KR20160150276A

KR20160150276A - 비면허 주파수 대역의 무선 통신 셀룰러 시스템에서 초기 신호를 전송하는 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20160150276A
Application number: KR1020160034296A
Authority: KR
Inventors: 윤찬호; 고영조; 김은경; 백승권
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2015-06-18
Filing date: 2016-03-22
Publication date: 2016-12-29

Abstract

기지국의 초기 신호 전송 방법이 제공된다. 상기 기지국은, 비면허 대역의 채널을 통한 신호 전송이 가능한 시점을 판단한다. 그리고 상기 기지국은, 상기 신호 전송 가능 시점이 시간 도메인 심볼의 경계에 해당하는 지와 무관하게, 상기 신호 전송 가능 시점에, 상기 비면허 대역 채널을 선점하기 위한 초기 신호(initial signal)를 전송한다.

Description

비면허 주파수 대역의 무선 통신 셀룰러 시스템에서 초기 신호를 전송하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR TRANSMITTING INITIAL SIGNAL IN WIRELESS COMMUNICATION CELLULAR SYSTEM OF UNLICENSED FREQUENCY BAND}

본 발명은 비면허 주파수 대역의 무선 통신 셀룰러 시스템에서 초기 신호를 전송하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

종래의 LTE(long term evolution) 셀룰러 네트워크는 면허 대역(licensed band)에서만 운용되어 왔다. 지속적인 용량 증대를 위한 기술 개발이 있어 왔음에도 불구하고, 고용량 및 고속의 데이터 서비스 수요가 늘어감에 따라, LTE 표준은 기존의 면허 대역에 한정하지 않고, 주파수 대역폭이 풍부한 비면허 대역 (unlicensed band)을 수용하여 용량을 증대하는 방안을 채택하였다. 이러한 용량 증대 방안에 대한 표준화 진행이 현재 활발히 이루어지고 있다.

하지만 비면허 대역에 대해서는, 타 사업자 또는 타 기기(device)의 방해를 받지 않으며 높은 자유도를 가지는 면허 대역과 달리, 다른 비면허 대역에서 운용되는 기기들과의 공존(coexistence) 문제가 해결되어야 한다. 즉, 동일한 비면허 채널상에 있는 타 기기들의 성능을 크게 낮추지 않으면서, 기회가 주어졌을 때 한시적으로 사용할 수 있는 형태의 채널 접근 및 점유 방식이 필요하다.

이러한 공존문제를 해결하기 위하여, '캐리어 감지 후 전송'(예, CCA(clear channel assessment), 또는 LBT(listen before talk))으로 알려진 방식이 널리 사용되고 있다. 채널 접근 방법은 우선 공유 채널에 대한 모니터링에 의해 이루어진다. 즉, 기기는 다른 기기와 공유하고 있는 비면허 대역 채널의 활동을 감지하고, 만일 해당 채널의 에너지가 측정되는 경우에 무선 신호 송신을 보류하고, 반대로 해당 채널의 에너지가 감지되지 않는 경우에 해당 채널을 사용(무선 신호 전송 또는 출력)한다.

기기가 공유 채널의 아이들(idle) 상태를 감지한 후 신호를 전송하면, 다른 기기들은 해당 채널상에서 에너지가 감지되어 해당 채널은 비지(busy)하다고 판단하고, 신호 송신을 보류한다. 즉, 비면허 대역의 채널 접근 방법은, 시간을 분할하여 다수의 기기가 무선 채널에 접속하는, 일종의 시-분할 다중 접속 방식 중 한 형태일 수 있다.

하지만 현재 LTE 규격에는 채널 감지 기능이 정의되어 있지 않을 뿐만 아니라, 동기화된 기존의 프레임 구조에서 작은 단위로 채널을 감지한 후 재빨리 채널을 점유하기 위해 무선 신호를 전송하는 절차가 정의되어 있지 않다.

현재 LTE의 프레임 구조는 면허 대역에 적합하기 때문에, 비면허 대역에 그대로 적용하기는 어렵다. 실제로 비면허 대역은, 여러 기기들이 공존하는 환경이고 LBT에 의해 LTE 신호가 비연속적으로 전송될 수 밖에 없는 환경이다. 또한 비면허 대역에는, 기기가 연속해서 신호를 전송할 수 있는 최대의 길이(max-COT: maximum channel occupancy time)가 제한되어 있다(예, 일본: 4ms, 유럽: 10ms). 이러한 제약 때문에, 비연속적인 신호를 바탕으로 기존의 면허 대역 수신기에 적용될 수 있었던 일부 단말의 수신 신호 동기화 기술 또한, 비면허 대역에 적용하기는 힘들다.

또한 기지국이 최대 연속 전송 길이 제한 만큼 신호를 전송하지 않는 경우가 존재할 수도 있다. 예를 들어, 유럽의 경우에 최대 연속 전송 길이가 10ms 임에도, 기지국이 연속해서 신호를 전송하는 길이가 7ms 인 경우가 발생할 수 있다. 이러한 경우에, 현재의 연속 전송 길이가 최대인지 아닌지에 대한 정보, 그리고 현재의 연속 전송 길이가 구체적으로 어떠한 길이인지에 대한 정보(예, 서브프레임 단위로 n개)를 기지국이 전달하는 절차 자체가, 현재의 LTE 규격에는 정의되어 있지 않다.

또한 기존의 면허 대역을 위한 소형 셀(small cell) LTE 기지국에 의해 주기적으로 전송되는 발견 레퍼런스 신호(DRS: discovery reference signal)는, 비면허 대역에서 LBT 동작에 의해 채널이 비지(busy)하다고 감지되면, 전송되지 못한다. 즉, 현재의 LTE 면허 대역에 적용되는 DRS가 비면허 대역에서 주기적으로 전송될 수 없다는 문제가 존재한다. 그 이유는, LBT와 같은 규제(CCA의 내용을 포함)로 인해, 비면허 대역에서는 주기적으로 정확한 타이밍에 신호 전송이 성공하는 것이 보장되지 않기 때문이다. 예를 들어, 타 기기(예, 와이파이, 레이더, 및 기타 등등)나 다른 기지국의 DRS에 의해 무선 채널이 점유되는 경우가 발생할 수 있다. 상기와 같은 상황에서 기기는 DRS 전송의 성공 여부에 관한 인디케이션(indication)을 빠른 속도로 확인하기 어려우며, 또한 현재의 면허 대역에는 기지국이 DRS 송신의 전송 시도 성공 여부를 알리는 신호가 정의되어 있지 않다.

따라서, 상기의 모든 문제점을 해결해주며, 비면허 대역에서의 LTE 무선 네트워크 운용을 실현 가능하도록(feasible)하는, 유용한 초기 신호(initial signal)가 정의될 필요가 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 비연속적인 하향 버스트 프레임 전송을 특징으로 가지는 비면허 대역의 LTE 시스템을 운용하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

또한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 수신 신호의 시간 동기 및 주파수 동기를 맞추기 위한, 그리고 비면허 대역과 면허 대역 간의 섬세한(fine) 프레임 동기를 유지시키기 위한 초기 신호를 생성하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

또한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 코히어런트(coherent)한 신호 복조방법의 성능을 개선할 수 있는, 초기 신호를 통한 채널 추정 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

또한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 상향링크 및 하향링크 통합 프레임 길이와 상향링크 전송 시점을 초기 신호를 이용해 지시하는(indicate) 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

또한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, DRS의 전송 성공 유무를 초기 신호를 이용해 빠르게 지시하는(indicate) 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 기지국의 초기 신호 전송 방법이 제공된다. 상기 기지국의 초기 신호 전송 방법은, 비면허 대역의 채널을 통한 신호 전송이 가능한 시점을 판단하는 단계; 및 상기 신호 전송 가능 시점이 시간 도메인 심볼의 경계에 해당하는 지와 무관하게, 상기 신호 전송 가능 시점에, 상기 비면허 대역 채널을 선점하기 위한 초기 신호(initial signal)를 전송하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 단말은 초기 신호를 이용해, 비면허 대역(비연속적인 하향링크 프레임 특징을 가짐)에서도 AGC(automatic gain control) 및 시간 동기를 맞출 수 있고, 비면허 대역과 면허 대역 간의 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 심볼 시간 및 프레임 동기 유지를 섬세하게(fine) 매 버스트(burst)마다 할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따르면, 단말이 하향링크 버스트 신호가 자신에 해당하는 신호인지를 빠르게 효율적으로 판단할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따르면, 기기는 비연속적으로 전송되는 신호를 위한 추가 채널 추정치를 확보할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따르면, 단말은 초기 신호가 감지된 시점을 기준으로 해당 단말에 입력되는 버스트 프레임의 부분적 서브프레임(partial subframe) 형태 및 배치를 알 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따르면, 기기는 버스트 신호에 관한 추가 정보를 전달할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따르면, 초기 신호는 비면허 대역에서의 LTE 운용을 위한 표준화 기술인 LTE-LAA(license assisted access)의 핵심 요소 기술이 될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른, 비면허 대역에서 LBT가 수행되는 시점, 초기 신호가 전송되는 시점, 그리고 부분적 서브프레임이 전송되는 시점 및 그 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른, 초기 신호의 구조 및 초기 신호와 부분적 서브프레임 간의 관계를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른, 초기 신호를 위해 활용되는 가변 길이의 예약 신호(reservation signal)의 구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른, 비면허 대역에서 CSRS(compact synchronization reference signal)가 면허 대역의 OFDM 심볼 7번에 시간 동기를 맞춰 전송되는 경우를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 예약 신호의 전송 시점에 따라 분류되는 CSRS의 전송 시점을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른, CSRS의 주파수 도메인 심볼 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른, CSRS 타입-2의 주파수 구조를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른, 기지국을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른, 단말을 나타내는 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 단말(terminal)은, 이동 단말(mobile terminal), 이동국(mobile station), 진보된 이동국(advanced mobile station), 고신뢰성 이동국(high reliability mobile station), 가입자국(subscriber station), 휴대 가입자국(portable subscriber station), 접근 단말(access terminal), 사용자 장비(user equipment) 등을 지칭할 수도 있고, 단말, 이동 단말, 이동국, 진보된 이동국, 고신뢰성 이동국, 가입자국, 휴대 가입자국, 접근 단말, 사용자 장비 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.

또한, 기지국(base station, BS)은, 진보된 기지국(advanced base station), 고신뢰성 기지국(high reliability base station), 노드B(node B), 고도화 노드B(evolved node B, eNodeB), 접근점(access point), 무선 접근국(radio access station), 송수신 기지국(base transceiver station), MMR(mobile multihop relay)-BS, 기지국 역할을 수행하는 중계기(relay station), 기지국 역할을 수행하는 고신뢰성 중계기(high reliability relay station), 리피터, 매크로 기지국, 소형 기지국 등을 지칭할 수도 있고, 기지국, 진보된 기지국, HR-BS, 노드B, eNodeB, 접근점, 무선 접근국, 송수신 기지국, MMR-BS, 중계기, 고신뢰성 중계기, 리피터, 매크로 기지국, 소형 기지국 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.

한편, 본 명세서에서, 'A 또는 B'는, 'A', 'B', 또는 'A와 B 모두'를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 방법 및 장치는, LTE 무선 이동 통신 시스템의 물리계층에 속할 수 있다. 구체적으로 본 발명의 실시예에 따른 방법 및 장치는, 비면허 대역에서 운용되는 LTE 시스템에서 기지국이 단말에게 송신하는 신호의 설계에 관한 것일 수 있다. 또한 본 발명의 실시예에 따른 방법 및 장치는, 면허 대역이 아닌 비면허 대역의 신호 전송 방식 특성이 반영된 초기 신호 전송 기술에 관한 것일 수 있다. 또한 본 발명의 실시예에 따른 방법 및 장치는, 초기 신호를 이용해 다수의 정보(예, 상향링크 및 하향링크 데이터 프레임의 구성 정보, DRS의 구성 정보, 시간 동기 및 주파수 동기, 채널 추정 정보)를 제공하는 기술에 관한 것일 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른, 비면허 대역에서 LBT가 수행되는 시점, 초기 신호가 전송되는 시점, 그리고 부분적 서브프레임이 전송되는 시점 및 그 구조를 나타내는 도면이다.

구체적으로 도 1에는, 비면허 대역에서 운용하고자 하는 LTE 기지국(LLb1)이, IEEE 802.11a/n/ac WLAN(wireless local area network) 또는 와이파이 기기(STA1b, STA2b)개와 동일한 비면허 대역(예, 5GHz 주파수 대역)을 사용하는 경우가 예시되어 있다. 이러한 경우에, 공존 그리고 비면허 대역과 면허 대역 간의 동기를 지키는 방법에 대해서 설명한다. LTE 기지국(LLb1)은, LTE LAA(license assisted access) 기기일 수 있다. 한편, LTE 기지국(LLb1)은 비면허 대역과 면허 대역 모두에서 운용될 수도 있고, 이 경우에, 비면허 대역의 신호와 면허 대역의 신호를 동시에 전송할 수 있다.

CCA는 무선 채널이 사용 중인지 아닌지를 에너지 레벨을 이용해 판단하는 방법이다. 마찬가지로 LBT는 CCA와 동일한 기능을 수행한다. 채널에 대한 CCA 또는 LBT가 성공하는 것은, CCA 또는 LBT를 수행한 기기가 해당 채널을 점유하는 것을 의미한다. 채널의 비지(busy) 상태는 해당 채널이 점유된 상태를 나타내고, 채널의 아이들(idle) 상태는, 어떠한 기기도 해당 채널을 사용하고 있지 않다는 것을 나타낸다.

도 1에 예시된 바와 같이, 와이파이 기기(STA1b)가 시간적으로 먼저 비면허 대역의 채널을 점유하여 신호(와이파이 프레임)를 전송하고 있는 경우에, 와이파이 기기(STA2b)와 LTE 기지국(LLb1) 각각은 해당 채널이 비지(busy) 상태인 것을 판단하고, 신호 송신을 보류한다.

와이파이 기기(STA1b)의 신호 전송이 끝나면, 와이파이 기기(STA2b)와 LTE 기지국(LLb1)은 해당 채널이 아이들(idle) 상태라는 것을 감지한다.

와이파이 기기(STA2b)는 CCA 체크 기능을 이용해 해당 채널의 아이들(idle) 상태를 감지한 경우에, 신호 송신을 준비하지만, IEEE 802.11 표준 규격상 DIFS(distributed coordinate function interframe space)와 랜덤 백오프(random back-off)라는 시간적인 지연(delay) 구간을 거친 후에 신호 송신을 수행해야 한다 (예, 와이파이를 위한 채널 액세스 기법의 기능인 DCF(distributed coordinate function)).

마찬가지로 LTE 기지국(LLb1)도 CCA 및 임의의 지연 기능을 포함하는 LBT를 수행하여 해당 채널의 아이들(idle) 상태를 감지한 경우에, 임의의 랜덤 지연(random delay)을 거친 후에 신호 송신을 준비한다(예, ETSI(european telecommunications standards institute) 규격의 LBT 기능).

이 때, 와이파이 기기(STA2b)와 LTE 기지국(LLb1)은 비면허 대역을 사용하기 위하여 경쟁(contention)을 하는데, 임의의 지연 시간(delay time)인 q를 먼저 통과한 기기가 경쟁에서 승리하여 신호를 전송할 수 있다. 여기서, q는 시간적인 개념으로써, 1~9us 단위의 카운터가 될 수 있다.

따라서 와이파이 기기(STA2b)와 LTE 기지국(LLb1) 각각은 일정 지연 및 랜덤 백오프라는 임의의 총 지연 시간 q가 지나야, 신호를 송신할 수 있다. 와이파이 기기(STA2b)의 경우에, 상술한 바와 같이, q는 DIFS 시간(34us)과 랜덤 백오프(예, 9us의 배수(0을 포함), 즉, 0 ~ N*9us의 시간, 단, N은 IEEE 802.11 규격에 따름)를 포함할 수 있다. LTE 기지국(LLb1)의 경우에, LBT 기능에 의한 q는 WLAN의 DIFS에 유사한 xIFS 값과 랜덤 백오프(예, N*20us, 단, N은 기본적으로 랜덤하며 ETSI의 규제에 의하면 N의 최대 값은 24가 될 수 있음)를 포함할 수 있다.

예를 들어, 와이파이 기기(STA2b)가 랜덤 백오프 구간(DIFS +CCA 체크)을 거치고 있을 때, LTE 기지국(LLb1)은 먼저 임의의 q 구간(extended CCA check)을 통과하여, 시점(Tb1a)에 초기 신호(initial signal)를 송신하고, 페이로드(payload)를 가지는 부분적 서브프레임(partial subframe)과 LTE 서브프레임을 전송한다. LTE 기지국(LLb1)에 의해 전송된 초기 신호로 인해, 와이파이 기기(STA1b, STA2b)는 해당 채널이 점유된(occupied) 상태라는 것을 감지하고 신호 송신을 수행하지 않는다.

면허 대역에서 운용되는 LTE 기지국(LLb2)은 비면허 대역과의 신호 간섭이 일어나지 않지만, 연속적인(continuous) 신호를 송신하며 일정한 서브프레임의 포맷을 기초로 신호를 전송하는데, 이를 통해 비면허 대역을 위한 시간 레퍼런스를 제공한다. LTE 서브프레임의 길이는 1ms(1000us)로 표준 규격에 정의되어 있다.

여기서 LBT는 와이파이 기기(STA1b, STA2b) 뿐만 아니라 다른 LTE 기지국(LLb1) 과의 충돌도 회피할 수 있는 기능을 포함할 수 있다. LTE 기지국(LLb1)이 신호 전송을 시작하는 시점(예, Tb1a) 이전까지, 비면허 대역의 채널은 계속 아이들(idle) 상태이다. 따라서 비면허 채널이 idle하다고 판단된 후, LTE 기지국(LLb1)이 시점(Tb1a)에 초기 신호를 전송한 이후에, '1개의 부분적 서브프레임 + 1개의 full 서브프레임'의 전송을 완료한다. 그 이후, 와이파이 기기(STA1b)와 와이파이 기기(STA2b)는 해당 채널이 아이들(idle) 상태인 것을 감지하고, 해당 채널을 점유하기 위한 경쟁을 시작한다. 와이파이 기기(STA1b)가 임의의 지연 시간 q를 먼저 통과하여, 시점(Tb1b)에 신호 전송을 시작한다.

와이파이 기기(STA1b)의 신호 전송이 완료된 후에, LTE 기지국(LLb1)은 경쟁에서 다시 승리해 채널을 점유하여 시점(Tb1c)에 초기 신호를 전송하고, '2개의 부분적 서브프레임 + 2개의 full 서브프레임'을 전송한다. 그리고 나머지 구간에서는 와이파이 기기(STA1b)와 와이파이 기기(STA2b) 각각이 경쟁에서 승리하여 채널을 점유해 사용한다.

LBT, 초기 신호, 그리고 부분적 서브프레임은, 기존의 면허 대역에서 사용되는 물리 계층의 서브프레임을 수정(modification) 없이 그대로 활용하여 비면허 대역에서도 전송될 수 있도록 할 뿐만 아니라, 비면허 대역에 적합한 새로운 형태의 버스트 프레임 포맷이 제공될 수 있도록 한다. 본 발명의 실시예에 따른, 초기 신호는 비연속적으로 전송되는 신호 버스트의 초반(beginning)에 전송된다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른, 초기 신호의 구조 및 초기 신호와 부분적 서브프레임 간의 관계를 나타내는 도면이다.

초기 신호 뒤에 따라오는(following) 서브프레임(페이로드 데이터(예, PDSCH(physical downlink shared channel))를 포함)은, 부분적 서브프레임(partial or fractional subframe)일 수도 있고, full 서브프레임일 수도 있다. 도 2에는 초기 신호 뒤에 부분적 서브프레임이 위치하는 경우가 예시되어 있다. 부분적 서브프레임은 시간 시프트된(time-shifted) DwPTS(downlink pilot time slot)를 포함할 수 있다. full 서브프레임은 30720*T_s 의 길이를 가질 수 있다. 여기서 T_s = 1/(30.72e6) second 이다.

초기 신호는 예약 신호(reservation signal)와 CSRS(compact synchronization reference signal)를 포함할 수 있다. 예약 신호는 가변 길이(variable length)를 가질 수 있다. CSRS는 고정된(fixed) 길이(예, 1개의 OFDM 심볼 + CP(cyclic prefix))를 가질 수 있다. 예를 들어, CSRS는 2192*T_s 또는 2208*T_s의 길이를 가질 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른, 초기 신호를 위해 활용되는 가변 길이의 예약 신호(reservation signal)의 구조를 나타내는 도면이다.

가변 길이를 가지는 예약 신호 필드는, 4, 8, 또는 16개의 샘플로 이루어진 시퀀스들을 포함할 수 있다. 도 3에는 예약 신호 필드가 16개의 샘플로 이루어진 시퀀스들을 포함하는 경우가 예시되어 있다.

하나의 예약 신호 시퀀스를 s(n) 이라 하면, s(n) 영역은 0.521us 정도의 길이를 가지는 최소 신호 단위(unit) 전송 구간을 포함할 수 있다. LTE의 기저대역 디지털 샘플링 레잇(baseband digital sampling rate)이 30.72MHz 인 경우에, 하나의 샘플을 전송하는데 걸리는 시간(T_s)은 0.0326us (=1/(30.72e6))이다. 기저대역의 디지털 샘플링 레잇이 15.36MHz인 경우에는, T_s 는 0.0651us (=1/(15.36e6)) 이고, 기저대역의 디지털 샘플링 레잇이 7.68MHz인 경우에는, T_s 는 0.1302us (=1/(7.68e6)) 이다.

따라서 본 발명의 실시예에 따른, 길이 16*T_s 을 가지는 시퀀스의 전송 시간은 대략 0.521us(=16/(30.72e6)) 이다. 샘플링 레잇이 15.36MHz 인 경우에도, 시퀀스의 전송 시간은 0.521us(=8/15.36e6)이고, 샘플링 레잇이 7.68MHz인 경우에도 시퀀스의 전송 시간은 0.521us(=4/7.68e6 )이다. 참고로 LTE OFDM 심볼의 전송 시간은 66.67us(=2048/(30.72e6)) 이다. CP(cyclic prefix)의 전송 시간 또는 길이는, 4.69us(=144/(30.72e6)) 또는 5.2083us(=160/(30.72e6)) 이다. 그리고 1개의 LTE 서브프레임의 길이 또는 전송 시간은, 1ms(=30720/(30.72e6)) 이다. 즉, 프리앰블(예약 신호)의 기본 단위인 시퀀스가 1920개 연속으로 전송되면, 1ms 가 된다(1 개의 LTE 서브프레임은 1920개의 구간으로 나뉠 수 있음).

길이 32을 가지는, 시간 도메인의 시퀀스 s(n)는 아래의 수학식 1에 의해서 생성될 수 있다.

수학식 1에서 p는 신호를 정규화(normalize)하기 위한 상수이고,

이다.

주파수 도메인의 시퀀스 z(k)와 인덱스 k는, 아래의 수학식 2와 같이 정의 될 수 있다.

수학식 2에서 a_- ₅ 부터 a₅ 은 복소수(complex number) 이며 이진 비트(binary bit)에 의해서 아래의 수학식 3과 같이 정의될 수 있다.

이진 비트 b_- ₅ 부터 b₅ 까지는, LTE 규격에서 정의된 기지국의 물리적 셀(physical cell) ID 인

과

에 의해 결정되어, 아래의 수학식 4에 매핑(mapping)될 수 있다.

여기서 B(.)는 이진수로 변환시키는 바이너리 오퍼레이터(binary operator) 함수이다. 예를 들어,

=2 이고

=97 라고 가정하면, 이진 수

는 0110000110로 결정된다. 따라서 z(k)는

가 된다.

z(k)가 수학식 1에 기초해 시간 도메인으로 변환되면, 시퀀스 s(n)이 생성된다. s(n)은 시간 도메인으로 32개의 샘플을 가진다. 30.72MHz 샘플링 대역폭(예, 100 PRB(physical resource block))을 가지는 시스템에서는, s(n)이 가지는 32개의 샘플 중 16개가 순차적으로 전송되면, 순차적으로 전송되는 16개의 샘플은 대략 0.5us 정도의 시간적 그래뉴래러티(granularity)를 가지는 시퀀스가 된다. 여기서 PRB는 1개의 OFDM 심볼에서 12개의 부반송파(subcarrier)에 해당하는 주파수 영역의 자원(resource)을 차지하는 기본 단위(unit)이다. 마찬가지로 15.36MHz 샘플링 대역폭(예, 50 PRB)을 가지는 시스템에서는 s(n)이 가지는 32개의 샘플 중에서 8개의 샘플이 순차적으로 전송되고, 7.68MHz 샘플링 대역폭(예, 25 PRB)을 가지는 시스템에서는 s(n)이 가지는 32개의 샘플 중에서 4개의 샘플이 순차적으로 전송된다.

20MHz의 대역폭을 차지하는 시스템에서는, 주파수 도메인으로의 변환을 위해 FFT(fast Fourier transform) 2048이 적용되며, 유효한 데이터를 전송할 수 있는 PRB의 개수는 100개이다. 마찬가지로 10MHz의 대역폭을 차지하는 시스템에서는, 주파수 도메인으로의 변환을 위해 FFT 1024가 적용되며, 유효한 데이터를 전송할 수 있는 PRB의 개수는 50개이다. 마찬가지로 5MHz의 대역폭을 차지하는 시스템에서는, 주파수 도메인으로의 변환을 위해 FFT 512가 적용되며, 유효한 데이터를 전송할 수 있는 PRB의 개수는 25개이다. 하나의 부반송파는 15KHz의 대역폭을 차지한다.

시퀀스 s(n)의 시간적 길이는 짧으며, 대역폭(예, 100, 50, 또는 25개의 PRB)에 따른 OFDM 심볼 및 CP 길이에 대응하는 최대 공약수의 길이를 가질 수 있다. 이로 인해, 시퀀스 s(n)은 높은 자유도를 가지며, LBT가 종료되고 신호 전송이 시작하는 타이밍에서도 바로 기기가 비면허 대역의 채널을 점유하지 않더라도, 실제 s(n)이 전송되는 시간까지의 지연(delay)이 충분히 짧기 때문에, 다른 기기와 공존하며 비면허 대역과 면허 대역 간의 시간 동기를 맞추는 것이 가능하다.

또한 예약 신호는 일정한 패턴으로 전송되기 때문에, 수신단에서 AGC(automatic gain control) 프로세스는 단시간에 효과적으로 끝날 수 있다. 특히 기기가 전송 프레임의 비연속성에 의해 한동안 비면허 대역의 프레임을 수신하지 않는 상황에서, 무선 채널의 응답 특성이 변하고 입력 프레임의 파워가 급하게 변하더라도, 예약 신호를 이용해 AGC 프로세스에 효과적으로 대응할 수 있다. 채널의 예약을 위한 예약 신호는 상황에 따라 전송되지 않을 수도 있으며, 상술한 방법 이외의 방법(예, 면허 대역의 신호를 복사(copy)하여 그대로 전송하는 방법)을 통해 생성되어 전송될 수도 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른, 비면허 대역에서 CSRS(compact synchronization reference signal)가 면허 대역의 OFDM 심볼 7번에 시간 동기를 맞춰 전송되는 경우를 나타내는 도면이다. 도 4에는 비면허 대역의 LTE 기지국(LLb1)과 면허 대역의 LTE 기지국(LLb2)가 예시되어 있다.

도 4에 예시된 바와 같이, 예약 신호 이후에 LTE 기지국(LLb1)에 의해 전송되는 CSRS은, 1개의 OFDM 심볼을 포함할 수 있다. 구체적으로, CSRS는 예약 신호와 부분적 서브프레임(또는 full 서브프레임) 사이에 위치한다.

CSRS의 위치는 면허 대역에 해당하는 서브프레임의 특정 OFDM 심볼의 번호(또는 위치)에 관련된다. 예를 들어, 도 4에는 CSRS가 면허 대역의 OFDM 심볼 0~13번 중에서 OFDM 심볼 7번에서 전송되는 경우가 예시되어 있다. FSTF(fine symbol time field)의 전송 시점에 의해 예약 신호의 처음과 끝이 결정되고, 마찬가지로 FFI(frame format indicator)는 면허 대역의 특정 OFDM 심볼 번호들에 자동으로 매핑될 수 있다.

CSRS의 길이는 30.72MHz 샘플링을 기준으로, 2192*T_s 또는 2208*T_s로 고정될 수 있다.

비면허 대역의 채널에 대한 LBT 성공 후 신호 전송 시점은 서브프레임 내에서 모든 경우에 발생할 수 있기 때문에, 서브프레임 내의 14개의 OFDM 심볼 중 하나에 맞춰서 동기 기준 신호인 CSRS를 전송하는 방법은 용이하게 고려될 수 있다. 하지만 가능한 모든 OFDM 심볼 위치에서 CSRS가 전송되지 않고 제한된 세트(set)의 OFDM 심볼 번호에서만 CSRS가 전송된다면, 초기 신호를 수신하는 단말은 CSRS가 수신되는 OFDM 심볼 번호의 후보(candidate) 시점을 제한할 수 있고, 이를 통해 저 구현 복잡도(low implementation complexity)의 이득을 누릴 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 예약 신호의 전송 시점에 따라 분류되는 CSRS의 전송 시점을 나타내는 도면이다.

구체적으로 도 5에는, CSRS의 전송 시점이 OFDM 심볼 6번 그리고 13번으로 제한되는 경우가 예시되어 있다.

만약 14개의 OFDM 심볼(0~13번) 위치가 모두 고려된다면, CSRS의 위치 추정 성공 확률은 1/14가 되지만, 도 5에 예시된 바와 같이 CSRS의 전송 시점에 제한이 존재하면, CSRS의 위치 추정 성공 확률은 1/2로 높아지며, 또한 부분적 서브프레임의 종류를 제한할 수 있는 효과도 얻어질 수 있다.

한편, LBT 후 즉시 전송이 가능한 시점은 서브프레임의 14개의 OFDM 심볼 번호 전송 타이밍 중 하나이다. 따라서, CSRS가 특정 OFDM 심볼 위치에서만 전송되도록 하기 위하여, 기지국의 실제 신호 전송 시점은 도 5에 예시된 바와 같이, 예약 신호를 이용해 가변적으로 조정될 수 있다. 여기서, 예약 신호의 전송은 OFDM 심볼의 경계에서 시작되는 것이 아니고, 도 5에 예시된 바와 같이, LBT 오퍼레이션이 끝난 후 신호 전송이 가능하다고 판단되는 시점에 그 즉시 예약 신호의 전송이 시작될 수 있다. 즉, 예약 신호는 1 OFDM 심볼 이상의 길이를 가질 수도 있고, 또는 단편적인(fractional) OFDM 심볼 전송의 길이를 가질 수도 있다.

따라서 단말은 가변 길이의 예약 신호를 복조하지 않고, 그 대신에 CSRS를 상관기(예, cross correlator)를 이용하여 검출(detect)할 수 있다. 그리고 단말은 검출된 CSRS의 타이밍을 면허 대역의 타이밍에 비교함으로써, 기지국에 의해 송신되는 비면허 대역의 LTE 부분적 서브프레임 및 full 서브프레임의 시간적인 전송 위치가 어떠한 한정된 경우(case)에 해당하는지를, 암시적으로(implicitly) 알 수 있다. 도 5에는 기지국에 의해 전송되는 비면허 대역의 부분적 서브프레임과 full 서브프레임 각각이 7개의 OFDM 심볼과 14개의 OFDM 심볼에 해당하는 경우가 예시되어 있다.

CSRS 시퀀스 f₁₀₂₄(n)의 기본 길이는 30.72MHz 샘플링 레잇을 기준으로 2048*T_s 이며, 시간적으로 66.67us의 전송 시간을 차지한다. CSRS 시퀀스 f₁₀₂₄(n)에 CP가 더해진 길이는, 2192*T_s 또는 2208*T_s 이며, 71.35us 또는 71.875us의 전송 시간을 차지한다.

CSRS 타입-1에 대해서 도 6을 참고하여 설명한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른, CSRS의 주파수 도메인 심볼 구성을 나타내는 도면이다.

구체적으로 도 6에는 대역폭이 5MHz인 경우에 1개의 OFDM 심볼을 차지하는 CSRS 타입-1의 주파수 구조가 예시되어 있다. CSRS 타입-1는 PSS(primary synchronization signal) 그리고 eSSS(encoded secondary synchronization signal)를 포함한다.

먼저 CSRS 타입-1의 PSS에 대해서 설명한다.

PSS는 면허 대역의 LTE 시스템과 동일한, 주파수 축의 신호 구성 및 매핑 형태를 가진다. PSS는 시스템에 의해 정해진 전체 주파수 대역폭에 해당하는 PRB들 중에서 중간 지점에 속하는 6개의 PRB를 차지할 수 있다. 여기서 1개의 PRB는 12개의 부반송파에 해당한다.

PSS를 위한 주파수 도메인 시퀀스 d_u(n)를 생성하고 주파수 도메인에 매핑하는 과정은, 아래의 수학식 5와 같이 정의될 수 있다.

수학식 5에서 u는 아래의 표 1과 같이 정의될 수 있다.

Root indices for the PSS

	Root index u
0	25
1	29
2	34

주파수 도메인에 매핑되는 PSS의 주파수 부반송파 인덱스 k는, 아래의 수학식 6과 같이 정의될 수 있다.

수학식 6에서, n=0,1,2,...,61 이고,

는 시스템의 전체 대역폭에 대응하는 PRB 개수를 나타내고,

는 12이다. 비면허 대역에서 고려되는

는 25, 50, 75, 또는 100일 수 있다.

빈(void) 영역으로 매핑되는 PSS의 주파수 부반송파 인덱스 k는,

(단, n=-5,-4,...,-1,62,63,...,66)와 같이 정의될 수 있다.

다음은 CSRS 타입-1의 eSSS에 대해서 설명한다.

기존의 면허 대역에 적용되는 SSS는 168개의 서브 셀(sub cell) ID를 구별해주는 역할을 가진다. 따라서 PSS의 ID 3개와 SSS가 조합되면, 총 504개(=3*168)의 PCI(physical cell identity)가 생성될 수 있다. 따라서 SSS의 서브 셀 ID는 8 bit (2⁸ = 256) 정보로 충분히 표현될 수 있다. 기존의 SSS는 PSS와 같이 전체 시스템 대역폭의 중심 주파수(center frequency)를 기준으로 6개의 PRB의 자원을 차지하는 형태로, 주파수 영역에 매핑된다. 하지만 PSS와 SSS는 각기 다른 OFDM 심볼에 매핑된다. 따라서, 만약 기존의 설계(design)가 그대로 계승되어 초기 신호가 구성된다면, CSRS는 적어도 2개의 OFDM 심볼을 차지하여, 오버헤드 요소가 크다. 이하에서는, PSS와 SSS를 하나의 OFDM 심볼에 포함시키고 기존의 SSS 복조 시 발생 할 수 있는 복조 실패 확률을 낮추는 방법에 대해서 설명한다.

상술한 바와 같이, SSS는 물리적 레이어 셀 ID 그룹(physical layer cell identity group)

를 표현하며, 168개의 ID가 존재한다. 따라서 168개의 ID는 8개의 bits로 표현될 수 있다.

8개의 bits는 다시 2개의 SSS 서브 셀 ID(4개의 bits)로 나뉠 수 있다.

상기 4개의 bits에 해당하는 SSS 서브 셀 ID는 Reed Muller 채널 인코더 RM(32,4)를 통해 인코딩될 수 있다. 구체적으로, 인코딩 적용 방법은 아래의 수학식 7 및 수학식 8과 같이 정의될 수 있다.

수학식 7에서, M_i,0~M_i,3 는 4개의 Reed-Muller 채널 코딩을 이용하여 인코딩하기 위한 기본 시퀀스를 나타내며, M_i,0~M_i,3 에서 i는 시퀀스의 인덱스이고, 0~3 은 시퀀스 번호를 나타낸다.

수학식 8에서, a_n은 입력 bit를 나타낸다. 예를 들어, 4 bit 입력이 32 bit 출력으로 변환될 수 있다.

수학식 7 및 수학식 8에 기초해 생성된 시퀀스는 BPSK(binary phase shift keying)를 통해 변조되며, 변조 과정은 아래의 수학식 9와 같이 정의될 수 있다.

수학식 9에 기초해 변조된 신호는, 차등(differential) 변조 과정을 거쳐 d_x(.) 가 되며, d_x(.)는 아래의 수학식 10과 같이 인코딩될 수 있다.

최종적으로 eSSS를 표현하기 위한 심볼의 개수는 66개이다. 즉, SSS 서브 셀 ID는 33개의 심볼을 필요로 한다.

상기 차등 변조된 33개의 SSS 서브 셀 ID 심볼들은 n번 반복되어 생성된다. 여기서, 반복 생성 수인 n은 시스템 대역폭에 따라 결정된다. 구체적으로, 시스템 대역폭에 따라 n의 값은, 아래의 표 2와 같이 정의될 수 있다.

반복 SSS 서브 셀 ID 심볼의 주파수 확장 가능한 반복 수

PRB	n
100	15
75	11
50	7
25	3

표 2에 예시된 포트 당 전송될 수 있는 총 BPSK의 심볼 개수는 시스템 대역폭에 따라 다르며, 시스템 대역폭이 25개의 PRB 인 경우(n=3)를 위한 매핑 방법은 도 6에 예시된 바와 같다. 구체적으로, 전체 시스템 대역폭이 5MHz 인 경우에, PSS를 제외한 18개의 PRB에 해당하는 자원 요소(resource element) 영역에, eSSS 서브 셀 ID가 매핑된다.

한편, 'eSSS + 프레임추가정보(AFI: additional frame information)'가 인코딩 및 변조된 후 전송될 수 있다. 구체적으로, SSS는 8 bit로 표현될 수 있지만, 기기가 AFI를 CSRS를 통해 전송하고자 하는 경우에, AFI를 8 bit의 SSS와 연접(concatenate)하여 전송할 수 있다. 추가로 전송되는 bit의 최소 단위는 4 bit 단위일 수 있다. 기기가 8 bit의 SSS만을 인코딩하여 eSSS를 생성 및 전송하는 경우에, n=3의 반복 전송이 주파수 상에 적용될 수 있지만, 추가 정보를 위한 bit가 존재하는 경우에는, 'eSSS+AFI'의 반복 전송 횟수는 제한될 수 있다.

AFI는 버스트 프레임의 길이 그리고 하향링크 및 상향링크 신호의 전송 구간을 나타내는 신호로써 활용될 수 있다. 또한 AFI는 하향링크 버스트의 마지막 서브프레임이 도 5에 예시된 바와 같이 부분적 서브프레임인지 아닌지를 구분하기 위한 정보를 포함할 수 있다.

다음으로, CSRS 타입-2에 대해서 도 7을 참고하여 설명한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른, CSRS 타입-2의 주파수 구조를 나타내는 도면이다.

구체적으로 도 7에는 1개의 OFDM 심볼을 차지하는 CSRS 타입-2의 주파수 구조가 예시되어 있다. 도 7에 예시된 바와 같이, CSRS 타입-2는 CRS(cell-specific reference signal)를 포함한다.

CRS 영역(CRS가 매핑되는 영역)은 기존의 LTE OFDM 심볼 0번에 매핑되는 CRS 구조(2개의 안테나 포트(예, 0번, 1번)를 사용)를 가질 수 있으며, 아래의 수학식 11에 의해 정의될 수 있다.

수학식 11에서, a는 복합 심볼(complex symbol)로써 IFFT(inverse fast Fourier transform) 블록에 입력되는 신호를 나타낸다. 그리고 수학식 11에서, p는 안테나 포트 번호를 나타내며, 주파수 축의 인덱스 k와 OFDM 심볼의 인덱스 l에 대응한다.

는 아래의 수학식 12와 같이 정의될 수 있다.

수학식 12에서, l는 면허 대역의 OFDM 심볼 번호를 나타내며, n_s 는 면허 대역의 슬롯 번호를 나타내며,

는 하향 링크의 전체 대역폭을 나타낸다. 그리고 수학식 12에서 c(i)는 아래의 수학식 13과 같이 정의될 수 있다.

수학식 13에서, N_c=1600 이고, 첫번째 m-sequence x₁(.)는 x₁(0)=1, x₁(n)=0 (단, n=1,2,...,30)로 초기화된다.

두번째 m-sequence x₂(.)는

로 초기화된다.

여기서, 초기 시드(initial seed) c_init는

와 같이 정의되고,

는 504개의 PCI 중 하나를 나타낸다.

수학식 12에서 주파수 도메인 매핑과 관련된 k는, 아래의 수학식 14와 같이 정의될 수 있다.

수학식 14에서, v는

와 같이 정의될 수 있다.

수학식 14에서, α는

와 같이 정의될 수 있다.

수학식 14에서, v_shift 는

와 같이 정의될 수 있다.

한편, 1개의 버스트에 대해서, 상기의 CSRS를 위한 1개의 OFDM 심볼이 전송될 수도 있고, 또는 CSRS는 2번 이상 전송될 수도 있다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른, 기지국을 나타내는 도면이다.

기지국(100)은 프로세서(110), 메모리(120), 및 RF(radio frequency) 변환기(130)를 포함한다.

프로세서(110)는 본 명세서에서 기지국과 관련하여 기술된 절차, 기능, 및 방법들을 구현하도록 구성될 수 있다. 또한, 프로세서(110)는 기지국(100)의 각 구성을 제어할 수 있다.

메모리(120)는 프로세서(110)와 연결되고, 프로세서(110)의 동작과 관련된 다양한 정보를 저장한다.

RF 변환기(130)는 프로세서(110)와 연결되고, 무선 신호를 송신 또는 수신한다. 그리고 기지국(100)은 단일 안테나 또는 다중 안테나를 가질 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른, 단말을 나타내는 도면이다.

단말(200)은 프로세서(210), 메모리(220), 및 RF 변환기(230)를 포함한다.

프로세서(210)는 본 명세서에서 단말과 관련하여 기술된 절차, 기능, 및 방법들을 구현하도록 구성될 수 있다. 또한, 프로세서(210)는 단말(200)의 각 구성을 제어할 수 있다.

메모리(220)는 프로세서(210)와 연결되고, 프로세서(210)의 동작과 관련된 다양한 정보를 저장한다.

RF 변환기(230)는 프로세서(210)와 연결되고, 무선 신호를 송신 또는 수신한다. 그리고 단말(200)은 단일 안테나 또는 다중 안테나를 가질 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims

비면허 대역의 채널을 통한 신호 전송이 가능한 시점을 판단하는 단계; 및
상기 신호 전송 가능 시점이 시간 도메인 심볼의 경계에 해당하는 지와 무관하게, 상기 신호 전송 가능 시점에, 상기 비면허 대역 채널을 선점하기 위한 초기 신호(initial signal)를 전송하는 단계
를 포함하는 기지국의 초기 신호 전송 방법.