KR20180020113A - 좁은 주파수 영역에서 신호를 송신하는 장치 - Google Patents

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KR20180020113A
KR20180020113A KR1020170104409A KR20170104409A KR20180020113A KR 20180020113 A KR20180020113 A KR 20180020113A KR 1020170104409 A KR1020170104409 A KR 1020170104409A KR 20170104409 A KR20170104409 A KR 20170104409A KR 20180020113 A KR20180020113 A KR 20180020113A
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조오현
장갑석
이문식
김영진
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한국전자통신연구원
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Abstract

심볼 매핑을 통해 생성된 심볼이 멀티-톤(multi-tone)을 사용하여 전송되면 심볼에 대해 DFT를 수행하는 단계, 그리고 DFT가 수행된 심볼 및 단일-톤을 사용하여 전송되는 심볼 대해 IFFT를 수행한 후 송신하는 단계를 수행하는 송신 장치가 제공된다.

Description

좁은 주파수 영역에서 신호를 송신하는 장치{APPARATUS FOR TRANSMITTING SIGNAL IN NARROW BAND}
본 기재는 좁은 주파수 영역에서 신호를 송신하는 장치에 관한 것이다.
사물 인터넷 기술이 발전하면서, 사용자 및 시스템 운영자의 요구에 따라 효율적으로 데이터를 전송하기 위한 다양한 송수신 방식이 제안되었다. 특히 200 kHz의 매우 좁은 대역폭을 사용하는 협대역 사물 인터넷(Narrow-Band Internet of Things, NB-IoT) 시스템에서는 독립형(standalone) 모드, 기존 LTE 대역에서 동작하는 인밴드(In-Band) 모드, 및 보호 밴드(Guard-Band) 모드 등 다양한 모드를 지원하고 있다. 이때 다양한 동작 모드의 사물 인터넷 단말의 전력 소모를 줄이기 위한 방법이 필요하다.
종래 NB-IoT 시스템에서는 LTE 시스템 대비 매주 낮은 전력으로 데이터를 송수신 할 수 있는 방법이 제안되었다. 특히, NB-IoT 시스템의 상향링크 송신 방법이 단말의 전력 소모에 큰 영향을 미친다. 기존 LTE에서 최소 스케줄링 단위 및 최소 송신 단위는, 12개의 서브캐리어(sub-carrier)를 포함하는 1개의 물리 자원 블록(physical resource block, PRB)였지만, NB-IoT 시스템에서 데이터는 1개의 서브캐리어를 사용하여 전송될 수 있고(단일 톤(single tone) 전송), 3개 또는 6개의 서브캐리어를 사용하여 데이터가 전송될 수도 있다. 또한 종래의 LTE 시스템과 동일하게 1개의 PRB의 12개의 서브캐리어를 사용하여 데이터가 전송될 수도 있다(12-톤 전송). 이때 1개의 PRB 보다 작은 자원을 사용하는 데이터 송신 방법을 서브-PRB(sub-PRB) 전송이라고 한다.
한 실시예는 서브-PRB 전송을 수행할 수 있는 송신 장치를 제공한다.
한 실시예에 따르면, 좁은 주파수 영역을 사용하여 신호를 송신하는 송신 장치로서, 프로세서, 메모리, 및 무선 통신부를 포함하고, 프로세서는 메모리에 저장된 프로그램을 실행하여, 심볼 매핑을 통해 생성된 심볼이 멀티-톤(multi-tone)을 사용하여 전송되면, 심볼에 대해 DFT를 수행하는 단계, 그리고 DFT가 수행된 심볼에 대해 IFFT를 수행한 후 송신하는 단계를 수행하며, DFT를 수행하는 단계는, 멀티-톤의 개수가 12개보다 x개만큼 적으면 심볼에 x개의 제로 심볼을 패딩한 후 DFT를 수행하는 단계를 포함하는, 송신 장치가 제공된다.
서브-PRB 전송에 적합한 DFT 알고리즘을 통해 종래와 동일한 디지털 회로 및 RF 구조를 사용하여 무선 송신을 구현함으로써, 효율적으로 저전력 및 저비용 사물 인터넷 서비스를 제공할 수 있다.
도 1은 한 실시예에 따른 상향링크 신호를 송신하는 송신 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2는 한 실시예에 따른 송신 장치의 OFDM 변조부를 나타낸 도면이다.
도 3은 한 실시예에 따른 15kHz 모드의 서브캐리어 인덱싱 방법을 나타낸 개념도이다.
도 4는 한 실시예에 따른 3.75kHz 모드의 서브캐리어 인덱싱 방법을 나타낸 개념도이다.
도 5는 한 실시예에 따른 무선 통신 시스템을 나타낸 블록도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 기재의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 기재는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 기재를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 단말(terminal)은, 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), 사용자 장비(user equipment, UE), 기계형 통신 장비(machine type communication device, MTC device) 등을 지칭할 수도 있고, MT, MS, AMS, HR-MS, SS, PSS, AT, UE 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
또한, 기지국(base station, BS)은 진보된 기지국(advanced base station, ABS), 고신뢰성 기지국(high reliability base station, HR-BS), 노드B(node B), 고도화 노드B(evolved node B, eNodeB), 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, ABS, 노드B, eNodeB, AP, RAS, BTS, MMR-BS, RS, RN, ARS, HR-RS, 소형 기지국 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
도 1은 한 실시예에 따른 상향링크 신호를 송신하는 송신 장치를 나타낸 블록도이다.
상향링크 신호는 제어 정보 및 데이터를 포함한다. 도 1을 참조하면, 송신 장치(100)의 변조기는 하드웨어 컨트롤러로부터 제어 정보를 수신하고, 인코더로부터 데이터를 수신할 수 있다.
한 실시예에 따르면, 송신 장치(100)는 효율적인 서브-PRB 전송을 위해서 톤의 개수에 따라 상향링크 심볼을 생성하기 위한 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform, DFT)을 수행할 수 있다. 도 1을 참조하면, 한 실시예에 따른 송신 장치(100)의 링크 변조부(110)는 채널 인터리빙(channel interleaving), 스크램블링(scrambling), 심볼 매핑(symbol mapping), DFT, 및 이득 제어(gain control)를 수행할 수 있다. 링크 변조부(110)는 인코더(120) 및 L1 제어부(130)로부터 각각 데이터 및 제어 신호를 수신하여 변조하고, 변조 심볼을 매퍼(mapper)(140)에게 전달한다. 이때, 링크 변조부(110)는 상향링크 제어 정보(uplink control information, UCI) 등의 제어 정보가 단일-톤을 사용하여 전송될 수 있도록, DFT를 거치지 않고 심볼 매핑 후 바로 이득 제어가 적용되도록 한다. 따라서, DFT의 출력과 함께, 단일-톤이 사용되는 제어 데이터, 복조 참조 신호(Demodulation Reference Signal, DMRS)를 대상으로 이득 제어가 수행된다.
아래에서는 한 실시예에 따른 송신 장치(100)가 서브캐리어 간격(subcarrier spacing)(
Figure pat00001
) 15kHz 모드에서 동작하는 경우를 설명한다.
송신 장치(100)가 협대역 물리 상향링크 공유 채널(Narrowband physical uplink shared channel, NPUSCH)에서 12개의 톤을 사용할 때,
Figure pat00002
개의 변조된 복소수 심볼인 d(0),...,d(
Figure pat00003
-1)은
Figure pat00004
으로 나누어지고,
Figure pat00005
개의 심볼 중 12개의 심볼에 대해서 DFT가 수행된다. 여기서
Figure pat00006
은 변조된 복소수 심볼의 개수이고,
Figure pat00007
은 상향링크에서 사용되는 서브캐리어의 개수
Figure pat00008
이다. 따라서, 12-톤 전송에서 사용되는 서브캐리어의 개수는 1개의 RB에 포함된 서브캐리어의 개수와 동일하므로,
Figure pat00009
=
Figure pat00010
=12이다. 그리고
Figure pat00011
은 하나의 SC-OFDM 심볼 내에 포함되는 변조 심볼의 개수이다. 아래 수학식 1은 한 실시예에 따른 송신 장치(100)의 DFT 처리 과정을 나타낸다.
Figure pat00012
한 실시예에 따르면, 송신 장치(100)는 수학식 1을 사용하여 복소수 심볼 z(0),...,z(11)(이때, 11=
Figure pat00013
-1)을 생성할 수 있다. 수학식 1에서
Figure pat00014
는 0,...,
Figure pat00015
-1이고,
Figure pat00016
은 0,...,
Figure pat00017
-1이다.
송신 장치(100)가 NPUSCH에서 3개의 톤을 사용할 때, 9개의 제로 심볼(zero symbol)이 3개의 변조된 복소수 심볼인 d(0),d(1),d(2)에 패딩된다. 즉, 한 실시예에 따르면, 3개의 톤이 사용되는 경우와 같이 유의미한 심볼의 개수가 12개 이하이면, 12개의 심볼 단위로 DFT가 수행되기 위해서 복수의 제로 심볼이 유의미한 심볼에 합쳐질 수 있다. 예를 들어, 서브캐리어 0,1,2 사용되는 경우, DFT가 수행될 심볼 d'(n)은 아래 수학식 2와 같다.
Figure pat00018
이때 송신시 사용될 서브캐리어의 위치(또는 서브캐리어의 인덱스)는 기지국의 스케줄링 정보에 의해서 미리 결정될 수 있다. 또한, 송신시 사용될 서브캐리어의 위치에 관한 정보는 하드웨어 제어를 위한 송신 장치(100)의 내부 컨트롤러 모듈에 의해 관리될 수 있다. 3-톤이 사용되는 경우 한 실시예에 따른 송신 장치(100)의 DFT 처리는 아래 수학식 3에 따를 수 있다.
Figure pat00019
수학식 3을 통해 송신 장치(100)에 의해 생성되는 복소수 심볼은 z(0),...,z(11) (이때, 11=4*
Figure pat00020
-1)이다. 수학식 3에서
Figure pat00021
는 0,...,
Figure pat00022
-1이고,
Figure pat00023
은 0,..., 4*
Figure pat00024
-1이다.
한편, 송신 장치(100)가 NPUSCH에서 6개의 톤을 사용할 때, 6개의 제로 심볼이 6개의 변조된 복소수 심볼인 d(0),d(1),d(2),d(3),d(4),d(5)에 패딩된다. 즉, 12개의 심볼 단위로 DFT가 수행될 수 있도록, 유의미한 6개의 복소수 심볼에 6개의 제로 심볼이 패딩될 수 있다. 이때, 자원이 매핑된 서브캐리어의 위치에 변조된 복소수 심볼이 위치되고, 자원이 할당되지 않은 서브캐리어의 위치에는 제로(0)가 패딩된다. 예를 들어, 서브캐리어 0,1,2,3,4,5가 송신에 사용되면, DFT가 수행될 심볼 d'(n)은 아래 수학식 4와 같다.
Figure pat00025
이때 송신시 사용될 서브캐리어의 위치는 기지국의 스케줄링 정보에 의해 미리 결정될 수 있다. 또한, 송신시 사용될 서브캐리어의 위치에 관한 정보는 하드웨어 제어를 위한 송신 장치(100)의 내부 컨트롤러 모듈에 의해 관리될 수 있다. 6-톤이 사용되는 경우 한 실시예에 따른 송신 장치(100)의 DFT 처리는 아래 수학식 5에 따를 수 있다.
Figure pat00026
수학식 5를 통해 송신 장치(100)에 의해 생성되는 복소수 심볼은 z(0),...,z(11) (이때, 11=2*
Figure pat00027
-1)이다. 수학식 5에서
Figure pat00028
는 0,...,
Figure pat00029
-1이고,
Figure pat00030
은 0,..., 2*
Figure pat00031
-1이다.
한 실시예에 다르면, 단일 톤을 사용하는 경우, 심볼 매퍼에서 출력된 심볼에 대해서는 DFT가 수행되지 않는다. 단일 톤을 사용하여 전송되는 심볼에는 심볼의 위치 결정을 위한 제로 패딩만이 수행될 수 있다. 변조된 복소수 심볼 d(0),...,d(
Figure pat00032
-1)은 단일 톤 전송을 위해서 할당되는 서브캐리어의 인덱스 n에 따라 수학식 6과 같이 매핑될 수 있다.
Figure pat00033
단일 톤 전송을 위해 사용되는 서브캐리어의 위치는 기지국의 스케줄링 정보에 의해 미리 결정될 수 있다. 또한, 단일 톤 전송시 사용되는 서브캐리어의 위치에 관한 정보는 하드웨어 제어를 위한 송신 장치(100)의 내부 컨트롤러 모듈에 의해 관리될 수 있다. 수학식 6에서
Figure pat00034
는 0,...,
Figure pat00035
-1이고,
Figure pat00036
은 0,...,
Figure pat00037
-1이다.
다음으로, 한 실시예에 따른 송신 장치(100)가 서브캐리어 간격 3.75kHz 모드에서 동작하는 경우를 설명한다.
한 실시예에 따른 송신 장치(100)는 서브캐리어 간격 3.75kHz 모드에서 동작할 때 단일 톤 전송을 수행할 수 있다. 즉, 송신 장치(100)는 서브캐리어 간격 15kHz 모드와 동일한 구조를 가지며, 수학식 6에 따라 제로 패딩을 통해서 서브캐리어 인덱스를 결정할 수 있다. 다만, 서브캐리어 간격 3.75kHz 모드에서 송신 장치(100)가 사용할 수 있는 서브캐리어의 개수는 서브캐리어 간격 15kHz 모드의 12개(180kHz/15kHz=12)와 달리 48개이다(180kHz/3.75kHz=48). 따라서 수학식 6에서
Figure pat00038
=
Figure pat00039
=48이다.
이후, 본 발명의 DFT 처리를 통해 확산된 심볼은 주파수 도메인의 신호로 생성될 수 있도록 OFDM 변조부에 입력된다. 도 2는 한 실시예에 따른 송신 장치(100)의 OFDM 변조부를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, OFDM 변조부로 입력된 심볼은 서브캐리어 매핑을 위해서
Figure pat00040
=
Figure pat00041
인 심볼 단위로 서브캐리어 인덱싱이 수행된다. 이때 서브캐리어 인덱싱은 단일-톤 모드 및 멀티-톤 모드에서 모두
Figure pat00042
=
Figure pat00043
인 심볼 단위로 수행된다. 다만 서브캐리어 인덱싱은 서브캐리어 간격에 따라 달라질 수 있다.
도 3은 한 실시예에 따른 15kHz 모드의 서브캐리어 인덱싱 방법을 나타낸 개념도이고, 도 4는 한 실시예에 따른 3.75kHz 모드의 서브캐리어 인덱싱 방법을 나타낸 개념도이다.
도 3을 참조하면,
Figure pat00044
=
Figure pat00045
=12인 심볼을 대상으로 서브캐리어 인덱싱이 수행된다. 즉, 15kHz 서브캐리어 간격 모드에서 12개의 서브캐리어가 사용되므로, 128-포인트 역 고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT)를 위해서 116개의 포인트에는 제로가 패딩된다. 이후, OFDM 변조부(150)는 서브캐리어 매핑된 신호에 보호 밴드(Guard Band)를 추가한 후 128-포인트 IFFT를 수행한다. 이후, 첫 번째 SC-FDMA 심볼에는 10개의 샘플을 CP로서 삽입하고, 슬롯의 나머지 SC-FDMA 심볼에는 9개의 샘플을 CP로서 삽입한다. 이후 CP가 삽입된 SC-OFDM 심볼은 7.5kHz의 주파수 천이되어 송신된다.
도 4를 참조하면,
Figure pat00046
=
Figure pat00047
=48인 심볼을 대상으로 서브캐리어 인덱싱이 수행된다. 즉, 3.75kHz 서브캐리어 간격 모드에서 48개의 서브캐리어가 사용되므로, 128-포인트 IFFT를 위해서 80개의 포인트에는 제로가 패딩된다. 이후, OFDM 변조부(150)는 서브캐리어 매핑된 신호에 보호 밴드를 추가한 후 128-포인트 IFFT를 수행한다. 이후, 첫 번째 SC-FDMA 심볼에는 10개의 샘플을 CP로서 삽입하고, 슬롯의 나머지 SC-FDMA 심볼에는 9개의 샘플을 CP로서 삽입한다. 이후 CP가 삽입된 SC-OFDM 심볼은 4배로 오버샘플링(oversampling) 된 후, 1.875kHz의 주파수 천이되어 송신된다. 한 실시예에 따른 OFDM 변조부(150)는 수학식 7에 따라 IFFT 처리를 수행할 수 있다.
Figure pat00048
수학식 7에서 NFFT는 IFFT의 크기(IFFT size)이고, 128이다. n은 0,1,...,NFFT+CP-1이고 여기서 CP는 삽입된 CP의 길이(CPSIZE)이다. t는 이산 시간 샘플(discrete time sample)로서, 0부터 계속 증가하는 값이고, 새로운 SC-FDMA가 시작되면 0으로 초기화된다.
위와 같이, 서브-PRB 전송에 적합한 DFT 알고리즘을 통해 종래와 동일한 디지털 회로 및 RF 구조를 사용하여 무선 송신을 구현함으로써, 효율적으로 저전력 및 저비용 사물 인터넷 서비스를 제공할 수 있다.
도 5는 한 실시예에 따른 무선 통신 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 5를 참조하면, 한 실시예에 따른 무선 통신 시스템은, 송신 장치(510)와 수신 장치(520)를 포함한다.
송신 장치(510)는, 프로세서(processor)(511), 메모리(memory)(512), 그리고 무선 통신부(radio frequency unit, RF unit)(513)를 포함한다. 메모리(512)는 프로세서(511)와 연결되어 프로세서(511)를 구동하기 위한 다양한 정보 또는 프로세서(511)에 의해 실행되는 적어도 하나의 프로그램을 저장할 수 있다. 무선 통신부(513)는 프로세서(511)와 연결되어 무선 신호를 송수신 할 수 있다. 프로세서(511)는 본 기재의 실시예에서 제안한 기능, 과정, 또는 방법을 구현할 수 있다. 이때, 본 기재의 한 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 무선 인터페이스 프로토콜 계층은 프로세서(511)에 의해 구현될 수 있다. 한 실시예에 따른 송신 장치(510)의 동작은 프로세서(511)에 의해 구현될 수 있다.
수신 장치(520)는, 프로세서(521), 메모리(522), 그리고 무선 통신부(523)를 포함한다. 메모리(522)는 프로세서(521)와 연결되어 프로세서(521)를 구동하기 위한 다양한 정보 또는 프로세서(521)에 의해 실행되는 적어도 하나의 프로그램을 저장할 수 있다. 무선 통신부(523)는 프로세서(521)와 연결되어 무선 신호를 송수신 할 수 있다. 프로세서(521)는 본 기재의 실시예에서 제안한 기능, 단계, 또는 방법을 구현할 수 있다. 이때, 본 기재의 한 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 무선 인터페이스 프로토콜 계층은 프로세서(521)에 의해 구현될 수 있다. 한 실시예에 따른 수신 장치(520)의 동작은 프로세서(521)에 의해 구현될 수 있다.
본 기재의 실시예에서 메모리는 프로세서의 내부 또는 외부에 위치할 수 있고, 메모리는 이미 알려진 다양한 수단을 통해 프로세서와 연결될 수 있다. 메모리는 다양한 형태의 휘발성 또는 비휘발성 저장 매체이며, 예를 들어, 메모리는 읽기 전용 메모리(read-only memory, ROM) 또는 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM)를 포함할 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 (9)

  1. 좁은 주파수 영역을 사용하여 신호를 송신하는 송신 장치로서,
    프로세서, 메모리, 및 무선 통신부를 포함하고,
    상기 프로세서는 상기 메모리에 저장된 프로그램을 실행하여,
    심볼 매핑을 통해 생성된 심볼이 멀티-톤(multi-tone)을 사용하여 전송되면, 상기 멀티-톤의 개수에 기반하여 상기 심볼에 제로 심볼을 패딩한 후 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform, DFT)를 수행하는 단계, 그리고
    상기 DFT가 수행된 심볼에 대해 역 고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT)를 수행한 후 송신하는 단계
    를 수행하는, 송신 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 프로세서는 상기 DFT를 수행할 때,
    상기 멀티-톤의 개수가 3이면, 상기 심볼에 9개의 제로 심볼을 패딩한 후 상기 DFT를 수행하는 단계를 수행하는, 송신 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 프로세서는 상기 DFT를 수행할 때,
    상기 멀티-톤의 개수가 6이면, 상기 심볼에 6개의 제로 심볼을 패딩한 후 상기 DFT를 수행하는 단계를 수행하는, 송신 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 심볼의 송신시 사용될 서브캐리어의 위치는 상기 심볼을 수신할 기지국의 스케줄링 정보에 의해서 미리 결정되는, 송신 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 심볼의 송신시 사용될 서브캐리어의 위치에 관한 정보는 상기 송신 장치의 내부 컨트롤러 모듈에 의해 관리되는, 송신 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 심볼은 협대역 물리 상향링크 공유 채널(Narrowband physical uplink shared channel, NPUSCH)의 상향링크 심볼인, 송신 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 프로세서는 상기 DFT를 수행할 때,
    상기 심볼이 단일 톤을 사용하여 전송되면, 상기 제로 심볼을 상기 심볼에 패딩하지 않고 상기 DFT도 수행하지 않는 단계를 수행하는, 송신 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 프로세서는 상기 IFFT를 수행할 때,
    상기 송신 장치가 서브캐리어 간격 15kHz 모드에서 동작하면, 128-포인트 IFFT를 위해서 116개의 포인트에 제로 패딩한 후 상기 IFFT를 수행하는 단계를 수행하는, 송신 장치.
  9. 제1항에서,
    상기 프로세서는 상기 IFFT를 수행할 때,
    상기 송신 장치가 서브캐리어 간격 3.75kHz 모드에서 동작하면, 128-포인트 IFFT를 위해서 80개의 포인트에 제로 패딩한 후 상기 IFFT를 수행하는 단계를 수행하는, 송신 장치.
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