KR20160115910A - 무선 통신 시스템에서 신호를 송수신하기 위한 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

Abstract

본 명세서는 무선 통신 시스템에서 단말간 직접 통신을 위해 사용되는 사이드링크(sidelink)와 관련된 단말의 동작 방법에 있어서, 상기 사이드링크와 관련된 자원이 할당된 서브프레임(subframe)을 포함하는 프레임(frame)을 통해 제어 정보 및/또는 데이터를 송수신하는 단계를 포함하며, 연속하는 두 개의 서브프레임 간 중첩(overlapping)이 발생하는 경우, 상기 두 개의 서브프레임 중 특정 서브프레임에서 상기 제어 정보 및/또는 데이터의 송수신을 드롭(drop)하는 것을 특징으로 한다.

Description

무선 통신 시스템에서 신호를 송수신하기 위한 방법 및 이를 위한 장치{METHOD FOR TRANSMITTING/RECEIVING SIGNAL IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM, AND APPARATUS THEREFOR}

본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게 단말 간 통신(device to device communication)을 지원하는 무선 통신 시스템에서 신호를 송수신하기 위한 방법 및 이를 지원하는 장치에 관한 것이다.

이동 통신 시스템은 사용자의 활동성을 보장하면서 음성 서비스를 제공하기 위해 개발되었다. 그러나 이동통신 시스템은 음성뿐 아니라 데이터 서비스까지 영역을 확장하였으며, 현재에는 폭발적인 트래픽의 증가로 인하여 자원의 부족 현상이 야기되고 사용자들이 보다 고속의 서비스에 대한 요구하므로, 보다 발전된 이동 통신 시스템이 요구되고 있다.

차세대 이동 통신 시스템의 요구 조건은 크게 폭발적인 데이터 트래픽의 수용, 사용자 당 전송률의 획기적인 증가, 대폭 증가된 연결 디바이스 개수의 수용, 매우 낮은 단대단 지연(End-to-End Latency), 고에너지 효율을 지원할 수 있어야 한다. 이를 위하여 이중 연결성(Dual Connectivity), 대규모 다중 입출력(Massive MIMO: Massive Multiple Input Multiple Output), 전이중(In-band Full Duplex), 비직교 다중접속(NOMA: Non-Orthogonal Multiple Access), 초광대역(Super wideband) 지원, 단말 네트워킹(Device Networking) 등 다양한 기술들이 연구되고 있다.

본 명세서는 사전에 정의되는 우선 순위 규칙에 따라 우선 순위가 낮은 서브프레임 또는 서브프레임의 중첩 심볼을 DTX함으로써, 서브프레임 간 중첩으로 인해 발생할 수 있는 충돌을 해결할 수 있는 방법을 제공함에 목적이 있다.

또한, 본 명세서는 하나 또는 하나 이상의 서브프레임 별로 서브프레임 속성서브프레임 선/후 관계 등을 고려하여 우선 순위를 다르게 설정함으로써, 서브프레임 간 중첩으로 인해 발생할 수 있는 충돌을 해결할 수 있는 방법을 제공함에 목적이 있다.

또한, 본 명세서는 UL 서브프레임의 TA 값과 사전에 결정된 크기의 DTX 길이의 비교를 통해 결정되는 DTX 길이만큼 우선 순위가 낮은 서브프레임의 일부 영역에서 DTX를 수행하기 위한 방법을 제공함에 목적이 있다.

본 명세서에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서는 무선 통신 시스템에서 단말간 직접 통신을 위해 사용되는 사이드링크(sidelink)와 관련된 단말의 동작 방법에 있어서, 상기 사이드링크와 관련된 자원이 할당된 서브프레임(subframe)을 포함하는 프레임(frame)을 통해 제어 정보 및/또는 데이터를 송수신하는 단계를 포함하며, 연속하는 두 개의 서브프레임 간 중첩(overlapping)이 발생하는 경우, 상기 두 개의 서브프레임 중 특정 서브프레임에서 상기 제어 정보 및/또는 데이터의 송수신을 드롭(drop)하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서에서 상기 연속하는 두 개의 서브프레임은 각각 사이드링크 송수신 서브프레임 및 WAN(Wireless Area Network) 송신 프레임이며, 상기 특정 서브프레임은 상기 사이드링크 송수신 서브프레임인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서에서 상기 특정 서브프레임은 우선 순위 규칙에 따라 우선 순위가 낮은 서브프레임에 해당하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서에서 상기 제어 정보 및/또는 데이터의 송수신을 드롭(drop)하는 것은 상기 특정 서브프레임에서의 중첩 영역을 DTX(Discontinuous Transmission)하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서에서 상기 우선 순위 규칙은 서브프레임에 할당되는 자원의 속성에 따라 우선 순위가 결정되거나 또는 서브프레임의 선/후 관계에 따라 우선 순위가 결정되는 규칙인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서에서 상기 우선 순위 규칙은 사이드링크 송수신 서브프레임보다 WAN(Wireless Area Network) data 송수신 서브프레임에 더 높은 우선 순위를 주거나 또는 사전에 예약 할당된 서브프레임에 더 높은 우선 순위를 주거나 또는 사이드링크 discovery 서브프레임보다 사이드링크 data 서브프레임에 더 높은 우선 순위를 주거나 또는 수시(dynamic) 자원 할당 서브프레임보다 고정(persistent) 자원 할당 서브프레임에 더 높은 우선 순위를 주는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서에서 상기 연속하는 두 개의 서브프레임은 각각 subframe #n 및 subframe #n+1이며, 상기 subframe #n+1이 상기 subframe #n보다 더 높은 우선 순위를 가지는 경우, 상기 subframe #n+1의 TA(Timing Advance) 값과 상기 subframe #n에서의 최대 가능한 DTX 길이(length)를 비교하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서는 상기 비교 결과, 상기 TA 값이 상기 최대 가능한 DTX 길이를 초과하지 않는 경우, 사전에 지정된 크기의 DTX 길이들 중에서 상기 TA 값보다 큰 DTX 길이 중에서 가장 작은 DTX 길이를 선택하는 단계; 및 상기 선택된 DTX 길이 구간만큼 subframe #n에서 DTX를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서는 상기 비교 결과, 상기 TA 값이 상기 최대 가능한 DTX 길이보다 큰 경우, 상기 subframe #n 전체 구간에서 DTX를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서는 상기 기지국으로부터 상기 사전에 지정된 크기의 DTX 길이를 나타내는 지시(indication) 정보를 수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서에서 사전에 지정된 크기의 각 DTX 길이는 특정 masking 패턴과 1 대 1로 매핑되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서는 무선 통신 시스템에서 단말간 직접 통신을 위해 사용되는 사이드링크(sidelink)와 관련된 동작을 수행하는 단말에 있어서, 상기 단말은 무선 신호를 송수신하기 위한 RF(Radio Frequency) 유닛; 및 상기 RF 유닛과 기능적으로 연결되어 있는 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는 상기 사이드링크와 관련된 자원이 할당된 서브프레임(subframe)을 포함하는 프레임(frame)을 통해 제어 정보 및/또는 데이터를 송수신하며; 및 연속하는 두 개의 서브프레임 간 중첩(overlapping)이 발생하는 경우, 상기 두 개의 서브프레임 중 특정 서브프레임에서 상기 제어 정보 및/또는 데이터의 송수신을 드롭(drop)하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서에서 상기 연속하는 두 개의 서브프레임은 subframe #n 및 subframe #n+1이며, 상기 subframe #n+1이 상기 subframe #n보다 더 높은 우선 순위를 가지는 경우, 상기 프로세서는 상기 subframe #n+1의 TA(Timing Advance) 값과 상기 subframe #n에서의 최대 가능한 DTX 길이(length)를 비교하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서에서 상기 프로세서는 상기 비교 결과, 상기 TA 값이 상기 최대 가능한 DTX 길이를 초과하지 않는 경우, 사전에 지정된 크기의 DTX 길이들 중에서 상기 TA 값보다 큰 DTX 길이 중에서 가장 작은 DTX 길이를 선택하고, 상기 선택된 DTX 길이 구간만큼 subframe #n에서 DTX를 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서에서 상기 프로세서는 상기 비교 결과, 상기 TA 값이 상기 최대 가능한 DTX 길이보다 큰 경우, 상기 subframe #n 전체 구간에서 DTX를 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서에서 상기 프로세서는 상기 기지국으로부터 상기 사전에 지정된 크기의 DTX 길이를 나타내는 지시(indication) 정보를 수신하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 명세서는 우선 순위 규칙을 고려하여 특정 서브프레임 또는 특정 서브프레임의 중첩 심볼을 DTX함으로써, 서브프레임 간 중첩으로 인해 발생할 수 있는 충돌을 해결할 수 있는 효과가 있다.

본 명세서에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 특징을 설명한다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템에서 무선 프레임의 구조를 나타낸다.
도 2는 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템에서 하나의 하향링크 슬롯에 대한 자원 그리드(resource grid)를 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템에서 하향링크 서브 프레임의 구조를 나타낸다.
도 4는 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템에서 상향링크 서브 프레임의 구조를 나타낸다.
도 5는 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템에서 PUCCH 포맷들이 상향링크 물리자원블록의 PUCCH 영역에 매핑되는 형태의 일례를 나타낸다.
도 6은 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템에서 일반 CP의 경우의 CQI 채널의 구조를 나타낸다.
도 7은 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템에서 일반 CP의 경우에 ACK/NACK 채널의 구조를 나타낸다.
도 8은 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템에서 하나의 슬롯 동안 5 개의 SC-FDMA 심볼을 생성하여 전송하는 일례를 나타낸다.
도 9는 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템에서 컴포넌트 캐리어 및 캐리어 병합의 일례를 나타낸다.
도 10은 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템에서 크로스 캐리어 스케줄링에 따른 서브 프레임 구조의 일례를 나타낸다.
도 11은 일반적인 다중 입출력 안테나(MIMO) 통신 시스템의 구성도이다.
도 12는 다수의 송신 안테나에서 하나의 수신 안테나로의 채널을 나타낸 도이다.
도 13은 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템에서 릴레이 노드 자원 분할을 예시한다.
도 14는 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템에서 D2D 통신을 개념적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 명세서에서 제안하는 방법이 적용될 수 있는 D2D 통신의 다양한 시나리오들의 일례를 나타낸다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스커버리 자원이 할당된 일례를 나타낸다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스커버리 과정을 간략히 예시한 도면이다.
도 18은 타이밍 어드밴스(TA) 지시를 통해 UL subframe 경계를 파악하는 방법의 일 예를 나타낸 도이다.
도 19는 기지국과 단말 간의 연결 여부에 따른 D2D 동작의 일 예를 나타낸 도이다.
도 20은 FDD 시스템에서의 DL subframe 및 UL subframe 경계의 일 예를 나타낸 도이다.
도 21은 도 20의 UL subframe 1에서 D2D가 동작하는 상황의 일 예를 나타낸 도이다.
도 22 내지 도 25는 UL 서브프레임 간 중첩이 발생하는 경우의 충돌 해결 방법의 일 예들을 나타낸 도이다.
도 26 내지 도 32는 D2D 동작에서 보호 구간이 설정된 일 예들을 나타낸 도이다.
도 33 내지 도 35는 DL subframe 경계로부터 일정한 오프셋만큼 위치하는 지점을 D2D 전송의 시작 시점으로 삼는 경우의 일 예들을 나타낸 도이다.
도 36은 DL subframe 경계와 동일한 지점을 D2D 전송의 시작 시점으로 삼는 경우의 일 예를 나타낸 도이다.
도 37 내지 도 38은 DL subframe 경계로부터 일정한 오프셋만큼 위치하는 지점을 D2D 전송의 시작 시점으로 삼는 경우의 또 다른 일 예를 나타낸 도이다.
도 39 및 도 40은 D2D subframe과 eNB-UE subframe의 경계가 불일치하는 문제를 해결하기 위한 방법의 일 예를 나타낸 도이다.
도 41 및 도 42는 TDD 시스템에서의 DL subframe 및 UL subframe 경계의 일 예들을 나타낸 도이다.
도 43 및 도 44는 본 명세서에서 제안하는 서브프레임 간 중첩으로 인해 발생하는 충돌을 해결하기 위한 방법의 일 예들을 나타낸 도이다.
도 45 및 도 46은 본 명세서에서 제안하는 서브프레임 간 중첩으로 인해 발생할 수 있는 충돌을 해결하기 위한 방법의 일 예들을 나타낸 순서도이다.
도 47은 본 명세서에서 제안하는 방법들이 적용될 수 있는 무선 통신 장치의 내부 블록도의 일 예를 나타낸 도이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다.

몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다.

본 명세서에서 기지국은 단말과 직접적으로 통신을 수행하는 네트워크의 종단 노드(terminal node)로서의 의미를 갖는다. 본 문서에서 기지국에 의해 수행되는 것으로 설명된 특정 동작은 경우에 따라서는 기지국의 상위 노드(upper node)에 의해 수행될 수도 있다. 즉, 기지국을 포함하는 다수의 네트워크 노드들(network nodes)로 이루어지는 네트워크에서 단말과의 통신을 위해 수행되는 다양한 동작들은 기지국 또는 기지국 이외의 다른 네트워크 노드들에 의해 수행될 수 있음은 자명하다. '기지국(BS: Base Station)'은 고정국(fixed station), Node B, eNB(evolved-NodeB), BTS(base transceiver system), 액세스 포인트(AP: Access Point) 등의 용어에 의해 대체될 수 있다. 또한, '단말(Terminal)'은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, UE(User Equipment), MS(Mobile Station), UT(user terminal), MSS(Mobile Subscriber Station), SS(Subscriber Station), AMS(Advanced Mobile Station), WT(Wireless terminal), MTC(Machine-Type Communication) 장치, M2M(Machine-to-Machine) 장치, D2D(Device-to-Device) 장치 등의 용어로 대체될 수 있다.

이하에서, 하향링크(DL: downlink)는 기지국에서 단말로의 통신을 의미하며, 상향링크(UL: uplink)는 단말에서 기지국으로의 통신을 의미한다. 하향링크에서 송신기는 기지국의 일부이고, 수신기는 단말의 일부일 수 있다. 상향링크에서 송신기는 단말의 일부이고, 수신기는 기지국의 일부일 수 있다.

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

이하의 기술은 CDMA(code division multiple access), FDMA(frequency division multiple access), TDMA(time division multiple access), OFDMA(orthogonal frequency division multiple access), SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access), NOMA(non-orthogonal multiple access) 등과 같은 다양한 무선 접속 시스템에 이용될 수 있다. CDMA는 UTRA(universal terrestrial radio access)나 CDMA2000과 같은 무선 기술(radio technology)로 구현될 수 있다. TDMA는 GSM(global system for mobile communications)/GPRS(general packet radio service)/EDGE(enhanced data rates for GSM evolution)와 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. OFDMA는 IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802-20, E-UTRA(evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. UTRA는 UMTS(universal mobile telecommunications system)의 일부이다. 3GPP(3rd generation partnership project) LTE(long term evolution)은 E-UTRA를 사용하는 E-UMTS(evolved UMTS)의 일부로써, 하향링크에서 OFDMA를 채용하고 상향링크에서 SC-FDMA를 채용한다. LTE-A(advanced)는 3GPP LTE의 진화이다.

본 발명의 실시예들은 무선 접속 시스템들인 IEEE 802, 3GPP 및 3GPP2 중 적어도 하나에 개시된 표준 문서들에 의해 뒷받침될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예들 중 본 발명의 기술적 사상을 명확히 드러내기 위해 설명하지 않은 단계들 또는 부분들은 상기 문서들에 의해 뒷받침될 수 있다. 또한, 본 문서에서 개시하고 있는 모든 용어들은 상기 표준 문서에 의해 설명될 수 있다.

설명을 명확하게 하기 위해, 3GPP LTE/LTE-A를 위주로 기술하지만 본 발명의 기술적 특징이 이에 제한되는 것은 아니다.

시스템일반

도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템에서 무선 프레임의 구조를 나타낸다.

3GPP LTE/LTE-A에서는 FDD(Frequency Division Duplex)에 적용 가능한 타입 1 무선 프레임(radio frame) 구조와 TDD(Time Division Duplex)에 적용 가능한 타입 2의 무선 프레임 구조를 지원한다.

도 1(a)는 타입 1 무선 프레임의 구조를 예시한다. 무선 프레임(radio frame)은 10개의 서브프레임(subframe)으로 구성된다. 하나의 서브프레임은 시간 영역(time domain)에서 2개의 슬롯(slot)으로 구성된다. 하나의 서브프레임을 전송하는 데 걸리는 시간을 TTI(transmission time interval)이라 한다. 예를 들어, 하나의 서브 프레임은 길이는 1ms이고, 하나의 슬롯의 길이는 0.5ms일 수 있다.

하나의 슬롯은 시간 영역에서 복수의 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 심볼을 포함하고, 주파수 영역에서 다수의 자원블록(RB: Resource Block)을 포함한다.. 3GPP LTE는 하향링크에서 OFDMA를 사용하므로 OFDM 심볼은 하나의 심볼 구간(symbol period)을 표현하기 위한 것이다. OFDM 심볼은 하나의 SC-FDMA 심볼 또는 심볼 구간이라고 할 수 있다. 자원 블록(resource block)은 자원 할당 단위이고, 하나의 슬롯에서 복수의 연속적인 부 반송파(subcarrier)를 포함한다.

도 1의 (b)는 타입 2 프레임 구조(frame structure type 2)를 나타낸다. 타입 2 무선 프레임은 2개의 하프 프레임(half frame)으로 구성되며, 각 하프 프레임은 5개의 서브프레임과 DwPTS(Downlink Pilot Time Slot), 보호구간(GP: Guard Period), UpPTS(Uplink Pilot Time Slot)로 구성되며, 이 중 1개의 서브프레임은 2개의 슬롯으로 구성된다. DwPTS는 단말에서의 초기 셀 탐색, 동기화 또는 채널 추정에 사용된다. UpPTS는 기지국에서의 채널 추정과 단말의 상향링크 전송 동기를 맞추는 데 사용된다. 보호구간은 상향링크와 하향링크 사이에 하향링크 신호의 다중경로 지연으로 인해 상향링크에서 생기는 간섭을 제거하기 위한 구간이다.

TDD 시스템의 타입 2 프레임 구조에서 상향링크-하향링크 구성(uplink-downlink configuration)은 모든 서브프레임에 대하여 상향링크와 하향링크가 할당(또는 예약)되는지 나타내는 규칙이다. 표 1은 상향링크-하향링크 구성을 나타낸다.

Uplink-Downlink configuration	Downlink-to-Uplink Switch-point periodicity	Subframe number
		0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
0	5ms	D	S	U	U	U	D	S	U	U	U
1	5ms	D	S	U	U	D	D	S	U	U	D
2	5ms	D	S	U	D	D	D	S	U	D	D
3	10ms	D	S	U	U	U	D	D	D	D	D
4	10ms	D	S	U	U	D	D	D	D	D	D
5	10ms	D	S	U	D	D	D	D	D	D	D
6	5ms	D	S	U	U	U	D	S	U	U	D

표 1을 참조하면, 무선 프레임의 각 서브프레임 별로, 'D'는 하향링크 전송을 위한 서브프레임을 나타내고, 'U'는 상향링크 전송을 위한 서브프레임을 나타내며, 'S'는 DwPTS, GP, UpPTS 3가지의 필드로 구성되는 스페셜 서브프레임(special subframe)을 나타낸다. 상향링크-하향링크 구성은 7가지로 구분될 수 있으며, 각 구성 별로 하향링크 서브프레임, 스페셜 서브프레임, 상향링크 서브프레임의 위치 및/또는 개수가 다르다.

하향링크에서 상향링크로 변경되는 시점 또는 상향링크에서 하향링크로 전환되는 시점을 전환 시점(switching point)이라 한다. 전환 시점의 주기성(Switch-point periodicity)은 상향링크 서브프레임과 하향링크 서브프레임이 전환되는 양상이 동일하게 반복되는 주기를 의미하며, 5ms 또는 10ms가 모두 지원된다. 5ms 하향링크-상향링크 전환 시점의 주기를 가지는 경우에는 스페셜 서브프레임(S)은 하프-프레임 마다 존재하고, 5ms 하향링크-상향링크 전환 시점의 주기를 가지는 경우에는 첫번째 하프-프레임에만 존재한다.

모든 구성에 있어서, 0번, 5번 서브프레임 및 DwPTS는 하향링크 전송만을 위한 구간이다. UpPTS 및 서브프레임 서브프레임에 바로 이어지는 서브프레임은 항상 상향링크 전송을 위한 구간이다.

이러한, 상향링크-하향링크 구성은 시스템 정보로써 기지국과 단말이 모두 알고 있을 수 있다. 기지국은 상향링크-하향링크 구성 정보가 바뀔 때마다 구성 정보의 인덱스만을 전송함으로써 무선 프레임의 상향링크-하향링크 할당상태의 변경을 단말에 알려줄 수 있다. 또한, 구성 정보는 일종의 하향링크 제어정보로서 다른 스케줄링 정보와 마찬가지로 PDCCH(Physical Downlink Control Channel)를 통해 전송될 수 있으며, 방송 정보로서 브로드캐스트 채널(broadcast channel)을 통해 셀 내의 모든 단말에 공통으로 전송될 수도 있다.

무선 프레임의 구조는 하나의 예시에 불과하며, 무선 프레임에 포함되는 부 반송파의 수 또는 서브 프레임에 포함되는 슬롯의 수, 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 다양하게 변경될 수 있다.

도 2는 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템에서 하나의 하향링크 슬롯에 대한 자원 그리드(resource grid)를 예시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 하나의 하향링크 슬롯은 시간 영역에서 복수의 OFDM 심볼을 포함한다. 여기서, 하나의 하향링크 슬롯은 7개의 OFDM 심볼을 포함하고, 하나의 자원 블록은 주파수 영역에서 12개의 부 반송파를 포함하는 것을 예시적으로 기술하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

자원 그리드 상에서 각 요소(element)를 자원 요소(resource element)하고, 하나의 자원 블록(RB: resource block)은 12 × 7 개의 자원 요소를 포함한다. 하향링크 슬롯에 포함되는 자원 블록들의 수 N^DL은 하향링크 전송 대역폭(bandwidth)에 종속한다.

상향링크 슬롯의 구조는 하향링크 슬롯의 구조와 동일할 수 있다.

도 3은 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템에서 하향링크 서브 프레임의 구조를 나타낸다.

도 3을 참조하면, 서브 프레임내의 첫번째 슬롯에서 앞의 최대 3개의 OFDM 심볼들이 제어 채널들이 할당되는 제어 영역(control region)이고, 나머지 OFDM 심볼들은 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel)이 할당되는 데이터 영역(data region)이다. 3GPP LTE에서 사용되는 하향링크 제어 채널의 일례로 PCFICH(Physical Control Format Indicator Channel), PDCCH(Physical Downlink Control Channel), PHICH(Physical Hybrid-ARQ Indicator Channel) 등이 있다.

PCFICH는 서브 프레임의 첫번째 OFDM 심볼에서 전송되고, 서브 프레임 내에 제어 채널들의 전송을 위하여 사용되는 OFDM 심볼들의 수(즉, 제어 영역의 크기)에 관한 정보를 나른다. PHICH는 상향 링크에 대한 응답 채널이고, HARQ(Hybrid Automatic Repeat Request)에 대한 ACK(Acknowledgement)/NACK(Not-Acknowledgement) 신호를 나른다. PDCCH를 통해 전송되는 제어 정보를 하향링크 제어정보(DCI: downlink control information)라고 한다. 하향링크 제어정보는 상향링크 자원 할당 정보, 하향링크 자원 할당 정보 또는 임의의 단말 그룹에 대한 상향링크 전송(Tx) 파워 제어 명령을 포함한다.

PDCCH는 DL-SCH(Downlink Shared Channel)의 자원 할당 및 전송 포맷(이를 하향링크 그랜트라고도 한다.), UL-SCH(Uplink Shared Channel)의 자원 할당 정보(이를 상향링크 그랜트라고도 한다.), PCH(Paging Channel)에서의 페이징(paging) 정보, DL-SCH에서의 시스템 정보, PDSCH에서 전송되는 랜덤 액세스 응답(random access response)과 같은 상위 레이어(upper-layer) 제어 메시지에 대한 자원 할당, 임의의 단말 그룹 내 개별 단말들에 대한 전송 파워 제어 명령들의 집합, VoIP(Voice over IP)의 활성화 등을 나를 수 있다. 복수의 PDCCH들은 제어 영역 내에서 전송될 수 있으며, 단말은 복수의 PDCCH들을 모니터링할 수 있다. PDCCH는 하나 또는 복수의 연속적인 CCE(control channel elements)의 집합으로 구성된다. CCE는 무선 채널의 상태에 따른 부호화율(coding rate)을 PDCCH에 제공하기 위하여 사용되는 논리적 할당 단위이다. CCE는 복수의 자원 요소 그룹(resource element group)들에 대응된다. PDCCH의 포맷 및 사용 가능한 PDCCH의 비트 수는 CCE들의 수와 CCE들에 의해 제공되는 부호화율 간의 연관 관계에 따라 결정된다.

기지국은 단말에게 전송하려는 DCI에 따라 PDCCH 포맷을 결정하고, 제어 정보에 CRC(Cyclic Redundancy Check)를 붙인다. CRC에는 PDCCH의 소유자(owner)나 용도에 따라 고유한 식별자(이를 RNTI(Radio Network Temporary Identifier)라고 한다.)가 마스킹된다. 특정의 단말을 위한 PDCCH라면 단말의 고유한 식별자, 예를 들어 C-RNTI(Cell-RNTI)가 CRC에 마스킹될 수 있다. 또는 페이징 메시지를 위한 PDCCH라면 페이징 지시 식별자, 예를 들어 P-RNTI(Paging-RNTI)가 CRC에 마스킹될 수 있다. 시스템 정보, 더욱 구체적으로 시스템 정보 블록(SIB: system information block)를 위한 PDCCH라면 시스템 정보 식별자, SI-RNTI(system information RNTI)가 CRC에 마스킹될 수 있다. 단말의 랜덤 액세스 프리앰블의 전송에 대한 응답인 랜덤 액세스 응답을 지시하기 위하여, RA-RNTI(random access-RNTI)가 CRC에 마스킹될 수 있다.

도 4는 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템에서 상향링크 서브 프레임의 구조를 나타낸다.

도 4를 참조하면, 상향링크 서브 프레임은 주파수 영역에서 제어 영역과 데이터 영역으로 나눌 수 있다. 제어 영역에는 상향링크 제어 정보를 나르는 PUCCH(Physical Uplink Control Channel)이 할당된다. 데이터 영역은 사용자 데이터를 나르는 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel)이 할당된다. 단일 반송파 특성을 유지하기 위해 하나의 단말은 PUCCH와 PUSCH을 동시에 전송하지 않는다.

하나의 단말에 대한 PUCCH에는 서브 프레임 내에 자원 블록(RB: Resource Block) 쌍이 할당된다. RB 쌍에 속하는 RB들은 2개의 슬롯들의 각각에서 서로 다른 부 반송파를 차지한다. 이를 PUCCH에 할당된 RB 쌍은 슬롯 경계(slot boundary)에서 주파수 도약(frequency hopping)된다고 한다.

물리상향링크제어채널(PUCCH)

PUCCH를 통하여 전송되는 상향링크 제어 정보(UCI)는, 스케줄링 요청(SR: Scheduling Request), HARQ ACK/NACK 정보 및 하향링크 채널 측정 정보를 포함할 수 있다.

HARQ ACK/NACK 정보는 PDSCH 상의 하향링크 데이터 패킷의 디코딩 성공 여부에 따라 생성될 수 있다. 기존의 무선 통신 시스템에서, 하향링크 단일 코드워드(codeword) 전송에 대해서는 ACK/NACK 정보로서 1 비트가 전송되고, 하향링크 2 코드워드 전송에 대해서는 ACK/NACK 정보로서 2 비트가 전송된다.

채널 측정 정보는 다중입출력(MIMO: Multiple Input Multiple Output) 기법과 관련된 피드백 정보를 지칭하며, 채널품질지시자(CQI: Channel Quality Indicator), 프리코딩매트릭스인덱스(PMI: Precoding Matrix Index) 및 랭크 지시자(RI: Rank Indicator)를 포함할 수 있다. 이들 채널 측정 정보를 통칭하여 CQI 라고 표현할 수도 있다.

CQI 의 전송을 위하여 서브프레임 당 20 비트가 사용될 수 있다.

PUCCH는 BPSK(Binary Phase Shift Keying)과 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 기법을 사용하여 변조될 수 있다. PUCCH를 통하여 복수개의 단말의 제어 정보가 전송될 수 있고, 각 단말들의 신호를 구별하기 위하여 코드분할다중화(CDM: Code Division Multiplexing)을 수행하는 경우에 길이 12 의 CAZAC(Constant Amplitude Zero Autocorrelation) 시퀀스를 주로 사용한다. CAZAC 시퀀스는 시간 영역(time domain) 및 주파수 영역(frequency domain)에서 일정한 크기(amplitude)를 유지하는 특성을 가지므로 단말의 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio) 또는 CM(Cubic Metric)을 낮추어 커버리지를 증가시키기에 적합한 성질을 가진다. 또한, PUCCH를 통해 전송되는 하향링크 데이터 전송에 대한 ACK/NACK 정보는 직교 시퀀스(orthgonal sequence) 또는 직교 커버(OC: orthogonal cover)를 이용하여 커버링된다.

또한, PUCCH 상으로 전송되는 제어정보는 서로 다른 순환 시프트(CS: cyclic shift) 값을 가지는 순환 시프트된 시퀀스(cyclically shifted sequence)를 이용하여 구별될 수 있다. 순환 시프트된 시퀀스는 기본 시퀀스(base sequence)를 특정 CS 양(cyclic shift amount) 만큼 순환 시프트시켜 생성할 수 있다. 특정 CS 양은 순환 시프트 인덱스(CS index)에 의해 지시된다. 채널의 지연 확산(delay spread)에 따라 사용 가능한 순환 시프트의 수는 달라질 수 있다. 다양한 종류의 시퀀스가 기본 시퀀스로 사용될 수 있으며, 전술한 CAZAC 시퀀스는 그 일례이다.

또한, 단말이 하나의 서브프레임에서 전송할 수 있는 제어 정보의 양은 제어 정보의 전송에 이용가능한 SC-FDMA 심볼의 개수(즉, PUCCH 의 코히어런트(coherent) 검출을 위한 참조신호(RS) 전송에 이용되는 SC-FDMA 심볼을 제외한 SC-FDMA 심볼들)에 따라 결정될 수 있다.

3GPP LTE 시스템에서 PUCCH 는, 전송되는 제어 정보, 변조 기법, 제어 정보의 양 등에 따라 총 7 가지 상이한 포맷으로 정의되며, 각각의 PUCCH 포맷에 따라서 전송되는 상향링크 제어 정보(UCI: uplink control information)의 속성은 다음의 표 2와 같이 요약할 수 있다.

PUCCH Format	Uplink Control Information(UCI)
Format 1	Scheduling Request(SR)(unmodulated waveform)
Format 1a	1-bit HARQ ACK/NACK with/without SR
Format 1b	2-bit HARQ ACK/NACK with/without SR
Format 2	CQI (20 coded bits)
Format 2	CQI and 1- or 2-bit HARQ ACK/NACK (20 bits) for extended CP only
Format 2a	CQI and 1-bit HARQ ACK/NACK (20+1 coded bits)
Format 2b	CQI and 2-bit HARQ ACK/NACK (20+2 coded bits)

PUCCH 포맷 1은 SR의 단독 전송에 사용된다. SR 단독 전송의 경우에는 변조되지 않은 파형이 적용되며, 이에 대해서는 후술하여 자세하게 설명한다.

PUCCH 포맷 1a 또는 1b는 HARQ ACK/NACK의 전송에 사용된다. 임의의 서브프레임에서 HARQ ACK/NACK이 단독으로 전송되는 경우에는 PUCCH 포맷 1a 또는 1b를 사용할 수 있다. 또는, PUCCH 포맷 1a 또는 1b를 사용하여 HARQ ACK/NACK 및 SR이 동일 서브프레임에서 전송될 수도 있다.

PUCCH 포맷 2는 CQI의 전송에 사용되고, PUCCH 포맷 2a 또는 2b는 CQI 및 HARQ ACK/NACK의 전송에 사용된다.

확장된 CP 의 경우에는 PUCCH 포맷 2가 CQI 및 HARQ ACK/NACK 의 전송에 사용될 수도 있다.

도 5는 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템에서 PUCCH 포맷들이 상향링크 물리자원블록의 PUCCH 영역에 매핑되는 형태의 일례를 나타낸다.

도 5에서

는 상향링크에서의 자원블록의 개수를 나타내고, 0, 1,...,

-1는 물리자원블록의 번호를 의미한다. 기본적으로, PUCCH는 상향링크 주파수 블록의 양쪽 끝단(edge)에 매핑된다. 도 5에서 도시하는 바와 같이, m=0,1로 표시되는 PUCCH 영역에 PUCCH 포맷 2/2a/2b 가 매핑되며, 이는 PUCCH 포맷 2/2a/2b가 대역-끝단(bandedge)에 위치한 자원블록들에 매핑되는 것으로 표현할 수 있다. 또한, m=2 로 표시되는 PUCCH 영역에 PUCCH 포맷 2/2a/2b 및 PUCCH 포맷 1/1a/1b 가 함께(mixed) 매핑될 수 있다. 다음으로, m=3,4,5 로 표시되는 PUCCH 영역에 PUCCH 포맷 1/1a/1b 가 매핑될 수 있다. PUCCH 포맷 2/2a/2b 에 의해 사용가능한 PUCCH RB들의 개수(

)는 브로드캐스팅 시그널링에 의해서 셀 내의 단말들에게 지시될 수 있다.

PUCCH 포맷 2/2a/2b에 대하여 설명한다. PUCCH 포맷 2/2a/2b는 채널 측정 피드백(CQI, PMI, RI)을 전송하기 위한 제어 채널이다.

채널측정피드백(이하에서는, 통칭하여 CQI 정보라고 표현함)의 보고 주기 및 측정 대상이 되는 주파수 단위(또는 주파수 해상도(resolution))는 기지국에 의하여 제어될 수 있다. 시간 영역에서 주기적 및 비주기적 CQI 보고가 지원될 수 있다. PUCCH 포맷 2 는 주기적 보고에만 사용되고, 비주기적 보고를 위해서는 PUSCH가 사용될 수 있다. 비주기적 보고의 경우에 기지국은 단말에게 상향링크 데이터 전송을 위하여 스케줄링된 자원에 개별 CQI 보고를 실어서 전송할 것을 지시할 수 있다.

도 6은 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템에서 일반 CP의 경우의 CQI 채널의 구조를 나타낸다.

하나의 슬롯의 SC-FDMA 심볼 0 내지 6 중에서, SC-FDMA 심볼 1 및 5 (2 번째 및 6 번째 심볼)는 복조참조신호(DMRS: Demodulation Reference Signal) 전송에 사용되고, 나머지 SC-FDMA 심볼에서 CQI 정보가 전송될 수 있다. 한편, 확장된 CP 의 경우에는 하나의 SC-FDMA 심볼 (SC-FDMA 심볼 3) 이 DMRS 전송에 사용된다.

PUCCH 포맷 2/2a/2b 에서는 CAZAC 시퀀스에 의한 변조를 지원하고, QPSK 변조된 심볼이 길이 12 의 CAZAC 시퀀스로 승산된다. 시퀀스의 순환 시프트(CS)는 심볼 및 슬롯 간에 변경된다. DMRS에 대해서 직교 커버링이 사용된다.

하나의 슬롯에 포함되는 7 개의 SC-FDMA 심볼 중 3개의 SC-FDMA 심볼 간격만큼 떨어진 2개의 SC-FDMA 심볼에는 참조신호(DMRS)가 실리고, 나머지 5개의 SC-FDMA 심볼에는 CQI 정보가 실린다. 한 슬롯 안에 두 개의 RS가 사용된 것은 고속 단말을 지원하기 위해서이다. 또한, 각 단말은 순환 시프트(CS) 시퀀스를 사용하여 구분된다. CQI 정보 심볼들은 SC-FDMA 심볼 전체에 변조되어 전달되고, SC-FDMA 심볼은 하나의 시퀀스로 구성되어 있다. 즉, 단말은 각 시퀀스로 CQI를 변조해서 전송한다.

하나의 TTI에 전송할 수 있는 심볼 수는 10개이고, CQI 정보의 변조는 QPSK까지 정해져 있다. SC-FDMA 심볼에 대해 QPSK 매핑을 사용하는 경우 2비트의 CQI 값이 실릴 수 있으므로, 한 슬롯에 10비트의 CQI 값을 실을 수 있다. 따라서, 한 서브프레임에 최대 20비트의 CQI 값을 실을 수 있다. CQI 정보를 주파수 영역에서 확산시키기 위해 주파수 영역 확산 부호를 사용한다.

주파수 영역 확산 부호로는 길이-12 의 CAZAC 시퀀스(예를 들어, ZC 시퀀스)를 사용할 수 있다. 각 제어채널은 서로 다른 순환 시프트(cyclic shift) 값을 갖는 CAZAC 시퀀스를 적용하여 구분될 수 있다. 주파수 영역 확산된 CQI 정보에 IFFT가 수행된다.

12 개의 동등한 간격을 가진 순환 시프트에 의해서 12 개의 상이한 단말들이 동일한 PUCCH RB 상에서 직교 다중화될 수 있다. 일반 CP 경우에 SC-FDMA 심볼 1 및 5 상의 (확장된 CP 경우에 SC-FDMA 심볼 3 상의) DMRS 시퀀스는 주파수 영역 상의 CQI 신호 시퀀스와 유사하지만 CQI 정보와 같은 변조가 적용되지는 않는다.

PUCCH 채널구조

PUCCH 포맷 1a 및 1b에 대하여 설명한다.

PUCCH 포맷 1a/1b에 있어서 BPSK 또는 QPSK 변조 방식을 이용하여 변조된 심볼은 길이 12 의 CAZAC 시퀀스로 승산(multiply)된다. 예를 들어, 변조 심볼 d(0)에 길이 N 의 CAZAC 시퀀스 r(n) (n=0, 1, 2, ..., N-1) 가 승산된 결과는 y(0), y(1), y(2), ..., y(N-1) 이 된다. y(0), ..., y(N-1) 심볼들을 심볼 블록(block of symbol)이라고 칭할 수 있다. 변조 심볼에 CAZAC 시퀀스를 승산한 후에, 직교 시퀀스를 이용한 블록-단위(block-wise)확산이 적용된다.

일반 ACK/NACK 정보에 대해서는 길이 4의 하다마드(Hadamard) 시퀀스가 사용되고, 짧은(shortened) ACK/NACK 정보 및 참조신호(Reference Signal)에 대해서는 길이 3의 DFT(Discrete Fourier Transform) 시퀀스가 사용된다.

확장된 CP의 경우의 참조신호에 대해서는 길이 2의 하다마드 시퀀스가 사용된다.

도 7은 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템에서 일반 CP의 경우에 ACK/NACK 채널의 구조를 나타낸다.

도 7에서는 CQI 없이 HARQ ACK/NACK 전송을 위한 PUCCH 채널 구조를 예시적으로 나타낸다.

하나의 슬롯에 포함되는 7 개의 SC-FDMA 심볼 중 중간 부분의 3개의 연속되는 SC-FDMA 심볼에는 참조신호(RS)가 실리고, 나머지 4 개의 SC-FDMA 심볼에는 ACK/NACK 신호가 실린다.

한편, 확장된 CP 의 경우에는 중간의 2 개의 연속되는 심볼에 RS 가 실릴 수 있다. RS에 사용되는 심볼의 개수 및 위치는 제어채널에 따라 달라질 수 있으며 이와 연관된 ACK/NACK 신호에 사용되는 심볼의 개수 및 위치도 그에 따라 변경될 수 있다.

1 비트 및 2 비트의 확인응답 정보(스크램블링되지 않은 상태)는 각각 BPSK 및 QPSK 변조 기법을 사용하여 하나의 HARQ ACK/NACK 변조 심볼로 표현될 수 있다. 긍정확인응답(ACK)은 '1' 로 인코딩될 수 있고, 부정확인응답(NACK)은 '0'으로 인코딩될 수 있다.

할당되는 대역 내에서 제어신호를 전송할 때, 다중화 용량을 높이기 위해 2 차원 확산이 적용된다. 즉, 다중화할 수 있는 단말 수 또는 제어 채널의 수를 높이기 위해 주파수 영역 확산과 시간 영역 확산을 동시에 적용한다.

ACK/NACK 신호를 주파수 영역에서 확산시키기 위해 주파수 영역 시퀀스를 기본 시퀀스로 사용한다. 주파수 영역 시퀀스로는 CAZAC 시퀀스 중 하나인 Zadoff-Chu (ZC) 시퀀스를 사용할 수 있다. 예를 들어, 기본 시퀀스인 ZC 시퀀스에 서로 다른 순환 시프트(CS: Cyclic Shift)가 적용됨으로써, 서로 다른 단말 또는 서로 다른 제어 채널의 다중화가 적용될 수 있다. HARQ ACK/NACK 전송을 위한 PUCCH RB 들을 위한 SC-FDMA 심볼에서 지원되는 CS 자원의 개수는 셀-특정 상위-계층 시그널링 파라미터에 의해 설정된다.

주파수 영역 확산된 ACK/NACK 신호는 직교 확산(spreading) 코드를 사용하여 시간 영역에서 확산된다. 직교 확산 코드로는 월시-하다마드(Walsh-Hadamard) 시퀀스 또는 DFT 시퀀스가 사용될 수 있다. 예를 들어, ACK/NACK 신호는 4 심볼에 대해 길이 4의 직교 시퀀스(w0, w1, w2, w3)를 이용하여 확산될 수 있다. 또한, RS도 길이 3 또는 길이 2의 직교 시퀀스를 통해 확산시킨다. 이를 직교 커버링(OC: Orthogonal Covering)이라 한다.

전술한 바와 같은 주파수 영역에서의 CS 자원 및 시간 영역에서의 OC 자원을 이용해서 다수의 단말들이 코드분할다중화(CDM: Code Division Multiplexing) 방식으로 다중화될 수 있다. 즉, 동일한 PUCCH RB 상에서 많은 개수의 단말들의 ACK/NACK 정보 및 RS 가 다중화될 수 있다.

이와 같은 시간 영역 확산 CDM 에 대해서, ACK/NACK 정보에 대해서 지원되는 확산 코드들의 개수는 RS 심볼들의 개수에 의해서 제한된다. 즉, RS 전송 SC-FDMA 심볼들의 개수는 ACK/NACK 정보 전송 SC-FDMA 심볼들의 개수보다 적기 때문에, RS 의 다중화 용량(capacity)이 ACK/NACK 정보의 다중화 용량에 비하여 적게 된다.

예를 들어, 일반 CP 의 경우에 4 개의 심볼에서 ACK/NACK 정보가 전송될 수 있는데, ACK/NACK 정보를 위하여 4 개가 아닌 3개의 직교 확산 코드가 사용되며, 이는 RS 전송 심볼의 개수가 3 개로 제한되어 RS 를 위하여 3 개의 직교 확산 코드만이 사용될 수 있기 때문이다.

일반 CP 의 서브프레임에서 하나의 슬롯에서 3 개의 심볼이 RS 전송을 위해서 사용되고 4 개의 심볼이 ACK/NACK 정보 전송을 위해서 사용되는 경우에, 예를 들어, 주파수 영역에서 6 개의 순환시프트(CS) 및 시간 영역에서 3개의 직교커버(OC) 자원을 사용할 수 있다면, 총 18 개의 상이한 단말로부터의 HARQ 확인응답이 하나의 PUCCH RB 내에서 다중화될 수 있다. 만약, 확장된 CP 의 서브프레임에서 하나의 슬롯에서 2 개의 심볼이 RS 전송을 위해서 사용되고 4 개의 심볼이 ACK/NACK 정보 전송을 위해서 사용되는 경우에, 예를 들어, 주파수 영역에서 6 개의 순환시프트(CS) 및 시간 영역에서 2 개의 직교커버(OC) 자원을 사용할 수 있다면, 총 12 개의 상이한 단말로부터의 HARQ 확인응답이 하나의 PUCCH RB 내에서 다중화될 수 있다.

다음으로, PUCCH 포맷 1에 대하여 설명한다. 스케줄링 요청(SR)은 단말이 스케줄링되기를 요청하거나 또는 요청하지 않는 방식으로 전송된다. SR 채널은 PUCCH 포맷 1a/1b 에서의 ACK/NACK 채널 구조를 재사용하고, ACK/NACK 채널 설계에 기초하여 OOK(On-Off Keying) 방식으로 구성된다. SR 채널에서는 참조신호가 전송되지 않는다. 따라서, 일반 CP 의 경우에는 길이 7 의 시퀀스가 이용되고, 확장된 CP 의 경우에는 길이 6 의 시퀀스가 이용된다. SR 및 ACK/NACK 에 대하여 상이한 순환 시프트 또는 직교 커버가 할당될 수 있다. 즉, 긍정(positive) SR 전송을 위해 단말은 SR용으로 할당된 자원을 통해 HARQ ACK/NACK을 전송한다. 부정(negative) SR 전송을 위해서는 단말은 ACK/NACK용으로 할당된 자원을 통해 HARQ ACK/NACK을 전송한다.

다음으로 개선된-PUCCH(e-PUCCH) 포맷에 대하여 설명한다. e-PUCCH는 LTE-A 시스템의 PUCCH 포맷 3에 대응할 수 있다. PUCCH 포맷 3을 이용한 ACK/NACK 전송에는 블록 확산(block spreading) 기법이 적용될 수 있다.

블록 확산 기법은, 기존의 PUCCH 포맷 1 계열 또는 2 계열과는 달리, 제어 신호 전송을 SC-FDMA 방식을 이용하여 변조하는 방식이다. 도 8에서 나타내는 바와 같이, 심볼 시퀀스가 OCC(Orthogonal Cover Code)를 이용하여 시간 영역(domain) 상에서 확산되어 전송될 수 있다. OCC를 이용함으로써 동일한 RB 상에 복수개의 단말들의 제어 신호들이 다중화될 수 있다. 전술한 PUCCH 포맷 2의 경우에는 하나의 심볼 시퀀스가 시간 영역에 걸쳐서 전송되고 CAZAC 시퀀스의 CS(cyclic shift)를 이용하여 복수개의 단말들의 제어 신호들이 다중화되는 반면, 블록 확산 기반 PUCCH 포맷(예를 들어, PUCCH 포맷 3)의 경우에는 하나의 심볼 시퀀스가 주파수 영역에 걸쳐서 전송되고, OCC를 이용한 시간 영역 확산을 이용하여 복수개의 단말들의 제어 신호들이 다중화된다.

도 8은 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템에서 하나의 슬롯 동안 5 개의 SC-FDMA 심볼을 생성하여 전송하는 일례를 나타낸다.

도 8에서는 1 슬롯 동안에 하나의 심볼 시퀀스에 길이=5 (또는 SF=5)의 OCC를 이용하여 5 개의 SC-FDMA 심볼(즉, 데이터 부분)을 생성하여 전송하는 예시를 나타낸다. 이 경우, 1 슬롯 동안 2 개의 RS 심볼이 사용될 수 있다.

도 8의 예시에서, RS 심볼은 특정 순환 시프트 값이 적용된 CAZAC 시퀀스로부터 생성될 수 있으며, 복수개의 RS 심볼에 걸쳐 소정의 OCC가 적용된 (또는 곱해진) 형태로 전송될 수 있다. 또한, 도 8의 예시에서 각각의 OFDM 심볼(또는 SC-FDMA 심볼) 별로 12 개의 변조 심볼이 사용되고, 각각의 변조 심볼은 QPSK에 의해 생성되는 것으로 가정하면, 하나의 슬롯에서 전송할 수 있는 최대 비트 수는 12x2=24 비트가 된다. 따라서, 2개의 슬롯으로 전송할 수 있는 비트수는 총 48비트가 된다. 이와 같이 블록 확산 방식의 PUCCH 채널 구조를 사용하는 경우 기존의 PUCCH 포맷 1계열 및 2 계열에 비하여 확장된 크기의 제어 정보의 전송이 가능해진다.

캐리어병합일반

본 발명의 실시예들에서 고려하는 통신 환경은 멀티 캐리어(Multi-carrier) 지원 환경을 모두 포함한다. 즉, 본 발명에서 사용되는 멀티 캐리어 시스템 또는 캐리어 병합(CA: Carrier Aggregation) 시스템이라 함은 광대역을 지원하기 위해서, 목표로 하는 광대역을 구성할 때 목표 대역보다 작은 대역폭(bandwidth)을 가지는 1개 이상의 컴포넌트 캐리어(CC: Component Carrier)를 병합(aggregation)하여 사용하는 시스템을 말한다.

본 발명에서 멀티 캐리어는 캐리어의 병합(또는, 반송파 집성)을 의미하며, 이때 캐리어의 병합은 인접한(contiguous) 캐리어 간의 병합뿐 아니라 비 인접한(non-contiguous) 캐리어 간의 병합을 모두 의미한다. 또한, 하향링크와 상향링크 간에 집성되는 컴포넌트 캐리어들의 수는 다르게 설정될 수 있다. 하향링크 컴포넌트 캐리어(이하, 'DL CC'라 한다.) 수와 상향링크 컴포넌트 캐리어(이하, 'UL CC'라 한다.) 수가 동일한 경우를 대칭적(symmetric) 집성이라고 하고, 그 수가 다른 경우를 비대칭적(asymmetric) 집성이라고 한다. 이와 같은 캐리어 병합은 반송파 집성, 대역폭 집성(bandwidth aggregation), 스펙트럼 집성(spectrum aggregation) 등과 같은 용어와 혼용되어 사용될 수 있다.

두 개 이상의 컴포넌트 캐리어가 결합되어 구성되는 캐리어 병합은 LTE-A 시스템에서는 100MHz 대역폭까지 지원하는 것을 목표로 한다. 목표 대역보다 작은 대역폭을 가지는 1개 이상의 캐리어를 결합할 때, 결합하는 캐리어의 대역폭은 기존 IMT 시스템과의 호환성(backward compatibility) 유지를 위해서 기존 시스템에서 사용하는 대역폭으로 제한할 수 있다. 예를 들어서 기존의 3GPP LTE 시스템에서는 {1.4, 3, 5, 10, 15, 20}MHz 대역폭을 지원하며, 3GPP LTE-advanced 시스템(즉, LTE-A)에서는 기존 시스템과의 호환을 위해 상기의 대역폭들만을 이용하여 20MHz보다 큰 대역폭을 지원하도록 할 수 있다. 또한, 본 발명에서 사용되는 캐리어 병합 시스템은 기존 시스템에서 사용하는 대역폭과 상관없이 새로운 대역폭을 정의하여 캐리어 병합을 지원하도록 할 수도 있다.

LTE-A 시스템은 무선 자원을 관리하기 위해 셀(cell)의 개념을 사용한다.

상술한 캐리어 병합 환경은 다중 셀(multiple cells) 환경으로 일컬을 수 있다. 셀은 하향링크 자원(DL CC)과 상향링크 자원(UL CC) 한 쌍의 조합으로 정의되나, 상향링크 자원은 필수 요소는 아니다. 따라서, 셀은 하향링크 자원 단독, 또는 하향링크 자원과 상향링크 자원으로 구성될 수 있다. 특정 단말이 단 하나의 설정된 서빙 셀(configured serving cell)을 가지는 경우 1개의 DL CC와 1개의 UL CC를 가질 수 있으나, 특정 단말이 2개 이상의 설정된 서빙 셀을 가지는 경우에는 셀의 수만큼의 DL CC를 가지며 UL CC의 수는 그와 같거나 그보다 작을 수 있다.

또는, 그 반대로 DL CC와 UL CC가 구성될 수도 있다. 즉, 특정 단말이 다수의 설정된 서빙 셀을 가지는 경우 DL CC의 수보다 UL CC가 더 많은 캐리어 병합 환경도 지원될 수 있다. 즉, 캐리어 병합(carrier aggregation)은 각각 캐리어 주파수(셀의 중심 주파수)가 서로 다른 둘 이상의 셀들의 병합으로 이해될 수 있다. 여기서, 말하는 '셀(Cell)'은 일반적으로 사용되는 기지국이 커버하는 영역으로서의 '셀'과는 구분되어야 한다.

LTE-A 시스템에서 사용되는 셀은 프라이머리 셀(PCell: Primary Cell) 및 세컨더리 셀(SCell: Secondary Cell)을 포함한다. P셀과 S셀은 서빙 셀(Serving Cell)로 사용될 수 있다. RRC_CONNECTED 상태에 있지만 캐리어 병합이 설정되지 않았거나 캐리어 병합을 지원하지 않는 단말의 경우, P셀로만 구성된 서빙 셀이 단 하나 존재한다. 반면, RRC_CONNECTED 상태에 있고 캐리어 병합이 설정된 단말의 경우 하나 이상의 서빙 셀이 존재할 수 있으며, 전체 서빙 셀에는 P셀과 하나 이상의 S셀이 포함된다.

서빙 셀(P셀과 S셀)은 RRC 파라미터를 통해 설정될 수 있다. PhysCellId는 셀의 물리 계층 식별자로 0부터 503까지의 정수값을 가진다. SCellIndex는 S셀을 식별하기 위하여 사용되는 간략한(short) 식별자로 1부터 7까지의 정수값을 가진다. ServCellIndex는 서빙 셀(P셀 또는 S셀)을 식별하기 위하여 사용되는 간략한(short) 식별자로 0부터 7까지의 정수값을 가진다. 0값은 P셀에 적용되며, SCellIndex는 S셀에 적용하기 위하여 미리 부여된다. 즉, ServCellIndex에서 가장 작은 셀 ID (또는 셀 인덱스)을 가지는 셀이 P셀이 된다.

P셀은 프라이머리 주파수(또는, primary CC) 상에서 동작하는 셀을 의미한다. 단말이 초기 연결 설정(initial connection establishment) 과정을 수행하거나 연결 재-설정 과정을 수행하는데 사용될 수 있으며, 핸드오버 과정에서 지시된 셀을 지칭할 수도 있다. 또한, P셀은 캐리어 병합 환경에서 설정된 서빙 셀 중 제어관련 통신의 중심이 되는 셀을 의미한다. 즉, 단말은 자신의 P셀에서만 PUCCH를 할당 받아 전송할 수 있으며, 시스템 정보를 획득하거나 모니터링 절차를 변경하는데 P셀만을 이용할 수 있다. E-UTRAN(Evolved Universal Terrestrial Radio Access)은 캐리어 병합 환경을 지원하는 단말에게 이동성 제어 정보(mobilityControlInfo)를 포함하는 상위 계층의 RRC 연결 재설정(RRCConnectionReconfigutaion) 메시지를 이용하여 핸드오버 절차를 위해 P셀만을 변경할 수도 있다.

S셀은 세컨더리 주파수(또는, Secondary CC) 상에서 동작하는 셀을 의미할 수 있다. 특정 단말에 P셀은 하나만 할당되며, S셀은 하나 이상 할당될 수 있다. S셀은 RRC 연결이 설정이 이루어진 이후에 구성 가능하고 추가적인 무선 자원을 제공하는데 사용될 수 있다. 캐리어 병합 환경에서 설정된 서빙 셀 중에서 P셀을 제외한 나머지 셀들, 즉 S셀에는 PUCCH가 존재하지 않는다. E-UTRAN은 S셀을 캐리어 병합 환경을 지원하는 단말에게 추가할 때, RRC_CONNECTED 상태에 있는 관련된 셀의 동작과 관련된 모든 시스템 정보를 특정 시그널(dedicated signal)을 통해 제공할 수 있다. 시스템 정보의 변경은 관련된 S셀의 해제 및 추가에 의하여 제어될 수 있으며, 이 때 상위 계층의 RRC 연결 재설정 (RRCConnectionReconfigutaion) 메시지를 이용할 수 있다. E-UTRAN은 관련된 S셀 안에서 브로드캐스트하기 보다는 단말 별로 상이한 파라미터를 가지는 특정 시그널링(dedicated signaling) 할 수 있다.

초기 보안 활성화 과정이 시작된 이후에, E-UTRAN은 연결 설정 과정에서 초기에 구성되는 P셀에 부가하여 하나 이상의 S셀을 포함하는 네트워크를 구성할 수 있다. 캐리어 병합 환경에서 P셀 및 S셀은 각각의 컴포넌트 캐리어로서 동작할 수 있다. 이하의 실시 예에서는 프라이머리 컴포넌트 캐리어(PCC)는 P셀과 동일한 의미로 사용될 수 있으며, 세컨더리 컴포넌트 캐리어(SCC)는 S셀과 동일한 의미로 사용될 수 있다.

도 9는 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템에서 컴포넌트 캐리어 및 캐리어 병합의 일례를 나타낸다.

도 9a는 LTE 시스템에서 사용되는 단일 캐리어 구조를 나타낸다. 컴포넌트 캐리어에는 DL CC와 UL CC가 있다. 하나의 컴포넌트 캐리어는 20MHz의 주파수 범위를 가질 수 있다.

도 9b는 LTE_A 시스템에서 사용되는 캐리어 병합 구조를 나타낸다. 도 9b의 경우에 20MHz의 주파수 크기를 갖는 3 개의 컴포넌트 캐리어가 결합된 경우를 나타낸다. DL CC와 UL CC가 각각 3 개씩 있으나, DL CC와 UL CC의 개수에 제한이 있는 것은 아니다. 캐리어 병합의 경우 단말은 3개의 CC를 동시에 모니터링할 수 있고, 하향링크 신호/데이터를 수신할 수 있고 상향링크 신호/데이터를 송신할 수 있다.

만약, 특정 셀에서 N개의 DL CC가 관리되는 경우에는, 네트워크는 단말에 M (M≤N)개의 DL CC를 할당할 수 있다. 이때, 단말은 M 개의 제한된 DL CC 만을 모니터링하고 DL 신호를 수신할 수 있다. 또한, 네트워크는 L (L≤M≤N)개의 DL CC에 우선순위를 주어 주된 DL CC를 단말에 할당할 수 있으며, 이러한 경우 UE는 L 개의 DL CC는 반드시 모니터링해야 한다. 이러한 방식은 상향링크 전송에도 똑같이 적용될 수 있다.

하향링크 자원의 반송파 주파수(또는 DL CC)와 상향링크 자원의 반송파 주파수(또는, UL CC) 사이의 링키지(linkage)는 RRC 메시지와 같은 상위계층 메시지나 시스템 정보에 의해 지시될 수 있다. 예를 들어, SIB2(System Information Block Type2)에 의해서 정의되는 링키지에 의해서 DL 자원과 UL 자원의 조합이 구성될 수 있다. 구체적으로, 링키지는 UL 그랜트를 나르는 PDCCH가 전송되는 DL CC와 상기 UL 그랜트를 사용하는 UL CC간의 맵핑 관계를 의미할 수 있으며, HARQ를 위한 데이터가 전송되는 DL CC(또는 UL CC)와 HARQ ACK/NACK 신호가 전송되는 UL CC(또는 DL CC)간의 맵핑 관계를 의미할 수도 있다.

크로스캐리어스케줄링(Cross Carrier Scheduling)

캐리어 병합 시스템에서는 캐리어(또는 반송파) 또는 서빙 셀(Serving Cell)에 대한 스케줄링 관점에서 자가 스케줄링(Self-Scheduling) 방법 및 크로스 캐리어 스케줄링(Cross Carrier Scheduling) 방법의 두 가지가 있다. 크로스 캐리어 스케줄링은 크로스 컴포넌트 캐리어 스케줄링(Cross Component Carrier Scheduling) 또는 크로스 셀 스케줄링(Cross Cell Scheduling)으로 일컬을 수 있다.

크로스 캐리어 스케줄링은 PDCCH(DL Grant)와 PDSCH가 각각 다른 DL CC로 전송되거나, DL CC에서 전송된 PDCCH(UL Grant)에 따라 전송되는 PUSCH가 UL 그랜트를 수신한 DL CC와 링크되어 있는 UL CC가 아닌 다른 UL CC를 통해 전송되는 것을 의미한다.

크로스 캐리어 스케줄링 여부는 단말 특정(UE-specific)하게 활성화 또는 비활성화될 수 있으며, 상위계층 시그널링(예를 들어, RRC signaling)을 통해서 반정적(semi-static)으로 각 단말 별로 알려질 수 있다.

크로스 캐리어 스케줄링이 활성화된 경우, PDCCH에 해당 PDCCH가 지시하는 PDSCH/PUSCH가 어느 DL/UL CC를 통해서 전송되는지를 알려주는 캐리어 지시자 필드(CIF: Carrier Indicator Field)가 필요하다. 예를 들어, PDCCH는 PDSCH 자원 또는 PUSCH 자원을 CIF를 이용하여 다수의 컴포넌트 캐리어들 중 하나에 할당할 수 있다. 즉, DL CC 상에서의 PDCCH가 다중 집성된 DL/UL CC 중 하나에 PDSCH 또는 PUSCH 자원을 할당하는 경우 CIF가 설정된다. 이 경우, LTE-A Release-8의 DCI 포맷은 CIF에 따라 확장될 수 있다. 이때 설정된 CIF는 3bit 필드로 고정되거나, 설정된 CIF의 위치는 DCI 포맷 크기와 무관하게 고정될 수 있다. 또한, LTE-A Release-8의 PDCCH 구조(동일 코딩 및 동일한 CCE 기반의 자원 매핑)를 재사용할 수도 있다.

반면, DL CC 상에서의 PDCCH가 동일한 DL CC 상에서의 PDSCH 자원을 할당하거나 단일 링크된 UL CC 상에서의 PUSCH 자원을 할당하는 경우에는 CIF가 설정되지 않는다. 이 경우, LTE-A Release-8과 동일한 PDCCH 구조(동일 코딩 및 동일한 CCE 기반의 자원 매핑)와 DCI 포맷이 사용될 수 있다.

크로스 캐리어 스케줄링이 가능할 때, 단말은 CC별 전송 모드 및/또는 대역폭에 따라 모니터링 CC의 제어영역에서 복수의 DCI에 대한 PDCCH를 모니터링하는 것이 필요하다. 따라서, 이를 지원할 수 있는 검색 공간의 구성과 PDCCH 모니터링이 필요하다.

캐리어 병합 시스템에서, 단말 DL CC 집합은 단말이 PDSCH를 수신하도록 스케줄링된 DL CC의 집합을 나타내고, 단말 UL CC 집합은 단말이 PUSCH를 전송하도록 스케줄링된 UL CC의 집합을 나타낸다. 또한, PDCCH 모니터링 집합(monitoring set)은 PDCCH 모니터링을 수행하는 적어도 하나의 DL CC의 집합을 나타낸다. PDCCH 모니터링 집합은 단말 DL CC 집합과 같거나, 단말 DL CC 집합의 부집합(subset)일 수 있다. PDCCH 모니터링 집합은 단말 DL CC 집합내의 DL CC들 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또는 PDCCH 모니터링 집합은 단말 DL CC 집합에 상관없이 별개로 정의될 수 있다. PDCCH 모니터링 집합에 포함되는 DL CC는 링크된 UL CC에 대한 자기-스케줄링(self-scheduling)은 항상 가능하도록 설정될 수 있다. 이러한, 단말 DL CC 집합, 단말 UL CC 집합 및 PDCCH 모니터링 집합은 단말 특정(UE-specific), 단말 그룹 특정(UE group-specific) 또는 셀 특정(Cell-specific)하게 설정될 수 있다.

크로스 캐리어 스케줄링이 비활성화된 경우에는 PDCCH 모니터링 집합이 항상 단말 DL CC 집합과 동일하다는 것을 의미하며, 이러한 경우에는 PDCCH 모니터링 집합에 대한 별도의 시그널링과 같은 지시가 필요하지 않다. 그러나, 크로스 캐리어 스케줄링이 활성화된 경우에는 PDCCH 모니터링 집합이 단말 DL CC 집합 내에서 정의되는 것이 바람직하다. 즉, 단말에 대하여 PDSCH 또는 PUSCH를 스케줄링하기 위하여 기지국은 PDCCH 모니터링 집합만을 통해 PDCCH를 전송한다.

도 10은 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템에서 크로스 캐리어 스케줄링에 따른 서브 프레임 구조의 일례를 나타낸다.

도 10을 참조하면, LTE-A 단말을 위한 DL 서브프레임은 3개의 DL CC가 결합되어 있으며, DL CC 'A'는 PDCCH 모니터링 DL CC로 설정된 경우를 나타낸다. CIF가 사용되지 않는 경우, 각 DL CC는 CIF 없이 자신의 PDSCH를 스케줄링하는 PDCCH를 전송할 수 있다. 반면, CIF가 상위 계층 시그널링을 통해 사용되는 경우, 단 하나의 DL CC 'A'만이 CIF를 이용하여 자신의 PDSCH 또는 다른 CC의 PDSCH를 스케줄링하는 PDCCH를 전송할 수 있다. 이때, PDCCH 모니터링 DL CC로 설정되지 않은 DL CC 'B' 와 'C'는 PDCCH를 전송하지 않는다.

MIMO(Multi-Input Multi-Output)

MIMO 기술은 지금까지 일반적으로 한 개의 송신안테나와 한 개의 수신안테나를 사용했던 것에서 탈피하여, 다중 송신(Tx) 안테나와 다중 수신(Rx) 안테나를 사용한다. 다시 말해서, MIMO 기술은 무선 통신 시스템의 송신단 또는 수신단에서 다중 입출력 안테나를 사용하여 용량 증대 또는 성능 개성을 꾀하기 위한 기술이다. 이하에서는 "MIMO"를 "다중 입출력 안테나"라 칭하기로 한다.

더 구체적으로, 다중 입출력 안테나 기술은 하나의 완전한 메시지(total message)를 수신하기 위하여 한 개의 안테나 경로에 의존하지 않으며, 여러 개의 안테나를 통해 수신한 복수의 데이터 조각을 수집하여 완전한 데이터를 완성시킨다. 결과적으로, 다중 입출력 안테나 기술은 특정 시스템 범위 내에서 데이터 전송율을 증가시킬 수 있으며, 또한 특정 데이터 전송율을 통해 시스템 범위를 증가시킬 수 있다.

차세대 이동통신은 기존 이동통신에 비해 훨씬 높은 데이터 전송률을 요구하므로 효율적인 다중 입출력 안테나 기술이 반드시 필요할 것으로 예상된다. 이와 같은 상황에서 MIMO 통신 기술은 이동통신 단말과 중계기 등에 폭넓게 사용할 수 있는 차세대 이동통신 기술이며, 데이터 통신 확대 등으로 인해 한계 상황에 따라 다른 이동통신의 전송량 한계를 극복할 수 있는 기술로서 관심을 모으고 있다.

한편, 현재 연구되고 있는 다양한 전송효율 향상 기술 중 다중 입출력 안테나(MIMO) 기술은 추가적인 주파수 할당이나 전력증가 없이도 통신 용량 및 송수신 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 방법으로서 현재 가장 큰 주목을 받고 있다.

도 11은 일반적인 다중 입출력 안테나(MIMO) 통신 시스템의 구성도이다.

도 11을 참조하면, 송신 안테나의 수를 N_T개로, 수신 안테나의 수를 N_R개로 동시에 늘리게 되면, 송신기나 수신기에서만 다수의 안테나를 사용하게 되는 경우와 달리 안테나 수에 비례하여 이론적인 채널 전송 용량이 증가하므로, 전송 레이트(transfer rate)를 향상시키고, 주파수 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있다. 이 경우, 채널 전송 용량의 증가에 따른 전송 레이트는 하나의 안테나를 이용하는 경우의 최대 전송 레이트(R_o)에 다음과 같은 레이트 증가율(R_i)이 곱해진 만큼으로 이론적으로 증가할 수 있다.

즉, 예를 들어, 4개의 송신 안테나와 4개의 수신 안테나를 이용하는 MIMO 통신 시스템에서는 단일 안테나 시스템에 비해 이론상 4배의 전송 레이트를 획득할 수 있다.

이와 같은 다중 입출력 안테나의 기술은 다양한 채널 경로를 통과한 심볼들을 이용하여 전송 신뢰도를 높이는 공간 다이버시티(spatial diversity) 방식과, 다수의 송신 안테나를 이용하여 다수의 데이터 심볼을 동시에 송신하여 전송률을 향상시키는 공간 멀티플렉싱(spatial multiplexing) 방식으로 나눌 수 있다. 또한 이러한 두 가지 방식을 적절히 결합하여 각각의 장점을 적절히 얻고자 하는 방식에 대한 연구도 최근 많이 연구되고 있는 분야이다.

각각의 방식에 대해 좀더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

첫째로, 공간 다이버시티 방식의 경우에는 시공간 블록 부호 계열과, 다이버시티 이득과 부호화 이득을 동시에 이용하는 시공간 트렐리스(Trelis) 부호 계열 방식이 있다. 일반적으로 비트 오류율 개선 성능과 부호 생성 자유도는 트렐리스 부호 방식이 우수하지만, 연산 복잡도는 시공간 블록 부호가 간단하다. 이와 같은 공간 다이버서티 이득은 송신 안테나 수(NT)와 수신 안테나 수(NR)의 곱(NT × NR)에 해당되는 양을 얻을 수 있다.

둘째로, 공간 멀티플렉싱 기법은 각 송신 안테나에서 서로 다른 데이터 열을 송신하는 방법인데, 이때 수신기에서는 송신기로부터 동시에 전송된 데이터 사이에 상호 간섭이 발생하게 된다. 수신기에서는 이 간섭을 적절한 신호처리 기법을 이용하여 제거한 후 수신한다. 여기에 사용되는 잡음 제거 방식은 MLD(maximum likelihood detection) 수신기, ZF(zero-forcing) 수신기, MMSE(minimum mean square error) 수신기, D-BLAST (Diagonal-Bell Laboratories Layered Space-Time), V-BLAST(Vertical-Bell Laboratories Layered Space-Time) 등이 있으며, 특히 송신단에서 채널 정보를 알 수 있는 경우에는 SVD(singular value decomposition) 방식 등을 사용할 수 있다.

셋째로, 공간 다이버시티와 공간 멀티플렉싱의 결합된 기법을 들 수 있다. 공간 다이버시티 이득만을 얻을 경우 다이버시티 차수의 증가에 따른 성능개선 이득이 점차 포화되며, 공간 멀티플렉싱 이득만을 취하면 무선 채널에서 전송 신뢰도가 떨어진다. 이를 해결하면서 두 가지 이득을 모두 얻는 방식들이 연구되어 왔으며, 이 중 시공간 블록 부호 (Double-STTD), 시공간 BICM(STBICM) 등의 방식이 있다.

상술한 바와 같은 다중 입출력 안테나 시스템에 있어서의 통신 방법을 보다 구체적인 방법으로 설명하기 위해 이를 수학적으로 모델링하는 경우 다음과 같이 나타낼 수 있다.

먼저, 도 11에 도시된 바와 같이 N_T개의 송신 안테나와 N_R개의 수신 안테나가 존재하는 것을 가정한다.

먼저, 송신 신호에 대해 살펴보면, 이와 같이 N_T개의 송신 안테나가 있는 경우 최대 전송 가능한 정보는 N_T개 이므로, 이를 다음과 같은 벡터로 나타낼 수 있다.

한편, 각각의 전송 정보 s₁, s₂, ..., s_NT에 있어 전송 전력을 달리 할 수 있으며, 이때 각각의 전송 전력을 P₁, P₂, ..., P_NT라 하면, 전송 전력이 조정된 전송 정보는 다음과 같은 벡터로 나타낼 수 있다.

또한,

를 전송 전력의 대각 행렬 P로 다음과 같이 나타낼 수 있다.

한편, 전송 전력이 조정된 정보 벡터

는 그 후 가중치 행렬 W가 곱해져 실제 전송되는 N_T개의 전송 신호 x₁, x₂, ..., x_NT를 구성한다. 여기서, 가중치 행렬은 전송 채널 상황 등에 따라 전송 정보를 각 안테나에 적절히 분배해 주는 역할을 수행한다. 이와 같은 전송 신호 x₁, x₂, ..., x_NT를 벡터 x를 이용하여 다음과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, w_ij는 i번째 송신 안테나와 j번째 전송 정보간의 가중치를 나타내며, W는 이를 행렬로 나타낸 것이다. 이와 같은 행렬 W를 가중치 행렬(Weight Matrix) 또는 프리코딩 행렬(Precoding Matrix)라 부른다.

한편, 상술한 바와 같은 전송 신호(x)는 공간 다이버시티를 사용하는 경우와 공간 멀티플랙싱을 사용하는 경우로 나누어 생각해 볼 수 있다.

공간 멀티플랙싱을 사용하는 경우는 서로 다른 신호를 다중화하여 보내게 되므로, 정보 벡터 s의 원소들이 모두 다른 값을 가지게 되는 반면, 공간 다이버시티를 사용하게 되면 같은 신호를 여러 채널 경로를 통하여 보내게 되므로 정보 벡터 s의 원소들이 모두 같은 값을 갖게 된다.

물론, 공간 멀티플랙싱과 공간 다이버시티를 혼합하는 방법도 고려 가능하다. 즉, 예를 들어 3 개의 송신 안테나를 통하여 같은 신호를 공간 다이버시티를 이용하여 전송하고, 나머지는 각각 다른 신호를 공간 멀티플랙싱하여 보내는 경우도 고려할 수 있다.

다음으로, 수신신호는 N_R개의 수신 안테나가 있는 경우, 각 안테나의 수신신호 y₁, y₂, ..., y_NR을 벡터 y로 다음과 같이 나타내기로 한다.

한편, 다중 입출력 안테나 통신 시스템에 있어서의 채널을 모델링하는 경우, 각각의 채널은 송수신 안테나 인덱스에 따라 구분할 수 있으며, 송신 안테나 j로부터 수신 안테나 i를 거치는 채널을 h_ij로 표시하기로 한다. 여기서, h_ij의 인덱스의 순서가 수신 안테나 인덱스가 먼저, 송신안테나의 인덱스가 나중임에 유의한다.

이러한 채널은 여러 개를 한데 묶어서 벡터 및 행렬 형태로도 표시 가능하다. 벡터 표시의 예를 들어 설명하면 다음과 같다.

도 12는 다수의 송신 안테나에서 하나의 수신 안테나로의 채널을 나타낸 도이다.

도 12에 도시된 바와 같이 총 N_T개의 송신 안테나로부터 수신안테나 i로 도착하는 채널은 다음과 같이 표현 가능하다.

또한, 상기 수학식 7과 같은 행렬 표현을 통해 N_T개의 송신 안테나로부터 N_R개의 수신 안테나를 거치는 채널을 모두 나타내는 경우 다음과 같이 나타낼 수 있다.

한편, 실제 채널은 위와 같은 채널 행렬 H를 거친 후에 백색 잡음(AWGN: Additive White Gaussian Noise)가 더해지게 되므로, N_R개의 수신 안테나 각각에 더해지는 백색 잡음 n₁, n₂, ..., n_NR을 백터로 표현하면 다음과 같다.

상술한 바와 같은 전송 신호, 수신 신호, 채널, 및 백색 잡음의 모델링을 통해 다중 입출력 안테나 통신 시스템에서의 각각은 다음과 같은 관계를 통해 나타낼 수 있다.

한편, 채널의 상태를 나타내는 채널 행렬 H의 행과 열의 수는 송수신 안테나 수에 의해서 결정된다. 채널 행렬 H는 앞서 살펴본 바와 같이 행의 수는 수신 안테나의 수 N_R과 같아지고, 열의 수는 송신 안테나의 수 N_T와 같아 지게 된다. 즉, 채널 행렬 H는 N_R×N_T 행렬이 된다.

일반적으로, 행렬의 랭크(rank)는 서로 독립인(independent) 행 또는 열의 개수 중에서 최소 개수로 정의된다. 따라서, 행렬의 랭크는 행 또는 열의 개수보다 클 수 없게 된다. 수식적으로 예를 들면, 채널 행렬 H의 랭크(rank(H))는 다음과 같이 제한된다.

또한, 행렬을 고유치 분해(Eigen value decomposition)를 하였을 때, 랭크는 고유치(eigen value)들 중에서 0이 아닌 고유치들의 개수로 정의할 수 있다. 비슷한 방법으로, 랭크를 SVD(singular value decomposition) 했을 때 0이 아닌 특이값(singular value)들의 개수로 정의할 수 있다. 따라서, 채널 행렬에서 랭크의 물리적인 의미는 주어진 채널에서 서로 다른 정보를 보낼 수 있는 최대 수라고 할 수 있다.

본 명세서에 있어, MIMO 전송에 대한 '랭크(Rank)'는 특정 시점 및 특정 주파수 자원에서 독립적으로 신호를 전송할 수 있는 경로의 수를 나타내며, '레이어(layer)의 개수'는 각 경로를 통해 전송되는 신호 스트림의 개수를 나타낸다. 일반적으로 송신단은 신호 전송에 이용되는 랭크 수에 대응하는 개수의 레이어를 전송하기 때문에 특별한 언급이 없는 한 랭크는 레이어 개수와 동일한 의미를 가진다.

COMP(Coordinated Multi-Point Transmission and Reception)

LTE-advanced의 요구에 발맞춰, 시스템의 성능 향상을 위하여 CoMP 전송이 제안되었다. CoMP는 co-MIMO, collaborative MIMO, network MIMO 등으로도 불린다. CoMP는 셀 경계에 위치한 단말의 성능을 향상시키고, 평균 셀(섹터)의 효율(throughput)을 향상시킬 것으로 예상된다.

일반적으로, 셀 간 간섭(Inter-Cell Interference)은 주파수 재사용 지수가 1 인 다중-셀 환경에서 셀 경계에 위치한 단말의 성능 및 평균 셀(섹터) 효율을 떨어뜨린다. 셀 간 간섭을 완화시키기 위해, 간섭 제한적인(interference-limited) 환경에서 셀 경계에 위치한 단말이 적정한 성능 효율을 가지도록 LTE 시스템에서는 부분 주파수 재사용(FFR: Fractional Frequency Reuse)과 같은 단순한 수동적인 방법이 적용되었다. 그러나, 각 셀 당 주파수 자원의 사용을 감소시키는 대신, 단말이 수신해야 하는 신호(desired signal)로써 셀 간 간섭을 재 사용하거나 셀 간 간섭을 완화시키는 방법이 보다 이익이 된다. 상술한 목적을 달성하기 위하여 CoMP 전송 방식이 적용될 수 있다.

하향링크에 적용될 수 있는 CoMP 방식은 JP(Joint Processing) 방식과 CS/CB(Coordinated Scheduling/Beamforming) 방식으로 분류할 수 있다.

JP 방식에서, 데이터는 CoMP 단위의 각 포인트(기지국)에서 사용될 수 있다. CoMP 단위는 CoMP 방식에서 이용되는 기지국들의 집합을 의미한다. JP 방식은 다시 연합 전송(joint transmission) 방식과 동적 셀 선택(dynamic cell selection) 방식으로 분류할 수 있다.

연합 전송 방식은 CoMP 단위에서 전체 또는 일부분인 복수의 포인트로부터 PDSCH를 통해 신호가 동시에 전송되는 방식을 의미한다. 즉, 단일의 단말에 전송되는 데이터는 복수의 전송 포인트로부터 동시에 전송될 수 있다. 이와 같은 연합 전송 방식을 통해 가간섭적(coherently) 내지 비간섭적(non-coherently)이든 무관하게 단말에 전송되는 신호의 품질을 높일 수 있으며, 또 다른 단말과의 간섭을 적극적으로 제거할 수 있다.

동적 셀 선택 방식은 CoMP 단위에서 단일의 포인트로부터 PDSCH를 통해 신호가 전송되는 방식을 의미한다. 즉, 특정 시간에 단일의 단말에 전송되는 데이터는 단일의 포인트로부터 전송되고, CoMP 단위 내 다른 포인트에서는 상기 단말로 데이터를 전송하지 않는다. 단말로 데이터를 전송하는 포인트는 동적으로 선택될 수 있다.

CS/CB 방식에 따르면, CoMP 단위는 단일의 단말로의 데이터 전송을 위하여 협력하여 빔포밍을 수행하게 된다. 즉, 서빙 셀에서만 단말로 데이터를 전송하지만, 사용자 스케줄링/빔포밍은 CoMP 단위 내의 복수의 셀 간의 협력을 통해 결정될 수 있다.

상향링크의 경우, CoMP 수신은 지리적으로 분리된 복수의 포인트 간의 협력에 의하여 전송된 신호를 수신하는 것을 의미한다. 상향링크에 적용될 수 있는 CoMP 방식은 JR(Joint Reception) 방식과 CS/CB(Coordinated Scheduling/Beamforming) 방식으로 분류할 수 있다.

JR 방식은 CoMP 단위에서 전체 또는 일부분인 복수의 포인트가 PDSCH를 통해 전송된 신호를 수신하는 방식을 의미한다. CS/CB 방식은 단일의 포인트에서만 PDSCH를 통해 전송된 신호를 수신하게 되나, 사용자 스케줄링/빔포밍은 CoMP 단위 내의 복수의 셀 간의 협력을 통해 결정될 수 있다.

릴레이노드 (RN: Relay Node)

릴레이 노드는 기지국과 단말 간의 송수신되는 데이터를 두 개의 다른 링크(백홀 링크 및 액세스 링크)를 통해 전달한다. 기지국은 도너(donor) 셀을 포함할 수 있다. 릴레이 노드는 도너 셀을 통해 무선으로 무선 액세스 네트워크에 연결된다.

한편, 릴레이 노드의 대역(또는 스펙트럼) 사용과 관련하여, 백홀 링크가 액세스 링크와 동일한 주파수 대역에서 동작하는 경우를 '인-밴드(in-band)'라고 하고, 백홀 링크와 액세스 링크가 상이한 주파수 대역에서 동작하는 경우를 '아웃-밴드(out-band)'라고 한다. 인-밴드 및 아웃-밴드 경우 모두 기존의 LTE 시스템(예를 들어, 릴리즈-8)에 따라 동작하는 단말(이하, 레거시(legacy) 단말이라 한다.)이 도너 셀에 접속할 수 있어야 한다.

단말에서 릴레이 노드를 인식하는지 여부에 따라 릴레이 노드는 트랜스패런트(transparent) 릴레이 노드 또는 넌-트랜스패런트(non-transparent) 릴레이 노드로 분류될 수 있다. 트랜스패런트는 단말이 릴레이 노드를 통하여 네트워크와 통신하는지 여부를 인지하지 못하는 경우를 의미하고, 넌-트랜스패런트는 단말이 릴레이 노드를 통하여 네트워크와 통신하는지 여부를 인지하는 경우를 의미한다.

릴레이 노드의 제어와 관련하여, 도너 셀의 일부로 구성되는 릴레이 노드 또는 스스로 셀을 제어하는 릴레이 노드로 구분될 수 있다.

도너 셀의 일부로 구성되는 릴레이 노드는 릴레이 노드 식별자(relay ID)를 가질 수는 있지만, 릴레이 노드 자신의 셀 식별자(cell identity)를 가지지 않는다.

도너 셀이 속하는 기지국에 의하여 RRM(Radio Resource Management)의 적어도 일부가 제어되면, RRM의 나머지 부분들이 릴레이 노드에 위치하더라도 도너 셀의 일부로서 구성되는 릴레이 노드라 한다. 바람직하게, 이러한 릴레이 노드는 레거시 단말을 지원할 수 있다. 예를 들어, 스마트 리피터(Smart repeaters), 디코드-앤-포워드 릴레이 노드(decode-and-forward relays), L2(제2계층) 릴레이 노드들의 다양한 종류들 및 타입-2 릴레이 노드가 이러한 릴레이 노드에 해당한다.

스스로 셀을 제어하는 릴레이 노드의 경우에 릴레이 노드는 하나 또는 복수 개의 셀들을 제어하고, 릴레이 노드에 의해 제어되는 셀들 각각에 고유의 물리계층 셀 식별자가 제공된다. 또한, 릴레이 노드에 의해 제어되는 셀들 각각은 동일한 RRM 메커니즘을 이용할 수 있다. 단말 관점에서는 릴레이 노드에 의하여 제어되는 셀에 액세스하는 것과 일반 기지국에 의해 제어되는 셀에 액세스하는 것에 차이점이 없다. 이러한 릴레이 노드에 의해 제어되는 셀은 레거시 단말을 지원할 수 있다. 예를 들어, 셀프-백홀링(Self-backhauling) 릴레이 노드, L3(제3계층) 릴레이 노드, 타입-1 릴레이 노드 및 타입-1a 릴레이 노드가 이러한 릴레이 노드에 해당한다.

타입-1 릴레이 노드는 인-밴드 릴레이 노드로서 복수개의 셀들을 제어하고, 이들 복수개의 셀들의 각각은 단말 입장에서 도너 셀과 구별되는 별개의 셀로 보인다. 또한, 복수개의 셀들은 각자의 물리 셀 ID(이는 LTE 릴리즈-8에서 정의됨)를 가지고, 릴레이 노드는 자신의 동기화 채널, 참조신호 등을 전송할 수 있다. 단일-셀 동작의 경우에, 단말은 릴레이 노드로부터 직접 스케줄링 정보 및 HARQ 피드백을 수신하고 릴레이 노드로 자신의 제어 채널(스케줄링 요청(SR), CQI, ACK/NACK 등)을 전송할 수 있다. 또한, 레거시 단말(LTE 릴리즈-8 시스템에 따라 동작하는 단말)들에게 타입-1 릴레이 노드는 레거시 기지국(LTE 릴리즈-8 시스템에 따라 동작하는 기지국)으로 보인다. 즉, 역방향 호환성(backward compatibility)을 가진다. 한편, LTE-A 시스템에 따라 동작하는 단말들에게는, 타입-1 릴레이 노드는 레거시 기지국과 다른 기지국으로 보여, 성능 향상을 제공할 수 있다.

타입-1a 릴레이 노드는 아웃-밴드로 동작하는 것 외에 전술한 타입-1 릴레이 노드와 동일한 특징들을 가진다. 타입-1a 릴레이 노드의 동작은 L1(제1계층) 동작에 대한 영향이 최소화 또는 없도록 구성될 수 있다.

타입-2 릴레이 노드는 인-밴드 릴레이 노드로서, 별도의 물리 셀 ID를 가지지 않으며, 이에 따라 새로운 셀을 형성하지 않는다. 타입-2 릴레이 노드는 레거시 단말에 대해 트랜스패런트하고, 레거시 단말은 타입-2 릴레이 노드의 존재를 인지하지 못한다. 타입-2 릴레이 노드는 PDSCH를 전송할 수 있지만, 적어도 CRS 및 PDCCH는 전송하지 않는다.

한편, 릴레이 노드가 인-밴드로 동작하도록 하기 위하여, 시간-주파수 공간에서의 일부 자원이 백홀 링크를 위해 예비되어야 하고 이 자원은 액세스 링크를 위해서 사용되지 않도록 설정할 수 있다. 이를 자원 분할(resource partitioning)이라 한다.

릴레이 노드에서의 자원 분할에 있어서의 일반적인 원리는 다음과 같이 설명할 수 있다. 백홀 하향링크 및 액세스 하향링크가 하나의 반송파 주파수 상에서 시간분할다중화(TDM) 방식으로 다중화될 수 있다 (즉, 특정 시간에서 백홀 하향링크 또는 액세스 하향링크 중 하나만이 활성화된다). 유사하게, 백홀 상향링크 및 액세스 상향링크는 하나의 반송파 주파수 상에서 TDM 방식으로 다중화될 수 있다 (즉, 특정 시간에서 백홀 상향링크 또는 액세스 상향링크 중 하나만이 활성화된다).

FDD 에서의 백홀 링크 다중화는, 백홀 하향링크 전송은 하향링크 주파수 대역에서 수행되고, 백홀 상향링크 전송은 상향링크 주파수 대역에서 수행될 수 있다. TDD 에서의 백홀 링크 다중화는, 백홀 하향링크 전송은 기지국과 릴레이 노드의 하향링크 서브프레임에서 수행되고, 백홀 상향링크 전송은 기지국과 릴레이 노드의 상향링크 서브프레임에서 수행될 수 있다.

인-밴드 릴레이 노드의 경우에, 예를 들어, 동일한 주파수 대역에서 기지국으로부터의 백홀 하향링크 수신과 단말로의 액세스 하향링크 전송이 동시에 이루어지면, 릴레이 노드의 송신단으로부터 전송되는 신호에 의하여 릴레이 노드의 수신단에서 신호 간섭이 발생할 수 있다. 즉, 릴레이 노드의 RF 전단(front-end)에서 신호 간섭 또는 RF 재밍(jamming)이 발생할 수 있다. 유사하게, 동일한 주파수 대역에서 기지국으로의 백홀 상향링크 전송과 단말로부터의 액세스 상향링크 수신이 동시에 이루어지는 경우도 신호 간섭이 발생할 수 있다.

따라서, 릴레이 노드에서 동일한 주파수 대역에서의 동시에 신호를 송수신하기 위해서, 수신 신호와 송신 신호간에 충분한 분리(예를 들어, 송신 안테나와 수신 안테나를 지상/지하에 설치하는 것과 같이 지리적으로 충분히 이격시켜 설치함)가 제공되지 않으면 구현하기 어렵다.

이와 같은 신호 간섭의 문제를 해결하는 한 가지 방안은, 릴레이 노드가 도너 셀로부터 신호를 수신하는 동안에 단말로 신호를 전송하지 않도록 동작하게 하는 것이다. 즉, 릴레이 노드로부터 단말로의 전송에 갭(gap)을 생성하고, 이 갭 동안에는 단말(레거시 단말 포함)이 릴레이 노드로부터의 어떠한 전송도 기대하지 않도록 설정할 수 있다. 이러한 갭은 MBSFN (Multicast Broadcast Single Frequency Network) 서브프레임을 구성함으로써 설정할 수 있다.

도 13은 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템에서 릴레이 노드 자원 분할을 예시한다.

도 13에서, 첫번째 서브프레임은 일반 서브프레임으로서 릴레이 노드로부터 단말로 하향링크 (즉, 액세스 하향링크) 제어신호 및 데이터가 전송되고, 두번째 서브프레임은 MBSFN 서브프레임으로서 하향링크 서브프레임의 제어 영역에서는 릴레이 노드로부터 단말로 제어 신호가 전송되지만 하향링크 서브프레임의 나머지 영역에서는 릴레이 노드로부터 단말로 아무런 전송이 수행되지 않는다. 여기서, 레거시 단말의 경우에는 모든 하향링크 서브프레임에서 PDCCH의 전송을 기대하게 되므로 (다시 말하자면, 릴레이 노드는 자신의 영역 내의 레거시 단말들이 매 서브프레임에서 PDCCH를 수신하여 측정 기능을 수행하도록 지원할 필요가 있으므로), 레거시 단말의 올바른 동작을 위해서는 모든 하향링크 서브프레임에서 PDCCH를 전송할 필요가 있다. 따라서, 기지국으로부터 릴레이 노드로의 하향링크 (즉, 백홀 하향링크) 전송을 위해 설정된 서브프레임 (두번째 서브프레임)상에서도, 서브프레임의 처음 N (N=1, 2 또는 3) 개의 OFDM 심볼구간에서 릴레이 노드는 백홀 하향링크를 수신하는 것이 아니라 액세스 하향링크 전송을 해야 할 필요가 있다. 이에 대하여, 두번째 서브프레임의 제어 영역에서 PDCCH가 릴레이 노드로부터 단말로 전송되므로 릴레이 노드에서 서빙하는 레거시 단말에 대한 역방향 호환성이 제공될 수 있다. 제 2 서브프레임의 나머지 영역에서는 릴레이 노드로부터 단말로 아무런 전송이 수행되지 않는 동안에 릴레이 노드는 기지국으로부터의 전송을 수신할 수 있다. 따라서, 이러한 자원 분할 방식을 통해서, 인-밴드 릴레이 노드에서 액세스 하향링크 전송과 백홀 하향링크 수신이 동시에 수행되지 않도록 할 수 있다.

MBSFN 서브프레임을 이용하는 두번째 서브프레임에 대하여 구체적으로 설명한다. 두번째 서브프레임의 제어 영역은 릴레이 노드 비-청취(non-hearing) 구간이라고 할 수 있다. 릴레이 노드 비-청취 구간은 릴레이 노드가 백홀 하향링크 신호를 수신하지 않고 액세스 하향링크 신호를 전송하는 구간을 의미한다. 이 구간은 전술한 바와 같이 1, 2 또는 3 OFDM 길이로 설정될 수 있다. 릴레이 노드 비-청취 구간에서 릴레이 노드는 단말로의 액세스 하향링크 전송을 수행하고 나머지 영역에서는 기지국으로부터 백홀 하향링크를 수신할 수 있다. 이 때, 릴레이 노드는 동일한 주파수 대역에서 동시에 송수신을 수행할 수 없으므로, 릴레이 노드가 송신 모드에서 수신 모드로 전환하는 데에 시간이 소요된다. 따라서, 백홀 하향링크 수신 영역의 처음 일부 구간에서 릴레이 노드가 송신/수신 모드 스위칭을 하도록 가드 시간(GT: guard time)이 설정될 필요가 있다. 유사하게 릴레이 노드가 기지국으로부터의 백홀 하향링크를 수신하고 단말로의 액세스 하향링크를 전송하도록 동작하는 경우에도, 릴레이 노드의 수신/송신 모드 스위칭을 위한 가드 시간이 설정될 수 있다. 이러한 가드 시간의 길이는 시간 영역의 값으로 주어질 수 있고, 예를 들어, k (k≥1) 개의 시간 샘플(Ts: time sample) 값으로 주어질 수 있고, 또는 하나 이상의 OFDM 심볼 길이로 설정될 수도 있다. 또는, 릴레이 노드 백홀 하향링크 서브프레임이 연속으로 설정되어 있는 경우에 또는 소정의 서브프레임 타이밍 정렬(timing alignment) 관계에 따라 서브프레임의 마지막 부분의 가드시간은 정의되거나 설정되지 않을 수 있다. 이러한 가드 시간은 역방향 호환성을 유지하기 위하여, 백홀 하향링크 서브프레임 전송을 위해 설정되어 있는 주파수 영역에서만 정의될 수 있다 (액세스 하향링크 구간에서 가드 시간이 설정되는 경우에는 레거시 단말을 지원할 수 없다). 가드 시간을 제외한 백홀 하향링크 수신 구간에서 릴레이 노드는 기지국으로부터 PDCCH 및 PDSCH를 수신할 수 있다. 이를 릴레이 노드 전용 물리 채널이라는 의미에서 R-PDCCH (Relay-PDCCH) 및 R-PDSCH (Relay-PDSCH)로 표현할 수도 있다.

D2D 통신일반

일반적으로 D2D 통신은 사물과 사물 간의 통신이나 사물 지능 통신을 지칭하는 용어로 제한적으로 사용되기도 하지만, 본 발명에서의 D2D 통신은 통신 기능이 장착된 단순한 장치는 물론, 스마트폰이나 개인용 컴퓨터와 같이 통신 기능을 갖춘 다양한 형태의 장치 간의 통신을 모두 포함할 수 있다.

도 14는 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템에서 D2D 통신을 개념적으로 설명하기 위한 도면이다.

도 14a는 기존의 기지국(eNB) 중심의 통신 방식을 나타내는 것으로, UE1은 상향링크 상에서 기지국으로 데이터를 전송할 수 있고, 기지국은 하향링크 상에서 UE2으로 데이터를 전송할 수 있다. 이러한 통신 방식은 기지국을 통한 간접 통신 방식이라고 할 수 있다. 간접 통신 방식에서는 기존의 무선 통신 시스템에서 정의된 링크인 Un 링크(기지국들 간의 링크 또는 기지국과 중계기 간의 링크로서, 백홀 링크라고 칭할 수 있음) 및/또는 Uu 링크(기지국과 단말 간의 링크 또는 중계기와 단말 간의 링크로서, 액세스 링크라고 칭할 수 있음)가 관련될 수 있다.

도 14b는 D2D 통신의 일례로서 UE-to-UE 통신 방식을 나타내는 것으로, UE 간의 데이터 교환이 기지국을 거치지 않고 수행될 수 있다. 이러한 통신 방식은 장치 간의 직접 통신 방식이라고 할 수 있다. D2D 직접 통신 방식은 기존의 기지국을 통한 간접 통신 방식에 비하여 지연(latency)이 줄어들고, 보다 적은 무선 자원을 사용하는 등의 장점을 가진다.

도 15는 본 명세서에서 제안하는 방법이 적용될 수 있는 D2D 통신의 다양한 시나리오들의 일례를 나타낸다.

D2D 통신의 시나리오는 UE1과 UE2가 셀 커버리지 내(in-coverage)/셀 커버리지 밖(out-of-coverage)에 위치하는지에 따라 크게 (1) Out-of-Coverage Network, (2) Partial-Coverage Network 및 (3) In-Coverage Network으로 나뉠 수 있다.

In-Coverage Network의 경우, 기지국의 커버리지에 해당하는 셀(Cell)의 개수에 따라 In-Coverage-Single-Cell 및 In-Coverage-Multi-Cell로 나뉠 수 있다.

도 15a는 D2D 통신의 Out-of-Coverage Network 시나리오의 일 예를 나타낸다.

Out-of-Coverage Network 시나리오는 기지국의 제어 없이 D2D 단말들 간 D2D 통신을 수행하는 것을 말한다.

도 15a에서, UE1과 UE2만 존재하며, UE1과 UE2는 직접 통신을 하는 것을 볼 수 있다.

도 15b는 D2D 통신의 Partial-Coverage Network 시나리오의 일 예를 나타낸다.

Partial-Coverage Network 시나리오는 네트워크 커버리지 내에 위치하는 D2D 단말과 네트워크 커버리지 밖에 위치하는 D2D 단말 간에 D2D 통신을 수행하는 것을 말한다.

도 15b에서, 네트워크 커버리지 내 위치하는 UE1과 네트워크 커버리지 밖에 위치하는 UE2가 통신하는 것을 볼 수 있다.

도 15c는 In-Coverage-Single-Cell 시나리오의 일 예를, 도 15d는 In-Coverage-Multi-Cell 시나리오의 일 예를 나타낸다.

In-Coverage Network 시나리오는 D2D 단말들이 네트워크 커버리지 내에서 기지국의 제어를 통해 D2D 통신을 수행하는 것을 말한다.

도 15c에서, UE1과 UE2는 동일한 네트워크 커버리지(또는 셀) 내에 위치하며, 기지국의 제어 하에 D2D 통신을 수행한다.

도 15d에서, UE1과 UE2는 네트워크 커버리지 내에 위치하기는 하나, 서로 다른 네트워크 커버리지 내에 위치한다. 그리고, UE1과 UE2는 각 네트워크 커버리지를 관리하는 기지국의 제어 하에 D2D 통신을 수행한다.

이하, D2D 통신에 관하여 보다 상세히 살펴본다.

D2D 통신은 도 15에 도시된 시나리오에서 동작할 수 있으나, 일반적으로 네트워크 커버리지 내(in-coverage)와 네트워크 커버리지 밖(out-of-coverage)에서 동작할 수 있다. D2D 통신(단말들 간 직접 통신)을 위해 이용되는 링크를 D2D 링크(D2D link), 다이렉트 링크(directlink) 또는 사이드 링크(sidelink) 등으로 지칭할 수 있으나, 이하 설명의 편의를 위해 사이드 링크로 통칭하여 설명한다.

사이드 링크 전송은 FDD의 경우 상향링크 스펙트럼에서 동작하고, TDD의 경우 상향링크(혹은 하향링크) 서브프레임에서 동작할 수 있다. 사이드 링크 전송과 상향링크 전송의 다중화를 위하여 TDM(Time Division Multiplexing)이 이용될 수 있다.

사이드 링크 전송과 상향링크 전송은 동시에 일어나지 않는다. 상향링크 전송을 위해 사용되는 상향링크 서브프레임 또는 UpPTS와 부분적으로 혹은 전체적으로 겹쳐지는 사이드 링크 서브프레임에서는 사이드 링크 전송이 일어나지 않는다. 또한, 사이드 링크의 전송 및 수신 또한 동시에 일어나지 않는다.

사이드 링크 전송에 이용되는 물리 자원의 구조는 상향링크 물리 자원의 구조가 동일하게 이용될 수 있다. 다만, 사이드 링크 서브프레임의 마지막 심볼은 보호 구간(guard period)으로 구성되어 사이드 링크 전송에 이용되지 않는다.

사이드 링크 서브프레임은 확장 순환 전치(extended CP) 또는 일반 순환 전치(normal CP)에 의해 구성될 수 있다.

D2D 통신은 크게 디스커버리(discovery), 직접 통신(direct communication), 동기화(Synchronization)로 구분될 수 있다.

1) 디스커버리(discovery)

D2D 디스커버리는 네트워크 커버리지 내에서 적용될 수 있다. (Inter-cell, Intra-cell 포함). 인터 셀(inter-cell) 디스커버리에서 동기화된(synchronous) 또는 동기화되지 않은(asynchronous) 셀 배치 모두 고려될 수 있다. D2D 디스커버리는 근접 영역 내의 UE에게 광고, 쿠폰 발행, 친구 찾기 등의 다양한 상용 목적으로 활용될 수 있다.

UE 1이 디스커버리 메시지 전송의 역할(role)을 가지는 경우, UE 1은 디스커버리 메시지를 전송하고, UE 2는 디스커버리 메시지를 수신한다. UE 1과 UE 2의 전송 및 수신 역할은 바뀔 수 있다. UE 1으로부터의 전송은 UE 2와 같은 하나 이상의 UE(들)에 의해 수신될 수 있다.

디스커버리 메시지는 단일의 MAC PDU를 포함할 수 있으며, 여기서 단일의 MAC PDU는 UE ID 및 application ID를 포함할 수 있다.

디스커버리 메시지를 전송하는 채널로 물리 사이드 링크 디스커버리 채널(PSDCH: Physical Sidelink discovery Channel)이 정의될 수 있다. PSDCH 채널의 구조는 PUSCH 구조를 재이용할 수 있다.

D2D 디스커버리를 위한 자원 할당 방법은 두 가지의 타입(Type 1, Type 2)이 이용될 수 있다.

타입 1의 경우, eNB는 단말 특정하지 않은(non-UE specific) 방식으로 디스커버리 메시지 전송을 위한 자원을 할당할 수 있다.

구체적으로, 특정 주기로 복수의 서브프레임으로 구성된 디스커버리 전송 및 수신을 위한 무선 자원 풀(pool)이 할당되고, 디스커버리 전송 UE는 이 무선 자원 풀(pool) 내에서 특정 자원을 임의로 선택한 다음 디스커버리 메시지를 전송한다.

이러한 주기적인 디스커버리 자원 풀(pool)은 반정적(semi-static)인 방식으로 디스커버리 신호 전송을 위해 할당될 수 있다. 디스커버리 전송을 위한 디스커버리 자원 풀(pool)의 설정 정보는 디스커버리 주기, 디스커버리 주기 내 디스커버리 신호의 전송을 위해 사용할 수 있는 서브프레임의 개수(즉, 무선 자원 풀을 구성하는 서브프레임 개수)를 포함한다.

In-coverage UE의 경우, 디스커버리 전송을 위한 디스커버리 자원 풀(pool)은 eNB에 의해 설정되고, RRC 시그널링(예를 들어, SIB(System Information Block))을 이용하여 UE에게 알려줄 수 이다.

하나의 디스커버리 주기 내에 디스커버리를 위해 할당된 디스커버리 자원 풀(pool)은 동일한 크기를 가지는 시간-주파수 자원 블록으로 TDM 및/또는 FDM으로 다중화될 수 있으며, 이러한 동일한 크기를 가지는 시간-주파수 자원 블록을 ‘디스커버리 자원(discovery resource)’으로 지칭할 수 있다.

디스커버리 자원은 하나의 UE에 의해 디스커버리 MAC PDU의 전송을 위해 사용될 수 있다. 하나의 UE에 의해 전송되는 MAC PDU의 전송은 디스커버리 주기 내(즉, 무선 자원 풀(pool))에서 연속적으로(contiguous) 혹은 비연속적(non-contiguous)으로 반복(예를 들어, 4회 반복)될 수 있다. UE는 MAC PDU의 반복되는 전송을 위해 사용될 수 있는 디스커버리 자원 세트(discovery resource set)에서 첫 번째 디스커버리 자원을 임의로 선택하고, 그 이외의 디스커버리 자원은 첫 번째 디스커버리 자원과 관련하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 일정 패턴이 미리 설정되고, UE가 첫 번째로 선택한 디스커버리 자원의 위치에 따라 그 다음의 디스커버리 자원이 미리 설정된 패턴에 따라 결정될 수 있다. 또한, UE가 MAC PDU의 반복되는 전송을 위해 사용될 수 있는 디스커버리 자원 세트 내에서 각각의 디스커버리 자원을 임의로 선택할 수도 있다.

타입2는 디스커버리 메시지 전송을 위한 자원이 단말 특정(UE specific)하게 할당된다. 타입 2는 다시 타입2A(Type-2A), 타입2B(Type-2B)로 세분화된다. 타입 2A는 eNB가 디스커버리 주기 내에서 UE가 디스커버리 메시지의 전송 시점(instance)마다 자원을 할당하는 방식이고, 타입 2B는 반정적인(semi-persistent) 방식으로 자원을 할당하는 방식이다.

타입 2B의 경우, RRC_CONNECTED UE는 RRC 시그널링을 통해 eNB에 D2D 디스커버리 메시지의 전송을 위한 자원의 할당을 요청한다. 그리고, eNB는 RRC 시그널링을 통해 자원을 할당할 수 있다. UE는 RRC_IDLE 상태로 천이할 때 또는 eNB이 RRC 시그널링을 통해 자원 할당을 철회(withdraw)할 때, UE는 가장 최근에 할당된 전송 자원을 해제한다. 이와 같이 타입 2B의 경우, RRC 시그널링에 의해 무선 자원이 할당되고, PDCCH에 의해 할당된 무선 자원의 활성(activation)/비활성(deactivation)이 결정될 수 있다.

디스커버리 메시지 수신을 위한 무선 자원 풀(pool)은 eNB에 의해 설정되고, RRC 시그널링(예를 들어, SIB(System Information Block))을 이용하여 UE에게 알려줄 수 있다.

디스커버리 메시지 수신 UE는 디스커버리 메시지 수신을 위하여 상술한 타입 1 및 타입 2의 디스커버리 자원 풀(pool) 모두 모니터링한다.

2) 직접 통신(direct communication)

D2D 직접 통신의 적용 영역은 네트워크 커버리지 안팎(in-coverage, out-of-coverage)은 물론 네트워크 커버리지 경계 영역(edge-of-coverage)도 포함한다. D2D 직접 통신은 PS(Public Safety) 등의 목적으로 이용될 수 있다.

UE 1이 직접 통신 데이터 전송의 역할을 가지는 경우, UE 1은 직접 통신 데이터를 전송하고, UE 2는 직접 통신 데이터를 수신한다. UE 1과 UE 2의 전송 및 수신 역할은 바뀔 수 있다. UE 1으로부터의 직접 통신 전송은 UE 2와 같은 하나 이상의 UE(들)에 의해 수신될 수 있다.

D2D 디스커버리와 D2D 통신은 서로 연계되지 않고 독립적으로 정의될 수 있다. 즉, 그룹캐스트(groupcast) 및 브로드캐스트(broadcast) 직접 통신에서는 D2D 디스커버리가 요구되지 않는다. 이와 같이, D2D 디스커버리와 D2D 직접 통신이 독립적으로 정의되는 경우, UE들은 인접하는 UE를 인지할 필요가 없다. 다시 말해, 그룹캐스트 및 브로드캐스트 직접 통신의 경우, 그룹 내 모든 수신 UE가 서로 근접할 것을 요구하지 않는다.

D2D 직접 통신 데이터를 전송하는 채널로 물리 사이드 링크 공유 채널(PSSCH: Physical Sidelink Shared Channel)이 정의될 수 있다. 또한, D2D 직접 통신을 위한 제어 정보(예를 들어, 직접 통신 데이터 전송을 위한 스케줄링 승인(SA: scheduling assignment), 전송 형식 등)를 전송하는 채널로 물리 사이드 링크 제어 채널(PSCCH: Physical Sidelink Control Channel)이 정의될 수 있다. PSSCH 및 PSCCH는 PUSCH 구조를 재이용할 수 있다.

D2D 직접 통신을 위한 자원 할당 방법은 두 가지의 모드(mode 1, mode 2)가 이용될 수 있다.

모드 1은 eNB가 UE가 D2D 직접 통신을 위한 데이터 또는 제어 정보를 전송하기 위하여 사용하는 자원을 스케줄링 하는 방식을 말한다. in-coverage에서는 모드 1이 적용된다.

eNB은 D2D 직접 통신에 필요한 자원 풀(pool)을 설정한다. 여기서, D2D 통신에 필요한 자원 풀(pool)은 제어 정보 풀과 D2D 데이터 풀로 구분될 수 있다. eNB가 PDCCH 또는 ePDCCH를 이용하여 송신 D2D UE에게 설정된 풀 내에서 제어 정보 및 D2D 데이터 전송 자원을 스케줄링하면 송신 D2D UE는 할당된 자원을 이용하여 제어 정보 및 D2D 데이터를 전송한다.

전송 UE는 eNB에 전송 자원을 요청하고, eNB는 제어 정보와 D2D 직접 통신 데이터의 전송을 위한 자원을 스케줄링한다. 즉, 모드 1의 경우, 전송 UE는 D2D 직접 통신을 수행하기 위하여 RRC_CONNECTED 상태에 있어야 한다. 전송 UE는 스케줄링 요청을 eNB에 전송하고, 이어 eNB가 전송 UE에 의해 요청되는 자원의 양을 결정할 수 있도록 BSR(Buffer Status Report) 절차가 진행된다.

수신 UE들은 제어 정보 풀을 모니터링하고, 자신과 관련된 제어 정보를 디코딩하면 해당 제어 정보와 관련된 D2D 데이터 전송을 선택적으로 디코딩할 수 있다. 수신 UE는 제어 정보 디코딩 결과에 따라 D2D 데이터 풀을 디코딩하지 않을 수도 있다.

모드 2는 UE가 D2D 직접 통신을 위한 데이터 또는 제어 정보를 전송하기 위하여 자원 풀(pool)에서 특정 자원을 임의로 선택하는 방식을 말한다. out-of-coverage 및/또는 edge-of-coverage에서 모드 2가 적용된다.

모드 2에서 제어 정보 전송을 위한 자원 풀(pool) 및/또는 D2D 직접 통신 데이터 전송을 자원 풀(pool)은 미리 설정(pre-configured)되거나 반정적으로(semi-statically) 설정될 수 있다. UE는 설정된 자원 풀(시간 및 주파수)를 제공 받고, 자원 풀에서 D2D 통신 전송을 위한 자원을 선택한다. 즉, UE는 제어 정보를 전송하기 위하여 제어 정보 자원 풀에서 제어 정보 전송을 위한 자원을 선택할 수 있다. 또한, UE는 D2D 직접 통신 데이터 전송을 위해 데이터 자원 풀에서 자원을 선택할 수 있다.

D2D 브로드캐스트 통신에서, 제어 정보는 브로드캐스팅 UE에 의해 전송된다. 제어 정보는 D2D 직접 통신 데이터를 운반하는 물리 채널(즉, PSSCH)과 관련하여 데이터 수신을 위한 자원의 위치를 명시적으로(explicit) 및/또는 묵시적으로(implicit) 지시한다.

3) 동기화(synchronization)

D2D 동기 신호(또는 사이드 링크 동기 신호)는 UE 가 시간-주파수 동기를 획득하기 위하여 이용될 수 있다. 특히, 네트워크 커버리지 밖의 경우 eNB의 제어가 불가능하므로 UE 간 동기 확립을 위한 새로운 신호 및 절차가 정의될 수 있다.

D2D 동기 신호를 주기적으로 전송하는 UE를 D2D 동기 소스(D2D Synchronization Source)로 지칭할 수 있다. D2D 동기 소스가 eNB인 경우, 전송되는 D2D 동기 신호의 구조는 PSS/SSS와 동일할 수 있다. D2D 동기 소스가 eNB가 아닌 경우(예를 들어, UE 또는 GNSS(Global Navigation Satellite System) 등) 전송되는 D2D 동기 신호의 구조는 새롭게 정의될 수 있다.

D2D 동기 신호는 40ms 보다 작지 않은 주기를 가지고 주기적으로 전송된다. 단말 별로 다중의 물리 계층 사이드 링크 동기화 식별자(physical-layer sidelink synchronization identity)를 가질 수 있다. D2D 동기 신호는 프라이머리 D2D 동기 신호(또는 프라이머리 사이드 링크 동기 신호)와 세컨더리 D2D 동기 신호(또는 세컨더리 사이드 링크 동기 신호)를 포함한다.

D2D 동기 신호를 전송하기 전에, 먼저 UE는 D2D 동기 소스를 탐색할 수 있다. 그리고, D2D 동기 소스가 탐색되면, UE는 탐색된 D2D 동기 소스로부터 수신된 D2D 동기 신호를 통해 시간-주파수 동기를 획득할 수 있다. 그리고, 해당 UE는 D2D 동기 신호를 전송할 수 있다.

이하에서는 명료성을 위해 D2D 통신에 있어서 2개의 장치들 간의 직접 통신을 예로 들어 설명하지만, 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니고, 2 이상의 복수의 장치들 간의 D2D 통신에 대해서도 본 발명에서 설명하는 동일한 원리가 적용될 수 있다.

D2D discovery 방식 중에 하나로 모든 UE가 분산적인 방식에 의해서 discovery를 수행하도록 하는 방식(이하, ‘분산적 discovery’라고 지칭한다.)이 있다. 분산적으로 D2D discovery를 수행하는 방식은 centralized 방식처럼 한곳에서(예를 들어, eNB, UE 또는 D2D 스케줄링 장치 등) 자원 선택을 결정하는 것이 아니며, 모든 UE들이 분산적으로 스스로 판단해서 discovery 자원을 선택하고 discovery 메시지를 송신 및 수신을 하는 방식을 의미한다.

이하, 본 명세서에서는 D2D discovery를 위해서 단말들이 주기적으로 보내는 신호(또는 메시지)를 discovery 메시지, discovery 신호, 비콘 (beacon) 등으로 지칭할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해 discovery 메시지로 통칭한다.

분산적 discovery에서는 UE가 discovery 메시지를 송신 및 수신하기 위한 자원으로서 셀룰러 자원과는 별도로 전용 자원이 주기적으로 할당될 수 있다. 이에 대하여 아래 도 17을 참조하여 설명한다.

도 16은 본 명세서에서 제안하는 방법들이 적용될 수 있는 디스커버리 자원이 할당되는 프래임 구조의 일례를 나타낸다.

도 16을 참조하면, 분산적 discovery 방식에서는 전체 셀룰러 상향링크 주파수-시간 자원 중에서 discovery를 위한 discovery subframe(즉, ‘discovery 자원 풀’)(1601)이 고정적으로(또는 전용적으로) 할당되고, 나머지 영역은 기존의 LTE 상향링크 WAN(wide area network) 서브프레임 영역(1603)으로 구성된다. discovery 자원 풀은 하나 이상의 서브프레임으로 구성될 수 있다.

discovery 자원 풀은 일정 시간 간격(즉, ‘discovery 주기’)으로 주기적으로 할당될 수 있다. 또한, discovery 자원 풀은 하나의 discovery 주기 내에서 반복하여 설정될 수 있다.

도 16의 경우, 10 sec 의 discovery 주기를 가지고 discovery 자원 풀이 할당되고, 각각의 discovery 자원 풀은 64 개의 연속적인 서브프레임이 할당되는 예를 나타낸다. 다만, discovery 주기 및 discovery 자원 풀의 시간/주파수 자원의 크기는 이에 한정되지 않는다.

UE는 전용적으로 할당된 discovery 풀 내에서 자신의 discovery 메시지를 전송하기 위한 자원(즉, ‘discovery 자원’)을 자체적으로 선택하고, 선택된 자원을 통해 discovery 메시지를 전송한다. 이에 대하여 아래 도 17을 참조하여 설명한다.

도 17은 본 명세서에서 제안하는 방법들이 적용될 수 있는 디스커버리 과정을 간략히 예시한 도면이다.

도 16 및 도 17을 참조하면, discovery 방식은 크게 discovery 메시지 전송을 위한 자원 센싱(sensing)(S1701), discovery 메시지 전송을 위한 자원 선택(S1703), discovery 메시지 송신 및 수신(S1705), 이와 같은 3단계 절차로 구성된다.

먼저, discovery 메시지 전송을 위한 자원 센싱 단계(S1701)에서, D2D discovery를 수행하는 모든 UE들은 분산적인 방식으로(즉, 자체적으로) D2D discovery 자원의 1 주기(period)(즉, discovery 자원 풀)동안 discovery 메시지를 전부 수신(즉, 센싱)한다. 예를 들어, 도 16에서 상향링크 대역폭이 10MHz라고 가정하면, 모든 UE는 K=64 msec (64개의 서브프레임) 동안 N=44 RB (전체 상향링크 대역폭은 10MHz 이므로 총 50개의 RB에서 PUCCH 전송을 위해 6개의 RB가 이용된다.)에서 전송되는 discovery 메시지를 전부 수신(즉, 센싱)한다.

그리고, discovery 메시지 전송을 위한 자원 선택 단계(S1703)에서, UE는 센싱한 자원들 중에서 낮은 에너지 레벨의 자원들을 분류하고 그 중 일정 범위 내에서(예를 들어, 하위 x% (x=임의의 정수, 5, 7, 10, ...) 내에서) discovery 자원을 랜덤하게 선택한다.

discovery 자원은 동일한 크기를 가지는 하나 이상의 자원 블록으로 구성될 수 있으며, discovery 자원 풀 내에서 TDM 및/또는 FDM으로 다중화될 수 있다.

그리고, 마지막 절차인 discovery 메시지 전송 및 수신 단계(S1705)에서, UE는 discovery 한 주기 후에(도 16의 예시에서 P=10초 후) 선택된 discovery 자원을 기반으로 discovery 메시지를 송수신하며, 이후의 discovery 주기에서는 랜덤한 자원 호핑(hopping) 패턴에 따라서 주기적으로 discovery 메시지를 송수신한다.

이러한, D2D discovery 절차는 UE가 eNB와 연결이 있는 RRC_CONNECTED 상태에서도 진행될 뿐만 아니라 eNB와 연결이 없는 RRC_IDLE 상태에서도 계속 수행된다.

위와 같은 discovery 방식을 고려하면, 모든 UE들은 주위의 UE들이 전송하고 있는 모든 자원들(즉, discovery 자원 풀)을 sensing 하고 그 중에서 일정 범위(예를 들어, 하위 x%내)에서 랜덤하게 discovery 자원을 선택한다.

D2D Frame Structure

이하에서, 단말 간 직접 통신을 위한 D2D 프레임 구조(D2D frame structure)에 대해 살펴보기로 한다.

앞서 살핀, 도 14b를 참조하여 D2D 디스커버리 절차에 대해 살펴보기로 한다.

도 14b에서, UE는 사용자의 단말을 의미하지만, eNB와 같은 network 장비가 UE들 간 통신 방식에 따라서 신호를 송수신하는 경우, 상기 eNB와 같은 network 장비 역시 UE의 개념에 포함될 수 있다.

이하에서는 설명의 편의상 UE 사이에 직접 연결된 링크를 D2D 링크로, UE가 eNB와 통신하는 링크를 eNB-UE 링크로 지칭하기로 한다.

상기 D2D 링크 및 eNB-UE 링크의 표현은 일 예에 해당하며, 동일한 의미를 지니는 다른 용어로 표현될 수도 있다.

도 14b에 도시된 바와 같이, UE는 D2D 링크를 통해 다른 UE와 통신을 수행하며, 상기 D2D 링크로 연결될 수 없는 위치의 다른 UE와는 eNB-UE 링크를 통해통신을 수행한다.

즉, 특정 UE 관점에서는 상기 D2D 링크와 상기 eNB-UE 링크가 공존할 수 있도록 무선 통신 시스템이 운영되어야 한다.

일반적으로, 무선 통신 시스템의 사용 자원에는 eNB가 UE로의 송신에 사용하는 DL 자원과 UE가 eNB로의 송신에 사용하는 UL 자원이 있다.

FDD 시스템에서 DL 자원은 DL band, UL 자원은 UL band에 해당하며,

TDD 시스템에서, DL 자원은 DL subframe, UL 자원은 UL subframe에 해당한다.

DL 자원은 eNB가 높은 전송 전력으로 신호를 송신하는 자원이므로, 상대적으로 낮은 전력의 UE가 상기 DL 자원을 D2D 링크로 운영할 경우, 간섭 수준이 매우 높게 된다.

따라서, UE는 UL 자원을 D2D 링크에 활용하는 것이 바람직할 수 있다.

UL 자원은 복수의 UL subframe으로 구성되는데, eNB에 연결되어 동기가 맞추어져 있는 UE는 UL subframe의 경계를 eNB가 지정해주는 timing advance (TA) 지시로부터 파악할 수 있다.

도 18은 TA 지시를 통하여 UL subframe 경계를 파악하는 방법의 일 예를 나타낸 도이다.

도 18에 도시된 바와 같이, eNB는 서로 다른 거리를 가지는 복수의 UE들이 송신한 신호가 동일한 시점에 도달할 수 있도록 각 UE에게 DL subframe의 경계를 검출한 시점부터 일정 시간 일찍 UL subframe의 경계를 설정할 것을 TA 지시를 통해 알린다.

eNB와 각 UE 사이의 propagation delay를 보상할 수 있도록 적절한 TA를 설정함으로써(특히, 도 18에서와 같이 TA 값을 해당 UE와 eNB 사이의 propagation delay의 두 배로 설정함으로써), 서로 다른 위치의 UE가 송신한 신호가 동시에 eNB에 도달하는 것이 가능할 수 있다.

앞서 살핀, 기지국의 TA 지시를 통해 각 단말들은 eNB-UE 링크의 UL subframe 경계를 획득할 수 있다.

또한, D2D 동작의 주요 대상이 되는 근접한 위치에 있는 UE들은 비슷하거나 동일한 TA 값을 가지고 있을 확률이 높기 때문에, 이 TA 값을 기반으로 D2D 링크의 subframe 경계를 결정함으로써, UE들 간 동기화를 수행할 수 있다.

특히, 이러한 방법은 D2D 링크로 UL 자원을 사용하는 경우, D2D 링크가 사용하는 subframe 경계와 eNB-UE 링크가 사용하는 subframe 경계가 동일하기 때문에 두 링크를 시간 차원에서 전환하는 동작 즉, 특정 subframe에서는 D2D 링크를 동작하고 다른 subframe에서는 eNB-UE 링크를 동작하는 것이 훨씬 원활해지는 장점이 있다.

한편, 경우에 따라서 eNB에 연결되지 않은 UE 역시 D2D 동작을 수행할 필요가 있다.

이 경우, eNB에 연결되지 않은 UE는 상기 eNB로부터 TA 지시를 받을 수가 없으므로 무엇을 기준으로 D2D 링크를 위한 subframe 경계를 설정할 것인지가 문제가 된다.

물론, eNB에 연결되지 않은 UE가 D2D 동작을 수행하기 이전에 random access(RA)와 같은 절차를 통해 eNB에 연결을 시도하고, 이를 통해 획득한 TA 지시를 기반으로 subframe 경계를 설정할 수도 있다.

하지만, RA를 통해 TA를 획득하는 과정은 UE가 매번 D2D 통신 이전에 eNB에 연결을 시도함으로써, 추가적인 시간 지연 및 배터리 소모를 수반할 수 있다는 단점이 있을 수 있다.

따라서, eNB에 연결되지 않는 UE의 동작은 TA 지시 없이도 가능하도록 설계하는 것이 바람직하다.

여기서, TA 지시 없이 동작한다 함은 특정 UE에 특화된 TA 값을 가지지 않는다는 것을 의미할 수 있으며, 이는 곧 불특정 다수의 UE가 동일한 TA 값을 가지고 동작하는 것을 의미할 수 있다.

구체적으로, TA 값을 0으로 설정하여 UE가 수신하는 DL subframe의 경계가 곧 UL subframe (또는 D2D subframe)의 경계가 되도록 하거나 사전에 특정한 TA 값으로 설정하여 system information 등을 통해 전송되도록 할 수도 있다.

앞서 살핀 바와 같이, D2D 통신은 (1) D2D의 대상이 되는 UE가 인접한 위치에 존재하는지를 파악하는 discovery 과정과 (2) 특정 UE와 데이터를 송수신하는 communication 과정으로 구분할 수 있다.

eNB로부터 TA의 지시를 수신하지 않고 D2D 통신을 수행하는 경우, 상기 두 과정((1) 및 (2)) 모두가 여기에 적용될 수도 있고, (1) 또는 (2)의 과정만 적용될 수도 있다.

예를 들어, eNB에 연결되지 않은 UE의 D2D discovery 과정은 TA 지시 없이 수행하지만 상기 D2D discovery 과정을 통해 통신하고자 하는 UE가 발견되는 경우, 상기 eNB에 연결을 시도하고 상기 eNB로부터 획득된 TA 값에 따라 communication 과정을 수행하도록 동작할 수도 있다.

여기서, eNB에 연결된 UE도 eNB에 연결되지 않은 UE와의 동기화를 위해서 D2D 통신의 일부 또는 전체 절차를 수행함에 있어서, 상기 eNB에 연결되지 않은 경우처럼 기 획득된 TA 값이 없다고 가정하고 D2D 동작을 수행할 수도 있다.

특히, eNB에 연결된 UE가 D2D communication을 TA 지시에 따라서 수행한다면, UL subframe의 동기가 D2D communication과 eNB-UE link에서 동일하게 유지되므로 D2D communication으로 인한 eNB-UE link에의 영향이 최소화되는 효과가 있다.

즉, 특정 subframe을 D2D communication으로 사용하는 경우, 그와 동일한 subframe boundary를 유지하는 인접 subframe을 eNB-UE link로 활용할 수 있게 된다.

따라서, eNB-UE link와 D2D link 사이에서의 송/수신 동작 전환이 필요없는 D2D 신호를 송신하는 UE의 경우, TA 지시에 따라 수행하는 D2D communication에서 상기 UE는 D2D로 할당된 subframe 내 모든 자원에서 D2D 신호를 송신할 수 있게 된다.

또한, D2D discovery 절차를 TA 지시 없이 수행하지만 D2D communication은 상기 TA 지시에 따라 수행하는 경우, eNB에 연결되지 않은 UE(UE 1)가 D2D communication을 수행할 상대 UE(UE 2)가 상기 eNB에 연결되지 않았다는 사실을 파악할 수 있다면, 상기 UE 1은 상기 eNB에 연결되어 TA 지시에 따른 subframe 동기에 따라 communication을 수행하는 대신, D2D discovery에서와 마찬가지로, TA 지시 없이 곧바로 D2D communication을 시도할 수 있다.

즉, eNB에 연결되지 않은 두 UE 간 D2D communication은 D2D discovery와 동일하게 TA 지시 없이 수행할 수 있다.

이는 두 UE가 모두 eNB에 연결되어 있지 않기 때문에, TA 지시에 따라서 D2D communication을 수행함으로써 얻을 수 있는 eNB-UE link 동작의 영향에 대한 최소화가 의미 없기 때문이다.

따라서, 각 UE는 D2D discovery signal을 생성함에 있어서 자신이 eNB에 연결되어 있는지 여부(예를 들어, idle mode인지 connected mode인지 여부)에 따라 상이한 signal을 생성함으로써, D2D discovery signal을 수신하는 다른 UE가 자신의 상태를 파악할 수 있도록 동작할 수 있다.

또는, eNB에 연결되어 TA에 따른 UL 전송을 수행하고 있는 UE라 하더라도 현재 사용 중인 TA 값이 일정 기준 이하로 주어져서 TA 지시 없이 D2D communication을 수행할 수 있는 경우, UE는 idle mode에 있는 것처럼 discovery signal을 생성할 수 있으며, 이를 위해 UE는 discovery signal을 생성할 때 자신이 사용 중인 TA 값이 일정 수준 이하인지 여부 (idle mode인 경우 TA가 일정 수준 이하라고 가정)에 따라 상이한 discovery signal을 생성하도록 동작할 수도 있다.

만약, 특정 UE가 eNB에 연결되어 TA 지시에 따라 D2D communication을 수행하려 할 때, 상대 UE가 idle mode에 있다고 확인된 경우에는, 이 사실을 eNB에 보고하여 eNB로 하여금 상기 상대 UE에게 접속 시도를 지시하고, eNB가 부여하는 TA 값에 따라 UL subframe을 동기화하도록 동작할 수 있다.

이를 통해, 상기 특정 UE는 자신의 TA 값을 유지하는 D2D communication을 수행할 수 있게 된다.

즉, 도 19는 앞서 살핀 UE와 eNB의 연결 여부에 따른 D2D 동작의 일 예를 나타낸다.

도 19에 도시된 바와 같이, UE1은 eNB에 연결되어 있는 상태(connected mode)이며, UE2는 eNB에 연결되어 있지 않은 상태(idle mode)이다.

여기서, 상기 UE1은 eNB로 상기 UE2와의 D2D communication 요청을 전송할 때, 상기 UE2가 idle mode에 있다는 사실을 나타내는 부가 정보를 함께 전송할 수 있다.

이하에서는, TA 지시 없이 D2D 통신을 효과적으로 수행할 수 있는 frame structure를 FDD 시스템과 TDD 시스템으로 각각 나누어 살펴보기로 한다.

FDD시스템

도 20은 FDD 시스템에서의 DL 및 UL subframe 경계의 일 예를 나타낸 도이다.

도 20에 도시된 바와 같이, UL subframe은 DL subframe 기준으로 TA 값만큼 앞서서 시작하는 것을 볼 수 있다.

도 21은 도 20에서 UL subframe 1에서 D2D가 동작하는 상황의 일 예를 나타낸다.

앞서 살핀 것처럼, D2D가 동작하는 상황에서는 TA를 0으로 설정하고 DL subframe의 경계와 UL subframe의 경계를 일치하는 것으로 가정하였다.

즉, 도 21에 도시된 바와 같이, D2D link를 위한 UL subframe 1의 뒤 쪽 일부분(region B로 표기)이 eNB-UE link의 UL subframe 2와 중첩되는 문제가 발생한다.

여기서, UL subframe 2를 eNB-UE 링크로 사용하는 경우, 오직 UL subframe 1의 region A에서만 D2D 동작이 가능해진다.

이하에서는, 도 21에서와 같이, D2D link의 UL subframe 경계와 eNB-UE link의 UL subframe 경계가 일치하지 않는 경우의 해결 방법들(방법 1 내지 방법 4)에 대해 살펴보기로 한다.

방법 1

방법 1은 도 21의 region A와 같이 subframe 간 중첩이 발생하지 않는 부분에서만 D2D를 운영하는 방법이다.

이를 위해서 eNB는 RRC 혹은 system information 등과 같은 signaling을 통하여 한 subframe에서 region A가 차지하는 영역의 위치 또는 길이 정보를 UE에게 전달할 수 있다.

Region B는 최대의 TA 값을 가지는 UE의 후행하는 eNB-UE link subframe을 포함할 수 있어야 하므로, eNB는 자신의 셀 반경 등을 고려하여 region A의 길이를 설정할 수 있다.

추가적으로, region A의 처음 및/또는 끝 부분에는 UE가 eNB-UE 동작과 D2D 동작 사이의 동작 모드 전환(예: eNB-UE 링크에서의 송신과 D2D 링크에서의 수신 사이의 전환)을 수행할 수 있는 보호 구간(guard period 또는 guard interval)이 일정 시간 동안 설정될 수도 있다.

상기 guard period는 송수신 전환을 수행하는 UE 입장에서는 필수적이지만 송수신 전환을 수행하지 않고 인접한 두 subframe에서 동일한 송신/수신 동작을 수행하는 UE에게는 상기 guard period가 설정되지 않을 수도 있다.

일 예로, 지속적으로 여러 subframe에서 신호를 송신하는 UE에게는 이러한 guard period가 없이 신호의 송신이 수행되는 반면, 인접 subframe에서 송신을 수행하다 수신으로 전환하는 UE는 일정 시간을 guard period로 설정하고, 나머지 영역을 통해서만 신호를 송신 또는 수신할 수 있다.

도 21의 Region B에서는 기본적으로 UL subframe 2에서의 eNB-UE link 동작이 수행되어야 하므로 D2D link로 활용이 불가능하다.

도 22는 UL 서브프레임 간 중복이 발생하는 경우의 충돌 해결 방법의 일 예로서, 앞서 살핀 방법 1을 나타낸다.

방법 2

방법 2는 도 21의 region A와 region B 모두를 D2D의 용도로 사용하는 방법을 나타낸다.

즉, 도 23은 UL 서브프레임 간 중복이 발생하는 경우의 충돌 해결 방법의 일 예로서, 방법 2를 나타낸다.

도 23에 도시된 바와 같이, 후행하는 subframe을 eNB-UE link로 사용하는데 제약이 발생한다.

간단한 방법으로는 후행하는 subframe (도 23의 SF m+1)에서는 eNB-UE 동작을 수행하지 않도록 정의하는 것이다.

만일, UE가 후행하는 subframe에서 특정 신호(UL ACK/NACK 또는 주기적인 channel state information report 또는 sounding reference signal 또는 semi-persistent scheduling signal)를 전송하도록 기지국으로부터 지시 받은 경우, 상기 특정 신호의 전송을 다음 subframe과 같이 사전에 약속된 위치로 이동하거나 또는 상기 특정 신호의 전송 자체를 생략하는 것이다.

또는, 보다 효과적인 자원 활용을 위해서 부분적인 시간 자원(즉, subframe m+1의 시간 자원 중 region B와 겹치지 않는 부분)을 이용하여 eNB-UE 동작을 수행할 수도 있으며, 후술할 방법 3에서 설명하는 내용이 적용될 수도 있다.

방법 3

방법 3은 앞서 살핀 방법 1과 방법 2의 중간 형태로, region B의 일부 영역에서 D2D 동작을 수행하는 방법이다.

앞서 살핀 것처럼, 방법 3은 방법 2에서 설명한 후행하는 subframe을 부분적으로 eNB-UE link에 활용하는 경우에도 효과적일 수 있다.

도 24는 UL 서브프레임 간 중복이 발생하는 경우의 충돌 해결 방법의 일 예로서, 방법 3을 나타낸다.

도 24에 도시된 바와 같이, D2D link SF m의 region B의 일부 영역을 D2D로 활용함으로써 subframe m+1에서 시작 부분의 일부 시간 동안 eNB-UE 링크를 동작하는데 제약이 발생한다.

방법 3은 도 24에서와 같이, 일부 시간만을 이용하여 eNB-UE 링크를 동작할 때, eNB-UE 링크로 송수신하는 신호의 포맷(특히 사용하는 시간의 길이)가 사전에 몇 가지로 제한되는 경우에 효과적일 수 있다.

구체적으로, 도 23에서와 같이 region B의 전 영역을 D2D로 사용하게 되면 subframe m+1에서 eNB-UE 링크로 송수신하는 신호는 매우 다양한 종류의 신호 포맷을 가져야 하는데, 이는 UE의 구현을 복잡하게 만든다.

따라서, subframe m+1에서 사용하는 신호 포맷을 하나 또는 몇 가지로 제한하고, 상기 제한된 포맷 중 현재의 상황에 가장 부합하는 포맷을 선택하되, 상기 선택된 포맷이 도 24에서와 같이 region B의 일부 영역만을 차지하는 경우에는 상기 region B의 일부 영역을 제외한 나머지 부분을 region A와 함께 D2D 동작에 활용하는 것이다.

D2D subframe의 후행 subframe에서 부분적인 시간 자원을 이용하여 수행할 수 있는 eNB-UE 동작의 일례는 (1) 내지 (3)과 같을 수 있다.

(1) PUSCH 혹은 PUCCH를 전송하되, 한 subframe 중 뒤쪽의 일부 symbol만을 사용하여 전송하는 format을 사용.

eNB는 몇 개의 symbol을 사용하여 PUSCH 혹은 PUCCH를 해당 subframe에서 전송할 지를 알려줄 수 있다.

한 subframe을 구성하는 두 slot 사이에서 유사한 signal format이 주파수 위치를 변화하는 형태(frequency hopping 방식)로 구성되는 특징을 활용하여 하나의 slot에서만 PUSCH나 PUCCH를 전송하도록 동작할 수 있다.

(2) 한 symbol에서만 전송되는 SRS를 전송.

이 경우, 여러 symbol이 후행하는 subframe에서 가용하다면 각 symbol 마다 SRS를 전송할 수도 있다.

이를 위해서, eNB는 후행하는 subframe에서 몇 개의 symbol이 SRS를 전송하는데 사용될 수 있는지를 알려줄 수도 있다.

(3) 몇 개의 symbol에서만 사용되는 PRACH preamble을 전송.

마찬가지로, eNB는 후행하는 subframe에서 몇 개의 symbol이 PRACH를 전송하는데 사용될 수 있는지를 알려줄 수 있다.

방법 4

방법 4는 방법 3의 또 다른 방법 즉, 또 다른 방법 1과 방법 2의 중간 형태로, region A의 일부 영역에서만 D2D 동작을 수행하는 것이다.

방법 4는 방법 1에서 설명한 후행하는 subframe 전체를 eNB-UE link에 활용하는 경우에 효과적일 수 있다.

도 25는 UL 서브프레임 간 중복이 발생하는 경우의 충돌 해결 방법의 일 예로서, 방법 4를 나타낸다.

region B에서는 D2D를 동작하지 않음으로써 subframe m+1의 전체 영역에서 eNB-UE 링크를 동작할 수 있는 방법이다.

방법 4는 도 25에서와 같이 region A의 일정 시간만을 이용하여 D2D 링크를 동작하는데, 이는 D2D 링크로 송수신하는 신호의 포맷(특히 사용하는 시간의 길이)이 사전에 몇 가지로 제한된 경우에 특히 효과적이다.

구체적으로, 도 22에서와 같이 region A의 전 영역을 D2D로 사용하게 되면 subframe m에서 D2D 링크로 송수신하는 신호는 실제 적용되는 TA 값에 따라서 차지할 수 있는 영역이 달라지게 된다.

이는 subframe m이 매우 다양한 종류의 신호 포맷을 가지도록 하며, 결과적으로 UE의 구현을 복잡하게 만든다.

따라서, subframe m에서 사용하는 신호 포맷을 하나 또는 몇 가지로 제한하고, 상기 제한된 포맷 중 현재의 상황에 가장 부합하는 포맷을 선택하되, 상기 선택된 포맷이 도 25에서와 같이 region A의 일부 영역만을 차지하는 경우에는 상기 region A의 일부 영역을 제외한 나머지 부분은 D2D 용도로 사용하지 않도록 둘 수 있다.

도 19 내지 도 25에서, UE의 모드 전환을 위한 guard period는 경우에 따라서 D2D 동작의 시작이나 끝나는 시점에만 나타날 수도 있거나 또는 양 쪽(시작 및 끝) 모두에서 나타나거나 또는 양 쪽 모두에서 나타나지 않을 수도 있다.

상기 guard period가 D2D 동작의 양 쪽 모두에서 나타나지 않는 경우의 예로는 UE가 모드 전환을 매우 빠른 속도로 수행할 수 있는 경우일 수 있다.

또는, D2D subframe의 경계에 적절한 offset을 추가로 부여함으로써 guard period의 일부 또는 전부가 나타나지 않도록 동작할 수도 있다.

도 26은 D2D 동작에서 UE의 모드 전환을 위해 guard period가 설정된 일 예를 나타낸다.

도 26의 경우, UE의 모드 전환에 절반의 symbol 시간 이하가 소모된다고 가정하였으며, 도 22에서 설명한 방법 1을 가정하여 한 subframe 내 전체 14 symbol 중 마지막 한 symbol은 region B로 할당되어(즉 TA가 한 symbol 길이가 되어) 해당 마지막 한 symbol에서는 D2D 동작이 불가능함을 가정하였다.

여기서는 한 subframe이 14개의 symbol로 구성되었다고 가정하였으나, D2D 통신을 위한 설정, 특히 cyclic prefix의 길이 설정에 따라서 한 subframe을 구성하는 symbol의 개수는 달라질 수 있다.

또한, 도 26에서는 eNB-UE 링크의 DL subframe 경계보다 일정 offset 만큼 (예를 들어 한 symbol 시간의 절반에 해당하는 시간 만큼) 일찍 D2D 링크의 subframe이 시작한다고 가정하였다.

즉, UE는 먼저 UL subframe m-1에서 eNB-UE link의 동작을 수행하고 난 다음에 D2D 동작을 위한 모드 전환을 수행한다.

그러면 DL 수신 시점에서 일정한 offset이 부가되어 좀 더 일찍 시작하는 D2D subframe m의 경계가 나타나고 여기서부터 D2D 동작을 수행한다.

Symbol 12까지 D2D 동작을 수행한 UE는 eNB-UE link의 UL subframe m+1과 부분적으로 중첩되어 사용이 불가능한 symbol 13의 앞 쪽 영역에서 다시 eNB-UE 링크로의 모드 전환을 수행한다.

UE는 eNB-UE 링크로의 모드 전환 이후 시작되는 UL subframe m+1에서 eNB-UE 동작을 수행한다.

도 26에서와 같은 동작을 위해서는 최소한 일정 값 이상의 TA가 인가되어 있어야하지만, eNB-UE link의 UL subframe m-1의 종료점과 D2D link의 subframe m의 시작점 사이에 모드 전환을 위한 시간이 보장된다.

이를 위해서 eNB는 모든 UE에게 최소한 일정 값 이상의 TA가 인가될 수 있도록 TA 지시를 수행할 수 있다.

이는 eNB의 UL subframe 경계가 처음부터 DL subframe 경계보다 조금 일찍 나타난다는 것으로 해석될 수도 있다.

이런 의미에서 도 26은 D2D 동작을 수행하고 eNB에 연결된 UE 중 최소의 TA를 가지는 UE의 경우라고 볼 수도 있으며, TA가 더 큰 UE에 대해서는 후술할 도 27에서와 같이 subframe m에서의 D2D 동작이 가능한 symbol이 줄어들도록 동작해야 한다.

도 27에서와 같이 TA 값이 일정 수준 이상으로 설정되면, subframe m에서 D2D를 위해서 사용할 수 있는 OFDM symbol(또는 SC-FDMA symbol)의 개수가 변화하게 된다.

이를 해결하기 위한 방법은 D2D link에서의 송수신 신호의 format을 다양하게 만들어 두고 각 상황에서 가용한 OFDM symbol 개수에 맞는 format을 선정하도록 동작하는 것이다.

여기서, TA 값은 UE마다 다르게 설정되기 때문에 eNB는 셀 내의 UE들에 대한 TA 값의 최대치를 기준으로 하여서 사용할 D2D link의 송수신 신호 format(혹은 D2D로 가용한 OFDM symbol의 개수)를 결정하고, 이를 system information이나 RRC와 같은 신호를 통하여 UE에게 알려줄 수 있다.

이를 수신한 UE는 비록 자신의 TA 값에서는 더 많은 symbol을 D2D로 사용할 수 있다고 하더라도 상이한 TA 값을 가지는 UE와의 올바른 신호 송수신을 위해서 eNB가 signaling한 format에 맞추어 (일반적으로 자신의 TA 값에서 사용할 수 있는 OFDM symbol보다 더 적은 수의 symbol을 사용함) D2D 신호를 송수신하도록 동작한다.

여기서, 과도하게 많은 D2D 송수신 신호 format을 만드는 것은 UE의 구현을 과도하게 복잡하게 만드는 단점이 있다.

이 경우, 도 25에서 설명한 방법 4를 사용하여, D2D 송수신 신호의 format을 몇 개로 제한하고 가용한 모든 symbol을 D2D로 사용하는 대신 가장 부합하는 format을 사용하되, 일부 symbol은 D2D link 용도로 활용하지 않는 동작이 바람직할 수 있다.

도 28은 이러한 방법의 일 예를 나타내는 것으로, 도 27에서와 동일하게 TA가 주어지는 상황에서 앞 쪽 절반에 해당하는 OFDM symbol #0 ~ #6까지만을 D2D로 활용하고 나머지 symbol은 사용하지 않는 경우에 해당한다.

이 경우, 도 26과 같이 TA가 상대적으로 작게 주어지는 상황에서는 OFDM symbol #0 ~ #12를 D2D로 사용할 수가 있으며, 이는 후술할 도 29에서의 두 종류의 D2D 송수신 신호 format을 가지는 것으로 설명될 수 있다.

도 29에서 D2D로 활용되는 OFDM symbol 중 일부는 UE의 송수신 모드 변환을 위해서 실제 신호 송수신에는 활용되지 않을 수도 있는데, 특히 symbol #6이 그러하다.

도 29에서는 한 subframe의 절반에 해당하는 한 slot 단위로 D2D 송수신 신호의 format이 결정되며, 한 slot의 마지막 symbol(도 29에서는 symbol #6 및 symbol #13)은 다음 slot에서의 D2D 또는 eNB-UE 링크 송수신 동작을 위한 모드 변환의 용도로 사용된다고 가정하였다.

그 결과로, 도 26과 같이 TA가 적게 주어지는 경우에는 D2D subframe format 1을 적용하여 두 slot 모두를 D2D 송수신으로 활용 (특히 symbol #6를 사용하여 송수신 모드의 변환이 가능하므로 각 slot에서의 송신/수신 동작 모드를 상이하게 설정할 수 있음) 가능하다.

반면에, 도 27에서와 같이 TA가 크게 주어지는 경우에는 D2D subframe format 2를 적용하여 앞 쪽 slot만을 D2D 송수신으로 활용하는 것이다.

특히, 도 29의 D2D subframe 구조는 상대적으로 짧은 시간 영역에 해당하는 한 slot을 이용하는 것이 기본 단위가 되므로, 상대적으로 적은 양의 신호를 전달하는 discovery 신호를 전달하는 경우에 유용하게 적용될 수 있다.

만일, TA 값이 커서 하나의 slot만을 사용하는 D2D subframe format 2를 적용하게 된다면, 보다 많은 subframe을 D2D 용도로 할당함으로써 자원 부족 문제를 해결할 수 있다.

만일, TA 값이 더 커져서 D2D subframe의 첫 번째 slot의 일부 영역과 다음 eNB-UE link의 UL subframe의 영역이 중첩된다면 도 30에서와 같이 연속하는 두 subframe (subframe #m, m+1)을 D2D subframe으로 할당한다.

그리고, subframe m+1은 실제로는 D2D로 활용하지 못하고 실제로는 대부분의 영역에서 subframe m+2에서의 eNB-UE link 동작을 수행해야 한다.

동시에 subframe m을 이용하여 D2D 동작을 수행할 수 있는데, 이 경우 해당 subframe의 모든 symbol을 사용할 수 있으므로 도 29의 경우에는 D2D subframe format 1을 subframe m에서 적용할 수 있으며, subframe m+1은 D2D subframe으로는 지정되지만 아무런 D2D 동작을 수행하지 않는 null D2D subframe으로 간주될 수 있다.

이러한 null D2D subframe도 하나의 D2D subframe format으로 간주될 수 있으며, 이러한 상황을 종합하여 eNB는 어떤 subframe이 D2D subframe으로 사용되는지 (특히 TA 지시를 따르지 않는 D2D 동작이 수행되는 subframe, 예를 들어 discovery가 수행되는 subframe이 어디인지) 그리고 각 D2D subframe에서의 format이 무엇인지를 UE에게 알려줄 수 있다.

도 31은 도 26의 TA가 매우 작게 설정되는 경우의 일 예를 나타낸다.

도 31에 도시된 바와 같이, subframe m-1의 마지막 symbol이 subframe m의 첫 번째 symbol과 부분적으로 겹치게 되는데, 이 경우 subframe m-1의 마지막 symbol을 사용하지 않고 모드 전환을 수행하도록 동작할 수 있다.

특히, 이 동작은 D2D subframe m-1에서 eNB로 UL 신호를 전송한 UE가 subframe m에서 D2D 신호를 수신해야 하는 경우에 효과적일 수 있다.

이는 subframe m에서 D2D 신호를 전송하는 UE는 subframe m-1과 m 사이의 모드 전환이 불필요하기 때문이다.

subframe m-1의 마지막 symbol을 사용하지 않는 동작의 일 예로, eNB는 해당 subframe m-1을 SRS를 위한 subframe으로 configure하여 해당 UE가 해당 subframe에서는 마지막 symbol 이전에 eNB로의 PUSCH 혹은 PUCCH 송신을 종료하도록 동작할 수 있다.

즉, 어떤 UE가 subframe m에서 D2D 신호를 수신하는데 subframe m-1에서 eNB로의 신호를 송신하고 TA 값이 일정 수준 (예를 들어 모드 전환을 위한 시간) 이하로 주어지는 경우에는, subframe m-1에서의 마지막 symbol에 대한 전송 지시는 수행하지 않도록 eNB가 조절할 수 있다(적절한 SRS configuration 등을 통하여).

또는, 만일 eNB의 조절이 없었을 경우에는 자동적으로 전송을 수행하지 않도록 (예를 들어 스스로 SRS를 전송하지 않거나 PUSCH/PUCCH 전송을 그 이전에 종료하도록) 동작하도록 할 수 있다.

만일, UE가 subframe m에서 D2D 신호를 송신한다면 이러한 모드 전환이 필요 없으므로 subframe m-1의 마지막 symbol의 일부 영역을 이용하여 eNB로의 신호 송신에 활용할 수 있고, 일 예로 상기 설명한 SRS를 송신하도록 동작할 수 있다.

또는, 동작의 통일성을 위해서 상기 subframe m-1의 마지막 symbol에서는 eNB로의 송신을 수행하지 않는 것으로 정의할 수도 있다.

도 31과 도 26의 차이점으로는, 도 31에서는 subframe m의 마지막 symbol이 D2D 용도로 가능하다.

이 경우, eNB는 TA 값에 따라서 도 26 및 도 31의 동작을 적절하게 configure할 수 있으며, 또는 동작의 통일성을 위해서 도 31과 같이 TA가 작은 경우에라도 마지막 symbol은 D2D로 사용하지 않는 것으로 동작하도록 할 수 있다.

도 26, 도 27 및 도 31에서, 만일 한 subframe 내에서도 UE가 송신과 수신 사이에 모드 전환을 수행한다면 적절한 symbol을 추가적인 guard period로 설정하여야 한다.

예를 들어, 도 26과 같은 프레임 구조를 사용할 때, UE가 해당 D2D subframe의 전반부와 후반부에서 상이한 송수신 동작을 수행할 경우, 상기 전반부와 후반부의 symbol 구성을 동일하게 하기 위해서 전반부의 가장 마지막 symbol인 symbol 6을 D2D 신호 송수신에 사용하지 않고 guard period로 설정할 수 있다.

또는, 상기 설명한 추가적인 offset을 반대 방향으로 두어 D2D subframe이 DL subframe의 경계 시점보다 offset 만큼 늦게 시작하도록 동작할 수도 있다.

도 32는 도 26과 동일한 상황에서 도 26과 반대 방향으로 offset을 두는 경우의 일 예를 나타낸다.

UE는 수신한 DL subframe 경계로부터 일정한 offset만큼 늦은 시점에서 D2D link의 subframe이 시작한다고 가정하고, 해당 시간 동안 모드 전환을 수행한다. D2D를 동작하는 subframe의 마지막 일부 symbol은 eNB-UE link의 UL subframe과 중첩되어서 D2D로 사용이 불가능하며, 해당 사용 불가 시간의 일부를 사용하여 다시 모드 전환을 수행한다.

도 32의 방법은 UE가 eNB와 매우 가까워서 TA값이 0에 가까운 상황에서도 일정한 모드 전환 시간을 D2D subframe의 시작 전에 확보할 수 있다는 장점이 있다.

즉, 초기 symbol의 D2D 사용은 항상 보장되는 가운데, 필요한 경우 D2D로 사용할 수 있는 마지막 symbol의 위치를 적절하게 설정하기만 하면 된다.

도 32의 동작은 도 26의 동작에 있어서 symbol #1부터 D2D subframe이 시작한다고 가정하는 것과 동일하다고 볼 수도 있다.

즉, D2D subframe은 DL subframe보다 offset만큼 일찍 시작하되 첫 번째 symbol인 symbol 0은 D2D로 이용이 불가능한 것과 동일하다.

도 32에 도시된 바와 같이, D2D subframe이 eNB-UE link subframe보다 offset만큼 앞서서 시작하는 경우에도 설정된 TA에 따라서 도 29 및 도 30에서 도시한 것과 같은 format 중 적절한 것을 하나 선정하여 동작하는 것이 가능하다.

앞서 살핀 바와 같이, D2D 신호 송수신에 사용 가능한 symbol의 숫자와 위치는 각 UE가 사용하고 있는 TA 값에 따라 달라지게 된다.

eNB는 자신의 셀 내의 UE들이 가질 수 있는 TA 값을 고려하여 적절한 D2D 신호 송수신 symbol들을 설정하여야 한다.

하지만, eNB가 예측한 TA의 최대값이 실제 UE가 가지는 TA의 최대값보다 더 작을 수도 있다. 이 경우, UE는 자신의 TA 값과 모드 전환 시간을 고려하였을 경우 eNB가 설정한 D2D symbol 중 일부를 사용하지 못하는 경우가 발생할 수 있다.

따라서, eNB가 설정한 D2D symbol 중 일부를 사용하지 못하는 경우가 발생하게 된다면, 해당 UE는 이를 eNB에게 보고할 수 있다.

여기서, 상기 eNB로의 보고 정보에는 현재의 TA 값이나 자신에게 필요한 모드 전환 시간 (또는 이 둘을 합하여 현재의 TA값에 모드 전환 시간이 더해진 총 필요 guard period 시간), D2D 송수신으로 설정되었으나 자신이 사용할 수 없는 시간 구간의 길이 등과 같은 정보가 포함될 수 있다.

추가적으로, UE는 현재 자신의 상황에서 동작할 수 있는 D2D subframe format의 종류(혹은 최대의 길이를 가지는 D2D 송수신 신호 영역)을 eNB에게 알릴 수 있다.

도 18 내지 도 32의 방법들을 적용함에 있어서, D2D 송신 UE가 전달하고자 하는 제어 정보나 데이터 정보를 담은 본격적인 D2D 신호가 전송되기 이전에 시간/주파수 동기를 비롯한 수신 UE의 수신 준비 동작을 돕기 위한 별도의 신호가 전송될 수 있다.

이하에서는, 본격적인 제어/데이터 정보를 전달하는 D2D 신호 이전에 수신 UE의 수신 준비 동작을 돕기 위한 목적으로 전송되는 별도의 신호를 ‘preamble’로 표현하기로 한다.

상기 preamble은 사전에 송수신 UE 사이에 알려진 신호를 말한다.

상기 preamble은 수신 UE로 하여금 시간/주파수 동기 획득이나 수신 증폭기의 이득 조절 등의 본격적인 신호 수신 이전의 사전 준비 과정을 위해서 전송되기 때문에, 상기 preamble의 전송 시간이 상기 사전 준비 과정에 충분하다면, 상기 preamble의 전송 시간은 하나 또는 그 이상의 OFDM symbol 시간을 차지할 필요가 없다.

도 33은 도 26에서와 같이 UE가 획득한 DL subframe 경계로부터 일정 offset 만큼 앞당긴 지점을 D2D subframe이 시작되는 시점(혹은 D2D 전송이 시작되는 시점)으로 간주한 경우에 해당한다.

도 33의 경우, 본격적인 D2D symbol들이 전송되기 이전에 동기화 등을 위한 preamble이 전송되며, 본격적인 D2D symbol 중 첫 번째에 해당하는 symbol #0는 UE가 획득한 DL subframe의 경계 지점부터 전송되기 시작하는 것을 볼 수 있다.

즉, DL subframe 경계에 인가한 offset의 길이가 preamble의 전송 시간과 일치하는 경우에 해당한다.

도 33은 해당 UE에게 0의 TA가 인가된 경우에 해당하는 것으로, 그 결과로 subframe m-1의 마지막 symbol에서는 eNB로의 신호 송신이 불가능하다.

대신, 그 이전 symbol에서의 전송을 종료하고 일정 시간 동안 송수신 사이의 switching으로 사용한 다음 preamble을 전송/수신하는 것이다.

도 33에 도시된 바와 같이, 송수신 사이의 switching time과 preamble의 전송 시간을 합치면 하나의 OFDM symbol 시간 또는 그 이하가 될 수 있는데, 이러한 구조를 적절하게 이용함으로써 switching과 preamble로 인한 OFDM symbol의 손실을 최소화할 수 있다.

도 33을 참조하면, subframe m의 symbol #13을 subframe m+1과의 중첩으로 인하여 사용하지 못한다고 가정하면, 총 13개의 symbol을 사용할 수가 있게 된다.

만일, subframe m+1에서 UE의 신호 송신이 없다는 부분이 보장된다면 subframe m의 symbol #13 역시 D2D로 사용하는 것이 가능하다.

이런 상황에서, 해당 UE에게 0보다 큰 TA가 인가되는 경우, 이 TA값과 subframe m와 m+1 사이에 필요한 switching 시간의 합이 1 OFDM symbol time보다 작거나 같다면 symbol #13을 D2D로 사용하지 않음으로써 subframe m+1의 첫 번째 symbol부터 eNB-UE link의 동작이 가능해진다.

도 34는 도 33에서 UE가 획득한 DL subframe 경계로부터 일정한 offset 만큼 뒤로 밀린 지점을 D2D 전송의 시작 시점으로 삼는 경우의 일 예에 해당한다.

도 34의 경우, offset의 길이와 preamble 전송 시간의 합이 1 OFDM symbol 시간과 동일한 경우에 해당한다.

즉, 도 34는 D2D 신호를 담은 symbol #0이 DL subframe의 두 번째 symbol과 동시에 전송되는 특징을 지닌다.

D2D 수신 UE가 eNB로의 신호 송신 동작과 D2D 신호 수신 동작 사이에 전환을 수행하기 위해서, 1 OFDM symbol 보다 적은 switching period가 필요한 경우에는 해당 switching period가 존재하는 OFDM symbol time 중 switching period를 제외한 나머지 구간에서 preamble을 전송하는 목적으로 사용한다.

이를 통해, switching period 및 preamble로 인한 OFDM symbol의 손실을 최소화할 수 있다.

Subframe m+1에서 송신 또는 수신 UE의 eNB로의 송신이 있다면, symbol #12와 #13의 D2D 사용이 불가능해지며, symbol #12의 일부 시간을 이용하여 수신과 송신 사이의 전환을 보장해야 한다.

도 35는 도 34에서 일정 수준의 TA가 인가된 상황의 일 예를 나타낸 도이다.

도 35에서 도시된 바와 같이, 인가된 TA가 1 OFDM symbol 시간에서 switching에 필요한 시간을 뺀 값보다 작거나 같다면 subframe m에서는 symbol #0 부터 #11까지 총 12개의 symbol을 사용할 수 있게 된다.

따라서, TA 값이 매우 큰 특수한 경우를 제외하고는 D2D에 사용할 수 있는 symbol의 개수를 일정하게 유지할 수 있게 됨으로써, 다수의 UE들이 동일한 format을 공유할 수 있는 효과가 있다.

만일, TA 값이 매우 크게 된다면 더 적은 symbol을 사용하는 D2D subframe format을 사용하거나 그 이후의 subframe인 subframe m+1에서 eNB로의 송신을 하지 못하도록 기지국이 보장해줄 수 있다.

도 36은 D2D에 할당된 subframe m이 DL subframe과 동일한 subframe 경계를 가지는 경우이며, TA 값이 0으로 설정된 경우를 나타낸다.

도 36의 경우, subframe m의 symbol #0의 일부 시간 동안 switching이 수행되며, 그 이후의 나머지 시간을 이용하여 preamble이 전송된다.

이는 결국 DL subframe의 경계로부터 일정한 offset 만큼 지연된 시점으로부터 preamble을 포함한 D2D 신호를 송신하는 동작에 해당하며, 결과적으로 D2D에 가용한 symbol의 개수나 그 시간 상에서의 위치를 보면 도 34의 경우와 동일한 것을 확인할 수 있다.

즉, DL subframe 경계로부터 offset만큼 늦은 시점으로부터 preamble을 전송하고, DL subframe의 두 번째 symbol과 동일한 시점부터 첫 번째 본격적인 D2D symbol이 전송되기 시작하여 (도 34에서는 symbol #0, 도 36에서는 symbol #1) 총 12개의 symbol을 전송/수신한 다음 subframe m+1에서의 송신 동작을 위해서 switching을 수행하는 것을 볼 수 있다.

도 34 및 도 36과의 차이는 D2D에 사용되는 symbol의 index가 상이한 점이다.

도 36의 프레임 구조는 subframe m의 처음과 마지막 symbol을 D2D 정보 전달에 사용하지 못하고, 그 결과 subframe의 구조가 대칭적인 특징이 있으며, slot 단위로 주파수 영역을 변경하는 등의 동작을 수행하는 점에서 도 34의 프레임 구조보다 더 유리한 측면이 있다.

즉, 한 서브프레임의 두 slot에서 가용한 symbol의 개수가 동일하게 된다.

도 37은 도 36에서 0보다 큰 TA가 인가된 경우의 일 예를 나타낸다.

도 37에 도시된 바와 같이, TA 값과 switching에 필요한 시간의 합이 하나의 OFDM symbol 시간보다 작거나 같은 경우에는 여전히 symbol #1부터 #12까지의 symbol을 사용할 수 있게 된다.

즉, 일정 수준 이하의 TA가 적용되는 모든 UE가 동일한 D2D subframe format을 공유할 수 있다.

만일, TA가 상기 일정 수준을 넘는 경우, 더 적은 symbol을 사용하는 D2D subframe format을 사용하거나 또는 그 이후의 subframe에 해당하는 subframe m+1에서의 eNB로의 송신을 하지 못하도록 기지국이 보장해주어야 한다.

앞서 살펴본 바와 같이, subframe m이 D2D로 할당되었을 때 후행하는 subframe인 subframe m+1에서의 영향을 방지하도록 subframe m의 마지막 일부 시간 영역에서 D2D 신호 전송을 제한하는 동작은 1 symbol의 단위보다 더 작은 단위로 이루어질 수 있다.

예를 들어, 도 38의 symbol #13에서도 앞의 일부 sample(또는 영역)에서는 D2D 신호 전송이 가능하나, D2D 신호가 전송되는 부분이 종료된 시점으로부터 해당 UE가 송수신 전환에 필요한 시간이 지난 시점 이후에 subframe m+1의 송신이 시작되도록 TA값이 적절하게 조절될 필요가 있다.

여기서, 한 symbol의 일부 sample만을 사용하여 D2D 신호를 전송하는 것을 ‘부분 symbol 전송’이라 표현하기로 한다.

상기 부분 symbol 전송의 예로서, sounding reference signal의 전송이 있을 수 있다.

SRS는 두 subcarrier에 한 번씩 신호를 인가하고, 나머지 subcarrier에는 0을 인가하는 형태로 구성되는데, 상기 SRS 전송을 시간 차원에서 살펴보면 두 개의 동일한 신호가 반복되는 형태로 나타난다(두 신호의 반복 이전에 cyclic prefix는 존재할 수 있음).

따라서, 이러한 경우, 기존의 SRS에서 반복되는 시간 차원의 신호 중 한 번만을 전송하면 간단하게 기존의 신호 전송 회로를 이용하여 부분 symbol 전송을 수행할 수 있게 된다.

그러나, 상기 부분 symbol 전송의 원리는 반드시 SRS를 사용하여 전송하는 경우에 제한되지 않으며, 그 외의 reference signal이나 codeword에 대응하는 신호의 전송에도 적용이 가능할 수 있다.

이 경우에는 상기 reference signal이나 codeword에 대응하는 신호의 한 symbol에 해당하는 sample 중 일부분만이 전송되고, 나머지 sample에 대응하는 시간은 송수신 전환과 다음 subframe의 TA를 흡수하는 용도로 사용될 수 있다.

앞서 살핀 방법들을 사용하는 경우, 한 subframe이라도 D2D로 동작하는 경우에는 D2D로 동작하는 subframe에 인접한 subframe의 eNB-UE 동작에 제약이 발생하게 된다.

이러한 제약의 발생은 D2D subframe과 eNB-UE subframe의 경계가 불일치하기 때문에 발생할 수 있다.

따라서, 일련의 subframe에서 D2D를 동작할 때에는 동일한 subframe의 경계로 동작하는 D2D subframe을 연속적으로 설정하는 것이 상기 발생할 수 있는 제약을 줄이는데 도움이 될 수 있다.

도 39는 D2D 서브프레임을 연속적으로 설정함으로써, D2D subframe과 eNB-UE subframe의 경계가 불일치하는 문제를 해결하는 방법의 일 예를 나타낸다.

도 39를 참조하면, subframe 1, 2, 3이 연속적으로 D2D에 사용될 때, subframe 1과 2는 아무런 문제 없이 전 영역을 D2D로 사용할 수 있게 된다.

이 경우, 상기 설명한 eNB-UE 링크와의 중복 문제를 해결하는 다양한 방법들은 subframe 3과 같이 일련의 연속한 D2D subframe 중 마지막 subframe에서만 제한적으로 적용될 수도 있다.

도 39에서 살핀 것처럼, 연속적인 subframe을 D2D subframe으로 설정하는 동작은 FDD 시스템에 있어서 UL band에 TDD를 위한 UL/DL configuration을 설정하는 형태로 구현될 수 있다.

일 예로, eNB는 FDD UL band에 아래 표 3에 있는 configuration이나 새로운 configuration을 설정할 수 있다.

eNB는 상기 설정된 configuration의 DL subframe에서는 DL band에서의 eNB-UE link의 DL subframe과 동일한 (또는 일정한 offset으로 변형을 준) subframe 경계를 사용하여 D2D 동작을 수행하고, UL subframe에서는 일반적인 eNB-UE link의 UL subframe과 동일한 subframe 경계를 사용할 수 있다.

여기서, 상기 DL subframe(DL로 설정된 subframe)에서의 D2D 동작은 discovery와 communication 모두를 포함할 수도 있으며 또는 둘 중 어느 하나만을 포함하는 것도 가능하다.

또는, 상기 DL subframe에서 TA 없이 DL subframe의 경계를 기준으로 동작하는 D2D 동작을 수행하되, UL subframe에서 해당 UE에게 부여된 TA에 따라서 설정되는 UL subframe의 경계를 기준으로 동작하는 D2D 동작을 수행할 수 있다.

일 예로, D2D discovery는 DL subframe에서 개별 UE에 최적화된 TA 값을 사용하지 않고 수행되며, D2D communication은 (특히 eNB에 연결된 UE 사이의 D2D communication은) UL subframe에서 개별 UE에게 전송되는 TA에 따라 결정되는 subframe boundary를 사용하도록 동작할 수 있다.

도 39를 참조하면, subframe 1과 2는 DL 로 설정된 것으로 간주할 수 있으며, subframe 0은 UL로 설정된 것으로 간주할 수 있다.

Subframe 3과 4와 같이 overlap이 발생하는 subframe을 해석하는 구체적인 방법은 다음과 같다.

도 22의 방법 1이 사용되는 경우, subframe 3은 special subframe으로 간주되고, D2D로 동작할 수 있는 region A는 DwPTS로 간주할 수 있으며, 나머지 시간은 TA를 흡수하는 guard period로 간주할 수 있다.

또한, Region B는 실제로 UL subframe에 해당하는 subframe 4에 의해서 eNB-UE link로 활용된다.

도 23의 방법 2가 사용되는 경우, subframe 3의 전 영역은 D2D로 동작할 수 있으므로, subframe 3 역시 DL subframe으로 간주된다.

이 경우, subframe 4가 special subframe으로 간주되며, D2D 동작이 없으므로 DwPTS가 없고, guard period와 UpPTS로 구성된 special subframe으로 간주될 수 있다.

도 24의 방법 3이 사용되는 경우, subframe 3과 subframe 4가 모두 special subframe으로 간주된다.

다만, subframe 3은 UpPTS가 없고 subframe 4는 DwPTS가 없는 것으로 간주할 수 있다. 다른 의미로 두 subframe을 연결한 하나의 super subframe을 special subframe으로 설정하는 것으로 해석될 수도 있다.

도 25의 방법 4가 사용되는 경우, subframe 3은 special subframe으로 간주되고, D2D로 동작할 수 있는 region A의 부분 영역이 DwPTS로 간주된다.

Subframe 3의 나머지 시간은 TA를 흡수하는 guard period로 간주될 수 있다.

Region B는 실제로 UL subframe에 해당하는 subframe 4에 의해서 eNB-UE link로 활용된다.

경우에 따라서, region A에 속하지만 D2D가 동작되지 않는 영역을 eNB로의 상향 링크 송신 구간인 UpPTS로 활용할 수도 있으며, 일 예로 적은 수의 symbol을 사용하는 PRACH preamble이나 SRS를 상기 D2D가 동작되지 않은 영역을 통해 송신할 수 있다.

특히, 도 29의 D2D subframe format 2가 적용되는 경우에는 region A의 마지막 일부 symbol을 UpPTS로 설정하여 각종 상향 링크 신호 전송에 활용할 수도 있다.

즉 살핀 것처럼, TDD UL/DL configuration을 FDD의 UL band에 설정하는 방법은 D2D가 동작하는 시간 구간에만 선택적으로 설정될 수 있다.

예를 들어, 일정한 주기로 나타나는 radio frame에서만 이런 UL/DL configuration이 적용되고, 나머지 radio frame에서는 전체 subframe이 UL subframe인 것으로 동작할 수 있다.

구체적으로, FDD의 UL에서 HARQ는 8ms의 주기로 동작하는 속성을 지니므로 (즉, subframe n에서 전송한 PUSCH에 대한 재전송이 subframe n+8에서 수행됨), UL band에서의 TDD UL/DL configuration은 4ms, 8ms 또는 8ms의 배수를 주기로 가질 수 있다.

이를 통해서, eNB-UE link에서의 특정 UL HARQ process에 속하는 subframe만을 상기 D2D 동작으로 활용함으로써, D2D 동작을 수행하면서 발생하는 eNB-UE link에서의 UL HARQ에 대한 제약을 특정 process에 국한하고, 나머지 process는 아무런 영향 없이 동작시키는 것이 가능해질 수 있다.

예를 들어, 표 3의 TDD UL/DL configuration 중 하나를 FDD UL band에 configure할 수 있는데, 표 3에 나타난 4 ms 또는 8 ms의 주기로 UL/DL configuration이 반복되는 것을 가정하였다.

만일, 8ms의 배수로 TDD UL/DL configuration이 나타나는 경우에는 전체 subframe을 연속하는 8개의 subframe의 그룹으로 분할하고, 일부 그룹에서만 표 3에서 예시한 configuration 중 하나를 설정할 수 있다.

표 3에서 subframe number는 (radio frame number * 10 + subframe number)를 8로 나눈 나머지에 해당하는 값일 수 있다.

특징적으로, 표 3에서 configuration #9은 하나의 special subframe을 가지고, 7개의 UL subframe을 가진다.

상기 special subframe의 DwPTS를 앞서 살핀 방법들에 따라서 D2D로 사용하고, 나머지는 모두 일반적인 UL subframe으로 활용할 수 있다.

이 때, special subframe의 위치는 임의의 위치에 존재할 수도 있으며, 표 3에서의 special subframe의 위치는 일 예에 불과하다.

Uplink-downlink configuration	Downlink-to-Uplink Switch-point periodicity	Subframe number
		0	1	2	3	4	5	6	7
0	4 ms	D	S	U	U	D	S	U	U
1	4 ms	D	S	U	U	D	S	U	D
2	4 ms	D	S	U	D	D	S	U	D
3	8 ms	D	S	U	U	U	U	U	U
4	8 ms	D	S	U	U	U	U	U	D
5	8 ms	D	S	U	U	U	U	D	D
6	8 ms	D	S	U	U	U	D	D	D
7	8 ms	D	S	U	U	D	D	D	D
8	8 ms	D	S	U	D	D	D	D	D
9	8 ms	D	S	U	U	U	U	U	U

도 39에서의 동작과 유사한 동작을 보다 간단하게 구현하는 방법으로, 연속하는 M개의 UL subframe을 eNB-UE 링크에서 분리하되, 실제로 M-1개의 subframe에서만 D2D를 동작하는 방법이 있을 수 있다.

도 40은 도 39의 동작과 유사한 동작을 간단하게 수행하기 위한 방법의 일 예를 나타낸 도이다.

도 40을 참조하면, subframe 1, 2 및 3은 eNB-UE 링크에서 분리되었지만 실제로는 subframe 1과 2만을 D2D로 사용되는 것이다.

여기서, Subframe 3은 각 UE의 TA를 흡수하는 용도로 사용되는 것으로 간주할 수 있다.

도 40의 경우, 하나의 subframe을 사용할 수 없다는 단점이 있지만, 앞서 살핀 방법들에서와 같이 TA에 따라서 다양한 송수신 방식을 구현하지 않고도 관련 동작을 단순화할 수 있다는 장점이 있다.

특히, 도 40의 방법은 D2D 동작이 간헐적으로 이루어지는 경우에 적합하다.

앞서 살핀 방법들을 통해, UL band에 D2D 동작 subframe을 알려주기 위한 추가적인 UL/DL configuration이 설정되는 경우, D2D의 DL로 configure되어 완전한 subframe이 D2D로 가능한 경우는 상대적으로 많은 자원을 필요로 하는 D2D communication을 위하여 사용될 수 있다.

반면, 일련의 D2D subframe의 마지막에 위치하여 special subframe 등으로 사용되는 subframe의 경우에는 상대적으로 적은 양의 자원을 필요로 하는 D2D discovery의 용도로 활용되도록 동작할 수도 있다.

특정 시간/주파수 자원이 D2D 동작으로 설정되나, 실제 D2D 송수신을 위해서 사용되지 않는 경우, 해당 자원을 통해서 eNB가 UE에게 데이터를 송신할 수도 있다.

D2D 서브프레임에서 eNB의 UE로의 데이터 전송이 가능한 이유는 UE가 해당 자원에서는 eNB-UE 링크의 DL subframe과 동일한 시점에서 UL subframe 경계를 설정하기 때문이다.

TDD시스템

도 41은 TDD 시스템에서의 DL 및 UL subframe 경계의 일 예를 나타낸 도 이다.

도 41을 참조하면, UL subframe은 DL subframe 기준으로 TA 값만큼 앞서서 시작하며, 이에 따른 subframe의 불일치를 special subframe의 DwPTS와 UpPTS 사이에 존재하는 guard period를 조절함으로써 해결한다.

TDD 시스템의 경우에도 앞서 살핀 FDD 시스템에서 설명한 방법들을 적용함으로써, D2D 통신을 수행할 수 있다.

TDD 시스템에서 특징적인 부분으로, (1) D2D 통신이 수행되는 subframe은 eNB 송신으로부터의 간섭이 없는 UL subframe이 바람직하다는 속성과, (2) D2D 통신은 DL subframe과 동일한 subframe 경계를 가진다는 속성이다.

상기 (1) 및 (2)의 두 가지 속성을 모두 충족시키기 위해서, 먼저 D2D 동작은 (또는 discovery와 같이 D2D 동작의 일부는) 하나의 eNB가 설정한 UL/DL configuration 상에서는 (예를 들어 system information을 통해서 불특정 다수의 UE에게 알리는 UL/DL configuration 상에서는) UL subframe으로 설정된 곳을 사용한다.

하지만, D2D 동작은 가능한 연속하는 UL subframe 중 마지막에 위치한 subframe을 사용하고, 해당 subframe 경계를 도 42에서와 같이 DL subframe의 것과 동일하게 설정하도록 동작한다.

도 42에서, subframe 3 하나가 D2D로 선정된 것을 가정하였으며, 연속적인 subframe이 D2D로 설정되는 것 또한 가능하다.

또한, FDD 시스템의 방법들에서 살핀 바와 같이, DL subframe의 boundary에서 일정한 offset만큼 조절된 boundary를 해당 D2D subframe의 boundary로 설정할 수도 있다.

특히, 도 42의 프레임 구조를 사용하는 경우, 임의의 D2D subframe 이후에 eNb-UE link로 할당되는 UL subframe이 존재하지 않도록 설정하는 것이 가능해지므로, TA를 사용하지 않는 D2D 동작 subframe 이후에 TA를 사용하는 eNB-UE link의 UL subframe이 나타나서 subframe이 중첩되는 문제를 사전에 방지하는 것이 가능하다.

그 결과로, eNB는 해당 cell에서 가능한 TA 값과 무관하게 최대한 많은 symbol을 D2D 동작에 사용하는 configuration을 사용할 수 있다.

일 예로, 도 29의 두 D2D format 중 항상 위 쪽의 프레임 구조를 사용하도록 동작하거나 또는 도 38의 ‘부분 symbol 전송’을 최대한 활용하도록 동작할 수 있다.

또는, 도 30에서 살핀 바와 같이, 일정 수준 이상의 TA가 인가되는 경우에는 다음 subframe에서의 eNB-UE link 송신이 존재할 수 없다는 제약을 두지 않고, 자유롭게 eNB-UE link에 대한 스케줄링을 수행할 수도 있다.

앞서 FDD 시스템에서 살핀, UL band에 TDD UL/DL configuration을 설정하는 것과 유사한 동작이 TDD 시스템에서도 가능하다.

eNB는 먼저 각 subframe을 어떤 용도로 사용할 것인지(즉, eNB의 신호 송신으로 사용할 것인지 아니면 UE의 신호 송신으로 사용할 것인지)를 알리는 목적으로 하나의 UL/DL configuration을 UE에게 알린다.

이후, 상기 eNB는 추가적인 UL/DL configuration을 하나 더 알려서 해당 configuration 상에서 DL subframe으로 설정된 곳에서는 eNB-UE 링크의 DL subframe과 동일한 subframe을 사용하면서 D2D를 동작할 수 있는 곳이라는 사실을 알릴 수 있다.

상기 추가적인 UL/DL configuration 상에서 UL인 subframe은 항상 eNB-UE 링크의 UL subframe과 동일한 경계를 가진다는 점을 보장하기 위해서, 상기 subframe 용도를 알리는 configuration 상에서 반드시 UL이어야 한다는 제약이 따를 수 있다.

바람직하게, D2D 동작은 (또는 discovery와 같은 D2D 동작의 일부는) eNB-UE 링크의 DL subframe 경계를 사용하기 위해서 상기 추가적인 configuration 상에서는 DL로 설정되지만 실제로는 eNB 신호 송신이 없다 (적어도 전 대역에 걸쳐 전송되는 CRS나 CSI-RS 같은 송신은 없다)는 것을 보장하기 위해서 각 subframe의 용도를 지정하는 configuration 상에서는 UL로 설정된다.

만일, D2D discovery가 eNB coverage 외부에 위치한 UE로부터 전송된다면, TA를 가지고 eNB로 송신하는 subframe이 존재하지 않게 된다.

따라서, 도 42의 경우와 유사하게 D2D 동작을 수행하는 것이 eNB-UE link 송신에 적용되는 TA로 인한 subframe 중첩 문제가 발생하지 않는다.

그 결과로, 최대한 많은 symbol을 D2D 동작에 사용하는 configuration을 사용할 수 있다.

일 예로, 도 29의 두 D2D format 중 항상 위쪽의 프레임 구조를 사용하도록 동작하거나 또는 도 38처럼 ‘부분 symbol 전송’을 최대한 활용하도록 동작할 수 있다.

이하에서, 본 명세서에서 제안하는 서브프레임 간 중첩으로 인해 발생할 수 있는 충돌을 해결하기 위한 방법에 대해 살펴보기로 한다.

특히, D2D 송수신(D2D Discovery, D2D Communication) 서브프레임과 WAN(Wireless Area Network) 데이터 송수신 서브프레임 간 중첩(overlap)으로 인해 발생할 수 있는 충돌을 해결하기 위한 방법에 대해 구체적으로 살펴보기로 한다.

상기 D2D 송수신 서브프레임은 D2D 단말 간 직접 통신을 위해 할당되는 서브프레임을 말하며, 상기 WAN 데이터 송수신 서브프레임은 기지국-단말 간 통신을 위해 할당되는 서브프레임을 말한다.

상기 D2D 송수신 서브프레임은 D2D 서브프레임, D2D 자원 (영역), 사이드링크(sidelink) 송수신 서브프레임 등으로 표현될 수 있다.

또한, D2D discovery 절차와 관련된 서브프레임일 경우, D2D discovery 서브프레임으로 표현될 수 있으며, D2D communication 절차와 관련된 서브프레임일 경우, D2D communication 서브프레임 또는 D2D data 서브프레임으로 표현될 수 있다.

이하 설명의 편의를 위해, D2D와 관련된 서브프레임은 D2D 서브프레임, WAN 데이터 송수신과 관련된 서브프레임은 WAN 서브프레임, D2D discovery와 관련된 서브프레임은 D2D discovery 서브프레임, D2D data 전송과 관련된 서브프레임은 D2D data 서브프레임으로 표현하기로 한다.

또한, 송신 및 수신 자원이 구별되는 경우, 그에 따라 서브프레임의 명칭도 송신 서브프레임 및 수신 서브프레임으로 구별되어 표현될 수 있다.

또한, 사이드링크(sidelink)는 단말간 직접 통신을 위해 사용되는 개념으로, 본 명세서에서 사용되는 D2D(Device-to-Device)와 동일한 의미를 가질 수 있다.

이하에서는, 사이드링크와 D2D의 용어를 혼용하기로 한다.

D2D 송수신 서브프레임과 WAN 데이터 송수신 서브프레임 간 또는 D2D 송수신 서브프레임들 간 중첩이 발생하는 이유는 복수의 단말들의 UL 신호 전송으로 인해 발생하는 간섭을 줄이기 위해 즉, 복수의 단말들의 UL 신호가 동일한 시점에 기지국으로 도달할 수 있도록 하기 위해, UL 서브프레임의 경계가 TA(Timing Advance 또는 Timing Alignment) 만큼 DL 서브프레임의 경계 시점보다 앞서 있기 때문이다.

도 43은 본 명세서에서 제안하는 서브프레임 간 중첩으로 인해 발생하는 충돌을 해결하기 위한 방법의 일 예를 나타낸 도이다.

즉, 도 43은 WAN 데이터 송수신에 우선 순위(priority)를 주는 방법이다.

따라서, D2D 서브프레임과 WAN 데이터 서브프레임 간 중첩이 발생하는 경우, 상기 중첩이 발생하는 영역(또는 심볼)에서 우선 순위가 높은 WAN 데이터를 전송함으로써, 충돌을 해결하는 방법을 제공한다.

도 43에 도시된 바와 같이, A1 case의 경우, 서브프레임 #n 및 서브프레임#n+2는 D2D Discovery 송신 자원이며, 서브프레임 #n+1은 WAN 데이터 송수신 자원이며, 서브프레임 #n+3은 D2D 데이터 송신 자원인 것을 볼 수 있다.

여기서, WAN 데이터 송수신에 우선순위(priority)를 주는 경우, subframe #n에서 D2D discovery 송신 자원의 마지막 일정 개수의 심볼(subframe #n+1과의 중첩 심볼)은 DTX(Discontinuous Transmission)된다.

상기 마지막 일정 개수의 심볼은 마지막 1개 심볼 또는 1개 이상의 심볼일 수 있다.

즉, 상기 마지막 일정 개수의 심볼은 중첩(overlapping)이 발생한 심볼 수를 나타내거나 또는 중첩이 발생한 심볼 수보다 큰 값 중 가장 작은 심벌의 수를 의미할 수 있다.

또한, 상기 DTX된다 함은 DTX되는 심볼에서는 신호를 전송하지 않는 것을 의미하는 것으로, 상기 DTX의 구현 방법의 일 예로는, puncturing 또는 rate matching이 있을 수 있다.

만약, 프레임 구조에서 WAN 데이터 송수신 서브프레임이 존재하지 않고, D2D 송수신 서브프레임들만 존재하는 경우 즉, D2D Discovery 서브프레임과 D2D 데이터(communication) 서브프레임들로만 프레임 구조가 구성되는 경우에는 선행하는 subframe이 우선 순위를 가지도록 한다.

즉, 도 43의 A2 case 및 B2 case에 도시된 바와 같이, 서브프레임 #n의 D2D Discovery 송신 서브프레임(A2 case) 및 D2D Discovery 수신 서브프레임(B2 case)이 서브프레임 #n+2의 D2D 데이터 송신 서브프레임보다 선행하므로, discovery TX 및 discovery RX는 정상적으로 subframe 구간에 걸쳐 송신 및 수신되고, 후행하는 즉, 우선 순위가 낮은 D2D data Tx subframe의 앞 심볼의 일부가 DTX된다.

도 44는 본 명세서에서 제안하는 서브프레임 간 중첩으로 인해 발생하는 충돌을 해결하기 위한 방법의 또 다른 일 예를 나타낸 도이다.

도 44는 D2D discovery 송신/수신 서브프레임, D2D data 송신/수신 서브프레임, WAN(cellular) Data 송신/수신(PUCCH 포함) 서브프레임 등으로 프레임이 구성되는 경우, 선행하는 서브프레임에 우선 순위를 주는 방법을 나타낸다.

즉, 선행 서브프레임에 우선 순위를 줌으로써, 서브프레임의 중첩 영역에서 우선 순위가 높은 서브프레임의 전송을 보장함으로써, 서브프레임 간 중첩으로 인해 발생할 수 있는 충돌을 해결한다.

도 44의 A1 case의 경우, 서브프레임 #n의 D2D discovery Tx는 서브프레임 #n+1의 WAN data보다 선행하는 서브프레임으로 더 높은 우선 순위를 가지므로, discovery Tx를 subframe #n의 boundary까지 수행하고, 이후 WAN data를 전송 또는 수신한다.

마찬가지로, 서브프레임 #n+2의 D2D discovery Tx는 서브프레임 #n+3의 D2D data Tx보다 선행하여 더 높은 우선 순위를 가지므로, discovery Tx를 subframe #n+2의 boundary까지 수행하고, 이후 D2D data를 전송한다.

도 43 및 도 44의 A1 case 내지 C1 case는 일 실시 예에 불과하며, 이하에서 추가적으로 설명하는 규칙 및 조건에 따라, 서브프레임 간 중첩으로 인해 발생하는 충돌을 해결할 수 있는 방법들이 달라질 수 있다.

도 45는 본 명세서에서 제안하는 서브프레임 간 중첩으로 인해 발생할 수 있는 충돌을 해결하기 위한 방법의 또 다른 일 예를 나타낸 순서도이다.

즉, 도 45는 TA(Timing Advance) 값과 DTX 길이 값의 비교를 통해, 서브프레임 간 중첩으로 인해 발생할 수 있는 충돌을 해결하는 방법을 나타낸다.

도 43의 A1 Case를 참조하여 도 45의 방법에 대해 구체적으로 살펴보기로 한다.

즉, 도 43의 A1 Case의 경우, 서브프레임 #n(subframe #n)에서 D2D discovery Tx의 자원이 할당되고, 서브프레임 #n+1(subframe#n+1)에서 WAN data Tx의 자원이 할당되어 있는 것을 볼 수 있다.

도 45는 WAN data의 송수신이 D2D Discovery Tx 보다 우선 순위를 가지고 있다고 가정할 때, D2D Discovery Tx의 서브프레임 #n에서 일부 심볼 또는 subframe 전체를 DTX하는 방법을 나타낸다.

구체적으로, 단말은 WAN data Tx를 위한 UL 서브프레임의 TA(timing advance) 값이 서브프레임 #n에서의 최대 가능한 DTX 길이를 초과하는지 또는 초과하지 않는지에 대해 확인한다(S4510).

상기 확인 결과, 상기 TA 값이 최대 가능한 DTX의 길이를 초과하지 않는 경우, 상기 단말은 사전에 지정된 크기의 DTX(e.g. 0, 1/2, 1 symbol-length DTX) 길이 중에서 상기 TA 값과 비교하여, 상기 TA 값 보다 큰 DTX 길이 중에서 가장 작은 DTX length를 선택한다(S4520).

그리고, 상기 단말은 서브프레임 #n의 중첩 심볼에서 상기 선택된 DTX 길이만큼 DTX를 수행함(S4530)으로써, 서브프레임 간 중첩으로 인한 충돌을 방지할 수 있다.

S4510 단계에서 확인 결과, 상기 TA 값이 상기 최대 가능한 DTX length 보다 큰 경우(e.g. TA > 1 symbol length), 상기 단말은 서브프레임 #n에서 D2D discovery Tx (또는 D2D discovery Rx)를 포기한다.

즉, 상기 단말은 subframe #n 전체 구간에서 DTX를 수행함(S4540)으로써, 서브프레임 간 중첩으로 인한 충돌을 방지할 수 있다.

도 46은 본 명세서에서 제안하는 서브프레임 간 중첩으로 인해 발생할 수 있는 충돌을 해결하기 위한 방법의 또 다른 일 예를 나타낸 순서도이다.

즉, 도 46은 사전에 특정 정보의 송수신으로 예약된 서브프레임에 우선 순위를 주는 방법이다.

즉, 중첩이 발생하는 서브프레임의 영역(또는 심볼)에서 우선 순위가 낮은 서브프레임의 심볼을 DTX함으로써, 서브프레임 간 중첩으로 인해 발생할 수 있는 충돌을 해결하는 방법을 나타낸다.

도 43의 A1 Case를 참조하여 도 46의 방법에 대해 구체적으로 살펴보기로 한다.

여기서, D2D 전송을 위한 subframe이 사전에 예약이 되어 있고, 이를 D2D 단말들이 서로 알고 있다고 가정하기로 한다.

즉, 도 43의 A1 Case에서, subframe #n 및 일련의 subframe들이 (subframe set) D2D discovery 송신/수신을 위한 서브프레임(D2D discovery Tx 또는 D2D discovery Rx 용)으로 사전에 예약 할당되었고, 이를 D2D 단말들이 사전에 알고 있는 경우, 사전에 예약 할당되지 않은 subframe #n+1(WAN 데이터)의 overlapping symbol(앞 쪽)을 DTX함으로써, 서브프레임 간 중첩으로 인한 충돌을 방지할 수 있다.

여기서, D2D discovery Tx의 서브프레임이 아닌 WAN data 송/수신의 서브프레임 앞 심볼 일부가 puncturing 또는 rate matching될 것이라는 규칙은 사전에 정해질 수 있다.

즉, 도 46의 방법은 특정 서브프레임들이 사전에 D2D discovery 자원으로 예약이 되어 있는 경우, 상기 예약된 자원에 우선 순위를 주어(도 43의 A1 Case) (S4610), 우선 순위가 낮은 WAN data는 (예약된 서브프레임 이후 서브프레임에 할당되도록 scheduling 되었기 때문에) 우선 순위가 높은 D2D discovery 자원의 보호를 위해, WAN data의 서브프레임 #n+1의 앞 심볼 일부가 DTX 된다(S4620).

여기서, DTX되는 심볼 수의 결정은 앞서 살펴본 도 45의 방법을 이용할 수 있다.

이하에서, 서브프레임 간 중첩 시 충돌을 해결할 수 있는 다양한 방법들에 대해 추가적으로 살펴보기로 한다.

먼저, 도 43에서 WAN data의 경우도 semi-persistent scheduling(SPS) 방식으로 사전에 예약 할당된 자원 기반으로 동작하는 VoIP 서비스와 관련되어 있는 경우, D2D discovery Tx 자원보다 더 높은 우선 순위를 가지도록 정의할 수 있다.

이 경우에는 우선 순위 규칙 및 자원 예약 할당 정보가 D2D 단말들 사이에 indication 등을 통해 미리 알려져야 한다.

상기 indication은 SIB, common RRC signal, dedicated RRC signal 등을 통해 D2D 단말들로 전송될 수 있다.

또 다른 실시 예로서, 자원 즉, 서브프레임의 속성에 따라 서브프레임 간 우선 순위를 결정함으로써, 서브프레임 간 중첩으로 인해 발생할 수 있는 충돌을 해결할 수 있는 방법에 대해 살펴보기로 한다.

앞서 살핀, 사전 예약 할당된 서브프레임에 우선 순위를 주는 방법을 확장하는 경우, 특정 subframe이 사전에 어떤 목적으로 어떻게 예약 할당되었는지에 따라서 그 중요도가 달라지기 때문에, subframe 속성에 따라서 우선 순위를 결정하는 방법도 가능할 수 있다.

일반적으로, WAN data가 스케쥴된 subframe이 가장 높은 우선 순위(priority)를 가질 수 있다.

다만, D2D 송/수신과 관련된 subframe일지라도 고정적으로 (또는 semi-static reserved) 자원 할당이 예약된 subframe일 경우, 상기 WAN data로 스케쥴된 subframe 보다 더 높은 우선 순위를 가지도록 정의할 수 있다.

구체적으로, D2D 자원 할당 방식 중에 semi-static resource pool 형태로 자원이 할당되거나 또는 SPS 형태로 개별 자원이 할당되는 경우, D2D 서브프레임이 WAN data 서브프레임보다 더 높은 우선 순위를 가질 수 있다.

이 경우, D2D 및 WAN data의 자원 할당과 관련된 정보는 기지국에서 모두 알고 있기 때문에, D2D 서브프레임과 WAN data 서브프레임 간 중첩 영역에서 WAN data 서브프레임의 일부(중첩 영역)를 puncturing하더라도, 단말은 WAN data의 서브프레임에서 전송되는 data를 잘 수신할 수 있다.

그 이유는 상기 단말은 기지국으로부터 상기 WAN data 서브프레임의 일부(중첩 영역)가 puncturing 되었다는 사실을 미리 통지 받을 수 있기 때문이다.

하지만, D2D (discovery 또는 data) 송/수신 관련 서브프레임의 일부 심볼이 서브프레임 간 중첩으로 인해 puncturig되는 경우 아래와 같은 문제가 발생할 수 있다.

즉, 기지국과 연계되지 않은 D2D 수신 단말은 특정 서브프레임에서 WAN data가 scheduling된 사실을 모르기 때문에 WAN data subframe이 우선 순위를 가지는 상황에서 D2D discovery 또는 D2D data 서브프레임의 중첩 영역이 DTX된 사실을 알 수 없게 된다.

이 문제를 해결하기 위해, WAN data 서브프레임이 DTX되는 것이 더 바람직할 수 있으나, WAN data 송/수신의 보호가 필요한 경우, D2D 서브프레임의 중첩 영역에 대한 DTX를 수행할 수 밖에 없다.

따라서, D2D 단말들은 WAN data가 후속 subframe에 scheduling되는지 여부에 상관없이 D2D 서브프레임의 중첩 영역에서 항상 DTX를 하기로 사전에 정해둘 수 있다.

또는, 기지국은 D2D로 예약된 subframe의 바로 다음 subframe에는 WAN data의 scheduling을 하지 않는다는 것을 사전에 정의하고, 이러한 스케쥴링 정보를 signaling을 통해서 D2D 단말들과 공유함으로써, D2D 단말들이 D2D discovery 또는 D2D data를 해당 서브프레임을 통해 잘 수신할 수 있도록 할 수 있다.

추가적으로, D2D 자원 할당에서 semi-static 자원 할당 방식이 dynamic 할당 방식에 비해서 더 높은 우선 순위를 갖는다고 하면, 자원 할당 방식을 변경하는데 RRC signal 또는 SIB signal을 사용할 경우, 상기 RRC signal 또는 SIB signal을 수신하는 D2D 단말은 자원 할당 방식 변경을 통해 변경된 자원 할당이 유효해지는 시점(subframe)에서 서브프레임 간 우선 순위도 변경된다는 점을 알아야 한다.

즉, 기지국에서 단말로 semi-static한 자원 할당을 해지하고, 이후 dynamic 자원 할당을 시작하는 경우, 상기 단말로의 semi-static 자원 할당이 해지되는 유효한 시점(또는 순간)부터 D2D 전송과 관련된 서브프레임들의 우선 순위도 변경되게 된다.

여기서, 자원 할당 방식을 변경하기 위해 전송되는 RRC signaling 또는 SIB signal은 서브프레임들의 우선 순위 변경이 적용되는 시점의 기준이 될 수 있다.

또 다른 실시 예로서, D2D 자원에 대한 예약 서브프레임들이 여러 개 존재할 경우, 이러한 예약된 자원들 간의 subframe 중첩(동일한 또는 다른 주기 등의 이유로)으로 인한 충돌 현상이 발생할 수도 있다.

예를 들어, D2D 전송 mode 1 및 mode 2의 자원 할당에서 각 모드 별 서브프레임들의 우선 순위가 다르게 설정될 수 있다.

즉, D2D 전송 mode 2의 자원 할당 방식은 D2D 송/수신이 WAN data 보다 우선 순위가 높은 자원 할당 방법인 반면, D2D 전송 mode 1은 D2D 송/수신이 WAN data 보다 우선 순위가 낮은 자원 할당 방법일 수 있다.

여기서, D2D 전송 mode 1의 subframe과 D2D 전송 mode 2의 subframe이 중복되는 경우, 상기 mode 2의 우선 순위를 인정하여 WAN data 보다 더 높은 우선 순위를 갖는 자원 할당 방식이 먼저이기 때문에, WAN data 서브프레임의 일부가 DTX되게 된다.

또 다른 실시 예로서, D2D discovery 와 D2D data 간 자원 할당 사이에서도 priority가 주어질 수 있다.

D2D discovery type 1, type 2A, 2B와 D2D communication mode 1, mode 2 사이의 자원 할당에 우선 순위를 설정하는 것이 가능하다.

기본적으로, D2D data 자원이 D2D discovery 자원보다 더 높은 우선 순위를 갖도록 정의할 수 있다.

또한, 서브프레임의 속성 측면에서는 사전에 고정적으로 할당된 자원(e.g. semi-static resource configuration, e.g. SPS)이 수시 할당(dynamic resource allocation by PDCCH or EPDCCH)된 자원에 비해서 더 높은 우선 순위를 갖도록 정의할 수 있다.

만약, 동일하게 고정 자원 할당 방법인 경우, D2D data 가 D2D discovery에 비해서 더 높은 우선 순위를 갖도록 정의할 수 있다.

또한, 동일하게 수시 자원 할당 방법인 경우, D2D data 및 D2D discovery 간 우선 순위는 사전에 우선 순위의 지정을 통해 정해질 수 있다.

살핀 것처럼, D2D data 서브프레임에 우선 순위를 줌으로써, 서브프레임 간 중첩 시, D2D Discovery 서브프레임의 중첩 영역을 DTX할 수 있다.

이와 반대로, D2D data의 서브프레임보다 D2D discovery의 서브프레임에 우선 순위를 줌으로써, 서브프레임 간 중첩 시, D2D data 서브프레임의 중첩 영역을 DTX할 수 있다.

여기서, 고정 할당(semi-static)의 경우, discovery type 1처럼 다수의 단말들을 위한 공용 자원 할당 방법도 포함될 수 있다.

앞서 살핀 것처럼, 특정 서브프레임 또는 특정 자원에 더 높은 우선 순위가 설정되어 있으며, UL 서브프레임의 TA 등으로 인해 서브프레임 간 중첩이 발생한 경우, 단말은 우선 순위가 낮은 서브프레임에서 서브프레임 간 중첩이 발생한 일부 심볼의 길이만큼 DTX를 수행한다.

다만, DTX 길이는 다양하게 설정될 수 있기 때문에, 상기 DTX 길이에 따른 다양한 format이 필요하다.

즉, 수신단(예: 단말)에서는 상기 DTX 길이에 따른 다양한 format을 사전에 통지받거나 또는 각 format들에 대한 블라인드 디코딩(blind decoding)을 수행함으로써, 상기 DTX 길이를 알 수 있게 된다.

또 다른 방법으로, 수신단에서의 구현 복잡도를 줄이기 위해서 서브프레임 간 중첩이 발생하는 경우, 상기 수신단은 subframe 단위로 중첩되는 영역을 포함하는 특정 서브프레임을 dropping함으로써 충돌을 방지할 수도 있다.

여기서, 상기 dropping되는 서브프레임은 우선 순위가 낮은 서브프레임이거나 사전에 서브프레임 간 중첩 시 dropping하기로 약속된 서브프레임에 해당한다.

다만, 서브프레임 dropping으로 인해 발생할 수 있는 자원 손실을 최소화하기 위해, 앞서 살핀 다양한 전송 format의 blind decoding을 수행하고, 이를 지원하기 위해서 적당한 format indicator를 단말로 전송하여 자원 손실을 최소화할 수 있다.

예를 들어, 서브프레임의 마지막 심볼이 0, 0.5, 1 symbol 형태로 DTX 된다고 가정하는 경우, DTX 영역을 제외한 심볼에 대해서 CRC를 구하고, 여기에 masking을 수행할 때 DTX length를 indication할 수 있도록 masking pattern을 정할 수 있다.

즉, masking pattern이 000000, 111111, 0101010 등과 같이 있다고 했을 때, 각 masking pattern을 DTX된 길이와 1 대 1로 mapping되게 함으로써, DTX 길이를 indication할 수 있다.

여기서, 마지막 심볼에 대해서는 CRC가 별도로 적용되지 않기 때문에 상기 마지막 심볼에 특별한 정보를 추가적으로 전송할 수도 있다.

즉, 상기 마지막 심볼에 시퀀스 타입의 reference signal을 전송하거나 또는 half-symbol SRS 등과 같은 형태의 신호를 전송하는 용도로 활용할 수 있다.

또 다른 실시 예로서, 사전에 D2D discovery, D2D data 또는 WAN data등의 예약 할당된 자원(또는 서브프레임)을 기준으로 사전에 예약 할당되지 않은 subframe에서의 동작을 결정하도록 할 수 있다.

예를 들어, D2D data의 subframe으로 10의 배수에 해당하는 subframe이 할당되었을 경우, 10의 배수에 해당하는 subframe의 바로 다음 subframe에서는 WAN data를 사용하지 않도록 정의할 수 있다.

또 다른 방법으로, WAN SPS data subframe으로 할당된 subframe들의 바로 다음 subframe에서는 D2D data를 위해서는 사용하지 않도록 정의할 수도 있다.

이와 같은 방법들은 사전에 예약 할당된 subframe에서 WAN data 또는 D2D data의 전송을 보장하기 위함이다.

또 다른 방법으로, 특정 서브프레임 바로 다음 subframe을 마음대로 사용할 수 있도록 정의할 수도 있다.

즉, D2D discovery signal이 사전에 예약 할당된 경우, 이 예약 할당된 subframe의 다음 subframe에서는 특별한 제약 없이 마음대로 사용할 수 있게 하고, 서브프레임 간 중첩이 발생하는 심볼에서 상기 D2D discovery signal이 DTX되거나 drop되게 할 수 있다.

이 경우는 우선 순위가 더 높은 전송이 나중에 발생하더라도, 사전에 예약된 자원에 전송을 하는 우선 순위가 낮은 자원에서의 전송을 보호하기 위함이다.

이로 인해, 자원 이용에 대한 비효율이 발생하게 되는 경우, 이를 해결하기 위해 후속 subframe에 우선 순위가 높은 전송을 scheduling하지 않도록 하는 방법을 사용할 수 있다.

본발명이적용될수있는장치일반

도 47은 본 명세서에서 제안하는 방법들이 적용될 수 있는 무선 통신 장치의 내부 블록도의 일 예를 나타낸다.

도 47을 참조하면, 무선 통신 시스템은 기지국(4710)과 기지국(4710) 영역 내에 위치한 다수의 단말(4720)을 포함한다.

기지국(4710)은 프로세서(processor, 4711), 메모리(memory, 4712) 및 RF부(radio frequency unit, 4713)을 포함한다. 프로세서(4711)는 앞서 도 1 내지 도 46에서 제안된 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 무선 인터페이스 프로토콜의 계층들은 프로세서(4711)에 의해 구현될 수 있다. 메모리(4712)는 프로세서(4711)와 연결되어, 프로세서(4711)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. RF부(4713)는 프로세서(4711)와 연결되어, 무선 신호를 송신 및/또는 수신한다.

단말(4720)은 프로세서(4721), 메모리(4722) 및 RF부(4723)을 포함한다. 프로세서(4721)는 앞서 도 1 내지 도 46에서 제안된 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 무선 인터페이스 프로토콜의 계층들은 프로세서(4721)에 의해 구현될 수 있다. 메모리(4722)는 프로세서(4721)와 연결되어, 프로세서(4721)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. RF부(4723)는 프로세서(4721)와 연결되어, 무선 신호를 송신 및/또는 수신한다.

상기 프로세서는 사이드링크와 관련된 자원이 할당된 서브프레임(subframe)을 포함하는 프레임(frame)을 통해 제어 정보 및/또는 데이터를 송수신하며; 및 연속하는 두 개의 서브프레임 간 중첩(overlapping)이 발생하는 경우, 상기 두 개의 서브프레임 중 특정 서브프레임에서 상기 제어 정보 및/또는 데이터의 송수신을 드롭(drop)하도록 제어한다.

또한, 상기 프로세서는 subframe #n+1의 TA(Timing Advance) 값과 상기 subframe #n에서의 최대 가능한 DTX 길이(length)를 비교하도록 제어한다.

또한, 상기 프로세서는 상기 비교 결과, 상기 TA 값이 상기 최대 가능한 DTX 길이를 초과하지 않는 경우, 사전에 지정된 크기의 DTX 길이들 중에서 상기 TA 값보다 큰 DTX 길이 중에서 가장 작은 DTX 길이를 선택하고, 상기 선택된 DTX 길이 구간만큼 subframe #n에서 DTX를 수행하도록 제어한다.

또한, 상기 프로세서는 상기 비교 결과, 상기 TA 값이 상기 최대 가능한 DTX 길이보다 큰 경우, 상기 subframe #n 전체 구간에서 DTX를 수행하도록 제어한다.

또한, 상기 프로세서는 기지국으로부터 상기 사전에 지정된 크기의 DTX 길이를 나타내는 지시(indication) 정보를 수신하도록 제어한다.

메모리(4712, 4722)는 프로세서(4711, 4721) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서(4711, 4721)와 연결될 수 있다. 또한, 기지국(4710) 및/또는 단말(4720)은 한 개의 안테나(single antenna) 또는 다중 안테나(multiple antenna)를 가질 수 있다.

이상에서 설명된 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려되어야 한다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성하는 것도 가능하다. 본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다. 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다.

본 발명에 따른 실시예는 다양한 수단, 예를 들어, 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시예는 하나 또는 그 이상의 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서, 콘트롤러, 마이크로 콘트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.

펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시예는 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차, 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리는 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.

본 발명은 본 발명의 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상술한 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

본 명세서의 무선 통신 시스템에서 디스커버리 메시지 전송 방안은 3GPP LTE/LTE-A 시스템에 적용되는 예를 중심으로 설명하였으나, 3GPP LTE/LTE-A 시스템 이외에도 다양한 무선 통신 시스템에 적용하는 것이 가능하다.

Claims (17)

1. 무선 통신 시스템에서 단말간 직접 통신을 위해 사용되는 사이드링크(sidelink)와 관련된 단말의 동작 방법에 있어서,
   상기 사이드링크와 관련된 자원이 할당된 서브프레임(subframe)을 포함하는 프레임(frame)을 통해 제어 정보 및/또는 데이터를 송수신하는 단계를 포함하며,
   연속하는 두 개의 서브프레임 간 중첩(overlapping)이 발생하는 경우, 상기 두 개의 서브프레임 중 특정 서브프레임에서 상기 제어 정보 및/또는 데이터의 송수신을 드롭(drop)하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 연속하는 두 개의 서브프레임은 각각 사이드링크 송수신 서브프레임 및 WAN(Wireless Area Network) 송신 프레임이며,
   상기 특정 서브프레임은 상기 사이드링크 송수신 서브프레임인 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 특정 서브프레임은,
   우선 순위 규칙에 따라 우선 순위가 낮은 서브프레임에 해당하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 제어 정보 및/또는 데이터의 송수신을 드롭(drop)하는 것은 상기 특정 서브프레임에서의 중첩 영역을 DTX(Discontinuous Transmission)하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 3항에 있어서, 상기 우선 순위 규칙은,
   서브프레임에 할당되는 자원의 속성에 따라 우선 순위가 결정되거나 또는 서브프레임의 선/후 관계에 따라 우선 순위가 결정되는 규칙인 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 3항에 있어서, 상기 우선 순위 규칙은,
   사이드링크 송수신 서브프레임보다 WAN(Wireless Area Network) data 송수신 서브프레임에 더 높은 우선 순위를 주거나 또는 사전에 예약 할당된 서브프레임에 더 높은 우선 순위를 주거나 또는 사이드링크 discovery 서브프레임보다 사이드링크 data 서브프레임에 더 높은 우선 순위를 주거나 또는 수시(dynamic) 자원 할당 서브프레임보다 고정(persistent) 자원 할당 서브프레임에 더 높은 우선 순위를 주는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 4항에 있어서,
   상기 연속하는 두 개의 서브프레임은 각각 subframe #n 및 subframe #n+1이며,
   상기 subframe #n+1이 상기 subframe #n보다 더 높은 우선 순위를 가지는 경우,
   상기 subframe #n+1의 TA(Timing Advance) 값과 상기 subframe #n에서의 최대 가능한 DTX 길이(length)를 비교하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 7항에 있어서,
   상기 비교 결과, 상기 TA 값이 상기 최대 가능한 DTX 길이를 초과하지 않는 경우, 사전에 지정된 크기의 DTX 길이들 중에서 상기 TA 값보다 큰 DTX 길이 중에서 가장 작은 DTX 길이를 선택하는 단계; 및
   상기 선택된 DTX 길이 구간만큼 subframe #n에서 DTX를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제 7항에 있어서,
   상기 비교 결과, 상기 TA 값이 상기 최대 가능한 DTX 길이보다 큰 경우, 상기 subframe #n 전체 구간에서 DTX를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제 8항에 있어서,
    상기 기지국으로부터 상기 사전에 지정된 크기의 DTX 길이를 나타내는 지시(indication) 정보를 수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제 8항에 있어서,
    사전에 지정된 크기의 각 DTX 길이는 특정 masking 패턴과 1 대 1로 매핑되는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 무선 통신 시스템에서 단말간 직접 통신을 위해 사용되는 사이드링크(sidelink)와 관련된 동작을 수행하는 단말에 있어서, 상기 단말은,
    무선 신호를 송수신하기 위한 RF(Radio Frequency) 유닛; 및
    상기 RF 유닛과 기능적으로 연결되어 있는 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는,
    상기 사이드링크와 관련된 자원이 할당된 서브프레임(subframe)을 포함하는 프레임(frame)을 통해 제어 정보 및/또는 데이터를 송수신하며; 및
    연속하는 두 개의 서브프레임 간 중첩(overlapping)이 발생하는 경우, 상기 두 개의 서브프레임 중 특정 서브프레임에서 상기 제어 정보 및/또는 데이터의 송수신을 드롭(drop)하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 단말.
13. 제 12항에 있어서,
    상기 제어 정보 및/또는 데이터의 송수신을 드롭(drop)하는 것은 상기 특정 서브프레임에서의 중첩 영역을 DTX(Discontinuous Transmission)하는 것을 특징으로 하는 단말.
14. 제 13항에 있어서,
    상기 연속하는 두 개의 서브프레임은 subframe #n 및 subframe #n+1이며,
    상기 subframe #n+1이 상기 subframe #n보다 더 높은 우선 순위를 가지는 경우, 상기 프로세서는,
    상기 subframe #n+1의 TA(Timing Advance) 값과 상기 subframe #n에서의 최대 가능한 DTX 길이(length)를 비교하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 단말.
15. 제 14항에 있어서, 상기 프로세서는,
    상기 비교 결과, 상기 TA 값이 상기 최대 가능한 DTX 길이를 초과하지 않는 경우, 사전에 지정된 크기의 DTX 길이들 중에서 상기 TA 값보다 큰 DTX 길이 중에서 가장 작은 DTX 길이를 선택하고,
    상기 선택된 DTX 길이 구간만큼 subframe #n에서 DTX를 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 단말.
16. 제 14항에 있어서, 상기 프로세서는,
    상기 비교 결과, 상기 TA 값이 상기 최대 가능한 DTX 길이보다 큰 경우, 상기 subframe #n 전체 구간에서 DTX를 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 단말.
17. 제 15항에 있어서, 상기 프로세서는,
    상기 기지국으로부터 상기 사전에 지정된 크기의 DTX 길이를 나타내는 지시(indication) 정보를 수신하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 단말.

Images