KR102649430B1 - 무선 통신 시스템에서 비직교 다중 접속을 위한 장치 및 방법 - Google Patents

무선 통신 시스템에서 비직교 다중 접속을 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 개시(disclosure)는 4G 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G 통신 시스템을 IoT 기술과 융합하는 통신 기법 및 그 시스템에 관한 것이다. 본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 무선 통신 시스템에서, 단말은 적어도 하나의 송수신기와, 상기 적어도 하나의 송수신기와 결합되는 적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 단말을 위한 코드북 셋(codebook set)을 획득하고, 상기 코드북 셋의 복수의 코드북들을 이용하여 상향링크 신호들을 생성하고, 상기 상향링크 신호들을 기지국에게 전송하도록 상기 적어도 하나의 송수신기를 제어하고, 상기 상향링크 신호들 중 제1 자원의 제1 상향링크 신호는, 상기 복수의 코드북들 중에서 제1 코드북의 코드워드에 기반하여 생성되고, 상기 상향링크 신호들 중 제1 자원에 인접한 제2 자원의 제2 상향링크 신호는, 상기 복수의 코드북들 중에서 상기 제1 코드북과 다른 제2 코드북의 코드워드에 기반하여 생성될 수 있다.

Description

무선 통신 시스템에서 비직교 다중 접속을 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR NON ORTHOGONAL MULTIPLE ACCESS IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 개시(disclosure)는 일반적으로 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 무선 통신 시스템에서 비직교 다중 접속(non-orthogonal multiple access)을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
4G(4th generation) 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G(5th generation) 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후(Beyond 4G Network) 통신 시스템 또는 LTE(Long Term Evolution) 시스템 이후(Post LTE) 시스템이라 불리어지고 있다.
높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역(예를 들어, 60기가(60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO), 전차원 다중입출력(Full Dimensional MIMO, FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 및 대규모 안테나(large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다.
또한 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀(advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud radio access network, cloud RAN), 초고밀도 네트워크(ultra-dense network), 기기 간 통신(Device to Device communication, D2D), 무선 백홀(wireless backhaul), 이동 네트워크(moving network), 협력 통신(cooperative communication), CoMP(Coordinated Multi-Points), 및 수신 간섭제거(interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다.
이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조(Advanced Coding Modulation, ACM) 방식인 FQAM(Hybrid Frequency Shift Keying and Quadrature Amplitude Modulation) 및 SWSC(Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(Filter Bank Multi Carrier), NOMA(Non Orthogonal Multiple Access), 및 SCMA(Sparse Code Multiple Access) 등이 개발되고 있다.
전송 용량을 높이기 위하여, 직교성이 충족되지 않는 무선 자원들을 통해 송신을 수행하기 위한 방안인, NOMA가 차세대 기술로서 소개되고 있다. OMA를 효과적으로, 수행하기 위하여 무선 자원에서 각 사용자를 구별하기 위한 시그니처(signature)로서, 코드북(codebook)을 이용한 방안이 고려되고 있다.
상술한 바와 같은 논의를 바탕으로, 본 개시(disclosure)는, 무선 통신 시스템에서 다중 코드북을 활용한 NOMA(non-orthogonal multiple access)(이하, 다중 코드북 기반 NOMA)를 수행하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 개시는, 무선 통신 시스템에서 NOMA 시스템에서 효율적인 통신을 위해, 다중 코드북 설계(design)를 위한 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 개시는, 무선 통신 시스템에서 다중 코드북 기반 NOMA의 구성 정보에 대한 시그널링을 수행하기위한 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 개시는, 무선 통신 시스템에서 다중 코드북 기반 NOMA 기법에 따라 전송되는 신호들 중에서 각 단말의 신호를 구별하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 무선 통신 시스템에서 비직교 다중 접속(non-orthogonal multiple access, NOMA)를 위한 단말의 동작 방법은, 상기 단말을 위한 코드북 셋(codebook set)을 획득하는 과정과, 상기 코드북 셋의 복수의 코드북들을 이용하여 상향링크 신호들을 생성하는 과정과, 상기 상향링크 신호들을 기지국에게 전송하는 과정을 포함하고, 상기 상향링크 신호들 중 제1 자원의 제1 상향링크 신호는, 상기 복수의 코드북들 중에서 제1 코드북의 코드워드에 기반하여 생성되고, 상기 상향링크 신호들 중 제1 자원에 인접한 제2 자원의 제2 상향링크 신호는, 상기 복수의 코드북들 중에서 상기 제1 코드북과 다른 제2 코드북의 코드워드에 기반하여 생성될 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 무선 통신 시스템에서 비직교 다중 접속(non-orthogonal multiple access, NOMA)를 위한 기지국의 동작 방법은, 복수의 단말들을 위한 전체 코드북 셋을 획득하는 과정과, 제1 자원에서 상기 복수의 단말들의 신호들이 중첩된 제1 중첩 신호를 수신하는 과정과, 제2 자원에서 상기 복수의 단말들의 신호들이 중첩된 제2 중첩 신호를 수신하는 과정과, 단말을 위한 코드북 셋에 기반하여, 상기 제1 자원에서 상기 단말의 제1 상향링크 신호를 검출하는 과정을 포함하고, 상기 코드북 셋에 기반하여, 상기 제2 자원에서 상기 단말의 제2 상향링크 신호를 검출하는 과정을 포함하고, 상기 코드북 셋은, 상기 전체 코드북 셋 내의 복수의 코드북들을 포함하고, 상기 제1 상향링크 신호는, 상기 복수의 코드북들 중에서 제1 코드북의 코드워드에 기반하여 생성되고, 상기 제2 자원의 제2 상향링크 신호는, 상기 복수의 코드북들 중에서 상기 제1 코드북과 다른 제2 코드북의 코드워드에 기반하여 생성될 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 무선 통신 시스템에서 비직교 다중 접속(non-orthogonal multiple access, NOMA)를 위한 단말은 적어도 하나의 송수신기와, 상기 적어도 하나의 송수신기와 결합되는 적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 단말을 위한 코드북 셋(codebook set)을 획득하고, 상기 코드북 셋의 복수의 코드북들을 이용하여 상향링크 신호들을 생성하고, 상기 상향링크 신호들을 기지국에게 전송하도록 상기 적어도 하나의 송수신기를 제어하고, 상기 상향링크 신호들 중 제1 자원의 제1 상향링크 신호는, 상기 복수의 코드북들 중에서 제1 코드북의 코드워드에 기반하여 생성되고, 상기 상향링크 신호들 중 제1 자원에 인접한 제2 자원의 제2 상향링크 신호는, 상기 복수의 코드북들 중에서 상기 제1 코드북과 다른 제2 코드북의 코드워드에 기반하여 생성될 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 무선 통신 시스템에서 비직교 다중 접속(non-orthogonal multiple access, NOMA)를 위한 기지국에 있어서, 적어도 하나의 송수신기와, 상기 적어도 하나의 송수신기와 결합되는 적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 상기 적어도 하나의 프로세서는, 복수의 단말들을 위한 전체 코드북 셋을 획득하고, 제1 자원에서 상기 복수의 단말들의 신호들이 중첩된 제1 중첩 신호를 수신하도록 상기 적어도 하나의 송수신기를 제어하고, 제2 자원에서 상기 복수의 단말들의 신호들이 중첩된 제2 중첩 신호를 수신하도록 상기 적어도 하나의 송수신기를 제어하고, 단말을 위한 코드북 셋에 기반하여, 상기 제1 자원에서 상기 단말의 제1 상향링크 신호를 검출하고, 상기 코드북 셋에 기반하여, 상기 제2 자원에서 상기 단말의 제2 상향링크 신호를 검출하고, 상기 코드북 셋은, 상기 전체 코드북 셋 내의 복수의 코드북들을 포함하고, 상기 제1 상향링크 신호는, 상기 복수의 코드북들 중에서 제1 코드북의 코드워드에 기반하여 생성되고, 상기 제2 자원의 제2 상향링크 신호는, 상기 복수의 코드북들 중에서 상기 제1 코드북과 다른 제2 코드북의 코드워드에 기반하여 생성될 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치 및 방법은, 전송 구간 동안 다수의 코드북들을 활용함으로써, 열악한 채널 상황에서도 보다 강건한(robust) 통신이 가능할 수 있게 한다.
본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템을 도시한다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 기지국의 구성을 도시한다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 단말의 구성을 도시한다.
도 4는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 NOMA(non-orthogonal multiple access)의 전송 방식의 기능적 구성을 도시한다.
도 5a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 NOMA의 송신기(transmitter)의 기능적 구성을 도시한다.
도 5b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 NOMA의 수신기(receiver)의 기능적 구성을 도시한다.
도 5c는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 NOMA의 수신기의 IDD(iteration detection and decoding)의 기능적 구성을 도시한다.
도 6a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 MC(multiple codebooks)-SCMA(sparse code multiple access)의 예를 도시한다.
도 6b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 MC-PDMA(pattern division multiple access)의 예를 도시한다.
도 7은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 MC-NOMA의 자원 매핑(resource mapping)의 예를 도시한다.
도 8은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 MC-NOMA의 코드북 설계의 예를 도시한다.
도 9는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 MC-NOMA를 위한 단말의 동작 흐름을 도시한다.
도 10은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 MC-NOMA를 위한 기지국의 동작 흐름을 도시한다.
도 11은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 MC-NOMA의 예를 도시한다.
도 12는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른, 자원 할당에 기반한 접속 환경에서, MC-NOMA를 위한 기지국 및 단말 간 신호 흐름을 도시한다.
도 13은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른, 그랜트 프리(grant-free) 접속 환경에서 MC-NOMA를 위한 기지국 및 단말 간 신호 흐름을 도시한다.
도 14a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 MC-SCMA의 성능 그래프의 예를 도시한다.
도 14b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 MC-PDMA의 성능 그래프의 예를 도시한다.
도 14c는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 MC-NOMA의 IDD(iterative detection and decoding)에 따른 성능 그래프의 예를 도시한다.
본 개시에서 사용되는 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 개시에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 개시에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 개시에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 개시에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
이하에서 설명되는 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어적인 접근 방법을 예시로서 설명한다. 하지만, 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어와 소프트웨어를 모두 사용하는 기술을 포함하고 있으므로, 본 개시의 다양한 실시 예들이 소프트웨어 기반의 접근 방법을 제외하는 것은 아니다.
이하 설명에서 사용되는 신호를 지칭하는 용어(예: 메시지, 정보, 프리앰블, 신호, 시그널링(signaling), 시퀀스(sequence), 스트림(stream))), 자원을 지칭하는 용어(예 심볼(symbol), 슬롯(slot), 서브프레임(subframe), 무선 프레임(radio frame), 서브캐리어(subcarrier), RE(resource element), RB(resource block), BWP(bandwidth part), 기회(Occasion)), 연산 상태를 위한 용어(예: 단계(step), 동작(operation), 절차(procedure)), 데이터를 지칭하는 용어(예: 정보(information), 비트(bit), 심볼(symbol), 코드워드(codeword)), 채널을 지칭하는 용어, 제어 정보를 지칭하는 용어(예: DCI(downlink control information), MAC CE(medium access control control element), RRC(radio resource control) signaling), 네트워크 객체(network entity)들을 지칭하는 용어, 장치의 구성 요소를 지칭하는 용어 등은 설명의 편의를 위해 예시된 것이다. 따라서, 본 개시가 후술되는 용어들에 한정되는 것은 아니며, 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어가 사용될 수 있다.
또한, 본 개시에서, 특정 조건의 만족(satisfied), 충족(fulfilled) 여부를 판단하기 위해, 초과 또는 미만의 표현이 사용될 수 있으나, 이는 일 예를 표현하기 위한 기재일 뿐 이상 또는 이하의 기재를 배제하는 것이 아니다. '이상'으로 기재된 조건은 '초과', '이하'로 기재된 조건은 '미만', '이상 및 미만'으로 기재된 조건은 '초과 및 이하'로 대체될 수 있다.
또한, 본 개시는, 일부 통신 규격(예: 3GPP(3rd Generation Partnership Project))에서 사용되는 용어들을 이용하여 다양한 실시 예들을 설명하지만, 이는 설명을 위한 예시일 뿐이다. 본 개시의 다양한 실시 예들은, 다른 통신 시스템에서도, 용이하게 변형되어 적용될 수 있다.
본 개시는, 무선 통신에서 비직교 다중 접속(non-orthogonal multiple access, NOMA)에 관한 것으로, 특히, 다중 코드북(multiple codebook) NOMA를 위한 장치, 방법, 및 시스템에 관한 것이다. NOMA는, 무선 자원들이 직교성이 충족되지 않더라도 무선 자원들을 함께 이용함으로써, 시스템 용량을 증가시킬 수 있는 통신 기술로 고려되고 있다. NOMA를 위한 기술(technique)로서, SCMA(sparse code multiple access), PDMA(pattern division multiple access) 등에서, 코드북을 사용하는 방식, 즉 코드북 기반 NOMA 방식이 제안되었다. 그러나, 종래의 코드북 기반 NOMA 방식의 경우, 사용자는 전송 블록 전체에 단일(single) 코드북을 사용하기 때문에, 채널 조건이 해당 코드북에 불리하게 적용될 때, 성능 저하를 초래할 수 있다. 단일 코드북이 이용되면, 코드워드(codeword)가 인접한 서브캐리어(subcarrier)에 매핑되는 시스템(예: OFDM)에서, 다수의 코드워드들은 안좋은 채널 상태에서 지속적으로 전송될 수 있다.
이러한 문제점을 해소하기 위하여, 본 개시의 다양한 실시 예들은 단일 코드북이 아니라 다수의 코드북들을 활용하는, 다중 코드북 기반 NOMA 방식(이하, MC(multiple codebooks)-NOMA)을 제안한다. 특히, 본 개시의 다양한 실시 예들은, 다중 코드북을 보다 효율적으로 운용하기 위한 방안을 제안한다. 이하, 코드북 기반 NOMA 방식으로서, 다수의 코드북들을 사용하는 SCMA(즉, MC-SCMA) 혹은 다수의 코드북들을 사용하는 PDMA(즉, MC-PDMA)를 예로 서술하나, 다중 코드북을 사용하는 다른 NOMA 기법이 활용될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템을 도시한다. 도 1은 무선 통신 시스템에서 무선 채널을 이용하는 노드(node)들의 일부로서, 기지국(110), 단말(120), 단말(130), 단말(140), 단말(150)을 예시한다. 도 1은 하나의 기지국만을 도시하나, 기지국(110)과 동일 또는 유사한 다른 기지국이 더 포함될 수 있다.
기지국(110)은 단말들(120, 130, 140, 150)에게 무선 접속을 제공하는 네트워크 인프라스트럭쳐(infrastructure)이다. 기지국(110)은 신호를 송신할 수 있는 거리에 기초하여 일정한 지리적 영역으로 정의되는 커버리지(coverage)를 가진다. 기지국(110)은 기지국(base station) 외에 '액세스 포인트(access point, AP)', '이노드비(eNodeB, eNB)', '5G 노드(5th generation node)', '지노드비(next Generation NodeB, gNB)', '5G 노드비(5G NodeB, 5gNB)', '무선 포인트(wireless point)', '송수신 포인트(transmission/reception point, TRP)', '디지털 유닛(digital unit, DU)', '무선 유닛(radio unit, RU), 원격 무선 장비(remote radio head, RRH) 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다.
단말(120), 단말(130), 단말(140), 및 단말(150) 각각은 사용자에 의해 사용되는 장치로서, 기지국(110)과 무선 채널을 통해 통신을 수행한다. 경우에 따라, 단말(120), 단말(130), 단말(140), 및 단말(150) 중 적어도 하나는 사용자의 관여 없이 운영될 수 있다. 즉, 단말(120), 단말(130), 단말(140), 및 단말(150) 중 적어도 하나는 기계 타입 통신(machine type communication, MTC)을 수행하는 장치로서, 사용자에 의해 휴대되지 아니할 수 있다. 단말(120), 단말(130), 단말(140), 및 단말(150) 각각은 단말(terminal) 외 '사용자 장비(user equipment, UE)', '이동국(mobile station)', '가입자국(subscriber station)', '원격 단말(remote terminal)', '무선 단말(wireless terminal)', '전자 장치(electronic device)', 또는 '사용자 장치(user device)' 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다. 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 단말(예: 단말 120)은, 예를 들면, 셀룰러폰, 스마트폰, 컴퓨터, 태블릿 PC, 이동 전화기, 영상 전화기, 전자책 리더기, 데스크탑 PC, 랩탑 PC, 넷북 컴퓨터, 워크스테이션, 서버, PDA, PMP(portable multimedia player), MP3 플레이어, 의료기기, 카메라, 웨어러블 장치, 또는 통신 기능을 수행할 수 있는 멀티미디어 시스템 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 단말의 종류는 상기 예시에 제한되지 않음은 물론이다. 단말에 대한 설명은, 단말(120)을 기준으로 설명되었으나, 단말(130), 단말(140), 단말(150)에도 적용 가능함은 물론이다.
채널 이득의 향상을 위해, 기지국(110), 단말(120), 단말(130), 단말(140), 단말(150)은 빔포밍(beamforming)을 수행할 수 있다. 여기서, 빔포밍은 송신 빔포밍 및 수신 빔포밍을 포함할 수 있다. 즉, 기지국(110), 단말(120), 단말(130), 단말(140), 단말(150)은 송신 신호 또는 수신 신호에 방향성(directivity)을 부여할 수 있다. 이를 위해, 기지국(110) 및 단말들(120, 130)은 빔 탐색(beam search) 또는 빔 관리(beam management) 절차를 통해 서빙(serving) 빔들을 선택할 수 있다. 서빙 빔들이 선택된 후, 이후 통신은 서빙 빔들을 송신한 자원과 QCL(quasi co-located) 관계에 있는 자원을 통해 수행될 수 있다. 일 예로, 단말(120), 단말(130), 단말(140), 및 단말(150) 중 적어도 일부와 기지국(110)은 밀리미터 파(mmWave) 대역(예: 28GHz, 30GHz, 38GHz, 60GHz)에서 무선 신호를 송신 및 수신할 수 있다.
제1 안테나 포트 상의 심볼을 전달한 채널의 광범위한(large-scale) 특성들이 제2 안테나 포트 상의 심볼을 전달한 채널로부터 추정될(inferred) 수 있다면, 제1 안테나 포트 및 제2 안테나 포트는 QCL 관계에 있다고 평가될 수 있다. 예를 들어, 광범위한 특성들은 지연 스프레드(delay spread), 도플러 스프레드(doppler spread), 도플러 쉬프트(doppler shift), 평균 이득(average gain), 평균 지연(average delay), 공간적 수신 파라미터(spatial receiver parameter) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
단말(120)은 PSS(primary synchronization signal), SSS(secondary synchronization signal), PBCH(physical broadcast channel)를 통해 동기화 과정 및 셀 탐색 절차를 수행할 수 있다. 이후, 단말(120)은 기지국(110)을 통한 네트워크로의 접속을 완료하기 위해 액세스 절차를 수행할 수 있다. 단말(120)은, PRACH(physical random access channel)을 통해 프리앰블(preamble)을 전송하고, PDCCH(physical downlink control channel) 및 PDSCH(physical downlink shared channel)을 통해 프리앰블에 대한 응답 메시지를 수신할 수 있다. 상술한 바와 같은 절차를 수행한 단말은 이후 일반적인 상/하향링크 신호 전송 절차로서 PDCCH/PDSCH 수신 및 PUSCH(physical uplink shared channel)/PUCCH(physical uplink control channel) 전송을 수행할 수 있다. 이러한 액세스 절차는, 초기 접속, 상향링크 동기 조정, 자원 할당, 핸드오버 등의 용도로 다양하게 사용될 수 있다.
셀 용량(cell capacity)의 향상을 위해 동일한 시간-주파수자원 상에 다수의 사용자들의 신호를 중첩시킴으로써, 전송 효율을 높이기 위한 기술로서, NOMA가 주요 기술로서 소개되고 있다. NOMA는 시간-주파수 자원이 동일하더라도, 즉 각 사용자 단말 간 송신 자원의 직교성이 충족되지 않더라도, 신호를 송수신할 수 있게 하기 위한 접속 방식이다. 기존의 직교 다중 접속 방식의 원리인 직교성을 만족하는 대신, 다수의 신호들을 중첩시키고, 순차적 간섭 제거를 활용함으로써, 셀 용량은 증가할 수 있다. 따라서, 기지국(110)의 셀의 용량을 높이기 위하여, 단말(120), 단말(130), 단말(140), 단말(150) 각각은 NOMA 기법을 통해 기지국(110)과 통신을 수행할 수 있다. 기지국(110)은 단말(120), 단말(130), 단말(140), 단말(150)이 동일한 시간-주파수 자원에서 신호를 송신하더라도 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 NOMA 기법을 통해 효과적으로 각 단말의 신호를 검출하고, 획득할 수 있다.
이하, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 NOMA는 각 단말이 동일한 자원(시간-주파수 자원)에서 기지국에게 상향링크 신호를 전송하는 상황이 서술된다. 일 예로, 단말이 기지국에 접속하는 절차들(예: 랜덤 액세스 절차(random access procedure)을 수행하는 상황이 서술된다. 그러나, 다수의 단말들 각각이 기지국에게 상향링크 신호를 전송하는 상황은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 NOMA 기법을 설명하기 위한 예일뿐, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 상향링크 전송뿐만 아니라 하향링크 전송에서도 본 개시의 다양한 실시 예들이 적용될 수 있음은 물론이다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 기지국의 구성을 도시한다. 도 2에 예시된 구성은 기지국(110)의 구성으로서 이해될 수 있다. 이하 사용되는 '...부', '...기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 2를 참고하면, 기지국(110)은 무선통신부 (201), 백홀통신부 (203), 저장부(205), 제어부(207)를 포함한다.
무선통신부 (201)은 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능들을 수행한다. 예를 들어, 무선통신부 (201)은 시스템의 물리 계층 규격에 따라 기저대역 신호 및 비트열 간 변환 기능을 수행한다. 예를 들어, 데이터 송신 시, 무선통신부 1001은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성한다. 또한, 데이터 수신 시, 무선통신부 (201)은 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 또한, 무선통신부 (201)은 기저대역 신호를 RF(radio frequency) 대역 신호로 상향변환한 후 안테나를 통해 송신하고, 안테나를 통해 수신되는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 하향변환한다.
이를 위해, 무선통신부(201)은 송신 필터, 수신 필터, 증폭기, 믹서(mixer), 오실레이터(oscillator), DAC(digital to analog convertor), ADC(analog to digital convertor) 등을 포함할 수 있다. 또한, 무선통신부(201)은 다수의 송수신 경로(path)들을 포함할 수 있다. 나아가, 무선통신부(201)은 다수의 안테나 엘리멘트들(antenna elements)로 구성된 적어도 하나의 안테나 어레이(antenna array)를 포함할 수 있다. 하드웨어의 측면에서, 무선통신부(201)은 디지털 유닛(digital unit) 및 아날로그 유닛(analog unit)으로 구성될 수 있으며, 아날로그 유닛은 동작 전력, 동작 주파수 등에 따라 다수의 서브 유닛(sub-unit)들로 구성될 수 있다.
무선통신부(201)은 신호를 송수신할 수 있다. 이를 위해, 무선통신부(201)은 적어도 하나의 송수신기(transceiver)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 무선통신부(201)은 동기 신호(synchronization signal), 기준 신호(reference signal), 시스템 정보, 메시지, 제어 정보, 또는 데이터 등을 전송할 수 있다. 또한, 무선통신부(201)은 빔포밍을 수행할 수 있다.
무선통신부(201)은 상술한 바와 같이 신호를 송신 및 수신한다. 이에 따라, 무선통신부(201)의 전부 또는 일부는 '송신부', '수신부' 또는 '송수신부'로 지칭될 수 있다. 또한, 이하 설명에서, 무선 채널을 통해 수행되는 송신 및 수신은 무선통신부(201)에 의해 상술한 바와 같은 처리가 수행되는 것을 포함하는 의미로 사용된다.
백홀통신부(203)은 네트워크 내 다른 노드들과 통신을 수행하기 위한 인터페이스를 제공한다. 즉, 백홀통신부(203)은 기지국(110)에서 다른 노드, 예를 들어, 다른 접속 노드, 다른 기지국, 상위 노드, 코어 네트워크 등으로 송신되는 비트열을 물리적 신호로 변환하고, 다른 노드로부터 수신되는 물리적 신호를 비트열로 변환한다.
저장부(205)은 기지국(110)의 동작을 위한 기본 프로그램, 응용 프로그램, 설정 정보 등의 데이터를 저장한다. 저장부(205)은 메모리(memory)를 포함할 수 있다. 저장부(205)은 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리 또는 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리의 조합으로 구성될 수 있다. 그리고, 저장부(205)은 제어부(207)의 요청에 따라 저장된 데이터를 제공한다. 일 실시 예에 따라, 저장부(205)은 NOMA 기법을 위한 복수의 코드북들을 포함하는 코드북 집합을 저장할 수 있다. 또한, 저장부(205)는, 단말들의 그룹들의 단위로, 하나 이상의 코드북 셋들을 저장할 수 있다.
제어부(207)은 기지국(110)의 전반적인 동작들을 제어한다. 예를 들어, 제어부(207)은 무선통신부(201)을 통해 또는 백홀통신부(203)을 통해 신호를 송신 및 수신한다. 또한, 제어부(207)은 저장부(205)에 데이터를 기록하고, 읽는다. 그리고, 제어부(207)은 통신 규격에서 요구하는 프로토콜 스택(protocol stack)의 기능들을 수행할 수 있다. 이를 위해, 제어부(207)은 적어도 하나의 프로세서(processor)를 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 제어부(207)은 코드북 구성부(codebook configuration unit)을 포함할 수 있다. 코드북 구성부는 다중 코드북 기반 NOMA를 수행하기 위하여, 단말들 각각에 적용될 코드북 집합을 구성할 수 있다. 또한, 다양한 실시 예들에 따라, 제어부 (207)은 검출부(detection unit)를 포함할 수 있다. 검출부는, 다수의 코드북들에 기초하여 동일한 시간-주파수 자원에서 전송되는 복수의 신호들 중에서, 각 단말의 신호를 순차적으로 검출할 수 있다. 코드북 구성부와 검출부는 저장부(205)에 저장된 명령어 집합 또는 코드로서, 적어도 일시적으로 제어부(207)에 상주된(resided) 명령어/코드 또는 명령어/코드를 저장한 저장 공간이거나, 또는, 제어부(207)을 구성하는 회로(circuitry)의 일부일 수 있다. 다양한 실시 예들에 따라, 제어부(207)은 기지국(110)이 후술하는 다양한 실시 예들에 따른 동작들을 수행하도록 제어할 수 있다.
도 2에 도시된 기지국(110)의 구성은, 기지국의 일 예일뿐, 도 2에 도시된 구성으로부터 본 개시의 다양한 실시 예들을 수행하는 기지국의 예가 한정되지 않는다. 즉, 다양한 실시 예들에 따라, 일부 구성이 추가, 삭제, 변경될 수 있다.
도 2에서는 기지국을 하나의 엔티티로 서술하였으나, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 기지국은 일체형 배치뿐만 아니라 기지국은 분산 배치(distributed deployment)를 갖는 액세스 네트워크(access network)를 형성하도록 구현될 수 있다. 일 실시 예에 따라, 기지국은 CU(central unit)와 DU(digital unit)로 구별되어, CU는 상위 계층 기능(upper layers) (예: PDCP(packet data convergence protocol, RRC)) DU는 하위 계층 기능(lower layers)(예: MAC(medium access control), PHY(physical))을 수행하도록 구현될 수 있다. 기지국의 DU는 무선 채널 상에 빔 커버리지를 형성할 수 있다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 단말의 구성을 도시한다. 도 3에 예시된 구성은 단말(120)의 구성으로서 이해될 수 있다. 이하 사용되는 '...부', '...기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 3을 참고하면, 단말(120)은 통신부(301), 저장부(303), 제어부(305)을 포함한다.
통신부(301)은 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능들을 수행한다. 예를 들어, 통신부(301)은 시스템의 물리 계층 규격에 따라 기저대역 신호 및 비트열 간 변환 기능을 수행한다. 예를 들어, 데이터 송신 시, 통신부(301)은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성한다. 또한, 데이터 수신 시, 통신부(301)은 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 또한, 통신부(301)은 기저대역 신호를 RF 대역 신호로 상향변환한 후 안테나를 통해 송신하고, 안테나를 통해 수신되는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 하향변환한다. 예를 들어, 통신부(301)은 송신 필터, 수신 필터, 증폭기, 믹서, 오실레이터, DAC, ADC 등을 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에 따를 때, 통신부(301)은 자원 간 직교성이 충족되지 않더라도(예: 동일한 시간-주파수 자원에서 다수의 단말들의 신호가 중첩), 해당 자원에서 특정 단말을 구별하기 위한 시그니처(signature)(예: 코드워드, 시퀀스, 패턴 등)을 적용하여 신호를 전송할 수 있다. 일부 실시 예들에서, SCMA로서, 통신부(301)은 코드북에 정의된 바에 따른 코드들에 기반하여 상향링크 신호를 전송할 수 있다. 다른 일부 실시 예들에서, PDMA로서, 통신부(301)은 코드북에 정의된 바에 따른 패턴들에 기반하여 상향링크 신호를 전송할 수 있다.
또한, 통신부(301)은 다수의 송수신 경로(path)들을 포함할 수 있다. 나아가, 통신부(301)은 안테나부를 포함할 수 있다. 통신부(301)은 다수의 안테나 엘리멘트들로 구성된 적어도 하나의 안테나 어레이를 포함할 수 있다. 하드웨어의 측면에서, 통신부(301)은 디지털 회로 및 아날로그 회로(예: RFIC(radio frequency integrated circuit))로 구성될 수 있다. 여기서, 디지털 회로 및 아날로그 회로는 하나의 패키지로 구현될 수 있다. 또한, 통신부(301)은 다수의 RF 체인들을 포함할 수 있다. 통신부(301)은 빔포밍을 수행할 수 있다. 통신부(301)은, 송수신하고자 하는 신호에 제어부(305)의 설정에 따른 방향성을 부여하기 위해, 신호에 빔포밍 가중치를 적용할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 통신부(301)은 RF(radio frequency) 블록(또는 RF 부)을 포함할 수 있다. RF 블록은 안테나와 관련된 제1 RF 회로(circuitry)와 기저대역 프로세싱과 관련된 제2 RF 회로(circuitry)를 포함할 수 있다. 제1 RF 회로는 RF-A(antenna)로 지칭될 수 있다. 제2 RF 회로는 RF-B(baseband)로 지칭될 수 있다.
또한, 통신부(301)은 신호를 송수신할 수 있다. 이를 위해, 통신부(301)은 적어도 하나의 송수신기(transceiver)를 포함할 수 있다. 통신부(301)은 하향링크 신호를 수신할 수 있다. 하향링크 신호는 동기 신호(synchronization signal, SS), 기준 신호(reference signal, RS)(예: CRS(cell-specific reference signal), DM(demodulation)-RS), 시스템 정보(예: MIB, SIB, RMSI(remaining system information), OSI(other system information)), 설정 메시지(configuration message), 제어 정보(control information) 또는 하향링크 데이터 등을 포함할 수 있다. 또한, 통신부(301)은 상향링크 신호를 전송할 수 있다. 상향링크 신호는 랜덤 액세스 관련 신호(예: 랜덤 액세스 프리앰블(random access preamble, RAP)(또는 Msg1(message 1)), Msg3(message 3)), 기준 신호(예: SRS(sounding reference signal), DM-RS), 또는 전력 헤드룸 보고(power headroom report, PHR) 등을 포함할 수 있다.
또한, 통신부(301)은 서로 다른 주파수 대역의 신호들을 처리하기 위해 서로 다른 통신 모듈들을 포함할 수 있다. 나아가, 통신부(301)은 서로 다른 다수의 무선 접속 기술들을 지원하기 위해 다수의 통신 모듈들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 무선 접속 기술들은 블루투스 저 에너지(bluetooth low energy, BLE), Wi-Fi(Wireless Fidelity), WiGig(WiFi Gigabyte), 셀룰러 망(예: LTE(Long Term Evolution), NR(new radio) 등을 포함할 수 있다. 또한, 서로 다른 주파수 대역들은 극고단파(super high frequency, SHF)(예: 2.5GHz, 5Ghz) 대역, mm파(millimeter wave)(예: 38GHz, 60GHz 등) 대역을 포함할 수 있다. 또한 통신부(301)은 서로 다른 주파수 대역(예: LAA(licensed Assisted Access)를 위한 비면허 대역, CBRS(citizens broadband radio service)(예: 3.5 GHz)) 상에서 동일한 방식의 무선 접속 기술을 이용할 수도 있다.
통신부(301)은 상술한 바와 같이 신호를 송신 및 수신한다. 이에 따라, 통신부(301)의 전부 또는 일부는 '송신부', '수신부' 또는 '송수신부'로 지칭될 수 있다. 또한, 이하 설명에서 무선 채널을 통해 수행되는 송신 및 수신은 통신부(301)에 의해 상술한 바와 같은 처리가 수행되는 것을 포함하는 의미로 사용된다.
저장부(303)은 단말(120)의 동작을 위한 기본 프로그램, 응용 프로그램, 설정 정보 등의 데이터를 저장한다. 저장부(303)은 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리 또는 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리의 조합으로 구성될 수 있다. 그리고, 저장부(303)은 제어부(305)의 요청에 따라 저장된 데이터를 제공한다. 다양한 실시 예들에 따라, 저장부(303)은 단말(120)에서 운용될 MC-NOMA를 위한 코드북 셋을 저장할 수 있다.
제어부(305)은 단말(120)의 전반적인 동작들을 제어한다. 예를 들어, 제어부(305)은 통신부(301)를 통해 신호를 송신 및 수신한다. 또한, 제어부(305)은 저장부(303)에 데이터를 기록하고, 읽는다. 그리고, 제어부(305)은 통신 규격에서 요구하는 프로토콜 스택의 기능들을 수행할 수 있다. 이를 위해, 제어부(305)은 적어도 하나의 프로세서(processor)를 포함할 수 있다. 제어부(305)은 적어도 하나의 프로세서 또는 마이크로(micro) 프로세서를 포함하거나, 또는, 프로세서의 일부일 수 있다. 또한, 통신부(301)의 일부 및 제어부(305)은 CP라 지칭될 수 있다. 제어부(305)은 통신을 수행하기 위한 다양한 모듈들을 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에 따라, 제어부(305)은 단말이 후술하는 다양한 실시 예들에 따른 동작들을 수행하도록 제어할 수 있다.
NOMA 시스템 모델
도 4는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 NOMA(non-orthogonal multiple access)의 전송 방식의 기능적 구성을 도시한다. 도 4에서는, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 NOMA의 시스템 모델(system model)을 정의하고, 다양한 실시 예들에 따른 NOMA 기법을 설명하기 위한 용어(term), 정의 등이 서술된다. 이하, 본 개시의 다양한 실시 예들을 설명하기 위해 사용되는 변수, 벡터, 행렬, 혹은 집합의 표현 방식이 설명된다. 소문자(예: )는 벡터, 대문자(예: )는 행렬을 나타내고, 이탤릭은 변수를 나타내고, 필기체(예: , )는 집합(set)을 나타낸다. 추가적으로, 는 대각선에 h가 요소로 있는 대각선 행렬을 나타낸다.
코드북 기반 NOMA 방식에서, M-ary 사용자 심볼들은 N-차원의 코드워드에 매핑된다. 여기서, N-차원의 코드워드는 M 코드워드들의 코드북으로부터 선택될 수 있다. 정보 비트들은 N개의 무선 자원들에 걸쳐 스프레드된다. K개의 단말들의 신호들을 중첩시켜 사용할 수 있는 K개의 서로 다른 코드북들을 가정하자. 이 때, 오버로딩 계수(overloading factor)는 하기의 수학식과 같이 정의된다.
K는 사용자, N은 차원의 수를 지칭한다.
무선 통신 환경에서 사용 가능한 전체 코드북 셋(set)은 마더 코드북 셋(mother codebook set)으로 지칭된다. 마더 코드북 셋은 하나 이상의 코드북 셋들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 마더 코드북 셋은 K개의 코드북 셋들을 포함할 수 있다. 마더 코드북 셋은 하기의 수학식과 같이 표현될 수 있다.
는 k번째 코드북 셋()을 나타내고, k번째 코드북 셋은 M개의 코드워드들 각각을 위한 코드북들을 포함한다. 여기서, k 번째 코드북 셋은, 단말 k를 위한 코드북 셋일 수 있다. 각 사용자 단말에게 코드북 셋이 할당된다. 코드북 셋은 하기의 수학식과 같이 표현될 수 있다.
여기서, 는 단말 k를 위한 코드북의 m번째 코드워드()를 나타내고, 하기의 수학식과 같이 주어진다.
단말 k를 위한 코드북의 m번째 코드워드 는 SCMA 혹은 PDMA 방식에 따라 설계될 수 있다. SCMA 방식 혹은 PDMA 방식은 후술되는 도 6a 및 도 6b를 통해 서술된다.
도 4를 참고하면, K명의 사용자들, 즉 K개의 단말들의 코드북 기반 NOMA 전송을 위한 시스템 모델이 서술된다. 단말 k의 비트 스트림(bit stream)을 가정하자. 비트 스트림은 채널 코딩 및 인터리빙된 비트 스트림일 수 있다. 즉, 각 단말은 비트 스트림에 채널 코딩, 인터리빙을 수행함으로써 부호화된 비트 스트림을 획득할 수 있다. 단말 i의 부호화된 비트 스트림은 bi로 표시될 수 있다(i=1, 2, ..., K). 이 때, 단말 k의 비트 스트림은 하기의 수학식과 같이 표현될 수 있다.
여기서, 는 단말 k의 비트 스트림이고, 는 비트 수를 나타낸다.
단말 k의 비트 스트림은 Nc개의 코드워드들()을 포함할 수 있다. 여기서, N b는 log2 M의 배수가 가정될 수 있다. 하나의 변조된 심볼(modulated symbol)은 log2 M 비트(들)에 대응하고, Nc개의 코드워드들 중 하나에 대응한다. 단말 k의 비트 스트림은 하기의 수학식과 같이 표현될 수 있다.
여기서, 는 단말 k의 비트 스트림들 중에서, n번째 코드워드에 대응하는 비트 스트림이다.
각 단말은 NOMA를 수행하기 위해, 다중 접속을 위한 시그니처(signature)를 적용할 수 있다. 각 단말 i는 NOMA 매핑 블록을 통해 단말 i를 위한 시그니처를 식별할 수 있다. 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 NOMA는 코드북 기반 NOMA로, 각 시그니처는 코드북을 포함할 수 있다. 단말 i는 코드북 셋 를 식별할 수 있다.
코드북 매핑 메커니즘(codebook mapping mechanism)을 설명하기 위하여, Nc개의 심볼들(코드워드들)은 ) 개의 그룹들로 분배될 수 있다. 여기서, 는 의 배수가 가정될 수 있다. 단말 k의 전송 블록의 l번째 코드워드-자원의 코드북은 로 표현될 수 있고, 은 1부터 사이의 정수일 수 있다(즉, ). 단말 k를 위한 코드북 집합은 하기의 수학식과 같이 표현될 수 있다.
는 단말 k를 위한 코드북 집합이고, 마더 코드북 셋의 부분 집합(subset)이다. 일부 실시 예들에서, 는 개의 그룹들 각각 마다 반복되어 적용될 수 있다. 일 예로, 는 개의 그룹들 각각마다 라운드 로빈 방식(round robin manner)으로 반복되어 적용될 수 있다. 다양한 실시 예들에 따른 단말은 총 Nc 개의 코드워드들을 전송할 수 있으므로, 단말 i는 코드북 셋으로부터 각 코드워드에 대응하는 코드북을 식별하고, 해당 코드북에 기초하여 자원 매핑(resource mapping) 및 채널 액세스(channel access) 절차를 수행할 수 있다.
단말 k의 비트 스트림 중에서 n번째 코드워드() 는 에 매핑된다. 여기서, 는 에서 식별되는 코드북으로부터 도출된다. 일부 실시 예들에서, 단말 k의 n번째 코드워드에 매핑되는 코드북 는 모듈로 함수에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 는 의 코드북들 중에서 번째 코드북으로 결정될 수 있다. 는 'n' mod 'v'를 의미한다. 즉, 단말 k는 전체 Nc개의 코드워드들 중에서 v개의 코드워드 자원들 동안, 각 코드워드 자원에 각각 다른 코드북에 기반하여 시퀀스를 생성하고, 생성된 시퀀스를 기지국에게 전송할 수 있다. 전체 Nc개의 코드워드들은, v마다 의 코드북들 순환되어 적용된다. 일 예로, 각 코드북 셋, n, 및 v의 관계는 하기의 표 1과 같이 구성될 수 있다.
다른 일부 실시 예들에서, 단말 k의 n번째 코드워드에 매핑되는 코드북 는 미리 지정된 매핑 관계에 따라 의 코드북들 중에서 식별될 수 있다. 예를 들어, 의 각 코드북 과 n과의 관계를 정의하는 매핑 테이블 혹은 매핑 함수가 기지국 및 단말에 저장될 수 있다. 또한, 예를 들어, 의 각 코드북 과 n과의 관계에 대한 정보가 기지국-단말 간 시그널링될 수 있다.
단말 k의 n번째 코드워드와 코드북 간의 관계는 하기의 수학식과 같이 매핑 함수로 정의될 수 있다.
단말 k의 n번째 코드워드 은 k번째 코드북에서의 N-차원 복소 코드워드에 매핑된다.
n번째 코드워드가 매핑되는 무선 자원의 단말 k의 패이딩 채널 벡터는 이다. 이 때, 수신되는 신호 는 하기의 수학식과 같이 표현될 수 있다. K개의 단말들의 신호들이 중첩되어 전송될 수 있다.
여기서, 는
Figure 112019105172932-pat00060
이고, 는 주변 노이즈 전력(ambient noise power) 는 N x N 단위 행렬이다. 자원 간 직교성이 충족되지 않는 상태에서 각 단말의 신호들이 중첩되더라도, 부호화된 비트 스트림에 NOMA를 위한 시그니처가 적용됨으로써, 수신단은 효과적으로 각 단말의 신호를 검출할 수 있다.
무선 자원 매핑 시, 단말들의 코드워드들 간 중첩은 지시 행렬(indication matrix)에 의해 표현될 수 있다. 지시 행렬은 하기의 수학식과 같이 표현될 수 있다.
N은 무선 자원들의 수, K는 중첩되는 단말들의 수를 나타낸다. k번째 단말이 i번째 자원에 매핑되는 경우, 이다. 여기서, 무선 자원들의 개수는 SCMA 혹은 PDMA의 코드북의 코드의 길이, 즉 정보 비트들을 스프레딩하기 위한 영역에 대응할 수 있다. 예를 들어, 6개의 단말들(즉, 6개의 코드북들)이 4개의 무선 자원(예: RE(resource elements))에서 중첩되어 코드북 기반 NOMA 기법을 통해 신호를 송신하는 상황을 가정하자. 이 때, 오버로딩 계수 는 1.5이다. 예를 들어, SCMA와 PDMA 각각의 지시 행렬은, 및 이다. 일 예로, 및 는 하기의 수학식과 같이 표현될 수 있다.
수학식 10을 참고할 때, SCMA를 위한 지시 행렬과 PDMA를 위한 지시 행렬은 서로 다른 방식으로 설계됨이 확인된다. SCMA는 단말들 간, 즉 레이어들 간의 다이버 시티 차수(diversity order)의 균형(balance)을 맞추는 반면, PDMA는 SIC 기반 수신을 용이하게 하기 위해 송신 다이버시티 차수(transmit diversity order)에 대한 차이를 유도한다. SCMA 및 PDMA 코드북은 수학식 10의 자원 표시 행렬에 따라 각각 성상도 회전(constellation rotation) 및 단순 확산(simple spreading)을 통해 생성될 수 있다. 다양한 실시 예들에 따를 때, 지시 행렬과 같이 어떠한 무선 자원에서 어떠한 코드북들의 신호가 중첩되는지를 가리키기 위한 정보는 중첩 정보로 지칭될 수 있다. 단말은 중첩 정보로부터, 각 단말의 다이버시티 차수 또는 간섭 레벨 중 적어도 하나를 획득하고, 파악된 정보에 기초하여 사용될 코드북을 식별할 수 있다.
도 5a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 NOMA의 송신기(transmitter)의 기능적 구성을 도시한다. 다수의 단말들의 상향링크 신호들이 동일한 시간-주파수 자원(예: RE(resource element))에 중첩되어 전송되는 경우, 송신기는 각 단말(예: 도 1의 단말(120), 단말(130), 단말(140), 단말(150))일 수 있다. 반대로, 하향링크 신호를 위한 NOMA 전송의 경우, 송신기는 기지국(예: 도 1의 기지국(110))일 수 있다. 이하, 단말 k가 송신기로서, 기지국으로 코드워드를 전송하는 상황이 예로 서술된다.
도 5a를 참고하면, 송신기는 코드워드 를 FFT 블록(501)에 전달할 수 있다. 단말 k의 비트 스트림은 다수의 비트들을 포함할 수 있다. 각 비트는 채널 코딩 및 인터리빙된 비트이다. 이러한 다수의 비트 들은 변조(modulation)을 통해 M-ary 심볼들(변조 차수가 log2M)로 분할된다. 각 심볼은 M-ary 심볼을 위한 코드북의 코드워드들 중 하나에 매핑된다. 는 이렇게 매핑된 하나 이상의 코드워드들을 의미한다. 송신기는 -point FFT 연산(501)을 수행하여, 코드워드를 주파수 도메인의 신호로 변환할 수 있다. 송신기는 각 코드워드에 서브캐리어를 매핑(503)한 후, 다시 IFFT 연산(505)를 수행한다. 또한, 송신기는 CP 삽입 및 P/S(parallel-to-serial) 전환(507)을 수행한다. 송신기는, 이후 결과 신호를 DAC를 통해 아날로그 영역으로 변환한 뒤, RF(radio frequency) 모듈로 전달한다(509).
도 5b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 NOMA의 수신기(receiver)의 기능적 구성을 도시한다. 다수의 단말들의 상향링크 신호들이 동일한 시간-주파수 자원(예: RE(resource element))에 중첩되어 전송되는 경우, 수신기는 기지국(예: 도 1의 기지국(110))일 수 있다. 반대로, 하향링크 신호를 위한 NOMA 전송의 경우, 수신기는 각 단말(예: 도 1의 단말(120), 단말(130), 단말(140), 단말(150))일 수 있다. 이하, 기지국이 수신기로서, 각 단말로부터 상향링크 신호를 수신하는 상황이 예로 서술된다.
도 5b를 참고하면, 수신기는 상향링크 신호들을 수신할 수 있다. 수신기는 K개의 단말들의 상향링크 신호들이 중첩된 신호(이하, 중첩 신호)를 수신할 수 있다. 수신기는 중첩된 신호에 대하여 디지털-아날로그 변환 (DAC) (551), CP의 제거 및 S/P(serial-to-parallel) 변환(553), FFT(555), 서브캐리어 디 맵핑(557), IFFT 및 P/S(parallel-to-serial) 변환(559)을 수행함으로써, 중첩 신호의 코드워드를 획득할 수 있다. 이후, 수신기는 중첩 신호의 코드워드 ()로부터 각 단말(예: 단말 k)의 상향링크 신호를 분리할 수 있다. 수신기는, 각 단말에서 사용된 코드북의 정보(예: ())에 기초하여, 중첩 신호의 코드워드로부터 상향링크 신호를 분리할 수 있다.
일부 실시 예들에서, 수신기는 코드워드를 MC-NOMA IDD 블록(561)에 공급할 수 있다. 수신기는, MC-NOMA IDD 블록을 통해, 각 단말(예: 단말 k)의 상향링크 신호를 분리할 수도 있다. 중첩 신호의 코드 워드 전송을 나타내는 수신된 신호 벡터 는 NOMA 검출기에 대한 입력으로서 제공된다. NOMA 검출기는 채널 디코더로부터 계산된 외부 정보에 기초하여 각 코딩 된 비트의 외부 로그 우도 비 (log-likelihood ratio, LLR)를 계산한다. 그 후, NOMA 검출기로부터 계산된 LLR 정보는 디 인터리빙 된 후 채널 디코더로 공급되어 채널 디코더는 자신의 LLR 정보를 다시 계산한다. NOMA 검출기와 채널 디코더 사이의 반복은 소정의 반복 횟수 동안 수행될 수 있다. 이러한 반복 검출 및 디코딩은, SC-NOMA보다 MC-NOMA에서 그 효과과 보다 극대화될 수 있다. MC-NOMA IDD 블록(561)의 구체적인 로직(logic)은 도 5c를 통해 보다 자세히 서술된다.
도 5c는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 NOMA의 수신기의 IDD(iteration detection and decoding)의 기능적 구성을 도시한다. 수신기는 도 5b의 수신기에 대응할 수 있다.
도 5c를 참고하면, MC-NOMA를 위한 IDD 블록은 NOMA 검출기(570), 디인터리빙부(581), 인터리빙부(583), 및 채널 디코더(590)을 포함할 수 있다. 일 예로, 디인터리빙부(581)는 각 단말을 위한 디인터리버를 포함할 수 있다. 일 예로, 인터리빙부(583)는 각 단말을 위한 인터리버를 포함할 수 있다. 일 예로, 채널 디코더(590)는 각 단말을 위한 채널 디코더를 포함할 수 있다.
IDD(Iterative detection and decoding)는 NOMA 검출기(570)와 채널 디코더(590) 간의 반복적인 소프트 정보(soft information) 교환을 통해 성능(예: BER(bit error rate))을 향상시킨다. 본 개시의 다양한 실시 예들에 따를 때, 이러한 IDD 기법은 본 개시의 MC-NOMA(예: MC-SCMA, MS-PDMA)에도 적용될 수 있다.
총 개의 중첩 코드워드 전송들이 있고, 각 중첩 신호에 대한 수신 신호 벡터는 ()이다. 수신된 신호 ()는 NOMA 검출기(570)의 입력으로 제공될 수 있다. 채널 디코더(590)에 의해 계산된 사전(priori) LLR(log-likelihood ratio) 벡터()가 인터리빙된 후 전달되면, NOMA 검출기(570)는 단말 k의 사후(posterior) LLR 벡터()를 계산한다(). 는 단말 k의 번째 비트에 대한 사후 LLR 벡터 값이다. 각 부호화된 비트는 이다(). NOMA 검출기(570)는, 이들로부터 외부(extrinsic) LLR()과 사전 LLR()을 분해(decompose)할 수 있다. 예를 들어, 사후 LLR 벡터는 하기의 수학식과 같이 분해될 수 있다.
NOMA 검출기(570)로부터의 사후 LLR인 은 MPA(message-passing algorithm) 또는 SIC(successive interference cancelation)에 의해 계산될 수 있다. 나아가, 도 5c에 도시된 바와 같이, 외부 LLR()은 디-인터리빙되고(581), 채널 디코더(590)에 의해 사전 정보(priori information)로서 이용될 수 있다. 즉, 이다. 채널 디코더(590)와 비슷하게, 각 부호화된 비트의 사후 LLR 값은 하기의 수학식과 같이 주어질 수 있다.
상기 채널 디코더(590)로부터의 외부 LLR 정보는 검출기의 사전 LLR 값으로 가능하기 위해 인터리빙될 수 있다. 즉, 이다.
NOMA 검출기(570) 및 채널 디코더(590)는, 미리 결정된 반복 횟수에 따라, 외부 LLR 값들을 교환할 수 있다. 후술되는 도 14c를 통해, IDD가 MC-NOMA에서 특히 유용하다는 것이 확인될 수 있다. MC-NOMA에서 IDD가 보다 효과적인 점을 확인하기 위해, 단말 k의 n번째 코드워드가 겪는 채널 및 사용되는 코드북의 조합이 최악의 시나리오(예: PDMA에서 낮은 채널 이득 및 낮은 다이버시티)인 상황을 가정하자. 이러한 경우, 단말 k의 n번째 코드워드 는 NOMA 검출기에 의해 오류가 발생할 가능성이 높다. 그러나, MC-NOMA에서, 동일한 단말 k는 인접 코드워드 전송에서 고차 코드북을 사용하므로, 채널 디코더(590)에 의해 계산된 사전 정보(priori information)()는 보다 높은 확률로 오류 검출을 수정할 수 있다. 반면, SC-NOMA의 경우, 바람직하지 않는 채널 조건이 코히어런스(coherence) 시간/주파수 자원에서 지속되므로, 검출 에러는 채널 디코더(590)에 가역적이지 않을 수 있다.
다중-코드북 기반 NOMA(MC-NOMA)
코드북 셋으로부터 코드북이 선택되고 사용되는 방법에 따라, 코드북 기반 NOMA 방식은, 단일 코드북이 사용되는 SC-NOMA 혹은 다수의 코드북들(이하, 다중 코드북)이 사용되는 MC-NOMA일 수 있다. 본 개시는, 단일 코드북을 사용하는 대신 다중 코드북을 사용하는 방안이 서술된다. 이하, 도 6a 내지 6b을 통해, SC-NOMA와 MC-NOMA에서 복수의 단말들이 코드북을 적용하여 신호를 송신하는 방안에 대해 비교 및 서술한다. 도 6a를 통해, SC-SCMA와 MC-SCMA, 도 6b를 통해 SC-PDMA와 MC-PDMA의 코드북 할당이 서술된다.
도 6a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 MC(multiple codebooks)-SCMA(sparse code multiple access)의 예를 도시한다. SCMA는 희소성(sparsity)을 기반으로 하는 코드들을 포함하는 코드북을 통해 수행된다. 각 단말은 단말에게 할당되거나 미리 구성된 코드북을 통해 코드북 내 벡터를 선택 및 적용하여 신호를 전송할 수 있다. 각 단말은 총 4개의 심볼들에 걸쳐(across) 신호를 전송하는 상황이 서술된다. 마더 코드북 세트에 6개의 코드북들이 구성되고, 4개의 심볼들 동안 각 심볼에서 길이 4(차원: 4)의 코드워드를 전송하는 상황이 예로 서술된다. 각 변조 심볼의 비트들은 코드북으로부터 취한 코드 워드에 매핑된다.
도 6a를 참고하면, SC-SCMA(610)에서, 단말은 마더 코드북 셋(600)으로부터 상기 단말을 위한 단일 코드북을 획득할 수 있다. 예를 들어, 단말은 마더 코드북 셋으로부터 상기 단말을 위한 코드북 C1을 획득(obtain)할 수 있다. 여기서, 획득된 코드북은 후술되는 전송 구간(예: 4개의 심볼들)에 걸쳐 사용될 수 있다. 코드북은 M-ary에 대응하는 심볼 값을 가리키는 코드들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 단말은 4개의 심볼들 동안 각각 '01', '00', '10', '11'에 대응하는 코드가 적용된 신호를 송신할 수 있다. SC-SCMA(610)의 경우, 단말은 단일 코드북(single codebook)을 이용하므로, 4개의 심볼들 동안 동일한 코드북 내 코드워드들 중에서 각 심볼 값에 대응하는 코드를 적용하여 신호를 송신할 수 있다. c a (b)는 마더 코드북 셋 중에서 b번째 코드북의 a번째 코드워드를 의미한다. 예를 들어, 단말은 c 2 (1), c 1 (1), c 3 (1), c 4 (1)의 순으로 코드가 적용된 신호를 송신할 수 있다.
MC-SCMA(620)에서, 단말은 마더 코드북 셋(600)으로부터 상기 단말을 위한 둘 이상의 코드북들을 획득할 수 있다. 이하, 둘 이상의 코드북들은 코드북 셋으로 지칭된다. 단말 k를 위한 코드북 셋은 로 표현될 수 있다. 예를 들어, 단말은 마더 코드북 셋으로부터 상기 단말을 위한 코드북 C1, C6, C2, C5를 획득할 수 있다. 여기서, 획득된 코드북은 후술되는 전송 구간(예: 4개의 심볼들)에 걸쳐 사용될 수 있다. 각 코드북은 M-ary에 대응하는 심볼 값을 가리키는 코드들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 단말은 4개의 심볼들 동안 각각 '01', '00', '10', '11'에 대응하는 심볼 값을 송신할 수 있다. MC-SCMA(620)의 경우, 단말은 다중-코드북(multiple-codebook)을 이용하므로, 4개의 심볼들에서 서로 다른 코드북을 이용하여, 각 심볼 값에 대응하는 코드를 적용하여 신호를 송신할 수 있다. c a (b)는 마더 코드북 셋 중에서 b번째 코드북의 a번째 코드워드를 의미한다. 예를 들어, 단말은 c 2 (1), c 1 (6), c 3 (2), c 4 (5)의 순으로 코드가 적용된 신호를 송신할 수 있다.
도 6a에서는 다중 코드북 세트의 코드북들은 라운드 로빈 방식으로 사용되는 것으로 도시되었으나, 일 예일뿐, 본 개시의 실시 예들은 이에 한정되지 않는다. 일 실시 예에 따라, 단말은 채널 품질에 기초하여, 코드북을 변경할 수 있다. 예를 들어, 단말은 채널 품질이 임계값 이하일 때, 코드북을 변경할 수 있다. 또는, 일 실시 예에 따라, 단말은 PF(proportion fair)알고리즘에 기초하여 각 심볼에서 코드북을 식별하고, 식별된 코드북으로부터 코드워드를 적용하여 사용할 수 있다.
도 6b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 MC-PDMA(pattern division multiple access)의 예를 도시한다. PDMA는 패턴(pattern)을 갖는 확산 시퀀스(spreading sequence)들을 포함하는 코드북을 통해 수행된다. 각 단말은 단말에게 할당되거나 미리 구성된 코드북을 통해 코드북 내 벡터를 선택 및 적용하여 신호를 전송할 수 있다. 각 단말은 총 4개의 심볼들에 걸쳐(across) 신호를 전송하는 상황이 서술된다. 마더 코드북 세트에 6개의 코드북들이 구성되고, 4개의 심볼들 동안 각 심볼에서 길이 4(차원: 4)의 코드워드를 전송하는 상황이 예로 서술된다. 각 변조 심볼의 비트들은 코드북으로부터 취한 코드 워드에 매핑된다. PDMA를 위하여 제1 단말 k와 제2 단말 k' 각각이 중첩하여 신호를 송신하는 상황이 서술된다.
도 6b를 참고하면, SC-PDMA(660)에서, 각 단말은 마더 코드북 셋(650)으로부터 단일 코드북을 획득할 수 있다. 예를 들어, 제1 단말 k는 마더 코드북 셋으로부터 상기 제1 단말 k를 위한 코드북 C1을 획득할 수 있다. 제2 단말 k'는 마더 코드북 셋으로부터 상기 제2 단말 k'를 위한 코드북 C2을 획득할 수 있다. 여기서, 획득된 코드북은 후술되는 전송 구간(예: 4개의 심볼들)에 걸쳐 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 단말 k는 코드북 C1에 기반하여, 4개의 심볼들 동안 각각 '01', '00', '10', '11'에 대응하는 패턴이 적용된 신호를 송신할 수 있다. 제2 단말 k'는 코드북 C2에 기반하여, 4개의 심볼들 동안 각각 '01', '10', '00', '11'에 대응하는 패턴이 적용된 신호를 송신할 수 있다. 코드북은 M-ary에 대응하는 심볼 값을 가리키는 패턴들을 포함할 수 있다. SC-PDMA(660)의 경우, 각 단말은 단일 코드북(single codebook)을 이용하므로, 4개의 심볼들 동안 동일한 코드북 내 패턴들 중에서 각 심볼 값에 대응하는 패턴을 적용하여 신호를 송신할 수 있다.
MC-PDMA(670)에서, 각 단말은 마더 코드북 셋(650)으로부터 둘 이상의 코드북들을 획득할 수 있다. 이하, 둘 이상의 코드북들은 코드북 셋으로 지칭된다. 단말 k를 위한 코드북 셋은 로 표현될 수 있다. 예를 들어, 제1 단말 k는 마더 코드북 셋으로부터 상기 단말을 위한 코드북 셋 C1, C6, C2, C5를 획득할 수 있다. 제2 단말 k'는 마더 코드북 셋으로부터 상기 단말을 위한 코드북 셋 C2, C5, C3, C4를 획득할 수 있다. 여기서, 획득된 코드북은 후술되는 전송 구간(예: 4개의 심볼들)에 걸쳐 사용될 수 있다. 각 코드북은 M-ary에 대응하는 심볼 값을 가리키는 패턴들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 단말 k는 코드북 셋 에 기반하여, 4개의 심볼들 동안 각각 '01', '00', '10', '11'에 대응하는 패턴이 적용된 신호를 송신할 수 있다. 제2 단말 k'는 코드북 셋 에 기반하여, 4개의 심볼들 동안 각각 '01', '10', '00', '11'에 대응하는 패턴이 적용된 신호를 송신할 수 있다.
도 6b에서는, 제1 단말(k)과 제2 단말(k')이 MC-PDMA를 통해 통신을 수행하는 상황이 서술된다. 제1 단말은 제1 코드북 셋 을, 제2 단말은 제2 코드북 셋 을 각각 라운드 로빈 방식으로 사용할 수 있다. 다중 코드북을 사용함으로써, 간섭 다이버시티(interference diversity) 및 코드 다이버시티(code diversity)(혹은 패턴 다이버시티(pattern diversity))가 확보된다. 이에 따라, 단말들은 열악한 채널 환경에서서도 단일 코드북 대비 상대적으로 높은 통신 이득을 얻을 수 있다.
한편, 도 6b에서는 다중 코드북 세트의 코드북들은 라운드 로빈 방식으로 사용되는 것으로 도시되었으나, 일 예일뿐, 본 개시의 실시 예들은 이에 한정되지 않는다. 일 실시 예에 따라, 단말은 채널 품질에 기초하여, 코드북을 변경할 수 있다. 예를 들어, 단말은 채널 품질이 임계값 이하일 때, 코드북을 변경할 수 있다. 또는, 일 실시 예에 따라, 단말은 PF(proportion fair) 알고리즘에 기초하여 각 심볼에서 코드북을 식별하고, 식별된 코드북으로부터 패턴을 적용하여 사용할 수 있다.
다중 코드북을 사용한 NOMA, 즉 MC-NOMA를 활용하는 기법의 예로 도 6a 내지 도 6b를 통해, MC-SCMA 및 MC-PDMA가 각각 서술되었다. 코드북을 변경함으로써, 각 단말은 간섭 및 코드 다양성을 이용할 수 있다. 이를 통해 채널 상황이 열악하더라도, 다이버시티 효과를 통해, 각 단말은 강건한(robust) 통신을 수행할 수 있다. 이하, 도 7 내지 도 8을 통해 NOMA를 위한 코드북들의 설계를 위한 구체적인 예가 서술된다.
2. 다중-코드북 설계(multiple-codebook design)
기존의 NOMA에서는, 각 유저가 고유한(unique) 코드북을 사용하였다. 즉, 기존의 NOMA 방식은, 전송 블록(transmit block)의 각 그룹의 모든 심볼들에게 동일한 코드북이 적용되는 특별한 경우(special case)에 대응한다. 그러나, 단일 코드북을 기준으로만 설계하게되면, 바람직하지 않은 채널 조건이 다수의 코드워드 전송에 걸쳐 지속될 수 있다. 따라서, 본 개시의 다양한 실시 예들은 MC-NOMA를 위한 장치, 방법, 및 시스템을 제안한다. 열악한 채널 환경에서 단일 코드북 사용시, 지속적인 품질 저하가 야기되므로, 다중 코드북을 사용함으로써, 상술한 문제가 해소될 수 있다. 코드북이란, 전송 신호에 적용될 코드(code)들의 집합을 의미한다. 이러한 코드는, 동일한 시간-주파수 자원에서 신호가 전송되더라도 다른 단말의 신호와 해당 단말의 신호를 용이하게 구별하기 위해 정의되는 코드워드들로써, 전송되는 신호의 시퀀스 길이에 기초하여 정의될 수 있다.
다양한 실시 예들에 따를 때, 각 단말은 복수의 연속적인 자원들(예: 심볼(각 심볼은 비트(들)에 대응))에 걸쳐 다른 코드북들을 사용한다. 즉, 각 단말은 복수의 연속적인 자원들 동안 단일 코드북으로 고정되어 사용하는 것이 아니라, 복수의 코드북들 중에서 적어도 2개 이상의 코드북들을 변경하면서 신호를 전송할 수 있다.
MC-NOMA의 주 목적은, 코드 다이버시티(혹은 간섭 다이버시티)를 활용하여, 채널 상태로 인한 영향을 고르게 하는(즉, 평균화하는) 데에 있다. 지정된 자원 단위(코드워드 자원)마다 코드를 다르게 적용하여 신호를 생성함으로써, 각 단말은 각 신호가 겪는 채널이 다르도록 하는 효과를 얻을 수 있다. 일 실시 예에 따라, 코드워드 자원이란, 주파수 영역(frequency domain)에서 하나 이상의 서브캐리어들을 포함하는 심볼들일 수 있다. 또한, 일 실시 예에 따라, 코드워드 자원은 시간 영역(time domain)에서 구별되는 하나 이상의 심볼들일 수 있다. 또한, 일 실시 예에 따라, 코드워드 자원은 시간 영역 및 주파수 영역 각각에서 특정되는 공간(space)일 수 있다. 이하, 도 7을 통해 본 개시의 코드북 기반 NOMA를 위한 자원 구조를 서술하고, 도 8을 통해 코드북 설계를 위한 구체적인 요구 사항들(requirements)이 서술된다.
도 7은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 MC-NOMA의 자원 매핑(resource mapping)의 예(700)를 도시한다. 도 7에서는, 총 K개의 단말들이 신호를 전송하고, 각 각 단말의 신호는 주파수 영역 상에서 코드워드마다 서로 다른 코드북을 적용되는 상황이 예로 서술된다. 각 단말은 총 Nc개의 코드워드들을 전송할 수 있다. 각 코드워드의 길이는 N임이 가정된다.
도 7을 참고하면, 주파수 도메인은 서브캐리어 단위로 표현될 수 있다. 총 N x Nc개의 서브캐리어들이 존재하고, 총 v개의 코드워드 자원들에 걸쳐 각 단말의 신호들이 중첩되어 전송될 수 있다. 각 코드워드는 N-심볼의 길이를 가지므로, 각 단말의 신호는 의 서브캐리어들에 매핑될 수 있다. 또한, v개의 코드워드 자원들에 걸쳐 다른 코드북들이 적용되어 신호들이 전송될 수 있다. 예를 들어, 4개의 코드워드 자원들 동안, 각 코드워드 자원에 다른 코드북의 코드워드가 적용되어 신호들이 전송될 수 있다. 이 때, 단말은 코드워드 자원(예: 4개의 심볼들)마다 다른 코드북을 적용하여 신호들을 전송하고, 동일 심볼에서 단말 사용되는 코드북 또한 다르므로, 중첩되는 신호들은 구별될 수 있다.
기존의 NOMA에서는, 각 유저가 고유한(unique) 마더 코드북을 사용하였다. 예를 들어, 각 유저에게 고유한 단일 코드북이 적용되었다. 즉, 기존의 NOMA 방식은, 전송 블록(transmit block)의 각 그룹의 모든 심볼들에게 동일한 코드북이 적용되는 특별한 경우(special case)에 대응한다. 이 특정 코드북 배열은 간섭 다이버 시티를 완전히 이용하지는 않는다는 것을 알 수 있다. 따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 단말 #1 내지 단말 #K는 동일 자원(예: 동일 서브캐리어들)에서 서로 다른 코드북을 사용하여 신호를 생성 및 전송할 수 있다. 이 때, 수신기에서 중첩되는 신호들을 용이하게 검출하기 위해, 코드북의 SCMA의 코드들 혹은 PDMA의 패턴들은, 다른 코드북들로부터의 코드워드들과의 ED가 최대가 되도록 설계될 필요가 있다. 그러나, 예를 들어, 현재 SC-SCMA에서 채널의 랜덤 스케일링 및 성상도의 회전은, 수신된 신호의 최적성을 충족하지 못하므로, 수신 성능의 열화를 야기할 수 있다. 구체적인 예가 도 8을 통해 서술된다.
도 8은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 MC-NOMA의 코드북 설계의 예를 도시한다. 도 8에서는 SCMA가 예로 서술된다. SCMA에 따른 코드가 적용되는 경우, 심볼의 성상도(constellation)는 회전한다.
도 8을 참고하면, 단말 k의 심볼 i상에서 전송되는 n번째 코드워드는 xk,n[i]로 표현된다. 단말 k가 전송되어 겪는 채널은 hk,n[i]로 표현된다. 성상도(810)은 각 단말(송신 단)의 성상점들을 포함할 수 있다. 성상도(810)과 같이, 제1 단말 k의 성상점(xk,n[i])과 제2 단말 k'의 성상점(xk ',n[i]) 간의 ED(δmin)가 충분히 확보될 것이 요구된다. 또한, 각 단말이 겪는 채널이 다르기 때문에(hk,n[i]와 hk ',n[i]) 각 단말에게 적용되는 코드북은 이를 고려하여 설계될 것이 요구된다. 성상도의 각 성상점들 간의 각도와 채널 벡터들 간의 각도가 유사하면, 중첩되는 신호들 간 성상 회전으로 인해 수신 측에서 혼동될 확률이 높기 때문이다. 각 단말은 코드북의 코드를 통해 성상 회전을 수행할 수 있다.
두 단말들의 채널 벡터들 간 각도()는 하기의 수학식과 같이 정해질 수 있다.
채널 구성 요소들 간의 각도()가 두 유저들의 근접한 성상점들 간 각도와 유사해지는 경우, 수신된 성상점들이 서로 가까워지므로, 수신기는 이들을 혼동할 수 있다. 성상도(820)은 회전에 기초한 SCMA 성상 설계가 실패하는 시나리오의 예이다. 따라서, 수신기 측에서 충분한 유클리드 거리(예: 임계 이상의 ED 거리)가 확보되도록, 코드북이 설계될 것이 요구될 수 있다. 즉, 제1 단말 k의 코드북(801)과 제2 단말 k'의 코드북(802)의 각 코드워드는, 인접한 성상점들이더라도 최소 유클리드 거리가 확보되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 두 코드워드들로 인한 위상 회전이 인접 변조 심볼들 간의 각도보다 작도록, 각 코드북이 구성될 수 있다.
뿐만 아니라, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 MC-NOMA는 하나의 단말이 인접한 자원들에서 서로 다른 코드북을 사용하여 신호를 전송하기 때문에, 인접한 자원들 간의 코드북 설계 시에도 상술된 최소 유클리드 거리를 고려할 것이 요구될 수 있다. 인접한 자원들에서 전송되는 신호들은 상대적으로 유사한 채널 상태를 겪을 확률이 높기 ‹š문이다. 즉, 각 단말의 채널은 연속적인 무선 자원들에 대해서도 높은 상관 관계가 있기 때문에, 다중 코드북 기반 NOMA에서 단말의 코드북 셋의 설계 시, 상술한 제약(예: 충분한 ED 거리 확보, 코드워드 별 위상 회전 정도) 등이 요구될 수 있다. 다양한 실시 예들에 따른 코드북 셋은 인접한 자원들(예: 인접 심볼들(v)) 간 거리 메트릭(distance metric)에 기반하여 구성될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 코드북 셋은 인접한 자원들 간 거리 메트릭이 임계값 이상이도록 구성될 수 있다. 또한, 일부 실시 예들에서, 코드북 셋은 인접한 자원들 간 거리 메트릭의 합이 최대가 되도록 구성될 수 있다.
상술된 코드북 설계를 위한 요구사항들을 고려할 때, 마더 코드북 셋의 다수의 코드북들을 단말에게 할당하기 위한 알고리즘은 하기와 같이 고려될 수 있다. MC-NOMA에서 단말 k의 코드워드 자원이 다르면 이용되는 코드북이 다르며, , 로 표현될 수 있다. 단말 k에서 심볼과 상관없이 이용되는 코드북이 같은 경우, 즉, , 인 SC-NOMA의 경우와 차이가 있다.
단말 k의 코드북 셋은 이다. 단말 k에게 마더 코드북 셋(600)의 k번째 코드북이 할당된다.
즉, 각 단말을 위한 코드북 셋은 , , ... , 로 초기화될 수 있다. 한편, 이러한 초기화는 일 예일뿐, 다른 방식으로 구성될 수 있음은 물론이다.
초기 코드북이 결정되면, 초기 코드북에 기초하여 다음 코드북이 결정될 수 있다. 다음 자원들()에 대하여, 이전에 선택된 코드북들 을 고려한 특정 파라미터 함수 를 최대화하는 코드북()이 집합 에 추가된다. 예를 들어, 자원 의 단말 k의 코드북은 하기의 수학식과 같이 식별될 수 있다.
본 개시에서, 이러한 파라미터 함수()는 특성 함수, 설계 함수 등으로 지칭될 수 있다. 나아가, 다른 단말들과의 코드북 충돌(collision을 피하기 위하여, 단말 k의 코드북은 해당 자원()에서 사용되지 않는 코드북들 중에서 선택될 수 있다. 예를 들어, 해당 자원()에서 단말 k의 코드북은 하기의 수학식을 충족할 수 있다.
SCMA의 경우, 파라미터 함수는, 코드북들 간 유클리드 거리(Euclidean distance)에 기초하여 정의된다. 즉, 인접한 심볼들 간에 식별이 보다 용이하도록, 성상도에서 중첩시 표현되는 유클리드 거리가 클 것이 요구될 수 있다. 예를 들어, 파라미터 함수는, 코드북들 간 유클리드 거리가 최소화되도록 정의된다. 예를 들어, 파라미터 함수는 하기의 수학식과 같이 정의될 수 있다.
는 단말 i의 코드북을 나타낸다.
일 예로, MC-SCMA를 위한 다중 코드북 셋은 상기 표 1과 같이 형성될 수 있다. 상기 표 1을 참고할 때, 상기 테이블을 참고할 때, 의 순으로 ED 차이가 크므로, 인접한 심볼들 간에서 다른 코드북들 사용 시, 수신단은 용이하게 특정 단말의 신호를 검출할 수 있다.
단일 코드북으로 인한 문제는 SC-PDMA도 존재하므로, MC-NOMA를 위한 코드북 설계의 요구사항은 PDMA에도 동일하게 적용될 수 있다. 이 때, 균일한 희소성(sparsity)를 이용하는 PDMA와 달리, 수학식 14 내지 수학식 16의 파라미터 함수는 PDMA의 전송 다이버시티 또는 간섭 다이버시티 차수에 기반하여 결정될 수 있다. 이러한 전송 다이버시티/간섭 다이버시티 차수는 지시 행렬(indication matrix)에 기초하여 결정될 수 있다. 상기 전송 다이버시티/간섭 다이버시티 차수에 기초하여 코드북들이 정렬되면, 파라미터 함수는 정렬 순서의 역에 기초하여 정의될 수 있다. 일 예로, 파라미터 함수는 하기의 수학식과 같이 정의될 수 있다.
여기서, i와 j는 와 의 정렬 인덱스를 나타낸다. K는 전체 단말들의 수(혹은 전체 코드북들의 수)이다. 일 예로, 와 같이 정렬되는 경우, 와 는 각각 6번째(l=6), 첫 번째(j=1)이므로, 일 수 있다.
일 예로, MC-PDMA를 위한 다중 코드북 셋은 상기 표 1과 같이 형성될 수 있다. 상기 표 1을 참고할 때, 상기 테이블 및 수학식 16을 참고할 때, , , 및 와 같이 코드북들이 직교하게 되므로, 인접한 심볼들 간에서 다른 코드북들 사용 시, 수신단은 용이하게 특정 단말의 신호를 검출할 수 있다. 다양한 실시 예들에 따른 MC-PDMA에서, 높은 다이버시티 차수의 차이를 갖는 코드북들은 함께 동일한 다중 코드북으로 할당될 수 있다.
3. MC-NOMA 전송(MC-NOMA transmission)
단말은 신호를 전송할 때, 코드북에 기초하며 변조(modulation)를 통해 코드워드를 획득하고, 해당 코드워드를 다른 단말의 신호와 중첩되는 무선 자원 상에서 전송할 수 있다. 기존 NOMA의 경우, 각 단말에 고유한 코드북이 사용되기 때문에 기지국은, 상기 단말의 코드북을 식별하고 코드북의 코드워드를 식별함으로써 단말의 신호를 획득할 수 있다. 그러나, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 MC-NOMA의 경우, 복수의 무선 자원들 상에서 복수의 코드북들이 사용되므로, 기지국-단말 간 자원과 코드북 간의 관계에 대한 구성 정보가 시그널링되거나, 상기 관계가 미리 구성될 것이 요구될 수 있다. 이하, 도 9 내지 도 10은 MC-NOMA의 송신단(예: 단말) 및 수신단(예: 기지국)의 동작들이 서술된다.
도 9는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 MC-NOMA를 위한 단말의 동작 흐름을 도시한다. 단말은 MC-NOMA의 송신단인 상황이 예로 서술된다. 단말은 도 3의 단말(120)을 예시한다. 다수의 단말들이 동일한 자원(예: 시간-주파수 자원) 상에 상향링크 신호들을 중첩하여 기지국에게 전송할 수 있다.
도 9를 참고하면, 단계(901)에서, 단말은 코드북 셋을 획득할 수 있다. 코드북 셋은 마더 코드북 셋의 코드북들로부터 구성될 수 있다. MC-NOMA를 위한 마더 코드북 셋이 정의되고, 마더 코드북 셋은, 상기 단말과 MC-NOMA를 수행하기 위하여 그룹핑된 단말들, 즉 단말들의 그룹을 위한 코드북 셋일 수 있다. 동일한 자원에서 신호를 중첩하여 전송하도록 구성된 단말들은 하나의 단말 그룹으로 정의될 수 있다. 일 실시 예에 따라, 기지국은 단말에게 마더 코드북 셋을 구성하기 위한 정보를 전송할 수 있다. 단말은 기지국으로부터 추가 수신되는 정보 혹은 미리 정해진 규칙(예: 랜덤 선택, 순환 선택, UE ID 기반 선택)에 의해 마더 코드북 셋으로부터 코드북 셋을 획득할 수 있다. 또한, 일 실시 예에 따라, 마더 코드북 셋은 기지국에서 구성되고, 단말은 마더 코드북 셋에 대한 정보 없이 코드북 셋에 대한 정보만을 기지국으로부터 수신할 수도 있다.
다양한 실시 예들에 따른, 단말은 기지국으로부터 코드북 셋을 가리키기 위한 정보를 수신할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 단말은 기지국으로부터 코드북 셋을 가리키기 위한 정보를 포함하는 RRC 메시지를 수신할 수 있다. 일 실시 예에 따라, RRC 메시지는, 미리 정의된 다수의 코드북들 중에서 상기 단말을 위해 구성되는 코드북 셋의 하나 이상의 코드북들을 가리키는 정보를 포함할 수 있다. 또한, 일 실시 예에 따라, RRC 메시지는 복수의 코드북들 중에서 상기 단말을 위한 하나 이상의 코드북들을 가리키는 비트맵(bitmap)을 포함할 수 있다. 비트맵 크기는 전체 복수의 코드북들의 개수에 기초하여 결정될 수 있다. 또한, 일 실시 예에 따라, RRC 메시지는 인덱스를 포함할 수 있다. 인덱스는, 단말을 위해 할당되는 코드북 셋을 지시할 수 있다. 인덱스와 코드북 셋에 대한 매핑 테이블이 정의될 수 있다. 또한, 일부 실시 예들에서, 단말은 기지국으로부터 코드북 셋을 가리키기 위한 정보를 포함하는 MAC CE를 수신할 수 있다. 일 실시 예에 따라, RRC 메시지로 다수의 코드북들이 구성되고, MAC CE는 개별적으로 각 코드북들을 활성화/비활성화할 수 있다. MAC CE에 기초하여 각 단말은, 상기 단말의 코드북 셋 내 하나 이상의 코드북들을 구성할 수 있다. 또한, 일 실시 예에 따라, MAC CE는 인덱스를 포함할 수 있다. 인덱스는, 단말을 위해 할당되는 코드북 셋을 지시할 수 있다. 인덱스와 코드북 셋에 대한 매핑 테이블이 정의될 수 있다. 또한, 일부 실시 예들에서, 단말은 기지국으로부터 코드북 셋을 가리키기 위한 정보를 포함하는 DCI를 수신할 수 있다. 일 실시 예에 따라, RRC 메시지로 다수의 코드북 셋들이 구성되고, DCI는 다수의 코드북 셋들 중에서 상기 단말에게 허용된(allowed) 혹은 할당된(allocated) 코드북 셋을 지시할 수 있다.
단계(903)에서, 단말은 코드북 셋의 복수의 코드북들에 기반하여 신호들을 생성할 수 있다. 단말은 코드북 셋으로부터 하나 이상의 코드북들을 식별할 수 있다. 코드북은, 변조 심볼(modulated symbol)을 가리키기 위하여, 즉, 성상점(constellation point)의 하나 이상의 비트들을 가리키기 위하여, 다수의 코드워드들을 포함할 수 있다. 각 코드워드는 특별히 정의되는 코드(예: MC-SCMA) 혹은 코드의 패턴(예: MC-PDMA)에 의해 식별될 수 있다. 코드북 셋의 코드북들은, 코드북들 간 거리 메트릭(예: Euclidean distance)에 기초하여 정해진 순서로 구성될 수 있다.
다양한 실시 예들에 따른 단말은 복수의 코드북을 위한 무선 자원들을 확인할 수 있다. 자원 할당 방식(예: 후술되는 도 12)의 경우, 단말은 기지국으로부터 수신된 자원 할당 정보에 기초하여 MC-NOMA를 위한 무선 자원들을 식별 수 있다. 그랜트 프리 방식(예: 후술되는 도 13)의 경우, 단말은 미리 정의된 방식에 기초하여 MC-NOMA를 위한 무선 자원들을 결정할 수 있다.
상향링크 전송 시 무선 자원들은 하나 이상의 자원 그룹들로 분배될 수 있다(divided into). 본 개시에서, 자원 그룹이란 하나의 코드북 셋이 적용되는 자원들의 단위를 지칭할 수 있다. 자원 그룹은 코드워드 길이(N) 및 코드워드 자원들의 개수(v)에 기초하여 정의될 수 있다. 코드워드 자원은, 자원 그룹 내에서 다른 코드북이 적용되도록 설정된 자원들의 단위를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 하나의 코드워드 길이가 N개의 심볼(또는 서브캐리어)들인 경우, 자원 그룹은 N의 배수로 정의될 수 있다. 하나의 자원 그룹은 하나 이상의 심볼들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 7과 같이, 하나의 자원 그룹은 4개의 코드워드 자원들(v=4)을 포함할 수 있고, 각 코드워드 자원은 4개의 심볼들을 포함하므로, 하나의 자원 그룹은 16개의 심볼들(RE들)을 포함할 수 있다. 총 4개의 다른 코드북들이 한 자원 그룹 동안 이용될 수 있다. 또한, 예를 들어, 자원 그룹은 하나 이상의 자원 블록들을 포함할 수 있다. 또한, 예를 들어, 자원 그룹은 RBG(resource block group) 단위로 구성될 수도 있다.
자원 그룹 내 인접 코드워드 자원 간에는 서로 다른 코드북의 코드워드가 적용될 수 있다. 예를 들어, 단말이 제1 코드워드 자원에서 신호('00') 송신 시, 단말은 제1 코드북의 코드워드('00'에 대응)를 적용하고, 상기 제1 자원과 동일한 자원 그룹의 자원들 중 상기 제1 자원에 인접한 제2 코드워드 자원에서 신호('10') 송신 시, 단말은 제2 코드북의 코드워드('10')를 적용한다. 이 때, 다른 단말은 제1 자원 그룹에서 신호 송신 시, 제1 코드북과 다른 코드북의 코드워드를 사용할 수 있다. 또한, 다른 단말은 제2 자원 그룹에서 신호 송신 시, 제2 코드북과 다른 코드북의 코드워드를 사용할 수 있다. 즉, 다양한 실시 예들에 따른 단말은 자원 그룹마다 서로 다른 코드북들을 적용하여 신호를 생성할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 단말의 코드워드들의 개수(N C)가 자원 그룹 내 코드워드 자원들의 개수(v)보다 많은 경우, 코드북들의 개수는 무한하지 않으므로, 다른 자원 그룹들 간에는 동일한 코드북이 사용될 수도 있다.
단말은, 자원 그룹 내 인접 코드워드 자원 간에 서로 다른 코드북들의의 코드워드에 기반하여 신호들을 생성할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 단말은 제1 코드북의 코드워드가 적용된 제1 상향링크 신호를 생성하고, 제2 코드북의 코드워드가 적용된 제2 상향링크 신호를 생성할 수 있다. 제1 코드북과 제2 코드북은 동일한 코드북 셋에 포함될 수 있다. 제1 상향링크 신호와 제2 상향링크 신호는 동일한 자원 그룹의 인접한 코드워드 자원들에서 각각 전송될 수 있다.
단계(905)에서, 단말은 신호들을 기지국에게 전송할 수 있다. 단말은 단계(903)에서 생성된 신호들을 무선 자원들에서 전송할 수 있다. 해당 무선 자원들은, 동일한 자원 그룹의 인접한 코드워드 자원들일 수 있다. 일 실시 예에 따라, 제1 상향링크 신호가 전송되는 제1 코드워드 자원과 제2 상향링크가 전송되는 제2 코드워드 자원은 인접한 자원일 수 있다. 예를 들어, 제1 코드워드 자원은 주파수 도메인에서 제2 코드워드 자원과 인접할 수 있다. 복수의 코드북들 각각의 코드워드를 통해, 단말들간의 인접한 코드워드 자원(예: N개의 심볼들)의 신호들이 상호 구별될 수 있다.
또한, 단말은 상기 신호들을 다른 단말과 동일한 무선 자원에서 전송할 수 있다. 여기서, 동일한 무선 자원에서의 전송이란 동일한 시간-주파수 자원을 의미하는 것으로, 자원 그리드(resource grid) 내에서 각 단말의 신호가 서로 중첩되어 전송됨을 의미한다. 즉, 서로 직교하지 않는 자원이더라도, 복수의 코드북들 각각의 코드워드를 통해, 서로 다른 단말들간의 신호들이 상호 구별될 수 있다.
도 10은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 MC-NOMA를 위한 기지국의 동작 흐름을 도시한다. 기지국은 MC-NOMA의 수신단인 상황이 예로 서술된다. 기지국은 도 2의 기지국(110)을 예시한다. 기지국은 동일한 자원(예: 시간-주파수 자원) 상에서 중첩되는 다수의 단말들의 상향링크 신호들을 수신할 수 있다.
도 10을 참고하면, 단계(1001)에서, 기지국은 중첩 정보를 획득할 수 있다. 여기서, 중첩 정보는 어느 무선 자원(예: RE)에서 어떠한 코드북들의 신호가 중첩되어 있는지를 가리키는 정보일 수 있다. MC-SCMA나 MC-PDMA의 정보 비트들(information bits)의 스프레딩(spreading)을 위한 자원들의 길이에 기초하여 각 코드북의 코드워드들이 설계된다. 따라서, 코드북의 각 코드워드의 길이(예: N=4)에 기초하여 중첩 정보가 나타내는 무선 자원들의 양이 정의될 수 있다. 단말들마다 다른 코드북을 사용해야 하므로, 코드북들의 수는 무선 자원들을 공유하는 단말들의 수에 대응할 수 있다. 중첩 정보는 무선 자원을 공유하는 단말 그룹 단위로 구성될 수 있다. 즉, 상기 단말 그룹은 MC-NOMA를 수행하기 위한 단말들을 포함할 수 있다. 즉, 중첩 정보는 그룹-특정(group-specific)일 수 있다. 예를 들어, 중첩 정보는 수학식 10과 같은 지시 행렬의 형태를 가질 수 있다. 또한, 예를 들어, 중첩 정보는 리스트의 형태를 가질 수 있다. 또한, 예를 들어, 중첩 정보는 비트맵의 형태를 가질 수 있다.
단계(1003)에서, 기지국은 코드북 순서에 기초하여 단말의 신호를 검출할 수 있다. 기지국은 중첩 정보에 기반하여 코드북 순서를 결정할 수 있다. 기지국은, 코드북 순서에 기초하여, 중첩 신호로부터 단말의 신호를 검출할 수 있다. 예를 들어, 기지국은 중첩 정보에 기반하여 SIC(successive interference cancellation)를 수행할 수 있다. 기지국은 순차적으로 각 단말의 신호를 검출할 수 있다. 이 때, 검출 순서(detection order)는, 중첩 정보에 따른 코드북 순서에 기초하여 결정될 수 있다.
기지국은 중첩 정보에 기반하여 다이버시티 정보 및 간섭 정보 중 적어도 하나를 획득할 수 있다. 기지국은 중첩 정보에 기반하여 다이버시티 정보를 획득할 수 있다. 다이버시티 정보란, 지정된 무선 자원 구간, 즉 MC-NOMA를 위한 자원 구간 내 특정 코드북이 얼마나 많은 코드워드를 전송하기 위해 이용되는지를 가리킬 수 있다. 예를 들어, 다이버시티 정보는 지정된 무선 자원 구간 내에서, 해당 코드북이 이용되는 횟수를 가리키는 다이버시티 차수를 포함할 수 있다. 지정된 무선 자원 구간은, 코드워드 길이에 대응하므로, 하나의 코드워드 자원에 대응할 수 있다. 일 예로, MC-PDMA의 의 경우(6개의 단말들, 4개의 무선 자원들), 상기 지시 행렬의 1열부터 3열에 대응하는 3개의 코드북의 다이버시티 차수는 3, 나머지 단말들의 다이버시티 차수는 2일 수 있다. 기지국은 중첩 정보에 기반하여 간섭 정보를 획득할 수 있다. 간섭 정보는, 다른 단말들로부터의 간섭 레벨과 관련된 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 2열에 대응하는 코드북은 1열 혹은 3열에 대응하는 단말보다 덜 간섭을 받을 수 있다. 동일한 무선 자원에서 다른 단말의 신호들이 덜 중첩되기 때문이다.
기지국은 중첩 정보에 기반하여 다이버시티 정보 및 간섭 정보 중 적어도 하나에 기반하여, 코드북 순서를 결정할 수 있다. 예를 들어, 상기 MC-PDMA의 를 고려할 때, 2열에 대응하는 코드북을 이용하는 단말의 신호가 먼저 검출될 수 있다. 2열에 대응하는 코드북의 다이버시티 차수가 가장 높고, 간섭 레이어 수가 가장 적기 때문이다.
기지국은, 가장 높은 다이버시티 차수를 갖는 코드북의 단말 혹은 가장 적은 간섭 레벨을 갖는 코드북의 단말의 신호를 먼저 검출함으로써, SIC의 성능을 높일 수 있다. 예를 들어, 상기 지시 행렬의 검출 순서가 인 경우, 기지국은 해당 무선 자원에서 를 사용하는 단말, 를 사용하는 단말, ..., 를 사용하는 단말의 순서로 신호를 검출할 수 있다.
단계(1005)에서, 기지국은 모든 코드북들의 신호들이 검출되었는지 여부를 결정할 수 있다. 여기서, 모든 코드북들이란 MC-NOMA를 위해 구성된 전체 코드북들을 의미한다. 모든 코드북들의 수는 MC-NOMA를 위한 단말들의 수에 대응할 수 있다. 즉, 기지국은 모든 단말들의 신호들이 검출되었는지 여부를 통해, 모든 코드북들의 신호들이 검출되었는지 여부를 결정할 수 있다. 단말은 코드워드 자원마다 다른 코드북을 사용하기 때문에, 코드워드 자원마다 검출되는 단말의 순서는 다를 수 있다. 즉, 기지국이 동일한 지시 행렬을 기초로 각 단말의 신호를 검출 시, 기지국은 매 코드워드 자원마다 를 사용하는 단말을 검출한다. 예를 들어, 후술되는 도 11에서 어느 코드워드 자원에서는 를 사용하는 단말 #5, 다른 코드워드 자원에서는 를 사용하는 단말 #6을 각각 먼저 검출할 수 있다. 기지국은, 모든 코드북들의 신호들이 검출된 경우, 검출 절차를 종료할 수 있다. 기지국은 모든 코드북들의 신호들이 아직 검출되지 않은 경우, 단계(1007)을 수행할 수 있다.
단계(1007)에서, 기지국은 중첩 신호로부터 검출된 단말의 신호를 제거할 수 있다. 중첩 신호는 수신된 신호이거나, 수신된 신호로부터 이전 반복(iteration)에서 특정 단말의 신호가 제거된 상태의 신호일 수 있다. 기지국은 간섭 제거의 방식을 통해 중첩 신호로부터 단계(1003)에서 검출된 단말의 신호를 제거할 수 있다.
도 11은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 MC-NOMA의 예를 도시한다. 도 11에서는, 4개의 무선 자원들에서 6개의 단말들이 중첩되어 신호들을 전송하는 상황이 서술된다. 자원 그룹은 4개의 코드워드 자원들을 포함하고, 단말은 각 코드워드 자원마다 동안 다른 코드북을 이용하여 신호를 전송한다. 도 6b 및 수학식 10의 MC-PDMA가 예로 서술되었다.
도 11을 참고하면, 4개의 코드워드 자원들은 제1 코드워드 자원(1151), 제2 코드워드 자원(1152), 제3 코드워드 자원(1153), 제4 코드워드 자원(1154)을 포함할 수 있다. 6개의 단말들은 제1 단말(1101), 제2 단말(1102), 제3 단말(1103), 제4 단말(1104), 제5 단말(1105), 제6 단말(1106)을 포함할 수 있다.
제1 단말(1101)은, 제1 코드워드 자원(1151), 제2 코드워드 자원(1152), 제3 코드워드 자원(1153), 제4 코드워드 자원(1154)에서, 각각 순으로 코드북을 이용할 수 있다. 제2 단말(1102)은, 제1 코드워드 자원(1151), 제2 코드워드 자원(1152), 제3 코드워드 자원(1153), 제4 코드워드 자원(1154)에서, 각각 순으로 코드북을 이용할 수 있다. 제3 단말(1103)은, 제1 코드워드 자원(1151), 제2 코드워드 자원(1152), 제3 코드워드 자원(1153), 제4 코드워드 자원(1154)에서, 각각 순으로 코드북을 이용할 수 있다. 제4 단말(1104)은, 제1 코드워드 자원(1151), 제2 코드워드 자원(1152), 제3 코드워드 자원(1153), 제4 코드워드 자원(1154)에서, 각각 순으로 코드북을 이용할 수 있다. 제5 단말(1105)은, 제1 코드워드 자원(1151), 제2 코드워드 자원(1152), 제3 코드워드 자원(1153), 제4 코드워드 자원(1154)에서, 각각 순으로 코드북을 이용할 수 있다. 제6 단말(1106)은, 제1 코드워드 자원(1151), 제2 코드워드 자원(1152), 제3 코드워드 자원(1153), 제4 코드워드 자원(1154)에서, 각각 순으로 코드북을 이용할 수 있다.
기지국은 다이버시티 차수가 높거나 혹은 간섭 레벨이 낮은 코드북의 단말을 먼저 검출할 수 있다. 이 때, 각 코드워드 자원에서 사용되는 코드북이 단말마다 다르기 때문에, 코드워드 자원마다 검출되는 단말의 순서가 다를 수 있다. 예를 들어, 코드북 검출 순서가 지시 행렬에 따라 인 경우, 가 먼저 검출되기 된다. 따라서, 제2 코드워드 자원(1152)에서는 제5 단말(1105)이 먼저 검출되고(1165), 제 4 코드워드 자원(1154)에서는 제6 단말(1106)이 먼저 검출된다(1166). 이렇게 검출된 신호들은, 각 코드워드 자원의 중첩 신호에서 제거된다.
에러 확률은, 각 단말의 채널 품질(예: 신호 강도)에 의존적이다. L개의 채널 성분들(channel components)이 독립적인 경우, 에러 확률은 L에 관하여 지수적으로 감소할 수 있다. 그러나, OFDM과 같이, 높게 연관된(highly correlated) 채널 성분들을 포함하는 서브캐리어들에 각각 다른 코드북들이 매핑되면, 오류 확률은 L보다 덜 느리게 감소하게 된다. 특히, 일 예로, 높은 다이버시티 차수를 갖는 코드북이 적용된 사용자의 채널이 불량한 경우, 가장 높은 전송 다이버 시티에 대한 할당은 검출의 상대적인 신뢰성 측면에서 의도된 차이를 유발하지 않으므로 시스템 성능을 전체적으로 저하시킬 수 있다. 즉, 다이버시티 정보에 기초하여 검출 순서를 결정하는 것은, 전송 다이버 시티가 높을수록 신호 탐지에서 더 나은 신뢰성을 제공한다는 기본 가정이 전제된다. 이러한 측면에서, 본 개시의 다양한 실시 예들은 일정 단위로 코드북을 달리하여 신호를 전송함으로써, 특정 코드북으로 인해 해당 단말의 낮은 검출 성능이 유지됨을 방지할 뿐만 아니라, 다른 사용자들의 신호의 검출/디코딩 품질에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.
MC-NOMA 구성 시그널링
본 개시에서 다중 코드북을 운용하는 방안에 2가지 시그널링 방안이 존재할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 단말은 기지국으로부터 자원 할당에 기초하여 MC-NOMA를 수행할 수 있다. 단말은 기지국으로부터 할당받은 자원에 기초하여 기지국에 접속(access) 할 수 있다. 다른 일부 실시 예들에서, 단말은 기지국으로부터 자원 할당 없이, 즉 그랜트-프리 방식으로, MC-NOMA를 수행할 수 있다. 단말은 기지국의 자원 할당 없이 기지국에게 접속(access) 할 수 있다. 이하, 도 12 내지 도 13을 통해 각 접속 방식에서 MC-NOMA를 구성하기 위한 시그널링들이 서술된다. 도 12 내지 도 13은 랜덤 액세스 절차(random access procedure)를 예로 랜덤 액세스 절차 외에 RRC 연결 이후, 일반적인 상향링크 데이터 전송(PUSCH 전송)에도 후술되는 실시 예들의 시그널링들이 동일한 방식으로 적용될 수 있음은 물론이다.
도 12는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른, 자원 할당에 기반한 접속 환경에서, MC-NOMA를 위한 기지국 및 단말 간 신호 흐름을 도시한다. 기지국은 도 2의 단말(110), 단말은 도 3의 단말(120)을 예시한다. 단말은 MC-NOMA를 위한 총 K개의 단말들 중 k번째 단말일 수 있다.
도 12를 참고하면, 단계(1201)에서, 단말은 기지국에게 랜덤 액세스 프리앰블을 전송할 수 있다. 기지국은 단말로부터 랜덤 액세스 프리앰블을 수신할 수 있다.
단계(1203)에서, 기지국은 다중 코드북을 구성할 수 있다. 기지국은 접속을 수행하고자 하는 단말들 중에서, MC-NOMA를 위한 단말들을 그룹핑할 수 있다. 기지국은 K개의 단말들을 하나의 그룹으로 설정하고, 이들을 위한 다중 코드북을 구성할 수 있다. 다중 코드북의 구성은, 단말 그룹을 위한 마더 코드북 셋과 개별 단말을 위한 코드북 셋의 구성을 포함할 수 있다. 먼저, 기지국은, 마더 코드북 셋(mother codebook set)을 결정할 수 있다. 마더 코드북 셋은 복수의 코드북들을 포함할 수 있다. 기지국은, 마더 코드북 셋으로부터 각 단말을 위한 코드북 셋을 결정할 수 있다. 코드북 셋은 마더 코드북 셋의 부분집합일 수 있다.
단계(1205)에서, 기지국은 다중 코드북 구성 정보를 단말에게 전송할 수 있다. 다중 코드북 구성 정보는, 전체 코드북둘 중에서 상기 단말에게 할당되는 부분집합, 즉 상기 단말을 위한 하나 이상의 코드북들을 가리키는 정보일 수 있다. 다중 코드북 정보는 MC-NOMA를 위한 단말 그룹을 위한 전체 코드북들(예: 마더 코드북 셋 전체 혹은 일부)에 대한 정보(이하, 제1 정보) 또는 개별 단말을 위한 코드북 셋에 대한 정보(이하, 제2 정보) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다중 코드북 구성 정보는 다양한 방식으로 단말에게 전송될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 기지국은, 마더 코드북 셋 혹은 복수의 코드북 셋들에 대한 제1 정보를 단말에게 전송하고, 상기 단말을 위한 코드북 셋에 대한 제2 정보를 단말에게 전송할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 제1 정보는 상위 계층 시그널링(예: RRC)에 의해 전송되고, 제2 정보는 상기 상위 계층 시그널링과 함께 전송되거나 별도의 상위 계층 시그널링에 의해 전송될 수 있다. 예를 들어, 제2 정보는 리스트 또는 비트맵의 형태로 구성될 수 있다. 단말은 리스트에 포함되거나 비트맵에서 '1'(혹은 '0')을 가리키는 코드북을, 상기 단말을 위한 코드북 셋에 포함되는 것으로 식별할 수 있다. 다른 예를 들어, 제2 정보는 시작 인덱스 값의 형태로 구성될 수 있다. 단말은 제1 정보에 구성된 전체 코드북들 중에서 시작 인덱스에 기초하여 순차적으로 코드북 셋을 구성할 수 있다. 단말에 할당된 자원들(예: 코드워드 자원들)에 기초하여, 단말은 코드북 셋의 크기를 결정할 수 있다.
다른 일 실시 예에 따라, 제1 정보는 시스템 정보로 전송되고, 제2 정보는 RRC 시그널링, MAC CE, 도는 DCI에 의해 전송될 수 있다. 즉, 제1 정보는 셀-특정(cell-specific)이고, 제2 정보는 단말-특정일 수 있다. 예를 들어, 시스템 정보는 MIB, SIB1, 또는 SIB2일 수 있다. 이 때, 단계(1201)은 단계(1203) 이후에 수행될 수도 있다. 셀 내 단말들은 MC-NOMA를 위해 전체 코드북들을 동일하게 공유하고, 기지국은, MC-NOMA의 구성 및 스케줄링에 따라 각 단말에게 개별적으로 코드북 셋을 지시할 수 있다.
또 다른 일 실시 예에 따라, 제1 정보는 RRC에 의해 전송되고, 제2 정보는 MAC CE 또는 DCI에 의해 전송될 수 있다. MAC CE 또는 DCI는 제1 정보가 지시하는 전체 코드북들 중에서, 부분집합을 지시할 수 있다. 예를 들어, MAC CE 또는 DCI는 미리 정의된 부분집합에 대한 인덱스들 중 하나를 지시할 수 있다. 다른 예를 들어, MAC CE 또는 DCI는, 개별 코드북의 활성화/비활성화 여부를 지시할 수도 있다. 이 때, DCI는 해당 단말을 위한 DCI이므로, UE IE(예: C-RNTI)에 기초하여 스크램블링(혹은 마스킹)될 수 있다.
또 다른 일 실시 예에 따라, 제1 정보는 RRC 시그널링, MAC CE 또는 DCI에 의해 전송되고, 제2 정보는 별도의 방식으로 지시될 수 있다. 이 때, 제1 정보를 포함하는 DCI는 MC-NOMA를 위한 그룹 공통 DCI일 수 있다. DCI는 MC-NOMA를 구성하기 위한 그룹 ID(혹은 그룹 RNTI)에 기초하여 스크램블링(혹은 마스킹)될 수 있다. 제2 정보는 TA(timing advance), UE ID, 기 사용된 랜덤 액세스 시퀀스 등에 의해 암묵적으로 지시되거나, 별도의 RRC signaling의 그룹 ID(혹은 스크램블링 ID)를 통해 명시적으로 지시될 수도 있다.
또한, 일부 실시 예들에서, 마더 코드북 셋 혹은 복수의 코드북 셋들에 대한 정보는 미리 구성되거나 규격에 미리 정의되고, 상기 단말을 위한 코드북 셋에 대한 제2 정보만을 단말에게 전송할 수 있다. 단말은 제2 정보에 기초하여, 상기 단말을 위한 코드북 셋을 식별하고, 이에 기초하여 MC-NOMA를 위한 신호 전송을 수행할 수 있다. 단말은 제2 정보에 기초하여 지정된 코드북 순서를 포함하는 코드북 셋을 식별할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 제2 정보는 RRC 시그널링, MAC CE, 또는 DCI에 의해 지시될 수 있다.
단계(1207)에서, 단말은, 상기 단말을 위한 코드북 셋을 결정할 수 있다. 단말은 실시 예에 따른 시그널링 방식에 따라 상기 단말을 위한 코드북 셋을 결정할 수 있다. 단말에 할당되는 자원들이 4개의 코드워드-자원들을 포함하는 경우, 단말은 4개의 코드북들을 포함하는 코드북 셋을 결정할 수 있다. 단말은, 기지국으로부터의 시그널링 또는 미리 정의된 규격(혹은 규칙)에 기초하여 코드북 셋을 결정할 수 있다. 도 6a 내지 도 8을 통해 서술된 바와 같이, 특정 코드워드 자원에서 다른 단말(예: 단말 k')과 동일한 코드북이 사용되지 않도록, 상기 단말을 위한 코드북 셋은 구성된다. 또한, 인접한 코드워드 자원들에서도 동일한 코드북이 사용되지 않도록, 상기 단말을 위한 코드북 셋은 구성된다.
단계(1209)에서, 단말은 상향링크 신호를 기지국에게 송신할 수 있다. 단말은 코드북 셋에 기초하여, 코드워드 자원마다 코드북을 달리하여 상향링크 신호들을 생성할 수 있다. 단말은 생성된 상향링크 신호들을 전송할 수 있다. 단말은 각 코드워드 자원에서, 상향링크 신호를 전송할 수 있다.
단계(1211)에서, 기지국은 단말을 식별할 수 있다. MC-NOMA를 위해 구성된 각 단말은 다중 코드북 정보에 기초하여 상향링크 신호를 전송할 수 있다. 기지국은 적어도 둘 이상의 단말들 각각으로부터 상향링크 신호를 수신할 수 있다. 이 때, 각 단말의 신호가 전송되는 자원은 비직교할 수 있다. 즉, 각 단말의 신호가 동일 시간-주파수 자원에 중첩되어 전송되더라도, 기지국은 MUD(multi-user detection) 동작을 통해, 특정 단말의 신호를 분리할 수 있다. 기지국은 다중 코드북 정보에 기초하여, 해당 단말에 사용된 코드북을 결정하고, 결정된 코드북을 통해 다수의 단말들의 신호들이 중첩된 신호로부터, 상기 단말의 신호를 검출할 수 있다.
단계(1213)에서, 기지국은 ACK 혹은 NACK 신호를 단말에게 전송할 수 있다. 기지국은, 검출(detection) 및 디코딩(decoding)을 통해 단말 k의 신호의 수신 성공 여부를 결정할 수 있다. 기지국은, 상기 단말의 신호가 성공적으로 수신된 경우, 해당 단말에게 ACK을 전송할 수 있다. 반대로, 기지국이 해당 단말의 신호를 성공적으로 획득하지 못한 경우, 해당 단말에게 NACK을 전송할 수 있다. ACK/NACK을 전송하는 HARQ 절차를 통해, MC-NOMA의 통신 성능을 보완(예: 자원들 간의 직교성이 충족되지 않는 문제 혹은 특정 코드북으로 인한 낮은 채널 성능 문제를 해소)할 수 있다.
도 12에서는 랜덤 액세스 프리앰블 전송 이후에, 코드북 구성 정보를 수신하는 것으로 도시되었으나, 본 개시의 다양한 실시 예들은 이에 한정되지 않는다. 랜덤 액세스 프리앰블 전송 전, 수신되는 시스템 정보에 의해 제1 정보(전체 코드북들에 대한 정보)를 수신하고, 랜덤 액세스 프리앰블 이후 수신되는 하향링크 신호에 의해 제2 정보를 수신할 수도 있다. 일 실시 예에 따라, 제2 정보는, 랜덤 액세스 응답(random access response), 별도의 RRC 메시지, 별도의 MAC CE 또는 DCI에 의해 지시될 수 있다. 다른 일 실시 예에 따라, 제2 정보는 암묵적인 방법(예: TA 크기에 따른 구별, 뉴멀로지(numerology)에 따른 구별, 랜덤 액세스 프리앰블 ID에 따른 구별)에 의해 지시될 수도 있다.
도 13은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른, 그랜트 프리(grant-free) 접속 환경에서 MC-NOMA를 위한 기지국 및 단말 간 신호 흐름을 도시한다. 기지국은 도 2의 단말(110), 단말은 도 3의 단말(120)을 예시한다. 단말은 MC-NOMA를 위한 총 K개의 단말들 중 k번째 단말일 수 있다.
도 13을 참고하면, 단계(1301)에서, 기지국은 다중 코드북 정보를 방송할 수 있다. 여기서, 다중 코드북 정보는, 각 단말에게 설정될 하나 이상의 코드북들의 합집합일 수 있다. 다중 코드북 정보는, 해당 기지국의 셀 내에서 MC-NOMA를 수행할 단말들을 위한 전체 코드북들을 포함할 수 있다. 기지국은, 시스템 정보(예: MIB, SIB1)을 통해 다중 코드북 정보를 방송할 수 있다. 예를 들어, 물리 브로드 캐스트 채널(physical broadcast channel, PBCH) 상에서 지원되는 다운 링크 메시지를 통해 다중 코드북 정보를 전송할 수 있다.
단계(1303)에서, 단말은 단말을 위한 코드북 셋을 결정할 수 있다. 단말은 다중 코드북 정보에 의한 코드북 셋들 중에서 상기 단말을 위한 코드북 셋을 결정할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 단말은 임의로(randomly) 코드북 셋들에서 상기 단말을 위한 코드북 셋을 결정할 수 있다. 단말이 임의로 코드워드 자원마다 적용될 코드북 셋을 선택하는 경우, 단말들 간 동일한 코드북을 사용하는 상황이 발생할 수 있다. 이 때, 기지국은 동일한 코드북으로 인해 해당 단말의 신호가 검출되지 못하는 경우, 추후 절차(예: 랜덤 액세스 응답)를 수행하지 않을 수 있다. 다른 일부 실시 예들에서, 단말은 다른 파라미터에 기초하여 코드북 셋을 결정할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 단말은 랜덤 액세스 프리앰블 시퀀스에 기초하여 코드북 셋을 결정할 수 있다. 단말은 미리 정의된 집합으로부터 랜덤 액세스 프리앰블 시퀀스를 생성한다. 단말은 해당 시퀀스에 기초하여 코드북 셋을 결정할 수 있다. 예를 들어, 해당 시퀀스는 미리 정의된 코드북 순서에서 시작 코드북을 가리킬 수 있다. 또한, 일 실시 예에 따라, 단말은 SS/PBCH 블록 인덱스에 기초하여 코드북 셋을 결정할 수 있다. 피드백을 위한 SS/PBCH 블록에 따라 랜덤 액세스 프리앰블이 전송되는 RACH occasion이 달라진다.
단계(1305)에서, 단말은 상향링크 신호를 기지국에게 송신할 수 있다. 단말은 코드북 셋에 기초하여, 코드워드 자원마다 코드북을 달리하여 상향링크 신호들을 생성할 수 있다. 단말은 생성된 상향링크 신호들을 전송할 수 있다. 단말은 각 코드워드 자원에서, 상향링크 신호를 전송할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 상향링크 신호는 랜덤 액세스 프리앰블(혹은 2-step RACH의 Msg A)일 수 있다. 또한, 일 실시 예에 따라, 상향링크 신호는 Msg 3일 수 있다. 또한, 일 실시 예에 따라, 상향링크 신호는 PUCCH 전송 혹은 PUSCH 전송일 수 있다.
단계(1307)에서, 기지국은 단말을 식별할 수 있다. MC-NOMA를 위해 구성된 각 단말은 다중 코드북 정보에 기초하여 상향링크 신호를 전송할 수 있다. 기지국은 적어도 둘 이상의 단말들 각각으로부터 상향링크 신호를 수신할 수 있다. 이 때, 각 단말의 신호가 전송되는 자원은 비직교할 수 있다. 즉, 각 단말의 신호가 동일 시간-주파수 자원에 중첩되어 전송되더라도, 기지국은 MUD(multi-user detection) 동작을 통해, 특정 단말의 신호를 분리할 수 있다. 기지국은 다중 코드북 정보에 기초하여, 해당 단말에 사용된 코드북을 결정하고, 결정된 코드북을 통해 다수의 단말들의 신호들이 중첩된 신호로부터, 상기 단말의 신호를 검출할 수 있다.
단계(1309)에서, 기지국은 ACK 혹은 NACK 신호를 단말에게 전송할 수 있다. 기지국은, 검출(detection) 및 디코딩(decoding)을 통해 단말 k의 신호의 수신 성공 여부를 결정할 수 있다. 기지국은, 상기 단말의 신호가 성공적으로 수신된 경우, 해당 단말에게 ACK을 전송할 수 있다. 반대로, 기지국이 해당 단말의 신호를 성공적으로 획득하지 못한 경우, 해당 단말에게 NACK을 전송할 수 있다. 그랜트 프리의 경우, 이러한 HARQ 절차를 통해 미-스케줄링으로 인한 불완전성이 보다 보완될 수 있다. 일 실시 예에 딸, ACK 대신 랜덤 액세스 응답이 단말에게 전송되거나 NACK 대신 어떠한 응답도 전송되지 않을 수 있다.
도 13에서는, 다중 코드북 정보를 방송하는 것으로 도시하였으나, 본 개시의 실시 예들은 이에 한정되지 않는다. 일부 실시 예들에서, 전체 코드북들에 대한 정보(즉, 제1 정보)는 미리 구성되고, 해당 단말을 위한 코드북 셋은, 단계(1303)과 같이, 그랜트-프리 방식으로 개별 단말에 의해 스스로 결정될 수도 있다.
MC-NOMA와 관련된 능력 정보(capability information)
다양한 실시 예들에 따를 때, 단말은 지정된 자원 단위마다 다른 코드북의 코드워드를 적용하여 신호를 생성할 수 있다. 즉, 단말은 일정 자원 단위마다 코드북을 달리하여 각 심볼 값에 대응하는 코드워드를 전송함으로써, 무선 자원이 비직교하더라도 다이버시티를 높여 수신 성능을 높일 수 있다. 이 때, 기지국이 MC-NOMA를 위한 단말들을 구성하기 위해서는, 단말에 대한 능력을 확인하는 절차가 필요하다. 따라서, 다양한 실시 예들에 따른 단말은 기지국에게 MC-NOMA와 관련된 능력 정보를 전송할 수 있다.
MC-NOMA와 관련된 능력 정보는 다양한 방식의 정보를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 능력 정보는 MC-NOMA의 지원 여부를 가리키는 정보를 포함할 수 있다. 또한, 일 실시 예에 따라, 능력 정보는 MC-NOMA를 위한 코드북들의 개수를 가리키는 정보를 포함할 수 있다. 송신단의 주파수 도메인에서 복수의 코드북들이 적용되는 경우, 병렬 처리를 위한 구성이 요구될 수 있기 때문이다. 또한, 일 실시 예에 따라, 능력 정보는 전체 코드북들(예: 마더 코드북 셋)의 포함 여부를 가리키는 정보를 포함할 수 있다.
MC-NOMA 성능(performance)
본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 MC-NOMA의 성능 및 이를 설명하기 위해, 하기의 표의 파라미터들에 기초한 시뮬레이션 결과들이 도 14a 내지도 14c를 통해 서술된다.
다중 코드북 세트는 MC-PDMA 및 MC-SCMA 모두에 대해 표 1에 따라 형성되고, 각 단말은 코드 워드에 매핑 된 코딩 된 비트를 전송한다. 일반성의 손실없이, 코드 워드를 서브 캐리어에 매핑하면서 OFDM에 주파수 영역 리소스 매핑을 이용하는 시스템이 가정된다. 시뮬레이션에서, 8개의 독립적으로 동일하게 분포된 Rayleigh 페이딩 경로와 주파수 도메인 채널 구성 요소가 생성되었다고 가정된다. 도 14c의 IDD 기반 수신기는, 수신기의 프론트엔드(front-end)의 NOMA 검출기에 구비된 MPA를 통해 구현된다. 또한, 채널의 불확실성을 모델링하기 위해, 채널 추정 오차(channel estimation error, CE)가 설정될 수 있다. 일 예로, 채널 추정 오차(CE)는 채널 벡터 및 추정치 ()에 의해 정의된 정규화된(normalized) 평균 제곱(mean square error)으로, 하기의 수학식과 같이 고려될 수 있다.
도 14a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 MC-SCMA의 성능 그래프의 예(1410)를 도시한다. 가로축은 SNR(signal-to-noise ratio), 세로축은 BER(오류율)을 나타낸다.
도 14a를 참고하면, 그래프(1410)은, SC-SCMA와 비교하여 MC-SCMA의 성능을 나타낸다. 정규화 된 평균 제곱 채널 추정 오차의 경우에 있어서, MC-SCMA가 완전한 채널 추정 및 불완전한 채널 추정 모두에서 SC-SCMA보다 우수한 것이 확인된다. 특히 영역(1420)을 참고하면, MC-SCMA는 SNR = 10dB 인 완벽한 채널 추정에서 4dB의 성능 이득이 확인될 수 있다. 또한 채널 추정이 불완전한(CE=0.2) 경우라도 MC-SCMA에 대한 BER 곡선은 SNR이 높을수록 BER이 SC-SCMA보다 빠르게 감소함이 확인된다.
도 14b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 MC-PDMA의 성능 그래프의 예를 도시한다. 가로축은 SNR(signal-to-noise ratio), 세로축은 BER(오류율)을 나타낸다.
도 14b를 참고하면, 그래프(1440)은, SC-PDMA와 비교하여 MC-PDMA의 성능을 나타낸다. 정규화 된 평균 제곱 채널 추정 오차의 경우에 있어서, MC-PDMA가 완전한 채널 추정 및 불완전한 채널 추정 모두에서 SC-PDMA보다 우수한 것이 확인된다. 특히 영역(1450)을 참고하면, MC-PDMA는 SC-PDMA와 비교하여 유사하게 4dB 이득을 달성한다는 것을 알 수 있다. 또한, 도 14a의 MC-SCMA와 비교하여 MC-PDMA는 채널 추정 오류에 대한 복원력이 우수한 것이 확인될 수 있다. 이것은 PDMA 검출이 신호의 위상에 덜 민감하고 SCMA의 성상 회전이 위상 오 검출에 일반적으로 민감하다는 사실에 의해 설명될 수 있다. 또한, 상대적으로 낮은 SNR에서도 CE = 0.2 인 MC-PDMA가 완벽한 채널 추정에서 SC-PDMA를 능가하는 것이 확인된다. 불완전한 채널 추정에서의 성능 향상은, MC-PDMA가 SC-PDMA보다 도 13을 통해 서술된 그랜트 프리 액세스 시나리오에서 보다 효과적인 통신 방식임을 의미할 수 있다.
도 14c는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 MC-NOMA의 IDD(iterative detection and decoding)에 따른 성능 그래프의 예를 도시한다. 가로축은 SNR(signal-to-noise ratio), 세로축은 BER(오류율)을 나타낸다.
도 14c를 참고하면, 그래프(1470)은, MC-NOMA가 SC-NOMA보다 IDD의 이점을 어떻게 향상시키는지를 나타낸다. 여기서, IDD 검출 및 단일 샷 검출(single shot detection) 각각에 대한 SC-PDMA 및 MC-PDMA의 성능이 제시된다. 영역(1480)을 참고하면, MC-PDMA의 단일 샷 검출은 SC-PDMA의 단일 샷 검출의 2dB 이득이 확인된다. 한편, 영역(1490)을 참고하면, MC-PDMA의 IDD 검출은 SC-PDMA의 IDD 검출보다 약 4dB 이득까지 달성 가능한 것이 확인된다. 또한, 일정 SNR 영역에서는, MC-PDMA의 단일 샷 검출은, SC-PDMA의 IDD 검출보다 높은 성능을 나타낼 수 있다. 이러한 비교 결과들은 NOMA에서 IDD의 검출이 MC-NOMA에서 보다 효과적임을 의미한다.
전술한 바와 같이, 종래의 단일 코드북만을 이용하는 코드북 기반 NOMA 방식의 경우, 기지국-단말 간 통신에 채널 및 간섭 다이버 시티가 이용하지 않으므로, 단일 코드북으로 인해 불리한 채널 조건이 지속된다. 따라서, 본 개시의 다양한 실시 예들은 다수의 코드북들을 이용하는 다중 코드북 기반 NOMA 방식, 즉 MC-NOMA 방식을 제안하였다. 본 개시에서는 다수의 코드북들을 라운드 로빈 방식(round robin manner)으로 사용하는 예들이 주로 서술되었으나, 본 개시의 다양한 실시 예들은 이에 반드시 한정되는 것은 아니다. 즉, 코드워드 자원은 고정된 값이 아니라 채널 상황에 따라 적응적으로 구성될 수 있다. 일 실시 예에 따라, 단말은, 다수의 코드북들 중에서 순시적인 채널 상황(예: 데이터 속도)에 따라 식별되는 코드북을 사용할 수 있다. 또한, 일 실시 예에 따라, 단말은 다수의 코드북들을 PF(proportion fair)알고리즘에 기초하여 식별되는 코드북을 사용할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들은 추가적인 수신기 복잡성 및 스펙트럼 효율의 손실을 발생시키지 않으면서, MC-NOMA의 개선을 제공할 수 있다. 특히, 완벽한 채널 추정이 보장되지 않는 그랜트-프리(grant-free) 액세스와 같은 시나리오에서, MC-NOMA는 채널 추정 오류에 대해 보다 더 탄력적일 수 있다. 다수의 코드북들을 통해, 각 단말(혹은 기지국)은 채널 상황에 보다 강건하게(robust) 신호를 송신/수신할 수 있기 때문이다. 또한, 다수의 코드북들을 각 단말의 전송에 할당함으로써, 채널 및 간섭 다이버 시티를 통해 각 단말의 채널 상황을 적응적으로 향상시킬 수 있다.
본 개시에서 채널 품질로 신호 강도, SNR 등 다양한 파라미터들이 서술되었으나, 본 개시의 각 실시 예에서 채널 품질은 상술된 메트릭 외에 RSRP(reference signal received power) , BRSRP(beam reference signal received power), RSRQ(reference signal received quality), RSSI(received signal strength indicator), SINR(signal to interference and noise ratio), CINR(carrier to interference and noise ratio), EVM(error vector magnitude), BER(bit error rate), BLER(block error rate), 기타 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어들 혹은 채널 품질을 나타내는 지표(metric)들이 사용될 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들은, 단말들이 코드북을 달리하여 상향링크 전송을 수행하는 상황이 예로 서술되었으나, 기지국이 다수의 단말들에게 중첩하여 신호를 전송하는 하향링크 NOMA에도 동일하게 적용될 수 있다.
본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합의 형태로 구현될(implemented) 수 있다.
소프트웨어로 구현하는 경우, 하나 이상의 프로그램(소프트웨어 모듈)을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 제공될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장되는 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치(device) 내의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능하도록 구성된다(configured for execution). 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치로 하여금 본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들을 실행하게 하는 명령어(instructions)를 포함한다.
이러한 프로그램(소프트웨어 모듈, 소프트웨어)은 랜덤 액세스 메모리 (random access memory), 플래시(flash) 메모리를 포함하는 불휘발성(non-volatile) 메모리, 롬(read only memory, ROM), 전기적 삭제가능 프로그램가능 롬(electrically erasable programmable read only memory, EEPROM), 자기 디스크 저장 장치(magnetic disc storage device), 컴팩트 디스크 롬(compact disc-ROM, CD-ROM), 디지털 다목적 디스크(digital versatile discs, DVDs) 또는 다른 형태의 광학 저장 장치, 마그네틱 카세트(magnetic cassette)에 저장될 수 있다. 또는, 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 구성된 메모리에 저장될 수 있다. 또한, 각각의 구성 메모리는 다수 개 포함될 수도 있다.
또한, 프로그램은 인터넷(Internet), 인트라넷(Intranet), LAN(local area network), WAN(wide area network), 또는 SAN(storage area network)과 같은 통신 네트워크, 또는 이들의 조합으로 구성된 통신 네트워크를 통하여 접근(access)할 수 있는 부착 가능한(attachable) 저장 장치(storage device)에 저장될 수 있다. 이러한 저장 장치는 외부 포트를 통하여 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수 있다. 또한, 통신 네트워크상의 별도의 저장장치가 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수도 있다.
상술한 본 개시의 구체적인 실시 예들에서, 개시에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다. 그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 본 개시가 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.
한편 본 개시의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 개시의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 개시의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (20)

  1. 무선 통신 시스템에서 단말에 의해 수행되는 방법에 있어서,
    비직교 다중 접속(non-orthogonal multiple access, NOMA)를 위해, 상기 단말을 위한 코드북 셋(codebook set)을 획득하는 과정과,
    상기 코드북 셋의 복수의 코드북들을 이용하여 상향링크 신호들을 생성하는 과정과,
    상기 상향링크 신호들을 기지국에게 전송하는 과정을 포함하고,
    상기 상향링크 신호들 중 제1 자원의 제1 상향링크 신호는, 상기 복수의 코드북들 중에서 제1 코드북의 코드워드에 기반하여 생성되고,
    상기 상향링크 신호들 중 제1 자원에 인접한 제2 자원의 제2 상향링크 신호는, 상기 복수의 코드북들 중에서 상기 제1 코드북과 다른 제2 코드북의 코드워드에 기반하여 생성되는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기지국으로부터 전체 코드북 셋과 관련된 제1 정보를 수신하는 과정과,
    상기 기지국으로부터, 상기 전체 코드북 셋의 부분집합인, 상기 코드북 셋을 가리키는 제2 정보를 수신하는 과정을 더 포함하는 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 정보는 RRC(radio resource control) 시그널링에 의해 지시되고,
    상기 제2 정보는 MAC(medium access control) CE(control element) 또는 DCI(downlink control information)에 의해 지시되고,
    상기 제1 자원은, 주파수 도메인(frequency domain)에서 N개의 서브캐리어들을 포함하고,
    상기 제2 자원은, 상기 N개의 서브캐리어들에 인접한 다른 N개의 서브캐리어들을 포함하고,
    상기 N은, 상기 코드북의 코드가 적용될 자원 엘리멘트들(resource elements, REs)의 개수에 대응하는 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 코드북은, 상기 코드북 셋 중에서, 상기 제1 코드북과의 거리 메트릭(distance metric)이 가장 큰 코드북이고,
    상기 거리 메트릭은 인접한 성상의 최소 유클리드 거리(Euclidean distance)를 포함하는 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 코드북 셋은 하나 이상의 코드북들을 포함하고,
    상기 하나 이상의 코드북들의 각 코드북은 코드워드 별 SCMA(sparse code multiple access) 또는 PDMA(pattern division multiple access)를 위한 코드를 포함하고,
    상기 코드는, 정보 비트들을 일정 길이의 무선 자원 구간 동안 스프레딩하도록 구성되는 방법.
  6. 무선 통신 시스템에서 기지국에 의해 수행되는 방법에 있어서,
    비직교 다중 접속(non-orthogonal multiple access, NOMA)를 위해, 복수의 단말들을 위한 전체 코드북 셋을 획득하는 과정과,
    제1 자원에서 상기 복수의 단말들의 신호들이 중첩된 제1 중첩 신호를 수신하는 과정과,
    제2 자원에서 상기 복수의 단말들의 신호들이 중첩된 제2 중첩 신호를 수신하는 과정과,
    단말을 위한 코드북 셋에 기반하여, 상기 제1 자원에서 상기 단말의 제1 상향링크 신호를 검출하는 과정을 포함하고,
    상기 코드북 셋에 기반하여, 상기 제2 자원에서 상기 단말의 제2 상향링크 신호를 검출하는 과정을 포함하고,
    상기 코드북 셋은, 상기 전체 코드북 셋 내의 복수의 코드북들을 포함하고,
    상기 제1 상향링크 신호는, 상기 복수의 코드북들 중에서 제1 코드북의 코드워드에 기반하여 생성되고,
    상기 제2 자원의 제2 상향링크 신호는, 상기 복수의 코드북들 중에서 상기 제1 코드북과 다른 제2 코드북의 코드워드에 기반하여 생성되는 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 단말에게 상기 전체 코드북 셋과 관련된 제1 정보를 전송하는 과정과,
    상기 단말에게 상기 코드북 셋을 가리키는 제2 정보를 전송하는 과정을 더 포함하는 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 정보는 RRC(radio resource control) 시그널링에 의해 지시되고,
    상기 제2 정보는 MAC(medium access control) CE(control element) 또는 DCI(downlink control information)에 의해 지시되고,
    상기 제1 자원은, 주파수 도메인(frequency domain)에서 N개의 서브캐리어들을 포함하고,
    상기 제2 자원은, 상기 N개의 서브캐리어들에 인접한 다른 N개의 서브캐리어들을 포함하고,
    상기 N은, 상기 코드북의 코드가 적용될 자원 엘리멘트들(resource elements, REs)의 개수에 대응하는 방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2 코드북은, 상기 코드북 셋 중에서, 상기 제1 코드북과의 거리 메트릭(distance metric)이 가장 큰 코드북이고,
    상기 거리 메트릭은 인접한 성상의 최소 유클리드 거리(Euclidean distance)를 포함하는 방법.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 코드북 셋은 하나 이상의 코드북들을 포함하고,
    상기 하나 이상의 코드북들의 각 코드북은 코드워드 별 SCMA(sparse code multiple access) 또는 PDMA(pattern division multiple access)를 위한 코드를 포함하고,
    상기 코드는, 정보 비트들을 일정 길이의 무선 자원 구간 동안 스프레딩하도록 구성되는 방법.
  11. 무선 통신 시스템에서의 단말에 있어서,
    적어도 하나의 송수신기와,
    상기 적어도 하나의 송수신기와 결합되는 적어도 하나의 프로세서를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    비직교 다중 접속(non-orthogonal multiple access, NOMA)를 위해, 상기 단말을 위한 코드북 셋(codebook set)을 획득하고,
    상기 코드북 셋의 복수의 코드북들을 이용하여 상향링크 신호들을 생성하고,
    상기 상향링크 신호들을 기지국에게 전송하도록 상기 적어도 하나의 송수신기를 제어하고,
    상기 상향링크 신호들 중 제1 자원의 제1 상향링크 신호는, 상기 복수의 코드북들 중에서 제1 코드북의 코드워드에 기반하여 생성되고,
    상기 상향링크 신호들 중 제1 자원에 인접한 제2 자원의 제2 상향링크 신호는, 상기 복수의 코드북들 중에서 상기 제1 코드북과 다른 제2 코드북의 코드워드에 기반하여 생성되는 단말.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 기지국으로부터 전체 코드북 셋과 관련된 제1 정보를 수신하고,
    상기 기지국으로부터, 상기 전체 코드북 셋의 부분집합인, 상기 코드북 셋을 가리키는 제2 정보를 수신하도록 상기 적어도 하나의 송수신기를 추가적으로 제어하는 단말.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1 정보는 RRC(radio resource control) 시그널링에 의해 지시되고,
    상기 제2 정보는 MAC(medium access control) CE(control element) 또는 DCI(downlink control information)에 의해 지시되고,
    상기 제1 자원은, 주파수 도메인(frequency domain)에서 N개의 서브캐리어들을 포함하고,
    상기 제2 자원은, 상기 N개의 서브캐리어들에 인접한 다른 N개의 서브캐리어들을 포함하고,
    상기 N은, 상기 코드북의 코드가 적용될 자원 엘리멘트들(resource elements, REs)의 개수에 대응하는 단말.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 제2 코드북은, 상기 코드북 셋 중에서, 상기 제1 코드북과의 거리 메트릭(distance metric)이 가장 큰 코드북이고,
    상기 거리 메트릭은 인접한 성상의 최소 유클리드 거리(Euclidean distance)를 포함하는 단말.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 코드북 셋은 하나 이상의 코드북들을 포함하고,
    상기 하나 이상의 코드북들의 각 코드북은 코드워드 별 SCMA(sparse code multiple access) 또는 PDMA(pattern division multiple access)를 위한 코드를 포함하고,
    상기 코드는, 정보 비트들을 일정 길이의 무선 자원 구간 동안 스프레딩하도록 구성되는 단말.
  16. 무선 통신 시스템에서의 기지국에 있어서,
    적어도 하나의 송수신기와,
    상기 적어도 하나의 송수신기와 결합되는 적어도 하나의 프로세서를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    비직교 다중 접속(non-orthogonal multiple access, NOMA)를 위해, 복수의 단말들을 위한 전체 코드북 셋을 획득하고,
    제1 자원에서 상기 복수의 단말들의 신호들이 중첩된 제1 중첩 신호를 수신하도록 상기 적어도 하나의 송수신기를 제어하고,
    제2 자원에서 상기 복수의 단말들의 신호들이 중첩된 제2 중첩 신호를 수신하도록 상기 적어도 하나의 송수신기를 제어하고,
    단말을 위한 코드북 셋에 기반하여, 상기 제1 자원에서 상기 단말의 제1 상향링크 신호를 검출하고,
    상기 코드북 셋에 기반하여, 상기 제2 자원에서 상기 단말의 제2 상향링크 신호를 검출하고,
    상기 코드북 셋은, 상기 전체 코드북 셋 내의 복수의 코드북들을 포함하고,
    상기 제1 상향링크 신호는, 상기 복수의 코드북들 중에서 제1 코드북의 코드워드에 기반하여 생성되고,
    상기 제2 자원의 제2 상향링크 신호는, 상기 복수의 코드북들 중에서 상기 제1 코드북과 다른 제2 코드북의 코드워드에 기반하여 생성되는 기지국.
  17. 청구항 16에 있어서, 상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 단말에게 상기 전체 코드북 셋과 관련된 제1 정보를 전송하고,
    상기 단말에게 상기 코드북 셋을 가리키는 제2 정보를 전송하도록 상기 적어도 하나의 송수신기를 추가적으로 제어하는 기지국.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 제1 정보는 RRC(radio resource control) 시그널링에 의해 지시되고,
    상기 제2 정보는 MAC(medium access control) CE(control element) 또는 DCI(downlink control information)에 의해 지시되고,
    상기 제1 자원은, 주파수 도메인(frequency domain)에서 N개의 서브캐리어들을 포함하고,
    상기 제2 자원은, 상기 N개의 서브캐리어들에 인접한 다른 N개의 서브캐리어들을 포함하고,
    상기 N은, 상기 코드북의 코드가 적용될 자원 엘리멘트들(resource elements, REs)의 개수에 대응하는 기지국.
  19. 청구항 16에 있어서,
    상기 제2 코드북은, 상기 코드북 셋 중에서, 상기 제1 코드북과의 거리 메트릭(distance metric)이 가장 큰 코드북이고,
    상기 거리 메트릭은 인접한 성상의 최소 유클리드 거리(Euclidean distance)를 포함하는 기지국.
  20. 청구항 16에 있어서,
    상기 코드북 셋은 하나 이상의 코드북들을 포함하고,
    상기 하나 이상의 코드북들의 각 코드북은 코드워드 별 SCMA(sparse code multiple access) 또는 PDMA(pattern division multiple access)를 위한 코드를 포함하고,
    상기 코드는, 정보 비트들을 일정 길이의 무선 자원 구간 동안 스프레딩하도록 구성되는 기지국.

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