KR102189204B1

KR102189204B1 - D2d 통신을 수행하는 단말의 발견 신호 전송 방법 및 상기 방법을 이용하는 단말

Info

Publication number: KR102189204B1
Application number: KR1020157034274A
Authority: KR
Inventors: 김명섭; 채혁진; 김학성; 서한별
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2013-06-03
Filing date: 2014-06-02
Publication date: 2020-12-09
Also published as: US20160127881A1; KR20160016818A; US9736674B2; WO2014196771A1

Abstract

D2D(device-to-device) 통신을 지원하는 단말의 발견 신호 전송 방법 및 이러한 방법을 이용하는 단말 장치를 제공한다. 상기 방법은 특정 DS(discovery signal) 전송 마스크에 관한 정보를 직접 수신하거나 또는 발견 신호 설정 정보를 수신하고, 상기 특정 DS 전송 마스크 또는 상기 발견 신호 설정 정보가 알려주는 복수의 DS(discovery signal) 전송 마스크들 중 하나의 DS 전송 마스크를 선택하고, 및 상기 선택한 DS 전송 마스크에 기반하여 발견 신호를 전송하는 것을 특징으로 한다.

Description

D2D 통신을 수행하는 단말의 발견 신호 전송 방법 및 상기 방법을 이용하는 단말{DISCOVERY SIGNAL TRANSMISSION METHOD OF TERMINAL PERFORMING D2D COMMUNICATION AND TERMINAL USING SAME}

본 발명은 무선통신에 관한 것으로, 보다 상세하게는 D2D 통신을 수행하는 단말의 발견 신호 전송 방법 및 상기 방법을 이용하는 단말에 대한 것이다.

ITU-R(International Telecommunication Union Radio communication sector)에서는 3세대 이후의 차세대 이동통신 시스템인 IMT(International Mobile Telecommunication)-Advanced의 표준화 작업을 진행하고 있다. IMT-Advanced는 정지 및 저속 이동 상태에서 1Gbps, 고속 이동 상태에서 100Mbps의 데이터 전송률로 IP(Internet Protocol)기반의 멀티미디어 서비스 지원을 목표로 한다.

3GPP(3rd Generation Partnership Project)는 IMT-Advanced의 요구 사항을 충족시키는 시스템 표준으로 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)/SC-FDMA(Single Carrier-Frequency Division Multiple Access) 전송방식 기반인 LTE(Long Term Evolution)를 개선한 LTE-Advanced(LTE-A)를 준비하고 있다. LTE-A는 IMT-Advanced를 위한 유력한 후보 중의 하나이다.

LTE/LTE-A에서는 기지국을 거치지 않고 장치들 간 직접통신을 하는 D2D (Device-to-Device)기술을 제공한다. D2D는 근거리 이득, 홉 이득, 주파수 재사용 이득을 통한 시스템 용량, 전송속도, 지연, 전력소모의 향상을 이룰 수 있는 장점이 있다. 한편, D2D통신을 할 때 중요한 절차 중 하나는 근거리에 위치한 장치들을 발견하는 것이다. 이를 위해 장치는 발견 신호(discovery signal)를 전송하고 다른 장치는 발견 신호의 수신세기를 측정함으로써 D2D 통신이 가능한지 확인할 수 있다.

한편, D2D 통신을 수행할 각 장치는 서비스의 종류, 배터리의 상태에 따라 발견 신호 전송의 주기를 달리할 필요가 있을 수 있다. 또한, D2D 통신을 수행할 장치의 수가 많을 경우, 각 장치 간 충돌을 줄이면서 발견 신호를 전송하는 것이 바람직하다.

D2D 통신을 수행할 각 장치들이 효율적으로 발견 신호를 전송할 수 있는 방법 및 이러한 방법을 이용하는 장치가 필요하다.

D2D 통신을 수행하는 단말의 발견 신호 전송 방법 및 상기 방법을 이용하는 단말을 제공하고자 한다.

일 측면에서 제공되는, D2D(device-to-device) 통신을 지원하는 단말의 발견 신호 전송 방법은 특정 DS(discovery signal) 전송 마스크에 관한 정보를 직접 수신하거나 또는 발견 신호 설정 정보를 수신하고, 상기 특정 DS 전송 마스크 또는 상기 발견 신호 설정 정보가 알려주는 복수의 DS(discovery signal) 전송 마스크들 중 하나의 DS 전송 마스크를 선택하고, 및 상기 선택한 DS 전송 마스크에 기반하여 발견 신호를 전송하는 것을 특징으로 한다.

다른 측면에서 제공되는 단말은 무선신호를 송수신하는 RF부; 및 상기 RF부에 연결되는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는 특정 DS(discovery signal) 전송 마스크에 관한 정보를 직접 수신하거나 또는 발견 신호 설정 정보를 수신하고, 상기 특정 DS 전송 마스크 또는 상기 발견 신호 설정 정보가 알려주는 복수의 DS(discovery signal) 전송 마스크들 중 하나의 DS 전송 마스크를 선택하고, 및 상기 선택한 DS 전송 마스크에 기반하여 발견 신호를 전송하는 것을 특징으로 한다.

D2D 통신을 수행할 각 장치의 특성에 따라 발견 신호 전송의 주기를 조절할 수 있으며, D2D 통신을 수행할 장치의 수가 많아도 각 장치 간 충돌을 줄이면서 발견 신호를 전송할 수 있으므로 효율적인 발견 신호 전송이 가능하다.

도 1은 3GPP LTE의 무선 프레임(radio frame) 구조를 나타낸다.
도 2는 하나의 하향링크 슬롯에 대한 자원 그리드(resource grid)를 나타낸 예시도이다.
도 3은 하향링크 서브프레임의 구조를 나타낸다.
도 4는 상향링크 서브프레임의 구조를 나타낸다.
도 5는 MIMO 시스템을 나타낸다.
도 6은 다중 안테나 시스템에서 채널을 나타내는 예이다.
도 7은 노멀 CP에서 4개의 안테나 포트를 지원할 수 있는 RS 구조의 예를 나타낸다.
도 8은 확장 CP에서 4개의 안테나 포트를 지원할 수 있는 RS 구조의 예를 나타낸다.
도 9는 기존의 단일 반송파 시스템과 반송파 집성 시스템의 비교 예이다.
도 10은 반송파 집성 시스템에서 교차 반송파 스케줄링을 위한 서브프레임 구조를 예시한다.
도 11은 D2D 통신 시스템을 예시한다.도 12는 D2D를 위한 피어 디스커버리(peer discovery) 방법을 예시한다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 발견 신호 전송 방법을 나타낸다.
도 14는 기지국 및 단말을 나타내는 블록도이다.

이하의 기술은 CDMA(code division multiple access), FDMA(frequency division multiple access), TDMA(time division multiple access), OFDMA(orthogonal frequency division multiple access), SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access) 등과 같은 다양한 무선 통신 시스템에 사용될 수 있다. CDMA는 UTRA(Universal Terrestrial Radio Access)나 CDMA2000과 같은 무선 기술(radio technology)로 구현될 수 있다. TDMA는 GSM(Global System for Mobile communications)/GPRS(General Packet Radio Service)/EDGE(Enhanced Data Rates for GSM Evolution)와 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. OFDMA는 IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16e (WiMAX), IEEE 802-20, E-UTRA(Evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. UTRA는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)의 일부이다. 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(long term evolution)은 E-UTRA를 사용하는 E-UMTS(Evolved UMTS)의 일부로써, 하향링크에서 OFDMA를 채용하고 상향링크에서 SC-FDMA를 채용한다. LTE-Advanced(LTE-A)는 3GPP LTE의 진화이다. 이하에서 설명을 명확하게 하기 위해, 3GPP LTE/LET-A를 예로 설명하나 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.

무선통신 시스템은 적어도 하나의 기지국(eNodeB, eNB)을 포함한다. 각 기지국은 일반적으로 셀(cell)이라고 불리는 특정한 지리적 영역에 대해 통신 서비스를 제공한다. 셀은 다시 다수의 영역으로 나누어 질 수 있는데 각각의 영역은 섹터(sector)라고 칭한다. 하나의 기지국에는 하나 이상의 셀이 존재할 수 있다. 기지국은 일반적으로 단말과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, BS(Base Station), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point), AN(Access Network) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.

단말(User Equipment, UE)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, MS(Mobile Station), UT(User Terminal), SS(Subscriber Station), 무선기기(Wireless Device), PDA(Personal Digital Assistant), 무선 모뎀(Wireless Modem), 휴대기기(Handheld Device), AT(Access Terminal) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.

도 1은 3GPP LTE의 무선 프레임(radio frame) 구조를 나타낸다.

도 1을 참조하면, 무선 프레임(radio frame)은 10개의 서브프레임(subframe)으로 구성되고, 하나의 서브프레임은 2개의 슬롯(slot)으로 구성된다. 하나의 서브프레임의 길이는 1ms이고, 하나의 슬롯의 길이는 0.5ms 일 수 있다. 하나의 서브 프레임이 전송되는 데 걸리는 시간을 TTI(transmission time interval)이라 한다. TTI는 스케줄링의 최소 단위일 수 있다.

하나의 슬롯은 시간 영역에서 복수의 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 심벌을 포함할 수 있다. OFDM 심벌은 3GPP LTE가 하향링크에서 OFDMA를 사용하므로 하나의 심벌 구간(symbol period)을 표현하기 위한 것으로 다른 명칭으로 불리울 수 있다. 예를 들어, 상향링크 다중 접속 방식으로 SC-FDMA가 사용될 경우 SC-FDMA 심벌이라고 할 수 있다. 하나의 슬롯은 7 OFDM 심벌을 포함하는 것을 예시적으로 기술하나, CP(Cyclic Prefix)의 길이에 따라 하나의 슬롯에 포함되는 OFDM 심벌의 수는 바뀔 수 있다. 3GPP TS 36.211 V8.5.0(2008-12)에 의하면, 노멀(normal) CP에서 1 서브프레임은 7 OFDM 심벌을 포함하고, 확장(extended) CP에서 1 서브프레임은 6 OFDM 심벌을 포함한다. 무선 프레임의 구조는 예시에 불과하고, 무선 프레임에 포함되는 서브프레임의 수 및 서브프레임에 포함되는 슬롯의 수는 다양하게 변경될 수 있다. 이하에서 심벌은 하나의 OFDM 심벌 또는 하나의 SC-FDMA 심벌을 의미할 수 있다.

도 1을 참조하여 설명한 무선 프레임의 구조는 3GPP TS 36.211 V8.3.0 (2008-05) "Technical Specification Group Radio Access Network; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical Channels and Modulation (Release 8)"의 4.1절 및 4. 2절을 참조할 수 있다.

도 2는 하나의 하향링크 슬롯에 대한 자원 그리드(resource grid)를 나타낸 예시도이다.

FDD 또는 TDD에서 사용되는 무선 프레임에서 하나의 슬롯은 시간 영역(time domain)에서 복수의 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 심벌을 포함하고, 주파수 영역에서 다수의 자원블록(resource block, RB)을 포함한다. 자원 블록은 자원 할당 단위로 하나의 슬롯에서 복수의 연속하는 부반송파(subcarrier)를 포함한다.

도 2를 참조하면, 하나의 하향링크 슬롯은 7 OFDM 심벌을 포함하고, 하나의 자원블록은 주파수 영역에서 12 부반송파를 포함하는 것을 예시적으로 기술하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 자원블록에서 부반송파는 예컨대 15KHz의 간격을 가질 수 있다.

자원 그리드 상의 각 요소(element)를 자원요소(resource element)라 하며, 하나의 자원블록(resource block)은 12×7개의 자원요소를 포함한다. 하향링크 슬롯에 포함되는 자원블록의 수 N^DL은 셀에서 설정되는 하향링크 전송 대역폭(bandwidth)에 종속한다. 도 2에서 설명한 자원 그리드는 상향링크에서도 적용될 수 있다.

도 3은 하향링크 서브프레임의 구조를 나타낸다.

도 3을 참조하면, 서브프레임은 2개의 연속적인(consecutive) 슬롯을 포함한다. 서브프레임 내에서 첫 번째 슬롯의 앞선 3 OFDM 심벌들이 PDCCH(physical downlink control channel)가 할당되는 제어영역(control region)이고, 나머지 OFDM 심벌들은 PDSCH(physical downlink shared channel)가 할당되는 데이터영역(data region)이다. 제어영역에는 PDCCH 이외에도 PCFICH(physical control format indicator channel), PHICH(physical HARQ indicator channel) 등의 제어채널이 할당될 수 있다. 단말은 PDCCH를 통해 전송되는 제어정보를 디코딩하여 PDSCH를 통해 전송되는 데이터 정보를 읽을 수 있다. 여기서, 제어영역이 3 OFDM 심벌을 포함하는 것은 예시에 불과하며, 제어영역에는 2 OFDM 심벌 또는 1 OFDM 심벌이 포함될 수 있다. 서브프레임 내 제어영역이 포함하는 OFDM 심벌의 수는 PCFICH를 통해 알 수 있다. PHICH는 단말이 전송한 상향링크 데이터에 대한 수신 성공 여부를 나타내는 정보를 나른다.

제어영역은 복수의 CCE(control channel elements)인 논리적인 CCE 열로 구성된다. CCE 열은 하나의 서브프레임 내에서 제어영역을 구성하는 전체 CCE들의 집합이다. CCE는 복수의 자원요소 그룹(resource element group,REG)에 대응된다. 예를 들어, CCE는 9 자원요소 그룹에 대응될 수 있다. 자원요소 그룹은 자원요소로 제어채널을 맵핑하는 것을 정의하기 위해 사용된다. 예를 들어, 하나의 자원요소 그룹은 4개의 자원요소로 구성될 수 있다.

복수의 PDCCH가 제어영역 내에서 전송될 수 있다. PDCCH는 스케줄링 할당과 같은 제어정보(control information)를 나른다. PDCCH는 하나 또는 몇몇 연속적인 CCE(control channel elements)의 집단(aggregation) 상으로 전송된다. CCE 집단을 구성하는 CCE의 수(Number of CCEs)에 따라 PDCCH의 포맷 및 가능한 PDCCH의 비트 수가 결정된다. PDCCH 전송을 위해 사용되는 CCE의 수를 CCE 집단 레벨(aggregation level)이라 한다. 또한, CCE 집단 레벨은 PDCCH를 검색하기 위한 CCE 단위이다. CCE 집단 레벨의 크기는 인접하는 CCE들의 수로 정의된다. 예를 들어, CCE 집단 레벨은 {1, 2, 4, 8}의 원소일 수 있다.

PDCCH를 통해 전송되는 제어정보를 하향링크 제어정보(downlink control information, 이하 DCI)라고 한다. DCI는 상향링크 스케줄링 정보, 하향링크 스케줄링 정보, 시스템 정보(system information), 상향링크 전력 제어 명령(power control command), 페이징을 위한 제어정보, 랜덤 액세스 응답(RACH response)을 지시하기 위한 제어정보 등을 포함한다.

DCI 포맷으로는 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel) 스케줄링을 위한 포맷 0, 하나의 PDSCH(Physical Downlink Shared channel) 코드워드의 스케줄링을 위한 포맷 1, 하나의 PDSCH 코드워드의 간단한(compact) 스케줄링을 위한 포맷 1A, 공간 다중화 모드에서 단일 코드워드의 랭크-1 전송에 대한 간단한 스케줄링을 위한 포맷 1B, DL-SCH(Downlink Shared Channel)의 매우 간단한 스케줄링을 위한 포맷 1C, 다중 사용자 공간 다중화 모드에서 PDSCH 스케줄링을 위한 포맷 1D, 폐루프(Closed-loop) 공간 다중화 모드에서 PDSCH 스케줄링을 위한 포맷 2, 개루프(Open-loop) 공간 다중화 모드에서 PDSCH 스케줄링을 위한 포맷 2A, PUCCH 및 PUSCH를 위한 2비트 전력 조절의 TPC(Transmission Power Control) 명령의 전송을 위한 포맷 3, 및 PUCCH 및 PUSCH를 위한 1비트 전력 조절의 TPC 명령의 전송을 위한 포맷 3A 등이 있다.

도 4는 상향링크 서브프레임의 구조를 나타낸다.

도 4를 참조하면, 상향링크 서브프레임은 주파수 영역에서 상향링크 제어 정보를 나르는 PUCCH(Physical Uplink Control Channel)가 할당되는 제어영역(control region)과 사용자 데이터를 나르는 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel)가 할당되는 데이터영역으로 나눌 수 있다.

하나의 단말에 대한 PUCCH는 서브프레임에서 자원블록 쌍(RB pair)으로 할당되고, RB 쌍에 속하는 RB들은 2개의 슬롯들 각각에서 서로 다른 부반송파를 차지한다. 이를 PUCCH에 할당되는 RB 쌍이 슬롯 경계(slot boundary)에서 주파수 도약(frequency hopping)된다고 한다.

PUCCH는 다중 포맷을 지원할 수 있다. 즉, 변조 방식(modualtion scheme)에 따라 서브프레임당 서로 다른 비트 수를 갖는 상향링크 제어 정보를 전송할 수 있다. 예를 들어, BPSK(Binary Phase Shift Keying)을 사용하는 경우(PUCCH 포맷 1a) 1비트의 상향링크 제어 정보를 PUCCH 상으로 전송할 수 있으며, QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)을 사용하는 경우(PUCCH 포맷 1b) 2비트의 상향링크 제어 정보를 PUCCH 상으로 전송할 수 있다. PUCCH 포맷은 이외에도 포맷 1, 포맷 2, 포맷 2a, 포맷 2b 등이 있다(이는 3GPP TS 36.211 V8.2.0 (2008-03) "Technical Specification Group Radio Access Network; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical Channels and Modulation (Release 8)"의 5.4절을 참조할 수 있다).

한편, 무선통신 시스템은 MIMO(Multi-Input Multi-Output)기술을 사용하는 시스템 즉, MIMO 시스템일 수 있다. MIMO 기술은 지금까지 하나의 송신 안테나와 하나의 수신 안테나를 사용했던 것에서 탈피하여, 다중 송신 안테나와 다중 수신 안테나를 채택해 송수신 데이터 전송 효율을 향상시킬 수 있는 방법이다. 다시 말해, MIMO 기술은 무선통신 시스템의 전송기나 수신기에서 복수의 안테나를 사용하는 기술이다. MIMO 기술을 사용하면 무선통신 시스템의 성능과 통신용량을 개선시킬 수 있다. MIMO 시스템을 다중안테나(Multi-antenna) 시스템이라고도 한다. MIMO 기술은 하나의 전체 메시지를 수신하기 위해 단일 안테나 경로에 의존하지 않고 여러 안테나에서 수신된 단편적인 데이터 조각을 한데 모아 완성하는 기술을 응용한 것이다. 그 결과, 특정 범위에서 데이터 전송 속도를 향상시키거나 특정 데이터 전송 속도에 대해 시스템 범위를 증가시킬 수 있다.

차세대 이동통신 기술은 종래 이동통신 기술보다 높은 데이터 전송율을 요구한다. 따라서, MIMO 기술은 차세대 이동통신 기술에 필수적인 기술이라고 할 수 있다. MIMO 기술은 기지국뿐 아니라 단말이나 중계국에게 적용되어 데이터 전송율의 한계를 극복하는데 사용될 수 있다. 또한, MIMO 기술은 추가적인 주파수 대역을 사용하거나 추가적인 전송 전력(power)을 요구하지 않고 데이터 전송 효율을 개선할 수 있는 기술적 장점 때문에 다양한 다른 기술보다 주목받는다.

먼저, MIMO 시스템의 수학적 모델링에 대해 설명한다.

도 5는 MIMO 시스템을 나타낸다.

도 5를 참조하면, 전송기(700)는 N_T 개의 전송 안테나를 가지고, 수신기(800)는 N_R 개의 수신 안테나를 가진다. 이러한 경우, 이론적 채널 전송 용량은 안테나들의 개수에 비례하여 증가한다.

채널 전송 용량의 증가에 의해 얻어지는 전송률은 이론적으로 단일 안테나를 사용하는 경우 얻어지는 최대 전송률(R₀)과 다중 안테나 사용에 의해 발생하는 증가율(R_i)의 곱으로 나타낼 수 있다. 증가율(R_i)은 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.

[식 1]

전송 정보는 전송 안테나의 개수가 N_T 개인 경우, 최대 N_T 개의 서로 다른 정보로 구성될 수 있다. 이러한 경우, 전송 정보는 다음 식 2와 같이 나타낼 수 있다.

[식 2]

식 2에서 s는 전송 정보 벡터를 나타내고, s₁, s₂, ..., s_NT는 전송 정보 벡터의 각 요소(element)인 정보를 나타낸다. 각 정보는 서로 다른 전송 전력을 가지고 전송될 수 있다. 각 전송 전력을 (P₁, P₂, ..., P_NT)라고 표시하는 경우, 전송 전력이 적용된 전송 정보 벡터는 다음 식 3과 같이 나타낼 수 있다.

[식 3]

식 3은 다음 식 4와 같이 전송 전력 대각 행렬(transmission power diagonal matrix)과 전송 정보 벡터의 곱으로 표시할 수 있다.

[식 4]

전송 전력이 적용된 전송 정보 벡터

에 가중치 행렬 W가 곱해져서, 실제 N_T개의 전송 안테나를 통해 전송되는 전송 신호(x₁, x₂, ..., x_NT)가 생성된다. 가중치 행렬 W는 전송 채널 상황에 따라 전송 정보를 개별 안테나에 적절히 분산하는 역할을 수행한다. 전송 신호 벡터를 x라고 하면 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.

[식 5]

식 5에서 가중치 행렬의 요소 w_ij(1≤ i ≤ N_T, 1≤j≤ N_T) 는 i번째 전송 안테나, j번째 전송 정보에 대한 가중치를 나타낸다. 가중치 행렬 W는 프리코딩 행렬(precoding matrix)이라 칭하기도 한다.

전송 신호 벡터는 전송 기법에 따라 다른 전송 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 공간 다이버시티(spatial diversity) 즉, 전송 다이버시티(transmit diversity)가 적용되는 경우, 전송 신호 벡터의 전송 정보는 모두 동일할 수 있다. 즉, [s₁, s₂, ..., s_nT]는 모두 동일한 정보 예컨대 [s₁, s₁, ..., s₁ ]일 수 있다. 따라서, 동일한 전송 정보가 서로 다른 채널을 통해 수신기에게 전달되기 때문에 다이버시티 효과가 발생하며, 전송의 신뢰도가 증가한다.

또는 공간 다중화(spatial multiplexing)가 적용되는 경우, 전송 신호 벡터의 전송 정보는 모두 다를 수 있다. 즉, s₁, s₂, ..., s_nT는 모두 다른 정보일 수 있다. 서로 다른 전송 정보가 서로 다른 채널을 통해 수신기에게 전달되기 때문에 전송할 수 있는 정보량이 증가하는 효과가 있다.

물론, 공간 다이버시티와 공간 다중화를 함께 사용하여 전송 정보를 전송할 수도 있다. 즉, 상기 예에서 3개의 전송 안테나를 통해서는 동일한 정보가 공간 다이버시티에 의해 전송되고, 나머지 전송 안테나를 통해서는 공간 다중화에 의해 서로 다른 정보가 전송되는 방식으로 구성될 수도 있다. 이러한 경우, 전송 정보 벡터는 예컨대, [s₁, s₁, s₁, s₂, s₃..., s_nT-2]과 같이 구성될 수 있다.

수신기에서 수신 안테나의 수가 N_R개인 경우, 개별 수신 안테나에서 수신되는 신호를 y_n(1≤n≤N_R)이라 표시할 수 있다. 이 때 수신 신호 벡터 y는 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.

[식 6]

MIMO 시스템에서 채널 모델링이 수행되는 경우 각 채널은 전송 안테나의 인덱스와 수신 안테나의 인덱스에 의해 서로 간에 구분될 수 있다. 전송 안테나의 인덱스를 j라고 하고, 수신 안테나의 인덱스를 i라고 하면, 이러한 전송 안테나와 수신 안테나 간의 채널을 h_ij로 표시할 수 있다(채널을 표시하는 첨자에서 수신 안테나의 인덱스가 먼저 표시되고 전송 안테나의 인덱스가 나중에 표시되는 것에 주의할 필요가 있다).

도 6은 다중 안테나 시스템에서 채널을 나타내는 예이다.

도 6을 참조하면, N_T개의 전송 안테나 각각과 수신 안테나 i에 대한 채널이 h_i1, h_i2, ..., h_iNT로 표시된다. 편의상 이러한 채널들을 행렬이나 벡터로 나타낼 수 있다. 그러면, 상기 채널들 h_i1, h_i2, ..., h_iNT 은 다음 식과 같이 벡터 형식으로 나타낼 수 있다.

[식 7]

만약, N_T개의 전송 안테나에서 N_R개의 수신 안테나로의 모든 채널을 행렬 형태로 나타낸 것을 채널 행렬 H라 한다면, H는 다음 식 8과 같이 나타낼 수 있다.

[식 8]

전송 안테나를 통해 전송된 신호는 상기 식 8에서 나타낸 채널을 통과하여 수신 안테나에서 수신된다. 이 때 실제 채널에서는 잡음(noise)이 추가된다. 이러한 잡음은 수학적으로 AWGN(Additive White Gaussian Noise)으로 볼 수 있다. 각 수신 안테나에 추가되는 AWGN을 각각 n₁, n₂, ..., n_NR이라 표시하면, 편의상 이러한 AWGN들을 다음 식과 같은 벡터로 표시할 수 있다.

[식 9]

상술한 AWGN, 전송 신호 벡터 x, 채널 행렬 등을 고려하여 수신 안테나에서 수신하는 수신 신호 벡터 y를 나타내면 다음 식과 같다.

[식 10]

채널 행렬 H에서 행의 수와 열의 수는 전송 안테나의 개수, 수신 안테나의 개수에 따라 결정된다. 채널 행렬 H에서 행의 개수는 수신 안테나의 개수와 같다. 그리고, 채널 행렬 H에서 열의 개수는 전송 안테나의 개수와 같다. 따라서, 채널 행렬 H는 N_R x N_T 행렬이라고 표시할 수 있다.

일반적으로 행렬의 랭크는 독립한 행의 개수와 독립한 열의 개수 중에서 더 작은 수에 의해 정의된다. 따라서, 행렬의 랭크는 열의 개수나 행의 개수보다 더 클 수는 없으며, 채널 행렬 H의 랭크는 다음 식과 같이 결정된다.

[식 11]

일반적으로 전송 정보 예컨대, 데이터는 무선채널을 통해 전송되는 동안 쉽게 왜곡, 변경된다. 따라서, 이러한 전송 정보를 오류없이 복조하기 위해서는 참조신호가 필요하다. 참조신호는 전송기와 수신기 사이에 미리 알고 있는 신호로 전송 정보와 함께 전송된다. 전송기로부터 전송되는 전송 정보는 각 전송 안테나마다 또는 레이어마다 대응하는 채널을 겪기 때문에, 참조신호는 각 전송 안테나별 또는 레이어별로 할당될 수 있다. 각 전송 안테나별 또는 레이어별 참조신호는 시간, 주파수, 코드 등의 자원을 이용하여 구별될 수 있다. 참조신호는 2가지 목적 즉, 전송 정보의 복조(demodulation)와 채널 추정을 위해 사용될 수 있다.

참조신호는 참조신호를 미리 알고 있는 수신기의 범위에 따라 2가지 종류로 나눌 수 있다. 첫째는 특정한 수신기(예를 들어 특정 단말)만 알고 있는 참조신호로 이러한 참조신호를 전용 참조신호(dedicated RS, DRS)라 칭한다. 전용 참조신호는 이러한 의미에서 단말 특정적 참조신호(UE-specific RS)라 칭하기도 한다. 둘째는 셀 내의 모든 수신기 예컨대, 모든 단말이 알고 있는 참조신호로 이러한 참조신호를 공용 참조신호(common RS, CRS)라 칭한다. 공용 참조신호는 셀 특정적 참조신호(cell-specific RS)라 칭하기도 한다.

또한, 참조신호는 용도에 따라 분류될 수도 있다. 예를 들어, 데이터의 복조를 위해 사용되는 참조신호를 복조 참조신호(demodulation RS, DM-RS)라 칭한다. CQI/PMI/RI 등의 채널 상태를 나타내는 피드백 정보를 위해 사용되는 참조신호를 CSI-RS(channel state indicator-RS)라 칭한다. 상술한 전용 참조신호(DRS)는 복조 참조신호(DM-RS)로 사용될 수 있다. 이하에서 DM-RS는 DRS임을 전제로 한다.

도 7은 노멀 CP에서 4개의 안테나 포트를 지원할 수 있는 RS 구조의 예를 나타낸다. 도 8은 확장 CP에서 4개의 안테나 포트를 지원할 수 있는 RS 구조의 예를 나타낸다. 도 7 및 도 8의 RS 구조는 종래 3GPP LTE 시스템에서 사용되는 RS 구조이다.

도 7 및 도 8에서 0 내지 3 중 어느 하나의 숫자가 표시된 자원요소는 셀 특정적 참조신호(cell-specific reference signal) 즉 공용 참조신호(CRS)가 전송되는 자원요소를 나타낸다. 이 때 0 내지 3 중 어느 하나의 숫자는 지원하는 안테나 포트를 나타낸다. 즉, p(p는 0 내지 3 중 어느 하나)이 표시된 자원요소들은 안테나 포트 p에 대한 공용 참조신호가 맵핑되는 자원요소라는 의미이다. 이러한 공용 참조신호는 각 안테나 포트에 대한 채널 측정 및 데이터 복조를 위해 사용된다. 공용 참조신호는 서브프레임의 제어 영역 및 데이터 영역에서 모두 전송된다.

도 7 및 도 8에서 ‘D’가 표시된 자원요소는 단말 특정적 참조신호(UE-specific reference signal) 즉 전용 참조신호(dedicated reference signal: DRS)가 맵핑되는 자원요소를 나타낸다. 단말 특정적 참조신호는 PDSCH의 단일 안테나 포트 전송에 사용될 수 있다. 단말은 상위 계층 신호를 통해 단말 특정적 참조신호가 전송되는지 여부, PDSCH가 전송되는 경우 단말 특정적 참조신호가 유효한지 여부를 지시받는다. 단말 특정적 참조신호는 데이터 복조가 필요한 경우에만 전송될 수 있다. 단말 특정적 참조신호는 서브프레임의 데이터 영역에서만 전송될 수 있다.

한편, 상향링크에는 사운딩 참조신호(sounding reference signal, SRS)가 사용될 수 있다. SRS는 단말이 기지국으로 전송하는 참조신호로 상향링크 데이터나 제어신호 전송과 관련되지 않는 참조신호이다. SRS는 주로 상향링크에서 주파수 선택적 스케줄링을 위한 채널 품질 추정을 위해 사용되나 다른 용도로 사용될 수도 있다. 예를 들면 파워 제어나 최초 MCS(modulation and coding scheme) 선택, 데이터 전송을 위한 최초 파워 제어 등에도 사용될 수 있다.

SRS가 전송되는 서브프레임은 셀 특정적 파라미터에 의하여 지시된다. SRS와 DM-RS는 서로 다른 SC-FDMA 심벌에 위치한다. SRS가 전송되는 SC-FDMA 심벌에서 PUSCH 데이터는 전송되지 않는다. SRS는 서브프레임의 마지막 SC-FDMA 심벌에서 전송될 수 있다.

[반송파 집성 시스템]

도 9는 기존의 단일 반송파 시스템과 반송파 집성 시스템의 비교 예이다.

도 9를 참조하면, 단일 반송파 시스템에서는 상향링크와 하향링크에 하나의 반송파만을 단말에게 지원한다. 반송파의 대역폭은 다양할 수 있으나, 단말에게 할당되는 반송파는 하나이다. 반면, 반송파 집성(carrier aggregation, CA) 시스템에서는 단말에게 복수의 요소 반송파(component carrier, DL CC A 내지 C, UL CC A 내지 C)가 할당될 수 있다. 예를 들어, 단말에게 60MHz의 대역폭을 할당하기 위해 3개의 20MHz의 요소 반송파가 할당될 수 있다.

반송파 집성 시스템은 각 반송파가 연속한 연속(contiguous) 반송파 집성 시스템과 각 반송파가 서로 떨어져 있는 불연속(non-contiguous) 반송파 집성 시스템으로 구분될 수 있다. 이하에서 단순히 반송파 집성 시스템이라 할 때, 이는 요소 반송파가 연속인 경우와 불연속인 경우를 모두 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

1개 이상의 요소 반송파를 집성할 때 대상이 되는 요소 반송파는 기존 시스템과의 하위 호환성(backward compatibility)을 위하여 기존 시스템에서 사용하는 대역폭을 그대로 사용할 수 있다. 예를 들어 3GPP LTE 시스템에서는 1.4MHz, 3MHz, 5MHz, 10MHz, 15MHz 및 20MHz의 대역폭을 지원하며, 3GPP LTE-A 시스템에서는 상기 3GPP LTE 시스템의 대역폭만을 이용하여 20MHz 이상의 광대역을 구성할 수 있다. 또는 기존 시스템의 대역폭을 그대로 사용하지 않고 새로운 대역폭을 정의하여 광대역을 구성할 수도 있다.

무선 통신 시스템의 시스템 주파수 대역은 복수의 반송파 주파수(Carrier-frequency)로 구분된다. 여기서, 반송파 주파수는 셀의 중심 주파수(Center frequency of a cell)를 의미한다. 이하에서 셀(cell)은 하향링크 주파수 자원과 상향링크 주파수 자원을 의미할 수 있다. 또는 셀은 하향링크 주파수 자원과 선택적인(optional) 상향링크 주파수 자원의 조합(combination)을 의미할 수 있다. 또한, 일반적으로 반송파 집성(CA)을 고려하지 않은 경우, 하나의 셀(cell)은 상향 및 하향링크 주파수 자원이 항상 쌍으로 존재할 수 있다.

특정 셀을 통하여 패킷 데이터의 송수신이 이루어지기 위해서는, 단말은 먼저 특정 셀에 대해 설정(configuration)을 완료해야 한다. 여기서, 설정(configuration)이란 해당 셀에 대한 데이터 송수신에 필요한 시스템 정보 수신을 완료한 상태를 의미한다. 예를 들어, 설정(configuration)은 데이터 송수신에 필요한 공통 물리계층 파라미터들, 또는 MAC 계층 파라미터들, 또는 RRC 계층에서 특정 동작에 필요한 파라미터들을 수신하는 전반의 과정을 포함할 수 있다. 설정 완료된 셀은, 패킷 데이터가 전송될 수 있다는 정보만 수신하면, 즉시 패킷의 송수신이 가능해지는 상태이다.

설정완료 상태의 셀은 활성화(Activation) 혹은 비활성화(Deactivation) 상태로 존재할 수 있다. 여기서, 활성화는 데이터의 송신 또는 수신이 행해지거나 준비 상태(ready state)에 있는 것을 말한다. 단말은 자신에게 할당된 자원(주파수, 시간 등일 수 있음)을 확인하기 위하여 활성화된 셀의 제어채널(PDCCH) 및 데이터 채널(PDSCH)을 모니터링 혹은 수신할 수 있다.

비활성화는 트래픽 데이터의 송신 또는 수신이 불가능하고, 측정이나 최소 정보의 송신/수신이 가능한 것을 말한다. 단말은 비활성화 셀로부터 패킷 수신을 위해 필요한 시스템 정보(SI)를 수신할 수 있다. 반면, 단말은 자신에게 할당된 자원(주파수, 시간 등일 수도 있음)을 확인하기 위하여 비활성화된 셀의 제어채널(PDCCH) 및 데이터 채널(PDSCH)을 모니터링 혹은 수신하지 않는다.

셀은 프라이머리 셀(primary cell)과 세컨더리 셀(secondary cell), 서빙 셀(serving cell)로 구분될 수 있다.

프라이머리 셀은 프라이머리 주파수에서 동작하는 셀을 의미하며, 단말이 기지국과의 최초 연결 확립 과정(initial connection establishment procedure) 또는 연결 재확립 과정을 수행하는 셀, 또는 핸드오버 과정에서 프라이머리 셀로 지시된 셀을 의미한다.

세컨더리 셀은 세컨더리 주파수에서 동작하는 셀을 의미하며, 일단 RRC 연결이 확립되면 설정되고 추가적인 무선 자원을 제공하는데 사용된다.

서빙 셀은 반송파 집성이 설정되지 않거나 반송파 집성을 제공할 수 없는 단말인 경우에는 프라이머리 셀로 구성된다. 반송파 집성이 설정된 경우 서빙 셀이라는 용어는 단말에게 설정된 셀을 나타내며 복수로 구성될 수 있다. 하나의 서빙 셀은 하나의 하향링크 요소 반송파 또는 {하향링크 요소 반송파, 상향링크 요소 반송파}의 쌍으로 구성될 수 있다. 복수의 서빙 셀은 프라이머리 셀 및 모든 세컨더리 셀들 중 하나 또는 복수로 구성된 집합으로 구성될 수 있다.

PCC(primary component carrier)는 프라이머리 셀에 대응하는 CC를 의미한다. PCC는 단말이 여러 CC 중에 초기에 기지국과 접속(Connection 혹은 RRC Connection)을 이루게 되는 CC이다. PCC는 다수의 CC에 관한 시그널링을 위한 연결(Connection 혹은 RRC Connection)을 담당하고, 단말과 관련된 연결정보인 단말문맥정보(UE Context)를 관리하는 특별한 CC이다. 또한, PCC는 단말과 접속을 이루게 되어 RRC 연결상태(RRC Connected Mode)일 경우에는 항상 활성화 상태로 존재한다. 프라이머리 셀에 대응하는 하향링크 요소 반송파를 하향링크 주요소 반송파(DownLink Primary Component Carrier, DL PCC)라 하고, 프라이머리 셀에 대응하는 상향링크 요소 반송파를 상향링크 주요소 반송파(UL PCC)라 한다.

SCC(secondary component carrier)는 세컨더리 셀에 대응하는 CC를 의미한다. 즉, SCC는 PCC 이외에 단말에 할당된 CC로서, SCC는 단말이 PCC 이외에 추가적인 자원할당 등을 위하여 확장된 반송파(Extended Carrier)이며 활성화 혹은 비활성화 상태로 나뉠 수 있다. 세컨더리 셀에 대응하는 하향링크 요소 반송파를 하향링크 부요소 반송파(DL Secondary CC, DL SCC)라 하고, 세컨더리 셀에 대응하는 상향링크 요소 반송파를 상향링크 부요소 반송파(UL SCC)라 한다.

프라이머리 셀과 세컨더리 셀은 다음과 같은 특징을 가진다.

첫째, 프라이머리 셀은 PUCCH의 전송을 위해 사용된다. 둘째, 프라이머리 셀은 항상 활성화되어 있는 반면, 세컨더리 셀은 특정 조건에 따라 활성화/비활성화되는 반송파이다. 셋째, 프라이머리 셀이 무선링크실패(Radio Link Failure; 이하 RLF)를 경험할 때, RRC 재연결이 트리거링(triggering)된다. 넷째, 프리이머리 셀은 보안키(security key) 변경이나 RACH(Random Access CHannel) 절차와 동반하는 핸드오버 절차에 의해서 변경될 수 있다. 다섯째, NAS(non-access stratum) 정보는 프라이머리 셀을 통해서 수신한다. 여섯째, FDD 시스템의 경우 언제나 프라이머리 셀은 DL PCC와 UL PCC가 쌍(pair)으로 구성된다. 일곱째, 각 단말마다 다른 요소 반송파(CC)가 프라이머리 셀로 설정될 수 있다. 여덟째, 프라이머리 셀은 핸드오버, 셀 선택/셀 재선택 과정을 통해서만 교체될 수 있다. 신규 세컨더리 셀의 추가에 있어서, 전용(dedicated) 세컨더리 셀의 시스템 정보를 전송하는데 RRC 시그널링이 사용될 수 있다.

서빙 셀을 구성하는 요소 반송파는, 하향링크 요소 반송파가 하나의 서빙 셀을 구성할 수도 있고, 하향링크 요소 반송파와 상향링크 요소 반송파가 연결 설정되어 하나의 서빙 셀을 구성할 수 있다. 그러나, 하나의 상향링크 요소 반송파만으로는 서빙 셀이 구성되지 않는다.

요소 반송파의 활성화/비활성화는 곧 서빙 셀의 활성화/비활성화의 개념과 동등하다. 예를 들어, 서빙 셀1이 DL CC1으로 구성되어 있다고 가정할 때, 서빙 셀1의 활성화는 DL CC1의 활성화를 의미한다. 만약, 서빙 셀2가 DL CC2와 UL CC2가 연결설정되어 구성되어 있다고 가정할 때, 서빙 셀2의 활성화는 DL CC2와 UL CC2의 활성화를 의미한다. 이러한 의미에서, 각 요소 반송파는 셀(cell)에 대응될 수 있다.

하향링크와 상향링크 간에 집성되는 요소 반송파들의 수는 다르게 설정될 수 있다. 하향링크 CC 수와 상향링크 CC 수가 동일한 경우를 대칭적(symmetric) 집성이라고 하고, 그 수가 다른 경우를 비대칭적(asymmetric) 집성이라고 한다. 또한, CC들의 크기(즉 대역폭)는 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 70MHz 대역의 구성을 위해 5개의 CC들이 사용된다고 할 때, 5MHz CC(carrier #0) + 20MHz CC(carrier #1) + 20MHz CC(carrier #2) + 20MHz CC(carrier #3) + 5MHz CC(carrier #4)과 같이 구성될 수도 있다.

상술한 바와 같이 반송파 집성 시스템에서는 단일 반송파 시스템과 달리 복수의 요소 반송파(component carrier, CC), 즉, 복수의 서빙 셀을 지원할 수 있다.

이러한 반송파 집성 시스템은 교차 반송파 스케줄링을 지원할 수 있다. 교차 반송파 스케줄링(cross-carrier scheduling)은 특정 요소 반송파를 통해 전송되는 PDCCH를 통해 다른 요소 반송파를 통해 전송되는 PDSCH의 자원 할당 및/또는 상기 특정 요소 반송파와 기본적으로 링크되어 있는 요소 반송파 이외의 다른 요소 반송파를 통해 전송되는 PUSCH의 자원 할당을 할 수 있는 스케줄링 방법이다. 즉, PDCCH와 PDSCH가 서로 다른 하향링크 CC를 통해 전송될 수 있고, UL 그랜트를 포함하는 PDCCH가 전송된 하향링크 CC와 링크된 상향링크 CC가 아닌 다른 상향링크 CC를 통해 PUSCH가 전송될 수 있다. 이처럼 교차 반송파 스케줄링을 지원하는 시스템에서는 PDCCH가 제어정보를 제공하는 PDSCH/PUSCH가 어떤 DL CC/UL CC를 통하여 전송되는지를 알려주는 반송파 지시자가 필요하다. 이러한 반송파 지시자를 포함하는 필드를 이하에서 반송파 지시 필드(carrier indication field, CIF)라 칭한다.

교차 반송파 스케줄링을 지원하는 반송파 집성 시스템은 종래의 DCI(downlink control information) 포맷에 반송파 지시 필드(CIF)를 포함할 수 있다. 교차 반송파 스케줄링을 지원하는 시스템 예를 들어 LTE-A 시스템에서는 기존의 DCI 포맷(즉, LTE에서 사용하는 DCI 포맷)에 CIF가 추가되므로 3 비트가 확장될 수 있고, PDCCH 구조는 기존의 코딩 방법, 자원 할당 방법(즉, CCE 기반의 자원 맵핑)등을 재사용할 수 있다.

도 10은 반송파 집성 시스템에서 교차 반송파 스케줄링을 위한 서브프레임 구조를 예시한다.

도 10을 참조하면, 기지국은 PDCCH 모니터링 DL CC 집합을 설정할 수 있다. PDCCH 모니터링 DL CC 집합은 집성된 전체 DL CC들 중 일부 DL CC로 구성되며, 교차 반송파 스케줄링이 설정되면 단말은 PDCCH 모니터링 DL CC 집합에 포함된 DL CC에 대해서만 PDCCH 모니터링/디코딩을 수행한다. 다시 말해, 기지국은 PDCCH 모니터링 DL CC 집합에 포함된 DL CC를 통해서만 스케줄링하려는 PDSCH/PUSCH에 대한 PDCCH를 전송한다. PDCCH 모니터링 DL CC 집합은 단말 특정적, 단말 그룹 특정적, 또는 셀 특정적으로 설정될 수 있다.

도 10에서는 3개의 DL CC(DL CC A, DL CC B, DL CC C)가 집성되고, DL CC A가 PDCCH 모니터링 DL CC로 설정된 예를 나타내고 있다. 단말은 DL CC A의 PDCCH를 통해 DL CC A, DL CC B, DL CC C의 PDSCH에 대한 DL 그랜트를 수신할 수 있다. DL CC A의 PDCCH를 통해 전송되는 DCI에는 CIF가 포함되어 어느 DL CC에 대한 DCI인지를 나타낼 수 있다.

이제 D2D 통신 및 발견 신호 전송 방법에 대해 설명한다.

도 11은 D2D 통신 시스템을 예시한다. D2D 통신은 단말간 직접 통신 기술을 나타내며, 이를 통해 송수신단 쌍(즉, D2D 피어(peer))간에 무선 링크를 개설하여 직접 통신을 수행함으로써 무선 자원의 재사용율을 증대시켜 대역 효율성을 향상시킬 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 단말2(UE2)는 네트워크(예, 기지국)를 거치지 않고 단말1(UE1)과 직접 통신을 수행할 수 있다(단말-단말 통신/링크). 또한, 단말2(UE2)는 기존 방식에 따라 기지국(eNB)과 직접 통신을 수행할 수 있다(단말-기지국 링크/통신).D2D 통신을 위해, D2D 단말은 D2D 디스커버리(discovery; 발견) 과정을 통해 다른 D2D 단말을 발견한 뒤, D2D 링크를 설정할 수 있다. 여기서, 단말-단말 통신/링크는 단말-단말 통신 또는 링크를 나타내며 서로 혼용된다. D2D 통신을 수행하는 단말(이하, D2D 단말)은 서비스에 따라 서버 단말, 클라이언트 단말로 구분될 수 있다. 예를 들어, 도 11에서 UE2는 서버 단말(server UE)로 동작하고, UE1은 클라이언트 단말(client UE)로 동작할 수 있다.

D2D 통신에서 발견(디스커버리)은 D2D 통신을 수행할 상대 장치를 찾거나 인식하는 것을 의미한다. 발견은 D2D 통신을 수행할 상대 장치의 발견, 서비스 발견, 그룹 형성, 장치의 초대 등의 기술에 관련될 수 있다.

도 12는 D2D를 위한 피어 디스커버리(peer discovery) 방법을 예시한다. 본 예는 D2D 단말을 사전에 MME에 등록(registration)하여 디스커버리 하는 방식을 예시한다(priori―registration 방식).

도 12를 참조하면, D2D 단말들 중 서버 단말(UE1)은 RRC 연결 상태에서 MME에 등록할 수 있다. 이를 위해, 서버 단말은 D2D 서버 등록 요청 메시지를 기지국에게 전송하고(단계 2), 기지국은 D2D 서버 등록 요청 메시지를 MME에게 전달할 수 있다(단계 3). D2D 서버 등록 요청 메시지는 D2D 통신에 필요한 식별 정보(예, 서버 ID, 단말 ID, D2D 그룹 ID, 서비스 ID 등)를 포함할 수 있다. MME는 D2D 서버 등록 요청 메시지를 이용해 D2D 서버 리스트를 업데이트 할 수 있다(단계 4). 이후, 클라이언트 단말(UE2)은 동일 망의 D2D 서버 단말에게 D2D 요청을 할 수 있다(단계 5~6). 구체적으로, 클라이언트 단말은 D2D 요청 메시지를 기지국에게 전송하고(단계 5), 기지국은 D2D 요청 메시지를 MME에게 전달할 수 있다(단계 6). D2D 요청 메시지는 D2D 통신에 필요한 식별 정보(예, 클라이언트 ID, 단말 ID, D2D 그룹 ID, 서비스 ID 등)를 포함할 수 있다. MME는 D2D 요청에 대응하는 서버 단말이 있는 경우(단계 7), 서버 단말에게 D2D 디스커버리 신호를 전송하도록 요청하고(단계 8~9), 클라이언트 단말에게 D2D 디스커버리 신호를 수신하도록 요청할 수 있다(단계 10). 구체적으로, 서버단말이휴지(idle)상태인 경우, MME는 페이징 메시지를 통해 서버 단말에게 D2D 요청이 있음을 알린 후(단계 8), 비컨 요청 메시지를 전송할 수 있다(단계 9). 비컨 요청 메시지는 비컨 전송 자원(예, 시퀀스 인덱스, 시간-주파수 자원, 전송 주기 등)에 관한 정보를 포함할 수 있다. 여기서, 비컨 신호는 디스커버리 용도로 사용된다. 또한, MME는 클라이언트 단말에게 D2D 요청 메시지에 대한 응답 메세지를 전송할 수 있다(단계 10). 여기서, 응답 메세지는 D2D 서버가 전송할 비컨 신호를 수신하기 위한 자원 정보(예, 시퀀스 인덱스, 시간-주파수 자원, 전송 주기 등)에 관한 정보를 포함할 수 있다. 이후, 서버 단말과 클라이언트 단말은 비컨 신호에 기초하여 서로를 발견하고(단계 11~12), D2D 통신 세션을 셋-업 할 수 있다(단계 13).

한편, 서버 단말이 휴지 상태에서 이동성을 갖는 경우 인접 셀 혹은 인접 TA(Tracking Area)로 넘어갈 수 있으며, 경우에 따라 인접 MME의 커버리지로 넘어갈 수 있다. 이 경우, 두 단말은 서로 다른 망에 위치해 있는 것으로 간주되어 페이징 메시지를 보내지 못하거나, 많은 지연시간을 겪고 복잡한 절차에 의해 보낼 수 밖에 없다. 단말은 등록된 망에 대해 TA 리스트를 가지고 있으며, TA 리스트에 없는 TA로 진입하는 경우 TA 업데이트를 수행하며, MME 변경이 함께 수반될 수 있다. TA 리스트는 TAI(TA Identity) 리스트를 의미하며, TA 리스트 내의 TA들은 동일한 MME에 의해 관리된다. TAI는 TA 식별 정보를 나타내며, 보통의 경우 하나의 TA는 복수의 기지국을 포함한다.

한편, D2D 통신에서는 서비스마다 발견 요건(discovery requirement)이 다를 수 있다. 예를 들어, 길거리 등에서 상점 등의 광고를 위한 서비스에 대해서는 장치 발견 요건이 높지 않을 있다. 즉, 매우 짧은 시간 내에 상대 장치를 발견해야 하는 것은 아니다. 반면, 이동성(mobility)이 큰 서비스에 대해서는 상대적으로 짧은 시간 내에 상대 장치를 발견해야 하는 것과 같이 장치 발견 요건이 높을 수 있다.

한편, 발견은 특정 장치가 발견 신호(discovery signal: DS)를 전송하고 다른 장치가 발견 신호를 수신함으로써 수행될 수 있다. 서비스, 이동성, 단말의 배터리 상태, D2D 통신에 참여하는 단말들에 대한 간섭 영향 등을 고려하여 발견 신호의 송수신 주기는 가변될 수 있다. 서로 다른 서비스를 받는 한쌍의 단말들이 D2D 통신을 위하여 동일 시점에 발견을 시도할 경우, 상기 단말들 간에는 간섭이 일시적으로 증가할 수 있다.

발견 신호가 전송되는 자원의 집합을 D(이하 동일)라 하자. D는 발견 신호가 전송되는 서브프레임 번호의 집합 또는 프레임 번호의 집합으로 나타낼 수 있다.

예컨대, 특정 단말 또는 단말 그룹의 발견 신호가 전송되는 최소 주기를 a라 하면, 발견 신호가 전송되는 시스템 프레임 번호(또는 서브프레임 번호)의 집합 D를 다음과 같이 나타낼 수 있다.

[식 12]

D = [SFN#n, SFN#(n+a), SFN#(n+2a),...]

상기 D는 시스템 프레임 번호(system frame number: SFN) 집합이라 부를 수도 있다.

a는 발견 신호를 송수신하는 단말들 중에서 최소 발견 요건을 만족하도록 설정될 수 있다. 각 단말 또는 단말들의 쌍들의 발견 요건을 a_1, a_2, ,,,, a_N이라 하면, 상기 식에서 a는 {a_1, a_2, ,,,, a_N} 중에서 최소값이거나 혹은 해당 값들의 공약수들 중의 하나일 수 있다.

즉, a는 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.

[식 13]

a ≤ min[a_1, a_2, ,,,, a_N]

모든 단말이 동일한 주기 a마다 발견 신호를 전송할 수 있으나, 각 단말의 배터리 소모에 따라 또는 발견 신호의 충돌(collision)을 예방하기 위하여 일부 단말만 발견 신호를 전송할 수도 있다.발견 신호의 자원양에 비하여 단말의 수가 너무 많은 경우 서로 다른 단말이 동일한 발견 신호를 동일 자원을 이용하여 전송할 수 있는데 이를 충돌(collision)이라 칭한다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 발견 신호 전송 방법을 나타낸다.

도 13을 참조하면, 우선 단말은 DS 전송 서브프레임의 집합 D에 대한 정보를 RRC 시그널링, 상위 계층 시그널링 또는 사전에 정의된 패턴을 통해 이미 숙지하고 있는 상태일 수 있다. 이어서 단말은 발견 신호 전송을 위한 DS(discovery signal) 설정 정보를 수신한다(S110). DS 설정 정보는 복수의 발견 신호 전송 마스크들에 대한 정보를 포함할 수 있다. 이하 발견 신호 전송 마스크를 DS 전송 마스크라 칭하며 이에 대해서는 후술한다.

단말은 DS 전송 마스크를 선택한다(S120). 단말은 기지국이나 네트웍 혹은 D2D 단말이 직접 알려주는 하나의 DS 전송 마스크를 사용하거나 혹은 DS 설정 정보가 알려주는 복수의 DS 전송 마스크들 중에서 하나를 선택할 수 있다.

단말은 선택한 DS 전송 마스크에 기반하여 발견 신호를 전송한다(S130).

이제, 각 단계에 대해 상세히 설명한다.

DS 설정 정보는 D2D 통신을 수행할 수 있는 단말들에게 발견 신호 전송을 위한 설정 정보를 제공한다. DS 설정 정보는 DS 전송 마스크들을 단말들에게 알려줄 수 있다.

하나의 단말에 대하여, 발견 신호의 전송 유무를 나타내기 위하여 DS 전송 마스크(DS transmission mask)를 정의할 수 있다. 상기 DS 전송 마스크를 M이라 하자.

예를 들어, 다음과 같은 M이 존재할 수 있다.

M = [1,0,1,1,0,1,1,...]

상기 M에서 1은 발견 신호를 전송할 수 있는 자원을 표시하고, 0은 발견 신호를 전송하지 않는 자원을 나타낼 수 있다.

한편, 발견 신호의 전송이 발견 요건에 따라 일정한 주기를 가진다고 하면, 최소 주기의 N배에 해당하는 주기를 가지는 발견 신호를 전송하기 위한 마스크는 특정 전송 시점에 1의 값을 가지고 이후 N-1개의 0으로 구성되는 형태가 될 것이다.

예를 들어, 다음과 같은 N개의 DS 전송 마스크가 있을 수 있다.

M₀ = [1,1,1,1,1,...]

M₁ = [1,0,1,0,1,0,1,0,1,...]

M₂ = [1,0,0,1,0,0,1,0,0,1,0,0,1,...] ...

M_N = [1,0,...0, 1,0...0, 1,0,...0, 1,0,...0, 1,...]

단말은 DS 전송 마스크를 선택하는데, 서비스, 배터리 소모 등을 고려하여 특정 DS 전송 마스크를 선택할 수 있다.

상기 N개의 DS 전송 마스크들은 그 인덱스가 작은 것(M₀)부터 발견 신호 전송 기회가 많고 인덱스가 큰 것(M_N)은 발견 신호 전송 기회가 적도록 구성될 수 있다. 물론 그 반대로 구성될 수도 있다.

상기 예에서, N개의 DS 전송 마스크들 중에서 하나를 선택한 단말은 SFN 집합 T를 정할 수 있다. T는 실제 발견 신호가 전송되는 시스템 프레임 번호의 집합이다. T는 다음과 같이 결정될 수 있다.

[식 14]

T=MⓧD

상기 식에서 ⓧ는 크로네커 곱(Kronecker product)를 나타낸다. M이 (m_i)로 구성될 경우(i=0, 1, 2, ,,,), MⓧD 는 (m_iD)으로 나타낼 수 있다. 예를 들어, M이 (m₀, m₁, m₂)= (1 0 1)로 구성되고, D = (1011)으로 구성될 경우, MⓧD 는 m₀D, m₁D, m₂D = 1011 0000 1011이 된다.

예컨대, 10초 구간 내에서 최초 64ms 동안 발견 신호가 전송되는 것은 T=MⓧD, 여기서 D=[1 1 1 ... 1] (16개의 1로 구성), M = [1 1 1 1 0 ... 0 0] (4개의 1, 621개의 0으로 구성)과 같이 정의함으로써 발견 신호가 전송될 수 있는 서브프레임 집합의 구조를 나타낼 수 있다. T=MⓧD에 의하면, T는 [D D D D 0 ... 0 0](4개의 D, 9936개의 0)과 같이 나타내진다. 하나의 서브프레임은 1ms이고, D는 16개의 서브프레임들을 나타낸다. 따라서, 4개의 D들은 최초 64개의 서브프레임(64ms)을 나타내고 나머지 9936(=16 X 621)개의 0은 9936개의 서브프레임(9936ms)을 나타낸다.

상기 방식에서는 발견 신호가 전송될 수 있는 자원의 집합인 D 전체가 M의 각 요소와 곱해진다. 만약, 상기 D 내에서의 일부 시점에서는 발견 신호를 전송하고 나머지 시점에서는 발견 신호를 전송하지 않는 동작을 나타내고자 한다면 D와 M을 요소 별 곱(component wise product)을 하면 된다. 이 경우, 발견 신호가 전송되는 시스템 프레임 넘버 집합 T’는 다음과 같이 나타낼 수 있다. 여기서 D와 M의 크기는 동일하다.

T’=D

M. 또는 M

D.

단말은 선택한 DS 전송 마스크에 기반하여 결정된 SFN 집합 T에서 1로 표시된 프레임에서 발견 신호를 전송할 수 있다.

N개의 DS 전송 마스크들에서 공통적으로 1의 값을 가지는 시점은 높은 우선권으로 발견 신호가 전송되는 영역이라 할 수 있다. 발견 신호를 수신해야 하는 단말은 상기 N개의 마스크들을 모두 알고 있는 상태일 수 있다. 따라서, 어떤 프레임(또는 서브프레임)에서 높은 확률로 발견 신호가 전송될 것인지를 판단할 수 있다. 발견 신호를 수신해야 하는 단말은 배터리 상태에 따라 특정 프레임(또는 서브프레임)에서만 발견 신호 탐색을 수행할 수 있다.

D2D 통신을 수행할 단말이 특정 기지국의 커버리지 안에 있는 경우, 또는 네트워크의 도움을 받을 수 있는 경우에는 전술한 SFN 집합, DS 전송 마스크 등을 기지국으로부터 전달 받을 수 있다. 또한 기지국의 커버리지 바깥에 있는 경우에도 단말들끼리 클러스터(cluster)를 이루고 있다면 클러스터를 이루고 있는 단말들 중 하나가 SFN 집합, DS 전송 마스크 등을 나머지 단말들에게 전송하는 역할을 해줄 수도 있다. 한편, 상기 두 가지 모두 해당사항이 없다면 발견 신호를 전송하려는 단말이 직접 채널을 센싱해서 SFN 집합, 혹은 적어도 DS 전송 마스크를 구성하는 벡터들을 결정할 수 있다. 예를 들어, 단말은 발견 신호의 전송 타이밍, 주기 등을 랜덤화하여 SFN 집합, 혹은 적어도 DS 전송 마스크를 구성할 수도 있다.

상기 예에서는 단말이 기지국으로부터 발견 신호 설정 정보를 수신하고, 상기 발견 신호 설정 정보는 복수의 DS 전송 마스크들에 대한 정보를 포함하는 경우를 예시하였다. 그러나, 이에 제한되지 않고, 단말은 네트워크 또는 다른 단말로부터 특정 DS 전송 마스크에 관한 정보를 직접 수신할 수도 있다. 이 경우, 단말은 상기 특정 DS 전송 마스크에 기반하여 발견 신호를 전송할 수 있다. 단말은 상기 특정 DS 전송 마스크 및 발견 신호 설정 정보에 포함된 복수의 DS 전송 마스크들 중 하나를 선택할 수도 있다.

한편, DS 전송 마스크는 단말 별로 다른 오프셋 값을 가질 수 있다. 오프셋 값은 DS 전송 마스크를 구성하는 값들을 얼마나 순환 쉬프트하는지를 나타낼 수 있다. 즉, DS 전송 마스크의 값들은 오프셋 값만큼 순환 쉬프트될 수 있다.

예를 들어, 오프셋 값이 1인 경우, 상기 N개의 DS 전송 마스크는 다음과 같이 변경될 수 있다.

M₀’ = M₀₁= [1,1,1,1,1,...]

M₁’= M₁₁= [0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,...]

M₂’ = M₂₁= [0,1,0,0,1,0,0,1,0,0,1,0,0,1,...] ...

M_N’ = M_N1= [0,1,0,...0, 1,0...0, 1,0,...0, 1,0,...0, 1,...]

오프셋 값은 DS 설정 정보에 포함되어 시그널링되거나, 또는 미리 정해진 값들 중에서 각 단말이 선택할 수 있다.

발견 요건이 엄격한 단말 쌍은 보다 자주 발견 절차를 수행하고 빠르게 발견 절차를 완료해야 한다. 그런데, 상기 단말 쌍이 발견 절차를 수행하는 동안 다른 단말들은 발견 신호가 전송되는 자원에 있어서는 지속적으로 간섭을 받게 될 수 있다. 따라서, 발견 요건이 엄격한 단말 쌍들이 먼저 발견 절차를 시도하여 발견 절차를 완료한 후, 다른 단말 쌍들에게 미치는 간섭 영향을 점차 줄여나가는 것이 타당하다. 이러한 점을 고려하여, 발견 요건이 엄격한(높은) 단말에게는 낮은 인덱스의 DS 전송 마스크를 할당하고, 오프셋 값도 작은 값을 할당할 수 있다.

동일한 인덱스를 가지는 DS 전송 마스크를 사용하는 단말들이 다수 존재할 경우, 이러한 단말들에게는 동일한 오프셋 값을 할당하거나 또는 서로 다른 오프셋 값을 할당할 수 있다.

예를 들어, 일정 영역 내에 많은 단말들이 분포되어 있으면, 동일 오프셋 값을 할당하고, 단말들을 클러스터링(clustering)할 수 있다면 서로 다른 오프셋 값을 할당할 수 있다.

DS 전송 마스크가 다음과 같이 인덱싱되어 정의된다고 가정하자.

DS 전송 마스크 #0 = [1,1,1,1,...]

DS 전송 마스크 #1 = [1,0,1,0,1,...]

DS 전송 마스크 #2 = [1,0,0,1,0,0,1,0,0,1,...]

DS 전송 마스크 #0을 사용하는 단말들이 복수로 존재할 경우, 상기 복수의 단말들은 동일한 프레임 또는 서브프레임에서 발견 신호를 전송할 수 있다. 이 때, 상기 프레임 또는 서브프레임 내에서 동일한 자원 보다 구체적으로 동일한 자원블록을 사용한다면 서로 간섭을 미칠 수 밖에 없다. 또한, DS 전송 마스크 #1, 2 를 사용하는 단말들끼리도 일부의 경우에는 간섭을 회피할 수 있으나 또 다른 일부에서는 간섭을 받을 수 밖에 없다.

이러한 간섭을 줄이기 위해서, 발견 신호가 전송되는 자원을 분할하여 사용할 수 있도록 할 필요가 있다. 예를 들어, 발견 신호가 전송되는 영역이 프레임 또는 서브프레임 내의 물리적 자원블록(physical resource block: PRB) 쌍들의 집합으로 정의될 수 있다. 이 때, 상기 PRB 쌍들의 집합 내에서 발견 신호가 전송되는 PRB 쌍은 단말의 ID(identifier)를 기반으로 결정되는 오프셋 값에 따라 결정될 수 있다.

발견 신호가 전송될 수 있는 PRB 쌍들의 총 개수를 K라 하자. 발견 신호가 전송되기 시작하는 PRB 쌍 인덱스의 시작점은 다음과 같이 정의될 수 있다.

[식 15]

K mod UE_ID

상기 식에서 mod는 모듈러(modular) 연산을 의미하고, UE_ID는 송신 단말의 ID를 의미한다.

발견 신호가 전송되는 자원 영역이 충분히 크다면, 상기 방법에 의하여 간섭을 충분히 회피할 수 있다.

발견 신호가 전송되는 자원 영역이 충분히 크지 않거나 추가적인 간섭 회피 효과를 얻기 위해서는 DS 전송 마스크를 단말 특정적으로 지정할 수도 있다.

각 DS 전송 마스크들이 모두 동일한 시점에 발견 신호를 전송하도록 정의되면 일시적으로 많은 간섭이 발생하게 된다. 따라서, 각 DS 전송 마스크마다 서로 다른 오프셋 값을 줄 수 있다.

또한, 각 DS 전송 마스크를 사용하는 단말 쌍들의 개수가 많을 수 있기 때문에 오프셋 값을 최대한 분산하여 할당할 수 있다.

다음은 오프셋 값을 할당하는 일 예를 나타낸다.

표 1의 방법은 기본 마스크에 오프셋을 순환 쉬프트 형태로 적용하는 것이다. 그런데, 기본 마스크의 개수는 많지 않을 수 있고, 서로 다른 오프셋 값을 가지더라도 결과적으로 동일한 형태가 되는 경우도 발생할 수 있다. 예를 들어, 상기 표 1의 규칙에 의하면 오프셋 값을 6으로 하는 DS 전송 마스크 #2(M₂₆)은 M₂₃과 동일한 형태가 될 것이다.

따라서, 오프셋 값을 순환 쉬프트 형태로 적용하지 않고, 제로 패딩(zero-padding) 형태로 적용할 수도 있다.

이 경우, DS 전송 마스크는 다음 표와 같이 구성될 수 있다.

한편, DS 전송 마스크의 종류는 서비스 요건에 따라 사전에 결정될 수 있다. 또한, 발견 신호를 수신하는 단말에게도 전달될 수 있다. 따라서, 발견 신호를 수신하는 단말은 마스크 인덱스를 알 수 있다.

DS 전송 마스크의 인덱스를 M이라 하고, 상기 DS 전송 마스크의 크기를 S라 하면, 오프셋 값은 다음 식과 같이 결정될 수 있다.

[식 16]

[ M+{UE_ID mod (M+1)} ] mod S

도 14는 기지국 및 단말을 나타내는 블록도이다.

기지국(10)은 프로세서(processor, 11), 메모리(memory, 12) 및 RF부(RF(radio frequency) unit, 13)를 포함한다. 프로세서(11)는 제안된 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 메모리(12)는 프로세서(11)와 연결되어, 프로세서(11)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. RF부(13)는 프로세서(11)와 연결되어, 무선 신호를 전송 및/또는 수신한다.

단말(20)은 프로세서(21), 메모리(22) 및 RF부(23)를 포함한다. 프로세서(21)는 제안된 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 메모리(22)는 프로세서(21)와 연결되어, 프로세서(21)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. RF부(23)는 프로세서(21)와 연결되어, 무선 신호를 전송 및/또는 수신한다.

프로세서(11,21)는 ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 데이터 처리 장치 및/또는 베이스밴드 신호 및 무선 신호를 상호 변환하는 변환기를 포함할 수 있다. 메모리(12,22)는 ROM(read-only memory), RAM(random access memory), 플래쉬 메모리, 메모리 카드, 저장 매체 및/또는 다른 저장 장치를 포함할 수 있다. RF부(13,23)는 무선 신호를 전송 및/또는 수신하는 하나 이상의 안테나를 포함할 수 있다. 실시예가 소프트웨어로 구현될 때, 상술한 기법은 상술한 기능을 수행하는 모듈(과정, 기능 등)로 구현될 수 있다. 모듈은 메모리(12,22)에 저장되고, 프로세서(11,21)에 의해 실행될 수 있다. 메모리(12,22)는 프로세서(11,21) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서(11,21)와 연결될 수 있다.

Claims

D2D(device-to-device) 통신을 지원하는 단말의 발견 신호 전송 방법에 있어서,
특정 DS(discovery signal) 전송 마스크에 관한 정보를 직접 수신하거나 또는 발견 신호 설정 정보를 수신하고,
상기 특정 DS 전송 마스크 또는 상기 발견 신호 설정 정보가 알려주는 복수의 DS(discovery signal) 전송 마스크들 중 하나의 DS 전송 마스크를 선택하고, 및
상기 선택한 DS 전송 마스크에 기반하여 발견 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 DS 전송 마스크들 각각은 발견 신호가 전송될 수 있는 자원을 지시하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 자원은 시스템 프레임 또는 서브프레임인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 DS 전송 마스크들은 오름차순으로 인덱싱되며, 인덱스가 낮을수록 발견 신호 전송 확률이 높게 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 발견 신호 설정 정보는 상기 복수의 DS 전송 마스크들 각각에 대한 오프셋 값을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 5 항에 있어서, 상기 오프셋 값은
DS 전송 마스크를 구성하는 값들을 얼마만큼 순환 쉬프트시키는 지를 나타내는 것을 특징으로 하는 방법.
제 5 항에 있어서, 상기 오프셋 값은 상기 단말의 ID(identifier)에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 발견 신호는
상기 선택한 DS 전송 마스크에 기반하여 결정된 프레임 또는 서브프레임 내의 적어도 하나의 자원블록 쌍에서 전송되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 8 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 자원블록 쌍은 상기 단말의 ID(identifier)에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 발견 신호는 1000개의 연속한 시스템 프레임들에서 최초 64개의 서브프레임들에서 전송되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 특정 DS(discovery signal) 전송 마스크에 관한 정보 또는 상기 발견 신호 설정 정보는 기지국, 네트워크 또는 다른 단말로부터 수신하는 것을 특징으로 하는 방법.
무선신호를 송수신하는 RF부; 및
상기 RF부에 연결되는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는
특정 DS(discovery signal) 전송 마스크에 관한 정보를 직접 수신하거나 또는 발견 신호 설정 정보를 수신하고,
상기 특정 DS 전송 마스크 또는 상기 발견 신호 설정 정보가 알려주는 복수의 DS(discovery signal) 전송 마스크들 중 하나의 DS 전송 마스크를 선택하고, 및
상기 선택한 DS 전송 마스크에 기반하여 발견 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 단말.