KR102133851B1

KR102133851B1 - 랜덤 접속 과정을 수행하는 방법 및 이를 위한 장치

Info

Publication number: KR102133851B1
Application number: KR1020197031908A
Authority: KR
Inventors: 김재형; 안준기; 신석민; 황승계
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2017-05-04
Filing date: 2018-05-04
Publication date: 2020-07-14
Also published as: EP3621403A4; EP3621403A1; US20200068620A1; CN110583091B; KR20190132470A; CN110583091A; WO2018203696A1; JP7240328B2; US11032853B2; JP2020519192A

Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에서 랜덤 접속 과정을 수행하는 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것으로서, 기지국으로부터 NPRACH(Narrowband Physical Random Access Channel) 구성 정보(configuration information)를 수신하는 단계; 및 상기 수신된 NPRACH 구성 정보에 기초하여 NPRACH 프리앰블을 반복 전송하는 단계를 포함하되, 상기 NPRACH 프리앰블의 마지막 반복 전송의 완료 시점과 다음 서브프레임 간의 시간 간격(time gap)이 보호 시간(guard time)보다 작은 경우, 상기 NPRACH 프리앰블의 마지막 반복 전송은 드롭(drop)되거나 또는 상기 NPRACH 프리앰블의 마지막 반복 전송에서 상기 보호 시간과 상기 시간 간격의 차이 만큼 펑처링(puncture)되는 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.

Description

랜덤 접속 과정을 수행하는 방법 및 이를 위한 장치

본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 효과적인 범위 향상을 위한 랜덤 접속 과정 수행 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.

더욱 많은 통신 기기들이 더욱 큰 통신 용량을 요구하게 됨에 따라 기존의 무선 접속 기술(radio access technology, RAT)에 비해 향상된 광대역 이동 통신(mobile broadband communication)에 대한 필요성이 대두되고 있다. 또한 다수의 기기 및 사물들을 연결하여 언제 어디서나 다양한 서비스를 제공하는 대규모 MTC(massive Machine Type Communications) 역시 차세대 통신에서 고려될 주요 이슈 중 하나이다. 뿐만 아니라 신뢰성(reliability) 및 지연(latency)에 민감한 서비스/단말(UE)를 고려한 통신 시스템 디자인이 논의되고 있다. 이와 같이 향상된 광대역 이동 통신(enhanced mobile broadband communication), 대규모 MTC(massive MTC, mMTC), URLLC(Ultra-Reliable and Low Latency Communication) 등을 고려한 차세대 무선 접속 기술의 도입이 논의되고 있으며, 편의상 이러한 기술을 NR(new RAT)이라고 지칭한다.

본 발명의 목적은 무선 통신 시스템에서 효과적인 범위 향상을 위한 랜덤 접속 과정 수행 방법 및 이를 위한 장치를 제공하는 데 있다.

구체적으로, 본 발명의 목적은 확장된 셀 반경을 지원하는 무선 통신 시스템에서 협대역 사물인터넷(NB-IoT) 통신을 위한 랜덤 접속 프리앰블을 효과적으로 송수신하기 위한 랜덤 접속 프리앰블의 구조 또는 포맷 및/또는 랜덤 접속 과정 수행 방법 및 이를 위한 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 상기 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 제1 양상으로, 무선 통신 시스템에서 단말이 랜덤 접속 과정을 수행하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 기지국으로부터 NPRACH(Narrowband Physical Random Access Channel) 구성 정보(configuration information)를 수신하는 단계; 및 상기 수신된 NPRACH 구성 정보에 기초하여 NPRACH 프리앰블을 반복 전송하는 단계를 포함하되, 상기 NPRACH 프리앰블의 마지막 반복 전송의 완료 시점과 다음 서브프레임 간의 시간 간격(time gap)이 보호 시간(guard time)보다 작은 경우, 상기 NPRACH 프리앰블의 마지막 반복 전송은 드롭(drop)되거나 또는 상기 NPRACH 프리앰블의 마지막 반복 전송에서 상기 보호 시간과 상기 시간 간격의 차이 만큼 펑처링(puncture)될 수 있다.

본 발명의 제2 양상으로, 무선 통신 시스템에서 랜덤 접속 과정을 수행하는 단말이 제공되며, RF 송수신기(Radio Frequency transceiver); 및 상기 RF 송수신기에 동작시 연결되는(operatively connected) 프로세서를 포함하며, 상기 프로세서는 기지국으로부터 NPRACH(Narrowband Physical Random Access Channel) 구성 정보(configuration information)를 수신하고, 상기 수신된 NPRACH 구성 정보에 기초하여 NPRACH 프리앰블을 반복 전송하도록 구성되며, 상기 NPRACH 프리앰블의 마지막 반복 전송의 완료 시점과 다음 서브프레임 간의 시간 간격(time gap)이 보호 시간(guard time)보다 작은 경우, 상기 NPRACH 프리앰블의 마지막 반복 전송은 드롭되거나 또는 상기 NPRACH 프리앰블의 마지막 반복 전송에서 상기 보호 시간과 상기 시간 간격의 차이 만큼 펑처링될 수 있다.

바람직하게는, 상기 보호 시간은 상기 NPRACH 구성 정보를 통해 설정될 수 있다.

바람직하게는, 상기 NPRACH 프리앰블의 반복 전송 횟수는 상기 NPRACH 구성 정보를 통해 설정될 수 있다.

바람직하게는, 상기 반복 전송 횟수는 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128 중 하나로 설정되며, 상기 반복 전송 횟수가 1, 2, 4 중 하나인 경우, 상기 NPRACH 프리앰블의 반복 전송 횟수는 차상위 반복 전송 횟수로 설정될 수 있다.

바람직하게는, 상기 NPRACH 프리앰블은 4개의 심볼 그룹을 포함하고, 상기 4개의 심볼 그룹 각각은 3개 심볼에 대응하는 순환 전치 부분과 3개 심볼에 대응하는 시퀀스 부분을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 4개의 심볼 그룹 각각에 대해 심볼 레벨 스크램블링이 적용될 수 있다.

바람직하게는, 상기 4개의 심볼 그룹에 대해 심볼 그룹 레벨 스크램블링이 적용될 수 있다.

바람직하게는, 상기 NPRACH 프리앰블은 4개의 심볼 그룹을 포함하고, 상기 4개의 심볼 그룹 각각은 3개 심볼 길이를 갖는 순환 전치 부분과 5개 심볼 길이를 갖는 시퀀스 부분을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 NPRACH 프리앰블을 위한 서브캐리어 간격은 1.5 킬로헤르쯔(kHz)이하로 설정될 수 있다.

바람직하게는, 상기 NPRACH 프리앰블은 4개의 심볼 그룹을 포함하며, 상기 4개의 심볼 그룹 각각은 1개 심볼에 해당하는 순환 전치 부분과 1개 심볼에 해당하는 시퀀스 부분을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 NPRACH 프리앰블의 마지막 반복 전송에 상기 보호 시간의 적용 여부를 지시하는 정보를 수신하는 단계를 더 포함하되, 상기 NPRACH 프리앰블의 마지막 반복 전송에 상기 보호 시간이 적용되지 않음을 지시하고 상기 시간 간격(time gap)이 보호 시간(guard time)보다 작은 경우, 상기 NPRACH 프리앰블의 마지막 반복 전송은 드롭되거나 펑처링되지 않을 수 있다.

바람직하게는, 상기 NPRACH 프리앰블의 마지막 반복 전송에 상기 보호 시간이 적용됨을 지시하고 상기 시간 간격(time gap)이 보호 시간(guard time)보다 작은 경우, 상기 NPRACH 프리앰블의 마지막 반복 전송은 드롭되거나 상기 보호 시간과 상기 시간 간격의 차이 만큼 펑처링될 수 있다.

본 발명에 따르면, 무선 통신 시스템에서 랜덤 접속 과정을 수행함에 있어서 효과적으로 범위를 향상시킬 수 있다.

구체적으로, 본 발명에 따르면, 확장된 셀 반경을 지원하는 무선 통신 시스템에서 협대역 사물인터넷(NB-IoT) 통신을 위한 랜덤 접속 프리앰블을 효과적으로 송수신할 수 있다.

첨부 도면은 본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되며, 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 본 발명에서 이용될 수 있는 무선 프레임(radio frame)의 구조를 예시한다.
도 2는 본 발명에서 이용될 수 있는 하향링크 슬롯을 위한 자원 그리드를 예시한다.
도 3은 본 발명에서 이용될 수 있는 하향링크 서브프레임의 구조를 예시한다.
도 4는 본 발명에서 이용될 수 있는 상향링크 서브프레임의 구조를 예시한다.
도 5는 랜덤 접속 과정(Random Access Procedure)을 예시한다.
도 6은 NPRACH 프리앰블 전송 방법을 예시한다.
도 7은 상향링크-하향링크 타이밍 관계(timing relation)을 예시한다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 방법 1에 따른 프리앰블 포맷을 예시한다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 방법 2에 따른 프리앰블 포맷을 예시한다.
도 13은 본 발명에 따라 설정된 반복 횟수와 시간 간격을 예시한다.
도 14는 본 발명에 따른 랜덤 접속 과정을 예시한다.
도 15는 본 발명이 적용될 수 있는 기지국 및 단말을 예시한다.

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 접속 시스템에 사용될 수 있다. CDMA는 UTRAN(Universal Terrestrial Radio Access Network)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-UTRAN(Evolved UTRAN) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. UTRAN는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)의 일부이다. 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(long term evolution) 시스템은 E-UTRAN을 사용하는 E-UMTS(Evolved UMTS)의 일부이고 3GPP LTE-A(Advanced) 시스템은 3GPP LTE의 진화된 버전이며 LTE-A 프로 시스템은 3GPP LTE-A의 진화된 버전이다.

설명을 명확하게 하기 위해, 3GPP LTE/LTE-A/LTE-A 프로를 위주로 기술하지만 본 발명의 기술적 원리가 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 이하의 설명에서 사용되는 특정(特定) 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 원리를 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 3GPP LTE/LTE-A/LTE-A 프로 표준에 따른 시스템 뿐만 아니라 다른 3GPP 표준, IEEE 802.xx 표준 또는 3GPP2 표준에 따른 시스템에도 적용될 수 있으며, 3GPP 5G 또는 NR(New RAT)과 같은 차세대 통신 시스템에도 적용될 수 있다.

본 명세서에서, 사용자기기(user equipment, UE)는 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, 기지국(base station, BS)과 통신하여 데이터 및/또는 제어 정보를 송수신하는 각종 기기들을 포함한다. UE는 단말(Terminal), MS(Mobile Station), MT(Mobile Terminal), UT(User Terminal), SS(Subscribe Station), 무선기기(wireless device), PDA(Personal Digital Assistant), 무선 모뎀(wireless modem), 휴대기기(handheld device) 등으로 지칭될 수 있다. 이하에서, UE는 단말과 혼용될 수 있다.

본 명세서에서, 기지국(BS)은 일반적으로 UE 및/또는 다른 BS와 통신하는 고정국(fixed station)을 말하며, UE 및 다른 BS와 통신하여 각종 데이터 및 제어정보를 교환한다. 기지국(BS)은 ABS(Advanced Base Station), NB(Node-B), eNB(evolved-NodeB), gNB(next generation NodeB), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point), PS(Processing Server), 노드(node), TP(Transmission Point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 이하에서, 기지국(BS)은 eNB 또는 gNB와 혼용될 수 있다.

무선 접속 시스템에서 단말은 하향링크(DL: Downlink)를 통해 기지국으로부터 정보를 수신하고, 상향링크(UL: Uplink)를 통해 기지국으로 정보를 전송한다. 기지국과 단말이 송수신하는 정보는 일반 데이터 정보 및 다양한 제어 정보를 포함하고, 이들이 송수신 하는 정보의 종류/용도에 따라 다양한 물리 채널이 존재한다.

전원이 꺼진 상태에서 다시 전원이 켜지거나, 새로이 셀에 진입한 단말은 기지국과 동기를 맞추는 등의 초기 셀 탐색(initial cell search) 작업을 수행한다. 이를 위해 단말은 기지국으로부터 주동기 채널(Primary Synchronization Signal, PSS) 및 부동기 채널(Secondary Synchronization Signal, SSS)을 수신하여 기지국과 동기를 맞추고, 셀 ID(cell identity) 등의 정보를 획득한다. 그 후, 단말은 기지국으로부터 물리 브로드캐스트 채널(Physical Broadcast Channel, PBCH)을 통해 셀 내에서 브로드캐스트되는 시스템 정보를 획득할 수 있다. 한편, 단말은 초기 셀 탐색 단계에서 하향링크 참조 신호(Downlink Reference Signal, DL RS)를 수신하여 하향링크 채널 상태를 확인할 수 있다.

초기 셀 탐색을 마친 단말은 물리 하향링크 제어 채널(Physical Downlink Control Channel, PDCCH) 및 물리 하향링크 제어 채널 정보에 따른 물리 하향링크 공유 채널(Physical Downlink Shared Channel, PDSCH)을 수신하여 좀더 구체적인 시스템 정보를 획득할 수 있다.

이후, 단말은 기지국에 접속을 완료하기 위해 랜덤 접속 과정(Random Access Procedure)을 수행할 수 있다. 이를 위해 단말은 물리 랜덤 접속 채널(Physical Random Access Channel, PRACH)을 통해 프리앰블(preamble)을 전송하고, 물리 하향링크 제어 채널 및 이에 대응하는 물리 하향링크 공유 채널을 통해 프리앰블에 대한 응답 메시지를 수신할 수 있다. 경쟁 기반 랜덤 접속(contention based random access)의 경우 추가적인 물리 랜덤 접속 채널의 전송과 물리 하향링크 제어 채널 및 이에 대응하는 물리 하향링크 공유 채널 수신과 같은 충돌 해결 절차(contention Resolution Procedure)를 수행할 수 있다.

상술한 바와 같은 절차를 수행한 단말은 이후 일반적인 상향링크/하향링크 신호 전송 절차로서 물리 하향링크 제어 채널/물리 하향링크 공유 채널 수신 및 물리 상향링크 공유 채널(Physical Uplink Shared Channel, PUSCH)/물리 상향링크 제어 채널(Physical Uplink Control Channel, PUCCH) 전송을 수행할 수 있다. 단말이 기지국으로 전송하는 제어 정보를 통칭하여 상향링크 제어 정보(Uplink Control Information, UCI)라고 지칭한다. UCI는 HARQ ACK/NACK(Hybrid Automatic Repeat and reQuest Acknowledgement/Negative-ACK), SR(Scheduling Request), CSI(Channel State Information) 등을 포함한다. CSI는 CQI(Channel Quality Indicator), PMI(Precoding Matrix Indicator), RI(Rank Indication) 등을 포함한다. UCI는 일반적으로 PUCCH를 통해 전송되지만, 제어 정보와 트래픽 데이터가 동시에 전송되어야 할 경우 PUSCH를 통해 전송될 수 있다. 또한, 네트워크의 요청/지시에 의해 PUSCH를 통해 UCI를 비주기적으로 전송할 수 있다.

도 1은 본 발명에서 이용될 수 있는 무선 프레임(radio frame)의 구조를 예시한다. 셀룰라 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 무선 패킷 통신 시스템에서, 상향/하향링크 데이터 패킷 전송은 서브프레임(subframe, SF) 단위로 이루어지며, 서브프레임은 다수의 OFDM 심볼을 포함하는 일정 시간 구간으로 정의된다. LTE(-A) 시스템에서는 FDD(Frequency Division Duplex)에 적용 가능한 타입 1 무선 프레임(radio frame) 구조와 TDD(Time Division Duplex)에 적용 가능한 타입 2 무선 프레임 구조를 지원한다.

도 1은 타입 1 무선 프레임의 구조를 예시한다. 예를 들어, 하향링크 무선 프레임은 10개의 서브프레임으로 구성되고, 하나의 서브프레임은 시간 도메인(time domain)에서 2개의 슬롯(slot)으로 구성된다. 하나의 서브프레임이 전송되는 데 걸리는 시간을 TTI(Transmission Time Interval)라 한다. 혹은 TTI는 하나의 슬롯이 전송되는 데 걸리는 시간을 지칭할 수 있다. 예를 들어 하나의 서브프레임의 길이는 1 ms이고, 하나의 슬롯의 길이는 0.5 ms 일 수 있다. 하나의 슬롯은 시간 도메인에서 복수의 OFDM 심볼을 포함하고, 주파수 도메인(frequency domain)에서 다수의 자원 블록(resource block, RB)을 포함한다. LTE(-A) 시스템에서는 하향링크에서 OFDM을 사용하므로, OFDM 심볼이 하나의 심볼 구간을 나타낸다. OFDM 심볼은 또한 SC-FDMA 심볼 또는 심볼 구간으로 지칭될 수 있다. 자원 할당 단위로서의 자원 블록(RB)은 하나의 슬롯에서 복수의 연속적인 서브캐리어(subcarrier)를 포함할 수 있다.

하나의 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 순환 전치(Cyclic Prefix, CP)의 구성(configuration)에 따라 달라질 수 있다. CP에는 확장 CP(extended CP)와 표준(normal) CP(normal CP)가 있다. 예를 들어, OFDM 심볼이 표준(normal) CP에 의해 구성된 경우, 하나의 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 7개일 수 있다. OFDM 심볼이 확장 CP에 의해 구성된 경우, 한 OFDM 심볼의 길이가 늘어나므로, 한 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 표준(normal) CP인 경우보다 적다. 예를 들어, 확장 CP의 경우, 하나의 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 6개일 수 있다. 단말이 빠른 속도로 이동하는 등의 경우와 같이 채널상태가 불안정한 경우, 심볼간 간섭을 더욱 줄이기 위해 확장 CP가 사용될 수 있다.

타입 2 무선 프레임은 2개의 하프 프레임(half frame)으로 구성되며, 각 하프 프레임은 5개의 서브프레임으로 구성되며 하향링크 구간(예, DwPTS(Downlink Pilot Time Slot)), 보호 구간(Guard Period, GP), 상향링크 구간(예, UpPTS(Uplink Pilot Time Slot))을 포함한다. 1개의 서브프레임은 2개의 슬롯으로 구성된다. 예를 들어, 하향링크 구간(예, DwPTS)는 단말에서의 초기 셀 탐색, 동기화 또는 채널 추정에 사용된다. 예를 들어, 상향링크 구간(예, UpPTS)은 기지국에서의 채널 추정과 단말의 상향링크 전송 동기를 맞추는 데 사용된다. 예를 들어, 상향링크 구간(예, UpPTS)은 기지국에서 채널 추정을 위한 SRS(Sounding Reference Signal)이 전송될 수 있고, 상향링크 전송 동기를 맞추기 위한 랜덤 접속 프리앰블(random access preamble)을 나르는 PRACH(Physical Random Access Channel)이 전송될 수 있다. 보호 구간은 상향링크와 하향링크 사이에 하향링크 신호의 다중경로 지연으로 인해 상향링크에서 생기는 간섭을 제거하기 위한 구간이다.

상기 설명된 무선 프레임의 구조는 예시에 불과하고, 무선 프레임에 포함되는 서브프레임의 수 또는 서브프레임에 포함되는 슬롯의 수, 슬롯에 포함되는 심볼의 수는 다양하게 변경될 수 있다.

도 2는 본 발명에서 이용될 수 있는 하향링크 슬롯을 위한 자원 그리드를 예시한다.

도 2를 참조하면, 하향링크 슬롯은 시간 도메인에서 복수의 OFDM 심볼을 포함한다. 여기서, 하나의 하향링크 슬롯은 7개의 OFDM 심볼을 포함하고, 하나의 자원 블록(RB)은 주파수 도메인에서 12개의 서브캐리어를 포함하는 것으로 예시되었다. 그러나, 본 발명이 이로 제한되는 것은 아니다. 자원 그리드 상에서 각각의 요소는 자원 요소(Resource Element, RE)로 지칭된다. 하나의 RB는 12×7 RE들을 포함한다. 하향링크 슬롯에 포함된 RB의 개수 N_DL는 하향링크 전송 대역에 의존한다. 상향링크 슬롯의 구조는 하향링크 슬롯의 구조와 동일할 수 있다.

상기 설명된 슬롯의 자원 그리드는 예시에 불과하고, 슬롯에 포함되는 심볼, 자원 요소, RB의 수는 다양하게 변경될 수 있다.

도 3은 본 발명에서 이용될 수 있는 하향링크 서브프레임의 구조를 예시한다.

도 3을 참조하면, 서브프레임 내에서 첫 번째 슬롯의 앞에 위치한 최대 3(또는 4)개의 OFDM 심볼이 제어 채널 할당을 위한 제어 영역에 해당한다. 나머지 OFDM 심볼은 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel)가 할당되는 데이터 영역에 해당하며, 데이터 영역의 기본 자원 단위는 RB이다. LTE(-A) 시스템에서 사용되는 하향링크 제어 채널의 예는 PCFICH(Physical Control Format Indicator Channel), PDCCH(Physical Downlink Control Channel), PHICH(Physical Hybrid ARQ Indicator Channel) 등을 포함한다.

PCFICH는 서브프레임의 첫 번째 OFDM 심볼에서 전송되고 서브프레임 내에서 제어 채널의 전송에 사용되는 OFDM 심볼의 개수에 관한 정보를 나른다. PCFICH는 4개의 자원 요소 그룹(Resource Element Group, REG)으로 구성되고, 각각의 REG는 셀 ID에 기초하여 제어 영역 내에 균등하게 분산된다. 하나의 REG(Resource Element Group)는 4개의 자원 요소로 구성될 수 있다. PCFICH는 1 내지 3(또는 2 내지 4)의 값을 지시하며 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)로 변조된다. PHICH는 상향링크 전송에 대한 응답으로 HARQ ACK/NACK 신호를 나른다. PHICH 기간(duration)에 의해 설정된 하나 이상의 OFDM 심볼들에서 CRS 및 PCFICH(첫 번째 OFDM 심볼)를 제외하고 남은 REG 상에 PHICH가 할당된다. PHICH는 주파수 도메인 상에서 최대한 분산된 3개의 REG에 할당된다. PHICH에 대해서는 이하에서 보다 자세히 설명한다.

PDCCH는 서브프레임의 처음 n개 OFDM 심볼(이하, 제어 영역) 내에 할당된다. 여기에서, n은 1 이상의 정수로서 PCFICH에 의해 지시된다. PDCCH를 통해 전송되는 제어 정보를 DCI(Downlink Control Information)라고 한다. PDCCH는 하향링크 공유 채널(downlink shared channel, DL-SCH)의 전송 포맷 및 자원 할당 정보, 상향링크 공유 채널(uplink shared channel, UL-SCH)의 전송 포맷 및 자원 할당 정보, 페이징 채널(paging channel, PCH) 상의 페이징 정보, DL-SCH 상의 시스템 정보, PDSCH 상에서 전송되는 랜덤 접속 응답과 같은 상위 계층 제어 메시지의 자원 할당 정보, 단말 그룹 내의 개별 단말들에 대한 Tx 파워 제어 명령 세트, Tx 파워 제어 명령, VoIP(Voice over IP)의 활성화 지시 정보 등을 나른다. 더욱 구체적으로, DCI 포맷은 용도에 따라 호핑 플래그(hopping flag), RB 할당, MCS(Modulation Coding Scheme), RV(Redundancy Version), NDI(New Data Indicator), TPC(Transmit Power Control), 사이클릭 쉬프트 DM-RS(DeModulation Reference Signal), CQI(Channel Quality Information) 요청, HARQ 프로세스 번호, TPMI(Transmitted Precoding Matrix Indicator), PMI(Precoding Matrix Indicator) 확인(confirmation) 등의 정보를 선택적으로 포함한다.

기지국은 단말에게 전송될 DCI에 따라 PDCCH 포맷을 결정하고, 제어 정보에 CRC(cyclic redundancy check)를 부가한다. CRC는 PDCCH의 소유자 또는 사용 목적에 따라 식별자(예, RNTI(radio network temporary identifier))로 마스킹 된다. 예를 들어, PDCCH가 특정 단말을 위한 것일 경우, 해당 단말의 식별자(예, cell-RNTI (C-RNTI))가 CRC에 마스킹 될 수 있다. PDCCH가 페이징 메시지를 위한 것일 경우, 페이징 식별자(예, paging-RNTI (P-RNTI))가 CRC에 마스킹 될 수 있다. PDCCH가 시스템 정보(보다 구체적으로, 시스템 정보 블록(system information block, SIC))를 위한 것일 경우, SI-RNTI(system information RNTI)가 CRC에 마스킹 될 수 있다. PDCCH가 랜덤 접속 응답을 위한 것일 경우, RA-RNTI(random access-RNTI)가 CRC에 마스킹 될 수 있다. PDCCH가 상향링크 전력 제어를 위한 것일 경우, TPC-RNTI(Transmit Power Control-RNTI)가 이용될 수 있으며 TPC-RNTI는 PUCCH 전력 제어를 위한 TPC-PUCCH-RNTI와 PUSCH 전력 제어를 위한 TPC-PUSCH-RNTI를 포함할 수 있다. PDCCH가 멀티캐스트 제어 채널(Multicast Control Channel, MCCH)을 위한 것일 경우, M-RNTI(Multimedia Broadcast Multicast Service-RNTI)가 이용될 수 있다.

PDCCH를 통해 전송되는 제어 정보는 DCI(Downlink Control Information)라고 지칭된다. 다양한 DCI 포맷이 용도에 따라 정의된다. 구체적으로, 상향링크 스케줄링을 위해 DCI 포맷 0, 4(이하, UL 그랜트)가 정의되고, 하향링크 스케줄링을 위해 DCI 포맷 1, 1A, 1B, 1C, 1D, 2, 2A, 2B, 2C(이하, DL 그랜트)가 정의된다. DCI 포맷은 용도에 따라 호핑 플래그(hopping flag), RB 할당, MCS(Modulation Coding Scheme), RV(Redundancy Version), NDI(New Data Indicator), TPC(Transmit Power Control), 사이클릭 쉬프트 DM-RS(DeModulation Reference Signal), CQI(Channel Quality Information) 요청, HARQ 프로세스 번호, TPMI(Transmitted Precoding Matrix Indicator), PMI(Precoding Matrix Indicator) 확인(confirmation) 등의 정보를 선택적으로 포함한다.

LTE(-A) 시스템에서는 각각의 단말을 위해 PDCCH가 위치할 수 있는 제한된 세트의 CCE 위치를 정의한다. 단말이 자신의 PDCCH를 찾을 수 있는 제한된 세트의 CCE 위치는 검색 공간(Search Space, SS)으로 지칭될 수 있다. LTE(-A) 시스템에서, 검색 공간은 각각의 PDCCH 포맷에 따라 다른 사이즈를 갖는다. 또한, UE-특정(UE-specific) 및 공통(common) 검색 공간이 별도로 정의된다. 기지국은 단말에게 PDCCH가 검색 공간의 어디에 있는지에 관한 정보를 제공하지 않기 때문에 단말은 검색 공간 내에서 PDCCH 후보(candidate)들의 집합을 모니터링 하여 자신의 PDCCH를 찾는다. 여기서, 모니터링(monitoring)이란 단말이 수신된 PDCCH 후보들을 각각의 DCI 포맷에 따라 복호화를 시도하는 것을 말한다. 검색 공간에서 PDCCH를 찾는 것을 블라인드 검출(blind decoding 또는 blind detection)이라 한다. 블라인드 검출을 통해, 단말은 자신에게 전송된 PDCCH의 식별(identification)과 해당 PDCCH를 통해 전송되는 제어 정보의 복호화를 동시에 수행한다.

도 4는 본 발명에서 이용될 수 있는 상향링크 서브프레임의 구조를 예시한다.

도 4를 참조하면, 상향링크 서브프레임은 복수(예, 2개)의 슬롯을 포함한다. 슬롯은 CP 길이에 따라 서로 다른 수의 SC-FDMA 심볼을 포함할 수 있다. 일 예로, 표준(normal) CP의 경우 슬롯은 7개의 SC-FDMA 심볼을 포함할 수 있다. 상향링크 서브프레임은 주파수 도메인에서 데이터 영역과 제어 영역으로 구분된다. 데이터 영역은 PUSCH를 포함하고 음성 등의 데이터 신호를 전송하는 데 사용된다. 제어 영역은 PUCCH를 포함하고 제어 정보를 전송하는 데 사용된다. PUCCH는 주파수 축에서 데이터 영역의 양끝 부분에 위치한 RB 쌍(RB pair)(예, m=0,1,2,3)을 포함하며 슬롯을 경계로 호핑한다.

도 5는 랜덤 접속 과정(Random Access Procedure)을 예시한다.

랜덤 접속 과정은 상향링크로 (짧은 길이의) 데이터를 전송하기 위해 사용된다. 예를 들어, 랜덤 접속 과정은 RRC_IDLE 상태에서의 초기 접속, 무선 링크 실패 후의 초기 접속, 랜덤 접속 과정을 요구하는 핸드오버, RRC_CONNECTED 상태 중에 랜덤 접속 과정이 요구되는 상향링크/하향링크 데이터 발생시에 수행된다. RRC(Radio Resource Control) 연결 요청 메시지(RRC Connection Request Message)와 셀 갱신 메시지(Cell Update Message), URA 갱신 메시지(URA Update Message) 등의 일부 RRC 메시지도 랜덤 접속 과정을 이용하여 전송된다. 논리채널 CCCH(Common Control Channel), DCCH(Dedicated Control Channel), DTCH(Dedicated Traffic Channel)가 전송채널 RACH에 매핑될 수 있다. 전송채널 RACH는 물리채널 PRACH(Physical Random Access Channel)에 매핑된다. 단말의 MAC 계층이 단말 물리계층에 PRACH 전송을 지시하면, 단말 물리계층은 먼저 하나의 접속 슬롯(access slot)과 하나의 시그너처(signature)를 선택하여 PRACH 프리앰블을 상향링크로 전송한다. 랜덤 접속 과정은 경쟁 기반(contention based) 과정과 비경쟁 기반(non-contention based) 과정으로 구분된다.

도 5를 참조하면, 단말은 시스템 정보를 통해 기지국으로부터 랜덤 접속에 관한 정보를 수신하여 저장한다. 그 후, 랜덤 접속이 필요하면, 단말은 랜덤 접속 프리앰블(Random Access Preamble; 메시지 1 또는 Msg1이라고도 함)을 기지국으로 전송한다(S510). 기지국이 상기 단말로부터 랜덤 접속 프리앰블을 수신하면, 상기 기지국은 랜덤 접속 응답 메시지(Random Access Response; 메시지 2 또는 Msg2라고도 함)를 단말에게 전송한다(S520). 구체적으로, 상기 랜덤 접속 응답 메시지에 대한 하향 스케줄링 정보는 RA-RNTI(Random Access-RNTI)로 CRC 마스킹되어 L1/L2 제어 채널(PDCCH) 상에서 전송될 수 있다. RA-RNTI로 마스킹된 하향 스케줄링 신호를 수신한 단말은 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel)로부터 랜덤 접속 응답 메시지를 수신하여 디코딩할 수 있다. 그 후, 단말은 상기 랜덤 접속 응답 메시지에 자신에게 지시된 랜덤 접속 응답 정보가 있는지 확인한다. 자신에게 지시된 랜덤 접속 응답 정보가 존재하는지 여부는 단말이 전송한 프리앰블에 대한 RAID(Random Access preamble ID)가 존재하는지 여부로 확인될 수 있다. 상기 랜덤 접속 응답 정보는 동기화를 위한 타이밍 옵셋 정보를 나타내는 타이밍 어드밴스(Timing Advance; TA), 상향링크에 사용되는 무선자원 할당정보, 단말 식별을 위한 임시 식별자(예: Temporary C-RNTI) 등을 포함한다. 단말은 랜덤 접속 응답 정보를 수신하면, 상기 응답 정보에 포함된 무선자원 할당 정보에 따라 상향링크 SCH(Uplink Shared Channel)로 RRC 연결 요청 메시지를 포함하는 상향링크 전송(메시지 3 또는 Msg3이라고도 함)을 수행한다(S530). 기지국은 단말로부터 상기 상향링크 전송을 수신한 후에, 경쟁 해결(contention resolution)을 위한 메시지(메시지 4 또는 Msg4라고도 함)를 단말에게 전송한다(S540). 경쟁 해결을 위한 메시지는 경쟁 해결 메시지라고 지칭될 수 있으며, RRC 연결 설정 메시지를 포함할 수 있다. 단말은 기지국으로부터 경쟁 해결 메시지를 수신한 후에, 연결 설정을 완료한 후 연결 설정 완료 메시지(메시지 5 또는 Msg5라고도 함)를 기지국으로 전송한다(S550).

비경쟁 기반 과정의 경우, 단말이 랜덤 접속 프리앰블을 전송(S510)하기 전에 기지국이 비경쟁 랜덤 접속 프리앰블(Non-contention Random Access Preamble)을 단말에게 할당할 수 있다. 비경쟁 랜덤 접속 프리앰블은 핸드오버 명령(handover command)나 PDCCH와 같은 전용 시그널링(dedicated signaling)을 통해 할당될 수 있다. 단말은 비경쟁 랜덤 접속 프리앰블을 할당받는 경우 S510 단계와 유사하게 할당받은 비경쟁 랜덤 접속 프리앰블을 기지국으로 전송할 수 있다. 기지국은 상기 단말로부터 비경쟁 랜덤 접속 프리앰블을 수신하면, S520 단계와 유사하게 상기 기지국은 랜덤 접속 응답을 단말에게 전송할 수 있다.

상기 설명된 랜덤 접속 과정에서 랜덤 접속 응답(S520)에 대해서는 HARQ가 적용되지 않지만 랜덤 접속 응답에 대한 상향링크 전송이나 경쟁 해결을 위한 메시지에 대해서는 HARQ가 적용될 수 있다. 따라서, 랜덤 접속 응답에 대해서 단말은 ACK/NACK을 전송할 필요가 없다.

한편, 차세대 시스템에서는 계량기 검침, 수위측정, 감시 카메라의 활용, 자판기의 재고보고 등의 데이터 통신을 위주로 하는 저가/저사양의 단말을 구성하는 것을 고려하고 있다. 이러한 단말은 낮은 기기 복잡도와 낮은 전력 소모를 가짐에도 불구하고 연결된 기기들 사이에 적절한 처리율을 제공할 수 있는 것을 추구하며, 편의상 MTC(Machine Type Communication) 혹은 IoT(Internet of Things) 단말이라고 지칭할 수 있으며, 본 명세서에서는 간략히 단말(UE)이라고 통칭한다.

또한, 차세대 시스템은 셀룰러 네트워크 혹은 제3의 네트워크를 활용함에 있어서 협대역(narrowband)을 이용한 통신(혹은 NB-IoT 통신)을 수행할 수 있다. 예를 들어, 협대역은 180kHz일 수 있다. 해당 영역 내에서 UE(혹은 NB-IoT UE) 혹은 eNB는 단일 혹은 복수의 물리 채널을 다중화하여 전송하는 것일 수 있다. 한편, NB-IoT UE는 교량 밑이나 해저, 해상 등 채널 환경이 좋지 않은 영역에서 통신을 수행할 수도 있으며, 이 경우에 이를 보상하기 위하여 특정 채널에 대한 반복 (예를 들어, 수 TTI 동안 반복 전송) 그리고/혹은 전력 증폭 (Power boosting)을 수행하는 것을 고려할 수 있다. 전력 증폭에 대한 일례로는 특정 대역 내에서 전송할 주파수 자원 영역을 더욱 줄여 시간당 전력을 특정 자원에 몰아주는 형태일 수 있다. 일례로, 12 RE로 구성된 RB(resource block)을 통해서 특정 채널을 전송할 때, RB 단위의 RE 할당 대신에 특정 RE를 선택하여 할당해주는 방식을 통해서 전체 RB를 통해서 분산될 전력을 특정 RE(들)에 몰아줄 수도 있다. 특히, RB 내에 하나의 RE에 데이터와 전력을 집중시켜 통신을 수행하는 방식을 단일-톤(Single-tone) 전송 방식이라고 통칭할 수 있다. NB-IoT는 셀룰라 IoT(또는 cIoT)와 혼용될 수 있다.

도 6은 NPRACH 프리앰블 전송 방법을 예시한다. NPRACH 프리앰블은 LTE-A 프로 시스템에서 지원하는 NB-IoT를 위한 PRACH 프리앰블을 지칭하며, PRACH 프리앰블이라고 통칭될 수 있다. 도 6의 랜덤 접속 심볼 그룹은 (N)PRACH 심볼 그룹으로 지칭될 수 있으며, 간략히 심볼 그룹이라고 지칭한다.

NPRACH 프리앰블은 4개의 심볼 그룹(심볼 그룹 0 내지 심볼 그룹 3)으로 구성되며, 각각의 심볼 그룹은 도 6에 예시된 바와 같이 CP(Cyclic Prefix)와 시퀀스 부분(sequence part)으로 구성될 수 있다. 시퀀스 부분은 5개의 서브블록으로 구성될 수 있는데, 각 서브블록은 동일한 심볼을 포함한다. 예를 들어, 동일한 심볼은 고정된 심볼 값 1을 가질 수 있다.

NPRACH 프리앰블은 지정된 주파수 영역 내에서 전송되며, 해당 주파수 영역은 상위 계층 신호(예, RRC 계층 신호) 또는 시스템 정보(예, SIB2)를 통해 설정된 서브캐리어 오프셋(예,

)과 서브캐리어 개수(예,

)에 의해 결정될 수 있다. NPRACH 프리앰블을 구성하는 각 심볼 그룹은 간격(gap) 없이 전송되며, 지정된 주파수 영역 내에서 심볼 그룹 마다 주파수 호핑한다. 주파수 호핑시 (i+1)번째 심볼 그룹(즉, 심볼 그룹 i, i=0, 1, 2, 3)의 주파수 위치는

로 나타내며 수학식 1에 의해 결정될 수 있다.

[수학식 1]

수학식 1에서

는 NPRACH 프리앰블의 시작 서브캐리어 인덱스를 나타내며 수학식 2에 의해 결정된다. 수학식 1에서

는 서브캐리어 오프셋을 나타내며 수학식 3에 의해 결정된다. 수학식 2에서

로 주어질 수 있다.

[수학식 2]

[수학식 3]

수학식 3에서

는 NPRACH 프리앰블의 심볼 그룹 0을 위한 서브캐리어 오프셋을 나타내고 수학식 4에 의해 결정된다. 수학식 3에서

은 수학식 5에 의해 결정되며, 수학식 4에서

은

으로부터 선택되는 값이다.

[수학식 4]

[수학식 5]

수학식 5에서

이고

로 주어질 수 있다.

NPRACH 프리앰블은 커버리지 향상 또는 커버리지 확장을 위해 특정 횟수(예, 도 6의 N)만큼 반복 전송될 수 있다. 특정 반복 횟수는 상위 계층 신호(예, RRC 계층 신호) 또는 시스템 정보(예, SIB2)를 통해 설정될 수 있다. NPRACH 프리앰블을 구성하는 4개의 심볼 그룹(심볼 그룹 0 내지 심볼 그룹 3)은 심볼 그룹 마다 수학식 1 내지 5를 이용하여 결정된 주파수 위치로 호핑하면서 전송되며, 이와 같이 NPRACH 프리앰블을 1번째 전송한 후 2번째 NPRACH 프리앰블의 각 심볼 그룹도 수학식 1 내지 5에 기초하여 주파수 호핑하며 전송할 수 있다. 동일한 방식을 적용하여 NPRACH 프리앰블을 특정 횟수(예, N)만큼 반복 전송할 수 있다. 반복 전송되는 각 NPRACH 프리앰블의 1번째 심볼 그룹(즉, 심볼 그룹 0)의 주파수 위치는 랜덤하게 결정될 수 있다.

도 6에 예시된 NPRACH 프리앰블의 심볼 그룹들은 간격(gap)없이 전송되므로 NPRACH 프리앰블에는 보호 시간이 적용되지 않는다. 따라서, 도 6에 예시된 NPRACH 프리앰블의 경우 보호 시간 대신 CP 길이를 고려하여 지원하는 셀 반경을 결정할 수 있다. 일반적으로 셀 반경과 라운드 트립 지연(RTD) 간의 관계는 (셀 반경)=(광속)*(RTD/2)에 의해 표현될 수 있고 RTD는 보호 시간에 해당하므로, 셀 반경과 CP 길이 간의 관계는 수학식 6에 의해 표현될 수 있다.

[수학식 6]

(셀 반경)=(광속)*(CP길이/2)

표 1은 NPRACH 프리앰블 포맷에 따른 CP 길이, 셀 반경의 대략적인 값을 예시한다. 표 1에 예시된 바와 같이 NPRACH 프리앰블 포맷은 포맷 0, 1을 가질 수 있으며, 각 NPRACH 프리앰블 포맷은 동일한 시퀀스 길이를 가지고 CP 길이가 상이하게 설정될 수 있다. CP 길이는 상위 계층 신호(예, RRC 계층 신호) 또는 시스템 정보(예, SIB2)를 통해 설정될 수 있으며, CP 길이에 따라 해당 NPRACH 프리앰블 포맷이 결정될 수 있다. 표 1에서 us는 마이크로초(microsecond)를 나타내고, km은 킬로미터를 나타낸다.

[표 1]

또한, 셀 반경에 따른 라운드 트립 지연(round trip delay, RTD)를 고려하여 보호 시간(guard time, GT)이 주어질 수 있다. 예를 들어, 셀의 가장자리에 있는 단말과 셀의 중심에 있는 단말이 동일한 TTI(예, 서브프레임 또는 슬롯)에서 PRACH 프리앰블을 전송하는 경우 기지국이 해당 TTI 내에서 각 단말의 PRACH 프리앰블을 수신할 수 있도록 하기 위해 보호 시간이 주어질 수 있다. 일반적으로 셀 반경과 라운드 트립 지연(RTD) 간의 관계는 (셀 반경)=(광속)*(RTD/2)에 의해 표현될 수 있고 RTD는 보호 시간에 해당하므로, 셀 반경과 보호 시간 간의 관계는 수학식 7에 의해 표현될 수 있다.

[수학식 7]

(셀 반경)=(광속)*(GT/2)

표 2는 기존 LTE/LTE-A 시스템의 프리앰블 포맷에 따른 CP 길이, GT 길이, 셀 반경의 대략적인 값을 예시한다. 표 2에서 프리앰블 포맷 값은 PRACH 구성 인덱스에 의해 지시된다. 프리앰블 포맷 0은 하나의 TTI(예, 1ms)에서 전송될 수 있고, 프리앰블 포맷 1, 2는 2개의 TTI(예, 2ms)에서 전송될 수 있고, 프리앰블 포맷 3은 3개의 TTI(예, 3ms)에서 전송될 수 있으며, ms는 밀리초(millisecond)를 나타낸다. 표 2에서 us는 마이크로초(microsecond)를 나타내고, km은 킬로미터를 나타낸다.

[표 2]

표 2에서 알 수 있듯이 현재 LTE 시스템에서 지원하는 최대 셀 반경은 100.2 km 이다. 따라서, NB-IoT를 위한 UE가 LTE 네트워크를 이용한 인밴드 동작(in-band operation)을 수행하기 위해서는 적어도 동일 수준의 셀 반경을 지원할 필요가 있다.

도 7은 상향링크-하향링크 타이밍 관계(timing relation)을 예시한다.

상향링크 직교(Uplink orthogonal) 송수신을 위해서 기지국이 각 단말의 상향링크 전송 타이밍을 개별적으로 관리(manage) 또는 조정(adjust)해야 할 수 있다. 이와 같이, 기지국에 의해 수행되는 전송 타이밍의 관리 또는 조정을 타이밍 어드밴스(timing advance) 또는 타이밍 정렬(time alignment)이라고 지칭할 수 있다.

타이밍 어드밴스 또는 타이밍 정렬은 앞에서 설명된 바와 같이 랜덤 접속 과정을 통해 수행될 수 있다. 랜덤 접속 과정 동안, 기지국은 단말로부터 랜덤 접속 프리앰블을 수신하고, 수신된 랜덤 접속 프리앰블을 이용하여 타이밍 어드밴스 값을 계산할 수 있다. 계산된 타이밍 어드밴스 값은 랜덤 접속 응답을 통해 단말에게 전송되며, 단말은 수신된 타이밍 어드밴스 값에 의거하여 신호 전송 타이밍을 갱신(update)할 수 있다. 혹은, 기지국은 단말로부터 주기적으로 또는 랜덤하게 전송되는 상향링크 참조신호(예, SRS(Sounding Reference Signal))를 수신하여 타이밍 어드밴스를 계산할 수 있으며, 단말은 계산된 타이밍 어드밴스 값에 의거하여 신호 전송 타이밍을 갱신할 수 있다.

앞서 설명된 바와 같이, 기지국은 랜덤 접속 프리앰블 또는 상향링크 참조신호를 통해 단말의 타이밍 어드밴스를 측정할 수 있고 타이밍 정렬을 위한 조정 값(adjustment value)을 단말에게 알려줄 수 있다. 이 경우, 타이밍 정렬을 위한 조정 값은 타이밍 어드밴스 명령(Timing Advance Command, TAC) 또는 타이밍 어드밴스 값(TA value)으로 지칭될 수 있다.

도 7을 참조하면, 단말로부터의 상향링크 무선 프레임 i의 전송은 대응되는 하향링크 무선 프레임이 시작하기 (N_TA + N_TAoffset) × T_s 초 전에 시작할 수 있다. 0 ≤ N_TA ≤ 20512일 수 있고, FDD 프레임 구조의 경우 N_TAoffset = 0, TDD 프레임 구조의 경우 N_TAoffset = 624일 수 있다. N_TA는 타이밍 어드밴스 명령에 의해 지시될 수 있다. T_s는 샘플링 타임을 나타낸다. 상향링크 전송 타이밍은 16T_s의 배수 단위로 조정될 수 있다. TAC는 랜덤 접속 응답에서 11비트로서 주어질 수 있고 0 내지 1282의 값을 지시할 수 있다. N_TA는 TA*16으로 주어질 수 있다. 혹은, TAC는 6 비트이고 0 내지 63의 값을 지시할 수 있다. 이 경우, N_TA는 N_TA,old+(TA-31)*16으로 주어질 수 있다. 서브프레임 n에서 수신된 타이밍 어드밴스 명령은 서브프레임 n+6부터 적용될 수 있다.

앞서 설명된 바와 같이, 기존의 NB-IoT 시스템은 셀 반경 35 km를 지원하는 GSM(Global System for Mobile communications) 네트워크를 기반으로 설계되었기 때문에 랜덤 접속 프리앰블의 순환 전치(CP)가 최대 40 km 정도의 셀 반경 까지만 지원하도록 설계되어 있다. 그러나, NB-IoT 시스템의 대표적인 전개 시나리오(deployment scenario) 중의 하나인 LTE 네트워크에서의 인밴드 동작(in-band operation)을 지원하기 위해서는 셀 반경 100 km까지 지원하는 것이 필요하다. 또한, NB-IoT 시스템은 인적이 드문, 다시 말해서 LTE 네트워크가 잘 갖추어 지지 않은 곳에서의 이동식 자율 보고(mobile autonomous reporting) 시스템 등을 포함하고 있기 때문에 지원 가능한 셀 반경을 확장하는 것이 바람직하다.

랜덤 접속 프리앰블의 지원 가능한 최대 셀 반경을 확장하기 위해서는 일반적으로 (NPRACH) 프리앰블의 CP와 보호 시간(GT)를 확장하는 것을 고려할 수 있다. 그리고/또는, CP 오버헤드의 증가를 억제하기 위해서 (NPRACH) 프리앰블의 서브캐리어 간격(subcarrier spacing)을 축소하는 것을 고려할 수 있다. 예를 들어, 셀 반경 100 km를 지원하기 위해서는 CP 길이가 666.7 us로 결정될 수 있다(수학식 6 참조). 이와 같이 확장된 셀 반경을 지원하기 위해서 확장된 CP를 확장 CP(extended CP, E-CP) 라고 지칭한다. 그리고, 기지국 관점에서 단말로부터 수신된 랜덤 접속 프리앰블과 바로 다음의 인접 서브프레임이 중첩되는 것을 피하기 위해서 E-CP와 동일한 길이(예, 666.7 us)의 시간 간격(time gap)이 필요할 수 있으며, 이러한 시간 간격을 보호 시간(GT)이라 한다.

순환 전치와 보호 시간은 모두 심볼 간의 간섭을 피하기 위해서 추가된 것이다. 다시 말해서 순환 전치와 보호 시간은 성능적인 측면에서 부수적으로 추가된 신호이기 때문에 시스템 전송률(system throughput) 차원에서 오버헤드로 분류될 수 있다. 따라서, 보다 효율적인 프리앰블 전송을 위해 이러한 순환 전치나 보호 시간의 퍼센트 오버헤드(% overhead)를 줄이고, 순환 전치와 보호 시간을 제외한 프리앰블 정보에 해당하는 부분(예, 심볼 또는 심볼 그룹 부분)을 증가시키는 것을 고려할 수 있다.

도 7을 참조하여 설명한 바와 같이, 상향링크 직교(uplink orthogonal) 송수신을 위해서 기지국이 각 UE들의 상향링크 전송 타이밍을 개별적으로 제어하는 것이 필요하며, 이 과정을 타이밍 어드밴스(TA) 또는 타이밍 정렬이라고 한다. 초기 타이밍 어드밴스는 랜덤 접속 과정을 통해서 수행된다. NB-IoT 시스템에서는 단말이 랜덤 접속 프리앰블을 전송하면, 기지국은 수신된 프리앰블로부터 상향링크 전송 지연(delay)를 추정하여 랜덤 접속 응답(RAR) 메시지를 통해 타이밍 어드밴스 명령 형태로 단말에게 전달한다. 단말은 RAR 메시지를 통해서 전달 받은 TA 명령을 이용하여 전송 타이밍을 조절한다.

도 6을 참조하여 설명한 바와 같이, NB-IoT를 위한 랜덤 접속 프리앰블(또는 NPRACH 프리앰블)은 단일 캐리어 주파수 호핑(single carrier frequency hopping) 방식으로 전송되며, 타이밍 추정(timing estimation) 획득 범위와 정확도를 모두 고려하여 설계되었다. 종래의 랜덤 접속 프리앰블(또는 NPRACH 프리앰블)의 서브캐리어 간격(subcarrier spacing)은 3.75 kHz로 40 km 셀 반경까지 모호함(ambiguity)없이 타이밍 추정이 가능하도록 설계되었다. 2개의 서브캐리어 간의 간격을 이용하여 타이밍 추정을 하고자 할 경우, 모호함 없이 지원 가능한 셀 반경은 다음과 같이 계산될 수 있다. 떨어진 두 서브캐리어 간의 간격을 이용하여 추정할 경우, 두 서브캐리어 상에서 전송되는 신호의 위상 차이는 2*pi*delta_f로 나타낼 수 있으며, delta_f는 서브캐리어 간격을 Hz(Hertz) 단위로 나타낸 것이다. 또한, 라운드 트립 지연을 고려한 두 서브캐리어 상에서 전송되는 신호의 위상 차이는 2*pi*delta_f*tau_RTT로 나타낼 수 있으며, tau_RTT는 라운드 트립 지연을 나타낸다. 위상 차이와 셀 반경이 일대일 대응 값을 가지려면 2*pi*delta_f*tau_RTT < 2*pi 인 관계가 성립해야 한다. 따라서, 모호함 없는 추정을 위해서는 tau_RTT < 1/delta_f 인 관계가 성립해야 한다. 라운드 트립 거리는 tau_RTT*(광속)/2, 광속=3E8 m/s이므로, 서브캐리어 간격이 3.75 kHz인 경우 셀 반경은 1/delta_f*3E8/2=1/3.75(kHz)*3E8(m/s)/2=40 km 이다. 종래의 랜덤 접속 프리앰블(또는 NPRACH 프리앰블)의 3.75 kHz 서브캐리어 간격으로 모호함 없이 타이밍 추정이 가능한 셀 반경이 40 km이므로, 100 km 셀 반경의 지원을 위해서는 서브캐리어 간격을 1.5 kHz이하로 축소해야 한다.

본 발명은 LTE 네트워크 또는 LTE 시스템의 최대 셀 반경을 지원하는 네트워크에서 NB-IoT 시스템을 사용할 수 있도록 하기 위한 것으로서, 구체적으로는 LTE 네트워크 또는 LTE 시스템의 최대 셀 반경을 지원하는 네트워크에서 NB-IoT를 위한 랜덤 접속 과정을 수행할 수 있도록 랜덤 접속 프리앰블(또는 NPRACH 프리앰블)을 향상시키기 위한 방법을 제안한다.

보다 구체적으로, 본 발명에서는 확장된 셀 반경(예, 100 km)을 지원하기 위해 랜덤 접속 프리앰블의 순환 전치를 최소 666.7 us 정도로 확장하고, 모호함 없이 타이밍 추정을 수행하기 위해 랜덤 접속 프리앰블(또는 NPRACH 프리앰블)의 서브캐리어 간격을 1.5 kHz 이하로 축소하는 방안(방법 2 참조), 3.75 kHz 서브캐리어 간격에서 발생하는 타이밍 추정 모호함을 해결하는 방안(방법 1 참조)을 제안한다.

설명의 편의를 위해, 본 발명에서 제안된 확장된 셀 반경(예, 100 km)을 지원하는 랜덤 접속 프리앰블을 ‘향상된(enhanced)’ 프리앰블이라고 정의하고, 이와 대비하여 종래의 랜덤 접속 프리앰블을 ‘레거시(legacy)’ 프리앰블이라고 정의한다. 본 명세서에서 레거시 프리앰블은 제1 프리앰블 포맷으로 지칭될 수 있고, 향상된 프리앰블은 제2 프리앰블 포맷으로 지칭될 수 있다. 또한, 본 발명에서 랜덤 접속 프리앰블 또는 (N)PRACH 프리앰블 또는 (N)PRACH 신호 또는 (N)PRACH는 혼용될 수 있으며, 간략히 프리앰블로 지칭될 수 있다. 또한, 본 발명에서 (N)PRACH 심볼 그룹 또는 랜덤 접속 심볼 그룹은 혼용될 수 있으며, 간략히 심볼 그룹으로 지칭될 수 있다. 또한, 종래의 NB-IoT(또는 레거시 프리앰블)을 지원하는 단말(UE)은 레거시 단말(legacy UE)이라고 지칭될 수 있고, 향상된 프리앰블(또는 레거시 프리앰블 및 향상된 프리앰블 모두) 지원하는 단말은 향상된 단말(enhanced UE)이라고 지칭될 수 있다.

본 발명은 NB-IoT를 지원하는 단말/기지국/시스템에 기반하여 설명되지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 본 발명은 NB-IoT 통신을 지원하지 않는 단말/기지국/시스템에도 동일하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 mMTC(massive Machine Type Communication)를 지원하는 단말/기지국/시스템 뿐만 아니라 IoT 및 MTC를 지원하지 않는 일반적인 단말/기지국/시스템에도 동일하게 적용될 수 있다. 본 명세서에서 단말/기지국/시스템은 NB-IoT를 지원하는 단말/기지국/시스템과 NB-IoT를 지원하지 않는 단말/기지국/시스템을 통칭할 수 있다.

NPRACH 범위 향상(range enhancement) 방법 1: 종래와 동일한 서브캐리어 간격을 사용하는 방법

방법 1은 순환 전치를 최소 666.7 us 정도로 확장하고, 3.75 kHz 서브캐리어 간격(subcarrier spacing)을 사용하기 때문에 발생할 수 있는 타이밍 추정 모호함(timing estimation ambiguity)을 기지국이 해결하도록 하기 위한 것이다. 본 발명의 방법 1에서는 CP를 확장하기 위해 랜덤 접속 프리앰블(또는 NPRACH 프리앰블)을 구성하는 심볼 그룹 내에서 처음 3개 심볼을 순환 전치에 사용하고 나머지 심볼을 이용하여 프리앰블 검출 및 타이밍 추정에 사용할 것을 제안한다.

도 8은 본 발명의 방법 1에 따른 프리앰블 포맷을 예시한다.

서브캐리어 간격을 줄이지 않고 순환 전치를 확장하기 위해서 종래의 NB-IoT를 위한 랜덤 접속 프리앰블(또는 NPRACH 프리앰블)(예, 도 7 및 관련 설명 참조)을 구성하는 심볼 그룹 내에서 CP로 사용되는 심볼의 개수를 늘릴 수 있다. 도 7을 참조하여 설명한 바와 같이, 종래의 프리앰블은 4개의 심볼 그룹으로 구성되며, 종래의 프리앰블 구조는 주파수 호핑을 무시하면 ‘111111’ ‘111111’ ‘111111’ ‘111111’ 의 구조를 가질 수 있다. 종래의 NPRACH 프리앰블은 모든 심볼 들이 모두 ‘1’로 구성된 시퀀스로 구성되어 있기 때문에, 방법 1에 따른 프리앰블의 구조는 종래의 프리앰블 구조와 차이가 없다. 다만, 100 km 셀 반경을 지원하기 위해서 처음 3개 심볼 ‘111’을 E-CP(enhanced CP)로 간주하고 처음 3개 심볼을 제외한 나머지 3 심볼을 이용하여 프리앰블 검출과 타이밍 추정을 수행한다.

도 8(a)를 참조하면, CP를 제외하고 프리앰블 검출과 타이밍 추정에 실제로 사용되는 나머지 부분을 ‘유용한(useful)’ 심볼 이라 정의한다. 이러한 정의에 따르면, 종래의 랜덤 접속 프리앰블의 경우 (심볼 그룹 내에서) CP가 1개 심볼이고 유용한 심볼의 개수가 5개인 반면, 향상된 프리앰블의 경우 (심볼 그룹 내에서) E-CP가 3개 심볼 구간에 해당하고 유용한 심볼의 개수는 3개이다. 레거시 프리앰블의 경우, (심볼 그룹 내에서) 처음 1개 심볼 ‘1’ 만이 CP에 해당하여 40 km의 셀 반경을 지원하는 데 반하여, 향상된 프리앰블의 E-CP의 경우 (심볼 그룹 내에서) 3개 심볼에 해당하는 “111”이 120 km의 셀 반경을 지원한다.

한편, 향상된 프리앰블은 (심볼 그룹 내에서) 처음 3개 심볼을 E-CP로 사용함으로써 CP 오버헤드가 종래의 16.7% (=1/6*100%)에서 50% (=3/6%100%)로 급격하게 증가한다. CP의 % 오버헤드를 줄이기 위해서, 또한 동시에 심볼 그룹 당 유용한 신호(useful signal)의 에너지를 증가시키기 위해서, 심볼 그룹 당 심볼의 개수를 종래의 6개보다 증가시키는 것을 고려할 수 있다. 여기서 유용한 에너지(useful energy)는 유용한(useful) 심볼 들에 의해서 수집되는 프리앰블 신호 에너지로서 프리앰블 검출이나 타이밍 추정 시 사용되는 에너지를 의미한다. 예를 들어, 다음과 같은 구조를 갖도록 향상된 프리앰블을 설계할 수 있다.

향상된 프리앰블 구조 1-1: ‘11111111’ ‘11111111’ ‘11111111’ ‘11111111’

향상된 프리앰블 구조 1-1은 CP 오버헤드를 줄이기 위해서 심볼 그룹 내 심볼 개수를 증가시키는 방법이다. 예를 들어, 향상된 프리앰블 구조 1-1에서는 프리앰블을 종래와 동일하게 4개의 심볼 그룹으로 구성하되, 하나의 심볼 그룹을 총 8개의 심볼로 구성하여, E-CP를 지원하면서도 유용한 심볼 개수가 종래와 동일하도록 설계한다. 도 8(b)는 본 발명의 구조 1-1에 따른 심볼 그룹을 예시한다.

동일한 방향으로 및 동시에 레거시 프리앰블의 심볼 그룹과의 경계 정렬(boundary alignment)이 필요할 경우를 고려하여, 심볼 그룹 내 심볼의 개수를 9개나 12개로 증가시키는 것도 고려할 수 있다. 이 경우, 심볼 그룹은 3개 심볼에 해당하는 E-CP와 6개 또는 9개 심볼에 해당하는 시퀀스 부분을 포함할 수 있다. 특히, 12개의 심볼로 하나의 심볼 그룹을 구성한 경우는 레거시 프리앰블 대비 오버헤드 증가도 크지 않으면서 레거시 프리앰블 경계와 향상된 프리앰블의 경계가 정렬되면서 NPRACH 자원 공유 등의 측면에서 효율적일 수 있다. 심볼 그룹을 구성하는 심볼 개수로서 9개 또는 12개는 제한적이지 않은 예이며, 본 발명은 다른 개수의 심볼 개수를 포함하는 심볼 그룹에도 적용될 수 있다.

향상된 프리앰블 구조 1-2: ‘CDEABCDE’ ‘HIJFGHIJ’ ‘MNOKLMNO’ ‘RSTPQRST’

종래의 랜덤 접속 프리앰블의 랜덤 접속 프리앰블 포맷 1(예, 도 6 및 표 1 참조)은 ‘111111’ ‘111111’ ‘111111’ ‘111111’로 나타낼 수 있으며, ‘1’은 하나의 심볼 단위를 나타냄과 동시에 단일 캐리어(single carrier)의 변조(modulation) 값이 ‘1’임을 나타낸다. 하지만, 인터-셀 간섭 환경에서 성능이 떨어지는 점을 보완하거나 다중화 능력(multiplexing capability)를 향상시키기 위해서 ‘ABCDEA’ ‘FGHIJF’ ‘KLMNOK’ ‘PQRSTR’ 형태의 심볼-레벨 스크램블된(scrambled) 프리앰블 포맷을 고려할 수 있다. 여기서, ‘A’, ‘B’, ‘C’ 등과 같은 문자는 ‘1’에 대비하여 임의의 변조 값을 의미하여 동일한 문자는 순환 전치 생성 등의 이유로 동일한 변조 값을 가짐을 의미한다.

예를 들어, ‘ABCDEA’와 같이 심볼 그룹 내의 심볼을 구성할 경우, 순환 전치의 길이가 하나의 심볼 구간에 한정되면서, 지원가능한 셀 반경이 레거시 프리앰블과 동일하게 40 km로 제한되게 될 수 있다. 이에 반해, E-CP를 사용하는 향상된 프리앰블에서 상기의 이유로 스크램블링 도입을 위해서 ‘ABCABC’ ‘DEFDEF’ ‘GHIGHI’ ‘JKLJKL’ 구조를 사용할 수 있다.

도 9(a)는 구조 1-2에 따른 프리앰블 포맷을 예시한다. 도 9(a)의 프리앰블 포맷은 심볼 레벨로 스크램블링 시퀀스를 적용하여 생성될 수 있다. 예를 들어, 도 9(a)에 예시된 바와 같이, 심볼 그룹 0은 심볼 레벨로 스크램블링 시퀀스 (A, B, C, A, B, C)를 곱하여 생성될 수 있다. 유사하게, 심볼 그룹 1은 심볼 레벨로 스크램블링 시퀀스 (D, E, F, D, E, F)를 곱하고, 심볼 그룹 2은 심볼 레벨로 스크램블링 시퀀스 (G, H, I, G, H, I)를 곱하고, 심볼 그룹 3은 심볼 레벨로 스크램블링 시퀀스 (J, K, L, J, K, L)을 곱하여 생성될 수 있다(미도시). 스크램블링 시퀀스로서 직교 시퀀스, 랜덤 시퀀스, 의사-랜덤(pseudo random) 시퀀스가 사용될 수 있다. 따라서, 도 9(a)에 예시된 심볼 그룹은 0의 자기 상관도(self correlation)를 가지는 심볼 값들을 가질 수 있다. 심볼 그룹마다 상이한 스크램블링 시퀀스가 사용될 수도 있고, 혹은 심볼 그룹마다 동일한 스크램블링 시퀀스가 사용될 수도 있다.

구조 1-2에서는 심볼 그룹 내 6개의 심볼 중에서 세 개의 심볼이 순환 전치로 사용되기 때문에 CP 오버헤드가 50%이다. 구조 1-1에서와 마찬가지로 CP 오버헤드를 줄이기 위해서 심볼 그룹 내의 유용한 심볼 개수를 늘이는 것을 고려할 수 있다. 심볼 그룹내 심볼 개수가 8개인 경우를 예를 들면, ‘CDEABCDE’ ‘HIJFGHIJ’ ‘MNOKLMNO’ ‘RSTPQRST’ 와 같은 구조일 수 있다.

도 9(b)는 구조 1-2에 따른 프리앰블 포맷의 다른 예를 예시한다. 도 9(b)에 예시된 프리앰블 포맷은 도 8(b)와 마찬가지로 심볼 개수 8개를 가질 수 있다. 도 8(b)의 프리앰블 포맷과 대비하여, 도 9(b)의 프리앰블 포맷은 심볼 레벨로 스크램블링 시퀀스를 적용하여 생성될 수 있다. 예를 들어, 도 9(b)에 예시된 바와 같이, 심볼 그룹 0은 심볼 레벨로 스크램블링 시퀀스 (C, D, E, A, B, C, D, E)를 곱하여 생성될 수 있다. 유사하게, 심볼 그룹 1은 심볼 레벨로 스크램블링 시퀀스 (H, I, J, F, G, H, I, J)를 곱하고, 심볼 그룹 2은 심볼 레벨로 스크램블링 시퀀스 (M, N, O, K, L, M, N, O)를 곱하고, 심볼 그룹 3은 심볼 레벨로 스크램블링 시퀀스 (R, S, T, P, Q, R, S, T)을 곱하여 생성될 수 있다(미도시). 스크램블링 시퀀스로서 직교 시퀀스, 랜덤 시퀀스, 의사-랜덤(pseudo random) 시퀀스가 사용될 수 있다. 따라서, 도 9(b)에 예시된 각 심볼 그룹은 0의 자기 상관도(self correlation)를 가지는 심볼 값들을 가질 수 있다. 심볼 그룹마다 상이한 스크램블링 시퀀스가 사용될 수도 있고, 혹은 심볼 그룹마다 동일한 스크램블링 시퀀스가 사용될 수도 있다.

향상된 프리앰블 구조 1-3: ‘AAAAAAAA’ ‘BBBBBBBB’ ‘CCCCCCCC’ ‘DDDDDDDD’

앞서 설명한 구조 1-2는 종래의 프리앰블 구조에 심볼-레벨 스크램블링을 적용한 경우이다. 심볼 레벨 스크램블링을 적용할 경우, 심볼 별로 변조 값이 상이하기 때문에 종래의 프리앰블 대비하여 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)이 커지는 단점이 있다. PAPR 증가와 상기 설명한 스크램블링의 장점을 절충하는 방법으로 심볼 그룹-레벨 스크램블링을 고려할 수 있다. 심볼 그룹-레벨 스크램블링을 적용할 경우, 향상된 프리앰블은 ‘AAAAAA’ ‘BBBBBB’ ‘CCCCCC’ ‘DDDDDD’의 형태로 나타낼 수 있다. 이 경우, 구조 1-1에서와 마찬가지로 E-CP과 오버헤드를 고려하여 심볼 그룹 내 심볼의 개수를 늘리는 것을 고려할 수 있다. 심볼 그룹 내 심볼의 개수를 8개로 확장하는 경우를 예를 들면, ‘AAAAAAAA’ ‘BBBBBBBB’ ‘CCCCCCCC’ ‘DDDDDDDD’와 같은 구조를 사용할 수 있다.

도 10은 구조 1-3에 따른 향상된 프리앰블을 예시한다.

도 10에 예시된 바와 같이, 구조 1-3에 따른 향상된 프리앰블은 심볼 그룹 레벨로 스크램블링 시퀀스를 적용하여 생성될 수 있다. 예를 들어, 도 10에 예시된 바와 같이, 향상된 프리앰블의 각 심볼 그룹에 스크램블링 시퀀스 (A, B, C, D)를 곱하여 향상된 프리앰블이 생성될 수 있다. 이 경우, 각 심볼 그룹은 도 8(a) 또는 도 8(b)에 예시된 프리앰블 포맷을 가질 수 있으며, 심볼 그룹 0의 각 심볼 값은 A이고, 심볼 그룹 1의 각 심볼 값은 B이고, 심볼 그룹 2의 각 심볼 값은 C이고, 심볼 그룹 3의 각 심볼 값은 D일 수 있다. 스크램블링 시퀀스로서 직교 시퀀스, 랜덤 시퀀스, 의사-랜덤(pseudo random) 시퀀스가 사용될 수 있다.

향상된 프리앰블 구조 1-1/2/3은 모두 E-CP를 사용함으로써 CP 오버헤드 증가 및 심볼 그룹 내 유용한 심볼 개수 감소로 인해 프리앰블 당 커버리지 및/또는 타이밍 추정 성능이 떨어지는 점을 보완하기 위해서 심볼 그룹 내 심볼의 개수를 증가시키는 방법이다. 예를 들어, 프리앰블을 종래와 동일하게 4개의 심볼 그룹으로 구성하고, 대신 하나의 심볼 그룹을 총 8개의 심볼로 구성하여, E-CP를 지원하면서도 유용한 심볼의 개수가 종래와 동일하도록 설계한 방법이다. 이렇게 할 경우, 프리앰블 당 유용한 심볼 개수가 5개로 동일하고 총 심볼 개수가 8개이기 때문에, 프리앰블 반복 횟수 당 커버리지 성능이 레거시 프리앰블의 경우와 유사하거나 좋을 것으로 기대할 수 있다. 또한, 심볼 그룹 간의 위상 차이를 이용한 타이밍 추정 시 레거시 프리앰블 대비 성능을 유지하거나 향상시킬 수 있다.

다만, 향상된 프리앰블 구조 1-1/2/3의 경우 향상된 프리앰블 길이가 레거시 프리앰블 길이와 달라지기 때문에, 레거시 프리앰블과 향상된 프리앰블이 공존하는 시스템에서 NPRACH 시간/주파수 자원을 효율적으로 이용하는 것이 불가능하거나 용이하지 않을 수 있다. 레거시 프리앰블과 향상된 프리앰블이 공존하는 시스템에서 NPRACH 시간/주파수 자원의 효율적인 활용 및/또는 역호환성(backward compatibility)을 위해서 향상된 프리앰블 전송 시 레거시 프리앰블의 NPRACH 자원을 공유하거나 레거시와 동일한 NPRACH 자원 구성(resource configuration) 방법을 사용하도록 할 수 있다. NPRACH 자원은 NPRACH 프리앰블 전송에 사용되는 시간 및 주파수 자원을 지칭하며, 상위 계층 신호(예, RRC 계층 신호) 또는 시스템 정보(예, SIB2)를 통해 단말로 전송될 수 있다.

예를 들어, NPRACH 자원을 공유하는 방법으로 NPRACH 자원을 FDM하여 사용할 수 있다. 좀 더 구체적으로는 NPRACH 주파수 자원을 구분하여 일부를 레거시 프리앰블에 할당하고, 나머지 부분을 향상된 프리앰블에 할당할 수 있다. NPRACH 시간/주파수 자원의 효율적인 활용 및/또는 역호환성을 위해서 향상된 프리앰블의 길이를 레거시 프리앰블의 길이와 동일하도록 설계할 수 있다. 위와 같은 동작을 레거시 프리앰블과 향상된 프리앰블의 프리앰블 경계 정렬(preamble boundary alignment)라고 지칭한다. 프리앰블 경계 정렬을 위해서 심볼 그룹 당 심볼 및/또는 프리앰블 당 심볼 그룹의 개수를 조정할 수 있다. 프리앰블 경계 정렬을 위해서 심볼 그룹 당 심볼의 개수를 9개나 12개 등으로 조정하는 것을 고려할 수 있다.

예를 들어, 프리앰블 당 심볼 그룹 개수를 조정하는 경우, 8개의 심볼이 하나의 심볼 그룹을 구성하는 경우 (프리앰블 당 심볼 개수) = (8 심볼 / 심볼 그룹 * 4개 심볼 그룹 / 프리앰블) = (32 심볼 / 프리앰블)일 수 있다. 이 경우, 프리앰블을 구성하는 심볼 그룹의 개수를 3개로 조정함으로써 (프리앰블 당 심볼 개수) = (8 심볼 / 심볼 그룹 * 3 심볼 그룹 / 프리앰블) = (24 심볼 / 프리앰블)일 수 있다. 이 경우, 레거시 프리앰블을 구성하는 심볼 개수와 동일하게 되므로 레거시 프리앰블과 향상된 프리앰블 간에 프리앰블 경계 정렬을 할 수 있다. 위에서 언급한 모든 방법들은 향상된 프리앰블 구조 1-1/2/3에 모두 적용된다.

NPRACH 범위 향상(range enhancement) 방법 2: 서브캐리어 간격을 축소하는 방법

앞서 설명한 바와 같이, 타이밍 추정 시 모호함 없이 셀 반경 100 km를 지원하기 위한 보다 근본적인 방법은 랜덤 접속 프리앰블(또는 NPRACH 프리앰블)의 서브캐리어 간격을 1.5 kHz 이하로 축소하는 것이다. 예를 들어, 추가적인 지연 확산(delay spread)와 FDM 시 간섭까지 고려하여 향상된 프리앰블의 서브캐리어 간격을 3.75 kHz의 정수 역수배(integer submultiple)인 1.25 kHz 를 사용할 수 있으며, 이 경우 120 km 셀 반경까지 지원이 가능하다. 이와 같이 타이밍 추정 모호함이 없는 작은 서브캐리어 간격을 사용하면, NPRACH 범위 향상 방법 1에서 요구하는 기지국의 모호함 해결을 위한 처리 과정을 제거할 수 있다.

또한 방법 2의 경우 종래 프리앰블 대비 작은 서브캐리어 간격으로 인해서 FDM 시 다중화 능력(multiplexing capability) 큰 장점이 있다. 반면에 심볼 길이(duration)의 증가로 인해서 동일 반복 레벨을 가정하면 지연이나 전력 측면에서 불리할 수 있으며, 도플러(Doppler) 성능 등에서 상대적으로 취약할 수 있다. 예를 들어, 향상된 프리앰블의 서브캐리어 간격으로 1.25 kHz를 사용할 경우, 종래의 3.75 kHz 서브캐리어 간격 12개를 사용하여 FDM하는 경우와 대비하여, 36개의 향상된 프리앰블을 할당하여 사용할 수 있으며, 동일 반복을 가정하면 향상된 프리앰블의 길이는 레거시 프리앰블 길이의 3배가 된다.

NPRACH 범위 향상 방법 2는 보다 작은 서브캐리어 간격(예, 1.5 kHz 이하)을 사용하므로, 프리앰블을 구성하는 심볼 그룹의 개수와 심볼 그룹 내 심볼의 개수가 레거시 프리앰블과 동일하다면 CP 오버헤드는 동일하다. 하지만, NPRACH 범위 향상 방법 1에서와 마찬가지로, CP 오버헤드를 더 줄이기 위해서 심볼 그룹 내 심볼의 개수를 증가시키는 것을 고려할 수 있다. 또는, 동일 반복 횟수에서 지연(latency)을 레거시 프리앰블보다 줄이거나 레거시 프리앰블과 동일한 지연을 유지하기 위해서, 또는 NPRACH 시간 자원 공유 차원에서, (향상된 프리앰블을 구성하는) 심볼 그룹 내 심볼의 개수를 줄이는 것을 고려할 수 있다(구조 2-1 참조). 또한 인터-셀 간섭 하에서 잘못 검출(false detection)될 확률을 줄이거나 다중화 능력을 증가시키기 위해서, 심볼 레벨 스크램블링 시퀀스를 적용하는 방법(구조 2-2 참조) 또는 심볼 그룹-레벨 스크램블링 시퀀스를 적용하는 방법(구조 2-3 참조)을 고려할 수 있다. 각각의 경우에 대해서 간단한 예시를 하면 다음과 같다.

향상된 프리앰블 구조 2-1

레거시 프리앰블과 동일 구조(프리앰블 내 심볼 그룹 개수, 심볼 그룹 내 심볼 개수)를 가정하면 향상된 프리앰블은 레거시 프리앰블과 같이 ‘111111’ ‘111111’ ‘111111’ ‘111111’로 나타낼 수 있다. 방법 2에 따른 향상된 프리앰블은 레거시 프리앰블에 비해 더 작은 서브캐리어 간격(예, 1.5 kHz 이하)을 사용하기 때문에 시간 영역에서는 프리앰블의 길이가 늘어난다. 따라서, 레거시 프리앰블과 대비하여, 향상된 프리앰블은 축소된 서브캐리어 간격 만큼 (시간 영역에서) 절대 시간의 길이가 확대된다. 이 경우, CP 오버헤드는 레거시 프리앰블과 동일하게 16.7%이다. 다만, 심볼 그룹의 길이를 레거시 프리앰블과 동일하게 설정하기 위해서 ‘11’ ‘11’ ‘11’ ‘11’ 형태의 프리앰블을 고려할 수 있다.

도 11은 구조 2-1에 따른 프리앰블 포맷을 예시한다. 본 발명의 방법 2를 적용하여 레거시 프리앰블의 서브캐리어 간격의 1/N배 (N은 1보다 큰 정수)를 향상된 프리앰블의 서브캐리어 간격으로 설정하는 경우, 향상된 프리앰블의 심볼 길이는 레거시 프리앰블의 심볼 길이보다 N배 더 커질 수 있으며, 레거시 프리앰블과 동일한 길이를 갖도록 향상된 프리앰블의 심볼 개수를 줄일 수 있다.

도 11을 참조하면, 본 발명의 방법 2를 적용하여 레거시 프리앰블의 서브캐리어 간격 3.75 kHz의 1/3배인 1.25 kHz를 향상된 프리앰블의 서브캐리어 간격으로 설정된다고 가정한다. 이 경우, 레거시 프리앰블과의 길이를 동일하게 설정하기 위해 시퀀스 부분의 심볼 개수를 5개에서 1개로 줄일 수 있으며, 구조 2-1에 따른 프리앰블 포맷은 1개 심볼에 해당하는 CP 부분과 1개 심볼에 해당하는 시퀀스 부분을 포함할 수 있다.

심볼 그룹의 시간 길이, 또는 프리앰블 내 심볼 그룹의 개수가 종래와 동일할 경우 프리앰블의 시간 길이가 종래와 동일하기 때문에, 레거시 프리앰블과 NPRACH 시간 자원을 공유할 수 있다. 따라서, 향상된 프리앰블 구조 2-1을 적용할 경우 레거시 프리앰블의 자원 구성을 이용하여 향상된 프리앰블의 NPRACH 자원 구성(resource configuration)을 지시할 수 있으므로 자원 구성 지시 방법 측면에서 장점이 있다.

향상된 프리앰블 구조 2-2

인터-셀 간섭 하에서 잘못 검출(false detection)될 확률을 줄이거나, 다중화 능력(multiplexing capability)를 증가시키기 위해서 심볼 레벨 스크램블링을 도입하는 것을 고려할 수 있다. 이 경우, NPRACH 범위 향상 방법 1의 구조 1-2와 마찬가지로 동일 CP 오버헤드를 갖도록 ‘ABCDEA’ ‘FGHIJF’ ‘KLMNOK’ ‘PQRSTR’ 구조를 고려할 수 있다. 또한 CP 오버헤드와 지연을 조절하기 위해서 심볼 그룹 내 심볼의 개수를 늘이거나 줄일 수 있다.

도 12는 구조 2-2에 따른 프리앰블 포맷을 예시한다. 도 12(a)는 레거시 프리앰블과 동일하게 심볼 그룹이 1개 심볼에 해당하는 CP 부분과 5개 심볼에 해당하는 시퀀스 부분을 포함하는 경우의 프리앰블 포맷을 예시하고, 도 12(b)는 구조 2-1에 따라 1개 심볼에 해당하는 CP 부분과 1개 심볼에 해당하는 시퀀스 부분을 포함하는 경우의 프리앰블 포맷을 예시한다.

도 12(a)의 프리앰블 포맷은 심볼 레벨로 스크램블링 시퀀스를 적용하여 생성될 수 있다. 예를 들어, 도 12(a)에 예시된 바와 같이, 심볼 그룹 0은 심볼 레벨로 스크램블링 시퀀스 (A, B, C, D, E, A)를 곱하여 생성될 수 있다. 유사하게, 심볼 그룹 1은 심볼 레벨로 스크램블링 시퀀스 (F, G, H, I, J, F)를 곱하고, 심볼 그룹 2은 심볼 레벨로 스크램블링 시퀀스 (K, L, M, N, O, K)를 곱하고, 심볼 그룹 3은 심볼 레벨로 스크램블링 시퀀스 (P, Q, R, S, T, R)을 곱하여 생성될 수 있다(미도시).

도 12(b)의 프리앰블 포맷도 유사하게 심볼 레벨로 스크램블링 시퀀스를 적용하여 생성될 수 있다. 도 12(a)의 예와 대비하여, 길이가 짧은 스크램블링 시퀀스가 적용될 수 있다. 예를 들어, 도 12(b)에 예시된 바와 같이, 심볼 그룹 0은 심볼 레벨로 스크램블링 시퀀스 (A, B)를 곱하여 생성될 수 있다. 유사하게, 심볼 그룹 1은 심볼 레벨로 스크램블링 시퀀스 (C, D)를 곱하고, 심볼 그룹 2은 심볼 레벨로 스크램블링 시퀀스 (E, F)를 곱하고, 심볼 그룹 3은 심볼 레벨로 스크램블링 시퀀스 (G, H)을 곱하여 생성될 수 있다(미도시).

도 12의 예들에서, 스크램블링 시퀀스로서 직교 시퀀스, 랜덤 시퀀스, 의사-랜덤(pseudo random) 시퀀스가 사용될 수 있다. 따라서, 도 12에 예시된 심볼 그룹은 0의 자기 상관도(self correlation)를 가지는 심볼 값들을 가질 수 있다. 심볼 그룹마다 상이한 스크램블링 시퀀스가 사용될 수도 있고, 혹은 심볼 그룹마다 동일한 스크램블링 시퀀스가 사용될 수도 있다.

향상된 프리앰블 구조 2-3

심볼 그룹-레벨 스크램블링을 도입할 경우, NPRACH 범위 향상 방법 1의 구조 1-3와 마찬가지로 동일 CP 오버헤드를 갖도록 ‘AAAAAA’ ‘BBBBBB’ ‘CCCCCC’ ‘DDDDDD’ 구조를 고려할 수 있다. 또한 CP 오버헤드와 지연을 조절하기 위해서 심볼 그룹 내 심볼의 개수를 늘이거나 또는 NPRACH 시간 자원 공유 차원에서 ‘AA’ ‘BB’ ‘CC’ ‘DD’ 형태로 줄일 수 있다. 예를 들어, 도 10과 관련된 설명이 향상된 프리앰블 구조 2-3에 동일/유사하게 적용될 수 있다.

방법 3: NPRACH 범위 향상을 위한 NPRACH 자원 구성(resource configuration) 방법

향상된 NPRACH의 자원 구성은 시간, 주파수, 및 직교 시퀀스 영역에서 가능하다. 향상된 NPRACH만 지원하는 셀의 경우, 향상된 프리앰블(또는 NPRACH 프리앰블)의 주기, 주기 내의 시작점, 반복 횟수, 향상된 프리앰블의 시작 서브캐리어(starting subcarrier) 위치 및 영역(예, 서브캐리어 개수) 등으로 구분하여 전송할 수 있다. NPRACH 자원 구성에서 반복 횟수가 포함된 경우, 방법 4에서 설명되는 NPRACH 범위 향상을 위한 보호 시간을 고려하여 추가적인 보호 시간 정보를 브로드캐스트할 수 있다.

따라서, 향상된 프리앰블을 위한 자원 구성 정보는 향상된 프리앰블을 위한 NPRACH 자원의 주기를 지시하는 정보, 하나의 주기 내에서 시작 시간을 지시하는 정보, 향상된 프리앰블의 반복 전송 횟수를 지시하는 정보, 향상된 프리앰블을 위한 NPRACH 자원을 구성하는 서브캐리어 개수를 지시하는 정보, 향상된 프리앰블의 시작 서브캐리어 위치를 지시하는 정보, 추가적인 보호 시간을 지시하는 정보 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 향상된 프리앰블을 위한 자원 구성 정보는 상위 계층 신호(예, RRC 계층 신호) 또는 시스템 정보(예, System Information Block Type 2, SIB2)를 통해 단말로 전송될 수 있다.

레거시 UE와 향상된 UE를 모두 지원하는 셀에서 NPRACH 자원 구성은 다음과 같은 방법으로 수행될 수 있다.

레거시 UE와 향상된 UE에 대해서 독립적으로 NPRACH 시간/주파수 자원을 할당할 수 있다. 이 경우, 자원 충돌을 막기 위해서 레거시 UE에게 향상된 NPRACH 자원 영역을 알려 줘야 하는데, 레거시 UE가 식별할 수 있도록 새로 추가되는 향상된 NPRACH 의 자원 구성이 제한될 수 있다. 예를 들어, 레거시 UE의 NPRACH 자원은 상위 계층 신호(예, RRC 계층 신호)를 통해 NPRACH의 주기와 시작점, 그리고 프리앰블의 반복 횟수에 의해 지시되는데, 레거시 UE가 지원하는 반복 횟수에 의해서 NPRACH 길이(duration)가 정해진다. 레거시 UE의 효율적인 자원 활용을 위해서 새로 설계되는 향상된 프리앰블에 대해서도 레거시에서 지원 가능한 NPRACH 자원 구간에 맞춰서 향상된 프리앰블의 반복을 제한하여 레거시 NPRACH 구간에 맞추도록 자원 구성을 제한할 수 있다.

앞서 향상된 프리앰블에서 E-CP를 지원함으로써 유용한 심볼 개수가 줄어들어 동일 반복 횟수에서 레거시 프리앰블 대비 성능이 떨어질 수 있음을 언급하였다(방법 1 관련 설명 참조). 이를 보상하기 위해 방법 1에서는 심볼 그룹 내 심볼 개수를 증가시키는 프리앰블 구조를 제안하였다(구조 1-1/2/3 참조). 이에 추가적으로/독립적으로, 향상된 프리앰블의 반복 횟수를 증가시킴으로써 유용한 심볼의 에너지를 증가시키는 것을 고려할 수 있다. 이를 고려하여 향상된 프리앰블의 커버리지를 레거시 프리앰블과 동일한 수준으로 유지하기 위해서 향상된 프리앰블의 자원 구성에서 반복 횟수를 추가할 수 있다. 예를 들어, 레거시 프리앰블의 최대 반복 레벨 대비 2배 또는 4배의 반복 횟수를 가지는 자원 구성을 추가하거나, 줄어든 유용한 심볼의 비율만큼 보상할 수 있는 반복 횟수를 지원하도록 향상된 프리앰블의 자원을 구성할 수 있다.

방법 4: NPRACH 범위 향상을 위한 보호 시간 설정

앞서 언급한 바와 같이, 기지국 관점에서 UE로부터 수신된 랜덤 접속 프리앰블이 바로 다음에 오는 인접한 서브프레임과 중첩되는 것을 피하기 위해서 셀 반경의 2배의 거리에 상응하는 시간만큼의 보호 시간(GT)이 필요하다(예, 수학식 7 참조). 셀 반경 100 km를 지원하기 위해서는 앞서 언급한 바와 같이, 최소 666.7 us의 보호 시간이 확보되어야 한다. 표 3은 랜덤 접속 프리앰블의 시간 길이가 1 ms 간격의 서브프레임 경계와 정렬(align)되지 않으면서 자연적으로 발생하는 시간 간격(time gap)을 나타낸다. 향상된 프리앰블의 길이를 종래와 동일한 6.4 ms로 가정하였기 때문에, 반복 회수에 대하여 자연 발생하는 시간 간격이 {200, 400, 600, 800} us 중 하나의 값을 가진다.

[표 3]

레거시 프리앰블의 경우, 40 km 셀 반경을 지원하기 위해서 266.7 us 의 보호 시간이 필요한데, 위의 표 3에서 보면 반복 횟수가 2와 32를 제외하고는 모두 필요한 보호 시간 이상의 시간 간격(time gap)이 존재하고, 나머지 경우에도 200 us의 시간 간격이 존재하므로 레거시 프리앰블에서는 보호 시간이 필요하지 않을 수 있다. 그러나, NPRACH 범위 향상을 위해서는 666.7 us 이상의 보호 시간이 필요할 수 있으므로 향상된 프리앰블의 경우 보호 시간을 고려하여 설계할 것을 제안한다. NPRACH 범위 향상을 위한 보호 시간을 확보하기 위해서 다음과 같은 방법들을 고려할 수 있다.

방법 4-1: 반복 횟수에 관계없이 향상된 프리앰블의 최종 반복 후에 보호 시간을 추가

예를 들어, 셀 반경 100 km를 지원하기 위해서 필요한 횟수만큼 반복된 랜덤 접속 프리앰블의 마지막에 666.7 us에 해당하는 보호 시간을 추가한다. 이 경우, 기지국은 향상된 프리앰블의 반복 횟수와 보호 시간을 고려하여 NPRACH 자원 구성을 설정하고 해당 정보를 브로드캐스트한다. 단말은 프리앰블 길이에 필요한 보호 시간 (666.7 us) 만큼을 더한 값을 향상된 프리앰블의 끝으로 보고 보호 시간을 포함한 향상된 프리앰블이 끝나는 지점이 속하는 서브프레임까지 상향링크 전송 및 하향링크 수신을 연기(postpone)하거나 펑처링(puncture)한다. 편의상, 보호 시간이 부족해서 추가적으로 연기하거나 펑처링해야 하는 서브프레임을 ‘보호 서브프레임(guard subframe)’이라 지칭한다.

방법 4-2: 반복 횟수에 따라서 선택적으로 향상된 프리앰블의 최종 반복 후에 보호 시간을 추가

표 3을 보면, 반복 8과 128의 경우 이미 필요한 보호 시간(예, 666.7 us) 이상의 시간 간격 (800 us)이 존재하기 때문에, 추가적인 보호 시간은 불필요하며, 보호 서브프레임이 필요하지 않을 수 있다. 하지만, 반복 횟수 1, 2, 4, 16, 32, 64의 경우 시간 간격이 필요한 보호 시간(예, 666.7 us)보다 작기 때문에 추가적인 보호 시간이 필요할 수 있으며, 보호 서브프레임이 필요할 수 있다. 이렇게 보호 서브프레임의 필요성이 특정 반복 횟수에 따라 달라지는 경우에 대해서, 기지국은 종래와 같이 보호 시간을 고려하지 않고 NPRACH 자원 구성을 설정한 후, 추가적인 지시 정보(예, 1비트 플래그)를 브로드캐스트함으로써 보호 서브프레임이 필요한 경우를 UE에게 알려줄 수 있다. 상기 지시 정보(예, 1 비트 플래그)는 “프리앰블의 최종 반복이 끝나는 서브프레임의 다음 서브프레임을 보호 시간 확보를 위해서 NPRACH 자원으로 할당 또는 보호 서브프레임으로 할당”하는지 여부를 지시할 수 있다.

UE는 보호 서브프레임 유무를 알려 주는 지시 정보(예, 1 비트 플래그)의 값에 따라서 향상된 프리앰블의 반복이 끝나는 지점이 속하는 서브프레임까지만 상향링크 전송 및/또는 하향링크 수신을 연기 또는 펑처링하거나, 추가로 향상된 프리앰블이 끝나는 지점이 속하는 서브프레임의 다음 서브프레임까지 상향링크 전송 및/또는 하향링크 수신을 연기하거나 펑처링한다. 예를 들어, 지시 정보가 1의 값을 가지는 경우 프리앰블의 최종 반복이 끝나는 서브프레임의 다음 서브프레임을 NPRACH 자원 또는 보호 서브프레임으로 설정함을 지시할 수 있고, UE는 해당 서브프레임에서 상향링크 전송을 지연하거나 펑처링할 수 있다. 반면, 지시 정보가 0의 값을 가지는 경우 프리앰블의 최종 반복이 끝나는 서브프레임의 다음 서브프레임을 NPRACH 자원 또는 보호 서브프레임으로 설정하지 않음을 지시할 수 있고, UE는 해당 서브프레임에서 상향링크 전송의 지연 및 펑처링을 수행하지 않을 수 있다. 지시 정보의 값은 오로지 예시일 뿐이며 지시 정보의 값은 반대로 설정될 수도 있다.

또는 시그널링 오버헤드를 줄이기 위해서 지시 정보(예, 1 비트 플래그)를 시그널링하지 않고, 보호 시간을 포함한 향상된 프리앰블의 길이를 기반으로 보호 서브프레임의 유무를 판단하여 상향링크 전송 및 하향링크 수신을 연기하거나 펑처링하도록 미리 지정할 수 있다.

상기 지시 정보(예, 1 비트 플래그)는 다른 정보와 동시에 전송하기 위해서 다수의 비트에 의해서 생성되는 상태(state)들을 나타내는 값들 중 하나의 값으로 전송될 수 있다. 또한, 상기 지시 정보는 (특정 시스템 정보(또는 SIB)를 통해) 브로드캐스트 되거나, 공통 DCI, 그룹-공통 DCI, 또는 UE-특정 DCI를 통해 UE로 전송될 수 있다. 또는, 상기 지시 정보는 향상된 프리앰블을 위한 자원 구성 정보(방법 3 참조)를 통해 UE로 전송될 수 있다.

방법 4-3: 반복 횟수에 따른 시간 간격이 보호 시간 보다 커서 별도의 보호 시간 설정이 필요 없도록 향상된 프리앰블의 반복횟수를 제한

반복 횟수에 따라서 시간 간격이 달라지고 또한 이에 따라서 보호 시간의 필요성이 달라지는 점에 착안하여 종래의 NPRACH와 비슷한 수준의 반복을 지원하면서 정확한 반복 횟수는 허용 가능한 최소 시간 간격 이상을 갖는 가장 근사한 반복 횟수로 설정하는 방법을 제안한다.

도 13은 방법 4-3에 따라 설정된 반복 횟수와 시간 간격을 예시한다.

허용 가능한 최소 시간 간격을 셀 반경 100 km를 지원하기 위해 필요한 보호 시간(예, 666.7 us)으로 설정하고, 그 이상의 시간 간격을 지원하는 반복 횟수로 설정하는 방법을 고려할 수 있다(방법 4-3-1이라 지칭). 도 13(a)은 방법 4-3-1에 따른 반복 횟수와 그에 따른 시간 간격을 나타낸다. 표 3과 대비하여, 음영 처리된 부분의 반복 횟수와 그에 따른 시간 간격이 달리 설정된다. 반복 횟수가 1인 경우를 제외하면 반복 횟수들에 대해 모두 800 us의 시간 간격이 존재하기 때문에 별도의 보호 시간 설정이나 관련 시그널링이 필요 없음을 알 수 있다.

또는, 기존과 비슷한 정도의 커버리지 성능을 위해서 종래와 최대한 근접한 반복 횟수를 지원하도록 하기 위해서 허용 가능한 최소 시간 간격을 600 us로 설정하고, 그 이상의 시간 간격을 지원하는 반복 횟수로 설정하는 방법을 고려할 수 있다(방법 4-3-2). 도 13(b)는 방법 4-3-2에 따른 반복 횟수와 그에 따른 시간 간격을 나타낸다.

방법 4-3-1과 방법 4-3-2와 같이 보호 시간이 필요 없을 정도로 시간 간격을 갖는 반복 횟수만을 지원하도록 반복 횟수를 미리 정의할 수 있다. 이 경우, 단말은 미리 정의된 반복 횟수를 기반으로 추가적인 보호 시간 또는 보호 서브프레임에 대한 고려 없이 상향링크 전송 및 하향링크 수신을 연기하거나 펑처링한다.

방법 4-4: 해당 반복 횟수에 대해서 보호 시간이 확보되지 않을 경우, 향상된 프리앰블의 마지막 반복을 펑처링하거나 드롭(drop)

방법 4-1/2/3은 레거시 프리앰블만을 지원하는 레거시 단말과 공존 시 역호환성(backward compatibility) 문제가 있을 수 있다. 레거시 프리앰블만을 지원하는 레거시 단말은 방법 4-1/2/3의 적용 여부를 알지 못하기 때문에, 브로드캐스트되는 NPRACH 자원 다음에 보호 시간의 존재를 모를 수 있고, 따라서 연기나 펑처링 같은 동작을 수행할 수 없게 될 수 있다. 향상된 프리앰블로 동작하는 단말이 보호 시간을 확보하지 못하여 향상된 프리앰블의 마지막 반복과 바로 다음 서브프레임의 UL 또는 DL 데이터가 충돌하는 문제가 발생할 수 있으며, 이러한 문제를 해결하기 위해 향상된 프리앰블의 마지막 반복을 드롭하거나 보호 시간을 확보할 만큼 펑처링할 수 있다.

방법 4-4는 레거시 단말과 동일한 반복 횟수를 허용하되 향상된 프리앰블을 전송하는 단말이 보호 시간을 필요한 만큼 확보하지 못하는 경우 향상된 프리앰블의 마지막 반복을 드롭(drop)하거나 필요한 보호 시간 만큼 펑처링한다. 방법 4-4에서는 레거시 단말과 동일한 반복 횟수가 허용될 수 있으며, 허용된 반복 횟수 중 하나를 설정하여 이를 지시하는 구성 정보를 단말로 브로드캐스트한다. 펑처링할 경우, 필요한 보호 시간과 자연적으로 발생하는 시간 간격을 고려하여 최소한 (보호 시간 - 시간 간격)만큼의 향상된 프리앰블의 마지막 반복의 마지막 부분을 펑처링한다.

반복이 충분할 경우 마지막 반복을 펑처링하거나 드롭하더라도 프리앰블 전송 성능에 있어서 차이가 없을 수 있다. 하지만, 반복이 적을 경우는 프리앰블 전송 성능에 있어서 문제될 수 있다. 예를 들어, 반복 횟수={1, 2, 4}인 경우, 즉 반복 횟수가 1, 2, 4 중 하나인 경우 마지막 반복을 펑처링하거나 드롭할 경우 프리앰블의 심볼 에너지가 충분히 축적되지 못해 전송 에러가 발생할 확률이 높아질 수 있다. 반복 횟수가 8인 경우도 반복이 적은 경우에 해당하지만 반복 횟수 8을 적용할 경우 자연적으로 발생하는 시간 간격이 보호 시간(GT)보다 크기 때문에 마지막 반복을 드롭하거나 펑처링하지 않는다. 이와 같이 반복이 작은 경우의 문제점을 해결하기 위해서, 원래 설정된 반복 횟수의 차상위(next higher) 반복 레벨(또는 횟수)를 UE에게 지시하여 설정하고, UE는 설정된 반복 레벨(또는 횟수)에 대해 방법 4-4를 적용하여 향상된 프리앰블의 마지막 반복을 드롭하거나 전송하는 것을 고려할 수 있다.

예를 들어, 표 3을 참조하면, 반복 횟수가 1로 결정된 경우, UE에는 그 다음 높은 반복 횟수 2가 설정될 수 있고, UE는 방법 4-4를 적용하여 2번째 반복을 드롭하거나 2번째 반복에서 다음 서브프레임에 해당하는 200 us 부분을 펑처링할 수 있다. 다른 예로, 표 3을 참조하면, 반복 횟수가 2로 결정된 경우, UE에는 그 다음 높은 반복 횟수 4가 설정될 수 있고, UE는 방법 4-4를 적용하여 4번째 반복을 드롭하거나 4번째 반복에서 다음 서브프레임에 해당하는 400 us 부분을 펑처링할 수 있다. 또 다른 예로, 표 3을 참조하면, 반복 횟수가 4로 결정된 경우, UE에는 그 다음 높은 반복 횟수 8이 설정될 수 있고, 8번 반복할 경우 다음 서브프레임과의 시간 간격이 필요한 보호 시간보다 크기 때문에 마지막 반복 전송은 드롭/펑처링되지 않는다.

도 14는 본 발명에 따른 랜덤 접속 과정을 예시한다. 도 14의 방법은 단말 관점에서 기술되어 있지만, 단말의 동작에 대응되는 동작이 기지국에 의해 수행될 수 있다.

S1402 단계에서, 단말은 NPRACH 구성(configuration) 정보를 수신할 수 있다. NPRACH 구성 정보는 상위 계층 신호(예, RRC 계층 신호) 또는 시스템 정보(예, SIB2)를 통해 수신될 수 있다. NPRACH 구성 정보는 본 발명의 방법 3에서 제안된 정보를 포함할 수 있으며, 단말은 수신된 NPRACH 구성 정보에 기초하여 방법 3에서 설명된 바와 같이 NPRACH 자원을 구성할 수 있다. 혹은, S1402 단계에서, NPRACH 구성 정보는 레거시 단말을 위한 것과 동일하게 구성될 수도 있다.

S1404 단계에서, 단말은 수신된 NPRACH 구성 정보에 기초하여 NPRACH 프리앰블 또는 신호를 생성하고 전송할 수 있다. S1402 단계에서, 본 발명의 방법 1, 2, 4가 독립적으로 또는 결합하여 적용될 수 있다.

예를 들어, NPRACH 프리앰블 또는 신호는 본 발명의 방법 1에 따라 생성될 수 있고, 구조 1-1, 구조 1-2, 또는 구조 1-3에 따른 프리앰블 포맷을 가질 수 있다(예, 도 8 내지 도 10 및 관련 설명 참조). 다른 예로, NPRACH 프리앰블 또는 신호는 본 발명의 방법 2에 따라 생성될 수 있고, 구조 2-1, 구조 2-2, 또는 구조 2-3에 따른 프리앰블 포맷을 가질 수 있다(예, 도 10 내지 도 12 및 관련 설명 참조).

이에 추가적으로 또는 이와 독립적으로, NPRACH 범위 향상을 위해 보호 시간이 NPRACH 프리앰블 또는 신호의 전송에 적용될 수 있으며, 보호 시간은 본 발명의 방법 4-1 내지 방법 4-4 중에서 적어도 하나에 기초하여 적용될 수 있다.

본 발명의 방법 4-4에서는 보호 시간을 확보하기 위해 향상된 프리앰블의 마지막 반복을 드롭하거나 펑처링하는 것을 제안하였지만, 심볼 단위 또는 심볼 그룹 단위로 드롭하거나 펑처링하는 경우에도 방법 4-4에서 제안된 동일한 원리가 적용될 수 있다. 심볼 단위로 방법 4-4를 적용하는 경우, 드롭하거나 펑처링되는 최소 심볼 개수는 (보호 시간 - 시간 간격)보다 크거나 같도록 결정될 수 있다. 심볼 그룹 단위로 방법 4-4를 적용하는 경우, 드롭하거나 펑처링되는 최소 심볼 그룹 개수는 (보호 시간 - 시간 간격)보다 크거나 같도록 결정될 수 있다.

이상에서 설명된 방법들은 본 발명의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려되어야 한다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성하는 것도 가능하다. 본 발명의 방법들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 방법에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다. 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다.

도 15는 본 발명에 적용될 수 있는 기지국 및 단말을 예시한다.

도 15를 참조하면, 무선 통신 시스템은 기지국(BS, 1210) 및 단말(UE, 1220)을 포함한다. 무선 통신 시스템이 릴레이를 포함하는 경우, 기지국 또는 단말은 릴레이로 대체될 수 있다.

기지국(1510)은 프로세서(1512), 메모리(1514) 및 무선 주파수(Radio Frequency: RF) 송수신기(transceiver)(1516)을 포함한다. 프로세서(1512)는 본 발명에서 제안한 절차 및/또는 방법들을 구현하도록 구성될 수 있다. 메모리(1514)는 프로세서(1512)와 연결되고 프로세서(1512)의 동작과 관련한 다양한 정보를 저장한다. RF 송수신기(1516)는 프로세서(1512)와 연결되고 무선 신호를 송신 및/또는 수신한다. 단말(1520)은 프로세서(1522), 메모리(1524) 및 무선 주파수 유닛(1526)을 포함한다. 프로세서(1522)는 본 발명에서 제안한 절차 및/또는 방법들을 구현하도록 구성될 수 있다. 메모리(1524)는 프로세서(1522)와 연결되고 프로세서(1522)의 동작과 관련한 다양한 정보를 저장한다. RF 송수신기(1526)는 프로세서(1522)와 연결되고 무선 신호를 송신 및/또는 수신한다.

본 발명에 따른 실시예는 다양한 수단, 예를 들어, 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시예는 하나 또는 그 이상의 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서, 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.

펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명에 따른 방법들은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차, 함수 등과 같은 소프트웨어 코드로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 명령어 및/또는 데이터와 같은 형태로 컴퓨터 판독가능한 매체에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독가능한 매체는 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.

본 발명은 본 발명의 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

본 발명은 단말, 기지국 등과 같은 무선 통신 장치에 사용될 수 있다.

Claims

무선 통신 시스템에서 단말이 랜덤 접속 과정을 수행하는 방법에 있어서,
기지국으로부터 NPRACH(Narrowband Physical Random Access Channel) 구성 정보(configuration information)를 수신하는 단계;
NPRACH 프리앰블의 마지막 반복 전송에 보호 시간(guard time)의 적용 여부를 지시하는 정보를 수신하는 단계; 및
상기 수신된 NPRACH 구성 정보에 기초하여 상기 NPRACH 프리앰블을 반복 전송하는 단계를 포함하되,
상기 NPRACH 프리앰블의 마지막 반복 전송에 상기 보호 시간이 적용됨을 지시하고 상기 NPRACH 프리앰블의 마지막 반복 전송의 완료 시점과 다음 서브프레임 간의 시간 간격(time gap)이 상기 보호 시간보다 작음에 기초하여, 상기 NPRACH 프리앰블의 마지막 반복 전송은 드롭(drop)되거나 또는 상기 NPRACH 프리앰블의 마지막 반복 전송에서 상기 보호 시간과 상기 시간 간격의 차이 만큼 펑처링(puncture)되고,
상기 NPRACH 프리앰블의 마지막 반복 전송에 상기 보호 시간이 적용되지 않음을 지시하고 상기 시간 간격이 상기 보호 시간보다 작음에 기초하여, 상기 NPRACH 프리앰블의 마지막 반복 전송은 드롭되거나 펑처링되지 않는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 보호 시간은 상기 NPRACH 구성 정보를 통해 설정되는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 NPRACH 프리앰블의 반복 전송 횟수는 상기 NPRACH 구성 정보를 통해 설정되는, 방법.
제3항에 있어서,
상기 반복 전송 횟수는 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128 중 하나로 설정되며,
상기 반복 전송 횟수가 1, 2, 4 중 하나임에 기초하여, 상기 NPRACH 프리앰블의 반복 전송 횟수는 차상위 반복 전송 횟수로 설정되는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 NPRACH 프리앰블은 4개의 심볼 그룹을 포함하고, 상기 4개의 심볼 그룹 각각은 3개 심볼에 대응하는 순환 전치 부분과 3개 심볼에 대응하는 시퀀스 부분을 포함하는, 방법.
제5항에 있어서,
상기 4개의 심볼 그룹 각각에 대해 심볼 레벨 스크램블링이 적용되는, 방법.
제5항에 있어서,
상기 4개의 심볼 그룹에 대해 심볼 그룹 레벨 스크램블링이 적용되는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 NPRACH 프리앰블은 4개의 심볼 그룹을 포함하고, 상기 4개의 심볼 그룹 각각은 3개 심볼 길이를 갖는 순환 전치 부분과 5개 심볼 길이를 갖는 시퀀스 부분을 포함하는, 방법.
제8항에 있어서,
상기 4개의 심볼 그룹 각각에 대해 심볼 레벨 스크램블링이 적용되는, 방법.
제8항에 있어서,
상기 4개의 심볼 그룹에 대해 심볼 그룹 레벨 스크램블링이 적용되는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 NPRACH 프리앰블을 위한 서브캐리어 간격은 1.5 킬로헤르쯔(kHz)이하로 설정되는, 방법.
제11항에 있어서,
상기 NPRACH 프리앰블은 4개의 심볼 그룹을 포함하며, 상기 4개의 심볼 그룹 각각은 1개 심볼에 해당하는 순환 전치 부분과 1개 심볼에 해당하는 시퀀스 부분을 포함하는, 방법.
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무선 통신 시스템에서 랜덤 접속 과정을 수행하는 단말에 있어서,
RF 송수신기(Radio Frequency transceiver); 및
상기 RF 송수신기에 동작시 연결되는(operatively connected) 프로세서를 포함하며, 상기 프로세서는
기지국으로부터 NPRACH(Narrowband Physical Random Access Channel) 구성 정보(configuration information)를 수신하고,
NPRACH 프리앰블의 마지막 반복 전송에 보호 시간(guard time)의 적용 여부를 지시하는 정보를 수신하고,
상기 수신된 NPRACH 구성 정보에 기초하여 상기 NPRACH 프리앰블을 반복 전송하도록 구성되며,
상기 NPRACH 프리앰블의 마지막 반복 전송에 상기 보호 시간이 적용됨을 지시하고 상기 NPRACH 프리앰블의 마지막 반복 전송의 완료 시점과 다음 서브프레임 간의 시간 간격(time gap)이 상기 보호 시간보다 작음에 기초하여, 상기 NPRACH 프리앰블의 마지막 반복 전송은 드롭(drop)되거나 또는 상기 NPRACH 프리앰블의 마지막 반복 전송에서 상기 보호 시간과 상기 시간 간격의 차이 만큼 펑처링(puncture)되고,
상기 NPRACH 프리앰블의 마지막 반복 전송에 상기 보호 시간이 적용되지 않음을 지시하고 상기 시간 간격이 상기 보호 시간보다 작음에 기초하여, 상기 NPRACH 프리앰블의 마지막 반복 전송은 드롭되거나 펑처링되지 않는, 단말.