KR102088220B1 - 심볼 단위 상/하향 링크 신호 동기 제어 방법 및 이를 위한 무선 중계 장치 - Google Patents

심볼 단위 상/하향 링크 신호 동기 제어 방법 및 이를 위한 무선 중계 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 심볼 단위로 상하향 링크 신호의 동기를 획득함으로써 동적 시분할 이중 통신 방식(Dynamic Time Division Duplex)이 적용되어 상하향링크 간 절체 타이밍이 동적으로 변화되더라도 정확한 동기 제어가 가능한 심볼 단위 상하향링크 신호 동기 제어 방법 및 이를 위한 무선 중계 장치에 관한 것으로서, 기지국으로부터 전송된 하향링크신호로부터 동기화를 위한 신호를 추출하고 이를 기반으로 프레임 단위 동기 정보를 획득하고, 또한 상기 기지국으로부터 전송된 하향링크신호 중 RRC(Radio Resource Control) 메시지를 모니터링하여, 상기 RRC 메시지로부터 슬롯 포맷 정보를 추출한 후, 상기 프레임 단위 동기 정보를 기준으로 상기 슬롯 포맷 정보에 따라서 상향링크와 하향링크 절체를 수행하도록 구현된다.

Description

심볼 단위 상/하향 링크 신호 동기 제어 방법 및 이를 위한 무선 중계 장치{Method for synchronous control of Up/Down link signal and RF repeater thereof}
본 발명은 이동통신망의 기지국과 이동 단말 사이에 무선 신호를 중계하는 무선 중계 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 심볼 단위 수준으로 상/하향 링크 신호의 동기를 획득함으로써 동적 시분할 이중 통신 방식(Dynamic Time Division Duplex)의 무선 신호를 중계할 수 있도록 하는 심볼 단위 상하향링크 신호 동기 제어 방법 및 이를 위한 무선 중계 장치에 관한 것이다.
이동통신 시스템에서는, 기지국과 이동 단말 간에 상향링크신호와 하향링크신호를 전송하는 방식으로, 서로 다른 주파수를 통해 전송하는 주파수 분할 방식(FDD: Frequency Division Duplex)과 동일한 주파수 대역에서 시간을 달리하여 전송하는 시분할 방식(TDD: Time Division Duplex)을 사용할 수 있다.
최근 표준화가 진행 중인 차세대 이동통신 시스템(5G)에서는 초고속, 초저지연, 초연결 서비스 등 사용자의 다양한 요구사항을 지원하기 위하여, 동적 시분할 이중 통신 방식(Dynamic TDD)을 도입하고 있다. 기존의 이동통신시스템(LTE: Long Term Evolution)의 TDD 통신 방식은 최소 서브프레임 단위(1ms)로 상향링크 신호와 하향링크 신호를 변경할 수 있고, 상/하향 링크의 구성 옵션 개수도 제한적이지만, 차세대 이동통신 시스템에서는 상향링크 신호와 하향링크신호의 비율을 서브프레임보다 더 작은 단위인 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼(예: 35.71㎲) 단위로 변경 가능할 뿐만 아니라 상/하향링크 구성을 더 유연하고 동적으로 변경할 수 있다.
따라서, 차세대 이동통신시스템은, 동적 TDD 통신 방식을 적용함으로써, 첫째, 시간 별 상하향링크 트래픽 비율에 따라 적응적으로 세밀하게 상/하향링크 심볼비를 조절하여 효율성을 높일 수 있고, 둘째, 초고속, 초저지연 서비스 등 사용자의 필요 QoS에 따라 즉시 상/하향링크 심볼의 구성을 변경하여 다양한 사용자들에게 5G 서비스를 유연하게 제공할 수 있다.
한편, 무선 중계 장치(RF repeater)는 이동통신시스템의 기지국과 무선 단말 간에 RF 신호를 중계하는 장치로서, 서비스 지역의 확장이나 음영 지역을 커버하기 위해서 사용된다. 차세대 이동통신시스템은, 주파수 특성으로 인해 4G 이동통신망에 비하여 각 기지국의 서비스 커버리지가 좁아지며, 따라서 무선 중계 장치가 많이 사용될 것으로 예상된다.
통상적으로, TDD 통신 방식을 지원하는 무선 중계 장치는 안테나 단에 스위치를 연결하여, 상기 스위치의 제어를 통해서 상향링크와 하향링크를 시분할로 선택 송수신하도록 구성되므로, 중계하고자 하는 상하향링크 신호 구간에 맞춘 정확한 시간 동기 획득이 요구된다. 기존의 무선 중계 장치는, 기지국으로부터 수신된 신호를 소정 시간 구간 동안 샘플링한 후, 해당 시간 구간의 신호 에너지를 구하되, 2개의 연속된 동일 사이즈의 시간 구간에서 얻어진 신호 에너지의 비를 산출하여 상하향 링크의 심볼 개수를 추정하고, 이를 통해 상하향 링크의 비율을 측정하였다.
그러나, 차세대 이동통신시스템의 경우, 상향링크 신호와 하향링크신호의 비율을 서브프레임보다 더 작은 단위인 OFDM 심볼 단위로 변경 가능할 뿐만아니라, 상하향링크 구성 옵션도 더 유연하고 동적으로 변경할 수 있는 것으로, 상하향링크 간의 심볼 비율이 정해져 있지 않기 때문에, 기존의 방식으로는 상하향 링크 절체 타이밍을 정확하게 산출할 수 없다.
한국등록특허 제10-1028311호, 2011년 04월 01일 등록 (명칭: 중계 감시 장치 및 그 방법)
본 발명은 차세대 이동통신시스템을 지원할 수 있는 무선 중계 장치를 제공하기 위하여 제안된 것으로서, 심볼 단위로 상하향 링크 신호의 동기를 획득함으로써 동적 시분할 이중 통신 방식(Dynamic Time Division Duplex)에 의해 상하향링크 간 절체 타이밍이 동적으로 변화되더라도 정확한 동기 제어가 가능한 심볼 단위 상하향링크 신호 동기 제어 방법 및 이를 위한 무선 중계 장치를 제공하고자 한다.
특히, 본 발명은 무선 신호를 증폭하여 전달하는 무선 중계 장치에서 기지국과 동일한 상하향링크 신호 동기를 획득하여 동적 TDD 방식으로 분할된 상하향링크 절체를 정확히 수행할 수 있도록 하는 심볼 단위 상하향링크 신호 동기 제어 방법 및 이를 위한 무선 중계 장치를 제공하고자 한다.
상술한 과제의 해결 수단으로서, 본 발명은 동적 시분할 이중 통신 방식으로 상향링크신호와 하향링크신호를 송수신한 기지국과 이동 단말 간에 신호를 중계하는 무선 중계 장치에서의 심볼 단위 상/하향 링크 신호 동기 제어 방법을 제공한다.
상기 심볼 단위 상/하향 링크 신호 동기 제어 방법은, 상기 기지국에서 전송된 하향링크신호로부터 동기화를 위한 신호를 추출하고 이를 기반으로 프레임 단위 동기 정보를 획득하는 단계; 상기 기지국으로부터 전송된 하향링크신호 중 RRC(Radio Resource Control) 메시지를 모니터링하여, 상기 RRC 메시지로부터 슬롯 포맷 정보를 추출하는 단계; 상기 프레임 단위 동기 정보를 기준으로 상기 슬롯 포맷 정보에 따라서 상향링크와 하향링크를 절체하기 위한 스위칭 제어 정보를 생성하는 단계를 포함한다.
상기 방법에 있어서, 상기 프레임 단위 동기 정보를 획득하는 단계는, 상기 하향링크신호의 각 프레임에 포함된 PSS(Primary Synchronization Signal), SSS(Secondary Synchronization Signal)의 심볼 타이밍 및 셀 ID를 검출하는 단계; 상기 심볼 타이밍을 기준으로 상기 PBCH DM-RS(Demodulation Reference Signal)의 시퀀스를 추출하고, 이와 상기 검출된 셀 ID를 기반으로, 하프-프레임(half frame)의 경계에 대한 동기 정보를 추출하는 단계; 및 상기 하향링크신호 중 기지국에서 브로드캐스팅되는 MIB(Master Information Block)을 분석하여, 시스템 프레임 넘버(SFN: System Frame Number) 및 하프-프레임 식별자(half frame indication)를 포함한 시스템 정보를 추출하고, 이를 상기 하프-프레임의 경계에 대한 동기 정보와 조합하여, 프레임 단위의 동기 정보를 검출하는 단계를 포함한다.
더하여, 상기 슬롯 포맷 정보를 추출하는 단계는, SIB(System information Block)1 또는 RRCReconfiguration 메시지로부터 상기 슬롯 포맷 정보를 추출할 수 있다.
또한, 상기 슬롯 포맷 정보를 추출하는 단계는 PDCCH(Physical Downlink Control Channel)의 위치 및 전달 방법을 획득하는 단계; 상기 위치 및 전달 방법에 근거하여, 상기 하향링크신호 중 PDCCH를 모니터링하여 DCI 포맷 정보를 확인하는 단계; 상기 DCI 포맷 정보가 슬롯 포맷을 통지하는 것으로 설정된 DCI 포맷 정보인 경우, 상기 PDCCH를 복조하여 슬롯 포맷 정보를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.
더하여, 본 발명은 동적 시분할 이중 통신 방식으로 상향링크신호와 하향링크신호를 송수신한 기지국과 이동 단말 간에 신호를 중계하는 무선 중계 장치를 제공한다. 상기 무선 중계 장치는, 상기 기지국에서 전송된 하향링크신호로부터 동기화를 위한 신호를 추출하고 이를 기반으로 프레임 단위 동기 정보를 획득하는 프레임 동기 획득부; 상기 기지국으로부터 전송된 하향링크신호 중 RRC(Radio Resource Control) 메시지를 모니터링하여, 상기 RRC 메시지로부터 슬롯 포맷 정보를 추출하는 슬롯 포맷 추출부; 및 상기 프레임 단위 동기 정보를 기준으로 상기 슬롯 포맷 정보에 따라서 상향링크와 하향링크 간의 절체를 제어하는 스위칭 제어부를 포함한다.
상기 프레임 동기 획득부는, 상기 하향링크신호의 각 프레임에 포함된 PSS(Primary Synchronization Signal), SSS(Secondary Synchronization Signal)의 심볼 타이밍 및 셀 ID를 검출하고, 상기 심볼 타이밍을 기준으로 상기 PBCH DM-RS(Demodulation Reference Signal)의 시퀀스를 추출하고, 이와 상기 검출된 셀 ID를 기반으로, 하프-프레임(half frame)의 경계에 대한 동기 정보를 추출한 후, 상기 하향링크신호 중 기지국에서 브로드캐스팅되는 MIB(Master Information Block)을 분석하여, 시스템 프레임 넘버(SFN: System Frame Number) 및 하프-프레임 식별자(half frame indication)를 포함한 시스템 정보를 추출하고, 이를 상기 하프-프레임의 경계에 대한 동기 정보와 조합하여, 프레임 단위의 동기 정보를 검출할 수 있다.
더하여, 상기 슬롯 포맷 추출부는, SIB(System information Block)1 또는 RRCReconfiguration 메시지로부터 상기 슬롯 포맷 정보를 추출할 수 있다.
또한, 상기 슬롯 포맷 추출부는 PDCCH(Physical Downlink Control Channel)의 위치 및 전달 방법을 획득하고, 상기 위치 및 전달 방법에 근거하여, 상기 하향링크신호 중 PDCCH를 모니터링하여 DCI 포맷 정보를 확인하고, 상기 DCI 포맷 정보가 슬롯 포맷을 통지하는 것으로 설정된 DCI 포맷 정보인 경우, 상기 PDCCH를 복조하여 슬롯 포맷 정보를 추출할 수 있다.
본 발명은 무선 중계 장치에서, 기지국으로부터 이동 단말로 전송되는 하향링크신호를 분석하여, 프레임 단위 동기 정보를 획득하고, 슬롯 포맷 정보를 추출하여, 상기 프레임 단위 동기 정보 및 슬롯 포맷 정보에 근거하여, 상하향링크간 절체를 제어함으로써, 심볼 단위의 상하향링크 동기 제어가 가능하고, 이를 통하여, 동적 시분할 이중 통신 방식을 지원하는 이동통신시스템에 적용하여 정확하게 상하향링크 신호를 중계할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 무선 중계 장치가 적용된 이동통신시스템의 무선 접속망을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 무선 중계 장치의 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 무선 중계 장치의 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 4는 이동통신시스템에서 전송되는 신호의 프레임 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 심볼 단위 상하향링크 동기 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 심볼 단위 상하향링크 동기 제어 방법에 있어서, 프레임 동기 정보의 획득 과정을 설명하기 위한 이동통신신호의 구조를 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
도 8은 본 발명에 따른 심볼 단위 상하향링크 동기 제어 방법에 있어서, 프레임 단위의 동기 획득 과정을 구체적으로 나타낸 순서도이다.
도 9는 본 발명에 따른 심볼 단위 상하향링크 동기 제어 방법에 있어서, 심볼 단위 동기 획득 과정을 구체적으로 나타낸 순서도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위한 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하기 위해 사용하는 것으로, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 뿐, 상기 구성요소들을 한정하기 위해 사용되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.
더하여, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급할 경우, 이는 논리적 또는 물리적으로 연결되거나, 접속될 수 있음을 의미한다. 다시 말해, 구성요소가 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속되어 있을 수 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있으며, 간접적으로 연결되거나 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 기술되는 "포함 한다" 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.
도 1은 본 발명에 따른 무선 중계 장치가 적용된 이동통신시스템의 무선 접속망을 개략적으로 나타낸 도면으로, 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 무선 중계 장치(300)는 이동통신시스템의 무선 접속망(Wireless Access network)에 적용되어 기지국(100)과 이동 단말(200) 사이의 신호 전송을 중계하는 장치이다.
구체적으로, 상기 무선 중계 장치(300)는, 이동통신시스템의 기지국(100)의 서비스 커버리지 내, 더 구체적으로는 경계 영역 혹은 음영지역 혹은 트래픽 집중 지역에 위치하여, 상기 기지국(100)으로부터 송신된 하향링크 신호를 수신하여 자신의 커버리지내에 위치한 이동 단말(200)로 전송하고, 역으로 자신의 커버리지내에 위치한 이동 단말(200)로부터 송신된 상향링크 신호를 수신하여 상기 기지국(100)으로 전송한다.
통상적으로, 무선 중계 장치(300)는 단순히 무선 신호를 증폭하여 전달하는 장치로서, 이동 단말(200)에 대한 무선 자원 할당 및 접속 제어는 상기 기지국(100)과 이동 단말(200) 간에 이루어진다.
이때, 본 발명에 따른 무선 중계 장치(300)는 단순히 무선 신호를 증폭하여 전달하는 기능에 더하여, 상기 기지국(100)으로부터 이동 단말(200)로 제공되는 채널 제어 정보를 수집하여 이를 기반으로 상기 기지국(100)과 이동 단말(200) 간에 시분할로 할당된 상하향링크 신호 구간에 대한 동기 정보를 획득하고, 이를 기반으로 상하향링크 절체를 수행한다.
도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 무선 중계 장치의 구성을 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 무선 중계 장치의 구성을 나타낸 블럭도이고, 도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 무선 중계 장치의 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 무선 중계 장치(300)는, 제1,2 안테나(311,312)와, 방향성 결합기(320)와, 제1,2 스위치(331,332)와, 아날로그 신호 처리부(340)와, 스위치 제어부(350)와, 프레임 동기 획득부(360)와, 슬롯 포맷 추출부(370)를 포함하여 이루어진다.
상기에서, 제1,2 안테나(311,312)는 각각 기지국(100)과 이동 단말(200)에 대향하여 무선 신호를 송수신한다.
상기 방향성 결합기(320)는 상기 기지국(100)에 대향하여 설치된 제1 안테나(311) 단에 연결되어 제1 안테나(311)로 수신된 하향링크 신호를 상기 아날로그 신호 처리부(340)와, 상기 프레임 동기 획득부(360) 및 슬롯 포맷 추출부(370)로 분배한다.
상기 제1,2 스위치(331,332)는 스위치 제어부(350)의 제어에 따라서 절체동작하고, 아날로그 신호 처리부(340)는 중계하는 상하향링크 신호에 대한 증폭을 수행하기 위한 것으로서, 대역 필터, 저잡음 증폭기, 전력 증폭기 등을 포함한다. 이때, 본 발명의 제1 실시 예에 있어서, 상기 아날로그 신호 처리부(340)는 상향링크 및 하향링크를 위한 회로가 각각 구비된다.
따라서, 상기 제1,2 스위치(331,332)의 절체 동작에 의하여, 기지국(100)으로부터 송신되어 상기 제1 안테나(311)로 수신된 하향링크신호는 아날로그 신호 처리부(340)로 전달되어 증폭된 후 제2 안테나(312)를 이동 단말(200)로 송신되고, 역으로 이동 단말(200)로부터 송신되어 제2 안테나(312)로 수신된 상향링크신호는 아날로그 신호 처리부(340)에서 증폭된 후 제1 안테나(311)로 출력되어 기지국(100)으로 송신된다.
이때, 상기 상향링크신호와 하향링크신호는 시분할로 나누어져 전송되는 것으로서, 상기 상향링크신호와 하향링크신호의 시간 구간에 맞추어 제1,2 스위치(331)의 절체 동작이 이루어져야 한다.
상기 프레임 동기 획득부(360) 및 슬롯 포맷 추출부(370)는 상기 방향성 결합기(320)를 통해서 전달된 기지국(100)에서 송신된 하향링크신호에 포함된 제어 정보를 추출하여, 상기 상향링크신호와 하향링크신호의 시간 구간에 따른 동기 정보를 획득하며, 스위치 제어부(350)는 상기 프레임 동기 획득부(360) 및 슬롯 포맷 추출부(370)에서 추출한 동기 정보에 따라서 상기 제1,2 위치(331,332)의 절체 동작을 제어한다.
아울러, 본 발명에 따른 무선 중계 장치(300)는, 상향링크신호와 하향링크신호를 처리하는 아날로그 회로들을 별도로 구성하지 않고, 도 3에 도시된 아날로그 신호 처리부(340')에서 상향링크신호와 하향링크신호가 대역필터, 저잡음 증폭기, 전력증폭기 등을 공유하도록 구현할 수 있다.
즉, 본 발명의 제2 실시 예에 따르면, 아날로그 신호 처리부(340')는 향방향으로 신호를 입력받아 증폭 처리할 수 있도록 구현되고, 스위치(333)는 상기 아날로그 신호 처리부(340')의 양단 및 제1,2 안테나 단에 동시에 연결되어, 하향링크 신호 구간에서는, 제1 안테나(311)로 수신되어 방향성 결합기(320)를 통해 분배된 하향링크신호를 아날로그 신호 처리부(340')로 입력한 후, 상기 아날로그 신호 처리부(340')로부터 출력된 하향링크신호를 제2 안테나(312)로 출력하도록 절체 동작하고, 상향링크신호 구간에서는, 제2 안테나(312)로 수신된 상향링크신호를 아날로그 신호 처리부(340')로 전달 후, 상기 아날로그 신호 처리부(340')로부터 증폭된 상향링크신호를 방향성 결합기(320)를 통해 제1 안테나(312)로 출력하도록 절체 동작한다.
상기 도 2 또는 도 3과 같이 구성된 무선 중계 장치(300)에 있어서, 동적 TDD 방식에 따라서 비율이 동적으로 변경되는 상향링크신호와 하향링크신호에 맞추어 상기 스위치(331,332,333)의 절체 동작을 제어하기 위해서는 상향링크신호와 하향링크신호가 실리는 프레임에 대한 동기 정보 및 상기 프레임 내에서 상기 상향링크신호와 하향링크신호의 구성 포맷을 나타낸 슬롯 포맷 정보를 획득하고, 상기 프레임 단위의 동기 정보 및 프레임 내에 구비된 슬롯에 대한 포맷 정보를 기반으로 상기 스위치(331,332,333)를 제어하는 제어신호를 생성하여야 하며, 이는 프레임 동기 획득부(360), 슬롯 포맷 추출부(370) 및 스위치 제어부(350)에 의해 이루어진다.
이하, 4 내지 도 9를 참조하여, 상기 프레임 동기 획득부(360), 슬롯 포맷 추출부(370) 및 스위치 제어부(350)에 의해 이루어지는 심볼 단위 상하향링크 동기 제어 과정을 구체적으로 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 심볼 단위 상하향링크 동기 제어 과정의 이해를 돕기 위하여, 도 4를 참조하여, 이동 통신 시스템에서 정의된 프레임 구조를 설명한다.
본 발명에 따른 무선 중계 장치(300)를 적용하고자 하는 차세대 이동통신시스템(5G)은, 기존 이동통신 시스템과는 다르게 초고속, 초저지연, 초연결 서비스 등 사용자의 다양한 요구사항을 지원하는 것을 특징으로 하는데, 이를 위해 3GPP에서 표준화되고 있는 5G NR(New Radio)에서는 Dynamic TDD 통신 방식이 도입되었다.
5G NR에서 제안하는 프레임 구조를 살펴보면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상향링크 및 하향링크에서 프레임 단위로 통신을 수행하되 하나의 프레임의 사이즈는 10ms로, 10개의 서브프레임(subframe)으로 구성되는 것으로 정의된다. 따라서, 하나의 서브프레임의 사이즈(Tsf)는 1ms가 된다.
그리고 각 서브프레임은 하나 이상의 슬롯(slot)으로 구성되며, 이때, 슬롯(slot)의 사이즈 Tslot는 1ms/n(n은 서브프레임당 슬롯의 개수)가 된다.
그리고 각 슬롯은 14개의 cyclic prefix와 심볼(symbol)로 이루어진다. 여기서, cyclic prefix는 심볼 간 간섭을 방지하기 위하여 연속된 심볼 사이에 삽입되는 보호구간으로서, 채널의 최대 지연확산보다 길게 설정된다.
즉, 각 슬롯을 구성하는 심볼의 수는 14개로 고정되나, 각 슬롯의 사이즈가 서브프레임당 슬롯의 개수에 따라 달라지므로, 각 심볼의 사이즈(Tsymbol)는 서브프레임당 구성되는 슬롯의 개수(n)에 따라서 달라진다.
구체적으로, 5G NR는 다수의 OFDM Numerology를 지원하며, 상위 레이어 파라미터 μ값에 따른 부반송판 간격(subcarrier spacing) Δf를 표 1과 같이 규정하고 있다.
μ Δf=2μ×15 [kHz] Cyclic prefix
0 15 Normal
1 30 Normal
2 60 Normal, Extended
3 120 Normal
4 240 Normal
하향링크 및 상향링크에서 하나의 프레임의 사이즈는 10ms이고, 10개의 서브프레임으로 구성되므로, normal cyclic prefix인 경우 부반송판 간격(subcarrier spacing) 구성 값인 상위 레이어 파라미터 μ에 따른 슬롯 당 심볼 개수, 프레임당 슬롯 개수, 서브프레임당 슬롯 개수는 아래의 표 2와 같이 나타난다.
Figure 112018053716117-pat00001
상기 표 2에서,
Figure 112018053716117-pat00002
은 슬롯 당 심볼 개수를 나타내며,
Figure 112018053716117-pat00003
은 프레임당 슬롯 개수를 나타내고,
Figure 112018053716117-pat00004
은 서브프레임당 슬롯 개수를 나타낸다.
특히, 하나의 슬롯은 14개의 심볼로 구성되는데, 각 심볼은 상향링크, 하향링크, 및 Flexible 중 하나가 될 수 있으며, 슬롯 내 하향링크/상향링크/Flexible 심볼 구성에 따라 다수의 슬롯 포맷들을 구성하고 있다. 현재 56개의 슬롯 포맷이 정의되어 있으며, 최대 256개의 포맷까지 확장 가능하다.
이상에서 정의된 바에 따르면, 5G NR에서는 상하향링크의 비율을 서브프레임보다 더 작은 단위인 OFDM 심볼(예: 35.71㎲) 단위로 변경할 수 있을 뿐만 아니라 상하향링크 구성을 더 유연하게 동적으로 변경할 수 있다.
본 발명은 5G NR에 정의된 바와 같이, 기지국(100)에서 상향링크와 하향링크의 구성이 심볼 단위로 동적으로 변화할 때, 무선 중계 장치(300)에서 기지국(100)과 동일한 상하향링크신호 동기를 확보하여 동작하고자 한다.
이를 위해서, 프레임 동기 획득부(360) 및 슬롯 포맷 추출부(370)는 방향성 결합기(320)를 통해서 제1안테나(311)로 수신된 하향링크신호를 입력받는다.
도 5는 본 발명에 따른 무선 중계 장치(100), 즉, 상기 스위치 제어부(350), 프레임 동기 획득부(360) 및 슬롯 포맷 추출부(370)에 의해서 수행되는 심볼 단위 상하향링크 동기 제어 과정을 나타낸 순서도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명은, 우선 프레임 동기 획득부(360)를 통해서 기지국(100)로부터 송신된 신호 중 동기 제어와 관련된 정보를 획득하여, 프레임 단위의 시간 동기 정보를 획득한다(S110).
참고로, 5G NR에서, 동기화를 위한 정보는 PSS(Primary Synchronization Signal), SSS(Secondary Synchronization Signal), PBCH(Physical Broadcast Channel), PBCH DM-RS(DeModulation Reference Signal)를 통해서 제공된다.
상기 PSS, SSS, PBCH에 할당된 블록은, 주파수를 기준으로 대략 240개의 부반송파, 시간을 기준으로 4개의 심볼에 위치한다.
상기 PSS, SSS 및 PBCH를 포함하여 SS 블록(SSB)라 하면, SS 블록은 도 7에 도시된 바와 같이, 프레임의 상위 5ms 윈도우 구간(half-frame)에 다수개 존재하고, 그 윈도우 안에서 각 SS 블록의 위치 정보(시간 인덱스)와 셀 ID의 조합은 PBCH DM-RS의 시퀀스와 일대일로 매핑된다. 따라서, PBCH DM-RS 시퀀스와 셀 ID를 통해 최소 슬롯의 바운더리 내지 half-frame의 바운더리의 동기 검출이 가능하다.
따라서, 상기 프레임 동기 획득부(360)는 상기 제1 안테나(311)를 통해서 기지국(100)로부터 수신된 하향링크신호 중 상기 SS 블록을 추출하고 이를 해석하여 프레임 단위의 동기 정보를 획득한다.
상기 프레임 동기 획득부(360)에 의한 프레임 단위 동기 획득은 도 8과 같이 이루어질 수 있다.
도 8을 참조하면, 상기 프레임 동기 획득부(360)는, 방향성 결합기(320)를 통해 입력받은 하향링크신호에 대하여 시퀀스 길이가 127인 m-sequence 중 정해진 3개의 시퀀스와의 상관 분석을 통해서 PSS의 심볼 타이밍과 그룹 내 셀 ID(
Figure 112018053716117-pat00005
)를 검출한다(S210). 도 6에 도시된 SS 블록의 시간-주파수 구조에 기반할 때, 상기 획득한 PSS의 심볼 타이밍으로부터 SSS의 심볼 타이밍을 알 수 있다.
따라서, 상기 프레임 동기 획득부(360)는, SS블록의 시간-주파수 구조에 기반하여, 상기 PSS의 심볼 타이밍으로부터 SSS의 심볼 타이밍을 확인하고, 시퀀스 길이가 127인 Gold-sequence 중 정해진 336개의 시퀀스와의 상관분석을 통해, 기지국(100)에 속하는 Cell ID 그룹(
Figure 112018053716117-pat00006
)를 구하고, 상기 cell ID 그룹(
Figure 112018053716117-pat00007
)과, 상기 그룹 내 셀 ID(
Figure 112018053716117-pat00008
)를 이용하여 cell ID(
Figure 112018053716117-pat00009
)를 검출한다(S220).
다음으로, 상기 프레임 동기 획득부(360)는, 상기 PSS 및 SSS가 포함된 SS 블록에 속한 PBCH DM-RS 시퀀스와 앞서 검출한 cell ID를 통해서, 최소 슬롯 경계(boundary) 내지 half frame의 경계(boundary)에 대응하는 동기를 검출한다(S230).
이어서, 상기 프레임 동기 획득부(360)는, 상기 PBCH 블록을 통해 브로드캐스팅되는 MIB(Master Information Block) 메시지를 복조하여, SFN(System Frame Number), half frame indication 등의 정보를 획득하고, 이를 기반으로 프레임의 경계에 대한 동기를 검출한다(S240). 참고로, MIB는 하향링크에 대한 동기가 이루어진 다음 이동 단말(200)이 셀로부터 획득하여야 할 필수 정보를 전송한다.
이상의 처리에 의하여, 상기 프레임 동기 획득부(360)는, 하향링크신호로부터 프레임 단위의 동기 정보를 획득할 수 있다. 여기서 획득되는 프레임 단위의 동기 정보는, 셀 단위로 고정되는 것이므로, 상기 프레임 동기 획득부(360)에 의한 프레임 단위 동기 정보의 획득은, 최초 한번만 이루어져도 되나, 상기 시간 경과에 따라서 프레임의 동기가 변동될 수 있으므로, 소정 주기로 반복함으로써, 정확한 프레임 단위 동기 정보를 획득하는 것이 바람직하다.
다시 도 5를 참조하면, 상기 무선 중계 장치(300)는 프레임 동기 획득부(360)를 통해 프레임 단위 동기 정보를 획득함과 동시에, 상기 슬롯 포맷 추출부(370)를 통해서 상기 프레임을 구성하는 슬롯 포맷에 대한 정보를 추출하여 저장한다(S120). 참고로, 슬롯 포맷은, 기지국에서 RRC(Radio Resource Control) 메시지를 통해 정적(static) 혹은 반정적(semi-static)으로 설정하거나, DCI(Downlink Control Information)를 통해 동적으로 설정될 수 있다.
전자의 경우, 상기 슬롯 포맷 추출부(370)는, SIB1(System Information Block 1) 혹은 RRCReconfiguration 메시지에 포함되는 tdd-UL-DL-configurationCommon, tdd-UL-DL-configurationDedicated 등의 RRC 메시지의 복조를 통해, 상하향링크 구성 주기 및 상하향링크 각각의 연속도 슬롯 및 심볼 개수 등의 정보를 검출할 수 있다.
후자의 경우, 슬롯 포맷 추출부(370)는 도 9에 도시된 바와 같이 동작한다.
도 9를 참조하면, 상기 슬롯 포맷 추출부(370)는 먼저, DCI 정보가 전달되는 PDCCH(Physical Downlink Control Channel)의 위치 및 전달 방법을 획득한다(S310). 상기 PDCCH의 위치와 전달 방법은, SearchSpace 내에 searchSpaceType이라는 RRC 메시지를 이용하여 전달된다. 따라서, 상기 슬롯 포맷 추출부(370)는 상기 하향링크신호로부터 RRC 메시지를 추출하고, 상기 RRC 메시지로부터 PDCCH의 위치와 전달 방법을 획득한다. 상기 PDCCH의 위치와 전달 방법은 변경되지 않으므로, S310 단계는 무선 중계 장치(300)가 고정 설치된 후, 최초 동작 시 한번만 이루어져도 된다.
이어서, 슬롯 포맷 추출부(370)는 상기 획득한 PDCCH 위치와 전달 방법에 근거하여, 하향링크신호 중 PDCCH를 모니터링하여(S320), 슬롯 포맷 정보가 포함되어 있는 지를 확인한다(S330).
참고로, 5G NR에서 DCI는 하기의 표 3과 같이 8개의 포맷이 존재한다.
Figure 112018053716117-pat00010
이 중, DCI 포맷이 2_0로 설정된 RRC 메시지가 포함될 경우, 해당 PDCCH에는 슬롯 포맷 정보가 포함된다.
따라서, 슬롯 포맷 추출부(370)는 searchSpaceType 내 dci-Format2-0라는 RRC 메시지가 포함될 경우 RRC 파라미터인 sfi-RNTI로 CRC scramble된 DCI format 2_0을 복조하여 DCI format 2_0에 포함된 슬롯 포맷 정보 즉, 동적으로 변하는 상하향링크의 구성 정보를 추출한다(S340).
상기 프레임 동기 획득부(360)에서 획득한 프레임 단위의 동기 정보 및 상기 슬롯 포맷 추출부(370)에서 추출된 슬롯 포맷 정보는 스위치 제어부(350)로 입력되며, 스위치 제어부(350)는, 상기 프레임 단위 동기 정보를 기준으로 상기 슬롯 포맷 정보에 따라서 상하향링크 절체를 위한 스위칭 제어 정보를 생성하고(S130), 상기 스위칭 제어 정보에 따라서 무선 중계 장치(300)의 스위치(331,332 또는 333)를 제어한다(S140).
상술한 심볼 단위 상하향링크 동기 제어 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 판독 가능한 소프트웨어 형태로 구현되어 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 기록될 수 있다. 여기서, 기록매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 기록매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 예컨대 기록매체는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(Magnetic Media), CD-ROM(Compact Disk Read Only Memory), DVD(Digital Video Disk)와 같은 광 기록 매체(Optical Media), 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 같은 자기-광 매체(Magneto-Optical Media), 및 롬(ROM), 램(RAM, Random Access Memory), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함한다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다. 이러한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
또한, 본 명세서와 도면에서는 예시적인 장치 구성을 기술하고 있지만, 본 명세서에서 설명하는 기능적인 동작과 주제의 구현물들은 다른 유형의 디지털 전자 회로로 구현되거나, 본 명세서에서 개시하는 구조 및 그 구조적인 등가물들을 포함하는 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어 혹은 하드웨어로 구현되거나, 이들 중 하나 이상의 결합으로 구현 가능하다. 본 명세서에서 설명하는 주제의 구현물들은 하나 이상의 컴퓨터 프로그램 제품, 다시 말해 본 발명에 따른 장치의 동작을 제어하기 위하여 혹은 이것에 의한 실행을 위하여 유형의 프로그램 저장매체 상에 인코딩된 컴퓨터 프로그램 명령에 관한 하나 이상의 모듈로서 구현될 수 있다. 컴퓨터로 판독 가능한 매체는 기계로 판독 가능한 저장 장치, 기계로 판독 가능한 저장 기판, 메모리 장치, 이들 중 하나 이상의 조합일 수 있다.
본 명세서는 다수의 특정한 구현물의 세부사항들을 포함하지만, 이들은 어떠한 발명이나 청구 가능한 것의 범위에 대해서도 제한적인 것으로서 이해되어서는 안되며, 오히려 특정한 발명의 특정한 실시형태에 특유할 수 있는 특징들에 대한 설명으로서 이해되어야 한다. 개별적인 실시형태의 문맥에서 본 명세서에 기술된 특정한 특징들은 단일 실시형태에서 조합하여 구현될 수도 있다. 반대로, 단일 실시형태의 문맥에서 기술한 다양한 특징들 역시 개별적으로 혹은 어떠한 적절한 하위 조합으로도 복수의 실시형태에서 구현 가능하다. 나아가, 특징들이 특정한 조합으로 동작하고 초기에 그와 같이 청구된 바와 같이 묘사될 수 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징들은 일부 경우에 그 조합으로부터 배제될 수 있으며, 그 청구된 조합은 하위 조합이나 하위 조합의 변형물로 변경될 수 있다.
본 기술한 설명은 본 발명의 최상의 모드를 제시하고 있으며, 본 발명을 설명하기 위하여, 그리고 당업자가 본 발명을 제작 및 이용할 수 있도록 하기 위한 예를 제공하고 있다. 이렇게 작성된 명세서는 그 제시된 구체적인 용어에 본 발명을 제한하는 것이 아니다. 따라서, 상술한 예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하였지만, 당업자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 본 예들에 대해 개조, 변경 및 변형을 가할 수 있다.
따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위에 의해 정하여져야 한다.
본 발명은 무선 중계 장치에서, 기지국으로부터 이동 단말로 전송되는 하향링크신호를 분석하여, 프레임 단위 동기 정보를 획득하고, 슬롯 포맷 정보를 추출하여, 상기 프레임 단위 동기 정보 및 슬롯 포맷 정보에 근거하여, 상하향링크간 절체를 제어함으로써, 심볼 단위의 상하향링크 동기 제어가 가능하고, 이를 통하여, 동적 시분할 이중 통신 방식을 지원하는 이동통신시스템에 적용하여 정확하게 상하향링크 신호를 중계할 수 있다.
100: 기지국
200: 이동 단말
300: 무선 중계 장치
311,312: 제1,2 안테나
320: 방향성 결합기
331,332,333: 스위치
340, 340': 아날로그 신호 처리부
350: 스위치 제어부
360: 프레임 동기 획득부
370: 슬롯 정보 추출부

Claims (9)

  1. 동적 시분할 이중 통신 방식으로 상향링크신호와 하향링크신호를 송수신한 기지국과 이동 단말 간에 신호를 중계하는 무선 중계 장치에서의 심볼 단위 상/하향 링크 신호 동기 제어 방법에 있어서,
    상기 기지국에서 전송된 하향링크신호로부터 동기화를 위한 신호를 추출하고 이를 기반으로 프레임 단위 동기 정보를 획득하는 단계;
    상기 기지국으로부터 전송된 하향링크신호 중 RRC(Radio Resource Control) 메시지를 모니터링하여, 상기 RRC 메시지로부터 상하향링크 구성 주기, 상하향링크 각각의 연속된 슬롯 및 심볼 개수를 포함하는 슬롯 포맷 정보를 추출하는 단계;
    상기 프레임 단위 동기 정보를 기준으로 상기 슬롯 포맷 정보에 따라서 상향링크와 하향링크를 절체하기 위한 스위칭 제어 정보를 생성하는 단계를 포함하는 심볼 단위 상/하향 링크 신호 동기 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 프레임 단위 동기 정보를 획득하는 단계는
    상기 하향링크신호의 각 프레임에 포함된 PSS(Primary Synchronization Signal), SSS(Secondary Synchronization Signal)의 심볼 타이밍 및 셀 ID를 검출하는 단계;
    상기 심볼 타이밍을 기준으로 PBCH DM-RS(Demodulation Reference Signal)의 시퀀스를 추출하고, 이와 상기 검출된 셀 ID를 기반으로, 하프-프레임(half frame)의 경계에 대한 동기 정보를 추출하는 단계; 및
    상기 하향링크신호 중 기지국에서 브로드캐스팅되는 MIB(Master Information Block)을 분석하여, 시스템 프레임 넘버(SFN: System Frame Number) 및 하프-프레임 식별자(half frame indication)를 포함한 시스템 정보를 추출하고, 이를 상기 하프-프레임의 경계에 대한 동기 정보와 조합하여, 프레임 단위의 동기 정보를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 심볼 단위 상/하향 링크 신호 동기 제어 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 슬롯 포맷 정보를 추출하는 단계는
    SIB(System information Block)1 또는 RRCReconfiguration 메시지로부터 상기 슬롯 포맷 정보를 추출하는 것을 특징으로 하는 심볼 단위 상/하향 링크 신호 동기 제어 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 슬롯 포맷 정보를 추출하는 단계는
    PDCCH(Physical Downlink Control Channel)의 위치 및 전달 방법을 획득하는 단계;
    상기 위치 및 전달 방법에 근거하여, 상기 하향링크신호 중 PDCCH를 모니터링하여 DCI 포맷 정보를 확인하는 단계;
    상기 DCI 포맷 정보가 슬롯 포맷을 통지하는 것으로 설정된 DCI 포맷 정보인 경우, 상기 PDCCH를 복조하여 슬롯 포맷 정보를 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 심볼 단위 상/하향 링크 신호 동기 제어 방법.
  6. 동적 시분할 이중 통신 방식으로 상향링크신호와 하향링크신호를 송수신한 기지국과 이동 단말 간에 신호를 중계하는 무선 중계 장치에 있어서,
    상기 기지국에서 전송된 하향링크신호로부터 동기화를 위한 신호를 추출하고 이를 기반으로 프레임 단위 동기 정보를 획득하는 프레임 동기 획득부;
    상기 기지국으로부터 전송된 하향링크신호 중 RRC(Radio Resource Control) 메시지를 모니터링하여, 상기 RRC 메시지로부터 상하향링크 구성 주기, 상하향링크 각각의 연속된 슬롯 및 심볼 개수를 포함하는 슬롯 포맷 정보를 추출하는 슬롯 포맷 추출부; 및
    상기 프레임 단위 동기 정보를 기준으로 상기 슬롯 포맷 정보에 따라서 상향링크와 하향링크 간의 절체를 제어하는 스위칭 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 중계 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 프레임 동기 획득부는
    상기 하향링크신호의 각 프레임에 포함된 PSS(Primary Synchronization Signal), SSS(Secondary Synchronization Signal)의 심볼 타이밍 및 셀 ID를 검출하고,
    상기 심볼 타이밍을 기준으로 PBCH DM-RS(Demodulation Reference Signal)의 시퀀스를 추출하고, 이와 상기 검출된 셀 ID를 기반으로, 하프-프레임(half frame)의 경계에 대한 동기 정보를 추출한 후,
    상기 하향링크신호 중 기지국에서 브로드캐스팅되는 MIB(Master Information Block)을 분석하여, 시스템 프레임 넘버(SFN: System Frame Number) 및 하프-프레임 식별자(half frame indication)를 포함한 시스템 정보를 추출하고, 이를 상기 하프-프레임의 경계에 대한 동기 정보와 조합하여, 프레임 단위의 동기 정보를 검출하는 것을 특징으로 하는 무선 중계 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 슬롯 포맷 추출부는
    SIB(System information Block)1 또는 RRCReconfiguration 메시지로부터 상기 슬롯 포맷 정보를 추출하는 것을 특징으로 하는 무선 중계 장치.
  9. 제6항에 있어서, 상기 슬롯 포맷 추출부는
    PDCCH(Physical Downlink Control Channel)의 위치 및 전달 방법을 획득하고,
    상기 위치 및 전달 방법에 근거하여, 상기 하향링크신호 중 PDCCH를 모니터링하여 DCI 포맷 정보를 확인하고,
    상기 DCI 포맷 정보가 슬롯 포맷을 통지하는 것으로 설정된 DCI 포맷 정보인 경우, 상기 PDCCH를 복조하여 슬롯 포맷 정보를 추출하는 것을 특징으로 하는 무선 중계 장치.
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