KR102581349B1 - 공장 자동화 시스템에서 프레임 운용 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

공장 자동화 시스템에서 프레임 운용 기술이 개시된다. 통신 시스템의 단말의 동작 방법으로서, 기지국으로부터 서브 프레임의 명령 구간에 대한 정보, 동작 구간에 대한 정보 및 보고 구간에 대한 정보를 수신하는 단계; 상기 명령 구간에서 상기 기지국으로부터 명령을 수신하는 단계; 상기 동작 구간에서 상기 수신한 명령에 따른 동작을 수행하는 단계; 및 상기 보고 구간에서 상기 동작에 따른 결과를 상기 기지국에 보고하는 단계를 포함하는, 단말의 동작 방법이 제공될 수 있다.

Description

공장 자동화 시스템에서 프레임 운용 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR OPERATING FRAME IN FACTORY AUTOMATION SYSTEM}
본 발명은 공장 자동화 시스템에서 프레임 운용 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주기적인 사이클 마다 수행되는 명령-동작-보고 메커니즘을 지원하는 공장 자동화 시스템에서 프레임 운용 기술에 관한 것이다.
급증하는 무선 데이터의 처리를 위해, LTE(long term evolution)(또는, LTE-A)의 주파수 대역(예를 들어, 6GHz 이하의 주파수 대역)보다 높은 주파수 대역(예를 들어, 6GHz 이상의 주파수 대역)을 사용하는 통신 시스템(예를 들어, NR(new radio) 통신 시스템)이 고려되고 있다. NR 통신 시스템은 6GHz 이하의 주파수 대역뿐만 아니라 6GHz 이상의 주파수 대역을 지원할 수 있고, LTE 통신 시스템에 비해 다양한 통신 서비스 및 시나리오를 지원할 수 있다. 예를 들어, NR 통신 시스템의 사용 시나리오(usage scenario)는 eMBB(enhanced Mobile BroadBand), URLLC(Ultra Reliable Low Latency Communication), mMTC(massive Machine Type Communication) 등을 포함할 수 있다.
한편, 공장 자동화 시스템은 한정된 신뢰성과 지연 시간을 가진 크리티컬(critical) 커뮤니케이션을 필요로 하는 URLLC의 어려운 사용 사례 중 하나일 수 있다. 또한, 공장 자동화 시스템은 다수의 무선 디바이스들 간의 실시간 상호 작용을 동반하는 경우가 많으며, 공통 시간 기준의 디바이스들 간에 초정밀 절대 시간 동기화(absolute time synchronization, ATS) 기술이 필요할 수 있다. 이와 같은 공장 자동화 시스템이 무선 디바이스들 간에 절대 시간 동기화를 이루려면 무선 디바이스와 기지국 사이의 타이밍에 기반하는 프레임 정렬을 넘어 초정밀 절대 시간 동기화 메커니즘이 필요할 수 있다. 한편, 기존 LTE-TDD(time division duplex)에 대한 초정밀 절대 시간 동기화 절차와 소형 셀에서의 무선 조정은 단지 기지국의 동기화에 국한되었을 수 있다. 공장 자동화 시스템이 무선 디바이스에 대한 시간 동기화를 가능하게 하기 위해서는 5G URLLC 표준에 추가적인 물리계층 프레임 구조 및 뉴머랄러지(numerology)에 대한 표준화가 필요할 수 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 초정밀 절대 시간 동기화 기술을 기반으로 하는 미션 크리티컬 응용(mission-critical application)에서 주기적인 사이클 마다 수행되는 명령-동작-보고 메커니즘을 지원하는 공장 자동화 시스템에서 프레임 운용 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 실시예에 따른 공장 자동화 시스템에서 프레임 운용 방법은, 통신 시스템의 단말의 동작 방법으로서, 기지국으로부터 서브 프레임의 명령 구간에 대한 정보, 동작 구간에 대한 정보 및 보고 구간에 대한 정보를 수신하는 단계; 상기 명령 구간에서 상기 기지국으로부터 명령을 수신하는 단계; 상기 동작 구간에서 상기 수신한 명령에 따른 동작을 수행하는 단계; 및 상기 보고 구간에서 상기 동작에 따른 결과를 상기 기지국에 보고하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 동작 구간의 하향링크 구간에서 상기 기지국으로부터 접속을 위한 하향링크 제어 데이터를 수신하는 단계; 및 상기 동작 구간의 상향링크 구간에서 상기 하향링크 제어 데이터에 기반하여 상기 기지국에 접속하기 위한 상향링크 제어 데이터를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 상향링크 구간은 적어도 하나 이상의 제1 유형 슬롯, 전송 방향 스위칭 구간 및 적어도 하나 이상의 제2 유형 슬롯으로 구성되고, 상기 전송 방향 스위칭 구간은 가드 구간으로 구성되며, 상기 하향링크 구간은 적어도 하나 이상의 상기 제1 유형 슬롯으로 구성되고, 상기 제1 유형 슬롯의 슬롯 길이는 상기 제2 유형 슬롯의 슬롯 길이보다 긴 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 상기 하향링크 제어 데이터는 제1 시스템 제어 정보, 셀 탐색 정보, 물리 계층 신호 및 랜덤 액세스를 위한 정보 중에서 적어도 하나일 수 있다.
여기서, 상기 제1 시스템 제어 정보는 대역폭, 송신 안테나 수, 하향링크 물리 채널의 자원 스케줄링 정보, 상향링크 물리 채널의 자원 스케줄링 정보, 절대 동기를 위한 시간 정보, 프레임 기간 정보, 사이클 시간 정보 및 응용 ID(identifier) 중에서 적어도 하나일 수 있다.
여기서, 상기 상향링크 제어 데이터는 제2 시스템 제어 정보, 랜덤 액세스 정보 및 물리 계층 신호 중에서 적어도 하나일 수 있다.
여기서, 상기 명령 구간은 적어도 하나 이상의 슬롯으로 이루어지고, 상기 동작 구간은 적어도 하나 이상의 슬롯 및 전송 방향의 스위칭을 위한 적어도 하나 이상의 가드 구간으로 이루어지며, 상기 보고 구간은 적어도 하나 이상의 슬롯으로 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 명령 구간은 적어도 하나 이상의 제1 유형 슬롯으로 이루어지고, 상기 동작 구간은 적어도 하나 이상의 상기 제1 유형 슬롯, 적어도 하나 이상의 제2 유형 슬롯 및 전송 방향의 스위칭을 위한 적어도 하나 이상의 가드 구간으로 이루어지며, 상기 보고 구간은 적어도 하나 이상의 상기 제1 유형 슬롯으로 이루어지고, 상기 제1 유형 슬롯의 슬롯 길이는 상기 제2 유형 슬롯의 슬롯 길이보다 긴 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 상기 서브 프레임의 시작 영역 또는 종료 영역에 가드 구간이 설정되거나 설정되지 않는 것을 모두 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 상기 동작 구간의 하향링크 구간에서 상기 기지국으로부터 랜덤 액세스 정보를 수신하는 단계; 및 상기 동작 구간의 상향링크 구간에서 상기 랜덤 액세스 정보에 기반하여 선택된 랜덤 액세스 프리앰블을 상기 기지국으로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 동작 구간의 하향링크 구간에서 상기 기지국으로부터 시간/주파수 동기 획득용 동기 신호를 수신하는 단계; 상기 동작 구간의 하향링크 구간에서 상기 기지국으로부터 셀 ID(identifier) 획득용 동기 신호를 수신하는 단계; 및 상기 시간/주파수 동기 획득용 동기 신호와 상기 셀 ID 획득용 동기 신호를 이용하여 하향링크 동기화를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 실시예에 따른 공장 자동화 시스템에서 프레임 운용 방법은, 통신 시스템의 기지국의 동작 방법으로서, 단말로 서브 프레임의 명령 구간에 대한 정보, 동작 구간에 대한 정보 및 보고 구간에 대한 정보를 전송하는 단계; 상기 서브 프레임 내의 상기 명령 구간에서 상기 단말로 명령을 전송하는 단계; 및 상기 서브 프레임 내의 상기 보고 구간에서 상기 명령에 따른 동작의 결과를 상기 단말로부터 보고받는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 동작 구간의 하향링크 구간에 상기 단말의 접속을 위한 하향링크 제어 데이터를 상기 단말로 전송하는 단계; 및 상기 동작 구간의 상향링크 구간에서 상기 하향링크 제어 데이터에 기반하여 접속을 위해 전송되는 상향링크 제어 데이터를 상기 단말로부터 수신하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 하향링크 제어 데이터는 제1 시스템 제어 정보, 셀 탐색 정보, 물리 계층 신호 및 랜덤 액세스를 위한 정보 중에서 적어도 하나이고, 상기 상향링크 제어 데이터는 제2 시스템 제어 정보, 랜덤 액세스 정보, 물리 계층 신호 및 상향 링크 제어 정보 중에서 적어도 하나일 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 실시예에 따른 공장 자동화 시스템에서 프레임 운용 장치는, 단말로서, 프로세서(processor); 상기 프로세서와 전자적(electronic)으로 통신하는 메모리(memory); 그리고 상기 메모리에 저장되는 명령들(instructions)을 포함하며, 상기 명령들이 상기 프로세서에 의해 실행되는 경우, 상기 명령들은 상기 단말이, 기지국으로부터 서브 프레임의 명령 구간에 대한 정보, 동작 구간에 대한 정보 및 보고 구간에 대한 정보를 수신하고; 상기 명령 구간에서 상기 기지국으로부터 명령을 수신하고; 상기 동작 구간에서 상기 수신한 명령에 따른 동작을 수행하고; 그리고 상기 보고 구간에서 상기 동작에 따른 결과를 상기 기지국에 보고하는 것을 야기하도록 동작할 수 있다.
여기서, 상기 명령들은 상기 단말이, 상기 동작 구간의 하향링크 구간에서 상기 기지국으로부터 접속을 위한 하향링크 제어 데이터를 수신하고; 그리고 상기 동작 구간의 상향링크 구간에서 상기 하향링크 제어 데이터에 기반하여 상기 기지국에 접속하기 위한 상향링크 제어 데이터를 전송하는 것을 야기하도록 동작할 수 있다.
여기서, 상기 상향링크 구간은 적어도 하나 이상의 제1 유형 슬롯, 전송 방향 스위칭 구간 및 적어도 하나 이상의 제2 유형 슬롯으로 구성되고, 상기 전송 방향 스위칭 구간은 가드 구간으로 구성되며, 상기 하향링크 구간은 적어도 하나 이상의 상기 제1 유형 슬롯으로 구성되고, 상기 제1 유형 슬롯의 슬롯 길이는 상기 제2 유형 슬롯의 슬롯 길이보다 긴 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 상기 명령 구간은 적어도 하나 이상의 슬롯으로 이루어지고, 상기 동작 구간은 적어도 하나 이상의 슬롯 및 전송 방향의 스위칭을 위한 적어도 하나 이상의 가드 구간으로 이루어지며, 상기 보고 구간은 적어도 하나 이상의 슬롯으로 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 명령 구간은 적어도 하나 이상의 제1 유형 슬롯으로 이루어지고, 상기 동작 구간은 적어도 하나 이상의 상기 제1 유형 슬롯, 적어도 하나 이상의 제2 유형 슬롯 및 전송 방향의 스위칭을 위한 적어도 하나 이상의 가드 구간으로 이루어지며, 상기 보고 구간은 적어도 하나 이상의 상기 제1 유형 슬롯으로 이루어지고, 상기 제1 유형 슬롯의 슬롯 길이는 상기 제2 유형 슬롯의 슬롯 길이보다 긴 것을 특징으로 할 수 있다.
본 출원에 따르면, 기지국은 시간-슬롯 개념, 폐루프 제어 사이클 메커니즘 및 다수 무선 디바이스 협동-등시 실시간 동작 개념을 수용할 수 있는 프레임 구조를 다수의 무선 디바이스에게 제공할 수 있다. 또한, 본 출원에 따르면, 기지국은 단말에게 명령 구간, 동작 구간 및 보고 구간에 대한 구간 정보를 제공할 수 있다.
또한, 본 출원에 따르면, 기지국은 동작 구간의 하향링크 구간, 가드 구간 및 상향링크 구간에 대한 구간 정보를 제공할 수 있다. 이에 따라, 단말은 동작 구간에 동작을 수행함과 동시에 하향링크 구간에서 기지국으로부터 하향링크 제어 데이터를 수신할 수 있다.
또한, 본 출원에 의하면, 단말은 동작 구간의 상향링크 구간에서 기지국으로 상향링크 제어 데이터를 전송할 수 있다. 이처럼, 본 출원에 의하면, 기지국과 단말이 동작 구간에서 데이터를 송수신할 수 있어 자원 효율을 극대화할 수 있다.
도 1은 통신 시스템의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 2는 통신 시스템을 구성하는 통신 노드의 제1 실시예를 도시한 블록도이다.
도 3은 공장 자동화 시스템의 성능 요구 사항을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 공장 자동화 시스템에서 폐루프 제어 방법의 제1 실시예를 나타내는 순서도이다.
도 5는 공장 자동화 시스템에서 폐루프 제어 사이클의 제1 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 6은 공장 자동화 시스템에서 프레임의 구조의 제1 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 7은 공장 자동화 시스템에서 프레임의 구조의 제2 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 8은 공장 자동화 시스템에서 프레임의 구조의 제3 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 9는 공장 자동화 시스템에서 프레임의 구조의 제4 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 10은 공장 자동화 시스템에서 프레임의 구조의 제5 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 11은 공장 자동화 시스템에서 프레임 운용 방법의 제1 실시예를 나타내는 순서도이다.
도 12는 동작 구간에서 단말과 기지국 간에 송수신되는 신호의 제1 실시예를 나타내는 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 출원의 실시예들에서, "A 및 B 중에서 적어도 하나"는 "A 또는 B 중에서 적어도 하나" 또는 "A 및 B 중 하나 이상의 조합들 중에서 적어도 하나"를 의미할 수 있다. 또한, 본 출원의 실시예들에서, "A 및 B 중에서 하나 이상"은 "A 또는 B 중에서 하나 이상" 또는 "A 및 B 중 하나 이상의 조합들 중에서 하나 이상"을 의미할 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 통신 시스템의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 통신 시스템(100)은 복수의 통신 노드들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2, 130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)을 포함할 수 있다. 여기서, 통신 시스템은 "통신 네트워크"로 지칭될 수 있다. 복수의 통신 노드들 각각은 적어도 하나의 통신 프로토콜을 지원할 수 있다. 예를 들어, 복수의 통신 노드들 각각은 CDMA(code division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, WCDMA(wideband CDMA) 기반의 통신 프로토콜, TDMA(time division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, FDMA(frequency division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 기반의 통신 프로토콜, OFDMA(orthogonal frequency division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, SC(single carrier)-FDMA 기반의 통신 프로토콜, NOMA(non-orthogonal multiple access) 기반의 통신 프로토콜, SDMA(space division multiple access) 기반의 통신 프로토콜 등을 지원할 수 있다. 복수의 통신 노드들 각각은 다음과 같은 구조를 가질 수 있다.
도 2는 통신 시스템을 구성하는 통신 노드의 제1 실시예를 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 통신 노드(200)는 적어도 하나의 프로세서(210), 메모리(220) 및 네트워크와 연결되어 통신을 수행하는 송수신 장치(230)를 포함할 수 있다. 또한, 통신 노드(200)는 입력 인터페이스 장치(240), 출력 인터페이스 장치(250), 저장 장치(260) 등을 더 포함할 수 있다. 통신 노드(200)에 포함된 각각의 구성 요소들은 버스(bus)(270)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다. 다만, 통신 노드(200)에 포함된 각각의 구성요소들은 공통 버스(270)가 아니라, 프로세서(210)를 중심으로 개별 인터페이스 또는 개별 버스를 통하여 연결될 수도 있다. 예를 들어, 프로세서(210)는 메모리(220), 송수신 장치(230), 입력 인터페이스 장치(240), 출력 인터페이스 장치(250) 및 저장 장치(260) 중에서 적어도 하나와 전용 인터페이스를 통하여 연결될 수도 있다.
프로세서(210)는 메모리(220) 및 저장 장치(260) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(210)는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), 또는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 메모리(220) 및 저장 장치(260) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(220)는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 통신 시스템(100)은 복수의 기지국들(base stations, BS)(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2), 복수의 단말들(terminal)(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)을 포함할 수 있다. 제1 기지국(110-1), 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3) 각각은 매크로 셀(macro cell)을 형성할 수 있다. 제4 기지국(120-1) 및 제5 기지국(120-2) 각각은 스몰 셀(small cell)을 형성할 수 있다. 제1 기지국(110-1)의 커버리지(coverage) 내에 제4 기지국(120-1), 제3 단말(130-3) 및 제4 단말(130-4)이 속할 수 있다. 제2 기지국(110-2)의 커버리지 내에 제2 단말(130-2), 제4 단말(130-4) 및 제5 단말(130-5)이 속할 수 있다. 제3 기지국(110-3)의 커버리지 내에 제5 기지국(120-2), 제4 단말(130-4), 제5 단말(130-5) 및 제6 단말(130-6)이 속할 수 있다. 제4 기지국(120-1)의 커버리지 내에 제1 단말(130-1)이 속할 수 있다. 제5 기지국(120-2)의 커버리지 내에 제6 단말(130-6)이 속할 수 있다.
여기서, 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 노드B(NodeB), 고도화 노드B(evolved NodeB), BTS(base transceiver station), 무선 기지국(radio base station), 무선 트랜시버(radio transceiver), 액세스 포인트(access point), 액세스 노드(node), 노변 장치(road side unit; RSU), DU(digital unit), CDU(cloud digital unit), RRH(radio remote head), RU(radio unit), TP(transmission point), TRP(transmission and reception point), 중계 노드(relay node) 등으로 지칭될 수 있다. 복수의 단말들(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6) 각각은 접근 단말(access terminal), 이동 단말(mobile terminal), 스테이션(station), 가입자 스테이션(subscriber station), 이동 스테이션(mobile station), 휴대 가입자 스테이션(portable subscriber station), UE(user equipment), 노드(node), 디바이스(device) 등으로 지칭될 수 있다.
복수의 통신 노드들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2, 130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6) 각각은 셀룰러(cellular) 통신(예를 들어, 3GPP(3rd generation partnership project) 표준에서 규정된 LTE(long term evolution), LTE-A(advanced) 등)을 지원할 수 있다. 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 서로 다른 주파수 대역에서 동작할 수 있고, 또는 동일한 주파수 대역에서 동작할 수 있다. 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 아이디얼 백홀(ideal backhaul) 또는 논(non)-아이디얼 백홀을 통해 서로 연결될 수 있고, 아이디얼 백홀 또는 논-아이디얼 백홀을 통해 서로 정보를 교환할 수 있다. 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 아이디얼 백홀 또는 논-아이디얼 백홀을 통해 코어(core) 네트워크(미도시)와 연결될 수 있다. 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 코어 네트워크로부터 수신한 신호를 해당 단말(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)에 전송할 수 있고, 해당 단말(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)로부터 수신한 신호를 코어 네트워크에 전송할 수 있다.
복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 OFDMA 기반의 다운링크(downlink, DL) 전송을 지원할 수 있고, SC-FDMA 기반의 업링크(uplink, UL) 전송을 지원할 수 있다. 또한, 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 MIMO(multiple input multiple output) 전송(예를 들어, SU(single user)-MIMO, MU(multi user)-MIMO, 대규모(massive) MIMO 등), CoMP(coordinated multipoint) 전송, 캐리어 애그리게이션(carrier aggregation) 전송, 비면허 대역(unlicensed band)에서 전송, 단말 간 직접(device to device, D2D) 통신(또는, ProSe(proximity services) 등을 지원할 수 있다. 여기서, 복수의 단말들(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6) 각각은 기지국(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2)과 대응하는 동작, 기지국(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2)에 의해 지원되는 동작을 수행할 수 있다.
예를 들어, 제2 기지국(110-2)은 SU-MIMO 방식을 기반으로 신호를 제4 단말(130-4)에 전송할 수 있고, 제4 단말(130-4)은 SU-MIMO 방식에 의해 제2 기지국(110-2)으로부터 신호를 수신할 수 있다. 또는, 제2 기지국(110-2)은 MU-MIMO 방식을 기반으로 신호를 제4 단말(130-4) 및 제5 단말(130-5)에 전송할 수 있고, 제4 단말(130-4) 및 제5 단말(130-5) 각각은 MU-MIMO 방식에 의해 제2 기지국(110-2)으로부터 신호를 수신할 수 있다. 제1 기지국(110-1), 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3) 각각은 CoMP 방식을 기반으로 신호를 제4 단말(130-4)에 전송할 수 있고, 제4 단말(130-4)은 CoMP 방식에 의해 제1 기지국(110-1), 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3)으로부터 신호를 수신할 수 있다. 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 자신의 커버리지 내에 속한 단말(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)과 CA 방식을 기반으로 신호를 송수신할 수 있다. 제1 기지국(110-1), 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3) 각각은 제4 단말(130-4)과 제5 단말(130-5) 간의 D2D 통신을 코디네이션(coordination)할 수 있고, 제4 단말(130-4) 및 제5 단말(130-5) 각각은 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3) 각각의 코디네이션에 의해 D2D 통신을 수행할 수 있다.
한편, 모바일 로봇은 인간의 안전과 고효율에 대한 수요 측면의 이점 때문에 제조 공장에서 큰 두각을 나타내고 있을 수 있다. 기술 발전으로 제조업체들은 자신들의 운영 요구에 적합한 로봇을 개발할 수 있고, 응용에 대한 구현을 수행할 수 있다. 모바일 로봇은 창고와 물류에서 인력을 줄일 수 있고, 인간으로부터 발생하는 오류를 없앨 수 있다. 인간이 특정 업무를 수행하는데 있어 피로와 판단력 부족은 치명적인 금전적 손실을 입힐 수 있고, 신체에 부상을 발생시킬 수 있다. 리서치에 따르면, 2026년에는 세계 모바일 로봇 시장 규모가 395억 8천만 달러에 이를 것으로 예상될 수 있다. 그리고, 산업 4.0은 세계 모바일 로봇 시장에서 이와 같은 예상을 하는데 결정적 역할을 할 수 있다. 산업 4.0의 중요 혁신 중 하나는 기존 유선 기반 공장 자동화가 아닌 무선 기반 공장 자동화를 꼽을 수 있다. 이와 같은 무선 기반 공장 자동화 시스템은 다음과 같이 4가지의 장점을 가질 수 있다.
첫째, 무선 기반 공장 자동화 시스템은 공장 자동화에 있어 유연성을 향상시킬 수 있다. 무선 기반 공장 자동화 시스템에서 온보드 센서와 카메라가 모바일 로봇에 활용되어 모바일 로봇이 동작하는데 있어 민첩성과 유연성이 향상될 수 있다. 이에 따라, 모바일 로봇은 미리 정해진 경로를 따르지 않을 수 있다. 또한, 모바일 로봇은 장애물을 피해서 특정 지점에서 목적지까지의 이동할 수 있다. 또한, 모바일 로봇은 효율적인 경로를 스스로 만들어 낼 수 있다. 이러한 유연성으로 인해 모바일 로봇은 한 작업에서 다른 작업으로 짧은 시간에 전환이 가능할 수 있다. 이처럼 모바일 로봇은 가장 짧은 경로와 목적지 도착에 걸리는 시간을 줄일 수 있다. 이에 따라, 창고와 거대한 제조 공장은 이와 같은 무선 기반 공장 자동화 시스템에서 유연성이 향상으로 인한 혜택을 누릴 수 있다.
둘째, 무선 기반 공장 자동화 시스템은 공장 자동화에 있어 안전성을 증가시킬 수 있다. 모바일 로봇은 다양한 종류의 센서와 카메라를 갖추고 있을 수 있다. 이와 같은 다양한 종류의 센서와 카메라는 모바일 로봇이 작동할 때 안전하게 동작하는 것을 가능하게 해줄 수 있다. 이에 따라, 모바일 로봇은 환경을 해석할 수 있다. 또한, 모바일 로봇은 다른 시나리오를 이해할 수 있다. 또한, 모바일 로봇은 경로를 발견할 수 있어 장애물을 피할 수 있다. 이와 달리, 사람이 지게차를 사용하여 작업하게 되면 안전 장치가 지게차에 내장되어 있지 않아 작업 중 피로감을 느낄 수 있거나 산만해질 가능성이 있을 수 있다. 하지만, 이러한 문제들은 모바일 로봇을 사용하여 제거할 수 있다. 모바일 로봇은 제조 공장 전반의 안전성 향상과 함께 사람의 실수 가능성을 없앨 수 있다. 안전 메커니즘은 모바일 로봇에 프로그래밍 과정에서 제공될 수 있으며 안전을 고려하여 작업이 수행되도록 하는 데 사용할 수 있다.
셋째, 무선 기반 공장 자동화 시스템은 공장 자동화에 있어서 확장성을 향상시킬 수 있다. 모바일 로봇은 대상을 집어 목적지에 떨어뜨리는 작업을 프로그래밍할 수 있어 더 많은 아이템을 다시 프로그래밍할 수 있다. 모바일 로봇은 모듈러 배치 시스템의 구현도 가능할 수 있다. 이는 제조사들이 막대한 금액을 투자하는 대신 증가하는 필요에 따라 모바일 로봇을 구입할 수 있기 때문에 높은 초기 투자 비용을 피할 수 있게 해줄 수 있다. 이처럼 높은 초기 투자 비용을 피할 수 있어 제조사는 그 비용을 다른 이니셔티브나 부서에 활용할 수 있다. 그리고 모바일 로봇이 사업에 미치는 영향을 분석한 뒤, 제조사가 추가 배치 여부를 결정할 수 있다.
넷째, 무선 기반 공장 자동화 시스템은 공장 자동화에 있어서 시설 간 이동 용이성을 향상시킬 수 있다. 많은 제조업체는 필요할 경우 새로운 설비로 옮겨야 하기 때문에 유선 자동화를 선택하지 않을 수 있다. 많은 제조업체가 자동화 시스템을 구입해 향후 3년 안에 새로운 설비로 전환해야 한다면 전체 시스템을 해체해 이전해야 할 수 있다. 그 결과, 유선 자동화 시스템은 해체와 조립, 그리고 다른 곳으로 이동하는데 필요한 비용과 시간을 많이 발생시킬 수 있다. 그러나 모바일 로봇은 이동이 용이할 수 있고, 한 곳에서 다른 곳으로 이동하는데 큰 노력을 기울이지 않을 수 있다. 모바일 로봇은 다른 시스템에 비해 상대적으로 쉽게 다른 곳으로 이동할 수 있다. 모바일 로봇은 짧은 시간 동안 필요한 자동화가 있더라도 이상적인 배치 옵션이 될 수 있다. 모바일 로봇은 임시 가동이 필요할 때도 당분간 솔루션으로 투입할 수 있다. 모바일 로봇들은 작동 사양에 따라 몇 주 안에 준비하여 작업에 투입할 수 있다.
한편, 산업 자동화에서 공장 자동화 시스템은 한정된 신뢰성과 지연 시간을 가진 크리티컬(critical) 커뮤니케이션을 필요로 하는 URLLC의 어려운 사용 사례 중 하나일 수 있다. 또한, 공장 자동화 시스템은 다수의 무선 디바이스들 간의 실시간 상호 작용을 동반하는 경우가 많을 수 있고, 공통 시간 기준의 디바이스들 간에 초정밀 절대 시간 동기화(absolute time synchronization, ATS) 기술이 필요할 수 있다.
도 3은 공장 자동화 시스템의 성능 요구 사항을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3을 참조하면, 공장 자동화 시스템은 적시성, 결정성 및 신뢰성 요건에 관한 응용을 기준으로 분류할 때, i)비 실시간(non-real time, NRT) 또는 소프트 실시간(soft real-time), ii)실시간(real-time, RT) 및 iii)등시 실시간(isochronous real-time, IRT)의 3가지 주요 응용 클래스가 있을 수 있다.
여기서, 비 실시간 응용 클래스는 사이클 시간이 100ms 미만일 수 있다. 그리고, 실시간 응용 클래스는 사이클 시간이 10ms 미만일 수 있다. 또한, 등시 실시간은 사이클 시간이 1ms 미만일 수 있다. 한편, 프로세스 자동화 분야에 있어서 대부분의 응용은 비 실시간 또는 소프트 실시간에 속할 수 있다. 반면, 조립, 집기, 용접 및 도색을 위해 로봇과 벨트 컨베이어에 의존하는 제조 어플리케이션은 적시에 순차적으로 작업을 수행할 수 있다. 이 작업들은 여러 로봇과 생산라인 사이에 긴밀하게 동기화된 실시간 협력을 요구할 수 있다.
이러한 제조 어플리케이션은 실시간 또는 등시 실시간의 일부분으로 분류될 수 있다. 즉, 제조 어플리케이션은 주어진 마감 시간을 엄격하게 준수해야 하므로 일정한 수준 이내의 지터(jitter)(즉, 절대 시간 동기 오차)의 제약 조건을 충족할 필요가 있을 수 있다. 이와 관련하여 IEEE(institute of electrical and electronics engineers) 802.1 시간 민감 네트워킹(time-sensitive networking, TSN) 표준은 엄격한 성능 요구 사항(일 예로 1ms 사이클 시간, 99.999% 신뢰성 및 ±0.5 ㎲ 지터)을 명시하고 있을 수 있다. 공장 자동화 시스템은 주어진 시간 내에 작업을 완수하는 결정성과 정해진 절대 시간 동기 오차 내 작업이 이루어지는 등시성을 충족시키기 위해 현재의 5G URLLC 솔루션에 추가적으로 혁신적인 솔루션이 제시될 필요가 있을 수 있다.
한편, 공장 자동화 응용에서 무선 디바이스는 서로 다른 기지국(BS)에 속하거나 심지어 산업 네트워크가 공존하는 경우 다른 도메인에 속할 수 있다. 무선 디바이스들이 무선 디바이스들 간에 절대 시간 동기화를 이루려면 무선 디바이스와 기지국 사이의 타이밍에 기반한 프레임 정렬을 넘어 절대 시간 동기화 메커니즘이 필요할 수 있다. 한편, 기존 LTE-TDD(time division duplex)에 대한 절대 시간 동기화 절차와 소형 셀에서의 무선 조정은 단지 기지국의 동기화에 국한될 수 있다. 공장 자동화 시스템은 무선 디바이스들 간의 절대 시간 동기화를 가능하게 하기 위해, 추가적으로 물리 계층 프레임 구조 및 뉴머랄러지(numerology)에 대한 표준화가 필요할 수 있다.
한편, 공장 자동화 시스템에서 폐루프 제어 어플리케이션(즉, 로봇 제조, 원형 테이블 생산, 공작 기계, 포장 및 인쇄)은 주요 URLLC의 대상일 수 있다. 이러한 어플리케이션에서, 초정밀 절대 시간 동기화는 다음에서 제시하는 실시간 및 시간 지연 통신 그리고 등시적 작업 실행에 대한 고려가 필요할 수 있다.
첫째, 공장 자동화 시스템은 폐루프 제어 사이클 통신이 필요할 수 있다. 일반적인 폐루프 제어 사이클은 주기적으로 일련의 무선 디바이스에 대한 하향링크 명령 트랜잭션과, 그 후에 디바이스의 동작 실행(activation) 및 무선 디바이스에서 기지국으로 상향링크 보고가 뒤따를 수 있다.
도 4는 공장 자동화 시스템에서 폐루프 제어 방법의 제1 실시예를 나타내는 순서도이다.
도 4를 참조하면, 폐루프 제어 방법에서 기지국(BS)(420)은 무선 통신을 통하여 적어도 하나 이상의 무선 디바이스(410)를 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 공장 자동화 시스템은 무선 디바이스(410) 및 무선 디바이스(410)를 제어하기 위한 기지국(420)을 포함할 수 있다. 기지국(420)은 무선 디바이스(410)와 무선 통신으로 연결될 수 있어 무선 디바이스(410)의 동작을 제어할 수 있다.
공장 자동화 시스템의 무선 디바이스(410)는 하나일 수도 있고 복수 개일 수도 있다. 공장 자동화 시스템의 기지국(420)은 하나일 수도 있고, 복수 개일 수도 있다. 적어도 하나 이상의 디바이스(410)는 이를테면 센서(sensor), 엑추에이터(actuator), 로봇(robot)의 공장 자동화를 구현하기 위한 디바이스를 포함할 수 있다. 공장 자동화 시스템은 기지국(420)을 통하여 자동화된 생산 공정을 제어할 수 있다.
이를 테면 공장 자동화 시스템은 기지국(420)을 통하여 로봇에 의한 제조 공정, 컨베이어 벨트에 의한 생산 공정 또는 생산된 제품의 포장 공정과 같은 다양한 자동화 공정을 제어할 수 있다. 만약 공장 자동화 시스템에 무선 제어 방식이 적용됨으로써 종래의 유선 제어 방식에 비해 제어의 신뢰도가 과도하게 하락하거나 지연시간이 과도하게 증가할 경우, 생산 공정의 정밀성 및 생산품의 품질이 하락할 수 있다. 또는, 공장 자동화 시스템의 신뢰도 하락 및/또는 지연 시간 증가가 과도할 경우, 생산라인이 손상되거나 작업환경의 안전에 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 무선 제어 방식이 적용된 공장 자동화 시스템의 경우, 생산 공정의 정밀성을 위해 URLLC 조건이 요구될 수 있다. 또는, 협업 로봇 수술, 원격 의료 수술, 스마트 그리드의 자동 분산 제어, 교통 시스템 제어, 또는 복수의 이동체들 간의 협력 주행/비행 제어와 같은 다양한 분야에 적용되는 무선 제어 시스템에서 URLLC 조건이 요구될 수 있다. 이와 같은 공장 자동화 시스템은 폐루프 제어 사이클(closed-loop control cycle) 방식에 기초하여 구성될 수 있다. 폐루프 제어 사이클은 명령(command), 동작(action) 및 보고(report)의 제어 이벤트로 구성될 수 있다.
도 5는 공장 자동화 시스템에서 폐루프 제어 사이클의 제1 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 5를 참조하면, 폐루프 제어 사이클에서 사이클 시간 은 응답 시간 과 기지국의 처리 시간 로 이루어질 수 있다. 여기서, n은 무선 디바이스들의 인덱스일 수 있다. 그리고, 응답 시간은 명령 시간 , 동작 시간 및 보고 시간 으로 이루어질 수 있다. 여기서, 명령 시간은 전송 지연 시간 과 마진 시간 로 이루어질 수 있다.
다시, 도 4를 참조하면, 무선 디바이스(410)는 기지국(420)의 명령(command)에 기초하여 동작(action)을 수행할 수 있고, 그 결과를 기지국(420)으로 보고(report)할 수 있다. 구체적으로, 기지국(420)은 무선 디바이스(410)의 동작을 지시하는 명령 신호를 무선 디바이스(410)로 전송할 수 있다(S410). 무선 디바이스(410)는 기지국(420)로부터 명령 신호를 수신할 수 있다. 무선 디바이스(410)는 수신된 명령 신호에 의해 지시된 동작을 실행할 수 있다(S420).
무선 디바이스(410)는 실행된 동작의 내용 또는 결과의 정보를 포함하는 보고 신호를 기지국(420)으로 전송할 수 있다(S430). 기지국(420)으로부터 무선 디바이스(410)로 신호가 전송되는 것을 순방향(forward) 전송이라 칭할 수 있다. 또는, 기지국(420)으로부터 무선 디바이스(410)로 신호가 전송되는 것을 하향링크 전송이라 칭할 수 있다. 한편, 무선 디바이스(410)로부터 기지국(420)로 신호가 전송되는 것을 역방향(reverse) 전송이라 칭할 수 있다. 또는, 무선 디바이스(410)로부터 기지국(420)으로 신호가 전송되는 것을 상향링크 전송이라 칭할 수 있다. S410 내지 S430 단계에 따른 명령, 동작 및 보고의 제어 이벤트는 모두 이미 설정된 사이클 시간 내에 수행될 수 있다.
제어 이벤트는 등시적으로 발생할 수 있다. 사이클 시간은 기지국(420)에 의한 명령의 전송에서 기지국(420)이 무선 디바이스(410)로부터의 응답 수신까지의 시간일 수 있다. TSN 표준은 각 트랜잭션에 대해 엄격한 종단간 지연 및 신뢰성 제약 사항을 명시할 수 있다. 즉, TSN 표준은 99.999%의 신뢰성으로 1ms 사이클 시간 내에 명령, 동작 및 보고를 완료할 것을 명시할 수 있다. 또한, TSN 표준은 디바이스 간 ±0.5 ㎲를 요구하는 절대 시간 동기 오차의 제약 조건을 명시할 수 있다.
한편, 공장 자동화 시스템은 둘째로 다수-로봇 협동-등시 실시간성이 필요할 수 있다. 다수의 모바일 로봇은 모션 컨트롤 어플리케이션(즉, 다수 트랙터 동원, 자동차 생산 라인에서 대칭 용접 및 광택)에서 협업하여 정확하게 순차적 또는 등시적인 동작을 수행할 수 있다. 이러한 모바일 로봇들이 협력적 동작을 위하여 필요한 중요한 요건은 동기화된 업무 수행일 수 있다.
이처럼 모바일 로봇들이 동기화된 업무 수행을 위하여 협력하는 디바이스와 컨트롤러 전체에 걸쳐 정확한 절대 시간 동기가 필요할 수 있다. 따라서, 컨트롤러가 로봇(무선 디바이스)에게 특정 시간에 등시적으로 또는 정해진 시간에 순차적으로 동작하도록 명령을 보낼 때 로봇은 ±0.5 ㎲ 미만의 절대 시간 오차 내에서 동작할 수 있고, 응답할 수 있다. 동작의 지연은 손상이나 비효율적인 생산의 원인이 될 수 있다.
셋째, 공장 자동화 시스템은 시간-슬롯(time-slotted) 통신이 필요할 수 있다. 기지국이나 무선 디바이스가 실시간 트래픽에서 한정된 지연으로 패킷을 전송하려면, 슬롯 단위로 시간을 나눈 통신이 효과적인 메커니즘일 수 있다. 기존의 산업용 유무선 네트워크는 이러한 시간-슬롯 통신의 변형일 수 있다. 공장 자동화 시스템은 어떤 타이밍 오류라도 무선 디바이스 간 시간 간격의 중첩을 초래하여 통신 신뢰성에 지장을 주기 때문에 완벽한 절대 시간 동기화가 필요할 수 있다. 모니터링 어플리케이션에서 시간 정보는 데이터 융합과 같은 동작을 위해 센스 데이터에 내장될 수 있다. 따라서 협업 센서는 동기화될 수 있다.
이에 따라, 본 출원은 공장 자동화의 산업 응용을 포함하는 미션 크리티컬 산업 무선 시스템에서 시간-슬롯 기반으로 폐루프 제어 사이클 메커니즘을 수용하면서 다수-로봇 협동-등시 실시간 동작을 수행하는데 필수적인 물리 계층 프레임 구조와 이에 대한 뉴머랄러지 및 이와 같은 구조에서의 운용 절차를 제안할 수 있다.
이처럼 본 출원에서 제안하는 물리 계층 프레임 구조는 시간-슬롯 개념, 폐루프 제어 사이클 메커니즘 및 다수 무선 디바이스(무선 디바이스를 이하 단말이라 칭함) 협동-등시 실시간 동작 개념의 수용을 요구하는 공장 자동화를 만족시킬 수 있다. 이를 위하여, 이처럼 본 출원에서 제안하는 물리 계층 프레임 구조는 하향링크(기지국에서 단말로, Downlink, DL)와 상향링크(단말에서 기지국으로, Uplink, UL)가 동일한 주파수를 사용해 전송하지만 시간에 따라 하향링크와 상향링크를 나누는 TDD(time division duplex)에 기반할 수 있다.
도 6은 공장 자동화 시스템에서 프레임의 구조의 제1 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 6을 참조하면, 프레임(610)의 프레임 기간(frame duration)은 일 예로 10ms일 수 있다. 그리고, 하나의 프레임(610)은 일 예로 10개의 서브 프레임(620)으로 구성될 수 있다. 서브 프레임(620)의 서브 프레임 기간은 일 예로 1ms일 수 있다. 일 예로 서브 프레임 기간은 공장 자동화 시스템의 폐루프 제어 사이클의 사이클 시간(cycle time)과 같을 수 있다. 이에 따라, 하나의 사이클 시간은 일 예로 1ms로 구성될 수 있다.
한편, 서브 프레임(620)은 일 예로 18개의 슬롯(slot)들 및 2개의 가드 구간(guard period, GP)들을 포함할 수 있다. 여기서, 18개의 슬롯들 중에서 17개의 슬롯들은 제1 유형 슬롯일 수 있고, 하나는 제2 유형 슬롯일 수 있다. 여기서, 제1 유형 슬롯은 으로 표기할 수 있고, 제2 유형 슬롯은 미니 슬롯(mini slot)으로 표기할 수 있다. 제1 유형 슬롯의 슬롯 기간(slot duration)(즉, 슬롯 길이)은 일 예로 0.053450521ms일 수 있다. 그리고, 제2 유형 슬롯의 슬롯 기간(즉, 슬롯 길이)은 일 예로 0.035677083ms일 수 있다. 그리고, 가드 구간은 일 예로 1.106771㎲일 수 있다.
이러한 프레임(610)은 주기적으로 발생할 수 있다. 기지국과 단말은 서브 프레임(620)을 구성하는 슬롯을 통하여 데이터를 송수신하는 과정을 반복할 수 있다. 서브 프레임(620)의 서브 프레임 기간은 사이클 시간에 부합될 수 있다. 여기서, 일 예로 서브 프레임 기간과 사이클 시간이 일치하도록 하였으나 이에 국한되는 것이 아닐 수 있고, 하나의 프레임(610)에 다수의 사이클 시간이 존재하는 모든 것이 본 출원의 범주에 포함될 수 있다.
한편, 폐루프 제어 사이클 메커니즘을 반영하기 위하여 서브 프레임은 명령 구간(631), 동작 구간(632) 및 보고 구간(633)으로 구분할 수 있다. 일 예로 18개의 슬롯들 중에서 연속적인 n개의 제1 유형 슬롯들은 명령 구간(631)을 형성할 수 있다. 그리고, 일 예로 18개의 슬롯들 중에서 m개의 제1 유형 슬롯들과 제2 유형 슬롯을 포함한 연속적인 m+1개의 슬롯들 및 하나의 가드 구간은 동작 구간(632)을 형성할 수 있다. 다음으로, 일 예로 18개의 슬롯들 중에서 연속적인 k개의 제1 유형 슬롯들은 보고 구간(633)을 형성할 수 있다. 여기서, n, m 및 k는 자연수일 수 있다.
여기서, 동작 구간(632)의 하향링크 구간(632-1)은 가드 구간(632-2)의 앞에 위치할 수 있고, 기지국은 단말로 하향링크 제어 데이터를 전송할 수 있다. 그리고, 동작 구간(632)의 상향링크 구간(632-1)은 가드 구간(632-2)의 뒤에 위치할 수 있고, 단말은 기지국으로 상향링크 제어 데이터를 전송할 수 있다. 그리고, 동작 구간(632)에서 제2 유형 슬롯(즉, 미니 슬롯)은 가드 구간(632-2)의 앞에 위치할 수 있다. 이처럼 서브 프레임(620)의 동작 구간(632)은 가드 구간(632-2)을 기점으로 전송 방향의 스위칭이 있을 수 있다. 즉, 동작 구간(632)에서 전송 방향은 일 예로 가드 구간(632-2)의 앞에 있는 하향링크 구간(632-1)에서 하향링크일 수 있고, 가드 구간(632-2)의 뒤에 있는 상향링크 구간(632-3)에서 상향링크일 수 있다. 이에 따라, 가드 구간(632-2)는 전송 방향 스위칭 구간일 수 있다.
한편, 하나의 제1 유형 슬롯에서 유효한 OFDM 심볼이 전송되는 3개의 유효 심볼 구간들(641, 642, 643)이 순차적으로 존재할 수 있다. 첫 번째 유효 심볼 구간(641)의 앞에는 사이클릭 프리픽스(cycle prefix, CP)가 삽입되는 첫 번째 보호 간격(guard interval)(651)이 위치할 수 있다. 그리고, 첫 번째 유효 심볼 구간(641)과 두 번째 유효 심볼 구간(642) 사이에는 사이클릭 프리픽스(CP)가 삽입되는 두 번째 보호 간격(652)이 존재할 수 있다. 다음으로, 두 번째 유효 심볼 구간(642)과 세 번째 유효 심볼 구간(643) 사이에는 사이클릭 프리픽스(CP)가 삽입되는 세 번째 보호 간격(653)이 존재할 수 있다. 다음으로, 제2 유형 슬롯은 유효한 OFDM 심볼이 전송되는 2개의 유효 심볼 구간들(644, 645)이 순차적으로 위치할 수 있다. 첫 번째 유효 심볼 구간(644)의 앞에는 사이클릭 프리픽스(cycle prefix, CP)가 삽입되는 첫 번째 보호 간격(guard interval)(654)이 존재할 수 있다. 그리고, 첫 번째 유효 심볼 구간(644)과 두 번째 유효 심볼 구간(645) 사이에는 사이클릭 프리픽스(CP)가 삽입되는 두 번째 보호 간격(655)이 존재할 수 있다.
이러한 상황에서 명령 구간(631)에서 기지국은 단말들의 동작을 위한 명령을 포함하는 명령 신호를 하향링크를 통해 단말들로 전송할 수 있다. 이에 따라, 단말들은 동작 구간(632)에 기지국으로부터 수신한 명령 신호의 명령에 따라 동작을 수행할 수 있다. 마지막으로, 보고 구간(633)에서 단말은 동작의 결과에 대한 보고를 포함하는 보고 신호를 상향링크를 통하여 기지국으로 전송할 수 있다. 이와 같은 동작을 기지국과 단말은 매 사이클 시간마다 주기적으로 반복함으로써, 폐루프 제어 사이클 메커니즘을 실현할 수 있다.
한편, 명령 구간(631)에 위치하는 다수의 슬롯들의 심볼에는 정보 데이터와 정보 데이터를 복조하기 위한 채널 추정, 채널 품질 추정 및 동기 보정을 위한 RS(reference signal) 신호가 포함되어 있을 수 있다. 이처럼 명령 구간(631)에 위치하는 다수의 슬롯들에 있는 정보 데이터는 주로 기지국이 단말들에 전송하는 명령일 수 있다.
다음으로, 동작 구간(632)에 위치하는 가드 구간(632-2) 앞에 위치하는 다수의 슬롯들에는 시스템 제어 정보(일 예로, 대역폭, 송신 안테나 수, 하향링크 물리 채널의 자원 스케줄링 정보, 상향링크 물리채널의 자원 스케줄링 정보, 절대 동기를 위한 시간 정보, 프레임 기간 정보, 사이클 시간 정보 또는 응용 ID(identifier) 중에서 적어도 하나), 셀 탐색 정보, 물리 계층 신호 또는 랜덤 액세스를 위한 정보 중에서 적어도 하나가 포함되어 있을 수 있다. 기지국은 시스템 제어 정보, 셀 탐색 정보, 물리 계층 신호 또는 랜덤 액세스를 위한 정보 중에서 적어도 하나를 동작 구간(632)에서 가드 구간(632-2) 앞의 하향링크 구간(632-1)에 위치하는 다수의 슬롯들을 사용하여 하향링크를 통하여 단말들로 전달할 수 있다. 그러면, 단말은 기지국으로부터 시스템 제어 정보, 셀 탐색 정보, 물리 계층 신호 또는 랜덤 액세스를 위한 정보 중에서 적어도 하나를 수신할 수 있다.
한편, 동작 구간(632)에 위치하는 가드 구간(632-2) 뒤의 상향링크 구간(632-3)에 위치하는 다수의 슬롯들에는 시스템 제어 정보, 랜덤 액세스 정보(일 예로 랜덤 액세스 프리앰블(preamble)), 물리 계층 신호 또는 기타 상향 링크 제어 정보 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 단말은 시스템 제어 정보, 랜덤 액세스 정보, 물리 계층 신호 또는 기타 상향 링크 제어 정보 중에서 적어도 하나를 동작 구간(632)에서 가드 구간(632-2) 뒤에 위치하는 상향링크 구간(632-3)의 다수의 슬롯들을 사용하여 상향링크를 통하여 기지국으로 전달할 수 있다. 그러면, 기지국은 단말로부터 시스템 제어 정보, 랜덤 액세스 정보, 물리 계층 신호 또는 기타 상향 링크 제어 정보 중에서 적어도 하나를 수신할 수 있다.
이와 병렬적으로, 단말은 동작 구간(632)에 다수 단말 협동-등시 실시간 동작 개념을 수용하기 위해 명령 구간(631)에 기지국으로부터 획득한 명령에 따라 정해진 시간에 순차적 또는 등시적 동작을 수행할 수 있다. 여기서, 제2 유형 슬롯(즉, 미니 슬롯)의 위치는 동작 구간(632)의 동작 시간의 맨 처음 또는 중간에 위치할 수 있다.
여기서, 명령 구간(631)에 기지국으로부터 동작에 대한 명령을 수신한 단말은 동작 구간(632)의 정해진 시간에 동작만을 수행하게 되면 주파수와 시간 자원을 낭비할 수 있다. 따라서, 단말은 동작 구간(632)에 동작을 수행함과 동시에 이러한 자원을 위에서 설명한 정보를 포함하는 신호를 송수신하는데 사용함으로써 자원 효율을 극대화할 수 있다. 또한, 단말은 초기 시스템 접속 시에 서빙 셀이 제공하는 응용 모드가 무엇인지를 알 수 없다.
이에 따라, 동작 구간(632)에서 기지국이 응용 모드가 포함된 시스템 제어 정보를 방송할 수 있다. 그러면, 동작 구간(632)에서 단말은 기지국으로부터 응용 모드가 포함된 시스템 정보를 수신하여 응용 모드를 확인할 수 있다. 또한, 동작 구간(632)에서 기지국이 하향링크의 시간/주파수 동기와 셀 ID를 제공하기 위한 물리 계층 신호를 단말로 전송할 수 있다.
그러면, 단말은 하향링크의 시간/주파수 동기와 셀 ID를 제공하기 위한 물리 계층 신호를 기지국으로부터 수신할 수 있다. 또한, 동작 구간(632)에 기지국이 단말을 서빙 셀의 시스템에 연결하기 위한 방송 정보를 BCH(broadcast channel) 물리 채널을 통하여 단말로 전송할 수 있다. 그러면, 단말은 서빙 셀의 시스템에 연결하기 위한 방송 정보를 기지국으로부터 수신할 수 있다. 또한, 동작 구간(632)에서 기지국이 상향링크의 시간 동기를 제공하기 위한 물리 계층 신호를 단말로 전송할 수 있다. 그러면, 단말은 상향링크의 시간 동기를 제공하기 위한 물리 계층 신호를 기지국으로부터 수신할 수 있다. 또한, 동작 구간(632)에서 기지국이 서빙 셀의 시스템에 접속하기 위한 랜덤 액세스 정보를 물리 채널에 실어 단말로 전송할 수 있다. 그러면, 단말은 서빙 셀의 시스템에 접속하기 위한 랜덤 액세스 정보를 기지국으로부터 수신할 수 있다.
특히, 기지국은 동작 구간(632)의 하향링크 구간(632-1)에 위치하는 미니 슬롯을 이용하여 시간/주파수 동기 획득용 물리 계층 동기 신호, 물리적 셀 ID 획득용 물리 계층 동기 신호, 서빙 셀의 시스템 접속을 위한 대역폭, 송신 안테나 수 또는 SFN(system frame number) 중에서 적어도 하나의 정보가 들어 있는 방송 채널을 단말로 전송할 수 있다.
그러면, 단말은 동작 구간(632)의 하향링크 구간(632-1)에 위치하는 미니 슬롯을 통하여 시간/주파수 동기 획득용 물리 계층 동기 신호, 물리적 셀 ID 획득용 물리 계층 동기 신호 및 서빙 셀의 시스템 접속을 위한 대역폭, 송신 안테나 수 또는 SFN(system frame number) 중에서 적어도 하나의 정보가 들어 있는 방송채널을 기지국으로부터 수신할 수 있다.
한편, 무선 페이딩 채널의 열악한 특성을 극복하기 위해, 프레임의 처음이나 중간에만 위에서 설명한 물리 채널과 물리 계층 신호를 전송하는 종래 4G와 5G의 이동 통신 시스템과는 달리, 본 출원에서 기지국은 매 사이클 시간마다 위에서 설명한 물리 채널과 물리 계층 신호를 단말로 전송할 수 있다. 그러면, 단말은 매 사이클 시간마다 위에서 설명한 물리 채널과 물리 계층 신호를 기지국으로부터 수신할 수 있다. 매 사이클 시간마다 수신된 물리 계층 신호들을 이용해 시간과 주파수 동기의 정확도를 더욱 높일 수 있다.
다음으로, 보고 구간(633)의 하나의 슬롯 내 심볼에는 데이터와 이 데이터를 복조하기 위한 채널 추정, 채널 품질 추정 및 동기 보정을 위한 RS(reference signal) 신호가 포함되어 있을 수 있다. 보고 구간(633)의 다수 슬롯의 데이터는 단말이 기지국으로부터 수신한 명령에 따라 동작을 수행한 후 이에 대한 결과를 응답으로 보고하는 데이터일 수 있다.
표 1은 OFDM 방식이 적용되는 경우 도 6의 프레임의 주파수 영역과 시간 영역에 걸친 물리 계층 뉴머랄러지(numerology)일 수 있다. 여기서, 일 예로 도 6의 프레임에 대하여 표 1과 같이 뉴머랄러지를 정하였지만 이에 국한되는 것은 아닐 수 있고, 이와 동일 또는 유사한 형태로 ISD(inter-site distance), BW(bandwidth), 반송주파수 , CP(cyclic prefix), IFFT(inverse fast Fourier transform) 크기 , GP(guard period), SCS(sub-carrier spacing) 가 다른 경우도 본 출원의 범주에 포함될 수 있다.
표 1과 같이 동기 신호가 차지하는 대역폭은 데이터 및 제어 신호가 차지하는 대역폭보다 작을 수도 있고, 데이터 및 제어 신호가 차지하는 대역폭과 거의 동일하거나 동일할 수 있다.
뉴머랄러지 (numerology) 항목 파라미터 값
반송주파수 3.5GHz
ISD 200m
SCS 60kHz
IFFT 크기 512
BW 97.8MHz(데이터 및 제어), 8.64MHz(동기)
OFDM 심볼의 CP 크기 34샘플(슬롯), 36샘플(미니 슬롯)
OFDM 심볼의 CP 간격 1.106771㎲(슬롯),1.171875㎲(미니 슬롯)
샘플 기간 0.032552㎲
샘플율(sampling rate) 30.72MHz
유효 OFDM 심볼 길이
 16.67㎲(512 샘플들에 해당)
OFDM 심볼 길이 17.773438㎲(슬롯, 546샘플들에 해당),
17.838542㎲(미니 슬롯, 548샘플들에 해당)
슬롯 기간 53.450521㎲(1642샘플들에 해당)
미니 슬롯 기간 35.677083㎲(1096샘플들에 해당)
GP 1.106771㎲(34샘플들에 해당)
사이클 시간 1ms(30720샘플들에 해당)
도 7은 공장 자동화 시스템에서 프레임의 구조의 제2 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 7을 참조하면, 프레임(710)의 프레임 기간은 일 예로 10ms일 수 있다. 그리고, 하나의 프레임(710)은 일 예로 10개의 서브 프레임(720)으로 구성될 수 있다. 서브 프레임(720)의 서브 프레임 기간은 일 예로 1ms일 수 있다. 일 예로 서브 프레임 기간은 공장 자동화 시스템의 폐루프 제어 사이클의 사이클 시간(cycle time)과 같을 수 있다. 이에 따라, 하나의 사이클 시간은 일 예로 1ms로 구성될 수 있다.
한편, 서브 프레임(720)은 일 예로 18개의 슬롯(slot)들 및 2개의 가드 구간(guard period, GP)들을 포함할 수 있다. 여기서, 18개의 슬롯들 중에서 17개의 슬롯들은 제1 유형 슬롯일 수 있고, 하나는 제2 유형 슬롯일 수 있다. 여기서, 제1 유형 슬롯은 로 표기할 수 있고, 제2 유형 슬롯은 미니 슬롯(mini slot)으로 표기할 수 있다. 제1 유형 슬롯의 슬롯 기간(slot duration)은 일 예로 0.053450521ms일 수 있다. 그리고, 제2 유형 슬롯의 슬롯 기간은 일 예로 0.035677083ms일 수 있다. 그리고, 가드 구간은 일 예로 1.106771㎲일 수 있다.
이러한 프레임(710)은 주기적으로 발생할 수 있다. 기지국과 단말은 서브 프레임(720)을 구성하는 슬롯을 통하여 데이터를 송수신하는 과정을 반복할 수 있다. 서브 프레임(720)의 서브 프레임 기간은 사이클 시간에 부합될 수 있다. 여기서, 일 예로 서브 프레임 기간과 사이클 시간이 일치하도록 하였으나 이에 국한되는 것이 아닐 수 있고, 하나의 프레임(710)에 다수의 사이클 시간이 존재하는 모든 것이 본 출원의 범주에 포함될 수 있다.
한편, 폐루프 제어 사이클 메커니즘을 반영하기 위하여 서브 프레임은 명령 구간(731), 동작 구간(732) 및 보고 구간(733)으로 구분할 수 있다. 일 예로 18개의 슬롯들 중에서 연속적인 n개의 제1 유형 슬롯들은 명령 구간(731)을 형성할 수 있다. 그리고, 일 예로 18개의 슬롯들 중에서 m개의 제1 유형 슬롯들과 제2 유형 슬롯을 포함한 연속적인 m+1개의 슬롯들 및 하나의 가드 구간은 동작 구간(732)을 형성할 수 있다. 다음으로, 일 예로 18개의 슬롯들 중에서 연속적인 k개의 제1 유형 슬롯들은 보고 구간(733)을 형성할 수 있다. 여기서, n, m 및 k는 자연수일 수 있다.
여기서, 동작 구간(732)의 하향링크 구간(732-1)은 가드 구간(732-2)의 앞에 위치할 수 있고, 기지국은 단말로 하향링크 제어 데이터를 전송할 수 있다. 그리고, 동작 구간(732)의 상향링크 구간(732-3)은 가드 구간(732-2)의 뒤에 위치할 수 있고, 단말은 기지국으로 상향링크 제어 데이터를 전송할 수 있다. 그리고, 동작 구간(732)에 제2 유형 슬롯(즉, 미니 슬롯)은 가드 구간(732-2)의 앞에 위치할 수 있다. 이처럼 서브 프레임(720)의 동작 구간(732)은 가드 구간(732-2)을 기점으로 전송 방향의 스위칭이 있을 수 있다.
한편, 하나의 제1 유형 슬롯에서 유효한 OFDM 심볼이 전송되는 3개의 유효 심볼 구간들이 순차적으로 존재할 수 있다. 첫 번째 유효 심볼 구간의 앞에는 사이클릭 프리픽스(CP)가 삽입되는 첫 번째 보호 간격이 위치할 수 있다. 그리고, 첫 번째 유효 심볼 구간과 두 번째 유효 심볼 구간 사이에는 사이클릭 프리픽스(CP)가 삽입되는 두 번째 보호 간격이 존재할 수 있다. 다음으로, 두 번째 유효 심볼 구간과 세 번째 유효 심볼 구간 사이에는 사이클릭 프리픽스(CP)가 삽입되는 세 번째 보호 간격이 존재할 수 있다.
다음으로, 제2 유형 슬롯은 유효한 OFDM 심볼이 전송되는 2개의 유효 심볼 구간들이 순차적으로 위치할 수 있다. 첫 번째 유효 심볼 구간의 앞에는 사이클릭 프리픽스(CP)가 삽입되는 첫 번째 보호 간격이 존재할 수 있다. 그리고, 첫 번째 유효 심볼 구간과 두 번째 유효 심볼 구간 사이에는 사이클릭 프리픽스(CP)가 삽입되는 두 번째 보호 간격이 존재할 수 있다. 이처럼, 도 7의 제2 실시예에 따른 프레임 구조는 도 6의 제1 실시예에 따른 프레임 구조와 거의 유사할 수 있다.
다만, 도 7에서 가드 구간(GP)는 서브 프레임(720)의 맨 앞에 위치할 수 있어, 가드 구간(GP)이 서브 프레임(620)의 맨 뒤에 위치하는 도 6의 서브 프레임과 구조가 상이할 수 있다. 즉, 도 7은 도 6과 비교시 사이클 시간의 마지막에 배치되는 GP가 사이클 시간의 처음에 배치되는 것을 제외하면 물리계층 프레임 구조 및 뉴머랄러지와 동일할 수 있다.
이러한 상황에서 명령 구간(631), 동작 구간(632) 및 보고 구간(633)에서 기지국과 단말이 수행하는 동작은 도 6에 개시된 내용과 거의 유사할 수 있다. 또한, 도 7의 프레임의 주파수 영역과 시간 영역에 걸친 물리계층 뉴머랄러지(numerology)는 표 1과 같을 수 있다.
한편, 도 6과 도 7에서 일 예로 하나의 슬롯이 3개의 OFDM 심볼을 포함하도록 구성할 수 있다. 하지만, 미션 크리티컬 응용은 송수신 데이터 전달에 대한 신뢰도도 중요하지만 정해진 시간에 비교적 빠르게 순차적 또는 등시적 동작이 수행되도록 송수신 데이터 전달에 대한 레이턴시(latency)를 감소시키는 것도 매우 중요할 수 있다. 이에 따라, 도 8과 같이 레이턴시를 더욱 줄이기 위해, 미니 슬롯을 없애고 모든 슬롯이 2개의 OFDM 심볼을 포함하도록 구성할 수 있다.
도 8은 공장 자동화 시스템에서 프레임의 구조의 제3 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 8을 참조하면, 프레임(810)의 프레임 기간은 일 예로 10ms일 수 있다. 그리고, 하나의 프레임(810)은 일 예로 10개의 서브 프레임(820)으로 구성될 수 있다. 서브 프레임(820)의 서브 프레임 기간은 일 예로 1ms일 수 있다. 일 예로 서브 프레임 기간은 공장 자동화 시스템의 폐루프 제어 사이클의 사이클 시간과 같을 수 있다. 이에 따라, 하나의 사이클 시간은 일 예로 1ms로 구성될 수 있다. 한편, 서브 프레임(820)은 일 예로 28개의 슬롯(slot)들 및 2개의 가드 구간(GP)들을 포함할 수 있다. 여기서, 28개의 슬롯들은 들로 표기할 수 있다. 어느 하나의 슬롯의 슬롯 기간은 일 예로 0.035611979ms일 수 있다. 그리고, 가드 구간은 일 예로 1.432292㎲일 수 있다.
이러한 프레임(810)은 주기적으로 발생할 수 있다. 기지국과 단말은 서브 프레임(820)을 구성하는 슬롯을 통하여 데이터를 송수신하는 과정을 반복할 수 있다. 서브 프레임(820)의 서브 프레임 기간은 사이클 시간에 부합될 수 있다. 여기서, 일 예로 서브 프레임 기간과 사이클 시간이 일치하도록 하였으나 이에 국한되는 것이 아닐 수 있고, 하나의 프레임(810)에 다수의 사이클 시간이 존재하는 모든 것이 본 출원의 범주에 포함될 수 있다.
한편, 폐루프 제어 사이클 메커니즘을 반영하기 위하여 서브 프레임은 명령 구간(831), 동작 구간(832) 및 보고 구간(833)으로 구분할 수 있다. 일 예로 28개의 슬롯들 중에서 연속적인 n개의 슬롯들은 명령 구간(831)을 형성할 수 있다. 그리고, 일 예로 28개의 슬롯들 중에서 m개의 슬롯들 및 하나의 가드 구간은 동작 구간(832)을 형성할 수 있다. 다음으로, 일 예로 28개의 슬롯들 중에서 연속적인 k개의 슬롯들은 보고 구간(833)을 형성할 수 있다. 여기서, n, m 및 k는 자연수일 수 있다.
여기서, 동작 구간(832)의 하향링크 구간(832-1)은 가드 구간(832-2)의 앞에 위치할 수 있고, 기지국은 단말로 하향링크 제어 데이터를 전송할 수 있다. 그리고, 동작 구간(832)의 상향링크 구간(832-3)은 가드 구간(832-2)의 뒤에 위치할 수 있고, 단말은 기지국으로 상향링크 제어 데이터를 전송할 수 있다. 이처럼 서브 프레임(820)의 동작 구간(832)은 가드 구간(832-2)을 기점으로 전송 방향의 스위칭이 있을 수 있다. 즉, 동작 구간(832)에서 전송 방향은 일 예로 가드 구간(832-2)의 앞에 있는 하향링크 구간(832-1)에서 하향링크일 수 있고, 가드 구간(832-2)의 뒤에 있는 상향링크 구간(832-3)에서 상향링크일 수 있다.
한편, 하나의 슬롯은 유효한 OFDM 심볼에서 전송되는 2개의 유효 심볼 구간들(841, 842)이 순차적으로 존재할 수 있다. 첫 번째 유효 심볼 구간(841)의 앞에는 사이클릭 프리픽스(CP)가 삽입되는 첫 번째 보호 간격(851)이 위치할 수 있다. 그리고, 첫 번째 유효 심볼 구간(841)과 두 번째 유효 심볼 구간(842) 사이에는 사이클릭 프리픽스(CP)가 삽입되는 두 번째 보호 간격(852)이 존재할 수 있다.
이러한 상황에서 명령 구간(831)에서 기지국은 단말들의 동작을 위한 명령을 포함하는 명령 신호를 하향링크를 통해 단말들로 전송할 수 있다. 이에 따라, 단말들은 동작 구간(832)에 기지국으로부터 수신한 명령 신호의 명령에 따라 동작을 수행할 수 있다. 마지막으로, 보고 구간(833)에 단말은 동작의 결과에 대한 보고를 포함하는 보고 신호를 상향링크를 통하여 기지국으로 전송할 수 있다. 이와 같은 동작을 기지국과 단말은 매 사이클 시간마다 주기적으로 반복함으로써, 폐루프 제어 사이클 메커니즘을 실현시킬 수 있다.
한편, 명령 구간(831)에 위치하는 다수의 슬롯들의 심볼에는 정보 데이터와 정보 데이터를 복조하기 위한 채널 추정, 채널 품질 추정 및 동기 보정을 위한 RS(reference signal) 신호가 포함되어 있을 수 있다. 이처럼 명령 구간(831)에 위치하는 다수의 슬롯들에 있는 정보 데이터는 주로 기지국이 단말들에 전송하는 명령일 수 있다.
다음으로, 동작 구간(832)에 위치하는 가드 구간(832-2) 앞에 위치하는 다수의 슬롯들에는 시스템 제어 정보(일 예로, 대역폭, 송신 안테나 수, 하향링크 물리 채널의 자원 스케줄링 정보, 상향링크 물리 채널의 자원 스케줄링 정보, 절대 동기를 위한 시간 정보, 프레임 기간 정보, 사이클 시간 정보 또는 응용 ID(identifier) 적어도 하나), 셀 탐색 정보, 물리 계층 신호 또는 랜덤 액세스를 위한 정보 중에서 적어도 하나가 포함되어 있을 수 있다. 기지국은 시스템 제어 정보, 셀 탐색 정보, 물리 계층 신호 또는 랜덤 액세스를 위한 정보 중에서 적어도 하나를 동작 구간(832)에서 가드 구간(832-2) 앞의 하향링크 구간(832-1)에 위치하는 다수의 슬롯들을 사용하여 하향링크를 통하여 단말들로 전달할 수 있다. 그러면, 단말은 기지국으로부터 시스템 제어 정보, 셀 탐색 정보, 물리 계층 신호 또는 랜덤 액세스를 위한 정보 적어도 하나를 수신할 수 있다.
한편, 동작 구간(832)에 위치하는 가드 구간(832-2) 뒤의 상향링크 구간(832-3)에 위치하는 다수의 슬롯들에는 시스템 제어 정보, 랜덤 액세스 정보(일 예로 랜덤 액세스 프리앰블(preamble)), 물리 계층 신호 또는 기타 상향 링크 제어 정보 중에서 적어도 하나가 포함되어 있을 수 있다. 단말은 시스템 제어 정보, 랜덤 액세스 정보, 물리 계층 신호 또는 기타 상향 링크 제어 정보 중에서 적어도 하나를 동작 구간(832)에서 가드 구간(832-2) 뒤에 위치하는 상향링크 구간(832-3)의 다수의 슬롯들을 사용하여 상향링크를 통하여 기지국으로 전달할 수 있다. 그러면, 기지국은 단말로부터 시스템 제어 정보, 랜덤 액세스 정보, 물리 계층 신호 또는 기타 상향 링크 제어 정보 중에서 적어도 하나를 수신할 수 있다.
이와 병렬적으로, 단말은 동작 구간(832)에 다수 단말 협동-등시 실시간 동작 개념을 수용하기 위해 명령 구간(831)에 기지국으로부터 획득한 명령에 따라 정해진 시간에 순차적 또는 등시적 동작을 수행할 수 있다.
특히, 기지국은 동작 구간(832)의 하향링크 구간(832-1)에서 시간/주파수 동기 획득용 물리 계층 동기 신호, 물리적 셀 ID 획득용 물리 계층 동기 신호, 서빙 셀의 시스템 접속을 위한 대역폭, 송신 안테나 수 또는 SFN 중에서 적어도 하나의 정보가 들어 있는 방송채널을 단말로 전송할 수 있다. 그러면, 단말은 동작 구간(832)의 하향링크 구간(832-1)에서 시간/주파수 동기 획득용 물리 계층 동기 신호, 물리적 셀 ID 획득용 물리 계층 동기 신호, 서빙 셀의 시스템 접속을 위한 대역폭, 송신 안테나 수 또는 SFN(system frame number) 적어도 하나의 정보가 들어 있는 방송 채널을 기지국으로부터 수신할 수 있다.
여기서, 명령 구간(831)에 기지국으로부터 동작에 대한 명령을 수신한 단말은 동작 구간(832)의 정해진 시간에 동작만을 수행하게 되면 주파수와 시간 자원을 낭비할 수 있다. 따라서, 단말은 동작 구간(832)에 동작을 수행함과 동시에 이러한 자원을 위에서 설명한 정보를 포함하는 신호를 송수신하는데 사용함으로써 자원 효율을 극대화할 수 있다. 또한, 단말은 초기 시스템 접속 시에 자기의 서빙 셀이 제공하는 응용 모드가 무엇인지를 알 수 없다.
이에 따라, 동작 구간(832)에 기지국이 응용 모드가 포함된 시스템 제어 정보를 방송할 수 있다. 그러면, 동작 구간(832)에서 단말은 기지국으로부터 응용 모드가 포함된 시스템 정보를 수신하여 응용 모드를 확인할 수 있다. 또한, 동작 구간(832)에서 기지국이 하향링크의 시간/주파수 동기와 셀 ID를 제공하기 위한 물리 계층 신호를 단말로 전송할 수 있다. 그러면, 단말은 하향링크의 시간/주파수 동기와 셀 ID를 제공하기 위한 물리 계층 신호를 기지국으로부터 수신할 수 있다.
또한, 동작 구간(832)에서 기지국이 단말을 서빙 셀의 시스템에 연결하기 위한 방송 정보를 BCH(broadcast channel) 물리 채널을 통하여 단말로 전송할 수 있다. 그러면, 단말은 서빙 셀의 시스템에 연결하기 위한 방송 정보를 기지국으로부터 수신할 수 있다. 또한, 동작 구간(832)에서 기지국이 상향링크의 시간 동기를 제공하기 위한 물리 계층 신호를 단말로 전송할 수 있다.
그러면, 단말은 상향링크의 시간 동기를 제공하기 위한 물리 계층 신호를 기지국으로부터 수신할 수 있다. 또한, 동작 구간(832)에서 기지국이 서빙셀의 시스템에 접속하기 위한 랜덤 액세스 정보를 물리 채널에 실어 단말로 전송할 수 있다. 그러면, 단말은 서빙 셀의 시스템에 접속하기 위한 랜덤 액세스 정보를 기지국으로부터 수신할 수 있다.
한편, 무선 페이딩 채널의 열악한 특성을 극복하기 위해, 프레임의 처음이나 중간에만 위에서 설명한 물리 채널과 물리 계층 신호를 전송하는 종래 4G와 5G의 이동 통신 시스템과는 달리, 본 출원에서 기지국은 매 사이클 시간마다 위에서 설명한 물리 채널과 물리 계층 신호를 단말로 전송할 수 있다. 그러면, 단말은 매 사이클 시간마다 위에서 설명한 물리 채널과 물리 계층 신호를 기지국으로부터 수신할 수 있다. 매 사이클 시간마다 수신된 물리 계층 신호들을 이용해 시간과 주파수 동기의 정확도를 더욱 높일 수 있다.
다음으로, 보고 구간(833)의 하나의 슬롯 내 심볼에는 정보 데이터와 이 데이터를 복조하기 위한 채널 추정, 채널 품질 추정 및 동기 보정을 위한 RS(reference signal) 신호가 포함되어 있을 수 있다. 보고 구간(833)의 다수 슬롯의 정보 데이터는 단말이 기지국으로부터 수신한 명령에 따라 동작을 수행한 후 이에 대한 결과를 응답으로 보고하는 데이터일 수 있다.
표 2는 OFDM 방식이 적용되는 경우 도 8의 프레임의 주파수 영역과 시간 영역에 걸친 물리 계층 뉴머랄러지(numerology)일 수 있다. 여기서, 일 예로 도 8의 프레임에 대하여 표 2와 같이 뉴머랄러지를 정하였지만 이에 국한되는 것은 아닐 수 있고, 이와 동일 또는 유사한 형태로 ISD(inter-site distance), BW(bandwidth), 반송주파수 , CP(cyclic prefix), IFFT(inverse fast Fourier transform) 크기 , GP(guard period), SCS(sub-carrier spacing) 가 다른 경우도 본 출원의 범주에 포함될 수 있다.
표 2와 같이 동기 신호가 차지하는 대역폭은 데이터 및 제어 신호가 차지하는 대역폭보다 작을 수도 있고, 데이터 및 제어 신호가 차지하는 대역폭과 거의 동일하거나 동일할 수 있다.
뉴머랄러지(numerology) 항목 파라미터 값
반송주파수 3.5GHz
ISD 200m
SCS 60kHz
IFFT 크기 512
BW 97.8MHz(데이터 및 제어), 8.64MHz(동기)
OFDM 심볼의 CP 크기 34샘플(슬롯)
OFDM 심볼의 CP 간격 1.106771㎲(슬롯)
샘플 기간 0.032552㎲
샘플율(sampling rate) 30.72MHz
유효 OFDM 심볼 길이
 16.67㎲(512 샘플들에 해당)
OFDM 심볼 길이 17.773438㎲(슬롯, 546샘플들에 해당)
슬롯 기간 53.611979㎲(1094샘플들에 해당)
GP 1.432292㎲(44샘플들에 해당)
사이클 시간 1ms(30720샘플들에 해당)
도 9는 공장 자동화 시스템에서 프레임의 구조의 제4 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 9를 참조하면, 공장 자동화 시스템에서 프레임 구조는 도 6 및 도 7의 물리 계층 프레임의 처음과 마지막에 위치한 가드 구간이 없는 프레임 구조일 수 있다. 이처럼 가드 구간이 없는 것을 제외하면 도 9의 프레임 구조는 도 6 및 도 7의 실시예들에 대한 설명과 거의 유사할 수 있다.
도 10은 공장 자동화 시스템에서 프레임의 구조의 제5 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 10을 참조하면, 공장 자동화 시스템에서 프레임 구조는 도 8의 물리 계층 프레임의 마지막에 위치한 가드 구간이 없는 프레임 구조일 수 있다. 이처럼 가드 구간이 없는 것을 제외하면 도 10의 프레임 구조는 도 8의 실시예들에 대한 설명과 거의 유사할 수 있다.
도 11은 공장 자동화 시스템에서 프레임 운용 방법의 제1 실시예를 나타내는 순서도이다.
도 11을 참조하면, 공장 자동화 시스템에서 프레임 운용 방법으로 기지국은 단말로 프레임 구조 정보를 전송할 수 있다(S1101). 이 때, 기지국이 단말로 전송하는 프레임 구조 정보는 도 6 내지 도 10에 도시된 프레임 구조들에서 어느 하나의 프레임 구조에 대한 정보일 수 있다.
특히, 기지국이 단말로 전송하는 프레임 구조 정보는 명령 구간, 동작 구간 및 보고 구간에 대한 구간 정보를 포함할 수 있다. 또한, 기지국이 단말로 전송하는 프레임 구조 정보는 동작 구간을 구성하는 하향링크 구간, 가드 구간 및 상향링크 구간에 대한 구간 정보를 포함할 수 있다. 이에 따라, 단말은 기지국으로부터 프레임 구조 정보를 수신할 수 있다.
그리고, 단말은 수신한 프레임 구조 정보에서 명령 구간, 동작 구간 및 보고 구간에 대한 구간 정보를 획득할 수 있다. 또한, 단말은 수신한 프레임 구조 정보에서 동작 구간을 구성하는 상향링크 구간, 가드 구간 및 하향링크 구간에 대한 구간 정보를 획득할 수 있다. 여기서, 구간 정보는 시간 축 상의 시점과 종점에 대한 정보일 수 있다.
이후에, 기지국은 명령 구간에서 단말로 명령을 포함하는 신호를 전송할 수 있다(S1102). 그러면 단말은 명령 구간에서 기지국으로부터 명령 신호를 수신하여 수신된 명령 신호에서 명령을 획득할 수 있다. 그리고, 단말은 기지국으로부터 수신한 명령에 따른 동작을 수행할 수 있다.
한편, 기지국은 단말로 동작 구간의 하향링크 구간에서 단말이 기지국에 접속할 수 있는 하향링크 제어 데이터를 단말로 전송할 수 있다(S1103). 그러면, 단말은 동작 구간의 하향링크 구간에서 하향링크 제어 데이터를 수신할 수 있다. 이 때, 기지국이 단말로 전송하는 하향링크 제어 데이터는 시스템 제어 정보(일 예로, 대역폭, 송신 안테나 수, 하향링크 물리 채널의 자원 스케줄링 정보, 상향링크 물리 채널의 자원 스케줄링 정보, 절대 동기를 위한 시간 정보, 프레임 기간 정보, 사이클 시간 정보 또는 응용 ID(identifier) 중에서 적어도 하나), 셀 탐색 정보, 물리 계층 신호 또는 랜덤 액세스를 위한 정보 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그러면, 단말은 기지국으로부터 시스템 제어 정보, 셀 탐색 정보, 물리 계층 신호 또는 랜덤 액세스를 위한 정보 중에서 적어도 하나를 수신할 수 있다. 여기서, 단말은 열악한 무선 페이딩 채널 환경에서도 하향링크 제어 데이터의 수신 성공률을 높이기 위해, 기지국은 매 사이클마다 동일한 하향링크 제어 데이터를 전송하고 단말은 이들을 반복적으로 받아 데이터를 복원할 수 있다.
한편, 단말은 동작 구간에 위치하는 가드 구간 뒤의 상향링크 구간에 기지국에 접속하기 위한 상향링크 제어 데이터를 전송할 수 있다(S1104). 이에 따라, 기지국은 단말로부터 상향링크 제어 데이터를 수신할 수 있다. 이 때, 단말이 기지국에 전송하는 상향링크 제어 데이터는 시스템 제어 정보, 랜덤 액세스 정보(일 예로 랜덤 액세스 프리앰블(preamble)), 물리 계층 신호, 기타 상향 링크 제어 정보 중에서 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 기지국은 단말로부터 시스템 제어 정보, 랜덤 액세스 정보, 물리 계층 신호 또는 기타 상향 링크 제어 정보 중에서 적어도 하나를 동작 구간에서 가드 구간 뒤에 위치하는 상향링크 구간을 통하여 수신할 수 있다.
한편, 단말은 초기 시스템 접속 시에 서빙 셀이 제공하는 응용 모드가 무엇인지를 알 수 없다. 이에 따라, 기지국이 동작 구간의 하향링크 구간에서 응용 모드가 포함된 시스템 제어 정보를 방송할 수 있다. 그러면, 동작 구간의 하향링크 구간에서 단말은 기지국으로부터 응용 모드가 포함된 시스템 정보를 수신하여 응용 모드를 확인할 수 있다. 또한, 기지국은 동작 구간의 하향링크 구간에서 시간/주파수 동기와 셀 ID를 제공하기 위한 물리 계층 신호를 단말로 전송할 수 있다. 그러면, 단말은 동작 구간의 하향링크 구간에서 하향링크의 시간/주파수 동기와 셀 ID를 제공하기 위한 물리 계층 신호를 기지국으로부터 수신할 수 있다.
또한, 기지국은 동작 구간의 하향링크 구간에서 단말을 서빙 셀의 시스템에 연결하기 위한 방송 정보를 BCH 물리 채널을 통하여 단말로 전송할 수 있다. 그러면, 단말은 동작 구간의 하향링크 구간에서 서빙 셀의 시스템에 연결하기 위한 방송 정보를 기지국으로부터 수신할 수 있다. 또한, 기지국은 동작 구간의 하향링크 구간에서 상향링크의 시간 동기를 제공하기 위한 물리 계층 신호를 단말로 전송할 수 있다. 그러면, 단말은 동작 구간의 하향링크 구간에서 상향링크의 시간 동기를 제공하기 위한 물리 계층 신호를 기지국으로부터 수신할 수 있다. 또한, 동작 구간의 하향링크 구간에서 기지국은 서빙 셀의 시스템에 접속하기 위한 랜덤 액세스 정보를 물리 채널에 실어 단말로 전송할 수 있다. 그러면, 단말은 서빙 셀의 시스템에 접속하기 위한 랜덤 액세스 정보를 기지국으로부터 수신할 수 있다.
그리고, 단말은 동작 구간의 상향링크 구간에서 랜덤 액세스 정보(일 예로 프리앰블)을 기지국에 전송하여 랜덤 액세스 절차를 진행할 수 있다. 한편, 보고 구간에서 단말은 기지국의 명령에 따른 동작을 수행한 결과에 대한 보고를 보고 신호를 통해 기지국으로 전송할 수 있다(S1105).
도 12는 동작 구간에서 단말과 기지국 간에 송수신되는 신호의 제1 실시예를 나타내는 순서도이다.
도 12를 참조하면, 동작 구간의 하향링크 구간에서 기지국은 일정한 간격으로 시간/주파수 동기 획득용 동기 신호를 단말로 전송할 수 있다(S1201). 그러면, 단말은 기지국으로부터 일정한 간격으로 전송되는 시간/주파수 동기 획득용 동기 신호를 수신할 수 있다. 그리고, 단말은 수신한 시간/주파수 동기 획득용 동기 신호를 이용해 시간/주파수 동기를 획득할 수 있다. 한편, 동작 구간의 하향링크 구간에서 기지국은 단말로 셀 ID 획득용 동기 신호를 전송할 수 있다(S1202). 그러면, 단말은 기지국으로부터 셀 ID 획득용 동기 신호를 수신할 수 있다. 그리고, 단말은 수신한 셀 ID 획득용 동기 신호로부터 서빙 셀 ID를 획득할 수 있다. 단말은 이와 같이 시간/주파수 동기를 획득할 수 있고, 서빙 셀 ID를 획득하여 초기 하향링크 동기화를 수행할 수 있다. 다음으로, 동작 구간의 하향링크 구간에서 기지국은 셀 ID 획득용 동기 신호에서 정해진 시간 위치의 슬롯을 이용하여 랜덤 액세스 정보를 단말로 전송할 수 있다(S1203).
다음, 단말은 동작 구간의 상향링크 구간에서 획득한 랜덤 액세스 정보로부터 초기 상향링크 동기화를 위해 랜덤 액세스 프리앰블을 선택하여 선택한 랜덤 액세스 프리앰블을 기지국에 전송할 수 있다(S1204). 이에 따라, 기지국은 단말로부터 랜덤 액세스 프리앰블을 수신할 수 있다. 그리고, 다음 동작 구간의 하향링크 구간에서 기지국은 단말로 랜덤 액세스 응답 신호를 전송할 수 있다(S1205). 이후에, 단말은 다음의 동작 구간의 상향링크 구간에서 기지국에 시스템 접속을 요청할 수 있다. 이에 따라, 기지국은 단말로부터 시스템 접속 요청을 수신할 수 있다. 그리고, 기지국은 시스템 접속이 완료되었음을 알리는 확인 응답 신호를 이후의 동작 구간의 하향링크 구간에서 단말로 전송할 수 있다. 이와 같은 과정을 거쳐 단말은 초기 상향링크 동기화를 수행할 수 있다.
초기 하향과 상향 링크 동기화를 완료해 시스템에 접속한 단말은 매 사이클 시간마다 수신된 물리 계층 신호들을 이용해 시간과 주파수 동기의 정확도를 더욱 높여 열악한 무선 페이딩 채널 환경에서도 동기 정확도를 지속적으로 최소 유지 또는 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위해 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체의 예에는 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함될 수 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
또한, 상술한 방법 또는 장치는 그 구성이나 기능의 전부 또는 일부가 결합되어 구현되거나, 분리되어 구현될 수 있다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (19)

  1. 통신 시스템의 단말의 동작 방법으로서,
    기지국으로부터 서브 프레임의 명령 구간에 대한 정보, 동작 구간에 대한 정보 및 보고 구간에 대한 정보를 수신하는 단계;
    상기 명령 구간에서 상기 기지국으로부터 명령을 수신하는 단계;
    상기 동작 구간에서 상기 수신한 명령에 따른 동작을 수행하는 단계; 및
    상기 보고 구간에서 상기 동작에 따른 결과를 상기 기지국에 보고하는 단계를 포함하며,
    상기 명령 구간, 상기 동작 구간 및 상기 보고 구간은 하나의 상기 서브 프레임에 포함되어 있고,
    상기 동작 구간은 상향링크 구간과 하향링크 구간으로 이루어져 있으며, 상기 상향링크 구간은 적어도 하나 이상의 제1 유형 슬롯 및 적어도 하나 이상의 제2 유형 슬롯으로 구성되고, 상기 하향링크 구간은 적어도 하나 이상의 상기 제1 유형 슬롯으로 구성되고, 상기 제1 유형 슬롯의 슬롯 길이는 상기 제2 유형 슬롯의 슬롯 길이보다 긴, 단말의 동작 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 동작 구간의 상기 하향링크 구간에서 상기 기지국으로부터 접속을 위한 하향링크 제어 데이터를 수신하는 단계; 및
    상기 동작 구간의 상기 상향링크 구간에서 상기 하향링크 제어 데이터에 기반하여 상기 기지국에 접속하기 위한 상향링크 제어 데이터를 전송하는 단계를 더 포함하는, 단말의 동작 방법.
  3. 삭제
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 하향링크 제어 데이터는 제1 시스템 제어 정보, 셀 탐색 정보, 물리 계층 신호 및 랜덤 액세스를 위한 정보 중에서 적어도 하나인, 단말의 동작 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 시스템 제어 정보는 대역폭, 송신 안테나 수, 하향링크 물리 채널의 자원 스케줄링 정보, 상향링크 물리 채널의 자원 스케줄링 정보, 절대 동기를 위한 시간 정보, 프레임 기간 정보, 사이클 시간 정보 및 응용 ID(identifier) 중에서 적어도 하나인, 단말의 동작 방법.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 상향링크 제어 데이터는 제2 시스템 제어 정보, 랜덤 액세스 정보 및 물리 계층 신호 중에서 적어도 하나인, 단말의 동작 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 명령 구간은 적어도 하나 이상의 슬롯으로 이루어지고, 상기 동작 구간은 적어도 하나 이상의 슬롯 및 전송 방향의 스위칭을 위한 적어도 하나 이상의 가드 구간으로 이루어지며, 상기 보고 구간은 적어도 하나 이상의 슬롯으로 이루어지는, 단말의 동작 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 명령 구간은 적어도 하나 이상의 상기 제1 유형 슬롯으로 이루어지고, 상기 동작 구간은 적어도 하나 이상의 상기 제1 유형 슬롯, 적어도 하나 이상의 상기 제2 유형 슬롯 및 전송 방향의 스위칭을 위한 적어도 하나 이상의 가드 구간으로 이루어지며, 상기 보고 구간은 적어도 하나 이상의 상기 제1 유형 슬롯으로 이루어지는, 단말의 동작 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 서브 프레임의 시작 영역 또는 종료 영역에 가드 구간이 설정되는 것을 특징으로 하는, 단말의 동작 방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 동작 구간의 상기 하향링크 구간에서 상기 기지국으로부터 랜덤 액세스 정보를 수신하는 단계; 및
    상기 동작 구간의 상기 상향링크 구간에서 상기 랜덤 액세스 정보에 기반하여 선택된 랜덤 액세스 프리앰블을 상기 기지국으로 전송하는 단계를 더 포함하는, 단말의 동작 방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 동작 구간의 상기 하향링크 구간에서 상기 기지국으로부터 시간/주파수 동기 획득용 동기 신호를 수신하는 단계;
    상기 동작 구간의 상기 하향링크 구간에서 상기 기지국으로부터 셀 ID(identifier) 획득용 동기 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 시간/주파수 동기 획득용 동기 신호와 상기 셀 ID 획득용 동기 신호를 이용하여 하향링크 동기화를 수행하는 단계를 더 포함하는, 단말의 동작 방법.
  12. 통신 시스템의 기지국의 동작 방법으로서,
    단말로 서브 프레임의 명령 구간에 대한 정보, 동작 구간에 대한 정보 및 보고 구간에 대한 정보를 전송하는 단계;
    상기 서브 프레임 내의 상기 명령 구간에서 상기 단말로 명령을 전송하는 단계; 및
    상기 서브 프레임 내의 상기 보고 구간에서 상기 명령에 따른 동작의 결과를 상기 단말로부터 보고받는 단계를 포함하며,
    상기 명령 구간, 상기 동작 구간 및 상기 보고 구간은 하나의 상기 서브 프레임에 포함되어 있고,
    상기 동작 구간은 상향링크 구간과 하향링크 구간으로 이루어져 있으며, 상기 상향링크 구간은 적어도 하나 이상의 제1 유형 슬롯 및 적어도 하나 이상의 제2 유형 슬롯으로 구성되고, 상기 하향링크 구간은 적어도 하나 이상의 상기 제1 유형 슬롯으로 구성되고, 상기 제1 유형 슬롯의 슬롯 길이는 상기 제2 유형 슬롯의 슬롯 길이보다 긴, 기지국의 동작 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 동작 구간의 상기 하향링크 구간에 상기 단말의 접속을 위한 하향링크 제어 데이터를 상기 단말로 전송하는 단계; 및
    상기 동작 구간의 상기 상향링크 구간에서 상기 하향링크 제어 데이터에 기반하여 접속을 위해 전송되는 상향링크 제어 데이터를 상기 단말로부터 수신하는 단계를 포함하는, 기지국의 동작 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 하향링크 제어 데이터는 제1 시스템 제어 정보, 셀 탐색 정보, 물리 계층 신호 및 랜덤 액세스를 위한 정보 중에서 하나이고, 상기 상향링크 제어 데이터는 제2 시스템 제어 정보, 랜덤 액세스 정보 및 물리 계층 신호 중에서 적어도 하나인, 기지국의 동작 방법.
  15. 단말로서,
    프로세서(processor);
    상기 프로세서와 전자적(electronic)으로 통신하는 메모리(memory); 그리고
    상기 메모리에 저장되는 명령들(instructions)을 포함하며,
    상기 명령들이 상기 프로세서에 의해 실행되는 경우, 상기 명령들은 상기 단말이,
    기지국으로부터 서브 프레임의 명령 구간에 대한 정보, 동작 구간에 대한 정보 및 보고 구간에 대한 정보를 수신하고;
    상기 명령 구간에서 상기 기지국으로부터 명령을 수신하고;
    상기 동작 구간에서 상기 수신한 명령에 따른 동작을 수행하고; 그리고
    상기 보고 구간에서 상기 동작에 따른 결과를 상기 기지국에 보고하는 것을 야기하도록 동작하며,
    상기 명령 구간, 상기 동작 구간 및 상기 보고 구간은 하나의 서브 프레임에 포함되어 있고,
    상기 동작 구간은 상향링크 구간과 하향링크 구간으로 이루어져 있으며, 상기 상향링크 구간은 적어도 하나 이상의 제1 유형 슬롯 및 적어도 하나 이상의 제2 유형 슬롯으로 구성되고, 상기 하향링크 구간은 적어도 하나 이상의 상기 제1 유형 슬롯으로 구성되고, 상기 제1 유형 슬롯의 슬롯 길이는 상기 제2 유형 슬롯의 슬롯 길이보다 긴, 단말.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 명령들은 상기 단말이,
    상기 동작 구간의 상기 하향링크 구간에서 상기 기지국으로부터 접속을 위한 하향링크 제어 데이터를 수신하고; 그리고
    상기 동작 구간의 상기 상향링크 구간에서 상기 하향링크 제어 데이터에 기반하여 상기 기지국에 접속하기 위한 상향링크 제어 데이터를 전송하는 것을 야기하도록 동작하는, 단말.
  17. 삭제
  18. 청구항 15에 있어서,
    상기 명령 구간은 적어도 하나 이상의 슬롯으로 이루어지고, 상기 동작 구간은 적어도 하나 이상의 슬롯 및 전송 방향의 스위칭을 위한 적어도 하나 이상의 가드 구간으로 이루어지며, 상기 보고 구간은 적어도 하나 이상의 슬롯으로 이루어지는, 단말.
  19. 청구항 15에 있어서,
    상기 명령 구간은 적어도 하나 이상의 상기 제1 유형 슬롯으로 이루어지고, 상기 동작 구간은 적어도 하나 이상의 상기 제1 유형 슬롯, 적어도 하나 이상의 상기 제2 유형 슬롯 및 전송 방향의 스위칭을 위한 적어도 하나 이상의 가드 구간으로 이루어지며, 상기 보고 구간은 적어도 하나 이상의 상기 제1 유형 슬롯으로 이루어지고, 상기 제1 유형 슬롯의 슬롯 길이는 상기 제2 유형 슬롯의 슬롯 길이보다 긴 것을 특징으로 하는, 단말.
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