KR20180025264A - 통신 시스템에서 다중 접속을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

통신 시스템에서 다중 접속을 위한 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 단말의 동작 방법은, RRC_커넥티드 상태로 동작하는 상기 제1 단말은 공간 상관도의 추정을 위해 사용되는 상향링크 참조 신호를 기지국에 전송하는 단계, 상기 공간 상관도의 추정이 완료된 것을 지시하는 추정 완료 메시지를 상기 기지국으로부터 수신하는 단계, 상기 공간 상관도를 기초로 설정된 제1 전송 프리앰블 시퀀스를 상기 기지국으로부터 수신하는 단계, 및 상기 제1 전송 프리앰블 시퀀스가 수신된 경우, 상기 제1 단말의 동작 상태는 상기 RRC_커넥티드 상태에서 상기 RRC_아이들 상태로 천이되는 단계를 포함한다. 따라서 통신 시스템의 성능이 향상될 수 있다.

Description

통신 시스템에서 다중 접속을 위한 방법 및 장치{METHOD FOR MULTIPLE ACCESS IN COMMUNICATION SYSTEM AND APPARATUS FOR THE SAME}

본 발명은 무선 통신 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다중 안테나 기반의 통신 시스템에서 다중 접속 기술에 관한 것이다.

통신 시스템은 코어 네트워크(core network)(예를 들어, S-GW(serving-gateway), P-GW(PDN(packet data network)-gateway), MME(mobility management entity)), 기지국, 단말 등을 포함할 수 있다. 기지국은 코어 네트워크의 S-GW 및 MME에 연결될 수 있고, 기지국의 셀 커버리지(cell coverage)에 속한 단말에 통신 서비스를 제공할 수 있다. 즉, 기지국의 셀 커버리지에 속한 단말은 해당 기지국과 통신을 수행할 수 있다. 이러한 통신 시스템에서 기지국과 단말 간의 전송 성능을 향상시키기 위한 기술, 단말의 전력 소모를 감소시키기 위한 기술, 단말의 전송 지연의 감소시키기 위한 기술 등이 필요할 것이다.

특히, 통신 시스템에서 고효율 전송 서비스, 고신뢰 및 저지연(ultra-high reliable and low latency) 서비스, 비동기 통신 서비스, 대규모 IoT(internet of things) 서비스, 대규모 MTC(machine type communication) 서비스 등을 지원하기 위해, 다중 접속 기술이 필요할 것이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 통신 시스템에서 다중 접속을 위한 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 실시예에 따른 통신 시스템에서 제1 단말의 동작 방법은, RRC_커넥티드 상태로 동작하는 상기 제1 단말은 공간 상관도의 추정을 위해 사용되는 상향링크 참조 신호를 기지국에 전송하는 단계, 상기 공간 상관도의 추정이 완료된 것을 지시하는 추정 완료 메시지를 상기 기지국으로부터 수신하는 단계, 상기 공간 상관도를 기초로 설정된 제1 전송 프리앰블 시퀀스를 상기 기지국으로부터 수신하는 단계, 및 상기 제1 전송 프리앰블 시퀀스가 수신된 경우, 상기 제1 단말의 동작 상태는 상기 RRC_커넥티드 상태에서 상기 RRC_아이들 상태로 천이되는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 제1 단말의 동작 방법은 상기 RRC_아이들 상태로 동작하는 상기 제1 단말은 상기 제1 전송 프리앰블 시퀀스, 제어 정보 및 데이터를 포함하는 상향링크 신호를 생성하는 단계, 및 상기 RRC_아이들 상태로 동작하는 상기 제1 단말은 상기 상향링크 신호를 상기 기지국에 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 상향링크 신호는 상기 제1 단말을 식별하기 위해 사용되는 임시 ID를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 상향링크 신호는 상향링크 그랜트 없이 상기 제1 단말에서 상기 기지국으로 전송될 수 있다.

여기서, 상기 상향링크 참조 신호는 SRS 및 DMRS 중에서 적어도 하나일 수 있다.

여기서, 상기 추정 완료 메시지 및 상기 제1 전송 프리앰블 시퀀스 각각은 RRC 시그널링 절차 또는 DCI를 통해 수신될 수 있다.

여기서, 상기 제1 전송 프리앰블 시퀀스는 상기 제1 단말과 상기 기지국 간의 랜덤 액세스 절차에서 사용된 프리앰블 시퀀스로 설정될 수 있다.

여기서, 상기 제1 단말과 상기 기지국에 연결된 제2 단말 간의 상기 공간 상관도가 미리 설정된 기준 이상인 경우에 상기 제1 전송 프리앰블 시퀀스는 상기 제2 단말의 제2 전송 프리앰블 시퀀스와 직교하도록 설정될 수 있고, 상기 제1 단말과 상기 제2 단말 간의 상기 공간 상관도가 미리 설정된 기준 미만인 경우에 상기 제1 전송 프리앰블 시퀀스는 상기 제2 전송 프리앰블 시퀀스와 비직교하도록 설정될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 실시예에 따른 통신 시스템에서 기지국의 동작 방법은, RRC_커넥티드 상태로 동작하는 제1 단말로부터 제1 상향링크 참조 신호를 수신하는 단계, 상기 RRC_커넥티드 상태로 동작하는 제2 단말로부터 제2 상향링크 참조 신호를 수신하는 단계, 상기 제1 상향링크 참조 신호 및 상기 제2 상향링크 참조 신호에 기초하여 상기 제1 단말과 상기 제2 단말 간의 공간 상관도를 추정하는 단계, 상기 공간 상관도에 기초하여 상기 제1 단말의 제1 전송 프리앰블 시퀀스 및 상기 제2 단말의 제2 전송 프리앰블 시퀀스를 설정하는 단계, 및 상기 제1 전송 프리앰블 시퀀스 및 상기 제2 전송 프리앰블 시퀀스 각각을 상기 제1 단말 및 상기 제2 단말에 전송하는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 기지국의 동작 방법은 동일한 시간 및 주파수 자원들에서 상기 제1 단말의 제1 상향링크 신호 및 상기 제2 단말의 제2 상향링크 신호를 포함하는 원시 상향링크 신호를 수신하는 단계, 상기 원시 상향링크 신호에 상기 제1 단말과 상기 기지국 간의 제1 채널 행렬에 대한 제1 고유 벡터 행렬의 제1 에르미트 행렬과 상기 제1 전송 프리앰블 시퀀스를 곱합으로써 상기 제1 상향링크 신호를 획득하는 단계, 및 상기 원시 상향링크 신호에 상기 제2 단말과 상기 기지국 간의 제2 채널 행렬에 대한 제2 고유 벡터 행렬의 제2 에르미트 행렬과 상기 제2 전송 프리앰블 시퀀스를 곱합으로써 상기 제2 상향링크 신호를 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제1 상향링크 신호는 상기 제1 단말의 상기 제1 전송 프리앰블 시퀀스, 제어 정보 및 데이터를 포함할 수 있고, 상기 제2 상향링크 신호는 상기 제2 단말의 상기 제2 전송 프리앰블 시퀀스, 제어 정보 및 데이터를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제1 상향링크 신호 및 상기 제2 상향링크 신호 각각은 상향링크 그랜트 없이 수신될 수 있다.

여기서, 상기 제1 상향링크 신호를 전송한 상기 제1 단말 및 상기 제2 상향링크 신호를 전송한 상기 제2 단말 각각의 동작 상태는 RRC_아이들 상태일 수 있다.

여기서, 상기 기지국의 동작 방법은 상기 공간 상관도의 추정이 완료된 경우에 상기 공간 상관도의 추정이 완료된 것을 지시하는 추정 완료 메시지를 상기 제1 단말 및 상기 제2 단말 각각에 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 공간 상관도가 미리 설정된 기준 이상인 경우에 상기 제1 전송 프리앰블 시퀀스는 상기 제2 전송 프리앰블 시퀀스와 직교하도록 설정될 수 있고, 상기 공간 상관도가 미리 설정된 기준 미만인 경우에 상기 제1 전송 프리앰블 시퀀스는 상기 제2 전송 프리앰블 시퀀스와 비직교하도록 설정될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제3 실시예에 따른 통신 시스템에서 제1 단말은 프로세서 및 상기 프로세서에 의해 실행되는 적어도 하나의 명령이 저장된 메모리를 포함하며, 상기 적어도 하나의 명령은 RRC_커넥티드 상태로 동작하는 상기 제1 단말은 공간 상관도의 추정을 위해 사용되는 상향링크 참조 신호를 기지국에 전송하고, 상기 공간 상관도의 추정이 완료된 것을 지시하는 추정 완료 메시지를 상기 기지국으로부터 수신하고, 상기 공간 상관도를 기초로 설정된 제1 전송 프리앰블 시퀀스를 상기 기지국으로부터 수신하고, 그리고 상기 제1 전송 프리앰블 시퀀스가 수신된 경우, 상기 제1 단말의 동작 상태는 상기 RRC_커넥티드 상태에서 상기 RRC_아이들 상태로 천이되도록 실행된다.

여기서, 상기 적어도 하나의 명령은 상기 RRC_아이들 상태로 동작하는 상기 제1 단말은 상기 제1 전송 프리앰블 시퀀스, 제어 정보 및 데이터를 포함하는 상향링크 신호를 생성하고, 그리고 상기 RRC_아이들 상태로 동작하는 상기 제1 단말은 상기 상향링크 신호를 상기 기지국에 전송하도록 더 실행될 수 있다.

여기서, 상기 상향링크 신호는 상기 제1 단말을 식별하기 위해 사용되는 임시 ID를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 상향링크 신호는 상향링크 그랜트 없이 상기 제1 단말에서 상기 기지국으로 전송될 수 있다.

여기서, 상기 제1 단말과 상기 기지국에 연결된 제2 단말 간의 상기 공간 상관도가 미리 설정된 기준 이상인 경우에 상기 제1 전송 프리앰블 시퀀스는 상기 제2 단말의 제2 전송 프리앰블 시퀀스와 직교하도록 설정될 수 있고, 상기 제1 단말과 상기 제2 단말 간의 상기 공간 상관도가 미리 설정된 기준 미만인 경우에 상기 제1 전송 프리앰블 시퀀스는 상기 제2 전송 프리앰블 시퀀스와 비직교하도록 설정될 수 있다.

본 발명에 의하면, RRC(radio resource control)_아이들(IDLE) 상태 또는 RRC_인액티브(INACTIVE) 상태인 단말은 기지국과의 랜덤 액세스 절차의 수행 없이 상향링크 전송을 수행할 수 있다. 따라서 통신 시스템에서 전송 지연이 감소될 수 있다. 특히, 대규모 IoT(internet of things) 서비스, 대규모 MTC(machine type communication) 서비스 등이 수행되는 경우, 기지국과 단말 간의 통신이 효율적으로 수행될 수 있다.

또한, 동일한 주파수 및 시간 자원에서 복수의 단말들로부터 상향링크 신호들이 수신된 경우에도, 기지국은 복수의 단말들 각각의 공간 상관도 및 프리앰블 시퀀스를 사용하여 복수의 단말들 각각의 상향링크 신호를 디코딩할 수 있다. 따라서 통신 시스템에서 전송 효율이 향상될 수 있다.

도 1은 통신 시스템의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 2는 통신 시스템을 구성하는 통신 노드의 제1 실시예를 도시한 블록도이다.
도 3은 통신 시스템에서 단말의 동작 상태를 도시한 개념도이다.
도 4는 통신 시스템에서 다중 접속 프로토콜에 기초한 통신 노드의 동작 방법의 제1 실시예를 도시한 순서도이다.
도 5는 통신 시스템에서 다중 접속 프로토콜에 기초한 통신 노드의 동작 방법의 제2 실시예를 도시한 순서도이다.
도 6은 상향링크 신호의 전송 방법의 실시예를 도시한 개념도이다.
도 7은 섬김 변환에 따른 섬김 효과를 도시한 개념도이다.
도 8은 섬김 변환에 기초한 채널 성분의 보존 방법의 실시예를 도시한 개념도이다.
도 9는 통신 시스템에서 다중 접속 프로토콜에 기초한 통신 노드의 동작 방법의 제3 실시예를 도시한 순서도이다.
도 10은 기지국에서 수행되는 신호 처리 방법을 도시한 개념도이다.
도 11은 전처리 절차의 수행 결과를 도시한 그래프이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

도 1은 통신 시스템의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.

도 1을 참조하면, 통신 시스템(100)은 복수의 통신 노드들(110, 121, 122, 123, 124, 125)을 포함할 수 있다. 또한, 통신 시스템(100)은 코어 네트워크(core network)(예를 들어, S-GW(serving-gateway), P-GW(PDN(packet data network)-gateway), MME(mobility management entity))를 더 포함할 수 있다. 통신 시스템(100)은 고효율 전송 서비스, 고신뢰 및 저지연(ultra-high reliable and low latency) 서비스, 비동기 통신 서비스, 대규모 IoT(internet of things) 서비스, 대규모 MTC(machine type communication) 서비스 등을 지원할 수 있다.

복수의 통신 노드들은 3GPP(3rd generation partnership project) 표준에서 규정된 4G 통신(예를 들어, LTE(long term evolution), LTE-A(advanced)), 5G 통신(예를 들어, NR(new radio) 통신) 등을 지원할 수 있다. 예를 들어, 4G 통신 및 5G 통신을 위해 복수의 통신 노드들은 CDMA(code division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, WCDMA(wideband CDMA) 기반의 통신 프로토콜, TDMA(time division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, FDMA(frequency division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 기반의 통신 프로토콜, Filtered OFDM 기반의 통신 프로토콜, OFDMA(orthogonal frequency division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, SC(single carrier)-FDMA 기반의 통신 프로토콜, NOMA(Non-orthogonal Multiple Access), GFDM(generalized frequency division multiplexing) 기반의 통신 프로토콜, FBMC(filter bank multi-carrier) 기반의 통신 프로토콜, UFMC(universal filtered multi-carrier) 기반의 통신 프로토콜, SDMA(Space Division Multiple Access) 기반의 통신 프로토콜 등을 지원할 수 있다.

또한, 복수의 통신 노드들은 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 표준에서 규정된 통신 프로토콜을 지원할 수 있다. 예를 들어, 복수의 통신 노드들은 IEEE 802.11 표준에서 규정된 통신 프로토콜을 지원할 수 있다.

한편, 복수의 통신 노드들 각각은 다음과 같은 구조를 가질 수 있다.

도 2는 통신 시스템을 구성하는 통신 노드의 제1 실시예를 도시한 블록도이다.

도 2를 참조하면, 통신 노드(200)는 적어도 하나의 프로세서(210), 메모리(220) 및 네트워크와 연결되어 통신을 수행하는 송수신 장치(transceiver)(230)를 포함할 수 있다. 통신 노드(200)는 입력 인터페이스 장치(240), 출력 인터페이스 장치(250), 저장 장치(260) 등을 더 포함할 수 있다. 또한, 통신 노드(200)는 적어도 하나의 안테나를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 통신 노드(200)는 배열(array) 안테나를 포함할 수 있으며, 배열 안테나를 사용하여 통신을 수행할 수 있다. 통신 노드(200)에 포함된 각각의 구성 요소들은 버스(bus)(270)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.

프로세서(210)는 메모리(220) 및 저장 장치(260) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(210)는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), 또는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 메모리(220) 및 저장 장치(260) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(220)는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 통신 시스템(100)에서 기지국(110)은 매크로 셀(macro cell) 또는 스몰 셀(small cell)을 형성할 수 있고, 아이디얼 백홀 또는 논-아이디얼 백홀을 통해 코어 네트워크와 연결될 수 있다. 기지국(110)은 코어 네트워크로부터 수신한 신호를 해당 단말(121, 122, 123, 124, 125)에 전송할 수 있고, 해당 단말(121, 122, 123, 124, 125)로부터 수신된 신호를 코어 네트워크에 전송할 수 있다. 복수의 단말들(121, 122, 123, 124, 125)은 기지국(110)의 셀 커버리지(cell coverage) 내에 속할 수 있다. 복수의 단말들(121, 122, 123, 124, 125)은 기지국(110)과 연결 확립(connection establishment) 절차를 수행함으로써 기지국(110)에 연결될 수 있다. 복수의 단말들(121, 122, 123, 124, 125)은 기지국(110)에 연결된 후에 기지국(110)과 통신을 수행할 수 있다.

또한, 기지국(110)은 MIMO 전송(예를 들어, SU(single user)-MIMO, MU(multi user)-MIMO, 대규모(massive) MIMO 등), CoMP(coordinated multipoint) 전송, CA(carrier aggregation) 전송, 비면허 대역(unlicensed band)에서 전송, 단말 간 직접 통신(device to device communication, D2D)(또는, ProSe(proximity services)) 등을 지원할 수 있다. 여기서, 복수의 단말들(121, 122, 123, 124, 125) 각각은 기지국(110)과 대응하는 동작, 기지국(110)에 의해 지원되는 동작을 수행할 수 있다.

여기서, 기지국(110)은 노드B(NodeB), 고도화 노드B(evolved NodeB), BTS(base transceiver station), RRH(radio remote head), TRP(transmission reception point), RU(radio unit), RSU(road side unit), 무선 트랜시버(radio transceiver), 액세스 포인트(access point), 액세스 노드(node) 등으로 지칭될 수 있다. 복수의 단말들(121, 122, 123, 124, 125) 각각은 고정형 단말 또는 이동형 단말(예를 들어, 자동차에 위치한 단말, 무인 항공기(예를 들어, 드론(drone))에 위치한 단말 등)일 수 있다. 복수의 단말들(121, 122, 123, 124, 125) 각각은 UE(user equipment), 액세스 터미널(access terminal), 모바일 터미널(mobile terminal), 스테이션(station), 가입자 스테이션(subscriber station), 모바일 스테이션(mobile station), 휴대 가입자 스테이션(portable subscriber station), 노드(node), 다바이스(device), OBU(on-broad unit) 등으로 지칭될 수 있다.

한편, 통신 시스템(100)에서 단말(121, 122, 123, 124, 125)의 동작 상태는 다음과 같을 수 있다.

도 3은 통신 시스템에서 단말의 동작 상태를 도시한 개념도이다.

도 3을 참조하면, 단말은 RRC(radio resource control)_아이들(IDLE) 상태, RRC_커넥티드(CONNECTED) 상태 또는 RRC_인액티브(INACTIVE) 상태로 동작할 수 있다. RRC_아이들 상태로 동작하는 단말의 동작 상태는 RRC_커넥티드 상태 또는 RRC_인액티브 상태로 천이될 수 있다. RRC_커넥티드 상태로 동작하는 단말의 동작 상태는 RRC_아이들 상태 또는 RRC_인액티브 상태로 천이될 수 있다. RRC_인액티브 상태로 동작하는 단말의 동작 상태는 RRC_커넥티드 상태 또는 RRC_아이들 상태로 천이될 수 있다.

RRC_아이들 상태는 단말이 기지국에 접속되지 않은 상태를 지시할 수 있다. RRC_아이들 상태에서 기지국은 단말의 고유 정보(예를 들어, UE 컨텍스트(context) 정보)를 관리하지 않을 수 있다. RRC_아이들 상태로 동작하는 단말은 기지국으로부터 시스템 정보, 페이징 채널 등을 수신할 수 있고, 셀 탐색 절차, 셀 선택 절차 등을 수행할 수 있다. 그러나 RRC_아이들 상태로 동작하는 단말은 데이터의 송수신 절차를 수행할 수 없다. 랜덤 액세스 절차의 수행에 따라 단말의 동작 상태가 RRC_아이들 상태에서 RRC_커넥티드 상태로 천이된 경우, 데이터의 송수신 절차가 수행될 수 있다.

RRC_커넥티드 상태는 단말이 기지국에 연결된 상태를 지시할 수 있다. RRC_커넥티드 상태에서 기지국은 단말의 고유 정보(예를 들어, UE 컨텍스트 정보), 고유 식별자(예를 들어, 단말 ID(identifier)) 등을 관리할 수 있고, 스케쥴링(scheduling) 동작에 기초하여 데이터의 송수신 절차를 단말과 수행할 수 있다. RRC_커넥티드 상태로 동작하는 단말은 기지국으로부터 제어 채널(예를 들어, 제어 정보)을 수신할 수 있고, 기지국의 스케쥴링에 기초하여 데이터의 송수신 절차를 수행할 수 있다. 또한, RRC_커넥티드 상태로 동작하는 단말은 측정 절차를 수행함으로써 채널 상태를 확인할 수 있고, 채널 상태 정보를 기지국에 전송할 수 있다.

RRC_인액티브 상태는 단말이 기지국에 연결된 상태를 지시할 수 있다. 예를 들어, 단말의 동작 상태는 RRC_커넥티드 상태에서 RRC_인액티브 상태로 천이될 수 있으며, 이 경우에 RRC_커넥티드 상태에서 기지국과 단말 간에 설정된 RRC 연결 링크(connection link)는 인액티브될 수 있다. 단말의 동작 상태가 RRC_인액티브 상태에서 RRC_커넥티드 상태로 천이된 경우, 인액티브 상태인 RRC 연결 링크는 재개(resume)될 수 있다. RRC_인액티브 상태에서 기지국은 단말의 고유 정보(예를 들어, UE 컨텍스트 정보)를 관리할 수 있다. RRC_인액티브 상태로 동작하는 단말은 기지국으로부터 시스템 정보, 페이징 채널 등을 수신할 수 있다.

다음으로, 본 발명에 따른 실시예들이 설명될 것이다. 통신 노드들 중에서 제1 통신 노드에서 수행되는 방법(예를 들어, 신호의 전송 또는 수신)이 설명되는 경우에도 이에 대응하는 제2 통신 노드는 제1 통신 노드에서 수행되는 방법과 상응하는 방법(예를 들어, 신호의 수신 또는 전송)을 수행할 수 있다. 예를 들어, 단말의 동작이 설명된 경우에 이에 대응하는 기지국은 단말의 동작과 상응하는 동작을 수행할 수 있다. 반대로, 기지국의 동작이 설명된 경우에 이에 대응하는 단말은 기지국의 동작과 상응하는 동작을 수행할 수 있다.

도 4는 통신 시스템에서 다중 접속 프로토콜에 기초한 통신 노드의 동작 방법의 제1 실시예를 도시한 순서도이고, 도 5는 통신 시스템에서 다중 접속 프로토콜에 기초한 통신 노드의 동작 방법의 제2 실시예를 도시한 순서도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 기지국, 단말#1 및 단말#2 각각은 도 1에 도시된 기지국(110), 단말#1(121) 및 단말#2(122)일 수 있다. 예를 들어, 기지국, 단말#1 및 단말#2는 3GPP 표준에서 규정된 통신 프로토콜, IEEE 표준에서 규정된 통신 프로토콜 등을 지원할 수 있다. 또한, 기지국, 단말#1 및 단말#2는 도 2에 도시된 통신 노드(200)와 동일 또는 유사하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 기지국은 복수의 안테나들(예를 들어, 배열 안테나)을 포함할 수 있고, 단말#1 및 단말#2는 적어도 하나의 안테나를 포함할 수 있다. 또한, 기지국, 단말#1 및 단말#2는 도 3에 도시된 동작 상태(예를 들어, RRC_아이들 상태, RRC_커넥티드 상태, RRC_인액티브 상태)를 지원할 수 있다.

기지국은 동기 신호(예를 들어, PSS(primary synchronization signal), SSS(secondary synchronization signal)), 시스템 정보(예를 들어, MIB(mater information block), SIB(system information block) 등을 주기적으로 전송할 수 있다(S401). RRC_아이들 상태(또는, 디태치드(detached) 상태)로 동작하는 단말#1 및 단말#2 각각은 기지국으로부터 동기 신호를 수신할 수 있고, 동기 신호를 사용하여 하향링크 동기를 획득할 수 있다(S402). 여기서, 단말#1의 하향링크 동기 획득 절차의 수행 시점은 단말#2의 하향링크 동기 획득 절차의 수행 시점과 동일하거나 다를 수 있다.

기지국과 하향링크 동기화된 후, RRC_아이들 상태(또는, 디태치드 상태)로 동작하는 단말#1 및 단말#2 각각은 기지국으로부터 시스템 정보를 수신할 수 있다(S403). 예를 들어, RRC_아이들 상태로 동작하는 단말#1 및 단말#2 각각은 PBCH(physical broadcast channel)를 통해 기지국의 MIB를 획득할 수 있고, PDSCH(physical downlink shared channel)를 통해 기지국의 SIB를 획득할 수 있다. 여기서, 단말#1의 시스템 정보 획득 절차의 수행 시점은 단말#2의 시스템 정보 획득 절차의 수행 시점과 동일하거나 다를 수 있다.

기지국의 시스템 정보를 획득한 후, RRC_아이들 상태로 동작하는 단말#1 및 단말#2 각각은 시스템 정보를 사용하여 기지국과 랜덤 액세스 절차(random access procedure)를 수행할 수 있다(S404, S405). 예를 들어, 랜덤 액세스 절차에서 단말#1 및 단말#2 각각은 기지국의 시스템 정보에 의해 지시되는 PRACH(physical random access channel)을 통해 랜덤 액세스 프리앰블(preamble)을 기지국에 전송할 수 있다. 랜덤 액세스 프리앰블에 포함된 프리앰블 시퀀스(sequence)는 기지국의 시스템 정보에 의해 지시되는 프리앰블 시퀀스의 부분 집합 내에서 랜덤하게 선택될 수 있다.

단말#1 및 단말#2 각각으로부터 랜덤 액세스 프리앰블이 수신된 경우, 액세스 포인트는 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 응답으로 랜덤 액세스 응답을 생성할 수 있다. 단말#1을 위한 랜덤 액세스 응답은 단말#1로부터 수신된 랜덤 액세스 프리앰블에 포함된 프리앰블 시퀀스, TA(timing advance) 값, 상향링크 그랜트(grant), TC-RNTI(temporary cell-radio network temporary identifier) 등을 포함할 수 있고, 단말#2를 위한 랜덤 액세스 응답은 단말#2로부터 수신된 랜덤 액세스 프리앰블에 포함된 프리앰블 시퀀스, TA 값, 상향링크 그랜트, TC-RNTI 등을 포함할 수 있다. 액세스 포인트는 랜덤 액세스 응답을 단말#1 및 단말#2 각각에 전송할 수 있다.

단말#1 및 단말#2 각각은 기지국으로부터 랜덤 액세스 응답을 수신할 수 있고, 랜덤 액세스 응답에 포함된 TA 값을 사용하여 기지국의 상향링크 동기를 획득할 수 있다. 기지국과 상향링크 동기화된 후, 단말#1 및 단말#2 각각은 랜덤 액세스 응답에 포함된 상향링크 그랜트에 의해 할당된 상향링크 자원을 사용하여 RRC 시그널링(signaling) 메시지(예를 들어, 랜덤 액세스 절차에서 메시지#3)를 기지국에 전송할 수 있다. 단말#1의 RRC 시그널링 메시지는 단말#1의 TC-RNTI 또는 C-RNTI를 포함할 수 있고, 단말#1이 고정형 단말 또는 이동형 단말인지를 지시하는 정보를 포함할 수 있다. 단말#2의 RRC 시그널링 메시지는 단말#2의 TC-RNTI 또는 C-RNTI를 포함할 수 있고, 단말#2가 고정형 단말 또는 이동형 단말인지를 지시하는 정보를 포함할 수 있다.

기지국은 단말#1 및 단말#2 각각으로부터 RRC 시그널링 메시지를 수신할 수 있고, 경쟁 해소(contention resolution)를 위해 RRC 시그널링 메시지(예를 들어, 랜덤 액세스 절차에서 메시지#4)를 단말#1 및 단말#2 각각에 전송할 수 있다. 기지국에서 단말#1로 전송되는 RRC 시그널링 메시지는 단말#1의 C-RNTI를 포함할 수 있고, 기지국에서 단말#2로 전송되는 RRC 시그널링 메시지는 단말#2의 C-RNTI를 포함할 수 있다.

단말#1은 기지국으로부터 RRC 시그널링 메시지를 수신할 수 있고, RRC 시그널링 메시지에 포함된 C-RNTI가 단말#1의 C-RNTI와 동일한 경우에 랜덤 액세스 절차가 성공적으로 완료된 것으로 판단할 수 있다. 이 경우, 단말#1은 RRC_커넥티드 상태로 동작할 수 있다. 즉, 단말#1의 동작 상태는 RRC_아이들 상태에서 RRC_커넥티드 상태로 천이될 수 있다. 한편, 단말#2는 기지국으로부터 RRC 시그널링 메시지를 수신할 수 있고, RRC 시그널링 메시지에 포함된 C-RNTI가 단말#2의 C-RNTI와 동일한 경우에 랜덤 액세스 절차가 성공적으로 완료된 것으로 판단할 수 있다. 이 경우, 단말#2는 RRC_커넥티드 상태로 동작할 수 있다. 즉, 단말#2의 동작 상태는 RRC_아이들 상태에서 RRC_커넥티드 상태로 천이될 수 있다.

■ 공간 상관도(spatial correlation)의 추정 절차

기지국과 단말 간의 랜덤 액세스 절차(예를 들어, 기지국과 단말 간의 연결 확립 절차)가 완료된 경우, 2차원 또는 3차원 공간 상관도(예를 들어, 2차원 또는 3차원 안테나 상관도)의 추정 절차가 수행될 수 있다.

단말#1 및 단말#2 각각은 상향링크 참조 신호(예를 들어, 상향링크 파일럿(pilot) 신호)를 기지국에 전송할 수 있다(S406, S408). 단말#1 및 단말#2 각각의 상향링크 참조 신호는 단계 S411에서 추정 완료 메시지의 수신 전까지 전송될 수 있다. 상향링크 참조 신호는 SRS(sounding reference signal), DMRS(demodulation reference signal) 등일 수 있다. 상향링크 참조 신호는 랜덤 액세스 절차에서 할당된 자원(예를 들어, 시간 자원, 주파수 자원)을 통해 전송될 수 있다. 또한, 상향링크 참조 신호의 전송 시점은 랜덤 액세스 절차에서 기지국에서 단말#1 및 단말#2 각각으로 시그널링될 수 있다. 예를 들어, 기지국은 상향링크 참조 신호를 위해 할당된 자원 정보, 상향링크 참조 신호의 전송 시점 정보 등을 랜덤 액세스 절차에서 메시지#4를 사용하여 단말#1 및 단말#2 각각에 알려줄 수 있다.

기지국은 단말#1로부터 상향링크 참조 신호를 수신할 수 있고, 상향링크 참조 신호를 사용하여 기지국과 단말#1 간의 채널 상태#1을 추정할 수 있다(S407). 추정된 채널 상태#1에 기초하여 채널 행렬#1(이하, "h₁"이라 함)이 획득될 수 있다. 또한, 기지국은 단말#2로부터 상향링크 참조 신호를 수신할 수 있고, 상향링크 참조 신호를 사용하여 기지국과 단말#2 간의 채널 상태#2를 추정할 수 있다(S409). 추정된 채널 상태#2에 기초하여 채널 행렬#2(이하, "h₂"라 함)가 획득될 수 있다. 여기서, 채널 행렬#1(h₁)은 단말#1을 식별하기 위한 고유 정보(예를 들어, 시그니처(signature))로 사용될 수 있고, 채널 행렬#2(h₂)는 단말#2를 식별하기 위한 고유 정보로 사용될 수 있다. 예를 들어, 통신 시스템에서 단말별로 채널 상태는 다를 수 있으며, 이 경우에 채널 행렬은 통신 시스템에서 단말을 식별하기 위한 고유 정보로 사용될 수 있다.

기지국은 채널 행렬#1(h₁)(예를 들어, 채널 상태#1) 및 채널 행렬#2(h₂)(예를 들어, 채널 상태#2)를 사용하여 단말#1과 단말#2 간의 공간 상관도(예를 들어, 수신 상관 행렬(receive correlation matrix), 채널 공분산 행렬(channel covariance matrix))를 추정할 수 있다(S410). 공간 상관도는 통신 시스템(예를 들어, LTE 기반의 통신 시스템)에서 긴 주기(long-term) PMI(precoding matrix indicator), 넓은 대역(wideband) PMI 등일 수 있다.

예를 들어, 채널 상태#1이 채널 상태#2와 유사한 경우, 공간 상관도는 상대적으로 높은 값을 가질 수 있다. 반면, 채널 상태#1이 채널 상태#2와 다른 경우, 공간 상관도는 상대적으로 낮은 값을 가질 수 있다. 단말#1 및 단말#2 각각의 공간 상관도는 DFT(discrete Fourier transform)에 기초하여 양자화될 수 있고, 양자화된 공간 상관도는 고정형 코드북(codebook) 형태로 사용될 수 있다. 또한, 단말 또는 신호를 식별하기 위한 고유 정보로 수신 공간 상관도뿐만 아니라 다양한 상관도(예를 들어, 송신 공간 상관도, 시간 상관도, 주파수 상관도 등)가 사용될 수 있다. 예를 들어, 주파수 상관도는 채널에서 지연 프로파일(delay profile) 또는 지연 확산(delay spread)에 의해 발생될 수 있다.

공간 상관도의 추정이 완료된 경우, 기지국은 공간 상관도의 추정이 완료된 것을 지시하는 추정 완료 메시지를 생성할 수 있고, 추정 완료 메시지를 단말#1 및 단말#2 각각에 전송할 수 있다(S411). 여기서, 추정 완료 메시지는 RRC 시그널링 메시지일 수 있다. 또는, 공간 상관도의 추정 완료를 지시하는 지시자는 DCI(downlink control information)를 통해 단말#1 및 단말#2 각각에 전송될 수 있다. 기지국으로부터 추정 완료 메시지(또는, 공간 상관도의 추정 완료를 지시하는 지시자)가 수신된 경우, 단말#1 및 단말#2 각각은 공간 상관도의 추정이 완료된 것으로 판단할 수 있고, 상향링크 참조 신호의 전송을 중지할 수 있다.

여기서, 단말#1과 단말#2 간의 공간 상관도의 추정 절차가 설명되었으나, 기지국은 셀 커버리지에 속한 모든 단말들에 대한 공간 상관도를 추정할 수 있다. 예를 들어, 도 1에서 기지국(110)은 앞서 설명된 단계 S406 내지 단계 S410에 기초하여 모든 단말들(121, 122, 123, 124, 125)에 대한 공간 상관도를 추정할 수 있다.

■ 전송 프리앰블 시퀀스의 설정 절차

기지국과 단말 간의 공간 상관도의 추정 절차가 완료된 경우, 전송 프리앰블 시퀀스의 설정 절차가 수행될 수 있다. 기지국은 단계 S410에서 추정된 공간 상관도에 기초하여 단말#1 및 단말#2 각각을 위한 전송 프리앰블 시퀀스를 설정할 수 있다(S412).

예를 들어, 단말#1과 단말#2 간의 공간 상관도가 높은 경우(예를 들어, 단말#1과 단말#2 간의 공간 상관도가 미리 정의된 임계값 이상인 경우), 기지국은 직교 전송 프리앰블 시퀀스를 단말#1과 단말#2에 할당할 수 있다. 단말#1과 단말#2 간의 공간 상관도가 낮은 경우(예를 들어, 단말#1과 단말#2 간의 공간 상관도가 미리 정의된 임계값 미만인 경우), 기지국은 비직교 전송 프리앰블 시퀀스(예를 들어, 유사 직교 전송 프리앰블 시퀀스)를 단말#1과 단말#2에 할당할 수 있다. 단말#1을 위해 설정된 전송 프리앰블 시퀀스는 "s₁"로 지칭될 수 있고, 단말#2를 위해 설정된 전송 프리앰블 시퀀스는 "s₂"로 지칭될 수 있다.

전송 프리앰블 시퀀스는 Zadoff-Chu 시퀀스의 순환 이동(cyclic shift)에 기초하여 생성될 수 있다. 또한, 랜덤 액세스 절차(예를 들어, 단계 S404, 단계 S405)에서 사용된 프리앰블 시퀀스가 전송 프리앰블 시퀀스로 사용될 수 있다. 예를 들어, 기지국과 단말#1 간의 랜덤 액세스 절차에서 사용된 프리앰블 시퀀스는 s₁로 설정될 수 있고, 기지국과 단말#2 간의 랜덤 액세스 절차에서 사용된 프리앰블 시퀀스는 s₂로 설정될 수 있다.

전송 프리앰블 시퀀스는 액티브(active) 단말을 식별하기 위해 사용될 수 있다. 액티브 단말은 기지국과 연결 확립 절차를 완료한 단말들 중에서 기지국으로부터 전송 프리앰블 시퀀스를 할당받은 단말을 지시할 수 있다. 또한, 전송 프리앰블 시퀀스는 채널 추정을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 기지국은 전송 프리앰블 시퀀스를 포함하는 상향링크 신호를 단말로부터 수신할 수 있고, 상향링크 신호에 포함된 전송 프리앰블 시퀀스를 사용하여 기지국과 단말 간의 채널을 추정할 수 있다.

기지국은 s₁을 포함하는 메시지를 단말#1에 전송할 수 있고(S413), s₂를 포함하는 메시지를 단말#2에 전송할 수 있다(S414). s₁ 및 s₂ 각각을 포함하는 메시지는 RRC 시그널링 메시지일 수 있다. 또는, s₁ 및 s₂ 각각은 DCI를 통해 전송될 수 있다. 단말#1은 기지국으로부터 s₁을 획득할 수 있다. 그 후에, 단말#1의 동작 상태는 RRC_커넥티드 상태에서 RRC_아이들 상태 또는 RRC_인액티브 상태로 천이될 수 있다(S415). 예를 들어, 송수신될 데이터가 존재하지 않는 경우, 단말#1은 RRC_아이들 상태 또는 RRC_인액티브 상태로 동작할 수 있다. 또한, 단말#2는 기지국으로부터 s₂를 획득할 수 있다. 그 후에, 단말#2의 동작 상태는 RRC_커넥티드 상태에서 RRC_아이들 상태 또는 RRC_인액티브 상태로 천이될 수 있다. 예를 들어, 송수신될 데이터가 존재하지 않는 경우, 단말#2는 RRC_아이들 상태 또는 RRC_인액티브 상태로 동작할 수 있다(S415).

■ 상향링크 신호의 전송 절차

기지국으로 전송될 제어 정보 및 데이터 중에서 적어도 하나가 존재하는 경우, RRC_아이들 상태(또는, RRC_인액티브 상태)로 동작하는 단말#1은 임시 ID#1을 설정할 수 있다(S416). 상향링크 신호의 전송 절차에서 임시 ID#1은 단말#1을 식별하기 위해 사용될 수 있으며, 랜덤 넘버(random number)로 설정될 수 있다. 예를 들어, 기지국은 h₁ 및 s₁에 의해 단말#1이 식별되지 않는 경우에 임시 ID#1을 사용하여 단말#1을 식별할 수 있다.

RRC_아이들 상태(또는, RRC_인액티브 상태)로 동작하는 단말#1은 s₁, 임시 ID#1, 제어 정보, 데이터를 포함하는 상향링크 신호#1을 생성할 수 있다(S417). 임시 ID#1은 제어 정보 또는 데이터에 포함될 수 있다. 또는, 임시 ID#1은 상향링크 신호#1에 포함되지 않을 수 있으며, 이 경우에 단계 S416은 생략될 수 있다. 상향링크 신호#1의 포맷(format)은 다음과 같을 수 있다.

- 상향링크 신호의 포맷 1: s₁ + x₁(임시 ID#1 + 제어 정보)

- 상향링크 신호의 포맷 2: s₁ + x₁(임시 ID#1 + 데이터)

- 상향링크 신호의 포맷 3: s₁ + x₁(임시 ID#1 + 제어 정보 + 데이터)

한편, 기지국으로 전송될 제어 정보 및 데이터 중에서 적어도 하나가 존재하는 경우, RRC_아이들 상태(또는, RRC_인액티브 상태)로 동작하는 단말#2는 임시 ID#2를 설정할 수 있다(S416). 상향링크 신호의 전송 절차에서 임시 ID#2는 단말#2를 식별하기 위해 사용될 수 있으며, 랜덤 넘버로 설정될 수 있다. 예를 들어, 기지국은 h₂ 및 s₂에 의해 단말#2가 식별되지 않는 경우에 임시 ID#2를 사용하여 단말#2를 식별할 수 있다.

RRC_아이들 상태(또는, RRC_인액티브 상태)로 동작하는 단말#2는 s₂, 임시 ID#2, 제어 정보, 데이터를 포함하는 상향링크 신호#2를 생성할 수 있다(S417). 임시 ID#2는 제어 정보 또는 데이터에 포함될 수 있다. 또는, 임시 ID#2는 상향링크 신호#2에 포함되지 않을 수 있으며, 이 경우에 단계 S416은 생략될 수 있다. 상향링크 신호#2의 포맷은 다음과 같을 수 있다.

- 상향링크 신호의 포맷 1: s₂ + x₂(임시 ID#2 + 제어 정보)

- 상향링크 신호의 포맷 2: s₂ + x₂(임시 ID#2 + 데이터)

- 상향링크 신호의 포맷 3: s₂ + x₂(임시 ID#2 + 제어 정보 + 데이터)

RRC_아이들 상태(또는, RRC_인액티브 상태)로 동작하는 단말#1은 상향링크 신호#1(s₁ + x₁)를 기지국에 전송할 수 있고(S418), RRC_아이들 상태(또는, RRC_인액티브 상태)로 동작하는 단말#2는 상향링크 신호#2(s₂ + x₂)를 기지국에 전송할 수 있다(S419). 상향링크 신호#1이 전송되는 시간 및 주파수 자원들은 상향링크 신호#2가 전송되는 시간 및 주파수 자원들과 동일할 수 있거나 다를 수 있다. 또한, 상향링크 신호#1 및 상향링크 신호#2가 동일한 시간 및 주파수 자원들을 통해 전송되는 경우, 해당 시간 및 주파수 자원들을 통해 다른 단말(예를 들어, 도 1에 도시된 단말#3 내지 단말#5(123 내지 125)의 상향링크 신호들이 전송될 수 있다. 상향링크 신호#1(s₁ + x₁)와 상향링크 신호#2(s₂ + x₂)는 다음과 같이 전송될 수 있다.

도 6은 상향링크 신호의 전송 방법의 실시예를 도시한 개념도이다.

도 6을 참조하면, 단말#1은 상향링크 신호#1(s₁ + x₁)을 기지국에 전송할 수 있고, 단말#2는 상향링크 신호#2(s₂ + x₂)를 기지국에 전송할 수 있다. 단말#1 및 단말#2 각각은 기지국의 상향링크 그랜트 없이 상향링크 신호를 기지국에 전송할 수 있다. 또한, 단말#1 및 단말#2 각각은 RRC_커넥티드 상태로의 천이 동작 없이 상향링크 신호를 기지국에 전송할 수 있다.

상향링크 신호#1(s₁ + x₁)이 전송되는 채널(예를 들어, 공간)은 상향링크 신호#2(s₂ + x₂)가 전송되는 채널(예를 들어, 공간)과 다를 수 있기 때문에, 상향링크 신호#1(s₁ + x₁)과 상향링크 신호#2(s₂ + x₂)가 동일한 시간 및 주파수 자원들을 통해 전송되는 경우에도 상향링크 신호#1(s₁ + x₁)의 페이딩(fading) 특성(예를 들어, 소규모(small-scale) 페이딩 특성)은 상향링크 신호#2(s₂ + x₂)의 페이딩 특성(예를 들어, 소규모 페이딩 특성)과 다를 수 있다. 이 경우, 기지국은 단말별 채널 특성(예를 들어, 페이딩 특성)에 기초하여 상향링크 신호#1(s₁ + x₁) 및 상향링크 신호#2(s₂ + x₂)를 각각 구별할 수 있다.

다시 도 4 및 도 5를 참조하면, 기지국은 동일한 시간 및 주파수 자원들에서 K개의 단말들(예를 들어, 도 1에 도시된 단말#1 내지 단말#5(121 내지 125))로부터 상향링크 신호들을 수신할 수 있다. K개의 단말들은 기지국의 셀 커버리지에 속할 수 있고, 상향링크 신호#1(s₁ + x₁)을 전송한 단말#1, 상향링크 신호#2(s₂ + x₂)를 전송한 단말#2 등을 포함할 수 있다. 여기서, k는 2 이상의 양의 정수일 수 있다.

K개의 단말들로부터 수신된 상향링크 신호들 중에서 전송 프리앰블 시퀀스의 행렬(Y_p)은 아래 수학식 1과 같을 수 있다.

수학식 1에서 H는 아래 수학식 2와 같을 수 있다.

수학식 1에서 S는 아래 수학식 3과 같을 수 있다.

H는 기지국과 K개 단말들 간의 채널 행렬을 지시할 수 있다. 예를 들어, h₁은 기지국과 단말#1 간의 채널 행렬을 지시할 수 있고, h₂는 기지국과 단말#2 간의 채널 행렬을 지시할 수 있고, h_K는 기지국과 단말#K 간의 채널 행렬을 지시할 수 있다. S는 K개 단말들 각각의 전송 프리앰블 시퀀스를 지시할 수 있다. 예를 들어, s₁은 단말#1의 전송 프리앰블 시퀀스를 지시할 수 있고, s₂는 단말#2의 전송 프리앰블 시퀀스를 지시할 수 있고, s_K는 단말#K의 전송 프리앰블 시퀀스를 지시할 수 있다. Z는 잡음 신호 행렬을 지시할 수 있고, M은 기지국의 전체 안테나 개수를 지시할 수 있고, m은 전송 프리앰블 시퀀스의 길이를 지시할 수 있다.

기지국과 단말 간의 채널 행렬(h)은 아래 수학식 4와 같을 수 있다. 예를 들어, 채널 행렬(h)은 크로네커(Kronecker) 채널 모델일 수 있다.

R은 수신 상관 행렬 또는 채널 공분산 행렬을 지시할 수 있다. 또한, R은 채널의 대규모(large-scale) 페이딩 특성 또는 쉐도잉(shadowing) 특성을 지시할 수 있다. w는 채널의 소규모 페이딩을 지시할 수 있다. U 및 Λ 각각은 R의 고유 분해(eigen decomposition)에 대한 고유 벡터(eigen vector) 행렬 및 고유 값(eigen value) 행렬을 지시할 수 있다.

한편, 다중 안테나 채널에서 이상적인 rich-scattering 환경과 다르게 공간 상관도(예를 들어, 안테나 상관도)가 존재할 수 있다. 공간 상관도로 인해 수신 상관 행렬의 지배적인 고유 값들의 개수는 수신 안테나들의 개수보다 매우 적을 수 있다. 예를 들어, 수신 상관 행렬에 고유 벡터 행렬(U)을 곱함으로써 선형 변환이 수행되는 경우, 고유 벡터로 구성되는 M개의 basis 중에서 일부인 r개에 해당하는 좌표에만 지배적인 고유 값에 해당하는 요소(component)가 존재할 수 있고, 나머지 M-r개의 좌표는 비어 있을 수 있다. 여기서, r은 수신 상관 행렬의 지배적인 고유 값들(dominant eigen values)의 개수를 지시할 수 있다.

고유 벡터 행렬(U_k)의 에르미트(Hermitian) 행렬과 채널 행렬(h_k)의 곱은 아래 수학식 5와 같을 수 있다. 여기서, k는 단말의 인덱스를 지시할 수 있다.

수학식 5는 섬김 변환(sparse transform)을 의미할 수 있고, 섬김 변환에 의해 섬김 효과(sparsity effect)가 발생될 수 있다.

도 7은 섬김 변환에 따른 섬김 효과를 도시한 개념도이다.

도 7을 참조하면, 수학식 5에 따르면 M 차원의 채널 행렬(h_k)은 r 차원의 벡터(

)와 M-r 차원의 벡터로 변환될 수 있다. M 차원의 채널 행렬(h_k)에 퍼져있던 에너지는 r 차원의 벡터(

)에 집중될 수 있다. 에너지 집중 현상은 아래 수학식 6에 의해 설명될 수 있다.

고유 벡터 행렬(U_k)은 tall unitary 행렬이기 때문에, 채널 행렬(h_k)과

에서 동일한 에너지가 보존될 수 있고, 해당 에너지는 r 차원의 벡터(

)에 집중될 수 있다.

도 8은 섬김 변환에 기초한 채널 성분의 보존 방법의 실시예를 도시한 개념도이다.

도 8을 참조하면, 단말#1 및 단말#2는 동일한 시간 및 주파수 자원들을 사용하여 상향링크 신호들을 기지국에 전송할 수 있다. 기지국과 단말#1 간의 채널 행렬이 h₁이고, 기지국과 단말#2 간의 채널 행렬이 h₂인 경우, 기지국에서 상향링크 신호들에 대한 채널 행렬은 h₍₁₊₂₎일 수 있다. 단말#1의 고유 벡터 행렬의 에르미트 행렬(

)이 h₍₁₊₂₎에 곱해지는 경우, 단말#1의 채널 성분은 보존될 수 있고, 단말#2의 간섭 성분은 완화될 수 있다.

한편, 기지국은 앞서 설명된 성김 변환에 기초하여 복수의 단말들로부터 수신된 신호를 처리할 수 있다.

도 9는 통신 시스템에서 다중 접속 프로토콜에 기초한 통신 노드의 동작 방법의 제3 실시예를 도시한 순서도이고, 도 10은 기지국에서 수행되는 신호 처리 방법을 도시한 개념도이다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 기지국, 단말#1 및 단말#2 각각은 도 4 및 도 5에 도시된 기지국, 단말#1 및 단말#2과 동일할 수 있다. 즉, 단계 S420는 도 5의 단계 S419 이후에 수행될 수 있다. 복수의 단말들(예를 들어, K개의 단말들)로부터 상향링크 신호들을 수신한 기지국은 상향링크 신호들 중에서 프리앰블 시퀀스의 행렬(Y_p)에

와 s_k를 곱함으로써 전처리(pre-processing) 절차를 수행할 수 있다(S420). 전처리 절차는 아래 수학식 7에 기초하여 수행될 수 있다.

수학식 7에 의하면,

는 "유효(effective) 채널 + 완화된 간섭을 지시하는 요소 +

"로 표현될 수 있다.

는 유사 직교 시퀀스의 일반적인 상호-상관(cross-correlation) 특성에 따라

로 근사될 수 있다.

수학식 7에서, 단말#k 및 단말#i 각각은 U_k 및 U_i로 스팬(span)되는 서로 다른 벡터 공간을 가지기 때문에,

의 세기가 감소됨으로써 단말#i로 인한 간섭이 완화될 수 있다. 따라서 다른 단말에 의한 간섭 신호는 수신 공간 상관도의 분리성/다양성, 유사 직교 시퀀스의 특성 등에 의해 완화될 수 있다. 반면, 단말#k가 액티브 단말인 경우, 단말#k의 신호의 에너지는 r 차원의 벡터(

)에 집중될 수 있고, 이에 따라 단말#k의 신호의 세기는 간섭 및 잡음 신호의 세기에 비해 매우 클 수 있다. 따라서 복수의 단말들의 상향링크 신호들이 동일한 시간 및 주파수 자원들에서 수신된 경우에도 기지국은 액티브 단말을 식별할 수 있다.

수학식 7에서

의 벡터 요소들의 신호 세기는 다음과 같을 수 있다.

도 11은 전처리 절차의 수행 결과를 도시한 그래프이다.

도 11을 참조하면,

가 J개의 블록들로 분류되는 경우, 벡터 요소 1 내지 r을 포함하는 첫 번째 블록의 에너지 세기는 나머지 블록들 각각의 에너지 세기보다 클 수 있다. 기지국은 에너지 세기의 차이에 기초하여 액티브 단말을 식별할 수 있다.

다시 도 9 및 10을 참조하면, 기지국은 아래 수학식 8에 기초하여 단말#1의 r₁을 계산할 수 있고, 아래 수학식 9에 기초하여 단말#2의 r₂를 계산할 수 있다.

기지국은 r_k(예를 들어, r₁, r₂)의 첫 번째 블록의 에너지와 나머지 블록들 중에서 가장 큰 에너지 간의 차이를 미리 설정된 임계값(

)과 비교함으로써 단말#k(예를 들어, 단말#1, 단말#2)가 액티브 단말인지를 확인할 수 있다(S421). 예를 들어, 기지국은 아래 수학식 10에 기초하여 단말#k가 액티브 단말인지를 확인할 수 있다. 기지국은 단말#k의 상향링크 신호가 수학식 10을 만족하는 경우에 단말#k를 액티브 단말로 판단할 수 있고, 단말#k의 상향링크 신호가 수학식 10을 만족하지 않는 경우에 단말#k를 액티브 단말이 아닌 것으로 판단할 수 있다.

여기서,

는 r_k의 j번째 블록일 수 있다. 또는, 기지국은 아래 수학식 11에 기초하여 단말#k가 액티브 단말인지를 확인할 수 있다. 기지국은 단말#k의 상향링크 신호가 수학식 11을 만족하는 경우에 단말#k를 액티브 단말로 판단할 수 있고, 단말#k의 상향링크 신호가 수학식 11을 만족하지 않는 경우에 단말#k를 액티브 단말이 아닌 것으로 판단할 수 있다. 단말#1 및 단말#2는 액티브 단말이기 때문에, 단말#1 및 단말#2 각각의 상향링크 신호는 수학식 10 및 11을 만족할 수 있다.

한편, 기지국은 아래 수학식 12 및 13에 기초하여 액티브 단말의 식별 오류를 판단할 수 있다.

단말#k가 수학식 10에 기초하여 액티브 단말로 판단된 경우에도, 단말#k의 상향링크 신호가 수학식 12를 만족하면 기지국은 액티브 단말의 식별 오류로 판단할 수 있다. 또는, 단말#k가 수학식 11에 기초하여 액티브 단말이 아닌 것으로 판단된 경우에도, 단말#k의 상향링크 신호가 수학식 13을 만족하면 기지국은 액티브 단말의 식별 오류로 판단할 수 있다.

액티브 단말의 식별 오류의 확률을 줄이기 위해, 기지국은 아래 수학식 14에 기초하여 이중 확인(cross-check)을 할 수 있다. 여기서,

는 채널 추정 값을 지시할 수 있고, 수학식 16에 기초하여 추정될 수 있다.

앞서 설명된 수학식 10 내지 14에 기초하면, 기지국은 단말#1 및 단말#2 각각을 액티브 단말로 판단할 수 있다. 또한, 복수의 단말로부터 수신된 상향링크 신호들에 액티브 단말이 아닌 단말#3(예를 들어, 도 1에 도시된 단말#3(123))의 상향링크 신호가 존재하는 경우, 단말#3의 상향링크 신호는 수학식 10 또는 11을 만족하지 않기 때문에 기지국은 단말#3을 액티브 단말이 아닌 것으로 판단할 수 있다.

단말#1 및 단말#2가 액티브 단말로 판단된 경우, 기지국은 단말#1 및 단말#2의 상향링크 신호들에 포함된 정보(예를 들어, 임시 ID, 제어 정보, 데이터)에 대한 복조(demodulation) 및 복호(decoding) 동작을 수행하기 위해 해당 상향링크 신호의 전송 프리앰블을 사용하여 채널을 추정할 수 있다(S422). 기지국은 최소 제곱(least square) 채널 추정 방식을 사용할 수 있다. 예를 들어, 기지국의 안테나 개수(M)와 전송 프리앰블 시퀀스의 길이(m)가 크다고 가정하면, 아래 수학식 15가 도출될 수 있다.

기지국은 수학식 15의 역 성김 변환(inverse sparse transform)에 기초하여 단말#k의 채널 행렬(

)을 추정할 수 있다. 즉, 단말#k의 채널 행렬(

)은 아래 수학식 16과 같을 수 있다.

수학식 15 및 16에 기초한 채널 추정 방식은 기지국의 안테나 개수(M)와 전송 프리앰블 시퀀스의 길이(m)가 큰 경우에 정확한 채널 추정 값을 제공할 수 있다. 즉, 기지국의 안테나 개수(M)가 많을수록 정확한 채널 추정 값과 높은 빔포밍(beamforming) 이득이 획득될 수 있으므로, 통신 시스템에서 높은 신뢰도를 가지는 통신 서비스가 제공될 수 있다.

단말#1 및 단말#2의 채널 추정이 완료된 후, 기지국은 채널 추정 값(예를 들어, 채널 행렬(

))을 사용하여 단말#1 및 단말#2의 상향링크 신호들에 포함된 정보(예를 들어, 임시 ID, 제어 정보, 데이터)에 대한 복조 및 복호 동작을 수행할 수 있다(S423). 예를 들어, 동일한 시간 및 주파수 자원들을 통해 복수의 단말들(예를 들어, 단말#1, 단말#2)의 상향링크 신호들이 수신된 경우, 기지국은 복조 및 복호 동작을 위해 MRC(maximal ratio combining) 기반의 SIC(successive interference cancelation) 방식을 사용할 수 있다.

기지국은 단말#1 및 단말#2의 채널 추정 값(예를 들어, 채널 행렬(

))을 사용하여 수신된 상향링크 신호의 벡터(예를 들어, "단말#1의 상향링크 신호의 벡터 + 단말#2의 상향링크 신호의 벡터")에 MRC를 수행함으로써 2개의 MRC 출력들을 생성할 수 있다. 기지국은 2개의 MRC 출력들 중에서 가장 큰 MCR 출력에 해당하는 단말(예를 들어, 단말#1)의 상향링크 신호를 재생성할 수 있고, 재생성된 상향링크 신호를 수신된 상향링크 신호들의 벡터에서 제거함으로써 나머지 단말(예를 들어, 단말#2)의 상향링크 신호를 획득할 수 있다.

따라서 기지국은 MRC 기반의 SIC 방식을 사용함으로써 단말#1의 상향링크 신호#1(예를 들어, x₁) 및 단말#2의 상향링크 신호#2(예를 들어, x₂)를 획득할 수 있고, 단말#1의 상향링크 신호#1에 복조 및 복호 동작을 수행함으로써 임시 ID#1, 제어 정보 및 데이터 중에서 적어도 하나를 획득할 수 있고, 단말#2의 상향링크 신호#2에 복조 및 복호 동작을 수행함으로써 임시 ID#2, 제어 정보 및 데이터 중에서 적어도 하나를 획득할 수 있다.

단말#1의 상향링크 신호#1(s₁ + x₁)에 대한 복조 및 복호 동작이 완료된 경우, 기지국은 상향링크 신호#1에 대한 응답으로 ACK(acknowledgment) 메시지#1을 생성할 수 있고, ACK 메시지#1을 단말#1에 전송할 수 있다(S424). ACK 메시지#1은 임시 ID#1 및 전송 프리앰블 시퀀스(예를 들어, s₁) 중에서 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 단말#1은 기지국으로부터 ACK 메시지#1을 수신할 수 있고, ACK 메시지#1에 포함된 임시 ID를 확인할 수 있다. ACK 메시지#1에 임시 ID#1이 포함되어 있는 경우, 단말#1은 상향링크 신호#1이 기지국에서 성공적으로 수신된 것으로 판단할 수 있다. 기지국으로 전송될 제어 정보 또는 데이터가 단말#1에 존재하지 않는 경우, 단말#1은 상향링크 전송의 종료를 지시하는 전송 완료 메시지#1을 생성할 수 있고, 전송 완료 메시지#1을 기지국에 전송할 수 있다(S425). 전송 완료 메시지#1은 임시 ID#1 및 전송 프리앰블 시퀀스(예를 들어, s₁) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 기지국은 단말#1로부터 전송 완료 메시지#1을 수신할 수 있고, 전송 완료 메시지#1에 기초하여 단말#1의 상향링크 전송이 종료된 것으로 판단할 수 있다.

한편, 단말#2의 상향링크 신호#2(s₂ + x₂)에 대한 복조 및 복호 동작이 완료된 경우, 기지국은 상향링크 신호#2에 대한 응답으로 ACK 메시지#2를 생성할 수 있고, ACK 메시지#2를 단말#2에 전송할 수 있다(S426). ACK 메시지#2는 임시 ID#2 및 전송 프리앰블 시퀀스(예를 들어, s₂) 중에서 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 단말#2는 기지국으로부터 ACK 메시지#2를 수신할 수 있고, ACK 메시지#2에 포함된 임시 ID를 확인할 수 있다. ACK 메시지#2에 임시 ID#2가 포함되어 있는 경우, 단말#2는 상향링크 신호#2가 기지국에서 성공적으로 수신된 것으로 판단할 수 있다. 기지국으로 전송될 제어 정보 또는 데이터가 단말#2에 존재하지 않는 경우, 단말#2는 상향링크 전송의 종료를 지시하는 전송 완료 메시지#2를 생성할 수 있고, 전송 완료 메시지#2를 기지국에 전송할 수 있다(S427). 전송 완료 메시지#2는 임시 ID#2 및 전송 프리앰블 시퀀스(예를 들어, s₂) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 기지국은 단말#2로부터 전송 완료 메시지#2를 수신할 수 있고, 전송 완료 메시지#2에 기초하여 단말#2의 상향링크 전송이 종료된 것으로 판단할 수 있다.

한편, 도 4 내지 도 11을 참조하여 설명된 실시예들이 적용되는 통신 시스템의 링크 특성(예를 들어, SNR(signal to noise ratio), SINR(signal to interference plus noise ratio))은 매우 좋기 때문에, HARQ(hybrid ARQ(automatic repeat request)) 절차의 발생 확률을 낮춤으로써 HARQ 절차로 인한 지연이 감소될 수 있다. 예를 들어, 통신 노드는 수신된 신호에 대한 응답으로 ACK 메시지(또는, NACK(nagative ACK) 메시지)를 바로 전송하지 않을 수 있고, 특정 이벤트(예를 들어, 신호의 복호의 실패)가 발생한 경우에 NACK 메시지를 전송할 수 있다.

■ mmWave 기반의 통신 시스템에서 통신 노드의 동작 방법

도 4 내지 도 11을 참조하여 설명된 실시예들은 mmWave(millimeter wave) 기반의 통신 시스템에 적용될 수 있다. mmWave 기반의 통신 시스템에서 전송 신호의 감쇄가 크기 때문에, 신호는 빔포밍 방식으로 전송될 수 있다.

예를 들어, 도 4의 단계 S401에서 기지국은 동기 신호, 시스템 정보 등을 빔포밍 방식으로 전송할 수 있다. 또한, 도 4의 단계 S401에서 기지국은 CSI-RS(channel state information-reference signal), 섹터-스위핑(sector sweeping) 신호 등을 빔포밍 방식으로 전송할 수 있다. 단말#1 및 단말#2 각각은 기지국으로부터 빔포밍된 신호(beamformed signal)을 수신할 수 있고, 도 4의 단계 S402 및 단계 S403에서 기지국의 빔포밍된 신호에 기초하여 하향링크 동기 및 시스템 정보를 획득할 수 있다. 또한, 단말#1 및 단말#2 각각은 기지국으로부터 빔포밍된 신호에 기초하여 통계적 채널 정보(예를 들어, 통계적 송신 채널 정보, 통계적 수신 채널 정보)를 획득할 수 있다. 통계적 채널 정보는 단말#1 및 단말#2 각각을 식별하기 위한 고유 정보로 사용될 수 있다.

단말#1 및 단말#2 각각은 도 4에 도시된 랜덤 액세스 절차(예를 들어, 단계 S404, S405)를 통해 통계적 채널 정보를 기지국에 전송할 수 있다. TDD(time division duplex) 기반의 통신 시스템에서 단말#1 및 단말#2 각각은 통계적 빔포밍 행렬을 사용하여 통계적 채널 정보를 전송할 수 있다. 즉, 통계적 채널 정보는 빔포밍 방식으로 전송될 수 있다. 랜덤 액세스 절차가 완료된 경우 또는 기지국으로 전송될 제어 정보(또는, 데이터)가 존재하지 않는 경우, 단말#1 및 단말#2 각각은 RRC_아이들 상태 또는 RRC_인액티브 상태로 동작할 수 있다. 예를 들어, 단말#1 및 단말#2 각각의 동작 상태는 RRC_커넥티드 상태에서 RRC_아이들 상태 또는 RRC_인액티브 상태로 천이될 수 있다.

RRC_아이들 상태 또는 RRC_인액티브 상태로 동작하는 단말#1 및 단말#2 각각은 주기적으로 웨이크업(wake-up)될 수 있다. 또는, RRC_아이들 상태 또는 RRC_인액티브 상태로 동작하는 단말#1 및 단말#2 각각은 특정 상황이 발생하는 경우에 웨이크업될 수 있다. 웨이크업된 단말#1 및 단말#2 각각은 자신의 위치를 측정할 수 있고, 기지국으로부터 수신된 참조 신호를 사용하여 통계적 채널 정보를 업데이트(update)할 수 있다. 단말#1 및 단말#2 각각은 업데이트된 통계적 채널 정보를 스케쥴링된 자원들을 사용하여 기지국에 주기적으로 전송할 수 있다. 또는, 단말#1 및 단말#2 각각은 기지국과 랜덤 액세스 절차를 수행함으로써 업데이트된 통계적 채널 정보를 기지국에 비주기적으로 전송할 수 있다.

또한, 기지국으로 전송될 데이터가 존재하는 경우, 단말#1 및 단말#2 각각은 기지국과 랜덤 액세스 절차를 수행하기 위해 통계적 빔포밍 행렬을 사용하여 전송 프리앰블(예를 들어, 도 4의 단계 S412에서 설정된 전송 프리앰블 시퀀스)을 기지국에 전송할 수 있다. 기지국은 전송 프리앰블을 수신할 수 있고, 단말의 고유 정보(예를 들어, 통계적 채널 정보)를 사용하여 전송 프리앰블을 전송한 단말(예를 들어, 단말#1, 단말#2)을 식별할 수 있다.

한편, 핸드오버(handover) 절차를 위해, 단말#1 및 단말#2 각각은 복수의 기지국들로부터 빔포밍된 참조 신호들을 수신할 수 있고, 빔포밍된 참조 신호들을 사용하여 복수의 기지국들 각각의 통계적 채널 정보를 획득할 수 있고, 획득된 통계적 채널 정보를 해당 기지국에 전송할 수 있다. 따라서 핸드오버 절차는 통계적 채널 정보에 기초하여 용이하게 수행될 수 있다.

■ 고효율 및 비동기 다중 접속 방법

한편, TDD 기반의 통신 시스템에서 상향링크와 하향링크 간의 채널 가역성(reciprocity)에 기초하여 상향링크 전송뿐만 아니라 하향링크 전송이 효율적으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 기지국은 상향링크의 채널 추정 값(예를 들어, 수학식 15의

)을 사용하여 최적의 하향링크 프리코딩(precoding) 행렬을 계산할 수 있고, 하향링크 프리코딩 행렬을 사용하여 하향링크 신호를 전송할 수 있다. 하향링크 프리코딩 행렬을 사용함으로써 하향링크 전송률은 향상될 수 있다. 또한, 앞서 설명된 하향링크 전송 방식에 따르면, 단말 중심의 가상 셀은 용이하게 형성될 수 있다.

대규모 안테나를 사용하는 TDD 기반의 기존 통신 시스템에서, 참조 신호(예를 들어, 파일럿 신호)의 오염(contamination)으로 인하여 통신 시스템의 전송률이 저하될 수 있다. 다중 셀 환경에서 유사한 수신/송신 상관도를 가지는 단말들이 동일한 전송 프리앰블 시퀀스를 가질 확률은 매우 낮을 수 있다. 따라서 셀들 간의 직접적인 협력 없이도 참조 신호의 오염 문제가 해소될 수 있다.

또한, 저지연 요구사항을 만족시키기 위해, TDD 기반의 통신 시스템에서 하나의 서브프레임을 통해 상향링크 프리앰블(예를 들어, 전송 프리앰블 시퀀스), 상향링크 제어 정보, 상향링크 데이터, 하향링크 제어 정보 및 하향링크 데이터가 모두 전송될 수 있다.

또한, 저가의 IoT 단말을 위한 비동기 다중 접속 절차에서, 수신/송신 상관도는 wide sense stationary 특성으로 인하여 시간과 주파수에 의해 크게 영향을 받지 않을 수 있다. 따라서 통신 시스템은 ISI(inter-symbol interference) 및 ICI(inter-carrier interference)에 강인할 수 있다. 단말들 간의 동기가 맞지 않는 경우 또는 저가의 클록(clock)으로 인하여 기지국과 단말 간의 동기가 맞지 않는 경우에 발생되는 ISI 및 ICI를 완화하기 위해, 도 4 내지 도 11을 참조하여 설명된 실시예들이 유용하게 사용될 수 있다.

■ 효율적인 압축 센싱 절차

한편, 도 4 내지 도 11을 참조하여 설명된 실시예들의 핵심 아이디어는 통신 시스템뿐만 아니라 압축 센싱을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 블록 단위 성김과 서브-블록 단위 성김을 포함하는 계층적 성김 구조를 가지는 신호의 support 복구(예를 들어, non-zero 원소의 위치 복구)를 위해, 앞서 설명된 단말의 식별 방법이 사용될 수 있다. 여기서, 서블-블록 단위의 support와 성김 변환 행렬은 이미 알고 있는 것으로 가정하고, 블록 단위의 성김 위치를 찾아내는 것이 해결하려는 문제이다.

아래에서 설명되는 실시예들은 MMV(multiple measurement vector)를 사용한 압축 센싱 절차에 적용될 수 있다. d개의 MMV들에 의한 압축 센싱 문제는 아래 수학식 17과 같이 정의될 수 있다.

Y는 m×d 관찰 행렬(measurement matrix)을 지시할 수 있고, M은 m×n 센싱 행렬(sensing matrix)을 지시할 수 있고, X는 n×d 성김 신호(sparse signal)를 지시할 수 있다. 즉, 수학식 17에서 관찰 행렬과 센싱 행렬에 기초하여 신호 행렬 X_T=[x₁, …, x_k, …x_K]의 non-zero 열의 위치를 찾아내는 것이 문제이다. 여기서, x₁ 및 x_K은 zero 열 벡터일 수 있다. 기존의 압축 센싱 절차에서 서브-블록 단위의 상관도는 사용되지 않을 수 있다. 다만, 본 발명에 따른 실시예들에서 서브-블록 단위의 상관도(예를 들어, 신호 상관도)를 사용함으로써 압축 센싱이 효율적으로 수행될 수 있다. 수학식 17은 아래 수학식 18과 같이 표현될 수 있다.

수학식 18에서 X^T는 아래 수학식 19와 같이 정의될 수 있다.

수학식 19에서 U는 d×m 컬럼-와이즈 변형 행렬(column-wise transform matrix)일 수 있다. 수학식 18에서 W는 아래 수학식 20과 같이 정의될 수 있다.

수학식 20에서 w_i(예를 들어, w₁, w_K)=0인 경우, 서브-블록 신호는 wide-sense stationary 신호일 수 있고, 아래 수학식 21을 만족할 수 있다.

수학식 21에서 서브-블록 단위의 성김 변환(U_i)을 알고 있는 것으로 가정되는 경우, U는 아래 수학식 22와 같이 정의될 수 있다.

서브-블록 단위의 성김 변환은 신호의 상관도에 의해 발생될 수 있으며, 본 발명의 실시예들에서 상관도가 활용될 수 있다.

앞서 설명된 문제는 위성, 지질, 바이오, 의료, 농업, 사회망 등의 빅 데이터 분석에서 자주 나타날 수 있다. 예를 들어, 앞서 설명된 문제는 이미지 센싱 분야의 초분광 이미징(hyperspectral imaging, HSI)에서 자주 나타날 수 있다. 위성의 초분광 센서가 지상의 이미지를 스캔하는 경우, 식별 대상 물질(또는, 식별 대상 물체)은 액티브 물질(예를 들어, 액티브 물질은 도 4 내지 도 11을 참조하여 설명된 액티브 단말과 대응함)에 해당하고, 식별 대상 물질의 개수는 식별 가능한 전체 물질에 비해 매우 적을 수 있다. 액티브 물질은 위성 센서 파장의 스펙트럼에 따라 고유한 반사 및 반응을 보일 수 있다. 여기서, 위성 센서 파장의 스펙트럼은 도 4 내지 도 11을 참조하여 설명된 배열 안테나(예를 들어, 배열 안테나에 의해 발생되는 신호)와 대응할 수 있고, 액티브 물질의 통계적 고유 반응은 도 4 내지 도 11을 참조하여 단말들 간의 공간 상관도일 수 있다. 위성은 물질들(예를 들어, 액티브 물질들) 각각의 고유 반응 특성을 알고 있으므로, 스캔된 이미지를 효율적으로 압축함으로써 원하는 물질을 식별할 수 있다.

한편, 확산 수열(예를 들어, 확산 시퀀스)이 사용되지 않는 경우, 앞서 설명된 수학식 1은 아래 수학식 23과 같이 표현될 수 있다.

수학식 23을 앞서 설명된 수학식 18로 변환하기 위해, 아래 수학식 24가 사용될 수 있다.

앞서 설명된 채널 벡터 중에서 x₁, x_k, w₁, w_k 등은 비액티브 물질의 채널 벡터일 수 있다. 수학식 1은 수학식 17과 같이 일반적인 선형 혼합 모델(linear mixture model)로 표현될 수 있으므로, 본 발명의 실시예들은 일반적인 압축 센싱 문제의 효율적인 해결책이 될 수 있다. 압축 센싱 문제에서 U 행렬의 열은 센싱 가능한 물질들의 고유 특성을 나타낼 수 있고, w는 특정 물질의 존재 여부 또는 특정 물질의 가중치를 나타낼 수 있다. 한편, 종래 선형 혼합 모델에서 단말 또는 물질의 고유 특성을 나타내는 행렬 U는 DFT와 같은 동일한 basis로 표현될 수 있으나, 본 발명의 실시예들에서 행렬 U는 서로 다른 basis를 통해 표현될 수 있다. 따라서 단말들(또는, 물질들) 간의 분리/식별이 용이할 수 있다. 또한, 센싱 가능한 물질들의 고유 특성은 U 행렬에서 하나의 열이 아니라 여러 개의 열에 의해 표현될 수 있다. 예를 들어, U 행렬의 크기는 M×K가 아니라 M×rK가 될 수 있다.

본 발명에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위해 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.

컴퓨터 판독 가능 매체의 예에는 롬(rom), 램(ram), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (1)

1. 통신 시스템에서 제1 단말의 동작 방법으로서,
   RRC(radio resource control)_커넥티드(CONNECTED) 상태로 동작하는 상기 제1 단말은 공간 상관도의 추정을 위해 사용되는 상향링크 참조 신호를 기지국에 전송하는 단계;
   상기 공간 상관도의 추정이 완료된 것을 지시하는 추정 완료 메시지를 상기 기지국으로부터 수신하는 단계;
   상기 공간 상관도를 기초로 설정된 제1 전송 프리앰블 시퀀스(preamble sequence)를 상기 기지국으로부터 수신하는 단계; 및
   상기 제1 전송 프리앰블 시퀀스가 수신된 경우, 상기 제1 단말의 동작 상태는 상기 RRC_커넥티드 상태에서 상기 RRC_아이들(idle) 상태로 천이되는 단계를 포함하는, 제1 단말의 동작 방법.

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