KR20180081431A - 셀룰라 통신 시스템의 시간 및 주파수 트랙킹 방법 및 장치 - Google Patents

셀룰라 통신 시스템의 시간 및 주파수 트랙킹 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 3GPP RAN 5G SI 에서 논의되고 있는 Energy Efficiency KPI를 달성하기 위한 기지국 및 단말의 동작 방식에 대한 기술을 개시한다.

Description

셀룰라 통신 시스템의 시간 및 주파수 트랙킹 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR TIME AND FREQUENCY TRACKING IN CELLULAR COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선통신 시스템에 대한 것으로서, 보다 구체적으로 차세대 이동 통신에서 기지국이 셀 내의 단말의 수신신호 복호를 위하여 기지국 송신신호에 대한 시간 및 주파수 동기를 추정하는 방법 및 장치에 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.
5 세대 무선 셀룰러 통신시스템(5th Generation Wireless Cellular Communication System: 5G 통신시스템)에서는 고해상도 영상서비스 지원 등을 위하여 높은 차수의 QAM modulation을 이용하여 신호를 변조한다. 한편 QAM은 동기식 복조(코히어런트 복조, Coherent demodulation)를 통하여 복조가 가능하며, 단말은 이를 수신하기 위하여 송신 신호와 시간/주파수를 동기화 시킬 필요가 있다. 3 세대 혹은 4 세대 무선 셀룰러 통신시스템에서는 첫 번째 그리고 두 번째 동기신호 (PSS & SSS), CRS, CSI-RS 등 항상 주기적으로 전송되는 신호(always on signal)들을 통하여 단말이 시간/주파수를 동기화 하도록 지원하였다. 그러나 이러한 always on signal들은 시스템 부담 증가의 주요 원인으로 5 세대 무선 셀룰러 통신시스템에서는 이를 최소화하고자 하는 추세이다. 한편 높은 차수의 5 세대 무선 셀룰러 통신시스템의 QAM 신호를 복조하기 위하여 4세대 이전 대비 높은 정확도의 시간/주파수 동기화를 지원할 필요가 있다. 이와 같은 5G의 설계 요구사항에 따라 시스템 부담을 줄이면서도 정확한 시간/주파수 동기화를 가능하게 하는 방법 및 장치가 필요하다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 무선 통신 시스템에서 제어 신호 처리 방법에 있어서, 기지국으로부터 전송되는 제1 제어 신호를 수신하는 단계; 상기 수신된 제1 제어 신호를 처리하는 단계; 및 상기 처리에 기반하여 생성된 제2 제어 신호를 상기 기지국으로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 5G 통신 시스템을 구성하는 기지국은 단말의 효율적인 시간/주파수 동기화를 위해 동기화 신호 혹은 기준 신호를 전송해야 한다. 또한 단말은 기지국이 전송하는 동기화 신호 혹은 기준 신호에 대해 시간 및 주파수 동기화를 수행하여 수신 신호를 효율적으로 복조 할 수 있다.
도 1a는 본 발명에서 고려되고 있는 5G 통신 시스템의 동기화 신호 및 방송 채널 구조의 일 예를 보여주는 도면이다
도 1b는 본 발명에서 고려되고 있는 5G 통신시스템의 동기화 신호 및 방송 채널 구조의 또 다른 일 예를 보여주는 도면이다
도 1c는 제 1 동기화 신호 및 제 2 동기화 신호가 주파수 영역에서 생성되는 방법을 도시하는 도면이다.
도 1d는 상기 시간/주파수 동기화를 위한 level-1 CSI-RS의 상세 RE pattern의 일례를 도시하는 도면이다.
도 1da는 상기 요구 조건을 만족시키는 tracking RS RE pattern 예제들을 도시하는 도면이다.
도 1e는 상기 시간/주파수 동기화를 위한 level-1 CSI-RS의 상세 RE pattern의 또 다른 일례를 도시하는 도면이다.
도 1f는 상기 시간/주파수 동기화를 위한 level-1 CSI-RS의 상세 RE pattern의 또 다른 일례를 도시하는 도면이다.
도 1fa는 상기 시간/주파수 동기화를 위한 level-1 CSI-RS의 상세 RE pattern의 또 다른 일례를 도시하는 도면이다.
도 1fb는 상기 시간/주파수 동기화를 위한 level-1 CSI-RS의 상세 RE pattern의 또 다른 일례를 도시하는 도면이다.
도 1fc는 상기 시간/주파수 동기화를 위한 level-1 CSI-RS의 상세 RE pattern의 또 다른 일례를 도시하는 도면이다.
도 1fd는 도 1fc의 변형으로 두 개의 인접한 OFDM symbol에서 level-1 CSI-RS가 전송되는 예제들을 도시하는 도면이다.
도 1g는 DMRS가 시간/주파수 추정을 위한 기준신호로 사용되는 예제를 도시하는 도면이다.
도 1h는 상기 tracking RS 패턴 조정에 대한 일례를 도시하는 도면이다.
도 1i는 본 발명에서 고려하는 5G 통신 시스템에서 tracking RS에 기반하여 단말이 데이터 신호 복조를 위한 시간/주파수 동기화를 완료하는 흐름도를 보여준다.
도 1j는 본 발명의 실시 예에 따른 기지국 송신부의 내부 구조를 도시하는 블록도이다.
도 1k는 본 발명의 실시예에 따른 단말 수신부의 내부 구조를 도시하는 블록도이다.
도 1l은 본 실시예에 따른 time/frequency tracking을 위한 CSI-RS 설정 예시들을 도시하는 도면이다.
도 1m은 본 실시예에 따른 time/frequency tracking을 위한 CSI-RS 설정 예시들을 도시하는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예를 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.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하 본 개시는 무선 통신 시스템에서 단말이 기지국으로부터 방송 정보를 수신하기 위한 기술에 대해 설명한다. 본 발명은 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.
이하 설명에서 사용되는 방송 정보를 지칭하는 용어, 제어 정보를 지칭하는 용어, 통신 커버리지(coverage)에 관련된 용어, 상태 변화를 지칭하는 용어(예: 이벤트(event)), 망 객체(network entity)들을 지칭하는 용어, 메시지들을 지칭하는 용어, 장치의 구성 요소를 지칭하는 용어 등은 설명의 편의를 위해 예시된 것이다. 따라서, 본 발명이 후술되는 용어들에 한정되는 것은 아니며, 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어가 사용될 수 있다.
이하 설명의 편의를 위하여, 3GPP LTE(3rd generation partnership project long term evolution) 규격에서 정의하고 있는 용어 및 명칭들이 일부 사용될 수 있다. 하지만, 본 발명이 상기 용어 및 명칭들에 의해 한정되는 것은 아니며, 다른 규격에 따르는 시스템에도 동일하게 적용될 수 있다.
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), LTE-Pro, 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.
상기 광대역 무선 통신 시스템의 대표적인 예로, LTE 시스템에서는 하향링크(Downlink; DL)에서는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식을 채용하고 있고, 상향링크(Uplink; UL)에서는 SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access) 방식을 채용하고 있다. 상향링크는 단말(UE(User Equipment) 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 이후의 향후 통신 시스템으로서, 즉, 5G 통신시스템은 사용자 및 서비스 제공자 등의 다양한 요구 사항을 자유롭게 반영할 수 있어야 하기 때문에 다양한 요구사항을 만족하는 서비스가 지원되어야 한다. 5G 통신시스템을 위해 고려되는 서비스로는 증가된 모바일 광대역 통신(enhanced Mobile Broadband: eMBB), 대규모 기계형 통신(massive machine type communication: mMTC), 초신뢰 저지연 통신(Ultra Reliability Low Latency Communciation: URLLC) 등이 있다.
eMBB는 기존의 LTE, LTE-A 또는 LTE-Pro가 지원하는 데이터 전송 속도보다 더욱 향상된 데이터 전송 속도를 제공하는 것을 목표로 한다. 예를 들어, 5G 통신시스템에서 eMBB는 하나의 기지국 관점에서 하향링크에서는 20Gbps 최대 전송 속도(peak data rate), 상향링크에서는 10Gbps의 최대 전송 속도를 제공할 수 있어야 한다. 동시에, 증가된 단말의 실제 체감 전송 속도(User perceived data rate)를 제공해야 한다. 이와 같은 요구 사항을 만족시키기 위해, 더욱 향상된 다중 입력 다중 출력 (Multi Input Multi Output: MIMO) 전송 기술을 포함하여 송수신 기술의 향상을 요구한다. 또한 현재의 LTE가 사용하는 2GHz 대역 대신에 3~6GHz 또는 6GHz 이상의 주파수 대역에서 20MHz 보다 넓은 주파수 대역폭을 사용함으로써 5G 통신시스템에서 요구하는 데이터 전송 속도를 만족시킬 수 있다.
동시에, 5G 통신시스템에서 사물 인터넷(Internet of Thing: IoT)와 같은 응용 서비스를 지원하기 위해 mMTC가 고려되고 있다. mMTC는 효율적으로 사물 인터넷을 제공하기 위해 셀 내에서 대규모 단말의 접속 지원, 단말의 커버리지 향상, 향상된 배터리 시간, 단말의 비용 감소 등이 요구된다. 사물 인터넷은 여러 가지 센서 및 다양한 기기에 부착되어 통신 기능을 제공하므로 셀 내에서 많은 수의 단말(예를 들어, 1,000,000 단말/km2)을 지원할 수 있어야 한다. 또한 mMTC를 지원하는 단말은 서비스의 특성상 건물의 지하와 같이 셀이 커버하지 못하는 음영지역에 위치할 가능성이 높으므로 5G 통신시스템에서 제공하는 다른 서비스 대비 더욱 넓은 커버리지를 요구한다. mMTC를 지원하는 단말은 저가의 단말로 구성되어야 하며, 단말의 배터리를 자주 교환하기 힘들기 때문에 매우 긴 배터리 생명시간(battery life time)이 요구된다.
마지막으로, URLLC의 경우, 특정한 목적(mission-critical)으로 사용되는 셀룰러 기반 무선 통신 서비스로서, 로봇(Robot) 또는 기계 장치(Machinery)에 대한 원격 제어(remote control), 산업 자동화(industrial automation), 무인 비행장치(Unmaned Aerial Vehicle), 원격 건강 제어(Remote health care), 비상 상황 알림(emergency alert) 등에 사용되는 서비스로서, 초 저지연 및 초 신뢰도를 제공하는 통신을 제공해야 한다. 예를 들어, URLLC을 지원하는 서비스는 0.5 밀리초보다 작은 무선 접속 지연시간(Air interface latency)를 만족해야 하며, 동시에 10-5 이하의 패킷 오류율(Packet Error Rate)의 요구사항을 갖는다. 따라서, URLLC을 지원하는 서비스를 위해 5G 시스템은 다른 서비스보다 작은 전송 시간 구간(Transmit Time Interval: TTI)를 제공해야 하며, 동시에 주파수 대역에서 넓은 리소스를 할당해야 하는 설계사항이 요구된다.
상기에서 전술한 5G 통신시스템에서 고려되는 서비스들은 하나의 프레임워크(Framework) 기반으로 서로 융합되어 제공되어야 한다. 즉, 효율적인 리소스 관리 및 제어를 위해 각 서비스들이 독립적으로 운영되기 보다는 하나의 시스템으로 통합되어 제어되고 전송되는 것이 바람직하다.
5G 통신 시스템을 구성하는 장치인 기지국과 기지국이 관할하는 단말들은 하향링크 및 상향링크에서 서로 긴밀하게 동기화(Synchronization)을 유지하고 있어야 한다. 여기서 하향링크 동기화란 단말이 기지국이 전송하는 동기화 신호를 사용하여 기지국과 시간 및 주파수 동기화를 수행하고 기지국의 셀 정보 (예를 들어, 고유의 셀 번호(Cell Identity, Cell ID))를 얻는 과정을 포함한다. 또한 상향링크 동기화는 셀 내의 단말들이 기지국에 상향링크 신호를 전송하는 데 있어, 단말들의 신호가 서로 기지국에 순환 전치(Cyclic prefix) 주기 이내로 도달할 수 있도록 단말의 전송 타이밍을 조절하는 과정을 포함한다. 본 발명에서는 특별한 언급이 없는 한 동기화는 단말이 기지국 신호에 대해 시간 및 주파수 동기화를 수행하고 셀 정보를 얻는 하향링크 동기화를 의미한다.
현재 5G 통신 시스템에서는 단말의 하향링크 동기화를 위해 하기와 요구사항이 고려되고 있다.
우선 5G 통신 시스템에서 요구되는 하향링크 동기화는 다양한 서비스를 제공하는 5G 시스템에서 시스템에 관계없이 공통의 프레임워크(Common Framework)를 제공하는 것을 목표로 하고 있다. 즉, 5G 통신 시스템이 제공하는 각기 다른 서비스들의 다양한 요구사항에 관계없이 공통된 동기화 신호 구조와 공통된 동기화 절차에 따라 단말이 동기화 및 시스템 접속을 할 수 있도록 동기화 신호 및 절차가 제공되어야 한다.
5G 통신 시스템에서 단말의 하향링크 동기화를 위한 방법 및 절차는 기지국이 데이터 전송률과 커버리지 향상시키기 위해 사용하는 빔(Beam) 모드에 관계없이 동일하도록 설계되어야 한다. 5G 통신 시스템, 특히 밀리미터 웨이브(millimeter wave)기반의 통신 시스템에서는 높은 경로손실 감쇄(Path Loss Attenuation) 등을 포함하는 여러 감쇄 특성에 따라 빔 기반의 전송이 특히 요구된다. 동기화 신호도 동일한 이유로 빔 기반의 전송이 필요하다. 5G 통신 시스템에서는 상기에서 설명한 경로손실을 보상하기 위해 다수빔(Multi-Beam) 과 단일 빔(Single-Beam) 기반의 송수신 기법을 고려하고 있다. 다수 빔 기반의 전송은 빔 폭(Beam width)이 좁고 빔 이득(Beam gain)이 큰 다수의 빔을 이용하는 방법으로, 좁은 빔 폭을 갖는 빔을 사용하여 넓은 방향을 커버해야 하므로 복수의 방향으로 형성된 다수의 빔을 통해 신호를 전송해야 한다. 단일 빔 전송은 빔 폭이 넓은 반면 빔 이득이 작은 하나의 빔을 사용하는 방법으로, 작은 빔 이득으로 발생하는 부족한 커버리지는 반복 전송 등을 이용하여 커버리지를 확보할 수 있다. 하향링크 동기 신호도 데이터 전송과 마찬가지로 빔 기반의 전송이 요구되며 5G 통신 시스템에서는 상기에서 언급한 빔에 관계없이 동일한 접속 절차를 제공하는 것을 목표로 하고 있다. 즉, 단말은 초기 접속과정에서 동기 신호 전송을 위해 사용되는 빔 운영 방식에 대한 정보 없이도 동기화 신호를 기반으로 기지국과 시간 및 주파수 동기화와 셀 탐색이 가능해야 한다.
또한, 5G 통신 시스템에서 단말의 동기화를 위한 방법 및 절차는 기지국이 운영하는 듀플렉스(Duplex)모드에 관계없이 설계되는 것이 요구되고 있다. LTE에서는 시 분할 듀플렉스(Time Division Duplex: TDD)과 주파수 분할 듀플렉스(Frequency Division Duplex: FDD)에 따라 상이한 동기화 신호의 전송 방법이 사용되었다. 상세하게, 동기화 신호를 구성하는 주동기 신호(Primary Synchronization Signal)와 부동기 신호(Secondary Synchronization Signal)가 전송되는 OFDM 심볼의 인덱스는 기지국이 TDD 또는 FDD를 사용하는가에 따라 다르게 설계되었다. 따라서 단말은 주동기 신호와 부동기 신호간의 OFDM 심볼로 표시되는 시간 간격(Time Difference)을 사용하여 기지국의 듀플렉스 모드를 결정할 수 있었다. 하지만, 듀플렉스에 따라 동기 신호의 위치가 달라지는 경우, 동기화 과정에 있는 단말은 이를 검출해야 하는 부담이 요구된다. 즉, 단말의 복잡도를 증가시키고 동기화 과정에서 전력소모를 증가시킬 수 있는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 5G 통신 시스템에서 듀플렉스 모드에 관계없이 동일한 동기화 신호의 전송 및 절차가 요구되고 있다.
또한, 5G 통신시스템에서 단말의 동기화를 위한 방법 및 절차는 기지국이 제공하는 Numerology에 관계없이 동일하도록 설계되는 것이 요구되고 있다. 5G 통신 시스템에서는 다양한 요구사항을 필요로 하는 서비스를 효율적으로 제공하기 위해 복수의 Numerology를 제공할 수 있다. 여기서 numerology는 OFDM 기반의 변복조에서 신호 생성에 필요한 서브캐리어 간격(Subcarrier spacing) 및 순환전치(Cyclic Prefix)의 길이를 포함한다. 따라서, 5G 통신 시스템에서 제공하는 다양한 서브캐리어 간격 또는 순환전치의 길이에 관계없이 단말과 기지국은 동일한 하향링크 동기화 방법 및 절차를 따르는 것이 바람직하다.
추가적으로, 5G 통신시스템에서 단말의 동기화를 위한 방법 및 절차는 기지국이 운영하는 주파수 대역이 단독 모드(Standalone mode)로 운영되는지 또는 비단독 모드(Non-Standalone mode)으로 운영되는지에 관계없이 동일하게 설계되는 것이 요구되고 있다. 동시에, 5G 통신시스템에서 단말의 동기화를 위한 방법 및 절차는 기지국이 5G 통신 시스템을 운영하는 주파수 대역이 면허 대역인지 비면허 대역인지에 관계없이 동일하게 설계되는 것이 요구되고 있다.
5G 통신시스템에서 제공하는 단말의 하향링크 방법 및 장치는 LTE와 동일하게 단말이 기지국과 통신을 수행하기 위해 기지국과 시간 및 주파수 동기화를 수행하고, 셀 탐색을 수행할 수 있도록 동기화 방법 및 절차가 설계되어야 한다. 기지국은 단말의 동기화 및 셀 탐색을 위해 셀 정보를 포함하는 동기화 신호를 전송해야 하며, 단말은 해당 동기화 신호를 검출함으로써 시간 및 주파수 동기화를 수행하고 셀 정보를 얻을 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 5G 통신시스템에서도 LTE와 유사하게 두 개의 동기화 신호 및 방송채널(Physical Broadcast Channel)을 고려하고 있다. 5G 통신시스템에서 단말이 초기 동기화 및 셀 탐색을 수행하기 위해 기지국이 전송하는 동기화 신호는 제 1 동기화 신호와 제 2 동기화 신호로 나누어 질 수 있다. 제 1 동기화 신호는 주동기 신호 (Primary Synchronization Signal)으로 명칭할 수도 있다. 제 1 동기화 신호는 적어도 기지국이 기준으로 삼고 있는 시간 및 주파수에 대해 단말이 동기화를 수행하기 위한 목적으로 전송될 수 있다. 또한 제 1동기화 신호는 셀 정보의 일부를 포함할 수 있다. 여기서 셀 정보라 함은 셀을 제어하는 기지국이 할당받은 고유의 셀 번호를 지칭한다. 제 1 동기화 신호는 제 2 동기화 신호의 코히어런트 검출(Coherent detection)을 위한 기준 신호로 사용될 수도 있다.
제 2 동기화 신호는 부동기화 신호(Secondary Synchronization Signal)으로 명칭할 수 도 있다. 제 2 동기화 신호는 셀 정보의 검출을 위해 사용될 수 있다. 만약 셀 정보의 일부 가 제 1 동기화 신호에 포함되어 있을 경우, 나머지 셀 정보는 제 2 동기화 신호에서 전송될 수 있다. 만약 제 1 동기화 신호에 셀 정보가 포함되지 않은 경우, 단말은 제 2 동기화 신호만으로 셀 정보를 얻을 수 있다. 또한 제 2 동기화 신호는 단말이 셀 번호를 검출한 이후 기지국이 전송하는 방송 채널를 수신하는 데 있어 코히어런트 복조(Coherent demodulation)를 위한 기준 신호로 사용될 수 있다.
상기에서 기술한 제 1 동기화 신호와 제 2 동기화 신호를 이용하여 단말은 기지국과 시간 및 주파수 동기를 수행하고 셀 탐색을 할 수 있다. 이후 단말은 기지국이 전송하는 방송 채널을 사용하여 시스템 접속에 필요한 중요한 정보를 추출할 수 있다. 여기서 방송 채널은 LTE에서와 같이 PBCH라고도 명칭할 수도 있다. LTE에서도 동일한 목적을 위한 PBCH가 기지국으로부터 전송되며, LTE에서 제공하는 PBCH는 아래와 같은 정보를 포함한다.
- 시스템 주파수 크기
- Physical HARQ Indicator Channel(PHICH) 수신 정보
- 시스템 프레임 번호
- 안테나 포트 수
상기의 PBCH가 전송하는 정보는 단말이 기지국에 접속하기 위해 필요한 시스템 정보를 얻기 위한 최소의 정보이다. 5G 통신 시스템에서 PBCH 에 전송하고자 하는 정보는 LTE PBCH에서 전송하고자 하는 정보와 상이할 수 있다. 예를 들어, LTE PBCH는 단말이 PHICH(Physical HARQ Indicator Channel)를 수신하는데 필요한 정보가 하지만, 5G에서는 상향링크 HARQ에 대해 비동기(Asynchronous)기반 HARQ를 운영하므로 PHICH가 필요없기 때문에 PBCH에 PHICH 수신을 위한 정보가 필요하지 않다.
본 발명에서는 상기의 제 1 동기화 신호, 제 2 동기화 신호 및 방송 채널을 하나의 동기화 블록으로 명칭할 수 있다. 그러나 본 발명에서는 고려하는 동기화 블록은 상기에서 지칭한 제 1 동기화 신호, 제 2 동기화 신호 및 방송 채널을 포함하는 것에 한정짓지 않고, 단말의 시간 및 주파수 동기화와 셀 탐색에 필요한 정보라면 추가적인 신호 및 물리 채널이 동기화 블록에 포함하는 것을 고려할 수 있다.
도면 1a은 본 발명에서 고려되고 있는 5G 통신 시스템의 동기화 신호 및 방송 채널 구조의 일 예를 보여주는 도면이다
도면 1a에서 본 발명에 따른 5G 통신시스템의 동기화 신호는 제 1 동기화 신호 (1a-01), 제 2 동기화 신호(1a-02), 방송 채널 (1a-03)로 구성된다. 도면 3a에서 제 1 동기화 신호 (1a-01), 제 2 동기화 신호(1a-02) 및 방송 채널 (1a-03)은 주파수 영역에서 동일한 위치에서 전송되며 서로 다른 시간에 전송되는 시간 분할 다중화(Time Division Multiplexing) 구조를 갖고 있다. 제 1 동기화 신호 (1a-01)는 최소한 1개 이상의 OFDM 심볼로 구성될 수 있다. 본 발명에 따른 제 1 동기화 신호 (1a-01)는 하나의 OFDM 심볼로 구성되는 것을 가정하여 설명되지만, 본 발명에서는 제 1 동기화 신호 (1a-01)에 사용되는 OFDM 심볼 수에 따라 발명이 제한되거나 한정되지는 않음을 전술한다. 제 1 동기화 신호 (1a-02)는 LTE와 유사하게 우수한 상호 상관(Cross correlation) 특성을 갖는 자도프-츄 시퀀스(Zadoff-Chu sequence, ZC sequence) 시퀀스를 사용하여 구성될 수 있다. 제 1 동기화 신호 (1a-02)에 사용되는 자도프-츄 시퀀스의 길이와 상세한 주파수 맵핑은 하기에서 설명하기로 한다.
제 2 동기화 신호 (1a-02)도 제 1 동기화 신호 (1a-01)와 유사하게 최소한 1개 이상의 OFDM 심볼로 구성될 수 있다. 본 발명에 따른 제 2 동기화 신호 (1a-02)는 두 개의 OFDM 심볼로 구성되는 것을 가정하여 발명을 제안하지만, 본 발명에서는 제 2 동기화 신호 (1a-02)에 사용되는 OFDM 심볼 수에 따라 발명이 제한되거나 한정되지는 않음을 전술한다.
종래의 LTE에서 고려하는 제 2 동기화 신호 (1a-02)는 PN(Pseudo Noise) 시퀀스 또는 Maximum-length 시퀀스(M-시퀀스)를 사용하여 생성되었지만, 본 발명에 따른 제 2 동기화 신호 (1a-02)는 PN 시퀀스 이외에 다른 시퀀스를 사용하는 경우도 배제하지 않는다. 예를 들어, 자도프-츄 시퀀스를 활용하여 동기 신호를 구성할 수도 있고, 셀 정보에 Cyclic Redundancy Check(CRC)를 추가한 후 전방 오류 정정 부호화를 거친 메시지를 제 2 동기화 신호 (1a-02) 전송에 사용할 수 있다.
방송 채널(1a-03)은 전송하고자 하는 정보의 크기와 커버리지를 고려해서 복수의 OFDM 심볼로 구성될 수 있다.
본 발명에서는 제 1동기화 신호 (1a-01), 제 2동기화 신호 (1a-02) 및 방송 채널(1a-03)은 동일한 주파수 폭을 갖고 전송되는 것을 가정한다. 정확한 주파수 폭은 동기화 신호를 구성하는 시퀀스와 시퀀스를 OFDM을 구성하는 서브캐리어에 매핑하는 방법에 따라 달라질 수 있다.
도 1a과 같이 제 1 동기화 신호 (1a-01), 제 2 동기화 신호 (1a-02) 및 방송 채널 (1a-03)이 시분할 다중화 구조를 갖는 경우, 기지국이 필요에 따라 동기화 신호의 커버리지를 최대화 할 수 있다는 장점이 있다. 또한 제 1 동기화 신호 (1a-01), 제 2 동기화 신호 (1a-02)와 방송 채널이 같은 주파수 위치에서 전송되므로, 제 2 동기화 신호를 이용하여 방송 채널 (1a-03)의 코히어런트 복조를 수행할 수 있는 장점이 있다. 따라서 5G 시스템의 동기화 신호의 전송을 위해 도면 1a과 같은 신호 구조를 고려할 수 있다.
도면 1b은 본 발명에서 고려되고 있는 5G 통신시스템의 동기화 신호 및 방송 채널 구조의 또 다른 일 예를 보여주는 도면이다
도면 1b는 본 발명에 따른 5G 통신시스템의 동기화 신호는 제 1 동기화 신호 (1b-01), 제 2 동기화 신호 (1b-02), 방송 채널 (1b-03)로 구성된다. 도면 1b에서 제 1 동기화 신호 (1b-01), 제 2 동기화 신호 (1b-02) 및 방송 채널 (1b-03)은 동일한 시간 자원에 위치해 있고, 서로 다른 주파수 자원에서 전송되는 주파수 분할 다중화(Frequency Division Multiplexing) 구조를 갖는다. 제 1 동기화 신호 (1b-01), 제 2 동기화 신호 (1b-02), 방송 정보(1b-03)는 동일한 OFDM 심볼에 전송될 수 있다. 본 발명에 따른 제 1 동기화 신호 (1b-01), 제 2 동기화 신호 (1b-02) 및 방송 신호 (1b-03)는 하나의 동일한 OFDM 심볼에서 전송되는 것을 제안하지만, 본 발명에서는 동기화 심볼 및 방송 채널 전송에 사용되는 OFDM 심볼 수에 따라 발명이 제한되거나 한정되지 않음을 전술한다. 제 1 동기화 신호 (1b-01)는 LTE와 유사하게 상호 상관(Cross correlation) 특성을 갖는 자도프-츄 시퀀스를 사용하여 구성될 수 있다. 자도프-츄 시퀀스의 길이와 상세한 주파수 맵핑은 하기에서 설명하기로 한다.
종래의 LTE에서 고려하는 제 2 동기화 신호 (1b-02)는 PN(Pseudo Noise) 시퀀스 또는 Maximum-length 시퀀스(M-시퀀스)를 사용하여 생성되었지만, 본 발명에 따른 제 2 동기화 신호 (1b-02)는 PN-시퀀스 이외에 다른 시퀀스를 사용하는 경우도 포함하여 설명하기로 한다. 예를 들어, Zadoff-Chu 시퀀스를 활용하여 동기 신호를 구성할 수도 있고, 셀 정보에 CRC를 추가한 다음 전방오류정정 부호화를 수행한 메시지를 제 2 동기화 신호 (1b-02)에 사용할 수도 있다.
본 발명에서는 제 1동기화 신호, 제 2동기화 신호는 동일한 주파수 폭을 갖고 전송되는 것을 가정한다. 정확한 주파수 폭은 동기화 신호를 구성하는 시퀀스와 시퀀스를 동기화 신호의 서브캐리어에 매핑하는 방법에 따라 달라질 수 있다.
도 1b와 같이 제 1 동기화 신호 (1b-01), 제 2 동기화 신호 (1b-02) 및 방송 채널 (1b-03)이 주파수 분할 다중화 구조를 갖는 경우, 동기화 신호가 제공할 수 있는 커버리지가 감소할 수 있다는 단점이 있다. 또한 제 1 동기화 신호 (1b-01), 제 2 동기화 신호 (1b-02)와 방송 채널 (1b-03)이 서로 다른 주파수 위치에서 전송되므로, 제 2 동기화 신호 (1b-02)를 이용하여 방송 채널 (1b-03)의 코히어런트 복조를 수행할 수 없다는 단점이 있다. 하지만, 상기에서 설명했듯이 다수 빔 기반의 동기화 전송을 하는 경우, 좁은 빔 폭을 갖는 빔을 사용하여 기지국이 서비스하는 전 방향(Omni-directional)으로 동기 신호를 전송하기 위해서는 도 1b 에서 도시된 제 1 동기화 신호 (1b-01), 제 2 동기화 신호 (1b-02) 및 방송 채널(1b-03)을 여러 방향으로 반복해서 전송해야 한다. 다수 빔 기반의 동기화 신호 및 방송 채널 전송은 고정된 빔 패턴을 사용하므로, 기지국이 동기화 신호 및 방송 채널을 특정 빔으로 전송하면서, 동시에 같은 OFDM 심볼에서 다른 빔을 사용하여 특정 단말에게 데이터를 전송하는 것이 어렵다. 따라서 OFDM 심볼 내에서 동기화 신호 및 방송 채널을 전송하지 않는 나머지 주파수 자원은 별도의 공통 셀 공통신호를 전송하는 목적으로만 사용하거나, 데이터 전송에 사용하지 않아야 한다. 따라서 다수 빔 기반의 동기화 신호 및 방송 채널 전송을 위해서는 도면 1b와 같이 동기 신호 및 방송 채널이 주파수 분할 다중화 되어 있는 구조가 도면 1a과 같이 동기화 블록이 시분할 다중화 되어 있는 구조 보다 시간 및 주파수 자원의 낭비가 적다는 장점이 있다.
도 1c은 제 1 동기화 신호 및 제 2 동기화 신호가 주파수 영역에서 생성되는 방법을 도시하는 도면이다.
상세하게 도 1c은 제 1 동기화 신호와 제 2 동기화 신호를 생성하기 위해 제 1 동기화 신호와 제 2 동기화 신호의 시퀀스를 주파수 영역에서 매핑하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
5G 통신 시스템의 하향링크 신호를 전송하기 위한 OFDM 심볼은 하향링크 대역폭 (1c-01) 내에서 K 개의 서브캐리어로 구성된다. K 개의 서브캐리어는 (1c-02, 1c-03)는 서브캐리어 간격 (1c-04) 단위로 떨어져 주파수 영역에서 위치하고 있다. 동기신호가 전송되는 OFDM 심볼을 구성하는 K 개의 서브캐리어는 동기화 신호 전송을 위한 서브캐리어 (1c-02)와 데이터 전송에 사용되는 서브캐리어 (1c-03)으로 나뉘어 질 수 있다. 데이터 전송에 사용되는 서브캐리어(1c-03)은 필요에 따라 데이터 전송에 사용되지 않고 아무 신호도 전송하지 않을 수 있다. 동기화 신호 전송을 위한 서브캐리어 (1c-02)는 동기 신호 전송 대역폭 (1c-05) 내에서 N개의 서브캐리어에 동기 신호를 위한 시퀀스가 매핑되어 전송될 수 있다. 이 때 제 1 동기화 신호 및 제 2 동기화 신호의 생성을 위해 사용하는 시퀀스도 N개의 샘플로 구성된다. 동기화 신호 전송을 위한 서브캐리어 수 N은 제 1 동기화 신호와 제 2 동기화 신호에 사용되는 시퀀스의 길이에 의해 결정될 수 있다. 제 1 동기화 신호 및 제 2 동기화 신호에 사용되는 시퀀스를 d(n), n=0~N-1 이라고 하면 d(n)은 동기 신호 대역폭 내에 존재하는 서브캐리어 중 낮은 서브캐리어 인덱스부터 맵핑이 된다. 제 1 동기화 신호와 제 2 동기화 신호를 구성하는 시퀀스는 하나 또는 복수의 시퀀스로 구성되거나 셀 정보를 변조하여 각 서브캐리어에 맵핑할 수 있다. 제 1 동기화 신호 및 제 2 동기화 신호를 생성하기 위한 시퀀스 생성 방법은 각 동기화 신호가 수행하는 역할 및 요구되는 성능에 따라 달라질 수 있다.
도 1c를 참조하면 동기신호의 전송 대역폭은 데이터 전송을 위한 하향링크 대역폭보다 작거나 같음을 알 수 있다. LTE/LTE-A에서 동기신호는 하향링크 대역폭보다 좁거나 같은 1.4MHz 대역폭에 전송되며 매 서브캐리어마다 전송되는 구조를 가지고 있다. 이러한 동기신호 구조는 높은 시퀀스 밀도로 인하여 동기신호 기반의 시간/주파수 동기화 시 CP 내의 오차를 맞추는 initial/coarse sync 성능은 만족시키는 것이 가능하나, 신호 대역폭의 한계로 인하여 데이터 신호 복조를 위한 fine sync 성능을 만족시키기에는 부족하다. 한편 LTE/LTE-A에서는 CRS, CSI-RS 등 정해진 주기 및 오프셋에 따라 항상 전송되는 광대역 신호들이 존재하며 단말은 이를 통하여 데이터 신호 복조에 필요한 fine sync 성능을 만족시키는 것이 가능하다. 5G 통신 시스템에서는 LTE/LTE-A 대비 더 높은 데이터 전송 효율을 지원하여야 하는 반면 CRS 등 always on 신호들은 더 줄어들게 되므로 단말의 fine sync 성능을 보장할 수 있는 방법을 확보하는 것이 중요하다.
본 발명에서는 5G 통신 시스템에서 동기화 신호 혹은 각종 기준신호를 기반으로 단말의 fine sync 성능을 확보하기 위한 방법 및 장치에 대해서 제안한다.
<제 0실시예>
제 0 실시예에서는 subcarrier spacing(SCS), OFDM symbol duration, channel delay spread, Doppler spread 등 여러 가지 환경에 따른 time/frequency tracking 요구사항을 정리하고 이에 따른 tracking RS 디자인 방법을 정리한다. 상기 tracking RS는 본 발명 또는 실제 구현 시 TRS, CSI-RS, DMRS, common control RS 등 다양한 명칭으로 지칭될 수 있으나 그 목적은 primary synchronization signal (PSS), secondary synchronization signal (SSS), 혹은 third synchronization signal (TSS)에 기반한 coarse sync 이후 wideband signal에 대한 demodulation을 위한 단말의 fine synchronization 성능을 보장하는 데 있다.
Tracking RS 구조를 설계함에 있어서 가장 중요한 요소 중 하나는 RS 전송을 위한 resource element(RE)들의 time 그리고 frequency domain 간격(spacing)을 결정하는 것이다. Nyquist sampling theorem에 따르면 frequency domain에서 요구되는 RS RE간 subcarrier 수 Df는 수학식 1을 만족해야 한다.
[수학식 1]
Figure pat00001
수학식 1에서
Figure pat00002
는 채널의 maximum excess delay이며,
Figure pat00003
는 SCS이다. Frequency domain에서 RS RE 간격이 상기 조건을 만족시키지 못할 경우 time domain에서 channel impulse response의 aliasing으로 인하여 정확한 채널 추정이 힘들어질 수 있다. 이와 유사하게 time domain에서 요구되는 RS RE간 OFDM symbol 수 Dt는 수학식 2를 만족해야 한다.
[수학식 2]
Figure pat00004
수학식 2에서
Figure pat00005
는 maximum Doppler spread이며,
Figure pat00006
는 OFDM symbol duration이다. Time domain에서 RS RE 간격이 상기 조건을 만족시키지 못할 경우 RS 간격이 channel의 coherence time보다 길어지게 되어 정확한 채널 추정이 힘들어질 수 있다.
한편, LTE에서는
Figure pat00007
의 고정된 SCS값을 사용하였으나 NR의 경우 6 GHz 이하의 carrier frequency(B6G, below 6 GHz)에서는
Figure pat00008
, 그리고 6 GHz 이상의 carrier frequency(A6G, above 6 GHz)에서는
Figure pat00009
와 같이 가변적인 SCS 값을 사용하는 것이 가능하며 OFDM symbol duration 또한 SCS에 반비례하게 가변할 수 있다. 예를 들어
Figure pat00010
인 경우 OFDM symbol duration
Figure pat00011
은 CP 포함 약 71.5us(slot의 첫 번째 OFDM symbol은 71.875us, 나머지 OFDM symbol은 71.354us)가 되나
Figure pat00012
인 경우 OFDM symbol duration
Figure pat00013
은 약 36us로 짧아진다. SCS에 따른 OFDM symbol의 대략적인 길이는 [표 1]와 같다. [표 1]에서 OFDM symbol 길이의 소수점 자리들은 생략되었으며 5% 내외의 오차를 포함할 수 있다.
SCS [kHz] 15 30 60 120 240
Symbol duration [us] 71.4 35.7 17.8 8.9 4.5
상기 채널의 maximum excess delay는 채널 환경(모델)에 따라 그 값이 상이하며 LTE multi-path fading 모델의 경우 [표 2]을 따른다.
Model Number of
channel taps		 Delay spread
(r.m.s.)		 Maximum excess tap delay (span)
Extended Pedestrian A (EPA) 7 45 ns 410 ns
Extended Vehicular A model (EVA) 9 357 ns 2510 ns
Extended Typical Urban model (ETU) 9 991 ns 5000 ns
NR channel model(3GPP TR 38.900)의 경우 채널의 maximum excess delay는 normalized delay
Figure pat00014
및 scaling factor
Figure pat00015
의 곱에 의하여 결정되며 상세한 값은 UMa 채널 모델의 경우 [표 3]를, UMi 채널 모델의 경우 [표 4]을 따른다. [표 3] 및 [표 4]에서는 3GPP TR 38.900의 모델 중 TDL-A~E 까지를 예시로 사용하였다.
Figure pat00016


Figure pat00017
 Carrier frequency [GHz]
2 6 28 60
1156 1149.4 839.4 718.6
Channel model TDL-A 9.6586 11.165 11.102 8.107 6.941
TDL-B 4.7834 5.530 5.498 4.015 3.437
TDL-C 8.6523 10.002 9.945 7.263 6.218
TDL-D 12.525 14.479 14.396 10.513 9.000
TDL-E 19.514 22.558 22.429 16.380 14.023
Maximum excess tap delay [us]
Figure pat00018

Figure pat00019
 Carrier frequency [GHz]
2 6 28 60
281 306.8 304.5 303.3
Channel model TDL-A 9.6586 2.714 2.963 2.941 2.929
TDL-B 4.7834 1.344 1.468 1.457 1.451
TDL-C 8.6523 2.431 2.655 2.635 2.624
TDL-D 12.525 3.520 3.843 3.814 3.799
TDL-E 19.514 5.483 5.987 5.942 5.919
Maximum excess tap delay [us]
상기 [표 1], [표 2], [표 3], [표 4]의 값들을 수학식 1에 대입하면 frequency domain에서 요구되는 RS RE간 subcarrier 수
Figure pat00020
를 상황에 따라 아래 [표 5], [표 6], [표 7], [표 8]와 같이 얻을 수 있다. 상기 [표 5]에 의하면 CF=2GHz의 LTE channel에서는 주파수 축에서 13개 RE 마다 한 개 이상, 즉 한 PRB 마다 하나 이상의 RS RE가 있을 경우 정확한 채널 추정을 수행할 수 있음을 알 수 있다. 반면 [표 6], [표 7], [표 8]를 참조하면 6GHz 이상의 carrier frequency에서 특히 SCS가 큰 경우 (e.g. 240kHz) 인접한 두 개의 RE에 RS RE가 존재해야 함을 알 수 있다. [표 5], [표 6], [표 7], [표 8]에서 회색 부분은 A6G 혹은 B6G의 CF 설정에 따라 사용되지 않는 영역이며, 빨간색 부분은 6개 RE(subcarrier) 마다 RS가 전송될 때 정확한 채널 추정이 가능한 영역, {빨간색+파란색} 부분은 2개 RE(subcarrier) 마다 RS가 전송될 때 정확한 채널 추정이 가능한 영역, {빨간색+파란색+보라색} 부분은 인접한 두 개의 RE(subcarrier)들에 RS가 전송될 때 정확한 채널 추정이 가능한 영역이다.
SCS 15 30 60 120 240 [kHz]
EPA 162.6 81.3 40.7 20.3 10.2 [REs]
EVA 26.6 13.3 6.6 3.3 1.7 [REs]
ETU 13.3 6.7 3.3 1.7 0.8 [REs]
LTE channel model에서 SCS에 따른 Df
SCS 15 30 60 120 240 [kHz]
CF 2GHz 6.0 3.0 1.5 0.7 0.4 [REs]
CF 6GHz 6.0 3.0 1.5 0.8 0.4 [REs]
CF 28GHz 8.2 4.1 2.1 1.0 0.5 [REs]
CF 60GHz 9.6 4.8 2.4 1.2 0.6 [REs]
TDL-A channel model에서 SCS 및 CF에 따른 Df (UMa)
SCS 15 30 60 120 240 [kHz]
CF 2GHz 24.6 12.3 6.1 3.1 1.5 [REs]
CF 6GHz 22.5 11.2 5.6 2.8 1.4 [REs]
CF 28GHz 22.7 11.3 5.7 2.8 1.4 [REs]
CF 60GHz 22.8 11.4 5.7 2.8 1.4 [REs]
TDL-A channel model에서 SCS 및 CF에 따른 Df (UMi)
SCS 15 30 60 120 240 [kHz]
CF 2GHz 3.0 1.5 0.7 0.4 0.2 [REs]
CF 6GHz 3.0 1.5 0.7 0.4 0.2 [REs]
CF 28GHz 4.1 2.0 1.0 0.5 0.3 [REs]
CF 60GHz 4.8 2.4 1.2 0.6 0.3 [REs]
TDL-E channel model에서 SCS 및 CF에 따른 Df (UMa)
SCS 15 30 60 120 240 [kHz]
CF 2GHz 12.2 6.1 3.0 1.5 0.8 [REs]
CF 6GHz 11.1 5.6 2.8 1.4 0.7 [REs]
CF 28GHz 11.2 5.6 2.8 1.4 0.7 [REs]
CF 60GHz 11.3 5.6 2.8 1.4 0.7 [REs]
Time domain에서 요구되는 RS RE간 OFDM symbol 수
Figure pat00021
또한 위와 유사한 과정을 거쳐 얻을 수 있다. 단말의 속도 및 CF에 따른 maximum Doppler shift
Figure pat00022
는 표 10와 같이 구해진다.
CF 2 6 28 60 [GHz]
UE mobility 30 km/h 0.06 0.17 0.78 1.67 [kHz]
60 km/h 0.11 0.33 1.56 3.33 [kHz]
120 km/h 0.22 0.67 3.11 6.67 [kHz]
350 km/h 0.65 1.94 9.07 19.44 [kHz]
500 km/h 0.93 2.78 12.96 27.78 [kHz]
상기 [표 1], [표 10]의 값들을 수학식 1에 대입하면 time domain에서 요구되는 RS RE간 OFDM symbol 수
Figure pat00023
를 상황에 따라 아래 [표 11], [표 12], [표 13], [표 14]와 같이 얻을 수 있다. 상기 [표 11], [표 12], [표 13], [표 14]에 의하면 시간 축에서 14개 혹은 7개 RE 마다 한 개 이상, 즉 한 slot 마다 하나 이상의 RS RE가 있을 경우 거의 대부분의 케이스에서 정확한 채널 추정을 수행할 수 있음을 알 수 있다. [표 11], [표 12], [표 13], [표 14]에서 회색 부분은 A6G 혹은 B6G의 CF 설정에 따라 사용되지 않는 영역이며, 빨간색 부분은 14개 RE(OFDM symbol) 마다 RS가 전송될 때 정확한 채널 추정이 가능한 영역, {빨간색+파란색} 부분은 7개 RE(OFDM symbol) 마다 RS가 전송될 때 정확한 채널 추정이 가능한 영역, {빨간색+파란색+보라색} 부분은 정확한 채널 추정을 위하여 7개 RE보다 짧은 거리에 RS RE들이 분포해야 하는 영역이다.
SCS 15 30 60 120 240 [kHz]
30 km/h 126.1 252.3 504.5 1009.1 2018.1 [REs]
60 km/h 63.1 126.1 252.3 504.5 1009.1 [REs]
120 km/h 31.5 63.1 126.1 252.3 504.5 [REs]
350 km/h 10.8 21.6 43.2 86.5 173.0 [REs]
500 km/h 7.6 15.1 30.3 60.5 121.1 [REs]
SCS 및 단말의 속도에 따른 Dt
SCS 15 30 60 120 240 [kHz]
30 km/h 42.0 84.1 168.2 336.4 672.7 [REs]
60 km/h 21.0 42.0 84.1 168.2 336.4 [REs]
120 km/h 10.5 21.0 42.0 84.1 168.2 [REs]
350 km/h 3.6 7.2 14.4 28.8 57.7 [REs]
500 km/h 2.5 5.0 10.1 20.2 40.4 [REs]
SCS 및 단말의 속도에 따른 Dt
SCS 15 30 60 120 240 [kHz]
30 km/h 9.0 18.0 36.0 72.1 144.2 [REs]
60 km/h 4.5 9.0 18.0 36.0 72.1 [REs]
120 km/h 2.3 4.5 9.0 18.0 36.0 [REs]
350 km/h 0.8 1.5 3.1 6.2 12.4 [REs]
500 km/h 0.5 1.1 2.2 4.3 8.6 [REs]
SCS 및 단말의 속도에 따른 Dt
SCS 15 30 60 120 240 [kHz]
30 km/h 4.2 8.4 16.8 33.6 67.3 [REs]
60 km/h 2.1 4.2 8.4 16.8 33.6 [REs]
120 km/h 1.1 2.1 4.2 8.4 16.8 [REs]
350 km/h 0.4 0.7 1.4 2.9 5.8 [REs]
500 km/h 0.3 0.5 1.0 2.0 4.0 [REs]
SCS 및 단말의 속도에 따른 Dt
도 1da는 상기 요구 조건을 만족시키는 tracking RS RE pattern 예제들을 도시하는 도면이다. 도 1da의 예제들은 CF A6G 혹은 B6G 중 적어도 하나의 조건에서 적용되는 것이 가능하다. 도 1da-01은 주파수 축에서 서로 인접한 두 개의 RE로 구성되는 기본 패턴이며 다수의 1da-01 RE 패턴들이 주어진 주파수 대역 내에서 일정한 주파수 간격 1da-02 마다 그리고 주어진 시간 내에서 일정한 시간 간격 1da-03 마다 존재할 수 있다. 예를 들어 상기 주어진 주파수 대역은 상위 레이어에 의하여 설정된 partial bandwidth 혹은 system bandwidth일 수 있으며, 상기 주어진 시간은 상위 레이어에 의하여 설정된 혹은 미리 정해진 tracking RS의 전송 시작 시점부터 역시 상위 레이어에 의하여 설정되거나 혹은 미리 정해진 tracking RS의 전송 구간/횟수로 정의될 수 있다. 상기 주파수 간격 1da-02는 1개 PRB(12개 subcarrier), 혹은 6개 subcarrier, 혹은 4개 subcarrier 중 하나로 정의/설정 되는 것이 가능하다. 상기 시간 간격 1da-03은 14개 OFDM symbol, 혹은 7개 OFDM symbol, 혹은 4개 subcarrier 중 하나로 정의/설정 되는 것이 가능하다.
도 1da-04은 주파수 축 그리고 시간 축에서 서로 인접한 네 개의 RE로 구성되는 기본 패턴이며 다수의 1da-04 RE 패턴들이 주어진 주파수 대역 내에서 일정한 주파수 간격 1da-02 마다 그리고 주어진 시간 내에서 일정한 시간 간격 1da-03 마다 존재할 수 있다. 상세 설명은 1da-01의 경우와 유사하므로 생략하도록 한다.
도 1da-05는 다수의 even 혹은 odd RE들로 구성되는 기본 패턴이며 다수의 1da-05 RE 패턴들이 주어진 주파수 대역 내에서 일정한 주파수 간격 1da-02 마다 그리고 주어진 시간 내에서 일정한 시간 간격 1da-03 마다 존재할 수 있다. 상세 설명은 1da-01의 경우와 유사하므로 생략하도록 한다.
상기 기본 패턴 1da-01, 1da-04, 1da-5들은 FDM/TDM/CDM 되는 것이 가능하지만 정확한 time/frequency 추정 성능을 위하여 CDM은 적용되지 않을 수 있다.
실제 Tracking RS RE pattern은 상기 도 da의 예제에 한정되지 않고 아래 제 1실시예 이하에서 제공되는 다른 패턴들도 적용이 가능할 수 있다.
<제 1실시예>
제 1 실시예에서는 단말이 동기화 신호 (제 1 동기화 신호 및 제 2 동기화 신호) 그리고 채널상태정보 기준신호(channel state information reference signal, CSI-RS)를 기반으로 데이터 복조를 위한 시간/주파수 동조를 수행하는 방법을 제안한다.
채널상태정보 (channel state information, CSI) 보고를 위한 CSI-RS는 그 용도에 따라 크게 두 가지 레벨로 구분할 수 있다.
첫 번째 레벨 CSI-RS(level-1 CSI-RS)는 단말 특정이 아닌 사용 용도(non-UE-specific use case)를 목적으로 하며 CSI 측정, radio resource management (RRM) 측정 등을 수행하기 위하여 사용될 수 있다. 이를 위하여 level-1 CSI-RS에는 셀 특정(cell-specific) 혹은 그룹 특정(group-specific)의 넓은 커버리지를 가지는 빔이 적용되는 것이 가능하며 광대역(wideband) 전송된다. 만약 기지국(gNB)의 TRP (transmission and receiving point) 안테나 어레이에 많은 수의 안테나 엘리먼트들이 포함되는 경우 gNB는 CSI-RS를 통하여 단말에게 안테나 어레이에 따른 채널상태정보를 획득할 수 있도록 하며 다음의 두 가지 방법을 사용하는 것이 가능하다. 첫 번째 방법은 다수의 안테나 엘리먼트에 빔을 적용하여 하나의 CSI-RS 포트로 묶어 단말에게 전송하는 방법이다. 다수의 안테나 엘리먼트가 하나의 CSI-RS 포트로 묶이게 되므로 하나의 CSI-RS resource가 많은 수의 CSI-RS 포트들을 포함할 필요는 없다(예를 들어 resource 별 16개 CSI-RS 포트 이하). 이 경우 기지국은 다수의 level-1 CSI-RS 자원들을 설정하고 각 자원에 서로 다른 빔 방향을 적용하여 하나의 셀 혹은 TRP (transmission and receiving point) 들에 다수의 가상 섹터(virtual sectorization)를 설정할 수 있다. 단말은 상기 다수의 level-1 CSI-RS 자원 중 자신이 선호하는 자원(들)을 선택하여 보고하는 것이 가능하다. 이때 하나의 CSI-RS resource에 포함되는 CSI-RS 포트들은 같은(혹은 유사한) 방향의 빔이 적용된다. 두 번째 방법은 상기 첫 번째 방법보다 상대적으로 적은 수의 안테나 엘리먼트에 빔을 적용하여 하나의 CSI-RS 자원에 다수의 CSI-RS 포트(예를 들면 16개 이상)를 포함하여 단말에게 전송하는 방법이다. 이 경우 단말은 가공되지 않은 채널정보를 획득할 수 있게 되며 CSI-RS 자원 당 CSI 계산 복잡도는 증가하게 되나 더 정확한 CSI를 얻을 수 있는 장점이 있다.
두 번째 레벨 CSI-RS(level-2 CSI-RS)는 단말 특정의 사용 용도(UE-specific use case)를 목적으로 하며 CSI 측정을 수행하기 위하여 사용될 수 있다. Level-2 CSI-RS는 단말 특정으로 사용 되므로 각 단말들을 위한 단말 특정 빔 방향을 가지며 좁은 커버리지를 가지는 빔이 적용되는 것이 가능하며 부분적으로(partial-band) 전송될 수 있다. Level-2 CSI-RS는 특성 상 CSI-RS 빔 이득은 level-1 CSI-RS 대비 크지만, 임의의 단말들 간 공유가 어려울 수 있으며 단말 수에 따라 CSI-RS resource overhead가 증가하게 되는 단점이 있다.
상기 level-1 CSI-RS 및 level-2 CSI-RS의 전송을 위하여 기지국은 적어도 다음의 정보들을 상위계층 시그날링(RRC or MAC layer signaling) 혹은 물리계층(L1 signaling/DCI)을 통하여 단말에게 공지한다.
1. CSI-RS 포트 수
2. CSI-RS configuration (PRB 내 CSI-RS RE의 위치)
3. CSI-RS 전송 timing 정보 (주기, 오프셋 등)
4. CSI-RS 파워 부스팅 정보
5G 무선통신시스템의 경우 다양한 환경에 대응하기 위하여 각 정보들의 payload는 매우 클 수 있다. 예를 들면 CSI-RS 포트 수의 경우 기지국의 안테나 어레이 형상, 상기 설명한 CSI-RS 운영 방법 등에 따라 {2, 4, 8, 12, 16, 32, 64} 등 다양하게 설정될 필요가 있다. 또한 CSI-RS configuration의 경우에도 multiple numerology 등으로 인한 5G 무선 통신시스템에서의 다양한 간섭 상황, forward/backward compatibility 확보 등을 고려하여 20가지 이상의 CSI-RS RE pattern 위치들을 지정해줄 필요가 있다. CSI-RS 전송 타이밍 및 파워 부스팅 정보의 경우도 이와 유사하다. 따라서 이를 모두 물리계층 시그날링을 통하여 공지하는 것은 무리가 있으며, 특정 요소에 대한 dynamic 시그날링이 필요할 경우 상기 정보들에 대한 다수의 pair들을 상위계층을 통하여 시그날링 한 다음 이 중 하나를 물리계층 시그날링을 통하여 선택하는 방식을 사용하여야 한다.
상기 설명한 바와 같이 LTE PBCH는 master information block (MIB)를 전송한다. MIB는 충분한 커버리지 확보를 위하여 단말이 기지국에 접속하는데 필요한 최소의 정보만을 포함하며 시스템 대역폭 대비 좁은 대역에서 전송되게 된다. Cell selection 정보, RRC configuration 정보 등 기타 설정 정보들은 system information block (SIB) 들을 통하여 PDSCH 영역에서 전송되게 되며 PBCH 대비 넓은 대역에서 전송되게 된다. MIB decoding 성능은 MIB 수신 이후의 단말 동작에 큰 영향을 미치게 되므로 MIB 커버리지를 고려할 때 5G 무선 통신시스템에서도 MIB에는 최소의 설정 정보만이 전송되어야 할 것이다. 한편, 광대역 전송되는 SIB의 decoding 성능을 고려할 때 PBCH와 유사한 대역에서 전송 될 동기신호 이외 광대역 전송되는 level-1 CSI-RS가 단말의 시간/주파수 동기화를 위하여 추가로 사용될 수 있다. 만약 단말이 SIB decoding에 상기 level-1 CSI-RS를 이용하고자 할 경우 상위레이어 시그날링을 수신하기 전 이므로 상기 CSI-RS 설정정보를 모두 이용하는 것이 불가능할 수 있다. 이를 해결하기 위하여 5G 무선통신시스템의 MIB는 다음과 같이 최대 4비트 이하의 level-1 CSI-RS (혹은 tracking RS, TRS) 관련 설정 정보를 포함한다.
1. CSI-RS 포트 수 (P)
2. CSI-RS configuration (CSI-RS 포트 수에 따른 PRB 내 CSI-RS RE pattern의 위치)
3. CSI-RS 전송 timing 정보 (주기, 오프셋 등)
상기 MIB를 통하여 설정되는 level-1 CSI-RS는 상기 MIB를 수신하는 모든 단말들이 같은 설정 정보를 공유하게 되므로 cell-specific 하거나 혹은 group-specific한 특성을 가진다.
MIB는 상기 설정 정보들을 모두 포함할 필요는 없으며 {포트 수, CSI-RS configuration}, {CSI-RS configuration, timing 정보}, {포트 수, timing 정보} 등과 같이 일부 정보들만을 포함하는 것이 가능하다. 상기 설정 정보들 중 생략되는 정보들은 미리 규격에 특정 값으로 설정이 되거나 혹은 SIB 등 다른 채널을 통하여 단말에게 공지되는 것이 가능하다.
예를 들어 MIB를 통하여 {포트 수, CSI-RS configuration}가 설정되는 경우 상기 시간/주파수 동기화를 위한 level-1 CSI-RS의 timing 정보는 동기화 신호(e.g. PSS 혹은 SSS)에 의하여 결정된다고 약속될 수 있다. 이는 상기 CSI-RS 전송 타이밍이 동기화 신호의 전송 타이밍을 기준으로 결정되는 것을 의미하며, 한 예로 MIB에 의하여 설정되는 level-1 CSI-RS는 동기화 신호가 전송되는 subframe/slot 중 모두 혹은 일부에서 전송되도록 약속하는 것이 가능하다.
만약 MIB를 통하여 {CSI-RS configuration, timing 정보}가 설정되는 경우 상기 시간/주파수 동기화를 위한 level-1 CSI-RS의 포트 수는 특정 숫자로 미리 정해지는 것이 가능하다. 가장 단순한 예제로 시간/주파수 동기화를 위한 level-1 CSI-RS의 포트 수는 항상 1이 되도록 약속하는 것이 가능하다. 상기 timing 정보는 level-1 CSI-RS가 전송되는 주기 및 오프셋을 명시적으로 나타내는 것 일 수도 있으나, 동기화 신호의 주기를 기준으로 상기 시간/주파수 동기화를 위한 level-1 CSI-RS의 전송 주기가 몇(N) 배인지를 나타내는 값으로 약속되는 것도 가능하다. (표 16 참조)
만약 MIB를 통하여 {포트 수, timing 정보}가 설정되는 경우 상기 시간/주파수 동기화를 위한 level-1 CSI-RS는 항상 같은 CSI-RS configuration을 기반으로 전송되도록 약속될 수 있다. 이때 상기 level-1 CSI-RS가 전송되는 정확한 RE pattern은 MIB에 의하여 설정된 포트 수 및 미리 정해진 CSI-RS configuration의 조합에 의하여 결정된다. 즉, MIB에 의하여 설정된 포트 수에 따라 사용되는 CSI-RS RE 수가 변경되는 것이 가능하다. 상기 timing 정보는 level-1 CSI-RS가 전송되는 주기 및 오프셋을 명시적으로 나타내는 것 일 수도 있으나, 동기화 신호의 주기를 기준으로 상기 시간/주파수 동기화를 위한 level-1 CSI-RS의 전송 주기가 몇 배인지를 나타내는 값으로 약속되는 것도 가능하다.
예를 들어 하나의 SS burst가 M개의 SS block들로 구성되며 하나의 SS burst set이 N개의 SS burst들로 구성된다고 가정하자. 이 경우 기지국은 총 MxN개의 SS block들을 가지게 되어 최대 MxN개의 서로 다른 빔을 통하여 PSS/SSS/TSS 혹은 PBCH를 전송할 수 있게 된다. 단말은 이 중 적어도 하나의 SS block, 즉 PSS/SSS/TSS 및 PBCH를 수신하고 각 SS block에 해당하는 level-1 CSI-RS(TRS, tracking RS) 전송의 주기 및 offset 정보를 획득할 수 있다. 이때 level-1 CSI-RS 의 전송 주기 및 offset은 level-1 CSI-RS 의 전송 타이밍이 MSIB 혹은 SIB의 전송 타이밍과 관련되도록 (같은 slot 내에서 혹은 MSIB 또는 SIB 보다 X OFDM symbol/slot 일찍 전송 되도록) 명시적 혹은 암시적으로 설정되는 것이 가능하다. 상기 SS block과 level-1 CSI-RS 간 관계에 대한 명시적 혹은 암시적 설정의 예제로 SS block 인덱스와 level-1 CSI-RS resource의 인덱스 간 상관관계를 정의하는 것이 가능하다.
[수학식 3]
Figure pat00024
수학식 3은 상기 SS block 인덱스와 level-1 CSI-RS resource 인덱스 간 정의될 수 있는 상관관계에 대한 일례이다. 수학식 3에서
Figure pat00025
Figure pat00026
는 SS block의 인덱스,
Figure pat00027
Figure pat00028
는 설정 가능한 level-1 CSI-RS(TRS, tracking RS) resource의 총 개수,
Figure pat00029
Figure pat00030
는 해당 SS block 인덱스에 의하여 결정되는 level-1 CSI-RS(TRS, tracking RS) resource 인덱스를 의미한다.
다수의 SS block이 전송되는 예제에서, 단말은 서로 연관된 SS block과 level-1 CSI-RS(TRS, tracking RS)가 quasi co-locate되어있다고 가정할 수 있다. 이는 단말이 SS block을 통하여 연관된 level-1 CSI-RS(TRS, tracking RS) 측정을 위한 coarse time/frequency tracking, Doppler spread 혹은 delay spread 등 large scale parameter estimation, beam 관련 정보 등을 공유할 수 있음을 의미한다.
표 15은 상기 예제 중 MIB 중 3비트 payload에 의하여 {포트 수, CSI-RS configuration}가 설정되는 경우의 일례를 나타낸다. 총 8개의 코드 포인트 중 4개는 1개 포트로 구성되는 시간/주파수 동기화 용 level-1 CSI-RS를 위한 CSI-RS configuration 설정을 위하여 사용되며 2개 및 4개 CSI-RS 포트를 가지는 경우를 위하여 각각 2개 그리고 1개의 코드 포인트들이 사용된다. 나머지 한 개의 코드 포인트는 reserved 된다. 이는 동일한 수의 CSI-RS RE 자원을 가정하였을 때 하나의 CSI-RS resource에 포함되는 CSI-RS 포트 수가 증가할수록 정의할 수 있는 CSI-RS resource 자원 수는 적어지게 됨을 고려한 것이다. 상기 코드 포인트들 중 적어도 하나는 level-1 CSI-RS(tracking RS)를 전송하지 않음(turn off)을 의미할 수 있다.
표 15은 상기 MIB 중 level-1 CSI-RS 관련 설정이 3비트 payload를 가지는 경우, 그리고 상기 MIB가 상기 level-1 CSI-RS의 포트 수 및 CSI-RS configuration 정보를 알려주는 경우의 예제로 상기 다른 설명들을 위하여 유사한 방법으로 확장되는 것이 가능하다.
MIB (3bits) Contents
0 P=1, CSI-RS configuration #0
1 P=1, CSI-RS configuration #1
2 P=1, CSI-RS RE configuration #2
3 P=1, CSI-RS RE configuration #3
4 P=2, CSI-RS RE configuration #0
5 P=2, CSI-RS RE configuration #1
6 P=4, CSI-RS RE configuration #0
7 Reserved
MIB를 통한 level-1 CSI-RS 설정 예시: CSI-RS 포트 수 및 CSI-RS configuration 설정
표 16는 상기 예제 중 MIB 중 4비트 payload에 의하여 {CSI-RS configuration, timing 정보}가 설정되는 경우의 일례를 나타낸다. Level-1 CSI-RS의 전송 주기가 SS block의 전송주기 대비 1배, 2배, 4배, 그리고 8배인 경우를 위하여 각각 4개씩의 코드 포인트들이 사용된다. 총 4개의 CSI-RS configuration이 사용 가능하다고 가정하였다.
표 16는 상기 MIB 중 level-1 CSI-RS 관련 설정이 4비트 payload를 가지는 경우, 그리고 상기 MIB가 상기 level-1 CSI-RS의 CSI-RS configuration 및 timing 정보를 알려주는 경우의 예제로 상기 다른 설명들을 위하여 유사한 방법으로 확장되는 것이 가능하다. 표 15의 경우와 유사하게 상기 코드 포인트들 중 적어도 하나는 level-1 CSI-RS(tracking RS)를 전송하지 않음(turn off)을 의미할 수 있다.
MIB (4bits) Contents MIB (4bits) Contents
0 CSI-RS config. #0, 주기 N=1 8 CSI-RS config. #0, 주기 N=4
1 CSI-RS config. #1, 주기 N=1 9 CSI-RS config. #1, 주기 N=4
2 CSI-RS config. #2, 주기 N=1 10 CSI-RS config. #2, 주기 N=4
3 CSI-RS config. #3, 주기 N=1 11 CSI-RS config. #3, 주기 N=4
4 CSI-RS config. #0, 주기 N=2 12 CSI-RS config. #0, 주기 N=8
5 CSI-RS config. #1, 주기 N=2 13 CSI-RS config. #1, 주기 N=8
6 CSI-RS config. #2, 주기 N=2 14 CSI-RS config. #2, 주기 N=8
7 CSI-RS config. #3, 주기 N=2 15 CSI-RS config. #3, 주기 N=8
MIB를 통한 level-1 CSI-RS 설정 예시: CSI-RS configuration 및 timing 정보 설정
상기 표 및 설명들에서 MIB에 의하여 설정되는 CSI-RS configuration들은 시간/주파수 동기화를 위하여 개별적으로 정의된 패턴을 가리키는 것일 수도 있으나, 상기 설명한 상위 시그날링에 의하여 설정되는 CSI-RS configuration들 중 일부를 가리키도록 약속되는 것도 가능하다.
표 17은 상기 예제 중 MIB 중 3비트 payload에 의하여 {timing 정보}가 설정되는 경우의 일례를 나타낸다. Level-1 CSI-RS의 전송 주기가 SS block의 전송주기 대비 2배, 4배인 경우를 위하여 각각 2개 그리고 4개씩의 코드 포인트들이 offset 정보를 전달하기 위하여 사용된다. 이때 단말은 단일 포트로 이루어진 하나의 CSI-RS configuration을 가정할 수 있다. 표 15의 경우와 유사하게 상기 코드 포인트들 중 적어도 하나는 level-1 CSI-RS(tracking RS)를 전송하지 않음(turn off)을 의미할 수 있다. 표 17에 따르면 단말은 측정한 SS block 혹은 MSIB/SIB 전송 타이밍으로부터 X개의 OFDM symbol 혹은 slot 만큼 떨어진 시간을 기준으로, SS block의 전송 주기의 N배 그리고 설정된 offset을 적용한 시점에서 level-1 CSI-RS가 전송되고 있음을 알 수 있다. 여기서 X는 0보다 크거나 같은 정수이다.
3 bits Contents
0 Level-1 CSI-RS turn off
1 주기 N=2, offset=0
2 주기 N=2, offset=1
3 주기 N=4, offset=0
4 주기 N=4, offset=1
5 주기 N=4, offset=2
6 주기 N=4, offset=3
7 Reserved
MIB를 통한 level-1 CSI-RS 설정 예시: timing 정보 설정
상기 표 15, 표 16, 그리고 표 17을 통한 예제들에서 각 예제들의 payload 및 그에 따른 code point 구성은 각 예제들 간 상호 호환되는 것이 가능함이 자명하므로 세부 payload에 대한 설명들은 생략하였다.
이후의 설명에서는 상기 시간/주파수 동기화를 위한 level-1 CSI-RS의 상세 RE pattern들에 대하여 설명한다.
상기 시간/주파수 동기화를 위한 level-1 CSI-RS의 상세 RE pattern 디자인에는 다음과 같은 세 가지 조건이 고려될 필요가 있다.
1) 시간/주파수 동기화 성능 및 RS overhead
2) 5G 무선통신시스템의 첫 번째 동기화 신호, 두 번째 동기화 신호, 방송신호 등 SS block의 구조
3) 하위 호환성 (backward compatibility)
시간/주파수 동기화 성능 및 RS overhead 고려 시 a) CSI-RS를 통한 자체적인 시간/주파수 동기화가 가능하도록 설계할 것인지, b) CSI-RS 및 SS block 신호들과의 조합을 통하여 시간/주파수 동기화가 가능하도록 설계할 것인지에 따라 level-1 CSI-RS의 상세 RE pattern이 달라질 수 있다.
5G 무선통신시스템의 SS block 구조 고려 시 c) SS block이 하나의 slot/mini slot에서 전송되도록 할 것인지, d) SS block이 여러 개의 예를 들면 두 개의 연속된 slot/mini slot에서 전송되도록 할 것인지에 따라 따라 level-1 CSI-RS의 상세 RE pattern이 달라질 수 있다.
하위 호환성을 고려 시 e) LTE/LTE-A CRS 등 기존 신호들을 회피하도록 설계할 것인지, f) LTE/LTE-A 단말들이 5G 무선통신시스템의 level-1 CSI-RS를 고려하여 rate matching을 수행할 수 있도록 할 것인지 등 다양한 요소들을 감안하여 level-1 CSI-RS의 상세 RE pattern을 디자인 하는 것이 가능하다.
도 1d는 상기 시간/주파수 동기화를 위한 level-1 CSI-RS의 상세 RE pattern의 일례를 도시하는 도면이다. 도 1d의 각 예제들은 5G 무선통신 시스템에서 하나의 PRB를 기준으로 각 신호들의 RE 패턴을 나타내고 있다. 이때 하나의 PRB는 12개 subcarrier 및 14개 OFDM symbol로 구성된다고 가정하였다. 도 1d의 예제에서는 상기 설명한 요소들 중 “e) LTE/LTE-A CRS 등 기존 신호들을 회피하도록 설계할 것인지” 와 “f) LTE/LTE-A 단말들이 5G 무선통신시스템의 level-1 CSI-RS를 고려하여 rate matching을 수행할 수 있도록 할 것인지”를 모두 고려하여 13 그리고 14번째 OFDM symbol에 위치하는 level-1 CSI-RS resource pool에 상기 시간/주파수 동기화를 위한 level-1 CSI-RS가 전송된다. 도 1d의 각 패턴에서 RE 안의 숫자들은 level-1 CSI-RS의 포트 혹은 자원 인덱스를 나타내며, 단말은 같은 포트가 전송되는 RE들에서 채널을 추정하여 수신된 신호와 시간/주파수 동기화를 수행하게 된다.
패턴 1d-00는 하나의 CSI-RS 포트가 서로 다른 시간/주파수 자원에 위치한 RE에서 전송되므로 CSI-RS만으로 시간/주파수 동기화 수행이 가능하며 한 PRB에 최대 4개의 CSI-RS 포트를 설정 및 전송하는 것이 가능하다. 패턴 1d-01은 패턴 1d-00과 유사하게 하나의 포트가 하나의 RE에서 전송되며 PRB 당 하나의 자원에서 CSI-RS 포트들이 전송된다. 이 경우 level-1 CSI-RS만을 통하여 시간 동기화를 수행하는 것은 어려움이 있게 되며 SS block의 신호들과 결합하여 시간/주파수 동기화를 수행하게 된다.
패턴 1d-02는 하나의 CSI-RS 포트가 서로 다른 시간/주파수 자원에 위치한 RE에서 전송되므로 CSI-RS만으로 시간/주파수 동기화 수행이 가능하다. 패턴 1d-02에서는 RRC가 설정된 이후의 CSI-RS와의 공존을 위하여 주파수 축에서 인접한 두 개의 RE에 OCC가 걸려있다고 가정하였으며 한 PRB에 최대 2개의 CSI-RS 포트 혹은 자원을 설정 및 전송하는 것이 가능하다. 패턴 1d-03은 패턴 1d-02와 유사하게 하나의 포트가 두 개의 RE에서 전송된며 PRB 당 하나의 자원에서 CSI-RS 포트들이 전송된다. 이 경우 level-1 CSI-RS만을 통하여 시간 동기화를 수행하는 것은 어려움이 있게 되며 SS block의 신호들과 결합하여 시간/주파수 동기화를 수행하게 된다.
패턴 1d-04 및 1d-05에서는 하나의 CSI-RS 포트가 시간 축에서 인접한 두 개의 RE에 OCC를 통하여 spreading되어 전송된다. 이는 LTE/LTE-A CSI-RS와의 공존이 용이하도록 하기 위함이다. 패턴 1d-04의 경우 최대 네 개의 level-1 CSI-RS 자원을 운용할 때의 RE patter이며, 이때 각 자원은 최대 두 개의 CSI-RS 포트를 가질 수 있다. 패턴 1d-05의 경우 최대 최대 두 개의 level-1 CSI-RS 자원을 운용할 때의 RE patter이며, 이때 각 자원은 최대 네 개의 CSI-RS 포트를 가질 수 있다.
도 1d에 제공된 예제들의 또 다른 장점은 상기 예시에 따른 level-1 CSI-RS들이 adaptive gain control(AGC)를 위한 기준신호로 사용될 수 있다는 점이다. 상기 level-1 CSI-RS들은 광대역 전송되는 신호이므로 data bandwidth가 변경되는 단말들은 가장 최근에 수신된 level-1 CSI-RS를 통하여 AGC를 수행하는 것이 가능하다. 혹은 기지국이 단말의 data bandwidth를 변경하는 경우 기지국은 변경된 subframe의 바로 이전 subframe에 상기 level-1 CSI-RS를 전송하도록 약속하는 것도 가능하다.
도 1e는 상기 시간/주파수 동기화를 위한 level-1 CSI-RS의 상세 RE pattern의 또 다른 일례를 도시하는 도면이다. 도 1e의 각 예제들은 5G 무선통신 시스템에서 하나의 PRB를 기준으로 각 신호들의 RE 패턴을 나타내고 있다. 이때 하나의 PRB는 12개 subcarrier 및 14개 OFDM symbol로 구성된다고 가정하였다. 도 1e의 예제에서는 상기 설명한 요소들 중 “d) SS block이 여러 개의 예를 들면 두 개의 연속된 slot/mini slot에서 전송되는”경우를 고려하여 10 그리고 11번째 OFDM symbol에 위치하는 level-1 CSI-RS resource pool에 상기 시간/주파수 동기화를 위한 level-1 CSI-RS가 전송된다. 도 1e의 각 패턴에서 RE 안의 숫자들은 level-1 CSI-RS의 포트 혹은 자원 인덱스를 나타내며, 단말은 같은 포트가 전송되는 RE들에서 채널을 추정하여 수신된 신호와 시간/주파수 동기화를 수행하게 된다.
패턴 1e-00는 하나의 CSI-RS 포트가 서로 다른 시간/주파수 자원에 위치한 RE에서 전송되므로 CSI-RS만으로 시간/주파수 동기화 수행이 가능하며 한 PRB에 최대 6개의 CSI-RS 포트를 설정 및 전송하는 것이 가능하다. 패턴 1e-00의 경우 CSI-RS RE간 간격이 일정하여 수신기 구조가 간단해지는 장점이 있다. 패턴 1e-01은 패턴 1e-00과 유사하게 하나의 포트가 하나의 RE에서 전송되나 LTE/LTE-A CSI-RS의 패턴을 고려하여 최대 4개의 level-1 CSI-RS 포트까지 설정 가능한 패턴이다. 패턴 1e-06은 패턴 1e-04와 유사하게 하나의 포트가 두 개의 RE에서 전송된며 PRB 당 하나의 자원에서 CSI-RS 포트들이 전송된다. 이 경우 level-1 CSI-RS만을 통하여 시간 동기화를 수행하는 것은 어려움이 있게 되며 SS block의 신호들과 결합하여 시간/주파수 동기화를 수행하게 되며 최대 12개까지 CSI-RS configuration을 설정하는 것이 가능하다.
패턴 1e-02에서는 하나의 CSI-RS 포트가 시간 축에서 인접한 두 개의 RE에 OCC를 통하여 spreading되어 전송된다. 이는 LTE/LTE-A CSI-RS와의 공존이 용이하도록 하기 위함이다. 패턴 1e-02의 경우 최대 열두 개의 level-1 CSI-RS 자원을 운용할 수 있으며, 이때 각 자원은 최대 두 개의 CSI-RS 포트를 가질 수 있다. 패턴 1d-02의 경우 PRB 당 하나의 자원에서 CSI-RS 포트들이 전송되므로 level-1 CSI-RS만을 통하여 시간 동기화를 수행하는 것은 어려움이 있게 되며 SS block의 신호들과 결합하여 시간/주파수 동기화를 수행하게 된다.
도 1e의 예제에서도 MIB를 통한 제한된 payload를 고려하여 최대 8개의 RE들로 구성되는 level-1 CSI-RS를 고려하는 것이 가능하며 이때 level-1 CSI-RS의 resource pool은 패턴 1e-03의 예와 같다. 패턴 1e-03에서 상세한 CSI-RS 포트 운영의 예제는 도 1d에서의 설명과 유사하므로 여기서는 생략하도록 하겠다.
패턴 1e-04 및 1e-05는 다른 구조의 SS block을 가정하였다. 패턴 1e-04 및 1e-05의 SS block은 첫 번째 slot에서 PSS가 전송되고 두 번째 slot에서 SSS 및 PBCH가 전송되므로 SS block이 전송되는 subframe에서 여유 RE가 첫 번째 slot에 존재하게 된다. 따라서 level-1 CSI-RS는 이 여유 공간을 활용하여 패턴 1e-04와 같이 한 개의 OFDM symbol 중 일부 subcarrier에서 전송되거나 패턴 1e-05와 같이 두 개의 OFDM symbol 중 일부 subcarrier에서 전송되는 것이 가능하다. 상기 예제들에서 설명한 바와 같이 패턴 1e-04의 경우 시간/주파수 동기화를 위하여 level-1 CSI-RS와 SS block 신호들을 함께 이용되며, 패턴 1e-05의 경우 시간/주파수 동기화를 위하여 level-1 CSI-RS가 독립적으로 사용되는 것이 가능하다.
도 1f는 상기 시간/주파수 동기화를 위한 level-1 CSI-RS의 상세 RE pattern의 또 다른 일례를 도시하는 도면이다. 도 1f의 각 예제들은 5G 무선통신 시스템에서 하나의 PRB를 기준으로 각 신호들의 RE 패턴을 나타내고 있다. 이때 하나의 PRB는 12개 subcarrier 및 14개 OFDM symbol로 구성된다고 가정하였다. 도 1f의 예제에서는 상기 설명한 요소들 중 “c) SS block이 하나의 slot/mini slot에서 전송되는” 경우를 고려하여 3 그리고 4번째 OFDM symbol에 위치하는 level-1 CSI-RS resource pool에 상기 시간/주파수 동기화를 위한 level-1 CSI-RS가 전송된다. 도 1f의 각 패턴에서 RE 안의 숫자들은 level-1 CSI-RS의 포트 혹은 자원 인덱스를 나타내며, 단말은 같은 포트가 전송되는 RE들에서 채널을 추정하여 수신된 신호와 시간/주파수 동기화를 수행하게 된다.
패턴 1f-00는 하나의 CSI-RS 포트가 두 개의 주파수 축에서 인접한 RE들에서 OCC로 스프레딩되어 전송된다. 이는 상기 시간/주파수 동기화를 위한 level-1 CSI-RS가 다른 DMRS 혹은 CSI-RS들과 쉽게 멀티플렉싱 될 수 있도록 하기 위함이다. 패턴 1f-00에서는 최대 12개의 CSI-RS configuration을 지원하며 MIB payload에 따라 일부는 생략될 수 있다. 패턴 1f-01은 패턴 1f-00과 유사하나 PDCCH가 최대 3 번째 OFDM 심볼까지 확장될 수 있음을 고려하여 네 번째 OFDM 심볼에서 최대 6개 CSI-RS configuration을 지원하는 패턴이다.
패턴 1f-02와 1f-03은 패턴 1e-00 및 1e-01의 설명을 참조할 수 있으므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.
도 1fa는 상기 시간/주파수 동기화를 위한 level-1 CSI-RS의 상세 RE pattern의 또 다른 일례를 도시하는 도면이다. 도 1fa의 각 예제들은 5G 무선통신 시스템에서 하나의 PRB를 기준으로 각 신호들의 RE 패턴을 나타내고 있다. 이때 하나의 PRB는 12개 subcarrier 및 14개 OFDM symbol로 구성된다고 가정하였다. 도 1fa의 예제에서는 상기 실시예 0에서 설명한 바와 같이 두 개의 주파수 축에서 인접한 RE들이 하나의 기본 패턴을 이루게 된다. 이때 각 RE들에는 OCC가 적용되지 않고 전송되는 것이 가능하다. 도 1fa의 각 패턴에서 RE 안의 숫자들은 level-1 CSI-RS의 포트 혹은 자원 인덱스를 나타내며, 단말은 같은 포트가 전송되는 RE들에서 채널을 추정하여 수신된 신호와 시간/주파수 동기화를 수행하게 된다. 패턴 1fa-00, 1fa-02, 1fa-04에서는 최대 4개의 CSI-RS configuration을 지원하며 패턴 1fa-01, 1fa-03, 1fa-05에서는 최대 2개의 CSI-RS configuration을 지원한다. MIB payload에 따라 상기 패턴의 일부는 생략될 수 있다.
도 1fb는 상기 시간/주파수 동기화를 위한 level-1 CSI-RS의 상세 RE pattern의 또 다른 일례를 도시하는 도면이다. 도 1fb의 각 예제들은 5G 무선통신 시스템에서 하나의 PRB를 기준으로 각 신호들의 RE 패턴을 나타내고 있다. 이때 하나의 PRB는 12개 subcarrier 및 14개 OFDM symbol로 구성된다고 가정하였다. 도 1fb의 예제에서는 상기 실시예 0에서 설명한 바와 같이 네 개의 주파수 및 시간 축에서 인접한 RE들이 하나의 기본 패턴을 이루게 된다. 이때 각 RE들에는 OCC가 적용되지 않고 전송되는 것이 가능하다. 도 1fb의 각 패턴에서 RE 안의 숫자들은 level-1 CSI-RS의 포트 혹은 자원 인덱스를 나타내며, 단말은 같은 포트가 전송되는 RE들에서 채널을 추정하여 수신된 신호와 시간/주파수 동기화를 수행하게 된다. 패턴 1fb-02에서는 최대 4개의 CSI-RS configuration을 지원하며 패턴 1fb-00, 1fb-01, 1fb-03, 1fb-04에서는 최대 2개의 CSI-RS configuration을 지원하고 패턴 1fb-05에서는 하나의 CSI-RS configuration 만을 지원한다. MIB payload에 따라 상기 패턴의 일부는 생략될 수 있다.
도 1fc는 상기 시간/주파수 동기화를 위한 level-1 CSI-RS의 상세 RE pattern의 또 다른 일례를 도시하는 도면이다. 도 1fc의 각 예제들은 5G 무선통신 시스템에서 하나의 PRB를 기준으로 각 신호들의 RE 패턴을 나타내고 있다. 이때 하나의 PRB는 12개 subcarrier 및 14개 OFDM symbol로 구성된다고 가정하였다. 도 1fc의 예제에서는 상기 실시예 0에서 설명한 바와 같이 다수의 even 혹은 odd RE들로 구성되는 기본 패턴을 가진다. 이때 각 RE들에는 OCC가 적용되지 않고 전송되는 것이 가능하다. 도 1fc의 각 패턴에서 RE 안의 숫자들은 level-1 CSI-RS의 포트 혹은 자원 인덱스를 나타내며, 단말은 같은 포트가 전송되는 RE들에서 채널을 추정하여 수신된 신호와 시간/주파수 동기화를 수행하게 된다. 패턴 1fc-00, 1fc-01, 1fc-02, 1fc-03, 1fc-04, 1fc-05에서는 최대 2개의 CSI-RS configuration을 지원한다. 패턴 1fc-00, 1fc-01의 경우 front loaded DMRS의 바로 뒤에 전송되므로 빠른 time/frequency tracking을 지원할 수 있는 장점이 있다. 1fc-02, 1fc-03의 경우 LTE 단말들이 해당 패턴을 고려하여 ZP CSI-RS를 설정할 수 있는 장점이 있다. 1fc-04, 1fc-05의 경우 LTE PSS/SSS 및 PBCH와 충돌 위험이 없는 장점이 있다. MIB payload에 따라 상기 패턴의 일부는 생략될 수 있다.
도 1fd는 도 1fc의 변형으로 두 개의 인접한 OFDM symbol에서 level-1 CSI-RS가 전송되는 예제들을 도시하는 도면이다. 각 패턴의 특징 및 장단점은 도 1fc와 유사하므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.
<제 2 실시예>
본 발명에 따른 제 2 실시예는 CSI-RS 이외 PDSCH DMRS, PDCCH DMRS, PBCH DMRS 등 다른 기준 신호들이 시간/주파수 추정을 위한 기준신호로 사용되는 경우의 예제를 설명한다. 도 1g는 DMRS가 시간/주파수 추정을 위한 기준신호로 사용되는 예제를 도시하는 도면이다. 도 1g에서 PDSCH DMRS 패턴이 1g-00에 도시된 파란 색 RE와 같다면, 단말은 시간/주파수 추정을 위한 기준 신호를 수신하도록 설정된 slot/subfame에서 상기 PDSCH 패턴 중 일부에 tracking RS가 전송된다고 가정할 수 있도록 약속하는 것이 가능하다. 이는 시간/주파수 추정을 위한 RS RE density는 데이터 복조를 위하여 요구되는 RS RE density보다 작기 때문이다. 예를 들어 단말은 1g-00의 패턴을 기준으로 1g-01의 파란 색 RE 들에서 tracking RS를 수신하는 것이 가능하다. 또 다른 예시로 만약 PDSCH DMRS 패턴이 1g-02와 같은 경우 단말은 시간/주파수 동기화를 위한 slot/subframe에서 1g-03의 파란색 패턴과 같은 RE들을 바탕으로 tracking RS를 수신하는 것이 가능하다.
<제 3 실시예>
본 발명에 따른 제 3 실시예는 단말의 요청, 데이터 traffic 상황 등 환경에 따라 시간/주파수 동기화를 트리거 혹은 정확도를 조정하는 방법을 제안한다.
상기 예제들에서는 MIB 혹은 SIB를 통하여 시간/주파수 동기화를 위한 기준신호 설정정보를 공지하는 방법들에 대해서 설명하였다. 예를 들면 상기 제 1 실시예에서는 MIB를 통하여 level-1 CSI-RS를 설정하고 이를 기반으로 시간/주파수 동기화를 수행하는 예제들을 살펴보았다. 이 경우 MIB 설정이 바뀌지 않는 한 정해진 자원에서 항상 기준신호가 전송되게 되어 상위 호환성(forward compatibility) 확보에 어려움이 생기게 된다.
이를 해결하기 위한 한 가지 방법으로 단말은 기지국에게 tracking RS(실시예 1에서는 cell-specific level-1 CSI-RS)의 전송을 요청하는 것이 가능하다. 예를 들면, 단말은 스케쥴링 요청 (scheduling request, SR) 혹은 RACH response 시 1비트를 사용하여 정밀한 시간/주파수 동기화를 위한 tracking RS 필요 여부를 기지국에 보고할 수 있다. 또 다른 예시로 RRC, MAC CE 등 상위 레이어를 이용한 request도 가능하다.
또 다른 예시로 단말은 기지국에게 요구되는 tracking RS 설정 정보가 무엇인지를 기지국에 보고할 수 있다. 예를 들면, 단말은 채널 상황 또는 캐리어 주파수, 안테나 어레이 형상 등 다양한 환경에 맞추어 적합한 tracking RS의 포트 수, 시간/주파수 RE 밀도, 패턴, 전송 주기 등의 정보 등을 (혹은 이 중 일부를) 기지국에 보고할 수 있다. 기지국은 이를 바탕으로 tracking RS 전송에 필요한 부담을 조정하는 것이 가능하다. 상기 요구되는 설정 정보는 RRC, MAC CE 등 상위 레이어를 통하여 보고될 수 있다.
도 1h는 상기 tracking RS 패턴 조정에 대한 일례를 도시하는 도면이다. 기지국은 단말의 RACH response 혹은 상기 단말이 보고한 tracking RS 요구조건 등을 바탕으로 도 1h의 패턴 1h-00, 1h-01, 1h-02과 같이 tracking RS의 RE 밀도와 패턴을 변경할 수 있다. 패턴 1h-00의 경우 tracking RS RE 밀도가 가장 낮으므로 전송부담이 가장 작으며 많은 수의 패턴을 활용하여 tracking RS간 간섭을 최소화 하는 것이 가능하다. 그러나 시간/주파수 동기화 성능은 가장 떨어지게 될 것이다. 패턴 1h-02의 경우 tracking RS RE 밀도가 가장 높으므로 전송부담이 가장 크며 작은 수의 패턴만을 이용하여 tracking RS간 간섭을 관리할 수 있다. 그러나 시간/주파수 동기화 성능은 가장 우수할 것이다.
<제 4 실시예>
만약 CSI-RS, PBCH DMRS, 혹은 PDCCH DMRS 등 RS가 time/frequency tracking 용도로 설정될 경우 해당 RS에 적용된 CDM은 turn off되어 단말이 각 RS RE 별 phase 차이를 측정할 수 있게 한다. 또한 density는 1 RE/RB/port 이상, 예를들면 {4, 6, 8} RE/RB/port와 같이 설정되어 한 PRB 안에서 여러 RE를 기준으로 phase 차이를 측정할 수 있다.
도 1l은 본 실시예에 따른 time/frequency tracking을 위한 CSI-RS 설정 예시들을 도시하는 도면이다. 도 1l에서는 {1, 2} 번째 OFDM symbol에 PDCCH가 전송되며, {3, 4} 번째 OFDM symbol에 front-loaded DMRS가 전송되고 {9, 10} 혹은 {10, 11} 번째 OFDM symbol에 additional DMRS가 전송되는 것을 가정하였다. 일부 예제에서는 13번째 OFDM symbol에 guard period (GP) 그리고 14번째 OFDM symbol에 PUCCH 혹은 SRS가 전송될 수 있음을 도시하였다.
도 1l에서 같은 숫자로 표기된 RE에는 같은 포트의 RS가 전송된다. 하나의 RS resource는 도 1l의 {0, 1, 2, 혹은 3}으로 표시된 RE들에 전송되는 적어도 하나 이상의 안테나 포트를 포함한다.
1l-00 및 1l-05는 time/frequency tracking을 위하여 CSI-RS RE density가 8 RE/RB/port 그리고 6 RE/RB/port로 설정된 경우의 CSI-RS (혹은 tracking RS, TRS) RE pattern을 각각 나타낸다. 즉 도 1l-00의 경우 하나의 OFDM symbol 당 4개의 RE에서 한 포트의 RS가 전송되며 (4 RE/symbol/port), 도 1l-05의 경우 하나의 OFDM symbol 당 3개의 RE에서 한 포트의 RS가 전송된다 (3 RE/symbol/port). 도 1l, 도 1m 및 이후의 다른 예제들에서 설명의 편의상 도 1l-00의 symbol 당 RE density를 가정하여 도시하였으나, 실제 적용 시 도 1l-05의 예제도 이와 유사하게 확장이 가능함이 자명하다. 도 1l-00 및 1l-05의 예제에서 TRS들은 LTE CRS가 전송되는 OFDM symbol 중 일부에서 전송되므로 기지국은 LTE CRS 및 NR TRS의 패턴을 적절히 조합하여 간섭을 최소화하거나, LTE CRS의 일부를 NR TRS로 재사용하는 것이 가능하다. 이는 도 1l-10의 경우에도 마찬가지이다. 도 1l-15의 경우 time domain에서 균일한 간격을 제공하여 단말에서의 RS 수신이 보다 용이해지는 장점이 있다. 만일 additional DMRS의 위치가 도 1l-20 혹은 1l-25와 같이 정해지는 경우 TRS의 위치 또한 그에 맞추어 조정되는 것이 가능하다. 도 1l-20은 TRS 포트당 RS RE density가 8 RE/RB/port인 경우이며, 도 1l-25는 TRS 포트당 RS RE density가 12 RE/RB/port인 경우이다.
<제 5 실시예>
본 실시예에서는 SS block 및 TRS 존재 유무에 따라 DMRS pattern에 대한 설정 제한을 적용하여 RS overhead를 조정하는 방법에 대하여 설명한다. 도 1m은 본 실시예에 따른 time/frequency tracking을 위한 CSI-RS 설정 예시들을 도시하는 도면이다. 도 1m에서는 {1, 2} 번째 혹은 {1, 2, 3} 번째 OFDM symbol에 PDCCH가 전송되며, {3 혹은 4} 번째 OFDM symbol에 front-loaded DMRS가 전송되고 {9 혹은 10} 번째 OFDM symbol에 additional DMRS가 전송되는 것을 가정하였다. 일부 예제에서는 13번째 OFDM symbol에 guard period (GP) 그리고 14번째 OFDM symbol에 PUCCH 혹은 SRS가 전송될 수 있음을 도시하였다.
도 1m에서 같은 숫자로 표기된 RE에는 같은 포트의 RS가 전송된다. 하나의 RS resource는 도 1l의 {0, 1, 2, 혹은 3}으로 표시된 RE들에 전송되는 적어도 하나 이상의 안테나 포트를 포함한다.
일반적인 slot에서 기지국은 PDCCH OFDM 심볼에 이어 전송되는 front-loaded DMRS를 위하여 두 개의 OFDM 심볼을 그리고 high UE mobility support를 위한 additional DMRS를 위하여 하나 이상의 OFDM 심볼을 사용하는 것이 가능하다. 이때 최악의 경우 PDCCH를 위하여 3개 심볼, DMRS를 위하여 4개 심볼, 그리고 SS block, CSI-RS 및 TRS 전송을 위하여 추가 OFDM 심볼을 사용할 경우 control 및 RS 전송을 위하여 50% 이상의 자원이 사용될 가능성이 있다. 이는 단말에게 주기적인 throughput 저하를 야기할 수 있으므로 SS block이 전송되거나 TRS가 전송되는 slot에서는 PDCCH OFDM 심볼의 수 혹은 DMRS OFDM 심볼의 수를 제한하는 것이 가능하다.
예를 들어 도 1m-00, 1m-05, 1m-10, 1m-15와 같이 SS block 혹은 TRS가 전송되는 slot에서 PDCCH OFDM 심볼의 수를 최대 2로 제한하고, front-loaded DMRS 및 additional DMRS를 위하여 각 1개의 OFDM 심볼이 사용되도록 제한하는 것이 가능하다. 이때 해당 slot에서 할당 가능한 최대 MIMO layer의 개수 혹은 multi-user 전송을 위한 UE 개수는 줄어든 DMRS OFDM 심볼 수에 맞추어 제한된다. 이때 front-loaded DMRS를 위한 두 번째 OFDM 심볼 혹은 additional DMRS를 위한 일부 OFDM 심볼에서 TRS가 전송되는 것이 가능하다. 도 1m-00에서는 하나의 slot 안에서 4 OFDM 심볼 간격을 가지는 TRS 패턴을 두 쌍 확보하여 time/frequency tracking 성능을 향상시키는 패턴을 도시하고 있다. 도 1m-05 및 1m-10에서는 단말 복잡도를 고려하여 각각 4 OFDM 심볼 간격과 5 OFDM 심볼 간격의 동일한 시간 간격을 가지는 TRS 패턴을 도시한다. 각 예제들에서 각 RS RE들이 서로 다른 OFDM 심볼에서 같은 subcarrier에 전송되는, 즉 직사각형 형태의 RE 패턴을 가지는 것을 도시하였으나 도 1m-15의 예시와 같이 체크 패턴을 적용하여 전송되는 것도 가능하다. 도 1m-30은 front-loaded DMRS의 두 번째 OFDM 심볼과(slot 기준에서 5 번째 OFDM 심볼) additional DMRS의 두 번째 OFDM 심볼에서(slot 기준에서 10 번째 OFDM 심볼) TRS가 전송되는 예제를 도시하는 도면이다. 도 1m-30에서 최대 세 개의 PDCCH OFDM 심볼이 전송될 수 있음을 가정하였으나 만약 상기 예제들과 유사하게 최대 두 개의 PDCCH OFDM 심볼이 사용되는 경우 TRS 전송을 위한 OFDM 심볼의 위치는 그에 맞게 변경될 수 있다. 도 1m-35 및 1m-40에서는 최대 세 개의 PDCCH OFDM 심볼이 전송되는 경우에 단말 복잡도를 고려하여 각각 4 OFDM 심볼 간격과 3 OFDM 심볼 간격의 동일한 시간 간격을 가지는 TRS 패턴을 도시한다. 만약 high mobility UE를 위하여 높은 정확도의 Doppler parameter 추정이 필요할 경우 도 1m-45의 TRS 패턴을 고려하는 것이 가능하다.
<제 6 실시예>
TRS 전송 오버헤드를 경감시키기 위한 또 다른 방법으로 PBCH DMRS와의 port 공유를 고려하는 것이 가능하다. 일례로 하나의 slot에서 TRS 패턴 중 일부는 PBCH 디코딩을 위한 DMRS와 RE 위치가 동일할 수 있다. 예를 들어
도 1m-20에서 6 번째, 7 번째 OFDM 심볼에는 PSS와 SSS가 각각 전송되며 8번째, 9번째 OFDM 심볼에는 PBCH가 전송된다고 가정하자. 이때 도 1m-20의 0으로 표기된 TRS RE 중 8번째 그리고 9번째 OFDM 심볼에 존재하는 RE에는 PBCH DMRS가 전송될 수 있다. 기지국은 PBCH DMRS RE와 TRS RE를 공유하도록 설정한 경우 단말의 time/frequency tracking을 용이하게 하기 위하여 PBCH DMRS 포트와 TRS 포트에 적용되는 빔을 같게 유지할 수 있으며 단말은 두 포트 간 QCL을 가정하여 채널을 추정하는 것이 가능하다.
도면 1i는 본 발명에서 고려하는 5G 통신 시스템에서 tracking RS(예를 들어 실시예 1의 level-1 CSI-RS)에 기반하여 단말이 데이터 신호 복조를 위한 시간/주파수 동기화를 완료하는 흐름도를 보여준다.
도면 1i에서 단말이 데이터 신호 복조를 위한 시간/주파수 동기화를 완료하는 것은 제 1동기화 신호 검출(1i-01), 제 2 동기화 신호 검출(1i-02), 동기화 블록 전송 타이밍 및 방송채널 복조를 통한 tracking RS 설정정보 획득(1i-03), 정확한 시간/주파수 동기화(1i-04)의 단계로 진행된다. 제 1동기화 신호 검출(1i-01)는 단말은 제 1 동기화 신호를 검출을 수행하고 이를 통해 OFDM 심볼 경계에 대한 시간 동기화를 수행하고 구현에 따라 대략적인 주파수 옵셋 추정을 수행한다. 제 1동기화 신호 검출 (1i-01)에서 추정한 시간 및 주파수 동기화 추정값에 따라 단말은 제 2 동기화 신호 검출 (1i-02) 단계를 수행한다. 단말은 이 단계에서 제 2 동기화 신호를 사용해서 접속하고자 하는 기지국의 셀 번호를 검출한다. 이후 단말은 방송채널 복조를 통한 tracking RS 설정정보 획득(1i-03)을 수행한다. 기지국이 방송 채널에 tracking RS 관련 정보를 전송한 경우, 단말은 방송 채널을 복조/복호 하여 tracking RS가 전송되는 RE들에 대한 위치 정보를 얻을 수 있다. 단말은 제 2 동기화 신호 검출과 유사하게 tracking RS 신호의 상호 상관을 이용하여 시간/주파수 동기화 정확도를 데이터 신호 복조가 가능할 정도로 향상시키는(1i-04) 것이 가능하다.
본 발명의 상기 실시 예들을 수행하기 위해 기지국의 송신부, 단말의 수신부 각각 도 1j와 도면 1k에 도시되어 있다. 상기 실시 예 1 및 실시예 2에서 제안한 시간/주파수 동기화 방법 및 장치에 따라, 기지국의 송신부 및 단말의 수신부가 동작하여야 한다.
구체적으로 도 1j는 본 발명의 실시 예에 따른 기지국 송신부의 내부 구조를 도시하는 블록도이다. 도 1j에서 도시되는 바와 같이, 본 발명의 기지국의 송신부는 각각의 서비스에 해당하는 신호를 전송하기 위한 리소스 맵핑부(1j-01, 1j-04, 1j -07), OFDM 변조부(1j-02, 1j-05, 1j-08), 필터(1j-03, 1j-06, 1j-09)를 포함한다. 리소스 맵핑부 (1j-01, 1j-04, 1j-07)는 전송하고자 하는 데이터를 QPSK/QAM 변조하고, 시간 및 주파수 영역 리소스에 맵핑하는 동작을 수행한다. OFDM 변조부(1j-02, 1j-05, 1j-08)는 리소스 맵핑부 (1j-01, 1j-04, 1j-07)에서 맵핑된 신호를 기반으로, OFDM 변조를 수행한다. 여기서 OFDM 변조는 IFFT를 수행하고, 순환전치를 OFDM 심볼의 앞에 삽입하는 과정을 포함한다. 필터(1j-03, 1j-06, 1j-09)는 OFDM 변조부(1j-02, 1j-05, 1j-08)에서 생성된 신호의 주파수 대역 스펙트럼 마스크(spectrum mask) 규제를 만족시키기 위해 필터링을 수행하는 과정을 수행한다. 각 서비스는 각 서비스에 할당된 리소스 맵핑부, OFDM 변조부, 필터를 거쳐 물리 채널 및 신호가 생성될 수 있다. 예를 들어, eMBB 서비스를 지원하기 위한 물리 채널 및 신호를 전송하기 위해서는 eMBB 전송에 할당된 리소스 맵핑부(1j-01) OFDM 심볼 변조부(1j-02), 필터(1j-03)를 통해 eMBB를 위한 물리 채널 및 신호를 생성할 수 있다. 이 때, 리소스 맵핑부(1j-01), OFDM 심볼 변조부(1j-02), 필터(1j-03)는 eMBB를 위해 정의된 Numerology를 사용하여 물리 채널 및 신호를 생성할 수 있다. 유사하게, 공통 신호는 단말의 동기화 및 시스템 정보 습득을 위한 신호를 포함하며 공통신호를 위해 할당된 리소스 맵핑부(1j-07), OFDM 심볼 변조부(1j-08), 필터(1j-09)를 통해 공통신호를 위한 물리 채널 및 신호를 생성할 수 있다. 이 때 공통신호를 위해 정의된 Numerology를 사용하여 공통 신호를 생성할 수 있다. 또한 리소스 맵핑부(1j-07)는 공통신호가 전송되는 주파수 위치를 기존 LTE와 달리 자유롭게 설정할 수 있다. 기지국의 송신부는 각 필터 출력을 다중화하기 위한 다중화부(1j-10)를 포함한다. 또한 기지국의 송신부는 리소스 맵핑부(1j-01, 1j-04, 1j-07), OFDM 변조부(1j-02, 1j-05, 1j-08), 필터(1j-03, 1j-06, 1j-09), 다중화부(1j-10)를 효율적으로 제어하기 위한 제어부(1j-11)를 포함한다. 마지막으로 기지국의 송신부는 다중화부(1j-10)에서 상호 다중화된 각 서비스 단말들에게 전송하기 위한 RF부(1j-12) 및 안테나를 포함한다.
구체적으로 도면 1k는 본 발명의 실시예에 따른 단말 수신부의 내부 구조를 도시하는 블록도이다. 단말기 수신부는 안테나와 RF부(1k-01), 필터(1k-02, 1k-05, 1k-08), OFDM 복조부(1k-03, 1k-06, 1k-09), 리소스 추출부(1k-04, 1k-07), 제어부(1k-08)를 포함한다. 필터(1k-02, 1k-05, 1k-08), OFDM 복조부(1k-03, 1k-06), 리소스 추출부(1k-04, 1k-07)는 두 개 이상의 다른 Numerology를 갖는 서비스를 지원하기 복수개가 필요하며, 도면 1k에서는 2개의 다른 서비스를 지원하는 예를 도시하였다. 단말의 수신부를 더욱 상세히 설명하면, 단말이 수신한 신호는 RF부(1k-01)을 거쳐 통과대역에서 기저대역 신호로 변환된다. 기저대역으로 변환된 신호는 필터(1k-02, 1k-05, 1k-08)에 입력된다. 단말이 수신받고자 하는 서비스에 따라 필터를 온/오프 할 수 있으며, 또는 필터의 Numerology를 변경할 수도 있다. 이 때 필터는 인접 주파수 영역에 FDM되어 있는 신호의 간섭을 제거하기 위해 사용된다. 동기화부 및 셀탐색부(1k-09)는 본 발명의 제 1, 2, 3, 4에 따른 단말의 셀 탐색 및 동기화를 수행한다. OFDM 복조부(1k-03, 1k-06)는 필터링된 신호의 OFDM 복조를 위해 사용된다. OFDM 복조부(1k-03, 1k-06)는 순환전치 제거부 및 FFT를 포함할 수 있다. 리소스 추출부(1k-04, 1k-07)는 각 서비스가 차지하는 리소스에서 물리 채널 및 신호를 추출하는 과정을 수행한다. 제어부(1k-08)는 상술한 본 발명의 실시예에 따라 단말이 동작할 수 있도록 일련의 과정을 제어할 수 있다.
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 1와 실시예 2 그리고 실시예 3의 일부분들이 서로 조합되어 기지국과 단말이 운용될 수 있다.

Claims (1)

  1. 무선 통신 시스템에서 제어 신호 처리 방법에 있어서,
    기지국으로부터 전송되는 제1 제어 신호를 수신하는 단계;
    상기 수신된 제1 제어 신호를 처리하는 단계; 및
    상기 처리에 기반하여 생성된 제2 제어 신호를 상기 기지국으로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 신호 처리 방법.
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