KR102303507B1 - D2d 통신을 위한 동기화 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 셀룰러 통신을 지원하는 무선 통신 시스템에서 단말간 직접 통신 (D2D: Device-to-Device)을 수행하기 위한 선행 절차로써, 기지국과 같은 공통의 인프라 구조가 존재하지 않는 환경 (Out-of-coverage 환경), 또는 인접한 위치에 공통의 동기 소스를 제공할 인프라 구조는 존재하나 인프라 구조의 통신 범위 외에 단말이 위치하여 해당 인프라 구조로부터 직접적인 동기 획득이 어려운 환경 (Partial-coverage 환경)에서, 인프라 구조의 도움 없이 단말간 주파수 동기를 수행하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

D2D 통신을 위한 동기화 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR SYNCHRONIZATION IN A D2D(DEVICE-TO-DEVICE) COMMUNICATION}

본 발명은 셀룰러 통신을 지원하는 무선 통신 시스템에 관한 것으로 보다 구체적으로 D2D 통신을 위한 동기화 방법 및 장치에 관한 것이다.

LTE (Long Term Evolution) 기반의 D2D 통신 기술은 기지국을 거치지 않고 무선 단말들이 데이터 트래픽을 상호간 직접 교환하는 통신 기술이다. 인접 단말간 빠른 데이터 전송 보장, 기지국 부하 완화 및 위치에 기반한 상업적 서비스 제공이 가능하다는 장점으로 인해 현재 3GPP (3rd Generation Partnership Project)에서 관련 표준화가 진행되고 있으며, LTE 표준에 기반한 ProSe (Proximity Service) 및 GCSE_LTE (Group Communication System Enablers for LTE)의 형태 D2D 통신 서비스에 대한 정의 및 표준화도 진행되고 있다.

다른 시스템과 같이 D2D 통신을 수행하기 위해서는 통신 수행하고자 하는 송신 단말과 수신 단말간 시간 및 주파수 동기화 과정이 반드시 수행되어야 한다. 이때, 기지국과 단말간 단일 링크를 구성하여 일대일 형태의 통신을 수행하는 셀룰러 통신과 달리, D2D 통신은 하나의 송신 단말과 다수의 수신 단말, 다수의 송신 단말과 하나의 수신 단말, 또는 다수의 송신 단말과 다수의 수신 단말간 통신을 수행하는 환경이므로, 다수의 단말간 동기화가 필요하다는 측면에서 시간 및 주파수 동기 측면의 요구 사항이 셀룰러 통신과는 다소 상이하다. 특히, OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)을 기반으로 하는 LTE-D2D 통신에서는 주변에 위치한 다수의 단말간 오실레이터의 동작 주파수를 일치시키기 위한 주파수 동기화 과정이 매우 중요하다. 이는 LTE 시스템은 부반송파간 간격이 타 시스템 대비 상대적으로 작아 (15kHz), 작은 크기의 주파수 오프셋으로도 신호의 직교성이 파괴되어 통신 성능이 크게 열화 될 수 있기 때문이다. 또한, D2D 통신은 서로 다른 채널을 통해 동시 다발적인 트래픽 수신을 고려하는 통신 환경이기 때문에, 다수의 송·수신 단말간 상이한 주파수 오프셋은 서로 다른 D2D 통신 채널간 반송파간 간섭(ICI, Inter-Carrier Interference)를 일으켜 통신 성능이 더욱 크게 열화 될 가능성이 있다.

이를 위하여, 3GPP 표준화 회의에서는 셀룰러 인프라 구조의 존재 유무를 고려한 주파수 동기 절차에 대한 논의가 진행되고 있다. 먼저, D2D 통신을 수행하고자 하는 단말이 기지국의 통신 반경 내에 위치하여 기지국의 하향링크 동기 신호인 PSS (Primary Synchronization Signal)와 SSS (Secondary Synchronization Signal)의 수신이 가능할 경우 (이하, In-coverage 환경)에는 PSS 및 SSS를 검출하여 기지국에 주파수 동기를 수행함을 고려한다. 위의 구조는 기지국과의 직교성 유지가 가능하고, 공통의 동기 소스를 통해 In-coverage에 위치한 D2D 통신 단말들과도 중심 주파수 일치가 가능하다는 측면에서 타당한 구조라고 할 수 있다. 반면, D2D 통신을 수행하고자 하는 단말이 기지국의 통신 반경 밖에 위치하여 기지국의 하향링크 동기 신호 수신이 불가능할 경우 (이하, Partial-coverage 및 Out-of-coverage 환경)에는 D2D 통신을 수행하고자 하는 단말간 직접 동기 신호를 교환해야 한다. 위와 같은 통신 환경에서는 단말간 중심 주파수의 일치뿐만 아니라, 기지국 및 기지국의 통신 반경 내에 위치한 In-coverage 환경 단말들과의 상호간 간섭 문제를 고려해야 한다. 따라서, Partial-coverage 및 Out-of-coverage 환경에 위치한 단말들도 기지국과 동일한 중심 주파수를 갖고 동작해야 하며, 이를 위해서 기지국에 동기화된 In-coverage 단말 중 셀 가장자리(edge)에 위치하여 Partial-coverage 및 Out-of-coverage 단말과 근접해있는 단말이 D2D용 동기 신호를 Partial-coverage 및 Out-of-coverage 단말들에게 전달해주는 다중 홉 릴레이 형태의 동기화 구조가 3GPP 표준화 회의에서 논의되고 있으며, 이를 지원하기 위해 시간 축으로 연속된 S개의 부프레임(sub-frame)으로 구성된 동기용 채널을 정의하기 위한 논의도 함께 진행되고 있다. 여기서, 동기용 채널 내에는 시퀀스 형태의 동기 신호와 함께 데이터 형태의 부가 정보가 함께 송·수신됨을 고려한다.

이러한 다중 홉 릴레이 형태의 주파수 동기 과정에서는 각 단말에서 두 가지 형태의 주파수 오프셋이 송신 동기 신호에 동기 오차를 유발할 수 있다. 첫 번째로는 단말이 주파수 동기 수행 전 갖고 있는 초기 주파수 오프셋, 또는 오실레이터의 특성에 의해 시간이 지남에 따라 발생하는 주파수 천이로 인해 동기 수행 후 다음 동기 채널까지 발생하는 주기적인 주파수 오프셋이 있다. 이는 LTE 기반 통신 단말의 동기 요구 사항을 고려하였을 때, 중심 주파수 700 MHz 시스템에서는 최대 ±140 Hz (±0.1 PPM) 크기의 주파수 오프셋을 보일 수 있다. 두 번째로는 주파수 동기 수행을 위한 동기 신호 검출 시, 수신 동기 신호와 단말의 중심 주파수 간 존재하는 주파수 오프셋의 크기를 추정하게 되는데, 이때 채널 왜곡 및 잡음으로 인해 추정 오차가 발생하게 된다. 이로 인해 주파수 동기 이후에도 수신 성능에 따라 약간의 주파수 오프셋이 잔여하게 된다. 위의 두 가지 형태의 주파수 오프셋은 상황에 따라 양의 값, 또는 음의 값을 나타낸다.

도 1은 다중 홉 릴레이 형태의 주파수 동기 구조를 나타낸 것이다.

도 1에 따르면, Out-of-coverage 단말 A, B, C는 중심 주파수를 기준으로 각각 초기 주파수 오프셋 (α₀, β₀, γ₀)을 갖고 있으며, 셀 가장자리(edge)에 위치한 셀룰러단말(CUE,Cellular User Equipment)은 기지국 (eNB: evolved Node B)에 주파수 동기화된 상황이다. 도 1은 주파수 동기 모델의 세부 동작에 따른 주파수 동기 결과도 함께 보인다. ①은 단말의 초기 중심 주파수, ②는 동기 신호의 중심 주파수, ③은 단말의 중심 주파수와 수신 동기 신호의 주파수간 차이 (①-②)를 통해 추정한 주파수 오프셋 Δf_i, ④는 ③ 추정 시 발생한 추정 오차(δx), 그리고 ⑤는 초기 중심 주파수 ①에 추정 주파수 오프셋 (③+④)를 보상한 최종 송신 주파수를 나타낸다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 릴레이가 수행될 때마다 각 단말의 최종 송신 주파수에 주파수 오프셋 추정 오차가 누적됨을 확인할 수 있다.

따라서, Partial-coverage 및 Out-of-coverage 환경에서 단말간 다중 홉 릴레이 형태의 주파수 동기 수행 시에는 각 단말에서 주파수 오프셋 추정 시 발생하는 추정 오차가 relay 신호에 누적되므로, In-coverage단말과 주파수 동기를 맞추기 어려워 질 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 기지국과 같은 인프라 구조에 대한 직접적인 주파수 동기가 불가능한 환경 (Partial-coverage 또는 Out-of-coverage)에서 단말간 주파수 동기를 위한 다중 홉 릴레이 기반의 주파수 동기 방법을 제공하기 위한 것이다. 구체적으로 각 홉에서 누적된 주파수 오프셋 추정 오차의 크기가 최소인 동기 신호로 주파수 동기화를 수행하는 방법을 명시한다. 또한, 본 발명은 다중 홉 릴레이 형태의 주파수 동기화 구조에 적합한 동기용 채널 내의 동기 정보 구성 방법, 동기 정보를 이용한 주파수 동기 수행 방법, 동기 신호 릴레이 방법 및 본 발명에 적합한 동기 신호 송·수신 채널 구조를 기반으로 하는 단말의 동작 절차를 포함한다.본 발명에서는 단말이 수신한 동기 신호의 SNR을 토대로 주파수 오프셋 추정 오차 값을 평균 제곱근 오차(ROOT MEAN SQUARE ERROR) RMSE 형태로 추정하여 릴레이 신호 내 동기 정보에 누적하는 방법에 대해 명시하였으며, 릴레이 된 동기 신호의 누적된 RMSE 정보를 기반으로 주파수 동기를 수행하는 방법을 명시하였다. 또한, 누적 RMSE 정보 기반의 주파수 동기 방법의 효과를 증대시키기 위하여, 누적 RMSE의 정확도를 고려한 동기 신호 릴레이 방법을 명시하였으며, 명시된 동기 수행 방법 및 동기 신호 릴레이 방법의 한계를 보완하기 위한 동기 신호 송·수신 구조도 함께 명시하였다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 단말 간 통신(DEVICE-TO-DEVICE, D2D)을 위한 단말의 동기화 방법은, 적어도 하나 이상의 동기 신호 및 동기 정보를 수신하는 단계, 상기 동기 정보에 포함된 누적 주파수 오프셋 정보를 기초로 상기 적어도 하나 이상의 동기 신호 중 상기 단말의 주파수 동기화를 수행할 동기 신호를 결정하는 단계 및 결정된 상기 동기 신호를 이용하여 상기 단말의 주파수 동기화를 수행하는 단계를 포함한다.

또한 본 발명의 단말 간 통신(DEVICE-TO-DEVICE, D2D)을 위해 동기화를 수행하는 단말은,데이터 통신을 수행하는 통신부 및 적어도 하나 이상의 동기 신호 및 동기 정보를 수신하고, 상기 동기 정보에 포함된 누적 주파수 오프셋 정보를 기초로 상기 적어도 하나 이상의 동기 신호 중 상기 단말의 주파수 동기화를 수행할 동기 신호를 결정하고, 결정된 상기 동기 신호를 이용하여 상기 단말의 주파수 동기화를 수행하는 제어부를 포함한다.

또한 본 발명의 단말 간 통신(DEVICE-TO-DEVICE, D2D)을 위한 단말의 동기 신호 전송 방법은, 적어도 하나의 동기 신호 및 동기 정보에 포함된 누적 주파수 오프셋 정보를 기초로 상기 적어도 하나의 동기 신호 중 릴레이 전송할 동기 신호를 결정하는 단계 및 상기 결정된 동기 신호 및 상기 결정된 동기 신호에 관한 누적 주파수 오프셋 정보를 전송하는 단계를 포함한다.

또한 본 발명의 단말 간 통신(DEVICE-TO-DEVICE, D2D)을 위한 동기 신호를 전송하는 단말에 있어서, 데이터 통신을 수행하는 통신부 및 적어도 하나의 동기 신호 및 동기 정보에 포함된 누적 주파수 오프셋 정보를 기초로 상기 적어도 하나의 동기 신호 중 릴레이 전송할 동기 신호를 결정하고, 상기 결정된 동기 신호 및 상기 결정된 동기 신호에 관한 누적 주파수 오프셋 정보를 전송하는 제어부를 포함한다.

본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 추정 오차로 인한 누적 주파수 오프셋의 크기를 고려한 주파수 동기 방법을 통해 기지국과 기지국으로부터 멀리 떨어진 Out-of-coverage 단말간 발생할 수 있는 평균 주파수 오프셋 RMSE를 감소시킬 수 있다.

또한 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 기지국과 Out-of-coverage 단말, In-coverage 단말과 Out-of-coverage 단말 및 Out-of-coverage 단말간 주파수 오프셋으로 인해 발생하는 간섭을 완화시킬 수 있다.

또한 본 발명은 각 홉에서 실제 발생한 주파수 오프셋을 고려함으로써, 종래 기술 대비 간단한 형태의 알고리즘으로도 개선된 주파수 동기 성능 달성이 가능할 수 있다.

도 1은 다중 홉 릴레이 형태의 주파수 동기 구조를 나타낸 도면,
도 2는 다중 홉 릴레이 기반의 시간 동기화 과정을 나타낸 도면,
도 3은 단말간 주파수 동기를 위한 다중 홉 릴레이 형태의 동기 구조를 위한 요구 사항을 나타낸 도면,
도 4는 종래 다중 홉 릴레이 주파수 동기 구조의 제 1 문제점을 나타낸 도면,
도 5는 종래 다중 홉 릴레이 주파수 동기 구조의 제2 문제점을 나타낸 도면,
도 6은 누적 RMSE 정보를 구성하는 방법을 나타낸 도면,
도 7은 본 발명에 따른 누적 주파수 오프셋 정보를 이용한 주파수 동기화를 수행하는 방법을 나타낸 도면,
도 8은 종래 기술의 동기 신호 릴레이 수행 절차를 나타낸 도면,
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 동기 신호 릴레이 수행 절차를 나타낸 도면,
도 10을 통해 동기 채널 내 발명 기술의 적용 구간을 설정하는 방법을 나타낸 도면,
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 단말의 동기화 방법을 나타낸 순서도,
도 12는 동기 절차 A 및 동기 절차 B 를 고려한 종래 기술의 흐름도를 나타낸 도면,
도 13 및 도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단말의 동기화 방법을 나타낸 도면,
도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단말의 구조를 나타낸 장치도,
도 16은 수신 SNR에 따른 주파수 오프셋 추정 RMSE의 성능을 나타낸 그래프,
도 17은 본 발명의 모의실험을 위한 셀 환경을 나타낸 도면,
도 18은 중심 주파수에 대한 단말의 주파수 오프셋 RMSE의 CDF 성능을 나타낸 그래프,
도 19는 단말이 수신한 동기 신호의 홉 수에 따른 단말의 주파수 오프셋 평균 RMSE 성능을 나타낸 그래프,
도 20은 양자화된 RMSE 정보를 이용해 본 발명 기술 적용 시, 양자화 레벨에 따른 동기 성능 비교를 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.

이하의 설명에서 사용되는 특정 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.

본 명세서에서 동기 채널은 동기화와 관련된 정보 그 자체 또는 상기 동기화와 관련된 정보가 전송되는 시간 및 주파수 축에서의 일부 구간을 의미할 수 있다.

또한 상기 동기화와 관련된 정보의 실시 예는 동기 신호일 수 있다. 또한 상기 동기 채널은PD2DSCH(Physical D2D Synchronization Channel)로 명명될 수 있다. PD2DSCH는 동기 관련 부가 정보를 포함하는 데이터 신호일 수 있고, 동기 소스의 ID, 동기 소스의 유형, 제어 또는 데이터 전송을 위한 자원 할당 정보 등을 포함할 수 있다.

또한 본 명세서에서 RMSE(root mean square error)는 오차를 표현하는 하나의 방식으로 오차를 제곱한 값을 평균을 구한 값의 제곱근 일 수 있다. 또한 누적 RMSE정보라 함은 상기 RMSE형태로 표현된 오차 값을 누적한 RMSE값을 의미한다.

먼저, D2D 통신 수행 전, 기지국의 존재 유무에 따라 단말간 동기화 과정을 수행하기 위해 고려될 수 있는 일반적인 형태의 기지국 및 단말 동작 절차에 대해서 설명한다.

● 기지국 동작 절차

In-coverage에 위치한 단말들은 기지국으로부터 수신되는 하향링크 동기 신호(PSS (Primary synchronization Signal) 및 SSS (Secondary Synchronization Signal))와 같은 공통의 동기 소스를 이용해 단말간 동기화가 가능하다. 그러나, 기지국의 통신 범위 밖에 존재하는 Out-of-coverage 단말들과의 동기 지원을 위해서는, In-coverage 단말이 Out-of-coverage 단말에게 별도의 동기 신호 또는 동기 정보의 전송을 통해 기지국의 동기 상태를 제공해야 하며, 이와 관련된 동작 절차가 기지국 단에서도 설정(configuration) 되어야 한다.

기지국은 주기적으로 전송되는 하향링크 참조 신호 및 브로드캐스팅 채널 (일 예로, MIB (Master Information Block), SIB (System Information Block) 및 PDCCH (Physical Downlink Control Channel))를 통해 In-coverage 단말들에게 Out-of-coverage 단말의 동기를 지원하도록 요청하거나, 이를 위한 관련 동기 정보를 제공할 수 있다. 이와 같은 동작은 Out-of-coverage 단말의 존재 여부와 무관하게 항상 주기적으로 동작하는 것이 가능하며, 기지국 단에서의 간섭량 측정을 통해 기지국이 Out-of-coverage 단말의 존재 여부를 추정하거나, In-coverage 단말들을 이용해 Out-of-coverage 단말의 존재 여부를 확인한 경우에만 비주기적 동작하는 것도 가능하다.

한편, 기지국은 단말 동작의 효율성을 고려해, In-coverage 단말 중 Out-of-coverage 단말의 동기 지원 절차를 수행할 일부 단말들을 선정할 수 있다. 이를 위해 기지국은 하향링크 참조 신호 및 브로드캐스팅 채널을 통해 일부 단말에게만 해당 동작을 요청할 수도 있고, 기지국으로부터 요청에 대한 허가를 받은 단말들만 Out-of-coverage 단말에 대한 동기 지원 절차를 수행할 수 있도록 할 수도 있다. 또한, 기지국이 직접 단말들에게 요청하는 형태가 아니라, 기 설정(pre-configure) 된 정보를 이용해 단말 스스로 동기 지원 절차 수행 여부를 판단하는 형태로도 동작할 수 있다.

● In-coverage 단말 동작 절차

In-coverage 단말은 기지국으로부터 하향링크 참조 신호 및 브로드캐스팅 채널을 통해 Out-of-coverage 단말 동기 지원을 요청 받거나, 기 설정(pre-configuration) 된 정보를 기초로 단말 스스로 설정(configuration)된 조건을 만족하는 환경에 있다고 판단한 경우, 단말은 기 설정(pre-configured)된 D2D 동기 채널을 통해 동기 신호 및 동기 정보를 전송할 수 있다. 이 때, Out-of-coverage 단말은 기지국으로부터 하향링크 시스템 정보를 수신 받지 못하기 때문에 동기 신호 및 동기 정보가 전달될 주파수 대역에 대한 정보가 없다. 따라서, D2D 동기 신호는 셀룰러 네트워크의 동기신호인 PSS 및 SSS와 동일하게 전체 주파수 대역의 중심에 위치한 6개의 RB (Resource Block) 자원을 통해 전송될 수 있다. 한편, D2D 동기 정보는 동기 신호가 전송된 이후에 전송될 수 있다. 동기 정보는 동기 신호와 동일한 주파수 대역 (6개의 중심 RB)을 통해 전송 가능하며, 동기 신호와의 연관성을 갖는 형태로 다른 주파수 대역으로도 전송이 가능하다.

한편, D2D 동기 신호는 셀룰러 시스템에서 사용되는 하향링크 PSS 및 SSS와 동일한 종류의 시퀀스가 재사용되거나, 다른 종류의 시퀀스가 사용될 수 있으며, 다른 종류의 시퀀스가 사용될 경우에는 기지국으로부터 하향링크로 제공 받은 부가 정보, 또는 단말에 기 설정(pre-configured)된 정보 내 시퀀스 셋(set)에서 택일하여 사용할 수 있다. 또한, D2D 동기 정보도 동기 신호와 동일한 방식 (기지국 제어 정보, 또는 기 설정(pre-configuration)된 정보 이용)으로 기지국으로부터 직접 제어 정보를 수신하여 해당 제어정보를 바탕으로 구성하거나, 기 설정되어 있는 정보들을 이용하여 Out-of-coverage 단말과의 동기 수행에 필요한 다양한 형태의 정보를 D2D 동기 정보로 구성할 수 있다.

● Out-of-coverage 단말 동작 절차

일반적으로 LTE 시스템에서 셀룰러 통신을 수행하기 위한 단말은 가장 먼저 초기 셀 탐색 절차를 수행하며, 기지국의 하향링크를 통해 전송되는 PSS 및 SSS 동기 신호 검출을 시작으로 진행된다. 따라서, Out-of-coverage 단말도 이와 동일하게 기지국 하향링크 PSS 및 SSS 동기 신호 검출을 계속적으로 시도하며, 특정 시간 동안 PSS 및 SSS 동기 신호가 검출 되지 않을 경우에는 단말 스스로 Out-of-coverage 환경임을 판단하여 D2D 동기 신호 검출을 수행할 수 있다. 이후, 단말은 검출된 동기 신호를 기반으로 시간 및 주파수 동기화 과정을 수행한 후, 다음 심벌 또는 부프레임으로 수신되는 D2D 동기 정보의 복조를 수행한다. 이와 같은 동작 절차는 셀룰러 통신에서 단말의 초기 셀 탐색 절차를 통해 시간 및 주파수 동기화 및 시스템 정보를 획득하는 과정과 동일한 형태이다. 만일, 다수의 동기 신호가 수신될 경우에는 각각의 동기 신호 및 동기 정보에 대해 위와 같은 동작을 반복 수행함으로써, 각 수신 링크에 대한 동기 관련 정보를 모두 획득한다. 이후, 단말은 하나의 동기 신호 (동기 소스 또는 다중 홉 릴레이 동기 경로)를 택일하거나, 다수의 동기 신호를 기반으로 동기화 과정을 수행한다. 이와 같이 동기화는 수행한 단말은 경우에 따라 다중 홉 릴레이 수행을 위해 재구성된 동기 정보와 함께 동기 신호를 송신할 수도 있다.

만일, 특정 시간 동안 PSS 및 SSS 또는 D2D 동기 신호가 검출되지 않을 경우, 단말은 스스로 독립적인 동기 소스가 되어 기지국과 유사한 역할을 수행할 수 있다. 이때, 단말은 기 설정(pre-configuration)된 D2D 동기 채널을 통해 D2D 동기 신호 및 동기 정보를 주기적 또는 비주기적으로 전송할 수 있으며, 주변 Out-of-coverage 단말들은 동일한 동작을 통해 독립적 동기 소스 단말에 동기화할 수 있다.

도 2는 다중 홉 릴레이 기반의 시간 동기화 과정을 나타낸 도면이다.

도 2에 따르면, 먼저 셀 가장자리(edge)에 위치한 단말이 첫 번째 부프레임(subframe)을 통해 동기 신호를 송신하고, 첫 번째 부프레임을 통해 특정 임계값 이상의 RSRP (Reference Signal Received Power) 크기를 갖는 하나 이상의 동기 신호를 수신한 단말은 수신한 동기 신호 내에서 택일하여 동기화를 수행한 후, 두 번째 부프레임을 통해 동기 신호를 송신함으로써 릴레이를 수행한다. 이와 같은 구조 하에서, 수신한 동기 신호 내에서 동기화할 동기 신호를 택일 하는 경우 동기 정보 및 동기 신호의 상태에 따른 우선 순위를 고려해 동기화를 수행할 수 있는데, 다음의 우선 순위 1 내지 3 중 어느 하나에 따라 동기화를 수행하는 방법이 있을 수 있다.

우선 순위 1. 단말은 수신 동기 신호들의 소스 유형 정보를 탐색하고, 이 중 In-Coverage 단말이 송신한 동기 신호에 동기화

우선 순위 2. 단말은 수신 동기 신호들의 소스 유형 정보를 탐색하고, 모든 신호의 소스 유형이 동일하다면 동기 신호의 홉 수 정보를 탐색하여 홉 수가 최소인 동기 신호에 동기화

우선 순위 3. 단말은 수신 동기 신호들의 소스 유형과 홉 수가 모두 동일하다면, 수신 동기 신호의 RSRP 크기가 최대인 동기 신호에 동기화

여기서, 동기 신호의 홉 수는 동기 신호가 최초의 동기 소스로부터 수신 단말까지 릴레이 되면서 거친 횟수를 의미한다. 다중 홉 릴레이 형태의 시간 동기 수행 시에는 홉 수가 증가할수록 단말간 릴레이 시 발생하는 전파 지연에 의한 시간 오프셋 누적량이 증가하기 때문에, 최소 홉 수를 갖는 신호에 동기화하도록 우선 순위 1과 우선 순위 2가 제안될 수 있다 (In-coverage 단말의 동기 신호 홉 수: 0). 또한, 최대 RSRP 크기를 갖는 동기 신호를 송신한 단말은 근접 위치에 있는 단말이기 때문에 전파 지연의 크기가 작다. 따라서, 우선 순위 1 및 우선 순위 2와 동일한 목적을 위한 조건이라 할 수 있다. 도 2에 도시된 동기화 과정은 시간 동기를 목적으로 한 동기 방법이지만, 앞서 언급된 다중 홉 릴레이 형태의 동기화 구조 모델링 분석 결과로 볼 때, 최소 홉 수를 지향하는 동기화 구조이기 때문에 주파수 동기 측면에서도 타당성이 있을 수 있다.

도 3은 단말간 주파수 동기를 위한 다중 홉 릴레이 형태의 동기 구조를 위한 요구 사항을 나타낸 도면이다.

도 3에 따르면, Out-of-coverage에서의 단말간 주파수 동기를 위한 다중 홉 릴레이 구조를 보인다. 도 3에서는 각 단말이 동기 신호 수신을 통해 해당 동기 신호에 정확히 동기화가 가능함을 가정하고 있으며, 오실레이터에 의해 두 동기용 채널 사이에 발생하는 주파수 오프셋 (Δ_ppm)으로 인해, 홉 수가 증가할수록 동기 신호에 주파수 오프셋이 누적되어 D2D 통신 단말간 상당한 크기의 주파수 오프셋을 가질 수 있음을 나타내고 있다. 따라서, 도 3에서는, 다수의 동기 신호가 검출될 경우에는 최소 홉 수를 갖는 동기 신호에 동기화해야 하며, 누적 가능한 최대 주파수 오프셋 크기를 고려하여 릴레이의 최대 홉 수를 3 홉으로 제한해야 함을 나타내고 있다.

도 2 및 도 3에 따른 다중 홉 릴레이 기반의 동기화 방법 중 도 2의 경우는, 세 가지 조건 (동기 소스 유형, 홉 수, RSRP 크기)에 우선 순위를 두어 동기를 수행하는 구조로써, 홉 수가 증가할수록 추정 오차가 누적될 것으로 예상되는 주파수 동기에도 적용 가능한 방법이다.또한 도 3에 나타난 기술 또한 홉 수 증가에 따른 잔여 주파수 오프셋 크기 증가 문제를 고려해 최소 홉 수를 갖는 동기 신호에 동기화하거나, 잔여 주파수 오프셋이 증가하지 않도록 최대 릴레이 홉 수를 제한해야 함을 나타낸다. 그러나, 최소 홉 또는 최대 RSRP 크기 조건을 기반으로 수행되는 다중 홉 릴레이 주파수 동기 구조는 다음의 두 가지 문제점이 있을 수 있다.

도 4는 종래 다중 홉 릴레이 주파수 동기 구조의 제 1 문제점을 나타낸 도면이다.

도 4의 그래프는 수신 신호의 SNR (Signal-to-Noise Ratio)에 따른 주파수 오프셋의 추정 오차를 평균 제곱근 오차(ROOT MEAS SQUARE ERROR, RMSE)로 나타낸 값의 관계를 나타낸다. 도 4의 그래프에 나타난 바와 같이, 주파수 오프셋의 추정 오차의 RMSE 크기는 수신 동기 신호의 SNR 환경에 따라 결정되며, 비선형적인 반비례 관계를 보인다. 따라서, 다중 홉 릴레이 형태의 주파수 동기 구조에서는 N 홉 신호가 (N+K) 홉 신호보다 누적된 추정 오차의 크기가 항상 작다고 보장할 수 없다. 일 예로, 도 4에 나타난 바와 같이, 낮은 수신 SNR (SNR_B1=SNR_B2=0dB)을 갖는 2 홉 링크 (B-R_B-X)로부터 누적된 추정 오차의 크기 (|Σe_B|) 보다, 높은 수신 SNR (SNR_A1=SNR_A2=SNR_A3=10dB)을 갖는 3 홉 링크 (A-R_A-R_A´-X)로부터 누적된 추정 오차의 크기 (|Σe_A|)가 작을 수 있다 (도 4의 SNR-RMSE 그래프 참조). 따라서, 단말 X는 단말 R_A´의 동기 신호에 동기화 하는 것이 적절하지만, 종래 기술의 최소 홉 조건을 고려할 경우에는 홉 수가 작은 동기 신호를 송신한 단말 R_B에 동기화하게 되며, 이는 단말 X에 더욱 큰 주파수 오프셋을 유발하게 된다.

도 5는 종래 다중 홉 릴레이 주파수 동기 구조의 제2 문제점을 나타낸 도면이다.

도 5에 따르면, 종래 다중 홉 릴레이 주파수 동기화 기술 중 RSRP 크기가 큰 신호 (높은 SNR)를 기준으로 동기화 하는 기술은 수신 SNR이 클수록 추정 오차의 크기가 작아지므로 단말이 실제 수신한 동기 신호들에 한해서는 적절한 구조이다. 그러나, 단말이 실제 수신한 동기 신호의 RSRP 크기로는 본 동기 신호의 이전 홉 링크들에서 발생한 추정 오차의 예상이 불가능하다. 일 예로, 도 5에 나타난 바와 같이, 이전 홉들에서 수신 SNR (SNR_A1, SNR_B1) 크기에 따라 실제로 누적된 추정 오차의 크기를 비교하게 되면, B-R_B-X 경로가 더 작은 누적 추정 오차를 보인다 (도 5의 SNR-RMSE 그래프 참조). 그러나, 종래 기술의 최대 RSRP 크기 조건을 고려할 경우, 현재 수신된 동기 신호 중 단말 R_A로부터 수신한 동기 신호의 RSRP가 크기 때문에 (SNR_A2>SNR_B2), A-R_A-X 경로로 잘못된 주파수 동기를 수행하게 되어 단말 X에 더욱 큰 주파수 오프셋을 유발하게 된다. 이는 이전 홉 단계에서의 추정 오차 값을 반영하지 못하고, 수신한 동기 신호의 RSRP의 크기만을 기준으로 동기화를 수행할 때 발생하는 문제점이다. 본 발명은 Partial-coverage 또는 Out-of-coverage 환경에서 단말간 다중 홉 릴레이 형태의 주파수 동기 수행을 위한 누적 RMSE 정보 기반의 주파수 동기 방법을 명시한다. 즉, 본 발명의 기술을 통해 종래 기술 대비 단말간 정확한 주파수 동기 수행이 가능하며, 이를 위한 동기 채널 구조 및 단말의 세부적인 동작 절차를 명시한다.

도 6은 누적 RMSE 정보를 구성하는 방법을 나타낸 도면이다.

도 6을 통해 본 발명의 동작을 위한 누적 주파수 오프셋 정보를 구성하는 방법에 대해 설명한다. 여기서 상기 누적 주파수 오프셋 정보는 누적 RMSE의 값으로 표현될 수 있다. 전술한 도 1에 대한 설명에 명시된 바와 같이, 다중 홉 릴레이 기반의 주파수 동기 구조에서는 각 단말에서 주파수 오프셋 추정 시 발생하는 추정 오차가 릴레이 신호에 누적되는 문제가 있다. 따라서, 정확한 주파수에 동기화된 동기 신호를 선택하기 위해서는 각 단말에서 발생하는 추정 오차의 누적 량이 최소인 신호에 동기화해야 한다. 이를 지원하기 위해서는 동기 채널을 통해 누적 추정 오차 정보를 동기 신호에 포함하여 릴레이 해야 한다. 이 때, 각 단말에서 발생하는 추정 오차의 RMSE는 도 4 및 도 5의 그래프와 같이 수신 SNR과 비선형적인 반비례 관계를 가지며, 이를 SNR에 따른 평균 RMSE 성능 데이터 분석을 이용하여 측정된 수신 SNR을 평균 RMSE로 변환한다면 각 수신 SNR에서 발생할 것으로 예상되는 평균적인 추정 오차의 RMSE 값의 대략적인 예측이 가능하다. 따라서, 릴레이를 수행하고자 하는 단말은 별도의 물리 채널을 통해 추정 오차의 RMSE의 누적 정보를 송신한다. 이때, 별도의 물리 채널은 동기 관련 부가 정보를 전송하기 위한 동기 채널이거나, 시스템 정보를 전송하기 위한 제어 채널일 수 있다.

본 발명에서는 누적 주파수 오프셋 정보(주파수 오프셋 정보의 RMSE의 누적 정보)가 동기 채널을 통해 전송되는 경우를 일 예로 설명하며, 이러한 동기 채널을 PD2DSCH (Physical D2D Synchronization Channel)로 명명할 수 있다. 즉, 동기 관련 부가 정보를 전송하기 위한 동기 채널 (PD2DSCH) 에 누적 주파수 오프셋 정보를 제공하기 위한 별도의 데이터 필드를 정의한 후, 각 단말에서 발생할 것으로 예상되는 추정 오차의 RMSE 값을 해당 데이터 필드에 누적하여 다음 릴레이 시 송신한다. 이하에서는 단말이 수신한 동기 신호의 추정 오차 및 동기 채널 내의 누적 주파수 오프셋 정보를 획득하고, 릴레이 할 신호의 누적 주파수 오프셋 정보를 갱신하고 동기화 한 뒤 릴레이 하는 방법에 대해 상세히 설명한다.

먼저, 601단계에서 단말 j는 단말i가 송신한 동기 신호의 SNR (SNR_i-j)을 측정하고, 단말 j는 단말 i가 송신한 동기 채널로부터 누적 주파수 오프셋 정보인 RMSE 정보 (RMSE_i ^Acc)를 검출할 수 있다(602). 동기 채널은 복수의 서브프레임을 통해 수신될 수 있고, 동기 신호는 동기 채널에 포함되어 수신되거나 동기채널 이전의 서브프레임에서 수신될 수 있다. 한편, 단말 i가 전송한 RMSE정보는 다음의 [수학식 1]과 같이 이전 릴레이 단말들에서 발생한 추정오차의 RMSE값이 누적된 형태일 수 있다.

603단계에서 단말 j는 사전에 정의된 SNR-RMSE 테이블을 기반으로 SNR_i-j를 RMSE 정보 (RMSE_j(SNR_i-j))로 변환할 수 있다. 변환된 각 RMSE 값은 절대값이므로 양의 값을 가진다. 단말i로부터 수신한 동기 신호의 SNR을 RMSE값으로 변환한 뒤 단말 j는 다음의 [수학식 2]에 따라 단말 i가 송신한 동기채널로부터 검출된 누적 주파수 오프셋 정보 (RMSE_i ^Acc)에 상기 측정된 SNR을 기초로 변환한 RMSE 결과값인 (RMSE_j(SNR_i-j)) 누적하여 단말 i로부터 릴레이 받은 신호에 대한 갱신된 누적 주파수 오프셋 정보(RMSE_i-j ^Acc)를 생성할 수 있다(604).

한편, 단말 j는 단말 i 뿐만 아니라 복수의 다른 단말들로부터 동기 신호 및 동기채널을 수신할 수도 있다. 이 경우 상기 601 내지 604 단계에 따라 수신한 각 동기 신호 및 동기채널에 포함된 누적 주파수 오프셋 정보를 이용하여 각 동기 신호에 따른 단말 j의 갱신된 주파수 오프셋 정보들을 결정할 수 있다. 단말은 다수의 단말로부터 수신된 동기 신호들로부터 계산한 갱신된 누적 주파수 오프셋 정보(RMSE_t-j ^Acc)를 기반으로 하여 이 중 가장 작은 주파수 오프셋 정보에 대응하는 동기 신호 (이를테면, 단말 y)를 선택해 동기화를 수행하며, 다음의 [수학식 3]과 같이 해당 단말 y의 동기 신호를 이용하여 계산된 갱신된 누적 주파수 오프셋 정보 (RMSE_y-j ^Acc)를 단말 j가 릴레이를 통해 전송할 최종 누적 주파수 오프셋 정보로 구성할 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 누적 주파수 오프셋 정보를 이용한 주파수 동기화를 수행하는 방법을 나타낸 도면이다.

도 7에 따라, 누적 주파수 오프셋 정보를 기반으로 단말이 주파수 동기를 수행하는 방법에 대해 명시한다. 종래 기술들은 수신된 동기 신호 중 최소 홉 수를 갖거나 RSRP 크기가 최대인 신호의 주파수에 동기화를 수행한다. 반면, 본 발명은 추정된 릴레이 신호들의 누적 오프셋 정보인 갱신된 누적 주파수 오프셋 정보를 참조하여, 다음의 [수학식 4]에 따라 수신된 동기 신호 k개 중 갱신된 누적 주파수 오프셋 정보의 크기가 최소인 값에 대응하는 동기 신호에 주파수 동기를 수행한다.

여기서, 각 누적 주파수 오프셋 정보인 RMSE 정보는 추정 오차의 크기 (절대값)만을 누적한 정보로, 양의 값 또는 음의 값 중 어느 하나를 갖는 추정 오차가 누적된 실제 누적 오차와는 다소 차이가 존재하지만, 이전 홉 링크들의 주파수 동기 추정 정확도를 고려할 수 있다.

도 7은 종래 기술과 본 발명 기술의 적용에 따른 동기 수행 결과의 구체적인 차이점을 나타낸다. 도 7의 왼쪽 원은 단말 X의 RSRP 임계값 범위를 나타내며, 단말 X는 A-R_A-X 링크와 B-R_B-X 링크를 통해 동기 신호를 릴레이 받고 있다. 이와 같은 환경에서 종래 기술 적용 시, 동일 홉을 갖는 두 신호가 수신되므로 RSRP 크기가 큰 신호인 R_A에 동기화를 수행하게 된다. 그러나, SNR과 RMSE의 반비례 관계를 고려하였을 때, R_A의 동기 신호는 A-R_A 링크에서 발생한 큰 추정 오차 RMSE로 인해 누적된 추정 오차가 B-R_B-X 링크보다 큰 상태이다 (|e_A1+e_A2|>|e_B1+e_B2|). 따라서, 종래 기술은 홉 1 링크의 추정 정확도 (e_A1, e_B1)을 고려한 동기 수행이 불가능하므로 잘못된 동기를 수행하게 된다. 반면에, 본 발명 기술은 누적된 추정 오차를 고려하기 때문에 실제로 누적 추정 오차가 더 적게 발생한 B-R_B-X 링크로 동기화를 수행하게 된다. 한편, 도 7의 오른쪽 원의 경우에도 마찬가지로, 종래 기술은 최종 홉 링크의 RSRP 크기만을 고려하므로 A-R_A-R_A´-X 링크로 동기화를 수행하지만, 본 발명 기술은 정확한 추정 오차 측정을 통해 B-R_B-R_B´-X 링크로의 동기화가 가능하다. 구체적으로, 오른쪽 원은 단말 X에 도달하는 동기 신호의 홉 수가 3 홉인 경우를 나타낸 것이다. 종래 기술을 적용하는 경우 A-R_A-R_A´-X 링크와 B-R_B-R_B´-X 링크의 두 동기 신호의 홉수가 동일하므로, 이 중 RSRP가 더 큰(가까운) R_A를 통한 동기 신호에 동기화를 수행하게 된다. 그러나, 실제 누적된 추정 오차는 A-R_A-R_A´-X 링크가 B-R_B-R_B´-X 링크보다 더 큰 상태이므로(|e_A1+e_A2+e_A3|>|e_B1+e_B2+e_B3|) 따라서, 종래 기술은 홉 1 링크의 추정 정확도 (e_A1, e_B1) 또는 홉 2 링크의 추정 정확도 (e_A2, e_B2)를 고려한 동기 수행이 불가능하므로 잘못된 동기를 수행하게 된다. 반면에, 본 발명 기술은 누적된 추정 오차를 고려하기 때문에 실제로 누적 추정 오차가 더 적게 발생한 B-R_B-R_B´-X 링크로의 동기화를 수행한다.

이하에서는, 도 8 내지 도 10을 통해 본 발명의 일 실시 예에 따른 수신한 동기 신호의 릴레이 전송 방법을 설명한다. 구체적으로, 단말이 주파수 오프셋을 추정 및 보상하고, 최종 선택된 신호의 릴레이를 수행하는 조건을 명시한다.

도 8은 종래 기술의 동기 신호 릴레이 수행 절차를 나타낸 도면이다.

도 8에 따르면, 5개의 부프레임으로 구성된 동기 채널 가정 시, 단말 X는 2번째 부프레임을 통해 R_B로부터 동기 신호를 수신 받는다. 이때, R_B로부터 수신된 동기 신호의 RSRP가 RSRP 임계값 이상의 크기를 가질 경우, 단말 X는 해당 동기 신호를 통해 주파수 오프셋을 추정 및 보상하고, 동기화된 주파수로 단말 X의 동기 신호를 3번째 부프레임을 통해 릴레이 한다. 그러나, 도 8에서 단말 X는 반 이중 송·수신 구조(half-duplex)로 인해 릴레이 신호 송신 시 R_A´가 송신하는 3 홉 신호의 수신이 불가능하며, 한 번 릴레이 신호를 송신한 이후에는 별도의 수신 과정을 수행하지 않는다. 따라서, 도 4에 명시된 바와 같이, (N+K) 홉 신호가 N 홉 신호보다 더 정확한 중심 주파수를 가질 수 있음에도 불구하고, 종래 릴레이 방식은 동기화를 수행할 수 있는 동기 신호의 후보군이 동일 홉 수를 갖는 신호들로 한정되게 된다.

이와 같은 문제를 고려해, 본 발명 기술에서는 단말이 동기 신호 릴레이를 수행하기 위한 2가지 조건을 아래와 같이 명시한다.

조건 1. RSRP 임계값 이상의 전력으로 신호 수신 하는 경우, 이를 수학식으로 나타낸 것은 다음의 [수학식 5]과 같다.

조건 2. RMSE 임계값 이하의 누적 RMSE 크기를 갖는 신호 수신 하는 경우, 이를 수학식으로 나타낸 것은 다음의 [수학식 6]과 같다.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 동기 신호 릴레이 수행 절차를 나타낸 도면이다.

도 9에 따르면, 종래 기술과 달리 본 발명은 상기 조건 1에 만족하는 동기 신호가 수신될 경우, 바로 동기 신호 선택 및 릴레이를 수행하지 않으며, 상기 조건 2의 달성 여부를 추가적으로 확인한다. 따라서, 도 9와 같이, 단말 X는 단말 R_B로부터 수신 받은 동기 신호의 RSRP 크기가 조건 1을 만족하였으나, 해당 동기 신호의 누적 RMSE 크기가 설정된 RMSE 임계값을 초과하기 때문에, 적절한 동기 신호가 아니라고 판단하여 주파수 오프셋 추정, 보상 및 신호 릴레이를 수행하지 않는다. 단말 X는 다음 부프레임을 통해 다른 동기 신호들을 추가적으로 수신하며, 조건 2를 만족하는 누적 RMSE 크기를 갖는 신호가 수신될 경우 (R_A´의 3 홉 신호), 해당 동기 신호에 동기화 수행 후, 다음 부프레임을 통해 단말 X의 동기 신호를 릴레이 한다. 이와 같이, 본 발명은 단말이 미리 설정된 RMSE 임계값 이하의 누적 주파수 오프 셋을 갖는 신호가 수신되어야만 동기화 및 릴레이를 수행하는 구조로써, 단말 스스로 동기 신호의 주파수 동기 측면의 정확도를 고려해 동기를 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 누적 오차의 크기가 작을 가능성이 있는 (N+K) 홉 신호를 고려한 동기화 수행이 가능하다는 측면에서 성능 개선이 기대되는 구조이다.

이하에서는 도 10을 통해 동기 채널 내 발명 기술의 적용 구간을 설정하는 방법을 설명한다. 구체적으로, 본 발명에 따르면, 단말에 수신된 동기 신호들의 누적 RMSE 크기가 RMSE 임계값 이하의 조건을 만족하지 않는 경우가 지속되는 경우에는, 각 단말들의 동기 신호 릴레이 시점이 지연될 수 있다. 이는 한 단말의 동기 정확도 측면에서는 (N+K) 홉 신호까지 고려한 동기화 수행이 가능하다는 측면에서는 이점이 있으나, 전체 단말이 포함되는 네트워크 측면에서는 동기 신호가 릴레이 되는 속도가 저하될 수 있다. 일 예로, 동기 채널의 전 구간에 발명 기술을 적용할 경우, 적은 홉 수를 갖는 동기 신호를 릴레이 해야 할 단말들이 RMSE 임계값 이하의 조건으로 인해 지연된 릴레이를 수행하게 됨에 따라, 동기 채널 후반부에 동기 신호를 수신해야 할 단말, 즉 인프라 구조로부터 가장 멀리 떨어져 있는 Out-of-coverage 단말들이 동기 신호를 수신하지 못하는 상황이 발생하게 된다. 이는, 동기 신호 릴레이 속도의 저하를 이야기하며, 제한된 동기 채널 크기 안에서는 동기 신호 릴레이 범위의 제한을 수반할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시 예에서, 상술한 문제점의 해결하기 위하여 후술하는 동기 채널의 구간 설정을 제안한다.

먼저, S개의 부프레임으로 구성된 동기 채널(1001)을 가정한다. 이 중, 전반부의 M개 부프레임은 본 발명에 따른 릴레이 수행 방식(RSRP 임계값 및 RMSE 임계값 동시 고려)의 적용 구간(1002)으로 설정하며, 후반부의 (S-M)개 부프레임은 종래 기술 (RSRP 임계값만 고려) 적용 구간(1003)으로 설정한다. 후반부의 (S-M)개 부프레임 구간(1003)은 릴레이 신호의 최소한의 전파를 보장하기 위한 구간이다.

추가적으로, 본 발명에 따른 RMSE 임계값 이하의 동기 신호를 탐색하는 구간(1004) (R개의 부프레임)을 설정할 수 있다. 다양한 실시 예에 따르면, 4번째 부프레임(1005)에서 RSRP 임계값 조건을 달성하였다면, 미리 정의된 RMSE 임계값 탐색 구간 (R개 부프레임) 동안만 추가적인 동기 신호 수신을 수행하며, R개 부프레임까지 RMSE 임계값 조건을 만족시키지 못한 경우에는, 수신된 동기 신호 중 누적 RMSE 크기가 최소인 동기 신호를 선택하여 다음 부프레임에서는 반드시 동기 신호 릴레이를 수행할 수 있다. 이는 RMSE 조건을 만족시키고자 계속적으로 추가 수신을 하는 단말로 인해 단말들의 동기 신호 릴레이 속도가 현저히 느려지는 현상을 방지하기 위한 구간 설정이다. 이와 같은 구간 설정은 단말에 기 설정될 수도 있으며, 기지국 제어에 의해 결정되어 동기 채널을 통해 릴레이되어 단말에게 전달될 수도 있다.

도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 단말의 동기화 방법을 나타낸 순서도이다.

도 11에 따르면, 단말은 동기 신호 및 동기 정보를 수신한다(1101). 여기서 동기 신호 및 동기 정보가 전송되는 구간은 동기 채널일 수 있고, 동기 신호와 동기 정보는 동시에 전송될 수도 있고, 동기 신호가 먼저 전송되고, 그 후에 동기 정보가 전송될 수도 있다. 동기 채널은 동기화와 관련된 정보 그 자체 또는 상기 동기화와 관련된 정보가 전송되는 시간 및 주파수 축에서의 일부 구간을 의미할 수 있다. 동기 채널은 PD2DSCH(Physical D2D Synchronization Channel)일 수 있고, 동기 관련 부가 정보를 포함하는 데이터 신호일 수 있다. 상기 동기채널을 통해서 전송되는 동기 정보는 동기 소스의 ID, 동기 소스의 유형, 제어 또는 데이터 전송을 위한 자원 할당 정보 등을 포함할 수 있다. 본 발명에서는 누적 주파수 오프셋 정보가 포함될 수 있고, 상기 누적 주파수 오프셋 정보는 각 단말의 주파수-오프셋의 추정오차인 RMSE값이 누적된 값일 수 있다.

1102단계에서 단말은 수신한 동기 신호 및 동기 정보에 포함된 누적 주파수 오프셋 정보를 기초로 주파수 동기화를 수행할 동기 신호를 결정할 수 있다. 구체적으로 본 발명에 따라서 주파수 동기화를 수행할 동기 신호를 결정하는 과정은 다음과 같다. 단말은 먼저 수신된 동기 신호의 RSRP를 측정하고, 임계 RSRP이상의 신호가 수신되는 지를 판단할 수 있다. 만일 판단 결과 임계 RSRP이상의 신호세기를 가진 동기 신호가 수신되지 않는 경우에는 다음 서브프레임에서 새로운 동기 신호를 수신할 수 있다. 한편, 단말이 수신한 동기 신호 중 임계 RSRP이상의 신호 세기를 가진 동기 신호가 있는 경우에는, 단말은 자신이 수신한 동기 신호의 주파수 오프셋 추정오차를 계산한다. 구체적으로, 단말은 각 동기 신호의 신호 대 잡음 비(SNR)을 측정한다. 단말은 측정한 SNR을 이용하여 기 저장된 SNR-RMSE 매핑 정보에 따라, 단말의 주파수 오프셋 추정 오차를 획득할 수 있다. 획득한 주파수 오프셋 추정 오차는 RMSE값일 수 있다. 단말은 동기 정보에 포함된 누적 주파수 오프셋 정보에 자신이 수신한 동기 신호의 주파수 오프셋 추정 오차를 누적하여, 갱신된 누적 주파수 오프셋 정보를 결정할 수 있다.

단말은, 각 동기 신호에 대한 동기 정보를 기초로 동기 신호 마다 갱신된 누적 주파수 오프셋 정보를 결정할 수 있다. 이 경우 갱신된 누적 주파수 오프셋 정보는 누적된 주파수 오프셋 추정 오차의 RMSE값일 수 있다. 단말은 갱신된 RMSE값이 임계 RMSE이하에 해당하는지를 판단하여, 판단 결과 임계 RMSE값 이하에 해당하지 않는 경우에는, 다음 서브 프레임에서 수신된 동기 신호를 이용하여 임계 RMSE이하에 해당하는 지를 판단할 수 있다.

판단결과 임계 RMSE이하에 해당하는 갱신된 누적 주파수 오프셋 정보가 존재하는 경우에는 해당 정보에 대응하는 동기 신호를 단말이 동기화를 수행할 동기 신호로 결정한다. 만일 임계 RMSE 이하에 해당하는 갱신된 누적 주파수 오프셋 정보가 복수개 존재하는 경우에는 가장 낮은 RMSE값을 갖는 갱신된 누적 주파수 오프셋 정보에 대응하는 동기 신호를 단말이 동기화를 수행할 동기 신호로 결정할 수 있다.

한편, 단말이 상기 임계 RSRP 및 임계 RMSE값을 비교하여 동기화를 수행할 동기 신호를 결정하는 동기 채널내의 서브프레임 구간은 동기 채널 전체일 수도 있고, 동기 채널 구간 중 일부에만 설정될 수도 있다. 만일 동기 채널 구간 중 일부에만 설정된 경우에, 해당 구간이 초과할 때까지 임계 RSRP보다 크고 임계 RMSE값보다 작은 값을 갖는 동기 신호가 수신되지 않는 경우, 단말은 임계 RSRP보다 큰 조건을 만족하는 신호가 수신되면, 해당 조건을 만족하는 신호 중 RSRP가 가장 큰 신호를 동기화를 수행할 동기 신호로 결정할 수도 있다.

1103단계에서 단말은 상기 1102단계에서 결정된 동기 신호를 이용하여 동기화를 수행할 수 있다.

동기화를 수행한 뒤에 단말은 동기화를 수행한 동기 신호와 상기 갱신된 누적 주파수 오프셋 정보를 포함하는 동기 정보를 동기 채널을 통해 다른 단말로 릴레이 전송할 수 있다(1104).

이하에서는, 도 12a, 12b, 12c, 12d 및 도 13a, 도 13b를 통해 종래에 따른 동기화 방법과 본 발명의 실시 예에 따른 동기화 방법을 비교하여 설명한다. 특히 도 12 및 도 13에서는 동기 신호 릴레이 조건이 충족되지 않은 경우의 동기화 방법을 나타내는데, 여기서 동기 신호 릴레이 조건이란 i) 종래에 따른 동기화 방법의 경우 홉 수가 가장 작거나, In-coverage로부터의 동기 신호이거나 또는 동기 신호의 RSRP가 가장 큰 경우를 의미할 수 있다. ii) 본 발명에 따르는 경우, 누적 주파수 오프셋 정보에 따라 추정 오차의 RMSE가 가장 작은 신호이거나 RSRP가 가장 큰 경우를 의미할 수 있다.

구체적으로 동기 절차 A와 동기 절차 B로 나누어 종래 기술과 본 발명의 동기화 방법을 비교할 수 있다. 동기 절차 A는 동기 채널 구간 동안 동기 신호 릴레이 조건이 달성되지 못한 경우로 이 때, 단말은 조건에 가장 부합하는 수신 신호에 동기화 수행할 수 있다. 또한 동기 절차 B는 동기 채널 구간 동안 동기 신호 릴레이 조건이 달성되지 못한 경우에 스스로 독립적인 동기 소스로 전환하여 주위 단말에 동기 신호를 전송 할 수 있다.

도 12는 동기 절차 A 및 동기 절차 B 를 고려한 종래 기술의 흐름도를 나타낸 도면이다.

도 12a, 12b에 따르면, 종래 기술은 신호의 동기 소스 유형, 홉 수 및 RSRP 크기 조건을 기반으로 동작하며, 동기 채널 구간 동안 동기 신호 릴레이 조건이 달성되지 못할 경우에는, 동기 절차에 따라 수신된 동기 신호 중 최대 RSRP 크기를 갖는 신호에 동기화할 수 있다. 먼저 S개의 서브프레임으로 구성된 동기 채널을 통해 동기화 및 릴레이를 수행한다고 가정했을때, 첫번째 서브프레임에서 단말은 동기 신호 및 동기 정보를 수신할 수 있다(1201). 단말은 수신한 동기 신호의 RSRP를 측정하고(1202), 기 설정된 임계 RSRP(Th_dBm)와 비교할 수 있다(1203). 이는 일정 신호 세기 이상의 동기 신호를 선별하기 위함이며, 비교 결과 임계 RSRP보다 작은 경우에는 1204 단계에서 서브프레임(SF)이 동기채널 구간(S)내에 있는지를 판단한다. 동기채널 구간에 있는 경우에는 1205 단계로 진행하여 다음 서브프레임으로 이동하고(SF=SF+1) 다시 동기 신호 및 동기 정보를 수신할 수 있다. 한편, 계속하여 다음 서브프레임의 동기 신호를 수신하여 RSRP를 측정하였으나, 임계 RSRP이상의 신호가 없는 상태로 동기채널 구간이 끝난 경우에는 동기 채널 구간동안 수신한 동기 신호 중에서 가장 큰 RSRP를 갖는 동기 신호에 동기화를 수행할 수 있다(1206).

1203단계로 돌아가서, 특정 서브프레임에서 수신한 동기신호의 RSRP가 임계 RSRP보다 큰 경우에는 해당 동기 신호에 대한 동기 정보로부터 해당 동기 신호의 신호 유형을 검출할 수 있다(1207). 동기 신호의 유형은 In-coverage의 단말로부터 수신된 것인지 여부에 관한 것일 수 있다. 1208단계에서 단말은 임계 RSRP를 초과하는 해당 동기 신호가 In-coverage 단말로부터 전달된 것인 것 여부를 판단할 수 있다(1208). 판단 결과 임계 RSRP를 초과하는 해당 동기 신호가 In-coverage 단말로부터 전달된 것인 경우에는 임계 RSRP를 초과하는 해당 동기 신호 중 In-coverage 단말로부터 전달된 것으로 판단되는 동기 신호가 1 개 인지 여부를 판단한다(1209). 판단 결과 In-coverage 단말로부터 전달된 해당 동기 신호가 1개 인 경우에는 그 동기 신호에 동기화를 수행한다(1210). 1209단계에서 임계 RSRP를 초과하는 해당 동기 신호 중 In-coverage 단말로부터 전달된 것으로 판단되는 동기 신호가 복수 개인 경우에는 복수 개의 신호들의 동기 정보로부터 홉 수 정보를 검출할 수 있다(1211). 복수 개의 신호들의 홉 수가 최소 인 신호를 결정하고 홉 수가 최소 인 신호가 1 개인지 여부를 판단한다(1212). 판단 결과, 홉 수가 최소인 신호가 1개 인 경우에는 그 신호에 동기화를 수행한다(1213). 만일 홉 수가 최소인 신호가 복수개인 경우에는 복수개의 신호 중에서 RSRP가 최대인 신호를 기초로 동기화를 수행할 수 있다(1214).

1208단계로 돌아가, 임계 RSRP를 초과하는 동기 신호가 In-coverage 환경의 단말로부터 전달된 것이 아닌 경우에는 Out-of-Coverage 환경의 단말로부터 전달된 것임을 알 수 있다. 이 경우에도 마찬가지로 임계 RSRP를 초과하는 해당 동기 신호 중 Out-of-Coverage 단말로부터 전달된 것으로 판단되는 동기 신호가 1 개 인지 여부를 판단한다(1215). 판단 결과 Out-of-Coverage 단말로부터 전달된 해당 동기 신호가 1개 인 경우에는 그 동기 신호에 동기화를 수행한다(1216). 1215단계에서 임계 RSRP를 초과하는 해당 동기 신호 중 Out-of-Coverage 단말로부터 전달된 것으로 판단되는 동기 신호가 복수 개인 경우에는 복수 개의 신호들의 동기 정보로부터 홉 수 정보를 검출할 수 있다(1217). 복수 개의 신호들의 홉 수가 최소 인 신호를 결정하고 홉 수가 최소 인 신호가 1 개인지 여부를 판단한다(1218). 판단 결과, 홉 수가 최소인 신호가 1개 인 경우에는 그 신호에 동기화를 수행한다(1219). 만일 홉 수가 최소인 신호가 복수개인 경우에는 복수개의 신호 중에서 RSRP가 최대인 신호를 기초로 동기화를 수행할 수 있다(1220).

1210, 1213, 1214, 1216, 1219, 1220 단계 중 어느 하나의 단계에 의해 결정된 동기 신호를 이용하여 동기화를 수행하고 나면, 1221단계에서, 서브프레임(SF)이 동기채널 구간(S)내에 있는지를 판단한다. 판단 결과 서브 프레임이 동기 채널 구간 내에 있는 경우에는, 다음 서브프레임으로 이동하여(SF=SF+1)(1222), 릴레이 전송을 위해 동기 신호와 동기 정보를 송신한다(1223).

도 12c 및 도 12d에 따르면, 동기 절차 B와 관련하여 종래 기술은 신호의 동기 소스 유형, 홉 수 및 RSRP 크기 조건을 기반으로 동작하며, 동기 채널 구간 동안 동기 신호 릴레이 조건이 달성되지 못할 경우에는 단말 스스로가 독립적인 동기 소스로 전환하게 된다.

도 12c 및 도 12d에 따른 단말의 동작은 도 12a 및 도 12b에서의 단말의 동작과 대부분 일치 한다. 구체적으로 1201 내지 1223단계에 해당하는 동작은 1231 내지 1253 단계에 각각 대응되나, 1206 단계 및 1236단계에서만 차이가 존재 한다. 따라서 여기서는 1236 단계를 제외한 각 단계의 단말의 동작은 도 12a, 도 12b에 대한 설명으로 갈음한다. 한편, 1206단계는 동기 채널이 다 진행되는 동안에 임계 RSRP를 초과하는 동기 신호가 수신되지 않은 경우에 그동안 수신된 동기 신호 중에서 최대 RSRP를 갖는 동기 신호에 동기화를 수행하게 된다. 이에 대해서 1236단계에서는, 동기 채널이 다 진행되는 동안에 임계 RSRP를 초과하는 동기 신호가 수신되지 않은 경우를 동기화를 수행할 만큼 정확한 동기 신호가 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있으므로, 단말 스스로가 독립적인 동기 소스로 전환할 수 있다.

도 13 및 도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단말의 동기화 방법을 나타낸 도면이다.

구체적으로 도 13a 와 도 14a는 동기 절차 A에 대한 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 단말의 동작을 나타낸 도면이고, 도 13b와 도 14b는 동기 절차 B에 대한 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 단말의 동작을 나타낸 도면이다.

도 13a에 따르면, S개의 서브프레임으로 구성된 동기 채널을 통해 동기화 및 릴레이를 수행하는 경우, 단말은 먼저 첫번째 서브프레임에서 동기 신호 및 동기 정보를 수신할 수 있다(1301). 단말은 수신한 동기 신호의 RSRP를 측정하고(1302), 측정한 RSRP를 기 설정된 임계 RSRP(Th_dBm)와 비교한다(1303). 비교결과 임계 RSRP를 초과하지 못하는 경우에는 동기화를 수행할 충분한 세기의 동기 신호가 아님을 의미할 수 있고, 이 경우 다음 서브프레임의 동기 신호를 수신할 필요가 있다. 1304단계에서 단말은 서브프레임이 동기 채널 구간 내인지 여부를 판단할 수 있다. 판단결과, 동기 채널 구간 내에 있는 경우에는 다음 서브프레임으로 이동(SF=SF+1)하여(1305), 동기 신호 및 동기 정보를 수신할 수 있다. 1303단계에서 수신한 동기 신호의 RSRP가 임계 RSRP를 초과하는 경우에는 해당 동기 신호에 대한 동기 정보로부터 동기 신호 누적 RMSE 정보를 검출한다(1306). 여기서 동기 신호 누적 RMSE 정보는 해당 동기 신호가 릴레이 되면서 거친 각 단말에서의 주파수 오프셋 추정 오차의 RMSE값을 누적한 값일 수 있다. 또한 본 명세서 상에서 누적 RMSE 정보는 누적 주파수 오프셋 정보와 같은 의미로 사용될 수 있다. 1306 단계에서 동기 신호 누적 RMSE 정보 즉, 누적 주파수 오프셋 정보를 검출하는 것은 동기 정보에 포함된 누적 주파수 오프셋 정보에 동기 신호를 수신한 단말의 주파수 오프셋 추정 오차의 RMSE값을 누적시키는 것을 의미한다. 이는 구체적으로 전술한 [수학식 1], [수학식 2]에 따라, 단말은 자신이 수신한 동기 신호의 주파수 오프셋 추정오차를 계산한다. 구체적으로, 단말은 각 동기 신호의 신호 대 잡음 비(SNR)을 측정한다. 단말은 측정한 SNR을 이용하여 기 저장된 SNR-RMSE 매핑 정보에 따라, 단말의 주파수 오프셋 추정 오차를 획득할 수 있다. 획득한 주파수 오프셋 추정 오차는 RMSE값일 수 있다. 단말은 동기 정보에 포함된 누적 주파수 오프셋 정보에 자신이 수신한 동기 신호의 주파수 오프셋 추정 오차를 누적하여, 갱신된 누적 주파수 오프셋 정보를 결정할 수 있다. 한편, 각 서브프레임에서 수신되는 동기 신호는 둘 이상의 복수 개 일 수도 있다. 이 경우 단말은 각 동기 신호에 대한 동기 정보를 기초로 동기 신호 마다 갱신된 누적 주파수 오프셋 정보를 결정할 수 있다. 이 경우 갱신된 누적 주파수 오프셋 정보는 누적된 주파수 오프셋 추정 오차의 RMSE값일 수 있다. 단말은 1307단계에서 갱신된 누적 RMSE값이 임계 RMSE(Th_Hz) 미만인지를 판단할 수 있다. 판단 결과 임계 RMSE 이상인 경우에는 1304단계로 진행하여 서브프레임이 동기 채널 구간 이내인지 여부에 따라 다음 서브프레임에서 새로운 동기 신호를 수신할 수 있다. 만일 누적 RMSE값이 임계 RMSE(Th_Hz) 미만인지를 판단한 결과 누적 RMSE값이 임계 RMSE(Th_Hz) 미만인 동기 신호가 존재하는 경우에는 해당하는 동기 신호중 가장 작은 값의 누적 RMSE값을 가진 동기 신호에 동기화를 수행한다(1308).

동기화를 수행한 뒤에 단말은 서브프레임이 동기 채널 구간내에 존재하는 지 여부를 판단하여(1309), 동기 채널 이내인 경우 다음 서브프레임으로 이동하고(1310), 동기화를 수행한 동기 신호와 해당 동기 신호에 대응하는 동기 정보를 기초로 결정된 갱신된 누적 주파수 오프셋 정보를 포함하는 동기 정보를 릴레이 송신할 수 있다(1311).

도 13b는 동기 절차 B에 따른 본 발명의 동기화 방법의 일 실시 예를 나타낸 도면이다.

도 13b에서 단말의 동작 중 1321단계 내지 1331 단계에 해당하는 동작은 도 13a에서 1301단계 내지 1311 단계에 대응한다. 도 13a와 도 13b에서의 차이는 1304 단계에서 단말의 동기 채널 구간이 종료할 때까지 임계 RSRP를 초과하는 동기 신호가 수신되지 않는 경우에 있다. 즉, 도 13a에서는 수신한 동기 신호에 대한 갱신된 누적 RMSE 값을 검출하여 이 중 최소 누적 RMSE 신호에 동기화를 수행하나(1308단계), 1324 단계에서는 최소 누적 RMSE 신호에 동기화를 수행하지 아니하고, 단말 스스로가 독립적인 동기 소스로 전환하게 된다.

도 14a 및 도 14b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단말의 동기화 방법을 동기 절차 A 및 동기 절차 B에 따라 나타낸 순서도이다.

본 실시 예는 동기 정보를 검출할 후보군을 선택하는 조건인 RSRP 임계값 조건과 무관하게 동작하는 구조로써, 수신되는 모든 신호에 대해 RMSE 임계값만을 고려해 동작하는 구조이다. 이 때, 동기 채널 구간 동안 동기 신호 릴레이 조건이 달성되지 못할 경우에는, 동기 절차에 따라 수신된 동기 신호 중 최소 누적 RMSE 크기를 갖는 신호에 동기화하거나(동기 절차 A(도 14a)), 단말 스스로가 독립적인 동기 소스로 전환하게 된다(동기 절차 B(도 14b))

도 14a에서 S개의 서브프레임으로 구성된 동기 채널을 통해 동기화 및 릴레이를 수행하는 경우, 단말은 먼저 첫번째 서브프레임에서 동기 신호 및 동기 정보를 수신할 수 있다(1401). 단말은 수신한 동기 신호의 RSRP를 측정하고(1402), 해당 동기 신호에 대한 동기 정보로부터 동기 신호 누적 RMSE 정보를 검출한다(1403). 여기서 동기 신호 누적 RMSE 정보는 해당 동기 신호가 릴레이 되면서 거친 각 단말에서의 주파수 오프셋 추정 오차의 RMSE값을 누적한 값일 수 있다. 1403 단계에서 동기 신호 누적 RMSE 정보 즉, 누적 주파수 오프셋 정보를 검출하는 것은 동기 정보에 포함된 누적 주파수 오프셋 정보에 동기 신호를 수신한 단말의 주파수 오프셋 추정 오차의 RMSE값을 누적시키는 것을 의미한다. 이는 구체적으로 전술한 [수학식 1], [수학식 2]에 따라, 단말은 자신이 수신한 동기 신호의 주파수 오프셋 추정오차를 계산한다. 구체적으로, 단말은 각 동기 신호의 신호 대 잡음 비(SNR)을 측정한다. 단말은 측정한 SNR을 이용하여 기 저장된 SNR-RMSE 매핑 정보에 따라, 단말의 주파수 오프셋 추정 오차를 획득할 수 있다. 획득한 주파수 오프셋 추정 오차는 RMSE값일 수 있다. 단말은 동기 정보에 포함된 누적 주파수 오프셋 정보에 자신이 수신한 동기 신호의 주파수 오프셋 추정 오차를 누적하여, 갱신된 누적 주파수 오프셋 정보를 결정할 수 있다. 한편, 각 서브프레임에서 수신되는 동기 신호는 둘 이상의 복수 개 일 수도 있다. 이 경우 단말은 각 동기 신호에 대한 동기 정보를 기초로 동기 신호 마다 갱신된 누적 주파수 오프셋 정보를 결정할 수 있다. 한편, 각 서브프레임에서 수신되는 동기 신호는 둘 이상의 복수 개 일 수도 있다. 이 경우 단말은 각 동기 신호에 대한 동기 정보를 기초로 동기 신호 마다 갱신된 누적 주파수 오프셋 정보를 결정할 수 있다. 이 경우 갱신된 누적 주파수 오프셋 정보는 누적된 주파수 오프셋 추정 오차의 RMSE값일 수 있다. 단말은 1404단계에서 갱신된 누적 RMSE값이 임계 RMSE(Th_Hz) 미만인지를 판단할 수 있다. 판단 결과 임계 RMSE 이상인 경우에는 1405단계로 진행하여 서브프레임이 동기 채널 구간 이내인지 여부에 따라 다음 서브프레임에서(1406) 새로운 동기 신호를 수신할 수 있다. 만일 누적 RMSE값이 임계 RMSE(Th_Hz) 미만인지를 판단한 결과 누적 RMSE값이 임계 RMSE(Th_Hz) 미만인 동기 신호가 존재하는 경우에는 해당하는 동기 신호중 가장 작은 값의 누적 RMSE값을 가진 동기 신호에 동기화를 수행한다(1407).

동기화를 수행한 뒤에 단말은 서브프레임이 동기 채널 구간내에 존재하는 지 여부를 판단하여(1408), 동기 채널 이내인 경우 다음 서브프레임으로 이동하고(1409), 동기화를 수행한 동기 신호와 해당 동기 신호에 대응하는 동기 정보를 기초로 결정된 갱신된 누적 주파수 오프셋 정보를 포함하는 동기 정보를 릴레이 송신할 수 있다(1410).

도 14b는 동기 절차 B의 경우를 나타낸 것으로 도 14a에서 1401단계 내지 1410단계는 도 14b에서 1411단계 내지 1420단계와 대응된다. 따라서 여기서는 차이점에 대해서만 설명한다. 도 14b의 경우 1415단계에서 누적 주파수 오프셋 정보인 RMSE가 임계 RMSE보다 작지 않은 경우가 유지되고 동기 채널 구간의 종료가 도달하면, 최소 누적 RMSE를 갖는 신호에 동기화를 수행하는 도 14a의 경우와 달리, 단말 스스로가 독립적 동기 소스로 전환된다.

도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단말의 구조를 나타낸 장치도이다.

도 15에 따르면, 본 발명의 단말(1500)은 제어부(1501) 및 통신부(1502)를 포함한다. 도 15에서는 단말의 구성요소로서 제어부(1501) 및 통신부(1502) 만을 도시하였으나, 이 외에도 다양한 기능을 수행하는 모듈이 포함될 수 있음을 명시한다. 구체적으로 본 발명에서 제어부(1501)의 하위 모듈로 도면에는 도시되지 않았으나, 수신한 동기 정보로부터 누적 주파수 오프셋 정보를 추출하는 동기정보 추출부, 복수의 동기 신호 중 단말이 동기화를 수행하고 릴레이 송신할 동기 신호를 결정하는 동기화 신호 결정부 또는 상기 동기화 신호 결정부가 결정한 동기 신호를 기초로 단말의 동기화를 수행하는 동기화 수행부 등이 포함될 수 있다.

다양한 실시 예에서, 제어부(1501)는 상기 동기 정보 추출부, 동기화 신호 결정부 및 동기화 수행부의 동작을 모두 제어할 수도 있다. 이하에서는 제어부(1501)가 제어부에 포함된 하위 모듈을 모두 제어하는 경우를 가정하여 단말(1500)의 구성을 설명한다.

통신부(1502)는 데이터 통신을 수행할 수 있다.

제어부(1501)는 단말의 전반적인 동작을 제어할 수 있으며,

다양한 실시 예에 따르면, 제어부(1501)는, 적어도 하나 이상의 동기 신호 및 동기 정보를 수신하고, 상기 동기 정보에 포함된 누적 주파수 오프셋 정보를 기초로 상기 적어도 하나 이상의 동기 신호 중 상기 단말의 주파수 동기화를 수행할 동기 신호를 결정하고, 결정된 상기 동기 신호를 이용하여 상기 단말의 주파수 동기화를 수행할 수 있다.

또한 제어부(1501)는 상기 적어도 하나의 동기 신호의 기준 신호 수신 세기(Reference Signal Received Power, RSRP) 및 상기 단말의 주파수 오프셋 정보를 기초로 갱신된 누적 주파수 오프셋 정보를 기초로 상기 단말의 주파수 동기화를 수행할 동기 신호를 결정할 수 있다.

또한 제어부(1501)는 상기 적어도 하나의 동기 신호의 기준 신호 수신 세기(Reference Signal Received Power, RSRP)가 기 설정된 임계 RSRP를 초과하는지 여부를 판단하고, 상기 판단 결과 상기 적어도 하나의 동기 신호의 RSRP가 기 설정된 임계 RSRP를 초과하는 경우, 상기 단말의 주파수 오프셋 정보를 기초로 갱신된 누적 주파수 오프셋 정보를 결정하고, 상기 결정된 적어도 하나의 동기 신호에 대한 갱신된 누적 주파수 오프셋 정보 중 가장 작은 추정오차 값을 갖는 갱신된 누적 주파수 오프셋 정보에 대응하는 동기 신호를 상기 단말이 주파수 동기화를 수행할 동기 신호로 결정할 수 있다.

또한 제어부(1501)는 상기 적어도 하나의 동기 신호 각각에 대응하는 동기 정보에 포함된 누적 주파수 오프셋 정보를 획득하고, 상기 단말의 주파수 오프셋 정보를 계산하고, 상기 적어도 하나의 동기 신호 각각에 대해 상기 계산된 단말의 주파수 오프셋 정보를 기초로 상기 누적 주파수 오프셋 정보를 갱신하고, 상기 적어도 하나의 동기 신호에 대한 상기 갱신된 누적 주파수 오프셋 정보 중 가장 작은 값을 갖는 동기 신호를 상기 단말이 동기화를 수행할 동기 신호로 결정할 수 있다.

또한 제어부(1501)는 결정된 상기 동기 신호 및 상기 결정된 동기 신호에 대한 갱신된 누적 주파수 오프셋 정보를 포함하는 동기 정보를 릴레이 전송할 수 있다.

또한 제어부(1501)는 상기 적어도 하나의 동기 신호의 RSRP가 임계 RSRP를 초과하고, 상기 단말의 주파수 오프셋 정보와 상기 동기 정보에 포함된 누적 주파수 오프셋 정보를 기초로 갱신된 누적 주파수 오프셋 정보가 임계 RMSE보다 작은 경우에 상기 결정된 상기 동기 신호 및 상기 결정된 동기 신호에 대한 동기 정보를 릴레이 전송할 수 있다.

또한 제어부(1501)는 상기 적어도 하나의 동기 신호의 RSRP 및 상기 단말의 주파수 오프셋 정보를 기초로 갱신된 누적 주파수 오프셋 정보를 기초로 상기 단말의 주파수 동기화를 수행할 동기 신호를 결정하는 것을 상기 적어도 하나의 동기 신호 및 동기 정보가 수신될 수 있는 서브프레임 중 일부 서브프레임 동안에만 적용할 수 있다.

또한 상술한 설명에서 상기 누적 주파수 오프셋 정보는,상기 동기 신호를 릴레이 전송한 적어도 하나의 단말의 주파수 오프셋의 추정 오류의 평균 제곱근 오차(ROOT MEAN SQUARE ERROR, RMSE)를 누적시킨 정보일 수 있다.

이하에서는 도 16 내지 도 20을 통해 종래 기술 대비 본 발명 기술의 효과를 비교 분석한다. 구체적으로 본 발명의 주파수 동기 성능 측면의 효과를 입증하기 위하여, 기지국의 중심 주파수에 대한 각 단말들의 주파수 오프셋 RMSE의 CDF (Cumulative Distribution Function) 성능을 비교한다. 또한, Partial-coverage 환경에서의 다중 홉 릴레이 형태의 동기 구조를 고려해, 기지국과 단말간 거리에 따른 주파수 오프셋 평균 RMSE 성능도 비교한다. 한편, 종래 기술과 본 발명 기술의 동작 프로세스 비교를 통해, 발명 기술의 동기 수행 절차가 종래 기술 대비 크게 간소화됨을 보인다.

●주파수 동기 성능 개선

1) 모의실험 환경

도 16은 수신 SNR에 따른 주파수 오프셋 추정 RMSE의 성능을 나타낸 그래프이다.

먼저, 본 발명 기술에 요구되는 SNR-RMSE 테이블 정보 구성 및 각 단말에서 발생하는 추정 오차의 모델링을 위하여, 도 16의 수신 SNR에 따른 동기 신호의 주파수 오프셋 평균 RMSE 성능을 고려한다. 도 16의 SNR-RMSE 성능은 동일 주파수 대역으로 중첩되어 수신되는 다수의 동기 신호로부터 독립적인 주파수 오프셋 검출을 고려해, 2개의 연속된 PSS 시퀀스를 이용한 Moose 알고리즘을 적용하였으며, 관련 링크 레벨 모의실험 파라미터는 [표 1]과 같다. 본 특허의 모의실험에서는, 각 단말에서 발생하는 주파수 오프셋 추정 오차는 도 16의 SNR-RMSE를 기반으로 수신 SNR에 따른 평균적인 RMSE 크기를 나타냄을 가정하였으며, 발명 기술에서는 도 16의 RMSE 범위 (0 ~ 2.7E-2)를 고려해 균등 분포로 양자화된 데이터를 이용한다.

도 17은 본 발명의 모의실험을 위한 셀 환경을 보인다. 본 발명의 모의실험에서는 Partial-coverage 환경 구성을 위해 총 19개의 셀 중 좌측 상단에 위치한 3개의 셀에만 기지국이 존재하는 환경을 가정하였으며, 해당 3개 셀 내에 위치한 단말들은 CUE, 그렇지 않은 단말들은 Out-of-coverage 단말임을 가정하였다. 각 셀은 육각형 모양의 섹터 3개로 구성되어 있으며, ISD (Inter-Site Distance)는 1732m을 고려하였다. 또한, 단말은 각 셀 내에서 랜덤하게 분포함을 가정하였으며, Out-of-coverage 단말은 독립적인 동기 소스가 될 수 없으며, 오직 셀로부터 릴레이된 동기 신호에만 동기화가 가능함을 가정하였다.

한편, 각 단말은 주기적인 동기 채널을 통해 동기화 과정을 수행하는데 동기 채널 할당 주기는 현재까지 정의된 바 없기 때문에, D2D 통신을 위한 최대 주파수 오프셋 요구 사항을 만족하는 정도의 주기를 갖는다 가정하고, 각 단말에서 발생하는 초기 (주기적인) 주파수 오프셋은 최대 ±0.1 ppm (±140 Hz) 내에서 랜덤하게 발생함을 가정하였다.

기타 주요 모의실험 파라미터는 다음의 [표 1] 및 [표 2]와 같으며, 3GPP TSG (Technical Specification Group) RAN1 (Radio Access Networks) 77차 표준화 회의 결정 사항 및 LTE 시스템 표준을 바탕으로 설정되었다.

파라미터	값
주파수 대역폭	10 MHz
중심 주파수	700 MHz
FFT (Fast Fourier Transform) 크기	1024
CP (Cyclic Prefix) 유형	Normal CP
다중 경로 모델	Extended Pedestrian A
단말의 이동 속도	3 km/h
주파수 오프셋 크기	최대 ±0.1 ppm (±140 Hz) 내에서 랜덤
PSS 시퀀스 개수	2 (시간 축으로 연속 할당)
시퀀스 시그널링 구조	SC-FDM (Single Carrier-Frequency Division Multiplexing)
PSS 시퀀스의 root index	29
PSS 시퀀스 길이	62
(미세) 주파수 동기 알고리즘	Moose 알고리즘

< 링크 레벨 모의실험 파라미터>

파라미터	값
총 단말 개수	섹터 당 150 개
셀 배치 구조	2-tier (19 셀, Hexagonal 섹터 3개=1 셀)
ISD	1732 m
단말-단말간 pathloss 모델	WINNER+ B1 LOS/NLOS
단말 송신 전력	31 dBm
RSRP 임계값 (ThdBm)	-112 dBm
RMSE 임계값 (ThHz)	400 Hz
동기 채널 부프레임 수 (S)	13
RMSE 임계값 탐색 부프레임 수 (R)	2
발명 기술 적용 구간 부프레임 수 (M)	6
잡음 전력	-174 dBm
잡음 지수	9 dB
Shadow 페이딩	표준 편차: 7 dB

<시스템 레벨 모의실험 파라미터>

2) 중심 주파수에 대한 주파수 오프셋 RMSE의 CDF 성능 비교

도 18은 중심 주파수에 대한 단말의 주파수 오프셋 RMSE의 CDF 성능을 보인다. 제안 기술 (upper bound)는 실제 랜덤하게 발생하는 추정 오차를 정확히 누적 반영할 경우의 성능이며, 발명 기술의 이상적인 성능이다. 도 18에 나타난 바와 같이, 누적 RMSE 정보만을 이용해 주파수 동기를 수행하더라도 종래 기술 대비 단말들의 평균적인 주파수 오프셋 크기가 감소하며 (RMSE < 600 Hz단말 수: 78% → 83%로 증가), RMSE 임계값까지 적용한 발명 기술은 더욱 큰 이득을 보인다. (RMSE < 600 Hz 단말 수: 78% → 90%로 증가).

3) 단말이 수신한 동기 신호의 홉 수에 따른 단말의 주파수 오프셋 평균 RMSE 성능 비교

도 19는 단말이 수신한 동기 신호의 홉 수에 따른 단말의 주파수 오프셋 평균 RMSE 성능을 보인다. 여기서 0 홉 신호는 기지국에서 셀 edge 단말로 소신되는 하향링크 PSS 신호를 나타내며, 1 홉 신호는 셀 edge 단말이 out-of-coverage 단말에게 릴레이하는 D2D용 동기 신호를 나타낸다. 도 19에 나타난 바와 같이, 본 발명은 1 홉 신호에서도 종래 기술 대비 평균 RMSE가 7% 저감되는 효과가 있으며, 이는 발명 기술이 1홉의 단거리 릴레이 동기 수행 시에도 효과가 있음을 입증한다. 또한, 발명 기술은 홉 수가 증가할수록 더욱 뚜렷한 성능 이득을 보임을 확인할 수 있다.

4) 양자화 RMSE 정보를 이용한 발명 기술의 동기 성능 비교

본 발명은 동기 채널에 RMSE 정보를 구성해야 하므로, 이를 위한 추가 bit가 요구된다. 도 20은 양자화된 RMSE 정보를 이용해 본 발명 기술 적용 시, 양자화 레벨에 따른 동기 성능 비교를 보인다. 종래 기술은 신호의 동기 소스 유형 정보와 홉 카운팅 정보 (최대 N 홉 고려)로 인해 최대 (1+<log₂N>) bits가 요구되는 반면, 본 발명은 RMSE 정보만을 고려함으로, 양자화 레벨 L에 따른 (log₂L) bits의 추가 bit가 요구됨을 가정하였다. 도 20에 나타난 바와 같이, 4 bits로 RMSE 정보 구성 시 (L=16) 종래 기술이 최대 3 홉을 고려할 경우 (N=3), 1 bit 추가함으로써 동기 성능 개선이 가능하다. 한편, 6 bits 이상으로 RMSE 정보 구성 시 (L=64 또는 128), 양자화하지 않은 RMSE 정보를 이용한 동기 성능과 거의 유사한 성능 달성이 가능하다.

● 동기 프로세스 간소화

상술한 효과 외에도 본 발명에 따르는 경우 종래 동기화 프로세스에 비해 상당히 간소화된프로세스를 통해 동기화를 수행할 수 있다. 구체적으로 전술한 도 12 는 종래 기술의 동작 흐름도, 도 13 및 도 14는 본 발명 기술의 동작 흐름도를 보인다. 도 12에 나타난 바와 같이, 종래 기술은 RSRP 임계값 조건 이외에도 동기 소스 유형, 홉 수, RSRP 크기와 같이 동기화 수행 조건이 4가지로 구성되어 복잡한 동기 프로세스를 갖는다. 반면, 본 발명 기술은 RSRP 임계값과 RMSE 임계값만을 고려한 동기 프로세스로, 종래 기술 대비 상당히 간소화된 동기 수행이 가능하다.

이상에서 설명된 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 또한 앞서 설명된 본 발명에 따른 실시 예들은 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

단말: 1500
제어부: 1501
통신부: 1502

Claims (20)

1. 단말 간 통신(DEVICE-TO-DEVICE, D2D)을 위한 단말의 동기화 방법에 있어서,
   적어도 하나의 동기 신호 및 동기 정보를 수신하는 단계;
   상기 동기 정보에 포함된 누적 주파수 오프셋 정보를 기초로 상기 적어도 하나의 동기 신호 중 상기 단말의 주파수 동기화를 수행할 동기 신호를 결정하는 단계; 및
   결정된 상기 동기 신호를 이용하여 상기 단말의 주파수 동기화를 수행하는 단계;를 포함하고,
   상기 누적 주파수 오프셋 정보는, 상기 동기 신호를 릴레이 전송한 적어도 하나의 단말의 주파수 오프셋의 추정 오류의 평균 제곱근 오차(ROOT MEAN SQUARE ERROR, RMSE)를 누적시킨 정보이고,
   상기 RMSE는, 상기 동기 신호를 릴레이 전송한 상기 적어도 하나의 단말이 수신한 동기 신호의 신호대잡음비(signal to noise ratio; SNR)에 기초하여 결정되는 동기화 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 결정하는 단계는,
   상기 적어도 하나의 동기 신호의 기준 신호 수신 세기(Reference Signal Received Power, RSRP) 및 상기 단말의 주파수 오프셋 정보를 기초로 갱신된 누적 주파수 오프셋 정보를 기초로 상기 단말의 주파수 동기화를 수행할 동기 신호를 결정하는 것을 특징으로 하는 동기화 방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 결정하는 단계는
   상기 적어도 하나의 동기 신호의 기준 신호 수신 세기(Reference Signal Received Power, RSRP)가 기 설정된 임계 RSRP를 초과하는지 여부를 판단하는 단계;
   상기 판단 결과 상기 적어도 하나의 동기 신호의 RSRP가 기 설정된 임계 RSRP를 초과하는 경우, 상기 단말의 주파수 오프셋 정보를 기초로 갱신된 누적 주파수 오프셋 정보를 결정하는 단계; 및
   상기 결정된 적어도 하나의 동기 신호에 대한 갱신된 누적 주파수 오프셋 정보 중 가장 작은 추정오차 값을 갖는 갱신된 누적 주파수 오프셋 정보에 대응하는 동기 신호를 상기 단말이 주파수 동기화를 수행할 동기 신호로 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 동기화 방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 결정하는 단계는,
   상기 적어도 하나의 동기 신호 각각에 대응하는 동기 정보에 포함된 누적 주파수 오프셋 정보를 획득하는 단계;
   상기 단말의 주파수 오프셋 정보를 계산하는 단계;
   상기 적어도 하나의 동기 신호 각각에 대해 상기 계산된 단말의 주파수 오프셋 정보를 기초로 상기 누적 주파수 오프셋 정보를 갱신하는 단계; 및
   상기 적어도 하나의 동기 신호에 대한 상기 갱신된 누적 주파수 오프셋 정보 중 가장 작은 값을 갖는 동기 신호를 상기 단말이 동기화를 수행할 동기 신호로 결정하는 단계;를 포함하는 동기화 방법.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 결정된 동기 신호 및 상기 결정된 동기 신호에 대해 갱신된 누적 주파수 오프셋 정보를 포함하는 동기 정보를 릴레이 전송하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동기화 방법.
6. 제 5항에 있어서, 상기 전송하는 단계는,
   상기 적어도 하나의 동기 신호의 RSRP가 임계 RSRP를 초과하고, 상기 단말의 주파수 오프셋 정보와 상기 동기 정보에 포함된 누적 주파수 오프셋 정보를 기초로 갱신된 누적 주파수 오프셋 정보가 임계 RMSE보다 작은 경우에 상기 결정된 상기 동기 신호 및 상기 결정된 동기 신호에 대한 동기 정보를 릴레이 전송하는 것을 특징으로 하는 동기화 방법.
7. 제 2항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 동기 신호의 RSRP 및 상기 단말의 주파수 오프셋 정보를 기초로 갱신된 누적 주파수 오프셋 정보를 기초로 상기 단말의 주파수 동기화를 수행할 동기 신호를 결정하는 것을 상기 적어도 하나의 동기 신호 및 동기 정보가 수신될 수 있는 서브프레임 중 일부 서브프레임 동안에만 적용하는 것을 특징으로 하는 동기화 방법.
8. 삭제
9. 단말 간 통신(DEVICE-TO-DEVICE, D2D)을 위해 동기화를 수행하는 단말에 있어서,
   데이터 통신을 수행하는 통신부; 및
   적어도 하나의 동기 신호 및 동기 정보를 수신하고, 상기 동기 정보에 포함된 누적 주파수 오프셋 정보를 기초로 상기 적어도 하나의 동기 신호 중 상기 단말의 주파수 동기화를 수행할 동기 신호를 결정하고, 결정된 상기 동기 신호를 이용하여 상기 단말의 주파수 동기화를 수행하는 제어부;를 포함하고,
   상기 누적 주파수 오프셋 정보는, 상기 동기 신호를 릴레이 전송한 적어도 하나의 단말의 주파수 오프셋의 추정 오류의 평균 제곱근 오차(ROOT MEAN SQUARE ERROR, RMSE)를 누적시킨 정보이고,
   상기 RMSE는, 상기 동기 신호를 릴레이 전송한 상기 적어도 하나의 단말이 수신한 동기 신호의 신호대잡음비(signal to noise ratio; SNR)에 기초하여 결정되는 단말.
10. 제 9항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 적어도 하나의 동기 신호의 기준 신호 수신 세기(Reference Signal Received Power, RSRP) 및 상기 단말의 주파수 오프셋 정보를 기초로 갱신된 누적 주파수 오프셋 정보를 기초로 상기 단말의 주파수 동기화를 수행할 동기 신호를 결정하는 것을 특징으로 하는 단말.
11. 제 9항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 적어도 하나의 동기 신호의 기준 신호 수신 세기(Reference Signal Received Power, RSRP)가 기 설정된 임계 RSRP를 초과하는지 여부를 판단하고, 상기 판단 결과 상기 적어도 하나의 동기 신호의 RSRP가 기 설정된 임계 RSRP를 초과하는 경우, 상기 단말의 주파수 오프셋 정보를 기초로 갱신된 누적 주파수 오프셋 정보를 결정하고, 상기 결정된 적어도 하나의 동기 신호에 대한 갱신된 누적 주파수 오프셋 정보 중 가장 작은 추정오차 값을 갖는 갱신된 누적 주파수 오프셋 정보에 대응하는 동기 신호를 상기 단말이 주파수 동기화를 수행할 동기 신호로 결정하는 것을 특징으로 하는 단말.
12. 제 9항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 적어도 하나의 동기 신호 각각에 대응하는 동기 정보에 포함된 누적 주파수 오프셋 정보를 획득하고, 상기 단말의 주파수 오프셋 정보를 계산하고, 상기 적어도 하나의 동기 신호 각각에 대해 상기 계산된 단말의 주파수 오프셋 정보를 기초로 상기 누적 주파수 오프셋 정보를 갱신하고, 상기 적어도 하나의 동기 신호에 대한 상기 갱신된 누적 주파수 오프셋 정보 중 가장 작은 값을 갖는 동기 신호를 상기 단말이 동기화를 수행할 동기 신호로 결정하는 것을 특징으로 하는 단말.
13. 제 9항에 있어서, 상기 제어부는,
    결정된 상기 동기 신호 및 상기 결정된 동기 신호에 대한 갱신된 누적 주파수 오프셋 정보를 포함하는 동기 정보를 릴레이 전송하는 것을 특징으로 하는 단말.
14. 제 13항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 적어도 하나의 동기 신호의 RSRP가 임계 RSRP를 초과하고, 상기 단말의 주파수 오프셋 정보와 상기 동기 정보에 포함된 누적 주파수 오프셋 정보를 기초로 갱신된 누적 주파수 오프셋 정보가 임계 RMSE보다 작은 경우에 상기 결정된 상기 동기 신호 및 상기 결정된 동기 신호에 대한 동기 정보를 릴레이 전송하는 것을 특징으로 하는 단말.
15. 제 10항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 적어도 하나의 동기 신호의 RSRP 및 상기 단말의 주파수 오프셋 정보를 기초로 갱신된 누적 주파수 오프셋 정보를 기초로 상기 단말의 주파수 동기화를 수행할 동기 신호를 결정하는 것을 상기 적어도 하나의 동기 신호 및 동기 정보가 수신될 수 있는 서브프레임 중 일부 서브프레임 동안에만 적용하는 것을 특징으로 하는 단말.
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