KR20170124088A - 이동 통신 시스템에서 초기 동기 신호 송수신 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

이동 통신 시스템에서 초기 동기 신호 송수신 방법 및 장치가 제공된다. 복수의 뉴머롤로지(numerology)가 동일한 주파수 대역에서 사용되는 경우, 뉴머롤로지별로 동기 신호의 시퀀스를 매핑하는 주파수 매핑 간격을 다르게 하여, 동기 신호를 구성하고, 동기 신호를 송신한다.

Description

이동 통신 시스템에서 초기 동기 신호 송수신 방법 및 장치{Method and apparatus for initial synchronized signal in mobile communication system}

본 발명은 동기 신호 전송에 관한 것으로, 더욱 상세하게 말하자면, 이동 통신 시스템에서 초기 동기 신호 송수신 방법 및 장치에 관한 것이다.

무선 통신 시스템은 규격에 따른 프레임 구조를 지원한다. 예를 들면, 3GPP LTE(Long Term Evolution) 시스템은 세 가지 타입의 프레임 구조를 지원한다. 첫째는 주파수 분할 듀플렉스(Frequency Division Duplex, FDD)에 적용 가능한 타입 1 프레임 구조이고, 둘째는 시간 분할 듀플렉스(Time Division Duplex, TDD)에 적용 가능한 타입 2 프레임 구조이고, 마지막은 비면허 주파수 대역의 전송을 위한 타입 3 프레임 구조이다.

타입 1 프레임 구조에서, 하나의 라디오 프레임은 10ms의 길이를 가지며, 10개의 서브프레임을 포함한다. 한 개의 서브프레임은 길이가 0.5ms인 2개의 슬롯(slot)을 포함한다. 한 개의 슬롯은 노멀(normal) 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix, CP)의 경우 7개의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼을 포함하고, 확장(extended) CP의 경우 6개의 OFDM 심볼로 구성된다. 타입 2 프레임 구조의 라디오 프레임은 타입 1과 달리, 10개의 서브프레임이 하향링크 서브프레임, 상향링크 서브프레임 및 특별(special) 서브프레임으로 구성된다.

LTE 시스템과 같은 무선 통신 시스템에서, 부호화된 데이터 패킷이 물리 계층 신호를 통해 전송되는 기본 시간 단위로 전송 시간 간격(Transmission Time Interval, TTI)이 정의된다. 한편, 무선 통신 시스템은 진화됨에 따라 다양한 요구사항을 가지는 트래픽을 지원할 것이 요구되고 있다. 예를 들면, 무선 통신 시스템이 높은 전송 속도를 요구하는 eMBB(enhanced Mobile BroadBand) 트래픽과 짧은 전송 지연시간을 요구하는 URLLC(Ultra Reliable Low Latency Communication) 트래픽을 동시에 지원할 것이 요구될 수 있다. 이와 같이 서로 다른 요구사항을 만족하기 위한 TTI 길이는 서로 다른 값을 가질 수 있다. 예를 들면, URLLC의 짧은 전송 지연시간을 만족하기 위한 TTI는 eMMB 트래픽의 높은 전송 속도를 만족하기 위한 TTI보다 짧게 설정될 수 있다.

짧게 설정된 TTI와 구별하기 위해 기존의 TTI를 기본(Base) TTI(또는 정규(Regular) TTI)라고 하는 경우, 기본 TTI는 하나의 서브프레임으로 구성된다. 즉, 자원 할당의 최소 단위인 PRB(Physical Resource Block) 쌍(pair)의 시간 축 길이는 1ms이다. 1ms TTI 단위의 전송을 지원하기 위해, 물리 신호와 채널도 대부분 서브프레임 단위로 정의된다. 예를 들어, CRS(Cell-specific Reference Signal), PDCCH(Physical Downlink Control Channel), PDSCH(Physical Downlink Shared Channel), PUCCH(Physical Uplink Control Channel), 및 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel)는 서브프레임마다 존재한다. 반면에, PSS(Primary Synchronization Signal)와 SSS(Secondary Synchronization Signal)는 매 5번째 서브프레임마다 존재하고, PBCH(Physical Broadcast Channel)는 매 10번째 서브프레임마다 존재한다.

이러한 무선 통신 시스템에서, 무선 접속을 위한 파형(Waveform) 기술로서, CP 기반의 OFDM, Filtered OFDM, Spread Spectrum OFDM (예, DFT-spread OFDM) 등이 있다.

OFDM 시스템의 부반송파 간격을 결정짓는 가장 큰 요인 중 하나는 수신단에서 겪는 반송파 주파수 오프셋(Carrier Frequency Offset; CFO)으로써, 이는 도플러 효과(Doppler effect)와 위상 표류(Phase drift) 등에 의해 동작 주파수에 비례하여 증가하는 특징을 가진다. 따라서 반송파 주파수 오프셋에 의한 성능 열화를 막기 위해서는, 부반송파 간격이 동작 주파수에 비례하여 증가해야 한다. 반면에, 부반송파 간격이 너무 크면 CP 오버헤드가 증가하는 단점이 있다. 따라서 부반송파 간격은 주파수 대역별로 채널과 RF 특성을 고려한 적절한 값으로 정의되어야 한다.

동일 주파수 대역에서 서로 다른 부반송파 간격이 사용되는 경우, 단말이 무선 통신 시스템으로의 초기 접속 및 동기를 위한 부반송파 간격에 대한 정보가 없기 때문에, 접속 및 동기화 작업을 할 경우에는 모든 후보 부반송파 간격을 고려해야 한다. 이에 따라 작업 복잡도 및 처리 시간이 크게 늘어난다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 복수의 뉴머롤로지(numerology)가 동일한 주파수 대역에서 사용되는 경우, 효율적으로 동기 신호를 송신하고 수신하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 한 실시 예에 따르면, 동기 신호 송신 방법이 제공된다. 상기 동기 신호 송신 방법은, 복수의 뉴머롤로지(numerology)가 동일한 주파수 대역에서 사용되는 경우, 상기 뉴머롤로지별로 동기 신호의 시퀀스를 매핑하는 주파수 매핑 간격을 다르게 하여, 동기 신호를 구성하는 단계; 및 상기 동기 신호를 송신하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 복수의 뉴머롤로지가 동일한 주파수 대역에서 사용되는 환경에서, 서로 다른 뉴머롤로지에 상관없이 동일한 초기 접속 및 동기화를 위한 동기 신호를 생성하고 이를 전송할 수 있다.

또한, 뉴머롤로지에 대한 대한 사전 정보가 없는 경우에도, 동기 신호 수신단에서는 초기 접속 및 동기화 작업을 통해, 해당 주파수 대역에서 사용되는 뉴머롤로지를 용이하게 추정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 동기 신호 주파수 매핑 구조를 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 동기 신호의 주파수 매핑 간격에 따른 시간축에서의 반복 패턴을 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 반복 패턴의 개수에 따라 상관을 통해 검출되는 피크의 개수를 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 동기 신호 주파수 매핑 구조를 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 동기 신호 주파수 매핑 구조를 나타낸 도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 수신단에서의 상관을 통한 동기 신호검출을 나타낸 도이다.
도 7은 동기 신호의 피크 개수를 잘못 파악하는 경우를 나타낸 예시도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 동기를 위한 시간 윈도우를 나타낸 도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 동기 신호 송신 장치의 구조도이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 동기 신호 수신 장치의 구조도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 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 실시 예에 한정되지 않는다.

그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 '포함'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

명세서 전체에서, 단말(terminal)은, 사용자 장비(user equipment, UE), 이동국(mobile station, MS), 이동 단말(mobile terminal, MT), 진보된 이동국(advanced mobile station, AMS), 고신뢰성 이동국(high reliability mobile station, HR-MS), 가입자국(subscriber station, SS), 휴대 가입자국(portable subscriber station, PSS), 접근 단말(access terminal, AT), 기계형 통신 장비(machine type communication device, MTC device) 등을 지칭할 수도 있고, UE, MS, MT, AMS, HR-MS, SS, PSS, AT 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.

또한, 기지국(base station, BS)은 노드B(node B), 고도화 노드B(evolved node B, eNB), gNB, 진보된 기지국(advanced base station, ABS), 고신뢰성 기지국(high reliability base station, HR-BS), 접근점(access point, AP), 무선 접근국(radio access station, RAS), 송수신 기지국(base transceiver station, BTS), MMR(mobile multihop relay)-BS, 기지국 역할을 수행하는 중계기(relay station, RS), 기지국 역할을 수행하는 중계 노드(relay node, RN), 기지국 역할을 수행하는 진보된 중계기(advanced relay station, ARS), 기지국 역할을 수행하는 고신뢰성 중계기(high reliability relay station, HR-RS), 소형 기지국[펨토 기지국(femto BS), 홈 노드B(home node B, HNB), 홈 eNodeB(HeNB), 피코 기지국(pico BS), 매크로 기지국(macro BS), 마이크로 기지국(micro BS) 등] 등을 지칭할 수도 있고, NB, eNB, gNB, ABS, AP, RAS, BTS, MMR-BS, RS, RN, ARS, HR-RS, 소형 기지국 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.

본 명세서에서 단수로 기재된 표현은 "하나" 또는 "단일" 등의 명시적인 표현을 사용하지 않은 이상, 단수 또는 복수로 해석될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템은 다양한 무선 통신 네트워크에 적용될 수 있다. 예를 들면, 무선 통신 시스템은 현재의 무선 접속 기술(radio access technology, RAT) 기반의 무선 통신 네트워크 또는 5G 및 그 이후의 무선 통신 네트워크에 적용될 수 있다. 3GPP에서는 IMT-2020 요구사항을 만족하는 새로운 RAT 기반의 5G 표준 규격을 개발하고 있으며, 이러한 새로운 RAT를 NR(New Radio)이라 한다. 본 발명의 실시 예에서는 설명의 편의상 NR 기반의 무선 통신 시스템을 예로 들어서 설명하지만, 본 발명의 실시예는 이에 한정되지 않고 다양한 무선 통신 시스템에 적용될 수 있다.

NR이 기존의 3GPP 시스템인 CDMA(Code Division Multiple Access)나 LTE와 다른 특징 중 하나는 전송 용량 증대를 위해 넓은 범위의 주파수 대역을 활용한다는 점이다. NR을 위한 파형(waveform) 기술로는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing), 필터링된 OFDM(Filtered OFDM), GFDM(Generalized Frequency Division Multiplexing), FBMC(Filter Bank Multi-Carrier), UFMC(Universal Filtered Multi-Carrier) 등이 후보 기술로 논의되고 있다. 본 발명의 실시 예에서는 설명의 편의상 파형 기술로서 CP(Cyclic Prefix) 기반의 OFDM(CP-OFDM)을 예로 들어서 설명하지만, 본 발명의 실시 예는 이에 한정되지 않고 다양한 파형 기술을 사용할 수 있다. 한편, CP-OFDM 기술은 윈도잉(windowed) 그리고/또는 필터링(filtered)이 적용된 CP-OFDM 또는 확산 스펙트럼(spread spectrum) OFDM (예를 들면, DFT-spread OFDM) 기술을 포함할 수 있다.

NR 시스템의 주파수 대역, 예를 들면 700MHz~100GHz의 주파수 대역을 저주파 대역(예를 들면, ~6GHz), 고주파 대역(예를 들면, 3~40GHz) 및 초고주파 대역(예를 들면, 30~100GHz)의 3개 영역으로 구분하고, 각각의 주파수 대역에 서로 다른 OFDM 파라미터를 적용할 수 있다. OFDM 파라미터는 부반송파 간격, CP 길이 및 OFDM 심볼 길를 포함하며, 시스템 대역폭, 샘플링 속도, FFT(Fast Fourier Transform) 크기 등을 더 포함할 수 있다. 이 때, OFDM의 부반송파 간격을 결정짓는 가장 큰 요인 중 하나는 수신단에서 겪는 반송파 주파수 오프셋(Carrier Frequency Offset, CFO)으로서, 이는 도플러 효과(Doppler effect)와 위상 표류(phase drift) 등에 의해 동작 주파수에 비례하여 증가하는 특징을 가진다. 따라서 반송파 주파수 오프셋에 의한 성능 열화를 막기 위해서는, 부반송파 간격이 동작 주파수에 비례하여 증가해야 한다. 반면, 부반송파 간격이 너무 크면 CP 오버헤드가 증가하는 단점이 있다. 따라서 부반송파 간격은 주파수 대역별로 채널과 RF 특성을 고려한 적절한 값으로 정의되어야 한다.

NR 시스템에서 주파수 대역에 따라 부반송파 간격을 서로 달리하되, 이들 간에는 정수배의 관계가 있도록 하는 것이 고려되고 있다. 예를 들어, 부반송파 간격이 각각 16.875kHz, 67.5kHz 및 270kHz로 설정되면서, 각 부반송파 간격이 목표 동작 주파수에 대략적으로 비례하여 서로 4배씩 차이가 나도록 구성된다. 다른 예로서, LTE 유니캐스트(unicast)의 뉴머롤로지(numerology), 즉 15kHz의 부반송파 간격을 기본 뉴머롤로지로 삼고 이를 기준으로 부반송파 간격을 2배, 4배, 8배, 16배, 및 32배 증가시켜 총 6개의 뉴머롤로지를 구성할 수 있다. 이종 뉴머롤로지들의 부반송파 간격 간에 2의 지수승배만큼 차이가 나도록 구성하는 것은, 이종 뉴머롤로지 기반의 캐리어 집성이나, 한 캐리어 내에서 이종 뉴머롤로지들을 다중화하는 경우 및 프레임 구조설계에 유리할 수 있다.

넓은 범위의 주파수 대역에서 사용될 NR 시스템이, 복수의 뉴머롤로지를 고려하여 설계될 경우, 둘 이상의 뉴머롤로지가 동일한 주파수 대역에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 특정 주파수 대역에서도 사용 환경에 따라 적합한 뉴머롤로지가 서로 다를 수 있으며, 서비스 타입에 따라서도 같은 주파수 대역이라도 서로 다른 뉴머롤로지를 적용할 수도 있다.

본 발명의 실시 예에서는 동일 주파수 대역에서 복수의 뉴머롤로지가 사용될 경우, 뉴머롤로지에 상관없이 동일한 초기 접속 및 동기화를 위한 동기 신호를 구성하여 송신한다. 또한, 뉴머롤로지에 대한 사전 정보가 없는 경우에도 초기 접속 및 동기화 작업을 통해 해당 주파수 대역에서 사용되는 뉴머롤로지를 추정할 수 있도록, 동기 신호를 구성하여 송신한다. 그리고 수신단에서는 이러한 동기 신호를 수신하여 해당 주파수 대역에서 사용되는 뉴머롤로지를 추정한다.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 초기 동기 신호 송수신 방법 및 장치에 대하여 설명한다.

본 발명의 실시 예에서는 자원 할당의 논리적 기본 단위는 자원 요소(Resource Element, RE)이고, 1개의 자원 요소는 시간 축으로 1개의 OFDM 심볼과 주파수 축으로 1개의 부반송파에 대응된다. 1개의 서브프레임은 복수의 OFDM 심볼로 구성되고, 1개의 라디오 프레임은 동일한 길이를 갖는 복수의 서브프레임으로 구성된다.

동일한 주파수 대역에서 복수의 뉴머롤로지가 사용되는 환경에서, 간단한 초기 접속 및 동기 절차를 위해 동기 신호의 부반송파 간격을 고려한 동기 신호의 부반송파 매핑을 수행한다.

다양한 부반송파의 간격에서 기본이 되는 최소 부반송파의 간격을 f₀라 하고, NR 시스템에서 최대로 지원할 수 있는 부반송파의 간격을 f₀ × M_max라고 하자. 최대 부반송파 간격의 뉴머롤로지 경우에 동기 신호로 사용되는 부반송파의 시퀀스를, 최소 부반송파 간격의 뉴머롤로지 경우의 동기 신호로 사용되는 부반송파의 시퀀스로 사용하며, 동일한 시퀀스를 M_max 간격으로 매핑한다. 뉴머롤로지의 부반송파 간격이 증가할수록 반비례하여 동기 신호의 주파수 매핑 간격을 감소시킨다. 여기서, 서로 다른 부반송파 간격을 가지는 뉴머롤로지마다 동일한 동기 신호 시퀀스를 사용한다.

먼저, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 초기 동기 신호 송수신 방법에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 동기 신호 주파수 매핑 구조를 나타낸 도이다.

본 발명의 제1 실시 예에서, 뉴머롤로지별로 동기 신호 시퀀스를 매핑하는 주파수 매핑 간격을 다르게 한다.

예를 들어, 부반송파 간격이 f₀인 뉴머롤로지의 경우에, 첨부한 도 1의 (a)에서와 같이, 동기 신호 시퀀스를 제1 간격마다 즉, 부반송파 4개마다 하나씩 매핑한다. 부반송파 간격이 2×f₀인 뉴머롤로지의 경우에, 첨부한 도 1의 (b)에서와 같이, 동기 신호 시퀀스를 제2 간격마다 즉, 부반송파 2개마다 하나씩 매핑한다. 부반송파 간격이 4×f₀인 뉴머롤로지의 경우에, 첨부한 도 1의 (c)에서와 같이, 동기 신호 시퀀스를 제3 간격마다 즉, 부반송파 1개마다 하나씩 매핑한다. 이를 수식으로 나타내면 다음과 같다.

여기서, M은 시스템의 최소 부반송파 간격 f₀ 대비 현재 뉴머롤로지에서 사용하는 부반송파 간격의 스케일링 팩터(factor)를 나타낸다. M_max는 해당 시스템에서의 최대 부반송파 간격을 위한 최대 스케일링 팩터를 나타낸다. f_interval은 M_max와 M의 비로 계산되는 동기 신호의 주파수 매핑 간격(interval)을 나타낸다. 이 f_interval은 시스템에서 사용 가능한 최대 부반송파 간격 f_max와 현재 사용중인 부반송파 간격 f_curr의 비(f_interval = f_max/f_curr)에 의해서도 계산될 수 있다. f_interval는 부반송파 간격이 증가할수록 감소한다.

M_max=4이라고 하면, 도 1의 (a)는 최소 부반송파 간격 f₀를 사용하는 경우이며, f_interval = 4/1 = 4로 동기 신호의 주파수 매핑 간격은 4이다. 또한, 도 1의 (b)는 부반송파 간격이 2×f₀인 뉴머롤로지며, f_interval = 4/2 = 2로 동기 신호의 주파수 매핑 간격은 2이다. 도 1의 (c)는 최대 부반송파 간격 2×f₀를 사용하는 경우이며, f_interval = 4/4 = 1로 동기 신호의 주파수 매핑 간격은 1이다.

이와 같은 방식으로 동기 신호를 매핑함으로써, 복수의 뉴머롤로지가 사용되는 시스템에서, 뉴머롤로지에 상관없이 동일한 시퀀스의 동기 신호를 사용할 수 있다.

한편, 도 1의 (c)의 경우, 부반송파 간격이 도 1의 (a)의 4배가 되며, 이에 따라 시간 축에서 OFDM 심볼의 길이가 1/4로 줄기 때문에 동일한 시간에 4개의 OFDM 심볼이 매핑될 수 있다. 동기 신호가 매핑되지 않는 다른 OFDM 심볼의 자원 요소(RE)들에는 전송 데이터, 레퍼런스(reference) 신호 및 다른 신호 및 채널들이 매핑될 수 있다.

이러한 본 발명의 제1 실시 예에서, 동기 신호를 위해 할당되는 부반송파의 개수는 부반송파의 간격에 반비례하여 증가한다.

도 1의 (a)에서 사용되는 부반송파의 간격이, 도 1의 (c)에서 사용되는 부반송파의 간격에 비해 1/4의 부반송파 간격을 사용하고 있으므로, 동기 신호의 전송에 4배의 부반송파 개수를 할당한다. 이를 수식적으로 나타내면 다음과 같다.

여기서, N_SC는 동기 신호의 전송을 위해서 할당된 부반송파 개수를 나타내며, N_SS는 공통으로 사용되는 동기 신호 시퀀스의 개수이고, M과 M_max는 위에서 정의한 것과 동일하다. 전술한 f_interval과 마찬가지로, N_SC 역시 시스템에서 사용 가능한 최대 부반송파 간격 f_max와 현재 사용중인 부반송파 간격 f_curr의 비(f_max/f_curr)에 의해서도 쉽게 계산될 수 있다 (N_SC = (f_max/f_curr)×N_SS).

동기 신호를 위해 할당되는 부반송파의 개수는 부반송파의 간격에 반비례하여 증가함에 따라, 부반송파 간격에 따라 동기 신호의 전송에 사용되는 전체 주파수 대역은 동일하게 유지할 수 있다. 할당된 부반송파는 동기 신호의 전송 목적으로만 사용될 수 있으며, 실제 동기 신호가 해당 부반송파에 매핑될 수도 있고 매핑되지 않을 수도 있다.

한편, 동기 신호 시퀀스를 일정 간격의 부반송파에만 매핑할 때 나머지 부반송파는 비워둘 수 있다.

예를 들어, 도 1의 (a)에서, 4개의 부반송파 간격으로 동기 신호 시퀀스를 부반송파에 매핑하는 경우, 두 개의 동기 신호 시퀀스 사이의 동기 신호 시퀀스가 매핑되지 않는 나머지 3개의 부반송파는 ‘0’값으로 설정한다. 도 1의 (b)에서, 2개의 부반송파 간격으로 동기 신호 시퀀스를 부반송파에 매핑하는 경우, 두 개의 동기 신호 시퀀스 사이의 동기 신호 시퀀스가 매핑되지 않는 나머지 1개의 부반송파는 ‘0’값으로 설정한다. 한편, 도 1의 (c)의 경우에는, 동일 주파수 대역이 차지하도록, 4개의 동기 신호 시퀀스가 할당받은 4개의 부반송파에 매핑될 수 있다.

도 1에 도시된 구조는 하나의 예일 뿐이며, 동기 신호에 사용되는 시퀀스의 개수는 임의의 어떤 수라도 적용가능하며, 임의의 f₀, M, 및 M_max값에 대해서도 적용이 가능하다. 동기 신호의 전송에 사용되는 주파수 대역은 전체 시스템 대역의 전부일 수도 있고, 전체 시스템 대역의 일부 대역일 수도 있다. 또한 최소 부반송파 간격 f₀는 서비스에 따라 같은 값을 가질 수 있고, 다른 값을 가질 수도 있다. 만약, 서비스(예를 들어 eMBB와 mMTC)별로 최소 부반송파 간격 f₀이 다른 값을 가지고 서로 다른 동기 구조를 가질 경우에는, 본 발명의 실시 예에의 최소 및 최대 부반송파 간격은 동일 서비스 내에서의 부반송파 간격간의 최소, 최대값을 나타낸다.

한편, 수신단에서 위에 기술된 바와 같은 부반송파 매핑을 통해 전송되는 동기 신호를 수신하는 경우, 해당 시스템의 뉴머롤로지를 알 수 있다.

위에 기술된 바와 같이, 예를 들어, 기지국에서, 동일한 시퀀스의 동기 신호를 M과 M_max값을 고려하여 부반송파 간격을 조절하여 부반송파에 매핑하고, 동기 신호가 매핑되지 않은 나머지 부반송파에 ‘0’을 매핑하여 동기 신호를 전송할 경우에, 해당 동기 신호의 시간 축에서의 신호는 부반송파 간격만큼의 반복 패턴으로 나타난다. 이때 하나의 반복 패턴은 부반송파 간격이 ‘1’일때의 시간 축 신호와 동일하다. 따라서 동기 신호의 주파수 축 매핑을 위한 부반송파 간격이 ‘1’일때의 시간 축 상의 동기 신호를 수신단 예를 들어, 단말에서 알고 있을 경우에, 알고 있는 동기 신호와 수신되는 신호 사이의 상관 관계를 통해 획득되는 상관 신호의 피크(peak)의 개수에 따라 부반송파 간격을 알아낼 수 있다.

도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 동기 신호의 주파수 매핑 간격에 따른 시간축에서의 반복 패턴을 나타낸 예시도이다.

도 2의 (a)는, 위의 제1 실시 예에 따른 도 1의 (a)에서와 같이, 4개의 부반송파 간격으로 동기 신호 시퀀스를 매핑하여 전송하는 경우의 시간축에서의 반복 패턴을 나타내며, 구체적으로, 시간 축에서 4개의 동일한 시퀀스의 반복 패턴이 나타난다.

도 2의 (b)는, 위의 제1 실시 예에 따른 도 1의 (b)에서와 같이, 2개의 부반송파 간격으로 동기 신호 시퀀스를 매핑하여 전송하는 경우의 시간축에서의 반복 패턴을 나타내며, 구체적으로, 시간 축에서 2개의 동일한 시퀀스의 반복 패턴이 나타난다.

도 2의 (c)는, 위의 제1 실시 예에 따른 도 1의 (c)에서와 같이, 할당된 모든 부반송파에 동기 신호 시퀀스를 매핑하여 전송하는 경우의 시간축에서의 반복 패턴을 나타내며, 구체적으로, 시간 축으로 하나의 시퀀스만이 나타난다.

이때 주파수 축에서 매핑되는 동기 신호 시퀀스의 파워를 조절하면, 도 2의(a)와 (b)의 시간 축에서의 하나의 반복 패턴의 시퀀스는 도 2의 (c)에서의 시퀀스와 동일하다. 한편, 도 2에서, 동기 신호로 표현되는 시간 축에서의 신호는 모두 동일하다.

도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 반복 패턴의 개수에 따라 상관을 통해 검출되는 피크의 개수를 나타낸 예시도이다.

위에 기술된 바와 같이, 부반송파 간격을 조절하여 동일한 시퀀스의 동기 신호를 부반송파에 매핑하여 전송하여 시간 축에서의 동기 신호가 부반송파 간격만큼의 반복 패턴으로 나타남으로써, 수신단인 단말에서 미리 알고 있는 동기 신호의 시퀀스와 수신되는 신호 사이의 상관을 수행하는 경우, 획득되는 상관값의 피크 개수가 달라진다.

이상적으로, 첨부한 도 3에 예시되어 있듯이, 4개의 부반송파 간격으로 동기 신호 시퀀스를 매핑하여 전송하는 경우에는 4개의 피크가 발생하며(도 3의 (a)), 2개의 부반송파 간격으로 동기 신호 시퀀스를 매핑하여 전송하는 경우에는 2개의 피크가 발생하고(도 3의 (b)), 그리고 1개의 부반송파 간격으로 동기 신호 시퀀스를 매핑하여 전송하는 경우에는 1개의 피크가 발생한다(도 3의 (c)).

따라서, 피크의 개수를 토대로 전송되는 동기 신호의 부반송파 간격을 알아낼 수 있다. 이를 수식적으로 표현하면 다음과 같다.

여기서, f_max는 시스템에서 사용하는 최대 부반송파 간격을 나타내며, 이는 시스템적으로 미리 정해져 있고 알고 있는 값이다. N_peak는 수신단에서 상관기를 통해 검출된 피크의 개수를 나타낸다.

이러한 수학식 3을 통해 현재 시스템에서 사용하고 있는 부반송파 간격인 f_SC를 알아낼 수 있다. 도 3은 단지 하나의 예일 뿐이며, M=2^L를 만족하는 한, 임의의 f₀, M, M_max, 및 f_max값에 대해서도, 본 발명의 실시 예를 적용할 수 있다.

다음에는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 초기 동기 신호 송수신 방법에 대하여 설명한다.

시스템에서 사용 가능한 뉴머롤로지 개수가 다양하고 그 범위가 클 경우에는 모든 범위의 뉴머롤로지를 고려한 밴드 애그노스틱(band agnostic) 동기 신호의 설계가 어려울 수 있다. 예를 들어 시스템이 7.5kHz 부반송파 간격을 2의 지수 승으로 240kHz까지의 부반송파 간격을 지원한다고 한다면, 가능한 부반송파 간격은 7.5kHz, 15kHz, 30kHz, 60kHz, 120kHz, 240kHz가 될 것이다. 이때, 240kHz의 부반송파 간격을 기준으로 동기 신호를 위에 기술된 바와 같은 방식으로 설계할 경우에, 부반송파 간격이 작은 뉴머롤로지의 경우, 불필요하게 큰 동기 신호를 위한 주파수 대역폭이 필요하게 된다. 240kHz를 기준으로 LTE 시스템과 같이 72개의 부반송파를 사용하는 경우를 고려하면, 동기 신호의 매핑에 필요한 주파수 대역폭은 17.28MHz가 된다. 이러한 주파수 대역폭은 7.5kHz나 15kHz 등의 부반송파 간격이 동작하는 주파수 대역에서는 상당히 큰 대역폭으로 사실상 적용이 불가능하다. 또한 이 경우에 7.5kHz의 부반송파 간격을 고려한다면 필요한 부반송파의 개수는 2304개이며 15kHz 부반송파 간격을 고려하더라도 1152개의 부반송파 개수가 필요하게 되므로 복잡도 측면에서도 바람직하지 않다.

따라서 본 발명의 제2 실시 예에서는 시스템에서 사용 가능한 뉴머롤로지의 개수가 설정 개수 이상으로 많아서 그 범위가 클 경우에, 사용 가능한 뉴머롤로지를 복수의 부분집합(subset)으로 나누고, 각 부분집합 내에 속하는 뉴머롤로지들에 대해서는 동기 신호를 위한 주파수 대역폭을 동일하게 할당하고, 부분집합 내에서만 본 발명의 실시 예에 따라, 부반송파 간격에 따라 동기 신호의 매핑을 달리하는 주파수 매핑을 수행한다.

도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 동기 신호 주파수 매핑 구조를 나타낸 도이다.

예를 들어, 시스템에서 사용 가능한 부반송파 간격이 7.5kHz, 15kHz, 30kHz, 60kHz, 120kHz, 240kHz일 경우, 사용 가능한 부반송파 간격을 (7.5 kHz, 15 kHz, 30kHz)와 (60 kHz, 120 kHz, 240kHz)의 두 개의 부분집합으로 나눈다. 그리고 각 부분집합별로 본 발명의 제1 실시 예와 같이 동기 신호의 주파수 매핑을 수행한다. 설명의 편의상, (7.5 kHz, 15 kHz, 30kHz)의 부분 집합을 "뉴머롤로지 부분 집합 1(뉴머롤로지 subset 1)"이라고 명명하고, (60 kHz, 120 kHz, 240kHz)의 부분 집합을 "뉴머롤로지 부분 집합 2(뉴머롤로지 subset 2)"라고 명명한다.

도 4의 (a)는 뉴머롤로지 부분 집합 1에 대해서 부반송파 간격에 따라 동기 신호의 주파수 매핑을 다르게 한 구조를 나타낸다. 뉴머롤로지 부분 집합 1내에서, 부반송파 간격에 따라 동기 신호의 매핑을 달리하는 주파수 매핑을 수행한다. 즉, 도 4의 (a)에서와 같이, 7.5 kHz의 뉴머롤로지의 경우에, 동기 신호 시퀀스를 부반송파 4개마다 하나씩 매핑하고, 15 kHz의 뉴머롤로지의 경우에, 동기 신호 시퀀스를 부반송파 2개마다 하나씩 매핑하며, 30kHz의 뉴머롤로지의 경우에, 동기 신호 시퀀스를 부반송파 1개마다 하나씩 매핑한다.

도 4의 (b)는 뉴머롤로지 부분 집합 1에 대해서 부반송파 간격에 따라 동기 신호의 주파수 매핑을 다르게 한 구조를 나타낸다. 뉴머롤로지 부분 집합 2내에서, 부반송파 간격에 따라 동기 신호의 매핑을 달리하는 주파수 매핑을 수행한다. 즉, 도 4의 (b)에서와 같이, 60 kHz의 뉴머롤로지의 경우에, 동기 신호 시퀀스를 부반송파 4개마다 하나씩 매핑하고, 120 kHz의 뉴머롤로지의 경우에, 동기 신호 시퀀스를 부반송파 2개마다 하나씩 매핑하며, 240kHz의 뉴머롤로지의 경우에, 동기 신호 시퀀스를 부반송파 1개마다 하나씩 매핑한다.

또한, 위 예에서는 사용 가능한 뉴머롤로지들의 서로 다른 부분집합으로 독립적으로 구분되었으나, 동일 뉴머롤로지가 서로 다른 뉴머롤로지 부분집합에 공통으로 포함되는 것이 가능하다. 예를 들어, 시스템에서 사용 가능한 부반송파 간격이 7.5kHz, 15kHz, 30kHz, 60kHz, 120kHz, 240kHz일 경우, (7.5kHz, 15kHz, 30kHz, 60kHz)와 (60kHz, 120kHz, 240kHz)와 같이, 60kHz의 부반송파 간격이 두 개의 뉴머롤로지 부분집합에 모두 포함되어 설계될 수 있다. 이와 같이 적용함으로써 시스템의 주파수 대역폭을 보다 효율적으로 사용할 수 있다.

이러한 본 발명의 제2 실시 예에서, 각 부분집합 별로 주파수 대역폭은 다르나 동일한 시퀀스를 사용할 수 있으므로, 수신단에서는 동기화 수행 시 가능한 주파수 대역폭을 고려하여 수신 신호를 필터링한 후 동기화 작업을 수행하면 된다.

일반적으로 낮은 주파수 대역에서는 작은 뉴머롤로지(예: 뉴머롤로지 부분 집합 1)가 사용될 가능성이 높고, 높은 주파수 대역에서는 큰 뉴머롤로지(예: 뉴머롤로지 부분 집합 2)가 사용될 가능성이 높으므로, 수신단에서는 동작 주파수 대역을 고려해서 동기 신호 검출을 위해 필터링할 주파수 대역폭의 뉴머롤로지 우선 순위(예를 들어, 뉴머롤로지 부분 집합 1과 뉴머롤로지 부분 집합 2 중 하나에 대하여 우선 순위를 부여함)를 결정할 수 있다. 그 이후에, 수신단은 해당 부분집합에서의 뉴머롤로지를 고려할 필요 없이 동기화 작업을 수행한다. 이 경우, 위의 제1 실시 예와 같이, 미리 알고 있는 동기 신호의 시퀀스를 토대로 수신되는 신호와의 상관을 통해 획득되는 피크의 개수에 따라, 뉴머롤로지에 대한 정보도 획득할 수 있다. 그러므로 동기화 작업을 위한 복잡도 및 수행 시간도 단축할 수 있다.

다음에는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 초기 동기 신호 송수신 방법에 대하여 설명한다.

본 발명의 제3 실시 예에서는, 동일한 시간 축 동기 신호의 시퀀스에 뉴머롤로지별로 서로 다른 직교코드를 곱해서(covering) 보낼 수 있다. 동일한 시퀀스에 서로 다른 직교코드를 곱해서 전송함으로써, 수신단에서는 사용 가능한 뉴머롤로지별로 직교코드들을 수신되는 신호에 적용하여 동기 신호를 검출함으로써, 동기화 작업과 동시에 현재 시스템에서 사용하는 뉴머롤로지를 알아낼 수 있다.

도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 동기 신호 주파수 매핑 구조를 나타낸 도이다.

첨부한 도 5에서와 같이, 동일한 시퀀스의 동기 신호를 부반송파에 매핑하고, 뉴머롤로지에 따라 서로 다른 직교코드(orthogonal code, occ)를 적용한다. 즉, 시간 축으로 동일한 동기 신호에 뉴머롤로지에 따라 서로 다른 직교코드를 적용하여 동기 신호를 구성한다. 여기서는 직교코드로 월쉬(Walsh) 부호를 적용하는 것을 예로 들었으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 예를 들어, 복소수 형태의 직교코드, 의사 직교(Pseudo-orthogonal) 코드 등도 사용될 수 있다.

예를 들어, 도 5의 (a)에서와 같이, 부반송파 간격이 1×f₀인 뉴머롤로지에 대하여 직교코드(occ#0)을 적용하고, 부반송파 간격이 2×f₀인 뉴머롤로지에 대하여 직교코드(occ#1)를 적용하며, 부반송파 간격이 4×f₀인 뉴머롤로지에 대하여 직교코드(occ#2)를 적용한다.

이러한 주파수 축 매핑과 시간 축 직교코드의 커버링(covering)을 통해 뉴멀로지별로 서로 다른 패턴의 동기 신호를 구성할 수 있다.

이외에도, 주파수 축으로부터의 변환 과정 없이, 시간 축에서 미리 정해진 시퀀스에 서로 다른 직교코드를 적용하여 동기 신호를 구성할 수 있다. 또는, 도 5의 (a)와 (b)에서 주파수의 부반송파 매핑 위치를 바꿈으로써, 시간 축에서 서로 다른 직교코드를 적용한 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다.

위에 기술된 바와 같은 동기 신호를 구성하여 전송하는 경우, 수신 단에서는 동일한 시퀀스에 서로 다른 직교코드를 적용한 여러 조합들을 가지고, 가설검증(hypothesis test)을 통해서 동기 신호의 검출과 뉴머롤로지에 대한 정보를 동시에 획득할 수 있다.

도 6은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 수신단에서의 상관을 통한 동기 신호검출을 나타낸 도이다.

첨부한 도 6에서와 같이, 동기 신호의 서로 다른 직교코드를 적용한 반복 패턴에 따라, 수신단은 상관을 통해 동기 신호의 검출과 동시에 해당 시스템에서 사용하는 뉴머롤로지를 알아낼 수 있다.

수신단은, 도 6에서와 같이, 상관기를 통해, 사용 가능한 조합의 동기 신호의 서로 다른 직교코드를 적용한 반복 패턴을 수신되는 신호와 상관시킨다. 송신단의 직교 코드(수신되는 신호의 직교 코드)와 수신단의 반복 패턴의 직교 코드가 동일한 경우에만, 피크가 발생한다. 따라서, 피크의 발생하는 시점을 통해 시스템 동기를 추정할 수 있으며, 피크가 발생하는 직교코드에 따라 현재 시스템에 사용된 뉴머롤로지의 추정이 가능하다.

위의 실시 예에서의 수신단의 동작은 단지 하나의 예일 뿐이며, 이외에 직교코드가 적용된 동기 신호의 수신을 위한 다양한 방법의 수신단 설계가 가능하다. 또한, 다수의 뉴머롤로지가 존재하고 뉴머롤로지에 따른 지원 가능한 부반송파 간격의 범위가 클 경우에도 위에 기술된 제2 실시 예와 같이, 뉴머롤로지별로 부분집합을 만들고, 각 부분집합 내에서만 본 발명의 제3 실시 예에 따른 동기 신호 송수신 방법을 적용할 수 있다.

한편, 위에 기술된 실시 예들에서와 같이, 동기 신호가 구성하고, 이러한 동기 신호가 일정한 주기를 가지고 전송될 때, 전송 구간 중간에서 단말이 시스템에 초기 접속을 할 경우 정확한 동기 신호의 피크 개수를 파악할 수 없는 경우가 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에서는, 정확한 동기 신호의 피크 개수를 파악하기 위해, 초기 접속 및 동기화를 위한 시간 윈도우(time window)를 동기 신호의 전송 주기보다 길게 잡는다.

도 7은 동기 신호의 피크 개수를 잘못 파악하는 경우를 나타낸 예시도이다.

예를 들어, 도 7에서와 같이, 4개의 반복 패턴의 동기 신호가 전송되고 있는 중간에 단말이 초기 접속 및 동기화를 할 경우에, 단말은 앞 부분의 2개의 반복 패턴에 대한 상관도를 계산할 수 없게 된다. 따라서, 2개의 피크를 검출하지 못하고 뒷부분의 2개의 반복 패턴에 대한 피크만을 검출할 수 있다. 이 경우, 4개의 반복 패턴의 동기 신호가 전송됨에 따라 정상적으로는 4개의 피크와 수학식 3을 통해 f_SC를 계산해야 한다. 그러나 현재 검출된 2개의 피크만을 가지고 계산할 경우, 잘못된 f_SC를 계산할 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 실시 예에서는 동기를 위한 시간 윈도우를 동기 신호의 전송 주기보다 크게 설정한다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 동기를 위한 시간 윈도우를 나타낸 도이다.

첨부한 도 8에서와 같이, 동기를 위한 시간 윈도우잉(time windowing)을 위한 시간 윈도우를 동기 신호의 전송 주기보다 크게 설정한다. 이 경우, 단말이 동기 신호의 전송 구간 중간에 접속하여, 동기 신호의 첫 번째 전송 구간에서는 정확한 피크의 개수를 파악할 수 없었지만, 동기 신호의 두 번째 전송 구간을 통해 정확한 피크의 개수를 파악할 수 있게 된다.

보다 정확하게 피크의 개수를 파악하기 위해, 시간 윈도우를 동기 신호의 전송 구간의 2배 이상(예를 들어, 보다 정확한 피크 개수 파악을 위해서는 2.5배 이상)으로 설정할 수 있다. 이 경우, 두 번의 피크 개수를 확인하는 절차를 통해, 정확한 피크 개수를 확인하여 시스템에 사용된 뉴머롤로지를 알 수 있다.

위에 기술된 바는 단지 하나의 예일 뿐이며, 본 발명의 실시 예에서는, 동기 신호의 전송 구간보다 큰 시간 윈도우를 설정하는 한, 임의의 어떤 값으로도 초기 접속 및 동기를 위한 시간 윈도우 값의 설정이 가능하다.

한편, 본 발명의 실시 예들에서, 동기 신호를 구성하는 시퀀스는 자기 상관 및 상호 상관의 특성이 좋은 시퀀스로 구성될 수 있으며, LTE와 마찬가지로 셀 ID 또는 셀 ID를 구성하는 일부 요소들을 반영하여 시퀀스를 구성하여, 동기화 과정과 동시에 셀 ID를 알아낼 수 있도록 할 수 있다. 또한, LTE와 마찬가지로 동기를 위한 신호가 PSS(primary synchronization signal)와 SSS(secondary synchronization signal)로 구분되어 있을 경우에는, 위에 기술된 본 발명의 실시 예에 따른 방법들이 PSS 또는 SSS, 혹은 PSS와 SSS 모두에게 적용이 가능하다.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 동기 신호 송신 장치의 구조도이다.

첨부한 도 9에 도시되어 있듯이, 본 발명의 실시 예에 따른 동기 신호 송신 장치(1)는, 프로세서(110), 메모리(120) 및 송수신부(130)를 포함한다. 프로세서(110)는 위의 도 1, 도 2, 도 4, 도 5를 토대로 설명한 방법들을 구현하도록 구성될 수 있다.

메모리(120)는 프로세서(110)와 연결되고 프로세서(110)의 동작과 관련한 다양한 정보를 저장한다. 메모리(120)는 프로세서(110)에서 수행하기 위한 명령어(instructions)를 저장하고 있거나 저장 장치(도시하지 않음)로부터 명령어를 로드하여 일시 저장할 수 있다. 프로세서(110)는 메모리(120)에 저장되어 있거나 로드된 명령어를 실행할 수 있다. 프로세서(110)와 메모리(120)는 버스(도시하지 않음)를 통해 서로 연결되어 있으며, 버스에는 입출력 인터페이스(도시하지 않음)도 연결되어 있을 수 있다.

송수신부(130)는 위에 기술된 바와 같은 구조로 이루어지는 동기 신호를 전송한다.

도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 동기 신호 수신 장치의 구조도이다.

첨부한 도 10에 도시되어 있듯이, 본 발명의 실시 예에 따른 동기 신호 수신 장치(2)는, 프로세서(210), 메모리(220) 및 송수신부(230)를 포함한다.

프로세서(210)는 위의 도 3, 도 6, 도 8을 토대로 설명한 방법들을 구현하도록 구성될 수 있다.

메모리(220)는 프로세서(210)와 연결되고 프로세서(210)의 동작과 관련한 다양한 정보를 저장한다. 메모리(220)는 프로세서(210)에서 수행하기 위한 명령어를 저장하고 있거나 저장 장치(도시하지 않음)로부터 명령어를 로드하여 일시 저장할 수 있다.

프로세서(210)는 메모리(220)에 저장되어 있거나 로드된 명령어를 실행할 수 있다. 프로세서(210)와 메모리(220)는 버스(도시하지 않음)를 통해 서로 연결되어 있으며, 버스에는 입출력 인터페이스(도시하지 않음)도 연결되어 있을 수 있다.

송수신부(230)는 위에 기술된 바와 같은 구조로 이루어져 송신되는 동기 신호를 수신한다.

본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 사업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims (1)

1. 기지국의 동기 신호 송신 방법으로서,
   복수의 뉴머롤로지(numerology)가 동일한 주파수 대역에서 사용되는 경우, 상기 뉴머롤로지별로 동기 신호의 시퀀스를 매핑하는 주파수 매핑 간격을 다르게 하여, 동기 신호를 구성하는 단계; 및
   상기 동기 신호를 송신하는 단계
   를 포함하는, 동기 신호 송신 방법.
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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