KR101882953B1

KR101882953B1 - 무선 프레임 구성 방법 및 이를 이용하는 장치

Info

Publication number: KR101882953B1
Application number: KR1020130042856A
Authority: KR
Inventors: 정희상; 김일규
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2013-04-18
Filing date: 2013-04-18
Publication date: 2018-07-27
Also published as: KR20140125110A; US20150016337A1

Abstract

무선 프레임 구성 방법 및 장치, 그리고 이동 단말의 동기 획득 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 프레임 구성 방법은, 1차 동기 신호를 생성하여 동기 신호용 슬롯에 배치하는 단계, 2차 동기 신호를 생성하고 생성된 2차 동기 신호를 상기 1차 동기 신호와 일정한 위치적 관계를 두고 배치하는 단계, 및 상기 1차 및 2차 동기 신호를 포함하는 프레임을 구성하는 단계를 포함한다. 하나의 프레임 내에 배치된 복수의 2차 동기 신호는 동일한 시퀀스로부터 도출되나 서로 다른 시퀀스로서, 일정한 해밍 거리를 갖는 호핑 코드를 구성한다.

Description

무선 프레임 구성 방법 및 이를 이용하는 장치{METHOD FOR CONSTRUCTING RADIO FRAMES AND APPARATUS USING THE METHOD}

본 발명은 무선 프레임 구성 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 동기 신호 생성 및 무선 프레임 구성 방법 및 무선 프레임을 수신하여 동기를 획득하는 방법에 관한 것이다.

이동통신 시스템은 주로 수백 메가헤르츠(MHz) 혹은 수 기가헤르츠(GHz) 대역의 캐리어 주파수를 사용한다. 예를 들어서 우리 나라에서 사용하는 LTE(Long-Term Evolution) 시스템의 주파수 대역은 850 MHz, 1.8 GHz, 2.1 GHz이다. 북미, 유럽, 일본, 중국 등의 국가에서도 유사한 주파수 대역을 사용하고 있다.

사용하는 주파수 대역의 특성에 따라서 이동통신 시스템의 프레임 구조 및 채널 구조가 다르게 나타난다. 일 예로, LTE 시스템은 하향링크 전송 방식으로서 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식을 채택하고 있다. 위에서 예를 든 주파수 대역에서 OFDM 전송 방식을 사용하기 위하여 부반송파 (subcarrier) 간격을 15 kHz로 정하였으며, 이에 따라 이 값의 역수인 66.67㎲가 하나의 OFDM 심볼 길이가 되었다. 참고로 OFDM 전송 방식에서 OFDM 심볼 길이는 부반송파 간격의 역수이다.

한편, 상술한 바와 같은 이동통신에 사용되는 무선 주파수 자원이 점점 고갈되는 전 세계적 상황에서, 밀리미터파 대역이 우리나를 비롯해 일본, 미국, 캐나다, 유럽에서 비허가(licent-exempt) 대역으로 할당되면서 그 활용 방안에 대한 관심이 집중되고 있다. 밀리미터파는 다른 무선 통신 시스템과의 간섭없이 전세계 공통으로 사용할 수 있다는 장점 외에도 연속된 주파수 대역을 사용가능하다는 장점이 있다.

밀리미터파의 주파수는 30 ~ 300GHz이며, 밀리파 또는 EHF(extremely-high-frequency)로 약칭한다. 이 파장의 전파는 현재 사용되고 있는 무선 주파수대와 적외선(파장 약 0.l mm)의 중간에 있으며 빛에 아주 가까운 전파로서, 고해상도 레이더나 마이크로파 분광학 등에서 많이 이용되고 있다.

밀리미터파 대역의 전자파는 유선(도파로)을 통하여 전송이 가능하며 대기권에서의 무선전송은 대기에 포함되어 있는 산소와 수분 등의 흡수에 의한 몇 군데의 좁은 대역을 제외하고는 전송이 가능하다. 통신에서의 전송 주파수의 상승은 통신 정보량의 증가를 의미하며 전자파의 파장의 감소는 전자파의 지향성을 향상시키며 이를 위한 안테나의 크기도 감소하게 되어 휴대가 보다 편리하게 된다. 전자파의 지향성의 향상은 송수신자 외부로 전파가 누설되는 것을 막아서 비밀 통신에도 유리하다.

이와 같은 밀리미터파를 이동통신에 사용하기 위하여는 무선 전송로 문제 외에도 송수신과 관련하여 해결해야 할 기술적 문제들이 존재하는데, 밀리미터파 이동 통신에 사용될 무선 프레임 구조가 그 중 하나이다.

상술한 문제점을 극복하기 위한 본 발명의 목적은 무선 프레임을 구성하는 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 이동 단말의 동기 획득 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 동기 신호 생성 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 무선 프레임을 구성하는 방법 및 상기 동기 신호 생성 방법을 이용하는 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 동기 획득 방법을 이용하는 이동 단말을 제공하는 데 있다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 무선 프레임 구성 방법은 이동통신 시스템에 적용될 수 있으며, 1차 동기 신호를 생성하여 동기 신호용 슬롯에 배치하는 단계, 및 2차 동기 신호를 생성하고 생성된 2차 동기 신호를 상기 1차 동기 신호와 일정한 위치적 관계를 두고 배치하는 단계, 상기 1차 및 2차 동기 신호를 포함하는 프레임을 구성하는 단계를 포함한다.

여기서, 하나의 프레임에 포함된 복수의 2차 동기 신호 시퀀스는 동일한 시퀀스로부 도출되나 서로 다른 시퀀스로서, 일정한 해밍 거리(hamming distance)를 갖는 호핑 코드(hopping code)를 구성한다.

이때, 1차 동기 신호 및 2차 동기 신호는 하향링크에 할당된 심볼에 배치되며 제어 채널과 중첩하지 않도록 배치되는 것이 바람직하다.

상기 1차 동기 신호 및 2차 동기 신호는 브로드캐스트 채널용 심볼과 이웃하도록 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 2차 동기 신호는 상기 1차 동기 신호가 배치된 심볼의 바로 이전 심볼에 배치될 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 1차 동기 신호는, 상기 1차 동기 신호가 위치하는 해당 슬롯에서 마지막 심볼에 배치될 수 있다.

하나의 프레임 내에 위치하는 복수의 1차 동기 신호는 동일한 시퀀스를 포함할 수 있다.

상기 이동통신 시스템은 밀리미터파를 사용하는 이동통신 시스템이며, 상기 심볼 간의 간격은 LTE(Long Term Evolution) 시스템에서 사용되는 심볼 간 간격의 1/10 이하일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 제1 동기 신호를 위한 시퀀스 및 제2 동기 신호를 위한 시퀀스는 동기 신호 대역 중 가운데 절반 대역에서만 전송되며, 상기 동기 신호 대역 전체에서 전송되는 경우에 비해 부반송파 당 2배 파워로 전송되어 동기 신호 대역 전체에서 전송되는 경우와 동일한 파워가 유지되도록 한다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 이동 단말의 동기 획득 방법은, 복수의 시간 슬롯을 포함하는 무선 프레임을 수신하는 단계, 상기 무선 프레임을 검색하여 상기 무선 프레임에 포함된 1차 동기 신호를 검출하는 단계, 및 상기 1차 동기 신호와 일정한 간격을 두고 배치된 2차 동기 신호를 검출하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 이동 단말의 동기 획득 방법은, 상기 검출된 1차 동기 신호로부터 슬롯 경계를 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이동 단말이 기지국으로부터 수신하는 무선 프레임은 복수의 서브프레임을 포함하고 하나의 서브프레임은 복수의 슬롯을 포함할 수 있다.

상기 검출된 2차 동기 신호로부터 무선 프레임 경계를 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 검출된 1차 동기 신호로부터 제1 셀 정보를 획득하는 단계, 상기 검출된 2차 동기 신호로부터 제2 셀 정보를 획득하는 단계, 및 상기 제1 셀 정보 및 제2 셀 정보로부터 상기 기지국의 셀 식별자를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 2차 동기 신호가 포함하는 시퀀스는 하나의 프레임에 포함된 복수의 2차 동기 신호 시퀀스는 동일한 시퀀스로부터 도출되나 서로 다른 시퀀스로서, 일정한 해밍 거리(hamming distance)를 갖는 호핑 코드(hopping code)를 구성할 수 있다.

상기 검출된 2차 동기 신호로부터 제2 셀 정보를 획득하는 단계는, 복수의 상기 2차 동기 신호에 포함된 복수의 2차 동기 시퀀스를 추출하는 단계, 상기 추출된 복수의 2차 동기 시퀀스를 기 정의된 호핑 코드 테이블과 비교하는 단계, 및 상기 복수의 2차 동기 시퀀스와 매칭되는 호핑 코드에 따라 제2 셀 정보를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 호핑 코드 테이블은 제2 셀 정보에 대응하는 복수의 호핑 코드를 포함한다.

상기 2차 동기 신호에 포함된 2차 동기 시퀀스를 추출하는 단계는, 상기 호핑 코드 테이블이 포함하는 호핑 코드들이 갖는 해밍 거리에 따라 정해지는 개수만큼의 2차 동기 신호에 대해 수행되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 이동 통신을 위한 동기 신호 생성 방법은, 제1 셀 정보를 이용해 1차 동기 신호 시퀀스를 생성하는 단계 및 제2 셀 정보를 이용해 2차 동기 신호 시퀀스를 생성하는 단계를 포함하고, 하나의 프레임에 포함되는 복수의 2차 동기 신호 시퀀스는 일정한 해밍 거리(hamming distance)를 갖는 호핑 코드(hopping code)를 구성한다.

이때, 상기 하나의 프레임에 포함된 복수의 2차 동기 신호 시퀀스는 동일한 시퀀스로부터 도출되나 서로 다른 시퀀스이다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따르면 밀리미터파에 적합한 동기신호의 구조를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 복잡도가 낮은 동기신호 시퀀스를 제공함으로써, 동기 신호를 수신하는 수신단의 구현 복잡도를 낮출 수 있다.

도 1은 통상적으로 사용되는 이동통신 기술인 LTE의 프레임 구조 및 채널 구조도이다.
도 2는 LTE 시스템의 자원 구조도이다.
도 3은 LTE 시스템의 동기 신호 구조도이다.
도 4는 밀리미터파를 이용한 OFDM 방식을 사용하는 이동통신 시스템 프레임 구조의 일 실시예를 도시한다.
도 5는 밀리미터파를 이용한 OFDM 방식의 이동통신 시스템에서 본 발명의 다른 실시예에 따른 프레임 구조도이다.
도 6은 밀리미터파를 이용한 OFDM 방식의 이동통신 시스템에서 본 발명의 다른 실시예에 따른 프레임 구조도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 라디오 프레임 내 동기 신호의 구조도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 동기 신호의 상세 구조도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 라디오 프레임 내 동기 신호의 구조도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 라디오 프레임 내 동기 신호의 구조도이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 동기 신호의 상세 구조도이다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 또 다른 실시시예에 따른 동기 신호 상세 구조도이다.
도 15a 내지 15c는 해밍 거리(hamming distance) 8을 만족하는 호핑 코드(hopping code)의 일 실시예를 나타낸다.
도 16a 내지 16c는 해밍 거리 4를 만족하는 호핑 코드의 일 실시예를 나타낸다.
도 17a 내지 17c는 해밍 거리 4를 만족하는 호핑코드의 다른 실시예를 나타낸다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 구성 방법의 동작 흐름도이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 블록 구성도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 단말의 동기 획득 방법의 동작 흐름도이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 단말의 블록 구성도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 클라이언트나 운용자, 사용자의 의도 또는 판례 등에 따라서 다르게 호칭될 수 있다. 그러므로, 용어에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 출원에서 사용하는 '단말'은 이동국(MS), 사용자 장비(UE; User Equipment), 사용자 터미널(UT; User Terminal), 무선 터미널, 액세스 터미널(AT), 터미널, 가입자 유닛(Subscriber Unit), 가입자 스테이션(SS; Subscriber Station), 무선 기기(wireless device), 무선 통신 디바이스, 무선송수신유닛(WTRU; Wireless Transmit/Receive Unit), 이동 노드, 모바일 또는 다른 용어들로서 지칭될 수 있다. 단말의 다양한 실시예들은 셀룰러 전화기, 무선 통신 기능을 가지는 스마트 폰, 무선 통신 기능을 가지는 개인 휴대용 단말기(PDA), 무선 모뎀, 무선 통신 기능을 가지는 휴대용 컴퓨터, 무선 통신 기능을 가지는 디지털 카메라와 같은 촬영장치, 무선 통신 기능을 가지는 게이밍 장치, 무선 통신 기능을 가지는 음악저장 및 재생 가전제품, 무선 인터넷 접속 및 브라우징이 가능한 인터넷 가전제품뿐만 아니라 그러한 기능들의 조합들을 통합하고 있는 휴대형 유닛 또는 단말기들을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 출원에서 사용하는 ‘셀’ 또는 '기지국'은 일반적으로 단말과 통신하는 고정되거나 이동하는 지점을 말하며, 베이스 스테이션(base station), 노드-B(Node-B), e노드-B(eNode-B), BTS(base transceiver system), 액세스 포인트(access point), 릴레이(relay) 및 펨토셀(femto-cell) 등을 통칭하는 용어일 수 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

본 발명은 기존의 이동통신 시스템에서 사용되는 주파수 대역에 비해 훨씬 더 고주파 대역이 사용되는 경우 도플러 효과(Doppler effect)에 의한 주파수 오차 혹은 퍼짐 같은 물리적인 현상을 고려하여 더 넓은 부반송파 간격을 사용하여야 하고, 이 경우 OFDM 심볼 길이가 더 짧아진다는 사실을 기반으로 한다.

이와 같이 주파수 대역과 전송 방식에 따른 이동통신 시스템의 프레임 구조 및 채널 구조의 변경은 필수적이다. 본 발명은 밀리미터파 통신의 경우 필수적으로 변경, 고려되어야 할 프레임 구조, 더 나아가 이러한 프레임 구조에서의 동기 신호에 관한 것이다.

아래에서는 우선, LTE 이동통신 시스템에서 사용되는 프레임 구조에 대해 먼저 살펴보고 이후, 본 발명에 따라 밀리미터파 통신을 위한 프레임 구조 및 동기 신호 구조에 대해 살펴본다.

도 1은 통상적으로 사용되는 이동통신 기술인 LTE의 프레임 구조 및 채널 구조도이다.

도 1은 LTE의 물리계층 규격 중 LTE 시스템의 프레임 구조 타입 1을 나타낸다. LTE 시스템을 위한 프레임 구조는 도 1에 도시된 것 이외에도 사용되는 전송 방식에 따라 여러 타입이 정의된다.

는 10 ms의 주기로 라디오 프레임에 해당하는 시간이다.

은 0.5 ms의 시간으로서 슬롯을 나타내고 두 슬롯이 하나의 서브프레임을 구성한다. 라디오 프레임은 10 개의 서브프레임 (혹은 20 개의 슬롯)으로 구성되는 것이다. 프레임을 구성하는 최소의 시간 단위는 샘플이며, 10 ms는 307,200 개의 샘플로 구성된다. 다시 말해,

이며, 1 샘플이 차지하는 시간은 1/30720 ms이다. 이 값을 편의상

로 표시한다.

도 2는 LTE 시스템의 무선 자원 구조도이다.

도 2 역시 LTE 물리계층 규격에서 정의하는 LTE 시스템의 프레임 구조를 도 1보다 상세하게 나타내는 도면이다.

도 2의 세로축은 주파수 도메인을 표시하며 가로축은 시간 도메인을 표시한다. 작은 사각형은 세로축이 15 kHz의 주파수 간격을 갖고 가로 축이 하나의 OFDM 심볼 길이에 해당하는 시간으로, 이 작은 사각형을 RE(Resource Element)라고 칭한다. RE는 무선 데이터를 할당할 때 시간 × 주파수 자원의 최소 단위로서 이용된다. 여기서, 주파수 도메인 인덱스

와 시간 도메인 인덱스

을 이용하여

로써 RE를 나타낸다.

시간 도메인 상에서 하나의 슬롯에는

개의 OFDM 심볼이 있으며 이 값은 싸이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix: CP)에 따라서 달라진다. 즉, 일반(normal) CP인 경우에는 7이며, 확장 CP(extended CP)인 경우에는 6이다.

주파수 도메인으로

개의 부반송파와 시간 도메인으로

개의 OFDM 심볼을 하나의 블록 단위로서 RB(Resource Block)라고 한다.

는 확장(extended) CP 이면서 부반송파 간격을 7.5 kHz로 하는 경우 24이고, 그 외의 경우에는 12이다. 하나의 RB는

개의 RE를 포함한다. LTE 시스템의 주파수 대역의 크기를 RB로 표시하면

이고, 이 경우

개의 부반송파를 갖게 된다.

도 3은 LTE 시스템의 동기 신호 구조도이다.

도 3에서 주파수 도메인은 20 MHz의 대역을 나타내며 시간 도메인은 10 ms에 해당하는 20 개의 슬롯을 나타낸다.

LTE 동기 신호는 PSS(Primary Synchronization Signal)와 SSS(Secondary Synchronization Signal)의 두 종류를 가지고 있으며, 라디오 프레임에 각각 2개의 OFDM 심볼 구간을 점유한다. 주파수 도메인에서 보면 LTE 중에서 가장 작은 주파수 대역인 1.25 MHz 보다 더 적은 주파수 대역을 점유한다.

이렇게 함으로써 가장 작은 주파수 대역과 가장 큰 주파수 대역을 갖는 LTE 기지국 중에서 어떤 기지국을 만나더라도 동기 신호를 받아볼 수 있다. PSS 및 SSS는 각각 길이가 62인 시퀀스(sequence)로 구성되는데 PSS는 5 ms 주기로 동일한 신호가 반복되나 SSS는 10 ms 주기로 반복된다.

따라서, 도 3에서 PSS는 두 심볼 모두 동일하나 SSS는 서로 구별이 된다. 이렇게 동기 신호를 구성할 경우에 이 신호들을 수신하는 단말은 PSS를 이용하여 5 ms 심볼 위치를 먼저 구하게 되고, 그 다음 SSS를 이용하여 10 ms 프레임 위치를 구하게 된다.

동기의 중요한 기능 중의 하나는 셀아이디 (Cell Identity 또는 Cell ID)를 검출하는 것이다. 도 3에 도시한 두 가지의 시퀀스는 총 504 개의 셀 아이디에 대응하는 504 가지의 시퀀스를 갖는다. 구체적으로 셀 아이디는

로 표시할 수 있으며

는 0, 1, 2 셋 중의 하나이고

는 0 ~167 중의 하나이다. 따라서

와

를 이용하여 총 504가지의 조합이 가능하며 이 값들이 바로 셀아이디와 대응한다. PSS에 해당하는 시퀀스는 다음의 수학식 1로 나타낼 수 있다.

값이 0, 1, 2 일 경우 각각에 해당하는

값은 25, 29, 34 이다.

SSS에 해당하는 시퀀스는 다음의 수학식 2로 나타낼 수 있다.

기본 시퀀스에 해당하는

는 다항식

과 초기조건

를 이용하여 생성된 m-시퀀스를

만큼 싸이클릭 쉬프트(cyclic shift)시킨 시퀀스다. 수학식 2에서 주목할 점은 slot 0 과 slot 10이 동일한 기본 시퀀스인

을 사용하지만 홀수 번째와 짝수 번째에 서로 반대의 시퀀스가 되도록 한 점이다.

동일한 시퀀스를 사용하지만 짝수와 홀수에 배치하는 순서를 바꿈으로써 슬롯 0과 슬롯 10은 서로 다른 SSS를 갖는다. 이렇게 하여 하나만 검출하더라도 10 ms 내의 위치를 확정할 수 있다. 다만 기본 시퀀스 만을 사용할 경우 성능이 떨어질 수 있어서 스크램블링 시퀀스(scrambling sequence)인

를 추가로 사용했다는 점도 주목해야 한다.

본 발명은 캐리어 주파수가 밀리미터파에 해당하는 경우에 대한 것이다. 밀리미터파는 캐리어 주파수 30 ~ 300 GHz (파장 1 ~ 10 mm)에 해당하는 전자기파를 가리킨다. 무선통신에 이용되는 주파수 대역과 적외선 대역 (0.1 mm)의 중간에 위치하여 빛에 가까운 특성(예를 들면, 직진성)을 띠며 EHF(Extremely High Frequency) 라고도 한다. 밀리미터파는 셀룰러 통신에 이용되는 캐리어 주파수 대역에 비하여 매우 넓은 주파수 대역을 갖고 있기 때문에 상대적으로 대용량의 데이터를 전송할 수 있는 장점을 가지고 있는 반면, 공간 진행 시의 손실이 상대적으로 큰 단점도 있다.

캐리어가 밀리미터파인 경우에는 기존의 이동통신 대역 (예를 들어 GSM, WCDMA, LTE 등)에 비해 매우 다른 특성이 나타난다. 예를 들어, 이동한 물체가 느끼는 주파수가 속도에 비례하여 달라지는 도플러 효과를 보자. 이동 속도

인 물체가 원래 주파수

인 전파에 대하여 느끼는 주파수의 변화는 아래 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.

주파수 이동(frequency shift)은 물체의 이동 속도에 비례할 뿐만 아니라 원래의 캐리어 주파수에 비례한다. 따라서, 밀리미터파는 주파수가 높아진 만큼 도플러 쉬트프(Doppler shift)도 크게 나타난다. 따라서 밀리미터파를 OFDM 전송방식을 쓰는 이동통신에 사용할 경우에는 부반송파의 간격이 도플러 쉬트프에 의한 주파수 오차에 민감하지 않도록 커져야 한다. 이렇게 되면 OFDM 심볼 길이가 작아지므로 프레임 구조 자체에 변화가 발생한다.

다시 말해서 기존의 이동통신 대역에서 사용하던 프레임 구조를 사용할 수 없다. 그러므로 밀리미터파에 맞는 새로운 프레임 구조를 설계해서 사용해야 하며, 달라진 프레임 구조에 적합한 동기 신호 구조가 필요하게 된다. 밀리미터파를 이용한 이동통신 중에서 OFDM 방식을 이용하는 경우에 적절한 프레임 구조와 여기에 맞는 동기신호의 구조를 제시하고자 한다.

프레임 구조

도 4는 밀리미터파를 이용한 OFDM 방식을 사용하는 이동통신 시스템 프레임 구조의 일 실시예를 도시한다.

작은 하나의 사각형은 RE (Resource Element)를 나타낸다. 그러나 LTE의 예 (도 2)와는 달리 하나의 RE가 차지하는 자원은 180 kHz x 5.56 ㎲를 표시한다. 즉, 주파수 도메인으로 부반송파 간격은 180 kHz이며, 시간 도메인으로 시간 간격은 5.56 ㎲를 표시한다. LTE에 비해서 부반송파 간격이 12배 커진 것이며 OFDM 심볼 간격은 1/12로 줄었다. 부반송파 간격은 캐리어 주파수에서 발생하는 도플러 쉬트프를 고려하여 정하는 것이 일반적이다.

캐리어 주파수가 30 GHz 정도라고 하면 400 km/h의 고속으로 이동하는 이동체에 대하여 대략 11 kHz의 도플러 쉬트프가 발생할 수 있으며 이는 부반송파 간격의 6%에 해당한다. 만약 캐리어 주파수가 300 GHz 정도라면 도플러 쉬트프도 110 kHz 정도로 커질 것이기 때문에 부반송파 간격도 1.8 MHz 정도로 늘리는 것이 좋다. 하지만 이렇게 되면 OFDM 심볼의 길이가 0.556 ㎲로 매우 짧아진다.

따라서 도 4는 밀리미터파 중에서도 캐리어 주파수가 30 GHz 근처 혹은 이하일 경우를 가정한 것이다. 참고로, 기존의 LTE 경우에는 캐리어 주파수가 달라지더라도 900 MHz 혹은 3 GHz의 차이이기 때문에 15 kHz 간격으로 설계한 것을 모든 셀룰러 대역 주파수에 적용해도 문제가 없었다. 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 구조를 나타내는 도 4에서는 주파수 도메인에서 12개의 부반송파(subcarrier), 시간 도메인에서 40개의 OFDM 심볼을 하나의 RB(Resource Block)로 정의하고 있다.

RB는 이동 통신 무선 자원을 정의하기 위한 단위 블록으로, 하나의 RB는 2.16 MHz (180 kHz x 12)의 주파수 대역과 250 ㎲ 의 시간을 차지한다. 특히 시간 도메인에서 40 개의 OFDM 심볼은 40 x 5.56 = 222.4 ㎲ 이지만 각 심볼의 1/8 길이의 CP가 있기 때문에 250 ㎲가 된다. 하나의 RB에서 앞 부분에 빗금 친 부분은 제어 채널 영역을 표시하며 나머지 부분은 데이터 채널 영역이다. 제어 채널 영역은 전체 영역의 10% 정도를 차지하고 있으나 이는 가변적이다. 즉, 제어채널을 더 많이 보내야 할 경우라면 더 많은 자원을 할당할 수 있고 그 반대의 경우라면 제어채널을 위한 자원을 더 줄일 수 있다.

도 5는 밀리미터파를 이용한 OFDM 방식의 이동통신 시스템에서 본 발명의 다른 실시예에 따른 프레임 구조도이다.

도 5에서도 도 4에서와 마찬가지로 180 kHz의 부반송파 간격과 5.56 ㎲의 OFDM 심볼 길이를 가정한다. 하지만 도 4와는 달리, 도 5의 실시예에서는 하나의 RB가 주파수 영역에서의 12 개의 부반송파와 시간 영역에서의 20 개의 OFDM 심볼을 포함한다.

도 4에서 하나의 RB는 시간 영역으로 250 ㎲를 차지하였으나 도 5에서는 125 ㎲를 차지하도록 하였다. 하나의 RB가 차지하는 영역을 다르게 설정함으로써 주파수 x 시간 자원의 기본 단위가 갖는 RE의 수가 달라진다. 여기서 하나의 RB가 갖는 자원의 크기는 서비스 종류에 따라서 달라진다. 보통 자원할당을 위한 최소 단위가 RB가 되기 때문에 작은 자원을 필요로 하는 서비스에 맞춰서 RB의 크기를 정할 수 있다.

도 6은 밀리미터파를 이용한 OFDM 방식의 이동통신 시스템에서 본 발명의 다른 실시예에 따른 프레임 구조도이다.

도 6은 도 4에 도시한 RB를 이용하여 1 ms 서브프레임과 10 ms 라디오 프레임을 구성한 예이다. 하나의 RB가 차지하는 250 ㎲를 하나의 슬롯으로 하여 번호를 부여하였으므로 1 ms 내에 4 개의 슬롯이 포함되며, 10 ms 내에 40 개의 슬롯이 포함되는 구조이다. 만약 도 5의 구조를 가지고 1 ms 서브프레임과 10 ms 라디오 프레임을 구성하면, 각각 8 개와 80 개의 슬롯을 포함하게 된다.

동기신호 구조

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 라디오 프레임 내 동기 신호의 구조도이다.

250 ㎲ 시간 구간을 한 슬롯으로 하였을 경우, 즉, 도 4의 실시예에 도시된 프레임 구조를 가정하였으며, 4 개의 슬롯에 해당하는 1 ms 시간마다 한 번씩 동기 신호를 배치하였다. 전체적으로 10 ms의 라디오 프레임에 동기신호가 10 번 배치된다.

도 7에서는 1 ms 내의 4 개의 슬롯 중에서 마지막 슬롯에 동기 신호를 배치하였으나 다른 슬롯에 배치하여도 무관하다. 다만 매 1 ms의 구조는 10 ms 내에서 유지되어야 한다. 수식으로 표현하면 동기신호가 배치되는 슬롯 번호는

와 같이 나타낼 수 있다. 주파수 도메인에서는 전체의 대역 중에 중심의 일부 대역만을 차지하도록 배치하였다. 예에서는 전체 대역이 125 MHz이고 동기신호가 위치하는 대역은 15 MHz인 경우이다.

참고로, 125 MHz 대역은 180 kHz 간격의 부반송파 600 개를 수용할 수 있으며, 15 MHz 대역은 72 개를 수용할 수 있다. 600 개의 부반송파가 차지하는 주파수 대역은 108 MHz 이므로 125 MHz 중에서 17 MHz는 보호대역 (guard band)이 된다.

중심 주파수 근처의 72개 부반송파는 12.96 MHz 대역을 차지하므로 15 MHz 중에서 2.04 MHz는 보호대역이 된다. 주파수 대역이 125 MHz 이하이면서 15 MHz 이상인 경우에는 도 7에 도시한 동기 신호의 구조를 사용할 수 있다. 만약 125 MHz 보다 큰 주파수 대역이 있다면 125 MHz 단위로 캐리어 집성(carrier aggregation) 개념으로 추가로 사용하는 방법이 있다.

다른 방법으로는 전체 대역을 125 MHz 가 아닌 250 MHz, 500 MHz, 1 GHz와 같이 더 크게 잡는 방법도 있다. 각 경우에 동기신호가 차지하는 주파수 대역은 도 7의 경우에서처럼 지원가능한 최소 주파수 대역으로 설정할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 동기 신호의 상세 구조도이다.

즉, 도 8은 도 7에서 빗금 친 부분에 해당하는 슬롯을 확대하여 도시한 것이다.

즉, 도 8에서 나타낸 시간 도메인의 길이는 하나의 슬롯에 해당하는 250 ㎲이며, 도 7에서 나타낸 빗금으로 그려진 슬롯 부분을 확대해서 도시한 것이다. 프레임 구조 상단의 0에서 39까지의 인덱스 번호는 OFDM 심볼 번호를 나타낸다.

세로축인 주파수 부분은 도 7에서와 동일하다. 도 8에 나타낸 본 발명의 동기신호 구조의 일 실시예에 따르면, 40 개의 OFDM 심볼 중에서 마지막 심볼에 1차 동기신호가 배치되고 그 바로 전 심볼에 2차 동기신호가 배치된다. 물론 다른 OFDM 심볼에 1차 및 2차 동기신호를 배치하여도 무방하나, 동기신호가 시간적인 경계 지역을 찾는 용도로 사용되는 의미를 고려할 때 시작 혹은 끝 부분의 OFDM 심볼이 바람직하다. 하지만 시작 부분에는 보통 제어 채널을 위한 영역이 있기 때문에 슬롯의 끝 부분의 OFDM 심볼에 배치하는 것이 자연스럽다. 1차 동기신호는 매 1 ms 마다 반복되는 구조이다.

즉, 10 ms 라디오 프레임 내에 1차 동기 신호가 10 회 반복되는 구조이다. 따라서 1차 동기신호를 수신하여 검출한다면 1 ms 프레임 경계를 검출하게 되는 것이다. 하지만 10 ms 프레임 내에서 10 개의 1 ms 구간이 있으므로 그 중에 어떤 1 ms의 경계 지역인지는 알 수 없다. 검출된 1 ms 프레임이 10ms 라디오 프레임 내에서 어떤 위치인지는 2차 동기신호를 검출하여 알아낼 수 있다.

도 7과 도 8에서 도시한 동기 신호의 구조에 따르면 동기 신호에 사용된 에너지는 전체의 에너지에 대한 비율로 보았을 때 0.15%에 해당한다. 예를 들어, 1 ms 내에 있는 RE의 개수 = 600 x 40 x 4, 1 ms 내에서 동기신호에 사용되는 RE의 수 = 72 x 2 이다.

도 7 및 도 8에 도시된 실시예에서와 동일한 에너지 비율을 유지하는 본 발명에 따른 다른 실시예들이 아래에서 도면을 참조하여 설명될 것이다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 라디오 프레임 내 동기 신호의 구조도이다.

도 9에 나타낸 실시예에 나타낸 동기 신호는 도 7 및 8에 나타낸 실시예의 동기 신호 대역폭인 15 MHz보다 더 넓은 30 MHz 대역을 차지하며, 동기 신호의 주기가 1 ms이 아닌 2 ms인 경우를 나타낸다.

또한, 도 9의 실시예에서는 2 ms 내의 8 개의 슬롯 중에서 마지막 슬롯에 동기신호가 배치되었으나 다른 슬롯에 배치하여도 무관하다. 다만, 매 2 ms의 구조는 하나의 라디오 프레임인 10 ms 내에서 유지되어야 한다.

동기 신호가 배치되는 슬롯 번호를 수식으로 표현하면,

와 같이 나타낼 수 있다.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 라디오 프레임 내 동기 신호의 구조도이다.

앞서 설명한 실시예와 달리 도 10에서는 2 ms 내의 8 개의 슬롯 중에서 두 번째 슬롯에 동기신호가 배치되는 경우의 실시예를 도시한다.

이러한 구조는 상향링크와 하향링크의 구성이 동일한 주파수 대역을 사용하되 시간적으로 분리하는 TDD(Time-Domain Duplexing) 방식인 경우에 적합하다.

앞서 설명한 본 발명의 실시예들에 따르면 1차 동기 신호를 통해서 2 ms 프레임 경계를 검출하고, 2차 동기 신호를 통해서 10 ms인 라디오 프레임 경계를 검출할 수 있다. 하지만, 앞서 설명한 바와 같이 이렇게 동기신호가 차지하는 주파수 대역이 2 배가 되었을 경우에는 시스템이 제공하는 전체 대역폭이 최소 30 MHz 대역이 되어야 서비스할 수 있다.

도 11 및 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 동기 신호의 상세 구조도이다.

도 11은 도 9에 나타낸 동기 신호의 구조를 보다 상세히 나타낸다.

도 11은 한 슬롯에 포함된 40개의 OFDM 심볼 중에서 마지막 2개의 심볼에 동기신호가 배치된 경우의 실시예이다.

한편, 도 12는 도 10에 나타낸 동기 신호의 구조를 보다 상세히 나타낸다.

즉, 도 12에서는 한 슬롯에 포함된 40개의 OFDM 심볼 중에서 29와 30번째 심볼에 동기신호가 배치된 경우의 실시예를 나타낸다.

도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 동기 신호는 슬롯 내의 어떤 OFDM 심볼에 배치되어도 무방하지만, 아래와 같은 최소 몇 가지 사항을 고려할 필요가 있다.

첫째, 제어 채널은 보통 앞 쪽의 OFDM 심볼을 차지하므로 겹치지 않도록 배치하는 것이 바람직하다.

둘째, 하향링크 동기신호를 다루고 있으므로 하향링크를 위한 OFDM 심볼에 배치되도록 한다.

TDD 프레임에 적용되는 실시예를 설명한 도 12의 경우 OFDM 심볼 0번부터 29번까지 하향링크를 위한 OFDM 심볼이고 30번부터 39번까지는 보호구간(Guard Period)과 상향링크를 위한 OFDM 심볼이다.

셋째, 브로드캐스트 채널인 BCH(Broadcast Channel)를 위한 OFDM 심볼과 이웃하도록 함으로써, 동기 신호를 이용한 채널 추정이 BCH 복조 및 디코딩(decoding)에 이용될 수 있도록 한다.

넷째, 1차 동기신호와 2차 동기신호가 가능한 이웃하거나 가깝게 하여 1차 동기신호를 이용한 2차 동기신호의 주파수 오프셋 보정 및 채널 보상이 용이하도록 하는 것이다.

본 발명에서는, 앞서 열거한 점들을 고려하여 동기신호의 OFDM 심볼을 슬롯 내에 배치한다.

도 13 및 도 14는 본 발명의 또 다른 실시시예에 따른 동기 신호의 상세 구조도이다.

도 13은 도 11과 동일한 OFDM 심볼 배치를 갖고 도 14는 도 12와 동일한 OFDM 심볼에 동기신호가 배치되는 구조를 나타낸다.

도 13 및 도 14에 나타낸 실시예가 도 11 및 도 12에 도시된 실시예와 갖는 차이점은, 1차 및 2차 동기신호가 차지하는 주파수 영역이 동일하나 주파수 중앙에 위치하는 절반에만 시퀀스가 할당되고 나머지 절반엔 신호를 할당하지 않고 비워두는 구조를 갖는다는 점이다.

전체 영역의 절반인 비중앙 영역에는 신호가 없는 대신 중앙에 배치된 시퀀스는 파워를 2배로 함으로써, 전체 동기신호 주파수 대역에서 동기신호를 전송하는 경우와 동일한 파워를 갖도록 한다. 이렇게 하면, 도 11 및 도 12에 도시된 실시예의 경우와 동일한 동기 신호의 파워를 유지하되 시퀀스의 길이는 도 11 및 도 12에 도시된 실시예의 1/2이 됨으로써, 동기신호 수신부의 구현 복잡도가 줄어드는 효과를 얻을 수 있다.

이상 본 발명에 따른 동기 신호의 구조에 대해 살펴보았고, 이하에서는 본 발명에 따른 동기신호 시퀀스에 대해 설명한다.

동기신호 시퀀스

본 발명에서는 앞서 설명한 동기 신호의 구조 실시예들에 적합한 다양한 동기 신호 시퀀스를 제안한다.

우선, 도 7과 도 8에 나타낸 본 발명의 동기 신호의 일 실시예에 해당하는 시퀀스(sequence)에 대해 설명한다.

1차 동기신호의 경우 시퀀스의 길이가 62이며 아래와 같이 LTE에서도 사용되는 자도프-추(Zadoff-Chu) 시퀀스를 사용할 수 있다. 하지만,

값은 LTE와 동일할 필요가 없으며, 서로 구분될 수 있는 1 ~ 62 사이의 값으로 3개를 취한다. 이 값들은 LTE에서와 마찬가지로 셀 구분을 위한 제1 셀 정보인

에 대응한다.

과

사이의 수식이 다른 이유는 시스템에서 사용하는 주파수 대역의 중앙에 위치한 DC 성분에는 시퀀스를 할당하지 않기 때문이다.

단말은 기지국과의 동기 획득을 위한 1 단계에서 상기 1차 동기신호를 검출하여

값을 알아내며, 1 ms 프레임 경계를 찾아낸다.

기지국과의 동기 획득을 위한 2 단계는 2차 동기신호를 이용하여 이루어지며, 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 동기신호의 시퀀스는 아래 수학식 5와 같이 정의된다.

여기서, d(n)은 2차 동기 신호 시퀀스이다.

또한,

는 다항식

과 초기 조건

을 이용하여 생성된 m-시퀀스이다.

는

로부터 -1 혹은 1로 변환된 시퀀스 (

) 를

만큼 싸이클릭 쉬프트(cyclic shift)한 시퀀스다. 또한,

는 본 발명에 따른 호핑 코드로서, 여기서는 해밍 거리(hamming distance) 8을 만족하는 호핑 코드이다.

싸이클릭 쉬프트의 의미는 다음과 같다. 예를 들어, “0, 1, 2, … , 61” 이라는 수열을 1만큼 싸이클릭 쉬프트하면 “1, 2, …, 61, 0”이 되며, 2만큼 싸이클릭 쉬프트하면 “2, 3, 4, …, 61, 0, 1”이 된다. LTE에서는 시퀀스의 길이가 31인 시퀀스를 서로 다른 두 값

만큼 싸이클릭 쉬프트시켜서 홀수 번째와 짝수 번째에 교대로 배치하여 길이 62의 시퀀스를 만들어서 사용한다.

하지만, 본 발명에서는 시퀀스의 길이가 62이므로 하나의 m-시퀀스를 사용한다. 이 경우, 본 발명에 따른 제2 동기신호 시퀀스 생성을 위한 다항식의 차수는 6 차가 된다. 이러한 다항식을 이용해서 시퀀스를 생성하는 방법은 아래 수학식 6을 통해 확인할 수 있다.

상기 수학식 6식에서 (mod 2) 연산은 2로 나눈 나머지를 의미한다.

한편, 상기 수학식 5에서

는 본 발명에 따른 호핑 코드를 나타냄을 설명하였다. 본 발명에 따른 호핑 코드는 셀 고유의 값(cell-specific value)으로서, 셀 구분을 위한 제2 셀 정보인

에 대하여 일대일로 대응하는, 예를 들어, 10 개의 값

으로 정의될 수 있다. 10 개의 슬롯에서

에 해당하는 싸이클릭 쉬프트를 수행하여 10 ms 내에서, 즉 하나의 라디오 프레임 내에서 총 10 개의 서로 다른 시퀀스가 사용된다.

도 15a 내지 15c는 해밍 거리(hamming distance) 8을 만족하는 호핑 코드(hopping code)의 실시예를 나타낸다.

도 15a 내지 15c에 나타낸 값들은 알파벳 크기(Alphabet size) 62, 호핑 코드 길이 10인 경우에 대하여 컴퓨터를 이용하여 생성한 임의의 수(random number)이다. 이러한 임의의 수의 집합은 168 개보다 더 많으며 도 15a 내지 15c에 나타낸 값들은 그 중에서 선택된 값들이다. 단, 해밍거리 9 이상인 경우는 168개 집합이 만들어지지 않는다. 해밍 거리 8의 의미는 임의의 두 개의 제2 셀 정보

에 대응하는 호핑 코드 사이의 다른 숫자가 최소 8 개임을 나타낸다.

다시 말해, 서로 다른 호핑 코드 사이에 최대 일치하는 숫자의 개수가 2 개임을 의미한다 이때, 두 호핑 코드를 비교함에 있어서 싸이클릭 쉬프트까지 고려한 것이다. 단말은 1차 동기신호를 이용하여 1 ms 경계 지역을 찾아내고, 2차 동기 신호를 이용하여 10 ms 경계를 찾아낼 수 있다.

구체적으로, 도 7 및 8에 도시된 구조에서 호핑 코드의 해밍 거리가 8인 경우에는 최소 3 개의 시퀀스를 비교해야 10 ms 경계를 찾아낼 수 있다.

예를 들어, 도 15a에 도시된 제2 셀 정보인

에 해당하는 호핑 코드와

에 해당하는 호핑 코드의 경우에, 두 호핑 코드는

이 같기 때문에

까지 검출해야 어떤 호핑 코드인지 구분할 수 있다.

즉, 호핑 코드를 구성하는 10개의 시퀀스 중 3개의 시퀀스에 대한 검출이 완료되면, 나머지 시퀀스를 비교하지 않고도 기지국이 전송하는 2차 동기 신호에 포함된 호핑 코드 전체를 식별할 수 있다. 단말이 2차 동기 신호에 포함된 호핑 코드를 식별하면 제2 셀 정보를 획득할 수 있고, 1차 동기 신호에 포함된 제1 셀 정보와 조합하여 셀 식별자(cell ID)를 획득할 수 있다. 이때, 4개 이상의 시퀀스를 누적할 경우에는 성능 개선 효과가 나타난다. 즉, 전파 환경이 열악하여 신호 대 잡음비가 크지 않은 경우에 보다 많은 시퀀스를 누적함으로써 성능을 보다 개선할 수 있다. 이는 이하에서 기술하는 동기신호 시퀀스의 실시예들에 대해서도 동일하게 적용된다.

본 발명에 따른 호핑 코드 및 해밍 거리는 기지국과 단말 사이에 규격으로 정의되어 기지국 및 단말이 사전에 미리 알고 있는 것으로 가정한다.

단말은 상술한 절차를 통해 획득한 1차 및 2차 동기신호를 이용하여 10 ms 프레임 경계를 검출함과 동시에

와

집합에 대응하는 셀 아이디를 찾아낼 수 있다. 다시 말해, 1차 동기 신호 및 2차 동기 신호를 통해 획득한 제1 셀 정보 및 제2 셀 정보를 이용해, 예를 들어, 셀 아이디(Cell ID) =

와 같이 셀 아이디가 산출될 수 있다.

다음으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 동기 신호에 해당하는 시퀀스에 대하여 기술한다.

우선, 슬롯 구조는 도 9 및 도 10에 도시된 구조를 따르고, OFDM 심볼 구조는 도 11 및 도 12에 도시된 동기 신호에 해당하는 시퀀스에 대해 설명한다.

먼저 1차 동기신호의 경우 시퀀스의 길이가 126이며 아래와 같이 자도프-추(Zadoff-Chu) 시퀀스를 사용할 수 있다.

값은 서로 구분할 수 있는 1 ~ 125 사이의 값으로 3 개를 취한다. 이 값들은

에 대응한다.

와

사이의 수식이 다른 이유는 주파수의 중앙에 위치한 DC 성분에는 시퀀스를 할당하지 않기 때문이다.

단말은 상술한 동기신호를 이용하여 1 단계에서 1차 동기신호를 검출하여

값을 알아내며, 2 ms 프레임 경계를 찾아낸다. 2 단계는 2차 동기신호를 이용하며, 2차 동기신호의 시퀀스는 다음과 같다.

는 다항식

과 초기 조건

를 이용하여 생성되는 시퀀스이다.

는

로부터 -1 혹은 1로 변환된 시퀀스 (

)를

만큼 싸이클릭 쉬프트한 시퀀스다. 또한,

는 본 발명에 따른 호핑 코드로서, 여기서는 해밍 거리(hamming distance) 4를 만족하는 호핑 코드이다.

m-시퀀스의 길이가 126이므로 m-시퀀스 생성 다항식의 차수가 7차가 되었다.

상기 다항식을 이용해서 시퀀스를 생성하는 방법은 아래 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.

앞서 수학식 8에서 이미 설명한 바와 같이

는 호핑 코드를 나타내며, 셀 고유의 값(cell-specific value)인 제1 셀 정보

=

에 대해 일대일로 대응하는 5개의 값

을 갖는다.

도 16a 내지 16c는 해밍 거리 4를 만족하는 호핑 코드의 실시예를 나타낸다.

도 16a 내지 16c에 나타낸 값들은 알파벳 크기(Alphabet size) 126, 호핑 코드 길이 5인 경우에 대하여 컴퓨터를 이용하여 생성한 임의의 수이다. 이러한 임의의 수의 집합은 168개 보다 더 많으며 도 16a 내지 16c에 나타낸 값들은 그 중에서 선택된 값들이다.

해밍 거리 4의 의미는 임의의 두 개의 Cell ID에 대응하는 호핑코드 사이의 다른 숫자가 최소 4 개임을 나타낸다. 다른 말로 하면 서로 다른 호핑코드 사이에 최대 일치하는 숫자의 개수가 1 개임을 의미한다(두 호핑코드를 비교함에 있어서 싸이클릭 쉬프트까지 고려한 것이다).

단말은 1차 동기신호를 이용하여 2 ms 경계를 획득할 수 있고, 2차 동기신호를 이용하여 10 ms 경계를 획득할 수 있다.

앞서 설명한 도 9 및 10에 나타낸 동기 신호의 구조에서와 같이 호핑 코드의 해밍 거리가 4인 경우에는 최소 2개의 시퀀스를 비교해야 10 ms 경계를 찾아낼 수 있다. 상술한 1차 및 2차 동기신호를 이용하여 10 ms 프레임 경계를 검출함과 동시에

와

에 대응하는 셀 아이디를 찾아낼 수 있다.

다음으로, 슬롯 구조는 도 9와 도 10의 실시예에 도시된 슬롯 구조를 따르고 OFDM 심볼 구조는 도 13 및 도 14에 도시된 동기 신호에 해당하는 시퀀스에 대해 설명한다.

먼저 1 차 동기신호의 경우 아래 수학식 10을 통해 나타낸 바와 같이, 시퀀스의 길이가 62이며 아래와 같이 LTE와 동일한 Zadoff-Chu 시퀀스를 사용할 수 있다. 하지만

값은 LTE와 동일할 필요는 없으며, 서로 구분될 수 있는 1 ~ 62 사이의 값으로 3개를 취한다.

단말은, 수학식 10에 의해 정의되는 동기 신호를 이용하여 1 단계에서 1 차 동기신호를 검출하여

값을 알아내고, 2 ms 프레임 경계를 알아낼 수 있다.

2 단계는 2 차 동기신호를 이용하며, 2 차 동기신호 시퀀스는 아래 수학식 11과 같이 정의될 수 있다.

는 다항식

과 초기조건

를 이용하여 생성되는 시퀀스이다.

는

로부터 -1 혹은 1로 변환된 시퀀스 (

)를

만큼 싸이클릭 쉬프트한 시퀀스이다. 또한,

는 본 발명에 따른 호핑 코드로서, 여기서 사용된 호핑 코드는 해밍 거리 4를 만족한다.

발명에서는 시퀀스의 길이가 62이므로 하나의 m-시퀀스를 사용한다. 이 경우 생성 다항식의 차수가 6 차가 된다. 상기 다항식을 이용해서 시퀀스를 생성하는 방법은 다음과 같다.

수학식 12에서 (mod 2) 연산은 2로 나눈 나머지를 의미한다.

는 호핑코드를 나타내는데, 셀 고유의 값(cell-specific value)으로서

=

에 대하여 일대일로 대응하는 5개의 값

을 갖는다.

도 17은 해밍 거리 4를 만족하는 호핑코드의 다른 실시예를 나타낸다.

도 17에 도시된 값들은 알파벳 크기 62, 호핑 코드 길이 5인 경우에 대하여 컴퓨터를 이용하여 생성한 임의의 수이다. 이러한 임의의 수의 집합은 168개보다 더 많으며 도 17에 도시된 값들은 그 중에서 선택된 값들이다.

단말이 앞서 1차 동기신호를 이용하여 2 ms 경계지역을 찾아냈다면, 수학식 11 및 도 17의 실시예에 의해 정의되는 2차 동기신호를 이용하여 10 ms 경계를 알아낼 수 있다. 도 16의 실시예와 도 17의 실시예의 차이점은 도 17에서는 알파벳 크기가 62라는 점, 즉 호핑코드에 사용된 숫자가 0 내지 61의 범위에 속하는 값이라는 점이다.

도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 구성 방법의 동작 흐름도이다.

이하의 실시예 설명에서 본 발명에 따른 프레임 구성 방법을 구성하는 각 단계들이 도 19를 통하여 설명될 기지국의 대응되는 구성요소에서 수행되는 동작으로 이해될 수 있으나, 방법을 구성하는 각 단계들은 각 단계를 정의하는 기능 자체로서 한정되어야 한다. 즉, 각 단계를 수행하는 것으로 예시된 구성요소의 명칭에 의해서 각 단계의 수행주체가 한정되지 않음에 유의하여야 한다.

도 18에 도시된 방법과 관련하여서는, 설명의 편의상 프레임 구성 방법의 동작 주체로 기지국을 들어 설명하겠다.

본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 구성 방법에 따르면, 기지국은 제1 셀 정보를 이용해 1차 동기 신호 시퀀스 생성하고(S1810), 제2 셀 정보를 이용해 2차 동기신호 시퀀스 생성한다(S1820). 여기서, 제2 셀 정보는 본 발명에 따른 호핑 코드와 대응될 수 있는 값이고, 제2 셀 정보에 따라 정해지는 호핑 코드에 따라 2차 동기 신호 시퀀스가 생성된다.

이후 기지국은, 1차 동기 신호 시퀀스를 포함하는 OFDM 심볼을 1차 동기 신호로서 서브프레임당 하나씩 배치한다(S1830). 이때, 동기 신호가 배치되는 간격은 하나의 서브프레임이 아니어도 무방하며, 2개의 서브프레임, 혹은 3개의 서브프레임일 수 있다.

기지국은 또한, 2차 동기신호 시퀀스를 포함하는 OFDM 심볼을 2차 동기 신호로서 1차 동기 신호와 일정한 간격을 두고 배치한다(S1840). 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 2차 동기신호는 시간 상에서 1차 동기신호가 배치된 심볼 바로 앞 심볼에 배치된다.

이후 기지국은, 1차 및 2차 동기 신호를 포함하는 서브프레임을 구성하고(S1850), 이어서 복수의 서브프레임을 포함하는 라디오 프레임을 구성한다(S1860). 기지국은 이렇게 구성된 프레임을 적어도 하나의 단말로 전송한다(S1870).

도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 블록 구성도이다.

본 발명에 따른 기지국(100)은 시퀀스 생성부(110), 프레임 구성부(120), 및 송신부(130)를 포함하여 구성될 수 있다.

시퀀스 생성부(110)는 제1 셀 정보를 이용해 1차 동기 신호 시퀀스 생성 하고, 제2 셀 정보를 이용해 2차 동기신호 시퀀스를 생성한다.

프레임 구성부(120)는 생성된 1차 및 2차 동기신호 시퀀스를 이용해 프레임을 구성한다. 구체적으로, 프레임 구성부(120)는 1차 동기 신호 시퀀스를 포함하는 OFDM 심볼을 1차 동기 신호로서 프레임에 배치하고, 2차 동기신호 시퀀스를 포함하는 OFDM 심볼을 2차 동기 신호로서, 1차 동기 신호와 일정한 간격을 두고 배치한한다. 이후 프레임 구성부(120)는 1차 및 2차 동기 신호를 포함하는 프레임을 구성한다.

이렇게 구성된 무선 프레임은 송신부(130)를 통해 적어도 하나의 단말로 전송된다.

상술한 구성요소들은 물리적인 구분이 아니라 기능적인 구분에 의해서 정의되는 구성요소들로서 각각이 수행하는 기능들에 의해서 정의될 수 있다. 각각의 구성요소들은 하드웨어 및/또는 각각의 기능을 수행하는 프로그램 코드 및 프로세싱 유닛으로 구현될 수 있을 것이며, 두 개 이상의 구성요소의 기능이 하나의 구성요소에 포함되어 구현될 수도 있을 것이다.

따라서, 본 실시예에서 구성요소에 부여된 명칭은 각각의 구성요소를 물리적으로 구분하기 위한 것이 아니라 각각의 구성요소가 수행하는 대표적인 기능을 암시하기 위해서 부여된 것이며, 구성요소의 명칭에 의해서 본 발명의 기술적 사상이 한정되지 않는 것임에 유의하여야 한다.

도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 단말의 동기 획득 방법의 동작 흐름도이다.

이하의 실시예에서 본 발명에 따른 이동 단말의 동기 획득 방법을 구성하는 각 단계들이 도 21을 통하여 설명될 이동 단말의 대응되는 구성요소에서 수행되는 동작으로 이해될 수 있으나, 방법을 구성하는 각 단계들은 각 단계를 정의하는 기능 자체로서 한정되어야 한다. 즉, 각 단계를 수행하는 것으로 예시된 구성요소의 명칭에 의해서 각 단계의 수행주체가 한정되지 않음에 유의하여야 한다.

단말이 기지국으로부터 무선 프레임을 수신하고(S2010), 수신한 무선 프레임에서 1차 동기 신호를 검출한다(S2020). 단말은, 검출된 1차 동기 신호로부터 슬롯 경계 및 1차 셀 정보를 검출한다(S2030). 1차 동기 신호를 검출한 후 단말은, 1차 동기 신호가 위치하는 심볼로부터 일정한 위치에 배치된 2차 동기 신호를 검출한다(S2040).

단말은 검출한 2차 동기 신호 시퀀스로부터 프레임 경계 및 제2 셀 정보를 검출한다(S2050). 여기서, 제2 셀 정보를 획득하는 단계는 세부적으로 복수의 서브프레임에 대해 상기 2차 동기 신호에 포함된 2차 동기 시퀀스를 추출하는 단계, 상기 추출된 복수의 2차 동기 시퀀스를 기 정의된 호핑 코드 테이블과 비교하는 단계, 및 상기 복수의 2차 동기 시퀀스와 매칭되는 호핑 코드에 따라 제2 셀 정보를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.

이때, 2차 동기 신호에 포함된 2차 동기 시퀀스를 추출하는 단계는, 호핑 코드 테이블이 포함하는 호핑 코드들이 갖는 해밍 거리에 따라 정해지는 개수만큼의 2차 동기 신호에 대해 수행된다.

즉, 시스템에서 사용되는 호핑 코드에 따라 최소 연속하는 2개 또는 3개의 2차 동기신호 시퀀스를 비교한다. 예를 들어, 해당 시스템에서 사용되는 호핑 코드의 길이가 5인 경우에는 2개의 시퀀스를 비교하고, 호핑 코드의 길이가 10인 경우에는 3개의 시퀀스를 비교한다.

호핑 코드를 획득하면 2차 셀 정보를 얻을 수 있으며, 단말은 1차 셀 정보 및 2차 셀 정보를 이용해 셀 아이디를 획득한다(S2060).

도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 단말의 블록 구성도이다.

도 21에 도시된 본 발명에 따른 이동 단말은 프레임 수신부(210), 동기신호 추출부(220), 셀 및 동기정보 획득부(230)를 포함하여 구성될 수 있다.

프레임 수신부(210)는 기지국이 송신하는 무선 프레임을 수신한다.

동기신호 추출부(220)는 수신한 무선 프레임에서 1차 동기 신호를 검출하고, 1차 동기 신호가 위치하는 심볼로부터 일정한 위치에 배치된 2차 동기 신호를 검출한다. 1차 동기 신호를 검출한 후 단말은, 1차 동기 신호가 위치하는 심볼로부터 일정한 위치에 배치된 2차 동기 신호를 검출한다.

셀 및 동기정보 획득부(230)는 검출된 1차 동기 신호로부터 슬롯 경계 및 1차 셀 정보를 추출하고, 2차 동기 신호로부터 프레임 경계 및 제2 셀 정보를 검출한다.

여기서, 셀 및 동기정보 획득부(230)는, 제2 셀 정보를 추출하기 위해 복수의 서브프레임에 대해 상기 2차 동기 신호에 포함된 2차 동기 시퀀스를 추출하고 추출한 복수의 2차 동기 시퀀스를 기 정의된 호핑 코드 테이블과 비교하며, 복수의 2차 동기 시퀀스와 매칭되는 호핑 코드에 따라 제2 셀 정보를 획득한다. 호핑 코드를 획득하면 2차 셀 정보를 얻을 수 있으며, 셀 및 동기정보 획득부(230)는 1차 셀 정보 및 2차 셀 정보를 이용해 셀 아이디를 산출한다.

이상 본 발명에 따른 실시예들을 통해, 밀리미터파를 사용하여 이동통신 시스템, 특히 OFDM 방식을 사용하는 이동통신 시스템의 경우에 사용할 수 있는 프레임 구조와 그 프레임 구조에 적합한 동기신호의 구조를 제시하였다. 기존의 셀룰러 통신의 대역에 비하여 부반송파 간격이 커지고, OFDM 심볼 길이가 변화하므로 프레임 구조가 달라져야 한다. 또한, 달라진 프레임 구조에서는 그 구조에 최적화된 동기신호 구조가 필요하다. 동기 획득을 2 단계로 하기 위하여 1차 및 2차 동기신호를 배치한다.

특히 2차 동기신호에 동기신호 구조에 따라서 해밍 거리 8 혹은 4를 만족하는 호핑 코드를 사용함으로써 구현상의 복잡도를 줄일 수 있다. LTE의 경우에는 기본 시퀀스 외에도 별도의 스크램블링 코드를 곱하므로 복잡도가 증가한다.

본 발명에서는, 길이 10 (해밍 거리 8) 혹은 5 (해밍 거리 4)의 호핑 패턴(hopping pattern)의 실시예를 제시하여 각각의 경우에 최소 3 ms (3 개의 2차 동기 신호) 혹은 4 ms (2 개의 2차 동기신호)의 길이에 대한 신호 검출로 10 ms 경계를 찾아낼 수 있음을 제시하였다.

요약하면 본 발명은 밀리미터파에 적합한 동기신호의 구조와 복잡도가 낮은 동기신호 시퀀스를 제시하였다.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100: eNB(기지국) 110: 시퀀스 생성부
120: 프레임 구성부 130: 송신부
200: 이동 단말 210: 프레임 수신부
220: 동기신호 추출부 230: 셀 및 동기정보 획득부

Claims

이동통신 시스템에 사용되는 복수의 시간 슬롯을 포함하는 무선 프레임(radio frame)을 구성하는 방법으로서,
복수의 1차 동기 신호를 생성하여 동기 신호용 슬롯에 배치하는 단계;
상기 복수의 1차 동기 신호에 각각 대응하는 복수의 2차 동기 신호를 생성하고 생성된 상기 복수의 2차 동기 신호를 대응하는 각각의 1차 동기 신호와 일정한 위치적 관계를 두고 배치하는 단계; 및
상기 복수의 1차 동기 신호 및 상기 복수의 2차 동기 신호를 포함하는 프레임을 구성하는 단계를 포함하고,
상기 복수의 2차 동기 신호는 동일한 동기 시퀀스(d(n))에서 도출되나, 일정한 해밍 거리(hamming distance)를 갖는 호핑 코드(hopping code)를 구성하며,
상기 동기 시퀀스(dn)는 하기 수학식에 의해서 생성되는,

(여기에서, x(i)는 다항식
과 초기 조건
을 이용하여 생성된 m-시퀀스이며,
는
로부터 -1 혹은 1로 변환된 시퀀스 (
) 를
만큼 싸이클릭 쉬프트(cyclic shift)한 시퀀스이며,
는 호핑 코드)
무선 프레임 구성 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 복수의 1차 동기 신호 및 상기 복수의 2차 동기 신호는,
하향링크에 할당된 심볼에 배치되며 제어 채널과 중첩하지 않도록 배치되는, 무선 프레임 구성 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 복수의 1차 동기 신호 및 상기 복수의 2차 동기 신호는 브로드캐스트 채널용 심볼과 이웃하도록 배치되는, 무선 프레임 구성 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 복수의 2차 동기 신호는 대응하는 각각의 1차 동기 신호가 배치된 심볼의 바로 이전 심볼에 배치되는, 무선 프레임 구성 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 복수의 1차 동기 신호는, 상기 복수의 1차 동기 신호 각각이 위치하는 해당 슬롯에서 마지막 심볼에 배치되는, 무선 프레임 구성 방법.
청구항 1에 있어서,
하나의 프레임 내에상기 복수의 1차 동기 신호는 동일한 시퀀스로 구성되는, 무선 프레임 구성 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 이동통신 시스템은 밀리미터파를 사용하는 이동통신 시스템이며, 심볼 간의 간격은 LTE(Long Term Evolution) 시스템에서 사용되는 심볼 간격의 1/10이하인, 무선 프레임 구성 방법.
삭제
청구항 7에 있어서,
상기 프레임내에서 상기 복수의 1차 동기 신호와 상기 복수의 2차 동기 신호는 일정 간격으로 배치되는, 무선 프레임 구성 방법.
복수의 시간 슬롯을 포함하는 무선 프레임(radio frame)을 수신하는 단계;
상기 무선 프레임을 검색하여 상기 무선 프레임에 포함된 1차 동기 신호를 검출하는 단계; 및
상기 1차 동기 신호와 일정한 위치적 관계를 두고 배치된 대응되는 2차 동기 신호를 검출하는 단계를 포함하고,
상기 무선 프레임은 상기 1차 동기 신호와 상기 2차 동기 신호를 일정 간격으로 복수 개 포함하며, 상기 복수의 1차 동기 신호는 동일한 시퀀스로 구성되며, 상기 복수의 2차 동기 신호는 동일한 동기 시퀀스(d(n)에서 도출되나, 일정한 해밍 거리(hamming distance)를 갖는 호핑 코드(hopping code)를 구성하며,
상기 동기 시퀀스(dn)는 하기 수학식에 의해서 생성되는,

(여기에서, x(i)는 다항식
과 초기 조건
을 이용하여 생성된 m-시퀀스이며,
는
로부터 -1 혹은 1로 변환된 시퀀스 (
) 를
만큼 싸이클릭 쉬프트(cyclic shift)한 시퀀스이며,
는 호핑 코드)
이동 단말의 동기 획득 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 검출된 1차 동기 신호로부터 슬롯 경계를 획득하는 단계를 더 포함하고,
상기 무선 프레임은 복수의 서브프레임을 포함하고 하나의 서브프레임은 복수의 슬롯을 포함하는, 이동 단말의 동기 획득 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 검출된 2차 동기 신호로부터 무선 프레임 경계를 획득하는 단계를 더 포함하는, 이동 단말의 동기 획득 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 검출된 1차 동기 신호로부터 제1 셀 정보를 획득하는 단계;
상기 검출된 2차 동기 신호로부터 제2 셀 정보를 획득하는 단계; 및
상기 제1 셀 정보 및 제2 셀 정보로부터 기지국의 셀 식별자를 산출하는 단계를 포함하는, 이동 단말의 동기 획득 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 무선 프레임은 밀리미터파를 사용하는 이동 통신 시스템으로부터 수신되며, 심볼 간의 간격은 LTE(Long Term Evolution) 시스템에서 사용되는 심볼 간 간격의 1/10이하인, 이동 단말의 동기 획득 방법.
청구항 13에 있어서,
상기 검출된 2차 동기 신호로부터 제2 셀 정보를 획득하는 단계는,
복수의 2차 동기 신호에 포함된 복수의 2차 동기 시퀀스를 추출하는 단계;
상기 추출된 복수의 2차 동기 시퀀스를 기 정의된 호핑 코드 테이블과 비교하는 단계; 및
상기 복수의 2차 동기 시퀀스와 매칭되는 호핑 코드에 따라 제2 셀 정보를 획득하는 단계를 포함하는, 이동 단말의 동기 획득 방법.
청구항 15에 있어서,
상기 호핑 코드 테이블은 제2 셀 정보에 대응하는 복수의 호핑 코드를 포함하는, 이동 단말의 동기 획득 방법.
청구항 16에 있어서,
상기 2차 동기 신호에 포함된 2차 동기 시퀀스를 추출하는 단계는,
상기 호핑 코드 테이블이 포함하는 호핑 코드들이 갖는 해밍 거리에 따라 정해지는 개수만큼의 2차 동기 신호에 대해 수행되는 것을 특징으로 하는, 이동 단말의 동기 획득 방법.
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