KR102249464B1 - 5g 무선 주파수 중계기의 동기화 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

5G 무선 주파수 중계기의 동기화 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 동기화 방법은 시분할 듀플렉스(Time Division Duplexing, TDD)로 동작하는 무선 주파수 중계기의 동기화 방법으로서, 기지국으로부터 수신한 다운링크 무선 주파수 신호로부터 SSB(Synchronization Signal Block) 신호들을 검출하는 단계, 검출한 SSB 신호들로부터 피크(Peak)값을 가지는 SSB 신호를 탐색하는 단계, 상기 SSB 신호들로 형성된 SSB 패턴이 사전 정의된 SSB 패턴이면, 탐색된 피크값을 가지는 SSB 신호의 수신 시점에 기초하여 다운링크 구간의 시작점을 추출하는 단계, 사전에 정의된 다운링크 주기 및 업링크 주기와 상기 추출한 다운링크 구간의 시작점을 이용하여 다운링크-업링크 주기 펄스를 생성하는 단계, 그리고 상기 다운링크-업링크 주기 펄스를 이용하여 상기 기지국과 동기를 맞추는 단계를 포함한다.

Description

5G 무선 주파수 중계기의 동기화 방법 및 그 장치{METHOD AND 5G RADIO FREQUENCY REPEATER FOR DETECTING SYNCHRONIZING SIGNAL}

본 발명은 5G 무선 주파수 중계기의 동기화 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 5G 무선 주파수 중계기가 기지국과 시각 동기화를 하는 기술에 관한 것이다.

시분할 듀플렉스(Time Division Duplexing, 이하, 'TDD'라 통칭함) 시스템에서 동기 신호는 기지국과 이동국 사이의 서비스 시간을 조정하는데 필수불가결한 기술이다. 예를들어, 'TDD configuration 4:1'은 전체 서비스 시간에서 DL(DownLink)과 UL(UpLink)을 4:1의 비율로 서비스한다는 의미이다.

현재 이동통신 3사는 4:1의 서비스 시간을 2.5ms 주기로 변경하여 서비스 할 계획이다. 이는 2ms의 DL 구간과 0.5ms의 UL 구간으로 나누어 서비스한다는 의미이다.

기지국의 경우, 고정밀의 GPS(Global Positioning System) 수신기를 통해 DL/UL 동기 신호를 제공한다. 기지국간의 간섭이 없도록 모든 기지국은 시각동기를 맞추어야 한다.

이동통신 서비스를 위해 구축하는 기지국은 일정 영역에 대한 서비스를 담당하므로, 기지국이 커버하지 못하는 음영 지역이 발생한다. 이러한 음영 지역을 서비스하기 위해서 광 중계기 및 RF(Radio Frequency) 중계기와 같은 이동통신 중계기가 사용된다.

일반적으로, 음영 지역은 산, 빌딩 및 기타 지형지물 등으로 인해 전파가 차단되는 지역 또는 터널, 지하 주차장 등과 같은 전파 전달이 어려운 지역이다. 이동통신 중계기는 기지국의 신호가 음영 지역까지 도달할 수 있도록 신호를 증폭하여 전송함으로써, 기지국의 통신 지역을 확장한다. 이동통신 중계기는 중계 방향과 반대 방향으로 음영 지역에 존재하는 단말기에서 요청된 신호를 증폭하여 기지국으로 전송하는 기능도 동시에 수행한다.

광 중계기는 기지국으로부터 수신한 시각 동기 신호를 동기 신호 사용하므로, 서비스 제공에 문제가 없다. 반면, RF 중계기의 경우, 기지국으로부터 수신한 SSB(Synchronization Signal Block) 신호로부터 동기 신호를 추출하여 음영 지역 단말기에 서비스를 제공한다.

그런데, 5G TDD 시스템은 새로이 도입된 빔포밍(beam-forming) 기능으로 인하여 LTE(Long Term Evolution) TDD 시스템 또는 WiBro TDD 시스템과는 다르게 RF 신호를 수신하여 동기 신호를 추출하는 것이 매우 어려운 상황이다.

5G RF 중계기가 5G 기지국으로부터 PBCH(Physical Broadcast Channel)/SIB(System Information Block) 신호를 디코딩(decoding)하여 시각동기를 추출할 수는 있다.

그러나, 5G RF 중계기는 단말과 유사하게 동기 획득 및 신호 복조를 해야 하므로 SINR(Signal to Interference & Noise Ratio)의 제약사항이 존재한다.

특히, 고정 빔의 경우, 동일한 시간에 인접 셀의 신호가 유입되므로 SINR 저하가 발생하여 강전계 권역에서도 동기를 찾지 못하는 경우도 발생한다. 수신 신호를 디코딩하는 디지털 동기추출 방식은 SINR이 좋은 권역에서 제한적으로 사용 가능하며 비용적인 면에서도 비효율적인 것이 현실이다.

아울러 DL과 UL의 비율이 4:1이 아닌, 다른 비율로 변경될 경우, 현재 이동통신 3사가 도입하고 있는 NSA(Non Stand Alone) 구조에서는 DL/UL configuration이 LTE 망을 통해 RRC reconfiguration message를 통해 전송된다. 따라서, 수신 신호를 디코딩하는 디지털 동기추출 방식을 사용할 수 없다.

왜냐하면, DL과 UL의 비율이 변경되면, 이를 기지국이 단말로 알린다. 다만, SA 구조에서는 SIB를 통해 알리지만, NSA 구조에서는 RRC reconfiguration message를 통해 알린다. 따라서, 디지털 동기 추출 방식을 사용하는 경우, RRC reconfiguration을 디코딩하지 않는 한 DL:UL 비율을 알 수 없다. 종래에는 운용자가 직접 장비에 변경된 DL:UL 비율을 입력할 수 밖에 없다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 빔포밍(beam-forming)을 사용하는 5G TDD 시스템에서 5G RF 중계기가 다운링크 신호로부터 검출한 SSB(Synchronization Signal Block) 신호의 패턴에 기초하여 동기 신호를 획득하고, 이를 이용하여 기지국과 동기를 맞추는 방법 및 이를 수행하는 5G RF 중계기를 제공하는 것이다.

본 발명의 한 실시예에 따르면, 시분할 듀플렉스(Time Division Duplexing, TDD)로 동작하는 무선 주파수 중계기의 동기화 방법으로서, 기지국으로부터 수신한 다운링크 무선 주파수 신호로부터 SSB(Synchronization Signal Block) 신호들을 검출하는 단계, 검출한 SSB 신호들로부터 피크(Peak)값을 가지는 SSB 신호를 탐색하는 단계, 상기 SSB 신호들로 형성된 SSB 패턴이 사전 정의된 SSB 패턴이면, 탐색된 피크값을 가지는 SSB 신호의 수신 시점에 기초하여 다운링크 구간의 시작점을 추출하는 단계, 사전에 정의된 다운링크 주기 및 업링크 주기와 상기 추출한 다운링크 구간의 시작점을 이용하여 다운링크-업링크 주기 펄스를 생성하는 단계, 그리고 상기 다운링크-업링크 주기 펄스를 이용하여 상기 기지국과 동기를 맞추는 단계를 포함한다.

상기 검출하는 단계 이전에, 상기 기지국의 빔포밍 방식 별로 상기 피크값을 가지는 SSB 신호의 수신 시점이 다르게 설정된 복수개의 SSB 신호들의 패턴을 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 빔포밍 방식은, 고정된 빔을 제공하는 제1 방식, 상기 기지국의 서비스 영역을 복수개의 영역으로 분할하고 분할된 각 영역을 순차적으로 스위핑하여 빔을 제공하는 제2 방식, 그리고 상기 기지국의 서비스 영역을 상대적으로 가까운 영역과 먼 영역으로 구분하고 구분된 영역으로 스위핑하여 빔을 제공하는 제3 방식을 포함할 수 있다.

상기 제1 방식, 상기 제2 방식 및 상기 제3 방식은, 상기 기지국이 전송하는 SSB 신호의 개수가 서로 다를 수 있다.

상기 저장하는 단계 이후, 기 저장한 SSB 신호들이 포함된 서브프레임을 구성하는 다운링크 슬롯과 업링크 슬롯의 비율이 변경되면, 변경된 서브프레임을 통해 수신되는 SSB 신호들에 기초한 복수개의 SSB 신호 패턴을 추가하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 탐색하는 단계와 상기 추출하는 단계 사이에, 상기 피크값을 가지는 SSB 신호의 주기가 사전 정의된 SSB 신호의 주기에 해당하는지 판단하는 단계를 더 포함하고, 상기 추출하는 단계는, 상기 피크값을 가지는 SSB 신호의 주기가 상기 사전 정의된 SSB 신호의 주기에 해당하면, 상기 SSB 신호들로 형성된 SSB 패턴이 사전 정의된 SSB 패턴인지 판단할 수 있다.

상기 생성하는 단계 이후, 상기 기지국과 송수신되는 다운링크 신호 및 업링크 신호의 주기를 측정하는 단계, 상기 측정된 주기와 상기 다운링크-업링크 주기 펄스를 비교하여 일치하는지 판단하는 단계, 그리고 불일치하면, 상기 SSB 신호들을 검출하는 단계부터 재시작하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 시분할 듀플렉스(Time Division Duplexing, TDD)로 동작하는 무선 주파수 중계기로서, 기지국과 단말기 사이의 상향링크 및 하향링크를 스위칭하는 스위칭부, 상기 기지국으로부터 수신되는 다운링크 무선 주파수 신호로부터 검출한 SSB(Synchronization Signal Block) 신호를 이용하여 동기 신호를 생성하는 동기 검출부, 그리고 상기 동기 싱호를 기초로 상기 기지국에 동기화하여 상기 상향링크 및 상기 하향링크를 스위칭하도록 상기 스위칭부를 제어하는 다운링크/업링크 제어부를 포함하고, 상기 동기 검출부는, 상기 SSB 신호들로 형성된 SSB 패턴이 사전 정의된 SSB 패턴이면, 상기 검출한 SSB 신호들 중에서 피크(Peak)값을 가지는 SSB 신호의 수신 시점에 기초하여 다운링크 구간의 시작점을 추출하고, 상기 기지국의 슬롯 구성(Slot Configuration) 정보와 상기 추출한 다운링크 구간의 시작점을 이용하여 다운링크-업링크 주기 펄스를 상기 동기 신호로 생성한다.

상기 슬롯 구성 정보는, 다운링크와 업링크의 비율 정보, OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼의 주기, 다운링크 구간의 주기, 업링크 구간의 주기 및 SSB 송출 시각을 포함할 수 있다.

상기 사전 정의된 SSB 패턴은, 상기 기지국의 빔포밍 방식 별로 상기 피크값을 가지는 SSB 신호의 수신 시점이 다르게 설정된 복수개의 SSB 신호들의 패턴을 포함할 수 있다.

상기 사전 정의된 SSB 패턴은, 다운링크 슬롯과 업링크 슬롯의 비율이 다른 서브프레임을 통해 수신되는 SSB 신호들에 기초하여 생성된 복수개의 SSB 신호 패턴을 더 포함할 수 있다.

상기 동기 검출부는, 상기 기지국으로부터 수신되는 다운링크 무선 주파수 신호로부터 SSB 신호 대역을 필터링하는 표면 탄성파(Surface Acoustic Wave, SAW) 필터, 상기 표면 탄성파 필터가 출력하는 SSB 대역의 무선 주파수 신호로부터 SSB 신호를 검출하는 SSB 검출부, 상기 SSB 검출부가 검출하는 SSB 신호들을 기초로 SSB 패턴과 피크(Peak)값을 가지는 SSB 신호를 확인하고, 상기 SSB 패턴이 상기 사전 정의된 SSB 패턴에 해당하면, 상기 다운링크 구간의 시작점을 검출하며, 상기 다운링크 구간의 시작점과 상기 슬롯 구성 정보에 기초하여 다운링크 구간 및 업링크 구간을 계산하는 동기화 제어부, 그리고 상기 동기화 제어부가 계산한 상기 다운링크 구간 및 업링크 구간에 기초하여 다운링크-업링크 주기 펄스를 생성하여 상기 다운링크/업링크 제어부로 출력하는 펄스 생성부를 포함할 수 있다.

상기 동기화 제어부는, 수신되는 다운링크 신호의 업링크 신호의 주기를 측정하여 측정 주기가 상기 다운링크-업링크 주기 펄스와 일치하는지 판단하고, 불일치하면, 상기 다운링크 구간의 시작점, 상기 다운링크 구간 및 상기 업링크 구간을 재계산하여 상기 다운링크-업링크 주기 펄스를 재생성시킬 수 있다.

상기 무선 주파수 중계기는, 상기 기지국으로부터 수신되는 다운링크 신호를 상기 단말기로 전송하기 위해 필터링 및 증폭하는 다운링크 블록, 그리고 상기 다운링크 신호를 상기 다운링크 블록과 상기 동기 검출부로 균등하게 분배하는 분배기를 더 포함할 수 있다.

상기 무선 주파수 중계기는, 상기 기지국으로부터 수신되는 다운링크 신호 중에서 5G 무선 주파수 대역을 필터링하는 제1 대역통과 필터, 상기 단말기로부터 수신되는 업링크 신호 중에서 상기 5G 무선 주파수 대역을 필터링하는 제2 대역통과 필터, 그리고 상기 업링크 신호를 상기 기지국으로 전송하기 위해 증폭 및 필터링하는 업링크 블록을 더 포함하고, 상기 다운링크 블록 및 상기 업링크 블록은, 통신 사업자가 사전에 설정한 무선 주파수 대역을 필터링하는 표면 탄성파(Surface Acoustic Wave, SAW) 필터를 각각 포함할 수 있다.

실시예에 따르면, 빔포밍(beam-forming)을 사용하는 5G TDD 시스템에서 RF 중계기에 필요한 동기 신호를 검출하여 음영 지역에서도 정상적인 서비스를 할 수 있게 한다. 특히, 5G RF 중계기가 기지국 신호로부터 SSB 패턴을 추출하여 동기 신호를 획득하므로 수신 신호를 디코딩하지 않아도 된다. 따라서, SINR이 좋지 않은 경우에도 동기 신호를 검출할 수 있다.

또한, 5G 빔포밍 환경에서도 RF 중계기용 동기 신호를 안정적으로 추출할 수 있으므로, 비용면에서 효율적이다. 따라서, 안정적인 5G 인빌딩 서비스가 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 TDD(Time Division Duplexing) 방식의 무선 중계 시스템을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 RF 중계기의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 TDD 프레임의 구조를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 빔포밍 방식을 나타낸다.
도 5는 도 4의 빔포밍 방식에 따른 SSB 신호 패턴의 예시이다.
도 6은 도 5의 SSB 신호 패턴에 기초하여 동기 신호를 검출하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 빔포밍 방식을 나타낸다.
도 8은 도 7의 빔포밍 방식에 따른 SSB 신호 패턴의 예시이다.
도 9는 도 8의 SSB 신호 패턴(①)으로부터 동기 신호를 검출하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 10은 도 8의 SSB 신호 패턴(②)으로부터 동기 신호를 검출하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 11은 도 8의 SSB 신호 패턴(③)으로부터 동기 신호를 검출하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 12는 도 8의 SSB 신호 패턴(④)으로부터 동기 신호를 검출하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 13은 도 8의 SSB 신호 패턴(⑤)으로부터 동기 신호를 검출하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 14는 도 8의 SSB 신호 패턴(⑥)으로부터 동기 신호를 검출하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 빔포밍 방식을 나타낸다.
도 16은 도 15의 빔포밍 방식에 따른 SSB 신호 패턴들의 예시이다.
도 17은 도 16의 SSB 신호 패턴(⑦)으로부터 동기 신호를 검출하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 TDD 프레임의 구조를 나타낸다.
도 19는 도 18의 실시예에 따른 SSB 신호 패턴의 예시이다.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 빔포밍 방식을 나타낸다.
도 21은 도 20의 실시예에 따른 SSB 신호 패턴들의 예시이다.
도 22는 본 발명의 실시예에 따른 RF 중계기의 동기 신호 검출 동작을 나타낸 순서도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

본 발명에서 설명하는 장치들은 적어도 하나의 프로세서, 메모리 장치, 통신 장치 등을 포함하는 하드웨어로 구성되고, 지정된 장소에 하드웨어와 결합되어 실행되는 프로그램이 저장된다. 하드웨어는 본 발명의 방법을 실행할 수 있는 구성과 성능을 가진다. 프로그램은 도면들을 참고로 설명한 본 발명의 동작 방법을 구현한 명령어(instructions)를 포함하고, 프로세서와 메모리 장치 등의 하드웨어와 결합하여 본 발명을 실행한다.

본 명세서에서 단말은 통신에서의 사용자 단말을 의미하는 포괄적 개념으로서, UE(User Equipment), MS(Mobile Station), MT(Mobile Terminal), SS(Subscriber Station), PSS(Portable Subscriber Station), AT(Access Terminal), 이동국, 이동 단말, 가입자국, 휴대 가입자국, 사용자 장치, 접근 단말, 무선 기기 등의 용어로 불릴 수도 있고, UE, MS, MT, SS, PSS, AT, 이동국, 이동 단말, 가입자국, 휴대 가입자국, 사용자 장치, 접근 단말, 무선 기기 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.

단말은 기지국(base station, BS), 접근점(Access Point, AP), 무선 접근국(Radio Access Station, RAS), 노드B(Node B), 고도화 노드B(evolved NodeB, eNodeB), 송수신 기지국(Base Transceiver Station, BTS), MMR(Mobile Multihop Relay)-BS 등과 같은 네트워크 장치에 접속하여 원격의 서버에 연결될 수 있다.

기지국(Base Station, BS)은 접근점(Access Point, AP), 무선 접근국(Radio Access Station, RAS), 노드 B(Node B), 송수신 기지국(Base Transceiver Station, BTS), MMR(Mobile Multihop Relay)-BS 등을 지칭할 수도 있고, 접근점, 무선 접근국, 노드B, 송수신 기지국, MMR-BS 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.

이제, 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 5G RF(Radio Frequency Repeater) 중계기의 동기화 방법 및 그 장치에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 5G TDD(Time Division Duplexing) 방식의 무선중계 시스템을 나타낸다.

도 1을 참조하면, RF 중계기(100)는 기지국(200) 및 단말(300)간의 무선 통신을 중계하는 5G RF 중계기로서, TDD 방식을 사용한다.

RF 중계기(100)는 기지국(200)의 전파가 잘 닿지 않는 음영 지역의 단말(300)이 기지국(200)과 송수신할 수 있도록 신호를 중계한다.

RF 중계기(100)는 기지국(200)으로부터 수신되는 하향링크(Down Link, 이하, 'DL'로 통칭함) 신호를 증폭하여 단말(300)로 전송한다. RF 중계기(100)는 단말(300)로부터 수신되는 상향링크(Up Link, 이하, 'UL'로 통칭함) 신호를 취합하여 기지국(200)으로 전송한다.

RF 중계기(100)는 DL과 UL이 동일한 주파수 대역을 사용하되, 시간을 분할하여 통신하는 TDD 방식을 사용한다. 따라서, RF 중계기(100)는 기지국(200)의 DL 또는 UL의 통신 시점을 인지하고, 적절하게 동작하는 것이 중요하다.

이하, 본 발명의 상세 설명에서 동기 신호는 DL/UL 스위칭 신호를 의미한다.

RF 중계기(100)는 빔포밍(beam-forming)을 사용하는 5G RF 중계기로서, 기지국(200)으로부터 수신한 SSB(Synchronization Signal Block) 신호로부터 동기 신호를 추출한다. 그리고 이러한 동기 신호를 기초로, 기지국(200)과 DL/UL 타이밍(Timing)을 맞추어 동작한다.

RF 중계기(100)는 도 2와 같은 구성을 가질 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 RF 중계기의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 2를 참조하면, RF 중계기(100)는 안테나 #1(101), 안테나 #2(103), 대역 통과 필터(Band Pass Filter, 이하, 'BPF'라 통칭함) #1(105), BPF #2(107), 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier, 이하, 'LNA'라 통칭함) #1(109), LNA #2(111), 분배기(113), 동기 검출부(115), DL/UL 스위칭부 #1(117), DL/UL 스위칭부 #2(119), 다운링크 블록(121), 업링크 블록(123), DL/UL 제어부(125) 및 국부 발진기(Local Oscillator) #1(127)를 포함한다.

동기 검출부(115)는 믹서(Mixer) #1(115A), 국부 발진기 #2(115B), 표면 탄성파(Surface Acoustic Wave, 이하, 'SAW'라 통칭함) 필터 #1(115C), 동기 신호 블록(Synchronization Signal Block, 이하, 'SSB'라 통칭함) 검출부(115D), 동기화 제어부(115E) 및 펄스(Pulse) 생성부(115F)를 포함한다.

다운링크 블록(121)은 믹서 #2(121A), SAW 필터 #2(121B), 믹서 #3(121C) 및 전력 증폭기(Power Amplifier, 이하, 'PA'라 통칭함) #1(121D)를 포함한다.

업링크 블록(123)은 믹서 #4(123A), SAW 필터 #3(123B), 믹서 #4(123C) 및 PA #2(123D)를 포함한다.

이때, 4개의 믹서(121A, 121C, 123A, 123C)는 국부 발진기 #1(127)에 의해 동작한다.

BPF #1(105), BPF #2(107)는 5G 무선 주파수 대역인 3.5GHz 대역의 100MHz 통과대역을 가질 수 있다.

LNA #1(109), LNA #2(111)는 저잡음 증폭을 할 수 있다.

SAW 필터 #1(115C)는 SSB 신호를 측정하기 위하여 100MHz가 아닌 4.32MHz (12RB) 또는 360kHz(1RB)의 신호를 필터링한다.

SAW 필터 #2(121B), SAW 필터 #3(123B)는 중간 주파수에서 동작하므로, LNA #1(109), LNA #2(111)에 의해 증폭된 신호 중 100MHz 대역의 신호만 필터링한다.

이때, SAW 필터 #2(121B), SAW 필터 #3(123B)는 통신 사업자가 사전에 설정한 무선 주파수 대역의 신호를 필터링할 수 있다.

기지국(200)으로부터 수신된 DL 신호는 안테나 #1(101) → BPF #1(105) → DL/UL 스위칭부 #1(117) → LNA #1(109) → 분배기(113)로 전달된다.

안테나 #1(101)는 기지국(300)과 RF 신호를 송수신한다. 안테나 #1(101)는 기지국(300)으로부터 DL RF 신호를 수신하여 BPF #1(105)로 출력하고, BPF #1(105)가 출력하는 UL RF 신호를 기지국(300)으로 송신한다.

BPF #1(105)는 안테나 #1(101)가 출력하는 DL RF 신호에서 특정 대역의 신호를 필터링하여 DL/UL 스위칭부 #1(117)로 출력한다. BPF #1(105)는 안테나 #1(101)가 출력하는 DL RF 신호에서 5G 신호를 필터링할 수 있다.

DL/UL 스위칭부 #1(117)는 DL/UL 제어부(125)로부터 수신되는 제어 신호에 따라 DL/UL 경로를 전환 또는 온/오프한다. DL 경로는 BPF #1(105) → DL/UL 스위칭부 #1(117) → LNA #1(109)로 구성된다. UL 경로는 PA #2(123D) → DL/UL 스위칭부 #1(117) → BPF #1(105)로 구성된다.

DL/UL 스위칭부 #1(117)는 DL/UL 제어부(125)로부터 DL 제어 신호가 입력되면, BPF #1(105)에서 LNA #1(109)에 이르는 DL 경로를 연결 또는 DL 경로로 스위칭한다.

DL/UL 스위칭부 #1(117)는 DL/UL 제어부(125)로부터 UL 제어 신호가 입력되면, PA #2(123D)에서 BPF #1(105)에 이르는 UL 경로를 연결 또는 UL 경로로 스위칭한다.

LNA #1(109)는 DL/UL 스위칭부 #1(117)로부터 BPF #1(105)에 의해 필터링된 DL RF 신호를 수신한다. LNA #1(109)는 필터링된 DL RF 신호를 증폭한 후, 분배기(113)로 출력한다.

분배기(113)는 서비스용 신호와 동기 신호 추출을 위한 신호를 구분한다. 즉, LNA #1(109)가 출력하는 증폭된 DL RF 신호를 동기 검출부(115)의 믹서 #1(115A)와 다운링크 블록(121)의 믹서 #2(121A)로 분배한다.

분배기(113)로부터 다운링크 블록(121)으로 분기된 DL RF 신호는 믹서 #2(121A) → SAW 필터 #2(121B) → 믹서 #3(121C) → PA #1(121D)를 거쳐 DL/UL 스위칭부 #2(119)로 전달된다.

믹서 #2(121A)는 DL RF 신호를 국부 발진기 #1(127)에서 출력되는 주파수와 섞어 IF(Intermediate Frequency, 중간주파수) 대역으로 낮춘다.

SAW 필터 #2(121B)는 믹서 #2(121A)가 출력하는 IF 대역의 DL 신호를 필터링하여 BPF #1(105)에서 필터링하지 못한 미세한 잡음 및 믹서 #2(121A)를 통과하며 발생한 이미지 신호를 제거한다.

믹서 #3(121C)는 SAW 필터 #2(121B)로부터 입력받은 잡음이 제거된 IF 대역의 DL 신호를 국부 발진기 #1(127)에서 출력되는 주파수와 섞어 RF 대역으로 높인다.

PA #1(121D)는 믹서 #3(121C)가 출력하는 DL RF 신호를 설정된 이득값에 따라 증폭한 후, DL/UL 스위칭부 #2(119)로 출력한다.

DL/UL 스위칭부 #2(119)는 PA #1(121D)가 출력하는 증폭된 DL RF 신호를 BPF #2(107)로 출력한다.

BPF #2(107)는 DL/UL 스위칭부 #2(119)가 출력하는 DL RF 신호 중에서 특정 대역의 주파수를 필터링한 후, 필터링된 DL RF 신호를 안테나 #2(103)로 출력한다. BPF #2(107)는 DL RF 신호에서 5G 신호를 필터링할 수 있다.

안테나 #2(103)는 단말(300)과 RF 신호를 송수신한다. 안테나 #2(103)는 BPF #2(107)가 출력하는 DL RF 신호를 단말(300)에게 송신하고, 단말(300)로부터 수신되는 UL RF 신호를 BPF #2(107)로 출력한다.

단말(300)로부터 수신되는 UL 신호는 안테나 #2(103) → BPF #2(107) → DL/UL 스위칭부 #2(119) → LNA #2(111) → 믹서 #4(123A) → SAW 필터 #3(123B) → 믹서 #5(123C) → PA #2(123D)를 통해 DL/UL 스위칭부 #1(117)로 전달된다. 그리고 BPF #1(105)를 거쳐 안테나 #1(101)을 통해 기지국(200)으로 전달된다.

BPF #2(107)는 안테나 #2(103)가 출력하는 UL RF 신호에서 특정 대역의 신호를 필터링하여 DL/UL 스위칭부 #2(119)로 출력한다. BPF #2(107)는 안테나 #2(103)가 출력하는 UL RF 신호에서 5G 신호를 필터링할 수 있다.

DL/UL 스위칭부 #2(119)는 DL/UL 제어부(125)로부터 수신되는 제어 신호에 따라 DL/UL 경로를 전환 또는 온/오프한다. DL 경로는 PA #1(121D) → DL/UL 스위칭부 #2(119) → BPF #2(107)로 구성된다. UL 경로는 BPF #2(107) → DL/UL 스위칭부 #2(119) → LNA #2(111)로 구성된다.

DL/UL 스위칭부 #2(119)는 DL/UL 제어부(125)로부터 DL 제어 신호가 입력되면, PA #1(121D)에서 BPF #2(107)에 이르는 DL 경로를 연결하거나 또는 DL 경로로 스위칭한다.

DL/UL 스위칭부 #2(119)는 DL/UL 제어부(125)로부터 UL 제어 신호가 입력되면, BPF #2(107)에서 LNA #2(111)에 이르는 UL 경로를 연결하거나 또는 UL 경로로 스위칭한다.

LNA #2(111)는 DL/UL 스위칭부 #2(119)가 출력하는 UL RF 신호를 증폭한 후, 업링크 블록(123)의 믹서 #4(123A)로 출력한다.

믹서 #4(123A)는 LNA #2(111)가 출력하는 UL RF 신호를 국부 발진기 #1(127)에서 출력되는 주파수와 섞어 IF 대역으로 낮춘다.

SAW 필터 #3(123B)는 믹서 #4(123A)가 출력하는 IF 대역의 UL 신호를 필터링하여 BPF #2(107)에서 필터링하지 못한 미세한 잡음 및 믹서 #4(123A)를 통과하며 발생한 이미지 신호를 제거한다.

믹서 #5(123C)는 잡음이 제거된 IF 대역의 DL 신호를 국부 발진기 #1(127)에서 출력되는 주파수와 섞어 RF 대역으로 높인다.

PA #2(123D)는 믹서 #5(123C)가 출력하는 DL RF 신호를 설정된 이득값에 따라 증폭한 후, DL/UL 스위칭부 #1(117)로 출력한다.

DL/UL 스위칭부 #1(117)는 PA #2(123D)가 출력하는 증폭된 UL RF 신호를 BPF #1(105)로 출력한다.

BPF #1(105)는 DL/UL 스위칭부 #1(117)가 출력하는 UL RF 신호 중에서 특정 대역의 주파수를 필터링한 후, 필터링된 UL RF 신호를 안테나 #1(101)로 출력한다. BPF #1(105)는 UL RF 신호에서 5G 신호를 필터링할 수 있다.

안테나 #1(101)는 BPF #1(105)가 출력하는 필터링된 UL RF 신호를 기지국(200)으로 전송한다.

한편, 분배기(113)에 의해 동기 검출부(115)로 분기된 DL 신호는 믹서 #1(115A) → SAW 필터 #1(115C) → SSB 검출부(115D)로 전달된다.

믹서 #1(115A)는 분배기(113)로부터 분기된 DL RF 신호를 국부 발진기 #2(115B)에서 출력되는 주파수와 섞어 IF 대역으로 낮춘다.

SAW 필터 #1(115C)는 믹서 #1(115A)가 출력하는 IF 대역의 DL 신호에서 SSB 신호의 주파수 대역을 필터링한다.

SSB 검출부(115D)는 SAW 필터 #1(115C)가 출력하는 필터링된 DL 신호로부터 SSB 신호를 추출하고, 추출한 SSB 신호를 동기화 제어부(115E)로 출력한다.

동기화 제어부(115E)는 SSB 검출부(115D)가 검출한 SSB 신호로부터 피크(Peak)를 탐색하고, 탐색된 피크를 기초로, SSB 신호의 패턴을 추출한다.

이때, 동기화 제어부(115E)는 복수의 SSB 신호 패턴 정보를 저장한 메모리(미도시)를 구비할 수 있다. 복수의 SSB 신호 패턴 정보는 기지국(200)의 빔 포밍 방식에 따른 다양한 패턴을 포함할 수 있다.

동기화 제어부(115E)는 추출한 SSB 신호 패턴이 기 저장된 복수의 SSB 신호 패턴에 포함되면, 추출한 SSB 신호 패턴에 기초하여 DL 시작점을 검출한다. 동기화 제어부(115E)는 DL 시작점을 이용하여 DL-UL 구간을 계산한다.

동기화 제어부(115E)가 계산한 DL-UL 구간의 정보는 펄스 생성부(115F)로 전달된다.

펄스 생성부(115F)는 동기화 제어부(115E)가 계산한 DL-UL 구간의 정보에 기초하여 DL/UL 스위칭 제어를 위한 DL-UL 펄스를 생성하여 DL/UL 제어부(125)로 출력한다. 여기서, DL-UL 펄스는 동기 펄스에 해당한다.

DL/UL 제어부(125)는 DL-UL 펄스에 따라 DL/UL 스위칭부 #1(117) 및 DL/UL 스위칭부 #2(119)의 동작을 제어한다. DL/UL 스위칭부 #1(117) 및 DL/UL 스위칭부 #2(119)는 DL-UL 펄스에 따라 DL 경로로 스위칭하거나 또는 UL 경로로 스위칭한다.

여기서, SSB 신호는 TDD 프레임에 포함되며, DL 구간에서 기지국(200)으로부터 RF 중계기(100)로 전송된다.

이때, 동기화 제어부(115E)는 분배기(113)를 통해 수신되는 DL 신호에 기초하여 DL 신호와 UL 신호의 주기를 측정할 수 있다. 그리고 측정한 주기가 펄스 생성부(115F)가 출력하는 DL-UL 펄스와 일치하는지 판단할 수 있다. 이때, 불일치하면, DL 시작점 및 DL-UL 구간을 재검출하여 DL-UL 펄스를 재생성하도록 한다.

3GPP(3rd Generation Partnership Project) 표준에 따르면, SSB 신호의 주기는 5ms, 10ms, 20ms, 40ms, 80ms, 160ms일 수 있다. 기지국(200)이 SSB를 자주 송출할 경우, 동기 획득후 보정을 잘 할 수 있지만, SSB 신호가 송출되는 영역에는 자원 할당이 불가하므로, 오버헤드(overhead)가 커져 쓰루풋(throughput)은 저하될 수 있다. 따라서, 기지국(200)은 특정 주기에 SSB 신호를 송출할 수 있다.

RF 중계기(100)가 기지국(200) 또는 단말(300)과 송수신하는 TDD 프레임의 구조에 대해 설명하면, 도 3과 같다.

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 TDD 프레임의 구조로서, 기지국(200)이 송출하는 공통 빔의 주기를 나타내었다.

이때, 하나의 5G 무선 프레임은 복수개의 서브프레임으로 구성되고, 하나의 서브프레임은 복수개의 슬롯(slot)으로 구성된다. 5G 서브프레임은 LTE와 동일하게 1ms이다. 5G의 경우, Subcarrier spacing 30kHz를 사용하므로, 슬롯은 0.5ms이다.

도 3을 참조하면, 5G TDD 프레임은 DL:UL 비율이 4:1로 설정된다. 따라서, 3개의 DL 슬롯(Slot), 1개의 믹스(Mixed) 슬롯 및 1개의 UL 슬롯으로 구성된다. DL/UL 주기는 2.5ms이다.

TDD 스위치 타이밍은 도 2의 DL/UL 제어부(125)에 의해 생성되는 DL/UL 펄스를 나타낸다. TDD 스위치 타이밍은 DL 펄스가 출력되는 DL 구간, GP(Guard Period) 구간 및 UL 펄스가 출력되는 UL 구간이 순차적으로 연속된다.

SSB는 DL 구간에 전송된다. 3GPP 규격에 의하면, 6GHz 이하에서는 최대 8개의 SSB를 송출할 수 있다.

본 발명의 실시예에서 사용하는 'DL/UL configuration'에 따르면, GP 구간의 2개의 갭 심볼로 인하여 8번째 SSB는 송출되지 못하고 7개(t1 ~ t7)의 SSB만 송출 가능하다.

여기서, t1 ~ t7은 공통 빔(common beam)을 송신할 수 있는 시각을 의미한다. SSB 신호를 송출하는 기지국(200)의 빔(beam)을 공통 빔이라고 한다.

SSB가 송출되는 각 시각(t1 ~ t7)은 4개의 OFDM 심볼로 구성된다. OFDM 심볼의 주기는 35.68usec이다. DL 구간의 주기는 1855.36usec(=35.68usec×52)이다. UL 구간의 주기는 570.88usec(=35.68usec×16)이다. 플렉서블(Flexible) 구간인 GP 구간은 72.36usec(=35.68usec×2)이다.

이때, DL 구간, GP 구간, UL 구간의 산출에 필요한 절대시간은 RF 중계기(100) 출시전 GPS(Global Positioning System)로부터 추출한 절대시간이 사용된다. 다만, GPS의 절대시간과 RF 중계기(100)의 펄스(pulse) 생성부(115F)와의 오차를 사전에 캘리브레이션(calibration)함으로써, 최소화할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 RF 중계기(100)는 다양한 형태의 기지국 빔포밍 신호로부터 동기 신호를 추출할 수 있다.

기지국(200)의 빔포밍 기술은 크게 3가지로 나누어 볼 수 있다. 이러한 3가지 빔포밍 신호로부터 동기 신호를 추출할 수 있어야 RF 중계기(100)를 장소와 무관하게 사용할 수 있다.

한가지 빔포밍 방식은, 기존의 안테나처럼 고정된 빔을 제공하는 방식이며, 이는 도 4 ~ 도 6, 도 19에 나타내었다.

다른 빔포밍 방식은 기지국(200)의 서비스 영역을 좁은 빔을 활용하여 스위핑하는 방식으로서, 도 7 ~ 도 14, 도 20에 나타내었다.

또 다른 빔포밍 방식은 기지국(200)의 서비스 영역을 중간 정도의 빔을 활용하여 스위핑하는 방식으로서, 도 15 ~ 도 17에 나타내었다.

기지국(200)의 동기화 제어부(115E)가 빔포밍 방식 별로 동기 신호를 추출하는 방법에 대하여 각각 설명하면, 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 빔포밍 방식을 나타내고, 도 5는 도 4의 빔포밍 방식에 따른 SSB 신호 패턴을 나타내며, 도 6은 도 5의 SSB 신호 패턴에 기초하여 동기 신호를 검출하는 과정을 설명하는 도면이다.

도 4를 참고하면, 기지국(200)은 기존의 안테나처럼 고정된 빔, 즉, 정해진 하나의 방향(1)으로 공통 빔을 송출한다.

도 5는 도 4와 같은 빔포밍 방식으로 공통 빔을 송출하는 경우, SSB 신호 패턴을 나타낸다. 이때, 도 4에서는 공통 빔을 빔포밍하지 않았으므로, SSB 신호는 t1 ~ t7 시각에 동일한 크기로 RF 중계기(100)에 수신된다.

이때, UL 구간에도 일정하지 않은 패턴의 SSB 신호가 수신될 수도 있지만 대부분의 경우 SSB 신호가 수신되지 않는다. 따라서, 도 5와 같은 패턴의 SSB 신호가 수신되면, 매 주기의 시작, 즉, UL 구간에서 DL 구간으로 스위칭되는 시점으로부터 2 심볼(symbol) 이전이 DL 시작점이 된다.

도 6은 도 3의 DL 구간 중에서 공통 빔이 송출되는 구간에 도 5의 SSB 신호 패턴을 매칭하여 나타내었다.

이때, 도 3에서 설명한 바와 같이, RF 중계기(100)의 동기화 제어부(115E)는 OFDM 심볼, DL 구간, UL 구간 각각의 주기를 알고 있다. 따라서, UL 구간이 끝나고 SSB 신호의 피크치가 수신되는 t1 시점으로부터 2 심볼(symbol) 이전을 DL 시작점으로 추출한다. 즉, t1 시점으로부터 72.36usec(=35.68usec×2) 이전 시점을 DL 시작점으로 추출한다. 그리고 DL 시작점으로부터 1855.36us(=35.68usec×52) 동안 DL 구간이 지속되고, 72.36us(=35.68usec×2) 동안의 GP 구간 이후, 570.88us(=35.68usec×16) 동안 UL 구간이 지속된다.

이처럼, DL 시작점이 추출되면, 이미 알고 있는 DL 구간과 UL 구간의 주기에 기초하여 DL/UL 스위칭 신호, 즉, 동기 신호가 검출된다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 빔포밍 방식을 나타내고, 도 8은 도 7의 빔포밍 방식에 따른 SSB 신호 패턴을 나타내며, 도 9는 도 8의 SSB 신호 패턴(①)으로부터 동기 신호를 검출하는 과정을 설명하는 도면이고, 도 10은 도 8의 SSB 신호 패턴(②)으로부터 동기 신호를 검출하는 과정을 설명하는 도면이고, 도 11은 도 8의 SSB 신호 패턴(③)으로부터 동기 신호를 검출하는 과정을 설명하는 도면이고, 도 12는 도 8의 SSB 신호 패턴(④)으로부터 동기 신호를 검출하는 과정을 설명하는 도면이고, 도 13은 도 8의 SSB 신호 패턴(⑤)으로부터 동기 신호를 검출하는 과정을 설명하는 도면이고, 도 14는 도 8의 SSB 신호 패턴(⑥)으로부터 동기 신호를 검출하는 과정을 설명하는 도면이다.

도 7을 참조하면, 기지국(200)은 서비스 영역을 여러개의 방향(1 ~ 6)으로 구분하고, 각 방향(1 ~ 6)으로 좁은 공통 빔을 송출한다. 즉, 공통 빔 6개를 전체 커버리지 내에서 순차적으로 스캔하는 경우를 나타낸다.

이때, 방향(1 ~ 6)은 순차적으로 스위핑(sweeping)된다. 빔 방향을 돌려가면서 신호를 전송/수신하는 것을 빔 스위핑 혹은 빔 스캐닝이라 한다.

이하, 본 발명에서 "빔 스위핑'은 전송기 측 행동이고, "빔 스캐닝"은 수신기 측 행동을 나타낸다.

기지국(200)은 1 방향으로 t1의 공통 빔을 송출하고, 2 방향으로 t2의 공통 빔을 송출한다. 이와 같은 방식으로, 공통 빔은 t1 ~ t6의 시간에 각 방향으로 순차적으로 스위핑된다. 이때, t7에는 공통 빔이 스위핑되지 않는다.

도 8을 참조하면, SSB 신호를 송출하는 시각(t1 ~ t6) 별로 커버리지가 6개로 나누어진다. 6개의 커버리지에서는 SSB 주기마다 한번의 피크(peak) 신호를 수신할 수 있다. 따라서, 도 8과 같이 총 6개의 일정한 SSB 신호 패턴이 발생한다. 이러한 SSB 신호 패턴은 각각 피크 신호는 한번 수신된다. 따라서, 도 4 ~ 6에서 설명한 바와 동일하게 피크 신호가 수신된 시점을 기준으로 DL 시작점이 검출된다. 앞서 설명하였듯이, DL 시작점을 알면, DL 구간과 UL 구간을 계산하여 DL/UL 스위칭을 위한 동기 신호를 검출할 수 있으므로, DL 시작점을 검출하는 과정에 대해서만 설명하면, 다음과 같다.

도 9를 참조하면, ①번 패턴의 경우 피크 신호가 t1 시점에 수신되었으므로, DL 시작점은 피크치가 수신되는 t1 시점으로부터 2 심볼(symbol) 이전, 즉, 72.36usec(=35.68usec×2) 이전 시점으로 추출된다.

도 10을 참조하면, ②번 패턴의 경우 피크 신호가 t2 시점에 수신되었으므로, DL 시작점은 피크치 수신되는 t2 시점으로부터 8 심볼 이전, 즉, 285.44usec(=35.68usec×8) 이전 시점으로 추출된다.

도 11을 참조하면, ③번 패턴의 경우 피크 신호가 t3 시점에 수신되었으므로, DL 시작점은 피크치 수신되는 t3 시점으로부터 16 심볼 이전, 즉, 570.88usec(=35.68usec×16) 이전 시점으로 추출된다.

도 12를 참조하면, ④번 패턴의 경우 피크 신호가 t4 시점에 수신되었으므로, DL 시작점은 피크치 수신되는 t4 시점으로부터 22 심볼 이전, 즉, 784.96usec(=35.68usec×22) 이전 시점으로 추출된다.

도 13을 참조하면, ⑤번 패턴의 경우 피크 신호가 t5 시점에 수신되었으므로, DL 시작점은 피크치 수신되는 t5 시점으로부터 30 심볼 이전, 즉, 1070.4usec(=35.68usec×30) 이전 시점으로 추출된다.

도 14를 참조하면, ⑥번 패턴의 경우 피크 신호가 t6 시점에 수신되었으므로, DL 시작점은 피크치 수신되는 t6 시점으로부터 36 심볼 이전, 즉, 1284.48usec(=35.68usec×36) 이전 시점으로 추출된다.

도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 빔포밍 방식을 나타내고, 도 16은 도 15의 빔포밍 방식에 따른 SSB 신호 패턴을 나타내며, 도 17은 도 16의 SSB 신호 패턴(⑦)으로부터 동기 신호를 검출하는 과정을 설명하는 도면이다.

도 15를 참조하면, 서비스 영역을 여러 개의 방향(1 ~ 7)으로 구분하고, 중간 정도의 공통 빔을 송출한다. 이 방식은 공통 빔 7개를 두 개의 영역(zone), 즉, 가까운 영역(near zone)과 먼 영역(far zone)으로 스위핑하는 경우에 해당한다.

이때, 방향(1 ~ 7)은 순차적이지 않고, 왼쪽-오른쪽, 위-아래로 교차해서 설정될 수 있다. 각 방향(1 ~ 7)은 도 3에서 SSB가 송출되는 t1 ~ t7에 스위핑된다. 즉, 1 방향은 t1에 스위핑되고, 2 방향은 t2에 스위핑된다. 이와 같은 방식으로, 각 방향(1 ~ 7)은 t1 ~ t7에 좌우 또는 상하 방향이 교차로 스위핑된다.

SSB 신호를 송출하는 시각에 따른 커버리지는 7개로 나누어진다. SSB 주기(x ms)마다 한번의 피크 신호를 수신할 수 있다. 도 16과 같이, 총 7개의 SSB 신호 패턴이 존재한다.

SSB 신호 패턴으로부터 DL 시작점을 검출하는 방식은, 도 4 ~ 도 14에서 이미 설명하였다. 특히, 도 16의 SSB 신호 패턴 중 ①번 패턴~⑥번 패턴은 도 9 ~ 도 14에서 설명한 내용과 동일하므로, 그 설명은 생략한다.

도 17을 참조하면, ⑦번 패턴의 경우, 피크 신호가 t7 시점에 수신되었으므로, DL 시작점은 피크치 수신되는 t7 시점으로부터 44 심볼 이전, 즉, 1569.92usec(=35.68usec×44) 이전 시점으로 추출된다.

한편, 도 3 ~ 도 17에서는 DL:UL의 비율이 4:1인 경우의 TDD 프레임을 설명하였으나, 이하, 도 18 ~ 도 21에서는 DL:UL의 비율을 9:1로 한 경우에 대해 설명한다.

도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 TDD 프레임의 구조를 나타낸다.

도 18을 참조하면, DL:UL의 비율을 9:1로하는 TDD 프레임의 DL/UL 주기는 5ms이고, TDD 프레임은 8개의 DL 슬롯, 1개의 믹스 슬롯 및 1개의 UL 슬롯으로 구성된다. 이때, 최대 8개의 SSB 신호가 DL 구간(t1 ~ t8) 동안 송출될 수 있다.

도 19는 도 18의 실시예에 따른 SSB 신호 패턴을 나타낸다.

도 19를 참조하면, 공통 빔을 빔포밍 하지 않는 경우, t5만 SSB를 송출하지 않도록 하면 9:1의 비율을 가진 SSB 신호는 4:1의 비율을 가질 때와는 다른 SSB 패턴으로 수신된다. 이때, t1 ~ t4, 그리고 t6 ~ t8에 일정한 크기의 SSB 신호가 수신된다. SSB 신호의 크기가 동일하므로, 매 주기의 시작, 즉, UL 구간에서 DL 구간으로 스위칭되는 시점으로부터 2 심볼(symbol) 이전이 DL 시작점이 된다. 따라서, t1 시점으로부터 72.36usec(=35.68usec×2) 이전 시점을 DL 시작점으로 추출한다.

도 3에서 설명한 것처럼, SSB가 송출되는 각 시각(t1 ~ t8)은 4개의 OFDM 심볼로 구성된다. OFDM 심볼의 주기는 35.68usec이다.

이때, DL 구간의 주기는 4352.96usec(=35.68usec×122)이다. UL 구간의 주기는 570.88usec(=35.68usec×16)이다. 플렉서블 구간인 GP 구간은 72.36usec(=35.68usec×2)이다.

따라서, DL 시작점으로부터 4352.96us 동안 DL 구간이 지속되고, 72.36us 동안의 GP 구간 이후, 570.88us 동안 UL 구간이 지속된다. 이러한 내용에 기초하여 RF 중계기(100)의 동기화 제어부(115E)는 DL/UL 스위칭 신호, 즉, 동기 신호를 검출할 수 있다.

도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 빔포밍 방식을 나타내며, 도 21은 도 20의 실시예에 따른 SSB 신호 패턴들의 예시이다.

도 20 및 도 21은 도 18의 TDD 프레임의 실시예에 해당된다.

도 20을 참조하면, 기지국(200)은 서비스 영역을 여러개의 방향(1 ~ 6)으로 구분하고, 각 방향(1 ~ 6)으로 좁은 공통 빔을 송출한다. 즉, 공통 빔 6개를 전체 커버리지 내에서 순차적으로 스캔하는 경우를 나타낸다. 이때, t1~t3, t6~t8 구간에서만 스캔한다. 즉, 기지국(200)은 1 방향으로 t1의 공통 빔을 송출하고, 2 방향으로 t2의 공통 빔을 송출한다. 이와 같은 방식으로, 공통 빔은 t1 ~ t3, 그리고 t6~t8의 시간에 각 방향으로 순차적으로 스위핑된다.

도 21을 참조하면, SSB 신호를 송출하는 시각(t1~t3, t6~t8) 별로 커버리지가 6개로 나누어진다. 6개의 커버리지에서는 SSB 주기마다 한번의 피크(peak) 신호를 수신할 수 있다. 따라서, 도 21과 같이 총 6개의 일정한 SSB 신호 패턴이 발생한다.

따라서, 도 4 ~ 도 17에서 설명한 바와 동일하게 피크 신호가 수신된 시점을 기준으로 DL 시작점이 검출된다.

앞서 설명하였듯이, DL 시작점을 알면, DL 구간과 UL 구간을 계산하여 DL/UL 스위칭을 위한 동기 신호를 검출할 수 있다. 그리고 DL 시작점으로부터 4352.96usec(=35.68usec×122) 동안 DL 구간이 지속되고, 72.36us(=35.68usec×2) 동안의 GP 구간 이후, 570.88us(=35.68usec×16) 동안 UL 구간이 지속된다.

도 18의 TDD 프레임을 참고하여 DL 시작점을 검출하는 경우에 대해 설명하면, 다음과 같다.

①번 패턴의 경우 피크 신호가 t1 시점에 수신되었으므로, DL 시작점은 피크치가 수신되는 t1 시점으로부터 2 심볼(symbol) 이전, 즉, 72.36usec(=35.68usec×2) 이전 시점으로 추출된다.

②번 패턴의 경우 피크 신호가 t2 시점에 수신되었으므로, DL 시작점은 피크치 수신되는 t2 시점으로부터 8 심볼 이전, 즉, 285.44usec(=35.68usec×8) 이전 시점으로 추출된다.

③번 패턴의 경우 피크 신호가 t3 시점에 수신되었으므로, DL 시작점은 피크치 수신되는 t3 시점으로부터 16 심볼 이전, 즉, 570.88usec(=35.68usec×16) 이전 시점으로 추출된다.

④번 패턴의 경우 피크 신호가 t6 시점에 수신되었으므로, DL 시작점은 피크치 수신되는 t6 시점으로부터 36 심볼 이전, 즉, 1284.48usec(=35.68usec×36) 이전 시점으로 추출된다.

⑤번 패턴의 경우 피크 신호가 t7 시점에 수신되었으므로, DL 시작점은 피크치 수신되는 t7 시점으로부터 44 심볼 이전, 즉, 1569.92usec(=35.68usec×44) 이전 시점으로 추출된다.

⑥번 패턴의 경우 피크 신호가 t8 시점에 수신되었으므로, DL 시작점은 피크치가 수신되는 t8 시점으로부터 50 심볼(symbol) 이전, 즉, 1784usec(=35.68usec×50) 이전 시점으로 추출된다.

이와 같이, SSB의 개수, 조합 등을 활용한 SSB 신호 패턴을 통해 다양한 정보들을 확인할 수 있다.

지금까지 설명한 바와 같이, 아날로그 또는 디지털 동기 획득을 위해서는 세가지 조건, 즉, DL의 시작점, 주기, DL:UL 비율을 필요로 한다. 예를들어, 2.5ms 주기로 4:1 비율로 DL:UL이 반복될 수 있다.

그런데 주기 및 DL:UL 비율이 변경될 경우, 변경된 정보의 업그레이드가 필요하다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따르면, 향후 DL:UL 비율이 변경되더라도 RF 중계기(100)는 사전에 SSB 패턴만 추가하면, 업그레이드 없이 연동이 가능하다. 그러나, 이러한 경우에도, 앞서 설명한 바와 같이, DL 시작점을 추출하는 방식은 피크치를 기준으로 하므로, 동일하다.

이상 설명한 내용을 기초로, RF 중계기가(100)가 동기 신호를 검출하는 과정에 대해 설명하면, 도 22와 같다.

도 22는 본 발명의 실시예에 따른 RF 중계기의 동기 신호 검출 동작을 나타낸 순서도이다.

도 22를 참조하면, RF 중계기(100)의 전원이 온되면, SSB 검출부(115D)는 기지국(200)으로부터 수신되는 DL 신호로부터 SSB 신호를 검출한다(S103).

동기화 제어부(115E)는 검출한 SSB 신호의 크기를 측정하고, 최대 신호 크기(Peak)를 가지는 SSB 신호를 탐색한다(S105).

동기화 제어부(115E)는 탐색된 최대 신호 크기를 가지는 SSB 신호의 주기가 표준 주기, 즉, 3GPP 규격에 설정된 주기(= 5, 10, 20, 40, 80, 160ms 중 하나)를 만족하는지 판단한다(S107).

이때, 만족하지 않으면, 동기화 제어부(115E)는 S105 단계부터 다시 시작한다.

반면, 만족하면, 동기화 제어부(115E)는 S103 단계에서 검출한 SSB 신호들의 패턴이 기 저장된 패턴에 해당하는지 판단한다(S109). 즉, 도 4 ~ 도 21에서 설명한 바와 같이, TDD 프레임의 DL/UL 비율 및 빔포밍 방식에 따라 기 설정된 SSB 신호 패턴에 해당되는지 판단한다.

기 저장된 SSB 패턴 중 해당되는 패턴이 없으면, 동기화 제어부(115E)는 S105 단계부터 다시 시작한다.

기 저장된 SSB 패턴 중 해당되는 패턴이 있으면, 동기화 제어부(115E)는 도 4 ~ 도 21에서 설명한 바와 같이, 피크치를 가진 SSB 신호가 수신된 시점을 기준으로 DL 시작점을 검출한다(S111).

동기화 제어부(115E)는 SSB 신호가 수신된 패턴을 이용하여 DL 시작점과 기지국의 슬롯 구성 정보를 검출한다. 여기서, 슬롯 구성 정보는 앞서 도 3 내지 도 21에서 설명하였듯이, DL/UL의 비율 정보, DL 구간의 주기, UL 구간의 주기를 포함한다.

동기화 제어부(115E)는 이러한 슬롯 구성 정보와 S111 단계에서 검출한 DL 시작점을 이용하여 DL/UL 스위칭 타이밍을 계산한다. 그리고 계산한 DL/UL 스위칭 타이밍에 기초하여 동기 신호, 즉, DL/UL 스위칭 펄스를 생성하도록 펄스 생성부(115F)에게 요청한다. 그러면, 펄스 생성부(115F)는 동기화 제어부(115E)의 요청에 따른 DL/UL 주기 펄스를 생성한다(S113).

동기화 제어부(115E)는 S113 단계에서 생성된 DL/UL 주기 펄스가 측정된 DL 신호 및 UL 신호의 주기와 일치하는지 판단한다(S115). 즉, 도 2의 SSB 검출부(115D)가 기지국(200)로부터 현재 수신한 DL 신호가 S113 단계에서 생성된 DL 구간에 존재하는지를 재확인한다. 이는 동기 신호를 장시간 사용할 경우, RF 중계기(100) 내부의 클록(clock) 등이 틀어질 가능성이 있어, 이를 보정하기 위한 절차이다.

만약, S115 단계에서 불일치로 판단되면, 동기화 제어부(115E)는 S109 단계부터 다시 시작한다.

일치하면, 동기화 제어부(115E)는 S113 단계에서 생성된 펄스를 DL/UL 제어부(125)로 제공하여 동기 신호로 사용하도록 하고, 중계기 서비스를 개시한다(S117).

이와 같이, 동기화 제어부(115E)는 수신된 SSB 신호 패턴을 내장된 21가지 패턴과 비교하여 DL/UL의 정확한 주기를 생성할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (15)

1. 시분할 듀플렉스(Time Division Duplexing, TDD)로 동작하는 무선 주파수 중계기의 동기화 방법으로서,
   기지국의 빔포밍 방식 별로 피크(Peak)값을 가지는 SSB(Synchronization Signal Block) 신호의 수신 시점이 다르게 설정된 복수개의 SSB 신호들의 패턴을 저장하는 단계,
   기지국으로부터 수신한 다운링크 무선 주파수 신호로부터 SSB 신호들을 검출하는 단계,
   검출한 SSB 신호들로부터 피크값을 가지는 SSB 신호를 탐색하는 단계,
   검출한 SSB 신호들로 형성된 SSB 패턴이 사전 정의된 SSB 패턴이면, 탐색된 피크값을 가지는 SSB 신호의 수신 시점에 기초하여 다운링크 구간의 시작점을 추출하는 단계,
   사전에 정의된 다운링크 주기, 업링크 주기 및 상기 추출한 다운링크 구간의 시작점을 이용하여 다운링크-업링크 주기 펄스를 생성하는 단계, 그리고
   상기 다운링크-업링크 주기 펄스를 이용하여 상기 기지국과 동기를 맞추는 단계
   를 포함하는, 동기화 방법.
2. 삭제
3. 제1항에서,
   상기 빔포밍 방식은,
   고정된 빔을 제공하는 제1 방식, 상기 기지국의 서비스 영역을 복수개의 영역으로 분할하고 분할된 각 영역을 순차적으로 스위핑하여 빔을 제공하는 제2 방식, 그리고 상기 기지국의 서비스 영역을 상대적으로 가까운 영역과 먼 영역으로 구분하고 구분된 영역으로 스위핑하여 빔을 제공하는 제3 방식을 포함하는, 동기화 방법.
4. 제3항에서,
   상기 제1 방식, 상기 제2 방식 및 상기 제3 방식은,
   상기 기지국이 전송하는 SSB 신호의 개수가 서로 다른, 동기화 방법.
5. 제1항에서,
   상기 저장하는 단계 이후,
   기 저장한 SSB 신호들이 포함된 서브프레임을 구성하는 다운링크 슬롯과 업링크 슬롯의 비율이 변경되면, 변경된 서브프레임을 통해 수신되는 SSB 신호들에 기초한 복수개의 SSB 신호 패턴을 추가하는 단계
   를 더 포함하는, 동기화 방법.
6. 제1항에서,
   상기 탐색하는 단계와 상기 추출하는 단계 사이에,
   상기 피크값을 가지는 SSB 신호의 주기가 사전 정의된 SSB 신호의 주기에 해당하는지 판단하는 단계를 더 포함하고,
   상기 추출하는 단계는,
   상기 피크값을 가지는 SSB 신호의 주기가 상기 사전 정의된 SSB 신호의 주기에 해당하면, 상기 SSB 신호들로 형성된 SSB 패턴이 사전 정의된 SSB 패턴인지 판단하는, 동기화 방법.
7. 제1항에서,
   상기 생성하는 단계 이후,
   상기 기지국과 송수신되는 다운링크 신호 및 업링크 신호의 주기를 측정하는 단계,
   상기 측정된 주기와 상기 다운링크-업링크 주기 펄스를 비교하여 일치하는지 판단하는 단계, 그리고
   불일치하면, 상기 SSB 신호들을 검출하는 단계부터 재시작하는 단계
   를 더 포함하는, 동기화 방법.
8. 시분할 듀플렉스(Time Division Duplexing, TDD)로 동작하는 무선 주파수 중계기로서,
   기지국과 단말기 사이의 상향링크 및 하향링크를 스위칭하는 스위칭부,
   상기 기지국으로부터 수신되는 다운링크 무선 주파수 신호로부터 검출한 SSB(Synchronization Signal Block) 신호를 이용하여 동기 신호를 생성하는 동기 검출부, 그리고
   상기 동기 신호를 기초로 상기 기지국에 동기화하여 상기 상향링크 및 상기 하향링크를 스위칭하도록 상기 스위칭부를 제어하는 다운링크/업링크 제어부를 포함하고,
   상기 동기 검출부는,
   상기 SSB 신호들로 형성된 SSB 패턴이 사전 정의된 SSB 패턴이면, 상기 검출한 SSB 신호들 중에서 피크(Peak)값을 가지는 SSB 신호의 수신 시점에 기초하여 다운링크 구간의 시작점을 추출하고, 상기 기지국의 슬롯 구성(Slot Configuration) 정보와 상기 추출한 다운링크 구간의 시작점을 이용하여 다운링크-업링크 주기 펄스를 상기 동기 신호로 생성하고,
   상기 사전 정의된 SSB 패턴은,
   상기 기지국의 빔포밍 방식 별로 상기 피크값을 가지는 SSB 신호의 수신 시점이 다르게 설정된 복수개의 SSB 신호들의 패턴을 포함하는, 무선 주파수 중계기.
9. 제8항에서,
   상기 슬롯 구성 정보는,
   다운링크와 업링크의 비율 정보, OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼의 주기, 다운링크 구간의 주기, 업링크 구간의 주기 및 SSB 송출 시각을 포함하는, 무선 주파수 중계기.
10. 삭제
11. 제8항에서,
    상기 사전 정의된 SSB 패턴은,
    다운링크 슬롯과 업링크 슬롯의 비율이 다른 서브프레임을 통해 수신되는 SSB 신호들에 기초하여 생성된 복수개의 SSB 신호 패턴을 더 포함하는, 무선 주파수 중계기.
12. 제8항에서,
    상기 동기 검출부는,
    상기 기지국으로부터 수신되는 다운링크 무선 주파수 신호로부터 SSB 신호 대역을 필터링하는 표면 탄성파(Surface Acoustic Wave, SAW) 필터,
    상기 표면 탄성파 필터가 출력하는 SSB 대역의 무선 주파수 신호로부터 SSB 신호를 검출하는 SSB 검출부,
    상기 SSB 검출부가 검출하는 SSB 신호들을 기초로 SSB 패턴과 피크(Peak)값을 가지는 SSB 신호를 확인하고, 상기 SSB 패턴이 상기 사전 정의된 SSB 패턴에 해당하면, 상기 다운링크 구간의 시작점을 검출하며, 상기 다운링크 구간의 시작점과 상기 슬롯 구성 정보에 기초하여 다운링크 구간 및 업링크 구간을 계산하는 동기화 제어부, 그리고
    상기 동기화 제어부가 계산한 상기 다운링크 구간 및 업링크 구간에 기초하여 다운링크-업링크 주기 펄스를 생성하여 상기 다운링크/업링크 제어부로 출력하는 펄스 생성부
    를 포함하는, 무선 주파수 중계기.
13. 제12항에서,
    상기 동기화 제어부는,
    수신되는 다운링크 신호의 업링크 신호의 주기를 측정하여 측정 주기가 상기 다운링크-업링크 주기 펄스와 일치하는지 판단하고,
    불일치하면, 상기 다운링크 구간의 시작점, 상기 다운링크 구간 및 상기 업링크 구간을 재계산하여 상기 다운링크-업링크 주기 펄스를 재생성시키는, 무선 주파수 중계기.
14. 제8항에서,
    상기 기지국으로부터 수신되는 다운링크 신호를 상기 단말기로 전송하기 위해 필터링 및 증폭하는 다운링크 블록, 그리고
    상기 다운링크 신호를 상기 다운링크 블록과 상기 동기 검출부로 균등하게 분배하는 분배기
    를 더 포함하는, 무선 주파수 중계기.
15. 제14항에서,
    상기 기지국으로부터 수신되는 다운링크 신호 중에서 5G 무선 주파수 대역을 필터링하는 제1 대역통과 필터,
    상기 단말기로부터 수신되는 업링크 신호 중에서 상기 5G 무선 주파수 대역을 필터링하는 제2 대역통과 필터, 그리고
    상기 업링크 신호를 상기 기지국으로 전송하기 위해 증폭 및 필터링하는 업링크 블록을 더 포함하고,
    상기 다운링크 블록 및 상기 업링크 블록은,
    통신 사업자가 사전에 설정한 무선 주파수 대역을 필터링하는 표면 탄성파(Surface Acoustic Wave, SAW) 필터를 각각 포함하는, 무선 주파수 중계기.
    
    

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