KR20140006304A

KR20140006304A - 하향링크 데이터 수신 방법 및 이를 이용하는 사물통신 디바이스

Info

Publication number: KR20140006304A
Application number: KR1020120072145A
Authority: KR
Inventors: 이준환; 정희상; 김일규; 방승찬
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2012-07-03
Filing date: 2012-07-03
Publication date: 2014-01-16
Also published as: US20140010335A1; US9001946B2

Abstract

하향링크 데이터 수신 방법 및 이를 이용하는 사물통신 디바이스가 개시된다. 본 발명에 따른 사물통신 디바이스는 복수의 안테나를 구비하고, 기지국으로부터 각 안테나별 다운링크 레퍼런스 신호를 수신하고, 상기 각 안테나별 다운링크 레퍼런스 신호에 대해 수신 신호 품질을 추정하며, 각 안테나에 대한 수신 신호 품질에 따라 다운링크 신호를 수신할 안테나를 선택하는 하나의 수신 신호 처리 모듈을 포함한다.

Description

하향링크 데이터 수신 방법 및 이를 이용하는 사물통신 디바이스{METHOD FOR RECEIVING DOWNLINK DATA AND MACHINE TYPE COMMUNICATION DEVICE USING THE METHOD}

본 발명은 하향링크 데이터 수신 방법 및 이를 이용하는 사물통신 디바이스 에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 안테나 스위칭 기술을 활용하여 하향링크 MTC 데이터를 수신하는 방법 및 이를 이용하는 사물통신 디바이스에 관한 것이다.

사물 통신(Machine Type Communications 또는 Machine to Machine Communications)은 인간의 개입이 필수적으로 필요치 않은 하나 이상의 요소들(entities)과 연관된 데이터 통신의 형태를 의미한다. 사물 통신에 최적화된 서비스는 인간 대 인간 통신에 최적화된 서비스와는 다른데, a) 여러 시장 시나리오들, b) 데이터 통신들, c) 더 낮은 비용 및 노력, d) 통신하는 매우 많은 숫자의 잠재적인 단말들, e) 큰 범위까지, f) 단말당 매우 적은 트래픽과 같은 특성들과 관련된다는 점에서 사용자 중심의 기존의 모바일 통신과 그 특징을 달리한다.

사물 통신은 다양한 서비스 형태로 나타날 수 있는데, 대표적인 적용 분야를 살펴보면 스마트 측정계량기(Smart Metering), 위치추적(Tracking & Tracing), 원격 보수 및 제어(Remote Maintenance & Control), eHealth 등이 있다.

관련하여 대표적인 이동통신 표준화 기관인 3GPP(3rd Generation Partnership Project)에서는 사람과 사물, 사물과 사물간 지능 통신을 위한 MTC(Machine Type Communications) 표준화 작업을 진행하고 있다.

현재 3GPP LTE(Long Term Evolution)에서 고려하는 MTC 관련 대표적 이슈로는 MTC 디바이스는 저비용으로 제작되어야 한다는 점을 들 수 있으며, 이러한 목표 하에서 RF 설계 및 기저대역 모뎀 설계 등이 고려되고 있다.

저비용 MTC 디바이스를 설계하기 위해 대표적으로 고려되는 것으로는 협대역의 MTC 디바이스를 설계하는 것이다. 주로 거론되는 주파수 밴드는 1.4 ~ 5MHz 밴드이며, 이런 주파수 밴드의 설정은 MTC가 응용되는 응용 분야의 트래픽 특성에 영향을 받게 될 것이다.

저비용 협대역의 MTC 디바이스를 설계함에 있어서 가장 유력하게 고려되는 후보 기술은, MTC를 위한 고정 협대역 주파수 밴드 및 싱글 수신 RF 트랜시버(Transceiver)를 이용하는 것이다. 하지만, 협대역 디바이스로 구현하는 경우 가장 크게 문제되는 것으로, 주파수 다이버시티 이득(diversity gain) 및 수신 다이버시티 이득을 획득하는 것이 어려워진다는 점을 들 수 있으며, 이는 더 나아가 셀 커버리지가 줄어드는 문제를 발생시킨다. 셀 커버리지의 축소는 상향링크 및 하향링크 모두에서 발생될 수 있는 문제이다.

따라서, MTC 디바이스를 협대역으로 구현하면서도, 적어도 기존의 LTE 레거시(legacy) 단말들과의 동일한 셀 커버리지를 유지시키기 위한 방법들이 요구된다 할 것이다.

상술한 단점을 극복하기 위한 본 발명의 목적은 사물통신 디바이스를 위한 다운링크 데이터 수신 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 다운링크 데이터 수신 방법을 사용하는 사물통신 디바이스를 제공하는 데 있다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 사물통신 디바이스의 하향링크 데이터 수신 방법은, 기지국으로부터 각 안테나별 다운링크 레퍼런스 신호를 수신하는 단계, 상기 각 안테나별 다운링크 레퍼런스 신호에 대한 수신 신호 품질을 추정하는 단계, 및 각 안테나에 대한 수신 신호 품질에 따라 다운링크 신호를 수신할 안테나를 선택하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 사물통신 디바이스는 복수의 안테나를 가진다.

상기 사물통신 디바이스는 기지국을 포함하는 네트워크가 사용하는 전체 대역폭과 동일하거나 상기 전체 대역폭보다 좁은 대역폭을 사용한다.

상기 수신 신호 품질은 RSRP(Reference Signal Received Power) 및 RSSI(Received Signal Strength Indicator) 중 적어도 하나에 의해 결정될 수 있다.

상기 각 안테나별 다운링크 레퍼런스 신호에 대한 수신 신호 품질을 추정하는 단계는, 상기 사물통신 디바이스가 사용하는 대역 전체에 대한 수신 신호 품질을 추정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 각 안테나별 다운링크 레퍼런스 신호에 대한 수신 신호 품질을 추정하는 단계는, 사물통신 디바이스가 사용하는 전체 대역을 구성하는 적어도 하나의 서브밴드 각각에 대한 채널 상태 보고를 기지국으로 전송하는 단계 및 상기 적어도 하나의 서브밴드 각각에 대한 채널 상태를 기준으로 각 서브밴드의 수신 품질을 추정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 채널 상태 보고는 채널 품질 지시자(CQI), 랭크 지시자(RI), 프리코딩 매트릭스 지시자(PMI) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 각 안테나별 다운링크 레퍼런스 신호에 대한 수신 신호 품질을 추정하는 단계는, 사물통신 디바이스가 사용하는 전체 대역을 구성하는 적어도 하나의 서브밴드 각각에 대해 수신 신호 품질을 추정하는 단계를 포함할 수 있다.

각 안테나에 대한 수신 신호 품질에 따라 다운링크 신호를 수신할 안테나를 선택하는 단계는, 각 서브밴드에 대한 수신 신호 품질을 안테나 간에 비교하는 단계 및 수신 신호 품질이 양호한 서브밴드가 가장 많은 쪽 안테나를 선택하는 단계를 포함할 수 있다.

사물통신 디바이스의 하향링크 데이터 수신 방법은, 상기 선택된 안테나를 통해 MTC(Machine Type Communication) 시스템 정보를 수신하는 단계 및 상기 MTC 시스템 정보에 따라 제어 채널 및 데이터 채널을 복조하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 목적에 따른 사물통신 디바이스는, 기지국으로부터 각 안테나별 다운링크 레퍼런스 신호를 수신하고, 상기 각 안테나별 다운링크 레퍼런스 신호에 대해 수신 신호 품질을 추정하며, 각 안테나에 대한 수신 신호 품질에 따라 다운링크 신호를 수신할 안테나를 선택하는 수신 신호 처리 모듈을 포함할 수 있다.

상기 수신 신호 처리 모듈은, 복수의 안테나들 중 하나로부터 RF 신호를 수신하는 RF 트랜시버, 상기 복수의 안테나들 중 선택된 하나의 안테나와 상기 RF 트랜시버를 연결하는 스위칭 동작을 수행하는 스위치 및 복수의 안테나들로 수신되는 수신 신호 품질에 따라 다운링크 신호를 수신할 안테나를 선택하고, 선택된 안테나와 상기 RF 트랜시버가 연결되도록 상기 스위치를 제어하는 안테나 제어부를 포함할 수 있다.

상기 안테나 제어부는, RSRP(Reference Signal Received Power) 및 RSSI(Received Signal Strength Indicator) 중 적어도 하나에 의해 수신 신호 품질을 결정할 수 있다.

상기 안테나 제어부는, 상기 사물통신 디바이스가 사용하는 대역 전체에 대한 수신 신호 품질을 추정하여, 각 안테나별 다운링크 레퍼런스 신호에 대한 수신 신호 품질을 추정할 수 있다.

상기 안테나 제어부는, 사물통신 디바이스가 사용하는 대역 전체를 구성하는 적어도 하나의 서브밴드 각각에 대한 채널 상태 정보를 기준으로 각 서브밴드의 수신 품질을 추정할 수 있다.

상기 안테나 제어부는, 사물통신 디바이스가 사용하는 전체 대역폭을 구성하는 적어도 하나의 서브밴드 각각에 대해 수신 신호 품질을 추정하고, 각 서브밴드에 대한 수신 신호 품질을 안테나 간에 비교하여, 수신 신호 품질이 양호한 서브밴드가 가장 많은 쪽 안테나를 선택할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 저비용 협대역 MTC 통신에서 문제점으로 대두되고 있는 셀 커버리지 축소의 문제점을 극복할 수 있다.

본 발명은 또한, 수신 안테나 스위칭을 통해 싱글 RF 트랜시버(Transceiver)를 통한 저비용 MTC 디바이스를 만족시킬 수 있다.

또한, 복수의 안테나간 안테나 스위칭으로 인한 스위칭 다이버시티 이득을 획득할 수 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 MTC 서비스를 제공하는 이동통신망의 개념도이다.
도 2는 기지국이 사용하는 주파수 밴드 대비 협대역 MTC 디바이스가 사용하는 밴드의 개념도이다.
도 3은 안테나 포트 개수에 따른 다운링크 레퍼런스 신호(DL-RS)의 배치도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 협대역 MTC 디바이스의 동작 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 MTC 디바이스의 블록 구성도이다.
도 6은 본 발명에 따른 기지국과 MTC 디바이스 간의 상호 동작 흐름도이다.
도 7은 MTC 디바이스가 지원하는 시스템 대역이 서브밴드로 구분되는 경우의 서브밴드 개념도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 협대역 MTC 디바이스의 동작 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.

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.

본 출원에서 사용하는 '단말'은 이동국(MS), 사용자 장비(UE; User Equipment), 사용자 터미널(UT; User Terminal), 무선 터미널, 액세스 터미널(AT), 터미널, 가입자 유닛(Subscriber Unit), 가입자 스테이션(SS; Subscriber Station), 무선 기기(wireless device), 무선 통신 디바이스, 무선송수신유닛(WTRU; Wireless Transmit/Receive Unit), 이동 노드, 모바일 또는 다른 용어들로서 지칭될 수 있다. 단말의 다양한 실시예들은 셀룰러 전화기, 무선 통신 기능을 가지는 스마트 폰, 무선 통신 기능을 가지는 개인 휴대용 단말기(PDA), 무선 모뎀, 무선 통신 기능을 가지는 휴대용 컴퓨터, 무선 통신 기능을 가지는 디지털 카메라와 같은 촬영장치, 무선 통신 기능을 가지는 게이밍 장치, 무선 통신 기능을 가지는 음악저장 및 재생 가전제품, 무선 인터넷 접속 및 브라우징이 가능한 인터넷 가전제품뿐만 아니라 그러한 기능들의 조합들을 통합하고 있는 휴대형 유닛 또는 단말기들을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 본 명세서에서는 사용자에 의해 주로 이용되는 단말의 개념과 구분하기 위해, 사물통신 서비스에 사용되는 단말의 경우 "사물통신 디바이스"라는 명칭을 사용하고, 사물통신 외 일반적이고 전통적인 개념의 사용자간 통신에 사용되는 단말의 경우에는 "사용자 단말"이라는 명칭을 사용하여 그 명칭을 구분하여 사용하기로 한다. 또한, 사물통신 디바이스라는 용어는 MTC 단말/디바이스, M2M 단말/디바이스 등 표준화 기관을 막론하고 관련하여 사용되는 여러 용어를 포함하는 포괄적인 용어로 사용될 것이다.

본 출원에서 사용하는 '기지국'은 일반적으로 단말과 통신하는 고정된 지점을 말하며, 베이스 스테이션(base station), 노드-B(Node-B), e노드-B(eNode-B), BTS(base transceiver system), 액세스 포인트(access point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.

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.

본 발명은 MTC(Machine Type Communication) 무선 통신 시스템에 있어서 특히, MTC 디바이스의 수신단에서 싱글(single) 수신 안테나 사용에 따른 커버리지 (coverage) 문제를 해결하기 위한 것이다. 본 발명에서는 단일 안테나 사용에 따른 문제를 극복하기 위해 복수의 안테나 사용을 제안하며, 복수의 수신 안테나의 효율적인 운용을 통해 MTC 서비스 커버리지 문제점을 극복하기 위한 무선 안테나 수신 기술에 관한 것이다. 협대역 MTC는 대표적으로 3GPP LTE-Adv. Rel-11에서 표준 작업이 진행되고 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 MTC 서비스를 제공하는 이동통신망의 개념도이다.

도 1에 나타낸 바와 같이 MTC 서비스를 제공하는 이동통신망은 기지국(100), 사용자 단말(200) 등 기존 이동 통신망의 구성요소에 더하여 MTC 서비스를 제공하기 위한 MTC 서버(410), MTC 사용자(420), 그리고 적어도 하나의 사물통신 디바이스(300) 등을 추가로 포함한다.

사물통신 디바이스(300)는 PLMN(Public Land Mobile Network)을 통해 MTC 서버 및 다른 사물통신 디바이스들과 통신하는 MTC 통신 기능을 가지는 단말이다.

MTC 서버(410)는 PLMN과 통신하며, PLMN을 통해 사물통신 디바이스(300)와 통신한다. MTC 서버(410)는 또한 MTC 사용자에 의해 액세스 가능한 인터페이스를 가지며, MTC 사용자(420)를 위한 서비스를 제공한다. MTC 사용자(420)는 MTC 서버(410)에 의해 제공되는 서비스를 이용한다.

도 1의 구성에서 MTC 서버(410)는 네트워크 오퍼레이터에 의해 제어되고, 네트워크 오퍼레이터는 MTC 서버 상에 API(Application Programming Interface)를 제공하며, MTC 사용자(420)는 API를 통해 네트워크 오퍼레이터의 MTC 서버에 액세스한다.

한편, 도 1에서는 네트워크 오퍼레이터 도메인 내에 MTC 서버가 포함된 구성을 취하고 있으나, MTC 서버는 네트워크 오퍼레이터 도메인 내에 위치하지 않고 네트워크 오퍼레이터 도메인 외부에 위치할 수도 있으며, 이 경우 MTC 서버는 네트워크 오퍼레이터에 의해 제어받지 않는 형태를 띤다.

또한, 사물통신 디바이스(300)는 네트워크에 위치하는 MTC 서버(410) 등과 통신하기 위해 기지국(100)을 통한다.

도 1을 통해 살펴본 이동통신 시스템을 통해 사물통신 서비스를 제공하기 위해서는 사물통신 디바이스와 이동통신 시스템 간 무선 접속에서의 원활한 상호 연동이 필수적이다. 따라서, 사물통신 디바이스와 연동하는 이동통신 시스템의 특성, 특히 대역폭 특성에 대해 살펴볼 필요가 있다.

도 2는 기지국이 사용하는 주파수 밴드 대비 협대역 MTC 디바이스가 사용하는 밴드의 개념도이다.

도 2의 실시예에서는 3GPP LTE 시스템을 전제로 하여 협대역 MTC 디바이스가 사용하는 밴드와 기지국이 사용하는 주파수 밴드를 대비하여 설명하고자 한다. 도 2에서 가로 축은 시간, 세로 축은 주파수를 나타내며, 기지국(eNB)이 다운링크에서 20MHz 주파수 밴드를 사용하고 협대역 MTC 디바이스는 1.4MHz 주파수 밴드에서 동작하는 경우의 실시예를 나타낸다.

LTE 시스템은 OFDM 방식을 기반으로 하는 셀룰라 이동통신 시스템으로, 주파수 자원이 언제 어느 위치에서 가용하든지 필요에 따라 구축될 수 있도록 설계되었다. 따라서, LTE 무선 접속은 낮게는 450MHz 대역부터 높게는 적어도 3.5G까지 넓은 범위의 주파수 대역에서 동작할 수 있다.

LTE 시스템은 또한, 규격에 따라 다양한 전송 대역폭을 지원함으로써 다양한 크기의 주파수 할당에서 동작할 수 있다. 주파수 자원이 가용한 경우에 매우 높은 데이터 속도를 효율적으로 제공하기 위해서는 광대역 전송이 필요하다. 하지만, 사용하려는 주파수 밴드에서의 제약이나 타 무선접속 기술로부터의 점진적인 주파수 전환에 의해서든, 항상 충분히 큰 주파수 크기가 가용한 것은 아니다. 이러한 경우, LTE는 보다 좁은 대역폭으로 동작할 수 있다.

도 2에서 자원 영역 A(2100) 및 자원 영역 B(2200)는 레거시 LTE 단말을 위한 시간/주파수 자원 영역이고, 자원 영역 C(3100) 및 자원 영역 D(3200)는 MTC 디바이스를 위한 시간/주파수 자원 영역이다.

자원 영역 A(2100)는 20MHz 밴드로 동작하는 기지국이 레거시(legacy) 단말에 대한 제어 정보를 전송하는 영역이고, 자원 영역 B(2200)는 동일 밴드에서 동작하는 레거시 단말, 즉 사용자 단말에 대한 데이터를 전송하는 영역이다. 여기서, 자원 영역 A(2100)는 레거시 단말을 위한 PCFICH(Physical Control Format Indicator Channel), PHICH(Physical HARQ Indicator Channel), PDCCH(Physical Downlink Control Channel) 등의 채널을 포함할 수 있다. 또한, 자원 영역 B(2200)는 레거시 단말을 위한 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel)를 포함할 수 있다.

자원 영역 C(3100)는 1.4MHz 의 협대역으로 동작하는 MTC 디바이스에 대한 제어 정보를 전송하는 영역이고, 자원 영역 D(3200)는 동일 밴드에서 동작하는 MTC 디바이스에 대한 데이터를 전송하는 영역이다. 여기서, 자원 영역 C(3100)는 MTC-PDCCH(MTC-Physical Downlink Control Channel), MTC-PCFICH(MTC-Physical Control Format Indicator Channel), MTC-PHICH(MTC-Physical HARQ Indicator Channel)를 포함할 수 있다. 자원 영역 D(3200)는 MTC 디바이스을 위한 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel)를 포함한다.

도 3은 안테나 포트 개수에 따른 다운링크 레퍼런스 신호(DL-RS)의 배치도이다.

도 3의 (a)는 기지국이 하나의 안테나를 가지는 경우를 가정하며, 도 3의 (b)는 기지국이 2 개의 안테나를 가지는 경우를 가정했을 때, 다운링크 프레임 구조에서 다운링크 레퍼런스 신호가 배치되는 모습을 나타낸다.

LTE/LTE-A 규격에서는 주파수/시간 기준의 자원 블록(resource block) 단위로 데이터 채널을 할당하게 되는데 하나의 서브프레임(14개의 심볼)과 12개의 부반송파를 하나의 RB(Resource Block)이라 칭하고 RB 단위로 무선자원을 할당한다. 임의의 단말의 데이터 전송 속도가 빠를 경우 하나의 서브프레임 내에서도 여러 개의 RB를 사용할 수 있다. 예를 들어, 24 개 혹은 48개의 서브캐리어를 사용할 수 있다.

도 3의 (a) 및 (b)에서 R₀로 표시된 부분이 안테나 포트 0에 대한 레퍼런스 신호가 배치된 RE(resource element)를 나타내며, (b)에서 R₁로 표시된 부분이 안테나 포트 1에 대한 레퍼런스 신호가 배치된 RE를 나타낸다.

한편, 특정 안테나 포트에서 레퍼런스 심볼이 전송되는 RE에는 다른 안테나 포트에서도 아무것도 전송되어서는 안되며, 따라서, 특정 안테나 포트의 레퍼런스 심볼은 셀 내의 다른 안테나 포트로부터의 전송에 의해 간섭받지 않는다. 도 3의 (b)에서 빗금으로 표시된 부분이 바로 이러한 목적으로 펑쳐링된(punctured) RE 부분이다.

도 3의 (a) 및 (b)에서는 1.4MHz의 협대역 MTC 디바이스의 트래픽이 전송되는 6개의 자원 블록들 중 싱글 자원 블록(Resource block)에서 다운링크 레퍼런스 신호인 DL-RS(Downlink Reference Signal) 심볼들의 위치를 보여주고 있다. 기존 레거시 LTE 단말을 고려했을 때, 협대역 MTC 디바이스를 위한 별도의 DL-RS 심볼 또는 다른 구조의 DL-RS를 가정하지 않고 기존의 DL-RS 구조와 동일한 구조를 가정한다.

협대역 MTC 디바이스는 다운링크로 전달되는 MTC 제어 채널을 수신하고, 각 채널에 포함된 제어 정보 및 트래픽 데이터를 수신한다. 이때, MTC 디바이스를 위한 각 채널의 셀 커버리지는 기존의 레거시 LTE 단말의 셀 커버리지와 동일하여야 하는 요구사항을 만족시킨다. 여기서, MTC 제어 채널은 MTC-PDCCH(MTC-Physical Downlink Control Channel), MTC-PCFICH(MTC-Physical Control Format Indicator Channel), MTC-PHICH(MTC-Physical HARQ Indicator Channel)를 포함할 수 있다.

앞서 언급한 바와 같이 저비용 협대역 MTC 디바이스를 구현하기 위해 주로 거론되고 있는 방법은 수신 RF 체인이 하나인 싱글 안테나 구조인데, 싱글 안테나 구조에서는 셀 커버리지를 만족시키기 어렵다.

본 발명에서는 이를 해결하기 위해 셀 커버리지, 저비용 MTC 디바이스 등을 고려하였을 경우 복수의 안테나 구조를 갖는 MTC 수신부를 이용한다. 복수의 안테나로 구성된 MTC 수신부는 스위칭 다이버시티를 고려하여 다이버시티 이득을 획득할 수 있다.

본 발명에서는 또한, 안테나 스위칭을 함에 있어 수신 주기를 결정하기 위해 수신단에서 이용 가능한 수신 신호 품질 관련 정보, 예를 들어 RSSI, RSRP 등의 추정치를 고려하여 안테나 스위칭을 수행한다.

따라서, 본 발명에 따른 방법을 통하여 스위칭 다이버시티 이득을 획득할 수 있고, 저비용 협대역 MTC 싱글 안테나 수신 구조로 문제가 되는 다운링크 셀 커버리지의 문제 또한 극복할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 협대역 MTC 디바이스의 동작 순서도이다.

먼저 MTC 디바이스가 파워 온(Power On)되면 기지국으로부터 전달되는 다운링크 동기 신호를 수신하고, 셀 ID(Identification)를 획득한다(S410).

이어 MTC 디바이스는 PBCH(Physical Broadcast Channel)채널을 획득하여 소속된 셀에 대한 가장 기본이 되는 정보들을 수신한다(S420). S410 내지 S420의 절차는 기존의 레거시 LTE 단말의 다운링크 수신 동작과 동일하다.

일반 단말의 경우 S410 내지 S420의 동작을 수행한 후 시스템 정보 블록(System Information Block: SIB)을 수신하지만, 본 발명에 따른 MTC 디바이스는 SIB 정보를 수신하기 전에 수신 신호 품질을 추정하는 작업을 먼저 수행한다. 즉, MTC 디바이스는 각 안테나별로 다운링크 레퍼런스 신호를 수신하고, 수신한 레퍼런스 신호로를 이용해 수신 신호 품질을 추정한다(S430). 여기서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수신 신호 품질은 RSRP(Reference Signal Received Power) 또는 RSSI(Received Signal Strength Indicator) 추정치이다.

이때, 수신 신호에 대한 품질 추정은 안테나 별로 수행되며, MTC 디바이스는 수신 안테나 중에서 수신 품질이 가장 양호한, 즉 RSRP 추정치가 가장 크거나 또는 RSSI 추정치가 가장 큰 안테나를 선택하여(S440), 기지국과 MTC 디바이스 간의 MTC 통신에 필수적인 정보들을 포함하는 MTC 시스템 정보 블록(SIB)을 수신한다(S450). MTC 디바이스는 이후, 새롭게 업데이트되는 추정치를 고려하여 다운링크 제어 채널 및 데이터 채널을 수신, 복조한다(S460).

MTC 통신 환경에서는 다운링크로 전송되는 데이터가 일반 데이터 전송에서의 다운링크 전송량에 비해서 많은 용량을 차지하지 않는 것이 일반적이다. 결국 산발적인 또는 주기적인 다운링크 상의 데이터 전송이 수행되며, MTC 디바이스는 일정한 주기로 다운링크로부터 전송되는 다운링크 레퍼런스 신호를 이용하여 안테나 스위칭의 기준이 되는 측정(measurement)을 수행한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 MTC 디바이스의 블록 구성도이다.

도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 MTC 디바이스는 복수의 안테나를 구비하지만 하나의 수신 신호 처리 모듈을 포함하는 것이 특징이다.

수신 신호 처리 모듈은 도 5에 도시된 바와 같이, RF 트랜시버(310), A/D(Analogue-to-Digital) 컨버터(320), 기저대역 처리부(330), 및 안테나 제어부(340)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 수신 신호 처리 모듈 내의 스위치는 상기 복수의 안테나들 중 하나 및 상기 RF 트랜시버를 연결하는 스위칭 동작을 수행한다.

RF 트랜시버(310)는 복수의 안테나들 중 하나로부터 RF 신호를 수신하여 아날로그 형태의 신호를 추출한다. A/D 컨버터(320)는 RF 트랜시버(310)가 출력하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다. 기저대역 처리부(330)는 A/D 컨버터(320)가 출력하는 신호를 기저대역(baseband)으로 변환한 후, 수신 신호의 품질에 대한 추정치를 산출한다.

여기서, 안테나 스위칭의 기준이 되는 수신 신호의 품질 추정치로 사용되는 값은 아래와 같은 값들이 고려될 수 있다.

- RSSI(Received Signal Strength Indicator): 수신 신호의 파워로서 열 노이즈(thermal noise) 및 인접 셀로부터의 간섭 성분을 포함

- RSRP(Reference Signal Received Power): 수신 신호의 파워로서 모든 노이즈를 제외한 성분

안테나 제어부(340)는 기저대역 처리부(330)가 출력하는 수신 신호의 품질 추정치에 근거하여 어떤 안테나로부터 신호를 수신할 것인지 결정하고, 적어도 하나의 안테나 중 하나를 선택하기 위한 스위칭 동작을 제어한다. 즉, 안테나 제어부(340)는 최종 선택된 안테나가 RF 트랜시버로 연결되도록 스위치를 제어한다.

한편, 기지국(eNB)의 스케쥴러는 1.4MHz, 3MHz, 또는 5MHz를 사용하는 협대역 MTC 디바이스에게 6, 15, 또는 25 개의 자원 블록(RB)들 내에서 자원을 할당하고, 할당된 자원을 이용해 적어도 하나의 MTC 디바이스로 데이터 및 제어 정보를 전송한다.

LTE Release 8~10 규격에 따르면, RSSI 및 RSRP는 다운링크 레퍼런스 신호를 이용해 측정되며, 다운링크 레퍼런스 신호의 바람직한 일 실시예로는 CRS(cell-specific reference signal)를 들 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 기지국과 MTC 디바이스 간의 상호 동작 흐름도이다.

도 6을 살펴보면, MTC 디바이스(300)가 기지국(100) 구성(configuration)에 따라, MTC 디바이스(300)가 지원하는 전체 밴드 또는 서브밴드에 대한 채널 피드백 정보를 기지국(100)으로 전달한다. LTE 규격에 의하면 시스템 대역이 1.4MHz(6 RBs)일 경우는 별도의 서브밴드로 구분되지 않으나, 3MHz 또는 5MHz의 경우는 4 RBs를 하나의 서브밴드 단위로 규정하고 있다.

기지국(100)은 MTC 디바이스(300)가 전송하는 하향링크 채널 정보 피드백 정보를 바탕으로 무선자원을 할당하고, 무선자원 할당에 관한 정보를 MTC 디바이스(300)로 전송한다.

또한, MTC 디바이스(300)는 안테나별로 수신품질 추정치를 산출하고, 수신품질 추정치에 따라 안테나 스위칭을 수행한다. 여기서, 수신품질 추정치는 RSSI 추정치 또는 RSRP 추정치가 될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, RSSI 또는 RSRP 추정치들은 MTC 디바이스가 지원하는 전체 밴드(6, 15, 또는 25개의 자원 블록)에 대한 평균 추정치일 수 있다. 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, RSSI 또는 RSRP 추정치들은 MTC 디바이스가 지원하는 전체 밴드 중 일부인 서브밴드에 대한 평균 추정치일 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 MTC 디바이스가 지원하는 시스템 대역이 서브밴드로 구분되는 경우의 서브밴드 개념도이다.

도 7에서는 MTC 디바이스가 지원하는 전체 대역폭이 3MHz(15 RBs)인 경우, 전체 대역폭이 4개의 서브밴드로 분리될 수 있음을 보여준다.

여기서, 서브밴드 1 내지 서브밴드 3은 4RBs로 구성되고 서브밴드 4는 3RBs로 구성될 수 있다. MTC 서비스는 주로 상향링크 데이터가 주를 이루기 때문에 하향링크 데이터는 자원 할당이 크지 않을 것으로 예상된다.

따라서 여러 서브밴드로 구성되는 MTC 대역의 경우, 서브밴드 별 RSSI 혹은 RSRP의 추정치를 이용하는 것이 바람직하다. 즉, MTC 디바이스가 서브밴드 별로 무선 링크의 상태에 대한 리포트를 기지국으로 전송했다면, 기지국은 그 값을 참고하여 자원 할당을 수행할 가능성이 높기 때문에 그 서브밴드에 해당하는 RSSI/RSRP에 대해 수신 안테나 1과 수신 안테나 2의 상태를 비교하게 된다.

이런 방식을 통해 두 개의 안테나 중에서 더 나은 채널 상태를 가질 것으로 추정되는 안테나와 수신기를 연결함으로써 수신 성능을 향상시킬 수 있다.

도 7과 관련하여 설명된 실시예를 요약하면 서브밴드에 평균 추정치를 이용한 스위칭 기법은 MTC 디바이스가 기지국으로 피드백한 정보를 고려한 스위칭 방법으로, 전체 밴드에 대한 추정치를 이용한 방법에 비하여 보다 정확한 안테나 스위칭을 구현할 수 있으며, 전체 밴드 추정치를 이용하는 기법과 달리 채널 정보에 대한 피드백을 전제로 한다는 점이 특징이다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 협대역 MTC 디바이스의 동작 순서도이다.

도 8은 도 6 및 7을 통해 설명한 방법에서 MTC 디바이스의 동작을 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.

먼저 MTC 디바이스가 파워 온(Power On)되면 기지국으로부터 전달되는 다운링크 동기 신호를 수신하고, 셀 ID(Identification)를 획득한다(S810).

이어 MTC 디바이스는 PBCH(Physical Broadcast Channel)채널을 획득하여 소속된 셀에 대한 가장 기본이 되는 정보들을 수신한다(S820). S810 내지 S820의 절차는 기존의 레거시 LTE 단말의 다운링크 수신 동작과 동일하다.

앞서 살펴본 바와 같이 일반 사용자 단말의 경우 S810 내지 S820의 동작을 수행한 후 시스템 정보 블록(System Information Block: SIB)을 수신하지만, 본 발명에 따른 MTC 디바이스는 먼저, 각 안테나별로 다운링크 레퍼런스 신호를 수신하고, 다운링크 레퍼런스 신호를 이용해 서브밴드별 다운링크 채널 상태 정보를 추출한다(S830). MTC 디바이스는 추출한 채널 상태 정보에 대한 보고, 즉 CSI(Channel State Information) 리포트를 기지국으로 전송한다(S840).

채널상태보고와 관련하여 단말이 망으로 전달하는 것은 다운링크 채널 상태에 대한 명시적인 보고는 아니며, 기지국이 단말로 전송할 때 사용하였으면 하는 전송 설정 및 관련 파라미터의 권고(recommendation)이다. 단말의 이러한 권고는 일반적으로 다운링크 순시 채널 상태를 기반으로 한다. 채널상태보고는 랭크 지시자인 RI(Rank Indicator), 프리코딩 매트릭스 지시자인 PMI(Precoding Matrix Indicator), 채널 품질 지시자인 CQI(Channel Quality Indicator) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.

MTC 디바이스는 CSI를 참고하여 각 서브밴드의 수신 품질을 판단한다(S850). 단계 S840 및 단계 S850는 편의상 순차적으로 도시하였으나, 두 단계의 순서가 뒤바뀔 수 있으며 동시에 수행될 수도 있다.

MTC 디바이스는 CSI를 참조한 각 서브밴드별 수신 품질 추정치를 기반으로 안테나를 선택하여(S860), MTC SIB를 수신한다(S870).

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 서브밴드별 RSSI/RSRP를 안테나 간에 비교하여 각 값이 큰 서브밴드가 많은 안테나를 선택하는 방법을 취할 수도 있다.

MTC 디바이스는 이후, 새롭게 업데이트되는 추정치를 고려하여 다운링크 제어 채널 및 데이터 채널을 복조한다(S880).

도 8에 도시된 실시예와 같이 다운링크의 채널 상태 보고를 MTC 디바이스의 안테나 스위칭에 이용하는 실시예의 경우, 다운링크와 업링크가 동일한 주파수 특성을 가지는 TDD(Time Division Multiplexing) 시스템에서 가장 바람직하게 동작할 수 있다.

이상, 도 1 내지 도 8의 실시예를 통해 멀티 수신 안테나와 싱글 수신 RF 체인을 갖는 MTC 디바이스에서 최적의 수신 성능을 얻기 위한 방법으로 안테나 스위칭을 제시하였다.

본 명세서에서는 특히 MTC 디바이스의 전체 밴드 혹은 서브밴드에 대하여 RSSI/RSRP 추정치를 계산하고, 이를 안테나 선택에 활용할 수 있음을 설명하였다. 예를 들어, 시스템 대역이 1.4MHz라고 하면, 별도의 서브밴드가 존재하지 않으므로 MTC 디바이스는 6 RB에 대한 전밴드의 RSSI/RSRP를 계산하여 안테나 스위칭에 활용한다.

하지만 본 발명의 실시예가 여기에 국한되는 것은 아니며, MTC 디바이스를 위한 하향링크 데이터가 크지 않다는 점을 고려할 때, 전체 대역폭이 6 RB라면 이를 2 개로 나누어 3 RB로 구성되는 각 밴드 별로 RSSI/RSRP를 추정하여 사용할 수 있다 할 것이다. 본 발명에서는 물론 6 RB를 1 RB 혹은 2 RBs 단위로 나누는 실시예도 배제하지 않는다.

또한, 시스템 대역이 3/5MHz인 경우에도 서브밴드 단위로 RSSI/RSRP를 측정하는 실시예뿐 아니라 1RB 내지 3RBs 단위로 수신 신호의 품질 추정을 수행하는 실시예도 충분히 가능하다 할 것이다.

MTC 디바이스가 수신하는 전체 밴드에 대한 수신 신호의 품질 추정치를 참고하여 안테나를 선택할 때는 전체 밴드에 대한 각 안테나별 수신 신호 품질 추정치를 비교한다.

하지만, 서브밴드 단위로 측정된 수신 신호의 품질 추정치를 안테나 별로 비교함에 있어서 어떤 서브밴드의 값을 참고하여 안테나를 선택할지가 중요한 문제이며, 이 경우 앞서 살펴본 두 가지 실시예를 활용하여 안테나를 선택할 수 있으며 아래와 같이 정리될 수 있다.

첫째, 단말이 기지국에 채널 상태 정보인 CSI(Channel State Information) 리포트를 올리는 경우 서브밴드별 리포트를 올렸다면, 그 값을 참고하여 해당 서브밴드의 RSSI/RSRP를 비교한다.

둘째, 서브밴드 별 RSSI/RSRP를 안테나 간에 비교하여 각 값이 큰 서브밴드가 많은 안테나를 선택하는 방법이다.

MTC 디바이스는 시스템 대역에 따라 상기 두 가지 방법 및 이로부터 변형 가능한 변형 방법들 중 하나를 선택하여 적용할 수 있다.

이상 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.

100: 기지국(eNB)
200: 사용자 단말
300: MTC 디바이스
310: RF 트랜시버
320: AD 컨버터
330: 기저대역 처리부
340: 안테나 제어부

Claims

복수의 안테나를 갖는 사물통신 디바이스의 데이터 수신 방법에 있어서,
기지국으로부터 각 안테나별 다운링크 레퍼런스 신호를 수신하는 단계;
상기 각 안테나별 다운링크 레퍼런스 신호에 대한 수신 신호 품질을 추정하는 단계; 및
각 안테나에 대한 수신 신호 품질에 따라 다운링크 신호를 수신할 안테나를 선택하는 단계를 포함하는 사물통신 디바이스의 하향링크 데이터 수신 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 사물통신 디바이스는 기지국을 포함하는 네트워크가 사용하는 전체 대역폭과 동일하거나 상기 전체 대역폭보다 좁은 대역폭을 사용하는 것을 특징으로 하는 사물통신 디바이스의 하향링크 데이터 수신 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 수신 신호 품질은 RSRP(Reference Signal Received Power) 및 RSSI(Received Signal Strength Indicator) 중 적어도 하나에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는, 사물통신 디바이스의 하향링크 데이터 수신 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 각 안테나별 다운링크 레퍼런스 신호에 대한 수신 신호 품질을 추정하는 단계는,
상기 사물통신 디바이스가 사용하는 대역 전체에 대한 수신 신호 품질을 추정하는 단계를 포함하는, 사물통신 디바이스의 하향링크 데이터 수신 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 각 안테나별 다운링크 레퍼런스 신호에 대한 수신 신호 품질을 추정하는 단계는,
사물통신 디바이스가 사용하는 전체 대역을 구성하는 적어도 하나의 서브밴드 각각에 대한 채널 상태 보고를 기지국으로 전송하는 단계; 및
상기 적어도 하나의 서브밴드 각각에 대한 채널 상태를 기준으로 각 서브밴드의 수신 품질을 추정하는 단계를 포함하는, 사물통신 디바이스의 하향링크 데이터 수신 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 채널 상태 보고는 채널 품질 지시자(CQI), 랭크 지시자(RI), 프리코딩 매트릭스 지시자(PMI) 중 적어도 하나를 포함하는, 사물통신 디바이스의 하향링크 데이터 수신 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 각 안테나별 다운링크 레퍼런스 신호에 대한 수신 신호 품질을 추정하는 단계는,
사물통신 디바이스가 사용하는 전체 대역을 구성하는 적어도 하나의 서브밴드 각각에 대해 수신 신호 품질을 추정하는 단계를 포함하는 사물통신 디바이스의 하향링크 데이터 수신 방법.
청구항 7에 있어서,
각 안테나에 대한 수신 신호 품질에 따라 다운링크 신호를 수신할 안테나를 선택하는 단계는,
각 서브밴드에 대한 수신 신호 품질을 안테나 간에 비교하는 단계; 및
수신 신호 품질이 양호한 서브밴드가 가장 많은 쪽 안테나를 선택하는 단계를 포함하는, 사물통신 디바이스의 하향링크 데이터 수신 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 선택된 안테나를 통해 MTC(Machine Type Communication) 시스템 정보를 수신하는 단계; 및
상기 MTC(Machine Type Communication) 시스템 정보에 따라 제어 채널 및 데이터 채널을 복조하는 단계를 더 포함하는 사물통신 디바이스의 하향링크 데이터 수신 방법.
복수의 안테나를 포함하는 사물통신 디바이스에 있어서,
기지국으로부터 각 안테나별 다운링크 레퍼런스 신호를 수신하고, 상기 각 안테나별 다운링크 레퍼런스 신호에 대해 수신 신호 품질을 추정하며, 각 안테나에 대한 수신 신호 품질에 따라 다운링크 신호를 수신할 안테나를 선택하는 수신 신호 처리 모듈을 포함하는 사물통신 디바이스.
청구항 10에 있어서,
상기 수신 신호 처리 모듈은,
복수의 안테나들 중 하나로부터 RF 신호를 수신하는 RF 트랜시버;
상기 복수의 안테나들 중 선택된 하나의 안테나와 상기 RF 트랜시버를 연결하는 스위칭 동작을 수행하는 스위치; 및
복수의 안테나들로 수신되는 수신 신호 품질에 따라 다운링크 신호를 수신할 안테나를 선택하고, 선택된 안테나와 상기 RF 트랜시버가 연결되도록 상기 스위치를 제어하는 안테나 제어부를 포함하는 사물통신 디바이스.
청구항 10에 있어서,
상기 안테나 제어부는, RSRP(Reference Signal Received Power) 및 RSSI(Received Signal Strength Indicator) 중 적어도 하나에 의해 수신 신호 품질을 결정하는 것을 특징으로 하는, 사물통신 디바이스.
청구항 10에 있어서,
상기 안테나 제어부는,
상기 사물통신 디바이스가 사용하는 대역 전체에 대한 수신 신호 품질을 추정하여, 각 안테나별 다운링크 레퍼런스 신호에 대한 수신 신호 품질을 추정하는 것을 특징으로 하는, 사물통신 디바이스.
청구항 10에 있어서,
상기 안테나 제어부는,
사물통신 디바이스가 사용하는 대역 전체를 구성하는 적어도 하나의 서브밴드 각각에 대한 채널 상태 정보를 기준으로 각 서브밴드의 수신 품질을 추정하는 것을 특징으로 하는, 사물통신 디바이스.
청구항 10에 있어서,
상기 안테나 제어부는,
사물통신 디바이스가 사용하는 전체 대역폭을 구성하는 적어도 하나의 서브밴드 각각에 대해 수신 신호 품질을 추정하고, 각 서브밴드에 대한 수신 신호 품질을 안테나 간에 비교하여, 수신 신호 품질이 양호한 서브밴드가 가장 많은 쪽 안테나를 선택하는 것을 특징으로 하는, 사물통신 디바이스.