KR20160149082A - 무선 셀룰라 통신 시스템에서 협대역을 이용한 신호 전송을 위한 송수신 방법 및 장치 - Google Patents

무선 셀룰라 통신 시스템에서 협대역을 이용한 신호 전송을 위한 송수신 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 개시는 4G 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G 통신 시스템을 IoT 기술과 융합하는 통신 기법 및 그 시스템에 관한 것이다. 본 개시는 5G 통신 기술 및 IoT 관련 기술을 기반으로 지능형 서비스 (예를 들어, 스마트 홈, 스마트 빌딩, 스마트 시티, 스마트 카 혹은 커넥티드 카, 헬스 케어, 디지털 교육, 소매업, 보안 및 안전 관련 서비스 등)에 적용될 수 있다. 본 발명은 무선통신 시스템에 대한 것으로서, 특히 한 서브캐리어만을 사용하여 송수신하는 IoT 단말을 지원하는 시스템에서 하향링크 및 상향링크 신호 전송을 운용하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 구체적으로, IoT 단말들을 위한 리소스를 할당하고, 해당 리소스에서 IoT 단말과 상기 IoT 단말을 지원하는 기지국이 특정 서브캐리어로 신호를 송수신하는 방법을 제공한다.

Description

무선 셀룰라 통신 시스템에서 협대역을 이용한 신호 전송을 위한 송수신 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR SIGNAL TRANSMISSION USING NARROW BAND IN WIRELSS CELLULAR COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선통신 시스템에 대한 것으로서, 보다 구체적으로 하나의 서브캐리어를 이용하여 협대역 전송을 위한 데이터 송수신 방법 및 시스템에 관한 것이다.
4G 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후 (Beyond 4G Network) 통신 시스템 또는 LTE 시스템 이후 (Post LTE) 이후의 시스템이라 불리어지고 있다. 높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역 (예를 들어, 60기가(60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO), 전차원 다중입출력(Full Dimensional MIMO: FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 및 대규모 안테나 (large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다. 또한 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀 (advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크 (cloud radio access network: cloud RAN), 초고밀도 네트워크 (ultra-dense network), 기기 간 통신 (Device to Device communication: D2D), 무선 백홀 (wireless backhaul), 이동 네트워크 (moving network), 협력 통신 (cooperative communication), CoMP (Coordinated Multi-Points), 및 수신 간섭제거 (interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다. 이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조(Advanced Coding Modulation: ACM) 방식인 FQAM (Hybrid FSK and QAM Modulation) 및 SWSC (Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(Filter Bank Multi Carrier), NOMA(non orthogonal multiple access), 및SCMA(sparse code multiple access) 등이 개발되고 있다.
한편, 인터넷은 인간이 정보를 생성하고 소비하는 인간 중심의 연결 망에서, 사물 등 분산된 구성 요소들 간에 정보를 주고 받아 처리하는 IoT(Internet of Things, 사물인터넷) 망으로 진화하고 있다. 클라우드 서버 등과의 연결을 통한 빅데이터(Big data) 처리 기술 등이 IoT 기술에 결합된 IoE (Internet of Everything) 기술도 대두되고 있다. IoT를 구현하기 위해서, 센싱 기술, 유무선 통신 및 네트워크 인프라, 서비스 인터페이스 기술, 및 보안 기술과 같은 기술 요소 들이 요구되어, 최근에는 사물간의 연결을 위한 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 연구되고 있다. IoT 환경에서는 연결된 사물들에서 생성된 데이터를 수집, 분석하여 인간의 삶에 새로운 가치를 창출하는 지능형 IT(Internet Technology) 서비스가 제공될 수 있다. IoT는 기존의 IT(information technology)기술과 다양한 산업 간의 융합 및 복합을 통하여 스마트홈, 스마트 빌딩, 스마트 시티, 스마트 카 혹은 커넥티드 카, 스마트 그리드, 헬스 케어, 스마트 가전, 첨단의료서비스 등의 분야에 응용될 수 있다.
이에, 5G 통신 시스템을 IoT 망에 적용하기 위한 다양한 시도들이 이루어지고 있다. 예를 들어, 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 5G 통신 기술이 빔 포밍, MIMO, 및 어레이 안테나 등의 기법에 의해 구현되고 있는 것이다. 앞서 설명한 빅데이터 처리 기술로써 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud RAN)가 적용되는 것도 5G 기술과 IoT 기술 융합의 일 예라고 할 수 있을 것이다.
무선 통신 시스템은 초기의 음성 위주의 서비스를 제공하던 것에서 벗어나 예를 들어, 3GPP의 HSPA(High Speed Packet Access), LTE(Long Term Evolution 혹은 E-UTRA (Evolved Universal Terrestrial Radio Access)), LTE-Advanced (LTE-A), 3GPP2의 HRPD(High Rate Packet Data), UMB(Ultra Mobile Broadband), 및 IEEE의 802.16e 등의 통신 표준과 같이 고속, 고품질의 패킷 데이터 서비스를 제공하는 광대역 무선 통신 시스템으로 발전하고 있다. 이하에서 LTE와 LTE-A는 혼용하여 사용한다.
상기 광대역 무선 통신 시스템의 대표적인 예로, LTE 시스템에서는 하향링크(Downlink; DL)에서는 직교 주파수 분할 다중 방식(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; OFDM) 방식을 채용하고 있고, 상향링크(Uplink; UL)에서는 단일 반송파 주파수 분할 다중 접속(Single Carrier Frequency Division Multiple Access; SC-FDMA) 방식을 채용하고 있다. 상향링크는 단말(User Equipment, 또는 UE) 혹은 MS(Mobile Station)이 기지국(eNode B, 혹은 base station(BS))으로 데이터 혹은 제어신호를 전송하는 무선링크를 뜻하고, 하향링크는 기지국이 단말로 데이터 혹은 제어신호를 전송하는 무선링크를 뜻한다. 상기와 같은 다중 접속 방식은, 통상 각 사용자 별로 데이터 혹은 제어정보를 실어 보낼 시간-주파수 자원을 서로 겹치지 않도록, 즉 직교성 (Orthogonality)이 성립하도록, 할당 및 운용함으로써 각 사용자의 데이터 혹은 제어정보를 구분한다.
LTE 시스템은 초기 전송에서 복호 실패가 발생된 경우, 물리 계층에서 해당 데이터를 재전송하는 HARQ (Hybrid Automatic Repeat reQuest) 방식을 채용하고 있다. HARQ 방식이란 수신기가 데이터를 정확하게 복호화(디코딩)하지 못한 경우, 수신기가 송신기에게 디코딩 실패를 알리는 정보(Negative Acknowledgement; NACK)를 전송하여 송신기가 물리 계층에서 해당 데이터를 재전송할 수 있게 한다. 수신기는 송신기가 재전송한 데이터를 이전에 디코딩을 실패한 데이터와 결합하여 데이터 수신성능을 높이게 된다. 또한, 수신기가 데이터를 정확하게 복호한 경우 송신기에게 디코딩 성공을 알리는 정보(Acknowledgement; ACK)를 전송하여 송신기가 새로운 데이터를 전송할 수 있도록 할 수 있다.
도 1은 LTE 시스템의 하향링크에서 상기 데이터 혹은 제어 채널이 전송되는 무선 자원 영역인 시간-주파수영역의 기본 구조를 나타낸 도면이다.
도 1에 따르면, 가로축은 시간영역을, 세로축은 주파수영역을 나타낸다. 시간영역에서의 최소 전송단위는 OFDM 심볼로서,
Figure pat00001
(102)개의 OFDM 심볼이 모여 하나의 슬롯(106)을 구성하고, 2개의 슬롯이 모여 하나의 서브프레임(105)을 구성한다. 상기 슬롯의 길이는 0.5 ms 이고, 서브프레임의 길이는 1.0 ms 이다. 그리고 라디오 프레임(114, 이하 프레임과 혼용이 가능하다)은 10개의 서브프레임으로 구성되는 시간 영역 구간이다. 주파수 영역에서의 최소 전송단위는 서브캐리어(subcarrier, 부반송파와 혼용될 수 있다)로서, 전체 시스템 전송 대역 (Transmission bandwidth)의 대역폭은 총
Figure pat00002
(104)개의 서브캐리어로 구성된다.
시간-주파수영역에서 자원의 기본 단위는 자원 요소(112, Resource Element; RE)로서 OFDM 심볼 인덱스 및 서브캐리어 인덱스로 나타낼 수 있다. 자원 블록(108, Resource Block; RB 혹은 Physical Resource Block; PRB)은 시간영역에서
Figure pat00003
(102)개의 연속된 OFDM 심볼과 주파수 영역에서
Figure pat00004
(110)개의 연속된 서브캐리어로 정의된다. 따라서, 하나의 RB(108)는
Figure pat00005
개의 RE(112)로 구성된다. 일반적으로 데이터의 최소 전송단위는 상기 RB 단위이다. LTE 시스템에서 일반적으로 상기
Figure pat00006
= 7,
Figure pat00007
=12 이고, 시스템 전송 대역의 서브캐리어의 수 NBW 및
Figure pat00008
는 시스템 전송 대역의 대역폭에 비례한다. 단말에게 스케줄링되는 RB 개수에 비례하여 데이터 전송 레이트가 증가하게된다. LTE 시스템은 6개의 전송 대역폭을 정의하여 운영한다. 하향링크와 상향링크를 주파수로 구분하여 운영하는 FDD 시스템의 경우, 하향링크 전송 대역폭과 상향링크 전송 대역폭이 서로 다를 수 있다. 채널 대역폭은 시스템 전송 대역폭에 대응되는 RF 대역폭을 나타낸다.
표 1은 LTE 시스템에 정의된 시스템 전송 대역폭과 채널 대역폭 (Channel bandwidth)의 대응관계를 나타낸다. 예를 들어, 10MHz 채널 대역폭을 갖는 LTE 시스템은 전송 대역폭이 50개의 RB로 구성된다.
Channel bandwidth
BWChannel [MHz]		 1.4 3 5 10 15 20
Transmission bandwidth configuration NRB 6 15 25 50 75 100
하향링크 제어정보의 경우 상기 서브프레임 내의 최초 N 개의 OFDM 심볼 이내에 전송된다. 일반적으로 N = {1, 2, 3} 이다. 따라서 현재 서브프레임에 전송해야 할 제어정보의 양에 따라 상기 N 값이 서브프레임마다 변하게 된다. 상기 제어정보로는 제어정보가 OFDM 심볼 몇 개에 걸쳐 전송되는지를 나타내는 제어채널 전송 구간 지시자, 하향링크 데이터 혹은 상향링크 데이터에 대한 스케줄링 정보, HARQ ACK/NACK 신호 등을 포함한다.
LTE 시스템에서 하향링크 데이터 혹은 상향링크 데이터에 대한 스케줄링 정보는 하향링크 제어 정보(Downlink Control Information; DCI)를 통해 기지국으로부터 단말에게 전달된다. DCI 는 여러 가지 포맷으로 정의되며, 상향링크 데이터에 대한 스케줄링 정보 (UL grant) 인지 하향링크 데이터에 대한 스케줄링 정보 (DL grant) 인지 여부, 제어정보의 크기가 작은 컴팩트 DCI 인지 여부, 다중안테나를 사용한 공간 다중화 (spatial multiplexing)을 적용하는지 여부, 전력제어용 DCI 인지 여부 등에 따라 정해진 DCI 포맷을 적용하여 운용한다. 예컨대, 하향링크 데이터에 대한 스케줄링 제어정보(DL grant)인 DCI format 1 은 적어도 다음과 같은 제어정보들을 포함하도록 구성된다.
- 자원 할당 유형 0/1 플래그(Resource allocation type 0/1 flag): 자원 할당 방식이 유형 0 인지 유형 1 인지 통지한다. 유형 0 은 비트맵 방식을 적용하여 자원 블록 그룹 (resource block group, RBG) 단위로 자원을 할당한다. LTE 시스템에서 스케줄링의 기본 단위는 시간 및 주파수 영역 자원으로 표현되는 RB이고, RBG 는 복수개의 RB로 구성되어 유형 0 방식에서의 스케줄링의 기본 단위가 된다. 유형 1 은 RBG 내에서 특정 RB를 할당하도록 한다.
- 자원 블록 할당(Resource block assignment): 데이터 전송에 할당된 RB를 통지한다. 시스템 대역폭 및 자원 할당 방식에 따라 표현하는 자원이 결정된다.
- 변조 및 코딩 방식(Modulation and coding scheme; MCS): 데이터 전송에 사용된 변조방식과 전송하고자 하는 데이터인 전송 블록(transport block; TB) 의 크기를 통지한다.
- HARQ 프로세스 번호(HARQ process number): HARQ 의 프로세스 번호를 통지한다.
- 새로운 데이터 지시자(New data indicator): HARQ 초기 전송인지 재전송인지를 통지한다.
- 중복 버전(Redundancy version): HARQ 의 중복 버전(redundancy version) 을 통지한다.
- 물리 상향링크 제어 채널(Physical Uplink Control Channel; PUCCH)를 위한 전송 전력 제어 명령(TPC(Transmit Power Control) command for PUCCH): 상향링크 제어 채널인 PUCCH 에 대한 전송 전력 제어 명령을 통지한다.
상기 DCI는 채널코딩 및 변조과정을 거쳐 물리 하향링크 제어 채널인 PDCCH (Physical downlink control channel)(또는, 제어 정보, 이하 혼용하여 사용하도록 한다) 혹은 EPDCCH (Enhanced PDCCH)(또는, 향상된 제어 정보, 이하 혼용하여 사용하도록 한다)를 통해 전송된다.
일반적으로 상기 DCI는 각 단말에 대해 독립적으로 특정 RNTI (Radio Network Temporary Identifier)(또는, 단말 식별자)로 스크램블 되어 CRC(cyclic redundancy check)가 추가되고 채널코딩된 후, 각각 독립적인 PDCCH로 구성되어 전송된다. 시간영역에서 PDCCH는 상기 제어 채널 전송 구간 동안 매핑되어 전송된다. PDCCH 의 주파수영역 매핑 위치는 각 단말의 식별자(ID) 에 의해 결정되고, 전체 시스템 전송 대역에 퍼뜨려진다.
하향링크 데이터는 물리 하향링크 공용 채널인 PDSCH (Physical Downlink Shared Channel) 를 통해 전송된다. PDSCH는 상기 제어채널 전송구간 이후부터 전송되는데, 주파수 영역에서의 구체적인 매핑 위치, 변조 방식 등의 스케줄링 정보는 상기 PDCCH 를 통해 전송되는 DCI가 알려준다
상기 DCI 를 구성하는 제어정보 중에서 5 비트로 구성되는 MCS 를 통해서, 기지국은 단말에게 전송하고자 하는 PDSCH에 적용된 변조방식과 전송하고자 하는 데이터의 크기인 전송 블록 크기 (transport block size; TBS)를 통지한다. 상기 TBS 는 기지국이 전송하고자 하는 데이터인 TB에 오류정정을 위한 채널코딩이 적용되기 이전의 크기에 해당한다.
LTE 시스템에서 지원하는 변조방식은 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying), 16QAM(Quadrature Amplitude Modulation), 64QAM 으로서, 각각의 변조 차수(Modulation order) (Qm) 는 2, 4, 6 에 해당한다. 즉, QPSK 변조의 경우 심볼 당 2 비트, 16QAM 변조의 경우 심볼 당 4 비트, 64QAM 변조의 경우 심볼 당 6 비트를 전송할 수 있다.
도 2는 종래 기술에 따른 LTE-A 시스템에서 PUCCH의 시간-주파수영역 구조의 일례를 나타낸 도면이다. 다시 말해 도 2는 LTE-A 시스템에서 단말이 기지국으로 상향링크 제어정보(Uplink Control Information, UCI)를 전송하기 위한 물리제어채널인 PUCCH의 시간-주파수영역 전송 구조를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 가로축은 시간영역을, 세로축은 주파수영역을 나타낸다. 시간영역에서의 최소 전송단위는 SC-FDMA 심볼(201)로서,
Figure pat00009
개의 SC-FDMA 심볼이 모여 하나의 슬롯(203, 205)을 구성한다. 그리고 2개의 슬롯이 모여 하나의 서브프레임(207)을 구성한다. 주파수영역에서의 최소 전송단위는 서브캐리어로서, 전체 시스템 전송 대역(transmission bandwidth; 209)은 총 NBW,
Figure pat00010
개의 서브캐리어로 구성된다. NBW 는 시스템 전송 대역에 비례하여 값을 갖는다.
시간-주파수영역에서 자원의 기본 단위는 자원 요소(Resource Element; RE)로서 SC-FDMA 심볼 인덱스 및 서브캐리어 인덱스로 정의할 수 있다. 자원 블록(211, 217, Resource Block; RB)은 시간영역에서
Figure pat00011
개의 연속된 SC-FDMA 심볼과 주파수 영역에서
Figure pat00012
개의 연속된 서브캐리어로 정의된다. 따라서, 하나의 RB는
Figure pat00013
개의 RE로 구성된다. 일반적으로 데이터 혹은 제어정보의 최소 전송단위는 RB 단위이다. PUCCH 의 경우 1 RB에 해당하는 주파수 영역에 매핑되어 1 서브프레임 동안 전송된다.
도 2를 참조하면, 구체적으로
Figure pat00014
= 7,
Figure pat00015
=12 이고, 한 슬롯 내에 채널추정을 위한 기준 신호(Reference Signal; RS)의 개수가
Figure pat00016
= 2 인 예를 나타낸다. RS는 CAZAC(Constant Amplitude Zero Auto-Correlation) 시퀀스를 사용해 생성된다. CAZAC 시퀀스는 신호세기가 일정하고 자기 상관계수가 0 인 특징을 갖는다. 소정의 CAZAC 시퀀스를 전송경로의 지연 스프레드(delay spread)보다 큰 값만큼 순환 시프트(Cyclic Shift; CS) 하여 새로 구성된 CAZAC 시퀀스는 원래 CAZAC 시퀀스와 상호 직교성이 유지된다. 따라서 길이 L 인 CAZAC 시퀀스로부터 최대 L 개의 직교성이 유지되는 CS된 CAZAC 시퀀스를 생성할 수 있다. PUCCH에 적용되는 CAZAC 시퀀스의 길이는 하나의 RB를 구성하는 서브캐리어 개수에 해당하는 12이다.
RS가 매핑되지 않는 SC-FDMA 심볼에 UCI가 매핑된다. UCI는 다음 제어정보를 적어도 하나 포함한다:
- HARQ-ACK: 단말이 기지국으로부터 HARQ(Hybrid Automatic Repeat request)가 적용되는 하향링크 데이터 채널인 PDSCH을 통해 수신한 하향링크 데이터에 대해 오류가 없으면, ACK을 피드백하고, 오류가 있으면 NACK을 피드백한다.
- 채널 상태 정보(Channel Status Information; CSI): 채널 품질 지시자(Channel Quality Indicator; CQI), 혹은 프리코딩 행렬 지시자(Precoding Matrix Indicator, PMI), 혹은 랭크 지시자(Rank Indicator, RI), 혹은 하향링크 채널계수(channel coefficient)를 나타내는 신호를 포함한다. 기지국은 단말로부터 획득한 CSI로부터 단말에게 전송할 데이터에 대한 MCS 등을 적절한 값으로 설정하여, 데이터에 대한 소정의 수신 성능을 만족시킨다. CQI는 시스템 전대역(wideband) 혹은 일부 대역(subband)에 대한 신호 대 간섭 및 잡음 비(Signal to Interference and Noise Ratio; SINR)를 나타내는데, 일반적으로 소정의 미리 정해진 데이터 수신 성능을 만족시키기 위한 MCS의 형태로 표현된다. PMI/RI는 다중안테나 입출력(Multiple Input Multiple Output; MIMO)을 지원하는 시스템에서 기지국이 다중안테나를 통해 데이터를 전송할 때 필요한 프리코딩 및 랭크 정보를 제공한다. 하향링크 채널계수를 나타내는 신호는 CSI 신호보다 상대적으로 상세한 채널 상태 정보를 제공하지만, 상향링크 오버헤드를 증가시킨다. 여기서 단말은 구체적으로 어떤 정보를 피드백할지를 나타내는 리포팅 모드(reporting mode), 어떤 자원을 사용할지에 대한 자원 정보, 전송 주기 등에 대한 CSI 설정 정보를 상위 계층 시그널링(higher layer signaling)을 통해 기지국으로부터 미리 통지받는다. 그리고 단말은 미리 통지된 CSI 설정 정보를 이용하여 기지국에 CSI를 전송한다.
도 2는 총 10개의 UCI 변조심볼(213, 215; d(0), d(1), … , d(9))이 한 서브프레임 내의 SC-FDMA 심볼에 각각 매핑되는 예를 나타낸다. 각각의 UCI 변조심볼은 다른 단말의 UCI와의 다중화를 위해 소정의 CS 값을 적용한 CAZAC 시퀀스와 곱해진 후 SC-FDMA 심볼에 매핑된다. PUCCH는 주파수 다이버시티를 얻기 위해 슬롯 단위로 주파수 도약(frequency hopping)이 적용된다. PUCCH는 시스템 전송대역의 외곽에 위치하며 나머지 전송대역에서는 데이터 전송이 가능하다. 일례로 PUCCH는 서브프레임 내의 첫번째 슬롯에서 시스템 전송대역의 최외곽에 위치하는 RB(211)에 매핑되고, 두번째 슬롯에서 시스템 전송대역의 또다른 최외곽에 위치하는 RB(211)과 다른 주파수 영역인 RB(217)에 매핑된다. PUCCH는 기지국에 의해 어느 RB에도 매핑될 수 있지만, 일반적으로 외곽에 위치한 RB에 매핑된다.
LTE 시스템에서는 하향링크 데이터 전송용 물리채널인 PDSCH 혹은 반영구적 스케줄링 해제(semi-persistent scheduling release; SPS release)를 포함하는 PDCCH/EPDDCH에 대응하는 HARQ ACK/NACK이 전송되는 상향링크 물리채널인 PUCCH 혹은 물리 상향링크 공용 채널 (Physical Uplink Shared Channel; PUSCH)의 타이밍 관계가 정의되어 있다. 일례로 주파수 분할 다중화(frequency division duplex; FDD)로 동작하는 LTE 시스템에서는 n-4번째 서브프레임에서 전송된 PDSCH 혹은 SPS 해제(release)를 포함하는 PDCCH/EPDCCH에 대응하는 HARQ ACK/NACK가 n번째 서브프레임에서 PUCCH 혹은 PUSCH로 전송된다.
LTE 시스템에서 하향링크 HARQ는 데이터 재전송시점이 고정되지 않은 비동기(asynchronous) HARQ 방식을 채택하고 있다. 즉, 기지국이 전송한 초기 전송 데이터에 대해 단말로부터 HARQ NACK을 피드백 받은 경우, 기지국은 재전송 데이터의 전송시점을 스케줄링 동작에 의해 자유롭게 결정한다. 단말은 HARQ 동작을 위해 수신 데이터에 대한 디코딩 결과, 오류로 판단된 데이터에 대해 버퍼링을 한 후, 다음 재전송 데이터와 컴바이닝을 수행한다.
LTE 시스템에서 하향링크 HARQ 와 달리 상향링크 HARQ는 데이터 전송시점이 고정된 동기(synchronous) HARQ 방식을 채택하고 있다. 즉, 상향링크 데이터 전송용 물리채널인 PUSCH와 이에 선행하는 하향링크 제어채널인 PDCCH, 그리고 상기 PUSCH에 대응되는 하향링크 HARQ ACK/NACK이 전송되는 물리채널인 물리 HARQ 지시자 채널(Physical Hybrid-ARQ Indicator Channel; PHICH)의 상/하향링크 타이밍 관계가 다음과 같은 규칙에 의해 고정되어 있다.
단말은 서브프레임 n에 기지국으로부터 전송된 상향링크 스케줄링 제어정보를 포함하는 PDCCH 혹은 하향링크 HARQ ACK/NACK이 전송되는 PHICH를 수신하면, 서브프레임 n+k에 상기 제어정보에 대응되는 상향링크 데이터를 PUSCH를 통해 전송한다. 이 때 상기 k는 LTE의 시스템이 FDD 또는 시간 분할 다중화 (time division duplex; TDD) 시스템인지에 따라, 또한 그 설정에 따라 다르게 정의되어 있다. 일례로 FDD LTE 시스템의 경우에는 상기 k가 4로 고정되며 TDD의 경우 UL-DL 서브프레임 설정에 따라 달라진다.
그리고 단말은 서브프레임 i에 기지국으로부터 하향링크 HARQ ACK/NACK을 운반하는 PHICH를 수신하면, 상기 PHICH는 서브프레임 i-k에 단말이 전송한 PUSCH에 대응된다. 이 때 상기 k는 LTE의 시스템이 FDD 또는 TDD 시스템인지에 따라, 또한 그 설정에 따라 다르게 정의되어 있다. 일례로 FDD LTE 시스템의 경우에는 상기 k가 4로 고정된다.
한편, 상기의 고속, 고품질의 패킷 데이터 서비스를 제공하는 광대역 무선 통신 시스템과 더불어, 최근에는 사물인터넷(Internet-of-Things: IoT) 서비스를 제공하기 위해 가격이 저렴하고 전력소모가 매우 작은 통신 모듈을 이용하는 통신 시스템이 요구되고 있다. 구체적으로는, 하나의 통신 모듈당 $1~$2의 저렴한 가격, 그리고 AA사이즈 배터리 1개로 10년 정도로 동작할 수 있는 저전력소모 등이 요구된다. 추가적으로 IoT 통신 모듈을 활용한 수도, 전력, 가스 등의 미터링에 사용되기 위해서는 현재의 셀룰러 통신보다 커버리지가 넓어야 한다. 3GPP의 GERAN 기술규격그룹에서는 종래의 GSM 주파수 채널을 이용하여 셀룰러 기반의 IoT 서비스를 제공할 수 있도록 하는 표준화 작업이 진행중이며, RAN 기술규격그룹에서는 LTE 기반으로 동작하는 MTC(Machine Type Communications) 단말에 대한 표준화가 진행 중이다. 두 기술 모두 낮은 가격의 통신 모듈 구현을 지원하고, 넓은 범위의 커버리지를 지원한다. 하지만 LTE 기반으로 동작하는 MTC 단말은 여전히 가격이 충분히 저렴하지 않고, 배터리 수명도 오래가지 못하므로 셀룰러 기반의 IoT 서비스를 제공하기 위한 단말(이하 IoT 단말)을 위해선 새로운 송수신 기법이 필요할 것으로 예상된다.
특히 LTE를 운용하는 네트워크 오퍼레이터들은 IoT 장비의 지원을 하더라도 최소한의 추가비용이 소요되기를 원할 것이므로, 종래 LTE 기지국의 변화가 최소화되며 저비용, 저전력 IoT 장비를 지원할 수 있는 종래의 LTE 단말에게 간섭을 미치지 않는 송수신 기법이 필요하다. 따라서 본 발명은 일반적인 LTE 기지국 하드웨어에 큰 변화 없이 저비용, 저전력 IoT 장비를 지원하기 위한 구체적인 방법 및 장치를 제안한다.
따라서 IoT 단말을 지원하는 LTE 또는 LTE-A 시스템에서 신호 송수신 방법 및 IoT 단말의 신호 송수신 방법을 유도하고 정의할 필요가 있다. 또한, IoT 단말을 지원하는 LTE 또는 LTE-A 시스템의 주파수 및 시간 자원의 구조를 정의할 필요가 있다. 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 저전력/저비용으로 동작할 수 있는 IoT 단말을 지원하는 LTE 혹은 LTE-A 시스템에서 IoT 단말을 지원하는 기지국 및 IoT 단말의 송수신 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 무선 통신 시스템에서 기지국의 신호 송수신 방법은 스케쥴링 대상 단말이 IoT 단말 (제1 타입 단말) 또는 노말 LTE 단말 (제2 타입 단말) 중 어느 타입의 단말인지 결정하는 단계, 제1 타입 단말인 경우, 상기 제1 타입 단말을 위한 제어 및 데이터 정보를 생성하는 단계, 및 상기 생성된 제어 및 데이터 정보를 전송하는 단계를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 타입 단말에게 할당된 주파수 자원은 제 1타입 단말당 하나의 서브캐리어이며, 상기 제2 타입 단말은 RB 단위로 할당 받을 수 있는 것과 비교해 협대역이라는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 IoT 단말의 신호 송수신 방법은 FFT/IFFT를 사용하지 않고 본 발명에 따른 필터 계수를 이용하여 필터링 하는 것을 특징으로 한다.
또한 기지국이 제 2 단말과 신호를 송수신하는 방법에 있어서, 상기 제 2 단말이 사용할 자원 블록 (resource block, RB) 를 설정하는 단계; 상기 제 2 단말이 사용할 상기 자원 블록 내의 적어도 하나의 서브캐리어 (subcarrier) 를 상기 제 2 단말에게 할당하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 서브캐리어를 이용해 상기 제 2 단말과 데이터, 파일럿 신호 또는 제어 정보 중 적어도 하나를 송수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 제 2 단말이 기지국과 신호를 송수신하는 방법에 있어서, 상기 제 2 단말이 사용할 자원 블록 (resource block, RB) 을 확인하는 단계; 상기 제 2 단말이 사용할 상기 자원 블록 내의 적어도 하나의 서브캐리어 (subcarrier) 를 확인하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 서브캐리어를 이용해 상기 기지국과 데이터, 파일럿 신호 또는 제어 정보 중 적어도 하나를 송수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 기지국과 신호를 송수신하는 제 2 단말에 있어서, 상기 기지국과 신호를 송수신하는 송수신부; 및 상기 송수신부에서 수신된 신호를 아날로그/디지털 변환하고 순환 전치 (cyclic prefix, CP) 를 제거한 후, 상기 제 2 단말에게 할당된 서브캐리어 (subcarrier) 에 해당하는 필터로 필터링하고, 검출하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 기지국과 신호를 송수신하는 제 2 단말에 있어서, 상기 기지국과 신호를 송수신하는 송수신부; 및 상기 기지국에 전송하고자 하는 데이터를 상기 제 2 단말에 할당된 서브캐리어에 해당하는 필터로 필터링하고, 상기 데이터가 변환된 신호에 순환 전치 (cyclic prefix, CP) 를 추가하고, 디지털/아날로그 변환을 수행하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 하나의 서브캐리어만 이용하는 송수신 방법을 제공함으로써, 기존 단말과 상기 IoT 단말이 시스템 내에 효율적으로 공존할 수 있도록 한다.
도 1은 LTE 시스템에서 하향링크에서 상기 데이터 혹은 제어 채널이 전송되는 무선 자원 영역인 시간-주파수영역의 기본 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 LTE-A 시스템에서 PUCCH의 시간-주파수영역 구조의 일례를 나타낸 도면이다.
도 3은 LTE 시스템의 하향링크에서 상기 데이터 혹은 제어채널이 전송되는 무선 자원 영역인 시간-주파수영역의 기본 구조 중 1 PRB 페어(pair)를 나타낸 도면이다.
도 4는 하향링크에서 LTE 기지국의 신호 송신 동작을 도시한 블록 다이어그램이다.
도 5는 하향링크에서 LTE 단말의 신호 수신 동작을 도시한 블록 다이어그램이다.
도 6은 상향링크에서 LTE 단말의 신호 송신 동작을 도시한 블록 다이어그램이다.
도 7은 상향링크에서 LTE 기지국의 신호 수신 동작을 도시한 블록 다이어그램이다.
도 8은 하향링크에서 IoT 단말을 지원하는 LTE 기지국의 신호 송신 동작을 도시한 블록 다이어그램이다.
도 9는 하향링크에서 IoT 단말의 신호 수신 동작을 도시한 블록 다이어그램이다.
도 10은 상향링크에서 IoT 단말의 신호 송신 동작을 도시한 블록 다이어그램이다.
도 11은 상향링크에서 IoT 단말을 지원하는 LTE 기지국의 신호 수신 동작을 도시한 블록 다이어그램이다.
도 12는 하나의 PRB 페어를 도시한 도면이다.
도 13은 CRS를 포함하지 않는 서브캐리어를 이용해 IoT 단말의 데이터를 전송할 때의 시간축 프레임 구조를 도시한 도면이다.
도 14는 CRS를 포함하는 서브캐리어를 이용해 IoT 단말을 위한 신호를 전송할 때의 시간축 프레임 구조를 도시한 도면이다.
도 15a는 제 1실시예 중 LTE 기지국이 IoT 단말에게 신호를 전송하기 위해 사용할 자원 할당의 또 다른 일례를 도시한 도면이다.
도 15b는 제 1실시예 중 LTE 기지국이 IoT 단말에게 신호를 전송하기 위해 사용할 자원 할당의 또 다른 일례를 도시한 도면이다.
도 16은 본 발명의 제 1 실시예에 따라 기지국이 IoT 단말과 노말 LTE 단말에게 신호 전송을 위한 자원을 할당하는 절차를 도시한 도면이다.
도 17은 본 발명의 제 1실시예에 따라 IoT 단말이 할당 받은 서브캐리어에서 하향링크 신호를 수신하는 절차를 도시한 도면이다.
도 18은 본 발명의 제 2 실시예에 따라 기지국이 노말 LTE 단말의 상향링크 제어신호 전송을 위한 RB를 IoT 단말의 제어 및 데이터 신호 송신을 위해 할당하는 절차를 도시한 도면이다.
도 19는 본 발명의 제 2실시예에 따라 IoT 단말이 할당 받은 서브캐리어에서 상향링크 제어 및 데이터 신호를 송신하는 절차를 도시한 도면이다.
도 20은 상향링크 제어채널 PUCCH 자원의 일부분에 IoT 단말용 자원을 할당하는 방법의 일례를 도시한 도면이다.
도 21은 기지국이 종래 LTE 단말의 PUSCH 자원을 IoT 단말용으로 사용하기 위해 자원 지시값값을 조절하는 일례를 도시한 도면이다.
도 22는 하향링크에서 IoT 단말이 하나 이상의 서브캐리어를 이용해 신호를 수신하기 위한 수신기의 블록 다이어그램이다.
도 23은 상향링크에서 하나 이상의 서브캐리어에서 신호를 송신하는 IoT 단말이 신호를 송신하기 위한 송신기의 블록 다이어그램이다.
도 24은 본 발명의 실시예에 따른 단말의 구조를 도시하는 블록도이다.
도 25은 본 발명의 실시예에 따른 기지국의 구조를 도시하는 블록도이다.
이하 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면과 함께 상세히 설명한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 이하, 기지국은 단말의 자원할당을 수행하는 주체로서, eNode B, Node B, BS(Base Station), 무선 접속 유닛, 기지국 제어기, 또는 네트워크 상의 노드 중 적어도 하나일 수 있다. 단말은 UE(User Equipment), MS(Mobile Station), 셀룰러폰, 스마트폰, 컴퓨터, 또는 통신기능을 수행할 수 있는 멀티미디어 시스템을 포함할 수 있다. 본 발명에서 하향링크(Downlink; DL)는 기지국이 단말에게 전송하는 신호의 무선 전송경로이고, 상향링크는(Uplink; UL)는 단말이 기지국에게 전송하는 신호의 무선 전송경로를 의미한다. 또한, 이하에서 LTE 혹은 LTE-A 시스템을 일례로서 본 발명의 실시예를 설명하지만, 유사한 기술적 배경 또는 채널형태를 갖는 여타의 통신시스템에도 본 발명의 실시예가 적용될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예는 숙련된 기술적 지식을 가진자의 판단으로써 본 발명의 범위를 크게 벗어나지 아니하는 범위에서 일부 변형을 통해 다른 통신시스템에도 적용될 수 있다.
이하에서 기술되는 IoT 단말은 제1 타입 단말이라 칭하고, 종래의 LTE 및 LTE-A 단말은 제2 타입 단말이라 칭할 수도 있다. 상기 제1 타입 단말은 하나의 서브캐리어만을 이용하여 송수신하는 단말을 포함할 수 있고, 상기 제2 타입 단말은 12개의 서브캐리어를 갖는 resource block (RB) 단위로 송수신하는 단말을 포함할 수 있다. 한편, 이하에서는 IoT 단말과 제1 타입 단말을 혼용하여 사용하고, 노말(normal) 단말, 종래 단말, LTE 단말, 제2 타입 단말을 혼용하여 사용하도록 한다. 한편, 이하에서는 subcarrier, 부반송파, 서브캐리어를 혼용하여 사용한다.
본 발명은 상술한 바와 같이, IoT 단말과 기지국의 송수신 동작을 정의하고, 기존 단말과 IoT 단말을 동일 시스템 내에서 함께 운영하기 위한 구체적인 방법을 제안한다. 본 발명에서 노말 단말은 제어정보와 데이터정보를 최소 RB 단위로 송수신 하는 단말을 가리킨다. 상기 노멀 단말을 위한 제어정보는 한 서브프레임에서 최대 3 OFDM 심볼에 시스템 주파수 전체에 걸쳐서 매핑되는 PDCCH에 실려 전송되거나, 혹은 한 서브프레임 전체에서 특정 리소스 블록에 매핑되는 EPDCCH에 실려 송신된다. IoT 단말은 노멀 단말과 같이 최소 RB 단위로 송수신할 수도 있고, 혹은 하나의 서브캐리어만을 이용하여 송수신할 수도 있는 단말을 가리킨다. 혹은 하나의 서브캐리어만을 이용하는 송수신만 지원하는 단말일 수도 있다.
본 발명의 한가지 요지는 하나의 서브캐리어를 이용해 송수신 하는 IoT 단말을 위한 상향링크 및 하향링크에서 송수신 방법을 제공하는 것이다. 보다 구체적으로는 하나의 서브캐리어를 특정 IoT 단말에게 할당하고, 해당 서브캐리어에서 데이터 전송을 위한 기지국 및 IoT 단말의 동작 방법을 제공하는 것이다. LTE 시스템의 시간-주파수영역의 기본 구조에 대하여, 도 3을 참조하여 설명한다.
하향링크와 상향링크 프레임은 시간 영역으로는 공통적으로 1ms의 시간 길이를 갖는 서브프레임 또는 0.5ms의 시간 길이를 갖는 슬롯으로 구성되어 있으며, 주파수 영역으로는 하향링크와 상향링크에서 각각
Figure pat00017
와
Figure pat00018
개의 RB로 구성되어 있다. 하향링크 및 상향링크의 데이터 전송을 위해 단말별로 주파수 할당은 RB 단위로 이루어진다. 하나의 RB는 주파수 영역에서 12개의 서브캐리어(subcarrier)들로 이루어져 있다.
도 3은 LTE 시스템의 하향링크에서 상기 데이터 혹은 제어채널이 전송되는 무선 자원 영역인 시간-주파수영역의 기본 구조 중 1 PRB 페어(pair)를 나타낸 도면이다.
도 3에서 가로축은 시간영역을, 세로축은 주파수영역을 나타낸다. LTE 시스템의 전송 시간 구간(transmission time interval; TTI)은 1 서브프레임(303)으로 1ms에 해당한다. 한 서브프레임은 두 개의 슬롯(305, 307)로 구성되어 있으며, 각 슬롯은 7개의 OFDM 심볼을 갖는다. 주파수 영역에서의 1 PRB(301)은 연속된 12개의 서브캐리어의 집합이며, 한 OFDM 심볼에서 한 서브캐리어에 해당하는 자원은 RE(313)라고 하며, LTE 시스템에서 데이터 심볼이 매핑되는 단위이다. 한 서브프레임의 1 PRB 페어에는 24개의 RE가 셀 특정 기준 신호(cell-specific reference signal; CRS)를 전송하기 위해 이용된다. 한 서브프레임에는 총 14개의 OFDM 심볼들이 있으며, 이 중 1, 2 또는 3개의 OFDM 심볼이 PDCCH 전송을 위해 할당된다. 도 3에서는 1개의 OFDM 심볼이 PDCCH 전송에 이용되는 일례를 보여준다. 즉, 기존의 LTE 시스템에서는 일반적으로 한 서브프레임의 앞쪽 최대 3개 OFDM 심볼이 하향링크 제어채널 전송을 위해 사용되고 있다.
도 4와 도 5는 LTE 시스템의 하향링크를 위한 직교 주파수 분할 다중 접속(orthogonal frequency division multiple access; OFDMA) 방식에서 기지국과 단말의 송수신 동작을 블록 다이어그램을 이용하여 기술한다.
도 4는 하향링크에서 LTE 기지국의 신호 송신 동작을 도시한 블록 다이어그램이다.
도 4에 따르면, 단말에게 전송하고자 하는 데이터(402)는 할당된 서브캐리어 수에 따라 직렬 시퀀스에서 병렬 시퀀스들로 변환된다(404). 이 단계는 단지 데이터 시퀀스를 벡터로 변환하는 단계이다. 이후, 할당된 주파수 자원에 해당하는 서브캐리어의 위치에 데이터를 매핑하고(406), 역 패스트 푸리에 변환(inverse fast Fourier transform; IFFT)을 수행한다(408). 그 후에, 다시 병렬 시퀀스를 직렬 시퀀스로 변환하고(410), 순환 전치 (cyclic prefix; CP)를 추가한 뒤, 디지털-아날로그 변환(digital-to-analog conversion; D/A conversion)을 수행하고(412), 안테나를 통해 송신한다(414). 상기 과정은 프로세서(416)에서 처리되어 안테나로 송신되고, 상기 프로세서는 제어부(controller, 418)에 의해 제어된다.
도 5는 하향링크에서 LTE 단말의 신호 수신 동작을 도시한 블록 다이어그램이다.
도 5에 따르면, 단말은 안테나(501)로부터 수신된 신호를 샘플링을 수행하며 신호를 아날로그-디지털 변환(analog-to-digital conversion; A/D conversion)하고, CP를 제거한다(503). 다음으로 직렬 시퀀스에서 병렬 시퀀스로 신호를 변환하고(505), 패스트 푸리에 변환(fast Fourier transform; FFT)을 수행한다(507). 그 후, 채널 정보를 이용한 등화(equalization)를 수행하고(509), 할당 받은 자원에 해당하는 부분을 추출하고(511), 마지막으로 다시 직렬 시퀀스로 변환하여(513), 해당하는 단말의 데이터를 수신한다(515). 안테나(501)에서 신호가 수신되어 상기 과정은 프로세서(517)에서 처리되고, 상기 프로세서는 제어부(controller, 519)에 의해 제어된다.
하기 도 6과 도 7에서는 LTE 시스템의 상향링크를 위한 SC-FDMA 방식에서 단말과 기지국의 송수신 동작을 블록 다이어그램을 이용하여 기술한다.
도 6은 상향링크에서 LTE 단말의 신호 송신 동작을 도시한 블록 다이어그램이다.
도 6에 따르면, 기지국에게 전송하고자 하는 데이터(602)는 단말에게 할당된 서브캐리어 수에 따라 직렬 시퀀스에서 병렬 시퀀스들로 변환된다(604). 이 단계는 단지 데이터 시퀀스를 벡터들로 변환하는 단계이다. 이후, FFT를 수행하고(606), 할당된 주파수 자원에 해당하는 서브캐리어의 위치에 데이터를 매핑하고(608), IFFT를 수행한다(610). 그 후에, 다시 병렬 시퀀스를 직렬 시퀀스로 변환하고(612), CP를 추가한 뒤, D/A 변환을 수행하고(614), 안테나를 통해 송신한다(616). 상기 과정은 프로세서(618)에서 처리되어 안테나(616)에서 신호가 송신되고, 상기 프로세서는 제어부(controller, 620)에 의해 제어된다.
도 7은 상향링크에서 LTE 기지국의 신호 수신 동작을 도시한 블록 다이어그램이다.
도 7에 따르면, 기지국은 안테나(701)로부터 수신된 신호를 샘플링을 수행하며 신호를 A/D 변환하고, CP를 제거한다(703). 다음으로 직렬 시퀀스에서 병렬 시퀀스로 신호를 변환하고(705), FFT을 수행한다(707). 그 후, 채널 정보를 이용한 등화를 수행하고(709), IFFT를 수행한다(711). 다음은, 단말에게 할당한 자원에 해당하는 부분을 추출하고(713), 마지막으로 병렬 시퀀스를 다시 직렬 시퀀스로 변환하여(715), 해당하는 단말의 데이터를 수신한다(717). 안테나(701)에서 신호가 수신되어 상기 과정은 프로세서(719)에서 처리되고, 상기 프로세서는 제어부(controller, 721)에 의해 제어된다.
상기 도 4, 도 5, 도 6 및 도 7에서는 종래의 LTE 기지국과 단말의 송수신 동작을 기술하였으며, 하기 도 8, 도 9, 도 10 및 도 11에서는 IoT 단말을 지원하는 LTE 기지국과 IoT 단말의 송수신 동작을 기술한다.
하기 도 8과 도 9에서는 IoT 단말을 지원하는 LTE 시스템의 하향링크를 위한 OFDMA 방식에서 기지국과 IoT 단말의 송수신 동작을 블록 다이어그램을 이용하여 기술한다.
도 8은 하향링크에서 IoT 단말을 지원하는 LTE 기지국의 신호 송신 동작을 도시한 블록 다이어그램이다.
도 8에 따르면, 종래의 LTE 단말에게 전송하고자 하는 데이터(802)는 할당된 서브캐리어 수에 따라 직렬 시퀀스에서 병렬 시퀀스들로 변환되고(804), 할당된 주파수 자원에 해당하는 서브캐리어의 위치에 데이터가 매핑된다(806). 한편 IoT 단말에게 전송하고자 하는 데이터(808)는 IoT 단말에게 할당한 서브캐리어의 위치에 매핑된다(810). 이후, IFFT를 수행하고(812), IFFT의 결과로 생성된 벡터를 직렬 시퀀스로 변환하고(814), CP를 추가한 뒤, D/A 변환을 수행하고(816), 안테나를 통해 송신한다(818). 상기 과정은 프로세서(820)에서 처리되어 안테나(818)에서 신호가 송신되고, 상기 프로세서는 제어부(controller, 822)에 의해 제어된다.
도 9는 하향링크에서 IoT 단말의 신호 수신 동작을 도시한 블록 다이어그램이다.
도 9에 따르면, 단말은 안테나(901)로부터 수신된 신호를 샘플링을 수행하며 신호를 A/D 변환하고, CP를 제거한다(903). 다음으로 할당된 서브캐리어에 해당하는 필터로 필터링을 한다(905). 보낸 데이터의 복원을 위해 검출(detection)을 하면(907), 단말은 IoT 단말을 위한 데이터를 수신하게 된다(909). 안테나(901)에서 신호는 수신되며, 상기 과정은 프로세서(911)에서 처리되고, 상기 프로세서는 제어부(controller, 913)에 의해 제어된다.
하기 도 10과 도 11에서는 IoT 단말을 지원하는 LTE 시스템의 상향링크를 위한 SC-FDMA 방식에서 IoT 단말과 기지국의 송수신 동작을 블록 다이어그램을 이용하여 기술한다.
도 10은 상향링크에서 IoT 단말의 신호 송신 동작을 도시한 블록 다이어그램이다.
도 10을 따르면, IoT 단말은 기지국에게 전송하고자 하는 IoT 단말용 데이터(1002)를 IoT 단말에게 할당된 서브캐리어에 따라 필터링을 한다(1004). 이 후, 신호에 CP를 추가한 뒤, D/A 변환을 수행하고(1006), 안테나를 통해 송신한다(1008). 상기 과정은 프로세서(1010)에서 처리되며, 안테나(1008)에서 신호가 송신되고, 상기 프로세서는 제어부(controller, 1012)에 의해 제어된다.
도 11은 상향링크에서 IoT 단말을 지원하는 LTE 기지국의 신호 수신 동작을 도시한 블록 다이어그램이다.
도 11에 따르면, 기지국은 안테나(1101)로부터 수신된 신호를 샘플링을 수행하며 신호를 A/D변환하고, CP를 제거한다(1103). 다음으로 직렬 시퀀스에서 신호를 병렬 시퀀스들로 변환하고(1105), FFT을 수행한다(1107). 그 후, 채널 정보를 이용한 등화를 수행하고(1109), IFFT를 수행한다(1111). 다음으로 기지국은 노말 LTE 단말에게 할당한 자원에 해당하는 부분을 추출하고(1113), 병렬 시퀀스를 직렬 시퀀스로 변환하여(1115), 노말 LTE 단말로부터의 데이터를 수신한다(1117). 한편, 기지국은 IFFT 블록(1111)의 결과로부터 IoT 단말에게 할당한 서브캐리어에 해당하는 부분을 추출하고(1119), 검출기를 거쳐(1121), IoT 단말의 데이터를 수신한다(1123). 안테나(1101)에서 신호가 수신되어 상기 과정은 프로세서(1125)에서 처리되고, 상기 프로세서는 제어부(controller, 1127)에 의해 제어된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, IoT 단말을 지원하는 기지국은 상기 기술한 바와 같이 수신단의 IFFT 블록으로부터 노말 LTE 단말과 IoT 단말의 데이터를 같이 추출할 수 있고, 혹은 수신신호를 A/D 변환하고, CP를 제거하고 난 후(1103)에 IoT 단말 데이터를 추출하기 위해 별도로 디지털 필터링을 수행할 수도 있다. 상기 내용은 본 발명의 일 실시예일 뿐, 반드시 이와 같은 동작에 한정되는 것은 아님에 유의하여야 한다.
아래에서는 제 1 실시예로 하향링크 신호 전송에서 IoT 단말들을 지원하기 위해 설정된 RB에서 기지국이 하나의 IoT 단말에게 하나의 서브캐리어를 할당하여 운용하는 방법에 대하여 기술한다.
도 12는 하나의 PRB 페어(1201)를 도시한 도면이다. 도 12에 따르면, 하나의 PRB 페어는 시간축상에서 하나의 서브프레임(1203)을 포함하고 있다. PRB 페어의 첫 3개의 OFDM 심볼들은 PDCCH(1209)와 CRS(1211) 등이 매핑될 수 있는 심볼이다. 나머지 OFDM 심볼의 경우, 각 서브캐리어당 사용할 수 있는 RE의 수가 7개 혹은 11개씩 존재한다. CRS를 포함하는 서브캐리어(1219, 1225, 1231, 1237)의 경우 7개의 RE가 IoT 단말의 데이터 및/또는 제어 신호 전송에 사용될 수 있고, CRS를 포함하지 않는 서브캐리어(1215, 1217, 1221, 1223, 1227, 1229, 1233, 1235)의 경우 11개의 RE가 IoT 단말의 데이터 및/또는 제어 정보 전송에 사용될 수 있다.
IoT 단말은 기지국과의 동기화 단계에서 하향링크 신호가 전송되는 서브캐리어의 인덱스를 알아내거나, 상위 계층 신호 또는 PDCCH에 의해 전송되는 DCI에 의해 지시된 서브캐리어 또는 미리 설정된 서브캐리어로부터 신호를 수신하고, 동일한 혹은 다른 서브캐리어로 기지국으로 신호를 송신할 수 있다. 또는 하향링크 신호가 전송되는 서브캐리어 인덱스는 단말 식별자 (RNTI) 등에 의해 결정될 수 있다.
도 13은 CRS를 포함하지 않는 서브캐리어를 이용해 IoT 단말을 위한 신호를 전송할 때의 시간축 프레임 구조를 도시한 도면이다. 도 13에 따르면, 종래의 LTE 시스템의 프레임은 10 ms의 시간 길이를 갖고 있으며, 한 프레임이 지나갈 때마다 SFN 번호가 1씩 증가한다. 따라서 총 N개의 프레임은 10 * N ms에 해당한다(1301). 하나의 프레임은 각각 1 ms 길이를 갖는 서브프레임 10개로 이루어진다 (1303). 또한 하나의 서브프레임은 각각 0.5 ms 길이를 갖는 슬롯 2개로 이루어진다(1305). 하나의 서브프레임은 OFDM 심볼 14개로 구성되어있다(1307). 여기에서 앞 최대 3개의 OFDM 심볼은 LTE 단말로 제어정보를 보내기 위한 제어신호 전송에 사용되는 자원 영역이다(1313). 나머지 11개의 OFDM 심볼은 데이터가 전송되거나 RS가 전송되는 자원 영역이다(1315). 상기 도 12의 CRS를 포함하지 않는 서브캐리어(1215, 1217, 1221, 1223, 1227, 1229, 1233, 1235)의 경우 도 13의 1315와 같이 IoT 단말을 위해서 간섭 없이 상기 11개의 심볼에 할당된 파일럿 또는 데이터 또는 제어 정보를 전송하는 것이 가능하다.
도 14는 CRS를 포함하는 서브캐리어를 이용해 IoT 단말을 위한 신호를 전송할 때의 시간축 프레임 구조를 도시한 도면이다. 도 14에 따르면, 종래의 LTE 시스템의 프레임은 10 ms의 시간 길이를 갖고 있으며, 프레임이 지나갈 때마다 SFN 번호가 1씩 증가한다. 따라서 총 N개의 프레임은 10 × N ms에 해당한다(1401). 하나의 프레임은 각각 1 ms 길이를 갖는 서브프레임 10개로 이루어진다 (1403). 또한 하나의 서브프레임은 각각 0.5 ms 길이를 갖는 슬롯 2개로 이루어진다(1405). 하나의 슬롯은 OFDM 심볼 7개로 구성되어있다(1407). 하나의 슬롯에서 0번째, 1번째, 그리고 4번째 OFDM 심볼은 CRS가 전송되는 심볼이며, 따라서 IoT 단말을 위한 데이터 전송에 사용하지 않는다(1413). 2번째, 3번째, 5번째, 그리고 6번째 OFDM 심볼은 CRS가 전송되지 않으므로, IoT 단말을 위한 데이터 전송에 사용될 수 있다(1415).
상기 도 12의 CRS를 포함하는 서브캐리어(1219, 1225, 1231, 1237)의 경우 기지국은 도 14의 한 슬롯에서 2번째, 3번째, 5번째, 6번째(1415)와 같이 IoT 단말을 위해서 간섭 없이 상기 4개의 심볼에 할당된 파일럿 또는 데이터 또는 제어 정보를 전송할 수 있다. 도 14의 일례에서 기지국은 한 서브프레임에서 노말 LTE 단말을 위한 제어정보 전송에 OFDM 심볼을 2개까지만 이용하도록 설정할 수 있다. 이런 경우 한 서브프레임의 첫 번째 슬롯과 두 번째 슬롯은 동일한 심볼에서 IoT 단말을 위한 파일럿 또는 데이터를 전송할 수 있다. 기지국이 노말 LTE 단말을 위한 제어정보 전송을 위해 한 서브프레임에서 OFDM 심볼을 3개까지 이용하도록 설정한다면, 3번째 심볼은 IoT 단말을 위해 제어 정보 전송을 위해 사용하지 않을 수 있다.
도 15a는 제 1실시예 중 LTE 기지국이 IoT 단말에게 신호를 전송하기 위해 사용할 자원 할당의 또 다른 일례를 도시한 도면이다. 도 15a에 따르면, 한 서브프레임에서 LTE 단말을 위한 제어 정보(PDCCH)가 2 OFDM 심볼을 이용해 전송되는 경우, 나머지 12개의 OFDM 심볼(1513, 1515, 1517, 1519, 1521, 1523, 1525, 1527, 1529, 1531, 1533, 1535)이 IoT 단말의 신호 전송을 위해 사용될 수 있다. 이 중에서 CRS가 포함되지 않는 OFDM 심볼(1513, 1515, 1519, 1521, 1527, 1529, 1533, 1535)에서 적어도 하나의 특정 서브캐리어를 IoT 단말을 위한 파일럿 또는 데이터를 포함하는 신호 전송에 이용할 수 있다. 이 중 CRS가 포함되는 OFDM 심볼(1517, 1523, 1525, 1531)의 경우 CRS가 전송되지 않는 적어도 하나의 특정 서브캐리어를 IoT 단말을 위한 파일럿 또는 데이터를 포함하는 신호 전송에 이용할 수 있다. 이 경우의 시간 프레임 구조는 도 14에 도시된 것과 같다.
도 15b는 제 1실시예 중 LTE 기지국이 IoT 단말에게 신호를 전송하기 위해 사용할 자원 할당의 또 다른 일례를 도시한 도면이다. 도 15b에 따르면 기지국은 특정 서브프레임을 MBSFN(multicast-broadcast single-frequency network)용 서브프레임으로 설정하여 앞 두 개의 OFDM 심볼을 제외한 다른 심볼들에는 단말에게 CRS가 전송되지 않도록 설정하는 것이 가능하다. 기지국이 MBSFN 서브프레임으로 설정했을 때, 기지국은 서브프레임에서 첫 번째와 두 번째 OFDM 심볼에 CRS(1561)와 PDCCH(1559)를 매핑하며, 나머지 심볼들에는 CRS를 매핑하지 않는다. IoT 단말로의 송수신은 앞 두 개의 OFDM 심볼을 제외한 다른 OFDM 심볼에서 이루어 질 수 있다. 기지국은 MBSFN 서브프레임으로 설정될 서브프레임의 서브캐리어들(1565, 1567, 1569, 1571, 1573, 1575, 1577, 1579, 1581, 1583, 1585, 1587) 중에서 특정 서브캐리어를 할당하여 IoT 단말을 위한 신호 전송을 위해 사용할 수 있다.
이러한 IoT 단말을 위한 구체적인 하향링크 자원 할당의 방법은 상향링크 자원 할당시에도 적용될 수 있다.
도 16은 본 발명의 제 1 실시예에 따라 기지국이 IoT 단말과 노말 LTE 단말에게 신호 전송을 위한 자원을 할당하는 절차를 도시한 도면이다. 도 16에 따르면, 기지국은 IoT 단말을 지원하기 위한 자원 블록들을 먼저 설정한다(1600). 기지국은 신호를 전송할 단말이 IoT 단말인지 판단한다(1062). 단말이 IoT 단말이면, 기지국은IoT 단말용 RB에서 하나의 서브캐리어를 선택하여 해당 IoT 단말에게 할당한다(1604). 기지국은 상기 할당한 서브캐리어에서 노말 단말용 제어 및 데이터 신호와 CRS가 전송되지 않는 OFDM 심볼 구간에서만 IoT 단말용 신호를 전송한다(1606). 단말이 IoT 단말이 아닌 노말 LTE 단말이라면, IoT 단말용 RB가 아닌 자원 중에서 RB 단위로 노말 LTE 단말에게 자원을 할당하고(1608), 상기 할당한 RB에서 노말 단말용 제어 정보 또는 파일럿 또는 데이터 신호를 전송한다(1610).
도 17은 본 발명의 제 1실시예에 따라 IoT 단말이 할당 받은 서브캐리어에서 하향링크 신호를 수신하는 절차를 도시한 도면이다. 단말은 동기화 단계에서 IoT 단말용 RB를 검출하거나, 혹은 기지국으로부터 상위 계층 시그널링을 수신해 IoT 단말용 RB를 할당 받는다(1701). 단말은 상기 할당된 RB에 포함된 특정 하나의 서브캐리어를 기지국으로부터 할당받는다(1703). 특정 하나의 서브캐리어는 상위 계층 시그널링 또는 물리 계층 제어 신호를 통해 할당될 수 있다. 단말은 상기 할당된 하향링크용 서브캐리어에서 기지국이 전송한 제어 및 데이터 신호를 수신한다(1705).
아래에서는 제 2 실시예로 IoT 단말들의 상향링크 신호 전송을 위해 노말 LTE 단말에게 PUCCH 혹은 PUSCH 전송을 위한 자원 중에서 특정 RB를 사용하지 못하도록 하고, IoT 단말에게 상기 특정 RB에서의 특정 서브캐리어를 할당하여 운용하는 방법에 기술한다.
도 18은 본 발명의 제 2 실시예에 따라 기지국이 노말 LTE 단말의 상향링크 제어신호 전송을 위한 RB를 IoT 단말의 제어 및 데이터 신호 송신을 위해 할당하는 절차를 도시한 도면이다. 도 18에 따르면, 기지국은 상향링크에서의 IoT 단말의 신호 전송을 위한 RB를 설정한다(1800). 기지국은 기지국으로 신호를 전송해야 할 단말이 IoT 단말인지 판단한다(1802). 신호를 전송해야 할 단말이 IoT 단말이면, IoT 단말용 RB에서 하나의 서브캐리어를 선택하여 해당 IoT 단말에게 할당한다(1804). 상기 할당 방법으로는 기지국은 단말에게 상위 계층 시그널링으로 IoT 단말에게 할당한 서브캐리어 인덱스를 알려줄 수 있고, 혹은 단말이 하향링크 전송을 위해 사용된 서브캐리어 인덱스로부터 상향링크에 사용할 서브캐리어 인덱스를 알 수 있도록 미리 정해진 함수관계가 존재할 수 있다. 상기 할당한 서브캐리어에서 IoT 단말은 제어 정보 또는 데이터가 포함된 상향링크 신호를 전송하고, 기지국은 IoT 단말용 신호를 수신한다(1806). 단말이 IoT 단말이 아닌 노말 LTE 단말이면, IoT 단말을 위해 설정된 RB가 아닌 리소스 중에서 RB 단위로 노말 LTE 단말에게 리소스를 할당하고(1808), 상기 할당한 RB들에서 노말 단말용 제어 정보 및 데이터 신호를 수신한다(1810).
도 19는 본 발명의 제 2실시예에 따라 IoT 단말이 할당 받은 서브캐리어에서 상향링크 제어 및 데이터 신호를 송신하는 절차를 도시한 도면이다. 도 19에 따르면 단말은 동기화 단계에서 IoT 단말용 RB를 검출하거나, 혹은 기지국으로부터 상위 계층 시그널링을 받고 IoT 단말용 RB를 할당 받는다(1901). 단말은 상기 할당된 RB에 포함된 특정 하나의 서브캐리어를 기지국으로부터 상위 계층 시그널링 또는 물리 계층 제어 정보로 할당받거나, 하향링크 신호가 전송된 서브캐리어 인덱스로부터 유도한다(1903). 단말은 상기 할당된 상향링크용 서브캐리어에서 제어 정보 및 데이터 신호를 기지국으로 송신한다(1905).
도 20은 상향링크 제어채널 PUCCH 자원의 일부분에 IoT 단말용 자원을 할당하는 방법의 일례를 도시한 도면이다. 도 20에 따르면, 상위 계층 시그널링 되는
Figure pat00019
값을 기준으로 PUCCH 포맷 1/1a/1b를 위해 사용하는 RB(2004)와 PUCCH 포맷 2/2a/2b를 위해 사용하는 RB(2008)가 구분된다.
Figure pat00020
번째 RB와 N-
Figure pat00021
-1번째 RB는 PUCCH format 1/1a/1b와 2/2a/2b가 동시에 전송될 수 있는 RB이다(2006). 가운데 위치하는 RB는 상향링크 데이터 전송을 위한 PUSCH 전송에 사용된다(2010). PUCCH format 3는 상위 계층 시그널링에 따라 RB가 제한 없이 정해질 수 있다. PUCCH format 1/1a/1b, 2/2a/2b, 그리고 3에 사용되는 RB는 PUCCH 자원 인덱스인
Figure pat00022
,
Figure pat00023
, 그리고
Figure pat00024
에 의해 노말 LTE 단말에게 전달된다.
Figure pat00025
은 상위 계층 시그널링 파라미터와 PDCCH나 EPDCCH가 전송되는 CCE 번호에 따라 결정된다. 따라서 노말 LTE 단말로 상위 계층 시그널링과 PDCCH 혹은 EPDCCH가 전송되는 CCE 번호에 따라 결정되는
Figure pat00026
,
Figure pat00027
, 그리고
Figure pat00028
를 IoT 단말을 위해 사용될 RB를 지시하지 않도록 제한하여, 기지국은 IoT 단말용 상향링크 신호 전송에 사용할 RB를 설정할 수 있다.
또한 본 발명의 제 2실시예에 따라 기지국은 종래의 노말 LTE 단말이 사용할 PUSCH 자원 할당을 조절하여 특정 적어도 하나의 RB를 비우고, IoT 단말에게 상기 특정 RB를 할당하여, 특정 서브캐리어에서 신호를 송수신하도록 할 수 있다.
도 21은 기지국이 종래 LTE 단말의 PUSCH 자원을 IoT 단말용으로 사용하기 위해 PDCCH나 EPDCCH로 단말에게 상향링크 자원 할당을 지시할 때 사용하는 자원 지시값(resource indication value; RIV)값을 조절하는 일례를 도시한 도면이다. 도 21에서는 전체 상향링크 RB의 수가 10인 경우, 상향링크 리소스 할당 타입 0의 경우를 도시한다. 변수 RBSTART(2100)는 특정 단말에게 PUSCH 전송을 위해 할당하는 RB 중에서 첫 번째 RB의 인덱스이며, LCRBs(2102)는 할당하는 RB의 수이다.
Figure pat00029
는 상향링크 전체의 RB 수이다. 도 21의 RIV는 하기 수학식으로 구해진다.
[식 1]
Figure pat00030
도 21에서 음영으로 강조된 된 RIV 값(2106)은 총 10개의 RB중에서 양쪽 끝 2 RB 씩을 사용하지 않기 위해 사용하지 않아야 할 RIV 값들이다. 즉, 상기 RIV 값을 선택하지 않으면 RB 0, RB 1, RB 8, RB 9는 단말에게 할당되지 않는다. 따라서, IoT 단말에게 RB 0, RB 1, RB 8, RB 9를 할당하고, 노말 LTE 단말에게 가운데 위치한 RB들을 할당하려면, 기지국은 PDCCH 또는 EPDCCH로 노말 LTE 단말에게 PUSCH 자원을 할당하기 위한 RIV 값을 전송할 때도 21에서 음영처리 되지 않은 RIV 값들(2104) 중 선택하여야 한다.
상기 일례는 상향링크 리소스 할당 타입 0를 이용해서 단말에게 PUSCH 리소스를 할당해주는 경우이며, 리소스 할당 타입 1을 이용해서 단말에게 PUSCH 리소스를 할당하는 경우도 비슷한 방법으로 노말 LTE 단말에게 할당될 수 있는 PUSCH 리소스를 제한하여 IoT 단말을 위한 상향링크 자원을 할당할 수 있다.
아래에서는 제 3 실시예로 IoT 단말이 한 서브캐리어로 신호를 송수신 할 때에 FFT 혹은 IFFT 동작 없이 필터링으로 신호를 송수신하기 위해 필요한 필터의 계수를 구하는 방법에 대하여 기술한다.
도 9는 하향링크에서 IoT 단말이 신호를 수신하기 위한 수신기의 블록 다이어그램으로, 노말 LTE 단말 수신기가 FFT/IFFT 블록을 포함하고 있는 것과 달리 도 9에 도시된 IoT 단말 수신기에는 FFT/IFFT 블록이 포함되어 있지 않고, 대신 필터링(filtering)으로 특정 서브캐리어의 데이터를 수신한다..
하기 수학식은 IoT 단말이 수신할 수 있는 주파수 범위에서 k번째 서브캐리어로부터 데이터를 수신하기 위해 사용될 수 있는 필터(905)의 필터 계수이다. 필터 길이가 N이라고 할 때, n=0,1,…,N-1에 대해서, k번째 서브캐리어에 해당하는 데이터 수신을 위한 필터 계수
Figure pat00031
는 하기와 같이 구해질 수 있다.
[식 2]
Figure pat00032
상기 필터 계수에서 K은 IoT 단말에게 설정되어 수신할 수 있는 전체 서브캐리어 수이다. 상기 상수 c는 IoT 단말 수신기에서 사용하는 중심 주파수 값에 따라 결정될 수 있다. IoT 단말 수신기 샘플러(903)의 샘플링율이 Rs[samples/second]이라고 할 때, 상기 K은 하기 수학식과 같이 구해질 수 있다.
[식 3]
Figure pat00033
도 9에서 안테나(901)로 신호를 수신한 후, A/D 변환(903)을 하기 전에 별도의 필터들이 삽입될 수 있다.
도 10은 상향링크에서 IoT 단말이 신호를 송신하기 위한 송신기의 블록 다이어그램으로, 노말 LTE 단말 송신기가 FFT/IFFT 블록을 포함하고 있는 것과 달리 도 10에 도시된 IoT 단말 송신기에는 FFT/IFFT 블록이 포함되어 있지 않고, 대신 필터링으로 특정 서브캐리어를 이용하여 데이터를 송신한다.
하기 수학식은 IoT 단말이 송신할 수 있는 주파수 범위에서 k번째 서브캐리어로 데이터를 송신하기 위해 사용될 수 있는 필터(1004)의 필터 계수이다. 필터 길이가 Nsamples이라고 할 때, n=0,1,…, Nsamples-1 에 대해서, 필터 계수
Figure pat00034
는 하기와 같이 구해질 수 있다.
[식 4]
Figure pat00035
상기 필터 계수에서 N은 IoT 단말용으로 설정되어 송신할 수 있는 전체 서브캐리어 수이다. IoT 단말 송신기 D/A 변환기(1006)의 변환율이 Rs [samples/second]이라고 할 때, 상기 Nsamples은 상기 식 3과 같이 구해질 수 있다.
도 10에서 D/A 변환(1006)한 후, 안테나(1008)로 신호를 송신하기 전에 별도의 필터들이 삽입될 수 있다. 또한 단말 데이터(1002)이 필터링(1004)되기 전에 채널코딩, 스크램블링, 인터리빙 등의 과정이 삽입될 수 있다.
또한 IoT 단말은 상기 식 2와 식 4에서 구해진 필터 계수에 적절한 상수를 곱하여 사용할 수 있다.
아래에서는 제 4 실시예로 IoT 단말이 하나 이상의 서브캐리어로 신호를 송수신 할 때에 FFT 혹은 IFFT 동작 없이 필터링으로 신호를 송수신하기 위해 필요한 필터의 계수를 구하는 방법에 대하여 기술한다.
도 22는 하향링크에서 IoT 단말이 하나 이상의 서브캐리어를 이용해 신호를 수신하기 위한 수신기의 블록 다이어그램이다. 노말 LTE 단말 수신기가 FFT/IFFT 블록을 포함하고 있는 것과 달리, 도 22에 도시된 IoT 단말 수신기에는 FFT/IFFT 블록이 포함되어 있지 않고, 대신 복수의 필터를 이용한 필터링(2205, 2207, 2209, filtering)으로 각각 특정 서브캐리어의 데이터를 수신하도록 한다.
하기 수학식은 IoT 단말이 수신할 수 있는 주파수 범위에서 M개의 서브캐리어에서 데이터1, 데이터2, …, 데이터 M을 수신하는 과정에서, k1, k2, …, kM번째 서브캐리어로부터 데이터를 수신하기 위해 사용될 수 있는 필터(2205, 2207, 2209)의 필터 계수이다. 필터 길이가 Nsamples이라고 할 때, n=0,1,…, Nsamples-1에 대해서, m번째 필터의 필터 계수
Figure pat00036
는 하기와 같이 구해질 수 있다.
[식 5]
Figure pat00037
상기 필터 계수에서 N은 IoT 단말에게 설정되어 수신할 수 있는 전체 서브캐리어 수이다. 상기 상수 c는 IoT 단말 수신기에서 사용하는 중심 주파수 값에 따라 결정될 수 있다. IoT 단말 수신기 샘플러(2203)의 샘플링율이 Rs[samples/second]이라고 할 때, 상기 Nsamples은 상기 식 3과 같이 구해질 수 있다.
또한 도 22에서 안테나(2201)로 신호를 수신한 후, A/D 변환(2203)을 하기 전에 별도의 필터들이 삽입될 수 있다.
도 23은 상향링크에서 하나 이상의 서브캐리어에서 신호를 송신하는 IoT 단말이 신호를 송신하기 위한 송신기의 블록 다이어그램이다. 노말 LTE 단말 송신기가 FFT/IFFT 블록을 포함하고 있는 것과 달리, 도 23에 도시된 IoT 단말 송신기에는 FFT/IFFT 블록이 포함되어 있지 않고, 대신 복수의 필터를 이용한 필터링(2307, 2309, 2311)으로 특정 서브캐리어들를 이용하여 데이터를 송신하도록 한다.
하기 수학식은 IoT 단말이 송신할 수 있는 주파수 범위에서 M개의 서브캐리어에서 데이터1(2301), 데이터2(2303), …, 데이터 M(2305)을 송신하는 과정에서, k1, k2, …, kM번째 서브캐리어로 데이터를 송신하기 위해 사용될 수 있는 필터(2307, 2309, 2311)의 필터 계수이다. 필터 길이가 Nsamples이라고 할 때, n=0,1,…, Nsamples-1에 대해서, m번째 필터의 필터 계수
Figure pat00038
는 하기와 같이 구해질 수 있다.
[식 6]
Figure pat00039
상기 필터 계수에서 N은 IoT 단말용으로 설정되어 송신할 수 있는 전체 서브캐리어 수이다. IoT 단말 송신기 D/A 변환기(2313)의 변환율이 Rs[samples/second]이라고 할 때, 상기 Nsamples은 상기 수학식 3과 같이 구해질 수 있다.
도 23에서 D/A 변환(2313)한 후, 안테나(2315)로 신호를 송신하기 전에 별도의 필터들이 삽입될 수 있다. 또한 단말 데이터들(2301, 2303, 2305)이 필터링(2307, 2309, 2311)되기 전에 채널코딩, 스크램블링, 인터리빙 등의 과정이 삽입될 수 있다.
또한 단말은 상기 수학식 5와 수학식 6에서 구해진 필터 계수에 적절한 상수를 곱하여 사용할 수 있다. 본 발명의 상기 실시예들을 수행하기 위한 단말과 기지국구조가 각각 도 24와 도 25에 도시되어 있다. 상기 실시예 1부터 실시예 3까지는 IoT 단말용 하향링크 및 상향링크 신호 송수신을 수행하기 위한 기지국과 단말의 동작이 나타나 있으며, 이를 수행하기 위해 기지국과 단말의 수신부, 처리부, 송신부는 각각 실시예에 따라 동작하여야 한다.
도 24은 본 발명의 실시예에 따른 단말의 구조를 도시하는 블록도이다. 도 24과 같이, 본 발명의 단말기(2406)는 단말기 수신부(2400), 단말기 송신부(2404), 단말기 처리부(2402)를 포함할 수 있다. 단말기 수신부(2400)와 단말기 송신부(2404)를 통칭하여 본 발명의 실시예에서는 송수신부라 칭할 수 있다. 송수신부는 기지국과 신호를 송수신할 수 있다. 상기 신호는 제어 정보와 데이터 및 파일럿 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이를 위해, 송수신부는 송신되는 신호의 주파수를 상승 변환 및 증폭하는 RF 송신기와, 수신되는 신호를 저 잡음 증폭하고 주파수를 하강 변환하는 RF 수신기 등으로 구성될 수 있다. 또한, 송수신부는 무선 채널을 통해 신호를 수신하여 단말기 처리부(2402)로 출력하고, 단말기 처리부(2402)로부터 출력된 신호를 무선 채널을 통해 전송할 수 있다.
단말기 처리부(2402)는 상술한 본 발명의 실시예에 따라 단말이 동작할 수 있도록 일련의 과정을 제어할 수 있다.
도 25은 본 발명의 실시예에 따른 기지국의 구조를 도시하는 블록도이다. 도 25과 같이, 본 발명의 기지국(2507)은 기지국 수신부(2501), 기지국 송신부(2505), 기지국 처리부(2503)를 포함할 수 있다.
기지국 수신부(2501)와 기지국 송신부(2505)를 통칭하여 본 발명의 실시예에서는 송수신부라 칭할 수 있다. 송수신부는 단말과 신호를 송수신할 수 있다. 상기 신호는 제어 정보와 데이터 및 파일럿 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이를 위해, 송수신부는 송신되는 신호의 주파수를 상승 변환 및 증폭하는 RF 송신기와, 수신되는 신호를 저 잡음 증폭하고 주파수를 하강 변환하는 RF 수신기 등으로 구성될 수 있다. 또한, 송수신부는 무선 채널을 통해 신호를 수신하여 기지국 처리부(2503)로 출력하고, 기지국 처리부(2503)로부터 출력된 신호를 무선 채널을 통해 전송할 수 있다.
기지국 처리부(2503)는 상술한 본 발명의 실시예에 따라 기지국이 동작할 수 있도록 일련의 과정을 제어할 수 있다.
예를 들어, 기지국 처리부(2503)는 스케줄링 대상 단말이 제1 타입 단말 또는 제2 타입 단말 중 어느 타입의 단말인지 결정하고, 제1 타입 단말인 경우 상기 제1 타입 단말을 위한 제어 정보에 기반하여 제어 정보를 생성하도록 제어할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 타입 단말은 한 서브캐리어에서만 신호를 송수신하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 즉 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명의 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다. 또한 상기 각각의 실시 예는 필요에 따라 서로 조합되어 운용할 수 있다. 예컨대, 본 발명의 실시예 2와 실시예 3이 서로 조합되어 기지국과 단말이 운용될 수 있다.

Claims (14)

  1. 기지국이 제 2 단말과 신호를 송수신하는 방법에 있어서,
    상기 제 2 단말이 사용할 자원 블록 (resource block, RB) 를 설정하는 단계;
    상기 제 2 단말이 사용할 상기 자원 블록 내의 적어도 하나의 서브캐리어 (subcarrier) 를 상기 제 2 단말에게 할당하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 서브캐리어를 이용해 상기 제 2 단말과 데이터, 파일럿 신호 또는 제어 정보 중 적어도 하나를 송수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 송수신 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 단말이 사용할 상기 자원 블록을 지시하는 정보를 상위 계층 시그널링 (higher layer signaling) 으로 상기 제 2 단말에게 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 송수신 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 제 2 단말에게 할당된 상기 적어도 하나의 서브캐리어의 인덱스는 상기 제 2 단말의 식별자에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 신호 송수신 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 기지국에서 상기 제 2 단말로 전송되는 데이터, 파일럿 신호 또는 제어 정보 중 적어도 하나는 상기 제 2 단말에게 할당된 상기 적어도 하나의 서브캐리어 중 제 1 단말의 제어 정보 및 셀 특정 기준 신호가 매핑 (mapping) 되지 않은 OFDM 심볼에 매핑되는 것을 특징으로 하는 신호 송수신 방법.
  5. 제 2 단말이 기지국과 신호를 송수신하는 방법에 있어서,
    상기 제 2 단말이 사용할 자원 블록 (resource block, RB) 을 확인하는 단계;
    상기 제 2 단말이 사용할 상기 자원 블록 내의 적어도 하나의 서브캐리어 (subcarrier) 를 확인하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 서브캐리어를 이용해 상기 기지국과 데이터, 파일럿 신호 또는 제어 정보 중 적어도 하나를 송수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 송수신 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 제 2 단말이 사용할 상기 자원 블록을 지시하는 정보를 상위 계층 시그널링 (higher layer signaling) 으로 기지국으로부터 수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 송수신 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 적어도 하나의 서브캐리어의 인덱스는 상기 제 2 단말의 식별자에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 신호 송수신 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 기지국에서 상기 제 2 단말로 전송되는 데이터, 파일럿 신호 또는 제어 정보 중 적어도 하나는 상기 제 2 단말에게 할당된 상기 적어도 하나의 서브캐리어 중 제 1 단말의 제어 정보 및 셀 특정 기준 신호가 매핑 (mapping) 되지 않은 OFDM 심볼에 매핑되는 것을 특징으로 하는 신호 송수신 방법.
  9. 기지국과 신호를 송수신하는 제 2 단말에 있어서,
    상기 기지국과 신호를 송수신하는 송수신부; 및
    상기 송수신부에서 수신된 신호를 아날로그/디지털 변환하고 순환 전치 (cyclic prefix, CP) 를 제거한 후, 상기 제 2 단말에게 할당된 서브캐리어 (subcarrier) 에 해당하는 필터로 필터링하고, 검출하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 제 2 단말.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 제 2 단말에게 할당된 서브캐리어의 인덱스가 k이고, 상기 필터의 길이가 N일 때, 상기 제 2 단말에게 할당된 서브캐리어에 해당하는 필터의 필터 계수는 아래 식과 같은 것을 특징으로 하는 제 2 단말.
    Figure pat00040
  11. 제 10항에 있어서, 상기 제 2 단말의 상기 수신 신호 샘플링율이 Rs 일 때, 상기 K는 아래 식과 같은 것을 특징으로 하는 제 2 단말.
    Figure pat00041
  12. 기지국과 신호를 송수신하는 제 2 단말에 있어서,
    상기 기지국과 신호를 송수신하는 송수신부; 및
    상기 기지국에 전송하고자 하는 데이터를 상기 제 2 단말에 할당된 서브캐리어에 해당하는 필터로 필터링하고, 상기 데이터가 변환된 신호에 순환 전치 (cyclic prefix, CP) 를 추가하고, 디지털/아날로그 변환을 수행하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 제 2 단말.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 제 2 단말에게 할당된 서브캐리어의 인덱스가 k이고, 상기 필터의 길이가 N일 때, 상기 제 2 단말에게 할당된 서브캐리어에 해당하는 필터의 필터 계수는 아래 식과 같은 것을 특징으로 하는 제 2 단말.
    Figure pat00042
  14. 제 13항에 있어서, 상기 제 2 단말의 상기 데이터 샘플링율이 Rs 일 때, 상기 K는 아래 식과 같은 것을 특징으로 하는 제 2 단말.
    Figure pat00043
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