCCH 시퀀스 그룹 인덱스, v는 기본 시퀀스 인덱스를 나타낸다. 순환 쉬프트 값 α는 수학식 8에 의해서 정의된다.

n_SRS ^cs는 각 단말에 대해 상위 계층에 의해서 구성되는 값이며, 0부터 7까지의 정수 중 어느 하나일 수 있다.

협력적 다중 지점(CoMP; Coordinated Multi-Point) 전송 수신 기법은 데이터 처리율(data rate)을 상승시키고, 셀 경계 또는 시스템 전체의 성능 이득(throughput)을 향상시키기 위하여 사용되는 기법이다. 이와 관련하여, CoMP 기법을 이용한 데이터 송신 및 처리 방법에 관해 여러 논의가 진행되고 있다. 하향링크 CoMP 전송은 지리적으로 서로 떨어져 있는 다중의 전송 지점(transmission point)으로부터의 하향링크 전송 협력의 다양한 타입을 나타내는 일반적인 용어이다. 하향링크 CoMP 전송 협력은 지리적으로 떨어져 있는 다중 지점 사이의 스케줄링 및 지리적으로 떨어져 있는 다중 지점으로부터의 공유 전송(joint transmission)에서의 협력을 포함할 수 있다. 상향링크 CoMP 수신은 지리적으로 서로 떨어져 있는 다중 지점에서의 상향링크 수신 협력의 다양한 타입을 나타내는 일반적인 용어이다. 상향링크 CoMP 수신 협력은 지리적으로 떨어져 있는 다중 지점 사이의 스케줄링에서의 협력을 포함할 수 있다.

도 11은 지상 위치 기반 방법 중 하향링크 OTDOA 방법의 동작의 일 예를 나타낸다. 단말은 현재 서비스를 받는 서빙 셀에서 전송되는 서브프레임을 기준으로 기준 시각(reference clock)을 측정한다. 상기 기준 시각으로부터 TDOA 2만큼 지난 시각에 제2 인접 셀(Neighbor Cell 2)로부터 서브프레임이 수신된다. 상기 기준 시각으로부터 상기 TDOA 2보다 긴 TDOA 1만큼 지난 시각에 제1 인접 셀(Neighbor Cell 1)로부터 서브프레임이 수신된다. 이와 같이 서빙 셀과 인접 셀에서 전송되는 신호의 차이에 의해서 단말의 위치를 추정할 수 있다.

인접 셀들로부터 전송되는 신호들은 서빙 셀에서 전송되는 신호와 서로 다른 도착 시간 차이(TODA)를 가지며 수신된다.

도 12는 지상 위치 기반 방법 중 하향링크 OTDOA 방법의 동작의 또 다른 예를 나타낸다. 단말의 위치는 테일러 급수 전개(Taylor series expansion)을 이용하여 선형화된 방정식(linearlized equation)을 풀어 추정할 수 있다. 이는 [Y. Chan and K. Ho, “A simple and efficient estimator for hyperbolic location,” IEEE Trans. Signal Processing, vol. 42, pp. 1905-1915, Aug. 1994]를 참조할 수 있다.

상기의 단말 포지셔닝 방법에서 단말은 기지국이 전송하는 참조 신호를 이용하여 위치를 추정할 수 있다. 상기 참조 신호는 CRS, 제1 동기화 신호(PSS; Primary Synchronization Signal) 또는 제2 동기화 신호(SSS; Second Synchronization Signal) 중 어느 하나일 수 있으나, 이러한 신호만으로는 위치 추정 성능을 높이기 어렵다. 따라서 단말의 위치를 추정하는 데에 사용되는 포지셔닝 참조 신호(PRS; Positioning Reference Signal)가 필요하다.

도 13은 하나의 서브프레임에서 PRS 구조의 일 예를 나타낸다. 가로 방향은 시간 영역에서 OFDM 심벌 인덱스일 수 있고, 세로 방향은 주파수 영역에서 부반송파 인덱스일 수 있다.

도 13-(a)는 노멀 CP를 가지는 서브프레임에서의 PRS 구조의 일 예이다. 1번째 OFDM 심벌과 2번째 OFDM 심벌은 PCFICH, PHICH, PDCCH 등 제어 채널로 이용된다. PRS는 3번째 OFDM 심벌에서부터 자원 영역 상에 대각선 방향으로 할당된다. PRS가 할당되는 자원 요소와 CRS가 할당되는 자원 요소가 겹칠 경우에 PRS는 생략(puncturing)될 수 있다. PRS가 대각선 방향으로 할당되어 전송됨으로써, 시간 영역과 주파수 영역에서 PRS가 고루 퍼질 수 있다. 따라서 하나의 서브프레임 내에서 PRS를 모두 합칠 경우, 모든 자원 요소에서 PRS가 전송될 수 있다. PRS는 일정 자원 단위에서만 전송될 수도 있고, 전 대역에 걸쳐서 전송될 수도 있다. 한편, 인접 셀은 상기 도 13-(a)의 PRS 구조를 주파수 축으로 순환 쉬프트(circular shift)시켜 PRS를 전송할 수 있다. 두 셀에서 단말로 PRS가 전송되는 경우, 두 셀에서 전송되는 PRS가 완전히 동기가 맞아서 수신되는 경우에는 셀 간 충돌(collision)이 발생하기 않고 정확한 단말의 위치 추정이 수행될 수 있다.

도 13-(b)는 확장 CP를 가지는 서브프레임에서의 PRS 구조의 일 예이다. 1번째 OFDM 심벌과 2번째 OFDM 심벌은 PCFICH, PHICH, PDCCH 등 제어 채널로 이용된다. 상기 도 13-(a)와 마찬가지로, PRS는 3번째 OFDM 심벌에서부터 자원 영역 상에 대각선 방향으로 할당된다. PRS가 할당되는 자원 요소와 CRS가 할당되는 자원 요소가 겹칠 경우에 PRS는 생략될 수 있다.

도 14는 하나의 서브프레임에서 PRS 구조의 또 다른 예를 나타낸다. 도 14-(a)는 노멀 CP의 경우, 도 14-(b)는 확장 CP의 경우를 나타낸다. 도 14-(a)의 PRS 구조는 도 13-(a)의 PRS 구조와 유사하나, 1번째 OFDM 심벌부터 3번째 OFDM 심벌까지 하향링크 제어 채널로 사용된다는 점이 다르다. 따라서 도 14-(a)의 PRS 구조에서 PRS는 4번째 OFDM 심벌부터 전송된다. 마찬가지로 도 14-(b)의 PRS 구조는 도 13-(b)의 PRS 구조와 유사하나, 1번째 OFDM 심벌부터 3번째 OFDM 심벌까지 하향링크 제어 채널로 사용된다는 점이 다르다. 따라서 도 14-(b)의 PRS 구조에서 PRS는 5번째 OFDM 심벌부터 전송된다.

한편, PRS는 PRS 전송을 위하여 구성된 하향링크 서브프레임 내의 자원 블록 내에서만 전송될 수 있다. PRS 전송을 위하여 구성된 하향링크 서브프레임은 포지셔닝 서브프레임(positioning subframe)이라 할 수 있다. 포지셔닝 서브프레임의 구성 정보는 상위 계층(higher layer)에 의해서 전송될 수 있으며, 포지셔닝 서브프레임은 복수의 연속한 하향링크 서브프레임에 할당될 수 있다.

도 15는 2개의 셀의 서로 다른 CP 구조를 가지는 각 포지셔닝 서브프레임에서 PRS가 전송되는 경우를 나타낸다. 셀 A의 포지셔닝 서브프레임은 노멀 CP를 가지며 14개의 OFDM 심벌을 포함하고, 셀 B의 포지셔닝 서브프레임은 확장 CP를 가지며 12개의 OFDM 심벌을 포함한다. PRS가 전송되는 OFDM 심벌은 도 14의 PRS 구조를 따른다. 즉, 셀 A의 포지셔닝 서브프레임에서 PRS는 4번째, 6번째, 7번째, 9번째, 10번째, 11번째, 13번째 및 14번째 OFDM 심벌(OFDM 심벌 인덱스 3, 5, 6, 8, 9, 10, 12 및 13)에서 전송되고, 셀 B의 포지셔닝 서브프레임에서 PRS는 5번째, 6번째, 8번째, 9번째, 11번째 및 12번째 OFDM 심벌(OFDM 심벌 인덱스 4, 5, 7, 8, 10 및 11)에서 전송된다. 도 15와 같이 복수의 셀의 서로 다른 CP 구조를 가지는 각 포지셔닝 서브프레임에서 PRS가 전송되는 경우, 단말이 복수의 PRS를 수신함에 있어 직교성(orthogonality)이 깨질 수 있다. 예를 들어 셀 A의 6번째 OFDM 심벌에서 전송되는 PRS와 셀 B의 5번째 OFDM 심벌에서 전송되는 PRS가 서로 정렬(aligned)되지 못한 상태에서 전송된다. 이때 각 OFDM 심벌에서 전송되는 시점의 차이가 CP 길이를 초과하는 경우 직교성이 깨지게 된다. 따라서 단말의 위치 추정 성능이 감소할 수 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 다양한 방법이 제안될 수 있다. 이하 실시예를 통해 제안된 참조 신호 전송 방법을 기술하도록 한다. 도 11 내지 도 15에서 단말의 위치 측정 방법과 포지셔닝 서브프레임에서 PRS가 전송될 때의 문제점을 기술하였으나, 서로 다른 CP 구조를 가지는 복수의 서브프레임에서 참조 신호가 전송될 때 직교성이 깨지는 문제점은 포지셔닝 서브프레임뿐만 아니라 일반적인 서브프레임에서도 발생할 수 있다. 따라서 본 발명은 PRS뿐만 아니라 CRS, DRS, CSI(Channel State Information) RS, CoMP RS, 사운딩(sounding) RS 등의 모든 참조 신호에 적용될 수 있다.

도 16은 제안된 참조 신호 전송 방법의 일 실시예를 나타낸다.

단계 S100에서 제1 기지국은 단말로 제1 서브프레임에서 제1 참조 신호를 전송하고, 단계 S110에서 제2 기지국은 제2 서브프레임에서 단말로 제2 참조 신호를 전송한다. 단계 S120에서 단말은 상기 제1 참조 신호 및 제2 참조 신호를 처리한다.

서로 다른 CP 구조를 가지는 복수의 셀에서 참조 신호가 전송되는 경우 직교성이 깨지는 것을 방지하기 위하여 다양한 방법이 제안될 수 있다.

먼저, 제1 기지국이 참조 신호를 전송하는 서브프레임과 제2 기지국이 참조 신호를 전송하는 서브프레임이 서로 다른 CP 구조를 가지는 경우, 제1 기지국과 제2 기지국은 각각 전송되는 자원 블록을 달리 하여 참조 신호를 전송할 수 있다. 즉, 참조 신호는 각 기지국에서 대역폭을 달리 하여 전송될 수 있다.

도 17은 일반적인 참조 신호 대역폭 설정 방법의 일 예이다. 참조 신호 대역폭은 기본 대역(baseband)을 기준으로 설정될 수 있다. 예를 들어 10MHz의 시스템 대역폭은 50개의 자원 블록을 포함할 수 있고, 참조 신호 대역폭은 상기 50개의 자원 블록 중 25개의 자원 블록일 수 있다.

도 18은 제안된 참조 신호 전송 방법에 따른 참조 신호 대역폭 설정 방법의 일 예이다. 제1 기지국은 시스템 대역폭에 해당하는 50개의 자원 블록 중 앞부분에 위치하는 25개의 자원 블록을 통해 제1 참조 신호를 전송한다. 제2 기지국은 시스템 대역폭에 해당하는 50개의 자원 블록 중 뒷부분에 위치하는 25개의 자원 블록을 통해 제2 참조 신호를 전송한다. 제1 기지국에서 제1 참조 신호가 전송되는 대역폭과 제2 기지국에서 제2 참조 신호가 전송되는 대역폭이 분리되므로, 복수의 셀로부터 전송되는 서브프레임이 다른 CP 구조를 가짐으로써 생길 수 있는 직교성의 파괴를 방지할 수 있다.

상기와 같이 참조 신호 대역폭을 다르게 설정하는 것은 오프셋(offset)을 통해서 정의될 수 있다. 상기 오프셋은 셀 특정(cell-specific) 값으로 각 셀에서 단말로 시그널링 될 수 있다. 상기 오프셋은 브로드캐스트, 셀 특정 메시지, 단말 특정 메시지 또는 PDCCH 등의 다양한 방법을 통해서 시그널링 될 수 있다. 또한 상기 오프셋은 단말이 속하는 서빙 셀(serving cell)을 기준으로 하는 상대적인 값일 수 있고, 인접 셀에서 전송되는 참조 신호 대역폭 값일 수 있다.

또한, 제1 기지국이 참조 신호를 전송하는 서브프레임과 제2 기지국이 참조 신호를 전송하는 서브프레임이 서로 다른 CP 구조를 가지는 경우, MBSFN 서브프레임을 이용하여 직교성의 파괴를 막을 수 있다. 즉, 적어도 하나의 셀의 MBSFN 서브프레임에서 참조 신호가 전송되는 경우, 참조 신호가 전송되는 MBSFN 서브프레임의 CP 구성을 통해 직교성의 파괴를 막을 수 있다. 예를 들어 제1 기지국과 제2 기지국의 프레임 구조가 각각 노멀 CP 구조와 확장 CP 구조를 가지는 것으로 구성되고, 제1 기지국에서 참조 신호가 전송되는 서브프레임과 제2 기지국에서 참조 신호가 전송되는 서브프레임이 각각 MBSFN 서브프레임과 일반 서브프레임으로 구성되는 경우, 제1 기지국에서 참조 신호가 전송되는 MBSFN 서브프레임의 CP 구조를 확장 CP 구조로 함으로써 직교성이 깨지는 것을 방지할 수 있다. 즉, MBSFN 서브프레임의 CP 구조는 일반 서브프레임의 CP 구조를 따를 수 있다. 또는 제1 기지국과 제2 기지국의 프레임 구조가 각각 노멀 CP 구조와 확장 CP 구조를 가지는 것으로 구성되어 있고, 제1 기지국에서 참조 신호가 전송되는 서브프레임과 제2 기지국에서 참조 신호가 전송되는 서브프레임이 모두 MBSFN 서브프레임으로 구성되는 경우, 제1 기지국에서 참조 신호가 전송되는 MBSFN 서브프레임의 CP 구조를 확장 CP 구조로 할 수 있다. 상기 MBSFN 서브프레임에 설정된 CP 구조의 설정 정보는 서빙 셀 또는 인접 셀에서 브로드캐스트, 셀 특정 메시지, 단말 특정 메시지 또는 PDCCH 등의 다양한 방법을 통해서 시그널링 될 수 있다.

또는 참조 신호가 3개 이상의 셀에서 전송되는 경우 적어도 하나의 셀에서 참조 신호를 전송하지 않음으로써(muting) 직교성이 깨지는 문제를 해결할 수 있다. 즉, 단말이 동시에 복수의 셀로부터 복수의 참조 신호들을 수신할 때 직교성이 깨질 가능성이 있는 경우, 상기 복수의 셀 중 적어도 하나의 셀에서 참조 신호를 전송하지 않을 수 있다. 특정 시간에서 참조 신호의 전송 여부를 결정하는 전송 패턴은 미리 정해지거나(pre-determined) 단말로 시그널링 될 수 있다. 예를 들어, 전송 패턴은 각 셀의 CP 구조를 기반으로 설정될 수 있다. 셀 A, 셀 B 및 셀 C가 노멀 CP 구조를 가지고, 셀 D, 셀 E 및 셀 F가 확장 CP 구조를 가진다고 가정하면, 특정 시간에서 어느 하나의 동일한 CP 구조를 가진 셀만이 참조 신호를 전송할 수 있다. 즉, 특정 시간 T0에서 셀 A, 셀 B 및 셀 C가 참조 신호를 전송할 때 셀 D, 셀 E 및 셀 F는 참조 신호를 전송하지 않으며, 특정 시간 T1에서는 셀 D, 셀 E 및 셀 F가 참조 신호를 전송하고 셀 A, 셀 B 및 셀 C는 참조 신호를 전송하지 않는다. 상기와 같은 전송 패턴은 반복될 수 있다. 예를 들어 특성 시간 T2와 T3에서 상기 T0와 T1에서의 참조 신호 전송 패턴이 반복될 수 있다.

도 19는 본 발명의 실시예가 구현되는 기지국 및 단말을 나타낸 블록도이다.

기지국(800)은 프로세서(810; processor), 참조 신호 생성부(820; reference signal generating unit) 및 RF부(830; Radio Frequency unit)을 포함한다. 참조 신호 생성부(820)는 PRS를 생성한다. 프로세서(810)는 상기 생성된 참조 신호를 처리한다. RF부(830)는 상기 참조 신호를 단말로 전송한다.

단말(900)은 프로세서(910) 및 RF부(920)를 포함한다. RF부(920)는 복수의 기지국으로부터 복수의 참조 신호들을 수신한다. 프로세서(910)는 상기 수신한 복수의 참조 신호들을 처리한다.

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.

상술한 예시적인 시스템에서, 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로써 순서도를 기초로 설명되고 있지만, 본 발명은 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당업자라면 순서도에 나타낸 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

상술한 실시예들은 다양한 양태의 예시들을 포함한다. 다양한 양태들을 나타내기 위한 모든 가능한 조합을 기술할 수는 없지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 다른 조합이 가능함을 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 이하의 특허청구범위 내에 속하는 모든 다른 교체, 수정 및 변경을 포함한다고 할 것이다.

Claims (14)

1. 무선 통신 시스템에서 단말의 위치 추정 방법에 있어서,
   제1 기지국이 노말 CP(Cyclic Prefix) 구조가 적용된 non-MBSFN(Multicast Broadcast over Single Frequency Network) 서브프레임인 제1 서브프레임을 통해 제1 PRS(Positioning Reference Signal)를 전송하되, MBSFN 서브프레임은 상기 제1 기지국이 복수의 단말에 상기 복수의 단말을 위한 방송 데이터를 전송하기 위해 사용되는 서브프레임인, 단계;
   상기 제1 기지국이 제2 기지국으로부터 상기 단말로 전송되는 제2 PRS를 포함한 제2 서브프레임이 확장 CP 구조가 적용된 서브프레임인지 판단하는 단계;
   만약 상기 제2 서브프레임이 상기 확장 CP 구조가 적용된 서브프레임이라면, 상기 제1 기지국이 상기 확장 CP 구조가 적용된 MBSFN 서브프레임인 제3 서브프레임을 통해 제3 PRS를 전송하되, 상기 제2 서브프레임과 상기 제3 서브프레임의 주파수 대역은 겹치지 않는, 단계;
   상기 제1 기지국이 상기 단말로부터 상기 제3 PRS가 수신된 시간과 상기 제2 PRS가 수신된 시간의 차이를 수신하는 단계; 및
   상기 제1 기지국이 상기 시간의 차이를 사용하여 상기 단말의 위치를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 추정 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 노말 CP 구조는 하나의 서브프레임이 14개의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심벌을 포함하는 구조이며,
   상기 확장 CP 구조는 하나의 서브프레임이 12개의 OFDM 심벌을 포함하는 구조인 것을 특징으로 하는 위치 추정 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 노말 CP 구조의 CP의 길이는 상기 확장 CP 구조의 CP 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 위치 추정 방법.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 서브프레임, 상기 제2 서브프레임, 및 상기 제3 서브프레임은 주파수 영역에서 복수의 부반송파(subcarrier)를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 추정 방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 서브프레임, 상기 제2 서브프레임, 및 상기 제3 서브프레임이 차지하는 주파수 영역은 특정한 기준값을 기준으로 정의되는 오프셋(offset)을 기반으로 결정되는 것을 특징으로 하는 위치 추정 방법.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 오프셋은 셀 특정(cell-specific) 값으로 단말로 시그널링 되는 것을 특징으로 하는 위치 추적 방법.
8. 삭제
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 서브프레임, 상기 제2 서브프레임, 및 상기 제3 서브프레임은 각각 제어 영역과 데이터 영역을 포함하고,
   하향링크 채널 측정을 위한 셀 특정 참조 신호(CRS; Cell-specific Reference Signal)가 상기 제1 서브프레임과 상기 제2 서브프레임의 데이터 영역에서는 전송되고, 상기 제3 서브프레임의 데이터 영역에서는 전송되지 않는 것을 특징으로 하는 위치 추적 방법.
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 무선 통신 시스템 상의 제1 기지국에서 있어서,
    무선 신호를 송수신하는 무선송수신부; 및
    상기 무선송수신부를 제어하는 프로세서를
    포함하되,
    상기 프로세서는,
    상기 무선송수신부를 제어하여, 노말 CP(Cyclic Prefix) 구조가 적용된 non-MBSFN(Multicast Broadcast over Single Frequency Network) 서브프레임인 제1 서브프레임을 통해 제1 PRS(Positioning Reference Signal)를 전송하되, MBSFN 서브프레임은 상기 제1 기지국이 복수의 단말에 상기 복수의 단말을 위한 방송 데이터를 전송하기 위해 사용되는 서브프레임이고,
    주변 기지국으로부터 상기 단말로 전송되는 제2 PRS를 포함한 제2 서브프레임이 확장 CP 구조가 적용된 서브프레임인지 판단하고,
    만약 상기 제2 서브프레임이 상기 확장 CP 구조가 적용된 서브프레임이라면, 상기 무선송수신부를 제어하여 상기 확장 CP 구조가 적용된 MBSFN 서브프레임인 제3 서브프레임을 통해 제3 PRS를 전송하되, 상기 제2 서브프레임과 상기 제3 서브프레임의 주파수 대역은 겹치지 않고,
    상기 단말로부터 상기 제3 PRS가 수신된 시간과 상기 제2 PRS가 수신된 시간의 차이를 수신하고,
    상기 시간의 차이를 사용하여 상기 단말의 위치를 추정하도록 설정되는
    장치.

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